JP2021144894A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電極外周部の周方向において、均一性の高いプラズマを生成することができるプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】プラズマ処理装置は、チャンバと、第１の電極と、高周波電源と、給電棒と、板状部材と、誘電体とを有する。第１の電極は、チャンバ内に面した電極である。高周波電源は、第１の電極に高周波電力を供給する。給電棒は、第１の電極のチャンバ内に面する面と反対側の面の中心に、高周波電力を給電する。板状部材は、第１の電極のチャンバ内に面する面と反対側の面に平行して設けられ、接地された導電性の板状部材である。誘電体は、第１の電極と板状部材との間を接続し、第１の電極の中心に対して回転対称となる形状である。【選択図】図２

Description

本開示は、プラズマ処理装置に関する。

プラズマ処理装置として、例えば、容量結合型のプラズマ処理装置が知られている。容量結合型のプラズマ処理装置では、例えば、チャンバ内に一対の平行平板電極（上部電極および下部電極）を配置し、処理ガスをチャンバ内に導入するとともに、一方の電極に高周波を印加することで処理ガスのプラズマを形成する。ここで、プラズマの密度を高くするために、電極に印加する高周波の周波数を高くすると、高調波により電極表面に定在波が生成されやすくなる。定在波が生じると電極表面の電界分布が不均一となり、プラズマ密度も不均一となる。これに対し、電極に高周波を印加する給電棒と、電極の反対側とに導電性の部材を設けて接地することで、給電棒のインダクタンスを低下させ、プラズマ密度を均一にすることが提案されている。

特開２０００−３３１９９６号公報

本開示は、電極外周部の周方向において、均一性の高いプラズマを生成することができるプラズマ処理装置を提供する。

本開示の一態様によるプラズマ処理装置は、チャンバと、第１の電極と、高周波電源と、給電棒と、板状部材と、誘電体とを有する。第１の電極は、チャンバ内に面した電極である。高周波電源は、第１の電極に高周波電力を供給する。給電棒は、第１の電極のチャンバ内に面する面と反対側の面の中心に、高周波電力を給電する。板状部材は、第１の電極のチャンバ内に面する面と反対側の面に平行して設けられ、接地された導電性の板状部材である。誘電体は、第１の電極と板状部材との間を接続し、第１の電極の中心に対して回転対称となる形状である。

本開示によれば、電極外周部の周方向において、均一性の高いプラズマを生成することができる。

図１は、本開示の第１実施形態におけるプラズマ処理装置の一例を示す図である。 図２は、第１実施形態におけるチャンバ上部のカバー部材の構成の一例を示す図である。 図３は、第１実施形態におけるチャンバ上部の誘電体の配置の一例を示す斜視図である。 図４は、第１実施形態におけるチャンバ上部の誘電体の配置の一例を示す平面図である。 図５は、第１実施形態におけるチャンバ上部の構成の一例を示す斜視断面図である。 図６は、上部電極における高周波電力の供給経路の一例を模式的に示す図である。 図７は、上部電極における高周波電力の供給経路の一例を模式的に示す図である。 図８は、給電棒から天板までの等価回路の一例を示す図である。 図９は、第１実施形態における誘電体を周方向に均等配置した場合のプラズマの偏りの一例を示す図である。 図１０は、比較例における誘電体を周方向に偏って配置した場合のプラズマの偏りの一例を示す図である。 図１１は、第１実施形態における誘電体の有無による高周波電力の供給経路の一例を模式的に示す図である。 図１２は、第１実施形態における誘電体を周方向に均等配置した場合のエッチングレートの分布の一例を示す図である。 図１３は、比較例における誘電体を周方向に偏って配置した場合のエッチングレートの分布の一例を示す図である。 図１４は、第１実施形態における誘電体を奇数個配置した場合の配置の一例を示す図である。 図１５は、第１実施形態における誘電体を偶数個配置した場合の配置の一例を示す図である。 図１６は、第１実施形態におけるリング状の誘電体を配置した場合の一例を示す図である。 図１７は、第１実施形態における誘電体を複数の円周上に配置した場合の配置の一例を示す図である。 図１８は、本開示の第２実施形態におけるプラズマ処理装置の一例を示す図である。 図１９は、第２実施形態におけるチャンバ上部の誘電体の配置の一例を示す平面図である。 図２０は、第２実施形態におけるチャンバ上部の誘電体の配置の一例を示す平面図である。 図２１は、第２実施形態におけるチャンバ上部の誘電体の配置の一例を示す断面図である。 図２２は、第２実施形態におけるチャンバ上部の誘電体の配置の一例を示す断面図である。 図２３は、本開示の第３実施形態におけるプラズマ処理装置の一例を示す図である。 図２４は、第３実施形態における誘電体の有無による高周波電力の供給経路の一例を模式的に示す図である。

以下に、開示するプラズマ処理装置の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態により開示技術が限定されるものではない。

近年、プラズマ処理装置では、さらなる微細化に対応するために、より高い周波数（例えば、１００ＭＨｚ程度。）の高周波電力を供給することが求められている。周波数がより高くなると、電極の反対側と筐体部の間に存在する処理ガスの導入管やチラー冷媒の流路の配置によって、電極外周部の周方向における電界分布が不均一となり、プラズマ密度も不均一となる場合がある。特に、導入管や流路の配管の一部が金属製である場合に、電界分布が不均一となりやすい。そこで、電極外周部の周方向において、均一性の高いプラズマを生成することが期待されている。

（第１実施形態）
［プラズマ処理装置１の構成］
図１は、本開示の第１実施形態におけるプラズマ処理装置の一例を示す図である。プラズマ処理装置１は、被処理体の一例である半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に対してエッチングや成膜等のプラズマ処理を行う装置である。プラズマ処理装置１は、装置本体１０および制御装置１００を備える。プラズマ処理装置１は、空気の温度および湿度が所定範囲に制御されたクリーンルーム内等に配置されている。

装置本体１０は、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウム等からなる略円筒状のチャンバ１１を有する。チャンバ１１は保安接地されている。チャンバ１１の底部には、例えば石英等からなる円筒状の支持部材２６を介して円柱状の支持台１４が配置され、支持台１４の上に例えばアルミニウム等からなる載置台１６が設けられている。載置台１６は下部電極としても機能する。

載置台１６の上面には、ウエハＷを静電力で吸着保持する静電チャック１８が設けられている。静電チャック１８は、導電膜からなる電極２０を一対の絶縁層または絶縁シートで挟んだ構造を有する。電極２０には直流電源２２が電気的に接続されている。ウエハＷは、直流電源２２から印加された直流電圧により静電チャック１８の上面に生じたクーロン力等の静電力により、静電チャック１８の上面に吸着保持される。

静電チャック１８の周囲であって、載置台１６の上面の位置には、エッチングの均一性を向上させるための、例えばシリコンからなる導電性のエッジリング２４が配置されている。載置台１６および支持台１４の側面には、支持部材２６が配置されている。

支持台１４の内部には流路２８が設けられており、流路２８内には、配管３０ａを介して、チャンバ１１の外部に設けられたチラーユニットからの冷媒が供給される。また、流路２８内に供給された冷媒は、配管３０ｂを介してチラーユニットに戻される。チラーユニットは、流路２８内に供給される冷媒の温度を制御する。温度制御された冷媒が流路２８内を循環することにより、支持台１４の温度が制御され、支持台１４上の載置台１６および静電チャック１８を介して、静電チャック１８上のウエハＷの温度が制御される。

支持台１４、載置台１６、および静電チャック１８内には、配管３２が設けられている。図示しない伝熱ガス供給機構から配管３２に供給された伝熱ガスは、配管３２を通ってウエハＷと静電チャック１８との間に供給される。伝熱ガスは、例えばヘリウムガスである。ウエハＷと静電チャック１８との間に供給される伝熱ガスの圧力を制御することにより、ウエハＷと静電チャック１８との間の熱の伝達率を制御することができる。

載置台１６の上方には、載置台１６と略平行に対向するようにシャワーヘッド３４が設けられている。シャワーヘッド３４は、上部電極としても機能する。すなわち、シャワーヘッド３４と載置台１６とは、一対の電極（上部電極および下部電極、あるいは、第１の電極および第２の電極）として機能する。シャワーヘッド３４と載置台１６との間の空間がプラズマ生成空間となる。

シャワーヘッド３４は、絶縁性の遮蔽部材４２を介して、チャンバ１１の上部に支持されている。シャワーヘッド３４は、載置台１６と対向するように配置された天板３６と、天板３６を上方から支持するベース部材３８とを備える。

天板３６には、厚さ方向に貫通し、チャンバ１１内に処理ガスを噴出する複数の吐出穴３７が形成されている。天板３６は、例えばシリコンやＳｉＣ等により形成されている。

ベース部材３８は、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウム等の導電性材料により構成され、その下部に天板３６を着脱自在に支持する。ベース部材３８の内部には、処理ガスを複数の吐出穴３７に供給するための拡散室４０が形成されている。ベース部材３８の底部には、拡散室４０の下部に位置するように、複数の流通穴４１が形成されている。複数の流通穴４１は、複数の吐出穴３７にそれぞれ連通している。

ベース部材３８には、拡散室４０へ処理ガスを導入するための導入口６２が形成されている。導入口６２には、貫通穴を有する誘電体５１の一端が接続されている。誘電体５１の他端には、板状部材１１ａに設けられた導入口を介して、配管６４の一端が接続されている。配管６４の他端には、処理ガスを供給するガス供給源６６が接続されている。配管６４には、上流側から順にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）６７、および、バルブ６８が設けられている。静電チャック１８上のウエハＷに対してプラズマ処理が行われる場合、ガス供給源６６から供給された処理ガスは、配管６４および誘電体５１の貫通穴を介して拡散室４０内に供給され、拡散室４０内を拡散する。拡散室４０内を拡散した処理ガスは、流通穴４１および吐出穴３７を介して、チャンバ１１内にシャワー状に供給される。

また、ベース部材３８の内部には流路９２が設けられており、流路９２内には、配管９３および貫通穴を有する誘電体５２を介して、チャンバ１１の外部に設けられたチラーユニット９４からの冷媒が供給される。誘電体５２の一端は、流路９２に接続されている。誘電体５２の他端には、板状部材１１ａに設けられた導入口を介して、配管９３が接続されている。なお、以下の説明において、誘電体５１，５２を区別しない場合、および、ダミーの誘電体について、誘電体５０と表現する。また、誘電体５１，５２、および、ダミーの誘電体は、同一の形状および材料である。誘電体５０の材料は、それぞれの誘電率が同じか近い材料であればよく、例えば、ＰＰＳ（Poly Phenylene Sulfide）やＰＴＦＥ（Poly Tetra Fluoro Ethylene）等のフッ素樹脂等を用いることができる。なお、誘電体５０は、複数の誘電体５０を一纏めとして誘電体と呼称した場合における、当該誘電体の複数の部位のそれぞれの一例である。

チラーユニット９４から配管９３および誘電体５２の貫通穴を介してベース部材３８の流路９２内に供給された冷媒は、流路９２内を循環し、誘電体５２の貫通穴および配管９３を介してチラーユニット９４に戻される。チラーユニット９４は、流路９２内に供給される冷媒の温度を制御する。チラーユニット９４は、温度制御部の一例である。温度制御された冷媒が流路９２内を循環することにより、載置台１６とシャワーヘッド３４との間に生成されたプラズマからの入熱によるシャワーヘッド３４の温度上昇が抑制される。

流路９２内を循環する冷媒の温度は、チャンバ１１の外気の露点温度よりも低い温度である。本実施形態において、冷媒の温度は、例えば０℃以下の温度である。流路９２が形成されたベース部材３８は、冷却部の一例である。

また、ベース部材３８には、ＲＦ（Radio Frequency）導入部４４ａが設けられ、給電棒４４および整合器４６を介して、高周波電源４８が電気的に接続されている。本実施形態において、給電棒４４は、アルミニウム等の導電性の金属で構成された中空の円筒状の部材である。高周波電源４８は、プラズマ生成用の電源であり、１３．５６ＭＨｚ以上の周波数、例えば６０ＭＨｚから１００ＭＨｚの高周波電力を発生させる。高周波電源４８が発生させた高周波電力は、整合器４６および給電棒４４を介して、ベース部材３８に供給される。整合器４６は、高周波電源４８の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。整合器４６は、チャンバ１１内にプラズマが生成されている時に高周波電源４８の出力インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。整合器４６の出力端子は、給電棒４４の上端に電気的に接続されている。

シャワーヘッド３４および給電棒４４は、チャンバ１１の側壁よりも上方に設けられた略円筒状のカバー部材１１ｄによって覆われている。カバー部材１１ｄは、アルミニウム等の導電性の材料により構成されており、チャンバ１１を介して接地されている。これにより、シャワーヘッド３４に供給された高周波電力の、装置本体１０の外部への漏洩が抑制される。カバー部材１１ｄは、板状部材１１ａと、筒状部材１１ｂと、壁部材１１ｃとを有する。板状部材１１ａは、カバー部材１１ｄの天壁部分であってシャワーヘッド３４と略平行となるように設けられている。筒状部材１１ｂは、給電棒４４の周囲を覆い、板状部材１１ａと整合器４６とを接続する。壁部材１１ｃは、チャンバ１１の側壁の上端部から板状部材１１ａまでを接続する。板状部材１１ａには、誘電体５１および誘電体５２と、配管６４および配管９３との接続を介する導入口が設けられている。給電棒４４は、筒状部材１１ｂの中心部を通り、ベース部材３８と整合器４６とを接続している。なお、カバー部材１１ｄによって覆われた空間は大気圧下である。

下部電極として機能する載置台１６には、給電棒８９および整合器８７を介して高周波電源８８が電気的に接続されている。高周波電源８８は、イオン引き込み用（バイアス用）の電源であり、３００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数、例えば２ＭＨｚの高周波電力を載置台１６に供給する。整合器８７は、高周波電源８８の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。整合器８７は、チャンバ１１内にプラズマが生成されている時に高周波電源８８の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。

チャンバ１１の底部には排気口８０が設けられている。排気口８０には、排気管８２およびＡＰＣ（Auto Pressure Control）バルブ８３を介して排気装置８４が接続されている。排気装置８４は、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプを有しており、チャンバ１１内を所望の真空度まで減圧可能となっている。ＡＰＣバルブ８３は、チャンバ１１内の圧力を調整する。

チャンバ１１の側壁にはウエハＷの搬入および搬出を行うための開口８５が設けられており、開口８５は、ゲートバルブ８６により開閉される。また、チャンバ１１の内側壁には、チャンバ１１にエッチング副生成物（デポ）が付着することを防止するためのデポシールド１２が着脱自在に設けられている。デポシールド１２は、支持部材２６の外周にも設けられている。チャンバ１１の底部であって、チャンバ１１の側壁側のデポシールド１２と、支持部材２６側のデポシールド１２との間には排気プレート８１が設けられている。デポシールド１２および排気プレート８１としては、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆したもの等を好適に用いることができる。

チャンバ１１の内壁に沿って配置されたデポシールド１２のウエハＷとほぼ同じ高さの位置には、導電性部材により構成され、直流的にグランドに接続されたＧＮＤブロック９１が設けられている。ＧＮＤブロック９１により、チャンバ１１内の異常放電が防止される。

上記のように構成された装置本体１０は、制御装置１００によって、その動作が統括的に制御される。制御装置１００は、プロセッサ、メモリ、および入出力インターフェイスを有する。メモリには、プログラムや処理レシピ等が格納される。プロセッサは、メモリから読み出されたプログラムを実行することにより、メモリから読み出された処理レシピに従って、入出力インターフェイスを介して装置本体１０の各部を制御する。

このように構成されたプラズマ処理装置１においてウエハＷにプラズマを用いた処理が行われる場合、制御装置１００は、プラズマ処理装置１の各部に対して、例えば以下の制御を行う。まず、制御装置１００は、静電チャック１８上にウエハＷが載置された状態で、ＭＦＣ６７およびバルブ６８を制御して、拡散室４０内に所定の流量の処理ガスを供給する。拡散室４０内に供給された処理ガスは、拡散室４０内を拡散し、複数の流通穴４１および吐出穴３７を介してチャンバ１１内にシャワー状に供給される。また、制御装置１００は、ＡＰＣバルブ８３および排気装置８４を制御し、チャンバ１１内を所定の圧力に制御する。

そして、制御装置１００は、高周波電源４８にプラズマの発生に用いられる所定周波数の高周波電力を発生させ給電棒４４を介してシャワーヘッド３４に供給させる。これにより、チャンバ１１内の処理ガスがプラズマ化される。また、制御装置１００は、高周波電源８８にイオンの引き込み（バイアス）に用いられる所定周波数の高周波電力を発生させ載置台１６に供給させる。これにより、プラズマ中のイオン等の荷電粒子が静電チャック１８上のウエハＷに引き込まれる。これにより、静電チャック１８上のウエハＷにエッチング等の所定のプラズマ処理が施される。

［カバー部材１１ｄの詳細］
図２は、第１実施形態におけるチャンバ上部のカバー部材の構成の一例を示す図である。図２に示すように、カバー部材１１ｄは、壁部材１１ｃの上部に蓋をするように板状部材１１ａが設けられている。また、カバー部材１１ｄは、板状部材１１ａの中心部に筒状部材１１ｂが設けられている。図２の例では、板状部材１１ａには、誘電体５０が接続される導入口が８つ設けられている。

［誘電体５０の配置］
図３は、第１実施形態におけるチャンバ上部の誘電体の配置の一例を示す斜視図である。図３は、板状部材１１ａおよび筒状部材１１ｂを取り除いた状態であり、ベース部材３８と、ベース部材３８の中心部に設けられたＲＦ導入部４４ａと、ベース部材３８の中心部を囲むように配置された８個の誘電体５０とが見えている。誘電体５０は、例えば、シャワーヘッド３４のベース部材３８（上部電極）の中心と、中心が一致する円の円周上に、回転対称となるように等間隔で配置される。つまり、誘電体５０は、ＲＦ導入部４４ａからの距離が等しく、回転対称となるように等間隔で配置される。

図４は、第１実施形態におけるチャンバ上部の誘電体の配置の一例を示す平面図である。図４は、８個の誘電体５０のうち、誘電体５１ａ，５１ｂを処理ガス導入用、誘電体５２ａ，５２ｂを冷媒用とし、残りの４個の誘電体５０をダミーとした場合の一例である。図４に示すように、誘電体５０の配置は、ＲＦ導入部４４ａから軸対称に処理ガスおよび冷媒の導入口を設けることで、シャワーヘッド３４（上部電極）とカバー部材１１ｄ（筐体）間の軸対称性を維持する。なお、各誘電体５０の形状は、ダミーの誘電体５０も含めて同一とする。

図５は、第１実施形態におけるチャンバ上部の構成の一例を示す斜視断面図である。図５は、図４に示すＡ”−Ａ−Ａ”線におけるチャンバ上部の断面の一例である。なお、図５では、ベース部材３８に代えて、ウエハＷのセンター部分に対応する拡散室４０ａと、ウエハＷのエッジ部分に対応する拡散室４０ｂとを有するベース部材３８ａを用いている。図５に示すように、板状部材１１ａと、ベース部材３８ａとの間の空間には、誘電体５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂが垂直に配置されている。なお、給電棒４４の裏側には、同様に誘電体５０が垂直に配置されている。誘電体５１ａは、内部の貫通穴が拡散室４０ａと流体連通するように配置される。誘電体５１ｂは、内部の貫通穴が拡散室４０ｂと流体連通するように配置される。誘電体５２ａ，５２ｂは、内部の貫通穴が流路９２と流体連通するように配置され、例えば、誘電体５２ａ、流路９２、誘電体５２ｂの順に冷媒が循環する。また、ベース部材３８ａの中心部には、ＲＦ導入部４４ａが設けられ、給電棒４４が接続されている。

［高周波電力の供給経路］
図６および図７は、上部電極における高周波電力の供給経路の一例を模式的に示す図である。図６は、図４に示すＡ’−Ａ−Ａ’線の断面、つまり誘電体５０が存在しない部分の断面における高周波電力の供給経路の一例を示す。図６に示すように、高周波電源４８から整合器４６を介して給電棒４４に供給された高周波電力は、表皮効果により給電棒４４の表面、ベース部材３８の上面、ベース部材３８の側面、天板３６の側面を通って、プラズマ接触面である天板３６の下面に達する。この場合に、給電棒４４は、上部電極であるシャワーヘッド３４のベース部材３８の中心に存在しているため、天板３６下面のエッジ部ではどこも電圧および電流が同じ位相となり、天板３６のエッジ部から同相で中心方向へ徐々に電力が供給される。

図７は、図４に示すＡ”−Ａ−Ａ”線の断面、つまり誘電体５０が存在する部分の断面における高周波電力の供給経路の一例を示す。図７に示すように、高周波電源４８から整合器４６を介して給電棒４４に供給された高周波電力は、表皮効果により給電棒４４の表面、ベース部材３８の上面、ベース部材３８の側面、天板３６の側面を通って、プラズマ接触面である天板３６の下面に達する。ところが、ベース部材３８の上面に誘電体５０が存在するため、高周波電力の一部は、誘電体５０を通って接地されている板状部材１１ａに流れてしまう。従って、誘電体５０が存在する部分では、天板３６下面のエッジ部に到達する高周波電力が、図６に示す誘電体５０が存在しない部分と異なる。

図８は、給電棒から天板までの等価回路の一例を示す図である。図８に示すように、給電棒４４から天板３６までの高周波電力の供給経路の等価回路は、給電棒４４から天板３６の経路と、カバー部材１１ｄとの間に多数のコンデンサが並列に形成されている状態で表すことができる。このとき、例えば、ベース部材３８の上面に対応するコンデンサをコンデンサＣとすると、コンデンサＣの容量は、誘電体５０の有無により変化することになる。従って、誘電体５０の配置が偏っている場合には、生成されるプラズマにおける偏りが大きくなってしまう。

［誘電体５０の配置によるプラズマの偏り］
図９は、第１実施形態における誘電体を周方向に均等配置した場合のプラズマの偏りの一例を示す図である。図９に示すように、第１実施形態におけるプラズマの偏りとして、５個の誘電体５０を円周上に均等配置した場合のプラズマ密度の差を一例とした。図９では、誘電体５０は、中心角θごとに配置される。このとき、ウエハＷのエッジの周方向のプラズマ密度は、誘電体５０が存在する場所でΔ１低下している。なお、ウエハＷのエッジは、３００ｍｍウエハで中心から１４５〜１５０ｍｍの領域である。

図１０は、比較例における誘電体を周方向に偏って配置した場合のプラズマの偏りの一例を示す図である。図１０に示す比較例では、５つの誘電体５０を円周上に２個と３個とに分けて配置した場合のプラズマ密度の差を一例とした。図１０では、誘電体５０は、中心角θの範囲に３個、反対側に２個と偏って配置される。このとき、ウエハＷのエッジの周方向のプラズマ密度は、誘電体５０が３個配置された領域でΔ２低下しており、２個配置された領域でΔ３低下している。図９および図１０に示すように、誘電体５０の有無によるプラズマ密度の差Δ１とΔ２／Δ３とを比較すると、誘電体５０を均等配置した場合のΔ１の方が、偏って配置した場合のΔ２／Δ３よりも小さいことがわかる。これは、誘電体５０が特定の領域に固まって配置されると、その領域でのインピーダンスが高くなってしまい、誘電体５０が配置されていない領域との際が大きくなってしまうためである。

なお、誘電体５０の比誘電率（ＰＴＦＥの場合、ε_ｒ＝２．１）が、誘電体５０が存在しない箇所（空間）の比誘電率、すなわち、第１実施形態においては大気の誘電率（ε_ｒ＝１．０）に近い材料を用いることが可能であれば、誘電体５０の有無によるプラズマ密度の差Δ１はより小さくなり、よりプラズマ密度の均一性が高いプラズマを生成することができる。

図１１は、第１実施形態における誘電体の有無による高周波電力の供給経路の一例を模式的に示す図である。図１１では、誘電体５０の有無による高周波電力の供給経路と、プラズマ密度とを模式的に示す。図１１の領域Ｄは、誘電体５０が存在しない領域であり、領域Ｄ’は、誘電体５０が存在する領域である。図１１に示すように、高周波電源４８から整合器４６を介して給電棒４４に供給された高周波電力は、領域Ｄでは、給電棒４４の表面、ベース部材３８の上面、ベース部材３８の側面、天板３６の側面を通って、プラズマ接触面である天板３６の下面に達する。プラズマ生成空間である処理空間では、供給された高周波電力により処理ガスのプラズマＰが生成され、高周波電力は下部電極である載置台１６に達し、給電棒８９を介してグランドに流れる。なお、図１１では、バイアス用の高周波電源８８および整合器８７は省略している。

一方、領域Ｄ’では、高周波電力は、給電棒４４の表面、ベース部材３８の上面、ベース部材３８の側面、天板３６の側面を通って、プラズマ接触面である天板３６の下面に達する。また、高周波電力は、処理空間に面する天板３６の下面に達する前に、その一部が誘電体５０を通ってグランドに流れる。処理空間では、供給された高周波電力により処理ガスのプラズマＰが生成され、高周波電力は下部電極である載置台１６に達し、給電棒８９を介してグランドに流れる。つまり、領域Ｄと領域Ｄ’とでは、高周波電源４８−プラズマＰ−グランド間に、インピーダンスの差異が生じる。すなわち、プラズマＰに着目すると、領域Ｄではプラズマ密度が濃くなり、領域Ｄ’ではプラズマ密度が薄くなる。

［エッチングレートへの影響］
図１２は、第１実施形態における誘電体を周方向に均等配置した場合のエッチングレートの分布の一例を示す図である。図１２では、誘電体５０を図９に示すように、５個の誘電体５０を円周上に均等配置した場合のエッチングレートの分布の一例を示す。図１２に示すように、ウエハＷにおけるエッチングレートの分布は、誘電体５０が存在する領域で若干内側に凹む分布となっているが、概ね均一性が高くなっている。

図１３は、比較例における誘電体を周方向に偏って配置した場合のエッチングレートの分布の一例を示す図である。図１３では、誘電体５０を図１０に示すように、５個の誘電体５０を円周上に２個と３個とに分けて配置した場合のエッチングレートの分布の一例を示す。図１３に示すように、ウエハＷにおけるエッチングレートの分布は、誘電体５０が存在する領域に対応する領域１１２，１１３で、局所的に大きく内側に凹む分布となっている。このことから、第１実施形態では、誘電体５０を均等に配置することで、電極外周部の周方向において、均一性の高いプラズマを生成することができ、エッチングレートの均一性も高くすることができる。

［第１実施形態の変形例］
ここで、図１４から図１７を用いて、第１実施形態における誘電体５０の配置の変形例について説明する。図１４は、第１実施形態における誘電体を奇数個配置した場合の配置の一例を示す図である。図１４に示す配置例１２０は、３個の誘電体５０をベース部材３８上の１つの円周上に均等配置した例である。配置例１２１は、５個の誘電体５０をベース部材３８上の１つの円周上に均等配置した例である。なお、配置例１２１は、図９の配置と同じであり、各誘電体５０は中心角θごとに配置される。また、奇数個配置の例としては、３個以上であれば個数は限定されず、７個、９個といった、さらに多くの誘電体５０を配置してもよい。なお、誘電体５０は、奇数個配置した場合、回転対称に配置されることになる。

図１５は、第１実施形態における誘電体を偶数個配置した場合の配置の一例を示す図である。図１５に示す配置例１２２は、６個の誘電体５０をベース部材３８上の１つの円周上に均等配置した例である。配置例１２３は、８個の誘電体５０をベース部材３８上の１つの円周上に均等配置した例である。また、偶数個配置の例としては、４個以上であれば個数は限定されず、１０個、１２個といった、さらに多くの誘電体５０を配置してもよい。なお、誘電体５０は、偶数個配置した場合、軸対称に配置されることになり、また、奇数個配置した場合と同様に回転対称に配置されることになる。

図１６は、第１実施形態におけるリング状の誘電体を配置した場合の一例を示す図である。図１６に示す配置例１２４は、誘電体５０に代えて、リング状の誘電体５５に複数の貫通穴５６が設けられ、貫通穴５６が１つの円周上に均等配置された例である。貫通穴５６は、奇数個の場合は回転対称に配置され、偶数個の場合は軸対称に配置される。誘電体５５は、誘電体５５の中心がベース部材３８の中心（上部電極の中心）と一致するように配置される。なお、誘電体５５は、半径方向の幅が広い板状となるものであってもよい。

図１７は、第１実施形態における誘電体を複数の円周上に配置した場合の配置の一例を示す図である。図１７に示す配置例１２５は、ベース部材３８上の２つの円周１２６，１２７上に、それぞれ６個の誘電体５０を均等配置した例である。この場合、誘電体５０は、円周１２６，１２７上それぞれで回転対称または軸対称に配置される。なお、円周１２６，１２７上それぞれにおける誘電体５０の数は、奇数個配置では３個以上、偶数個配置では４個以上であれば個数は限定されない。また、図１４、図１５および図１７では、誘電体５０の数が多い程、電極外周部の周方向において、均一性の高いプラズマを生成することができる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、円筒状の誘電体５０がベース部材３８から板状部材１１ａの導入口へ向けて接続され、配管６４，９３に接続されたが、壁部材１１ｃに導入口を設けて配管６４，９３を接続してもよく、この場合の実施の形態につき、第２実施形態として説明する。なお、第１実施形態と同一の構成には同一符号を付すことで、その重複する構成および動作の説明については省略する。

［プラズマ処理装置２の構成］
図１８は、本開示の第２実施形態におけるプラズマ処理装置の一例を示す図である。図１８に示すプラズマ処理装置２は、第１実施形態のプラズマ処理装置１と比較して、装置本体１０に代えて装置本体１０ａを有する。また、装置本体１０ａは、装置本体１０と比較して、カバー部材１１ｄ、誘電体５１，５２に代えて、カバー部材１１ｇ、誘電体５８，５９を有する。なお、以下の説明において、誘電体５８，５９を区別しない場合、および、ダミーの誘電体について、誘電体５７と表現する。

カバー部材１１ｇは、板状部材１１ｅと、筒状部材１１ｂと、壁部材１１ｆとを有する。板状部材１１ｅは、第１実施形態の板状部材１１ａに対応し、配管６４，９３の導入口を有しない。壁部材１１ｆは、第１実施形態の壁部材１１ｃに対応し、配管６４，９３の導入口を有する。つまり、カバー部材１１ｇは、処理ガスや冷媒の配管を側面から導入するカバー部材である。

誘電体５８は、貫通穴を有し、両端の面が９０度異なるように曲がっている。誘電体５８の一端は、ベース部材３８の導入口６２に接続されている。誘電体５８の他端には、壁部材１１ｆに設けられた導入口を介して、配管６４の一端が接続されている。

誘電体５９は、誘電体５８と同様に、貫通穴を有し、両端の面が９０度異なるように曲がっている。誘電体５９の一端は、ベース部材３８の流路９２に接続されている。誘電体５９の他端には、壁部材１１ｆに設けられた導入口を介して、配管９３が接続されている。なお、誘電体５８，５９および配管６４，９３の高さは、それぞれ同じ高さであり、壁部材１１ｆに設けられた導入口の高さも同じ高さである。

［誘電体５７の配置および形状］
次に、図１９から図２２を用いて誘電体５７の配置および形状について説明する。図１９から図２２は、第２実施形態におけるチャンバ上部の誘電体の配置の一例を示す平面図である。図１９に示す配置例１３０は、６個の誘電体５７の一端をベース部材３８上の１つの円周上に均等配置し、誘電体５７の他端を壁部材１１ｆの導入口に接続した例である。配置例１３０では、上面から見て誘電体５７が壁部材１１ｆに対して直角に接するように接続されている。

図２０に示す配置例１３１は、誘電体５７の配置の変形例である。配置例１３１は、６個の誘電体５７の一端をベース部材３８上の１つの円周上に均等配置し、誘電体５７の他端を壁部材１１ｆの導入口に接続した例である。配置例１３１では、上面から見て誘電体５７が壁部材１１ｆに対して斜めに接するように接続されている。誘電体５７が壁部材１１ｆに対して接する角度は、任意の角度でよい。ただし、回転対称となるように、すべての誘電体５７が壁部材１１ｆに対して接する角度は、同じか近似していることが望ましい。

図２１に示す配置例１３２は、誘電体５７の形状の一例を示す。配置例１３２は、誘電体５７の形状が略Ｌ字型となっている。誘電体５７の形状における略Ｌ字型の折れ曲がり部分の角度は、任意の角度でよい。ただし、回転対称となるように、誘電体５７の形状における略Ｌ字型の折れ曲がり部分の角度は、同じか近似していることが望ましい。

図２２に示す配置例１３３は、誘電体５７の形状の変形例である。配置例１３３は、誘電体５７の形状が円弧状となっている。誘電体５７の形状における円弧の曲線半径等は、任意の値でよい。ただし、回転対称となるように、誘電体５７の形状における円弧の曲線半径等は、同じか近似していることが望ましい。

以上に示すように、第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、誘電体５７を均等に配置することで、電極外周部の周方向において、均一性の高いプラズマを生成することができ、エッチングレートの均一性も高くすることができる。

（第３実施形態）
第１実施形態では、プラズマ生成用の高周波電源４８を上部電極であるシャワーヘッド３４に接続したが、下部電極である載置台１６に接続してもよく、この場合の実施の形態につき、第３実施形態として説明する。なお、第１実施形態と同一の構成には同一符号を付すことで、その重複する構成および動作の説明については省略する。

［プラズマ処理装置３の構成］
図２３は、本開示の第３実施形態におけるプラズマ処理装置の一例を示す図である。図２３に示すプラズマ処理装置３は、第１実施形態のプラズマ処理装置１と比較して、装置本体１０に代えて装置本体１０ｂを有する。また、装置本体１０ｂは、装置本体１０と比較して、カバー部材１１ｄ、整合器４６、高周波電源４８、整合器８７に代えて、カバー部材１１ｊ、ＬＰＦ（Low-Pass Filter）１５０、直流電源１５１、高周波電源４８ａ、整合器８７ａを有する。

カバー部材１１ｊは、板状部材１１ｈと、壁部材１１ｃと、絶縁部材１１ｉとを有する。板状部材１１ｈは、第１実施形態の板状部材１１ａに対応し、絶縁部材１１ｉを介して給電棒４４と接続される点が異なる。

直流電源１５１は、ＬＰＦ１５０および給電棒４４を介してベース部材３８に直流電圧を印加する。つまり、直流電源１５１は、上部電極であるシャワーヘッド３４に直流電圧を印加する。また、ＬＰＦ１５０は、高周波的に接地されている。高周波電源４８ａは、整合器８７ａおよび給電棒８９を介して下部電極である載置台１６に、プラズマ生成用の高周波電力を供給する。なお、整合器８７ａには、高周波電源８８も接続されている。高周波電源８８は、第１実施形態と同様に、整合器８７ａおよび給電棒８９を介して、載置台１６にバイアス用の高周波電力を供給する。すなわち、第３実施形態の装置本体１０ｂでは、下部電極である載置台１６がプラズマ生成用のＲＦ印加電極となり、上部電極であるシャワーヘッド３４が対向するグランド（ＧＮＤ）電極となる。

［高周波電力の供給経路とプラズマ密度］
図２４は、第３実施形態における誘電体の有無による高周波電力の供給経路の一例を模式的に示す図である。図２４では、誘電体５０の有無による高周波電力の供給経路と、プラズマ密度とを模式的に示す。図２４の領域Ｅは、誘電体５０が存在しない領域であり、領域Ｅ’は、誘電体５０が存在する領域である。図２４に示すように、高周波電源４８ａから整合器８７ａを介して給電棒８９に供給された高周波電力は、領域Ｅでは、載置台１６の裏面、載置台１６の側面を通って、プラズマ接触面である載置台１６の表面に達する。処理空間では、供給された高周波電力により処理ガスのプラズマＰが生成され、高周波電力は天板３６の下面に達する。高周波電力は、天板３６の下面、天板３６の側面、ベース部材３８の側面、ベース部材３８の上面、給電棒４４の表面を通って、ＬＰＦ１５０を介してグランドに流れる。

一方、領域Ｅ’では、高周波電力は、載置台１６の裏面、載置台１６の側面を通って、プラズマ接触面である載置台１６の表面に達する。処理空間では、供給された高周波電力により処理ガスのプラズマＰが生成され、高周波電力は天板３６の下面に達する。高周波電力は、天板３６の下面、天板３６の側面、ベース部材３８の側面、ベース部材３８の上面、給電棒４４の表面を通って、ＬＰＦ１５０を介してグランドに流れる。また、高周波電力は、ベース部材３８の上面において、給電棒４４に達する前に、その一部が誘電体５０を通ってグランドに流れる。つまり、領域Ｅと領域Ｅ’とでは、高周波電源４８ａ−プラズマＰ−グランド間に、インピーダンスの差異が生じる。すなわち、プラズマＰに着目すると、領域Ｅではプラズマ密度が濃くなり、領域Ｅ’ではプラズマ密度が薄くなる。

以上のことから、第３実施形態においても、第１実施形態と同様に、誘電体５０を均等に配置することで、電極外周部の周方向において、均一性の高いプラズマを生成することができ、エッチングレートの均一性も高くすることができる。

以上、上記の各実施形態によれば、プラズマ処理装置１は、チャンバ１１と、第１の電極（シャワーヘッド３４）と、高周波電源４８と、給電棒４４と、板状部材１１ａと、誘電体とを有する。第１の電極は、チャンバ１１内に面した電極である。高周波電源４８は、第１の電極に高周波電力を供給する。給電棒４４は、第１の電極のチャンバ１１内に面する面と反対側の面の中心に、高周波電力を給電する。板状部材１１ａは、第１の電極のチャンバ１１内に面する面と反対側の面に平行して設けられ、接地された導電性の板状部材である。誘電体は、第１の電極と板状部材１１ａとの間を接続し、第１の電極の中心に対して回転対称となる形状である。その結果、電極外周部の周方向において、均一性の高いプラズマを生成することができる。

また、上記の各実施形態によれば、誘電体は、第１の電極の内部に設けられた空間（拡散室４０、流路９２）と、板状部材１１ａの外側に接続された配管６４，９３とを接続する貫通穴を有する。その結果、処理ガスをシャワーヘッド３４に供給することができるとともに、冷媒によってベース部材３８およびシャワーヘッド３４を温度調整することができる。

また、上記の各実施形態によれば、誘電体は、同一の形状および材料であって、それぞれ貫通穴を有する複数の部位（誘電体５０）を有し、複数の部位のそれぞれは、第１の電極の中心に対して回転対称に配置される。その結果、電極外周部の周方向において、均一性の高いプラズマを生成することができる。

また、第１実施形態の変形例によれば、誘電体は、リング状部材（誘電体５５）であり、リング状部材の中心が第１の電極の中心と一致するように配置される。その結果、電極外周部の周方向において、均一性の高いプラズマを生成することができる。

また、第１実施形態の変形例によれば、リング状部材は、複数の貫通穴５６を有し、貫通穴５６のそれぞれは、第１の電極の中心に対して回転対称に設けられる。その結果、電極外周部の周方向において、均一性の高いプラズマを生成することができる。

また、上記の各実施形態によれば、貫通穴は、チャンバ１１内に供給される処理ガスを流通させる。その結果、処理ガスをシャワーヘッド３４に供給することができる。

また、上記の各実施形態によれば、貫通穴は、誘電体に複数設けられ、処理ガスを流通させないダミーの貫通穴を含む。その結果、電極外周部の周方向において、均一性の高いプラズマを生成することができる。

また、上記の各実施形態によれば、貫通穴は、誘電体に複数設けられ、処理ガスを流通させる貫通穴と異なる貫通穴は、第１の電極の内部に設けられた空間に供給される冷媒を流通させる。その結果、冷媒によってベース部材３８およびシャワーヘッド３４を温度調整することができる。

また、上記の各実施形態によれば、複数の貫通穴は、処理ガス、および、第１の電極の内部に設けられた空間に供給される冷媒を流通させないダミーの貫通穴を含む。その結果、電極外周部の周方向において、均一性の高いプラズマを生成することができる。

また、上記の各実施形態によれば、貫通穴は、第１の電極の内部に設けられた空間に供給される冷媒を流通させる。その結果、冷媒によってベース部材３８およびシャワーヘッド３４を温度調整することができる。

また、上記の各実施形態によれば、貫通穴は、誘電体に複数設けられ、第１の電極の内部に設けられた空間に供給される冷媒を流通させないダミーの貫通穴を含む。その結果、電極外周部の周方向において、均一性の高いプラズマを生成することができる。

また、第３実施形態によれば、プラズマ処理装置３は、チャンバ１１と、第１の電極（シャワーヘッド３４）と、第２の電極（載置台１６）と、高周波電源４８ａと、給電棒４４と、板状部材１１ｈと、誘電体とを有する。第１の電極は、チャンバ１１内に面している。第２の電極は、チャンバ１１内で第１の電極と対向するように設けられている。高周波電源４８ａは、第２の電極に高周波電力を供給する。給電棒４４は、第１の電極のチャンバ１１内に面する面と反対側の面の中心に、直流電圧を印加する。板状部材１１ｈは、第１の電極のチャンバ１１内に面する面と反対側の面に平行して設けられ、接地された導電性の板状部材である。誘電体は、第１の電極と板状部材１１ｈとの間を接続し、第１の電極の中心に対して回転対称となる形状である。その結果、電極外周部の周方向において、均一性の高いプラズマを生成することができる。

また、第３実施形態によれば、第１の電極は、第２の電極に供給される高周波電力の周波数において接地される。その結果、電極外周部の周方向において、均一性の高いプラズマを生成することができる。

また、第３実施形態によれば、プラズマ処理装置３は、第１の電極に、給電棒を介して直流電圧を印加する直流電源１５１を、さらに有する。その結果、電極外周部の周方向において、均一性の高いプラズマを生成することができる。

今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって、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、添付の請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形体で省略、置換、変更されてもよい。

なお、上記した各実施形態では、処理ガスの拡散室を１個または２個としたが、これに限定されない。例えば、３個や４個の拡散室を設け、それぞれに処理ガスを供給する誘電体５０を設けるようにしてもよい。

また、上記した各実施形態では、チラー冷媒の流路を１つとしたが、これに限定されない。例えば、２つ以上の冷媒の流路を設け、それぞれに処理ガスを供給する誘電体５０を設けるようにしてもよい。

また、上記した各実施形態では、プラズマ生成用の高周波電力の供給経路における効果として説明したが、これに限定されない。例えば、バイアス用の高周波電力の供給経路において誘電体を回転対称となるように配置することによって、ウエハ上に均一性の高いイオンの引き込みが可能となることが期待できる。

また、上記した各実施形態では、誘電体５０の貫通穴に処理ガスまたはチラー冷媒を流通させる、もしくはダミーの貫通穴としたが、これに限定されない。例えば、誘電体５０の貫通穴をベース部材３８および天板３６の温度を計測するための光ファイバーの通路やレーザ光の光路として用いてもよい。また、ベース部材３８および天板３６を温度調整するためにベース部材３８内にヒータが埋め込まれている場合、ヒータに繋がる配線の通路として用いてもよい。

また、上記した各実施形態では、カバー部材によって覆われた空間は大気圧下としたが、これに限定されない。例えば、真空ポンプによってカバー部材によって覆われた空間を減圧して、真空状態にしてもよい。これにより、露点温度より低いチラー冷媒を用いた場合もカバー部材によって覆われた空間において結露の発生を抑制できる。

１，２，３ プラズマ処理装置
１０，１０ａ，１０ｂ 装置本体
１１ チャンバ
１１ａ 板状部材
１１ｄ，１１ｇ，１１ｊ カバー部材
１６ 載置台
１８ 静電チャック
３４ シャワーヘッド
３６ 天板
３８ ベース部材
４０ 拡散室
４４，８９ 給電棒
４６，８７ 整合器
４８，４８ａ，８８ 高周波電源
５０，５１，５２，５５，５７，５８，５９ 誘電体
６４，９３ 配管
６６ ガス供給源
８３ ＡＰＣバルブ
８４ 排気装置
９２ 流路
９４ チラーユニット
１００ 制御装置
１５０ ＬＰＦ
１５１ 直流電源
Ｗ ウエハ

Claims (14)

1. チャンバと、
   前記チャンバ内に面した第１の電極と、
   前記第１の電極に高周波電力を供給する高周波電源と、
   前記第１の電極の前記チャンバ内に面する面と反対側の面の中心に、前記高周波電力を給電する給電棒と、
   前記第１の電極の前記チャンバ内に面する面と反対側の面に平行して設けられ、接地された導電性の板状部材と、
   前記第１の電極と前記板状部材との間を接続し、前記第１の電極の中心に対して回転対称となる形状である誘電体と、
   を有するプラズマ処理装置。
2. 前記誘電体は、前記第１の電極の内部に設けられた空間と、前記板状部材の外側に接続された配管とを接続する貫通穴を有する、
   請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記誘電体は、同一の形状および材料であって、それぞれ前記貫通穴を有する複数の部位を有し、前記複数の部位のそれぞれは、前記第１の電極の中心に対して回転対称に配置される、
   請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記誘電体は、リング状部材であり、前記リング状部材の中心が前記第１の電極の中心と一致するように配置される、
   請求項２に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記リング状部材は、複数の前記貫通穴を有し、前記貫通穴のそれぞれは、前記第１の電極の中心に対して回転対称に設けられる、
   請求項４に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記貫通穴は、前記チャンバ内に供給される処理ガスを流通させる、
   請求項２〜５のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
7. 前記貫通穴は、前記誘電体に複数設けられ、前記処理ガスを流通させないダミーの貫通穴を含む、
   請求項６に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記貫通穴は、前記誘電体に複数設けられ、前記処理ガスを流通させる前記貫通穴と異なる前記貫通穴は、前記第１の電極の内部に設けられた空間に供給される冷媒を流通させる、
   請求項６に記載のプラズマ処理装置。
9. 複数の前記貫通穴は、前記処理ガス、および、前記第１の電極の内部に設けられた空間に供給される冷媒を流通させないダミーの貫通穴を含む、
   請求項７に記載のプラズマ処理装置。
10. 前記貫通穴は、前記第１の電極の内部に設けられた空間に供給される冷媒を流通させる、
    請求項２〜５のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
11. 前記貫通穴は、前記誘電体に複数設けられ、前記第１の電極の内部に設けられた空間に供給される冷媒を流通させないダミーの貫通穴を含む、
    請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
12. チャンバと、
    前記チャンバ内に面し、第１の電極と、
    前記チャンバ内で第１の電極と対向するように設けられた第２の電極と、
    前記第２の電極に高周波電力を供給する高周波電源と、
    前記第１の電極の前記チャンバ内に面する面と反対側の面の中心に、直流電圧を印加する給電棒と、
    前記第１の電極の前記チャンバ内に面する面と反対側の面に平行して設けられ、接地された導電性の板状部材と、
    前記第１の電極と前記板状部材との間を接続し、前記第１の電極の中心に対して回転対称となる形状である誘電体と、
    を有するプラズマ処理装置。
13. 前記第１の電極は、前記第２の電極に供給される前記高周波電力の周波数において接地される、
    請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
14. 前記第１の電極に、前記給電棒を介して前記直流電圧を印加する直流電源を、さらに有する、
    請求項１２または１３に記載のプラズマ処理装置。

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