JP2000268996A

JP2000268996A - 平面アンテナ部材、これを用いたプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

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Publication number: JP2000268996A
Application number: JP11067477A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Hongo; 俊明本郷
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1999-03-12
Filing date: 1999-03-12
Publication date: 2000-09-29
Anticipated expiration: 2019-03-12
Also published as: JP3496560B2; US6325018B1

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】電界集中による異常放電を抑制しつつ大電力
を投入することができる平面アンテナ部材を提供する。【解決手段】被処理体Ｗを載置する載置台２４を内部
に設けて真空引き可能になされた処理容器２２内に対し
て、複数のスロット８４からプラズマ発生用のマイクロ
波を導入するための平面アンテナ部材６６において、前
記スロットの内側には、円偏波形成用導体８６が配置さ
れている。これにより、電界集中による異常放電を抑制
しつつ大電力を投入することを可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等に
対してマイクロ波により生じたプラズマを作用させて処
理を施す際に使用されるプラズマ処理装置、これに用い
られる平面アンテナ部材びプラズマ処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体製品の高密度化及び高微細
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
使用される場合があり、特に、０．１〜数１０ｍＴｏｒ
ｒ程度の比較的圧力が低い高真空状態でも安定してプラ
ズマを立てることができることからマイクロ波を用い
て、或いはマイクロ波とリング状のコイルからの磁場と
を組み合わせて高密度プラズマを発生させるマイクロ波
プラズマ装置が使用される傾向にある。このようなプラ
ズマ処理装置は、特開平５−３４３３３４号公報や本出
願人による特開平９−１８１０５２号公報等に開示され
ている。ここで、マイクロ波を用いた一般的なプラズマ
処理装置を図１４及び図１５を参照して概略的に説明す
る。

【０００３】図１４において、このプラズマ処理装置２
は、真空引き可能になされた処理容器４内に半導体ウエ
ハＷを載置する載置台６を設けており、この載置台６に
対向する天井部にマイクロ波を透過する絶縁板８を気密
に設けている。そして、この絶縁板８の上面に図１５に
も示すような厚さ数ｍｍ程度の円板状のアンテナ部材１
０と、必要に応じてアンテナ部材１０の半径方向におけ
るマイクロ波の波長を短縮するための例えば誘電体より
なる遅波材１６を設置している。そして、アンテナ部材
１０には多数の長方形状の貫通孔よりなるスロット１４
が形成し配置されている。このスロット１４は一般的に
は、図１５に示すように同心円状に配置されたり、螺旋
状に配置されている。上記各スロット１４の形状は、図
１６にその拡大図が示されるように一般的には、使用す
るマイクロ波の波長にもよるが、幅Ｌ１が例えば１０数
ｍｍ程度の長さ、例えば１５ｍｍ程度に設定され、長さ
Ｌ２が例えば数１０ｍｍ程度の長さ、例えば７５ｍｍ程
度の長さに設定されて長方形状になっている。

【０００４】そして、アンテナ部材１０の中心部に同軸
導波管１２を接続して図示しないマイクロ波発生器より
発生したマイクロ波を導くようになっている。そして、
マイクロ波をアンテナ部材１０の半径方向へ放射状に伝
播させつつアンテナ部材１０に設けたスロット１４から
下方の処理容器４内へマイクロ波を導入し、このマイク
ロ波により処理容器４内にプラズマを立てて半導体ウエ
ハにエッチングや成膜などの所定のプラズマ処理を施す
ようになっている。この場合、上記長方形状のスロット
１４からは、これより下方向へ向かう直線偏波のマイク
ロ波が放出される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、マイクロ波
は周知のように、媒体中を伝播する際に、鋭角な部分に
対して電界の集中を生ぜしめることが知られており、こ
のため、直線偏波のマイクロ波がウエハ表面まで伝播さ
れてくると、ウエハの周辺部にてこの輪郭に沿った部分
に電界集中が生じてこの部分のプラズマ密度が高くな
り、その結果、ウエハ面内のプラズマ処理の均一化が劣
化するという問題があった。特に、このような問題は、
最近のようにウエハサイズが６インチから８インチ或い
は１２インチへと大口径化するに従って、処理の不均一
化が一層助長される傾向にあった。

【０００６】このため、上述したような異常放電が生じ
ないような低い投入電力でプラズマ処理を行なわなけれ
ばならない場合も生じ、この場合にはスループットが大
幅に低下するといった問題が発生してしまう。

【０００７】また、プラズマ発生用ではなく、通信用の
アンテナ構造として、電子情報通信学会論文誌（Ｂ−Ｉ
Ｉ、ＶｏＬ．Ｊ８０−Ｂ−ＩＩＮｏ．１０ｐｐ．８
７１−８７８１９９７年１０月）に［コプレーナ給電
円偏波スロットアンテナ］として発表されたアンテナ構
造も知られている。このアンテナ構造は、長方形状の開
口の内部にそれより小さな長方形の金属面を置くことに
よりループ状のスロットを構成し、外周のいずれかの辺
に沿ってＷＡＶＥを伝達するためのスロット線路を配置
して給電し、円偏波の電波を放射するようになってい
る。しかしながら、このアンテナ構造は、通信用に開発
されたものであり、本発明の技術分野であるプラズマ処
理装置にあっては導波線路を設ける必要がない。本発明
は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決す
べく創案されたものである。本発明の目的は、電界集中
による異常放電を抑制しつつ大電力を投入することがで
きる平面アンテナ部材、これを用いたプラズマ処理装置
及びプラズマ処理方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に規定する発明
は、被処理体を載置する載置台を内部に設けて真空引き
可能になされた処理容器内に対してマイクロ波を導入す
るための平面アンテナ部材において、スロットを形成す
る複数の貫通孔を有する第１の導体と、前記貫通孔内に
配置された第２の導体とよりなる。これにより、貫通孔
よりスロットからは、例えば円偏波のマイクロ波が放射
されるので、従来において被処理体の輪郭に沿って生じ
ていた電界集中が抑制され、異常放電を発生し難くする
ことが可能となるのみならず、プラズマの面内均一性も
高めることが可能となる。請求項２に規定する発明は、
被処理体を載置する載置台を内部に設けて真空引き可能
になされた処理容器内に対して、複数のスロットからプ
ラズマ発生用のマイクロ波を導入するための平面アンテ
ナ部材において、前記スロットの内側には、円偏波形成
用導体が配置されている。これにより、スロットからは
円偏波のマイクロ波が放射されるので、従来において被
処理体の輪郭に沿って生じていた電界集中が抑制され、
異常放電を発生し難くすることが可能となるのみなら
ず、プラズマの面内均一性も高めることが可能となる。

【０００９】請求項３に規定するように、前記スロット
の全周の長さは、例えば前記マイクロ波の管内波長の
０．５倍から２．５倍の範囲内の長さに設定されてい
る。これによれば、各スロットより放射されるマイクロ
波が強くなり、密度が高いプラズマを形成できるのみな
らず、電力効率も向上させることが可能となる。

【００１０】請求項４に規定するように、例えば前記ス
ロットの平面形状が四角形の場合には、前記スロット
を、この対角線方向が前記アンテナ部材の半径方向に略
一致するように配置する。これによれば、半径方向に適
正に円偏波のマイクロ波を放射させることが可能とな
る。また、請求項５に規定するように、例えば前記複数
のスロットは、同心円状に略均等に配置されているよう
にしてもよい。また、請求項６に規定するように、例え
ば前記複数のスロットは、同心円状に分布されると共に
内周部よりも外周部の方が高い密度に配置されているよ
うにしてもよい。また、請求項７に規定するように、例
えば前記複数のスロットは、螺旋状に配置されているよ
うにしてもよい。

【００１１】更に、請求項８に規定するように、例えば
前記複数のスロットの密度は、中心部から外周部へ向け
て、０．８〜０．９５のピッチ縮小率で連続的に変化し
ているように配置してもよい。請求項６及び８の発明に
よれば、処理容器の壁面で吸収されるプラズマを補償し
てプラズマ密度を均一化させることが可能となる。請求
項９に規定する発明は、プラズマ処理装置に係り、被処
理体を載置する載置台を内部に設けた真空引き可能な処
理容器と、プラズマ発生用のマイクロ波を発生するマイ
クロ波発生器と、このマイクロ波発生器にて発生したマ
イクロ波を前記処理容器へ導くための導波管と、この導
波管に接続されて前記載置台と対向して配置された先の
いづれかの平面アンテナ部材とを有する。

【００１２】これにより、アンテナ部材に大電力を投入
しても電界集中を抑制して異常放電の発生を避けること
ができ、処理の面内均一性を維持しつつプラズマ処理の
スループットを向上させることが可能となる。また、請
求項１０に規定するように、前記平面アンテナ部材に接
して、前記マイクロ波の波長を短縮させるために所定の
誘電率を有する遅波材を設けるようにしてもよい。これ
によれば、短縮された波長に対応した小さなスロットを
形成できるので、より多くのスロットを配置でき、プラ
ズマ密度の均一性を一層向上させることが可能となる。
また、請求項１１に規定する発明は、上記プラズマ処理
装置で行なわれる処理の方法を規定したものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の係る平面アンテ
ナ部材、これを用いたプラズマ処理装置及びプラズマ処
理方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１
は本発明に係る平面アンテナ部材を用いたプラズマ処理
装置を示す構成図、図２は平面アンテナ部材を示す平面
図、図３は図２中の１つのスロットを示す拡大平面図、
図４は図３中のＡ−Ａ線矢視拡大断面図である。本実施
例においてはプラズマ処理装置をプラズマＣＶＤ（Ｃｈ
ｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）処理
に適用した場合について説明する。図示するようにこの
プラズマ処理装置２０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２２を有しており、内部は密閉された処理
空間Ｓとして構成されている。

【００１４】この処理容器２２内には、上面に被処理体
としての例えば半導体ウエハＷを載置する載置台２４が
収容される。この載置台２４は、例えばアルマイト処理
したアルミニウム等により中央部が凸状に平坦になされ
た略円柱状に形成されており、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２６により支持
されると共にこの支持台２６は処理容器２２内の底部に
絶縁材２８を介して設置されている。上記載置台２４の
上面には、ここにウエハを保持するための静電チャック
或いはクランプ機構（図示せず）が設けられ、この載置
台２４は給電線３０を介してマッチングボックス３２及
び例えば１３．５６ＭＨｚのバイアス用高周波電源３４
に接続されている。尚、このバイアス用高周波電源３４
を設けない場合もある。

【００１５】載置台２４には、プラズマ処理時のウエハ
を加熱する加熱ヒータ２７が設けられる。尚、必要に応
じてこの支持台２６中に冷却水等を流す温調ジャケット
３６を設けてもよい。上記処理容器２２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３８や処理ガス、例えばデポジションガスを導
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
４０が設けられ、これらのノズル３８、４０はそれぞれ
ガス供給路４２、４４によりマスフローコントローラ４
６、４８及び開閉弁５０、５２を介してそれぞれプラズ
マガス源５４及び処理ガス源５６に接続されている。処
理ガスとしてのデポジョンガスは、ＳｉＨ₄ 、Ｏ₂ 、Ｎ
₂ ガス等を用いることができる。

【００１６】また、容器側壁の外周には、この内部に対
してウエハを搬入・搬出する時に開閉するゲートバルブ
５８が設けられる。また、容器底部には、図示されない
真空ポンプに接続された排気口６０が設けられており、
必要に応じて処理容器２２内を所定の圧力まで真空引き
できるようになっている。そして、処理容器２２の天井
部は開口されて、ここに例えばＡｌＮなどのセラミック
材やＳｉＯ₂ よりなるマイクロ波に対しては透過性を有
する厚さ２０ｍｍ程度の絶縁板６２がＯリング等のシー
ル部材６４を介して気密に設けられる。

【００１７】そして、この絶縁板６２の上面に本発明の
円板状の平面アンテナ部材６６が設けられる。具体的に
はこの平面アンテナ部材６６は、上記処理容器２２と一
体的に成形されている中空円筒状容器よりなる導波箱６
８の底板として構成され、前記処理容器２２内の上記載
置台２４に対向させて設けられる。この導波箱６８の上
部の中心には、同軸導波管７０の外管７０Ａが接続さ
れ、内部の内側ケーブル７０Ｂは上記円板状アンテナ部
材６６の中心部に接続される。そして、この同軸導波管
７０は、モード変換器７２及び導波管７４を介して例え
ば２．４５ＧＨｚのマイクロ波発生器７６に接続されて
おり、上記平面アンテナ部材６６へマイクロ波を伝播す
るようになっている。この周波数は２．４５ＧＨｚに限
定されず、他の周波数、例えば８．３５ＧＨｚを用いて
もよい。この導波管としては、断面円形或いは矩形の導
波管や同軸導波管を用いることができ、本実施例では同
軸導波管が用いられる。そして、上記導波箱６８内であ
って、平面アンテナ部材６６の上面には、これに接して
例えばＡｌＮ等よりなる所定の誘電率と所定の厚みを有
する遅波材８２を設けており、この遅波材８２の波長短
縮効果により、マイクロ波の管内波長を短くしている。
尚、この遅波材８２は必要に応じて設けられる。

【００１８】次に、上記平面アンテナ部材８２について
詳しく説明する。上記平面アンテナ部材６６は、８イン
チサイズのウエハ対応の場合には、例えば直径が３０〜
４０ｍｍ、厚みが１〜数ｍｍ、例えば５ｍｍの導電性材
料よりなる第１の導体６７としての円板、例えば表面が
銀メッキされた銅板或いはアルミ板よりなり、この銅板
には図２にも示すように例えば略正方形になされた貫通
孔よりなる多数のスロット８４が、アンテナ部材６６に
略均等に配置させて設けられている。このスロット８４
の配置形態は、特に限定されず、例えば同心円状、螺旋
状、或いは放射状に配置させてもよい。

【００１９】また、図２に示すように、このスロット８
４を略均等に配置させるのではなく、後述するように、
アンテナ部材６６の中心部側よりも周辺部側の方の密度
が高くなるように配置してもよい。各略正方形状のスロ
ット８４は、その対角線方向が、円板状アンテナ部材６
６の中心Ｏの方向に向けられて、アンテナ部材６６の半
径方向に略一致するように形成されており、また、アン
テナ部材６６の外周部分全体は接地されている。これに
より、中心Ｏから放射状に給電がなされて、例えば図３
にも示すように各スロット８４のアンテナ中心に近い一
方の頂点Ｔ１とこれに対角方向に位置する他方の頂点Ｔ
２との間に給電がなされることになる。

【００２０】そして、この略正方形状の各スロット８４
の内側には、本発明の特徴とする第２の導体として円偏
波形成用導体８６が配置されており、このスロット８４
より円偏波のマイクロ波を放射し得るようになってい
る。具体的には、この円偏波形成用導体８６は、例えば
アンテナ部材６６と同じ材料である銅よりなって長方形
状に成形されており、略正方形状のスロット８４内に、
この辺と略平行となるように配置されている。図４に示
すように、この銅板製のアンテナ部材６６及び各スロッ
ト８４内の円偏波形成用導体８６は、例えばエポキシ樹
脂等よりなる接着剤８８により遅波材８２の下面に一体
的に接合されている。そして、前述のように、このアン
テナ部材６６及び円偏波形成用導体８６の表面は、マイ
クロ波に対する電気伝導率を最も良好にしてマイクロ波
を伝達し易くするために銀メッキ等のコーティング９０
が施されている。

【００２１】ここで、各スロット８４のアンテナ部材６
６の半径方向及び周方向への配置ピッチＰ１、Ｐ２は特
には限定されないが、例えば管内波長λの０．５倍から
２．５倍程度の範囲内が好ましい。その理由は、この
０．５倍から２．５倍の範囲が放射されるエネルギーが
最も大きくなるからである。尚、管内波長とは、遅波材
８２を設けていない場合にはマイクロ波の真空中の波長
を指し、遅波材８２を設けてある場合には遅波材８２中
の波長を指す。

【００２２】そして、各スロット８４の全周の長さは、
導入されるマイクロ波の管内波長の０．５倍〜２．５倍
の範囲内の長さに設定し、好ましくは１．４５倍とする
が、その理由は、図５を参照して後述する。具体的に
は、マイクロ波発生器７６にて２．４５ＧＨｚ（波長約
１２２ｍｍ）のマイクロ波を発生させて、遅波材８２と
して誘電率が９の材料を用いたならば、管内波長は略４
１ｍｍ（＝１２２／３）となる。従って、スロット８４
の全周の長さは２１〜８２ｍｍの範囲内となる。例えば
上記遅波材８２を設けてスロット８４の全周の長さを管
内波長の１．４５倍に設定したとすると、正方形状のス
ロット８４の一辺の長さＬ３は略１５ｍｍ程度となる。

【００２３】次に、以上のように構成された装置を用い
て行なわれる本発明方法について説明する。まず、ゲー
トバルブ５８を介して半導体ウエハＷを搬送アーム（図
示せず）により処理容器２２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エハＷを載置
台２４の上面の載置面に載置する。そして、処理容器２
２内を所定のプロセス圧力、例えば０．１〜数１０ｍＴ
ｏｒｒの範囲内に維持して、プラズマガス供給ノズル３
８から例えばアルゴンガスを流量制御しつつ供給すると
共に処理ガス供給ノズル４０から例えばＣＦ₄ 等のエッ
チングガスを流量制御しつつ供給する。同時にマイクロ
波発生器７６からのマイクロ波を、導波管７４及び同軸
導波管７０を介して平面アンテナ部材６６に供給して処
理空間Ｓに、遅波材８２によって波長が短くされたマイ
クロ波を導入し、これによりプラズマを発生させて所定
のプラズマ処理、例えばエッチング処理を行う。

【００２４】ここで、マイクロ波発生器７６にて発生し
た例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波はモード変換後に
例えばＴＥＭモードで同軸導波管７０内を伝播して導波
箱６８内のアンテナ部材６６に到達し、内側ケーブル７
０Ｂの接続された円板状のアンテナ部材６６の中心部か
ら放射状に周辺部に伝播される間に、このアンテナ部材
６６に同心円状或いは螺旋状に略均等に多数形成された
円形のスロット８４から絶縁板６２を介してアンテナ部
材６６の直下の処理空間Ｓにマイクロ波を導入する。こ
のマイクロ波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エハＷの表面に処
理、例えばＣＶＤ成膜が施されることになる。

【００２５】上述のように、マイクロ波が平面アンテナ
部材６６の中心部Ｏ（図２参照）からこの半径方向へ放
射状に伝播する際、各スロット８４から下方向へマイク
ロ波が放射されるが、各スロット８４内には円偏波形成
用導体８６が周囲から絶縁された状態で配置されている
ので、各スロット８４からは直線偏波ではなく、円偏波
のマイクロ波が下方向へ放射されることになる。従っ
て、載置台２４上に載置されるウエハＷの周辺部の段部
には、直線偏波の場合とは異なって電界集中が生じ難く
なるので、このウエハＷの周辺部における電界集中が抑
制されて異常放電が発生し難くなる。このため、処理空
間Ｓに略密度が均一な状態でプラズマを立てることがで
き、ウエハに対するプラズマ処理の面内均一性を向上さ
せることが可能となる。

【００２６】また、このように電界集中の発生を抑制す
ることができるので、異常放電を生じない限度まで、従
来より比較して大きな電力を投入することができ、その
分、プラズマ処理時間を短縮化してスループットを向上
させることが可能となる。また、ここでは正方形状のス
ロット８４の対角線方向を平面アンテナ部材の半径方向
へ一致させるように設定しているので、図３に示すよう
にスロット８４の頂点Ｔ１、Ｔ２間に電位が加わること
になり、これにより円偏波のマイクロ波を効率的に放射
させることができる。上記実施例を実際の装置例に適用
したところ、従来装置では投入電力が４５００Ｗ（ワッ
ト）程度で異常放電が発生していたが、本発明の平面ア
ンテナ部材６６では５０００Ｗ程度まで投入電力を増大
させることができた。

【００２７】また、本発明では各スロット８４の全周の
長さを管内波長λの０．５〜２．５倍の範囲内に設定し
たので、このスロット８４から効率的にマイクロ波を放
射することができ、電力効率も向上させることができ
る。図５はスロット全周の長さ（管内波長との比）に対
する電界放射強度との関係を示しており、管内波長の
１．４５倍では放射電界強度が最も強くなっている。図
５から明らかなように、最大放射電界強度の７０％以上
の強度を得るには、スロット全周の長さを管内波長の
０．５〜２．５倍の範囲内に設定するのが効率上好まし
く、特に、１．４５倍に設定するのが最も好ましいこと
が判る。上記実施例ではスロット８４の平面形状を略正
方形として内部の円偏波形成用導体８６を長方形状とし
たが、これに限定されない。例えば図６（Ａ）に示すよ
うに、長方形のスロット８４に対して正方形の円偏波形
成用導体８６を組み合わせた場合、図６（Ｂ）に示すよ
うに長方形のスロット８４に対して一回り小さな長方形
の円偏波形成用導体８６を組み合わせた場合、図６
（Ｃ）に示すように、正方形のスロット８４に対して一
回り小さな正方形の円偏波形成用導体８６を組み合わせ
た場合がそれぞれ適用できる。

【００２８】また、図６（Ｄ）に示すように、円形のス
ロット８４に対して長方形の円偏波形成用導体８６を組
み合わせた場合、図６（Ｅ）に示すように、円形のスロ
ット８４に対して楕円形の円偏波形成用導体８６を組み
合わせた場合、図６（Ｆ）に示すように円形のスロット
８４に対して一回り小さな円形の円偏波形成用導体８６
を組み合わせた場合もそれぞれ適用できる。また更に、
図６（Ｇ）に示すように多角形、例えば６角形のスロッ
ト８４に対して楕円形の円偏波形成用導体８６を組み合
わせた場合、図６（Ｈ）に示すように６角形のスロット
８４に対して正方形の円偏波形成用導体８６を組み合わ
せた場合もそれぞれ適用できる。尚、この図６に示す場
合にも、先に説明したように各スロットの全周の長さ
は、マイクロ波の管内波長の０．５〜２．０倍の範囲内
に設定し、且つ円偏波形成用導体の外周の長さは、上記
スロットの全周の長さの略１／２の長さに設定されてい
るのは勿論である。

【００２９】また、上記実施例では、アンテナ部材６６
として厚さが１〜５ｍｍ程度の銅板と、同じく厚さが１
〜５ｍｍ程度の銅板製の円偏波形成用導体８６とを、接
着剤８８を用いて遅波材８２の下面に接着させて取り付
けたが、これに限定されず、図７に示すように遅波材８
２の下面全体に例えば厚さが０．０２ｍｍ程度の銅メッ
キ９２を施し、この銅メッキ９２に対して所定の形状の
パターンエッチングを施すことにより、アンテナ部材９
４とスロット９６と円偏波形成用導体９８を一度に作る
ようにしてもよい。これによれば、アンテナ部材の製造
を非常に簡単化することが可能となる。

【００３０】更には、各スロット８４及びこの中の円偏
波形成用導体８６の配置状態は、図２に示すような配置
状態に限定されず、図８に示すように半径方向へ略等ピ
ッチの同心円状に形成してアンテナ部材６６の表面に略
均等に配置するのみならず、図９及び図１０に示すよう
に各スロット８４を同心円状に配置し、且つスロット８
４のアンテナ半径方向における密度に関しては、内周部
よりも外周部の方を高い密度に設定するようにしてもよ
い。具体的には、図９に示す場合には、スロット８４の
密度はアンテナの半径方向の中心部より略中央までは一
定で疎状態とし、略中央より外周部に関しては一定で密
状態としている。また、図１０に示す場合には、スロッ
ト８４の密度は、中心部から外周部へ向けて、０．８〜
０．９５のピッチ縮小率で連続的に変化させている。

【００３１】例えばアンテナ部材６６のある半径位置に
おけるスロット８４の半径方向におけるピッチをＰ３と
し、その外側に隣接されたスロット８４の半径方向にお
けるピッチをＰ４とすると、Ｐ４＝０．８×Ｐ３〜０．
９５×Ｐ３となるように半径方向へ行くに従って少しず
つピッチを小さくして行く。このように、図９及び図１
０に示すようなスロット配置を採用すれば、アンテナ部
材の周辺部においてマイクロ波の電界が強くなるので、
処理容器の内壁で吸収されるプラズマを補償でき、処理
容器内の周辺部におけるプラズマ密度の低下を防止して
より均一密度のプラズマを形成することができる。

【００３２】また、更に図１１に示すように、スロット
８４を螺旋状に配置してもよい。この場合には、アンテ
ナ部材６６の半径方向におけるスロットのピッチを略同
一に設定してもよいし、図１０を参照して説明したよう
に、半径方向へ行くに従ってスロット密度を０．８〜
０．９５のピッチ縮小率で連続的に変化させるようにし
てもよい。この場合にも、図１０において説明したと同
様の作用効果を発揮することができる。ここで図８〜図
１１においては説明を判り易くするためにスロット８４
及びこの内側の円偏波形成用導体８６を一体化して長方
形で示しており、また、配置密度も大きく記載してその
変化の状態を判り易くしている。

【００３３】尚、上記実施例においては平面アンテナ部
材６６として、全体で一枚のものを用いたが、これを同
心円状に複数に分割し、それぞれに例えば異なる周波数
や異なる電力の高周波を印加するようにしてもよい。こ
れによれば、処理容器壁に吸収されるプラズマを補償し
たり、定在波の発生を抑制したりしてプロセス間におけ
るプラズマの面内均一性を向上させることが可能とな
る。図１２はこのような本発明の第２実施例の平面アン
テナ部材を用いたプラズマ処理装置を示す構成図、図１
３は図１２に示す装置の平面アンテナ部材の平面図であ
る。尚、図１に示す部分と同一部分については同一符号
を付して説明を省略する。

【００３４】ここでは、図示するように平面アンテナ部
材１００は、内周部分のアンテナ部１００Ａとその外周
に位置する外周アンテナ部１００Ｂと分離分割される。
この分割位置は、アンテナ部材１００の半径方向の略１
／２の位置で分割されている。更に、外周部分のアンテ
ナ部１００Ｂは、複数に図示例においてはその周方向に
沿って均等に４つに分割されて外周部分のアンテナ部１
００Ｂ−１、１００Ｂ−２、１００Ｂ−３、１００Ｂ−
４となっている。また、各アンテナ部の上面側には、図
１に示す場合と同様に遅波材８２が設けられる。そし
て、上記内周部分のアンテナ部１００Ａは、例えば銅や
アルミニウム等よりなる内側導波箱１０２により被われ
ている。この導波箱１０２の上部の中心には、第１のマ
イクロ波発生器７６側へつながる同軸導波管７０の外管
７０Ａが接続され、その内側ケーブル７０Ｂは、内周部
分のアンテナ部１００Ａの中心に接続されている。ま
た、上記内側導波箱１０２及び各外周部分のアンテナ部
１００Ｂ−１〜１００Ｂ−４の全体を被って外側導波箱
６８を設けている。

【００３５】そして、上記外周部分のアンテナ部１００
Ｂ−１〜１００Ｂ−４には、第２のマイクロ波発生器１
０４から高周波が印加される。具体的には、この高周波
は導波管１０６、モード変換器１０８、伝播される高周
波を４つに分割する４分配器１１０及び各同軸導波管１
１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ、１１２Ｄを介してそれぞ
れの外周部分のアンテナ部に１００Ｂ−１〜１００Ｂ−
４に供給される。そして、各同軸導波管１１２Ａ〜１１
２Ｄの内側ケーブル１１４Ａ〜１１４Ｄは、円弧形状に
なっている各外周部分のアンテナ部１００Ｂ−１〜１０
０Ｂ−４の略中心部に接続される。ここで重要な点は、
第１の高周波発生器７６の高周波と第２の高周波発生器
１０４の高周波は、それぞれ周波数が異ならせてあり、
且つ供給時には、互いの高周波の位相が同相にならない
ように僅かに異ならせている点である。例えば、第１の
高周波発生器７６の高周波の周波数を２．４５ＧＨｚと
すると、第２の高周波発生器１０４の周波数を２．４７
ＧＨｚに設定している。しかも、第２の高周波発生器１
０４から供給する電力は、第１の高周波発生器７６から
供給する電力よりも大きく設定している。

【００３６】以上のように構成することにより、次のよ
うな利点を有する。すなわち、従来装置の単一板アンテ
ナ部材の場合には、処理容器２２の壁面に近い部分では
壁面にプラズマが吸収されたり、或いは周辺部で拡散し
たりして、半導体ウエハＷの周縁部分におけるプラズマ
の密度が低下する場合があり、また、単一のマイクロ波
発生器からマイクロ波電力を供給すると、処理容器２２
内で定在波を生じる場合があり、これらの理由により、
処理空間Ｓ内のプラズマを面内方向で均一発生できない
という問題があった。

【００３７】これに対して、上述したように平面アンテ
ナ部材１００を内周部分のアンテナ部１００Ａと外周部
分のアンテナ部１００Ｂ−１〜１００Ｂ−４とに分離分
割し、更に、それぞれに異なるマイクロ波源よりマイク
ロ波電力を供給することにより、プラズマ密度が不均一
になることを防止することができる。すなわち、処理容
器２２の側壁でプラズマが吸収されたり、或いはこの近
傍でプラズマが拡散しても、第２のマイクロ波発生器１
０４からのマイクロ波電力、例えば３ＫＷは、第１のマ
イクロ波発生器７６のマイクロ波電力、例えば２ＫＷよ
りも大きく設定しているので、プラズマを補償すること
ができ、従って、処理空間Ｓ内におけるプラズマ密度の
均一性を高く維持することが可能となる。また、両マイ
クロ波発生器７６、１０４からのマイクロ波も互いに僅
かに位相をずらしてこれらが同相となることを防止して
いるので、処理空間Ｓ内で定在波が発生することを阻止
でき、従って、これによりプラズマ密度の均一性を更に
高く維持することができる。

【００３８】特に、図１を参照して説明したように、ス
ロット内に円偏波形成用導体を配置したアンテナ平面部
材を本実施例と組み合わせることにより、両者の相乗効
果によりプラズマ密度の均一性を一層向上させることが
可能となる。ここでは、外周部分のアンテナ部１００Ｂ
を４分割にしたが、これに限定されず、２分割以上なら
ばどのように分割してもよい。また、平面アンテナ部材
としては、スロット内に円偏波形成用導体を配置した構
造のものではなく、従来のようにスロットのみを設けた
平面アンテナ部材にも本実施例を適用できるのは勿論で
ある。尚、上記各実施例では、プラズマ処理として、プ
ラズＣＶＤ成膜処理を例にとって説明したが、これに限
定されず、プラズマエッチング処理、プラズマアッシン
グ処理等にも適用できるのは勿論である。また、被処理
体としては半導体ウエハに限定されず、ＬＣＤ基板、ガ
ラス基板等にも適用することができる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
次のように優れた作用効果を発揮することができる。請
求項１に規定する発明はによれば、例えば円偏波のマイ
クロ波を放射させてプラズマを立てるようにしたので、
被処理体の周辺部に沿って従来生じていた電界集中にと
もなう異常放電を発生し難くすることができる。このた
め、プラズマ処理の面内均一性を向上できるのみなら
ず、大電力を投入することができることから、プラズマ
処理の速度を速くさせてスループットを向上させること
ができる。請求項２に規定する発明によれば、円偏波の
マイクロ波を放射させてプラズマを立てるようにしたの
で、被処理体の周辺部に沿って従来生じていた電界集中
にともなう異常放電を発生し難くすることができる。こ
のため、プラズマ処理の面内均一性を向上できるのみな
らず、大電力を投入することができることから、プラズ
マ処理の速度を速くさせてスループットを向上させるこ
とができる。請求項３に規定する発明によれば、処理容
器内へのマイクロ波の投入効率を高めることができる。
請求項４に規定する発明によれば、円偏波のマイクロ波
を効率的に放射させることができる。請求項６及び８に
規定する発明によれば、アンテナ部材の周辺部における
スロット密度が高いので処理容器の壁面に吸収されるプ
ラズマを補償することができる。請求項９及び１１に規
定される発明によれば、先の請求項１に説明したと同様
な作用効果を発揮することができる。請求項１０に規定
する発明によれば、遅波材により管内波長が短くなるの
で、より多数のスロットを形成することができ、プラズ
マ密度の均一性をより高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る平面アンテナ部材を用いたプラズ
マ処理装置を示す構成図である。

【図２】平面アンテナ部材を示す平面図である。

【図３】図２中の１つのスロットを示す拡大平面図であ
る。

【図４】図３中のＡ−Ａ線矢視拡大断面図である。

【図５】スロット全周の長さと電界放射強度との関係を
示すグラフである。

【図６】スロットと円偏波形成用導体の平面形状の変形
例を示す図である。

【図７】スロットと円偏波形成用導体の断面形状の変形
例を示す拡大断面図である。

【図８】平面アンテナ部材に形成された円偏波形成用導
体付きのスロットの配置の一例を示す平面図である。

【図９】平面アンテナ部材に形成された円偏波形成用導
体付きのスロットの配置の一例を示す平面図である。

【図１０】平面アンテナ部材に形成された円偏波形成用
導体付きのスロットの配置の一例を示す平面図である。

【図１１】平面アンテナ部材に形成された円偏波形成用
導体付きのスロットの配置の一例を示す平面図である。

【図１２】本発明の第２実施例の平面アンテナ部材を用
いたプラズマ処理装置を示す構成図である。

【図１３】図１２に示す装置の平面アンテナ部材の平面
図である。

【図１４】一般的なプラズマ処理装置を概略的に示す構
成図である。

【図１５】従来の平面アンテナ部材を示す平面図であ
る。

【図１６】スロットの形状を示す拡大図である。

【符号の説明】

２０プラズマ処理装置２２処理容器２４載置台６６，９４平面アンテナ部材６７第１の導体６８導波箱７０同軸導波管７６マイクロ波発生器８２遅波材８４，９６スロット（貫通孔）８６，９８円偏波形成用導体（第２の導体）８８接着剤９０コーティング９２銅メッキＷ半導体ウエハ（被処理体）

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 21/3065 Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｃ 21/31 21/302 ＢＦターム(参考） 4K030 CA04 FA01 HA07 JA01 KA30 KA45 KA46 4K057 DA11 DA20 DD01 DE08 DM29 DM35 DM37 DM39 DM40 DN01 5F004 AA01 AA16 BB14 BB29 BD01 BD03 BD04 DA01 5F045 AA09 BB02 DP03 EB03 EH02 EH03 EM09

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
て真空引き可能になされた処理容器内に対してマイクロ
波を導入するための平面アンテナ部材において、スロッ
トを形成する複数の貫通孔を有する第１の導体と、前記
貫通孔内に配置された第２の導体とよりなることを特徴
とする平面アンテナ部材。
【請求項２】被処理体を載置する載置台を内部に設け
て真空引き可能になされた処理容器内に対して、複数の
スロットからプラズマ発生用のマイクロ波を導入するた
めの平面アンテナ部材において、前記スロットの内側に
は、円偏波形成用導体が配置されていることを特徴とす
る平面アンテナ部材。
【請求項３】前記スロットの全周の長さは、前記マイ
クロ波の管内波長の０．５倍から２．５倍の範囲内の長
さに設定されていることを特徴とする請求項１または２
記載の平面アンテナ部材。
【請求項４】前記スロットの平面形状が四角形の場合
には、前記スロットを、この対角線方向が前記アンテナ
部材の半径方向に略一致するように配置したことを特徴
とする請求項１乃至３のいずれかに記載の平面アンテナ
部材。
【請求項５】前記複数のスロットは、同心円状に略均
等に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４の
いずれかに記載の平面アンテナ部材。
【請求項６】前記複数のスロットは、同心円状に分布
されると共に内周部よりも外周部の方が高い密度に配置
されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか
に記載の平面アンテナ部材。
【請求項７】前記複数のスロットは、螺旋状に配置さ
れていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに
記載の平面アンテナ部材。
【請求項８】前記複数のスロットの密度は、中心部か
ら外周部へ向けて、０．８〜０．９５のピッチ縮小率で
連続的に変化していることを特徴とする請求項６または
７記載の平面アンテナ部材。
【請求項９】被処理体を載置する載置台を内部に設け
た真空引き可能な処理容器と、プラズマ発生用のマイク
ロ波を発生するマイクロ波発生器と、このマイクロ波発
生器にて発生したマイクロ波を前記処理容器へ導くため
の導波管と、この導波管に接続されて前記載置台と対向
して配置された請求項１乃至８のいずれかに規定する平
面アンテナ部材とを備えたことを特徴とするプラズマ処
理装置。
【請求項１０】前記平面アンテナ部材に接して、前記
マイクロ波の波長を短縮させるために所定の誘電率を有
する遅波材を設けたことを特徴とする請求項９に記載の
プラズマ処理装置。
【請求項１１】真空引き可能になされた処理容器内の
載置台上に被処理体を載置し、前記処理容器内に所定の
処理ガスを導入しつつ請求項１乃至８のいずれかに規定
する平面アンテナ部材より前記処理容器内に円偏波のマ
イクロ波を導入してプラズマを形成し、このプラズマに
より前記被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すよ
うにしたことを特徴とするプラズマ処理方法。