ガス供給部材、プラズマ処理装置およびイットリア含有膜の形成方法
【課題】プラズマ耐性の高いイットリアを含む材料でコーティング膜を形成した場合でも、イットリア粒子の脱粒やクラックなどによるコーティング膜の劣化を抑えることができる保護膜を提供する。
【解決手段】本発明の一つの実施形態によれば、ガス供給部材４１は、第１の径を有し、ガス流方向に延伸するガス流路４２１と、ガス流路４２１の一方の端部に接続され、ガス供給部材４１のガス流の下流側の面４１Ａに設けられる吐出口４２２と、を有するガス供給路４２を備える。吐出口４２２を構成する面の少なくとも一部の面は曲面によって構成される。また、吐出口４２２を構成する面上と、ガス供給部材４１の下流側の面４１Ａ上とにイットリア含有膜５０を備える。
【解決手段】本発明の一つの実施形態によれば、ガス供給部材４１は、第１の径を有し、ガス流方向に延伸するガス流路４２１と、ガス流路４２１の一方の端部に接続され、ガス供給部材４１のガス流の下流側の面４１Ａに設けられる吐出口４２２と、を有するガス供給路４２を備える。吐出口４２２を構成する面の少なくとも一部の面は曲面によって構成される。また、吐出口４２２を構成する面上と、ガス供給部材４１の下流側の面４１Ａ上とにイットリア含有膜５０を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ガス供給部材、プラズマ処理装置およびイットリア含有膜の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置や液晶表示装置などの製造における微細加工プロセスでは、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置が用いられる。ＲＩＥ装置では、チャンバ内を低圧状態にし、フッ素系ガスや塩素系ガスをチャンバ内に導入してプラズマ化し、エッチングを行っている。このようなＲＩＥ装置の内壁や内部構成部材は、プラズマに曝されることで腐食され易い問題があるため、保護膜としてイットリア、アルミナなどのプラズマ耐性の高い材料がコーティングされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００８／０４４５５５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＲＩＥ装置の内壁や内部構成部材にイットリアなどの保護膜をコーティングした場合でも、粒子の脱粒やクラック等により、保護膜が劣化してしまう問題点があった。
【０００５】
本発明の一つの実施形態は、プラズマ耐性の高いイットリアを含む材料で保護膜を形成した場合でも、イットリア粒子の脱粒やクラック等による劣化を抑えることができるガス供給部材、プラズマ処理装置およびイットリア含有膜の形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一つの実施形態によれば、ガス供給部材は、第１の径を有し、ガス流方向に延伸するガス流路と、前記ガス流路の一方の端部に接続され、前記ガス供給部材のガス流の下流側の面に設けられる吐出口と、を有するガス供給路を備える。前記吐出口を構成する面の少なくとも一部の面は曲面によって構成される。また、前記吐出口を構成する面上と、前記ガス供給部材の前記下流側の面上とにイットリア含有膜を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、第１の実施形態によるプラズマ処理装置の構成の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、第１の実施形態によるシャワーヘッドの吐出口付近の様子を模式的に示す一部断面図である。
【図３】図３は、保護膜の一例を模式的に示す断面図である。
【図４】図４は、第１の実施形態による保護膜の形成方法の手順の一例を模式的に示す断面図である。
【図５】図５は、一般的なシャワーヘッドの吐出口付近の様子を模式的に示す断面図である。
【図６】図６は、第２の実施形態によるシャワーヘッドの吐出口付近の様子を模式的に示す断面図である。
【図７】図７は、第３の実施形態によるシャワーヘッドの吐出口付近の様子を模式的に示す断面図である。
【図８】図８は、第４の実施形態によるシャワーヘッドの吐出口付近の様子を模式的に示す断面図である。
【図９】図９は、第４の実施形態によるシャワーヘッドへの保護膜の第１の形成方法の手順の一例を模式的に示す断面図である。
【図１０】図１０は、第４の実施形態によるシャワーヘッドへの保護膜の第２の形成方法の手順の一例を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかるガス供給部材、プラズマ処理装置およびイットリア含有膜の形成方法を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の実施形態で用いられる膜の断面図は模式的なものであり、層の厚みと幅との関係や各層の厚みの比率などは現実のものとは異なる。
【０００９】
（第１の実施形態）
第１の実施形態では、プラズマの暴露に対して耐性を有する膜をプラズマ処理装置の内壁に適用した場合を例に挙げて説明する。図１は、第１の実施形態によるプラズマ処理装置の構成の一例を模式的に示す断面図である。ここでは、プラズマ処理装置１０として、ＲＩＥ装置を例示している。プラズマ処理装置１０は、気密に構成されたたとえばアルミニウム製のチャンバ１１を有している。このチャンバ１１は接地されている。
【００１０】
チャンバ１１内には、処理対象としてのウェハ１００を水平に支持するとともに、下部電極として機能する支持テーブル２１が設けられている。支持テーブル２１の表面上には、図示しないがウェハ１００を静電吸着する静電チャック機構など保持機構が設けられている。支持テーブル２１の側面および底面の周縁部を覆うように絶縁リング２２が設けられており、絶縁リング２２で覆われた支持テーブル２１の上方の外周には、フォーカスリング２３が設けられている。このフォーカスリング２３は、ウェハ１００のエッチング時に、電界がウェハ１００の周縁部で鉛直方向（ウェハ面に垂直な方向）に対して偏向しないように電界を調整するために設けられる部材である。
【００１１】
また、支持テーブル２１は、チャンバ１１内の中央付近に位置するように、チャンバ１１の中央付近の底壁から鉛直上方に筒状に突出する支持部１２上に、絶縁リング２２を介して支持されている。絶縁リング２２とチャンバ１１の側壁との間には、バッフル板２４が設けられている。バッフル板２４は、板の厚さ方向を貫通する複数のガス排出孔２５を有する。また、支持テーブル２１には、高周波電力を供給する給電線３１が接続されており、この給電線３１にブロッキングコンデンサ３２、整合器３３および高周波電源３４が接続されている。高周波電源３４からは所定の周波数の高周波電力が支持テーブル２１に供給される。
【００１２】
下部電極として機能する支持テーブル２１に対向するように、支持テーブル２１の上部に上部電極として機能するシャワーヘッド４１が設けられている。シャワーヘッド４１は支持テーブル２１と平行に対向するように、支持テーブル２１から所定の距離を隔てたチャンバ１１の上部付近の側壁に固定される。このような構造によって、シャワーヘッド４１と支持テーブル２１とは、一対の平行平板電極を構成している。また、シャワーヘッド４１には、板の厚さ方向を貫通する複数のガス供給路４２が設けられている。
【００１３】
チャンバ１１の上部付近には、プラズマ処理時に使用される処理ガスが供給されるガス供給口１３が設けられており、ガス供給口１３には配管を通じて図示しないガス供給装置が接続されている。
【００１４】
支持テーブル２１とバッフル板２４よりも下部のチャンバ１１にはガス排気口１４が設けられており、ガス排気口１４には配管を通じて図示しない真空ポンプが接続されている。
【００１５】
このように、チャンバ１１内の支持テーブル２１およびバッフル板２４と、シャワーヘッド４１とで仕切られた領域は、プラズマ処理室６１となり、シャワーヘッド４１で仕切られたチャンバ１１内の上部の領域は、ガス供給室６２となり、支持テーブル２１およびバッフル板２４で仕切られたチャンバ１１内の下部の領域はガス排気室６３となる。
【００１６】
このような構成のプラズマ処理装置１０のプラズマ生成領域に接する側の構成部材の面、すなわちプラズマ処理室６１の構成部材の表面に保護膜５０が形成される。具体的には、プラズマ処理室６１を構成するチャンバ１１の内壁側面、シャワーヘッド４１のプラズマ処理室６１側の表面、バッフル板２４のプラズマ処理室６１側の表面、フォーカスリング２３の表面、支持テーブル２１のウェハ１００を載置する側の表面に、イットリアを含有する膜（以下、イットリア膜という）を有する保護膜５０が形成される。
【００１７】
このように構成されたプラズマ処理装置１０での処理の概要について説明する。まず、支持テーブル２１上に処理対象であるウェハ１００が載置され、たとえば静電チャック機構によって固定される。ついで、ガス排気口１４に接続される図示しない真空ポンプでチャンバ１１内が真空引きされる。このとき、ガス排気室６３とプラズマ処理室６１との間は、バッフル板２４に設けられたガス排出孔２５によって接続されており、プラズマ処理室６１とガス供給室６２との間は、シャワーヘッド４１のガス供給路４２によって接続されているので、ガス排気口１４に繋がる真空ポンプによってチャンバ１１内全体が真空引きされる。
【００１８】
その後、チャンバ１１内が所定の圧力に達すると、図示しないガス供給装置からガス供給室６２に処理ガスが供給され、シャワーヘッド４１のガス供給路４２を介してプラズマ処理室６１に供給される。プラズマ処理室６１内の圧力が所定の圧力に達すると、シャワーヘッド４１（上部電極）を接地した状態で、支持テーブル２１（下部電極）に高周波電圧を印加して、プラズマ処理室６１内にプラズマを生成させる。ここで、下部電極には高周波電圧が印加されているので、プラズマとウェハとの間に電位勾配が生じ、プラズマガス中のイオンが支持テーブル２１へと加速されることになり、エッチング処理が行われる。
【００１９】
図２は、第１の実施形態によるシャワーヘッドの吐出口付近の様子を模式的に示す一部断面図である。ガス供給部材であるシャワーヘッド４１には、ガス供給路４２が設けられている。ガス供給路４２は、たとえば図１に示されるように、シャワーヘッド４１の上面から下面（ガス流の下流側の面）に向かって、シャワーヘッド４１を構成する部材を貫通するように設けられる。ガス供給路４２は、第１の径を有するガス流路４２１と、ガス流路４２１の一方の端部から、第１の径よりも大きい第２の径となるように傾斜的に開口径が増大する吐出口４２２と、を有する。一例では、シャワーヘッド４１は、ガス供給路４２の吐出口４２２付近でその開口径が大きくなるようにテーパ形状に加工される。シャワーヘッド４１の構成部材としては、たとえばアルミニウムなどを例示することができる。
【００２０】
このようなシャワーヘッド４１において、保護膜５０は、少なくとも屈曲部４３の一部が露出されるように、吐出口４２２の形成面とシャワーヘッド４１の一方の主面である下流側の面の屈曲部４３近傍に設けられる。ここで、屈曲部４３とは、被膜形成対象が互いに平行でない複数の面（平面または曲面）で構成されるときに、１つの面を基準にして、他の面が９０度よりも大きな角度で前記１つの面と接合し、突状部を形成している部分のことをいう。また、この例では、ガス流路４２１と吐出口４２２との境界の屈曲部４３付近に形成された保護膜５０の側面が、ガス流路４２１の内面と略面一（つらいち）となるように形成される。すなわち、吐出口４２２の上部屈曲部４３付近の保護膜５０によって形成されるリング構造は、第１の径と略同一の径を有する。保護膜５０としては、５０〜１００μｍの厚さのイットリア膜であればよい。
【００２１】
図３は、保護膜の一例を模式的に示す断面図である。保護膜５０として、図３（ａ）に示されるように、被膜形成対象である構成部材５５上に形成された通常のイットリア膜５１でもよいし、図３（ｂ）に示されるように、図３（ａ）のイットリア膜５１を表面からイットリア膜５１の厚さの範囲で溶融させた溶融固化膜５３を有するものでもよい。この場合、すべての厚さのイットリア膜を溶融固化膜５３としてもよいし、表面から所定の厚さ範囲が溶融された溶融固化膜５３と、溶融されていない非溶融固化膜５２との積層構造としてもよい。溶融固化膜５３は非溶融固化膜５２に比して粒子間の空隙が抑制され、緻密であり、表面が平坦化された状態を有し、非溶融固化膜５２に比して密度が高い。非溶融固化膜５２の密度範囲は、２．０〜４．０ｇ／ｃｍ3であることが望ましく、溶融固化膜５３の密度範囲としては、４．０〜５．０ｇ／ｃｍ3であることが望ましい。
【００２２】
なお、上記した説明では、アルミニウムを構成部材とするシャワーヘッド４１にイットリア膜を含む保護膜５０を形成する場合について説明した。しかし、アルミニウム上にアルミナ膜を形成し、さらにこのアルミナ膜上に上記した保護膜５０を形成するようにしてもよい。
【００２３】
つぎに、このような保護膜５０のシャワーヘッド４１への形成方法について説明する。図４は、第１の実施形態による保護膜の形成方法の手順の一例を模式的に示す断面図である。まず、図４（ａ）に示されるように、たとえばアルミニウムで構成され、ガス供給路４２が形成されたシャワーヘッド４１の下流側の面（吐出口４２２側の面）上と、吐出口４２２からガス流路４２１の一部にかけた内面上に、イットリア膜からなる保護膜５０を５０〜１００μｍの厚さで形成する。つまり、ここではガス供給路４２の径が変化する屈曲部４３上を覆うように、保護膜５０が形成される。保護膜５０を構成するイットリア膜の形成方法としては、溶射法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、エアロゾルデポジション（Aerosol Deposition）法、コールドスプレー法、ガスデポジション法、静電微粒子衝撃コーティング法、衝撃焼結法などを用いることができる。
【００２４】
ついで、図４（ｂ）に示されるように、ガス流路４２１の内面に形成された保護膜５０を、例えば研磨などの方法により除去する。これによって、シャワーヘッド４１の屈曲部４３を構成する一方の面（下方の面）のみが被覆され、吐出口４２２の内面の屈曲部４３付近に形成された保護膜５０の側面は、ガス流路４２１の内面と略面一となる。以上で、図２に示される構造のシャワーヘッド４１が得られる。
【００２５】
なお、図４（ａ）の保護膜５０の形成では、イットリア膜を溶射法、ＣＶＤ法、エアロゾルデポジション法、コールドスプレー法、ガスデポジション法、静電微粒子衝撃コーティング法、衝撃焼結法などを用いて形成した後、イットリア膜に表面処理を施し、イットリア膜の表面から形成した膜厚の範囲内で溶融させた後固化させるようにしてもよい。表面処理として、たとえばレーザアニール処理やプラズマジェット処理などの選択的に表面を熱溶融できる方法を用いることができる。
【００２６】
ここで、比較例と比較したときの第１の実施形態の効果について説明する。図５は、一般的なシャワーヘッドの吐出口付近の様子を模式的に示す断面図である。ガス供給部材であるシャワーヘッド４１には、たとえばシャワーヘッド４１の上面から下流側の面に向かって、シャワーヘッド４１を構成する部材を貫通するようにガス供給路４２が設けられる。ガス供給路４２は、第１の径を有するガス流路４２１と、ガス流路４２１の一方の端部から、第１の径よりも大きい第２の径となるように傾斜的に開口径が増大する吐出口４２２と、を有する。この図５の例では、保護膜５０は、シャワーヘッド４１の下流側の面と、吐出口４２２の内面と、ガス流路４２１の吐出口４２２側付近とに設けられている。つまり、ガス供給路４２の屈曲部４３を覆うように、保護膜５０が設けられる構造となる。
【００２７】
一般的に、アルミニウムの線膨張係数は、２４×１０-6／℃程度であり、イットリアの線膨張係数は、７×１０-6／℃程度であり、両者の線膨張係数の差が大きい。そのため、プラズマ処理７０中の加熱で熱膨張が生じる際に、保護膜５０にクラック５６が発生しやすくなる。特に、屈曲部４３では、加熱時（プラズマ処理７０時）に熱膨張差によってクラック５６などが発生しやすくなる。
【００２８】
一方、第１の実施形態では、図２に示されるように、シャワーヘッド４１の屈曲部４３をまたがるように保護膜５０を形成していない。具体的な構造の例として、吐出口４２２の屈曲部４３付近に形成された保護膜５０によって形成されるガス供給路４２の一部としての内面が、ガス流路４２１の内面と略面一が一致するようにした。これによって、プラズマ処理中の加熱でシャワーヘッド４１と保護膜５０との間に熱膨張差が生じても、屈曲部４３付近の保護膜５０にはクラックが入りにくい構造となる。
【００２９】
（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態によるシャワーヘッドの吐出口付近の様子を模式的に示す断面図である。ここでは、母材であるシャワーヘッド４１のガス流路４２１の吐出口４２２が角度の異なる複数の面で構成されている点が第１の実施形態の場合と異なる。第２の実施形態でも、保護膜５０は、ガス供給部材であるシャワーヘッド４１の吐出口４２２付近と下流側の面に形成される。このような構造の保護膜５０では、角部４４に集中する応力が緩和される。第２の実施形態では、保護膜５０で被覆されている領域に存在する角部４４での膜厚ｄ2をそれ以外での膜厚ｄ1よりも厚くした場合、更に応力が緩和されるためクラックが入りづらい構造となる。ここで、膜厚ｄ1，ｄ2は、シャワーヘッド４１上の各位置における法線方向の保護膜５０の厚さである。具体的には、角部４４でない部分での膜厚ｄ1は１０〜１００μｍ程度の厚さであり、角部４４付近での膜厚ｄ2は、ｄ1より１〜２倍程厚い１０〜２００μｍ程度の厚さであるのが望ましい。
【００３０】
なお、この図に示されるように、シャワーヘッド４１の吐出口４２２に形成される角部４４の交差角度が、図２の場合に比して大きくなるようにしてもよい。また、このようなシャワーヘッド４１への保護膜５０の形成方法は、第１の実施形態と同様の方法で行うことができる。
【００３１】
（第３の実施形態）
図７は、第３の実施形態を模式的に示す断面図である。図６に示した第２の実施形態では、母材であるシャワーヘッド４１の吐出口４２２を形成する面とガス流の下流側の面（下面）がそれぞれ曲面ではなく、それぞれの面が所定の角度で接続されて角部４４を有しているが、図７に示した第３の実施形態では、母材であるシャワーヘッド４１のガス流路４２１を形成する面とシャワーヘッド４１の下流側の面４１Ａとが滑らかな曲面によって接続される場合を示している。ここで、ガス流路４２１との接続部から離れるにしたがって吐出口４２２の開口径が増大し、シャワーヘッド４１の下流側の面４１Ａでの開口径が第１の径よりも大きい第２の径となるテーパ形状を有するように、吐出口４２２を構成する曲面が構成される。図７の例では、吐出口４２２を構成する面のすべてが曲面によって構成される場合が示されているが、これに限定されるものではなく、少なくとも吐出口４２２を形成する面とシャワーヘッド４１の下流側の面４１Ａとの接続部付近（図６の角部４４に対応する領域）で曲面を有していればよい。なお、シャワーヘッド４１の下流側の面４１Ａは、吐出口４２２から吐出されるガスがプラズマ化される際に、プラズマが生成される領域に面するシャワーヘッド４１を構成する面である。また、図７におけるシャワーヘッド４１の吐出口４２２を形成する曲面における曲率半径は、１００〜５００μｍ程度であることが望ましい。
【００３２】
シャワーヘッド４１の吐出口４２２を形成する面上に形成される保護膜５０の膜厚は略一定となっている。また、保護膜５０は、吐出口４２２を形成する面上と、ガス流路４２１を形成する面の吐出口４２２側付近にも形成されている。そして、保護膜５０は、下地であるシャワーヘッド４１の吐出口４２２の形成面が曲面であるので、それに対応して曲面形状を有するように構成される。
【００３３】
なお、その他については、第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。たとえば、使用される保護膜５０については、第１の実施形態で使用される保護膜５０と同様である。また、保護膜５０は、アルミニウムを構成部材とするシャワーヘッド４１に直接に形成してもよいし、アルミニウム上にアルミナ膜を形成し、このアルミナ膜上に保護膜５０を形成してもよい。さらに、保護膜５０を構成するイットリア膜の形成方法も第１の実施形態に示した方法を用いることができる。
【００３４】
第３の実施形態によれば、下地であるシャワーヘッド４１の吐出口４２２の形成面が曲面で形成され、その上に保護膜５０を形成したので、第２の実施形態よりも更に角部４４に集中する応力が緩和されるため、第２の実施形態よりもクラックが入りづらい構造となる。
【００３５】
（第４の実施形態）
図８は、第４の実施形態によるシャワーヘッドの吐出口付近の様子を模式的に示す断面図である。第４の実施形態は、第３の実施形態と略同様の構造を有するが、第３の実施形態では、吐出口４２２上の保護膜５０の膜厚が一定であるのに対し、第４の実施形態では、吐出口４２２の中央付近に向かうにつれて、保護膜５０の膜厚が徐々に薄くなり、ガス流路４２１の側面にイットリア膜が形成されない点が第３の実施形態と異なる。このような構造の保護膜５０では、第２の実施形態よりも更に角部４３に集中する応力が緩和されるため、第２の実施形態よりもクラックが入りづらい構造となる。曲面部分の膜厚は１０〜１００μｍ程度に連続的に変化するのが望ましい。図８におけるシャワーヘッド４１の曲面における曲率半径は、図７と同様に１００〜５００μｍ程度であることが望ましい。
【００３６】
なお、第３の実施形態と同様に、ガス流路４２１との接続部から離れるにしたがって吐出口４２２の開口径が増大し、シャワーヘッド４１の下流側の面４１Ａでの開口径が第１の径よりも大きい第２の径となるテーパ形状を有するように、吐出口４２２を構成する曲面が構成される。図８の例では、吐出口４２２を構成する面のすべてが曲面によって構成される場合が示されているが、これに限定されるものではなく、少なくとも吐出口４２２を形成する面とシャワーヘッド４１の下流側の面４１Ａとの接続部付近（図６の角部４４に対応する領域）で曲面を有していればよい。なお、シャワーヘッド４１の下流側の面４１Ａは、吐出口４２２から吐出されるガスがプラズマ化される際に、プラズマが生成される領域に面するシャワーヘッド４１を構成する面である。
【００３７】
つぎに、第４の実施形態によるシャワーヘッドへの保護膜５０の形成方法について説明する。図９（ａ）〜（ｆ）は、図８に示される第４の実施形態によるシャワーヘッドの吐出口付近の第１の形成方法を模式的に示した一連の断面図である。第４の実施形態では、第１の径を有するガス流路４２１と、ガス流路４２１の下端から滑らかな曲面で口径が拡がり平面である下流側の面で第２の径となる吐出口４２２とにより、シャワーヘッド４１が形成される。保護膜５０は、吐出口４２２形成面上のガス流路４２１と吐出口４２２との境界の屈曲部４３からシャワーヘッド４１の下流側の面に向かって徐々に膜厚が増大するように形成されている。また、シャワーヘッド４１の下流側の面上では、略均一の厚さを有する。この構造でも、保護膜５０はガス流路４２１には形成されておらず、ガス流路４２１と吐出口４２２との境界の屈曲部４３付近に形成された保護膜５０の側面が、ガス流路４２１の内面と略面一となる。
【００３８】
図９（ａ）〜（ｆ）は、第４の実施形態によるシャワーヘッドへの保護膜の第１の形成方法の手順の一例を模式的に示す断面図である。ここでは、シャワーヘッド４１のガス供給路４２の一部のみを図示して説明を行う。まず、図９（ａ）に示されるように、たとえばアルミニウムで構成される母材にガス供給路４２を形成する。上記したように、ガス供給路４２は、第１の径を有するガス流路４２１と、ガス流路４２１の下端から滑らかな曲面で口径が拡がり平面である下流側の面で第２の径となる吐出口４２２と、により、シャワーヘッド４１が形成される。
【００３９】
ついで、図９（ｂ）に示されるように、シャワーヘッド４１の吐出口４２２側からネガ型フォトレジスト１０１を塗布する。ついで、図９（ｃ）に示されるように、シャワーヘッド４１の上面（ガス流路４２１形成側の面）から紫外光等で露光すると、ネガ型フォトレジスト１０１は露光された部分のみ硬化して、栓部材である犠牲層１０１ａとなる。このとき、露光されるのはシャワーヘッド４１のガス流路４２１の部分のみとなり、たとえばシャワーヘッド４１の下流側の面のガス流路４２１ではない領域に形成されたネガ型フォトレジスト１０１は、シャワーヘッド４１の部材で光が遮られるので硬化しない。その後、図９（ｄ）に示されるように、現像を行って、硬化していないネガ型フォトレジスト１０１を除去する。これによって、ガス供給路４２１内に犠牲層１０１ａが残存した形となる。なお、犠牲層１０１ａの下端部は、ガス流路４２１と吐出口４２２の境界部よりもシャワーヘッド４１の下流側の面側に突出している。
【００４０】
ついで、図９（ｅ）に示されるように、犠牲膜１０１ａが形成されたシャワーヘッド４１の吐出口４２２の形成面側（下流側の面側）上にイットリア膜からなる保護膜５０を形成する。保護膜５０を構成するイットリア膜の形成方法としては、溶射法、ＣＶＤ法、エアロゾルデポジション法、コールドスプレー法、ガスデポジション法、静電微粒子衝撃コーティング法、衝撃焼結法などを用いることができる。ここでは、シャワーヘッド４１の下流側の面には５０〜１００μｍの厚さで保護膜５０が形成されるが、吐出口４２２の中央付近１０５に向かうにつれて、イットリア粒子が届き難くなるため膜厚が徐々に薄くなる。また、犠牲膜１０１ａの上面付近にも保護膜５０が形成される。
【００４１】
その後、図９（ｆ）に示されるように、アッシングなどの方法によって犠牲膜１０１ａを除去する。以上によって、シャワーヘッド４１の吐出口４２２を構成する面上と、シャワーヘッド４１の下流側の面上に保護膜５０が形成される。
【００４２】
ここに示した第１の形成方法は、第１〜第３の実施形態を形成する場合にも用いることができる。
【００４３】
また、図８に示されるようなシャワーヘッド４１への保護膜５０の形成方法として、第１の形成方法以外の方法も用いることができる。ここでは、第１の形成方法とは異なる方法で、図８に示した第４の実施形態によるシャワーヘッド４１の吐出口４２２付近の加工方法について説明する。
【００４４】
図１０（ａ）〜（ｄ）は、図８に示した第４の実施形態によるシャワーヘッドへの保護膜の第２の形成方法の手順の一例を模式的に示す断面図である。ここでは、シャワーヘッド４１のガス供給路４２の一部のみを図示して説明を行う。まず、図１０（ａ）に示されるように、たとえばアルミニウムで構成される母材にガス供給路４２を形成する。ガス供給路４２は、上記したように、第１の径を有するガス流路４２１と、ガス流路４２１の下端から滑らかな曲面で口径が拡がり平面である下流側の面で第２の径となる吐出口４２２とにより、シャワーヘッド４１が形成される。
【００４５】
ついで、図１０（ｂ）に示されるように、栓部材である治具１１１をガス流路４２１に挿入する。この治具１１１は、ガス流路４２１の第１の径と略同じ径を有する。治具１１１は、シャワーヘッド４１の下流側の面側（吐出口４２２が形成される側）から吐出口４２２側に少し突出するように挿入される。このとき、シャワーヘッド４１のガス流路４２１は冶具１１１によって塞がれ、治具１１１の下端部はガス流路４２１と吐出口４２２との境界よりも下流側の面側（吐出口４２２の開口径が大きくなる側）に少し突出するように固定される。
【００４６】
その後、図１０（ｃ）に示されるように、治具１１１が挿入されたシャワーヘッド４１の吐出口４２２の形成面側（下流側の面側）上にイットリア膜からなる保護膜５０を形成する。保護膜５０を構成するイットリア膜の形成方法としては、溶射法、ＣＶＤ法、エアロゾルデポジション法、コールドスプレー法、ガスデポジション法、静電微粒子衝撃コーティング法、衝撃焼結法などを用いることができる。ここでは、シャワーヘッド４１の下流側の面には５０〜１００μｍの厚さで保護膜５０が形成されるが、吐出口４２２の中央付近に向かうにつれて、イットリア粒子が届き難くなるため膜厚が徐々に薄くなる。また、ガス流路４２１には治具１１１により塞がれているため、ガス流路４２１内には保護膜５０は形成されず、治具１１１の上面付近に保護膜５０が形成される。
【００４７】
その後、図１０（ｄ）に示されるように、治具１１１を除去する。ここでは、保護膜５０が損傷しないように、シャワーヘッド４１の下流側の面側から治具１１１を除去する。以上によって、シャワーヘッド４１の吐出口４２２を構成する面上と、シャワーヘッド４１の下流側の面上に保護膜５０が形成される。
【００４８】
第２の形成方法では、ガス流路４２１を治具１１１で塞いだ後、シャワーヘッド４１の下流側の面上と吐出口４２２の形成面上に保護膜５０を形成し、保護膜５０を形成後に治具１１１をガス流路４２１から抜き出すようにしたので、第１の形成方法に比して、保護膜５０の形成を容易に行うことができるという効果を有する。また、治具１１１は、複数回繰り返し使用することができるので、第１の形成方法のようにレジストを用いる場合に比して低コストで保護膜５０を形成することができるという効果も有する。
【００４９】
なお、第１および第２の形成方法では、ガス流路４２１と吐出口４２２との境界の屈曲部４３付近の保護膜５０によって形成されたガス供給路４２の一部としての側面と、シャワーヘッド４１で構成されるガス流路４２１の内面とが面一となるように形成される場合を図示して説明したが、これに限定されるものではない。上記したように、少なくとも屈曲部４３の一部が露出されるように、保護膜５０が形成されればよい。
【００５０】
第４の実施形態では、プラズマ処理時に、シャワーヘッド４１と保護膜５０との間の線膨張係数の違いによって応力が集中しやすい屈曲部４３および角部４４付近で応力集中が緩和され、クラックなどの欠陥の発生が抑制される。その結果、保護膜５０からイットリアを含むダストの発生を防止することができるという効果を有する。また、第１の実施形態で示した研磨などの追加工を必要としないため、コストが安く、研磨の際に発生する可能性がある保護膜５０のクラックや研磨の際に発生する発塵も問題ない構造となる。
【００５１】
また、第１〜第４の実施形態では、ＲＩＥ装置のシャワーヘッド４１に形成される保護膜５０を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、シャワーヘッド４１以外の部材、たとえばチャンバ１１の内壁、バッフル板２４、フォーカスリング２３、プラズマ処理対象を保持する支持テーブル２１などに第１〜第４の実施形態による保護膜５０を形成することができる。
【００５２】
さらに、上記した説明では、プラズマ処理装置１０としてＲＩＥ装置を例に挙げて説明したが、アッシング装置、ＣＤＥ（Chemical Dry Etching）装置、ＣＶＤ装置などの処理装置全般や半導体製造装置全般に、上記した実施形態を適用することができる。
【００５３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５４】
１０…プラズマ処理装置、１１…チャンバ、１２…支持部、１３…ガス供給口、１４…ガス排気口、２１…支持テーブル、２２…絶縁リング、２３…フォーカスリング、２４…バッフル板、２５…ガス排出孔、３１…給電線、３２…ブロッキングコンデンサ、３３…整合器、３４…高周波電源、４１…シャワーヘッド、４２…ガス供給路、４３…屈曲部、４４…角部、５０…保護膜、５１…イットリア膜、５２…非溶融固化膜、５３…溶融固化膜、５５…構成部材、５６…クラック、５７…ダスト、６１…プラズマ処理室、６２…ガス供給室、６３…ガス排気室、１００…ウェハ、１０１…ネガ型フォトレジスト、１０１ａ…犠牲層、１１１…治具、４２１…ガス流路、４２２…吐出口。
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ガス供給部材、プラズマ処理装置およびイットリア含有膜の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置や液晶表示装置などの製造における微細加工プロセスでは、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置が用いられる。ＲＩＥ装置では、チャンバ内を低圧状態にし、フッ素系ガスや塩素系ガスをチャンバ内に導入してプラズマ化し、エッチングを行っている。このようなＲＩＥ装置の内壁や内部構成部材は、プラズマに曝されることで腐食され易い問題があるため、保護膜としてイットリア、アルミナなどのプラズマ耐性の高い材料がコーティングされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００８／０４４５５５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＲＩＥ装置の内壁や内部構成部材にイットリアなどの保護膜をコーティングした場合でも、粒子の脱粒やクラック等により、保護膜が劣化してしまう問題点があった。
【０００５】
本発明の一つの実施形態は、プラズマ耐性の高いイットリアを含む材料で保護膜を形成した場合でも、イットリア粒子の脱粒やクラック等による劣化を抑えることができるガス供給部材、プラズマ処理装置およびイットリア含有膜の形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一つの実施形態によれば、ガス供給部材は、第１の径を有し、ガス流方向に延伸するガス流路と、前記ガス流路の一方の端部に接続され、前記ガス供給部材のガス流の下流側の面に設けられる吐出口と、を有するガス供給路を備える。前記吐出口を構成する面の少なくとも一部の面は曲面によって構成される。また、前記吐出口を構成する面上と、前記ガス供給部材の前記下流側の面上とにイットリア含有膜を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、第１の実施形態によるプラズマ処理装置の構成の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、第１の実施形態によるシャワーヘッドの吐出口付近の様子を模式的に示す一部断面図である。
【図３】図３は、保護膜の一例を模式的に示す断面図である。
【図４】図４は、第１の実施形態による保護膜の形成方法の手順の一例を模式的に示す断面図である。
【図５】図５は、一般的なシャワーヘッドの吐出口付近の様子を模式的に示す断面図である。
【図６】図６は、第２の実施形態によるシャワーヘッドの吐出口付近の様子を模式的に示す断面図である。
【図７】図７は、第３の実施形態によるシャワーヘッドの吐出口付近の様子を模式的に示す断面図である。
【図８】図８は、第４の実施形態によるシャワーヘッドの吐出口付近の様子を模式的に示す断面図である。
【図９】図９は、第４の実施形態によるシャワーヘッドへの保護膜の第１の形成方法の手順の一例を模式的に示す断面図である。
【図１０】図１０は、第４の実施形態によるシャワーヘッドへの保護膜の第２の形成方法の手順の一例を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかるガス供給部材、プラズマ処理装置およびイットリア含有膜の形成方法を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の実施形態で用いられる膜の断面図は模式的なものであり、層の厚みと幅との関係や各層の厚みの比率などは現実のものとは異なる。
【０００９】
（第１の実施形態）
第１の実施形態では、プラズマの暴露に対して耐性を有する膜をプラズマ処理装置の内壁に適用した場合を例に挙げて説明する。図１は、第１の実施形態によるプラズマ処理装置の構成の一例を模式的に示す断面図である。ここでは、プラズマ処理装置１０として、ＲＩＥ装置を例示している。プラズマ処理装置１０は、気密に構成されたたとえばアルミニウム製のチャンバ１１を有している。このチャンバ１１は接地されている。
【００１０】
チャンバ１１内には、処理対象としてのウェハ１００を水平に支持するとともに、下部電極として機能する支持テーブル２１が設けられている。支持テーブル２１の表面上には、図示しないがウェハ１００を静電吸着する静電チャック機構など保持機構が設けられている。支持テーブル２１の側面および底面の周縁部を覆うように絶縁リング２２が設けられており、絶縁リング２２で覆われた支持テーブル２１の上方の外周には、フォーカスリング２３が設けられている。このフォーカスリング２３は、ウェハ１００のエッチング時に、電界がウェハ１００の周縁部で鉛直方向（ウェハ面に垂直な方向）に対して偏向しないように電界を調整するために設けられる部材である。
【００１１】
また、支持テーブル２１は、チャンバ１１内の中央付近に位置するように、チャンバ１１の中央付近の底壁から鉛直上方に筒状に突出する支持部１２上に、絶縁リング２２を介して支持されている。絶縁リング２２とチャンバ１１の側壁との間には、バッフル板２４が設けられている。バッフル板２４は、板の厚さ方向を貫通する複数のガス排出孔２５を有する。また、支持テーブル２１には、高周波電力を供給する給電線３１が接続されており、この給電線３１にブロッキングコンデンサ３２、整合器３３および高周波電源３４が接続されている。高周波電源３４からは所定の周波数の高周波電力が支持テーブル２１に供給される。
【００１２】
下部電極として機能する支持テーブル２１に対向するように、支持テーブル２１の上部に上部電極として機能するシャワーヘッド４１が設けられている。シャワーヘッド４１は支持テーブル２１と平行に対向するように、支持テーブル２１から所定の距離を隔てたチャンバ１１の上部付近の側壁に固定される。このような構造によって、シャワーヘッド４１と支持テーブル２１とは、一対の平行平板電極を構成している。また、シャワーヘッド４１には、板の厚さ方向を貫通する複数のガス供給路４２が設けられている。
【００１３】
チャンバ１１の上部付近には、プラズマ処理時に使用される処理ガスが供給されるガス供給口１３が設けられており、ガス供給口１３には配管を通じて図示しないガス供給装置が接続されている。
【００１４】
支持テーブル２１とバッフル板２４よりも下部のチャンバ１１にはガス排気口１４が設けられており、ガス排気口１４には配管を通じて図示しない真空ポンプが接続されている。
【００１５】
このように、チャンバ１１内の支持テーブル２１およびバッフル板２４と、シャワーヘッド４１とで仕切られた領域は、プラズマ処理室６１となり、シャワーヘッド４１で仕切られたチャンバ１１内の上部の領域は、ガス供給室６２となり、支持テーブル２１およびバッフル板２４で仕切られたチャンバ１１内の下部の領域はガス排気室６３となる。
【００１６】
このような構成のプラズマ処理装置１０のプラズマ生成領域に接する側の構成部材の面、すなわちプラズマ処理室６１の構成部材の表面に保護膜５０が形成される。具体的には、プラズマ処理室６１を構成するチャンバ１１の内壁側面、シャワーヘッド４１のプラズマ処理室６１側の表面、バッフル板２４のプラズマ処理室６１側の表面、フォーカスリング２３の表面、支持テーブル２１のウェハ１００を載置する側の表面に、イットリアを含有する膜（以下、イットリア膜という）を有する保護膜５０が形成される。
【００１７】
このように構成されたプラズマ処理装置１０での処理の概要について説明する。まず、支持テーブル２１上に処理対象であるウェハ１００が載置され、たとえば静電チャック機構によって固定される。ついで、ガス排気口１４に接続される図示しない真空ポンプでチャンバ１１内が真空引きされる。このとき、ガス排気室６３とプラズマ処理室６１との間は、バッフル板２４に設けられたガス排出孔２５によって接続されており、プラズマ処理室６１とガス供給室６２との間は、シャワーヘッド４１のガス供給路４２によって接続されているので、ガス排気口１４に繋がる真空ポンプによってチャンバ１１内全体が真空引きされる。
【００１８】
その後、チャンバ１１内が所定の圧力に達すると、図示しないガス供給装置からガス供給室６２に処理ガスが供給され、シャワーヘッド４１のガス供給路４２を介してプラズマ処理室６１に供給される。プラズマ処理室６１内の圧力が所定の圧力に達すると、シャワーヘッド４１（上部電極）を接地した状態で、支持テーブル２１（下部電極）に高周波電圧を印加して、プラズマ処理室６１内にプラズマを生成させる。ここで、下部電極には高周波電圧が印加されているので、プラズマとウェハとの間に電位勾配が生じ、プラズマガス中のイオンが支持テーブル２１へと加速されることになり、エッチング処理が行われる。
【００１９】
図２は、第１の実施形態によるシャワーヘッドの吐出口付近の様子を模式的に示す一部断面図である。ガス供給部材であるシャワーヘッド４１には、ガス供給路４２が設けられている。ガス供給路４２は、たとえば図１に示されるように、シャワーヘッド４１の上面から下面（ガス流の下流側の面）に向かって、シャワーヘッド４１を構成する部材を貫通するように設けられる。ガス供給路４２は、第１の径を有するガス流路４２１と、ガス流路４２１の一方の端部から、第１の径よりも大きい第２の径となるように傾斜的に開口径が増大する吐出口４２２と、を有する。一例では、シャワーヘッド４１は、ガス供給路４２の吐出口４２２付近でその開口径が大きくなるようにテーパ形状に加工される。シャワーヘッド４１の構成部材としては、たとえばアルミニウムなどを例示することができる。
【００２０】
このようなシャワーヘッド４１において、保護膜５０は、少なくとも屈曲部４３の一部が露出されるように、吐出口４２２の形成面とシャワーヘッド４１の一方の主面である下流側の面の屈曲部４３近傍に設けられる。ここで、屈曲部４３とは、被膜形成対象が互いに平行でない複数の面（平面または曲面）で構成されるときに、１つの面を基準にして、他の面が９０度よりも大きな角度で前記１つの面と接合し、突状部を形成している部分のことをいう。また、この例では、ガス流路４２１と吐出口４２２との境界の屈曲部４３付近に形成された保護膜５０の側面が、ガス流路４２１の内面と略面一（つらいち）となるように形成される。すなわち、吐出口４２２の上部屈曲部４３付近の保護膜５０によって形成されるリング構造は、第１の径と略同一の径を有する。保護膜５０としては、５０〜１００μｍの厚さのイットリア膜であればよい。
【００２１】
図３は、保護膜の一例を模式的に示す断面図である。保護膜５０として、図３（ａ）に示されるように、被膜形成対象である構成部材５５上に形成された通常のイットリア膜５１でもよいし、図３（ｂ）に示されるように、図３（ａ）のイットリア膜５１を表面からイットリア膜５１の厚さの範囲で溶融させた溶融固化膜５３を有するものでもよい。この場合、すべての厚さのイットリア膜を溶融固化膜５３としてもよいし、表面から所定の厚さ範囲が溶融された溶融固化膜５３と、溶融されていない非溶融固化膜５２との積層構造としてもよい。溶融固化膜５３は非溶融固化膜５２に比して粒子間の空隙が抑制され、緻密であり、表面が平坦化された状態を有し、非溶融固化膜５２に比して密度が高い。非溶融固化膜５２の密度範囲は、２．０〜４．０ｇ／ｃｍ3であることが望ましく、溶融固化膜５３の密度範囲としては、４．０〜５．０ｇ／ｃｍ3であることが望ましい。
【００２２】
なお、上記した説明では、アルミニウムを構成部材とするシャワーヘッド４１にイットリア膜を含む保護膜５０を形成する場合について説明した。しかし、アルミニウム上にアルミナ膜を形成し、さらにこのアルミナ膜上に上記した保護膜５０を形成するようにしてもよい。
【００２３】
つぎに、このような保護膜５０のシャワーヘッド４１への形成方法について説明する。図４は、第１の実施形態による保護膜の形成方法の手順の一例を模式的に示す断面図である。まず、図４（ａ）に示されるように、たとえばアルミニウムで構成され、ガス供給路４２が形成されたシャワーヘッド４１の下流側の面（吐出口４２２側の面）上と、吐出口４２２からガス流路４２１の一部にかけた内面上に、イットリア膜からなる保護膜５０を５０〜１００μｍの厚さで形成する。つまり、ここではガス供給路４２の径が変化する屈曲部４３上を覆うように、保護膜５０が形成される。保護膜５０を構成するイットリア膜の形成方法としては、溶射法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、エアロゾルデポジション（Aerosol Deposition）法、コールドスプレー法、ガスデポジション法、静電微粒子衝撃コーティング法、衝撃焼結法などを用いることができる。
【００２４】
ついで、図４（ｂ）に示されるように、ガス流路４２１の内面に形成された保護膜５０を、例えば研磨などの方法により除去する。これによって、シャワーヘッド４１の屈曲部４３を構成する一方の面（下方の面）のみが被覆され、吐出口４２２の内面の屈曲部４３付近に形成された保護膜５０の側面は、ガス流路４２１の内面と略面一となる。以上で、図２に示される構造のシャワーヘッド４１が得られる。
【００２５】
なお、図４（ａ）の保護膜５０の形成では、イットリア膜を溶射法、ＣＶＤ法、エアロゾルデポジション法、コールドスプレー法、ガスデポジション法、静電微粒子衝撃コーティング法、衝撃焼結法などを用いて形成した後、イットリア膜に表面処理を施し、イットリア膜の表面から形成した膜厚の範囲内で溶融させた後固化させるようにしてもよい。表面処理として、たとえばレーザアニール処理やプラズマジェット処理などの選択的に表面を熱溶融できる方法を用いることができる。
【００２６】
ここで、比較例と比較したときの第１の実施形態の効果について説明する。図５は、一般的なシャワーヘッドの吐出口付近の様子を模式的に示す断面図である。ガス供給部材であるシャワーヘッド４１には、たとえばシャワーヘッド４１の上面から下流側の面に向かって、シャワーヘッド４１を構成する部材を貫通するようにガス供給路４２が設けられる。ガス供給路４２は、第１の径を有するガス流路４２１と、ガス流路４２１の一方の端部から、第１の径よりも大きい第２の径となるように傾斜的に開口径が増大する吐出口４２２と、を有する。この図５の例では、保護膜５０は、シャワーヘッド４１の下流側の面と、吐出口４２２の内面と、ガス流路４２１の吐出口４２２側付近とに設けられている。つまり、ガス供給路４２の屈曲部４３を覆うように、保護膜５０が設けられる構造となる。
【００２７】
一般的に、アルミニウムの線膨張係数は、２４×１０-6／℃程度であり、イットリアの線膨張係数は、７×１０-6／℃程度であり、両者の線膨張係数の差が大きい。そのため、プラズマ処理７０中の加熱で熱膨張が生じる際に、保護膜５０にクラック５６が発生しやすくなる。特に、屈曲部４３では、加熱時（プラズマ処理７０時）に熱膨張差によってクラック５６などが発生しやすくなる。
【００２８】
一方、第１の実施形態では、図２に示されるように、シャワーヘッド４１の屈曲部４３をまたがるように保護膜５０を形成していない。具体的な構造の例として、吐出口４２２の屈曲部４３付近に形成された保護膜５０によって形成されるガス供給路４２の一部としての内面が、ガス流路４２１の内面と略面一が一致するようにした。これによって、プラズマ処理中の加熱でシャワーヘッド４１と保護膜５０との間に熱膨張差が生じても、屈曲部４３付近の保護膜５０にはクラックが入りにくい構造となる。
【００２９】
（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態によるシャワーヘッドの吐出口付近の様子を模式的に示す断面図である。ここでは、母材であるシャワーヘッド４１のガス流路４２１の吐出口４２２が角度の異なる複数の面で構成されている点が第１の実施形態の場合と異なる。第２の実施形態でも、保護膜５０は、ガス供給部材であるシャワーヘッド４１の吐出口４２２付近と下流側の面に形成される。このような構造の保護膜５０では、角部４４に集中する応力が緩和される。第２の実施形態では、保護膜５０で被覆されている領域に存在する角部４４での膜厚ｄ2をそれ以外での膜厚ｄ1よりも厚くした場合、更に応力が緩和されるためクラックが入りづらい構造となる。ここで、膜厚ｄ1，ｄ2は、シャワーヘッド４１上の各位置における法線方向の保護膜５０の厚さである。具体的には、角部４４でない部分での膜厚ｄ1は１０〜１００μｍ程度の厚さであり、角部４４付近での膜厚ｄ2は、ｄ1より１〜２倍程厚い１０〜２００μｍ程度の厚さであるのが望ましい。
【００３０】
なお、この図に示されるように、シャワーヘッド４１の吐出口４２２に形成される角部４４の交差角度が、図２の場合に比して大きくなるようにしてもよい。また、このようなシャワーヘッド４１への保護膜５０の形成方法は、第１の実施形態と同様の方法で行うことができる。
【００３１】
（第３の実施形態）
図７は、第３の実施形態を模式的に示す断面図である。図６に示した第２の実施形態では、母材であるシャワーヘッド４１の吐出口４２２を形成する面とガス流の下流側の面（下面）がそれぞれ曲面ではなく、それぞれの面が所定の角度で接続されて角部４４を有しているが、図７に示した第３の実施形態では、母材であるシャワーヘッド４１のガス流路４２１を形成する面とシャワーヘッド４１の下流側の面４１Ａとが滑らかな曲面によって接続される場合を示している。ここで、ガス流路４２１との接続部から離れるにしたがって吐出口４２２の開口径が増大し、シャワーヘッド４１の下流側の面４１Ａでの開口径が第１の径よりも大きい第２の径となるテーパ形状を有するように、吐出口４２２を構成する曲面が構成される。図７の例では、吐出口４２２を構成する面のすべてが曲面によって構成される場合が示されているが、これに限定されるものではなく、少なくとも吐出口４２２を形成する面とシャワーヘッド４１の下流側の面４１Ａとの接続部付近（図６の角部４４に対応する領域）で曲面を有していればよい。なお、シャワーヘッド４１の下流側の面４１Ａは、吐出口４２２から吐出されるガスがプラズマ化される際に、プラズマが生成される領域に面するシャワーヘッド４１を構成する面である。また、図７におけるシャワーヘッド４１の吐出口４２２を形成する曲面における曲率半径は、１００〜５００μｍ程度であることが望ましい。
【００３２】
シャワーヘッド４１の吐出口４２２を形成する面上に形成される保護膜５０の膜厚は略一定となっている。また、保護膜５０は、吐出口４２２を形成する面上と、ガス流路４２１を形成する面の吐出口４２２側付近にも形成されている。そして、保護膜５０は、下地であるシャワーヘッド４１の吐出口４２２の形成面が曲面であるので、それに対応して曲面形状を有するように構成される。
【００３３】
なお、その他については、第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。たとえば、使用される保護膜５０については、第１の実施形態で使用される保護膜５０と同様である。また、保護膜５０は、アルミニウムを構成部材とするシャワーヘッド４１に直接に形成してもよいし、アルミニウム上にアルミナ膜を形成し、このアルミナ膜上に保護膜５０を形成してもよい。さらに、保護膜５０を構成するイットリア膜の形成方法も第１の実施形態に示した方法を用いることができる。
【００３４】
第３の実施形態によれば、下地であるシャワーヘッド４１の吐出口４２２の形成面が曲面で形成され、その上に保護膜５０を形成したので、第２の実施形態よりも更に角部４４に集中する応力が緩和されるため、第２の実施形態よりもクラックが入りづらい構造となる。
【００３５】
（第４の実施形態）
図８は、第４の実施形態によるシャワーヘッドの吐出口付近の様子を模式的に示す断面図である。第４の実施形態は、第３の実施形態と略同様の構造を有するが、第３の実施形態では、吐出口４２２上の保護膜５０の膜厚が一定であるのに対し、第４の実施形態では、吐出口４２２の中央付近に向かうにつれて、保護膜５０の膜厚が徐々に薄くなり、ガス流路４２１の側面にイットリア膜が形成されない点が第３の実施形態と異なる。このような構造の保護膜５０では、第２の実施形態よりも更に角部４３に集中する応力が緩和されるため、第２の実施形態よりもクラックが入りづらい構造となる。曲面部分の膜厚は１０〜１００μｍ程度に連続的に変化するのが望ましい。図８におけるシャワーヘッド４１の曲面における曲率半径は、図７と同様に１００〜５００μｍ程度であることが望ましい。
【００３６】
なお、第３の実施形態と同様に、ガス流路４２１との接続部から離れるにしたがって吐出口４２２の開口径が増大し、シャワーヘッド４１の下流側の面４１Ａでの開口径が第１の径よりも大きい第２の径となるテーパ形状を有するように、吐出口４２２を構成する曲面が構成される。図８の例では、吐出口４２２を構成する面のすべてが曲面によって構成される場合が示されているが、これに限定されるものではなく、少なくとも吐出口４２２を形成する面とシャワーヘッド４１の下流側の面４１Ａとの接続部付近（図６の角部４４に対応する領域）で曲面を有していればよい。なお、シャワーヘッド４１の下流側の面４１Ａは、吐出口４２２から吐出されるガスがプラズマ化される際に、プラズマが生成される領域に面するシャワーヘッド４１を構成する面である。
【００３７】
つぎに、第４の実施形態によるシャワーヘッドへの保護膜５０の形成方法について説明する。図９（ａ）〜（ｆ）は、図８に示される第４の実施形態によるシャワーヘッドの吐出口付近の第１の形成方法を模式的に示した一連の断面図である。第４の実施形態では、第１の径を有するガス流路４２１と、ガス流路４２１の下端から滑らかな曲面で口径が拡がり平面である下流側の面で第２の径となる吐出口４２２とにより、シャワーヘッド４１が形成される。保護膜５０は、吐出口４２２形成面上のガス流路４２１と吐出口４２２との境界の屈曲部４３からシャワーヘッド４１の下流側の面に向かって徐々に膜厚が増大するように形成されている。また、シャワーヘッド４１の下流側の面上では、略均一の厚さを有する。この構造でも、保護膜５０はガス流路４２１には形成されておらず、ガス流路４２１と吐出口４２２との境界の屈曲部４３付近に形成された保護膜５０の側面が、ガス流路４２１の内面と略面一となる。
【００３８】
図９（ａ）〜（ｆ）は、第４の実施形態によるシャワーヘッドへの保護膜の第１の形成方法の手順の一例を模式的に示す断面図である。ここでは、シャワーヘッド４１のガス供給路４２の一部のみを図示して説明を行う。まず、図９（ａ）に示されるように、たとえばアルミニウムで構成される母材にガス供給路４２を形成する。上記したように、ガス供給路４２は、第１の径を有するガス流路４２１と、ガス流路４２１の下端から滑らかな曲面で口径が拡がり平面である下流側の面で第２の径となる吐出口４２２と、により、シャワーヘッド４１が形成される。
【００３９】
ついで、図９（ｂ）に示されるように、シャワーヘッド４１の吐出口４２２側からネガ型フォトレジスト１０１を塗布する。ついで、図９（ｃ）に示されるように、シャワーヘッド４１の上面（ガス流路４２１形成側の面）から紫外光等で露光すると、ネガ型フォトレジスト１０１は露光された部分のみ硬化して、栓部材である犠牲層１０１ａとなる。このとき、露光されるのはシャワーヘッド４１のガス流路４２１の部分のみとなり、たとえばシャワーヘッド４１の下流側の面のガス流路４２１ではない領域に形成されたネガ型フォトレジスト１０１は、シャワーヘッド４１の部材で光が遮られるので硬化しない。その後、図９（ｄ）に示されるように、現像を行って、硬化していないネガ型フォトレジスト１０１を除去する。これによって、ガス供給路４２１内に犠牲層１０１ａが残存した形となる。なお、犠牲層１０１ａの下端部は、ガス流路４２１と吐出口４２２の境界部よりもシャワーヘッド４１の下流側の面側に突出している。
【００４０】
ついで、図９（ｅ）に示されるように、犠牲膜１０１ａが形成されたシャワーヘッド４１の吐出口４２２の形成面側（下流側の面側）上にイットリア膜からなる保護膜５０を形成する。保護膜５０を構成するイットリア膜の形成方法としては、溶射法、ＣＶＤ法、エアロゾルデポジション法、コールドスプレー法、ガスデポジション法、静電微粒子衝撃コーティング法、衝撃焼結法などを用いることができる。ここでは、シャワーヘッド４１の下流側の面には５０〜１００μｍの厚さで保護膜５０が形成されるが、吐出口４２２の中央付近１０５に向かうにつれて、イットリア粒子が届き難くなるため膜厚が徐々に薄くなる。また、犠牲膜１０１ａの上面付近にも保護膜５０が形成される。
【００４１】
その後、図９（ｆ）に示されるように、アッシングなどの方法によって犠牲膜１０１ａを除去する。以上によって、シャワーヘッド４１の吐出口４２２を構成する面上と、シャワーヘッド４１の下流側の面上に保護膜５０が形成される。
【００４２】
ここに示した第１の形成方法は、第１〜第３の実施形態を形成する場合にも用いることができる。
【００４３】
また、図８に示されるようなシャワーヘッド４１への保護膜５０の形成方法として、第１の形成方法以外の方法も用いることができる。ここでは、第１の形成方法とは異なる方法で、図８に示した第４の実施形態によるシャワーヘッド４１の吐出口４２２付近の加工方法について説明する。
【００４４】
図１０（ａ）〜（ｄ）は、図８に示した第４の実施形態によるシャワーヘッドへの保護膜の第２の形成方法の手順の一例を模式的に示す断面図である。ここでは、シャワーヘッド４１のガス供給路４２の一部のみを図示して説明を行う。まず、図１０（ａ）に示されるように、たとえばアルミニウムで構成される母材にガス供給路４２を形成する。ガス供給路４２は、上記したように、第１の径を有するガス流路４２１と、ガス流路４２１の下端から滑らかな曲面で口径が拡がり平面である下流側の面で第２の径となる吐出口４２２とにより、シャワーヘッド４１が形成される。
【００４５】
ついで、図１０（ｂ）に示されるように、栓部材である治具１１１をガス流路４２１に挿入する。この治具１１１は、ガス流路４２１の第１の径と略同じ径を有する。治具１１１は、シャワーヘッド４１の下流側の面側（吐出口４２２が形成される側）から吐出口４２２側に少し突出するように挿入される。このとき、シャワーヘッド４１のガス流路４２１は冶具１１１によって塞がれ、治具１１１の下端部はガス流路４２１と吐出口４２２との境界よりも下流側の面側（吐出口４２２の開口径が大きくなる側）に少し突出するように固定される。
【００４６】
その後、図１０（ｃ）に示されるように、治具１１１が挿入されたシャワーヘッド４１の吐出口４２２の形成面側（下流側の面側）上にイットリア膜からなる保護膜５０を形成する。保護膜５０を構成するイットリア膜の形成方法としては、溶射法、ＣＶＤ法、エアロゾルデポジション法、コールドスプレー法、ガスデポジション法、静電微粒子衝撃コーティング法、衝撃焼結法などを用いることができる。ここでは、シャワーヘッド４１の下流側の面には５０〜１００μｍの厚さで保護膜５０が形成されるが、吐出口４２２の中央付近に向かうにつれて、イットリア粒子が届き難くなるため膜厚が徐々に薄くなる。また、ガス流路４２１には治具１１１により塞がれているため、ガス流路４２１内には保護膜５０は形成されず、治具１１１の上面付近に保護膜５０が形成される。
【００４７】
その後、図１０（ｄ）に示されるように、治具１１１を除去する。ここでは、保護膜５０が損傷しないように、シャワーヘッド４１の下流側の面側から治具１１１を除去する。以上によって、シャワーヘッド４１の吐出口４２２を構成する面上と、シャワーヘッド４１の下流側の面上に保護膜５０が形成される。
【００４８】
第２の形成方法では、ガス流路４２１を治具１１１で塞いだ後、シャワーヘッド４１の下流側の面上と吐出口４２２の形成面上に保護膜５０を形成し、保護膜５０を形成後に治具１１１をガス流路４２１から抜き出すようにしたので、第１の形成方法に比して、保護膜５０の形成を容易に行うことができるという効果を有する。また、治具１１１は、複数回繰り返し使用することができるので、第１の形成方法のようにレジストを用いる場合に比して低コストで保護膜５０を形成することができるという効果も有する。
【００４９】
なお、第１および第２の形成方法では、ガス流路４２１と吐出口４２２との境界の屈曲部４３付近の保護膜５０によって形成されたガス供給路４２の一部としての側面と、シャワーヘッド４１で構成されるガス流路４２１の内面とが面一となるように形成される場合を図示して説明したが、これに限定されるものではない。上記したように、少なくとも屈曲部４３の一部が露出されるように、保護膜５０が形成されればよい。
【００５０】
第４の実施形態では、プラズマ処理時に、シャワーヘッド４１と保護膜５０との間の線膨張係数の違いによって応力が集中しやすい屈曲部４３および角部４４付近で応力集中が緩和され、クラックなどの欠陥の発生が抑制される。その結果、保護膜５０からイットリアを含むダストの発生を防止することができるという効果を有する。また、第１の実施形態で示した研磨などの追加工を必要としないため、コストが安く、研磨の際に発生する可能性がある保護膜５０のクラックや研磨の際に発生する発塵も問題ない構造となる。
【００５１】
また、第１〜第４の実施形態では、ＲＩＥ装置のシャワーヘッド４１に形成される保護膜５０を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、シャワーヘッド４１以外の部材、たとえばチャンバ１１の内壁、バッフル板２４、フォーカスリング２３、プラズマ処理対象を保持する支持テーブル２１などに第１〜第４の実施形態による保護膜５０を形成することができる。
【００５２】
さらに、上記した説明では、プラズマ処理装置１０としてＲＩＥ装置を例に挙げて説明したが、アッシング装置、ＣＤＥ（Chemical Dry Etching）装置、ＣＶＤ装置などの処理装置全般や半導体製造装置全般に、上記した実施形態を適用することができる。
【００５３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５４】
１０…プラズマ処理装置、１１…チャンバ、１２…支持部、１３…ガス供給口、１４…ガス排気口、２１…支持テーブル、２２…絶縁リング、２３…フォーカスリング、２４…バッフル板、２５…ガス排出孔、３１…給電線、３２…ブロッキングコンデンサ、３３…整合器、３４…高周波電源、４１…シャワーヘッド、４２…ガス供給路、４３…屈曲部、４４…角部、５０…保護膜、５１…イットリア膜、５２…非溶融固化膜、５３…溶融固化膜、５５…構成部材、５６…クラック、５７…ダスト、６１…プラズマ処理室、６２…ガス供給室、６３…ガス排気室、１００…ウェハ、１０１…ネガ型フォトレジスト、１０１ａ…犠牲層、１１１…治具、４２１…ガス流路、４２２…吐出口。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の径を有し、ガス流方向に延伸するガス流路と、前記ガス流路の一方の端部に接続され、ガス供給部材のガス流の下流側の面に設けられる吐出口と、を有するガス供給路を備え、
前記吐出口を構成する面の少なくとも一部の面は曲面によって構成され、
前記吐出口を構成する面上と、前記ガス供給部材の前記下流側の面上とにイットリア含有膜を備えることを特徴とするガス供給部材。
【請求項２】
前記曲面は、前記吐出口を構成する面と前記ガス供給部材の前記下流側の面との接続部付近に形成されることを特徴とする請求項１に記載のガス供給部材。
【請求項３】
前記イットリア含有膜は、前記吐出口を構成する面上で略同じ膜厚であることを特徴とする請求項１または２に記載のガス供給部材。
【請求項４】
前記イットリア含有膜は、前記吐出口付近の前記ガス流路を構成する面にも形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のガス供給部材。
【請求項５】
前記イットリア含有膜の厚さは、前記ガス流路と前記吐出口との境界付近に向かうにつれて薄くなることを特徴とする請求項１に記載のガス供給部材。
【請求項６】
前記イットリア含有膜は、前記ガス流路には形成されないことを特徴とする請求項５に記載のガス供給部材。
【請求項７】
前記吐出口は、前記ガス流路の一方の端部から離れるにしたがって開口径が増大し、前記ガス供給部材の前記下流側の面での開口径が前記第１の径よりも大きい第２の径となるように前記吐出口を構成する曲面が構成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のガス供給部材。
【請求項８】
前記ガス供給部材の前記下流側の面は、前記吐出口から吐出されるガスがプラズマ化される際に、前記プラズマが生成される領域に面する前記ガス供給部材を構成する面であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のガス供給部材。
【請求項９】
チャンバ内に、処理対象を保持する処理対象保持手段と、前記処理対象保持手段に前記吐出口が対向するように配置される請求項１〜８のいずれか１つに記載の前記ガス供給部材と、前記チャンバ内に導入されたガスをプラズマ化するプラズマ生成手段と、を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１０】
第１の径を有し、ガス流方向に延伸するガス流路と、前記ガス流路の一方の端部に接続され、前記端部から、前記第１の径よりも大きい第２の径となるように開口径が増大し、ガス供給部材のガス流の下流側の面に設けられる吐出口と、を有するガス供給路を備え、前記吐出口を構成する面の少なくとも一部の面は曲面によって構成される前記ガス供給部材にイットリア含有膜を形成するイットリア含有膜の形成方法であって、
前記ガス供給部材の前記下流側の面上と、前記吐出口を構成する面上と、前記ガス流路の前記吐出口側付近の内面上とに前記イットリア含有膜を形成することを特徴とするイットリア含有膜の形成方法。
【請求項１１】
第１の径を有し、ガス流方向に延伸するガス流路と、前記ガス流路の一方の端部に接続され、前記端部から、前記第１の径よりも大きい第２の径となるように開口径が増大し、ガス供給部材のガス流の下流側の面に設けられる吐出口と、を有するガス供給路を備え、前記吐出口を構成する面の少なくとも一部の面は曲面によって構成される前記ガス供給部材にイットリア含有膜を形成するイットリア含有膜の形成方法であって、
前記ガス供給部材の前記ガス流路を栓部材で塞いだ後、前記ガス供給部材の前記下流側の面上と、前記吐出口を構成する面上と、前記栓部材上と、にイットリア含有膜を形成し、前記ガス流路の前記栓部材を除去することを特徴とするイットリア含有膜の形成方法。
【請求項１２】
前記イットリア含有膜を溶射法、ＣＶＤ法、エアロゾルデポジション法、コールドスプレー法、ガスデポジション法、静電微粒子衝撃コーティング法、または衝撃焼結法によって形成することを特徴とする請求項１０または１１に記載のイットリア含有膜の形成方法。
【請求項１】
第１の径を有し、ガス流方向に延伸するガス流路と、前記ガス流路の一方の端部に接続され、ガス供給部材のガス流の下流側の面に設けられる吐出口と、を有するガス供給路を備え、
前記吐出口を構成する面の少なくとも一部の面は曲面によって構成され、
前記吐出口を構成する面上と、前記ガス供給部材の前記下流側の面上とにイットリア含有膜を備えることを特徴とするガス供給部材。
【請求項２】
前記曲面は、前記吐出口を構成する面と前記ガス供給部材の前記下流側の面との接続部付近に形成されることを特徴とする請求項１に記載のガス供給部材。
【請求項３】
前記イットリア含有膜は、前記吐出口を構成する面上で略同じ膜厚であることを特徴とする請求項１または２に記載のガス供給部材。
【請求項４】
前記イットリア含有膜は、前記吐出口付近の前記ガス流路を構成する面にも形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のガス供給部材。
【請求項５】
前記イットリア含有膜の厚さは、前記ガス流路と前記吐出口との境界付近に向かうにつれて薄くなることを特徴とする請求項１に記載のガス供給部材。
【請求項６】
前記イットリア含有膜は、前記ガス流路には形成されないことを特徴とする請求項５に記載のガス供給部材。
【請求項７】
前記吐出口は、前記ガス流路の一方の端部から離れるにしたがって開口径が増大し、前記ガス供給部材の前記下流側の面での開口径が前記第１の径よりも大きい第２の径となるように前記吐出口を構成する曲面が構成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のガス供給部材。
【請求項８】
前記ガス供給部材の前記下流側の面は、前記吐出口から吐出されるガスがプラズマ化される際に、前記プラズマが生成される領域に面する前記ガス供給部材を構成する面であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のガス供給部材。
【請求項９】
チャンバ内に、処理対象を保持する処理対象保持手段と、前記処理対象保持手段に前記吐出口が対向するように配置される請求項１〜８のいずれか１つに記載の前記ガス供給部材と、前記チャンバ内に導入されたガスをプラズマ化するプラズマ生成手段と、を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１０】
第１の径を有し、ガス流方向に延伸するガス流路と、前記ガス流路の一方の端部に接続され、前記端部から、前記第１の径よりも大きい第２の径となるように開口径が増大し、ガス供給部材のガス流の下流側の面に設けられる吐出口と、を有するガス供給路を備え、前記吐出口を構成する面の少なくとも一部の面は曲面によって構成される前記ガス供給部材にイットリア含有膜を形成するイットリア含有膜の形成方法であって、
前記ガス供給部材の前記下流側の面上と、前記吐出口を構成する面上と、前記ガス流路の前記吐出口側付近の内面上とに前記イットリア含有膜を形成することを特徴とするイットリア含有膜の形成方法。
【請求項１１】
第１の径を有し、ガス流方向に延伸するガス流路と、前記ガス流路の一方の端部に接続され、前記端部から、前記第１の径よりも大きい第２の径となるように開口径が増大し、ガス供給部材のガス流の下流側の面に設けられる吐出口と、を有するガス供給路を備え、前記吐出口を構成する面の少なくとも一部の面は曲面によって構成される前記ガス供給部材にイットリア含有膜を形成するイットリア含有膜の形成方法であって、
前記ガス供給部材の前記ガス流路を栓部材で塞いだ後、前記ガス供給部材の前記下流側の面上と、前記吐出口を構成する面上と、前記栓部材上と、にイットリア含有膜を形成し、前記ガス流路の前記栓部材を除去することを特徴とするイットリア含有膜の形成方法。
【請求項１２】
前記イットリア含有膜を溶射法、ＣＶＤ法、エアロゾルデポジション法、コールドスプレー法、ガスデポジション法、静電微粒子衝撃コーティング法、または衝撃焼結法によって形成することを特徴とする請求項１０または１１に記載のイットリア含有膜の形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−８４９９７（Ｐ２０１３−８４９９７Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１３−１８４１８（Ｐ２０１３−１８４１８）
【出願日】平成２５年２月１日（２０１３．２．１）
【分割の表示】特願２０１１−６０７１１（Ｐ２０１１−６０７１１）の分割
【原出願日】平成２３年３月１８日（２０１１．３．１８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２５年２月１日（２０１３．２．１）
【分割の表示】特願２０１１−６０７１１（Ｐ２０１１−６０７１１）の分割
【原出願日】平成２３年３月１８日（２０１１．３．１８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]