JP2006203246A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外壁により画成され、被処理基板を保持する保持台を備えた処理容器と、前記処理容器に結合された排気系と、前記処理容器中にプラズマガスを供給するプラズマガス供給部と、前記処理容器上に、前記被処理基板に対応して設けられたマイクロ波アンテナと、前記保持台上の被処理基板と前記プラズマガス供給部との間に、前記被処理基板に対面するように設けられた処理ガス供給部とよりなるプラズマ処理装置において、前記処理ガス供給部より処理ガスを、均一に供給する。
【解決手段】前記処理ガス供給部に、前記処理容器内に形成されたプラズマを通過させる複数の第１の開口部と、処理ガス源に接続可能な処理ガス通路と、前記処理ガス通路に連通した複数の第２の開口部と設け、前記第２の開口部により、前記処理ガスを、前記被処理基板に対して斜めに放出する。
【選択図】図１７Ａ

Description

本発明は一般にプラズマ処理装置に係り、特にマイクロ波プラズマ処理装置に関する。

プラズマ処理工程およびプラズマ処理装置は、近年のいわゆるディープサブミクロン素子あるいはディープサブクォーターミクロン素子と呼ばれる０．１μｍに近い、あるいはそれ以下のゲート長を有する超微細化半導体装置の製造や、液晶表示装置を含む高解像度平面表示装置の製造にとって、不可欠の技術である。

半導体装置や液晶表示装置の製造に使われるプラズマ処理装置としては、従来より様々なプラズマの励起方式が使われているが、特に平行平板型高周波励起プラズマ処理装置あるいは誘導結合型プラズマ処理装置が一般的である。しかしこれら従来のプラズマ処理装置は、プラズマ形成が不均一であり、電子密度の高い領域が限定されているため大きな処理速度すなわちスループットで被処理基板全面にわたり均一なプロセスを行うのが困難である問題点を有している。この問題は、特に大径の基板を処理する場合に深刻になる。しかもこれら従来のプラズマ処理装置では、電子温度が高いため被処理基板上に形成される半導体素子にダメージが生じ、また処理室壁のスパッタリングによる金属汚染が大きいなど、いくつかの本質的な問題を有している。このため、従来のプラズマ処理装置では、半導体装置や液晶表示装置のさらなる微細化およびさらなる生産性の向上に対する厳しい要求を満たすことが困難になりつつある。

一方、従来より直流磁場を用いずにマイクロ波電界により励起された高密度プラズマを使うマイクロ波プラズマ処理装置が提案されている。例えば、均一なマイクロ波を発生するように配列された多数のスロットを有する平面状のアンテナ（ラジアルラインスロットアンテナ）から処理容器内にマイクロ波を放射し、このマイクロ波電界により真空容器内のガスを電離してプラズマを励起させる構成のプラズマ処理装置が提案されている。例えば特開平９−６３７９３公報を参照。このような手法で励起されたマイクロ波プラズマではアンテナ直下の広い領域にわたって高いプラズマ密度を実現でき、短時間で均一なプラズマ処理を行うことが可能である。しかもかかる手法で形成されたマイクロ波プラズマではマイクロ波によりプラズマを励起するため電子温度が低く、被処理基板のダメージや金属汚染を回避することができる。さらに大面積基板上にも均一なプラズマを容易に励起できるため、大口径半導体基板を使った半導体装置の製造工程や大型液晶表示装置の製造にも容易に対応できる。

図１Ａ，Ｂは、かかるラジアルラインスロットアンテナを使った従来のマイクロ波プラズマ処理装置１００の構成を示す。ただし図１Ａはマイクロ波プラズマ処理装置１００の断面図を、また図１Ｂはラジアルラインスロットアンテナの構成を示す図である。

図１Ａを参照するに、マイクロ波プラズマ処理装置１００は複数の排気ポート１１６から排気される処理室１０１を有し、前記処理室１０１中には被処理基板１１４を保持する保持台１１５が形成されている。前記処理室１０１の均一な排気を実現するため、前記保持台１１５の周囲にはリング状に空間１０１Ａが形成されており、前記複数の排気ポート１１６を前記空間１０１Ａに連通するように等間隔で、すなわち被処理基板に対して軸対称に形成することにより、前記処理室１０１を前記空間１０１Ａおよび排気ポート１１６を介して均一に排気することができる。

前記処理室１０１上には、前記保持台１１５上の被処理基板１１４に対応する位置に、前記処理室１０１の外壁の一部として、低損失誘電体よりなり多数の開口部１０７を形成された板状のシャワープレート１０３がシールリング１０９を介して形成されており、さらに前記シャワープレート１０３の外側に同じく低損失誘電体よりなるカバープレート１０２が、別のシールリング１０８を介して設けられている。

前記シャワープレート１０３にはその上面にプラズマガスの通路１０４が形成されており、前記複数の開口部１０７の各々は前記プラズマガス通路１０４に連通するように形成されている。さらに、前記シャワープレート１０３の内部には、前記処理容器１０１の外壁に設けられたプラズマガス供給ポート１０５に連通するプラズマガスの供給通路１０８が形成されており、前記プラズマガス供給ポート１０５に供給されたＡｒやＫｒ等のプラズマガスは、前記供給通路１０８から前記通路１０４を介して前記開口部１０７に供給され、前記開口部１０７から前記処理容器１０１内部の前記シャワープレート１０３直下の空間１０１Ｂに、実質的に一様な濃度で放出される。

前記処理容器１０１上には、さらに前記カバープレート１０２の外側に、前記カバープレート１０２から４〜５ｍｍ離間して、図１Ｂに示す放射面を有するラジアルラインスロットアンテナ１１０が設けられている。前記ラジアルラインスロットアンテナ１１０は外部のマイクロ波源（図示せず）に同軸導波管１１０Ａを介して接続されており、前記マイクロ波源からのマイクロ波により、前記空間１０１Ｂに放出されたプラズマガスを励起する。前記カバープレート１０２とラジアルラインスロットアンテナ１１０の放射面との間の隙間は大気により充填されている。

前記ラジアルラインスロットアンテナ１１０は、前記同軸導波管１１０Ａの外側導波管に接続された平坦なディスク状のアンテナ本体１１０Ｂと、前記アンテナ本体１１０Ｂの開口部に形成された、図１Ｂに示す多数のスロット１１０ａおよびこれに直交する多数のスロット１１０ｂを形成された放射板１１０Ｃとよりなり、前記アンテナ本体１１０Ｂと前記放射板１１０Ｃとの間には、厚さが一定の誘電体板よりなる遅相板１１０Ｄが挿入されている。

かかる構成のラジアルラインスロットアンテナ１１０では、前記同軸導波管１１０から給電されたマイクロ波は、前記ディスク状のアンテナ本体１１０Ｂと放射板１１０Ｃとの間を、半径方向に広がりながら進行するが、その際に前記遅相板１１０Ｄの作用により波長が圧縮される。そこで、このようにして半径方向に進行するマイクロ波の波長に対応して前記スロット１１０ａおよび１１０ｂを同心円状に、かつ相互に直交するように形成しておくことにより、円偏波を有する平面波を前記放射板１１０Ｃに実質的に垂直な方向に放射することができる。

かかるラジアルラインスロットアンテナ１１０を使うことにより、前記シャワープレート１０３直下の空間１０１Ｂに均一な高密度プラズマが形成される。このようにして形成された高密度プラズマは電子温度が低く、そのため被処理基板１１４にダメージが生じることがなく、また処理容器１０１の器壁のスパッタリングに起因する金属汚染が生じることもない。

図１のプラズマ処理装置１００では、さらに前記処理容器１０１中、前記シャワープレート１０３と被処理基板１１４との間に、外部の処理ガス源（図示せず）から前記処理容器１０１中に形成された処理ガス通路１１２を介して処理ガスを供給する多数のノズル１１３を形成された導体構造物１１１が形成されており、前記ノズル１１３の各々は、供給された処理ガスを、前記導体構造物１１１と被処理基板１１４との間の空間１０１Ｃに放出する。すなわち前記導体構造物１１１は処理ガス供給部として機能する。前記処理ガス供給部を構成する導体構造物１１１には、前記隣接するノズル１１３と１１３との間に、前記空間１０１Ｂにおいて形成されたプラズマを前記空間１０１Ｂから前記空間１０１Ｃに拡散により、効率よく通過させるような大きさの開口部が形成されている。

そこで、このように前記処理ガス供給部１１１から前記ノズル１１３を介して処理ガスを前記空間１０１Ｃに放出した場合、放出された処理ガスは前記空間１０１Ｂにおいて形成された高密度プラズマにより励起され、前記被処理基板１１４上に、一様なプラズマ処理が、効率的かつ高速に、しかも基板および基板上の素子構造を損傷させることなく、また基板を汚染することなく行われる。一方前記ラジアルラインスロットアンテナ１１０から放射されたマイクロ波は、導体よりなる前記処理ガス供給部１１１により阻止され、被処理基板１１４を損傷させることはない。

ところで、図１Ａ，１Ｂで説明した上記のプラズマ処理装置１００では、前記処理ガス供給部１１１からの処理ガスの導入が均一に行われることが非常に重要である。また、前記処理ガス供給部１１１は空間１０１Ｂにおいて励起されたプラズマを、前記被処理基板１１４直上の空間１０１Ｃへと速やかに通過させることが可能でなければならない。

図２は、従来より使われている前記処理ガス供給部１１１の構成を示す底面図である。

図２を参照するに、前記処理ガス供給部１１１はＡｌ含有ステンレススチールなどよりなるディスク状のプレート部材であり、前記空間１０１Ｂ中の高密度プラズマを通過させる多数の大きな開口部１１１Ｂが行列状に形成されている。また前記ディスク状プレート部材１１１中には前記処理ガス通路１１２に連通する処理ガス分配通路１１２Ａが外周に沿って形成されており、前記処理ガス分配通路１１２Ａに連通するように、格子状の処理ガス通路１１３Ａが形成されており、前記格子状処理ガス通路１１３Ａには多数のノズル開口部１１３が形成されている。

かかる構成によれば、図２中に破線で重ねて示した被処理基板１１４の表面に、多数のノズル開口部１１３から処理ガスがほぼ均一に導入される。

一方、図２の底面図の構成では前記ノズル開口部１１３が前記被処理基板１１４に向う方向に形成されているため、前記ノズル開口部１１３を密に形成したとしても、処理ガスを被処理基板１１４の表面に到達するまでに十分に拡散させることが困難である。また前記ノズル開口部１１３を余り密に形成してしまうと、処理ガスが基板１１４周辺部に主に供給されてしまい、中心部において枯渇する可能性がある。また図１Ａ，１Ｂのプラズマ処理装置１００では、前記空間１０１Ｂおよび１０１Ｃが速やかに排気されるように前記シャワープレート１０３と被処理基板１１４との距離を狭めてあり、その結果前記ノズル開口部１１３から導入された処理ガスは被処理基板１１４に速やかに到達してしまい、十分に拡散することができない。

さらに、図１Ａ，１Ｂのプラズマ処理装置１００では前記処理ガス供給部１１１は高密度プラズマに起因する大量の熱フラックスに曝されるため、温度が上昇してしまう問題点を有している。

そこで、本発明は上記の課題を解決した新規で有用なプラズマ処理装置を提供することを概括的課題とする。

本発明のより具体的な課題は、処理ガスを均一に供給できる処理ガス供給部を備えたプラズマ処理装置を供給することにある。

本発明の他の課題は、処理ガス供給部の昇温を回避できる構成のプラズマ処理装置を提供することにある。

本発明のその他の課題は、
外壁により画成され、被処理基板を保持する保持台を備えた処理容器と、
前記処理容器に結合された排気系と、
前記処理容器中にプラズマガスを供給するプラズマガス供給部と、
前記処理容器上に、前記被処理基板に対応して設けられたマイクロ波アンテナと、
前記保持台上の被処理基板と前記プラズマガス供給部との間に、前記被処理基板に対面するように設けられた処理ガス供給部とよりなり、
前記処理ガス供給部は、前記処理容器内に形成されたプラズマを通過させる複数の第１の開口部と、処理ガス源に接続可能な処理ガス通路と、前記処理ガス通路に連通した複数の第２の開口部とを備え、
前記第２の開口部は、前記処理ガスを、前記被処理基板に対して斜めに放出するプラズマ処理装置を提供することにある。

本発明によれば、前記処理ガス供給部から供給された処理ガスが被処理基板表面において跳ね返り、マイクロ波窓や処理ガス供給部に到達し、堆積を生じる問題が回避される。

本発明のその他の目的および特徴は、以下に図面を参照しながら行う好ましい実施例についての詳細な説明より明らかとなろう。

本発明によれば、マイクロ波プラズマ処理装置において、処理容器内に均一に処理ガスを供給することが可能になり、均一なプラズマ処理を行うことが可能になる。

［第１参考例］
図３Ａ，３Ｂは、本発明の第１参考例によるマイクロ波プラズマ処理装置１０の構成を示す。

図３Ａを参照するに、前記マイクロ波プラズマ処理装置１０は処理容器１１と、前記処理容器１１内に設けられ、被処理基板１２を静電チャックにより保持する好ましくは熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）により形成されたＡｌＮもしくはＡｌ₂Ｏ₃よりなる保持台１３とを含み、前記処理容器１１内には前記保持台１３を囲む空間１１Ａに等間隔に、すなわち前記保持台１３上の被処理基板１２に対して略軸対称な関係で少なくとも二箇所、好ましくは三箇所以上に排気ポート１１ａが形成されている。前記処理容器１１は、かかる排気ポート１１ａを介して不等ピッチ不等傾角スクリューポンプにより、排気・減圧される。

前記処理容器１１は好ましくはＡｌを含有するオーステナイトステンレス鋼よりなり、内壁面には酸化処理により酸化アルミニウムよりなる保護膜が形成されている。また前記処理容器１１の外壁のうち前記被処理基板１２に対応する部分には、ＨＩＰ法により形成された緻密なＡｌ₂Ｏ₃よりなり多数のノズル開口部１４Ａを形成されたディスク状のシャワープレート１４が、前記外壁の一部として形成される。かかるＨＩＰ法により形成されたＡｌ₂Ｏ₃シャワープレート１４はＹ₂Ｏ₃を焼結助剤として使って形成され、気孔率が０．０３％以下で実質的に気孔やピンホールを含んでおらず、３０Ｗ／ｍ・Ｋに達する、セラミックとしては非常に大きな熱伝導率を有する。

前記シャワープレート１４は前記処理容器１１上にシールリング１１ｓを介して装着され、さらに前記シャワープレート１４上には同様なＨＩＰ処理により形成された緻密なＡｌ₂Ｏ₃よりなるカバープレート１５が、シールリング１１ｔを介して設けられている。前記シャワープレート１４の前記カバープレート１５と接する側には前記ノズル開口部１４Ａの各々に連通しプラズマガス流路となる凹部１４Ｂが形成されており、前記凹部１４Ｂは前記シャワープレート１４の内部に形成され、前記処理容器１１の外壁に形成されたプラズマガス入口１１ｐに連通する別のプラズマガス流路１４Ｃに連通している。

前記シャワープレート１４は前記処理容器１１の内壁に形成された張り出し部１１ｂにより保持されており、前記張り出し部１１ｂのうち、前記シャワープレート１４を保持する部分には異常放電を抑制するために丸みが形成されている。

そこで、前記プラズマガス入口１１ｐに供給されたＡｒやＫｒ等のプラズマガスは前記シャワープレート１４内部の流路１４Ｃおよび１４Ｂを順次通過した後、前記開口部１４Ａを介して前記シャワープレート１４直下の空間１１Ｂ中に一様に供給される。

前記カバープレート１５上には、前記カバープレート１５に密接し図３Ｂに示す多数のスロット１６ａ，１６ｂを形成されたディスク状のスロット板１６と、前記スロット板１６を保持するディスク状のアンテナ本体１７と、前記スロット板１６と前記アンテナ本体１７との間に挟持されたＡｌ₂Ｏ₃，Ｓｉ₃Ｎ₄，ＳｉＯＮあるいはＳｉＯ₂等の低損失誘電体材料よりなる遅相板１８とにより構成されたラジアルラインスロットアンテナ２０が設けられている。前記ラジアルスロットラインアンテナ２０は前記処理容器１１上にシールリング１１ｕを介して装着されており、前記ラジアルラインスロットアンテナ２０には矩形あるいは円形断面を有する同軸導波管２１を介して外部のマイクロ波源（図示せず）より周波数が２．４５ＧＨｚあるいは８．３ＧＨｚのマイクロ波が供給される。供給されたマイクロ波は前記スロット板１６上のスロット１６ａ，１６ｂから前記カバープレート１５およびシャワープレート１４を介して前記処理容器１１中に放射され、前記シャワープレート１４直下の空間１１Ｂにおいて、前記開口部１４Ａから供給されたプラズマガス中にプラズマを励起する。その際、前記カバープレート１５およびシャワープレート１４はＡｌ₂Ｏ₃により形成されており、効率的なマイクロ波透過窓として作用する。その際、前記プラズマガス流路１４Ａ〜１４Ｃにおいてプラズマが励起されるのを回避するため、前記プラズマガスは、前記流路１４Ａ〜１４Ｃにおいて約６６６６Ｐａ〜１３３３２Ｐａ（約５０〜１００Ｔｏｒｒ）の圧力に保持される。

前記ラジアルラインスロットアンテナ２０と前記カバープレート１５との密着性を向上させるため、本参考例のマイクロ波プラズマ処理装置１０では前記スロット板１６に係合する前記処理容器１１の上面の一部にリング状の溝１１ｇが形成されており、かかる溝１１ｇを、これに連通した排気ポート１１Ｇを介して排気することにより、前記スロット板１６とカバープレート１５との間に形成された隙間を減圧し、大気圧により、前記ラジアルラインスロットアンテナ２０を前記カバープレート１５にしっかりと押し付けることが可能になる。かかる隙間には、前記スロット板１６に形成されたスロット１６ａ，１６ｂが含まれるが、それ以外にも様々な理由により隙間が形成されることがある。かかる隙間は、前記ラジアルラインスロットアンテナ２０と処理容器１１との間のシールリング１１ｕにより封止されている。

さらに前記排気ポート１１Ｇおよび溝１５ｇを介して前記スロット板１６と前記カバープレート１５との間の隙間に分子量の小さい不活性気体を充填することにより、前記カバープレート１５から前記スロット板１６への熱の輸送を促進することができる。かかる不活性気体としては、熱伝導率が大きくしかもイオン化エネルギの高いＨｅを使うのが好ましい。前記隙間にＨｅを充填する場合には、０．８気圧程度の圧力に設定するのが好ましい。図３の構成では、前記溝１５ｇの排気および溝１５ｇへの不活性気体の充填のため、前記排気ポート１１Ｇにバルブ１１Ｖが接続されている。

前記同軸導波管２１Ａのうち、外側の導波管２１Ａは前記ディスク状のアンテナ本体１７に接続され、中心導体２１Ｂは、前記遅波板１８に形成された開口部を介して前記スロット板１６に接続されている。そこで前記同軸導波管２１Ａに供給されたマイクロ波は、前記アンテナ本体１７とスロット板１６との間を径方向に進行しながら、前記スロット１６ａ，１６ｂより放射される。

図２Ｂは前記スロット板１６上に形成されたスロット１６ａ，１６ｂを示す。

図２Ｂを参照するに、前記スロット１６ａは同心円状に配列されており、各々のスロット１６ａに対応して、これに直行するスロット１６ｂが同じく同心円状に形成されている。前記スロット１６ａ，１６ｂは、前記スロット板１６の半径方向に、前記遅相板１８により圧縮されたマイクロ波の波長に対応した間隔で形成されており、その結果マイクロ波は前記スロット板１６から略平面波となって放射される。その際、前記スロット１６ａおよび１６ｂを相互の直交する関係で形成しているため、このようにして放射されたマイクロ波は、二つの直交する偏波成分を含む円偏波を形成する。

さらに図２Ａのプラズマ処理装置１０では、前記アンテナ本体１７上に、冷却水通路１９Ａを形成された冷却ブロック１９が形成されており、前記冷却ブロック１９を前記冷却水通路１９Ａ中の冷却水により冷却することにより、前記シャワープレート１４に蓄積された熱を、前記ラジアルラインスロットアンテナ２０を介して吸収する。前記冷却水通路１９Ａは前記冷却ブロック１９上においてスパイラル状に形成されており、好ましくはＨ₂ガスをバブリングすることで溶存酸素を排除して且つ酸化還元電位を制御した冷却水が通される。

また、図２Ａのマイクロ波プラズマ処理装置１０では、前記処理容器１１中、前記シャワープレート１４と前記保持台１３上の被処理基板１２との間に、前記処理容器１１の外壁に設けられた処理ガス注入口１１ｒから処理ガスを供給されこれを多数の処理ガスノズル開口部（図５参照）から放出する格子状の処理ガス通路を有する処理ガス供給構造３１が設けられ、前記処理ガス供給構造３１と前記被処理基板１２との間の空間１１Ｃにおいて、所望の均一な基板処理がなされる。かかる基板処理には、プラズマ酸化処理、プラズマ窒化処理、プラズマ酸窒化処理、プラズマＣＶＤ処理等が含まれる。また、前記処理ガス供給構造３１から前記空間１１ＣにＣ_４Ｆ_８、Ｃ_５Ｆ_８またはＣ_４Ｆ_６などの解離しやすいフルオロカーボンガスや、Ｆ系あるいはＣｌ系等のエッチングガスを供給し、前記保持台１３に高周波電源１３Ａから高周波電圧を印加することにより、前記被処理基板１２に対して反応性イオンエッチングを行うことが可能である。

本参考例によるマイクロ波プラズマ処理装置１０では、前記処理容器１１の外壁は１５０℃程度の温度に加熱しておくことにより、処理容器内壁への反応副生成物等の付着が回避され、一日に一回程度のドライクリーニング行うことで、定常的に、安定して運転することが可能である。

図４は、図３Ａの構成における処理ガス供給構造３１の構成を示す底面図である。

図４を参照するに、前記処理ガス供給構造３１は例えばＭｇを含んだＡｌ合金やＡｌ添加ステンレススチール等の導電体ディスク部材３１₁および３１₂の積層により構成されており、プラズマガスを通過させる開口部３１Ａの行列状配列を形成されている。前記開口部３１Ａは例えば１９ｍｍ×１９ｍｍのサイズを有し、例えば２４ｍｍのピッチで行方向および列方向に繰り返し形成されている。また前記処理ガス供給構造３１は全体として約８．５ｍｍの厚さを有し、被処理基板１２の表面から典型的には約１６ｍｍの距離だけ離間して配設される。

図５は図４の導電性ディスク部材３１₁の構成を示す底面図である。

図５を参照するに、前記導電性ディスク部材３１₁中には格子状処理ガス通路３１Ｂが、図中に破線で示すディスク部材３１₁の外周に沿って形成された処理ガス分配通路３１Ｃに連通して形成されており、前記処理ガス分配通路３１Ｃはポート３１ｃにおいて前記処理ガス注入口１１ｒに接続されている。また前記ディスク３１₁の下面には多数の処理ガスノズル開口部３１Ｄが前記処理ガス通路３１Ｂに連通して形成されている。前記ノズル開口部３１Ｄからは処理ガスが、前記導電性ディスク部材３１₂に向って放出される。

図６は、前記導電性ディスク部材３１₂の構成を示す平面図である。

図６を参照するに、前記導電性ディスク状部材３１₂には前記導電性ディスク部材３１₁中の開口部３１Ａに対応する開口部３１Ａ’が行列状に形成されており、前記開口部３１Ａ’は、前記導電性ディスク部材３１₂中の格子状構造３１Ｅにより画成されている。

図６に示すように、前記格子状構造３１上には、前記導電性ディスク部材３１₁中のノズル開口部３１Ｄの各々に対応して典型的には約１ｍｍの深さの凹部３１Ｆが形成されており、前記ノズル開口部３１Ｄから放出された処理ガスは、かかる凹部３１Ｆによって直進を妨げられ、図７に示すように流路を側方に屈曲される。すなわち前記凹部３１Ｆは拡散部を形成することがわかる。ただし図７は図４の処理ガス供給構造３１の一部切開断面図である。図７中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図８は、図６の導電性ディスク部材３１₂の一部を拡大して示す図である。

図８を参照するに、開口部３１Ａ’の周囲には前記拡散部３１Ｆとして、凹部３１Ｆ₁〜３１Ｆ₄が形成されているが、前記開口部３１Ａ’を隔てて対向する一対の凹部、例えば凹部３１Ｆ₁と凹部３１Ｆ₂、あるいは凹部３１Ｆ₃と凹部３１Ｆ₄は互い違いに形成されている。

その結果、図９に示すように例えば凹部３１Ｆ₁により側方に屈曲された処理ガス流は前記凹部３１Ｆ₂が形成された格子状構造３１Ｅのうち、前記凹部３１Ｆ₂が形成されていない部分３１Ｅ₂に当り、屈曲される。

同様に、凹部３１Ｆ₂により側方に屈曲された処理ガス流は前記凹部３１Ｆ₁が形成された格子状構造３１Ｅのうち、前記凹部３１Ｆ₁が形成されていない部分３１Ｅ₁に当り、屈曲される。さらに凹部３１Ｆ₃により側方に屈曲された処理ガス流は前記凹部３１Ｆ₄が形成された格子状構造３１Ｅのうち、前記凹部３１Ｆ₄が形成されていない部分３１Ｅ₄に当り、屈曲される。また凹部３１Ｆ₄により側方に屈曲された処理ガス流は前記凹部３１Ｆ₃が形成された格子状構造３１Ｅのうち、前記凹部３１Ｆ₃が形成されていない部分３１Ｅ₃に当り、屈曲される。

図９に示す処理ガス流の複雑な屈曲の結果、前記処理ガス流は一様に拡散し、前記空間１１Ｃへと供給される。

前記格子状処理ガス通路３１Ｂおよび処理ガスノズル開口部３１Ｄは図５に破線で示した被処理基板１２よりもやや大きい領域をカバーするように設けられている。かかる処理ガス供給構造３１を前記シャワープレート１４と被処理基板１２との間に設けることにより、前記処理ガスをプラズマ励起し、かかるプラズマ励起された処理ガスにより、均一に処理することが可能になる。

前記処理ガス供給構造３１を金属等の導体により形成する場合には、前記格子開口部３１Ａの繰り返しピッチを前記マイクロ波の波長よりも短く設定することにより、前記処理ガス供給構造３１はマイクロ波の短絡面を形成する。この場合にはプラズマのマイクロ波励起は前記空間１１Ｂ中においてのみ生じ、前記被処理基板１２の表面を含む空間１１Ｃにおいては前記励起空間１１Ｂから拡散してきたプラズマにより、処理ガスが活性化される。

本参考例によるマイクロ波プラズマ処理装置１０では、処理ガス供給構造３１を使うことにより処理ガスの供給が一様に制御されるため、処理ガスの被処理基板１２表面における過剰解離の問題を解消することができ、被処理基板１２の表面にアスペクト比の大きい構造が形成されている場合でも、所望の基板処理を、かかる高アスペクト構造の奥にまで実施することが可能である。すなわち、マイクロ波プラズマ処理装置１０は、設計ルールの異なる多数の世代の半導体装置の製造に有効である。

本参考例のプラズマ処理装置１０においては前記導電性ディスク部材３１₁および３１₂をＭｇ含有Ａｌ合金あるいはＡｌ添加ステンレスにより形成することができるが、前記Ｍｇ含有Ａｌ合金を使う場合には、部材表面に弗化物膜を形成しておくのが好ましい。また前記導電性ディスク部材３１₁および３１₂をＡｌ添加ステンレススチールにより形成する場合には、表面に酸化アルミニウムの不動態膜を形成しておくのが望ましい。本発明によるプラズマ処理装置１０では、励起される励起されるプラズマ中の電子温度が低いためプラズマの入射エネルギが小さく、かかる処理ガス供給構造３１がスパッタリングされて被処理基板１２に金属汚染が生じる問題が回避される。前記処理ガス供給構造３１は、アルミナ等のセラミックスにより形成することも可能である。

また本参考例において前記導電性ディスク部材３１₁および３１₂のいずれか一方のみを導電性とし、他方をセラミック等の非導電性部材により形成することも可能である。

［第２参考例］
図１０は、本発明の第２参考例による処理ガス供給構造４１の構成を示す。ただし図１０中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図１０を参照するに、本参考例においては前記導電性ディスク部材３１₂中の格子状構造３１Ｅ中に冷媒通路３１ｅが形成され、その結果、前記処理ガス供給構造４１の過大な昇温が抑制される。

また図１０の構造では、前記格子状構造３１Ｅ上にＬ字型のスペーサ部材３１Ｌ₁〜３１Ｌ₄が形成され、前記凹部３１Ｆ₁〜３１Ｆ₄はかかるスペーサ部材３１Ｌ₁〜３１Ｌ₄により画成される。

図１０の構造は容易に作成でき、プラズマ処理装置の製造費用を低減することを可能にする。

［第３参考例］
図１１は、本発明の第３参考例によるプラズマ処理装置１０Ａの構成を示す。ただし図１１中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図１１を参照するに、プラズマ処理装置１０Ａでは前記シャワープレート１４が撤去され、その代わりに前記処理容器１１中に、好ましくは対称的に、複数のプラズマガス供給管１１Ｐが、前記ガス通路１１ｐに連通して形成されている。本参考例のプラズマ処理装置１０Ａでは、構成が簡素化され、製造費用を大きく低減することが可能である。

かかる構成のプラズマ処理装置１０Ａにおいても先の図４の処理ガス供給構造３１あるいは４１を使うことにより、前記被処理基板１２上の空間１１Ｃに均一な処理ガスを安定して供給することが可能になる。特に前記処理ガス供給構造４１を使うことにより、処理ガス供給構造の過大な温度上昇を回避することが可能になる。

［第４参考例］
図１２は、本発明の第４参考例によるプラズマ処理装置１０Ｂの構成を示す。ただし図１２中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

かかる構成のプラズマ処理装置１０Ｂでも、先の図４の処理ガス供給構造３１あるいは４１を使うことにより、前記被処理基板１２上の空間１１Ｃに均一な処理ガスを安定して供給することが可能になる。特に前記処理ガス供給構造４１を使うことにより、処理ガス供給構造の過大な温度上昇を回避することが可能になる。

［第５参考例］
図１３は、本発明の第５参考例によるプラズマ処理装置１０Ｃの構成を示す。ただし図１３中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図１３を参照するに、プラズマ処理装置１０Ｃでは図１２のプラズマ処理装置１０Ｂにおいて前記シャワープレート１４が撤去されており、その代わりに前記処理容器１１中に、好ましくは対称的に、複数のプラズマガス供給管１１Ｐが、前記ガス通路１１ｐに連通して形成されている。本参考例のプラズマ処理装置１０Ａでは、前記同軸導波管２１とラジアルラインスロットアンテナ２０との接続部にテーパを形成することによりインピーダンス急変に起因するマイクロ波の反射が抑制され、またシャワープレート１４の代わりにプラズマガス供給管１１Ｐを設けることで構成が簡素化され、製造費用を大きく低減することが可能である。

かかる構成のプラズマ処理装置１０Ｃにおいても先の図４の処理ガス供給構造３１あるいは４１を使うことにより、前記被処理基板１２上の空間１１Ｃに均一な処理ガスを安定して供給することが可能になる。特に前記処理ガス供給構造４１を使うことにより、処理ガス供給構造の過大な温度上昇を回避することが可能になる。

［第６参考例］
図１４は、本発明の第４参考例によるプラズマ処理装置１０Ｄの構成を示す。ただし図１４中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図１４を参照するに、本参考例のプラズマ処理装置１０Ｂでは、図３Ａ，３Ｂの構成のプラズマ処理装置１０において、前記同軸導波管２１とラジアルラインスロットアンテナ２０との接続部にテーパ部が形成され、かかる接続部におけるインピーダンスの急変およびそれに伴うマイクロ波の反射を低減している。この目的のため、前記同軸導波管２１の中心導体２１Ｂの先端部にはテーパ部２１ｂが、また前記外側導波管２１Ａとアンテナ本体１７との接続部にはテーパ部２１ａが形成されている。

図１４を参照するに、本参考例のプラズマ処理装置１０Ｄでは、図１２の構成のプラズマ処理装置１０Ｂにおいて、前記同軸導波管２１の中心導体２１Ｂの先端部２１ｂをスロット板１６から離間させ、間に前記遅相板１８を介在させる。かかる構成では、前記スロット板１６を前記中心導体２１Ｂの先端部２１ｂにネジ止めする必要がなくなり、前記スロット板１６の表面は確実に平坦になる。このためかかる構成では前記ラジアルラインスロットアンテナ２０を前記カバープレート１５に高い精度で密接させることが可能で、前記シャワープレート１４およびカバープレート１５の昇温を前記アンテナ２０を冷却することにより、効果的に抑制することが可能である。

かかる構成のプラズマ処理装置１０Ｄでも、先の図４の処理ガス供給構造３１あるいは４１を使うことにより、前記被処理基板１２上の空間１１Ｃに均一な処理ガスを安定して供給することが可能になる。特に前記処理ガス供給構造４１を使うことにより、処理ガス供給構造の過大な温度上昇を回避することが可能になる。

［第７参考例］
図１５は、本発明の第７参考例によるプラズマ処理装置１０Ｅの構成を示す。ただし図１５中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図１５を参照するに、プラズマ処理装置１０Ｅでは図１４のプラズマ処理装置１０Ｄにおいて前記シャワープレート１４が撤去されており、その代わりに前記処理容器１１中に、好ましくは対称的に、複数のプラズマガス供給管１１Ｐが、前記ガス通路１１ｐに連通して形成されている。その結果、プラズマ処理装置１０Ｅの構成はプラズマ処理装置１０Ｄよりも簡素化され、製造費用を大きく低減することができる。

かかる構成のプラズマ処理装置１０Ｅにおいても先の図４の処理ガス供給構造３１あるいは４１を使うことにより、前記被処理基板１２上の空間１１Ｃに均一な処理ガスを安定して供給することが可能になる。特に前記処理ガス供給構造４１を使うことにより、処理ガス供給構造の過大な温度上昇を回避することが可能になる。

［第８参考例］
図１６は本発明の第８参考例によるプラズマ処理装置１０Ｆの構成を示す。ただし図１６中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図１６を参照するに、プラズマ処理装置１０Ｆでは先のプラズマ処理装置１０Ｅのカバープレート１５が撤去され、前記ラジアルラインスロットアンテナ２０のスロット板１６が前記処理容器１１内に露出している。

図１６の構成では、前記スロット板１６は前記処理容器１１にシールリング１１ｔを介して装着されているが、前記中心導体２１Ｂの先端部２１ｂが遅相板１８の背後に形成されるため、前記中心導体２１Ｂの先端部２１ｂを大気圧に対してシールするシールリングを設ける必要はない。本参考例では、前記ラジアルラインスロットアンテナ２０のスロット板１６が処理容器１１内部に露出しているためマイクロ波の損失が生じることがなく、処理容器１１中において効率的なマイクロ波励起が可能になる。

かかる構成のプラズマ処理装置１０Ｆでも、先の図４の処理ガス供給構造３１あるいは４１を使うことにより、前記被処理基板１２上の空間１１Ｃに均一な処理ガスを安定して供給することが可能になる。特に前記処理ガス供給構造４１を使うことにより、処理ガス供給構造の過大な温度上昇を回避することが可能になる。

［実施例］
図１７Ａ，１７Ｂは、本発明の実施例による処理ガス供給構造５１の構成を示す、それぞれ底面図および断面図である。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図１７Ａを参照するに、本実施例では処理ガス供給構造５１は、処理ガス供給通路を形成され半径方向に延在するスポーク部材５１Ｂと、前記スポーク部材５１Ｂにより保持され、処理ガス通路を形成された同心円リング状部材５１Ａを有しており、前記部材５１Ａの底面には、多数の処理ガス供給ノズル開口部５１Ｃが形成されている。

図１７Ｂを参照するに、本実施例では処理ガス供給ノズル開口部５１Ｃは前記部材５１Ａに斜めに形成されており、処理ガスを被処理基板１２に対して斜めの方向に放出する。

前記処理ガス供給ノズル開口部５１Ｃから前記被処理基板１２に対して斜め方向に処理ガスを放出することにより、放出された処理ガスが被処理基板１２で跳ね返り、シャワープレート１０３の表面に反応副生成物などよりなる堆積物を形成する問題が回避される。

図１７Ｂに示すように前記部材５１Ａは処理ガス供給通路に対応した溝を形成された断面がＵ字型の部材５１ａの表面を蓋５１ｂにより覆った構成を有しており、前記ノズル開口部５１Ｃは前記部材５１ａの斜め加工により形成することができる。

［第９参考例］
次に本発明の第９参考例について説明する。

本参考例では前記シャワープレート１０３の表面への反応副生成物などの堆積物の堆積を抑制するため、図３Ａの基板処理装置１０あるいは図１１の基板処理装置１０Ａ，図１２の基板処理装置１０Ｂ，図１３の基板処理装置１０Ｃ，図１４の基板処理装置１０Ｄあるいは図１５の基板処理装置１０Ｅにおいて、前記冷却ブロック１９を温度制御装置として使い、前記シャワープレート１３あるいはカバープレート１５の前記被処理基板１２に面する側の表面温度を、前記ラジアルラインスロットアンテナ２０を介して、約１５０℃に制御する。その際、処理ガス供給機構として図１７Ａ，１７Ｂのものを使うことも可能である。

前記シャワープレート１３あるいはカバープレート１５の温度を１５０℃以上に制御することで、前記処理空間１１ＣにおいてＣＶＤ成膜処理を行った場合、あるいはプラズマエッチング処理を行った場合でも、前記シャワープレート１３あるいはカバープレート１５の表面への堆積物の付着を抑制することができる。

一方、前記温度が１５０℃よりも実質的に高い場合、前記処理ガス供給構造３１，４１，５１より供給される処理ガスが分解される可能性がある。このため、前記シャワープレート１３あるいはカバープレート１５の温度は１５０℃を大きく超えないように制御するのが好ましい。

このような温度制御は、前記冷却ブロック１９の冷却水通路１９Ａにガルデンなどの媒体を通すことにより行うことができる。

本発明は上記特定の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨内において様々な変形・変更が可能である。

本発明によれば、マイクロ波プラズマ処理装置において、処理容器内に均一に処理ガスを供給することが可能になり、均一なプラズマ処理を行うことが可能になる。

従来のラジアルラインスロットアンテナを使ったマイクロ波プラズマ処理装置の構成を示す図（その１）である。 従来のラジアルラインスロットアンテナを使ったマイクロ波プラズマ処理装置の構成を示す図（その２）である。 図１のプラズマ処理装置で使われる処理ガス供給構造を示す底面図である。 本発明の第１参考例によるマイクロ波プラズマ処理装置の構成を示す図（その１）である。 本発明の第１参考例によるマイクロ波プラズマ処理装置の構成を示す図（その２）である。 図３のプラズマ処理装置で使われる処理ガス供給構造を示す斜視図である。 図４の処理ガス供給構造の一部を構成する導電性ディスク部材を示す底面図である。 図４の処理ガス供給構造の別の一部を構成する導電性ディスク部材を示す平面図である。 図４の処理ガス供給構造の作用を説明する図である。 図５の導電性ディスク部材の一部を拡大して示す図である。 図５の導電性ディスク部材の作用を説明する図である。 本発明の第２参考例による処理ガス供給構造の構成を示す図である。 本発明の第３参考例によるプラズマ処理装置の構成を示す図である。 本発明の第４参考例によるプラズマ処理装置の構成を示す図である。 本発明の第５参考例によるプラズマ処理装置の構成を示す図である。 本発明の第６参考例によるプラズマ処理装置の構成を示す図である。 本発明の第７参考例によるプラズマ処理装置の構成を示す図である。 本発明の第８参考例によるプラズマ処理装置の構成を示す図である。 本発明の実施例によるプラズマ処理装置の一部を示す図（その１）である。 本発明の実施例によるプラズマ処理装置の一部を示す図（その２）である

符号の説明

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ，１００ プラズマ処理装置
１１ 処理容器
１１ａ 排気ポート
１１ｂ 張り出し部
１１ｐ プラズマガス供給ポート
１１ｒ 処理ガス供給ポート
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ 空間
１１Ｇ 減圧およびＨｅ供給ポート
１１Ｐ プラズマガス導入口
１２，１１４ 被処理基板
１３ 保持台
１３Ａ 高周波電源
１４ シャワープレート
１４Ａ プラズマガスノズル開口部
１４Ｂ，１４Ｃ プラズマガス通路
１５ カバープレート
１６ スロット板
１６ａ，１６ｂ スロット開口部
１７ アンテナ本体
１８ 遅波板
１８Ａ，１８Ｂ リング状部材
１９ 冷却ブロック
１９Ａ 冷却水通路
２０ ラジアルラインアンテナ
２１ 同軸導波管
２１Ａ 外側導波管
２１Ｂ 内側給電線
２１ａ，２１ｂ テーパ面
３１，４１，５１，１１１ 処理ガス供給構造
３１₁，３１₂ 導電性ディスク部材
３１Ａ，３１Ａ’ プラズマ拡散通路
３１Ｂ，１１３Ａ 処理ガス通路
３１Ｃ，１１２Ａ 処理ガス分配通路
３１ｃ 処理ガス供給ポート
３１Ｄ，１１３ 処理ガス供給ノズル開口部
３１Ｅ 格子状部材
３１Ｌ₁〜３１Ｌ₄ Ｌ字状スペーサ
３１ｅ 冷媒通路
３１Ｆ，３１Ｆ₁〜３１Ｆ₄ 処理ガス拡散部
５１Ａ 同心円リング状部材
５１Ｂ スポーク部材
５１ａ Ｕ字型の部材
５１ｂ 蓋

Claims (1)

1. 外壁により画成され、被処理基板を保持する保持台を備えた処理容器と、
   前記処理容器に結合された排気系と、
   前記処理容器中にプラズマガスを供給するプラズマガス供給部と、
   前記処理容器上に、前記被処理基板に対応して設けられたマイクロ波アンテナと、
   前記保持台上の被処理基板と前記プラズマガス供給部との間に、前記被処理基板に対面するように設けられた処理ガス供給部とよりなり、
   前記処理ガス供給部は、前記処理容器内に形成されたプラズマを通過させる複数の第１の開口部と、処理ガス源に接続可能な処理ガス通路と、前記処理ガス通路に連通した複数の第２の開口部とを備え、
   前記第２の開口部は、前記処理ガスを、前記被処理基板に対して斜めに放出するプラズマ処理装置。

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