JP7133454B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、プラズマ処理装置に関する。
従来のプラズマ処理装置は、特許文献１～特許文献２に記載されている。プラズマの発生方式には様々なものがあるが、超短波（ＶＨＦ）帯の周波数をプラズマ発生に用いた容量結合プラズマ（ＣＣＰ）処理装置が、注目されている。ＶＨＦ帯とは、３０ＭＨｚ～３００ＭＨｚ程度の範囲の周波数である。
特開２０１６－０１５４９６号公報 特開２００７－２２１１１６号公報
しかしながら、本願発明者らが鋭意検討したところ、ＶＨＦ波を処理容器内に供給する場合、導入ガスの処理容器への流入経路内において、異常放電が生じる場合が考えられ、プラズマの安定性等の観点からも異常放電は好ましくない。すなわち、ＶＨＦ波を処理容器内に導入する際には、導波管を用いるが、導波管は処理容器内に通じているので、ガス導入にも使うことが可能であるが、このような場合に、ガスにエネルギーが与えられて、異常放電が生じる。本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、異常放電を抑制可能なプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
上述の課題を解決するため、第１のプラズマ処理装置は、処理容器内に対向配置された上部電極及び下部電極と、前記上部電極の下方に配置された誘電体内にガス導入用の複数の貫通孔を備えてなる誘電体シャワーと、を備え、前記上部電極と前記下部電極との間の空間にプラズマを発生させるプラズマ処理装置において、前記上部電極は、前記処理容器内へのＶＨＦ波導入用の複数のスロットと、複数の前記スロットから独立して設けられ、複数の前記スロットの間を通り、前記誘電体シャワーに連通したガス流路と、を備え、それぞれの前記スロットは、前記上部電極の周方向に沿って延びており、複数の前記スロットの下に、平面形状が円リング状の導波路が、この導波路内を下方に進行したＶＨＦ波が、この導波路の下部の水平方向の全方位から、前記処理容器の軸中心に向けて進行するように、配置されていることを特徴とする。
このプラズマ処理装置によれば、ガス流路は、ＶＨＦ波導入用のスロットとは独立して設けられているので、ＶＨＦ波がガス流路内に入らず、これに起因した異常放電が抑制され、プラズマが安定する。
第２のプラズマ処理装置においては、前記ガス流路と前記誘電体シャワーとの間に介在し、周方向及び径方向にガスを拡散させるガス拡散板を更に備えることを特徴とする。ガス拡散板が存在することで、ガス濃度分布を均一化することができる。
第３のプラズマ処理装置においては、前記上部電極の径方向に隣接する前記スロットの間に、前記ガス流路が配置されていることを特徴とする。複数のスロットを介して、多くのＶＨＦ波を処理容器内に導入することができ、プラズマの面内均一性を高めることができる。
第４のプラズマ処理装置においては、前記ガス流路は、前記誘電体シャワーの中央領域にガス供給を行う第１流路と、前記誘電体シャワーの周辺領域にガス供給を行う第２流路とを備えていることを特徴とする。これにより、中央領域にも、周辺領域にも、ガスの導入を行うことが可能となり、処理容器内のガス濃度分布を制御することができる。
第５のプラズマ処理装置においては、前記誘電体シャワーの上面に形成された金属膜を更に備えることを特徴とする。この形成には、溶射などを用いることができ、加熱により溶融した金属粒子を、対象物の表面に吹き付ける。金属としては、Ａｌなどを用いることができ、この溶射により、誘電体シャワーの上部の表面が、電磁シールドされ、誘電体シャワー内部で、異常なプラズマが発生しにくくなると共に、誘電体シャワーの上面がガスから保護されるため、劣化が抑制される。
第６のプラズマ処理装置においては、それぞれの前記スロットの一方端は、他方端よりも、前記上部電極の径方向の外側に位置し、前記上部電極の径方向に隣接する前記スロットの間に、前記ガス流路が配置されていることを特徴とする。この場合、周方向の多くの領域がカバーできるように複数のスロットを配置することができるので、これらのスロットを介して、多くのＶＨＦ波を処理容器内に導入することができ、プラズマの面内均一性を高めることができる。
本発明のプラズマ処理装置によれば、異常放電を抑制することができ、安定したプラズマを発生させることができる。
図１はプラズマ処理装置の縦断面構造を説明するための図である。 図２はＶＨＦ波及びガス導入を行うための第１の上部部品（上部電極）の平面図（Ａ）及び上部電極５の平面図（Ｂ）である。 図３はプラズマ処理装置の縦断面構造を説明するための図である。 図４はプラズマ処理装置の縦断面構造を説明するための図である。 図５はＶＨＦ波及びガス導入を行うための第２の上部部品（上部電極）の平面図（Ａ）及び上部電極５の平面図（Ｂ）である。 図６はＶＨＦ波及びガス導入を行うための第３の上部部品（上部電極）の平面図（Ａ）及び上部電極５の平面図（Ｂ）である。
以下、実施の形態に係るプラズマ処理装置について説明する。同一要素には、同一符号を用い、重複する説明は省略する。
図１は、プラズマ処理装置１００の装置構成（第１実施形態）を示す説明図である。なお、説明の便宜上、三次元直交座標系を設定する。プラズマ処理装置の鉛直方向をＺ軸方向とし、これに垂直な２方向をそれぞれＸ軸及びＹ軸とする。
このプラズマ処理装置１００は、処理容器１内に対向配置された上部電極５及び下部電極６を備え、これらの電極間の空間ＳＰにプラズマを発生させるプラズマ処理装置を対象としている。下部電極６は、その上面に凹部６ｄを備えている。また、上部電極５の下面には平坦な露出面を下方に有する上部誘電体７が設けられ、下部電極６の凹部内には、下部誘電体８が設けられ、上部誘電体７と下部誘電体８との間の空間ＳＰの横方向端部には、ＶＨＦ波導入部９が設けられている。なお、上部電極５は、下方に位置する本体部としての上部電極５に加えて、上部電極５の上方に配置された上部部品５０を含んでなるものとする。また、本体部としての上部電極５と、上部部品５０とは一体化されていてもよい。
処理容器１の上部開口端の近傍には、誘電体からなるＶＨＦ波導波路２が設けられている。ＶＨＦ波導波路２は、ここでの誘電体としては、空気を例示するが、その他、石英や、アルミナなどを誘電体として採用することができる。水平方向に延びたＶＨＦ波導波路２は、上部に導波管の側壁２ｗが位置している。上部部品５０の中央は開口しており、開口周囲の側壁が、同軸管の外側導体３ａを構成し、軸中心には内側導体３ｂが配置されている。なお、内側導体３ｂは、上部電極５に対して一体的に構成され、電気的に接続されている。
上部電極５の下面には、上部誘電体７（誘電体シャワー）が設けられており、誘電体シャワーには、ガス流路としての複数の貫通孔が上下方向に沿って延びている。上部誘電体７の下部表面は平坦であり、ＸＹ平面に平行である。また、上部誘電体７及び上部電極５の平面形状（Ｚ軸方向から見た形状）は、円形である。上部誘電体７は、均一の厚みを有する。
下部電極６の上面には、すり鉢状の凹部６ｄが形成されており、この凹部６ｄ内に下部誘電体８が埋め込まれている。下部誘電体８の上部表面は平坦であり、ＸＹ平面に平行である。また、下部誘電体８及び下部電極６の平面形状（Ｚ軸方向から見た形状）は、円形である。下部誘電体８は、中央部では厚みが厚く、外周部では厚みが薄い。下部誘電体８の下部表面の中央領域は平坦でＸＹ平面に平行であり、最外領域も平坦でＸＹ平面に平行であるが、これらの間の領域は、円錐面であり、下部から上部に向けて平面形状の直径が大きくなる傾斜面からなる。
水平方向のＶＨＦ波導波路２の中央部に導入されたＶＨＦ波は、水平方向に沿って放射状に周辺部に進行する。その後、このＶＨＦ波は、処理容器１の側壁に設けられた凹部（平面形状は円リング状で、深さはＺ軸方向）からなる導波路１ｗを下方に進行し、ＶＨＦ波導入部９に導入され、外周部から中央部に向けて進行する。ＶＨＦ波導入部９の平面形状は円リング状であり、水平方向の全方位から処理容器の軸中心に向けて、ＶＨＦ波が進行する。ＶＨＦ波導入部９は、プラズマ発生空間ＳＰの横方向端部に位置している。
ＶＨＦ波発生器１３から発生したＶＨＦ波は、導波管を通って、水平方向のＶＨＦ波導波路２に導入される。その後、上述のように、上部電極５と下部電極６との間に、ＶＨＦ波導入部９から、ＶＨＦ波が導入されると、処理容器の内部のガスがプラズマ化し、プラズマが発生する。この場合、ＶＨＦ波導入部９は、横方向端部（水平方向端部）に位置しており、この空間内には、様々な横方向からＶＨＦ波が導入されるので、定在波が形成されにくいという利点がある。また、上部電極５と下部電極６との間に発生する電界ベクトルは、電極の外周領域では鉛直方向から下向き外側に向けて傾斜する傾向があるが、下部電極６には、凹部６ｄが設けられ、この凹部６ｄ内には、下部誘電体８が設けられているので、この誘電体により、ステージ近傍の電界分布を面内で均一にすることができる。また、下部誘電体８は、中央部の厚みよりも外周部の厚みが薄い。特に、誘電体が影響を与える電界ベクトルの向きと大きさは、その厚みにも依存するので、誘電体の外周部において、薄く設定することで、電界ベクトル強度の面内均一性を向上させることができる。したがって、横方向のＶＨＦ波導入と電界ベクトル方向の均一化により、上部電極５と下部電極６との間に発生するプラズマ分布を面内で均一にすることができる。
なお、下部誘電体８は、中央部の厚みよりも外周部の厚みが薄い。特に、誘電体が影響を与える電界ベクトルの向きと大きさは、その厚みにも依存するので、誘電体の外周部において、薄く設定することで、電界ベクトル強度の面内均一性を向上させることができる。また、下部誘電体８において、プラズマ発生空間ＳＰとは反対側の面は、すり鉢状に傾斜している。この傾斜により、対応する電界ベクトルをより鉛直方向に向け、面内のプラズマ均一性を高めることができる。すなわち、下部誘電体８には、電界ベクトルを曲げるレンズ機能がある。
また、上部誘電体７及び下部誘電体８は、空間ＳＰを挟んで同軸配置されている。すなわち、電極間の軸が一致している方が、プラズマの面内均一性を高めることができるからである。また、上部誘電体７の下部表面からＶＨＦ波導入部９までの鉛直方向の離間距離Δｚｕｐと、下部誘電体８の上部表面からＶＨＦ波導入部９までの鉛直方向の離間距離Δｚｄｏｗｎとは等しい。これらの距離が、等しい場合には、ＶＨＦ波導入位置からのそれぞれの誘電体への距離が等しくなるので、ＶＨＦ波に起因したプラズマは、鉛直方向において、均一になる傾向がある。なお、上部誘電体７と下部誘電体８との間の距離Δｚは、均一なプラズマを発生させる観点からは、例えば、５ｍｍ～８０ｍｍであることが好ましい。また、上部誘電体７の半径と、下部誘電体８の半径との差の距離Δｘは、０に近い値の方が好ましい。プラズマ発生条件が対称になるため、プラズマの均一性が高まるからである。
下部電極６は、駆動ステージＤＲＶによって上下方向に移動させることができる。これにより、最適な条件でプラズマを発生させることができる。また、下部電極６には、温度調節装置ＴＥＭＰが設けられている。温度調節装置ＴＥＭＰは、冷却媒体を流すための媒体通路と、ヒータと、温度センサとを含んでおり、制御装置１２によって、下部電極６が目的の温度となるように制御される。例えば、目標温度がＴ１℃であれば、温度センサの出力がＴ１℃よりも小さければ、ヒータを加熱し、Ｔ１℃よりも高ければ、ヒータを加熱しないで、冷却媒体を媒体通路に流すように、制御すればよい。
制御装置１２は、排気装置１４も制御している。排気装置１４は、処理容器１の外壁内に設けられた円環状の排気通路４内のガスを排気する。排気通路４は、プラズマ発生空間ＳＰの横方向に設けられており、処理容器の内面において周方向に沿って設けられた複数の排気孔に連通している。これにより、プラズマ発生空間ＳＰ内のガスを排気することができ、この空間における圧力を適切な値に設定することができる。この圧力は、処理内容に応じて変更すればよいが、例えば、０．１Ｐａから１００Ｐａとすることができる。排気装置１４としては、ロータリポンプ、イオンポンプ、クライオスタット、ターボ分子ポンプなど真空系の装置で通常用いられるポンプを採用することができる。
制御装置１２は、ガス源１０から発生したガスの流量を制御する流量コントローラ１１を制御している。流量コントローラ１１は、単なるバルブであってもよい。これにより、目的のガスを、処理容器１内に導入することができる。また、制御装置１２は、ＶＨＦ波発生器１３も制御している。ＶＨＦ波の周波数は、３０ＭＨｚ～３００ＭＨｚ程度である。
ガス源１０に使用できるガスとしては、Ａｒ等の希ガスの他、ＣＦ４，Ｃ４Ｆ８などの炭素及びフッ素を含むガス、Ｎ２，Ｏ２などのガスなどが、一例として挙げられる。
上部電極５及び下部電極６の材料としては、アルミニウムを用いることができる。上部誘電体７及び下部誘電体８の材料としては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を用いることができる。水平方向のＶＨＦ波導波路２の材料としては、空気を用いているが、導波路を形成することができれば、石英やアルミナなどの誘電体でもよい。上部部品５０の材料は、上部電極５と同一でよく、スロット５０ａ内の誘電体はアルミナなどの固体誘電体を用いることができる。
下部誘電体８上に配置される基板としては、シリコンなどを用いることができ、この基板に対して、成膜やエッチングなどの処理を行うことができる。また、必要に応じて、静電チャックを設けたり、下部誘電体８に直流バイアス電位を印加したり、場合によっては、高周波電圧を上下の電極間に印加する構成も考えられ、処理容器の周囲に磁石を配置する構成も考えられる。
図２はＶＨＦ波及びガス導入を行うための第１の上部部品（上部電極）の平面図である。
上述のように、上記プラズマ処理装置は、処理容器内に対向配置された上部電極５及び下部電極６と、上部電極５の下方に配置されたガス導入用の誘電体シャワーとを備え、上部電極５と下部電極６との間の空間にプラズマを発生させる。
ここで、上部電極の上部部品５０は、処理容器１内へのＶＨＦ波導入用のスロット５０ａと、スロット５０ａから独立して設けられ、上部誘電体（誘電体シャワー）に連通したガス流路５０ｂとを備えている。スロット５０ａ及びガス流路５０ｂの数はそれぞれ複数である。スロット５０ａは開口内部にスロット封止用の誘電体（アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）など）が埋め込まれており、説明の便宜上、図面上はスロットとスロット封止用の誘電体とは同一の符号を用いることとする。
このプラズマ処理装置によれば、ガス流路５０ｂは、ＶＨＦ波導入用のスロット５０ａとは独立して設けられているので、ＶＨＦ波がガス流路５０ｂ内に入らず、これに起因した異常放電が抑制され、プラズマが安定する。４つのガス流路５０ｂは、周方向に沿うように伸びており、それぞれガス導入口を上部部品５０の外周側壁に有している。これらの４つのガス導入口から導入されたガスは、そのうち２つは、中央領域へのガス導入口５０ｃ（下方が開口した穴）へと至り、残りの２つは周辺領域へのガス導入口５０ｐ（下方が開口した穴）へと至る。中央領域へのガス導入口５０ｃは垂直方向に延びて、下方に位置する上部電極５のガス導入口５０ｃ’へと至り、残りの２つは周辺領域へのガス導入口５０ｐ’へと至る。ガス導入口の直下には、ガス拡散板７Ａと誘電体シャワーが配置されているので、効率的に濃度が面内均一化されたガスが、プラズマ発生空間へと到達することができる。
また、ガス拡散板７Ａは、ガス流路５０ｂと誘電体シャワー（上部誘電体７）との間に介在し、周方向及び径方向にガスを拡散させることができる。ガス拡散板７Ａが存在することで、ガス濃度分布を更に均一化することができる。ガス拡散板７Ａの材料は、ＡｌＮ、アルミナ、ＳｉＯ２などの絶縁体からなるが、メッシュ電極などから構成することも可能である。
また、上部部品５０において、スロット５０ａの数は、複数であって、それぞれのスロット５０ａは、上部電極の上部部品の周方向に沿って延びている。また、上部電極の径方向に隣接するスロット５０ａの間に、ガス流路５０ｂが配置されているので、複数のスロット５０ａを介して、多くのＶＨＦ波を処理容器１内に導入することができ、プラズマの面内均一性を高めることができる。
また、ガス流路５０ｂは、誘電体シャワー（上部誘電体７）の中央領域にガス供給を行う第１流路（５０ｃに至る流路）と、誘電体シャワーの周辺領域にガス供給を行う第２流路（５０ｐに至る流路）とを備えている。これにより、中央領域にも、周辺領域にも、ガスの導入を行うことが可能となり、処理容器１内のガス濃度分布を制御することができる。
また、誘電体シャワー（上部誘電体７）の上面には、金属膜７Ｂが形成されている。この金属膜７Ｂの形成には、溶射などを用いることができ、加熱により溶融した金属粒子を、対象物の表面に吹き付ける。金属としては、Ａｌなどを用いることができ、この溶射により、誘電体シャワーの上部の表面が、電磁シールドされ、誘電体シャワー内部で、異常なプラズマが発生しにくくなると共に、誘電体シャワーの上面がガスから保護されるため、劣化が抑制される。なお、金属膜７Ｂは、誘電体シャワーの貫通孔内の内面には付着していない。また、誘電体シャワー（上部誘電体７）は、上下方向に延びた複数の貫通孔を有しており、これらの貫通孔内を通って、ガス流路からのガスが処理空間内に導入される。
また、図２においては、スロット５０ａの数は、複数であって、それぞれのスロット５０ａは、上部電極の上部部品５０の周方向に沿って延びている。また、それぞれのスロット５０ａの一方端は、他方端よりも、上部電極の径方向の外側に位置し、上部電極の径方向に隣接するスロット５０ａの間に、ガス流路５０ｂが配置されている。この場合、周方向の多くの領域がカバーできるように複数のスロット５０ａを配置することができるので、これらのスロット５０ａを介して、多くのＶＨＦ波を処理容器１内に導入することができ、プラズマの面内均一性を高めることができる。
図３は、プラズマ処理装置１００の装置構成（第２実施形態）を示す説明図である。
このプラズマ処理装置１００は、処理容器１内に対向配置された上部電極５及び下部電極６を備え、これらの電極間の空間ＳＰにプラズマを発生させるプラズマ処理装置を対象としている。上部電極５及び下部電極６は、それぞれ互いに対向する面に凹部５ｄ，６ｄを備えている。また、上部電極５及び下部電極６それぞれの凹部内には、上部誘電体７及び下部誘電体８がそれぞれ設けられ、上部誘電体７と下部誘電体８との間の空間ＳＰの横方向端部には、ＶＨＦ波導入部９が設けられている。なお、上部電極は、下方に位置する本体部としての上部電極５に加えて、上部電極５の上方に配置された上部部品５０を含んでなるものとする。また、本体部としての上部電極５と、上部部品５０とは一体化されていてもよい。
処理容器１の上部開口端の近傍には、誘電体からなるＶＨＦ波導波路２が設けられている。ＶＨＦ波導波路２は、ここでの誘電体としては、空気を例示するが、その他、石英や、アルミナなどを誘電体として採用することができる。水平方向に延びたＶＨＦ波導波路２は、上部に導波管の側壁２ｗが位置している。上部部品５０の中央は開口しており、開口周囲の側壁が、同軸管の外側導体３ａを構成し、軸中心には内側導体３ｂが配置されている。なお、内側導体３ｂは、上部電極５に対して一体的に構成され、電気的に接続されている。
上部電極５の下面には、すり鉢状の凹部５ｄが形成されており、この凹部５ｄ内に上部誘電体７（誘電体シャワー）が埋め込まれており、誘電体シャワーには、ガス流路としての複数の貫通孔が上下方向に沿って延びている。上部誘電体７の下部表面は平坦であり、ＸＹ平面に平行である。また、上部誘電体７及び上部電極５の平面形状（Ｚ軸方向から見た形状）は、円形である。上部誘電体７は、中央部では厚みが厚く、外周部では厚みが薄い。上部誘電体７の上部表面の中央領域は平坦でＸＹ平面に平行であり、最外領域も平坦でＸＹ平面に平行であるが、これらの間の領域は、円錐面であり、上部から下部に向けて平面形状の直径が大きくなる傾斜面からなる。
下部電極６の上面には、すり鉢状の凹部６ｄが形成されており、この凹部６ｄ内に下部誘電体８が埋め込まれている。下部誘電体８の上部表面は平坦であり、ＸＹ平面に平行である。また、下部誘電体８及び下部電極６の平面形状（Ｚ軸方向から見た形状）は、円形である。下部誘電体８は、中央部では厚みが厚く、外周部では厚みが薄い。下部誘電体８の下部表面の中央領域は平坦でＸＹ平面に平行であり、最外領域も平坦でＸＹ平面に平行であるが、これらの間の領域は、円錐面であり、下部から上部に向けて平面形状の直径が大きくなる傾斜面からなる。
水平方向のＶＨＦ波導波路２の中央部に導入されたＶＨＦ波は、水平方向に沿って放射状に周辺部に進行する。その後、このＶＨＦ波は、処理容器１の側壁に設けられた凹部（平面形状は円リング状で、深さはＺ軸方向）からなる導波路１ｗを下方に進行し、ＶＨＦ波導入部９に導入され、外周部から中央部に向けて進行する。ＶＨＦ波導入部９の平面形状は円リング状であり、水平方向の全方位から処理容器の軸中心に向けて、ＶＨＦ波が進行する。ＶＨＦ波導入部９は、プラズマ発生空間ＳＰの横方向端部に位置している。
ＶＨＦ波発生器１３から発生したＶＨＦ波は、導波管を通って、水平方向のＶＨＦ波導波路２に導入される。その後、上述のように、上部電極５と下部電極６との間に、ＶＨＦ波導入部９から、ＶＨＦ波が導入されると、処理容器の内部のガスがプラズマ化し、プラズマが発生する。この場合、ＶＨＦ波導入部９は、横方向端部（水平方向端部）に位置しており、この空間内には、様々な横方向からＶＨＦ波が導入されるので、定在波が形成されにくいという利点がある。また、上部電極５と下部電極６との間に発生する電界ベクトルは、電極の外周領域では鉛直方向から下向き外側に向けて傾斜する傾向があるが、上部電極５及び下部電極６には、それぞれ凹部が設けられている。これらには、上部誘電体７及び下部誘電体８が設けられているので、これらの誘電体により、電界ベクトルを面内で均一にすることができる。したがって、横方向のＶＨＦ波導入と電界ベクトル方向の均一化により、上部電極５と下部電極６との間に発生するプラズマ分布を面内で均一にすることができる。
なお、上部誘電体７及び下部誘電体８は、それぞれ、中央部の厚みよりも外周部の厚みが薄い。特に、誘電体が影響を与える電界ベクトルの向きと大きさは、その厚みにも依存するので、誘電体の外周部において、薄く設定することで、電界ベクトル強度の面内均一性を向上させることができる。また、上部誘電体７及び下部誘電体８において、プラズマ発生空間ＳＰとは反対側の面は、すり鉢状に傾斜している。この傾斜により、対応する電界ベクトルをより鉛直方向に向け、面内のプラズマ均一性を高めることができる。すなわち、上部誘電体７及び下部誘電体８には、電界ベクトルを曲げるレンズ機能がある。換言すれば、誘電体シャワーは、周辺領域に向かうにしたがって厚みが薄くなっている。この場合、周辺領域のＶＨＦ波の電界ベクトルが、中央領域と同じようになる傾向があり、電界ベクトルの面内均一性が高くなる。
また、上部誘電体７及び下部誘電体８は、空間ＳＰを挟んで同軸配置されている。すなわち、電極間の軸が一致している方が、プラズマの面内均一性を高めることができるからである。また、上部誘電体７の下部表面からＶＨＦ波導入部９までの鉛直方向の離間距離Δｚｕｐと、下部誘電体８の上部表面からＶＨＦ波導入部９までの鉛直方向の離間距離Δｚｄｏｗｎとは等しい。これらの距離が、等しい場合には、ＶＨＦ波導入位置からのそれぞれの誘電体への距離が等しくなるので、ＶＨＦ波に起因したプラズマは、鉛直方向において、均一になる傾向がある。なお、上部誘電体７と下部誘電体８との間の距離Δｚは、均一なプラズマを発生させる観点からは、例えば、５ｍｍ～８０ｍｍであることが好ましい。また、上部誘電体７の半径と、下部誘電体８の半径との差の距離Δｘは、０に近い値の方が好ましい。プラズマ発生条件が対称になるため、プラズマの均一性が高まるからである。
下部電極６は、駆動ステージＤＲＶによって上下方向に移動させることができる。これにより、最適な条件でプラズマを発生させることができる。また、下部電極６には、温度調節装置ＴＥＭＰが設けられている。温度調節装置ＴＥＭＰは、冷却媒体を流すための媒体通路と、ヒータと、温度センサとを含んでおり、制御装置１２によって、下部電極６が目的の温度となるように制御される。例えば、目標温度がＴ１℃であれば、温度センサの出力がＴ１℃よりも小さければ、ヒータを加熱し、Ｔ１℃よりも高ければ、ヒータを加熱しないで、冷却媒体を媒体通路に流すように、制御すればよい。
制御装置１２は、排気装置１４も制御している。排気装置１４は、処理容器１の外壁内に設けられた円環状の排気通路４内のガスを排気する。排気通路４は、プラズマ発生空間ＳＰの横方向に設けられており、処理容器の内面において周方向に沿って設けられた複数の排気孔に連通している。これにより、プラズマ発生空間ＳＰ内のガスを排気することができ、この空間における圧力を適切な値に設定することができる。この圧力は、処理内容に応じて変更すればよいが、例えば、０．１Ｐａから１００Ｐａとすることができる。排気装置１４としては、ロータリポンプ、イオンポンプ、クライオスタット、ターボ分子ポンプなど真空系の装置で通常用いられるポンプを採用することができる。
制御装置１２は、ガス源１０から発生したガスの流量を制御する流量コントローラ１１を制御している。流量コントローラ１１は、単なるバルブであってもよい。これにより、目的のガスを、処理容器１内に導入することができる。また、制御装置１２は、ＶＨＦ波発生器１３も制御している。ＶＨＦ波の周波数は、３０ＭＨｚ～３００ＭＨｚ程度である。
ガス源１０に使用できるガスとしては、Ａｒ等の希ガスの他、ＣＦ４，Ｃ４Ｆ８などの炭素及びフッ素を含むガス、Ｎ２，Ｏ２などのガスなどが、一例として挙げられる。
上部電極５及び下部電極６の材料としては、アルミニウムを用いることができる。上部誘電体７及び下部誘電体８の材料としては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を用いることができる。水平方向のＶＨＦ波導波路２の材料としては、空気を用いているが、導波路を形成することができれば、石英やアルミナなどの誘電体でもよい。上部部品５０の材料は、上部電極５と同一でよく、スロット５０ａ内の誘電体はアルミナなどの固体誘電体を用いることができる。
下部誘電体８上に配置される基板としては、シリコンなどを用いることができ、この基板に対して、成膜やエッチングなどの処理を行うことができる。また、必要に応じて、静電チャックを設けたり、下部誘電体８に直流バイアス電位を印加したり、場合によっては、高周波電圧を上下の電極間に印加する構成も考えられ、処理容器の周囲に磁石を配置する構成も考えられる。
次に、ガスの導入方法について説明する。
図４はプラズマ処理装置の縦断面構造（第３実施形態）を説明するための図である。
図４の装置は、図３の装置と比較して、絶縁体ブロック２Ｂを用いた点のみが異なり、他は同一である。上記のＶＨＦ波導波路２は、空気であって、処理容器１の上部構造において、処理容器１の側壁に設けられた凹部からなる導波路１ｗに連通する水平方向に延びた導波路２ｗが配置されている。ここで、外側導体３ａと内側導体３ｂとの間に、リング状の絶縁体からなる絶縁体ブロック２Ｂを配置する。これにより、絶縁体ブロック２Ｂの上部から導入されたＶＨＦ波は、水平方向の導波路２ｗを介して、垂直方向の導波路１ｗに至り、ＶＨＦ波導入部９を介して、処理容器内部に導入される。なお、絶縁体ブロック２ＢのＺ軸方向の厚みΔＺは、成膜プロセスまたはエッチングプロセスに応じて最適なΔZになるように設定する。
図５はＶＨＦ波及びガス導入を行うための第２の上部部品（上部電極）の平面図（Ａ）及び上部電極５の平面図（Ｂ）である。
図５の上部部品５０は、図２の上部部品５０を複数に分割し、これらを後から固定したものである。分割ラインＤＩＶは、上部部品５０の径方向に沿って延びており、本例では、４分割されている。分割した上部部品５０用いた場合、個別の部品において不良品がある場合には、予めこれを除くことができ、不良品の発生率を抑制することができる。また、分割されているので、取り扱いが容易であるため、組み立てが容易となるという利点がある。
図６はＶＨＦ波及びガス導入を行うための第３の上部部品（上部電極）の平面図（Ａ）及び上部電極５の平面図（Ｂ）である。
図６の上部部品５０は、図２の上部部品５０におけるスロット５０ａの形状を変更したものであり、図２のように、径方向に隣接したスロット５０ａ間にガス流路５０ｂが挟まれていない構成である。このように、スロットとガス流路の配置を独立していれば、上記の実施例に限られることなく、上述の効果が得られる。
ＤＲＶ…駆動ステージ、ＳＰ…プラズマ発生空間、ＴＥＭＰ…温度調節装置、１…処理容器、１ｗ…導波路、２…ＶＨＦ波導波路、２Ｂ…絶縁体ブロック、２ｗ…導波路、３ａ…外側導体、３ｂ…内側導体、４…排気通路、５…上部電極、５ｄ…凹部、６ｄ…凹部、６…下部電極、７…上部誘電体（誘電体シャワー）、７Ａ…ガス拡散板、８…下部誘電体、９…ＶＨＦ波導入部、１０…ガス源、１１…流量コントローラ、１２…制御装置、１３…ＶＨＦ波発生器、１４…排気装置、１００…プラズマ処理装置、５０…上部部品（上部電極）、５０ａ…スロット、５０ｂ…ガス流路。

Claims (6)

  1. 処理容器内に対向配置された上部電極及び下部電極と、前記上部電極の下方に配置された誘電体内にガス導入用の複数の貫通孔を備えてなる誘電体シャワーと、を備え、前記上部電極と前記下部電極との間の空間にプラズマを発生させるプラズマ処理装置において、
    前記上部電極は、
    前記処理容器内へのＶＨＦ波導入用の複数のスロットと、
    複数の前記スロットから独立して設けられ、複数の前記スロットの間を通り、前記誘電体シャワーに連通したガス流路と、
    を備え、
    それぞれの前記スロットは、前記上部電極の周方向に沿って延びており、複数の前記スロットの下に、平面形状が円リング状の導波路が、この導波路内を下方に進行したＶＨＦ波が、この導波路の下部の水平方向の全方位から、前記処理容器の軸中心に向けて進行するように、配置されている、
    ことを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 前記ガス流路と前記誘電体シャワーとの間に介在し、周方向及び径方向にガスを拡散させるガス拡散板を更に備える、
    ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記上部電極の径方向に隣接する前記スロットの間に、前記ガス流路が配置されている、
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記ガス流路は、
    前記誘電体シャワーの中央領域にガス供給を行う第１流路と、
    前記誘電体シャワーの周辺領域にガス供給を行う第２流路と、
    を備えている、
    ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記誘電体シャワーの上面に形成された金属膜を更に備える、
    ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  6. それぞれの前記スロットの一方端は、他方端よりも、前記上部電極の径方向の外側に位置し、
    前記上部電極の径方向に隣接する前記スロットの間に、前記ガス流路が配置されている、
    ことを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
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