JP2022107392A - 排気リングアセンブリ及びプラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気効率の向上とプラズマの漏れ抑制とを両立することが可能な排気リングを提供する。【解決手段】基板支持部の周囲に配置される排気リングアセンブリであって、周方向に沿って交互に配列される複数の第一排気孔及び複数の第一棒状部分を有する第一環状部材であり、各第一排気孔は、径方向に沿って延在しており、各第一棒状部分は、径方向に沿って延在している、第一環状部材と、前記第一環状部材の下方に配置され、周方向に沿って交互に配列される複数の第二排気孔及び複数の第二棒状部分を有する第二環状部材であり、各第二排気孔は、径方向に沿って延在しており、各第二棒状部分は、径方向に沿って延在している、第二環状部材と、を有し、前記複数の第一棒状部分と前記複数の第二棒状部分とは、上から見て互いに重複しておらず、前記複数の第一棒状部分の各々及び／又は前記複数の第二棒状部分の各々は、上向きテーパ―形状を有している、排気リングアセンブリが提供される。【選択図】図５

Description

本開示は、排気リング及びプラズマ処理装置に関する。

特許文献１には、２つの部材が水平方向に重ねて配置されている平行型の排気リングが提案されている。特許文献２には、２つの部材が垂直方向に重ねて配置されている円筒型の排気リングが提案されている。

いずれの排気リングも排気孔を有する２つの部材が重ねて配置された２重構造を有し、ガスは、ガスの流れの方向に対して上流側の部材の排気孔を通過した後、略垂直に流れの方向を変え、更に、下流側の部材の排気孔を通過するときに略垂直に流れの方向を変えてガスを排気する構造となっている。

特開２００４－６５７４号公報 特開２００４－３２７７６７号公報

ところで、排気リングでは、排気孔を大きくし、開口率が高くなると排気効率が向上する代わりにプラズマ処理空間から排気空間へプラズマが漏れやすくなる。従って、排気リングの排気効率とプラズマの閉じ込め効果の間にはトレードオフの関係がある。

本開示は、排気効率の向上とプラズマの漏れ抑制とを両立することが可能な排気リングを提供する。

本開示の一の態様によれば、被処理基板を載置する基板支持部の周囲に配置される排気リングであって、複数の排気孔を有する環状の第一部材と、前記第一部材と重ねて配置され、複数の排気孔を有する環状の第二部材とを有し、前記第一部材の排気孔と前記第二部材の排気孔とは、排気ガスの流れの方向から見て互いに重複しておらず、前記第一部材の排気孔以外の部分と前記第二部材の排気孔以外の部分とは、前記排気ガスの流れの方向から見て互いに重複しておらず、前記第一部材の排気孔以外の部分と前記第二部材の排気孔以外の部分との少なくとも上流側の端面は、テーパ―形状を有している、排気リングが提供される。

一の側面によれば、排気効率の向上とプラズマの漏れ抑制とを両立することが可能な排気リングを提供できる。

一実施形態に係るプラズマ処理システムの一例を示す図。 一実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す縦断面図。 一実施形態に係る排気リングの一例を示す図。 一実施形態に係る排気リングの一例を示す図。 一実施形態に係る排気リングの一部の上面図及び断面図。 一実施形態及び比較例に係る排気リングを通るガスの流れの一例を示す図。 他の比較例の排気リングを通るガスの流れの一例を示す図。 一実施形態に係る排気リングの溶射方法の一例を比較例と比較して示す図。 一実施形態に係る排気リングの溶射方法の一例を比較例と比較して示す図。

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。

［プラズマ処理システム］
まず、一実施形態に係るプラズマ処理システムについて、図１を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係るプラズマ処理システムの一例を示す図である。一実施形態において、プラズマ処理システムは、プラズマ処理装置１及び制御部２を含む。プラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、基板支持部１１及びプラズマ生成部１２を含む。プラズマ処理チャンバ１０は、プラズマ処理空間を有する。また、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。ガス供給口は、後述するガス供給部２０に接続され、ガス排出口は、後述する排気システム４０に接続される。基板支持部１１は、プラズマ処理空間内に配置され、基板を支持するための基板支持面を有する。

プラズマ生成部１２は、プラズマ処理空間内に供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマを生成するように構成される。プラズマ処理空間において形成されるプラズマは、容量結合プラズマ（ＣＣＰ；Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ；Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、ＥＣＲプラズマ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ－Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ－ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｐｌａｓｍａ）、ヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ：Ｈｅｌｉｃｏｎ Ｗａｖｅ Ｐｌａｓｍａ）、又は、表面波プラズマ（ＳＷＰ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅ Ｐｌａｓｍａ）等であってもよい。また、ＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ）プラズマ生成部及びＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）プラズマ生成部を含む、種々のタイプのプラズマ生成部が用いられてもよい。一実施形態において、ＡＣプラズマ生成部で用いられるＡＣ信号（ＡＣ電力）は、１００ｋＨｚ～１０ＧＨｚの範囲内の周波数を有する。従って、ＡＣ信号は、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号及びマイクロ波信号を含む。一実施形態において、ＲＦ信号は、 ２００ｋＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。

制御部２は、本開示において述べられる種々の工程をプラズマ処理装置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プラズマ処理装置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の一部又は全てがプラズマ処理装置１に含まれてもよい。制御部２は、例えばコンピュータ２ａを含んでもよい。コンピュータ２ａは、例えば、処理部（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）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。処理部２ａ１は、記憶部２ａ２に格納されたプログラムに基づいて種々の制御動作を行うように構成され得る。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プラズマ処理装置１との間で通信してもよい。

［プラズマ処理装置］
次に、プラズマ処理装置１の一例としての容量結合プラズマ処理装置の構成例について図２を参照しながら説明する。図２は、一実施形態に係るプラズマ処理装置１の一例を示す縦断面図である。

プラズマ処理装置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、プラズマ処理装置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。側壁１０ａ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（ウェハ）Ｗを支持するための中央領域（基板支持面）１１１ａと、リングアセンブリ１１２を支持するための環状領域（リング支持面）１１１ｂとを有する。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。一実施形態において、本体部１１１は、基台及び静電チャックを含む。基台は、導電性部材を含む。基台の導電性部材は下部電極として機能する。静電チャックは、基台の上に配置される。静電チャックの上面は、基板支持面１１１ａを有する。リングアセンブリ１１２は、１又は複数の環状部材を含む。１又は複数の環状部材のうち少なくとも１つはエッジリングである。また、図示は省略するが、基板支持部１１は、静電チャック、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、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路には、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。また、基板支持部１１は、基板Ｗの裏面と基板支持面１１１ａとの間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、少なくとも１つのガス拡散室１３ｂ、及び複数のガス導入口１３ｃを有する。ガス供給口１３ａに供給された処理ガスは、ガス拡散室１３ｂを通過して複数のガス導入口１３ｃからプラズマ処理空間１０ｓ内に導入される。また、シャワーヘッド１３は、導電性部材を含む。シャワーヘッド１３の導電性部材は上部電極として機能する。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。

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少なくとも１つ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、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のような少なくとも１つのＲＦ信号（ＲＦ電力）を、基板支持部１１の導電性部材及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材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、プラズマ生成部１２の少なくとも一部として機能し得る。また、バイアスＲＦ信号を基板支持部１１の導電性部材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基板支持部１１の導電性部材及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材に結合され、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、１３ＭＨｚ～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、基板支持部１１の導電性部材及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材に供給される。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基板支持部１１の導電性部材に結合され、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。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、ソースＲＦ信号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、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚ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、基板支持部１１の導電性部材に供給される。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、基板支持部１１の導電性部材に接続され、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ＤＣ信号は、基板支持部１１の導電性部材に印加される。一実施形態において、第１のＤＣ信号が、静電チャック内の電極のような他の電極に印加されてもよい。一実施形態において、第２のＤＣ生成部３２ｂは、シャワーヘッド１３の導電性部材に接続され、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、シャワーヘッド１３の導電性部材に印加される。種々の実施形態において、第１及び第２のＤＣ信号がパルス化されてもよい。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。

基板支持部１１の周囲には、排気リング５０が配置されている。排気リング５０は、環状部材であって、プラズマ処理チャンバ１０の側壁と基板支持部１１の側壁との間に設けられる。排気リング５０は、プラズマ処理チャンバ１０内をプラズマ処理空間１０ｓと排気空間１０ｔとに隔離する。排気リング５０は、２枚の板状部材を重ね合わせた２重構造となっている。

［排気リング］
２重構造の排気リングでは、排気孔による開口率が高くなると排気効率は向上するがプラズマ処理空間１０ｓから排気空間１０ｔへプラズマが漏れやすくなり、開口率が低くなるとプラズマが漏れにくいが排気効率が低下するというトレードオフの関係がある。つまり、プラズマ処理空間１０ｓからの排気ガスを効率良く排気するためには排気リング５０の排気孔を大きくしてコンダクタンスを上げる方法があるが、これは排気リング５０からプラズマの漏れを引き起こすことに繋がる。一方で、プラズマが漏れないように排気孔を小さくしてプラズマの閉じ込め効果を強化した排気リング５０では排気ガスの流れを阻害してしまい、排気効率の低下を招いてしまう。かかるトレードオフを考慮して、本実施形態では排気効率の向上とプラズマの漏れ抑制の両立した排気リング５０の形状を提案する。

本実施形態に係る排気リング５０の形状について、図３～図６を参照しながら説明する。図３は、一実施形態に係る２重構造の排気リング５０の各部材の一例を示す図である。図４は、一実施形態に係る平行型の排気リング５０及び円筒型の排気リング５０の一例を示す図である。図５は、一実施形態に係る排気リング５０の一部の上面図及び断面図である。図６は、一実施形態及び比較例に係る排気リング５０を通るガスの流れの一例を示す図である。

図３に示すように、排気リング５０は、複数の排気孔を有する環状の第一部材５０Ｕと、複数の排気孔を有する環状の第二部材５０Ｄとを有し、第一部材５０Ｕと第二部材５０Ｄとは重ねて配置される。図３（ａ）は第一部材５０Ｕを上面視した図であり、図３（ｂ）は第二部材５０Ｄを上面視した図である。図３（ｃ）は、第一部材５０Ｕと第二部材５０Ｄとを重ね合わせ、２重構造とした排気リング５０を上面視した図である。排気リング５０は、第一部材５０Ｕ及び第二部材５０Ｄを水平方向に重ねて配置し、２重構造とした状態で、図２に示すように基板支持部１１の周囲に水平方向に配置される。つまり、図２及び図３に示す排気リング５０は、平行型の排気リングである。

図３（ａ）の第一部材５０Ｕは、同心円状に配置された円形の内枠５０ｓ１及び外枠５０ｔ１と、その間を放射状に３６０度にわたって橋渡しされた複数の棒状の基材５０ａとを有する。複数の基材５０ａは、内枠５０ｓ１と外枠５０ｔ１の間に等ピッチで配置され、これにより、内枠５０ｓ１及び外枠５０ｔ１の間に放射状に複数のスリットが形成される。放射状に形成された複数のスリットは、ガスを排気する排気孔Ｈ１として機能する。

図３（ａ）の第一部材５０Ｕの領域Ｖの拡大図（下図）を参照すると、基材５０ａ１、５０ａ２、５０ａ３・・・を含む基材５０ａの上面が面取りされている。例えば、基材５０ａ２の上面の両側が面取りされ、上面の両脇に傾斜面ａ、ｂが形成されている。つまり、基材５０ａの上面はテーパ―形状を有している。図３（ａ）の例では、基材５０ａの上面の中央の面ｅは平坦であるが、平坦な面ｅはなくてもよい。平坦な面ｅがある場合、図４（ａ）の右図及び図５（ａ）に示すように、基材５０ａは、上面の中央に平坦な面があり、その両脇に傾斜面がある形状となる。平行な面ｅがない場合、図５（ｂ）に示すように、基材５０ａは、上面の中央に平坦な面がなく、傾斜面により中央に頂点が形成された形状となる。

図３（ｂ）の第二部材５０Ｄは、同心円状に配置された円形の内枠５０ｓ２及び外枠５０ｔ２と、その間を放射状に３６０度にわたって橋渡しされた複数の棒状の基材５０ｂとを有する。複数の基材５０ｂは、内枠５０ｓ２と外枠５０ｔ２の間に等ピッチで配置され、これにより、内枠５０ｓ２及び外枠５０ｔ２の間に放射状に複数のスリットが形成される。放射状に形成された複数のスリットは、ガスを排気する排気孔Ｈ２として機能する。

図３（ａ）の領域Ｖと同じ配置の図３（ｂ）の領域Ｖの拡大図（下図）を参照すると、基材５０ｂ１、５０ｂ２、５０ｂ３・・・を含む基材５０ｂの上面が面取りされている。例えば、基材５０ｂ２の上面の両側が面取りされ、上面の両脇に傾斜面ｃ、ｄが形成されている。つまり、基材５０ｂの上面はテーパ―形状を有している。図３（ｂ）の例では、基材５０ｂの上面の中央の面ｆは平坦であるが、平坦な面ｆはなくてもよい。平坦な面ｆがある場合、図４（ａ）の右図に示すように、基材５０ｂは、上面の中央に平坦な面があり、その両脇に傾斜面がある形状となる。平坦な面ｆがない場合、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、基材５０ｂは、上面の中央に平坦な面がなく、傾斜面により中央に頂点が形成された形状となる。

第一部材５０Ｕの排気孔以外の部分と第二部材５０Ｄの排気孔以外の部分との上面は、ガスが流れる上流側の端面となる。これにより、排気ガスの流れを良くすることができる。なお、第一部材５０Ｕの排気孔Ｈ１以外の部分とは基材５０ａの部分であり、第二部材５０Ｄの排気孔Ｈ２以外の部分とは基材５０ｂの部分である。

内枠５０ｓ１と内枠５０ｓ２とは同一の直径を有し、外枠５０ｔ１と外枠５０ｔ２とは同一の直径を有する。よって、第一部材５０Ｕを第二部材５０Ｄの上に重ねた図３（ｃ）の状態では、内枠５０ｓ２及び外枠５０ｔ２は、内枠５０ｓ１及び外枠５０ｔ１の下に配置され、上面視では見えない。

なお、本実施形態に係る排気リング５０では、第一部材５０Ｕを第二部材５０Ｄの上に重ね、図４（ａ）のＢ－Ｂ断面に示すように、第一部材５０Ｕと第二部材５０Ｄとの間に間隔（ギャップ）は設けない。第一部材５０Ｕと第二部材５０Ｄとの間に間隔を設けなくても、基材５０ａと基材５０ｂとは接触せず、排気通路が形成されている。ただし、第一部材５０Ｕと第二部材５０Ｄとの間に間隔を設けてもよい。また、排気リング５０は、第一部材５０Ｕ及び第二部材５０Ｄが一体化された形状であって、内部に図４に示すような基材５０ａ及び基材５０ｂの間のスリットが形成された構成でもよい。

図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、第一部材５０Ｕの複数の基材５０ａの水平方向の幅は、第二部材５０Ｄの複数の基材５０ｂの間のスリット（排気孔Ｈ２）の幅と同じである。第二部材５０Ｄの複数の基材５０ｂの水平方向の幅は、第一部材５０Ｕの複数の基材５０ａの間のスリット（排気孔Ｈ１）の幅と同じである。このようにして第一部材５０Ｕのスリットと第二部材５０Ｄのスリットとの位相をずらす。これにより、第一部材５０Ｕを第二部材５０Ｄの上に重ねた状態では、図５（ａ）及び（ｂ）にその一部を示すように、第一部材５０Ｕに形成されたスリット（排気孔Ｈ１）の下に、上面視で当該スリットの幅及び長さと同じ幅及び長さの基材５０ｂが配置される。また、第二部材５０Ｄに形成されたスリット（排気孔Ｈ２）の上に、上面視で当該スリットの幅及び長さと同じ幅及び長さの基材５０ａが配置される。

これにより、図３（ａ）及び（ｂ）の領域Ｖと同じ配置の図３（ｃ）の領域Ｖの拡大図、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、上面視でプラズマ処理空間１０ｓ側から、排気空間１０ｔは見えない。

また、第一部材５０Ｕの排気孔Ｈと第二部材５０Ｄの排気孔Ｈとは、上面側、つまりガスの流れる方向から見て互いに重複していない。更に、第一部材５０Ｕの排気孔Ｈ１以外の部分と第二部材５０Ｄの排気孔Ｈ２以外の部分とは、排気ガスの流れの方向から見て互いに重複していない。これについて、図５を参照しながら説明する。

図５（ａ）の上図は、図３（ｃ）の拡大図（下図）の領域Ｖ２を更に拡大し、模式的に示した図である。図５（ａ）の下図は、図５（ａ）の上図のＩ－Ｉ断面を示す図である。図５（ａ）の下図に矢印にて示すように、排気ガスは、紙面の上から下に向けて流れる。つまり、第一部材５０Ｕの基材５０ａの上方からガスが流れ、基材５０ａの間の排気孔Ｈ１を通り、第二部材５０Ｄの基材５０ｂの間の排気孔Ｈ２を通って下流側に流れる。排気リング５０がプラズマ処理装置１に配置されるとき、上流側はプラズマ処理空間１０ｓであり、下流側は排気空間１０ｔである。

図５（ａ）の下図に示すように、第一部材５０Ｕの基材５０ａ間の排気孔Ｈ１と第二部材５０Ｄの基材５０ｂ間の排気孔Ｈ２とは、排気ガスの流れの方向から見て互いに重複していない。ただし、機械加工上、多少の重複は許容される。かつ、第一部材５０Ｕの排気孔Ｈ１以外の部分と第二部材５０Ｄの排気孔Ｈ２以外の部分とは、排気ガスの流れの方向から見て互いに重複していない。ただし、機械加工上、多少の重複は許容される。

さらに、第一部材５０Ｕの排気孔Ｈ１以外の部分と第二部材５０Ｄの排気Ｈ２孔以外の部分との少なくとも上流側の端面ａ、ｂ、ｃ、ｄは、テーパ―形状を有している。テーパ―形状の端面ａ、ｂ、ｃ、ｄは、排気ガスの流れの垂直方向を基準として角度が４５度に形成されている。ただし、これに限られず、テーパ―形状の少なくとも上流側の端面ａ、ｂ、ｃ、ｄは、排気ガスの流れの垂直方向を基準として角度が４５度以上に形成されることができる。

基材５０ａ及び基材５０ｂは、大きさを変えてもよい。基材５０ａ及び基材５０ｂの形状についても以下の変更が可能である。例えば、図５（ｂ）の例では、基材５０ａ及び基材５０ｂの断面形状は同一形状のひし形である。これに対して、図５（ａ）の例では、基材５０ａ及び基材５０ｂの断面形状は異なる形状であり、基材５０ｂはひし形であるが基材５０ａは六角形である。つまり、図５（ａ）に示すように、上流側の基材５０ａの排気ガスが流れる方向の頂点及び対抗する面が平坦に形成されてもよい。

更に基材５０ａ及び基材５０ｂの左右の頂点は平坦に形成されてもよい。ガスの流れを良好にするために、下流側の基材５０ｂのガスが流れる方向の頂点（端面ｃ、ｄより成す角）は平坦にしない方が良い場合がある。下流側の基材５０ｂのガスが流れる方向の頂点が端面ｃ、ｄにより９０度以下の角度に形成されていれば、基材５０ｂの形状は、ひし形、六角形の他、三角形でもよいし、他の形状でもよい。なお、上流側の基材５０ａのガスが流れる方向の頂点が端面ａ、ｂにより９０度以下の角度に形成されていれば、基材５０ａの形状は、ひし形、六角形の他、三角形でもよい。

図６（ａ）及び（ｂ）に示す比較例に係る排気リング１５０では、部材１５０ａと部材１５０ｂの断面は矩形であり、これらの部材の端面はテーパ―形状を有していない。この場合、紙面上のガスが流れる方向から見て部材１５０ａと部材１５０ｂとが重複する図６（ａ）と部材１５０ａと部材１５０ｂとが重複しない図６（ｂ）のいずれも、基材５０ａから基材５０ｂに排気ガスが流れるときのガスの折り返し角度が約９０度となる。また、基材５０ｂから基材５０ｂの下流側に排気ガスが流れるときのガスの折り返し角度が約９０度となり、排気リング５０を通過した排気ガスの折り返し角度の合計が概ね１８０度になる。

これに対して、本実施形態に係る形状及び配置の基材５０ａ、５０ｂを有する排気リング５０によれば、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、基材５０ａ、５０ｂの断面を見たときに、ガスの流れの垂直方向を基準として角度が４５度に形成されている。この結果、図６（ｃ）に示すように、基材５０ａから基材５０ｂに排気ガスが流れるときのガスの折り返し角度が約４５度となり、基材５０ｂから基材５０ｂの下流側にガスが流れるときのガスの折り返し角度が約４５度となる。よって、排気リング５０を通るガスの折り返し角度の合計が概ね９０度になる。これにより、本実施形態に係る排気リング５０によれば、排気ガスのコンダクタンスが比較例よりも高くなり、排気効率を向上させることができる。

図７は、他の比較例の排気リングを通るガスの流れの一例を示す図である。図７（ａ）は、シェブロン（山型）のスリットを排気孔として設けた排気リング１５０の例である。図７（ｂ）は、斜めのスリットを排気孔として設けた排気リング１５０の例である。これらの場合、１つのスリットで対抗面を遮蔽することができる。これらの排気リング１５０と比べても、本実施径地に係る排気リング５０では、図６（ｃ）の基材５０ａ及び基材５０ｂに示すように、排気リング５０の断面における排気孔Ｈ１及び排気孔Ｈ２の体積率が高く、比較例よりも排気効率が高い。また、図７（ａ）及び（ｂ）のスリット形状では、後述する溶射により排気孔の表面の全面を溶射膜で被膜することは困難である。

以上に説明したように、本実施形態の排気リング５０によれば、排気リング５０の断面における排気孔Ｈの体積率が高く、排気効率を向上させることができる。加えて、本実施形態の排気リング５０は、プラズマ処理空間１０ｓ側から排気空間１０ｔは見えない構造を有する。これにより、プラズマの漏れを抑制できる。従って、本実施形態の排気リング５０によれば、排気効率の向上とプラズマの漏れ抑制とを両立することができる。

以上では、第一部材５０Ｕ及び第二部材５０Ｄが間隔を開けずに重ねて配置されている平行型の排気リング５０について説明した。しかし、第一部材５０Ｕと第二部材５０Ｄとは、間隔を離して重ねて配置してもよい。

図４（ｂ）に示すように、円筒型の排気リング５０であってもよい。この場合、第一部材５０Ｕ及び第二部材５０Ｄは、垂直方向に重ねて配置されている。この場合、第一部材５０Ｕが内側に配置され、第二部材５０Ｄが外側に配置される。円筒型の排気リング５０の内側から外側へ排気ガスが排気される。つまり、排気ガスの流れの方向は排気リング５０の内側から放射状に外側に向かう方向である。

図４（ｂ）のＣ－Ｃ断面を参照すると、円筒側の排気リング５０においても第一部材５０Ｕと第二部材５０Ｄとは間隔を開けずに重ねて配置されている。ただし、第一部材５０Ｕと第二部材５０Ｄとは、間隔を離して重ねて配置してもよい。

いずれのタイプの排気リング５０も、第一部材５０Ｕ及び第二部材５０Ｄは排気ガスの流れの方向に第二部材５０Ｄの厚さの半分以上の距離を置いて重ねて配置されてもよい。つまり、第二部材５０Ｄの基材５０ｂのガスの流れの方向に対して上流側に向かう頂点は、基材５０ｂの厚さの半分以下であれば、ガスの流れの方向に第一部材５０Ｕにオーバーラップしてもよい。基材５０ｂの厚さの半分を超えてガスの流れの方向に第二部材５０Ｄを第一部材５０Ｕにオーバーラップさせると排気効率が悪くなる。

また、第一部材５０Ｕと第二部材５０Ｄとが一体に形成されてもよい。図４（ａ）に示す平行型の排気リング５０においても第一部材５０Ｕと第二部材５０Ｄとが一体に形成されてもよい。

以上、形状を適正化することで、排気リング５０を２重構造としたときの排気効率の悪化を防ぎ、排気効率の向上とプラズマの漏れ抑制とを両立することが可能な排気リング５０について説明した。

［溶射］
次に、図８及び図９を参照して、一実施形態に係る排気リング５０の溶射方法の一例について比較例の排気リング１５０と比較して説明する。図８及び図９は、一実施形態に係る排気リング５０の溶射方法の一例を比較例の排気リング１５０と比較して示す図である。排気リング５０は、プラズマ処理空間１０ｓから排気空間１０ｔへ排気ガスを排気すべくプラズマ処理空間１０ｓと排気空間１０ｔを連通する複数の排気孔Ｈを有する。排気リング５０の表面は、排気孔Ｈの内部も含めてプラズマに暴露される。よって、第一部材５０Ｕ及び第二部材５０Ｄの表面には、溶射膜が形成されている。第一部材５０Ｕ及び第二部材５０Ｄの表面は、プラズマ耐性のあるＹ_２Ｏ_３等の溶射膜により被覆されることが好ましい。

しかしながら、図８（ａ）に示すように、比較例の矩形状の排気リング１５０では、排気孔のアスペクト比によっては排気孔の内部にスプレーした溶射材の粒子が届かない位置Ｐ１が生じる。図８（ａ）の例では、スプレーする溶射材の排気孔Ｈの側壁に対する角度が４５度未満であって、排気孔が細いことによって位置Ｐ１まで溶射材が届かないため、排気孔Ｈの表面全体を溶射膜により被膜することができない。

図９（ａ）の例では、第一部材１５０Ｕと第二部材１５０Ｄとが重なっている部分（例えば、Ｐ３）では、溶射のスプレーが届かない場合がある。対策としては、溶射材をスプレーする角度を変えることが挙げられるが、溶射膜の厚さが不均一になることが懸念される。図８（ｂ）に示すように、排気リング５０の形状によっては角度をつけて溶射材をスプレーすることができないために、排気孔Ｈの内部に溶射膜をコーティングできない場合がある。図８（ｂ）の例では、ｘ方向に移動しながら溶射材をスプレーすると、排気リング５０の角部の内部を溶射できない。

図９（ｂ）の例は、排気孔のアスペクト比Ｅが大きく、かつガスの流路Ｆを確保するために間隔を置いて配置された第一部材１５０Ｕ及び第二部材１５０Ｄに溶射材をスプレーする。この場合、一度目の溶射では排気孔Ｈの側面と第一部材１５０Ｕの上面を溶射する。続けて、二度目の溶射では排気孔Ｈの底面（第二部材１５０Ｄの上面）と第一部材１５０Ｕの上面を溶射する。そうすると２回溶射した第一部材１５０Ｕの上面では、他の部分よりも溶射回数が多いために溶射膜５１の膜厚に差が生じ、溶射膜５１を均等に形成することができない。

これに対して、本実施形態に係る排気リング５０では、排気孔Ｈを形成するテーパ―形状の端面は、排気ガスの流れの垂直方向を基準として角度θが４５度以上に形成されるため、排気孔Ｈ内の全体を溶射膜により被覆できる。よって、図９（ｃ）に示すように、溶射材を排気リング５０に対して垂直にスプレーしても排気孔Ｈ１、Ｈ２内に対してθが４５度以上の溶射角度を得ることができるため、排気孔Ｈ全体に溶射膜を形成することができる。つまり、本実施形態に係る排気リング５０によれば、溶射材を排気リング５０に対して水平に移動させながら垂直にスプレーすればよい。本実施形態に係る排気リング５０では、排気孔Ｈ内を１回の溶射で被覆できる。これにより、膜厚を均一にできる。

以上に説明したように、本実施形態に係る排気リング５０によれば、全体の形状と排気ガスが流れる方向の口元の形状を適正化した。これにより、基材５０ａ及び基材５０ｂの断面の排気孔Ｈの体積率を高く保ちながらもプラズマ処理空間１０ｓ側からみた排気リング５０に隙間が無く、プラズマの漏れの抑制を図ることができる。加えて、排気リング５０内における排気ガスの流れの折り返し角度を９０度未満の角度で排気でき、排気効率の向上を図ることができる。このようにして排気効率の向上とプラズマの漏れの抑制とを両立する排気リング５０を提供できる。更にこの排気リング５０の形状によれば、排気リング５０の表面に均一に溶射膜を被覆できる。

今回開示された実施形態に係る排気リング及び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。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。

１ プラズマ処理装置
２ 制御部
２ａ コンピュータ
２ａ１ 処理部
２ａ２ 記憶部
２ａ３ 通信インターフェース
１０ プラズマ処理チャンバ
１０ｓ プラズマ処理空間
１０ｔ 排気空間
１１ 基板支持部
１３ シャワーヘッド
２１ ガスソース
２０ ガス供給部
３０ 電源
３１ ＲＦ電源
３１ａ 第１のＲＦ生成部
３１ｂ 第２のＲＦ生成部
３２ａ 第１のＤＣ生成部
３２ｂ 第２のＤＣ生成部
４０ 排気システム
５０ 排気リング
５０Ｕ 第一部材
５０Ｄ 第二部材
１１１ 本体部
１１２ リングアセンブリ
Ｈ 排気孔

本開示の一の態様によれば、基板支持部の周囲に配置される排気リングアセンブリであって、周方向に沿って交互に配列される複数の第一排気孔及び複数の第一棒状部分を有する第一環状部材であり、各第一排気孔は、径方向に沿って延在しており、各第一棒状部分は、径方向に沿って延在している、第一環状部材と、前記第一環状部材の下方に配置され、周方向に沿って交互に配列される複数の第二排気孔及び複数の第二棒状部分を有する第二環状部材であり、各第二排気孔は、径方向に沿って延在しており、各第二棒状部分は、径方向に沿って延在している、第二環状部材と、を有し、前記複数の第一棒状部分と前記複数の第二棒状部分とは、上から見て互いに重複しておらず、前記複数の第一棒状部分の各々及び／又は前記複数の第二棒状部分の各々は、上向きテーパ―形状を有している、排気リングアセンブリが提供される。

基板支持部１１の周囲には、排気リング５０（排気リングアセンブリ）が配置されている。排気リング５０は、環状部材であって、プラズマ処理チャンバ１０の側壁と基板支持部１１の側壁との間に設けられる。排気リング５０は、プラズマ処理チャンバ１０内をプラズマ処理空間１０ｓと排気空間１０ｔとに隔離する。排気リング５０は、２枚の板状部材を重ね合わせた２重構造となっている。

図３に示すように、排気リング５０は、複数の排気孔を有する環状の第一部材５０Ｕ（第一環状部材）と、複数の排気孔を有する環状の第二部材５０Ｄ（第二環状部材）とを有し、第一部材５０Ｕと第二部材５０Ｄとは重ねて配置される。図３（ａ）は第一部材５０Ｕを上面視した図であり、図３（ｂ）は第二部材５０Ｄを上面視した図である。図３（ｃ）は、第一部材５０Ｕと第二部材５０Ｄとを重ね合わせ、２重構造とした排気リング５０を上面視した図である。排気リング５０は、第一部材５０Ｕ及び第二部材５０Ｄの径方向を水平方向に重ねて配置し、２重構造とした状態で、図２に示すように基板支持部１１の周囲に水平方向に配置される。つまり、図２及び図３に示す排気リング５０は、平行型の排気リングである。

図３（ａ）の第一部材５０Ｕは、同心円状に配置された円形の内枠５０ｓ１及び外枠５０ｔ１と、その間を放射状に３６０度にわたって橋渡しされた複数の棒状の基材５０ａ（第一棒状部分）とを有する。複数の基材５０ａは、内枠５０ｓ１と外枠５０ｔ１の間に等ピッチで配置され、これにより、内枠５０ｓ１及び外枠５０ｔ１の間に放射状に複数のスリットが形成される。放射状に形成された複数のスリットは、ガスを排気する排気孔Ｈ１（第一排気孔）として機能する。

図３（ｂ）の第二部材５０Ｄは、同心円状に配置された円形の内枠５０ｓ２及び外枠５０ｔ２と、その間を放射状に３６０度にわたって橋渡しされた複数の棒状の基材５０ｂ（第二棒状部分）とを有する。複数の基材５０ｂは、内枠５０ｓ２と外枠５０ｔ２の間に等ピッチで配置され、これにより、内枠５０ｓ２及び外枠５０ｔ２の間に放射状に複数のスリットが形成される。放射状に形成された複数のスリットは、ガスを排気する排気孔Ｈ２（第二排気孔）として機能する。

Claims (8)

1. 被処理基板を載置する基板支持部の周囲に配置される排気リングであって、
   複数の排気孔を有する環状の第一部材と、
   前記第一部材と重ねて配置され、複数の排気孔を有する環状の第二部材とを有し、
   前記第一部材の排気孔と前記第二部材の排気孔とは、排気ガスの流れの方向から見て互いに重複しておらず、
   前記第一部材の排気孔以外の部分と前記第二部材の排気孔以外の部分とは、前記排気ガスの流れの方向から見て互いに重複しておらず、
   前記第一部材の排気孔以外の部分と前記第二部材の排気孔以外の部分との少なくとも上流側の端面は、テーパ―形状を有している、
   排気リング。
2. 前記第一部材及び前記第二部材は、水平方向に重ねて配置されている、
   請求項１に記載の排気リング。
3. 前記第一部材及び前記第二部材は、垂直方向に重ねて配置されている、
   請求項１に記載の排気リング。
4. 前記テーパ―形状の端面は、排気ガスの流れの垂直方向を基準として角度が４５度以上に形成されている、
   請求項１～３のいずれか一項に記載の排気リング。
5. 前記第一部材及び前記第二部材の表面に溶射膜が形成されている、
   請求項１～４のいずれか一項に記載の排気リング。
6. 前記第一部材及び前記第二部材は、排気ガスの流れの方向に前記第二部材の厚さの半分以上の距離を置いて重ねて配置されている、
   請求項１～５のいずれか一項に記載の排気リング。
7. 前記第一部材及び前記第二部材は一体型に形成されている、
   請求項１～６のいずれか一項に記載の排気リング。
8. プラズマ処理チャンバと、前記プラズマ処理チャンバ内で被処理基板を載置する基板支持部と、前記基板支持部の周囲に配置される排気リングとを有する処理装置であって、
   前記基板支持部は、
   複数の排気孔を有する環状の第一部材と、
   前記第一部材と重ねて配置され、複数の排気孔を有する環状の第二部材とを有し、
   前記第一部材の排気孔と前記第二部材の排気孔とは、排気ガスの流れの方向から見て互いに重複しておらず、
   前記第一部材の排気孔以外の部分と前記第二部材の排気孔以外の部分とは、前記排気ガスの流れの方向から見て互いに重複しておらず、
   前記第一部材の排気孔以外の部分と前記第二部材の排気孔以外の部分との少なくとも上流側の端面は、テーパ―形状を有している、
   プラズマ処理装置。

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