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(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】P2024101720
(43)【公開日】2024-07-30
(54)【発明の名称】プラズマ処理装置
(51)【国際特許分類】
H05H 1/46 20060101AFI20240723BHJP
【ＦＩ】
H05H1/46 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023005800
(22)【出願日】2023-01-18
(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】平山 昌樹
【テーマコード（参考）】
2G084
【Ｆターム（参考）】
2G084BB23
2G084CC14
2G084DD20
2G084DD23
2G084DD42
2G084DD65
2G084DD66
2G084FF02
2G084FF15
2G084FF38
(57)【要約】
【課題】プラズマ処理装置の共振器における電磁波の共振を促進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、放出部、及び導波部を含む。基板支持部は、チャンバ内の処理空間内に設けられている。上部電極は、基板支持部の上方に処理空間を介して設けられている。放出部は、プラズマ生成空間に電磁波を放出するように設けられており、チャンバ及び処理空間の中心軸線の周りで周方向に延在する。導波部は、共振器を含み、放出部に電磁波を供給する。共振器は、共振器の導波路の一端を構成する第１の短絡部及び共振器の導波路の他端を構成する第２の短絡部を含む。共振器の導波路の他端は、放出部に電磁的に結合されている。第２の短絡部は、電磁波の周波数において導波路を短絡させる静電容量を有する。
【選択図】図１
【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、放出部、及び導波部を含む。基板支持部は、チャンバ内の処理空間内に設けられている。上部電極は、基板支持部の上方に処理空間を介して設けられている。放出部は、プラズマ生成空間に電磁波を放出するように設けられており、チャンバ及び処理空間の中心軸線の周りで周方向に延在する。導波部は、共振器を含み、放出部に電磁波を供給する。共振器は、共振器の導波路の一端を構成する第１の短絡部及び共振器の導波路の他端を構成する第２の短絡部を含む。共振器の導波路の他端は、放出部に電磁的に結合されている。第２の短絡部は、電磁波の周波数において導波路を短絡させる静電容量を有する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
その内部において処理空間を提供するチャンバと、
前記処理空間内に設けられた基板支持部と、
前記基板支持部の上方に前記処理空間を介して設けられた上部電極と、
プラズマ生成空間に電磁波を放出するように設けられており、前記チャンバ及び前記処理空間の中心軸線の周りで周方向に延在する、放出部と、
前記放出部に前記電磁波を供給するように構成された導波部と、
を備え、
前記導波部は、導波路を提供する共振器を含み、
前記共振器は、該共振器の前記導波路の一端を構成する第１の短絡部及び該共振器の前記導波路の他端を構成する第２の短絡部を含み、
前記共振器の前記導波路の前記他端は、前記放出部に電磁的に結合されており、
前記第２の短絡部は、前記電磁波の周波数において前記導波路を短絡させる静電容量を有する、
プラズマ処理装置。
前記処理空間内に設けられた基板支持部と、
前記基板支持部の上方に前記処理空間を介して設けられた上部電極と、
プラズマ生成空間に電磁波を放出するように設けられており、前記チャンバ及び前記処理空間の中心軸線の周りで周方向に延在する、放出部と、
前記放出部に前記電磁波を供給するように構成された導波部と、
を備え、
前記導波部は、導波路を提供する共振器を含み、
前記共振器は、該共振器の前記導波路の一端を構成する第１の短絡部及び該共振器の前記導波路の他端を構成する第２の短絡部を含み、
前記共振器の前記導波路の前記他端は、前記放出部に電磁的に結合されており、
前記第２の短絡部は、前記電磁波の周波数において前記導波路を短絡させる静電容量を有する、
プラズマ処理装置。
【請求項2】
前記第１の短絡部と前記第２の短絡部との間での前記共振器の共振器長Ｌは、下記の式（１）を満たし、
ｎλｇ／２＜Ｌ＜（ｎ＋０．２）λｇ／２ …（１）
ここで、λｇは前記共振器の前記導波路における前記電磁波の波長であり、ｎは整数である、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。
ｎλｇ／２＜Ｌ＜（ｎ＋０．２）λｇ／２ …（１）
ここで、λｇは前記共振器の前記導波路における前記電磁波の波長であり、ｎは整数である、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項3】
前記第１の短絡部及び前記第２の短絡部の各々は、前記中心軸線の周りで前記周方向に沿って設けられており、
前記共振器の前記導波路は、
前記中心軸線の周りで前記第２の短絡部に向けて前記中心軸線に対して径方向に延びる下部と、
前記下部の上方且つ前記中心軸線の周りで、前記第１の短絡部から前記径方向に対して反対方向に延びる上部と、
を含み、前記中心軸線の周りで前記第１の短絡部から前記第２の短絡部まで蛇行するように前記径方向と前記反対方向とに交互に延びている、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。
前記共振器の前記導波路は、
前記中心軸線の周りで前記第２の短絡部に向けて前記中心軸線に対して径方向に延びる下部と、
前記下部の上方且つ前記中心軸線の周りで、前記第１の短絡部から前記径方向に対して反対方向に延びる上部と、
を含み、前記中心軸線の周りで前記第１の短絡部から前記第２の短絡部まで蛇行するように前記径方向と前記反対方向とに交互に延びている、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項4】
前記第２の短絡部は、誘電体から形成さており、前記下部を構成する上側導体壁と下側導体壁との間に介在する環状の板を含み、
前記環状の板の厚さＨｄは、前記中心軸線が延びる垂直方向における前記下部での前記導波路の長さＨｂよりも小さい、
請求項３に記載のプラズマ処理装置。
前記環状の板の厚さＨｄは、前記中心軸線が延びる垂直方向における前記下部での前記導波路の長さＨｂよりも小さい、
請求項３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項5】
前記共振器の前記導波路は、前記上部と前記下部との間に設けられた中間部を含み、
前記垂直方向における前記下部の前記長さＨｂは、前記垂直方向における前記中間部の長さＨＣよりも長い、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
前記垂直方向における前記下部の前記長さＨｂは、前記垂直方向における前記中間部の長さＨＣよりも長い、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項6】
前記厚さＨｄ及び前記長さＨｂは、下記の式（２）を満たし、
ここで、εｒは前記誘電体の比誘電率である、請求項４又は５に記載のプラズマ処理装置。
【数1】
ここで、εｒは前記誘電体の比誘電率である、請求項４又は５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項7】
前記厚さＨｄ及び前記長さＨｂは、下記の式（３）を満たし、
ここで、εｒは前記誘電体の比誘電率である、請求項４又は５に記載のプラズマ処理装置。
【数2】
ここで、εｒは前記誘電体の比誘電率である、請求項４又は５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項8】
前記放出部において前記処理空間に露出している領域の径方向の長さは、前記厚さＨｄよりも大きい、請求項４又は５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項9】
前記電磁波を前記共振器の前記導波路に導入するためのコネクタを更に備え、
前記コネクタは前記上部に結合されている、
請求項３～５の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
前記コネクタは前記上部に結合されている、
請求項３～５の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項10】
前記中心軸線が延びる垂直方向における前記上部の長さは、前記共振器の前記導波路の他の部分の前記垂直方向における長さよりも長い、請求項９に記載のプラズマ処理装置。
【請求項11】
前記コネクタは、前記中心軸線から径方向に離れた位置で前記上部に結合されている、請求項９に記載のプラズマ処理装置。
【請求項12】
前記上部電極の下に配置されたシャワープレートを更に備え、
前記放出部は、前記シャワープレートを囲むように延在している、
請求項１～５の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
前記放出部は、前記シャワープレートを囲むように延在している、
請求項１～５の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項13】
前記共振器の前記導波路に電気的に結合されており、その周波数が可変である高周波電力を発生して、前記電磁波を該導波路内に供給するように構成された高周波電源を更に備える、請求項１～５の何れか一項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】
プラズマ処理装置が基板の処理において用いられている。プラズマ処理装置の一種として、ＶＨＦ波又はＵＨＦ波である高周波を用いてガスを励起させるものが知られている。下記の特許文献１は、そのようなプラズマ処理装置を開示している。特許文献１のプラズマ処理装置は、処理容器、ステージ、上部電極、導入部、及び導波部を備える。ステージは、処理容器内に設けられている。上部電極は、ステージの上方に処理容器内の空間を介して設けられている。導入部は、高周波の導入部である。導入部は、空間の横方向端部に設けられており、処理容器の中心軸線の周りで周方向に延在している。導波部は、導入部に高周波を供給するように構成されている。導波部は、導波路を提供する共振器を含む。共振器の導波路は、中心軸線の周りで周方向に延び、中心軸線が延在する方向に延び、導入部に接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２０－９２０３１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、プラズマ処理装置の共振器における電磁波の共振を促進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、放出部、及び導波部を含む。チャンバは、その内部において処理空間を提供している。基板支持部は、処理空間内に設けられている。上部電極は、基板支持部の上方に処理空間を介して設けられている。放出部は、プラズマ生成空間に電磁波を放出するように設けられており、チャンバ及び処理空間の中心軸線の周りで周方向に延在する。導波部は、放出部に電磁波を供給するように構成されている。導波部は、導波路を提供する共振器を含む。共振器は、該共振器の前記導波路の一端を構成する第１の短絡部及び該共振器の導波路の他端を構成する第２の短絡部を含む。共振器の導波路の他端は、放出部に電磁的に結合されている。第２の短絡部は、電磁波の周波数において導波路を短絡させる静電容量を有する。
【発明の効果】
【0006】
一つの例示的実施形態によれば、プラズマ処理装置の共振器における電磁波の共振が促進される。
【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共振器及びコネクタを示す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プラズマ処理装置の共振器及びコネクタを示す部分拡大平面図である。
【図4】別の例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を示す図である。
【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】
【0010】
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。処理空間１０ｓはプラズマ生成空間を含んでいる。プラズマ処理装置１では、基板Ｗは、処理空間１０ｓの中で処理される。チャンバ１０は、アルミニウムのような金属から形成されており、接地されている。チャンバ１０は、側壁１０ａを有しており、その上端において開口されている。チャンバ１０及び側壁１０ａは、略円筒形状を有し得る。処理空間１０ｓは、側壁１０ａの内側に提供されている。チャンバ１０、側壁１０ａ、及び処理空間１０ｓの各々の中心軸線は、軸線ＡＸである。チャンバ１０は、その表面に耐腐食性を有する膜を有していてもよい。耐腐食性を有する膜は、酸化イットリウム膜、酸化フッ化イットリウム膜、フッ化イットリウム膜、酸化イットリウム、又はフッ化イットリウム等を含むセラミック膜であり得る。
【0011】
チャンバ１０の底部は、排気口１０ｅを提供している。排気口１０ｅには、排気装置が接続される。排気装置は、ドライポンプ及び／又はターボ分子ポンプのような真空ポンプと自動圧力制御弁を含み得る。
【0012】
基板支持部１２は、処理空間１０ｓの中に設けられている。基板支持部１２は、その上面の上に載置された基板Ｗを略水平に支持するように構成されている。基板支持部１２は、略円盤形状を有している。基板支持部１２の中心軸線は、軸線ＡＸである。
【0013】
上部電極１４は、基板支持部１２の上方に処理空間１０ｓを介して設けられている。上部電極１４は、金属（例えばアルミニウム）のような導体から形成されており、略円盤形状を有している。上部電極１４の中心軸線は、軸線ＡＸである。
【0014】
放出部１６は、そこから処理空間１０ｓに電磁波を放出するために設けられている。プラズマ処理装置１では、放出部１６から処理空間１０ｓに放出される電磁波により、処理空間１０ｓ内のガスが励起されて、プラズマが生成される。放出部１６から処理空間１０ｓに放出される電磁波は、ＶＨＦ波又はＵＨＦ波のような高周波であり得る。放出部１６は、石英、窒化アルミニウム、又は酸化アルミニウムのような誘電体から形成されている。放出部１６は、処理空間１０ｓの横方向端部に設けられており、軸線ＡＸの周りで周方向に延在している。放出部１６は、環形状を有していてもよい。
【0015】
導波部１８は、放出部１６に電磁波を供給するように構成されている。電磁波は、後述する高周波電源２４によって発生される。電磁波は、導波部１８を介して放出部１６に伝搬し、放出部１６から処理空間１０ｓ内に導入される。導波部１８は、共振器２０を含んでいる。共振器２０の詳細については、後述する。
【0016】
一実施形態において、プラズマ処理装置１は、シャワープレート２２を更に含んでいてもよい。シャワープレート２２は、アルミニウムのような金属から形成されていてもよい。放出部１６は、シャワープレート２２を囲むように延在している。放出部１６及びシャワープレート２２は、チャンバ１０の上端の開口を閉じるように配置されている。シャワープレート２２は、複数のガス孔２２ｈを提供している。複数のガス孔２２ｈは、シャワープレート２２の厚さ方向（鉛直方向）に延びており、シャワープレート２２を貫通している。
【0017】
シャワープレート２２は、上部電極１４の下に設けられている。シャワープレート２２と上部電極１４は、それらの間にガス拡散空間１４ｄを画成している。ガス拡散空間１４ｄの中心軸線は、軸線ＡＸであり得る。ガス拡散空間１４ｄには、シャワープレート２２の複数のガス孔２２ｈが接続している。また、上部電極１４は、入口１４ｈを提供している。入口１４ｈは、軸線ＡＸ上で延在していてもよい。入口１４ｈは、ガス拡散空間１４ｄに接続している。ガス拡散空間１４ｄには、ガス供給部２６が接続されている。ガス供給部２６から出力されるガスは、入口１４ｈ、ガス拡散空間１４ｄ、及び複数のガス孔２２ｈを介して処理空間１０ｓに供給される。
【0018】
プラズマ処理装置１は、高周波電源２４を更に備えていてもよい。高周波電源２４は、共振器２０の導波路に電気的に結合されており、その周波数が可変である高周波電力を発生するように構成されている。チャンバ１０内に導入される電磁波は、高周波電源２４によって発生される高周波電力に基づいて発生する。高周波電源２４は、同軸線路２８を用いて共振器２０の導波路に直結されていてもよい。即ち、高周波電源２４は、インピーダンス整合用の整合器を介さずに、共振器２０の導波路２０ｗに結合されていてもよい。
【0019】
共振器２０は、導波路２０ｗを提供している。導波路２０ｗは、金属のような導体から形成された壁（以下、「導体壁」という）によって囲まれた空洞を提供していてもよい。導波路２０ｗの導体壁は、アルミ合金、銅、ニッケル、又はステンレス等から形成されていてもよく、銀、金、又はロジウム等の低抵抗材料で被覆されていてもよい。
【0020】
共振器２０は、第１の短絡部２０１及び第２の短絡部２０２を含んでいる。第１の短絡部２０１は、共振器２０の導波路２０ｗの一端を構成している。一実施形態において、第１の短絡部２０１は、軸線ＡＸの周りで周方向に沿って延在していてもよい。
【0021】
第２の短絡部２０２は、共振器２０の導波路２０ｗの他端を構成している。共振器２０の導波路２０ｗの他端は、放出部１６に電磁的に結合されている。図１に示す例では、共振器２０の導波路２０ｗの他端は、導波部１８の導波路１８ｗを介して放出部１６に接続されている。導波路１８ｗは、上部電極１４とチャンバ１０の側壁１０ａとの間に提供されていてもよく、軸線ＡＸの周りで延在してもよい。導波路１８ｗは、誘電体で埋められていてもよい。
【0022】
第２の短絡部２０２は、第１の短絡部２０１と第２の短絡部２０２との間で電磁波を共振させるために、電磁波の周波数において導波路２０ｗを短絡させる静電容量を有する。一実施形態において、第２の短絡部２０２は、軸線ＡＸの周りで周方向に沿って設けられていてもよい。
【0023】
第１の短絡部２０１と第２の短絡部２０２との間での共振器２０の共振器長Ｌ（第１の短絡部２０１と第２の短絡部２０２とを導波路２０ｗに沿って結んだ距離）は、下記の式（１）を満たしていてもよい。
ｎλｇ／２＜Ｌ＜（ｎ＋０．２）λｇ／２ …（１）
式（１）において、λｇは、導波路２０ｗにおける電磁波の波長である。また、ｎは、整数である。第２の短絡部２０２のリアクタンスは容量性であるので、共振器長Ｌは、式（１）で表されるように、ｎλｇ／２よりも僅かに大きい値に設定され得る。
ｎλｇ／２＜Ｌ＜（ｎ＋０．２）λｇ／２ …（１）
式（１）において、λｇは、導波路２０ｗにおける電磁波の波長である。また、ｎは、整数である。第２の短絡部２０２のリアクタンスは容量性であるので、共振器長Ｌは、式（１）で表されるように、ｎλｇ／２よりも僅かに大きい値に設定され得る。
【0024】
一実施形態において、共振器２０の導波路２０ｗは、上部２０ａ及び下部２０ｂを含む層構造を有していてもよい。下部２０ｂは、軸線ＡＸの周りで共振器２０の他端の第２の短絡部２０２に向けて軸線ＡＸに対して径方向に延びている。上部２０ａは、下部２０ｂの上方且つ軸線ＡＸの周りで、第１の短絡部２０１から径方向に対して反対方向に延びている。即ち、上部２０ａは、第１の短絡部２０１から軸線ＡＸに近付く方向に延びている。導波路２０ｗは、軸線ＡＸの周りで第１の短絡部２０１から第２の短絡部２０２まで蛇行するように径方向とその反対方向とに交互に延びている。
【0025】
一実施形態において、導波路２０ｗは、中間部２０ｃを更に含んでいてもよい。中間部２０ｃは、上部２０ａと下部２０ｂとの間に設けられている。即ち、中間部２０ｃは、上部２０ａの下、且つ、下部２０ｂの上に設けられている。中間部２０ｃの一端は、上部２０ａにおける内側の端部、即ち、第１の短絡部２０１に対して内側の上部２０ａの端部に接続している。中間部２０ｃの他端は、下部２０ｂにおける内側の端部、即ち、第２の短絡部２０２に対して内側の下部２０ｂの端部に接続している。中間部２０ｃは、軸線ＡＸの周りで蛇行するように径方向とその反対方向とに交互に延びていてもよい。
【0026】
一実施形態において、第２の短絡部２０２は、誘電体から形成さており、下部２０ｂを構成する上側導体壁と下側導体壁（図１の例では上部電極１４）との間に介在する環状の板であってもよい。電磁波を第１の短絡部２０１と第２の短絡部２０２との間で共振させるために、第２の短絡部２０２は、電磁波に対して下部２０ｂにおける導波路２０ｗの特性インピーダンスよりも低いインピーダンスを有しており、したがって、大きな静電容量を有する。このため、第２の短絡部２０２を構成する環状の板の厚さＨｄは、軸線ＡＸが延びる垂直方向における下部２０ｂの長さＨｂ（又は下部２０ｂの高さ）よりも小さい。なお、長さＨｂは、下部２０ｂにおける導波路２０ｗの垂直方向における長さであり、下部２０ｂを構成する一対の導体壁（上側導体壁と下側導体壁）の間の鉛直方向における距離である。
【0027】
一実施形態において、厚さＨｄ及び長さＨｂは、下記の式（２）又は式（３）を満たしてもよい。
なお、εｒは、第２の短絡部２０２を構成する誘電体の比誘電率である。
【数1】
【数2】
なお、εｒは、第２の短絡部２０２を構成する誘電体の比誘電率である。
【0028】
共振器２０では、共振器２０の他端から電磁波を放出部１６に供給し、且つ、第１の短絡部２０１と第２の短絡部２０２で電磁波を共振させる。このため、第２の短絡部２０２の反射係数Γの絶対値は、１よりも小さく、且つ、１に近い大きい値を有する。反射係数Γは、第１の短絡部２０１より下側からの反射がないと仮定すると、近似的に下記の式（４）で表される。反射係数Γの絶対値が、１よりも小さく、０．８よりも大きい場合には、式（４）から式（２）が導かれる。反射係数Γの絶対値が、１よりも小さく、０．９よりも大きい場合には、式（４）から式（３）が導かれる。
【数3】
【0029】
一実施形態において、長さＨｂは、垂直方向における中間部２０ｃの長さＨＣ（又は中間部２０ｃの高さ）よりも長くてもよい。長さＨＣは、中間部２０ｃにおける導波路２０ｗの垂直方向における長さであり、中間部２０ｃにおいて導波路２０ｗを構成する一対の導体壁（上側導体壁と下側導体壁）の間の鉛直方向における距離である。この実施形態においては、厚さＨｄが大きくても、長さＨｂに対して厚さＨｄを相対的に小さくすることができる。したがって、第２の短絡部２０２のインピーダンスを下部２０ｂにおける導波路２０ｗのインピーダンスよりも低いインピーダンスに設定しつつ、第２の短絡部２０２を構成する環状の板の厚さを確保することができる。
【0030】
一実施形態において、放出部１６において処理空間１０ｓに露出している領域の径方向の長さＬ１６は、厚さＨｄよりも大きくてもよい。この場合には、プラズマ着火前後における電磁波の共振周波数の変化を小さくすることが可能である。
【0031】
一実施形態において、プラズマ処理装置１は、電磁波を導波路２０ｗに導入するためにコネクタ４０を更に備えていてもよい。コネクタ４０は、同軸線路２８の一部である。高周波電源２４は、同軸線路２８及びコネクタ４０を介して、上部２０ａに結合されている。コネクタ４０は、軸線ＡＸから径方向に離れた位置で上部２０ａに結合されていてもよい。コネクタ４０の詳細については後述する。
【0032】
軸線ＡＸが延びる方向、即ち垂直方向における上部２０ａの長さＨａ（又は上部２０ａの高さ）は、導波路２０ｗの他の部分の垂直方向における長さより長くてもよい。図１に示す例では、長さＨａは、長さＨｂ及び長さＨｃよりも長い。なお、長さＨａは、上部２０ａの一対の導体壁（上側導体壁と下側導体壁）の間の鉛直方向における距離である。上部２０ａのリアクタンスは、上部２０ａの長さＨａにより変化する。したがって、上部２０ａの長さＨａに応じて、共振器長Ｌを調整することが可能である。
【0033】
以下、図１と共に図２及び図３を参照して、コネクタ４０の構造の例について説明する。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共振器及びコネクタを示す部分拡大断面図である。図３は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置の共振器及びコネクタを示す部分拡大平面図である。図３においては、一対の押さえ部材のうち一方が部分的に破断された状態が示されている。
【0034】
コネクタ４０は、上述したように上部２０ａにおいて導波路２０ｗと結合されている。コネクタ４０は、軸線ＡＸに対して径方向に沿って移動可能に構成されていてもよい。この場合には、コネクタ４０が共振器２０に結合する位置を、電磁波の反射を抑制することが可能な位置（例えば、無反射の位置）に調整することが可能である。
【0035】
一実施形態において、コネクタ４０は、同軸コネクタであってもよい。この場合において、コネクタ４０は、中心導体４１、外側導体４２、スペーサ４３、結合ロッド４４、及び一つ以上のコンタクト部材４５を含んでいてもよい。
【0036】
中心導体４１は、棒状をなしている。中心導体４１は、高周波電源２４に電気的に接続される。外側導体４２は、円筒形状を有している。中心導体４１は、外側導体４２と同軸状に設けられている。スペーサ４３は、ポリテトラフルオロエチレンのような絶縁体材料から形成されている。スペーサ４３は、中心導体４１と外側導体４２との間に介在している。
【0037】
上部２０ａの上側導体壁２０３ａには、上部２０ａの空洞に接続する貫通孔２０３ｈが形成されている。貫通孔２０３ｈは、軸線ＡＸに対して径方向に長く延びている。上側導体壁２０３ａは、貫通孔２０３ｈの両側に支持面２０３ｓを提供している。支持面２０３ｓは、上方を向いている。
【0038】
結合ロッド４４は、中心導体４１の下端に結合している。結合ロッド４４は、貫通孔２０３ｈを通って下方に延びている。一つ以上のコンタクト部材４５は、結合ロッド４４の下端に設けられている。一つ以上のコンタクト部材４５は、上部２０ａの下側導体壁２０３ｂに弾性的に接触し得る。一実施形態において、コネクタ４０は、一つ以上のコンタクト部材４５が結合ロッド４４から脱落することを防止するために、マグネット４６を結合ロッド４４内に内蔵していてもよい。
【0039】
一実施形態において、コネクタ４０は、一つ以上のコンタクト部材４５として、複数のコンタクトプローブを含んでいてもよい。複数のコンタクトプローブの各々は、バレル、当該バレルの内孔の中に配置されたスプリング、当該バレルの内孔から下方に延び当該スプリングによって下方に付勢されるプランジャを含む。複数のコンタクトプローブは、結合ロッド４４の中心軸線の周りで周方向に沿って配列されていてもよい。或いは、コネクタ４０は、一つ以上のコンタクト部材４５として、スパイラルスプリングガスケット又は斜め巻コイルスプリングを有していてもよい。
【0040】
外側導体４２は、支持面２０３ｓに接触している。外側導体４２は、支持面２０３ｓ上で径方向に沿って移動可能である。したがって、コネクタ４０は、高周波電力の反射を抑制するよう、その径方向における上部２０ａとの結合位置を調整することが可能である。
【0041】
コネクタ４０の径方向における位置が設定された状態で、外側導体４２は、支持面２０３ｓと一対の押さえ部材５０の各々との間で挟持されてもよい。一対の押さえ部材５０の各々は、例えば板状をなしている。一対の押さえ部材５０は、複数のボルトを用いて上側導体壁２０３ａに固定される。また、貫通孔２０３ｈからの電磁波の漏れを防止すべく一つ以上のカバー５２が、貫通孔２０３ｈを覆うように配置されてもよく、支持面２０３ｓと一対の押さえ部材５０の各々との間で挟持されてもよい。
【0042】
一実施形態において、外側導体４２は、第１部材４２ａ及び第２部材４２ｂを含んでいてもよい。第１部材４２ａは、第２部材４２ｂ上に設けられており、第２部材４２ｂに固定されている。第１部材４２ａは、筒形状を有している。スペーサ４３は、第１部材４２ａと中心導体４１との間に設けられている。第２部材４２ｂは、板状をなしており、第１部材４２ａの内孔に連続する貫通孔を提供している。第２部材４２ｂは、支持面２０３ｓと一対の押さえ部材５０の各々との間で挟持される。
【0043】
以上説明したプラズマ処理装置１では、第１の短絡部２０１と第２の短絡部２０２との間で電磁波の共振が促進される。また、第１の短絡部２０１と複数の第２の短絡部２０２によれば、周方向に均一な電磁波の共振が促進される。共振した電磁波は、共振器２０の他端（又は第２の短絡部２０２）を通って放出部１６から処理空間１０ｓに放出される。したがって、プラズマ処理装置１によれば、第１の短絡部２０１と第２の短絡部２０２との間で共振した電磁波により、プラズマが効率的に生成される。
【0044】
以下、図４を参照して、別の例示的実施形態に係るプラズマ処理装置について説明する。図４は、別の例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を示す図である。以下、図４に示すプラズマ処理装置１Ｂについて、プラズマ処理装置１に対する相違点の観点から説明する。
【0045】
プラズマ処理装置１Ｂにおいて、共振器２０は、第２の短絡部２０２に代えて第２の短絡部２０２Ｂを含んでいる。第２の短絡部２０２Ｂは、複数のコンデンサ素子から構成されている。複数のコンデンサ素子の各々の一対の電極のうち一方は、下部２０ｂを構成する上側導体壁に接続されている。複数のコンデンサ素子の各々の一対の電極のうち他方は、下部２０ｂを構成する下側導体壁（図４の例では上部電極１４）に接続されている。複数のコンデンサ素子は、軸線ＡＸの周りで周方向に沿って配列されている。複数のコンデンサ素子は、周方向に沿って等間隔に配列されていてもよい。かかるプラズマ処理装置１Ｃは、複数のコンデンサ素子により、下部２０ｂのインピーダンスよりも低いインピーダンスを有する第２の短絡部２０２Ｂを構成している。
【0046】
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。
【0047】
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］～［Ｅ１３］に記載する。
【0048】
［Ｅ１］
その内部において処理空間を提供するチャンバと、
前記処理空間内に設けられた基板支持部と、
前記基板支持部の上方に前記処理空間を介して設けられた上部電極と、
プラズマ生成空間に電磁波を放出するように設けられており、前記チャンバ及び前記処理空間の中心軸線の周りで周方向に延在する、放出部と、
前記放出部に前記電磁波を供給するように構成された導波部と、
を備え、
前記導波部は、導波路を提供する共振器を含み、
前記共振器は、該共振器の前記導波路の一端を構成する第１の短絡部及び該共振器の前記導波路の他端を構成する第２の短絡部を含み、
前記共振器の前記導波路の前記他端は、前記放出部に電磁的に結合されており、
前記第２の短絡部は、前記電磁波の周波数において前記導波路を短絡させる静電容量を有する、
プラズマ処理装置。
その内部において処理空間を提供するチャンバと、
前記処理空間内に設けられた基板支持部と、
前記基板支持部の上方に前記処理空間を介して設けられた上部電極と、
プラズマ生成空間に電磁波を放出するように設けられており、前記チャンバ及び前記処理空間の中心軸線の周りで周方向に延在する、放出部と、
前記放出部に前記電磁波を供給するように構成された導波部と、
を備え、
前記導波部は、導波路を提供する共振器を含み、
前記共振器は、該共振器の前記導波路の一端を構成する第１の短絡部及び該共振器の前記導波路の他端を構成する第２の短絡部を含み、
前記共振器の前記導波路の前記他端は、前記放出部に電磁的に結合されており、
前記第２の短絡部は、前記電磁波の周波数において前記導波路を短絡させる静電容量を有する、
プラズマ処理装置。
【0049】
［Ｅ２］
前記第１の短絡部と前記第２の短絡部との間での前記共振器の共振器長Ｌは、下記の式（１）を満たし、
ｎλｇ／２＜Ｌ＜（ｎ＋０．２）λｇ／２ …（１）
ここで、λｇは前記共振器の前記導波路における前記電磁波の波長であり、ｎは整数である、
Ｅ１に記載のプラズマ処理装置。
前記第１の短絡部と前記第２の短絡部との間での前記共振器の共振器長Ｌは、下記の式（１）を満たし、
ｎλｇ／２＜Ｌ＜（ｎ＋０．２）λｇ／２ …（１）
ここで、λｇは前記共振器の前記導波路における前記電磁波の波長であり、ｎは整数である、
Ｅ１に記載のプラズマ処理装置。
【0050】
［Ｅ３］
前記第１の短絡部及び前記第２の短絡部の各々は、前記中心軸線の周りで前記周方向に沿って設けられており、
前記共振器の前記導波路は、
前記中心軸線の周りで前記第２の短絡部に向けて前記中心軸線に対して径方向に延びる下部と、
前記下部の上方且つ前記中心軸線の周りで、前記第１の短絡部から前記径方向に対して反対方向に延びる上部と、
を含み、前記中心軸線の周りで前記第１の短絡部から前記第２の短絡部まで蛇行するように前記径方向と前記反対方向とに交互に延びている、
Ｅ１又はＥ２に記載のプラズマ処理装置。
前記第１の短絡部及び前記第２の短絡部の各々は、前記中心軸線の周りで前記周方向に沿って設けられており、
前記共振器の前記導波路は、
前記中心軸線の周りで前記第２の短絡部に向けて前記中心軸線に対して径方向に延びる下部と、
前記下部の上方且つ前記中心軸線の周りで、前記第１の短絡部から前記径方向に対して反対方向に延びる上部と、
を含み、前記中心軸線の周りで前記第１の短絡部から前記第２の短絡部まで蛇行するように前記径方向と前記反対方向とに交互に延びている、
Ｅ１又はＥ２に記載のプラズマ処理装置。
【0051】
［Ｅ４］
前記第２の短絡部は、誘電体から形成さており、前記下部を構成する上側導体壁と下側導体壁との間に介在する環状の板を含み、
前記環状の板の厚さＨｄは、前記中心軸線が延びる垂直方向における前記下部での前記導波路の長さＨｂよりも小さい、
Ｅ３に記載のプラズマ処理装置。
前記第２の短絡部は、誘電体から形成さており、前記下部を構成する上側導体壁と下側導体壁との間に介在する環状の板を含み、
前記環状の板の厚さＨｄは、前記中心軸線が延びる垂直方向における前記下部での前記導波路の長さＨｂよりも小さい、
Ｅ３に記載のプラズマ処理装置。
【0052】
［Ｅ５］
前記共振器の前記導波路は、前記上部と前記下部との間に設けられた中間部を含み、
前記垂直方向における前記下部の前記長さＨｂは、前記垂直方向における前記中間部の長さＨＣよりも長い、Ｅ４に記載のプラズマ処理装置。
前記共振器の前記導波路は、前記上部と前記下部との間に設けられた中間部を含み、
前記垂直方向における前記下部の前記長さＨｂは、前記垂直方向における前記中間部の長さＨＣよりも長い、Ｅ４に記載のプラズマ処理装置。
【0053】
［Ｅ６］
前記厚さＨｄ及び前記長さＨｂは、下記の式（２）を満たし、
ここで、εｒは前記誘電体の比誘電率である、Ｅ４又はＥ５に記載のプラズマ処理装置。
前記厚さＨｄ及び前記長さＨｂは、下記の式（２）を満たし、
【数4】
ここで、εｒは前記誘電体の比誘電率である、Ｅ４又はＥ５に記載のプラズマ処理装置。
【0054】
［Ｅ７］
前記厚さＨｄ及び前記長さＨｂは、下記の式（３）を満たし、
ここで、εｒは前記誘電体の比誘電率である、Ｅ４又はＥ５に記載のプラズマ処理装置。
前記厚さＨｄ及び前記長さＨｂは、下記の式（３）を満たし、
【数5】
ここで、εｒは前記誘電体の比誘電率である、Ｅ４又はＥ５に記載のプラズマ処理装置。
【0055】
［Ｅ８］
前記放出部において前記処理空間に露出している領域の径方向の長さは、前記厚さＨｄよりも大きい、Ｅ４～Ｅ７の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
前記放出部において前記処理空間に露出している領域の径方向の長さは、前記厚さＨｄよりも大きい、Ｅ４～Ｅ７の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
【0056】
［Ｅ９］
前記電磁波を前記共振器の前記導波路に導入するためのコネクタを更に備え、
前記コネクタは前記上部に結合されている、
Ｅ３～Ｅ８の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
前記電磁波を前記共振器の前記導波路に導入するためのコネクタを更に備え、
前記コネクタは前記上部に結合されている、
Ｅ３～Ｅ８の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
【0057】
［Ｅ１０］
前記中心軸線が延びる垂直方向における前記上部の長さは、前記共振器の前記導波路の他の部分の前記垂直方向における長さよりも長い、Ｅ９に記載のプラズマ処理装置。
前記中心軸線が延びる垂直方向における前記上部の長さは、前記共振器の前記導波路の他の部分の前記垂直方向における長さよりも長い、Ｅ９に記載のプラズマ処理装置。
【0058】
［Ｅ１１］
前記コネクタは、前記中心軸線から径方向に離れた位置で前記上部に結合されている、Ｅ９又はＥ１０に記載のプラズマ処理装置。
前記コネクタは、前記中心軸線から径方向に離れた位置で前記上部に結合されている、Ｅ９又はＥ１０に記載のプラズマ処理装置。
【0059】
［Ｅ１２］
前記上部電極の下に配置されたシャワープレートを更に備え、
前記放出部は、前記シャワープレートを囲むように延在している、
Ｅ１～Ｅ１１の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
前記上部電極の下に配置されたシャワープレートを更に備え、
前記放出部は、前記シャワープレートを囲むように延在している、
Ｅ１～Ｅ１１の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
【0060】
［Ｅ１３］
前記共振器の前記導波路に電気的に結合されており、その周波数が可変である高周波電力を発生して、前記電磁波を該導波路内に供給するように構成された高周波電源を更に備える、Ｅ１～Ｅ１２の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
前記共振器の前記導波路に電気的に結合されており、その周波数が可変である高周波電力を発生して、前記電磁波を該導波路内に供給するように構成された高周波電源を更に備える、Ｅ１～Ｅ１２の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
【0061】
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】
【0062】
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、１６…放出部、１８…導波部、２０…共振器、２０ｗ…導波路、２０１…第１の短絡部、２０２…第２の短絡部。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】