JP4004154B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波を用いて生成したプラズマによって、半導体基板又は液晶ディスプレイ用ガラス基板等にエッチング又はアッシング等の処理を施す装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
反応ガスに外部からエネルギを与えて生じるプラズマは、ＬＳＩ又はＬＣＤ等の製造プロセスにおいて広く用いられている。特に、ドライエッチングプロセスにおいて、プラズマの利用は不可欠の基本技術となっている。このプラズマによって処理される基板の寸法が大きくなるのに伴って、より広い領域にプラズマを均一に発生させることが要求されている。そのため、本願出願人は、特開昭62−5600号公報及び特開昭62−99481 号公報等において次のような装置を提案している。
【０００３】
図11は、特開昭62−5600号公報及び特開昭62−99481 号公報に開示した装置と同タイプのプラズマ処理装置を示す側断面図であり、図12は図11に示したプラズマ処理装置の平面図である。矩形箱状の反応器31は、その全体がアルミニウムで形成されている。反応器31の上部開口はマイクロ波窓34で気密状態に封止されている。このマイクロ波窓34は、耐熱性及びマイクロ波透過性を有すると共に誘電損失が小さい、石英ガラス又はアルミナ等の誘電体で形成されている。
【０００４】
反応器31には、該反応器31の上部を覆う長方形箱状のカバー部材40が連結してある。このカバー部材40内の天井部分には誘電体線路41が取り付けてある。誘電体線路41は、テフロン（登録商標）といったフッ素樹脂，ポリエチレン樹脂又はポリスチレン樹脂等の誘電体を、矩形と三角形とを組み合わせた略五角形の頂点に凸部を設けた板形状に成形してなり、前記凸部をカバー部材40の周面に連結した導波管51に内嵌させてある。導波管51にはマイクロ波発振器50が連結してあり、マイクロ波発振器50が発振したマイクロ波は、導波管51によって誘電体線路41の凸部に入射される。
【０００５】
前述した如く、誘電体線路41の凸部の基端側は、平面視が略三角形状のテーパ部41a になしてあり、前記凸部に入射されたマイクロ波はテーパ部41a に倣ってその幅方向に拡げられ誘電体線路41の全体に伝播する。このマイクロ波はカバー部材40の導波管51に対向する端面で反射し、入射波と反射波とが重ね合わされて誘電体線路41に定在波が形成される。
【０００６】
反応器31の内部は処理室32になっており、処理室32の周囲壁を貫通する貫通穴に嵌合させたガス導入管35から処理室32内に所要のガスが導入される。処理室32の底部壁中央には、試料Ｗを載置する載置台33が設けてあり、載置台33にはマッチングボックス36を介して数百ＫＨｚ〜十数ＭＨｚのＲＦ電源37が接続されている。また、反応器31の底部壁には排気口38が開設してあり、排気口38から処理室32の内気を排出するようになしてある。
【０００７】
このようなマイクロ波プラズマ処理装置を用いて試料Ｗの表面にエッチング処理を施すには、排気口38から排気して処理室32内を所望の圧力まで減圧した後、ガス導入管35から処理室32内に反応ガスを供給する。次いで、マイクロ波発振器50からマイクロ波を発振させ、これを導波管51を介して誘電体線路41に導入する。このとき、テーパ部41a によってマイクロ波は誘電体線路41内で均一に拡がり、誘電体線路41内に定在波を形成する。この定在波によって、誘電体線路41の下方に漏れ電界が形成され、それがマイクロ波窓34を透過して処理室32内へ導入される。このようにして、マイクロ波が処理室32内へ伝播する。これにより、処理室32内にプラズマが生成され、そのプラズマによって試料Ｗの表面をエッチングする。これによって、大口径の試料Ｗを処理すべく反応器31の直径を大きくしても、その反応器31の全領域へマイクロ波を均一に導入することができ、大口径の試料Ｗを比較的均一にプラズマ処理することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来のプラズマ処理装置では、誘電体線路41にマイクロ波を均一に拡がらせるために、マイクロ波窓34及び反応器31の縁部から水平方向へ突出させたテーパ部41a を設けてあり、このテーパ部41a は、誘電体線路41の面積、即ち処理室32の直径に応じて所定の寸法に定めてある。そのため、従来のプラズマ処理装置を設置する場合、反応器31の周縁から突出させたテーパ部41a を格納するための水平方向のスペースを余分に確保しなければならない。ところで、試料Ｗの大口径化に伴って、反応器31の直径が更に大きいプラズマ処理装置が要求されている。このとき、装置の設置場所を手当てする必要がないこと、即ち、可及的に狭いスペースで設置し得ることも要求されている。しかしながら、従来の装置にあっては、テーパ部41a の寸法は反応器31の直径に応じて定めるため、前述した両要求を共に満足することができないという問題があった。
【０００９】
一方、前述した如きプラズマ処理装置にあっては、例えば、石英（ＳｉＯ2 ）製のマイクロ波窓34のもとで、試料Ｗ上のシリコン酸化（ＳｉＯ2 ）膜をエッチングする場合などがある。これは、シリコン酸化（ＳｉＯ2 ）膜をエッチングする場合、マイクロ波窓34及び反応器31の壁などプラズマに曝されている部分を高温に維持することによりエッチング選択比を向上できることが知られており、石英製のマイクロ波窓34はその温度に拘わらずマイクロ波透過性がほとんど変化しないために、用いられるのである。
【００１０】
しかし、酸化膜のエッチングに伴って、石英製のマイクロ波窓34もエッチングされるので、マイクロ波窓34の強度が低下する。そのため、適宜の時間間隔で新たなマイクロ波窓34に交換しなければならないが、真空隔壁たるマイクロ波窓34は高価であり、プラズマ処理装置のランニングコストが高くなるという問題があった。
【００１１】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、反応器の直径が大きくても、装置全体のサイズを可及的に小さくでき、また試料に設けた酸化膜をエッチングする場合でも、ランニングコストが可及的に少ないプラズマ処理装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、マイクロ波窓に対面してマイクロ波を放射するスリットを設けた環状の導波管型アンテナによりマイクロ波を供給し、マイクロ波窓を介して容器内にマイクロ波を導入する構成により、即ち中央部にマイクロ波の供給部がない構成であっても、容器内にプラズマを均一に発生できることを知見した。しかし、環状の導波管型アンテナによりマイクロ波を放射する構成とすると、マイクロ波窓の容器内側で環状の導波管型アンテナに対向する対向部分、特にスリットとスリットとの間にマイクロ波の電界集中しプラズマがその近傍で強く発生するため、例えば石英製のマイクロ波窓の装置でシリコン酸化膜をエッチングする場合などのように、マイクロ波窓のその部分がより高速でエッチングされる場合があった。、そこで、本発明者は、マイクロ波窓の前記部分に対向させて誘電体からなる保護部材を配設することにより、マイクロ波窓本体をエッチングから守ることができることを更に知見して、本発明を完成させた。
【００１３】
即ち、本発明に係るプラズマ処理装置は、マイクロ波窓を設けてなる容器内に、前記マイクロ波窓に対向して配置され対向する面にスリットを有する環状の導波管型アンテナからマイクロ波を放射して、前記マイクロ波窓を介して前記容器内にマイクロ波を導入することによってプラズマを生成し、生成したプラズマにより前記容器内に設けてある載置台に載置した試料を処理するプラズマ処理装置であって、マイクロ波窓の容器内側の面であって、前記導波管型アンテナに対向する対向部分に対応する部分を保護する誘電体からなる保護部材が、マイクロ波窓の前記部分に対向させて着脱自在に配設してあり、前記保護部材は環状であり該保護部材の内周縁部は前記導波管型アンテナのスリット、及び、スリットとスリットとの間に対向していることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係るプラズマ処理装置は、マイクロ波窓を設けてなる容器内に、前記マイクロ波窓に対向して配置され対向する面にスリットを有する環状の導波管型アンテナからマイクロ波を放射して、前記マイクロ波窓を介して前記容器内にマイクロ波を導入することによってプラズマを生成し、生成したプラズマにより前記容器内に設けてある載置台に載置した試料を処理するプラズマ処理装置であって、マイクロ波窓の容器内側の面であって、前記導波管型アンテナに対向する対向部分に対応する部分を保護する誘電体からなる保護部材が、マイクロ波窓の前記部分に対向させて着脱自在に配設してあり、前記保護部材は環状であり該保護部材の内周縁部は前記導波管型アンテナのスリット、及び、スリットとスリットとの間に対向しており、前記容器内に、マイクロ波の導入領域を中央部に限定するマイクロ波限定部材が設けてあり、該マイクロ波限定部材の内周に倣って誘電体を環状になした前記保護部材と、前記マイクロ波限定部材のマイクロ波窓に対向する面とは反対側の面及び前記マイクロ波限定部材の内周面を保護する第２保護部材とを備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係るプラズマ処理装置は、前記保護部材は石英で形成してあることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係るプラズマ処理装置は、無終端環状の導波管型アンテナが配置してあることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係るプラズマ処理装置は、有終端環状の導波管型アンテナが配置してあることを特徴とする。
【００２０】
本発明のプラズマ処理装置にあっては、マイクロ波窓に対面してマイクロ波を放射するスリットを設けた環状の導波管型アンテナによりマイクロ波を供給する構成としたので、誘電体線路に設けたテーパ部のようなマイクロ波を均一に拡がらせる部分がなくても、マイクロ波が放射されるスリットの環状の配置、即ち環状の導波管型アンテナの直径、スリットの形状及び配置、更に、導波管の断面形状及びマイクロ波の伝搬モードを考慮することにより、プラズマが均一に発生するように容器内にマイクロ波を供給することができる。
【００２１】
従って、誘電体線路に設けたテーパ部のような突出部がなく、プラズマ処理装置の寸法を可及的に小さくすることができる。更に、プラズマによりエッチングされやすい環状の導波管型アンテナに対向するマイクロ波窓の対応する部分に、誘電体からなる保護部材を着脱自在に配置してあるので、マイクロ波の導入を可能としたまま、マイクロ波窓本体をエッチングによる損耗から守ることができる。一方、保護部材はマイクロ波窓本体の代わりにエッチングされるが、着脱自在に配設されているので、適宜の時間間隔で新たな保護部材に交換すればよい。保護部材の交換に要するコストは、マイクロ波窓本体の交換に要するコストの十数分の一と少ないため、プラズマ処理装置のランニングコストを低減することができる。
【００２２】
本発明のプラズマ処理装置にあっては、更に、環状の導波管型アンテナ構造を採用することにより、マイクロ波窓を環状とし、この環状のマイクロ波窓に内嵌させて対向電極を設ける構造が可能になり、この対向電極に高周波を印加するか、又は電気的に接地することにより、プラズマのより高度な制御を行うことができる。
【００２３】
なお、本発明の導波管型アンテナは、無終端環状のものがスリットを放射状に均一に設けられ、マイクロ波を環状に均一に容器内に導入できるので好ましいが、有終端環状であっても良い。また、環状の導波管型アンテナ内部に、テフロン（登録商標）といったフッ素樹脂、ポリエチレン樹脂又はポリスチレン樹脂などの誘電体を挿入しても良い。
【００２４】
また、誘電体からなる保護部材により保護されるマイクロ波窓の部分は、環状の導波管型アンテナに対応する部分すべてであることが好ましいが、必ずしもすべてである必要はなく、マイクロ波窓のエッチングによる損耗の分布を見て決めれば良い。
【００２５】
本発明のプラズマ処理装置にあっては、マイクロ波の導入領域を中央部に限定するマイクロ波限定部材が設けてあるので、マイクロ波が伝播する領域、即ちプラズマが生成される領域を、前記マイクロ波限定部材で囲まれる領域内に限定する。これによって、プラズマが生成される領域が容器の内面から離隔され、プラズマによって容器の内面が損耗することが防止される。
【００２６】
しかし、このようなマイクロ波限定部材はアルミニウム等の金属で作製されるため、限定部材の近傍では、マイクロ波の電界が集中しプラズマが強く発生するため、マイクロ波窓の限定部材の内周近傍はエッチングによる損耗の度合いが大きくなる。本発明にあっては、マイクロ波限定部材の内周に倣って誘電体を環状になした保護部材を設けてあるので、このマイクロ波電界集中によるエッチングによる損耗からマイクロ波窓本体を守ることができる。
【００２７】
本発明のプラズマ処理装置にあっては、マイクロ波限定部材のマイクロ波窓に対向する面とは反対側の面及びマイクロ波限定部材の内周面を保護する保護部材が設けられているので、マイクロ波限定部材がプラズマによるスパッタリングから保護されるので、マイクロ波限定部材からのパーティクル発生の虞を低減することができる。
【００２８】
本発明のプラズマ処理装置にあっては、保護部材が石英製であるので、保護部材の温度に拘わらず、マイクロ波の透過性が高い。従って、マイクロ波窓部分が比較的高い温度となるプラズマ処理であっても、再現性が高く、高精度にプラズマ処理を行うことができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明に係るプラズマ処理装置の構造を示す側断面図であり、図２は図１に示したプラズマ処理装置の平面図である。有底円筒形状の反応器１は、その全体がアルミニウムで形成されている。反応器１の上部の開口はマイクロ波窓４で気密状態に封止されている。このマイクロ波窓４は、耐熱性及びマイクロ波透過性を有すると共に誘電損失が小さい、石英ガラス又はアルミナ等の誘電体で形成されている。
【００３０】
前述したマイクロ波窓４には、導電性金属を円形蓋状に成形してなるカバー部材10が外嵌してあり、該カバー部材10は反応器１上に固定してある。カバー部材10の上面には、反応器１内へマイクロ波を導入するためのアンテナ11が固定してある。アンテナ11は、断面視がコ字状の部材を無終端環状に成形してなる環状導波管型アンテナ部11a を、その開口をカバー部材10に対向させて、反応器１の中心軸と同心円状に設けてあり、カバー部材10の環状導波管型アンテナ部11a に対向する部分には複数のスリット15，15，…が開設してある。即ち、本実施の形態では、環状導波管型アンテナ部11a と、スリット15，15，…が開設してあるカバー部材10の環状導波管型アンテナ部11a に対向する部分とから、環状導波管型アンテナが構成されている。
【００３１】
環状導波管型アンテナ部11a は、反応器１の内周面より少し内側に、反応器１の中心軸と同心円上に設けてあり、その外周面に設けた開口の周囲には該環状導波管型アンテナ部11a へマイクロ波を導入するための導入部11b が、環状導波管型アンテナ部11a の直径方向になるように連結してある。この導入部11b 及び環状導波管型アンテナ部11a 内には、テフロン（登録商標）といったフッ素樹脂，ポリエチレン樹脂又はポリスチレン樹脂（好ましくはテフロン）等の誘電体14が内嵌してある。
【００３２】
導入部11b にはマイクロ波発振器30から延設した導波管29が連結してあり、マイクロ波発振器30が発振したマイクロ波は、導波管29を経てアンテナ11の導入部11b に入射される。この入射波は、導入部11b から環状導波管型アンテナ部11a へ導入される。環状導波管型アンテナ部11a へ導入されたマイクロ波は、環状導波管型アンテナ部11a を互いに逆方向へ進行する進行波として、該環状導波管型アンテナ部11a 内の誘電体14中を伝播し、両進行波は、重ね合わされて環状導波管型アンテナ部11a に定在波が生成される。この定在波によって、環状導波管型アンテナ部11a の内面に、所定の間隔で極大値を示す壁面電流が通流する。
【００３３】
このとき、誘電率εｒが２．１のテフロン（登録商標）が誘電体14として挿入してある環状導波管型アンテナ部11a 内を伝播するマイクロ波のモードを基本伝播モードである矩形ＴＥ１０にするには、マイクロ波の周波数２．４５ＧＨｚに応じて、環状導波管型アンテナ部11a の寸法を、高さ２７ｍｍ，幅６６．２ｍｍにすればよい。このモードのマイクロ波は、エネルギを殆ど損失することなく環状導波管型アンテナ部11a 内の誘電体14を伝播する。
【００３４】
また、直径が３８０ｍｍのマイクロ波窓４を用い、環状導波管型アンテナ部11a にεｒが２．１のテフロン（登録商標）を挿入した場合、環状導波管型アンテナ部11a の中心から環状導波管型アンテナ部11a の幅方向の中央までの寸法を、１４１ｍｍにすれば良い。この場合、環状導波管型アンテナ部11a の幅方向の中央を結ぶ円Ｃの周方向の長さ（略８８６ｍｍ）は、該環状導波管型アンテナ部11a 内を伝播するマイクロ波の波長（略１１０ｍｍ）の略整数倍である。そのため、マイクロ波は環状導波管型アンテナ部11a 内で共振して、前述した定在波は、その腹の位置で高電圧・低電流、節の位置で低電圧・高電流となり、アンテナのＱ値が向上する。
【００３５】
ところで、環状導波管型アンテナ部11a 内には誘電体14を装入せずに空洞になしてもよい。しかし、環状導波管型アンテナ部11a 内に誘電体14を装入した場合、環状導波管型アンテナ部11a に入射されたマイクロ波は誘電体14によってその波長が１／√（εｒ）倍（εｒは誘電体の比誘電率）だけ短くなる。従って同じ直径の環状導波管型アンテナ部11a を用いた場合、誘電体14が装入してあるときの方が、誘電体14が装入していないときより、環状導波管型アンテナ部11a の壁面に通流する電流が極大になる位置が多く、その分、スリット15，15，…を多く開設することができる。そのため、処理室２内へマイクロ波をより均一に導入することができる。
【００３６】
図３は、図１及び図２に示したスリット15，15，…を説明する説明図である。図３に示したように、スリット15，15，…は、カバー部材10（図２参照）の環状導波管型アンテナ部11a に対向する部分に、環状導波管型アンテナ部11a の直径方向へ、即ち環状導波管型アンテナ部11a 内を伝播するマイクロ波の進行方向に直交するように短冊状に開設してある。環状導波管型アンテナ部11a が前述した寸法である場合、各スリット15，15，…の長さは５０ｍｍであり、幅は２０ｍｍであり、相隣るスリット15，15の間の距離は略５５ｍｍである。即ち、後述する交点Ｐ1 から２７．５ｍｍの位置に２つのスリット15，15を設け、両スリット15，15から５５ｍｍの間隔で他のスリット15，15，…を設ける。
【００３７】
つまり、各スリット15，15，…は、導入部11b の中心線を延長した延長線Ｌと前述した円Ｃとが交わる２点の内の導入部11b から離隔した側である交点Ｐ1 から、円Ｃに倣ってその両方へ、それぞれ（２ｎ−１）・λｇ／４（ｎは整数、λｇは環状導波管型アンテナ内を伝播するマイクロ波の波長）を隔てた位置に、２つのスリット15，15を開設してあり、両スリット15，15から、円Ｃに倣ってその両方へ、ｍ・λｇ／２（ｍは整数）の間隔で複数の他のスリット15，15，…がそれぞれ開設してある。即ち、スリット15，15，…を前述した定在波の節が形成される位置に設ける。このような構成とすることにより、各スリット15，15，…から効率良くマイクロ波を放射させることができる。
【００３８】
図４は、図２に示したアンテナ11内の誘電体14に分布する電界の強度をシミュレーションした結果を説明する説明図である。真円の環状体の外周に棒状体を設けた形状にテフロンを成形してなる誘電体に、前記棒状体の端部から２．４５ＧＨｚのマイクロ波を入射し、マイクロ波の伝播によって形成される電界の強度をシミュレーションし、同じ電界強度の位置を線で結んだ。その結果、図４に示した如く、誘電体に強電界強度の複数の領域が、環状体の中心及び棒状体の中央を通る軸に対象になるように形成されている。
【００３９】
前述した各スリット15，15，…は、複数の強電界強度の領域（腹）の間の略中央（節）に位置しており、各スリット15，15，…から放出されたマイクロ波はマイクロ波窓４を透過して反応器１内へ導入される。
【００４０】
なお、本実施の形態では、スリット15，15，…は、環状導波管型アンテナ部11a 内を伝播するマイクロ波の進行方向に直交するように開設してあるが、本発明はこれに限らず、前記マイクロ波の進行方向に斜めに交わるようにスリットを開設してもよく、また、マイクロ波の進行方向に開設してもよい。反応器１内に生成されたプラズマによって、アンテナ11内を伝播するマイクロ波の波長が変化して、環状導波管型アンテナ部11a の周壁に通流する電流の極大値を示す位置が変化する場合があるが、マイクロ波の進行方向に斜めに開設したスリット又はマイクロ波の進行方向に開設したスリットにあっては、電流の極大値を示す位置の変化をスリットの領域内に取り込むことができる。
【００４１】
前述したように各スリット15，15，…は、カバー部材10に略放射状に設けてあるため、マイクロ波は反応器１内の全領域に均一に導入される。一方、図１に示したように、アンテナ11は反応器１の直径と同じ直径のカバー部材10上に、該カバー部材10の周縁から突出することなく設けてあるため、反応器１の直径が大きくても、プラズマ処理装置のサイズを可及的に小さく、従って小さなスペースに設置し得る。
【００４２】
処理室２の底部壁中央には、試料Ｗを載置する載置台３が設けてあり、載置台３にはマッチングボックス６を介して高周波電源７が接続されている。処理室２の周囲壁には該周囲壁を貫通する貫通孔が開設してあり、該貫通孔には、処理室２内へ反応ガスを導入するガス導入管５が嵌合してある。また、処理室２の底部壁には排気口８が開設してあり、排気口８から処理室２の内気を排出するようになしてある。
【００４３】
反応器１の上端であって反応器１の内側の部分には、他の部分より一段低くした段差部1aが、反応器１の上部開口に倣って設けてある。段差部1aにはマイクロ波窓４を内面を保護する環状保護板９の外周縁部が嵌合してあり、環状保護板９は、マイクロ波窓４及び反応器１の段差部1aによって挟持されている。この環状保護板９は厚さが３ｍｍ程度の誘電体、好ましくは石英ガラスで形成してあり、環状保護板９の内周縁部は、前述したスリット15，15，…の環状導波管型アンテナ部11a の内周面側の端部に対向させてある。環状保護板９は、カバー部材10及びマイクロ波窓４を取り外すことによって、容易に取り替えることができる。
【００４４】
このようなプラズマ処理装置を用いて試料Ｗの表面にエッチング処理を施すには、排気口８から排気して処理室２内を所望の圧力まで減圧した後、ガス導入管５から処理室２内に反応ガスを供給する。次いで、マイクロ波発振器30から２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発振させ、それを導波管29を経てアンテナ11に導入し、環状導波管型アンテナ部11a に定在波を形成させる。環状導波管型アンテナ部11a の下面のスリット15，15，…から放射された電界は、マイクロ波窓４を透過して処理室２内に導入され、処理室２内にプラズマが生成される。このプラズマにより載置台３上の試料Ｗの表面がエッチングされる。
【００４５】
また、マイクロ波発振器30の発振による発振と同時的にマッチングボックス６を介して高周波電源７から載置台３に高周波を印加してもよい。載置台３に高周波を印加することにより、プラズマ中のイオンを制御しつつ、載置台３上の試料Ｗの表面をエッチングすることができる。
【００４６】
図５は、所定時間プラズマ処理を行った後のマイクロ波窓４及び環状保護板９の内面を示す背面図である。厚さが１８ｍｍのマイクロ波窓４及び厚さが３ｍｍの環状保護板９を用い、反応ガスとしてシリコン酸化膜のエッチングに使用するＣ4 Ｆ8 、ＣＯ、Ｏ2 及びＡｒガスを反応器内へ導入しつつ、略５０００分連続的にプラズマを生成した後、マイクロ波窓４の複数の領域Ｒ0 〜Ｒ4 、及び環状保護板９の複数の領域Ｒ11〜Ｒ42における状態を検査した。
【００４７】
その結果、図５に示した如く、環状保護板９の領域Ｒ11〜Ｒ22は前述したスリット15，15，…（図２参照）に略対向しているが、これらの領域Ｒ11〜Ｒ22にあっては、環状保護板９の厚さはプラズマ処理の前後でほとんど変化しなかった。しかし、環状保護板９のスリット15，15，…の間に略対向する領域Ｒ31〜Ｒ42にあっては、環状保護板９の厚さが０．７ｍｍ〜１．６ｍｍ程度薄くなっていた。即ち、環状保護板９では、スリットに直接対面している領域Ｒ11〜Ｒ22よりむしろ、スリットとスリットとの間に対面している領域Ｒ31〜Ｒ42でエッチングによる損耗が激しかった。一方、マイクロ波窓４にあっては何れの領域Ｒ0 〜Ｒ4 であっても、プラズマ処理の前後で厚さは変化しなかった。
【００４８】
このように、アンテナ11の環状導波管型アンテナ部11a から反応器１内へマイクロ波を放射してシリコン酸化膜をエッチングする場合であっても、環状導波管型アンテナ部11a に応じて配設した環状保護板９によって、マイクロ波窓４の内面が保護されているため、前記エッチングによってマイクロ波窓４が損耗することが防止される。
【００４９】
環状保護板９は容易に交換し得るようになしてあり、環状保護板９の厚さに応じて定めたのべ時間だけプラズマ処理を行った後、新たな環状保護板９に交換する。環状保護板９の交換に要するコストは、マイクロ波窓４の交換に要するコストに比べて非常に少ないため、酸化膜をエッチングする場合でも、プラズマ処理装置のランニングコストを可及的に少なくすることができる。
【００５０】
（実施の形態２）
図６は実施の形態２を示す平面図である。なお、図中、図２に示した部分に対応する部分には同じ番号を付してその説明を省略する。カバー部材10上には、一端側を、Ｃ字状（円弧状）又は一巻き渦巻き状等（図６にあってはＣ字状）に曲成してなる曲成部12a の端部を閉塞してある有終端環状の導波管型アンテナ12が設けてあり、導波管型アンテナ12の他端はマイクロ波発振器30に連接した導波管29が連結してある。そして、カバー部材10の導波管型アンテナ12に対向する部分には、複数のスリット15，15，…が開設してある。
【００５１】
図７は、図６に示したスリット15，15，…を説明する説明図である。図６に示したように、スリット15，15，…は、カバー部材10（図６参照）の導波管型アンテナ12に対向する部分に、導波管型アンテナ12の中心軸Ｌ1 に直交するように開設してあり、各スリット15，15，…の開設位置は、導波管型アンテナ12の閉塞した端部からｍ・λｇ／２の位置に定めてある。
【００５２】
なお、本実施の形態では、一端側を、Ｃ字状に曲成し、端部を閉塞してなる有終端環状の導波管型アンテナ12を設けた場合について説明したが、本発明はこれに限らず、図２に示した如き、環状導波管型アンテナ部内の適宜位置に、マイクロ波を反射する隔壁を設けてなる有終端環状の導波管型アンテナを設けてもよいことはいうまでもない。
【００５３】
（実施の形態３）
図８は実施の形態３を示す側断面図であり、反応器１の上端部に環状の導電性プレート19を配設した場合を示している。なお、図中、図１に示した部分に対応する部分には同じ番号を付してその説明を省略する。図８に示した如く、反応器１の上端部には環状の導電性プレート19の外縁部が固定してあり、導電性プレート19は電気的に接地してある。導電性プレート19の上面であって内周縁部には、他の部分の厚さより薄くした段差部19a が設けてあり、該段差部19a に環状保護板９の外周縁部を嵌合することによって、段差部19a 及びマイクロ波窓４で環状保護板９を挟持してある。
【００５４】
前述した導電性プレート19の下面に対向して、断面視が略曲尺形状であり環状の第２保護板22が配設しあり、第２保護板22の外縁部は導電性プレート19及び反応器１の上端部によって挟持されている。この第２保護板22によって、導電性プレート19の内周面及び下面が保護されている。なお、第２保護板22は石英又はＳｉＣ等で作成してある。
【００５５】
このようなプラズマ処理装置にあっては、導電性プレート19によって、マイクロ波が導入される領域を導電性プレート19の内側に限定することができるため、プラズマが生成される領域が反応器１の内面から離隔され、プラズマによって反応器１の内面が損耗してパーティクルが発生することが防止される。更に、導電性プレート19によって、マイクロ波窓４が支持されるため、マイクロ波窓４の安定性が向上する。
【００５６】
（実施の形態４）
図９は実施の形態４を示す側断面図であり、図10は図９に示したプラズマ処理装置の平面図である。有底円筒状の反応器１は、その全体がアルミニウムといった金属で形成されている。反応器１の上端部には、内周面に溝が設けてあるリング部材21が取り付けてあり、リング部材21の溝に環状マイクロ波窓14の外周縁部を嵌合して環状マイクロ波窓24がリング部材21に支持されている。
【００５７】
リング部材21上面には、該リング部材21の外直径と略同じ外直径であり、前述した環状マイクロ波窓24の内直径と略同じ内直径である円筒状のブロック部材25がリング部材21に螺子止めしてある。このブロック部材25はアルミニウムといった金属で形成してある。ブロック部材25の環状マイクロ波窓24に対向する部分に断面視が矩形の溝を開設してなる環状導波管型アンテナ部11a が形成してあり、ブロック部材25の周面に、環状導波管型アンテナ部11a に連通する矩形穴を開設してなる導入部11b が形成してある。また、環状導波管型アンテナ部11a の底部には、アルミニウム製の環状の板部材16が嵌合してあり、該板部材16には複数のスリット15，15，…が周方向に所定の距離を隔てて開設してある。導入部11b 及び環状導波管型アンテナ部11a 内には、誘電体14が内嵌してある。即ち、本実施の形態では、環状導波管型アンテナ部11a と、スリット15，15，…が開設してある板部材16とから、環状導波管型アンテナが構成されている。
【００５８】
ブロック部材25の周面であって、導入部11b の開口の周囲にはマイクロ波発振器30から延設した導波管29が連結してあり、マイクロ波発振器30が発振したマイクロ波は、導波管29を経てアンテナ11の導入部11b に入射される。
【００５９】
前述したブロック部材25にはアルミニウムを円柱状に成形してなる加熱ブロック26が、該加熱ブロック26の下面が環状マイクロ波窓24の下面より少し高い位置になるように着脱自在に内嵌してあり、加熱ブロック26には、加熱源であるヒータ28が埋設してある。
【００６０】
加熱ブロック26の下面中央には円筒状の凹部が設けてあり、該凹部を導体又は半導体の材料を円板状に成形してなる対向電極18で閉塞してガス拡散室20が設けてある。対向電極18は加熱ブロック26に着脱自在に螺子止めしてあり、また、対向電極18は切換スイッチ60により、電気的に接地するか、又はマッチングボックス6bを介して高周波電源7bに接続することにより高周波を印加するかを切り換えられる構成になっている。また、反応器１、リング部材21、環状マイクロ波窓24、ブロック部材25及び加熱ブロック26が互いに接合する部分には、それらを気密状態に封止すべく耐熱性のＯリング17，17，…（一部省略）がそれぞれ介装してある。
【００６１】
ガス拡散室20には、加熱ブロック26を貫通するガス導入管５が連通してある。ガス導入管５からガス拡散室20に供給されたガスは、そこで拡散均一化された後、対向電極18に開設した複数の貫通孔から処理室２内へ導入される。処理室２の底部壁中央には、被処理物Ｗを載置する載置台３が昇降自在に設けてあり、載置台３にはマッチングボックス6aを介して高周波電源7aが接続されている。また、処理室２の周囲壁には排気口８が開設してあり、排気口８から処理室２の内気を排出するようになしてある。
【００６２】
前述したリング部材21の溝には環状の導電性プレート19の外縁部が、該導電性プレート19が環状マイクロ波窓24の内面に対向するように嵌合してあり、導電性プレート19は電気的に接地してある。導電性プレート19の上面であって内周縁部には、他の部分の厚さより薄くした段差部19a が設けてあり、該段差部19a に環状保護板９の外周縁部を嵌合することによって段差部19a 及び環状マイクロ波窓24で環状保護板19が挟持されている。また、導電性プレート19の下面に対向して、断面視が略曲尺形状であり環状の第２保護板22が配設しあり、該第２保護板22によって、導電性プレート19の内周面及び下面が保護されている。
【００６３】
このようなプラズマ処理装置にあっては、導電性プレート19によってプラズマが生成される領域を反応器１の内面から離隔することができ、プラズマによって反応器１の内面が損耗してパーティクルが発生することを防止する。
【００６４】
【発明の効果】
本発明に係るプラズマ処理装置にあっては、プラズマ処理装置の水平方向の寸法を可及的に小さくすることができると共に、プラズマ装置のランニングコストを低減することができる。
【００６５】
本発明に係るプラズマ処理装置にあっては、マイクロ波限定部材によってプラズマが生成される領域が容器の内面から離隔され、プラズマによって容器の内面が損耗することが防止される一方、マイクロ波限定部材の内周に倣って誘電体を環状になした保護部材を設けてあるので、このマイクロ波電界集中によるエッチングによる損耗からマイクロ波窓本体を守ることができる。
【００６６】
本発明のプラズマ処理装置にあっては、マイクロ波限定部材がプラズマによるスパッタリングから保護され、マイクロ波限定部材からのパーティクル発生の虞を低減することができる。
【００６７】
本発明のプラズマ処理装置にあっては、マイクロ波窓部分が比較的高い温度となるプラズマ処理であっても、再現性が高く、高精度にプラズマ処理を行うことができる等、本発明は優れた効果を奏する。
【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構造を示す側断面図である。
【図２】図１に示したプラズマ処理装置の平面図である。
【図３】図１及び図２に示したスリットを説明する説明図である。
【図４】図２に示したアンテナ内の誘電体に分布する電界の強度をシミュレーションした結果を説明する説明図である。
【図５】所定時間プラズマ処理を行った後のマイクロ波窓及び環状保護板の内面を示す背面図である。
【図６】実施の形態２を示す平面図である。
【図７】図６に示したスリットを説明する説明図である。
【図８】実施の形態３を示す側断面図である。
【図９】実施の形態４を示す側断面図である。
【図１０】図９に示したプラズマ処理装置の平面図である。
【図１１】特開昭62−5600号公報及び特開昭62−99481 号公報に開示した装置と同タイプのプラズマ処理装置を示す側断面図である。
【図１２】図11に示したプラズマ処理装置の平面図である。
【符号の説明】
１ 反応器
１ａ 段差部
２ 処理室
４ マイクロ波窓
９ 環状保護板
１１ アンテナ
１１ａ 環状導波管型アンテナ部
１５ スリット
１９ 導電性プレート
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波を用いて生成したプラズマによって、半導体基板又は液晶ディスプレイ用ガラス基板等にエッチング又はアッシング等の処理を施す装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
反応ガスに外部からエネルギを与えて生じるプラズマは、ＬＳＩ又はＬＣＤ等の製造プロセスにおいて広く用いられている。特に、ドライエッチングプロセスにおいて、プラズマの利用は不可欠の基本技術となっている。このプラズマによって処理される基板の寸法が大きくなるのに伴って、より広い領域にプラズマを均一に発生させることが要求されている。そのため、本願出願人は、特開昭62−5600号公報及び特開昭62−99481 号公報等において次のような装置を提案している。
【０００３】
図11は、特開昭62−5600号公報及び特開昭62−99481 号公報に開示した装置と同タイプのプラズマ処理装置を示す側断面図であり、図12は図11に示したプラズマ処理装置の平面図である。矩形箱状の反応器31は、その全体がアルミニウムで形成されている。反応器31の上部開口はマイクロ波窓34で気密状態に封止されている。このマイクロ波窓34は、耐熱性及びマイクロ波透過性を有すると共に誘電損失が小さい、石英ガラス又はアルミナ等の誘電体で形成されている。
【０００４】
反応器31には、該反応器31の上部を覆う長方形箱状のカバー部材40が連結してある。このカバー部材40内の天井部分には誘電体線路41が取り付けてある。誘電体線路41は、テフロン（登録商標）といったフッ素樹脂，ポリエチレン樹脂又はポリスチレン樹脂等の誘電体を、矩形と三角形とを組み合わせた略五角形の頂点に凸部を設けた板形状に成形してなり、前記凸部をカバー部材40の周面に連結した導波管51に内嵌させてある。導波管51にはマイクロ波発振器50が連結してあり、マイクロ波発振器50が発振したマイクロ波は、導波管51によって誘電体線路41の凸部に入射される。
【０００５】
前述した如く、誘電体線路41の凸部の基端側は、平面視が略三角形状のテーパ部41a になしてあり、前記凸部に入射されたマイクロ波はテーパ部41a に倣ってその幅方向に拡げられ誘電体線路41の全体に伝播する。このマイクロ波はカバー部材40の導波管51に対向する端面で反射し、入射波と反射波とが重ね合わされて誘電体線路41に定在波が形成される。
【０００６】
反応器31の内部は処理室32になっており、処理室32の周囲壁を貫通する貫通穴に嵌合させたガス導入管35から処理室32内に所要のガスが導入される。処理室32の底部壁中央には、試料Ｗを載置する載置台33が設けてあり、載置台33にはマッチングボックス36を介して数百ＫＨｚ〜十数ＭＨｚのＲＦ電源37が接続されている。また、反応器31の底部壁には排気口38が開設してあり、排気口38から処理室32の内気を排出するようになしてある。
【０００７】
このようなマイクロ波プラズマ処理装置を用いて試料Ｗの表面にエッチング処理を施すには、排気口38から排気して処理室32内を所望の圧力まで減圧した後、ガス導入管35から処理室32内に反応ガスを供給する。次いで、マイクロ波発振器50からマイクロ波を発振させ、これを導波管51を介して誘電体線路41に導入する。このとき、テーパ部41a によってマイクロ波は誘電体線路41内で均一に拡がり、誘電体線路41内に定在波を形成する。この定在波によって、誘電体線路41の下方に漏れ電界が形成され、それがマイクロ波窓34を透過して処理室32内へ導入される。このようにして、マイクロ波が処理室32内へ伝播する。これにより、処理室32内にプラズマが生成され、そのプラズマによって試料Ｗの表面をエッチングする。これによって、大口径の試料Ｗを処理すべく反応器31の直径を大きくしても、その反応器31の全領域へマイクロ波を均一に導入することができ、大口径の試料Ｗを比較的均一にプラズマ処理することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来のプラズマ処理装置では、誘電体線路41にマイクロ波を均一に拡がらせるために、マイクロ波窓34及び反応器31の縁部から水平方向へ突出させたテーパ部41a を設けてあり、このテーパ部41a は、誘電体線路41の面積、即ち処理室32の直径に応じて所定の寸法に定めてある。そのため、従来のプラズマ処理装置を設置する場合、反応器31の周縁から突出させたテーパ部41a を格納するための水平方向のスペースを余分に確保しなければならない。ところで、試料Ｗの大口径化に伴って、反応器31の直径が更に大きいプラズマ処理装置が要求されている。このとき、装置の設置場所を手当てする必要がないこと、即ち、可及的に狭いスペースで設置し得ることも要求されている。しかしながら、従来の装置にあっては、テーパ部41a の寸法は反応器31の直径に応じて定めるため、前述した両要求を共に満足することができないという問題があった。
【０００９】
一方、前述した如きプラズマ処理装置にあっては、例えば、石英（ＳｉＯ2 ）製のマイクロ波窓34のもとで、試料Ｗ上のシリコン酸化（ＳｉＯ2 ）膜をエッチングする場合などがある。これは、シリコン酸化（ＳｉＯ2 ）膜をエッチングする場合、マイクロ波窓34及び反応器31の壁などプラズマに曝されている部分を高温に維持することによりエッチング選択比を向上できることが知られており、石英製のマイクロ波窓34はその温度に拘わらずマイクロ波透過性がほとんど変化しないために、用いられるのである。
【００１０】
しかし、酸化膜のエッチングに伴って、石英製のマイクロ波窓34もエッチングされるので、マイクロ波窓34の強度が低下する。そのため、適宜の時間間隔で新たなマイクロ波窓34に交換しなければならないが、真空隔壁たるマイクロ波窓34は高価であり、プラズマ処理装置のランニングコストが高くなるという問題があった。
【００１１】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、反応器の直径が大きくても、装置全体のサイズを可及的に小さくでき、また試料に設けた酸化膜をエッチングする場合でも、ランニングコストが可及的に少ないプラズマ処理装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、マイクロ波窓に対面してマイクロ波を放射するスリットを設けた環状の導波管型アンテナによりマイクロ波を供給し、マイクロ波窓を介して容器内にマイクロ波を導入する構成により、即ち中央部にマイクロ波の供給部がない構成であっても、容器内にプラズマを均一に発生できることを知見した。しかし、環状の導波管型アンテナによりマイクロ波を放射する構成とすると、マイクロ波窓の容器内側で環状の導波管型アンテナに対向する対向部分、特にスリットとスリットとの間にマイクロ波の電界集中しプラズマがその近傍で強く発生するため、例えば石英製のマイクロ波窓の装置でシリコン酸化膜をエッチングする場合などのように、マイクロ波窓のその部分がより高速でエッチングされる場合があった。、そこで、本発明者は、マイクロ波窓の前記部分に対向させて誘電体からなる保護部材を配設することにより、マイクロ波窓本体をエッチングから守ることができることを更に知見して、本発明を完成させた。
【００１３】
即ち、本発明に係るプラズマ処理装置は、マイクロ波窓を設けてなる容器内に、前記マイクロ波窓に対向して配置され対向する面にスリットを有する環状の導波管型アンテナからマイクロ波を放射して、前記マイクロ波窓を介して前記容器内にマイクロ波を導入することによってプラズマを生成し、生成したプラズマにより前記容器内に設けてある載置台に載置した試料を処理するプラズマ処理装置であって、マイクロ波窓の容器内側の面であって、前記導波管型アンテナに対向する対向部分に対応する部分を保護する誘電体からなる保護部材が、マイクロ波窓の前記部分に対向させて着脱自在に配設してあり、前記保護部材は環状であり該保護部材の内周縁部は前記導波管型アンテナのスリット、及び、スリットとスリットとの間に対向していることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係るプラズマ処理装置は、マイクロ波窓を設けてなる容器内に、前記マイクロ波窓に対向して配置され対向する面にスリットを有する環状の導波管型アンテナからマイクロ波を放射して、前記マイクロ波窓を介して前記容器内にマイクロ波を導入することによってプラズマを生成し、生成したプラズマにより前記容器内に設けてある載置台に載置した試料を処理するプラズマ処理装置であって、マイクロ波窓の容器内側の面であって、前記導波管型アンテナに対向する対向部分に対応する部分を保護する誘電体からなる保護部材が、マイクロ波窓の前記部分に対向させて着脱自在に配設してあり、前記保護部材は環状であり該保護部材の内周縁部は前記導波管型アンテナのスリット、及び、スリットとスリットとの間に対向しており、前記容器内に、マイクロ波の導入領域を中央部に限定するマイクロ波限定部材が設けてあり、該マイクロ波限定部材の内周に倣って誘電体を環状になした前記保護部材と、前記マイクロ波限定部材のマイクロ波窓に対向する面とは反対側の面及び前記マイクロ波限定部材の内周面を保護する第２保護部材とを備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係るプラズマ処理装置は、前記保護部材は石英で形成してあることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係るプラズマ処理装置は、無終端環状の導波管型アンテナが配置してあることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係るプラズマ処理装置は、有終端環状の導波管型アンテナが配置してあることを特徴とする。
【００２０】
本発明のプラズマ処理装置にあっては、マイクロ波窓に対面してマイクロ波を放射するスリットを設けた環状の導波管型アンテナによりマイクロ波を供給する構成としたので、誘電体線路に設けたテーパ部のようなマイクロ波を均一に拡がらせる部分がなくても、マイクロ波が放射されるスリットの環状の配置、即ち環状の導波管型アンテナの直径、スリットの形状及び配置、更に、導波管の断面形状及びマイクロ波の伝搬モードを考慮することにより、プラズマが均一に発生するように容器内にマイクロ波を供給することができる。
【００２１】
従って、誘電体線路に設けたテーパ部のような突出部がなく、プラズマ処理装置の寸法を可及的に小さくすることができる。更に、プラズマによりエッチングされやすい環状の導波管型アンテナに対向するマイクロ波窓の対応する部分に、誘電体からなる保護部材を着脱自在に配置してあるので、マイクロ波の導入を可能としたまま、マイクロ波窓本体をエッチングによる損耗から守ることができる。一方、保護部材はマイクロ波窓本体の代わりにエッチングされるが、着脱自在に配設されているので、適宜の時間間隔で新たな保護部材に交換すればよい。保護部材の交換に要するコストは、マイクロ波窓本体の交換に要するコストの十数分の一と少ないため、プラズマ処理装置のランニングコストを低減することができる。
【００２２】
本発明のプラズマ処理装置にあっては、更に、環状の導波管型アンテナ構造を採用することにより、マイクロ波窓を環状とし、この環状のマイクロ波窓に内嵌させて対向電極を設ける構造が可能になり、この対向電極に高周波を印加するか、又は電気的に接地することにより、プラズマのより高度な制御を行うことができる。
【００２３】
なお、本発明の導波管型アンテナは、無終端環状のものがスリットを放射状に均一に設けられ、マイクロ波を環状に均一に容器内に導入できるので好ましいが、有終端環状であっても良い。また、環状の導波管型アンテナ内部に、テフロン（登録商標）といったフッ素樹脂、ポリエチレン樹脂又はポリスチレン樹脂などの誘電体を挿入しても良い。
【００２４】
また、誘電体からなる保護部材により保護されるマイクロ波窓の部分は、環状の導波管型アンテナに対応する部分すべてであることが好ましいが、必ずしもすべてである必要はなく、マイクロ波窓のエッチングによる損耗の分布を見て決めれば良い。
【００２５】
本発明のプラズマ処理装置にあっては、マイクロ波の導入領域を中央部に限定するマイクロ波限定部材が設けてあるので、マイクロ波が伝播する領域、即ちプラズマが生成される領域を、前記マイクロ波限定部材で囲まれる領域内に限定する。これによって、プラズマが生成される領域が容器の内面から離隔され、プラズマによって容器の内面が損耗することが防止される。
【００２６】
しかし、このようなマイクロ波限定部材はアルミニウム等の金属で作製されるため、限定部材の近傍では、マイクロ波の電界が集中しプラズマが強く発生するため、マイクロ波窓の限定部材の内周近傍はエッチングによる損耗の度合いが大きくなる。本発明にあっては、マイクロ波限定部材の内周に倣って誘電体を環状になした保護部材を設けてあるので、このマイクロ波電界集中によるエッチングによる損耗からマイクロ波窓本体を守ることができる。
【００２７】
本発明のプラズマ処理装置にあっては、マイクロ波限定部材のマイクロ波窓に対向する面とは反対側の面及びマイクロ波限定部材の内周面を保護する保護部材が設けられているので、マイクロ波限定部材がプラズマによるスパッタリングから保護されるので、マイクロ波限定部材からのパーティクル発生の虞を低減することができる。
【００２８】
本発明のプラズマ処理装置にあっては、保護部材が石英製であるので、保護部材の温度に拘わらず、マイクロ波の透過性が高い。従って、マイクロ波窓部分が比較的高い温度となるプラズマ処理であっても、再現性が高く、高精度にプラズマ処理を行うことができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明に係るプラズマ処理装置の構造を示す側断面図であり、図２は図１に示したプラズマ処理装置の平面図である。有底円筒形状の反応器１は、その全体がアルミニウムで形成されている。反応器１の上部の開口はマイクロ波窓４で気密状態に封止されている。このマイクロ波窓４は、耐熱性及びマイクロ波透過性を有すると共に誘電損失が小さい、石英ガラス又はアルミナ等の誘電体で形成されている。
【００３０】
前述したマイクロ波窓４には、導電性金属を円形蓋状に成形してなるカバー部材10が外嵌してあり、該カバー部材10は反応器１上に固定してある。カバー部材10の上面には、反応器１内へマイクロ波を導入するためのアンテナ11が固定してある。アンテナ11は、断面視がコ字状の部材を無終端環状に成形してなる環状導波管型アンテナ部11a を、その開口をカバー部材10に対向させて、反応器１の中心軸と同心円状に設けてあり、カバー部材10の環状導波管型アンテナ部11a に対向する部分には複数のスリット15，15，…が開設してある。即ち、本実施の形態では、環状導波管型アンテナ部11a と、スリット15，15，…が開設してあるカバー部材10の環状導波管型アンテナ部11a に対向する部分とから、環状導波管型アンテナが構成されている。
【００３１】
環状導波管型アンテナ部11a は、反応器１の内周面より少し内側に、反応器１の中心軸と同心円上に設けてあり、その外周面に設けた開口の周囲には該環状導波管型アンテナ部11a へマイクロ波を導入するための導入部11b が、環状導波管型アンテナ部11a の直径方向になるように連結してある。この導入部11b 及び環状導波管型アンテナ部11a 内には、テフロン（登録商標）といったフッ素樹脂，ポリエチレン樹脂又はポリスチレン樹脂（好ましくはテフロン）等の誘電体14が内嵌してある。
【００３２】
導入部11b にはマイクロ波発振器30から延設した導波管29が連結してあり、マイクロ波発振器30が発振したマイクロ波は、導波管29を経てアンテナ11の導入部11b に入射される。この入射波は、導入部11b から環状導波管型アンテナ部11a へ導入される。環状導波管型アンテナ部11a へ導入されたマイクロ波は、環状導波管型アンテナ部11a を互いに逆方向へ進行する進行波として、該環状導波管型アンテナ部11a 内の誘電体14中を伝播し、両進行波は、重ね合わされて環状導波管型アンテナ部11a に定在波が生成される。この定在波によって、環状導波管型アンテナ部11a の内面に、所定の間隔で極大値を示す壁面電流が通流する。
【００３３】
このとき、誘電率εｒが２．１のテフロン（登録商標）が誘電体14として挿入してある環状導波管型アンテナ部11a 内を伝播するマイクロ波のモードを基本伝播モードである矩形ＴＥ１０にするには、マイクロ波の周波数２．４５ＧＨｚに応じて、環状導波管型アンテナ部11a の寸法を、高さ２７ｍｍ，幅６６．２ｍｍにすればよい。このモードのマイクロ波は、エネルギを殆ど損失することなく環状導波管型アンテナ部11a 内の誘電体14を伝播する。
【００３４】
また、直径が３８０ｍｍのマイクロ波窓４を用い、環状導波管型アンテナ部11a にεｒが２．１のテフロン（登録商標）を挿入した場合、環状導波管型アンテナ部11a の中心から環状導波管型アンテナ部11a の幅方向の中央までの寸法を、１４１ｍｍにすれば良い。この場合、環状導波管型アンテナ部11a の幅方向の中央を結ぶ円Ｃの周方向の長さ（略８８６ｍｍ）は、該環状導波管型アンテナ部11a 内を伝播するマイクロ波の波長（略１１０ｍｍ）の略整数倍である。そのため、マイクロ波は環状導波管型アンテナ部11a 内で共振して、前述した定在波は、その腹の位置で高電圧・低電流、節の位置で低電圧・高電流となり、アンテナのＱ値が向上する。
【００３５】
ところで、環状導波管型アンテナ部11a 内には誘電体14を装入せずに空洞になしてもよい。しかし、環状導波管型アンテナ部11a 内に誘電体14を装入した場合、環状導波管型アンテナ部11a に入射されたマイクロ波は誘電体14によってその波長が１／√（εｒ）倍（εｒは誘電体の比誘電率）だけ短くなる。従って同じ直径の環状導波管型アンテナ部11a を用いた場合、誘電体14が装入してあるときの方が、誘電体14が装入していないときより、環状導波管型アンテナ部11a の壁面に通流する電流が極大になる位置が多く、その分、スリット15，15，…を多く開設することができる。そのため、処理室２内へマイクロ波をより均一に導入することができる。
【００３６】
図３は、図１及び図２に示したスリット15，15，…を説明する説明図である。図３に示したように、スリット15，15，…は、カバー部材10（図２参照）の環状導波管型アンテナ部11a に対向する部分に、環状導波管型アンテナ部11a の直径方向へ、即ち環状導波管型アンテナ部11a 内を伝播するマイクロ波の進行方向に直交するように短冊状に開設してある。環状導波管型アンテナ部11a が前述した寸法である場合、各スリット15，15，…の長さは５０ｍｍであり、幅は２０ｍｍであり、相隣るスリット15，15の間の距離は略５５ｍｍである。即ち、後述する交点Ｐ1 から２７．５ｍｍの位置に２つのスリット15，15を設け、両スリット15，15から５５ｍｍの間隔で他のスリット15，15，…を設ける。
【００３７】
つまり、各スリット15，15，…は、導入部11b の中心線を延長した延長線Ｌと前述した円Ｃとが交わる２点の内の導入部11b から離隔した側である交点Ｐ1 から、円Ｃに倣ってその両方へ、それぞれ（２ｎ−１）・λｇ／４（ｎは整数、λｇは環状導波管型アンテナ内を伝播するマイクロ波の波長）を隔てた位置に、２つのスリット15，15を開設してあり、両スリット15，15から、円Ｃに倣ってその両方へ、ｍ・λｇ／２（ｍは整数）の間隔で複数の他のスリット15，15，…がそれぞれ開設してある。即ち、スリット15，15，…を前述した定在波の節が形成される位置に設ける。このような構成とすることにより、各スリット15，15，…から効率良くマイクロ波を放射させることができる。
【００３８】
図４は、図２に示したアンテナ11内の誘電体14に分布する電界の強度をシミュレーションした結果を説明する説明図である。真円の環状体の外周に棒状体を設けた形状にテフロンを成形してなる誘電体に、前記棒状体の端部から２．４５ＧＨｚのマイクロ波を入射し、マイクロ波の伝播によって形成される電界の強度をシミュレーションし、同じ電界強度の位置を線で結んだ。その結果、図４に示した如く、誘電体に強電界強度の複数の領域が、環状体の中心及び棒状体の中央を通る軸に対象になるように形成されている。
【００３９】
前述した各スリット15，15，…は、複数の強電界強度の領域（腹）の間の略中央（節）に位置しており、各スリット15，15，…から放出されたマイクロ波はマイクロ波窓４を透過して反応器１内へ導入される。
【００４０】
なお、本実施の形態では、スリット15，15，…は、環状導波管型アンテナ部11a 内を伝播するマイクロ波の進行方向に直交するように開設してあるが、本発明はこれに限らず、前記マイクロ波の進行方向に斜めに交わるようにスリットを開設してもよく、また、マイクロ波の進行方向に開設してもよい。反応器１内に生成されたプラズマによって、アンテナ11内を伝播するマイクロ波の波長が変化して、環状導波管型アンテナ部11a の周壁に通流する電流の極大値を示す位置が変化する場合があるが、マイクロ波の進行方向に斜めに開設したスリット又はマイクロ波の進行方向に開設したスリットにあっては、電流の極大値を示す位置の変化をスリットの領域内に取り込むことができる。
【００４１】
前述したように各スリット15，15，…は、カバー部材10に略放射状に設けてあるため、マイクロ波は反応器１内の全領域に均一に導入される。一方、図１に示したように、アンテナ11は反応器１の直径と同じ直径のカバー部材10上に、該カバー部材10の周縁から突出することなく設けてあるため、反応器１の直径が大きくても、プラズマ処理装置のサイズを可及的に小さく、従って小さなスペースに設置し得る。
【００４２】
処理室２の底部壁中央には、試料Ｗを載置する載置台３が設けてあり、載置台３にはマッチングボックス６を介して高周波電源７が接続されている。処理室２の周囲壁には該周囲壁を貫通する貫通孔が開設してあり、該貫通孔には、処理室２内へ反応ガスを導入するガス導入管５が嵌合してある。また、処理室２の底部壁には排気口８が開設してあり、排気口８から処理室２の内気を排出するようになしてある。
【００４３】
反応器１の上端であって反応器１の内側の部分には、他の部分より一段低くした段差部1aが、反応器１の上部開口に倣って設けてある。段差部1aにはマイクロ波窓４を内面を保護する環状保護板９の外周縁部が嵌合してあり、環状保護板９は、マイクロ波窓４及び反応器１の段差部1aによって挟持されている。この環状保護板９は厚さが３ｍｍ程度の誘電体、好ましくは石英ガラスで形成してあり、環状保護板９の内周縁部は、前述したスリット15，15，…の環状導波管型アンテナ部11a の内周面側の端部に対向させてある。環状保護板９は、カバー部材10及びマイクロ波窓４を取り外すことによって、容易に取り替えることができる。
【００４４】
このようなプラズマ処理装置を用いて試料Ｗの表面にエッチング処理を施すには、排気口８から排気して処理室２内を所望の圧力まで減圧した後、ガス導入管５から処理室２内に反応ガスを供給する。次いで、マイクロ波発振器30から２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発振させ、それを導波管29を経てアンテナ11に導入し、環状導波管型アンテナ部11a に定在波を形成させる。環状導波管型アンテナ部11a の下面のスリット15，15，…から放射された電界は、マイクロ波窓４を透過して処理室２内に導入され、処理室２内にプラズマが生成される。このプラズマにより載置台３上の試料Ｗの表面がエッチングされる。
【００４５】
また、マイクロ波発振器30の発振による発振と同時的にマッチングボックス６を介して高周波電源７から載置台３に高周波を印加してもよい。載置台３に高周波を印加することにより、プラズマ中のイオンを制御しつつ、載置台３上の試料Ｗの表面をエッチングすることができる。
【００４６】
図５は、所定時間プラズマ処理を行った後のマイクロ波窓４及び環状保護板９の内面を示す背面図である。厚さが１８ｍｍのマイクロ波窓４及び厚さが３ｍｍの環状保護板９を用い、反応ガスとしてシリコン酸化膜のエッチングに使用するＣ4 Ｆ8 、ＣＯ、Ｏ2 及びＡｒガスを反応器内へ導入しつつ、略５０００分連続的にプラズマを生成した後、マイクロ波窓４の複数の領域Ｒ0 〜Ｒ4 、及び環状保護板９の複数の領域Ｒ11〜Ｒ42における状態を検査した。
【００４７】
その結果、図５に示した如く、環状保護板９の領域Ｒ11〜Ｒ22は前述したスリット15，15，…（図２参照）に略対向しているが、これらの領域Ｒ11〜Ｒ22にあっては、環状保護板９の厚さはプラズマ処理の前後でほとんど変化しなかった。しかし、環状保護板９のスリット15，15，…の間に略対向する領域Ｒ31〜Ｒ42にあっては、環状保護板９の厚さが０．７ｍｍ〜１．６ｍｍ程度薄くなっていた。即ち、環状保護板９では、スリットに直接対面している領域Ｒ11〜Ｒ22よりむしろ、スリットとスリットとの間に対面している領域Ｒ31〜Ｒ42でエッチングによる損耗が激しかった。一方、マイクロ波窓４にあっては何れの領域Ｒ0 〜Ｒ4 であっても、プラズマ処理の前後で厚さは変化しなかった。
【００４８】
このように、アンテナ11の環状導波管型アンテナ部11a から反応器１内へマイクロ波を放射してシリコン酸化膜をエッチングする場合であっても、環状導波管型アンテナ部11a に応じて配設した環状保護板９によって、マイクロ波窓４の内面が保護されているため、前記エッチングによってマイクロ波窓４が損耗することが防止される。
【００４９】
環状保護板９は容易に交換し得るようになしてあり、環状保護板９の厚さに応じて定めたのべ時間だけプラズマ処理を行った後、新たな環状保護板９に交換する。環状保護板９の交換に要するコストは、マイクロ波窓４の交換に要するコストに比べて非常に少ないため、酸化膜をエッチングする場合でも、プラズマ処理装置のランニングコストを可及的に少なくすることができる。
【００５０】
（実施の形態２）
図６は実施の形態２を示す平面図である。なお、図中、図２に示した部分に対応する部分には同じ番号を付してその説明を省略する。カバー部材10上には、一端側を、Ｃ字状（円弧状）又は一巻き渦巻き状等（図６にあってはＣ字状）に曲成してなる曲成部12a の端部を閉塞してある有終端環状の導波管型アンテナ12が設けてあり、導波管型アンテナ12の他端はマイクロ波発振器30に連接した導波管29が連結してある。そして、カバー部材10の導波管型アンテナ12に対向する部分には、複数のスリット15，15，…が開設してある。
【００５１】
図７は、図６に示したスリット15，15，…を説明する説明図である。図６に示したように、スリット15，15，…は、カバー部材10（図６参照）の導波管型アンテナ12に対向する部分に、導波管型アンテナ12の中心軸Ｌ1 に直交するように開設してあり、各スリット15，15，…の開設位置は、導波管型アンテナ12の閉塞した端部からｍ・λｇ／２の位置に定めてある。
【００５２】
なお、本実施の形態では、一端側を、Ｃ字状に曲成し、端部を閉塞してなる有終端環状の導波管型アンテナ12を設けた場合について説明したが、本発明はこれに限らず、図２に示した如き、環状導波管型アンテナ部内の適宜位置に、マイクロ波を反射する隔壁を設けてなる有終端環状の導波管型アンテナを設けてもよいことはいうまでもない。
【００５３】
（実施の形態３）
図８は実施の形態３を示す側断面図であり、反応器１の上端部に環状の導電性プレート19を配設した場合を示している。なお、図中、図１に示した部分に対応する部分には同じ番号を付してその説明を省略する。図８に示した如く、反応器１の上端部には環状の導電性プレート19の外縁部が固定してあり、導電性プレート19は電気的に接地してある。導電性プレート19の上面であって内周縁部には、他の部分の厚さより薄くした段差部19a が設けてあり、該段差部19a に環状保護板９の外周縁部を嵌合することによって、段差部19a 及びマイクロ波窓４で環状保護板９を挟持してある。
【００５４】
前述した導電性プレート19の下面に対向して、断面視が略曲尺形状であり環状の第２保護板22が配設しあり、第２保護板22の外縁部は導電性プレート19及び反応器１の上端部によって挟持されている。この第２保護板22によって、導電性プレート19の内周面及び下面が保護されている。なお、第２保護板22は石英又はＳｉＣ等で作成してある。
【００５５】
このようなプラズマ処理装置にあっては、導電性プレート19によって、マイクロ波が導入される領域を導電性プレート19の内側に限定することができるため、プラズマが生成される領域が反応器１の内面から離隔され、プラズマによって反応器１の内面が損耗してパーティクルが発生することが防止される。更に、導電性プレート19によって、マイクロ波窓４が支持されるため、マイクロ波窓４の安定性が向上する。
【００５６】
（実施の形態４）
図９は実施の形態４を示す側断面図であり、図10は図９に示したプラズマ処理装置の平面図である。有底円筒状の反応器１は、その全体がアルミニウムといった金属で形成されている。反応器１の上端部には、内周面に溝が設けてあるリング部材21が取り付けてあり、リング部材21の溝に環状マイクロ波窓14の外周縁部を嵌合して環状マイクロ波窓24がリング部材21に支持されている。
【００５７】
リング部材21上面には、該リング部材21の外直径と略同じ外直径であり、前述した環状マイクロ波窓24の内直径と略同じ内直径である円筒状のブロック部材25がリング部材21に螺子止めしてある。このブロック部材25はアルミニウムといった金属で形成してある。ブロック部材25の環状マイクロ波窓24に対向する部分に断面視が矩形の溝を開設してなる環状導波管型アンテナ部11a が形成してあり、ブロック部材25の周面に、環状導波管型アンテナ部11a に連通する矩形穴を開設してなる導入部11b が形成してある。また、環状導波管型アンテナ部11a の底部には、アルミニウム製の環状の板部材16が嵌合してあり、該板部材16には複数のスリット15，15，…が周方向に所定の距離を隔てて開設してある。導入部11b 及び環状導波管型アンテナ部11a 内には、誘電体14が内嵌してある。即ち、本実施の形態では、環状導波管型アンテナ部11a と、スリット15，15，…が開設してある板部材16とから、環状導波管型アンテナが構成されている。
【００５８】
ブロック部材25の周面であって、導入部11b の開口の周囲にはマイクロ波発振器30から延設した導波管29が連結してあり、マイクロ波発振器30が発振したマイクロ波は、導波管29を経てアンテナ11の導入部11b に入射される。
【００５９】
前述したブロック部材25にはアルミニウムを円柱状に成形してなる加熱ブロック26が、該加熱ブロック26の下面が環状マイクロ波窓24の下面より少し高い位置になるように着脱自在に内嵌してあり、加熱ブロック26には、加熱源であるヒータ28が埋設してある。
【００６０】
加熱ブロック26の下面中央には円筒状の凹部が設けてあり、該凹部を導体又は半導体の材料を円板状に成形してなる対向電極18で閉塞してガス拡散室20が設けてある。対向電極18は加熱ブロック26に着脱自在に螺子止めしてあり、また、対向電極18は切換スイッチ60により、電気的に接地するか、又はマッチングボックス6bを介して高周波電源7bに接続することにより高周波を印加するかを切り換えられる構成になっている。また、反応器１、リング部材21、環状マイクロ波窓24、ブロック部材25及び加熱ブロック26が互いに接合する部分には、それらを気密状態に封止すべく耐熱性のＯリング17，17，…（一部省略）がそれぞれ介装してある。
【００６１】
ガス拡散室20には、加熱ブロック26を貫通するガス導入管５が連通してある。ガス導入管５からガス拡散室20に供給されたガスは、そこで拡散均一化された後、対向電極18に開設した複数の貫通孔から処理室２内へ導入される。処理室２の底部壁中央には、被処理物Ｗを載置する載置台３が昇降自在に設けてあり、載置台３にはマッチングボックス6aを介して高周波電源7aが接続されている。また、処理室２の周囲壁には排気口８が開設してあり、排気口８から処理室２の内気を排出するようになしてある。
【００６２】
前述したリング部材21の溝には環状の導電性プレート19の外縁部が、該導電性プレート19が環状マイクロ波窓24の内面に対向するように嵌合してあり、導電性プレート19は電気的に接地してある。導電性プレート19の上面であって内周縁部には、他の部分の厚さより薄くした段差部19a が設けてあり、該段差部19a に環状保護板９の外周縁部を嵌合することによって段差部19a 及び環状マイクロ波窓24で環状保護板19が挟持されている。また、導電性プレート19の下面に対向して、断面視が略曲尺形状であり環状の第２保護板22が配設しあり、該第２保護板22によって、導電性プレート19の内周面及び下面が保護されている。
【００６３】
このようなプラズマ処理装置にあっては、導電性プレート19によってプラズマが生成される領域を反応器１の内面から離隔することができ、プラズマによって反応器１の内面が損耗してパーティクルが発生することを防止する。
【００６４】
【発明の効果】
本発明に係るプラズマ処理装置にあっては、プラズマ処理装置の水平方向の寸法を可及的に小さくすることができると共に、プラズマ装置のランニングコストを低減することができる。
【００６５】
本発明に係るプラズマ処理装置にあっては、マイクロ波限定部材によってプラズマが生成される領域が容器の内面から離隔され、プラズマによって容器の内面が損耗することが防止される一方、マイクロ波限定部材の内周に倣って誘電体を環状になした保護部材を設けてあるので、このマイクロ波電界集中によるエッチングによる損耗からマイクロ波窓本体を守ることができる。
【００６６】
本発明のプラズマ処理装置にあっては、マイクロ波限定部材がプラズマによるスパッタリングから保護され、マイクロ波限定部材からのパーティクル発生の虞を低減することができる。
【００６７】
本発明のプラズマ処理装置にあっては、マイクロ波窓部分が比較的高い温度となるプラズマ処理であっても、再現性が高く、高精度にプラズマ処理を行うことができる等、本発明は優れた効果を奏する。
【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構造を示す側断面図である。
【図２】図１に示したプラズマ処理装置の平面図である。
【図３】図１及び図２に示したスリットを説明する説明図である。
【図４】図２に示したアンテナ内の誘電体に分布する電界の強度をシミュレーションした結果を説明する説明図である。
【図５】所定時間プラズマ処理を行った後のマイクロ波窓及び環状保護板の内面を示す背面図である。
【図６】実施の形態２を示す平面図である。
【図７】図６に示したスリットを説明する説明図である。
【図８】実施の形態３を示す側断面図である。
【図９】実施の形態４を示す側断面図である。
【図１０】図９に示したプラズマ処理装置の平面図である。
【図１１】特開昭62−5600号公報及び特開昭62−99481 号公報に開示した装置と同タイプのプラズマ処理装置を示す側断面図である。
【図１２】図11に示したプラズマ処理装置の平面図である。
【符号の説明】
１ 反応器
１ａ 段差部
２ 処理室
４ マイクロ波窓
９ 環状保護板
１１ アンテナ
１１ａ 環状導波管型アンテナ部
１５ スリット
１９ 導電性プレート
Claims (5)
- マイクロ波窓を設けてなる容器内に、前記マイクロ波窓に対向して配置され対向する面にスリットを有する環状の導波管型アンテナからマイクロ波を放射して、前記マイクロ波窓を介して前記容器内にマイクロ波を導入することによってプラズマを生成し、生成したプラズマにより前記容器内に設けてある載置台に載置した試料を処理するプラズマ処理装置であって、
マイクロ波窓の容器内側の面であって、前記導波管型アンテナに対向する対向部分に対応する部分を保護する誘電体からなる保護部材が、マイクロ波窓の前記部分に対向させて着脱自在に配設してあり、
前記保護部材は環状であり該保護部材の内周縁部は前記導波管型アンテナのスリット、及び、スリットとスリットとの間に対向していることを特徴とするプラズマ処理装置。 - マイクロ波窓を設けてなる容器内に、前記マイクロ波窓に対向して配置され対向する面にスリットを有する環状の導波管型アンテナからマイクロ波を放射して、前記マイクロ波窓を介して前記容器内にマイクロ波を導入することによってプラズマを生成し、生成したプラズマにより前記容器内に設けてある載置台に載置した試料を処理するプラズマ処理装置であって、
マイクロ波窓の容器内側の面であって、前記導波管型アンテナに対向する対向部分に対応する部分を保護する誘電体からなる保護部材が、マイクロ波窓の前記部分に対向させて着脱自在に配設してあり、
前記保護部材は環状であり該保護部材の内周縁部は前記導波管型アンテナのスリット、及び、スリットとスリットとの間に対向しており、
前記容器内に、マイクロ波の導入領域を中央部に限定するマイクロ波限定部材が設けてあり、該マイクロ波限定部材の内周に倣って誘電体を環状になした前記保護部材と、
前記マイクロ波限定部材のマイクロ波窓に対向する面とは反対側の面及び前記マイクロ波限定部材の内周面を保護する第２保護部材と
を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 前記保護部材は石英で形成してある請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
- 無終端環状の導波管型アンテナが配置してある請求項１乃至３の何れか一つに記載のプラズマ処理装置。
- 有終端環状の導波管型アンテナが配置してある請求項１乃至３の何れか一つに記載のプラズマ処理装置。
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