WO2020162157A1 - プラズマ処理装置および電極構造体 - Google Patents

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WO2020162157A1
WO2020162157A1 PCT/JP2020/001835 JP2020001835W WO2020162157A1 WO 2020162157 A1 WO2020162157 A1 WO 2020162157A1 JP 2020001835 W JP2020001835 W JP 2020001835W WO 2020162157 A1 WO2020162157 A1 WO 2020162157A1
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shield
dielectric
plasma
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飯塚　八城
泰明 谷池
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東京エレクトロン株式会社
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Definitions

  • Various aspects and embodiments of the present disclosure relate to a plasma processing apparatus and an electrode structure.
  • a mounting table 2 on which a wafer W is mounted is raised by an elevating mechanism, the wafer W is processed at a position after the elevating mechanism, and the mounting table 2 is lowered by the elevating mechanism after processing.
  • a film forming apparatus in which the wafer W is transferred at a position after being lowered.
  • the present disclosure provides a plasma processing apparatus and an electrode structure that can suppress abnormal discharge in a processing container.
  • One aspect of the present disclosure is a plasma processing apparatus, which includes a processing container, a shower head, an electrode structure, and a power supply unit.
  • the shower head is arranged in the processing container, functions as an upper electrode, and supplies the gas used for generating plasma into the processing container.
  • the electrode structure is arranged in the processing container, and the object to be processed is placed on the upper surface.
  • the power supply unit supplies high frequency power to the electrode structure.
  • the electrode structure includes a stage, a support, a first dielectric, a second dielectric, a third dielectric, a first shield, a second shield, and a third dielectric. With a shield.
  • the stage functions as a lower electrode facing the shower head, and the object to be processed is placed on the upper surface.
  • the support unit is connected to a lower portion of the stage and supports the stage.
  • the first dielectric is disposed in the peripheral area of the upper surface of the stage.
  • the second dielectric is disposed on the side surface and the lower surface of the stage.
  • the third dielectric is arranged around the support.
  • the first shield is arranged on the upper surface of the first dielectric and around the periphery of the stage.
  • the second shield is connected to the first shield, and is arranged on the side surface of the stage with the second dielectric interposed therebetween.
  • the third shield is connected to the second shield, and is arranged around the lower surface of the stage and the support portion with the second dielectric and the third dielectric interposed therebetween.
  • plasma is generated between the shower head and the stage, and the target object placed on the stage is processed by the generated plasma.
  • the third shield is grounded.
  • abnormal discharge in the processing container can be suppressed.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a film forming apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the electrode structure according to the present disclosure.
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing an example of the structure near the periphery of the stage.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of an equivalent circuit.
  • FIG. 5 is a diagram showing another example of the equivalent circuit.
  • the processing chamber in which the wafer is processed and the transfer chamber in which the wafer is transferred are separated by a mounting table on which the wafer is mounted.
  • the processing chamber and the transfer chamber are not hermetically separated from each other, and the two spaces are in communication with each other. Therefore, the gas supplied into the processing chamber, particles generated in the processing chamber, and the like may also enter the transfer chamber.
  • high-frequency power may be supplied to the mounting table.
  • a support part that supports the mounting table is arranged in the transfer chamber, and the high-frequency power supplied to the mounting table also propagates to the supporting part. Therefore, an abnormal discharge may occur in the transfer chamber due to the high frequency power propagating to the support and the gas, particles, and the like that have entered the transfer chamber.
  • the frequency of the high frequency power used for the plasma processing or the power becomes high, the conditions under which the discharge is generated are easily adjusted, and the abnormal discharge is more likely to occur in the transfer chamber.
  • the present disclosure provides technology capable of suppressing abnormal discharge in the processing container.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a film forming apparatus 1 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the film forming apparatus 1 is an apparatus for forming a predetermined film on a semiconductor wafer (hereinafter, referred to as a wafer W), which is an example of an object to be processed, using plasma.
  • the film forming apparatus 1 is an example of a plasma processing apparatus.
  • the film forming apparatus 1 includes an apparatus body 10 and a control device 100.
  • the apparatus main body 10 includes a processing container 11 that is a vacuum container that accommodates a wafer W and performs film formation on the accommodated wafer W.
  • the processing container 11 is made of a metal such as aluminum and has a substantially flat circular shape.
  • the processing container 11 is grounded.
  • An opening 12 for loading and unloading the wafer W is formed on the sidewall of the processing container 11.
  • the opening 12 is opened and closed by the gate valve G.
  • An exhaust duct 14 is provided above the opening 12.
  • the exhaust duct 14 forms a part of a side wall of the processing container 11, has a hollow vertical cross section, and is curved in an annular shape along the side wall of the processing container 11.
  • one end of an exhaust pipe 16 is connected to the exhaust duct 14.
  • the other end of the exhaust pipe 16 is connected to an exhaust device 18 having a vacuum pump or the like.
  • the exhaust pipe 16 is provided with a pressure adjusting unit 17 such as an APC (Auto Pressure Controller) valve.
  • the pressure adjusting unit 17 is controlled by the control device 100 and controls the pressure inside the processing container 11 to a predetermined pressure. In the present embodiment, the pressure inside the processing container 11 is controlled to, for example, several Torr to several tens Torr.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the electrode structure 20 according to the present disclosure.
  • the electrode structure 20 in the present embodiment includes a stage 21 and a support portion 22, as shown in FIG. 2, for example.
  • the stage 21 is made of metal such as aluminum, and the wafer W is placed on the upper surface thereof.
  • the support portion 22 is made of, for example, a metal such as aluminum and has a tubular shape, and supports the substantially center of the stage 21 from below.
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing an example of the structure near the periphery of the stage 21.
  • a step portion 210 is formed along the peripheral edge of the stage 21.
  • the step portion 210 is an example of a peripheral region on the upper surface of the stage 21.
  • An annular dielectric 23 is arranged on the step portion 210.
  • An annular dielectric 24 is arranged on the side surface of the stage 21, and an annular dielectric 25 is arranged on the lower surface of the stage 21.
  • An annular step 240 is formed on the lower surface of the dielectric 24, which is in contact with the dielectric 25.
  • An annular step 250 is formed on the upper surface of the dielectric 25, which is in contact with the dielectric 24.
  • the step 240 and the step 250 are shaped to fit with each other.
  • An annular dielectric 26 is arranged around the support 22.
  • the dielectric 26 is divided into a plurality of partial dielectrics 260 along the extending direction of the support portion 22. It should be noted that the dielectric 26 can be formed into a tubular shape with a single member in accordance with the shape of the support portion 22. However, if the dielectric body 26 is formed of one member, a temperature gradient may occur in the dielectric body 26 when the temperature of the dielectric body 26 rises. When a temperature gradient occurs, stress may be locally concentrated on a part of the dielectric 26 due to the difference in the coefficient of thermal expansion, and the dielectric 26 may be deformed or damaged. On the other hand, in the present embodiment, the dielectric 26 is divided into the plurality of partial dielectrics 260, so that the stress can be dispersed. As a result, the deformation and damage of the dielectric 26 can be suppressed.
  • An annular step 251 is formed on the lower surface of the dielectric 25, which is the surface of the dielectric 25 that comes into contact with the partial dielectric 260 at the upper end. Further, a step 261 is formed on the upper surface of each partial dielectric 260. Further, a step 262 is formed on the lower surface of each of the partial dielectrics 260 except the lowermost partial dielectric 260. The step 251 and the step 261 are shaped to fit with each other. Further, the step 261 and the step 262 are shaped to fit with each other.
  • the dielectric 24, the dielectric 25, and the plurality of partial dielectrics 260 each have a step formed on the contact surface with the adjacent dielectric. Thereby, the surface distance from the stage 21 or the support portion 22 to the shield can be extended through the boundary surface between the adjacent dielectrics. As a result, creeping discharge at the boundary surface between adjacent dielectrics can be suppressed.
  • the dielectric 23 is an example of the first dielectric
  • the dielectrics 24 and 25 are examples of the second dielectric
  • the dielectric 26 is an example of the third dielectric.
  • annular peripheral ring 27 made of a conductive material is arranged on the upper surface of the dielectric 23, around the wafer W mounted on the stage 21, an annular peripheral ring 27 made of a conductive material is arranged.
  • a cylindrical shield 28 made of a conductive material is disposed at a position on the side surface of the stage 21 with the dielectric 24 interposed therebetween. The shield 28 is electrically connected to the peripheral ring 27.
  • a shield 29 made of a conductive material is arranged around the lower surface of the stage 21 and the support portion 22 with the dielectric 25 and the dielectric 26 sandwiched therebetween.
  • the shield 29 is electrically connected to the shield 28 and the flange 61, and is grounded via the flange 61.
  • the shield 29 is composed of one member, but the disclosed technology is not limited to this.
  • the shield 29 is composed of a plate-shaped shield arranged on the lower surface of the stage 21 with the dielectric 25 sandwiched between it and a tubular shield arranged around the support portion 22 with the dielectric 26 sandwiched therebetween. It may be divided. However, even in that case, these two shields are electrically connected.
  • the peripheral ring 27 is an example of a first shield
  • the shield 28 is an example of a second shield
  • the shield 29 is an example of a third shield.
  • a cover member 270 made of a dielectric material is provided around the peripheral ring 27 and the shield 28.
  • a heater for adjusting the temperature of the wafer W, an electrode for electrostatically attracting the wafer W to the upper surface of the stage 21 by an electrostatic force, and the like are embedded in the stage 21. ing.
  • the lower portion of the electrode structure 20 penetrates the opening formed in the bottom of the processing container 11.
  • a flange 61 made of a conductive material is provided at the lower end of the electrode structure 20.
  • the upper end of the shaft 62 is connected to the approximate center of the lower surface side of the flange 61.
  • the lower end of the shaft 62 is connected to the lifting mechanism 63. As the shaft 62 moves up and down by the elevating mechanism 63, the electrode structure 20 moves up and down integrally with the flange 61.
  • the electrode structure 20 is lowered to the transfer position, which is the lower position, by the elevating mechanism 63, and the unprocessed wafer W is carried into the processing container 11 through the opening 12 by the not-illustrated transfer mechanism, It is placed on the body 20. Then, after the electrode mechanism 20 is lifted to the processing position which is the upper side position by the elevating mechanism 63, the film forming process is performed on the wafer W on the electrode structure 20. Then, the electrode structure 20 is lowered again to the transfer position by the elevating mechanism 63, and the processed wafer W is unloaded from the processing container 11 through the opening 12 by the transfer mechanism (not shown).
  • the transfer mechanism not shown
  • the bottom of the processing container 11 and the flange 61 are connected by a metal bellows 60. Thereby, even when the electrode structure 20 is moved up and down by the elevating mechanism 63, the airtightness inside the processing container 11 is maintained.
  • the bellows 60 and the flange 61 are grounded via the processing container 11.
  • a gas supply source 35 for supplying a purge gas is connected between the bellows 60 and the electrode structure 20 via a pipe 38.
  • the gas supply source 35 supplies an inert gas such as nitrogen gas or a rare gas as a purge gas between the bellows 60 and the electrode structure 20.
  • the pipe 38 is provided with a flow rate controller 36 and a valve 37.
  • the flow rate controller 36 controls the flow rate of the purge gas supplied between the gas supply source 35 and the bellows 60 and the electrode structure 20 when the valve 37 is controlled to be in the open state.
  • a high frequency power source 52 is electrically connected to the stage 21 of the electrode structure 20 via a matching unit 53.
  • the high frequency power supply 52 is a power supply for ion attraction (for bias), and supplies high frequency power of a frequency within a range of 300 kHz to 13.56 MHz, for example, 2 MHz to the stage 21 of the electrode structure 20.
  • the matching unit 53 matches the load impedance with the internal (or output) impedance of the high frequency power supply 52.
  • the high frequency power supply 52 is an example of a power supply unit.
  • a shower head 40 is provided inside the annular exhaust duct 14 via the dielectric 13.
  • the dielectric 13 and the shower head 40 form a ceiling portion of the processing container 11.
  • the shower head 40 has a top plate 41 and a shower plate 42.
  • the top plate 41 and the shower plate 42 are made of metal such as nickel.
  • the top plate 41 detachably holds the shower plate 42 from above.
  • a shower plate 42 is provided below the top plate 41 so as to face the stage 21 of the electrode structure 20.
  • the shower plate 42 is provided on the lower surface of the top plate 41 and covers the entire lower surface of the top plate 41.
  • a recess is provided in the approximate center of the shower plate 42.
  • the shower plate 42 is formed with a plurality of discharge ports 44 that penetrate the shower plate 42 in the thickness direction of the shower plate 42.
  • a gas introduction port 45 for introducing gas into the shower head 40 is provided at the substantially center of the top surface of the top plate 41.
  • the gas introduced into the shower head 40 through the gas introduction port 45 diffuses in the diffusion chamber 43 surrounded by the top plate 41 and the recess of the shower plate 42.
  • the gas diffused in the diffusion chamber 43 is supplied in a shower shape into the processing space S surrounded by the lower surface of the shower plate 42 and the wafer W mounted on the electrode structure 20 through the plurality of ejection ports 44. To be done.
  • the shower head 40 may be provided with a temperature control mechanism that controls the temperature of the shower head 40.
  • the gas supply source 30 is connected to the gas inlet 45 via a pipe 33.
  • the gas supply source 30 is a supply source of gas used in the film forming process.
  • the pipe 33 is provided with a flow rate controller 31 and a valve 32.
  • the flow rate controller 31 controls the flow rate of the gas flowing from the gas supply source 30 to the pipe 33 when the valve 32 is controlled to be in the open state.
  • a high frequency power source 50 is connected to the shower head 40 via a matching unit 51.
  • the high frequency power supply 50 is a power supply for plasma generation and generates a high frequency power of 13.56 MHz or higher, for example, 60 MHz.
  • the high frequency power generated by the high frequency power supply 50 is supplied to the shower head 40 via the matching unit 51.
  • the matching unit 51 matches the internal (or output) impedance of the high frequency power supply 50 and the load impedance.
  • the high-frequency power supplied to the shower head 40 propagates from the top plate 41 to the shower plate 42 and is radiated from the lower surface of the shower plate 42 into the processing container 11.
  • the gas supplied into the processing space S via the plurality of discharge ports 44 is turned into plasma by the high frequency power radiated into the processing container 11.
  • the ions and the like in the plasma are drawn into the wafer W by the high frequency bias power supplied to the stage 21.
  • a predetermined film is stacked on the wafer W by the charged particles, active species, etc. contained in the plasma.
  • the shower plate 42 and the electrode structure 20 form a pair and function as a counter electrode for forming capacitively coupled plasma (CCP) in the processing space S.
  • the shower plate 42 functions as an upper electrode, for example, and the electrode structure 20 functions as a lower electrode, for example.
  • the control device 100 has a processor, a memory, and an input/output interface. Programs and processing recipes are stored in the memory. By executing the program read from the memory, the processor controls each unit of the apparatus main body 10 via the input/output interface according to the processing recipe read from the memory.
  • the high frequency power when the high frequency power is supplied to the stage 21, the high frequency power propagates on the surface of the support portion 22. If the support portion 22 is not covered with a conductive shield, and if the pressure inside the processing container 11 or the distance between the support portion 22 and a member of ground potential is suitable for discharging, the support portion 22 is Abnormal discharge occurs between the member and the ground potential. When such an abnormal discharge occurs, the plasma generated in the processing space S becomes unstable, and the quality of the film formed on the wafer W may deteriorate. Further, the abnormal discharge may cause deterioration of the members of the film forming apparatus 1.
  • the stage 21 and the support portion 22 are covered with a conductive shield with the dielectric material sandwiched therebetween, and the shield is grounded.
  • the shield is grounded.
  • a slight gap is provided between the adjacent components in the electrode structure 20. Therefore, at the time of the film forming process, at least a part of the peripheral ring 27 and the shield 28 are in contact with each other and electrically connected, but a slight gap may remain. The same applies to the contact surface between the shield 28 and the shield 29 and the contact surface between the shield 29 and the flange 61.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of an equivalent circuit.
  • C1 represents the capacitance between the stage 21 and the peripheral ring 27, and C2 represents the capacitance between the peripheral ring 27 and the shield 28.
  • C3 represents the capacitance between the shield 28 and the shield 29, and C4 represents the capacitance between the shield 29 and the flange 61.
  • Zs represents impedance determined by the capacitances C1 to C4, and Zp represents impedance of plasma generated in the processing space S.
  • the connection of each shield is adjusted so that the impedance Zs of the shield is larger than the impedance Zp of the plasma. Therefore, the discharge is performed not through the shield but through the plasma. This suppresses abnormal discharge via the shield.
  • the impedance Zs of the shield is preferably twice or more the impedance Zp of the plasma. Thereby, abnormal discharge via the shield can be suppressed more effectively.
  • the film forming apparatus 1 of this embodiment includes the processing container 11, the shower head 40, the electrode structure 20, and the high frequency power supply 52.
  • the shower head 40 is arranged in the processing container 11, functions as an upper electrode, and supplies the gas used for generating plasma into the processing container 11.
  • the electrode structure 20 is arranged in the processing container 11, and the wafer W is placed on the upper surface thereof.
  • the high frequency power supply 52 supplies high frequency power to the electrode structure 20.
  • the electrode structure 20 includes a stage 21, a support 22, a dielectric 23, a dielectric 24, a dielectric 25, a dielectric 26, a peripheral ring 27, a shield 28, and a shield 29. Have.
  • the stage 21 functions as a lower electrode facing the shower head 40, and the wafer W is placed on the upper surface.
  • the support 22 is connected to the lower portion of the stage 21 and supports the stage 21.
  • the dielectric 23 is arranged in the peripheral region of the upper surface of the stage 21.
  • the dielectric 24 is arranged on the side surface of the stage 21.
  • the dielectric 25 is arranged on the lower surface of the stage 21.
  • the dielectric 26 is arranged around the support.
  • the peripheral ring 27 is arranged on the upper surface of the dielectric 23 and around the periphery of the stage 21.
  • the shield 28 is connected to the peripheral ring 27, and is arranged on the side surface of the stage 21 with the dielectric 24 interposed therebetween.
  • the shield 29 is connected to the shield 28, and is arranged around the lower surface of the stage 21 and the support portion 22 with the dielectric 25 and the dielectric 26 interposed therebetween. Further, plasma is generated between the shower head 40 and the stage 21, and the generated plasma processes the wafer W placed on the stage 21.
  • the shield 29 is grounded. As a result, abnormal discharge that occurs between the stage 21, the support portion 22, and the member having the ground potential is suppressed. As a result, it is possible to suppress the deterioration of the quality of the film formed on the wafer W.
  • the impedance Zs between the stage 21 and the ground potential via the peripheral ring 27, the shield 28, and the shield 29 is equal to the shower Z via the plasma generated between the shower head 40 and the stage 21. It is larger than the impedance Zp between the head 40 and the stage 21. As a result, discharge is more likely to occur in the plasma than between the shield and the ground potential, and abnormal discharge through the shield is suppressed.
  • the impedance Zs is preferably twice the impedance Zp or more. Thereby, discharge is more likely to occur in the plasma than between the shield and the ground potential, and abnormal discharge through the shield is more effectively suppressed.
  • the support portion 22 has a tubular shape, and the dielectric 26 is divided into a plurality of partial dielectrics 260 along the extending direction of the support portion 22.
  • a step is formed on the surface in contact with another adjacent partial dielectric 260.
  • the step 261 and the step 262 formed on the contact surfaces of the two partial dielectrics 260 that are in contact with each other are shaped to fit each other. As a result, creeping discharge at the boundary surface between adjacent dielectrics can be suppressed.
  • the impedance Zs of the shield between the stage 21 and the ground potential is the impedance determined by the capacitors C1 to C4, but the disclosed technology is not limited to this.
  • the shield 29 may be connected to the flange 61 via a variable capacitor.
  • the equivalent circuit during the film forming process is as shown in FIG. 5, for example.
  • FIG. 5 is a diagram showing another example of the equivalent circuit.
  • Cv represents the capacitance of the variable capacitance capacitor arranged between the shield 29 and the flange 61
  • Zs′ represents the impedance determined by the capacitances C1 to C3 and the capacitance Cv.
  • the plasma distribution can be controlled by changing the value of the capacitance Cv within a range that satisfies Zp ⁇ Zs'.
  • the impedance Zs' of the shield is preferably twice or more the impedance Zp of the plasma.
  • the film forming apparatus 1 has been described as an example in the above-described embodiment, the disclosed technique can be applied to an etching apparatus, a reforming apparatus, a cleaning apparatus, or the like as long as the apparatus performs processing using plasma. It is possible to apply.
  • the high frequency power for plasma generation is supplied to the shower head 40, but the disclosed technology is not limited to this.
  • the high frequency power for plasma generation may be supplied to the stage 21.
  • the stage 21 may be configured to be supplied with high-frequency power for plasma generation and not supplied with high-frequency power for bias.
  • CCP capacitively coupled plasma
  • ICP inductively coupled plasma
  • SWP microwave excited surface wave plasma
  • ECP electron cycloton resonance plasma
  • HWP helicon wave excited plasma

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Abstract

プラズマ処理装置は、電極構造体を備える。電極構造体は、ステージ、支持部、第１の誘電体、第２の誘電体、第３の誘電体、第１のシールド、第２のシールド、および第３のシールドを有する。支持部は、ステージの下部に接続される。第１の誘電体は、ステージの上面の周縁領域に配置される。第２の誘電体は、ステージの側面および下面に配置される。第３の誘電体は、支持部の周囲に配置される。第１のシールドは、第１の誘電体の上面であって、ステージに載置される被処理体の周囲に配置される。第２のシールドは、第１のシールドに接続され、第２の誘電体を挟んでステージの側面に配置される。第３のシールドは、第２のシールドに接続され、第２の誘電体および第３の誘電体を挟んで、ステージの下面と支持部の周囲に配置される。また、第３のシールドは接地されている。

Description

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

Claims (6)

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