WO2018135307A1 - アンテナ、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

アンテナ、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2018135307A1
WO2018135307A1 PCT/JP2018/000020 JP2018000020W WO2018135307A1 WO 2018135307 A1 WO2018135307 A1 WO 2018135307A1 JP 2018000020 W JP2018000020 W JP 2018000020W WO 2018135307 A1 WO2018135307 A1 WO 2018135307A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
dielectric window
regions
plasma processing
region
central axis
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/000020
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
▲高▼橋　和樹
祐紀 河田
松本　直樹
孝博 仙田
紘司 小山
翔平 深野
吉川　潤
寛之 近藤
隆 皆川
Original Assignee
東京エレクトロン株式会社
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 東京エレクトロン株式会社 filed Critical 東京エレクトロン株式会社
Priority to KR1020197023638A priority Critical patent/KR102491984B1/ko
Priority to US16/478,770 priority patent/US10832892B2/en
Publication of WO2018135307A1 publication Critical patent/WO2018135307A1/ja

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
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H01J37/32211—Means for coupling power to the plasma
    • H01J37/3222—Antennas
    • 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
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H01J37/32211—Means for coupling power to the plasma
    • H01J37/32238—Windows
    • 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
    • H01J37/32458—Vessel
    • H01J37/32522—Temperature
    • 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
    • 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

Definitions

  • Embodiments described herein relate generally to an antenna, a plasma processing apparatus, and a plasma processing method.
  • a plasma process for a target object for example, a process for etching the target object is performed.
  • the processing gas is excited by energy supplied from a plasma source in the chamber.
  • a plasma processing apparatus used for such plasma processing a plasma processing apparatus having a radial line slot antenna has been developed in recent years (see Patent Document 1).
  • the plasma processing apparatus described in Patent Document 1 includes a chamber body, a stage, a microwave generator, and an antenna.
  • the antenna includes an antenna including a dielectric window, a slot plate and a cooling jacket.
  • the dielectric window is made of quartz and is provided above the stage.
  • a slot plate is installed on the dielectric window.
  • the slot plate is formed with a first slot group and a second slot group.
  • the first slot group is composed of a plurality of slot pairs arranged along the circumferential direction of the central axis of the slot plate.
  • the second slot group includes a plurality of pairs of slots arranged along the circumferential direction with respect to the central axis of the slot plate outside the first slot group.
  • a substantially spiral heater is disposed inside the first slot group.
  • Annular heaters are respectively disposed between the first slot group and the second slot group and outside the second slot group.
  • a cooling jacket is installed on the slot plate via a dielectric plate.
  • a coolant channel is formed inside the cooling jacket.
  • the dielectric window is heated by heat input from the plasma. Accordingly, when a plurality of objects to be processed belonging to the same lot are sequentially subjected to plasma processing, the temperature of the dielectric window when processing the first object to be processed in the same lot and the second and subsequent objects to be processed are processed. There may be a difference between the temperature of the dielectric window. When a difference occurs in the temperature of the dielectric window, the degree of processing of the object to be processed varies within the same lot. On the other hand, in the apparatus described in Patent Document 1, when the plasma processing is not performed, the dielectric window is heated using a heater, thereby causing variations in the degree of processing of the objects to be processed belonging to the same lot. That is restrained.
  • Patent Document 1 when the plasma treatment is not performed, the dielectric window is heated by the heater.
  • the dielectric window is heated by the heater.
  • the thermal resistance between the cooling jacket and the dielectric window is increased at the position where the heater is formed, the cooling of the dielectric window may be uneven.
  • An antenna is a dielectric window having a first surface and a second surface extending opposite the first surface, the second surface extending around a central axis and
  • the dielectric window having an annular concave surface recessed to the first surface side and a flat surface surrounded by the concave surface, a slot plate provided on the first surface, and provided on the slot plate
  • a metal heat transfer member having an upper surface and a lower surface facing each other, and sandwiching the dielectric plate between the lower surface and the slot plate, and the heat transfer member on the heat transfer member
  • a cooling jacket provided, and a heater provided between the heat transfer member and the cooling jacket, the upper surface includes a plurality of first regions and a second region, and the cooling jacket includes a plurality of first jackets.
  • the second region is recessed on the lower surface side of the plurality of first regions, and the second region is mounted on the first region.
  • Motor is mounted on the second region, each of the plurality of first regions, when viewed from a direction parallel to the central axis, it is provided at a position overlapping at least partially flat.
  • the antenna according to one aspect it is possible to suppress a decrease in the temperature of the dielectric window by heating the dielectric window using a heater. Therefore, when this antenna is installed in a plasma processing apparatus as a microwave introduction mechanism, the difference between the temperature of the dielectric window during plasma processing and the temperature of the dielectric window when plasma processing is not performed is calculated. Can be suppressed.
  • the dielectric window is cooled by the cooling jacket.
  • the maximum thickness between the first surface and the second surface of the dielectric window at the position where the flat surface is formed is the first surface of the dielectric window at the position where the concave surface is formed. Greater than the maximum thickness between the first surface and the second surface.
  • the portion of the dielectric window having a large thickness is less likely to change in temperature than the portion having a small thickness. Therefore, when the dielectric window is uniformly cooled, the temperature of the thick portion of the dielectric window, that is, the portion where the flat surface is formed is not easily lowered. There is a risk.
  • each of the plurality of first regions overlaps at least partially with the flat surface when viewed from the direction of the central axis. Since the cooling jacket is mounted on the plurality of first regions, in the antenna according to one aspect, the portion of the dielectric window where the flat surface is formed is efficiently cooled. Therefore, in the antenna according to one aspect, the nonuniformity of cooling of the dielectric window during the plasma processing can be suppressed.
  • the concave surface is an inner inclined surface that connects the bottom surface and the bottom surface and the flat surface, the inner inclined surface that is inclined away from the first surface as the flat surface is approached, and the outer surface from the bottom surface. And an outer inclined surface that extends away from the first surface as it approaches the outer edge of the dielectric window, and the slot plate is formed with a plurality of slot holes arranged in the circumferential direction with respect to the central axis In addition, each of the plurality of slot holes may be formed at a position overlapping the inner inclined surface when viewed from a direction parallel to the central axis.
  • the first surface defines two annular grooves extending so as to surround the plurality of slot holes when viewed from a direction parallel to the central axis, and each of the two annular grooves is An annular conductor may be provided inside.
  • the first surface defines a plurality of grooves surrounding each of the plurality of slot holes when viewed from the direction of the central axis, and a conductor is provided inside each of the plurality of grooves. May be. By arranging the conductor so as to surround each of the plurality of slot holes, the electric field can be concentrated directly under the plurality of slot holes.
  • the plurality of first regions are arranged along a circumferential direction with respect to the central axis, and each of the plurality of first regions is a flat surface and an inner inclined surface when viewed from a direction parallel to the central axis. It may be provided at a position overlapping with. Since the electric field concentrates directly below the plurality of slot holes, heat input from the plasma to the inner inclined surface increases. On the other hand, in one embodiment, each of the plurality of first regions is provided at a position overlapping the flat surface and the inner inclined surface when viewed from the direction parallel to the central axis, so that the flat surface and the inner surface The inclined surface can be efficiently cooled. Therefore, according to the antenna according to one aspect, it is possible to suppress non-uniformity of cooling of the dielectric window during plasma processing.
  • the upper surface further includes a third region
  • the cooling jacket is mounted on the plurality of first regions and the third region
  • the third region is from a direction parallel to the central axis. As seen, it may be formed at a position overlapping the outer inclined surface.
  • the maximum thickness between the first surface and the second surface of the dielectric window at the position where the outer inclined surface is formed is the first and second surfaces of the dielectric window at the position where the bottom surface is formed. Greater than the maximum thickness between the two surfaces.
  • the third region is formed at a position overlapping the outer inclined surface when viewed from the direction parallel to the axis, so that the outer inclined surface of the dielectric window is The formed portion can be efficiently cooled. Therefore, the nonuniformity of the cooling of the dielectric window during the plasma processing can be further suppressed.
  • a plasma processing apparatus includes a chamber main body that provides a chamber, a gas supply unit that supplies a processing gas into the chamber, a stage provided in the chamber, and the antenna provided above the stage. And a microwave generator connected to the antenna.
  • a plasma processing method using the plasma processing apparatus is provided.
  • a dielectric window is heated using a heater, and after the heating of the dielectric window by the heater is stopped, the target object is plasma-treated while cooling the dielectric window using a cooling jacket. And a process.
  • cooling of the dielectric window during plasma processing is suppressed while suppressing a difference between the temperature of the dielectric window during plasma processing and the temperature of the dielectric window when plasma processing is not performed. Can be suppressed.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an antenna according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a plan view of the slot plate shown in FIG. 2 as viewed from above. It is the top view which looked at the heat-transfer member shown in FIG. 2 from upper direction. It is a flowchart which shows the plasma processing method which concerns on one Embodiment. It is the top view which looked at the slot plate concerning another embodiment from the upper part.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a plasma processing apparatus according to an embodiment.
  • the plasma processing apparatus 10 shown in FIG. 1 includes a chamber body 12, a stage 14, a microwave generator 16, and an antenna 18.
  • the chamber body 12 provides a chamber C therein.
  • the chamber body 12 may include a side wall 12a and a bottom 12b.
  • the side wall 12a has a substantially cylindrical shape extending in the axis Z direction. This axis Z coincides with the central axis of the antenna 18.
  • the bottom 12b is provided on the lower end side of the side wall 12a.
  • the bottom 12b is provided with an exhaust hole 12h for exhaust.
  • a loading / unloading port 12g for the workpiece W is provided on the side wall 12a of the chamber body 12, and the loading / unloading port 12g can be opened and closed by a gate valve 13.
  • the upper end of the side wall 12a is open.
  • the stage 14 is disposed in the lower part of the chamber C.
  • a workpiece W is supported on the stage 14.
  • the stage 14 may include a table 14a, a focus ring 14b, and an electrostatic chuck 14c.
  • the base 14 a is supported by a cylindrical support portion 48.
  • the cylindrical support portion 48 is made of an insulating material and extends vertically upward from the bottom portion 12b.
  • a conductive cylindrical support 50 is provided on the outer periphery of the cylindrical support 48.
  • the cylindrical support portion 50 extends vertically upward from the bottom portion 12 b of the chamber body 12 along the outer periphery of the cylindrical support portion 48.
  • An annular exhaust passage 51 is formed between the cylindrical support portion 50 and the side wall 12a.
  • An annular baffle plate 52 provided with a plurality of through holes is attached to the upper part of the exhaust passage 51.
  • An exhaust device 56 is connected to the lower portion of the exhaust hole 12 h via an exhaust pipe 54.
  • the exhaust device 56 has a vacuum pump such as a turbo molecular pump. The exhaust device 56 can reduce the processing space S in the chamber body 12 to a desired degree of vacuum.
  • the stand 14a also serves as a high-frequency electrode.
  • a high frequency power source 58 for RF bias is electrically connected to the base 14 a via a matching unit 60 and a power feeding rod 62.
  • the high frequency power supply 58 outputs a predetermined frequency suitable for controlling the energy of ions drawn into the workpiece W, for example, a high frequency power of 13.65 MHz at a predetermined power.
  • the matching unit 60 accommodates a matching unit for matching between the impedance on the high-frequency power source 58 side and the impedance on the load side such as electrodes, plasma, and the chamber body 12.
  • This matching unit includes a blocking capacitor for generating a self-bias.
  • An electrostatic chuck 14c is provided on the upper surface of the table 14a.
  • the electrostatic chuck 14c holds the workpiece W with an electrostatic attraction force.
  • a focus ring 14b is provided outside the electrostatic chuck 14c in the radial direction so as to surround the workpiece W in an annular shape.
  • the electrostatic chuck 14c includes an electrode 14d, an insulating film 14e, and an insulating film 14f.
  • the electrode 14d is made of a conductive film, and is provided between the insulating film 14e and the insulating film 14f.
  • a high-voltage DC power supply 64 is electrically connected to the electrode 14 d via a switch 66 and a covered wire 68.
  • the electrostatic chuck 14c can attract and hold the workpiece W by the Coulomb force generated by the DC voltage applied from the DC power source 64.
  • An annular refrigerant chamber 14g extending in the circumferential direction is provided inside the table 14a.
  • a refrigerant having a predetermined temperature for example, cooling water, is circulated and supplied to the refrigerant chamber 14g from a chiller unit (not shown) via pipes 70 and 72.
  • the base 14a and the electrostatic chuck 14c are controlled to a predetermined temperature.
  • He gas is supplied between the upper surface of the electrostatic chuck 14 c and the rear surface of the workpiece W via a gas supply pipe 74.
  • the microwave generator 16 generates a microwave of 2.45 GHz, for example.
  • the plasma processing apparatus 10 further includes a tuner 22, a waveguide 24, a mode converter 26, and a coaxial waveguide 28.
  • the microwave generator 16 is connected to the waveguide 24 via the tuner 22.
  • the waveguide 24 is, for example, a rectangular waveguide.
  • the waveguide 24 is connected to a mode converter 26, and the mode converter 26 is connected to the upper end of the coaxial waveguide 28.
  • the coaxial waveguide 28 extends along the axis Z.
  • the coaxial waveguide 28 includes an outer conductor 28a and an inner conductor 28b.
  • the outer conductor 28a has a substantially cylindrical shape extending in the axis Z direction.
  • the inner conductor 28b is provided inside the outer conductor 28a.
  • the inner conductor 28b has a substantially cylindrical shape extending along the axis Z.
  • the microwave generated by the microwave generator 16 is guided to the mode converter 26 via the tuner 22 and the waveguide 24.
  • the mode converter 26 converts a microwave mode and supplies the microwave after the mode conversion to the coaxial waveguide 28. Microwaves from the coaxial waveguide 28 are supplied to the antenna 18.
  • the antenna 18 radiates a microwave for plasma generation based on the microwave generated by the microwave generator 16.
  • the antenna 18 includes a dielectric window 20, a slot plate 30, a dielectric plate 32, a heat transfer member 34, and a cooling jacket 36. Details of the antenna 18 will be described later.
  • a conduit 38 passes through the inner hole of the inner conductor 28b of the coaxial waveguide 28.
  • the conduit 38 extends along the axis Z and is connected to a gas supply system 39.
  • the gas supply system 39 supplies a processing gas for processing the workpiece W to the conduit 38.
  • the gas supply system 39 may include a gas source 39a, a valve 39b, and a flow rate controller 39c.
  • the gas source 39a is a processing gas source.
  • the valve 39b switches between supply and stop of supply of the processing gas from the gas source 39a.
  • the flow rate controller 39c is, for example, a mass flow controller, and adjusts the flow rate of the processing gas from the gas source 39a.
  • the plasma processing apparatus 10 may further include a gas supply unit 42.
  • the gas supply unit 42 supplies gas from the periphery of the axis Z to the processing space S between the stage 14 and the antenna 18.
  • the gas supply unit 42 may include a conduit 42a.
  • the conduit 42 a extends in an annular shape about the axis Z between the antenna 18 and the stage 14.
  • a plurality of gas supply holes 42b are formed in the conduit 42a.
  • the plurality of gas supply holes 42 b are arranged in an annular shape, open toward the axis Z, and supply the gas supplied to the conduit 42 a toward the axis Z.
  • the gas supply unit 42 is connected to a gas supply system 43 through a conduit 42c.
  • the gas supply system 43 supplies the gas supply unit 42 with a processing gas for processing the workpiece W.
  • the gas supply system 43 may include a gas source 43a, a valve 43b, and a flow rate controller 43c.
  • the gas source 43a is a gas source of the processing gas.
  • the valve 43b switches supply and stop of supply of the processing gas from the gas source 43a.
  • the flow rate controller 43c is a mass flow controller, for example, and adjusts the flow rate of the processing gas from the gas source 43a.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the antenna 18 of the embodiment.
  • the antenna 18 includes the dielectric window 20, the slot plate 30, the dielectric plate 32, the heat transfer member 34, and the cooling jacket 36.
  • the dielectric window 20 is supported by the upper end of the side wall 12a so as to face the stage 14 through the processing space S in the axis Z direction.
  • the upper end opening of the side wall 12 a is closed by the dielectric window 20.
  • the dielectric window 20 has a substantially disc shape and is made of, for example, ceramics.
  • An O-ring 21 may be interposed between the dielectric window 20 and the upper end portion of the side wall 12a. By this O-ring 21, the chamber body 12 is more reliably sealed.
  • the dielectric window 20 includes a first surface 20a and a second surface 20b.
  • the second surface 20b extends on the opposite side of the first surface 20a and is exposed to the processing space S.
  • the first surface 20a of the dielectric window 20 can define a concave surface 80 that is recessed toward the second surface 20b in the central region in the radial direction.
  • the concave surface 80 includes a first bottom surface 80a and a second bottom surface 80b.
  • the first bottom surface 80a has a circular planar shape whose center coincides with the axis Z.
  • a through hole 20h that penetrates the dielectric window 20 is formed between the first bottom surface 80a and the second surface 20b.
  • the through hole 20h extends along the axis Z.
  • the second bottom surface 80b has an annular shape surrounding the first bottom surface 80a when viewed from the direction parallel to the axis Z.
  • the second bottom surface 80b is located closer to the second surface 20b than the first bottom surface 80a. Therefore, a step is formed between the first bottom surface 80a and the second bottom surface 80b.
  • the concave surface 80 defines the accommodation space 20s.
  • the injector 40 is accommodated in the accommodating space 20s.
  • the injector 40 has a function of supplying the gas from the conduit 38 to the through hole 20 h formed in the dielectric window 20.
  • the injector 40 is made of, for example, aluminum or stainless steel.
  • the injector 40 may include a main body portion 40a and a side portion 40b.
  • the main body portion 40a and the side portion 40b can be integrally formed.
  • the main body portion 40a has a substantially cylindrical shape whose central axis coincides with the axis Z, and is provided on the first bottom surface 80a.
  • a through-hole 40h extending along the axis Z direction is formed in the main body portion 40a.
  • the through hole 40h communicates with the conduit 38 and the through hole 20h.
  • the side portion 40b has an annular shape centered on the axis Z, and is provided on the second bottom surface 80b.
  • the side portion 40b is continuous with the outer peripheral surface of the main body portion 40a so as to surround the main body portion 40a.
  • the side portion 40b has a function of shielding microwaves propagating through the inside of the dielectric window 20 from the outer edge of the dielectric window 20 toward the center region.
  • a choke 86 is provided inside the injector 40.
  • the plasma processing apparatus 10 includes a plurality of chokes 86, specifically, three chokes 86.
  • the choke 86 has an annular shape centered on the axis Z, and is made of a dielectric material such as quartz or ceramics. In one embodiment, the choke 86 may be composed of the same material as the dielectric window 20.
  • the choke 86 has a function of suppressing the microwave propagating from the peripheral region of the dielectric window 20 to the central region.
  • the chalk 86 is provided inside the side portion 40b so as to surround the through hole 20h.
  • the choke 86 is embedded in the side portion 40b with one end face exposed from the lower surface of the side portion 40b.
  • One end face of the choke 86 is in contact with the second bottom face 80 b of the dielectric window 20.
  • the length between one end face and the other end face of the choke 86, that is, the length of the choke 86 in the direction parallel to the axis Z is set to about 1 ⁇ 4 of the wavelength of the microwave propagating through the dielectric window 20. Yes.
  • the choke 86 propagates the microwave propagating inside the dielectric window 20, that is, a part of the incident wave, from one end surface contacting the second bottom surface 80b to the other end surface positioned on the slot plate 30 side. A part of the incident wave is reflected by the other end face of the choke 86 and returned to the dielectric window 20 as a reflected wave.
  • the choke 86 has a length of about 1 ⁇ 4 of the wavelength of the microwave propagating through the dielectric window 20. Therefore, the choke 86 returns the reflected wave having a phase difference of approximately half a wavelength to the incident wave to the dielectric window 20.
  • the reflected wave interferes with the incident wave, so that the incident wave is attenuated or canceled. Therefore, in the antenna 18 of one embodiment, the electric field strength in the through hole 20h of the dielectric window 20 can be reduced, and as a result, abnormal discharge can be prevented from occurring in the through hole 20h.
  • the first surface 20a of the dielectric window 20 may further define two annular grooves 82a and 82b. These grooves 82a and 82b are concentric with the axis Z as the center when viewed from the direction parallel to the axis Z. Two annular conductors 84a and 84b are provided in the grooves 82a and 82b, respectively.
  • the conductors 84 a and 84 b are made of metal, for example, and are electrically connected to the slot plate 30.
  • the conductors 84a and 84b may be formed integrally with the slot plate 30.
  • the second surface 20b of the dielectric window 20 may include a flat surface 44, a concave surface 45, and an outer edge surface 46.
  • the flat surface 44 is a flat surface orthogonal to the central axis of the antenna 18, that is, the axis Z, and is provided in the central region in the radial direction of the second surface 20 b.
  • the concave surface 45 extends in an annular shape when viewed from the direction parallel to the axis Z, and the central axis thereof coincides with the axis Z.
  • the concave surface 45 is formed so as to surround the flat surface 44.
  • the outer edge surface 46 has an annular shape coaxial with the concave surface 45, and is provided on the radially outer side of the concave surface 45.
  • the outer edge surface 46 constitutes the outer edge of the second surface 20b.
  • the concave surface 45 includes a bottom surface 45a, an inner inclined surface 45b, and an outer inclined surface 45c.
  • the bottom surface 45a is a flat surface perpendicular to the axis Z and faces the first surface 20a.
  • the inner inclined surface 45 b connects the bottom surface 45 a and the flat surface 44.
  • the inner inclined surface 45b is inclined so as to be separated from the first surface 20a as it approaches the flat surface 44 from the bottom surface 45a.
  • the outer inclined surface 45 c connects the bottom surface 45 a and the outer edge surface 46.
  • the outer inclined surface 45c is inclined so as to move away from the first surface 20a as it approaches the outer edge surface 46 from the bottom surface 45a.
  • a slot plate 30 is provided on the first surface 20 a of the dielectric window 20.
  • the slot plate 30 may be a slot plate constituting a radial line slot antenna.
  • the slot plate 30 is made of a metal disc having conductivity.
  • FIG. 3 is a plan view of the slot plate 30 according to the embodiment as viewed from above.
  • the slot plate 30 has a plurality of slot holes 30a and a plurality of slot holes 30b.
  • the plurality of slot holes 30a are arranged along a circle C1 having a radius r1 centered on the axis Z.
  • Each of the plurality of slot holes 30a has a long hole shape extending along the circle C1.
  • the radius r1 of the circle C1 is greater than the radial distance from the axis Z to the boundary between the flat surface 44 and the inner inclined surface 45b, and from the axis Z to the bottom surface 45a and the inner inclined surface 45b. Is less than the radial distance to the boundary between. That is, as shown in FIG. 2, each of the plurality of slot holes 30a is formed at a position overlapping the inner inclined surface 45b when viewed from the radial direction of the axis Z.
  • the plurality of slot holes 30b are arranged along a circle C2 centered on the axis Z.
  • the circle C2 has a radius r2 larger than the radius r1 of the circle C1.
  • Each of the plurality of slot holes 30b has a long hole shape extending along the circle C2.
  • the radius r2 of the circle C2 is larger than the radial distance from the axis Z to the boundary between the bottom surface 45a and the outer inclined surface 45c, and from the axis Z to the boundary between the outer inclined surface 45c and the outer edge surface 46. Is smaller than the radial distance. That is, as shown in FIG. 2, each of the plurality of slot holes 30b can be formed at a position overlapping the outer inclined surface 45c when viewed from the radial direction of the axis Z.
  • the two annular grooves 82a and 82b formed in the first surface 20a surround the plurality of slot holes 30a when viewed from the direction parallel to the axis Z. It may be extended. That is, the two conductors 84a and 84b provided in the grooves 82a and 82b respectively extend along the radially inner edge and the radially outer edge of the plurality of slot holes 30a. As described above, the two conductors 84a and 84b are disposed below the plurality of slot holes 30a so as to sandwich the plurality of slot holes 30a. By arranging the two conductors 84a and 84b in this way, the electric field can be concentrated directly below the plurality of slot holes 30a.
  • a dielectric plate 32 is provided on the slot plate 30.
  • the dielectric plate 32 is made of, for example, quartz or alumina and has a substantially disc shape.
  • the dielectric plate 32 has a function of shortening the wavelength of the microwave.
  • a heat transfer member 34 is provided on the dielectric plate 32.
  • the heat transfer member 34 is made of a metal having a high thermal conductivity such as aluminum, and has a circular planar shape centered on the axis Z.
  • the heat transfer member 34 includes an upper surface 34a and a lower surface 34b that face each other.
  • the heat transfer member 34 sandwiches the dielectric plate 32 between the lower surface 34 b and the slot plate 30.
  • a cooling jacket 36 is provided on the upper surface 34 a of the heat transfer member 34.
  • the surface of the cooling jacket 36 can have conductivity.
  • a refrigerant flow path 36a is formed in the cooling jacket 36.
  • a coolant having a predetermined temperature, for example, cooling water, is circulated and supplied to the flow path 36a from the chiller unit.
  • the dielectric window 20 is cooled via the heat transfer member 34, the dielectric plate 32, and the slot plate 30.
  • the lower end of the outer conductor 28 a is electrically connected to the upper surface of the cooling jacket 36.
  • the lower end of the inner conductor 28 b is electrically connected to the slot plate 30 through a hole formed in the cooling jacket 36 and the central portion of the dielectric plate 32.
  • the microwave from the coaxial waveguide 28 is propagated to the dielectric plate 32 and is introduced into the processing space S from the slot of the slot plate 30 through the dielectric window 20.
  • FIG. 4 is a plan view of the heat transfer member 34 as viewed from above.
  • the upper surface 34a of the heat transfer member 34 includes a plurality of first regions R1, second regions R2, and third regions R3.
  • the plurality of first regions R ⁇ b> 1 of the heat transfer member 34 each have a circular planar shape, and can be arranged along the circumferential direction with respect to the axis Z.
  • a cooling jacket 36 is mounted on the plurality of first regions R1. That is, the first region R ⁇ b> 1 can contact the lower surface of the cooling jacket 36.
  • the shortest distance d1 in the radial direction between the axis Z and the plurality of first regions R1 is smaller than the radial distance from the axis Z to the boundary between the flat surface 44 and the inner inclined surface 45b. Is set. That is, each of the plurality of first regions R1 is provided at a position that at least partially overlaps the flat surface 44 when viewed from the direction parallel to the axis Z.
  • the maximum distance d2 in the radial direction between the axis Z and the plurality of first regions R1 is the radial distance from the axis Z to the boundary between the flat surface 44 and the inner inclined surface 45b.
  • each of the plurality of first regions R1 can be provided at a position overlapping the flat surface 44 and the inner inclined surface 45b when viewed from the direction parallel to the axis Z.
  • the third region R3 has an annular planar shape centered on the axis Z, and can extend along the outer edge of the upper surface 34a. As shown in FIG. 2, a cooling jacket 36 is mounted on the third region R3. That is, the third region R3 can contact the lower surface of the cooling jacket 36.
  • the shortest distance d3 in the radial direction between the axis Z and the third region R3 is set larger than the radial distance from the axis Z to the boundary between the bottom surface 45a and the outer inclined surface 45c.
  • the maximum distance d4 in the radial direction between the axis Z and the third region R3 is set smaller than the radial distance from the axis Z to the boundary between the outer inclined surface 45c and the outer edge surface 46. That is, the third region R3 is provided at a position overlapping the outer inclined surface 45c when viewed from the direction parallel to the axis Z.
  • the second region R2 is provided at a position on the upper surface 34a excluding the plurality of first regions R1 and the third region R3.
  • the second region R2 is located closer to the lower surface 34b than the plurality of first regions R1 and the third region R3. That is, the second region R2 is recessed to the lower surface 34b side from the plurality of first regions R1 and the third region R3, and is separated from the cooling jacket 36.
  • the antenna 18 further includes a heater HT.
  • the heater HT is provided between the heat transfer member 34 and the cooling jacket 36. Specifically, as shown in FIG. 4, the heater HT is provided on the second region R2 so as to cover substantially the entire region of the second region R2. That is, the heater HT is mounted on the second region R2.
  • the heater HT is electrically connected to the heater power source HP via the terminal T.
  • the heater HT generates heat by the electric power supplied from the heater power source HP.
  • the heat generated in the heater HT is transmitted to the dielectric window 20 through the heat transfer member 34, the dielectric plate 32, and the slot plate 30 to heat the dielectric window 20.
  • a member 88 may be provided between the heater HT and the cooling jacket 36.
  • the member 88 sandwiches the heater HT between the member 88 and the second region R2 of the upper surface 34a.
  • the member 88 is made of a metal such as aluminum.
  • the upper surface of the member 88, together with the first region R1 and the third region R3, provides a support surface for the cooling jacket 36.
  • the plasma processing apparatus 10 may further include a control unit Cnt.
  • the control unit Cnt is configured by a computer device or the like including a processor, a storage unit, and the like.
  • the control unit Cnt can output various control signals according to the program stored in the storage unit.
  • Various control signals from the control unit Cnt are given to the microwave generator 16, the exhaust device 56, the valve 39b, the flow rate controller 39c, the valve 43b, the flow rate controller 43c, and the heater power supply HP. More specifically, the control unit Cnt outputs a control signal for setting the microwave generator 16 to the operation state to the microwave generator 16.
  • control unit Cnt gives a control signal to each of the valve 39b and the valve 43b so that the valve 39b and the valve 43b are opened. Further, the control unit Cnt gives a control signal to the flow rate controller 39c so as to adjust the gas flow rate from the gas source 39a to a predetermined flow rate, and the flow rate so as to adjust the gas flow rate from the gas source 43a to a predetermined flow rate. A control signal is given to the controller 43c. Furthermore, the control unit Cnt outputs a control signal for adjusting the exhaust amount of the exhaust device 56 to the exhaust device 56. Furthermore, the control unit Cnt outputs a control signal for adjusting the power applied by the heater power supply HP to the heater HT to the heater power supply HP in order to control the amount of heat generated by the heater HT.
  • the plasma processing apparatus 10 of one embodiment when plasma processing is not performed, power is applied from the heater power source HP to the heater HT.
  • the heat generated in the heater HT by the application of electric power is transferred to the dielectric window 20 through the heat transfer member 34, the dielectric plate 32, and the slot plate 30, and heats the dielectric window 20.
  • the temperature of the dielectric window 20 falls when plasma processing is not performed. Therefore, the difference between the temperature of the dielectric window 20 during the plasma processing and the temperature of the dielectric window 20 when the plasma processing is not performed is suppressed.
  • the dielectric window 20 is cooled by the cooling jacket 36 during the plasma processing.
  • the maximum thickness of the dielectric window 20 at the position where the flat surface 44 is formed is larger than the maximum thickness of the dielectric window 20 at the position where the concave surface 45 is formed.
  • the portion of the dielectric window 20 that overlaps the flat surface 44 when viewed from the direction parallel to the axis Z is less likely to change in temperature than the portion that overlaps the concave surface 35 when viewed from the direction parallel to the axis Z.
  • the electric field concentrates directly below the plurality of slot holes 30a due to the influence of the conductors 84a and 84b.
  • the temperature of the portion of the dielectric window 20 that overlaps the flat surface 44 and the inner inclined surface 45b in the direction parallel to the axis Z is the temperature of the other portion.
  • the temperature distribution of the dielectric window 20 may become non-uniform.
  • the cooling jacket 36 is mounted on each of the plurality of first regions R ⁇ b> 1, so that the dielectric window 20 is below the plurality of first regions R ⁇ b> 1.
  • the region, that is, the region overlapping with the flat surface 44 and the inner inclined surface 45b as viewed from the direction parallel to the axis Z is efficiently cooled. Therefore, according to the antenna 18, nonuniformity of cooling of the dielectric window 20 during plasma processing can be suppressed.
  • the cooling jacket 36 is mounted on each of the plurality of third regions R3, the dielectric window 20 is below the plurality of third regions R3.
  • the portion, that is, the portion overlapping the outer inclined surface 45c when viewed from the direction parallel to the axis Z is efficiently cooled. Therefore, the nonuniformity of cooling of the dielectric window 20 during the plasma processing can be further suppressed.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a plasma processing method according to an embodiment.
  • Each step of the plasma processing method shown in FIG. 5 is executed by, for example, the control unit Cnt sending a control signal to each unit of the plasma processing apparatus 10.
  • the dielectric window 20 is heated by the heater HT. This heating is performed before the plasma processing of the workpiece W is started.
  • step ST2 is performed after the dielectric window 20 is heated to a predetermined temperature or after the heating time of the dielectric window 20 has reached a predetermined time.
  • step ST2 heating of the dielectric window 20 by the heater HT is stopped.
  • process ST2 may be performed between process ST3 and process ST4 mentioned later.
  • step ST3 is performed.
  • step ST3 the workpiece W is carried into the chamber C from the loading / unloading port 12g, and the workpiece W is placed on the electrostatic chuck 14c.
  • step ST4 is performed.
  • step ST4 the workpiece W is plasma-treated while the dielectric window 20 is cooled by the cooling jacket 36. At this time, the region below the plurality of first regions R1 in the dielectric window 20, that is, the region overlapping the flat surface 44 and the inner inclined surface 45b when viewed from the direction parallel to the axis Z is efficiently cooled. Is done.
  • step ST5 is performed. In step ST5, the workpiece W is unloaded from the loading / unloading port 12g.
  • step ST6 is performed.
  • step ST6 it is determined whether or not the plasma processing of a predetermined number of workpieces W has been completed. If the plasma processing of the predetermined number of objects to be processed W has not been completed, steps ST3 to ST5 are repeatedly executed until the plasma processing of the predetermined number of objects to be processed W is completed. On the other hand, when the plasma processing of the predetermined number of workpieces W has been completed, the plasma processing method of one embodiment is terminated.
  • annular grooves 82 a extending on the first surface 20 a of the dielectric window 20 so as to surround the plurality of slot holes 30 a when viewed from the direction parallel to the axis Z.
  • 82b are defined, and annular conductors 84a, 84b are provided in each of the two annular grooves 82a, 82b.
  • a plurality of grooves 90 are formed on the first surface 20 a of the dielectric window 20 so as to surround each of the plurality of slot holes 30 a when viewed from the direction of the axis Z.
  • a conductor 92 may be provided inside each of the plurality of grooves. Since the antenna 18 includes the plurality of conductors 92, the electric field can be concentrated directly below the plurality of slot holes 30a.
  • the upper surface 34a of the heat-transfer member 34 contains several 1st area
  • the upper surface 34a is at least some 1st area
  • the region R1 and the second region R2 may be included, and the third region R3 may not be included.
  • the second region R2 may extend to the position of the third region R3, that is, the outer edge of the upper surface 34a.

Landscapes

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

Abstract

一態様に係るアンテナは、第１の面及び第２の面を有する誘電体窓であり、第２の面は、環状の凹面、及び、凹面に囲まれた平坦面とを有する、該誘電体窓と、スロット板と、誘電体板と、互いに対向する上面及び下面を有する金属製の伝熱部材と、冷却ジャケットと、ヒータと、を備え、上面は、複数の第１の領域及び第２の領域を含み、冷却ジャケットは、複数の第１の領域上に搭載されており、第２の領域は、複数の第１の領域よりも下面の側に窪んでおり、ヒータは、第２の領域上に搭載されており、複数の第１の領域の各々は、中心軸線に平行な方向から見て、少なくとも部分的に平坦面と重なる位置に設けられている。

Description

アンテナ、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
　本発明の実施形態は、アンテナ、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
　半導体デバイスといった電子デバイスの製造においては、被処理体に対するプラズマ処理、例えば、被処理体をエッチングする処理が行われる。プラズマ処理では、チャンバ内においてプラズマ源から供給されるエネルギーにより処理ガスが励起される。このようなプラズマ処理に用いるプラズマ処理装置として、近年、ラジアルラインスロットアンテナ（Ｒａｄｉａｌ　Ｌｉｎｅ　Ｓｌｏｔ　Ａｎｔｅｎｎａ）を有するプラズマ処理装置が開発されている（特許文献１参照）。
　特許文献１に記載されたプラズマ処理装置は、チャンバ本体、ステージ、マイクロ波発生器及びアンテナを備えている。このアンテナは、誘電体窓、スロット板及び冷却ジャケットを含むアンテナを含んでいる。誘電体窓は、石英から構成されており、ステージの上方に設けられている。誘電体窓の上にはスロット板が設置されている。スロット板には、第１のスロット群及び第２のスロット群が形成されている。第１のスロット群は、スロット板の中心軸線の周方向に沿って配列された複数のスロット対から構成されている。第２のスロット群は、第１のスロット群の外側において、スロット板の中心軸線に対する周方向に沿って配列された複数のスロット対から構成されている。第１のスロット群の内側には、略渦巻き状のヒータが配置されている。第１のスロット群と第２のスロット群との間、及び、第２のスロット群の外側には、環状のヒータがそれぞれ配置されている。スロット板上には、誘電体板を介して冷却ジャケットが設置されている。冷却ジャケットの内部には、冷媒用の流路が形成されている。特許文献１に記載のプラズマ処理装置は、マイクロ波発生器によって発生されるマイクロ波をアンテナに供給する。アンテナは、マイクロ波発生器からのマイクロ波に基づいて、プラズマ生成用のマイクロ波を放射する。
　ところで、被処理体のプラズマ処理中には、プラズマからの入熱によって誘電体窓が加熱される。したがって、同一ロットに属する複数の被処理体を順にプラズマ処理する場合、当該同一ロットの最初の被処理体を処理するときの誘電体窓の温度と、２番目以降の被処理体を処理するときの誘電体窓の温度との間に差異が生じることがある。誘電体窓の温度に差異が生じると、同一ロット内で被処理体の加工の程度にばらつきが生じる。これに対し、特許文献１に記載の装置では、プラズマ処理が行われていないときにヒータを用いて誘電体窓を加熱することで、同一ロットに属する被処理体の加工の程度にばらつきが生じることを抑制している。
特開２０１３－２４３２１８号公報
　上記のように、特許文献１では、プラズマ処理が行われていないときに、ヒータによって誘電体窓が加熱される。一方、プラズマ処理中には、誘電体窓の温度を所定の温度に保つために、冷却ジャケットを用いて誘電体窓を冷却することが考えられる。しかしながら、ヒータが形成された位置では冷却ジャケットと誘電体窓との間の熱抵抗が大きくなるので、誘電体窓の冷却が不均一になるおそれがある。
　したがって、本技術分野では、プラズマ処理中の誘電体窓の温度とプラズマ処理が行われていないときの誘電体窓の温度との差異を抑制しつつ、プラズマ処理中の誘電体窓の冷却の不均一性を抑制することが要請されている。
　一態様に係るアンテナは、第１の面及び該第１の面と反対側で延在する第２の面を有する誘電体窓であり、第２の面は、中心軸線周りに延在し且つ第１の面側に窪んだ環状の凹面、及び、凹面に囲まれた平坦面とを有する、該誘電体窓と、第１の面上に設けられたスロット板と、スロット板上に設けられた誘電体板と、互いに対向する上面及び下面を有する金属製の伝熱部材であり、該下面とスロット板との間に誘電体板を挟持する、該伝熱部材と、伝熱部材上に設けられた冷却ジャケットと、伝熱部材と冷却ジャケットとの間に設けられたヒータと、を備え、上面は、複数の第１の領域及び第２の領域を含み、冷却ジャケットは、複数の第１の領域上に搭載されており、第２の領域は、複数の第１の領域よりも下面の側に窪んでおり、ヒータは、第２の領域上に搭載されており、複数の第１の領域の各々は、中心軸線に平行な方向から見て、少なくとも部分的に平坦面と重なる位置に設けられている。
　一態様に係るアンテナでは、ヒータを用いて誘電体窓を加熱することで、誘電体窓の温度が低下することを抑制することができる。したがって、このアンテナがマイクロ波の導入機構としてプラズマ処理装置に搭載された場合には、プラズマ処理中の誘電体窓の温度とプラズマ処理が行われていないときの誘電体窓の温度との差異を抑制することができる。
　一方、プラズマ処理中には、冷却ジャケットによって誘電体窓が冷却される。ここで、平坦面が形成された位置での誘電体窓の第１の面と第２の面との間の最大の厚みは、凹面が形成された位置での誘電体窓の第１の面と第２の面との間の最大の厚みよりも大きい。誘電体窓のうち厚みの大きな部分は、厚みの小さな部分に比べて温度が変化しにくい。したがって、誘電体窓に対し均一に冷却を行うと、誘電体窓のうち厚みの大きな部分、即ち平坦面が形成された部分の温度が低下しにくいので、誘電体窓の温度分布が不均一になるおそれがある。これに対し、一態様に係るアンテナでは、複数の第１の領域の各々が、中心軸線の方向から見て、少なくとも部分的に平坦面と重なっている。この複数の第１の領域上には冷却ジャケットが搭載されているので、一態様に係るアンテナでは、誘電体窓のうち平坦面が形成された部分が効率的に冷却される。よって、一態様に係るアンテナでは、プラズマ処理中の誘電体窓の冷却の不均一性を抑制することができる。
　一実施形態では、凹面は、底面と、底面と平坦面とを接続する内側傾斜面であり、平坦面に近づくほど第１の面から離れるように傾斜する該内側傾斜面と、底面から外側に延び、誘電体窓の外縁に近づくほど第１の面から離れるように傾斜する外側傾斜面と、を含み、スロット板には、中心軸線に対して周方向に配列された複数のスロット孔が形成されており、複数のスロット孔の各々は、中心軸線に平行な方向から見て、内側傾斜面と重なる位置に形成されていてもよい。
　一実施形態では、第１の面は、中心軸線に平行な方向から見て、複数のスロット孔を囲むように延在する２つの環状の溝を画成し、２つの環状の溝の各々の内部には、環状の導体が設けられていてもよい。複数のスロットを囲むように延在する環状の導体を配置することによって、複数のスロット孔の直下に電界を集中させることができる。
　一実施形態では、第１の面は、中心軸線の方向から見て、複数のスロット孔の各々を囲む複数の溝を画成し、複数の溝の各々の内部には、導体が設けられていてもよい。複数のスロット孔の各々を囲むように導体を配置することによって、複数のスロット孔の直下に電界を集中させることができる。
　一実施形態では、複数の第１の領域は、中心軸線に対する周方向に沿って配列され、複数の第１の領域の各々は、中心軸線に平行な方向から見て、平坦面及び内側傾斜面と重なる位置に設けられていてもよい。複数のスロット孔の直下には電界が集中するので、内側傾斜面に対するプラズマからの入熱は大きくなる。これに対し、一実施形態では、複数の第１の領域の各々が、中心軸線に平行な方向から見て、平坦面及び内側傾斜面と重なる位置に設けられていているので、平坦面及び内側傾斜面を効率的に冷却することができる。よって、一態様に係るアンテナによれば、プラズマ処理中の誘電体窓の冷却の不均一性を抑制することができる。
　一実施形態では、上面は第３の領域を更に含み、冷却ジャケットは、複数の第１の領域及び第３の領域上に搭載されており、第３の領域は、中心軸線に平行な方向から見て、外側傾斜面と重なる位置に形成されていてもよい。外側傾斜面が形成された位置での誘電体窓の第１の面と第２の面との間の最大の厚みは底面が形成された位置での誘電体窓の第１の面と第２の面との間の最大の厚みよりも大きい。これに対し、一実施形態に係るアンテナでは、第３の領域が、軸線に平行な方向から見て、外側傾斜面と重なる位置に形成されていることによって、誘電体窓のうち外側傾斜面が形成された部分を効率的に冷却することができる。よって、プラズマ処理中の誘電体窓の冷却の不均一性をより抑制することができる。
　一態様に係るプラズマ処理装置は、チャンバを提供するチャンバ本体と、チャンバ内に処理ガスを供給するガス供給部と、チャンバ内に設けられたステージと、ステージの上方に設けられた、上記アンテナと、アンテナに接続されたマイクロ波発生器と、を備える。
　一態様では、上記プラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法が提供される。このプラズマ処理方法は、ヒータを用いて誘電体窓を加熱する工程と、ヒータによる誘電体窓の加熱を停止した後に、冷却ジャケットを用いて誘電体窓を冷却しながら被処理体をプラズマ処理する工程と、を含む。一態様に係るプラズマ処理方法では、プラズマ処理中の誘電体窓の温度とプラズマ処理が行われていないときの誘電体窓の温度との差異を抑制しつつ、プラズマ処理中の誘電体窓の冷却の不均一性を抑制することができる。
　本発明の一態様及び種々の実施形態によれば、プラズマ処理中の誘電体窓の温度とプラズマ処理が行われていないときの誘電体窓の温度との差異を抑制しつつ、プラズマ処理中の誘電体窓の冷却の不均一性を抑制することができる。
一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す断面図である。 一実施形態に係るアンテナを概略的に示す断面図である。 図２に示すスロット板を上方から見た平面図である。 図２に示す伝熱部材を上方から見た平面図である。 一実施形態に係るプラズマ処理方法を示すフローチャートである。 別の実施形態に係るスロット板を上方から見た平面図である。
　以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととし、同一又は相当の部分に対する重複した説明は省略する。また、各図面の寸法比率は、必ずしも実際の寸法比率とは一致していない。
　図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。図１に示すプラズマ処理装置１０は、チャンバ本体１２、ステージ１４、マイクロ波発生器１６及びアンテナ１８を備えている。
　チャンバ本体１２は、その内部にチャンバＣを提供している。チャンバ本体１２は、側壁１２ａ、及び、底部１２ｂを含み得る。側壁１２ａは、軸線Ｚ方向に延在する略筒形状を有している。この軸線Ｚは、アンテナ１８の中心軸線に一致している。底部１２ｂは、側壁１２ａの下端側に設けられている。底部１２ｂには、排気用の排気孔１２ｈが設けられている。また、チャンバ本体１２の側壁１２ａには被処理体Ｗの搬入出口１２ｇが設けられており、この搬入出口１２ｇはゲートバルブ１３により開閉可能となっている。側壁１２ａの上端部は開口している。
　ステージ１４は、チャンバＣ内の下部に配置されている。ステージ１４上には、被処理体Ｗが支持される。ステージ１４は、台１４ａ、フォーカスリング１４ｂ、及び、静電チャック１４ｃを含み得る。
　台１４ａは、筒状支持部４８によって支持されている。筒状支持部４８は、絶縁性の材料で構成されており、底部１２ｂから垂直上方に延びている。また、筒状支持部４８の外周には、導電性の筒状支持部５０が設けられている。筒状支持部５０は、筒状支持部４８の外周に沿ってチャンバ本体１２の底部１２ｂから垂直上方に延びている。この筒状支持部５０と側壁１２ａとの間には、環状の排気路５１が形成されている。
　排気路５１の上部には、複数の貫通孔が設けられた環状のバッフル板５２が取り付けられている。排気孔１２ｈの下部には排気管５４を介して排気装置５６が接続されている。排気装置５６は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有している。排気装置５６により、チャンバ本体１２内の処理空間Ｓを所望の真空度まで減圧することができる。
　台１４ａは、高周波電極を兼ねている。台１４ａには、マッチングユニット６０及び給電棒６２を介して、ＲＦバイアス用の高周波電源５８が電気的に接続されている。高周波電源５８は、被処理体Ｗに引き込むイオンのエネルギーを制御するのに適した一定の周波数、例えば、１３．６５ＭＨｚの高周波電力を所定のパワーで出力する。マッチングユニット６０は、高周波電源５８側のインピーダンスと、主に電極、プラズマ、チャンバ本体１２といった負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合器を収容している。この整合器の中に自己バイアス生成用のブロッキングコンデンサが含まれている。
　台１４ａの上面には、静電チャック１４ｃが設けられている。静電チャック１４ｃは、被処理体Ｗを静電吸着力で保持する。静電チャック１４ｃの径方向外側には、被処理体Ｗの周囲を環状に囲むフォーカスリング１４ｂが設けられている。静電チャック１４ｃは、電極１４ｄ、絶縁膜１４ｅ、及び、絶縁膜１４ｆを含んでいる。電極１４ｄは、導電膜によって構成されており、絶縁膜１４ｅと絶縁膜１４ｆの間に設けられている。電極１４ｄには、高圧の直流電源６４がスイッチ６６および被覆線６８を介して電気的に接続されている。静電チャック１４ｃは、直流電源６４より印加される直流電圧により発生するクーロン力によって、被処理体Ｗを吸着保持することができる。
　台１４ａの内部には、周方向に延びる環状の冷媒室１４ｇが設けられている。この冷媒室１４ｇには、チラーユニット（図示せず）より配管７０，７２を介して所定の温度の冷媒、例えば、冷却水が循環供給される。冷媒が循環することによって、台１４ａ及び静電チャック１４ｃは所定の温度に制御される。また、静電チャック１４ｃの上面と被処理体Ｗの裏面との間には、例えば、Ｈｅガスがガス供給管７４を介して供給される。
　マイクロ波発生器１６は、例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生する。一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、チューナ２２、導波管２４、モード変換器２６、及び同軸導波管２８を更に備えている。
　マイクロ波発生器１６は、チューナ２２を介して導波管２４に接続されている。導波管２４は、例えば、矩形導波管である。導波管２４は、モード変換器２６に接続されており、当該モード変換器２６は、同軸導波管２８の上端に接続されている。
　同軸導波管２８は、軸線Ｚに沿って延びている。この同軸導波管２８は、外側導体２８ａ及び内側導体２８ｂを含んでいる。外側導体２８ａは、軸線Ｚ方向に延びる略円筒形状を有している。内側導体２８ｂは、外側導体２８ａの内部に設けられている。この内側導体２８ｂは、軸線Ｚに沿って延びる略円筒形状を有している。
　マイクロ波発生器１６によって発生されたマイクロ波は、チューナ２２及び導波管２４を介してモード変換器２６に導波される。モード変換器２６は、マイクロ波のモードを変換して、モード変換後のマイクロ波を同軸導波管２８に供給する。同軸導波管２８からのマイクロ波は、アンテナ１８に供給される。
　アンテナ１８は、マイクロ波発生器１６によって発生されるマイクロ波に基づいて、プラズマ生成用のマイクロ波を放射する。アンテナ１８は、誘電体窓２０、スロット板３０、誘電体板３２、伝熱部材３４及び冷却ジャケット３６を含む。アンテナ１８の詳細については、後述する。
　一実施形態においては、同軸導波管２８の内側導体２８ｂの内孔には、導管３８が通っている。導管３８は、軸線Ｚに沿って延在しており、ガス供給系３９に接続されている。
　ガス供給系３９は、導管３８に被処理体Ｗを処理するための処理ガスを供給する。ガス供給系３９は、ガス源３９ａ、弁３９ｂ、及び流量制御器３９ｃを含み得る。ガス源３９ａは、処理ガスのガス源である。弁３９ｂは、ガス源３９ａからの処理ガスの供給及び供給停止を切り替える。流量制御器３９ｃは、例えば、マスフローコントローラであり、ガス源３９ａからの処理ガスの流量を調整する。
　一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、ガス供給部４２を更に備え得る。ガス供給部４２は、ステージ１４とアンテナ１８との間において、軸線Ｚの周囲からガスを処理空間Ｓに供給する。ガス供給部４２は、導管４２ａを含み得る。導管４２ａは、アンテナ１８とステージ１４との間において軸線Ｚを中心に環状に延在している。導管４２ａには、複数のガス供給孔４２ｂが形成されている。複数のガス供給孔４２ｂは、環状に配列されており、軸線Ｚに向けて開口しており、導管４２ａに供給されたガスを、軸線Ｚに向けて供給する。このガス供給部４２は、導管４２ｃを介して、ガス供給系４３に接続されている。
　ガス供給系４３は、ガス供給部４２に被処理体Ｗを処理するための処理ガスを供給する。ガス供給系４３は、ガス源４３ａ、弁４３ｂ、及び流量制御器４３ｃを含み得る。ガス源４３ａは、処理ガスのガス源である。弁４３ｂは、ガス源４３ａからの処理ガスの供給及び供給停止を切り替える。流量制御器４３ｃは、例えば、マスフローコントローラであり、ガス源４３ａからの処理ガスの流量を調整する。
　以下、図１及び図２を参照して、アンテナ１８についてより詳細に説明する。図２は、一実施形態のアンテナ１８を概略的に示す断面図である。上記のように、アンテナ１８は、誘電体窓２０、スロット板３０、誘電体板３２、伝熱部材３４及び冷却ジャケット３６を含んでいる。
　誘電体窓２０は、軸線Ｚ方向において、処理空間Ｓを介してステージ１４と対面するように側壁１２ａの上端部に支持されている。側壁１２ａの上端部開口は、この誘電体窓２０によって閉じられている。誘電体窓２０は、略円板形状を有しており、例えばセラミックスによって構成されている。誘電体窓２０と側壁１２ａの上端部との間にはＯリング２１が介在し得る。このＯリング２１により、チャンバ本体１２の密閉がより確実なものとなる。
　この誘電体窓２０は、第１の面２０ａ及び第２の面２０ｂを含んでいる。第２の面２０ｂは、第１の面２０ａの反対側で延在しており、処理空間Ｓに露出している。
　一実施形態では、誘電体窓２０の第１の面２０ａは、径方向の中央領域において、第２の面２０ｂ側に窪む凹面８０を画成し得る。凹面８０は、第１の底面８０ａ及び第２の底面８０ｂを含んでいる。第１の底面８０ａは、その中心が軸線Ｚと一致する円形の平面形状を有している。この第１の底面８０ａと第２の面２０ｂとの間には、誘電体窓２０を貫通する貫通孔２０ｈが形成されている。この貫通孔２０ｈは、軸線Ｚに沿って延在している。第２の底面８０ｂは、軸線Ｚに平行な方向から見て、第１の底面８０ａを取り囲む円環形状を有している。この第２の底面８０ｂは、第１の底面８０ａよりも第２の面２０ｂ側に位置している。したがって、第１の底面８０ａと第２の底面８０ｂとの間には段差が形成されている。この凹面８０は、収容空間２０ｓを画成している。
　収容空間２０ｓには、インジェクタ４０が収容されている。インジェクタ４０は、導管３８からのガスを誘電体窓２０に形成された貫通孔２０ｈに供給する機能を有する。インジェクタ４０は、例えば、アルミニウム又はステンレスから構成されている。インジェクタ４０は、本体部４０ａ及び側部４０ｂを含み得る。本体部４０ａ及び側部４０ｂは、一体的に形成され得る。本体部４０ａは、その中心軸線が軸線Ｚに一致する略円柱形状を有し、第１の底面８０ａ上に設けられている。本体部４０ａには、軸線Ｚ方向に沿って延在する貫通孔４０ｈが形成されている。この貫通孔４０ｈは、導管３８及び貫通孔２０ｈに連通している。側部４０ｂは、軸線Ｚを中心とする環状をなしており、第２の底面８０ｂ上に設けられている。この側部４０ｂは、本体部４０ａを囲むように当該本体部４０ａの外周面に連続している。側部４０ｂは、誘電体窓２０の外縁から中心領域に向けて当該誘電体窓２０の内部を伝搬するマイクロ波を遮蔽する機能を有する。
　インジェクタ４０の内部には、チョーク８６が設けられている。図１及び図２に示す実施形態では、プラズマ処理装置１０は、複数のチョーク８６、具体的には３つのチョーク８６を備えている。チョーク８６は、軸線Ｚを中心とする環状をなしており、例えば石英、セラミックスといった誘電体によって構成されている。一実施形態では、チョーク８６は、誘電体窓２０と同じ材料から構成されていてもよい。このチョーク８６は、誘電体窓２０の周縁領域から中心領域に伝播するマイクロ波を抑制する機能を有している。
　チョーク８６は、貫通孔２０ｈを囲むように側部４０ｂの内部に設けられている。一実施形態では、チョーク８６は、その一端面が側部４０ｂの下面から露出した状態で、側部４０ｂ内に埋め込まれている。チョーク８６の一端面は、誘電体窓２０の第２の底面８０ｂに接している。チョーク８６の一端面と他端面との間の長さ、即ち軸線Ｚに平行な方向におけるチョーク８６の長さは、誘電体窓２０を伝播するマイクロ波の波長の約１／４に設定されている。
　チョーク８６は、誘電体窓２０の内部を伝播するマイクロ波、即ち入射波の一部を第２の底面８０ｂに接する一端面からスロット板３０側に位置する他端面に伝播する。入射波の一部は、チョーク８６の他端面で反射され、誘電体窓２０に反射波として戻される。チョーク８６は、当該誘電体窓２０を伝播するマイクロ波の波長の約１／４の長さを有している。したがって、チョーク８６は、入射波に対して略半波長分の位相差を有する反射波を誘電体窓２０に戻す。プラズマ処理装置１０では、この反射波が入射波と干渉することによって、入射波が減衰するか又は打ち消される。したがって、一実施形態のアンテナ１８では、誘電体窓２０の貫通孔２０ｈでの電界強度を低減することができ、その結果、貫通孔２０ｈ内で異常放電が生じることを防止することができる。
　また、一実施形態では、誘電体窓２０の第１の面２０ａは、２つの環状の溝８２ａ,８２ｂを更に画成していてもよい。これらの溝８２ａ,８２ｂは、軸線Ｚに平行な方向から見て、軸線Ｚを中心とする同心円状をなしている。溝８２ａ,８２ｂの内部には、円環状の２つの導体８４ａ及び８４ｂがそれぞれ設けられている。導体８４ａ及び８４ｂは、例えば金属製であり、スロット板３０と電気的に接続されている。なお、導体８４ａ及び８４ｂは、スロット板３０と一体的に形成されていてもよい。
　一実施形態では、誘電体窓２０の第２の面２０ｂは、平坦面４４、凹面４５及び外縁面４６を含み得る。平坦面４４は、アンテナ１８の中心軸線、即ち軸線Ｚに直交する平坦な面であり、第２の面２０ｂの径方向の中央領域に設けられている。凹面４５は、軸線Ｚに平行な方向から見て環状に延在しており、その中心軸線は軸線Ｚに一致している。この凹面４５は、平坦面４４を囲むように形成されている。外縁面４６は、凹面４５と同軸の環状をなしており、凹面４５の径方向外側に設けられている。この外縁面４６は、第２の面２０ｂの外縁を構成している。
　凹面４５は、底面４５ａ、内側傾斜面４５ｂ及び外側傾斜面４５ｃを含んでいる。底面４５ａは、軸線Ｚに対して垂直な平坦面であり、第１の面２０ａと対向している。内側傾斜面４５ｂは、底面４５ａと平坦面４４とを接続している。この内側傾斜面４５ｂは、底面４５ａから平坦面４４に近づくにつれて、第１の面２０ａから離れるように傾斜している。外側傾斜面４５ｃは、底面４５ａと外縁面４６とを接続している。この外側傾斜面４５ｃは、底面４５ａから外縁面４６に近づくにつれて、第１の面２０ａから離れるように傾斜している。
　誘電体窓２０の第１の面２０ａ上には、スロット板３０が設けられている。一実施形態においては、スロット板３０は、ラジアルラインスロットアンテナを構成するスロット板であり得る。スロット板３０は、導電性を有する金属製の円板から構成される。図３は、一実施形態に係るスロット板３０を上方から見た平面図である。
　図３に示すように、スロット板３０には、複数のスロット孔３０ａ及び複数のスロット孔３０ｂが形成されている。複数のスロット孔３０ａは、軸線Ｚを中心とする半径ｒ１を有する円Ｃ１に沿って配列されている。複数のスロット孔３０ａの各々は、円Ｃ１に沿って延びる長孔形状を有している。一実施形態では、この円Ｃ１の半径ｒ１は、軸線Ｚから平坦面４４と内側傾斜面４５ｂとの間の境界までの径方向の距離よりも大きく、軸線Ｚから底面４５ａと内側傾斜面４５ｂとの間の境界までの径方向の距離よりも小さい。即ち、図２に示すように、複数のスロット孔３０ａの各々は、軸線Ｚの径方向から見て、内側傾斜面４５ｂに重なる位置に形成されている。
　複数のスロット孔３０ｂは、軸線Ｚを中心とする円Ｃ２に沿って配列されている。この円Ｃ２は、円Ｃ１の半径ｒ１よりも大きな半径ｒ２を有している。複数のスロット孔３０ｂの各々は、円Ｃ２に沿って延びる長孔形状を有している。この円Ｃ２の半径ｒ２は、軸線Ｚから底面４５ａと外側傾斜面４５ｃとの間の境界までの径方向の距離よりも大きく、軸線Ｚから外側傾斜面４５ｃと外縁面４６との間の境界までの径方向の距離よりも小さい。即ち、図２に示すように、複数のスロット孔３０ｂの各々は、軸線Ｚの径方向から見て、外側傾斜面４５ｃに重なる位置に形成され得る。
　一実施形態では、図３に示すように、第１の面２０ａに形成された２つの環状の溝８２ａ,８２ｂは、軸線Ｚに平行な方向から見て、複数のスロット孔３０ａを囲むように延在していてもよい。即ち、これらの溝８２ａ,８２ｂ内にそれぞれ設けられた２つの導体８４ａ及び８４ｂは、複数のスロット孔３０ａの径方向内側の縁部の及び径方向外側の縁部に沿ってそれぞれ延在する。このように２つの導体８４ａ及び８４ｂは、複数のスロット孔３０ａの下方において、当該複数のスロット孔３０ａを挟み込むように配置されている。このように２つの導体８４ａ及び８４ｂを配置することによって、複数のスロット孔３０ａの直下に電界を集中させることができる。
　図２を再び参照する。スロット板３０上には、誘電体板３２が設けられている。誘電体板３２は、例えば石英又はアルミナ製であり、略円板形状を有している。誘電体板３２は、マイクロ波の波長を短縮させる機能を有している。
　誘電体板３２上には、伝熱部材３４が設けられている。伝熱部材３４は、アルミニウム等の高い熱伝導率を有する金属から構成され、軸線Ｚを中心とする円形の平面形状を有している。伝熱部材３４は、互いに対向する上面３４ａ及び下面３４ｂを含んでいる。伝熱部材３４は、その下面３４ｂとスロット板３０との間に誘電体板３２を挟持している。伝熱部材３４の上面３４ａ上には、冷却ジャケット３６が設けられている。
　冷却ジャケット３６の表面は、導電性を有し得る。冷却ジャケット３６内には、冷媒用の流路３６ａが形成されている。この流路３６ａには、チラーユニットより所定の温度の冷媒、例えば、冷却水が循環供給される。冷媒が循環することによって、伝熱部材３４、誘電体板３２及びスロット板３０を介して誘電体窓２０が冷却される。この冷却ジャケット３６の上部表面には、外側導体２８ａの下端が電気的に接続されている。また、内側導体２８ｂの下端は、冷却ジャケット３６及び誘電体板３２の中央部分に形成された孔を通って、スロット板３０に電気的に接続されている。同軸導波管２８からのマイクロ波は、誘電体板３２に伝播され、スロット板３０のスロットから誘電体窓２０を介して、処理空間Ｓ内に導入される。
　図２及び図４を参照して、伝熱部材３４について詳細に説明する。図４は、伝熱部材３４を上方から見た平面図である。伝熱部材３４の上面３４ａは、複数の第１の領域Ｒ１、第２の領域Ｒ２及び第３の領域Ｒ３を含んでいる。一実施形態では、図４に示すように、伝熱部材３４の複数の第１の領域Ｒ１は、それぞれ円形の平面形状を有しており、軸線Ｚに対する周方向に沿って配列され得る。図２に示すように、複数の第１の領域Ｒ１上には、冷却ジャケット３６が搭載されている。即ち、第１の領域Ｒ１は、冷却ジャケット３６の下面に接触し得る。ここで、軸線Ｚと複数の第１の領域Ｒ１との間の径方向における最短距離ｄ１は、軸線Ｚから平坦面４４と内側傾斜面４５ｂとの間の境界までの径方向の距離よりも小さく設定されている。即ち、複数の第１の領域Ｒ１の各々は、軸線Ｚに平行な方向から見て、少なくとも部分的に平坦面４４と重なる位置に設けられている。また、一実施形態では、軸線Ｚと複数の第１の領域Ｒ１との間の径方向における最大距離ｄ２は、軸線Ｚから平坦面４４と内側傾斜面４５ｂとの間の境界までの径方向の距離よりも大きく、軸線Ｚから内側傾斜面４５ｂと底面４５ａとの間の境界までの径方向の距離よりも小さく設定され得る。即ち、複数の第１の領域Ｒ１の各々は、軸線Ｚに平行な方向から見て、平坦面４４及び内側傾斜面４５ｂと重なる位置に設けられ得る。
　第３の領域Ｒ３は、軸線Ｚを中心とする環状の平面形状を有しており、上面３４ａの外縁に沿って延在し得る。図２に示すように、第３の領域Ｒ３上には、冷却ジャケット３６が搭載されている。即ち、第３の領域Ｒ３は、冷却ジャケット３６の下面に接触し得る。軸線Ｚと第３の領域Ｒ３との間の径方向における最短距離ｄ３は、軸線Ｚから底面４５ａと外側傾斜面４５ｃとの間の境界までの径方向の距離よりも大きく設定されている。また、軸線Ｚと第３の領域Ｒ３との間の径方向における最大距離ｄ４は、軸線Ｚから外側傾斜面４５ｃと外縁面４６との境界までの径方向の距離よりも小さく設定されている。即ち、第３の領域Ｒ３は、軸線Ｚに平行な方向から見て、外側傾斜面４５ｃと重なる位置に設けられている。
　図４に示すように、第２の領域Ｒ２は、上面３４ａのうち複数の第１の領域Ｒ１及び第３の領域Ｒ３を除く位置に設けられている。第２の領域Ｒ２は、複数の第１の領域Ｒ１及び第３の領域Ｒ３よりも下面３４ｂ側に位置している。即ち、第２の領域Ｒ２は、複数の第１の領域Ｒ１及び第３の領域Ｒ３よりも下面３４ｂ側に窪んでおり、冷却ジャケット３６と離間している。
　アンテナ１８は、ヒータＨＴを更に備えている。ヒータＨＴは、伝熱部材３４と冷却ジャケット３６との間に設けられている。具体的に、ヒータＨＴは、図４に示すように、第２の領域Ｒ２上に当該第２の領域Ｒ２の略全域を覆うように設けられている。即ち、第２の領域Ｒ２上には、ヒータＨＴが搭載されている。ヒータＨＴは、端子Ｔを介して、ヒータ電源ＨＰに電気的に接続されている。ヒータＨＴは、ヒータ電源ＨＰから供給された電力によって熱を発生する。ヒータＨＴにおいて発生した熱は、伝熱部材３４、誘電体板３２及びスロット板３０を介して誘電体窓２０に伝わり、誘電体窓２０を加熱する。
　なお、図２に示すように、ヒータＨＴと冷却ジャケット３６との間には、部材８８が設けられていてもよい。部材８８は、当該部材８８と上面３４ａの第２の領域Ｒ２との間でヒータＨＴを挟持する。部材８８は、例えばアルミニウムといった金属から構成されている。部材８８の上面は、第１の領域Ｒ１及び第３の領域Ｒ３と共に、冷却ジャケット３６の支持面を提供する。
　一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、制御部Ｃｎｔを更に備え得る。制御部Ｃｎｔは、プロセッサ、記憶部等を備えるコンピュータ装置等から構成されている。制御部Ｃｎｔは、記憶部に記憶されたプログラムに従って種々の制御信号を出力することができる。制御部Ｃｎｔからの種々の制御信号は、マイクロ波発生器１６、排気装置５６、弁３９ｂ、流量制御器３９ｃ、弁４３ｂ、流量制御器４３ｃ及びヒータ電源ＨＰに与えられる。より具体的には、制御部Ｃｎｔは、マイクロ波発生器１６を動作状態に設定するための制御信号を当該マイクロ波発生器１６に出力する。また、制御部Ｃｎｔは、弁３９ｂ及び弁４３ｂが開かれるよう当該弁３９ｂ及び弁４３ｂのそれぞれに制御信号を与える。さらに、制御部Ｃｎｔは、ガス源３９ａからのガスの流量を所定の流量に調整するよう流量制御器３９ｃに制御信号を与え、ガス源４３ａからのガスの流量を所定の流量に調整するよう流量制御器４３ｃに制御信号を与える。また更に、制御部Ｃｎｔは、排気装置５６の排気量を調整するための制御信号を当該排気装置５６に出力する。また更に、制御部Ｃｎｔは、ヒータＨＴの発熱量を制御するために、ヒータ電源ＨＰがヒータＨＴに印加する電力を調整するための制御信号をヒータ電源ＨＰに出力する。
　一実施形態のプラズマ処理装置１０では、プラズマ処理が行われていないときには、ヒータ電源ＨＰからヒータＨＴに電力が印加される。電力の印加によってヒータＨＴで生じた熱は、伝熱部材３４、誘電体板３２及びスロット板３０を介して誘電体窓２０に伝わり、誘電体窓２０を加熱する。これにより、プラズマ処理が行われていないときに誘電体窓２０の温度が低下することが抑制される。よって、プラズマ処理中の誘電体窓２０の温度とプラズマ処理が行われていないときの誘電体窓２０の温度との差異が抑制される。
　一方、プラズマ処理装置１０では、プラズマ処理中には、冷却ジャケット３６によって誘電体窓２０が冷却される。ここで、平坦面４４が形成された位置での誘電体窓２０の最大の厚みは、板厚は凹面４５が形成された位置での誘電体窓２０の最大の厚みよりも大きい。このため、誘電体窓２０のうち軸線Ｚと平行な方向から見て平坦面４４と重なる部分は、軸線Ｚと平行な方向から見て凹面３５と重なる部分よりも温度が変化しにくい。また、プラズマ処理装置１０では、導体８４ａ,８４ｂの影響により複数のスロット孔３０ａの直下に電界が集中する。このため、内側傾斜面４５ｂには、プラズマからの入熱が大きくなる。したがって、誘電体窓２０に対し均一に冷却を行うと、軸線Ｚと平行な方向から見て、誘電体窓２０のうち平坦面４４及び内側傾斜面４５ｂと重なる部分の温度が他の部分の温度よりも高くなり、誘電体窓２０の温度分布が不均一になるおそれがある。これに対し、プラズマ処理装置１０では、複数の第１の領域Ｒ１の各々の上に、冷却ジャケット３６が搭載されているので、誘電体窓２０のうち複数の第１の領域Ｒ１の下方にある領域、即ち、軸線Ｚと平行な方向から見て、平坦面４４及び内側傾斜面４５ｂと重なる領域が効率的に冷却される。よって、アンテナ１８によれば、プラズマ処理中の誘電体窓２０の冷却の不均一性を抑制することができる。
　また、プラズマ処理装置１０では、複数のスロット孔３０ｂの直下にも電界が集中するので、プラズマから外側傾斜面４５ｃに対する入熱は大きい。これに対し、プラズマ処理装置１０では、複数の第３の領域Ｒ３の各々の上に、冷却ジャケット３６が搭載されているので、誘電体窓２０のうち複数の第３の領域Ｒ３の下方にある部分、即ち、軸線Ｚと平行な方向から見て外側傾斜面４５ｃと重なる部分が効率的に冷却される。よって、プラズマ処理中の誘電体窓２０の冷却の不均一性をより抑制することができる。
　次に、上述したプラズマ処理装置１０を用いた一実施形態のプラズマ処理方法について説明する。図５は、一実施形態のプラズマ処理方法を示す流れ図である。図５に示すプラズマ処理方法の各工程は、例えば制御部Ｃｎｔが、プラズマ処理装置１０の各部に制御信号を送出することによって実行される。一実施形態のプラズマ処理方法では、図５に示すように、まず工程ＳＴ１において、ヒータＨＴによって、誘電体窓２０が加熱される。この加熱は、被処理体Ｗのプラズマ処理が開始される前に実行される。
　工程ＳＴ１において、誘電体窓２０が所定の温度になるまで加熱された後又は誘電体窓２０の加熱時間が所定の時間に達した後に、工程ＳＴ２が行われる。工程ＳＴ２では、ヒータＨＴによる誘電体窓２０の加熱が停止される。なお、工程ＳＴ２は、後述する工程ＳＴ３と工程ＳＴ４との間で行われてもよい。
　次いで、工程ＳＴ３が行われる。工程ＳＴ３では、搬入出口１２ｇから被処理体ＷがチャンバＣ内に搬入され、当該被処理体Ｗが静電チャック１４ｃ上に載置される。次いで、工程ＳＴ４が行われる。工程ＳＴ４では、冷却ジャケット３６によって誘電体窓２０が冷却されながら、被処理体Ｗがプラズマ処理される。この際、誘電体窓２０のうち複数の第１の領域Ｒ１の下方にある領域、即ち、軸線Ｚと平行な方向から見て、平坦面４４及び内側傾斜面４５ｂと重なる領域が効率的に冷却される。次いで、工程ＳＴ５が行われる。工程ＳＴ５では、搬入出口１２ｇから被処理体Ｗが搬出される。
　次いで、工程ＳＴ６が行われる。工程ＳＴ６では、所定数の被処理体Ｗのプラズマ処理が終了したか否かが判断される。所定数の被処理体Ｗのプラズマ処理が終了していない場合には、所定数の被処理体Ｗのプラズマ処理が終了するまで、工程ＳＴ３～工程ＳＴ５が繰り返し実行される。一方、所定数の被処理体Ｗのプラズマ処理が終了している場合には、一実施形態のプラズマ処理方法を終了する。
　以上、実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、図３に示す実施形態では、誘電体窓２０の第１の面２０ａに、軸線Ｚに平行な方向から見て、複数のスロット孔３０ａを囲むように延在する２つの環状の溝８２ａ,８２ｂが画成され、２つの環状の溝８２ａ,８２ｂの各々の内部に環状の導体８４ａ,８４ｂが設けられている。しかしながら、一実施形態では、図６に示すように、誘電体窓２０の第１の面２０ａに、軸線Ｚの方向から見て、複数のスロット孔３０ａの各々を囲むように複数の溝９０が画成され、これら複数の溝の各々の内部に導体９２が設けられていてもよい。アンテナ１８は、これら複数の導体９２を備えることにより、複数のスロット孔３０ａの直下に電界を集中させることができる。
　また、上記実施形態では、伝熱部材３４の上面３４ａは、複数の第１の領域Ｒ１、第２の領域Ｒ２及び第３の領域Ｒ３を含んでいるが、上面３４ａは、少なくとも複数の第１の領域Ｒ１及び第２の領域Ｒ２を含んでいればよく、第３の領域Ｒ３は含まなくてもよい。例えば、第２の領域Ｒ２が、第３の領域Ｒ３の位置、即ち上面３４ａの外縁まで広がっていてもよい。
　１０…プラズマ処理装置、１２…チャンバ本体、１２ａ…側壁、１２ｂ…底部、１２ｇ…搬入出口、１２ｈ…排気孔、１３…ゲートバルブ、１４…ステージ、１６…マイクロ波発生器、１８…アンテナ、２０…誘電体窓、２０ａ…第１の面、２０ｂ…第２の面、３０…スロット板、３０ａ，３０ｂ…スロット孔、３２…誘電体板、３４…伝熱部材、３４ａ…上面、３４ｂ…下面、３６…冷却ジャケット、３６ａ…流路、３９…ガス供給系、４０…インジェクタ、４３…ガス供給系、４４…平坦面、４５…凹面、４５ａ…底面、４５ｂ…内側傾斜面、４５ｃ…外側傾斜面、４６…外縁面、８２ａ，８２ｂ,９０…溝、８４ａ，８４ｂ，９２…導体、８６…チョーク、Ｃ１，Ｃ２…円、Ｃｎｔ…制御部、ＨＴ…ヒータ、Ｒ１…第１の領域、Ｒ２…第２の領域、Ｒ３…第３の領域、Ｓ…処理空間、Ｗ…被処理体、Ｚ…軸線。

Claims (8)

  1. 　第１の面及び該第１の面と反対側で延在する第２の面を有する誘電体窓であり、前記第２の面は、中心軸線周りに延在し且つ前記第１の面側に窪んだ環状の凹面、及び、前記凹面に囲まれた平坦面とを有する、該誘電体窓と、
    　前記第１の面上に設けられたスロット板と、
    　前記スロット板上に設けられた誘電体板と、
    　互いに対向する上面及び下面を有する金属製の伝熱部材であり、該下面と前記スロット板との間に前記誘電体板を挟持する、該伝熱部材と、
    　前記伝熱部材上に設けられた冷却ジャケットと、
    　前記伝熱部材と前記冷却ジャケットとの間に設けられたヒータと、を備え、
    　前記上面は、複数の第１の領域及び第２の領域を含み、
    　前記冷却ジャケットは、前記複数の第１の領域上に搭載されており、
    　前記第２の領域は、前記複数の第１の領域よりも前記下面の側に窪んでおり、
    　前記ヒータは、前記第２の領域上に搭載されており、
    　前記複数の第１の領域の各々は、前記中心軸線に平行な方向から見て、少なくとも部分的に前記平坦面と重なる位置に設けられている、アンテナ。
  2. 　前記凹面は、底面と、前記底面と前記平坦面とを接続する内側傾斜面であり、前記平坦面に近づくほど前記第１の面から離れるように傾斜する該内側傾斜面と、前記底面から外側に延び、前記誘電体窓の外縁に近づくほど前記第１の面から離れるように傾斜する外側傾斜面と、を含み、
    　前記スロット板には、前記中心軸線に対して周方向に配列された複数のスロット孔が形成されており、前記複数のスロット孔の各々は、前記中心軸線に平行な方向から見て、前記内側傾斜面と重なる位置に形成されている、請求項１に記載のアンテナ。
  3. 　前記第１の面は、前記中心軸線に平行な方向から見て、前記複数のスロット孔を囲むように延在する２つの環状の溝を画成し、前記２つの環状の溝の各々の内部には、環状の導体が設けられている、請求項２に記載のアンテナ。
  4. 　前記第１の面は、前記中心軸線の方向から見て、前記複数のスロット孔の各々を囲む複数の溝を画成し、前記複数の溝の各々の内部には、導体が設けられている、請求項２に記載のアンテナ。
  5. 　前記複数の第１の領域は、前記中心軸線に対する周方向に沿って配列され、前記複数の第１の領域の各々は、前記中心軸線に平行な方向から見て、前記平坦面及び前記内側傾斜面と重なる位置に設けられている、請求項２～４の何れか一項に記載のアンテナ。
  6. 　前記上面は第３の領域を更に含み、
    　前記冷却ジャケットは、前記複数の第１の領域及び前記第３の領域上に搭載されており、
    　前記第３の領域は、前記中心軸線に平行な方向から見て、前記外側傾斜面と重なる位置に形成されている、請求項２～５の何れか一項に記載のアンテナ。
  7. 　チャンバを提供するチャンバ本体と、
    　前記チャンバ内に処理ガスを供給するガス供給部と、
    　前記チャンバ内に設けられたステージと、
    　前記ステージの上方に設けられた、請求項１～６の何れか一項に記載のアンテナと、
    　前記アンテナに接続されたマイクロ波発生器と、を備える、プラズマ処理装置。
  8. 　請求項７に記載のプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、
    　前記ヒータを用いて前記誘電体窓を加熱する工程と、
    　前記ヒータによる前記誘電体窓の加熱を停止した後に、前記冷却ジャケットを用いて前記誘電体窓を冷却しながら被処理体をプラズマ処理する工程と、を含む、プラズマ処理方法。
PCT/JP2018/000020 2017-01-18 2018-01-04 アンテナ、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 WO2018135307A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020197023638A KR102491984B1 (ko) 2017-01-18 2018-01-04 안테나, 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법
US16/478,770 US10832892B2 (en) 2017-01-18 2018-01-04 Antenna, plasma processing device and plasma processing method

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017-006768 2017-01-18
JP2017006768A JP2018116836A (ja) 2017-01-18 2017-01-18 アンテナ、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018135307A1 true WO2018135307A1 (ja) 2018-07-26

Family

ID=62908648

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2018/000020 WO2018135307A1 (ja) 2017-01-18 2018-01-04 アンテナ、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10832892B2 (ja)
JP (1) JP2018116836A (ja)
KR (1) KR102491984B1 (ja)
TW (1) TW201832619A (ja)
WO (1) WO2018135307A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112185787B (zh) * 2019-07-04 2023-09-29 中微半导体设备(上海)股份有限公司 等离子体处理设备的射频电极组件和等离子体处理设备
US11879678B1 (en) 2020-06-16 2024-01-23 Booz Allen Hamilton Inc. Thermal management systems

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010027588A (ja) * 2008-06-18 2010-02-04 Tokyo Electron Ltd マイクロ波プラズマ処理装置及び給電方法
JP2015018687A (ja) * 2013-07-10 2015-01-29 東京エレクトロン株式会社 マイクロ波プラズマ処理装置、スロットアンテナ及び半導体装置
JP2017004665A (ja) * 2015-06-08 2017-01-05 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013243218A (ja) 2012-05-18 2013-12-05 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置、及びプラズマ処理方法
US9984906B2 (en) * 2012-05-25 2018-05-29 Tokyo Electron Limited Plasma processing device and plasma processing method
JP2014096553A (ja) * 2012-10-09 2014-05-22 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理方法、及びプラズマ処理装置
KR102112368B1 (ko) * 2013-02-28 2020-05-18 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 탑재대 및 플라즈마 처리 장치
JP2015018685A (ja) * 2013-07-10 2015-01-29 東京エレクトロン株式会社 マイクロ波プラズマ処理装置
JP2015130325A (ja) * 2013-12-03 2015-07-16 東京エレクトロン株式会社 誘電体窓、アンテナ、及びプラズマ処理装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010027588A (ja) * 2008-06-18 2010-02-04 Tokyo Electron Ltd マイクロ波プラズマ処理装置及び給電方法
JP2015018687A (ja) * 2013-07-10 2015-01-29 東京エレクトロン株式会社 マイクロ波プラズマ処理装置、スロットアンテナ及び半導体装置
JP2017004665A (ja) * 2015-06-08 2017-01-05 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置

Also Published As

Publication number Publication date
TW201832619A (zh) 2018-09-01
US20200058468A1 (en) 2020-02-20
KR20190103367A (ko) 2019-09-04
JP2018116836A (ja) 2018-07-26
KR102491984B1 (ko) 2023-01-27
US10832892B2 (en) 2020-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5836144B2 (ja) マイクロ波放射機構および表面波プラズマ処理装置
KR101774089B1 (ko) 마이크로파 플라즈마원 및 플라즈마 처리 장치
JP4677918B2 (ja) プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
KR101852310B1 (ko) 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법
TWI501313B (zh) 用以處理基板之裝置
US10546725B2 (en) Plasma processing apparatus
TWI738920B (zh) 半導體製造方法及相關裝置與電漿處理系統
US20180144945A1 (en) Placing unit and plasma processing apparatus
TWI585813B (zh) Plasma processing device and plasma processing method
WO2018135307A1 (ja) アンテナ、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
KR20140103844A (ko) 플라즈마 처리 장치
US20220406571A1 (en) Substrate treating apparatus and substrate treating method
JP2019009305A (ja) プラズマ処理装置
KR20210126092A (ko) 기판 처리 장치, 처리 용기, 반사체 및 반도체 장치의 제조 방법
JP2019160519A (ja) アンテナ装置、および、プラズマ処理装置
JP2020047499A (ja) プラズマ処理方法およびプラズマ処理装置
US20140251541A1 (en) Plasma processing apparatus
JP5916467B2 (ja) マイクロ波放射アンテナ、マイクロ波プラズマ源およびプラズマ処理装置
JP6117763B2 (ja) プラズマ処理装置
KR20210131886A (ko) 배관 시스템 및 처리 장치
US20160358756A1 (en) Plasma processing apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18741142

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20197023638

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18741142

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1