JP7693604B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

本開示は、基板処理装置に関する。

特許文献１には、載置台の上面に配置される基板に対面して配置されるシャワーヘッドを備え、シャワーヘッドは、複数の孔を有する表面板と、ガス流路及びガスを加熱するヒータを有する中間板と、中間板に熱的に接続する天板と、を有する、装置が開示されている。

特許文献２には、ガス流路が形成された上部電極と、下面にプレナムが形成された裏当て部材と、熱制御板と、を有するシャワーヘッド電極組立体が開示されている。

米国特許出願公開第２０１１／１８０２３３号明細書 米国特許出願公開第２００８／１４１９４１号明細書

一の側面では、本開示は、シャワープレートとクーリングプレートとを有するシャワーヘッドを備える基板処理装置において、クーリングプレートの反りを抑制し、シャワープレートの破損を防止又は低減する基板処理装置を提供する。

上記課題を解決するために、一の態様によれば、プラズマ処理チャンバと、前記プラズマ処理チャンバ内に設けられ、基板を支持する基板支持部と、前記基板支持部に対向するシャワーヘッドと、を備え、前記シャワーヘッドは、ガスを吐出するガス吐出口が形成されるシャワープレートと、前記シャワープレートを保持し、冷媒が供給される冷媒流路およびガス供給流路が形成されるクーリングプレートと、前記シャワープレートと前記クーリングプレートの間に形成され、前記ガス吐出口およびガス供給流路にそれぞれ連通する複数のガス拡散室を有し、前記冷媒流路は、平面視して、少なくとも一部が、前記シャワープレートと前記クーリングプレートとの間の伝熱面上に配置される、基板処理装置を提供することができる。

一の側面によれば、シャワープレートとクーリングプレートとを有するシャワーヘッドを備える基板処理装置において、クーリングプレートの反りを抑制し、シャワープレートの破損を防止又は低減する基板処理装置を提供することができる。

容量結合型の基板処理装置の構成例を説明するための図の一例。 第１実施形態に係るシャワーヘッドの断面図の一例。 第１実施形態に係るクーリングプレートを下方から見た底面図の一例。 第２実施形態に係るシャワーヘッドの断面図の一例。 第２実施形態に係るクーリングプレートを下方から見た底面図の一例。 第３実施形態に係るシャワーヘッドの断面図の一例。

以下、図面を参照して種々の例示的実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

以下に、プラズマ処理システムの構成例について説明する。図１は、容量結合型の基板処理装置の構成例を説明するための図の一例である。

プラズマ処理システムは、容量結合型の基板処理装置１及び制御部２を含む。容量結合型の基板処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、ガス供給部２０、電源３０及び排気システム４０を含む。また、基板処理装置１は、基板支持部１１及びガス導入部を含む。ガス導入部は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理チャンバ１０内に導入するように構成される。ガス導入部は、シャワーヘッド１３を含む。基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０内に配置される。シャワーヘッド１３は、基板支持部１１の上方に配置される。一実施形態において、シャワーヘッド１３は、プラズマ処理チャンバ１０の天部（ｃｅｉｌｉｎｇ）の少なくとも一部を構成する。プラズマ処理チャンバ１０は、シャワーヘッド１３、プラズマ処理チャンバ１０の側壁１０ａ及び基板支持部１１により規定されたプラズマ処理空間１０ｓを有する。プラズマ処理チャンバ１０は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓに供給するための少なくとも１つのガス供給口と、プラズマ処理空間からガスを排出するための少なくとも１つのガス排出口とを有する。プラズマ処理チャンバ１０は接地される。シャワーヘッド１３及び基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０の筐体とは電気的に絶縁される。

基板支持部１１は、本体部１１１及びリングアセンブリ１１２を含む。本体部１１１は、基板Ｗを支持するための中央領域１１１ａと、リングアセンブリ１１２を支持するための環状領域１１１ｂとを有する。ウェハは基板Ｗの一例である。本体部１１１の環状領域１１１ｂは、平面視で本体部１１１の中央領域１１１ａを囲んでいる。基板Ｗは、本体部１１１の中央領域１１１ａ上に配置され、リングアセンブリ１１２は、本体部１１１の中央領域１１１ａ上の基板Ｗを囲むように本体部１１１の環状領域１１１ｂ上に配置される。従って、中央領域１１１ａは、基板Ｗを支持するための基板支持面とも呼ばれ、環状領域１１１ｂは、リングアセンブリ１１２を支持するためのリング支持面とも呼ばれる。

一実施形態において、本体部１１１は、基台１１１０及び静電チャック１１１１を含む。基台１１１０は、導電性部材を含む。基台１１１０の導電性部材は下部電極として機能し得る。静電チャック１１１１は、基台１１１０の上に配置される。静電チャック１１１１は、セラミック部材１１１１ａとセラミック部材１１１１ａ内に配置される静電電極１１１１ｂとを含む。セラミック部材１１１１ａは、中央領域１１１ａを有する。一実施形態において、セラミック部材１１１１ａは、環状領域１１１ｂも有する。なお、環状静電チャックや環状絶縁部材のような、静電チャック１１１１を囲む他の部材が環状領域１１１ｂを有してもよい。この場合、リングアセンブリ１１２は、環状静電チャック又は環状絶縁部材の上に配置されてもよく、静電チャック１１１１と環状絶縁部材の両方の上に配置されてもよい。また、後述するＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電源３１及び／又はＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）電源３２に結合される少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極がセラミック部材１１１１ａ内に配置されてもよい。この場合、少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極が下部電極として機能する。後述するバイアスＲＦ信号及び／又はＤＣ信号が少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極に供給される場合、ＲＦ／ＤＣ電極はバイアス電極とも呼ばれる。なお、基台１１１０の導電性部材と少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極とが複数の下部電極として機能してもよい。また、静電電極１１１１ｂが下部電極として機能してもよい。従って、基板支持部１１は、少なくとも１つの下部電極を含む。

リングアセンブリ１１２は、１又は複数の環状部材を含む。一実施形態において、１又は複数の環状部材は、１又は複数のエッジリングと少なくとも１つのカバーリングとを含む。エッジリングは、導電性材料又は絶縁材料で形成され、カバーリングは、絶縁材料で形成される。

また、基板支持部１１は、静電チャック１１１１、リングアセンブリ１１２及び基板のうち少なくとも１つをターゲット温度に調節するように構成される温調モジュールを含んでもよい。温調モジュールは、ヒータ、伝熱媒体、流路１１１０ａ、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路１１１０ａには、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。一実施形態において、流路１１１０ａが基台１１１０内に形成され、１又は複数のヒータが静電チャック１１１１のセラミック部材１１１１ａ内に配置される。また、基板支持部１１は、基板Ｗの裏面と中央領域１１１ａとの間の間隙に伝熱ガスを供給するように構成された伝熱ガス供給部を含んでもよい。

シャワーヘッド１３は、ガス供給部２０からの少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓ内に導入するように構成される。シャワーヘッド１３は、少なくとも１つのガス供給口１３ａ（１３ａ１～１３ａ３）、少なくとも１つのガス供給流路１３ｂ（１３ｂ１～１３ｂ３）、少なくとも１つのガス拡散室１３ｃ（１３ｃ１～１３ｃ３）、及び複数のガス導入口１３ｄ（１３ｄ１～１３ｄ３）を有する。ガス供給口１３ａに供給された処理ガスは、ガス供給流路１３ｂ及びガス拡散室１３ｃを通過して複数のガス導入口１３ｄからプラズマ処理空間１０ｓ内に導入される。

また、図１に示すシャワーヘッド１３は、ガス導入部５１と、ガス導入部５２と、ガス導入部５３と、を有する。ガス導入部５１は、プラズマ処理チャンバ１０内の基板Ｗの中心領域（センター領域）にガスを導入する。ガス導入部５２は、ガス導入部５１よりも外側領域（中間領域）にガスを導入する。ガス導入部５３は、ガス導入部５２よりも外側領域（エッジ領域）にガスを導入する。ガス導入部５１、ガス導入部５２及びガス導入部５３は、同心状に配置されている。

ガス供給口１３ａは、ガス供給口１３ａ１と、ガス供給口１３ａ２と、ガス供給口１３ａ３と、を有する。ガス供給口１３ａ１は、ガス導入部５１に導入されるガスが供給される。ガス供給口１３ａ２は、ガス導入部５２に導入されるガスが供給される。ガス供給口１３ａ３は、ガス導入部５３に導入されるガスが供給される。

ガス供給流路１３ｂは、ガス供給流路１３ｂ１と、ガス供給流路１３ｂ２と、ガス供給流路１３ｂ３とを有する。ガス供給流路１３ｂ１は、ガス供給口１３ａ１とガス拡散室１３ｃ１とを接続する。ガス供給流路１３ｂ２は、ガス供給口１３ａ２とガス拡散室１３ｃ２とを接続する。ガス供給流路１３ｂ３は、ガス供給口１３ａ３とガス拡散室１３ｃ３とを接続する。

ガス拡散室１３ｃは、ガス拡散室１３ｃ１と、ガス拡散室１３ｃ２と、ガス拡散室１３ｃ３と、を有する。ガス拡散室１３ｃ１には、ガス供給流路１３ｂ１及び複数のガス導入口１３ｄ１が、ガスが通流可能に接続される。ガス導入部５１は、ガス供給口１３ａ１、ガス供給流路１３ｂ１、ガス拡散室１３ｃ１、複数のガス導入口１３ｄ１を有する。また、ガス拡散室１３ｃ２には、ガス供給流路１３ｂ２及び複数のガス導入口１３ｄ２が、ガスが通流可能に接続される。ガス導入部５２は、ガス供給口１３ａ２、ガス供給流路１３ｂ２、ガス拡散室１３ｃ２、複数のガス導入口１３ｄ２を有する。また、ガス拡散室１３ｃ３には、ガス供給流路１３ｂ３及び複数のガス導入口１３ｄ３が、ガスが通流可能に接続される。ガス導入部５３は、ガス供給口１３ａ３、ガス供給流路１３ｂ３、ガス拡散室１３ｃ３、複数のガス導入口１３ｄ３を有する。

また、シャワーヘッド１３は、少なくとも１つの上部電極を含む。なお、ガス導入部は、シャワーヘッド１３に加えて、側壁１０ａに形成された１又は複数の開口部に取り付けられる１又は複数のサイドガス注入部（ＳＧＩ：Ｓｉｄｅ Ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）を含んでもよい。

また、シャワーヘッド１３は、クーリングプレート１３１と、シャワープレート１３２と、を有する。クーリングプレート１３１は、シャワープレート１３２を保持する。また、クーリングプレート１３１は、保持したシャワープレート１３２を冷却する機能を有する。また、クーリングプレート１３１は、ガス供給口１３ａ、ガス供給流路１３ｂ及びガス拡散室１３ｃが形成される。クーリングプレート１３１は、例えば、Ａｌ、ＳｉＣ、または金属基複合材料（ＭＭＣ：Metal Matrix Composites）で形成される。

シャワープレート１３２は、複数のガス導入口１３ｄが形成される。クーリングプレート１３１にシャワープレート１３２が保持された際、複数のガス導入口１３ｄは、ガス拡散室１３ｃと連通する。シャワープレート１３２は、例えばＳｉ、ＳｉＣ、ＳｉＯ_２、Ａｌ等で形成される。

ガス供給部２０は、少なくとも１つのガスソース２１及び少なくとも１つの流量制御器２２を含んでもよい。一実施形態において、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスを、それぞれに対応のガスソース２１からそれぞれに対応の流量制御器２２を介してシャワーヘッド１３に供給するように構成される。各流量制御器２２は、例えばマスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器を含んでもよい。さらに、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスの流量を変調又はパルス化する１又はそれ以上の流量変調デバイスを含んでもよい。

電源３０は、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介してプラズマ処理チャンバ１０に結合されるＲＦ電源３１を含む。ＲＦ電源３１は、少なくとも１つのＲＦ信号（ＲＦ電力）を少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極に供給するように構成される。これにより、プラズマ処理空間１０ｓに供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマが形成される。従って、ＲＦ電源３１は、プラズマ処理チャンバ１０において１又はそれ以上の処理ガスからプラズマを生成するように構成されるプラズマ生成部の少なくとも一部として機能し得る。また、バイアスＲＦ信号を少なくとも１つの下部電極に供給することにより、基板Ｗにバイアス電位が発生し、形成されたプラズマ中のイオン成分を基板Ｗに引き込むことができる。

一実施形態において、ＲＦ電源３１は、第１のＲＦ生成部３１ａ及び第２のＲＦ生成部３１ｂを含む。第１のＲＦ生成部３１ａは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極に結合され、プラズマ生成用のソースＲＦ信号（ソースＲＦ電力）を生成するように構成される。一実施形態において、ソースＲＦ信号は、１０ＭＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第１のＲＦ生成部３１ａは、異なる周波数を有する複数のソースＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のソースＲＦ信号は、少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極に供給される。

第２のＲＦ生成部３１ｂは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して少なくとも１つの下部電極に結合され、バイアスＲＦ信号（バイアスＲＦ電力）を生成するように構成される。バイアスＲＦ信号の周波数は、ソースＲＦ信号の周波数と同じであっても異なっていてもよい。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、ソースＲＦ信号の周波数よりも低い周波数を有する。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、１００ｋＨｚ～６０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第２のＲＦ生成部３１ｂは、異なる周波数を有する複数のバイアスＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のバイアスＲＦ信号は、少なくとも１つの下部電極に供給される。また、種々の実施形態において、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。

また、電源３０は、プラズマ処理チャンバ１０に結合されるＤＣ電源３２を含んでもよい。ＤＣ電源３２は、第１のＤＣ生成部３２ａ及び第２のＤＣ生成部３２ｂを含む。一実施形態において、第１のＤＣ生成部３２ａは、少なくとも１つの下部電極に接続され、第１のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第１のバイアスＤＣ信号は、少なくとも１つの下部電極に印加される。一実施形態において、第２のＤＣ生成部３２ｂは、少なくとも１つの上部電極に接続され、第２のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第２のＤＣ信号は、少なくとも１つの上部電極に印加される。

種々の実施形態において、第１及び第２のＤＣ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。この場合、電圧パルスのシーケンスが少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極に印加される。電圧パルスは、矩形、台形、三角形又はこれらの組み合わせのパルス波形を有してもよい。一実施形態において、ＤＣ信号から電圧パルスのシーケンスを生成するための波形生成部が第１のＤＣ生成部３２ａと少なくとも１つの下部電極との間に接続される。従って、第１のＤＣ生成部３２ａ及び波形生成部は、電圧パルス生成部を構成する。第２のＤＣ生成部３２ｂ及び波形生成部が電圧パルス生成部を構成する場合、電圧パルス生成部は、少なくとも１つの上部電極に接続される。電圧パルスは、正の極性を有してもよく、負の極性を有してもよい。また、電圧パルスのシーケンスは、１周期内に１又は複数の正極性電圧パルスと１又は複数の負極性電圧パルスとを含んでもよい。なお、第１及び第２のＤＣ生成部３２ａ，３２ｂは、ＲＦ電源３１に加えて設けられてもよく、第１のＤＣ生成部３２ａが第２のＲＦ生成部３１ｂに代えて設けられてもよい。

排気システム４０は、例えばプラズマ処理チャンバ１０の底部に設けられたガス排出口１０ｅに接続され得る。排気システム４０は、圧力調整弁及び真空ポンプを含んでもよい。圧力調整弁によって、プラズマ処理空間１０ｓ内の圧力が調整される。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ又はこれらの組み合わせを含んでもよい。

制御部２は、本開示において述べられる種々の工程を基板処理装置１に実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部２は、ここで述べられる種々の工程を実行するように基板処理装置１の各要素を制御するように構成され得る。一実施形態において、制御部２の一部又は全てが基板処理装置１に含まれてもよい。制御部２は、処理部２ａ１、記憶部２ａ２及び通信インターフェース２ａ３を含んでもよい。制御部２は、例えばコンピュータ２ａにより実現される。処理部２ａ１は、記憶部２ａ２からプログラムを読み出し、読み出されたプログラムを実行することにより種々の制御動作を行うように構成され得る。このプログラムは、予め記憶部２ａ２に格納されていてもよく、必要なときに、媒体を介して取得されてもよい。取得されたプログラムは、記憶部２ａ２に格納され、処理部２ａ１によって記憶部２ａ２から読み出されて実行される。媒体は、コンピュータ２ａに読み取り可能な種々の記憶媒体であってもよく、通信インターフェース２ａ３に接続されている通信回線であってもよい。処理部２ａ１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であってもよい。記憶部２ａ２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェース２ａ３は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信回線を介して基板処理装置１との間で通信してもよい。

次に、シャワーヘッド１３について、図２から図３を用いて説明する。図２は、第１実施形態に係るシャワーヘッド１３の断面図の一例である。図３は、第１実施形態に係るクーリングプレート１３１を下方から見た底面図の一例である。なお、図３において、冷媒流路２００を破線で図示し、ドットのパターンを付して冷媒流路２００を明示する。

クーリングプレート１３１の上面１３１ａには、ガス供給口１３ａ（１３ａ１～１３ａ３）が設けられている。また、クーリングプレート１３１には、クーリングプレート１３１を板厚方向に貫通する流路であるガス供給流路１３ｂ（１３ｂ１～１３ｂ３）が設けられている。ガス供給流路１３ｂ（１３ｂ１～１３ｂ３）は、ガス供給口１３ａ（１３ａ１～１３ａ３）と凹溝１３１ｃ（１３１ｃ１～１３１ｃ３）とをそれぞれ連通するように形成される。クーリングプレート１３１の下面１３１ｂには、凹溝１３１ｃ（１３１ｃ１～１３１ｃ３）が形成されている。凹溝１３１ｃは、例えばクーリングプレート１３１と同心の円環形状に形成される。図３に示す例において、凹溝１３１ｃ１は、円環形状の凹溝として形成される。凹溝１３１ｃ２は、凹溝１３１ｃ１よりも外周側に配置される円環形状の凹溝として形成される。凹溝１３１ｃ３は、凹溝１３１ｃ２よりも外周側に配置される円環形状の凹溝として形成される。

なお、凹溝１３１ｃ（１３１ｃ１～１３１ｃ３）の形状は、円環形状に形成されるものとして説明したが、これに限られるものではない。例えば、凹溝１３１ｃ１は、円形状の凹溝として形成されていてもよい。そして、凹溝１３１ｃ２は凹溝１３１ｃ１よりも外周側に配置される円環形状の凹溝として形成されていてもよく、凹溝１３１ｃ３は凹溝１３１ｃ２よりも外周側に配置される円環形状の凹溝として形成されていてもよい。

クーリングプレート１３１の下面１３１ｂに形成された凹溝１３１ｃ１と、シャワープレート１３２の上面とによって、ガス拡散室１３ｃ１が形成される。同様に、クーリングプレート１３１の下面１３１ｂに形成された凹溝１３１ｃ２と、シャワープレート１３２の上面とによって、ガス拡散室１３ｃ２が形成される。また、クーリングプレート１３１の下面１３１ｂに形成された凹溝１３１ｃ３と、シャワープレート１３２の上面とによって、ガス拡散室１３ｃ３が形成される。

このような構成により、ガス供給口１３ａから供給された処理ガスは、ガス供給流路１３ｂを介してガス拡散室１３ｃに供給される。ガス拡散室１３ｃ内で拡散した処理ガスは、ガス導入口１３ｄを介して、プラズマ処理空間１０ｓ（図１参照）に吐出される。このような構成により、ガス拡散室１３ｃ内で処理ガスの供給圧力を低下させることができる。これにより、クーリングプレート１３１とシャワープレート１３２との間において発生する異常放電を抑制することができる。

また、クーリングプレート１３１の下面１３１ｂには、シャワープレート１３２と当接することにより、クーリングプレート１３１とシャワープレート１３２とを伝熱させる伝熱面１３１ｄ（１３１ｄ１～１３１ｄ４）を有する。図３に示す例において、伝熱面１３１ｄ１は、円形状に形成され、凹溝１３１ｃ１の内側に形成される。伝熱面１３１ｄ２は、円環形状に形成され、凹溝１３１ｃ１の外側かつ凹溝１３１ｃ２の内側に形成される。伝熱面１３１ｄ３は、円環形状に形成され、凹溝１３１ｃ２の外側かつ凹溝１３１ｃ３の内側に形成される。伝熱面１３１ｄ４は、円環形状に形成され、凹溝１３１ｃ３の外側に形成される。

このような構成により、クーリングプレート１３１は、伝熱面１３１ｄ（１３１ｄ１～１３１ｄ４）でシャワープレート１３２と接触し、凹溝１３１ｃ（１３１ｃ１～１３１ｃ３）が形成された領域では、シャワープレート１３２と接触していない。

なお、伝熱面１３１ｄ（１３１ｄ１～１３１ｄ４）の形状は、これに限られるものではない。例えば、凹溝１３１ｃ１が円形状の凹溝として形成される場合、円形状に形成される伝熱面１３１ｄ１はなくてもよい。

また、伝熱面１３１ｄ（１３１ｄ１～１３１ｄ４）が形成される領域に、クーリングプレート１３１とシャワープレート１３２とを締結するためのボルト（図示せず）を挿通するためのボルト穴（図示せず）が形成されていてもよい。これにより、シャワープレート１３２は、クーリングプレート１３１に着脱自在に取り付けられる。なお、クーリングプレート１３１に対するシャワープレート１３２の取り付け方法は、これに限られるものではない。例えば、シャワープレート１３２の外周部において、クランプ部材（図示せず）によってクーリングプレート１３１とシャワープレート１３２とをクランプする構成であってもよい。

さらに換言すれば、クーリングプレート１３１の下面１３１ｂには、クーリングプレート１３１の中心からクーリングプレート１３１の外周に向かって、伝熱面１３１ｄ（１３１ｄ１～１３１ｄ４）と凹溝１３１ｃ（１３１ｃ１～１３１ｃ３）とが交互に繰り返して形成されている。

また、クーリングプレート１３１には、ブライン等の冷媒が通流する冷媒流路２００が形成されている。冷媒流路２００の一端には冷媒供給路２０１が形成され、冷媒流路２００の他端には冷媒排出路２０２が形成されている。冷媒供給路２０１は、クーリングプレート１３１の上面１３１ａからクーリングプレート１３１の高さ方向に形成され、冷媒流路２００の一端に接続する流路である。冷媒排出路２０２は、クーリングプレート１３１の上面１３１ａからクーリングプレート１３１の高さ方向に形成され、冷媒流路２００の他端に接続する流路である。冷媒供給路２０１及び冷媒排出路２０２は、チラー等の冷媒供給装置（図示せず）に接続される。これにより、冷媒供給装置から冷媒供給路２０１に供給された冷媒はクーリングプレート１３１内の冷媒流路２００を流れるとともにクーリングプレート１３１を抜熱し、冷媒排出路２０２から排出される。

ここで、図２に示すように、高さ方向において、冷媒流路２００は、クーリングプレート１３１の伝熱面１３１ｄから冷媒流路２００の下面までの高さＨ１が３ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲に形成されることが好ましい。これにより、冷媒流路２００を伝熱面１３１ｄに近づけることができる。

また、図３に示すように、平面視において、冷媒流路２００は、クーリングプレート１３１の伝熱面１３１ｄの近傍に配置される。具体的には、冷媒流路２００は、平面視において、冷媒流路２００の少なくとも一部が、クーリングプレート１３１の伝熱面１３１ｄの上に配置される。

更に、具体的には、冷媒流路２００は、図３に示すように、部分冷媒流路２１１～２２０を有する。

冷媒流路２００は、平面視において、伝熱面１３１ｄ１の外周と凹溝１３１ｃ１（ガス拡散室１３ｃ１）の内周との境界上に沿って配置される部分冷媒流路２１１を有する。部分冷媒流路２１１は、平面視において、円弧状に形成され、少なくとも一部が伝熱面１３１ｄ１上に形成される。

冷媒流路２００は、平面視において、凹溝１３１ｃ１（ガス拡散室１３ｃ１）の外周と伝熱面１３１ｄ２の内周との境界上に沿って配置される部分冷媒流路２１２を有する。部分冷媒流路２１２は、平面視において、円弧状に形成され、少なくとも一部が伝熱面１３１ｄ２上に形成される。

冷媒流路２００は、平面視において、伝熱面１３１ｄ２の外周と凹溝１３１ｃ２（ガス拡散室１３ｃ２）の内周との境界上に沿って配置される部分冷媒流路２１３を有する。部分冷媒流路２１３は、平面視において、円弧状に形成され、少なくとも一部が伝熱面１３１ｄ２上に形成される。

冷媒流路２００は、平面視において、凹溝１３１ｃ２（ガス拡散室１３ｃ２）の外周と伝熱面１３１ｄ３の内周との境界上に沿って配置される部分冷媒流路２１４を有する。部分冷媒流路２１４は、平面視において、円弧状に形成され、少なくとも一部が伝熱面１３１ｄ３上に形成される。

冷媒流路２００は、平面視において、伝熱面１３１ｄ３の外周と凹溝１３１ｃ３（ガス拡散室１３ｃ３）の内周との境界上に沿って配置される部分冷媒流路２１５を有する。部分冷媒流路２１５は、平面視において、円弧状に形成され、少なくとも一部が伝熱面１３１ｄ３上に形成される。

冷媒流路２００は、部分冷媒流路２１５と部分冷媒流路２１３とを接続する部分冷媒流路２１６を有する。また、冷媒流路２００は、部分冷媒流路２１３と部分冷媒流路２１１とを接続する部分冷媒流路２１７を有する。また、冷媒流路２００は、部分冷媒流路２１１と部分冷媒流路２１２とを接続する部分冷媒流路２１８を有する。また、冷媒流路２００は、部分冷媒流路２１２と部分冷媒流路２１４とを接続する部分冷媒流路２１９を有する。また、冷媒流路２００は、部分冷媒流路２１４と冷媒排出路２０２とを接続する部分冷媒流路２２０を有する。

以上のように、冷媒供給路２０１から供給された冷媒は、円弧状の部分冷媒流路２１５、部分冷媒流路２１６、円弧状の部分冷媒流路２１３、部分冷媒流路２１７、円弧状の部分冷媒流路２１１、部分冷媒流路２１８、円弧状の部分冷媒流路２１２、部分冷媒流路２１９、円弧状の部分冷媒流路２１４、部分冷媒流路２２０、の順番で流れ、冷媒排出路２０２から排出される。

換言すれば、冷媒流路２００は、円形状の伝熱面１３１ｄ１を冷却するように近傍に配置された部分冷媒流路２１１を有する。また、冷媒流路２００は、円環形状の伝熱面１３１ｄ２を冷却するように近傍に配置された部分冷媒流路２１２，２１３を有する。また、冷媒流路２００は、円環形状の伝熱面１３１ｄ３を冷却するように近傍に配置された部分冷媒流路２１４，２１５を有する。

ここで、プラズマ処理空間１０ｓ（図１参照）に形成されたプラズマからシャワープレート１３２に入熱した熱は、クーリングプレート１３１に入熱する。このため、クーリングプレート１３１は、上面１３１ａ側と比較して下面１３１ｂ側の温度が高くなる。これにより、クーリングプレート１３１は、上面１３１ａ側と比較して下面１３１ｂ側の熱膨張が大きくなり、クーリングプレート１３１に変形（反り）が発生する。このクーリングプレート１３１の変形によって、クーリングプレート１３１に保持されるシャワープレート１３２が割れる等の破損のおそれがある。

これに対し、図２及び図３に示すように、クーリングプレート１３１は、伝熱面１３１ｄ（１３１ｄ１～１３１ｄ４）でシャワープレート１３２と接触する。つまり、クーリングプレート１３１は、凹溝１３１ｃ（１３１ｃ１～１３１ｃ３）が形成された領域では、シャワープレート１３２と接触していない。このように、クーリングプレート１３１とシャワープレート１３２との接触を伝熱面１３１ｄで制限することにより、クーリングプレート１３１とシャワープレート１３２とが全面で接触する構成と比較して、クーリングプレート１３１の変形（反り）を少なくすることを可能とし、クーリングプレート１３１に働く荷重を低減することができる。これにより、クーリングプレート１３１に保持されるシャワープレート１３２が割れる等の破損を防止又は低減することができる。

また、冷媒流路２００は、伝熱面１３１ｄの近傍に配置される。これにより、伝熱面１３１ｄを介してクーリングプレート１３１に入熱した熱は、冷媒流路２００を流れる冷媒によって抜熱される。これにより、クーリングプレート１３１における上面１３１ａ側と下面１３１ｂ側との温度差を低減して、クーリングプレート１３１の変形（反り）を抑制することができる。また、クーリングプレート１３１に保持されるシャワープレート１３２が割れる等の破損を防止又は低減することができる。

次に、他のシャワーヘッド１３について、図４及び図５を用いて説明する。図４は、第２実施形態に係るシャワーヘッド１３の断面図の一例である。図５は、第２実施形態に係るクーリングプレート１３１を下方から見た底面図の一例である。

図４及び図５に示すように、冷媒流路２００は、伝熱面１３１ｄの直上に配置されていてもよい。具体的には、伝熱面１３１ｄの直上に配置される冷媒流路２００の底面は、凹溝１３１ｃ（ガス拡散室１３ｃ）の天面よりも低い位置に配置されている。換言すれば、クーリングプレート１３１の伝熱面１３１ｄから冷媒流路２００の下面までの高さＨ１が凹溝１３１ｃの深さ（クーリングプレート１３１の伝熱面１３１ｄから凹溝１３１ｃの天面までの高さ）よりも低く形成されることが好ましい。冷媒流路２００を伝熱面１３１ｄの直上に配置することで冷却効率を向上させることができる。

次に、更に他のシャワーヘッド１３について、図６を用いて説明する。図６は、第３実施形態に係るシャワーヘッド１３の断面図の一例である。

図６に示すように、冷媒流路２００の断面形状は、ガス拡散室１３ｃを囲うように断面視して略Ｌ字形状に形成されていてもよい。これにより、冷媒流路２００の流路断面積を大きくして冷媒の流量を多くして、冷却効率を向上させることができる。

以上、プラズマ処理システムの実施形態等について説明したが、本開示は上記実施形態等に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本開示の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。

Ｗ 基板
１ 基板処理装置
２ 制御部
１０ プラズマ処理チャンバ
１０ｓ プラズマ処理空間
１１ 基板支持部
１３ シャワーヘッド
１３ａ ガス供給口
１３ｂ ガス供給流路
１３ｃ ガス拡散室
１３ｄ ガス導入口（ガス吐出口）
２０ ガス供給部
３０ 電源
４０ 排気システム
５１～５３ ガス導入部
１３１ クーリングプレート
１３２ シャワープレート
１３１ａ 上面
１３１ｂ 下面
１３１ｃ 凹溝
１３１ｄ 伝熱面
２００ 冷媒流路
２０１ 冷媒供給路
２０２ 冷媒排出路
２１１～２２０ 部分冷媒流路

Claims (7)

1. プラズマ処理チャンバと、
   前記プラズマ処理チャンバ内に設けられ、基板を支持する基板支持部と、
   前記基板支持部に対向するシャワーヘッドと、を備え、
   前記シャワーヘッドは、
   ガスを吐出するガス吐出口が形成されるシャワープレートと、
   前記シャワープレートを保持し、冷媒が供給される冷媒流路およびガス供給流路が形成されるクーリングプレートと、
   前記シャワープレートと前記クーリングプレートの間に形成され、前記ガス吐出口およびガス供給流路にそれぞれ連通する複数のガス拡散室を有し、
   前記冷媒流路は、平面視して、少なくとも一部が、前記シャワープレートと前記クーリングプレートとの間の伝熱面上に配置され、
   前記冷媒流路の底面は、前記ガス拡散室の天面よりも低い位置に配置される、
   基板処理装置。
2. 前記ガス拡散室は、前記クーリングプレートの下面に形成された凹溝と、前記シャワープレートの上面とによって形成され、
   前記シャワープレートのガス吐出口は、前記ガス拡散室と連通する、
   請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記シャワープレートと接する前記クーリングプレートの伝熱面から前記冷媒流路の下面までの高さは、３ｍｍ以上２０ｍｍ以下である、
   請求項１または請求項２に記載の基板処理装置。
4. 前記冷媒流路は、平面視して、前記ガス拡散室と前記伝熱面との境界上に沿って配置される部分冷媒流路を含む、
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の基板処理装置。
5. 前記冷媒流路は、平面視して、前記伝熱面の直上に配置される、
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の基板処理装置。
6. 前記冷媒流路は、前記ガス拡散室を囲うように配置される、
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の基板処理装置。
7. 前記シャワープレートは、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＯ_２、Ａｌのうちいずれかで形成され、
   前記クーリングプレートは、Ａｌ、ＳｉＣ、または金属基複合材料のうちいずれかで形成される、
   請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の基板処理装置。

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