WO2022091821A1 - プラズマ処理装置 - Google Patents

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WO2022091821A1
WO2022091821A1 PCT/JP2021/038301 JP2021038301W WO2022091821A1 WO 2022091821 A1 WO2022091821 A1 WO 2022091821A1 JP 2021038301 W JP2021038301 W JP 2021038301W WO 2022091821 A1 WO2022091821 A1 WO 2022091821A1
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waveguide
chamber
plasma processing
gas
processing apparatus
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太郎 池田
聡 川上
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東京エレクトロン株式会社
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    • H05H1/24—Generating plasma
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    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/332—Coating

Definitions

  • An exemplary embodiment of the present disclosure relates to a plasma processing apparatus.
  • Patent Document 1 discloses a parallel plate type plasma processing apparatus as a kind of plasma processing apparatus.
  • the plasma processing apparatus of Patent Document 1 includes a chamber and an upper electrode.
  • the upper electrode constitutes a shower head.
  • the shower head introduces the film-forming gas into the chamber.
  • the upper electrode is connected to a high frequency power supply.
  • the high frequency power supply supplies high frequency power to the upper electrode.
  • the high frequency power supplied to the top electrodes creates a high frequency electric field in the chamber.
  • the generated high frequency electric field excites the film forming gas in the chamber to generate plasma.
  • chemical species from plasma are deposited on the substrate to form a film on the substrate.
  • the plasma processing apparatus of Patent Document 1 has a function of cleaning the chamber. Specifically, the plasma processing apparatus of Patent Document 1 is configured to introduce a chemical species such as a radical of a cleaning gas from a remote plasma into the chamber from the side wall of the chamber.
  • a chemical species such as a radical of a cleaning gas from a remote plasma into the chamber from the side wall of the chamber.
  • the present disclosure provides a technique for shortening the length of a resonance portion in a waveguide of electromagnetic waves in a plasma processing apparatus that generates plasma in a chamber by electromagnetic waves.
  • a plasma processing apparatus in one exemplary embodiment, includes a chamber and a waveguide.
  • the waveguide is configured to propagate electromagnetic waves, which are VHF or UHF waves, to generate plasma in the chamber.
  • the waveguide includes a resonance portion that resonates an electromagnetic wave there.
  • the resonant section includes a first waveguide, a second waveguide, and a load impedance section.
  • the first waveguide has a first characteristic impedance.
  • the second waveguide has a second characteristic impedance.
  • the second waveguide is terminated at a short circuit end having a ground potential.
  • the load impedance portion is connected between the first waveguide and the second waveguide.
  • the second characteristic impedance is larger than the first characteristic impedance.
  • a plasma processing apparatus in one exemplary embodiment, includes a chamber and a waveguide.
  • the waveguide is configured to propagate electromagnetic waves, which are VHF or UHF waves, to generate plasma in the chamber.
  • the waveguide includes a resonance portion that resonates an electromagnetic wave there.
  • the resonant section includes a first waveguide, a second waveguide, and a load impedance section.
  • the first waveguide has a first characteristic impedance.
  • the second waveguide has a second characteristic impedance.
  • the second waveguide is terminated at a short circuit end having a ground potential.
  • the load impedance portion is connected between the first waveguide and the second waveguide.
  • the second characteristic impedance is larger than the first characteristic impedance.
  • the resonance condition is satisfied in the resonance portion even if the length of the second waveguide is short. Therefore, in a plasma processing device that generates plasma in a chamber by electromagnetic waves, it is possible to shorten the length of the resonance portion in the waveguide portion of the electromagnetic waves.
  • the length of the first waveguide and the length of the second waveguide may be substantially the same.
  • the length of the second waveguide which is the length of the resonant portion, may have a length of less than 1/8 of the effective wavelength of the electromagnetic wave in the resonant portion.
  • the first waveguide may be provided by a first coaxial tube containing an inner conductor and an outer conductor.
  • the load impedance portion may extend along the direction in which the first coaxial tube extends continuously to the first waveguide.
  • the second waveguide may be provided by a second coaxial tube including an inner conductor and an outer conductor which are outer conductors of the first coaxial tube so as to surround the first waveguide and the load impedance portion. It may be extended. In the resonant portion, the second waveguide may be folded back with respect to a portion composed of the first waveguide and the load impedance.
  • the plasma processing apparatus may further include a dielectric portion.
  • the dielectric portion is formed of a dielectric material and is disposed between the inner conductor of the first coaxial tube and the outer conductor of the first coaxial tube.
  • the dielectric portion may extend along the inner conductor of the first coaxial tube so as to protrude from the end of the first waveguide to a position in the load impedance portion.
  • the dielectric portion since the dielectric portion extends from the second waveguide so as to hide the inner conductor of the first coaxial tube, abnormal discharge in the resonance portion such as arc discharge and lead surface discharge is suppressed.
  • the inner conductor of the first coaxial tube may constitute a gas supply tube.
  • the plasma processing apparatus may further include a substrate support, a shower head, and an introduction.
  • the substrate support is provided in the chamber.
  • the shower head is made of metal and is provided above the substrate support.
  • the shower head provides a plurality of gas holes that open toward the space in the chamber.
  • the introduction portion is formed of a dielectric and is provided along the outer periphery of the shower head or along the side wall of the chamber so as to introduce electromagnetic waves into the chamber from there.
  • the gas supply pipe extends vertically above the chamber and is connected to the upper center of the shower head to provide a waveguide connected to the resonant section between the resonant section and the introduction section. There is.
  • the plasma processing apparatus may further include an electromagnetic wave supply path.
  • the gas supply pipe may include an annular collar.
  • the supply path may include a conductor connected to the collar.
  • the resonance portion may be provided above the flange portion with respect to the chamber.
  • the plasma processing apparatus may further include a first gas source, a second gas source, and a remote plasma source.
  • the first gas source is a gas source of the formed gas and is connected to the gas supply pipe.
  • the second gas source is a gas source for cleaning gas.
  • the remote plasma source is connected between the second gas source and the gas supply pipe.
  • the film-forming gas may contain a silicon-containing gas.
  • the cleaning gas may include a halogen-containing gas.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a plasma processing apparatus according to one exemplary embodiment.
  • FIG. 2 is a partially enlarged view of the plasma processing apparatus shown in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along lines III-III of FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV of FIG.
  • the plasma processing apparatus 1 shown in FIGS. 1 to 4 is configured to generate plasma by electromagnetic waves.
  • the electromagnetic wave is a VHF wave or a UHF wave.
  • the band of the VHF wave is 30 MHz to 300 MHz, and the band of the UHF wave is 300 MHz to 3 GHz.
  • the plasma processing device 1 includes a chamber 10.
  • the chamber 10 defines an internal space.
  • the substrate W is processed in the internal space of the chamber 10.
  • the chamber 10 has an axis AX as its central axis.
  • the axis AX is an axis extending in the vertical direction.
  • the chamber 10 may include a chamber body 12.
  • the chamber body 12 has a substantially cylindrical shape and is opened at the upper portion thereof.
  • the chamber body 12 provides a side wall and a bottom of the chamber 10.
  • the chamber body 12 is made of a metal such as aluminum.
  • the chamber body 12 is grounded.
  • the side wall of the chamber body 12 provides a passage 12p.
  • the substrate W passes through the passage 12p as it is transported between the inside and the outside of the chamber 10.
  • the passage 12p can be opened and closed by the gate valve 12v.
  • the gate valve 12v is provided along the side wall of the chamber body 12.
  • the chamber 10 may further include an upper wall 14.
  • the upper wall 14 is made of a metal such as aluminum.
  • the upper wall 14 closes the upper opening of the chamber body 12 together with the cover conductor described later.
  • the upper wall 14 is grounded together with the chamber body 12.
  • the bottom of the chamber 10 provides an exhaust port.
  • the exhaust port is connected to the exhaust device 16.
  • the exhaust device 16 includes a pressure controller such as an automatic pressure control valve and a vacuum pump such as a turbo molecular pump.
  • the plasma processing device 1 may further include a substrate support portion 18.
  • the substrate support portion 18 is provided in the chamber 10.
  • the substrate support portion 18 is configured to support the substrate W placed on the substrate support portion 18.
  • the substrate W is placed on the substrate support portion 18 in a substantially horizontal state.
  • the substrate support portion 18 may be supported by the support member 19.
  • the support member 19 extends upward from the bottom of the chamber 10.
  • the substrate support portion 18 and the support member 19 may be formed of a dielectric material such as aluminum nitride.
  • the plasma processing device 1 may further include a shower head 20.
  • the shower head 20 is made of a metal such as aluminum.
  • the shower head 20 has a substantially disk shape and may have a hollow structure.
  • the shower head 20 shares the axis AX as its central axis.
  • the shower head 20 is provided above the substrate support portion 18 and below the upper wall 14.
  • the shower head 20 constitutes a top portion that defines the internal space of the chamber 10.
  • the shower head 20 provides a plurality of gas holes 20h.
  • the plurality of gas holes 20h are open toward the internal space of the chamber 10.
  • the shower head 20 further provides a gas diffusion chamber 20c therein.
  • the plurality of gas holes 20h are connected to the gas diffusion chamber 20c and extend downward from the gas diffusion chamber 20c.
  • the plasma processing device 1 may further include a gas supply pipe 22.
  • the gas supply pipe 22 is a cylindrical pipe.
  • the gas supply pipe 22 is made of a metal such as aluminum.
  • the gas supply pipe 22 extends in the vertical direction above the shower head 20.
  • the gas supply pipe 22 shares the axis AX as its central axis.
  • the lower end of the gas supply pipe 22 is connected to the center of the upper part of the shower head 20.
  • the upper center of the shower head 20 provides a gas inlet.
  • the inlet is connected to the gas diffusion chamber 20c.
  • the gas supply pipe 22 supplies gas to the shower head 20.
  • the gas from the gas supply pipe 22 is introduced into the chamber 10 through the plurality of gas holes 20h via the inlet of the shower head 20 and the gas diffusion chamber 20c.
  • the plasma processing apparatus 1 may further include a first gas source 24, a second gas source 26, and a remote plasma source 28.
  • the first gas source 24 is connected to the gas supply pipe 22.
  • the first gas source 24 can be a gas source for the film-forming gas.
  • the film-forming gas may contain a silicon-containing gas.
  • the silicon-containing gas contains, for example, SiH 4 .
  • the film-forming gas may further contain other gases.
  • the film-forming gas may further contain NH 3 gas, N 2 gas, a rare gas such as Ar, and the like.
  • the gas from the first gas source 24 (for example, the film-forming gas) is introduced into the chamber 10 from the shower head 20 via the gas supply pipe 22.
  • the second gas source 26 is connected to the gas supply pipe 22 via the remote plasma source 28.
  • the second gas source 26 can be a gas source for cleaning gas.
  • the cleaning gas may contain a halogen-containing gas.
  • the halogen-containing gas contains, for example, NF 3 and / or Cl 2 .
  • the cleaning gas may further contain other gases.
  • the cleaning gas may further contain a noble gas such as Ar.
  • the remote plasma source 28 excites the gas from the second gas source 26 at a place away from the chamber 10 to generate plasma.
  • the remote plasma source 28 produces plasma from the cleaning gas.
  • the remote plasma source 28 may be any type of plasma source. Examples of the remote plasma source 28 include a capacitively coupled plasma source, an inductively coupled plasma source, and a plasma source of a type that generates plasma by microwaves. Radicals in the plasma generated in the remote plasma source 28 are introduced into the chamber 10 from the shower head 20 via the gas supply pipe 22.
  • the gas supply pipe 22 may have a relatively large diameter.
  • the outer diameter (diameter) of the gas supply pipe 22 is, for example, 40 mm or more.
  • the outer diameter (diameter) of the gas supply pipe 22 is 80 mm.
  • the gas supply pipe 22 has a cylindrical shape, and the outer diameter (diameter) of the gas supply pipe 22 is the outer diameter of the gas supply pipe 22 at the other portion 22a of the flange portion 22f.
  • the annular flange portion 22f forms a part of the gas supply pipe 22 in the longitudinal direction.
  • the flange portion 22f protrudes radially from the other portion 22a of the gas supply pipe 22.
  • the gas supply pipe 22 may form a part of the waveguide 40, which will be described later.
  • the shower head 20 is separated downward from the upper wall 14.
  • the space between the shower head 20 and the upper wall 14 constitutes a part of the waveguide 30.
  • the waveguide 30 also includes a space provided by the gas supply pipe 22 between the gas supply pipe 22 and the upper wall 14.
  • the plasma processing device 1 may further include an introduction unit 32.
  • the introduction portion 32 is formed of a dielectric such as aluminum oxide.
  • the introduction portion 32 is provided along the outer periphery of the shower head 20 so as to introduce an electromagnetic wave into the chamber 10 from there.
  • the introduction portion 32 has a ring shape.
  • the introduction portion 32 closes the gap between the shower head 20 and the chamber body 12, and is connected to the waveguide 30.
  • the introduction portion 32 may be provided along the side wall of the chamber 10.
  • the plasma processing device 1 further includes a waveguide 40.
  • the waveguide 40 is configured to propagate electromagnetic waves in order to generate plasma in the chamber 10.
  • the waveguide 40 may be provided above the chamber 10.
  • the plasma processing device 1 may further include an electromagnetic wave supply path 36.
  • the supply path 36 is connected to the waveguide 40.
  • the supply path 36 includes a conductor 36c.
  • the conductor 36c of the supply path 36 is connected to the gas supply pipe 22. Specifically, one end of the conductor 36c is connected to the flange portion 22f.
  • the plasma processing device 1 may further include a matching unit 50 and a power supply 60.
  • the other end of the conductor 36c is connected to the power supply 60 via the matching unit 50.
  • the power supply 60 is an electromagnetic wave generator.
  • the matching box 50 has an impedance matching circuit.
  • the impedance matching circuit is configured to match the impedance of the load of the power supply 60 with the output impedance of the power supply 60.
  • the impedance matching circuit has a variable impedance.
  • the impedance matching circuit can be, for example, a ⁇ -type circuit.
  • the electromagnetic wave from the power supply 60 is transmitted from the introduction unit 32 to the chamber 10 via the matching device 50, the supply path 36 (conductor 36c), the waveguide section 40, and the waveguide section 30 around the shower head 20. Introduced within.
  • This electromagnetic wave excites a gas (for example, a film-forming gas) from the first gas source 24 in the chamber 10 to generate plasma.
  • the waveguide 40 includes a resonance section 42 that resonates an electromagnetic wave there.
  • the resonance portion 42 is provided above the flange portion 22f.
  • the resonance section 42 includes a first waveguide 42a, a second waveguide 42b, and a load impedance section 42c.
  • the first waveguide 42a has a first characteristic impedance Z 1 .
  • the second waveguide 42b has a second characteristic impedance Z 2 .
  • the second waveguide 42b is terminated at the short circuit end 42e.
  • the short circuit end 42e is made of metal and has a ground potential.
  • the load impedance portion 42c is a waveguide connected between the first waveguide 42a and the second waveguide 42b.
  • the first waveguide 42a is a waveguide having a cylindrical shape and extends in the vertical direction.
  • the central axis of the first waveguide 42a substantially coincides with the axis AX.
  • the first waveguide 42a is provided by a first coaxial tube 421.
  • the first coaxial tube 421 includes an inner conductor 421i and an outer conductor 421o.
  • the inner conductor 421i and the outer conductor 421o have a cylindrical shape.
  • the inner conductor 421i and the outer conductor 421o share an axis AX as their central axis.
  • the first waveguide 42a is formed between the inner conductor 421i and the outer conductor 421o.
  • the inner conductor 421i may be provided by a gas supply pipe 22 (or portion 22a).
  • the load impedance portion 42c extends along the direction in which the first coaxial tube 421 extends continuously to the first waveguide 42a.
  • the load impedance portion 42c is connected to the second waveguide 42b.
  • the second waveguide 42b is a waveguide having a cylindrical shape and extends in the vertical direction.
  • the central axis of the second waveguide 42b substantially coincides with the axis AX.
  • the second waveguide 42b extends so as to surround the first waveguide 42a and the load impedance portion 42c.
  • the second waveguide 42b is folded back at the end 42d with respect to the portion composed of the first waveguide 42a and the load impedance portion 42c.
  • the end 42d is made of metal and has a ground potential. Further, the lower end of the second waveguide 42b is terminated by a short-circuit end 42e extending substantially horizontally.
  • the second waveguide 42b is provided by a second coaxial tube 422.
  • the second coaxial tube 422 includes an inner conductor 422i and an outer conductor 422o.
  • the inner conductor 422i and the outer conductor 422o have a cylindrical shape.
  • the inner conductor 422i and the outer conductor 422o share an axis AX as their central axis.
  • the second waveguide 42b is formed between the inner conductor 422i and the outer conductor 422o.
  • the second coaxial tube 422 has an outer conductor 421o of the first coaxial tube 421 as its inner conductor 422i.
  • the length L2 of the second waveguide 42b is substantially equal to the length of the resonant portion 42 in the vertical direction.
  • the length L2 of the second waveguide 42b that is, the length of the resonance portion 42 in the vertical direction may be less than 1/8 of the effective wavelength ⁇ g of the electromagnetic wave in the resonance portion 42.
  • the length L2 of the second waveguide 42b is substantially the same as the length L1 of the first waveguide 42a.
  • the difference between the length L2 of the second waveguide 42b and the length L1 of the first waveguide 42a is 10% or less of ⁇ g / 8 from the viewpoint of eliminating reflection at the short-circuit end 42e. It may be present, and more preferably 5% or less.
  • the length L3 of the load impedance portion 42c is similar to the difference between the length L2 of the second waveguide 42b and the length L1 of the first waveguide 42a, ignoring the plate thickness of the short-circuit end 42e.
  • the length is 10% or less of ⁇ g / 8.
  • the plasma processing device 1 may further include a cover conductor 44 and a dielectric portion 46.
  • the cover conductor 44 has a substantially cylindrical shape.
  • the cover conductor 44 surrounds the gas supply pipe 22 above the chamber 10.
  • the cover conductor 44 is grounded and has a ground potential.
  • the cover conductor 44 is connected to the gas supply pipe 22 at the upper end thereof. That is, the upper end of the cover conductor 44 closes the space between the cover conductor 44 and the gas supply pipe 22.
  • the upper end of the cover conductor 44 may extend substantially horizontally and may provide the end 42d of the resonant portion 42. Further, the cover conductor 44 may provide the outer conductor 422o of the second coaxial tube 422.
  • the cover conductor 44 may provide the outer conductor 421o of the first coaxial tube 421 and the inner conductor 422i of the second coaxial tube 422. Further, the cover conductor 44 may provide a short-circuit end 42e of the resonance portion 42.
  • the outer conductor 421o of the first coaxial tube 421, the inner conductor 422i of the second coaxial tube 422, and the short-circuit end 42e of the resonance portion 42 may be formed of a conductor separate from the cover conductor 44.
  • the lower end of the cover conductor 44 is connected to the chamber 10.
  • the lower end of the cover conductor 44 may be connected to the upper wall 14.
  • the cover conductor 44 may surround the conductor 36c.
  • a conductor separate from the cover conductor 44 may surround the conductor 36c.
  • the space between the cover conductor 44 and the conductor 36c may be filled with a dielectric portion. This dielectric portion may be integrated with the dielectric portion 46.
  • the dielectric portion 46 is formed of a dielectric.
  • the dielectric portion 46 is formed of, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the position of the lower end of the dielectric portion 46 inside the cover conductor 44 is substantially the same as the position of the lower surface of the flange portion 22f in the vertical direction.
  • the dielectric portion 46 extends from the outer peripheral surface of the gas supply pipe 22 to the inner peripheral surface of the cover conductor 44 below the lower surface of the short-circuit end 42e.
  • the dielectric portion 46 is arranged between the inner conductor 421i and the outer conductor 421o. That is, the space between the inner conductor 421i and the outer conductor 421o is filled with the dielectric portion 46.
  • the dielectric portion 46 extends along the inner conductor 421i so as to project from the end (upper end) of the first waveguide 42a to a position within the load impedance portion 42c.
  • the input impedance Z in of the resonance portion 42 is expressed by the following equation (1).
  • Z L1 is the load impedance with respect to the first waveguide 42a, that is, the impedance of the load impedance portion 42c, and is represented by the following formula (2).
  • Z L2 is the load impedance of the second waveguide 42b.
  • ⁇ 1 and ⁇ 2 are electric angles represented by the following equations (3) and (4), respectively.
  • the second characteristic impedance Z 2 is larger than the first characteristic impedance Z 1 . Therefore, as can be understood from the equations (7) and (4), even if the length L2 of the second waveguide 42b is shortened, the resonance condition is satisfied in the resonance portion 42. Therefore, according to the plasma processing device 1, the length of the resonance portion 42 can be shortened.
  • the length of the resonant portion 42 can be less than 1/8 of the effective wavelength ⁇ g .
  • the length of the resonance portion 42 may be about 1/16 of the effective wavelength ⁇ g .
  • the dielectric portion 46 extends along the inner conductor 421i so as to protrude from the end (upper end) of the first waveguide 42a to a position in the load impedance portion 42c. It exists. In this case, since the dielectric portion 46 extends from the second waveguide 42b so as to hide the inner conductor 421i of the first coaxial tube 421, the inside of the resonance portion 42 such as arc discharge and lead surface discharge Abnormal discharge is suppressed.
  • the gas supply pipe 22 is connected to the center of the upper part of the shower head 20, and the conductor 36c of the electromagnetic wave supply path 36 is connected to the flange portion 22f of the gas supply pipe 22. Therefore, the electromagnetic wave propagates uniformly around the gas supply pipe 22.
  • the electromagnetic wave is introduced into the chamber 10 from the introduction portion 32 provided along the outer periphery of the shower head 20 via the gas supply pipe 22 and the shower head 20. Therefore, according to the plasma processing apparatus 1, it is possible to improve the uniformity of the distribution of the plasma density in the chamber 10.
  • the deposits formed in the chamber 10 by the film forming process can be removed by radicals from the plasma of the cleaning gas. Since the radicals of the cleaning gas from the plasma are supplied through the gas supply pipe 22 and the shower head 20, their deactivation is suppressed and the radicals are uniformly supplied into the chamber 10. Therefore, according to the plasma processing apparatus 1, the chamber 10 can be cleaned uniformly and efficiently.
  • a plasma processing device that uses VHF waves or UHF waves as electromagnetic waves, it is necessary to supply electromagnetic waves into the chamber through the center of the shower head in order to keep the distribution of plasma density in the chamber uniform.
  • radicals for cleaning from the remote plasma source are sent into the chamber through a relatively thick gas supply pipe connected to the center of the shower head. Need to be introduced.
  • the plasma processing apparatus it is difficult to achieve both the uniformity of the plasma density distribution and the uniformity of cleaning. The reason is that it is difficult to achieve both the introduction of electromagnetic waves into the chamber through the center of the shower head and the introduction of radicals into the chamber through the gas supply pipe connected to the center of the shower head. This is because the.
  • the plasma processing apparatus 1 it is possible to improve the uniformity of the plasma density distribution in the chamber 10 and to improve the uniformity of cleaning in the chamber 10.
  • Plasma processing device 10 ... Chamber, 40 ... Waveguide section, 42 ... Resonance section, 42a ... First waveguide, 42b ... Second waveguide, 42c ... Load impedance section.

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Abstract

開示されるプラズマ処理装置は、チャンバ及び導波部を備える。導波部は、チャンバ内でプラズマを生成するためにＶＨＦ波又はＵＨＦ波である電磁波を伝播するように構成されている。導波部は、電磁波の共振部を含む。共振部は、第１の導波路、第２の導波路、及び負荷インピーダンス部を含む。第１の導波路は、第１の特性インピーダンスを有する。第２の導波路は、第２の特性インピーダンスを有する。第２の導波路は、グランド電位を有する短絡端において終端されている。負荷インピーダンス部は、第１の導波路と第２の導波路との間で接続されている。第２の特性インピーダンスは、第１の特性インピーダンスよりも大きい。

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。
　プラズマ処理装置がデバイス製造において用いられている。特開２０１１－２４３６３５号公報（以下、「特許文献１」という）は、プラズマ処理装置の一種として、平行平板型のプラズマ処理装置を開示している。
　特許文献１のプラズマ処理装置は、チャンバ及び上部電極を備える。上部電極は、シャワーヘッドを構成している。シャワーヘッドは、成膜ガスをチャンバ内に導入する。上部電極は、高周波電源に接続されている。高周波電源は、上部電極に高周波電力を供給する。上部電極に供給される高周波電力は、チャンバ内で高周波電界を生成する。生成された高周波電界は、チャンバ内で成膜ガスを励起させて、プラズマを生成する。基板に対する成膜処理では、プラズマからの化学種が基板上に堆積して、基板上に膜を形成する。
　また、特許文献１のプラズマ処理装置は、チャンバをクリーニングする機能を備えている。具体的に、特許文献１のプラズマ処理装置は、クリーニングガスのリモートプラズマからのラジカルといった化学種をチャンバの側壁からチャンバ内に導入するように構成されている。
特開２０１１－２４３６３５号公報
　本開示は、電磁波によりチャンバ内でプラズマを生成するプラズマ処理装置において電磁波の導波部における共振部の長さを短くする技術を提供する。
　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、チャンバ及び導波部を備える。導波部は、チャンバ内でプラズマを生成するためにＶＨＦ波又はＵＨＦ波である電磁波を伝播するように構成されている。導波部は、そこにおいて電磁波を共振させる共振部を含む。共振部は、第１の導波路、第２の導波路、及び負荷インピーダンス部を含む。第１の導波路は、第１の特性インピーダンスを有する。第２の導波路は、第２の特性インピーダンスを有する。第２の導波路は、グランド電位を有する短絡端において終端されている。負荷インピーダンス部は、第１の導波路と第２の導波路との間で接続されている。第２の特性インピーダンスは、第１の特性インピーダンスよりも大きい。
　一つの例示的実施形態によれば、電磁波によりチャンバ内でプラズマを生成するプラズマ処理装置において電磁波の導波部における共振部の長さを短くす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断面図である。 一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置の部分拡大断面図である。 図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿ってとった断面図である。 図２のＩＶ－ＩＶ線に沿ってとった断面図である。
　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、チャンバ及び導波部を備える。導波部は、チャンバ内でプラズマを生成するためにＶＨＦ波又はＵＨＦ波である電磁波を伝播するように構成されている。導波部は、そこにおいて電磁波を共振させる共振部を含む。共振部は、第１の導波路、第２の導波路、及び負荷インピーダンス部を含む。第１の導波路は、第１の特性インピーダンスを有する。第２の導波路は、第２の特性インピーダンスを有する。第２の導波路は、グランド電位を有する短絡端において終端されている。負荷インピーダンス部は、第１の導波路と第２の導波路との間で接続されている。第２の特性インピーダンスは、第１の特性インピーダンスよりも大きい。
　上記実施形態では、第２の特性インピーダンスが、第１の特性インピーダンスよりも大きいので、第２の導波路の長さが短くても、共振部において共振条件が満たされる。したがって、電磁波によりチャンバ内でプラズマを生成するプラズマ処理装置において電磁波の導波部における共振部の長さを短くすることが可能となる。
　一つの例示的実施形態において、第１の導波路の長さと第２の導波路の長さは、実質的に同一であってもよい。
　一つの例示的実施形態において、共振部の長さである第２の導波路の長さは、共振部内での電磁波の実効波長の１／８未満の長さを有していてもよい。
　一つの例示的実施形態において、第１の導波路は、内側導体及び外側導体を含む第１の同軸管によって提供されていてもよい。負荷インピーダンス部は、第１の導波路に連続して第１の同軸管が延在する方向に沿って延在していてもよい。第２の導波路は、第１の同軸管の外側導体である内側導体及び外側導体を含む第２の同軸管によって提供されていてもよく、第１の導波路及び負荷インピーダンス部を囲むように延在していてもよい。共振部において、第２の導波路は、第１の導波路及び負荷インピーダンスから構成される部分に対して折り返されていてもよい。
　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、誘電体材料から形成されており、第１の同軸管の内側導体と第１の同軸管の外側導体との間に配置されている。誘電体部は、第１の導波路の端部から負荷インピーダンス部の中の位置まで突き出るように、第１の同軸管の内側導体に沿って延在していてもよい。この実施形態では、誘電体部が第２の導波路から第１の同軸管の内側導体を隠すように延在しているので、アーク放電、鉛面放電といった共振部内での異常放電が抑制される。
　一つの例示的実施形態において、第１の同軸管の内側導体はガス供給管を構成していてもよい。
　一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、基板支持部、シャワーヘッド、及び導入部を更に備えていてもよい。基板支持部は、チャンバ内に設けられている。シャワーヘッドは、金属から形成されており、基板支持部の上方に設けられている。シャワーヘッドは、チャンバ内の空間に向けて開口した複数のガス孔を提供している。導入部は、誘電体から形成されており、電磁波をそこからチャンバ内に導入するようにシャワーヘッドの外周又はチャンバの側壁に沿って設けられている。ガス供給管は、チャンバの上方で鉛直方向に延在して、シャワーヘッドの上部中央に接続されており、共振部に接続された導波路を該共振部と導入部との間で提供している。
　一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、電磁波の供給路を更に備えていてもよい。ガス供給管は、環状の鍔部を含んでいてもよい。供給路は、鍔部に接続された導体を含んでいてもよい。共振部は、チャンバに対して鍔部の上方に設けられていてもよい。
　一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、第１のガス源、第２のガス源、及びリモートプラズマ源を更に備えていてもよい。第１のガス源は、成膜ガスのガス源であり、ガス供給管に接続されている。第２のガス源は、クリーニングガスのガス源である。リモートプラズマ源は、第２のガス源とガス供給管との間に接続されている。
　一つの例示的実施形態において、成膜ガスは、シリコン含有ガスを含んでいてもよい。一つの例示的実施形態において、クリーニングガスは、ハロゲン含有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断面図である。図２は、図１に示すプラズマ処理装置の部分拡大図である。図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿ってとった断面図である。図４は、図２のＩＶ－ＩＶ線に沿ってとった断面図である。図１～図４に示すプラズマ処理装置１は、電磁波によりプラズマを生成するように構成されている。電磁波は、ＶＨＦ波又はＵＨＦ波である。ＶＨＦ波の帯域は３０ＭＨｚ～３００ＭＨｚであり、ＵＨＦ波の帯域は３００ＭＨｚ～３ＧＨｚである。
　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、内部空間を画成している。基板Ｗはチャンバ１０の内部空間の中で処理される。チャンバ１０は、その中心軸線として軸線ＡＸを有している。軸線ＡＸは、鉛直方向に延びる軸線である。
　一実施形態においては、チャンバ１０は、チャンバ本体１２を含んでいてもよい。チャンバ本体１２は、略円筒形状を有しており、その上部において開口されている。チャンバ本体１２は、チャンバ１０の側壁及び底部を提供している。チャンバ本体１２は、アルミニウムのような金属から形成されている。チャンバ本体１２は、接地されている。
　チャンバ本体１２の側壁は、通路１２ｐを提供している。基板Ｗは、チャンバ１０の内部と外部との間で搬送されるときに、通路１２ｐを通過する。通路１２ｐは、ゲートバルブ１２ｖによって開閉可能である。ゲートバルブ１２ｖは、チャンバ本体１２の側壁に沿って設けられている。
　チャンバ１０は、上壁１４を更に含んでいてもよい。上壁１４は、アルミニウムのような金属から形成されている。上壁１４は、後述するカバー導体と共にチャンバ本体１２の上部の開口を閉じている。上壁１４は、チャンバ本体１２と共に接地されている。
　チャンバ１０の底部は、排気口を提供している。排気口は、排気装置１６に接続されている。排気装置１６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のような真空ポンプを含んでいる。
　プラズマ処理装置１は、基板支持部１８を更に備えていてもよい。基板支持部１８は、チャンバ１０内に設けられている。基板支持部１８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Ｗは、略水平な状態で基板支持部１８上に載置される。基板支持部１８は、支持部材１９によって支持されていてもよい。支持部材１９は、チャンバ１０の底部から上方に延びている。基板支持部１８及び支持部材１９は、窒化アルミニウム等の誘電体から形成され得る。
　プラズマ処理装置１は、シャワーヘッド２０を更に備えていてもよい。シャワーヘッド２０は、アルミニウムのような金属から形成されている。シャワーヘッド２０は、略円盤形状を有しており、中空構造を有し得る。シャワーヘッド２０は、その中心軸線として軸線ＡＸを共有している。シャワーヘッド２０は、基板支持部１８の上方、且つ、上壁１４の下方に設けられている。シャワーヘッド２０は、チャンバ１０の内部空間を画成する天部を構成している。
　シャワーヘッド２０は、複数のガス孔２０ｈを提供している。複数のガス孔２０ｈは、チャンバ１０の内部空間に向けて開口している。シャワーヘッド２０は、その中にガス拡散室２０ｃを更に提供している。複数のガス孔２０ｈは、ガス拡散室２０ｃに接続しており、ガス拡散室２０ｃから下方に延びている。
　プラズマ処理装置１は、ガス供給管２２を更に備えていてもよい。ガス供給管２２は、円筒形状の管である。ガス供給管２２は、アルミニウムのような金属から形成されている。ガス供給管２２は、シャワーヘッド２０の上方において、鉛直方向に延在している。ガス供給管２２は、その中心軸線として軸線ＡＸを共有している。ガス供給管２２の下端は、シャワーヘッド２０の上部中央に接続している。シャワーヘッド２０の上部中央は、ガスの入口を提供している。入口は、ガス拡散室２０ｃに接続している。ガス供給管２２は、ガスをシャワーヘッド２０に供給する。ガス供給管２２からのガスは、シャワーヘッド２０の入口及びガス拡散室２０ｃを介して、複数のガス孔２０ｈからチャンバ１０内に導入される。
　一実施形態において、プラズマ処理装置１は、第１のガス源２４、第２のガス源２６、及びリモートプラズマ源２８を更に備えていてもよい。第１のガス源２４は、ガス供給管２２に接続されている。第１のガス源２４は、成膜ガスのガス源であり得る。成膜ガスは、シリコン含有ガスを含んでいてもよい。シリコン含有ガスは、例えばＳｉＨ４を含む。成膜ガスは、他のガスを更に含んでいてもよい。例えば、成膜ガスは、ＮＨ３ガス、Ｎ２ガス、Ａｒのような希ガス等を更に含んでいてもよい。第１のガス源２４からのガス（例えば成膜ガス）は、ガス供給管２２を介してシャワーヘッド２０からチャンバ１０内に導入される。
　第２のガス源２６は、リモートプラズマ源２８を介して、ガス供給管２２に接続されている。第２のガス源２６は、クリーニングガスのガス源であり得る。クリーニングガスは、ハロゲン含有ガスを含んでいてもよい。ハロゲン含有ガスは、例えばＮＦ３及び／又はＣｌ２を含む。クリーニングガスは、他のガスを更に含んでいてもよい。クリーニングガスは、Ａｒのような希ガスを更に含んでいてもよい。
　リモートプラズマ源２８は、チャンバ１０から離れた場所で第２のガス源２６からのガスを励起させてプラズマを生成する。一実施形態では、リモートプラズマ源２８は、クリーニングガスからプラズマを生成する。リモートプラズマ源２８は、如何なるタイプのプラズマ源であってもよい。リモートプラズマ源２８としては、容量結合型のプラズマ源、誘導結合型のプラズマ源、又はマイクロ波によってプラズマを生成する型のプラズマ源が例示される。リモートプラズマ源２８において生成されたプラズマ中のラジカルは、ガス供給管２２を介してシャワーヘッド２０からチャンバ１０内に導入される。ラジカルの失活を抑制するために、ガス供給管２２は、比較的太い直径を有し得る。ガス供給管２２の外径（直径）は、例えば４０ｍｍ以上である。一例において、ガス供給管２２の外径（直径）は８０ｍｍである。なお、ガス供給管２２は、円筒形状を有しており、ガス供給管２２の外径（直径）は、鍔部２２ｆの他の部分２２ａでのガス供給管２２の外径である。環状の鍔部２２ｆは、ガス供給管２２の長手方向の一部を構成している。鍔部２２ｆは、ガス供給管２２の他の部分２２ａから径方向に突き出している。このガス供給管２２は、後述する導波部４０の一部を構成し得る。
　シャワーヘッド２０は、上壁１４から下方に離れている。シャワーヘッド２０と上壁１４との間の空間は、導波路３０の一部を構成している。この導波路３０は、ガス供給管２２が、ガス供給管２２と上壁１４との間に提供している空間も含む。
　プラズマ処理装置１は、導入部３２を更に備えていてもよい。導入部３２は、酸化アルミニウムのような誘電体から形成されている。導入部３２は、そこからチャンバ１０内に電磁波を導入するようにシャワーヘッド２０の外周に沿って設けられている。導入部３２は、環形状を有する。導入部３２は、シャワーヘッド２０とチャンバ本体１２との間の間隙を閉じており、導波路３０に繋がっている。なお、導入部３２は、チャンバ１０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、導波部４０を更に備えている。導波部４０は、チャンバ１０内でプラズマを生成するために、電磁波を伝播するように構成されている。導波部４０は、チャンバ１０の上方に設けられ得る。
　プラズマ処理装置１は、電磁波の供給路３６を更に備えていてもよい。供給路３６は、導波部４０に接続されている。一実施形態において、供給路３６は、導体３６ｃを含んでいる。供給路３６の導体３６ｃは、ガス供給管２２に接続されている。具体的に、導体３６ｃの一端は、鍔部２２ｆに接続されている。
　プラズマ処理装置１は、整合器５０及び電源６０を更に備えていてもよい。導体３６ｃの他端は、整合器５０を介して、電源６０に接続されている。電源６０は、電磁波の発生器である。整合器５０は、インピーダンス整合回路を有する。インピーダンス整合回路は、電源６０の負荷のインピーダンスを、電源６０の出力インピーダンスに整合させるように構成される。インピーダンス整合回路は、可変インピーダンスを有する。インピーダンス整合回路は、例えばπ型の回路であり得る。
　プラズマ処理装置１において、電源６０からの電磁波は、整合器５０、供給路３６（導体３６ｃ）、導波部４０、及びシャワーヘッド２０の周りの導波路３０を介して、導入部３２からチャンバ１０内に導入される。この電磁波は、第１のガス源２４からのガス（例えば成膜ガス）をチャンバ１０内で励起させて、プラズマを生成させる。
　導波部４０は、そこにおいて電磁波を共振させる共振部４２を含む。一実施形態において、共振部４２は、鍔部２２ｆに対して上方に設けられている。共振部４２は、第１の導波路４２ａ、第２の導波路４２ｂ、及び負荷インピーダンス部４２ｃを含む。第１の導波路４２ａは、第１の特性インピーダンスＺ１を有する。第２の導波路４２ｂは、第２の特性インピーダンスＺ２を有する。第２の導波路４２ｂは、短絡端４２ｅにおいて終端されている。短絡端４２ｅは、金属から形成されており、グランド電位を有する。負荷インピーダンス部４２ｃは、第１の導波路４２ａと第２の導波路４２ｂとの間で接続された導波路である。
　一実施形態において、第１の導波路４２ａは、円筒形状を有する導波路であり、鉛直方向に延在する。第１の導波路４２ａの中心軸線は、軸線ＡＸに略一致している。一実施形態において、第１の導波路４２ａは、第１の同軸管４２１によって提供されている。第１の同軸管４２１は、内側導体４２１ｉ及び外側導体４２１ｏを含んでいる。内側導体４２１ｉ及び外側導体４２１ｏは、円筒形状を有している。内側導体４２１ｉ及び外側導体４２１ｏは、それらの中心軸線として、軸線ＡＸを互いに共有している。第１の導波路４２ａは、内側導体４２１ｉと外側導体４２１ｏとの間に形成されている。一実施形態において、内側導体４２１ｉは、ガス供給管２２（又は部分２２ａ）によって提供され得る。
　負荷インピーダンス部４２ｃは、第１の導波路４２ａに連続して第１の同軸管４２１が延在する方向に沿って延在している。負荷インピーダンス部４２ｃは、第２の導波路４２ｂに接続されている。
　一実施形態において、第２の導波路４２ｂは、円筒形状を有する導波路であり、鉛直方向に延在する。第２の導波路４２ｂの中心軸線は、軸線ＡＸに略一致している。第２の導波路４２ｂは、第１の導波路４２ａ及び負荷インピーダンス部４２ｃを囲むように延在している。第２の導波路４２ｂは、第１の導波路４２ａ及び負荷インピーダンス部４２ｃから構成される部分に対して端部４２ｄで折り返されている。端部４２ｄは、金属から形成されており、グランド電位を有する。また、第２の導波路４２ｂの下端は、略水平に延在する短絡端４２ｅで終端されている。
　一実施形態において、第２の導波路４２ｂは、第２の同軸管４２２によって提供されている。第２の同軸管４２２は、内側導体４２２ｉ及び外側導体４２２ｏを含んでいる。内側導体４２２ｉ及び外側導体４２２ｏは、円筒形状を有している。内側導体４２２ｉ及び外側導体４２２ｏは、それらの中心軸線として、軸線ＡＸを互いに共有している。第２の導波路４２ｂは、内側導体４２２ｉと外側導体４２２ｏとの間に形成されている。一実施形態において、第２の同軸管４２２は、第１の同軸管４２１の外側導体４２１ｏを、その内側導体４２２ｉとして有している。
　一実施形態において、第２の導波路４２ｂの長さＬ２は、共振部４２の鉛直方向における長さに略等しい。第２の導波路４２ｂの長さＬ２、即ち共振部４２の鉛直方向における長さは、共振部４２内での電磁波の実効波長λｇの１／８未満であり得る。また、一実施形態において、第２の導波路４２ｂの長さＬ２は、第１の導波路４２ａの長さＬ１と実質的に同一である。具体的には、第２の導波路４２ｂの長さＬ２と第１の導波路４２ａの長さＬ１との差は、短絡端４２ｅでの反射を無くす観点からλg／８の１０％以下であってもよく、５％以下であることが更に好ましい。反対に、大気放電を防止する観点からは、２ｍｍ以上であることが好ましい。また、負荷インピーダンス部４２ｃの長さＬ３は、短絡端４２ｅの板厚を無視すると、第２の導波路４２ｂの長さＬ２と第１の導波路４２ａの長さＬ１との差と同様に、λg／８の１０％以下の長さになる。
　一実施形態において、プラズマ処理装置１は、カバー導体４４及び誘電体部４６を更に備えていてもよい。カバー導体４４は、略円筒形状を有している。カバー導体４４は、チャンバ１０の上方で、ガス供給管２２を囲んでいる。カバー導体４４は、接地されており、グランド電位を有する。
　カバー導体４４は、その上端においてガス供給管２２に接続されている。即ち、カバー導体４４の上端は、カバー導体４４とガス供給管２２との間の空間を閉じている。カバー導体４４の上端は、略水平に延在していてもよく、共振部４２の端部４２ｄを提供していてもよい。また、カバー導体４４は、第２の同軸管４２２の外側導体４２２ｏを提供していてもよい。
　カバー導体４４は、第１の同軸管４２１の外側導体４２１ｏ及び第２の同軸管４２２の内側導体４２２ｉを提供していてもよい。また、カバー導体４４は、共振部４２の短絡端４２ｅを提供していてもよい。なお、第１の同軸管４２１の外側導体４２１ｏ、第２の同軸管４２２の内側導体４２２ｉ、及び共振部４２の短絡端４２ｅは、カバー導体４４とは別個の導体から形成されていてもよい。
　カバー導体４４の下端は、チャンバ１０に接続されている。一実施形態では、カバー導体４４の下端は、上壁１４に接続されていてもよい。カバー導体４４は、導体３６ｃを囲んでいてもよい。或いは、カバー導体４４と別体の導体が、導体３６ｃを囲んでいてもよい。カバー導体４４と導体３６ｃとの間の空間は、誘電体部で埋められていてもよい。この誘電体部は、誘電体部４６と一体化されていてもよい。
　誘電体部４６は、誘電体から形成されている。誘電体部４６は、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から形成されている。カバー導体４４の内側における誘電体部４６の下端の位置は、鍔部２２ｆの下面の鉛直方向の位置と略同一である。誘電体部４６は、短絡端４２ｅの下面から下方では、ガス供給管２２の外周面からカバー導体４４の内周面まで延在している。また、誘電体部４６は、内側導体４２１ｉと外側導体４２１ｏとの間に配置されている。即ち、内側導体４２１ｉと外側導体４２１ｏとの間の空間は、誘電体部４６で埋められている。一実施形態において、誘電体部４６は、第１の導波路４２ａの端部（上端）から負荷インピーダンス部４２ｃの中の位置まで突き出るように、内側導体４２１ｉに沿って延在している。
　ここで、共振部４２の入力インピーダンスＺｉｎは、下記の式（１）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 式（１）において、ＺＬ１は、第１の導波路４２ａに対する負荷インピーダンス、即ち、負荷インピーダンス部４２ｃのインピーダンスであり、下記の式（２）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 式（２）において、ＺＬ２は、第２の導波路４２ｂの負荷インピーダンスである。式（１）及び式（２）における、θ１及びθ２は、下記の式（３）及び（４）でそれぞれ表される電気角である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　第２の導波路４２ｂは短絡端４２ｅで短絡されているので、ＺＬ２は０である。よって、式（２）から以下の式（５）が導かれる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 また、第１の導波路４２ａの長さＬ１と第２の導波路４２ｂの長さＬ２は互いに略同一であるので、θ１とθ２は互いに略同一である。よって、式（１）と式（５）から下記の式（６）が導かれる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 さらに、共振条件が満たされる場合には、入力インピーダンスＺｉｎは無限大である。よって、式（６）から下記の式（７）が導かれる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　プラズマ処理装置１では、第２の特性インピーダンスＺ２が、第１の特性インピーダンスＺ１よりも大きい。したがって、式（７）及び式（４）から理解されるように、第２の導波路４２ｂの長さＬ２を短くしても、共振部４２において共振条件が満たされる。故に、プラズマ処理装置１によれば、共振部４２の長さを短くすることが可能となる。例えば、上述したように、共振部４２の長さは、実効波長λｇの１／８未満であり得る。共振部４２の長さは、実効波長λｇの約１／１６の長さであってもよい。
　一実施形態においては、上述したように、誘電体部４６は、第１の導波路４２ａの端部（上端）から負荷インピーダンス部４２ｃの中の位置まで突き出るように、内側導体４２１ｉに沿って延在している。この場合には、誘電体部４６が、第２の導波路４２ｂから第１の同軸管４２１の内側導体４２１ｉを隠すように延在しているので、アーク放電、鉛面放電といった共振部４２内での異常放電が抑制される。
　また、プラズマ処理装置１では、ガス供給管２２がシャワーヘッド２０の上部中央に接続されており、電磁波の供給路３６の導体３６ｃは、このガス供給管２２の鍔部２２ｆに接続されている。したがって、ガス供給管２２の周りで均一に電磁波が伝播する。電磁波は、ガス供給管２２及びシャワーヘッド２０を介して、シャワーヘッド２０の外周に沿って設けられた導入部３２から、チャンバ１０内に導入される。故に、プラズマ処理装置１によれば、チャンバ１０内でのプラズマの密度の分布の均一性を高めることが可能となる。
　また、プラズマ処理装置１によれば、成膜処理によりチャンバ１０内に形成された堆積物を、クリーニングガスのプラズマからのラジカルにより除去することができる。クリーニングガスのプラズマからのラジカルはガス供給管２２及びシャワーヘッド２０を介して供給されるので、その失活が抑制され、且つ、チャンバ１０内に均一に供給される。したがって、プラズマ処理装置１によれば、チャンバ１０のクリーニングが均一且つ効率的に行われ得る。電磁波としてＶＨＦ波又はＵＨＦ波を用いるプラズマ処理装置では、チャンバ内でのプラズマの密度の分布を均一に保つためには、シャワーヘッドの中心部を介してチャンバ内に電磁波を供給する必要がある。また、チャンバ内のクリーニングを効率的に且つ均一に行うためには、リモートプラズマ源からのクリーニング用のラジカルを、シャワーヘッドの中心部に接続された比較的太いガス供給管を介してチャンバ内に導入する必要がある。しかしながら、従来のプラズマ処理装置の構造では、プラズマの密度の分布の均一性とクリーニングの均一性を両立させることが難しかった。その理由は、シャワーヘッドの中心部を介するチャンバ内への電磁波の導入と、シャワーヘッドの中心部に接続されたガス供給管を介するチャンバ内へのラジカルの導入とを両立させることが困難であったからである。一方、プラズマ処理装置１によれば、チャンバ１０内でのプラズマの密度の分布の均一性向上と、チャンバ１０内のクリーニングの均一性向上とを両立することが可能となっている。
　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、４０…導波部、４２…共振部、４２ａ…第１の導波路、４２ｂ…第２の導波路、４２ｃ…負荷インピーダンス部。

Claims (11)

  1. 　チャンバと、
    　前記チャンバ内でプラズマを生成するためにＶＨＦ波又はＵＨＦ波である電磁波を伝播する導波部であり、そこにおいて該電磁波を共振させる共振部を含む、該導波部と、
    を備え、
    　前記共振部は、
    　　第１の特性インピーダンスを有する第１の導波路と、
    　　第２の特性インピーダンスを有し、グランド電位を有する短絡端において終端された第２の導波路と、
    　　前記第１の導波路と前記第２の導波路との間で接続された負荷インピーダンス部と、
    を含み、
    　前記第２の特性インピーダンスは、第１の特性インピーダンスよりも大きい、
    プラズマ処理装置。
  2. 　前記第１の導波路の長さと前記第２の導波路の長さは、実質的に同一である、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 　前記共振部の長さである前記第２の導波路の長さは、該共振部内での前記電磁波の実効波長の１／８未満の長さを有する、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 　前記第１の導波路は、内側導体及び外側導体を含む第１の同軸管によって提供されており、
    　前記負荷インピーダンス部は、前記第１の導波路に連続して前記第１の同軸管が延在する方向に沿って延在しており、
    　前記第２の導波路は、前記第１の同軸管の前記外側導体である内側導体及び外側導体を含む第２の同軸管によって提供されており、前記第１の導波路及び前記負荷インピーダンス部を囲むように延在しており、
    　前記共振部において、前記第２の導波路は、前記第１の導波路及び前記負荷インピーダンス部から構成される部分に対して折り返されている、
    請求項１～３の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  5. 　誘電体材料から形成されており、前記第１の同軸管の前記内側導体と前記第１の同軸管の前記外側導体との間に配置された誘電体部を更に備え、
    　前記誘電体部は、前記第１の導波路の端部から前記負荷インピーダンス部の中の位置まで突き出るように、前記第１の同軸管の前記内側導体に沿って延在している、
    請求項４に記載のプラズマ処理装置。
  6. 　前記第１の同軸管の前記内側導体はガス供給管を構成している、請求項４又は５に記載のプラズマ処理装置。
  7. 　前記チャンバ内に設けられた基板支持部と、
    　金属から形成されており、前記チャンバ内の空間に向けて開口した複数のガス孔を提供し、前記基板支持部の上方に設けられたシャワーヘッドと、
    　誘電体から形成されており、電磁波をそこから前記チャンバ内に導入するように前記シャワーヘッドの外周又は前記チャンバの側壁に沿って設けられた導入部と、
    を更に備え、
    　前記ガス供給管は、前記チャンバの上方で鉛直方向に延在して、前記シャワーヘッドの上部中央に接続されており、前記共振部に接続された導波路を該共振部と前記導入部との間で提供している、請求項６に記載のプラズマ処理装置。
  8. 　電磁波の供給路を更に備え、
    　前記ガス供給管は、環状の鍔部を含み、
    　前記供給路は、前記鍔部に接続された導体を含み、
    　前記共振部は、前記チャンバに対して前記鍔部の上方に設けられている、
    請求項６又は７に記載のプラズマ処理装置。
  9. 　前記ガス供給管に接続された成膜ガスの第１のガス源と、
    　クリーニングガスの第２のガス源と、
    　前記第２のガス源と前記ガス供給管との間で接続されたリモートプラズマ源と、
    を更に備える、請求項６～８の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  10. 　前記成膜ガスは、シリコン含有ガスを含む、請求項９に記載のプラズマ処理装置。
  11. 　前記クリーニングガスは、ハロゲン含有ガスを含む、請求項９又は１０に記載のプラズマ処理装置。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023183584A (ja) * 2022-06-16 2023-12-28 東京エレクトロン株式会社 高周波電源、プラズマ処理装置、及び整合方法
JP2023183583A (ja) * 2022-06-16 2023-12-28 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04128393A (ja) * 1990-09-19 1992-04-28 Yuuha Mikakutou Seimitsu Kogaku Kenkyusho:Kk ラジカル反応による無歪精密加工装置
JPH09106900A (ja) * 1995-05-19 1997-04-22 Hitachi Ltd プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置
JPH09293599A (ja) * 1996-04-30 1997-11-11 Hitachi Ltd プラズマ処理方法および装置
JPH1025583A (ja) * 1996-07-09 1998-01-27 Yuzo Mori 形状創成装置
JPH11900A (ja) * 1997-06-12 1999-01-06 Nikon Corp 形状創成装置および制御方法
JP2003332320A (ja) * 2002-03-07 2003-11-21 Hitachi High-Technologies Corp プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5548028B2 (ja) 2010-05-14 2014-07-16 株式会社ランドマークテクノロジー 堆積チャンバのリモートクリーニング方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04128393A (ja) * 1990-09-19 1992-04-28 Yuuha Mikakutou Seimitsu Kogaku Kenkyusho:Kk ラジカル反応による無歪精密加工装置
JPH09106900A (ja) * 1995-05-19 1997-04-22 Hitachi Ltd プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置
JPH09293599A (ja) * 1996-04-30 1997-11-11 Hitachi Ltd プラズマ処理方法および装置
JPH1025583A (ja) * 1996-07-09 1998-01-27 Yuzo Mori 形状創成装置
JPH11900A (ja) * 1997-06-12 1999-01-06 Nikon Corp 形状創成装置および制御方法
JP2003332320A (ja) * 2002-03-07 2003-11-21 Hitachi High-Technologies Corp プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

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