JP2000223298A

JP2000223298A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP2000223298A
Application number: JP11023454A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Ishii; 信雄石井; Yasuo Kobayashi; 保男小林; Tamotsu Morimoto; 保森本; Makoto Ando; 真安藤; Naohisa Goto; 尚久後藤
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1999-02-01
Filing date: 1999-02-01
Publication date: 2000-08-11
Anticipated expiration: 2019-02-01
Also published as: US6322662B1; JP3430053B2

Abstract

(57)【要約】【課題】プラズマ処理装置において、平面アンテナ部
材の中心部に対向する処理空間の電界が強くなる状態を
緩和すると共に、プラズマ形成領域におけるプラズマ密
度の不均一性を緩和する。【解決手段】マイクロ波発生器５０にて発生したマイ
クロ波は導波管５２により平面アンテナ部材４４に供給
される。平面アンテナ部材４４には、互いの間隔がマイ
クロ波の導波管５２内における管内波長より短く、かつ
それぞれの長さが前記管内波長の１／２より短い複数の
スリット６０が形成されている。これらのスリットは、
軸対称性を有しないパターンで平面アンテナ部材４４の
中心部以外の領域に配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＶＤ、エッチン
グ、スパッタリング、アッシング等の処理に好適なプラ
ズマ処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体製品の高密度化および高精
細化に伴い、半導体製品の製造工程において、成膜、エ
ッチング、アッシング等の処理のためにプラズマ処理装
置が使用されている。

【０００３】従来、この種のプラズマ処理装置として
は、磁場形成手段を有するプラズマ発生室にマイクロ波
導入口を設けて電子サイクロトロン共鳴空胴を形成し、
プラズマ発生室からイオンを引き出して、反応室内の半
導体ウェーハにイオンビームを照射するように構成され
た装置（特公昭５８−１３６２６号公報）、マイクロ波
を導波管により空胴共振器の一端からその内部へ導入
し、この空胴共振器の他端に設けられたスロットからマ
イクロ波をプラズマ発生室へ放射するように構成された
装置（特開昭６３−２９３８２５号公報）等があった。

【０００４】しかしながら、特公昭５８−１３６２６号
公報に示されているような装置では、プラズマ発生室と
反応室とを有するため、装置全体が大型になってしまう
という問題点かあった。また、特開昭６３−２９３８２
５号公報に示されているような装置も、空胴共振器とプ
ラズマ発生室とを有するため、同様な問題点があった。

【０００５】これに対して、渦巻きまたは同心円上に配
置されたスロットを有する円形の板状マイクロ波放射部
材（平面アンテナ部材）を同軸管の先端に取り付け、こ
の板状マイクロ波放射部材を放電空間を有する真空容器
（処理容器）内に配置し、前記板状マイクロ波放射部材
に対向するように前記真空容器内に配置された半導体ウ
ェーハ等の試料にマイクロ波を照射するように構成され
たプラズマ処理装置（特開平１−１８４９２３号公報、
特開平８−１１１２９７号公報等）では、真空容器自体
が空胴共振器構造を有するため、装置全体の小型化が実
現できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開平８−１１１２９７号公報に記載の装置では、高密度
のプラズマを得るために大きな電力を投入しようとして
も、ある程度以上の電力が投入できないという問題点が
あった。

【０００７】そこで、本発明者等は、特願平８−１５３
３５７号（特開平９−１８１０５２号）により、この問
題点を解決したプラズマ処理装置を提案した。このプラ
ズマ処理装置では、平面アンテナ部材に形成されている
スロットの長さおよびスロット間の距離を前述した特開
平８−１１１２９７号公報のものとは異ならせることに
より、処理容器内の処理空間には、平面アンテナ部材の
表面から離れるに従って指数関数的に減衰するような電
界を形成することを可能にしている。ここで、平面アン
テナ部材の半径方向のスロット間の距離は、好ましくは
マイクロ波の同軸管内波長の５％〜５０％の範囲の値
（特開平８−１１１２９７号公報のプラズマ処理装置で
は、同軸管内波長と同程度の値）に設定され、各スロッ
トの長さは、好ましくは前記管内波長の（１／２）±３
０％の範囲の値（特開平８−１１１２９７号公報のプラ
ズマ処理装置では、同軸管内波長のほぼ１／２から自由
空間波長のほぼ１／２の範囲の値）に設定されている。

【０００８】このように構成されたプラズマ処理装置に
よれば、プラズマを発生させるための電力の投入が電磁
場ではなく静電場を介して行われるため、投入電力に上
限値はなくなり、効率的に電力を供給することが可能と
なる。

【０００９】ところが、このプラズマ処理装置において
は、平面アンテナ部材の中心部に対向する処理空間の電
界が強くなってしまうという問題点があることが判明し
た。その原因について、本発明者は以下のように考え
る。同軸導波管の内導体から平面アンテナ部材の中心に
供給されたマイクロ波は半径方向に伝搬しながら、スロ
ットを通して処理空間に放射される。このプラズマ処理
装置では、スロットの間隔が前述したような値に設定さ
れているため、僅かの量のマイクロ波がスロットを通し
て径方向外側へ放射される。従って、大部分のマイクロ
波は平面アンテナ部材の半径方向の端（導電性材料で構
成されたラジアル導波箱の内壁面）で反射して戻ってく
る。そして、戻ってきたマイクロ波がスロットを通して
径方向内側へ放射される。ここで、平面アンテナ部材に
形成されたスロットの法線が平面アンテナ部材の中心を
通るように配置されているので、スロットから放射され
たマイクロ波が平面アンテナ部材の中心部に対向する処
理空間に集中し、そこの電界が強くなるものと考えられ
る。

【００１０】また、前記特開平９−１８１０５２号で提
案したプラズマ処理装置においては、平面アンテナ部材
の下面に配置されている石英ガラス板の直下、すなわち
プラズマ形成領域のプラズマ密度が不均一になってしま
うことが判明した。その原因は、平面アンテナ部材に形
成されているスロットパターンが軸対称性を有している
と、軸対称性を有する同軸導波管と軸対称性を有する平
面アンテナ部材とが固有のモードで共鳴してしまうため
と考えられる。なお、ここで軸対称性を有するとは、同
心円のように、平面アンテナ部材の中心の回りに任意の
角度回転させても形状が変化しないことを意味する。

【００１１】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであって、平面アンテナ部材に形成するスロットの
長さ、スロットの間隔、およびその配置を工夫すること
により、平面アンテナ部材の中心部に対向する処理空間
の電界が強くなる状態を緩和できるようにしたプラズマ
処理装置を提供することを目的とする。

【００１２】また、本発明は、平面アンテナ部材に形成
するスロットの長さ、スロットの間隔、およびその配置
を工夫することにより、プラズマ形成領域におけるプラ
ズマ密度の不均一性を緩和できるようにしたプラズマ処
理装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前述した本発明の課題
は、被処理体を載置する載置台を内部に設けた気密な処
理容器と、マイクロ波発生手段と、このマイクロ波発生
手段が発生したマイクロ波を前記処理容器へ導入するマ
イクロ波導入手段と、このマイクロ波導入手段に接続さ
れ、かつ前記載置台に対向して配置された平面アンテナ
部材とを備えたプラズマ処理装置であって、前記平面ア
ンテナ部材には、互いの間隔が前記マイクロ波導入手段
内におけるマイクロ波の波長より短く、かつそれぞれの
長さが前記波長の１／２より短い複数のスロットが、軸
対称性を有しないパターンで前記平面アンテナ部材の中
心部以外の領域に配置されているプラズマ処理装置によ
り解決することができる。

【００１４】このように構成されたプラズマ処理装置に
よれば、マイクロ波導入手段から平面アンテナ部材に供
給されたマイクロ波は、平面アンテナ部材の半径方向へ
伝搬する過程で、僅かの量がスロットを通して径方向外
側へ放射される。大部分のマイクロ波は半径方向の端で
反射して戻り、その過程でスロットを通して径方向内側
へ放射される。半径方向へ伝搬する過程で放射されたマ
イクロ波と、反射して戻ってくる過程で放射されたマイ
クロ波とが合成されるが、軸対称性を有しないパターン
でスロットが配置されているので、放射されたマイクロ
波の電界が平面アンテナ部材の中心部に対向する処理空
間で強くなる状態が緩和される。また、マイクロ波導入
手段から平面アンテナ部材の中心に供給されたマイクロ
波はスロットを通して処理空間に放射される際に、平面
アンテナ部材の半径方向（ラジアル方向）からずれた方
向へ伝搬するので、導波管５２と平面アンテナ部材４４
との共鳴を回避することができる。これらの二つの作用
により、載置台上に均一なプラズマを発生させることが
できる。

【００１５】さらに、径方向に放射されたマイクロ波は
アンテナ平面に垂直な電界成分を有しているので、その
電界成分によって、処理容器内に供給されたプラズマ用
ガスの分子が効率良く加熱される。この結果、電力の吸
収効率が向上するので、プラズマを効率良く発生させる
ことができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るプラズマ処理
装置の一実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明す
る。図１は本発明に係るプラズマ処理装置の一実施の形
態を示す断面図である。

【００１７】本実施の形態においてはプラズマ処理装置
をプラズマエッチング装置に適用した場合について説明
する。図１に示されているように、このプラズマエッチ
ング装置２は、例えば側壁や底部がアルミニウム等の導
体により構成されて、全体が筒体状に成形された処理容
器４を有しており、内部は密閉された処理空間ＳＰとし
て構成されている。

【００１８】この処理容器４内には、上面に被処理体と
しての例えば半導体ウェーハＷを載置する載置台６が収
容される。この載置台６は、例えばアルマイト処理を施
したアルミニウム等により中央部が凸状かつ平坦になさ
れた略円柱状に形成されている。また、この下部は同じ
くアルミニウム等により円柱状になされた支持台８によ
り支持されると共に、この支持台８は処理容器４内の底
部に絶縁材１０を介して設置されている。

【００１９】載置台６の上面には、ここにウェーハを保
持するための静電チャックやクランプ機構（図示せず）
が設けられている。そして、この載置台６は給電線１２
を介してマッチングボックス１４および例えば１３．５
６ＭＨｚのバイアス用高周波電源１６に接続されてい
る。載置台６を支持する支持台８には、プラズマ処理時
のウェーハを冷却するための冷却水等を流す冷却ジャケ
ット１８が設けられている。処理容器４の側壁には、
ガスの供給手段として、容器内にプラズマ用ガス、例え
ばアルゴンガスを供給する石英パイプ製のプラズマガス
供給ノズル２０や処理ガス、例えばエッチングガスを導
入するための例えば石英パイプ製の処理ガス供給ノズル
２２が設けられている。これらのノズル２０、２２はそ
れぞれガス供給路２４、２６によりマスフローコントロ
ーラ２８、３０および開閉弁３２、３４を介してそれぞ
れプラズマガス源３６および処理ガス源３８に接続され
ている。処理ガスとしてのエッチングガスは、ＣＦ₃，
ＣＨＦ₃，ＣＦ₄等のガスを用いることができる。ま
た、処理容器４の側壁の外周には、処理容器４の内部に
対してウェーハを搬入・搬出する時に開閉するゲートバ
ルブ４０が設けられる。

【００２０】さらに、処理容器４の底部には、図示され
ない真空ポンプに接続された排気口４２が設けられてお
り、必要に応じて処理容器４内を所定の圧力まで真空引
きできるようになされている。

【００２１】一方、処理容器４内の上部には、静電場を
形成するための平面アンテナ部材４４が設けられる。平
面アンテナ部材４４は、高さの低い中空円筒状容器から
なるラジアル導波箱４６の底部として構成されている。
そして、ラジアル導波箱４６は、載置台６に対向させて
設けられる。このラジアル導波箱４６は、導電性材料、
例えばアルミニウムによりほぼ円盤状に形成されてい
る。このアンテナ部材４４の下面全面にわたって、保護
板として例えば厚さ２ｍｍ程度の石英ガラス板４８が気
密に設けられており、プラズマからアンテナ部材４４を
保護すると同時に、ラジアル導波箱４６内を気密に保持
している。この石英ガラス板４８に代えて保護板として
セラミック薄板等を用いるようにしても良い。

【００２２】ラジアル導波箱４６の上面の中心には、他
端が例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波発生器５０に接
続された導波管５２の外管５２Ａが接続され、内部の内
側ケーブル５２Ｂは円板状アンテナ部材４４の中心部に
接続されるか、あるいは僅かにこれより離間されてい
る。図は接続されている場合を示している。ここでは、
導波管として、同軸導波管を例示したが、断面円形ある
いは矩形の導波管を用いることもできる。

【００２３】導波管５２とラジアル導波箱４６との接続
部には、例えばセラミックシールよりなるシール材５８
が管内にロウ付け等により気密に設けられており、ラジ
アル導波箱４６内を真空状態に保持している。

【００２４】一方、ラジアル導波箱４６内には、平面ア
ンテナ部材に供給されるマイクロ波の波長を短くして波
長の短い管内波長とするために所定の誘電率の誘電体６
２が収容されている。この誘電体６２としてはＡ１₂Ｏ
₃，ＳｉＮ等の誘電損失の少ないものを用いることがで
きる。また、平面アンテナ部材４４の下面と載置台６の
上端載置面との間の距離Ｄは、例えば５〜１０ｃｍ程度
に設定されており、処理空間ＳＰを、プラズマ形成領域
ＳＰ１０と、この空間より拡散するプラズマによる活性
種で実際に処理が行われるプロセス領域ＳＰ２０とに分
離している。

【００２５】平面アンテナ部材４４は、例えば直径５０
ｃｍ、厚さ０．１〜２．０ｍｍ程度、好ましくは０．３
ｍｍ〜１．０ｍｍの導電性材料からなる円板、例えば銅
製の円板からなる。

【００２６】次に、図２を参照しながら、平面アンテナ
部材４４に形成されたスロットの特徴を説明する。ここ
には、円板状アンテナ部材４４の中心４４Ａと３つのス
ロット６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃが図示されている。

【００２７】スロットの長さＬ１は、０＜Ｌ１＜λｇ／
２の条件を満たすように設定されている。ここで、λｇ
はマイクロ波の導波管内波長である。各スロットの長さ
は前記条件を満たしていればよく、同じ長さである必要
はない。例えば周辺部がその他の部分より長くても良
い。各スロットの長さＬ１はλｇ／１０≦Ｌ１≦λｇ／
２の範囲内に設定することが好適である。

【００２８】スロット間隔Ｌ２は、０＜Ｌ２＜λｇの条
件を満たすように設定されている。ここで、スロット間
隔とは、あるスロットを基準にして、それに最も近い場
所に位置するスロットを選択し、この二つのスロットの
中心と円板状アンテナ部材４４の中心４４Ａとの距離の
差として定義される。例えば、図２の場合、スロット６
０Ｂとスロット６０Ｃの間隔は、スロット６０Ｂの中心
６０ＢＯから円板状アンテナ部材４４の中心４４Ａまで
距離Ｌ３と、スロット６０Ｃの中心６０ＣＯから円板状
アンテナ部材４４の中心４４Ａまで距離Ｌ４との差にな
る。スロットの長さと同様、スロット間隔も同じ値であ
る必要はない。例えば周辺部がその他の部分より短くて
も良い。そして、各スロットの間隔Ｌ２はλｇ／２０≦
Ｌ２≦λｇ／４の範囲内に設定することが好適である。

【００２９】スロットの形状は、幅よりも長さ方向の寸
法が大きい。そして、長手方向の両端部は半円形に形成
する。望ましい幅は１〜４ｍｍである。

【００３０】各スロットの法線ＶＬは円板状アンテナ部
材４４の中心部を通らないように、各スロットの向きが
設定されている。ここで、スロットの法線とは、スロッ
トの中心においてその長手方向と直交する直線である。
このように、各スロットの法線ＶＬが円板状アンテナ部
材４４の中心部を通らないように、各スロットの向きが
設定されているので、ラジアル導波箱４６の内壁面で反
射して戻ってきたマイクロ波がスロットを通って径方向
内側へ放射されても、平面アンテナ部材４４の中心部に
対向する処理空間の電界が強くなる状態が緩和される。
また、各スロットの法線ＶＬが円板状アンテナ部材４４
の中心部を通らないように、各スロットの向きが設定さ
れているということは、スロットパターンが軸対称性を
有していないことを意味するので、導波管５２の内導体
５２Ｂから平面アンテナ部材４４の中心に供給されたマ
イクロ波はスロットを通して処理空間に放射される際
に、平面アンテナ部材４４の半径方向（ラジアル方向）
からずれた方向へ伝搬する。これによって、導波管５２
と平面アンテナ部材４４との共鳴を回避することができ
るので、平面アンテナ部材４４の直下におけるプラズマ
密度の不均一性を緩和することができる。

【００３１】次に、図３を参照しながらこのようなスロ
ットパターンを構成する方法の一例を説明する。このよ
うなスロットパターンは下記(1-1) 〜(1-8) の手順によ
り構成することができる。

【００３２】(1-1) 平面アンテナ部材ＡＮＴの中心Ｏを
通る任意の直線Ａを引く。

【００３３】(1-2) 中心Ｏから距離Ｌａ（Ｌａ＞０）の
点Ｂをとる。

【００３４】(1-3) 点Ｂを通り、直線Ａに垂直な直線Ｃ
を引く。ここで、直線Ｃは、例えば直線Ａに対して反時
計回りの半分のみで良い。

【００３５】(1-4) 直線Ｃ上で、点Ｂから距離Ｌｂ（Ｌ
ｂ≧０）の点Ｅをとる。

【００３６】(1-5) 点Ｅを通り、直線Ｃに垂直なスロッ
トＳ１を配置する。スロットＳ１の長さはＳＬ１（ＳＬ
１＞０）とし、点ＥはスロットＳ１の中心とする。

【００３７】(1-6) 点Ｅから予め定められた距離ＳＳｘ
（ｘは２からＮまでの整数）で、点Ｅに対して点Ｂとは
反対側にスロットＳｘを順に配置する。スロットＳｘは
平面アンテナ部材ＡＮＴの最外周まで配置する。なお、
図３にはスロットＳ１からＳ４まで図示した。

【００３８】(1-7) 直線Ａ上で点Ｏに対して点Ｂの反対
側の距離Ｌａ’（Ｌａ’＞０）の位置に点Ｂ’をとる。

【００３９】(1-8) 上記(1-3) から(1-6) までの操作を
行い、直線Ｃ’、点Ｅ’、およびスロットＳｘ’（ｘ’
は１からＮまでの整数）を得る。このとき、Ｓｘ’がＳ
ｘと干渉しないように、Ｌａ、Ｌａ’、Ｌｂ、Ｌｂ’
（Ｌｂ’は図示せず）の値を調整する。

【００４０】(1-9) 直線Ａを例えば時計回りに予め定め
られた適当な角度Θだけ回転させ、直線Ａ１を得る。こ
こでは、Θを約４５°にした場合を図示した。

【００４１】(1-10)上記(1-2) から(1-8) までの操作を
行い、直線Ａ１と直交し、かつ中心Ｏに対して反対側の
２本の直線Ｃ１、Ｃ１’（図示せず）上にスロットを配
置する。

【００４２】(1-11)アンテナ外周部に空白がなくなるま
で、回転角度Θを変えて上記(1-9)と(1-10)を繰り返
す。

【００４３】なお、直線Ｃの代わりに点Ｂを通る曲線を
作成し、その上にスロットを配置しても良い。また、こ
こでは直線ＡおよびＡ１の直交する直線をＣ、Ｃ’およ
びＣ１、Ｃ１’の２本づつとしたが、２本に限らず任意
の偶数に選定することもできるし、さらに偶数に限らず
任意の奇数に選定することもできる。奇数本の場合に
は、例えば直線Ａと直交する直線Ｃ上にスロットＳ１、
Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４・・・と形成し、その後、直線Ｃを点
Ｏを中心として単純に角度Θ回転させ、その回転させた
直線上にスロットＳ１’、Ｓ２’、Ｓ３’、Ｓ４’・・
・を形成するようにしてもよい。

【００４４】上記手順において、導波管の内導体の外形
寸法以上の半径を有する領域、好ましくは導波管の外導
体の内径寸法以上で管内波長以下の寸法を半径とする領
域に空白領域（スロットが形成されない領域）が存在す
るように、ＬａおよびＬｂの値を適切に設定することが
好適である。その理由は、その領域ではマイクロ波の電
磁界の状態が他の部分、例えば中心から１波長程度の場
所と異なっているからである。また、導波管と平面アン
テナ部材との接続部では電磁界のベクトルの向きが変化
して電磁界が乱れるので、それがある程度収束するまで
の領域にはスロットを設けないようにすることが必要で
あるからである。そして、平面アンテナ部材ＡＮＴの中
心部に対向する処理空間の電界が強くなる状態の緩和と
平面アンテナ部材直下のプラズマ密度の不均一性の緩和
を実現するためである。

【００４５】なお、図３では便宜上、スロットの形状を
長方形に描いたが、好ましくは、スロットの形状は図２
に示したような長丸とし、両端部の曲率半径がｒの場
合、スロットの幅を２ｒにする。

【００４６】図３に示した手順で完成させたスロットパ
ターンの例を図４に示す。このスロットパターンでは、
スロットは４８本の直線上に配列されている。４８本の
直線は４本づつ１２組に区分される。ここでは、図３の
直線Ａ、Ｃ、Ｃ’、Ａ１、Ｃ１、Ｃ１’に対応する直線
を太い線で記載し、符号を付した（ただし、図３では直
線Ａ１は直線Ａを時計回りに約４５°回転させたものと
したが、図４では時計回りに３０°回転させたものとし
た）。各組の直線はスロットが形成されていない領域で
交差している。各スロットの中心は直線上に存在し、か
つ各スロットの法線は直線の方向と一致している。な
お、このスロットパターンのおける各組４本毎の直線を
互いに平行にしても良い。また、各直線上のスロットの
法線の向きを統一する必要はない。さらに、スロットの
中心を直線上に並べなくても良い。

【００４７】次に、図５〜図８を参照しながら、図３お
よび図４とは異なるスロットパターンについて説明す
る。これらのスロットパターンも図３を参照しながら説
明した三つの特徴、すなわち、スロットの長さはλｇ／
２より短い、スロット間隔はλｇより短い、中心部に空
白領域を設ける、という特徴を有することに変わりはな
い。ただし、各スロットの法線は平面アンテナ部材の中
心部を通らなくても良いし、通っても良い。これらのス
ロットパターンは以下に示す規則(2-1) 〜(2-9)に従っ
て配置したものである。

【００４８】(2-1) スロットは平面アンテナ部材のアン
テナ面上に仮想的に構成した多角形の各辺上に配置され
る。多角形は四角形から八角形が望ましい。図５は四角
形の例であり、図６〜図８は六角形の例である。

【００４９】(2-2) 平面アンテナ部材の中心部に構成し
た一つの多角形の外側に、共通の中心点を有し、かつ辺
の長さを漸次長くした多数の多角形を構成する。互いに
ほぼ平行な二辺の間隔は、管内波長λｇの５０％以下、
望ましくは３０％から２％程度とする。

【００５０】(2-3) 上記二辺の間隔は面内で可変であ
る。例えば、中心部はλｇの１０％、周辺部は３％程度
とし、その間は線型に補間する。

【００５１】(2-4) 多角形は、中心部から外側へ向かう
に従って、中心点を基準にして徐々に回転させることが
好適である。

【００５２】回転角の値はおよそ｛３６０／２Ｎ｝°か
ら｛３６０／Ｎ｝°が望ましい。ここで、Ｎは多角形の
辺の数である。従って、面内に構成される多角形の数を
Ｍとすると、隣り合う多角形の回転角度の差は｛３６０
／２Ｎ・Ｍ｝°から｛３６０／Ｎ・Ｍ｝°が好適であ
る。

【００５３】図５の場合、時計回りに１°ずつ回転させ
たものである。また図６の場合、時計回りに０．７°ず
つ回転させたものである。なお、隣り合う多角形の辺の
間隔が狭くなっている領域では、スロットを適当に間引
く。

【００５４】(2-5) 多角形の回転は、単調な一方向の回
転ではなく、途中で逆方向の回転を組み合わせても良
い。例えば、六角形を面内に４０個構成する場合、中心
部から２番目乃至２０番目の六角形については時計回り
に３°ずつ回転させ、２１番目は反時計回りに１．５°
回転させ、２２番目乃至４０番目については反時計回り
に３°ずつ回転させる。

【００５５】図８のパターンでは、六角形を面内に４８
個構成しており、中心部から２番目乃至２１番目の六角
形については時計回りに１．５°ずつ回転させ、中心部
から２２番目乃至４８番目の六角形については反時計回
りに１．５°ずつ回転させている。

【００５６】(2-6) 多角形の各辺は閉じることなく、一
辺は次の外側の多角形の頂点へ結ばれて連続的に辺を構
成しても良い。図７は六角形の場合の例である。また、
一つの面内に各辺が閉じた多角形と閉じていない多角形
とを混在させても良い。

【００５７】(2-7) スロットを設けて平面アンテナ部材
を構成する面の形状は、円形または多角形である。例え
ば、非処理体の外形に応じて、丸形ウェーハの場合は円
形、方形のＬＣＤの場合は四角形に設定する。

【００５８】(2-8) スロットの長さは面内で一定でも良
いし、可変でも良い。例えば、中心部より周辺部に行く
に従って長くしても良い。これによって、周辺部に対向
する処理空間で発生するプラズマ密度の低下を回避する
ことができる。

【００５９】(2-9) スロットの形状は、図３を参照しな
がら説明したように、長手方向の両端を半円形にした長
丸が好適である。望ましい幅は１ｍｍから４ｍｍ程度で
ある。また、望ましい長さは、λｇの１／１０から１／
２未満である。

【００６０】上記(2-1) 〜(2-9) の規則に従って形成し
たスロットパターンの例を図９〜図１３に示す。

【００６１】図９のスロットパターンは図５に対応す
る。このパターンは円形の面上に形成されており、各四
角形の辺は外側に行く従って、時計回りに１°ずつ回転
している。

【００６２】図１０のスロットパターンも図５に対応す
る。このパターンは四角形の面上に形成されており、各
四角形の辺は外側に行く従って、時計回りに１°ずつ回
転している。また、このスロットパターンでは、幅方向
に隣り合う辺上に形成されたスロットがその長手方向に
交互にずれている。

【００６３】図１１のスロットパターンは、基本的には
図５に対応する。ただし、このパターンでは、各四角形
の辺は回転していない。

【００６４】図１２のスロットパターンは図６に対応す
る。このパターンは円形の面上に形成されており、各六
角形の辺は外側に行くに従って、時計回りに０．７°ず
つ回転している。また、このスロットパターンでも、幅
方向に隣り合う辺上に形成されたスロットがその長手方
向に交互にずれている。

【００６５】図１３のスロットパターンは図７に対応す
る。このパターンは円形の面上に形成されており、各六
角形の辺は外側に行くに従って、時計回りに０．７°ず
つ回転している。

【００６６】図１４のスロットパターンは図８に対応す
る。このパターンは円形の面上に形成されており、各六
角形の辺は、中心部から２番目乃至２１番目の六角形に
ついては時計回りに３°ずつ回転し、２２番目乃至最外
周については反時計回りに３°ずつ回転している。

【００６７】図１５はこれまで説明した(1-1) 〜(1-8)
の手順に基づくスロットパターン、あるいは(2-1) 〜(2
-9) の規則に準拠したスロットパターンのいずれとも異
なるスロットパターンである。このスロットパターンも
スロットの長さはλｇ／２より短い、スロット間隔はλ
ｇより短い、各スロットの法線は平面アンテナ部材の中
心部を通らない、中心部に空白領域を設ける、という四
つの特徴を有している。

【００６８】このスロットパターンは以下の手順により
構成する。まず、アンテナ部材の面上に、仮想的なマト
リックスパターンあるいは碁盤目模様を構成する。つま
り、縦方向および横方向のそれぞれに平行な直線を複数
本引く。そして、それらの直交する直線群の交点に一つ
のスロット配置する。以下、各交点に配置したスロット
を中心スロットと呼ぶ。中心スロットの向きは、それぞ
れの法線が平面アンテナ部材の中心部を通らないように
設定する。次に、各中心スロットの両側（外周部は内側
のみ）に数個のスロットを配置する。各中心スロットの
両側に配置するスロットの向きは、それぞれの中心スロ
ットの向きと同じにする。中心スロットとその両側（外
周部は内側のみ）のスロットにより一つのスロット群が
構成される。なお、直線群の交点に中心スロット配置す
るのではなく、直交する直線群により構成される四角形
の中心に中心スロットを配置し、その両側に数個のスロ
ットを配置しても良い。

【００６９】次に、以上のように構成された本実施の形
態によるプラズマ処理装置の動作について説明する。ま
ず、ゲートバルブ４０を介して半導体ウェーハＷを搬送
アームにより処理容器４内に収容し、リフタピン（図示
せず）を上下動させることによりウェーハＷを載置台６
の上面の載置面に載置する。

【００７０】そして、真空ポンプを作動させて処理容器
４内を所定のプロセス圧力例えば０．１〜数１０ｍＴｏ
ｒｒの範囲内に維持するとともに、マスフローコントロ
ーラ２８および開閉弁３２を操作してプラズマガス供給
ノズル２０からアルゴンガスを流量制限しつつ供給す
る。また、マスフローコントローラ３０および開閉弁３
４を操作して処理ガス供給ノズル２２から例えばＣＦ４
等のエッチングガスを流量制限しつつ供給する。同時に
マイクロ波発生器５０からマイクロ波を導波管５２を介
してアンテナ部材４４に供給して処理空間ＳＰに電界を
形成し、これによりプラズマを発生させ、エッチング処
理を行う。

【００７１】ここで、マイクロ発生器５０にて発生した
例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波はＴＥＭモードで同
軸導波管４４内を伝搬してラジアル導波箱４６のアンテ
ナ部材４４に到達し、内側ケーブル５２Ｂに接続された
平面アンテナ部材４４の中心４４Ａから放射状に周辺部
に伝搬される間に、このアンテナ部材４４に形成された
多数のスロット６０を通ってアンテナ部材直下の処理空
間ＳＰの上部、具体的には、プラズマ形成領域ＳＰ１０
に対して概ね径方向へ放射される。また、スロット６０
から放射されず、平面アンテナ部材の半径方向の端（ラ
ジアル導波箱４６の内壁面）で反射して戻ってきたマイ
クロ波もプラズマ形成領域ＳＰ１０に対して概ね径方向
へ放射される。概ね径方向へ放射されたマイクロ波は、
平面アンテナ部材４４の平面に垂直な電界成分を有して
いるので、この電界成分により励起されたアルゴンガス
がプラズマ化し、この下方に位置するプロセス領域ＳＰ
２０に拡散してここで処理ガスを活性化して活性種を作
り、この活性種の作用でウェーハＷの表面に処理、例え
ばエッチングが施されることになる。

【００７２】そして、本実施の形態では、上述のように
スロットの長さ、スロット間隔、およびスロットの向き
を設定したので、平面アンテナ部材の半径方向の端で反
射して戻ってきたマイクロ波がスロットを通して概ね径
方向内側へ放射されるが、スロットが軸対称性を有して
いないため、平面アンテナ部材の中心部に対向するプラ
ズマ形成領域ＳＰ１０の電界が強くなる状態を緩和する
ことが可能となる。また、スロットが軸対称性を有して
いないため、導波管５２の内導体５２Ｂから平面アンテ
ナ部材４４の中心に供給されたマイクロ波はスロットを
通して処理空間に放射される際に、平面アンテナ部材４
４の半径方向（ラジアル方向）からずれた方向へ伝搬す
る。これによって、導波管５２と平面アンテナ部材４４
との共鳴を回避することができるので、平面アンテナ部
材４４の直下におけるプラズマ密度の不均一性を緩和す
ることができる。この結果、プロセス領域ＳＰ２０にお
いて均一なプラズマを発生させることが可能となる。

【００７３】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、軸対称性を有しないパターンで平面アンテナの
中心部以外の領域にスロットを配置したので、平面アン
テナからう放射されるマイクロ波の電界が平面アンテナ
部材の中心部に対向する処理空間で強くなる状態を緩和
することができ、かつプラズマ形成領域におけるプラズ
マ密度の不均一性を緩和することができる。これによっ
て、載置台上に均一なプラズマを発生させることができ
る。また、平面アンテナ部材から概ね径方向へ放射され
るマイクロ波の電界成分によって、プラズマを効率良く
発生させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るプラズマ処理装置の一実施の形態
を示す断面図である。

【図２】図１のアンテナ部材におけるスロットを説明す
るための図である。

【図３】スロットパターンの一形態を構成するための手
順の一例を説明するための図である。

【図４】図３に示した手順で構成したスロットパターン
の一例を示す図である。

【図５】スロットパターンの別の形態を構成するための
規則を説明するための図である。

【図６】スロットパターンの別の形態を構成するための
規則を説明するための別の図である。

【図７】スロットパターンの別の形態を構成するための
規則を説明するためのさらに別の図である。

【図８】スロットパターンの別の形態を構成するための
規則を説明するための別の図である。

【図９】図５に対応するスロットパターンの一例を示す
図である。

【図１０】図５に対応するスロットパターンの別の一例
を示す図である。

【図１１】図５に対応するスロットパターンのさらに別
の一例を示す図である。

【図１２】図６に対応するスロットパターンの一例を示
す図である。

【図１３】図７に対応するスロットパターンの一例を示
す図である。

【図１４】図８に対応するスロットパターンの一例を示
す図である。

【図１５】スロットパターンのさらに別の形態を示す図
である。

【符号の説明】

４処理容器６載置台４４平面アンテナ部材５０マイクロ波発生器５２導波管６０スロット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ (72)発明者石井信雄大阪市淀川区宮原４−１−14 東京エレクトロン株式会社大阪支社総合研究所内 (72)発明者小林保男山梨県韮崎市穂坂町三ツ沢650 東京エレクトロン株式会社総合研究所内 (72)発明者森本保山梨県韮崎市穂坂町三ツ沢650 東京エレクトロン株式会社総合研究所内 (72)発明者安藤真神奈川県川崎市幸区小倉１−１、Ｉ−312 (72)発明者後藤尚久東京都八王子市城山手２−８−１Ｆターム(参考） 4K030 FA02 KA15 4K057 DA11 DB06 DD01 DE06 DE08 DM29 DM40 DN01 5F004 AA01 BB14 BD01 BD03 BD04 DA01 DA16 DB01 5F045 AA09 DP04 EB02 EB03 EH02 EH03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理体を載置する載置台を内部に設け
た気密な処理容器と、マイクロ波発生手段と、このマイ
クロ波発生手段が発生したマイクロ波を前記処理容器へ
導入するマイクロ波導入手段と、このマイクロ波導入手
段に接続され、かつ前記載置台に対向して配置された平
面アンテナ部材とを備えたプラズマ処理装置であって、前記平面アンテナ部材には、互いの間隔が前記マイクロ
波導入手段内におけるマイクロ波の波長より短く、かつ
それぞれの長さが前記波長の１／２より短い複数のスロ
ットが、軸対称性を有しないパターンで前記平面アンテ
ナ部材の中心部以外の領域に配置されていることを特徴
とするプラズマ処理装置。
【請求項２】前記マイクロ波導入手段は同軸導波管で
あることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装
置。
【請求項３】前記スロットは、その法線が前記平面ア
ンテナ部材の中心部を通らないように配置されているこ
とを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】前記スロットは、前記平面アンテナ部材
の面上に仮想的に形成された、前記平面アンテナ部材の
中心部を通らない複数の直線上に配置されていることを
特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】前記スロットはその法線の方向が前記直
線の方向に一致するように前記直線上に配置されている
ことを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】前記スロットは、前記平面アンテナ部材
の面上に仮想的に形成された、共通の中心を有し、かつ
中心部から周辺部へ向かうに従って辺の長さが漸次長く
なる複数の多角形の辺上に配置されていることを特徴と
する請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】前記多角形は前記平面アンテナ部材の中
心部から周辺部へ向かうに従って、前記共通の中心の回
りに漸次回転されたものであることを特徴とする請求項
６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】時計回りの回転または反時計回りの回転
のいずれか一方のみに回転させたことを特徴とする請求
項７に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】時計回りの回転と反時計回りの回転の双
方に回転させたことを特徴とする請求項７に記載のプラ
ズマ処理装置。
【請求項１０】前記複数の多角形は一つずつ閉じてい
ることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理装
置。
【請求項１１】前記複数の多角形は閉じずに辺が連続
していることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処
理装置。
【請求項１２】前記複数のスロットの長さを変化させ
たことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装
置。
【請求項１３】前記スロットは、前記平面アンテナ部
材の面上にマトリックス状に配置されたスロット群から
なることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理装
置。