WO2025089081A1 - Plasma processing device - Google Patents
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- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
Definitions
- This disclosure provides a plasma processing apparatus that can suppress discharge inside piping.
- One aspect of the present disclosure is a plasma processing apparatus comprising a chamber, a plasma generating unit, a first conductive member, a second conductive member, and a pipe.
- the chamber accommodates a substrate.
- the plasma generating unit generates plasma in the chamber by supplying electromagnetic waves into the chamber, and processes the substrate with the plasma.
- the first conductive member is disposed in the chamber.
- the second conductive member has a predetermined potential difference with the first conductive member.
- the pipe is formed of a first dielectric, is disposed between the first conductive member and the second conductive member, and allows gas to flow between the first conductive member and the second conductive member.
- the pipe has a main body and a porous member.
- the main body is hollow and formed of the first dielectric.
- the porous member is formed of the second dielectric and filled in the main body.
- Various aspects and embodiments of the present disclosure can suppress discharges in piping.
- FIG. 1 is a system configuration diagram showing an example of a configuration of a plasma processing system according to an embodiment of the present disclosure.
- FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a structure of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
- FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a piping structure.
- FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view for explaining an example of the state of pores in a porous member.
- FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of a pipe in a comparative example.
- FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view for explaining an example of the size of the pores of the porous member.
- FIG. 7 is an enlarged view for explaining an example of a gap between the base and a pipe.
- FIG. 8 is a diagram showing an example of the relationship between the relative dielectric constant, the porosity, and the discharge voltage of a porous member.
- the present disclosure therefore provides technology that can suppress discharges in piping.
- FIG. 1 is a system configuration diagram showing an example of the configuration of a plasma processing system 100 according to an embodiment of the present disclosure.
- the plasma processing system 100 includes a plasma processing device 1 and a control unit 2.
- the plasma processing system 100 is an example of a substrate processing system
- the plasma processing device 1 is an example of a substrate processing device.
- the plasma processing device 1 includes a plasma processing chamber 10, a substrate support unit 11, and a plasma generation unit 12.
- the plasma processing chamber 10 has a plasma processing space.
- the plasma processing chamber 10 also has at least one gas supply port for supplying at least one processing gas to the plasma processing space, and at least one gas exhaust port for exhausting gas from the plasma processing space.
- the gas supply port is connected to a gas supply unit 20, which will be described later, and the gas exhaust port is connected to an exhaust system 40, which will be described later.
- the substrate support unit 11 is disposed in the plasma processing space, and has a substrate support surface for supporting a substrate.
- the control unit 2 processes computer-executable instructions that cause the plasma processing apparatus 1 to perform the various steps described in this disclosure.
- the control unit 2 may be configured to control each element of the plasma processing apparatus 1 to perform the various steps described herein. In one embodiment, a part or all of the control unit 2 may be included in the plasma processing apparatus 1.
- the control unit 2 may include a processing unit 2a1, a storage unit 2a2, and a communication interface 2a3.
- the control unit 2 is realized, for example, by a computer 2a.
- the processing unit 2a1 may be configured to perform various control operations by reading a program from the storage unit 2a2 and executing the read program. This program may be stored in the storage unit 2a2 in advance, or may be acquired via a medium when necessary.
- the acquired program is stored in the storage unit 2a2 and is read from the storage unit 2a2 by the processing unit 2a1 and executed.
- the medium may be various storage media readable by the computer 2a, or may be a communication line connected to the communication interface 2a3.
- the processing unit 2a1 may be a CPU (Central Processing Unit).
- the memory unit 2a2 may include a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a HDD (Hard Disk Drive), an SSD (Solid State Drive), or a combination of these.
- the communication interface 2a3 may communicate with the plasma processing device 1 via a communication line such as a LAN (Local Area Network).
- FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the structure of the plasma processing apparatus 1 according to an embodiment of the present disclosure.
- the capacitively coupled plasma processing apparatus 1 includes a plasma processing chamber 10, a gas supply unit 20, a power supply 30, and an exhaust system 40.
- the plasma processing apparatus 1 also includes a substrate support unit 11 and a gas inlet unit.
- the gas inlet unit is configured to introduce at least one processing gas into the plasma processing chamber 10.
- the gas inlet unit includes a shower head 13.
- the substrate support unit 11 is disposed in the plasma processing chamber 10 and supported by an insulating member 113.
- the shower head 13 is disposed above the substrate support unit 11. In one embodiment, the shower head 13 constitutes at least a part of the ceiling of the plasma processing chamber 10.
- the plasma processing chamber 10 has a plasma processing space 10s defined by the shower head 13, the sidewall 10a of the plasma processing chamber 10, and the substrate support unit 11.
- the plasma processing chamber 10 is grounded.
- the shower head 13 and the substrate support unit 11 are electrically insulated from the housing of the plasma processing chamber 10.
- the substrate support 11 includes a main body 111 and a ring assembly 112.
- the main body 111 has a central region 111a for supporting the substrate W and an annular region 111b for supporting the ring assembly 112.
- a wafer is an example of a substrate W.
- the annular region 111b of the main body 111 surrounds the central region 111a of the main body 111 in a plan view.
- the substrate W is disposed on the central region 111a of the main body 111
- the ring assembly 112 is disposed on the annular region 111b of the main body 111 so as to surround the substrate W on the central region 111a of the main body 111. Therefore, the central region 111a is also called a substrate support surface for supporting the substrate W, and the annular region 111b is also called a ring support surface for supporting the ring assembly 112.
- the main body 111 includes a base 1110 and an electrostatic chuck 1111.
- the base 1110 includes a conductive member.
- the conductive member of the base 1110 may function as a lower electrode.
- the electrostatic chuck 1111 is disposed on the base 1110.
- the electrostatic chuck 1111 includes a ceramic member 1111a and an electrostatic electrode 1111b disposed within the ceramic member 1111a.
- the ceramic member 1111a has a central region 111a. In one embodiment, the ceramic member 1111a also has an annular region 111b. Note that other members surrounding the electrostatic chuck 1111, such as an annular electrostatic chuck or an annular insulating member, may have the annular region 111b.
- the ring assembly 112 may be disposed on the annular electrostatic chuck or the annular insulating member, or may be disposed on both the electrostatic chuck 1111 and the annular insulating member.
- at least one RF/DC electrode coupled to an RF power source 31 and/or a DC power source 32 described later may be disposed in the ceramic member 1111a.
- the at least one RF/DC electrode functions as a lower electrode.
- the RF/DC electrode is also called a bias electrode.
- the conductive member of the base 1110 and the at least one RF/DC electrode may function as multiple lower electrodes.
- the electrostatic electrode 1111b may function as a lower electrode.
- the substrate support 11 includes at least one lower electrode.
- the ring assembly 112 includes one or more annular members.
- the one or more annular members include one or more edge rings and at least one cover ring.
- the edge rings are formed of a conductive or insulating material, and the cover rings are formed of an insulating material.
- the substrate support 11 also has a heat transfer gas supply unit configured to supply a heat transfer gas between the substrate W and the substrate support surface 111a.
- the heat transfer gas is a rare gas such as helium gas.
- the heat transfer gas supply unit includes a pipe 50 formed of a dielectric material for circulating the heat transfer gas.
- the pipe 50 is disposed between the main body 111 and the bottom wall 10b of the plasma processing chamber 10, and circulates the heat transfer gas between the main body 111 and the bottom wall 10b.
- the heat transfer gas supplied into the pipe 50 via the pipe 14 flows through the pipe 50 and is supplied between the substrate support surface 111a and the substrate W via a flow path 111c formed in the main body 111.
- the main body 111 and the bottom wall 10b of the plasma processing chamber 10 are electrically insulated via an insulating member 113, and an RF signal (RF power) is supplied to the main body 111 from a power source 30. Because the bottom wall 10b of the plasma processing chamber 10 is grounded, a potential difference occurs between the main body 111 and the bottom wall 10b of the plasma processing chamber 10.
- the main body 111 is an example of a first conductive member
- the bottom wall 10b of the plasma processing chamber 10 is an example of a second conductive member.
- the substrate support 11 may also include a temperature adjustment module configured to adjust at least one of the electrostatic chuck 1111, the ring assembly 112, and the substrate to a target temperature.
- the temperature adjustment module may include a heater, a flow passage 1110a, or a combination thereof.
- the flow passage 1110a carries a heat transfer fluid, such as brine or a gas.
- the flow passage 1110a is formed in the base 1110, and one or more heaters are disposed in the ceramic member 1111a of the electrostatic chuck 1111.
- the shower head 13 is configured to introduce at least one processing gas from the gas supply unit 20 into the plasma processing space 10s.
- the shower head 13 has at least one gas supply port 13a, at least one gas diffusion chamber 13b, and multiple gas inlets 13c.
- the processing gas supplied to the gas supply port 13a passes through the gas diffusion chamber 13b and is introduced into the plasma processing space 10s from the multiple gas inlets 13c.
- the shower head 13 also includes at least one upper electrode.
- the gas introduction unit may include, in addition to the shower head 13, one or more side gas injectors (SGIs) attached to one or more openings formed in the sidewall 10a.
- SGIs side gas injectors
- the gas supply unit 20 may include at least one gas source 21 and at least one flow controller 22.
- the gas supply unit 20 is configured to supply at least one process gas from a respective gas source 21 through a respective flow controller 22 to the showerhead 13.
- Each flow controller 22 may include, for example, a mass flow controller or a pressure-controlled flow controller.
- the gas supply unit 20 may include at least one flow modulation device that modulates or pulses the flow rate of the at least one process gas.
- the power supply 30 includes an RF power supply 31 coupled to the plasma processing chamber 10 via at least one impedance matching circuit.
- the RF power supply 31 is configured to supply at least one RF signal (RF power) to at least one lower electrode and/or at least one upper electrode. This causes a plasma to be formed from at least one processing gas supplied to the plasma processing space 10s.
- the RF power supply 31 can function as at least a part of the plasma generating unit 12.
- a bias RF signal to at least one lower electrode, a bias potential is generated on the substrate W, and ion components in the formed plasma can be attracted to the substrate W.
- the RF power supply 31 includes a first RF generating unit 31a and a second RF generating unit 31b.
- the first RF generating unit 31a is coupled to at least one lower electrode and/or at least one upper electrode via at least one impedance matching circuit and configured to generate a source RF signal (source RF power) for plasma generation.
- the source RF signal has a frequency in the range of 10 MHz to 150 MHz.
- the first RF generating unit 31a may be configured to generate multiple source RF signals having different frequencies. The generated one or more source RF signals are supplied to at least one lower electrode and/or at least one upper electrode.
- the second RF generator 31b is coupled to at least one lower electrode via at least one impedance matching circuit and configured to generate a bias RF signal (bias RF power).
- the frequency of the bias RF signal may be the same as or different from the frequency of the source RF signal.
- the bias RF signal has a lower frequency than the frequency of the source RF signal.
- the bias RF signal has a frequency in the range of 100 kHz to 60 MHz.
- the second RF generator 31b may be configured to generate multiple bias RF signals having different frequencies.
- the generated one or more bias RF signals are provided to at least one lower electrode. Also, in various embodiments, at least one of the source RF signal and the bias RF signal may be pulsed.
- the power supply 30 may also include a DC power supply 32 coupled to the plasma processing chamber 10.
- the DC power supply 32 includes a first DC generator 32a and a second DC generator 32b.
- the first DC generator 32a is connected to at least one lower electrode and configured to generate a first DC signal.
- the generated first DC signal is applied to the at least one lower electrode.
- the second DC generator 32b is connected to at least one upper electrode and configured to generate a second DC signal.
- the generated second DC signal is applied to the at least one upper electrode.
- the first and second DC signals may be pulsed.
- a sequence of voltage pulses is applied to at least one lower electrode and/or at least one upper electrode.
- the voltage pulses may have a rectangular, trapezoidal, triangular or combination thereof pulse waveform.
- a waveform generator for generating a sequence of voltage pulses from the DC signal is connected between the first DC generator 32a and at least one lower electrode.
- the first DC generator 32a and the waveform generator constitute a voltage pulse generator.
- the second DC generator 32b and the waveform generator constitute a voltage pulse generator
- the voltage pulse generator is connected to at least one upper electrode.
- the voltage pulses may have a positive polarity or a negative polarity.
- the sequence of voltage pulses may also include one or more positive polarity voltage pulses and one or more negative polarity voltage pulses within one period.
- the first and second DC generating units 32a and 32b may be provided in addition to the RF power source 31, or the first DC generating unit 32a may be provided in place of the second RF generating unit 31b.
- the exhaust system 40 may be connected to, for example, a gas exhaust port 10e provided at the bottom of the plasma processing chamber 10.
- the exhaust system 40 may include a pressure regulating valve and a vacuum pump. The pressure in the plasma processing space 10s is adjusted by the pressure regulating valve.
- the vacuum pump may include a turbomolecular pump, a dry pump, or a combination thereof.
- FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the structure of the pipe 50.
- the pipe 50 has a hollow cylindrical main body 51.
- the main body 51 of the pipe 50 is filled with a porous member 52 made of a dielectric material.
- a plurality of pores 520 are formed in the porous member 52.
- the plurality of pores 520 are connected to each other as shown in FIG. 4, for example, and gas flows from the bottom wall 10b to the main body 111 through the plurality of pores 520.
- the main body 51 and the porous member 52 are formed of a dielectric material such as quartz, alumina, PCTFE (Poly Chloro Tri Fluoro Ethylene), or PTFE (Poly Tetra Fluoro Ethylene).
- the dielectric material used in the main body 51 is an example of a first dielectric material
- the dielectric material used in the porous member 52 is an example of a second dielectric material.
- FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of the pipe 60 in the comparative example.
- the piping 50 of this embodiment as shown in Figures 3 and 4, for example, gas flows through pores 520 of a porous member 52 formed of a dielectric material within the main body 51.
- the average diameter of the pores 520 formed in the porous member 52 is 0.2 mm or less. Therefore, even if two pores 520a and pore 520b are connected along the direction of the electric field, as shown in Figure 6, for example, the length ⁇ L2 of the space along the direction of the electric field can be made 0.4 mm or less. This makes it possible to suppress discharge within the piping 50.
- the average diameter of the pores 520 is 0.2 mm or less, there may be pores 520 with a diameter of 0.2 mm or more among the multiple pores 520. If two pores 520 with a diameter of 0.2 mm or more are connected along the direction of the electric field, discharge may occur due to charged particles contained in the gas in the two pores 520. Therefore, it is preferable that the maximum diameter of the pores 520 is 0.2 mm or less. Also, there is a possibility that three or more pores 520 are connected along the direction of the electric field among the multiple pores 520. Therefore, it is more preferable that the maximum diameter of the pores 520 is 0.1 mm or less.
- Fig. 7 is an enlarged view for explaining an example of a gap between the base 1110 and the pipe 50.
- the base 1110 includes a conductive member, and the body 51 and the porous member 52 of the pipe 50 are formed of a dielectric material, so that the base 1110 and the pipe 50 have different thermal expansion coefficients. Therefore, a gap ⁇ L3 of a predetermined width is provided between the base 1110 and the pipe 50, as shown in Fig. 7, for example.
- the width of the gap ⁇ L3 is, for example, 0.2 mm.
- the heat transfer gas flows through the porous member 52 in the space within the gap ⁇ L3.
- An electric field is also generated in the space within the gap ⁇ L3 according to the potential difference between the base 1110 and the pipe 50. If the potential difference in the space within the gap ⁇ L3 exceeds 136 V, the heat transfer gas may discharge in the gap ⁇ L3. In order to suppress the discharge of the heat transfer gas in the gap ⁇ L3, it is possible to prevent the potential difference in the space within the gap ⁇ L3 from exceeding 136 V, for example.
- FIG. 8 is a diagram showing an example of the relationship between the dielectric constant, porosity, and discharge voltage of the porous member 52.
- the smaller the dielectric constant and porosity of the porous member 52 the smaller the potential difference in the space within the gap ⁇ L3.
- the porous member 52 is made of PTFE, which has a relative dielectric constant of approximately 2.1, the potential difference in the space within the gap ⁇ L3 falls below 136 V at any porosity, as shown in FIG. 8. Therefore, when the porous member 52 is made of PTFE, discharge in the space within the gap ⁇ L3 can be suppressed.
- PTFE has a large thermal expansion coefficient, it is preferable to use it in equipment that performs processes in which temperature changes are not so great.
- the porous member 52 is formed from quartz, which has a relative dielectric constant of about 4.2, for example, as shown in FIG. 8, if the porosity falls below 10%, the potential difference in the space within the gap ⁇ L3 may exceed 136 V. Therefore, when forming the porous member 52 using quartz, it is preferable that the porosity of the porous member 52 be 10% or more and 90% or less. This makes it possible to suppress discharge in the space within the gap ⁇ L3.
- the porous member 52 is formed from alumina, which has a relative dielectric constant of about 10, for example, as shown in FIG. 8, if the porosity falls below 60%, the potential difference in the space within the gap ⁇ L3 may exceed 136 V. Therefore, when the porous member 52 is formed from alumina, it is preferable that the porosity of the porous member 52 be 60% or more and 90% or less. This makes it possible to suppress discharge in the space within the gap ⁇ L3.
- porous members 52 made of quartz or alumina can also be used in equipment that performs processes that involve large temperature changes.
- the plasma processing apparatus in this embodiment includes a chamber (plasma processing chamber 10), a plasma generating unit (plasma generating unit 12), a first conductive member (main body 111), a second conductive member (bottom wall 10b), and a pipe (piping 50).
- the chamber accommodates a substrate (W).
- the plasma generating unit generates plasma in the chamber by supplying electromagnetic waves into the chamber, and processes the substrate with the plasma.
- the first conductive member is disposed in the chamber.
- the second conductive member has a predetermined potential difference with the first conductive member.
- the pipe is formed of a first dielectric, is disposed between the first conductive member and the second conductive member, and allows gas to flow between the first conductive member and the second conductive member.
- the pipe has a main body (main body 51) and a porous member (porous member 52).
- the main body has a hollow shape formed of the first dielectric.
- the porous member is made of a second dielectric material and is filled into the body. This makes it possible to suppress discharges in the piping that supplies gas into the chamber.
- the second dielectric is quartz, and the porosity of the porous member is 10% or more and 90% or less. This makes it possible to suppress discharge within the pipe 50.
- the second dielectric is alumina
- the porosity of the porous member is 60% or more and 90% or less. This makes it possible to suppress discharge within the pipe 50.
- the first conductive member is a substrate support portion on which a substrate is placed
- the second conductive member is the bottom wall of the chamber. This makes it possible to suppress discharge in the piping when gas is supplied from the bottom wall of the chamber to the substrate support portion.
- the gas flowing through the pipe 50 is a rare gas such as helium gas. This makes it possible to suppress discharge within the pipe when gas is supplied between the first conductive member and the second conductive member.
- the average diameter of the pores in the porous member is 0.2 mm or less. More preferably, the maximum diameter of the pores in the porous member is 0.1 mm or less. This makes it possible to suppress discharges in the pipe 50.
- the main body 111 is described as an example of a first conductive member
- the bottom wall 10b of the plasma processing chamber 10 is described as an example of a second conductive member
- the disclosed technology is not limited to this.
- the disclosed technology can be applied to members other than the main body 111 and the bottom wall 10b of the plasma processing chamber 10 as long as they are two conductive members provided in the plasma processing apparatus 1 and have a potential difference.
- the disclosed technology can be applied by using the shower head 13 as the first conductive member and the housing covering the shower head 13 as the second conductive member.
- a capacitively coupled plasma has been described as an example of a plasma source used in the plasma processing apparatus 1, but the plasma source is not limited to this.
- plasma sources other than capacitively coupled plasma include inductively coupled plasma (ICP), microwave excited surface wave plasma (SWP), electron cyclotron resonance plasma (ECP), and helicon wave excited plasma (HWP).
- (Appendix 1) a chamber for housing a substrate; a plasma generating unit that generates plasma in the chamber by supplying an electromagnetic wave into the chamber and processes the substrate with the plasma; a first conductive member disposed within the chamber; a second conductive member having a predetermined potential difference between itself and the first conductive member; a pipe formed of a first dielectric, disposed between the first conductive member and the second conductive member, and allowing a gas to flow between the first conductive member and the second conductive member;
- the piping includes: a hollow body formed of a first dielectric material; a porous member formed of a second dielectric material and filled in the body.
- (Appendix 2) 2. The plasma processing apparatus of claim 1, wherein the second dielectric is quartz. (Appendix 3) 3.
- the plasma processing apparatus wherein the porosity of the porous member is 10% or more and 90% or less.
- Appendix 4 2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the second dielectric is alumina.
- Appendix 5 5. The plasma processing apparatus according to claim 4, wherein the porosity of the porous member is 60% or more and 90% or less.
- the first conductive member is a substrate support portion on which the substrate is placed, 6.
- the plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the gas is a rare gas.
- Appendix 8) 8. The plasma processing apparatus according to claim 7, wherein the gas is helium gas.
- Plasma processing system 1 Plasma processing apparatus 2 Control unit 10 Plasma processing chamber 10a Side wall 10b Bottom wall 10e Gas exhaust port 10s Plasma processing space 11 Substrate support unit 111 Main body unit 112 Ring assembly 12 Plasma generating unit 13 shower head 14 Pipe 20 Gas supply unit 30 Power supply 31 RF power supply 32 DC power supply 40 Exhaust system 50 Pipe 51 Main body 52 Porous member 520 Fine hole 60 Pipe 61 Flow path
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Abstract
Description
本開示の種々の側面および実施形態は、プラズマ処理装置に関する。 Various aspects and embodiments of the present disclosure relate to plasma processing apparatus.
下記の特許文献1には「処理室内に配設されたガス導入部のガス導入孔から導入した処理ガスをプラズマ化して,前記処理室内に配設された被処理体に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって,前記ガス導入部のガス導入孔に,前記処理室内で発生したプラズマ中の荷電粒子がガス導入部内へ侵入することを防止する埋込部材を交換可能に装着した」ことが開示されている。 The following Patent Document 1 discloses a plasma processing apparatus that "converts a processing gas introduced through a gas inlet hole of a gas inlet section disposed in a processing chamber into plasma and performs plasma processing on a workpiece disposed in the processing chamber, and a replaceable embedding member is attached to the gas inlet hole of the gas inlet section to prevent charged particles in the plasma generated in the processing chamber from entering the gas inlet hole."
本開示は、配管内の放電を抑制することができるプラズマ処理装置を提供する。 This disclosure provides a plasma processing apparatus that can suppress discharge inside piping.
本開示の一側面は、プラズマ処理装置であって、チャンバと、プラズマ生成部と、第1の導電部材と、第2の導電部材と、配管とを備える。チャンバは、基板を収容する。プラズマ生成部は、チャンバ内に電磁波を供給することによりチャンバ内にプラズマを生成させ、プラズマにより基板を処理する。第1の導電部材は、チャンバ内に配置される。第2の導電部材は、第1の導電部材との間で予め定められた電位差を有する。配管は、第1の誘電体で形成され、第1の導電部材と第2の導電部材との間に配置され、第1の導電部材と第2の導電部材との間でガスを流通させる。配管は、本体と、多孔質部材とを有する。本体は、第1の誘電体で形成された中空の形状である。多孔質部材は、第2の誘電体で形成され、本体内に充填される。 One aspect of the present disclosure is a plasma processing apparatus comprising a chamber, a plasma generating unit, a first conductive member, a second conductive member, and a pipe. The chamber accommodates a substrate. The plasma generating unit generates plasma in the chamber by supplying electromagnetic waves into the chamber, and processes the substrate with the plasma. The first conductive member is disposed in the chamber. The second conductive member has a predetermined potential difference with the first conductive member. The pipe is formed of a first dielectric, is disposed between the first conductive member and the second conductive member, and allows gas to flow between the first conductive member and the second conductive member. The pipe has a main body and a porous member. The main body is hollow and formed of the first dielectric. The porous member is formed of the second dielectric and filled in the main body.
本開示の種々の側面および実施形態によれば、配管内の放電を抑制することができる。 Various aspects and embodiments of the present disclosure can suppress discharges in piping.
以下に、プラズマ処理装置の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態により、開示されるプラズマ処理装置が限定されるものではない。 Below, an embodiment of a plasma processing apparatus will be described in detail with reference to the drawings. Note that the disclosed plasma processing apparatus is not limited to the following embodiment.
ところで、近年の高機能・高密度の半導体装置では、高いアスペクト比の溝の形成が必要とされている。高いアスペクト比の溝を形成するためには、高い電圧かつ高いパワーのRF(Radio Frequency)電力を用いた処理が必要になる。プラズマ処理に高い電圧かつ高いパワーのRF電力が用いられると、チャンバ内にガスを供給する配管内に発生する電界も大きくなる。これにより、配管内の荷電粒子がより短い距離で加速されてしまい、配管内での放電が発生しやすくなる。そのため、配管内での放電をさらに抑えることが求められている。 Incidentally, in recent years, the formation of grooves with high aspect ratios has become necessary in the high-performance, high-density semiconductor devices. To form grooves with high aspect ratios, processing using high-voltage, high-power RF (Radio Frequency) power is required. When high-voltage, high-power RF power is used in plasma processing, the electric field generated in the piping that supplies gas to the chamber also becomes stronger. This causes charged particles in the piping to be accelerated over a shorter distance, making it easier for discharge to occur in the piping. For this reason, there is a demand for further suppression of discharge in the piping.
そこで、本開示は、配管内の放電を抑制することができる技術を提供する。 The present disclosure therefore provides technology that can suppress discharges in piping.
[プラズマ処理システム100の構成]
図1は、本開示の一実施形態におけるプラズマ処理システム100の構成の一例を示すシステム構成図である。一実施形態において、プラズマ処理システム100は、プラズマ処理装置1及び制御部2を含む。プラズマ処理システム100は、基板処理システムの一例であり、プラズマ処理装置1は、基板処理装置の一例である。プラズマ処理装置1は、プラズマ処理チャンバ10、基板支持部11及びプラズマ生成部12を含む。プラズマ処理チャンバ10は、プラズマ処理空間を有する。また、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。ガス供給口は、後述するガス供給部20に接続され、ガス排出口は、後述する排気システム40に接続される。基板支持部11は、プラズマ処理空間内に配置され、基板を支持するための基板支持面を有する。
[Configuration of Plasma Processing System 100]
FIG. 1 is a system configuration diagram showing an example of the configuration of a
プラズマ生成部12は、プラズマ処理空間内に供給された少なくとも1つの処理ガスからプラズマを生成するように構成される。プラズマ処理空間において形成されるプラズマは、容量結合プラズマ(CCP:Capacitively Coupled Plasma)、誘導結合プラズマ(ICP:Inductively Coupled Plasma)、ECRプラズマ(Electron-Cyclotron-resonance plasma)、ヘリコン波励起プラズマ(HWP:Helicon Wave Plasma)、又は、表面波プラズマ(SWP:Surface Wave Plasma)等であってもよい。また、AC(Alternating Current)プラズマ生成部及びDC(Direct Current)プラズマ生成部を含む、種々のタイプのプラズマ生成部が用いられてもよい。一実施形態において、ACプラズマ生成部で用いられるAC信号(AC電力)は、100kHz~10GHzの範囲内の周波数を有する。従って、AC信号は、RF(Radio Frequency)信号及びマイクロ波信号を含む。AC信号は、電磁波の一例である。一実施形態において、RF信号は、100kHz~150MHzの範囲内の周波数を有する。
The
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。
The control unit 2 processes computer-executable instructions that cause the plasma processing apparatus 1 to perform the various steps described in this disclosure. The control unit 2 may be configured to control each element of the plasma processing apparatus 1 to perform the various steps described herein. In one embodiment, a part or all of the control unit 2 may be included in the plasma processing apparatus 1. The control unit 2 may include a processing unit 2a1, a storage unit 2a2, and a communication interface 2a3. The control unit 2 is realized, for example, by a
[プラズマ処理装置1の構成]
以下に、プラズマ処理装置1の一例としての容量結合型のプラズマ処理装置の構成例について説明する。図2は、本開示の一実施形態におけるプラズマ処理装置1の構造の一例を示す概略断面図である。
[Configuration of Plasma Processing Apparatus 1]
The following describes a configuration example of a capacitively coupled plasma processing apparatus as an example of the plasma processing apparatus 1. Fig. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the structure of the plasma processing apparatus 1 according to an embodiment of the present disclosure.
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、絶縁部材113によって支持される。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。
The capacitively coupled plasma processing apparatus 1 includes a
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。
The
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電源31及び/又はDC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。
In one embodiment, the main body 111 includes a
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。 The ring assembly 112 includes one or more annular members. In one embodiment, the one or more annular members include one or more edge rings and at least one cover ring. The edge rings are formed of a conductive or insulating material, and the cover rings are formed of an insulating material.
また、基板支持部11は、基板W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有する。本実施形態において、伝熱ガスは例えばヘリウムガス等の希ガスである。伝熱ガス供給部は、誘電体で形成され、伝熱ガスを流通させる配管50を含む。配管50は、本体部111と、プラズマ処理チャンバ10の底壁10bとの間に配置されており、本体部111と底壁10bとの間で伝熱ガスを流通させる。配管14を介して配管50内に供給された伝熱ガスは、配管50内を流れ、本体部111内に形成された流路111cを介して、基板支持面111aと基板Wとの間に供給される。
The
本体部111とプラズマ処理チャンバ10の底壁10bとは絶縁部材113を介して電気的に絶縁されており、本体部111には電源30からRF信号(RF電力)が供給される。プラズマ処理チャンバ10の底壁10bは接地されているため、本体部111とプラズマ処理チャンバ10の底壁10bとの間には、電位差が生じる。本体部111は第1の導電部材の一例であり、プラズマ処理チャンバ10の底壁10bは第2の導電部材の一例である。
The main body 111 and the bottom wall 10b of the
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、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。
The
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。 The shower head 13 is configured to introduce at least one processing gas from the gas supply unit 20 into the plasma processing space 10s. The shower head 13 has at least one gas supply port 13a, at least one gas diffusion chamber 13b, and multiple gas inlets 13c. The processing gas supplied to the gas supply port 13a passes through the gas diffusion chamber 13b and is introduced into the plasma processing space 10s from the multiple gas inlets 13c. The shower head 13 also includes at least one upper electrode. Note that the gas introduction unit may include, in addition to the shower head 13, one or more side gas injectors (SGIs) attached to one or more openings formed in the sidewall 10a.
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少なくとも1つの流量変調デバイスを含んでもよい。 The gas supply unit 20 may include at least one gas source 21 and at least one flow controller 22. In one embodiment, the gas supply unit 20 is configured to supply at least one process gas from a respective gas source 21 through a respective flow controller 22 to the showerhead 13. Each flow controller 22 may include, for example, a mass flow controller or a pressure-controlled flow controller. Additionally, the gas supply unit 20 may include at least one flow modulation device that modulates or pulses the flow rate of the at least one process gas.
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、プラズマ生成部12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。
The power supply 30 includes an RF power supply 31 coupled to the
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。 In one embodiment, the RF power supply 31 includes a first RF generating unit 31a and a second RF generating unit 31b. The first RF generating unit 31a is coupled to at least one lower electrode and/or at least one upper electrode via at least one impedance matching circuit and configured to generate a source RF signal (source RF power) for plasma generation. In one embodiment, the source RF signal has a frequency in the range of 10 MHz to 150 MHz. In one embodiment, the first RF generating unit 31a may be configured to generate multiple source RF signals having different frequencies. The generated one or more source RF signals are supplied to at least one lower electrode and/or at least one upper electrode.
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。 The second RF generator 31b is coupled to at least one lower electrode via at least one impedance matching circuit and configured to generate a bias RF signal (bias RF power). The frequency of the bias RF signal may be the same as or different from the frequency of the source RF signal. In one embodiment, the bias RF signal has a lower frequency than the frequency of the source RF signal. In one embodiment, the bias RF signal has a frequency in the range of 100 kHz to 60 MHz. In one embodiment, the second RF generator 31b may be configured to generate multiple bias RF signals having different frequencies. The generated one or more bias RF signals are provided to at least one lower electrode. Also, in various embodiments, at least one of the source RF signal and the bias RF signal may be pulsed.
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。
The power supply 30 may also include a DC power supply 32 coupled to the
種々の実施形態において、第1及び第2のDC信号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。 In various embodiments, the first and second DC signals may be pulsed. In this case, a sequence of voltage pulses is applied to at least one lower electrode and/or at least one upper electrode. The voltage pulses may have a rectangular, trapezoidal, triangular or combination thereof pulse waveform. In one embodiment, a waveform generator for generating a sequence of voltage pulses from the DC signal is connected between the first DC generator 32a and at least one lower electrode. Thus, the first DC generator 32a and the waveform generator constitute a voltage pulse generator. When the second DC generator 32b and the waveform generator constitute a voltage pulse generator, the voltage pulse generator is connected to at least one upper electrode. The voltage pulses may have a positive polarity or a negative polarity. The sequence of voltage pulses may also include one or more positive polarity voltage pulses and one or more negative polarity voltage pulses within one period. The first and second DC generating units 32a and 32b may be provided in addition to the RF power source 31, or the first DC generating unit 32a may be provided in place of the second RF generating unit 31b.
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。
The exhaust system 40 may be connected to, for example, a gas exhaust port 10e provided at the bottom of the
[配管50の構造]
図3は、配管50の構造の一例を示す断面図である。配管50は、中空で筒状の本体51を有する。配管50の本体51内には、誘電体で形成された多孔質部材52が充填されている。多孔質部材52には、複数の細孔520が形成されている。複数の細孔520は、例えば図4に示されるように、互いに連通しており、複数の細孔520を介して、底壁10bから本体部111へガスが流通する。本実施形態において、本体51および多孔質部材52は、例えば石英、アルミナ、PCTFE(Poly Chloro Tri Fluoro Ethylene)、またはPTFE(Poly Tetra Fluoro Ethylene)等の誘電体で形成される。本体51に用いられる誘電体は第1の誘電体の一例であり、多孔質部材52に用いられる誘電体は第2の誘電体の一例である。
[Structure of piping 50]
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the structure of the
ここで、配管の両端に電位差があり、配管の延在方向に沿って電界が発生している場合、電界の方向における流路の長さが長いと、流路内を流れるガスに含まれる荷電粒子が電界の方向に沿って加速し、やがて放電する。そのため、電界の方向における流路の長さを短くすることにより、電界の方向に沿う荷電粒子の加速を抑制することが考えられる。例えば図5に示される比較例のように、配管60内に、電界の方向に沿う螺旋状の流路61を形成することが考えられる。図5は、比較例における配管60の一例を示す断面図である。図5に例示された配管60を用いることにより。電界の方向における流路61の長さΔL1を短くすることができる。
Here, when there is a potential difference between both ends of the pipe and an electric field is generated along the extension direction of the pipe, if the length of the flow path in the electric field direction is long, the charged particles contained in the gas flowing in the flow path will accelerate along the electric field direction and eventually discharge. Therefore, it is possible to suppress the acceleration of the charged particles along the electric field direction by shortening the length of the flow path in the electric field direction. For example, as in the comparative example shown in Figure 5, it is possible to form a
しかし、近年の半導体製造工程の高電圧化に伴い、配管60の両端の電位差が大きくなる傾向にある。また、半導体製造装置の小型化に伴い、配管60を短くすることが求められている。これにより、電界の方向における流路61の長さΔL1をさらに短くすることが求められる。しかし、加工技術の制限等により、電界の方向における流路61の長さΔL1を0.4mm以下にすることは難しい。そのため、図5に例示された配管60では、流路61内での放電を抑制することが難しい。
However, with the recent trend toward higher voltages in semiconductor manufacturing processes, the potential difference between both ends of the
これに対して、本実施形態の配管50は、例えば図3および図4に示されるように、本体51内に誘電体で形成された多孔質部材52の細孔520を介してガスが流通する。また、本実施形態において、多孔質部材52に形成された細孔520の直径の平均値は、0.2mm以下である。そのため、例えば図6に示されるように、電界の方向に沿って2つの細孔520aおよび細孔520bが連通している場合でも、電界の方向に沿う空間の長さΔL2は、0.4mm以下にすることができる。これにより、配管50内での放電を抑制することができる。
In contrast, in the piping 50 of this embodiment, as shown in Figures 3 and 4, for example, gas flows through
なお、細孔520の直径の平均値が0.2mm以下であっても、複数の細孔520の中には、直径が0.2mm以上の細孔520が存在する場合がある。直径が0.2mm以上の2つの細孔520が電界の方向に沿って連通すると、当該2つの細孔520内のガスに含まれる荷電粒子により、放電が起こる場合がある。そのため、細孔520の直径の最大値は0.2mm以下であることが好ましい。また、複数の細孔520の中には、電界の方向に沿って3つ以上の細孔520が連通する可能性もある。そのため、細孔520の直径の最大値は0.1mm以下であることがより好ましい。
Note that even if the average diameter of the
[比誘電率、気孔率、および放電電圧の関係]
図7は、基台1110と配管50との間の隙間の一例を説明するための拡大図である。基台1110は導電性部材を含み、配管50の本体51および多孔質部材52は誘電体で形成されるため、基台1110と配管50とは、熱膨張率が異なる。そのため、基台1110と配管50との間には、例えば図7に示されるように、予め定められた幅の隙間ΔL3が設けられる。隙間ΔL3の幅は、例えば0.2mmである。
[Relationship between dielectric constant, porosity, and discharge voltage]
Fig. 7 is an enlarged view for explaining an example of a gap between the base 1110 and the
隙間ΔL3内の空間には、多孔質部材52を介して流通する伝熱ガスが流れる。また、隙間ΔL3内の空間には、基台1110と配管50との間の電位差に応じた電界が発生する。隙間ΔL3内の空間における電位差が136Vを超えると、隙間ΔL3内で伝熱ガスが放電する場合がある。隙間ΔL3内での伝熱ガスの放電を抑制するためには、例えば隙間ΔL3内の空間における電位差が136Vを超えないようにすることが考えられる。
The heat transfer gas flows through the
ここで、隙間ΔL3内の空間における電位差は、例えば図8に示されるように、多孔質部材52の比誘電率および気孔率に応じて変化する。図8は、多孔質部材52の比誘電率、気孔率、および放電電圧の関係の一例を示す図である。例えば図8に示されるように、多孔質部材52の比誘電率および気孔率が小さくなる程、隙間ΔL3内の空間における電位差が小さくなる。
Here, the potential difference in the space within the gap ΔL3 changes depending on the dielectric constant and porosity of the
例えば比誘電率が約2.1であるPTFEによって多孔質部材52が形成される場合、例えば図8に示されるように、いずれの気孔率においても、隙間ΔL3内の空間における電位差が136Vを下回る。そのため、多孔質部材52がPTFEで形成される場合には、隙間ΔL3内の空間における放電を抑制することができる。ただし、PTFEは熱膨張率が大きいため、温度変化がそれほど大きくないプロセスを実行する装置に用いることが好ましい。
For example, when the
また、例えば比誘電率が約4.2である石英によって多孔質部材52が形成される場合、例えば図8に示されるように、気孔率が10%を下回ると、隙間ΔL3内の空間における電位差が136Vを超える場合がある。そのため、石英を用いて多孔質部材52を形成する場合には、多孔質部材52の気孔率を10%以上かつ90%以下とすることが好ましい。これにより、隙間ΔL3内の空間における放電を抑制することができる。
Furthermore, when the
また、例えば比誘電率が約10であるアルミナによって多孔質部材52が形成される場合、例えば図8に示されるように、気孔率が60%を下回ると、隙間ΔL3内の空間における電位差が136Vを超える場合がある。そのため、アルミナを用いて多孔質部材52を形成する場合には、多孔質部材52の気孔率を60%以上かつ90%以下とすることが好ましい。これにより、隙間ΔL3内の空間における放電を抑制することができる。
Furthermore, when the
なお、石英およびアルミナはPTFEよりも熱膨張率が小さいため、石英またはアルミナを用いて形成された多孔質部材52は温度変化が大きいプロセスを実行する装置にも用いることができる。
In addition, since quartz and alumina have a smaller thermal expansion coefficient than PTFE,
以上、一実施形態について説明した。上記したように、本実施形態におけるプラズマ処理装置(プラズマ処理装置1)は、チャンバ(プラズマ処理チャンバ10)と、プラズマ生成部(プラズマ生成部12)と、第1の導電部材(本体部111)と、第2の導電部材(底壁10b)と、配管(配管50)とを備える。チャンバは、基板(W)を収容する。プラズマ生成部は、チャンバ内に電磁波を供給することによりチャンバ内にプラズマを生成させ、プラズマにより基板を処理する。第1の導電部材は、チャンバ内に配置される。第2の導電部材は、第1の導電部材との間で予め定められた電位差を有する。配管は、第1の誘電体で形成され、第1の導電部材と第2の導電部材との間に配置され、第1の導電部材と第2の導電部材との間でガスを流通させる。配管は、本体(本体51)と、多孔質部材(多孔質部材52)とを有する。本体は、第1の誘電体で形成された中空の形状である。多孔質部材は、第2の誘電体で形成され、本体内に充填される。これにより、チャンバ内にガスを供給する配管内の放電を抑制することができる。 Above, one embodiment has been described. As described above, the plasma processing apparatus (plasma processing apparatus 1) in this embodiment includes a chamber (plasma processing chamber 10), a plasma generating unit (plasma generating unit 12), a first conductive member (main body 111), a second conductive member (bottom wall 10b), and a pipe (piping 50). The chamber accommodates a substrate (W). The plasma generating unit generates plasma in the chamber by supplying electromagnetic waves into the chamber, and processes the substrate with the plasma. The first conductive member is disposed in the chamber. The second conductive member has a predetermined potential difference with the first conductive member. The pipe is formed of a first dielectric, is disposed between the first conductive member and the second conductive member, and allows gas to flow between the first conductive member and the second conductive member. The pipe has a main body (main body 51) and a porous member (porous member 52). The main body has a hollow shape formed of the first dielectric. The porous member is made of a second dielectric material and is filled into the body. This makes it possible to suppress discharges in the piping that supplies gas into the chamber.
また、上記した実施形態において、第2の誘電体は石英であり、多孔質部材の気孔率は10%以上かつ90%以下である。これにより、配管50内の放電を抑制することができる。
In addition, in the above embodiment, the second dielectric is quartz, and the porosity of the porous member is 10% or more and 90% or less. This makes it possible to suppress discharge within the
また、上記した実施形態において、第2の誘電体はアルミナであり、多孔質部材の気孔率は60%以上かつ90%以下である。これにより、配管50内の放電を抑制することができる。
In addition, in the above embodiment, the second dielectric is alumina, and the porosity of the porous member is 60% or more and 90% or less. This makes it possible to suppress discharge within the
また、上記した実施形態において、第1の導電部材は、基板を載せる基板支持部であり、第2の導電部材は、チャンバの底壁である。これにより、チャンバの底壁から基板支持部へガスを供給する際の配管内の放電を抑制することができる。 In addition, in the above embodiment, the first conductive member is a substrate support portion on which a substrate is placed, and the second conductive member is the bottom wall of the chamber. This makes it possible to suppress discharge in the piping when gas is supplied from the bottom wall of the chamber to the substrate support portion.
また、上記した実施形態において、配管50内を流通するガスは、ヘリウムガス等の希ガスである。これにより、第1の導電部材と第2の導電部材との間でガスを供給する際の配管内の放電を抑制することができる。
In addition, in the above embodiment, the gas flowing through the
また、上記した実施形態において、多孔質部材の細孔の直径の平均値は、0.2mm以下である。より好ましくは、多孔質部材の細孔の直径の最大値は、0.1mm以下である。これにより、配管50内の放電を抑制することができる。
In addition, in the above embodiment, the average diameter of the pores in the porous member is 0.2 mm or less. More preferably, the maximum diameter of the pores in the porous member is 0.1 mm or less. This makes it possible to suppress discharges in the
[その他]
なお、本願に開示された技術は、上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
[others]
It should be noted that the technology disclosed in the present application is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible within the scope of the gist thereof.
例えば、上記した実施形態では、本体部111を第1の導電部材の一例として説明し、プラズマ処理チャンバ10の底壁10bを第2の導電部材の一例として説明したが、開示の技術はこれに限られない。プラズマ処理装置1に設けられる導電部材であって、電位差を有する2つの導電部材であれば、本体部111やプラズマ処理チャンバ10の底壁10b以外の部材に対しても開示の技術を適用することができる。例えば、シャワーヘッド13を第1の導電部材とし、シャワーヘッド13を覆う筐体を第2の導電部材として、開示の技術を適用することも可能である。
For example, in the above embodiment, the main body 111 is described as an example of a first conductive member, and the bottom wall 10b of the
また、上記した実施形態では、プラズマ処理装置1に用いられるプラズマ源の一例として、容量結合型プラズマを説明したが、プラズマ源はこれに限られない。容量結合型プラズマ以外のプラズマ源としては、例えば、誘導結合プラズマ(ICP)、マイクロ波励起表面波プラズマ(SWP)、電子サイクロトロン共鳴プラズマ(ECP)、およびヘリコン波励起プラズマ(HWP)等が挙げられる。 In the above embodiment, a capacitively coupled plasma has been described as an example of a plasma source used in the plasma processing apparatus 1, but the plasma source is not limited to this. Examples of plasma sources other than capacitively coupled plasma include inductively coupled plasma (ICP), microwave excited surface wave plasma (SWP), electron cyclotron resonance plasma (ECP), and helicon wave excited plasma (HWP).
なお、今回開示された実施形態は全ての点で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。実に、上記した実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、添付の請求の範囲およびその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。 The embodiments disclosed herein should be considered as illustrative in all respects and not restrictive. Indeed, the above-described embodiments may be embodied in various forms. Furthermore, the above-described embodiments may be omitted, substituted, or modified in various forms without departing from the scope and spirit of the appended claims.
また、上記の実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。 In addition, the following notes are provided regarding the above embodiment:
(付記1)
基板を収容するチャンバと、
前記チャンバ内に電磁波を供給することにより前記チャンバ内にプラズマを生成させ、前記プラズマにより前記基板を処理するプラズマ生成部と、
前記チャンバ内に配置される第1の導電部材と、
前記第1の導電部材との間で予め定められた電位差を有する第2の導電部材と、
第1の誘電体で形成され、前記第1の導電部材と前記第2の導電部材との間に配置され、前記第1の導電部材と前記第2の導電部材との間でガスを流通させる配管と
を備え、
前記配管は、
第1の誘電体で形成された中空の本体と、
第2の誘電体で形成され、前記本体内に充填される多孔質部材とを有するプラズマ処理装置。
(付記2)
前記第2の誘電体は、石英である付記1に記載のプラズマ処理装置。
(付記3)
前記多孔質部材の気孔率は、10%以上かつ90%以下である付記2に記載のプラズマ処理装置。
(付記4)
前記第2の誘電体は、アルミナである付記1に記載のプラズマ処理装置。
(付記5)
前記多孔質部材の気孔率は、60%以上かつ90%以下である付記4に記載のプラズマ処理装置。
(付記6)
前記第1の導電部材は、前記基板を載せる基板支持部であり、
前記第2の導電部材は、前記チャンバの底壁である付記1から5のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
(付記7)
前記ガスは、希ガスである付記1から6のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
(付記8)
前記ガスは、ヘリウムガスである付記7に記載のプラズマ処理装置。
(付記9)
前記多孔質部材の細孔の直径の平均値は、0.2mm以下である付記1から8のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
(付記10)
前記多孔質部材の細孔の直径の最大値は、0.1mm以下である付記1から9のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
(Appendix 1)
a chamber for housing a substrate;
a plasma generating unit that generates plasma in the chamber by supplying an electromagnetic wave into the chamber and processes the substrate with the plasma;
a first conductive member disposed within the chamber;
a second conductive member having a predetermined potential difference between itself and the first conductive member;
a pipe formed of a first dielectric, disposed between the first conductive member and the second conductive member, and allowing a gas to flow between the first conductive member and the second conductive member;
The piping includes:
a hollow body formed of a first dielectric material;
a porous member formed of a second dielectric material and filled in the body.
(Appendix 2)
2. The plasma processing apparatus of claim 1, wherein the second dielectric is quartz.
(Appendix 3)
3. The plasma processing apparatus according to claim 2, wherein the porosity of the porous member is 10% or more and 90% or less.
(Appendix 4)
2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the second dielectric is alumina.
(Appendix 5)
5. The plasma processing apparatus according to claim 4, wherein the porosity of the porous member is 60% or more and 90% or less.
(Appendix 6)
the first conductive member is a substrate support portion on which the substrate is placed,
6. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the second conductive member is a bottom wall of the chamber.
(Appendix 7)
7. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the gas is a rare gas.
(Appendix 8)
8. The plasma processing apparatus according to claim 7, wherein the gas is helium gas.
(Appendix 9)
9. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein an average diameter of the pores of the porous member is 0.2 mm or less.
(Appendix 10)
10. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the maximum diameter of the pores of the porous member is 0.1 mm or less.
W 基板
100 プラズマ処理システム
1 プラズマ処理装置
2 制御部
10 プラズマ処理チャンバ
10a 側壁
10b 底壁
10e ガス排出口
10s プラズマ処理空間
11 基板支持部
111 本体部
112 リングアセンブリ
12 プラズマ生成部
13 シャワーヘッド
14 配管
20 ガス供給部
30 電源
31 RF電源
32 DC電源
40 排気システム
50 配管
51 本体
52 多孔質部材
520 細孔
60 配管
61 流路
Claims (10)
前記チャンバ内に電磁波を供給することにより前記チャンバ内にプラズマを生成させ、前記プラズマにより前記基板を処理するプラズマ生成部と、
前記チャンバ内に配置される第1の導電部材と、
前記第1の導電部材との間で予め定められた電位差を有する第2の導電部材と、
第1の誘電体で形成され、前記第1の導電部材と前記第2の導電部材との間に配置され、前記第1の導電部材と前記第2の導電部材との間でガスを流通させる配管と
を備え、
前記配管は、
第1の誘電体で形成された中空の本体と、
第2の誘電体で形成され、前記本体内に充填される多孔質部材とを有するプラズマ処理装置。 a chamber for housing a substrate;
a plasma generating unit that generates plasma in the chamber by supplying an electromagnetic wave into the chamber and processes the substrate with the plasma;
a first conductive member disposed within the chamber;
a second conductive member having a predetermined potential difference between itself and the first conductive member;
a pipe formed of a first dielectric, disposed between the first conductive member and the second conductive member, and allowing a gas to flow between the first conductive member and the second conductive member;
The piping includes:
a hollow body formed of a first dielectric material;
a porous member formed of a second dielectric material and filled in the body.
前記第2の導電部材は、前記チャンバの底壁である請求項1に記載のプラズマ処理装置。 the first conductive member is a substrate support portion on which the substrate is placed,
2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the second conductive member is a bottom wall of the chamber.
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|---|---|---|---|
| JP2023-182541 | 2023-10-24 | ||
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|---|---|
| WO2025089081A1 true WO2025089081A1 (en) | 2025-05-01 |
Family
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| US20030037883A1 (en) * | 1999-07-22 | 2003-02-27 | Applied Materials, Inc. | Substrate support with gas feed-through and method |
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2024
- 2024-10-10 WO PCT/JP2024/036211 patent/WO2025089081A1/en active Pending
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Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
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