(57)【要約】【課題】異常放電を防止することを提供する。【解決手段】高周波のパワーを印加するプラズマ処理装置であって、チャンバと、前記チャンバ内にて上部に基板を載置し、内部にヒータを有するステージと、前記ステージの周囲に離隔して設けられ、誘電体から形成される環状部材と、を有し、前記環状部材の下面に環状の溝が径方向に形成されている、プラズマ処理装置が提供される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波のパワーを印加するプラズマ処理装置であって、
チャンバ内に設けられ、上部に基板を載置し、内部にヒータを有するステージと、
前記ステージの周囲に離隔して設けられ、誘電体から形成される環状部材と、を有し、
前記環状部材の下面に環状の溝が径方向に形成されている、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記環状部材の下面と前記ステージの下面との間に段差を有する、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
複数の前記環状の溝を有し、
前記環状の溝のそれぞれは、同一の幅及び同一の深さを有する、
請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
複数の前記環状の溝の間隔は、前記ステージと前記環状部材との間隔と同一である、
請求項３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
複数の前記環状の溝の幅は、前記ステージと前記環状部材との間隔と同一である、
請求項３又は４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記環状部材の上に排気マニホールドが設けられている、
請求項１〜５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記排気マニホールドは、前記環状部材と一体的に形成され、周方向に複数の排気口を有する、
請求項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記ステージの下面端部から下方に延在する連結部材を有し、
前記連結部材の周囲に前記環状部材が離隔して設けられている、
請求項１〜７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
０．４ＭＨｚ〜２４５０ＭＨｚの周波数の高周波のパワーを印加する高周波電源を有する、
請求項１〜８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記ステージに対向して上部電極を有し、
前記高周波のパワーは、前記上部電極又は前記ステージに印加される、
請求項１〜９のいず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】
本開示は、プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波のパワーを印加する装置において、異常放電を抑制する技術が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。特許文献１は、ターゲットを支持するバッキングプレートとチャンバ内壁をスパッタ粒子から保護するシールドとの間に隙間を介して配置されたアッパシールドを有するスパッタ装置を提案する。アッパシールドには該隙間とチャンバ内とを連結する貫通孔が形成され、これにより、アッパシールドとターゲットとの間の隙間を、Ｏリングから発生したガスが通過することを抑制でき、ガスを媒介とした異常放電を抑制する。
【０００３】
特許文献２は、多数の縦溝によって電磁波をチャンバ内に透過する誘電体窓に処理ガス導入用のガス流路を設ける場合に、ガス流路におけるプラズマの逆流ないし異常放電を効果的に防止しつつ十分高いガスコンダクタンスが得られるようにすることを提案する。
【０００４】
特許文献３は、突起部材の外周面と、上部容器の側壁内周面との隙間を２．５ｍｍ≦ｄ≦５ｍｍに調整するか、垂直部分の厚みを３ｍｍ≦ｔ≦８ｍｍにするか、突起部材の円筒部の突出長さを側壁内周面の垂直部分を覆うことができる長さになるように調節する。これにより、誘電体板の周辺部での電界強度を制御することを提案する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２６４１７７号公報
【特許文献２】特開２０１６−１５４９６号公報
【特許文献３】国際公開第２００９／０９９１８６号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本開示は、異常放電を防止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】
【０００７】
本開示の一の態様によれば、高周波のパワーを印加するプラズマ処理装置であって、チャンバと、前記チャンバ内にて上部に基板を載置し、内部にヒータを有するステージと、前記ステージの周囲に離隔して設けられ、誘電体から形成される環状部材と、を有し、前記環状部材の下面に環状の溝が径方向に形成されている、プラズマ処理装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
一の側面によれば、異常放電を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す断面模式図。
【図２】一実施形態及び変形例に係るステージの周囲の一例を比較例と比較して示す図。
【図３】比較例に係るステージの周囲の電界の一例を示す図。
【図４】一実施形態に係るステージの周囲の変位電流を説明するための回路構成図。
【図５】一実施形態に係る環状部材と比較例の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
［プラズマ処理装置］
一実施形態に係るプラズマ処理装置１００について、図１を用いて説明する。図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置１００の一例を示す断面模式図である。プラズマ処理装置１００は、チャンバ１を有する。チャンバ１は、容器１２及び蓋体１１を有する。容器１２及び蓋体１１は、例えばアルミニウムから形成され、有底の容器１２の開口に蓋体１１が設けられる。チャンバ１と蓋体１１とは、Ｏリング１３により封止されている。これにより、チャンバ１の内部は真空状態に密閉可能となっている。容器１２及び蓋体１１の内壁には、プラズマに対する耐腐食性を有する膜が形成されてもよい。当該膜は、酸化アルミニウム、酸化イットリウム等のセラミックスでもよい。
【００１２】
容器１２には４つのステージＳが設けられ、図１では、４つのステージのうちの２つが示されている。ステージＳは、扁平な円板状に形成され、ウェハＷを載置する。ステージＳは、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の誘電体により形成されている。ステージＳの内部には、ウェハＷを加熱するためのヒータ２０が埋設されている。ヒータ２０は、例えば、セラミックスのシート状又は板状の抵抗発熱体により構成され、電源部から電力が供給されて発熱し、ステージＳの載置面を加熱することにより、成膜に適した所定のプロセス温度までウェハＷを昇温する。例えば、ヒータ２０は、ステージＳ上に載置されたウェハＷを１００℃〜３００℃に加熱する。
【００１３】
ステージＳは、下面中心部から下方に向けて伸び、容器１２の底部を貫通する、一端が昇降機構３５に支持された支持部２２を有する。昇降機構３５が支持部２２を昇降させることにより、ステージＳは、ウェハＷの処理が行われる処理位置（図１に示した位置）と、ウェハＷの受け渡しが行われる受け渡し位置との間を昇降することができる。また、昇降機構３５により、ステージＳと上部電極１４の間の距離（Ｇａｐ）を調整することができる。
【００１４】
受け渡し位置は、図１の二点鎖線で示すステージＳの位置である。この位置で、搬入出口を介して外部の搬送機構との間でウェハＷの受け渡しが行われる。ステージＳは、昇降ピン３０の軸部が挿通する貫通孔が形成されている。
【００１５】
ステージＳをウェハＷの処理位置（図１参照）からウェハＷの受け渡し位置まで移動させた状態において、昇降ピン３０の頭部がステージＳの載置面から突出する。これにより、昇降ピン３０の頭部がウェハＷの下面から支持して、ステージＳの載置面からウェハＷを持ち上げ、外部の搬送機構との間でウェハＷの受け渡しを行う。
【００１６】
各ステージＳの上方であって蓋体１１の下部には、シャワーヘッドとしても機能する４つの上部電極１４が各ステージＳに対向して設けられている。上部電極１４は、アルミニウムなどの導体から形成され、略円盤形状を有する。上部電極１４は、蓋体１１に支持されている。ステージＳには、ヒータ２０と平行にメッシュ状の金属の電極板２１が埋設されている。これにより、ステージＳは、上部電極１４に対向する下部電極としても機能する。
【００１７】
上部電極１４には、多数のガス供給孔１６が設けられている。バルブＶ及び流量制御器ＭＦＣによる制御によって、ガス供給部１５から出力された所定の流量の成膜用のガス（反応性ガス）は、所定のタイミングにガスライン１７を介してガス導入口１８に導入される。導入されたガスは、蓋体１１に形成された貫通孔１９及び上部電極１４の上面と蓋体１１との間に形成された流路２４を通って多数のガス供給孔１６から容器１２内に導入される。
【００１８】
また、上部電極１４毎に整合器３７を介してＲＦ電源３６が接続され、ＲＦ電源３６から上部電極１４に、例えば０．４ＭＨｚ〜２４５０ＭＨｚの周波数の高周波のパワーが印加される。容器１２内に導入されたガスは、高周波のパワーによりプラズマ化する。上部電極１４とステージＳとの間の空間に生成されたプラズマにより、ステージＳ上のウェハＷに成膜処理等のプラズマ処理が施される。
【００１９】
ステージＳの周囲には、ステージＳに離隔して（図１の隙間４４を参照）、石英等の誘電体から形成される環状部材４０が設けられている。また、環状部材４０の上であって上部電極１４の外周には排気マニホールド４１が配置されている。環状部材４０及び排気マニホールド４１は、一体的に形成され、容器１２の側壁及び上部電極１４の外周に固定されている。
【００２０】
排気マニホールド４１は、セラミックスから形成され、周方向に排気路４２を有する。排気路４２を通ったガスは、排気マニホールド４１と環状部材４０との間に設けられた複数の排気口４３を通り、ステージＳの下を通って容器１２の底部の排気口６側に流され、真空ポンプ４５により排気口６からチャンバ１の外へ排出される。排気口４３は複数に分かれておらず、ステージＳ側に周方向に開口する一の排気口であっても良い。
【００２１】
なお、排気口６は、チャンバ１の底部に１つ設けられている例を挙げて説明したが、これに限られない。たとえば、排気口６を、チャンバ１の天井部に１つまたは複数設けてもよいし、チャンバ１の底部と天井部に１つまたは複数設けてもよい。
【００２２】
プラズマ処理装置１００は、制御部５０を更に備え得る。制御部５０は、プロセッサ、メモリなどの記憶部、入力装置、表示装置、信号の入出力インターフェイス等を備えるコンピュータであり得る。制御部５０は、プラズマ処理装置１００の各部を制御する。制御部５０では、入力装置を用いて、オペレータがプラズマ処理装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うことができる。また、制御部５０では、表示装置により、プラズマ処理装置１００の稼働状況を可視化して表示することができる。さらに、記憶部には、制御プログラム及びレシピデータが格納されている。制御プログラムは、プラズマ処理装置１００で各種処理を実行するために、プロセッサによって実行される。プロセッサが、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１００の各部を制御する。
【００２３】
[異常放電と対策]
次に、図２を参照しながら、ステージＳの周囲にて発生しやすい異常放電とその対策について、説明する。図２は、一実施形態及び変形例に係るステージＳの周囲の一例と比較例とを示す図である。図２（ａ）は、比較例にかかるステージＳ及びその周囲の構成の一例を示す。図２（ｂ）は、本実施形態にかかるステージＳ及びその周囲の構成の一例を示す。図２（ｃ）は、本実施形態の変形例にかかるステージＳ及びその周囲の構成の一例を示す。
【００２４】
図１に示すＲＦ電源３６から出力された高周波のパワーは、上部電極１４に印加される。これにより、図２（ａ）に示すように、上部電極１４と下部電極として機能するステージＳとの間に変位電流（以下、「変位電流３」という。）が流れる。なお、変位電流は電界の流れ、すなわち、電界の時間微分で示される。
【００２５】
これとともに、ＲＦ電源３６から出力された高周波は、上部電極１４の外側の金属の蓋体１１及び容器１２の表面を流れ、排気マニホールド４１を伝搬する。これにより、セラミックスから形成される排気マニホールド４１内に電界を生じさせる。
【００２６】
アンペール・マクスウェルの法則から、交番電界ではセラミックス等の誘電体であっても電界の時間微分である変位電流は流れる。よって、排気マニホールド４１に図２（ａ）に示す２方向の変位電流（以下、図２（ａ）に示す内側（上部電極１４側）の変位電流を「変位電流１」といい、外側の変位電流を「変位電流２」という。）が流れる。
【００２７】
更に、ステージＳには、図２（ａ）に示すように、ステージＳの中央から外側に向かって変位電流（以下、「変位電流４」という。）が流れ、ステージＳの中央から下側に向かって変位電流（以下、「変位電流１」という。）が流れる。
【００２８】
変位電流３は、上部電極１４とステージＳの電極板２１との間に流れ、プラズマの生成に寄与する。このため、変位電流３は大きいことが好ましい。これに対して、変位電流４が大きいと、図３に示すように、ステージＳと環状部材４０との隙間４４に強い電界が生じる。隙間４４に生じる電界をＥｓｌｉｔで示す。特に、ステージＳの周囲は、誘電体のステージＳ→真空空間の隙間４４→誘電体の環状部材４０というように誘電率が変わることによって変位電流を妨げる構造となっているため、その隙間４４の構造部分で電界Ｅｓｌｉｔが強くなる。
【００２９】
例えば、アルミナの誘電率εＡｌ２Ｏ３、真空の誘電率ε0として、アルミナで形成されたステージＳに生じる電界をＥＡｌ２Ｏ３とすると、隙間４４に生じる電界Ｅｓｌｉｔは、以下の式（１）で示される。
Ｅｓｌｉｔ＝（εＡｌ２Ｏ３／ε0）×ＥＡｌ２Ｏ３・・・（１）
【００３０】
式（１）によれば、ステージＳの誘電体の誘電率が、真空の誘電率ε0よりも大きいほど隙間４４に生じる電界Ｅｓｌｉｔは大きくなり、ステージＳの周囲にて異常放電が発生し易くなる。例えば、真空の誘電率ε0に対するステージＳの誘電体の誘電率εＡｌ２Ｏ３は約１０であるため、ステージＳがアルミナで形成されている場合、ステージＳの周囲の隙間４４に生じる電界Ｅｓｌｉｔは、ステージＳに生じる電界ＥＡｌ２Ｏ３の約１０倍となる。
【００３１】
特に、ステージＳ中にはヒータ２０及び電極板２１の２つの金属が水平方向に埋め込まれている。この場合、ステージＳ中に強い変位電流４が生じ易くなる。そこで、本実施形態では、ステージＳの周囲のステージＳ→隙間４４→環状部材４０の変位電流の伝送経路のインピーダンスを高くするような構成にする。
【００３２】
これにより、ステージＳの周囲にて異常放電が生じることを抑制することができる。また、これにより、上部電極１４とステージＳとの間に流れる変位電流３以外の真空部分の変位電流をできるだけ小さくする事で、変位電流３を大きくして、プラズマ生成効率を高めることができる。
【００３３】
図２（ｂ）は、本実施形態にかかるステージＳの周囲の構成の一例を示す。図２（ｂ）の上図は、図１の点線枠Ｅ内を拡大して示した図である。本実施形態にかかる環状部材４０の下面１４０には、図２（ｂ）の下図に更に拡大して示すように、隙間４４の近傍にて環状の溝４０ａが径方向に複数設けられている。複数の溝４０ａは、スリット状に形成されている。図２（ｂ）の例では、環状の溝４０ａが径方向に３つ形成されているが、これに限られず、環状の溝４０ａの個数は、１つ又は２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。溝４０ａは、同一の幅及び同一の深さを有し、同心円状に形成される。
【００３４】
図２（ａ）の比較例では、環状部材４０に溝を有しない。このときに真空空間である隙間４４を流れる変位電流Ｉｄ１は、下記の式によって表され、図４の左側の回路に示すように、ステージＳに流れる変位電流Ｉに概ね等しい。
【００３５】
【数１】
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【００３６】
一方、図２（ｂ）の本実施形態では、環状部材４０の下面１４０に開口する３つの環状の溝４０ａを形成することで、図４に示すように、ステージＳに流れる変位電流Ｉ'（図２（ａ）に示した変位電流４）の流れを妨げることができる。つまり、図４の右側の直列回路に示すように、溝４０ａにより環状部材４０内の電界が分配されることでステージＳ→隙間４４→環状部材４０の変位電流の伝送経路のインピーダンスを高くするような構成とすることができる。つまり、溝４０ａ付近にてインピーダンスが増大し、隙間４４を流れる変位電流Ｉｄ１は小さくなる。よって、このときに隙間４４を流れる変位電流Ｉｄ１は、ステージＳに流れる変位電流Ｉ'（変位電流４）に概ね等しく、図２（ａ）に示した比較例の構成において隙間４４を流れる変位電流Ｉよりもはるかに小さくなる。以上から、本実施形態にかかる環状部材４０によれば、隙間４４を流れる変位電流Ｉｄ１を小さくすることができる。
【００３７】
更に、図２（ｂ）の下図に示すように、環状部材４０は、溝４０ａが形成されている部分にて下方に延在し、環状部材の下面に段差４０ｂを形成する。これにより、段差４０ｂの部分で環状部材４０の下面１４０がステージＳの下面１４１よりも低くなるようにする。かかる構成と溝４０ａにより、環状部材４０を通る高周波により発生する電界を分配するとともに、環状部材４０の端部にてインピーダンスを高める。これにより、ステージＳから環状部材４０へ変位電流Ｉ'（変位電流４）が流れ難い構造とすることができる。
【００３８】
以上のようにして、本実施形態に係る環状部材４０は、高周波を反射させる絶縁部材として機能する。これにより、ステージＳと環状部材４０との間の隙間４４の電界強度を弱め、ステージＳの周囲にて異常放電が生じることを抑制できる。
【００３９】
[変形例]
次に、図２（ｃ）に示す変形例について説明する。例えば、図２（ｃ）に示すように、ステージＳは、端部から下方に延在するセラミックスの連結部材Ｓｂを有し、連結部材Ｓｂの周囲に環状部材４０を離隔して設けてもよい。環状部材４０は、図２（ｃ）に示すように、段差を有してもよい。
【００４０】
隙間４４の周りのステージＳ及び環状部材４０が厚くて太いほど、インピーダンスは低くなり、変位電流が通り易くなって隙間４４の電界が強くなる。よって、本変形例では、ステージＳの端部から下方に薄いセラミックスの連結部材Ｓｂを設ける。これにより、連結部材Ｓｂをキャパシタとして機能させ、インピーダンスを高くし、変位電流を通り難くすることができる。また、環状部材４０を薄くし、段差を設けることで更にインピーダンスを高くし、これにより、更に高周波を反射させる絶縁部材として環状部材４０の機能を高めることができる。これにより、ステージＳと環状部材４０との間の隙間４４の電界強度を弱め、ステージＳの周囲にて異常放電が生じることを抑制できる。
【００４１】
なお、本実施形態に係る構成と、変形例に係る構成とを組み合わせて適用してもよい。さらに、図５（ａ）及び（ｂ）に示すに係る環状部材４０と、変形例に係る構成とを組み合わせて適用してもよい。
【００４２】
図５（ａ）及び（ｂ）に示す環状部材４０は、２つの環状の溝４０ａを有する。図５（ｂ）に示す溝４０ａは、図５（ａ）に示す溝４０ａよりも深い。ただし、いずれも隣り合う溝４０ａは、同一の幅及び同一の深さを有する。
【００４３】
また、図５（ａ）及び（ｂ）に示す２つの環状の溝４０ａの幅は、ステージＳと環状部材４０との間隔（隙間４４）と略同一又は同程度であることが好ましい。更に、溝４０ａの間隔は、隙間４４と略同一又は同程度であることが好ましい。
【００４４】
図５（ｃ）に示すように、環状部材２００に設けられた溝２００ａの幅が、隙間４４よりも顕著に広い場合、溝２００ａに電界が集中し、溝２００ａ及び隙間４４の周辺にて異常放電が生じ易くなる。よって、環状部材４０に設けられる溝４０ａは一つであってもよいが、その幅は、ステージＳと環状部材４０との間隔（隙間４４）と略同一又は同程度であることが好ましい。
【００４５】
以上に説明したように、本実施形態及び変形例に係るプラズマ処理装置１００によれば、ステージＳの周囲に離間して設けられた環状部材４０の下面に溝４０ａを形成することで、環状部材４０を通る高周波により発生する電界を分配する。これにより、ステージＳと環状部材４０との間の隙間４４の電界強度を低くし、ステージＳに流れる変位電流を小さくすることができ、異常放電を防止することができる。
【００４６】
今回開示された一実施形態に係る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。上記の実施形態は、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。
【００４７】
本開示のプラズマ処理装置は、ALD（Atomic Layer Deposition ）装置、Capacitively Coupled Plasma(CCP),Inductively Coupled Plasma(ICP),Radial Line Slot Antenna, Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR),Helicon Wave Plasma(HWP)のどのタイプでも適用可能である。
【００４８】
また、本開示のプラズマ処理装置は、図１に示す４つのステージに載置された４枚のウェハＷを同時に処理可能な装置に限られない。例えば、本開示のプラズマ処理装置は、上部電極１４と対向配置される２以上のステージＳに載置された２枚以上のウェハＷを同時に処理可能な装置であってもよい。また、本開示のプラズマ処理装置は、上部電極１４と対向配置される１のステージＳに載置された１枚のウェハＷを順に処理可能な装置であってもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１      チャンバ
６      排気口
１１    蓋体
１２    容器
１３    Ｏリング
１４    上部電極
１５    ガス供給部
１６    ガス供給孔
２０    ヒータ
２１    電極板
２２    支持部
３０    昇降ピン
３５    昇降機構
３６    ＲＦ電源
４０    環状部材
４０ａ  溝
４１    排気マニホールド
４４    隙間
４５    真空ポンプ
５０    制御部
１００  プラズマ処理装置
Ｓ      ステージ
Ｓｂ    連結部材
【図１】
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【図２】
2020147795.tif 000005
【図３】
2020147795.tif 000006
【図４】
2020147795.tif 000007
【図５】
2020147795.tif 000008