JP7101628B2 - プラズマ処理装置および電極構造体 - Google Patents

プラズマ処理装置および電極構造体 Download PDF

Info

Publication number
JP7101628B2
JP7101628B2 JP2019018102A JP2019018102A JP7101628B2 JP 7101628 B2 JP7101628 B2 JP 7101628B2 JP 2019018102 A JP2019018102 A JP 2019018102A JP 2019018102 A JP2019018102 A JP 2019018102A JP 7101628 B2 JP7101628 B2 JP 7101628B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
stage
shield
dielectric
plasma
electrode structure
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
JP2019018102A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2020126755A (ja
Inventor
八城 飯塚
泰明 谷池
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.)
Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
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 Tokyo Electron Ltd filed Critical Tokyo Electron Ltd
Priority to JP2019018102A priority Critical patent/JP7101628B2/ja
Priority to PCT/JP2020/001835 priority patent/WO2020162157A1/ja
Priority to US17/425,026 priority patent/US20220084798A1/en
Priority to KR1020217027287A priority patent/KR20210118917A/ko
Publication of JP2020126755A publication Critical patent/JP2020126755A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7101628B2 publication Critical patent/JP7101628B2/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
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32623—Mechanical discharge control means
    • H01J37/32651—Shields, e.g. dark space shields, Faraday shields
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/505—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges
    • 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
    • H01J37/32091—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being capacitively coupled to the plasma
    • 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
    • H01J37/3244—Gas supply means
    • 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
    • H01J37/3244—Gas supply means
    • H01J37/32449—Gas control, e.g. control of the gas flow
    • 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
    • H01J37/32568—Relative arrangement or disposition of electrodes; moving means
    • 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
    • H01J37/32715—Workpiece holder
    • 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
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/60—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of insulating materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P50/00—Etching of wafers, substrates or parts of devices
    • H10P50/20—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H10P50/24—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching of semiconductor materials
    • H10P50/242—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching of semiconductor materials of Group IV materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/332—Coating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/332—Coating
    • H01J2237/3321—CVD [Chemical Vapor Deposition]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Description

本開示の種々の側面および実施形態は、プラズマ処理装置および電極構造体に関する。
例えば、下記特許文献１には、ウエハＷが載置された載置台２が昇降機構により上昇し、上昇後の位置でウエハＷの処理が行われ、処理後に昇降機構により載置台２が下降し、下降後の位置でウエハＷの搬送が行われる成膜装置が開示されている。
国際公開第２０１４／１７８１６０号
本開示は、処理容器内の異常放電を抑制することができるプラズマ処理装置および電極構造体を提供する。
本開示の一側面は、プラズマ処理装置であって、処理容器と、シャワーヘッドと、電極構造体と、電力供給部とを備える。シャワーヘッドは、処理容器内に配置され、上部電極として機能し、処理容器内にプラズマの生成に用いられるガスを供給する。電極構造体は、処理容器内に配置され、上面に被処理体が載置される。電力供給部は、電極構造体に高周波電力を供給する。また、電極構造体は、ステージと、支持部と、第１の誘電体と、第２の誘電体と、第３の誘電体と、第１のシールドと、第２のシールドと、第３のシールドとを有する。ステージは、シャワーヘッドに対向する下部電極として機能し、上面に被処理体が載置される。支持部は、ステージの下部に接続され、ステージを支持する。第１の誘電体は、ステージの上面の周縁領域に配置される。第２の誘電体は、ステージの側面および下面に配置される。第３の誘電体は、支持部の周囲に配置される。第１のシールドは、第１の誘電体の上面であって、ステージの周縁に配置される。第２のシールドは、第１のシールドに接続され、第２の誘電体を挟んでステージの側面に配置される。第３のシールドは、第２のシールドに接続され、第２の誘電体および第３の誘電体を挟んで、ステージの下面と支持部の周囲に配置される。また、シャワーヘッドとステージとの間にはプラズマが生成され、生成されたプラズマにより、ステージに載置された被処理体が処理される。また、第３のシールドは接地されている。
本開示の種々の側面および実施形態によれば、処理容器内の異常放電を抑制することができる。
図１は、本開示の一実施形態における成膜装置の一例を示す概略断面図である。 図２は、本開示における電極構造体の一例を示す概略断面図である。 図３は、ステージの周縁付近の構造の一例を示す拡大断面図である。 図４は、等価回路の一例を示す図である。 図５は、等価回路の他の例を示す図である。
以下に、開示されるプラズマ処理装置および電極構造体の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態により、開示されるプラズマ処理装置および電極構造体が限定されるものではない。
ところで、ウエハに対する処理が行われる処理室と、ウエハの搬送が行われる搬送室とは、ウエハが載置される載置台によって隔てられている。しかし、処理室と搬送室とは、気密に隔離されておらず、２つ空間は連通している。そのため、処理室内に供給されたガスや、処理室内で発生したパーティクル等が、搬送室内にも侵入する場合がある。
また、ウエハに対して成膜等のプラズマ処理が行われる場合、載置台に高周波電力が供給されることがある。搬送室内には、載置台を支持する支持部が配置されており、載置台に供給された高周波電力は、支持部にも伝搬する。そのため、支持部に伝搬した高周波電力と、搬送室内に侵入したガスやパーティクル等とによって、搬送室内で異常放電が発生する場合がある。また、プラズマ処理に用いられる高周波電力の周波数や電力が高くなると、放電が発生する条件が整いやすくなり、搬送室内で異常放電がより発生しやすくなる。
そこで、本開示は、処理容器内の異常放電を抑制することができる技術を提供する。
［成膜装置１の構成］
図１は、本開示の一実施形態における成膜装置１の一例を示す概略断面図である。成膜装置１は、被処理体の一例である半導体ウエハ（以下、ウエハＷと記載する）に対して、プラズマを用いて所定の膜を成膜する装置である。成膜装置１は、プラズマ処理装置の一例である。
成膜装置１は、装置本体１０および制御装置１００を備える。装置本体１０は、ウエハＷを収容し、収容されたウエハＷに対して成膜を行う真空容器である処理容器１１を備える。処理容器１１は、アルミニウム等の金属により概ね扁平な円形状に構成されている。処理容器１１は、接地されている。処理容器１１の側壁には、ウエハＷの搬入および搬出を行うための開口部１２が形成されている。開口部１２は、ゲートバルブＧによって開閉される。
開口部１２よりも上部側には、排気ダクト１４が設けられている。排気ダクト１４は、処理容器１１の側壁の一部をなし、縦断面が中空の角型形状であり、処理容器１１の側壁に沿って円環状に湾曲させて構成されている。排気ダクト１４の内周面には、排気ダクト１４の延伸方向に沿って伸びるスリット状の排気口１５が形成されている。また、排気ダクト１４には、排気管１６の一端が接続されている。排気管１６の他端は、真空ポンプ等を有する排気装置１８に接続されている。また、排気管１６には、ＡＰＣ（Auto Pressure Controller）バルブ等の圧力調整部１７が設けられている。圧力調整部１７は、制御装置１００によって制御され、処理容器１１内の圧力を所定の圧力に制御する。本実施形態において、処理容器１１内の圧力は、例えば数Ｔｏｒｒ～数十Ｔｏｒｒに制御される。
処理容器１１内には、ウエハＷを載置する電極構造体２０が設けられている。図２は、本開示における電極構造体２０の一例を示す概略断面図である。本実施形態における電極構造体２０は、例えば図２に示されるように、ステージ２１および支持部２２を備える。ステージ２１は、例えばアルミニウム等の金属により構成され、上面にウエハＷが載置される。支持部２２は、例えばアルミニウム等の金属により筒状に構成され、ステージ２１の略中央を下方から支持する。
図３は、ステージ２１の周縁付近の構造の一例を示す拡大断面図である。ステージ２１の上面であって、ステージ２１に載置されるウエハＷの周囲には、ステージ２１の周縁に沿って段差部２１０が形成されている。段差部２１０は、ステージ２１の上面の周縁領域の一例である。段差部２１０には、環状の誘電体２３が配置されている。また、ステージ２１の側面には、環状の誘電体２４が配置されており、ステージ２１の下面には、環状の誘電体２５が配置されている。
誘電体２４の下面であって、誘電体２５に接触する面には、環状の段差２４０が形成されている。また、誘電体２５の上面であって、誘電体２４に接触する面には、環状の段差２５０が形成されている。段差２４０と段差２５０とは、互いに嵌合する形状である。
支持部２２の周囲には、環状の誘電体２６が配置されている。誘電体２６は、支持部２２の延伸方向に沿って複数の部分誘電体２６０に分割されている。なお、誘電体２６は、１つの部材により、支持部２２の形状に合わせて筒状に形成することも可能である。しかし、誘電体２６を１つの部材で構成すると、誘電体２６の温度が上昇した場合に、誘電体２６に温度勾配が発生する場合がある。温度勾配が発生すると、熱膨張率の違いにより、誘電体２６の一部に局所的に応力が集中し、誘電体２６が変形したり破損したりする場合がある。これに対し、本実施形態では、誘電体２６は、複数の部分誘電体２６０に分割されているため、応力を分散させることができる。これにより、誘電体２６の変形や破損を抑制することができる。
誘電体２５の下面であって、再上端の部分誘電体２６０に接触する誘電体２５の面には、環状の段差２５１が形成されている。また、それぞれの部分誘電体２６０の上面には、段差２６１が形成されている。また、最下段の部分誘電体２６０を除く、それぞれの部分誘電体２６０の下面にも、段差２６２が形成されている。段差２５１と段差２６１とは、互いに嵌合する形状である。また、段差２６１と段差２６２とも、互いに嵌合する形状である。
このように、本実施形態において、誘電体２４、誘電体２５、および複数の部分誘電体２６０には、それぞれ、隣接する誘電体との接触面に段差が形成されている。これにより、隣接する誘電体の境界面を通ってステージ２１または支持部２２からシールドに至る表面距離を延ばすことができる。これにより、隣接する誘電体の境界面における沿面放電を抑制することができる。
誘電体２３は、第１の誘電体の一例であり、誘電体２４および誘電体２５は、第２の誘電体の一例であり、誘電体２６は、第３の誘電体の一例である。
誘電体２３の上面であって、ステージ２１に載置されるウエハＷの周囲には、導電性の材料により構成された環状のペリフェラルリング２７が配置されている。誘電体２４を挟んでステージ２１の側面の位置には、導電性の材料により構成された筒状のシールド２８が配置されている。シールド２８は、ペリフェラルリング２７に電気的に接続されている。
誘電体２５および誘電体２６を挟んで、ステージ２１の下面と支持部２２の周囲には、導電性の材料により構成されたシールド２９が配置されている。シールド２９は、シールド２８およびフランジ６１に電気的に接続されており、フランジ６１を介して接地されている。
なお、本実施形態では、シールド２９は、１つの部材で構成されるが、開示の技術はこれに限られない。他の形態において、シールド２９は、誘電体２５を挟んでステージ２１の下面に配置された板状のシールドと、誘電体２６を挟んで支持部２２の周囲に配置された筒状のシールドとに分かれていてもよい。ただし、その場合であっても、これらの２つのシールドは電気的に接続されている。
ペリフェラルリング２７は、第１のシールドの一例であり、シールド２８は、第２のシールドの一例であり、シールド２９は、第３のシールドの一例である。
ペリフェラルリング２７およびシールド２８の周囲には、誘電体により構成されたカバー部材２７０が設けられている。なお、図示が省略されているが、ステージ２１内には、ウエハＷの温度を調整するためのヒータや、ウエハＷを静電気力によりステージ２１の上面に静電吸着させるための電極等が埋め込まれている。
図１に戻って説明を続ける。電極構造体２０の下部は、処理容器１１の底部に形成された開口部を貫通している。電極構造体２０の下端には、導電性の材料により構成されたフランジ６１が設けられている。フランジ６１の下面側略中央には、シャフト６２の上端が接続されている。シャフト６２の下端は、昇降機構６３に接続されている。昇降機構６３によってシャフト６２が昇降することにより、電極構造体２０は、フランジ６１と一体となって昇降する。
例えば、昇降機構６３によって電極構造体２０が下方側の位置である搬送位置まで下降し、開口部１２を介して処理前のウエハＷが図示しない搬送機構によって処理容器１１内に搬入され、電極構造体２０上に載置される。そして、昇降機構６３によって電極構造体２０が上方側の位置である処理位置まで上昇した後、電極構造体２０上のウエハＷに対して成膜処理が実行される。そして、昇降機構６３によって電極構造体２０が再び搬送位置まで下降し、開口部１２を介して処理後のウエハＷが図示しない搬送機構によって処理容器１１内から搬出される。電極構造体２０が処理位置にある場合に、ステージ２１よりも上方側の空間が処理室であり、ステージ２１よりも下方側の空間が搬送室である。
処理容器１１の底部とフランジ６１とは、金属製のベローズ６０で接続されている。これにより、昇降機構６３によって電極構造体２０が昇降した場合でも、処理容器１１内の気密性が維持される。ベローズ６０およびフランジ６１は、処理容器１１を介して接地されている。
ベローズ６０と電極構造体２０との間には、配管３８を介して、パージガスを供給するガス供給源３５が接続されている。ガス供給源３５は、パージガスとして、例えば窒素ガスや希ガス等の不活性ガスをベローズ６０と電極構造体２０との間に供給する。配管３８には、流量制御器３６およびバルブ３７が設けられている。流量制御器３６は、バルブ３７が開状態に制御された場合に、ガス供給源３５からベローズ６０と電極構造体２０との間に供給されるパージガスの流量を制御する。
ベローズ６０と電極構造体２０との間に、下方からパージガスが供給されることにより、処理容器１１の底部と電極構造体２０との間の隙間から侵入するパーティクルが抑制される。これにより、ベローズ６０と電極構造体２０との間における放電やパーティクルの再飛散等が抑制される。
電極構造体２０のステージ２１には、整合器５３を介して高周波電源５２が電気的に接続されている。高周波電源５２は、イオン引き込み用（バイアス用）の電源であり、３００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数、例えば２ＭＨｚの高周波電力を電極構造体２０のステージ２１に供給する。整合器５３は、高周波電源５２の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。高周波電源５２は、電力供給部の一例である。
環状の排気ダクト１４の内側には、誘電体１３を介してシャワーヘッド４０が設けられている。誘電体１３およびシャワーヘッド４０によって処理容器１１の天井部が構成されている。シャワーヘッド４０は、天板４１およびシャワープレート４２を有する。天板４１およびシャワープレート４２は、例えばニッケル等の金属により構成されている。
天板４１は、シャワープレート４２を上方から着脱自在に保持する。天板４１の下方には、電極構造体２０のステージ２１に対向するように、シャワープレート４２が設けられている。シャワープレート４２は、天板４１の下面に設けられており、天板４１の下面全体を覆う。シャワープレート４２の略中央には、凹部が設けられている。シャワープレート４２には、シャワープレート４２をシャワープレート４２の厚さ方向に貫通する複数の吐出口４４が形成されている。
天板４１の上面側の略中央には、シャワーヘッド４０内にガスを導入するためのガス導入口４５が設けられている。ガス導入口４５を介してシャワーヘッド４０内に導入されたガスは、天板４１とシャワープレート４２の凹部とで囲まれた拡散室４３内を拡散する。拡散室４３内を拡散したガスは、複数の吐出口４４を介して、シャワープレート４２の下面と電極構造体２０に載置されたウエハＷとによって囲まれた処理空間Ｓ内にシャワー状に供給される。なお、シャワーヘッド４０には、シャワーヘッド４０の温度を制御する温度制御機構が設けられていてもよい。
ガス導入口４５には、配管３３を介してガス供給源３０が接続されている。ガス供給源３０は、成膜処理に用いられるガスの供給源である。配管３３には、流量制御器３１およびバルブ３２が設けられている。流量制御器３１は、バルブ３２が開状態に制御された場合に、ガス供給源３０から配管３３へ流れるガスの流量を制御する。
シャワーヘッド４０には、整合器５１を介して高周波電源５０が接続されている。高周波電源５０は、プラズマ生成用の電源であり、１３．５６ＭＨｚ以上の周波数、例えば６０ＭＨｚの高周波電力を発生させる。高周波電源５０が発生させた高周波電力は、整合器５１を介して、シャワーヘッド４０に供給される。整合器５１は、高周波電源５０の内部（または出力）インピーダンスと負荷インピーダンスとを整合させる。
シャワーヘッド４０に供給された高周波電力は、天板４１からシャワープレート４２に伝搬し、シャワープレート４２の下面から処理容器１１内に放射される。複数の吐出口４４を介して処理空間Ｓ内に供給されたガスは、処理容器１１内に放射された高周波電力によってプラズマ化される。そして、ステージ２１に供給されたバイアス用の高周波電力により、プラズマ中のイオン等が、ウエハＷに引き込まれる。これにより、プラズマに含まれる荷電粒子や活性種等によって、ウエハＷに所定の膜が積層される。
シャワープレート４２と電極構造体２０とは、対となって、処理空間Ｓ内に容量結合プラズマ（ＣＣＰ）を形成するための対向電極として機能する。シャワープレート４２は、例えば上部電極として機能し、電極構造体２０は、例えば下部電極として機能する。
制御装置１００は、プロセッサ、メモリ、および入出力インターフェイスを有する。メモリには、プログラムや処理レシピ等が格納される。プロセッサは、メモリから読み出されたプログラムを実行することにより、メモリから読み出された処理レシピに従って、入出力インターフェイスを介して装置本体１０の各部を制御する。
ここで、ステージ２１に高周波電力が供給されると、支持部２２の表面を高周波電力が伝搬する。仮に、支持部２２が導電性のシールドで覆われていない場合、処理容器１１内の圧力や、支持部２２と接地電位の部材との距離等が放電に適した条件になると、支持部２２と接地電位の部材との間で異常放電が発生する。このような異常放電が発生すると、処理空間Ｓ内に生成されたプラズマが不安定となり、ウエハＷに成膜される膜の品質が悪化する場合がある。また、異常放電により、成膜装置１の部材の劣化が進む場合もある。
これに対し、本実施形態では、ステージ２１および支持部２２が、誘電体を挟んで導電性のシールドで覆われ、シールドが接地される。これにより、支持部２２と接地電位の部材との間等で発生する異常放電が抑制される。これにより、ウエハＷに成膜される膜の品質の悪化を抑制することができる。
また、熱膨張による変形や破損を防止するために、電極構造体２０内において隣接する部品間には、わずかな隙間が設けられている。そのため、成膜処理の際には、ペリフェラルリング２７とシールド２８とは、少なくとも一部では接触し電気的に接続されているが、わずかな隙間が残っている場合がある。シールド２８とシールド２９との接触面、シールド２９とフランジ６１との接触面についても同様である。
ここで、成膜処理時の等価回路は、例えば図４のようになる。図４は、等価回路の一例を示す図である。図４において、Ｃ１は、ステージ２１とペリフェラルリング２７との間の容量を表し、Ｃ２は、ペリフェラルリング２７とシールド２８との間の容量を表す。また、Ｃ３は、シールド２８とシールド２９との間の容量を表し、Ｃ４は、シールド２９とフランジ６１との間の容量を表す。また、Ｚｓは、容量Ｃ１～Ｃ４によって定まるインピーダンスを表し、Ｚｐは、処理空間Ｓに生成されているプラズマのインピーダンスを表す。
本実施形態において、シールドのインピーダンスＺｓは、プラズマのインピーダンスＺｐよりも大きくなるように、各シールドの接続が調整されている。そのため、放電が、シールドでなく、プラズマを経由して行われる。これにより、シールドを介する異常放電が抑制される。なお、シールドのインピーダンスＺｓは、プラズマのインピーダンスＺｐの２倍以上であることが好ましい。これにより、シールドを介する異常放電をより効果的に抑制することができる。
以上、一実施形態について説明した。上記したように、本実施形態の成膜装置１は、処理容器１１と、シャワーヘッド４０と、電極構造体２０と、高周波電源５２とを備える。シャワーヘッド４０は、処理容器１１内に配置され、上部電極として機能し、処理容器１１内にプラズマの生成に用いられるガスを供給する。電極構造体２０は、処理容器１１内に配置され、上面にウエハＷが載置される。高周波電源５２は、電極構造体２０に高周波電力を供給する。また、電極構造体２０は、ステージ２１と、支持部２２と、誘電体２３と、誘電体２４と、誘電体２５と、誘電体２６と、ペリフェラルリング２７と、シールド２８と、シールド２９とを有する。ステージ２１は、シャワーヘッド４０に対向する下部電極として機能し、上面にウエハＷが載置される。支持部２２は、ステージ２１の下部に接続され、ステージ２１を支持する。誘電体２３は、ステージ２１の上面の周縁領域に配置される。誘電体２４は、ステージ２１の側面に配置される。誘電体２５は、ステージ２１の下面に配置される。誘電体２６は、支持部の周囲に配置される。ペリフェラルリング２７は、誘電体２３の上面であって、ステージ２１の周縁に配置される。シールド２８は、ペリフェラルリング２７に接続され、誘電体２４を挟んでステージ２１の側面に配置される。シールド２９は、シールド２８に接続され、誘電体２５および誘電体２６を挟んで、ステージ２１の下面と支持部２２の周囲に配置される。また、シャワーヘッド４０とステージ２１との間にはプラズマが生成され、生成されたプラズマにより、ステージ２１に載置されたウエハＷが処理される。また、シールド２９は接地されている。これにより、ステージ２１および支持部２２と接地電位の部材との間等で発生する異常放電が抑制される。これにより、ウエハＷに成膜される膜の品質の悪化を抑制することができる。
また、上記した実施形態において、ペリフェラルリング２７、シールド２８、およびシールド２９を介するステージ２１と接地電位との間のインピーダンスＺｓは、シャワーヘッド４０とステージ２１との間に生成されたプラズマを介するシャワーヘッド４０とステージ２１との間のインピーダンスＺｐよりも大きい。これにより、シールドと接地電位との間よりも、プラズマの方で放電が起こりやすくなり、シールドを介する異常放電が抑制される。
また、上記した実施形態において、インピーダンスＺｓは、インピーダンスＺｐの２倍以上であることが好ましい。これにより、シールドと接地電位との間よりも、プラズマの方で放電がより起こりやすくなり、シールドを介する異常放電がより効果的に抑制される。
また、上記した実施形態において、支持部２２は、筒状であり、誘電体２６は、支持部２２の延伸方向に沿って複数の部分誘電体２６０に分割されている。それぞれの部分誘電体２６０において、隣接する他の部分誘電体２６０に接触する面には、段差が形成されている。また、接触する２つの部分誘電体２６０の接触面に形成された段差２６１および段差２６２は、互いに嵌合する形状である。これにより、隣接する誘電体の境界面における沿面放電を抑制することができる。
［その他］
なお、本願に開示された技術は、上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
例えば、上記した実施形態では、ステージ２１と接地電位との間のシールドのインピーダンスＺｓは、容量Ｃ１～Ｃ４によって定まるインピーダンスであるが、開示の技術はこれに限られない。例えば、シールド２９は、可変容量コンデンサを介してフランジ６１に接続されてもよい。この場合、成膜処理時の等価回路は、例えば図５のようになる。図５は、等価回路の他の例を示す図である。
図５において、Ｃｖは、シールド２９とフランジ６１との間に配置された可変容量コンデンサの容量を表し、Ｚｓ’は、容量Ｃ１～Ｃ３および容量Ｃｖによって定まるインピーダンスを表す。図５の例では、Ｚｐ＜Ｚｓ’を満たす範囲で、容量Ｃｖの値を変更することにより、プラズマの分布を制御することができる。ただし、この場合であっても、シールドのインピーダンスＺｓ’は、プラズマのインピーダンスＺｐの２倍以上であることが好ましい。
また、上記した実施形態では、成膜装置１を例に説明したが、プラズマを用いて処理を行う装置であれば、エッチング装置や、改質装置、または洗浄装置等においても、開示の技術を適用することが可能である。
また、上記した実施形態では、プラズマ生成用の高周波電力がシャワーヘッド４０に供給されるが、開示の技術はこれに限られない。他の形態として、プラズマ生成用の高周波電力は、ステージ２１に供給されてもよい。また、さらに他の形態として、ステージ２１には、プラズマ生成用の高周波電力が供給され、バイアス用の高周波電力は供給されない構成であってもよい。
また、上記した実施形態では、プラズマ源の一例として容量結合型プラズマ（ＣＣＰ）が用いられたが、開示の技術はこれに限られない。プラズマ源としては、例えば、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）、マイクロ波励起表面波プラズマ（ＳＷＰ）、電子サイクロトン共鳴プラズマ（ＥＣＰ）、またはヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ）等が用いられてもよい。
なお、今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上記した実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
Ｓ 処理空間
Ｗ ウエハ
１ 成膜装置
１０ 装置本体
１１ 処理容器
２０ 電極構造体
２１ ステージ
２１０ 段差部
２２ 支持部
２３ 誘電体
２４ 誘電体
２４０ 段差
２５ 誘電体
２６ 誘電体
２７ ペリフェラルリング
２８ シールド
２９ シールド
４０ シャワーヘッド
４１ 天板
４２ シャワープレート
５０ 高周波電源
５２ 高周波電源
６０ ベローズ
６１ フランジ
６２ シャフト
６３ 昇降機構
１００ 制御装置

Claims (6)

  1. 処理容器と、
    前記処理容器内に配置され、上部電極として機能し、前記処理容器内にプラズマの生成に用いられるガスを供給するシャワーヘッドと、
    前記処理容器内に配置され、上面に被処理体が載置される電極構造体と、
    前記電極構造体に高周波電力を供給する電力供給部と
    を備え、
    前記電極構造体は、
    前記シャワーヘッドに対向する下部電極として機能し、上面に前記被処理体が載置されるステージと、
    前記ステージの下部に接続され、前記ステージを支持する支持部と、
    前記ステージの上面の周縁領域に配置された第１の誘電体と、
    前記ステージの側面および下面に配置された第２の誘電体と、
    前記支持部の周囲に配置された第３の誘電体と、
    前記第１の誘電体の上面であって、前記ステージの周縁に配置される第１のシールドと、
    前記第１のシールドに接続され、前記第２の誘電体を挟んで前記ステージの側面に配置される第２のシールドと、
    前記第２のシールドに接続され、前記第２の誘電体の一部および前記第３の誘電体を挟んで、前記ステージの下面と前記支持部の周囲に配置される第３のシールドと
    を有し、
    前記シャワーヘッドと前記ステージとの間にはプラズマが生成され、生成されたプラズマにより、前記ステージに載置された前記被処理体が処理され、
    前記第３のシールドは接地されているプラズマ処理装置。
  2. 前記第１のシールド、前記第２のシールド、および前記第３のシールドを介する前記ステージと接地電位との間のインピーダンスＺｓは、前記シャワーヘッドと前記ステージとの間に生成されたプラズマを介する前記シャワーヘッドと前記ステージとの間のインピーダンスＺｐよりも大きい請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記インピーダンスＺｓは、前記インピーダンスＺｐの２倍以上である請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記支持部は、筒状であり、
    前記第３の誘電体は、前記支持部の延伸方向に沿って複数の部分誘電体に分割されており、
    それぞれの前記部分誘電体において、隣接する他の前記部分誘電体に接触する面には、段差が形成されており、
    接触する２つの前記部分誘電体の接触面に形成された前記段差は、互いに嵌合する形状である請求項１から３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記第３のシールドは、可変容量コンデンサを介して接地されている請求項１から４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  6. 上部電極に対向する下部電極として機能し、上面に被処理体が載置されるステージと、
    前記ステージの下部に接続され、前記ステージを支持する支持部と、
    前記ステージの上面の周縁領域に配置された第１の誘電体と、
    前記ステージの側面および下面に配置された第２の誘電体と、
    前記支持部の周囲に配置された第３の誘電体と、
    前記第１の誘電体の上面であって、前記ステージの周縁に配置される第１のシールドと、
    前記第１のシールドに接続され、前記第２の誘電体を挟んで前記ステージの側面に配置される第２のシールドと、
    前記第２のシールドに接続され、前記第２の誘電体の一部および前記第３の誘電体を挟んで、前記ステージの下面と前記支持部の周囲に配置される第３のシールドと
    を備え、
    前記第３のシールドは接地されている電極構造体。
JP2019018102A 2019-02-04 2019-02-04 プラズマ処理装置および電極構造体 Active JP7101628B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019018102A JP7101628B2 (ja) 2019-02-04 2019-02-04 プラズマ処理装置および電極構造体
PCT/JP2020/001835 WO2020162157A1 (ja) 2019-02-04 2020-01-21 プラズマ処理装置および電極構造体
US17/425,026 US20220084798A1 (en) 2019-02-04 2020-01-21 Plasma processing apparatus and electrode structure
KR1020217027287A KR20210118917A (ko) 2019-02-04 2020-01-21 플라즈마 처리 장치 및 전극 구조체

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019018102A JP7101628B2 (ja) 2019-02-04 2019-02-04 プラズマ処理装置および電極構造体

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020126755A JP2020126755A (ja) 2020-08-20
JP7101628B2 true JP7101628B2 (ja) 2022-07-15

Family

ID=71947393

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019018102A Active JP7101628B2 (ja) 2019-02-04 2019-02-04 プラズマ処理装置および電極構造体

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220084798A1 (ja)
JP (1) JP7101628B2 (ja)
KR (1) KR20210118917A (ja)
WO (1) WO2020162157A1 (ja)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11615966B2 (en) 2020-07-19 2023-03-28 Applied Materials, Inc. Flowable film formation and treatments
US11699571B2 (en) * 2020-09-08 2023-07-11 Applied Materials, Inc. Semiconductor processing chambers for deposition and etch
US12142459B2 (en) 2020-09-08 2024-11-12 Applied Materials, Inc. Single chamber flowable film formation and treatments
US11887811B2 (en) 2020-09-08 2024-01-30 Applied Materials, Inc. Semiconductor processing chambers for deposition and etch
JP7641878B2 (ja) * 2021-11-01 2025-03-07 東京エレクトロン株式会社 測定方法及び測定システム
JP2025105017A (ja) * 2023-12-28 2025-07-10 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2502271B2 (ja) * 1994-08-05 1996-05-29 株式会社日立製作所 プラズマ処理装置
TW323387B (ja) * 1995-06-07 1997-12-21 Tokyo Electron Co Ltd
US6364957B1 (en) * 1997-10-09 2002-04-02 Applied Materials, Inc. Support assembly with thermal expansion compensation
JP2001077088A (ja) * 1999-09-02 2001-03-23 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置
US6364949B1 (en) * 1999-10-19 2002-04-02 Applied Materials, Inc. 300 mm CVD chamber design for metal-organic thin film deposition
JP2002343787A (ja) * 2001-05-17 2002-11-29 Research Institute Of Innovative Technology For The Earth プラズマ処理装置およびそのクリーニング方法
US7794615B2 (en) * 2005-03-31 2010-09-14 Tokyo Electron Limited Plasma processing method and apparatus, and autorunning program for variable matching unit
JP2007281150A (ja) * 2006-04-05 2007-10-25 Tokyo Electron Ltd 処理装置
JP5317424B2 (ja) * 2007-03-28 2013-10-16 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
US7987814B2 (en) * 2008-04-07 2011-08-02 Applied Materials, Inc. Lower liner with integrated flow equalizer and improved conductance
KR20100037765A (ko) * 2008-10-02 2010-04-12 삼성전자주식회사 플라즈마 발생장치
JP2014056987A (ja) * 2012-09-13 2014-03-27 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置
US9337000B2 (en) * 2013-10-01 2016-05-10 Lam Research Corporation Control of impedance of RF return path
JP5921472B2 (ja) 2013-03-14 2016-05-24 三菱電機株式会社 走行支援装置及び走行支援方法
JP6438320B2 (ja) * 2014-06-19 2018-12-12 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
JP6626753B2 (ja) * 2016-03-22 2019-12-25 東京エレクトロン株式会社 被加工物の処理装置
US10811233B2 (en) * 2016-08-13 2020-10-20 Applied Materials, Inc. Process chamber having tunable showerhead and tunable liner
WO2018144452A1 (en) * 2017-02-02 2018-08-09 Applied Materials, Inc. Applying equalized plasma coupling design for mura free susceptor
US11562890B2 (en) * 2018-12-06 2023-01-24 Applied Materials, Inc. Corrosion resistant ground shield of processing chamber

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020126755A (ja) 2020-08-20
WO2020162157A1 (ja) 2020-08-13
KR20210118917A (ko) 2021-10-01
US20220084798A1 (en) 2022-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7101628B2 (ja) プラズマ処理装置および電極構造体
JP4255747B2 (ja) プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
CN109509694B (zh) 等离子体处理装置和等离子体处理方法
CN101615575B (zh) 缓冲板以及基板处理装置
KR100938635B1 (ko) 반경 방향 플라즈마 분포에 대한 개선된 자기 제어를 위한플라즈마 제한 배플 및 유동비 이퀄라이저
TWI411034B (zh) A plasma processing apparatus and a method and a focusing ring
KR101677239B1 (ko) 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법
KR102380271B1 (ko) 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법
KR100900585B1 (ko) 포커스링 및 플라즈마 처리 장치
KR101672856B1 (ko) 플라즈마 처리 장치
CN111095498B (zh) 载置台、基板处理装置以及边缘环
JP2012138497A (ja) プラズマ処理装置
KR101898079B1 (ko) 플라즈마 처리 장치
KR102350148B1 (ko) 플라즈마 처리 방법
KR20200051494A (ko) 배치대, 엣지 링의 위치 결정 방법 및 기판 처리 장치
JPH08335568A (ja) エッチング装置
US20220122820A1 (en) Substrate processing apparatus
KR20200051505A (ko) 배치대 및 기판 처리 장치
JP2023048449A (ja) 基板支持器、基板処理装置及び静電吸着方法
CN115732293A (zh) 基板处理设备和基板处理方法
KR102407353B1 (ko) 플라스마 처리 장치
TW202343631A (zh) 基板載置台、基板處理裝置、及基板載置台之製造方法
CN116779404A (zh) 基板载置台、基板处理装置以及基板处理方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20211021

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: 20220607

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220705

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7101628

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250