JP2001338918A - プラズマ処理装置 - Google Patents
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
- H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
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- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高密度なプラズマを発生させることができるプ
ラズマ処理装置を提供する。 【解決手段】マイクロ波の波長を距離単位として表すラ
ジアルラインスロットアンテナ６の下面と誘電体板２の
下面との間隔Ｄが約１／２となるように、ラジアルライ
ンスロットアンテナ６の下面と誘電体板２の上面との間
の距離ｄ１が６mmに設定され、誘電体板２の厚みｄ２が
３０mmに設定されている。 【効果】ラジアルラインスロットアンテナ６の下面とプ
ラズマ励起面との間の領域に良好な定在波を形成するこ
とができ、これにより、処理空間３内に高密度なプラズ
マを発生させることができる。
ラズマ処理装置を提供する。 【解決手段】マイクロ波の波長を距離単位として表すラ
ジアルラインスロットアンテナ６の下面と誘電体板２の
下面との間隔Ｄが約１／２となるように、ラジアルライ
ンスロットアンテナ６の下面と誘電体板２の上面との間
の距離ｄ１が６mmに設定され、誘電体板２の厚みｄ２が
３０mmに設定されている。 【効果】ラジアルラインスロットアンテナ６の下面とプ
ラズマ励起面との間の領域に良好な定在波を形成するこ
とができ、これにより、処理空間３内に高密度なプラズ
マを発生させることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、たとえば半導体
基板などの被処理物に、マイクロ波の放射により励起さ
れたプラズマによる処理を施すプラズマ処理装置に関す
る。
基板などの被処理物に、マイクロ波の放射により励起さ
れたプラズマによる処理を施すプラズマ処理装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の製造工程においては、ウエ
ハ表面を窒化・酸化させて表面材質を変化させる表面改
質処理やレジスト除去のためのアッシング処理、ウエハ
表面に絶縁膜などの材料を堆積させて薄膜を形成する成
膜処理や、ウエハ表面に形成された薄膜を微細パターン
に加工するためのエッチング処理が行われる。このよう
な処理のための装置として、ＲＬＳＡ（Radial Line Sl
ot Antenna）プラズマ処理装置が注目されている。
ハ表面を窒化・酸化させて表面材質を変化させる表面改
質処理やレジスト除去のためのアッシング処理、ウエハ
表面に絶縁膜などの材料を堆積させて薄膜を形成する成
膜処理や、ウエハ表面に形成された薄膜を微細パターン
に加工するためのエッチング処理が行われる。このよう
な処理のための装置として、ＲＬＳＡ（Radial Line Sl
ot Antenna）プラズマ処理装置が注目されている。
【０００３】ＲＬＳＡプラズマ処理装置は、上面が開放
された処理チャンバと、この処理チャンバの上面を閉塞
するように設けられた誘電体板とを有しており、これら
の処理チャンバおよび誘電体板で囲まれた空間が、被処
理物としての半導体ウエハにプラズマ処理を施すための
処理空間となっている。処理空間内には、半導体ウエハ
を載置して保持するためのウエハステージが設けられて
いる。また、誘電体板の上方には、誘電体板を通して処
理空間内にマイクロ波を放射するためのラジアルライン
スロットアンテナが配置されている。
された処理チャンバと、この処理チャンバの上面を閉塞
するように設けられた誘電体板とを有しており、これら
の処理チャンバおよび誘電体板で囲まれた空間が、被処
理物としての半導体ウエハにプラズマ処理を施すための
処理空間となっている。処理空間内には、半導体ウエハ
を載置して保持するためのウエハステージが設けられて
いる。また、誘電体板の上方には、誘電体板を通して処
理空間内にマイクロ波を放射するためのラジアルライン
スロットアンテナが配置されている。
【０００４】たとえば、このＲＬＳＡプラズマ処理装置
を用いて半導体ウエハの表面に窒化処理を施す際には、
まず、半導体ウエハが、その表面を上方に向けた状態で
ウエハステージ上に載置される。次いで、処理空間内に
処理ガス（たとえば、Ａｒ／ＮＨ3）が供給された後、
ラジアルラインスロットアンテナから処理空間に向けて
マイクロ波が放射される。これにより、処理空間内に処
理ガスのプラズマが発生し、この発生したプラズマによ
って、ウエハステージに載置された半導体ウエハの表面
が窒化処理されていく。
を用いて半導体ウエハの表面に窒化処理を施す際には、
まず、半導体ウエハが、その表面を上方に向けた状態で
ウエハステージ上に載置される。次いで、処理空間内に
処理ガス（たとえば、Ａｒ／ＮＨ3）が供給された後、
ラジアルラインスロットアンテナから処理空間に向けて
マイクロ波が放射される。これにより、処理空間内に処
理ガスのプラズマが発生し、この発生したプラズマによ
って、ウエハステージに載置された半導体ウエハの表面
が窒化処理されていく。
【０００５】ラジアルラインスロットアンテナは、下面
全域に分布して形成された多数のスロットを有してお
り、これら多数のスロットからマイクロ波を放射するよ
うになっている。したがって、このラジアルラインスロ
ットアンテナを用いたＲＬＳＡプラズマ処理装置では、
処理空間内にマイクロ波をほぼ均一に放射することがで
きるから、処理ガスのプラズマを均一に発生させること
ができ、これにより半導体ウエハの表面に均一なプラズ
マ処理を施すことができると期待されている。
全域に分布して形成された多数のスロットを有してお
り、これら多数のスロットからマイクロ波を放射するよ
うになっている。したがって、このラジアルラインスロ
ットアンテナを用いたＲＬＳＡプラズマ処理装置では、
処理空間内にマイクロ波をほぼ均一に放射することがで
きるから、処理ガスのプラズマを均一に発生させること
ができ、これにより半導体ウエハの表面に均一なプラズ
マ処理を施すことができると期待されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のＲＬ
ＳＡプラズマ処理装置は、処理空間内に発生するプラズ
マ密度が小さいために処理速度が遅く、半導体装置の製
造に実際に用いることはできなかった。そこで、この発
明の目的は、高密度なプラズマを発生させることができ
るプラズマ処理装置を提供することである。
ＳＡプラズマ処理装置は、処理空間内に発生するプラズ
マ密度が小さいために処理速度が遅く、半導体装置の製
造に実際に用いることはできなかった。そこで、この発
明の目的は、高密度なプラズマを発生させることができ
るプラズマ処理装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】上記の
目的を達成するための請求項１記載の発明は、被処理物
および処理ガスが収容される処理空間にマイクロ波放射
アンテナからマイクロ波を放射して、前記マイクロ波放
射アンテナのマイクロ波放射面から所定距離だけ離れた
プラズマ励起面でプラズマを励起し、その励起したプラ
ズマを用いた処理を被処理物に施すプラズマ処理装置で
あって、前記マイクロ波放射面に対向して誘電体が設け
られており、マイクロ波の波長を単位として表す前記マ
イクロ波放射面と前記誘電体の前記マイクロ波放射面に
対向する面と反対側の面との間隔Ｄが、 ０．７×ｎ／４≦Ｄ≦１．３×ｎ／４（ただし、ｎは自
然数。） の範囲（好ましくは０．８×ｎ／４≦Ｄ≦１．２×ｎ／
４の範囲、さらに好ましくは０．９×ｎ／４≦Ｄ≦１．
１×ｎ／４の範囲）に定められていることを特徴とする
プラズマ処理装置である。
目的を達成するための請求項１記載の発明は、被処理物
および処理ガスが収容される処理空間にマイクロ波放射
アンテナからマイクロ波を放射して、前記マイクロ波放
射アンテナのマイクロ波放射面から所定距離だけ離れた
プラズマ励起面でプラズマを励起し、その励起したプラ
ズマを用いた処理を被処理物に施すプラズマ処理装置で
あって、前記マイクロ波放射面に対向して誘電体が設け
られており、マイクロ波の波長を単位として表す前記マ
イクロ波放射面と前記誘電体の前記マイクロ波放射面に
対向する面と反対側の面との間隔Ｄが、 ０．７×ｎ／４≦Ｄ≦１．３×ｎ／４（ただし、ｎは自
然数。） の範囲（好ましくは０．８×ｎ／４≦Ｄ≦１．２×ｎ／
４の範囲、さらに好ましくは０．９×ｎ／４≦Ｄ≦１．
１×ｎ／４の範囲）に定められていることを特徴とする
プラズマ処理装置である。
【０００８】なお、請求項２に記載のように、前記間隔
Ｄは０．７×ｎ／２≦Ｄ≦１．３×ｎ／２の範囲（好ま
しくは０．８×ｎ／２≦Ｄ≦１．２×ｎ／２の範囲、さ
らに好ましくは０．９×ｎ／２≦Ｄ≦１．１×ｎ／２の
範囲）に定められていることが好ましい。さらには、前
記マイクロ波放射面と前記プラズマ励起面との間にはマ
イクロ波の定在波が形成され、このマイクロ波の定在波
からエネルギーの供給を受けることにより、前記プラズ
マ励起面においてプラズマが励起されることが好まし
い。
Ｄは０．７×ｎ／２≦Ｄ≦１．３×ｎ／２の範囲（好ま
しくは０．８×ｎ／２≦Ｄ≦１．２×ｎ／２の範囲、さ
らに好ましくは０．９×ｎ／２≦Ｄ≦１．１×ｎ／２の
範囲）に定められていることが好ましい。さらには、前
記マイクロ波放射面と前記プラズマ励起面との間にはマ
イクロ波の定在波が形成され、このマイクロ波の定在波
からエネルギーの供給を受けることにより、前記プラズ
マ励起面においてプラズマが励起されることが好まし
い。
【０００９】上記の発明によれば、マイクロ波の波長を
単位として表す前記マイクロ波放射面と前記プラズマ励
起面との間隔Ｄが上記不等式で表された範囲（すなわ
ち、ｎ／４の近傍の値。さらに好ましくはｎ／２の近傍
の値）に設定されることにより、マイクロ波放射面とプ
ラズマ励起面との間の領域に良好な定在波を形成するこ
とができ、これにより、処理空間内に高密度なプラズマ
を発生させることができる。したがって、このプラズマ
処理装置は、半導体装置を製造する工程などに好適に用
いることができる。
単位として表す前記マイクロ波放射面と前記プラズマ励
起面との間隔Ｄが上記不等式で表された範囲（すなわ
ち、ｎ／４の近傍の値。さらに好ましくはｎ／２の近傍
の値）に設定されることにより、マイクロ波放射面とプ
ラズマ励起面との間の領域に良好な定在波を形成するこ
とができ、これにより、処理空間内に高密度なプラズマ
を発生させることができる。したがって、このプラズマ
処理装置は、半導体装置を製造する工程などに好適に用
いることができる。
【００１０】なお、請求項３に記載のように、前記マイ
クロ波放射面と前記プラズマ励起面との間には誘電体板
が介在されていることが好ましく、この場合において、
誘電体板とマイクロ波放射面との間隔が微小であれば、
誘電体板の厚みｄを、 ０．７×ｎ／４≦ｄ≦１．３×ｎ／４（ただし、ｄはマ
イクロ波の波長を単位として表した厚さである。） の範囲に定めてもよい。
クロ波放射面と前記プラズマ励起面との間には誘電体板
が介在されていることが好ましく、この場合において、
誘電体板とマイクロ波放射面との間隔が微小であれば、
誘電体板の厚みｄを、 ０．７×ｎ／４≦ｄ≦１．３×ｎ／４（ただし、ｄはマ
イクロ波の波長を単位として表した厚さである。） の範囲に定めてもよい。
【００１１】請求項４記載の発明は、前記マイクロ波放
射アンテナは、マイクロ波を放射するための多数のスロ
ットがマイクロ波放射面に分布して形成されたラジアル
ラインスロットアンテナであり、前記処理空間内に発生
するプラズマが面内均一となるように、前記多数のスロ
ットの一部が塞がれていることを特徴とする請求項１な
いし３のいずれかに記載のプラズマ処理装置である。こ
の発明によれば、ラジアルラインスロットアンテナに形
成されたスロットの一部を塞いで、ラジアルラインスロ
ットアンテナから放射されるマイクロ波の強度分布を調
整することにより、処理空間内に発生するプラズマ密度
分布の面内均一化を、プラズマ密度の高密度化と同時に
達成している。これにより、ほぼ均一なプラズマ処理
を、従来装置よりも短時間で被処理物の表面に施すこと
ができる。
射アンテナは、マイクロ波を放射するための多数のスロ
ットがマイクロ波放射面に分布して形成されたラジアル
ラインスロットアンテナであり、前記処理空間内に発生
するプラズマが面内均一となるように、前記多数のスロ
ットの一部が塞がれていることを特徴とする請求項１な
いし３のいずれかに記載のプラズマ処理装置である。こ
の発明によれば、ラジアルラインスロットアンテナに形
成されたスロットの一部を塞いで、ラジアルラインスロ
ットアンテナから放射されるマイクロ波の強度分布を調
整することにより、処理空間内に発生するプラズマ密度
分布の面内均一化を、プラズマ密度の高密度化と同時に
達成している。これにより、ほぼ均一なプラズマ処理
を、従来装置よりも短時間で被処理物の表面に施すこと
ができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下では、この発明の実施の形態
を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、この
発明の一実施形態に係るプラズマ窒化装置の構成を示す
図解的な断面図である。プラズマ窒化装置は、被処理物
としての半導体ウエハＷの表面を窒化物に改質するもの
であり、たとえば、Ｓｉ（シリコン）からなる半導体ウ
エハＷの表面をＳｉ3Ｎ4に変化させて絶縁層を形成する
工程などに用いられる。
を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、この
発明の一実施形態に係るプラズマ窒化装置の構成を示す
図解的な断面図である。プラズマ窒化装置は、被処理物
としての半導体ウエハＷの表面を窒化物に改質するもの
であり、たとえば、Ｓｉ（シリコン）からなる半導体ウ
エハＷの表面をＳｉ3Ｎ4に変化させて絶縁層を形成する
工程などに用いられる。
【００１３】このプラズマ窒化装置は、上面が開放され
た有底筒状の処理チャンバ１を有している。処理チャン
バ１の上部には、処理チャンバ１の開放された上面を閉
塞するように、たとえば石英からなる誘電体板２が設け
られていて、これにより、誘電体板２の下方に密閉され
た処理空間３が形成されている。処理空間３内には、半
導体ウエハＷを載置して保持するためのウエハステージ
４が配置されている。また、処理チャンバ１の側壁に
は、処理空間３内に処理ガスを導入するためのガス導入
管５が接続されている。処理ガスとしては、たとえば、
Ａｒ／ＮＨ3やＡｒ／Ｎ2／Ｈ2などを用いることができ
る。
た有底筒状の処理チャンバ１を有している。処理チャン
バ１の上部には、処理チャンバ１の開放された上面を閉
塞するように、たとえば石英からなる誘電体板２が設け
られていて、これにより、誘電体板２の下方に密閉され
た処理空間３が形成されている。処理空間３内には、半
導体ウエハＷを載置して保持するためのウエハステージ
４が配置されている。また、処理チャンバ１の側壁に
は、処理空間３内に処理ガスを導入するためのガス導入
管５が接続されている。処理ガスとしては、たとえば、
Ａｒ／ＮＨ3やＡｒ／Ｎ2／Ｈ2などを用いることができ
る。
【００１４】誘電体板２の上方には、この誘電体板２の
上面から距離ｄ１だけ離れた位置に、ラジアルラインス
ロットアンテナ６が誘電体板２の上面に対向して設けら
れている。ラジアルラインスロットアンテナ６は、内部
にマイクロ波が伝搬可能な絶縁物のプレートを有する平
板状アンテナであり、その下面には、図２に示すよう
に、多数のスロットペアＰが同心円状に配列して形成さ
れている。各スロットペアＰは、互いに交差する向きを
有する一対のスロットＳ１，Ｓ２からなり、これらのス
ロットＳ１，Ｓ２は、ラジアルラインスロットアンテナ
６内におけるマイクロ波波長の１／４に相当する距離
（１／４管内波長＝１／４λｇ）だけ離間して略Ｔ字状
をなしている。
上面から距離ｄ１だけ離れた位置に、ラジアルラインス
ロットアンテナ６が誘電体板２の上面に対向して設けら
れている。ラジアルラインスロットアンテナ６は、内部
にマイクロ波が伝搬可能な絶縁物のプレートを有する平
板状アンテナであり、その下面には、図２に示すよう
に、多数のスロットペアＰが同心円状に配列して形成さ
れている。各スロットペアＰは、互いに交差する向きを
有する一対のスロットＳ１，Ｓ２からなり、これらのス
ロットＳ１，Ｓ２は、ラジアルラインスロットアンテナ
６内におけるマイクロ波波長の１／４に相当する距離
（１／４管内波長＝１／４λｇ）だけ離間して略Ｔ字状
をなしている。
【００１５】一方、ラジアルラインスロットアンテナ６
の上面には、図示しないマイクロ波発振器から発振され
るマイクロ波を絶縁物プレートに導くための導波管７が
接続されている。この導波管７としては、たとえば、同
軸導波管を用いることができる。半導体ウエハＷの表面
に窒化処理を施す際には、まず、半導体ウエハＷが、そ
の表面を上方に向けた状態でウエハステージ４上に載置
される。次いで、図示しない排気機構によって処理空間
３内の雰囲気が排気され、処理空間３内がほぼ真空状態
にされた後、この処理空間３内にガス導入管５から処理
ガス（プロセスガス）が導入される。その後、処理空間
３内に処理ガスが充満した状態で、たとえば、図示しな
いマイクロ波発振器から周波数２．４５ＧＨzのマイク
ロ波が発振され、このマイクロ波がＴＥＭモードで導波
管７内を伝搬してラジアルラインスロットアンテナ６内
に導入される。
の上面には、図示しないマイクロ波発振器から発振され
るマイクロ波を絶縁物プレートに導くための導波管７が
接続されている。この導波管７としては、たとえば、同
軸導波管を用いることができる。半導体ウエハＷの表面
に窒化処理を施す際には、まず、半導体ウエハＷが、そ
の表面を上方に向けた状態でウエハステージ４上に載置
される。次いで、図示しない排気機構によって処理空間
３内の雰囲気が排気され、処理空間３内がほぼ真空状態
にされた後、この処理空間３内にガス導入管５から処理
ガス（プロセスガス）が導入される。その後、処理空間
３内に処理ガスが充満した状態で、たとえば、図示しな
いマイクロ波発振器から周波数２．４５ＧＨzのマイク
ロ波が発振され、このマイクロ波がＴＥＭモードで導波
管７内を伝搬してラジアルラインスロットアンテナ６内
に導入される。
【００１６】ラジアルラインスロットアンテナ６内に導
入されたマイクロ波は、ラジアルラインスロットアンテ
ナ６内の絶縁物プレートを伝搬し、その途中でスロット
ペアＰから漏れて誘電体板２に向けて放射され、さらに
誘電体板２を透過して処理空間３に放射される。この処
理空間３に放射されるマイクロ波のエネルギーにより、
処理空間３内に処理ガスのプラズマが励起され、その処
理ガスのプラズマによる処理が半導体ウエハＷの表面に
施されていく。
入されたマイクロ波は、ラジアルラインスロットアンテ
ナ６内の絶縁物プレートを伝搬し、その途中でスロット
ペアＰから漏れて誘電体板２に向けて放射され、さらに
誘電体板２を透過して処理空間３に放射される。この処
理空間３に放射されるマイクロ波のエネルギーにより、
処理空間３内に処理ガスのプラズマが励起され、その処
理ガスのプラズマによる処理が半導体ウエハＷの表面に
施されていく。
【００１７】ところで、処理空間３内に発生したプラズ
マ中の電子密度がマイクロ波を遮蔽可能な密度（カット
オフ密度）以上になると、誘電体板２を透過してくるマ
イクロ波は、誘電体板２の下面から処理空間３内に微小
距離（スキンデプス）だけ入るまでの間に反射されるよ
うになる。その結果、ラジアルラインスロットアンテナ
６の下面（マイクロ波放射面）とマイクロ波の反射端が
形成する面（マイクロ波反射面）との間の領域にマイク
ロ波の定在波が形成され、この後は、マイクロ波反射面
がプラズマ励起面となって、このプラズマ励起面で安定
なプラズマが励起されるようになる。
マ中の電子密度がマイクロ波を遮蔽可能な密度（カット
オフ密度）以上になると、誘電体板２を透過してくるマ
イクロ波は、誘電体板２の下面から処理空間３内に微小
距離（スキンデプス）だけ入るまでの間に反射されるよ
うになる。その結果、ラジアルラインスロットアンテナ
６の下面（マイクロ波放射面）とマイクロ波の反射端が
形成する面（マイクロ波反射面）との間の領域にマイク
ロ波の定在波が形成され、この後は、マイクロ波反射面
がプラズマ励起面となって、このプラズマ励起面で安定
なプラズマが励起されるようになる。
【００１８】したがって、プラズマ中の電子密度がカッ
トオフ密度以上になると、処理空間３内に発生するプラ
ズマの密度は、ラジアルラインスロットアンテナ６の下
面とプラズマ励起面との間に形成される定在波の状態の
影響を受けると考えられる。そして、本願発明者らは、
ラジアルラインスロットアンテナ６の下面と誘電体板２
の下面との距離を適切に設定して、ラジアルラインスロ
ットアンテナ６の下面とプラズマ励起面との間の領域に
良好な定在波を形成することにより、処理空間３内に発
生するプラズマの密度を高めることができると考えた。
トオフ密度以上になると、処理空間３内に発生するプラ
ズマの密度は、ラジアルラインスロットアンテナ６の下
面とプラズマ励起面との間に形成される定在波の状態の
影響を受けると考えられる。そして、本願発明者らは、
ラジアルラインスロットアンテナ６の下面と誘電体板２
の下面との距離を適切に設定して、ラジアルラインスロ
ットアンテナ６の下面とプラズマ励起面との間の領域に
良好な定在波を形成することにより、処理空間３内に発
生するプラズマの密度を高めることができると考えた。
【００１９】すなわち、従来のＲＬＳＡプラズマ処理装
置では、ラジアルラインスロットアンテナの下面と誘電
体板２の下面との間隔がマイクロ波の波長と無関係に設
定されているのに対し、このプラズマ窒化装置（プラズ
マ処理装置）では、マイクロ波の波長を距離単位として
表すラジアルラインスロットアンテナ６の下面と誘電体
板２の下面（≒プラズマ励起面）との間隔Ｄが約１／２
となるように、ラジアルラインスロットアンテナ６の下
面と誘電体板２の上面との間の距離ｄ１および誘電体板
２の厚みｄ２が設定されている。この実施形態では、た
とえば、ラジアルラインスロットアンテナ６の下面と誘
電体板２の上面との間の距離ｄ１が６mmに設定され、誘
電体板２の厚みｄ２が３０mmに設定されている。
置では、ラジアルラインスロットアンテナの下面と誘電
体板２の下面との間隔がマイクロ波の波長と無関係に設
定されているのに対し、このプラズマ窒化装置（プラズ
マ処理装置）では、マイクロ波の波長を距離単位として
表すラジアルラインスロットアンテナ６の下面と誘電体
板２の下面（≒プラズマ励起面）との間隔Ｄが約１／２
となるように、ラジアルラインスロットアンテナ６の下
面と誘電体板２の上面との間の距離ｄ１および誘電体板
２の厚みｄ２が設定されている。この実施形態では、た
とえば、ラジアルラインスロットアンテナ６の下面と誘
電体板２の上面との間の距離ｄ１が６mmに設定され、誘
電体板２の厚みｄ２が３０mmに設定されている。
【００２０】ここで、マイクロ波の波長を距離単位とし
て表すラジアルラインスロットアンテナ６の下面と誘電
体板２の下面との間隔Ｄは、空気中におけるマイクロ波
の波長をλ0とし、誘電体板２中におけるマイクロ波の
波長をλとすると、 Ｄ＝（ｄ１／λ0）＋（ｄ２／λ） と表される。誘電体板２中におけるマイクロ波の波長λ
は、誘電体板２の比誘電率をεrとすると、
て表すラジアルラインスロットアンテナ６の下面と誘電
体板２の下面との間隔Ｄは、空気中におけるマイクロ波
の波長をλ0とし、誘電体板２中におけるマイクロ波の
波長をλとすると、 Ｄ＝（ｄ１／λ0）＋（ｄ２／λ） と表される。誘電体板２中におけるマイクロ波の波長λ
は、誘電体板２の比誘電率をεrとすると、
【００２１】
【数１】
【００２２】と表されるから、上記間隔Ｄは、
【００２３】
【数２】
【００２４】と表すことができる。したがって、この実
施形態では、石英からなる誘電体板２の非誘電率εr＝
３．９および周波数２．４５ＧＨzのマイクロ波の空気
中（真空中）における波長λ0＝１２２(mm)を上記式(1)
に代入することにより、マイクロ波の波長を距離単位と
して表すラジアルラインスロットアンテナ６の下面と誘
電体板２の下面との間隔Ｄが約０．５３に設定されてい
ることが判る。図３は、(a)誘電体板２の厚みｄ２を３
０mmに設定した場合、および(b)誘電体板２の厚みｄ２
を２０mmに設定した場合（従来装置）の半導体ウエハＷ
の表面に入射するイオン電流密度分布を示すグラフであ
る。いずれのグラフも、ラジアルラインスロットアンテ
ナ６の下面と誘電体板２の上面との間の距離ｄ１を６mm
に、誘電体板２の下面と半導体ウエハＷの表面との間の
距離を６５mmに、処理空間３内の気圧を６６．５Ｐaに
それぞれ設定して、ラジアルラインスロットアンテナ６
に周波数２．４５ＧＨzで電力１２００Ｗのマイクロ波
を導入して励起させたプラズマ中のイオン電流密度分布
を調べた結果を示している。
施形態では、石英からなる誘電体板２の非誘電率εr＝
３．９および周波数２．４５ＧＨzのマイクロ波の空気
中（真空中）における波長λ0＝１２２(mm)を上記式(1)
に代入することにより、マイクロ波の波長を距離単位と
して表すラジアルラインスロットアンテナ６の下面と誘
電体板２の下面との間隔Ｄが約０．５３に設定されてい
ることが判る。図３は、(a)誘電体板２の厚みｄ２を３
０mmに設定した場合、および(b)誘電体板２の厚みｄ２
を２０mmに設定した場合（従来装置）の半導体ウエハＷ
の表面に入射するイオン電流密度分布を示すグラフであ
る。いずれのグラフも、ラジアルラインスロットアンテ
ナ６の下面と誘電体板２の上面との間の距離ｄ１を６mm
に、誘電体板２の下面と半導体ウエハＷの表面との間の
距離を６５mmに、処理空間３内の気圧を６６．５Ｐaに
それぞれ設定して、ラジアルラインスロットアンテナ６
に周波数２．４５ＧＨzで電力１２００Ｗのマイクロ波
を導入して励起させたプラズマ中のイオン電流密度分布
を調べた結果を示している。
【００２５】図３(a)(b)の比較から、誘電体板２の厚み
ｄ２を３０mmに設定した場合の方が、誘電体板２の厚み
ｄ２を２０mmに設定した場合よりも、半導体ウエハＷの
表面におけるイオン電流密度（プラズマ密度）が大きい
ことが理解される。ところが、誘電体板２の厚みｄ２を
２０mmに設定した場合は、半導体ウエハＷの表面におけ
るイオン電流密度の分布がほぼ均一であるのに対し、誘
電体板２の厚みｄ２を３０mmに設定した場合は、半導体
ウエハＷの中心付近に入射するイオン電流が半導体ウエ
ハＷの周縁付近に入射するイオン電流よりも大きくなっ
ており、イオン電流密度の分布に面内不均一が生じてい
る。
ｄ２を３０mmに設定した場合の方が、誘電体板２の厚み
ｄ２を２０mmに設定した場合よりも、半導体ウエハＷの
表面におけるイオン電流密度（プラズマ密度）が大きい
ことが理解される。ところが、誘電体板２の厚みｄ２を
２０mmに設定した場合は、半導体ウエハＷの表面におけ
るイオン電流密度の分布がほぼ均一であるのに対し、誘
電体板２の厚みｄ２を３０mmに設定した場合は、半導体
ウエハＷの中心付近に入射するイオン電流が半導体ウエ
ハＷの周縁付近に入射するイオン電流よりも大きくなっ
ており、イオン電流密度の分布に面内不均一が生じてい
る。
【００２６】そこで、この実施形態では、ラジアルライ
ンスロットアンテナ６の下面に形成されているスロット
ペアＰの一部を塞ぎ、ラジアルラインスロットアンテナ
６から放射されるマイクロ波の強度分布を調整すること
により、半導体ウエハＷの表面に入射するイオン電流密
度分布の均一化を図っている。具体的には、ラジアルラ
インスロットアンテナ６の下面の最外周に配列されたス
ロットペアＰの１／６または１／３を塞ぐことにより、
半導体ウエハＷの表面に入射するイオン電流密度分布の
均一化を図っている。
ンスロットアンテナ６の下面に形成されているスロット
ペアＰの一部を塞ぎ、ラジアルラインスロットアンテナ
６から放射されるマイクロ波の強度分布を調整すること
により、半導体ウエハＷの表面に入射するイオン電流密
度分布の均一化を図っている。具体的には、ラジアルラ
インスロットアンテナ６の下面の最外周に配列されたス
ロットペアＰの１／６または１／３を塞ぐことにより、
半導体ウエハＷの表面に入射するイオン電流密度分布の
均一化を図っている。
【００２７】なお、１／６のスロットペアＰを塞ぐと
は、周方向に沿って６個に１個の割合でスロットペアＰ
を塞ぐことをいい、１／３のスロットペアＰを塞ぐと
は、周方向に沿って３個に１個の割合でスロットペアＰ
を塞ぐことをいう。図４は、(a)スロットペアＰを１つ
も塞がなかった場合、(b)最外周に配列されたスロット
ペアＰのうちの１／６を塞いだ場合、および(c)最外周
に配列されたスロットペアＰのうちの１／３を塞いだ場
合の半導体ウエハＷの表面に入射するイオン電流密度分
布を示すグラフである。いずれのグラフも、ラジアルラ
インスロットアンテナ６の下面と誘電体板２の上面との
間の距離ｄ１を６mmに、誘電体板２の厚みｄ２を３０mm
に、誘電体板２の下面と半導体ウエハＷの表面との間の
距離を６５mmに、処理空間３内の気圧を６６．５Ｐaに
それぞれ設定して、ラジアルラインスロットアンテナ６
に周波数２．４５ＧＨzで電力１２００Ｗのマイクロ波
を導入して励起させたプラズマ中のイオン電流密度分布
を調べた結果を示している。
は、周方向に沿って６個に１個の割合でスロットペアＰ
を塞ぐことをいい、１／３のスロットペアＰを塞ぐと
は、周方向に沿って３個に１個の割合でスロットペアＰ
を塞ぐことをいう。図４は、(a)スロットペアＰを１つ
も塞がなかった場合、(b)最外周に配列されたスロット
ペアＰのうちの１／６を塞いだ場合、および(c)最外周
に配列されたスロットペアＰのうちの１／３を塞いだ場
合の半導体ウエハＷの表面に入射するイオン電流密度分
布を示すグラフである。いずれのグラフも、ラジアルラ
インスロットアンテナ６の下面と誘電体板２の上面との
間の距離ｄ１を６mmに、誘電体板２の厚みｄ２を３０mm
に、誘電体板２の下面と半導体ウエハＷの表面との間の
距離を６５mmに、処理空間３内の気圧を６６．５Ｐaに
それぞれ設定して、ラジアルラインスロットアンテナ６
に周波数２．４５ＧＨzで電力１２００Ｗのマイクロ波
を導入して励起させたプラズマ中のイオン電流密度分布
を調べた結果を示している。
【００２８】この図４から、最外周に配列されたスロッ
トペアＰのうちの１／６個または１／３個を塞ぐことに
より、半導体ウエハＷの表面に入射するイオン電流密度
分布が均一化されることが理解される。以上のようにこ
の実施形態によれば、マイクロ波の波長を距離単位とし
て表すラジアルラインスロットアンテナ６の下面と誘電
体板２の下面との間隔Ｄが約１／２となるように、ラジ
アルラインスロットアンテナ６の下面と誘電体板２の上
面との間の距離ｄ１および誘電体板２の厚みｄ２を上手
く設定することにより、処理空間３内に発生するプラズ
マの高密度化を達成している。したがって、このプラズ
マ窒化装置は、半導体ウエハＷの表面に窒化処理を施し
て半導体装置を製造する工程に好適に用いることができ
る。
トペアＰのうちの１／６個または１／３個を塞ぐことに
より、半導体ウエハＷの表面に入射するイオン電流密度
分布が均一化されることが理解される。以上のようにこ
の実施形態によれば、マイクロ波の波長を距離単位とし
て表すラジアルラインスロットアンテナ６の下面と誘電
体板２の下面との間隔Ｄが約１／２となるように、ラジ
アルラインスロットアンテナ６の下面と誘電体板２の上
面との間の距離ｄ１および誘電体板２の厚みｄ２を上手
く設定することにより、処理空間３内に発生するプラズ
マの高密度化を達成している。したがって、このプラズ
マ窒化装置は、半導体ウエハＷの表面に窒化処理を施し
て半導体装置を製造する工程に好適に用いることができ
る。
【００２９】また、この実施形態では、ラジアルライン
スロットアンテナ６の下面に形成されたスロットパター
ンＰの一部を塞いで、ラジアルラインスロットアンテナ
６から放射されるマイクロ波の強度分布を調整すること
により、ウエハステージ４に載置された半導体ウエハＷ
の表面に入射するイオン電流密度分布の均一化を、イオ
ン電流（プラズマ密度）の高密度化と同時に達成してい
る。これにより、ほぼ均一なプラズマ窒化処理を、従来
装置よりも短時間で半導体ウエハＷの表面に施すことが
できる。
スロットアンテナ６の下面に形成されたスロットパター
ンＰの一部を塞いで、ラジアルラインスロットアンテナ
６から放射されるマイクロ波の強度分布を調整すること
により、ウエハステージ４に載置された半導体ウエハＷ
の表面に入射するイオン電流密度分布の均一化を、イオ
ン電流（プラズマ密度）の高密度化と同時に達成してい
る。これにより、ほぼ均一なプラズマ窒化処理を、従来
装置よりも短時間で半導体ウエハＷの表面に施すことが
できる。
【００３０】なお、この実施形態では、誘電体板２を石
英で構成して、ラジアルラインスロットアンテナ６の下
面と誘電体板２の上面との間の距離ｄ１を６mmに設定
し、誘電体板２の厚みｄ２を３０mmに設定する場合を例
に挙げたが、誘電体板２は、たとえばアルミナ（Ａｌ2
Ｏ3）またはアルミナイトライド（ＡｌＮ）など、石英
以外の誘電体で構成されていてもよい。また、上記距離
ｄ１および厚みｄ２の値も適当に変更されるとよく、た
とえば、誘電体板２が熱伝導率の大きい材料で構成され
て、プラズマ中のイオンと電子とが再結合して発生する
熱を効率よくチャンバ壁に伝達することによりラジアル
ラインスロットアンテナ６の高温化を防止できる場合に
は、ラジアルラインスロットアンテナ６の下面と誘電体
板２の上面との間の距離ｄ１が０mmに設定されて、ラジ
アルラインスロットアンテナ６が誘電体板２に接触して
いてもよい。
英で構成して、ラジアルラインスロットアンテナ６の下
面と誘電体板２の上面との間の距離ｄ１を６mmに設定
し、誘電体板２の厚みｄ２を３０mmに設定する場合を例
に挙げたが、誘電体板２は、たとえばアルミナ（Ａｌ2
Ｏ3）またはアルミナイトライド（ＡｌＮ）など、石英
以外の誘電体で構成されていてもよい。また、上記距離
ｄ１および厚みｄ２の値も適当に変更されるとよく、た
とえば、誘電体板２が熱伝導率の大きい材料で構成され
て、プラズマ中のイオンと電子とが再結合して発生する
熱を効率よくチャンバ壁に伝達することによりラジアル
ラインスロットアンテナ６の高温化を防止できる場合に
は、ラジアルラインスロットアンテナ６の下面と誘電体
板２の上面との間の距離ｄ１が０mmに設定されて、ラジ
アルラインスロットアンテナ６が誘電体板２に接触して
いてもよい。
【００３１】誘電体板２の材料と、マイクロ波の波長を
距離単位として表すラジアルラインスロットアンテナ６
の下面と誘電体板２の下面との間隔Ｄが約１／２となる
上記距離ｄ１および厚みｄ２との組み合わせの例を下記
表にまとめておく。
距離単位として表すラジアルラインスロットアンテナ６
の下面と誘電体板２の下面との間隔Ｄが約１／２となる
上記距離ｄ１および厚みｄ２との組み合わせの例を下記
表にまとめておく。
【００３２】
【表１】
【００３３】また、この実施形態では、マイクロ波の波
長を距離単位として表すラジアルラインスロットアンテ
ナ６の下面と誘電体板２の下面との間隔Ｄが約１／２と
なるように、ラジアルラインスロットアンテナ６の下面
と誘電体板２の上面との間の距離ｄ１および誘電体板２
の厚みｄ２を設定することが好ましいとしたが、たとえ
ば、上記間隔Ｄが約１／２の整数倍となるように、上記
距離ｄ１および厚みｄ２が設定されてもよい。さらに
は、上記間隔Ｄが約１／４の整数倍となるように、上記
距離ｄ１および厚みｄ２が設定されてもよい。
長を距離単位として表すラジアルラインスロットアンテ
ナ６の下面と誘電体板２の下面との間隔Ｄが約１／２と
なるように、ラジアルラインスロットアンテナ６の下面
と誘電体板２の上面との間の距離ｄ１および誘電体板２
の厚みｄ２を設定することが好ましいとしたが、たとえ
ば、上記間隔Ｄが約１／２の整数倍となるように、上記
距離ｄ１および厚みｄ２が設定されてもよい。さらに
は、上記間隔Ｄが約１／４の整数倍となるように、上記
距離ｄ１および厚みｄ２が設定されてもよい。
【００３４】すなわち、ラジアルラインスロットアンテ
ナ６の下面とプラズマ励起面との間の領域に良好な定在
波を形成して、処理空間３内に高密度なプラズマを発生
させるためには、マイクロ波の波長を距離単位として表
すラジアルラインスロットアンテナ６の下面と誘電体板
２の下面との間隔Ｄが次の不等式を満たせばよい。 ０．７×ｎ／４≦Ｄ≦１．３×ｎ／４（ｎ：自然数） さらに、この発明は他の形態で実施することもできる。
たとえば、上述の実施形態では、プラズマ窒化装置を例
にとって説明したが、このプラズマ窒化装置に限定され
ず、たとえばプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposit
ion）装置やプラズマアッシング装置、プラズマエッチ
ング装置、プラズマ酸化装置など、被処理物にプラズマ
による処理を施す装置に広く本発明を適用することがで
きる。
ナ６の下面とプラズマ励起面との間の領域に良好な定在
波を形成して、処理空間３内に高密度なプラズマを発生
させるためには、マイクロ波の波長を距離単位として表
すラジアルラインスロットアンテナ６の下面と誘電体板
２の下面との間隔Ｄが次の不等式を満たせばよい。 ０．７×ｎ／４≦Ｄ≦１．３×ｎ／４（ｎ：自然数） さらに、この発明は他の形態で実施することもできる。
たとえば、上述の実施形態では、プラズマ窒化装置を例
にとって説明したが、このプラズマ窒化装置に限定され
ず、たとえばプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposit
ion）装置やプラズマアッシング装置、プラズマエッチ
ング装置、プラズマ酸化装置など、被処理物にプラズマ
による処理を施す装置に広く本発明を適用することがで
きる。
【００３５】なお、この発明がプラズマＣＶＤ装置に適
用される場合には、処理ガスとして、たとえばＡｒ／Ｓ
ｉＨ4やＴＥＯＳ／Ｏ2などを用いることができる。ま
た、この発明がプラズマアッシング装置に適用される場
合には、処理ガスとして、たとえばＯ2、Ａｒ／Ｏ2また
はＫｒ／Ｏ2などを用いることができる。さらに、この
発明がプラズマエッチング装置に適用される場合には、
処理ガス（エッチングガス）として、たとえばＣｌ2や
ＨＢｒなどを用いることができる。さらにまた、この発
明がプラズマ酸化装置に適用される場合には、処理ガス
として、たとえばＫｒ／Ｏ2やＡｒ／Ｏ2などを用いるこ
とができる。
用される場合には、処理ガスとして、たとえばＡｒ／Ｓ
ｉＨ4やＴＥＯＳ／Ｏ2などを用いることができる。ま
た、この発明がプラズマアッシング装置に適用される場
合には、処理ガスとして、たとえばＯ2、Ａｒ／Ｏ2また
はＫｒ／Ｏ2などを用いることができる。さらに、この
発明がプラズマエッチング装置に適用される場合には、
処理ガス（エッチングガス）として、たとえばＣｌ2や
ＨＢｒなどを用いることができる。さらにまた、この発
明がプラズマ酸化装置に適用される場合には、処理ガス
として、たとえばＫｒ／Ｏ2やＡｒ／Ｏ2などを用いるこ
とができる。
【００３６】その他、特許請求の範囲に記載された事項
の範囲で種々の変更を施すことが可能である。
の範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【図１】この発明の一実施形態に係るプラズマ窒化装置
の構成を示す図解的な断面図である。
の構成を示す図解的な断面図である。
【図２】ラジアルラインスロットアンテナの下面を示す
図である。
図である。
【図３】(a)誘電体板の厚みを３０mmに設定した場合、
および(b)誘電体板の厚みを２０mmに設定した場合（従
来装置）の半導体ウエハの表面に入射するイオン電流密
度分布を示すグラフである。
および(b)誘電体板の厚みを２０mmに設定した場合（従
来装置）の半導体ウエハの表面に入射するイオン電流密
度分布を示すグラフである。
【図４】(a)スロットペアを１つも塞がなかった場合、
(b)最外周に配列されたスロットペアのうちの１／６を
塞いだ場合、および(c)最外周に配列されたスロットペ
アのうちの１／３を塞いだ場合の半導体ウエハの表面に
入射するイオン電流密度分布を示すグラフである。
(b)最外周に配列されたスロットペアのうちの１／６を
塞いだ場合、および(c)最外周に配列されたスロットペ
アのうちの１／３を塞いだ場合の半導体ウエハの表面に
入射するイオン電流密度分布を示すグラフである。
１ 処理チャンバ ２ 誘電体板 ３ 処理空間 ４ ウエハステージ ５ ガス導入管 ６ ラジアルラインスロットアンテナ（マイクロ波放
射アンテナ） ７ 導波管 Ｐ スロットペア Ｓ１，Ｓ２ スロット Ｗ 半導体ウエハ（被処理物）
射アンテナ） ７ 導波管 Ｐ スロットペア Ｓ１，Ｓ２ スロット Ｗ 半導体ウエハ（被処理物）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊野 和英 京都市右京区西院溝崎町21番地 ローム株 式会社内 (72)発明者 荒川 貴博 京都市右京区西院溝崎町21番地 ローム株 式会社内 Ｆターム(参考） 4K030 FA01 JA03 KA30 4K057 DA16 DB06 DD01 DE14 DM02 DM29 DN01 5F004 BA20 BC08 BD01 BD04 DA00 DA04 DA23 DA26 5F045 AA09 AA20 AB33 AC12 AC16 AC18 BB09 DP04 EH02 EH11
Claims (3)
- 【請求項１】被処理物および処理ガスが収容される処理
空間にマイクロ波放射アンテナからマイクロ波を放射し
て、前記マイクロ波放射アンテナのマイクロ波放射面か
ら所定距離だけ離れたプラズマ励起面でプラズマを励起
し、その励起したプラズマを用いた処理を被処理物に施
すプラズマ処理装置であって、 前記マイクロ波放射面に対向して誘電体が設けられてお
り、 マイクロ波の波長を単位として表す前記マイクロ波放射
面と前記誘電体の前記マイクロ波放射面に対向する面と
反対側の面との間隔Ｄが、 ０．７×ｎ／４≦Ｄ≦１．３×ｎ／４（ただし、ｎは自
然数。） の範囲に定められていることを特徴とするプラズマ処理
装置。 - 【請求項２】前記間隔Ｄが０．７×ｎ／２≦Ｄ≦１．３
×ｎ／２の範囲に定められていることを特徴とする請求
項１記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項３】前記マイクロ波放射アンテナは、マイクロ
波を放射するための多数のスロットがマイクロ波放射面
に分布して形成されたラジアルラインスロットアンテナ
であり、 前記処理空間内に発生するプラズマが面内均一となるよ
うに、前記多数のスロットの一部が塞がれていることを
特徴とする請求項１または２記載のプラズマ処理装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000156535A JP4504511B2 (ja) | 2000-05-26 | 2000-05-26 | プラズマ処理装置 |
| US09/864,376 US8308897B2 (en) | 2000-05-26 | 2001-05-25 | Plasma processing apparatus and plasma processing method |
| US13/620,497 US8513137B2 (en) | 2000-05-26 | 2012-09-14 | Plasma processing apparatus and plasma processing method |
| US13/944,344 US8741779B2 (en) | 2000-05-26 | 2013-07-17 | Plasma processing apparatus and plasma processing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000156535A JP4504511B2 (ja) | 2000-05-26 | 2000-05-26 | プラズマ処理装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001338918A true JP2001338918A (ja) | 2001-12-07 |
| JP4504511B2 JP4504511B2 (ja) | 2010-07-14 |
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