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1. WO2020116249 - PLASMA PROCESSING DEVICE

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明 細 書

発明の名称 プラズマ処理装置

技術分野

0001  

背景技術

0002  

先行技術文献

特許文献

0003  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0004  

課題を解決するための手段

0005  

発明の効果

0006  

図面の簡単な説明

0007  

発明を実施するための形態

0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063  

符号の説明

0064  

請求の範囲

1   2   3  

図面

1   2   3   4   5   6  

明 細 書

発明の名称 : プラズマ処理装置

技術分野

[0001]
 本開示の例示的実施形態は、プラズマ処理装置に関する。

背景技術

[0002]
 従来のプラズマ処理装置は、特許文献1~特許文献2に記載されている。プラズマの発生方式には様々なものがあるが、超短波(VHF)帯の周波数をプラズマ発生に用いた容量結合プラズマ(CCP)処理装置が、注目されている。VHF帯とは、30MHz~300MHz程度の範囲の周波数である。一般的には、電磁波をウェハの表面に対して垂直に放射する構造が知られている。

先行技術文献

特許文献

[0003]
特許文献1 : 特開平10-172792号公報
特許文献2 : 特開2011-171750号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0004]
 しかしながら、VHF波を処理容器内に導入する場合、処理容器内で定在波が形成される傾向があり、プラズマの面内均一性が十分ではない。プラズマの面内均一性を向上可能なプラズマ処理装置が期待されている。

課題を解決するための手段

[0005]
 一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置は、処理容器内に対向配置された上部電極及び下部電極を備え、これらの電極間の空間にプラズマを発生させるプラズマ処理装置において、VHF波の電力伝送路中に配置されたインピーダンス変換部と、前記インピーダンス変換部を介してVHF波を径方向の外側に伝搬させる伝送部と、前記上部電極の下方に設けられた上部誘電体と、前記上部誘電体の横方向端部の位置に設けられ、前記伝送部からのVHF波が入力されるVHF波導入部とを備えることを特徴とする。

発明の効果

[0006]
 一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置によれば、プラズマの面内均一性を向上させることができる。

図面の簡単な説明

[0007]
[図1] 図1はプラズマ処理装置の縦断面構造を説明するための図である。
[図2] 図2はプラズマ処理装置の縦断面構造を説明するための図である。
[図3] 図3はプラズマ処理装置の縦断面構造を説明するための図である。
[図4] 図4はプラズマ処理装置の縦断面構造を説明するための図である。
[図5] 図5は誘電体内のVHF波の伝搬を説明するための図である。
[図6] 図6はVHF波の周波数(MHz)と絶縁体ブロックによる反射係数Γとの関係を示すグラフである。

発明を実施するための形態

[0008]
 第1のプラズマ処理装置は、処理容器内に対向配置された上部電極及び下部電極を備え、これらの電極間の空間にプラズマを発生させるプラズマ処理装置において、VHF波の電力伝送路中に配置されたインピーダンス変換部と、前記インピーダンス変換部を介してVHF波を径方向の外側に伝搬させる伝送部と、前記上部電極の下方に設けられた上部誘電体と、前記上部誘電体の横方向端部の位置に設けられ、前記伝送部からのVHF波が入力されるVHF波導入部とを備えることを特徴とする。
[0009]
 VHF波導入部により、横方向のからVHF波がプラズマ発生空間に導入されるため、この場合には、複数の方向からVHF波を導入することができ、VHF波の定在波の発生が抑制され、したがって、プラズマの面内均一性を向上させることができる。ここで、インピーダンス変換部は、VHF波の電力伝送路中に配置されているので、VHF波を効率的にプラズマ発生空間内に導くことができ、効率的にプラズマを発生させることができる。
[0010]
 第2のプラズマ処理装置においては、前記インピーダンス変換部は、セラミックスからなることを特徴とする。セラミックスは、誘電率が高いため、インピーダンス変換を容易に行うことができる。
[0011]
 第3のプラズマ処理装置においては、インピーダンス変換部は、上下方向に積層した複数の部品から構成されていることを特徴とする。この場合、複数の部品を用いることで、インピーダンスの精密な調整を行うことができる。
 以下、実施の形態に係るプラズマ処理装置について説明する。同一要素には、同一符号を用い、重複する説明は省略する。
 図1は、プラズマ処理装置100の装置構成(第1実施形態)を示す説明図である。なお、説明の便宜上、三次元直交座標系を設定する。プラズマ処理装置の鉛直方向をZ軸方向とし、これに垂直な2方向をそれぞれX軸及びY軸とする。
[0012]
 このプラズマ処理装置100は、処理容器1内に対向配置された上部電極5及び下部電極6を備え、これらの電極間の空間SPにプラズマを発生させるプラズマ処理装置を対象としている。上部電極5の下面は平坦であり、下部電極6の上面は凹部6dを備えている。また、上部電極5の下面側には上部誘電体7が設けられる一方、下部電極6の凹部内には、下部誘電体8が設けられ、上部誘電体7と下部誘電体8との間の空間SPの横方向端部には、VHF波導入部9が設けられている。
[0013]
 処理容器1の上部開口端の近傍には、誘電体からなるVHF波導波路2が設けられている。VHF波導波路2は、ここでの誘電体としては、空気を例示するが、その他、石英や、アルミナなどを誘電体として採用することができる。水平方向に延びたVHF波導波路2は、上部に導波管の側壁2wが位置している。処理容器の中央は開口しており、開口周囲の側壁が、同軸管の外側導体3aを構成し、軸中心には内側導体3bが配置されている。なお、内側導体3bは、上部電極5に対して一体的に構成され、電気的に接続されている。
[0014]
 上部電極5の下面には、上部誘電体7(誘電体シャワー)が固定されている。上部誘電体7の下部表面は平坦であり、XY平面に平行である。また、上部誘電体7及び上部電極5の平面形状(Z軸方向から見た形状)は、円形である。上部誘電体7は、厚みが一定の構造を有しており、上下の面は、それぞれXY平面に平行な平坦面である。
[0015]
 下部電極6の上面には、すり鉢状の凹部6dが形成されており、この凹部6d内に下部誘電体8が埋め込まれている。下部誘電体8の上部表面は平坦であり、XY平面に平行である。また、下部誘電体8及び下部電極6の平面形状(Z軸方向から見た形状)は、円形である。下部誘電体8は、中央部では厚みが厚く、外周部では厚みが薄い。下部誘電体8の下部表面の中央領域は平坦でXY平面に平行であり、最外領域も平坦でXY平面に平行であるが、これらの間の領域は、円錐面であり、下部から上部に向けて平面形状の直径が大きくなる傾斜面からなる。
[0016]
 水平方向のVHF波導波路2(伝送部)の中央部に導入されたVHF波は、水平方向に沿って放射状に周辺部に進行する。VHF波導波路2は、VHF波を径方向の外側に伝搬させる伝送部である。その後、このVHF波は、処理容器1の側壁に設けられた凹部(平面形状は円リング状で、深さはZ軸方向)からなる導波路1wを下方に進行し、VHF波導入部9に導入され、外周部から中央部に向けて進行する。VHF波導入部9の平面形状は円リング状であり、水平方向の全方位から処理容器の軸中心に向けて、VHF波が進行する。VHF波導入部9は、プラズマ発生空間SPの横方向に位置している。VHF波導入部9は、上部誘電体7の横方向端部の位置に設けられ、上記の伝送部からのVHF波が入力される。ここでは、VHF波導入部9は、上部誘電体7の側方端部に接触している。
[0017]
 VHF波発生器13から発生したVHF波は、導波管を通って、水平方向のVHF波導波路2に導入される。その後、上述のように、上部電極5と下部電極6との間に、VHF波導入部9から、VHF波が導入されると、処理容器の内部のガスがプラズマ化し、プラズマが発生する。この場合、VHF波導入部9は、横方向端部(水平方向端部)に位置しており、この空間内には、様々な横方向からVHF波が導入されるので、定在波が形成されにくいという利点がある。また、上部電極5と下部電極6との間に発生する電界ベクトルは、電極の外周領域では鉛直方向から下向き外側に向けて傾斜する傾向があるが、下部電極6には、凹部6dが設けられている。この凹部6dには、下部誘電体8が設けられているので、この誘電体により、ステージ近傍の電界分布を面内で均一にすることができる。また、下部誘電体8は、中央部の厚みよりも外周部の厚みが薄い。特に、誘電体が影響を与える電界ベクトルの向きと大きさは、その厚みにも依存するので、誘電体の外周部において、薄く設定することで、電界ベクトル強度の面内均一性を向上させることができる。
[0018]
 また、下部誘電体8において、プラズマ発生空間SPとは反対側の面は、すり鉢状に傾斜している。この傾斜により、対応する電界ベクトルをより鉛直方向に向け、面内のプラズマ均一性を高めることができる。すなわち、下部誘電体8には、電界ベクトルを曲げるレンズ機能がある。この場合、周辺領域のVHF波の電界ベクトルが、中央領域と同じようになる傾向があり、電界ベクトルの面内均一性が高くなる。
[0019]
 また、上部誘電体7及び下部誘電体8は、空間SPを挟んで同軸配置されている。すなわち、電極間の軸が一致している方が、プラズマの面内均一性を高めることができるからである。また、上部誘電体7の半径と、下部誘電体8の半径との差の距離Δxは、0に近い値の方が好ましい。プラズマ発生条件が対称になるため、プラズマの均一性が高まるからである。
[0020]
 下部電極6は、駆動ステージDRVによって上下方向に移動させることができる。これにより、最適な条件でプラズマを発生させることができる。また、下部電極6には、温度調節装置TEMPが設けられている。温度調節装置TEMPは、冷却媒体を流すための媒体通路と、ヒータと、温度センサとを含んでおり、制御装置12によって、下部電極6が目的の温度となるように制御される。例えば、目標温度がT1℃であれば、温度センサの出力がT1℃よりも小さければ、ヒータを加熱し、T1℃よりも高ければ、ヒータを加熱しないで、冷却媒体を媒体通路に流すように、制御すればよい。
[0021]
 制御装置12は、排気装置14も制御している。排気装置14は、処理容器1の外壁内に設けられた円環状の排気通路4内のガスを排気する。排気通路4は、プラズマ発生空間SPの横方向に設けられており、処理容器の内面において周方向に沿って設けられた複数の排気孔に連通している。これにより、プラズマ発生空間SP内のガスを排気することができ、この空間における圧力を適切な値に設定することができる。この圧力は、処理内容に応じて変更すればよいが、例えば、0.1Paから100Paとすることができる。排気装置14としては、ロータリポンプ、イオンポンプ、クライオスタット、ターボ分子ポンプなど真空系の装置で通常用いられるポンプを採用することができる。
[0022]
 制御装置12は、ガス源10から発生したガスの流量を制御する流量コントローラ11を制御している。流量コントローラ11は、単なるバルブであってもよい。これにより、目的のガスを、処理容器1内に導入することができる。また、制御装置12は、VHF波発生器13も制御している。VHF波の周波数は、30MHz~300MHz程度である。
[0023]
 ガス源10に使用できるガスとしては、Ar等の希ガスの他、CF ,C などの炭素及びフッ素を含むガス、N ,O などのガスなどが、一例として挙げられる。
[0024]
 上部電極5及び下部電極6の材料としては、アルミニウムを用いることができる。上部誘電体7及び下部誘電体8の材料としては、窒化アルミニウム(AlN)を用いることができる。水平方向のVHF波導波路2の材料としては、空気を用いているが、導波路を形成することができれば、石英やアルミナなどの誘電体でもよい。
[0025]
 下部誘電体8上に配置される基板としては、シリコンなどを用いることができ、この基板に対して、成膜やエッチングなどの処理を行うことができる。また、必要に応じて、静電チャックを設けたり、下部誘電体8に直流バイアス電位を印加したり、場合によっては、高周波電圧を上下の電極間に印加する構成も考えられ、処理容器の周囲に磁石を配置する構成も考えられる。
[0026]
 次に、ガスの導入方法について説明する。
[0027]
 水平方向のVHF波導波路2の上部側壁2wには、平面形状が円形の開口が設けられており、この開口内にガス導入通路2Aが形成されている。すなわち、VHF波導波路2に、貫通孔を形成する。この貫通孔の形状は、平面形状が円環状であり、この貫通孔内にアルミナ(Al )からなる絶縁体のリング状の管を配置し、ガス導入通路2Aとする。外側導体3aは、VHF波導波路2の中央近傍に位置する。ガス導入通路2Aには、適当なガス貯留空間を連通させておき、この空間からガス導入通路2A内にガスを導入する。上部電極5には、内部に、ガス通路が形成されており、このガス通路と、ガス拡散板7Aを介して、シャワー構造の上部誘電体7に至る。ガス拡散板7Aは、ディフューザであり、複数の貫通孔が形成されている。ガス拡散板7Aの材料は、AlN、アルミナ、SiO などの絶縁体からなるが、メッシュ電極などから構成することも可能である。
[0028]
 上述のように、上記プラズマ処理装置は、処理容器内に対向配置された上部電極5及び下部電極6と、上部電極5の下方に配置されたガス導入用の誘電体シャワーとを備え、上部電極5と下部電極6との間の空間にプラズマを発生させる。
[0029]
 ここで、上部電極5上には絶縁体ブロック2Bが配置されている。上記のVHF波導波路2は、空気であって、処理容器1の上部構造において、処理容器1の側壁に設けられた凹部からなる導波路1wに連通する水平方向に延びた導波路2が配置されている。外側導体3aと内側導体3bとの間に、リング状の絶縁体からなる絶縁体ブロック2Bを配置する。これにより、絶縁体ブロック2Bの上部から導入されたVHF波は、水平方向の導波路2を介して、垂直方向の導波路1wに至り、VHF波導入部9を介して、処理容器内部に導入される。VHF波はアルミナ等からなるガス導入通路2Aも通過する。なお、絶縁体ブロック2BのZ軸方向の厚みΔZは、VHF波の波長λ(本例では周波数換算で120MHz~240MHz)に対して、プラズマ負荷インピーダンスを変換するインピーダンス変換器として機能するように設定する。すなわち、絶縁体ブロック2BにおけるVHF波の実効波長をλとし、自然数Nを用いて、奇数を2N-1で示すと、絶縁体ブロック2BのZ軸方向の厚みΔZは、たとえば、ΔZ=(1/4)×λ×(2N-1)に設定することができる。
[0030]
 このように、上記プラズマ処理装置は、VHF波の電力伝送路中に配置されたインピーダンス変換部(絶縁体ブロック2B)を備えている。また、上記プラズマ処理装置は、インピーダンス変換部を介してVHF波を径方向の外側に伝搬させる伝送部(VHF波導波路2)と、上部電極5の下方に設けられた上部誘電体7と、上部誘電体7の横方向端部の位置に設けられ、伝送部(VHF波導波路2)からのVHF波が入力されるVHF波導入部9とを備えている。なお、インピーダンス変換部は、同軸管(3a,3b)の特性インピーダンスと、アンテナ部(ブロック2B以降の導波路2、導入部9、上部誘電体7)のインピーダンスとを一致させている。
[0031]
 VHF波導入部9により、横方向のからVHF波がプラズマ発生空間SPに導入されるため、この場合には、複数の方向からVHF波を導入することができ、VHF波の定在波の発生が抑制され、したがって、プラズマの面内均一性を向上させることができる。ここで、インピーダンス変換部としての絶縁体ブロック2Bは、VHF波の電力伝送路中に配置されているので、VHF波を効率的にプラズマ発生空間内に導くことができ、効率的にプラズマを発生させることができる。
[0032]
 絶縁体ブロック2Bは、セラミックスからなる。セラミックスは、誘電率が高いため、インピーダンス変換を容易に行うことができる。セラミックスの材料としては、アルミナが好適である。セラミックスの材料としては、ジルコニア、窒化珪素、炭化珪素、サイアロン等も知られている。また、絶縁体ブロック2Bは、上下方向に積層した複数の部品から構成することもできる。この場合、複数の部品を用いることで、インピーダンスの精密な調整を行うことができる。上下方向に積層した複数の部品としては、アルミナ等が例示される。
[0033]
 図2は、プラズマ処理装置100の装置構成(第2実施形態)を示す説明図である。なお、説明の便宜上、三次元直交座標系を設定する。プラズマ処理装置の鉛直方向をZ軸方向とし、これに垂直な2方向をそれぞれX軸及びY軸とする。
[0034]
 このプラズマ処理装置100は、処理容器1内に対向配置された上部電極5及び下部電極6を備え、これらの電極間の空間SPにプラズマを発生させるプラズマ処理装置を対象としている。上部電極5及び下部電極6は、それぞれ互いに対向する面に凹部5d,6dを備えている。また、上部電極5及び下部電極6それぞれの凹部内には、上部誘電体7及び下部誘電体8がそれぞれ設けられ、上部誘電体7と下部誘電体8との間の空間SPの横方向端部には、VHF波導入部9が設けられている。
[0035]
 処理容器1の上部開口端の近傍には、誘電体からなるVHF波導波路2が設けられている。VHF波導波路2は、ここでの誘電体としては、空気を例示するが、その他、石英や、アルミナなどを誘電体として採用することができる。水平方向に延びたVHF波導波路2は、上部に導波管の側壁2wが位置している。処理容器の中央は開口しており、開口周囲の側壁が、同軸管の外側導体3aを構成し、軸中心には内側導体3bが配置されている。なお、内側導体3bは、上部電極5に対して一体的に構成され、電気的に接続されている。
[0036]
 上部電極5の下面には、すり鉢状の凹部5dが形成されており、この凹部5d内に上部誘電体7(誘電体シャワー)が埋め込まれている。上部誘電体7の下部表面は平坦であり、XY平面に平行である。また、上部誘電体7及び上部電極5の平面形状(Z軸方向から見た形状)は、円形である。上部誘電体7は、中央部では厚みが厚く、外周部では厚みが薄い。上部誘電体7の上部表面の中央領域は平坦でXY平面に平行であり、最外領域も平坦でXY平面に平行であるが、これらの間の領域は、円錐面であり、上部から下部に向けて平面形状の直径が大きくなる傾斜面からなる。
[0037]
 下部電極6の上面には、すり鉢状の凹部6dが形成されており、この凹部6d内に下部誘電体8が埋め込まれている。下部誘電体8の上部表面は平坦であり、XY平面に平行である。また、下部誘電体8及び下部電極6の平面形状(Z軸方向から見た形状)は、円形である。下部誘電体8は、中央部では厚みが厚く、外周部では厚みが薄い。下部誘電体8の下部表面の中央領域は平坦でXY平面に平行であり、最外領域も平坦でXY平面に平行であるが、これらの間の領域は、円錐面であり、下部から上部に向けて平面形状の直径が大きくなる傾斜面からなる。
[0038]
 水平方向のVHF波導波路2(伝送部)の中央部に導入されたVHF波は、水平方向に沿って放射状に周辺部に進行する。VHF波導波路2は、VHF波を径方向の外側に伝搬させる伝送部である。その後、このVHF波は、処理容器1の側壁に設けられた凹部(平面形状は円リング状で、深さはZ軸方向)からなる導波路1wを下方に進行し、VHF波導入部9に導入され、外周部から中央部に向けて進行する。VHF波導入部9の平面形状は円リング状であり、水平方向の全方位から処理容器の軸中心に向けて、VHF波が進行する。VHF波導入部9は、プラズマ発生空間SPの横方向に位置している。VHF波導入部9は、上部誘電体7の横方向端部の位置に設けられ、上記の伝送部からのVHF波が入力される。ここでは、VHF波導入部9は、上部誘電体7の側方端部に接触している。
[0039]
 VHF波発生器13から発生したVHF波は、導波管を通って、水平方向のVHF波導波路2に導入される。その後、上述のように、上部電極5と下部電極6との間に、VHF波導入部9から、VHF波が導入されると、処理容器の内部のガスがプラズマ化し、プラズマが発生する。この場合、VHF波導入部9は、横方向端部(水平方向端部)に位置しており、この空間内には、様々な横方向からVHF波が導入されるので、定在波が形成されにくいという利点がある。また、上部電極5と下部電極6との間に発生する電界ベクトルは、電極の外周領域では鉛直方向から下向き外側に向けて傾斜する傾向があるが、上部電極5及び下部電極6には、それぞれ凹部が設けられている。これらには、上部誘電体7及び下部誘電体8が設けられているので、これらの誘電体により、電界ベクトルを面内で均一にすることができる。したがって、横方向のVHF波導入と電界ベクトル方向の均一化により、上部電極5と下部電極6との間に発生するプラズマ分布を面内で均一にすることができる。
[0040]
 なお、上部誘電体7及び下部誘電体8は、それぞれ、中央部の厚みよりも外周部の厚みが薄い。特に、誘電体が影響を与える電界ベクトルの向きと大きさは、その厚みにも依存するので、誘電体の外周部において、薄く設定することで、電界ベクトル強度の面内均一性を向上させることができる。また、上部誘電体7及び下部誘電体8において、プラズマ発生空間SPとは反対側の面は、すり鉢状に傾斜している。この傾斜により、対応する電界ベクトルをより鉛直方向に向け、面内のプラズマ均一性を高めることができる。すなわち、上部誘電体7及び下部誘電体8には、電界ベクトルを曲げるレンズ機能がある。換言すれば、誘電体シャワーは、周辺領域に向かうにしたがって厚みが薄くなっている。この場合、周辺領域のVHF波の電界ベクトルが、中央領域と同じようになる傾向があり、電界ベクトルの面内均一性が高くなる。
[0041]
 また、上部誘電体7及び下部誘電体8は、空間SPを挟んで同軸配置されている。すなわち、電極間の軸が一致している方が、プラズマの面内均一性を高めることができるからである。また、上部誘電体7の半径と、下部誘電体8の半径との差の距離Δxは、0に近い値の方が好ましい。プラズマ発生条件が対称になるため、プラズマの均一性が高まるからである。
[0042]
 下部電極6は、駆動ステージDRVによって上下方向に移動させることができる。これにより、最適な条件でプラズマを発生させることができる。また、下部電極6には、温度調節装置TEMPが設けられている。温度調節装置TEMPは、冷却媒体を流すための媒体通路と、ヒータと、温度センサとを含んでおり、制御装置12によって、下部電極6が目的の温度となるように制御される。例えば、目標温度がT1℃であれば、温度センサの出力がT1℃よりも小さければ、ヒータを加熱し、T1℃よりも高ければ、ヒータを加熱しないで、冷却媒体を媒体通路に流すように、制御すればよい。
[0043]
 制御装置12は、排気装置14も制御している。排気装置14は、処理容器1の外壁内に設けられた円環状の排気通路4内のガスを排気する。排気通路4は、プラズマ発生空間SPの横方向に設けられており、処理容器の内面において周方向に沿って設けられた複数の排気孔に連通している。これにより、プラズマ発生空間SP内のガスを排気することができ、この空間における圧力を適切な値に設定することができる。この圧力は、処理内容に応じて変更すればよいが、例えば、0.1Paから100Paとすることができる。排気装置14としては、ロータリポンプ、イオンポンプ、クライオスタット、ターボ分子ポンプなど真空系の装置で通常用いられるポンプを採用することができる。
[0044]
 制御装置12は、ガス源10から発生したガスの流量を制御する流量コントローラ11を制御している。流量コントローラ11は、単なるバルブであってもよい。これにより、目的のガスを、処理容器1内に導入することができる。また、制御装置12は、VHF波発生器13も制御している。VHF波の周波数は、30MHz~300MHz程度である。
[0045]
 ガス源10に使用できるガスとしては、Ar等の希ガスの他、CF ,C などの炭素及びフッ素を含むガス、N ,O などのガスなどが、一例として挙げられる。
[0046]
 上部電極5及び下部電極6の材料としては、アルミニウムを用いることができる。上部誘電体7及び下部誘電体8の材料としては、窒化アルミニウム(AlN)を用いることができる。水平方向のVHF波導波路2の材料としては、空気を用いているが、導波路を形成することができれば、石英やアルミナなどの誘電体でもよい。
[0047]
 下部誘電体8上に配置される基板としては、シリコンなどを用いることができ、この基板に対して、成膜やエッチングなどの処理を行うことができる。また、必要に応じて、静電チャックを設けたり、下部誘電体8に直流バイアス電位を印加したり、場合によっては、高周波電圧を上下の電極間に印加する構成も考えられ、処理容器の周囲に磁石を配置する構成も考えられる。
[0048]
 次に、ガスの導入方法について説明する。
[0049]
 水平方向のVHF波導波路2の上部側壁2wには、平面形状が円形の開口が設けられており、この開口内にガス導入通路2Aが形成されている。すなわち、VHF波導波路2に、貫通孔を形成する。この貫通孔の形状は、平面形状が円環状であり、この貫通孔内にアルミナ(Al )からなる絶縁体のリング状の管を配置し、ガス導入通路2Aとする。外側導体3aは、VHF波導波路2の中央近傍に位置する。ガス導入通路2Aには、適当なガス貯留空間を連通させておき、この空間からガス導入通路2A内にガスを導入する。上部電極5には、内部に、ガス通路が形成されており、このガス通路と、ガス拡散板7Aを介して、シャワー構造の上部誘電体7に至る。ガス拡散板7Aは、ディフューザであり、複数の貫通孔が形成されている。ガス拡散板7Aの材料は、AlN、アルミナ、SiO などの絶縁体からなるが、メッシュ電極などから構成することも可能である。
[0050]
 上述のように、上記プラズマ処理装置は、処理容器内に対向配置された上部電極5及び下部電極6と、上部電極5の下方に配置されたガス導入用の誘電体シャワーとを備え、上部電極5と下部電極6との間の空間にプラズマを発生させる。
[0051]
 ここで、上部電極5上には絶縁体ブロック2Bが配置されている。上記のVHF波導波路2は、空気であって、処理容器1の上部構造において、処理容器1の側壁に設けられた凹部からなる導波路1wに連通する水平方向に延びた導波路2が配置されている。外側導体3aと内側導体3bとの間に、リング状の絶縁体からなる絶縁体ブロック2Bを配置する。これにより、絶縁体ブロック2Bの上部から導入されたVHF波は、水平方向の導波路2を介して、垂直方向の導波路1wに至り、VHF波導入部9を介して、処理容器内部に導入される。VHF波はアルミナ等からなるガス導入通路2Aも通過する。なお、絶縁体ブロック2BのZ軸方向の厚みΔZは、VHF波の波長λ(本例では周波数換算で120MHz~240MHz)に対して、プラズマ負荷インピーダンスを変換するインピーダンス変換器として機能するように設定する。すなわち、絶縁体ブロック2BにおけるVHF波の実効波長をλとし、自然数Nを用いて、奇数を2N-1で示すと、絶縁体ブロック2BのZ軸方向の厚みΔZは、たとえば、ΔZ=(1/4)×λ×(2N-1)に設定することができる。
[0052]
 このように、上記プラズマ処理装置は、VHF波の電力伝送路中に配置されたインピーダンス変換部(絶縁体ブロック2B)を備えている。また、上記プラズマ処理装置は、インピーダンス変換部を介してVHF波を径方向の外側に伝搬させる伝送部(VHF波導波路2)と、上部電極5の下方に設けられた上部誘電体7と、上部誘電体7の横方向端部の位置に設けられ、伝送部(VHF波導波路2)からのVHF波が入力されるVHF波導入部9とを備えている。
[0053]
 VHF波導入部9により、横方向のからVHF波がプラズマ発生空間SPに導入されるため、この場合には、複数の方向からVHF波を導入することができ、VHF波の定在波の発生が抑制され、したがって、プラズマの面内均一性を向上させることができる。ここで、インピーダンス変換部としての絶縁体ブロック2Bは、VHF波の電力伝送路中に配置されているので、VHF波を効率的にプラズマ発生空間内に導くことができ、効率的にプラズマを発生させることができる。
[0054]
 絶縁体ブロック2Bは、セラミックスからなる。セラミックスは、誘電率が高いため、インピーダンス変換を容易に行うことができる。セラミックスの材料としては、アルミナが好適である。セラミックスの材料としては、ジルコニア、窒化珪素、炭化珪素、サイアロン等も知られている。また、絶縁体ブロック2Bは、上下方向に積層した複数の部品から構成することもできる。この場合、複数の部品を用いることで、インピーダンスの精密な調整を行うことができる。上下方向に積層した複数の部品としては、アルミナ等が例示される。
[0055]
 図3は別の形態のプラズマ処理装置の縦断面構造(第3実施形態)を説明するための図である。
[0056]
 図3のプラズマ処理装置は、水平方向のVHF波導波路2の誘電体を、空気に代えて、石英などの固体誘電体2Sにしたものである。その他の点は、上記と同一である。固体誘電体2Sは、上部電極5と上部の側壁2wとの間に位置している。
[0057]
 図4は別の形態のプラズマ処理装置の縦断面構造(第4実施形態)を説明するための図である。
[0058]
 図4のプラズマ処理装置は、図1のVHF波導入部9の位置を、少し下方に移動させたものである。その他の点は、図2と同一である。すなわち、上部誘電体7の下部表面からVHF波導入部9までの鉛直方向の離間距離Δzupと、下部誘電体8の上部表面からVHF波導入部9までの鉛直方向の離間距離Δzdownとは等しい。これらの距離が、等しい場合には、VHF波導入位置からのそれぞれの誘電体への距離が等しくなるので、VHF波に起因したプラズマは、鉛直方向において、均一になる傾向がある。なお、上部誘電体7と下部誘電体8との間の距離Δzは、均一なプラズマを発生させる観点からは、例えば、5mm~80mmであることが好ましい。
[0059]
 図5は誘電体内のVHF波の伝搬を説明するための図である。
[0060]
 図1の構造の場合、各種の誘電体要素DEn(n=1~k)において、インピーダンス変換部を用いることにより、プラズマ発生空間SP内に至るまでのVHF波の導入効率の向上を図っている。上記構造の場合、VHF波は、空気(AIR)、誘電体要素DE1(絶縁体ブロック2B:Al )、誘電体要素DE2(空気)、誘電体要素DE3(ガス導入通路2Aの側壁:Al )、誘電体要素DE4(ガス導入通路2Aの内部:空気)、誘電体要素DE5(ガス導入通路2Aの側壁:Al )、誘電体要素DE6(ガス導入通路2Aの後の水平方向のVHF波の導波路:空気)、誘電体要素DE7(垂直方向のVHF波の導波路1w:空気)、誘電体要素DE8(VHF波導入部9:Al )を経て、プラズマ処理空間SP(空気と仮定)に至る。
[0061]
 誘電体要素DEn(n=1~k)を用いた場合、各要素におけるVHF波の伝播方向に沿った長さをLn(n=1~k)、各誘電体要素内におけるVHF波の実効波長をλn(nm)とすると、Lnは、上述のΔZの場合と同様に考えればよい。たとえば、インピーダンス変換部からVHF波導入部に至る各誘電体要素DEnの各長さLnは、Ln=(1/4)×λn×(2N-1)に設定することができる。
[0062]
 図6は、VHF波の周波数(MHz)と絶縁体ブロックによる反射係数Γとの関係を示すグラフである。
[0063]
 絶縁体ブロック2Bの材料はアルミナ、Z軸方向の厚みは80mm、径方向の距離は74mmに設定した。VHF波の周波数を180MHzとした場合、空気を経て絶縁体ブロック2Bに導入されるVHF波の反射係数Γは、0.74となる。グラフ内では反射係数Γは極小値を有するが、VHF波の周波数は、プラズマの発生条件により拘束されているので、180MHzの場合には、図1の構造において、反射係数λは0.74である。以上、説明したように、上述のプラズマ処理装置では、効率的にVHF波を処理容器内に導入しつつ、プラズマの面内均一性を向上させることができる。

符号の説明

[0064]
 DRV…駆動ステージ、SP…プラズマ発生空間、TEMP…温度調節装置、1…処理容器、1w…導波路、2…VHF波導波路、2B…絶縁体ブロック、2w…導波路、3a…外側導体、3b…内側導体、4…排気通路、5…上部電極、5d…凹部、6d…凹部、6…下部電極、7…上部誘電体(誘電体シャワー)、7A…ガス拡散板、8…下部誘電体、9…VHF波導入部、10…ガス源、11…流量コントローラ、12…制御装置、13…VHF波発生器、14…排気装置、100…プラズマ処理装置。

請求の範囲

[請求項1]
 処理容器内に対向配置された上部電極及び下部電極を備え、これらの電極間の空間にプラズマを発生させるプラズマ処理装置において、
 VHF波の電力伝送路中に配置されたインピーダンス変換部と、
 前記インピーダンス変換部を介してVHF波を径方向の外側に伝搬させる伝送部と、
 前記上部電極の下方に設けられた上部誘電体と、
 前記上部誘電体の横方向端部の位置に設けられ、前記伝送部からのVHF波が入力されるVHF波導入部と、
を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
[請求項2]
 前記インピーダンス変換部は、セラミックスからなる、
ことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。
[請求項3]
 インピーダンス変換部は、上下方向に積層した複数の部品から構成されている、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のプラズマ処理装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]