JP2024033855A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】上部電極での異常放電を抑制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は、プラズマ処理チャンバ、基板支持部、上部電極及び少なくとも一つの電源を備える。上部電極は、処理空間に向けて開口した複数の第１のガス孔を提供する第１の電極、及び複数の第１のガス孔にそれぞれ連通する複数の第２のガス孔を提供する第２の電極を含む。電源は、第１の電気的パスで第１の電極の少なくとも一部に電気的に接続されており、第２の電気的パスで第２の電極に電気的に接続されている。電源は、第１の電極の少なくとも一部及び第２の電極に同電圧を印加するように構成されている。
【選択図】図３

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。

プラズマ処理装置が、基板に対するプラズマエッチングにおいて用いられている。一種のプラズマ処理装置は、プラズマ処理チャンバ、基板支持部及び上部電極を備えている。上部電極は、プラズマ処理チャンバ内に設けられた基板支持部の上方に設けられている。上部電極は、シャワーヘッドを構成している。このようなプラズマ処理装置は、特許文献１に記載されている。

特開２０１４－１９６５６１号公報

本開示は、上部電極での異常放電を抑制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、プラズマ処理チャンバ、基板支持部、上部電極及び少なくとも一つの電源を備える。プラズマ処理チャンバは、その内部に処理空間を提供する。基板支持部は、プラズマ処理チャンバ内に設けられる。上部電極は、シャワーヘッドを構成する。シャワーヘッドは、処理空間の上方から処理空間にガスを導入する。上部電極は、第１の電極及び第２の電極を含む。第１の電極は、複数の第１のガス孔を提供する。複数の第１のガス孔は、処理空間に向けて開口している。第２の電極は、第１の電極上に直接的に設けられている。第２の電極は、複数の第２のガス孔を提供する。複数の第２のガス孔は、複数の第１のガス孔にそれぞれ連通する。少なくとも一つの電源は、第１の電気的パスで第１の電極の少なくとも一部に電気的に接続されている。少なくとも一つの電源は、第２の電気的パスで第２の電極に電気的に接続されている。少なくとも一つの電源は、第１の電極の少なくとも一部及び第２の電極に同電圧を印加するように構成されている。

一つの例示的実施形態によれば、上部電極での異常放電が抑制される。

一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理システムの構成例を説明するための図である。 一つの例示的実施形態に係る容量結合型のプラズマ処理装置の構成例を説明するための図である。 一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置の上部電極の断面図である。 一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置の上部電極の部分拡大断面図である。 別の例示的実施形態に係るプラズマ処理装置の部分拡大断面図である。 別の例示的実施形態に係るプラズマ処理装置の上部電極の断面図である。 更に別の例示的実施形態に係るプラズマ処理装置の上部電極の断面図である。 更に別の例示的実施形態に係るプラズマ処理装置の上部電極の断面図である。

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、プラズマ処理システムの構成例を説明するための図である。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。プラズマ処理システムは、基板処理システムの一例であり、プラズマ処理装置１は、基板処理装置の一例である。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；ＣａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄ 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：ＨｅｌｉｃｏｎＷａｖｅ 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（ＤｉｒｅｃｔＣｕｒｒｅｎｔ）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（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）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、 １００ｋＨｚ～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、処理部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。制御部２は、例えばコンピュータ２ａにより実現される。処理部２ａ１は、記憶部２ａ２からプログラムを読み出し、読み出されたプログラムを実行することにより種々の制御動作を行うように構成され得る。このプログラムは、予め記憶部２ａ２に格納されていてもよく、必要なときに、媒体を介して取得されてもよい。取得されたプログラムは、記憶部２ａ２に格納され、処理部２ａ１によって記憶部２ａ２から読み出されて実行される。媒体は、コンピュータ２ａに読み取り可能な種々の記憶媒体であってもよく、通信インターフェース２ａ３に接続されている通信回線であってもよい。処理部２ａ１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であってもよい。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。

以下に、プラズマ処理装置１の一例としての容量結合型のプラズマ処理装置の構成例について説明する。図２は、容量結合型のプラズマ処理装置の構成例を説明するための図である。

容量結合型のプラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、ガス供給部２０、少なくとも一つの電源３０及び排気システム４０を含む。少なくとも一つの電源３０は、一つの電源のみから構成されていてもよい。以下では、少なくとも一つの電源３０が一つの電源のみから構成される一例について説明する。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により規定された処理空間１０ｓ（プラズマ処理空間）を有する。プラズマ処理チャンバ１０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Ｗを支持するための中央領域１１１ａと、リングアセンブリ１１２を支持するための環状領域１１１ｂとを有する。ウェハは基板Ｗの一例である。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。従って、中央領域１１１ａは、基板Ｗを支持するための基板支持面とも呼ばれ、環状領域１１１ｂは、リングアセンブリ１１２を支持するためのリング支持面とも呼ばれる。

一実施形態において、本体部１１１は、基台１１１０及び静電チャック１１１１を含む。基台１１１０は、導電性部材を含む。基台１１１０の導電性部材は下部電極として機能し得る。静電チャック１１１１は、基台１１１０の上に配置される。静電チャック１１１１は、セラミック部材１１１１ａとセラミック部材１１１１ａ内に配置される静電電極１１１１ｂとを含む。セラミック部材１１１１ａは、中央領域１１１ａを有する。一実施形態において、セラミック部材１１１１ａは、環状領域１１１ｂも有する。なお、環状静電チャックや環状絶縁部材のような、静電チャック１１１１を囲む他の部材が環状領域１１１ｂを有してもよい。この場合、リングアセンブリ１１２は、環状静電チャック又は環状絶縁部材の上に配置されてもよく、静電チャック１１１１と環状絶縁部材の両方の上に配置されてもよい。また、後述するＲＦ電源３１及び／又はＤＣ電源３２に結合される少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極がセラミック部材１１１１ａ内に配置されてもよい。この場合、少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極が下部電極として機能する。後述するバイアスＲＦ信号及び／又はＤＣ信号が少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極に供給される場合、ＲＦ／ＤＣ電極はバイアス電極とも呼ばれる。なお、基台１１１０の導電性部材と少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極とが複数の下部電極として機能してもよい。また、静電電極１１１１ｂが下部電極として機能してもよい。従って、基板支持部１１は、少なくとも１つの下部電極を含む。

リングアセンブリ１１２は、１又は複数の環状部材を含む。一実施形態において、１又は複数の環状部材は、１又は複数のエッジリングと少なくとも１つのカバーリングとを含む。エッジリングは、導電性材料又は絶縁材料で形成され、カバーリングは、絶縁材料で形成される。

また、基板支持部１１は、静電チャック１１１１、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１１１０ａ、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路１１１０ａには、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。一実施形態において、流路１１１０ａが基台１１１０内に形成され、１又は複数のヒータが静電チャック１１１１のセラミック部材１１１１ａ内に配置される。また、基板支持部１１は、基板Ｗの裏面と中央領域１１１ａとの間の間隙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つのガスを処理空間１０ｓ内に導入するように構成される。少なくとも一つのガスは、例えば、処理ガスである。シャワーヘッド１３は、処理空間１０ｓの上方から処理空間１０ｓにガスを導入する。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から処理空間１０ｓ内に導入される。また、シャワーヘッド１３は、少なくとも１つの上部電極５を含む。上部電極５は、シャワーヘッド１３を構成する。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、少なくとも１つのＲＦ信号（ＲＦ電力）を少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極５に供給するように構成される。これにより、処理空間１０ｓに供給された少なくとも１つの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信号を少なくとも１つの下部電極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少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極５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、１０ＭＨｚ～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、少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極５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少なくとも１つの下部電極に結合され、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。バイアスＲＦ信号の周波数は、ソースＲＦ信号の周波数と同じであっても異なっていてもよい。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、ソースＲＦ信号の周波数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、１００ｋＨｚ～６０ＭＨｚ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、少なくとも１つの下部電極に供給される。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、少なくとも１つの下部電極に接続され、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、少なくとも１つの下部電極に印加される。一実施形態において、第２のＤＣ生成部３２ｂは、少なくとも１つの上部電極５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、少なくとも１つの上部電極５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。この場合、電圧パルスのシーケンスが少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極５に印加される。電圧パルスは、矩形、台形、三角形又はこれらの組み合わせのパルス波形を有してもよい。一実施形態において、ＤＣ信号から電圧パルスのシーケンスを生成するための波形生成部が第１のＤＣ生成部３２ａと少なくとも１つの下部電極との間に接続される。従って、第１のＤＣ生成部３２ａ及び波形生成部は、電圧パルス生成部を構成する。第２のＤＣ生成部３２ｂ及び波形生成部が電圧パルス生成部を構成する場合、電圧パルス生成部は、少なくとも１つの上部電極５に接続される。電圧パルスは、正の極性を有してもよく、負の極性を有してもよい。また、電圧パルスのシーケンスは、１周期内に１又は複数の正極性電圧パルスと１又は複数の負極性電圧パルスとを含んでもよい。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、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。

以下、図３及び図４を参照して、一つ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、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の断面図である。図３は、上部電極５の断面構成及び上部電極５に接続されている電源３０の構成を示している。図４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の部分拡大断面図である。図４は、上部電極５のガス孔を提供する部分の拡大断面図である。

上部電極５は、第１の電極５１及び第２の電極５２を含む。一実施形態において、第１の電極５１は、処理空間１０ｓを上方から画成する天板であり得る。第１の電極５１は、シリコン、炭化ケイ素、又は石英から形成されていてもよい。第１の電極５１は、鉛直方向に見て、略円盤形状を有し得る。第１の電極５１は、複数の第１のガス孔５１ｈを提供する。複数の第１のガス孔５１ｈは、処理空間１０ｓに向けて開口している。複数の第１のガス孔５１ｈは、第１の電極５１をその板厚方向に貫通している。複数の第１のガス孔５１ｈの各々は、円形の孔であってもよい。

第２の電極５２は、第１の電極５１上に直接的に設けられている。第２の電極５２は、鉛直方向に見て、略円盤形状を有している。第２の電極５２は、アルミニウムのような金属又は炭化ケイ素から形成されている。第２の電極５２は、複数の第２のガス孔５２ｈを提供する。複数の第２のガス孔５２ｈの各々は、円形の孔であってもよい。複数の第２のガス孔５２ｈは、複数の第１のガス孔５１ｈにそれぞれ連通する。複数の第１のガス孔５１ｈと複数の第２のガス孔５２ｈとは、複数のガス孔５ｈ（上述した複数のガス導入口１３ｃ）を構成する。

一実施形態において、第２の電極５２は、ガス拡散室１３ｂを提供してもよい。複数の第２のガス孔５２ｈはそれぞれ、ガス拡散室１３ｂから複数の第１のガス孔５１ｈに向けて延びていてもよい。

一実施形態において、第２の電極５２は、冷媒用流路５２ａを有してもよい。冷媒用流路５２ａは、第２の電極５２の中に冷媒を流すために設けられている。冷媒用流路５２ａは、チラーユニットから供給される冷媒を受ける。チラーユニットは、プラズマ処理チャンバ１０の外部に設けられている。冷媒は、冷媒用流路５２ａを流れて、チラーユニットに戻される。

図４に示すように、一実施形態において、複数の第２のガス孔５２ｈの各々の第１の電極５１側の開口を画成する端部５２ｂは、テーパ状をなしていてもよい。端部５２ｂは、第１の電極５１からの距離の減少につれて、複数の第２のガス孔５２ｈの各々の径が拡径するように形成されている。複数の第２のガス孔５２ｈの各々の径Ｄ２は、複数の第１のガス孔５１ｈの各々の径Ｄ１よりも大きくてもよい。

図３に示すように、電源３０は、第１の電気的パス３３で第１の電極５１の少なくとも一部に電気的に接続されている。第１の電気的パス３３は、第２の電極５２を含まない。即ち、電源３０は、第２の電極５２を介さずに第１の電気的パス３３を介して第１の電極５１の少なくとも一部に、同電圧を印加するように構成されている。第１の電気的パス３３は、フィルタ３３ａ及びスイッチ３３ｂを含んでいてもよい。電源３０は、第２の電気的パス３４で第２の電極５２に電気的に接続されている。第２の電気的パス３４は、フィルタ３４ａ及びスイッチ３４ｂを含んでいてもよい。フィルタ３３ａ及び３４ａの各々は、例えば、高周波電力を遮断するか減衰させるローパスフィルタである。電源３０は、第１の電極５１の少なくとも一部及び第２の電極５２に同電圧を印加するように構成されている。以下、第１の電極５１の少なくとも一部及び第２の電極５２に印加される同電圧を、単に同電圧と呼ぶ場合がある。

一実施形態において、電源３０が第１の電極５１の少なくとも一部及び第２の電極５２に印加する同電圧は、負電圧であってもよい。電源３０によって第１の電極５１の少なくとも一部及び第２の電極５２の各々に印加される電圧は、例えば－５００（Ｖ）以上、－５０（Ｖ）以下である。

図３の実施形態では、第１の電極５１の少なくとも一部及び第２の電極５２に同電圧が印加されるので、第１の電極５１の電位と第２の電極５２の電位は、互いに同程度になる。したがって、複数の第１のガス孔５１ｈと複数の第２のガス孔５２ｈとが構成する上部電極５の複数のガス孔５ｈの何れかにおいて電子が発生しても、電子は、第１の電極５１と第２の電極５２との間で加速されにくい。故に、上部電極５での異常放電が抑制される。

以下、図５及び図６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５は、別の例示的実施形態に係るプラズマ処理装置の部分拡大断面図である。図５は、別の例示的実施形態に係るプラズマ処理装置１Ａのプラズマ処理チャンバ１０、基板支持部１１及び上部電極５Ａの断面構成を示している。図６は、別の例示的実施形態に係るプラズマ処理装置の部分拡大断面図である。図６は、上部電極５Ａの断面構成及び上部電極５Ａに接続されている電源３０の構成を示している。上部電極５Ａは、プラズマ処理装置１Ａの上部電極として用いられ得る。以下では、図３に示すプラズマ処理装置１からの相違点の観点から、プラズマ処理装置１Ａについて説明し、重複する説明を省略する。

プラズマ処理装置１Ａの上部電極５Ａは、第２の電極５２に加えて、第１の電極５１の代わりに第１の電極５１Ａを含んでいる。図５に示すように、上部電極５Ａの第１の電極５１Ａは、中央部５１ａ及び周縁部５１ｂを有する。中央部５１ａ及び周縁部５１ｂは、互いに電気的に分離されている。第１の電極５１Ａは、中間部５１ｃを更に有していてもよい。中間部５１ｃは、中央部５１ａ及び周縁部５１ｂから電気的に分離されている。中央部５１ａと中間部５１ｃとの間及び中間部５１ｃと周縁部５１ｂとの間には、隙間が形成されていてもよい。或いは、中央部５１ａと中間部５１ｃとの間及び中間部５１ｃと周縁部５１ｂとの間には、絶縁部材５１ｎが設けられていてもよい。

中央部５１ａは、鉛直方向に見て、略円形状を有している。周縁部５１ｂは、中央部５１ａを囲むように延在している。中間部５１ｃは、中央部５１ａと周縁部５１ｂとの間に位置している。中間部５１ｃは、中央部５１ａを囲むように延在している。周縁部５１ｂは、中間部５１ｃを囲むように延在している。中間部５１ｃ及び周縁部５１ｂは、鉛直方向に見て、環形状を有している。

一実施形態において、周縁部５１ｂは、基板支持部１１上に支持される基板Ｗのエッジの上方に配置されていてもよい。例えば、鉛直方向に見て、基板支持部１１上に支持される基板Ｗのエッジと、周縁部５１ｂとは、互いに重なり合っていてもよい。

図６に示すように、複数の第１のガス孔５１ｈは、中央部５１ａ、中間部５１ｃ、及び周縁部５１ｂにわたって分布している。中央部５１ａ及び中間部５１ｃは、第２の電気的パス３４及び第２の電極５２を介して電源３０と電気的に接続されている。電源３０は、第２の電気的パス３４及び第２の電極５２を介して中央部５１ａ及び中間部５１ｃに電圧を印加するように構成されている。電源３０は、第２の電極５２に例えば－５００（Ｖ）以上、－５０（Ｖ）以下の電圧を印加することによって、中央部５１ａ及び中間部５１ｃに電圧を印加する。

周縁部５１ｂは、第２の電極５２を介さずに第１の電気的パス３３を介して電源３０と電気的に接続されている。電源３０は、第２の電極５２を介さずに第１の電気的パス３３を介して周縁部５１ｂに、同電圧を印加するように構成されている。電源３０は、第２の電極５２を介さずに第１の電気的パス３３を介して周縁部５１ｂに例えば－５００（Ｖ）以上、－５０（Ｖ）以下の電圧を印加する。

一実施形態において、ガス供給部２０は、複数の第１のガス孔５１ｈ及び複数の第２のガス孔５２ｈを介して、プラズマ処理チャンバ１０内にガスを供給するように構成されていてもよい。複数の第１のガス孔５１ｈは、第１群のガス孔及び第２群のガス孔を含む。第１群のガス孔は、複数の第１のガス孔５１ｈのうち周縁部５１ｂに設けられた一群の第１のガス孔５１ｈによって構成される。第２群のガス孔は、複数の第１のガス孔５１ｈのうち中央部５１ａに設けられた別の一群の第１のガス孔５１ｈによって構成される。ガス供給部２０が第１群のガス孔を介してプラズマ処理チャンバ１０内に供給するガスの流量は、ガス供給部２０が第２群のガス孔を介してプラズマ処理チャンバ１０内に供給するガスの流量よりも多くてもよい。周縁部５１ｂが第２の電極５２を介さずに第１の電気的パス３３を介して電源３０と電気的に接続されている構成では、周縁部５１ｂと第２の電極との間の電位差が減少するので、ガスの流量が多い周縁部５１ｂでの放電が抑制され得る。

以下、図７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７は、更に別の例示的実施形態に係るプラズマ処理装置の部分拡大断面図である。図７は、更に別の例示的実施形態に係るプラズマ処理装置１Ｂの上部電極５Ｂの断面構成及び上部電極５Ｂに接続されている電源３０の構成を示している。以下では、図６に示すプラズマ処理装置１Ａからの相違点の観点から、別の例示的実施形態に係るプラズマ処理装置１Ｂについて説明し、重複する説明を省略する。

プラズマ処理装置１Ｂの上部電極５Ｂは、第２の電極５２に加えて、第１の電極５１Ａの代わりに第１の電極５１Ｂを含んでいる。第１の電極５１Ｂは、第１の電極５１Ａと同様に、中央部５１ａ、周縁部５１ｂ、及び中間部５１ｃを含んでいる。

第１の電極５１Ｂでは、中央部５１ａは、第２の電極５２を介さずに第１の電気的パス３３を介して電源３０と電気的に接続されている。電源３０は、第２の電極５２を介さずに第１の電気的パス３３を介して中央部５１ａに、同電圧を印加するように構成されている。電源３０は、第２の電極５２を介さずに第１の電気的パス３３を介して中央部５１ａに例えば－５００（Ｖ）以上、－５０（Ｖ）以下の電圧を印加する。

中間部５１ｃは、第２の電極５２を介さずに第３の電気的パス３５を介して電源３０と電気的に接続されている。電源３０は、第２の電極５２を介さずに第３の電気的パス３５を介して中間部５１ｃに、同電圧を印加するように構成されている。第３の電気的パス３５は、フィルタ３５ａ及びスイッチ３５ｂを含んでいてもよい。電源３０は、第２の電極５２を介さずに第３の電気的パス３５を介して中間部５１ｃに例えば－５００（Ｖ）以上、－５０（Ｖ）以下の電圧を印加する。

周縁部５１ｂは、第２の電極５２を介して電源３０と電気的に接続されている。電源３０は、第２の電極５２を介して周縁部５１ｂに電圧を印加するように構成されている。電源３０は、第２の電極５２に例えば－５００（Ｖ）以上、－５０（Ｖ）以下の電圧を印加することによって、周縁部５１ｂに電圧を印加する。なお、周縁部５１ｂは、電源３０に直接的に接続されていてもよい。即ち、周縁部５１ｂは、第２の電極５２を介さずに電気的パス（第１若しくは第３の電気的パス又は第１及び第３の電気的パスと同様の別の電気的パス）を介して電源３０と電気的に接続されていてもよい。

以下、図８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８は、更に別の例示的実施形態に係るプラズマ処理装置の部分拡大断面図である。図８は、更に別の例示的実施形態に係るプラズマ処理装置１Ｃの上部電極５Ｃの断面構成及び上部電極５Ｃに接続されている電源３０の構成を示している。以下では、図７に示すプラズマ処理装置１Ｂからの相違点の観点から、プラズマ処理装置１Ｃについて説明し、重複する説明を省略する。

プラズマ処理装置１Ｃの上部電極５Ｃは、第２の電極５２に加えて、第１の電極５１Ｂの代わりに第１の電極５１Ｃを含んでいる。第１の電極５１Ｃは、第１の電極５１Ｂと同様に、中央部５１ａ、周縁部５１ｂ、及び中間部５１ｃを含んでいる。

第１の電極５１Ｃでは、中間部５１ｃは、第１の電気的パス３３を介して第２の電極５２を介さずに電源３０と電気的に接続されている。電源３０は、第１の電気的パス３３を介して第２の電極５２を介さずに中間部５１ｃに、同電圧を印加するように構成されている。第１の電気的パス３３は、スイッチ３３ｂと中央部５１ａとの間で分岐して、中央部５１ａと中間部５１ｃに電気的に接続していてもよい。電源３０は、第２の電極５２を介さずに第１の電気的パス３３を介して中央部５１ａ及び中間部５１ｃに例えば－５００（Ｖ）以上、－５０（Ｖ）以下の電圧を印加する。

中央部５１ａの下方でのプラズマ密度が周縁部５１ｂの下方でのプラズマの密度よりも低い場合には、プラズマからの正イオンが中央部５１ａのガス孔５ｈに進入する確率は、プラズマからの正イオンが周縁部５１ｂのガス孔５ｈに進入する確率よりも高い。しかしながら、中央部５１ａが第１の電気的パス３３を介して第２の電極５２を介さずに電源３０と電気的に接続されている構成では、中央部５１ａのガス孔５ｈで二次電子が発生しても、二次電子の加速が抑制される。したがって、上部電極５Ｃでの異常放電が抑制される。なお、周縁部５１ｂは、電源３０に直接的に接続されていてもよい。即ち、周縁部５１ｂは、第２の電極５２を介さずに電気的パス（例えば、第１の電気的パス３３）を介して電源３０と電気的に接続されていてもよい。

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、第１の電極５１Ａ、第１の電極５１Ｂ及び５１Ｃの各々は、中間部５１ｃを有していなくてもよい。即ち、第１の電極５１は、中央部５１ａ及び周縁部５１ｂから構成されていてもよい。また、少なくとも一つの電源３０は、複数の電源から構成されていてもよい。

ここで、本開示に含まれる種々の例示的実施形態を、以下の［Ｅ１］～［Ｅ１３］に記載する。

［Ｅ１］
その内部に処理空間を提供するプラズマ処理チャンバと、
前記プラズマ処理チャンバ内に設けられた基板支持部と、
前記処理空間の上方から前記処理空間にガスを導入するシャワーヘッドを構成する上部電極であり、
前記処理空間に向けて開口した複数の第１のガス孔を提供する第１の電極と、
前記第１の電極上に直接的に設けられており、前記複数の第１のガス孔にそれぞれ連通する複数の第２のガス孔を提供する第２の電極と、
を含む該上部電極と、
第１の電気的パスで前記第１の電極の少なくとも一部に電気的に接続されており、第２の電気的パスで前記第２の電極に電気的に接続されており、前記第１の電極の少なくとも一部及び前記第２の電極に同電圧を印加するように構成された少なくとも一つの電源と、
を備えるプラズマ処理装置。

［Ｅ１］の実施形態では、第１の電極の電位と第２の電極の電位は、互いに同程度になる。したがって、複数の第１のガス孔と複数の第２のガス孔とが構成する上部電極の複数のガス孔の何れかにおいて電子が発生しても、電子は、第１の電極と第２の電極との間で加速されにくい。故に、上部電極での異常放電が抑制される。

［Ｅ２］
前記第１の電気的パスは、前記第２の電極を含んでおらず、
前記少なくとも一つの電源は、前記第２の電極を介さずに前記第１の電気的パスを介して前記第１の電極の前記少なくとも一部に、前記同電圧を印加するように構成されている、
［Ｅ１］に記載のプラズマ処理装置。

［Ｅ３］
前記少なくとも一つの電源は、一つの電源のみから構成される、［Ｅ１］又は［Ｅ２］に記載のプラズマ処理装置。

［Ｅ４］
前記第１の電極は、前記処理空間を上方から画成する天板であり、シリコン、炭化ケイ素、又は石英から形成されており、
前記第２の電極は、冷媒用流路を有する、
［Ｅ１］～［Ｅ３］の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

［Ｅ５］
前記第１の電極は、互いに電気的に分離された中央部及び周縁部を有し、
前記周縁部は、前記中央部を囲むように延在しており、
前記複数の第１のガス孔は、前記中央部及び前記周縁部にわたって分布しており、
前記中央部は、前記第２の電極を介して前記少なくとも一つの電源と電気的に接続されており、
前記少なくとも一つの電源は、前記第２の電極を介して前記中央部に電圧を印加するように構成されており、
前記周縁部は、前記第２の電極を介さずに前記第１の電気的パスを介して前記少なくとも一つの電源と電気的に接続されており、
前記少なくとも一つの電源は、前記第２の電極を介さずに前記第１の電気的パスを介して前記周縁部に、前記同電圧を印加するように構成されている、
［Ｅ１］～［Ｅ４］の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

［Ｅ６］
前記第１の電極は、前記中央部及び前記周縁部と電気的に分離された中間部を更に有し、
前記中間部は、前記中央部と前記周縁部との間に位置しており、
前記複数の第１のガス孔は、前記中央部、前記中間部、及び前記周縁部にわたって分布しており、
前記中間部は、前記第２の電極を介して前記少なくとも一つの電源と電気的に接続されており、
前記少なくとも一つの電源は、前記第２の電極を介して前記中間部に前記同電圧を印加するように構成されている、［Ｅ５］に記載のプラズマ処理装置。

［Ｅ７］
前記複数の第１のガス孔及び前記複数の第２のガス孔を介して、前記プラズマ処理チャンバ内にガスを供給するように構成されたガス供給部を更に備え、
前記ガス供給部が前記複数の第１のガス孔のうち前記周縁部に設けられた一群の第１のガス孔を介して前記プラズマ処理チャンバ内に供給するガスの流量は、該ガス供給部が前記複数の第１のガス孔のうち前記中央部に設けられた別の一群の第１のガス孔を介して前記プラズマ処理チャンバ内に供給するガスの流量よりも多い、［Ｅ５］又は［Ｅ６］に記載のプラズマ処理装置。

［Ｅ８］
前記第１の電極は、互いに電気的に分離された中央部及び周縁部を有し、
前記周縁部は、前記中央部を囲むように延在しており、
前記複数の第１のガス孔は、前記中央部及び前記周縁部にわたって分布しており、
前記中央部は、前記第２の電極を介さずに前記第１の電気的パスを介して前記少なくとも一つの電源と電気的に接続されており、
前記少なくとも一つの電源は、前記第２の電極を介さずに前記第１の電気的パスを介して前記中央部に、前記同電圧を印加するように構成されており、
前記周縁部は、前記第２の電極を介して前記少なくとも一つの電源と電気的に接続されており、
前記少なくとも一つの電源は、前記第２の電極を介して前記周縁部に電圧を印加するように構成されている、
［Ｅ１］～［Ｅ４］の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

［Ｅ９］
前記第１の電極は、前記中央部及び前記周縁部と電気的に分離された中間部を更に有し、
前記中間部は、前記中央部と前記周縁部との間に位置しており、
前記複数の第１のガス孔は、前記中央部、前記中間部、及び前記周縁部にわたって分布しており、
前記中間部は、前記第１の電気的パス又は第３の電気的パスを介して前記第２の電極を介さずに前記少なくとも一つの電源と電気的に接続されており、
前記少なくとも一つの電源は、前記第１の電気的パス又は第３の電気的パスを介して前記第２の電極を介さずに前記中間部に、前記同電圧を印加するように構成されている、［Ｅ８］に記載のプラズマ処理装置。

［Ｅ１０］
前記周縁部は、前記基板支持部上に支持される基板のエッジの上方に配置されている、
［Ｅ５］～［Ｅ９］に記載のプラズマ処理装置。

［Ｅ１１］
前記第１の電極の少なくとも一部及び前記第２の電極に印加される前記同電圧は、負電圧である、
［Ｅ１］～［Ｅ１０］の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

［Ｅ１２］
前記複数の第２のガス孔の各々の前記第１の電極の側の開口を画成する端部は、テーパ状をなしており、
前記複数の第２のガス孔の各々の前記開口の径は、前記複数の第１のガス孔の各々の径よりも大きい、
［Ｅ１］～［Ｅ１１］の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

［Ｅ１３］
前記第２の電極は、ガス拡散室を提供し、
前記複数の第２のガス孔はそれぞれ、前記ガス拡散室から前記複数の第１のガス孔に向けて延びている、
［Ｅ１］～［Ｅ１２］の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

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。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…プラズマ処理装置、５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ…上部電極、１０…プラズマ処理チャンバ、１０ｓ…処理空間、１１…基板支持部、１３…シャワーヘッド、１３ｂ…ガス拡散室、２０…ガス供給部、３０…電源、３３…第１の電気的パス、３４…第２の電気的パス、３５…第３の電気的パス、５１，５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ…第１の電極、５１ａ…中央部、５１ｂ…周縁部、５１ｃ…中間部、５１ｈ…第１のガス孔、５２…第２の電極、５２ｈ…第２のガス孔、５２ａ…冷媒用流路、５２ｂ…端部、Ｄ１，Ｄ２…径、Ｗ…基板。

Claims (13)

1. その内部に処理空間を提供するプラズマ処理チャンバと、
   前記プラズマ処理チャンバ内に設けられた基板支持部と、
   前記処理空間の上方から前記処理空間にガスを導入するシャワーヘッドを構成する上部電極であり、
   前記処理空間に向けて開口した複数の第１のガス孔を提供する第１の電極と、
   前記第１の電極上に直接的に設けられており、前記複数の第１のガス孔にそれぞれ連通する複数の第２のガス孔を提供する第２の電極と、
   を含む該上部電極と、
   第１の電気的パスで前記第１の電極の少なくとも一部に電気的に接続されており、第２の電気的パスで前記第２の電極に電気的に接続されており、前記第１の電極の少なくとも一部及び前記第２の電極に同電圧を印加するように構成された少なくとも一つの電源と、
   を備えるプラズマ処理装置。
2. 前記第１の電気的パスは、前記第２の電極を含んでおらず、
   前記少なくとも一つの電源は、前記第２の電極を介さずに前記第１の電気的パスを介して前記第１の電極の前記少なくとも一部に、前記同電圧を印加するように構成されている、
   請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記少なくとも一つの電源は、一つの電源のみから構成される、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記第１の電極は、前記処理空間を上方から画成する天板であり、シリコン、炭化ケイ素、又は石英から形成されており、
   前記第２の電極は、冷媒用流路を有する、
   請求項１～３の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記第１の電極は、互いに電気的に分離された中央部及び周縁部を有し、
   前記周縁部は、前記中央部を囲むように延在しており、
   前記複数の第１のガス孔は、前記中央部及び前記周縁部にわたって分布しており、
   前記中央部は、前記第２の電極を介して前記少なくとも一つの電源と電気的に接続されており、
   前記少なくとも一つの電源は、前記第２の電極を介して前記中央部に電圧を印加するように構成されており、
   前記周縁部は、前記第２の電極を介さずに前記第１の電気的パスを介して前記少なくとも一つの電源と電気的に接続されており、
   前記少なくとも一つの電源は、前記第２の電極を介さずに前記第１の電気的パスを介して前記周縁部に、前記同電圧を印加するように構成されている、
   請求項１～３の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記第１の電極は、前記中央部及び前記周縁部と電気的に分離された中間部を更に有し、
   前記中間部は、前記中央部と前記周縁部との間に位置しており、
   前記複数の第１のガス孔は、前記中央部、前記中間部、及び前記周縁部にわたって分布しており、
   前記中間部は、前記第２の電極を介して前記少なくとも一つの電源と電気的に接続されており、
   前記少なくとも一つの電源は、前記第２の電極を介して前記中間部に前記同電圧を印加するように構成されている、
   請求項５に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記複数の第１のガス孔及び前記複数の第２のガス孔を介して、前記プラズマ処理チャンバ内にガスを供給するように構成されたガス供給部を更に備え、
   前記ガス供給部が前記複数の第１のガス孔のうち前記周縁部に設けられた一群の第１のガス孔を介して前記プラズマ処理チャンバ内に供給するガスの流量は、該ガス供給部が前記複数の第１のガス孔のうち前記中央部に設けられた別の一群の第１のガス孔を介して前記プラズマ処理チャンバ内に供給するガスの流量よりも多い、
   請求項５に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記第１の電極は、互いに電気的に分離された中央部及び周縁部を有し、
   前記周縁部は、前記中央部を囲むように延在しており、
   前記複数の第１のガス孔は、前記中央部及び前記周縁部にわたって分布しており、
   前記中央部は、前記第２の電極を介さずに前記第１の電気的パスを介して前記少なくとも一つの電源と電気的に接続されており、
   前記少なくとも一つの電源は、前記第２の電極を介さずに前記第１の電気的パスを介して前記中央部に、前記同電圧を印加するように構成されており、
   前記周縁部は、前記第２の電極を介して前記少なくとも一つの電源と電気的に接続されており、
   前記少なくとも一つの電源は、前記第２の電極を介して前記周縁部に電圧を印加するように構成されている、
   請求項１～３の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記第１の電極は、前記中央部及び前記周縁部と電気的に分離された中間部を更に有し、
   前記中間部は、前記中央部と前記周縁部との間に位置しており、
   前記複数の第１のガス孔は、前記中央部、前記中間部、及び前記周縁部にわたって分布しており、
   前記中間部は、前記第１の電気的パス又は第３の電気的パスを介して前記第２の電極を介さずに前記少なくとも一つの電源と電気的に接続されており、
   前記少なくとも一つの電源は、前記第１の電気的パス又は第３の電気的パスを介して前記第２の電極を介さずに前記中間部に、前記同電圧を印加するように構成されている、
   請求項７に記載のプラズマ処理装置。
10. 前記周縁部は、前記基板支持部上に支持される基板のエッジの上方に配置されている、
    請求項７に記載のプラズマ処理装置。
11. 前記第１の電極の少なくとも一部及び前記第２の電極に印加される前記同電圧は、負電圧である、
    請求項１～３の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
12. 前記複数の第２のガス孔の各々の前記第１の電極の側の開口を画成する端部は、テーパ状をなしており、
    前記複数の第２のガス孔の各々の前記開口の径は、前記複数の第１のガス孔の各々の径よりも大きい、
    請求項１～３の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
13. 前記第２の電極は、ガス拡散室を提供し、
    前記複数の第２のガス孔はそれぞれ、前記ガス拡散室から前記複数の第１のガス孔に向けて延びている、
    請求項１～３の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

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