JP6819968B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6819968B2
JP6819968B2 JP2018546281A JP2018546281A JP6819968B2 JP 6819968 B2 JP6819968 B2 JP 6819968B2 JP 2018546281 A JP2018546281 A JP 2018546281A JP 2018546281 A JP2018546281 A JP 2018546281A JP 6819968 B2 JP6819968 B2 JP 6819968B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
electrodes
processing apparatus
plasma processing
center
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018546281A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2018074322A1 (ja
Inventor
平山　昌樹
昌樹 平山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tohoku University NUC
Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tohoku University NUC
Tokyo Electron Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tohoku University NUC, Tokyo Electron Ltd filed Critical Tohoku University NUC
Publication of JPWO2018074322A1 publication Critical patent/JPWO2018074322A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6819968B2 publication Critical patent/JP6819968B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32174—Circuits specially adapted for controlling the RF discharge
    • H01J37/32183—Matching circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32532—Electrodes
    • H01J37/32541—Shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32532—Electrodes
    • H01J37/32577—Electrical connecting means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H2242/00—Auxiliary systems
    • H05H2242/20—Power circuits

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Description

本発明は、プラズマにより被処理体に微細加工を施すプラズマ処理装置及びプラズマ処理装置の制御方法に関する。
平板ディスプレイ、太陽電池、半導体デバイス等の製造工程では、薄膜の形成及び／又はエッチング等にプラズマが用いられている。プラズマは、例えば、処理容器内にガスを導入し、処理容器内に設けられた電極に数ＭＨｚ〜数１００ＭＨｚの高周波を印加することによって生成される。生産性を向上させるために、半導体デバイスの製造に用いられるシリコン基板のサイズは年々大きくなる傾向にあり、既に直径３００ｍｍのシリコン基板で量産が行われている。
薄膜の形成及び／又はエッチング等のプラズマプロセスでは、プロセス時間を短縮して生産性を向上させるために、より高い密度のプラズマを生成することが求められている。また、基板表面に入射するイオンのエネルギを低く抑えてイオン照射ダメージを低減するとともに、ガス分子の過剰解離を抑制するために、電子温度の低いプラズマを生成することが求められている。一般に、プラズマ励起周波数を高くするとプラズマ密度が増加し電子温度が低下するので、高品質な薄膜を高いスループットで成膜するにはプラズマ励起周波数を高くすることが望ましい。このような観点から、通常の高周波電源の周波数である１３．５６ＭＨｚより高い３０〜３００ＭＨｚのＶＨＦ（Ｖｅｒｙ Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯の高周波をプラズマ処理に用いることが行われている（例えば、特許文献１、２参照）。
特開平９−３１２２６８号公報 特開２００９−０２１２５６号公報
しかしながら、プラズマ励起周波数が高くなると、高周波が印加される電極の表面を伝搬する表面波によって生じる定在波の影響によりプラズマ密度の均一性が悪化してしまうことがある。一般には、高周波が印加される電極のサイズが自由空間の波長の１／２０よりも大きくなった場合には、何らかの対策を行わないと均一性の高いプラズマを励起することが困難になる。
例えば、直径３００ｍｍのシリコン基板上にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により薄膜を形成する場合、プラズマ励起周波数を１３．５６ＭＨｚに設定すると均一なプラズマが得られるものの、プラズマ密度が低く電子温度が高いために高品質な薄膜を高速に形成することは困難となる。一方、プラズマ励起周波数を約７倍の１００ＭＨｚに設定すると、膜質と成膜速度が改善するものの、処理の均一性が著しく悪化する。また、たまたまあるプロセス条件で均一なプラズマが実現できたとしても、他のプロセス条件では均一性が悪化してしまう場合もある。１００ＭＨｚ以上の高周波でも直径３００ｍｍを超える基板上に均一性の高いプラズマを励起し、かつプラズマ密度の分布を自在に制御する技術が強く望まれる。
従来の平行平板型のプラズマ処理装置では、基板の対向面に基板よりも大きな高周波印加電極が設けられている。このようなプラズマ処理装置では、高周波電流は、高周波印加電極とチャンバ壁等の接地間、及び高周波印加電極と基板間にプラズマを介して流れるようになっている。このような構成では、高周波印加電極とプラズマとの間を伝搬する表面波の影響により定在波が発生し、高いプラズマ励起周波数を用いた場合には均一性の高いプラズマを生成することが困難となる。また、プラズマ密度の分布を制御することもできない。
上記課題に対して、本発明の目的とするところは、高周波を印加する電極とインピーダンス可変回路を接続する電極とを設け、電極のインピーダンスを変化させることにより、電極間あるいは電極と接地間の高周波電流の流れを変え、例えばＶＨＦ帯の高い励起周波数でプラズマを生成した場合であっても、プラズマの密度分布を制御することができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理装置の制御方法を提供することにある。
一態様のプラズマ処理装置は、接地された処理容器と、処理容器の内部にて被処理体を支持する載置台と、処理容器の載置台と対面するように配置された複数の電極であり、互いに絶縁された、該複数の電極と、プラズマ生成用の高周波電力を供給する高周波電源であり、複数の電極のうち異なる２つの電極の間、又は、複数の電極のうちの１つの電極と処理容器との間に電気的に接続された、該高周波電源と、インピーダンスを制御可能なインピーダンス可変回路であり、複数の電極のうち異なる２つの電極の間、又は、複数の電極のうちの１つの電極と処理容器との間に電気的に接続された、該インピーダンス可変回路と、を備える。
一実施形態では、複数の電極は、第１の電極及び第２の電極を含み、高周波電源は、第２の電極と処理容器との間に電気的に接続され、インピーダンス可変回路は、第１の電極と処理容器との間に接続されていてもよい。
一実施形態では、第１の電極は円盤状の中心電極であり、第２の電極は該中心電極の外周を囲むように設けられた環状電極であり、高周波電源は、整合器を介して環状電極及び処理容器に電気的に接続されていてもよい。
一実施形態では、環状電極及び中心電極は、金属部材から形成され、環状電極と中心電極との間には絶縁体部材が介在していてもよい。
一実施形態では、第１の同軸管を更に備え、第１の同軸管の内部導体の一端はインピーダンス可変回路に接続され、該内部導体の他端は中心電極に接続されていてもよい。
一実施形態では、第１の部分と該第１の部分から分岐した複数の第２の部分とを有する内部導体を含む第２の同軸管を更に備え、第１の部分の端部は整合器に接続され、複数の第２の部分の端部は中心電極の中心を通る軸線に対して軸対称となる位置で環状電極に接続されていてもよい。
一実施形態では、被処理体の外周、中心電極の載置台と対面する面の外周、環状電極の載置台と対面する面の内周、及び環状電極の載置台と対面する面の外周は円形であり、被処理体、中心電極及び環状電極は、環状電極の載置台と対面する面の外径＞被処理体の外径＞環状電極の載置台と対面する面の内径＞中心電極の載置台と対面する面の外径の関係を有していてもよい。
一実施形態では、複数の電極は、第１の電極、第２の電極及び第３の電極を含み、高周波電源は、第２の電極と第３の電極との間に電気的に接続され、インピーダンス可変回路は、第１の電極と第３の電極との間に電気的に接続されていてもよい。
一実施形態では、高周波電源は、第２の電極と第３の電極との間に整合器を介して電気的に接続され、第３の電極は、整合器及び高周波電源を介して接地されていてもよい。
一実施形態では、高周波電源と第３の電極とを接続する高周波伝送路の少なくとも一部にコモンモードチョークが設けられていてもよい。
一実施形態では、第１の電極は円盤状の中心電極であり、第２の電極は該中心電極の外周を取り囲むように設けられた環状電極であり、第３の電極は環状電極の外周を取り囲むように設けられた外周電極であってもよい。
一実施形態では、中心電極、環状電極及び外周電極は、金属部材から形成され、中心電極と環状電極との間及び環状電極と外周電極との間には絶縁体部材が介在していてもよい。
一実施形態では、第１の同軸管を更に備え、第１の同軸管の内部導体の一端はインピーダンス可変回路に接続され、該内部導体の他端は中心電極に接続されていてもよい。
一実施形態では、第１の部分と該第１の部分から分岐した複数の第２の部分とを有する内部導体を含む第２の同軸管を更に備え、第１の部分の端部は整合器に接続され、複数の第２の部分の端部は中心電極の中心を通る軸線に対して軸対称となる位置で環状電極に接続されていてもよい。
一実施形態では、複数の電極は、第１の電極及び第２の電極を含み、高周波電源は、第１の電極と第２の電極との間に電気的に接続され、インピーダンス可変回路は、第２の電極と処理容器との間に電気的に接続されていてもよい。
一実施形態では、高周波電源は、整合器を介して第１の電極及び第２の電極に電気的に接続され、第２の電極は、整合器及び高周波電源を介して接地されていてもよい。
一実施形態では、第１の電極は円盤状の中心電極であり、第２の電極は中心電極の外周を取り囲むように設けられた外周電極であってもよい。
一実施形態では、中心電極及び外周電極は、金属部材から形成され、中心電極と外周電極との間には、絶縁体部材が介在していてもよい。
一実施形態では、第１の同軸管を更に備え、第１の同軸管の内部導体の一端は整合器に接続され、該内部導体の他端は中心電極に接続されていてもよい。
一実施形態では、第１の同軸管の内部導体の一端は、第１の同軸管の外部導体の端部と電気的に短絡されていてもよい。
一実施形態では、一端が第１の同軸管に電気的に接続され、他端が整合器に電気的に接続された第２の同軸管を更に備えていてもよい。
一実施形態では、被処理体の外周、中心電極の載置台と対面する面の外周、前外周電極の載置台と対面する面の内周、及び外周電極の載置台と対面する面の外周は円形であり、被処理体、中心電極及び外周電極は、外周電極の載置台と対面する面の外径＞被処理体の外径＞外周電極の載置台と対面する面の内径＞中心電極の載置台と対面する面の外径、の関係を有していてもよい。
一実施形態では、インピーダンス可変回路は、中心電極の中心を通る軸線に対して軸対称な複数の位置で外周電極に接続されていてもよい。
一実施形態では、複数の第２の部分の端部は、環状電極の周方向において等間隔となる位置で環状電極に接続されていてもよい。
一実施形態では、環状電極は、環状電極の周方向に等しい間隔で複数の領域に分割されていてもよい。
一態様では、接地された処理容器と、処理容器の内部にて被処理体を支持する載置台と、処理容器の載置台と対面するように配置された複数の電極であり、互いに絶縁された、該複数の電極と、プラズマ生成用の高周波電力を供給する高周波電源であり、複数の電極のうち異なる２つの電極の間、又は、複数の電極のうちの１つの電極と処理容器との間に電気的に接続された、該高周波電源と、インピーダンスを制御可能なインピーダンス可変回路であり、複数の電極のうち異なる２つの電極の間、又は、複数の電極のうちの１つの電極と処理容器との間に電気的に接続された、該インピーダンス可変回路と、複数の電極のうちインピーダンス可変回路に接続する１つの電極の載置台と対面する面における高周波振幅または直流電位を測定するためのモニタと、を備える。一態様に係る制御方法は、モニタによって測定された高周波振幅又は直流電位を取得するステップと、高周波振幅又は直流電位が目標値になるようにインピーダンス可変回路のインピーダンスを制御するステップと、を含む。
本発明の一態様及び種々の実施形態によれば、高い励起周波数でプラズマを生成した場合であっても、プラズマの密度分布を制御することができる。
第１実施形態に係るプラズマ処理装置の縦断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面の一例である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面の他例である。 第１〜第６実施形態に係るインピーダンス可変回路の一例である。 第２実施形態に係るプラズマ処理装置の縦断面図である。 第３実施形態に係るプラズマ処理装置の縦断面図である。 第４実施形態に係るプラズマ処理装置の縦断面図である。 第５実施形態に係るプラズマ処理装置の縦断面図である。 第６実施形態に係るプラズマ処理装置の縦断面図である。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
＜第１実施形態＞
［プラズマ処理装置の構成］
まず、本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置の構成について図１及び図２を参照しながら説明する。図１は本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置の縦断面図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿ったプラズマ処理装置の断面図である。
図１に示すプラズマ処理装置１０Ａは、処理容器１００、載置台１１５、上部電極２１２、インピーダンス可変回路４００、及び、高周波電源５０５を備えている。処理容器１００は、シリコン基板等の被処理体（以下、基板Ｗと称する）をプラズマ処理するための処理空間ＰＳを画成する。処理容器１００は、断面が矩形状であり、アルミ合金等の金属から形成され、接地されている。処理容器１００は、容器本体１０５と蓋１１０とを含んでいる。容器本体１０５は側壁及び底壁を有している。容器本体１０５の側壁は筒状体をなしている。蓋１１０は、容器本体１０５の上部開口を塞ぐように容器本体１０５に取り付けられている。蓋１１０は、容器本体１０５を介して接地されている。容器本体１０５と蓋１１０との間にはＯリングが設けられており、処理容器１００内の気密性が保たれるようになっている。
処理容器１００内の下部には、載置台１１５が配置されている。この載置台１１５の上面には、基板Ｗが支持される。また、処理容器１００の底壁には、排気口１２０が形成されている。処理容器１００内のガスは、真空ポンプ（不図示）により排気口１２０から排気される。
処理容器１００の基板側の面と対向する面（天井面）、即ち処理容器１００の上部には、載置台１１５と対面するように上部電極２１２が設けられている。上部電極２１２は、複数の電極である中心電極２００及び環状電極２０５を含んでいる。中心電極２００は円盤状であり、天井面の中央に位置している。環状電極２０５は環状であり、中心電極２００の外周を取り囲むように設けられている。一実施形態では、中心電極２００及び環状電極２０５は、金属部材から形成されている。中心電極２００の外周面及び上面は絶縁体部材２１０によって覆われている。また、環状電極２０５の内周面、外周面及び上面は絶縁体部材２１０によって覆われている。即ち、中心電極２００と環状電極２０５との間には絶縁体部材２１０が介在しており、絶縁体部材２１０によって中心電極２００及び環状電極２０５は互いに絶縁されている。絶縁体部材２１０は、例えばアルミナ又は石英等の誘電体から形成されている。
また、一実施形態では、中心電極２００の内部にはガス拡散室２２０が形成され、環状電極２０５の内部にはガス拡散室２３０が形成されていてもよい。ガス拡散室２２０からは処理空間ＰＳに連通する複数のガス孔２２０ｈが下方に延びており、ガス拡散室２３０からは処理空間ＰＳに連通する複数のガス孔２３０ｈが下方に延びている。ガス拡散室２２０及びガス拡散室２３０には、ガス供給管を介して第１ガス供給システム７００及び第２ガス供給システム７１０がそれぞれ接続されている。第１ガス供給システム７００及び第２ガス供給システム７１０は、所定の流量比でガス拡散室２２０及びガス拡散室２３０にそれぞれガスを供給する。ガス拡散室２２０及びガス拡散室２３０に供給されたガスは、複数のガス孔２２０ｈ及び複数のガス孔２３０ｈを介して処理容器１００内にシャワー状に分散されて供給される。
インピーダンス可変回路４００は、インピーダンスを制御可能な電気回路であり、上部電極２１２の複数の電極のうち異なる２つの電極の間、又は、上部電極２１２の複数の電極のうちの１つの電極と処理容器との間に電気的に接続されている。図１に示す実施形態では、インピーダンス可変回路４００は、第１の接続端子４００ａと第２の接続端子４００ｂとを有している。第１の接続端子４００ａは線Ｈ１及び後述する内部導体３００ａを介して中心電極２００に電気的に接続されており、第２の接続端子４００ｂは線Ｇ１を介して処理容器１００の蓋１１０に電気的に接続されている。即ち、インピーダンス可変回路４００は、中心電極２００と接地された処理容器１００との間に電気的に接続されている。
図４は、インピーダンス可変回路４００の構成例を示す回路図である。図４に示すように、インピーダンス可変回路４００としては、可変コンデンサのみからなる構成（４００Ａ）、可変コンデンサとコイルとを並列接続した構成（４００Ｂ）、可変コンデンサとコイルと直列接続した構成（４００Ｃ）が考えられる。
一実施形態では、プラズマ処理装置１０Ａは第１の同軸管３００を更に備え得る。第１の同軸管３００は、内部導体３００ａ及び外部導体３００ｂから形成されている。内部導体３００ａは処理容器１００の蓋１１０及び絶縁体部材２１０を貫通するように延びている。内部導体３００ａの一端は線Ｈ１を介してインピーダンス可変回路４００の第１の接続端子４００ａに接続されている。内部導体３００ａの他端は中心電極２００に接続されている。かかる構成によれば、中心電極２００と処理容器１００の接地面とに接続されたインピーダンス可変回路４００により、中心電極２００とグラウンドとの間のインピーダンスを変えることができる。
一実施形態では、プラズマ処理装置１０Ａは第２の同軸管３１０を更に備え得る。第２の同軸管３１０は、内部導体３１０ａ及び外部導体３１０ｂを含んでいる。第２の同軸管３１０は、長さ方向の途中位置で複数の同軸管に分岐している。本実施形態では、第２の同軸管３１０は、４本の同軸管に分岐している。なお、第２の同軸管３１０の分岐数は、４分岐に限られず、例えば、２分岐であってもよく、８分岐であってもよく、他の分岐数であってもよい。第２の同軸管３１０の内部導体３１０ａは、第１の部分３１２と当該第１の部分３１２から分岐した複数の第２の部分３１４とを含んでいる。内部導体３１０ａの第１の部分３１２の端部は、整合器５００を介して高周波電源５０５に接続されている。内部導体３１０ａの複数の第２の部分３１４は処理容器の蓋１１０及び絶縁体部材２１０を貫通するように延在し、端部が環状電極２０５に接続されている。また、絶縁体部材２１０は、内部導体３００ａと外部導体３００ｂとの間に埋め込まれた誘電体、或いは内部導体３１０ａと外部導体３１０ｂとの間に埋め込まれた誘電体とつながっている。
高周波電源５０５は、プラズマ生成用の高周波電力を供給するものであり、上部電極２１２の複数の電極のうち異なる２つの電極の間、又は、上部電極２１２の複数の電極のうちの１つの電極と処理容器１００との間に電気的に接続されている。本実施形態では、高周波電源５０５は、第１の給電端子５０５ａ及び第２の給電端子５０５ｂを備えている。第１の給電端子５０５ａは、線Ｈ２及び第２の同軸管３１０の内部導体３１０ａを介して環状電極２０５に電気的に接続されている。第２の給電端子５０５ｂは、線Ｇ２及び第２の同軸管３１０の外部導体３１０ｂを介して処理容器１００の蓋１１０に電気的に接続されている。即ち、高周波電源５０５は、環状電極２０５と接地された処理容器１００との間に電気的に接続されている。
図２に示すように、中心電極２００と環状電極２０５との間は絶縁体部材２１０で区切られている。第１の同軸管３００の他端は、中心電極２００の上面の中心位置に接続されている。第２の同軸管３１０は、中心電極２００の中心を通る軸線Ｚに対して軸対称な位置に配置されている。一実施形態では、第２の同軸管３１０の複数の端部は、環状電極２０５の周方向において等間隔となる位置で環状電極２０５に接続されていてもよい。
また、別の実施形態では、環状電極２０５は、環状電極２０５の周方向に等しい間隔で分割されていてもよい。図３に示す実施形態では、環状電極２０５は、絶縁体部材２１０によって４つの領域に分割され、各領域に給電点としての第２の同軸管３１０の端部が接続されている。高周波印加電極である環状電極２０５を周方向に分割することにより、環状電極２０５の表面を伝搬する表面波の伝搬距離を短くすることができるので、定在波の発生を抑制することができる。また、環状電極２０５を周方向に分割することにより熱膨張による歪みを吸収することができ、絶縁体部材２１０の割れを防止することができる。特に、環状電極２０５を周方向に等しい間隔で分割することにより、プラズマの均一性を向上することができると共に、絶縁体部材２１０の割れ防止の効果を高めることができる。
ここで、基板Ｗの外周、中心電極２００のプラズマ露出面である下面２００ａの外周、環状電極２０５のプラズマ露出面である下面２０５ａの内周、及び、環状電極２０５の下面２０５ａの外周は円形である。これらのサイズは、環状電極２０５の下面２０５ａの外径＞基板Ｗの外径＞環状電極２０５の下面２０５ａの内径＞中心電極２００の下面２００ａの外径、の関係を有していてもよい。なお、中心電極２００の下面２００ａ及び環状電極２０５の下面２０５ａは、載置台１１５と対面する面である。
［インピーダンス制御］
次に、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０Ａの制御方法について説明する。本実施形態では、プラズマ処理装置１０Ａはモニタ６００及び制御装置６０５を備え得る。モニタ６００は、インピーダンス可変回路４００と中心電極２００とをつなぐホット側の線Ｈ１に取り付けられている。モニタ６００は、中心電極２００の下面２００ａの高周波振幅または直流電位が測定する。測定された高周波振幅または直流電位は、モニタ６００から制御装置６０５に送られる。
制御装置６０５は、例えば、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｆ（ＩｎｔｅｒＦａｃｅ）を有するコンピュータから構成されている。制御装置６０５のＲＡＭには、予め中心電極２００の下面２００ａの高周波振幅または直流電位の目標値が記憶されている。制御装置６０５は、高周波振幅または直流電位の測定値を取得し、中心電極２００の下面２００ａの高周波振幅または直流電位が目標値になるようにインピーダンス可変回路４００のインピーダンスを制御する。インピーダンス可変回路４００のインピーダンスは、プロセス中においてもフィードバック制御される。
本実施形態では、高周波電源５０５から出力された高周波は、基板Ｗと上部電極２１２間に印加されるのではなく、環状電極２０５と蓋１１０（接地）との間に印加され、絶縁体部材２１０から出力される。高周波の一部はプラズマ生成に消費され、高周波の他の一部は反射波となって絶縁体部材２１０に戻る。このように高周波の進行波と反射波とが干渉しあって、電極の下面２００ａの表面に沿って電界強度の強弱ができる。
本実施形態では、中心電極２００と蓋１１０（接地）との間に接続されたインピーダンス可変回路４００を用いて中心電極２００とグラウンドとの間のインピーダンスを変化させることが可能となっている。中心電極２００とグラウンドとの間のインピーダンスを変化させることで、中心電極２００と環状電極２０５との間の絶縁体部材２１０から出力される高周波の電界強度や位相を変えることができる。これにより、中心電極２００の電界強度と環状電極２０５の電界強度との分布の均衡を図り、プラズマ密度の分布を制御することができる。
インピーダンスの制御について更に具体的に説明する。先ず、中心電極２００と接地間のリアクタンスＸｃが誘導性の場合について考える。中心電極２００と接地間のインダクタンスをＬｃ、中心電極２００とプラズマとの間に形成されるシースのキャパシタンスをＣｓとする。インピーダンス可変回路４００のインピーダンスを調整して、インダクタンスＬｃが下記式（１）、
Figure 0006819968
 となるようにすると、インダクタンスＬｃとキャパシタンスＣｓが直列共振した状態になる。ここで、ωはプラズマ励起角周波数である。このとき、プラズマから中心電極２００を見たインピーダンスは最小になり、接地面よりも中心電極２００の方が、高周波電流が流れやすくなる。従って、高周波電流は環状電極２０５と中心電極２００間のみを流れ、接地面には流れ込まない。環状電極２０５の下面２０５ａの面積が、中心電極２００の下面２００ａの面積よりも大きければ、中心電極２００とプラズマとの間のシースにより高い電圧が印加され、より高い密度のプラズマが励起される。すなわち、基板Ｗの周辺部よりも中心部の方が、密度が高いプラズマが生成される。
中心電極２００と接地間のリアクタンスＸｃを共振状態から正側または負側にずらすと、プラズマから中心電極２００を見たインピーダンスが大きくなり、高周波電流は接地面にも流れるようになる。中心電極２００と接地間のリアクタンスＸｃを無限大、すなわち中心電極２００をフローティングにすると、高周波電流は中心電極２００には流れなくなり、環状電極２０５と接地面間のみを流れるようになる。このとき、中心電極２００とプラズマとの間のシースには高周波電圧がかからないので、中心電極２００の前面ではプラズマが励起されない。すなわち、基板の中心部よりも周辺部の方が、密度が高いプラズマが生成される。このように、インピーダンス可変回路４００のリアクタンスを変えて中心電極と接地間のリアクタンスを変化させることにより、プラズマ密度の分布を制御することができる。
以上に説明したように、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０Ａによれば、基板Ｗと上部電極との間に電流を流すのではなく、環状電極２０５とグラウンドとの間に高周波電流を流す。また、プラズマ密度の分布の制御をするために、インピーダンス可変回路４００を設け、中心電極２００とグラウンドとの間のインピーダンスを制御する。これにより、中心電極２００と環状電極２０５との間の絶縁体部材２１０から処理容器内に供給される高周波の電界強度や位相を変えることができ、中心電極２００の電界強度と環状電極２０５の電界強度との分布の均衡を図り、プラズマ密度の分布を制御することができる。
なお、本実施形態では、処理容器の載置台１１５と対向する面側にて互いに絶縁されて配置された複数の電極の一例として、上部電極２１２が中心電極２００と環状電極２０５とを含む構成について説明した。しかし、高周波電源５０５は、複数の電極のうちの少なくともいずれか一つの第１の電極と処理容器の接地との間に接続され、高周波を印加すればよい。また、インピーダンス可変回路４００は、複数の電極のうちの前記第１の電極とは異なる少なくともいずれか一つの第２の電極と前記処理容器の接地との間に接続され、インピーダンスを制御すればよい。中心電極２００は、複数の電極に含まれる第１の電極の一例であり、環状電極２０５は、複数の電極に含まれる第２の電極の一例である。
＜第２実施形態＞
［プラズマ処理装置の構成］
次に、本発明の第２実施形態に係るプラズマ処理装置の構成について図５を参照しながら説明する。第２実施形態に係るプラズマ処理装置１０Ｂは第１実施形態に係るプラズマ処理装置１０Ａの変形例であり、基本的構成は第１実施形態と同じであるため、以下では、プラズマ処理装置１０Ａと異なる構成について主に説明する。
第２実施形態に係るプラズマ処理装置１０Ｂは、第２の同軸管３１０に代えて２本の第２の同軸管３１６を備えている。第２の同軸管３１６は、内部導体３１６ａ及び外部導体３１６ｂを含んでいる。図５に示すように、２本の第２の同軸管３１６の内部導体３１６ａの一端は、環状電極２０５に接続されている。また、プラズマ処理装置１０Ｂは、整合器５００に代えて２出力整合器５１０を備えている。２出力整合器５１０は、一対の入力ポート、二対の出力ポートを有している。高周波電源５０５は、２出力整合器５１０の一対の入力ポートに接続されている。二対の出力ポートの各々は、第２の同軸管３１６の内部導体３１６ａの他端及び処理容器１００の蓋１１０に接続されている。２出力整合器５１０は、分岐と整合器の機能とを合わせもつ。同軸管に分岐構造が存在するとパワーの分配が偏ることがあるのに対して、２出力整合器５１０ではパワーの分配の偏りを小さくすることができる。また、プラズマ処理装置１０Ｂは、蓋１１０に電気的に接続されたシールド１２５を更に備えている。２出力整合器５１０と高周波電源５０５の第２の給電端子５０５ｂとの間を接続する線Ｇ２は、シールド１２５を介してグラウンドに接続されている。
蓋１１０は、シールド１２５に覆われている。２出力整合器５１０、インピーダンス可変回路４００及びモニタ６００は、シールド１２５中に配設されている。高周波電源５０５は、２出力整合器５１０及び２本の第２の同軸管３１６を介して環状電極２０５と蓋１１０（接地）との間に接続され、環状電極２０５と蓋１１０との間に高周波電力を印加するようになっている。シールド１２５は、高周波がプラズマ処理装置１０Ｂの外部に漏れることを防止する。
以上に説明したように、第２実施形態に係るプラズマ処理装置１０Ｂでは、環状電極２０５とグラウンドとの間に高周波電流が流れる。また、インピーダンス可変回路４００により中心電極２００とグラウンドとの間のインピーダンスが制御される。これにより、中心電極２００と環状電極２０５との間の絶縁体部材２１０から処理容器１００内に供給される高周波の電界強度や位相を変えることができる。これにより、中心電極２００の電界強度と環状電極２０５の電界強度との分布の均衡を図り、プラズマ密度の分布を制御することができる。
＜第３実施形態＞
［プラズマ処理装置の構成］
次に、本発明の第３実施形態に係るプラズマ処理装置の構成について図６を参照しながら説明する。以下では、プラズマ処理装置１０Ａと異なる点について主に説明する。第３実施形態に係るプラズマ処理装置１０Ｃでは、上部電極２１２が、中心電極２００、環状電極２０５及び外周電極２１５の３つに分かれている。中心電極２００及び環状電極２０５の形状及び配置位置は第１実施形態とほぼ同じである。外周電極２１５は、環状電極２０５の外周側を取り囲むように設けられている。
外周電極２１５は、第１及び第２実施形態にて蓋１１０が設けられた位置に形成されている。外周電極２１５の外縁部と容器本体１０５との間には絶縁リング１２２が設けられており、処理容器１００と外周電極２１５とが絶縁されている。外周電極２１５と接地との間には、外周電極２１５と整合器５００との間を電気的に短絡する短絡部Ｐ１が設けられている。これにより、外周電極２１５は、電気的及び高周波的にはフローティング状態であるが、伝送路的(直流的)にはグラウンドにつながっている。なお、整合器５００と高周波電源５０５との間を電気的に短絡する位置に短絡部を設けてもよい。
中心電極２００、環状電極２０５及び外周電極２１５は、金属部材から形成されている。中心電極２００と環状電極２０５との間、及び、環状電極２０５と外周電極２１５との間にはそれぞれ絶縁体部材２１０が介在しており、中心電極２００、環状電極２０５及び外周電極２１５は互いに絶縁されている。
プラズマ処理装置１０Ｃでは、第１の同軸管３００の内部導体３００ａの一端は、線Ｈ１を介してインピーダンス可変回路４００に接続されている。第１の同軸管の内部導体３００ａは、外周電極２１５及び絶縁体部材２１０を貫通するように延び、第１の同軸管３００の他端が中心電極２００に接続されている。
第２の同軸管３１０は、長さ方向の途中位置で２本の同軸管に分岐している。なお、第２の同軸管３１０の分岐数は、２分岐に限られず、例えば、４分岐であってもよく、８分岐であってもよく、他の分岐数であってもよい。第２の同軸管３１０の内部導体３１０ａは、第１の部分３１２と当該第１の部分３１２から分岐した２本の第２の部分３１４とを含んでいる。２本の第２の部分３１４は、外周電極２１５及び絶縁体部材２１０を貫通するように延び、環状電極２０５に接続されている。これら２本の第２の部分３１４は、中心電極２００の中心を通る軸線Ｚに対して軸対称な位置で環状電極２０５に接続されている。また、第２の同軸管３１０の上端は、第３の同軸管３２０に接続されている。第３の同軸管３２０は整合器５００を介して高周波電源５０５に接続されている。
高周波電源５０５は、外周電極２１５と環状電極２０５との間に整合器５００を介して接続され、外周電極２１５と環状電極２０５との間に高周波を印加する。基板Ｗに高周波電流が流れてしまうと、基板Ｗに流れる電流を独立して制御できない。しかしながら、本実施形態では、電極間だけに高周波電流が流れ、基板Ｗには高周波電流が流れない。これについて説明する。
プラズマ処理装置１０Ｃには、コモンモードが生じてグラウンド側に高周波電流が流れることを防止するために、第３の同軸管３２０の一部の外周近傍に環状のフェライト６１０が設けられている。フェライト６１０は、短絡部Ｐ１と外周電極２１５とを接続する高周波伝送路の少なくとも一部に設けられたコモンモードチョークとして機能する。フェライトの透磁率は大きいので、第３の同軸管３２０を流れるコモンモードの電流に対して大きなインダクタンスとして働く。これにより、コモンモードの電流を抑制することができる。このように第３の同軸管３２０上にフェライト６１０を配置することにより、環状電極２０５に印加した高周波によって基板Ｗに高周波バイアスが印加されることが防止される。これにより、基板Ｗ表面の電位とプラズマ密度の分布とを独立に制御することができる。
なお、プラズマ処理装置１０Ｃでは、外周電極２１５は、外周電極２１５と整合器５００とを接続する第３の同軸管３２０の外部導体３２０ｂを介して接地されている。このため、高周波では外部導体３２０ｂと接地間のインピーダンスがある程度高くなっている。したがって、必ずしもコモンモードチョークを設ける必要はない。
本実施形態にかかるインピーダンス可変回路４００は、外周電極２１５と中心電極２００との間に接続され、外周電極２１５と中心電極２００との間のインピーダンスを制御する。本実施形態においても、インピーダンス可変回路４００と中心電極２００とをつなぐホット側の線Ｈ１にモニタ６００が接続されている。モニタ６００は、中心電極２００の下面２００ａの高周波振幅または直流電位を測定し、測定された高周波振幅または直流電位を制御装置６０５に送出する。制御装置６０５は、高周波振幅または直流電位の測定値に基づき、中心電極２００のプラズマ露出面の高周波振幅または直流電位が目標値になるようにインピーダンス可変回路４００のインピーダンスをフィードバック制御する。
中心電極２００、環状電極２０５及び外周電極２１５の表面にプラズマを介して流れる高周波電流のバランスは、中心電極２００と環状電極２０５との間、及び、環状電極２０５と外周電極２１５との間から放出され、各電極とプラズマとの間を伝搬する表面波の位相差及び強度差で決まる。プラズマ処理装置１０Ｃでは、インピーダンス可変回路４００のリアクタンスを変化させることにより、例えば、中心電極２００と環状電極２０５との間にのみ、中心電極２００と外周電極２１５との間にのみ、或いは環状電極２０５と外周電極２１５との間にのみに高周波電流を流すこともできるし、これらの電極間に任意の割合で高周波電流を流すこともできる。また、３つの電極に均等に高周波電流を流すこともできる。プラズマ処理装置１０Ｃによれば、このようにしてインピーダンス可変回路４００のリアクタンスを変えることにより、基板Ｗの径方向のプラズマ密度の分布を自在に制御することができる。
以上に説明したように、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０Ｃによれば、外周電極２１５と環状電極２０５との間に高周波を印加し、外周電極２１５と中心電極２００との間のインピーダンスを制御する。これにより、中心電極２００の電界強度と環状電極２０５の電界強度との分布の均衡を図り、プラズマ密度の分布を制御することができる。特に、外周電極２１５がフローティングになっているため、インピーダンスを可変としても接地側には高周波電流が流れることが防止される。このため、インピーダンスの制御が容易になり、制御の精度を高めることができる。
なお、本実施形態では、上部電極２１２が、中心電極２００、環状電極２０５及び外周電極２１５の３つの電極を含む構成について説明した。しかしながら、中心電極２００は第１の電極の一例であり、環状電極２０５は第２の電極の一例であり、外周電極２１５は第３の電極の一例に過ぎない。高周波電源５０５は、第３の電極と第２の電極との間に高周波を印加すればよく、インピーダンス可変回路４００は、第３の電極と第１の電極との間でインピーダンスを制御すればよい。
＜第４実施形態＞
［プラズマ処理装置の構成］
次に、本発明の第４実施形態に係るプラズマ処理装置の構成について図７を参照しながら説明する。第４実施形態に係るプラズマ処理装置１０Ｄは第３実施形態に係るプラズマ処理装置１０Ｃの変形例であり、基本的構成は第３実施形態と同じであるため、プラズマ処理装置１０Ｃと異なる構成について中心に説明する。
第４実施形態に係るプラズマ処理装置１０Ｄは、第２の同軸管３１０に代えて２本の第２の同軸管３１６を備えている。図５に示すように、２本の第２の同軸管３１６の内部導体３１６ａの一端は、環状電極２０５に接続されている。また、プラズマ処理装置１０Ｂは、整合器５００に代えて２出力整合器５１０を備えている。２出力整合器５１０は、一対の入力ポート及び二対の出力ポートを有している。高周波電源５０５は、２出力整合器５１０の一対の入力ポートに接続されている。二対の出力ポートの各々は、第２の同軸管３１６の内部導体３１６ａ及び外周電極２１５に接続されている。２出力整合器５１０は、分岐と整合器の機能とを合わせもつ。同軸管に分岐構造を入れるとパワーの分配が偏ることがあるのに対して、２出力整合器５１０ではパワーの分配の偏りを小さくすることができる。２出力整合器５１０と高周波電源５０５との間にはフェライト６１０が設けられている。また、プラズマ処理装置１０Ｄは、容器本体１０５に電気的に接続されたシールド１２５を更に備えている。２出力整合器５１０と第２の給電端子５０５ｂとの間を接続する線Ｇ２は、シールド１２５を介してグラウンドに接続されている。
外周電極２１５は、シールド１２５に覆われている。２出力整合器５１０、インピーダンス可変回路４００及びモニタ６００は、シールド１２５中に配設されている。高周波電源５０５は、２出力整合器５１０及び２本の第２の同軸管３１０を介して環状電極２０５と外周電極２１５との間に接続され、環状電極２０５と外周電極２１５との間に高周波電力を印加するようになっている。シールド１２５は、高周波がプラズマ処理装置１０Ｄの外部に漏れることを防止する。
以上に説明したように、第４実施形態に係るプラズマ処理装置１０Ｄによれば、環状電極２０５と外周電極２１５との間に高周波電力を印加し、中心電極２００と外周電極２１５との間のインピーダンスを制御することにより、電極間の高周波電流の流れを制御してプラズマ密度の分布を制御することができる。
＜第５実施形態＞
［プラズマ処理装置の構成］
次に、本発明の第５実施形態に係るプラズマ処理装置の構成について図８を参照しながら説明する。以下では、上述のプラズマ処理装置と異なる点について中心に説明する。第５実施形態に係るプラズマ処理装置１０Ｅでは、上部電極２１２が、中心電極２００及び外周電極２１５の２つに分かれている。中心電極２００と外周電極２１５との間は、絶縁体部材２１０を介して絶縁されている。
プラズマ処理装置１０Ｅは、第１の同軸管３００を備えている。第１の同軸管３００の内部導体３００ａの一端は、整合器５００に接続されている。第１の同軸管３００の内部導体３００ａは、外周電極２１５及び絶縁体部材２１０を貫通するように延び、内部導体３００ａの他端が中心電極２００に接続されている。第１の同軸管３００の外部導体３００ｂは外周電極２１５に接続されている。
外周電極２１５の外縁部と容器本体１０５との間には絶縁リング１２２が設けられていて、処理容器１００と外周電極２１５とが絶縁されている。これにより、外周電極２１５は、電気的及び高周波的にはフローティング状態であるが、伝送路的（直流的）にはグラウンドにつながっている。絶縁リング１２２の上下にはＯリング１４０、１４５が設けられ、絶縁体押さえ１５０で絶縁リング１２２、Ｏリング１４０、１４５を押しつぶすことにより、外周電極２１５の上部の大気空間から処理容器１００内の処理空間ＰＳを封止する。
プラズマ処理装置１０Ｅでは、基板Ｗの外周、中心電極２００の下面２００ａの外周、外周電極２１５の下面２１５ａの内周、及び外周電極２１５の下面２１５ａの外周は円形であり、これらのサイズは、外周電極２１５の下面２１５ａの外径＞基板Ｗの外周＞外周電極２１５の下面２１５ａの内径＞中心電極２００の下面２００ａの外径、の関係を有する。
ガスの供給路は、第１ガス供給システム７００及び第２ガス供給システム７１０の２系統になっていて、内側のガス系統と外側のガス系統とで流量比を変えられるようになっている。第１ガス供給システム７００は、上部カバー１３０を貫通するガス供給管７０５に第１のガスを導入する。導入された第１のガスは、外周電極２１５の内部に形成され、ガス供給管７０５に連通するガス通路２５０ａを流れて第１のガス孔２５０ｂから処理容器１００内に供給される。第２ガス供給システム７１０は、第２のガスを第１の同軸管の内部導体３００ａ内に形成されたガス通路２４０ａに導入する。第２のガスは、第２のガス孔２４０ｂから処理容器内に供給される。
冷媒供給システム７２０は、冷媒供給管７２５に冷媒を供給する。供給された冷媒は、冷媒供給管７２５と連通し、外周電極２１５の内部に形成された環状の冷媒通路２５０ｃを流れ、これにより、外周電極２１５の温度を調整する。
なお、上述したプラズマ処理装置１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄは冷媒供給システム７２０を備えていないが、冷媒供給システム７２０は、プラズマ処理装置１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄにも適用可能である。
プラズマ処理装置１０Ｅの高周波電源５０５は、外周電極２１５と中心電極２００との間に整合器５００を介して接続され、外周電極２１５と中心電極２００との間に高周波電流を流す。外周電極２１５と接地された処理容器１００との間には、外周電極２１５と整合器５００との間を電気的に短絡する短絡部Ｐ２が設けられている。なお、外周電極２１５と処理容器１００との間に整合器５００と高周波電源５０５との間を電気的に短絡する短絡部を設けてもよい。
プラズマ処理装置１０Ｅのインピーダンス可変回路４００は、外周電極２１５と接地された処理容器１００との間に接続され、インピーダンスを制御するようになっている。図８では、一つのインピーダンス可変回路４００のみが図示されているが、一実施形態では、複数のインピーダンス可変回路４００が、中心電極２００の中心を通る軸線Ｚに対して軸対称な位置で外周電極２１５及び処理容器１００に接続されていてもよい。
プラズマ処理装置１０Ｅでは、外周電極２１５は、外周電極２１５と整合器５００とを接続する外部導体３００ｂを介して接地されている。このため、高周波では外部導体３００ｂと接地間のインピーダンスがある程度高くなっている。従って、インピーダンス可変回路４００のインピーダンスが高ければ、大半の高周波電流は中心電極２００と外周電極２１５との間を流れ、接地面にはほとんど流れない。中心電極２００と外周電極２１５との下面の面積がほぼ等しければ、中心電極２００とプラズマとの間のシース及び外周電極２１５とプラズマとの間のシースには、ほぼ等しい高周波電圧が印加される。
例えば、インピーダンス可変回路４００を設けずに、外周電極２１５とグラウンドの間のインピーダンスを無限大にしておくと、外周電極２１５と中心電極２００との間にだけ高周波電流が流れ、グラウンドには流れない。一方、インピーダンス可変回路４００のリアクタンスを有限の値にすると、そのリアクタンスに応じて接地面にも高周波電流が流れるようになる。接地面に外周電極２１５と同じ位相の高周波電流が流れるようにすれば、中心電極２００に流れる高周波電流が大きくなるため、中心電極２００の下方に高い密度のプラズマが励起される。逆に、接地面に中心電極２００と同じ位相の高周波電流が流れるようにすれば、外周電極２１５に流れる高周波電流が大きくなるため、外周電極２１５の下方に高い密度のプラズマが励起される。
本実施形態においても、制御装置６０５が、モニタ６００の測定値に基づき、インピーダンス可変回路４００のリアクタンスを制御することにより、基板Ｗの径方向のプラズマ密度の分布を自在に制御することができる。また、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０Ｅでは、第３及び第４実施形態に比べて電極数を減らすことができ、かつ分岐を不要とすることができるため構造が単純化することができるという効果も得られる。
なお、本実施形態では、中心電極２００と外周電極２１５とを含む構成について説明した。しかしながら、処理容器の載置台と対向する面側にて互いに絶縁されて配置された第１の電極及び第２の電極のうち、中心電極２００は第１の電極の一例であり、外周電極２１５は第２の電極の一例に過ぎない。
＜第６実施形態＞
［プラズマ処理装置の構成］
次に、本発明の第６実施形態に係るプラズマ処理装置の構成について図９を参照しながら説明する。第６実施形態に係るプラズマ処理装置１０Ｆは第５実施形態に係るプラズマ処理装置１０Ｅの変形例であり、基本的構成は第５実施形態と同じであるため、プラズマ処理装置１０Ｅと異なる構成について中心に説明する。
本実施形態のプラズマ処理装置１０Ｆでは、第１の同軸管３００の外部導体３００ｂと内部導体３００ａとを電気的に短絡する短絡部Ｐ３が設けられている。中心電極２００は、内部導体３００ａ及び外部導体３００ｂを介して接地されている。
また、本実施形態では、一端が第１の同軸管３００に接続され、他端が整合器５００に接続された第２の同軸管３１０を有している。第２の同軸管３１０は、内部導体３１０ａと内部導体３００ａとを連結する金属部材３１０ｃにより第１の同軸管３００に接続されていて、第１の同軸管３００の途中の側壁からパワーを供給する。
ガス供給システム７１５は、第１の同軸管３００の内部に形成されたガス通路２４０ａにガスを流し、ガス孔２４０ｂから処理容器内に供給する。冷媒供給システム７２０は、内部導体３００ａに形成された冷媒通路２４０ｃ及び外部導体３００ｂに形成された冷媒通路２５０ｃに冷媒を流すことにより、中心電極２００及び外周電極２１５の温度を調整する。
本実施形態では、中心電極２００が接地されているため、ガス供給システム７１５及び冷媒供給システム７２０の構成を簡単にすることができる。
なお、上述したプラズマ処理装置１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄは上記冷媒供給システム７２０を備えていないが、冷媒供給システム７２０は、プラズマ処理装置１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄにも適用可能である。
以上に説明したように、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０Ｆによれば、インピーダンス可変回路４００のリアクタンスを可変に制御することにより、基板Ｗの径方向のプラズマ密度の分布を自在に制御することができる。また、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０Ｆでは第３及び第４実施形態に比べて電極数を減らすことができ、かつ分岐を不要とすることができるため構造が単純化することが可能となる。
以上、上記第１〜第６実施形態に係るプラズマ処理装置によれば、高周波を印加する電極とインピーダンス可変回路を接続する電極とを設け、電極のインピーダンスを変化させることにより、電極間あるいは電極と接地間の高周波電流の流れを変えてプラズマ密度の分布を制御することができる。即ち、インピーダンス可変回路が接続する異なる２つの電極の間、又は、１つの電極と処理容器との間のインピーダンスを制御することによって、電極の表面を伝搬する高周波の強度及び位相を変化させることができる。その結果、電極の表面の定在波の分布を変化させることが可能となり、プラズマ密度の分布を制御することが可能となる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、本発明にかかるプラズマ処理装置は、主に半導体製造装置として用いられるが、基板処理装置に用いられてもよい。例えば、半導体の製造工程の他に平板ディスプレイの製造工程や、太陽電池の製造工程に使用することができる。従って、被処理体は、シリコン基板に限られず、ガラス基板であってもよい。
また、上部電極２１２は、複数の電極を含んでいれば、任意の数の電極を有することができる。さらに、高周波電源５０５は、上部電極２１２の複数の電極のうち異なる２つの電極の間、又は、上部電極２１２の複数の電極のうちの１つの電極と処理容器１００との間に電気的に接続されていればよい。また、インピーダンス可変回路４００は、上部電極２１２の複数の電極のうち異なる２つの電極の間、又は、上部電極２１２の複数の電極のうちの１つの電極と処理容器との間に電気的に接続されていればよい。このような構成を備えていれば、インピーダンス可変回路のインピーダンスを制御することによって、電極の表面を伝搬する高周波の強度及び位相を変化させることができる。その結果、電極の表面の定在波の分布を変化させることが可能となり、プラズマ密度の分布を制御することが可能となる。
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ…プラズマ処理装置、１００…処理容器、１１５…載置台、２００…中心電極、２０５…環状電極、２１０…絶縁体部材、２１２…上部電極、２１５…外周電極、３００…第１の同軸管、３００ａ…内部導体、３００ｂ…外部導体、３１０…第２の同軸管、３１０ａ…内部導体、３１０ｂ…外部導体、３１２…第１の部分、３１４…第２の部分、３１６…第２の同軸管、３１６ａ…内部導体、３２０…第３の同軸管、３２０ｂ…外部導体、４００…インピーダンス可変回路、５００…整合器、５０５…高周波電源、５１０…２出力整合器、６００…モニタ、６０５…制御装置、６１０…フェライト、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…短絡部、Ｗ…基板、Ｚ…軸線。

Claims (24)

  1. 接地された処理容器と、
    前記処理容器の内部にて被処理体を支持する載置台と、
    前記処理容器の前記載置台と対面するように配置された複数の電極であり、互いに絶縁された、該複数の電極と、
    プラズマ生成用の高周波電力を供給する高周波電源であり、前記複数の電極のうち異なる２つの電極の間、又は、前記複数の電極のうちの１つの電極と前記処理容器との間に電気的に接続された、該高周波電源と、
    インピーダンスを制御可能なインピーダンス可変回路であり、前記複数の電極のうち異なる２つの電極の間、又は、前記複数の電極のうちの１つの電極と前記処理容器との間に電気的に接続された、該インピーダンス可変回路と、を備え、
    前記複数の電極は、第１の電極及び第２の電極を含み、
    前記高周波電源は、前記第２の電極と前記処理容器との間に電気的に接続され、
    前記インピーダンス可変回路は、前記第１の電極と前記処理容器との間に接続された、プラズマ処理装置。
  2. 前記第１の電極は円盤状の中心電極であり、前記第２の電極は該中心電極の外周を囲むように設けられた環状電極であり、
    前記高周波電源は、整合器を介して前記環状電極及び前記処理容器に電気的に接続されている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記環状電極及び前記中心電極は、金属部材から形成され、前記環状電極と前記中心電極との間には絶縁体部材が介在している、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 第１の同軸管を更に備え、
    前記第１の同軸管の内部導体の一端は前記インピーダンス可変回路に接続され、該内部導体の他端は前記中心電極に接続されている、請求項２又は３に記載のプラズマ処理装置。
  5. 第１の部分と該第１の部分から分岐した複数の第２の部分とを有する内部導体を含む第２の同軸管を更に備え、
    前記第１の部分の端部は前記整合器に接続され、前記複数の第２の部分の端部は前記中心電極の中心を通る軸線に対して軸対称となる位置で前記環状電極に接続されている、請求項２〜４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  6. 前記被処理体の外周、前記中心電極の前記載置台と対面する面の外周、前記環状電極の前記載置台と対面する面の内周、及び前記環状電極の前記載置台と対面する面の外周は円形であり、
    前記被処理体、前記中心電極及び前記環状電極は、
    前記環状電極の前記載置台と対面する面の外径＞前記被処理体の外径＞前記環状電極の前記載置台と対面する面の内径＞前記中心電極の前記載置台と対面する面の外径
    の関係を有する、請求項２〜５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  7. 接地された処理容器と、
    前記処理容器の内部にて被処理体を支持する載置台と、
    前記処理容器の前記載置台と対面するように配置された複数の電極であり、互いに絶縁された、該複数の電極と、
    プラズマ生成用の高周波電力を供給する高周波電源であり、前記複数の電極のうち異なる２つの電極の間、又は、前記複数の電極のうちの１つの電極と前記処理容器との間に電気的に接続された、該高周波電源と、
    インピーダンスを制御可能なインピーダンス可変回路であり、前記複数の電極のうち異なる２つの電極の間、又は、前記複数の電極のうちの１つの電極と前記処理容器との間に電気的に接続された、該インピーダンス可変回路と、を備え、
    前記複数の電極は、第１の電極、第２の電極及び第３の電極を含み、
    前記高周波電源は、前記第２の電極と前記第３の電極との間に電気的に接続され、
    前記インピーダンス可変回路は、前記第１の電極と前記第３の電極との間に電気的に接続されている、プラズマ処理装置。
  8. 前記高周波電源は、前記第２の電極と前記第３の電極との間に整合器を介して電気的に接続され、
    前記第３の電極は、前記整合器及び前記高周波電源を介して接地されている、請求項７に記載のプラズマ処理装置。
  9. 前記高周波電源と前記第３の電極とを接続する高周波伝送路の少なくとも一部にコモンモードチョークが設けられている、請求項８に記載のプラズマ処理装置。
  10. 前記第１の電極は円盤状の中心電極であり、
    前記第２の電極は該中心電極の外周を取り囲むように設けられた環状電極であり、
    前記第３の電極は前記環状電極の外周を取り囲むように設けられた外周電極である、請求項８又は９に記載のプラズマ処理装置。
  11. 前記中心電極、前記環状電極及び前記外周電極は、金属部材から形成され、
    前記中心電極と前記環状電極との間及び前記環状電極と前記外周電極との間には絶縁体部材が介在している、請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
  12. 第１の同軸管を更に備え、
    前記第１の同軸管の内部導体の一端は前記インピーダンス可変回路に接続され、該内部導体の他端は前記中心電極に接続されている、請求項１０又は１１に記載のプラズマ処理装置。
  13. 第１の部分と該第１の部分から分岐した複数の第２の部分とを有する内部導体を含む第２の同軸管を更に備え、
    前記第１の部分の端部は前記整合器に接続され、前記複数の第２の部分の端部は前記中心電極の中心を通る軸線に対して軸対称となる位置で前記環状電極に接続されている、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  14. 接地された処理容器と、
    前記処理容器の内部にて被処理体を支持する載置台と、
    前記処理容器の前記載置台と対面するように配置された複数の電極であり、互いに絶縁された、該複数の電極と、
    プラズマ生成用の高周波電力を供給する高周波電源であり、前記複数の電極のうち異なる２つの電極の間、又は、前記複数の電極のうちの１つの電極と前記処理容器との間に電気的に接続された、該高周波電源と、
    インピーダンスを制御可能なインピーダンス可変回路であり、前記複数の電極のうち異なる２つの電極の間、又は、前記複数の電極のうちの１つの電極と前記処理容器との間に電気的に接続された、該インピーダンス可変回路と、を備え、
    前記複数の電極は、第１の電極及び第２の電極を含み、
    前記高周波電源は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電気的に接続され、
    前記インピーダンス可変回路は、前記第２の電極と前記処理容器との間に電気的に接続されている、プラズマ処理装置。
  15. 前記高周波電源は、整合器を介して前記第１の電極及び前記第２の電極に電気的に接続され、
    前記第２の電極は、前記整合器及び前記高周波電源を介して接地されている、請求項１４に記載のプラズマ処理装置。
  16. 前記第１の電極は円盤状の中心電極であり、
    前記第２の電極は前記中心電極の外周を取り囲むように設けられた外周電極である、請求項１５に記載のプラズマ処理装置。
  17. 前記中心電極及び前記外周電極は、金属部材から形成され、
    前記中心電極と前記外周電極との間には、絶縁体部材が介在している、請求項１６に記載のプラズマ処理装置。
  18. 第１の同軸管を更に備え、
    前記第１の同軸管の内部導体の一端は前記整合器に接続され、該内部導体の他端は前記中心電極に接続されている、請求項１６又は１７に記載のプラズマ処理装置。
  19. 前記第１の同軸管の内部導体の一端は、前記第１の同軸管の外部導体の端部と電気的に短絡されている、請求項１８に記載のプラズマ処理装置。
  20. 一端が前記第１の同軸管に電気的に接続され、他端が前記整合器に電気的に接続された第２の同軸管を更に備える、請求項１８又は１９に記載のプラズマ処理装置。
  21. 前記被処理体の外周、前記中心電極の前記載置台と対面する面の外周、前記外周電極の前記載置台と対面する面の内周、及び前記外周電極の前記載置台と対面する面の外周は円形であり、
    前記被処理体、前記中心電極及び前記外周電極は、
    前記外周電極の前記載置台と対面する面の外径＞前記被処理体の外径＞前記外周電極の前記載置台と対面する面の内径＞前記中心電極の前記載置台と対面する面の外径
    の関係を有する、請求項１６〜２０のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  22. 前記インピーダンス可変回路は、前記中心電極の中心を通る軸線に対して軸対称な複数の位置で前記外周電極に接続されている、請求項１６〜２１のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  23. 前記複数の第２の部分の端部は、前記環状電極の周方向において等間隔となる位置で前記環状電極に接続されている、請求項５又は１３に記載のプラズマ処理装置。
  24. 前記環状電極は、前記環状電極の周方向に等しい間隔で複数の領域に分割されている、請求項２〜６、１０〜１３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
JP2018546281A 2016-10-19 2017-10-12 プラズマ処理装置 Active JP6819968B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016205289 2016-10-19
JP2016205289 2016-10-19
PCT/JP2017/037016 WO2018074322A1 (ja) 2016-10-19 2017-10-12 プラズマ処理装置及びプラズマ処理装置の制御方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2018074322A1 JPWO2018074322A1 (ja) 2019-08-08
JP6819968B2 true JP6819968B2 (ja) 2021-01-27

Family

ID=62018517

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018546281A Active JP6819968B2 (ja) 2016-10-19 2017-10-12 プラズマ処理装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10674595B2 (ja)
JP (1) JP6819968B2 (ja)
KR (1) KR102194176B1 (ja)
TW (1) TWI760379B (ja)
WO (1) WO2018074322A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112885691B (zh) * 2019-11-29 2024-05-14 中微半导体设备(上海)股份有限公司 等离子体处理装置及其稳定性优化的方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3224011B2 (ja) 1996-05-23 2001-10-29 シャープ株式会社 プラズマ励起化学蒸着装置及びプラズマエッチング装置
JPH10289881A (ja) 1997-04-15 1998-10-27 Kokusai Electric Co Ltd プラズマｃｖｄ装置
JP4491029B2 (ja) 2008-08-12 2010-06-30 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及び高周波電力供給装置
JP5572019B2 (ja) * 2010-07-15 2014-08-13 国立大学法人東北大学 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP2012124184A (ja) 2012-03-28 2012-06-28 Masayoshi Murata プラズマ表面処理方法及びプラズマ表面処理装置
JP6249659B2 (ja) 2013-07-25 2017-12-20 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
JP6574547B2 (ja) * 2013-12-12 2019-09-11 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP5729514B1 (ja) 2014-06-14 2015-06-03 プラスウェア株式会社 プラズマ発生装置、液上溶融方法及び給電装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018074322A1 (ja) 2018-04-26
TWI760379B (zh) 2022-04-11
KR20190057362A (ko) 2019-05-28
US10674595B2 (en) 2020-06-02
TW201820463A (zh) 2018-06-01
JPWO2018074322A1 (ja) 2019-08-08
US20190246485A1 (en) 2019-08-08
KR102194176B1 (ko) 2020-12-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI788390B (zh) 用於電漿處理的分佈式電極陣列
JP4904202B2 (ja) プラズマ反応器
JP5231308B2 (ja) プラズマ処理装置
US7537672B1 (en) Apparatus for plasma processing
US20200203132A1 (en) Plasma processing using multiple radio frequency power feeds for improved uniformity
KR100274757B1 (ko) 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법
US10937631B2 (en) Plasma processing apparatus and plasma processing method
US6172321B1 (en) Method and apparatus for plasma processing apparatus
JP2015162266A (ja) プラズマ処理装置
KR20110058699A (ko) 플라즈마 처리 장치
WO2020022141A1 (ja) プラズマ処理装置
CN115088054A (zh) 用于在等离子体处理装置中的边缘环处操纵功率的设备和方法
JP2021503686A (ja) 製造プロセスにおける超局所化及びプラズマ均一性制御
JP3814176B2 (ja) プラズマ処理装置
KR100806522B1 (ko) 유도 결합 플라즈마 반응기
JP6819968B2 (ja) プラズマ処理装置
KR100864111B1 (ko) 유도 결합 플라즈마 반응기
TWI723406B (zh) 電漿處理裝置
JP4598253B2 (ja) プラズマ装置
US10892142B2 (en) System for fabricating a semiconductor device
KR100753869B1 (ko) 복합형 플라즈마 반응기
US11929234B2 (en) Plasma processing apparatus and lower stage
WO2023175690A1 (ja) プラズマ処理装置
TWI853794B (zh) 電漿產生裝置
US10930477B2 (en) Plasma processing apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190409

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200512

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200619

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20201124

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20201221

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6819968

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250