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公開番号2025093439
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-24
出願番号2023209074
出願日2023-12-12
発明の名称プラズマ処理装置、プラズマ源およびプラズマ制御方法
出願人東京エレクトロン株式会社
代理人弁理士法人酒井国際特許事務所
主分類H05H 1/46 20060101AFI20250617BHJP(他に分類されない電気技術)
要約【課題】熱、電磁波およびイオンの影響を抑制しつつ、高密度ラジカルを生成することができるプラズマ処理装置等を提供する。
【解決手段】プラズマ処理装置は、処理室と、基板保持部と、プラズマ源と、を有する。処理室は、基板の処理空間を提供する。基板保持部は、処理室内で基板を保持する。プラズマ源は、プラズマを処理室内に供給するように構成され、ガス供給部と、配管と、電磁波発生器と、電磁波供給部と、共振器配列構造体と、を備える。ガス供給部は、原料ガスを供給する。配管は、ガス供給部と処理室とを接続する。電磁波発生器は、配管内に供給されるプラズマ励起用の電磁波を発生させる。電磁波供給部は、配管に設けられた誘電体窓を介して、電磁波を配管内に供給する。共振器配列構造体は、電磁波の磁界成分と共振可能であり且つサイズが電磁波の波長よりも小さく、同一平面の方向に配置された複数の共振器を含む。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
基板の処理空間を提供するように構成される処理室と、
前記処理室内で前記基板を保持するように構成される基板保持部と、
プラズマを前記処理室内に供給するように構成されるプラズマ源と、を有し、
前記プラズマ源は、
原料ガスを供給するように構成されるガス供給部と、
前記ガス供給部と前記処理室とを接続するように構成される配管と、
前記配管内に供給されるプラズマ励起用の電磁波を発生させるように構成される電磁波発生器と、
前記配管に設けられた誘電体窓を介して、前記電磁波を前記配管内に供給するように構成される電磁波供給部と、
前記電磁波の磁界成分と共振可能であり且つサイズが前記電磁波の波長よりも小さく、同一平面の方向に配置された複数の共振器を含むように構成される共振器配列構造体と、を備える、
プラズマ処理装置。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記複数の共振器は、導体からなるＣ字状のリング部材が誘電体に積層された構造を備える、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記複数の共振器は、前記共振器それぞれが、２枚以上の前記Ｃ字状のリング部材の組を備え、前記共振器配列構造体の基部の面積が広い側の第１面と平行な前記平面の方向に形成される、
請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記複数の共振器は、前記共振器それぞれが、２枚以上の前記Ｃ字状のリング部材の組ごとにカード形状に形成され、
前記カード形状の前記複数の共振器は、前記共振器配列構造体の基部の面積が広い側の第１面と垂直な前記平面の方向に形成される、
請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記複数の共振器は、前記共振器それぞれが、２枚以上の前記Ｃ字状のリング部材の組を備え、複数の前記組を接続した短冊形状に形成され、
前記短冊形状の前記複数の共振器は、前記共振器配列構造体の基部の面積が広い側の第１面と垂直な前記平面の方向に形成される、
請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記複数の共振器は、前記共振器配列構造体の前記第１面側において、前記共振器それぞれの板状の前記誘電体が、前記電磁波供給部の中心軸を起点として放射状となるように配置される、
請求項４または５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記共振器配列構造体は、前記第１面が前記配管の長手方向と平行となる方向に配置される、
請求項３～５のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記共振器配列構造体は、前記第１面が前記配管の断面方向と平行となる方向に配置される、
請求項３～５のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記配管は、前記処理室との接続部にノズルを備える、
請求項７に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記共振器配列構造体は、前記配管の断面の中心部に配置され、
前記複数の共振器は、前記共振器それぞれの板状の前記誘電体に貫通孔を備える、
請求項７に記載のプラズマ処理装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
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、プラズマ源およびプラズマ制御方法に関する。
続きを表示（約 3,700 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、複数のアンテナと、複数のアンテナの間に間隔を設けて配置された複数の結合防止素子と、を有し、複数の結合防止素子のそれぞれは、チャンバ内にてグランド面を構成する天壁に接続された第１の部材と、第１の部材の先端又はその近傍に接続された第２の部材と、を有する、アレーアンテナが開示されている。また、特許文献２に開示されている方法は、反応チャンバに基板を提供することと、基板上に第１の厚さの炭化ケイ素膜を堆積させることと、第１の厚さの炭化ケイ素膜が高密度化されるリモート水素プラズマ処理に第１の厚さの炭化ケイ素膜を曝すことと、第１の厚さの炭化ケイ素膜の上に第２の厚さの炭化ケイ素膜を堆積させることと、第２の厚さの炭化ケイ素膜が高密度化されるリモート水素プラズマ処理に第２の厚さの炭化ケイ素膜を曝すことと、を含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２１－１１４３６０号公報
特表２０２０－５０２７９７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、熱、電磁波およびイオンの影響を抑制しつつ、高密度ラジカルを生成することができるプラズマ処理装置、プラズマ源およびプラズマ制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一態様によるプラズマ処理装置は、処理室と、基板保持部と、プラズマ源と、を有する。処理室は、基板の処理空間を提供するように構成される。基板保持部は、処理室内で基板を保持するように構成される。プラズマ源は、プラズマを処理室内に供給するように構成され、ガス供給部と、配管と、電磁波発生器と、電磁波供給部と、共振器配列構造体と、を備える。ガス供給部は、原料ガスを供給するように構成される。配管は、ガス供給部と処理室とを接続するように構成される。電磁波発生器は、配管内に供給されるプラズマ励起用の電磁波を発生させるように構成される。電磁波供給部は、配管に設けられた誘電体窓を介して、電磁波を配管内に供給するように構成される。共振器配列構造体は、電磁波の磁界成分と共振可能であり且つサイズが電磁波の波長よりも小さく、同一平面の方向に配置された複数の共振器を含むように構成される。
【発明の効果】
【０００６】
本開示によれば、熱、電磁波およびイオンの影響を抑制しつつ、高密度ラジカルを生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置の構成の一例を示すブロック図である。
図２は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置の構成の一例を示す概略断面図である。
図３は、第１実施形態に係るノズルの構成の一例を示す図である。
図４は、第１実施形態に係るリモートプラズマ源における配管の一例を示す断面図である。
図５は、第１実施形態に係る共振器配列構造体の構成の一例を示す図である。
図６は、図５のＡ－Ａ断面の一例を示す断面図である。
図７は、第１実施形態に係る共振器単体の平面およびＢ－Ｂ断面の一例を示す図である。
図８は、図７のＣ－Ｃ断面の一例を示す断面図である。
図９は、図７のＤ－Ｄ断面の一例を示す断面図である。
図１０は、共振器のＳ２１値と電磁波の周波数との関係の一例を示す図である。
図１１は、第１実施形態に係る共振器の共振周波数の算出の一例を示す説明図である。
図１２は、変形例１に係るプラズマ処理装置の構成の一例を示す概略断面図である。
図１３は、変形例２に係るプラズマ処理装置の構成の一例を示す概略断面図である。
図１４は、変形例３に係るプラズマ処理装置の構成の一例を示す概略断面図である。
図１５は、変形例４に係るプラズマ処理装置の構成の一例を示す概略断面図である。
図１６は、変形例５に係るプラズマ処理装置の構成の一例を示す概略断面図である。
図１７は、変形例５に係る共振器配列構造体近傍の断面の一例を示す図である。
図１８は、変形例５に係る共振器配列構造体を配管の上流方向から見た構成の一例を示す平面図である。
図１９は、図１８のＦ－Ｆ断面の一例を示す断面図である。
図２０は、変形例５に係る共振器単体の平面およびＧ－Ｇ断面の一例を示す図である。
図２１は、図２０のＩ－Ｉ断面の一例を示す断面図である。
図２２は、図２０のＪ－Ｊ断面の一例を示す断面図である。
図２３は、リング部材の位置とプラズマ生成領域との関係の一例を示す図である。
図２４は、リング部材の位置とプラズマ生成領域との関係の一例を示す図である。
図２５は、シールドの位置とプラズマ生成領域との関係の一例を示す図である。
図２６は、変形例６に係るプラズマ処理装置の構成の一例を示す概略断面図である。
図２７は、第２実施形態に係るプラズマ処理装置の構成の一例を示す概略断面図である。
図２８は、第２実施形態に係る共振器配列構造体近傍の断面の一例を示す図である。
図２９は、第２実施形態に係る共振器配列構造体を配管の下流方向から見た構成の一例を示す平面図である。
図３０は、第２実施形態に係るカード形状の共振器の構成の一例を示す図である。
図３１は、第２実施形態に係るカード形状の共振器の構成の一例を示す図である。
図３２は、第２実施形態に係るカード形状の共振器の構成の他の一例を示す図である。
図３３は、第２実施形態に係るカード形状の共振器の断面の一例を示す図である。
図３４は、第２実施形態に係る共振器配列構造体の一例を示す斜視図である。
図３５は、変形例７に係るプラズマ処理装置の構成の一例を示す概略断面図である。
図３６は、図３５のＫ－Ｋ断面の一例を示す断面図である。
図３７は、変形例７に係る共振器の構成の一例を示す図である。
図３８は、変形例８に係るプラズマ処理装置の構成の一例を示す概略断面図である。
図３９は、変形例８に係る共振器配列構造体近傍の断面の一例を示す図である。
図４０は、第３実施形態に係るプラズマ処理装置の構成の一例を示す概略断面図である。
図４１は、第３実施形態に係る共振器配列構造体の一例を示す斜視図である。
図４２は、変形例９に係るプラズマ処理装置の構成の一例を示す概略断面図である。
図４３は、第４実施形態に係るプラズマ処理装置の構成の一例を示すブロック図である。
図４４は、第４実施形態に係るプラズマ拡散領域の一例を示す図である。
図４５は、プラズマ拡散領域における電子密度の分布の一例を示すグラフである。
図４６は、プラズマ拡散領域における電子密度の分布の一例を示すグラフである。
図４７は、ガス流量と電子密度との関係の一例を示すグラフである。
図４８は、電磁波のパワーと配管直径との関係の一例を示すグラフである。
図４９は、電磁波のパワー密度の比と配管直径との関係の一例を示すグラフである。
図５０は、共振器配列構造体の空間にガスが滞在する時間と配管直径との関係の一例を示すグラフである。
図５１は、プラズマ生成から処理室までの移動時間と配管直径との関係の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、開示するプラズマ処理装置、プラズマ源およびプラズマ制御方法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技術が限定されるものではない。
【０００９】
ところで、プラズマ励起用のマイクロ波を用いたプラズマ処理装置では、プラズマの電子密度を高めるために処理容器内に供給されるマイクロ波の電力を上昇させることがある。処理容器内に供給されるマイクロ波の電力を上昇させるほど、プラズマの電子密度を高めることができる。
【００１０】
ここで、処理容器内に供給されるマイクロ波の電力を上昇させることによりプラズマの電子密度がある上限値に到達すると、処理容器内の空間の誘電率が負となることが知られている。この電子密度の上限値を適宜「遮断密度」と呼ぶ。また、マイクロ波が空間を伝搬するか否かを示す指標として、屈折率が知られている。屈折率Ｎは、以下の式（１）により表される。
Ｎ＝√ε√μ ・・・（１）
ただし、ε：誘電率、μ：透磁率
（【００１１】以降は省略されています）

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