特許 7572126 プラズマ処理装置用の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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-15

(45)【発行日】2024-10-23

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置用の電極及びプラズマ処理装置

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20241016BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20241016BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20241016BHJP

【ＦＩ】

H05H1/46 M

H01L21/302 101B

H01L21/205

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2021071770

(22)【出願日】2021-04-21

(65)【公開番号】P2022166511

(43)【公開日】2022-11-02

【審査請求日】2024-01-17

(73)【特許権者】

【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】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】小舩 貴基

【審査官】佐藤 海

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－３６３５５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－００９６２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０４９５９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｈ １／４６

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｊ ３７／３２

Ｃ２３Ｃ １６／５０９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラズマ処理装置用の電極であって、
前記電極は、
導電性の第１の部材と、
前記第１の部材の内部に複数設けられ、前記第１の部材と２次電子放出係数の異なる材質により形成され、その上面と下面との間に段差を有する円柱形状の第２の部材と、を備える、
プラズマ処理装置用の電極。

【請求項2】

前記第２の部材は、前記第２の部材の表面の少なくとも一部がプラズマに晒されるように構成される、
請求項１に記載のプラズマ処理装置用の電極。

【請求項3】

前記第２の部材の前記２次電子放出係数は、前記第１の部材の前記２次電子放出係数より大きい、
請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置用の電極。

【請求項4】

複数の前記第２の部材は、互いに等間隔に配置される、
請求項１～３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置用の電極。

【請求項5】

複数の前記第２の部材は、周方向に互いに等間隔に配置する、
請求項４に記載のプラズマ処理装置用の電極。

【請求項6】

前記第２の部材は、前記第１の部材を中心から順に径方向に内周領域、中間領域、外周領域に分けたときの前記外周領域に配置される、
請求項１～５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置用の電極。

【請求項7】

前記第１の部材はシリコンにより形成され、前記第２の部材は石英により形成される、
請求項１～６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置用の電極。

【請求項8】

前記第２の部材は、前記第２の部材の表面の少なくとも一部が前記第１の部材のプラズマに晒される面から露出し、前記第１の部材のプラズマに晒される面の反対面からは露出しないように構成される、
請求項１～７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置用の電極。

【請求項9】

前記第２の部材は、前記第１の部材を高さ方向に貫通し、前記第２の部材の表面の少なくとも一部が前記第１の部材のプラズマに晒される面及び当該面の反対面から露出するように構成される、
請求項１～７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置用の電極。

【請求項10】

前記円柱形状の上側の直径は、前記円柱形状の下側の直径よりも大きい、
請求項１～９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置用の電極。

【請求項11】

前記円柱形状の上側の直径は、前記円柱形状の下側の直径よりも小さい、
請求項１～９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置用の電極。

【請求項12】

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配置される基板支持部と、
前記基板支持部に対向して配置される電極と、を有し、
前記電極は、
導電性の第１の部材と、
前記第１の部材の内部に複数設けられ、前記第１の部材と２次電子放出係数の異なる材質により形成され、その上面と下面との間に段差を有する円柱形状の第２の部材と、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、プラズマ処理装置用の電極及びプラズマ処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１は、平行平板型の容量結合プラズマ処理装置を開示する。このプラズマ処理装置の上部電極は、載置台に対向し、プラズマ空間に露出する電極板を有する。電極板は一枚のプレートであり、Ｓｉ又はＳｉＣの単一の材質で構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－１０９８３８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、プラズマ電子密度を制御することができる技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一の態様によれば、プラズマ処理装置用の電極であって、前記電極は、導電性の第１の部材と、前記第１の部材の内部に複数設けられ、前記第１の部材と２次電子放出係数の異なる材質により形成され、その上面と下面との間に段差を有する円柱形状の第２の部材と、を備える、プラズマ処理装置用の電極が提供される。

【発明の効果】

【0006】

一の側面によれば、プラズマ電子密度を制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施形態に係るプラズマ処理システムを示す図。

【図2】実施形態に係る電極板の断面の一例を示す図。

【図3】実施形態に係る電極板の断面、上面及び下面の一例を示す図。

【図4】物質（Ｅｌｅｍｅｎｔ）の２次電子放出係数（δmax）等を示す図。

【図5】物質（Ｅｌｅｍｅｎｔ）の２次電子放出係数（δmax）等を示す図。

【図6】実施形態と比較例に係るプラズマ電子密度の一例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

【0009】

［プラズマ処理システム］
以下に、プラズマ処理システムの構成例について、図１を参照しながら説明する。

【0010】

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。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。側壁１０ａは接地される。基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０筐体とは電気的に絶縁される。

【0011】

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（ウェハ）Ｗを支持するための中央領域（基板支持面）１１１ａと、リングアセンブリ１１２を支持するための環状領域（リング支持面）１１１ｂとを有する。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。一実施形態において、本体部１１１は、基台及び静電チャックを含む。基台は、導電性部材を含む。基台の導電性部材は下部電極として機能する。静電チャックは、基台の上に配置される。静電チャックの上面は、基板支持面１１１ａを有する。リングアセンブリ１１２は、１又は複数の環状部材を含む。１又は複数の環状部材のうち少なくとも１つはエッジリングである。また、図示は省略するが、基板支持部１１は、静電チャック、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、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路には、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。また、基板支持部１１は、基板Ｗの裏面と基板支持面１１１ａとの間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。

【0012】

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。

【0013】

シャワーヘッド１３は、電極板１３ｅ及び電極板１３ｅを支持する電極支持部１３ｆを有する。電極板１３ｅは、プラズマ処理装置用の電極（上部電極）として機能する。電極板１３ｅ及び電極支持部１３ｆの周囲には、環状の絶縁性部材１５が設けられ、これにより、上部電極は、プラズマ処理チャンバ１０筐体とは電気的に絶縁される。絶縁性部材１５の下部には環状のグランド部材１６が設けられている。

【0014】

電極板１３ｅは、基板支持部１１に対向し、その下面がプラズマ処理空間１０ｓに露出する第１の部材１３ｄと、第１の部材１３ｄの内部に設けられた第２の部材１４ａ、１４ｂとを有する。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のような少なくとも１つのＲＦ信号（ＲＦ電力）を、基板支持部１１の導電性部材及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材（電極板１３ｅ）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信号を基板支持部１１の導電性部材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。

【0018】

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基板支持部１１の導電性部材及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材に結合され、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、１３ＭＨｚ～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、基板支持部１１の導電性部材及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材に供給される。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基板支持部１１の導電性部材に結合され、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。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、ソースＲＦ信号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、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚ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、基板支持部１１の導電性部材に供給される。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。

【0019】

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、基板支持部１１の導電性部材に接続され、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、基板支持部１１の導電性部材に印加される。一実施形態において、第１のＤＣ信号が、静電チャック内の電極のような他の電極に印加されてもよい。一実施形態において、第２のＤＣ生成部３２ｂは、シャワーヘッド１３の導電性部材に接続され、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、シャワーヘッド１３の導電性部材に印加される。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。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。

【0020】

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。

【0021】

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、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及びレシピ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。

【0022】

[プラズマ処理装置用の電極]
次に、本実施形態に係るプラズマ処理装置用の電極の構成について、図２及び図３を参照しながら説明する。図２及び図３（ａ）は、実施形態に係る電極板１３ｅの断面の一例を示す。図３(ｂ)及び（ｃ）は、実施形態に係る電極板１３ｅの上面及び下面の一例を示す。

【0023】

図２（ａ）及び（ｂ）を参照すると、電極板１３ｅの第１の部材１３ｄは、中心軸Ｏに対して円盤状の一枚のプレートであり、導電性部材としてシリコンで構成されている。第１の部材１３ｄは、ＳｉＣで構成されてもよい。第１の部材１３ｄの下面は、プラズマ処理空間１０ｓに露出し、プラズマに暴露される。

【0024】

第２の部材１４ａ、１４ｂは、第１の部材１３ｄの内部に設けられ、第１の部材１３ｄとは２次電子放出係数が異なる材質から構成される。図２（ａ）では、第２の部材１４ａ、１４ｂは、第１の部材１３ｄの下面に設けられた穴に接合又は嵌め込み、これにより第１の部材１３ｄの内部に固定される。図２（ｂ）では、第２の部材１４ａ、１４ｂは、第１の部材１３ｄに設けられた貫通孔に接合又は嵌め込み、これにより第１の部材１３ｄの内部に固定される。第２の部材１４ａ、１４ｂは石英により形成されてもよい。

【0025】

第２の部材１４ａ、１４ｂの２次電子放出係数は、第１の部材１３ｄの２次電子放出係数より大きい。第２の部材１４ａ、１４ｂは、電極板１３ｅの内部に配置され、第２の部材１４ａ、１４ｂの表面の少なくとも一部がプラズマに晒されるように構成される。

【0026】

図２及び図３の例では、第２の部材１４ａ、１４ｂは、少なくとも一部がプラズマ処理空間１０ｓ側に露出する。図２（ａ）の例では、第２の部材１４ａ、１４ｂの下面が、第１の部材１３ｄの下面から露出している。図２（ｂ）及び図３（ａ）の例では、第２の部材１４ａ、１４ｂの上面及び下面が、第１の部材１３ｄの下面及び上面から露出している。

【0027】

第２の部材１４ａ、１４ｂは段差のある円柱形状を有し、図２（ａ）の例では、第２の部材１４ａ、１４ｂの上側の直径が下側の直径よりも小さくなっている。図２（ｂ）及び図３（ａ）の例では、第２の部材１４ａ、１４ｂの上側の直径が下側の直径よりも大きくなっている。このため、第２の部材１４ａ、１４ｂが第１の部材１３ｄから脱離しにくい構成となっている。ただし、第２の部材１４ａ、１４ｂの形状はこれに限らず、段差のない円柱形状であってもよい。また、図２（ａ）のように第２の部材１４ａ、１４ｂが電極板１３ｅを貫通しない構成であって、第２の部材１４ａ、１４ｂの上側の直径が下側の直径よりも大きくなってもよい。また、図２（ｂ）のように、第２の部材１４ａ、１４ｂが電極板１３ｅを貫通する構成であって、第２の部材１４ａ、１４ｂの上側の直径が下側の直径よりも小さくなってもよい。

【0028】

図３（ｂ）及び（ｃ）は、図３（ａ）に示す電極板１３ｅの第１の部材１３ｄ及び第２の部材１４ａ、１４ｂの配置の一例を示す。図３（ｂ）は電極板１３ｅの上面を示したものであり、図３（ｃ）は電極板１３ｅの天地を逆転させ、電極板１３ｅの下面を示したものである。図３（ａ）は、図３（ｂ）のＣ－Ｃ断面を示したものである。

【0029】

第２の部材１４ａ、１４ｂは、第１の部材１３ｄを貫通し、第１の部材１３ｄの内部に複数有している。複数の第２の部材１４ａ、１４ｂは、互いに等間隔に配置される。複数の第２の部材１４ａは、周方向に互いに等間隔に配置されてもよい。同様に、複数の第２の部材１４ｂは、周方向に互いに等間隔に配置されてもよい。本開示では、第２の部材１４ａ、１４ｂは、第１の部材１３ｄを中心から順に径方向に内周領域、中間領域、外周領域としたときの外周領域に配置される。

【0030】

内周領域、中間領域、外周領域は、例えば、図３（ａ）に示すように、第１の部材１３ｄを中心軸Ｏから径方向に３等分したときの中央（内側）、中間、外側の領域である。本開示では、第２の部材１４ａ、１４ｂは外周領域に設けられるが、これに限らない。第２の部材１４ａ、１４ｂは、プラズマ処理空間１０ｓに形成されるプラズマの電子密度分布の特性に応じて、内周領域、中間領域及び外周領域の少なくともいずれかに設けられてもよい。

【0031】

第２の部材１４ａ、１４ｂは、径方向に２段になって周方向に等間隔に配置されることに限らない。第２の部材１４ａ、１４ｂは、径方向に１段又は３段以上配置されてもよい。また、第２の部材１４ａ、１４ｂは、円柱形状に限られず、リング状でもよい。第２の部材１４ａ、１４ｂは、周方向に等間隔に配置されず、局所的に配置されてもよい。

【0032】

[２次電子放出係数]
第１の部材１３ｄの２次電子放出係数と第２の部材１４ａ、１４ｂの２次電子放出係数は異なる。第２の部材１４ａ、１４ｂの２次電子放出係数は、第１の部材１３ｄの２次電子放出係数より大きいことが好ましい。

【0033】

図４及び図５は、元素又は化合物（Ｅｌｅｍｅｎｔ又はＣｏｍｐｏｕｎｄ）の２次電子放出係数（δmax）等を示す図である。出典は、「"Hand book of chemistry and physic" David R. Lide」である。図４の右側に示す元素（Ｅｌｅｍｅｎｔ）がシリコン（Ｓｉ）の２次電子放出係数（δmax）は、１．１である。

【0034】

シリコンよりも２次電子放出係数が大きい物質としては、図５の右側に示す化合物（Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）として石英（ＳｉＯ_２（Ｑｕａｒｔｚ））が挙げられる。石英の２次電子放出係数（δmax）は、２．１～４であり、シリコンの第２の部材１４ａ、１４ｂよりも大きい。よって、第１の部材１３ｄがシリコン、第２の部材１４ａ、１４ｂが石英の組み合わせが好ましい。

【0035】

また、第２の部材１４ａ、１４ｂは、図５の右側に示す酸化マグネシウム（ＭｇＯ（ｃｒｙｓｔａｌ））であってもよい。酸化マグネシウムの２次電子放出係数（δmax）は、２０～２５であり、シリコンの第２の部材１４ａ、１４ｂよりも大きい。よって、第１の部材１３ｄがシリコン、第２の部材１４ａ、１４ｂが酸化マグネシウムの組み合わせであってもよい。

【0036】

また、第２の部材１４ａ、１４ｂは、図５の左側に示すアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）であってもよい。アルミナの２次電子放出係数（δmax）は、２～９である。よって、第１の部材１３ｄがシリコン、第２の部材１４ａ、１４ｂがアルミナの組み合わせであってもよい。

【0037】

第１の部材１３ｄ及び第２の部材１４ａ、１４ｂの下面はプラズマに暴露される。このとき、プラズマ中のイオンが第１の部材１３ｄ及び第２の部材１４ａ、１４ｂの下面に入射し、第１の部材１３ｄ及び第２の部材１４ａ、１４ｂから電子放出が起こる。

【0038】

第１の部材１３ｄ及び第２の部材１４ａ、１４ｂから放出される２次電子の量は、２次電子放出係数により決まる。つまり、２次電子放出係数が大きい材質（Ｅｌｅｍｅｎｔ又はＣｏｍｐｏｕｎｄ）ほどプラズマ中のイオンが入射したときにより多くの２次電子を放出できる。一方、電極板１３ｅに使用される材質としては、プラズマ耐性等を考慮し、単結晶シリコン、ＳｉＣ、石英が代表的である。

【0039】

よって、本開示のプラズマ処理装置１では、電極板１３ｅの主な材質となる第１の部材１３ｄにはシリコンを使用し、第１の部材１３ｄの内部に設けられる第２の部材１４ａ、１４ｂにはシリコンよりも２次電子放出係数の大きい石英を使用する。これにより、シリコンのみから電極板１３ｅを形成する場合よりも、電極板１３ｅの一部に石英を設けることによって、シリコンに対して２次電子放出係数が大きい石英により２次電子の放出量を増加させることができる。

【0040】

したがって、石英の第２の部材１４ａ、１４ｂは、シリコンの第１の部材１３ｄ内のプラズマの電子密度を高めたい位置に配置する。例えば、外周領域のプラズマの電子密度を高めたい場合、第２の部材１４ａ、１４ｂを第１の部材１３ｄの外周領域に配置する。これにより、第１の部材１３ｄの下方よりも第２の部材１４ａ、１４ｂの下方においてより多くの電子を放出させることができる。これにより、プラズマ中の電子密度を制御でき、プラズマ密度の均一性を高め、基板Ｗのプラズマ処理の均一性を図ることができる。

【0041】

[プラズマの電子密度]
プラズマ処理空間１０ｓ内のプラズマの電子密度が相対的に低い箇所の上方に第１の部材１３ｄのシリコンよりも２次電子放出係数の大きい第２の部材１４ａ、１４ｂを配置する一例について図６を参照しながら説明する。図６は、実施形態と比較例に係るプラズマ電子密度の一例を示す図である。

【0042】

図６の横軸は電極板１３ｅの中央を０とした時の径方向の位置を示し、縦軸はプラズマの電子密度Ｎｅを示す。横軸の０は基板Ｗの中心でもあり、横軸の１５０ｍｍの位置は基板Ｗのエッジ（外周端部）の位置を示す。丸（〇）の集合体で示した曲線Ａは、第１の部材１３ｄがシリコンのみで形成されている電極板の場合のプラズマの電子密度を示す。

【0043】

プラズマの電子密度は、下部電極として機能する基板支持部１１の構造と、基板支持部１１に流れるＲＦ信号により定められる。図６の曲線Ａは、第１の部材１３ｄがシリコンのみにより形成された電極板を使用してプラズマを生成した場合のプラズマの電子密度を示す。この場合、プラズマ電子密度Ｎｅは、基板Ｗの中心０をピークに山なりの分布を示し、基板Ｗのエッジである１５０ｍｍの前後でプラズマ電子密度が落ち込む傾向がある。

【0044】

そこで、２次電子放出係数がシリコンよりも大きい石英の第２の部材１４ａ、１４ｂを中心から１５０ｍｍ前後を含む外周領域に配置する。三角（△）の集合体で示した曲線Ｂは、本実施形態の図３（ａ）のように第１の部材１３ｄの外周領域に第２の部材１４ａ、１４ｂを配置した電極板１３ｅを使用してプラズマを生成した場合のプラズマの電子密度を示す。

【0045】

この場合、第１の部材１３ｄよりも２次電子放出係数が大きい第２の部材１４ａ、１４ｂにより外周領域のプラズマの電子密度を増加させることができ、プラズマの電子密度の均一化を図ることができる。これにより、エッチングレートの均一性を高め、プラズマ処理の均一性を向上させることができる。なお、図６では、本実施形態を示す曲線Ｂは、比較例を示す曲線Ａに対して全体的にプラズマの電子密度Ｎｅが低くなっている。これについては、曲線Ａ、Ｂの結果を得るためのプラズマ生成条件がそれぞれ異なるためであり、プラズマ生成条件が同一であれば曲線Ｂは、曲線Ａと同等のプラズマの電子密度Ｎｅを有し、かつ、プラズマの電子密度を均一にできる。

【0046】

以上に説明した第２の部材１４ａ、１４ｂの配置は一例であり、これに限らない。第１の部材よりも２次電子放出係数が大きい第２の部材はプラズマ電子密度が他の領域よりも低い部分に配置すればよい。例えば、第２の部材はプラズマ電子密度が他の領域よりも低い部分に局所的に配置することもできる。第２の部材の下方にて第１の部材よりも相対的に２次電子の放出量が増加し、これにより、プラズマ電子密度Ｎｅの均一性を高めることができる。

【0047】

なお、第２の部材１４ａ、１４ｂの下面が、プラズマ処理空間１０ｓに露出している例を挙げて説明したが、第２の部材１４ａ、１４ｂはプラズマ処理空間１０ｓに露出していなくてもよい。例えば、電極板１３ｅのガス導入口１３ｃ（図１参照）を有する貫通孔に第２の部材１４ａ、１４ｂが露出している場合、貫通孔の内部に電子が入り込んで第２の部材に衝突し、第２の部材から２次電子が放出される現象が生じる場合がある。この場合には、第２の部材１４ａ、１４ｂの下面が、必ずしもプラズマ処理空間１０ｓに露出していない。

【0048】

ただし、貫通孔にプラズマが進入すると貫通孔の内部で異常放電が発生するおそれがある。よって、貫通孔の内部にプラズマが進入しないように貫通孔の寸法をプラズマが進入しない大きさに管理する。また、第１の部材１３ｄと第２の部材１４ａ、１４ｂとの間に所定以上の隙間があると、その隙間で２次電子の放出が起き、その隙間にプラズマが進入すると、内部で異常放電が発生するおそれがある。よって、第１の部材１３ｄと第２の部材１４ａ、１４ｂとの間においてもプラズマが進入しないように隙間の寸法をプラズマが進入しない大きさに管理する。

【0049】

以上に説明したように、本実施形態のプラズマ処理装置用の電極は、導電性の第１の部材と、第１の部材の内部に設けられ、第１の部材と２次電子放出係数の異なる材質により形成された第２の部材と、を有する。かかる構成のプラズマ処理装置用の電極及びプラズマ処理装置１によれば、プラズマ電子密度を制御することができる。これにより、プラズマ電子密度の均一性を図ることができる。この結果、プラズマ処理の均一性を高めることができる。

【0050】

なお、本開示では、プラズマ処理装置用の電極について、上部電極を例に挙げて説明した。しかしながら、これに限らず、プラズマ処理装置用の電極は、プラズマ処理チャンバ１０の上部に設けられる部材に適用できる。例えば、プラズマ処理装置用の電極は、プラズマ処理チャンバ１０の上部に設けられた環状のグランド部材１６であってもよい。この場合、グランド部材１６は、導電性の第１の部材と、第１の部材の内部に２次電子放出係数の異なる第２の部材とを有する。これにより、特に基板Ｗの主に外周領域のプラズマ電子密度を制御することができる。また、これによれば、プラズマ処理チャンバ１０の側壁１０ａ付近でプラズマの電子密度を上昇させることができる。このため、プラズマ処理空間１０ｓにクリーニングガスを供給してプラズマを生成した場合に、側壁１０ａ付近におけるクリーニング効果を高め、従来クリーニングできなかった箇所等もクリーニングできる可能性がある。

【0051】

なお、グランド部材１６は、絶縁性部材１５の下部に設けられ、接地されている。本開示のプラズマ処理装置用の電極は上部電極及びグランド部材１６の両方に適用することも可能である。

【0052】

今回開示された実施形態に係るプラズマ処理装置用の電極及びプラズマ処理装置は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

【0053】

本開示のプラズマ処理装置は、Atomic Layer Deposition(ALD)装置、Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna(RLSA)、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のいずれのタイプの装置でも適用可能である。

【符号の説明】

【0054】

１ プラズマ処理装置
２ 制御部
２ａ コンピュータ
２ａ１ 処理部
２ａ２ 記憶部
２ａ３ 通信インターフェース
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
１３ｅ 電極板
１３ｄ 第１の部材
１４ａ、１４ｂ 第２の部材
１６ グランド部材
２０ ガス供給部
３０ 電源
３１ ＲＦ電源
３１ａ 第１のＲＦ生成部
３１ｂ 第２のＲＦ生成部
３２ａ 第１のＤＣ生成部
３２ｂ 第２のＤＣ生成部
４０ 排気システム
１１１ 本体部
１１２ リングアセンブリ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】