JP7232705B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本開示の種々の側面および実施形態は、プラズマ処理装置に関する。

半導体デバイスの製造工程の中には、ドライエッチング等のプラズマ処理の工程が含まれることが多い。プラズマ処理では、処理容器内にガスが導入され、ガスが高周波等により励起され、プラズマ化される。そして、プラズマに含まれるイオンやラジカル等によって基板にエッチング等の処理が施される。エッチング等の処理において発生した反応副生成物等は、揮発性ガスとなって処理容器内から排気される。

基板の上方の処理空間内において生成されたプラズマは、ガスの流れに沿って、排気経路に侵入する場合がある。プラズマが排気経路に侵入すると、排気経路に設けられている排気装置等がプラズマによりダメージを受ける。そのため、排気経路へのプラズマの侵入を抑制するために、処理空間と排気経路との間に複数の貫通孔が設けられたバッフル板が設けられる場合がある。バッフル板は、金属等で構成され、接地電位に接続される。

特開２００９－２００１８４号公報

本開示は、排気口付近の異常放電を抑制することができるプラズマ処理装置を提供する。

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、載置台と、ガス供給機構と、排気機構と、プラズマ生成機構と、バイアス電力供給機構とを備える。処理容器は、基板を収容する。載置台は、処理容器内に設けられ、基板を載置する。ガス供給機構は、処理容器内に処理ガスを供給する。排気機構は、排気管を介して処理容器内のガスを排気する。プラズマ生成機構は、処理容器内に供給された処理ガスをプラズマ化することにより処理容器内においてプラズマを生成する。バイアス電力供給機構は、載置台にバイアス用の高周波電力を供給する。処理容器の壁部に接続された排気管の排気口には、導電性の部材により構成され、接地電位に接続された網部材が設けられている。網部材には、網部材の厚さ方向に貫通する複数の貫通孔が形成されている。また、それぞれの貫通孔において、開口の幅に対する網部材の厚さの比は０．６７以上である。

本開示の種々の側面および実施形態によれば、排気口付近の異常放電を抑制することができる。

図１は、本開示の第１の実施形態におけるプラズマ処理装置の一例を示す縦断面図である。 図２は、本開示の第１の実施形態におけるプラズマ処理装置の一例を示す横断面図である。 図３は、本開示の第１の実施形態における排気機構の一例を示す拡大断面図である。 図４は、本開示の第１の実施形態における網部材の一例を示す平面図である。 図５は、貫通孔の配置の一例を説明するための拡大図である。 図６は、本開示の第１の実施形態における網部材の一例を示す拡大断面図である。 図７は、貫通孔の開口の形状の他の例を示す図である。 図８は、本開示の第１の実施形態における実験結果の一例を示す図である。 図９は、本開示の第１の実施形態における実験結果の一例を示す図である。 図１０は、本開示の第１の実施形態における実験結果の一例を示す図である。 図１１は、本開示の第１の実施形態における実験結果の一例を示す図である。 図１２は、貫通孔とプラズマの関係の一例を説明するための模式図である。 図１３は、貫通孔とプラズマの関係の一例を説明するための模式図である。 図１４は、比較例における網部材の一例を示す平面図である。 図１５は、比較例における排気機構の一例を示す拡大断面図である。 図１６は、比較例における実験結果の一例を示す図である。 図１７は、網部材の削れ量の一例を示す図である。 図１８は、本開示の第２の実施形態における排気機構の一例を示す拡大断面図である。 図１９は、本開示の第２の実施形態における実験結果の一例を示す図である。 図２０は、本開示の第２の実施形態における実験結果の一例を示す図である。 図２１は、本開示の他の実施形態における実験結果の一例を示す図である。

以下に、開示されるプラズマ処理装置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が限定されるものではない。

ところで、プラズマ処理において、処理容器内の圧力が高くなったり、基板が載置される載置台に供給される高周波バイアスの電力が大きくなると、排気口付近において、バッフル板の貫通孔にプラズマが侵入する異常放電が発生しやすくなる。異常放電が発生すると、基板近傍におけるプラズマの状態が変動し、基板に対して安定したプラズマ処理を施すことが難しくなる。

そこで、本開示は、排気口付近の異常放電を抑制することができる技術を提供する。

（第１の実施形態）
［プラズマ処理装置１の構成］
図１は、本開示の第１の実施形態におけるプラズマ処理装置１の一例を示す縦断面図である。図２は、本開示の第１の実施形態におけるプラズマ処理装置１の一例を示す横断面図である。図１に例示されたプラズマ処理装置１のＡ－Ａ断面が図２に対応し、図２に例示されたプラズマ処理装置１のＢ－Ｂ断面が図１に対応する。本実施形態におけるプラズマ処理装置１は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を生成し、生成されたプラズマを用いて、矩形状の基板Ｇに対し、エッチングやアッシング、成膜等のプラズマ処理を施す。本実施形態において、基板Ｇは、例えばＦＰＤ（Flat Panel Display）用のガラス基板である。

プラズマ処理装置１は、本体１０および制御装置２０を有する。本体１０は、例えば、内壁面が陽極酸化処理されたアルミニウム等の導電性材料によって形成された角筒形状の気密な処理容器１０１を有する。処理容器１０１は接地されている。処理容器１０１は、誘電体壁１０２により上下に区画されており、誘電体壁１０２の上面側が、アンテナが収容されるアンテナ室１０３となっており、誘電体壁１０２の下面側が、プラズマが生成される処理室１０４となっている。誘電体壁１０２はＡｌ２Ｏ３等のセラミックスまたは石英等で構成されており、処理室１０４の天井壁を構成する。

処理容器１０１におけるアンテナ室１０３の側壁１０３ａと処理室１０４の側壁１０４ａとの間には内側に突出する支持棚１０５が設けられている。誘電体壁１０２は、支持棚１０５によって支持されている。

誘電体壁１０２の下側部分には、処理ガスを処理室１０４内に供給するためのシャワー筐体１１１が嵌め込まれている。シャワー筐体１１１は、例えば、梁状に構成され、複数のサスペンダ（図示せず）によりアンテナ室１０３の天井から吊された状態となっている。

シャワー筐体１１１は、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウム等の導電性材料で構成されている。シャワー筐体１１１の内部には水平方向に延在するガス拡散室１１２が形成されている。ガス拡散室１１２には、下方に向かって延びる複数のガス吐出孔１１２ａが連通している。

誘電体壁１０２の上面略中央には、シャワー筐体１１１のガス拡散室１１２に連通するようにガス供給管１２１が設けられている。ガス供給管１２１は、アンテナ室１０３の天井から処理容器１０１の外部へ貫通し、ガス供給機構１２０に接続されている。

ガス供給機構１２０は、ガス供給源、ＭＦＣ（Mass Flow Controller）等の流量制御器、およびバルブを有する。流量制御器は、バルブが開かれた状態で、ガス供給源から供給された処理ガスの流量を制御し、流量が制御された処理ガスをガス供給管１２１へ供給する。処理ガスは、例えば、Ｏ２ガスや、Ｏ２ガスとＣＦ４ガスの混合ガス等である。

ガス供給機構１２０から供給された処理ガスは、ガス供給管１２１を介して、シャワー筐体１１１内のガス拡散室１１２に供給され、ガス拡散室１１２内を拡散する。そして、ガス拡散室１１２内を拡散した処理ガスは、シャワー筐体１１１の下面のガス吐出孔１１２ａから処理室１０４内の空間へ吐出される。

アンテナ室１０３内には、アンテナ１１３が配設されている。アンテナ１１３は、銅等の導電性の高い金属により形成されたアンテナ線１１３ａを有する。アンテナ線１１３ａは、環状や渦巻状等の任意の形状に形成される。アンテナ１１３は絶縁部材で構成されたスペーサ１１７により誘電体壁１０２から離間している。

アンテナ線１１３ａの端子１１８には、アンテナ室１０３の上方へ延びる給電部材１１６の一端が接続されている。給電部材１１６の他端には、給電線１１９の一端が接続されており、給電線１１９の他端には、整合器１１４を介して高周波電源１１５が接続されている。高周波電源１１５は、整合器１１４、給電線１１９、給電部材１１６、および端子１１８を介して、アンテナ１１３に、例えば１３．５６ＭＨｚの周波数の高周波電力を供給する。これにより、アンテナ１１３の下方にある処理室１０４内に誘導電界が形成される。処理室１０４内に形成された誘導電界により、シャワー筐体１１１から供給された処理ガスがプラズマ化され、処理室１０４内に誘導結合プラズマが生成される。高周波電源１１５およびアンテナ１１３は、プラズマ生成機構の一例である。

処理室１０４内の底壁１０４ｂには、絶縁性部材により矩形状に形成されたスペーサ１２６を介して、基板Ｇを載置する載置台１３０が配置されている。載置台１３０は、スペーサ１２６の上に設けられた基材１３１と、絶縁性部材で形成され、基材１３１の側壁を覆う保護部材１３２とを有する。基材１３１は基板Ｇの形状に対応した矩形状をなし、載置台１３０の全体が四角板状または四角柱状に形成されている。スペーサ１２６および保護部材１３２は、アルミナ等の絶縁性セラミックスで構成されている。また、基材１３１の上面において基板Ｇを載置する載置面には基板Ｇを保持するための静電チャック（図示せず）が形成されており、プラズマ処理が行われている間、基板Ｇは載置台１３０に固定される。

基材１３１には、給電線１５１を介して整合器１５２および高周波電源１５３が接続されている。高周波電源１５３は、整合器１５２および給電線１５１を介して基材１３１に、バイアス用の高周波電力を供給する。高周波電源１５３は、バイアス電力供給機構の一例である。給電線１５１および整合器１５２を介して基材１３１にバイアス用の高周波電力が供給されることにより、基材１３１の上方に配置された基板Ｇにイオンが引き込まれる。高周波電源１５３によって基材１３１に供給される高周波電力の周波数は、例えば５０ｋＨｚ～１０ＭＨｚの範囲の周波数であり、例えば６ＭＨｚである。

基材１３１には、基板Ｇと静電チャックとの間に例えばＨｅガス等の伝熱ガスを供給するための配管１３３が設けられている。静電チャックにより基板Ｇが保持されているため、伝熱ガスによって基板Ｇと静電チャックとの間に所定の圧力をかけることができる。配管１３３を介して基板Ｇと基材１３１との間に供給される伝熱ガスの圧力が制御されることにより、基材１３１と基板Ｇとの間の熱の伝達量が調節される。なお、載置台１３０の基材１３１内には、基板Ｇの温度を制御するための温度調節機構および温度センサ（いずれも図示せず）が設けられている。さらに、載置台１３０には、基板Ｇの受け渡しを行うための複数の昇降ピン（図示せず）が基材１３１の上面に対して突没可能に設けられている。

処理室１０４の側壁１０４ａには、基板Ｇを搬入および搬出するための開口１５５が設けられており、開口１５５はゲートバルブＶによって開閉可能となっている。ゲートバルブＶが開かれることにより、開口１５５を介して基板Ｇの搬入および搬出が可能となる。

処理室１０４の側壁１０４ａと載置台１３０との間には、例えば図２に示されるように、処理室１０４内を処理空間１０６ａと排気空間１０６ｂとに仕切る４枚の仕切部材１５８が設けられている。仕切部材１５８は、開口部を有さない矩形の板状の部材である。仕切部材１５８は、例えば金属等の導電性材料によって形成される。１つの仕切部材１５８は、載置台１３０の側面の１つと処理室１０４の側壁１０４ａとの間に設けられている。それぞれの仕切部材１５８は、処理室１０４の側壁１０４ａを介して接地されている。

隣接する仕切部材１５８の間には、例えば図２に示されるように、処理空間１０６ａから排気空間１０６ｂへガスが流通する開口１５７が形成されている。図２の例では、それぞれの開口１５７は、平面視が略矩形状の載置台１３０の四隅に存在している。

処理室１０４の壁部には、複数の排気口１５９が形成されている。本実施形態において、複数の排気口１５９が形成される壁部は、処理室１０４の底壁１０４ｂである。それぞれの排気口１５９には排気機構１６０が設けられている。排気機構１６０は、排気口１５９に接続された排気管１６１と、開度を調整することにより処理室１０４内の圧力を制御するＡＰＣ（Auto Pressure Controller）バルブ１６２と、処理室１０４内を排気するための真空ポンプ１６３とを有する。真空ポンプ１６３により処理室１０４内が排気され、ＡＰＣバルブ１６２の開度が調整されることにより、処理室１０４内の圧力が所定の圧力に維持される。

制御装置２０は、メモリ、プロセッサ、および入出力インターフェイスを有する。制御装置２０内のプロセッサは、制御装置２０内のメモリに格納されたプログラムを読み出して実行することにより、制御装置２０の入出力インターフェイスを介して本体１０の各部を制御する。

［排気機構１６０の詳細］
図３は、本開示の第１の実施形態における排気機構１６０の一例を示す拡大断面図である。排気機構１６０は、排気管１６１、ＡＰＣバルブ１６２、真空ポンプ１６３、異物混入防止網１６４、および網部材３０を有する。異物混入防止網１６４は、例えばステンレス鋼を主成分とする金属により構成され、真空ポンプ１６３内への異物の侵入を防止する。

網部材３０は、処理室１０４の底壁１０４ｂに形成された排気口１５９付近に配置される。網部材３０は、アルミニウムまたはステンレス鋼を主成分とする金属により板状に形成されている。網部材３０は、排気管１６１によって支持されている。排気管１６１は、金属により構成されており、底壁１０４ｂを介して接地されている。従って、網部材３０は、排気管１６１および底壁１０４ｂを介して接地されている。

図４は、本開示の第１の実施形態における網部材３０の一例を示す平面図である。網部材３０には、網部材３０の厚さ方向に貫通する複数の貫通孔３１が形成されている。本実施形態において、それぞれの貫通孔３１の開口の形状は、円形である。これにより、貫通孔３１の開口において、電界の集中を抑制することができる。なお、それぞれの貫通孔３１の開口の形状は、真円形であることが理想的ではあるが、真円形が多少扁平に変形した楕円や長丸等の形状であってもよい。

図５は、貫通孔３１の配置の一例を説明するための拡大図である。本実施形態において、複数の貫通孔３１は、隣接する３つの貫通孔３１のそれぞれの開口の中心Ｏが、例えば図５に示されるように、正三角形の３つの頂点のいずれかの位置となるように配置されている。このような貫通孔３１の配置は、６０°千鳥配置とも呼ばれる。これにより、網部材３０に貫通孔３１を効率よく多数配置することができ、排気コンダクタンスを上げることができる。なお、開口の形状が楕円形や長丸の場合には、隣接する３つの貫通孔３１の中心Ｏは正三角形ではなく二等辺三角形を形成することになる。

図６は、本開示の第１の実施形態における網部材３０の一例を示す拡大断面図である。網部材３０の厚さをＴｎ［ｍｍ］、貫通孔３１の開口の幅をＷ［ｍｍ］とした場合、貫通孔３１のアスペクト比をＲ＝Ｔｎ／Ｗと定義する。本実施形態における貫通孔３１の開口の形状は円形であるため、貫通孔３１の開口の幅Ｗは、円形の開口の直径である。本実施形態における貫通孔３１のアスペクト比Ｒは、０．６７以上である。

なお、貫通孔３１の開口の形状が楕円若しくは長丸状である場合、後述の貫通孔とプラズマとの関係に基づき、最も狭い部分の幅を、貫通孔３１の開口の幅Ｗと定義する。例えば、貫通孔３１の開口の形状が楕円である場合、貫通孔３１の開口の幅Ｗは、楕円の開口の短径である。また、貫通孔３１’の開口の形状が、例えば図７に示されるような長丸状である場合、貫通孔３１’の開口の幅Ｗは、開口の幅のうち狭い方の幅である。図７は、貫通孔３１’の開口の形状の他の例を示す図である。

排気口１５９に、所定のアスペクト比の貫通孔３１が形成された網部材３０が設けられることにより、貫通孔３１内へのプラズマの侵入が抑制され、貫通孔３１内での異常放電が抑制される。これにより、処理空間１０６ａ内でのプラズマ処理を安定化することができる。

［実験結果］
図８～図１１は、本開示の第１の実施形態における実験結果の一例を示す図である。図８～図１０に例示された実験結果では、厚さＴｎおよび貫通孔３１の開口の幅Ｗが異なる網部材３０を用いた場合の異常放電の観測結果が示されている。図８～図１０に例示された実験結果では、処理室１０４内の圧力、および、基材１３１に供給される高周波バイアスの電力の組み合わせ毎に、処理空間１０６ａ内でＯ２ガスのプラズマが生成された場合の排気口１５９付近での異常放電の有無が観測された。なお、異常放電の有無の観測は、貫通孔３１における発光の有無により行われる。すなわち、貫通孔３１に発光が観測された場合、異常放電が発生したと判断される。

図８では、厚さＴｎが５［ｍｍ］、貫通孔３１の開口の幅Ｗが５［ｍｍ］、アスペクト比Ｒが１．０の網部材３０が用いられた。図９では、厚さＴｎが３［ｍｍ］、貫通孔３１の開口の幅Ｗが４［ｍｍ］、アスペクト比Ｒが０．７５の網部材３０が用いられた。図１０では、厚さＴｎが２［ｍｍ］、貫通孔３１の開口の幅Ｗが３［ｍｍ］、アスペクト比Ｒが約０．６７の網部材３０が用いられた。

また、図１１には、厚さＴｎが５［ｍｍ］、貫通孔３１の開口の幅Ｗが５［ｍｍ］の網部材３０を用いて、処理空間１０６ａ内でＣＦ４ガスおよびＯ２ガスを含む混合ガスのプラズマが生成された場合の異常放電の観測結果が示されている。図８～図１１において、「○」は、いずれの貫通孔３１においても異常放電が観測されなかったことを示し、「×」は、少なくともいずれかの貫通孔３１においても異常放電が観測されたことを示す。

図８～図１０を参照すると、圧力および高周波バイアスの電力が大きくなるほど、異常放電が発生しやすくなる傾向がみられる。図８～図１０に例示されたいずれの場合においても、圧力および高周波バイアスの電力のほとんどの組み合わせにおいて、異常放電が観測されなかった。

また、例えば図１１に示されるように、圧力および高周波バイアスの電力が大きくなるほど異常放電が発生しやすくなる傾向は、ガス種が変わっても観測された。また、図１１に例示された実験結果においても、圧力および高周波バイアスの電力のほとんどの組み合わせにおいて、異常放電が観測されなかった。

図１２～図１３は、貫通孔３１とプラズマ５１の関係の一例を説明するための模式図である。プラズマが生成された場合、接地された金属である網部材３０の周囲には、厚さＴｓのシース領域５０が形成される。シース領域５０の厚さＴｓの２倍よりも、貫通孔３１の開口の幅Ｗが大きい場合、例えば図１２に示されるように、プラズマ５１が貫通孔３１内に侵入し、異常放電となってプラズマが不安定となる。その結果、本来プラズマが安定して生成されるべき箇所で十分なプラズマが生成されず、基板Ｇの処理に悪い影響を及ぼす。

一方、例えば図１３に示されるように、貫通孔３１の開口の幅Ｗが、シース領域５０の厚さＴｓの２倍以下である場合、プラズマ５１は貫通孔３１内に侵入せず、異常放電は発生しない。

また、貫通孔３１の開口の幅Ｗがシース領域５０の厚さＴｓの２倍よりも少し大きい場合であっても、仮想される両側のシース領域に挟まれた空間がデバイ長と同等以下であるような場合にはプラズマはバルクの状態を維持することが難しくなる。そのため、プラズマは貫通孔３１に侵入し難くなる。更に、網部材３０の厚さＴｎが大きい場合には、プラズマからの荷電粒子の通過も困難になるため、貫通孔３１の下側においてもプラズマが発生し難くなる。従って、網部材３０の貫通孔３１のアスペクト比Ｒが所定値以上であれば、貫通孔３１内にプラズマ５１が侵入せず、異常放電は発生しないと考えられる。

［比較例］
次に比較例について説明する。図１４は、比較例における網部材４０の一例を示す平面図である。網部材４０は、アルミニウム等の金属により板状に形成されている。網部材４０には、網部材４０の厚さ方向に貫通する複数のスリット４１が形成されている。それぞれのスリット４１は、開口が細長い形状である。スリット４１の開口の長手方向の長さは数［ｍｍ］から数十［ｍｍ］であり、例えば８０［ｍｍ］である。スリット４１の開口の短手方向の長さは３．６［ｍｍ］である。従って、スリット４１の幅Ｗは、３．６［ｍｍ］である。また、網部材４０の厚さＴｎは２［ｍｍ］である。従って、それぞれのスリット４１のアスペクト比Ｒは、短手方向においては０．５６、長手方向においては０．０２５である。なお、異常放電の抑制の評価には、短手方向のアスペクト比がスリットのアスペクト比として採用される。

図１５は、比較例における排気機構１６０’の一例を示す拡大断面図である。比較例における排気機構１６０’では、排気口１５９付近に網部材４０および網部材４３が設けられており、従来技術の代表的な構成である。網部材４０は、排気管１６１の開口部に設けられており、排気管１６１および底壁１０４ｂを介して接地されている。網部材４３は、網部材４０とは異なる構造であり、４．２［ｍｍ］角の開口４４が０．８［ｍｍ］間隔で配置された、厚さ０．８［ｍｍ］の部材である。網部材４３は、絶縁部材４２を介して排気口１５９内に配置されている。網部材４３は、電気的にフローティング状態となっている。その他の排気機構１６０の構造は、図３において説明された排気機構１６０の構造と同様である。

図１６は、比較例における実験結果の一例を示す図である。図１６には、処理室１０４内の圧力、および、基材１３１に供給される高周波バイアスの電力の組み合わせ毎に、処理空間１０６ａ内でＯ２ガスのプラズマが生成された場合の異常放電の観測結果が示されている。比較例では、図１６に例示されるように、実験で用いられた圧力および高周波バイアスの電力のほぼ全ての組み合わせにおいて異常放電が観測された。

これに対し、本実施形態における網部材３０が用いられた場合、例えば図８～図１１の実験結果から明らかなように、実験で用いられた圧力および高周波バイアスの電力の組み合わせにおいて異常放電はほとんど観測されなかった。従って、本実施形態における網部材３０を用いることにより、貫通孔３１内での異常放電を抑制することができ、処理空間１０６ａ内でのプラズマ処理を安定化することができる。

ここで、網部材３０の表面は、腐食性のガスに晒される場合があるため、網部材３０は、腐食性のガスに対してある程度の耐性を有する金属により構成されることが好ましい。腐食性のガスに対してある程度の耐性を有する金属は、例えば、ステンレス鋼、ニッケル、またはニッケル合金等である。ニッケル合金としては、ハステロイ（登録商標）を用いることができる。

また、網部材３０は、プラズマからの入熱により温度が上昇する場合がある。網部材３０の熱伝導率が低いと、網部材３０内での温度勾配が大きくなり、網部材３０が熱変形する場合がある。網部材３０が熱変形により反ったりすると、網部材３０と排気管１６１との接触領域が少なくなり、網部材３０の電位と接地電位との間に電位差が生じる場合がある。網部材３０の電位と接地電位との間に電位差が生じると、プラズマと網部材３０との電位差が減少するため、網部材３０の周囲に発生するシース領域５０の厚さが減少し、貫通孔３１内にプラズマ５１が侵入しやすくなる。

ステンレス鋼やニッケル合金の熱伝導率は、１０～３０［Ｗ／ｍ・Ｋ］程度である。熱変形による異常放電の発生を抑制するためには、熱伝導率が２００［Ｗ／ｍ・Ｋ］以上の金属材料で形成されることが好ましい。アルミニウムの熱伝導率は、２３６［Ｗ／ｍ・Ｋ］であるため、網部材３０は、例えばアルミニウムを主成分とする金属で形成されることが好ましい。

ただし、アルミニウムは、ハロゲン系の元素を含む腐食性ガスによって腐食されやすい。そのため、網部材３０が、例えばアルミニウムを主成分とする金属で形成された場合、網部材３０の表面は、腐食性ガスに対して腐食性が低い耐腐食性材によりコーティングされることが好ましい。

図１７は、網部材３０の削れ量の一例を示す図である。図１７の実験では、Ｃｌ２ガスおよびＢＣｌ３ガスの混合ガス（Ｃｌ２：ＢＣｌ３＝２：１）を用いたプラズマが生成された場合の網部材３０の削れ量が測定された。アルミニウムで構成された網部材３０の表面をアルマイト処理することにより、網部材３０の表面に４０［μｍ］の厚さのＡｌ２Ｏ３膜が形成された場合、網部材３０の削れ量は１０１［Å／ｍｉｎ］であった。また、アルミニウムで構成された網部材３０の表面にセラミックスの溶射を行うことにより、網部材３０の表面に２００［μｍ］の厚さのＹ２Ｏ３膜が形成された場合、網部材３０の削れ量は７０［Å／ｍｉｎ］であった。また、アルミニウムで構成された網部材３０の表面に複合酸化物を用いたディッピングを行うことにより、網部材３０の表面に５０［μｍ］の厚さのＣｒ２Ｏ３／Ａｌ２Ｏ３／ＳｉＯ２膜が形成された場合、網部材３０の削れ量は１５９［Å／ｍｉｎ］であった。

一方、アルミニウムで構成された網部材３０に対して表面処理が行われなかった場合、網部材３０の削れ量は２３４７［Å／ｍｉｎ］であった。なお、ステンレス鋼で構成された網部材３０に対して表面処理が行われなかった場合、網部材３０の削れ量は２６［Å／ｍｉｎ］であった。

図１７の実験結果より、例えばアルミニウムを主成分とする金属材料で形成された場合、網部材３０の表面は、腐食性ガスに対して腐食性が低い耐腐食性材料によりコーティングされることが好ましい。網部材３０の表面にコーティングされる耐腐食性材料は、例えば、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、およびＣｒ２Ｏ３／Ａｌ２Ｏ３／ＳｉＯ２等を挙げることができる。

以上、第１の実施形態について説明した。上記したように、本実施形態におけるプラズマ処理装置１は、処理容器１０１と、載置台１３０と、ガス供給機構１２０と、排気機構１６０と、高周波電源１１５と、アンテナ１１３と、高周波電源１５３とを備える。処理容器１０１は、基板Ｇを収容する。載置台１３０は、処理容器１０１内に設けられ、基板Ｇを載置する。ガス供給機構１２０は、処理容器１０１内に処理ガスを供給する。排気機構１６０は、排気管１６１を介して処理容器１０１内のガスを排気する。高周波電源１１５およびアンテナ１１３は、処理容器１０１内に供給された処理ガスをプラズマ化することにより処理容器１０１内においてプラズマを生成する。高周波電源１５３は、載置台１３０にバイアス用の高周波電力を供給する。処理容器１０１の壁部に接続された排気管１６１の排気口１５９には、導電性の部材により構成され、接地電位に接続された網部材３０が設けられている。網部材３０には、網部材３０の厚さ方向に貫通する複数の貫通孔３１が形成されている。また、それぞれの貫通孔３１において、開口の幅Ｗに対する網部材３０の厚さＴｎの比は０．６７以上である。これにより、排気口１５９付近の異常放電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、それぞれの貫通孔３１の開口の形状は、円形であり、貫通孔３１の開口の幅Ｗは、開口の直径である。それぞれの貫通孔３１の開口の形状が円形であることにより、貫通孔３１の開口付近での電界の集中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、それぞれの貫通孔３１の開口の直径は、プラズマにより網部材３０の周囲に形成されるシースの厚さの２倍以下である。これにより、網部材３０の貫通孔３１内へのプラズマの侵入を抑制することができ、貫通孔３１内での異常放電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、それぞれの貫通孔３１の開口の直径は、５［ｍｍ］以下である。これにより、網部材３０の貫通孔３１内へのプラズマの侵入を抑制することができ、貫通孔３１内での異常放電を抑制することができる。

また、上記した実施形態の網部材３０において、隣接する３つの貫通孔３１は、それぞれの貫通孔３１の開口の中心が、正三角形の３つの頂点のいずれかの位置となるように配置されている。これにより、網部材３０に貫通孔３１を多数配置することができ、排気コンダクタンスを上げることができる。

また、上記した実施形態において、網部材３０は、ステンレス鋼、ニッケル、またはニッケル合金である。これにより、腐食性ガスを用いたプラズマ処理が行われた場合でも、腐食性ガスによる網部材３０へのダメージを低減することができる。

また、上記した実施形態において、網部材３０は、熱伝導率が２００［Ｗ／ｍ・Ｋ］以上の材料で形成されていることが好ましい。例えば、網部材３０は、アルミニウムを主成分とする金属で形成されていることが好ましい。これにより、網部材３０の熱変形を抑えることができ、貫通孔３１内へのプラズマ５１の侵入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、網部材３０の表面は、網部材３０を構成する金属よりも腐食性ガスに対して腐食性が低い耐腐食性材料によりコーティングされていることが好ましい。これにより、腐食性ガスを用いたプラズマ処理が行われた場合でも、腐食性ガスによる網部材３０へのダメージを低減することができる。

また、上記した実施形態において、排気口１５９が形成された壁部は、処理容器１０１の底壁１０４ｂである。これにより、処理容器１０１内のガスを効率よく排気することができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態における排気機構１６０では、排気口１５９付近に１つの網部材３０が設けられた。これに対し、第２の実施形態における排気機構１６０では、排気口１５９付近に、一方が接地され、他方が電気的にフローティング状態とされた２つの網部材３０および網部材３３が設けられる点が、第１の実施形態における排気機構１６０とは異なる。なお、第２の実施形態におけるプラズマ処理装置１のその他の構成については、以下に説明する点を除き、第１の実施形態における排気機構１６０と同様であるため、重複する説明を省略する。

図１８は、本開示の第２の実施形態における排気機構１６０の一例を示す拡大断面図である。本実施形態における排気機構１６０では、排気口１５９付近に網部材３０および網部材３３が設けられている。網部材３０は、排気管１６１の開口部に設けられており、排気管１６１および底壁１０４ｂを介して接地されている。網部材３３は、網部材３０とは異なる構造であり、網部材４３と同じく、４．２［ｍｍ］角の開口が０．８［ｍｍ］間隔で配置された、厚さ０．８［ｍｍ］の部材である。網部材３３は、網部材３０の近傍であって網部材３０を挟んで排気管１６１の反対側に設けられている。網部材３３は、絶縁部材３２を介して排気口１５９内に配置されており、電気的にフローティング状態となっている。網部材３３は、フローティング網部材の一例である。その他の排気機構１６０の構造は、図３において説明された排気機構１６０の構造と同様である。

［実験結果］
図１９および図２０は、本開示の第２の実施形態における実験結果の一例を示す図である。図１９および図２０に例示された実験結果では、厚さＴｎおよび貫通孔の開口の幅Ｗが異なる網部材３０を用いた場合の異常放電の観測結果が示されている。図１９および図２０に例示された実験結果では、処理室１０４内の圧力、および、基材１３１に供給される高周波バイアスの電力の組み合わせ毎に、処理空間１０６ａ内でＯ２ガスのプラズマが生成された場合の排気口１５９付近での異常放電の有無が観測された。

図１９では、厚さＴｎが５［ｍｍ］、貫通孔３１の開口の幅Ｗが５［ｍｍ］、アスペクト比Ｒが１．０の網部材３０と、貫通孔３４の開口の幅Ｗが４．２［ｍｍ］、アスペクト比Ｒが０．１９の網部材３３とが用いられた。図２０では、厚さＴｎが７［ｍｍ］、貫通孔３１の開口の幅Ｗが７．５［ｍｍ］、アスペクト比Ｒが約０．９３の網部材３０と、貫通孔３４の開口の幅Ｗが４．２［ｍｍ］、アスペクト比Ｒが０．１９の網部材３３とが用いられた。

図１９および図２０を参照すると、圧力および高周波バイアスの電力が大きくなるほど、異常放電が発生しやすくなる傾向がある。図１９および図２０に例示された実験結果では、スリット４１のアスペクト比が０．５６である比較例の実験結果（図１６参照）に比べて、異常放電が観測される圧力および高周波バイアスの電力の組み合わせが少ない。従って、第２の実施形態における排気機構１６０においても、比較例における排気機構１６０’よりも排気口１５９付近での異常放電を抑制することができる。

なお、網部材３０に代えて、厚さＴｎ以外は比較例に用いられた網部材４０と同様の構造の網部材と、網部材３３若しくは網部材４３と同じ構造の網部材との２つの網部材を用いた場合においても、排気口１５９付近での異常放電の有無が観測された。図２１は、本開示の他の実施形態における実験結果の一例を示す図である。図２１の実験結果において、網部材の厚さＴｎは７［ｍｍ］、スリットの開口の幅Ｗは３．６［ｍｍ］、スリットのアスペクト比Ｒは１．９４である。

図２１では、開口が円形の貫通孔３１を有する網部材３０が用いられた場合よりも異常放電が観測される圧力および高周波バイアスの電力の組み合わせが多くなっている。しかし、図２１では、スリット４１のアスペクト比が０．５５である比較例の実験結果（図１６参照）に比べて、異常放電が観測される圧力および高周波バイアスの電力の組み合わせが少ない。従って、開口の形状がスリットである場合には、開口の形状が円形である場合ほどには異常放電抑制の効果は期待できないものの、アスペクト比が０．６７以上であれば、比較例よりも排気口１５９付近での異常放電を抑制することができる。そのため、従来技術よりはある程度の異常放電抑制の効果は期待できる。なお、スリット４１の長さについては特段の制約は無いが、例えば図１４に図示されているような開口形成領域の１／２～１／４程度の長さとする構成が望ましい。

以上、第２の実施形態について説明した。上記したように、本実施形態におけるプラズマ処理装置１では、網部材３０の近傍であって網部材３０を挟んで排気管１６１の反対側に設けられ、電気的にフローティング状態にされている網部材３３がさらに設けられてもよい。これ場合でも、排気口１５９付近での異常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、上記した各実施形態では、プラズマ源の一例として、誘電体窓を備えた誘導結合型のプラズマ処理装置として説明したが、誘電体窓の代わりに金属窓を備えた誘導結合型のプラズマ処理装置であってもよい。また、誘導結合プラズマ以外のプラズマ源としては、例えば、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ）、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）、およびヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ）等が挙げられる。

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。

Ｖ ゲートバルブ
Ｇ 基板
１ プラズマ処理装置
１０ 本体
１０１ 処理容器
１０２ 誘電体壁
１０３ アンテナ室
１０３ａ 側壁
１０４ 処理室
１０４ａ 側壁
１０４ｂ 底壁
１０５ 支持棚
１０６ａ 処理空間
１０６ｂ 排気空間
１１１ シャワー筐体
１１２ ガス拡散室
１１２ａ ガス吐出孔
１１３ アンテナ
１１３ａ アンテナ線
１１４ 整合器
１１５ 高周波電源
１１６ 給電部材
１１７ スペーサ
１１８ 端子
１１９ 給電線
１２０ ガス供給機構
１２１ ガス供給管
１２６ スペーサ
１３０ 載置台
１３１ 基材
１３２ 保護部材
１３３ 配管
１５１ 給電線
１５２ 整合器
１５３ 高周波電源
１５５ 開口
１５７ 開口
１５８ 仕切部材
１５９ 排気口
１６０ 排気機構
１６１ 排気管
１６２ ＡＰＣバルブ
１６３ 真空ポンプ
１６４ 異物混入防止網
２０ 制御装置
３０ 網部材
３１ 貫通孔
３２ 絶縁部材
３３ 網部材
３４ 貫通孔
４０ 網部材
４１ スリット
４２ 絶縁部材
４３ 網部材
４４ 開口
５０ シース領域
５１ プラズマ

Claims (10)

1. 基板を収容する処理容器と、
   前記処理容器内に設けられ、前記基板が載置される載置台と、
   前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給機構と、
   排気管を介して前記処理容器内のガスを排気する排気機構と、
   前記処理容器内に供給された前記処理ガスをプラズマ化することにより、前記処理容器内においてプラズマを生成するプラズマ生成機構と、
   前記載置台にバイアス用の高周波電力を供給するバイアス電力供給機構と
   を備え、
   前記処理容器の壁部に接続された前記排気管の排気口には、導電性の部材により構成され、接地電位に接続された網部材が設けられており、
   前記網部材には、前記網部材の厚さ方向に貫通する複数の貫通孔が形成されており、
   それぞれの前記貫通孔において、開口の幅に対する前記網部材の厚さの比が０．６７以上であるプラズマ処理装置。
2. それぞれの前記貫通孔の開口の形状は、円形であり、
   前記開口の幅は、前記開口の直径である請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. それぞれの前記貫通孔の開口の直径は、５［ｍｍ］以下である請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 隣接する３つの前記貫通孔は、それぞれの前記貫通孔の開口の中心が、正三角形の３つの頂点のいずれかの位置となるように配置されている請求項２または３に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記網部材は、ステンレス鋼、ニッケル、またはニッケル合金である請求項１から４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記網部材は、熱伝導率が２００［Ｗ／ｍ・Ｋ］以上の材料で形成されている請求項１から４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記網部材は、アルミニウムを主成分とする金属で形成されている請求項６に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記網部材の表面は、前記金属よりも腐食性ガスに対して腐食性が低い耐腐食性材料によりコーティングされている請求項７に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記排気口が形成された前記壁部は、前記処理容器の底壁である請求項１から８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
10. 前記網部材の近傍であって前記網部材を挟んで前記排気管の反対側に設けられ、電気的にフローティング状態にされているフローティング網部材をさらに備える請求項１から９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

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