CN112349575A - 喷淋板、下部电介质和等离子体处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种喷淋板、下部电介质和等离子体处理装置。在一个例示的实施方式中，喷淋板包括：具有气孔的板状的电介质主体；和电介质主体内所包含的多个密闭区域。各密闭区域具有比电介质主体低的介电常数，电介质主体的中央区域中的密闭区域的体积密度高于电介质主体的周边区域中的密闭区域的体积密度。根据本发明，能够提高等离子体的面内均匀性。

Description

喷淋板、下部电介质和等离子体处理装置
技术领域
本发明的例示的实施方式涉及喷淋板、下部电介质和等离子体处理装置。
背景技术
使用现有的喷淋板的等离子体处理装置记载于专利文献1中。专利文献1所记载的喷淋板具有中央区域的厚度比周边区域的厚度厚的形状。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-256604号公报。
发明内容
希望提供一种能够提高等离子体的面内均匀性的喷淋板、下部电介质和等离子体处理装置。
在一个例示的实施方式中，喷淋板包括：具有气孔的板状的电介质主体；和电介质主体内所包含的多个密闭区域。各密闭区域具有比电介质主体低的介电常数，电介质主体的中央区域中的密闭区域的体积密度高于电介质主体的周边区域中的密闭区域的体积密度。
依照一个例示的实施方式的等离子体处理装置及其所使用的喷淋板或者下部电介质，能够提高等离子体的面内均匀性。
附图说明
图1是表示等离子体处理装置的装置结构的说明图。
图2是表示喷淋板的纵截面结构的图。
图3是喷淋板的俯视图。
图4是表示喷淋板的电介质主体的纵截面结构的图。
图5是表示密闭区域的水平截面形状(XY平面内的形状)的图。
图6是表示密闭区域的纵截面形状(XZ平面内的形状)的图。
图7是表示喷淋板的电介质主体的纵截面结构的图。
图8是表示喷淋板的电介质主体的纵截面结构的图。
图9是表示喷淋板的电介质主体的纵截面结构的图。
图10是表示喷淋板的电介质主体的纵截面结构的图。
图11是表示喷淋板的电介质主体的纵截面结构的图。
图12是喷淋板的俯视图(省略了密闭区域)。
图13是等离子体处理装置的系统结构图。
图14是表示具有下部电介质(载置台用电介质透镜)的载置台的纵截面结构的图。
附图标记说明
DRV：驱动机构，SP：等离子体发生空间，TEMP：温度调节装置，1：处理容器，2：导波路，3：盖部件，4：排气通路，5：上部电极，5C：冷却介质通路，6：下部电极，7：电介质主体(喷淋板)，7A：电极膜，8：电介质主体(下部电介质)，9：高频导入部，10：气源，11：流量控制器，12：控制器，13：高频发生器，14：排气装置，100：等离子体处理装置，P：密闭区域，H：气孔，LS：载置台。
具体实施方式
下面，对各种例示的实施方式进行说明。
在一个例示的实施方式中，喷淋板包括：具有气孔的板状的电介质主体；和电介质主体内所包含的多个密闭区域。各密闭区域具有比电介质主体低的介电常数，电介质主体的中央区域中的密闭区域的体积密度高于电介质主体的周边区域中的密闭区域的体积密度。
电介质的静电电容会在有效的介电常数降低时变小。在电介质主体的中央区域，具有相对较低的介电常数的密闭区域的体积密度高，因此有效的介电常数降低。因此，中央区域的静电电容变得比周边区域的静电电容小。在将高频从喷淋板的上部、周围导入而生成等离子体的情况下，具有在中央区域等离子体强度变高的倾向，但由于中央区域的静电电容比周边区域的静电电容小，因此能够抑制等离子体强度的增加，使等离子体的面内均匀性变高。
在一个例示的实施方式中，特征在于：板状的电介质主体包括平坦的一个面和平坦的另一个面，喷淋板包括固定于一个面上的电极膜，另一个面位于等离子体生成区域一侧。由于电极膜固定于电介质主体，因此它们之间的间隙不会因温度而变化，从而不容易在间隙发生放电。此外，由于电介质主体包括平坦的一个面和另一个面，因此电介质主体的热膨胀时的畸变也少。因此，喷淋板的静电电容不容易因温度而变化，能够抑制伴随温度变化的等离子体的均匀性劣化。
在一个例示的实施方式中，特征在于：电极膜是金属喷镀膜。金属喷镀膜由于接合强度高且难以剥离，因此不容易发生伴随剥离的放电，能够抑制等离子体的均匀性劣化。此外，由于能够将电极膜喷镀到电介质主体的平坦的面上，因此与对凸面、凹面进行喷镀的情况相比，不会引起喷镀的精度劣化。
特征在于：密闭区域中包含选自氮气和氩气中的至少一种气体。在气孔等的形成或者加工时，优选即使密闭区域的电介质材料露出到外部，也不会对等离子体特性造成影响的气体。氮气、氩气是非活性度高且不容易起到污染作用的材料，因此在使用了这些材料的情况下，能够生成更优质的等离子体。此外，与空气相比热膨胀率低，因此也能够抑制静电电容相对于温度变化而变化。
特征在于：各密闭区域具有沿电介质主体的厚度方向延伸的形状。
在一个例示的实施方式中，使喷淋板的厚度方向的静电电容在中央区域降低。在低介电常数的密闭区域在厚度方向(纵向)上延伸的情况下，能够充分地降低喷淋板上下表面间的静电电容。
在一个例示的实施方式中，特征在于：在将电介质主体的厚度方向作为Z轴方向，将与Z轴方向垂直的两个方向作为X轴和Y轴的情况下，多个密闭区域各自的重心位置的分布与另一个面侧相比偏倚在电极膜侧。另一个面侧与等离子体生成区域相邻，但是密闭区域偏倚在电极膜侧，因此具有密闭区域不容易被等离子体侵蚀的优点。
另一方面，密闭区域由低介电常数材料构成，因此由于电介质主体的热膨胀，应力施加到内部，会发生变形。因此，在一个例示的实施方式中，特征在于：多个密闭区域各自的重心位置关于位于电极膜侧的规定的XY平面以面对称的方式分布。该情况下，由于是面对称的，因此伴随热应力的变形的程度关于XY平面的上下变得对称，能够抑制整体的变形。即，由于电介质主体的变形少，因此伴随热的电容变化减小，能够进一步提高等离子体的面内均匀性。
在一个例示的实施方式中，等离子体处理装置包括：上述喷淋板；收纳喷淋板的处理容器；和向处理容器内导入等离子体生成用的高频的高频发生器。
当从高频发生器对处理容器内导入高频时，在处理容器内部生成等离子体。因为从喷淋板的气孔能够将处理气体供给到处理容器内，所以能够生成处理气体的等离子体，能够对处理对象物实施等离子体处理。
在一个例示的实施方式中，特征在于：高频的频率为130MHz～220MHz。该频率范围包含超短波(VHF)频段。VHF频段是指30MHz～300MHz程度的范围的频率。在这样的条件下，在普通的直径330mm程度的喷淋板的情况下，高频的半波长接近喷淋板的直径或者比喷淋板的直径小，因此容易产生驻波。因此，有因驻波导致等离子体的面内均匀性劣化的倾向，但是在这样的情况下，能够利用由多个密闭区域P实现的透镜效果来良好地保证面内均匀性。
在一个例示的实施方式中，下部电介质包括板状的电介质主体和电介质主体内所包含的多个密闭区域。各密闭区域具有比电介质主体低的介电常数。电介质主体的中央区域中的密闭区域的体积密度高于电介质主体的周边区域中的密闭区域的体积密度。
与喷淋板的情况相同，在下部电介质中，在电介质主体的中央区域，具有相对较低的介电常数的密闭区域的体积密度高，因此有效的介电常数降低。因此，下部电介质中的中央区域的静电电容变得比周边区域的静电电容小。换言之，下部电介质作为校正周围的电场的电介质透镜发挥作用。在将高频导入到处理容器而生成等离子体的情况下，具有在中央区域等离子体强度变高的倾向，但是由于中央区域的静电电容比周边区域的静电电容小，因此能够抑制等离子体强度的增加，使等离子体的面内均匀性变高。
下面，对实施的方式的等离子体处理装置进行说明。对相同的要素标注相同的附图标记，并省略重复的说明。
图1是表示一个例示的实施方式的等离子体处理装置100的装置结构的说明图。此外，为了方便说明，设定三维正交坐标系。将等离子体处理装置的铅垂方向设为Z轴方向，将与之垂直的两个方向分别设为X轴和Y轴。
等离子体处理装置100在下部设有载置台LS。在载置台LS与上部电极5之间生成等离子体。载置台LS包括：埋入载置台的主体内的下部电极6；和埋设于主体内的温度调节装置TEMP(包含发热体)。载置台LS支承于驱动机构DRV，能够通过驱动机构DRV在Z轴方向上移动。驱动机构DRV是Zθ载置台，除了Z轴方向的移动之外，还能够在XY平面内旋转。等离子体处理装置100包括在处理容器1内相对配置的上部电极5和下部电极6，在它们的电极间的空间SP生成等离子体。在上部电极5的下表面设置有凹部，在该凹部内配置有喷淋板(电介质主体7和电极膜7A)。在空间SP的横向端部设置有由电介质构成的高频导入部9。
在喷淋板的电介质主体7设置有用于从气源10供给处理气体的气孔H。在电介质主体7的内部包含多个密闭区域P(气泡等)，包含密闭区域P的区域具有比电介质主体7低的介电常数，使得该区域的有效的介电常数降低。
在处理容器1的上部设置有圆筒形的盖部件3。盖部件3的中央设有开口，盖部件的内表面与上部电极5的外表面之间的空间构成高频的导波路2。将高频导入导波路2内的方法有多种方法。例如，可以设置与盖部件3的上部的开口连通的导波管，对该导波管内供给高频。被导入到导波路2内的高频如镂空箭头所示，向下方传递，然后经由由电介质构成的高频导入部9，被导入到处理容器1的内部。为了传递高频能够使用同轴管，也能够将其内部导体连接到上部电极5。此外，在高频的传播路径内配置适当的电介质，能够获得阻抗匹配。
被导入到导波路2的上部的高频沿水平方向以辐射状向周边部行进。然后，该高频在形成于处理容器1的侧壁的内面的导波路(平面形状为圆环状且深度在Z轴方向上)中向下方行进。然后，该高频被导入到高频导入部9，从处理容器1的外周部向中央部行进。从Z轴方向观察到的高频导入部9的平面形状为圆环状，高频从水平方向的所有方位向处理容器1的轴中心行进。高频导入部9位于等离子体发生空间SP的横向上。
此外，高频电功率作为高频从处理容器1的侧方被导入到上部电极5与载置台LS之间的空间内。从喷淋板的电介质主体7的气孔H向处理容器1内导入处理气体，并且从高频导入部9向上部电极5与下部电极6之间的空间内导入高频。由此，处理容器1的内部的处理气体等离子体化，生成等离子体。处理容器1内的气体经由排气通路4被排气装置14排出到外部。
上部电极5是由导电性材料构成的冷却套，具有冷却介质通路5C。上部电极5的下表面具有凹部，在凹部内配置喷淋板(电介质主体7和电极膜7A)。
在喷淋板的电介质主体7的上表面上形成并固定有电极膜7A，电极膜7A与上部电极5的下表面电连接。此外，电极膜7A能够通过金属的喷镀来形成，不过作为金属膜的形成法，除了喷镀之外，还已知熔融金属镀敷法、熔融塩电镀法、金属渗透法、蒸镀法、电泳法等。
电极膜7A优选金属喷镀膜。金属喷镀膜的接合强度高，难以剥离，因此不容易产生伴随剥离的放电，能够抑制等离子体的均匀性劣化。金属优选为导电率高的铝，例如，能够使用标准规格的铝喷镀作业标准(JISH9301)来进行喷镀。在喷镀之前，在电介质主体7的基底表面上也能够进行喷砂等粗糙面加工，在该情况下，能够提高金属喷镀后的接合强度。
高频导入部9位于横向端部(水平方向端部)，在该空间内，能够从各个横向导入高频，因此具有难以形成驻波这样的优点。喷淋板的电介质主体7作为中央区域的有效的介电常数比周边区域的有效的介电常数低的电介质透镜发挥作用。在上部电极5与下部电极6之间产生的电矢量具有向外侧倾斜的倾向。喷淋板的电介质主体7作为电介质透镜发挥作用，因此面内的电矢量弯曲，能够使电矢量的方向和大小与垂直方向一致。
下面，进行详细说明。
图2是表示喷淋板的纵截面结构的图。
喷淋板包括：具有气孔H的板状的电介质主体7；和电介质主体7内所包含的多个密闭区域P。各个密闭区域P具有比电介质主体7低的介电常数。
密闭区域P是低介电常数区域，在内部没有填充固体的情况下是气泡。密闭区域P为气泡的情况下的室温(300K)下的压力，为1气压或者比1气压低的压力。在气泡形成时的压力比1气压低的情况下，或者在气泡形成时的温度比室温高的情况下，能够使气泡的室温下的压力比1气压低。εr0表示真空的相对介电常数，εrN2表示氮气的相对介电常数，εrsio2表示石英玻璃(SiO2)的相对介电常数，εrAlN表示氮化铝(AlN)的相对介电常数，εrAl2O3表示氧化铝(Al2O3)的相对介电常数。该情况下，与VHF频段对应的室温的相对介电常数(介电常数)满足εr0＜εrN2＜εrSio2＜εrAlN＜εrAl2O3的关系，因此进行适当选择材料的选择。密闭区域P在由作为气泡的氮气构成的情况下，电介质主体7例如能够由氮化铝或者氧化铝构成。这些材料具有介电常数高且耐热性高的优点。
在密闭区域P由气泡构成的情况下，密闭区域P能够包含选自氮气和氩气中的至少一种气体。优选在电介质主体7中的气孔H等的形成或者加工时，即使密闭区域P的电介质材料露出到外部，也不会对等离子体特性有影响的气体。氮气、氩气是非活性度高且不容易起到污染作用的材料，因此在使用了这些材料的情况下，能够生成更优质的等离子体。
此处，将电介质主体7的XY平面内的靠近外周的区域作为周边区域。将电介质主体7的XY平面内的重心位置作为中心，将该中心的附近区域作为中央区域。具体而言，XY平面内的电介质主体7的形状为圆形，将其半径设为R时，将从中心至R/2的位置为止所包含的区域作中央区域，将从距中心R/2的位置至R的位置为止所包含的区域作为周边区域。该情况下，在周边区域存在少量的密闭区域P，在中央区域存在大量的密闭区域P。换言之，电介质主体7的中央区域中的密闭区域P的体积密度，比电介质主体7的周边区域中的密闭区域P的体积密度高。此外，电介质主体7的周边区域的最外部分的下表面由高频导入部9等部件支承，因此在该被支承的区域的正下方，不生成等离子体。在周边区域的定义中，即使除去在正下方不生成等离子体的区域，上述的密闭区域P的体积密度的关系也不变。
电介质的静电电容在有效的介电常数降低时变小。在电介质主体7的中央区域，具有相对较低的介电常数的密闭区域的体积密度高，所以有效的介电常数降低。因此，假设具有在电介质主体7的厚度方向上隔开间隔的对置电极的电容器，中央区域的静电电容变得比周边区域的静电电容小。在将高频从喷淋板的上部、周围导入以生成等离子体的情况下，具有在喷淋板的中央区域等离子体强度变高的倾向。由于中央区域与周边区域相比静电电容小，因此能够抑制等离子体强度的增加，使等离子体的面内均匀性变高。
图2所示的板状的电介质主体7包括平坦的一个面(位于Z轴的正侧的XY平面)和平坦的另一个面(位于Z轴的负侧的XY平面)。喷淋板具有固定于一个面上的电极膜7A。另一个面位于等离子体生成区域一侧(图1的空间SP侧)。电极膜7A固定于电介质主体7，因此它们之间的间隙不因温度而变化，并且在间隙中难以产生放电。由于电介质主体7具有平坦的一个面和另一个面，因此电介质主体7的热膨胀时的畸变也少。因此，在该结构的情况下，喷淋板的静电电容不容易因温度而变化，能够抑制伴随温度变化的等离子体的均匀性劣化。
此外，气孔H的形状是沿深度方向具有不变的直径的圆筒形，不过也可以是下部的直径比上部的直径小的圆筒形等。
图3是从Z轴方向观察到的喷淋板的俯视图。
将各个密闭区域P的重心的三维位置设为P(x，y，z)，将气孔H的重心的XY平面内的二维位置设为H(x，y)。电介质主体内的气孔H的数量比密闭区域P的数量少。此外，气孔H沿Z轴方向贯通电介质主体7，因此在二维位置H(x，y)中不示出Z轴的位置。将电介质主体7的XY平面内的中心位置设为XY坐标的原点，将铅垂上方设为Z轴方向的正方向。以XY坐标的原点为中心的半径R的圆的方程式是(x2+y2＝R2)。该圆的方程式表示电介质主体7的外缘Ω的位置。在该图中，多个气孔H配置于具有不同的半径的多个同心圆上。例如，4个半径(R1＜R2＜R3＜R4)的圆的方程式为(x2+y2＝R12，x2+y2＝R22，x2+y2＝R32，x2+y2＝R42，气孔H的位置H(x，y)满足这些圆的方程式的条件。此外，气孔H配置于以原点为中心的辐射线上。
密闭区域P配置于具有与气孔H不同的半径的多个同心圆上。例如，4个半径(r1＜r2＜r3＜r4)的圆的方程式是(x2+y2＝r12，x2+y2＝r22，x2+y2＝r32，x2+y2＝r42，密闭区域P的二维位置P(x，y)满足这些圆的方程式的条件。此外，使(r1＜R1＜r2＜R2＜r3＜R3＜r4＜R4)。此外，密闭区域P配置于以原点为中心的辐射线上。
密闭区域P的Z轴方向的重心位置z是Z轴的负方向的位置，但是密闭区域P的大部分位于电介质主体7的Z轴方向的比厚度z0一半z0/2靠上侧的位置。换言之，全体的密闭区域P的集合的重心位置ztotal满足0＞ztotal＞z0/2的关系。换言之，全体集合的重心位置ztotal的与电介质主体7的上部表面(z＝0)的隔开距离(|0－ztotal|)比|z0/2|小。
在该图所示的例子中，气孔H的直径比密闭区域P的直径大。多个气孔H的直径是相同的，多个密闭区域P的直径也是相同的。在该图所示的例子中，在中央区域，每单位面积的气孔H的数量与周边区域相比增加了。此外，在中央区域，每单位面积的密闭区域P的数量与周边区域相比增加了。因此，例如，即使多个密闭区域P的深度全部是相同的，中央区域的有效的介电常数与周边区域的有效的介电常数相比也变小。可以为多个密闭区域P在深度方向分散。
从气体的流速的观点考虑，在本结构的情况下，中央区域的气孔密度比周边区域的气孔密度大，因此产生从中央区域去往周边区域的辐射状的气流。在生成等离子体的期间，停止向气孔H供给处理气体时，不产生气流，而在静止的状态下处理向下进行。在对处理容器内的气体进行排气的情况下，当产生了辐射状的气流时，具有能够将内部的不需要的气体平稳地排出的优点。
图12是喷淋板的俯视图(省略了密闭区域的记载)。如图12所示，也有将气孔H配置在正方格子的格子点上的方法。在该图中，在靠近周边区域的边缘的部位没有配置气孔H，但是也可以将气孔H配置至靠近边缘的位置。不产生图3那样的辐射状的气流，而具有在气体导入压力在面内均匀时，能够以均匀的分布对处理容器内导入气体的优点。此外，在图12中，密闭区域P没有图示，但是能够将各种各样类型的密闭区域P设置在图12的电介质主体7。
返回图3，从介电常数的角度进行说明。气孔H内是不存在固体的空间，与电介质主体7相比介电常数低。因此，XY平面内的每单位面积的有效的介电常数随着气孔H的二维密度越增加而越降低。当增加中央区域的气孔H的二维密度，并且也增加密闭区域P的三维密度时，能够以更少的密闭区域P的数量，来实现所希望的介电常数。
下面，对密闭区域P的更详细的结构进行说明。
图4是表示喷淋板的电介质主体的纵截面结构的图。
各个密闭区域P的形状为球形。“球形”无论在包含Z轴的截面(XZ截面)内，还是在XY截面内，都是圆形。多个密闭区域P分散在电介质主体7内。中央区域中的密闭区域P的Z轴方向的数量比周边区域中的密闭区域P的Z轴方向的数量多，该数量越远离中心而越减少。作为由多个密闭区域P构成的密闭区域组的集合体，配置于电介质主体7的靠上侧处。即，位于Z轴方向的最下部的密闭区域P，位于比作为下限位置的z＝zdown的位置靠上方处。此外，位于Z轴方向的最上部的密闭区域P，位于比作为上限位置的z＝zup的位置靠下方处。电介质主体7的Z轴方向的厚度为|z0|，下限位置|zdown|被设定为满足保护厚度ΔZM＝|z0－zdown|。多个密闭区域P各自的重心位置的分布与另一个面侧(下表面侧)相比偏倚在电极膜侧(上表面侧)。下表面侧与等离子体生成区域相邻，密闭区域P偏倚在上表面侧，因此具有密闭区域P不容易被等离子体侵蚀的优点。
此外，保护厚度ΔZM是为了保护密闭区域P不受在电介质主体7的下表面生成的等离子体的影响而设置的厚度。由于经年使用，等离子体会削去电介质主体7的下表面，因此设定了保护厚度ΔZM。当保护厚度ΔZM过薄时保护功能是有效的，当过厚时无效的区域增加。从该观点出发，优选z1≤ΔZM≤z2。优选的z1为|z0×5％|、|z0×10％|、|z0×15％|或者|z0×20％|。优选的z2为|z0×50％|、|z0×45％|、|z0×40％|或者|z0×35％。
密闭区域P的上限位置被设定为使得密闭区域P不露出。上表面不会被等离子体削去，因此设定为|zup|＜ΔZM。
气体等介电常数低的材料，折射率也低，与氧化铝、氮化铝等固体电介质材料相比，具有分子间结合弱且密度低的倾向。这样的材料容易变形。因为密闭区域P由低介电常数材料构成，所以由于电介质主体7的热膨胀，应力施加到内部，而发生变形。
于是，多个密闭区域P各自的重心位置关于位于电极膜侧的规定的XY平面(z＝zcenter)面对称地分布。该情况下，由于是面对称的，因此伴随热应力的变形的程度关于XY平面的上下变得对称，能够抑制整体的变形。即，由于电介质主体7的变形少，因此伴随热的电容变化减小，能够进一步提高等离子体的面内均匀性。此外，|zcenter|＝|zup|+|zdown－zup|/2，|zcenter|＜|z0/2|。
介电常数分布被设定成，通过使电介质主体的中央区域中的密闭区域密度增加，而实际上与中央区域厚的凸形形状的电介质板等效。凸形形状的包含Z轴的平面内的二维函数可以使用高斯函数等。一般而言，电容器的静电电容C为C＝εS/d(ε是介电常数，S是电容器用电极的面积，d是对置电极间的距离)。因此，假设在电介质主体7的上下表面存在电容器用的电极，在为凸形形状的的情况下，中央区域的距离d大所以静电电容C变小。例如，上述的二维函用相当于d的值相当的部位表示作为C计算基础的1/d的值变化的情况。此处，以与凸形形状的电介质板等效的方式使介电常数ε代替1/d而变化，由此即使是平坦的形状也能够得到与凸形形状的电介质板等效的效果。电介质主体7和密闭区域P的混合物的介电常数ε能够使用Maxwell-Garnett模型来计算。
图5是表示密闭区域的水平截面形状(XY平面内的形状)的图。
如该图所示，能够使密闭区域P的水平截面形状为圆形(图5的(A))、正六边形(图5的(B))、正方形(图5的(C))等。多边形中圆形、正六边形、正方形具有旋转对称性，在配置于各种各样的方向的情况下，也能够实现均匀性高的介电常数分布，因此，具有容易形成均匀分布的等离子体的优点。
图6是表示密闭区域的纵截面形状(XZ平面内的形状)的图。
如该图所示，能够使密闭区域P的纵截面形状为圆形(图6的(A))、长圆形(图6的(B))、长方形(图6的(C))等。在密闭区域P为纵向的尺寸大的形状(长圆形等)的情况下，起到与使多个圆形连续地重叠成的形状等效的作用效果，与为圆形(球形)的情况相比，能够提高每单位体积的低介电常数材料的比例。此外，在为圆形或者长圆形的情况下，由于没有锐利的角部，所以不容易向角部集中电场，具有对电场的耐性变高的优点。
图7是表示喷淋板的电介质主体的纵截面结构的图。
在本例中，各个密闭区域P具有沿电介质主体7的厚度方向延伸的形状(参照图6的(B))。与周边区域相比中央区域的密闭区域P的Z轴方向长度长，使得喷淋板的厚度方向的静电电容在中央区域降低。低介电常数的密闭区域P在厚度方向(纵向)上延伸的情况下，能够充分地降低喷淋板的电介质主体7的上下表面间的静电电容。
详细而言，关于各个密闭区域P的形状，其纵截面形状是长圆形，水平截面形状例如是圆形，也可以是其他形状。多个密闭区域P分散在电介质主体7内。中央区域中的密闭区域P的Z轴方向的长度比周边区域中的密闭区域P的Z轴方向的长度长，该尺寸越远离中心而越减少。作为由多个密闭区域P构成的密闭区域组的集合体配置于电介质主体7的靠上侧处。即，位于Z轴方向的最下部的密闭区域P，位于比作为下限位置的z＝zdown的位置靠上方处。此外，位于Z轴方向的最上部的密闭区域P位于比作为上限位置的z＝zup的位置靠下方处。电介质主体7的Z轴方向的厚度为|z0|，下限位置|zdown|被设定成满足保护厚度ΔZM＝|z0－zdown|。多个密闭区域P的重心位置的分布与另一个面侧(下表面侧)相比偏倚在电极膜侧(上表面侧)。下表面侧与等离子体生成区域相邻，密闭区域P偏倚在上表面侧，因此具有密闭区域P不容易被等离子体侵蚀的优点。
另外，关于保护厚度ΔZM的设定范围，与已说明的情况相同。此外，上表面没有被等离子体削去，因此被设定成|zup|＜ΔZM。
关于伴随热膨胀的变形，多个密闭区域P的重心位置分布在位于电极膜侧的规定的XY平面(z＝zcenter)上，由该XY平面分割的上下的密闭区域P的形状，关于XY平面以面对称的方式分布。该情况下，由于是面对称的，因此伴随热应力的变形的程度关于XY平面的上下变得对称，能够抑制整体的变形。即，由于电介质主体7的变形少，因此伴随热的电容变化减小，能够进一步提高等离子体的面内均匀性。此外，|zcenter|＝|zup|+|zdown－zup|/2，|zcenter|＜|z0/2|。
图8是表示喷淋板的电介质主体的纵截面结构的图。
在本例中，使图7的各个密闭区域P的纵截面形状为长方形，其他结构与图7相同。此外，密闭区域P的水平截面形状例如为圆形，不过也可以为其他形状。多个密闭区域P分散在电介质主体7内。密闭区域P的形状为圆柱状或者多边形柱状，具有能够精密地进行上下表面的尺寸控制的优点。
图9是表示喷淋板的电介质主体的纵截面结构的图。
在本例中，使图4的各个密闭区域P中在XY平面内越靠近中央区域而直径越变大，并且排列在Z轴方向的个数一致。其他结构与图4相同。作为图9的变形例，考虑在Z轴方向上越靠近中心的XY平面(z＝zcenter)而直径越变大的结构。在哪一情况下，密闭区域P都关于包含zcenter的XY平面以面对称的方式分布。
图10是表示喷淋板的电介质主体的纵截面结构的图。
在本例中，使图4的所有密闭区域P的集合体向下表面侧移动，整体以构成凸形的方式分布。在该结构中，能够控制水平方向的介电常数分布。
图11是表示喷淋板的电介质主体的纵截面结构的图。
在本例中，能够使图10的所有密闭区域P的集合体颠倒地分布。在该结构中，能够控制水平方向的介电常数分布。
图13是等离子体处理装置的系统结构图。
等离子体处理装置包括：上述喷淋板(电介质主体7和上部电极膜7A)；收纳喷淋板的处理容器1；以及能够向处理容器1内导入等离子体生成用的高频的高频发生器13。当从高频发生器13向处理容器1内导入高频时，在处理容器1内部生成等离子体。从喷淋板的气孔能够将处理气体供给到处理容器1内，因此能够生成处理气体的等离子体，对处理对象物实施等离子体处理。
本例中的优选的高频的频率为130MHz～220MHz。该频率范围包含超短波(VHF)频段。VHF频段是指30MHz～300MHz程度的范围的频率。在这样的条件下，在普通的直径330mm程度的喷淋板的情况下，高频的半波长接近喷淋板的直径或者比喷淋板的直径小，因此容易产生驻波。因此，有因驻波导致等离子体的面内均匀性劣化的倾向，但是在这样的情况下，能够明确地发挥由多个密闭区域P实现的透镜效果。
对于优选的频率进行补充说明。例如，当使构成电介质主体的Al2O3的相对介电常数为9时，波长缩短率为1/√9＝1/3，130MHz的波长为真空中的波长的1/3。因此，Al2O3中的波长为2.3m×1/3＝0.77m。其半波长为0.385m＝385mm，成为接近喷淋板的直径330mm的值。在这样的情况下，密闭区域P的分散更能发挥效果。此外，作为电介质主体7的材料，能够使用Al2O3、AlN或者Y2O3等。另外，喷淋板的介电常数越小而越优选，在密闭区域P为气泡的情况下，具有基本上没有损失的优点。作为密闭区域P用的粉末材料，也能够使用高分子复合粉末。
作为处理对象物的基片例如是晶片，被载置在载置台LS(参照图1)上。该载置台LS能够通过驱动机构DRV在上下方向上移动。由此，能够将配置在载置台LS上的处理对象的基片W(晶片)与等离子体的距离设定成最佳的条件。换言之，通过使载置台LS的位置移动，能够使等离子体的分布状态变化，因此通过移动载置台以最均匀且稳定地生成等离子体，能够提高等离子体的面内均匀性。
温度调节装置TEMP包括供冷却介质流动的介质通路、发热体(加热器)和温度传感器。通过控制器12进行控制，以使载置台LS(参照图1)成为目标温度。例如，可以为，在目标温度为T1℃的情况下，当温度传感器的输出比T1℃低时，使加热器进行加热，当比T1℃高时，不使加热器进行加热，而进行控制以使冷却介质流过介质通路。此处，作为温度调节装置TEMP的发热体，优选埋设于载置台LS(参照图1)内，能够由高熔点金属、碳等的材料构成。此外，发热体与供电用的配线连接。
控制器12也控制排气装置14。排气装置14将处理容器1内的气体经由排气通路4(参照图1)排出到外部。由此，能够将等离子体发生空间SP(参照图1)内的气体排出，能够将该空间中的压力设定成适当的值。该压力能够根据处理内容而改变即可，例如可以为0.1Pa至100Pa。作为排气装置14，能够采用旋转泵、离子泵、低温恒温器、涡轮分子泵等真空类的装置中通常使用的泵。
控制器12控制流量控制器11，该流量控制器11控制由气源10供给的气体的流量。流量控制器11可以仅仅是阀。由此，能够将目标的气体导入到处理容器1内。另外，控制器12也控制高频发生器13。高频的频率在本例中，可以为VHF频段(30MHz～300MHz程度)，不过也可以使用其他频段。
作为在气源10中能够使用的气体，作为一例，除了Ar等稀有气体之外，能够例举CF4、C4F8等含碳和氟的气体、SiH4、N2、O2等气体等。能够根据处理气体的种类，进行除了膜沉积之外的蚀刻等的等离子体处理。当采用使用VHF频段的上述的方式时，认为除了氮化硅(应用SiH4和氮的等离子体或者NH3的等离子体而形成的)之外，SiO2(应用SiH4和氧的等离子体而形成的)等膜质显著提高。气体的导入方法考虑各种各样的方法。例如，能够在上部电极5(参照图1)形成沿Z轴方向的贯通孔，形成去往喷淋板的气体导入路。喷淋板能够提高气体浓度的面内均匀性。
作为上部电极膜7A、上部电极5(参照图1)和下部电极6的材料，能够使用铝。作为载置台LS的材料，能够使用陶瓷。陶瓷的材料例如是氮化铝(AlN)。AlN具有耐热性高且对等离子体的耐性高的优点。在导波路2(参照图1)内，能够埋入石英等的电介质，不过只要是能够传递高频的材料即可，也可以是空气或氮气等气体。
作为配置在载置台LS(参照图1)上的基片，能够使用硅等，能够对该基片进行成膜、蚀刻等处理。此外，也考虑如下构成：根据需要设置静电吸盘，或者增加用于对下部电极6引入离子的直流偏置电位，根据情况的不同而将高频电位施加到下部电极6。此外，也考虑在处理容器1的周围配置磁体的构成。
图14是表示具有下部电介质(载置台用电介质透镜)的载置台的纵截面结构的图。
下部电介质包括板状的电介质主体8和电介质主体8内所包含的多个密闭区域P。各个密闭区域P具有比电介质主体8低的介电常数。电介质主体8的中央区域中的密闭区域P的体积密度比电介质主体8的周边区域中的密闭区域P的体积密度高。下部电介质的结构，除了不具有喷镀的电极膜这一点之外，与上述的喷淋板的结构相同，能够将上述的说明中的电介质主体7替换成电介质主体8。
与喷淋板的情况相同，在下部电介质中，在电介质主体8的中央区域，具有相对较低的介电常数的密闭区域P的体积密度高，因此有效的介电常数降低。因此，下部电介质中的中央区域的静电电容变得比周边区域的静电电容小。换言之，下部电介质作为校正由高频等离子体产生的电场的电介质透镜发挥作用。在将高频从处理容器的周围导入而生成等离子体的情况下，具有在中央区域等离子体强度变高的倾向，但是由于中央区域的静电电容比周边区域的静电电容小，因此能够抑制等离子体强度增加，使等离子体的面内均匀性变高。
此外，上述的电介质主体或者下部电介质能够通过烧结陶瓷粉末来制造。陶瓷粉末能够使用3D打印机而加工成任意形状。一般而言，使水或者有机溶剂等液体中含有陶瓷粉末，当从3D打印机的喷嘴的前端射出时，陶瓷粉末位于射出位置。在使整体形状成型后，也能够进行烧结，不过通过一边射出陶瓷材料一边使用激光或者电子束进行加热，而能够进行烧结。
此外，作为造型技术，已知粉床方式(PBF)、沉积方式(DED)、接合剂喷射(binderjetting)方式等。

Claims (10)

1.一种喷淋板，其特征在于，包括：
具有气孔的板状的电介质主体；和
所述电介质主体内所包含的多个密闭区域，
各所述密闭区域具有比所述电介质主体低的介电常数，
所述电介质主体的中央区域中的所述密闭区域的体积密度高于所述电介质主体的周边区域中的所述密闭区域的体积密度。
2.如权利要求1所述的喷淋板，其特征在于：
板状的所述电介质主体包括平坦的一个面和平坦的另一个面，
所述喷淋板包括固定于所述一个面上的电极膜，
所述另一个面位于等离子体生成区域一侧。
3.如权利要求2所述的喷淋板，其特征在于：
所述电极膜是金属喷镀膜。
4.如权利要求1～3中任一项所述的喷淋板，其特征在于：
所述密闭区域中包含选自氮气和氩气中的至少一种气体。
5.如权利要求1～4中任一项所述的喷淋板，其特征在于：
各所述密闭区域具有沿所述电介质主体的厚度方向延伸的形状。
6.如权利要求2所述的喷淋板，其特征在于：
在将所述电介质主体的厚度方向作为Z轴方向，将与Z轴方向垂直的两个方向作为X轴和Y轴的情况下，多个所述密闭区域各自的重心位置的分布与所述另一个面侧相比偏倚在所述电极膜侧。
7.如权利要求6所述的喷淋板，其特征在于：
多个所述密闭区域的重心位置关于位于所述电极膜侧的规定的XY平面以面对称的方式分布。
8.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：
权利要求1～7中任一项所述的喷淋板；
收纳所述喷淋板的处理容器；和
能够向所述处理容器内导入等离子体生成用的高频的高频发生器。
9.如权利要求8所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述高频的频率为130MHz～220MHz。
10.一种下部电介质，其特征在于，包括：
板状的电介质主体；和
所述电介质主体内所包含的多个密闭区域，
各所述密闭区域具有比所述电介质主体低的介电常数，
所述电介质主体的中央区域中的所述密闭区域的体积密度高于所述电介质主体的周边区域中的所述密闭区域的体积密度。
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