JP2023008516A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】中心軸線上で延びる同軸線路を用いることなく導波路に導入される電磁波を用いてプラズマ生成空間内で周方向において均一にプラズマを生成する技術を提供する。【解決手段】開示されるプラズマ処理装置では、上部シャワーヘッドが、チャンバ内の基板処理空間の上方に設けられている。下部シャワープレートが、上部シャワーヘッドの下方且つ基板処理空間の上方に設けられている。下部シャワープレートと上部シャワーヘッドは、それらの間にプラズマ生成空間を形成している。電磁波導入部が、プラズマ生成空間を囲んでいる。導波路が、上部シャワーヘッド及び電磁波導入部を囲んでおり、電磁波導入部に接続されている。導波路とプラズマ生成空間は、共振器を構成している。同軸線路は、中心軸線から離れた位置で導波路に接続されている。【選択図】図１

Description

本開示の例示的実施形態は、プラズマ処理装置に関するものである。

電子デバイスの製造においてはプラズマ処理装置が用いられている。一種のプラズマ処理装置は、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載されたプラズマ処理装置は、処理容器、ステージ、上部電極、導入部、導波部、高周波電源、誘電体板、及びガス供給部を備える。

ステージは、処理容器内に設けられている。上部電極は、処理容器内の空間の上方に設けられている。導入部は、高周波の導入部である。高周波は、ＶＨＦ波又はＵＨＦ波である。導入部は、処理容器内の空間の横方向端部に設けられており、処理容器の中心軸線の周りで周方向に延在している。導波部は、導入部に高周波を供給するように構成されている。導波部は、導波路を提供する共振器を含む。共振器の導波路は、中心軸線の周りで周方向に延び、中心軸線が延在する方向に延び、導入部に接続されている。導波部は、第１の同軸導波管及び複数の第２の同軸導波管を更に含む。高周波電源は、第１の同軸導波管及び複数の第２の同軸導波管を介して共振器の導波路に接続されている。第１の同軸導波管は、処理容器の中心軸線上で延びており、複数の第２の同軸導波管は、第１の同軸導波管から放射方向に延びている。

誘電体板は、上部電極との間に間隙を形成するように上部電極の下方に設けられている。誘電体板は、ガスシャワープレートを構成している。ガス供給部は、配管を介して上部電極と誘電体板との間に設けられた間隙に接続されている。配管は、処理容器の中心軸線から離れて延びている。

特開２０２０－９２０３１号公報

本開示は、中心軸線上で延びる同軸線路を用いることなく導波路に導入される電磁波を用いてプラズマ生成空間内で周方向において均一にプラズマを生成する技術を提供する。

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ、上部シャワーヘッド、下部シャワープレート、電磁波導入部、導波路、及び同軸線路を備える。チャンバは、その中に基板処理空間を提供する。上部シャワーヘッドは、導電性を有し、複数のガス孔を提供しており、基板処理空間の上方に設けられている。下部シャワープレートは、導電性を有し、基板処理空間に接続する複数の貫通孔を提供しており、上部シャワーヘッドの下方且つ基板処理空間の上方に設けられている。下部シャワープレートは、複数のガス孔を通って供給されるガスのプラズマがそこで生成されるプラズマ生成空間を下部シャワープレートと上部シャワーヘッドとの間に形成している。電磁波導入部は、誘電体から形成されており、上部シャワーヘッドと下部シャワープレートの間に設けられており、プラズマ生成空間を囲むよう中心軸線に対して周方向に延びている。導波路は、上部シャワーヘッド及び電磁波導入部を囲むよう中心軸線に対して周方向に延びており、電磁波導入部に接続されている。導波路とプラズマ生成空間は、共振器を構成している。同軸線路は、中心導体及び外側導体を有し、導波路に電磁波を供給するように設けられている。同軸線路は、中心軸線から離れて延びており、中心導体は、中心軸線から離れた位置で導波路を画成する壁面に接続されている。

一つの例示的実施形態によれば、中心軸線上で延びる同軸線路を用いることなく導波路に導入される電磁波を用いてプラズマ生成空間内で周方向において均一にプラズマを生成することが可能となる。

一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。 一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置の下部シャワープレートの一部を破断して示す図である。 別の例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。 更に別の例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。

以下、種々の例示的実施形態について説明する。

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ、上部シャワーヘッド、下部シャワープレート、電磁波導入部、導波路、及び同軸線路を備える。チャンバは、その中に基板処理空間を提供する。上部シャワーヘッドは、導電性を有し、複数のガス孔を提供しており、基板処理空間の上方に設けられている。下部シャワープレートは、導電性を有し、基板処理空間に接続する複数の貫通孔を提供しており、上部シャワーヘッドの下方且つ基板処理空間の上方に設けられている。下部シャワープレートは、複数のガス孔を通って供給されるガスのプラズマがそこで生成されるプラズマ生成空間を下部シャワープレートと上部シャワーヘッドとの間に形成している。電磁波導入部は、誘電体から形成されており、上部シャワーヘッドと下部シャワープレートの間に設けられており、プラズマ生成空間を囲むよう中心軸線に対して周方向に延びている。導波路は、上部シャワーヘッド及び電磁波導入部を囲むよう中心軸線に対して周方向に延びており、電磁波導入部に接続されている。導波路とプラズマ生成空間は、共振器を構成している。同軸線路は、中心導体及び外側導体を有し、導波路に電磁波を供給するように設けられている。同軸線路は、中心軸線から離れて延びており、中心導体は、中心軸線から離れた位置で導波路を画成する壁面に接続されている。

上記実施形態では、電磁波は、中心軸線上で延びる同軸線路を用いずに、導波路に導入される。また、導波路とプラズマ生成空間は共振器を構成している。したがって、導波路を周方向に伝搬する電磁波の波長は無限大になる。その結果、共振器内では周方向において均一な電界が生成される。故に、上記実施形態によれば、プラズマ生成空間内で周方向において均一にプラズマを生成することが可能である。

一つの例示的実施形態において、下部シャワープレートの複数の貫通孔の各々は、基板処理空間の側の下部を含む。複数の貫通孔のうち他の貫通孔に対して下部シャワープレートの中心の近くに設けられた貫通孔の下部の直径は、当該他の貫通孔の下部の直径よりも小さくてもよい。この実施形態では、プラズマ生成空間内でのプラズマの密度が中心軸線から放射方向への距離に応じて減少していても、基板処理空間に供給されるラジカルの密度の均一性が高められる。

一つの例示的実施形態において、下部シャワープレートにおける複数の貫通孔の密度は、下部シャワープレートの中心からの距離の増加に応じて増加していてもよい。この実施形態では、プラズマ生成空間内でのプラズマの密度が中心軸線から放射方向への距離に応じて減少していても、基板処理空間に供給されるラジカルの密度の均一性が高められる。

一つの例示的実施形態において、下部シャワープレートの複数の貫通孔の各々は、プラズマ生成空間の側の上部を含む。複数の貫通孔の各々の上部は、ホローカソード構造を有していてもよい。

一つの例示的実施形態において、上部シャワーヘッドと下部シャワープレートとの間の距離は、１０ｍｍ以下であってもよい。この実施形態では、上部シャワーヘッドと下部シャワープレートとの間の距離が、プラズマの表皮深さより小さい距離となる。したがって、プラズマ生成空間内の定在波の波長が長くなる。故に、プラズマ生成空間内で生成されるプラズマの径方向における密度の均一性が高くなる。上部シャワーヘッドと下部シャワープレートとの間の距離は、５ｍｍ以下であってもよい。

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、高周波電源を更に備えていてもよい。高周波電源は、その周波数が可変である高周波電力を発生するように構成されており、同軸線路に接続されている。この実施形態では、高周波電力の周波数を調整することにより、共振器における電磁波の共振状態を維持することが可能となる。

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、第１の電界アンテナ、第１の検波器、第２の電界アンテナ、第２の検波器、及び制御器を更に備えていてもよい。第１の電界アンテナは、導波路の第１の領域における電磁波を受信するように設けられている。第１の検波器は、第１の電界アンテナによって受信された電磁波の第１の電界強度を表す第１の信号を出力するように構成されている。第２の電界アンテナは、導波路の第２の領域における電磁波を受信するように設けられている。第２の検波器は、第２の電界アンテナによって受信された電磁波の第２の電界強度を表す第２の信号を出力するように構成されている。制御器は、第１の電界強度と第２の電界強度との差を減少させるよう、第１の信号と第２の信号に応じて高周波電力の周波数を調整するように構成されている。同軸線路は、第１の領域から導波路に電磁波を導入するように接続されている。中心軸線に対して第２の領域が位置する方向は、該中心軸線に対して第１の領域が位置する方向と反対方向である。この実施形態では、導波路内の周方向に沿った電界強度の均一性を確保するよう、第１の信号と第２の信号に応じて高周波電力の周波数を調整することが可能となる。

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、導波路の長さを調整して共振器において電磁波の共振を生じさせるように構成された可動部を更に備えていてもよい。

一つの例示的実施形態において、上部シャワーヘッドは、上部シャワープレート及び上壁を含んでいてもよい。上部シャワープレートは、上記の複数のガス孔を提供している。上壁は、上部シャワープレートの上に設けられている。上壁と上部シャワープレートは、複数のガス孔に連通するガス拡散空間をそれらの間に形成している。上壁は、中心軸線上でガス拡散空間に接続されたガス導入ポートを提供していてもよい。

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、中心軸線上で延びる配管を介してガス導入ポートに接続されたクリーニングガスのガス源を更に備えていてもよい。

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、上記配管を介してガス導入ポートに接続された成膜ガスのガス源を更に備えていてもよい。

一つの例示的実施形態において、下部シャワープレートは、グランド電位を有し得る。

一つの例示的実施形態において、同軸線路の中心導体が接続される壁面は、上部シャワーヘッドの側面又は上面であってもよい。

以下、図面を参照して種々の例示的実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

図１は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置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、チャンバ１０、基板支持部１２、上部シャワーヘッド１４、下部シャワープレート１６、電磁波導入部１８、導波路２０、及び同軸線路２２を備えている。

チャンバ１０は、その中に基板処理空間１０ｓを提供している。チャンバ１０は、アルミニウムのような金属から形成されており、接地されている。チャンバ１０は、その上端において開口された略円筒形状を有し得る。チャンバ１０及び基板処理空間１０ｓの各々の中心軸線は、軸線ＡＸである。チャンバ１０は、その表面に耐腐食性を有する膜を有していてもよい。耐腐食性を有する膜は、酸化イットリウム膜、酸化フッ化イットリウム膜、フッ化イットリウム膜、酸化イットリウム、又はフッ化イットリウム等を含むセラミック膜であり得る。

チャンバ１０の底部は、排気口１０ｅを提供している。排気口１０ｅには、排気装置が接続される。排気装置は、ドライポンプ及び／又はターボ分子ポンプのような真空ポンプと自動圧力制御弁を含み得る。

基板支持部１２は、基板処理空間１０ｓの中に設けられている。基板支持部１２は、その上面の上に載置された基板Ｗを略水平に支持するように構成されている。基板支持部１２は、略円盤形状を有している。基板支持部１２の中心軸線は、軸線ＡＸである。

上部シャワーヘッド１４は、導電性を有する。上部シャワーヘッド１４は、アルミニウムのような金属から形成されている。上部シャワーヘッド１４は、基板処理空間１０ｓの上方に設けられている。上部シャワーヘッド１４は、複数のガス孔１４ｈを提供している。複数のガス孔１４ｈの直径は、約０．３ｍｍであってもよい。

一実施形態において、上部シャワーヘッド１４は、上部シャワープレート２４及び上壁２６を含んでいてもよい。上部シャワープレート２４は、導電性を有する。上部シャワープレート２４は、アルミニウムのような金属から形成されている。上部シャワープレート２４は、略円盤形状を有している。上部シャワープレート２４の中心軸線は、軸線ＡＸである。上部シャワープレート２４は、複数のガス孔１４ｈを提供している。複数のガス孔１４ｈは、上部シャワープレート２４をその板厚方向に貫通している。

上壁２６は、上部シャワープレート２４の上に設けられている。上壁２６は、導電性を有する。上壁２６は、アルミニウムのような金属から形成されている。上壁２６は、略円盤形状を有している。上壁２６の中心軸線は、軸線ＡＸである。上壁２６の下面の周縁部は、上部シャワープレート２４に接している。したがって、上壁２６は、上部シャワープレート２４に電気的に接続されている。上壁２６の下面は、その周縁部よりも内側において、上部シャワープレート２４から離れている。上壁２６の下面の高さ方向の位置は、軸線ＡＸからの径方向における距離の増加につれて低くなるように形成されていてもよい。

上壁２６と上部シャワープレート２４は、それらの間にガス拡散空間１４ｓを形成している。複数のガス孔１４ｈは、ガス拡散空間１４ｓから下方に延びている。上壁２６は、ガス導入ポート１４ｐを提供している。ガス導入ポート１４ｐは、上壁２６の上面から軸線ＡＸ上で下方に延びており、ガス拡散空間１４ｓに接続している。

一実施形態において、プラズマ処理装置１は、ガス供給部２８を更に備えていてもよい。ガス供給部２８は、ガス源２８１及びガス源２８２を含んでいてもよい。ガス源２８１は、基板Ｗの処理において用いられる処理ガスのソースである。処理ガスは、成膜ガスであってもよい。ガス源２８２は、クリーニングガスのソースである。クリーニングガスは、チャンバ１０内の壁面のクリーニングにおいて用いられる。ガス源２８１及びガス源２８２は、配管３０を介してガス導入ポート１４ｐに接続されている。配管３０は、軸線ＡＸ上で延びている。

下部シャワープレート１６は、上部シャワーヘッド１４の下方且つ基板処理空間１０ｓの上方に設けられている。下部シャワープレート１６は、チャンバ１０の上端開口を閉じている。下部シャワープレート１６の周縁部は、チャンバ１０の頂部上に配置されていてもよい。

下部シャワープレート１６は、導電性を有する。下部シャワープレート１６は、アルミニウムのような金属から形成されている。下部シャワープレート１６は、接地されており、グランド電位を有する。下部シャワープレート１６は、略円盤形状を有している。下部シャワープレート１６の中心軸線は、軸線ＡＸである。

下部シャワープレート１６は、複数の貫通孔１６ｈを提供している。複数の貫通孔１６ｈは、下部シャワープレート１６をその板厚方向に貫通している。複数の貫通孔１６ｈは、基板処理空間１０ｓに接続している。下部シャワープレート１６と上部シャワーヘッド１４の上部シャワープレート２４は、それらの間にプラズマ生成空間３２を形成している。プラズマ生成空間３２は、複数のガス孔１４ｈを通って供給されるガスのプラズマがそこで生成される空間である。

一実施形態において、上部シャワーヘッド１４の上部シャワープレート２４と下部シャワープレート１６との間の距離、即ちプラズマ生成空間３２の鉛直方向の長さは、１０ｍｍ以下であってもよい。上部シャワーヘッド１４の上部シャワープレート２４と下部シャワープレート１６との間の距離は、５ｍｍ以下であってもよい。

電磁波導入部１８は、石英、窒化アルミニウム、又は酸化アルミニウムのような誘電体から形成されている。電磁波導入部１８は、上部シャワーヘッド１４の上部シャワープレート２４と下部シャワープレート１６との間に設けられている。電磁波導入部１８は、プラズマ生成空間３２を囲んでいる。電磁波導入部１８の中心軸線は、軸線ＡＸである。電磁波導入部１８は、軸線ＡＸに対して周方向に延びている。電磁波導入部１８は、略環形状を有している。電磁波導入部１８は、導波路２０から伝搬する電磁波をプラズマ生成空間３２に導入する。電磁波は、ＶＨＦ波又はＵＨＦ波のような高周波であり、後述する高周波電源によって発生される。

導波路２０は、上部シャワーヘッド１４及び電磁波導入部１８を囲むよう、軸線ＡＸに対して周方向に延びている。導波路２０は、略円筒形状を有している。導波路２０は、電磁波導入部１８に接続されている。導波路２０とプラズマ生成空間３２は共振器３４を構成している。導波路２０の長さ（プラズマ処理装置１では導波路２０の鉛直方向の長さ）は、共振器３４において電磁波が共振するように設定されている。即ち、導波路２０の長さは、電磁波導入部１８から導波路２０を見た場合のインダクタンスと電磁波導入部１８からプラズマ生成空間３２を見た場合のキャパシタンスが電磁波の共振を生じさせるように設定されている。

導波路２０は、内壁２０ｉ、外壁２０ｏ、及び上壁２０ｔによって画成されていてもよい。内壁２０ｉ、外壁２０ｏ、及び上壁２０ｔは、導体から形成されている。内壁２０ｉ、外壁２０ｏ、及び上壁２０ｔは、アルミニウムのような金属から形成されている。内壁２０ｉ及び外壁２０ｏの各々は、略円筒形状を有している。内壁２０ｉ及び外壁２０ｏの各々の中心軸線は、軸線ＡＸである。内壁２０ｉは、外壁２０ｏの内側に設けられている。内壁２０ｉの下端は、上部シャワーヘッド１４の上壁２６の周縁部の上面に接している。外壁２０ｏの下端は、下部シャワープレート１６の周縁部の上面に接している。上壁２０ｔは、環形状を有しており、内壁２０ｉの上端と外壁２０ｏの上端との間の開口を閉じている。

同軸線路２２は、中心導体２２ｉ及び外側導体２２ｏを有している。同軸線路２２は、軸線ＡＸから離れて延びている。同軸線路２２は、導波路２０に電磁波を供給するように設けられている。同軸線路２２は、高周波電源３６と導波路２０との間で接続されている。高周波電源３６は、高周波電力を発生する電源である。一実施形態において、高周波電源３６は、その周波数が可変である高周波電力を発生するように構成されていてもよい。高周波電源３６によって発生された高周波電力は、整合器３８を介して電磁波として同軸線路２２を介して導波路２０に供給される。整合器３８は、高周波電源３６の負荷のインピーダンスを高周波電源３６の出力インピーダンスに整合させるための整合回路を含んでいる。

外側導体２２ｏは、略円筒形状を有している。中心導体２２ｉは、外側導体２２ｏの内側に設けられている。中心導体２２ｉは、外側導体２２ｏと同軸に設けられている。同軸線路２２は、導波路２０の外側、即ち外壁２０ｏの外側から導波路２０に向けて延びている。外側導体２２ｏの端部は、外壁２０ｏに接続されている。中心導体２２ｉの端部は、軸線ＡＸから離れた位置で導波路２０を画成する壁面に接続されている。プラズマ処理装置１では、軸線ＡＸから離れた位置で上部シャワーヘッド１４に接続されている。具体的には、中心導体２２ｉの端部は、上部シャワーヘッド１４の上壁２６の側面に接続されている。

プラズマ処理装置１では、電磁波は、軸線ＡＸ上で延びる同軸線路を用いずに、導波路２０に導入される。また、導波路２０とプラズマ生成空間３２は共振器３４を構成している。したがって、導波路２０を周方向に伝搬する電磁波の波長は無限大になる。その結果、共振器３４内では周方向において均一な電界が生成される。故に、プラズマ処理装置１は、プラズマ生成空間３２内で周方向において均一にプラズマを生成することが可能である。

また、プラズマ処理装置１では、プラズマ生成空間３２が上部シャワーヘッド１４と下部シャワープレート１６との間に形成されているので、プラズマ生成空間３２の体積は小さい。したがって、プラズマ生成空間３２内で電磁波は吸収され難くなり、共振器３４のＱ値が高くなる。故に、軸線ＡＸから離れた単一の箇所から導波路２０に電磁波を導入しても、共振器３４において周方向に均一な電磁界の分布が得られ、周方向において均一な密度を有するプラズマが得られる。

上述したように、上部シャワーヘッド１４の上部シャワープレート２４と下部シャワープレート１６との間の距離、即ちプラズマ生成空間３２の鉛直方向の長さは、１０ｍｍ以下であってもよい。この場合には、上部シャワーヘッド１４と下部シャワープレート１６との間の距離が、プラズマの表皮深さより小さい距離となる。上部シャワープレート２４と下部シャワープレート１６との間の距離がプラズマの表皮深さより小さい場合には、電磁波は、プラズマ生成空間３２においてＴＥＭモードで伝搬する。一方、上部シャワーヘッド１４と下部シャワープレート１６との間の距離が、プラズマの表皮深さよりも十分に大きい場合には、電磁波は、プラズマ生成空間３２において表面波モードで伝搬する。ＴＥＭモードの電磁波の波長は、表面波モードの電磁波の波長よりも長い。したがって、プラズマ処理装置１では、プラズマ生成空間３２における定在波の波長が長くなる。故に、プラズマ生成空間３２内で生成されるプラズマの径方向における密度の均一性が高くなる。なお、上述したように、上部シャワーヘッド１４の上部シャワープレート２４と下部シャワープレート１６との間の距離は、５ｍｍ以下であってもよい。

また、プラズマ処理装置１では、ガス供給部２８からのガスを、軸線ＡＸ上で延びる配管３０を介してチャンバ１０内に供給することができる。したがって、基板Ｗに対して均一なプロセスを行うことが可能となる。また、チャンバ１０内の壁面の均一なクリーニングを行うことが可能となる。

また、下部シャワープレート１６は接地されているので、基板処理空間１０ｓは、電磁波からシールドされる。したがって、基板処理空間１０ｓ側での定在波の影響を無視できるので、下部シャワープレート１６と基板支持部１２との間の距離を短くすることが可能である。また、下部シャワープレート１６によれば、基板処理空間１０ｓへのプラズマの拡散が抑制される。したがって、基板Ｗへのイオンの入射量及び基板Ｗに入射するイオンのエネルギーを抑制することができ、ラジカルによる良好な基板Ｗに対するプロセスを行うことが可能となる。

また、上述したように、高周波電源３６は、その周波数が可変である高周波電力を発生するように構成されていてもよい。この場合には、高周波電力の周波数を調整することにより、共振器３４における電磁波の共振状態を維持することが可能となる。

以下、図２を参照する。図２は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置の下部シャワープレートの一部を破断して示す図である。図２に示すように、下部シャワープレート１６の複数の貫通孔１６ｈの各々は、基板処理空間１０ｓの側の下部１６ｂとプラズマ生成空間３２の側の上部１６ｕを含んでいてもよい。複数の貫通孔１６ｈの各々において、下部１６ｂは、基板処理空間１０ｓに向けて開口する部分である。複数の貫通孔１６ｈの各々において、上部１６ｕは、下部１６ｂから上方に延びており、プラズマ生成空間３２に向けて開口している。

複数の貫通孔１６ｈのうち他の貫通孔に対して下部シャワープレート１６の中心の近くに設けられた貫通孔の下部１６ｂの直径は、当該他の貫通孔の下部１６ｂの直径よりも小さくてもよい。例えば、複数の貫通孔１６ｈそれぞれの複数の貫通孔１６ｈの下部１６ｂは、軸線ＡＸからの距離の増加につれて大きくなる直径を有していてもよい。この場合には、プラズマ生成空間３２内でのプラズマの密度が軸線ＡＸから放射方向への距離に応じて減少していても、基板処理空間１０ｓに供給されるラジカルの密度の均一性が高められる。

一実施形態において、複数の貫通孔１６ｈの各々の上部１６ｕは、ホローカソード構造を有していてもよい。複数の貫通孔１６ｈの各々の上部１６ｕにおいて、ホローカソードプラズマを発生させるために、上部１６ｕの直径とガスの圧力の積は、約１．５ｍｍ・Ｔｏｒｒであってもよい。例えば、ガスの圧力が０．３Ｔｏｒｒである場合には、複数の貫通孔１６ｈの各々の上部１６ｕの直径は、５ｍｍであってもよい。このように、複数の貫通孔１６ｈの各々の上部１６ｕがホローカソード構造を有している場合には、プロセスに必要な活性種が、高密度のプラズマにより効率的に生成される。

以下、図３を参照して、別の例示的実施形態に係るプラズマ処理装置について説明する。図３は、別の例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。以下、図３に示すプラズマ処理装置１Ｂとプラズマ処理装置１との相違点の観点から、プラズマ処理装置１Ｂについて説明する。

プラズマ処理装置１Ｂにおいて、導波路２０は、電磁波導入部１８及び上部シャワーヘッド１４を囲むように軸線ＡＸの周りで周方向に延在している。導波路２０は、上部シャワーヘッド１４に沿って折り曲げられており、その上部は、軸線ＡＸに向けて延びている。プラズマ処理装置１Ｂにおいて、内壁２０ｉの下端は、上壁２６の上面に接している。

また、プラズマ処理装置１Ｂは、第１の電界アンテナ４１、第１の検波器５１、第２の電界アンテナ４２、第２の検波器５２、及び制御器５６を更に備えていてもよい。

第１の電界アンテナ４１は、導波路２０の第１の領域２０１における電磁波を受信するように設けられている。同軸線路２２は、第１の領域２０１から導波路２０に電磁波を導入するように接続されている。第１の電界アンテナ４１は、上壁２０ｔに形成された開口の中に設けられている。この開口は、ポリテトラフルオロエチレンのような樹脂で封止されていてもよい。第１の電界アンテナ４１は、同軸線路を介して第１の検波器５１に接続されている。第１の検波器５１は、第１の信号を出力するように構成されている。第１の信号は、第１の電界アンテナ４１によって受信された電磁波の第１の電界強度を表す。

第２の電界アンテナ４２は、導波路２０の第２の領域２０２における電磁波を受信するように設けられている。軸線ＡＸに対して第２の領域２０２が位置する方向は、軸線ＡＸに対して第１の領域２０１が位置する方向と反対方向である。第２の電界アンテナ４２は、上壁２０ｔに形成された開口の中に設けられている。この開口は、ポリテトラフルオロエチレンのような樹脂で封止されていてもよい。第２の電界アンテナ４２は、同軸線路を介して第２の検波器５２に接続されている。第２の検波器５２は、第２の信号を出力するように構成されている。第２の信号は、第２の電界アンテナ４２によって受信された電磁波の第２の電界強度を表す。

制御器５６は、第１の電界強度と第２の電界強度との差を減少させるよう、第１の信号と第２の信号に応じて高周波電源３６によって発生される高周波電力の周波数を調整するように構成されている。一実施形態においては、制御器５６は、差分増幅器５４によって生成される信号に応じて高周波電源３６によって発生される高周波電力の周波数を調整するように構成されていてもよい。差分増幅器５４は、第１の信号と第２の信号との差分信号を増幅することにより生成した信号を、制御器５６に出力する。

プラズマ処理装置１Ｂによれば、導波路２０内の周方向に沿った電界強度の均一性を確保するよう、第１の信号と第２の信号に応じて高周波電力の周波数を調整することが可能となる。

以下、図４を参照して、更に別の例示的実施形態に係るプラズマ処理装置について説明する。図４は、更に別の例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。以下、図４に示すプラズマ処理装置１Ｃとプラズマ処理装置１との相違点の観点から、プラズマ処理装置１Ｃについて説明する。

プラズマ処理装置１Ｃは、可動部６０を更に備えている。可動部６０は、導体から形成されている。可動部６０は、環形状を有しており、導波路２０の中で周方向に延びている。可動部６０は、導波路２０の長さを調整して共振器３４において電磁波の共振を生じさせるように構成されている。可動部６０は、一つ以上のシャフト６２を介して駆動装置６４に接続されていてもよい。駆動装置６４は、シャフト６２を介して可動部６０を上下に移動させる動力を発生するように構成されている。

以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な追加、省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる実施形態における要素を組み合わせて他の実施形態を形成することが可能である。

例えば、プラズマ処理装置１及び１Ｃの各々において、同軸線路２２の中心導体２２ｉの端部は、内壁２０ｉに接続していてもよい。また、プラズマ処理装置１Ｂにおいて、同軸線路２２の中心導体２２ｉの端部は、導波路２０を画成する上壁２６の上面に接続していてもよい。

また、下部シャワープレート１６における複数の貫通孔１６ｈの密度が、下部シャワープレート１６の中心からの距離の増加に応じて増加していてもよい。この場合には、複数の貫通孔１６ｈの直径は、互いに同一であってもよい。この場合には、プラズマ生成空間３２内でのプラズマの密度が軸線ＡＸから放射方向への距離に応じて減少していても、基板処理空間１０ｓに供給されるラジカルの密度の均一性が高められる。

また、プラズマ処理装置１及びプラズマ処理装置１Ｃの各々は、上述した第１の電界アンテナ４１、第１の検波器５１、第２の電界アンテナ４２、第２の検波器５２、差分増幅器５４、及び制御器５６を備えていてもよい。

以上の説明から、本開示の種々の実施形態は、説明の目的で本明細書で説明されており、本開示の範囲及び主旨から逸脱することなく種々の変更をなし得ることが、理解されるであろう。したがって、本明細書に開示した種々の実施形態は限定することを意図しておらず、真の範囲と主旨は、添付の特許請求の範囲によって示される。

１…プラズマ処理装置、１０…チャンバ、１０ｓ…基板処理空間、１４…上部シャワーヘッド、１６…下部シャワープレート、１８…電磁波導入部、２０…導波路、２２…同軸線路、３２…プラズマ生成空間、３４…共振器。

Claims (14)

1. その中に基板処理空間を提供するチャンバと、
   導電性を有し、複数のガス孔を提供しており、前記基板処理空間の上方に設けられた上部シャワーヘッドと、
   導電性を有し、前記基板処理空間に接続する複数の貫通孔を提供しており、前記上部シャワーヘッドの下方且つ前記基板処理空間の上方に設けられた下部シャワープレートであり、前記複数のガス孔を通って供給されるガスのプラズマがそこで生成されるプラズマ生成空間を該下部シャワープレートと前記上部シャワーヘッドとの間に形成する、該下部シャワープレートと、
   誘電体から形成されており、前記上部シャワーヘッドと前記下部シャワープレートの間に設けられており、前記プラズマ生成空間を囲むよう中心軸線に対して周方向に延びる電磁波導入部と、
   前記上部シャワーヘッド及び前記電磁波導入部を囲むよう前記中心軸線に対して前記周方向に延びており、前記電磁波導入部に接続された導波路であり、該導波路と前記プラズマ生成空間は共振器を構成する、該導波路と、
   中心導体及び外側導体を有し、前記導波路に電磁波を供給するように設けられた同軸線路であり、該同軸線路は前記中心軸線から離れて延びており、該中心導体は前記中心軸線から離れた位置で前記導波路を画成する壁面に接続されている、該同軸線路と、
   を備えるプラズマ処理装置。
2. 前記複数の貫通孔の各々は、前記基板処理空間の側の下部を含み、
   前記複数の貫通孔のうち他の貫通孔に対して前記下部シャワープレートの中心の近くに設けられた貫通孔の前記下部の直径は、該他の貫通孔の前記下部の直径よりも小さい、
   請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記複数の貫通孔の密度は、前記下部シャワープレートの中心からの距離の増加に応じて増加している、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記複数の貫通孔の各々は、前記プラズマ生成空間の側の上部を含み、
   前記複数の貫通孔の各々の前記上部は、ホローカソード構造を有する、
   請求項１～３の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記上部シャワーヘッドと前記下部シャワープレートとの間の距離は、１０ｍｍ以下である、請求項１～４の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記上部シャワーヘッドと前記下部シャワープレートとの間の距離は、５ｍｍ以下である、請求項１～４の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
7. その周波数が可変である高周波電力を発生するように構成されており、前記同軸線路に接続された高周波電源を更に備える、請求項１～６の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記導波路の第１の領域における電磁波を受信するように設けられた第１の電界アンテナと、
   前記第１の電界アンテナによって受信された電磁波の第１の電界強度を表す第１の信号を出力するように構成された第１の検波器と、
   前記導波路の第２の領域における電磁波を受信するように設けられた第２の電界アンテナと、
   前記第２の電界アンテナによって受信された電磁波の第２の電界強度を表す第２の信号を出力するように構成された第２の検波器と、
   前記第１の電界強度と前記第２の電界強度との差を減少させるよう、前記第１の信号と前記第２の信号に応じて前記高周波電力の前記周波数を調整するように構成された制御器と、
   を更に備え、
   前記同軸線路は、前記第１の領域から前記導波路に前記電磁波を導入するように接続されており、
   前記中心軸線に対して前記第２の領域が位置する方向は、該中心軸線に対して前記第１の領域が位置する方向と反対方向である、
   請求項７に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記導波路の長さを調整して前記共振器において前記電磁波の共振を生じさせるように構成された可動部を更に備える、請求項１～８の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
10. 前記上部シャワーヘッドは、
    前記複数のガス孔を提供する上部シャワープレートと、
    前記上部シャワープレートの上に設けられた上壁と、
    を含み、
    前記上壁と前記上部シャワープレートは、前記複数のガス孔に連通するガス拡散空間をそれらの間に形成しており、
    前記上壁は、前記中心軸線上で前記ガス拡散空間に接続されたガス導入ポートを提供している、
    請求項１～９の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
11. 前記中心軸線上で延びる配管を介して前記ガス導入ポートに接続されたクリーニングガスのガス源を更に備える、請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
12. 前記配管を介して前記ガス導入ポートに接続された成膜ガスのガス源を更に備える、請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
13. 前記下部シャワープレートは、グランド電位を有する、請求項１～１２の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
14. 前記中心導体が接続される前記壁面は、前記上部シャワーヘッドの側面又は上面である、請求項１～１３の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

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