特開 2023-87245 上部電極及びプラズマ処理装置

(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】P2023087245

(43)【公開日】2023-06-23

(54)【発明の名称】上部電極及びプラズマ処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20230616BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 101L

H01L21/302 101B

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021201526

(22)【出願日】2021-12-13

(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】岩佐 琥偉

(72)【発明者】

【氏名】戸来 雅也

(72)【発明者】

【氏名】仙田 孝博

【テーマコード（参考）】

5F004

【Ｆターム（参考）】

5F004AA16

5F004BA09

5F004BB12

5F004BB22

5F004BB23

5F004BB28

5F004BB29

5F004BB30

(57)【要約】

【課題】上部電極での異常放電を抑制する技術を提供する。
【解決手段】開示される上部電極は、容量結合型のプラズマ処理装置においてシャワーヘッドを構成する。上部電極は、第１の部材及び第２の部材を含む。第１の部材は、導電体から形成されている。第１の部材は、複数の第１の孔を提供する。複数の第１の孔は、第１の部材を貫通する。第２の部材は、本体及び被覆層を含む。本体は、導電体から形成されており、第１の部材の上方に設けられている。被覆層は、本体の表面を覆っている。第２の部材は、一つ以上の第２の孔を提供する。被覆層の二次電子放出係数は１より小さい。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

容量結合型のプラズマ処理装置においてシャワーヘッドを構成する上部電極であって、
導電体から形成されている第１の部材であり、該第１の部材を貫通する複数の第１の孔を提供する、該第１の部材と、
導電体から形成されており前記第１の部材の上方に設けられた本体及び該本体の表面の少なくとも一部を覆う被覆層を含み、一つ以上の第２の孔を提供する、第２の部材と、
を備え、
前記被覆層の二次電子放出係数が１より小さい、
上部電極。

【請求項2】

前記被覆層は、導電体から形成されている、請求項１に記載の上部電極。

【請求項3】

前記被覆層は、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、又はペルフルオロアルコキシエチレンを含む、請求項１に記載の上部電極。

【請求項4】

容量結合型のプラズマ処理装置においてシャワーヘッドを構成する上部電極であって、
導電体から形成されている第１の部材であり、該第１の部材を貫通する複数の第１の孔を提供する、該第１の部材と、
導電体から形成されており前記第１の部材の上方に設けられた本体及び該本体の表面の少なくとも一部を覆う被覆層を含み、一つ以上の第２の孔を提供する、第２の部材と、
を備え、
前記被覆層は、ダイヤモンドライクカーボン、アモルファスカーボン、又はシリコンカーバイドを含む層である、
上部電極。

【請求項5】

前記第２の部材は、前記被覆層と前記本体の前記表面との間に設けられた絶縁層を更に含む、請求項２又は４に記載の上部電極。

【請求項6】

前記第１の部材と前記第２の部材との間に設けられた導電部材を更に備え、
前記導電部材は、前記第１の部材及び前記被覆層に接触している、
請求項２，４，５の何れか一項に記載の上部電極。

【請求項7】

前記第２の部材は、前記一つ以上の第２の孔として、前記複数の第１の孔にそれぞれ連通する複数の第２の孔を提供している、請求項１～６の何れか一項に記載の上部電極。

【請求項8】

前記第２の部材は、前記複数の第２の孔の各々の前記第１の部材の側の開口を画成する端部を含み、
前記端部は、テーパ状をなしており、
前記複数の第２の孔の各々の前記開口の直径は、前記複数の第１の孔の各々の直径よりも大きく、
前記端部の表面は、前記被覆層から形成されている、
請求項７に記載の上部電極。

【請求項9】

前記第２の部材は、ガス拡散室を提供し、
前記複数の第２の孔はそれぞれ、前記ガス拡散室から前記第１の孔に向けて延びている、
請求項７又は８に記載の上部電極。

【請求項10】

前記第２の部材は、その中で冷媒を流すために設けられた流路を更に提供している、請求項１～９の何れか一項に記載の上部電極。

【請求項11】

前記複数の第１の孔の各々及び前記一つ以上の第２の孔の各々のうち少なくとも一方はガス孔である、請求項１～１０の何れか一項に記載の上部電極。

【請求項12】

前記被覆層は、前記本体の前記表面のうち少なくとも、前記第１の部材と対面する全領域を覆っている、請求項１～１１の何れか一項に記載の上部電極。

【請求項13】

前記被覆層は、前記本体の前記表面のうち少なくとも、前記第２の孔の各々の前記第１の部材の側の開口を画成し且つ前記第１の部材と対面する領域を覆っている、請求項１～１２の何れか一項に記載の上部電極。

【請求項14】

前記被覆層は、前記本体の前記表面のうち少なくとも、前記第１の孔の各々の前記第２の部材側の開口と対面する領域を覆っている、請求項１～１３の何れか一項に記載の上部電極。

【請求項15】

その内部に処理空間を提供するプラズマ処理チャンバと、
前記プラズマ処理チャンバ内に設けられた基板支持部と、
請求項１～１４の何れか一項に記載の上部電極であり、前記基板支持部の上方に設けられた、該上部電極と、
を備えるプラズマ処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、上部電極及び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、容量結合型のプラズマ処理装置であり、プラズマ処理チャンバ、基板支持部、及び上部電極を備える。基板支持部は、プラズマ処理チャンバの中に設けられている。上部電極は、基板支持部の上方に設けられている。上部電極は、シャワーヘッドを構成しており、シリコン電極板を含んでいる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００３－５１４８５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、上部電極での異常放電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、上部電極が提供される。上部電極は、容量結合型のプラズマ処理装置においてシャワーヘッドを構成する。上部電極は、第１の部材及び第２の部材を備える。第１の部材は、導電体から形成されている。第１の部材は、複数の第１の孔を提供する。複数の第１の孔は、第１の部材を貫通する。第２の部材は、本体及び被覆層を含む。本体は、導電体から形成されており、第１の部材の上方に設けられている。被覆層は、本体の表面の少なくとも一部を覆う。第２の部材は、一つ以上の第２の孔を提供する。被覆層の二次電子放出係数は１より小さい。

【発明の効果】

【0006】

一つの例示的実施形態によれば、上部電極での異常放電が抑制される。

【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上部電極の部分拡大断面図である。

【図3】一つの例示的実施形態に係る上部電極の部分拡大断面図である。

【図4】別の例示的実施形態に係る上部電極の部分拡大断面図である。

【図5】更に別の例示的実施形態に係る上部電極の部分拡大断面図である。

【図6】更に別の例示的実施形態に係る上部電極の部分拡大断面図である。

【図7】実験装置を示す断面模式図である。

【図8】実験結果を示すグラフである。

【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、上部電極が提供される。上部電極は、容量結合型のプラズマ処理装置においてシャワーヘッドを構成する。上部電極は、第１の部材及び第２の部材を備える。第１の部材は、導電体から形成されている。第１の部材は、複数の第１の孔を提供する。複数の第１の孔は、第１の部材を貫通する。第２の部材は、本体及び被覆層を含む。本体は、導電体から形成されており、第１の部材の上方に設けられている。被覆層は、本体の表面の少なくとも一部を覆う。第２の部材は、一つ以上の第２の孔を提供する。被覆層の二次電子放出係数は１より小さい。

【0010】

上記実施形態では、二次電子放出係数が１より小さい被覆層により第２の部材の本体の表面が覆われている。したがって、電子又は正イオンがプラズマ処理チャンバ内のプラズマから複数の第１の孔に進入して第２の部材に衝突しても、第２の部材から放出される二次電子の量は少ない。結果として、上部電極での異常放電が抑制される。

【0011】

一つの例示的実施形態において、被覆層は、導電体から形成されていてもよい。この実施形態によれば、二次電子は、被覆層を介して上部電極からグランドに排出される。二次電子は、例えば、被覆層、第１の部材、及びプラズマ処理チャンバ内のプラズマを介して、グランドに排出される。したがって、第１の部材と第２の部材との間の電位差が抑制される。故に、上部電極での異常放電が更に抑制される。

【0012】

一つの例示的実施形態において、被覆層は、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン又はペルフルオロアルコキシエチレンを含んでいてもよい。

【0013】

別の例示的実施形態においても、上部電極が提供される。上部電極は、容量結合型のプラズマ処理装置においてシャワーヘッドを構成する。上部電極は、第１の部材及び第２の部材を備える。第１の部材は、導電体から形成されている。第１の部材は、複数の第１の孔を提供する。複数の第１の孔は、第１の部材を貫通する。第２の部材は、本体及び被覆層を含む。本体は、導電体から形成されており、第１の部材の上方に設けられている。被覆層は、本体の表面の少なくとも一部を覆う。第２の部材は、一つ以上の第２の孔を提供する。被覆層は、ダイヤモンドライクカーボン、アモルファスカーボン、又はシリコンカーバイドを含む層である。

【0014】

ダイヤモンドライクカーボン、アモルファスカーボン、及びシリコンカーバイドの二次電子放出係数は１より小さい。したがって、上記実施形態にでは、電子又は正イオンがプラズマ処理チャンバ内のプラズマから複数の第１の孔に進入して第２の部材に衝突しても、第２の部材から放出される二次電子の量は少ない。また、二次電子は、ダイヤモンドライクカーボンの層を介して上部電極からグランドに排出される。したがって、第１の部材と第２の部材との間の電位差が抑制される。故に、上部電極での異常放電が抑制される。

【0015】

一つの例示的実施形態において、第２の部材は、被覆層と本体の表面との間に設けられた絶縁層を更に含んでいてもよい。この実施形態では、第２の部材の本体と第１の部材とは、互いに直接的に導通しない。

【0016】

一つの例示的実施形態において、上部電極は、第１の部材と第２の部材との間に設けられた導電部材を更に備えていてもよい。導電部材は、第１の部材及び被覆層に接触していてもよい。この実施形態では、二次電子は、被覆層及び導電部材を介して第１の部材に流れる。第１の部材に流れた二次電子は、プラズマ処理チャンバ中のプラズマを介してグランドに排出される。したがって、第１の部材と第２の部材との間の電位差が抑制される。故に、上部電極での異常放電が更に抑制される。

【0017】

一つの例示的実施形態において、第２の部材は、一つ以上の第２の孔として、複数の第２の孔を提供していてもよい。複数の第２の孔はそれぞれ、複数の第１の孔にそれぞれ連通する。

【0018】

一つの例示的実施形態において、第２の部材は、複数の第２の孔の各々の第１の部材の側の開口を画成する端部を含んでいてもよい。端部は、テーパ状をなしていてもよい。複数の第２の孔の各々の開口の直径は、複数の第１の孔の各々の直径よりも大きくてもよい。端部の表面は、被覆層から形成されていてもよい。複数の第１の孔に進入した電子又は正イオンは、複数の第２の孔の各々の端部に衝突し得る。この実施形態では、複数の第２の孔の各々の端部の表面が上記被覆層から形成されているので、当該端部における二次電子の発生が効果的に抑制される。

【0019】

一つの例示的実施形態において、第２の部材は、ガス拡散室を提供してもよい。複数の第２の孔はそれぞれ、ガス拡散室から第１の孔に向けて延びていてもよい。

【0020】

一つの例示的実施形態において、第２の部材は、その中で冷媒を流すために設けられた流路を更に提供していてもよい。

【0021】

一つの例示的実施形態において、複数の第１の孔の各々及び一つ以上の第２の孔の各々のうち少なくとも一方はガス孔であってもよい。

【0022】

一つの例示的実施形態において、被覆層は、本体の表面のうち少なくとも、第１の部材と対面する全領域を覆っていてもよい。

【0023】

一つの例示的実施形態において、被覆層は、本体の表面のうち少なくとも、第２の孔の各々の第１の部材の側の開口を画成する領域を覆っていてもよい。当該領域は、第１の部材と対面している。

【0024】

一つの例示的実施形態において、被覆層は、本体の表面のうち少なくとも、第１の孔の第２の部材側の開口と対面する領域を覆っていてもよい。当該領域は、プラズマ処理チャンバ内のプラズマから複数の第１の孔の各々に進入する電子又は正イオンの衝突を受け易い領域である。この実施形態では、当該領域が被覆層に覆われているので、当該領域からの２次電子の発生が抑制される。したがって、上部電極での異常放電が更に抑制される。

【0025】

更に別の例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、プラズマ処理チャンバ、基板支持部、及び上部電極を備える。プラズマ処理チャンバは、その内部に処理空間を提供する。基板支持部は、プラズマ処理チャンバ内に設けられる。上部電極は、上述の種々の例示的実施形態のうち何れかの上部電極であり、基板支持部の上方に設けられる。

【0026】

以下に、プラズマ処理システムの構成例について説明する。図１は、容量結合型のプラズマ処理装置の構成例を説明するための図である。

【0027】

プラズマ処理システムは、容量結合型のプラズマ処理装置１及び制御部２を含む。容量結合型のプラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、ガス供給部２０、電源３０及び排気システム４０を含む。また、プラズマ処理装置１は、基板支持部１１及びガス導入部を含む。ガス導入部は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理チャンバ１０内に導入するように構成される。ガス導入部は、シャワーヘッド１３を含む。基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０内に配置される。シャワーヘッド１３は、基板支持部１１の上方に配置される。一実施形態において、シャワーヘッド１３は、プラズマ処理チャンバ１０の天部（ｃｅｉｌｉｎｇ）の少なくとも一部を構成する。プラズマ処理チャンバ１０は、シャワーヘッド１３、プラズマ処理チャンバ１０の側壁１０ａ及び基板支持部１１により規定されたプラズマ処理空間１０ｓを有する。プラズマ処理チャンバ１０は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓに供給するための少なくとも１つのガス供給口と、プラズマ処理空間からガスを排出するための少なくとも１つのガス排出口とを有する。プラズマ処理チャンバ１０は接地される。シャワーヘッド１３及び基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０の筐体とは電気的に絶縁される。

【0028】

基板支持部１１は、本体部１１１及びリングアセンブリ１１２を含む。本体部１１１は、基板Ｗを支持するための中央領域１１１ａと、リングアセンブリ１１２を支持するための環状領域１１１ｂとを有する。ウェハは基板Ｗの一例である。本体部１１１の環状領域１１１ｂは、平面視で本体部１１１の中央領域１１１ａを囲んでいる。基板Ｗは、本体部１１１の中央領域１１１ａ上に配置され、リングアセンブリ１１２は、本体部１１１の中央領域１１１ａ上の基板Ｗを囲むように本体部１１１の環状領域１１１ｂ上に配置される。従って、中央領域１１１ａは、基板Ｗを支持するための基板支持面とも呼ばれ、環状領域１１１ｂは、リングアセンブリ１１２を支持するためのリング支持面とも呼ばれる。

【0029】

一実施形態において、本体部１１１は、基台１１１０及び静電チャック１１１１を含む。基台１１１０は、導電性部材を含む。基台１１１０の導電性部材は下部電極として機能し得る。静電チャック１１１１は、基台１１１０の上に配置される。静電チャック１１１１は、セラミック部材１１１１ａとセラミック部材１１１１ａ内に配置される静電電極１１１１ｂとを含む。セラミック部材１１１１ａは、中央領域１１１ａを有する。一実施形態において、セラミック部材１１１１ａは、環状領域１１１ｂも有する。なお、環状静電チャックや環状絶縁部材のような、静電チャック１１１１を囲む他の部材が環状領域１１１ｂを有してもよい。この場合、リングアセンブリ１１２は、環状静電チャック又は環状絶縁部材の上に配置されてもよく、静電チャック１１１１と環状絶縁部材の両方の上に配置されてもよい。また、後述するＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）電源３１及び／又はＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）電源３２に結合される少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極がセラミック部材１１１１ａ内に配置されてもよい。この場合、少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極が下部電極として機能する。後述するバイアスＲＦ信号及び／又はＤＣ信号が少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極に供給される場合、ＲＦ／ＤＣ電極はバイアス電極とも呼ばれる。なお、基台１１１０の導電性部材と少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極とが複数の下部電極として機能してもよい。また、静電電極１１１１ｂが下部電極として機能してもよい。従って、基板支持部１１は、少なくとも１つの下部電極を含む。

【0030】

リングアセンブリ１１２は、１又は複数の環状部材を含む。一実施形態において、１又は複数の環状部材は、１又は複数のエッジリングと少なくとも１つのカバーリングとを含む。エッジリングは、導電性材料又は絶縁材料で形成され、カバーリングは、絶縁材料で形成される。

【0031】

また、基板支持部１１は、静電チャック１１１１、リングアセンブリ１１２及び基板のうち少なくとも１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もよい。温調モジュールは、ヒータ、伝熱媒体、流路１１１０ａ、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路１１１０ａには、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。一実施形態において、流路１１１０ａが基台１１１０内に形成され、１又は複数のヒータが静電チャック１１１１のセラミック部材１１１１ａ内に配置される。また、基板支持部１１は、基板Ｗの裏面と中央領域１１１ａ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含んでもよい。

【0032】

シャワーヘッド１３は、ガス供給部２０からの少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓ内に導入するように構成される。シャワーヘッド１３は、少なくとも１つのガス供給口１３ａ、少なくとも１つのガス拡散室１３ｂ、及び複数のガス導入口１３ｃを有する。ガス供給口１３ａに供給された処理ガスは、ガス拡散室１３ｂを通過して複数のガス導入口１３ｃからプラズマ処理空間１０ｓ内に導入される。また、シャワーヘッド１３は、少なくとも１つの上部電極１４を含む。なお、ガス導入部は、シャワーヘッド１３に加えて、側壁１０ａに形成された１又は複数の開口部に取り付けられる１又は複数のサイドガス注入部（ＳＧＩ：Ｓｉｄｅ Ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）を含んでもよい。

【0033】

ガス供給部２０は、少なくとも１つのガスソース２１及び少なくとも１つの流量制御器２２を含んでもよい。一実施形態において、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスを、それぞれに対応のガスソース２１からそれぞれに対応の流量制御器２２を介してシャワーヘッド１３に供給するように構成される。各流量制御器２２は、例えばマスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器を含んでもよい。さらに、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスの流量を変調又はパルス化する１又はそれ以上の流量変調デバイスを含んでもよい。

【0034】

電源３０は、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介してプラズマ処理チャンバ１０に結合されるＲＦ電源３１を含む。ＲＦ電源３１は、少なくとも１つのＲＦ信号（ＲＦ電力）を少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極１４に供給するように構成される。これにより、プラズマ処理空間１０ｓに供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマが形成される。従って、ＲＦ電源３１は、プラズマ処理チャンバ１０において１又はそれ以上の処理ガスからプラズマを生成するように構成されるプラズマ生成部の少なくとも一部として機能し得る。また、バイアスＲＦ信号を少なくとも１つの下部電極に供給することにより、基板Ｗにバイアス電位が発生し、形成されたプラズマ中のイオン成分を基板Ｗに引き込むことができる。

【0035】

一実施形態において、ＲＦ電源３１は、第１のＲＦ生成部３１ａ及び第２のＲＦ生成部３１ｂを含む。第１のＲＦ生成部３１ａは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極１４に結合され、プラズマ生成用のソースＲＦ信号（ソースＲＦ電力）を生成するように構成される。一実施形態において、ソースＲＦ信号は、１０ＭＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第１のＲＦ生成部３１ａは、異なる周波数を有する複数のソースＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のソースＲＦ信号は、少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極１４に供給される。

【0036】

第２のＲＦ生成部３１ｂは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して少なくとも１つの下部電極に結合され、バイアスＲＦ信号（バイアスＲＦ電力）を生成するように構成される。バイアスＲＦ信号の周波数は、ソースＲＦ信号の周波数と同じであっても異なっていてもよい。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、ソースＲＦ信号の周波数よりも低い周波数を有する。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、１００ｋＨｚ～６０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第２のＲＦ生成部３１ｂは、異なる周波数を有する複数のバイアスＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のバイアスＲＦ信号は、少なくとも１つの下部電極に供給される。また、種々の実施形態において、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。

【0037】

また、電源３０は、プラズマ処理チャンバ１０に結合されるＤＣ電源３２を含んでもよい。ＤＣ電源３２は、第１のＤＣ生成部３２ａ及び第２のＤＣ生成部３２ｂを含む。一実施形態において、第１のＤＣ生成部３２ａは、少なくとも１つの下部電極に接続され、第１のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第１のバイアスＤＣ信号は、少なくとも１つの下部電極に印加される。一実施形態において、第２のＤＣ生成部３２ｂは、少なくとも１つの上部電極１４に接続され、第２のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第２のＤＣ信号は、少なくとも１つの上部電極１４に印加される。

【0038】

種々の実施形態において、第１及び第２のＤＣ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。この場合、電圧パルスのシーケンスが少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極１４に印加される。電圧パルスは、矩形、台形、三角形又はこれらの組み合わせのパルス波形を有してもよい。一実施形態において、ＤＣ信号から電圧パルスのシーケンスを生成するための波形生成部が第１のＤＣ生成部３２ａと少なくとも１つの下部電極との間に接続される。従って、第１のＤＣ生成部３２ａ及び波形生成部は、電圧パルス生成部を構成する。第２のＤＣ生成部３２ｂ及び波形生成部が電圧パルス生成部を構成する場合、電圧パルス生成部は、少なくとも１つの上部電極１４に接続される。電圧パルスは、正の極性を有してもよく、負の極性を有してもよい。また、電圧パルスのシーケンスは、１周期内に１又は複数の正極性電圧パルスと１又は複数の負極性電圧パルスとを含んでもよい。なお、第１及び第２のＤＣ生成部３２ａ，３２ｂは、ＲＦ電源３１に加えて設けられてもよく、第１のＤＣ生成部３２ａが第２のＲＦ生成部３１ｂに代えて設けられてもよい。

【0039】

排気システム４０は、例えばプラズマ処理チャンバ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もよい。圧力調整弁によって、プラズマ処理空間１０ｓ内の圧力が調整される。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もよい。

【0040】

制御部２は、本開示において述べられる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、ここで述べられる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、処理部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。制御部２は、例えばコンピュータ２ａにより実現される。処理部２ａ１は、記憶部２ａ２からプログラムを読み出し、読み出されたプログラムを実行することにより種々の制御動作を行うように構成され得る。このプログラムは、予め記憶部２ａ２に格納されていてもよく、必要なときに、媒体を介して取得されてもよい。取得されたプログラムは、記憶部２ａ２に格納され、処理部２ａ１によって記憶部２ａ２から読み出されて実行される。媒体は、コンピュータ２ａに読み取り可能な種々の記憶媒体であってもよく、通信インターフェース２ａ３に接続されている通信回線であってもよい。処理部２ａ１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であってもよい。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。

【0041】

プラズマ処理装置１において、上部電極１４は、シャワーヘッド１３を構成する。以下、図２及び図３を参照しつつ、一つの例示的実施形態に係る上部電極１４について説明する。図２及び図３は、一つの例示的実施形態に係る上部電極１４の部分拡大断面図である。上部電極１４は、プラズマ処理装置１において上部電極として用いられ得る。

【0042】

図２に示すように、上部電極１４は、第１の部材５１及び第２の部材５２を含んでいる。第１の部材５１は、プラズマ処理チャンバ１０内の空間（プラズマ処理空間１０ｓ）を上方から画成する天板であり得る。第１の部材５１は、略円盤形状を有していてもよい。第１の部材５１は、複数の第１の孔５１ｈを提供する。複数の第１の孔５１ｈは、第１の部材５１をその板厚方向に貫通している。第１の部材５１は、導電体から形成されている。第１の部材５１は、シリコン又は炭化ケイ素のようなシリコン含有材料から形成され得る。

【0043】

図２に示すように、第２の部材５２は、第１の部材５１の上方に設けられている。第２の部材５２は、第１の部材５１と第２の部材５２との間に間隙１３ｓを提供するように第１の部材５１の上方に設けられ得る。第２の部材５２は、略円盤形状を有していてもよい。図１に示すように、第２の部材５２は、流路５２ｆを提供していてもよい。流路５２ｆは、第２の部材５２の中に冷媒を流すために設けられている。流路５２ｆは、チラーユニットから供給される冷媒を受ける。チラーユニットは、プラズマ処理チャンバ１０の外部に設けられている。冷媒は、流路５２ｆを流れて、チラーユニットに戻される。第２の部材５２は、上述したガス拡散室１３ｂをその内部に提供していてもよい。

【0044】

図２に示すように、第２の部材５２は、一つ以上の第２の孔５２ｈを提供する。以下では、複数の第２の孔５２ｈを提供する第２の部材５２について説明するが、第２の部材５２は、単一の第２の孔５２ｈを提供していてもよい。複数の第１の孔５１ｈの各々及び一つ以上の第２の孔５２ｈの各々のうち少なくとも一方はガス孔であってもよい。本実施形態では、一例として、複数の第１の孔５１ｈの各々及び一つ以上の第２の孔５２ｈの各々の双方がガス孔である。

【0045】

複数の第２の孔５２ｈは、ガス拡散室１３ｂから下方に向けて延びている。一実施形態において、複数の第２の孔５２ｈは、ガス拡散室１３ｂから複数の第１の孔５１ｈに向けて延びている。複数の第１の孔５１ｈの各々の中心線と、複数の第２の孔５２ｈのうち対応の第２の孔５２ｈの中心線は、同一直線上に整列している。複数の第２の孔５２ｈは、複数の第１の孔５１ｈにそれぞれ連通している。複数の第２の孔５２ｈはそれぞれ、複数の第１の孔５１ｈと共に複数のガス導入口１３ｃ（図１参照）を構成する。

【0046】

図２に示すように、第２の部材５２は、本体５２ａ及び被覆層５２ｂを含んでいる。本体５２ａは、第１の部材５１の上方に設けられている。本体５２ａは、第１の部材５１と対面するように第１の部材５１の上方に設けられ得る。本体５２ａは、導電体から形成されている。本体５２ａは、アルミニウムなどの金属から形成され得る。被覆層５２ｂは、本体５２ａの表面を覆っている。

【0047】

被覆層５２ｂは、１よりも小さい二次電子放出係数を有する。すなわち、被覆層５２ｂは、１より小さい二次電子放出係数を有する材料から形成されている。二次電子は、一次電子又は正イオンが固体に衝突したときに、当該固体の表面から放出される電子である。二次電子放出係数は、固体に衝突する一次電子又は正イオンの個数に対する、当該固体から放出される二次電子の数の比の値である。したがって、被覆層５２ｂから放出される二次電子の数は、被覆層５２ｂに衝突する一次電子又は正イオンの数よりも小さい。

【0048】

一実施形態において、被覆層５２ｂは、導電体から形成されていてもよい。一実施形態において、被覆層５２ｂは、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）を含む層、アモルファスカーボン（ＡＣ）を含む層、又はシリコンカーバイド（ＳｉＣ）を含む層であってもよい。ダイヤモンドライクカーボン及びアモルファスカーボンは、導電体である。ダイヤモンドライクカーボン及びアモルファスカーボンの二次電子放出係数は、０．７８である。シリコンカーバイドの二次電子放出係数は、１より小さい。被覆層５２ｂは、コバルトを含む層であってもよい。コバルトの二次電子放出係数は、０．９７である。被覆層５２ｂは、チタンを含む層であってもよい。チタンの二次電子放出係数は、０．６７である。被覆層５２ｂは、アルミニウムを含む層であってもよい。アルミニウムの二次電子放出係数は、０．７９である。被覆層５２ｂは、マグネシウムを含む層であってもよい。マグネシウムの二次電子放出係数は、０．６７である。被覆層５２ｂは、シリコンを含む層であってもよい。シリコンの二次電子放出係数は、０．７３である。

【0049】

別の実施形態において、被覆層５２ｂは、絶縁体によって形成されていてもよい。被覆層５２ｂは、ポリイミド（ＰＩ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、又はペルフルオロアルコキシエチレン（ＰＦＡ）を含んでいてもよい。ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、又はペルフルオロアルコキシエチレンの各二次電子放出係数は、１より小さい。

【0050】

被覆層５２ｂの厚さは、０．１μｍ以上、２０μｍ以下であってもよい。被覆層５２ｂがダイヤモンドライクカーボンを含む層、アモルファスカーボンを含む層、又はシリコンカーバイドを含む層である場合は、被覆層５２ｂの厚さは０．１μｍ以上、１μｍ以下であってもよい。被覆層５２ｂがポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、又はペルフルオロアルコキシエチレンを含む場合には、被覆層５２ｂの厚さは、１０μｍ以上、２０μｍ以下であってもよい。被覆層５２ｂの形成方法は限定されない。被覆層５２ｂは、塗布方、物理蒸着法（ＰＶＤ）、化学蒸着法（ＣＶＤ）、又は溶射などによって形成されてもよい。

【0051】

一実施形態において、第２の部材５２は、絶縁層５２ｃを更に含んでいてもよい。絶縁層５２ｃは、被覆層５２ｂと本体５２ａの表面との間に設けられている。すなわち、本体５２ａの表面は、絶縁層５２ｃによって覆われており、絶縁層５２ｃは、被覆層５２ｂによって覆われている。この実施形態では、第２の部材５２の本体５２ａと第１の部材５１は、互いに直接的に導通しない。絶縁層５２ｃは、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）から形成されていてもよい。絶縁層５２ｃは、例えば、本体５２ａに対する陽極酸化処理により形成される。絶縁層５２ｃと被覆層５２ｂとの厚さの比は、（絶縁層５２ｃの厚さ）：（被覆層５２ｂの厚さ）＝９９：１～５０：５０の範囲、９０：１０～６０：４０の範囲、又は８５：１５～７０：３０の範囲であってもよい。一例として、絶縁層５２ｃと被覆層５２ｂとの厚さの比は、（絶縁層５２ｃの厚さ）：（被覆層５２ｂの厚さ）＝８：２であってもよい。

【0052】

図２に示すように、絶縁層５２ｃは、本体５２ａの全表面のうち、少なくとも第１の部材５１に対面する領域と、複数の第２の孔５２ｈを画成する領域とを覆っていてもよい。被覆層５２ｂは、本体５２ａの全表面のうち少なくとも第１の部材５１に対面する領域の一部を覆っている。本実施形態では、一例として、被覆層５２ｂは、本体５２ａの表面のうち少なくとも、第１の部材５１と対面する全領域を覆っている。

【0053】

なお、被覆層５２ｂは、本体５２ａの表面のうち少なくとも、第２の孔５２ｈの各々の第１の部材５１の側の開口を画成し且つ第１の部材５１と対面する領域を覆っていてもよい。被覆層５２ｂがポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、又はペルフルオロアルコキシエチレンを含む場合には、かかる領域に形成された被覆層５２ｂに対する熱による影響が小さくなる。

【0054】

図３に示すように、第２の部材５２は、複数の端部５２ｄを含んでいてもよい。複数の端部５２ｄの各々は、複数の第２の孔５２ｈのうち対応の第２の孔５２ｈの第１の部材５１側の開口を画成している。複数の端部５２ｄの各々の表面は、被覆層５２ｂから形成されている。複数の端部５２ｄの各々は、テーパ状をなしていてもよい。すなわち、複数の端部５２ｄが画成する複数の第２の孔５２ｈの開口は、その第１の部材５１からの距離の減少に応じて増加する直径を有している。

【0055】

一実施形態において、複数の第２の孔５２ｈの各々の開口の直径は、複数の第１の孔５１ｈの各々の直径よりも大きくてもよい。複数の第２の孔５２ｈの各々の直径は、複数の第１の孔５１ｈの各々の直径よりも大きくてもよい。或いは、複数の端部５２ｄの各々がテーパ状をなしている場合には、複数の端部５２ｄの各々が画成する複数の第２の孔５２ｈの開口の各々の直径が、複数の第１の孔５１ｈの各々の直径よりも大きくてもよい。この場合には、複数の端部５２ｄの各々が画成する開口以外の部分において複数の第２の孔５２ｈの各々の直径は、複数の第１の孔５１ｈの各々の直径よりも大きくなくてもよい。

【0056】

図２に示すように、一実施形態において、上部電極１４は、導電部材５３を更に含んでいてもよい。導電部材５３は、第１の部材５１と第２の部材５２との間に設けられている。導電部材５３は、例えば、導電体から形成されたスパイラルチューブ、又はスプリングガスケットであり得る。被覆層５２ｂが導電体から形成されている場合には、導電部材５３は、第１の部材５１及び被覆層５２ｂに接触している。すなわち、被覆層５２ｂと、第１の部材５１とは、導電部材５３を介して電気的に接続されている。導電部材５３は、第２の部材５２の本体５２ａに更に接触していてもよい。被覆層５２ｂが絶縁体から形成されている場合には、導電部材５３は、第１の部材５１及び第２の部材５２の本体５２ａに接触している。第１の部材５１と、第２の部材５２の本体５２ａとは、導電部材５３を介して電気的に接続されている。

【0057】

以下、図２及び図３を参照して、上部電極１４における二次電子の挙動について説明する。これらの図において、「＋」を囲む円は正イオンＣを示している。また、「－」を囲む円は電子Ｅを示している。本体５２ａの表面は、二次電子放出係数が１より小さい被覆層５２ｂによって覆われている。したがって、電子Ｅ又は正イオンＣがプラズマ処理空間１０ｓから複数の第１の孔５１ｈに進入して第２の部材５２に衝突しても、第２の部材５２から放出される電子Ｅ（二次電子）の量は少ない。したがって、上部電極１４での異常放電が抑制される。

【0058】

上述したように、一実施形態においては、被覆層５２ｂは、導電体から形成されていてもよい。被覆層５２ｂは、例えば、ダイヤモンドライクカーボンを含む層であってもよい。この実施形態によれば、二次電子は、被覆層５２ｂを介して上部電極１４からグランドに排出される。二次電子は、例えば、被覆層５２ｂ、第１の部材５１、及びプラズマ処理空間１０ｓのプラズマを介して、グランドに排出される。したがって、第１の部材５１と第２の部材５２との間の電位差が抑制される。故に、上部電極１４での異常放電が更に抑制される。

【0059】

また、上述したように、一実施形態においては、導電部材５３が、第１の部材５１及び被覆層５２ｂに接触していてもよい。この実施形態では、電子Ｅ（二次電子）は、被覆層５２ｂ及び導電部材５３を介して第１の部材５１に流れる（図２参照）。第１の部材５１に流れた電子Ｅは、プラズマ処理空間１０ｓのプラズマを介してグランドに排出される。したがって、第１の部材５１と第２の部材５２との間の電位差が抑制される。故に、上部電極１４での異常放電が更に抑制される。

【0060】

また、上述したように、一実施形態においては、第２の部材５２は、複数の端部５２ｄを含んでいてもよい。複数の端部５２ｄの各々は、テーパ状をなしていてもよい。複数の端部５２ｄが画成する複数の第２の孔５２ｈの開口の各々の直径は、複数の第１の孔５１ｈの各々の直径よりも大きくてもよい。複数の端部５２ｄの各々の表面は、被覆層５２ｂから形成されていてもよい。複数の第１の孔５１ｈに進入した電子Ｅ又は正イオンＣは、複数の第２の孔５２ｈの各々の端部５２ｄに衝突し得る（図３参照）。この実施形態では、端部５２ｄの表面が被覆層５２ｂから形成されているので、端部５２ｄからの電子Ｅ（二次電子）の放出が効果的に抑制される。

【0061】

以下、図４を参照して、別の例示的実施形態に係る上部電極１４Ａについて説明する。図４は、別の例示的実施形態に係る上部電極１４Ａの部分拡大断面図である。上部電極１４Ａは、絶縁層５２ｃを含んでいない。上部電極１４Ａでは、被覆層５２ｂは、本体５２ａの表面を直接覆っている。

【0062】

図５を参照して、更に別の例示的実施形態に係る上部電極１４Ｂについて説明する。図５は、更に別の例示的実施形態に係る上部電極１４Ｂの部分拡大断面図である。上部電極１４Ｂでは、第１の孔５１ｈの中心線と、第２の孔５２ｈの中心線とは、同一直線上に整列していない。上部電極１４Ｂでは、複数の第２の孔５２ｈは、間隙１３ｓを介して複数の第１の孔５１ｈに連通している。図５に示す例示的実施形態では、一例として、被覆層５２ｂは、本体５２ａの表面のうち少なくとも、第１の孔５１ｈの第２の部材５２側の開口と対面する領域を覆っている。

【0063】

図６を参照して、更に別の例示的実施形態に係る上部電極１４Ｃについて説明する。図６は、更に別の例示的実施形態に係る上部電極１４Ｃの部分拡大断面図である。上部電極１４Ｃでは、第２の部材５２は、単一の第２の孔５２ｈを提供している。図６に示されるように、この例示的実施形態では、ガス拡散室１３ｂは、第１の部材５１と、第２の部材５２との間に画成されている。間隙１３ｓの少なくとも一部は、ガス拡散室１３ｂを構成する。単一の第２の孔５２ｈは、ガス供給口１３ａを構成する。複数の第１の孔５１ｈは、複数のガス導入口１３ｃを構成する。

【0064】

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。

【0065】

以下、プラズマ処理装置１の評価のために行った実験について説明する。なお、本開示は以下に説明する実験により限定されるものではない。

【0066】

実験では、被覆層５２ｂに用いられる材質の二次電子放出係数を評価した。図７は、実験に用いられた実験装置７０を示す断面模式図である。実験装置７０は、正電極７１、負電極７２、絶縁ネジ７３、及び一対の絶縁板７４を備えている。正電極７１及び負電極７２は、一対の絶縁板７４を介してサンプルＳを挟持している。絶縁ネジ７３は、正電極７１と負電極７２とを互いに連結している。サンプルＳは、本体Ｓａ及び被覆層Ｓｂを含んでいる。本体Ｓａは、酸化アルミニウムによって覆われたアルミニウムの試料である。被覆層Ｓｂは、本体Ｓａの表面を覆っている。

【0067】

実験では、サンプルＳとして、以下のサンプル１～５の各々を三つずつ評価した。サンプル１～５それぞれの被覆層Ｓｂは、互いに異なる材料から形成されていた。
＜サンプル種類＞
サンプル１：被覆層Ｓｂの材質は酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）
サンプル２：被覆層Ｓｂの材質はダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）
サンプル３：被覆層Ｓｂの材質はポリイミド（ＰＩ）
サンプル４：被覆層Ｓｂの材質はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）
サンプル５：被覆層Ｓｂの材質はペルフルオロアルコキシエチレン（ＰＦＡ）

【0068】

実験では、正電極７１及び負電極７２を介してサンプル１～５に直流電圧を印加した。そして、直流電圧を増加させて、サンプル１～５の各々で鉛面放電が発生したときの直流電圧、即ち鉛面放電開始電圧（平均値）を求めた。

【0069】

図８は、実験結果を示すグラフである。図８は、サンプル１～５の各々の鉛面放電開始電圧（平均値）を示している。サンプル１（Ａｌ_２Ｏ_３）の鉛面放電開始電圧は、２．４０ｋＶであった。サンプル２（ＤＬＣ）の鉛面放電開始電圧は、３．２３ｋＶであった。サンプル３（ＰＩ）の鉛面放電開始電圧は、４．０３ｋＶであった。サンプル４（ＰＴＦＥ）の鉛面放電開始電圧は、３．５３ｋＶであった。サンプル５（ＰＦＡ）の鉛面放電開始電圧は、３．５０ｋＶであった。

【0070】

また、サンプル２（ＤＬＣ）の鉛面放電開始電圧は、サンプル１（Ａｌ_２Ｏ_３）の鉛面放電開始電圧の１．３５倍であった。したがって、二次電子放出係数が１より小さい材質によって被覆層Ｓｂが形成されている場合には、異常放電が抑制されることが確認された。サンプル３（ＰＩ）、サンプル４（ＰＴＦＥ）、及びサンプル５（ＰＦＡ）の各々の鉛面放電開始電圧は、何れもサンプル２（ＤＬＣ）の鉛面放電開始電圧よりも大きかった。したがって、ポリイミド（ＰＩ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、又はペルフルオロアルコキシエチレン（ＰＦＡ）の各二次電子放出係数は、１より小さいことが確認された。

【0071】

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】

【0072】

１…プラズマ処理装置、１０…プラズマ処理チャンバ、１０ｓ…プラズマ処理空間、１１…基板支持部、１３…シャワーヘッド、１３ａ…ガス供給口、１３ｂ…ガス拡散室、１３ｃ…ガス導入口、１３ｓ…間隙、１４，１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ…上部電極、５１…第１の部材、５１ｈ…第１の孔、５２…第２の部材、５２ａ…本体、５２ｂ…被覆層、５２ｃ…絶縁層、５２ｄ…端部、５２ｆ…流路、５２ｈ…第２の孔、５３…導電部材。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】