特許 7705787 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

(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】2025-07-02

(45)【発行日】2025-07-10

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20250703BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20250703BHJP

【ＦＩ】

H05H1/46 M

H01L21/302 101B

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021192339

(22)【出願日】2021-11-26

(65)【公開番号】P2023078977

(43)【公開日】2023-06-07

【審査請求日】2024-08-27

(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】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】松土 龍夫

【審査官】右▲高▼ 孝幸

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－０９６２９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－２０３１５５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｈ １／４６

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

チャンバと、
上部電極と、
前記上部電極の下方に設けられたシャワーヘッドであり、前記チャンバの内部空間が該上部電極及び該シャワーヘッドの間の第１の空間並びに該シャワーヘッドの下方の第２の空間に分割され、該第１の空間及び該第２の空間を互いに連通させるように該シャワーヘッドを貫通する複数の開口が提供される、該シャワーヘッドと、
前記第２の空間内で基板を支持するように構成された基板支持部と、
前記上部電極及び前記シャワーヘッドの間に設けられた遮蔽部であり、該シャワーヘッドに沿って互いに並行に配置された第１の遮蔽板及び第２の遮蔽板を有し、該第２の遮蔽板が該シャワーヘッド上に設けられ、該第１の遮蔽板が該第２の遮蔽板上に設けられ、該第１の遮蔽板及び該第２の遮蔽板が該シャワーヘッドの前記複数の開口と整列するように配置された複数の貫通孔を提供する、該遮蔽部と、
前記上部電極及び前記遮蔽部の間の前記第１の空間内の領域にガスを供給するように構成されたガス供給部と、
前記ガスのプラズマを生成するために高周波電圧を出力するように構成された高周波電源と、
前記遮蔽部に制御電圧を印加することによって前記プラズマのうち前記複数の貫通孔を通過させる化学種を、ラジカルのみの化学種、該ラジカルと正イオンのみの化学種、及び該ラジカルと負イオンのみの化学種の中から選別するように構成された電圧印加部と、
前記電圧印加部を制御するように構成された制御部と、
を備え、
前記電圧印加部は、前記制御部から受ける制御に応じて、前記第１の遮蔽板及び前記第２の遮蔽板のそれぞれに、互いに独立に制御電圧を印加するように構成されており、
前記制御部は、前記第２の遮蔽板に印加する制御電圧の絶対値が前記第１の遮蔽板に印加する制御電圧の絶対値以上となるように、前記電圧印加部を制御する、
プラズマ処理装置。

【請求項2】

前記第１の遮蔽板及び前記第２の遮蔽板のそれぞれは、絶縁コーティングされた金属板を含み、
前記電圧印加部は、第１のパルス発生器、第２のパルス発生器、第１の可変直流電源、及び第２の可変直流電源を有し、
前記第１のパルス発生器及び前記第２のパルス発生器は、矩形波状の制御電圧を出力するように構成されており、
前記第１の遮蔽板、前記第１のパルス発生器、及び前記第１の可変直流電源は、この順に電気的に直列接続され、
前記第２の遮蔽板、前記第２のパルス発生器、及び前記第２の可変直流電源は、この順に電気的に直列接続され、
前記制御部は、前記第１の遮蔽板及び前記第２の遮蔽板のそれぞれに互いに逆位相の矩形波状の制御電圧を印加するように、前記電圧印加部を制御する、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項3】

前記第１の遮蔽板及び前記第２の遮蔽板のそれぞれは、絶縁コーティングされていない金属板を含み、
前記電圧印加部は、第１の可変直流電源及び第２の可変直流電源を有し、
前記第１の遮蔽板及び前記第１の可変直流電源は、この順に電気的に直列接続され、
前記第２の遮蔽板及び前記第２の可変直流電源は、この順に電気的に直列接続され、
前記制御部は、前記第１の遮蔽板及び前記第２の遮蔽板のそれぞれに直流の制御電圧を印加するよう、前記電圧印加部を制御する、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項4】

前記高周波電源に電気的に接続された電気回路を更に備え、
前記高周波電源は、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ガスのプラズマを発生させ、
前記電気回路は、前記高周波電源及びグランドの間に電気的に接続されたダイオードを有しており、
前記ダイオードのアノードは前記高周波電源に電気的に接続され、該ダイオードのカソードはグランドに電気的に接続されている、
請求項１～３の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項5】

プラズマ処理装置を用いて基板を処理するプラズマ処理方法であって、
前記プラズマ処理装置は、
上部電極の下方に設けられたシャワーヘッドであり、チャンバの内部空間が該上部電極及び該シャワーヘッドの間の第１の空間並びに該シャワーヘッドの下方の第２の空間に分割され、該第１の空間及び該第２の空間を互いに連通させるように該シャワーヘッドを貫通する複数の開口が提供される、該シャワーヘッドと、
前記上部電極及び前記シャワーヘッドの間に設けられた遮蔽部であり、該シャワーヘッドに沿って互いに並行に配置された第１の遮蔽板及び第２の遮蔽板を有し、該第２の遮蔽板が該シャワーヘッド上に設けられ、該第１の遮蔽板が該第２の遮蔽板上に設けられ、該第１の遮蔽板及び該第２の遮蔽板が該シャワーヘッドの前記複数の開口と整列するように配置された複数の貫通孔を提供する、該遮蔽部と、
ガス供給部から前記第１の空間内の領域に供給されるガスのプラズマを生成するために高周波電圧を出力するように構成された高周波電源と、
を有し、
当該方法は、
前記第２の空間内で基板を支持するように構成された基板支持部上に基板を準備する工程と、
高周波電圧を前記上部電極に印加する工程と、
前記高周波電圧によって前記上部電極及び前記遮蔽部の間の空間でプラズマを生成する工程と、
前記プラズマのうち前記複数の貫通孔を通過させる化学種を、ラジカルのみの化学種、該ラジカルと正イオンのみの化学種、及び該ラジカルと負イオンのみの化学種の中から選別するために前記遮蔽部に制御電圧を印加する工程と、
を備え、
制御電圧を印加する前記工程は、前記第２の遮蔽板に印加する制御電圧の絶対値が前記第１の遮蔽板に印加する制御電圧の絶対値以上となるように、前記第１の遮蔽板及び前記第２の遮蔽板のそれぞれに、互いに独立に制御電圧を印加する、
プラズマ処理方法。

【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、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法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、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。イオンは基板に損傷を与え得るので、ラジカルを用いる基板処理が行われることがある。下記の特許文献１には、シャワープレートの直下に設けられたイオントラップによってリモートプラズマ中のイオンを除去する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－２０３１５５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、リモートプラズマのイオン、ラジカルを選択的用いるための技術を提供する。

【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シャワーヘッドと基板支持部と遮蔽部とガス供給部と高周波電源と電圧印加部と制御部とを備え得る。シャワーヘッドは、上部電極の下方に設けられ得る。チャンバの内部空間が上部電極及びシャワーヘッドの間の第１の空間並びにシャワーヘッドの下方の第２の空間とに分割され得る。第１の空間及び第２の空間を互いに連通させるようにシャワーヘッドを貫通する複数の開口が提供され得る。基板支持部は、第２の空間内で基板を支持するように構成され得る。遮蔽部は、上部電極とシャワーヘッドとの間に設けられ得る。シャワーヘッドに沿って互いに並行に配置された第１の遮蔽板及び第２の遮蔽板を有し得る。第２の遮蔽板がシャワーヘッド上に設けられ得る。第１の遮蔽板が第２の遮蔽板上に設けられ得る。第１の遮蔽板及び第２の遮蔽板がシャワーヘッドの複数の開口と整列するように配置された複数の貫通孔を提供し得る。ガス供給部は、上部電極及び遮蔽部の間の第１の空間内の領域にガスを供給するように構成され得る。高周波電源は、ガスのプラズマを生成するために高周波電圧を出力するように構成され得る。電圧印加部は、遮蔽部に制御電圧を印加することによってプラズマのうち複数の貫通孔を通過させるイオンまたはラジカルを選別するように構成され得る。制御部は、電圧印加部を制御するように構成され得る。電圧印加部は、制御部から受ける制御に応じて、第１の遮蔽板及び第２の遮蔽板のそれぞれに、互いに独立に制御電圧を印加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、リモートプラズマのイオン、ラジカルを選択的用いることができる。

【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】一例の電圧印加部及び遮蔽部の構成を示す図である。

【図3】一例の電圧印加部及び遮蔽部の構成を示す図である。

【図4】一例のパルス発生器の回路構成を示す図である。

【図5】一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理方法を示すフローチャートである。

【図6】上部電極に印加される高周波電圧の波形の一例である。

【図7】二枚の遮蔽板のそれぞれに印加する電圧波形の一例である。

【図8】二枚の遮蔽板のそれぞれに印加する電圧波形の一例である。

【図9】二枚の遮蔽板のそれぞれに印加する電圧波形の一例である。

【図10】二枚の遮蔽板のそれぞれに印加する電圧波形の一例である。

【図11】二枚の遮蔽板のそれぞれに印加する電圧波形の一例である。

【図12】一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置の他の構成における一例の電圧印加部及び遮蔽部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シャワーヘッドと基板支持部と遮蔽部とガス供給部と高周波電源と電圧印加部と制御部とを備え得る。シャワーヘッドは、上部電極の下方に設けられ得る。チャンバの内部空間が上部電極及びシャワーヘッドの間の第１の空間並びにシャワーヘッドの下方の第２の空間とに分割され得る。第１の空間及び第２の空間を互いに連通させるようにシャワーヘッドを貫通する複数の開口が提供され得る。基板支持部は、第２の空間内で基板を支持するように構成され得る。遮蔽部は、上部電極とシャワーヘッドとの間に設けられ得る。シャワーヘッドに沿って互いに並行に配置された第１の遮蔽板及び第２の遮蔽板を有し得る。第２の遮蔽板がシャワーヘッド上に設けられ得る。第１の遮蔽板が第２の遮蔽板上に設けられ得る。第１の遮蔽板及び第２の遮蔽板がシャワーヘッドの複数の開口と整列するように配置された複数の貫通孔を提供し得る。ガス供給部は、上部電極及び遮蔽部の間の第１の空間内の領域にガスを供給するように構成され得る。高周波電源は、ガスのプラズマを生成するために高周波電圧を出力するように構成され得る。電圧印加部は、遮蔽部に制御電圧を印加することによってプラズマのうち複数の貫通孔を通過させるイオンまたはラジカルを選別するように構成され得る。制御部は、電圧印加部を制御するように構成され得る。電圧印加部は、制御部から受ける制御に応じて、第１の遮蔽板及び第２の遮蔽板のそれぞれに、互いに独立に制御電圧を印加するように構成され得る。

【0010】

このように、第１の遮蔽板及び第２の遮蔽板のそれぞれに、互いに独立に制御電圧を印加できる。したがって、第１の領域のうち上部電極及び遮蔽部の間の空間のプラズマのうち、遮蔽部及びシャワーヘッドを通過させる粒子のタイプ（正イオンと、負イオン及び電子と、ラジカルとの何れか）を選別できる。

【0011】

一つの例示的実施形態において、第１の遮蔽板及び第２の遮蔽板のそれぞれは、絶縁コーティングされた金属板を含み得る。電圧印加部は、第１のパルス発生器、第２のパルス発生器、第１の可変直流電源、及び第２の可変直流電源を有し得る。第１のパルス発生器及び第２のパルス発生器は、矩形波状の制御電圧を出力するように構成され得る。第１の遮蔽板、第１のパルス発生器、及び第１の可変直流電源は、この順に電気的に直列接続され得る。第２の遮蔽板、第２のパルス発生器、及び第２の可変直流電源は、この順に電気的に直列接続され得る。制御部は、第１の遮蔽板及び第２の遮蔽板のそれぞれに互いに逆位相の矩形波状の制御電圧を印加するように、電圧印加部を制御し得る。

【0012】

一つの例示的実施形態において、第１の遮蔽板及び第２の遮蔽板のそれぞれは、絶縁コーティングされていない金属板を含み得る。電圧印加部は、第１の可変直流電源及び第２の可変直流電源を有し得る。第１の遮蔽板及び第１の可変直流電源は、この順に電気的に直列接続され得る。第２の遮蔽板及び第２の可変直流電源は、この順に電気的に直列接続され得る。制御部は、第１の遮蔽板及び第２の遮蔽板のそれぞれに直流の制御電圧を印加するよう、電圧印加部を制御し得る。

【0013】

一つの例示的実施形態において、制御部は、第２の遮蔽板に印加する制御電圧の絶対値が第１の遮蔽板に印加する制御電圧の絶対値以上となるように、電圧印加部を制御し得る。

【0014】

一つの例示的実施形態において、高周波電源に電気的に接続された電気回路を更に備え得る。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ガスのプラズマを発生させ得る。電気回路は、高周波電源及びグランドの間に電気的に接続されたダイオードを有し得る。ダイオードのアノードは高周波電源に電気的に接続され、ダイオードのカソードはグランド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、プラズマ処理装置は、コイルと電気回路とを更に備え得る。コイルは、高周波電源に電気的に接続されており、上部電極上において上部電極に沿って延在し得る。電気回路は、コイルを介して高周波電源に電気的に接続され得る。高周波電源は、コイルに高周波電圧を印加することによってガスのプラズマを発生させ得る。電気回路は、高周波電源及びグランドの間に電気的に接続されたキャパシタを有し得る。

【0016】

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理方法が提供される。プラズマ処理方法は、プラズマ処理装置を用いて基板を処理する方法である。プラズマ処理装置は、シャワーヘッドと遮蔽部と高周波電源とを有する。シャワーヘッドは、上部電極の下方に設けられ得る。チャンバの内部空間が上部電極及びシャワーヘッドの間の第１の空間並びにシャワーヘッドの下方の第２の空間に分割され得る。第１の空間及び第２の空間を互いに連通させるようにシャワーヘッドを貫通する複数の開口が提供され得る。遮蔽部は、上部電極及びシャワーヘッドの間に設けられ得る。遮蔽部は、シャワーヘッドに沿って互いに並行に配置された第１の遮蔽板及び第２の遮蔽板を有し得る。第２の遮蔽板がシャワーヘッド上に設けられ得る。第１の遮蔽板が第２の遮蔽板上に設けられ得る。第１の遮蔽板及び第２の遮蔽板がシャワーヘッドの複数の開口と整列するように配置された複数の貫通孔を提供し得る。高周波電源は、ガス供給部から第１の空間内の領域に供給されるガスのプラズマを生成するために高周波電圧を出力するように構成され得る。このプラズマ処理方法は、工程ａ、ｂ、ｃ、ｄを備える。工程ａは、第２の空間内で基板を支持するように構成された基板支持部上に基板を準備し得る。工程ｂは、高周波電圧を上部電極に印加し得る。工程ｃは、高周波電圧によって上部電極及び遮蔽部の間の空間でプラズマを生成し得る。工程ｄは、プラズマのうち複数の貫通孔を通過させるイオンまたはラジカルを選別するために遮蔽部に制御電圧を印加し得る。工程ｄは、第１の遮蔽板及び第２の遮蔽板のそれぞれに、互いに独立に制御電圧を印加し得る。

【0017】

このように、第１の遮蔽板及び第２の遮蔽板のそれぞれに、互いに独立に制御電圧を印加できる。したがって、第１の領域のうち上部電極及び遮蔽部の間の空間のプラズマのうち、遮蔽部及びシャワーヘッドを通過させる粒子のタイプ（正イオンと、負イオン及び電子と、ラジカルとの何れか）を選別できる。

【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。

【0019】

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、容量結合型（Capacitively Coupled Plasma：CCP）のプラズマ処理装置であり、チャンバ１０を備えている。チャンバ１０は、略円筒形状を有している。チャンバ１０は、アルミニウムといった導電性材料から形成されている。チャンバ１０は、接地されている。チャンバ１０は、その中に内部空間１０ｓを提供している。

【0020】

プラズマ処理装置１は、上部電極１２を更に備えている。上部電極１２は、後述する基板支持部１６の上方で延在している。一実施形態では、上部電極１２は、部材１３と共にチャンバ１０の上端開口を閉じている。上部電極１２は、略円盤形状を有しており、アルミニウムといった導電性材料から形成されている。部材１３は、絶縁材料から形成されている。部材１３は、チャンバ１０の上端と上部電極１２との間に介在している。

【0021】

プラズマ処理装置１は、シャワーヘッド１４を更に備えている。シャワーヘッド１４は、上部電極１２の下方に設けられている。シャワーヘッド１４は、略円盤形状を有している。シャワーヘッド１４は、アルミニウムといった導電性材料から形成されている。シャワーヘッド１４は、内部空間１０ｓを空間Ｓ１と空間Ｓ２に分割する。空間Ｓ１は、上部電極１２とシャワーヘッド１４との間の空間である。空間Ｓ２は、シャワーヘッド１４の下方の空間である。

【0022】

一実施形態では、部材１５が、上部電極１２とシャワーヘッド１４との間に設けられていてもよい。部材１５は、筒形状を有しており、酸化アルミニウムといった絶縁材料から形成されている。空間Ｓ１は、上部電極１２とシャワーヘッド１４との間、且つ、部材１５の内側に提供されている。

【0023】

シャワーヘッド１４は、複数の導入口１４ｉ及び複数の開口１４ｈを提供している。複数の導入口１４ｉは、空間Ｓ２にガスを導入するために、シャワーヘッド１４に形成されている。複数の開口１４ｈは、空間Ｓ１と空間Ｓ２を互いに連通させるために、シャワーヘッド１４に形成されている。

【0024】

チャンバ１０は、側壁を有している。チャンバ１０の側壁は、通路１０ｐを提供している。基板Ｗは、空間Ｓ２とチャンバ１０の外部との間で搬送されるときに、通路１０ｐを通過する。プラズマ処理装置１は、ゲートバルブ１０ｇを更に備えていてもよい。ゲートバルブ１０ｇは、通路１０ｐを開閉するために、チャンバ１０の側壁に沿って設けられる。

【0025】

プラズマ処理装置１は、基板支持部１６を更に備えている。基板支持部１６は、空間Ｓ２内で基板Ｗを支持するように構成されている。基板Ｗは、略円盤形状を有し得る。基板Ｗは、空間Ｓ２内で基板支持部１６上に載置された状態で、処理される。基板支持部１６は、窒化アルミニウムといった絶縁性セラミックスから形成されていてもよい。或いは、基板支持部１６は、導電性材料から形成されていてもよい。

【0026】

一実施形態において、基板支持部１６は、支持部材１７によって支持されていてもよい。支持部材１７は、チャンバ１０の底部から上方に延在していてもよい。基板支持部１６は、ヒータ１６ｈを有していてもよい。ヒータ１６ｈは、基板支持部１６の中に設けられている。ヒータ１６ｈは、ヒータ電源から供給される電力を受けるように構成されている。ヒータ１６ｈは、基板支持部１６上の基板Ｗを、指定された温度に加熱するように構成されている。

【0027】

一実施形態において、基板支持部１６は、下部電極１６ｅを更に備えていてもよい。下部電極１６ｅは、基板支持部１６の中に設けられている。なお、基板支持部１６が導電性材料から形成されている場合には、基板支持部１６は、下部電極１６ｅとして機能する。

【0028】

プラズマ処理装置１は、ガス供給部２０を更に備えている。ガス供給部２０は、上部電極１２及び遮蔽部１８の間の空間Ｓ１内の領域、特に領域Ｒ１にガスを供給するように構成されている。一実施形態では、ガス供給部２０は、上部電極１２のガス導入ポートに接続されており、このガス導入ポートを介して領域Ｒ１にガスを供給する。

【0029】

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、シャワーヘッド１４にガスを供給するように構成されている。一実施形態では、ガス供給部２２は、配管２３を介してシャワーヘッド１４に接続されており、配管２３を介して、シャワーヘッド１４にガスを供給する。ガス供給部２２からシャワーヘッド１４に供給されたガスは、シャワーヘッド１４内において互いに連通する複数の導入口１４ｉから空間Ｓ２に導入される。

【0030】

プラズマ処理装置１は、チャンバ１０の中でガスからプラズマを生成するために、一つ以上の電源を備えている。一つ以上の電源は、上部電極１２に接続されている。一実施形態において、プラズマ処理装置１は、一つ以上の電源として、高周波電源２４及び直流パルス電源２６を備えていてもよい。

【0031】

高周波電源２４は、ガス供給部２０から領域Ｒ１に供給されるガスのプラズマを生成するために高周波電圧（以下、「第１の高周波電圧」ということがある）を出力するように構成されている。高周波電源２４は、上部電極１２に接続されている。第１の高周波電圧は、上部電極１２に供給される。第１の高周波電圧の周波数は、３００ｋＨｚ以上、１００ＭＨｚ以下であり得る。一例では、第１の高周波電圧の周波数は、４０ＭＨｚであってもよい。

【0032】

高周波電源２４は、整合器２４ｍを介して上部電極１２に接続されていてもよい。整合器２４ｍは、高周波電源２４の負荷側のインピーダンスを高周波電源２４の出力インピーダンスに整合させるための整合回路を含んでいる。以下、「高周波電源」は、高周波電源２４だけでなく整合器２４ｍを有するものの総称である場合がある。

【0033】

直流パルス電源２６は、パルス状の直流電圧を間欠的又は周期的に発生する。直流パルス電源２６は、上部電極１２に接続されている。直流パルス電源２６によって発生されるパルス状の直流電圧は、上部電極１２に印加される。パルス状の直流電圧は、正極性を有していてもよく、或いは、負極性を有していてもよい。上部電極１２に印加されるパルス状の直流電圧の周期を定める周波数は、１０Ｈｚ以上、１ＭＨｚ以下である。この周波数は、上部電極１２に印加されるパルス状の直流電圧の周期の逆数である。一例では、この周波数は、５００ｋＨｚであってもよい。

【0034】

一実施形態において、直流パルス電源２６は、直流電源２６ａ及びパルスユニット２６ｂを含んでいてもよい。直流電源２６ａは、直流電圧を発生する電源である。直流電源２６ａは、可変直流電源であってもよい。パルスユニット２６ｂは、直流電源２６ａと上部電極１２との間で接続されている。パルスユニット２６ｂは、直流電源２６ａからの直流電圧を、パルス状の直流電圧に変調するように構成されている。パルスユニット２６ｂは、一つ以上のスイッチングトランジスタから構成され得る。

【0035】

一実施形態において、直流パルス電源２６は、フィルタ２６ｆを介して上部電極１２に接続されていてもよい。フィルタ２６ｆは、高周波電圧を遮断するか、或いは、減衰させる電気フィルタである。

【0036】

一実施形態において、プラズマ処理装置１は、高周波電源３０を更に備えていてもよい。高周波電源３０は、高周波電圧（以下、「第２の高周波電圧」ということがある）を発生する電源である。高周波電源３０は、下部電極１６ｅに接続されている。第２の高周波電圧は、下部電極１６ｅに供給される。第２の高周波電圧の周波数は、３００ｋＨｚ以上、１００ＭＨｚ以下である。一例では、第２の高周波電圧の周波数は、４００ｋＨｚであってもよい。

【0037】

高周波電源３０は、整合器３０ｍを介して下部電極１６ｅに接続されていてもよい。整合器３０ｍは、高周波電源３０の負荷側のインピーダンスを高周波電源３０の出力インピーダンスに整合させるための整合回路を含んでいる。

【0038】

一実施形態において、プラズマ処理装置１は、排気装置３２を更に備えていてもよい。排気装置３２は、排気管３３を介してチャンバ１０の内部空間１０ｓに接続されている。排気装置３２は、ドライポンプ、ターボ分子ポンプといった一つ以上のポンプ及び自動圧力制御弁といった圧力制御器を含み得る。一実施形態において、排気装置３２は、排気管３３及び排気口１０ｅを介して空間Ｓ２に接続されていてもよい。排気口１０ｅは、チャンバ１０の底部に設けられていてもよい。

【0039】

一実施形態において、プラズマ処理装置１は、制御部４０を更に備えていてもよい。制御部４０は、電圧印加部４等のプラズマ処理装置１の各部を制御するように構成されている。制御部４０は、プロセッサ、入力装置、出力装置、表示装置、及び記憶装置等を有するコンピュータであってもよい。記憶装置には、制御プログラム及びレシピデータが格納されている。プロセッサは、制御プログラムを実行し、レシピデータに従って、プラズマ処理装置１の各部を制御する。その結果、プラズマ処理装置１では、レシピデータに従ったプラズマ処理が実行される。後述する種々の例示的実施形態に係るプラズマ処理方法は、制御部４０によるプラズマ処理装置１の各部の制御により、プラズマ処理装置１において実行され得る。

【0040】

プラズマ処理装置１は、遮蔽部１８を更に備えている。遮蔽部１８は、上部電極１２及びシャワーヘッド１４の間に設けられている。遮蔽部１８は、空間Ｓ１を、領域Ｒ１と領域Ｒ２に分割する。領域Ｒ１は、上部電極１２及び遮蔽部１８の間の領域である。領域Ｒ２は、遮蔽部１８とシャワーヘッド１４との間の領域である。

【0041】

遮蔽部１８は、複数の貫通孔１８ｈを提供している。複数の貫通孔１８ｈの各々は、複数の開口１４ｈと整列するように配置されている。即ち、複数の貫通孔１８ｈの各々は、その下端が複数の開口１４ｈの上端と対面するように、配置されている。換言すると、複数の貫通孔１８ｈ及び複数の開口１４ｈは、それらを基板Ｗに平行な面に投影した図形が互いに重なるように、配置されている。

【0042】

遮蔽部１８は、シャワーヘッド１４に沿って互いに並行に配置された遮蔽板１８ａ及び遮蔽板１８ｂを有する。遮蔽板１８ｂがシャワーヘッド１４の上方に設けられ、遮蔽板１８ａが遮蔽板１８ｂの上方に設けられている。遮蔽板１８ａ及び遮蔽板１８ｂがシャワーヘッド１４の複数の開口１４ｈと整列するように配置された複数の貫通孔１８ｈを提供する。

【0043】

遮蔽板１８ａ及び遮蔽板１８ｂの何れもが、絶縁コーティングされていない金属板（例えば、無垢のアルミニウム、ニッケル等の金属板）を含み得る。遮蔽板１８ａ及び遮蔽板１８ｂのそれぞれは、絶縁コーティングされた（例えばアルマイトや溶射でそれらの表面が不導体化された）金属板（例えば、無垢のアルミニウム、ニッケル等の金属板）を含み得る。遮蔽部１８は、略円盤形状を有している。一実施形態において、チャンバ１０の内壁面、上部電極１２の表面、シャワーヘッド１４の表面、及び遮蔽部１８の表面は、耐腐食性を有する膜で覆われていてもよい。この膜は、アルマイト膜又は酸化イットリウム膜で有り得る。

【0044】

プラズマ処理装置１は、更に電圧印加部４を備えてもよい。電圧印加部４は、遮蔽部１８に制御電圧を印加することによって空間Ｓ１の領域Ｒ１内で発生したプラズマのうち複数の貫通孔１８ｈを通過させるイオンまたはラジカルを選別するように構成されている。電圧印加部４は、制御部４０から受ける制御に応じて、遮蔽板１８ａ及び遮蔽板１８ｂのそれぞれに、互いに独立に制御電圧を印加するように構成されている。

【0045】

図２は、遮蔽板１８ａ及び遮蔽板１８ｂの何れもが、絶縁コーティングされた金属板を含む場合におけるプラズマ処理装置１の一部の構成の一例を示す。図２は、説明のために、簡略的に記載されている。一実施形態において、電圧印加部４は、パルス発生器Ｐａ、パルス発生器Ｐｂ、可変直流電源Ｄａ、及び可変直流電源Ｄｂを有する。遮蔽板１８ａ、パルス発生器Ｐａ、及び可変直流電源Ｄａは、この順に電気的に直列接続されている。遮蔽板１８ｂ、パルス発生器Ｐｂ、及び可変直流電源Ｄｂは、この順に電気的に直列接続されている。制御部４０は、遮蔽板１８ａ及び遮蔽板１８ｂのそれぞれに互いに逆位相の矩形波状の制御電圧を印加するように、電圧印加部４を制御する。

【0046】

一実施形態において、図２に示す電圧印加部４のパルス発生器Ｐａ及びパルス発生器Ｐｂは何れも、矩形波状の制御電圧を出力するように構成されている。制御部４０は、遮蔽板１８ａ及び遮蔽板１８ｂのそれぞれに同一周波数であって互いに逆位相の矩形波状（パルス状）の制御電圧を印加するように、電圧印加部４を制御する。パルス発生器Ｐａ及びパルス発生器Ｐｂは何れも、０～１ＭＨｚの範囲内にある同一周波数であって互いに逆位相の矩形波状（パルス状）の制御電圧を出力し得る。

【0047】

遮蔽板１８ａ及び遮蔽板１８ｂのそれぞれに、互いに逆位相の矩形波状の制御電圧が印加される。これにより、図７に示すように、遮蔽板１８ａの電位Ｖ１及び遮蔽板１８ｂの電位Ｖ２は、制御電圧と同様に、同一周波数であって互いに逆位相の矩形波状の電位となる。

【0048】

図７に示すように、遮蔽板１８ａの電位Ｖ１が正であり遮蔽板１８ｂの電位Ｖ２が負の場合、正イオンは遮蔽板１８ａにおける貫通孔１８ｈを通過せずに図３の方向Ｋ１に沿って領域Ｒ１に留まる。この場合、負イオン及び電子は図３の方向Ｋ２に沿って遮蔽板１８ａにおける貫通孔１８ｈを通過するが遮蔽板１８ｂにおける貫通孔１８ｈを通過せずに図３の方向Ｋ１に沿って領域Ｒ１に留まる。遮蔽板１８ａの電位Ｖ１が負であり遮蔽板１８ｂの電位Ｖ２が正の場合、負イオン及び電子は遮蔽板１８ａにおける貫通孔１８ｈを通過せずに図３の方向Ｋ１に沿って領域Ｒ１に留まる。この場合、正イオンは図３の方向Ｋ２に沿って遮蔽板１８ａにおける貫通孔１８ｈを通過するが遮蔽板１８ｂにおける貫通孔１８ｈを通過せずに図３の方向Ｋ１に沿って領域Ｒ１に留まる。したがって、図７に示すように遮蔽板１８ａの電位Ｖ１及び遮蔽板１８ｂの電位Ｖ２が互いに逆位相の矩形波状の電位の場合、領域Ｒ１内で生じたプラズマのうちラジカルが選択的に貫通孔１８ｈを通過し得る。

【0049】

一実施形態において、パルス発生器Ｐａ及びパルス発生器Ｐｂは、何れも図４に示す回路構成を有し得る。パルス発生器Ｐａ及びパルス発生器Ｐｂは、入力端Ｖｉｎ、抵抗器ＲＳ１、抵抗器ＲＳ２、増幅器ＯＰ、抵抗器ＲＳ３、抵抗器ＲＳ４、キャパシタＣ１、直流電源ＤＶ、及び出力端Ｖｏｕｔを有する。入力端Ｖｉｎ、抵抗器ＲＳ１、及び抵抗器ＲＳ２は、この順に電気的に直列接続されており、抵抗器ＲＳ２はグランドに電気的に接続されている。抵抗器ＲＳ１及び抵抗器ＲＳ２の接続点は、増幅器ＯＰの正入力端子に電気的に接続されているとともに、抵抗器ＲＳ４を介して増幅器ＯＰの出力端子に電気的に接続されている。増幅器ＯＰの負入力端子は、抵抗器ＲＳ３を介して増幅器ＯＰの入力端子に電気的に接続されているとともに、キャパシタＣ１を介してグランドに電気的に接続されている。

【0050】

制御部４０は、遮蔽板１８ｂに印加する制御電圧の絶対値が遮蔽板１８ａに印加する制御電圧の絶対値以上となるように、電圧印加部４を制御する。この結果、意図せず遮蔽板１８ａにおける貫通孔１８ｈを通過した荷電粒子が、さらに遮蔽板１８ｂにおける貫通孔１８ｈを通過することを抑制できる。図８、図９、図１０、及び図１１のそれぞれに示す電位Ｖ１及び電位Ｖ２においても、電位Ｖ２の絶対値が電位Ｖ１の絶対値以上となっている。

【0051】

図３は、遮蔽板１８ａ及び遮蔽板１８ｂの何れもが、絶縁コーティングされていない金属板（無垢の金属板）を含む場合におけるプラズマ処理装置１の一部の構成の一例を示す。図３は、説明のために、簡略的に記載されている。一実施形態において、電圧印加部４は、可変直流電源Ｄａ及び可変直流電源Ｄｂを有している。遮蔽板１８ａ及び可変直流電源Ｄａは、この順に電気的に直列接続されている。遮蔽板１８ｂ及び可変直流電源Ｄｂは、この順に電気的に直列接続されている。制御部４０は、遮蔽板１８ａ及び遮蔽板１８ｂのそれぞれに直流の制御電圧を印加するよう、電圧印加部４を制御する。

【0052】

一実施形態において、図３に示す電圧印加部４の可変直流電源Ｄａ及び可変直流電源Ｄｂは、何れも直流の制御電圧を印加するように構成されている。制御部４０は、遮蔽板１８ａ及び遮蔽板１８ｂのそれぞれに、直流の制御電圧を印加するように、電圧印加部４を制御する。

【0053】

遮蔽板１８ａ及び遮蔽板１８ｂのそれぞれに直流の制御電圧が印加されることによって、図８、図９、図１０、及び図１１のそれぞれに示すように、遮蔽板１８ａの電位Ｖ１及び遮蔽板１８ｂの電位Ｖ２は、制御電圧と同様にそれぞれ一定の電位となる。

【0054】

図８に示すように遮蔽板１８ａの電位Ｖ１が正であり遮蔽板１８ｂの電位Ｖ２が負の場合、正イオンは遮蔽板１８ａの貫通孔１８ｈを通過せずに図３の方向Ｋ１に沿って領域Ｒ１に留まる。この場合、負イオン及び電子は図３の方向Ｋ２に沿って遮蔽板１８ａにおける貫通孔１８ｈを通過するが遮蔽板１８ｂにおける貫通孔１８ｈを通過せずに図３の方向Ｋ１に沿って領域Ｒ１に留まる。したがって、図８に示すように遮蔽板１８ａの電位Ｖ１が正であり遮蔽板１８ｂの電位Ｖ２が負の場合、領域Ｒ１内で生じたプラズマのうちラジカルが選択的に貫通孔１８ｈを通過し得る。

【0055】

図９に示すように遮蔽板１８ａの電位Ｖ１が負であり遮蔽板１８ｂの電位Ｖ２が正の場合、負イオン及び電子は遮蔽板１８ａの貫通孔１８ｈを通過せずに図３の方向Ｋ１に沿って領域Ｒ１に留まる。この場合、正イオンは図３の方向Ｋ２に沿って遮蔽板１８ａにおける貫通孔１８ｈを通過するが遮蔽板１８ｂにおける貫通孔１８ｈを通過せずに図３の方向Ｋ１に沿って領域Ｒ１に留まる。したがって、図９に示すように遮蔽板１８ａの電位Ｖ１が負であり遮蔽板１８ｂの電位Ｖ２が正の場合、領域Ｒ１内で生じたプラズマのうちラジカルが選択的に貫通孔１８ｈを通過し得る。

【0056】

図１０に示すように遮蔽板１８ａの電位Ｖ１及び遮蔽板１８ｂの電位Ｖ２が負の場合、正イオンは図３の方向Ｋ２に沿って遮蔽板１８ａ及び遮蔽板１８ｂ（遮蔽部１８）における貫通孔１８ｈを通過する。この場合、負イオン及び電子は遮蔽板１８ａ及び遮蔽板１８ｂ（遮蔽部１８）における貫通孔１８ｈを通過せずに図３の方向Ｋ１に沿って領域Ｒ１に留まる。したがって、図１０に示すように遮蔽板１８ａの電位Ｖ１及び遮蔽板１８ｂの電位Ｖ２が負の場合、領域Ｒ１内で生じたプラズマのうち正イオン及びラジカルが選択的に貫通孔１８ｈを通過し得る。

【0057】

図１１に示すように遮蔽板１８ａの電位Ｖ１及び遮蔽板１８ｂの電位Ｖ２が正の場合、負イオン及び電子は図３の方向Ｋ２に沿って遮蔽板１８ａ及び遮蔽板１８ｂ（遮蔽部１８）における貫通孔１８ｈを通過する。この場合、正イオンは遮蔽板１８ａ及び遮蔽板１８ｂ（遮蔽部１８）における貫通孔１８ｈを通過せずに図３の方向Ｋ１に沿って領域Ｒ１に留まる。したがって、図１１に示すように遮蔽板１８ａの電位Ｖ１及び遮蔽板１８ｂの電位Ｖ２が正の場合、領域Ｒ１内で生じたプラズマのうち負イオン及びラジカルが選択的に貫通孔１８ｈを通過し得る。

【0058】

一実施形態において、プラズマ処理装置１は、電気回路５を更に備えてもよい。図１～図３に示すように、プラズマ処理装置１が容量結合型のプラズマ処理装置の場合、電気回路５は、高周波電源２４及びグランドの間に電気的に接続されたダイオード５ａを有する。ダイオード５ａのアノードは高周波電源２４に電気的に接続され、ダイオード５ａのカソードはグランドに電気的に接続されている。電気回路５は、高周波電源２４に整合器２４ｍを介して電気的に接続されている。高周波電源２４は、上部電極１２に電気的に接続され、上部電極１２に高周波電圧を印加することによってガス供給部２０から空間Ｓ１の領域Ｒ１に供給されるガスのプラズマを発生させるように構成されている。ダイオード５ａを有する電気回路５によって、上部電極１２には、図６に示すように、正の成分が除かれ負の成分のみの電圧が高周波電源２４から印加される。これにより、遮蔽部１８に向かう正イオンのエネルギーはほぼゼロｅＶとなり、イオン等の正の荷電粒子をトラップするための遮蔽板１８ａ及び遮蔽板１８ｂのそれぞれの電位は＋１０Ｖ程度でよい。なお、電気回路５を設けない場合、イオン等の荷電粒子をトラップするための遮蔽板１８ａ及び遮蔽板１８ｂのそれぞれの電位は±５Ｖ～±５００Ｖの範囲内にある。

【0059】

図５は、一つの例示的実施形態におけるプラズマ処理方法（方法ＭＴ）のフローチャートを示す。方法ＭＴは、工程ＳＴ１～ＳＴ４を備える。工程ＳＴ１は、空間Ｓ２内で基板を支持するように構成された基板支持部１６上に基板Ｗを準備する工程である。工程ＳＴ２は、工程ＳＴ１の後に実行され、高周波電源２４から上部電極１２に高周波電圧を印加する工程である。工程ＳＴ３は、工程ＳＴ２の後に実行され、高周波電源２４から上部電極１２に印加される高周波電圧によって上部電極１２及び遮蔽部１８の間の空間でガス供給部２０から供給されるガスのプラズマを生成する。工程ＳＴ４は、工程ＳＴ３の後に実行され、このプラズマのうち複数の貫通孔１８ｈを通過させるイオンまたはラジカルを選別するために遮蔽部１８に制御電圧を印加する。この工程ＳＴ４では、遮蔽板１８ａ及び遮蔽板１８ｂのそれぞれに、互いに独立に制御電圧が印加される。これにより、空間Ｓ１の領域Ｒ１で生じたプラズマのうち遮蔽部１８の複数の貫通孔１８ｈを通過させるイオンまたはラジカルを選別することができる。

【0060】

以上説明したように、遮蔽板１８ａ及び遮蔽板１８ｂの電位を制御することによって、領域Ｒ１で発生させたプラズマのうち遮蔽部１８の貫通孔１８ｈを通過させて基板Ｗに導く粒子のタイプ（正、負の荷電粒子の何れか）を好適に選別できる。

【0061】

例えば、遮蔽板１８ａ及び遮蔽板１８ｂを正負同一の極性の電位に設定することによって、遮蔽部１８の貫通孔１８ｈを通過させ基板Ｗに導く粒子をラジカルに選別できる。これによりラジカルによるプロセスが可能となる。

【0062】

例えば、遮蔽板１８ａ及び遮蔽板１８ｂを正負が互いに異なる極性の電位に設定することによって、遮蔽部１８の貫通孔１８ｈを通過させ基板Ｗに導く粒子を正イオン、並びに負イオン及び電子の何れかに選別できる。これによりイオンによる異方的なプロセスが可能となる。

【0063】

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。

【0064】

例えば、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置１は、図１～図３のぞれぞれに示す容量結合型（CCP）のプラズマ処理装置に限られない。例えば、図１２に示す誘導結合型（Inductively Coupled Plasma：ICP）のプラズマ処理装置であり得る。図１２は、説明のために、簡略的に記載されている。図１２に示すように、誘導結合型のプラズマ処理装置１は、コイルＣＬと電気回路５とを備える。コイルＣＬは、整合器２４ｍを介して高周波電源２４に電気的に接続されており、上部電極１２上において上部電極１２に沿って延在する。電気回路５は、コイルＣＬ及び整合器２４ｍを介して高周波電源２４に電気的に接続されている。高周波電源２４は、コイルＣＬに高周波電圧を印加することによって、ガス供給部２０から空間Ｓ１の領域Ｒ１に供給されるガスのプラズマを発生させるように構成される。電気回路５は、高周波電源２４（整合器２４ｍを含む）及びグランドの間に電気的に接続されたキャパシタ５ｂを有している。図１２に示す誘導結合型のプラズマ処理装置１は、上記した容量結合型のプラズマ処理装置１と同様の機能を発揮し、同様の効果を奏し得る。また、プラズマ源は、ＣＣＰ、ＩＣＰ以外にも、マイクロ波にも適用され得る。

【0065】

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】

【0066】

１…プラズマ処理装置、１０…チャンバ、１０ｓ…内部空間、１２…上部電極、１４…シャワーヘッド、１６…基板支持部、１６ｅ…下部電極、１８…遮蔽部、１８ａ…遮蔽板、１８ｂ…遮蔽板、１８ｈ…貫通孔、２０…ガス供給部、２４…高周波電源、２４ｍ…整合器、２６…直流パルス電源、４…電圧印加部、４０…制御部、５…電気回路、５ａ…ダイオード、５ｂ…キャパシタ、ＣＬ…コイル、Ｄａ…可変直流電源、Ｄｂ…可変直流電源、ＤＶ…直流電源、ＭＴ…方法、ＯＰ…増幅器、Ｐａ…パルス発生器、Ｐｂ…パルス発生器、Ｒ１…領域、Ｒ２…領域、Ｓ１…空間、Ｓ２…空間、Ｖｉｎ…入力端、Ｖｏｕｔ…出力端、Ｗ…基板。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】