WO2024043138A1 - プラズマ処理装置 - Google Patents

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WO2024043138A1
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conductor
plasma processing
processing apparatus
conductor portion
dielectric member
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昌樹 平山
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東京エレクトロン株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy

Definitions

  • An exemplary embodiment of the present disclosure relates to a plasma processing apparatus.
  • a plasma processing apparatus is used in plasma processing of a substrate.
  • One type of plasma processing apparatus includes a chamber, a substrate support, an upper electrode, and an electromagnetic radiation opening.
  • the chamber provides a processing space.
  • a substrate support section is provided within the processing space.
  • the upper electrode is provided above the substrate support and is configured to discharge gas into the processing space.
  • the electromagnetic wave radiation port is configured to introduce electromagnetic waves into the processing space from around the upper electrode.
  • the present disclosure provides a technology that enables plasma ignition even when electromagnetic waves are highly reflected.
  • a plasma processing apparatus in one exemplary embodiment, includes a chamber, an introduction section, a choke, at least one first conductor section, and at least one second conductor section.
  • the introduction section is configured to introduce electromagnetic waves for plasma generation into the chamber from there.
  • the choke is configured to suppress electromagnetic waves from propagating downward along the inner wall surface of the chamber.
  • the choke includes a dielectric member, an upper conductor portion that includes a portion of the inner wall surface and extends above the dielectric member, and a lower conductor portion that extends below the dielectric member.
  • At least one first conductor section is electrically connected to the upper conductor section.
  • the at least one second conductor section is electrically connected to the lower conductor section and extends below the at least one first conductor section.
  • the at least one first conductor portion and the at least one second conductor portion have a gap therebetween having a vertical length less than the thickness of the dielectric member at a location along the inner edge of the dielectric member.
  • ignition of the plasma is possible even when the reflection of electromagnetic waves is large.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a plasma processing apparatus according to an exemplary embodiment
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a plasma processing apparatus according to one exemplary embodiment.
  • FIG. 1 is a partially enlarged perspective view of a plasma processing apparatus according to one exemplary embodiment.
  • FIG. 1 is a partially enlarged cross-sectional view of a plasma processing apparatus according to one exemplary embodiment.
  • FIG. 3 is a partially enlarged perspective view of a plasma processing apparatus according to another exemplary embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a plasma processing apparatus according to one exemplary embodiment.
  • the plasma processing apparatus 1 shown in FIG. 1 includes a chamber 10, an introduction part 14, a choke 16, a plurality of first conductor parts 21, and a plurality of second conductor parts 22.
  • the chamber 10 has an inner wall surface 10i.
  • the chamber 10 provides a processing space 10s therein.
  • the inner wall surface 10i defines a processing space 10s.
  • the inner wall surface 10i is provided by the side wall 10a of the chamber 10.
  • the substrate W is processed in the processing space 10s.
  • Chamber 10 is made of metal such as aluminum and is grounded.
  • Chamber 10 may have a generally cylindrical shape that is open at its upper end.
  • the central axis of each of the chamber 10 and the processing space 10s is the axis AX.
  • the chamber 10 may have a corrosion-resistant film on its surface.
  • the corrosion-resistant film may be a ceramic film containing yttrium oxide film, yttrium oxide fluoride film, yttrium fluoride film, yttrium oxide, yttrium fluoride, or the like.
  • the plasma processing apparatus 1 may further include a substrate support section 12.
  • the substrate support section 12 is provided within the processing space 10s.
  • the substrate support section 12 is configured to substantially horizontally support the substrate W placed on its upper surface.
  • the substrate support portion 12 has a substantially disk shape.
  • the central axis of the substrate support portion 12 is the axis AX.
  • the introduction section 14 is provided so that electromagnetic waves are introduced into the chamber 10 from there in order to generate plasma within the chamber 10.
  • the introduction part 14 is formed from a dielectric material such as quartz, aluminum nitride, or aluminum oxide.
  • the introduction part 14 may have a substantially annular shape, and its central axis may be the axis AX.
  • the electromagnetic waves introduced into the chamber 10 from the introduction section 14 are high frequency waves such as VHF waves or UHF waves.
  • the electromagnetic waves are generated by a high frequency power source which will be described later.
  • the electromagnetic waves propagate to the introduction section 14 through the waveguide section 18 and are introduced into the chamber 10 from the introduction section 14 .
  • the waveguide section 18 provides a waveguide 18w.
  • waveguide 18 may include a top electrode 23 and a top wall 24 .
  • the upper electrode 23 is provided above the substrate support section 12 .
  • the upper electrode 23 is made of a conductor such as aluminum and has a substantially disk shape.
  • the central axis of the upper electrode 23 is the axis AX.
  • the top wall 24 is made of a conductor such as aluminum.
  • the upper wall 24 is provided to cover the upper electrode 23, and forms a waveguide 18w between the upper electrode 23 and the upper wall 24.
  • Top wall 24 may include an upper portion 24a and side portions 24b.
  • the upper portion 24a has a substantially disk shape, and its central axis is the axis AX.
  • the upper portion 24 a extends above the upper electrode 23 and parallel to the upper surface of the upper electrode 23 .
  • the waveguide 18w is formed between the upper surface of the upper electrode 23 and the lower surface of the upper portion 24a of the upper wall 24.
  • the side portion 24b has a substantially cylindrical shape, and its central axis is the axis AX. The side portion 24b extends downward from the peripheral edge of the upper portion 24a.
  • the introduction part 14 is provided so as to fill the space between the inner peripheral surface of the side part 24b and the outer peripheral surface of the upper electrode 23.
  • the upper wall 24 may be arranged on the side wall 10a such that the lower end of the side portion 24b is in contact with the side wall 10a of the chamber 10.
  • the plasma processing apparatus 1 further includes a high frequency power source 30 and a matching box 32.
  • the high frequency power supply 30 is configured to generate high frequency power.
  • the electromagnetic waves introduced into the chamber 10 are generated based on high frequency power generated by the high frequency power source 30.
  • the high frequency power source 30 is connected to the upper electrode 23 via a matching box 32 and an electric line 34.
  • the matching box 32 includes a matching circuit for matching the impedance of the load of the high frequency power source 30 to the output impedance of the high frequency power source 30.
  • the electric line 34 extends downward from the matching box 32 and is connected to the center of the upper surface of the upper electrode 23 . Electrical line 34 may extend on axis AX.
  • the plasma processing apparatus 1 may further include a shower plate 26.
  • the shower plate 26 is provided above the substrate support section 12.
  • the shower plate 26 has a substantially disk shape.
  • the central axis of the shower plate 26 is the axis AX.
  • shower plate 26 may be formed from a conductor such as aluminum.
  • the space between the outer peripheral surface of the shower plate 26 and the inner peripheral surface of the side part 24b of the upper wall 24 is filled with the introduction part 14.
  • the introduction part 14 and the shower plate 26 are provided so as to close the upper end opening of the chamber 10.
  • the shower plate 26 provides a plurality of gas holes 26h.
  • the plurality of gas holes 26h penetrate the shower plate 26 in its plate thickness direction and open toward the processing space 10s.
  • An upper electrode 23 is provided on the shower plate 26.
  • the upper electrode 23 and the shower plate 26 constitute a shower head 28.
  • the upper electrode 23 and the shower plate 26 form a gas diffusion space 28a therebetween.
  • the plurality of gas holes 26h extend downward from the gas diffusion space 28a.
  • a gas supply section 36 is connected to the gas diffusion space 28a. Gas output from the gas supply section 36 is supplied to the processing space 10s via the gas diffusion space 28a and the plurality of gas holes 26h.
  • the gas supplied by the gas supply unit 36 is selected depending on the process to be performed within the process space 10s.
  • the gas supplied by the gas supply unit 36 may contain a film forming gas.
  • the gas supplied by the gas supply unit 36 may include a cleaning gas used to clean the wall surface inside the chamber 10.
  • the electromagnetic waves introduced into the chamber 10 from the introduction section 14 propagate along the lower surface of the shower plate 26.
  • the electromagnetic waves generate plasma from the gas discharged from the shower plate 26 into the processing space 10s.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a plasma processing apparatus according to one exemplary embodiment.
  • FIG. 2 shows the structure of a portion of the plasma processing apparatus 1 including the choke 16 and the plurality of first conductor parts 21 in a horizontal cross section.
  • FIG. 3 is a partially enlarged perspective view of a plasma processing apparatus according to one exemplary embodiment.
  • FIG. 4 is a partially enlarged cross-sectional view of a plasma processing apparatus according to one exemplary embodiment.
  • FIG. 4 shows an enlarged horizontal cross-sectional structure of a portion of the plasma processing apparatus 1 including the choke 16 and one first conductor section 21. As shown in FIG.
  • the plasma processing apparatus 1 includes a choke 16.
  • the choke 16 is configured to suppress electromagnetic waves from propagating downward along the inner wall surface 10i.
  • the choke 16 includes a dielectric member 161, an upper conductor portion 162, and a lower conductor portion 163.
  • the upper conductor portion 162 includes a part of the inner wall surface 10i and extends above the dielectric member 161. Upper conductor portion 162 may be part of side wall 10a of chamber 10. Lower conductor portion 163 extends below dielectric member 161 . The lower conductor portion 163 may include another part of the inner wall surface 10i, or may be a part of the side wall 10a of the chamber 10. Upper conductor portion 162 and lower conductor portion 163 provide a slit therebetween.
  • the dielectric member 161 is made of a dielectric material such as quartz, aluminum oxide, yttria, silicon carbide, or aluminum nitride. At least a portion of the dielectric member 161 is disposed within the above-mentioned slit.
  • the dielectric member 161 may be a plate having a ring shape, and is arranged between the upper conductor part 162 and the lower conductor part 163 so that its center axis is located on the axis AX. You can leave it there.
  • the dielectric member 161 includes an inner end 161i and an outer end 162o. Inner end 161i is located closer to the center of chamber 10 than outer end 161o. That is, the inner end 161i is located closer to the axis AX than the outer end 161o.
  • the choke 16 may further provide a cavity 165 surrounded by a conductor portion 164.
  • Cavity 165 may extend circumferentially around axis AX.
  • the outer end 161o of the dielectric member 161 may protrude into the cavity 165. That is, the outer end 161o of the dielectric member 161 may be disposed within the cavity 165.
  • the dielectric member 161 and the cavity 165 are designed so that the impedance of the choke 16 to electromagnetic waves is high. That is, the dielectric member 161 and the cavity 165 are designed so that parallel resonance of electromagnetic waves occurs in the choke 16.
  • the choke 16 may further include an insulating member 166.
  • Insulating member 166 is formed from an insulator such as quartz, aluminum oxide, yttria, silicon carbide, aluminum nitride, or polytetrafluoroethylene.
  • the insulating member 166 is provided in the cavity 165 so as to cover the dielectric member 161. In the plasma processing apparatus 1, the strength of the electric field of electromagnetic waves within the cavity 165 is reduced by the insulating member 166.
  • the conductor portion 164 and the cavity 165 may constitute the exhaust duct 40.
  • the exhaust duct 40 may include an upper conductor section 162 and a lower conductor section 163. That is, the conductor portion 164 may include the upper conductor portion 162 and the lower conductor portion 163 as part thereof.
  • the exhaust duct 40 may be an annular exhaust duct providing the cavity 165 as an annular exhaust passage and may extend in the circumferential direction with respect to the axis AX.
  • the inner wall (or inner peripheral wall) of the exhaust duct 40 that is, the lower conductor portion 163, provides a plurality of through holes 40h.
  • the plurality of through holes 40h are arranged along the circumferential direction with respect to the axis AX.
  • the cavity 165 communicates with the processing space 10s via a plurality of through holes 40h.
  • the outer wall 40e (or peripheral wall) of the exhaust duct 40 provides an opening 40o.
  • Another exhaust duct 42 is connected to the exhaust duct 40.
  • the exhaust duct 42 provides an exhaust path 42p.
  • the exhaust duct 42 and the exhaust path 42p extend in a direction away from the chamber 10, for example, in a radial direction with respect to the axis AX.
  • the exhaust path 42p is connected to the cavity 165 via the opening 40o.
  • an exhaust device is connected to the exhaust duct 42.
  • the evacuation device may include a vacuum pump, such as a dry pump and/or a turbomolecular pump, and an automatic pressure control valve.
  • a short circuit portion 40c is provided within the opening 40o.
  • the short circuit portion 40c is made of a conductor such as aluminum, and has a rod shape, for example.
  • the short circuit portion 40c electrically connects a pair of edges defining the opening 40o, that is, an upper edge and a lower edge.
  • the short circuit portion 40c separates the opening 40o into multiple parts.
  • the circumferential length of each of the plurality of portions of the opening 40o may be set to be 1/10 or less of the wavelength of the electromagnetic wave in the cavity 165. Due to the shorting portion 40c, the outer wall 40e functions as a shorting surface for electromagnetic waves even in the portion where the opening 40o is provided.
  • the plasma processing apparatus 1 includes a plurality of first conductor parts 21 and a plurality of second conductor parts 22.
  • the number of first conductor portions 21 and the number of second conductor portions 22 are each three.
  • the plurality of first conductor parts 21 are made of a conductor such as aluminum, and are electrically connected to the upper conductor part 162. As shown in FIG. 2, the plurality of first conductor parts 21 may be arranged at equal intervals along the circumferential direction around the axis AX.
  • the plurality of second conductor parts 22 are made of a conductor such as aluminum, and are electrically connected to the lower conductor part 163.
  • the plurality of second conductor portions 22 may be arranged at equal intervals along the circumferential direction around the axis AX. As shown in FIG. 3, the plurality of second conductor parts 22 are provided below the plurality of first conductor parts 21, respectively.
  • Each of the plurality of first conductor parts 21 and the second conductor part 22 located below among the plurality of second conductor parts 22 are located along the inner end 161i of the dielectric member 161.
  • a gap G having a vertical length L smaller than the thickness T is provided between them.
  • the vertical length L of the gap G may be equal to or less than twice the thickness of the plasma sheath.
  • the thickness of the plasma sheath is, for example, 0.6 mm or less. According to the gap G having such a length, invasion of plasma into the gap G can be suppressed.
  • the vertical length L of the gap G may be approximately twice the thickness of the plasma sheath. In this case, plasma is more likely to ignite near the gap G.
  • the plurality of first conductor parts 21 may be part of the upper conductor part 162. That is, the plurality of first conductor parts 21 and the upper conductor part 162 may be formed from a single conductor wall.
  • the plurality of second conductor parts 22 may be part of the lower conductor part 163. That is, the plurality of second conductor parts 22 and the lower conductor part 163 may be formed from a single conductor wall.
  • the inner end 161i of the dielectric member 161 may be provided with a plurality of cutouts 161c.
  • the plurality of cutouts 161c may be arranged at equal intervals along the circumferential direction around the axis AX.
  • Each of the plurality of first conductor parts 21 may be fitted into the plurality of cutouts 161c. This suppresses displacement of the dielectric member 161 within the chamber 10.
  • the gap G is provided in a corresponding one of the plurality of notches 161c.
  • both or one of each of the plurality of first conductor parts 21 and the corresponding second conductor part 22 may be arranged in the corresponding notch 161c.
  • a space may be provided between the first conductor portion 21 and the inner end 161i of the dielectric member 161. In this case, even if the conductor wall around the dielectric member 161 undergoes thermal expansion, stress is suppressed from being applied to the dielectric member 161.
  • the dielectric member 161 may include a plurality of first portions 161a and a plurality of second portions 161b.
  • the plurality of first portions 161a and the plurality of second portions 161b are arranged alternately along the circumferential direction.
  • Each of the plurality of first portions 161a is located along the plurality of cutouts 161c and outside of the plurality of cutouts 161c.
  • the inner end 161i of the dielectric member 161 is continuous with each of the inner surface (or inner peripheral surface) of the upper conductor section 162 and the inner surface (or inner peripheral surface) of the lower conductor section 163. It constitutes a part of the inner wall surface 10i.
  • the inner ends 161i of the dielectric members 161 in the plurality of first portions 161a extend further outward than the inner ends 161i of the dielectric members 161 in the plurality of second portions 161b.
  • the plurality of first conductor parts 21 and the plurality of second conductor parts 22 increase the electric field strength in the region near the gap G in the processing space 10s. Therefore, even if the reflection of electromagnetic waves is large, plasma can be ignited in the area near the gap G.
  • FIG. 5 is a partially enlarged perspective view of a plasma processing apparatus according to another exemplary embodiment.
  • the plasma processing apparatus 1B shown in FIG. 5 will be described below from the viewpoint of the differences between the plasma processing apparatus 1 and the plasma processing apparatus 1B.
  • the plasma processing apparatus 1B includes a plurality of first conductor parts 21B and a plurality of second conductor parts 22B.
  • the plurality of first conductor parts 21B are made of a conductor such as aluminum, and are electrically connected to the upper conductor part 162.
  • the plurality of first conductor portions 21B may be arranged at equal intervals along the circumferential direction around the axis AX.
  • the plurality of first conductor parts 21B protrude inside the chamber 10 from the upper conductor part 162.
  • the plurality of first conductor parts 21B may be a separate member from the upper conductor part 162.
  • the plurality of first conductor parts 21B may be heads of a plurality of screws screwed into a plurality of screw holes formed in the upper conductor part 162.
  • the plurality of second conductor parts 22B are made of a conductor such as aluminum, and are electrically connected to the lower conductor part 163.
  • the plurality of second conductor portions 22B may be arranged at equal intervals along the circumferential direction around the axis AX.
  • Each of the plurality of second conductor parts 22B is provided below the plurality of first conductor parts 21B.
  • the plurality of second conductor parts 22B protrude inside the chamber 10 from the lower conductor part 163.
  • the plurality of second conductor parts 22B may be a separate member from the lower conductor part 163.
  • the plurality of second conductor parts 22B may each be heads of a plurality of screws screwed into a plurality of screw holes formed in the lower conductor part 163.
  • Each of the plurality of first conductor parts 21B and the second conductor part 22B located below among the plurality of second conductor parts 22B are located along the inner end 161i of the dielectric member 161.
  • a gap G having a vertical length less than the thickness is provided between them.
  • the length of the gap G in the vertical direction may be equal to or less than twice the thickness of the plasma sheath.
  • the thickness of the plasma sheath is, for example, 0.6 mm or less.
  • the vertical length of the gap G may be approximately twice the thickness of the plasma sheath.
  • the number of each of the first conductor part and the second conductor part may be one or more or any number.
  • the choke is configured to suppress the electromagnetic waves from propagating downward along the inner wall surface, and includes a dielectric member, and an upper conductor that includes a part of the inner wall surface and extends above the dielectric member.
  • the at least one first conductor portion and the at least one second conductor portion define a gap having a vertical length smaller than a thickness of the dielectric member at a location along an inner edge of the dielectric member. between them, Plasma processing equipment.
  • the dielectric member includes a first portion along the gap and a second portion other than the first portion, The inner end of the second portion is continuous with each of the inner surface of the upper conductor portion and the inner surface of the lower conductor portion, and constitutes a part of the inner wall surface.
  • the first conductor part is a part of the upper conductor part
  • the second conductor part is a part of the lower conductor part
  • the plasma processing apparatus according to any one of E1 to E3.
  • the first conductor part protrudes from the upper conductor part to the inside of the chamber,
  • the second conductor portion projects from the lower conductor portion to the inside of the chamber.
  • the at least one first conductor portion includes a plurality of first conductor portions arranged at equal intervals along the circumferential direction
  • the at least one second conductor portion includes a plurality of second conductor portions arranged at equal intervals along the circumferential direction
  • the plurality of second conductor portions extend below a corresponding first conductor portion among the plurality of first conductor portions
  • SYMBOLS 1 Plasma processing apparatus, 10... Chamber, 10i... Inner wall surface, 14... Introduction part, 16... Choke, 161... Dielectric member, 162... Upper conductor part, 163... Lower conductor part, 21... First conductor part, 22...Second conductor portion, G...Gap.

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Abstract

開示されるプラズマ処理装置は、チャンバ、導入部、チョーク、第１導体部、第２導体部を備える。導入部は、プラズマ生成のための電磁波をそこからチャンバ内に導入するように構成されている。チョークは、電磁波がチャンバの内壁面に沿って下方に伝搬することを抑制するように構成されている。チョークは、誘電体部材、内壁面の一部を含み誘電体部材の上で延在する上側導体部、及び、誘電体部材の下で延在する下側導体部を含む。第１導体部は、上側導体部に導通している。第２導体部は、下側導体部に導通しており、第１導体部の下方で延在している。第１導体部と第２導体部は、誘電体部材の内端に沿った場所で、誘電体部材の厚さよりも小さい鉛直方向の長さを有する間隙をそれらの間に提供している。

Description

プラズマ処理装置
　本開示の例示的実施形態は、プラズマ処理装置に関するものである。
　プラズマ処理装置が、基板に対するプラズマ処理において用いられている。一種のプラズマ処理装置は、チャンバ、基板支持部、上部電極、及び電磁波放射口を備えている。チャンバは、処理空間を提供している。基板支持部は、処理空間内に設けられている。上部電極は、基板支持部の上方に設けられており、処理空間内にガスを吐出するように構成されている。電磁波放射口は、上部電極の周囲から電磁波を処理空間内に導入するように構成されている。下記の特許文献１は、このようなプラズマ処理装置を開示している。
特開２０２１－９６９３４号公報
　本開示は、電磁波の反射が大きい場合であってもプラズマの着火を可能と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、導入部、チョーク、少なくとも一つの第１導体部、少なくとも一つの第２導体部を備える。導入部は、プラズマ生成のための電磁波をそこからチャンバ内に導入するように構成されている。チョークは、電磁波がチャンバの内壁面に沿って下方に伝搬することを抑制するように構成されている。チョークは、誘電体部材、内壁面の一部を含み誘電体部材の上で延在する上側導体部、及び、誘電体部材の下で延在する下側導体部を含む。少なくとも一つの第１導体部は、上側導体部に導通している。少なくとも一つの第２導体部は、下側導体部に導通しており、少なくとも一つの第１導体部の下方で延在している。少なくとも一つの第１導体部と少なくとも一つの第２導体部は、誘電体部材の内端に沿った場所で、誘電体部材の厚さよりも小さい鉛直方向の長さを有する間隙をそれらの間に提供している。
　一つの例示的実施形態によれば、電磁波の反射が大きい場合であってもプラズマの着火が可能となる。
一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。 一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置の断面図である。 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斜視図である。 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。 別の例示的実施形態に係るプラズマ処理装置の部分拡大斜視図である。
　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図である。図１に示すプラズマ処理装置１は、チャンバ１０、導入部１４、チョーク１６、複数の第１導体部２１、及び複数の第２導体部２２を備えている。
　チャンバ１０は、内壁面１０ｉを有する。チャンバ１０は、その中に処理空間１０ｓを提供している。内壁面１０ｉは、処理空間１０ｓを画成している。内壁面１０ｉは、チャンバ１０の側壁１０ａによって提供されている。プラズマ処理装置１において、基板Ｗは、処理空間１０ｓの中で処理される。チャンバ１０は、アルミニウムのような金属から形成されており、接地されている。チャンバ１０は、その上端において開口された略円筒形状を有し得る。チャンバ１０及び処理空間１０ｓの各々の中心軸線は、軸線ＡＸである。チャンバ１０は、その表面に耐腐食性を有する膜を有していてもよい。耐腐食性を有する膜は、酸化イットリウム膜、酸化フッ化イットリウム膜、フッ化イットリウム膜、酸化イットリウム、又はフッ化イットリウム等を含むセラミック膜であり得る。
　プラズマ処理装置１は、基板支持部１２を更に備えていてもよい。基板支持部１２は、処理空間１０ｓの中に設けられている。基板支持部１２は、その上面の上に載置された基板Ｗを略水平に支持するように構成されている。基板支持部１２は、略円盤形状を有している。基板支持部１２の中心軸線は、軸線ＡＸである。
　導入部１４は、チャンバ１０内でプラズマを生成するために、そこからチャンバ１０内に電磁波が導入されるように設けられている。導入部１４は、石英、窒化アルミニウム、又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１４は、略環形状を有していてもよく、その中心軸線は軸線ＡＸであってもよい。導入部１４からチャンバ１０内に導入される電磁波は、ＶＨＦ波又はＵＨＦ波のような高周波である。電磁波は、後述する高周波電源によって発生される。電磁波は、導波部１８を通って導入部１４に伝搬し、導入部１４からチャンバ１０内に導入される。
　導波部１８は、導波路１８ｗを提供している。一実施形態において、導波部１８は、上部電極２３及び上壁２４を含んでいてもよい。上部電極２３は、基板支持部１２の上方に設けられている。上部電極２３は、アルミニウムのような導体から形成されており、略円盤形状を有している。上部電極２３の中心軸線は、軸線ＡＸである。
　上壁２４は、アルミニウムのような導体から形成されている。上壁２４は、上部電極２３を覆うように設けられており、上部電極２３と上壁２４との間に導波路１８ｗを形成している。上壁２４は、上部２４ａ及び側部２４ｂを含んでいてもよい。上部２４ａは、略円盤形状を有しており、その中心軸線は、軸線ＡＸである。上部２４ａは、上部電極２３の上方で、上部電極２３の上面と平行に延在している。導波路１８ｗは、上部電極２３の上面と上壁２４の上部２４ａの下面との間に形成されている。側部２４ｂは、略円筒形状を有しており、その中心軸線は、軸線ＡＸである。側部２４ｂは、上部２４ａの周縁部から下方に延びている。導入部１４は、側部２４ｂの内周面と上部電極２３の外周面との間の空間を埋めるように設けられている。なお、上壁２４は、側部２４ｂの下端がチャンバ１０の側壁１０ａに接するように、側壁１０ａ上に配置され得る。
　プラズマ処理装置１は、高周波電源３０及び整合器３２を更に備えている。高周波電源３０は、高周波電力を発生するように構成されている。チャンバ１０内に導入される電磁波は、高周波電源３０によって発生される高周波電力に基づいて発生する。高周波電源３０は、整合器３２及び電気線路３４を介して上部電極２３に接続されている。整合器３２は、高周波電源３０の負荷のインピーダンスを高周波電源３０の出力インピーダンスに整合させるための整合回路を含んでいる。電気線路３４は、整合器３２から下方に延びて、上部電極２３の上面の中心に接続されている。電気線路３４は、軸線ＡＸ上で延在し得る。
　一実施形態において、プラズマ処理装置１は、シャワープレート２６を更に備えていてもよい。シャワープレート２６は、基板支持部１２の上方に設けられている。シャワープレート２６は、略円盤形状を有している。シャワープレート２６の中心軸線は、軸線ＡＸである。シャワープレート２６は、アルミニウムのような導体から形成されていてもよい。シャワープレート２６の外周面と上壁２４の側部２４ｂの内周面との間の空間は、導入部１４で埋められている。導入部１４及びシャワープレート２６は、チャンバ１０の上端開口を閉じるように設けられている。
　シャワープレート２６は、複数のガス孔２６ｈを提供している。複数のガス孔２６ｈは、シャワープレート２６をその板厚方向に貫通しており、処理空間１０ｓに向けて開口している。シャワープレート２６上には、上部電極２３が設けられている。上部電極２３とシャワープレート２６は、シャワーヘッド２８を構成している。上部電極２３及びシャワープレート２６は、それらの間にガス拡散空間２８ａを形成している。複数のガス孔２６ｈは、ガス拡散空間２８ａから下方に延びている。
　ガス拡散空間２８ａには、ガス供給部３６が接続されている。ガス供給部３６から出力されるガスは、ガス拡散空間２８ａ及び複数のガス孔２６ｈを介して処理空間１０ｓに供給される。ガス供給部３６が供給するガスは、処理空間１０ｓ内で行われる処理に応じて選択される。ガス供給部３６が供給するガスは、成膜ガスを含んでいてもよい。ガス供給部３６が供給するガスは、チャンバ１０内の壁面のクリーニングに用いられるクリーニングガスを含んでいてもよい。
　プラズマ処理装置１では、導入部１４からチャンバ１０内に導入された電磁波は、シャワープレート２６の下面に沿って伝搬する。電磁波は、シャワープレート２６から処理空間１０ｓ内に吐出されたガスからプラズマを生成する。
　以下、図１と共に、図２～図４を参照する。図２は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置の断面図である。図２は、プラズマ処理装置１のチョーク１６及び複数の第１導体部２１を含む部分の水平断面における構造を示している。図３は、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斜視図である。図４は、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４は、プラズマ処理装置１のチョーク１６及び一つの第１導体部２１を含む部分の水平断面における構造を拡大して示している。
　図１～図４に示すように、プラズマ処理装置１は、チョーク１６を備えている。チョーク１６は、電磁波が内壁面１０ｉに沿って下方に伝搬することを抑制するように構成されている。チョーク１６は、誘電体部材１６１、上側導体部１６２、及び下側導体部１６３を含んでいる。
　上側導体部１６２は、内壁面１０ｉの一部を含んでおり、誘電体部材１６１の上で延在している。上側導体部１６２は、チャンバ１０の側壁１０ａの一部であり得る。下側導体部１６３は、誘電体部材１６１の下で延在している。下側導体部１６３は、内壁面１０ｉの別の一部を含んでいてもよく、チャンバ１０の側壁１０ａの一部であってもよい。上側導体部１６２と下側導体部１６３は、それらの間にスリットを提供している。
　誘電体部材１６１は、石英、酸化アルミニウム、イットリア、炭化ケイ素、窒化アルミニウムのような誘電体から形成されている。誘電体部材１６１の少なくとも一部は、上述のスリットの中に配置されている。一実施形態において、誘電体部材１６１は、リング形状を有する板であってもよく、その中心軸線が軸線ＡＸ上に位置するように上側導体部１６２と下側導体部１６３との間に配置されていてもよい。図２～図４に示すように、誘電体部材１６１は、内端１６１ｉ及び外端１６２ｏを含んでいる。内端１６１ｉは、外端１６１ｏよりもチャンバ１０の中心の近くに位置している。即ち、内端１６１ｉは、外端１６１ｏよりも軸線ＡＸの近くに位置している。
　図１に示すように、チョーク１６は、導体部１６４によって囲まれた空洞１６５を更に提供していてもよい。空洞１６５は、軸線ＡＸの周りで周方向に延在していてもよい。誘電体部材１６１の外端１６１ｏは、空洞１６５の中に突き出していてもよい。即ち、誘電体部材１６１の外端１６１ｏは、空洞１６５の中に配置されていてもよい。誘電体部材１６１及び空洞１６５は、電磁波に対してチョーク１６が有するインピーダンスが高くなるように設計されている。即ち、誘電体部材１６１及び空洞１６５は、チョーク１６において電磁波の並列共振が生じるように設計されている。
　チョーク１６は、絶縁性部材１６６を更に備えていてもよい。絶縁性部材１６６は、石英、酸化アルミニウム、イットリア、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、ポリテトラフルオロエチレンのような絶縁体から形成されている。絶縁性部材１６６は、空洞１６５の中で誘電体部材１６１を覆うように設けられている。プラズマ処理装置１では、空洞１６５内での電磁波の電界の強度が、絶縁性部材１６６によって低減される。
　一実施形態において、導体部１６４及び空洞１６５は、排気ダクト４０を構成していてもよい。この実施形態において、排気ダクト４０は、上側導体部１６２及び下側導体部１６３を含んでいてもよい。即ち、導体部１６４は、上側導体部１６２及び下側導体部１６３をその一部として含んでいてもよい。排気ダクト４０は、環状排気路として空洞１６５を提供する環状排気ダクトであってもよく、軸線ＡＸに対して周方向に延びていてもよい。
　排気ダクト４０の内壁（又は内周壁）、即ち下側導体部１６３は、複数の貫通孔４０ｈを提供している。複数の貫通孔４０ｈは、軸線ＡＸに対して周方向に沿って配列されている。空洞１６５は、複数の貫通孔４０ｈを介して処理空間１０ｓに連通している。
　排気ダクト４０の外壁４０ｅ（又は外周壁）は、開口４０ｏを提供している。排気ダクト４０には、別の排気ダクト４２が接続されている。排気ダクト４２は、排気路４２ｐを提供している。排気ダクト４２及び排気路４２ｐは、チャンバ１０から離れる方向、例えば軸線ＡＸに対して放射方向に延びている。排気路４２ｐは、開口４０ｏを介して空洞１６５に接続されている。また、排気ダクト４２には、排気装置が接続される。排気装置は、ドライポンプ及び／又はターボ分子ポンプのような真空ポンプと自動圧力制御弁を含み得る。
　開口４０ｏ内には、短絡部４０ｃが設けられている。短絡部４０ｃは、アルミウムのような導体から形成されており、例えば棒状をなしている。短絡部４０ｃは、開口４０ｏを画成する一対の縁部、即ち上縁部と下縁部を互いに電気的に接続している。短絡部４０ｃは、開口４０ｏを複数の部分に分離している。開口４０ｏの複数の部分の各々の周方向に沿った長さは、空洞１６５における電磁波の波長の１／１０以下の長さに設定され得る。短絡部４０ｃにより、外壁４０ｅは、開口４０ｏが設けられている部分においても電磁波に対する短絡面として機能する。
　上述したように、プラズマ処理装置１は、複数の第１導体部２１及び複数の第２導体部２２を含んでいる。図１～図４に示す例では、第１導体部２１の個数及び第２導体部２２の個数の各々は、三つである。
　複数の第１導体部２１は、アルミニウムのような導体から形成されており、上側導体部１６２に導通している。図２に示すように、複数の第１導体部２１は、軸線ＡＸの周りで周方向に沿って等間隔に配列されていてもよい。複数の第２導体部２２は、アルミニウムのような導体から形成されており、下側導体部１６３に導通している。複数の第２導体部２２は、軸線ＡＸの周りで周方向に沿って等間隔に配列されていてもよい。図３に示すように、複数の第２導体部２２はそれぞれ、複数の第１導体部２１の下方に設けられている。
　複数の第１導体部２１の各々と複数の第２導体部２２のうちその下方に位置する第２導体部２２は、誘電体部材１６１の内端１６１ｉに沿った場所で、誘電体部材１６１の厚さＴよりも小さい鉛直方向の長さＬを有する間隙Ｇをそれらの間に提供している。間隙Ｇの鉛直方向の長さＬは、プラズマシースの厚さの２倍以下であってもよい。プラズマシースの厚さは、例えば０．６ｍｍ以下である。かかる長さを有する間隙Ｇによれば、間隙Ｇへのプラズマの侵入が抑制され得る。間隙Ｇの鉛直方向の長さＬは、プラズマシースの厚さの約２倍であってもよい。この場合には、間隙Ｇの近傍において、プラズマが、より着火し易くなる。
　一実施形態において、複数の第１導体部２１は、上側導体部１６２の一部であってもよい。即ち、複数の第１導体部２１と上側導体部１６２は、単一の導体壁から形成されていてもよい。また、複数の第２導体部２２は、下側導体部１６３の一部であってもよい。即ち、複数の第２導体部２２と下側導体部１６３は、単一の導体壁から形成されていてもよい。
　図３及び図４に示すように、一実施形態において、誘電体部材１６１の内端１６１ｉは、複数の切り欠き１６１ｃを提供していてもよい。複数の切り欠き１６１ｃは、軸線ＡＸの周りで周方向に沿って等間隔に配列されていてもよい。複数の第１導体部２１はそれぞれ、複数の切り欠き１６１ｃの中に嵌め込まれていてもよい。これにより、チャンバ１０内での誘電体部材１６１の位置ずれが抑制される。この場合において、間隙Ｇは、複数の切り欠き１６１ｃのうち対応の切り欠き１６１ｃの中で提供される。なお、複数の第１導体部２１の各々及び対応の第２導体部２２の双方又は一方が、対応の切り欠き１６１ｃの中に配置されていてもよい。
　図３及び図４に示すように、第１導体部２１と誘電体部材１６１の内端１６１ｉとの間には、空間が設けられていてもよい。この場合には、誘電体部材１６１の周囲の導体壁の熱膨張が生じても、誘電体部材１６１に応力が加わることが抑制される。
　また、誘電体部材１６１は、複数の第１部分１６１ａ及び複数の第２部分１６１ｂを含んでいてもよい。複数の第１部分１６１ａ及び複数の第２部分１６１ｂは、周方向に沿って交互に配列されている。複数の第１部分１６１ａはそれぞれ、複数の切り欠き１６１ｃに沿って、複数の切り欠き１６１ｃの外側に位置している。複数の第２部分１６１ｂにおいて、誘電体部材１６１の内端１６１ｉは、上側導体部１６２の内面（又は内周面）及び下側導体部１６３の内面（又は内周面）の各々に連続しており、内壁面１０ｉの一部を構成している。この実施形態では、複数の第１部分１６１ａにおける誘電体部材１６１の内端１６１ｉは、複数の第２部分１６１ｂにおける誘電体部材１６１の内端１６１ｉよりも外側で延在している。
　以上説明したプラズマ処理装置１では、複数の第１導体部２１及び複数の第２導体部２２により、処理空間１０ｓ内の間隙Ｇの近傍の領域における電界強度が高くなる。したがって、電磁波の反射が大きい場合であっても、間隙Ｇの近傍の領域でプラズマの着火が可能となる。
　以下、図５を参照する。図５は、別の例示的実施形態に係るプラズマ処理装置の部分拡大斜視図である。以下、図５に示すプラズマ処理装置１Ｂについて、プラズマ処理装置１とプラズマ処理装置１Ｂの相違点の観点から説明する。
　プラズマ処理装置１Ｂは、複数の第１導体部２１Ｂ及び複数の第２導体部２２Ｂを備えている。複数の第１導体部２１Ｂは、アルミニウムのような導体から形成されており、上側導体部１６２に導通している。複数の第１導体部２１Ｂは、軸線ＡＸの周りで周方向に沿って等間隔に配列されていてもよい。複数の第１導体部２１Ｂは、上側導体部１６２からチャンバ１０の内側に突出している。複数の第１導体部２１Ｂは、上側導体部１６２とは別の部材であってもよい。例えば、複数の第１導体部２１Ｂは、上側導体部１６２に形成された複数のねじ穴に螺合された複数のねじの頭部であってもよい。
　複数の第２導体部２２Ｂは、アルミニウムのような導体から形成されており、下側導体部１６３に導通している。複数の第２導体部２２Ｂは、軸線ＡＸの周りで周方向に沿って等間隔に配列されていてもよい。複数の第２導体部２２Ｂはそれぞれ、複数の第１導体部２１Ｂの下方に設けられている。複数の第２導体部２２Ｂは、下側導体部１６３からチャンバ１０の内側に突出している。複数の第２導体部２２Ｂは、下側導体部１６３とは別の部材であってもよい。例えば、複数の第２導体部２２Ｂはそれぞれ、下側導体部１６３に形成された複数のねじ穴に螺合された複数のねじの頭部であってもよい。
　複数の第１導体部２１Ｂの各々と複数の第２導体部２２Ｂのうちその下方に位置する第２導体部２２Ｂは、誘電体部材１６１の内端１６１ｉに沿った場所で、誘電体部材１６１の厚さよりも小さい鉛直方向の長さを有する間隙Ｇをそれらの間に提供している。間隙Ｇの鉛直方向の長さは、プラズマシースの厚さの２倍以下であってもよい。プラズマシースの厚さは、例えば０．６ｍｍ以下である。間隙Ｇの鉛直方向の長さは、プラズマシースの厚さの約２倍であってもよい。
　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。
　例えば、更に別の実施形態に係るプラズマ処理装置において、第１導体部及び第２導体部の各々の個数は、一つ以上の任意の個数であってもよい。
　ここで、本開示に含まれる種々の例示的実施形態を、以下の［Ｅ１］～［Ｅ１０］に記載する。
［Ｅ１］
　内壁面を有するチャンバと、
　プラズマ生成のための電磁波をそこからチャンバ内に導入する導入部と、
　前記電磁波が前記内壁面に沿って下方に伝搬することを抑制するように構成されたチョークであり、誘電体部材、前記内壁面の一部を含み該誘電体部材の上で延在する上側導体部、及び、該誘電体部材の下で延在する下側導体部を含む、該チョークと、
　前記上側導体部に導通する少なくとも一つの第１導体部と、
　前記下側導体部に導通しており、前記少なくとも一つの第１導体部の下方で延在する少なくとも一つの第２導体部と、
を備え、
　前記少なくとも一つの第１導体部と前記少なくとも一つの第２導体部は、前記誘電体部材の内端に沿った場所で、前記誘電体部材の厚さよりも小さい鉛直方向の長さを有する間隙をそれらの間に提供している、
プラズマ処理装置。
［Ｅ２］
　前記誘電体部材は、前記間隙に沿う第１部分及び該第１部分以外の第２部分を含み、
　前記第２部分の内端は、前記上側導体部の内面及び前記下側導体部の内面の各々に連続しており、前記内壁面の一部を構成している、
Ｅ１に記載のプラズマ処理装置。
［Ｅ３］
　前記第１部分の内端は、前記第２部分の前記内端よりも外側で延在している、Ｅ２に記載のプラズマ処理装置。
［Ｅ４］
　前記第１導体部は前記上側導体部の一部であり、
　前記第２導体部は前記下側導体部の一部である、
Ｅ１～Ｅ３の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
［Ｅ５］
　前記第１導体部は、前記上側導体部から前記チャンバの内側に突出しており、
　前記第２導体部は、前記下側導体部から前記チャンバの内側に突出している、
Ｅ１又はＥ２に記載のプラズマ処理装置。
［Ｅ６］
　前記上側導体部及び前記下側導体部を含む排気ダクトを更に備える、Ｅ１～Ｅ５の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
［Ｅ７］
　前記排気ダクトは、前記チョークを構成する、Ｅ６に記載のプラズマ処理装置。
［Ｅ８］
　前記誘電体部材は、前記排気ダクトの中に突き出している、Ｅ７に記載のプラズマ処理装置。
［Ｅ９］
　前記間隙の前記長さは、プラズマシースの厚さの２倍以下である、Ｅ１～Ｅ８の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
［Ｅ１０］
　前記少なくとも一つの第１導体部として、周方向に沿って等間隔に配列された複数の第１導体部を備え、
　前記少なくとも一つの第２導体部として、周方向に沿って等間隔に配列された複数の第２導体部を備え、
　前記複数の第２導体部は、前記複数の第１導体部のうち対応の第１導体部の下方で延在している、
Ｅ１～Ｅ９の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
　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、１０ｉ…内壁面、１４…導入部、１６…チョーク、１６１…誘電体部材、１６２…上側導体部、１６３…下側導体部、２１…第１導体部、２２…第２導体部、Ｇ…間隙。

Claims (11)

  1. 　内壁面を有するチャンバと、
    　プラズマ生成のための電磁波をそこからチャンバ内に導入する導入部と、
    　前記電磁波が前記内壁面に沿って下方に伝搬することを抑制するように構成されたチョークであり、誘電体部材、前記内壁面の一部を含み該誘電体部材の上で延在する上側導体部、及び、該誘電体部材の下で延在する下側導体部を含む、該チョークと、
    　前記上側導体部に導通する少なくとも一つの第１導体部と、
    　前記下側導体部に導通しており、前記少なくとも一つの第１導体部の下方で延在する少なくとも一つの第２導体部と、
    を備え、
    　前記少なくとも一つの第１導体部と前記少なくとも一つの第２導体部は、前記誘電体部材の内端に沿った場所で、前記誘電体部材の厚さよりも小さい鉛直方向の長さを有する間隙をそれらの間に提供している、
    プラズマ処理装置。
  2. 　前記誘電体部材は、前記間隙に沿う第１部分及び該第１部分以外の第２部分を含み、
    　前記第２部分の内端は、前記上側導体部の内面及び前記下側導体部の内面の各々に連続しており、前記内壁面の一部を構成している、
    請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 　前記第１部分の内端は、前記第２部分の前記内端よりも外側で延在している、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 　前記第１導体部は前記上側導体部の一部であり、
    　前記第２導体部は前記下側導体部の一部である、
    請求項１～３の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  5. 　前記第１導体部は、前記上側導体部から前記チャンバの内側に突出しており、
    　前記第２導体部は、前記下側導体部から前記チャンバの内側に突出している、
    請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  6. 　前記第１導体部は、前記上側導体部から前記チャンバの内側に突出しており、
    　前記第２導体部は、前記下側導体部から前記チャンバの内側に突出している、
    請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  7. 　前記上側導体部及び前記下側導体部を含む排気ダクトを更に備える、請求項１～３及び５～６の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  8. 　前記排気ダクトは、前記チョークを構成する、請求項７に記載のプラズマ処理装置。
  9. 　前記誘電体部材は、前記排気ダクトの中に突き出している、請求項８に記載のプラズマ処理装置。
  10. 　前記間隙の前記長さは、プラズマシースの厚さの２倍以下である、請求項１～３及び５～６の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  11. 　前記少なくとも一つの第１導体部として、周方向に沿って等間隔に配列された複数の第１導体部を備え、
    　前記少なくとも一つの第２導体部として、周方向に沿って等間隔に配列された複数の第２導体部を備え、
    　前記複数の第２導体部は、前記複数の第１導体部のうち対応の第１導体部の下方で延在している、
    請求項１～３及び５～６の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
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