JP4366856B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents
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- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32192—Microwave generated discharge
Description
【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際に使用される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１０ｍＴｏｒｒ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、或いはマイクロ波とリング状のコイルからの磁場とを組み合わせて高密度プラズマを発生させるマイクロ波プラズマ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９−１８１０５２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１１及び図１２を参照して概略的に説明する。図１１は従来の一般的なプラズマ処理装置を示す構成図、図１２は平面アンテナ部材を示す平面図である。
【０００３】
図１１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絶縁板８を気密に設けている。
そして、この絶縁板８の上面に図１２にも示すような厚さ数ｍｍ程度の円板状の平面アンテナ部材１０と、必要に応じてこの平面アンテナ部材１０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１２を設置している。この遅波材１２の上方には、内部に冷却水を流す冷却水流路１４が形成された天井冷却ジャケット１６が設けられており、遅波材１２等を冷却するようになっている。そして、アンテナ部材１０には多数の略円形の、或いはスリット状の貫通孔（図示例では円形の貫通孔を示す）よりなるマイクロ波放射孔１８が形成されている。このマイクロ波放射孔１８は一般的には、図１２に示すように同心円状に配置されたり、或いは螺旋状に配置されている。そして、平面アンテナ部材１０の中心部に同軸導波管２０の内部ケーブル２２を接続して図示しないマイクロ波発生器より発生した、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を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１０の半径方向へ放射状に伝播させつつアンテナ部材１０に設けたマイクロ波放射孔１８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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したようなプラズマ処理装置を用いて半導体ウエハＷに対して所定のプラズマ処理を行う場合、歩留り等の向上からは、ウエハ表面に亘って均一にプラズマ処理を行う必要があり、このためには、ウエハ表面の真上の処理空間Ｓにおけるプラズマ密度を均一化することが求められる。
ところが、上記したような平面アンテナ部材１０にあっては、この中心部にマイクロ波放射孔１８の形成されていない、いわゆる盲部分２４を設けているが、この真下である処理空間Ｓの中心部分のプラズマ密度がその周辺部よりもかなり高くなる傾向にあり、プラズマ密度の均一性が低下してしまう、という問題があった。図１３は処理空間におけるプラズマ密度の分布を示すグラフであり、マイクロ波の投入電力を７００〜２０００Ｗ（ワット）に順次変更した時の様子を示している。このグラフによれば、ウエハ中心部（処理空間Ｓの中心部）のプラズマ密度がその周辺部よりも極めて高くなっており、プラズマ密度の均一性が良好ではない。この問題が生ずる理由は、装置動作中に平面アンテナ部材１０が上部電極として作用し、載置台６が下部電極として作用することによって両電極間に容量結合成分が発生して、これがためにマイクロ波に、いわゆる平行平板モードが生じ、平面アンテナ部材１０の中心部より周辺部に伝搬したマイクロ波が周辺部にて反射して中心部に再び集まり、この中心部にマイクロ波放射孔１８を設けていないにもかかわらず、この中心部の盲部分２４から下方にマイクロ波が放射されるからである、と考えられる。
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、処理空間におけるプラズマ密度の面内均一性を向上させるこができるプラズマ処理装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に規定する発明は、天井部が開口されて内部が真空引き可能になされた処理容器と、前記処理容器の天井部の開口に気密に装着されてマイクロ波に対して透過性を有する絶縁板と、被処理体を載置するために前記処理容器内に設けられた載置台と、前記絶縁板の上方に設けられて所定のピッチで形成された複数のマイクロ波放射孔から前記マイクロ波を前記絶縁板を介して前記処理容器内へ導入する平面アンテナ部材と、前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス供給手段とを有するプラズマ処理装置において、前記平面アンテナ部材は中心部に前記マイクロ波放射孔が形成されていない盲部分を有し、前記絶縁板と前記平面アンテナ部材との間に前記平面アンテナ部材の中心部の前記盲部分に対応させてシールド電極部材を介在させると共に、前記シールド電極部材と前記平面アンテナ部材との間に、異常放電が発生することを防止するための保護板を介在させるように構成する。
これにより、平面アンテナ部材の中心部近傍から放射されるマイクロ波はシールド電極部材により遮断されて処理空間内へ導入されなくなるので、処理空間の中心部におけるプラズマ密度を抑制し、プラズマ密度の面内均一性を高めることが可能となる。
【０００６】
この場合、例えば請求項２に規定するように、前記シールド電極部材は、前記平面アンテナ部材の中心部近傍に対応させて配置した円板状の電極本体と、前記電極本体の外周に配置されたリング状の導電性フレームと、前記電極本体と前記導電性フレームとの間を接続して前記電極本体を支持する導電性アームとにより形成することができる。
また、例えば請求項３に規定するように、前記導電性アームは、前記平面アンテナ部材のマイクロ波反射孔に対して位置ずれさせた状態で配置されているようにしてもよい。これによれば、マイクロ波放射孔より放射されたマイクロ波は導電性アームに吸収されることなく処理空間に導入されるので、マイクロ波の使用効率を高めることが可能となる。
【０００７】
請求項４に規定する発明によれば、天井部が開口されて内部が真空引き可能になされた処理容器と、前記処理容器の天井部の開口に気密に装着されてマイクロ波に対して透過性を有する絶縁板と、被処理体を載置するために前記処理容器内に設けられた載置台と、前記絶縁板の上方に設けられて所定のピッチで形成された複数のマイクロ波放射孔から前記マイクロ波を前記絶縁板を介して前記処理容器内へ導入する平面アンテナ部材と、前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス供給手段とを有するプラズマ処理装置において、前記平面アンテナ部材は中心部に前記マイクロ波放射孔が形成されていない盲部分を有し、前記絶縁板と前記平面アンテナ部材との間に、前記平面アンテナ部材と同じ大きさで形成されると共に前記マイクロ波放射孔に対応して貫通孔又は貫通凹部が形成されて前記盲部分のみならず他の平面部分からの不要なマイクロ波を遮断するためのシールド電極部材を設けるように構成する。
これにより、平面アンテナ部材の中心部近傍から放射されるマイクロ波はシールド電極部材により遮断されて処理空間内へ導入されなくなるので、処理空間の中心部におけるプラズマ密度を抑制し、プラズマ密度の面内均一性を高めることが可能となる。
【０００８】
また、例えば請求項５に規定するように、前記シールド電極部材と前記平面アンテナ部材との間には、異常放電が発生することを防止するための保護板が介在される。
また、例えば請求項６に規定するように、前記シールド電極部材は、前記平面アンテナ部材から離間させて配置される。
これによれば、シールド電極部材と平面アンテナ部材との間に異常放電が発生することを防止することが可能となる。
また、例えば請求項７に規定するように、前記シールド電極部材は、前記絶縁板上に接着剤により接合して固定されるようにしてもよい。
【０００９】
【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一例を示す構成図、図２は図１に示すプラズマ処理装置の絶縁板の近傍を示す部分拡大図、図３は平面アンテナ部材を示す平面図、図４はシールド電極部材を示す平面図、図５は保護板とシールド電極部材との組み立て状態を説明するための断面図である。
本実施例においてはプラズマ処理装置をプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）処理に適用した場合について説明する。図示するようにこのプラズマ処理装置３０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３２を有しており、内部は密閉された処理空間Ｓとして構成されている。
【００１０】
この処理容器３２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３４が収容される。この載置台３４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３６により支持されると共にこの支持台３６は処理容器３２内の底部に絶縁材３８を介して設置されている。
上記載置台３４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３４は給電線４０を介してマッチングボックス４２及び例えば１３．５６ＭＨｚのバイアス用高周波電源４４に接続されている。尚、このバイアス用高周波電源４４を設けない場合もある。
【００１１】
上記載置台３４を支持する支持台３６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４６が設けられる。尚、必要に応じてこの載置台３４中に加熱用ヒータを設けてもよい。
上記処理容器３２の側壁には、ガス供給手段３３として、容器内にプラズマ用ガス、例えばアルゴンガスを供給する石英パイプ製のプラズマガス供給ノズル４８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処理ガス供給ノズル５０が設けられ、これらのノズル４８、５０はそれぞれガス供給路５２、５４によりマスフローコントローラ５６、５８及び開閉弁６０、６２を介してそれぞれプラズマガス源６４及び処理ガス源６６に接続されている。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。
【００１２】
また、容器側壁の外周には、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６８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６９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７０が設けられており、必要に応じて処理容器３２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３２の天井部は開口されて、ここに例えば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程度の絶縁板７２がＯリング等のシール部材７４を介して気密に設けられる。
【００１３】
そして、この絶縁板７２の上方に円板状の平面アンテナ部材７６と高誘電率特性を有する遅波材７８とが設けられる。具体的にはこの平面アンテナ部材７６は、上記処理容器３２と一体的に成形されている中空円筒状容器よりなる導波箱８０の底板として構成され、前記処理容器３２内の上記載置台３４に対向させて設けられる。
この導波箱８０の上部の中心には、同軸導波管８２の外管８２Ａが接続され、内部の内部ケーブル８２Ｂは上記平面アンテナ部材７６の中心部に接続される。そして、この同軸導波管８２は、モード変換器８４及び導波管８６を介して例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波発生器８８に接続されており、上記平面アンテナ部材７６へマイクロ波を伝播するようになっている。この周波数は２．４５ＧＨｚに限定されず、他の周波数、例えば８．３５ＧＨｚを用いてもよい。この導波管としては、断面円形或いは矩形の導波管や同軸導波管を用いることができ、本実施例では同軸導波管が用いられる。上記導波箱８０の上部には、内部に冷却水を流す冷却水流路８１が形成された天井冷却ジャケット８３が設けられており、上記遅波材７８等を冷却するようになっている。そして、上記導波箱８０内であって、平面アンテナ部材７６の上面には、上記高誘電率特性を有する遅波材７８を設けて、この波長短縮効果により、マイクロ波の管内波長を短くしている。この遅波材７８としては、例えば窒化アルミ等を用いることができる。
【００１４】
また、上記平面アンテナ部材７６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３０〜４０ｍｍ、厚みが１〜数ｍｍ、例えば５ｍｍ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、この円板には図３にも示すように例えば長溝のスリット形状の貫通孔よりなる多数のマイクロ波放射孔９０をハの字状に配列し、これをアンテナ部材７６に、後述する盲部分７６Ａを除いて略均等に配置させて設けている。また、この平面アンテナ部材７６の中心部近傍は、マイクロ波放射孔９０の形成されていない、いわゆる盲部分７６Ａとして形成されている。この盲部分７６Ａの直径は略１００ｍｍ程度である。そして、この平面アンテナ部材７６の周縁部は上記導波箱８０に接続されて、この周縁部は接地（アース）されている。上記マイクロ波放射孔９０の配置形態は、特に限定されず、例えば同心円状、螺旋状、或いは放射状に配置させてもよい。また、マイクロ波放射孔９０の形状はスリット形状に限定されず、例えば円形の貫通孔よりなるマイクロ波放射孔でもよい。
【００１５】
そして、図１または図２に戻って、このように形成した平面アンテナ部材７６と上記絶縁板７２との間に本発明の特徴とするシールド電極部材９２が介在されており、そして、このシールド電極部材９２の上面側に保護板９４が設けられている（図４及び図５も参照）。上記シールド電極部材９２の全体は、薄い導電性材料、例えば銅板やアルミ板により構成されている。具体的には、このシールド電極部材９２は、上記平面アンテナ部材７６の中心部近傍の盲部分７６Ａに対応させて配置した円板状の電極本体９２Ａと、この電極本体９２Ａの外周側に同心円状に配置されたリング状の導電性フレーム９２Ｂと、上記電極本体９２Ａと導電性フレーム９２Ｂとを接続して上記電極本体９２Ａを支持する導電性アーム９２Ｃとにより構成されている（図４参照）。
【００１６】
図４では上記導電性アーム９２Ｃは十字状に４本形成されており、その中心側端部にて上記電極本体９２Ａに接続されてこれを支持している。図５は保護板９４とシールド電極部材９２との組み立て状態を説明するための断面図であり、図４中のＡ−Ａ線矢視断面でもある。このシールド電極部材９２の上記電極本体９２Ａと上記導電性アーム９２Ｃの厚さＬ１は共に１ｍｍ程度に設定され、周辺部のリング状の導電性フレーム９２Ｂの厚さＬ２は３ｍｍ程度に設定される。従って、このシールド電極部材９２の全体は、周辺部の導電性フレーム９２Ｂがリング状に上方へ突出した状態となり、この内側に厚さが１〜２ｍｍ程度の円板状の上記保護板９４が嵌装されることになる。この保護板９４は、上記平面アンテナ部材７６とシールド電極部材９２（主に絶縁本体９２Ａ）との間に異常放電が発生することを防止するためのものであり、容器天井部に設けた絶縁板７２と同じ材料、例えば窒化アルミやアルマイト等のセラミック材、石英で形成してもよく、或いは通常のソーダガラス等で形成してもよい。
【００１７】
上述のようにアンテナ部材７６とシールド電極部材９２との間の異常放電の発生を防止するためには、上記したように両部材７６、９２とを互いに離間させておけばよく、また、上記保護板９４を設けない場合には、両部材７６、９２間の間隔を、上記保護板９２を設けた場合と比較して、異常放電が発生しない程度までより大きく設定しておけばよい。
また、上記リング状の導電性フレーム９２Ｂの直径は、処理容器３２の直径と略同等な大きさに設定されており、従って、このリング状の導電性フレーム９２Ｂの外周全体を処理容器３２の上端側壁に接した状態で設けることにより、このシールド電極部材９２の全体を接地（アース）している。
また、上記平面アンテナ部材７６の盲部分７６Ａと電極本体９２Ａの大きさは略完全に同じ大きさとして両者の形成位置を略一致させるのが、マイクロ波有効利用の上から好ましい。また、上記導電性アーム９２Ｃは、平面アンテナ部材７６のマイクロ波放射孔９０に対しては、マイクロ波有効利用の上からできるだけ位置ずれさせた状態とするのがよい。尚、図３中には、一点鎖線にて電極本体９２Ａと導電性アーム９２Ｃの位置を示している。
【００１８】
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６８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３２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３４の上面の載置面に載置する。
そして、処理容器３２内を所定のプロセス圧力、例えば０．０１〜数Ｐａの範囲内に維持して、プラズマガス供給ノズル４８から例えばアルゴンガスを流量制御しつつ供給すると共に処理ガス供給ノズル５０から例えばＳｉＨ4 、Ｏ2 、Ｎ2 等のデポジションガスを流量制御しつつ供給する。同時にマイクロ波発生器８８からのマイクロ波を、導波管８６及び同軸導波管８２を介して平面アンテナ部材７６に供給して処理空間Ｓに、遅波材７８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。
【００１９】
ここで、マイクロ波発生器８８にて発生した例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波はモード変換後に例えばＴＥＭモードで同軸導波管８２内を伝播して導波箱８０内の平面アンテナ部材７６に到達し、内部ケーブル８２Ｂの接続された円板状のアンテナ部材７６の中心部から放射状に周辺部に伝播される間に、このアンテナ部材７６に同心円状或いは螺旋状に略均等に多数形成された長溝スリット状のマイクロ波放射孔９０から保護板９４及び絶縁板７２を透過させてアンテナ部材７６の直下の処理空間Ｓにマイクロ波を導入する。
このマイクロ波により励起されたアルゴンガスがプラズマ化し、この下方に拡散してここで処理ガスを活性化して活性種を作り、この活性種の作用でウエハＷの表面に処理、例えばプラズマＣＶＤ処理が施されることになる。
【００２０】
ここで、平面アンテナ部材７６と絶縁板４２との間にシールド電極部材９２を設けていない従来装置の場合には、平面アンテナ部材７６の中心部近傍の直下に相当する処理空間Ｓの中心部ではプラズマ密度がその周辺部よりも上昇してかなり高くなっていたが（図１３参照）、本発明の場合には上記両部材７６、９２間にシールド電極部材９２を設けてアンテナ部材７６の中心部近傍から放射されるマイクロ波を遮断するようにしているので、処理空間Ｓの中心部におけるプラズマ密度の上昇を抑制することができる。すなわち、マイクロ波は、主として平面アンテナ部材７６の各マイクロ波放射孔９０から下方向へ放射されるが、前述したように、この種の装置例では平行平板モードとしても作用することから、平面アンテナ部材７６の中心部の盲部分７６Ａからもマイクロ波が下方向へ放射されることは避けられない。この場合、本発明装置では、この盲部分７６Ａの直下に接地状態の円板状の電極本体７２Ａを配置しているので、上記盲部分７６Ａより放射されたマイクロ波はこの電極本体７２Ａにより吸収されてしまい、それ以上の伝播が遮断されることになり、この部分のマイクロ波が処理空間Ｓの中心部に届かなくなる。この結果、この処理空間Ｓの中心部におけるプラズマ密度の上昇が抑制されて、その周辺部と略同等となり、処理空間Ｓにおけるプラズマ密度の面内均一性を大幅に向上させることが可能となる。
【００２１】
この場合、リング状の導電性フレーム９２Ｂ全体が処理容器側壁と接して接地（アース）され、しかも、４本の導電性アーム９２Ｃにより上記電極本体９２Ａは十字状に接続支持されているので、マイクロ波に対する特性インピーダンスを非常に小さくすることができ、効率的にマイクロ波を吸収して遮断することができる。
また、各導電性アーム９２Ｃとマイクロ波放射孔９０とは互いに位置ずれさせてマイクロ波の放射方向においてできるだけ一致させないようにしているので、この各導電性アーム９２Ｃに吸収されるマイクロ波をできるだけ抑制できる。この場合、各マイクロ波放射孔９０の形成位置を、導電性アーム９２Ｃに対して完全に不一致状態となるように設定すれば、その分、マイクロ波が無駄に吸収されることはなくなって、このマイクロ波の利用効率を向上させることが可能となる。また、平面アンテナ部材７６の中心部は高電圧のマイクロ波が印加されているのに対してこの周辺部は接地されているので、このアンテナ周辺部とシールド電極部材９２のリング状の導電性フレーム９２Ｂとを接合させるようにしてもよい。
【００２２】
尚、この実施例ではシールド電極部材９２は絶縁板４２上に載置されているだけであるが、両者間に耐熱性のある接着剤、例えばエポキシ系樹脂を介在させて両者を接着するようにしてもよい。
また、ここでは４本の導電性アーム９２Ｃを用いたが、このアームの本数には限定されず、マイクロ波の伝播効率を大幅に低下させない範囲でもっと多く、或いは少なくしてもよい。例えば図６はこのシールド電極部材の変形例を示す平面図であり、この場合にはシールド電極部材９２を中心部の円形の電極本体９２Ａと１本の接地された導電性アーム９２Ｃとにより構成している。ここで、電極本体９２Ａの支持が不安定になる恐れがあるので、これを上述したエポキシ樹脂等を用いて絶縁板４２の表面に接着させるのが好ましい。この場合には、図４に示す実施例と比較して、導電性アーム９２Ｃの本数が減少した分だけ特性インピーダンスは大きくなるが、逆に、この導電性アーム９２Ｃに吸収されるマイクロ波が減少するので、その分、マイクロ波の使用効率を向上させることが可能となる。
【００２３】
上記実施例にあっては、主として平面アンテナ部材７６の中心部の盲部分７６Ａから平行平板モードによって下方へ放射されるマイクロ波を遮断する場合を例にとって説明したが、実際には平面アンテナ部材７６の盲部分７６Ａのみならず、他の平面部分からもマイクロ波がわずかではあるが放射されている。そこで、平面アンテナ部材７６の盲部分７６Ａのみならず、他の平面部分から放射される不要なマイクロ波も遮断するようにしてもよい。図７はそのような本発明のプラズマ処理装置の他の実施例の絶縁板の近傍を示す部分拡大図であり、上述したような機能を発揮するためのシールド電極部材を含む。
また、図８は図７中の平面アンテナ部材を示す平面図、図９は図７中のシールド電極部材を示す平面図である。尚、ここで先の実施例の構成と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００２４】
ここでは平面アンテナ部材１００のマイクロ波放射孔１０２の形状は、前述のようなスリット形状ではなく所定の大きさの直径の円形状の貫通孔として形成されており、このマイクロ波放射孔１０２を同心円状に２列に配列させている。そして、当然のように、平面アンテナ部材１００の中心部近傍にはマイクロ波放射孔１０２が形成されておらず、盲部分１００Ａとなっている。これに対して、シールド電極部材１０４は、上記平面アンテナ部材と略同じ程度の大きさの例えば銅等よりなる導電板により形成されており、この導電板に上記平面アンテナ部材１００の各マイクロ波放射孔１０２に対応させて、これより僅かに直径が大きな貫通孔１０６Ａや貫通凹部１０６Ｂを形成することにより、マイクロ波通過窓１０８を構成している。
【００２５】
そして、このシールド電極部材１０４と平面アンテナ部材１００との間に保護板９４を介在させて平行に配置している。そして、平面アンテナ部材１００の周縁部とシールド電極部材１０４の周縁部は先の実施例と同様に共に接地されている。これより、各マイクロ波放射孔１０２から放射されたマイクロ波のみを上記マイクロ波通過窓１０８から下方へ通過させ、他の平面部分より放射されたマイクロ波を略確実に遮断するようになっている。
この場合には、上述したように、平面アンテナ部材１００の盲部分１００Ａから放射された不要なマイクロ波は勿論、他の平面部分から放射された不要なマイクロ波も遮断されてしまい、マイクロ波放射孔１０２から放射されたマイクロ波のみが実質的に処理空間Ｓ内に導入されることになり、処理空間Ｓにおけるプラズマ密度の面内均一性を一層向上させることが可能となる。
【００２６】
また、ここでも異常放電を防止する保護板９４を設けたが、これを設けないようにしてもよく、その場合には、平面アンテナ部材１００とシールド電極部材１０４との両部材間の間隔を、異常放電が生じない程度に十分に大きく設定する。
ここで、本発明装置の評価結果について説明すると、実際に、図１乃至図４に示す装置を用いて処理空間のプラズマ密度の分布について測定したところ、図１０に示すような結果を得た。ここではマイクロ波の投入電力が１０００Ｗの場合と１５００Ｗの場合について行ったところ、従来装置の結果を示す図１３に表される結果と比較して明らかなように、ウエハ中心部（処理空間の中心部）のプラズマ密度は十分に抑制されており、全体としてプラズマ密度の面内均一性を大幅に向上できることが判明した。
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。
【００２７】
【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及びこれを引用する請求項に係る発明によれば、平面アンテナ部材の中心部近傍から放射されるマイクロ波はシールド電極部材により遮断されて処理空間内へ導入されなくなるので、処理空間の中心部におけるプラズマ密度を抑制し、プラズマ密度の面内均一性を高めることができる。
また、シールド電極部材と平面アンテナ部材との間に保護板を介在させるようにしたので、両者間に異常放電が発生することを防止することができる。
特に請求項３に係る発明によれば、マイクロ波放射孔より放射されたマイクロ波は導電性アームに吸収されることなく処理空間に導入されるので、マイクロ波の使用効率を高めることができる。
請求項４及びこれを引用する請求項に係る発明によれば、平面アンテナ部材の盲部分のみならず、他の平面部分から放射されるマイクロ波を遮断することができるので、マイクロ波放射孔のみから放射されるマイクロ波を処理空間へ導入することができ、この結果、プラズマ密度の面内均一性を高めることができる。
特に請求項５に係る発明によれば、シールド電極部材と平面アンテナ部材との間に保護板を介在させるようにしたので、両者間に異常放電が発生することを防止することができる。
【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一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絶縁板の近傍を示す部分拡大図である。
【図３】平面アンテナ部材を示す平面図である。
【図４】シールド電極部材を示す平面図である。
【図５】保護板とシールド電極部材との組み立て状態を説明するための断面図である。
【図６】シールド電極部材の変形例を示す平面図である。
【図７】本発明のプラズマ処理装置の他の実施例の絶縁板の近傍を示す部分拡大図である。
【図８】図７中の平面アンテナ部材を示す平面図である。
【図９】図７中のシールド電極部材を示す平面図である。
【図１０】本発明装置の処理空間におけるプラズマ分布を示すグラフである。
【図１１】従来の一般的なプラズマ処理装置を示す構成図である。
【図１２】平面アンテナ部材を示す平面図である。
【図１３】処理空間におけるプラズマ密度の分布を示すグラフである。
【符号の説明】
３０ プラズマ処理装置
３２ 処理容器
３４ 載置台
４５，５０ ガス供給ノズル
７２ 絶縁板
７６ 平面アンテナ部材
７６Ａ 盲部分
７８ 遅波材
８０ 導波箱
８８ マイクロ波発生器
９０ マイクロ波放射孔
９２ シールド電極部材
９２Ａ 電極本体
９２Ｂ 導電性フレーム
９２Ｃ 導電性アーム
９４ 保護板
１００ 平面アンテナ部材
１００Ａ 盲部分
１０２ マイクロ波放射孔
１０４ シールド電極部材
１０８ マイクロ波通過窓
Ｓ 処理空間
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
【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際に使用される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１０ｍＴｏｒｒ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、或いはマイクロ波とリング状のコイルからの磁場とを組み合わせて高密度プラズマを発生させるマイクロ波プラズマ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９−１８１０５２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１１及び図１２を参照して概略的に説明する。図１１は従来の一般的なプラズマ処理装置を示す構成図、図１２は平面アンテナ部材を示す平面図である。
【０００３】
図１１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絶縁板８を気密に設けている。
そして、この絶縁板８の上面に図１２にも示すような厚さ数ｍｍ程度の円板状の平面アンテナ部材１０と、必要に応じてこの平面アンテナ部材１０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１２を設置している。この遅波材１２の上方には、内部に冷却水を流す冷却水流路１４が形成された天井冷却ジャケット１６が設けられており、遅波材１２等を冷却するようになっている。そして、アンテナ部材１０には多数の略円形の、或いはスリット状の貫通孔（図示例では円形の貫通孔を示す）よりなるマイクロ波放射孔１８が形成されている。このマイクロ波放射孔１８は一般的には、図１２に示すように同心円状に配置されたり、或いは螺旋状に配置されている。そして、平面アンテナ部材１０の中心部に同軸導波管２０の内部ケーブル２２を接続して図示しないマイクロ波発生器より発生した、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を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１０の半径方向へ放射状に伝播させつつアンテナ部材１０に設けたマイクロ波放射孔１８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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したようなプラズマ処理装置を用いて半導体ウエハＷに対して所定のプラズマ処理を行う場合、歩留り等の向上からは、ウエハ表面に亘って均一にプラズマ処理を行う必要があり、このためには、ウエハ表面の真上の処理空間Ｓにおけるプラズマ密度を均一化することが求められる。
ところが、上記したような平面アンテナ部材１０にあっては、この中心部にマイクロ波放射孔１８の形成されていない、いわゆる盲部分２４を設けているが、この真下である処理空間Ｓの中心部分のプラズマ密度がその周辺部よりもかなり高くなる傾向にあり、プラズマ密度の均一性が低下してしまう、という問題があった。図１３は処理空間におけるプラズマ密度の分布を示すグラフであり、マイクロ波の投入電力を７００〜２０００Ｗ（ワット）に順次変更した時の様子を示している。このグラフによれば、ウエハ中心部（処理空間Ｓの中心部）のプラズマ密度がその周辺部よりも極めて高くなっており、プラズマ密度の均一性が良好ではない。この問題が生ずる理由は、装置動作中に平面アンテナ部材１０が上部電極として作用し、載置台６が下部電極として作用することによって両電極間に容量結合成分が発生して、これがためにマイクロ波に、いわゆる平行平板モードが生じ、平面アンテナ部材１０の中心部より周辺部に伝搬したマイクロ波が周辺部にて反射して中心部に再び集まり、この中心部にマイクロ波放射孔１８を設けていないにもかかわらず、この中心部の盲部分２４から下方にマイクロ波が放射されるからである、と考えられる。
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、処理空間におけるプラズマ密度の面内均一性を向上させるこができるプラズマ処理装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に規定する発明は、天井部が開口されて内部が真空引き可能になされた処理容器と、前記処理容器の天井部の開口に気密に装着されてマイクロ波に対して透過性を有する絶縁板と、被処理体を載置するために前記処理容器内に設けられた載置台と、前記絶縁板の上方に設けられて所定のピッチで形成された複数のマイクロ波放射孔から前記マイクロ波を前記絶縁板を介して前記処理容器内へ導入する平面アンテナ部材と、前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス供給手段とを有するプラズマ処理装置において、前記平面アンテナ部材は中心部に前記マイクロ波放射孔が形成されていない盲部分を有し、前記絶縁板と前記平面アンテナ部材との間に前記平面アンテナ部材の中心部の前記盲部分に対応させてシールド電極部材を介在させると共に、前記シールド電極部材と前記平面アンテナ部材との間に、異常放電が発生することを防止するための保護板を介在させるように構成する。
これにより、平面アンテナ部材の中心部近傍から放射されるマイクロ波はシールド電極部材により遮断されて処理空間内へ導入されなくなるので、処理空間の中心部におけるプラズマ密度を抑制し、プラズマ密度の面内均一性を高めることが可能となる。
【０００６】
この場合、例えば請求項２に規定するように、前記シールド電極部材は、前記平面アンテナ部材の中心部近傍に対応させて配置した円板状の電極本体と、前記電極本体の外周に配置されたリング状の導電性フレームと、前記電極本体と前記導電性フレームとの間を接続して前記電極本体を支持する導電性アームとにより形成することができる。
また、例えば請求項３に規定するように、前記導電性アームは、前記平面アンテナ部材のマイクロ波反射孔に対して位置ずれさせた状態で配置されているようにしてもよい。これによれば、マイクロ波放射孔より放射されたマイクロ波は導電性アームに吸収されることなく処理空間に導入されるので、マイクロ波の使用効率を高めることが可能となる。
【０００７】
請求項４に規定する発明によれば、天井部が開口されて内部が真空引き可能になされた処理容器と、前記処理容器の天井部の開口に気密に装着されてマイクロ波に対して透過性を有する絶縁板と、被処理体を載置するために前記処理容器内に設けられた載置台と、前記絶縁板の上方に設けられて所定のピッチで形成された複数のマイクロ波放射孔から前記マイクロ波を前記絶縁板を介して前記処理容器内へ導入する平面アンテナ部材と、前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス供給手段とを有するプラズマ処理装置において、前記平面アンテナ部材は中心部に前記マイクロ波放射孔が形成されていない盲部分を有し、前記絶縁板と前記平面アンテナ部材との間に、前記平面アンテナ部材と同じ大きさで形成されると共に前記マイクロ波放射孔に対応して貫通孔又は貫通凹部が形成されて前記盲部分のみならず他の平面部分からの不要なマイクロ波を遮断するためのシールド電極部材を設けるように構成する。
これにより、平面アンテナ部材の中心部近傍から放射されるマイクロ波はシールド電極部材により遮断されて処理空間内へ導入されなくなるので、処理空間の中心部におけるプラズマ密度を抑制し、プラズマ密度の面内均一性を高めることが可能となる。
【０００８】
また、例えば請求項５に規定するように、前記シールド電極部材と前記平面アンテナ部材との間には、異常放電が発生することを防止するための保護板が介在される。
また、例えば請求項６に規定するように、前記シールド電極部材は、前記平面アンテナ部材から離間させて配置される。
これによれば、シールド電極部材と平面アンテナ部材との間に異常放電が発生することを防止することが可能となる。
また、例えば請求項７に規定するように、前記シールド電極部材は、前記絶縁板上に接着剤により接合して固定されるようにしてもよい。
【０００９】
【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一例を示す構成図、図２は図１に示すプラズマ処理装置の絶縁板の近傍を示す部分拡大図、図３は平面アンテナ部材を示す平面図、図４はシールド電極部材を示す平面図、図５は保護板とシールド電極部材との組み立て状態を説明するための断面図である。
本実施例においてはプラズマ処理装置をプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）処理に適用した場合について説明する。図示するようにこのプラズマ処理装置３０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３２を有しており、内部は密閉された処理空間Ｓとして構成されている。
【００１０】
この処理容器３２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３４が収容される。この載置台３４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３６により支持されると共にこの支持台３６は処理容器３２内の底部に絶縁材３８を介して設置されている。
上記載置台３４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３４は給電線４０を介してマッチングボックス４２及び例えば１３．５６ＭＨｚのバイアス用高周波電源４４に接続されている。尚、このバイアス用高周波電源４４を設けない場合もある。
【００１１】
上記載置台３４を支持する支持台３６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４６が設けられる。尚、必要に応じてこの載置台３４中に加熱用ヒータを設けてもよい。
上記処理容器３２の側壁には、ガス供給手段３３として、容器内にプラズマ用ガス、例えばアルゴンガスを供給する石英パイプ製のプラズマガス供給ノズル４８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処理ガス供給ノズル５０が設けられ、これらのノズル４８、５０はそれぞれガス供給路５２、５４によりマスフローコントローラ５６、５８及び開閉弁６０、６２を介してそれぞれプラズマガス源６４及び処理ガス源６６に接続されている。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。
【００１２】
また、容器側壁の外周には、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６８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６９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７０が設けられており、必要に応じて処理容器３２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３２の天井部は開口されて、ここに例えば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程度の絶縁板７２がＯリング等のシール部材７４を介して気密に設けられる。
【００１３】
そして、この絶縁板７２の上方に円板状の平面アンテナ部材７６と高誘電率特性を有する遅波材７８とが設けられる。具体的にはこの平面アンテナ部材７６は、上記処理容器３２と一体的に成形されている中空円筒状容器よりなる導波箱８０の底板として構成され、前記処理容器３２内の上記載置台３４に対向させて設けられる。
この導波箱８０の上部の中心には、同軸導波管８２の外管８２Ａが接続され、内部の内部ケーブル８２Ｂは上記平面アンテナ部材７６の中心部に接続される。そして、この同軸導波管８２は、モード変換器８４及び導波管８６を介して例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波発生器８８に接続されており、上記平面アンテナ部材７６へマイクロ波を伝播するようになっている。この周波数は２．４５ＧＨｚに限定されず、他の周波数、例えば８．３５ＧＨｚを用いてもよい。この導波管としては、断面円形或いは矩形の導波管や同軸導波管を用いることができ、本実施例では同軸導波管が用いられる。上記導波箱８０の上部には、内部に冷却水を流す冷却水流路８１が形成された天井冷却ジャケット８３が設けられており、上記遅波材７８等を冷却するようになっている。そして、上記導波箱８０内であって、平面アンテナ部材７６の上面には、上記高誘電率特性を有する遅波材７８を設けて、この波長短縮効果により、マイクロ波の管内波長を短くしている。この遅波材７８としては、例えば窒化アルミ等を用いることができる。
【００１４】
また、上記平面アンテナ部材７６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３０〜４０ｍｍ、厚みが１〜数ｍｍ、例えば５ｍｍ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、この円板には図３にも示すように例えば長溝のスリット形状の貫通孔よりなる多数のマイクロ波放射孔９０をハの字状に配列し、これをアンテナ部材７６に、後述する盲部分７６Ａを除いて略均等に配置させて設けている。また、この平面アンテナ部材７６の中心部近傍は、マイクロ波放射孔９０の形成されていない、いわゆる盲部分７６Ａとして形成されている。この盲部分７６Ａの直径は略１００ｍｍ程度である。そして、この平面アンテナ部材７６の周縁部は上記導波箱８０に接続されて、この周縁部は接地（アース）されている。上記マイクロ波放射孔９０の配置形態は、特に限定されず、例えば同心円状、螺旋状、或いは放射状に配置させてもよい。また、マイクロ波放射孔９０の形状はスリット形状に限定されず、例えば円形の貫通孔よりなるマイクロ波放射孔でもよい。
【００１５】
そして、図１または図２に戻って、このように形成した平面アンテナ部材７６と上記絶縁板７２との間に本発明の特徴とするシールド電極部材９２が介在されており、そして、このシールド電極部材９２の上面側に保護板９４が設けられている（図４及び図５も参照）。上記シールド電極部材９２の全体は、薄い導電性材料、例えば銅板やアルミ板により構成されている。具体的には、このシールド電極部材９２は、上記平面アンテナ部材７６の中心部近傍の盲部分７６Ａに対応させて配置した円板状の電極本体９２Ａと、この電極本体９２Ａの外周側に同心円状に配置されたリング状の導電性フレーム９２Ｂと、上記電極本体９２Ａと導電性フレーム９２Ｂとを接続して上記電極本体９２Ａを支持する導電性アーム９２Ｃとにより構成されている（図４参照）。
【００１６】
図４では上記導電性アーム９２Ｃは十字状に４本形成されており、その中心側端部にて上記電極本体９２Ａに接続されてこれを支持している。図５は保護板９４とシールド電極部材９２との組み立て状態を説明するための断面図であり、図４中のＡ−Ａ線矢視断面でもある。このシールド電極部材９２の上記電極本体９２Ａと上記導電性アーム９２Ｃの厚さＬ１は共に１ｍｍ程度に設定され、周辺部のリング状の導電性フレーム９２Ｂの厚さＬ２は３ｍｍ程度に設定される。従って、このシールド電極部材９２の全体は、周辺部の導電性フレーム９２Ｂがリング状に上方へ突出した状態となり、この内側に厚さが１〜２ｍｍ程度の円板状の上記保護板９４が嵌装されることになる。この保護板９４は、上記平面アンテナ部材７６とシールド電極部材９２（主に絶縁本体９２Ａ）との間に異常放電が発生することを防止するためのものであり、容器天井部に設けた絶縁板７２と同じ材料、例えば窒化アルミやアルマイト等のセラミック材、石英で形成してもよく、或いは通常のソーダガラス等で形成してもよい。
【００１７】
上述のようにアンテナ部材７６とシールド電極部材９２との間の異常放電の発生を防止するためには、上記したように両部材７６、９２とを互いに離間させておけばよく、また、上記保護板９４を設けない場合には、両部材７６、９２間の間隔を、上記保護板９２を設けた場合と比較して、異常放電が発生しない程度までより大きく設定しておけばよい。
また、上記リング状の導電性フレーム９２Ｂの直径は、処理容器３２の直径と略同等な大きさに設定されており、従って、このリング状の導電性フレーム９２Ｂの外周全体を処理容器３２の上端側壁に接した状態で設けることにより、このシールド電極部材９２の全体を接地（アース）している。
また、上記平面アンテナ部材７６の盲部分７６Ａと電極本体９２Ａの大きさは略完全に同じ大きさとして両者の形成位置を略一致させるのが、マイクロ波有効利用の上から好ましい。また、上記導電性アーム９２Ｃは、平面アンテナ部材７６のマイクロ波放射孔９０に対しては、マイクロ波有効利用の上からできるだけ位置ずれさせた状態とするのがよい。尚、図３中には、一点鎖線にて電極本体９２Ａと導電性アーム９２Ｃの位置を示している。
【００１８】
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６８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３２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３４の上面の載置面に載置する。
そして、処理容器３２内を所定のプロセス圧力、例えば０．０１〜数Ｐａの範囲内に維持して、プラズマガス供給ノズル４８から例えばアルゴンガスを流量制御しつつ供給すると共に処理ガス供給ノズル５０から例えばＳｉＨ4 、Ｏ2 、Ｎ2 等のデポジションガスを流量制御しつつ供給する。同時にマイクロ波発生器８８からのマイクロ波を、導波管８６及び同軸導波管８２を介して平面アンテナ部材７６に供給して処理空間Ｓに、遅波材７８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。
【００１９】
ここで、マイクロ波発生器８８にて発生した例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波はモード変換後に例えばＴＥＭモードで同軸導波管８２内を伝播して導波箱８０内の平面アンテナ部材７６に到達し、内部ケーブル８２Ｂの接続された円板状のアンテナ部材７６の中心部から放射状に周辺部に伝播される間に、このアンテナ部材７６に同心円状或いは螺旋状に略均等に多数形成された長溝スリット状のマイクロ波放射孔９０から保護板９４及び絶縁板７２を透過させてアンテナ部材７６の直下の処理空間Ｓにマイクロ波を導入する。
このマイクロ波により励起されたアルゴンガスがプラズマ化し、この下方に拡散してここで処理ガスを活性化して活性種を作り、この活性種の作用でウエハＷの表面に処理、例えばプラズマＣＶＤ処理が施されることになる。
【００２０】
ここで、平面アンテナ部材７６と絶縁板４２との間にシールド電極部材９２を設けていない従来装置の場合には、平面アンテナ部材７６の中心部近傍の直下に相当する処理空間Ｓの中心部ではプラズマ密度がその周辺部よりも上昇してかなり高くなっていたが（図１３参照）、本発明の場合には上記両部材７６、９２間にシールド電極部材９２を設けてアンテナ部材７６の中心部近傍から放射されるマイクロ波を遮断するようにしているので、処理空間Ｓの中心部におけるプラズマ密度の上昇を抑制することができる。すなわち、マイクロ波は、主として平面アンテナ部材７６の各マイクロ波放射孔９０から下方向へ放射されるが、前述したように、この種の装置例では平行平板モードとしても作用することから、平面アンテナ部材７６の中心部の盲部分７６Ａからもマイクロ波が下方向へ放射されることは避けられない。この場合、本発明装置では、この盲部分７６Ａの直下に接地状態の円板状の電極本体７２Ａを配置しているので、上記盲部分７６Ａより放射されたマイクロ波はこの電極本体７２Ａにより吸収されてしまい、それ以上の伝播が遮断されることになり、この部分のマイクロ波が処理空間Ｓの中心部に届かなくなる。この結果、この処理空間Ｓの中心部におけるプラズマ密度の上昇が抑制されて、その周辺部と略同等となり、処理空間Ｓにおけるプラズマ密度の面内均一性を大幅に向上させることが可能となる。
【００２１】
この場合、リング状の導電性フレーム９２Ｂ全体が処理容器側壁と接して接地（アース）され、しかも、４本の導電性アーム９２Ｃにより上記電極本体９２Ａは十字状に接続支持されているので、マイクロ波に対する特性インピーダンスを非常に小さくすることができ、効率的にマイクロ波を吸収して遮断することができる。
また、各導電性アーム９２Ｃとマイクロ波放射孔９０とは互いに位置ずれさせてマイクロ波の放射方向においてできるだけ一致させないようにしているので、この各導電性アーム９２Ｃに吸収されるマイクロ波をできるだけ抑制できる。この場合、各マイクロ波放射孔９０の形成位置を、導電性アーム９２Ｃに対して完全に不一致状態となるように設定すれば、その分、マイクロ波が無駄に吸収されることはなくなって、このマイクロ波の利用効率を向上させることが可能となる。また、平面アンテナ部材７６の中心部は高電圧のマイクロ波が印加されているのに対してこの周辺部は接地されているので、このアンテナ周辺部とシールド電極部材９２のリング状の導電性フレーム９２Ｂとを接合させるようにしてもよい。
【００２２】
尚、この実施例ではシールド電極部材９２は絶縁板４２上に載置されているだけであるが、両者間に耐熱性のある接着剤、例えばエポキシ系樹脂を介在させて両者を接着するようにしてもよい。
また、ここでは４本の導電性アーム９２Ｃを用いたが、このアームの本数には限定されず、マイクロ波の伝播効率を大幅に低下させない範囲でもっと多く、或いは少なくしてもよい。例えば図６はこのシールド電極部材の変形例を示す平面図であり、この場合にはシールド電極部材９２を中心部の円形の電極本体９２Ａと１本の接地された導電性アーム９２Ｃとにより構成している。ここで、電極本体９２Ａの支持が不安定になる恐れがあるので、これを上述したエポキシ樹脂等を用いて絶縁板４２の表面に接着させるのが好ましい。この場合には、図４に示す実施例と比較して、導電性アーム９２Ｃの本数が減少した分だけ特性インピーダンスは大きくなるが、逆に、この導電性アーム９２Ｃに吸収されるマイクロ波が減少するので、その分、マイクロ波の使用効率を向上させることが可能となる。
【００２３】
上記実施例にあっては、主として平面アンテナ部材７６の中心部の盲部分７６Ａから平行平板モードによって下方へ放射されるマイクロ波を遮断する場合を例にとって説明したが、実際には平面アンテナ部材７６の盲部分７６Ａのみならず、他の平面部分からもマイクロ波がわずかではあるが放射されている。そこで、平面アンテナ部材７６の盲部分７６Ａのみならず、他の平面部分から放射される不要なマイクロ波も遮断するようにしてもよい。図７はそのような本発明のプラズマ処理装置の他の実施例の絶縁板の近傍を示す部分拡大図であり、上述したような機能を発揮するためのシールド電極部材を含む。
また、図８は図７中の平面アンテナ部材を示す平面図、図９は図７中のシールド電極部材を示す平面図である。尚、ここで先の実施例の構成と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００２４】
ここでは平面アンテナ部材１００のマイクロ波放射孔１０２の形状は、前述のようなスリット形状ではなく所定の大きさの直径の円形状の貫通孔として形成されており、このマイクロ波放射孔１０２を同心円状に２列に配列させている。そして、当然のように、平面アンテナ部材１００の中心部近傍にはマイクロ波放射孔１０２が形成されておらず、盲部分１００Ａとなっている。これに対して、シールド電極部材１０４は、上記平面アンテナ部材と略同じ程度の大きさの例えば銅等よりなる導電板により形成されており、この導電板に上記平面アンテナ部材１００の各マイクロ波放射孔１０２に対応させて、これより僅かに直径が大きな貫通孔１０６Ａや貫通凹部１０６Ｂを形成することにより、マイクロ波通過窓１０８を構成している。
【００２５】
そして、このシールド電極部材１０４と平面アンテナ部材１００との間に保護板９４を介在させて平行に配置している。そして、平面アンテナ部材１００の周縁部とシールド電極部材１０４の周縁部は先の実施例と同様に共に接地されている。これより、各マイクロ波放射孔１０２から放射されたマイクロ波のみを上記マイクロ波通過窓１０８から下方へ通過させ、他の平面部分より放射されたマイクロ波を略確実に遮断するようになっている。
この場合には、上述したように、平面アンテナ部材１００の盲部分１００Ａから放射された不要なマイクロ波は勿論、他の平面部分から放射された不要なマイクロ波も遮断されてしまい、マイクロ波放射孔１０２から放射されたマイクロ波のみが実質的に処理空間Ｓ内に導入されることになり、処理空間Ｓにおけるプラズマ密度の面内均一性を一層向上させることが可能となる。
【００２６】
また、ここでも異常放電を防止する保護板９４を設けたが、これを設けないようにしてもよく、その場合には、平面アンテナ部材１００とシールド電極部材１０４との両部材間の間隔を、異常放電が生じない程度に十分に大きく設定する。
ここで、本発明装置の評価結果について説明すると、実際に、図１乃至図４に示す装置を用いて処理空間のプラズマ密度の分布について測定したところ、図１０に示すような結果を得た。ここではマイクロ波の投入電力が１０００Ｗの場合と１５００Ｗの場合について行ったところ、従来装置の結果を示す図１３に表される結果と比較して明らかなように、ウエハ中心部（処理空間の中心部）のプラズマ密度は十分に抑制されており、全体としてプラズマ密度の面内均一性を大幅に向上できることが判明した。
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。
【００２７】
【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及びこれを引用する請求項に係る発明によれば、平面アンテナ部材の中心部近傍から放射されるマイクロ波はシールド電極部材により遮断されて処理空間内へ導入されなくなるので、処理空間の中心部におけるプラズマ密度を抑制し、プラズマ密度の面内均一性を高めることができる。
また、シールド電極部材と平面アンテナ部材との間に保護板を介在させるようにしたので、両者間に異常放電が発生することを防止することができる。
特に請求項３に係る発明によれば、マイクロ波放射孔より放射されたマイクロ波は導電性アームに吸収されることなく処理空間に導入されるので、マイクロ波の使用効率を高めることができる。
請求項４及びこれを引用する請求項に係る発明によれば、平面アンテナ部材の盲部分のみならず、他の平面部分から放射されるマイクロ波を遮断することができるので、マイクロ波放射孔のみから放射されるマイクロ波を処理空間へ導入することができ、この結果、プラズマ密度の面内均一性を高めることができる。
特に請求項５に係る発明によれば、シールド電極部材と平面アンテナ部材との間に保護板を介在させるようにしたので、両者間に異常放電が発生することを防止することができる。
【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一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絶縁板の近傍を示す部分拡大図である。
【図３】平面アンテナ部材を示す平面図である。
【図４】シールド電極部材を示す平面図である。
【図５】保護板とシールド電極部材との組み立て状態を説明するための断面図である。
【図６】シールド電極部材の変形例を示す平面図である。
【図７】本発明のプラズマ処理装置の他の実施例の絶縁板の近傍を示す部分拡大図である。
【図８】図７中の平面アンテナ部材を示す平面図である。
【図９】図７中のシールド電極部材を示す平面図である。
【図１０】本発明装置の処理空間におけるプラズマ分布を示すグラフである。
【図１１】従来の一般的なプラズマ処理装置を示す構成図である。
【図１２】平面アンテナ部材を示す平面図である。
【図１３】処理空間におけるプラズマ密度の分布を示すグラフである。
【符号の説明】
３０ プラズマ処理装置
３２ 処理容器
３４ 載置台
４５，５０ ガス供給ノズル
７２ 絶縁板
７６ 平面アンテナ部材
７６Ａ 盲部分
７８ 遅波材
８０ 導波箱
８８ マイクロ波発生器
９０ マイクロ波放射孔
９２ シールド電極部材
９２Ａ 電極本体
９２Ｂ 導電性フレーム
９２Ｃ 導電性アーム
９４ 保護板
１００ 平面アンテナ部材
１００Ａ 盲部分
１０２ マイクロ波放射孔
１０４ シールド電極部材
１０８ マイクロ波通過窓
Ｓ 処理空間
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
Claims (7)
- 天井部が開口されて内部が真空引き可能になされた処理容器と、前記処理容器の天井部の開口に気密に装着されてマイクロ波に対して透過性を有する絶縁板と、被処理体を載置するために前記処理容器内に設けられた載置台と、前記絶縁板の上方に設けられて所定のピッチで形成された複数のマイクロ波放射孔から前記マイクロ波を前記絶縁板を介して前記処理容器内へ導入する平面アンテナ部材と、前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス供給手段とを有するプラズマ処理装置において、
前記平面アンテナ部材は中心部に前記マイクロ波放射孔が形成されていない盲部分を有し、前記絶縁板と前記平面アンテナ部材との間に前記平面アンテナ部材の中心部の前記盲部分に対応させてシールド電極部材を介在させると共に、前記シールド電極部材と前記平面アンテナ部材との間に、異常放電が発生することを防止するための保護板を介在させるように構成したことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 前記シールド電極部材は、前記平面アンテナ部材の中心部近傍に対応させて配置した円板状の電極本体と、前記電極本体の外周に配置されたリング状の導電性フレームと、前記電極本体と前記導電性フレームとの間を接続して前記電極本体を支持する導電性アームとよりなることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
- 前記導電性アームは、前記平面アンテナ部材のマイクロ波反射孔に対して位置ずれさせた状態で配置されていることを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理装置。
- 天井部が開口されて内部が真空引き可能になされた処理容器と、前記処理容器の天井部の開口に気密に装着されてマイクロ波に対して透過性を有する絶縁板と、被処理体を載置するために前記処理容器内に設けられた載置台と、前記絶縁板の上方に設けられて所定のピッチで形成された複数のマイクロ波放射孔から前記マイクロ波を前記絶縁板を介して前記処理容器内へ導入する平面アンテナ部材と、前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス供給手段とを有するプラズマ処理装置において、
前記平面アンテナ部材は中心部に前記マイクロ波放射孔が形成されていない盲部分を有し、前記絶縁板と前記平面アンテナ部材との間に、前記平面アンテナ部材と同じ大きさで形成されると共に前記マイクロ波放射孔に対応して貫通孔又は貫通凹部が形成されて前記盲部分のみならず他の平面部分からの不要なマイクロ波を遮断するためのシールド電極部材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。 - 前記シールド電極部材と前記平面アンテナ部材との間には、異常放電が発生することを防止するための保護板が介在されることを特徴とする請求項４記載のプラズマ処理装置。
- 前記シールド電極部材は、前記平面アンテナ部材から離間させて配置されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記シールド電極部材は、前記絶縁板上に接着剤により接合して固定されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
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