JP2020004833A - シャワーヘッドおよび処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】シャワーヘッドと被処理体の間における被処理体の被処理面の水平方向の圧力差を低減する。【解決手段】ウェハ３が配置される処理チャンバ４と、処理チャンバ４内に設けられるシャワーヘッド１を備えるオゾン処理装置２である。シャワーヘッド１を、ウェハ３の被処理面から離れた位置であって、ウェハ３と向かい合うように備える。シャワーヘッド１のウェハ３と向かい合う面に、ウェハ３に供されるガスが噴き出すガス噴出穴１ａと、ガスが噴き出さない領域である排出ガス流路部１ｂを設ける。シャワーヘッド１の中心部にガス噴出穴１ａが形成される領域を設け、この領域からシャワーヘッド１の外周方向に延びる排出ガス流路部１ｂをシャワーヘッド１の周方向に並べて複数配置する。この排出ガス流路部１ｂに挟まれた領域にそれぞれガス噴出穴１ａを形成する。【選択図】図１

Description

本発明は、シャワーヘッドおよびシャワーヘッドを備えた処理装置に関する。特に、被処理体に材料ガス等の反応に供されるガスを供給するシャワーヘッドの構造に関する。
シャワーヘッドは、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）やオゾン酸化等を行う処理装置内に設けられ、ウェハ等の被処理体上に材料ガス等の反応に供されるガスを供給する（例えば、特許文献１）。
特開２００３−３０９０７５号公報 特開２００３−０２０２０９号公報
シャワーヘッド表面上には、ガス噴出穴が均等に配置されており、そこから噴き出すガスは、一見、ウェハ等の被処理体に均等に当たるように思われる。
しかしながら、被処理体に供給されたガスは、被処理体の中心から外周方向に流れるため、被処理体の中央部に噴き出したガスの排気は、被処理体の周辺部に噴き出したガスに妨げられる。したがって、被処理体の中央部に噴き出したガスは、被処理体の周辺部に噴き出したガスと比較して排気され難くなる。その影響で、被処理体表面上の中央部と周辺部で圧力差（中央部の圧力＞周辺部の圧力）が生じ、ガスは被処理体の中央部に供給され難くなり、排気が速やかでより圧力の低い被処理体の周辺部に供給され易くなる。
このように、被処理体に供給されるガスに偏りが生じると、被処理体の処理面に対して均一性に優れた処理ができなくなるおそれがある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、シャワーヘッドと被処理体の間における被処理体の被処理面の水平方向の圧力差を低減する技術を提供することを目的としている。
上記目的を達成する本発明のシャワーヘッドの一態様は、
被処理体に対向する側に多数のガス噴出穴を有し、前記被処理体に対してガスを供給するシャワーヘッドであって、
前記シャワーヘッドの前記被処理体に対向する面に、前記ガスが噴き出さない領域を、前記シャワーヘッドの外周部から前記シャワーヘッドの中心部に延びるように複数備え、
前記ガスが噴き出さない領域に挟まれた領域に、前記ガス噴出穴が形成された、ことを特徴としている。
また、上記目的を達成する本発明のシャワーヘッドの他の態様は、上記のシャワーヘッドにおいて、
前記ガスは、異なる種類の複数のガスであり、
前記シャワーヘッドの前記被処理体に対向する側に、異なる種類のガスをそれぞれ供給するガス噴出穴が備えられた、ことを特徴としている。
また、上記目的を達成する本発明のシャワーヘッドの他の態様は、上記のシャワーヘッドにおいて、
前記シャワーヘッドの前記被処理体に対向する側に、前記シャワーヘッドの外側から前記シャワーヘッドの中心部に延びる排気方向制御板が立設された、ことを特徴としている。
また、上記目的を達成する本発明のシャワーヘッドの他の態様は、上記のシャワーヘッドにおいて、
前記シャワーヘッドは、前記被処理体に対向する側に、前記シャワーヘッドの外周に沿って立設する排気特性制御板を備える、ことを特徴としている。
また、上記目的を達成する本発明の処理装置の一態様は、
被処理体が配置される処理チャンバと、
前記処理チャンバに備えられ、前記被処理体が載置されるステージと、
前記ステージ上に載置された前記被処理体と対向して備えられ、前記被処理体に対してガスを供給するシャワーヘッドと、を備え、
前記シャワーヘッドの前記被処理体と対向する面には、前記ガスが噴き出さない領域が、前記シャワーヘッドの外周部から前記シャワーヘッドの中心部に延びるように複数備えられ、
前記ガスが噴き出さない領域に挟まれた領域に、前記ガスが噴き出すガス噴出穴が複数形成された、ことを特徴としている。
また、上記目的を達成する本発明の処理装置の他の態様は、上記の処理装置において、
前記ガスは、異なる種類の複数のガスであり、
前記シャワーヘッドの前記被処理体に対向する側に、異なる種類のガスをそれぞれ供給するガス噴出穴が備えられた、ことを特徴としている。
また、上記目的を達成する本発明の処理装置の他の態様は、上記の処理装置において、
前記シャワーヘッドの前記被処理体に対向する側に、前記シャワーヘッドの外側から前記シャワーヘッドの中心部に延びる排気方向制御板が立設された、ことを特徴としている。
また、上記目的を達成する本発明の処理装置の他の態様は、上記の処理装置において、
前記シャワーヘッドまたは前記処理チャンバに、前記シャワーヘッドの外周に沿って立設する排気特性制御板を備えた、ことを特徴としている。
また、上記目的を達成する本発明の処理装置の他の態様は、上記の処理装置において、
前記シャワーヘッドは、前記被処理体と向かい合う側の面が円形であり、
前記処理チャンバには、前記ガスが排出されるスリットが形成された板が、前記シャワーヘッドの外周に沿って、前記被処理体の側面と向かい合うように、備えられ、
前記スリットが形成された板は、前記シャワーヘッドの前記被処理体と向かい合う側の面の中心を軸として回転可能に支持された、ことを特徴としている。
以上の発明によれば、シャワーヘッドと被処理体の間における被処理体の被処理面の水平方向の圧力差を低減することができる。
（ａ）本発明の第１実施形態に係るシャワーヘッドを備えるオゾン処理装置の断面図、（ｂ）本発明の第１実施形態に係るシャワーヘッドの平面図である。 本発明の第２実施形態に係るシャワーヘッドを備えるオゾン処理装置の断面図である。 （ａ）第１シャワーヘッドの平面図、（ｂ）第１シャワーヘッドの側面図である。 （ａ）第２シャワーヘッドの平面図、（ｂ）図４（ａ）の第２シャワーヘッドのＡ−Ａ断面図である。 （ａ）本発明の第３実施形態に係るシャワーヘッドを備えるオゾン処理装置の断面図、（ｂ）本発明の第３実施形態に係るシャワーヘッドの平面図、（ｃ）同シャワーヘッドの側面図である。 （ａ）本発明の第４実施形態に係るシャワーヘッドを備えるオゾン処理装置の断面図、（ｂ）本発明の第４実施形態に係るシャワーヘッドの平面図、（ｃ）図６（ｂ）のシャワーヘッド（第２シャワーヘッド部分）のＢ−Ｂ断面図である。 （ａ）本発明の第５実施形態に係るシャワーヘッドを備えるオゾン処理装置の断面図、（ｂ）排気特性制御板の平面図、（ｃ）排気特性制御板の縦断面図である。 本発明の第６実施形態に係るシャワーヘッドを備えるオゾン処理装置の断面図である。 （ａ）本発明の第７実施形態に係るオゾン処理装置の断面図、（ｂ）回転スリットの平面図、（ｃ）回転スリットの側面図である。 本発明の第８実施形態に係るオゾン処理装置の断面図である。 第１実施形態に係るシャワーヘッドの効果を説明する説明図であり、（ａ）圧力計測位置の違いによるガス流量と圧力の関係を示す特性図、（ｂ）圧力計測位置を説明する説明図である。 第５実施形態に係るシャワーヘッドの効果を説明する説明図であり、（ａ）圧力計測位置の違いによるガス流量と圧力の関係を示す特性図、（ｂ）圧力計測位置を説明する説明図である。 比較例に係るシャワーヘッドの効果を説明する説明図であり、（ａ）圧力計測位置の違いによるガス流量と圧力の関係を示す特性図、（ｂ）比較例に係るオゾン処理装置の断面図、（ｃ）比較例に係るシャワーヘッドの平面図である。
本発明の実施形態に係るシャワーヘッドおよび処理装置について、図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るシャワーヘッド１を備えるオゾン処理装置２の断面図である。オゾン処理装置２は、被処理体であるウェハ３が配置される処理チャンバ４を備える。ウェハ３は、回転導入機５に支持された回転ステージ６（およびサセプタ）上に載置される。サセプタは、ウェハ３を加熱するヒータ等を備えたウェハ支持体である。
処理チャンバ４の上部には、材料ガスであるオゾンを供給するガス供給口７が備えられる。また、処理チャンバ４の側部には、ウェハ３に供されたオゾンおよび処理後に生成する酸素等のガスが排出される排気口８が備えられる。
シャワーヘッド１は、処理チャンバ４内に備えられる。シャワーヘッド１は、ウェハ３の被処理面から離れた位置であって、ウェハ３と向かい合うように備えられる。
図１（ｂ）に示すように、シャワーヘッド１のウェハ３と向かい合う面には、ガス噴出穴１ａが形成される。実施形態の説明では、ガス噴出穴１ａは、図中縦方向と横方向に等間隔で並んで形成されているが、ガス噴出穴１ａの配置態様は、例えば、シャワーヘッド１の中心を一つの中心とした同心円上にそれぞれ等間隔（後述の排出ガス流路部１ｂを除く）で配置する等、任意に設定することができる。また、シャワーヘッド１のウェハ３と向かい合う面は、円形に限定されるものではなく、例えば、矩形であってもよい。
シャワーヘッド１のウェハ３と向かい合う面には、シャワーヘッド１の外周部から中心部に延びる排出ガス流路部１ｂが設けられる。排出ガス流路部１ｂは、ガス噴出穴１ａが形成されない領域であり、例えば、シャワーヘッド１のウェハ３と向かい合う面であって、シャワーヘッド１の周方向に等間隔に並んで複数配置される。例えば、シャワーヘッド１の中心部にガス噴出穴１ａが形成される領域が設けられ、この領域の外周端部からシャワーヘッド１の外周方向に延びる排出ガス流路部１ｂが設けられる。そして、排出ガス流路部１ｂに挟まれた領域にそれぞれガス噴出穴１ａが形成される。排出ガス流路部１ｂの幅は、例えば、隣り合うガス噴出穴１ａの最短距離の１．５倍から２倍程度に設定される。シャワーヘッド１に排出ガス流路部１ｂを備えることで、例えば、ガス噴出穴１ａの最短間隔が、シャワーヘッド１のガス噴出し面とウェハ３表面との距離よりも広い場合でも、シャワーヘッド１の中心部から、排気方向（円筒チャンバで真下に排気ポートを有する場合は、ウェハ３の径方向）に向かって排出ガス流路部１ｂの幅を有する排気流路が形成される。
ガス供給口７から供給されたオゾンガスは、シャワーヘッド１のガス噴出穴１ａを通ってウェハ３に供給され、ウェハ３の酸化処理が行われる。そして、ウェハ３に供されたオゾンガス（反応後の分解ガスを含む）は、シャワーヘッド１の外周方向に流れ、排気口８から処理チャンバ４の外部に排出される。
オゾン処理装置２に供給されるオゾンガスの濃度（体積％）は、特に限定するものではないが、例えば、２０体積％以上、より好ましくは、８０体積％以上の高濃度のオゾンガスが好適に用いられる。高濃度のオゾンガスは、オゾン含有ガスから蒸気圧の差に基づいてオゾンのみを液化分離した後、再び液化したオゾンを気化させて得ることができる。高濃度のオゾンガスを得るための装置は、例えば、特開２００１−３０４７５６号公報や特開２００３−２０２０９号公報の特許文献に開示されている。これらの高濃度のオゾンガスを生成する装置は、オゾンと他のガス（例えば、酸素）の蒸気圧の差に基づきオゾンのみを液化分離して高濃度のオゾン（オゾン濃度≒１００ｖｏｌ％）を生成している。特に、オゾンのみを液化および気化させるチャンバを複数備えると、これらのチャンバを個別に温度制御することにより、連続的に高濃度のオゾンガスを供給することができる。なお、高濃度のオゾンガスを生成する市販の装置として、例えば、明電舎製のピュアオゾンジェネレータ（ＭＰＯＧ−ＨＭ１Ａ１）がある。
図２は、本発明の第２実施形態に係るシャワーヘッド９を備えたオゾン処理装置１０の断面図である。なお、本発明の第２実施形態に係るシャワーヘッド９およびオゾン処理装置１０の説明では、第１実施形態に係るオゾン処理装置２と同様の構成については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。同様に、以下の第３〜第８実施形態の説明において、既出の実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
本発明の第２実施形態に係るオゾン処理装置１０は、シャワーヘッド９のウェハ３と向かい合う側に、異なる種類のガスが噴き出す第１、第２ガス噴出穴９ｅ、９ｆを備え、シャワーヘッド９から異なる２種類のガスをウェハ３に供するものである。
オゾン処理装置１０は、処理チャンバ４を備える。処理チャンバ４内には、回転ステージ６やシャワーヘッド９が備えられる。また、処理チャンバ４の上部には、オゾンガスを供給するガス供給口７と、オゾンガスと反応する添加ガス（例えば、ＴＥＯＳガスや不飽和炭化水素ガス）を供給するガス供給口１１が備えられる。
シャワーヘッド９は、処理チャンバ４内であって、回転ステージ６上に載置されたウェハ３から離れた位置に、ウェハ３の被処理面と向かい合うように備えられる。シャワーヘッド９は、第１シャワーヘッド９ａと第２シャワーヘッド９ｂを備える。
図３に示すように、第１シャワーヘッド９ａは、第１実施形態で説明したシャワーヘッド１と同様に、ウェハ３と向かい合う面に、材料ガスであるオゾンが噴き出すガス噴出穴９ｃと、第１シャワーヘッド９ａの外周部から中心部に延びる排出ガス流路部９ｄを備える。
ガス噴出穴９ｃは、例えば、第１シャワーヘッド９ａのウェハ３と向かい合う面の中心を一つの中心とした、半径が異なる複数の円周上（排出ガス流路部９ｄを除く）に等間隔で配置される。なお、ガス噴出穴９ｃの配置形態は、実施形態に限定されるものではなく、任意に設定される。
排出ガス流路部９ｄは、ガス噴出穴９ｃが形成されない領域であり、例えば、第１シャワーヘッド９ａのウェハ３と向かい合う面であって、第１シャワーヘッド９ａの周方向に等間隔に並んで複数備えられる。例えば、第１シャワーヘッド９ａの中心部には、ガス噴出穴９ｃが形成される領域が設けられ、この領域の外周端部から第１シャワーヘッド９ａの外周方向に延びる排出ガス流路部９ｄが設けられる。そして、排出ガス流路部９ｄに挟まれた領域にそれぞれガス噴出穴９ｃが形成される。排出ガス流路部９ｄの幅は、例えば、周方向に隣接するガス噴出穴９ｃの距離の１倍から２倍程度に設定される。
図４（ａ）に示すように、第２シャワーヘッド９ｂは、ウェハ３と向かい合う面に、第１シャワーヘッド９ａのガス噴出穴９ｃと連通する第１ガス噴出穴９ｅと、ＴＥＯＳガスが噴き出す第２ガス噴出穴９ｆと、第２シャワーヘッド９ｂの外周部から中心部に延びる排出ガス流路部９ｇを備える。
第１ガス噴出穴９ｅは、第１シャワーヘッド９ａのガス噴出穴９ｃに応じて形成される。例えば、第２シャワーヘッド９ｂのウェハ３と向かい合う面の中心を一つの中心とした同心円上（排出ガス流路部９ｇを除く）に等間隔で配置される。
第２ガス噴出穴９ｆは、例えば、第２シャワーヘッド９ｂのウェハ３と向かい合う面の中心を一つの中心とした、半径が異なる複数の円周上（排出ガス流路部９ｇを除く）に等間隔で配置される。第２ガス噴出穴９ｆは、第２ガス噴出穴９ｆが配置される同心円の径方向に対して第１ガス噴出穴９ｅと交互に配置される。第２ガス噴出穴９ｆの配置形態は、実施形態に限定されるものではなく、任意に配置することができる。
排出ガス流路部９ｇは、第１、第２ガス噴出穴９ｅ、９ｆが形成されない領域であり、例えば、第２シャワーヘッド９ｂのウェハ３と向かい合う面であって、第２シャワーヘッド９ｂの周方向に等間隔に並んで複数備えられる。例えば、第２シャワーヘッド９ｂの中心部には、第１、第２ガス噴出穴９ｅ、９ｆが形成される領域が設けられ、この領域の外周端部から第２シャワーヘッド９ｂの外周方向に延びる排出ガス流路部９ｇが設けられる。そして、排出ガス流路部９ｇに挟まれた領域にそれぞれ第１、第２ガス噴出穴９ｅ、９ｆが形成される。排出ガス流路部９ｇの幅は、例えば、周方向に隣接する第１ガス噴出穴９ｅ（または、第２ガス噴出穴９ｆ）の距離の１倍から２倍程度、または隣り合うガス噴出穴９ｅ、９ｆの最短距離の１．５倍から２倍程度に設定される。第２シャワーヘッド９ｂに排出ガス流路部９ｇを備えることで、例えば、第１、第２ガス噴出穴９ｅ、９ｆの最短間隔が、シャワーヘッド９のガス噴出し面とウェハ３表面との距離よりも広い場合でも、シャワーヘッド９の中心部から、排気方向（円筒チャンバで真下に排気ポートを有する場合は、ウェハ３の径方向）に向かって排出ガス流路部９ｇの幅を有する排気流路が形成される。
図４（ｂ）に示すように、第２シャワーヘッド９ｂの第１シャワーヘッド９ａと向かい合う面には、第１シャワーヘッド９ａ方向に突出する突出部９ｈが設けられる。突出部９ｈは、第２シャワーヘッド９ｂと向かい合って備えられる第１シャワーヘッド９ａのガス噴出穴９ｃに沿って立設され（排出ガス流路部９ｇの一部を除く）、この突出部９ｈに第１ガス噴出穴９ｅが形成される。なお、図４（ａ）に示すように、第２シャワーヘッド９ｂの径方向に沿って、突出部９ｈが備えられない部分を設けることによって、この部分がＴＥＯＳガスの供給流路となる。これにより、第２シャワーヘッド９ｂの中央部に形成された第２ガス噴出穴９ｆからウェハ３にＴＥＯＳガスが供されることとなる。
図２に示すように、第１シャワーヘッド９ａと第２シャワーヘッド９ｂは、ウェハ３に供されるガスが噴き出す面がウェハ３と向かい合うように重ねて備えられる。そして、ガス供給口７から供給されたオゾンガスは、第１シャワーヘッド９ａのガス噴出穴９ｃ、第２シャワーヘッド９ｂの第１ガス噴出穴９ｅを通って、ウェハ３に供される。また、ガス供給口１１から供給されたＴＥＯＳガスは、第１シャワーヘッド９ａと第２シャワーヘッド９ｂの間を通って、第２ガス噴出穴９ｆからウェハ３に供される。つまり、オゾンガスとＴＥＯＳガスは、ウェハ３表面上で混合されてウェハ３に供される。ウェハ３上に供されたオゾンガスおよびＴＥＯＳガス（処理後に生成した酸素等の反応ガスを含む）は、シャワーヘッド９の外周方向に流れ、排気口８から処理チャンバ４の外部に排出される。
図５（ａ）は、本発明の第３実施形態に係るシャワーヘッド１２を備えたオゾン処理装置１３の断面図である。第３実施形態に係るシャワーヘッド１２は、第１実施形態に係るシャワーヘッド１に排気方向制御板１４を備えたものである。よって、第１実施形態に係るシャワーヘッド１と異なる構成について詳細に説明する。
図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、排気方向制御板１４は、シャワーヘッド１の中心部から外周方向に延びる板であり、シャワーヘッド１のウェハ３と向かい合う面からウェハ３方向に立設して備えられる。排気方向制御板１４は、例えば、シャワーヘッド１の周方向に隣接する排出ガス流路部１ｂ間の真ん中にそれぞれ設けられる。
第３実施形態に係るシャワーヘッド１２によれば、第１実施形態に係るシャワーヘッド１の奏する効果に加えて、排気方向制御板１４を設けることで、シャワーヘッド１のガス噴出穴１ａから噴き出したガスを、一番近い径方向の排出ガス流路部１ｂから速やかに排気することができる。
図６（ａ）は、本発明の第４実施形態に係るシャワーヘッド１５を備えたオゾン処理装置１６の断面図である。第４実施形態に係るシャワーヘッド１５は、第２実施形態に係るシャワーヘッド９に、第３実施形態と同様の排気方向制御板１４を備えたものである。
排気方向制御板１４は、例えば、シャワーヘッド９のウェハ３と向き合う面から立設して備えられる。排気方向制御板１４は、シャワーヘッド９の周方向に隣接する排出ガス流路部９ｇの真ん中にそれぞれ設けられる。
第４実施形態に係るシャワーヘッド１５によれば、第２実施形態に係るシャワーヘッド９の奏する効果に加えて、排気方向制御板１４を設けることで、シャワーヘッド９の第１ガス噴出穴９ｅおよび第２ガス噴出穴９ｆから噴き出したガスを、一番近い径方向の排出ガス流路部９ｇから速やかに排気することができる。
図７（ａ）は、本発明の第５実施形態に係るシャワーヘッド１７を備えたオゾン処理装置１８の断面図である。第５実施形態に係るシャワーヘッド１７は、第１実施形態に係るシャワーヘッド１の外周部に、排気特性制御板１９を備えたものである。よって、第１実施形態に係るシャワーヘッド１と異なる構成について詳細に説明する。
排気特性制御板１９は、例えば、シャワーヘッド１の外周を覆うように、処理チャンバ４の天井部に設けられる。なお、シャワーヘッド１の外周部に直接排気特性制御板１９を設けてシャワーヘッド１７を構成することもできる。
図７（ｂ）、（ｃ）に示すように、排気特性制御板１９は、シャワーヘッド１７のガス噴出し面の法線方向に延在する壁部１９ａを備えるリング状の部材である。
壁部１９ａの突出長さは、シャワーヘッド１７とウェハ３間の圧力に応じて適宜設定される。壁部１９ａの内周面（または、壁部１９ａの先端部）とウェハ３や回転ステージ６の側部との間には、ウェハ３に供されたガスが排出される空間部２０が設けられる。シャワーヘッド１７から供されたオゾンガスは、空間部２０を通って、排気口８から処理チャンバ４の外部に排出される。排気特性制御板１９を設けることで、ウェハ３に供されたガスの排気特性が悪くなるが、ウェハ３全表面上の圧力を均等にすることができる。
第５実施形態に係るシャワーヘッド１７によれば、第１実施形態に係るシャワーヘッド１の奏する効果に加えて、排気特性制御板１９を設けることで、ウェハ３の全表面上の圧力をより均等にすることができる。
図８は、本発明の第６実施形態に係るシャワーヘッド２１を備えたオゾン処理装置２２の断面図である。第６実施形態に係るシャワーヘッド２１は、第２実施形態に係るシャワーヘッド９に、第５実施形態と同様の排気特性制御板１９を備えたものである。
排気特性制御板１９は、例えば、シャワーヘッド９のウェハ３と向かい合う面の外周部に設けられる。なお、排気特性制御板１９を処理チャンバ４の天井部に設けてシャワーヘッド２１を構成することもできる。
第６実施形態に係るシャワーヘッド２１によれば、第２実施形態に係るシャワーヘッド９の奏する効果に加えて、排気特性制御板１９を設けることで、ウェハ３の全表面上の圧力をより均等にすることができる。
図９（ａ）は、本発明の第７実施形態に係るオゾン処理装置２３の断面図である。第７実施形態に係るオゾン処理装置２３は、第１実施形態に係るオゾン処理装置２に、回転スリット２４を備えたものである。よって、第１実施形態に係るオゾン処理装置２と異なる構成について詳細に説明する。
回転スリット２４および回転ステージ６（およびサセプタ）は、２軸の回転導入機２５に回転可能に支持される。回転導入機２５の一段目には回転ステージ６が取り付けられ、回転導入機２５の二段目には、回転スリット２４が取り付けられる。
回転導入機２５により、回転ステージ６と回転スリット２４は、異なる速度で回転し、ウェハ３に供されたガスが回転スリット２４を通過して排気される。したがって、シャワーヘッド１の外周部から排気されるガスの流れは、回転スリット２４により乱され、ランダムな排気となる。このように、回転スリット２４越しにウェハ３に供されたガスを排気することで、若干の排気特性の低下はあるが、ウェハ３に供されたガスを攪拌することができる。
図９（ｂ）、（ｃ）に示すように、回転スリット２４は、ウェハ３の被処理面の法線方向に立設する壁部２４ａを備える。壁部２４ａは回転ステージ６の外周を囲むように所定の間隔隔てて設けられ、壁部２４ａ間にスリット２４ｂが形成される。
第７実施形態に係るオゾン処理装置２３によれば、第１実施形態に係るシャワーヘッド１（およびオゾン処理装置２）の奏する効果に加えて、ウェハ３に供されたガスの攪拌を行うことができる。
図１０は、本発明の第８実施形態に係るオゾン処理装置２６の断面図である。第８実施形態に係るオゾン処理装置２６は、第２実施形態に係るオゾン処理装置１０に、第７実施形態と同様の回転スリット２４を備えたものである。
第８実施形態に係るオゾン処理装置２６によれば、第２実施形態に係るシャワーヘッド９（およびオゾン処理装置１０）の奏する効果に加えて、回転スリット２４を設けることで、ウェハ３に供されたガスを攪拌することができる。
図１１〜図１３を参照して、本発明の実施形態に係るシャワーヘッドおよびオゾン処理装置の作用効果について説明する。なお、図１１（ａ）〜図１３（ａ）に示す特性図において、各圧力（Ｐａ、Ｐｃ、Ｐｅ）は、ガス流量５０ｓｃｃｍ（ｓｃｃｍ：１ａｔｍ（１０１３ｈＰａ)、２５℃におけるｃｃｍ（ｃｍ3／ｍｉｎ））のときの排気口圧力（Ｐｅ）に対する割合で表示されている。また、図１１（ｂ）〜図１３（ｂ）に示すオゾン処理装置２、１８、２７は、各装置における各圧力（Ｐａ、Ｐｃ、Ｐｅ）のおおよその場所を示している。
図１１（ａ）は、第１実施形態に係るオゾン処理装置２のウェハ中央圧力（Ｐｃ）、ウェハ３周辺圧力（Ｐａ）、排気口８圧力（Ｐｅ）と、ガス供給流量の関係を示す特性図である。
図１２（ａ）は、第５実施形態に係るオゾン処理装置１８のウェハ３中央圧力（Ｐｃ）、ウェハ３周辺圧力（Ｐａ）、排気口８圧力（Ｐｅ）と、ガス供給流量の関係を示す特性図である。
図１３（ａ）は、比較例に係るオゾン処理装置２７のウェハ３中央圧力（Ｐｃ）、ウェハ３周辺圧力（Ｐａ）、排気口８圧力（Ｐｅ）と、ガス供給流量の関係を示す特性図である。図１３（ｂ）に示すように、比較例に係るオゾン処理装置２７は、比較例に係るシャワーヘッド２８を備えた処理装置である。図１３（ｃ）に示すように、シャワーヘッド２８のウェハ３と向かい合う面には、ガス噴出穴２８ａが均一に形成されている。
第１実施形態に係るオゾン処理装置２の特性図（図１１（ａ）に示す）と、比較例に係るオゾン処理装置２７の特性図（図１３（ａ）に示す）の比較から明らかなように、第１実施形態に係るオゾン処理装置２では、ウェハ３の表面の中央付近および周辺付近の圧力差は、ほぼ無くなっている。したがって、第１実施形態に係るオゾン処理装置２は、ウェハ３全表面（中央部および周辺部）のガス供給圧力（すなわち、シャワーヘッド１から供給されるガスの供給量）を均等にすることで、ウェハ３全表面に対してより均一なオゾン処理ができる。なお、ウェハ３は回転ステージ６上に載置されているため、ウェハ３を回転させることにより、ウェハ３全表面に対して均等なオゾン処理が可能となる。
同様に、図１２（ａ）に示すように、第５実施形態に係るオゾン処理装置１８においても、ウェハ３の表面の中央付近および周辺付近のガス供給圧の差が、ほぼ無くなっている。特に、図１１（ａ）に示した第１実施形態に係るオゾン処理装置２の特性図と比較して、第５実施形態に係るオゾン処理装置１８では、ウェハ３表面上の排気特性の低下によりウェハ３の表面の中央部付近と周辺部付近の圧力（Ｐｃ、Ｐａ）が上がっている。しかし、第５実施形態に係るオゾン処理装置１８は、第１実施形態に係るオゾン処理装置２よりも、ウェハ３全表面の中央付近および周辺付近の圧力差が無くなっている。したがって、第５実施形態に係るオゾン処理装置２７は、ウェハ３全表面（中央部および周辺部）のガス供給圧力（すなわち、シャワーヘッド１７から供給されるガスの供給量）をより均等にすることで、ウェハ３全表面に対してより均一なオゾン処理が可能となる。
以上のような、本発明の第１実施形態に係るシャワーヘッド１（他の実施形態に係るシャワーヘッド９、１２、１５、１７、２１も同様である。以下同じ）およびオゾン処理装置２（他の実施形態に係るオゾン処理装置１０、１３、１６、１８、２２、２３、２６も同様である。以下同じ）によれば、シャワーヘッド１のガス噴出穴１ａが形成された面に、排出ガス流路部１ｂを設けることで、ウェハ３の径方向に延びる、ガスが供給されない領域が形成されることとなる。その結果、ウェハ３に供されたガス（材料ガス、添加ガスおよび反応後に生成した酸素等のガス）は、排出ガス流路部１ｂとウェハ３との間を速やかに通過して排気され、ウェハ３の中央部付近および周辺部付近におけるガス供給圧の差をほぼ無くすことができる。すなわち、シャワーヘッド１とウェハ３の間におけるウェハ３の被処理面の水平方向の圧力差を低減することができる。また、ウェハ３は、回転ステージ６上に設置されているため、ウェハ３を回転させることで、ウェハ３全表面に対して、均等なオゾン処理等が可能となる。特に、シャワーヘッド１のガス噴出し面とウェハ３の被処理面との距離が、シャワーヘッド１に形成されたガス噴出穴１ａの最短間隔よりも短い場合のようにウェハ３の被処理面の近くにシャワーヘッド１が備えられた場合でも、シャワーヘッド１の中心部から、排気方向に向かって排出ガス流路部１ｂの幅を有する排気流路が形成されるので、ウェハ３に供されたガスが速やかに排気される。
図１３（ｂ）に示したような、比較例に係るオゾン処理装置２７において、ウェハ３とシャワーヘッド２８の距離が近づけば近づくほど、ウェハ３の中央部に噴き出したガスは、ウェハ３の中央部以外で噴き出したガスにより排出が妨げられるようになり、ウェハ３周辺部に噴き出したガスと比較すると、排気され難くなる。その影響で、ウェハ３表面上の中央部と周辺部で圧力差（中央部の圧力＞周辺部の圧力）が生じ、高濃度オゾンガスはウェハ３中央部に供給され難くなり、排気が速やかでより圧力の低い周辺部に供給され易くなる。これにより、シャワーヘッド２８から供給される反応性の高い高濃度オゾンガスのウェハ３上へ供給される量は圧力の低いウェハ３周辺部の方が多くなる。したがって、ウェハ３周辺のオゾン処理効果が増すこととなり、ウェハ３全表面に対するオゾン処理の均一性が低下する。
また、シャワーヘッド２８から高濃度のオゾンガスをウェハ３に供した場合、一旦オゾンガスが反応して酸素ガスになってしまうと、オゾンガス本来の高い反応性はなくなってしまう。そのため、反応後の酸素ガスをウェハ３上から速やかに排気し、高濃度のオゾンガスをウェハ３に供給することも重要となってくる。
これらの課題に対して、本発明の実施形態に係るシャワーヘッド１およびオゾン処理装置２によれば、ウェハ３の中心部に供されたオゾンガス（反応後に生成した酸素ガスを含む）が排出ガス流路部１ｂとウェハ３の間を通って速やかに排気されるので、ウェハ３表面上に均等なガス圧で、常に高濃度のオゾンガスがウェハ３に供される。したがって、高濃度のオゾンガスの高い反応性をウェハ３の全表面に対して有効に作用させることができ、高濃度のオゾンガスの高い反応性を利用した様々な酸化プロセスにおいて、巨大化するオゾン処理対象物（ウェハ３やガラス基板等）に対して、均等な処理を行うことができる。
また、高濃度のオゾンガスの反応性を高めるために、高濃度のオゾンガスと反応性の高いガス（以下、添加ガス）を同時に供給可能な複数ガス供給（２ガス以上）用のシャワーヘッドを使用する場合、高濃度のオゾンガス以外の添加ガスの圧力が高い場合があり、上述したようにウェハ３の中央部のガスが速やかに排気されないと添加ガスやオゾンガスと添加ガスの反応によって生じたガスの圧力の影響でさらに高濃度のオゾンガスはウェハ３の中央部に供給され難くなり、ウェハ３の周辺部に偏って供給されてしまう。
この課題に対して、第２実施形態に係るシャワーヘッド９（他の実施形態に係るシャワーヘッドも同様である。以下同じ）およびオゾン処理装置１０（他の実施形態に係るオゾン処理装置も同様である。以下同じ）によれば、シャワーヘッド９とウェハ３の間のウェハ３の被処理面の水平方向の圧力差を低減し、ウェハ３の全表面に対して均一な処理を行うことができる。すなわち、第２実施形態に係るシャワーヘッド９およびオゾン処理装置１０によれば、異なる複数のガスをシャワーヘッド９からウェハ３に供する場合、各ガスの圧力差の違いにより、一部のガスが偏ってウェハ３に供されることが抑制され、より均一な処理を行うことができる。
また、第３、４実施形態で説明した排気方向制御板１４を設けることで、シャワーヘッド１、９とウェハ３間を流れる排出ガスの流れる方向を制御して、ウェハ３に供されたガスをより速やかに処理チャンバ４外に排出することができる。
また、第５、６実施形態で説明した排気特性制御板１９を設けることで、ウェハ３から排出されるガスの圧力損失が生じ、排気特性は若干低下するものの、ウェハ３全表面での圧力をより均一にすることができる。
また、第７、８実施形態で説明した回転スリット２４を設置することで、ウェハ３から排出されるガスの排気特性が若干低下するが、回転スリット２４越しのランダムな排気となるため、ガスを攪拌することができる。
以上、具体的な実施形態を示して本発明のシャワーヘッドおよび処理装置について説明したが、本発明のシャワーヘッドおよび処理装置は、実施形態に限定されるものではなく、その特徴を損なわない範囲で適宜設計変更が可能であり、設計変更されたものも、本発明の技術的範囲に属する。
例えば、本発明の実施形態で説明したオゾン処理装置の構成の一部を備えるシャワーヘッドおよび処理装置または、本発明の実施形態で説明したオゾン処理装置の構成の一部を組み合わせたシャワーヘッドおよび処理装置も本発明の技術的範囲に属する。
また、処理装置は、ウェハ３をオゾンで酸化処理する装置に限定するものではなく、被処理体に対して、シャワーヘッドからガスを供給する装置に本発明を適用することができる。
よって、被処理体は、ウェハ３に限定されるものではなく、ガラス基板や樹脂製基板や、樹脂フィルム等を適用することができる。つまり、シリコン半導体の分野では、実施例のような円形基板が被処理体として用いられ、ディスプレイ等の分野では矩形基板など被処理体が目的に応じて用いられる。また、固定された基板に対してガスを供給処理する処理装置だけでなく、ロールｔｏロール方式により移動するフィルムに対してガスを供給する処理装置に、本発明のシャワーヘッドおよび処理装置を適用することもできる。
また、高濃度のオゾンガスを用いた処理装置としては、ウェハ洗浄や、シリコン酸化（例えば、特開平８−３３５５７６号公報）等の酸化膜の形成、ＣＶＤ、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、アッシング等の様々なプロセスに酸化剤として利用される。これら各処理装置に本発明のシャワーヘッドおよび処理装置を適用することで、酸化対象物への面内均一性に優れたオゾン処理を行うことができる。例えば、オゾンガスを用いてアッシング（エッチング）やクリーニングをする場合、シャワーヘッドの第１ガス噴出穴から不飽和炭化水素ガスが供され、第２ガス噴出穴からオゾンガスを供される。また、ＣＶＤ等の成膜を行う場合は、予め処理炉内にオゾンを充満させた状態で、シャワーヘッドの第１ガス噴出穴からＴＥＯＳガス（ＳｉＯ2膜を形成する原料ガス）やＴＭＡ（Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌａｌｕｍｉｎｉｕｍ、Ａｌ2Ｏ3膜を形成する原料ガス）等が供され、第２ガス噴出穴から不飽和炭化水素が供される。その他、金属酸化膜を形成する際には、ＴＭＡといったＡｌ元素を含む材料ガスの他に、各種有機金属（例えば、Ｈｆ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｔｉ等）を含むガスが目的（光学薄膜、透明導電膜、誘電体膜等）に応じて使用される。このように、シャワーヘッドから供されるガスは、目的に応じて選択される任意のガスであり、必ずしもオゾンガスが含まれていなくてもよい。
また、シャワーヘッドから供されるガスを３種類以上とした場合も、本発明のシャワーヘッドおよび処理装置の効果を得ることができる。すなわち、シャワーヘッドからウェハに供するガスは、１種類以上であれば、任意のガスをシャワーヘッドからウェハに供することができる。また、シャワーヘッドの前段部分で複数のガスを混合し、混合したガスをシャワーヘッドからウェハに供する態様とすることもできる。
また、排出ガス流路部１ａ、９ｄ、９ｇの数は、実施形態に限定されるものではなく、処理装置に応じて複数形成される。
１…シャワーヘッド
１ａ…ガス噴出穴、１ｂ…排出ガス流路部（ガスが噴き出さない領域）
２、１０、１３、１６、１８、２２、２３、２６…オゾン処理装置（処理装置）
３…ウェハ（被処理体）
４…処理チャンバ
５…回転導入機
６…回転ステージ
７、１１…ガス供給口
８…排気口
９…シャワーヘッド
９ａ…第１シャワーヘッド、９ｂ…第２シャワーヘッド
９ｃ…ガス噴出穴
９ｄ、９ｇ…排出ガス流路部（ガスが噴き出さない領域）
９ｅ…第１ガス噴出穴、９ｆ…第２ガス噴出穴、９ｈ…突出部
１２、１５、１７、２１…シャワーヘッド
１４…排気方向制御板
１９…排気特性制御板、１９ａ…壁部
２０…空間部
２４…回転スリット、２４ａ…壁部、２４ｂ…スリット
２５…２軸の回転導入機

Claims (9)

  1. 被処理体に対向する側に多数のガス噴出穴を有し、前記被処理体に対してガスを供給するシャワーヘッドであって、
    前記シャワーヘッドの前記被処理体に対向する面に、前記ガスが噴き出さない領域を、前記シャワーヘッドの外周部から前記シャワーヘッドの中心部に延びるように複数備え、
    前記ガスが噴き出さない領域に挟まれた領域に、前記ガス噴出穴が形成された、ことを特徴とするシャワーヘッド。
  2. 前記ガスは、異なる種類の複数のガスであり、
    前記シャワーヘッドの前記被処理体に対向する側に、異なる種類のガスをそれぞれ供給するガス噴出穴が備えられた、ことを特徴とする請求項１に記載のシャワーヘッド。
  3. 前記シャワーヘッドの前記被処理体に対向する側に、前記シャワーヘッドの外側から前記シャワーヘッドの中心部に延びる排気方向制御板が立設された、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシャワーヘッド。
  4. 前記シャワーヘッドは、前記被処理体に対向する側に、前記シャワーヘッドの外周に沿って立設する排気特性制御板を備える、ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のシャワーヘッド。
  5. 被処理体が配置される処理チャンバと、
    前記処理チャンバに備えられ、前記被処理体が載置されるステージと、
    前記ステージ上に載置された前記被処理体と対向して備えられ、前記被処理体に対してガスを供給するシャワーヘッドと、を備え、
    前記シャワーヘッドの前記被処理体と対向する面には、前記ガスが噴き出さない領域が、前記シャワーヘッドの外周部から前記シャワーヘッドの中心部に延びるように複数備えられ、
    前記ガスが噴き出さない領域に挟まれた領域に、前記ガスが噴き出すガス噴出穴が複数形成された、ことを特徴とする処理装置。
  6. 前記ガスは、異なる種類の複数のガスであり、
    前記シャワーヘッドの前記被処理体に対向する側に、異なる種類のガスをそれぞれ供給するガス噴出穴が備えられた、ことを特徴とする請求項５に記載の処理装置。
  7. 前記シャワーヘッドの前記被処理体に対向する側に、前記シャワーヘッドの外側から前記シャワーヘッドの中心部に延びる排気方向制御板が立設された、ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の処理装置。
  8. 前記シャワーヘッドまたは前記処理チャンバに、前記シャワーヘッドの外周に沿って立設する排気特性制御板を備えた、ことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の処理装置。
  9. 前記シャワーヘッドは、前記被処理体と向かい合う側の面が円形であり、
    前記処理チャンバには、前記ガスが排出されるスリットが形成された板が、前記シャワーヘッドの外周に沿って、前記被処理体の側面と向かい合うように、備えられ、
    前記スリットが形成された板は、前記シャワーヘッドの前記被処理体と向かい合う側の面の中心を軸として回転可能に支持された、ことを特徴とする請求項５から請求項８のいずれか１項に記載の処理装置。
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