JP2018078010A - マイクロ波プラズマ源およびマイクロ波プラズマ処理装置 - Google Patents

マイクロ波プラズマ源およびマイクロ波プラズマ処理装置 Download PDF

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Abstract

【課題】マイクロ波の電界均一性が高く、被処理基板の面内におけるプラズマ処理の均一性を高くすることができるマイクロ波プラズマ源およびマイクロ波プラズマ処理装置を提供する。【解決手段】マイクロ波プラズマ源２０は、マイクロ波発生器４０と、マイクロ波をＴＥモードで伝播する導波管３９と、マイクロ波の振動モードをＴＥモードからＴＥＭモードに変換する変換ポート３８、および変換ポート３８からマイクロ波をチャンバー１に向けて伝播し、残存しているＴＥモード成分をＴＥＭモードに変換する同軸導波管３７を含むマイクロ波変換部４３と、同軸導波管３７に導かれたマイクロ波を放射する複数のスロット３２を有する平面アンテナ３１と、放射されたマイクロ波をチャンバー１に透過する、誘電体からなるマイクロ波透過板２８とを有し、同軸導波管３７の長さは、マイクロ波の波長以上の長さである。【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロ波プラズマ源およびマイクロ波プラズマ処理装置に関する。
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、近時、ＬＳＩの高集積化、高速化の要請からＬＳＩを構成する半導体素子のデザインルールが益々微細化され、また、半導体ウエハが大型化されており、それにともなって、プラズマ処理装置においてもこのような微細化および大型化に対応するものが求められている。
プラズマ処理装置としては、従来から平行平板型や誘導結合型のプラズマ処理装置が用いられているが、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（登録商標）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（登録商標）マイクロ波プラズマ処理装置は、チャンバー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アンテナを設け、マイクロ波発生器から導かれたマイクロ波を、誘電体からなる遅波材を介して平面アンテナに導き、マイクロ波を平面アンテナのスロットから放射させるとともに、誘電体からなるチャンバーの天壁を介して真空に保持されたチャンバー内に透過させ、チャンバー内に表面波プラズマを生成させるものである。そして、このプラズマにより、チャンバー内に導入されたガスをプラズマ化し、半導体ウエハ等の被処理体を処理する。
ＲＬＳＡ（登録商標）マイクロ波プラズマ処理装置においては、マイクロ波発生器にて発生したマイクロ波を、断面円形または断面矩形の導波管を介してモード変換器に導き、モード変換器でマイクロ波の振動モードをＴＥモードからＴＥＭモードへ変換するとともに、その進行方向を９０°曲げ、外導体と内導体とを有する同軸導波管を介してＴＥＭモードのマイクロ波を平面アンテナに導く（例えば特許文献２）。また、特許文献２には、同軸導波管の下部において、同軸導波管の外導体から内導体へ向かって延出可能なスタブ部材を設け、同軸導波管の周方向の電界を調整することにより、プラズマの均一性を高め、被処理基板の面内における処理を均一にすることが記載されている。
特開２０００−２９４５５０号公報 国際公開２０１１／０２１６０７号パンフレット
しかしながら、スタブ部材により周方向の電界の不均一をある程度補正できるものの、近時、プラズマ処理の面内均一性をより一層高めることが要求されており、スタブ部材のみで得られる電界分布の均一性だけでは不十分になりつつある。
したがって、本発明は、マイクロ波の電界均一性が高く、被処理基板の面内におけるプラズマ処理の均一性を高くすることができるマイクロ波プラズマ源およびマイクロ波プラズマ処理装置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の観点は、チャンバー内にマイクロ波プラズマを生成してプラズマ処理を行うマイクロ波プラズマ処理装置において、前記チャンバー内にマイクロ波を放射してマイクロ波プラズマを生成するマイクロ波プラズマ源であって、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生器と、マイクロ波発生器で発生されたマイクロ波をＴＥモードで伝播する導波管と、前記導波管から導かれたマイクロ波の振動モードをＴＥモードからＴＥＭモードに変換する変換ポート、および前記変換ポートからマイクロ波を前記チャンバーに向けて伝播し、その間に残存しているＴＥモード成分をＴＥＭモードに変換する同軸導波管を含むマイクロ波変換部と、前記同軸導波管に導かれたマイクロ波を前記チャンバーに向けて放射する複数のスロットを有する導体からなる平面アンテナと、前記平面アンテナの前記複数のスロットから放射されたマイクロ波を前記チャンバーに透過する、誘電体からなるマイクロ波透過板と、を有し、前記同軸導波管の長さは、前記マイクロ波発生器から発生されるマイクロ波の波長以上の長さであることを特徴とするマイクロ波プラズマ源を提供する。
本発明の第２の観点は、被処理体が収容されるチャンバーと、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生器と、マイクロ波発生器で発生されたマイクロ波をＴＥモードで伝播する導波管と、前記導波管から導かれたマイクロ波の振動モードをＴＥモードからＴＥＭモードに変換する変換ポート、および前記変換ポートからマイクロ波を前記チャンバーに向けて伝播し、伝播している間に残存しているＴＥモード成分をＴＥＭモードに変換する同軸導波管を含むマイクロ波変換部と、前記同軸導波管に導かれたマイクロ波を前記チャンバーに向けて放射する複数のスロットを有する導体からなる平面アンテナと、前記チャンバーの天壁を構成し、前記平面アンテナの前記複数のスロット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、前記チャンバー内にガスを供給するガス供給機構と、前記チャンバー内を排気する排気機構と、を有し、前記同軸導波管の長さは、前記マイクロ波発生器から発生されるマイクロ波の波長以上の長さである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。
上記マイクロ波プラズマ源およびマイクロ波プラズマ処理装置において、前記モード変換器から前記平面アンテナに導かれるマイクロ波の周方向の電界均一性を補正するスタブ部材をさらに有してもよい。また、前記平面アンテナの上面に設けられた、誘電体からなる遅波材をさらに有してもよい。さらに、前記マイクロ波の周波数として２．４５ＧＨｚを挙げることができる。
上記マイクロ波プラズマ処理装置において、前記マイクロ波プラズマ処理としては、前記ガス供給機構から成膜ガスを前記チャンバー内に供給してプラズマＣＶＤにより被処理体に所定の膜を成膜する処理が好適なものとして挙げることができる。具体例としては、前記ガス供給機構から供給される成膜ガスは珪素原料ガスおよび窒素含有ガス、またはさらに炭素含有ガスであり、被処理体に窒化珪素膜、窒化炭化珪素膜が成膜されるものを挙げることができる。
本発明によれば、同軸導波管の長さをマイクロ波の波長以上とすることにより、マイクロ波の電界均一性が高く、被処理基板の面内におけるプラズマ処理の均一性を高くすることができる。
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同軸導波管の高さを説明するための図である。 同軸導波管の高さ（長さ）と電界均一性との関係を示す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。
＜マイクロ波プラズマ処理装置の構成＞
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る。図１のマイクロ波プラズマ処理装置は、ＲＬＳＡ（登録商標）マイクロ波プラズマ処理装置であり、例えば窒化珪素膜を形成する成膜装置として構成されている。
図１に示すように、マイクロ波プラズマ処理装置１００は、気密に構成され、接地された略円筒状のチャンバー１を有している。チャンバー１の底壁１ａの略中央部には円形の開口部１０が形成されており、底壁１ａにはこの開口部１０と連通し、下方に向けて突出する排気室１１が設けられている。
チャンバー１内には被処理体、例えば半導体ウエハ（以下、「ウエハ」と記す）Ｗを水平に支持するためのＡｌＮ等のセラミックスからなるサセプタ２が設けられている。このサセプタ２は、排気室１１の底部中央から上方に延びる円筒状のＡｌＮ等のセラミックスからなる支持部材３により支持されている。サセプタ２の外縁部にはウエハＷをガイドするためのガイドリング４が設けられている。また、サセプタ２には抵抗加熱型のヒーター５が埋め込まれており、このヒーター５はヒーター電源６から給電されることによりサセプタ２を加熱しウエハＷを加熱する。また、サセプタ２には電極７が埋め込まれており、電極７には整合器８を介してバイアス印加用の高周波電源９が接続されている。
サセプタ２には、ウエハＷを支持して昇降させるためのウエハ支持ピン（図示せず）がサセプタ２の表面に対して突没可能に設けられている。
上記排気室１１の側面には排気管２３が接続されており、この排気管２３には真空ポンプや自動圧力制御バルブ等を含む排気機構２４が接続されている。排気機構２４の真空ポンプを作動させることによりチャンバー１内のガスが、排気室１１の空間１１ａ内へ均一に排出され、排気管２３を介して排気され、自動圧力制御バルブによりチャンバー１内を所定の真空度に制御可能となっている。
チャンバー１の側壁には、プラズマ処理装置１００に隣接する搬送室（図示せず）との間でウエハＷの搬入出を行うための搬入出口２５と、この搬入出口２５を開閉するゲートバルブ２６とが設けられている。
チャンバー１の上部は開口部となっており、その開口部の周縁部がリング状の支持部２７となっている。この支持部２７上には、チャンバー１内にマイクロ波プラズマを形成するためのマイクロ波プラズマ源２０が設けられている。
マイクロ波プラズマ源２０は、誘電体、例えば石英やＡｌ２Ｏ３等のセラミックスからなる円板状のマイクロ波透過板２８と、平面アンテナ３１と、遅波材３３と、モード変換部４３と、導波管３９と、マイクロ波発生器４０とを有している。
マイクロ波透過板２８は、支持部材２７にシール部材２９を介して気密に設けられている。したがって、チャンバー１内は気密に保持される。
平面アンテナ３１は、マイクロ波透過板２８に対応する円板状をなし、マイクロ波透過板２８に密着するように設けられている。この平面アンテナ３１はチャンバー１の側壁上端に係止されている。平面アンテナ３１は導電性材料からなる円板で構成されている。
平面アンテナ３１は、例えば表面が銀または金メッキされた銅板またはアルミニウム板からなり、マイクロ波を放射するための複数のスロット３２が所定パターンで貫通するように形成された構成となっている。スロット３２のパターンは、マイクロ波が均等に放射されるように適宜設定される。例えば、パターンの例としては、Ｔ字状に配置された２つのスロット３２を一対として複数対のスロット３２が同心円状に配置されているものを挙げることができる。スロット３２の長さや配列間隔は、マイクロ波の実効波長（λg）に応じて決定され、例えばスロット３２は、それらの間隔がλg／４、λg／２またはλgとなるように配置される。なお、スロット３２は、円形状、円弧状等の他の形状であってもよい。さらに、スロット３２の配置形態は特に限定されず、同心円状のほか、例えば、螺旋状、放射状に配置することもできる。
遅波材３３は、平面アンテナ３１の上面に密着して設けられている。遅波材３３は、真空よりも大きい誘電率を有する誘電体、例えば石英、セラミックス（Ａｌ２Ｏ３）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミドなどの樹脂からなる。遅波材３３はマイクロ波の波長を真空中より短くして平面アンテナ３１を小さくする機能を有している。
マイクロ波透過板２８および遅波材３３の厚さは、遅波板３３、平面アンテナ３１、マイクロ波透過板２８、およびプラズマで形成される等価回路が共振条件を満たすように調整される。遅波材３３の厚さを調整することにより、マイクロ波の位相を調整することができ、平面アンテナ３１の接合部が定在波の「はら」になるように厚さを調整することにより、マイクロ波の反射が極小化され、マイクロ波の放射エネルギーが最大となる。また、遅波板３３とマイクロ波透過板２８を同じ材質とすることにより、マイクロ波の界面反射を防止することができる。
なお、平面アンテナ３１とマイクロ波透過板２８との間、また、遅波材３３と平面アンテナ３１との間は、離間して配置されていてもよい。
チャンバー１の上面には、これら平面アンテナ３１および遅波材３３を覆うように、例えばアルミニウムやステンレス鋼、銅等の金属材からなるシールド蓋体３４が設けられている。チャンバー１の上面とシールド蓋体３４とはシール部材３５によりシールされている。シールド蓋体３４には、冷却水流路３４ａが形成されており、そこに冷却水を通流させることにより、シールド蓋体３４、遅波材３３、平面アンテナ３１、マイクロ波透過板２８を冷却するようになっている。なお、シールド蓋体３４は接地されている。
モード変換部４３は、同軸導波管３７と変換ポート３８とを有している。同軸導波管３７は、シールド蓋体３４の上壁の中央形成された開口部３６の上方から挿入されている。同軸導波管３７は、中空棒状の内導体３７ａと円筒状の外導体３７ｂが同心状に配置されてなる。内導体３７ａの下端は平面アンテナ３１に接続されている。同軸導波管３７は上方に延びている。変換ポート３８は、同軸導波管３７の上端に接続されている。変換ポート３８には、水平に延びる断面矩形状の導波管３９の一端が接続されている。導波管３９の他端にはマイクロ波発生器４０が接続されている。導波管３９にはマッチング回路４１が介在されている。
マイクロ波発生器４０は、例えば周波数が２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生し、発生したマイクロ波はＴＥモードで導波管３９を伝播し、変換ポート３８でマイクロ波の振動モードをＴＥモードからＴＥＭモードへ変換されるとともに、さらに同軸導波管３７を介して伝播される間に残存しているＴＥモード成分もＴＥＭモードに変換されて平面アンテナに導かれる。なお、マイクロ波の周波数としては、８．３５ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ、８６０ＭＨｚ、９１５ＭＨｚ等、種々の周波数を用いることができる。
図２に示すように、同軸導波管３７の高さ（長さ）ｈは、マイクロ波の波長λ以上である。例えば、周波数が２．４５ＧＨｚの場合には、同軸導波管３７の高さｈは１波長分の長さ１２２．４ｍｍ以上である。なお、同軸導波管３７の高さｈは、内導体３７ａの下端である遅波材３３の底面から外導体３７ｂがモード変換器３８内で導波管３９に接する上端までの長さである。
マイクロ波プラズマ源２０は、同軸導波管３７の下部に、周方向に複数設けられた、外導体３７ｂから内導体３７ａへ向かって延出可能なスタブ部材４２を有している。スタブ部材４２は、その先端と内導体３７ａとの距離を調節することにより、マイクロ波の伝搬を周方向に調節する機能を有している。
マイクロ波プラズマ処理装置１００は、さらに、同軸導波管３７およびマイクロ波透過板２８を介してチャンバー１内にガスを供給する第１のガス供給機構５１と、チャンバー１の側壁を介してチャンバー１内にガスを供給する第２のガス供給機構５２とを有している。
第１のガス供給機構５１は、第１ガス供給源５４と、第１ガス供給源５４から変換ポート３８内の内導体３７ａの上端に接続される配管５５と、配管５５が接続され、内導体３７ａ内を軸方向に貫通するガス流路５６と、マイクロ波透過板２８を貫通してガス流路５６に連通するように設けられたガス吐出口５７とを有する。
第２のガス供給機構５２は、第２ガス供給源５８と、第２ガス供給源５８から延びる配管５９と、チャンバー１の側壁に沿って環状に設けられた第１バッファ室６０と、配管５９と第１バッファ室６０とを接続するガス流路６１と、第１バッファ室６０から等間隔でチャンバー１内に臨むように水平に設けられた複数のガス吐出口６２とを有する。
これらガス供給機構５１、５２からは、それぞれプラズマ処理に応じて適切なガスが供給されるようになっている。例えば、第１のガス供給機構５１からマイクロ波放射領域近傍にプラズマ生成ガスであるＡｒガス等の希ガス等が供給され、第２のガス供給機構５２からチャンバー１全体にクリーニングガス、成膜ガス等が供給される。例えば、プラズマＣＶＤにより窒化珪素膜（ＳｉＮ膜）を成膜する場合には、成膜ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ４）やジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）等のＳｉ原料ガス、およびＮ２ガスやアンモニア（ＮＨ３）等の窒素含有ガスが用いられる。また、窒化炭化珪素（ＳｉＣＮ膜）を成膜する場合には、これらに加えて、エタン（Ｃ２Ｈ６）等の炭素含有ガスが用いられる。
マイクロ波プラズマ処理装置１００は制御部６０を有している。制御部６０は、マイクロ波プラズマ処理装置１００の各構成部、例えばマイクロ波発生器４０、ヒーター電源６、高周波電源９、排気機構２４、ガス供給機構５１、５２のバルブや流量制御器等を制御するＣＰＵ（コンピュータ）を有する主制御部と、入力装置（キーボード、マウス等）、出力装置（プリンタ等）、表示装置（ディスプレイ等）、記憶装置（記憶媒体）を有している。記憶装置には、マイクロ波プラズマ処理装置１００で実行される各種処理のパラメータが記憶されており、また、マイクロ波プラズマ処理装置１００で実行される処理を制御するためのプログラム、すなわち処理レシピが格納された記憶媒体がセットされるようになっている。主制御部は、記憶媒体に記憶されている所定の処理レシピを呼び出し、その処理レシピに基づいてマイクロ波プラズマ処理装置１００により所定の処理が行われるように制御する。
＜マイクロ波プラズマ処理装置の動作＞
次に、このように構成されるマイクロ波プラズマ処理装置１００の動作について説明する。
まず、ゲートバルブ２６を開にして搬入出口２５から被処理基板であるウエハＷをチャンバー１内に搬入し、サセプタ２上に載置する。
そして、チャンバー１内を排気して所定の圧力にし、第１および第２のガス供給機構５１、５２のうち適宜のものから、所定のガスをチャンバー１内に導入しつつ、マイクロ波を導入し、チャンバー１内にプラズマを生成する。例えば、第１のガス供給機構５１からＡｒガス等のプラズマ生成ガスを導入しつつ、マイクロ波発生器４０から所定のパワーのマイクロ波を発生させ、発生したマイクロ波を導波管３９にＴＥモードで伝播させ、モード変換部４３を構成する変換ポート３８でＴＥＭモードに変換させるとともに、同じくモード変化部４３を構成する同軸導波管３７に伝播させ、残存しているＴＥモード成分もＴＥＭモードに変換させて、遅波材３３、平面アンテナ３１のスロット３２、およびマイクロ波透過板２８を経て、チャンバー１内に放射させる。
マイクロ波は表面波としてマイクロ波透過板２８の直下領域にのみ広がり、表面波プラズマが生成される。そして、プラズマは下方に拡散し、ウエハＷの配置領域では、高電子密度かつ低電子温度のプラズマとなる。
第２のガス供給機構５２からは、成膜ガスがウエハＷに向けて供給され、表面波プラズマにより励起されて、ウエハ上にプラズマＣＶＤにより所定の膜が成膜される。例えば、成膜ガスとして、モノシラン（ＳｉＨ４）やジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）等のＳｉ原料ガス、およびＮ２ガスやアンモニア（ＮＨ３）窒素含有ガスを用いることにより、ＳｉＮ膜が成膜される。また、成膜ガスとしてさらに、エタン（Ｃ２Ｈ６）等の炭素含有ガスを用いることにより、ＳｉＣＮ膜が成膜される。
このとき、スタブ部材４２により、マイクロ波の伝搬を周方向に調節し、電界の不均一を補正して、プラズマ処理の面内均一性を向上させる。
しかしながら、スタブ部材４２により周方向の電界の不均一をある程度補正できるものの、スタブ部材４２のみでは、所望の電界均一性を得ることが困難である。
そこで、本実施形態では、同軸導波管３７の高さ（長さ）に着目した。
その結果、断面矩形状の導波管３９をＴＥモードで伝送されたマイクロ波は、変換ポート３８でＴＥＭモードに変換され、同軸導波管３７を伝播して遅波材３３に至り、平面アンテナ３１のスロット３２から放射されるが、このときの伝送されるマイクロ波の周方向の電界均一性は、同軸導波管３７の長さに関係することが見出された。
このことについて詳細に説明する。
ＲＬＳＡ（登録商標）マイクロ波プラズマ処理装置においては、マイクロ波供給部は、アンテナメーカーにより製造され、その設計もアンテナメーカーによりなされており、例えば、周波数が２．４５ＧＨｚの装置において、同軸導波管の高さ（長さ）が９８．５ｍｍに設計されていた。
しかし、マイクロ波プラズマ処理装置の場合、プラズマによるマイクロ波の反射等の影響により、上記のような通常のアンテナ設計が最適とは限らない。また、マイクロ波の振動モードの変換は変換ポート３８で完全になされるわけではなく、同軸導波管３７を伝送されるに従って、変換したモードが安定する。
そこで、電界の不均一が、同軸導波管３７の高さ（長さ）ｈが最適化されていないという仮説の下で、同軸導波管３７の高さｈと電界均一性との関係を検証した結果、同軸導波管３７の高さｈがマイクロ波の波長λ以上であれば安定してＴＥＭに変換され、良好な電界均一性が得られることが見出された。
以下、その検証に用いたシミュレーション結果について説明する。
ここでは、電磁界シミュレーションにより、同軸導波管３７の高さｈ（同軸導波管上端位置）と遅波材内の周方向の電界均一性との関係を求めた。その結果を図３に示す。
図３に示すように、同軸導波管３７の高さｈが従来の９８．５ｍｍの場合には、電界均一性が２．２８％であったのに対し、同軸導波管３７の高さｈを増加させることにより電界均一性が高まる傾向にあり、同軸導波管３７の高さｈがマイクロ波の波長λ以上になると電界均一性が０．３％程度またはそれよりも低い値で安定することが確認された。
このことから、同軸導波管３７の高さｈがマイクロ波の波長λ以上の場合に、遅波材内の周方向の電界均一性が安定して良好になることが検証された。これは、同軸導波管３７の高さｈが従来の９８．５ｍｍでは、ＴＥモードがＴＥＭモードに十分に変換しきれてなく電界が不安定となっているのに対し、同軸導波管３７の高さｈが大きくなるに従ってＴＥＭモードへの変換の程度が高まり、同軸導波管３７の高さｈがマイクロ波の波長λ以上となると、ほぼ安定してＴＥＭモードが形成されるためと推測される。
なお、以上のシミュレーション結果は、マイクロ波の周波数が２．４５ＧＨｚの場合を示しているが、他の周波数においても同様に、同軸導波管３７の高さがマイクロ波の波長λ以上で電界均一性を安定的に高めることができる。
このように、同軸導波管３７の高さｈをマイクロ波の波長λ以上とすることにより、周方向の電界均一性を高めることができ、被処理基板であるウエハ面内のプラズマ均一性が高いマイクロ波プラズマ処理を行うことができる。このためプラズマＣＶＤで成膜する際の膜厚の均一性を高めることができる。
また、このように同軸導波管３７の高さｈをマイクロ波の波長λ以上とした上で、スタブ部材４２を調整して電界の不均一を補正することにより、電界均一性をさらに高くすることができる。
このようにして、マイクロ波プラズマによるプラズマＣＶＤにより所定の膜を成膜した後、チャンバー１内をパージし、処理後のウエハＷを搬出する。
そして、このようなマイクロ波プラズマ処理を所定枚数のウエハについて行った後、例えば、第２のガス供給機構からチャンバー１内に適宜のクリーニングガスを供給し、チャンバー１内のクリーニングを行う。
＜他の適用＞
以上、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施の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、マイクロ波プラズマ処理として、プラズマＣＶＤを例にとって説明したが、これに限らず、プラズマエッチングや、プラズマ酸化処理、プラズマ窒化処理等の他のプラズマ処理にも適用可能である。
また、上記実施形態では、同軸導波管およびチャンバーの天壁であるマイクロ波透過板を介してガスを供給する第１のガス供給機構と、チャンバーの側壁を介してガスを供給する第２のガス供給機構とを設けた例を示したが、ガス供給機構は一つまたは二つ以上の複数でもよく、また、ガス導入部分も上記実施形態に限定されない。具体例として、第１のガス供給機構によりマイクロ波放射領域近傍にプラズマ生成ガスを供給し、第２のガス供給機構によりウエハ近傍に成膜用のガスを供給した場合を示したが、これに限らず、成膜用ガスのうちプラズマによる解離を促進したいガスをチャンバーの天壁からマイクロ波放射領域に照射する等、用途に応じて種々のガス供給形態をとることができる。また、Ａｒガス等のプラズマ生成ガスは必須ではない。
さらに、上記実施形態では被処理基板として半導体ウエハを用いた場合について説明したが、半導体ウエハに限るものではなく、ガラス基板やセラミックス基板等の他の被処理体であってもよい。
１；チャンバー
２；サセプタ
５；ヒーター
２４；排気機構
２８；マイクロ波透過板
３１；平面アンテナ
３２；スロット
３３；遅波材
３７；同軸導波管
３８；変換ポート
３９；導波管
４０；マイクロ波発生器
４１；マッチング回路
４２；スタブ部材
４３；マイクロ波変換部
５１；第１のガス供給機構
５２；第２のガス供給機構
６０；制御部
Ｗ；半導体ウエハ（被処理基板）

Claims (10)

  1. チャンバー内にマイクロ波プラズマを生成してプラズマ処理を行うマイクロ波プラズマ処理装置において、前記チャンバー内にマイクロ波を放射してマイクロ波プラズマを生成するマイクロ波プラズマ源であって、
    マイクロ波を発生させるマイクロ波発生器と、
    マイクロ波発生器で発生されたマイクロ波をＴＥモードで伝播する導波管と、
    前記導波管から導かれたマイクロ波の振動モードをＴＥモードからＴＥＭモードに変換する変換ポート、および前記変換ポートからマイクロ波を前記チャンバーに向けて伝播し、伝播している間に残存しているＴＥモード成分をＴＥＭモードに変換する同軸導波管を含むマイクロ波変換部と、
    前記同軸導波管に導かれたマイクロ波を前記チャンバーに向けて放射する複数のスロットを有する導体からなる平面アンテナと、
    前記平面アンテナの前記複数のスロットから放射されたマイクロ波を前記チャンバーに透過する、誘電体からなるマイクロ波透過板と、
    を有し、
    前記同軸導波管の長さは、前記マイクロ波発生器から発生されるマイクロ波の波長以上の長さであることを特徴とするマイクロ波プラズマ源。
  2. 前記モード変換器から前記平面アンテナに導かれるマイクロ波の周方向の電界均一性を補正するスタブ部材をさらに有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源。
  3. 前記平面アンテナの上面に設けられた、誘電体からなる遅波材をさらに有す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源。
  4. 前記マイクロ波の周波数が２．４５ＧＨｚ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源。
  5. 被処理体が収容されるチャンバーと、
    マイクロ波を発生させるマイクロ波発生器と、
    マイクロ波発生器で発生されたマイクロ波をＴＥモードで伝播する導波管と、
    前記導波管から導かれたマイクロ波の振動モードをＴＥモードからＴＥＭモードに変換する変換ポート、および前記変換ポートからマイクロ波を前記チャンバーに向けて伝播し、伝播している間に残存しているＴＥモード成分をＴＥＭモードに変換する同軸導波管を含むマイクロ波変換部と、
    前記同軸導波管に導かれたマイクロ波を前記チャンバーに向けて放射する複数のスロットを有する導体からなる平面アンテナと、
    前記チャンバーの天壁を構成し、前記平面アンテナの前記複数のスロット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、
    前記チャンバー内にガスを供給するガス供給機構と、
    前記チャンバー内を排気する排気機構と、
    を有し、
    前記同軸導波管の長さは、前記マイクロ波発生器から発生されるマイクロ波の波長以上の長さであることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
  6. 前記モード変換器から前記平面アンテナに導かれるマイクロ波の周方向の電界均一性を補正するスタブ部材をさらに有することを特徴とする請求項５に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
  7. 前記平面アンテナの上面に設けられた、誘電体からなる遅波材をさらに有することを特徴とする請求項５または請求項６に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
  8. 前記マイクロ波の周波数が２．４５ＧＨｚであることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
  9. 前記マイクロ波プラズマ処理は、前記ガス供給機構から成膜ガスを前記チャンバー内に供給してプラズマＣＶＤにより被処理体に所定の膜を成膜する処理であることを特徴とする請求項５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処理装置。
  10. 前記ガス供給機構から供給される成膜ガスは珪素原料ガスおよび窒素含有ガス、またはさらに炭素含有ガスであり、被処理体に窒化珪素膜または窒化炭化珪素膜が成膜されることを特徴とする請求項９に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
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