JP4388627B2 - 処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ドライエッチング技術においては，処理ガスを処理室内に供給し，プラズマ放電などにより反応活性種を生成させる。このため，処理室内の半導体ウェハ（以下，単に「ウェハ」という）等の被処理体に対し処理ガスを均一に供給する技術は重要である。被処理体に対し処理ガスを均一に供給する技術の一例として，処理ガスをシャワー化して処理室内に供給するシャワーヘッド状のガス供給機構（以下，単に「シャワーヘッド」という。）が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで，処理装置にシャワーヘッドを備えて処理ガスをシャワー化させる場合であっても，被処理体に処理ガスを均一に供給するという点においては，以下の問題点があった。まず第一に，処理ガスを処理室から外部へ排気する排気部付近では，処理ガスが希薄になりがちである。このため，シャワーヘッドから処理ガスを均一に供給したとしても，被処理体に対し処理ガスが均一に供給されないことが起こりうる。すなわち，従来のシャワーヘッドでは，シャワーヘッドに導入される処理ガスを，単にシャワーヘッド内部のガス拡散空間で拡散させて複数のガス供給孔から処理室に供給する構造であったため，シャワーヘッドから処理室内に均一に処理ガスを供給した場合であっても，その処理ガスが被処理体に均一に供給されないという問題点があった。
【０００４】
また第二に，処理ガスの使用量によっては，シャワーヘッドに導入された処理ガスがシャワーヘッド内で十分に拡散されることなく処理ガスの導入部付近に集中してしまうことがある。かかる事態が生じると，処理ガスを均一に供給するというシャワーヘッド本来の機能を果たせない。この問題を解消するために，シャワーヘッド内に広いガス拡散空間を設けたり，処理ガスのバッファ機構を設けたりすることは，処理装置の拡大化や製造コスト面で好ましくない。
【０００５】
本発明は，従来の処理装置が有する上記問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の目的は，処理装置の拡大化やコスト面に影響を与えることなく，処理ガスの被処理体への供給を自在に制御することの可能な新規かつ改良された処理装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため，複数のガス供給孔を備えたガス供給装置により処理ガスを処理室内に供給して被処理体を処理する処理装置において，ガス供給装置は１または２以上の遮蔽板により区画される複数のガス拡散室を備え，少なくとも２のガス拡散室間には差圧が形成され，各ガス拡散室にはそれぞれガス供給孔が形成されていることを特徴とする処理装置が提供される。
【０００７】
かかる構成によれば，ガス供給装置は遮蔽板により区画される複数のガス拡散室を備え，少なくとも２のガス拡散室間には差圧が形成されるようにしたので，この差圧を調整することにより，処理ガスや被処理体の種類に応じた柔軟な処理ガスの制御が可能である。また，従来の装置構成に遮蔽板を付加することのみで実現できるため，装置構成の拡大化や製造コストの増大を招くことがない。
【０００８】
また，遮蔽板には調整孔が形成され，少なくとも一のガス拡散室に導入された処理ガスがガス流通孔を介して他のガス拡散室に導入されることにより，ガス拡散室間の差圧が形成されるようにすることができる。調整孔のコンダクタンスを調整することにより容易に差圧を制御することが可能である。
【０００９】
さらに，調整孔の孔径および／または孔数を変化させる調整孔可変機構を備える ことが好ましい。かかる構成によれば，調整孔のコンダクタンスを自在に制御することができるので，処理ガスや被処理体の種類に応じて，あるいは，処理の段階ごとに，差圧を適宜変更することが可能である。
【００１０】
また，ガス導入流量の異なる少なくとも２のガス導入系を備え，ガス拡散室にはそれぞれ異なる流量のガスがガス導入系を介して導入されることにより，ガス拡散室間の差圧が形成されるようにすることができる。ガス導入流量を変えることで差圧を調整することができるので，処理ガスや被処理体の種類に応じて，あるいは，処理の段階ごとに，差圧を適宜変更することが可能である。また，複数の処理ガスが用いられる処理にも有効である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら，本発明にかかる処理装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１２】
（第１の実施の形態）
本実施の形態にかかる処理装置１０を，図１〜図３を参照しながら説明する。なお，図１は処理装置１０の内部構成を示す説明図であり，図２は処理装置１０に用いられるガス供給手段の一例たるシャワーヘッド１００の断面図であり，図３はシャワーヘッド１００を構成する遮蔽板１３０の平面図である。
【００１３】
処理装置１０は，図１に示したように，処理室１１内に，互いに対向するシャワーヘッド（上部電極）１００及び載置台（下部電極）１２から構成される平行平板型のプラズマ発生装置を備えている。載置台１２には，マッチング回路１３を介して高周波電源１４が接続されている。ガス源１５からの処理ガスは，流量制御装置（マスフローコントローラ）１６を介して処理ガス導入通路（処理ガス導入系）１４０からシャワーヘッド１００へ導入される。処理に用いられた処理ガスは処理室１１から排気系１９より排気される。このように，処理装置１０は，複数のガス供給孔を備えたシャワーヘッド１００により，処理ガスを処理室１１内に供給して，載置台１２上の被処理体の一例たるウェハＷを処理する装置である。そして，処理装置１０は，このシャワーヘッド１００の構成に特徴を有する装置であるため，シャワーヘッド１００につき詳細に説明する。
【００１４】
（シャワーヘッド１００）
シャワーヘッド１００は，図２に示したように，略中央部に処理ガス導入通路１４０が連通されている略円柱形の第１電極板１１０と，第１電極板１１０と所定間隔を隔てて対向する位置に配され，複数のガス供給孔１２０ｈを備えた略円柱形の第２電極板１２０と，第１電極板１１０と第２電極板１２０との間に介挿された遮蔽板１３０とにより主に構成されている。
【００１５】
（遮蔽板１３０）
遮蔽板１３０は，図２に示したように，半径Ｒの略円柱形をしており，底面及び側面に囲まれた空間がガス拡散空間として形成されている。このガス拡散空間は，半径ｒ（ｒは遮蔽板１３０の半径Ｒの２／３程度）の隔壁１３０ａにより，２つのガス拡散室に区画されている。すなわち，ガス拡散空間は，隔壁１３０ａの内側，すなわち，半径ｒの円状の部分（第１ガス拡散室１５０）と，隔壁１３０ａの外側，すなわち，半径ｒと半径Ｒの同心円により囲まれる部分（第２ガス拡散室１６０）の２つの部分に区画されている。処理ガス導入通路１４０は，第１ガス拡散室１５０に連通されている。この点についてはさらに後述する。
【００１６】
遮蔽板１３０の底面には，図３に示した例では，放射状に複数のガス流通孔１３０ｈが貫通して形成されている。このガス流通孔１３０ｈは第２電極板１２０のガス供給孔１２０ｈと連通している。処理ガス導入通路１４０を介してガス拡散空間に導入された処理ガスは，遮蔽板１３０のガス流通孔１３０ｈ，第２電極板のガス供給孔１２０ｈを順次介して，処理室１１内に供給される。なお，ガス流通孔１３０ｈの配置は図３に示した例に限定されず，処理ガスや被処理体の種類に応じて適当な配置とすることができる。
【００１７】
ガス拡散空間を区画する隔壁１３０ａにはガスを流通させるための孔１３０ｂが穿設されており，処理ガス導入通路１４０を介して第１ガス拡散室１５０に導入された処理ガスは，この隔壁１３０ａの孔１３０ｂを介して，第２ガス拡散室１６０へ拡散される。この処理ガスの拡散によりガス拡散室間には差圧が形成される。そして，この隔壁１３０ａの孔径および／または孔数を調節し，そのコンダクタンスを調節することにより，第１ガス拡散室１５０と第２ガス拡散室１６０との間の差圧を調節できる。この隔壁１３０ａの孔径や孔数はシミュレーションや経験等により予め設計の段階で適宜設定される。
【００１８】
また，隔壁１３０ａの孔径および／または孔数を変化させるガス流通孔可変機構を備えるようにしてもよい。かかるガス流通孔可変機構の一例としては，隔壁を円周方向に複数形成し，これら複数の隔壁を相対的に回転させて孔の位置合わせを行うことでコンダクタンスを調節し，ガス拡散室間の差圧を変化させる機構が考えられる。かかるガス流通孔可変機構を備えれば，処理ごとに，あるいは処理の段階ごとに差圧を適宜変更させることが可能である。
【００１９】
処理ガスは，第１ガス拡散室１５０及び第２ガス拡散室１６０で拡散され，ガス拡散室間に所定の差圧が形成された後，第２電極板１２０に穿設されたガス供給孔１２０ｈによりそれぞれシャワー化され，処理室１１に供給される。
【００２０】
本実施の形態では，シャワーヘッド１００は，遮蔽板１３０の隔壁１３０ａにより区画される２のガス拡散室１５０，１６０を備え，隔壁１３０ａに穿設された孔１３０ｂによりガス拡散室間には差圧が形成されるようにしたので，処理ガスやウェハの種類に応じた柔軟な処理ガスの制御が可能である。また，従来の装置構成に遮蔽板１３０を付加することのみで実現できるため，装置構成の拡大化や製造コストの増大を招くことがない。
【００２１】
（第２の実施の形態）
本実施の形態にかかる処理装置２０を，図４〜図６を参照しながら説明する。なお，図４は処理装置２０の内部構成を示す説明図であり，図５は処理装置２０に用いられるガス供給手段の一例たるシャワーヘッド２００の断面図であり，図６はシャワーヘッド２００を構成する遮蔽板２３０の平面図である。
【００２２】
処理装置２０は，図４に示したように，処理室２１内に，互いに対向するシャワーヘッド（上部電極）２００及び載置台（下部電極）２２から構成される平行平板型のプラズマ発生装置を備えている。載置台２２には，マッチング回路２３を介して高周波電源２４が接続されている。ガス源２５からの処理ガスは，流量制御装置（マスフローコントローラ）２６を介して第１処理ガス導入通路（処理ガス導入系）２４０ａからシャワーヘッド２００へ導入されるとともに，流量制御装置（マスフローコントローラ）２７を介して第２処理ガス導入通路（処理ガス導入系）２４０ｂからシャワーヘッド２００へ導入される。処理に用いられた処理ガスは処理室２１から排気系２９より排気される。なお，図中符号２８はコンダクタンスガスケットであり，流量制御装置２６，２７及びコンダクタンスガスケット２８により２の処理ガス導入通路の流量比が決まる。ただし，流量制御装置２６，２７及びコンダクタンスガスケット２８の配置については，図示した配置に限定されない。このように，処理装置２０は，複数のガス供給孔を備えたシャワーヘッド２００により，処理ガスを処理室２１内に供給して，載置台２２上の被処理体の一例たるウェハＷを処理する装置である。そして，処理装置２０は，このシャワーヘッド２００の構成に特徴を有する装置であるため，シャワーヘッド２００につき詳細に説明する。
【００２３】
（シャワーヘッド２００）
上記第１の実施の形態におけるシャワーヘッド１００は，ガス拡散室を区画する遮蔽板１３０に隔壁１３０ａが形成され，第１ガス拡散室１５０に導入された処理ガスが隔壁１３０ａに穿設された孔１３０ｂを介して第２ガス拡散室１６０に導入されることにより，ガス拡散室間の差圧が形成されていた。本実施の形態におけるシャワーヘッド２００は，ガス流量の異なる２の処理ガス導入系を備え，ガス拡散室に異なる流量のガスがこのガス導入系を介して導入されることにより，ガス拡散室間の差圧が形成される場合の一例につき説明する。
【００２４】
シャワーヘッド２００は，図４に示したように，略中央部及びエッジ部付近に処理ガス導入通路（処理ガス導入系）２４０ａ，２４０ｂが連通されている略円柱形の第１電極板２１０と，第１電極板２１０と所定間隔を隔てて対向する位置に配され，複数のガス導入孔２２０ｈを備えた略円柱形の第２電極板２２０と，第２電極板２１０と第２電極板２２０との間に介挿された遮蔽板２３０とにより主に構成されている。
【００２５】
（遮蔽板２３０）
遮蔽板２３０は，図５に示したように，半径Ｒの略円柱から，半径ｒ（ｒは遮蔽板２３０の半径Ｒの約２／３程度）の略同心円柱をくり抜いた略リング形状であり，底面及び側面に囲まれた空間がガス拡散空間として形成されている。このガス拡散空間は，半径ｒの隔壁２３０ａの内側，すなわち，半径ｒの円状の部分（第１ガス拡散室２５０）と，隔壁２３０ａの外側の部分，すなわち，半径ｒと半径Ｒの同心円により囲まれる部分（第２ガス拡散室２６０）の２つの部分に区画されている。
【００２６】
略リング形状の底面には，図６に示した例では，放射状に複数のガス流通孔２３０ｈが貫通して形成されている。このガス流通孔２３０ｈは第２電極板２２０のガス供給孔２２０ｈと連通している。処理ガス導入通路２４０ａを介して第１ガス拡散室２５０に導入された処理ガスは，直接第２電極板のガス供給孔２２０ｈを介して処理室２１内に供給される。また，処理ガス導入通路２４０ｂを介して第２ガス拡散室２６０に導入された処理ガスは，遮蔽板２３０のガス流通孔２３０ｈと，第２電極板２２０のガス供給孔２２０ｈを順次介して，処理室２１内に供給される。なお，ガス流通孔２３０ｈの配置は図６に示した例に限定されず，処理ガスや被処理体の種類に応じて適当な配置とすることができる。
【００２７】
上述のように，上記第１の実施の形態における遮蔽板１３０では，内部に隔壁１３０ａが設けられることにより，遮蔽板１３０の内部が２のガス拡散室に区画されていたが，本実施の形態では，遮蔽板２３０が略リング形状であり，この略リング形状の内側の空間と，遮蔽板２３０の内部とで，２のガス拡散室に区画されている。そして，第１ガス拡散室２５０に連通される第１処理ガス導入通路２４０ａのガス流量と，第２ガス拡散室２６０に連通される第２処理ガス導入通路２４０ｂのガス流量を異なるものとすることにより，ガス拡散室間の差圧が形成される。ガス流量はシミュレーションや経験等により調節される。
【００２８】
処理ガスは，第１ガス拡散室２５０及び第２ガス拡散室２６０で拡散され，ガス拡散室間に所定の差圧が形成された後，第２電極板２２０に穿設されたガス供給孔２２０ｈによりそれぞれシャワー化され，処理室２１に供給される。
【００２９】
本実施の形態では，ガス流量の異なる２の処理ガス導入通路２４０ａ，２４０ｂを備え，ガス拡散室２５０，２６０にはそれぞれ異なる流量のガスが処理ガス導入通路２４０ａ，２４０ｂを介して導入されることにより，ガス拡散室間に差圧が形成されるようにすることができる。ガス導入流量を変えることで差圧を調節することができるので，処理ガスやウェハの種類に応じて，あるいは，処理の段階ごとに，差圧を適宜変更することが可能である。また，複数種類の処理ガスを導入して行われる処理にも有効である。
【００３０】
以上，添付図面を参照しながら本発明にかかる処理装置の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００３１】
例えば，上記実施の形態においては，１の遮蔽板によりガス拡散空間を複数のガス拡散室に区画する場合について説明したが，本発明はこれに限定されず，遮蔽板を２以上備えるようにしてもよい。また，遮蔽板の隔壁の形状を変えることにより，区画されるガス拡散室の数・形状，ガス拡散室間の体積比等も適宜設計可能である。
【００３２】
また，上記実施の形態においては，処理装置は２のガス導入系を備えた場合の一例につき説明したが，本発明はこれに限定されず，３以上のガス導入系を備えるようにしてもよい。
【００３４】
また，第１の実施の形態で用いた遮蔽板の底面の形状を第２の実施の形態で用いてもよく，第２の実施の形態で用いた遮蔽板の底面の形状を第１の実施の形態で用いてもよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明の処理装置によれば，処理ガスや被処理体の種類に応じた柔軟な処理ガスの制御が可能である。また，従来構成の拡大化や製造コストの増大を招くことがない。
【００３６】
また特に請求項２に記載の処理装置によれば，ガス供給装置のガス流通孔のコンダクタンスを設計後に制御することができるので，処理ガスや被処理体の種類に応じて，あるいは，処理の段階ごとに差圧を適宜変更することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】処理装置の内部構成の説明図である。
【図２】図１の処理装置に用いられるシャワーヘッドの断面図である。
【図３】図２のシャワーヘッドに用いられる遮蔽板の平面図である。
【図４】他の処理装置の内部構成の説明図である。
【図５】図４の処理装置に用いられるシャワーヘッドの断面図である。
【図６】図５のシャワーヘッドに用いられる遮蔽板の平面図である。
【符号の説明】
１０，２０ 処理装置
１１，２１ 処理室
１２，２２ 載置台（下部電極）
１３，２３ マッチング回路
１４，２４ 高周波電源
１５，２５ ガス源
１６，２６，２７ 流量制御装置（マスフローコントローラ）
２８ コンダクタンスガスケット
１００，２００ シャワーヘッド（上部電極）
１１０，２１０ 第１電極板
１２０，２２０ 第２電極板
１２０ｈ，２２０ｈ ガス供給孔
１３０，２３０ 遮蔽板
１３０ａ，２３０ａ 隔壁
１３０ｂ 孔
１３０ｈ，２３０ｈ ガス流通孔
１４０ 処理ガス導入通路（処理ガス導入系）
２４０ａ 第１処理ガス導入通路（処理ガス導入系）
２４０ｂ 第２処理ガス導入通路（処理ガス導入系）
１５０，２５０ 第１ガス拡散室
１６０，２６０ 第２ガス拡散室

Claims (2)

1. 複数のガス供給孔を備えたガス供給装置により処理ガスを処理室内に供給して被処理体を処理する処理装置において：
   前記ガス供給装置は、
   １または２以上の隔壁によって中心部と１または２以上の周縁部とに区画された空間である複数のガス拡散室を含み、底面に前記ガス供給孔と連通するガス流通孔を有する遮蔽板と、
   前記遮蔽板の中央部に位置する第１のガス拡散室と上部から連通するガス導入通路と、
   を備え、
   前記隔壁は、前記隔壁を貫通し所定の孔径および/または孔数の調整孔が形成され、少なくとも２の前記ガス拡散室間を前記調整孔を介してガスが導入されることにより、前記ガス拡散室間に差圧が形成される、処理装置。
2. 前記遮蔽板は、円筒形状の前記隔壁を円周方向に少なくとも２以上設け、２以上設けられた前記隔壁のうち少なくとも１の隔壁が、前記隔壁相互の相対的位置が可変となるように回転可能であることにより形成される調整孔可変機構を有する、請求項１に記載の処理装置。

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