JP2021027176A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】チャンバ内壁のイオンスパッタによる消耗を防止する。【解決手段】プラズマ処理装置において、ガスの供給源と、プラズマ生成用の第１の高周波電源と、イオン引き込み用の第２の高周波電源と、前記第２の高周波電源が接続される電極に対してアノードを構成する部材とを有し、前記アノードを構成する部材の表面は、前記アノードを構成する部材の静電容量を調整する複層膜構造を有する、プラズマ処理装置が提供される。【選択図】図２

Description

本開示は、プラズマ処理装置に関する。

プラズマ処理装置は、内部を密閉可能な真空容器を有する。例えば、特許文献１は、アルミニウムから形成された真空容器の表面を陽極酸化処理することで、真空容器の表層にアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）の被膜を生成するアルマイト加工を施すことを提案する。

特開２０１９−７１４１０号公報

真空容器の内壁への被膜が不十分であると、イオンスパッタリングにより真空容器の内壁からパーティクルが発生し、真空容器内を汚染する可能性がある。

本開示は、チャンバ内壁のイオンスパッタによる消耗を防止することができるプラズマ処理装置を提供する。

本開示の一の態様によれば、プラズマ処理装置において、ガスの供給源と、プラズマ生成用の第１の高周波電源と、イオン引き込み用の第２の高周波電源と、前記第２の高周波電源が接続される電極に対してアノードを構成する部材と、を有し、前記アノードを構成する部材の表面は、前記アノードを構成する部材の静電容量を調整する複層膜構造を有する、プラズマ処理装置が提供される。

一の側面によれば、チャンバ内壁のイオンスパッタによる消耗を防止することができる。

一実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す断面模式図。 一実施形態に係るチャンバ内壁の一例を示す図。 一実施形態に係る溶射材料の比誘電率を示す図。 イオンスパッタリングを説明するための図。 一実施形態に係る複層膜構造とイオンスパッタリングを説明するための図。

以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

［プラズマ処理装置］
図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置１を概略的に示す図である。図１に示すプラズマ処理装置１は、容量結合型の装置である。プラズマ処理装置１は、チャンバ１０を有する。チャンバ１０は、その中に内部空間１０ｓを提供している。

チャンバ１０は、チャンバ本体１２を含んでいる。チャンバ本体１２は、略円筒形状を有している。内部空間１０ｓは、チャンバ本体１２の内側に提供されている。チャンバ本体１２は、例えばアルミニウムから形成されている。チャンバ本体１２の内壁面上には、プラズマに対して耐腐食性を有する膜が設けられている。耐腐食性を有する膜は、酸化イットリウム、ムライトといったセラミックス、樹脂から形成された複層膜構造を有する。複層膜構造については後述する。

チャンバ本体１２の側壁には、通路１２ｐが形成されている。通路１２ｐは、ゲートバルブ１２ｇにより開閉可能となっている。ゲートバルブ１２ｇは、チャンバ本体１２の側壁に沿って設けられている。

チャンバ本体１２の側壁に形成された通路１２ｐは、内部空間１０ｓにおいてシャッター５７により開閉可能となっている。基板Ｗは、内部空間１０ｓとチャンバ１０の外部との間で搬送されるときに、ゲートバルブ１２gを開き、リフター５５の駆動によりシャッター５７を下降させて通路１２pからチャンバ１０内に搬送される。

チャンバ本体１２の底部上には、支持部１７が設けられている。支持部１７は、絶縁材料から形成されている。支持部１７は、略円筒形状を有している。支持部１７は、内部空間１０ｓの中で、チャンバ本体１２の底部から上方に延在している。支持部１７上には、部材１５が設けられている。部材１５は、石英といった絶縁体から形成されている。部材１５は、略円筒形状を有し得る。或いは、部材１５は、環形状を有する板状体であり得る。

プラズマ処理装置１は、基板支持台、即ち一つの例示的実施形態に係る載置台１４を更に備えている。載置台１４は、支持部１７によって支持されている。載置台１４は、内部空間１０ｓの中に設けられている。載置台１４は、チャンバ１０内、即ち内部空間１０ｓの中で、基板Ｗを支持するように構成されている。

載置台１４は、基台１８及び一つの例示的実施形態に係る静電チャック２０を有している。載置台１４は、電極プレート１６を更に有し得る。電極プレート１６は、例えばアルミニウムといった導体から形成されており、略円盤形状を有している。基台１８は、電極プレート１６上に設けられている。基台１８は、例えばアルミニウムといった導体から形成されており、略円盤形状を有している。基台１８は、電極プレート１６に電気的に接続されている。基台１８の外周面及び電極プレート１６の外周面は、支持部１７によって囲まれている。

静電チャック２０は、基台１８上に設けられている。静電チャック２０には、電極が埋め込まれている。静電チャック２０の電極は、スイッチ２０ｓを介して直流電源２０ｐに接続されている。静電チャック２０の電極に直流電源２０ｐからの電圧が印加されると、静電チャック２０と基板Ｗとの間に静電引力が発生する。その静電引力により、基板Ｗが静電チャック２０に保持される。

静電チャック２０のエッジ及び基台１８の外周面は部材１５によって囲まれている。静電チャック２０は、基板Ｗ及び一つの例示的実施形態に係るエッジリング２６を支持する。エッジリング２６は、フォーカスリングとも呼ばれる。基板Ｗは、例えば略円盤形状を有し、静電チャック２０上に載置される。エッジリング２６は、基板Ｗのエッジを囲むように静電チャック２０上に搭載される。エッジリング２６の外縁部分は、部材１５上で延在し得る。

基台１８の内部には、流路１８ｆが設けられている。流路１８ｆには、チャンバ１０の外部に設けられているチラーユニット２２から配管２２ａを介して熱交換媒体（例えば冷媒）が供給される。流路１８ｆに供給された熱交換媒体は、配管２２ｂを介してチラーユニット２２に戻される。プラズマ処理装置１では、静電チャック２０上に載置された基板Ｗの温度が、熱交換媒体と基台１８との熱交換により調整される。

プラズマ処理装置１には、ガス供給ライン２４が設けられている。ガス供給ライン２４は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス（例えばＨｅガス）を静電チャック２０の上面と基板Ｗの裏面との間に供給する。

プラズマ処理装置１は、上部電極３０を更に備えている。上部電極３０は、載置台１４の上方に設けられている。上部電極３０は、部材３２を介して、チャンバ本体１２の上部に支持されている。部材３２は、絶縁性を有する材料から形成されている。上部電極３０と部材３２は、チャンバ本体１２の上部開口を閉じている。

上部電極３０は、天板３４及び支持体３６を含み得る。天板３４の下面は、内部空間１０ｓの側の下面であり、内部空間１０ｓを画成している。天板３４は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体又は半導体から形成され得る。天板３４には、複数のガス吐出孔３４ａが形成されている。複数のガス吐出孔３４ａは、天板３４をその板厚方向に貫通している。

なお、載置台１４は、第２の高周波電源６２が接続される電極であり、カソード（下部電極）として機能する。上部電極３０は、第２の高周波電源６２が接続される電極の対向電極であり、接地されたチャンバ１０の内壁はアノードとして機能する。

支持体３６は、天板３４を着脱自在に支持する。支持体３６は、アルミニウムといった導電性材料から形成される。支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。支持体３６には、複数のガス孔３６ｂが形成されている。複数のガス孔３６ｂは、ガス拡散室３６ａから下方に延びている。複数のガス孔３６ｂは、複数のガス吐出孔３４ａにそれぞれ連通している。支持体３６には、ガス導入口３６ｃが形成されている。ガス導入口３６ｃは、ガス拡散室３６ａに接続している。ガス導入口３６ｃには、ガス供給管３８が接続されている。

ガス供給管３８には、ガス供給部ＧＳが接続されている。ガス供給部ＧＳは、ガスソース群４０、バルブ群４１、流量制御器群４２、及びバルブ群４３を含む。ガスソース群４０は、バルブ群４１、流量制御器群４２、及びバルブ群４３を介して、ガス供給管３８に接続されている。ガスソース群４０は、複数のガスソースを含んでいる。バルブ群４１及びバルブ群４３の各々は、複数の開閉バルブを含んでいる。流量制御器群４２は、複数の流量制御器を含んでいる。流量制御器群４２の複数の流量制御器の各々は、マスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器である。ガスソース群４０の複数のガスソースの各々は、バルブ群４１の対応の開閉バルブ、流量制御器群４２の対応の流量制御器、及びバルブ群４３の対応の開閉バルブを介して、ガス供給管３８に接続されている。

プラズマ処理装置１では、チャンバ本体１２の内壁面に沿って、デポシールド４６が着脱自在に設けられている。デポシールド４６は、支持部１７の外周にも設けられている。デポシールド４６は、チャンバ本体１２にエッチング副生物が付着することを防止する。デポシールド４６は、例えば、アルミニウムから形成された部材の表面に耐腐食性を有する膜を形成することにより構成される。耐腐食性を有する膜は、酸化イットリウムといったセラミックスから形成された膜であり得る。

支持部１７とチャンバ本体１２の側壁との間には、バッフルプレート４８が設けられている。バッフルプレート４８は、例えば、アルミニウムから形成された部材の表面に耐腐食性を有する膜を形成することにより構成される。耐腐食性を有する膜は、酸化イットリウムといったセラミックスから形成された膜であり得る。バッフルプレート４８には、複数の貫通孔が形成されている。バッフルプレート４８の下方、且つ、チャンバ本体１２の底部には、排気口１２ｅが設けられている。排気口１２ｅには、排気管５２を介して排気装置５０が接続されている。排気装置５０は、圧力調整弁及びターボ分子ポンプといった真空ポンプを有している。

プラズマ処理装置１は、第１の高周波電源６１を更に備えている。第１の高周波電源６１は、プラズマ生成用の第１の高周波電力を発生するように構成されている。第１の高周波電力の周波数は、例えば２７ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲内の周波数である。

第１の高周波電源６１は、整合器６３を介して基台１８に電気的に接続されている。整合器６３は、整合回路を有している。整合器６３の整合回路は、第１の高周波電源６１の負荷側（下部電極側）のインピーダンスを、第１の高周波電源６１の出力インピーダンスに整合させるよう構成されている。別の実施形態では、第１の高周波電源６１は、整合器６３を介して上部電極３０に電気的に接続されていてもよい。

プラズマ処理装置１は、第２の高周波電源６２を更に備え得る。第２の高周波電源６２は、イオン引き込み用の第２の高周波電力を発生するように構成されている。つまり、第２の高周波電力は、主として正イオンを基板Ｗに引き込むことに適した周波数を有する。第２の高周波電力の周波数は、例えば４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数である。

第２の高周波電源６２は、整合器６４を介して基台１８に電気的に接続されている。整合器６４は、整合回路を有している。整合器６４の整合回路は、第２の高周波電源６２の負荷側のインピーダンスを、第２の高周波電源６２の出力インピーダンスに整合させるよう構成されている。

プラズマ処理装置１は、制御部８０を更に備え得る。制御部８０は、プロセッサ、メモリといった記憶部、入力装置、表示装置、信号の入出力インターフェイス等を備えるコンピュータであり得る。制御部８０は、プラズマ処理装置１の各部を制御する。制御部８０では、入力装置を用いて、オペレータがプラズマ処理装置１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うことができる。また、制御部８０では、表示装置により、プラズマ処理装置１の稼働状況を可視化して表示することができる。さらに、制御部８０の記憶部には、制御プログラム及びレシピデータが格納されている。制御プログラムは、プラズマ処理装置１で各種処理を実行するために、制御部８０のプロセッサによって実行される。制御部８０のプロセッサが、制御プログラムを実行し、レシピデータに従ってプラズマ処理装置１の各部を制御することにより、種々のプロセス、例えばプラズマ処理方法がプラズマ処理装置１で実行される。

［複層膜構造］
チャンバ１０（チャンバ本体１２）の内壁は、接地電位に接続され、第２の高周波電源６２が接続される電極に対してアノードを構成する部材の一例である。なお、第２の高周波電源６２が接続される電極に対してアノードを構成する部材の他の例としては、デポシールド４６、バッフルプレート４８、シャッター５７が挙げられる。アノードを構成する部材の表面は、アノードを構成する部材の静電容量を調整する複層膜構造を有する。以下では、アノードを構成する部材として、チャンバ１０の内壁を例に挙げて説明する。

図２は、一実施形態に係るチャンバ１０の内壁の一例を示す。チャンバ１０の内壁は、複層膜構造１３を有する、複層膜構造１３は、チャンバ１０の内壁の静電容量を調整する。複層膜構造１３は、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）膜１３ａとムライト膜１３ｂとを積層させた構造である。ムライト膜１３ｂは、チャンバ１０の内壁にコーティングされ、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）膜１３ａは、ムライト膜１３ｂの上にコーティングされている。酸化イットリウム膜１３ａは、アノードを構成する部材の表面にコーティングされる複層膜構造１３の最表層に形成される第１の膜の一例である。ムライト膜１３ｂは、アノードを構成する部材の表面にコーティングされる、第１の膜より比誘電率の低い第２の膜の一例である。つまり、複層膜構造１３は、第１の膜と第１の膜より比誘電率の低い第２の膜で形成される。第２の膜は、第１の膜と、アノードを構成する部材の表面に挟まれる。

酸化イットリウム膜１３ａとムライト膜１３ｂとは、溶射によりチャンバ１０の内壁に順にコーティングしてもよい。ただし、複層膜構造１３のコーティング方法は、これに限られず、蒸着又はその他の公知の方法によりコーティングしてもよい。蒸着には、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法による成膜や樹脂を塗布する方法が含まれる。

図３は、一実施形態に係る溶射材料の比誘電率を示す図である。例えば、Ｙ_２Ｏ_３の比誘電率ε_ｒは「１０.８」であり、ムライトの比誘電率ε_ｒは「７.４」である。酸化イットリウム膜１３ａとムライト膜１３ｂとの合成誘電率ε_ｒの実測値は、同じ膜厚の場合には、「８．６」であった。以下の誘電率の比較は、比較する単層膜及び複層膜のいずれも同じ膜厚の場合である。

以上から、チャンバ１０の内壁に複層膜構造１３を形成すると、チャンバ１０の内壁に酸化イットリウム膜１３ａのみをコーティングした場合と比較して誘電率を下げ、チャンバ１０の内壁の静電容量を調整することができる。同様にして、アノードを構成する部材の一例であるデポシールド４６、バッフルプレート４８、シャッター５７の最表層に複層膜構造１３を形成してもよい。これにより、これらの部材に酸化イットリウム膜１３ａのみをコーティングした場合と比較して誘電率を下げ、チャンバ１０の内壁のプラズマ耐性を維持しながら静電容量を調整することができる。

なお、複層膜構造１３は、第１の膜と、第１の膜より比誘電率の低い第２の膜とによりアノードを構成する部材をコーティングする構造であればよく、酸化イットリウム膜１３ａとムライト膜１３ｂとの組み合わせに限られない。例えば、複層膜構造１３の最表層に形成された第１の膜を、イットリア、アルミニウム及び酸素の複合酸化物（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）であるイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）で形成してもよい。この場合、第２の膜をイットリウム・アルミニウム・ガーネットよりも比誘電率の低い酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、フッ化イットリウム（ＹＦ_３）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、ムライトの少なくともいずれかで形成してもよい。これにより、複層膜構造１３の合成誘電率を、複層膜構造１３の最表層に形成されたイットリウム・アルミニウム・ガーネットの比誘電率よりも低くすることができる。以上は一例であり、複層膜構造１３の最表層に形成された第１の膜よりも比誘電率が低いいずれの材料も第２の膜に選定できる。例えば、複層膜構造１３の最表層に被覆する材料をアルミナ膜とし、その下にアルミナよりも低い比誘電率の材料（例えば、ムライト）をコーティングしてもよい。なお、第１の膜は、プラズマに対して耐腐食性のある材料を選定する。また、第２の膜は第１の膜よりも比誘電率が低い複数の材料で形成された複層膜でもよい。

［イオンスパッタリング］
次に、図４及び図５を参照してイオンスパッタリングについて説明する。図４は、比較例に係るカソード及びアノード間で生じるイオンスパッタリングを説明するための図である。図５は、一実施形態に係る複層膜構造とイオンスパッタリングを説明するための図である。図４及び図５では、カソードを「Ｋ」とも示し、アノードを「Ａ」とも示す。

カソードは第２の高周波電源６２が接続される電極（載置台１４）であり、アノードはチャンバ１０の内壁である。第１の高周波電源６１から載置台１４に第１の高周波電力を印加することで、図４（ａ）に示すようにカソード及びアノード間に放電現象が生じ、プラズマが生成される。そして、カソードＫにシース（以下、ボトムシース（BTM sheath）と呼ぶ）が形成され、アノードＡにシース（以下、ウォールシース（Wall sheath）と呼ぶ）が形成される。第２の高周波電源６２から載置台１４に第２の高周波電力を印加することで、図４（ｂ）に正イオンのカソードＫに向かう矢印に示すように、プラズマ中の正イオンがボトムシース内で加速される。加速された正イオンは、基板Ｗに衝突することで基板Ｗにエッチング等の所定のプラズマ処理が施される。ボトムシースが厚いほどボトムシース内での正イオンの加速は大きくなるため、基板Ｗに正イオンが衝突する力が大きくなり、エッチングレート等が高くなり、エッチング等の加工が促進される。

このようにプラズマ中の正イオンがカソードＫに向かう場合、プラズマ処理に寄与するが、正イオンがアノードを構成するチャンバ１０の内壁へ向かい内壁に衝突する「イオンスパッタリング」は内壁にダメージを与え、パーティクルの要因ともなる。また、イオンスパッタリングの程度は、チャンバ１０の内壁に形成されるウォールシースの厚さに比例する。

プラズマの電位と正イオンの動きについて更に説明する。図４（ｂ）の右側の縦軸は、アノードＡの電位を示し、左側の縦軸にはカソードＫの電位を示す。アノードＡ及びカソードＫ間のプラズマ処理空間は、プラズマ電位を示す。カソードＫに印加される第２の高周波により、いわゆる自己バイアス電圧が発生し、第２の高周波電力の平均電圧は負になる。

プラズマ電位は、チャンバ１０内の最も高い電位よりもわずかに高くなる。チャンバ１０の内壁は接地されているため、アノードＡの電位は０である。従って、プラズマ電位とアノードＡの電位差に従ってウォールシース内での正イオンは加速される。

このようにして正イオンがアノードＡに入射して、内壁をスパッタリングすることで、チャンバ１０の内壁から最表層の膜の成分（イットリア等）が剥がれ、基板Ｗ上に飛来し、パーティクルとなる。パーティクルは、基板処理時に配線の短絡等を生じさせ、歩留まりを低下させる。よって、チャンバ１０内は極力パーティクルが発生しない環境にすることが望ましい。

これに対して、カソードに対するアノードの面積を大きくすることで、アノードにおける単位面積当たりの電位Ｖを下げ、これにより、イオンスパッタリングを抑制することが行われていた。

本実施形態では、アノード側のインピーダンスを大きくすることで、チャンバ１０の内壁であるアノードの電位を０よりも大きくし、プラズマ電位とアノードＡの電位差を小さくする。これにより、チャンバ１０の内壁に対するイオンスパッタリングを抑制し、パーティクルの発生を低減する。このため、チャンバ１０の内壁に第１の膜と第２の膜との複層膜構造１３を形成する。これにより、複層膜構造１３では内壁に第１の膜のみが形成された場合と比べて誘電率を下げ、チャンバ１０の内壁の静電容量を小さくすることができる。これにより、アノード側のインピーダンスを大きくできる。

図５（ｃ）は、本実施形態に係る複層膜構造１３を用いた場合の等価回路である。図４（ｃ）は、本実施形態に係る複層膜構造１３を用いず、内壁に酸化イットリウム膜の単一被膜が形成されているときの比較例に係る等価回路である。本実施形態に係る複層膜構造１３は、第１の膜と第２の膜とを有し、第２の膜の比誘電率は第１の膜の比誘電率よりも低い。図４（ｃ）の等価回路に示すように、チャンバ１０の内壁に第１の膜を被膜した場合、複層膜構造１３よりも内壁の静電容量は大きい。これにより、本実施形態に係る等価回路は、比較例に係る等価回路と比べて図５（ｃ）に示すようにアノード側にインピーダンスＺの差異がある。

本実施形態に係る複層膜構造１３（第１の膜及び第２の膜）を有する場合の内壁のインピーダンスをＺ_Ａとし、チャンバ１０の内壁に第１の膜のみを被膜した場合の内壁のインピーダンスをＺ_０とし、その差をＺ（＝Ｚ_Ａ−Ｚ_０）と表記する。

比較例の内壁にコーティングする第１の膜の静電容量をＣ_Ａ１（Ｆ）とし、本実施形態の内壁にコーティングする複層膜構造１３の静電容量をＣ_Ａ２（Ｆ）とする。

このとき、Ｃ_Ａ１は式（１）にて示され、Ｃ_Ａ２は式（２）にて示される。

ε_０は、真空の誘電率（８．８５×１０^−１２（Ｆ／ｍ））であり、ε_Ａ１は、第１の膜の比誘電率（Ｆ／ｍ）であり、ε_Ａ２は、複層膜構造１３（第１の膜及び第２の膜）の合成誘電率（Ｆ／ｍ）である。また、ｄ_Ａ１は、第１の膜の膜厚（ｍ）であり、ｄ_Ａ２は、複層膜構造１３の膜厚（ｍ）である。第１の膜と複層膜構造１３の膜厚は同じ、つまり、ｄ_Ａ１＝ｄ_Ａ２とする。Ｓは、アノードの面積（ｍ^２）である。式（１）、式（２）及びε_Ａ１＞ε_Ａ２に基づき、Ｃ_Ａ１＞Ｃ_Ａ２が導かれる。

インピーダンスは式（３）で示される。

Ｃ_Ａ１＞Ｃ_Ａ２より、Ｃ_Ａ２−Ｃ_Ａ１＜０であるから、式（３）に基づき、Ｚ＝Ｚ_Ａ−Ｚ_０＞０となる。つまり、本実施形態に係る複層膜構造１３がコーティングされた内壁は、比較例の第１の膜のみがコーティングされた内壁と比較して、図５（ｃ）の等価回路に示すようにインピーダンスがＺの分だけ高い。この結果、図５（ｂ）に示すように、アノードの電位が０よりも高くなる。

これにより、本実施形態に係る複層膜構造１３によれば、プラズマ電位とアノードの電位との電位差を小さくすることができる。これにより、アノードのウォールシースにて正イオンの加速を減らすことができ、チャンバ１０の内壁に対するイオンスパッタリングを抑制することができることで、パーティクルの発生を低減できる。

以上に説明したように、本実施形態では、シースをコンデンサーとして扱い、チャンバ１０の内壁に、第１の膜と、第１の膜よりも比誘電率の低い第２の膜との複層膜構造１３を形成することで、アノードを構成する部材の静電容量を小さくする。これにより、インピーダンスを大きくすることで、アノードの電位をプラズマ電位に近づけることができる。これにより、プラズマ電位と内壁の電位との電位差を小さくすることで、イオンスパッタリングによるチャンバ内壁の消耗を低減できる。

以上、チャンバ１０の内壁にコーティングする複層膜構造１３について説明した。上記実施形態に係る複層膜構造１３は一例であり、様々な変形例が考えられる。例えば、複層膜構造１３は、アノードを構成する部材ごとに異なる膜の組合せで形成されてもよい。例えば、デポシールド４６の最表層に形成する複層膜構造と、チャンバ１０の内壁の最表層とに形成する複層膜構造１３とで異なる膜の組合せにすることで、合成誘電率を変え、アノードにおけるインピーダンスを変えてもよい。

これにより、アノードを構成する部材のそれぞれに対するイオンのスパッタ量を変えることができる。また、アノードを構成する一つの部材内において第１の膜及び第２の膜の材料を変えてもよい。て第１の膜及び第２の膜の材料は、段階的に変えてもよいし、グラディエーション状に連続的に変えてもよい。これにより、アノードを構成する一つの部材内においてスパッタ量を変えることができる。

今回開示された一実施形態に係るプラズマ処理装置は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

本開示のプラズマ処理装置１は、Atomic Layer Deposition(ALD)装置、Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna(RLSA)、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のいずれのタイプの装置でも適用可能である。

また、プラズマ処理装置１は、プラズマを用いて基板に所定の処理（例えば、成膜、エッチング等）を施す装置であれば、プラズマエッチング装置に限られない。例えば、プラズマ処理装置１は、成膜装置、アッシング装置、ドーピング装置、プラズマＡＬＤ装置、プラズマＣＶＤ装置等であってもよい。

１ プラズマ処理装置
１３ 複層膜構造
１３ａ 酸化イットリウム膜
１３ｂ ムライト膜
１４ 載置台
１６ 電極プレート
１８ 基台
１８ｆ 流路
２０ 静電チャック
２６ エッジリング
３０ 上部電極
３４ 天板
３６ 支持体
３８ ガス供給管
４０ ガスソース群
４６ デポシールド
４８ バッフルプレート
５７ シャッター
８０ 制御部
Ｗ 基板

上部電極３０は、天板３４及び支持体３６を含み得る。天板３４の下面は、内部空間１０ｓに露出し、内部空間１０ｓを画成している。天板３４は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体又は半導体から形成され得る。天板３４には、複数のガス吐出孔３４ａが形成されている。複数のガス吐出孔３４ａは、天板３４をその板厚方向に貫通している。

図３は、一実施形態に係る溶射材料の比誘電率を示す図である。例えば、Ｙ_２Ｏ_３の比誘電率ε_ｒは「１０.８」であり、ムライトの比誘電率ε_ｒは「７.４」である。酸化イットリウム膜１３ａとムライト膜１３ｂとの合成比誘電率ε_ｒの実測値は、同じ膜厚の場合には、「８．６」であった。以下の誘電率の比較は、比較する単層膜及び複層膜のいずれも同じ膜厚の場合である。

以上から、チャンバ１０の内壁に複層膜構造１３を形成すると、チャンバ１０の内壁に酸化イットリウム膜１３ａのみをコーティングした場合と比較して誘電率を下げ、チャンバ１０の内壁の静電容量を調整することができる。同様にして、アノードを構成する部材の一例であるデポシールド４６、バッフルプレート４８、シャッター５７の最表層に複層膜構造１３を形成してもよい。これにより、これらの部材に酸化イットリウム膜１３ａのみをコーティングした場合と比較して誘電率を下げ、これらの部材のプラズマ耐性を維持しながら静電容量を調整することができる。

プラズマの電位と正イオンの動きについて更に説明する。図４（ｂ）の右側の縦軸と曲線との交点は、アノードＡの電位を示し、左側の縦軸と曲線との交点はカソードＫの電位を示す。アノードＡ及びカソードＫ間のプラズマ処理空間は、プラズマ電位を示す。カソードＫに印加される第２の高周波により、いわゆる自己バイアス電圧が発生し、カソードＫの平均電圧は負になる。

プラズマ電位は、チャンバ１０内のパーツの最も高い電位よりもわずかに高くなる。チャンバ１０の内壁は接地されているため、アノードＡの電位は０である。従って、プラズマ電位とアノードＡの電位差に従ってウォールシース内での正イオンは加速される。

これに対して、カソードに対するアノードの面積を大きくすることで、アノードにおける単位面積当たりのイオン衝突量を下げ、これにより、イオンスパッタリングを抑制することが行われていた。

ε_０は、真空の誘電率（８．８５×１０^−１２（Ｆ／ｍ））であり、ε_Ａ１は、第１の膜の比誘電率であり、ε_Ａ２は、複層膜構造１３（第１の膜及び第２の膜）の合成比誘電率である。また、ｄ_Ａ１は、第１の膜の膜厚（ｍ）であり、ｄ_Ａ２は、複層膜構造１３の膜厚（ｍ）である。第１の膜と複層膜構造１３の膜厚は同じ、つまり、ｄ_Ａ１＝ｄ_Ａ２とする。Ｓは、アノードの面積（ｍ^２）である。式（１）、式（２）及びε_Ａ１＞ε_Ａ２に基づき、Ｃ_Ａ１＞Ｃ_Ａ２が導かれる。

Claims (4)

1. プラズマ処理装置において、
   ガス供給部と、
   プラズマ生成用の第１の高周波電源と、
   イオン引き込み用の第２の高周波電源と、
   前記第２の高周波電源が接続される電極に対してアノードを構成する部材と、を有し、
   前記アノードを構成する部材の表面は、
   前記アノードを構成する部材の静電容量を調整する複層膜構造を有する、
   プラズマ処理装置。
2. 前記複層膜構造は、第１の膜と、前記第１の膜より比誘電率の低い第２の膜とで覆われる
   請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記第２の膜は、前記第１の膜と前記アノードを構成する部材の表面とに挟まれている、
   請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記アノードを構成する部材は、
   チャンバの内壁、デポシールド、バッフルプレート、シャッターの少なくともいずれかである、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

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