JP4777790B2 - Structure for plasma processing chamber, plasma processing chamber, and plasma processing apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、プラズマ処理室用構造物、プラズマ処理室、及びプラズマ処理装置に関し、特に、プラズマに暴露されるプラズマ処理室用構造物に関する。 The present invention relates to a plasma processing chamber structure, a plasma processing chamber, and a plasma processing apparatus, and more particularly to a plasma processing chamber structure that is exposed to plasma.
従来より、円筒状の容器と、該容器内に配置され且つ高周波電源に接続された電極とを備えるプラズマ処理室が知られている。このプラズマ処理室では、容器内に処理ガスが導入され、電極が容器内の空間に高周波電力を印加する。また、基板としての半導体ウエハを容器内に収容したときに、導入された処理ガスを高周波電力によってプラズマにしてイオン等を発生させ、該イオン等によって半導体ウエハにプラズマ処理、例えば、エッチング処理を施す。 Conventionally, there has been known a plasma processing chamber including a cylindrical container and an electrode disposed in the container and connected to a high-frequency power source. In the plasma processing chamber, a processing gas is introduced into the container, and the electrode applies high-frequency power to the space in the container. Further, when a semiconductor wafer as a substrate is accommodated in a container, the introduced processing gas is converted into plasma by high frequency power to generate ions and the like, and the semiconductor wafer is subjected to plasma processing, for example, etching processing by the ions and the like. .
上述したプラズマ処理室において、処理ガスとして反応性ガス、例えば、C4F8ガスとアルゴン(Ar)ガスとの混合ガスを用いた場合、該反応性ガスから生じたデポ性の活性種(ラジカル)が容器の側部内壁(以下、単に「側壁」という。)にポリマーとして付着する。ポリマーの付着量が多すぎる場合、半導体ウエハにプラズマ処理を施すときに、該ポリマーが側壁より剥離して半導体ウエハの表面にデポとして付着することがあるため、側壁に付着したポリマーを除去する必要がある。 In the above-described plasma processing chamber, when a reactive gas, for example, a mixed gas of C 4 F 8 gas and argon (Ar) gas is used as a processing gas, depot active species (radicals) generated from the reactive gas are used. ) Adheres as a polymer to the inner side wall of the container (hereinafter simply referred to as “side wall”). If the amount of polymer attached is too large, when the plasma treatment is performed on the semiconductor wafer, the polymer may peel from the side wall and adhere to the surface of the semiconductor wafer as a deposit, so it is necessary to remove the polymer attached to the side wall. There is.
側壁に付着したポリマーは、処理ガスがプラズマとなったときに発生する陽イオンを側壁に衝突させて除去するのが好ましく、陽イオンの側壁への衝突回数は側壁の電位(ポテンシャル)によって左右される。具体的には、側壁の電位が低く、側壁と、処理空間において処理ガスから形成されたプラズマとの電位差が大きいとき、陽イオンの側壁への衝突回数が増加し、付着したポリマーは除去される。 The polymer adhering to the side wall is preferably removed by colliding the cation generated when the processing gas becomes plasma with the side wall, and the number of times the cation collides with the side wall depends on the potential of the side wall. The Specifically, when the potential of the side wall is low and the potential difference between the side wall and the plasma formed from the processing gas in the processing space is large, the number of collisions of the cation with the side wall increases and the attached polymer is removed. .
ところが、処理ガスとしてO2ガスを用いるような、デポ性の活性種が生じないプロセス(デポレスプロセス)では、側壁とプラズマとの電位差が大き過ぎると、陽イオンの側壁への衝突回数が増えすぎて付着したポリマーだけでなく側壁も削られることがある。したがって、側壁の電位を制御して陽イオンの側壁への衝突回数を適切に調整する必要がある。 However, in a process in which no active species such as O 2 gas is generated as a processing gas (depotless process), if the potential difference between the side wall and the plasma is too large, the number of times the cation collides with the side wall increases. The side walls as well as the attached polymer may be scraped off. Therefore, it is necessary to appropriately adjust the number of collisions of cations on the side wall by controlling the potential of the side wall.
プラズマ処理室の側壁の電位を制御する技術としては、プラズマ処理室における容器のアノード/カソード比を調整する方法が知られている。容器のアノード/カソード比は容器内に配設された上部電極及び下部電極の間の距離(ギャップ)や容器内に配されたバッフル板の位置に応じて変化する。したがって、アノード/カソード比を調整するために、上記ギャップやバッフル板の位置を変更する必要があり、その結果、容器内におけるプラズマの密度分布等をエッチング処理に好ましい分布に設定することができないことがある。 As a technique for controlling the potential of the side wall of the plasma processing chamber, a method of adjusting the anode / cathode ratio of the container in the plasma processing chamber is known. The anode / cathode ratio of the container changes depending on the distance (gap) between the upper electrode and the lower electrode disposed in the container and the position of the baffle plate disposed in the container. Therefore, in order to adjust the anode / cathode ratio, it is necessary to change the position of the gap or the baffle plate, and as a result, the plasma density distribution in the container cannot be set to a preferable distribution for the etching process. There is.
そこで、容器のアノード/カソード比を調整することなくプラズマ処理室の側壁の電位を制御する技術として、側壁と接地電位の間に可変のコンデンサやコイル等のインピーダンス調整手段を備える電位制御回路を配置し、電位制御回路のインピーダンスを調整することによって側壁の電位を制御する技術が知られている(例えば、特許文献1及び2参照。)。 Therefore, as a technique for controlling the potential of the side wall of the plasma processing chamber without adjusting the anode / cathode ratio of the vessel, a potential control circuit including an impedance adjusting means such as a variable capacitor or coil is disposed between the side wall and the ground potential. A technique for controlling the potential of the sidewall by adjusting the impedance of the potential control circuit is known (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
また、側壁だけでなく電極表面にもポリマーが付着し、若しくは陽イオンによって電極が削られることがあるため、電極と接地電位の間にインピーダンス調整手段を備える電位制御回路を配置して電極の電位も制御するのが好ましい。
しかしながら、上述した電位を制御する技術では、インピーダンス調整手段を備える電位制御回路が必要となるため、プラズマ処理室の構造が複雑になるという問題がある。また、これにより、プラズマ処理室の製造コストが上昇する。 However, the above-described technology for controlling the potential requires a potential control circuit including an impedance adjusting unit, which causes a problem that the structure of the plasma processing chamber is complicated. This also increases the manufacturing cost of the plasma processing chamber.
また、上述した電位を制御する技術では、側壁の電位を一様にしか制御できないが、ポリマーの付着量はプラズマ処理室内において一様ではないため、ポリマーの除去を適切に行うことができない。 In the above-described technique for controlling the potential, the side wall potential can be controlled only uniformly. However, since the amount of polymer adhering is not uniform in the plasma processing chamber, the polymer cannot be removed properly.
本発明の第1の目的は、電位を制御することができると共に、プラズマ処理室の構造を簡素化することができるプラズマ処理室用構造物、プラズマ処理室、及びプラズマ処理装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION A first object of the present invention is to provide a plasma processing chamber structure, a plasma processing chamber, and a plasma processing apparatus capable of controlling the potential and simplifying the structure of the plasma processing chamber. is there.
本発明の第2の目的は、電位を制御することができると共に、付着物の除去を適切に行うことができるプラズマ処理室用部品、プラズマ処理室、及びプラズマ処理装置を提供することにある。 A second object of the present invention is to provide a plasma processing chamber part, a plasma processing chamber, and a plasma processing apparatus that can control the potential and appropriately remove the deposits.
上記第1の目的を達成するために、請求項1記載のプラズマ処理室用構造物は、基板を収容する処理空間を有する容器と、該容器内に配置され且つ前記収容された基板を載置する載置台とを有するプラズマ処理室であって、前記載置台は少なくとも1つの高周波電源に接続されるプラズマ処理室に配置されるプラズマ処理室用構造物において、電気的に接地する導電性の冷却部材と、該導電性の冷却部材及び前記処理空間の間に介在して前記処理空間に露出する面を有し、且つ電気的に浮遊する板状電極と、前記導電性の冷却部材及び前記板状電極の間に配置される、誘電体からなる少なくとも1つの絶縁性部材と、バッファ室を内部に有する支持体とを備え、前記板状電極、前記少なくとも1つの絶縁性部材、前記導電性の冷却部材、及び前記支持体は、前記処理空間にガスを供給するシャワーヘッドを構成し、該シャワーヘッドは前記導電性の冷却部材、前記少なくとも1つの絶縁性部材及び前記板状電極、を直線的に貫通する複数のガス孔を備え、前記複数のガス孔は前記支持体のバッファ室に連通することを特徴とする。 In order to achieve the first object, a plasma processing chamber structure according to claim 1 is provided with a container having a processing space for storing a substrate, and a substrate disposed in the container and placed in the container. A plasma processing chamber having a mounting table that is electrically conductively grounded in a plasma processing chamber structure disposed in the plasma processing chamber connected to at least one high-frequency power source. and member, interposed between the conductive cooling member and the processing space has a surface exposed to the processing space, and a plate-shaped electrode electrically floating, the conductive cooling member and the plate At least one insulating member made of a dielectric material and a support having a buffer chamber inside, the plate-like electrode, the at least one insulating member, and the conductive member. A cooling member, and The support constitutes a shower head that supplies gas to the processing space, and the shower head linearly penetrates the conductive cooling member, the at least one insulating member, and the plate electrode. Gas holes, and the plurality of gas holes communicate with a buffer chamber of the support .
請求項2記載のプラズマ処理室用構造物は、請求項1記載のプラズマ処理室用構造物において、前記板状電極は直流電源と接続されることを特徴とする。 The plasma processing chamber structure according to claim 2 is the plasma processing chamber structure according to claim 1, wherein the plate electrode is connected to a DC power source.
請求項3記載のプラズマ処理室用構造物は、請求項1又は2記載のプラズマ処理室用構造物において、前記少なくとも1つの絶縁性部材の物性に応じて変化する前記シャワーヘッドの電気的容量が1000pF以上であることを特徴とする。 The plasma processing chamber structure according to claim 3 is the plasma processing chamber structure according to claim 1 or 2, wherein the electric capacity of the shower head that changes in accordance with the physical properties of the at least one insulating member. It is 1000 pF or more.
請求項4記載のプラズマ処理室用構造物は、請求項3記載のプラズマ処理室用構造物において、前記電気的容量が50000pF以上であることを特徴とする。 The plasma processing chamber structure according to claim 4 is the plasma processing chamber structure according to claim 3, wherein the electric capacity is 50000 pF or more.
請求項5記載のプラズマ処理室用構造物は、請求項1乃至4のいずれか1項に記載のプラズマ処理室用構造物において、前記少なくとも1つの絶縁性部材は金属酸化物及び金属窒化物からなる群から選択された少なくとも1つの材料からなることを特徴とする。 The plasma processing chamber structure according to claim 5 is the plasma processing chamber structure according to any one of claims 1 to 4, wherein the at least one insulating member is made of metal oxide and metal nitride. It consists of at least 1 material selected from the group which consists of.
請求項6記載のプラズマ処理室用構造物は、請求項1乃至4のいずれか1項に記載のプラズマ処理室用構造物において、前記少なくとも1つの絶縁性部材は有機珪素化合物からなることを特徴とする。 The plasma processing chamber structure according to claim 6 is the plasma processing chamber structure according to any one of claims 1 to 4, wherein the at least one insulating member is made of an organosilicon compound. And
請求項7記載のプラズマ処理室用構造物は、請求項1乃至4のいずれか1項に記載のプラズマ処理室用構造物において、前記少なくとも1つの絶縁性部材は有機物からなることを特徴とする。 The structure for a plasma processing chamber according to claim 7 is the structure for a plasma processing chamber according to any one of claims 1 to 4, wherein the at least one insulating member is made of an organic material. .
請求項8記載のプラズマ処理室用構造物は、請求項1乃至7のいずれか1項に記載のプラズマ処理室用構造物において、前記少なくとも1つの絶縁性部材の厚さは部位に応じて変化することを特徴とする。 The plasma processing chamber structure according to claim 8 is the plasma processing chamber structure according to any one of claims 1 to 7, wherein a thickness of the at least one insulating member varies depending on a part. It is characterized by doing.
請求項9記載のプラズマ処理室用構造物は、請求項8記載のプラズマ処理室用構造物において、前記少なくとも1つの絶縁性部材の厚さが前記容器の中央部へ向けて小さくなることを特徴とする。 The plasma processing chamber structure according to claim 9 is the plasma processing chamber structure according to claim 8, wherein the thickness of the at least one insulating member decreases toward the central portion of the container. And
請求項10記載のプラズマ処理室用構造物は、請求項1乃至7のいずれか1項に記載のプラズマ処理室用構造物において、前記少なくとも1つの絶縁性部材が部位に応じて異なる材料で形成されることを特徴とする。
The plasma processing chamber structure according to
請求項11記載のプラズマ処理室用構造物は、請求項10記載のプラズマ処理室用構造物において、前記少なくとも1つの絶縁性部材において配される材料の比誘電率が前記容
器の中央部へ向けて大きくなることを特徴とする。
The plasma processing chamber structure according to
上記第1の目的を達成するために、請求項12記載のプラズマ処理室用構造物は、基板を収容する処理空間を有する容器と、該容器内に配置され且つ前記収容された基板を載置する載置台とを有するプラズマ処理室であって、前記載置台は少なくとも1つの高周波電源に接続されるプラズマ処理室に配置されるプラズマ処理室用構造物において、電気的に接地する導電性の冷却部材と、該導電性の冷却部材及び前記処理空間の間に介在して前記処理空間に露出する面を有し、且つ電気的に浮遊する板状電極と、前記導電性の冷却部材及び前記板状電極の間に介在する真空層と、バッファ室を内部に有する支持体とを備え、前記板状電極、前記真空層、前記導電性の冷却部材、及び前記支持体は、前記処理空間にガスを供給するシャワーヘッドを構成し、該シャワーヘッドは前記導電性の冷却部材、前記真空層及び前記板状電極、を直線的に貫通する複数のガス孔を備え、前記複数のガス孔は前記支持体のバッファ室に連通することを特徴とする。
In order to achieve the first object, a structure for a plasma processing chamber according to
上記第1の目的を達成するために、請求項13記載のプラズマ処理室は、基板を収容する処理空間を有する容器と、該容器内に配置され且つ前記収容された基板を載置する載置台とを有するプラズマ処理室であって、前記載置台は少なくとも1つの高周波電源に接続されるプラズマ処理室において、電気的に接地する導電性の冷却部材と、該導電性の冷却部材及び前記処理空間の間に介在して前記処理空間に露出する面を有し、且つ電気的に浮遊する板状電極と、前記導電性の冷却部材及び前記板状電極の間に配置される、誘電体からなる少なくとも1つの絶縁性部材と、バッファ室を内部に有する支持体とを備え、前記板状電極、前記少なくとも1つの絶縁性部材、前記導電性の冷却部材、及び前記支持体は、前記処理空間にガスを供給するシャワーヘッドを構成し、該シャワーヘッドは前記導電性の冷却部材、前記少なくとも1つの絶縁性部材及び前記板状電極を直線的に貫通する複数のガス孔を備え、前記複数のガス孔は前記支持体のバッファ室に連通するプラズマ処理室用構造物を備えることを特徴とする。
In order to achieve the first object, a plasma processing chamber according to
上記第1の目的を達成するために、請求項14記載のプラズマ処理装置は、基板を収容する処理空間を有する容器と、該容器内に配置され且つ前記収容された基板を載置する載置台とを有するプラズマ処理室であって、前記載置台は少なくとも1つの高周波電源に接続されるプラズマ処理室を備えるプラズマ処理装置において、前記プラズマ処理室は、電気的に接地する導電性の冷却部材と、該導電性の冷却部材及び前記処理空間の間に介在して前記処理空間に露出する面を有し、且つ電気的に浮遊する板状電極と、前記導電性の冷却部材及び前記板状電極の間に配置される、誘電体からなる少なくとも1つの絶縁性部材と、バッファ室を内部に有する支持体とを有し、前記板状電極、前記少なくとも1つの絶縁性部材、前記導電性の冷却部材、及び前記支持体は、前記処理空間にガスを供給するシャワーヘッドを構成し、該シャワーヘッドは前記導電性の冷却部材、前記少なくとも1つの絶縁性部材及び前記板状電極を直線的に貫通する複数のガス孔を備え、前記複数のガス孔は前記支持体のバッファ室に連通するプラズマ処理室用構造物を備えることを特徴とする。
In order to achieve the first object, a plasma processing apparatus according to
請求項1記載のプラズマ処理室用構造物、請求項13記載のプラズマ処理室、及び請求項14記載のプラズマ処理装置によれば、プラズマ処理室用構造物が電気的に接地する導電性の冷却部材と、該導電性の冷却部材及び処理空間の間に介在して処理空間に露出する面を有し、且つ電気的に浮遊する板状電極と、導電性の冷却部材及び板状電極の間に配置される、誘電体からなる少なくとも1つの絶縁性部材と、バッファ室を内部に有する支持体とを備える。2つの導電性部材である導電性の冷却部材及び板状電極と、該導電性の冷却部材及び板状電極の間に介在する誘電体とを有する構造物は所定の電気的容量を有する。この構造物では導電性の冷却部材の電位は接地電位に固定される。また、容器の空間に高周波電力を印加してプラズマを発生させると、当該構造物の近傍では電子の非常に少ない領域であるシースが発生する。また、構造物はその電気的容量の大きさに見合った大きさのインピーダンス((容量)リアクタンス)を有する。高周波電力に対応する交流電流がシース及び構造物を通過する際、空間から接地電位への電圧降下が生じるが、該電圧降下はシース及び構造物のそれぞれによって分担される。シース及び構造物の電圧降下分担比率は構造物の(容量)リアクタンスの大きさに応じて変化する。また、板状電極の処理空間に露出する面には構造物が分担する電圧降下に見合った電位が生じる。したがって、構造物の電気的容量の大きさを制御することによって電位制御回路を用いずに電位を制御することができる。その結果、電位を制御することができると共に、プラズマ処理室の構造を簡素化することができる。
According to the plasma processing chamber structure according to claim 1, the plasma processing chamber according to
請求項2記載のプラズマ処理室用構造物によれば、板状電極は直流電源と接続される。直流電源を導電性部材に接続して直流電力を該導電性部材に供給する場合、高周波電力を供給する際に必要な整合器を用いる必要がなく、また、当該構造物にはイオンのみが引き込まれて電子が引き込まれない状態を維持できるので、容器内の空間において電子が減少することが無い。したがって、プラズマ処理室の構造をより簡素化することができると共に、プラズマ処理の効率を向上することができる。 According to the plasma processing chamber structure of the second aspect, the plate electrode is connected to the DC power source. When a DC power source is connected to a conductive member and DC power is supplied to the conductive member, it is not necessary to use a matching unit necessary for supplying high-frequency power, and only ions are drawn into the structure. since being able to maintain a state in which electrons are not drawn, it is not free electrons is reduced in the space in the container. Therefore, the structure of the plasma processing chamber can be further simplified, and the efficiency of the plasma processing can be improved.
請求項3記載のプラズマ処理室用構造物によれば、少なくとも1つの絶縁性部材の物性に応じて変化するシャワーヘッドの電気的容量が1000pF以上であるので、構造物の(容量)リアクタンスを小さくすることができ、構造物が分担する電圧降下量を小さくすることができる。これにより、板状電極の空間に露出する面に発生する電位をより低くすることができ、構造物に付着するポリマーを効率良く除去することができる。 According to the plasma processing chamber structure of the third aspect, since the electric capacity of the shower head that changes according to the physical property of at least one insulating member is 1000 pF or more, the (capacitance) reactance of the structure is reduced. The voltage drop amount shared by the structure can be reduced. Thereby, the electric potential which generate | occur | produces in the surface exposed to the space of a plate-shaped electrode can be made lower, and the polymer adhering to a structure can be removed efficiently.
請求項4記載のプラズマ処理室用構造物によれば、電気的容量が50000pF以上であるので、構造物の(容量)リアクタンスをより低くすることができる。 According to the plasma processing chamber structure of the fourth aspect, since the electric capacity is 50000 pF or more, the (capacitance) reactance of the structure can be further reduced.
請求項5記載のプラズマ処理室用構造物によれば、少なくとも1つの絶縁性部材は金属酸化物及び金属窒化物からなる群から選択された少なくとも1つの材料からなるので、第1の導電性部材及び第2の導電性部材の間の伝熱効率を向上することができ、これにより、構造物の温度制御を容易に行うことができる。 According to the structure for a plasma processing chamber according to claim 5, since the at least one insulating member is made of at least one material selected from the group consisting of metal oxide and metal nitride, the first conductive member is used. And the heat transfer efficiency between 2nd electroconductive members can be improved, and, thereby, temperature control of a structure can be performed easily.
請求項6記載のプラズマ処理室用構造物によれば、少なくとも1つの絶縁性部材は有機珪素化合物からなるので、高伝熱性と高絶縁性を両立することができる。 According to the plasma processing chamber structure of the sixth aspect, since at least one insulating member is made of an organic silicon compound, both high heat transfer properties and high insulating properties can be achieved.
請求項7記載のプラズマ処理室用構造物によれば、少なくとも1つの絶縁性部材は有機物からなるので、高絶縁性を確保できると共に、構造物の電気的容量を容易に大きくすることができる。 According to the structure for a plasma processing chamber of the seventh aspect, since at least one insulating member is made of an organic material, high insulation can be secured and the electrical capacity of the structure can be easily increased.
請求項8記載のプラズマ処理室用構造物によれば、少なくとも1つの絶縁性部材の厚さは部位に応じて変化するので、各部位に付着するポリマーの量に応じて各部位に発生する電位を変化させることができ、これにより、各部位において付着するポリマーの量を一定に制御することができる。 According to the structure for a plasma processing chamber according to claim 8, since the thickness of at least one insulating member varies depending on the site, the potential generated at each site according to the amount of polymer adhering to each site. The amount of polymer deposited at each site can be controlled to be constant.
請求項9記載のプラズマ処理室用構造物によれば、少なくとも1つの絶縁性部材の厚さが容器の中央部へ向けて小さくなる。絶縁性部材の厚さが小さくなると、電気的容量が大きくなり(容量)リアクタンスが小さくなるので、構造物が分担する電圧降下量が小さくなる。また、プラズマ処理においてポリマーの発生量は容器の中央部に向けて多くなる場合がある。この場合において、第2の導電性部材の空間に露出する面にポリマーの発生量に応じて適切な電位を容易に発生させることができる。 According to the plasma processing chamber structure of the ninth aspect, the thickness of at least one insulating member decreases toward the center of the container. When the thickness of the insulating member is reduced, the electric capacity is increased (capacitance) and the reactance is decreased, so that the voltage drop amount shared by the structure is decreased. In addition, the amount of polymer generated in the plasma treatment may increase toward the center of the container. In this case, an appropriate potential can be easily generated on the surface exposed to the space of the second conductive member in accordance with the amount of polymer generated.
請求項10記載のプラズマ処理室用構造物によれば、少なくとも1つの絶縁性部材が部位に応じて異なる材料で形成されるので、各部位に付着するポリマーの量に応じて各部位に発生する電位を変化させることができ、これにより、各部位において付着するポリマーの量を一定に制御することができる。
According to the structure for a plasma processing chamber according to
請求項11記載のプラズマ処理室用構造物によれば、少なくとも1つの絶縁性部材において配される材料の比誘電率が容器の中央部へ向けて大きくなる。絶縁性部材の比誘電率が大きくなると、電気的容量が大きくなり(容量)リアクタンスが小さくなるので、構造物が分担する電圧降下量が小さくなる。また、プラズマ処理においてポリマーの発生量は容器の中央部に向けて多くなる場合がある。この場合において、第2の導電性部材の空間に露出する面にポリマーの発生量に応じて適切な電位を容易に発生させることができる。 According to the plasma processing chamber structure of the eleventh aspect, the relative dielectric constant of the material disposed in the at least one insulating member increases toward the central portion of the container. When the relative dielectric constant of the insulating member increases, the electric capacity is increased (capacitive) reactance decreases, the amount of voltage drop structures share decreases. Further, the amount of polymer in a plasma processing may become more towards the center of the container. In this case, an appropriate potential can be easily generated on the surface exposed to the space of the second conductive member in accordance with the amount of polymer generated.
請求項12記載のプラズマ処理室用構造物によれば、電気的に接地する導電性の冷却部材と、該導電性の冷却部材及び処理空間の間に介在して処理空間に露出する面を有し、且つ電気的に浮遊する板状電極と、導電性の冷却部材及び板状電極の間に介在する真空層と、バッファ室を内部に有する支持体とを備える。2つの導電性部材である導電性の冷却部材及び板状電極と、該導電性の冷却部材及び板状電極の間に介在する真空層とを有する構造物は所定の電気的容量を有する。この構造物では導電性の冷却部材の電位は接地電位に固定される。また、容器の空間に高周波電力を印加してプラズマを発生させると、当該構造物の近傍では電子の非常に少ない領域であるシースが発生する。また、構造物はその電気的容量の大きさに見合った大きさのインピーダンス((容量)リアクタンス)を有する。高周波電力に対応する交流電流がシース及び構造物を通過する際、空間から接地電位への電圧降下が生じるが、該電圧降下はシース及び構造物のそれぞれによって分担される。シース及び構造物の電圧降下分担比率は構造物の(容量)リアクタンスの大きさに応じて変化する。また、板状電極の処理空間に露出する面には構造物が分担する電圧降下に見合った電位が生じる。したがって、構造物の電気的容量の大きさを制御することによって電位制御回路を用いずに電位を制御することができる。その結果、電位を制御することができると共に、プラズマ処理室の構造を簡素化することができる。 According to claim 12 the plasma processing chamber for Structure according, organic conductive cooling member electrically grounded, the surface exposed to the intervening the processing space between the conductive cooling member and the processing space And an electrically floating plate electrode , a conductive cooling member and a vacuum layer interposed between the plate electrode , and a support having a buffer chamber therein . A structure having two conductive members , a conductive cooling member and a plate-like electrode, and a vacuum layer interposed between the conductive cooling member and the plate-like electrode has a predetermined electric capacity. In this structure, the potential of the conductive cooling member is fixed to the ground potential. In addition, when high-frequency power is applied to the space of the container to generate plasma, a sheath that is a region with very few electrons is generated in the vicinity of the structure. In addition, the structure has an impedance ((capacitance) reactance) having a magnitude commensurate with the size of its electric capacity. When an alternating current corresponding to high-frequency power passes through the sheath and the structure, a voltage drop from the space to the ground potential occurs. The voltage drop is shared by the sheath and the structure. The voltage drop sharing ratio of the sheath and the structure changes according to the magnitude of the (capacitance) reactance of the structure. Further, a potential corresponding to the voltage drop shared by the structure is generated on the surface of the plate electrode exposed to the processing space. Therefore, the potential can be controlled without using the potential control circuit by controlling the electric capacity of the structure. As a result, the potential can be controlled and the structure of the plasma processing chamber can be simplified.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、本発明の第1の実施の形態に係るプラズマ処理室用構造物を備えるプラズマ処理室について説明する。 First, a plasma processing chamber including the plasma processing chamber structure according to the first embodiment of the present invention will be described.
図1は、本実施の形態に係るプラズマ処理室用構造物を備えるプラズマ処理室の概略構成を示す断面図である。このプラズマ処理室は基板としての半導体ウエハWにRIE(Reactive Ion Etching)処理やアッシング処理を施すように構成されている。 Figure 1 is a sectional view showing a schematic configuration of a plasma processing chamber comprises a plasma processing chamber for structures according to the shape condition of the present embodiment. This plasma processing chamber is configured to perform RIE (Reactive Ion Etching) processing or ashing processing on a semiconductor wafer W as a substrate.
図1において、プラズマ処理室10は円筒形状の容器11を有し、該容器11は内部に処理空間Sを有する。また、容器11内には、例えば、直径が300mmの半導体ウエハW(以下、単に「ウエハW」という。)を載置する載置台としての円柱状のサセプタ12が配置されている。容器11の内壁面は容器側壁部材45で覆われる。該容器側壁部材45はアルミニウムからなり、その処理空間Sに面する面はイットリア(Y2O3)でコーティングされている。また、容器11は電気的に接地し、サセプタ12は容器11の底部に絶縁性部材29を介して設置される。サセプタ12の側面はサセプタ側面被覆部材60で覆われる。
In FIG. 1, a
プラズマ処理室10では、容器11の内側壁とサセプタ12の側面とによって、サセプタ12上方の気体分子を容器11の外へ排出する流路として機能する排気路13が形成される。この排気路13の途中にはプラズマの漏洩を防止する環状のバッフル板14が配置される。また、排気路13におけるバッフル板14より下流の空間は、サセプタ12の下方へ回り込み、可変式バタフライバルブである自動圧力制御弁(Adaptive Pressure Control Valve)(以下、「APCバルブ」という。)15に連通する。APCバルブ15は、アイソレータ(Isolator)16を介して真空引き用の排気ポンプであるターボ分子ポンプ(Turbo Molecular Pump)(以下、「TMP」という。)17に接続され、TMP17は、バルブV1を介して排気ポンプであるドライポンプ(以下、「DP」という。)18に接続されている。APCバルブ15、アイソレータ16、TMP17、バルブV1及びDP18によって構成される排気流路は、APCバルブ15によって容器11内の圧力制御を行い、さらにTMP17及びDP18によって容器11内をほぼ真空状態になるまで減圧する。
In the
また、配管19がアイソレータ16及びAPCバルブ15の間からバルブV2を介してDP18に接続されている。配管19及びバルブV2は、TMP17をバイパスして、DP18によって容器11内を粗引きする。
A
サセプタ12には高周波電源20が給電棒21及び整合器(Matcher)22を介して接
続されており、該高周波電源20は、比較的高い周波数、例えば、40MHzの高周波電力をサセプタ12に供給する。これにより、サセプタ12は下部電極として機能する。また、整合器22は、サセプタ12からの高周波電力の反射を低減して高周波電力のサセプタ12への供給効率を最大にする。サセプタ12は高周波電源20から供給された40MHzの高周波電力を処理空間Sに印加する。このとき、処理空間Sには印加された高周波電力に起因する電位(ポテンシャル)が発生する。
A high
また、サセプタ12には、さらに他の高周波電源46が給電棒35及び整合器36を介して接続されており、該他の高周波電源46は、比較的低い周波数、例えば、2MHzの高周波電力をサセプタ12に供給する。整合器36は整合器22と同様の機能を有する。
Further, another high-
サセプタ12、特にその表面には供給された2MHzの高周波電力に起因して高周波(2MHz)の電位が発生する。また、該表面には供給された40MHzの高周波電力にも起因して電位が発生する。
A high frequency (2 MHz) potential is generated on the
したがって、処理空間S及びサセプタ12にはそれぞれ電位が発生するため、処理空間Sにおいて発生する陽イオンのうち、処理空間Sの電位とサセプタ12の電位との差に応じた数の陽イオンがサセプタ12の表面に衝突する。サセプタ12の表面に衝突する陽イオンは衝撃力等によってサセプタ12の表面に付着しているポリマーを除去する。
Accordingly, since potentials are generated in the processing space S and the
サセプタ12の内部上方には、導電膜からなる円板状のESC電極板23が配置されている。ESC電極板23にはESC直流電源24が電気的に接続されている。ウエハWは、ESC直流電源24からESC電極板23に印加された直流電圧により発生するクーロン力又はジョンソン・ラーベック(Johnsen-Rahbek)力によってサセプタ12の上面に吸着保持される。また、サセプタ12の上方には、サセプタ12の上面に吸着保持されたウエハWの周りを囲うように円環状のフォーカスリング25が配設される。このフォーカスリング25は、処理空間Sに露出し、該処理空間SにおいてプラズマをウエハWの表面に向けて収束し、RIE処理やアッシング処理の効率を向上させる。
A disc-shaped
また、サセプタ12の内部には、例えば、円周方向に延在する環状の冷媒室26が設けられる。この冷媒室26には、チラーユニット(図示せず)から冷媒用配管27を介して所定温度の冷媒、例えば、冷却水やガルデン(登録商標)液が循環供給され、当該冷媒の温度によってサセプタ12上面に吸着保持されたウエハWの処理温度が制御される。
Further, for example, an annular
さらに、サセプタ12の上面のウエハWが吸着保持される部分(以下、「吸着面」という。)には、複数の伝熱ガス供給孔28が開口している。これら複数の伝熱ガス供給孔28は、サセプタ12内部に配置された伝熱ガス供給ライン30を介して伝熱ガス供給部32に接続され、該伝熱ガス供給部32は伝熱ガスとしてのヘリウムガスを、伝熱ガス供給孔28を介して吸着面及びウエハWの裏面の間隙に供給する。
Further, a plurality of heat transfer gas supply holes 28 are opened in a portion of the upper surface of the
また、サセプタ12の吸着面には、サセプタ12の上面から突出自在なリフトピンとしての複数のプッシャーピン33が配置されている。これらのプッシャーピン33は、モータ(図示せず)とボールねじ(図示せず)を介して接続され、ボールねじによって直線運動に変換されたモータの回転運動に起因して吸着面から自在に突出する。ウエハWにRIE処理やアッシング処理を施すためにウエハWを吸着面に吸着保持するときには、プッシャーピン33はサセプタ12に収容され、RIE処理やアッシング処理が施されたウエハWを容器11から搬出するときには、プッシャーピン33はサセプタ12の上面から突出してウエハWをサセプタ12から離間させて上方へ持ち上げる。
A plurality of pusher pins 33 as lift pins that can protrude from the upper surface of the
容器11の天井部には、サセプタ12と対向するようにガス導入シャワーヘッド34が配置されている。ガス導入シャワーヘッド34にはバッファ室40が設けられ、このバッファ室40には処理ガス供給部(図示せず)からの処理ガス導入管41が接続されている。この処理ガス導入管41の途中には配管インシュレータ42が配置されている。また、ガス導入シャワーヘッド34は、バッファ室40を処理空間Sに導通させる複数のガス穴37を有する。ガス導入シャワーヘッド34は、処理ガス導入管41からバッファ室40へ供給された処理ガスをガス穴37を経由して容器11内へ供給する。
A gas
また、容器11の側壁には、プッシャーピン33によってサセプタ12から上方へ持ち上げられたウエハWの高さに対応する位置にウエハWの搬出入口43が設けられ、搬出入口43には、該搬出入口43を開閉するゲートバルブ44が取り付けられている。
Further, on the side wall of the
このプラズマ処理室10の容器11内では、上述したように、サセプタ12がサセプタ12及びガス導入シャワーヘッド34が有する後述の天井電極板38の間の空間である処理空間Sに高周波電力を印加することにより、該処理空間Sにおいてガス導入シャワーヘッド34から供給された処理ガスを高密度のプラズマにして陽イオンやラジカルを発生させ、該陽イオンやラジカルによってウエハWにRIE処理やアッシング処理を施す。
In the
具体的には、このプラズマ処理室10では、ウエハWにRIE処理やアッシング処理を施す際、先ずゲートバルブ44を開弁し、加工対象のウエハWを容器11内に搬入し、さらに、直流電圧をESC電極板23に印加することにより、搬入されたウエハWをサセプタ12の吸着面に吸着保持する。また、ガス導入シャワーヘッド34より処理ガスを所定の流量および流量比で容器11内に供給すると共に、APCバルブ15等により容器11内の圧力を所定値に制御する。さらに、サセプタ12によって処理空間Sに高周波電力を印加し、且つ天井電極板38によって処理空間Sに直流電力を印加する。これにより、ガス導入シャワーヘッド34より導入された処理ガスを処理空間Sにおいてプラズマにし、該プラズマをフォーカスリング25によってウエハWの表面に収束し、ウエハWの表面を物理的又は化学的にエッチングする。
Specifically, in the
なお、上述したプラズマ処理室10の各構成部品の動作は、プラズマ処理室10が備える制御部(図示しない)のCPUがRIE処理やアッシング処理に対応するプログラムに応じて制御する。
The operation of each component of the
ところで、先に述べた側壁に付着したポリマーの除去と同じように、容器11内において天井電極板38への陽イオンの衝突回数を適切に調整して天井電極板38に付着するポリマーを適切に除去するためには、天井電極板38の電位を制御する必要がある。
By the way, in the same manner as the removal of the polymer adhering to the side wall described above, the polymer adhering to the
一般に電気的に接地している導電性部材と、高周波電力が印加された空間に面し且つ電気的に浮遊する導電性部材と、これら2つの導電性部材に挟まれた誘電体からなる構造物は、所定の電気的容量を有する。電気的に浮遊する導電性部材が面する空間においてプラズマが発生すると、当該構造物の近傍ではシースが発生する。また、構造物はその電気的容量の大きさに見合った大きさのインピーダンス((容量)リアクタンス)を有する。高周波電力に対応する交流電流がシース及び構造物を通過する際、空間から接地電位への電圧降下が生じるが、該電圧降下はシース及び構造物のそれぞれによって分担される。シース及び構造物の電圧降下分担比率は構造物の(容量)リアクタンスの大きさに応じて変化する。また、電気的に浮遊する導電性部材の空間に露出する面には構造物が分担する電圧降下に見合った電位が生じる。 Generally, a structure comprising a conductive member that is electrically grounded, a conductive member that faces a space to which high-frequency power is applied, and that is electrically floating, and a dielectric sandwiched between these two conductive members Has a predetermined electrical capacity. When plasma is generated in a space facing an electrically floating conductive member, a sheath is generated in the vicinity of the structure. In addition, the structure has an impedance ((capacitance) reactance) having a magnitude commensurate with the size of its electric capacity. When an alternating current corresponding to high-frequency power passes through the sheath and the structure, a voltage drop from the space to the ground potential occurs. The voltage drop is shared by the sheath and the structure. The voltage drop sharing ratio of the sheath and the structure changes according to the magnitude of the (capacitance) reactance of the structure. In addition, a potential corresponding to the voltage drop shared by the structure is generated on the surface exposed to the space of the electrically floating conductive member.
本実施の形態に係るプラズマ処理室用構造物としてのガス導入シャワーヘッド34は、上述した電位の発生原理を利用して天井電極板38の電位を制御するために、以下に説明する構成を有する。
The gas
図2は、図1におけるガス導入シャワーヘッドの拡大断面図である。 FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the gas introduction shower head in FIG.
図2において、ガス導入シャワーヘッド34は、処理空間Sに露出する面(以下、「処理空間S側表面」という。)を有する円板状の天井電極板(CEL)38(第2の導電性部材)と、該天井電極板38を着脱可能に支持し、且つ上述したバッファ室40を有する電極支持体(CEL body)39(第1の導電性部材)と、天井電極板38及び電極支持体39の間に介在し、プラズマ処理中において天井電極板38を所定の温度に冷却する冷却板(Cooling plate)47と、該冷却板47及び天井電極板38の間に介在する絶縁膜48(絶縁性部材)とを有する。
In FIG. 2, the gas
電極支持体39は容器11と電気的に導通し、冷却板47は電極支持体39を介して容器11と電気的に導通し、天井電極板38の周囲は環状絶縁性部材50によって覆われている。したがって、電極支持体39及び冷却板47は容器11を介して接地する一方、天井電極板38は電気的に浮遊する。
The
ガス導入シャワーヘッド34では、電極支持体39は導電性部材、例えば、アルマイト被膜されたアルミニウムからなり、冷却板47も導電性材料、例えば、アルミニウムからなり、天井電極板38も導電性材料、例えば、低抵抗のシリコンからなる。また、冷却板47及び天井電極板38の間に介在する絶縁膜48は、誘電体(絶縁性材料)、例えば、ポリイミドからなり、冷却板47の絶縁膜48側表面にはアルマイト被膜51(絶縁性部材)が形成されている。すなわち、ガス導入シャワーヘッド34は、導電性部材(電極支持体39、冷却板47)、絶縁性部材(絶縁膜48、アルマイト被膜51)、及び導電性部材(天井電極板38)からなるサンドイッチ構造を有する。導電性部材、絶縁性部材、及び導電性部材からなるサンドイッチ構造を有する構造物は、後述するように絶縁性部材の誘電率、厚さ、及び表面積に応じた電気的容量を有する。したがって、ガス導入シャワーヘッド34は絶縁膜48やアルマイト被膜51の誘電率、厚さ、及び表面積に応じた所定の電気的容量を有する。
In the gas
このガス導入シャワーヘッド34では電極支持体39及び冷却板47の電圧は接地電位に固定される。また、処理空間Sに高周波電源20や他の高周波電源46から高周波電力を印加してプラズマを発生させると、ガス導入シャワーヘッド34の近傍では電子の非常に少ない領域であるシースが発生する。また、ガス導入シャワーヘッド34はその電気的容量の大きさに見合った大きさのインピーダンス((容量)リアクタンス)を有する。高周波電力に対応する交流電流がシース及びガス導入シャワーヘッド34を通過する際、処理空間Sから接地電位(電極支持体39及び冷却板47)への電圧降下が生じるが、該電圧降下はシース及びガス導入シャワーヘッド34のそれぞれによって分担される。シース及びガス導入シャワーヘッド34の電圧降下分担比率はガス導入シャワーヘッド34の(容量)リアクタンスの大きさに応じて変化する。また、天井電極板38にはガス導入シャワーヘッド34が分担する電圧降下に見合った電位が生じる。したがって、ガス導入シャワーヘッド34の電気的容量の大きさを制御することによって天井電極板38の電位を制御することができる。
In the gas
また、構造物の電気的容量と、絶縁性部材の厚さ及び比誘電率との関係は下記式(1)によって表される。
C=ε×S/d ‥‥‥ (1)
ここで、Cは電気的容量、εは比誘電率、Sは絶縁性部材の表面積、dは絶縁性部材の厚さを示す。
Further, the relationship between the electrical capacity of the structure, the thickness of the insulating member, and the relative dielectric constant is expressed by the following formula (1).
C = ε × S / d (1)
Here, C is an electric capacity, ε is a relative dielectric constant, S is a surface area of the insulating member, and d is a thickness of the insulating member.
したがって、ガス導入シャワーヘッド34の電気的容量は絶縁膜48の比誘電率や厚さ、及びアルマイト被膜51の厚さ等を変更することによって制御できる。
Therefore, the electric capacity of the gas
また、(容量)リアクタンスと電気的容量との関係は下記式(2)によって表される。
Xc=1/(2π×f×C) ‥‥‥ (2)
ここで、Xcは(容量)リアクタンス、fは高周波電位の周波数を示す。
The relationship between (capacitance) reactance and electrical capacitance is expressed by the following equation (2).
Xc = 1 / (2π × f × C) (2)
Here, Xc is the (capacitance) reactance, and f is the frequency of the high-frequency potential.
上記式(2)によれば、電気的容量が大きくなるほど、(容量)リアクタンスが小さくなる(下記表1参照)。ここで、天井電極板38に付着するポリマーを大量に除去するためには、ガス導入シャワーヘッド34が分担する電圧降下を小さくして天井電極板38の電位を低くし、天井電極板38及び処理空間Sの電位差を大きくする必要があるが、ガス導入シャワーヘッド34が分担する電圧降下を小さくするためには、(容量)リアクタンスを小さくする必要があり、そのためには電気的容量を大きく設定するのがよい。
According to the above formula (2), as the electric capacity increases, the (capacitance) reactance decreases (see Table 1 below). Here, in order to remove a large amount of the polymer adhering to the
ここで、ガス導入シャワーヘッド34の電気的容量の目標値を設定するために、本発明者等が図1のプラズマ処理室を用い、ガス導入シャワーヘッド34の電気的容量を150pFに設定して所定時間のプラズマ処理を行った後に天井電極板38に付着して残留するポリマーの量を調査したところ、天井電極板38には多くのポリマーが付着しているのが確認された。一方、ガス導入シャワーヘッド34の電気的容量を1000pFに設定したところ、天井電極板38にはほとんどポリマーが付着していないのが確認され、ガス導入シャワーヘッド34の電気的容量を50000pFに設定したところ、天井電極板38から完全にポリマーが除去されているのが確認された。以上より、ガス導入シャワーヘッド34の電気的容量を少なくとも1000pF以上とすれば、ガス導入シャワーヘッド34の(容量)リアクタンスを十分小さくすることができ、これに応じてガス導入シャワーヘッド34が分担する電圧降下量を十分に小さくすることができる。その結果、天井電極板38の電位を十分に低くし、天井電極板38及び処理空間Sの電位差を十分に大きくすることができ、もってガス導入シャワーヘッド34に付着するポリマーを効率良く除去できることが分かった。以上より、ガス導入シャワーヘッド34の電気的容量は少なくとも1000pF以上、好ましくは50000pF以上がよい。
Here, in order to set the target value of the electric capacity of the gas
また、ガス導入シャワーヘッド34の電気的容量を大きくするためには、上記式(1)より、絶縁膜48の厚さを小さくするのがよい。絶縁膜48の厚さが小さくなると、天井電極板38や冷却板47等の厚さを大きくすることができる。その結果、これらの熱容量が増えるため、温度制御性の観点からも好ましい。また、ガス導入シャワーヘッド34の電気的容量を大きくするためには、上記式(1)より、比誘電率の大きい誘電体を絶縁膜48として設定するのもよい。絶縁膜48を構成する誘電体として下記表2に示す材料が該当する。本実施の形態に係るプラズマ処理室では、加工容易性の観点から絶縁膜48を
ポリイミドで構成する。
Further, in order to increase the electric capacity of the gas
絶縁膜48をポリイミドで構成した場合、絶縁膜48(ポリイミド膜)の厚さと絶縁膜48の単独の電気的容量(C2)、並びに絶縁膜48の厚さと絶縁膜48及びアルマイト被膜51の合成電気的容量(C1+C2)、すなわち、ガス導入シャワーヘッド34の電気的容量との関係は下記表3に示す通りである。
When the insulating
ここで、上述したように、ガス導入シャワーヘッド34の電気的容量は少なくとも1000pF以上が好ましく、天井電極板38の温度制御性の観点から絶縁膜48の厚さを小さくするのがよい。そこで、本実施の形態に係るプラズマ処理室では、絶縁膜48の厚さが25μmに設定される。
Here, as described above, the electric capacity of the gas
なお、プラズマ処理の種類や処理ガスの種類に応じてガス導入シャワーヘッド34の電気的容量の適正値が異なる。具体的には、ポリマーの付着量が多いプラズマ処理(デポプロセス)では、(容量)リアクタンスを小さくしてガス導入シャワーヘッド34が分担する電圧降下量を小さくすることによって天井電極板38の電位を低くし、天井電極板38及び処理空間Sの電位差を大きくする必要があるため、ガス導入シャワーヘッド34の電気的容量は大きいことが好ましい。また、デポレスプロセスでは、(容量)リアクタンスを大きくしてガス導入シャワーヘッド34が分担する電圧降下量を大きくすることによって天井電極板38の電位を高くし、天井電極板38及び処理空間Sの電位差を小さくする必要があるため、ガス導入シャワーヘッド34の電気的容量は小さいことが好ましい。そして、絶縁膜48の材料や厚さは上述したもの(ポリイミド、25μm)に限られず、ガス導入シャワーヘッド34の所望の電気的容量に応じて設定される。
Note that the appropriate value of the electric capacity of the gas
また、絶縁膜48の材料は、加工容易性の観点だけでなく、その他の観点に基づいて選択してもよい。例えば、天井電極板38及び冷却板47(又は電極支持体39)の間の伝熱効率を向上させるためには、伝熱効率の高い絶縁性材料を選択すればよく、イットリア、アルミナ(Al2O3)、シリカ(SiO2)等の金属酸化物や、窒化アルミニウム(AlN)等の金属窒化物の少なくとも1つを選択するのがよい。また、天井電極板38及び冷却板47(又は電極支持体39)の間の高伝熱性と高絶縁性を両立するためには、SiCや、珪素(Si)化合物及びメチル基の高分子化合物(有機珪素化合物)(シリコンオイル)を選択するのがよい。さらに、大きな電気的容量と高絶縁性を両立するためには、上述したポリイミド、PTFE、フッ素ゴム等の有機機能材料(有機物)を選択するのがよい。また、2つの導電性部材の間に真空層を設けると、該真空層は該2つの導電性部材を互いに絶縁するので、絶縁膜48の代わりに冷却板47及び天井電極板38の間に真空層を設けてもよい。その他、冷却板47及び天井電極板38の間に大気層を設けてもよく、冷却板47及び天井電極板38の間にガルデン(登録商標)液やフロリナート(登録商標)液等の液体を充填してもよい。
In addition, the material of the insulating
ところで、従来、プラズマ処理室ではガス導入シャワーヘッドの天井電極板には高周波電源が接続されていた。天井電極板に高周波電源から高周波電力を供給する場合、天井電極板の処理空間に面する面にポリマーが付着して天井電極板の表面に絶縁膜が形成されても、高周波電力は絶縁膜を通り抜け、天井電極板は供給された高周波電力を処理空間に印加することができる。 By the way, conventionally, in the plasma processing chamber, a high frequency power source has been connected to the ceiling electrode plate of the gas introduction shower head. When supplying high-frequency power from a high-frequency power source to the ceiling electrode plate, even if a polymer adheres to the surface facing the processing space of the ceiling electrode plate and an insulating film is formed on the surface of the ceiling electrode plate, the high-frequency power Through the ceiling electrode plate, the supplied high-frequency power can be applied to the processing space.
ところが、高周波電源は天井電極板に高周波電力を供給するために整合器を必要とするため、プラズマ処理室の構造が複雑になる。また、天井電極板には供給された高周波電力
に起因して高周波電位が発生するため、天井電極板の電位は周期的に変化し、天井電極板において陽イオンを引き込む状態と電子を引き込む状態とが繰り返し生じる。したがって、処理空間から電子が所定量だけ消失してプラズマ処理の効率が低下する。
However, since the high frequency power supply requires a matching unit to supply high frequency power to the ceiling electrode plate, the structure of the plasma processing chamber becomes complicated. In addition, since a high-frequency potential is generated in the ceiling electrode plate due to the supplied high-frequency power, the potential of the ceiling electrode plate changes periodically, and the ceiling electrode plate draws cations and draws electrons. Repeatedly occurs . Accordingly , a predetermined amount of electrons are lost from the processing space, and the efficiency of the plasma processing is reduced.
一方、天井電極板に直流電源から直流電力を供給する場合、整合器が不要である。さらに、天井電極板の電位は変化しないため、陽イオンのみを引き込む状態を維持することができ、処理空間から電子が消失することがなく、プラズマ処理の効率を向上することができる。但し、天井電極板の処理空間に面する面にポリマーが付着すると、直流電力はポリマーによる絶縁膜を通り抜けられないので天井電極板は供給された直流電力を処理空間に印加することができない。また、天井電極板が電気的に浮遊していない場合には、該天井電極板に直流電力を供給することができない。 On the other hand, when DC power is supplied to the ceiling electrode plate from a DC power source, a matching unit is not necessary. Furthermore, since the potential of the ceiling electrode plate does not change, it is possible to maintain a state in which only cations are attracted, electrons are not lost from the processing space, and plasma processing efficiency can be improved. However, if a polymer adheres to the surface of the ceiling electrode plate that faces the processing space, direct current power cannot pass through the insulating film made of the polymer, so the ceiling electrode plate cannot apply the supplied direct current power to the processing space. Further, when the ceiling electrode plate is not electrically floating, DC power cannot be supplied to the ceiling electrode plate.
これらに対応して、本実施の形態に係るプラズマ処理室用構造物としてのガス導入シャワーヘッド34は、上述したように、天井電極板38に付着したポリマーを適切に除去するために所定値の電気的容量を有し、且つ天井電極板38を電気的に浮遊させることにより、天井電極板38への直流電力の供給を可能にする。具体的には、電気的に浮遊する天井電極板38にCEL直流電源49が電気的に接続されている。天井電極板38はCEL直流電源49から供給された直流電力を処理空間Sに印加する。
Corresponding to these, the gas
本実施の形態に係るガス導入シャワーヘッド34によれば、ガス導入シャワーヘッド34が電気的に接地する電極支持体39及び冷却板47と、該電極支持体39及び処理空間Sの間に介在して処理空間Sに露出する面を有し且つ電気的に浮遊する天井電極板38と、電極支持体39及び天井電極板38の間に配置される、ポリイミドからなる絶縁膜48及びアルマイト被膜51とを備える。
According to the gas
導電性部材(電極支持体39、冷却板47)、絶縁性部材(絶縁膜48、アルマイト被膜51)、及び導電性部材(天井電極板38)からなるサンドイッチ構造を有するガス導入シャワーヘッド34は所定値の電気的容量を有する。このガス導入シャワーヘッド34では電極支持体39及び冷却板47の電圧は接地電位に固定される。また、処理空間Sに高周波電源20や他の高周波電源46から高周波電力を印加してプラズマを発生させると、ガス導入シャワーヘッド34の近傍では電子の非常に少ない領域であるシースが発生する。また、ガス導入シャワーヘッド34はその電気的容量の大きさに見合った大きさのインピーダンス((容量)リアクタンス)を有する。高周波電力に対応する交流電流がシース及びガス導入シャワーヘッド34を通過する際、処理空間Sから接地電位(電極支持体39及び冷却板47)への電圧降下が生じるが、該電圧降下はシース及びガス導入シャワ
ーヘッド34のそれぞれによって分担される。シース及びガス導入シャワーヘッド34の電圧降下分担比率はガス導入シャワーヘッド34の(容量)リアクタンスの大きさに応じて変化する。また、天井電極板38にはガス導入シャワーヘッド34が分担する電圧降下に見合った電位が生じる。したがって、ガス導入シャワーヘッド34の電気的容量の大きさを制御することによって電位制御回路を用いずに天井電極板38の電位(処理空間S側表面の電位)を制御することができる。その結果、処理空間S側表面の電位を制御することができると共に、プラズマ処理室の構造を簡素化することができる。また、処理空間S側表面の電位を制御することにより、デポプロセスでは天井電極板38に付着するポリマーの除去量を適切に制御することができると共に、デポレスプロセスでは天井電極板38が削られるのを防止できる。
A gas
ガス導入シャワーヘッド34では、天井電極板38はCEL直流電源49と電気的に接続される。CEL直流電源49を天井電極板38に接続して直流電力を該天井電極板38に供給する場合、整合器を用いる必要がなく、また、天井電極板38にはイオンのみが引き込まれて電子は引き込まれないので、処理空間Sにおいて電子が減少することが無い。したがって、プラズマ処理室の構造をより簡素化することができると共に、プラズマ処理の効率を向上することができる。
In the gas
ガス導入シャワーヘッド34では、絶縁膜48の材料として、イットリア、アルミナ、シリカ等の金属酸化物や、窒化アルミニウム等の金属窒化物の少なくとも1つを選択してもよく、これにより、天井電極板38及び冷却板47(又は電極支持体39)の間の伝熱効率を向上することができ、その結果、ガス導入シャワーヘッド34の温度制御を容易に行うことができる。
In the gas
また、ガス導入シャワーヘッド34では、絶縁膜48の材料として、有機珪素化合物を選択してもよく、これにより、天井電極板38及び冷却板47(又は電極支持体39)の間の高伝熱性と高絶縁性を両立することができる。
Further, in the gas
さらに、ガス導入シャワーヘッド34では、絶縁膜48の材料として、有機機能材料を選択してもよく、これにより、高絶縁性を確保できると共に、ガス導入シャワーヘッド34の電気的容量を容易に大きくすることができる。
Further, in the gas
なお、上述したプラズマ処理室10のサセプタ12には高周波電源20及び他の高周波電源46が接続されたが、サセプタ12にはいずれか1つの高周波電源が接続されるのみであってもよい。
Although the high
また、ガス導入シャワーヘッド34に、天井電極板38の処理空間S側表面に電位を発生させない程度の弱い出力の高周波電力を供給する高周波電源が接続されていてもよい。
The gas
次に、本発明の第2の実施の形態に係るプラズマ処理室用構造物を備えるプラズマ処理室について説明する。 Next, a plasma processing chamber provided with the plasma processing chamber structure according to the second embodiment of the present invention will be described.
本実施の形態は、その構成や作用が上述した第1の実施の形態と基本的に同じであり、絶縁膜の厚さが一定ではなく、天井電極板の中央部へ向けて小さくなる点で上述した第1の実施の形態と異なるのみである。したがって、同様の構成については説明を省略し、以下に第1の実施の形態と異なる作用についてのみ説明を行う。 The present embodiment is basically the same in configuration and operation as the first embodiment described above, and the thickness of the insulating film is not constant, but decreases toward the center of the ceiling electrode plate. Only the first embodiment described above is different. Therefore, the description of the same configuration is omitted, and only the operation different from that of the first embodiment will be described below.
図3は、本実施の形態に係るプラズマ処理室用構造物としてのガス導入シャワーヘッドの拡大断面図である。 FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a gas introduction shower head as the plasma processing chamber structure according to the present embodiment.
図3において、ガス導入シャワーヘッド52は、処理空間Sに露出する面を有する円板状の天井電極板53(第2の導電性部材)と、該天井電極板53を着脱可能に支持し、且つ上述したバッファ室40を有する電極支持体39(第1の導電性部材)と、天井電極板53及び電極支持体39の間に介在し、プラズマ処理中において天井電極板53を所定の温度に冷却する冷却板47と、該冷却板47及び天井電極板53の間に介在する絶縁膜54(絶縁性部材)とを有する。
In FIG. 3, a gas
プラズマ処理室において処理空間に発生するプラズマの密度が容器の中央部、すなわち、天井電極板の中央部に向けて高くなることがあり、デポプロセスにおいて天井電極板に付着するポリマーは該天井電極板に不均一に付着する、具体的には、天井電極板の中央部へ向かうほど多くなる場合がある。このとき、天井電極板に不均一に付着するポリマーを適切に除去するためには、天井電極板の処理空間側表面に発生する電位が天井電極板の中央部へ向かうほど低くなるのがよい。 Central portion of the density container of the plasma generated between the processing air in the plasma processing chamber, i.e., may be higher toward the center portion of the ceiling electrode plate, a polymer that adheres to the ceiling electrode plate in depot process the ceiling electrode In some cases, the amount of non-uniform adhesion to the plate increases more toward the center of the ceiling electrode plate. At this time, in order to appropriately remove the polymer that adheres unevenly to the ceiling electrode plate, the potential generated on the processing space side surface of the ceiling electrode plate is preferably lowered toward the center of the ceiling electrode plate.
本実施の形態に係るプラズマ処理室用構造物としてのガス導入シャワーヘッド52では、これに対応するため、絶縁膜54の厚さが部位に応じて変化する、具体的には、天井電
極板53の中央部、すなわち、容器11の中央部へ向けて小さくなる。上述した表3に示すように、絶縁膜の厚さが小さいほど電気的容量は大きくなる。したがって、ガス導入シャワーヘッド52では天井電極板53の中央部へ向かうほど部分的な電気的容量は大きくなって(容量)リアクタンスが小さくなるため、天井電極板53の中央部へ向かうほどガス導入シャワーヘッド52が分担する電圧降下量を小さくすることができ、天井電極板53の処理空間S側表面に発生する電位を中央部へ向かうほど低くすることができる。
In the gas
本実施の形態に係るガス導入シャワーヘッド52によれば、絶縁膜54の厚さが部位に応じて変化するので、天井電極板53の各部位に付着するポリマーの量に応じて各部位に発生する電位を適切に変化させることができ、これにより、各部位において付着するポリマーの量を一定に制御することができる。より具体的には、絶縁膜54の厚さが容器の中央部へ向けて小さくなるので、中央部に向けて増加するポリマーの付着量に応じて適切な電位を容易に発生させることができる。
According to the gas
上述したガス導入シャワーヘッド52では、絶縁膜54の厚さが部位に応じて変化したが、これに代えて、絶縁膜が部位に応じて異なる材料で構成されてもよい。具体的には、絶縁膜を構成する材料の比誘電率が、例えば、天井電極板53の中央部へ向けて大きくなってもよい。これにより、ガス導入シャワーヘッド52では天井電極板53の中央部へ向かうほど(容量)リアクタンスが小さくなるため、天井電極板53の中央部へ向かうほどガス導入シャワーヘッド34が分担する電圧降下量を小さくすることができ、天井電極板53の処理空間S側表面に発生する電位を中央部へ向かうほど低くすることができる。
In the gas
上述した各実施の形態では、ガス導入シャワーヘッドが絶縁性部材として絶縁膜48(54)及びアルマイト被膜51を有するが、ガス導入シャワーヘッドが絶縁膜のみを絶縁性部材として有していてもよい。
In each of the embodiments described above, the gas introduction shower head has the insulating film 48 (54) and the
また、上述した各実施の形態では、ガス導入シャワーヘッドが容器11と別構造物として構成されたが、容器11の一部がガス導入シャワーヘッドの一部を構成してもよく、例えば、電極支持体39の蓋部材を容器11の一部で構成してもよい。
Moreover, in each embodiment mentioned above, although the gas introduction shower head was comprised as a different structure from the
上述した各実施の形態におけるガス導入シャワーヘッドでは天井電極板と冷却板との間に絶縁性部材としての絶縁膜が配されているが、絶縁性部材が配される位置はこれに限られず、絶縁膜は電気的に接地する導電性部材と電気的に浮遊する導電性部材との間に配さ
れていればよい。
In the gas introduction shower head in each embodiment described above, an insulating film as an insulating member is disposed between the ceiling electrode plate and the cooling plate, but the position where the insulating member is disposed is not limited thereto, The insulating film may be disposed between the electrically conductive member that is electrically grounded and the electrically conductive member that is electrically floating.
例えば、本発明は以下の図4に示すようなプラズマ処理室用構造物にも適用可能である。 For example, the present invention can be applied to a plasma processing chamber structure as shown in FIG.
図4に示されるプラズマ処理室用構造物55は、天井電極板38、冷却板47及び電極支持体39からなるガス導入シャワーヘッド56の図中上方を覆うチャンバ蓋57を備える。該チャンバ蓋57は導電性部材、例えば、アルミニウムからなり、電気的に接地する。また、プラズマ処理室用構造物55は、電極支持体39及びチャンバ蓋57の間に介在する、ポリイミドからなる絶縁膜58を備える。
A plasma
ガス導入シャワーヘッド56は、絶縁膜48及びアルマイト被膜51を備えておらず、さらに、電極支持体39及び冷却板47の周囲が環状絶縁性部材59によって覆われている点でガス導入シャワーヘッド34と異なる。ガス導入シャワーヘッド56では、天井電極板38だけでなく、冷却板47及び電極支持体39も電気的に浮遊する。
The gas
上述したプラズマ処理室用構造物55は、電気的に接地する導電性部材(チャンバ蓋57)、絶縁性部材(絶縁膜58)、及び電気的に浮遊する導電性部材(電極支持体39、冷却板47、天井電極板38)からなるサンドイッチ構造を有する。したがって、このプラズマ処理室用構造物55においても、上述した第1の実施の形態におけるガス導入シャワーヘッド34が奏する効果と同様の効果を得ることができる。
The plasma
なお、絶縁膜58の材料はポリイミドに限られず、イットリア、アルミナ、シリカ等の金属酸化物や、窒化アルミニウム等の金属窒化物、また、SiCや、珪素化合物及びメチル基の高分子化合物、PTFE、フッ素ゴム等の有機機能材料のいずれであってもよい。また、絶縁膜58の代わりにチャンバ蓋57及び電極支持体39の間に大気層を設けてもよく、さらに、チャンバ蓋57及び電極支持体39の間にガルデン(登録商標)液やフロリナート(登録商標)液等の液体を充填してもよい。
Note that the material of the insulating
また、上述したガス導入シャワーヘッド56は、絶縁膜48及びアルマイト被膜51を備えていないとしたが、冷却板47は、上述した第1の実施の形態と同様に、アルマイト被膜51を備えていてもよい。
Further, the gas
上述した各実施の形態では、本発明が適用されたプラズマ処理室用構造物としてガス導入シャワーヘッドについて説明したが、本発明を適用可能なプラズマ処理室用構造物はガス導入シャワーヘッドに限られず、例えば、容器内の内壁に設けられた構造物も該当する。また、プラズマ処理室が有する本発明が適用されたプラズマ処理室用構造物は1つに限られず、プラズマ処理室が複数の本発明が適用されたプラズマ処理室用構造物を有していてもよい。 In each of the above-described embodiments, the gas introduction shower head has been described as the plasma processing chamber structure to which the present invention is applied. However, the plasma processing chamber structure to which the present invention is applicable is not limited to the gas introduction shower head. For example, the structure provided in the inner wall in a container also corresponds. Further, the plasma processing chamber structure to which the present invention is applied is not limited to one, and the plasma processing chamber may have a plurality of plasma processing chamber structures to which the present invention is applied. Good.
さらに、本発明が適用されたプラズマ処理室用構造物の電気的容量を制御することによって容器内のプラズマ密度分布を変更することができるので、該構造物に付着するポリマーの除去量を制御するだけでなく、他の構造物に付着するポリマーの除去量も併せて制御することができる。 Furthermore, since the plasma density distribution in the container can be changed by controlling the electrical capacity of the structure for the plasma processing chamber to which the present invention is applied, the removal amount of the polymer adhering to the structure is controlled. In addition, the removal amount of the polymer adhering to other structures can be controlled together.
次に、本発明の第3の実施の形態に係るプラズマ処理室用部品を備えるプラズマ処理室について説明する。 Next, a plasma processing chamber including a plasma processing chamber component according to the third embodiment of the present invention will be described.
本実施の形態は、その構成や作用が上述した第1の実施の形態と基本的に同じであり、容器内の処理空間に面する、プラズマ処理室用部品が絶縁性材料からなる溶射膜を有し、該溶射膜の厚さが該部品に付着するポリマーの量に応じて設定される点で上述した第1の実施の形態と異なるのみである。したがって、同様の構成については説明を省略し、以下に第1の実施の形態と異なる作用についてのみ説明を行う。 This embodiment is basically the same in configuration and operation as the first embodiment described above, and has a thermal spray film in which the plasma processing chamber component facing the processing space in the container is made of an insulating material. And the thickness of the sprayed film is different from the first embodiment described above in that the thickness of the sprayed film is set according to the amount of polymer adhering to the component. Therefore, the description of the same configuration is omitted, and only the operation different from that of the first embodiment will be described below.
図1における容器11内の処理空間Sに面する容器側壁部材45や、容器11内の空間の一部である排気路13に面するバッフル板14及びサセプタ側面被覆部材60の表面にも、天井電極板38と同様に、ポリマー(付着物)が付着する。
Also on the surface of the container
ポリマーは熱が付与されると活性化されて分解するため、従来、容器の側壁にヒータを埋設し、該ヒータによって側壁に付着したポリマーを加熱することによって該ポリマーを除去することが行われてきた。しかしながら、バッフル板及びサセプタ側面被覆部材にヒータを配設するのが困難な場合があり、この場合、付着したポリマーを除去することができない。 Since the polymer is activated and decomposes when heat is applied, conventionally, a heater is embedded in the side wall of the container, and the polymer attached to the side wall is heated by the heater to remove the polymer. It was. However, it may be difficult to dispose a heater on the baffle plate and the susceptor side surface covering member, and in this case, the attached polymer cannot be removed.
確かに、容器側壁部材、バッフル板及びサセプタ側面被覆部材の電位を制御することによって陽イオンを衝突させてポリマーを除去することもできるが、容器側壁部材、バッフル板及びサセプタ側面被覆部材に付着するポリマーの量は一様でない。 Certainly, the polymer can be removed by colliding cations by controlling the potential of the container side wall member, baffle plate and susceptor side surface covering member, but it adheres to the container side wall member, baffle plate and susceptor side surface covering member. The amount of polymer is not uniform.
例えば、容器側壁部材にヒータが埋設されている場合、容器側壁部材の表面に付着するはずのポリマーが熱分解されてガス分子となり、該ガス分子がバッフル板及びサセプタ側面被覆部材に到達し、これらの部品の表面にポリマーとして付着することがあり、結果として、バッフル板及びサセプタ側面被覆部材の表面に付着するポリマーの量が容器側壁部材の表面に付着するポリマーの量よりも多くなることがある。 For example, when a heater is embedded in the container side wall member, the polymer that should adhere to the surface of the container side wall member is thermally decomposed into gas molecules, and the gas molecules reach the baffle plate and the susceptor side surface covering member. As a result, the amount of polymer adhering to the surface of the baffle plate and the susceptor side surface covering member may be larger than the amount of polymer adhering to the surface of the container side wall member. .
また、容器側壁部材にヒータが埋設されていない場合、容器側壁部材の表面に付着するポリマーの量がバッフル板及びサセプタ側面被覆部材の表面に付着するポリマーの量よりも多くなることがある。さらには、バッフル板及びサセプタ側面被覆部材の表面がポリマーによって覆われない(露出する)こともあり、このときには、陽イオンの衝突によってバッフル板及びサセプタ側面被覆部材が削られるおそれがある。 When the heater is not embedded in the container side wall member, the amount of polymer adhering to the surface of the container side wall member may be larger than the amount of polymer adhering to the surface of the baffle plate and the susceptor side surface covering member. Further, the surface of the baffle plate and the susceptor side surface covering member may not be covered (exposed) by the polymer, and at this time, the baffle plate and the susceptor side surface covering member may be scraped by the collision of cations.
さらに、腐食性ガスを処理ガスとして用いる場合、容器側壁部材は石英で覆われるが、この場合も、容器側壁部材の表面に付着するポリマーの量が、石英で覆われないバッフル板及びサセプタ側面被覆部材の表面に付着するポリマーの量よりも多くなる。 Further, when a corrosive gas is used as the processing gas, the container side wall member is covered with quartz, but in this case as well, the amount of the polymer adhering to the surface of the container side wall member is not covered with quartz, and the side surface coating of the susceptor is not covered with quartz. More than the amount of polymer adhering to the surface of the member.
したがって、容器側壁部材、バッフル板及びサセプタ側面被覆部材の電位を一様に制御しても、容器側壁部材、バッフル板及びサセプタ側面被覆部材の表面にそれぞれ付着するポリマーを適切に除去することができない。 Therefore, even if the potentials of the container side wall member, the baffle plate, and the susceptor side surface covering member are uniformly controlled, the polymers attached to the surfaces of the container side wall member, the baffle plate, and the susceptor side surface covering member cannot be removed appropriately. .
ここで、本実施の形態に係るプラズマ処理室用部品としての容器側壁部材、バッフル板及びサセプタ側面被覆部材は以下の図5に示す構成を有する。 Here, the container side wall member, the baffle plate, and the susceptor side surface covering member as the plasma processing chamber component according to the present embodiment have the configuration shown in FIG.
図5は、本実施の形態に係るプラズマ処理室用部品の概略構成を示す図であり、(A)はシース及びプラズマ処理室用部品の位置関係を示す図である、(B)はシース及びプラズマ処理室用部品を電気回路として模式的に示す回路図である。 FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of the plasma processing chamber component according to the present embodiment, (A) is a diagram showing the positional relationship between the sheath and the plasma processing chamber component, and (B) is a diagram showing the positional relationship between the sheath and the plasma processing chamber component. It is a circuit diagram which shows typically the components for plasma processing chambers as an electric circuit.
図5(A)において、プラズマ処理室用部品(容器側壁部材、バッフル板及びサセプタ側面被覆部材)61は、電気的に接地する、導電性材料、例えば、アルミニウムからなる基部62と、該基部62を覆い且つ処理空間Sに面する、絶縁性材料、例えば、イットリア、アルミナ、シリカ又は窒化アルミニウムからなる溶射膜63(絶縁部)とを備える。 In FIG. 5 (A), the plasma processing chamber parts (container sidewall member, the baffle plate and the susceptor side surface covering member) 61, electrically grounded, electrically conductive material, for example, a base 6 2 made of aluminum, the base portion And a sprayed film 63 (insulating portion) made of an insulating material such as yttria, alumina, silica, or aluminum nitride, which covers the processing space S and faces the processing space S.
また、処理空間Sにおいてプラズマが発生すると、プラズマ処理室用部品61の近傍では、溶射膜63に対向するようにシース64が発生する。シース64は電子が非常に少ない領域であるため、絶縁膜と同様の性質を有する。したがって、シース64及びプラズマ処理室用部品61の溶射膜63は、図5(B)に示すように、直列に接続された2つのキャパシタ(コンデンサ)として機能する。また、シース64及び溶射膜63はそれぞれ、厚さ、比誘電率に応じた電気的容量を有し(上記式(1)参照。)、さらには、該電気的容量に応じた(容量)リアクタンスを有する(上記式(2)参照。)。直列に接続された2つのキャパシタを電流が流れる際には電圧降下が生じるが、各キャパシタの電圧降下分担比率はそれぞれの(容量)リアクタンスの大きさに応じて決定する。したがって、溶射膜63の電気的容量の大きさを制御することによってプラズマ処理室用部品61が分担する電圧降下量を制御することができ、これにより、溶射膜63の処理空間Sに面する表面63aに生じる電位(ポテンシャル電位)を制御することができる。また、溶射膜63の電気的容量の大きさは溶射膜63の厚さを変更することによって変更することができるため、溶射膜63の厚さを変更することによって溶射膜63のポテンシャル電位を制御することができる。
Further, when plasma is generated in the processing space S, a
本発明者は上記原理を確認すべく、溶射膜63の厚さ及び処理空間Sに印加する高周波電力の大きさを変更した場合における溶射膜63のポテンシャル電位を測定し、図6(A)及び(B)のグラフに示した。
In order to confirm the above principle, the inventor measured the potential potential of the sprayed
図6は、プラズマ処理室用部品における溶射膜としてのイットリア膜の厚さ及び高周波電力の大きさを変更したときにおけるイットリア膜のポテンシャル電位の変化を示すグラフであり、(A)は処理空間に27MHzの高周波電力を印加した場合のグラフであり、(B)は処理空間に3MHzの高周波電力を印加した場合のグラフである。図中において、「■」はイットリア膜の膜厚が200μmの場合を示し、「◆」はイットリア膜の膜厚が100μmの場合を示す。 FIG. 6 is a graph showing changes in the potential potential of the yttria film when the thickness of the yttria film as the thermal spray film and the magnitude of the high-frequency power in the plasma processing chamber component are changed. It is a graph at the time of applying high frequency power of 27 MHz, and (B) is a graph at the time of applying high frequency power of 3 MHz to processing space. In the figure, “■” indicates the case where the film thickness of the yttria film is 200 μm, and “♦” indicates the case where the film thickness of the yttria film is 100 μm.
図6(A)及び(B)に示すように、高周波電力の大きさ又は周波数を変更しても、イットリア膜の膜厚が100μmの場合におけるポテンシャル電位がイットリア膜の膜厚が200μmの場合におけるポテンシャル電位よりも常に低いことが分かり、溶射膜63の厚さを変更することによって溶射膜63のポテンシャル電位を制御できることが確認された。なお、溶射膜63の厚さが薄いほど、(容量)リアクタンスを小さくすることができるため(上記式(1)及び(2)参照。)、プラズマ処理室用部品61が分担する電圧降下量を小さくすることができ、その結果、溶射膜63のポテンシャル電位を低くすることができることも分かった。
As shown in FIGS. 6A and 6B, even when the magnitude or frequency of the high frequency power is changed, the potential potential when the yttria film thickness is 100 μm is the same as that when the yttria film thickness is 200 μm. It was found that it was always lower than the potential potential, and it was confirmed that the potential potential of the sprayed
また、上述したように、容器側壁部材、バッフル板及びサセプタ側面被覆部材の表面に付着するポリマーの量は一様でないが、本実施の形態に係るプラズマ処理室用部品としての容器側壁部材、バッフル板及びサセプタ側面被覆部材は、これに鑑みて、それぞれ付着するポリマーの量に応じて厚さが設定された絶縁性材料からなる溶射膜を有する。 In addition, as described above, the amount of polymer adhering to the surfaces of the container side wall member, the baffle plate, and the susceptor side surface covering member is not uniform, but the container side wall member and baffle as the plasma processing chamber component according to the present embodiment. In view of this, the plate and the susceptor side surface covering member each have a thermal sprayed film made of an insulating material having a thickness set in accordance with the amount of polymer adhering thereto.
具体的には、バッフル板及びサセプタ側面被覆部材の表面に付着するポリマーの量が容器側壁部材の表面に付着するポリマーの量よりも多くなる場合には、バッフル板及びサセプタ側面被覆部材の溶射膜の厚さを容器側壁部材の溶射膜の厚さよりも小さくする。このとき、バッフル板及びサセプタ側面被覆部材のポテンシャル電位が、容器側壁部材のポテンシャル電位よりも低くなり、処理空間Sとバッフル板又はサセプタ側面被覆部材との電位差を、処理空間Sと容器側壁部材との電位差よりも大きくできる。すなわち、容器側壁部材、バッフル板及びサセプタ側面被覆部材のポテンシャル電位をそれぞれ付着したポリマーの量に対応した電位に設定することができる。これにより、バッフル板及びサセプタ側面被覆部材の表面において、容器側壁部材の表面よりも多くのポリマーを除去することができ、その結果、ポリマーの付着量が異なる容器側壁部材、バッフル板及びサセプタ側面被覆部材においてポリマーの除去を適切に行うことができる。 Specifically, when the amount of polymer adhering to the surface of the baffle plate and the susceptor side surface covering member is larger than the amount of polymer adhering to the surface of the container side wall member, the sprayed film of the baffle plate and susceptor side surface covering member Is made smaller than the thickness of the sprayed film of the container side wall member. At this time, the potential potential of the baffle plate and the susceptor side surface covering member becomes lower than the potential potential of the container side wall member, and the potential difference between the processing space S and the baffle plate or susceptor side surface covering member is determined between the processing space S and the container side wall member. The potential difference can be larger. That is, the potential potential of the container side wall member, the baffle plate, and the susceptor side surface covering member can be set to a potential corresponding to the amount of attached polymer. As a result, more polymer can be removed on the surface of the baffle plate and the susceptor side surface covering member than on the surface of the container side wall member, and as a result, the container side wall member, baffle plate and susceptor side surface coating with different polymer adhesion amounts can be removed. The polymer can be appropriately removed from the member.
また、容器側壁部材の表面に付着するポリマーの量がバッフル板及びサセプタ側面被覆部材の表面に付着するポリマーの量よりも多くなる場合には、容器側壁部材の溶射膜の厚さをバッフル板及びサセプタ側面被覆部材の溶射膜の厚さよりも小さくする。このとき、容器側壁部材のポテンシャル電位が、バッフル板及びサセプタ側面被覆部材のポテンシャル電位よりも低くなり、処理空間Sと容器側壁部材との電位差を、処理空間Sとバッフル板及びサセプタ側面被覆部材との電位差よりも大きくできる。すなわち、バッフル板及びサセプタ側面被覆部材、容器側壁部材のポテンシャル電位をそれぞれ付着したポリマーの量に対応した電位に設定することができる。これにより、容器側壁部材の表面において、バッフル板及びサセプタ側面被覆部材の表面よりも多くのポリマーを除去することができ、その結果、ポリマーの付着量が異なるバッフル板及びサセプタ側面被覆部材、容器側壁部材においてポリマーの除去を適切に行うことができる。さらには、バッフル板及びサセプタ側面被覆部材の表面が露出するのを防止することができ、陽イオンの衝突によってバッフル板及びサセプタ側面被覆部材が削られるのを防止することができる。 Further, when the amount of polymer adhering to the surface of the container side wall member is larger than the amount of polymer adhering to the surface of the baffle plate and the susceptor side surface covering member, the thickness of the sprayed film on the container side wall member is set to the baffle plate and It is made smaller than the thickness of the thermal spray film of the susceptor side surface covering member. At this time, the potential potential of the container side wall member becomes lower than the potential potential of the baffle plate and the susceptor side surface covering member, and the potential difference between the processing space S and the container side wall member is changed to the processing space S, the baffle plate, and the susceptor side surface covering member. The potential difference can be larger. That is, the potential potentials of the baffle plate, the susceptor side surface covering member, and the container side wall member can be set to potentials corresponding to the amount of attached polymer. As a result, more polymer can be removed on the surface of the container side wall member than on the surface of the baffle plate and the susceptor side surface covering member, and as a result, the baffle plate, susceptor side surface covering member, and container side wall having different polymer adhesion amounts. The polymer can be appropriately removed from the member. Furthermore, it is possible to prevent the surfaces of the baffle plate and the susceptor side surface covering member from being exposed, and it is possible to prevent the baffle plate and the susceptor side surface covering member from being scraped by cations.
本実施の形態に係るプラズマ処理室用部品によれば、電気的に接地する、導電性材料からなる基部62と、該基部62を覆い且つ処理空間Sに面する、絶縁性材料からなる溶射膜63とを備え、溶射膜63の厚さは溶射膜63の表面63aに付着するポリマーの量に応じて設定されるので、溶射膜63のポテンシャル電位を除去すべきポリマーの量に対応した電位に設定することができ、もって、ポリマーの除去を適切に行うことができる。
According to the plasma processing chamber component according to the present embodiment, a
上述したプラズマ処理室用部品61では、溶射膜63は溶射されたイットリア、アルミナ、シリカ又は窒化アルミニウムからなるので、溶射膜63の厚さを所望の値に容易に設定することができ、もって、ポリマーの除去を容易に行うことができる。
In the plasma
また、上述したプラズマ処理室用部品61では、絶縁部として溶射膜63を有しているが、絶縁部として板状の絶縁性部材、例えば、石英板を基部62に貼り付けてもよい。これにより、プラズマ処理室用部品61の構造を簡素にすることができ、もって、プラズマ処理室10の構造を簡素化することができる。
Further, in the plasma
また、上述したプラズマ処理室用部品61では、絶縁部としての溶射膜63が処理空間Sに面するが、絶縁部は処理空間Sに面する必要はなく、絶縁部が処理空間Sに面し且つ電気的に浮遊する導電部と電気的に接地する導電部との間に配置されていてもよい。すなわち、プラズマ処理室用部品61は、上述したガス導入シャワーヘッド34と同様のサンドイッチ構造を有していてもよい。この場合も、絶縁部の厚さを変更することによって処理空間Sに面する導電部のポテンシャル電位を制御することができ、さらに、絶縁部の厚さは処理空間Sに面する導電部の表面に付着するポリマーの量に応じて設定されてもよく、これにより、付着したポリマーを適切に除去することができる。
In the plasma
さらに、上述した容器側壁部材、バッフル板及びサセプタ側面被覆部材はそれぞれ絶縁性材料からなる溶射膜を有したが、付着するポリマーの量が過剰である場合には、溶射膜を有しなくてもよい。これにより、処理空間Sと、容器側壁部材、バッフル板又はサセプタ側面被覆部材の表面との電位差をより大きくすることができ、もって、大量のポリマーを除去することができる。 Further, the container side wall member, the baffle plate, and the susceptor side surface covering member described above each have a sprayed film made of an insulating material. However, if the amount of the adhering polymer is excessive, it is not necessary to have the sprayed film. Good. As a result, the potential difference between the processing space S and the surface of the container side wall member, the baffle plate, or the susceptor side surface covering member can be further increased, and a large amount of polymer can be removed.
また、上述した各実施の形態では、本発明が適用されたプラズマ処理室として半導体ウエハにRIE処理やアッシング処理を施すプラズマ処理室について説明したが、本発明が適用可能なプラズマ処理室はこれに限られず、半導体ウエハにプラズマ処理を施すものであれば本発明を適用可能である。 In each of the above-described embodiments, the plasma processing chamber in which the RIE process or the ashing process is performed on the semiconductor wafer is described as the plasma processing chamber to which the present invention is applied. However, the plasma processing chamber to which the present invention can be applied is described here. However, the present invention is not limited thereto, and the present invention can be applied as long as the semiconductor wafer is subjected to plasma treatment.
上述した各実施の形態に係るプラズマ処理室では、処理される基板が半導体ウエハであったが、処理される基板はこれに限られず、例えば、LCD(Liquid Crystal Display)やFPD(Flat Panel Display)等のガラス基板であってもよい。 In the plasma processing chamber according to each of the above-described embodiments, the substrate to be processed is a semiconductor wafer. However, the substrate to be processed is not limited to this, for example, an LCD (Liquid Crystal Display) or an FPD (Flat Panel Display). It may be a glass substrate such as.
W ウエハ
S 処理空間
10 プラズマ処理室
11 容器
12 サセプタ
20 高周波電源
34,52,56 ガス導入シャワーヘッド
38,53 天井電極板
39 電極支持体
46 他の高周波電源
47 冷却板
48,54,58 絶縁膜
49 CEL直流電源
51 アルマイト被膜
55 プラズマ処理室用構造物
57 チャンバ蓋
60 サセプタ側面被覆部材
61 プラズマ処理室用部品
62 基部
63 溶射膜
63a 表面
64 シース
W Wafer
Claims (14)
電気的に接地する導電性の冷却部材と、
該導電性の冷却部材及び前記処理空間の間に介在して前記処理空間に露出する面を有し、且つ電気的に浮遊する板状電極と、
前記導電性の冷却部材及び前記板状電極の間に配置される、誘電体からなる少なくとも1つの絶縁性部材と、
バッファ室を内部に有する支持体とを備え、
前記板状電極、前記少なくとも1つの絶縁性部材、前記導電性の冷却部材及び前記支持体は、前記処理空間にガスを供給するシャワーヘッドを構成し、該シャワーヘッドは前記導電性の冷却部材、前記少なくとも1つの絶縁性部材及び前記板状電極を直線的に貫通する複数のガス孔を備え、
前記複数のガス孔は前記支持体のバッファ室に連通することを特徴とするプラズマ処理室用構造物。 A plasma processing chamber having a container having a processing space for storing a substrate and a mounting table disposed in the container and mounting the stored substrate, wherein the mounting table is connected to at least one high-frequency power source In the plasma processing chamber structure disposed in the plasma processing chamber,
A conductive cooling member that is electrically grounded;
A plate-like electrode having a surface exposed to the processing space interposed between the conductive cooling member and the processing space, and electrically floating,
At least one insulating member made of a dielectric material disposed between the conductive cooling member and the plate electrode ;
A support body having a buffer chamber inside ,
The plate electrode, the at least one insulating member, the conductive cooling member, and the support constitute a shower head that supplies gas to the processing space, and the shower head includes the conductive cooling member, A plurality of gas holes linearly penetrating the at least one insulating member and the plate electrode;
The structure for a plasma processing chamber, wherein the plurality of gas holes communicate with a buffer chamber of the support .
電気的に接地する導電性の冷却部材と、
該導電性の冷却部材及び前記処理空間の間に介在して前記処理空間に露出する面を有し、且つ電気的に浮遊する板状電極と、
前記導電性の冷却部材及び前記板状電極の間に介在する真空層と、
バッファ室を内部に有する支持体とを備え、
前記板状電極、前記真空層、前記導電性の冷却部材及び前記支持体は、前記処理空間にガスを供給するシャワーヘッドを構成し、該シャワーヘッドは前記導電性の冷却部材、前記真空層及び前記板状電極を直線的に貫通する複数のガス孔を備え、
前記複数のガス孔は前記支持体のバッファ室に連通することを特徴とするプラズマ処理室用構造物。 A plasma processing chamber having a container having a processing space for storing a substrate and a mounting table disposed in the container and mounting the stored substrate, wherein the mounting table is connected to at least one high-frequency power source In the plasma processing chamber structure disposed in the plasma processing chamber,
A conductive cooling member that is electrically grounded;
A plate-like electrode having a surface exposed to the processing space interposed between the conductive cooling member and the processing space, and electrically floating,
A vacuum layer interposed between the conductive cooling member and the plate electrode ;
A support body having a buffer chamber inside ,
The plate electrode, the vacuum layer, the conductive cooling member, and the support constitute a shower head that supplies gas to the processing space, and the shower head includes the conductive cooling member, the vacuum layer, and A plurality of gas holes linearly penetrating the plate electrode;
Wherein the plurality of gas holes plasma processing chamber for structures characterized Rukoto through with the buffer chamber of the support.
電気的に接地する導電性の冷却部材と、
該導電性の冷却部材及び前記処理空間の間に介在して前記処理空間に露出する面を有し、且つ電気的に浮遊する板状電極と、
前記導電性の冷却部材及び前記板状電極の間に配置される、誘電体からなる少なくとも1つの絶縁性部材と、
バッファ室を内部に有する支持体とを備え、
前記板状電極、前記少なくとも1つの絶縁性部材、前記導電性の冷却部材及び前記支持体は、前記処理空間にガスを供給するシャワーヘッドを構成し、該シャワーヘッドは前記導電性の冷却部材、前記少なくとも1つの絶縁性部材及び前記板状電極を直線的に貫通する複数のガス孔を備え、
前記複数のガス孔は前記支持体のバッファ室に連通するプラズマ処理室用構造物を備えることを特徴とするプラズマ処理室。 A plasma processing chamber having a container having a processing space for storing a substrate and a mounting table disposed in the container and mounting the stored substrate, wherein the mounting table is connected to at least one high-frequency power source In the plasma processing chamber
A conductive cooling member that is electrically grounded;
A plate-like electrode having a surface exposed to the processing space interposed between the conductive cooling member and the processing space, and electrically floating,
At least one insulating member made of a dielectric material disposed between the conductive cooling member and the plate electrode ;
A support body having a buffer chamber inside ,
The plate electrode, the at least one insulating member, the conductive cooling member, and the support constitute a shower head that supplies gas to the processing space, and the shower head includes the conductive cooling member, A plurality of gas holes linearly penetrating the at least one insulating member and the plate electrode;
The plasma processing chamber, wherein the plurality of gas holes include a structure for a plasma processing chamber that communicates with a buffer chamber of the support .
前記プラズマ処理室は、
電気的に接地する導電性の冷却部材と、
該導電性の冷却部材及び前記処理空間の間に介在して前記処理空間に露出する面を有し、且つ電気的に浮遊する板状電極と、
前記導電性の冷却部材及び前記板状電極の間に配置される、誘電体からなる少なくとも1つの絶縁性部材と、
バッファ室を内部に有する支持体とを有し、
前記板状電極、前記少なくとも1つの絶縁性部材、前記導電性の冷却部材及び前記支持体は、前記処理空間にガスを供給するシャワーヘッドを構成し、該シャワーヘッドは前記導電性の冷却部材、前記少なくとも1つの絶縁性部材及び前記板状電極を直線的に貫通する複数のガス孔を備え、
前記複数のガス孔は前記支持体のバッファ室に連通するプラズマ処理室用構造物を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。 A plasma processing chamber having a container having a processing space for storing a substrate and a mounting table disposed in the container and mounting the stored substrate, wherein the mounting table is connected to at least one high-frequency power source In a plasma processing apparatus comprising a plasma processing chamber,
The plasma processing chamber is
A conductive cooling member that is electrically grounded;
A plate-like electrode having a surface exposed to the processing space interposed between the conductive cooling member and the processing space, and electrically floating,
At least one insulating member made of a dielectric material disposed between the conductive cooling member and the plate electrode ;
Possess a support having a buffer chamber therein,
The plate electrode, the at least one insulating member, the conductive cooling member, and the support constitute a shower head that supplies gas to the processing space, and the shower head includes the conductive cooling member, A plurality of gas holes linearly penetrating the at least one insulating member and the plate electrode;
The plasma processing apparatus, wherein the plurality of gas holes include a structure for a plasma processing chamber that communicates with a buffer chamber of the support .
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