WO2022070945A1 - プラズマ処理装置 - Google Patents

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  • FIG. 4 is a diagram schematically showing a plasma processing apparatus according to still another exemplary embodiment.
  • the plasma processing device 1D shown in FIG. 4 includes a discharge electrode 40.

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Abstract

開示されるプラズマ処理装置は、チャンバ、ガス供給部、排気装置、基板支持部、上部電極、電源、及びリング電極を備える。ガス供給部は、チャンバ内に処理ガスを供給するように構成されている。排気装置は、チャンバ内のガスを排気するように構成されている。基板支持部は、グランドの電位から電気的に浮遊している下部電極を含み、チャンバ内に設けられている。上部電極は、基板支持部の上方に設けられている。電源は、上部電極に電気的に接続されており、高周波電力を発生するか、直流電圧のパルスを周期的に発生するように構成されている。リング電極は、基板支持部を囲むように基板支持部の周囲に設けられており、グランドに接続されている。

Description

プラズマ処理装置
　本開示の例示的実施形態は、プラズマ処理装置に関するものである。
　容量結合型のプラズマ処理装置が、成膜処理のようなプラズマ処理において用いられている。容量結合型のプラズマ処理装置は、チャンバ、基板支持部、上部電極、ガス供給部、排気装置、及び高周波電源を備える。基板支持部は、下部電極を含んでおり、チャンバ内に設けられている。上部電極は、下部電極の上方に設けられている。ガス供給部及び排気装置は、チャンバに接続されている。高周波電源は、上部電極に接続されている。
　プラズマ処理が行われる際には、ガス供給部からのガスがチャンバ内に供給されている状態で、高周波電源からの高周波電力が上部電極に供給される。その結果、チャンバ内でガスからプラズマが生成される。基板支持部上の基板は、生成されたプラズマからの化学種により処理される。例えば、膜が基板上に生成される。特許文献１及び２は、このような容量結合型のプラズマ処理装置を開示している。
特開２００１－２６７３１０号公報 特開２００３－１７９０５４号公報
　本開示は、基板に対するイオン衝撃を弱める技術を提供する。
　一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ、ガス供給部、排気装置、基板支持部、上部電極、電源、及びリング電極を備える。ガス供給部は、チャンバ内に処理ガスを供給するように構成されている。排気装置は、チャンバ内のガスを排気するように構成されている。基板支持部は、グランドの電位から電気的に浮遊している下部電極を含み、チャンバ内に設けられている。上部電極は、基板支持部の上方に設けられている。電源は、上部電極に電気的に接続されており、高周波電力を発生するか、直流電圧のパルスを周期的に発生するように構成されている。リング電極は、基板支持部を囲むように基板支持部の周囲に設けられており、グランドに接続されている。
　一つの例示的実施形態によれば、基板に対するイオン衝撃を弱めることが可能となる。
一つの例示的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。 別の例示的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。 更に別の例示的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。 更に別の例示的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。
　以下、種々の例示的実施形態について説明する。
　一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ、ガス供給部、排気装置、基板支持部、上部電極、電源、及びリング電極を備える。ガス供給部は、チャンバ内に処理ガスを供給するように構成されている。排気装置は、チャンバ内のガスを排気するように構成されている。基板支持部は、グランドの電位から電気的に浮遊している下部電極を含み、チャンバ内に設けられている。上部電極は、基板支持部の上方に設けられている。電源は、上部電極に電気的に接続されており、高周波電力を発生するか、直流電圧のパルスを周期的に発生するように構成されている。リング電極は、基板支持部を囲むように基板支持部の周囲に設けられており、グランドに接続されている。
　上記実施形態のプラズマ処理装置では、下部電極は、グランドの電位から電気的に浮遊している。したがって、上部電極とリング電極との間で放電パスが形成されて、プラズマが生成される。プラズマが生成されている状態では、基板支持部上の基板の電位は、プラズマの電位に追従する。したがって、プラズマと基板との間のシース電圧が小さくなり、基板に衝突するイオンのエネルギーが小さくなる。故に、上記実施形態のプラズマ処理装置によれば、基板に対するイオン衝撃を弱めることが可能となる。
　一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、別のガス供給部を更に備えていてもよい。別のガス供給部は、リング電極と基板支持部との間の間隙を通ってパージガスが上方に流れるようにパージガスを供給する。この実施形態では、パージガスが、プラズマからリング電極に向かう化学種の流れに逆らう流れを形成する。したがって、プラズマからの化学種がリング電極に付着することが抑制される。プラズマ処理が絶縁膜の成膜処理である場合には、絶縁膜がリング電極上に形成されることが抑制される。
　一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、放電電極及び別の電源を更に備えていてもよい。放電電極は、リング電極に沿って配置される。別の電源は、放電電極に電気的に接続されている。別の電源は、放電電極とリング電極との間で放電を生じさせてパージガスと共に流れる荷電粒子を生成するように構成されている。この実施形態によれば、放電電極の周りで生成される荷電粒子により、上部電極とリング電極との間の放電パスの形成が促進される。
　一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、誘電体部を更に備えていてもよい。誘電体部は、リング電極と放電電極との間に設けられる。
　一つの例示的実施形態において、電源は、直流電圧のパルスを周期的に上部電極に印加してもよい。プラズマ処理装置は、電源と上部電極との間で接続されたコンデンサを更に備えていてもよい。この実施形態によれば、上部電極の表面上に絶縁膜が形成されている場合に、コンデンサがなければ当該絶縁膜に印加される電圧が、コンデンサと絶縁膜との間で分圧される。したがって、上部電極の表面上の絶縁膜の絶縁破壊及びそれによる異常放電が抑制される。
　一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、コンデンサを更に備えていてもよい。コンデンサは、下部電極とグランドとの間で接続される。この実施形態によれば、プラズマから基板に対するイオン衝撃が、コンデンサにより調整され得る。
　一つの例示的実施形態において、処理ガスは、基板支持部上に載置される基板上に絶縁膜を形成するためのガスを含んでいてもよい。
　以下、図面を参照して種々の例示的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する。
　図１は、一つの例示的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１は、チャンバ１０を備えている。チャンバ１０は、その中に内部空間を提供している。チャンバ１０は、チャンバ本体１２を含み得る。チャンバ本体１２は、略円筒形状を有している。チャンバ１０の内部空間は、チャンバ本体１２の中に提供されている。チャンバ本体１２は、アルミニウムといった金属から形成されている。チャンバ本体１２は、電気的に接地されている。なお、チャンバ本体１２の側壁は、基板Ｗが搬送される際にそこを通過する通路を提供していてもよい。また、この通路を開閉するために、ゲートバルブがチャンバ本体１２の側壁に沿って設けられていてもよい。
　プラズマ処理装置１は、基板支持部１４を更に備えている。基板支持部１４は、チャンバ１０内に設けられている。基板支持部１４は、その上に載置される基板Ｗを支持するように構成されている。基板支持部１４は、本体を有している。基板支持部１４の本体は、例えば窒化アルミニウムから形成されており、円盤形状を有し得る。基板支持部１４は、支持部材１６によって支持されていてもよい。支持部材１６は、チャンバ１０の底部から上方に延在している。基板支持部１４は、下部電極１８を含んでいる。下部電極１８は、基板支持部１４の本体の中に埋め込まれている。下部電極１８は、グランドの電位から電気的に浮遊している。下部電極１８とグランドとの間の寄生容量は、５００ｐＦ以下であってもよい。
　プラズマ処理装置１は、上部電極２０を更に備えている。上部電極２０は、基板支持部１４の上方に設けられている。上部電極２０は、チャンバ１０の天部を構成している。上部電極２０は、チャンバ本体１２と電気的に分離されている。一実施形態において、上部電極２０は、絶縁部材２１を介してチャンバ本体１２の上部に固定されている。
　一実施形態において、上部電極２０は、シャワーヘッドとして構成されている。上部電極２０は、その内部においてガス拡散空間２０ｄを提供している。また、上部電極２０は、複数のガス孔２０ｈを更に提供している。複数のガス孔２０ｈは、ガス拡散空間２０ｄから下方に延びており、チャンバ１０の内部空間に向けて開口している。即ち、複数のガス孔２０ｈは、ガス拡散空間２０ｄとチャンバ１０の内部空間を接続している。
　プラズマ処理装置１は、ガス供給部２２を更に備えている。ガス供給部２２は、チャンバ１０内にガスを供給するように構成されている。ガス供給部２２は、配管２３を介してガス拡散空間２０ｄに接続されている。ガス供給部２２は、一つ以上のガスソース、一つ以上の流量制御器、及び一つ以上の開閉バルブを有していてもよい。一つ以上のガスソースの各々は、対応の流量制御器及び対応の開閉バルブを介して、配管２３に接続される。
　一実施形態において、ガス供給部２２は、成膜ガスを供給してもよい。即ち、プラズマ処理装置１は、成膜装置であってもよい。成膜ガスを用いて基板Ｗ上に形成される膜は、絶縁膜であってもよい。別の実施形態において、ガス供給部２２は、エッチングガスを供給してもよい。即ち、プラズマ処理装置１は、プラズマエッチング装置であってもよい。
　プラズマ処理装置１は、排気装置２４を更に備えている。排気装置２４は、自動圧力制御弁のような圧力制御器及びターボ分子ポンプ又はドライポンプのような真空ポンプを含んでいる。排気装置２４は、チャンバ本体１２の側壁に設けられた排気口１２ｅから排気管を介してチャンバ１０の内部空間に接続されている。
　プラズマ処理装置１は、電源２６を更に備えている。一実施形態において、電源２６は、高周波電力を発生する。高周波電力の周波数は、任意の周波数であってもよい。高周波電力の周波数は、１３．５６ＭＨｚ以下であってもよい。高周波電力の周波数は、２ＭＨｚ以下であってもよい。高周波電力の周波数は、２０ｋＨｚ以上であってもよい。
　電源２６は、整合器２８を介して、上部電極２０に接続されている。電源２６からの高周波電力は、整合器２８を介して上部電極２０に供給される。整合器２８は、電源２６の負荷のインピーダンスを、電源２６の出力インピーダンスに整合させる整合回路を有している。
　別の実施形態において、電源２６は、直流電圧のパルスを周期的に上部電極２０に印加するように構成されていてもよい。電源２６からの直流電圧のパルスが上部電極２０に印加される周期を規定する周波数は、例えば１０ｋＨｚ以上、１０ＭＨｚ以下である。なお、電源２６が直流電圧のパルスを周期的に上部電極２０に印加するように構成されている場合には、プラズマ処理装置１は整合器２８を備えていなくてもよい。
　プラズマ処理装置１は、リング電極３０を更に備えている。リング電極３０は、環形状を有する。リング電極３０は、周方向に沿って配列された複数の電極に分割されていてもよい。リング電極３０は、基板支持部１４の外周を囲むように基板支持部１４の周囲に設けられている。リング電極３０と基板支持部１４の外周との間には、間隙が設けられている。リング電極３０は、グランドに接続されている。
　一実施形態において、プラズマ処理装置１は、ガス供給部３２を更に備えている。ガス供給部３２は、リング電極３０と基板支持部１４との間の間隙を通って上方にパージガスが流れるようにパージガスを供給する。ガス供給部３２は、ガス導入ポート１２ｐを介してチャンバ１０内にパージガスを供給する。図示された例では、ガス導入ポート１２ｐは、基板支持部１４の下方においてチャンバ本体１２の壁に設けられている。ガス供給部３２によって供給されるパージガスは、不活性ガスであってもよく、例えば希ガスであってもよい。
　プラズマ処理装置１において基板Ｗに対するプラズマ処理が行われる際には、処理ガスが、ガス供給部２２からチャンバ１０内に供給される。そして、電源２６からの高周波電力又は直流電圧のパルスが上部電極２０に与えられる。その結果、プラズマが、チャンバ１０内で処理ガスから生成される。基板支持部１４上の基板Ｗは、生成されたプラズマからの化学種によって処理される。例えば、プラズマからの化学種は、基板Ｗ上に膜を形成する。或いは、プラズマからの化学種は、基板Ｗをエッチングする。
　プラズマ処理装置１では、下部電極１８は、グランドの電位から電気的に浮遊している。したがって、上部電極２０とリング電極３０との間で放電パスが形成されて、プラズマが生成される。プラズマが生成されている状態では、基板支持部１４上の基板Ｗの電位は、プラズマの電位に追従する。したがって、プラズマと基板Ｗとの間のシース電圧が小さくなり、基板Ｗに衝突するイオンのエネルギーが小さくなる。故に、プラズマ処理装置１によれば、基板Ｗに対するイオン衝撃が弱められる。
　一実施形態においては、ガス供給部３２から供給されるパージガスが、プラズマからリング電極３０に向かう化学種の流れに逆らう流れを形成する。したがって、プラズマからの化学種がリング電極３０に付着することが抑制される。プラズマ処理が絶縁膜の成膜処理である場合には、絶縁膜がリング電極３０上に形成されることが抑制される。
　以下、図２を参照して、別の例示的実施形態に係るプラズマ処理装置について説明する。図２は、別の例示的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２に示すプラズマ処理装置１Ｂにおいて、電源２６は、直流電圧のパルスを周期的に上部電極２０に印加するように構成されている。プラズマ処理装置１Ｂは、コンデンサ３４を備えている。コンデンサ３４は、電源２６と上部電極２０との間で接続されている。プラズマ処理装置１Ｂの他の構成は、プラズマ処理装置１の対応の構成と同一である。
　プラズマ処理装置１では、上部電極２０の表面上に絶縁膜が形成されている場合に、コンデンサ３４がなければ当該絶縁膜に印加される電圧が、コンデンサ３４と絶縁膜との間で分圧される。したがって、上部電極２０の表面上の絶縁膜の絶縁破壊及びそれによる異常放電が抑制される。なお、コンデンサ３４は、上部電極２０の表面上に形成され得る絶縁膜の静電容量よりも小さい静電容量をコンデンサ３４が有するように選択され得る。
　以下、図３を参照して、更に別の例示的実施形態に係るプラズマ処理装置について説明する。図３は、更に別の例示的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３に示すプラズマ処理装置１Ｃは、コンデンサ３６を備えている。コンデンサ３６は、下部電極１８とグランドとの間で接続されている。プラズマ処理装置１Ｃの他の構成は、プラズマ処理装置１の対応の構成と同一である。プラズマ処理装置１Ｃによれば、プラズマから基板Ｗに与えられるイオン衝撃が、コンデンサ３６により調整され得る。コンデンサ３６の静電容量が大きいほど、上部電極２０と下部電極１８の間に形成される放電パスを通る電力の割合が高くなるので、プラズマから基板Ｗに与えられるイオン衝撃は増加する。
　以下、図４を参照して、更に別の例示的実施形態に係るプラズマ処理装置について説明する。図４は、更に別の例示的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４に示すプラズマ処理装置１Ｄは、放電電極４０を備えている。
　放電電極４０は、リング電極３０に沿って配置されている。放電電極４０は、環形状を有し、リング電極３０と同軸状に設けられていてもよい。放電電極４０は、リング電極３０によって画成された空間内又はリング電極３０の近傍に配置される。図４に示す例では、放電電極４０は、リング電極３０によって画成された凹部の中に設けられている。なお、放電電極４０は、リング電極３０と基板支持部１４の外周との間に設けられていてもよい。なお、放電電極４０は、リング電極３０に沿って配列される複数の電極に分割されていてもよい。即ち、放電電極４０を構成する複数の電極が、リング電極３０に対して所定の箇所に配置されていてもよい。
　プラズマ処理装置１Ｄは、誘電体部４２を更に備えていてもよい。誘電体部４２は、誘電体材料から形成されている。誘電体部４２は、リング電極３０と放電電極４０との間に設けられている。
　プラズマ処理装置１Ｄは、電源４４を更に備えている。電源４４は、放電電極４０とリング電極３０との間で放電を生じさせるために用いられる。電源４４は、高周波電源、低周波電源、又は直流電源であり得る。電源４４は、導入端子４６を介して放電電極４０に接続されている。導入端子４６は、チャンバ本体１２の壁に設けられている。プラズマ処理装置１Ｄの他の構成は、プラズマ処理装置１の対応の構成と同一であり得る。
　プラズマ処理装置１Ｄでは、放電電極４０とリング電極３０との間で放電（例えば、グロー放電）が生じる。その結果、放電電極４０の周りで荷電粒子が生成される。生成された荷電粒子は、ガス供給部３２から供給されるパージガスの流れに沿って排気口１２ｅに向けて上方に移動する。したがって、プラズマ処理装置１によれば、荷電粒子により、上部電極２０とリング電極３０との間の放電パスの形成が促進される。
　以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な追加、省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる実施形態における要素を組み合わせて他の実施形態を形成することが可能である。
　以上の説明から、本開示の種々の実施形態は、説明の目的で本明細書で説明されており、本開示の範囲及び主旨から逸脱することなく種々の変更をなし得ることが、理解されるであろう。したがって、本明細書に開示した種々の実施形態は限定することを意図しておらず、真の範囲と主旨は、添付の特許請求の範囲によって示される。
　１…プラズマ処理装置、１０…チャンバ、１４…基板支持部、１８…下部電極、２０…上部電極、２２…ガス供給部、２４…排気装置、２６…電源、３０…リング電極。

Claims (7)

  1. 　チャンバと、
    　前記チャンバ内に処理ガスを供給するように構成されたガス供給部と、
    　前記チャンバ内のガスを排気するように構成された排気装置と、
    　グランドの電位から電気的に浮遊している下部電極を含み、前記チャンバ内に設けられた基板支持部と、
    　前記基板支持部の上方に設けられた上部電極と、
    　前記上部電極に電気的に接続されており、高周波電力を発生するか、直流電圧のパルスを周期的に発生するように構成された電源と、
    　前記基板支持部を囲むように該基板支持部の周囲に設けられており、グランドに接続されたリング電極と、
    を備えるプラズマ処理装置。
  2. 　前記リング電極と前記基板支持部との間の間隙を通って上方にパージガスが流れるように該パージガスを供給する別のガス供給部を更に備える、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 　前記リング電極に沿って配置される放電電極と、
    　前記放電電極に電気的に接続された別の電源であり、前記放電電極と前記リング電極との間で放電を生じさせて前記パージガスと共に流れる荷電粒子を生成するように構成された、該別の電源と、
    を更に備える、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 　前記リング電極と前記放電電極との間に設けられた誘電体部を更に備える、請求項３に記載のプラズマ処理装置。
  5. 　前記電源は、前記直流電圧の前記パルスを周期的に前記上部電極に印加し、
    　前記電源と前記上部電極との間で接続されたコンデンサを更に備える、
    請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
  6. 　前記下部電極とグランドとの間で接続されたコンデンサを更に備える、請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
  7. 　前記処理ガスは、前記基板支持部上に載置される基板上に絶縁膜を形成するためのガスを含む、請求項１～６の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
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