特開 2023-39404 プラズマ処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023039404

(43)【公開日】2023-03-20

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20230313BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20230313BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 101B

H05H1/46 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】17

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022106117

(22)【出願日】2022-06-30

(31)【優先権主張番号】P 2021193070

(32)【優先日】2021-11-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(31)【優先権主張番号】P 2021145970

(32)【優先日】2021-09-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【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】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100122507

【弁理士】

【氏名又は名称】柏岡 潤二

(72)【発明者】

【氏名】輿水 地塩

(72)【発明者】

【氏名】石橋 淳治

(72)【発明者】

【氏名】有吉 文彬

(72)【発明者】

【氏名】箱崎 翔

(72)【発明者】

【氏名】熊谷 史記

【テーマコード（参考）】

2G084

5F004

【Ｆターム（参考）】

2G084BB07

2G084BB23

2G084CC12

2G084CC33

2G084DD02

2G084DD15

2G084DD24

2G084DD38

2G084DD55

2G084FF15

2G084FF38

5F004AA16

5F004BA04

5F004BB12

5F004BB13

5F004BB18

5F004BB22

5F004BB23

5F004BB25

5F004BB26

5F004BC02

5F004BC08

5F004CA03

5F004CA06

(57)【要約】

【課題】シャワーヘッドの複数のガス孔の中におけるガスの解離を抑制する技術を提供する。
【解決手段】開示されるプラズマ処理装置は、チャンバ、基板支持部、上部電極、及び少なくとも一つの電源を備える。チャンバは、その内部に処理空間を提供している。基板支持部は、チャンバ内に設けられている。上部電極は、処理空間の上方から処理空間にガスを導入するシャワーヘッドを構成している。上部電極は、第１の電極及び第２の電極を含む。第１の電極は、処理空間に向けて開口した複数の第１のガス孔を提供する。第２の電極は、第１の電極上に直接的に又は間接的に設けられており、複数の第１のガス孔にそれぞれ連通する複数の第２のガス孔を提供する。少なくとも一つの電源は、第２の電極の電位を第１の電極の電位に対して正側の電位に設定するように構成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

その内部に処理空間を提供するチャンバと、
前記チャンバ内に設けられた基板支持部と、
前記処理空間の上方から前記処理空間にガスを導入するシャワーヘッドを構成する上部電極であり、
前記処理空間に向けて開口した複数の第１のガス孔を提供する第１の電極と、
前記第１の電極上に直接的に又は間接的に設けられており、前記複数の第１のガス孔にそれぞれ連通する複数の第２のガス孔を提供する第２の電極と、
を含む該上部電極と、
前記第２の電極の電位を前記第１の電極の電位に対して正側の電位に設定するように構成された少なくとも一つの電源と、
を備えるプラズマ処理装置。

【請求項2】

前記第２の電極の電位は、前記第１の電極の電位よりも、＋５Ｖ以上高い、請求項１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項3】

前記少なくとも一つの電源は、前記第１の電極の電位を負の電位、０Ｖ、又はフローティングに設定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。

【請求項4】

前記少なくとも一つの電源として単一の電源を備え、
前記単一の電源に接続された抵抗分割回路を更に備え、
前記抵抗分割回路において異なる電位を有する二つのノードが前記第１の電極及び前記第２の電極にそれぞれ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。

【請求項5】

前記少なくとも一つの電源として、前記第１の電極に電気的に接続された第１の電源と、該第１の電源とは別の第２の電源であり前記第２の電極に電気的に接続された該第２の電源と、を備える、請求項１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項6】

前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられた誘電体層を更に備える、請求項１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項7】

前記第２の電極は、前記複数の第２のガス孔の各々の前記第１の電極の側の端部を画成する表面領域に導電層を有し、
前記少なくとも一つの電源は、前記導電層に電圧を印加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。

【請求項8】

前記第１の電極は、互いから分離された複数の部分を含み、
前記少なくとも一つの電源は、前記複数の部分に電圧を印加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。

【請求項9】

前記第１の電極の前記複数の部分は、径方向において互いから分離されている、請求項８に記載のプラズマ処理装置。

【請求項10】

前記第２の電極は、温調機構を有する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項11】

前記温調機構は、前記第２の電極の中に形成された流路であり、その中で熱媒体が流される該流路を含む、請求項１０に記載のプラズマ処理装置。

【請求項12】

前記複数の第２のガス孔の各々の前記第１の電極の側の端部はテーパー状をなしており、
前記複数の第２のガス孔の各々の前記端部の開口の直径は、前記複数の第１のガス孔の各々の直径よりも大きい、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項13】

前記第１の電極は、シリコン、炭化ケイ素、又は石英から形成されており、
前記第２の電極は、金属又は炭化ケイ素から形成されている、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項14】

波形周期を有する電気バイアスエネルギーを周期的に前記基板支持部に供給するように構成され、
前記波形周期は、前記基板の電位が該波形周期内の該基板の平均電位よりも低い負位相期間と該波形周期内の該負位相期間以外の期間である正位相期間とを含み、
前記少なくとも一つの電源は、前記正位相期間における前記第１の電極の電位を前記負位相期間における前記第１の電極の負の電位よりも正側に高い電位に設定するように構成されている、
請求項１～１３の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項15】

波形周期を有する電気バイアスエネルギーを周期的に前記基板支持部に供給するように構成され、
前記波形周期は、前記基板の電位が該波形周期内の該基板の平均電位よりも低い負位相期間と該波形周期内の該負位相期間以外の期間である正位相期間とを含み、
前記少なくとも一つの電源は、前記負位相期間における前記第１の電極の負の電位の絶対値を前記正位相期間における前記第１の電極の電位の絶対値よりも大きい値に設定するように構成されている、
請求項１～１３の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項16】

前記電気バイアスエネルギーは、バイアス高周波電力であるか前記波形周期の時間間隔で周期的に発生される電圧のパルスである、請求項１４に記載のプラズマ処理装置。

【請求項17】

前記電気バイアスエネルギーは、バイアス高周波電力であるか前記波形周期の時間間隔で周期的に発生される電圧のパルスである、請求項１５に記載のプラズマ処理装置。

【発明の詳細な説明】

【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ものである。

【背景技術】

【0002】

基板に対するプラズマ処理では、プラズマ処理装置が用いられる。一種のプラズマ処理装置は、シャワーヘッドを備えている。シャワーヘッドは、チャンバ内に設けられた基板支持部の上方に設けられている。シャワーヘッドは、複数のガス孔を提供している。下記の特許文献１は、複数のガス孔の中での異常放電を抑制するために、複数のガス孔に連通するガス溝が、シャワーヘッドの下面に設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９－１１７７１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、シャワーヘッドの複数のガス孔の中におけるガスの解離を抑制する技術を提供する。

【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、基板支持部、上部電極、及び少なくとも一つの電源を備える。チャンバは、その内部に処理空間を提供している。基板支持部は、チャンバ内に設けられている。上部電極は、処理空間の上方から処理空間にガスを導入するシャワーヘッドを構成している。上部電極は、第１の電極及び第２の電極を含む。第１の電極は、処理空間に向けて開口した複数の第１のガス孔を提供する。第２の電極は、第１の電極上に直接的に又は間接的に設けられており、複数の第１のガス孔にそれぞれ連通する複数の第２のガス孔を提供する。少なくとも一つの電源は、第２の電極の電位を第１の電極の電位に対して正側の電位に設定するように構成されている。

【発明の効果】

【0006】

一つの例示的実施形態によれば、シャワーヘッドの複数のガス孔の中におけるガスの解離を抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】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2】一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置の上部電極の部分拡大断面図である。

【図3】図３の（ａ）は一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置における二次電子の挙動を示す図であり、図３の（ｂ）は第１の電極の電位と第２の電極の電位が互いに同じ場合の二次電子の挙動を示す図である。

【図4】別の例示的実施形態においてプラズマ処理装置に採用される少なくとも一つの電源を示す図である。

【図5】更に別の例示的実施形態においてプラズマ処理装置に採用される少なくとも一つの電源を示す図である。

【図6】図６の（ａ）及び図６の（ｂ）の各々は、更に別の例示的実施形態においてプラズマ処理装置に採用される上部電極の部分拡大断面図である。

【図7】更に別の例示的実施形態においてプラズマ処理装置に採用される上部電極の部分拡大断面図である。

【図8】更に別の例示的実施形態においてプラズマ処理装置に採用される上部電極の断面図である。

【図9】更に別の例示的実施形態においてプラズマ処理装置に採用される上部電極の断面図である。

【図10】更に別の例示的実施形態においてプラズマ処理装置に採用される上部電極の断面図である。

【図11】一例のタイミングチャートである。

【図12】一例のタイミングチャートである。

【図13】一例のタイミングチャートである。

【図14】一例のタイミングチャートである。

【図15】図１５の（ａ）及び図１５の（ｂ）は、電源の制御に関連する一例の構成を示す図である。

【図16】図１６の（ａ）及び図１６の（ｂ）は、電源の制御に関連する一例の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

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。

【0009】

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。一実施形態においては、図１に示すようにプラズマ処理システムが提供される。プラズマ処理システムは、プラズマ処理装置１を含む。プラズマ処理装置１は、制御部２を更に含んでいてもよい。

【0010】

制御部２は、種々の工程をプラズマ処理装置１に実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部２は、種々の工程を実行するようにプラズマ処理装置１の各要素を制御するように構成され得る。一実施形態において、制御部２の一部又は全てがプラズマ処理装置１に含まれてもよい。制御部２は、例えばコンピュータ２ａを含んでもよい。コンピュータ２ａは、例えば、処理部（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２ａ１、記憶部２ａ２、及び通信インターフェース２ａ３を含んでもよい。処理部２ａ１は、記憶部２ａ２に格納されたプログラムに基づいて種々の制御動作を行うように構成され得る。記憶部２ａ２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェース２ａ３は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信回線を介してプラズマ処理装置１との間で通信してもよい。

【0011】

プラズマ処理装置１は、容量結合型のプラズマ処理装置である。プラズマ処理装置１は、チャンバ１０、基板支持部１２、及び上部電極１４を備えている。チャンバ１０は、その内部において処理空間１０ｓを提供している。チャンバ１０は、略円筒形状を有している。チャンバ１０の側壁は、電気的に接地されている。

【0012】

プラズマ処理装置１は、排気システム４０を更に含み得る。排気システム４０は、例えばチャンバ１０の底部に設けられたガス排出口１０ｅに接続され得る。排気システム４０は、圧力調整弁及び真空ポンプを含んでいてもよい。処理空間１０ｓ内の圧力は、圧力調整弁によって調整される。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ又はこれらの組み合わせを含んでいてもよい。

【0013】

基板支持部１２は、チャンバ１０内に設けられている。基板支持部１２は、その上に載置される基板Ｗを支持するように構成されている。基板支持部１２は、その上に載置されるエッジリングＥＲを更に支持するように構成されていてもよい。基板Ｗは、基板支持部１２上でエッジリングＥＲによって囲まれた領域の中に配置される。

【0014】

一実施形態において、基板支持部１２は、基台１６及び静電チャック１８を含んでいてもよい。基台１６は、導電性部材を含む。基台１６の導電性部材は、下部電極として機能する。静電チャック１８は、基台１６の上に配置される。基板Ｗは、静電チャック１８上に載置される。静電チャック１８は、基板Ｗを静電引力によって保持するように構成されている。

【0015】

なお、基板支持部１２は、静電チャック１８、エッジリングＥＲ、及び基板Ｗのうち少なくとも一つをターゲット温度に調節するように構成される温調モジュールを含んでいてもよい。温調モジュールは、ヒータ、伝熱媒体、流路、又はこれらの組み合わせを含んでいてもよい。流路には、ブラインやガスのような熱媒体が流れる。また、基板支持部１２は、基板Ｗの裏面と静電チャック１８との間の間隙に伝熱ガスを供給するように構成された伝熱ガス供給部を更に含んでいてもよい。

【0016】

プラズマ処理装置１は、高周波電源３１及びバイアス電源３２を更に含み得る。高周波電源３１は、チャンバ１０内でガスからプラズマを生成するためにソース高周波電力ＲＦを供給するように構成されている。ソース高周波電力ＲＦは、１３ＭＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。高周波電源３１は、整合器３１ｍを介して高周波電極に接続されている。整合器３１ｍは、高周波電源３１の負荷のインピーダンスを高周波電源３１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。高周波電極は、基板支持部１２の電極、例えば、基台１６の導電性部材であってもよい。高周波電極は、基板支持部１２の他の電極であってもよい。或いは、高周波電極は、上部電極１４であってもよい。

【0017】

バイアス電源３２は、基板支持部１２のバイアス電極（例えば、基台１６の導電性部材）に電気的に接続されている。バイアス電源３２は、基板支持部１２上に載置された基板Ｗにプラズマからイオンを引き込むために電気バイアスエネルギーＢＥを基板支持部１２のバイアス電極に供給するように構成されている。なお、バイアス電源３２は、基台１６の導電性部材とは別の基板支持部１２の電極に電気的に接続されていてもよい。

【0018】

電気バイアスエネルギーＢＥは、波形周期ＣＹ（図１１～図１４を参照）を有しており、周期的に供給される。波形周期ＣＹは、バイアス周波数の逆数である時間長を有する。バイアス周波数は、１００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の範囲内の周波数であり得る。

【0019】

電気バイアスエネルギーＢＥは、バイアス高周波電力（図１４の基板の電位を参照）であるか、電圧のパルス（図１１～図１３のバイアス電極の電位を参照）を含んでいてもよい。バイアス高周波電力は、バイアス周波数を有する。バイアス高周波電力の波形は、バイアス周波数を有する正弦波である。電気バイアスエネルギーＢＥがバイアス高周波電力である場合には、バイアス電源３２は、整合器３２ｍを介して基板支持部１２のバイアス電極に接続される。整合器３２ｍは、バイアス電源３２の負荷のインピーダンスをバイアス電源３２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む。

【0020】

電圧のパルスは、バイアス周波数の逆数である時間間隔で周期的に発生される。電圧のパルスは、負の極性を有していてもよい。電圧のパルスは、直流電圧から生成される電圧のパルスであってもよい。電圧のパルスは、矩形パルス波、三角パルス波、インパルス波のような任意の波形を有していてもよい。

【0021】

以下、図１と共に図２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上部電極の部分拡大断面図である。上部電極１４は、処理空間１０ｓの上方から処理空間１０ｓにガスを導入するシャワーヘッドを構成している。上部電極１４は、チャンバ１０の側壁の上端開口を閉じており、処理空間１０ｓを画成している。上部電極１４は、チャンバ１０の側壁から電気的に絶縁されている。

【0022】

上部電極１４は、第１の電極２１及び第２の電極２２を含む。第１の電極２１は、略円盤形状を有している。第１の電極２１は、例えばシリコン、炭化ケイ素、又は石英から形成される。第１の電極２１の下面は、処理空間１０ｓに接する。第１の電極２１は、複数の第１のガス孔２１ｈを提供している。複数の第１のガス孔２１ｈは、第１の電極２１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。

【0023】

第２の電極２２は、第１の電極２１上に直接的に設けられている。なお、第２の電極２２は、第１の電極２１上に間接的に設けられていてもよい。第２の電極２２は、略円盤形状を有している。第２の電極２２は、アルミニウムのような金属又は炭化ケイ素から形成されている。第２の電極２２の表面は、膜２２ａから構成されていてもよい。膜２２ａは、耐腐食性を有する膜であり、例えば陽極酸化処理によって生成されたアルマイト膜である。第２の電極２２は、複数の第２のガス孔２２ｈを提供している。複数の第２のガス孔２２ｈは、鉛直方向に延びており、複数の第１のガス孔２１ｈにそれぞれ連通している。

【0024】

第２の電極２２は、ガス拡散室２２ｄ及びガス導入ポート２２ｐを更に提供していてもよい。ガス拡散室２２ｄは、第２の電極２２の中に設けられている。複数の第２のガス孔２２ｈは、ガス拡散室２２ｄから下方に延びている。ガス導入ポート２２ｐは、ガス拡散室２２ｄに接続されている。ガス導入ポート２２ｐには、ガス供給部２４が接続されている。

【0025】

ガス供給部２４は、一つ以上のガスソース２４ｓ及び一つ以上の流量制御器２４ｃを含み得る。ガス供給部２４は、一つ以上のガスを、それぞれに対応のガスソース２４ｓからそれぞれに対応の流量制御器２４ｃを介してガス導入ポート２２ｐに供給するように構成される。ガス導入ポート２２ｐに供給された一つ以上のガスは、ガス拡散室２２ｄ、複数の第２のガス孔２２ｈ、及び複数の第１のガス孔２１ｈを介して、チャンバ１０内に導入される。

【0026】

一実施形態において、複数の第２のガス孔２２ｈの各々の第１の電極２１の側の端部２２ｔはテーパー状をなしていてもよい。即ち、複数の第２のガス孔２２ｈの各々の第１の電極２１の側の端部２２ｔは、対応の第１のガス孔２１ｈからの鉛直方向における距離の減少に応じて増加する直径を有していてもよい。一実施形態においては、端部２２ｔの開口（下端開口）の直径は、対応の第１のガス孔２１ｈの直径よりも大きい。この実施形態によれば、第１の電極２１と第２の電極２２の熱膨張率の差に起因して、各第２のガス孔２２ｈと対応の第１のガス孔２１ｈとの間に位置ずれが生じても、各第２のガス孔２２ｈと対応の第１のガス孔２１ｈが互いに連通する状態が保たれる。

【0027】

一実施形態において、第２の電極２２は、温調機構を有していてもよい。温調機構は、第２の電極２２の中に形成された流路２２ｆを含んでいてもよい。流路２２ｆには、熱媒体（例えば冷媒）の供給装置が接続される。供給装置は、チャンバ１０の外部に設けられている。供給装置から流路２２ｆに供給された熱媒体は、流路２２ｆの中を流れて、供給装置に戻される。なお、第２の電極２２の温調機構は、流路２２ｆに加えて、ヒータを含んでいてもよい。

【0028】

プラズマ処理装置１は、少なくとも一つの電源を更に備える。少なくとも一つの電源は、第２の電極２２の電位を第１の電極２１の電位に対して正側の電位に設定するように構成されている。即ち、少なくとも一つの電源は、第２の電極２２の電位を第１の電極２１の電位よりも正側に高い電位に設定する。第１の電極２１の電位は、負の電位、０Ｖ（グランド電位）、又はフローティングであってもよい。例えば、第１の電極２１の電位は、正の電位であってもよく、第２の電極２２の電位は、第１の電極２１の電位よりも正側に高くてもよい。或いは、第１の電極２１の電位は、０Ｖであってもよく、第２の電極２２の電位は、正の電位であってもよい。或いは、第１の電極２１の電位は、負の電位であってもよく、第２の電極２２の電位は、０Ｖであってもよい。或いは、第１の電極２１の電位は、負の電位であってもよく、第２の電極２２の電位は、第１の電極２１の電位よりも正側に高い負の電位であってもよい。

【0029】

図１及び図２に示す実施形態において、プラズマ処理装置１は、少なくとも一つの電源として単一の直流電源５１を備えており、更に抵抗分割回路５２を更に備えている。直流電源５１は、可変直流電源であり得る。直流電源５１の正極は、グランドに接続されている。直流電源５１の負極は、抵抗分割回路５２の一端に接続されている。抵抗分割回路５２において異なる電位を有する二つのノード５２ｃ及び５２ｄは、第１の電極２１及び第２の電極２２にそれぞれ電気的に接続されている。

【0030】

一実施形態において、抵抗分割回路５２は、抵抗５２ａ及び抵抗５２ｂを含む。抵抗５２ａの一端は、直流電源５１の負極に接続されている。ノード５２ｃは、抵抗５２ａの一端と直流電源５１の負極とを互いに接続する電気的パス上に設けられており、第１の電極２１に電気的に接続されている。ノード５２ｃは、フィルタ５３ｆ及びスイッチ５３ｓを介して第１の電極２１に接続されていてもよい。フィルタ５３ｆは、高周波電力を遮断するか減衰させるローパスフィルタである。

【0031】

抵抗５２ｂの一端は、抵抗５２ａの他端に電気的に接続されており、抵抗５２ｂの他端は、グランドに接続されている。ノード５２ｄは、抵抗５２ｂの一端と抵抗５２ａの他端とを互いに接続する電気的パス上に設けられており、第２の電極２２に電気的に接続されている。ノード５２ｄは、フィルタ５４ｆ及びスイッチ５４ｓを介して第２の電極２２に接続されていてもよい。フィルタ５４ｆは、高周波電力を遮断するか減衰させるローパスフィルタである。

【0032】

図１に示すように、抵抗５２ａは、固定抵抗であってもよい。或いは、図２に示すように、抵抗５２ａは、可変抵抗であってもよい。抵抗５２ａが可変抵抗である場合には、第１の電極２１と第２の電極２２との間の電位差を調整することが可能となる。また、抵抗５２ｂは、固定抵抗であってもよく、可変抵抗であってもよい。

【0033】

かかる抵抗分割回路５２を備えるプラズマ処理装置１では、第１の電極２１の電位は、負の電位となる。第２の電極２２の電位は、負の電位であり、且つ、第１の電極２１の電位に対して正側の電位となる。

【0034】

以下、図３の（ａ）及び図３の（ｂ）を参照する。図３の（ａ）は一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置における二次電子の挙動を示す図であり、図３の（ｂ）は第１の電極の電位と第２の電極の電位が互いに同じ場合の二次電子の挙動を示す図である。図３の（ａ）及び図３の（ｂ）において、「＋」を囲む円は正イオンを示しており、「－」を囲む円は二次電子を示している。プラズマ処理装置１では、シャワーヘッドは、複数のガス孔を提供している。複数のガス孔の各々は、複数の第１のガス孔２１ｈのうち一つとこれに連通する第２のガス孔２２ｈを含む。第１の電極２１の電位と第２の電極２２の電位が互いに同一である場合には、プラズマから正イオンが複数のガス孔に進入して第２の電極２２に衝突することにより二次電子が発生して、当該二次電子により放電が発生し得る。一方、プラズマ処理装置１では、第２の電極２２の電位は第１の電極２１の電位に対して正側の電位に設定される。したがって、プラズマ処理装置１では、処理空間１０ｓ内のプラズマから正イオンが複数のガス孔に進入して第２の電極２２に衝突することにより二次電子が第２の電極２２から放出されても、二次電子は即座に第２の電極２２に引き付けられる。故に、複数のガス孔の中のガスに二次電子が衝突して、複数のガス孔の中でガスが解離することが抑制される。

【0035】

一実施形態においては、第２の電極２２の電位と第１の電極２１の電位との間の差は、５Ｖ以上であってもよい。かかる電位の差によれば、複数のガス孔の中でのガスの解離がより効果的に抑制される。

【0036】

以下、図４及び図５を参照する。図４は、別の例示的実施形態においてプラズマ処理装置に採用される少なくとも一つの電源を示す図である。図５は、更に別の例示的実施形態においてプラズマ処理装置に採用される少なくとも一つの電源を示す図である。図４及び図５に示すように、プラズマ処理装置１は、少なくとも一つの電源として、第１の電源及び第２の電源、即ち直流電源５１１及び直流電源５１２を含んでいてもよい。直流電源５１１及び直流電源５１２の各々は、可変直流電源であってもよい。

【0037】

図４に示す実施形態では、直流電源５１１の正極は、グランドに接続されている。直流電源５１１の負極は、フィルタ５３ｆ及びスイッチ５３ｓを介して第１の電極２１に接続されている。直流電源５１２の正極は、グランドに接続されている。直流電源５１２の負極は、フィルタ５４ｆ及びスイッチ５４ｓを介して第２の電極２２に接続されている。図４に示す実施形態においても、第１の電極２１の電位は、負の電位となる。また、第２の電極２２の電位も、負の電位である。第２の電極２２の電位は、第１の電極２１の電位に対して正側の電位に設定される。

【0038】

図５に示す実施形態では、直流電源５１１の正極は、グランドに接続されている。直流電源５１１の負極は、フィルタ５３ｆ及びスイッチ５３ｓを介して第１の電極２１に接続されている。直流電源５１２の負極は、直流電源５１１の負極に接続されている。直流電源５１２の正極は、フィルタ５４ｆ及びスイッチ５４ｓを介して第２の電極２２に接続されている。図５に示す実施形態においても、第１の電極２１の電位は、負の電位となる。また、第２の電極２２の電位は、負の電位であり得る。第２の電極２２の電位は、第１の電極２１の電位に対して正側の電位に設定される。

【0039】

図５に示す実施形態においては、直流電源５１１及び直流電源５１２を用いる点で図４に示す実施形態と共通する。しかしながら、図４に示す実施形態では、直流電源５１１及び直流電源５１２の各々として高電圧の電源を用いなければならない場合がある。一方、図５に示す実施形態では、直流電源５１２として比較的低電圧の電源を用いても、第１の電極２１と第２の電極２２との間の電位差を適切に設定することができる。

【0040】

以下、図６の（ａ）及び図６の（ｂ）を参照する。図６の（ａ）及び図６の（ｂ）の各々は、更に別の例示的実施形態においてプラズマ処理装置に採用される上部電極の部分拡大断面図である。図６の（ａ）及び図６の（ｂ）に示すように、上部電極１４は、誘電体層２３を更に含んでいてもよい。誘電体層２３は、シリコン、炭化シリコン、又は酸化アルミニウムから形成される。

【0041】

図６の（ａ）に示すように、誘電体層２３は、第１の電極２１と第２の電極２２との間に設けられている。誘電体層２３は、第１の電極２１の上面又は第２の電極２２の下面に溶射によって形成されてもよい。或いは、誘電体層２３は、誘電体から形成された板であってもよく、第１の電極２１の上面と第２の電極２２の下面との間に挟持されてもよい。

【0042】

図６の（ｂ）に示すように、誘電体層２３は、第１の電極２１の下面に形成されていてもよい。誘電体層２３は、第１の電極２１の下面に溶射によって形成されてもよい。或いは、誘電体層２３は、誘電体から形成された板であってもよく、第１の電極２１の下面に対して固定されていてもよい。なお、誘電体層２３は、第２の電極２２の上面に形成されていてもよい。

【0043】

以下、図７を参照する。図７は、更に別の例示的実施形態においてプラズマ処理装置に採用される上部電極の部分拡大断面図である。図７に示すように、上部電極１４は、導電層２２ｇを更に有していてもよい。導電層２２ｇは、複数の第２のガス孔２２ｈの各々の端部２２ｔを画成する表面領域に形成されている。導電層２２ｇは、導電性を有する材料から形成される。導電層２２ｇは、例えば、シリコン、炭化ケイ素、アルミニウム、又はチタンから形成される。

【0044】

少なくとも一つの電源は、上述した第２の電極２２の電位を設定するために、導電層２２ｇに電圧を印加してもよい。図７に示す例では、ノード５２ｄは、フィルタ５４ｆ及びスイッチ５４ｓを介して導電層２２ｇに接続されている。なお、図４に示すように直流電源５１１及び直流電源５１２が用いられる場合には、直流電源５１２の負極が、フィルタ５４ｆ及びスイッチ５４ｓを介して導電層２２ｇに接続される。また、図５に示すように直流電源５１１及び直流電源５１２が用いられる場合には、直流電源５１２の正極が、フィルタ５４ｆ及びスイッチ５４ｓを介して導電層２２ｇに接続される。

【0045】

図７に示す実施形態においても、抵抗５２ａは固定抵抗であってもよく、可変抵抗であってもよい。また、図７に示す実施形態においても、抵抗５２ｂは、固定抵抗であってもよく、可変抵抗であってもよい。

【0046】

以下、図８～図１０を参照する。図８～図１０の各々は、更に別の例示的実施形態においてプラズマ処理装置に採用される上部電極の断面図である。プラズマ処理装置１において採用される上部電極１４において、第１の電極２１又は第１の電極２１と第２の電極２２の双方は、径方向及び／又は周方向において複数の部分に分離されていてもよい。

【0047】

図８に示す実施形態では、第１の電極２１は、部分２１ｃ及び部分２１ｅを含む。部分２１ｃと部分２１ｅは、互いから分離されている。部分２１ｃは、径方向において第１の電極２１の中央の領域を構成する。部分２１ｃは、平面視では円形の領域である。部分２１ｅは、部分２１ｃの径方向外側の領域であり、第１の電極２１の周縁領域を構成している。部分２１ｅは、平面視では環状の領域である。部分２１ｃと部分２１ｅとの間には空間が設けられていてもよく、部分２１ｃと部分２１ｅとの間に絶縁体材料が設けられていてもよい。

【0048】

図８に示す実施形態において、部分２１ｃ及び部分２１ｅの各々には、フィルタ５３ｆ及びスイッチ５３ｓを介して直流電源５１１が電気的に接続される。第２の電極２２には、フィルタ５４ｆ及びスイッチ５４ｓを介して直流電源５１２が電気的に接続される。

【0049】

図９に示す実施形態では、図８に示す実施形態と同様に、第１の電極２１は、部分２１ｃ及び部分２１ｅを含む。図９に示す実施形態では、第２の電極２２は、部分２２ｃ及び部分２２ｅを含む。部分２２ｃと部分２２ｅは、互いから分離されている。部分２２ｃは、径方向において第２の電極２２の中央の領域を構成する。部分２２ｃは、平面視では円形の領域である。部分２２ｃは、部分２１ｃ上に設けられる。部分２２ｅは、部分２２ｃの径方向外側の領域であり、第２の電極２２の周縁領域を構成している。部分２２ｅは、平面視では環状の領域である。部分２２ｅは、部分２１ｅ上に設けられる。部分２２ｃと部分２２ｅとの間には空間が設けられていてもよく、部分２２ｃと部分２２ｅとの間に絶縁体材料が設けられていてもよい。

【0050】

図９に示す実施形態において、部分２１ｃ及び部分２１ｅの各々には、フィルタ５３ｆ及びスイッチ５３ｓを介して直流電源５１１が電気的に接続される。部分２２ｃ及び部分２２ｅの各々には、フィルタ５４ｆ及びスイッチ５４ｓを介して直流電源５１２が電気的に接続される。

【0051】

図１０に示す実施形態では、第１の電極２１は、部分２１ｃ及び部分２１ｅに加えて、部分２１ｍを含んでいる。部分２１ｃ、部分２１ｍ、及び部分２１ｅは、互いから分離されている。部分２１ｍは、部分２１ｃと部分２１ｅとの間の領域である。部分２１ｍは、平面視では環状の領域である。部分２１ｃと部分２１ｍとの間には空間が設けられていてもよく、部分２１ｃと部分２１ｍとの間に絶縁体材料が設けられていてもよい。部分２１ｍと部分２１ｅとの間には空間が設けられていてもよく、部分２１ｍと部分２１ｅとの間に絶縁体材料が設けられていてもよい。

【0052】

図１０に示す実施形態において、部分２１ｃ、部分２１ｍ、及び部分２１ｅの各々には、フィルタ５３ｆ及びスイッチ５３ｓを介して直流電源５１１が電気的に接続される。第２の電極２２には、フィルタ５４ｆ及びスイッチ５４ｓを介して直流電源５１２が電気的に接続される。

【0053】

以下、図１１～図１４を参照する。図１１～図１４は、一例のタイミングチャートである。図１１～図１４の各々は、基板支持部１２のバイアス電極の電位、チャンバ１０内で生成されるプラズマの電位、並びに、上部電極の第１の電極及び第２の電極の各々の電位のタイミングチャートを示している。

【0054】

図１１～図１４に示すように、波形周期ＣＹは、期間Ｐ１及び期間Ｐ２を含んでいる。期間Ｐ１は、波形周期ＣＹ内の負位相期間である。期間Ｐ１における基板Ｗの電位又はバイアス電極の電位は、波形周期ＣＹ内の基板Ｗの平均電位又はバイアス電極の平均電位よりも低い。期間Ｐ１において、基板Ｗの電位又はバイアス電極の電位は、負の電位であり得る。期間Ｐ２は、波形周期ＣＹ内の期間Ｐ１以外の期間であり、波形周期ＣＹ内の正位相期間である。期間Ｐ２において、基板Ｗの電位又はバイアス電極の電位は、０Ｖ以上であり得る。

【0055】

図１１～図１４に示すように、プラズマ処理装置１の少なくとも一つの電源、即ち直流電源５１又は直流電源５１１及び５１２は、第１の電極２１の電位を、電位Ｖ２１Ａのように一定に設定してもよい。また、プラズマ処理装置１の少なくとも一つの電源は、第２の電極２２の電位を、電位Ｖ２２Ａのように一定に設定してもよい。

【0056】

或いは、図１１～図１４に示すように、プラズマ処理装置１の少なくとも一つの電源、即ち直流電源５１又は直流電源５１１及び５１２は、第１の電極２１の電位を、電位Ｖ２１Ｂ又はＶ２１Ｃのように電気バイアスエネルギーＢＥに同期して変化させてもよい。また、プラズマ処理装置１の少なくとも一つの電源は、第２の電極２２の電位を、電位Ｖ２２Ｂ又はＶ２２Ｃのように電気バイアスエネルギーＢＥに同期して変化させてもよい。

【0057】

具体的には、プラズマ処理装置１の少なくとも一つの電源は、電位Ｖ２１Ｂ又はＶ２１Ｃのように、期間Ｐ２における第１の電極２１の電位を、期間Ｐ１における第１の電極２１の負の電位よりも正側に高い電位に設定してもよい。また、プラズマ処理装置１の少なくとも一つの電源は、電位Ｖ２２Ｂ又はＶ２２Ｃのように、期間Ｐ２における第２の電極２２の電位を、期間Ｐ１における第２の電極２２の負の電位よりも正側に高い電位に設定してもよい。この場合には、期間Ｐ２において、プラズマと上部電極１４との間の電位差を低下させることが可能である。その結果、プラズマから上部電極１４に向かうイオンの速度を低減させて、二次電子の発生を抑制することが可能となる。

【0058】

また、プラズマ処理装置１の少なくとも一つの電源は、電位Ｖ２１Ｂ又はＶ２１Ｃのように、期間Ｐ１における第１の電極２１の負の電位の絶対値を、期間Ｐ２における第１の電極２１の電位の絶対値よりも大きい値に設定してもよい。また、プラズマ処理装置１の少なくとも一つの電源は、電位Ｖ２２Ｂ又はＶ２２Ｃのように、期間Ｐ１における第２の電極２２の負の電位の絶対値を、期間Ｐ２における第２の電極２２の電位の絶対値よりも大きい値に設定してもよい。この場合には、期間Ｐ１においてイオンが基板Ｗに衝突することにより基板Ｗから二次電子が放出されても、上部電極１４に向かう二次電子の速度が低減される。

【0059】

なお、図１１～図１４に示すように、波形周期ＣＹにおける第１の電極２１及び第２の電極２２の各々の電位は、二つの期間の電位（期間Ｐ１の電位と期間Ｐ２の電位）、即ち二値をとってもよい。別の例では、波形周期ＣＹ内の期間の数は、二つ以外の他の数であってもよい。また、波形周期ＣＹにおける第１の電極２１及び第２の電極２２の電位は、スムーズに変化してもよい。

【0060】

図１５の（ａ）及び図１５の（ｂ）は、電源の制御に関連する一例の構成を示す図である。図１５の（ａ）に示すように、プラズマ処理装置１は、第１の電極２１の電位及び第２の電極２２の電位を電気バイアスエネルギーＢＥに同期して変化させるために、電源コントローラ６０を更に備えていてもよい。電源コントローラ６０は、バイアス電源３２及び直流電源５１に同期信号を与える。電源コントローラ６０は、直流電源５１に位相信号を更に与える。バイアス電源３２は、与えられた同期信号に同期して電気バイアスエネルギーＢＥを発生する。直流電源５１は、与えられた同期信号に同期し、且つ、位相信号に応じて、第１の電極２１の電位及び第２の電極２２の電位を変化させる。なお、直流電源５１の波形周期ＣＹ内での出力電圧の波形は、予め設定されていてもよく、或いは、レシピデータに基づいて設定されてもよい。或いは、図１５の（ｂ）に示すように、バイアス電源３２が、同期信号及び位相信号を発生して、直流電源５１に与えてもよい。

【0061】

図１６の（ａ）及び図１６の（ｂ）は、電源の制御に関連する一例の構成を示す図である。図１６の（ａ）に示すように、プラズマ処理装置１は、第１の電極２１の電位及び第２の電極２２の電位を電気バイアスエネルギーＢＥに同期して変化させるために、電源コントローラ６１を更に備えていてもよい。電源コントローラ６１は、バイアス電源３２、直流電源５１１、及び直流電源５１２に同期信号を与える。電源コントローラ６１は、直流電源５１１及び直流電源５１２に位相信号を更に与える。バイアス電源３２は、与えられた同期信号に同期して電気バイアスエネルギーＢＥを発生する。直流電源５１１及び直流電源５１２の各々は、与えられた同期信号に同期し、且つ、位相信号に応じて、第１の電極２１の電位及び第２の電極２２の電位を変化させる。なお、直流電源５１１及び直流電源５１２の各々の波形周期ＣＹ内での出力電圧の波形は、予め設定されていてもよく、或いは、レシピデータに基づいて設定されてもよい。或いは、図１６の（ｂ）に示すように、バイアス電源３２が、同期信号及び位相信号を発生して、直流電源５１１及び直流電源５１２に与えてもよい。

【0062】

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。

【0063】

例えば、複数の第２のガス孔２２ｈのうち少なくとも一つ又は複数の第２のガス孔２２ｈの各々は、複数の第１のガス孔２１ｈのうち二つ以上の第１のガス孔２１ｈに連通していてもよい。また、複数の第１のガス孔２１ｈの各々は、屈曲していてもよい。

【0064】

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］～［Ｅ１６］に記載する。

【0065】

［Ｅ１］
その内部に処理空間を提供するチャンバと、
前記チャンバ内に設けられた基板支持部と、
前記処理空間の上方から前記処理空間にガスを導入するシャワーヘッドを構成する上部電極であり、
前記処理空間に向けて開口した複数の第１のガス孔を提供する第１の電極と、
前記第１の電極上に直接的に又は間接的に設けられており、前記複数の第１のガス孔にそれぞれ連通する複数の第２のガス孔を提供する第２の電極と、
を含む該上部電極と、
前記第２の電極の電位を前記第１の電極の電位に対して正側の電位に設定するように構成された少なくとも一つの電源と、
を備えるプラズマ処理装置。

【0066】

［Ｅ１］の実施形態において、シャワーヘッドは、複数のガス孔を提供している。複数のガス孔の各々は、複数の第１のガス孔のうち一つとこれに連通する第２のガス孔を含む。［Ｅ１］の実施形態では、処理空間内のプラズマから正イオンが複数のガス孔に進入して第２の電極に衝突することにより二次電子が第２の電極から放出されても、二次電子は即座に第２の電極に引き付けられる。したがって、複数のガス孔の中のガスに二次電子が衝突して、複数のガス孔の中でガスが解離することが抑制される。

【0067】

［Ｅ２］
前記第２の電極の電位は、前記第１の電極の電位よりも、＋５Ｖ以上高い、［Ｅ１］に記載のプラズマ処理装置。

【0068】

［Ｅ３］
前記少なくとも一つの電源は、前記第１の電極の電位を負の電位、０Ｖ、又はフローティングに設定するように構成されている、［Ｅ１］又は［Ｅ２］に記載のプラズマ処理装置。

【0069】

［Ｅ４］
前記少なくとも一つの電源として単一の電源を備え、
前記単一の電源に接続された抵抗分割回路を更に備え、
前記抵抗分割回路において異なる電位を有する二つのノードが前記第１の電極及び前記第２の電極にそれぞれ電気的に接続されている、［Ｅ１］～［Ｅ３］の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

【0070】

［Ｅ５］
前記少なくとも一つの電源として、前記第１の電極に電気的に接続された第１の電源と、該第１の電源とは別の第２の電源であり前記第２の電極に電気的に接続された該第２の電源と、を備える、［Ｅ１］～［Ｅ３］の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

【0071】

［Ｅ６］
前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられた誘電体層を更に備える、［Ｅ１］～［Ｅ５］の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

【0072】

［Ｅ７］
前記第２の電極は、前記複数の第２のガス孔の各々の前記第１の電極の側の端部を画成する表面領域に導電層を有し、
前記少なくとも一つの電源は、前記導電層に電圧を印加するように構成されている、
［Ｅ１］～［Ｅ６］の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

【0073】

［Ｅ８］
前記第１の電極は、互いから分離された複数の部分を含み、
前記少なくとも一つの電源は、前記複数の部分に電圧を印加するように構成されている、
［Ｅ１］～［Ｅ６］の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

【0074】

［Ｅ９］
前記第１の電極の前記複数の部分は、径方向において互いから分離されている、［Ｅ８］に記載のプラズマ処理装置。

【0075】

［Ｅ１０］
前記第２の電極は、温調機構を有する、［Ｅ１］～［Ｅ９］の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

【0076】

［Ｅ１１］
前記温調機構は、前記第２の電極の中に形成された流路であり、その中で熱媒体が流される該流路を含む、［Ｅ１０］に記載のプラズマ処理装置。

【0077】

［Ｅ１２］
前記複数の第２のガス孔の各々の前記第１の電極の側の端部はテーパー状をなしており、
前記複数の第２のガス孔の各々の前記端部の開口の直径は、前記複数の第１のガス孔の各々の直径よりも大きい、
［Ｅ１］～［Ｅ１１］の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

【0078】

［Ｅ１３］
前記第１の電極は、シリコン、炭化ケイ素、又は石英から形成されており、
前記第２の電極は、金属又は炭化ケイ素から形成されている、
［Ｅ１］～［Ｅ１２］の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

【0079】

［Ｅ１４］
波形周期を有する電気バイアスエネルギーを周期的に前記基板支持部に供給するように構成され、
前記波形周期は、前記基板の電位が該波形周期内の該基板の平均電位よりも低い負位相期間と該波形周期内の該負位相期間以外の期間である正位相期間とを含み、
前記少なくとも一つの電源は、前記正位相期間における前記第１の電極の電位を前記負位相期間における前記第１の電極の負の電位よりも正側に高い電位に設定するように構成されている、
［Ｅ１］～［Ｅ１３］の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

【0080】

［Ｅ１５］
波形周期を有する電気バイアスエネルギーを周期的に前記基板支持部に供給するように構成され、
前記波形周期は、前記基板の電位が該波形周期内の該基板の平均電位よりも低い負位相期間と該波形周期内の該負位相期間以外の期間である正位相期間とを含み、
前記少なくとも一つの電源は、前記負位相期間における前記第１の電極の負の電位の絶対値を前記正位相期間における前記第１の電極の電位の絶対値よりも大きい値に設定するように構成されている、
［Ｅ１］～［Ｅ１３］の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

【0081】

［Ｅ１６］
前記電気バイアスエネルギーは、バイアス高周波電力であるか前記波形周期の時間間隔で周期的に発生される電圧のパルスである、［Ｅ１４］又は［Ｅ１５］に記載のプラズマ処理装置。

【0082】

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。

【符号の説明】

【0083】

１…プラズマ処理装置、１０…チャンバ、１２…基板支持部、１４…上部電極、２１…第１の電極、２１ｈ…第１のガス孔、２２…第２の電極、２２ｈ…第２のガス孔、５１…直流電源。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】