JP2022130067A - プラズマ処理装置及び基板支持部 - Google Patents

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Abstract

【課題】ガス流路部材の配置領域のサイズを変えずにガス流路部材のガス流路長を長くする。【解決手段】処理容器と、前記処理容器の内部に配置され、所望の高周波電力が印加される電極と、前記電極を有する部材と、前記部材に配置される埋込部材と、を有し、前記埋込部材は、外周に１つ以上の外側流路が形成されている第１の部材と、前記第１の部材と接合することで前記外側流路と繋がる１つ以上の内側流路が形成されている第２の部材と、からなり、前記外側流路と前記内側流路とは連通している、プラズマ処理装置が提供される。【選択図】図５

Description

本開示は、プラズマ処理装置及び基板支持部に関する。
例えば、特許文献１には、基板支持部を貫通するガス導入管内にて異常放電が発生することを防止するために、構成の異なる複数のガス流路部材をガス導入管内にて積み上げて配置することが開示されている。特許文献２には、上部電極のバッファ室へ荷電粒子が侵入して異常放電が発生することを防止するガス流路部材が開示されている。特許文献３には、上部電極へ直流電圧を印加する装置において、直流電圧を印加することで上部電極の近傍にて異常放電が発生することを防止するガス流路部材が開示されている。
特開平６－２４４１１９号公報 特開２００４－３５６５３１号公報 特開２０１３－１４９８６５号公報
本開示は、ガス流路部材の配置領域のサイズを変えずにガス流路部材のガス流路長を長くすることができる技術を提供する。
本開示の一の態様によれば、処理容器と、前記処理容器の内部に配置され、所望の高周波電力が印加される電極と、前記電極を有する部材と、前記部材に配置される埋込部材と、を有し、前記埋込部材は、外周に１つ以上の外側流路が形成されている第１の部材と、前記第１の部材と接合することで前記外側流路と繋がる１つ以上の内側流路が形成されている第２の部材と、からなり、前記外側流路と前記内側流路とは連通している、プラズマ処理装置が提供される。
一の側面によれば、ガス流路部材の配置領域のサイズを変えずにガス流路部材のガス流路長を長くすることができる。
図１は、実施形態に係るプラズマ処理システムの一例を示す断面模式図である。 図２は、実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す図である。 図３（ａ）は、従来の埋込部材の一例を示し、図３（ｂ）は、実施形態に係る埋込部材の一例を示す図である。 図４は、パッシェンの法則の一例を示す図である。 図５は、実施形態に係る埋込部材の実施例１を示す図である。 図６は、実施形態に係る埋込部材の実施例２を示す図である。 図７は、実施形態に係る埋込部材の他の実施例を示す図である。
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］
以下に、図１に示すプラズマ処理システムの構成例について説明する。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（処理容器ともいう。）、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。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。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。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。
次に、図２を参照しながらプラズマ処理装置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説明する。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。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の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。実施形態において、本体部１１１は、基台１１６（下部電極ともいう）及び静電チャック１１３を含む。基台１１６は、導電性部材を含む。基台１１６の導電性部材は下部電極として機能する。静電チャック１１３は、基台１１６の上に配置される。静電チャック１１３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１１３、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、後述するように、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る。
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。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。
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。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。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。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。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。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。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。実施形態において、第１のＤＣ信号が、静電チャック１１３内の電極１１３ａのような他の電極に印加されてもよい。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。
[ガス流路]
静電チャック１１３には電極１１３ａが設けられている。電極１１３ａは、第１のＤＣ生成部３２ａに接続され、第１のＤＣ生成部３２ａから第１のＤＣ信号（直流電圧）を印加される。これにより、基板Ｗが静電チャック１１３に吸着保持される。
基板支持部１１は、所望の高周波電力が印加される電極を有する部材の一例である。ただし、基板支持部１１は、静電チャック１１３及び電極１１３ａを有しなくてもよい。基板支持部１１が有する電極としては、第１のＲＦ生成部３１ａ及び／又は第２のＲＦ生成部３１ｂから少なくとも１つのＲＦ信号（ＲＦ電力）が結合される基台１１６の導電性部材を電極（下部電極）としてよい。
本開示では、静電チャック１１３の基板支持面１１１ａと基板Ｗの裏面との間には、伝熱ガスの一例としてヘリウム（Ｈｅ）ガスが供給される。ただし、伝熱ガスはヘリウムガスに限らず、その他の不活性ガスであってよい。静電チャック１１３は、厚さ方向に貫通する複数の貫通孔１１３ｃを有する。ただし、貫通孔１１３ｃの数はこれに限らず、静電チャック１１３には１つ以上の貫通孔１１３ｃが設けられてよい。基台１１６には、厚さ方向に貫通する複数の貫通孔１１１ｃを有する。ただし、貫通孔１１１ｃの数はこれに限らず、基台１１６には１つ以上の貫通孔１１１ｃが設けられてよい。貫通孔１１３ｃの下に貫通孔１１１ｃが設けられ、貫通孔１１１ｃと貫通孔１１３ｃとは連通し、ヘリウムガスの流路となる。
本体部１１１は、基台１１６の下に基台１１６を支持する導電性のプレート１１０を含む。基台１１６の下面とプレート１１０の上面との間には隙間があり、ガス流路Ｐとなっている。貫通孔１１１ｃはガス流路Ｐに連通する。ガス流路Ｐは伝熱ガス供給ライン１１９ａを介して伝熱ガス供給部１１９に接続されている。伝熱ガス供給部１１９から供給されるヘリウムガスは、伝熱ガス供給ライン１１９ａを介してガス流路Ｐを流れ、貫通孔１１１ｃ及び貫通孔１１３ｃのガス流路を通って基板支持面１１１ａと基板Ｗの裏面との間に供給される。
基台１１６の貫通孔１１１ｃには、埋込部材１１４が配置されている。本開示の埋込部材１１４について説明する前に、図３（ａ）を参照しながら従来の埋込部材２１４について説明する。
図３（ａ）に示す従来の埋込部材２１４は、基台１１６が有する貫通孔１１１ｃの内壁を覆うセラミックスのスリーブ１１５内に配置されている。埋込部材２１４の外周には、スパイラルの溝２１４ａが設けられている。溝２１４ａは、埋込部材２１４の上端にて貫通孔１１３ｃに連通し、埋込部材２１４の下端にてガス流路Ｐに連通する。ヘリウムガスは、ガス流路Ｐから埋込部材２１４の溝２１４ａを流れ、貫通孔１１３ｃを通って基板Ｗと静電チャック１１３の基板支持面１１１ａとの間に供給される。
近年、基板支持部１１には、より高いＲＦ電力が印加されるようになっている。特に、基板Ｗにアスペクトの高い凹部を形成するエッチング工程ではより高いＲＦ電力を印加してエッチングを行う。また、静電チャック１１３を有する基板支持部１１では、基板処理中、電極１１３ａに直流電圧が印加される。
基板支持部１１に印加されるＲＦ電力や直流電圧によって、基台１１６と基板Ｗとの間に電位差が発生する。貫通孔１１１ｃ及び貫通孔１１３ｃの内部には、ヘリウムガスが流れ、基台１１６内及び電極１１３ａの周辺を通って基板Ｗの裏面に供給される。
ヘリウムガスの流路である貫通孔１１１ｃにはセラミックス等の絶縁性を有するスリーブ１１５が配置され、基台１１６と基板Ｗとの帯電を抑制し、放電が生じないようにしている。しかしながら、基台１１６に印加されるＲＦ電力が高くなると、基台１１６と基板Ｗとの電位差が顕著になり、放電が発生し易くなる。
パッシェンの法則により、ガス流路を長くしたほうが放電し難いことが知られている。図４に示すように、平行な電極間で放電が生じる電圧は、パッシェンの法則により電極間の距離と電極間のガス圧力との積により定まる。例えば、電極間の距離と電極間のガス圧力との積がＢのとき、放電開始電圧が最も低く放電し易い。これに対して、電極間の距離、即ちガス流路を長くすることができれば、放電開始電圧を高くすることができる。つまり、ガス流路を長くすることで基台１１６と基板Ｗとの電位差が顕著になっても放電の発生を抑制できる。
ガス流路を長くする方法の一例として、図３（ａ）に示すように、貫通孔１１１ｃに埋込部材２１４を配置し、その外周にらせん状の溝２１４ａを形成することで溝２１４ａをガス流路とする方法が実行されているが、放電抑止効果が十分でない場合がある。この結果、ヘリウムガスを溝２１４ａに流しながら基板支持部１１に電圧を印加すると、貫通孔１１３ｃ及びその周辺において放電が発生し、異常放電となる場合がある。この異常放電は、基板Ｗ上に形成された回路に電気的なダメージを与えたり、異常な発熱を生じさせたりして歩留まりを下げる原因となる。
埋込部材２１４のサイズ（径や長さ）を変えずにガス流路を長くする対策としては、埋込部材２１４の溝２１４ａのピッチを狭くすることが考えられるが、この方法でガス流路の長さを長くするには限界がある。一方、埋込部材２１４のサイズを変えてガス流路を長くすると、貫通孔１１１ｃの大きさを変える等、構造上の設計変更が必要となる。これに対して、本開示の埋込部材１１４では、既存の基板支持部１１の構造を変えずにガス流路を長くすることができる。
これにより、ガス流路を長くした分、貫通孔１１３ｃ、１１１ｃに入ったプラズマ中の電子の衝突頻度を多くして電子のエネルギーを低下させることができ、パッシェンの法則にしたがい放電開始電圧を高くすることができる。つまり、ガス流路を長くすることで基台１１６に高い電圧を印加しても放電の発生を抑制でき、異常放電を防止できる。
[埋込部材］
次に、図３（ｂ）に示す実施形態に係る埋込部材１１４について説明し、図５及び図６を参照しながらその実施例について説明する。図５は埋込部材１１４の実施例１を示し、図６は埋込部材１１４の実施例２を示す。
図３（ｂ）に示す実施形態に係る埋込部材１１４は、基台１１６が有する貫通孔１１１ｃの内壁を覆うセラミックスのスリーブ１１５内に配置されている。スリーブ１１５と埋込部材１１４との間は隙間を設けないように埋込部材１１４を貫通孔１１１ｃのスリーブ１１５内に配置する。埋込部材１１４は、第１の部材１４と第２の部材１５とからなり、これらの二つの部材を接合（結合）させている。第１の部材１４の外周には、所望のピッチで外側流路１４ｃが設けられている。第２の部材１５には、例えば内側流路１５ｃ、１５ｄ（内側流路１５ｃは図５（ｂ）参照）が設けられている。外側流路１４ｃと内側流路１５ｃ、１５ｄとから形成されるガス流路は、埋込部材１１４の上端にて貫通孔１１３ｃに連通し、埋込部材１１４の下端にて基台１１６の下面とプレート１１０の上面との間のガス流路Ｐに連通する。ヘリウムガスは、ガス流路Ｐから埋込部材１１４のガス流路（外側流路１４ｃ、内側流路１５ｃ、１５ｄ）を流れ、貫通孔１１３ｃを通って基板Ｗと静電チャック１１３の基板支持面１１１ａとの間に供給される。
（実施例１）
図５（ａ）～（ｄ）を参照して、実施例１の埋込部材１１４の構成について説明する。実施例１の埋込部材１１４は、略円柱形状を有し、第１の部材１４と第２の部材１５とからなる。第１の部材１４には、外周に１つ以上の外側流路１４ｃが形成されている。図５（ａ）の例では、外周に１５の外側流路１４ｃが形成されている。第２の部材１５には、第１の部材１４と接合することで外側流路１４ｃと繋がる２つの内側流路１５ｃ、１５ｄが形成されている。図５（ａ）では、外側流路１４ｃと繋がる内側流路１５ｄが示されている。このようにして、外側流路１４ｃと内側流路１５ｃ、１５ｄとは連通している。
図５（ａ）は、第１の部材１４と第２の部材１５とが接合された埋込部材１１４の完成品を示し、図５（ｂ）は、第１の部材１４と第２の部材１５とを接合する前の第２の部材１５を示す。
図５（ｂ）に示すように、第２の部材１５の内側流路１５ｃ、１５ｄは、互いに連通する２流路で構成され、２流路は、同一流路長である。ただし、第２の部材１５の内側流路はこれに限られず、１以上の流路であればよい。
第１の部材１４と第２の部材１５とは同一の高さを有する。また、第１の部材１４と第２の部材１５とは、埋込部材１１４の中心軸に対して平面視で同一半径の辺を有する。よって、第２の部材１５の一方の側面１５ａと第１の部材１４の一方の側面１４ａとを合わせ、第２の部材１５の他方の側面１５ｂと第１の部材１４の他方の側面１４ｂとを合わせるように接合させると、略円柱形状の埋込部材１１４となる。
第１の部材１４には、外周面に外側流路１４ｃが形成され、外側流路１４ｃの一端は、第２の部材１５の一方の側面１５ａに形成された内側流路１５ｄに連通する。内側流路１５ｄは、第２の部材１５の側面１５ａの溝と第１の部材１４の側面１４ａとから形成される。同様に、外側流路１４ｃの他端は、第２の部材１５の他方の側面１５ｂに形成された内側流路１５ｃと連通する。内側流路１５ｃは、第２の部材１５の側面１５ｂの溝と第１の部材１４の側面１４ｂとから形成される。
第１の部材１４と第２の部材１５との接合は、熱溶着、超音波溶着等を用いることができる。第１の部材１４と第２の部材１５とは、接着剤による接着でもよい。ただし、第１の部材１４と第２の部材１５との接合は、接着でなくてもよい。第１の部材１４と第２の部材１５とを接着させずに第１の部材１４と第２の部材１５とを接合（結合）させた状態で貫通孔１１１ｃに配置してもよい。第１の部材１４に、第１の部材１４と同じ高さの第２の部材１５を嵌め込むため、例えば複数のガス流路部材を上下に積み上げる場合よりも組立性がよい。このため、必ずしも第１の部材１４と第２の部材１５とを接着しなくてもよい。なお、第１の部材１４と第２の部材１５とは、貫通孔１１３ｃを介してプラズマ及びラジカルに暴露されるため、polytetrafluoroethylene（ＰＴＦＥ）等のプラズマ耐性のある部材により形成される。
図３（ａ）に示す埋込部材２１４と、本開示の埋込部材１１４とはサイズ（外形）が同じである。しかし、本開示の埋込部材１１４のガス流路は、図３（ａ）に溝２１４ａにて示す埋込部材２１４のガス流路よりも長い。これにより、パッシェンの法則により放電開始電圧を高くすることができる。つまり、ガス流路を長くすることで基板支持部１１に高い電圧を印加しても放電の発生を抑制できる。これにより、異常放電の発生を防止できる。
［ガス流路の長さ］
埋込部材１１４のガス流路が、埋込部材２１４のガス流路よりも長いことは、以下の計算から証明される。計算に使用する埋込部材１１４を図５（ｃ）に示す。図５（ｃ）では、第２の部材１５は見えていない。埋込部材２１４のサイズは、図５（ｃ）に示す埋込部材１１４のサイズと同一である。図５（ｄ）は、図５（ｂ）の第２の部材１５の上面Ａを示す。図５（ｄ）に示すように、第２の部材１５は上面Ａを平面視したときに埋込部材１１４の中心軸から角度θが９０°の扇型を有する。
この場合、内側流路１５ｃ、１５ｄの２流路は互いに直角関係である。第２の部材１５は、Ｆ１１とＦ１２の長さの合計値の内側流路１５ｃ、１５ｄを有する。第２の部材１５の外周の長さＦ２は、埋込部材２１４に形成される１周の溝２１４ａの１／４の長さである。Ｆ１１とＦ１２の合計の長さがＦ２の長さ（＝スパイラルのガス流路の１周の１／４の長さ）よりも長ければ、本開示の埋込部材１１４のガス流路は、従来の埋込部材２１４のガス流路よりも長いといえる。
つまり、本開示に係る埋込部材１１４では、２つの部材を接合させることで埋込部材１１４の内部にもガス流路を形成する。これにより、外周のみにガス流路を設けた場合と比べて埋込部材１１４のサイズ（外形）及びガス流路のピッチを変えることなく、ガス流路の長さを長くすることができる。
埋込部材１１４のＦ１１とＦ１２の長さ（半径）をｒとし、埋込部材１１４の中心軸を中心とした角度をθとすると、第２の部材１５の内側流路１５ｃ、１５ｄの長さは２ｒである。一方、第２の部材１５に外側流路を設けたと仮定した場合の外側流路１４ｃの長さはｒθである。よって、埋込部材１１４のガス流路長が埋込部材２１４のガス流路長よりも長くなるためには、２ｒ＞ｒθが成り立つ必要がある。つまり、θ＜２［ｒａｄ］となる。
（実施例２）
実施例１の埋込部材１１４では、第１の部材１４と第２の部材１５とが１つずつ設けられ、接合される。これに対して、図６に示すように、実施例２の埋込部材１１４では、第１の部材１４と第２の部材１５とが２つずつ設けられ、第１の部材１４と第２の部材１５とが隣り合うように交互に接合される。図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、２つの第１の部材１４を第１の部材１４Ａ、１４Ｂで示し、２つの第２の部材１５を第２の部材１５Ａ、１５Ｂで示す。図６（ａ）の埋込部材１１４の手前の第１の部材１４Ａは、図６（ｂ）の埋込部材１１４では奥に示され、図６（ｂ）の埋込部材１１４の手前の第１の部材１４Ｂは、図６（ａ）の埋込部材１１４では奥に示されている。
第１の部材１４Ａ、１４Ｂ及び第２の部材１５Ａ、１５Ｂは、第１の部材１４と第２の部材１５とが交互に隣り合うように設けられている。第２の部材１５Ａ、１５Ｂには、それぞれ２流路ずつ設けられ、全部で４流路が連通している。図６（ａ）には、第２の部材１５Ａに形成された２流路のうちの一方の流路１５Ａｄと、第２の部材１５Ｂに形成された２流路のうちの一方の流路１５Ｂｃとが図示されている。図６（ｂ）には、第２の部材１５Ａに形成された２流路のうちの他方の流路１５Ａｃと、第２の部材１５Ｂに形成された２流路のうちの他方の流路１５Ｂｄとが図示されている。
第１の部材１４Ａ、１４Ｂ及び第２の部材１５Ａ、１５Ｂのそれぞれの中心角はすべて９０°であってもよいし、第２の部材１５Ａ、１５Ｂの角度は９０°よりも小さく、第１の部材１４Ａ、１４Ｂの角度は９０°よりも大きくてもよい。第２の部材１５Ａ、１５Ｂの角度は、同じ角度でもよいし異なる角度でもよい。第１の部材１４Ａ、１４Ｂの角度は、同じ角度でもよいし異なる角度でもよい。実施例２の場合、第２の部材１５Ａの内側流路１５Ａｃ、１５Ａｄの２流路は互いに連通し、第２の部材１５Ｂの内側流路１５Ｂｃ、１５Ｂｄの２流路は互いに連通する。４流路は互いに９０°以下の関係で配置される。第２の部材１５Ａ、１５Ｂの中心角がそれぞれ９０°の場合、４流路は互いに９０°の関係で配置される。
埋込部材１１４の分割数や分割するときの角度θを変えることで、埋込部材１１４のサイズを大きくせずにガス流路を長くすることができる。これにより、異常放電の発生を防止できる。
（他の実施例）
図７を参照し、実施形態に係る埋込部材１１４の他の実施例について説明する。図７（ａ）は、すでに説明した実施例１の埋込部材１１４の上面を示す。第１の部材１４及び第２の部材１５の接合部分の角部は、埋込部材１１４の上面の円の中心Ｏに位置する。
図７（ｂ）及び図７（ｃ）は埋込部材１１４の他の実施例を示す。図７（ｂ）の例では、第１の部材１４及び第２の部材１５の接合部分の角部は、円の中心Ｏからずれた位置Ｏ'にある。このように第１の部材１４と第２の部材１５とは、埋込部材１１４の上面の円の中心Ｏで分割されなくてもよい。図７（ｂ）では、位置Ｏ'が円の中心Ｏよりも第１の部材１４側にずれたが、これに限らず、位置Ｏ'が円の中心Ｏよりも第２の部材１５側にずれてもよい。
第１の部材１４と第２の部材１５とが結合した際の埋込部材１１４の形状は略円柱状に限らず、略矩形状等の他の形状であってもよい。図７（ｃ）の例では、埋込部材１１４は直方体であり、上面の形状は正方形であり、第１の部材１４及び第２の部材１５の接合部分の角部は正方形の中心Ｏに位置する。ただし、これに限らず、埋込部材１１４の上面の形状は長方形や多角形であってもよく、その場合にも第１の部材１４及び第２の部材１５の接合部分の角部は中心Ｏに位置にあってもよいし、中心Ｏからずれた位置にあってもよい。
（その他）
実施例１，２では、第１の部材１４と第２の部材１５との高さ（長手方向の長さ）が同じであることを前提として説明したが、これに限らない。例えば、第２の部材１５の長さが第１の部材１４の長さよりも短くてもよい。この場合、第２の部材１５は、第１の部材の長手方向の一部に設けられた、第１の部材１４の長さの凹部に接合される。
また、第１の部材１４は外側流路１４ｃを有し、第２の部材１５は内側流路１５ｃ、１５ｄを有する例を挙げて説明したが、第１の部材１４は外側流路１４ｃだけでなく、第２の部材１５の内側流路１５ｃ、１５ｄに対向する位置に内側流路を有してもよい。この場合、第２の部材１５の内側流路１５ｃ、１５ｄと第１の部材１４の対応する位置の内側流路とが対向するように組み立てることで内側流路が完成する。また、この場合、第２の部材１５の内側流路１５ｃ、１５ｄはなくてもよい。
また、第２の部材１５は内側流路１５ｃ、１５ｄだけでなく、第１の部材１４の外側流路１４ｃにつながる位置に外側流路を有してもよい。
また、埋込部材１１４は、基板支持部１１に設けられる例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、シャワーヘッド１３のガス流路に埋込部材１１４を設けてもよい。シャワーヘッド１３は上部電極としても機能するため、シャワーヘッド１３は、所望の高周波電力が印加される電極を有する部材の一例である。シャワーヘッド１３が有する電極としては、第１のＲＦ生成部３１ａからＲＦ信号（ＲＦ電力）が結合されるシャワーヘッド１３の導電性部材を電極（上部電極）としてよい。シャワーヘッド１３のガス流路に埋込部材１１４を設けることで、ガス流路を長くすることができる。これにより、シャワーヘッド１３に電圧が印加させたときに異常放電が発生することを防止できる。
以上に説明したように、本実施形態のプラズマ処理装置及び基板支持部によれば、埋込部材１１４のサイズを変えずにガス流路長を長くすることができる。
今回開示された実施形態に係るプラズマ処理装置１及び基板支持部１１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
１１ 基板支持部
１３ シャワーヘッド
１４ｃ 外側流路
１５ｃ、１５ｄ 内側流路
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
１１１ 本体部
１１１ｃ 貫通孔
１１２ リングアセンブリ
１１３ 静電チャック
１１３ｃ 貫通孔
１１４ 埋込部材
１１６ 基台

Claims (6)

  1. 処理容器と、
    前記処理容器の内部に配置され、所望の高周波電力が印加される電極と、
    前記電極を有する部材と、
    前記部材に配置される埋込部材と、を有し、
    前記埋込部材は、外周に１つ以上の外側流路が形成されている第１の部材と、
    前記第１の部材と接合することで前記外側流路と繋がる１つ以上の内側流路が形成されている第２の部材と、からなり、
    前記外側流路と前記内側流路とは連通している、
    プラズマ処理装置。
  2. 前記第２の部材の前記内側流路の流路長は、前記第２の部材に前記内側流路を設ける替わりに前記第２の部材の外周に前記第１の部材の外側流路とつながる流路を設けた場合の当該流路の流路長よりも長い、
    請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記第２の部材の前記内側流路の流路長は、前記第２の部材に前記外側流路を設けた場合の当該外側流路の流路長の４／π倍である、
    請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記内側流路は、互いに連通する２流路以上の流路で構成され、
    前記２流路以上の流路は、同一流路長である、
    請求項１～３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記２流路以上の流路は互いに直角関係で配置される、
    請求項４に記載のプラズマ処理装置。
  6. 所望の高周波電力が印加される電極と、
    前記電極を有する部材と、
    前記部材に設けられた貫通孔に配置される埋込部材と、を有し、
    前記埋込部材は、外周に１つ以上の外側流路が形成されている第１の部材と、
    前記第１の部材と接合することで前記外側流路と繋がる１つ以上の内側流路が形成されている第２の部材と、からなり、
    前記外側流路と前記内側流路とは連通している、
    基板支持部。
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