特開 2023-82889 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】P2023082889

(43)【公開日】2023-06-15

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20230608BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20230608BHJP

   C23C 16/505 20060101ALI20230608BHJP

【ＦＩ】

H05H1/46 R

H05H1/46 M

H01L21/302 101B

H01L21/302 103

C23C16/505

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021196876

(22)【出願日】2021-12-03

(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】大友 洋

【テーマコード（参考）】

2G084

4K030

5F004

【Ｆターム（参考）】

2G084AA02

2G084AA05

2G084CC08

2G084CC33

2G084DD15

2G084DD23

2G084DD55

2G084FF15

2G084HH06

2G084HH08

2G084HH15

2G084HH20

2G084HH22

2G084HH23

2G084HH24

2G084HH52

4K030EA04

4K030GA02

4K030KA18

4K030KA20

4K030KA30

4K030KA39

4K030KA41

5F004AA16

5F004BA04

5F004BB13

5F004BB28

5F004BD04

5F004CB06

5F004CB07

(57)【要約】

【課題】プラズマ生成時に生成される下部電極に向かうイオンのエネルギーを好適に調節する技術を提供する。
【解決手段】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。高周波電源は上部電極に電気的に接続され上部電極に高周波電圧を印加することによって処理ガスのプラズマを生成するように構成される。第１の計測器は上部電極の電位波形を測定するように構成される。第２の計測器は下部電極の電位波形を測定するように構成される。検出器は第１の計測器によって測定された第１の電位波形から第２の計測器によって測定された第２の電位を差し引いて得られる電圧波形を検出する。インピーダンス調節装置は下部電極のインピーダンスを調節するように構成される。制御装置は検出器によって検出された電圧波形に基づいて下部電極のインピーダンスを調節するようにインピーダンス調節装置を制御するように構成される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

チャンバと、
前記チャンバ内に設けられ基板が載置されるように構成された基板支持部に含まれる下部電極と、
前記チャンバ内に設けられ前記下部電極に対向するように配置された上部電極と、
前記上部電極及び前記下部電極の間に処理ガスを供給するように構成されたガス供給部と、
前記上部電極に電気的に接続され該上部電極に高周波電圧を印加することによって前記処理ガスのプラズマを生成するように構成された高周波電源と、
前記上部電極の電位波形を測定するように構成された第１の計測器と、
前記下部電極の電位波形を測定するように構成された第２の計測器と、
前記第１の計測器によって測定された第１の電位波形から前記第２の計測器によって測定された第２の電位を差し引いて得られる電圧波形を検出するように構成された検出器と、
前記下部電極のインピーダンスを調節するように構成されたインピーダンス調節装置と、
前記検出器によって検出された前記電圧波形に基づいて前記下部電極のインピーダンスを調節するように前記インピーダンス調節装置を制御するように構成された制御装置と、
を備える、
プラズマ処理装置。

【請求項2】

前記制御装置は、前記電圧波形のうち正電位側のピーク値を低減するように前記下部電極のインピーダンスを調節するように前記インピーダンス調節装置を制御する、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項3】

前記インピーダンス調節装置は、キャパシタ及びインダクタを有し、
前記キャパシタのキャパシタンス及び前記インダクタのインダクタンスのうち少なくとも一つは、可変であり、前記制御装置による制御を受け、
前記キャパシタ及び前記インダクタは、電気的に直列に接続され、
前記キャパシタは、前記下部電極に電気的に接続され、
前記インダクタは、前記キャパシタを介して前記下部電極に電気的に接続されている、
請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。

【請求項4】

前記インピーダンス調節装置は、第１のキャパシタ、第２のキャパシタ、及びインダクタを有し、
前記第１のキャパシタの第１のキャパシタンス、前記第２のキャパシタの第２のキャパシタンス、及び前記インダクタのインダクタンスのうち少なくとも一つは、可変であり、前記制御装置による制御を受け、
前記第１のキャパシタ及び前記インダクタは、電気的に直列に接続され、
前記第１のキャパシタは、前記下部電極に電気的に接続され、
前記インダクタは、前記第１のキャパシタを介して前記下部電極に電気的に接続され、
前記第２のキャパシタ及び前記インダクタは、前記第１のキャパシタを介して前記下部電極に、電気的に並列に接続されている、
請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。

【請求項5】

前記インピーダンス調節装置は、前記下部電極に対して電気的に並列に接続された複数の電気回路を有し、
前記複数の電気回路のそれぞれは、キャパシタ及びインダクタを含み、
前記複数の電気回路のそれぞれにおいて、前記キャパシタのキャパシタンス及び前記インダクタのインダクタンスのうち少なくとも一つは、可変であり、前記制御装置による制御を受け、
前記複数の電気回路のそれぞれにおいて、前記キャパシタ及び前記インダクタは、電気的に直列に接続され、
前記複数の電気回路のそれぞれにおいて、前記キャパシタは、前記下部電極に電気的に接続され、
前記複数の電気回路のそれぞれにおいて、前記インダクタは、前記キャパシタを介して前記下部電極に電気的に接続されている、
請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。

【請求項6】

前記インピーダンス調節装置は、前記下部電極に対して電気的に並列に接続された複数の電気回路を有し、
前記複数の電気回路のそれぞれは、第１のキャパシタ、第２のキャパシタ、及びインダクタを有し、
前記複数の電気回路のそれぞれにおいて、前記第１のキャパシタのキャパシタンス、前記第２のキャパシタのキャパシタンス、及び前記インダクタのインダクタンスのうち少なくとも一つは、可変であり、前記制御装置による制御を受け、
前記複数の電気回路のそれぞれにおいて、前記第１のキャパシタ及び前記インダクタは、電気的に直列に接続され、
前記複数の電気回路のそれぞれにおいて、前記第１のキャパシタは、前記下部電極に電気的に接続され、
前記複数の電気回路のそれぞれにおいて、前記インダクタは、前記第１のキャパシタを介して前記下部電極に電気的に接続され、
前記複数の電気回路のそれぞれにおいて、前記第２のキャパシタ及び前記インダクタは、前記第１のキャパシタを介して前記下部電極に、電気的に並列に接続されている、
請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。

【請求項7】

前記複数の電気回路のそれぞれは、互いに異なるキャパシタンスの前記キャパシタ、及び、互いに異なるインダクタンスの前記インダクタを有する、
請求項５に記載のプラズマ処理装置。

【請求項8】

前記複数の電気回路のそれぞれは、互いに異なるキャパシタンスの前記第１のキャパシタ、互いに異なるキャパシタンスの前記第２のキャパシタ、及び、互いに異なるインダクタンスの前記インダクタを有する、
請求項６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】

プラズマ処理が、基板処理の一種として行われている。プラズマ処理において、基板は、高周波によってチャンバ内で生成されたプラズマからの化学種により処理される。プラズマ中の化学種は、イオン及びラジカルを含む。ステージ上の基板は、高周波によって与えられるイオンエネルギーによって損傷を受け得る。イオンエネルギーは、下部電極（下部電極を有するステージ）のインピーダンスの値に応じて増減し得る。特許文献１には、高周波電源と高周波電源の負荷側とインピーダンスを整合させて高周波電源への反射波を抑制するための技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－１９８０８４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、プラズマ生成時に生成される下部電極に向かうイオンのエネルギーを好適に調節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、チャンバと上部電極とガス供給部と高周波電源と第１の計測器と第２の計測器と検出器とインピーダンス調節装置と制御装置とを備える。下部電極は、チャンバ内に設けられ基板が載置されるように構成された基板支持部に含まれ得る。上部電極は、チャンバ内に設けられ下部電極に対向するように配置され得る。ガス供給部は、上部電極及び下部電極の間に処理ガスを供給するように構成され得る。高周波電源は、上部電極に電気的に接続され上部電極に高周波電圧を印加することによって処理ガスのプラズマを生成するように構成され得る。第１の計測器は、上部電極の電位波形を測定するように構成され得る。第２の計測器は、下部電極の電位波形を測定するように構成され得る。検出器は、第１の計測器によって測定された第１の電位波形から第２の計測器によって測定された第２の電位を差し引いて得られる電圧波形を検出し得る。インピーダンス調節装置は、下部電極のインピーダンスを調節するように構成され得る。制御装置は、検出器によって検出された電圧波形に基づいて下部電極のインピーダンスを調節するようにインピーダンス調節装置を制御するように構成され得る。

【発明の効果】

【0006】

一つの例示的実施形態によれば、プラズマ生成時に生成される下部電極に向かうイオンのエネルギーを好適に調節することができる。

【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の構成を示す図である。

【図2】一例のインピーダンス調節装置の構成を示す図である。

【図3】一例のインピーダンス調節装置の他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、種々の例示的実施形態について説明する。

【0009】

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、チャンバと上部電極とガス供給部と高周波電源と第１の計測器と第２の計測器と検出器とインピーダンス調節装置と制御装置とを備える。下部電極は、チャンバ内に設けられ基板が載置されるように構成された基板支持部に含まれ得る。上部電極は、チャンバ内に設けられ下部電極に対向するように配置され得る。ガス供給部は、上部電極及び下部電極の間に処理ガスを供給するように構成され得る。高周波電源は、上部電極に電気的に接続され上部電極に高周波電圧を印加することによって処理ガスのプラズマを生成するように構成され得る。第１の計測器は、上部電極の電位波形を測定するように構成され得る。第２の計測器は、下部電極の電位波形を測定するように構成され得る。検出器は、第１の計測器によって測定された第１の電位波形から第２の計測器によって測定された第２の電位を差し引いて得られる電圧波形を検出するように構成され得る。インピーダンス調節装置は、下部電極のインピーダンスを調節するように構成され得る。制御装置は、検出器によって検出された電圧波形に基づいて下部電極のインピーダンスを調節するようにインピーダンス調節装置を制御するように構成され得る。

【0010】

したがって、上部電極の第１の電位波形から下部電極の第２の電位波形を差し引いて得られる電圧波形に応じて下部電極のインピーダンスが調節され、よって、プラズマ生成時に生成される下部電極に向かうイオンのエネルギーが調節され得る。イオンにエネルギーを提供する下部電極上のシース電圧が高い相関性をもって上部電極及び下部電極の間の電圧に応じて増減するので、下部電極に流れる電流に基づいて下部電極のインピーダンスを調節する場合よりもイオンのエネルギーの最適化が可能となる。特に、より低い下部電極上のシース電圧の調節が可能となるので、より低いエネルギー領域におけるイオンのエネルギーの調節が、高い精度で行える。また、上部電極及び下部電極の電極間の電圧波形が用いられるので、それぞれの電極に複数の電源が接続されたプラズマ処理装置にも、上記構成が適用可能となる。

【0011】

一つの例示的実施形態において、制御装置は、電圧波形のうち正電位側のピーク値を低減するように下部電極のインピーダンスを調節するようにインピーダンス調節装置を制御し得る。

【0012】

一つの例示的実施形態において、インピーダンス調節装置は、キャパシタ及びインダクタを有し得る。キャパシタのキャパシタンス及びインダクタのインダクタンスのうち少なくとも一つは、可変であり、制御装置による制御を受け得る。キャパシタ及びインダクタは、電気的に直列に接続され得る。キャパシタは、下部電極に電気的に接続され得る。インダクタは、キャパシタを介して下部電極に電気的に接続され得る。

【0013】

一つの例示的実施形態において、インピーダンス調節装置は、第１のキャパシタ、第２のキャパシタ、及びインダクタを有し得る。第１のキャパシタの第１のキャパシタンス、第２のキャパシタの第２のキャパシタンス、及びインダクタのインダクタンスのうち少なくとも一つは、可変であり、制御装置による制御を受け得る。第１のキャパシタ及びインダクタは、電気的に直列に接続され得る。第１のキャパシタは、下部電極に電気的に接続され得る。インダクタは、第１のキャパシタを介して下部電極に電気的に接続され得る。第２のキャパシタ及びインダクタは、第１のキャパシタを介して下部電極に、電気的に並列に接続され得る。

【0014】

一つの例示的実施形態において、インピーダンス調節装置は、下部電極に対して電気的に並列に接続された複数の電気回路を有し得る。複数の電気回路のそれぞれは、キャパシタ及びインダクタを含み得る。複数の電気回路のそれぞれにおいて、キャパシタのキャパシタンス及びインダクタのインダクタンスのうち少なくとも一つは、可変であり、制御装置による制御を受け得る。複数の電気回路のそれぞれにおいて、キャパシタ及びインダクタは、電気的に直列に接続され得る。複数の電気回路のそれぞれにおいて、キャパシタは、下部電極に電気的に接続され得る。複数の電気回路のそれぞれにおいて、インダクタは、キャパシタを介して下部電極に電気的に接続され得る。

【0015】

一つの例示的実施形態において、インピーダンス調節装置は、下部電極に対して電気的に並列に接続された複数の電気回路を有し得る。複数の電気回路のそれぞれは、第１のキャパシタ、第２のキャパシタ、及びインダクタを有し得る。複数の電気回路のそれぞれにおいて、第１のキャパシタのキャパシタンス、第２のキャパシタのキャパシタンス、及びインダクタのインダクタンスのうち少なくとも一つは、可変であり、制御装置による制御を受け得る。複数の電気回路のそれぞれにおいて、第１のキャパシタ及びインダクタは、電気的に直列に接続され得る。複数の電気回路のそれぞれにおいて、第１のキャパシタは、下部電極に電気的に接続され得る。複数の電気回路のそれぞれにおいて、インダクタは、第１のキャパシタを介して下部電極に電気的に接続され得る。複数の電気回路のそれぞれにおいて、第２のキャパシタ及びインダクタは、第１のキャパシタを介して下部電極に、電気的に並列に接続され得る。

【0016】

一つの例示的実施形態において、複数の電気回路のそれぞれは、互いに異なるキャパシタンスのキャパシタ、及び、互いに異なるインダクタンスのインダクタを有し得る。

【0017】

一つの例示的実施形態において、複数の電気回路のそれぞれは、互いに異なるキャパシタンスの第１のキャパシタ、互いに異なるキャパシタンスの第２のキャパシタ、及び、互いに異なるインダクタンスのインダクタを有し得る。

【0018】

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を備えている。チャンバ１０は、その中に内部空間を提供している。チャンバ１０は、チャンバ本体１２を含み得る。チャンバ本体１２は、略円筒形状を有している。チャンバ１０の内部空間は、チャンバ本体１２の中に提供されている。チャンバ本体１２は、アルミニウムといった金属から形成されている。チャンバ本体１２は、電気的に接地されている。なお、チャンバ本体１２の側壁は、基板Ｗが搬送される際にそこを通過する通路を提供していてもよい。また、この通路を開閉するために、ゲートバルブがチャンバ本体１２の側壁に沿って設けられていてもよい。

【0019】

プラズマ処理装置１は、基板支持部１４を更に備えている。基板支持部１４は、チャンバ１０の内部に設置されている。基板支持部１４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１４は、本体を有している。基板支持部１４の本体は、例えば窒化アルミニウムから形成されており、円盤形状を有し得る。基板支持部１４は、支持部材１６によって支持されていてもよい。支持部材１６は、チャンバ１０の底部から上方に延在している。基板支持部１４は、下部電極１８を含んでいる。基板支持部１４は、チャンバ１０（チャンバ本体１２）内に設けられ基板Ｗが載置されるように構成され得る。下部電極１８は、基板支持部１４に含まれており、基板支持部１４の本体の中に埋め込まれている。

【0020】

プラズマ処理装置１は、上部電極２０を更に備えている。上部電極２０は、チャンバ１０内に設けられ、基板支持部１４の上方に設けられている。上部電極２０は、下部電極１８に対向するように配置されている。上部電極２０は、チャンバ１０の天部を構成している。上部電極２０は、チャンバ本体１２と電気的に分離されている。一実施形態において、上部電極２０は、絶縁部材２１を介してチャンバ本体１２の上部に固定されている。

【0021】

一実施形態において、上部電極２０は、シャワーヘッドとして構成されている。上部電極２０は、その内部においてガス拡散空間２０ｄを提供している。また、上部電極２０は、複数のガス孔２０ｈを更に提供している。複数のガス孔２０ｈは、ガス拡散空間２０ｄから下方に延びており、チャンバ１０の内部空間に向けて開口している。即ち、複数のガス孔２０ｈは、ガス拡散空間２０ｄとチャンバ１０の内部空間を接続している。

【0022】

プラズマ処理装置１は、ガス供給部２２を更に備えている。ガス供給部２２は、チャンバ１０内にガスを供給するように構成されている。ガス供給部２２は、上部電極２０及び下部電極１８の間に処理ガスを供給するように構成されている。ガス供給部２２は、配管２３を介してガス拡散空間２０ｄに接続されている。ガス供給部２２は、一つ以上のガスソース、一つ以上の流量制御器、及び一つ以上の開閉バルブを有していてもよい。一つ以上のガスソースの各々は、対応の流量制御器及び対応の開閉バルブを介して、配管２３に接続される。

【0023】

一実施形態において、ガス供給部２２は、成膜ガスを供給してもよい。即ち、プラズマ処理装置１は、成膜装置であってもよい。成膜ガスを用いて基板Ｗ上に形成される膜は、絶縁膜であってもよい。別の実施形態において、ガス供給部２２は、エッチングガスを供給してもよい。即ち、プラズマ処理装置１は、プラズマエッチング装置であってもよい。

【0024】

プラズマ処理装置１は、排気装置２４を更に備えている。排気装置２４は、自動圧力制御弁のような圧力制御器及びターボ分子ポンプ又はドライポンプのような真空ポンプを含んでいる。排気装置２４は、チャンバ本体１２の側壁に設けられた排気口１２ｅから排気管を介してチャンバ１０の内部空間に接続されている。

【0025】

プラズマ処理装置１は、高周波電源２６を更に備えている。高周波電源２６は、上部電極２０に整合器２８を介して電気的に接続されている。高周波電源２６は、整合器２８を含んでいる構成であってもよい。高周波電源２６は、上部電極２０に高周波電圧を印加することによって、ガス供給部２２から上部電極２０及び下部電極１８の間に供給される処理ガスのプラズマを生成するように構成されている。一実施形態において、高周波電源２６は、高周波電力を発生する。高周波電力の周波数は、任意の周波数であってもよい。高周波電力の周波数は、１３．５６ＭＨｚ以下であってもよい。高周波電力の周波数は、２ＭＨｚ以下であってもよい。高周波電力の周波数は、２０ｋＨｚ以上であってもよい。

【0026】

高周波電源２６は、整合器２８を介して、上部電極２０に接続されている。高周波電源２６からの高周波電力は、整合器２８を介して上部電極２０に供給される。整合器２８は、高周波電源２６の負荷のインピーダンスを、高周波電源２６の出力インピーダンスに整合させる整合回路を有している。

【0027】

別の実施形態において、高周波電源２６は、直流電圧のパルスを周期的に上部電極２０に印加するように構成されていてもよい。高周波電源２６からの直流電圧のパルスが上部電極２０に印加される周期を規定する周波数は、例えば１０ｋＨｚ以上、１０ＭＨｚ以下である。なお、高周波電源２６が直流電圧のパルスを周期的に上部電極２０に印加するように構成されている場合には、プラズマ処理装置１は整合器２８を備えていなくてもよい。

【0028】

プラズマ処理装置１は、リング電極３０を更に備えている。リング電極３０は、環形状を有する。リング電極３０は、周方向に沿って配列された複数の電極に分割されていてもよい。リング電極３０は、基板支持部１４の外周を囲むように、基板支持部１４の周囲に設けられている。リング電極３０と基板支持部１４の外周との間には間隙が設けられているが、当該間隔は設けられていなくてもよい。リング電極３０は、電気的に接地されている。

【0029】

一実施形態において、プラズマ処理装置１は、ガス供給部３２を更に備えている。ガス供給部３２は、リング電極３０と基板支持部１４との間の間隙を通って上方にパージガスが流れるようにパージガスを供給する。ガス供給部３２は、ガス導入ポート１２ｐを介してチャンバ１０内にパージガスを供給する。図示された例では、ガス導入ポート１２ｐは、基板支持部１４の下方においてチャンバ本体１２の壁に設けられている。ガス供給部３２によって供給されるパージガスは、不活性ガスであってもよく、例えば希ガスであってもよい。

【0030】

プラズマ処理装置１において基板Ｗに対するプラズマ処理が行われる際には、処理ガスが、ガス供給部２２からチャンバ１０内に供給される。そして、高周波電源２６からの高周波電力又は直流電圧のパルスが上部電極２０に与えられる。その結果、プラズマが、チャンバ１０内で処理ガスから生成される。基板支持部１４上の基板Ｗは、生成されたプラズマからの化学種によって処理される。例えば、プラズマからの化学種は、基板Ｗ上に膜を形成する。或いは、プラズマからの化学種は、基板Ｗをエッチングする。

【0031】

一実施形態において、プラズマ処理装置１は、計測器Ｖ１、計測器Ｖ２、検出器ＶＭ、及びインピーダンス調節装置ＩＡを更に備えている。計測器Ｖ１は、上部電極２０の電位波形を測定するように構成されている。計測器Ｖ２は、下部電極１８の電位波形を測定するように構成されている。検出器ＶＭは、計測器Ｖ１によって測定された第１の電位波形から計測器Ｖ２によって測定された第２の電位を差し引いて得られる電圧波形を検出するように構成されている。インピーダンス調節装置ＩＡは、下部電極１８のインピーダンスを調節するように構成されている。

【0032】

一実施形態において、プラズマ処理装置１は、制御装置ＣＮＴを更に備えている。制御装置ＣＮＴは、検出器ＶＭによって検出された電圧波形に基づいて下部電極１８のインピーダンスを調節するようにインピーダンス調節装置ＩＡを制御するように構成されている。制御装置ＣＮＴは、検出器ＶＭによって検出された電圧波形のうち正電位側のピーク値を低減するように下部電極１８のインピーダンスを調節するようにインピーダンス調節装置ＩＡを制御する。

【0033】

インピーダンス調節装置ＩＡの構成を、図２及び図３を参照して説明する。

【0034】

図２には、一例に係るインピーダンス調節装置ＩＡの構成が示されている。図２に示すインピーダンス調節装置ＩＡは、電気回路ＬＣ１を有する。電気回路ＬＣ１は、キャパシタＣ１及びインダクタＬ１を有する。キャパシタＣ１のキャパシタンス及びインダクタＬ１のインダクタンスのうち少なくとも一つは、可変であり、制御装置ＣＮＴによる制御を受け得る。キャパシタＣ１及びインダクタＬ１は、電気的に直列に接続されている。キャパシタＣ１は、下部電極１８に電気的に接続されている。インダクタＬ１は、キャパシタＣ１を介して下部電極１８に電気的に接続されている。

【0035】

図２に示すインピーダンス調節装置ＩＡによれば、キャパシタＣ１及びインダクタＬ１が電気的に直列接続された電気回路ＬＣ１によって、共振現象によってプラズマを生成する励起周波数付近とＤＣ成分とにおいて基板支持部１４を高インピーダンスにできる。電気回路ＬＣ１は、ＬＣ直列共振回路であるため共振時は低インピーダンスになるが、基板支持部１４の寄生容量が電気回路ＬＣ１に電気的に並列接続されることになるために、基板支持部１４に高インピーダンスが実現される。

【0036】

図３には、一例に係るインピーダンス調節装置ＩＡの構成が示されている。図３に示すインピーダンス調節装置ＩＡは、電気回路ＬＣ２を有する。電気回路ＬＣ２は、キャパシタＣ２１、キャパシタＣ２２、及びインダクタＬ２を有する。キャパシタＣ２１の第１のキャパシタンス、キャパシタＣ２２の第２のキャパシタンス、及びインダクタＬ２のインダクタンスのうち少なくとも一つは、可変であり、制御装置ＣＮＴによる制御を受け得る。キャパシタＣ２１及びインダクタＬ２は、電気的に直列に接続されている。キャパシタＣ２１及びキャパシタＣ２２は、電気的に直列に接続されている。キャパシタＣ２１、下部電極１８に電気的に接続されている。インダクタＬ２は、キャパシタＣ２１介して下部電極１８に電気的に接続されている。キャパシタＣ２２及びインダクタＬ２は、キャパシタＣ２１を介して下部電極１８に、電気的に並列に接続されている。

【0037】

図３に示すインピーダンス調節装置ＩＡによれば、キャパシタＣ２２及びインダクタＬ２が電気的に並列接続された電気回路ＬＣ２によって、ＤＣ成分と励起周波数付近とにおいて基板支持部１４を高インピーダンスにできる。電気回路ＬＣ２のキャパシタＣ２１はＤＣ成分をカットするために設けられている。インピーダンス調節装置ＩＡのＬＣ回路としてＬＣ並列共振回路（インダクタＬ２及びキャパシタＣ２２のみの回路）を設ける場合がある。この場合、共振現象によってプラズマを生成する励起周波数付近では基板支持部１４を高インピーダンスにできるが、ＤＣ成分では基板支持部１４は低インピーダンスとなる。そこで、電気回路ＬＣ２のようにキャパシタＣ２１をＬＣ並列共振回路（インダクタＬ２及びキャパシタＣ２２のみの回路）の前段に設けることによって、ＤＣ成分においても基板支持部１４を高インピーダンスにすることができる。

【0038】

インピーダンス調節装置ＩＡは、高周波の重畳又は電源周波数の重畳に対応するために図２に示す電気回路ＬＣ１を複数有し得る。この場合、インピーダンス調節装置ＩＡは、下部電極１８に対して電気的に並列に接続された複数の電気回路ＬＣ１を有する。複数の電気回路ＬＣ１のそれぞれは、キャパシタＣ１及びインダクタＬ１を含む。複数の電気回路ＬＣ１のそれぞれにおいて、キャパシタＣ１のキャパシタンス及びインダクタＬ１のインダクタンスのうち少なくとも一つは、可変であり、制御装置ＣＮＴによる制御を受け得る。複数の電気回路ＬＣ１のそれぞれにおいて、キャパシタＣ１及びインダクタＬ１は、電気的に直列に接続されている。複数の電気回路ＬＣ１のそれぞれにおいて、キャパシタＣ１は、下部電極１８に電気的に接続されている。複数の電気回路ＬＣ１のそれぞれにおいて、インダクタＬ１は、キャパシタＣ１を介して下部電極１８に電気的に接続されている。複数の電気回路ＬＣ１のそれぞれは、互いに異なるキャパシタンスのキャパシタＣ１、及び、互いに異なるインダクタンスのインダクタＬ１を有し得る。

【0039】

例えばインピーダンス調節装置ＩＡが互いに電気的に並列接続された二つの電気回路ＬＣ１を有する場合には、二つの周波数で基板支持部１４を高インピーダンスにし得る。例えばインピーダンス調節装置ＩＡが互いに電気的に並列接続された三つの電気回路ＬＣ１を有する場合には、三つの周波数で基板支持部１４を高インピーダンスにし得る。インピーダンス調節装置ＩＡが互いに電気的に並列接続された電気回路ＬＣ１を更に多く有する場合には、更に多くの周波数で基板支持部１４を高インピーダンスにし得る。

【0040】

インピーダンス調節装置ＩＡは、高周波の重畳又は電源周波数の重畳に対応するために図３に示す電気回路ＬＣ２を複数有し得る。この場合、インピーダンス調節装置ＩＡは、下部電極１８に対して電気的に並列に接続された複数の電気回路ＬＣ２を有する。複数の電気回路ＬＣ２のそれぞれは、キャパシタＣ２１、キャパシタＣ２２、及びインダクタＬ２を有する。複数の電気回路ＬＣ２のそれぞれにおいて、キャパシタＣ２１キャパシタンス、キャパシタＣ２２キャパシタンス、及びインダクタＬ２のインダクタンスのうち少なくとも一つは、可変であり、制御装置ＣＮＴによる制御を受け得る。複数の電気回路ＬＣ２のそれぞれにおいて、キャパシタＣ２１及びインダクタＬ２は、電気的に直列に接続されている。複数の電気回路ＬＣ２において、キャパシタＣ２１及びキャパシタＣ２２は、電気的に直列に接続されている。複数の電気回路ＬＣ２のそれぞれにおいて、キャパシタＣ２１は、下部電極１８に電気的に接続されている。複数の電気回路ＬＣ２のそれぞれにおいて、インダクタＬ２は、キャパシタＣ２１を介して下部電極１８に電気的に接続されている。複数の電気回路ＬＣ２のそれぞれにおいて、キャパシタＣ２２及びインダクタＬ２は、キャパシタＣ２１を介して下部電極１８に、電気的に並列に接続されている。複数の電気回路ＬＣ２のそれぞれは、互いに異なるキャパシタンスのキャパシタＣ２１、互いに異なるキャパシタンスのキャパシタＣ２２、及び、互いに異なるインダクタンスのインダクタＬ２を有し得る。

【0041】

例えばインピーダンス調節装置ＩＡが互いに電気的に並列接続された二つの電気回路ＬＣ２を有する場合には、二つの周波数で基板支持部１４を高インピーダンスにし得る。例えばインピーダンス調節装置ＩＡが互いに電気的に並列接続された三つの電気回路ＬＣ２を有する場合には、三つの周波数で基板支持部１４を高インピーダンスにし得る。インピーダンス調節装置ＩＡが互いに電気的に並列接続された電気回路ＬＣ２を更に多く有する場合には、更に多くの周波数で基板支持部１４を高インピーダンスにし得る。

【0042】

以上のように、インピーダンス調節装置ＩＡについて、図２、図３のそれぞれに示すＬＣ回路（電気回路ＬＣ１、電気回路ＬＣ２）を用いることで、共振現象によってプラズマを生成する励起周波数付近における基板支持部１４のインピーダンスを調整できる。一般的に下部電極１８を含む基板支持部１４を高インピーダンスにするとプラズマが上部電極２０やチャンバ本体１２の側壁に集中するため、基板支持部１４に向かうイオンのエネルギーを低く調整することができる。この時、下部電極１８を電気的に開放状態にすることで下部電極１８のインピーダンスを無限大にできるが、下部電極１８を含む基板支持部１４に発生した寄生容量によって基板支持部１４が電気的にＧＮＤに結合されてしまう。この場合、基板支持部１４に向かうイオンのエネルギーを低く調整するという望んだ効果を得ることができないことがある。このため、ＬＣ回路（電気回路ＬＣ１、電気回路ＬＣ２）の一部を可変できるようにすることで、基板支持部１４の寄生容量を含めた効果的な基板支持部１４のインピーダンス調整を成し得る。また、図３に示す電気回路ＬＣ２の場合、基板支持部１４の寄生容量に電気的に並列になるようにキャパシタＣ２１をＬＣ回路と下部電極１８との間に設置することで、ＤＣバイアスをカットすることができる。なお、インピーダンス調節装置ＩＡの構成は、図２、図３のそれぞれに示す構成に限られず、同様の効果を奏し得る構成であればインピーダンス調節装置ＩＡは他の構成であってもよい。

【0043】

上記した構成を有するプラズマ処理装置１によれば、上部電極２０の第１の電位波形から下部電極１８の第２の電位波形を差し引いて得られる電圧波形に応じて下部電極１８のインピーダンスが調節される。これにより、プラズマ生成時に生成される下部電極１８に向かうイオンのエネルギーが調節され得る。イオンにエネルギーを提供する下部電極１８上のシース電圧が高い相関性をもって上部電極２０及び下部電極１８の間の電圧に応じて増減する。よって、下部電極１８に流れる電流に基づいて下部電極１８のインピーダンスを調節する場合よりもイオンのエネルギーの最適化が可能となる。特に、より低い下部電極１８上のシース電圧の調節が可能となるので、より低いエネルギー領域におけるイオンのエネルギーの調節が、高い精度で行える。また、上部電極２０及び下部電極１８の電極間の電圧波形が用いられるので、それぞれの電極に複数の電源が接続されたプラズマ処理装置にも、上記構成が適用可能となる。

【0044】

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。

【0045】

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】

【0046】

１…プラズマ処理装置、１０…チャンバ、１２…チャンバ本体、１２ｅ…排気口、１２ｐ…ガス導入ポート、１４…基板支持部、１６…支持部材、１８…下部電極、２０…上部電極、２０ｄ…ガス拡散空間、２０ｈ…ガス孔、２１…絶縁部材、２２…ガス供給部、２３…配管、２４…排気装置、２６…高周波電源、２８…整合器、３０…リング電極、３２…ガス供給部、Ｃ１…キャパシタ、Ｃ２１…キャパシタ、Ｃ２２…キャパシタ、ＣＮＴ…制御装置、ＩＡ…インピーダンス調節装置、Ｌ１…インダクタ、Ｌ２…インダクタ、ＬＣ１…電気回路、ＬＣ２…電気回路、Ｖ１…計測器、Ｖ２…計測器、ＶＭ…検出器、Ｗ…基板。

【図1】

【図2】

【図3】