特開 2024-101724 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】P2024101724

(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】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023005812

(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

2G084CC33

2G084DD20

2G084DD23

2G084DD66

2G084FF15

2G084FF38

2G084FF39

(57)【要約】

【課題】共振器の一部を構成する上部電極を共振器から電気的に分離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、放出部、上部電極、及び導波部を備える。基板支持部は、チャンバ内に設けられている。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いる。上部電極は、プラズマ生成空間の上方に設けられている。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。共振器の導波路は、部分的に上部電極から構成されている。共振器は、第１端、第２端、及び絶縁部を含む。第２端は、放出部に電磁的に結合されている。第２端は、第１端と該第２端との間で電磁波が共振するように設けられている。絶縁部は、上部電極を、第１端と導通している共振器の導体壁から電気的に分離している。
【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た基板支持部と、
プラズマ生成空間に電磁波を放出するように設けられた放出部と、
前記プラズマ生成空間の上方に設けられた上部電極と、
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、
前記共振器の前記導波路は、部分的に前記上部電極から構成されており、
前記共振器は、
第１端と、
前記放出部に電磁的に結合された第２端であり、前記第１端と該第２端との間で電磁波が共振するように設けられている、該第２端と、
前記上部電極を、前記第１端と導通している該共振器の導体壁から電気的に分離する絶縁部と、
を含む、
プラズマ処理装置。

【請求項2】

前記共振器の前記第１端と前記絶縁部との間の前記導波路の長さは、該導波路における前記電磁波の波長の１／４に実質的に等しい、請求項１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項3】

前記放出部は、前記プラズマ生成空間の中心軸線の周りで周方向に延在しており、
前記第１端及び前記第２端は、前記中心軸線の周りで周方向に延在しており、
前記第２端を含む前記共振器の前記導波路の第２端は、前記第１端の下方に配置されており、且つ、前記放出部に電磁的に結合されており、
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端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端から前記径方向に対して反対方向に延びる上部と、
を含む層構造を有し、前記中心軸線の周りで前記第１端から前記第２端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２に記載のプラズマ処理装置。

【請求項4】

前記共振器の前記導波路は、
それらの中心が前記中心軸線上に位置するように配置された複数の環状導体板と、
導体から形成された、前記径方向おける該共振器の外周部と、
前記径方向における該共振器の内周部と、
から構成されており、
前記複数の環状導体板は、
その外縁が前記外周部に固定されており、その内縁が前記内周部から離れている第１の環状導体板と、
その外縁が前記外周部から離れており、その内縁が前記内周部に固定された第２の環状導体板と、
を含む、
請求項３に記載のプラズマ処理装置。

【請求項5】

前記内周部は、環状の板である前記絶縁部を含む、請求項４に記載のプラズマ処理装置。

【請求項6】

前記内周部は、前記中心軸線の周りで周方向に沿って配列された複数の支柱を含み、
前記複数の支柱の各々の一部は、前記絶縁部である、請求項４に記載のプラズマ処理装置。

【請求項7】

前記第１端と前記絶縁部との間において、前記外周部の一部は、前記第１端と前記絶縁部との間での前記共振器の前記導波路の長さを調整するよう、該外周部の他の部分の半径と異なる半径を有する、請求項４～６の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項8】

前記上部の垂直方向における長さは、前記第１端と前記絶縁部との間での前記共振器の前記導波路の長さを調整するよう、前記共振器の前記導波路の前記垂直方向における長さと異なる、請求項４～６の何れか一項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３～６の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項10】

前記チャンバは、その内部において処理空間を提供しており、
前記処理空間は、前記プラズマ生成空間を含む、
請求項１～６の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項11】

前記処理空間上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１０に記載のプラズマ処理装置。

【請求項12】

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１～６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、共振器の一部を構成する上部電極を共振器から電気的に分離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、放出部、上部電極、及び導波部を備える。基板支持部は、チャンバ内に設けられている。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いる。上部電極は、プラズマ生成空間の上方に設けられている。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。共振器の導波路は、部分的に上部電極から構成されている。共振器は、第１端、第２端、及び絶縁部を含む。第２端は、放出部に電磁的に結合されている。第２端は、第１端と該第２端との間で電磁波が共振するように設けられている。絶縁部は、上部電極を、第１端と導通している共振器の導体壁から電気的に分離している。

【発明の効果】

【0006】

一つの例示的実施形態によれば、共振器の一部を構成する上部電極が共振器から電気的に分離される。

【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。

【図5】更に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】

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、基板支持部１２、上部電極１４、放出部１６、及び導波部１８を備えている。

【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。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、そこからプラズマ生成空間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において、プラズマ生成空間は、処理空間１０ｓに含まれており、その中心軸線は軸線ＡＸである。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端２０１及び第２端２０２を含んでいる。第１端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端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端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】

共振器２０では、共振周波数を有する電磁波の基本波が、第１端２０１と第２端２０２において反射されて、第１端２０１と第２端２０２との間で共振する。一実施形態において、第２端２０２は、第１端２０１と第２端２０２との間で電磁波（基本波）を共振させるために、当該電磁波の周波数（共振周波数）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端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端２０１と第２端２０２との間での共振器２０の共振器長Ｌ（第１端２０１と第２端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端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の第２端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端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端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端２０１から第２端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端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端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、共振器２０の導波路２０ｗは、上述の層構造を構成するために、複数の環状導体板２１０、外周部２１４、及び内周部２１６から構成されていてもよい。複数の環状導体板２１０、外周部２１４、及び内周部２１６の各々は、共振器２０の導体壁を構成している。なお、共振器２０の下部２０ｂの下側の導体壁は、上部電極１４によって構成されている。

【0027】

複数の環状導体板２１０は、それらの中心（又は中心軸線）が軸線ＡＸ上に位置するように配置されている。外周部２１４は、導体から形成されており、軸線ＡＸに対して径方向において共振器２０の外周を構成している。外周部２１４は、略円筒形状を有している。内周部２１６は、軸線ＡＸに対して径方向において共振器２０の内周を構成している。内周部２１６は、略円筒形状を有している。内周部２１６は、外周部２１４に対して内側に設けられている。内周部２１６は、後述する絶縁部２５０を含んでいる。内周部２１６は、絶縁部２５０以外の部分において導体から形成されている。

【0028】

一実施形態において、複数の環状導体板２１０は、一つ以上の第１の環状導体板２１１及び一つ以上の第２の環状導体板２１２を含んでいてもよい。図１に示す例では、複数の環状導体板２１０は、複数の第１の環状導体板２１１及び複数の第２の環状導体板２１２を含んでいる。

【0029】

複数の第１の環状導体板２１１の各々の外縁は、外周部２１４に固定されている。複数の第１の環状導体板２１１の各々の内縁は、内周部２１６から離れている。複数の第２の環状導体板２１２の各々の外縁は、外周部２１４から離れている。複数の第２の環状導体板２１２の各々の内縁は、内周部２１６に固定されている。複数の第１の環状導体板２１１と複数の第２の環状導体板２１２は、軸線ＡＸが延びる方向（以下、鉛直方向という）に沿って交互に配列されている。

【0030】

かかる層構造を有する共振器２０において共振周波数を有する電磁波の伝搬方向は、軸線ＡＸに対して径方向及び当該径方向に対して反対方向を含む。また、共振器２０において共振周波数を有する電磁波の伝搬方向は、内周部２１６に沿った領域及び外周部２１４に沿った領域では、鉛直方向を含む。

【0031】

一実施形態において、第２端２０２は、誘電体から形成さていてもよく、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端２０１と第２端２０２との間で共振させるために、第２端２０２は、電磁波に対して下部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端２０２を構成する環状の板の厚さＨ_ｄは、軸線ＡＸが延びる垂直方向における下部２０ｂの長さＨ_ｂ（又は下部２０ｂの高さ）よりも小さい。なお、長さＨ_ｂ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。

【0032】

一実施形態において、厚さＨ_ｄ及び長さＨ_ｂは、下記の式（２）又は式（３）を満たしてもよい。

【数1】

【数2】

なお、ε_ｒは、第２端２０２を構成する誘電体の比誘電率である。

【0033】

共振器２０では、共振器２０の第２端２０２から電磁波を放出部１６に供給し、且つ、第１端２０１と第２端２０２で電磁波を共振させる。このため、第２端２０２の反射係数Γ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端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】

【0034】

一実施形態において、長さＨ_ｂは、垂直方向における中間部２０ｃの長さＨ_Ｃ（又は中間部２０ｃの高さ）よりも長くてもよい。長さＨ_Ｃ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Ｈ_ｄが大きくても、長さＨ_ｂに対して厚さＨ_ｄを相対的に小さくすることができる。したがって、第２端２０２のインピーダンスを下部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に設定しつつ、第２端２０２を構成する環状の板の厚さを確保することができる。

【0035】

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Ｈ_ｄ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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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（即ち、後述の複数の第１の環状導体板２１１のうち最も高い位置で延在する第１の環状導体板２１１）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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

上述したように、共振器２０は、絶縁部２５０を含んでいる。絶縁部２５０は、樹脂、石英、又はセラミックのような絶縁性材料から形成されている。絶縁部２５０は、上部電極１４を、第１端２０１と導通している共振器２０の導体壁から電気的に分離している。プラズマ処理装置１においては、絶縁部２５０は、環状の板であり、鉛直方向において内周部２１６の一部を構成している。内周部２１６において、絶縁部２５０の上側の部分及び下側の部分は、導体から形成されている。

【0048】

プラズマ処理装置１では、絶縁部２５０により、上部電極１４が共振器２０から電気的に分離される。したがって、上部電極１４に、高周波電源２４とは別の電源を接続することが可能である。一実施形態では、電源２５が、上部電極１４に電気的に接続されている。電源２５は、バイアス電源であってもよい。バイアス電源は、パルス電源、低周波電源、又は直流電源等であってもよい。電源２５は、フィルタ（高周波電源２４の周波数に対するフィルタ）を介することなく上部電極１４に接続され得る。

【0049】

一実施形態において、第１端２０１と絶縁部２５０との間の導波路２０ｗの長さは、導波路２０ｗにおける電磁波の波長（共振周波数を有する基本波）の１／４に実質的に等しくてもよい。この場合には、共振器２０の壁面に沿って流れる電流は、絶縁部２５０が設けられている場所で最小となる。したがって、この場合には、絶縁部２５０からの電磁波の漏洩が抑制される。なお、第１端２０１と絶縁部２５０との間の導波路２０ｗの長さは、絶縁部２５０から漏洩する電磁波の強度が許容可能な強度であれば、電磁波の波長の１／４よりも大きくても小さくてもよい。

【0050】

一実施形態において、共振器２０は、第１端２０１と絶縁部２５０との間の導波路２０ｗの長さを電磁波の波長の１／４に実質的に等しい長さに調整するための構造を含んでいてもよい。この構造は、外周部２１４において提供されていてもよい。図１に示す例では、第１端２０１と絶縁部２５０との間において、外周部２１４の一部は、外周部２１４の他の部分の半径と異なる半径を有していてもよい。図１に示す例では、中間部２０ｃにおける外周部２１４の半径は、上部２０ａ及び下部２０ｂの各々における外周部２１４の半径よりも小さくなっている。

【0051】

外周部２１４の上記構造に代えて、或いは、これに加えて、第１端２０１と絶縁部２５０との間の導波路２０ｗの長さを電磁波の波長の１／４に実質的に等しい長さに調整するための構造は、上部２０ａにおいて提供されていてもよい。図１に示す例では、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Ｈ_ａ（又は上部２０ａの高さ）が導波路２０ｗの他の部分の垂直方向における長さと異なっている。上部２０ａの長さＨ_ａ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。具体的には、長さＨ_ａは、長さＨ_ｂ及び長さＨ_ｃよりも長くてもよい。なお、長さＨ_ａ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Ｈ_ａにより変化する。したがって、上部２０ａの長さＨ_ａに応じて、第１端２０１と絶縁部２５０との間の導波路２０ｗの長さを調整することができる。

【0052】

以上説明したプラズマ処理装置１では、第１端２０１と第２端２０２との間で電磁波の共振が促進される。また、第１端２０１と第２端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の第２端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端２０１と第２端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。

【0053】

なお、第２端２０２は、軸線ＡＸの周りで周方向に沿って配列された複数のコンデンサから構成されていてもよい。複数のコンデンサの各々は、その一対の電極のうち一方が、下部２０ｂの上側導体壁に接続され、且つ、その一対の電極のうち他方が、下部２０ｂの下側導体壁に接続されるように、配置される。複数のコンデンサは、等間隔に配置されていてもよい。或いは、第２端２０２は、軸線ＡＸの周りで周方向に沿って複数の間隙と交互に配列される導体から構成されていてもよい。また、絶縁部２５０は、内周部２１６ではなく、外周部２１４の一部として構成されていてもよい。内周部２１６の一部は、内周部２１６の他の部分の半径と異なる半径を有していてもよい。

【0054】

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。

【0055】

プラズマ処理装置１Ｂにおいて、上部電極１４は、第１電極３１及び蓋体３３を含んでいる。また、プラズマ処理装置１Ｂは、第２電極３２を更に備えている。

【0056】

第１電極３１は、処理空間１０ｓの上方に設けられている。第１電極３１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。第１電極３１の中心軸線は、軸線ＡＸである。第１電極３１は、後述するプラズマ生成空間ＰＳにガスを導入するための複数のガス孔３１ｈを提供していてもよい。複数のガス孔３１ｈは、第１電極３１の厚さ方向（鉛直方向）に延びており、第１電極３１を貫通している。

【0057】

第２電極３２は、処理空間１０ｓの上方且つ第１電極３１の下方に設けられている。第２電極３２は、第１電極３１と略平行に延在していてもよい。第２電極３２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。第２電極３２の中心軸線は、軸線ＡＸである。第２電極３２は、チャンバ１０の上端開口を閉じている。即ち、第２電極３２は、処理空間１０ｓを上方から画成している。

【0058】

第２電極３２は、第１電極３１と第２電極３２との間にプラズマ生成空間ＰＳを提供している。プラズマ生成空間ＰＳの中心軸線は、軸線ＡＸである。プラズマ生成空間ＰＳでは、放出部１６から放出される電磁波によりガスからプラズマが生成される。第２電極３２は、プラズマ生成空間ＰＳ内のプラズマから活性種を処理空間１０ｓに導くために、複数の貫通孔３２ｈを提供している。複数の貫通孔３２ｈは、第２電極３２の厚さ方向（鉛直方向）に延びており、第２電極３２を貫通している。複数の貫通孔３２ｈの断面積は、活性種が複数の貫通孔３２ｈを通過するときに失活することを抑制するよう設定されており、比較的大きい。

【0059】

プラズマ処理装置１Ｂにおいて、放出部１６は、プラズマ生成空間ＰＳにおけるプラズマの生成のために、プラズマ生成空間ＰＳに電磁波を放出するように構成されている。放出部１６は、プラズマ生成空間ＰＳを囲むように軸線ＡＸの周りで周方向に延在していてもよい。放出部１６は、リング形状を有していてもよい。放出部１６は、第１電極３１の周縁部と第２電極３２の周縁部との間で挟持されていてもよい。プラズマ処理装置１Ｂにおいて、電磁波は、共振器２０を通って放出部１６に伝搬し、放出部１６からプラズマ生成空間ＰＳ内に導入される。

【0060】

蓋体３３は、第１電極３１上に設けられている。蓋体３３は、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。蓋体３３の中心軸線は、軸線ＡＸである。

【0061】

蓋体３３は、第１電極３１と蓋体３３との間に、ガス拡散空間３３ｄを提供している。ガス拡散空間３３ｄ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、ガス拡散空間３３ｄ及び複数のガス孔３１ｈを介してプラズマ生成空間ＰＳに供給される。

【0062】

プラズマ処理装置１Ｂにおいても、電源２５は、上部電極１４に電気的に接続されている。図４に示すように、電源２５は、蓋体３３に電気的に接続されていてもよい。

【0063】

プラズマ処理装置１Ｂにおいても、導波部１８は共振器２０を含んでいる。プラズマ処理装置１Ｂにおいて、共振器２０の第２端２０２は、放出部１６と共振器２０の導波路２０ｗの境界である。

【0064】

以下、図５を参照して更に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５は、更に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５に示すプラズマ処理装置１Ｃ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。

【0065】

プラズマ処理装置１Ｃにおいて、外周部２１４は、複数の支柱２１４ｐを含んでいる。複数の支柱２１４ｐは、金属のような導体から形成されている。複数の支柱２１４ｐは、軸線ＡＸが延びる方向（即ち、鉛直方向）に沿って延びている。複数の支柱２１４ｐは、軸線ＡＸの周りで周方向に沿って間隔をもって配列されている。複数の支柱２１４ｐのうち周方向において隣り合う任意の二つの支柱の間の間隙の周方向に沿った長さは、共振器２０において共振する電磁波（共振周波数を有する基本波）の波長の１／１００以下であり得る。

【0066】

複数の支柱２１４ｐの各々は、鉛直方向に沿って整列された複数の部位に分割されている。複数の支柱２１４ｐの各々の複数の部位は、鉛直方向に沿って複数の第１の環状導体板２１１と交互に配列されている。複数の支柱２１４ｐの各々の複数の部位、複数の第１の環状導体板２１１、及び上側導体壁２０３ａは、互いに導通するように固定されている。

【0067】

一実施形態において、複数の支柱２１４ｐの各々の複数の部位の各々は筒形状を有している。複数の支柱２１４ｐの各々の複数の部位の中には、ボルト２１４ｂが通されている。ボルト２１４ｂの下端は、複数の第１の環状導体板２１１のうち最も低い位置で延在する第１の環状導体板２１１に形成されたねじ穴に螺合されている。ボルト２１４ｂの上端は、上側導体壁２０３ａの上方に位置している。ボルト２１４ｂの上端には、ナット２１４ｎが螺合されている。ナット２１４ｎは、上側導体壁２０３ａを、ワッシャ２１４ｗを介して押圧して、複数の支柱２１４ｐの各々の複数の部位、複数の第１の環状導体板２１１、及び上側導体壁２０３ａを互いに固定している。

【0068】

プラズマ処理装置１Ｃにおいて、内周部２１６は、複数の支柱２１６ｐを含んでいる。複数の支柱２１６ｐは、軸線ＡＸが延びる方向（即ち、鉛直方向）に沿って延びている。複数の支柱２１６ｐは、軸線ＡＸの周りで周方向に沿って間隔をもって配列されている。複数の支柱２１６ｐのうち周方向において隣り合う任意の二つの支柱の間の間隙の周方向に沿った長さは、共振器２０において共振する電磁波（共振周波数を有する基本波）の波長の１／１００以下であり得る。

【0069】

複数の支柱２１６ｐの各々の長手方向における一部は、絶縁部２５０である。複数の支柱２１６ｐの各々において、絶縁部２５０の上側の部分及び下側の部分は、金属のような導体から形成されている。

【0070】

複数の支柱２１６ｐの各々は、鉛直方向に沿って整列された複数の部位に分割されている。複数の支柱２１６ｐの各々の複数の部位は、鉛直方向に沿って複数の第２の環状導体板２１２と交互に配列されている。複数の支柱２１６ｐの各々の複数の部位、複数の第２の環状導体板２１２、及び上側導体壁２０３ａは、互いに導通するように固定されている。

【0071】

一実施形態において、複数の支柱２１６ｐの各々の複数の部位の各々は筒形状を有している。複数の支柱２１６ｐの各々の複数の部位の中には、ボルト２１６ｂが通されている。ボルト２１６ｂの下端は、上部電極１４に形成されたねじ穴に螺合されている。ボルト２１６ｂの上端は、上側導体壁２０３ａの上方に位置している。ボルト２１６ｂの上端には、ナット２１６ｎが螺合されている。ナット２１６ｎは、上側導体壁２０３ａを、ワッシャ２１６ｗを介して押圧して、複数の支柱２１６ｐの各々の複数の部位、複数の第２の環状導体板２１２、及び上側導体壁２０３ａを互いに固定している。

【0072】

プラズマ処理装置１Ｃにおいても、共振器２０は、第１端２０１と絶縁部２５０との間の導波路２０ｗの長さを電磁波の波長の１／４に実質的に等しい長さに調整するための構造を含んでいてもよい。この構造は、外周部２１４において提供されていてもよい。図５に示す例では、外周部２１４は、複数の支柱２１４ｐＣを更に含んでいる。複数の支柱２１４ｐＣは、中間部２０ｃにおいて軸線ＡＸの周りで周方向に沿って間隔をもって配列されている。複数の支柱２１４ｐＣのうち周方向において隣り合う任意の二つの支柱の間の間隙の周方向に沿った長さは、共振器２０において共振する電磁波（共振周波数を有する基本波）の波長の１／１００以下であり得る。複数の支柱２１４ｐＣの各々と軸線ＡＸとの間の径方向の距離は、複数の支柱２１４ｐの各々と軸線ＡＸとの間の径方向の距離よりも短い。

【0073】

複数の支柱２１４ｐＣは、中間部２０ｃにおいて、二つの第１の環状導体板２１１に導通するように保持されている。複数の支柱２１４ｐＣの各々は、筒形状を有していてもよい。この場合に、複数の支柱２１４ｐＣの各々は、その中を通るねじ２１４ｍにより、中間部２０ｃを構成する二つの第１の環状導体板２１１の間で固定されていてもよい。

【0074】

なお、プラズマ処理装置１Ｃにおいては、外周部２１４は、複数の支柱２１４ｐではなく、プラズマ処理装置１と同様に略円筒形状の導体壁から構成されていてもよい。また、絶縁部２５０は、支柱２１６ｐではなく、支柱２１４ｐの一部として構成されていてもよい。複数の支柱２１４ｐＣは、外周部２１４ではなく、内周部２１６に含まれていてもよい。

【0075】

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。

【0076】

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］～［Ｅ１２］に記載する。

【0077】

［Ｅ１］
チャンバと、
前記チャンバ内に設けられた基板支持部と、
プラズマ生成空間に電磁波を放出するように設けられた放出部と、
前記プラズマ生成空間の上方に設けられた上部電極と、
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、
前記共振器の前記導波路は、部分的に前記上部電極から構成されており、
前記共振器は、
第１端と、
前記放出部に電磁的に結合された第２端であり、前記第１端と該第２端との間で電磁波が共振するように設けられている、該第２端と、
前記上部電極を、前記第１端と導通している該共振器の導体壁から電気的に分離する絶縁部と、
を含む、
プラズマ処理装置。

【0078】

［Ｅ２］
前記共振器の前記第１端と前記絶縁部との間の前記導波路の長さは、該導波路における前記電磁波の波長の１／４に実質的に等しい、Ｅ１に記載のプラズマ処理装置。

【0079】

［Ｅ３］
前記放出部は、前記プラズマ生成空間の中心軸線の周りで周方向に延在しており、
前記第１端及び前記第２端は、前記中心軸線の周りで周方向に延在しており、
前記第２端を含む前記共振器の前記導波路の第２端は、前記第１端の下方に配置されており、且つ、前記放出部に電磁的に結合されており、
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端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端から前記径方向に対して反対方向に延びる上部と、
を含む層構造を有し、前記中心軸線の周りで前記第１端から前記第２端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。

【0080】

［Ｅ４］
前記共振器の前記導波路は、
それらの中心が前記中心軸線上に位置するように配置された複数の環状導体板と、
導体から形成された、前記径方向おける該共振器の外周部と、
前記径方向における該共振器の内周部と、
から構成されており、
前記複数の環状導体板は、
その外縁が前記外周部に固定されており、その内縁が前記内周部から離れている第１の環状導体板と、
その外縁が前記外周部から離れており、その内縁が前記内周部に固定された第２の環状導体板と、
を含む、
Ｅ３に記載のプラズマ処理装置。

【0081】

［Ｅ５］
前記内周部は、環状の板である前記絶縁部を含む、Ｅ４に記載のプラズマ処理装置。

【0082】

［Ｅ６］
前記内周部は、前記中心軸線の周りで周方向に沿って配列された複数の支柱を含み、
前記複数の支柱の各々の一部は、前記絶縁部である、Ｅ４に記載のプラズマ処理装置。

【0083】

［Ｅ７］
前記第１端と前記絶縁部との間において、前記外周部の一部は、前記第１端と前記絶縁部との間での前記共振器の前記導波路の長さを調整するよう、該外周部の他の部分の半径と異なる半径を有する、Ｅ４～Ｅ６の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

【0084】

［Ｅ８］
前記上部の垂直方向における長さは、前記第１端と前記絶縁部との間での前記共振器の前記導波路の長さを調整するよう、前記共振器の前記導波路の前記垂直方向における長さと異なる、Ｅ４～Ｅ６の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

【0085】

［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、
Ｅ３～Ｅ８の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

【0086】

［Ｅ１０］
前記チャンバは、その内部において処理空間を提供しており、
前記処理空間は、前記プラズマ生成空間を含む、
Ｅ１～Ｅ９の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

【0087】

［Ｅ１１］
前記処理空間上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、
Ｅ１０に記載のプラズマ処理装置。

【0088】

［Ｅ１２］
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～Ｅ１１の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

【0089】

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】

【0090】

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、２５０…絶縁部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】