JP2023115472A - Plasma processing apparatus - Google Patents

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Abstract

To provide a plasma processing apparatus that can control residence time of a gas introduced into a chamber.SOLUTION: A plasma processing apparatus that is disclosed comprises: a chamber; and a substrate support part. The chamber provides a processing space to an inside of the chamber. The substrate support part is provided in the chamber. The chamber has a side wall and a top part. The side wall extends in a side direction of the processing space to surround the processing space. The top part extends in an upward direction of the substrate support part. The top part includes an upper electrode. The upper electrode provides a plurality of gas holes and a plurality of grooves. The plurality of gas holes are opened toward the processing space to introduce a gas into the processing space. The plurality of grooves are opened toward the processing space. The plurality of grooves include two or more grooves having different cross-sectional shapes to each other.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、プラズマ処理装置に関する。 The present disclosure relates to plasma processing apparatuses.

プラズマ処理装置が基板に対するプラズマ処理において用いられている。下記の特許文献1には、一種のプラズマ処理装置が記載されている。特許文献1に記載されたプラズマ処理装置は、チャンバ、基板支持部、シャワーヘッド、誘電体窓、及びVHF発生源を備える。チャンバは、その内部に処理空間を提供する。基板支持部は、チャンバ内に設けられている。シャワーヘッドは、基板支持部の上方に設けられている。シャワーヘッドは、チャンバ内にガスを導入する。チャンバ内に導入されたガスは、チャンバ内でガス流を形成する。誘電体窓は、シャワーヘッドを囲むようにシャワーヘッドとチャンバとの間に介在する。VHF発生源は、VHF波帯の電磁波を発生する。VHF発生源からの電磁波は、誘電体窓を介してチャンバ内に導入される。チャンバ内に導入された電磁波により、チャンバ内でガスからプラズマが生成される。 Plasma processing apparatuses are used in plasma processing of substrates. Patent Document 1 below describes a kind of plasma processing apparatus. A plasma processing apparatus described in Patent Document 1 includes a chamber, a substrate support, a showerhead, a dielectric window, and a VHF source. The chamber provides a processing space within it. A substrate support is provided within the chamber. The showerhead is provided above the substrate support. A showerhead introduces gas into the chamber. Gas introduced into the chamber forms a gas stream within the chamber. A dielectric window is interposed between the showerhead and the chamber to surround the showerhead. The VHF source generates electromagnetic waves in the VHF waveband. Electromagnetic waves from a VHF source are introduced into the chamber through the dielectric window. Plasma is generated from gas within the chamber by electromagnetic waves introduced into the chamber.

特開2020-53245号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2020-53245

本開示は、チャンバ内に導入されたガスの滞留時間を制御することが可能なプラズマ処理装置を提供する。 The present disclosure provides a plasma processing apparatus capable of controlling residence time of gas introduced into the chamber.

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、チャンバ及び基板支持部を備える。チャンバは、その内部に処理空間を提供する。基板支持部は、チャンバ内に設けられている。チャンバは、側壁及び天部を有する。側壁は、処理空間を囲むように該処理空間の側方で延在する。天部は、基板支持部の上方で延在する。天部は、上部電極を含む。上部電極は、複数のガス孔及び複数の溝を提供する。複数のガス孔は、処理空間にガスを導入するために処理空間に向けて開口する。複数の溝は、処理空間に向けて開口する。複数の溝は、互いに異なる断面形状を有する二つ以上の溝を含む。 In one exemplary embodiment, a plasma processing apparatus is provided. A plasma processing apparatus includes a chamber and a substrate support. The chamber provides a processing space within it. A substrate support is provided within the chamber. The chamber has side walls and a top. A sidewall extends laterally of the processing space to surround the processing space. The top extends above the substrate support. The top includes an upper electrode. The top electrode provides a plurality of gas holes and a plurality of grooves. A plurality of gas holes open toward the processing space to introduce gas into the processing space. A plurality of grooves open toward the processing space. The plurality of grooves includes two or more grooves having cross-sectional shapes different from each other.

一つの例示的実施形態によれば、チャンバ内に導入されたガスの滞留時間を制御することが可能になる。 According to one exemplary embodiment, it is possible to control the residence time of the gas introduced into the chamber.

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断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a plasma processing apparatus according to one exemplary embodiment; FIG. 一つの例示的実施形態に係る上部電極の拡大断面図である。FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of a top electrode according to one exemplary embodiment; 一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置の上部電極を下方から見た拡大図である。2 is an enlarged view of an upper electrode of a plasma processing apparatus according to one exemplary embodiment, viewed from below; FIG.

以下、種々の例示的実施形態について説明する。 Various exemplary embodiments are described below.

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、チャンバ及び基板支持部を備える。チャンバは、その内部に処理空間を提供する。基板支持部は、チャンバ内に設けられている。チャンバは、側壁及び天部を有する。側壁は、処理空間を囲むように該処理空間の側方で延在する。天部は、基板支持部の上方で延在する。天部は、上部電極を含む。上部電極は、複数のガス孔及び複数の溝を提供する。複数のガス孔は、処理空間にガスを導入するために処理空間に向けて開口する。複数の溝は、処理空間に向けて開口する。複数の溝は、互いに異なる断面形状を有する二つ以上の溝を含む。 In one exemplary embodiment, a plasma processing apparatus is provided. A plasma processing apparatus includes a chamber and a substrate support. The chamber provides a processing space within it. A substrate support is provided within the chamber. The chamber has side walls and a top. A sidewall extends laterally of the processing space to surround the processing space. The top extends above the substrate support. The top includes an upper electrode. The top electrode provides a plurality of gas holes and a plurality of grooves. A plurality of gas holes open toward the processing space to introduce gas into the processing space. A plurality of grooves open toward the processing space. The plurality of grooves includes two or more grooves having cross-sectional shapes different from each other.

上記実施形態では、複数のガス孔から処理空間に導入されたガスは、チャンバ内でガス流を形成する。ガス流を形成するガスは、上部電極が提供する複数の溝の中で滞留する。複数の溝のうち二つ以上の溝は互いに異なる断面形状を有するので、複数の溝の各々でのガスの滞留時間は、各溝の断面形状により調整される。したがって、上記実施形態によれば、チャンバ内に導入されたガスの滞留時間を制御することが可能になる。 In the above embodiments, gas introduced into the processing space through the plurality of gas holes forms a gas flow within the chamber. The gas that forms the gas stream resides in a plurality of grooves provided by the upper electrode. Since two or more of the plurality of grooves have cross-sectional shapes different from each other, the residence time of the gas in each of the plurality of grooves is adjusted according to the cross-sectional shape of each groove. Therefore, according to the above embodiment, it is possible to control the residence time of the gas introduced into the chamber.

一つの例示的実施形態において、複数のガス孔は、複数の溝に向けて開口するガス孔を含まなくてもよい。複数のガス孔は、上部電極の下面において複数の溝が形成されていない領域で開口していてもよい。この実施形態では、ガスは、複数の溝の中に直接的には導入されない。したがって、複数の溝の中でのガスの比較的長い滞留時間が確保される。 In one exemplary embodiment, the plurality of gas holes may not include gas holes that open toward the plurality of grooves. A plurality of gas holes may be opened in a region where a plurality of grooves are not formed on the lower surface of the upper electrode. In this embodiment, gas is not introduced directly into the plurality of grooves. A relatively long residence time of the gas in the plurality of grooves is thus ensured.

一つの例示的実施形態において、複数の溝の各々は、その幅に対するその深さの固有の比を有していてもよい。二つ以上の溝の各々は、該二つ以上の溝のうち他の溝の比と異なる比を有してもよい。 In one exemplary embodiment, each of the plurality of grooves may have a unique ratio of its depth to its width. Each of the two or more grooves may have a ratio that differs from the ratio of other grooves of the two or more grooves.

一つの例示的実施形態において、二つ以上の溝は、第1の溝及び第2の溝を含んでもよい。第1の溝の幅は、該第1の溝の深さよりも大きくてもよい。第2の溝の幅は、該第2の溝の深さよりも小さくてもよい。この実施形態では、第1の溝に滞留するガスの滞留時間よりも、第2の溝に滞留するガスの滞留時間は長い。 In one exemplary embodiment, the two or more grooves may include a first groove and a second groove. The width of the first groove may be greater than the depth of the first groove. The width of the second groove may be smaller than the depth of the second groove. In this embodiment, the residence time of the gas staying in the second groove is longer than the residence time of the gas staying in the first groove.

一つの例示的実施形態において、複数の溝は、環形状を有してもよい。複数の溝は、上部電極の中心軸線に対して周方向に延在してもよい。複数の溝の個数は、五つ以上であってもよい。複数の溝は、中心軸線に直交する径方向に沿って配列されていてもよい。この実施形態によれば、径方向における所望の活性種の密度分布が得られるよう、径方向におけるガスの滞留時間を制御することが可能である。 In one exemplary embodiment, the plurality of grooves may have an annular shape. The plurality of grooves may extend circumferentially with respect to the central axis of the upper electrode. The number of grooves may be five or more. The plurality of grooves may be arranged along the radial direction perpendicular to the central axis. According to this embodiment, it is possible to control the residence time of the gas in the radial direction so as to obtain a desired density distribution of the active species in the radial direction.

一つの例示的実施形態において、径方向における複数のガス孔のピッチは、径方向における複数の溝のピッチと同一であってもよい。 In one exemplary embodiment, the radial pitch of the gas holes may be the same as the radial pitch of the grooves.

一つの例示的実施形態において、複数の溝の各々の幅は、径方向における複数のガス孔のピッチの1/2以上であってもよい。 In one exemplary embodiment, the width of each of the plurality of grooves may be 1/2 or more of the pitch of the plurality of gas holes in the radial direction.

一つの例示的実施形態において、中心軸線に直交する径方向における複数の溝の深さの分布は、段階的に変化していてもよい。この実施形態によれば、径方向における所望の活性種の密度分布が得られるよう、径方向におけるガスの滞留時間を段階的に制御することが可能である。 In one exemplary embodiment, the depth distribution of the plurality of grooves in the radial direction perpendicular to the central axis may be stepped. According to this embodiment, the residence time of the gas in the radial direction can be controlled step by step so as to obtain a desired density distribution of the active species in the radial direction.

一つの例示的実施形態において、複数の溝の開口端の面積は、上部電極の下面において複数の溝が形成されていない領域の面積よりも大きくてもよい。 In one exemplary embodiment, the area of the open ends of the plurality of grooves may be larger than the area of the region where the plurality of grooves are not formed on the lower surface of the upper electrode.

一つの例示的実施形態において、チャンバの側壁は、処理空間に向けて開口する一つ以上の溝を提供してもよい。一つ以上の溝は、環形状を有し、側壁の中心軸線に対して周方向に延在していてもよい。この実施形態では、ガスは、側壁に形成された一つ以上の溝の中で滞留する。したがって、この実施形態によれば、側壁の近傍におけるガスの滞留時間を長くすることにより、側壁の近傍で活性種の密度を高めることが可能である。 In one exemplary embodiment, the sidewalls of the chamber may provide one or more grooves opening into the processing space. The one or more grooves may have an annular shape and extend circumferentially about the central axis of the sidewall. In this embodiment, gas resides in one or more grooves formed in the sidewalls. Therefore, according to this embodiment, it is possible to increase the density of active species in the vicinity of the sidewall by increasing the residence time of the gas in the vicinity of the sidewall.

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、処理空間でプラズマを生成するためにVHF波又はUHF波である電磁波を伝播する導入部を更に備えてもよい。VHF帯又はUHF帯の高周波である電磁波は、上部電極の直下で定在波を発生し得る。この実施形態では、定在波が発生している状況下であっても、所望の活性種の密度の分布が得られるように、ガスの滞留時間を制御することが可能である。 In one exemplary embodiment, the plasma processing apparatus may further comprise an inlet for propagating electromagnetic waves, which are VHF waves or UHF waves, to generate plasma in the processing space. A high-frequency electromagnetic wave in the VHF band or UHF band can generate a standing wave directly below the upper electrode. In this embodiment, it is possible to control the residence time of the gas so as to obtain a desired density distribution of the active species even in the presence of standing waves.

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。 Various exemplary embodiments are described in detail below with reference to the drawings. In addition, suppose that the same code|symbol is attached|subjected to the part which is the same or equivalent in each drawing.

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、平行平板型のプラズマ処理装置である。プラズマ処理装置1は、電磁波によりプラズマを生成するように構成されている。プラズマ処理装置1は、チャンバ10及び基板支持部11を備える。 FIG. 1 is a schematic diagram of a plasma processing apparatus according to one exemplary embodiment. A plasma processing apparatus 1 shown in FIG. 1 is a parallel plate type plasma processing apparatus. The plasma processing apparatus 1 is configured to generate plasma using electromagnetic waves. A plasma processing apparatus 1 includes a chamber 10 and a substrate support 11 .

チャンバ10は、略円筒形状を有する。チャンバ10は、その内部に処理空間Sを提供する。チャンバ10は、鉛直方向に沿って延在している。チャンバ10の中心軸線は、鉛直方向に延びる中心軸線AXである。チャンバ10は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金などの金属から形成されている。チャンバ10の処理空間S側の表面上には、耐腐食性を有する膜が形成されていてもよい。チャンバ10は、接地されている。 Chamber 10 has a generally cylindrical shape. The chamber 10 provides a processing space S within it. The chamber 10 extends along the vertical direction. The center axis of the chamber 10 is the center axis AX extending in the vertical direction. The chamber 10 is made of metal such as aluminum or an aluminum alloy, for example. A corrosion-resistant film may be formed on the surface of the chamber 10 on the processing space S side. Chamber 10 is grounded.

基板支持部11は、チャンバ10内に設けられている。基板支持部11は、処理空間S内に配置されている。基板支持部11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11は、略円盤形状を有している。一実施形態では、基板支持部11の中心軸線は、中心軸線AXである。基板支持部11上に載置された基板Wは、処理空間Sの中で処理される。チャンバ10の底部は、排気口12を提供している。排気口12には、排気装置が接続される。 A substrate support 11 is provided within the chamber 10 . The substrate support part 11 is arranged in the processing space S. As shown in FIG. The substrate support part 11 is configured to substantially horizontally support the substrate W placed on its upper surface. The substrate support portion 11 has a substantially disk shape. In one embodiment, the central axis of the substrate support 11 is the central axis AX. A substrate W placed on the substrate support 11 is processed in the processing space S. As shown in FIG. The bottom of chamber 10 provides an exhaust port 12 . An exhaust device is connected to the exhaust port 12 .

チャンバ10は、側壁20及び天部30を有する。側壁20は、例えば、略円筒形状を有する。側壁20は、処理空間Sを囲むように処理空間Sの側方で延在する。一実施形態では、側壁20の中心軸線は、中心軸線AXである。側壁20は、円筒形状を有し得る。側壁20は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金などの金属から形成されている。 Chamber 10 has side walls 20 and a top 30 . Side wall 20 has, for example, a substantially cylindrical shape. The sidewall 20 extends laterally of the processing space S so as to surround the processing space S. As shown in FIG. In one embodiment, the central axis of sidewall 20 is central axis AX. Side wall 20 may have a cylindrical shape. The sidewalls 20 are made of metal such as aluminum or an aluminum alloy, for example.

天部30は、基板支持部11の上方で延在する。天部30は、側壁20の上端開口を閉じている。天部30は、上部電極40を含む。天部30は、カバー31を更に含んでいてもよい。上部電極40は、略円盤形状を有している。一実施形態では、上部電極40の中心軸線は、中心軸線AXである。上部電極40は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金などの金属から形成されている。カバー31は、上部電極40を覆っており、部分的に上部電極40の上方で延在している。カバー31は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金などの金属から形成されている。カバー31は、上部電極40と当該カバー31との間に電磁波の導波路を形成している。 The top portion 30 extends above the substrate support portion 11 . The top portion 30 closes the upper end opening of the side wall 20 . The top portion 30 includes an upper electrode 40 . The top portion 30 may further include a cover 31 . The upper electrode 40 has a substantially disk shape. In one embodiment, the center axis of the upper electrode 40 is the center axis AX. The upper electrode 40 is made of metal such as aluminum or an aluminum alloy. The cover 31 covers the upper electrode 40 and partially extends above the upper electrode 40 . The cover 31 is made of metal such as aluminum or an aluminum alloy, for example. The cover 31 forms an electromagnetic wave waveguide between the upper electrode 40 and the cover 31 .

以下、図1と共に図2を参照する。図2は、一つの例示的実施形態に係る上部電極の拡大断面図である。上部電極40は、複数のガス孔41及びガス拡散室42を提供している。複数のガス孔41は、処理空間Sにガスを導入するために処理空間Sに向けて開口している。ガス拡散室42は、上部電極40の内部に提供されている。複数のガス孔41は、ガス拡散室42に接続しており、ガス拡散室42から下方に延びている。 FIG. 2 will be referred to together with FIG. 1 below. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a top electrode according to one exemplary embodiment. Top electrode 40 provides a plurality of gas holes 41 and gas diffusion chambers 42 . A plurality of gas holes 41 are open toward the processing space S to introduce gas into the processing space S. As shown in FIG. A gas diffusion chamber 42 is provided inside the upper electrode 40 . A plurality of gas holes 41 are connected to the gas diffusion chamber 42 and extend downward from the gas diffusion chamber 42 .

上部電極40は、複数の溝43を提供している。複数の溝43は、処理空間Sに向けて開口している。複数の溝43は、互いに異なる断面形状を有する二つ以上の溝を含む。「断面形状」とは、溝が延在する方向と直交する断面における、当該溝の形状を意味する。図2に示すように、一実施形態では、複数の溝43の断面形状は、互いに異なる矩形であってもよい。また、「互いに異なる断面形状を有する二つ以上の溝を含む。」とは、ある1つの溝43と異なる断面形状を有した別の溝43が必ず存在するという意味である。 Top electrode 40 provides a plurality of grooves 43 . The plurality of grooves 43 are open toward the processing space S. The multiple grooves 43 include two or more grooves having cross-sectional shapes different from each other. “Cross-sectional shape” means the shape of the groove in a cross section perpendicular to the direction in which the groove extends. As shown in FIG. 2, in one embodiment, the cross-sectional shapes of the plurality of grooves 43 may be different rectangular shapes. Moreover, "including two or more grooves having cross-sectional shapes different from each other" means that there is always another groove 43 having a cross-sectional shape different from that of one groove 43 .

一実施形態において、上部電極40の複数のガス孔41は、複数の溝43に向けて開口するガス孔を含んでいなくてもよい。図2に示すように、複数のガス孔41は、上部電極40の下面において複数の溝43が形成されていない領域40cで開口していてもよい。例えば、領域40cは、上部電極40の下面において、複数の溝43のうち互いに隣り合う二つの溝の間に位置する。 In one embodiment, the plurality of gas holes 41 of the upper electrode 40 may not include gas holes that open toward the plurality of grooves 43 . As shown in FIG. 2, the plurality of gas holes 41 may open in a region 40c on the lower surface of the upper electrode 40 where the plurality of grooves 43 are not formed. For example, the region 40 c is positioned between two adjacent grooves among the plurality of grooves 43 on the lower surface of the upper electrode 40 .

一実施形態において、複数の溝43の各々は、その幅に対するその深さの固有の比を有する。「幅」とは、溝が延在する方向と直交する断面における、当該溝の開口端の一端から他端までの距離を意味する。「深さ」とは、当該溝の開口端と当該溝の奥端の間の距離を意味する。一実施形態において、複数の溝43のうち互いに異なる断面形状を有する二つ以上の溝それぞれの固有の比は、互いに異なる。図2に示すように、例えば、複数の溝43のうち溝43aは、幅W1及び深さD1を有する。また、複数の溝43のうち溝43bは、幅W2及び深さD2を有する。溝43aの比D1/W1と溝43bの比D2/W2は、互いに異なっている。 In one embodiment, each of the plurality of grooves 43 has a unique ratio of its depth to its width. "Width" means the distance from one end to the other end of the open end of the groove in a cross section perpendicular to the direction in which the groove extends. "Depth" means the distance between the open end of the groove and the deep end of the groove. In one embodiment, two or more grooves having different cross-sectional shapes among the plurality of grooves 43 have different specific ratios. As shown in FIG. 2, for example, among the plurality of grooves 43, the groove 43a has a width W1 and a depth D1. Further, among the plurality of grooves 43, the groove 43b has a width W2 and a depth D2. The ratio D1/W1 of the groove 43a and the ratio D2/W2 of the groove 43b are different from each other.

一実施形態において、複数の溝43のうち互いに異なる断面形状を有する二つ以上の溝は、第1の溝及び第2の溝を含む。第1の溝の幅は、当該第1の溝の深さよりも大きく、第2の溝の幅は、当該第2の溝の深さよりも小さくてもよい。図2に示す例では、溝43aの幅W1は、溝43aの深さD1よりも大きい。即ち、比D1/W1は、1よりも小さい。また、溝43bの幅W2は、溝43bの深さD2よりも小さい。即ち、比D2/W2は、1よりも大きい。 In one embodiment, two or more grooves having different cross-sectional shapes among the plurality of grooves 43 include a first groove and a second groove. The width of the first groove may be greater than the depth of the first groove, and the width of the second groove may be less than the depth of the second groove. In the example shown in FIG. 2, the width W1 of the groove 43a is greater than the depth D1 of the groove 43a. That is, the ratio D1/W1 is less than one. Also, the width W2 of the groove 43b is smaller than the depth D2 of the groove 43b. That is, the ratio D2/W2 is greater than one.

一実施形態において、上部電極40の中心軸線AXに直交する径方向における、複数の溝43の深さの分布は、段階的に変化していてもよい。例えば、図1に示すように、複数の溝43のうち最大の深さを有する溝が、上部電極40の中心と上部電極40の外縁との間の中間に位置するように、複数の溝43の深さの分布は、段階的に変化していてもよい。 In one embodiment, the distribution of depths of the plurality of grooves 43 in the radial direction perpendicular to the central axis AX of the upper electrode 40 may change stepwise. For example, as shown in FIG. 1, the plurality of grooves 43 are arranged so that the groove having the maximum depth among the plurality of grooves 43 is located midway between the center of the upper electrode 40 and the outer edge of the upper electrode 40. The depth distribution of may change stepwise.

また、複数の溝43の深さの分布は、上部電極40の中心から当該中心と上部電極40の外縁との間の中間まで段階的に増加してもよく、当該外縁から当該中間まで段階的に増加してもよい。即ち、複数の溝43のうち上部電極40の中心と上部電極40の外縁との間の中間の近傍に形成された溝の深さは大きてもよく、複数の溝43のうち上部電極40の中心の近傍と上部電極40の外縁の近傍に形成された溝の深さは小さくてもよい。 Moreover, the distribution of the depths of the plurality of grooves 43 may increase stepwise from the center of the upper electrode 40 to the middle between the center and the outer edge of the upper electrode 40, or stepwise from the outer edge to the middle. may be increased to That is, among the plurality of grooves 43, the groove formed near the middle between the center of the upper electrode 40 and the outer edge of the upper electrode 40 may have a large depth. The depth of the grooves formed near the center and near the outer edge of the upper electrode 40 may be small.

以下、図1及び図2と共に図3を参照する。図3は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置の上部電極を下方から見た拡大図である。図3に示すように、複数の溝43は、環形状を有してもよい。複数の溝43は、中心軸線AXに対して周方向に延在していてもよい。 3 together with FIGS. 1 and 2. FIG. FIG. 3 is an enlarged view from below of the upper electrode of the plasma processing apparatus according to one exemplary embodiment. As shown in FIG. 3, the plurality of grooves 43 may have an annular shape. The plurality of grooves 43 may extend in the circumferential direction with respect to the central axis AX.

一実施形態において、複数の溝43の個数は、五つ以上であってもよい。図3に示す例では、複数の溝43の個数は、十一個である。複数の溝43は、中心軸線AXに直交する径方向に沿って配列されている。例えば、複数の溝43は、中心40aと外周40bとの間で径方向に沿って配列されている。 In one embodiment, the number of grooves 43 may be five or more. In the example shown in FIG. 3, the number of grooves 43 is eleven. The plurality of grooves 43 are arranged along the radial direction perpendicular to the center axis AX. For example, the plurality of grooves 43 are radially arranged between the center 40a and the outer circumference 40b.

一実施形態において、径方向における複数のガス孔41のピッチは、径方向における複数の溝43のピッチと同一であってもよい。複数のガス孔41の「ピッチ」とは、径方向において、複数のガス孔41のうち互いに隣り合う二つのガス孔の間の距離である。複数の溝43の「ピッチ」とは、径方向において、複数の溝43のうち互いに隣り合う二つの溝の間の距離である。 In one embodiment, the pitch of the plurality of gas holes 41 in the radial direction may be the same as the pitch of the plurality of grooves 43 in the radial direction. The “pitch” of the plurality of gas holes 41 is the distance between two adjacent gas holes among the plurality of gas holes 41 in the radial direction. The “pitch” of the plurality of grooves 43 is the distance between two adjacent grooves among the plurality of grooves 43 in the radial direction.

一実施形態において、複数の溝43の各々の幅は、径方向における複数のガス孔41のピッチの1/2以上であってもよい。即ち、複数のガス孔41のうち互いに隣り合う二つのガス孔の間に設けられた溝43の幅は、当該二つのガス孔の間の径方向における距離の1/2以上であってもよい。 In one embodiment, the width of each of the plurality of grooves 43 may be 1/2 or more of the pitch of the plurality of gas holes 41 in the radial direction. That is, the width of the groove 43 provided between two adjacent gas holes among the plurality of gas holes 41 may be 1/2 or more of the radial distance between the two gas holes. .

一実施形態において、複数の溝43の開口端の総面積は、上部電極40の下面において複数の溝43が形成されていない領域40cの総面積よりも大きくてもよい。複数の溝43の開口端の面積は、上部電極40の下面の面積(上部電極40を下方から平面視した際の面積)の1/2以上であってもよい。 In one embodiment, the total area of the open ends of the plurality of grooves 43 may be larger than the total area of the region 40c in which the plurality of grooves 43 are not formed on the lower surface of the upper electrode 40 . The area of the open ends of the plurality of grooves 43 may be 1/2 or more of the area of the lower surface of the upper electrode 40 (the area of the upper electrode 40 when viewed from below).

一実施形態において、上述した側壁20は、処理空間Sに向けて開口する一つ以上の溝21を提供してもよい。図1に示す例では、側壁20は、一つ以上の溝21として、複数の溝21を提供している。図1に示すように、複数の溝21は、溝21a,21b,21cを含んでいてもよい。複数の溝21は、互いに異なる断面形状を有する二つ以上の溝を含んでもよい。複数の溝21の各々は、その幅に対するその深さの固有の比を有してもよい。例えば、溝21aの幅は、溝21aの深さよりも大きい。溝21bの幅は、溝21bの深さよりも小さい。 In one embodiment, the sidewalls 20 described above may provide one or more grooves 21 opening into the processing space S. In the example shown in FIG. 1, sidewall 20 provides a plurality of grooves 21 as one or more grooves 21 . As shown in FIG. 1, the plurality of grooves 21 may include grooves 21a, 21b, and 21c. The plurality of grooves 21 may include two or more grooves having different cross-sectional shapes. Each of the plurality of grooves 21 may have a unique ratio of its depth to its width. For example, the width of groove 21a is greater than the depth of groove 21a. The width of groove 21b is smaller than the depth of groove 21b.

複数の溝21は、環形状を有してもよい。複数の溝21は、中心軸線AXに対して周方向に延在してもよい。また、一実施形態において、複数の溝21のうち少なくとも一つは、基板支持部11の上面よりも上方に位置していてもよい。 The plurality of grooves 21 may have an annular shape. The plurality of grooves 21 may extend in the circumferential direction with respect to the center axis AX. Further, in one embodiment, at least one of the plurality of grooves 21 may be positioned above the upper surface of the substrate support portion 11 .

一実施形態において、プラズマ処理装置1は、電源3及び導入部4を更に備えていてもよい。電源3は、電磁波の発生器である。電磁波は、VHF波又はUHF波であってもよい。VHF波の帯域は30MHz~300MHzであり、UHF波の帯域は300MHz~3GHzである。電源3は、インピーダンス整合回路3mを介して上部電極40に接続されている。 In one embodiment, the plasma processing apparatus 1 may further include a power source 3 and an introduction section 4 . The power source 3 is a generator of electromagnetic waves. The electromagnetic waves may be VHF waves or UHF waves. The band of VHF waves is 30 MHz to 300 MHz, and the band of UHF waves is 300 MHz to 3 GHz. The power supply 3 is connected to the upper electrode 40 via the impedance matching circuit 3m.

導入部4は、天部30の一部を構成している。導入部4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。導入部4は、環形状を有し、上部電極40の外周に沿って周方向に延在している。電源3からの電磁波は、カバー31と上部電極40との間の導波路を通って、導入部4から処理空間Sに導入される。電磁波は、処理空間Sに導入されたガスを励起させて、当該ガスからプラズマを生成する。 The introduction portion 4 forms part of the top portion 30 . The lead-in 4 is made of a dielectric such as aluminum oxide. The introduction portion 4 has a ring shape and extends in the circumferential direction along the outer periphery of the upper electrode 40 . Electromagnetic waves from the power supply 3 pass through the waveguide between the cover 31 and the upper electrode 40 and are introduced into the processing space S from the introduction section 4 . The electromagnetic waves excite the gas introduced into the processing space S to generate plasma from the gas.

プラズマ処理装置1は、ガス源2を更に備える。ガス源2からのガスは、ガス拡散室42及び複数のガス孔41を介して処理空間Sに導入される。ガス源2から処理空間Sに導入されるガスは、例えば、成膜ガス又はクリーニングガスである。処理空間S内の圧力は、例えば、1Pa~300Paの範囲内の圧力に設定される。なお、複数の溝43の幅及び複数の溝21の幅は、処理空間S内でのガス分子の平均自由行程よりも大きい。 Plasma processing apparatus 1 further comprises a gas source 2 . A gas from the gas source 2 is introduced into the processing space S through the gas diffusion chamber 42 and the plurality of gas holes 41 . The gas introduced into the processing space S from the gas source 2 is, for example, a film forming gas or a cleaning gas. The pressure in the processing space S is set within the range of 1 Pa to 300 Pa, for example. The width of the plurality of grooves 43 and the width of the plurality of grooves 21 are larger than the mean free path of gas molecules within the processing space S.

プラズマ処理装置1では、複数のガス孔41から処理空間Sに導入されたガスは、チャンバ10内でガス流を形成する。ガス流を形成するガスは、上部電極40が提供する複数の溝43の中で滞留する。複数の溝43のうち二つ以上の溝は互いに異なる断面形状を有するので、複数の溝43の各々でのガスの滞留時間は、各溝の断面形状により調整される。したがって、チャンバ10内に導入されたガスの滞留時間を制御することが可能になる。また、チャンバ10内で生成されるプラズマ中の活性種の密度は、ガスの滞留時間に比例する。したがって、プラズマ処理装置1によれば、活性種の密度を制御することが可能である。これにより、基板Wに対する面内均一性の高いプラズマ処理が可能となる。 In the plasma processing apparatus 1 , gas introduced into the processing space S through the plurality of gas holes 41 forms a gas flow within the chamber 10 . The gases that form the gas stream reside within a plurality of grooves 43 provided by the upper electrode 40 . Since two or more of the plurality of grooves 43 have different cross-sectional shapes, the residence time of the gas in each of the plurality of grooves 43 is adjusted according to the cross-sectional shape of each groove. Therefore, it becomes possible to control the residence time of the gas introduced into the chamber 10 . Also, the density of active species in the plasma generated within the chamber 10 is proportional to the residence time of the gas. Therefore, according to the plasma processing apparatus 1, it is possible to control the density of active species. As a result, plasma processing of the substrate W with high in-plane uniformity becomes possible.

上述したように、一実施形態においては、複数のガス孔41は、複数の溝43に向けて開口するガス孔を含まなくてもよい。複数のガス孔41は、上部電極40の下面において複数の溝43が形成されていない領域40cで開口していてもよい。この実施形態では、ガスは、複数の溝43の中に直接的には導入されない。したがって、複数の溝43の中でのガスの比較的長い滞留時間が確保される。 As described above, in one embodiment, the plurality of gas holes 41 may not include gas holes that open toward the plurality of grooves 43 . The plurality of gas holes 41 may be opened in a region 40c on the lower surface of the upper electrode 40 where the plurality of grooves 43 are not formed. In this embodiment, gas is not introduced directly into the plurality of grooves 43 . Therefore, a relatively long residence time of gas in the plurality of grooves 43 is ensured.

また、上述したように、一実施形態においては、複数の溝43のうち上述した二つ以上の溝は、第1の溝(例えば溝43a)及び第2の溝(例えば溝43b)を含んでもよい。第1の溝の幅は、第1の溝の深さよりも大きくてもよい。第2の溝の幅は、第2の溝の深さよりも小さくてもよい。この実施形態では、例えば、第1の溝の幅及び第2の溝の幅を同じとした場合、第1の溝に滞留するガスの滞留時間よりも、第2の溝に滞留するガスの滞留時間は長い。 Also, as described above, in one embodiment, the two or more grooves described above among the plurality of grooves 43 may include a first groove (eg, groove 43a) and a second groove (eg, groove 43b). good. The width of the first groove may be greater than the depth of the first groove. The width of the second groove may be smaller than the depth of the second groove. In this embodiment, for example, when the width of the first groove and the width of the second groove are the same, the retention time of the gas retained in the second groove is longer than the retention time of the gas retained in the first groove. Time is long.

また、上述したように、一実施形態においては、複数の溝43は、環形状を有していてもよく、中心軸線AXに対して周方向に延在していてもよく、中心軸線AXに直交する径方向に沿って配列されていてもよい。また、複数の溝43の個数は、五つ以上であってもよい。この実施形態によれば、径方向における所望の活性種の密度分布が得られるよう、径方向におけるガスの滞留時間を制御することが可能である。 Further, as described above, in one embodiment, the plurality of grooves 43 may have an annular shape, may extend in the circumferential direction with respect to the central axis AX, and may extend along the central axis AX. They may be arranged along orthogonal radial directions. Also, the number of the plurality of grooves 43 may be five or more. According to this embodiment, it is possible to control the residence time of the gas in the radial direction so as to obtain a desired density distribution of the active species in the radial direction.

また、上述したように、一実施形態においては、中心軸線AXに直交する径方向における複数の溝43の深さの分布は、段階的に変化していてもよい。この実施形態によれば、径方向における所望の活性種の密度分布が得られるよう、径方向におけるガスの滞留時間を段階的に制御することが可能である。 Further, as described above, in one embodiment, the distribution of the depths of the plurality of grooves 43 in the radial direction perpendicular to the central axis AX may change stepwise. According to this embodiment, the residence time of the gas in the radial direction can be controlled step by step so as to obtain a desired density distribution of the active species in the radial direction.

また、上述したように、一実施形態においては、側壁20は、一つ以上の溝21を提供してもよい。この実施形態では、ガスは、側壁20に形成された一つ以上の溝21の中で滞留する。したがって、この実施形態によれば、側壁20の近傍における処理ガスの滞留時間を長くすることにより、側壁20の近傍で活性種の密度を高めることが可能である。 Also, as noted above, sidewall 20 may provide one or more grooves 21 in one embodiment. In this embodiment, gas resides in one or more grooves 21 formed in sidewall 20 . Therefore, according to this embodiment, it is possible to increase the density of active species in the vicinity of the sidewall 20 by increasing the retention time of the processing gas in the vicinity of the sidewall 20 .

また、上述したように、一実施形態においては、VHF帯又はUHF帯が、導入部4を介して処理空間S内に導入されてもよい。導入部4から導入される電磁波は、上部電極40の直下で定在波を発生し得る。プラズマ処理装置1によれば、定在波が発生している状況下であっても、所望の活性種の密度の分布が得られるように、ガスの滞留時間を制御することが可能である。 Also, as described above, in one embodiment, the VHF band or the UHF band may be introduced into the processing space S via the introduction section 4 . The electromagnetic waves introduced from the introduction portion 4 can generate standing waves directly below the upper electrode 40 . According to the plasma processing apparatus 1, it is possible to control the residence time of the gas so as to obtain a desired density distribution of active species even under the condition that standing waves are generated.

また、上部電極40の中心と外縁との間の中間の下方に定在波の節が発生する場合には、複数の溝43のうち当該中間に位置する溝が最大の深さを有するように、複数の溝43の深さの分布が段階的に変化してもよい。この場合、電位変化が少ない定在波の節の位置でのガスの滞留時間が長くなるので、径方向において比較的均一な活性種の密度の分布を得ることが可能である。 Further, when a node of the standing wave is generated below the middle between the center and the outer edge of the upper electrode 40, the groove located in the middle among the plurality of grooves 43 is arranged to have the maximum depth. , the depth distribution of the plurality of grooves 43 may change stepwise. In this case, the residence time of the gas becomes longer at the node position of the standing wave where the potential change is small, so it is possible to obtain a relatively uniform density distribution of the active species in the radial direction.

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。 While various exemplary embodiments have been described above, various additions, omissions, substitutions, and modifications may be made without being limited to the exemplary embodiments described above. Also, elements from different embodiments can be combined to form other embodiments.

例えば、複数の溝43の各々の断面形状は、矩形以外の形状であってもよい。複数の溝43の各々の断面形状は、多角形状であってもよく、曲線を含んでいてもよい。複数の溝43の各々は、その幅がその開口端において最大であるテーパ形状を有していてもよい。 For example, the cross-sectional shape of each of the plurality of grooves 43 may be a shape other than a rectangle. The cross-sectional shape of each of the plurality of grooves 43 may be polygonal and may include curved lines. Each of the plurality of grooves 43 may have a tapered shape with a maximum width at its open end.

また、複数の溝43の各々の深さの分布は、複数の溝43のうち最小の深さを有する溝が上部電極40の外縁の近傍に位置するように、径方向において段階的に変化してもよい。例えば、複数の溝43の深さの分布は、径方向において上部電極40の中心から上部電極の外縁まで段階的に減少していてもよい。具体的には、複数の溝43のうち上部電極40の中心の近傍に形成された溝の深さは大きくてもよく、複数の溝43のうち上部電極40の外縁の近傍に形成された溝の深さは小さくてもよい。ガスが上部電極40の中心からチャンバ内に導入されて径方向外側に流れる場合には、複数の溝43がなければ、上部電極40の中心の直下でのガスの対流時間よりも、上部電極40の外縁の直下でのガスの滞留時間が長くなる。しかしながら、かかる深さの分布を有する複数の溝43によれば、径方向におけるガスの滞留時間の偏りを低減することが可能である。 Further, the distribution of the depth of each of the plurality of grooves 43 changes stepwise in the radial direction such that the groove having the smallest depth among the plurality of grooves 43 is positioned near the outer edge of the upper electrode 40. may For example, the distribution of depths of the plurality of grooves 43 may decrease stepwise from the center of the upper electrode 40 to the outer edge of the upper electrode in the radial direction. Specifically, the groove formed near the center of the upper electrode 40 among the plurality of grooves 43 may have a large depth, and the groove formed near the outer edge of the upper electrode 40 among the plurality of grooves 43 may have a large depth. can be small. If the gas is introduced into the chamber from the center of the top electrode 40 and flows radially outward, the convection time of the gas just below the center of the top electrode 40 is longer than the convection time of the gas just below the center of the top electrode 40 , without the plurality of grooves 43 . The residence time of the gas just below the outer edge of the However, with the plurality of grooves 43 having such a depth distribution, it is possible to reduce the unevenness of the gas residence time in the radial direction.

また、径方向における複数のガス孔41のピッチは、一定でなくてもよい。また、径方向における複数の溝43のピッチは、一定でなくてもよい。複数の溝43は、互いに接続されていてもよい。例えば、複数の溝43は、径方向に延在する溝によって、互いに接続されていてもよい。 Also, the pitch of the plurality of gas holes 41 in the radial direction may not be constant. Also, the pitch of the plurality of grooves 43 in the radial direction may not be constant. A plurality of grooves 43 may be connected to each other. For example, grooves 43 may be connected to each other by radially extending grooves.

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。 From the foregoing description, it will be appreciated that various embodiments of the present disclosure have been set forth herein for purposes of illustration, and that various changes may be made without departing from the scope and spirit of the present disclosure. Will. Therefore, the various embodiments disclosed herein are not intended to be limiting, with a true scope and spirit being indicated by the following claims.

1…プラズマ処理装置、4…導入部、10…チャンバ、11…基板支持部、20…側壁、21…一つ以上の溝、30…天部、40…上部電極、40c…領域、41…複数のガス孔、43…複数の溝、S…処理空間、AX…中心軸線。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Plasma processing apparatus 4... Introduction part 10... Chamber 11... Substrate support part 20... Side wall 21... One or more grooves 30... Ceiling part 40... Upper electrode 40c... Region 41... Plural gas hole, 43: a plurality of grooves, S: processing space, AX: central axis.

Claims (11)

その内部に処理空間を提供するチャンバと、
前記チャンバ内に設けられた基板支持部と、
を備え、
前記チャンバは、
前記処理空間を囲むように該処理空間の側方で延在する側壁と、
前記基板支持部の上方で延在する天部であり、前記処理空間にガスを導入するために前記処理空間に向けて開口する複数のガス孔を提供する上部電極を含む、該天部と、
を有し、
前記上部電極は、前記処理空間に向けて開口する複数の溝を提供し、
前記複数の溝は、互いに異なる断面形状を有する二つ以上の溝を含む、
プラズマ処理装置。
a chamber providing a processing space therein;
a substrate support provided within the chamber;
with
The chamber is
a side wall extending laterally of the processing space so as to surround the processing space;
a ceiling extending above the substrate support, the ceiling including an upper electrode providing a plurality of gas holes opening toward the processing space for introducing gases into the processing space;
has
the upper electrode provides a plurality of grooves opening toward the processing space;
The plurality of grooves includes two or more grooves having cross-sectional shapes different from each other,
Plasma processing equipment.
前記複数のガス孔は、前記複数の溝に向けて開口するガス孔を含んでおらず、前記上部電極の下面において前記複数の溝が形成されていない領域で開口している、
請求項1に記載のプラズマ処理装置。
the plurality of gas holes do not include gas holes that open toward the plurality of grooves, and are open in regions where the plurality of grooves are not formed on the lower surface of the upper electrode;
The plasma processing apparatus according to claim 1.
前記複数の溝の各々は、その幅に対するその深さの固有の比を有しており、
前記二つ以上の溝の各々は、該二つ以上の溝のうち他の溝の前記比と異なる前記比を有する、
請求項1又は2に記載のプラズマ処理装置。
each of the plurality of grooves has a unique ratio of its depth to its width;
each of said two or more grooves has said ratio different from said ratio of other grooves among said two or more grooves;
The plasma processing apparatus according to claim 1 or 2.
前記二つ以上の溝は、第1の溝及び第2の溝を含み、
前記第1の溝の幅が該第1の溝の深さよりも大きく、前記第2の溝の幅が該第2の溝の深さよりも小さい、
請求項3に記載のプラズマ処理装置。
the two or more grooves include a first groove and a second groove;
the width of the first groove is greater than the depth of the first groove, and the width of the second groove is less than the depth of the second groove;
The plasma processing apparatus according to claim 3.
前記複数の溝は、環形状を有し、前記上部電極の中心軸線に対して周方向に延在し、
前記複数の溝の個数は、五つ以上であり、
前記複数の溝は、前記中心軸線に直交する径方向に沿って配列されている、
請求項4に記載のプラズマ処理装置。
the plurality of grooves have an annular shape and extend in a circumferential direction with respect to a central axis of the upper electrode;
The number of the plurality of grooves is five or more,
The plurality of grooves are arranged along a radial direction orthogonal to the central axis,
The plasma processing apparatus according to claim 4.
前記径方向における前記複数のガス孔のピッチは、前記径方向における前記複数の溝のピッチと同一である、請求項5に記載のプラズマ処理装置。 6. The plasma processing apparatus according to claim 5, wherein a pitch of said plurality of gas holes in said radial direction is the same as a pitch of said plurality of grooves in said radial direction. 前記複数の溝の各々の幅は、前記径方向における前記複数のガス孔のピッチの1/2以上である、請求項5又は6に記載のプラズマ処理装置。 7. The plasma processing apparatus according to claim 5, wherein the width of each of said plurality of grooves is 1/2 or more of the pitch of said plurality of gas holes in said radial direction. 前記上部電極の中心軸線に直交する径方向における前記複数の溝の深さの分布は、段階的に変化している、請求項1~7の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。 8. The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein a distribution of depths of said plurality of grooves in a radial direction orthogonal to a central axis of said upper electrode changes stepwise. 前記複数の溝の開口端の面積は、前記上部電極の下面において前記複数の溝が形成されていない領域の面積よりも大きい、請求項1~8の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。 9. The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein an area of an open end of said plurality of grooves is larger than an area of a region where said plurality of grooves are not formed on the lower surface of said upper electrode. 前記側壁は、前記処理空間に向けて開口する一つ以上の溝を提供し、
該一つ以上の溝は、環形状を有し、前記側壁の中心軸線に対して周方向に延在している、
請求項1~9の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
the sidewalls provide one or more grooves opening into the processing space;
the one or more grooves have an annular shape and extend circumferentially with respect to a central axis of the sidewall;
The plasma processing apparatus according to any one of claims 1-9.
誘電体から形成されており前記上部電極の外周に沿って周方向に延在する導入部であって、前記処理空間でプラズマを生成するためにVHF波又はUHF波である電磁波を伝播する該導入部を更に備える、
請求項1~10の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
an inlet formed of a dielectric material and extending circumferentially along the outer periphery of the upper electrode for propagating electromagnetic waves, which are VHF or UHF waves, to generate plasma in the processing space. further comprising a part,
The plasma processing apparatus according to any one of claims 1-10.
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