JP2014220046A - マイクロ波プラズマ処理装置およびマイクロ波プラズマ源 - Google Patents

Abstract

【課題】一本のマイクロ波照射部を用いて、チャンバ内に並置された複数の被処理基板に対して均一にプラズマ処理を行うことができるマイクロ波プラズマ処理装置およびそれに用いるマイクロ波プラズマ源を提供すること。
【解決手段】ウエハＷにマイクロ波プラズマ処理を施すチャンバの上方にマイクロ波を放射するマイクロ波放射機構４１を設け、チャンバの天壁の一部を構成するように誘電体からなるマイクロ波透過板４３を設け、チャンバ内の載置台にはマイクロ波放射機構４１に対応する部分の外側に２枚のウエハＷが配置され、マイクロ波透過板４３は、２枚のウエハＷに対応するように設けられた２つのウエハ対応部４３ａと、２つのウエハ対応部４３ａを連結するように設けられ、マイクロ波放射機構４１の直下に位置する連結部４３ｂとを有し、連結部４３ｂの幅がウエハ対応部４３ａの直径よりも小さい。
【選択図】図６

Description

本発明は、マイクロ波プラズマ処理装置およびそれに用いるマイクロ波プラズマ源に関する。

プラズマ処理は、半導体デバイスの製造に不可欠な技術であるが、従来から多用されてきた平行平板型や誘導結合型のプラズマ処理装置では、生成されるプラズマの電子温度が高いため微細素子にプラズマダメージを生じてしまい、また、プラズマ密度の高い領域が限定されるため、大型の半導体ウエハを均一かつ高速にプラズマ処理することは困難である。

そこで、高密度で低電子温度の表面波プラズマを均一に形成することができるＲＬＳＡ（Radial Line Slot Antenna）マイクロ波プラズマ処理装置が注目されている（例えば特許文献１）。

ＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置は、表面波プラズマ発生用のアンテナとしてチャンバの上部に所定のパターンで複数のスロットが形成された平面スロットアンテナであるラジアルラインスロットアンテナ（Radial Line Slot Antenna）を設け、マイクロ波発生源から導かれたマイクロ波を、アンテナのスロットから放射させるとともに、その下に設けられた誘電体からなるマイクロ波透過板を介して真空に保持されたチャンバ内に放射し、このマイクロ波電界によりチャンバ内で表面波プラズマを生成し、これにより半導体ウエハ等の被処理基板を処理するものである。

また、マイクロ波の伝送路におけるインピーダンス調整を行うチューナと平面スロットアンテナを有するアンテナ部とをユニット化して極めてコンパクトなマイクロ波放射部を有するプラズマ処理装置も提案されている（特許文献２）。

特許文献２に開示されたようなマイクロ波放射部は、極めてコンパクトであるため、種々のプラズマ処理に用いることが検討されている。このようなマイクロ波放射部を一本用いて一枚の基板を処理する場合には、チャンバ内の中央に設けられた載置台に被処理基板を載置し、チャンバの天壁中央部分の被処理基板に対応する位置に誘電体からなるマイクロ波透過板を設け、チャンバ中央の上方に設けられたマイクロ波放射部から放射されたマイクロ波を、マイクロ波透過板を介してチャンバ内に供給する。

特開２０００−２９４５５０号公報 国際公開第２００８／０１３１１２号パンフレット

ところで、最近では、載置台に２枚以上の基板を並置し、これらに対して一本のマイクロ波照射部でプラズマ処理を行うことが検討されているが、従来のように、チャンバ中央の上方に設けられたマイクロ波放射部から、チャンバの天壁中央部分に設けられたマイクロ波透過板を介してマイクロ波をチャンバ内に供給しても、表面波プラズマを被処理基板に対応する位置に十分広げることができず、２枚以上の基板に対して均一にプラズマ処理を行うことが困難である。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、一本のマイクロ波照射部を用いて、チャンバ内に並置された複数の被処理基板に対して均一にプラズマ処理を行うことができるマイクロ波プラズマ処理装置およびそれに用いるマイクロ波プラズマ源を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、マイクロ波プラズマにより被処理基板に所定の処理を施すマイクロ波プラズマ処理装置であって、被処理基板を収容するチャンバと、前記チャンバ内で複数の被処理基板を水平に支持する基板支持部材と、前記チャンバ内にガスを供給するガス供給系と、前記チャンバ内にマイクロ波を導入してマイクロ波による表面波プラズマを形成するためのマイクロ波プラズマ源とを具備し、前記マイクロ波プラズマ源は、マイクロ波を出力するマイクロ波出力部と、前記チャンバの上方に設けられ、前記マイクロ波出力部で出力されたマイクロ波を前記チャンバ内に放射するマイクロ波放射部と、前記チャンバの天壁の一部を構成し、前記マイクロ波放射部から放射されたマイクロ波を透過する、誘電体からなるマイクロ波透過板とを備え、前記基板支持部材は、前記マイクロ波放射部に対応する部分の外側領域に複数の被処理基板を支持し、前記マイクロ波放射部は、筒状をなす外側導体とその中に同軸的に設けられた内側導体とを有しマイクロ波を伝送するマイクロ波伝送路と、前記マイクロ波伝送路を伝送されてきたマイクロ波を、スロットを介して前記チャンバ内に放射する平面スロットアンテナとを有し、前記マイクロ波透過板は、前記複数の被処理基板に対応するように設けられた複数の基板対応部と、前記複数の基板対応部を連結するように設けられ、前記マイクロ波放射部の直下に位置する連結部とを有し、前記連結部の幅が前記基板対応部の直径または幅よりも小さいことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置を提供する。

本発明の第２の観点では、マイクロ波プラズマによりチャンバ内の基板支持部材に支持された複数の被処理基板に所定の処理を施すマイクロ波プラズマ処理装置において、前記チャンバ内にマイクロ波を導入してマイクロ波による表面波プラズマを形成するためのマイクロ波プラズマ源であって、マイクロ波を出力するマイクロ波出力部と、前記チャンバの上方に設けられ、前記マイクロ波出力部で出力されたマイクロ波を前記チャンバ内に放射するマイクロ波放射部と、前記チャンバの天壁の一部を構成し、前記マイクロ波放射部から放射されたマイクロ波を透過する、誘電体からなるマイクロ波透過板とを備え、前記基板支持部材は、前記マイクロ波放射部に対応する部分の外側領域に複数の被処理基板を支持し、前記マイクロ波放射部は、筒状をなす外側導体とその中に同軸的に設けられた内側導体とを有しマイクロ波を伝送するマイクロ波伝送路と、前記マイクロ波伝送路を伝送されてきたマイクロ波を、スロットを介して前記チャンバ内に放射する平面スロットアンテナとを有し、前記マイクロ波透過板は、前記複数の被処理基板に対応するように設けられた複数の基板対応部と、前記複数の基板対応部を連結するように設けられ、前記マイクロ波放射部の直下に位置する連結部とを有し、前記連結部の幅が前記基板対応部の直径または幅よりも小さいことを特徴とするマイクロ波プラズマ源を提供する。

上記第１の観点および第２の観点において、前記基板支持部材は、２枚の被処理基板を支持するものとすることができる。前記マイクロ波透過板の厚さは１〜３０ｍｍであることが好ましい。また、前記マイクロ波透過板として、石英製またはアルミナ製のものを好適に用いることができる。

上記第１の観点において、前記マイクロ波プラズマにより励起されたガスを前記基板支持部材に支持された被処理基板にシャワー状に供給するためのシャワーヘッドをさらに具備していてもよい。

本発明によれば、チャンバ内の基板支持部材のマイクロ波放射部に対応する部分の外側領域に複数の被処理基板を支持し、マイクロ波放射部からのマイクロ波を透過するマイクロ波透過板として、複数の被処理基板に対応するように設けられた複数の基板対応部と、複数の基板対応部を連結するように設けられ、マイクロ波放射部の直下に位置する連結部とを有し、連結部の幅が基板対応部の直径または幅よりも小さい構成のものを用いた。これにより、マイクロ波放射部から放射され、マイクロ波透過板を透過したマイクロ波が表面波としてマイクロ波透過板の表面を広がる際に、連結部の表面を通る表面波を少なくして、基板対応部へ供給する表面波を増加することができ、被処理基板の存在領域全体の電界強度を大きくして均一な電界強度を得ることができる。したがって、複数の被処理基板に対して均一にプラズマ処理を行うことができる。

本発明の一実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。 図１のマイクロ波プラズマ処理装置に用いられるマイクロ波プラズマ源の構成を示す構成図である。 図２のマイクロ波プラズマ源のマイクロ波放射機構を示す縦断面図である。 マイクロ波放射機構の給電機構を示す横断面図である。 チューナにおけるスラグと滑り部材を示す横断面図である。 本発明の一実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置のマイクロ波透過板を示す底面図である。 マイクロ波放射機構から放射されたマイクロ波の広がりを模式的に示す図である。 従来のようにマイクロ波放射機構の直下のみにマイクロ波透過板を設けた場合の電磁シミュレーション結果を示す図である。 チャンバの天壁の全面をマイクロ波透過板とした場合の電磁シミュレーション結果を示す図である。 ウエハよりも幅の狭い誘電体透過板をウエハの存在領域に対応して配置した場合の電磁シミュレーション結果を示す図である。 本発明の一実施形態である、ウエハに対応する２つのウエハ対応領域と、それらを繋ぐウエハの径よりも幅が小さい連結部を有する誘電体透過板を設けた場合のシミュレーション結果を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の概略構成を示す断面図であり、図２は図１の装置に用いられるマイクロ波プラズマ源の構成を示す構成図、図３はマイクロ波放射機構を示す断面図である。

本実施形態では、マイクロ波プラズマ処理装置１００として、被処理基板、例えば半導体ウエハ（以下ウエハと記述する）をアッシングするためのものを例示する。ただし、プラズマ処理はこれに限るものではない。

マイクロ波プラズマ処理装置１００は、気密に構成されたアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属材料からなる矩形状をなすチャンバ１と、チャンバ１内にマイクロ波を形成するためのマイクロ波プラズマ源２と、チャンバ１内に処理ガス等を供給するためのガス供給系３と、チャンバ１内を排気する排気機構４と、マイクロ波プラズマ処理装置１００の各構成要素を制御する制御部５とを有する。

チャンバ１内には被処理基板であるウエハＷを２枚、水平状態で並列に載置（支持）するための載置台（基板支持部材）１１が、チャンバ１の底部に設けられている。載置台１１は、矩形状をなしており、その内部には、載置台１１の温度を調節する温度調節器１２が設けられている。温度調節器１２は、例えば温度調節用媒体（例えば水など）が循環させられる管路を備えており、この管路内を流れる温度調節用媒体と熱交換が行なわれることにより、載置台１１の温度が調節され、載置台１１上のウエハＷの温度制御がなされる。載置台１１に載置されたウエハＷの近傍には、ウエハＷの温度を検出する温度センサ（図示せず）が設けられている。

載置台１１を構成する材料としては、表面をアルマイト処理（陽極酸化処理）したアルミニウム等が例示される。

マイクロ波プラズマ源２は、複数経路に分配してマイクロ波を出力するマイクロ波出力部３０と、マイクロ波出力部３０から出力されたマイクロ波を伝送しチャンバ１内に放射するためのマイクロ波供給部４０とを有している。マイクロ波供給部４０は、平面スロットアンテナおよびチューナを有するマイクロ波放射機構（マイクロ波放射部）４１と、マイクロ波出力部３０から出力されたマイクロ波を増幅してマイクロ波放射機構４１に導くアンプ部４２と、マイクロ波を透過するマイクロ波透過板（天板）４３とを有する。マイクロ波放射機構４１は、チャンバ１の中央の２枚のウエハＷの間の位置にマイクロ波を放射するようになっている。

チャンバ１の側壁上部には後述する形状の開口部１ｂが形成された金属製のリッド１ａが載せられており、マイクロ波プラズマ源２はリッド１ａに支持されている。リッド１ａの上には、マイクロ波透過板（天板）４３がシール部材８６を介して気密に設けられている。すなわち、リッド１ａとマイクロ波透過板４３とでチャンバ１の天壁を構成し、マイクロ波透過板４３は天壁の一部を構成する。後述するように、開口部１ｂとマイクロ波透過板４３とは対応した形状を有している。なお、マイクロ波透過板４３の上には金属製のカバー８５が設けられている。

また、チャンバ１内の上部には、載置台１１に対応するように、シャワーヘッド１５がリッド１ａに支持されて設けられている。シャワーヘッド１５の底板には、ウエハＷに対応する位置に多数のガス吐出孔１６が形成されている。シャワーヘッド１５内にはリッド１ａを貫通してガス導入ノズル１３が挿入されている。ガス導入ノズル１３には、ガス供給系３のガス供給配管１４が接続されている。そして、ガス供給系３からガス供給配管１４およびガス導入ノズル１３を介してシャワーヘッド１５内に導入された所定のガスが、ガス吐出孔１６を介してシャワー状に吐出される。

具体的には、ガス供給系３は、アッシングのための処理ガスとして用いるＯ_２ガスを供給するＯ_２ガス供給源、およびプラズマ生成ガスや希釈ガスとして用いるＡｒガス等の不活性ガスを供給する不活性ガス供給源を有しており、これらガスが図示しない流量制御機構により所定の流量でチャンバ１内に供給されるようになっている。

排気機構４は、チャンバ１の底部に接続された排気配管１７を有しており、さらに、排気配管１７に設けられた、チャンバ１内の圧力を制御するための自動圧力制御弁（ＡＰＣ）１８およびチャンバ１内を排気するための真空ポンプ１９を有している。

チャンバ１の側壁からチャンバ１内に、チャンバ１内の圧力を計測する圧力計としての２つのキャパシタンスマノメータ２２ａ，２２ｂが設けられている。キャパシタンスマノメータ２２ａは高圧力用、キャパシタンスマノメータ２２ｂは低圧力用となっている。そしてキャパシタンスマノメータ２２ａ，２２ｂの計測値に基づいて自動圧力制御弁（ＡＰＣ）１８が調整されることによりチャンバ１内の圧力が制御される。

また、チャンバ１の他の側壁には、ウエハＷの搬入出を行うための搬入出口２０と、この搬入出口２０を開閉するゲートバルブ２１とが設けられている。

図２に示すように、マイクロ波プラズマ源２のマイクロ波出力部３０は、マイクロ波電源３１と、マイクロ波発振器３２とを有している。マイクロ波発振器３２は、所定周波数（例えば、９１５ＭＨｚ）のマイクロ波を例えばＰＬＬ発振させる。マイクロ波の周波数としては、９１５ＭＨｚの他に、７００ＭＨｚから３ＧＨｚを用いることができる。

また、図２に示すように、マイクロ波供給部４０を構成するアンプ部４２は、可変ゲインアンプ４７と、ソリッドステートアンプを構成するメインアンプ４８と、アイソレータ４９とを有している。

可変ゲインアンプ４７は、メインアンプ４８へ入力するマイクロ波の電力レベルを調整するためのアンプである。

ソリッドステートアンプを構成するメインアンプ４８は、例えば、入力整合回路と、半導体増幅素子と、出力整合回路と、高Ｑ共振回路とを有する構成とすることができる。

アイソレータ４９は、平面スロットアンテナで反射してメインアンプ４８に向かう反射マイクロ波を分離するものであり、サーキュレータとダミーロード（同軸終端器）とを有している。サーキュレータは、平面スロットアンテナで反射したマイクロ波をダミーロードへ導き、ダミーロードはサーキュレータによって導かれた反射マイクロ波を熱に変換する。

マイクロ波放射機構４１は、図３に示すように、マイクロ波を伝送する同軸構造の導波路（マイクロ波伝送路）４４と、導波路４４を伝送されたマイクロ波をチャンバ１内に放射する平面スロットアンテナ８１を有するアンテナ部４５と、チャンバ１内の負荷（プラズマ）のインピーダンスをマイクロ波出力部３０におけるマイクロ波電源の特性インピーダンスに整合させるチューナ４６とを有している。そして、マイクロ波放射機構４１からチャンバ１内に放射されたマイクロ波により、チャンバ１内で表面波プラズマが形成されるようになっている。

導波路４４は、筒状の外側導体５２およびその中心に設けられた棒状の内側導体５３が同軸状に配置されて構成されており、導波路４４の先端にアンテナ部４５が設けられている。導波路４４は、内側導体５３が給電側、外側導体５２が接地側となっている。外側導体５２および内側導体５３の上端は反射板５８となっている。

導波路４４の基端側にはマイクロ波（電磁波）を給電する給電機構５４が設けられている。給電機構５４は、導波路４４（外側導体５２）の側面に設けられたマイクロ波電力を導入するためのマイクロ波電力導入ポート５５を有している。マイクロ波電力導入ポート５５には、アンプ部４２から増幅されたマイクロ波を供給するための給電線として、内側導体５６ａおよび外側導体５６ｂからなる同軸線路５６が接続されている。そして、同軸線路５６の内側導体５６ａの先端には、外側導体５２の内部に向けて水平に伸びる給電アンテナ９０が接続されている。

給電アンテナ９０は、図４に示すように、マイクロ波電力導入ポート５５において同軸線路５６の内側導体５６ａに接続され、電磁波が供給される第１の極９２および供給された電磁波を放射する第２の極９３を有するアンテナ本体９１と、アンテナ本体９１の両側から、内側導体５３の外側に沿って延び、リング状をなす反射部９４とを有し、アンテナ本体９１に入射された電磁波と反射部９４で反射された電磁波とで定在波を形成するように構成されている。アンテナ本体９１の第２の極９３は内側導体５３に接触している。反射板５８から給電アンテナ９０までの間には、反射波の実効波長を短くするためのテフロン（登録商標）等の誘電体からなる遅波材５９が設けられている。なお、２．４５ＧＨｚ等の周波数の高いマイクロ波を用いた場合には、遅波材５９は設けなくてもよい。

給電アンテナ９０がマイクロ波（電磁波）を放射することにより、外側導体５２と内側導体５３との間の空間にマイクロ波電力が給電される。そして、給電機構５４に供給されたマイクロ波電力が導波路４４内をアンテナ部４５に向かって伝播する。

チューナ４６は、チャンバ１内の負荷（プラズマ）のインピーダンスをマイクロ波出力部３０におけるマイクロ波電源の特性インピーダンスに整合させるものであり、外側導体５２と内側導体５３との間を上下に移動する２つのスラグ６１ａ，６１ｂと、反射板５８の外側（上側）に設けられたスラグ駆動部７０とを有している。

これらスラグのうち、スラグ６１ａはスラグ駆動部７０側に設けられ、スラグ６１ｂはアンテナ部４５側に設けられている。また、内側導体５３の内部空間には、その長手方向に沿って例えば台形ネジが形成された螺棒からなるスラグ移動用の２本のスラグ移動軸６４ａ，６４ｂが設けられている。

図５に示すように、スラグ６１ａは、誘電体からなる円環状をなし、その内側に滑り性を有する樹脂からなる滑り部材６３が嵌め込まれている。滑り部材６３にはスラグ移動軸６４ａが螺合するねじ穴６５ａとスラグ移動軸６４ｂが挿通される通し穴６５ｂが設けられている。一方、スラグ６１ｂは、スラグ６１ａと同様、ねじ穴６５ａと通し穴６５ｂとを有しているが、スラグ６１ａとは逆に、ねじ穴６５ａはスラグ移動軸６４ｂに螺合され、通し穴６５ｂにはスラグ移動軸６４ａが挿通されるようになっている。これによりスラグ移動軸６４ａを回転させることによりスラグ６１ａが昇降移動し、スラグ移動軸６４ｂを回転させることによりスラグ６１ｂが昇降移動する。

内側導体５３には長手方向に沿って等間隔に３つのスリット５３ａが形成されている。一方、滑り部材６３は、これらスリット５３ａに対応するように３つの突出部６３ａが等間隔に設けられている。そして、これら突出部６３ａがスラグ６１ａ，６１ｂの内周に当接した状態で滑り部材６３がスラグ６１ａ，６１ｂの内部に嵌め込まれる。滑り部材６３の外周面は、内側導体５３の内周面と遊びなく接触するようになっており、スラグ移動軸６４ａ，６４ｂが回転されることにより、滑り部材６３が内側導体５３を滑って昇降するようになっている。

上記スラグ移動軸６４ａ，６４ｂは、反射板５８を貫通してスラグ駆動部７０に延びている。スラグ移動軸６４ａ，６４ｂと反射板５８との間にはベアリング（図示せず）が設けられている。また、内側導体５３の下端には、導体からなる底板６７が設けられている。スラグ移動軸６４ａ，６４ｂの下端は、駆動時の振動を吸収するために、通常は開放端となっており、これらスラグ移動軸６４ａ，６４ｂの下端から２〜５ｍｍ程度離隔して底板６７が設けられている。なお、この底板６７を軸受け部としてスラグ移動軸６４ａ，６４ｂの下端をこの軸受け部にて軸支させてもよい。

スラグ駆動部７０は筐体７１を有し、スラグ移動軸６４ａおよび６４ｂは筐体７１内に延びており、スラグ移動軸６４ａおよび６４ｂの上端には、それぞれ歯車７２ａおよび７２ｂが取り付けられている。また、スラグ駆動部７０には、スラグ移動軸６４ａを回転させるモータ７３ａと、スラグ移動軸６４ｂを回転させるモータ７３ｂが設けられている。モータ７３ａの軸には歯車７４ａが取り付けられ、モータ７３ｂの軸には歯車７４ｂが取り付けられており、歯車７４ａが歯車７２ａに噛合し、歯車７４ｂが歯車７２ｂに噛合するようになっている。したがって、モータ７３ａにより歯車７４ａおよび７２ａを介してスラグ移動軸６４ａが回転され、モータ７３ｂにより歯車７４ｂおよび７２ｂを介してスラグ移動軸６４ｂが回転される。なお、モータ７３ａ，７３ｂは例えばステッピングモータである。なお、スラグ移動軸６４ｂはスラグ移動軸６４ａよりも長く、より上方に達しており、したがって、歯車７２ａおよび７２ｂの位置が上下にオフセットしており、モータ７３ａおよび７３ｂも上下にオフセットしているので、モータおよび歯車等の動力伝達機構のスペースが小さく、筐体７１が外側導体５２と同じ径となっている。

モータ７３ａおよび７３ｂの上には、これらの出力軸に直結するように、それぞれスラグ６１ａおよび６１ｂの位置を検出するためのインクリメント型のエンコーダ７５ａおよび７５ｂが設けられている。スラグ６１ａおよび６１ｂの位置は、スラグコントローラ６８により制御される。具体的には、図示しないインピーダンス検出器により検出された入力端のインピーダンス値と、エンコーダ７５ａおよび７５ｂにより検知されたスラグ６１ａおよび６１ｂの位置情報に基づいて、スラグコントローラ６８がモータ７３ａおよび７３ｂに制御信号を送り、スラグ６１ａおよび６１ｂの位置を制御することにより、インピーダンスを調整するようになっている。スラグコントローラ６８は、終端が例えば５０Ωになるようにインピーダンス整合を実行させる。２つのスラグのうち一方のみを動かすと、スミスチャートの原点を通る軌跡を描き、両方同時に動かすと位相のみが回転する。

アンテナ部４５は、マイクロ波放射アンテナとして機能する、平面状をなしスロット８１ａを有する平面スロットアンテナ８１と、平面スロットアンテナ８１の上面に設けられた遅波材８２とを有している。そして、平面スロットアンテナ８１の先端側に平面スロットアンテナ８１に接するようにマイクロ波透過板（天板）４３が設けられている。

遅波材８２の中心には導体からなる円柱部材８２ａが貫通しており、底板６７と平面スロットアンテナ８１とを接続している。したがって、内側導体５３が底板６７および円柱部材８２ａを介して平面スロットアンテナ８１に接続されている。遅波材８２は外側導体５２よりも大径になっており、外側導体５２の端部は遅波材８２の上面に接している。また、平面スロットアンテナ８１は遅波材８２よりも大径になっている。遅波材８２と平面スロットアンテナ８１の表面は被覆導体８４により覆われている。

平面スロットアンテナ８１にはスロット８１ａが形成されており、マイクロ波はスロット８１ａから放射される。スロット８１ａは、マイクロ波が均一に放射されるように、その形状、個数および配置が設定される。スロット８１ａは空間であってもよいし、真空より大きい誘電率を有する誘電体が充填されていてもよい。スロット８１ａに誘電体を充填することにより、マイクロ波の実効波長が短くなり、スロット全体の厚さ（平面スロットアンテナ８１の厚さ）を薄くすることができる。

遅波材８２は、真空よりも誘電率が大きい誘電体からなっており、例えば、石英、アルミナ等のセラミックス、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂やポリイミド系樹脂により構成されている。真空中ではマイクロ波の波長が長くなることから、遅波材８２はこれらはマイクロ波の波長を短くしてアンテナを小さくする機能を有している。遅波材８２は、その厚さによりマイクロ波の位相を調整することができ、平面スロットアンテナ８１と天板との接合部が定在波の「はら」になるようにその厚さを調整する。これにより、反射が最小で、平面スロットアンテナ８１の放射エネルギーが最大となるようにすることができる。

アンテナ部４５では、メインアンプ４８で増幅され内側導体５３と外側導体５２の周壁の間の導波路４４を通って到達したマイクロ波が表面波として遅波材８２を透過し、平面スロットアンテナ８１のスロット８１ａを伝送され放射される。放射されたマイクロ波は、さらにマイクロ波透過板４３を透過し、マイクロ波透過板４３の底面に沿って広がる。

マイクロ波透過板４３は、リッド１ａの開口部１ｂと対応するように設けられ、前述したように、リッド１ａとの間がシール部材８６により気密にシールされている。また、マイクロ波透過板４３の上面は金属製のカバー８５により覆われている。

マイクロ波透過板４３を構成する誘電体としては、遅波材８２と同様、石英、アルミナ等のセラミックス、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂やポリイミド系樹脂が例示される。これらの中では、石英やアルミナが好適である。

マイクロ波透過板４３は、図６の底面図に示すように、２枚のウエハＷに対応する２つのウエハ対応部４３ａと、マイクロ波放射機構４１の直下に位置し、２つのウエハ対応部４３ａを繋ぐ連結部４３ｂとを有している。そして、連結部４３ｂは、その幅がウエハ対応部４３ａの直径（幅）よりも小さく形成されている。マイクロ波透過板４３の厚さは、１〜３０ｍｍであることが好ましい。

制御部５は、マイクロプロセッサ（コンピュータ）を有する中央演算部（ＣＰＵ）と、プロセスシーケンスおよび制御パラメータであるプロセスレシピを記憶した記憶部と、入力手段およびディスプレイ等を有するユーザーインターフェースと備えており、選択されたプロセスレシピに従ってマイクロ波プラズマ処理装置１００を制御するようになっている。

次に、以上のように構成されるマイクロ波プラズマ処理装置１００における動作について説明する。
まず、ウエハＷをチャンバ１内に搬入し、載置台１１上に載置する。そして、排気機構４によりチャンバ１内を所定の圧力に調整するとともに、ガス供給系３からガス供給配管１４およびガス導入ノズル１３を介してシャワーヘッド１５にＡｒガス等を導入しつつ、マイクロ波プラズマ源２におけるマイクロ波放射機構４１からマイクロ波を放射し、シャワーヘッド１５内に表面波プラズマを生成する。そして、ガス供給系３から所定の処理ガスをチャンバ１内に導入すると、処理ガスはプラズマ化し、この処理ガスのプラズマ（イオンおよびラジカル）がシャワーヘッド１５のガス吐出孔１６から載置台１１上の２枚のウエハＷに向けてシャワー状に吐出され、ウエハＷにプラズマ処理が施される。

本実施形態では、処理ガスとしてＯ_２ガスを用い、表面波プラズマにより励起し、生成された酸素イオンやラジカルによりアッシング処理を行う。このとき、マイクロ波により高密度で低電子温度の表面波プラズマを形成することができ、下地へのダメージが小さい。

上記表面波プラズマを生成するに際し、マイクロ波プラズマ源２では、マイクロ波出力部３０のマイクロ波発振器３２から発振されたマイクロ波電力はマイクロ波供給部４０へ導かれる。マイクロ波供給部４０においては、マイクロ波電力が、ソリッドステートアンプを構成するメインアンプ４８で個別に増幅され、マイクロ波放射機構４１の導波路４４に給電され、導波路４４を通ってアンテナ部４５に至る。図７に示すように、マイクロ波は表面波として遅波材８２を透過し、平面スロットアンテナ８１のスロット８１ａを伝送され、放射される。そして、マイクロ波透過板４３を透過して、マイクロ波透過板４３の表面に表面波が広がり、表面波プラズマが生成される。

マイクロ波放射機構４１は、アンテナ部４５とチューナ４６とがユニット化された極めてコンパクトな構造を有している。このため、マイクロ波プラズマ源２自体をコンパクト化することができる。さらに、メインアンプ４８、チューナ４６および平面スロットアンテナ８１が近接して設けられ、特にチューナ４６と平面スロットアンテナ８１とは集中定数回路として構成することができる。また、チューナ４６により高精度でプラズマ負荷をチューニングすることができる。

このようなマイクロ波放射機構４１において、従来のようにマイクロ波放射機構４１の直下のみにマイクロ波透過板を設けた場合には、２枚のウエハＷの載置領域に表面波が十分に広がらないため、マイクロ波放射機構４１の直下に電界の強い部分が集中してしまい、ウエハＷの存在領域に十分な電界強度が得られない。これに対して、誘電体からなるマイクロ波透過板をウエハ配置領域を含む広いものとすることにより、マイクロ波放射機構４１における平面スロットアンテナ８１のスロット８１ａから放射したマイクロ波をマイクロ波透過板４３の表面に表面波として広げることができる。しかし、単にマイクロ波透過板を広いものとしただけでは、マイクロ波放射機構４１の直下位置での電界強度が未だ強く、ウエハＷの存在領域のマイクロ波放射機構４１から遠い位置では電界強度が低くなって均一な電界強度が得られない。

そこで、本実施形態では、マイクロ波透過板４３を２枚のウエハＷに対応する２つのウエハ対応部４３ａと、マイクロ波放射機構４１の直下に位置し、２つのウエハ対応部４３ａを繋ぐ連結部４３ｂとを有するものとし、連結部４３ｂの幅をウエハ対応部４３ａの直径（幅）よりも小さく形成している。これにより、マイクロ波透過板４３を透過したマイクロ波が表面波としてマイクロ波透過板４３の表面を広がる際に、連結部４３ｂの表面を通る表面波を少なくして、ウエハ対応部４３ａへ供給する表面波を増加することができ、ウエハＷの存在領域全体の電界強度を大きくして均一な電界強度を得ることができる。したがって、２枚のウエハＷに対して均一にプラズマ処理を行うことができる。

この場合に、マイクロ波透過板４３の表面に広がる表面波によるプラズマ電界強度分布は、マイクロ波透過板４３の厚さによって変化するため、プラズマ処理に応じて所望のプラズマ均一性が得られるようにマイクロ波透過板４３の厚さを最適化することが好ましい。良好なプラズマ電界強度分布を得るためには、マイクロ波透過板４３の厚さは１〜３０ｍｍの範囲であることが好ましい。プラズマ電界強度分布は、マイクロ波透過板４３の材質によっても変化するから、所望のプラズマ均一性が得られるようにマイクロ波透過板４３の材質を適宜選択することもできる。また、プラズマ電界強度分布は、連結部の幅によっても調節することができる。

また、表面波プラズマにより励起された酸素イオンやラジカルは、シャワーヘッド１５を介してウエハＷに供給されるので、酸素イオンやラジカルをウエハＷに均一に供給することができ、より均一なプラズマ処理を行うことができる。

次に、本発明のマイクロ波透過板を用いた場合と、その他のマイクロ波透過板を用いた場合の電界強度分布を電磁シミュレーションにより比較した結果について説明する。
図８は、従来のようにマイクロ波放射機構の直下のみにマイクロ波透過板を設けた場合のシミュレーション結果であるが、マイクロ波放射機構の直下に電界強度が大きい部分が集中して、ウエハ存在領域では十分な電界強度が得られないことがわかる。図９は、チャンバの天壁の全面をマイクロ波透過板とした場合であるが、電界強度が大きい領域が広がっているものの、マイクロ波放射機構の直下位置での電界強度が未だ強く、ウエハの存在領域で均一な電界強度が得られていないことがわかる。図１０は、ウエハよりも幅の狭い誘電体透過板をウエハの存在領域に対応して配置した場合であるが、やはりマイクロ波放射機構の直下位置での電界強度が未だ強く、ウエハ存在領域での電界強度均一性が未だ不十分である。これらに対し、本実施形態であるウエハに対応する２つのウエハ対応領域と、それらを繋ぐウエハの径よりも幅が小さい連結部を有するマイクロ波透過板を用いた場合は、図１１に示すように、マイクロ波放射機構の直下位置に電界強度が大きい部分が存在せず、ウエハ存在領域で電界強度が高くかつ均一であることが確認された。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、本発明の思想の範囲内において種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、マイクロ波出力部３０から出力されたマイクロ波を、アンプ部４２で増幅し、スラグチューナ４６と平面スロットアンテナ８１を有するアンテナ部４５とを備えたマイクロ波放射機構４１から放射するようにしたが、平面スロットアンテナを有するマイクロ波放射部がチャンバ内に挿入される構造であればその構造は特に限定されない。また、ガスを吐出するためのシャワーヘッドを設けたが、シャワーヘッドは設けなくてもよい。

また、上記実施形態では、２枚のウエハを処理する例を示したが、マイクロ波照射領域を中心として３枚以上のウエハを配置した場合にも適用可能である。

さらに、上記実施形態においては、Ｏ_２ガスをプラズマ化して被処理基板をアッシングする装置を例にとって説明したが、これに限定されるものではなく、エッチング処理、成膜処理、酸化処理や窒化処理等の他のプラズマ処理にも用いることができる。

さらにまた、被処理基板は半導体ウエハＷに限定されず、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）用基板に代表されるＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）基板や、セラミックス基板等の他の基板であってもよいことは言うまでもない。

１；チャンバ
１ａ；リッド
２；マイクロ波プラズマ源
３；ガス供給系
４；排気機構
５；制御部
１１；載置台
１２；温度調節器
２０；搬入出口
３０；マイクロ波出力部
４０；マイクロ波供給部
４１；マイクロ波放射機構（マイクロ波放射部）
４２；アンプ部
４３；マイクロ波透過板
４３ａ；ウエハ対応部
４３ｂ；連結部
４４；導波路（マイクロ波伝送路）
４５；アンテナ部
４６；チューナ
８１；平面スロットアンテナ
８１ａ；スロット
８２；遅波材
１００；マイクロ波プラズマ処理装置
Ｗ；半導体ウエハ（被処理基板）

Claims (9)

1. マイクロ波プラズマにより被処理基板に所定の処理を施すマイクロ波プラズマ処理装置であって、
   被処理基板を収容するチャンバと、
   前記チャンバ内で複数の被処理基板を水平に支持する基板支持部材と、
   前記チャンバ内にガスを供給するガス供給系と、
   前記チャンバ内にマイクロ波を導入してマイクロ波による表面波プラズマを形成するためのマイクロ波プラズマ源と
   を具備し、
   前記マイクロ波プラズマ源は、
   マイクロ波を出力するマイクロ波出力部と、
   前記チャンバの上方に設けられ、前記マイクロ波出力部で出力されたマイクロ波を前記チャンバ内に放射するマイクロ波放射部と、
   前記チャンバの天壁の一部を構成し、前記マイクロ波放射部から放射されたマイクロ波を透過する、誘電体からなるマイクロ波透過板と
   を備え、
   前記基板支持部材は、前記マイクロ波放射部に対応する部分の外側領域に複数の被処理基板を支持し、
   前記マイクロ波放射部は、
   筒状をなす外側導体とその中に同軸的に設けられた内側導体とを有しマイクロ波を伝送するマイクロ波伝送路と、
   前記マイクロ波伝送路を伝送されてきたマイクロ波を、スロットを介して前記チャンバ内に放射する平面スロットアンテナとを有し、
   前記マイクロ波透過板は、
   前記複数の被処理基板に対応するように設けられた複数の基板対応部と、
   前記複数の基板対応部を連結するように設けられ、前記マイクロ波放射部の直下に位置する連結部とを有し、
   前記連結部の幅が前記基板対応部の直径または幅よりも小さいことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
2. 前記基板支持部材は、２枚の被処理基板を支持することを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
3. 前記マイクロ波透過板の厚さは１〜３０ｍｍであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
4. 前記マイクロ波透過板は、石英製またはアルミナ製であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
5. 前記マイクロ波プラズマにより励起されたガスを前記基板支持部材に支持された被処理基板にシャワー状に供給するためのシャワーヘッドをさらに具備することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
6. マイクロ波プラズマによりチャンバ内の基板支持部材に支持された複数の被処理基板に所定の処理を施すマイクロ波プラズマ処理装置において、前記チャンバ内にマイクロ波を導入してマイクロ波による表面波プラズマを形成するためのマイクロ波プラズマ源であって、
   マイクロ波を出力するマイクロ波出力部と、
   前記チャンバの上方に設けられ、前記マイクロ波出力部で出力されたマイクロ波を前記チャンバ内に放射するマイクロ波放射部と、
   前記チャンバの天壁の一部を構成し、前記マイクロ波放射部から放射されたマイクロ波を透過する、誘電体からなるマイクロ波透過板と
   を備え、
   前記基板支持部材は、前記マイクロ波放射部に対応する部分の外側領域に複数の被処理基板を支持し、
   前記マイクロ波放射部は、
   筒状をなす外側導体とその中に同軸的に設けられた内側導体とを有しマイクロ波を伝送するマイクロ波伝送路と、
   前記マイクロ波伝送路を伝送されてきたマイクロ波を、スロットを介して前記チャンバ内に放射する平面スロットアンテナとを有し、
   前記マイクロ波透過板は、
   前記複数の被処理基板に対応するように設けられた複数の基板対応部と、
   前記複数の基板対応部を連結するように設けられ、前記マイクロ波放射部の直下に位置する連結部とを有し、
   前記連結部の幅が前記基板対応部の直径または幅よりも小さいことを特徴とするマイクロ波プラズマ源。
7. 前記基板支持部材は、２枚の被処理基板を支持することを特徴とする請求項６に記載のマイクロ波プラズマ源。
8. 前記マイクロ波透過板の厚さは１〜３０ｍｍであることを特徴とする請求項６または請求項７に記載のマイクロ波プラズマ源。
9. 前記マイクロ波透過板は、石英製またはアルミナ製であることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載のマイクロ波プラズマ源。