WO2023218996A1 - プラズマ処理装置 - Google Patents

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    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy

Definitions

  • An exemplary embodiment of the present disclosure relates to a plasma processing apparatus.
  • Plasma processing is often used to process substrates such as semiconductor wafers.
  • a plasma processing apparatus is used for plasma processing, and the plasma may be provided by a remote plasma source, for example.
  • Patent Documents 1 to 4 disclose techniques related to a plasma processing apparatus having a remote plasma source.
  • the present disclosure provides techniques for reducing the effects that a remote plasma source can have on a plasma.
  • a plasma processing apparatus may include a processing container, a high frequency power source, a plasma supply section, a gas supply section, and a voltage adjustment section.
  • the plasma supply section includes an upper electrode and a lower electrode section, and can be configured to supply only radicals, or radicals and some ions to the processing chamber.
  • the upper electrode may be configured to be electrically connected to a high frequency power source and to receive a high frequency voltage from the high frequency power source.
  • the lower electrode part may be provided to face the upper electrode.
  • the gas supply may be configured to supply a processing gas to the plasma supply for use in generating plasma in the plasma supply.
  • the voltage adjustment unit may be used to adjust the voltage of the upper electrode.
  • the space provided by the upper electrode and the lower electrode part may be configured to be supplied with a processing gas by a gas supply part.
  • the lower electrode portion extends along the surface of the upper electrode and may include an electrode plate with a mesh structure.
  • the mesh-structured electrode plate may be configured to communicate an inner region and an outer region of the plasma supply section provided by the lower electrode section.
  • the plasma supply section and the voltage adjustment section may be configured to lower the sheath voltage of the sheath region formed on the lower electrode section during generation of plasma in the plasma supply section.
  • a technique for reducing the effects that a remote plasma source may have on a plasma.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a plasma processing apparatus according to one exemplary embodiment.
  • FIG. FIG. 2 is a diagram illustrating potentials that may occur in the inner region of the plasma supply section of the plasma processing apparatus that does not include the voltage adjustment section shown in FIG. 1; 3 is a diagram showing the potential of the upper electrode that generates the potential shown in FIG. 2 that can occur in the inner region of the plasma supply section;
  • FIG. FIG. 2 is a diagram showing an example of a plasma supply section and a voltage adjustment section shown in FIG. 1;
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a plasma supply section and a voltage adjustment section shown in FIG. 1;
  • FIG. 6 is a diagram illustrating potentials that may occur in the inner region of the plasma supply section electrically connected to the voltage adjustment section shown in FIGS.
  • FIG. 7 is a diagram showing the potential of the upper electrode that generates the potential shown in FIG. 6 that can occur in the inner region of the plasma supply section.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a plasma supply section and a voltage adjustment section shown in FIG. 1; 9 is a diagram illustrating the filter circuit shown in FIG. 8.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating potentials that can occur in the inner region of the plasma supply section electrically connected to the voltage adjustment section shown in FIG. 8;
  • FIG. 11 is a diagram showing the potential of the upper electrode that generates the potential shown in FIG. 10 that can occur in the inner region of the plasma supply section.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a plasma supply section and a voltage adjustment section shown in FIG. 1; FIG.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a plasma supply section and a voltage adjustment section shown in FIG. 1;
  • FIG. 14 is a diagram illustrating potentials that can occur in the inner region of the plasma supply section electrically connected to the voltage adjustment section shown in FIGS. 12 and 13.
  • FIG. 15 is a diagram showing the potential of the upper electrode that generates the potential shown in FIG. 14 that can occur in the inner region of the plasma supply section.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a plasma supply section and a voltage adjustment section shown in FIG. 1;
  • the plasma supply unit that generates plasma and supplies only radicals or radicals and some ions to the process space is a remote plasma source.
  • plasma is generated in the inner region of the plasma supply section 10
  • a process using only radicals or radicals and some ions is performed in the outer region of the plasma supply section.
  • a mesh structure that penetrates both regions and allows radicals in the plasma to pass through may be used.
  • such a mesh structure may be used in a capacitively coupled plasma processing apparatus. In this case, the mesh may be damaged by the collision of ions in the plasma, and the mesh may be heated, resulting in defects in the mesh structure itself or particles generated by the defects leaking to the outside of the plasma supply section.
  • a plasma processing apparatus may include a processing container, a high frequency power source, a plasma supply section, a gas supply section, and a voltage adjustment section.
  • the plasma supply section includes an upper electrode and a lower electrode section, and can be configured to supply only radicals, or radicals and some ions to the processing chamber.
  • the upper electrode may be configured to be electrically connected to a high frequency power source and to receive a high frequency voltage from the high frequency power source.
  • the lower electrode part may be provided to face the upper electrode.
  • the gas supply may be configured to supply a processing gas to the plasma supply for use in generating plasma in the plasma supply.
  • the voltage adjustment unit may be used to adjust the voltage of the upper electrode.
  • the space provided by the upper electrode and the lower electrode part may be configured to be supplied with a processing gas by a gas supply part.
  • the lower electrode portion extends along the surface of the upper electrode and may include an electrode plate with a mesh structure.
  • the mesh-structured electrode plate may be configured to communicate an inner region and an outer region of the plasma supply section provided by the lower electrode section.
  • the plasma supply section and the voltage adjustment section may be configured to lower the sheath voltage of the sheath region formed on the lower electrode section during generation of plasma in the plasma supply section.
  • the sheath voltage of the sheath region formed on the lower electrode section including the mesh-structured electrode during plasma generation can be reduced by the plasma supply section and the voltage adjustment section. Therefore, damage and heating to the lower electrode portion are reduced, and defects in the mesh structure itself and leakage of particles caused by the defects to the outside region of the plasma supply portion can be suppressed.
  • the voltage regulator may include a diode.
  • the anode of the diode may be electrically connected to the top electrode.
  • the cathode of the diode may be electrically connected to ground together with the lower electrode portion.
  • the voltage regulator may include a switch circuit.
  • the lower electrode portion may be electrically connected to ground.
  • the switch circuit may be electrically connected between the lower electrode portion and the upper electrode and configured to suppress a positive voltage component of the high frequency voltage applied to the upper electrode by the high frequency power source.
  • the voltage regulator may include a diode, a filter circuit, and a DC power supply.
  • the anode of the diode may be electrically connected to the top electrode.
  • the filter circuit may include a first capacitor, a second capacitor, a third capacitor, and an inductor.
  • the inductor and the second capacitor may be electrically connected in parallel between the diode and the DC power source.
  • a cathode of the diode may be electrically connected to a negative terminal of a DC power source via an inductor and a second capacitor.
  • a cathode of the diode may be electrically connected to ground via a first capacitor.
  • a negative terminal of the DC power source may be electrically connected to ground via a third capacitor.
  • a positive terminal of the DC power source may be electrically connected to the lower electrode portion and ground.
  • the plasma supply unit may further include an electrode provided on a side wall of the plasma supply unit extending between the upper electrode and the lower electrode unit and electrically connected to ground.
  • the voltage regulator may be configured to electrically connect the electrode to ground.
  • the lower electrode portion may be configured to be electrically floating.
  • the plasma processing apparatus further includes an electrode provided on a side wall of the plasma supply part extending between the upper electrode part and the lower electrode part and electrically connected to ground via an LC series resonant circuit.
  • the voltage regulator may include an LC series resonant circuit.
  • the lower electrode portion may be configured to be electrically floating.
  • the plasma processing apparatus may further include an electrode provided on a side wall of the plasma supply section extending between the upper electrode and the lower electrode section and electrically connected to ground.
  • the lower electrode portion may include a first electrode plate and a second electrode plate each having a mesh structure and extending in parallel to each other.
  • the first electrode plate may be arranged between the second electrode plate and the upper electrode and configured to be electrically floating.
  • the second electrode plate may be electrically connected to ground.
  • the voltage regulator may be configured to electrically connect the electrode and the second electrode plate to ground.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a plasma processing apparatus according to one exemplary embodiment.
  • the plasma processing apparatus 100 performs radical processing on a process space including a substrate W, and is configured as a remote plasma processing apparatus using capacitively coupled plasma.
  • the substrate W may be, for example, a semiconductor wafer, but is not limited thereto.
  • the plasma processing apparatus 100 has a substantially cylindrical metal processing container 1.
  • the processing container 1 is electrically connected to the ground (grounded).
  • a substrate mounting table 2 for horizontally mounting a substrate W is provided inside the processing container 1 .
  • the substrate mounting table 2 may have a heating mechanism or a cooling mechanism depending on the plasma processing.
  • a plurality of elevating pins (not shown) are inserted into the substrate mounting table 2 so as to be able to protrude and retract from the top surface thereof, and the substrate mounting table is raised and lowered by the elevating and lowering movement of the plurality of elevating pins by an elevating mechanism (not shown).
  • the substrate W is transferred to and from the terminal 2.
  • the plasma processing apparatus 100 includes a gas supply section 20.
  • the gas supply section 20 is configured to supply the plasma supply section 10 with a processing gas used to generate plasma in the plasma supply section 10 .
  • the gas supply unit 20 can supply a plurality of gases necessary for plasma processing, such as a processing gas, a plasma generation gas, and a purge gas.
  • gases necessary for plasma processing such as a processing gas, a plasma generation gas, and a purge gas.
  • An appropriate processing gas can be selected depending on the plasma processing to be performed.
  • the gas supply section 20 has a plurality of gas supply sources and gas supply piping, and the gas supply piping is provided with valves and a flow rate controller such as a mass flow controller.
  • An exhaust port 41 is provided on the bottom wall of the processing container 1 , and an exhaust device 43 is connected to the exhaust port 41 via an exhaust pipe 42 .
  • the exhaust device 43 includes an automatic pressure control valve and a vacuum pump, and is configured to evacuate the inside of the processing container 1 and maintain the inside of the processing container 1 at a desired degree of vacuum.
  • the control unit 50 may include a main control unit including a CPU, an input device, an output device, a display device, and a storage device.
  • the processing of the plasma processing apparatus 100 can be controlled based on the processing recipe stored in the storage medium of the storage device.
  • a loading/unloading port for loading/unloading the substrate W into/out of the processing container 1 is provided on the side wall of the processing container 1, and this loading/unloading port is configured to be opened and closed by a gate valve. can be done.
  • the plasma supply unit 10 is configured to supply plasma to the processing container 1.
  • the plasma supply section 10 includes an upper electrode 10a and a lower electrode section 10c.
  • the upper electrode 10a is configured to be electrically connected to a high frequency power source 30 and to receive a high frequency voltage from the high frequency power source 30.
  • the lower electrode portion 10c is provided to face the upper electrode 10a.
  • the high frequency power supply 30 can apply a high frequency voltage of 10 kHz to 60 MHz to the upper electrode 10a.
  • a matching box 32 is connected to the power supply line 31 downstream of the high frequency power source 30 .
  • the matching device 32 matches the load impedance to the internal (or output) impedance of the high frequency power source 30.
  • the lower electrode portion 10c extends along the surface of the upper electrode 10a.
  • the lower electrode section 10c includes an electrode plate 10c1.
  • the electrode plate 10c1 communicates with the inner region (region where plasma is generated) and the outer region (region where processing of the substrate W is performed by plasma) of the plasma supply section 10 provided by the lower electrode section 10c. It has a structured mesh structure.
  • the space provided by the upper electrode 10a and the lower electrode part 10c may be configured to be supplied with a processing gas by the gas supply part 20.
  • the plasma supply section 10 is configured to generate plasma from this processing gas and supply electrically neutral radicals contained in the plasma into the processing chamber 1 via the lower electrode section 10c having a mesh structure. .
  • Ions in the plasma generated in the plasma supply section 10 can be accelerated toward the lower electrode section 10c by the sheath voltage (difference between the potential of the plasma and the potential of the lower electrode section 10c) of the sheath region MS on the lower electrode section 10c. . Ions in the plasma can collide with the mesh-structured electrode plate included in the lower electrode section 10c. For this reason, the lower electrode section 10c suppresses the supply of ions to the outer region of the plasma supply section 10 through this mesh structure, and supplies (inflows) radicals in the plasma to the outer region of the plasma supply section 10. ).
  • the plasma processing apparatus 100 includes a voltage adjustment section 33.
  • the voltage adjustment section 33 is used to adjust the voltage of the upper electrode 10a.
  • the voltage adjustment section 33, or the plasma supply section 10 and the voltage adjustment section 33 (configurations shown in FIGS. 4, 5, 8, 12, 13, and 16, respectively) are configured to control the lower electrode section 10c during plasma generation in the plasma supply section 10. It is configured to lower the voltage of the sheath region MS formed above. In this way, the voltage regulator 33 or the voltage regulator 33 and the plasma supply unit 10 reduce the sheath voltage of the sheath region MS formed on the lower electrode part 10c including the mesh-structured electrode during plasma generation. obtain.
  • the plasma supply unit 10 processes some of the ions in the plasma together with radicals. It may also be supplied inside the container 1.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating potentials that can occur in the inner region of the plasma supply section 10 included in the plasma processing apparatus 100 in which the voltage adjustment section 33 is not provided.
  • FIG. 3 is a diagram showing the potential of the upper electrode 10a that generates the potential shown in FIG. 2 that can occur in the inner region of the plasma supply section 10. Referring to FIGS. 2 and 3, this may occur when a high frequency voltage having a waveform shown in graph G1b is applied to lower electrode portion 10c by high frequency power supply 30 in plasma processing apparatus 100 in which voltage adjustment section 33 is not provided.
  • a high frequency voltage is applied to the upper electrode 10a from the high frequency power supply 30, and the lower electrode portion 10c is electrically connected to ground.
  • the horizontal axis of the graph G1a in FIG. 2 represents the position of the space between the upper electrode 10a and the lower electrode section 10c (referred to as the inner region of the plasma supply section 10), and the left side of the horizontal axis represents the lower electrode section. 10c, and the right side of the horizontal axis corresponds to the upper electrode 10a.
  • the vertical axis of the graph G1a represents the potential that can occur in the inner region.
  • the horizontal axis of the graph G1b in FIG. 3 represents time (Time), and the vertical axis of the graph G1b represents the voltage (Voltage) of the high frequency voltage applied to the lower electrode portion 10c.
  • a broken line K1a represents the potential of the inner region of the plasma supply section 10 according to the positive peak (maximum value) of the high frequency voltage shown at the point P1a of the graph G1b applied to the upper electrode 10a.
  • a broken line K1b of the graph G1b represents the potential of the inner region of the plasma supply unit 10 according to the negative peak (minimum value) of the high frequency voltage shown at the point P1b applied to the upper electrode 10a.
  • a broken line K1c in the graph G1b represents the potential of the inner region of the plasma supply section 10 according to the zero value of the high frequency voltage shown at the point P1c applied to the upper electrode 10a.
  • the sheath voltage of the sheath region MS is the maximum acceleration voltage MAV of ions in the plasma toward the lower electrode part 10c. It corresponds to A sheath region SS is formed below the upper electrode 10a in the inner region of the plasma supply section 10.
  • FIGS. 4 and 5 A plasma supply section 10 and voltage adjustment section 33 of a plasma processing apparatus 100 according to one exemplary embodiment are shown in FIGS. 4 and 5.
  • the voltage adjustment section 33 shown in FIG. 4 is configured to suppress the positive voltage component of the high frequency voltage applied to the upper electrode 10a by the high frequency power supply 30. It includes a diode 33a. The anode of the diode 33a is electrically connected to the upper electrode 10a. The cathode of the diode 33a is electrically connected to the ground together with the lower electrode portion 10c.
  • the voltage adjustment unit 33 shown in FIG. 5 is also configured to suppress the positive voltage component of the high frequency voltage applied to the upper electrode 10a by the high frequency power supply 30.
  • the voltage regulator 33 shown in FIG. 5 includes a switch circuit 33b.
  • the lower electrode portion 10c shown in FIG. 5 is electrically connected to ground.
  • the switch circuit 33b is electrically connected between the lower electrode portion 10c and the upper electrode 10a.
  • the maximum acceleration voltage MAV sheath voltage of the sheath region MS
  • the maximum acceleration voltage MAV shown in graph G1a of FIG. is lower than the maximum acceleration voltage MAV shown in graph G1a of FIG. Therefore, the acceleration of ions in the plasma toward the lower electrode section 10c is reduced compared to the case where the voltage adjustment section 33 is not provided, and damage caused by ion collisions that the lower electrode section 10c may receive can also be reduced.
  • the lower electrode portion 10c shown in FIGS. 4 and 5 is composed of a single electrode plate 10c1 having a mesh structure.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating potentials that can occur in the inner region of the plasma supply section 10 shown in FIGS. 4 and 5.
  • FIG. 7 is a diagram showing the potential of the upper electrode 10a that generates the potential shown in FIG. 6 that can occur in the inner region of the plasma supply section 10. 6 and 7, the potential that can be generated in the inner region of the plasma supply unit 10 corresponding to the peak (maximum value) of the high frequency voltage shown at point P2a of graph G2b applied to upper electrode 10a is expressed by broken line K2a of graph G2a.
  • the potential generated in the inner region of the plasma supply unit 10 corresponding to the peak (minimum value) of the high frequency voltage shown at point P2b of graph G2b applied to upper electrode 10a is represented by broken line K2b of graph G2a.
  • the voltage adjustment section 33 shown in FIGS. 4 and 5 applies a voltage having the waveform of the graph G2b shown in FIG. 7, in which the positive voltage component of the high frequency voltage output from the high frequency power source 30 is suppressed, to the upper electrode 10a.
  • Ru Since the positive voltage component of the high frequency voltage is suppressed, the maximum acceleration voltage MAV corresponding to the sheath voltage of the sheath region MS is equal to the maximum acceleration voltage MAV shown in the graph G1a of FIG. 2 when the voltage adjustment section 33 is not provided. suppressed in comparison. Therefore, damage caused by ion collisions that may be caused to the lower electrode portion 10c can also be suppressed.
  • FIGS. 8 and 9 A plasma supply section 10 and voltage adjustment section 33 of a plasma processing apparatus 100 according to one exemplary embodiment are shown in FIGS. 8 and 9.
  • the voltage adjustment section 33 shown in FIG. 8 is configured to suppress the positive voltage component of the high frequency voltage applied to the upper electrode 10a by the high frequency power supply 30.
  • the voltage regulator 33 shown in FIG. 8 includes a diode 33a, a filter circuit 33c, and a DC power supply 33d.
  • the anode of the diode 33a is electrically connected to the upper electrode 10a.
  • the filter circuit 33c includes a capacitor 33c1, a capacitor 33c2, a capacitor 33c4, and an inductor 33c3.
  • the inductor 33c3 and the capacitor 33c2 are electrically connected in parallel between the diode 33a and the DC power supply 33d.
  • the cathode of the diode 33a is electrically connected to the negative terminal of the DC power supply 33d via an inductor 33c3 and a capacitor 33c2.
  • a cathode of the diode 33a is electrically connected to ground via a capacitor 33c1.
  • a negative terminal of the DC power supply 33d is electrically connected to ground via a capacitor 33c4.
  • a positive terminal of the DC power supply 33d is electrically connected to the lower electrode portion 10c and the ground.
  • the maximum acceleration voltage MAV sheath voltage of the sheath region MS shown in the graph G3a of FIG. 10 is as follows. It is lower than the maximum acceleration voltage MAV shown in graph G1a of FIG. Therefore, the acceleration of ions in the plasma toward the lower electrode section 10c is reduced compared to the case where the voltage adjustment section 33 is not provided, and damage caused by ion collisions that the lower electrode section 10c may receive can also be reduced.
  • the lower electrode portion 10c shown in FIG. 8 is composed of one electrode plate 10c1 having a mesh structure.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating potentials that can occur in the inner region of the plasma supply section 10 shown in FIGS. 8 and 9.
  • FIG. 11 is a diagram showing the potential of the upper electrode 10a that generates the potential shown in FIG. 10 that may occur in the inner region of the plasma supply section 10.
  • the potential generated in the inner region of the plasma supply unit 10 corresponding to the peak (maximum value) of the high-frequency voltage shown at point P3a of graph G3b applied to upper electrode 10a is expressed by broken line K3a of graph G3a.
  • the potential generated in the inner region of the plasma supply section 10 corresponding to the peak (minimum value) of the high frequency voltage shown at point P3b of graph G3b applied to upper electrode 10a is represented by broken line K3b of graph G3a.
  • the voltage adjustment unit 33 shown in FIGS. 8 and 9 the voltage having the waveform of the graph G3b shown in FIG. is applied to Therefore, the maximum acceleration voltage MAV corresponding to the sheath voltage of the sheath region MS is suppressed compared to the maximum acceleration voltage MAV shown in the graph G1a of FIG. 2 when the voltage adjustment section 33 is not provided. Therefore, damage caused by ion collisions that the lower electrode portion 10c may receive can also be suppressed.
  • FIGS. 12 and 13 A plasma supply section 10 and voltage adjustment section 33 of a plasma processing apparatus 100 according to one exemplary embodiment are shown in FIGS. 12 and 13.
  • the plasma processing apparatus 100 having the plasma supply section 10 shown in FIG. 12 further includes an electrode 10d.
  • This electrode 10d is provided on the side wall 10b of the plasma supply section 10 extending between the upper electrode 10a and the lower electrode section 10c.
  • the electrode 10d is electrically connected to the ground (voltage adjustment section 33).
  • the voltage regulator 33 shown in FIG. 12 is configured to electrically connect the electrode 10d to ground.
  • the lower electrode portion 10c shown in FIG. 12 is configured to be in an electrically floating state. In this way, the lower electrode portion 10c is in an electrically floating state. Therefore, since the potential of the lower electrode portion 10c can change following the plasma potential, the maximum acceleration voltage MAV corresponding to the sheath voltage remains low.
  • the maximum acceleration voltage MAV corresponding to the sheath voltage of the sheath region MS can be suppressed compared to the maximum acceleration voltage MAV shown in the graph G1a of FIG. 2 when the voltage adjustment section 33 is not provided. Therefore, damage caused to the lower electrode portion 10c by ion collisions can be sufficiently reduced.
  • the plasma processing apparatus 100 having the plasma supply section 10 shown in FIG. 13 further includes an electrode 10d.
  • the electrode 10d is provided on the side wall 10b of the plasma supply section 10 extending between the upper electrode 10a and the lower electrode section 10c.
  • the voltage regulator 33 shown in FIG. 13 includes an LC series resonant circuit 33e.
  • the voltage adjustment unit 33 is configured to electrically connect the electrode 10d to the ground via the LC series resonant circuit 33e.
  • the electrode 10d is electrically connected to ground via the LC series resonant circuit 33e.
  • the lower electrode portion 10c shown in FIG. 13 is configured to be in an electrically floating state. In this way, the lower electrode portion 10c is in an electrically floating state.
  • the maximum acceleration voltage MAV corresponding to the sheath voltage remains low. Therefore, the maximum acceleration voltage MAV corresponding to the sheath voltage of the sheath region MS can be suppressed compared to the maximum acceleration voltage MAV shown in the graph G1a of FIG. 2 when the voltage adjustment section 33 is not provided. Therefore, damage to the lower electrode portion 10c due to ion collisions can be sufficiently reduced.
  • the maximum acceleration voltage MAV shown in the graph G4a of FIG. 14 is the maximum acceleration voltage MAV shown in the graph G1a of FIG. Lower than acceleration voltage MAV. Therefore, the acceleration of ions in the plasma toward the lower electrode section 10c is reduced compared to the case where the voltage adjustment section 33 is not provided, and damage caused by ion collisions that the lower electrode section 10c may receive can also be reduced.
  • the lower electrode portion 10c shown in FIGS. 12 and 13 is composed of a single electrode plate 10c1 having a mesh structure.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating potentials that can occur in the inner region of the plasma supply section 10 shown in FIGS. 12 and 13.
  • FIG. 15 is a diagram showing the potential of the upper electrode 10a that generates the potential shown in FIG. 14 that may occur in the inner region of the plasma supply section 10.
  • the potential generated in the inner region of the plasma supply unit 10 corresponding to the peak (maximum value) of the high frequency voltage shown at point P4a of graph G4b applied to upper electrode 10a is expressed by broken line K4a of graph G4a.
  • the potential that can be generated in the inner region of the plasma supply section 10 corresponding to the peak (minimum value) of the high frequency voltage shown at the point P4b applied to the upper electrode 10a is represented by the broken line K4b of the graph G4a.
  • the potential that can be generated in the inner region of the plasma supply section 10 corresponding to the zero value of the high frequency voltage shown at the point P4c applied to the upper electrode 10a is represented by the broken line K4c of the graph G4a.
  • the potential of the lower electrode portion 10c is , can change following fluctuations in plasma potential.
  • the maximum acceleration voltage MAV corresponding to the sheath voltage of the sheath region MS is suppressed compared to the maximum acceleration voltage MAV shown in the graph G1a of FIG. 2 when the voltage adjustment section 33 is not provided. Therefore, damage caused by ion collisions that the lower electrode portion 10c may receive can also be suppressed.
  • the plasma supply section 10 and voltage adjustment section 33 of the plasma processing apparatus 100 are shown in FIG. 16.
  • the plasma supply section 10 shown in FIG. 16 is further provided with an electrode plate 10c2 in addition to the configuration of the plasma supply section 10 shown in FIG. 12. That is, the lower electrode portion 10c includes an electrode plate 10c1 and an electrode plate 10c2, each having a mesh structure and extending parallel to each other.
  • the electrode plate 10c1 is arranged between the upper electrode 10a and the electrode plate 10c2, and is configured to be in an electrically floating state.
  • the electrode plate 10c2 is electrically connected to the ground (voltage adjustment section 33).
  • the voltage adjustment unit 33 shown in FIG. 16 is configured to electrically connect the electrode 10d and the electrode plate 10c2 to the ground.
  • the maximum acceleration voltage MAV (sheath voltage of the sheath region MS) in the plasma processing apparatus 100 in which the lower electrode section 10c and the voltage adjustment section 33 shown in FIG. 16 are provided is the maximum acceleration voltage shown in the graph G4a of FIG. 14. It is similar to MAV. Therefore, the acceleration of ions in the plasma toward the lower electrode section 10c is reduced compared to the case where the voltage adjustment section 33 is not provided, and damage caused by ion collisions that the lower electrode section 10c may receive can also be reduced. That is, at least the same effect as that achieved by the configuration of FIG. 12 can also be achieved by the configuration of FIG. 16. Furthermore, since the electrode plate 10c2 is provided in the configuration of FIG.
  • SYMBOLS 1 Processing container, 10... Plasma supply part, 10a... Upper electrode, 10c... Lower electrode part, 10c1... Electrode plate, 10c2... Electrode plate, 10d... Electrode, 100... Plasma processing apparatus, 20... Gas supply part, 30... High frequency power supply, 33... Voltage adjustment section, 33a... Diode, 33b... Switch circuit, 33c... Filter circuit, 33c1... Capacitor, 33c2... Capacitor, 33c3... Inductor, 33c4... Capacitor, 33d... DC power supply, 33e... LC series resonant circuit .

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Abstract

リモートプラズマ源がプラズマによって受け得る影響を低減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。プラズマ供給部は上部電極及び下部電極部を含み処理容器にラジカルのみ、又はラジカル及び一部のイオンを供給するように構成され、上部電極は高周波電源から高周波電圧が印加されるように構成され、電圧調整部は上部電圧の電圧の調整に用いられ、下部電極部は上部電極に対向するように設けられ上部電極の表面に沿って拡がっておりメッシュ構造の電極板を含み、メッシュ構造の電極板は下部電極部によって提供されるプラズマ供給部の内領域及び外領域を連通するように構成され、プラズマ供給部及び電圧調整部はプラズマ供給部におけるプラズマの生成中に下部電極部上に形成されるシース領域のシース電圧を下げるように構成される。

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。
　半導体ウエハ等の基板に対する処理としてプラズマ処理が多用されている。プラズマ処理にはプラズマ処理装置が用いられ、例えばリモートプラズマ源によってプラズマが提供され得る。特許文献１～４には、リモートプラズマ源を有するプラズマ処理装置に係る技術が開示されている。
特開２０２０－１５５３８７号公報 特開２００８－１７２１６８号公報 特開２００７－１０３９４４号公報 特開２０２２－０１８０６２号公報
　本開示は、リモートプラズマ源がプラズマによって受け得る影響を低減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、処理容器と、高周波電源とプラズマ供給部とガス供給部と電圧調整部とを備え得る。プラズマ供給部は、上部電極及び下部電極部を含み、処理容器にラジカルのみ、又はラジカル及び一部のイオンを供給するように構成され得る。上部電極は、高周波電源に電気的に接続され高周波電源から高周波電圧が印加されるように構成され得る。下部電極部は、上部電極に対向するように設けられ得る。ガス供給部は、プラズマ供給部におけるプラズマの生成に用いる処理ガスをプラズマ供給部に供給するように構成され得る。電圧調整部は、上部電極の電圧の調整に用いられ得る。上部電極及び下部電極部によって提供される空間は、ガス供給部によって処理ガスが供給されるように構成され得る。下部電極部は、上部電極の表面に沿って拡がっており、メッシュ構造の電極板を含み得る。メッシュ構造の電極板は、下部電極部によって提供されるプラズマ供給部の内領域及び外領域を連通するように構成され得る。プラズマ供給部及び電圧調整部は、プラズマ供給部におけるプラズマの生成中に下部電極部上に形成されるシース領域のシース電圧を下げるように構成され得る。
　一つの例示的実施形態によれば、リモートプラズマ源がプラズマによって受け得る影響を低減するための技術が提供される。
一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を示す図である。 図１に示す電圧調整部を含まないプラズマ処理装置のプラズマ供給部の内領域において生じ得る電位を例示する図である。 プラズマ供給部の内領域において生じ得る図２に示す電位を発生させる上部電極の電位を示す図である。 図１に示すプラズマ供給部及び電圧調整部の一実施例を示す図である。 図１に示すプラズマ供給部及び電圧調整部の一実施例を示す図である。 図４及び図５に示す電圧調整部に電気的に接続されたプラズマ供給部の内領域において生じ得る電位を例示する図である。 プラズマ供給部の内領域において生じ得る図６に示す電位を発生させる上部電極の電位を示す図である。 図１に示すプラズマ供給部及び電圧調整部の一実施例を示す図である。 図８に示すフィルタ回路を例示する図である。 図８に示す電圧調整部に電気的に接続されたプラズマ供給部の内領域において生じ得る電位を例示する図である。 プラズマ供給部の内領域において生じ得る図１０に示す電位を発生させる上部電極の電位を示す図である。 図１に示すプラズマ供給部及び電圧調整部の一実施例を示す図である。 図１に示すプラズマ供給部及び電圧調整部の一実施例を示す図である。 図１２及び図１３に示す電圧調整部に電気的に接続されたプラズマ供給部の内領域において生じ得る電位を例示する図である。 プラズマ供給部の内領域において生じ得る図１４に示す電位を発生させる上部電極の電位を示す図である。 図１に示すプラズマ供給部及び電圧調整部の一実施例を示す図である。
　以下、種々の例示的実施形態について説明する。
　プラズマを生成しプロセス空間にラジカルのみ、又はラジカル及び一部のイオンを供給するプラズマ供給部がリモートプラズマ源の場合を考える。この場合、プラズマ供給部１０の内領域ではプラズマが生成され、プラズマ供給部の外領域ではラジカルのみ、又はラジカル及び一部のイオンによるプロセス処理が行われる。プラズマ供給部の内領域及び外領域の画定に（両領域を仕切る手段として）、両領域を貫通しプラズマ中のラジカルの通過を可能とするメッシュ構造が用いられる場合があり得る。更に、容量結合型のプラズマ処理装置にこのようなメッシュ構造が用いられる場合があり得る。この場合、プラズマ中のイオンの衝突によってメッシュにダメージが生じ、メッシュが加熱されて、メッシュ構造自体の欠損や、欠損によって生じるパーティクルがプラズマ供給部の外領域に漏出する現象が生じ得る。
　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、処理容器と、高周波電源とプラズマ供給部とガス供給部と電圧調整部とを備え得る。プラズマ供給部は、上部電極及び下部電極部を含み、処理容器にラジカルのみ、又ははラジカル及び一部のイオンを供給するように構成され得る。上部電極は、高周波電源に電気的に接続され高周波電源から高周波電圧が印加されるように構成され得る。下部電極部は、上部電極に対向するように設けられ得る。ガス供給部は、プラズマ供給部におけるプラズマの生成に用いる処理ガスをプラズマ供給部に供給するように構成され得る。電圧調整部は、上部電極の電圧の調整に用いられ得る。上部電極及び下部電極部によって提供される空間は、ガス供給部によって処理ガスが供給されるように構成され得る。下部電極部は、上部電極の表面に沿って拡がっており、メッシュ構造の電極板を含み得る。メッシュ構造の電極板は、下部電極部によって提供されるプラズマ供給部の内領域及び外領域を連通するように構成され得る。プラズマ供給部及び電圧調整部は、プラズマ供給部におけるプラズマの生成中に下部電極部上に形成されるシース領域のシース電圧を下げるように構成され得る。
　このように、プラズマ供給部や電圧調整部によって、プラズマの生成中にメッシュ構造の電極を含む下部電極部上に形成されるシース領域のシース電圧が低減され得る。したがって、下部電極部へのダメージ及び加熱が低減され、メッシュ構造自体の欠損や、欠損によって生じるパーティクルがプラズマ供給部の外領域に漏出する現象が抑制され得る。
　一つの例示的実施形態において、電圧調整部は、ダイオードを含み得る。ダイオードのアノードは、上部電極に電気的に接続され得る。ダイオードのカソードは、下部電極部と共にグランドに電気的に接続され得る。
　一つの例示的実施形態において、電圧調整部は、スイッチ回路を含み得る。下部電極部は、グランドに電気的に接続され得る。スイッチ回路は、下部電極部及び上部電極の間に電気的に接続され、高周波電源によって上部電極に印加される高周波電圧の正電圧成分を抑制するように構成され得る。
　一つの例示的実施形態において、電圧調整部は、ダイオード、フィルタ回路、及び直流電源を含み得る。ダイオードのアノードは、上部電極に電気的に接続され得る。フィルタ回路は、第１のキャパシタ、第２のキャパシタ、第３のキャパシタ、及びインダクタを含み得る。インダクタ及び第２のキャパシタは、ダイオード及び直流電源の間において電気的に並列接続され得る。ダイオードのカソードは、インダクタ及び第２のキャパシタを介して直流電源のマイナス端子に電気的に接続され得る。ダイオードのカソードは、第１のキャパシタを介してグランドに電気的に接続され得る。直流電源のマイナス端子は、第３のキャパシタを介してグランドに電気的に接続され得る。直流電源のプラス端子は、下部電極部及びグランドに電気的に接続され得る。
　一つの例示的実施形態において、上部電極及び下部電極部の間に延びるプラズマ供給部の側壁に設けられ、グランドに電気的に接続された電極を更に備え得る。電圧調整部は、電極をグランドに電気的に接続するように構成され得る。下部電極部は、電気的にフローティング状態となるように構成され得る。
　一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、上部電極及び下部電極部の間に延びるプラズマ供給部の側壁に設けられ、ＬＣ直列共振回路を介してグランドに電気的に接続された電極を更に備え得る。電圧調整部は、ＬＣ直列共振回路を含み得る。下部電極部は、電気的にフローティング状態となるように構成され得る。
　一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、上部電極及び下部電極部の間に延びるプラズマ供給部の側壁に設けられ、グランドに電気的に接続された電極を更に備え得る。下部電極部は、それぞれメッシュ構造を有し互いに平行に延びる第１の電極板及び第２の電極板を含み得る。第１の電極板は、第２の電極板及び上部電極の間に配置され、電気的にフローティング状態となるように構成され得る。第２の電極板は、グランドに電気的に接続され得る。電圧調整部は、電極及び第２の電極板をグランドに電気的に接続するように構成され得る。
　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。プラズマ処理装置１００は、基板Ｗを含むプロセス空間に対してラジカル処理を行うものであり、容量結合プラズマを用いたリモートプラズマ処理装置として構成されている。基板Ｗとしては、例えば半導体ウエハを挙げることができるが、これに限定されない。
　プラズマ処理装置１００は、略円筒状の金属製の処理容器１を有している。処理容器１は、グランドに電気的に接続（接地）されている。処理容器１の内部には、基板Ｗを水平に載置するための基板載置台２が設けられている。
　基板載置台２には、プラズマ処理に応じて、加熱機構または冷却機構を有していてもよい。基板載置台２には、その上面に対し突没可能に複数の昇降ピン（図示せず）が挿通されており、昇降機構（図示せず）による複数の昇降ピンの昇降動作により、基板載置台２に対する基板Ｗの授受が行われるようになっている。
　プラズマ処理装置１００は、ガス供給部２０を備える。ガス供給部２０は、プラズマ供給部１０におけるプラズマの生成に用いる処理ガスをプラズマ供給部１０に供給するように構成されている。
　ガス供給部２０は、プラズマ処理に必要な処理ガス、プラズマ生成ガス、パージガス等の複数のガスを供給し得る。処理ガスとしては、実施されるプラズマ処理に応じて適切なものが選択され得る。ガス供給部２０は、複数のガス供給源およびガス供給配管を有し、ガス供給配管には、バルブ類およびマスフローコントローラのような流量制御器が設けられている。
　処理容器１の底壁には排気口４１が設けられており、排気口４１には排気管４２を介して排気装置４３が接続されている。排気装置４３は、自動圧力制御バルブ及び真空ポンプを含み、排気装置４３によって処理容器１内を排気するとともに、処理容器１内を所望の真空度に保持できるように構成されている。
　ガス供給部２０のバルブ類及び流量制御器、並びに高周波電源３０等のプラズマ処理装置１００の各部は、制御部５０によって制御され得る。制御部５０は、ＣＰＵを有する主制御部と、入力装置、出力装置、表示装置、および記憶装置とを有し得る。記憶装置の記憶媒体に記憶された処理レシピに基づいてプラズマ処理装置１００の処理が制御され得る。
　なお、図示していないが、処理容器１の側壁には、処理容器１に対して基板Ｗを搬入出するための搬入出口が設けられており、この搬入出口はゲートバルブで開閉するように構成され得る。
　処理容器１の上部には、開口が形成されており、開口には絶縁部材９を介してプラズマ供給部１０が基板載置台２に対向するように嵌め込まれている。プラズマ供給部１０は、処理容器１にプラズマを供給するように構成されている。プラズマ供給部１０は、上部電極１０ａ及び下部電極部１０ｃを含んでいる。
　上部電極１０ａは、高周波電源３０に電気的に接続され高周波電源３０から高周波電圧が印加されるように構成されている。下部電極部１０ｃは、上部電極１０ａに対向するように設けられている。高周波電源３０は、１０ｋＨｚ～６０ＭＨｚの高周波電圧を上部電極１０ａに印加し得る。給電ライン３１の高周波電源３０下流側には整合器３２が接続されている。整合器３２は高周波電源３０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ものである。
　下部電極部１０ｃは、上部電極１０ａの表面に沿って拡がっている。下部電極部１０ｃは、電極板１０ｃ１を含む。電極板１０ｃ１は、下部電極部１０ｃによって提供されるプラズマ供給部１０の内領域（プラズマが生成される領域）及び外領域（プラズマによる基板Ｗへのプロセス処理が行われる領域）を連通するように構成されたメッシュ構造を有する。上部電極１０ａ及び下部電極部１０ｃによって提供される空間は、ガス供給部２０によって処理ガスが供給されるように構成され得る。プラズマ供給部１０は、この処理ガスからプラズマを生成し、プラズマに含まれる電気的に中性なラジカルをメッシュ構造の下部電極部１０ｃを介して処理容器１内に供給するように構成されている。
　プラズマ供給部１０において生成されるプラズマ中のイオンは下部電極部１０ｃ上のシース領域ＭＳのシース電圧（プラズマの電位及び下部電極部１０ｃの電位の差分）で下部電極部１０ｃに向けて加速され得る。プラズマ中のイオンは、下部電極部１０ｃに含まれるメッシュ構造の電極板に衝突し得る。このため、下部電極部１０ｃは、このメッシュ構造によって、プラズマ供給部１０の外領域へのイオンの供給を抑制するとともに、プラズマ中のラジカルをプラズマ供給部１０の外領域に供給する（流入させ得る）。
　プラズマ処理装置１００は、電圧調整部３３を備える。電圧調整部３３は、上部電極１０ａの電圧の調整に用いられる。電圧調整部３３、又はプラズマ供給部１０及び電圧調整部３３（図４、５、８、１２、１３、１６のそれぞれに示す構成）は、プラズマ供給部１０におけるプラズマの生成中に下部電極部１０ｃ上に形成されるシース領域ＭＳの電圧を下げるように構成されている。このように、電圧調整部３３、又は電圧調整部３３及びプラズマ供給部１０によって、プラズマの生成中にメッシュ構造の電極を含む下部電極部１０ｃ上に形成されるシース領域ＭＳのシース電圧が低減され得る。したがって、下部電極部１０ｃへのダメージ及び加熱が低減され、メッシュ構造自体の欠損や、欠損によって生じるパーティクルがプラズマ供給部１０の外領域に漏出する現象が抑制され得る。尚、プラズマ供給部１０から処理容器１の内側に供給するものをラジカルとして説明したが、基板Ｗのプロセス処理を向上する目的で、プラズマ供給部１０はプラズマ中のイオンの一部をラジカルと共に処理容器１の内側に供給しても良い。
　図２は、電圧調整部３３が設けられていないプラズマ処理装置１００に含まれるプラズマ供給部１０の内領域において生じ得る電位を例示する図である。図３は、プラズマ供給部１０の内領域において生じ得る図２に示す電位を発生させる上部電極１０ａの電位を示す図である。図２及び図３を参照して、電圧調整部３３が設けられていないプラズマ処理装置１００において、高周波電源３０によってグラフＧ１ｂに示す波形の高周波電圧が下部電極部１０ｃに印加される場合に生じ得るシース領域ＭＳのシース電圧を考える。この場合、上部電極１０ａには高周波電源３０から高周波電圧が印加され、下部電極部１０ｃはグランドに電気的に接続されている。
　図２のグラフＧ１ａの横軸は、上部電極１０ａ及び下部電極部１０ｃの間の空間（プラズマ供給部１０の内領域という）の位置（Position）を表しており、横軸の左側は下部電極部１０ｃに対応し、横軸の右側は上部電極１０ａに対応している。グラフＧ１ａの縦軸は、内領域で生じ得る電位（Potential）を表している。図３のグラフＧ１ｂの横軸は、時間（Time）を表しており、グラフＧ１ｂの縦軸は、下部電極部１０ｃに印加される高周波電圧の電圧（Voltage）を表している。図６のグラフＧ２ａ及び図７のグラフＧ２ｂの横軸及び縦軸は、図２のグラフＧ１ａ及び図３のグラフＧ１ｂの横軸及び縦軸と同様である。更に、図１０のグラフＧ３ａ及び図１１のグラフＧ３ｂの横軸及び縦軸も、図２のグラフＧ１ａ及び図３のグラフＧ１ｂの横軸及び縦軸と同様である。更に、図１４のグラフＧ４ａ及び図１５のグラフＧ４ｂの横軸及び縦軸も、図２のグラフＧ１ａ及び図３のグラフＧ１ｂの横軸及び縦軸と同様である。
　プラズマ供給部１０の内領域では、グラフＧ１ａに示す折線Ｋ１ａ、折線Ｋ１ｂ、及び折線Ｋ１ｃのそれぞれによって表される電位（Potential）が生じ得る。折線Ｋ１ａは、上部電極１０ａに印加されるグラフＧ１ｂのポイントＰ１ａに示す高周波電圧の正のピーク（最大値)に応じたプラズマ供給部１０の内領域の電位を表している。グラフＧ１ｂの折線Ｋ１ｂは、上部電極１０ａに印加されるポイントＰ１ｂに示す高周波電圧の負のピーク（最小値）に応じたプラズマ供給部１０の内領域の電位を表している。グラフＧ１ｂの折線Ｋ１ｃは、上部電極１０ａに印加されるポイントＰ１ｃに示す高周波電圧のゼロ値に応じたプラズマ供給部１０の内領域の電位を表している。
　高周波電圧の正のピーク（ポイントＰ１ａ）に対応した内領域に生じ得る電位（折線Ｋ１ａ）のうち、シース領域ＭＳのシース電圧は、下部電極部１０ｃに向けたプラズマ中のイオンの最大加速電圧ＭＡＶに対応している。プラズマ供給部１０の内領域における上部電極１０ａ下には、シース領域ＳＳが形成される。
　一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置１００のプラズマ供給部１０及び電圧調整部３３が図４及び図５に示されている。
　図４に示す電圧調整部３３は、高周波電源３０によって上部電極１０ａに印加される高周波電圧の正電圧成分を抑制するように構成されている。ダイオード３３ａを含む。ダイオード３３ａのアノードは、上部電極１０ａに電気的に接続されている。ダイオード３３ａのカソードは、下部電極部１０ｃと共にグランドに電気的に接続されている。
　図５に示す電圧調整部３３も、高周波電源３０によって上部電極１０ａに印加される高周波電圧の正電圧成分を抑制するように構成されている。図５に示す電圧調整部３３は、スイッチ回路３３ｂを含む。図５に示す下部電極部１０ｃは、グランドに電気的に接続されている。スイッチ回路３３ｂは、下部電極部１０ｃ及び上部電極１０ａの間に電気的に接続されている。
　このような図４又は図５に示す下部電極部１０ｃ及び電圧調整部３３が設けられているプラズマ処理装置１００において、図６のグラフＧ２ａに示す最大加速電圧ＭＡＶ（シース領域ＭＳのシース電圧）は、図２のグラフＧ１ａに示す最大加速電圧ＭＡＶよりも低い。このため、下部電極部１０ｃに向けたプラズマ中のイオンの加速が、電圧調整部３３が設けられていない場合よりも低減され、下部電極部１０ｃが受け得るイオン衝突によるダメージも低減され得る。図４及び図５に示す下部電極部１０ｃは、メッシュ構造の一枚の電極板１０ｃ１によって構成されている。
　図６は、図４及び図５に示すプラズマ供給部１０の内領域において生じ得る電位を例示する図である。図７は、プラズマ供給部１０の内領域において生じ得る図６に示す電位を発生させる上部電極１０ａの電位を示す図である。図６及び図７において、上部電極１０ａに印加されるグラフＧ２ｂのポイントＰ２ａに示す高周波電圧のピーク（最大値）に対応したプラズマ供給部１０の内領域に生じ得る電位は、グラフＧ２ａの折線Ｋ２ａによって表される。上部電極１０ａに印加されるグラフＧ２ｂのポイントＰ２ｂに示す高周波電圧のピーク（最小値）に対応したプラズマ供給部１０の内領域に生じ得る電位は、グラフＧ２ａの折線Ｋ２ｂによって表される。このように図４及び図５に示す電圧調整部３３によって、高周波電源３０から出力される高周波電圧の正電圧成分が抑制された図７に示すグラフＧ２ｂの波形の電圧が上部電極１０ａに印加される。高周波電圧の正電圧成分が抑制されるので、シース領域ＭＳのシース電圧に対応する最大加速電圧ＭＡＶは、電圧調整部３３が設けられていない場合の図２のグラフＧ１ａに示す最大加速電圧ＭＡＶに比較して抑制される。よって、下部電極部１０ｃが受け得るイオン衝突によるダメージも抑制され得る。
　一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置１００のプラズマ供給部１０及び電圧調整部３３が図８及び図９に示されている。
　図８に示す電圧調整部３３は、高周波電源３０によって上部電極１０ａに印加される高周波電圧の正電圧成分を抑制するように構成されている。図８に示す電圧調整部３３は、ダイオード３３ａ、フィルタ回路３３ｃ、及び直流電源３３ｄを含む。ダイオード３３ａのアノードは、上部電極１０ａに電気的に接続されている。
　フィルタ回路３３ｃは、図９に示すように、キャパシタ３３ｃ１、キャパシタ３３ｃ２、キャパシタ３３ｃ４、及びインダクタ３３ｃ３を含む。インダクタ３３ｃ３及びキャパシタ３３ｃ２は、ダイオード３３ａ及び直流電源３３ｄの間において電気的に並列接続されている。ダイオード３３ａのカソードは、インダクタ３３ｃ３及びキャパシタ３３ｃ２を介して直流電源３３ｄのマイナス端子に電気的に接続されている。ダイオード３３ａのカソードは、キャパシタ３３ｃ１を介してグランドに電気的に接続されている。直流電源３３ｄのマイナス端子は、キャパシタ３３ｃ４を介してグランドに電気的に接続されている。直流電源３３ｄのプラス端子は、下部電極部１０ｃ及びグランドに電気的に接続されている。
　このような図８及び図９に示す下部電極部１０ｃ及び電圧調整部３３が設けられているプラズマ処理装置１００において図１０のグラフＧ３ａに示す最大加速電圧ＭＡＶ（シース領域ＭＳのシース電圧）は、図２のグラフＧ１ａに示す最大加速電圧ＭＡＶよりも低い。このため、下部電極部１０ｃに向けたプラズマ中のイオンの加速が、電圧調整部３３が設けられていない場合よりも低減され、下部電極部１０ｃが受け得るイオン衝突によるダメージも低減され得る。図８に示す下部電極部１０ｃは、メッシュ構造の一枚の電極板１０ｃ１によって構成されている。
　図１０は、図８及び図９に示すプラズマ供給部１０の内領域において生じ得る電位を例示する図である。図１１は、プラズマ供給部１０の内領域において生じ得る図１０に示す電位を発生させる上部電極１０ａの電位を示す図である。図１０及び図１１において、上部電極１０ａに印加されるグラフＧ３ｂのポイントＰ３ａに示す高周波電圧のピーク（最大値）に対応したプラズマ供給部１０の内領域に生じ得る電位は、グラフＧ３ａの折線Ｋ３ａによって表される。上部電極１０ａに印加されるグラフＧ３ｂのポイントＰ３ｂに示す高周波電圧のピーク（最小値）に対応したプラズマ供給部１０の内領域に生じ得る電位は、グラフＧ３ａの折線Ｋ３ｂによって表される。このように図８及び図９に示す電圧調整部３３によって、高周波電源３０から出力される高周波電圧の正電圧成分が十分に抑制された図１１に示すグラフＧ３ｂの波形の電圧が、上部電極１０ａに印加される。したがって、シース領域ＭＳのシース電圧に対応する最大加速電圧ＭＡＶは、電圧調整部３３が設けられていない場合の図２のグラフＧ１ａに示す最大加速電圧ＭＡＶに比較して抑制される。よって、下部電極部１０ｃが受け得るイオン衝突によるダメージも抑制され得る。
　一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置１００のプラズマ供給部１０及び電圧調整部３３が図１２及び図１３に示されている。
　図１２に示すプラズマ供給部１０を有するプラズマ処理装置１００は、電極１０ｄを更に含む。この電極１０ｄは、上部電極１０ａ及び下部電極部１０ｃの間に延びるプラズマ供給部１０の側壁１０ｂに設けられている。電極１０ｄは、グランド（電圧調整部３３）に電気的に接続されている。図１２に示す電圧調整部３３は、電極１０ｄをグランドに電気的に接続するように構成されている。図１２に示す下部電極部１０ｃは、電気的にフローティング状態となるように構成されている。このように、下部電極部１０ｃが電気的にフローティング状態となっている。従って、下部電極部１０ｃの電位はプラズマ電位に対し追従して変化し得るため、シース電圧に対応する最大加速電圧ＭＡＶは低い状態を維持する。このため、シース領域ＭＳのシース電圧に対応する最大加速電圧ＭＡＶは、電圧調整部３３が設けられていない場合の図２のグラフＧ１ａに示す最大加速電圧ＭＡＶに比較して抑制され得る。従って、下部電極部１０ｃが受けるイオン衝突によるダメージも十分に低減され得る。
　図１３に示すプラズマ供給部１０を有するプラズマ処理装置１００は、電極１０ｄを更に含む。電極１０ｄは、上部電極１０ａ及び下部電極部１０ｃの間に延びるプラズマ供給部１０の側壁１０ｂに設けられている。図１３に示す電圧調整部３３は、ＬＣ直列共振回路３３ｅを含む。電圧調整部３３は、電極１０ｄをＬＣ直列共振回路３３ｅを介してグランドに電気的に接続するように構成されている。電極１０ｄは、ＬＣ直列共振回路３３ｅを介してグランドに電気的に接続されている。図１３に示す下部電極部１０ｃは、電気的にフローティング状態となるように構成されている。このように、下部電極部１０ｃが電気的にフローティング状態となっている。従って、下部電極部１０ｃの電位はプラズマ電位に対し追従して変化し得るため、シース電圧に対応する最大加速電圧ＭＡＶは低い状態を維持する。このため、シース領域ＭＳのシース電圧に対応する最大加速電圧ＭＡＶは、電圧調整部３３が設けられていない場合の図２のグラフＧ１ａに示す最大加速電圧ＭＡＶに比較して抑制され得る。従って、下部電極部１０ｃが受けるイオン衝突によるダメージも十分に低減され得る。
　このような図１２又は図１３に示す下部電極部１０ｃ及び電圧調整部３３が設けられているプラズマ処理装置１００において図１４のグラフＧ４ａに示す最大加速電圧ＭＡＶは、図２のグラフＧ１ａに示す最大加速電圧ＭＡＶよりも低い。このため、下部電極部１０ｃに向けたプラズマ中のイオンの加速が、電圧調整部３３が設けられていない場合よりも低減され、下部電極部１０ｃが受け得るイオン衝突によるダメージも低減され得る。図１２及び図１３に示す下部電極部１０ｃは、メッシュ構造の一枚の電極板１０ｃ１によって構成されている。
　図１４は、図１２及び図１３に示すプラズマ供給部１０の内領域において生じ得る電位を例示する図である。図１５は、プラズマ供給部１０の内領域において生じ得る図１４に示す電位を発生させる上部電極１０ａの電位を示す図である。図１４及び図１５において、上部電極１０ａに印加されるグラフＧ４ｂのポイントＰ４ａに示す高周波電圧のピーク（最大値）に対応したプラズマ供給部１０の内領域に生じ得る電位は、グラフＧ４ａの折線Ｋ４ａによって表される。上部電極１０ａに印加されるポイントＰ４ｂに示す高周波電圧のピーク（最小値）に対応したプラズマ供給部１０の内領域に生じ得る電位は、グラフＧ４ａの折線Ｋ４ｂによって表される。上部電極１０ａに印加されるポイントＰ４ｃに示す高周波電圧のゼロ値に対応したプラズマ供給部１０の内領域に生じ得る電位は、グラフＧ４ａの折線Ｋ４ｃによって表される。このような図１４のグラフＧ４ａ及び図１５のグラフＧ４ｂに示されるように、図１２及び図１３に示す下部電極部１０ｃが電気的にフローティング状態となっているので、下部電極部１０ｃの電位は、プラズマ電位の変動に追随して変化し得る。このため、シース領域ＭＳのシース電圧に対応する最大加速電圧ＭＡＶは、電圧調整部３３が設けられていない場合の図２のグラフＧ１ａに示す最大加速電圧ＭＡＶに比較して抑制される。よって、下部電極部１０ｃが受け得るイオン衝突によるダメージも抑制され得る。
　一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置１００のプラズマ供給部１０及び電圧調整部３３が図１６に示されている。
　図１６に示すプラズマ供給部１０は、図１２に示すプラズマ供給部１０の構成に対して追加的に電極板１０ｃ２が更に設けられている。すなわち、下部電極部１０ｃは、それぞれメッシュ構造を有し互いに平行に延びる電極板１０ｃ１及び電極板１０ｃ２を含む。電極板１０ｃ１は、上部電極１０ａ及び電極板１０ｃ２の間に配置され、電気的にフローティング状態となるように構成されている。電極板１０ｃ２は、グランド（電圧調整部３３）に電気的に接続されている。図１６に示す電圧調整部３３は、電極１０ｄ及び電極板１０ｃ２をグランドに電気的に接続するように構成されている。
　このような図１６に示す下部電極部１０ｃ及び電圧調整部３３が設けられているプラズマ処理装置１００における最大加速電圧ＭＡＶ（シース領域ＭＳのシース電圧）は、図１４のグラフＧ４ａに示す最大加速電圧ＭＡＶと同様である。このため、下部電極部１０ｃに向けたプラズマ中のイオンの加速が、電圧調整部３３が設けられていない場合よりも低減され、下部電極部１０ｃが受け得るイオン衝突によるダメージも低減され得る。すなわち、少なくとも図１２の構成によって奏される効果と同様の効果が図１６の構成によっても奏され得る。更に、図１６の構成において電極板１０ｃ２が設けられていることによって、プラズマ中のイオンが電極板１０ｃ１から漏出した場合に、このイオンとグランドに接続された電極板１０ｃ２との間で電荷交換が行われ得る。これにより、プラズマ供給部１０の外領域に漏出するプラズマ中のイオンのエネルギがより低減され得る。このようにエネルギが低減されてプラズマ供給部１０の外領域に漏出したプラズマ中のイオンが基板Ｗ及び処理容器１の壁面に衝突する場合があり得る。この場合、イオンのエネルギが低減されたことによって、イオンの衝撃による基板Ｗへのダメージや処理容器１内におけるパーティクルの発生が抑制され得る。
　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…処理容器、１０…プラズマ供給部、１０ａ…上部電極、１０ｃ…下部電極部、１０ｃ１…電極板、１０ｃ２…電極板、１０ｄ…電極、１００…プラズマ処理装置、２０…ガス供給部、３０…高周波電源、３３…電圧調整部、３３ａ…ダイオード、３３ｂ…スイッチ回路、３３ｃ…フィルタ回路、３３ｃ１…キャパシタ、３３ｃ２…キャパシタ、３３ｃ３…インダクタ、３３ｃ４…キャパシタ、３３ｄ…直流電源、３３ｅ…ＬＣ直列共振回路。

Claims (7)

  1. 　処理容器と、
    　高周波電源と、
    　前記高周波電源に電気的に接続され該高周波電源から高周波電圧が印加されるように構成された上部電極、及び該上部電極に対向するように設けられた下部電極部を含み、前記処理容器にラジカルのみ、又はラジカル及び一部のイオンを供給するように構成されたプラズマ供給部と、
    　前記プラズマ供給部におけるプラズマの生成に用いる処理ガスを該プラズマ供給部に供給するように構成されたガス供給部と、
    　前記上部電極の電圧の調整に用いられる電圧調整部と、
    を備え、
    　前記上部電極及び前記下部電極部によって提供される空間は、前記ガス供給部によって前記処理ガスが供給されるように構成され、
    　前記下部電極部は、前記上部電極の表面に沿って拡がっており、該下部電極部によって提供される前記プラズマ供給部の内領域及び外領域を連通するように構成されたメッシュ構造の電極板を含み、
    　前記プラズマ供給部及び前記電圧調整部は、該プラズマ供給部におけるプラズマの生成中に前記下部電極部上に形成されるシース領域のシース電圧を下げるように構成されている、
    プラズマ処理装置。
  2. 　前記電圧調整部は、ダイオードを含み、
    　前記ダイオードのアノードは、前記上部電極に電気的に接続され、
    　前記ダイオードのカソードは、前記下部電極部と共にグランドに電気的に接続されている、
    請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 　前記電圧調整部は、スイッチ回路を含み、
    　前記下部電極部は、グランドに電気的に接続され、
    　前記スイッチ回路は、前記下部電極部及び前記上部電極の間に電気的に接続され、前記高周波電源によって前記上部電極に印加される高周波電圧の正電圧成分を抑制するように構成されている、
    請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  4. 　前記電圧調整部は、ダイオード、フィルタ回路、及び直流電源を含み、
    　前記ダイオードのアノードは、前記上部電極に電気的に接続され、
    　前記フィルタ回路は、第１のキャパシタ、第２のキャパシタ、第３のキャパシタ、及びインダクタを含み、
    　前記インダクタ及び前記第２のキャパシタは、前記ダイオード及び前記直流電源の間において電気的に並列接続され、
    　前記ダイオードのカソードは、前記インダクタ及び前記第２のキャパシタを介して前記直流電源のマイナス端子に電気的に接続され、
    　前記ダイオードのカソードは、前記第１のキャパシタを介してグランドに電気的に接続され、
    　前記直流電源のマイナス端子は、前記第３のキャパシタを介してグランドに電気的に接続され、
    　前記直流電源のプラス端子は、前記下部電極部及びグランドに電気的に接続されている、
    請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  5. 　前記上部電極及び前記下部電極部の間に延びるプラズマ供給部の側壁に設けられ、グランドに電気的に接続された電極を更に備え、
    　前記電圧調整部は、前記電極をグランドに電気的に接続するように構成され、
    　前記下部電極部は、電気的にフローティング状態となるように構成されている、
    請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  6. 　前記上部電極及び前記下部電極部の間に延びるプラズマ供給部の側壁に設けられ、ＬＣ直列共振回路を介してグランドに電気的に接続された電極を更に備え、
    　前記下部電極部は、電気的にフローティング状態となるように構成されている、
    請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  7. 　前記上部電極及び前記下部電極部の間に延びるプラズマ供給部の側壁に設けられ、グランドに電気的に接続された電極を更に備え、
    　前記下部電極部は、それぞれメッシュ構造を有し互いに平行に延びる第１の電極板及び第２の電極板を含み、
    　前記第１の電極板は、前記第２の電極板及び前記上部電極の間に配置され、電気的にフローティング状態となるように構成され、
    　前記第２の電極板は、グランドに電気的に接続され、
    　前記電圧調整部は、前記電極及び前記第２の電極板をグランドに電気的に接続するように構成されている、
    請求項１に記載のプラズマ処理装置。
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