特許 6552429 プラズマ処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6552429

(24)【登録日】2019年7月12日

(45)【発行日】2019年7月31日

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20190722BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20190722BHJP

   C23C 16/458 20060101ALI20190722BHJP

   C23C 16/505 20060101ALI20190722BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20190722BHJP

   C23C 16/511 20060101ALN20190722BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 101G

   H01L21/302 101D

   H01L21/205

   C23C16/458

   C23C16/505

   H05H1/46 B

   !C23C16/511

【請求項の数】4

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2016-21181(P2016-21181)

(22)【出願日】2016年2月5日

(65)【公開番号】特開2017-139428(P2017-139428A)

(43)【公開日】2017年8月10日

【審査請求日】2018年7月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】会田 倫崇

(72)【発明者】

【氏名】松本 直樹

【審査官】 宇多川 勉

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−２２３４７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１２７６２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−１０７０２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１０９２４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１２１３３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２０４５０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｃ２３Ｃ １６／４５８

Ｃ２３Ｃ １６／５０５

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０５Ｈ １／４６

Ｃ２３Ｃ １６／５１１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部にプラズマ励起用の電磁波が供給される処理容器と、
前記処理容器の内部に設けられ、被処理体が載置される載置台と、
前記載置台を構成する複数の部材のうち、前記電磁波を透過させる誘電体部材の一部に形成された複数の挿入部の各々に挿入され、前記誘電体部材と被連結部材とを連結する第１の連結部材と、
前記第１の連結部材を覆うように前記複数の挿入部の各々に装着され、前記誘電体部材の誘電率と略同一の誘電率を有する誘電体製のキャップと
を備え、
前記載置台は、第１の電極部材と、前記処理容器の底部に設けられ、前記第１の電極部材を支持する支持部材とを前記複数の部材として有し、
前記誘電体部材は、前記支持部材であり、
前記第１の連結部材は、前記支持部材と前記処理容器の底部とを連結し、
前記誘電体製のキャップは、前記第１の連結部材を覆うように前記支持部材の前記複数の挿入部の各々に装着されることを特徴とするプラズマ処理装置。

【請求項2】

前記載置台を構成する複数の部材のうち、前記電磁波を反射させる導電体部材の一部に形成された複数の挿入部の各々に挿入され、前記導電体部材と被連結部材とを連結する第２の連結部材と、
前記第２の連結部材を覆うように前記導電体部材の前記複数の挿入部の各々に装着された導電体製のキャップと
を備え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】

前記載置台は、第１の電極部材と、前記第１の電極部材上に設けられた第２の電極部材とを前記複数の部材として有し、
前記導電体部材は、前記第２の電極部材であり、
前記第２の連結部材は、前記第２の電極部材と前記第１の電極部材とを連結し、
前記導電体製のキャップは、前記第２の連結部材を覆うように前記第２の電極部材の前記複数の挿入部の各々に装着される
ことを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。

【請求項4】

内部にプラズマ励起用の電磁波が供給される処理容器と、
前記処理容器の内部に設けられ、被処理体が載置される載置台と、
前記載置台を構成する複数の部材のうち、前記電磁波を反射させる導電体部材の一部に形成された複数の挿入部の各々に挿入され、前記導電体部材と被連結部材とを連結する連結部材と、
前記連結部材を覆うように前記導電体部材の前記複数の挿入部の各々に装着された導電体製のキャップと
を備え、
前記載置台は、第１の電極部材と、前記第１の電極部材上に設けられた第２の電極部材とを前記複数の部材として有し、
前記導電体部材は、前記第２の電極部材であり、
前記連結部材は、前記第２の電極部材と前記第１の電極部材とを連結し、
前記導電体製のキャップは、前記連結部材を覆うように前記第２の電極部材の前記複数の挿入部の各々に装着され、
前記第２の電極部材の上面にフォーカスリングを備える
ことを特徴とするプラズマ処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の種々の側面及び実施形態は、プラズマ処理装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、処理容器内に供給された処理ガスをマイクロ波等の電磁波により励起してプラズマを生成するプラズマ処理装置がある。このようなプラズマ処理装置では、プラズマ処理の対象である被処理体が、処理容器の内部に設けられた載置台に載置される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５−１０９２４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

載置台を構成する複数の部材のうち、特定の部材は、ネジ部材によって他の部材と連結されることがある。例えば、載置台の電極部材を支持する誘電体製の支持部材と、処理容器の底部とがネジ部材によって連結される。この場合、支持部材の一部に形成された、挿入部にネジ部材が挿入され、ネジ部材の露出部分を保護するために、耐熱性の樹脂で形成されたキャップが、ネジ部材を覆うように支持部材の挿入部に装着される。挿入部は、例えば、ザグリ部又は切欠部等である。

【0005】

しかしながら、耐熱性の樹脂で形成されたキャップを用いた構造では、耐熱性の樹脂で形成されたキャップの誘電率と、誘電体製の支持部材の誘電率とが異なるため、支持部材とキャップとの境界面において電磁波が反射する。支持部材とキャップとの境界面において反射された電磁波は、載置台近傍の定在波のモード数を増大させる。この定在波によって、載置台近傍の電界強度の均一性が損なわれる。

【課題を解決するための手段】

【0006】

開示するプラズマ処理装置は、１つの実施態様において、内部にプラズマ励起用の電磁波が供給される処理容器と、前記処理容器の内部に設けられ、被処理体が載置される載置台と、前記載置台を構成する複数の部材のうち、前記電磁波を透過させる誘電体部材の一部に形成された複数の挿入部の各々に挿入され、前記誘電体部材と被連結部材とを連結する第１の連結部材と、前記第１の連結部材を覆うように前記複数の挿入部の各々に装着され、前記誘電体部材の誘電率と略同一の誘電率を有する誘電体製のキャップとを備える。

【発明の効果】

【0007】

開示するプラズマ処理装置の１つの態様によれば、載置台近傍の電界強度の均一性を向上することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。

【図2】図２は、スロット板の一例を示す平面図である。

【図3】図３は、図１に示す載置台及び載置台周囲の構成を拡大して示す図である。

【図4】図４は、一実施形態に係る支持部材を処理空間側から見た平面図である。

【図5】図５は、一実施形態におけるシミュレーションモデルを説明するための図である。

【図6】図６は、一実施形態に係るプラズマ処理装置による効果（キャップの誘電率の違いに応じた電界強度のシミュレーション結果）を示す図である。

【図7】図７は、一実施形態に係るプラズマ処理装置による効果（キャップの誘電率の違いに応じた電界強度のシミュレーション結果）を示す図である。

【図8】図８は、一実施形態に係るプラズマ処理装置による効果（支持部材の周方向に沿った電界強度の分布）を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して本願の開示するプラズマ処理装置の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付すこととする。

【0010】

図１は、一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においては、プラズマ処理装置の縦断面が概略的に示されている。図１に示すプラズマ処理装置１０は、マイクロ波を用いて処理ガスを励起させることによりプラズマを生成し、当該プラズマによって被処理体（以下、「ウエハ」という）Ｗを処理する装置である。

【0011】

プラズマ処理装置１０は、処理容器１２を備えている。処理容器１２は、その内部において処理空間Ｓを画成している。プラズマ処理装置１０では、処理空間Ｓ内にウエハＷが収容され、当該ウエハＷに対するプラズマ処理が施される。一実施形態において、処理容器１２は、側壁１２ａ、底部１２ｂ、及び、天部１２ｃを含んでいる。側壁１２ａは、軸線Ｚが延びる方向（以下、「軸線Ｚ方向」という）に延在する略円筒形状を有している。底部１２ｂは、側壁１２ａの下端側に設けられている。側壁１２ａの上端部は開口している。側壁１２ａの上端部開口は、誘電体窓１８によって閉じられている。誘電体窓１８は、側壁１２ａの上端部と天部１２ｃとの間に挟持されている。この誘電体窓１８と側壁１２ａの上端部との間には封止部材ＳＬ１が介在していてもよい。封止部材ＳＬ１は、例えばＯリングであり、処理容器１２の密閉に寄与する。

【0012】

プラズマ処理装置１０は、載置台２０を更に備えている。載置台２０は、処理容器１２内において、誘電体窓１８の下方に設けられている。載置台２０には、ウエハＷが載置される。この載置台２０及びその周囲の構成要素の詳細については、後述する。

【0013】

図１に示すように、プラズマ処理装置１０は、ヒータＨＴ及びＨＳを更に備え得る。ヒータＨＴは、天部１２ｃ内に設けられており、アンテナ１４を囲むように、環状に延在している。また、ヒータＨＳは、側壁１２ａ内に設けられており、環状に延在している。

【0014】

また、プラズマ処理装置１０は、処理容器１２内にマイクロ波を導入するために、一実施形態では、アンテナ１４、同軸導波管１６、誘電体窓１８、マイクロ波発生器３２、チューナ３４、導波管３６、及び、モード変換器３８を更に備え得る。マイクロ波発生器３２は、ＧＨｚ帯のマイクロ波、例えば２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波を発生する。このマイクロ波発生器３２は、チューナ３４、導波管３６、及びモード変換器３８を介して、同軸導波管１６の上部に接続されている。同軸導波管１６は、軸線Ｚに沿って延在している。

【0015】

同軸導波管１６は、外側導体１６ａ及び内側導体１６ｂを含んでいる。外側導体１６ａは、軸線Ｚ方向に延在する円筒形状を有している。この外側導体１６ａの中心軸線は、軸線Ｚに略一致している。外側導体１６ａの下端は、導電性の表面を有する冷却ジャケット４０の上部に電気的に接続されている。内側導体１６ｂは、外側導体１６ａの内側において、当該外側導体１６ａと同軸に設けられている。内側導体１６ｂは、一実施形態では、軸線Ｚ方向に延びる円筒形状を有している。この内側導体１６ｂの下端は、アンテナ１４のスロット板４４に接続している。

【0016】

一実施形態において、アンテナ１４は、ラジアルラインスロットアンテナである。このアンテナ１４は、天部１２ｃに形成された開口内に配置されており、誘電体窓１８の上面の上に設けられている。アンテナ１４は、誘電体板４２及びスロット板４４を含んでいる。誘電体板４２は、マイクロ波の波長を短縮させるものであり、略円盤形状を有している。誘電体板４２は、例えば、石英又はアルミナから構成される。誘電体板４２は、スロット板４４と冷却ジャケット４０の下面の間に挟持されている。アンテナ１４は、したがって、誘電体板４２、スロット板４４、及び、冷却ジャケット４０の下面を含んでいる。

【0017】

図２は、スロット板の一例を示す平面図である。スロット板４４は、薄板状であって、円盤状である。スロット板４４の板厚方向の両面は、それぞれ平らである。円形のスロット板４４の中心ＣＳは、軸線Ｚ上に位置している。スロット板４４には、複数のスロット対４４ｐが設けられている。複数のスロット対４４ｐの各々は、板厚方向に貫通する二つのスロット孔４４ａ，４４ｂを含んでいる。スロット孔４４ａ，４４ｂそれぞれの平面形状は、長孔形状である。各スロット対４４ｐにおいて、スロット孔４４ａの長軸が延びる方向と、スロット孔４４ｂの長軸が延びる方向は、互いに交差又は直交している。

【0018】

図２に示す例では、複数のスロット対４４ｐは、軸線Ｚを中心とする仮想円ＶＣの内側に設けられた内側スロット対群ＩＳＰと仮想円ＶＣの外側に設けられた外側スロット対群ＯＳＰとに大別されている。内側スロット対群ＩＳＰは、複数のスロット対４４ｐを含んでいる。図２に示す例では、内側スロット対群ＩＳＰは、七つのスロット対４４ｐを含んでいる。内側スロット対群ＩＳＰの複数のスロット対４４ｐは、中心ＣＳに対して周方向に等間隔に配列されている。内側スロット対群ＩＳＰに含まれる複数のスロット孔４４ａは、当該スロット孔４４ａの重心がスロット板４４の中心ＣＳから半径ｒ１の円上に位置するよう、等間隔に配列されている。また、内側スロット対群ＩＳＰに含まれる複数のスロット孔４４ｂは、当該スロット孔４４ｂの重心がスロット板４４の中心ＣＳから半径ｒ２の円上に位置するよう、等間隔に配列されている。ここで、半径ｒ２は、半径ｒ１より大きい。

【0019】

外側スロット対群ＯＳＰは、複数のスロット対４４ｐを含んでいる。図２に示す例では、外側スロット対群ＯＳＰは、２８個のスロット対４４ｐを含んでいる。外側スロット対群ＯＳＰの複数のスロット対４４ｐは、中心ＣＳに対して周方向に等間隔に配列されている。外側スロット対群ＯＳＰに含まれる複数のスロット孔４４ａは、当該スロット孔４４ａの重心がスロット板４４の中心ＣＳから半径ｒ３の円上に位置するよう、等間隔に配列されている。また、外側スロット対群ＯＳＰに含まれる複数のスロット孔４４ｂは、当該スロット孔４４ｂの重心がスロット板４４の中心ＣＳから半径ｒ４の円上に位置するよう、等間隔に配列されている。ここで、半径ｒ３は、半径ｒ２よりも大きく、半径ｒ４は、半径ｒ３よりも大きい。

【0020】

また、内側スロット対群ＩＳＰ及び外側スロット対群ＯＳＰのスロット孔４４ａの各々は、中心ＣＳとその重心とを結ぶ線分に対して、その長軸が同一の角度を有するように、形成されている。また、内側スロット対群ＩＳＰ及び外側スロット対群ＯＳＰのスロット孔４４ｂの各々は、中心ＣＳとその重心とを結ぶ線分に対して、その長軸が同一の角度を有するように、形成されている。

【0021】

図１の説明に戻る。誘電体窓１８は、略円盤形状を有し、石英又はアルミナといった誘電体から構成されている。誘電体窓１８の上面１８ｕ上には、スロット板４４が設けられている。

【0022】

誘電体窓１８の中央には、貫通孔１８ｈが形成されている。貫通孔１８ｈの上側部分は、後述する中央導入部５０のインジェクタ５０ｂが収容される空間１８ｓとなり、下側部分は、後述する中央導入部５０の中央導入口１８ｉとなる。なお、誘電体窓１８の中心軸線は、軸線Ｚと一致している。誘電体窓の上面１８ｕと反対側の面、即ち下面１８ｂは、処理空間Ｓに接しており、プラズマを生成する側の面となる。

【0023】

マイクロ波発生器３２により発生されたマイクロ波は、同軸導波管１６を通って、誘電体板４２に伝播され、スロット板４４のスロット孔４４ａ及び４４ｂから誘電体窓１８を介して、処理容器１２の内部（つまり、処理空間Ｓ）に供給される。

【0024】

また、プラズマ処理装置１０は、中央導入部５０及び周辺導入部５２を備えている。中央導入部５０は、導管５０ａ、インジェクタ５０ｂ、及び中央導入口１８ｉを含んでいる。導管５０ａは、同軸導波管１６の内側導体１６ｂの内孔に通されている。また、導管５０ａの端部は、誘電体窓１８が軸線Ｚに沿って画成する空間１８ｓ内まで延在している。この空間１８ｓ内且つ導管５０ａの端部の下方には、インジェクタ５０ｂが収容されている。インジェクタ５０ｂには、軸線Ｚ方向に延びる複数の貫通孔が設けられている。また、誘電体窓１８は、中央導入口１８ｉを画成している。中央導入口１８ｉは、空間１８ｓの下方に連続し、且つ軸線Ｚに沿って延びている。かかる構成の中央導入部５０は、導管５０ａを介してインジェクタ５０ｂにガスを供給し、インジェクタ５０ｂから中央導入口１８ｉを介してガスを噴射する。このように、中央導入部５０は、軸線Ｚに沿って誘電体窓１８の直下にガスを噴射する。即ち、中央導入部５０は、電子温度が高いプラズマ生成領域にガスを導入する。

【0025】

周辺導入部５２は、複数の周辺導入口５２ｉを含んでいる。複数の周辺導入口５２ｉは、主としてウエハＷのエッジ領域にガスを供給する。複数の周辺導入口５２ｉは、ウエハＷのエッジ領域に向けて開口している。複数の周辺導入口５２ｉは、中央導入口１８ｉよりも下方、且つ、載置台２０の上方において周方向に沿って配列されている。即ち、複数の周辺導入口５２ｉは、誘電体窓１８の直下よりも電子温度の低い領域（プラズマ拡散領域）において軸線Ｚを中心として環状に配列されている。この周辺導入部５２は、電子温度の低い領域からウエハＷに向けてガスを供給する。したがって、周辺導入部５２から処理空間Ｓに導入されるガスの解離度は、中央導入部５０から処理空間Ｓに供給されるガスの解離度よりも抑制される。

【0026】

中央導入部５０には、第１の流量制御ユニット群ＦＣＧ１を介して第１のガスソース群ＧＳＧ１が接続されている。また、周辺導入部５２には、第２の流量制御ユニット群ＦＣＧ２を介して第２のガスソース群ＧＳＧ２が接続されている。第１のガスソース群ＧＳＧ１は、複数の第１のガスソースを含んでおり、第１の流量制御ユニット群ＦＣＧ１は、複数の第１の流量制御ユニットを含んでいる。複数の第１のガスソースはそれぞれ、複数の第１の流量制御ユニットを介して、共通ガスラインＧＬ１に接続されている。この共通ガスラインＧＬ１は、中央導入部５０に接続されている。なお、複数の第１の流量制御ユニットの各々は、例えば、二つのバルブと、当該二つのバルブ間に設けられた流量制御器を含んでいる。流量制御器は、例えば、マスフローコントローラである。

【0027】

第２のガスソース群ＧＳＧ２は、複数の第２のガスソースを含んでおり、第２の流量制御ユニット群ＦＣＧ２は、複数の第２の流量制御ユニットを含んでいる。複数の第２のガスソースはそれぞれ、複数の第２の流量制御ユニットを介して、共通ガスラインＧＬ２に接続されている。この共通ガスラインＧＬ２は、周辺導入部５２に接続されている。なお、複数の第２の流量制御ユニットの各々は、例えば、二つのバルブと、当該二つのバルブ間に設けられた流量制御器を含んでいる。流量制御器は、例えば、マスフローコントローラである。

【0028】

このように、プラズマ処理装置１０では、複数の第１のガスソース及び複数の第１の流量制御ユニットが中央導入部５０専用に設けられており、これら複数の第１のガスソース及び複数の第１の流量制御ユニットとは独立した複数の第２のガスソース及び複数の第２の流量制御ユニットが周辺導入部５２専用に設けられている。したがって、中央導入部５０から処理空間Ｓに導入される処理ガスに含まれる一以上のガスの種類、中央導入部５０から処理空間Ｓに導入される処理ガスに含まれる一以上のガスの流量を独立して制御することができる。また、周辺導入部５２から処理空間Ｓに導入される処理ガスに含まれる一以上のガスの種類、周辺導入部５２から処理空間Ｓに導入される処理ガスに含まれる一以上のガスの流量を独立して制御することができる。

【0029】

一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、図１に示すように、制御部Ｃｎｔを更に備え得る。制御部Ｃｎｔは、プログラム可能なコンピュータ装置といった制御器であり得る。制御部Ｃｎｔは、レシピに基づくプログラムに従ってプラズマ処理装置１０の各部を制御し得る。例えば、制御部Ｃｎｔは、第１の流量制御ユニット群ＦＣＧ１の各流量制御ユニットに制御信号を送出して、中央導入部５０に供給するガス種及びガスの流量を調整することができる。また、制御部Ｃｎｔは、第２の流量制御ユニット群ＦＣＧ２の各流量制御ユニットに制御信号を送出して、周辺導入部５２に供給するガス種及びガスの流量を調整することができる。また、制御部Ｃｎｔは、マイクロ波のパワー、ＲＦバイアスのパワー及びＯＮ／ＯＦＦ、並びに、処理容器１２内の圧力を制御するよう、マイクロ波発生器３２、高周波電源ＲＦＧ、排気装置３０に制御信号を供給し得る。

【0030】

一実施形態において、周辺導入部５２は、環状の管５２ｐを更に含んでいる。この管５２ｐには、複数の周辺導入口５２ｉが形成されている。環状の管５２ｐは、例えば、石英から構成され得る。図１に示すように、環状の管５２ｐは、一実施形態においては、側壁１２ａの内壁面に沿って設けられている。換言すると、環状の管５２ｐは、誘電体窓１８の下面とウエハＷとを結ぶ経路上には配置されていない。したがって、環状の管５２ｐは、プラズマの拡散を阻害しない。また、環状の管５２ｐが側壁１２ａの内壁面に沿って設けられているので、当該環状の管５２ｐのプラズマによる消耗が抑制され、当該環状の管５２ｐの交換頻度を減少させることが可能となる。さらに、環状の管５２ｐは、ヒータによる温度制御が可能な側壁１２ａに沿って設けられているので、周辺導入部５２から処理空間Ｓに導入されるガスの温度の安定性を向上させることが可能となる。

【0031】

また、一実施形態においては、複数の周辺導入口５２ｉは、ウエハＷのエッジ領域に向けて開口している。即ち、複数の周辺導入口５２ｉは、ウエハＷのエッジ領域に向けてガスを噴射するよう、軸線Ｚに直交する平面に対して傾斜している。このように周辺導入口５２ｉが、ウエハＷのエッジ領域に向けて傾斜するように開口しているので、当該周辺導入口５２ｉから噴射されたガスの活性種は、ウエハＷのエッジ領域に直接的に向かう。これにより、ガスの活性種をウエハＷのエッジに失活させずに供給することが可能となる。その結果、ウエハＷの径方向における各領域の処理速度のばらつきを低減することが可能となる。

【0032】

次に、図３を参照して、載置台２０、及び、載置台２０周囲の構成について詳細に説明する。図３は、図１に示す載置台及び載置台周囲の構成を拡大して示す図である。載置台２０は、支持部材ＳＰ１、下部電極ＬＥ、フォーカスリングＦＲ、及び、静電チャックＥＳＣを有する。下部電極ＬＥは、第１の電極部材２２ａ及び第２の電極部材２２ｂを有する。

【0033】

支持部材ＳＰ１は、処理容器１２の底部１２ｂに設けられ、下部電極ＬＥの第１の電極部材２２ａを支持する。支持部材ＳＰ１は、誘電体窓１８から処理容器１２の内部（つまり、処理空間Ｓ）に供給されて、フォーカスリングＦＲ側から支持部材ＳＰ１に伝播したマイクロ波を透過させる。図４は、一実施形態に係る支持部材を処理空間側から見た平面図である。支持部材ＳＰ１は、石英等の誘電体製であり、図４に示すように、略円筒状に形成されている。支持部材ＳＰ１は、誘電体部材の一例である。支持部材ＳＰ１は、処理容器１２の底部１２ｂに接する基部６５と、基部６５に連続し、下部電極ＬＥの第１の電極部材２２ａを支持する本体６６とを有する。支持部材ＳＰ１の基部６５には、複数の挿入部７１が形成されている。各挿入部７１は、例えば、サグリ部又は切欠部等である。一実施形態では、複数の挿入部７１は、支持部材ＳＰ１の円周方向に沿ってランダムな間隔で配置されている。言い換えれば、複数の挿入部７１は、支持部材ＳＰ１の中心軸に沿う方向から見た場合に、回転対称とならないように配置されている。

【0034】

図３を再び参照する。支持部材ＳＰ１の複数の挿入部７１の各々には、ネジ部材７２が挿入される。ネジ部材７２は、金属等の導電体で形成されており、支持部材ＳＰ１と、被連結部材である処理容器１２の底部１２ｂとを連結する。ネジ部材７２は、第１の連結部材の一例である。

【0035】

支持部材ＳＰ１の複数の挿入部７１の各々は、キャップ７３によって塞がれている。キャップ７３は、ネジ部材７２を覆うように支持部材ＳＰ１の挿入部７１に装着される。キャップ７３は、誘電体製であり、支持部材ＳＰ１の誘電率と略同一の誘電率を有する。一実施形態では、キャップ７３は、支持部材ＳＰ１を構成する誘電体と同一の誘電体により形成され、支持部材ＳＰ１の誘電率と同一の誘電率を有する。キャップ７３の誘電率と支持部材ＳＰ１の誘電率とが略同一である場合、支持部材ＳＰ１を透過したマイクロ波が支持部材ＳＰ１とキャップ７３との境界面に到達した場合であっても、支持部材ＳＰ１とキャップ７３との境界面におけるマイクロ波の反射が抑制される。これにより、マイクロ波の反射に起因した載置台２０近傍の定在波の発生が抑制される。

【0036】

第１の電極部材２２ａは、略円盤状の部材である。また、第１の電極部材２２ａは、導電性の部材（導電体）により形成され、例えば、アルミニウムから構成されている。第１の電極部材２２ａの中心軸線は、軸線Ｚに略一致している。この第１の電極部材２２ａは、支持部材ＳＰ１によって支持されている。

【0037】

第２の電極部材２２ｂは、第１の電極部材２２ａ上に設けられている。第２の電極部材２２ｂは、略円盤状の部材である。また、第２の電極部材２２ｂは、導電性の部材（導電体）により形成され、例えば、アルミニウムから構成されている。この第２の電極部材２２ｂは、第１の電極部材２２ａに導通している。また、第２の電極部材２２ｂの中心軸線は軸線Ｚに略一致している。一実施形態において、第２の電極部材２２ｂは、大径部２２ｃ及び小径部２２ｄを含んでいる。大径部２２ｃは、小径部２２ｄの下側において当該小径部２２ｄに連続している。また、大径部２２ｃの直径は、小径部２２ｄよりも大きくなっており、第１の電極部材２２ａの直径と略等しくなっている。第２の電極部材２２ｂは、誘電体窓１８から処理容器１２の内部（つまり、処理空間Ｓ）に供給されて、フォーカスリングＦＲ側から第２の電極部材２２ｂに伝播したマイクロ波を反射させる。第２の電極部材２２ｂの小径部２２ｄには、複数の挿入部８１が形成されている。各挿入部８１は、例えば、サグリ部又は切欠部等である。一実施形態では、複数の挿入部８１は、第２の電極部材２２ｂの円周方向に沿ってランダムな間隔で配置されている。言い換えれば、複数の挿入部８１は、第２の電極部材２２ｂの中心軸に沿う方向から見た場合に、回転対称とならないように配置されている。

【0038】

第２の電極部材２２ｂの複数の挿入部８１の各々には、ネジ部材８２が挿入される。ネジ部材８２は、金属等の導電体で形成されており、第２の電極部材２２ｂと、被連結部材である第１の電極部材２２ａとを連結する。ネジ部材８２は、第２の連結部材の一例である。

【0039】

第２の電極部材２２ｂの複数の挿入部８１の各々は、キャップ８３によって塞がれている。キャップ８３は、ネジ部材８２を覆うように第２の電極部材２２ｂの複数の挿入部８１の各々に装着される。キャップ８３は、導電体製である。一実施形態では、キャップ８３は、第２の電極部材２２ｂを構成する導電体と同一の導電体により形成されている。第２の電極部材２２ｂの複数の挿入部８１の各々に導電体製のキャップ８３が装着されることにより、ネジ部材８２に向かうマイクロ波がキャップ８３によって遮断される。このため、マイクロ波がネジ部材８２によって意図しない方向に反射される事態が回避される。これにより、マイクロ波の反射に起因した載置台２０近傍の定在波の発生が抑制される。

【0040】

また、第１の電極部材２２ａには、給電棒ＰＦＲ及びマッチングユニットＭＵを介して、高周波電源ＲＦＧが電気的に接続されている。高周波電源ＲＦＧは、ウエハＷに引き込むイオンのエネルギーを制御するのに適した一定の周波数、例えば、１３．６５ＭＨｚの高周波バイアス電力を出力する。マッチングユニットＭＵは、高周波電源ＲＦＧ側のインピーダンスと、主に電極、プラズマ、処理容器１２といった負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合器を収容している。この整合器の中に自己バイアス生成用のブロッキングコンデンサが含まれている。

【0041】

第２の電極部材２２ｂの内部には、冷媒室ＲＣが設けられている。冷媒室ＲＣは、軸線Ｚ周りに螺旋状に延在している。この冷媒室ＲＣには、チラーユニットから配管ＰＰ１，ＰＰ２を介して所定の温度の冷媒、例えば、冷却水が循環するように供給される。このように循環される冷媒によって、静電チャックＥＳＣ上のウエハＷの温度が、制御され得る。さらに、伝熱ガス供給部からの伝熱ガス、例えば、Ｈｅガスが供給管ＰＰ３を介して静電チャックＥＳＣの上面とウエハＷの裏面との間に供給される。

【0042】

静電チャックＥＳＣは、第２の電極部材２２ｂの上面の上に設けられている。静電チャックＥＳＣは、略円盤形状を有しており、その中心軸線は実質的に軸線Ｚに一致している。静電チャックＥＳＣの上面は、ウエハＷを載置するための載置領域ＭＲを提供している。載置領域ＭＲは略円形であり、その中心は実質的に軸線Ｚ上に位置している。この静電チャックＥＳＣは、ウエハＷを静電吸着力で保持する。そのため、静電チャックＥＳＣは、誘電体膜の間に挟まれた電極膜ＥＦを含んでいる。電極膜ＥＦには、直流電源ＤＳがスイッチＳＷを介して電気的に接続されている。静電チャックＥＳＣは、直流電源ＤＳから印加される直流電圧により発生するクーロン力によってその上面にウエハＷを吸着し、当該ウエハＷを保持することができる。

【0043】

また、静電チャックＥＳＣの誘電体膜内には、ヒータＨＣ及びヒータＨＥが設けられている。ヒータＨＣ及びヒータＨＥは、例えば、電熱線から構成されている。ヒータＨＣは、電極膜ＥＦの下方、且つ、上述した載置領域ＭＲの中央部分の下方、即ち軸線Ｚに交差する領域に設けられている。また、ヒータＨＥは、電極膜ＥＦの下方に設けられており、ヒータＨＣを囲むように延在している。

【0044】

ヒータＨＣには、フィルタユニットＦＵ１を介してヒータ電源ＨＰ１が接続されている。ヒータ電源ＨＰ１は、ヒータＨＣに交流電力を供給する。フィルタユニットＦＵ１は、高周波電源ＲＦＧからの高周波電力がヒータ電源ＨＰ１に流入することを抑制する。フィルタユニットＦＵ１は、例えば、ＬＣフィルタから構成されている。また、ヒータＨＥには、フィルタユニットＦＵ２を介してヒータ電源ＨＰ２が接続されている。ヒータ電源ＨＰ２は、ヒータＨＥに交流電力を供給する。フィルタユニットＦＵ２は、高周波電源ＲＦＧからの高周波電力がヒータ電源ＨＰ２に流入することを抑制する。フィルタユニットＦＵ２は、例えば、ＬＣフィルタから構成されている。かかるフィルタユニットＦＵ１及びＦＵ２により、高周波電源ＲＦＧからの高周波電力がヒータ電源に流入して消費されることが抑制される。

【0045】

また、静電チャックＥＳＣの径方向外側には、フォーカスリングＦＲが設けられている。フォーカスリングＦＲは、静電チャックＥＳＣを囲むように、静電チャックＥＳＣのエッジ及びウエハＷのエッジに沿って環状に延在している。フォーカスリングＦＲは、石英といった誘電体から構成されている。フォーカスリングＦＲは、ウエハＷのエッジの外側におけるシース電位を調整するために設けられており、ウエハＷのプラズマ処理の面内均一性に寄与する。

【0046】

フォーカスリングＦＲの下方には、筒状部ＴＰ１が設けられている。筒状部ＴＰ１は、アルミナといった誘電体から構成されている。筒状部ＴＰ１は、下部電極ＬＥの外周面に沿って延在している。一実施形態において、筒状部ＴＰ１は、支持部材ＳＰ１の上側部分の外周面、第１の電極部材２２ａの外周面、及び、第２の電極部材２２ｂの大径部２２ｃの外周面に沿って延在している。

【0047】

筒状部ＴＰ１とフォーカスリングＦＲとの間には、環状部ＡＰが設けられている。環状部ＡＰは、アルミナといった誘電体から構成されている。環状部ＡＰは、第２の電極部材２２ｂの小径部２２ｄの外周面に沿って環状に延在している。この環状部ＡＰの上面は、フォーカスリングＦＲの下面に接している。一実施形態において、環状部ＡＰの上面は、上方に突出した凸部を含んでいる。環状部ＡＰの凸部は、環状部ＡＰの上面の内縁と外縁との間の中間において、環状に延在している。一方、フォーカスリングＦＲの下面は、環状部ＡＰの凸部が嵌合する凹部を画成している。したがって、環状部ＡＰ上にフォーカスリングＦＲが搭載されることで、当該フォーカスリングＦＲの位置が決定される。

【0048】

また、環状部ＡＰの下面には凹部が形成されている。この凹部は、環状部ＡＰの下面の内縁と外縁の間の中間において環状に延在している。

【0049】

また、環状部ＡＰの下方には、筒状部ＴＰ２が設けられている。筒状部ＴＰ２は、略円筒形状を有している。筒状部ＴＰ２は、筒状部ＴＰ１の外周に沿って延在している。一実施形態において、筒状部ＴＰ２は、筒状部ＴＰ１の外周面のうち下端から軸線Ｚ方向の中間位置までの領域に接している。また、筒状部ＴＰ２は、支持部材ＳＰ１の下側部分の外周面にも接している。筒状部ＴＰ２は、導電性の材料、例えば、アルミニウムから構成されている。一実施形態では、筒状部ＴＰ２の表面には、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）製の膜が形成されていてもよい。或いは、筒状部ＴＰ２の表面には、酸化処理が施されていてもよい。

【0050】

筒状部ＴＰ２の外周面及び環状部ＡＰの外周面から側壁１２ａまでの間には、排気路ＶＬが形成されている。排気路ＶＬは、底部１２ｂまで延びており、当該底部１２ｂに取り付けられた排気管２８に接続している。この排気管２８には、排気装置３０が接続されている。排気装置３０は、圧力調整器、及びターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有している。この排気装置３０を動作させることにより、載置台２０の外周から排気路ＶＬを介してガスを排気することが、また、処理容器１２内の処理空間Ｓを所望の真空度まで減圧することができる。

【0051】

排気路ＶＬの軸線Ｚ方向の中間には、バッフル板ＢＰが設けられている。バッフル板ＢＰは、軸線Ｚを中心として環状に延在する板状の部材である。バッフル板ＢＰは、ネジ部材ＳＲによって筒状部ＴＰ２に連結されている。このバッフル板ＢＰには、複数の貫通孔が形成されている。これら貫通孔は、軸線Ｚ方向にバッフル板ＢＰを貫通している。

【0052】

このプラズマ処理装置１０では、マイクロ波がフォーカスリングＦＲ、環状部ＡＰ及び筒状部ＴＰ１を介して支持部材ＳＰ１に伝播する。支持部材ＳＰ１に伝播したマイクロ波は、支持部材ＳＰ１を透過し、支持部材ＳＰ１とキャップ７３との境界面に到達する。上述したように、キャップ７３の誘電率と支持部材ＳＰ１の誘電率とは、略同一である。このため、マイクロ波が支持部材ＳＰ１とキャップ７３との境界面に到達した場合であっても、支持部材ＳＰ１とキャップ７３との境界面におけるマイクロ波の反射が抑制される。これにより、マイクロ波の反射に起因した載置台２０近傍の定在波の発生が抑制される。その結果、載置台２０近傍の電界強度の均一性を保つことができる。

【0053】

また、プラズマ処理装置１０では、マイクロ波がフォーカスリングＦＲを介して第２の電極部材２２ｂに伝播する。第２の電極部材２２ｂに伝播したマイクロ波は、第２の電極部材２２ｂによって反射される。上述したように、第２の電極部材２２ｂの複数の挿入部８１の各々に導電体製のキャップ８３が装着されている。これにより、ネジ部材８２に向かうマイクロ波がキャップ８３によって遮断される。このため、マイクロ波がネジ部材８２によって意図しない方向に反射される事態が回避される。これにより、マイクロ波の反射に起因した載置台２０近傍の定在波の発生が抑制される。その結果、載置台２０近傍の電界強度の均一性をより確実に保つことができる。

【0054】

以上のように一実施形態によれば、支持部材ＳＰ１の誘電率と略同一の誘電率を有する誘電体製のキャップ７３が支持部材ＳＰ１の複数の挿入部７１の各々に装着されている。このため、マイクロ波が支持部材ＳＰ１とキャップ７３との境界面に到達した場合であっても、支持部材ＳＰ１とキャップ７３との境界面におけるマイクロ波の反射が抑制される。これにより、マイクロ波の反射に起因した載置台２０近傍の定在波の発生が抑制される。その結果、載置台２０近傍の電界強度の均一性を保つことができる。

【0055】

また、一実施形態によれば、第２の電極部材２２ｂの複数の挿入部８１の各々に導電体製のキャップ８３が装着されている。これにより、ネジ部材８２に向かうマイクロ波がキャップ８３によって遮断される。このため、マイクロ波がネジ部材８２によって意図しない方向に反射される事態が回避される。これにより、マイクロ波の反射に起因した載置台２０近傍の定在波の発生が抑制される。その結果、載置台２０近傍の電界強度の均一性をより確実に保つことができる。

【0056】

次に、図５〜図８を用いて、一実施形態に係るプラズマ処理装置１０による効果（シミュレーション結果）について説明する。ここでは、一実施形態に係るプラズマ処理装置１０による効果（シミュレーション結果）を説明する前に、一実施形態におけるシミュレーションモデルについて説明する。図５は、一実施形態におけるシミュレーションモデルを説明するための図である。

【0057】

図５に示すシミュレーションモデル１００は、ブロック１０１〜１０５を含む。ブロック１０１は、支持部材ＳＰ１に対応する。ブロック１０２は、支持部材ＳＰ１によって囲まれる空間に対応する。ブロック１０３は、筒状部ＴＰ１に対応する。ブロック１０４は、キャップ７３に対応する。ブロック１０５は、キャップ７３とネジ部材７２との間の空間に対応する。また、シミュレーションモデル１００を用いたシミュレーションでは、周波数が２．４５ＧＨｚであり、電力が１ｋＷであるマイクロ波がシミュレーションモデル１００の上部から投入されたものとする。

【0058】

図６及び図７は、一実施形態に係るプラズマ処理装置による効果（キャップの誘電率の違いに応じた電界強度のシミュレーション結果）を示す図である。図６は、図５に示したシミュレーションモデル１００を紙面に垂直な方向から見た場合の電界強度のシミュレーション結果である。図７は、図５に示したシミュレーションモデル１００を紙面の上方向から見た場合の電界強度のシミュレーション結果である。

【0059】

また、図６及び図７において、「実施例」は、一実施形態に係るプラズマ処理装置１０を用いた場合、すなわち、キャップ７３が支持部材ＳＰ１の誘電率と同一の誘電率を有する場合の電界強度のシミュレーション結果を示している。すなわち、「実施例」では、キャップ７３の誘電率及び支持部材ＳＰ１の誘電率として、石英の誘電率が用いられた。これに対して、「比較例」は、キャップ７３が支持部材ＳＰ１の誘電率とは異なる誘電率を有する場合の電界強度のシミュレーション結果を示している。すなわち、「比較例」では、支持部材ＳＰ１の誘電率として、石英の誘電率が用いられ、キャップ７３の誘電率として、耐熱性の樹脂であるポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)の誘電率が用いられた。

【0060】

図６及び図７のシミュレーション結果から明らかなように、実施例では、比較例と比較して、支持部材ＳＰ１とキャップ７３との境界面近傍の電界強度の最大値が低減された。すなわち、キャップ７３の誘電率と支持部材ＳＰ１の誘電率とが同一である場合、支持部材ＳＰ１とキャップ７３との境界面近傍のマイクロ波の反射が抑制されることが分かった。

【0061】

図８は、一実施形態に係るプラズマ処理装置による効果（支持部材の周方向に沿った電界強度の分布）を示す図である。図８の電界強度の分布は、図７のシミュレーション結果における筒状部ＴＰ１の電界強度を、支持部材ＳＰ１の円周方向に沿った複数の角度位置の各々においてプロットすることにより、得られる。図８において、横軸は、支持部材ＳＰ１の円周方向に沿った角度を示し、縦軸は、筒状部ＴＰ１の電界強度を示す。

【0062】

図８から明らかなように、実施例では、比較例と比較して、支持部材ＳＰ１の円周方向に沿った筒状部ＴＰ１の電界強度のばらつきが低減された。すなわち、複数の挿入部７１が、支持部材ＳＰ１の中心軸に沿う方向から見た場合に、回転対称とならないように配置される場合であっても、キャップ７３の誘電率と支持部材ＳＰ１の誘電率とが同一である場合、載置台２０近傍の部材である筒状部ＴＰ１の電界強度の均一性を保つことができることが分かった。

【0063】

なお、上記実施形態では、プラズマ励起用の電磁波としてマイクロ波が用いられたが、開示技術はこれには限定されない。例えば、プラズマ励起用の電磁波として、マイクロ波よりも波長が長い電磁波や、マイクロ波よりも波長が短い電磁波が用いられても良い。

【符号の説明】

【0064】

１０ プラズマ処理装置
１２ 処理容器
１２ａ 側壁
１２ｂ 底部
１２ｃ 天部
１４ アンテナ
１８ 誘電体窓
２０ 載置台
２２ａ 第１の電極部材
２２ｂ 第２の電極部材
３２ マイクロ波発生器
６５ 基部
６６ 本体
７１，８１ 挿入部
７２，８２ ネジ部材
７３，８３ キャップ
ＳＰ１ 支持部材
ＬＥ 下部電極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】