JP2002134418A

JP2002134418A - プラズマ処理装置

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Publication number: JP2002134418A
Application number: JP2000322097A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Hongo; 俊明本郷; Satoru Osawa; 哲大沢
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2000-10-23
Filing date: 2000-10-23
Publication date: 2002-05-10
Anticipated expiration: 2020-10-23
Also published as: US6656322B2; US20020046808A1; JP4366856B2

Abstract

(57)【要約】【課題】処理空間におけるプラズマ密度の面内均一性
を向上させるこができるプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】天井部が開口されて内部が真空引き可能
になされた処理容器３２と、前記処理容器の天井部の開
口に気密に装着された絶縁板７２と、被処理体Ｗを載置
するために前記処理容器内に設けられた載置台３４と、
前記絶縁板の上方に設けられて所定のピッチで形成され
た複数のマイクロ波放射孔９０からプラズマ発生用のマ
イクロ波を前記絶縁板を透過させて前記処理容器内へ導
入する平面アンテナ部材７６と、前記処理容器内へ所定
のガスを導入するガス供給手段４５，５０とを有するプ
ラズマ処理装置において、前記絶縁板と前記平面アンテ
ナ部材との間であって前記平面アンテナ部材の中心部近
傍に対応させてマイクロ波を遮断するシールド電極部材
９２を設けるように構成する。これにより、アンテナ部
材の中心部から放射されるマイクロ波を、上記シールド
電極部材により遮断して処理空間におけるプラズマ密度
の面内均一性を向上させる。

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３−１９１０７３号公報、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１１及び
図１２を参照して概略的に説明する。図１１は従来の一
般的なプラズマ処理装置を示す構成図、図１２は平面ア
ンテナ部材を示す平面図である。

【０００３】図１１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例えば円板状の
窒化アルミ等よりなる絶縁板８を気密に設けている。そ
して、この絶縁板８の上面に図１２にも示すような厚さ
数ｍｍ程度の円板状の平面アンテナ部材１０と、必要に
応じてこの平面アンテナ部材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１２を設置している。この遅波材１２の上方に
は、内部に冷却水を流す冷却水流路１４が形成された天
井冷却ジャケット１６が設けられており、遅波材１２等
を冷却するようになっている。そして、アンテナ部材１
０には多数の略円形の、或いはスリット状の貫通孔（図
示例では円形の貫通孔を示す）よりなるマイクロ波放射
孔１８が形成されている。このマイクロ波放射孔１８は
一般的には、図１２に示すように同心円状に配置された
り、或いは螺旋状に配置されている。そして、平面アン
テナ部材１０の中心部に同軸導波管２０の内部ケーブル
２２を接続して図示しないマイクロ波発生器より発生し
た、例えば２．４５ＧＨｚの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
たマイクロ波放射孔１８からマイクロ波を放出させてこ
れを絶縁板８に透過させて、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。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したよ
うなプラズマ処理装置を用いて半導体ウエハＷに対して
所定のプラズマ処理を行う場合、歩留り等の向上から
は、ウエハ表面に亘って均一にプラズマ処理を行う必要
があり、このためには、ウエハ表面の真上の処理空間Ｓ
におけるプラズマ密度を均一化することが求められる。
ところが、上記したような平面アンテナ部材１０にあっ
ては、この中心部にマイクロ波放射孔１８の形成されて
いない、いわゆる盲部分２４を設けているが、この真下
である処理空間Ｓの中心部分のプラズマ密度がその周辺
部よりもかなり高くなる傾向にあり、プラズマ密度の均
一性が低下してしまう、という問題があった。図１３は
処理空間におけるプラズマ密度の分布を示すグラフであ
り、マイクロ波の投入電力を７００〜２０００Ｗ（ワッ
ト）に順次変更した時の様子を示している。このグラフ
によれば、ウエハ中心部（処理空間Ｓの中心部）のプラ
ズマ密度がその周辺部よりも極めて高くなっており、プ
ラズマ密度の均一性が良好ではない。この問題が生ずる
理由は、装置動作中に平面アンテナ部材１０が上部電極
として作用し、載置台６が下部電極として作用すること
によって両電極間に容量結合成分が発生して、これがた
めにマイクロ波に、いわゆる平行平板モードが生じ、平
面アンテナ部材１０の中心部より周辺部に伝搬したマイ
クロ波が周辺部にて反射して中心部に再び集まり、この
中心部にマイクロ波放射孔１８を設けていないにもかか
わらず、この中心部の盲部分２４から下方にマイクロ波
が放射されるからである、と考えられる。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、処理空間におけ
るプラズマ密度の面内均一性を向上させるこができるプ
ラズマ処理装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に規定する発明
は、天井部が開口されて内部が真空引き可能になされた
処理容器と、前記処理容器の天井部の開口に気密に装着
された絶縁板と、被処理体を載置するために前記処理容
器内に設けられた載置台と、前記絶縁板の上方に設けら
れて所定のピッチで形成された複数のマイクロ波放射孔
からプラズマ発生用のマイクロ波を前記絶縁板を透過さ
せて前記処理容器内へ導入する平面アンテナ部材と、前
記処理容器内へ所定のガスを導入するガス供給手段とを
有するプラズマ処理装置において、前記絶縁板と前記平
面アンテナ部材との間であって前記平面アンテナ部材の
中心部近傍に対応させてマイクロ波を遮断するシールド
電極部材を設けるように構成する。これにより、平面ア
ンテナ部材の中心部近傍から放射されるマイクロ波はシ
ールド電極部材により遮断されて処理空間内へ導入され
なくなるので、処理空間の中心部におけるプラズマ密度
を抑制し、プラズマ密度の面内均一性を高めることが可
能となる。

【０００６】この場合、例えば請求項２に規定するよう
に、前記シールド電極部材は、前記平面アンテナ部材の
中心部近傍に対応させて配置した円板状の電極本体と、
前記電極本体の外周に同心円状に配置されたリング状の
導電性フレームと、前記電極本体と前記リング状の導電
性フレームとの間に接続されて前記電極本体を支持する
導電性アームとにより形成することができる。また、例
えば請求項３に規定するように、前記導電性アームは、
前記平面アンテナ部材のマイクロ波反射孔に対して位置
ずれさせた状態で配置されているようにしてもよい。こ
れによれば、マイクロ波放射孔より放射されたマイクロ
波は導電性アームに吸収されることなく処理空間に導入
されるので、マイクロ波の使用効率を高めることが可能
となる。

【０００７】請求項４に規定する発明によれば、天井部
が開口されて内部が真空引き可能になされた処理容器
と、前記処理容器の天井部の開口に気密に装着された絶
縁板と、被処理体を載置するために前記処理容器内に設
けられた載置台と、前記絶縁板の上方に設けられて所定
のピッチで形成された複数のマイクロ波放射孔からプラ
ズマ発生用のマイクロ波を前記絶縁板を透過させて前記
処理容器内へ導入する平面アンテナ部材と、前記処理容
器内へ所定のガスを導入するガス供給手段とを有するプ
ラズマ処理装置において、前記絶縁板と前記平面アンテ
ナ部材との間に、前記平面アンテナ部材のマイクロ波放
射孔に対応する位置にマイクロ波通過窓が形成されて少
なくとも前記平面アンテナ部材の中心部近傍からのマイ
クロ波を遮断するシールド電極部材を設けるように構成
する。これにより、平面アンテナ部材の中心部近傍から
放射されるマイクロ波はシールド電極部材により遮断さ
れて処理空間内へ導入されなくなるので、処理空間の中
心部におけるプラズマ密度を抑制し、プラズマ密度の面
内均一性を高めることが可能となる。

【０００８】また、例えば請求項５に規定するように、
前記シールド電極部材は、前記平面アンテナ部材から離
間させて配置される。この場合、例えば請求項６に規定
するように、前記シールド電極部材と前記平面アンテナ
部材との間には、両者間に放電が発生することを防止す
るための保護板が介在される。これによれば、シールド
電極部材と平面アンテナ部材との間に異常放電が発生す
ることを防止することが可能となる。また、例えば請求
項７に規定するように、前記シールド電極部材は、前記
絶縁板上に接着剤により接合して固定されるようにして
もよい。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の係るプラズマ処
理装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１
は本発明に係るプラズマ処理装置の一例を示す構成図、
図２は図１に示すプラズマ処理装置の絶縁板の近傍を示
す部分拡大図、図３は平面アンテナ部材を示す平面図、
図４はシールド電極部材を示す平面図、図５は保護板と
シールド電極部材との組み立て状態を説明するための断
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（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ）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３０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３２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。

【００１０】この処理容器３２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３４が
収容される。この載置台３４は、例えばアルマイト処理
したアルミニウム等により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３６により支持されると
共にこの支持台３６は処理容器３２内の底部に絶縁材３
８を介して設置されている。上記載置台３４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３４
は給電線４０を介してマッチングボックス４２及び例え
ば１３．５６ＭＨｚのバイアス用高周波電源４４に接続
されている。尚、このバイアス用高周波電源４４を設け
ない場合もある。

【００１１】上記載置台３４を支持する支持台３６に
は、プラズマ処理時のウエハを冷却するための冷却水等
を流す冷却ジャケット４６が設けられる。尚、必要に応
じてこの載置台３４中に加熱用ヒータを設けてもよい。
上記処理容器３２の側壁には、ガス供給手段として、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４８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５０が設けられ、これ
らのノズル４８、５０はそれぞれガス供給路５２、５４
によりマスフローコントローラ５６、５８及び開閉弁６
０、６２を介してそれぞれプラズマガス源６４及び処理
ガス源６６に接続されている。処理ガスとしてのデポジ
ションガスは、ＳｉＨ₄ 、Ｏ₂ 、Ｎ₂ ガス等を用いるこ
とができる。

【００１２】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
６８が設けられると共に、この側壁を冷却する冷却ジャ
ケット６９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７０が設けられて
おり、必要に応じて処理容器３２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３２
の天井部は開口されて、ここに例えばＡｌＮなどのセラ
ミック材よりなるマイクロ波に対しては透過性を有する
厚さが２０ｍｍ程度の絶縁板７２がＯリング等のシール
部材７４を介して気密に設けられる。

【００１３】そして、この絶縁板７２の上方に円板状の
平面アンテナ部材７６と高誘電率特性を有する遅波材７
８とが設けられる。具体的にはこの平面アンテナ部材７
６は、上記処理容器３２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８０の底板として構成され、
前記処理容器３２内の上記載置台３４に対向させて設け
られる。この導波箱８０の上部の中心には、同軸導波管
８２の外管８２Ａが接続され、内部の内部ケーブル８２
Ｂは上記平面アンテナ部材７６の中心部に接続される。
そして、この同軸導波管８２は、モード変換器８４及び
導波管８６を介して例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波
発生器８８に接続されており、上記平面アンテナ部材７
６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。上記導
波箱８０の上部には、内部に冷却水を流す冷却水流路８
１が形成された天井冷却ジャケット８３が設けられてお
り、上記遅波材７８等を冷却するようになっている。そ
して、上記導波箱８０内であって、平面アンテナ部材７
６の上面には、上記高誘電率特性を有する遅波材７８を
設けて、こ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。この遅波材７８としては、例えば窒
化アルミ等を用いることができる。

【００１４】また、上記平面アンテナ部材７６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、この円板には図３にも示すよう
に例えば長溝のスリット形状の貫通孔よりなる多数のマ
イクロ波放射孔９０をハの字状に配列し、これをアンテ
ナ部材７６に、後述する盲部分７６Ａを除いて略均等に
配置させて設けている。また、この平面アンテナ部材７
６の中心部近傍は、マイクロ波放射孔９０の形成されて
いない、いわゆる盲部分７６Ａとして形成されている。
この盲部分７６Ａの直径は略１００ｍｍ程度である。そ
して、この平面アンテナ部材７６の周縁部は上記導波箱
８０に接続されて、この周縁部は接地（アース）されて
いる。上記マイクロ波放射孔９０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。また、マイクロ波放射孔９０の形状は
スリット形状に限定されず、例えば円形の貫通孔よりな
るマイクロ波放射孔でもよい。

【００１５】そして、図１または図２に戻って、このよ
うに形成した平面アンテナ部材７６と上記絶縁板７２と
の間に本発明の特徴とするシールド電極部材９２が介在
されており、そして、このシールド電極部材９２の上面
側に保護板９４が設けられている（図４及び図５も参
照）。上記シールド電極部材９２の全体は、薄い導電性
材料、例えば銅板やアルミ板により構成されている。具
体的には、このシールド電極部材９２は、上記平面アン
テナ部材７６の中心部近傍の盲部分７６Ａに対応させて
配置した円板状の電極本体９２Ａと、この電極本体９２
Ａの外周側に同心円状に配置されたリング状の導電性フ
レーム９２Ｂと、上記電極本体９２Ａと導電性フレーム
９２Ｂとを接続して上記電極本体９２Ａを支持する導電
性アーム９２Ｃとにより構成されている（図４参照）。

【００１６】図４では上記導電性アーム９２Ｃは十字状
に４本形成されており、その中心側端部にて上記電極本
体９２Ａに接続されてこれを支持している。図５は保護
板９４とシールド電極部材９２との組み立て状態を説明
するための断面図であり、図４中のＡ−Ａ線矢視断面で
もある。このシールド電極部材９２の上記電極本体９２
Ａと上記導電性アーム９２Ｃの厚さＬ１は共に１ｍｍ程
度に設定され、周辺部のリング状の導電性フレーム９２
Ｂの厚さＬ２は３ｍｍ程度に設定される。従って、この
シールド電極部材９２の全体は、周辺部の導電性フレー
ム９２Ｂがリング状に上方へ突出した状態となり、この
内側に厚さが１〜２ｍｍ程度の円板状の上記保護板９４
が嵌装されることになる。この保護板９４は、上記平面
アンテナ部材７６とシールド電極部材９２（主に絶縁本
体９２Ａ）との間に異常放電が発生することを防止する
ためのものであり、容器天井部に設けた絶縁板７２と同
じ材料、例えば窒化アルミやアルマイト等のセラミック
材、石英で形成してもよく、或いは通常のソーダガラス
等で形成してもよい。

【００１７】上述のようにアンテナ部材７６とシールド
電極部材９２との間の異常放電の発生を防止するために
は、上記したように両部材７６、９２とを互いに離間さ
せておけばよく、また、上記保護板９４を設けない場合
には、両部材７６、９２間の間隔を、上記保護板９２を
設けた場合と比較して、異常放電が発生しない程度まで
より大きく設定しておけばよい。また、上記リング状の
導電性フレーム９２Ｂの直径は、処理容器３２の直径と
略同等な大きさに設定されており、従って、このリング
状の導電性フレーム９２Ｂの外周全体を処理容器３２の
上端側壁に接した状態で設けることにより、このシール
ド電極部材９２の全体を接地（アース）している。ま
た、上記平面アンテナ部材７６の盲部分７６Ａと電極本
体９２Ａの大きさは略完全に同じ大きさとして両者の形
成位置を略一致させるのが、マイクロ波有効利用の上か
ら好ましい。また、上記導電性アーム９２Ｃは、平面ア
ンテナ部材７６のマイクロ波放射孔９０に対しては、マ
イクロ波有効利用の上からできるだけ位置ずれさせた状
態とするのがよい。尚、図３中には、一点鎖線にて電極
本体９２Ａと導電性アーム９２Ｃの位置を示している。

【００１８】次に、以上のように構成されたプラズマ処
理装置を用いて行なわれる処理方法について説明する。
まず、ゲートバルブ６８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３２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３４の上面の載置面に載置する。そして、処
理容器３２内を所定のプロセス圧力、例えば０．０１〜
数Ｐａの範囲内に維持して、プラズマガス供給ノズル４
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５０から例えばＳｉＨ₄ 、Ｏ
₂ 、Ｎ₂ 等のデポジション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８８からのマイクロ波を、
導波管８６及び同軸導波管８２を介して平面アンテナ部
材７６に供給して処理空間Ｓに、遅波材７８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、例えばプラズマＣ
ＶＤによる成膜処理を行う。

【００１９】ここで、マイクロ波発生器８８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８２内を伝播して導波
箱８０内の平面アンテナ部材７６に到達し、内部ケーブ
ル８２Ｂの接続された円板状のアンテナ部材７６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７６に同心円状或いは螺旋状に略均等に多数形成さ
れた長溝スリット状のマイクロ波放射孔９０から保護板
９４及び絶縁板７２を透過させてアンテナ部材７６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
プラズマＣＶＤ処理が施されることになる。

【００２０】ここで、平面アンテナ部材７６と絶縁板４
２との間にシールド電極部材９２を設けていない従来装
置の場合には、平面アンテナ部材７６の中心部近傍の直
下に相当する処理空間Ｓの中心部ではプラズマ密度がそ
の周辺部よりも上昇してかなり高くなっていたが（図１
３参照）、本発明の場合には上記両部材７６、９２間に
シールド電極部材９２を設けてアンテナ部材７６の中心
部近傍から放射されるマイクロ波を遮断するようにして
いるので、処理空間Ｓの中心部におけるプラズマ密度の
上昇を抑制することができる。すなわち、マイクロ波
は、主として平面アンテナ部材７６の各マイクロ波放射
孔９０から下方向へ放射されるが、前述したように、こ
の種の装置例では平行平板モードとしても作用すること
から、平面アンテナ部材７６の中心部の盲部分７６Ａか
らもマイクロ波が下方向へ放射されることは避けられな
い。この場合、本発明装置では、この盲部分７６Ａの直
下に接地状態の円板状の電極本体７２Ａを配置している
ので、上記盲部分７６Ａより放射されたマイクロ波はこ
の電極本体７２Ａにより吸収されてしまい、それ以上の
伝播が遮断されることになり、この部分のマイクロ波が
処理空間Ｓの中心部に届かなくなる。この結果、この処
理空間Ｓの中心部におけるプラズマ密度の上昇が抑制さ
れて、その周辺部と略同等となり、処理空間Ｓにおける
プラズマ密度の面内均一性を大幅に向上させることが可
能となる。

【００２１】この場合、リング状の導電性フレーム９２
Ｂ全体が処理容器側壁と接して接地（アース）され、し
かも、４本の導電性アーム９２Ｃにより上記電極本体９
２Ａは十字状に接続支持されているので、マイクロ波に
対する特性インピーダンスを非常に小さくすることがで
き、効率的にマイクロ波を吸収して遮断することができ
る。また、各導電性アーム９２Ｃとマイクロ波放射孔９
０とは互いに位置ずれさせてマイクロ波の放射方向にお
いてできるだけ一致させないようにしているので、この
各導電性アーム９２Ｃに吸収されるマイクロ波をできる
だけ抑制できる。この場合、各マイクロ波放射孔９０の
形成位置を、導電性アーム９２Ｃに対して完全に不一致
状態となるように設定すれば、その分、マイクロ波が無
駄に吸収されることはなくなって、このマイクロ波の利
用効率を向上させることが可能となる。また、平面アン
テナ部材７６の中心部は高電圧のマイクロ波が印加され
ているのに対してこの周辺部は接地されているので、こ
のアンテナ周辺部とシールド電極部材９２のリング状の
導電性フレーム９２Ｂとを接合させるようにしてもよ
い。

【００２２】尚、この実施例ではシールド電極部材９２
は絶縁板４２上に載置されているだけであるが、両者間
に耐熱性のある接着剤、例えばエポキシ系樹脂を介在さ
せて両者を接着するようにしてもよい。また、ここでは
４本の導電性アーム９２Ｃを用いたが、このアームの本
数には限定されず、マイクロ波の伝播効率を大幅に低下
させない範囲でもっと多く、或いは少なくしてもよい。
例えば図６はこのシールド電極部材の変形例を示す平面
図であり、この場合にはシールド電極部材９２を中心部
の円形の電極本体９２Ａと１本の接地された導電性アー
ム９２Ｃとにより構成している。ここで、電極本体９２
Ａの支持が不安定になる恐れがあるので、これを上述し
たエポキシ樹脂等を用いて絶縁板４２の表面に接着させ
るのが好ましい。この場合には、図４に示す実施例と比
較して、導電性アーム９２Ｃの本数が減少した分だけ特
性インピーダンスは大きくなるが、逆に、この導電性ア
ーム９２Ｃに吸収されるマイクロ波が減少するので、そ
の分、マイクロ波の使用効率を向上させることが可能と
なる。

【００２３】上記実施例にあっては、主として平面アン
テナ部材７６の中心部の盲部分７６Ａから平行平板モー
ドによって下方へ放射されるマイクロ波を遮断する場合
を例にとって説明したが、実際には平面アンテナ部材７
６の盲部分７６Ａのみならず、他の平面部分からもマイ
クロ波がわずかではあるが放射されている。そこで、平
面アンテナ部材７６の盲部分７６Ａのみならず、他の平
面部分から放射される不要なマイクロ波も遮断するよう
にしてもよい。図７はそのような本発明のプラズマ処理
装置の他の実施例の絶縁板の近傍を示す部分拡大図であ
り、上述したような機能を発揮するためのシールド電極
部材を含む。また、図８は図７中の平面アンテナ部材を
示す平面図、図９は図７中のシールド電極部材を示す平
面図である。尚、ここで先の実施例の構成と同一部分に
ついては同一符号を付して説明を省略する。

【００２４】ここでは平面アンテナ部材１００のマイク
ロ波放射孔１０２の形状は、前述のようなスリット形状
ではなく所定の大きさの直径の円形状の貫通孔として形
成されており、このマイクロ波放射孔１０２を同心円状
に２列に配列させている。そして、当然のように、平面
アンテナ部材１００の中心部近傍にはマイクロ波放射孔
１０２が形成されておらず、盲部分１００Ａとなってい
る。これに対して、シールド電極部材１０４は、上記平
面アンテナ部材と略同じ程度の大きさの例えば銅等より
なる導電板により形成されており、この導電板に上記平
面アンテナ部材１００の各マイクロ波放射孔１０２に対
応させて、これより僅かに直径が大きな貫通孔１０６Ａ
や貫通凹部１０６Ｂを形成することにより、マイクロ波
通過窓１０８を構成している。

【００２５】そして、このシールド電極部材１０４と平
面アンテナ部材１００との間に保護板９４を介在させて
平行に配置している。そして、平面アンテナ部材１００
の周縁部とシールド電極部材１０４の周縁部は先の実施
例と同様に共に接地されている。これより、各マイクロ
波放射孔１０２から放射されたマイクロ波のみを上記マ
イクロ波通過窓１０８から下方へ通過させ、他の平面部
分より放射されたマイクロ波を略確実に遮断するように
なっている。この場合には、上述したように、平面アン
テナ部材１００の盲部分１００Ａから放射された不要な
マイクロ波は勿論、他の平面部分から放射された不要な
マイクロ波も遮断されてしまい、マイクロ波放射孔１０
２から放射されたマイクロ波のみが実質的に処理空間Ｓ
内に導入されることになり、処理空間Ｓにおけるプラズ
マ密度の面内均一性を一層向上させることが可能とな
る。

【００２６】また、ここでも異常放電を防止する保護板
９４を設けたが、これを設けないようにしてもよく、そ
の場合には、平面アンテナ部材１００とシールド電極部
材１０４との両部材間の間隔を、異常放電が生じない程
度に十分に大きく設定する。ここで、本発明装置の評価
結果について説明すると、実際に、図１乃至図４に示す
装置を用いて処理空間のプラズマ密度の分布について測
定したところ、図１０に示すような結果を得た。ここで
はマイクロ波の投入電力が１０００Ｗの場合と１５００
Ｗの場合について行ったところ、従来装置の結果を示す
図１３に表される結果と比較して明らかなように、ウエ
ハ中心部（処理空間の中心部）のプラズマ密度は十分に
抑制されており、全体としてプラズマ密度の面内均一性
を大幅に向上できることが判明した。尚、本実施例で
は、半導体ウエハに成膜処理する場合を例にとって説明
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の他のプラズマ処理にも適用
することができる。また、被処理体としても半導体ウエ
ハに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板等に対しても
適用することができる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のプラズマ
処理装置によれば、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、２、４、５、７に係る発明
によれば、平面アンテナ部材の中心部近傍から放射され
るマイクロ波はシールド電極部材により遮断されて処理
空間内へ導入されなくなるので、処理空間の中心部にお
けるプラズマ密度を抑制し、プラズマ密度の面内均一性
を高めることができる。請求項３に係る発明によれば、
マイクロ波放射孔より放射されたマイクロ波は導電性ア
ームに吸収されることなく処理空間に導入されるので、
マイクロ波の使用効率を高めることができる。請求項６
に係る発明によれば、シールド電極部材と平面アンテナ
部材との間に異常放電が発生することを防止することが
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例を示す構
成図である。

【図２】図１に示すプラズマ処理装置の絶縁板の近傍を
示す部分拡大図である。

【図３】平面アンテナ部材を示す平面図である。

【図４】シールド電極部材を示す平面図である。

【図５】保護板とシールド電極部材との組み立て状態を
説明するための断面図である。

【図６】シールド電極部材の変形例を示す平面図であ
る。

【図７】本発明のプラズマ処理装置の他の実施例の絶縁
板の近傍を示す部分拡大図である。

【図８】図７中の平面アンテナ部材を示す平面図であ
る。

【図９】図７中のシールド電極部材を示す平面図であ
る。

【図１０】本発明装置の処理空間におけるプラズマ分布
を示すグラフである。

【図１１】従来の一般的なプラズマ処理装置を示す構成
図である。

【図１２】平面アンテナ部材を示す平面図である。

【図１３】処理空間におけるプラズマ密度の分布を示す
グラフである。

【符号の説明】

３０プラズマ処理装置３２処理容器３４載置台４５，５０ガス供給ノズル７２絶縁板７６平面アンテナ部材７６Ａ盲部分７８遅波材８０導波箱８８マイクロ波発生器９０マイクロ波放射孔９２シールド電極部材９２Ａ電極本体９２Ｂ導電性フレーム９２Ｃ導電性アーム９４保護板１００平面アンテナ部材１００Ａ盲部分１０２マイクロ波放射孔１０４シールド電極部材１０８マイクロ波通過窓Ｓ処理空間Ｗ半導体ウエハ（被処理体）

フロントページの続きＦターム(参考） 5F004 AA01 BB14 BB21 BB22 BB25 BB26 BC08 BD01 BD03 BD04 5F045 AA09 AC01 AC11 BB02 DQ04 EH02 EH03 EH04 EH06 EH08 EH19 EJ03 EJ04 EJ09 EM03 EM05 EM10 EN04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】天井部が開口されて内部が真空引き可能
になされた処理容器と、前記処理容器の天井部の開口に
気密に装着された絶縁板と、被処理体を載置するために
前記処理容器内に設けられた載置台と、前記絶縁板の上
方に設けられて所定のピッチで形成された複数のマイク
ロ波放射孔からプラズマ発生用のマイクロ波を前記絶縁
板を透過させて前記処理容器内へ導入する平面アンテナ
部材と、前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス供
給手段とを有するプラズマ処理装置において、前記絶縁板と前記平面アンテナ部材との間であって前記
平面アンテナ部材の中心部近傍に対応させてマイクロ波
を遮断するシールド電極部材を設けるように構成したこ
とを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】前記シールド電極部材は、前記平面アン
テナ部材の中心部近傍に対応させて配置した円板状の電
極本体と、前記電極本体の外周に同心円状に配置された
リング状の導電性フレームと、前記電極本体と前記リン
グ状の導電性フレームとの間に接続されて前記電極本体
を支持する導電性アームとよりな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】前記導電性アームは、前記平面アンテナ
部材のマイクロ波反射孔に対して位置ずれさせた状態で
配置されていることを特徴とする請求項２記載のプラズ
マ処理装置。
【請求項４】天井部が開口されて内部が真空引き可能
になされた処理容器と、前記処理容器の天井部の開口に
気密に装着された絶縁板と、被処理体を載置するために
前記処理容器内に設けられた載置台と、前記絶縁板の上
方に設けられて所定のピッチで形成された複数のマイク
ロ波放射孔からプラズマ発生用のマイクロ波を前記絶縁
板を透過させて前記処理容器内へ導入する平面アンテナ
部材と、前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス供
給手段とを有するプラズマ処理装置において、前記絶縁板と前記平面アンテナ部材との間に、前記平面
アンテナ部材のマイクロ波放射孔に対応する位置にマイ
クロ波通過窓が形成されて少なくとも前記平面アンテナ
部材の中心部近傍からのマイクロ波を遮断するシールド
電極部材を設けるように構成したことを特徴とするプラ
ズマ処理装置。
【請求項５】前記シールド電極部材は、前記平面アン
テナ部材から離間させて配置され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プラズマ処理装置。
【請求項６】前記シールド電極部材と前記平面アンテ
ナ部材との間には、両者間に放電が発生することを防止
するための保護板が介在されることを特徴とする請求項
１乃至５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】前記シールド電極部材は、前記絶縁板上
に接着剤により接合して固定されることを特徴とする請
求項１乃至６のいずれかに記載のプラズマ処理装置。