JP7195307B2 - 上部電極およびプラズマ処理装置 - Google Patents

上部電極およびプラズマ処理装置 Download PDF

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Description

本開示は、上部電極およびプラズマ処理装置に関するものである。
処理容器の中に平行平板電極を設けた容量結合型のプラズマ処理装置が知られている。容量結合型のプラズマ処理装置は、減圧可能な処理容器内に上部電極と下部電極とを平行に配置し、下部電極の上に被処理基板、例えば、半導体ウエハを載置する。そして、プラズマ処理装置は、処理容器内に、所定の処理ガスを供給しつつ上部電極に所定周波数の高周波を印加してプラズマを生成する（例えば、特許文献１）。
特開２０１４－９３４３６号公報
本開示は、ノイズを抑制することができる技術を提供する。
本開示の一態様による上部電極は、中央電極と、周辺電極と、複数の誘電体と、給電電極とを有する。中央電極は、プラズマ処理の対象とされた被処理体が配置される載置台に対向する対向面に、載置台の中央部に対応して配置される。周辺電極は、中央電極の周辺を囲むように対向面に配置される。複数の誘電体は、対向面と対向面の裏面との間に積層される。給電電極は、複数の誘電体の間に配置され、中央電極および周辺電極と前記裏面に個別に設けられた給電端子とをそれぞれ電気的に接続する。
本開示によれば、ノイズを抑制することができる。
図１は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成の一例を示す断面図である。 図２は、第１実施形態に係る上部電極の構成の一例を示す断面図である。 図３Ａは、第１実施形態に係る給電電極の構成の一例を示す平面図である。 図３Ｂは、第１実施形態に係る給電電極の構成の一例を示す平面図である。 図４は、中央電極および周辺電極にそれぞれ電力を供給する供給路の電気的な構成の一例を示す図である。 図５は、第２実施形態に係る上部電極の構成の一例を示す断面図である。 図６は、第３実施形態に係る上部電極の構成の一例を示す断面図である。 図７は、第３実施形態に係る給電電極の構成の一例を示す平面図である。 図８は、第４実施形態に係る上部電極の構成の一例を示す断面図である。
以下、図面を参照して本願の開示する上部電極およびプラズマ処理装置の実施形態について詳細に説明する。なお、本実施形態により、開示する上部電極およびプラズマ処理装置が限定されるものではない。また、各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。
ところで、プラズマ処理装置では、プラズマを生成するために印加される高周波により、ノイズが発生し、誤作動等の不具合が発生する場合がある。そこで、ノイズを抑制することが期待されている。
（第１実施形態）
［プラズマ処理装置の構成］
次に、実施形態に係るプラズマ処理装置の構成について説明する。以下では、プラズマ処理装置が、半導体ウエハに対してプラズマ処理により成膜を行う場合を例に説明する。図１は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成の一例を示す断面図である。プラズマ処理装置１００は、処理容器１と、載置台２と、上部電極３と、排気部４と、ガス供給機構５と、制御部６とを有している。
処理容器１は、アルミニウム等の金属により構成され、略円筒状を有している。
処理容器１の側壁には、ウエハＷを搬入又は搬出するための搬入出口１１が形成されている。搬入出口１１は、ゲートバルブ１２により開閉される。処理容器１の本体の上には、断面が矩形状をなす円環状の排気ダクト１３が設けられている。排気ダクト１３には、内周面に沿ってスリット１３ａが形成されている。排気ダクト１３の外壁には、排気口１３ｂが形成されている。排気ダクト１３の上面には、処理容器１の上部開口を塞ぐように上部電極３が設けられている。排気ダクト１３と上部電極３の間はシール１５で気密に封止されている。
載置台２は、処理容器１内でウエハＷを水平に支持する。載置台２は、ウエハＷに対応した大きさの円板状に形成されており、支持部材２３に支持されている。載置台２は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックス材料や、アルミニウムやニッケル合金等の金属材料で形成されており、内部にウエハＷを加熱するためのヒータ２１と静電吸着電極２９Ａと高周波電極２９Ｂとが埋め込まれている。ヒータ２１は、ヒータ電源（図示せず）から給電されて発熱する。そして、載置台２の上面の近傍に設けられたファイバー温度計（図示せず）の温度信号によりヒータ２１の出力を制御し、これにより、ウエハＷが所定の温度に制御される。
高周波電極２９Ｂには、整合器４３を介して第１高周波電源４４が接続されている。整合器４３は、可変コンデンサ、インピーダンス制御回路が設けられ、容量、インピーダンスの少なくとも一方の制御が可能とされている。整合器４３は、第１高周波電源４４の内部インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。第１高周波電源４４は、プラズマのイオン引き込み用に所定周波数の電力を高周波電極２９Ｂを介して載置台２に印加する。例えば、第１高周波電源４４は、イオン引き込み用に、１３．５６ＭＨｚの高周波電力を高周波電極２９Ｂを介して載置台２に印加する。このように、載置台２は、下部電極としても機能する。
静電吸着電極２９Ａには、処理容器１の外側に配置したＯＮ／ＯＦＦスイッチ２０を介して吸着電源４０に接続され、吸着電源４０から所定の直流電圧が印加される。静電吸着電極２９Ａは、直流電圧が印加されることによって生じるクーロン力によってウエハＷを吸着する。
上部電極３は、載置台２の上部に、載置台２と対向するように配置されている。プラズマ処理を行う際、上部電極３には、所定周波数の高周波が印加される。例えば、上部電極３には、整合器４５を介して、給電部として、第２高周波電源４６が接続されている。整合器４５は、可変コンデンサ、インピーダンス制御回路が設けられ、容量、インピーダンスの少なくとも一方の制御が可能とされている。整合器４５は、第２高周波電源４６の内部インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。第２高周波電源４６は、プラズマの生成用に所定周波数の電力を上部電極３に印加する。例えば、第２高周波電源４６は、１３．５６ＭＨｚの高周波電力を上部電極３に印加する。
上部電極３には、ガス供給機構５が接続されている。ガス供給機構５は、プラズマ処理に用いる各種のガスのガス供給源に、それぞれ不図示のガス供給ラインを介して接続されている。各ガス供給ラインは、プラズマ処理のプロセスに対応して適宜分岐し、開閉バルブ、流量制御器が設けられている。ガス供給機構５は、各ガス供給ラインに設けられた開閉バルブや流量制御器を制御することにより、各種のガスの流量の制御が可能とされている。ガス供給機構５は、プラズマ処理に用いる各種のガスを上部電極３に供給する。
上部電極３は、内部にガス流路が形成され、ガス供給機構５から供給された各種のガスを処理容器１内に供給する。すなわち、上部電極３は、各種のガスを供給するガス供給部としても機能する。上部電極３の詳細な構成は、後述する。
載置台２には、上面の外周領域および側面を覆うようにアルミナ等のセラミックスにより形成されたカバー部材２２が設けられている。載置台２の底面には、上部電極３と載置台２の間のギャップを調整する調整機構３０が設けられている。調整機構３０は、支持部材２３と昇降機構２４とを有する。支持部材２３は、載置台２の底面の中央から載置台２を支持する。また、支持部材２３は、処理容器１の底壁に形成された孔部を貫通して処理容器１の下方に延び、下端が昇降機構２４に接続されている。載置台２は、昇降機構２４により、支持部材２３を介して昇降する。調整機構３０は、図１の実線で示す処理位置と、その下方の二点鎖線で示すウエハＷの搬送が可能な搬送位置の間で昇降機構２４を昇降させ、ウエハＷの搬入および搬出を可能にする。
支持部材２３の処理容器１の下方には、鍔部２５が取り付けられており、処理容器１の底面と鍔部２５の間には、処理容器１内の雰囲気を外気と区画し、載置台２の昇降動作にともなって伸縮するベローズ２６が設けられている。
処理容器１の底面の近傍には、昇降板２７ａから上方に突出するように３本（２本のみ図示）のウエハ支持ピン２７が設けられている。ウエハ支持ピン２７は、処理容器１の下方に設けられた昇降機構２８により昇降板２７ａを介して昇降する。
ウエハ支持ピン２７は、搬送位置にある載置台２に設けられた貫通孔２ａに挿通されて載置台２の上面に対して突没可能となっている。ウエハ支持ピン２７を昇降させることにより、搬送機構と載置台２の間でウエハＷの受け渡しが行われる。載置台２が処理位置に存在した状態で、載置台２と上部電極３の間に、処理空間３８が形成される。
排気部４は、処理容器１の内部を排気する。排気部４は、排気口１３ｂに接続された排気配管４１と、排気配管４１に接続された真空ポンプや圧力制御バルブ等を有する排気機構４２とを有する。処理に際しては、処理容器１内のガスがスリット１３ａを介して排気ダクト１３に至り、排気ダクト１３から排気配管４１を通って排気機構４２により排気される。
図２は、第１実施形態に係る上部電極の構成の一例を示す断面図である。上部電極３は、載置台２に対向する対向面３ａに、中央電極５０と、周辺電極５１とを有する。中央電極５０、周辺電極５１は、例えば、アルミニウム、ステンレスなどの導電性材料により構成できる。
中央電極５０は、載置台２よりも直径が小さい円盤状とされ、載置台２の中央部に対応して対向面３ａに配置されている。周辺電極５１は、中央電極５０の外径よりも内径が若干大きい円環状とされ、中央電極５０の周辺を囲むように対向面３ａに配置されている。
上部電極３は、中央電極５０および周辺電極５１の上部に複数の誘電体が積層されている。誘電体の材料としては、例えば、アルミナ等のセラミックスや石英等のガラスなどが挙げられる。例えば、上部電極３には、３つの誘電体５２～５４が積層されている。誘電体５２は、中央電極５０と同程度のサイズの平坦部５２ａが下部に形成され、平坦部５２ａの中央に円筒状の円筒部５２ｂが形成されている。誘電体５３は、誘電体５２と同程度のサイズの平板な円環状とされ、円環内に円筒部５２ｂを通過させて、誘電体５２の上部に配置されている。誘電体５４は、誘電体５３よりも若干大きいサイズの平板な円環状とされ、円環内に円筒部５２ｂを通過させて、誘電体５３の上部に配置されている。誘電体５２は、不図示のネジ等によって、誘電体５３に固定されている。誘電体５３は、不図示のネジ等によって、誘電体５４に固定されている。
中央電極５０は、誘電体５２の平坦部５２ａの載置台２側となる下面に配置されている。周辺電極５１は、誘電体５２と誘電体５３を重ねた厚さと同程度の厚さとされ、誘電体５２、５３の側面に配置されている。中央電極５０は、不図示のネジ等によって、誘電体５２に固定されている。周辺電極５１は、不図示のネジ等によって、誘電体５２および誘電体５３の少なくとも一方に固定されている。
誘電体５４上には、円筒部５２ｂを覆うように誘電体５５が設けられている。誘電体５２の円筒部５２ｂには、中心軸に沿ってガス流路５２ｃが形成されている。誘電体５５には、ガス流路５２ｃと連通するガス導入孔５５ｂが設けられている。ガス導入孔５５ｂには、ガス供給ライン５ａが接続されおり、ガス供給機構５から各種のガスが供給される。
中央電極５０と平坦部５２ａとの間には、ガス拡散室５２ｄが形成されている。ガス拡散室５２ｄは、円板状で中心に向けて高さが増加するような空間とされており、中心でガス流路５２ｃと導通している。ガス拡散室５２ｄには、ガス流路５２ｃを介して各種のガスが供給される。
中央電極５０には、多数の貫通穴５０ａが形成されている。ガス拡散室５２ｄに供給されたガスは、各貫通穴５０ａを介して、載置台２と上部電極３との間の処理空間３８にシャワー状に供給される。このように、上部電極３は、処理空間３８に各種のガスを供給するガス供給部としても機能する。
また、上部電極３は、誘電体５２～５４を囲むように円環状の誘電体５６を有する。誘電体５６は、外径が排気ダクト１３の内径と同程度に形成されている。誘電体５４は、上面外周部に、外側へ向けて広がるようにフランジ部５４ａが設けられ、フランジ部５４ａを誘電体５６に係止させた状態で不図示のネジ等によって誘電体５６に固定されている。フランジ部５４ａと誘電体５６との間には、シール５７が設けられ、気密に封止されている。誘電体５６も、上面外周部に、外側へ向けて広がるようにフランジ部５６ａが設けられ、フランジ部５６ａを排気ダクト１３に係止させた状態で不図示のネジ等によって排気ダクト１３に固定されている。排気ダクト１３とフランジ部５６ａとの間には、シール１５が設けられ、気密に封止されている。
誘電体５５には、所定周波数の電力が供給される給電端子が設けられている。例えば、誘電体５５には、第２高周波電源４６から所定周波数の電力がそれぞれ供給される給電端子６０ａ、６０ｂが設けられている。第２高周波電源４６は、給電端子６０ａ、６０ｂに供給する電力を個別に制御可能とされている。なお、プラズマ処理装置１００は、給電端子６０ａ、６０ｂに対応して第２高周波電源４６および整合器４５を複数設けて、給電端子６０ａ、６０ｂに対してそれぞれ整合器４５を介して第２高周波電源４６から所定周波数の電力を供給してもよい。
上部電極３は、複数の誘電体の間に、所定周波数の高周波を供給する給電電極を有する。例えば、上部電極３は、誘電体５２と誘電体５３との間に、中央電極５０と給電端子６０ａとをそれぞれ電気的に接続する給電電極６１を有する。また、上部電極３は、誘電体５３と誘電体５４との間に、周辺電極５１と給電端子６０ｂとをそれぞれ電気的に接続する給電電極６２を有する。給電電極６１、６２は、例えば、アルミニウム、ステンレスなどの導電性材料により構成できる。
図３Ａおよび図３Ｂは、第１実施形態に係る給電電極の構成の一例を示す平面図である。図３Ａには、給電電極６１の構成の一例が示されている。図３Ｂには、給電電極６２の構成の一例が示されている。
図３Ａに示すように、給電電極６１は、円環状に形成された円環部６１ａと、複数の導線部６１ｂとを有する。複数の導線部６１ｂは、中央で接続されており、給電端子６０ａと接触して給電される給電ポイント６１ｃが設けられている。また、複数の導線部６１ｂは、円環部６１ａまでの距離が等距離となるように一部が褶曲して形成されており、円環部６１ａの周上の複数地点とが接続されている。給電電極６１は、図２に示すように、導電性のリング電極６３により円環部６１ａで中央電極５０と導通する。リング電極６３は、円環状に形成されており、中央電極５０外縁部に接触している。給電電極６１は、リング電極６３を介して中央電極５０と導通する。給電電極６１は、図３に示すように、ピン穴６１ｄが円環部６１ａに均等に複数形成されている。リング電極６３は、不図示のネジによりピン穴６１ｄに固定され、給電電極６１に締結される。
図３Ｂに示すように、給電電極６２も、円環状に形成された円環部６２ａと、複数の導線部６２ｂとを有する。複数の導線部６２ｂは、中央で接続されており、給電端子６０ｂと接触して給電される給電ポイント６２ｃが設けられている。また、複数の導線部６２ｂも、円環部６２ａまでの距離が等距離となるように一部が褶曲して形成されており、円環部６２ａの周上の複数地点とが接続されている。給電電極６２は、図２に示すように、円環部６２ａが周辺電極５１に接触しており、円環部６２ａで周辺電極５１と導通する。
ここで、高周波の電流には、導体の表面にしか流れないという表皮効果がある。例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波の電流は、アルミニウムの表面から約０．３ｍｍ、ステンレスの表面から約０．０２ｍｍの深さまでしか流れない。高周波の電流は、給電ポイントからプラズマを生成する電極まで、導体の表面を伝わって伝播する。例えば、給電電極６１では、ＲＦの電流が給電ポイント６１ｃから中央電極５０に伝播する。給電電極６２では、ＲＦの電流が給電ポイント６２ｃから周辺電極５１に伝播する。本実施形態では、給電電極６１および給電電極６２を用いて高周波の電力が伝播する経路をそれぞれ略均等とすることにより、中央電極５０、周辺電極５１に高周波の電力をそれぞれ均等に伝播でき、プラズマ密度分布を均一化できる。
給電電極６１は、円環部６１ａに周方向に沿ってシール６１ｅが設けられている。また、給電電極６２は、円環部６２ａに周方向に沿ってシール６２ｄが設けられている。
誘電体５２と誘電体５３との間は、シール６１ｅにより気密に封止されている。誘電体５３と誘電体５４との間は、シール６２ｄにより気密に封止されている。プラズマ処理装置１００は、上部電極３の上部が大気圧とされており、誘電体５２と誘電体５３と間や誘電体５３と誘電体５４と間に、所定間隔（例えば０．２～２ｍｍ）の隙間を設けてシール６１ｅ、シール６２ｄの位置までを大気圧としている。上部電極３は、隙間を設けてシール６２ｄの位置までを大気圧とすることにより、隙間内の大気により異常放電を抑制できる。
上部電極３は、載置台２に対向する対向面３ａの裏面となる上面３ｂの少なくとも一部に、発熱部として、ヒータ６４が配置されている。ヒータ６４は、配線６５を介して不図示のヒータ電源から電力が供給され、給電に応じて発熱する。上部電極３は、成膜を行う場合、ヒータ６４により上部電極３が２００℃から４００℃に加熱される。ヒータ６４の上部には、熱の放出を抑制するため、断熱材６６が配置されている。
また、上部電極３は、ヒータ６４の上部から上面３ｂ全体を覆う導電性のシールド部材が設けられている。例えば、上部電極３は、給電端子６０ａ、６０ｂを覆うように導電性のシールド部材６７ａが設けられている。また、上部電極３は、ヒータ６４の上面３ｂ全体に導電性のシールド部材６７ｂが設けられている。
上部電極３の中央電極５０および周辺電極５１には、整合器４５を介して、第２高周波電源４６からプラズマの生成用に所定周波数の電力が印加される。整合器４５は、可変コンデンサ、インピーダンス制御回路が設けられ、容量、インピーダンスの少なくとも一方の制御が可能とされている。
図４は、中央電極および周辺電極にそれぞれ電力を供給する供給路の電気的な構成の一例を示す図である。図４に示すように、第２高周波電源４６から中央電極５０および周辺電極５１にそれぞれ電力を供給する供給路には、整合器４５として、インピーダンスを制御するマッチング回路（matching network）４５ａと、可変コンデンサ４５Ｂと、電流モニタ４５ｃとが設けられている。例えば、整合器４５は、容量、インピーダンスを調整して、第２高周波電源４６の内部インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。
図１に戻る。上記のように構成されたプラズマ処理装置１００は、制御部６によって、動作が統括的に制御される。制御部６は、例えばコンピュータであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、補助記憶装置等を備える。ＣＰＵは、ＲＯＭ又は補助記憶装置に格納されたプログラムや、プラズマ処理のプロセス条件に基づいて動作し、装置全体の動作を制御する。例えば、制御部６は、ガス供給機構５からの各種のガスの供給動作、昇降機構２４の昇降動作、排気機構４２による処理容器１内の排気動作、第１高周波電源４４および第２高周波電源４６からの供給電力を制御する。なお、制御に必要なコンピュータに読み取り可能なプログラムは、記憶媒体に記憶されていてもよい。記憶媒体は、例えばフレキシブルディスク、ＣＤ（Compact Disc）、ＣＤ－ＲＯＭ、ハードディスク、フラッシュメモリ或いはＤＶＤ等よりなる。また、制御部６は、プラズマ処理装置１００の内部に設けられていてもよく、外部に設けられていてもよい。制御部６が外部に設けられている場合、制御部６は、有線又は無線等の通信手段によって、プラズマ処理装置１００を制御することができる。
次に、制御部６の制御によりプラズマ処理装置１００が実行するプラズマ処理の流れを簡単に説明する。プラズマ処理装置１００は、排気機構４２により、処理容器１内を真空雰囲気に減圧する。プラズマ処理装置１００は、ウエハＷを搬入する際、載置台２をウエハＷの受け渡し位置まで降下させ、ゲートバルブ１２を開放する。搬入出口１１を介してウエハ搬送機構によりウエハＷが載置台２に搬入される。プラズマ処理装置１００は、ゲートバルブ１２を閉じ、載置台２を処理位置まで上昇させる。
プラズマ処理装置１００は、処理容器１内の圧力調整を行った後、上部電極３から処理容器１内にプラズマ処理に用いる各種のガスを供給しつつ上部電極３および載置台２に所定周波数の高周波を印加してプラズマを生成する。
ところで、上述のように、プラズマ処理装置１００は、プラズマを生成するために印加される高周波により、ノイズが発生し、誤作動等の不具合が発生する場合がある。
そこで、本実施形態に係る上部電極３は、誘電体５２～５４を積層し、誘電体５２～５４の間に給電電極６１、６２を配置している。これにより、プラズマ処理装置１００は、プラズマを生成するために給電電極６１、６２に高周波の電力が供給された場合でも、誘電体５２～５４により、高周波のノイズが減衰されるため、ノイズを抑制できる。また、上部電極３は、上面３ｂ全体を覆うようにシールド部材６７ａ、６７ｂが設けられている。これにより、プラズマ処理装置１００は、上部電極３の上面３ｂ側へのノイズの伝播を遮蔽できる。
なお、本実施形態に係る上部電極３は、ヒータ６４の上部にシールド部材６７ａ、６７ｂを設けたため、配線６５には減衰されてはいるものの高周波のノイズが発生する。このため、配線６５には、高周波のノイズを除去するノイズ除去用のフィルタを設けることが好ましい。本実施形態に係るプラズマ処理装置１００は、配線６５にノイズ除去用のフィルタを設け、ノイズ除去用のフィルタを介してヒータ６４に給電する。
また、本実施形態に係るプラズマ処理装置１００は、中央電極５０と周辺電極５１とを設けたことにより、プラズマ密度を制御できる。プラズマ密度は、印加される高周波の電力によって変化する。よって、プラズマ処理装置１００では、制御部６が第２高周波電源４６から中央電極５０と周辺電極５１に供給する電力を制御することで、プラズマ密度の勾配を制御できる。例えば、制御部６は、プラズマ密度が載置台２の中心から外側に向けて増加する順勾配、または、減少する逆勾配となるように制御する。プラズマ処理装置１００では、プラズマ密度が順勾配や逆勾配となることで、解離したイオンや粒子の供給量などを制御でき、ウエハＷの面内の中央部と周辺部のプラズマ処理の進行度合いを制御できる。また、例えば、ＰＥ－ＡＬＤ（Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition）では、高周波の電力を印加してプラズマを発生させる時間、周期が短く、プラズマ密度の制御が重要となる。プラズマ処理装置１００は、ＰＥ－ＡＬＤの成膜に適するようにプラズマ密度を制御できる。
以上のように、本実施形態に係る上部電極３は、中央電極５０と、周辺電極５１と、複数の誘電体５２～５４と、給電電極６１、６２とを有する。中央電極５０は、プラズマ処理の対象とされたウエハＷが配置される載置台２に対向する対向面３ａに、載置台２の中央部に対応して配置される。周辺電極５１は、中央電極５０の周辺を囲むように対向面３ａに配置される。複数の誘電体５２～５４は、対向面３ａと対向面３ａの裏面となる上面３ｂとの間に積層される。給電電極６１、６２は、複数の誘電体５２～５４の間に配置され、中央電極５０および周辺電極５１と上面３ｂに個別に設けられた給電端子６０ａ、６０ｂとをそれぞれ電気的に接続する。これにより、本実施形態に係る上部電極３は、ノイズを抑制することができる。
また、本実施形態に係る給電電極６１、６２は、円環状に形成された円環部６１ａ、６２ａで中央電極５０または周辺電極５１と導通し、等距離に形成された複数の導線部６１ｂ、６２ｂにより給電端子６０ａ、６０ｂと円環部６１ａ、６２ａの周上の複数地点とが接続されている。これにより、本実施形態に係る上部電極３は、中央電極５０、周辺電極５１に高周波の電力をそれぞれ均等に伝播でき、プラズマ密度分布を均一化できる。
また、本実施形態に係る複数の誘電体５２～５４は、所定間隔の隙間を空けて積層されている。給電電極６１、６２は、円環部６１ａ、６２ａの周方向に沿って大気を遮断するシール６１ｅ、６２ｄが設けられている。これにより、本実施形態に係る上部電極３は、異常放電を抑制できる。
また、本実施形態に係る上部電極３は、ヒータ６４と、シールド部材６７ａ、６７ｂをさらに有する。ヒータ６４は、上面３ｂの少なくとも一部を覆うように配置され、ノイズ除去用のフィルタを介して給電され、給電に応じて発熱する。シールド部材６７ａ、６７ｂは、ヒータ６４の上部から上面３ｂ全体を覆っている。これにより、本実施形態に係る上部電極３は、ノイズの伝播を遮蔽できる。また、本実施形態に係る上部電極３は、上部電極３を効率よく加熱できる。
また、本実施形態に係るプラズマ処理装置１００は、給電部として、第２高周波電源４６と、制御部６を有する。第２高周波電源４６は、給電端子６０ａ、６０ｂに接続され、給電端子６０ａ、６０ｂを介して中央電極５０および周辺電極５１にそれぞれ所定の周波数の電力を供給する。制御部６は、プラズマ処理の際のプラズマ密度が所定の勾配となるように、第２高周波電源４６から中央電極５０および周辺電極５１に供給する電力を制御する。これにより、本実施形態に係るプラズマ処理装置１００は、プラズマ密度の勾配を制御でき、ウエハＷの面内のプラズマ処理の進行度合いを制御できる。
また、本実施形態に係るプラズマ処理装置１００は、第２高周波電源４６から中央電極５０および周辺電極５１にそれぞれ電力を供給する供給路に可変コンデンサ、インピーダンス制御回路の少なくとも一方が設けられ、容量、インピーダンスの少なくとも一方が制御可能とされている。これにより、本実施形態に係るプラズマ処理装置１００は、供給路に伝播される高周波の反射波やノイズが抑制されるよう容量、インピーダンスを制御できる。
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態に係るプラズマ処理装置１００は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１００と同様の構成であるため、説明を省略する。
図５は、第２実施形態に係る上部電極の構成の一例を示す断面図である。第２実施形態に係る上部電極３は、第１実施形態に係る上部電極３と一部同様の構成であるため、同一部分に同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分について主に説明する。
第２実施形態に係る上部電極３は、載置台２に対向する対向面３ａの裏面となる上面３ｂ全体に導電性のシールド部材６７ｂが設けられている。
そして、上部電極３は、シールド部材６７ｂ上部の少なくとも一部に、発熱部として、ヒータ６４が配置されている。ヒータ６４は、配線６５を介して不図示のヒータ電源から電力が供給され、給電に応じて発熱する。上部電極３は、成膜を行う場合、ヒータ６４により上部電極３が２００℃から４００℃に加熱される。ヒータ６４の上部には、熱の放出を抑制するため、断熱材６６が配置されている。
また、上部電極３は、ヒータ６４の下部にシールド部材６７ｂが設けられている。これにより、プラズマ処理装置１００は、上部電極３の上部へのノイズの伝播を遮蔽できる。これにより、プラズマ処理装置１００は、例えば、ヒータ６４へ電力を供給する配線６５に、ノイズ除去用のフィルタを設ける必要がなくなるため、構成を簡易化できる。
以上のように、本実施形態に係る上部電極３は、ヒータ６４と、シールド部材６７ａ、６７ｂをさらに有する。シールド部材６７ａ、６７ｂは、上面３ｂ全体を覆う。ヒータ６４は、シールド部材６７ｂ上部の少なくとも一部を覆うように配置され、給電に応じて発熱する。これにより、本実施形態に係る上部電極３は、ヒータ６４へ電力を供給する配線６５に、ノイズ除去用のフィルタを設ける必要がなくなるため、プラズマ処理装置１００の構成を簡易化できる。
（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。第３実施形態に係るプラズマ処理装置１００は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１００と同様の構成であるため、説明を省略する。
図６は、第３実施形態に係る上部電極の構成の一例を示す断面図である。第３実施形態に係る上部電極３は、第１実施形態に係る上部電極３と一部同様の構成であるため、同一部分に同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分について主に説明する。
第３実施形態に係る上部電極３は、対向面に並列に異なる径で周辺電極が複数配置されている。例えば、第３実施形態に係る上部電極３は、載置台２に対向する対向面３ａに、周辺電極５１の外側に、周辺電極７０が設けられている。周辺電極７０は、周辺電極５１の外径よりも内径が若干大きい円環状とされ、周辺電極５１の周辺を囲むように対向面３ａに配置されている。周辺電極７０は、例えば、アルミニウム、ステンレスなどの導電性材料により構成できる。
また、誘電体５６は、誘電体５６ｂと誘電体５６ｃに分けられ、誘電体５６ｂと誘電体５６ｃの間に給電電極７１が配置されている。また、誘電体５６には、第２高周波電源４６から所定周波数の電力がそれぞれ供給される給電端子７３が設けられている。給電電極７１は、例えば、アルミニウム、ステンレスなどの導電性材料により構成できる。なお、プラズマ処理装置１００は、給電端子６０ａ、６０ｂ、７３に対応して第２高周波電源４６および整合器４５を複数設けて、給電端子６０ａ、６０ｂ、７３に対してそれぞれ整合器４５を介して第２高周波電源４６から所定周波数の電力を供給してもよい。
図７は、第３実施形態に係る給電電極の構成の一例を示す平面図である。図７には、給電電極７１の構成の一例が示されている。
給電電極７１は、円環状に形成され、給電端子７３と接触して給電される給電ポイント７１ａが設けられている。給電電極７１は、図６に示すように、周辺電極７０に接触しており、周辺電極７０と導通する。第２高周波電源４６は、給電端子６０ａ、６０ｂ、７３に供給する電力を個別に制御可能とされている。
給電電極７１は、周方向に沿って両面にシール７１ｂが設けられている。誘電体５６ｂと誘電体５６ｃとの間は、シール７１ｂにより気密に封止されている。プラズマ処理装置１００は、上部電極３の上部が大気圧とされており、誘電体５６ｂと誘電体５６ｃとの間に、所定間隔（例えば０．２～２ｍｍ）の隙間を設けてシール７１ｂの位置までを大気圧としている。
本実施形態に係る上部電極３は、誘電体５６ｂと誘電体５６ｃの間に給電電極７１を配置している。これにより、プラズマ処理装置１００は、プラズマを生成するために給電電極７１に高周波の電力が供給された場合でも、誘電体５６ｂ、５６ｃにより、高周波のノイズが減衰されるため、ノイズを抑制できる。
また、本実施形態に係るプラズマ処理装置１００は、中央電極５０と周辺電極５１と周辺電極７０とを設けたことにより、プラズマ密度を多様に制御できる。例えば、プラズマ処理装置１００では、制御部６が第２高周波電源４６から中央電極５０と周辺電極５１と周辺電極７０に供給する電力を制御することで、プラズマ密度が順勾配、または、逆勾配となるように制御できる。また、プラズマ処理装置１００では、中央電極５０および周辺電極７０に対して、周辺電極５１のプラズマ密度を高くした状態や周辺電極５１のプラズマ密度を低くした状態にも制御できる。これにより、本実施形態に係るプラズマ処理装置１００は、ウエハＷの面内でのプラズマ処理の進行度合いを多様に制御できる。
以上のように、本実施形態に係る上部電極３は、対向面３ａに並列に異なる径で周辺電極５１と周辺電極７０が配置されている。給電電極６２、７１は、周辺電極５１、周辺電極７０と上面３ｂに個別に設けられた給電端子６０ｂ、７３とをそれぞれ電気的に接続する。これにより、本実施形態に係るプラズマ処理装置１００は、プラズマ密度を多様に制御できる。
（第４実施形態）
次に、第４実施形態について説明する。第４実施形態に係るプラズマ処理装置１００は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１００と同様の構成であるため、説明を省略する。
図８は、第４実施形態に係る上部電極の構成の一例を示す断面図である。第４実施形態に係る上部電極３は、第３実施形態に係る上部電極３と一部同様の構成であるため、同一部分に同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分について主に説明する。
第４実施形態に係る上部電極３は、対向面３ａの外縁部に周辺電極７０が配置されている。周辺電極７０は、導電性の導電部７４を介して給電電極７１に導通している。
ところで、プラズマ処理装置１００は、プラズマ処理により成膜を行う場合、プラズマの温度が低下する部分で堆積物が堆積しやすい。例えば、プラズマ処理装置１００は、排気ダクト１３の周辺で堆積物が堆積しやすい。プラズマ処理装置１００は、堆積物を除去するために、上部電極３から処理空間３８にクリーニング用のガスを供給し、中央電極５０、周辺電極５１に所定周波数の電力を供給してプラズマを生成してクリーニングを行う。クリーニング用のガスとしては、例えば、フッ素系および塩素系などの反応ガスが挙げられる。しかし、プラズマ処理装置１００は、クリーニングを行っても、十分なエネルギーのイオンや粒子を排気ダクト１３の周辺に届けることができず、堆積物を十分に除去できない。
そこで、第４実施形態に係るプラズマ処理装置１００では、周辺電極７０を堆積物のクリーニングに利用する。堆積物のクリーニングを行う際、制御部６は、第２高周波電源４６から中央電極５０、周辺電極５１、周辺電極７０に所定周波数の電力を供給して、プラズマを生成する。これにより、第４実施形態に係るプラズマ処理装置１００では、十分なエネルギーのイオンや粒子を排気ダクト１３の周辺に届けることができ、堆積物を除去できる。なお、排気ダクト１３の周辺のみをクリーニングする場合、制御部６は、第２高周波電源４６から周辺電極７０に所定周波数の電力を供給して、プラズマを生成してもよい。
以上のように、本実施形態に係る上部電極３は、対向面３ａに並列に異なる径で周辺電極５１と周辺電極７０が配置されている。周辺電極７０は、対向面３ａの外縁部に配置されている。これにより、本実施形態に係るプラズマ処理装置１００は、外縁部の周囲の堆積物を効率良くクリーニングできる。
以上、実施形態について説明してきたが、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、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。
例えば、実施形態では、被処理体を半導体ウエハとした場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。被処理体は、ガラス基板など、他の基板であってもよい。
また、実施形態では、上部電極３に周辺電極を１つまたは２つ配置した場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。周辺電極は、上部電極３に３つ以上配置されてもよい。
また、実施形態では、上部電極３にガス拡散室が形成されている場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。上部電極３は、ガスが通過するスリットが形成されたリングスリット型であってもよい。また、上部電極３は、対向面３ａを複数の領域に分けて各領域から個別に流量を制御してガスの噴出が可能な構成としてもよい。
また、実施形態では、上部電極３および載置台２に印加する高周波電力の周波数を１３．５６ＭＨｚとしたが、これに限定されるものではない。高周波電力の周波数は、例えば、２ＭＨｚから６０ＭＨｚであってもよい。
また、実施形態では、上部電極３に高周波電力を印加したが、直流電力を印加してもよい。
また、実施形態では、プラズマ処理装置１００が上部電極３によりプラズマを生成して成膜を行う場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。プラズマ処理装置１００が上部電極３によりプラズマを生成してエッチングなど他のプラズマ処理を行ってもよい。
１ 処理容器
２ 載置台
３ 上部電極
３ａ 対向面
３ｂ 上面
６ 制御部
４５ 整合器
４６ 第２高周波電源
５０ 中央電極
５１ 周辺電極
５２～５６ 誘電体
５７ シール
６０ａ、６０ｂ 給電端子
６１ 給電電極
６１ａ 円環部
６１ｂ 導線部
６１ｅ シール
６２ 給電電極
６２ａ 円環部
６２ｂ 導線部
６２ｃ 給電ポイント
６２ｄ シール
６４ ヒータ
６５ 配線
６６ 断熱材
６７ａ、６７ｂ シールド部材
１００ プラズマ処理装置
Ｗ ウエハ

Claims (10)

  1. プラズマ処理の対象とされた被処理体が配置される載置台に対向する対向面に、前記載置台の中央部に対応して配置された中央電極と、
    前記中央電極の周辺を囲むように前記対向面に配置された周辺電極と、
    前記対向面と前記対向面の裏面との間に積層された複数の誘電体と、
    前記複数の誘電体の間に配置され、前記中央電極および前記周辺電極と前記裏面に個別に設けられた給電端子とをそれぞれ電気的に接続する給電電極と、
    を有することを特徴とする上部電極。
  2. 前記給電電極は、円環状に形成された円環部で前記中央電極または前記周辺電極と導通し、等距離に形成された複数の導線部により前記給電端子と前記円環部の周上の複数地点とが接続されていることを特徴とする請求項１に記載の上部電極。
  3. 前記複数の誘電体は、所定間隔の隙間を空けて積層され、
    前記給電電極は、前記円環部の周方向に沿って大気を遮断するシールが設けられた
    ことを特徴とする請求項２に記載の上部電極。
  4. 前記周辺電極は、前記対向面に並列に異なる径で複数配置され、
    前記給電電極は、複数の前記周辺電極と前記対向面の裏面に個別に設けられた給電端子とをそれぞれ電気的に接続する
    ことを特徴とする請求項１に記載の上部電極。
  5. 前記裏面の少なくとも一部を覆うように配置され、ノイズ除去用のフィルタを介して給電され、給電に応じて発熱する発熱部と、
    前記発熱部の上部から前記裏面全体を覆う導電性のシールド部材と、
    をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の上部電極。
  6. 前記裏面全体を覆う導電性のシールド部材と、
    前記シールド部材上部の少なくとも一部を覆うように配置され、給電に応じて発熱する発熱部と、
    をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の上部電極。
  7. 前記周辺電極は、前記対向面の外縁部に配置されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の上部電極。
  8. プラズマ処理の対象とされた被処理体が配置される載置台と、
    前記載置台に対向する対向面に、前記載置台の中央部に対応して配置された中央電極、前記中央電極の周辺を囲むように前記対向面に配置された周辺電極、前記対向面と前記対向面の裏面との間に積層された複数の誘電体、および、前記複数の誘電体の間に配置され、前記中央電極および前記周辺電極と前記裏面に個別に設けられた給電端子とをそれぞれ電気的に接続する給電電極、を有する上部電極と、
    を備えたプラズマ処理装置。
  9. 前記給電端子に接続され、前記給電端子を介して前記中央電極および前記周辺電極にそれぞれ所定の周波数の電力を供給する給電部と、
    プラズマ処理の際のプラズマ密度が所定の勾配となるように、前記給電部から前記中央電極および前記周辺電極に供給する電力を制御する制御部と、
    をさらに備えたことを特徴とする請求項８に記載のプラズマ処理装置。
  10. 前記給電部は、前記中央電極および前記周辺電極にそれぞれ電力を供給する供給路に可変コンデンサ、インピーダンス制御回路の少なくとも一方が設けられ、容量、インピーダンスの少なくとも一方が制御可能とされた
    ことを特徴とする請求項９に記載のプラズマ処理装置。
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