JP7717015B2 - 上部電極及びプラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本開示は、上部電極及びプラズマ処理装置に関するものである。

基板に対するプラズマ処理では、プラズマ処理装置が用いられる。一種のプラズマ処理装置は、容量結合型のプラズマ処理装置であり、プラズマ処理チャンバ、基板支持部、及び上部電極を備える。上部電極は、基板支持部の上方に設けられており、シャワーヘッドを構成している。上部電極の内部には、ガス導入口から処理ガスが導入されるガス拡散室が画成されている。

特開２００１-２９８０１５号公報

本開示は、上部電極での異常放電を抑制する技術を提供する。

一つの例示的実施形態において、上部電極が提供される。上部電極は、容量結合型のプラズマ処理装置においてシャワーヘッドを構成する。上部電極は、第１の部材、第２の部材及び第３の部材を備える。第１の部材は、導電体から形成されている。第１の部材は、複数の第１のガス孔を提供する。複数の第１のガス孔は、第１の部材を貫通する。第２の部材は、導電体から形成されている。第２の部材は、第１の部材の上に設けられる。第２の部材は、一つ以上の第２のガス孔を提供する。第３の部材は、誘電体から形成されている。第３の部材は、第１の部材と第２の部材との間に設けられる。第３の部材は、ガス拡散室を画成する。ガス拡散室には、複数の第１のガス孔及び一つ以上の第２のガス孔が接続される。

一つの例示的実施形態によれば、上部電極での異常放電が抑制される。

容量結合型のプラズマ処理装置の構成例を説明するための図である。 一つの例示的実施形態に係る上部電極の断面図である。 一つの例示的実施形態に係る第２の部材の斜視図である。 一つの例示的実施形態に係る上部電極の一部を示す断面図である。 別の例示的実施形態に係る上部電極の一部を示す断面図である。 更に別の例示的実施形態に係る上部電極の一部を示す断面図である。 更に別の例示的実施形態に係る上部電極の一部を示す断面図である。 更に別の例示的実施形態に係る上部電極の一部を示す断面図である。 更に別の例示的実施形態に係る上部電極の一部を示す断面図である。

以下、種々の例示的実施形態について説明する。

一つの例示的実施形態において、上部電極が提供される。上部電極は、容量結合型のプラズマ処理装置においてシャワーヘッドを構成する。上部電極は、第１の部材、第２の部材及び第３の部材を備える。第１の部材は、導電体から形成されている。第１の部材は、複数の第１のガス孔を提供する。複数の第１のガス孔は、第１の部材を貫通する。第２の部材は、導電体から形成されている。第２の部材は、第１の部材の上に設けられる。第２の部材は、一つ以上の第２のガス孔を提供する。第３の部材は、誘電体から形成されている。第３の部材は、第１の部材と第２の部材との間に設けられる。第３の部材は、ガス拡散室を画成する。ガス拡散室には、複数の第１のガス孔及び一つ以上の第２のガス孔が接続される。

上記実施形態では、ガス拡散室は、誘電体から形成された第３の部材によって画成されている。したがって、電子又は正イオンが複数の第１のガス孔の各々からガス拡散室に進入して、ガス拡散室を画成する第３の部材に衝突しても第３の部材から放出される二次電子の量は少ない。結果として、上部電極での異常放電が抑制される。

一つの例示的実施形態において、上部電極は、第１のシール部材及び第２のシール部材のうち少なくとも一方を更に備えていてもよい。第１のシール部材は、第１の部材と第３の部材との間に挟持される。第２のシール部材は、第２の部材と第３の部材との間に挟持される。第１のシール部材は、第１の部材と第３の部材との間の間隙に向かう処理ガスの流れの形成を抑制する。第２のシール部材は、第２の部材と第３の部材との間の間隙に向かう処理ガスの流れの形成を抑制する。第１のシール部材及び第２のシール部材の少なくとも一方によって、ガス拡散室に形成される処理ガスの流れが安定する。

一つの例示的実施形態において、第３の部材は、側壁及び天部を含んでもよい。側壁はガス拡散室を囲むように周方向に延在する。天部は、ガス拡散室上で延在する。第２のシール部材は、第３の部材の側壁と第２の部材との間に挟持されていてもよい。或いは、第２のシール部材は、第３の部材の天部と第２の部材との間に挟持されてもよい。第２のシール部材は、第２の部材と第３の部材との間で挟持されることにより、第３の部材に対して反力を発揮する。この反力により第１の部材に対する第３の部材の相対的な位置が固定される。したがって、第３の部材と第１の部材との間の摩擦が抑制される。結果として、第３の部材と第１の部材との間の摩擦によるパーティクルの発生が抑制される。

一つの例示的実施形態において、天部は、複数の第１のガス孔の各々のガス拡散室の側の開口端に対面するように配置されてもよい。複数の第１のガス孔の各々の開口端は天部に対面しているので、複数の第１のガス孔の各々からガス拡散室に進入した電子又は正イオンの多くが天部に衝突する傾向がある。天部からは二次電子が放出され難い。したがって、この実施形態によれば、上部電極での異常放電が更に抑制される。

一つの例示的実施形態において、第３の部材は、底部を含んでいてもよい。底部は、ガス拡散室の下方に配置されていてもよい。

一つの例示的実施形態において、底部は、複数の第３のガス孔を提供してもよい。複数の第３のガス孔は、複数の第１のガス孔にそれぞれ整列してもよい。複数の第１のガス孔に進入した電子又は正イオンは、ガス拡散室に到達する前に、複数の第３のガス孔を画成する壁面に衝突し得る。複数の第３のガス孔を画成する壁面は二次電子を放出し難い。したがって、この実施形態によれば、上部電極での異常放電が更に抑制される。

一つの例示的実施形態において、第２のシール部材は、第２の部材と底部との間に挟持されてもよい。第２のシール部材は、第２の部材と底部との間で挟持されることにより、第３の部材に対して反力を発揮する。この反力により第１の部材に対する第３の部材の相対的な位置が固定される。したがって、第３の部材と第１の部材との間の摩擦が抑制される。結果として、第３の部材と第１の部材との間の摩擦によるパーティクルの発生が抑制される。

一つの例示的実施形態において、第１のシール部材は、第１の部材と底部との間に挟持されてもよい。この実施形態では、第３の部材と第１の部材との間の摩擦によって発生し得るパーティクルが、複数の第１のガス孔に侵入することが抑制される。

一つの例示的実施形態において、第１のシール部材及び第２のシール部材の少なくとも一方は、第１の部材と第２の部材との間の境界をガス拡散室から分離していてもよい。この実施形態では、そこで異常放電が発生し易い当該境界が、第１のシール部材又は第２のシール部材のうち少なくとも一方により、ガス拡散室から分離されている。したがって、上部電極での異常放電が更に抑制される。

一つの例示的実施形態において、第１のシール部材及び第２のシール部材の少なくとも一方は、第１の部材と第２の部材との間の境界を複数の第３のガス孔から分離していてもよい。第３の部材と第２の部材との間の摩擦によって発生し得るパーティクルが複数の第３のガス孔に侵入することが、第１のシール部材及び第２のシール部材の少なくとも一方によって抑制される。

一つの例示的実施形態において、第３の部材は、第１の部材と第２の部材との間の境界をガス拡散室から分離していてもよい。この実施形態では、そこで異常放電が発生し易い境界Ｂが、第３の部材によってガス拡散室から分離されている。したがって、上部電極での異常放電が更に抑制される。

一つの例示的実施形態において、第３の部材は、当接部を有してもよい。当接部は、第１の部材と当接していてもよい。当接部は、低摩擦部材によって形成されていてもよい。低摩擦部材は、第３の部材の当接部以外の部分より低い摩擦係数を有していてもよい。第１の部材は、当接部と当接する。したがって、第１の部材と第３の部材との間の摩擦抵抗が減少する。結果として、第１の部材と第３の部材との間の摩擦によるパーティクルの発生が抑制される。

一つの例示的実施形態において、誘電体は、多孔質体であってもよい。

一つの例示的実施形態において、第１のシール部材は、Ｏリングであってもよい。第１のシール部材は、ガスケットであってもよい。第２のシール部材は、Ｏリングであってもよい。第２のシール部材は、ガスケットであってもよい。

別の例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、プラズマ処理チャンバ、基板支持部、及び上部電極を備える。プラズマ処理チャンバは、その内部に処理空間を提供する。基板支持部は、プラズマ処理チャンバ内に設けられる。上部電極は、上述の種々の例示的実施形態のうち何れかの上部電極であり、基板支持部の上方に設けられる。

以下に、プラズマ処理システムの構成例について説明する。図１は、容量結合型のプラズマ処理装置の構成例を説明するための図である。

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。容量結合型のプラズマ処理装置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。プラズマ処理チャンバ１０は接地される。シャワーヘッド１３及び基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０の筐体とは電気的に絶縁される。

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Ｗを支持するための中央領域１１１ａと、リングアセンブリ１１２を支持するための環状領域１１１ｂとを有する。ウェハは基板Ｗの一例である。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。従って、中央領域１１１ａは、基板Ｗを支持するための基板支持面とも呼ばれ、環状領域１１１ｂは、リングアセンブリ１１２を支持するためのリング支持面とも呼ばれる。

一実施形態において、本体部１１１は、基台１１１０及び静電チャック１１１１を含む。基台１１１０は、導電性部材を含む。基台１１１０の導電性部材は下部電極として機能し得る。静電チャック１１１１は、基台１１１０の上に配置される。静電チャック１１１１は、セラミック部材１１１１ａとセラミック部材１１１１ａ内に配置される静電電極１１１１ｂとを含む。セラミック部材１１１１ａは、中央領域１１１ａを有する。一実施形態において、セラミック部材１１１１ａは、環状領域１１１ｂも有する。なお、環状静電チャックや環状絶縁部材のような、静電チャック１１１１を囲む他の部材が環状領域１１１ｂを有してもよい。この場合、リングアセンブリ１１２は、環状静電チャック又は環状絶縁部材の上に配置されてもよく、静電チャック１１１１と環状絶縁部材の両方の上に配置されてもよい。また、後述するＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）電源３１及び／又はＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）電源３２に結合される少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極がセラミック部材１１１１ａ内に配置されてもよい。この場合、少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極が下部電極として機能する。後述するバイアスＲＦ信号及び／又はＤＣ信号が少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極に供給される場合、ＲＦ／ＤＣ電極はバイアス電極とも呼ばれる。なお、基台１１１０の導電性部材と少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極とが複数の下部電極として機能してもよい。また、静電電極１１１１ｂが下部電極として機能してもよい。従って、基板支持部１１は、少なくとも１つの下部電極を含む。

リングアセンブリ１１２は、１又は複数の環状部材を含む。一実施形態において、１又は複数の環状部材は、１又は複数のエッジリングと少なくとも１つのカバーリングとを含む。エッジリングは、導電性材料又は絶縁材料で形成され、カバーリングは、絶縁材料で形成される。

また、基板支持部１１は、静電チャック１１１１、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１１１０ａ、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路１１１０ａには、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。一実施形態において、流路１１１０ａが基台１１１０内に形成され、１又は複数のヒータが静電チャック１１１１のセラミック部材１１１１ａ内に配置される。また、基板支持部１１は、基板Ｗの裏面と中央領域１１１ａとの間の間隙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。

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。また、シャワーヘッド１３は、少なくとも１つの上部電極を含む。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。

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。

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、少なくとも１つのＲＦ信号（ＲＦ電力）を少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極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信号を少なくとも１つの下部電極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。

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少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極に結合され、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、１０ＭＨｚ～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、少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極に供給される。

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少なくとも１つの下部電極に結合され、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。バイアスＲＦ信号の周波数は、ソースＲＦ信号の周波数と同じであっても異なっていてもよい。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、ソースＲＦ信号の周波数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、１００ｋＨｚ～６０ＭＨｚ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、少なくとも１つの下部電極に供給される。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。

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、少なくとも１つの下部電極に接続され、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、少なくとも１つの下部電極に印加される。一実施形態において、第２のＤＣ生成部３２ｂは、少なくとも１つの上部電極に接続され、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、少なくとも１つの上部電極に印加される。

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。この場合、電圧パルスのシーケンスが少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極に印加される。電圧パルスは、矩形、台形、三角形又はこれらの組み合わせのパルス波形を有してもよい。一実施形態において、ＤＣ信号から電圧パルスのシーケンスを生成するための波形生成部が第１のＤＣ生成部３２ａと少なくとも１つの下部電極との間に接続される。従って、第１のＤＣ生成部３２ａ及び波形生成部は、電圧パルス生成部を構成する。第２のＤＣ生成部３２ｂ及び波形生成部が電圧パルス生成部を構成する場合、電圧パルス生成部は、少なくとも１つの上部電極に接続される。電圧パルスは、正の極性を有してもよく、負の極性を有してもよい。また、電圧パルスのシーケンスは、１周期内に１又は複数の正極性電圧パルスと１又は複数の負極性電圧パルスとを含んでもよい。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。

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。

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、処理部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。制御部２は、例えばコンピュータ２ａにより実現される。処理部２ａ１は、記憶部２ａ２からプログラムを読み出し、読み出されたプログラムを実行することにより種々の制御動作を行うように構成され得る。このプログラムは、予め記憶部２ａ２に格納されていてもよく、必要なときに、媒体を介して取得されてもよい。取得されたプログラムは、記憶部２ａ２に格納され、処理部２ａ１によって記憶部２ａ２から読み出されて実行される。媒体は、コンピュータ２ａに読み取り可能な種々の記憶媒体であってもよく、通信インターフェース２ａ３に接続されている通信回線であってもよい。処理部２ａ１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であってもよい。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。

以下では図２を参照して、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置の上部電極の構成を説明する。図２は、一つの例示的実施形態に係る上部電極の断面図である。図２に示す上部電極１４は、プラズマ処理装置１において、シャワーヘッド１３を構成する。図２に示す上部電極１４は、容量結合型のプラズマ処理装置１の上部電極として用いられ得る。

図２に示すように、上部電極１４は、第１の部材５１、第２の部材５２、及び少なくとも一つの第３の部材５３を含んでいる。以下、図２と共に、図３及び図４を参照する。図３は、一つの例示的実施形態に係る第２の部材の斜視図である。図４は、一つの例示的実施形態に係る上部電極の一部を示す断面図である。

第１の部材５１は、プラズマ処理チャンバ１０内の空間（プラズマ処理空間１０ｓ）を上方から画成する天板であり得る。第１の部材５１は、軸線ＡＸをその中心軸線として有していてもよく、略円盤形状を有していてもよい。軸線ＡＸは、鉛直方向に延びている。第１の部材５１は、導電体から形成されている。第１の部材５１は、例えば、シリコン又は炭化ケイ素のようなシリコン含有材料から形成される。図４に示すように、第１の部材５１は、複数の第１のガス孔５１ｈを提供している。複数の第１のガス孔５１ｈは、第１の部材５１をその板厚方向に貫通している。複数の第１のガス孔５１ｈは、複数のガス導入口１３ｃを構成し得る。

図２及び図４に示すように、第２の部材５２は、第１の部材５１の上又は上方に設けられている。第２の部材５２は、導電体から形成されている。第２の部材５２は、アルミニウムなどの金属から形成されていてもよい。図３に示すように、第２の部材５２は、軸線ＡＸをその中心軸線として有していてもよく、略円盤形状を有していてもよい。第２の部材５２は、一つ以上の第２のガス孔５２ｈを提供する。一つ以上の第２のガス孔５２ｈの各々は、ガス供給口１３ａを構成する。なお、第２の部材５２は、冷却可能であってもよい。第２の部材５２は、冷媒が流れる流路をその内部において提供していてもよい。

少なくとも一つの第３の部材５３は、誘電体から形成されている。少なくとも一つの第３の部材５３は、例えば、アルミナ及び窒化アルミニウムなどのセラミックス、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）及びポリイミドなどの樹脂、又は石英などから形成される。一実施形態においては、少なくとも一つの第３の部材５３は、多孔質体であってもよい。

少なくとも一つの第３の部材５３は、第１の部材５１と第２の部材５２との間に設けられている。少なくとも一つの第３の部材５３は、少なくとも一つのガス拡散室１３ｂを画成している。少なくとも一つのガス拡散室１３ｂには、複数の第１のガス孔５１ｈ及び一つ以上の第２のガス孔５２ｈが接続されている。

一実施形態において、上部電極１４は、複数の第３の部材５３を備え得る。複数の第３の部材５３の個数は、図２に示すように、三つであってもよい。複数の第３の部材５３はそれぞれ、少なくとも一つのガス拡散室１３ｂとして、複数のガス拡散室１３ｂを画成していてもよい。複数のガス拡散室１３ｂの各々には、複数の第１のガス孔５１ｈ（即ち、複数のガス導入口１３ｃ）及び対応の一つ以上の第２のガス孔５２ｈ（即ち、ガス供給口１３ａ）が接続され得る。

図３に示すように、一例として、第２の部材５２は、下方に向けて開口した複数の溝５２ａを画成していてもよい。第２の部材５２が提供する溝５２ａの個数は、例えば三つである。複数の溝５２ａの各々は、軸線ＡＸを中心にして周方向に延在しており、環形状を有している。複数の溝５２ａは、軸線ＡＸに対して同心状に設けられている。即ち、複数の溝５２ａは、径方向に沿って配列されている。なお、径方向及び周方向の各々は、軸線ＡＸを基準とする方向である。図２に示すように、複数の第３の部材５３はそれぞれ、複数の溝５２ａの中に設けられていてもよい。この場合において、複数のガス拡散室１３ｂの各々は、対応の溝５２ａの中に形成され得る。

以下では、上部電極１４の複数のガス拡散室１３ｂのうち一つのガス拡散室１３ｂ及び当該一つのガス拡散室１３ｂを画成する一つの第３の部材５３に関して説明を行う。図４に示すように、ガス拡散室１３ｂには、複数の第１のガス孔５１ｈ及び一つ以上の第２のガス孔５２ｈが接続される。一例として、ガス拡散室１３ｂには、一つの第２のガス孔５２ｈが接続される。

一実施形態においては、上部電極１４は、シール部材５５（第２のシール部材）を更に備えていてもよい。シール部材５５は、第２の部材５２と第３の部材５３との間に挟持されている。シール部材５５は、Ｏリング又はガスケットであってもよい。なお、上部電極１４は、複数の第３の部材５３それぞれに対応する複数のシール部材５５を備え得る。

一実施形態において、第３の部材５３は、側壁５３ａ、天部５３ｂ、及び底部５３ｃを含んでいてもよい。側壁５３ａは、ガス拡散室１３ｂを囲むように周方向に延在する。天部５３ｂは、ガス拡散室１３ｂ上で延在する。底部５３ｃは、ガス拡散室１３ｂの下方に配置される。第３の部材５３は、単一の部材であってもよく、複数の部材から構成されていてもよい。例えば、側壁５３ａ、天部５３ｂ、及び底部５３ｃは、別個の部材であってもよい。或いは、図４に示すように、第３の部材５３において、天部５３ｂは、側壁５３ａ及び底部５３ｃとは別個の部材であってもよく、側壁５３ａ及び底部５３ｃは単一の部材であり、互いに一体化されていてもよい。

一実施形態において、天部５３ｂは、複数の第１のガス孔５１ｈの各々のガス拡散室１３ｂの側の開口端に対面するように配置されている。天部５３ｂは、第２のガス孔５２ｈと連通する貫通孔を提供してもよい。第３の部材５３の当該貫通孔は、第２のガス孔５２ｈと整列され得る。シール部材５５は、例えば、Ｏリングである。一実施形態において、シール部材５５は、天部５３ｂと第２の部材５２との間に挟持され得る。一例として、シール部材５５は、天部５３ｂにおいて第２のガス孔５２ｈを囲むように形成された溝の中に配置される。この場合において、シール部材５５は、溝５２ａの底面に接する。なお、天部５３ｂの厚さは、３ｍｍ以下であり得る。

一実施形態において、底部５３ｃは、複数の第３のガス孔５３ｈを提供していてもよい。複数の第３のガス孔５３ｈは、底部５３ｃを貫通している。複数の第３のガス孔５３ｈはそれぞれ、複数の第１のガス孔５１ｈをガス拡散室１３ｂに接続している。複数の第３のガス孔５３ｈは、複数の第１のガス孔５１ｈにそれぞれ整列している。複数の第３のガス孔５３ｈの各々の中心線が、複数の第１のガス孔５１ｈの各々の中心線と整列されていてもよい。

一実施形態において、第３の部材５３は、第１の部材５１と当接する当接部５３ｄを有してもよい。当接部５３ｄは、底部５３ｃの一部分であり、第１の部材５１の上面と接する部分である。当接部５３ｄは、第３の部材５３の当接部５３ｄ以外の部分の摩擦係数よりも低い摩擦係数を有する部材、即ち、低摩擦部材から形成されている。低摩擦部材は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）である。

一実施形態において、第３の部材５３は、第１の部材５１と第２の部材５２との間の境界Ｂをガス拡散室１３ｂから分離していてもよい。例えば、底部５３ｃが境界Ｂをガス拡散室１３ｂから分離していてもよい。この場合において、底部５３ｃは、第１の部材５１の上面と溝５２ａを画成する第２の部材５２の二つの側面とが形成する二つの隅部（内径側の隅部と外径側の隅部）を埋めるように、第１の部材５１の上面と第２の部材５２の当該二つの側面に沿って延在する。

以上説明したように、上部電極１４では、ガス拡散室１３ｂは、誘電体から形成された第３の部材５３によって画成されている。したがって、電子又は正イオンが複数の第１のガス孔５１ｈの各々からガス拡散室１３ｂに進入して、ガス拡散室１３ｂを画成する第３の部材５３に衝突しても第３の部材５３から放出される二次電子の量は少ない。結果として、上部電極１４での異常放電が抑制される。

また、上部電極１４では、シール部材５５が、第２の部材５２と第３の部材５３との間の間隙に向かう処理ガスの流れの形成を抑制する。したがって、シール部材５５によって、ガス拡散室１３ｂに形成される処理ガスの流れが安定する。

また、シール部材５５は、第２の部材５２と第３の部材５３との間で挟持されることにより、第３の部材５３に対して反力を発揮する。この反力により第１の部材５１に対する第３の部材５３の相対的な位置が固定される。したがって、第３の部材５３と第１の部材５１との間の摩擦が抑制される。結果として、第３の部材５３と第１の部材５１との間の摩擦によるパーティクルの発生が抑制される。

また、複数の第１のガス孔５１ｈの各々の開口端は天部５３ｂに対面しているので、複数の第１のガス孔５１ｈの各々からガス拡散室１３ｂに進入した電子又は正イオンの多くが天部５３ｂに衝突する傾向がある。この天部からは二次電子が放出され難い。したがって、上部電極１４での異常放電が更に抑制される。

また、複数の第１のガス孔５１ｈに進入した電子又は正イオンは、ガス拡散室１３ｂに到達する前に、複数の第３のガス孔５３ｈを画成する壁面に衝突し得る。複数の第３のガス孔５３ｈを画成する壁面は二次電子を放出し難い。したがって、上部電極１４での異常放電が更に抑制される。

また、上部電極１４では、そこで異常放電が発生し易い境界Ｂが第３の部材５３によって塞がれている。したがって、上部電極１４での異常放電が更に抑制される。

また、上部電極１４では、第１の部材５１と第３の部材５３との間の摩擦抵抗が当接部５３ｄによって低減される。結果として、第１の部材５１と第３の部材５３との間の摩擦によるパーティクルの発生が抑制される。

以下、種々の別の例示的実施形態に係る上部電極について説明する。以下では、種々の別の例示的実施形態に係る上部電極に関する上部電極１４からの相違点について説明し、重複する説明を省略する。

まず、図５を参照する。図５は、別の例示的実施形態に係る上部電極の一部を示す断面図である。以下では、図５に示す上部電極１４Ａの複数のガス拡散室１３ｂのうち一つのガス拡散室１３ｂ及び当該一つのガス拡散室１３ｂを画成する第３の部材５３に関して説明を行う。

図５に示すように、底部５３ｃは、第３のガス孔５３ｈを提供しなくてもよい。この場合において、第３の部材５３は、ガス拡散室１３ｂを第１の部材５１と共に画成しており、底部５３ｃは、ガス拡散室１３ｂを囲んでいる。この場合において、複数の第１のガス孔５１ｈは、ガス拡散室１３ｂに直接接続されている。なお、この場合において、天部５３ｂの厚さは、例えば５ｍｍである。

以下、図６を参照する。図６は、更に別の例示的実施形態に係る上部電極の一部を示す断面図である。以下では、図６に示す上部電極１４Ｂの複数のガス拡散室１３ｂのうち一つのガス拡散室１３ｂ及び当該一つのガス拡散室１３ｂを画成する第３の部材５３に関して説明を行う。

図６に示すように、第３の部材５３は、側壁５３ａ及び天部５３ｂを含んでいなくてもよい。この場合において、第３の部材５３は、複数の第３のガス孔５３ｈを提供する底部５３ｃを含み得る。この場合において、第３の部材５３は、ガス拡散室１３ｂを第２の部材５２と共に画成している。なお、第３の部材５３は、低摩擦部材によって形成される当接部を含んでいなくてもよい。

図６に示すように、上部電極１４Ｂは、一つの第３の部材５３に対応する二つのシール部材５５を備えてもよい。二つのシール部材５５の各々は、軸線ＡＸを中心とする環形状を有する。二つのシール部材５５のうち一方は、溝５２ａを画成する第２の部材５２の二つの側壁面のうち一方（内径側の側壁面）と底部５３ｃの一方の側壁面との間で挟持される。二つのシール部材５５のうち他方は、溝５２ａを画成する第２の部材５２の二つの側壁面のうち他方（外径側の側壁面）と底部５３ｃの他方の側壁面との間で挟持される。

以下、図７を参照する。図７は、更に別の例示的実施形態に係る上部電極の一部を示す断面図である。以下では、図７に示す上部電極１４Ｃの複数のガス拡散室１３ｂのうち一つのガス拡散室１３ｂ及び当該一つのガス拡散室１３ｂを画成する第３の部材５３に関して説明を行う。

一実施形態においては、図７に示すように、第１の部材５１と第２の部材５２との間の境界Ｂは、シール部材５５によってガス拡散室１３ｂから分離されていてもよい。図７に示すように、上部電極１４Ｃは、一つの第３の部材５３に対応する複数のシール部材５５を備えていてもよい。一例では、図７に示すように、上部電極１４Ｃは、四つのシール部材５５を備える。四つのシール部材５５は、軸線ＡＸを中心とする環形状を有する。四つのシール部材５５のうち二つは、溝５２ａを画成する第２の部材５２の二つの側壁面のうち一方（内径側の側壁面）と第３の部材５３との間で挟持される。四つのシール部材５５のうち別の二つは、溝５２ａを画成する第２の部材５２の二つの側壁面のうち他方（外径側の側壁面）と第３の部材５３との間で挟持される。

四つのシール部材５５のうち上方に配置された二つのシール部材５５は、溝５２ａの上端側の二つの隅部（内径側の隅部と外径側の隅部）にそれぞれ配置されていてもよい。四つのシール部材５５のうち上方に配置された二つのシール部材５５は、溝５２ａを画成する第２の部材５２の二つの側壁と天部５３ｂとに接していてもよい。また、四つのシール部材５５のうち下方に配置された別の二つのシール部材５５は、第１の部材５１の上面と溝５２ａを画成する第２の部材５２の二つの側面とが形成する二つの隅部（内径側の隅部と外径側の隅部）にそれぞれ配置されていてもよい。四つのシール部材５５のうち下方に配置された別の二つのシール部材５５の各々は、溝５２ａを画成する第３の部材５３の側壁と第１の部材５１の上面とに接していてもよい。なお、この場合において、天部５３ｂの厚さは、例えば５ｍｍ以上である。

また、上部電極１４Ｃでは、そこで異常放電が発生し易い境界Ｂが、シール部材５５によってガス拡散室１３ｂから分離されている。したがって、上部電極１４Ｃでの異常放電が更に抑制される。

以下、図８を参照する。図８は、更に別の例示的実施形態に係る上部電極の一部を示す断面図である。以下では、図８に示す上部電極１４Ｄの複数のガス拡散室１３ｂのうち一つのガス拡散室１３ｂ及び当該一つのガス拡散室１３ｂを画成する第３の部材５３に関して説明を行う。

図８に示すように、上部電極１４Ｄは、シール部材５４（第１のシール部材）を更に備えていてもよい。シール部材５４は、Ｏリング又はガスケットであってもよい。上部電極１４は、複数の第３の部材５３のそれぞれに対応する複数のシール部材５４を備え得る。以下では、一つの第３の部材５３に対応する少なくとも一つのシール部材５４について説明する。上部電極１４Ｄは、第３の部材５３に対応する二つのシール部材５４を備え得る。各シール部材５４は、第１の部材５１と第３の部材５３との間に挟持される。より詳細には、各シール部材５４は、第１の部材５１と底部５３ｃとの間に挟持され得る。

各シール部材５４は、例えば、Ｏリングである。二つのシール部材５４の各々は、第１の部材５１の上面と溝５２ａを画成する第２の部材５２の二つの側面とが形成する二つの隅部（内径側の隅部と外径側の隅部）に配置されていてもよい。二つのシール部材５４の各々は、第３の部材５３の底部５３ｃと第１の部材５１の上面との間で挟持されていてもよい。二つのシール部材５４の各々は、図８に示すように、第１の部材５１と第２の部材５２との間の境界Ｂをガス拡散室１３ｂから分離し得る。また、シール部材５４は、第１の部材５１と第２の部材５２との間の境界Ｂを第３のガス孔５３ｈから分離していてもよい。なお、別の実施形態においては、シール部材５５が第１の部材５１と第２の部材５２との間の境界Ｂを第３のガス孔５３ｈから分離していてもよい。

上部電極１４Ｄでは、シール部材５４は、第１の部材５１と第３の部材５３との間の間隙に向かう処理ガスの流れの形成を抑制する。したがって、シール部材５４によって、ガス拡散室１３ｂに形成される処理ガスの流れが安定する。

また、上部電極１４Ｄでは、第３の部材５３と第１の部材５１との間の摩擦によって発生し得るパーティクルが、複数の第１のガス孔５１ｈに侵入することが抑制される。

また、上部電極１４Ｄでは、そこで異常放電が発生し易い境界Ｂが、シール部材５４によってガス拡散室１３ｂから分離されている。したがって、上部電極１４Ｄでの異常放電が更に抑制される。

また、上部電極１４Ｄでは、第３の部材５３と第１の部材５１との間の摩擦によって発生し得るパーティクルが、複数の第３のガス孔５３ｈに侵入することが抑制される。

以下、図９を参照する。図９は、更に別の例示的実施形態に係る上部電極の一部を示す断面図である。以下では、図９に示す上部電極１４Ｅの複数のガス拡散室１３ｂのうち一つのガス拡散室１３ｂ及び当該一つのガス拡散室１３ｂを画成する第３の部材５３に関して説明を行う。図９に示すように、上部電極１４Ｅは、シール部材５４及びシール部材５５を備えなくてもよい。なお、他の実施形態においては、上部電極は、シール部材５４及びシール部材５５のうち少なくとも一方を備えていてもよい。

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。

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。

１…プラズマ処理装置、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、１３ｂ…ガス拡散室、１４，１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ…上部電極、５１…第１の部材、５１ｈ…第１のガス孔、５２…第２の部材、５２ａ…溝、５２ｈ…第２のガス孔、５３…第３の部材、５３ａ…側壁、５３ｂ…天部、５３ｃ…底部、５３ｄ…当接部、５３ｈ…第３のガス孔、５４…シール部材（第１のシール部材）、５５…シール部材（第２のシール部材）、ＡＸ…軸線、Ｂ…境界。

Claims (16)

1. 容量結合型のプラズマ処理装置においてシャワーヘッドを構成する上部電極であって、
   導電体から形成された第１の部材であり、該第１の部材を貫通する複数の第１のガス孔を提供する、該第１の部材と、
   導電体から形成されており、前記第１の部材の上に設けられた第２の部材であり、一つ以上の第２のガス孔を提供する、該第２の部材と、
   誘電体から形成されており、前記第１の部材と前記第２の部材との間に設けられ、前記複数の第１のガス孔及び前記一つ以上の第２のガス孔が接続される少なくとも一つのガス拡散室を画成する少なくとも一つの第３の部材と、
   を備え、
   前記少なくとも一つの第３の部材として、複数の第３の部材を備え、
   前記複数の第３の部材は、前記少なくとも一つのガス拡散室として、複数のガス拡散室を画成し、
   前記複数のガス拡散室は、鉛直方向に延びる前記第１の部材の中心軸線に対して径方向に沿って配列されている、
   上部電極。
2. 容量結合型のプラズマ処理装置においてシャワーヘッドを構成する上部電極であって、
   導電体から形成された第１の部材であり、該第１の部材を貫通する複数の第１のガス孔を提供する、該第１の部材と、
   導電体から形成されており、前記第１の部材の上に設けられた第２の部材であり、一つ以上の第２のガス孔を提供する、該第２の部材と、
   誘電体から形成されており、前記第１の部材と前記第２の部材との間に設けられ、前記複数の第１のガス孔及び前記一つ以上の第２のガス孔が接続される少なくとも一つのガス拡散室を画成する少なくとも一つの第３の部材と、
   を備え、
   前記少なくとも一つの第３の部材は、前記第１の部材と当接する当接部を有し、
   前記当接部は、前記少なくとも一つの第３の部材の前記当接部以外の部分より摩擦係数が低い低摩擦部材によって形成されている、
   上部電極。
3. 前記誘電体は、多孔質体である、請求項２に記載の上部電極。
4. 容量結合型のプラズマ処理装置においてシャワーヘッドを構成する上部電極であって、
   導電体から形成された第１の部材であり、該第１の部材を貫通する複数の第１のガス孔を提供する、該第１の部材と、
   導電体から形成されており、前記第１の部材の上に設けられた第２の部材であり、一つ以上の第２のガス孔を提供する、該第２の部材と、
   誘電体から形成されており、前記第１の部材と前記第２の部材との間に設けられ、前記複数の第１のガス孔及び前記一つ以上の第２のガス孔が接続される少なくとも一つのガス拡散室を画成する少なくとも一つの第３の部材と、
   を備え、
   前記誘電体は、多孔質体である、
   上部電極。
5. 前記第１の部材と前記少なくとも一つの第３の部材との間に挟持される第１のシール部材及び前記第２の部材と前記少なくとも一つの第３の部材との間に挟持される第２のシール部材の少なくとも一方を更に備える、請求項１～４の何れか一項に記載の上部電極。
6. 前記少なくとも一つの第３の部材は、
   前記少なくとも一つのガス拡散室を囲むように周方向に延在する側壁と、
   前記少なくとも一つのガス拡散室上で延在する天部と、
   を含み、
   前記第２のシール部材は、
   前記側壁と前記第２の部材との間、及び前記天部と前記第２の部材との間の何れか一方に挟持されている、
   請求項５に記載の上部電極。
7. 前記天部は、前記複数の第１のガス孔の各々の前記少なくとも一つのガス拡散室の側の開口端に対面するように配置されている、請求項６に記載の上部電極。
8. 前記少なくとも一つの第３の部材は、前記少なくとも一つのガス拡散室の下方に配置される底部を含む、請求項５～７の何れか一項に記載の上部電極。
9. 前記底部は、前記複数の第１のガス孔にそれぞれ整列する複数の第３のガス孔を提供する、請求項８に記載の上部電極。
10. 前記第２のシール部材は、前記第２の部材と前記底部との間に挟持される、請求項８又は９に記載の上部電極。
11. 前記第１のシール部材は、前記第１の部材と前記底部との間に挟持される、請求項８～１０の何れか一項に記載の上部電極。
12. 前記第１のシール部材及び前記第２のシール部材の少なくとも一方は、前記第１の部材と前記第２の部材との間の境界を前記少なくとも一つのガス拡散室から分離している、請求項５～１１の何れか一項に記載の上部電極。
13. 前記第１のシール部材及び前記第２のシール部材の少なくとも一方は、前記第１の部材と前記第２の部材との間の境界を前記複数の第３のガス孔から分離している、請求項９に記載の上部電極。
14. 前記少なくとも一つの第３の部材は、前記第１の部材と前記第２の部材との間の境界を前記少なくとも一つのガス拡散室から分離している、請求項１～１３の何れか一項に記載の上部電極。
15. 前記第１のシール部材及び前記第２のシール部材の少なくとも一方は、Ｏリング又はガスケットである、請求項５～１３の何れか一項に記載の上部電極。
16. その内部に処理空間を提供する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設けられた基板支持部と、
    請求項１～１５の何れか一項に記載の上部電極であり、前記基板支持部の上方に設けられた、該上部電極と、
    を備えるプラズマ処理装置。