JP2003188103A - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JP2003188103A JP2001381539A JP2001381539A JP2003188103A JP 2003188103 A JP2003188103 A JP 2003188103A JP 2001381539 A JP2001381539 A JP 2001381539A JP 2001381539 A JP2001381539 A JP 2001381539A JP 2003188103 A JP2003188103 A JP 2003188103A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 マッチング回路を小型化することによってマ
イクロ波発生源等をシールド蓋部上に一体化させて搭載
することが可能なプラズマ処理装置を提供する。 【解決手段】 被処理体Ｗを載置する載置台４４を真空
引き可能になされた処理容器４２内に設け、前記処理容
器の天井の開口部にマイクロ波透過板７０を介して平面
アンテナ部材７４を設けると共に、前記平面アンテナ部
材の上方を覆うように接地されたシールド蓋体７８を設
け、マイクロ波発生源８４からのマイクロ波を導波管８
２を介して前記平面アンテナ部材へ供給するようにした
プラズマ処理装置において、前記アンテナ部材と前記シ
ールド蓋体との間の上下方向の距離を相対的に変化させ
る部材昇降機構８５と、前記導波管内に対して挿入可能
に設けられた同調棒１０４と、前記同調棒を、その挿入
量を調整可能に移動させる同調棒駆動機構１０２と、前
記アンテナ部材の昇降量と前記同調棒の挿入量とを制御
することによりマッチング調整を行うマッチング制御部
１１４とを備える。

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
高密度プラズマを発生させてウエハを処理するプラズマ
処理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９−１８
１０５２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９を参照して
概略的に説明する。図９は従来の一般的なプラズマ処理
装置を示す構成図である。
【０００３】図９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マイクロ波透過窓８を気密に設け
ている。具体的には、このマイクロ波透過窓８は、上記
処理容器４の上端に設けた例えばアルミニウム製のリン
グ状の支持枠部材１０より半径方向内方へ突出させた支
持棚部１２にＯリング等のシール部材１４を介して気密
に取り付けられている。
【０００４】そして、このマイクロ波透過窓８の上面に
厚さ数ｍｍ程度の円板状の平面アンテナ部材１６と、必
要に応じてこの平面アンテナ部材１６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１８を設置している。この平面アンテナ部材
１６や遅波材１８は、これらの上方を覆うようにして、
且つ処理容器４の上方を塞ぐようにして導体でシールド
蓋体１９を設けている。また、上記遅波材１８の上方に
は、内部に冷却水を流す冷却水流路２０が形成された天
井冷却ジャケット２２が設けられており、シールド蓋体
１９等を冷却するようになっている。そして、アンテナ
部材１６には多数の略円形の、或いはスリット状の貫通
孔よりなるマイクロ波放射孔２４が形成されている。そ
して、平面アンテナ部材１６の中心部に同軸導波管２６
の内導体２８を接続している。この同軸導波管２６に
は、モード変換器３０を介して矩形導波管３２が接続さ
れると共に、この矩形導波管３２には、マッチング回路
３４及びマイクロ波発生源３６が順次接続されている。
これにより、マイクロ波発生源３６より発生した、例え
ば２．４５ＧＨｚのマイクロ波をアンテナ部材１６へ導
くようになっている。そして、マイクロ波をアンテナ部
材１６の半径方向へ放射状に伝播させつつアンテナ部材
１６に設けたマイクロ波放射孔２４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Ｗ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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記したようなマイク
ロ波発生源３６は、通常においては５ＫＷ程度の大きな
出力を発生することから、反射波を抑制する上記マッチ
ング回路３４は、それ自体かなり大きなサイズとなり、
そのため、このマッチング回路３４自体をプラズマ処理
装置のフレームよりも外側の床部等に配置して、これよ
り比較的長い矩形導波管３２を用いてモード変換器３０
へ接続するようにしている。ところで、このプラズマ処
理装置２は、定期的、或いは不定期的にメンテナンスに
付されるが、この時、シールド蓋体１９やマイクロ波透
過窓８等を取り外して、アンテナ部材１６、遅波材１
８、容器内の構造物等が検査されることになる。
【０００６】しかしながら、上記したように処理容器４
の上方を覆うシールド蓋体１９を取り外すためには、こ
れに一体的に連結されている長尺で、且つ大きな矩形導
波管３２等を、このフランジ部３２Ａのネジ等（図示せ
ず）を緩めることによって取り外さなければならず、メ
ンテナンス作業が非常に煩雑になる、といった問題があ
った。また、上述したように、矩形導波管３２自体の長
さも比較的長いことから、この中でマイクロ波の多重反
射も起こり易く、しかも、その分、負荷も大きくなって
電力ロスにより電力効率も低下する、といった問題があ
った。更に、マッチング回路３４とプラズマとの間の距
離が数位相分も離れたものになるため、この間における
インピーダンスがプラズマインピーダンスに比し、圧倒
的に大きなものとなる。このため、プラズマインピーダ
ンスがマッチング回路３４に反映されず、プラズマ着
火、プラズマの安定化をマッチング回路３４により適正
に制御するのが困難であった。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、マッチング回路を小型化す
ることによってマイクロ波発生源等をシールド蓋部上に
一体化させて搭載することが可能なプラズマ処理装置を
提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
被処理体を載置する載置台を真空引き可能になされた処
理容器内に設け、前記処理容器の天井の開口部にマイク
ロ波透過板を介して平面アンテナ部材を設けると共に、
前記平面アンテナ部材の上方を覆うように接地されたシ
ールド蓋体を設け、マイクロ波発生源からのマイクロ波
を導波管を介して前記平面アンテナ部材へ供給するよう
にしたプラズマ処理装置において、前記アンテナ部材と
前記シールド蓋体との間の上下方向の距離を相対的に変
化させる部材昇降機構と、前記導波管内に対して挿入可
能に設けられた同調棒と、前記同調棒を、その挿入量を
調整可能に移動させる同調棒駆動機構と、前記アンテナ
部材の昇降量と前記同調棒の挿入量とを制御することに
よりマッチング調整を行うマッチング制御部とを備えた
ことを特徴とするプラズマ処理装置である。
【０００８】これにより、マイクロ波の反射波を抑制す
るマッチング機能を、相対的に上下動する平面アンテナ
部材と導波管に対して挿入量が調整可能になされた同調
棒に持たせるようにしたので、その分、マイクロ波の伝
搬系の構造自体を大幅に小型化することが可能となり、
従って、マイクロ波発生源を含むマイクロ波の伝搬系を
シールド蓋体上に一体的に搭載させることが可能とな
る。この結果、プラズマ処理装置のメンテナンス時に
は、導波管等を取り外すことなく、シールド蓋体を処理
容器側から取り外すだけで、これを撤去することがで
き、メンテナンス作業を迅速、且つ容易に行うことが可
能となる。また、マイクロ波を伝搬する導波管の長さを
短くできるので、その分、反射波の発生や電力ロスを抑
制することが可能となり、更にマッチング回路によるプ
ラズマ制御性を向上させることが可能となる。
【０００９】この場合、例えば請求項２に規定するよう
に、前記同調棒よりも上流側の導波管には、前記マイク
ロ波の反射波の状態を検出する反射波検出部が設けられ
る。また、例えば請求項３に規定するように、前記検出
される反射波の状態は、電力と位相である。また、例え
ば請求項４に規定するように、前記導波管の途中には、
前記マイクロ波の振動モードを変換するためのモード変
換器が設けられている。また、例えば請求項５に規定す
るように、前記導波管内には、前記アンテナ部材を昇降
させるための可動軸が設けられている。
【００１０】請求項６に規定する発明は、被処理体を載
置する載置台を真空引き可能になされた処理容器内に設
け、前記処理容器の天井の開口部にマイクロ波透過板を
介して平面アンテナ部材を設けると共に、前記平面アン
テナ部材の上方を覆うように接地されたシールド蓋体を
設け、マイクロ波発生源からのマイクロ波を前記平面ア
ンテナ部材へ供給するようにしたプラズマ処理装置にお
いて、前記マイクロ波発生源から前記平面アンテナ部材
までの間に、プリント配線基板に進相部品と遅相部品と
スイッチ素子とを配列してなるマッチング回路を形成
し、前記スイッチ素子を切り替えることによりマッチン
グ調整を行うマッチング制御部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である。このよう
に、プリント配線基板を用いていることにより、マッチ
ング回路を小型化したので、その分、マイクロ波の伝搬
系の構造自体を大幅に小型化することが可能となり、従
って、マイクロ波発生源を含むマイクロ波の伝搬系をシ
ールド蓋体上に一体的に搭載させることが可能となる。
この結果、プラズマ処理装置のメンテナンス時には、導
波管等を取り外すことなく、シールド蓋体を処理容器側
から取り外すだけで、これを撤去することができ、メン
テナンス作業を迅速、且つ容易に行うことが可能とな
る。また、マイクロ波を伝搬する導波管の長さを短くで
きるので、その分、反射波の発生や電力ロスを抑制する
ことが可能となる。この場合、例えば請求項７に規定す
るように、前記進相部品と前記遅相部品とをマイクロス
トリップラインで構成している。
【００１１】
【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第１の実施例を示す
構成図、図２は図１に示すプラズマ処理装置の動作説明
図である。図示するようにこのプラズマ処理装置４０
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４２を有
しており、この処理容器４２は接地されると共に内部は
密閉された処理空間Ｓとして構成されている。
【００１２】この処理容器４２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４４が
収容される。この載置台４４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４６により支持されると
共にこの支持台４６は処理容器４２内の底部に絶縁材４
８を介して設置されている。上記載置台４４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４４
は給電線５０によりマッチングボックス５２を介して例
えば１３．５６ＭＨｚのバイアス用高周波電源５４に接
続されている。尚、このバイアス用高周波電源５４を設
けない場合もある。また、バイアス用高周波電源５４を
設けない場合でも、バイアス用電極を設けて、接地、或
いは電気的にフロート状態とすることにより、プラズマ
着火性能を向上することができる。
【００１３】上記載置台４４を支持する支持台４６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５６が設けられる。尚、必要に応
じてこの載置台４４中に加熱用ヒータを設けてもよい。
上記処理容器４２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
英パイプ製のガス供給ノズル５８が設けられ、このノズ
ル５８より流量制御されたプラズマガス及び処理ガスを
供給できるようになっている。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。
【００１４】また、容器側壁には、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６０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
６２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６４が設けられており、
必要に応じて処理容器４２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４２の天井
は開口されて開口部が形成されており、この開口部の周
縁部に沿って円形リング状の支持枠部材６６がＯリング
等のシール部材６８を介して設けられており、この支持
枠部材６６に、誘電体として例えば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程度のマイクロ波透過板７０がＯリング等
のシール部材７２を介して気密に設けられる。これによ
り、処理容器４２内が気密に保持される。
【００１５】そして、このマイクロ波透過板７０の上方
に円板状の平面アンテナ部材７４がその周縁部を上記支
持部材６６の上端に離間可能に載置した状態で支持され
ている。そして、このアンテナ部材７４の上面に、円板
状の真空の誘電率よりも大きい誘電率の高誘電率特性を
有する遅波材７６が設けられる。そして、このアンテナ
部材７４と遅波材７６の上方を覆うようにして例えば蓋
状に形成されたシールド蓋体７８が設けられており、こ
の下端部は上記支持部材６６の上端で支持されている。
このシールド蓋体７８には、内部に冷却水を流す冷却水
流路７９が形成されており、このシールド蓋体７８や上
記遅波材７６等を冷却するようになっている。また、こ
のシールド蓋体７８は接地されている。また、上記平面
アンテナ部材７４は前記処理容器４２内の上記載置台４
４に対向させて設けられる。この平面アンテナ部材７４
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３００〜４００ｍｍ、厚みが１〜数ｍｍ、例えば５
ｍｍ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、この円板には例え
ば長溝のスリット形状、或いは円形状の貫通孔よりなる
多数のマイクロ波放射孔８０を同心円状、或いは螺旋状
に形成している。
【００１６】また、上記シールド蓋体７８の上部の中心
には、開口部８６が形成されており、この開口部８６に
は導波管８２が接続されると共に、この導波管８２の端
部には例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波発生源８４が
接続されている。これにより、上記マイクロ波発生源８
４にて発生したマイクロ波を、導波管８２を介して上記
平面アンテナ部材７４へ伝搬できるようになっている。
尚、マイクロ波の周波数としては、他に８．３５ＧＨ
ｚ、１．９８ＧＨｚ等を用いることができる。具体的に
は、上記導波管８２は、上記シールド蓋体７８の中央開
口部８６に直接的に接続固定されて上方へ起立されてい
る断面円形の同軸導波管８２Ａと、この同軸導波管８２
Ａの上端部に、マイクロ波の振動するモード変換を行う
モード変換器８８を介して水平方向に向けて接続固定さ
れる断面矩形の矩形導波管８２Ｂとにより構成されてい
る。
【００１７】そして、上記アンテナ部材７４には、これ
と上記シールド蓋体７８との間の上下方向の距離を相対
的に変化させる部材昇降機構８５が設けられている。具
体的には、上記同軸導波管８２Ａ内には、この中心に沿
って延びる棒状の内導体９０が設けられており、この下
端部は、上記平面アンテナ部材７４の中心部に接続固定
されて、これを保持し得るようになっている。この内導
体９０は可動軸となり、上記部材昇降機構８５の一部を
構成するものである。また、この内導体９０の上部に
は、ネジ９２が形成されており、このネジ９２は、上記
モード変換器８８の天井壁に設けたネジホルダの機能を
有するリッジ９４に螺合されている。そして、このネジ
９２の上端部は、上記モード変換器８８の天井壁を貫通
しており、この上端部は、保持具９８によってモード変
換器８８に固定されているネジ駆動モータ９６のシャフ
トに接続され、従って、このネジ駆動モータ９６によっ
て上記ネジ９２を回転することにより、上記平面アンテ
ナ部材９４と上面に配置した遅波材７６とを一体的に昇
降できるようになっている（図２参照）。
【００１８】一方、上記矩形導波管８２Ｂの側壁には、
ピン孔１００が形成されており、このピン孔１００に
は、同調棒駆動機構としてのアクチュエータ１０２に接
続された同調棒１０４が矩形導波管８２Ｂ内に対して挿
入可能（出没可能）に設けられている。また、上記アク
チュエータ１０２も保持具１０６を介して上記矩形導波
管８２Ｂへ取り付け固定されている。上記同調棒１０４
は、例えば金属導体、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸
鉛）、アルミナ、セラミックス等よりなり、挿入量がイ
ンピーダンスとして働き、先端空間部分がリアクタンス
として働くので、上記矩形導波管８２Ｂに対するこの挿
入量を変えることにより、インピーダンスを制御するこ
とができるようになっている。この同調棒１０４は、必
要な場合には接地しておく。
【００１９】また、この同調棒１０４の取り付け位置よ
りも上流側の矩形導波管８２Ｂには、マイクロ波の反射
波の状態を検出するための反射波検出部１０８が設けら
れている。この反射波検出部１０８は、矩形導波管８２
Ｂ内にマイクロ波の伝搬方向に沿って１／４波長（λ）
の長さに相当する距離Ｌ１だけ離間させて配置した一対
の検出プローブ１１０を有しており、この検出信号を検
出本体１１２へ入力することにより、ここで、反射波の
電力と位相とを測定できるようになっている。そして、
この検出本体１１２の出力は、例えばマイクロコンピュ
ータ等よりなるマッチング制御部１１４へ入力するよう
になっており、このマッチング制御部１１４は、上記ネ
ジ駆動モータ９６と上記アクチュエータ１０２とへマッ
チング調整のための駆動信号をそれぞれ出力するように
なっている。
【００２０】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６０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４２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４４の上面の載置面に載置する。そして、処
理容器４２内を所定のプロセス圧力に維持して、ガス供
給ノズル５８から例えばアルゴンガスや例えばＳｉＨ
4 、Ｏ2 、Ｎ2 等のデポジションガスをそれぞれ流量制
御しつつ供給する。同時にマイクロ波発生源８４からの
マイクロ波を、矩形導波管８２Ｂ、モード変換器８８及
び同軸導波管８２Ａを順次介して平面アンテナ部材７４
に供給して処理空間Ｓに、遅波材７６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ＣＶＤに
よる成膜処理を行う。
【００２１】ここで、マイクロ波の伝搬に関しては、マ
イクロ波発生源８４にて発生したマイクロ波は、矩形導
波管８２Ｂ内ではＴＥモードで伝搬し、このＴＥモード
のマイクロ波はモード変換器８８にてＴＥＭモードに変
換されて、この状態で同軸導波管８２Ａ内をアンテナ部
材７４に向けて伝搬されて行くことになる。ここで処理
空間Ｓにおけるプラズマ状態や圧力状態等の各種の要因
で導波管８２内においてはマイクロ波の反射波が発生す
るが、この反射波の電力や位相は反射波検出部１０８に
て検出され、この反射波を相殺するように、上記マッチ
ング制御部１１４は同調棒１０４を上下動させてその挿
入量を変えたり、また、平面アンテナ部材７４を昇降さ
せてこれとシールド蓋体７８との間の距離Ｌ２を変える
ように動作し、いわゆるマッチング機能を発揮する。
【００２２】すなわち、図２にも示すように、同調棒１
０４の矩形導波管８２Ｂ内に対する挿入量を変えること
によりＬ成分とＣ成分を含むインピーダンスが変化し、
また、平面アンテナ部材７４とこの上方のシールド蓋体
７８との間の距離Ｌ２を調整することによりインピーダ
ンスが変化し、結果的に、反射波を相殺するようにこの
導波管８２内におけるインピーダンスを調整することが
できる。このような反射波を相殺するようなインピーダ
ンス調整は、マッチング制御部１１４によってプラズマ
処理中において継続的に行われることになる。ここでイ
ンピーダンス調整の状況を、図３に示すスミスチャート
を用いて説明する。まず、矩形導波管８２Ｂ上の同調棒
１０４を調整することにより、検出本体１１２からみた
合成インピーダンスはスミスチャート上の曲線ｂの軌跡
を動き、最終的に中心Ｏの位置に移動でき、マッチング
することができる。従って、平面アンテナ部材７４を昇
降させることにより、曲線ａの軌跡ができるような距離
Ｌ２を決定すればよい。理想的には、曲線ａに示される
ように、検出本体１１２からみた合成インピーダンスは
正規化インピーダンスの実数部一定の円上を移動する。
この時の平面アンテナ部材７４における距離Ｌ２の最大
ストローク量は、マイクロ波の波長にもよるが、遅波材
７６による短縮波長λ１の１／２程度、例えば６０ｍｍ
程度である。
【００２３】このように、昇降する平面アンテナ部材７
４と上下動する同調棒１０４とによってマッチング機能
を持たせるようにしたので、従来装置において必要とさ
れた大型のマッチング回路３４（図９参照）が不要とな
り、しかも導波管自体も短くでき、その分、マイクロ波
の伝搬系を大幅に小型且つ軽量化することができる。ま
た、このようにマイクロ波の伝搬系の小型且つ軽量化に
よって、導波管８２（８２Ａ及び８２Ｂを含む）、モー
ド変換器８８及びマイクロ波発生源８４を、シールド蓋
体７８側へ一体的に組み付けて搭載することができ、こ
の結果、装置のメンテナンス時に、このシールド蓋体７
８を処理容器４２側から取り外すだけでメンテナンス作
業を実行することができるので、メンテナンス作業の迅
速化を図ることができる。
【００２４】また、多重反射波が発生する導波管全体の
長さも短くできるので、その分、マイクロ波の損失も抑
制することが可能となる。尚、上記実施例では、同調棒
１０４を、矩形導波管８２Ｂ内への挿入量だけを調整で
きるようにしたが、これに限定されず、矩形導波管８２
Ｂの長さ方向へも移動調整可能となるような構造として
もよい。図４はこのような同調棒の変形例を示す部分拡
大図である。すなわち、ここではピン孔１００を、矩形
導波管８２Ｂの長さ方向に沿ってある程度の長さを有す
る長孔とし、そして、この同調棒１０４を直接的に上下
動させるアクチュエータ１０２を、別の第２のアクチュ
エータ１２０により矩形導波管８２Ｂの長さ方向へ移動
可能となるように保持する。そして、この第２のアクチ
ュエータ１２０は、保持具１０６によって矩形導波管８
２Ｂ側へ支持固定される。尚、上記構成部分は、マイク
ロ波の漏洩を防止するシールド１２１によって覆われ
る。
【００２５】これによれば、同調棒１０４の矩形導波管
８２Ｂ内への挿入量のみならず、矩形導波管８２Ｂの長
さ方向に対する位置調整も行うことができるので、その
分、マッチング調整を適正に行うことが可能となる。ま
た、上記実施例では、平面アンテナ部材７４を昇降させ
ることにより、これとシールド蓋体７８との間の距離Ｌ
２を変化させるようにしたが、これに代えて、シールド
蓋体７８側を昇降させるようにしてもよい。図５は、こ
のような本発明装置の第２の実施例を示す構成図であ
る。尚、図１にて説明した部分と同一構成部分について
は同一符号を付してその説明を省略する。
【００２６】図示するように、この第２の実施例では、
平面アンテナ部材７４は、処理容器４２の上部の支持部
材６６側へ固定されており、また、同軸導波管８２Ａ内
の内導体９０の上端部は、リッジ９４によりモード変換
器８８側へ固定されて、これにはネジ駆動モータ９６
（図１参照）が設けられていない。そして、内導体９０
の下端部は、平面アンテナ部材７４の中心に接続されて
いる。そして、シールド蓋体７８の下端部は、上記支持
部材６６の上部に固定されてはおらずに、この支持部材
６６の上部に、上下方向へ摺動可能に嵌め込まれてい
る。そして、上記シールド蓋体７８の側面には、その周
方向に略等間隔で離間させて複数、例えば３つのラック
１２４（図示例では２のみ記す）が設けられており、各
ラック１２４には、支持部材６６或いは処理容器４２側
に固定された駆動モータ１２６によって正逆回転される
回転ネジ１２８が歯合され、この回転ネジ１２８を正逆
回転することによって、上記シールド蓋体７８及びその
上部構造物を一体的に昇降移動できるようになってい
る。これにより、このシールド蓋体７８と平面アンテナ
部材７４との間の距離Ｌ２を任意に調整できることにな
る。
【００２７】この第２の実施例の場合にも、先に図１を
参照して説明した装置例と同様な作用効果を発揮できる
のみならず、この実施例の場合にはアンテナ部材７４を
固定している結果、このアンテナ部材７４と処理空間Ｓ
との間の距離が変動しないので、処理容器４２内のプラ
ズマ発生空間の位置が変動しない、という利点を有す
る。また、上記各実施例では、同調棒１０４を設け、平
面アンテナ部材７４をシールド蓋体７８に対して相対的
に昇降移動可能とすることにより、マッチング機能を持
たせるようにしたが、これに代えて、プリント配線基板
を用いて小型のマッチング回路を構成するようにしても
よい。
【００２８】図６はこのような本発明のプラズマ処理装
置の第３の実施例を示す構成図、図７はプリント配線基
板を用いたマッチング回路を示す構成図である。尚、図
１にて説明した部分と同一構成部分については同一符号
を付してその説明を省略する。図６に示すように、ここ
では導波管８２として同軸導波管８２Ａのみを用いてお
り、これを、シールド蓋体７８の中央部に起立させて設
けると共に、その上端に第３の実施例にて特徴とする小
型のマッチング回路１３０が設けられている。更に、こ
のマッチング回路１３０は同軸線１４０にてマイクロ波
発生源８４に接続されている。
【００２９】具体的には、このマッチング回路１３０
は、図７にも示すように、ベースがプリント配線基板１
３２により形成されている。このプリント配線基板１３
２には、進相部品であるコンデンサとスイッチ素子との
直列接続が複数個、図示例では６個並列接続されてお
り、上記並列接続の途中に遅相部品である１つのコイル
１３４が介設されている。上記コンデンサとスイッチ素
子の直列接続は、６個のコンデンサＣ１〜Ｃ６と、それ
ぞれに直列接続したスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６とより
なり、コンデンサＣ３とコンデンサＣ４との途中に上記
コイル１３４が介設されている。そして、コンデンサＣ
１の一端が、上側の同軸線１４０に接続され、コンデン
サＣ６の一端が、下側の内導体９０に接続されている。
【００３０】ここで、上記各コンデンサＣ１〜Ｃ６の容
量は互いに異なっており、それぞれ異なる重み付けがな
されている。例えば上記各符号を容量値とすると、次に
示すように各容量値は２のべき乗に従って重み付けがな
されている。 Ｃ２＝２1 ×Ｃ１ Ｃ３＝２2 ×Ｃ１ Ｃ４＝２3 ×Ｃ１ Ｃ５＝２4 ×Ｃ１ Ｃ６＝２5 ×Ｃ１ そして、上記スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６を適宜組み合
わせて切り替えることにより、全体としての合成容量値
を幅広い範囲に亘って変更することができるようになっ
ている。これらの各コンデンサＣ１〜Ｃ６は、プリント
配線基板１３２上に、パターンエッチング等により容易
に形成することができる。
【００３１】また、上記スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６と
しては、例えばプリント配線基板１３２上にＰＩＮダイ
オードを配置することにより容易に形成することができ
る。また、このＰＩＮダイオードに代えて、機械的な超
小型のリレーを用いるようにしてもよい。そして、これ
らの各スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６は、マッチング制御
部１１４からの指令により、適切に切り替えられるよう
になっている。尚、直列接続を形成するコンデンサは６
個に限定されず、更に増加するように構成すれば、その
分、リアクタンスの分解能を高くすることができる。ま
た、反射波検出部１０８やマッチング制御部１１４は、
これらの機能を集積回路化したＩＣチップを用いて、こ
れをプリント配線基板１３２上に搭載してもよいし、或
いはこれらの機能を実行する回路をプリント配線基板１
３２内に組み込むようにしてもよい。この第３の実施例
によれば、マイクロ波制御部１１４からの指令によって
各スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６の開閉を適宜選択するこ
とにより、このマッチング回路１３０のインピーダンス
を適切に変化させて、マイクロ波の反射波を相殺させる
ことができる。また、上記構成はＰＣＢ（Ｐｒｉｎｔｅ
ｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）に実現することもで
きる。上記第３の実施例において、コンデンサ、コイル
等はマイクロストリップラインを使用して図８（Ａ）に
示すオープンスタブ、図８（Ｂ）に示すショートスタブ
を利用すれば進相部品及び遅相部品として利用できる。
ここで図８（Ａ）において、スタブ１５０の長さＬが、
Ｌ＜１／４波長の範囲ではキャパシタ（進相部品）とし
て、１／４波長＜Ｌ＜１／２波長の範囲ではインダクタ
（遅相部品）としてそれぞれ機能する。また、図８
（Ｂ）において、スタブ１５２の長さＬが、図８（Ａ）
とは逆に、Ｌ＜１／４波長の範囲ではインダクタ（遅相
部品）として、１／４波長＜Ｌ＜１／２波長の範囲では
キャパシタ（進相部品）としてそれぞれ機能する。これ
らのスタブの長さＬを色々変更することにより、種々の
進相素子及び遅相素子をＰＣＢ上に製作できる。
【００３２】従って、この場合にも、従来装置の大型の
マッチング回路を不要にして、これの小型化及び軽量化
を図ることができ、先に説明した実施例と同様な作用効
果を発揮することができる。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。
【００３３】
【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１〜５に規定する発明によれ
ば、マイクロ波の反射波を抑制するマッチング機能を、
相対的に上下動する平面アンテナ部材と導波管に対して
挿入量が調整可能になされた同調棒に持たせるようにし
たので、その分、マイクロ波の伝搬系の構造自体を大幅
に小型化することができ、従って、マイクロ波発生源を
含むマイクロ波の伝搬系をシールド蓋体上に一体的に搭
載させることができる。この結果、プラズマ処理装置の
メンテナンス時には、導波管等を取り外すことなく、シ
ールド蓋体を処理容器側から取り外すだけで、これを撤
去することができ、メンテナンス作業を迅速、且つ容易
に行うことができる。また、マイクロ波を伝搬する導波
管の長さを短くできるので、その分、反射波の発生や電
力ロスを抑制することができる。請求項６及び７に規定
する発明によれば、プリント配線基板を用いてることに
より、マッチング回路を小型化したので、その分、マイ
クロ波の伝搬系の構造自体を大幅に小型化することがで
き、従って、マイクロ波発生源を含むマイクロ波の伝搬
系をシールド蓋体上に一体的に搭載させることができ
る。この結果、プラズマ処理装置のメンテナンス時に
は、導波管等を取り外すことなく、シールド蓋体を処理
容器側から取り外すだけで、これを撤去することがで
き、メンテナンス作業を迅速、且つ容易に行うことがで
きる。また、マイクロ波を伝搬する導波管の長さを短く
できるので、その分、反射波の発生や電力ロスを抑制す
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第１の実施例
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動作説明図であ
る。
【図３】平面アンテナ部材を昇降させた時の反射係数と
インピーダンスとの関係を示すスミスチャートである。
【図４】同調棒の変形例を示す部分拡大図である。
【図５】本発明装置の第２の実施例を示す構成図であ
る。
【図６】本発明のプラズマ処理装置の第３の実施例を示
す構成図である。
【図７】プリント配線基板を用いたマッチング回路を示
す構成図である。
【図８】マイクロストリップラインを用いて進相部品と
遅相部品を形成したときの図を示す。
【図９】従来の一般的なプラズマ処理装置を示す構成図
である。
【符号の説明】
４０ プラズマ処理装置 ４２ 処理容器 ４４ 載置台 ７０ マイクロ波透過板 ７４ アンテナ部材 ７６ 遅波材 ７８ シールド蓋体 ８２ 導波管 ８２Ａ 同軸導波管 ８２Ｂ 矩形導波管 ８４ マイクロ波発生源 ８５ 部材昇降機構 ８８ モード変換器 ９０ 内導体（可動軸） １０２ アクチュエータ（同調棒駆動機構） １０４ 同調棒 １０８ 反射波検出部 １１０ 検出プローブ １１２ 検出本体 １１４ マッチング制御部 １３２ プリント配線基板 １３４ コイル Ｃ１−Ｃ６ コンデンサ ＳＷ１−ＳＷ６ スイッチ素子 Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 足立 光 東京都港区赤坂五丁目３番６号 ＴＢＳ放 送センター東京エレクトロン株式会社内 (72)発明者 長田 勇輝 東京都港区赤坂五丁目３番６号 ＴＢＳ放 送センター東京エレクトロン株式会社内 Ｆターム(参考） 4K030 AA06 AA14 AA18 BA29 BA44 CA12 FA02 JA03 JA20 KA41 5F045 AA09 AC01 AC11 AC15 DP04 EH02 EH03 EH07 EH19

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被処理体を載置する載置台を真空引き可
    能になされた処理容器内に設け、前記処理容器の天井の
    開口部にマイクロ波透過板を介して平面アンテナ部材を
    設けると共に、前記平面アンテナ部材の上方を覆うよう
    に接地されたシールド蓋体を設け、マイクロ波発生源か
    らのマイクロ波を導波管を介して前記平面アンテナ部材
    へ供給するようにしたプラズマ処理装置において、 前記アンテナ部材と前記シールド蓋体との間の上下方向
    の距離を相対的に変化させる部材昇降機構と、 前記導波管内に対して挿入可能に設けられた同調棒と、 前記同調棒を、その挿入量を調整可能に移動させる同調
    棒駆動機構と、 前記アンテナ部材の昇降量と前記同調棒の挿入量とを制
    御することによりマッチング調整を行うマッチング制御
    部とを備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 【請求項２】 前記同調棒よりも上流側の導波管には、
    前記マイクロ波の反射波の状態を検出する反射波検出部
    が設けられることを特徴とする請求項１記載のプラズマ
    処理装置。
  3. 【請求項３】 前記検出される反射波の状態は、電力と
    位相であ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。
  4. 【請求項４】 前記導波管の途中には、前記マイクロ波
    の振動モードを変換するためのモード変換器が設けられ
    ていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記
    載のプラズマ処理装置。
  5. 【請求項５】 前記導波管内には、前記アンテナ部材を
    昇降させるための可動軸が設けら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。
  6. 【請求項６】 被処理体を載置する載置台を真空引き可
    能になされた処理容器内に設け、前記処理容器の天井の
    開口部にマイクロ波透過板を介して平面アンテナ部材を
    設けると共に、前記平面アンテナ部材の上方を覆うよう
    に接地されたシールド蓋体を設け、マイクロ波発生源か
    らのマイクロ波を前記平面アンテナ部材へ供給するよう
    にしたプラズマ処理装置において、 前記マイクロ波発生源から前記平面アンテナ部材までの
    間に、プリント配線基板に進相部品と遅相部品とスイッ
    チ素子とを配列してなるマッチング回路を形成し、 前記スイッチ素子を切り替えることによりマッチング調
    整を行うマッチング制御部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。
  7. 【請求項７】 前記進相部品と前記遅相部品とをマイク
    ロストリップラインで構成したことを特徴とする請求項
    ６記載のプラズマ処理装置。
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