JP4593741B2 - ラジアルアンテナ及びそれを用いたプラズマ処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラジアルアンテナ及びそれを用いたプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造において、酸化膜の形成や半導体層の結晶成長、エッチング、またアッシングなどの処理を行うために、プラズマ処理装置が多用されている。これらのプラズマ処理装置の中に、ラジアルアンテナを介してマイクロ波を処理容器内に導入し高密度プラズマを発生させるマイクロ波プラズマ処理装置がある。このマイクロ波プラズマ処理装置はプラズマガスの圧力が比較的低くても安定してプラズマを生成することができるので、用途が広いという特色がある。
【０００３】
図７は、このようなマイクロ波プラズマ処理装置に従来から用いられているラジアルアンテナの一例を示す構成図である。ここで、図７（ａ）はラジアルアンテナの縦断面を示す図、図７（ｂ）は図７（ａ）におけるVIIb−VIIb′線方向の横断面を示す図である。
プラズマ処理装置に従来から用いられているラジアルアンテナ１３０Ａは、図７（ａ）に示すように、ラジアル導波路１３３を形成する互いに平行な２枚の導電板１３１，１３２と、これらの導電板１３１，１３２の周縁を接続するリング部材１３４とから構成される。導電板１３２の中央には、マイクロ波発生器（図示せず）からのマイクロ波が導入されるマイクロ波導入口１３５が開口している。導電板１３１には、ラジアル導波路１３３内を伝搬するマイクロ波を処理容器（図示せず）に放射するためのスロット１３６が、図７（ｂ）に示すように多数形成されている。リング部材１３４は導電体で形成されている。
【０００４】
マイクロ波導入口１３５から導入されたマイクロ波は、ラジアル導波路１３３の中央部から周縁部に向かって放射状に伝搬しながら、多数のスロット１３６から処理容器内に少しずつ放射されてゆく。一方、ラジアル導波路１３３の周縁部に至ったマイクロ波は、リング部材１３４に反射されて、ラジアル導波路１３３の中央部に向かって戻ることになる。マイクロ波は、このようにラジアル導波路１３３の中央部と周縁部との間を往復伝搬しながら、多数のスロット１３６から処理容器内に徐々に放射されてゆき、プラズマ生成に利用される。
しかし、マイクロ波がラジアル導波路１３３内で反射を繰り返すうちに複数のモードの定在波が形成されるので、ラジアル導波路１３３内に複雑な電磁界モードが生成される。このため、ラジアルアンテナ１３０Ａから処理容器への放射は不均一となり、均一なプラズマを生成することができなかった。
【０００５】
図８は、マイクロ波プラズマ処理装置に従来から用いられているラジアルアンテナの他の例を示す構成図であり、図８（ａ）は縦断面図、図８（ｂ）はＶIIIb−ＶIIIb′線方向の横断面図である。
図８に示すラジアルアンテナ１３０Ｂは、図７に示したラジアルアンテナ１３０Ａを改良したものであり、リング部材１３４の内壁にカーボンを含むセラミックスなどからなる電磁界吸収材１３９が張り付けてある。この電磁界吸収材１３９は、ラジアル導波路１３３の周縁部に至ったマイクロ波の大部分を吸収するので、ラジアル導波路１３３の中央部へはほとんど反射されない。したがって、ラジアル導波路１３３内に複雑な電磁界モードはできないので、処理容器への放射が均一となり、プラズマを均一に生成することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図８に示した従来からあるラジアルアンテナ１３０Ｂでは、ラジアル導波路１３３の周縁部で吸収されるマイクロ波をプラズマ生成に利用できないので、プラズマの生成効率が悪いという問題があった。また、電磁界吸収材はマイクロ波吸収によって発熱するので、ラジアル導波路１３３の周縁部、特にリング部材１３４が局所的に加熱されて変形してしまうという問題があった。
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、プラズマ生成効率を犠牲にすることなく、また余分な発熱を生じることなく、プラズマの均一性を向上することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明によるラジアルアンテナは、複数のスロットが形成された第１の導電板と、マイクロ波導入口を有し第１の導電板に対向配置された第２の導電板と、第１及び第２の導電板の周縁を接続するリング部材と、第１及び第２の導電板により形成されるラジアル導波路内に平面視放射状に配置されて第１の導電板と第２の導電板との間に延在する複数の導電性仕切り板を備えたことを特徴とする。
【０００８】
ラジアル導波路内は放射状に配置された複数の仕切り板によって仕切られているので、少なくとも周方向における定在波の発生を抑制することができ、ラジアル導波路周縁部において反射されたマイクロ波による複雑な電磁界モードの生成を防ぐことができる。このため、ラジアル導波路周縁部に電磁界吸収材を設ける必要がない。よって、ラジアル導波路周縁部において反射されたマイクロ波も、第１の導電板に形成されたスロットから放射され、プラズマ生成に寄与する。また、電磁界吸収材を設ける必要がないので、余分な発熱は生じない。
【０００９】
ここで、隣り合う仕切り板の間隔を、ラジアル導波路内を伝搬するマイクロ波の略半波長に相当する長さ以上に設定することが望ましい。このように設定することにより、仕切り板に挟まれた領域をマイクロ波が通過しやすくなる。
また、隣り合う仕切り板の間隔を、ラジアル導波路内を伝搬するマイクロ波の略１波長に相当する長さ未満に設定するとよい。このように設定することにより、仕切り板に挟まれた領域に複数のモードの定在波が混在することはないので、この領域に複雑な電磁界モードは生成されない。
【００１０】
また、仕切り板のそれぞれの平面形状は、直線状をしていてもよいし、リング部材に近い側がリング部材の内周と同一方向に湾曲していてもよい。
また、仕切り板は放射状に配置されるが、第１の導電板に形成されるスロットを避けて配置されていることが望ましい。このように仕切り板を配置すれば、各スロットによる放射が仕切り板よって妨げられることはない。
また、マイクロ波導入口は、第２の導電板の中央に形成されていることが望ましい。このマイクロ波導入口へは、同軸線路でマイクロ波を導入してもよいし、円筒導波管で導入してもよい。
また、本発明のプラズマ処理装置は、プラズマが生成される容器内にマイクロ波を供給するアンテナ手段として、上述したラジアルアンテナを用いることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のプラズマ処理装置は、処理容器の側壁上面とアンテナ手段との間にできる空間を塞ぐシールド手段を、その内面から処理容器の側壁内面までの距離が、上記空間におけるマイクロ波の波長の略Ｎ／２倍（Ｎは自然数）となるように配置する。このシールド手段を配置する位置は、上記空間を構成する部材の比誘電率を考慮して決定される。これにより、処理容器の側壁内面の位置が上記空間に形成される定在波の節に当たるので、処理容器の側壁内面の位置における電位が零となり、この位置で異常放電は生じない。
【００１２】
このプラズマ処理装置は、処理容器とアンテナ手段との間に配置された誘電体板と、処理容器の側壁上面及び誘電体板の接合部に介在して接合部を密閉するリング状のシール手段とを更に備え、このシール手段が、シールド手段の内面から上記空間におけるマイクロ波の波長のＭ／２倍（ＭはＮ以下の自然数）に相当する長さを隔てた位置の近傍に配置されるようにしてもよい。ここで「近傍」とは、略（２Ｍ＋１）／４倍の位置を避ける位置であればよく、Ｍ／２倍の位置に配置されることが好ましい。この位置における定在波による電磁界は弱いので、この電磁界によるシール手段の損傷を抑制することがでる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。ここでは、本発明によるラジアルアンテナを用いたプラズマ処理装置をエッチング装置に適用した場合を例に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態であるエッチング装置の構成を示す図である。この図１には、一部構成について断面構造が示されている。
【００１４】
図１に示したエッチング装置は、上部が開口した円筒形状の処理容器１１を有している。この処理容器１１は、アルミニウムなどの導電部材で形成されている。
処理容器１１の底部には、真空ポンプ（図示せず）に連通する排気口１４が設けられており、処理容器１１内部を所望の真空度にすることができる。
また、処理容器１１の側壁には、処理容器１１内にＡｒなどのプラズマガスを導入するためのプラズマガス供給ノズル１５と、エッチングガスを導入するための処理ガス供給ノズル１６とが上下に設けられている。これらのノズル１５，１６は石英パイプなどで構成されている。
【００１５】
処理容器１１内には、エッチング対象の基板（被処理体）２１が上面に載置される載置台２２が収容され、処理容器１１の底部に絶縁板２４を介して固設された支持台２３上に固定されている。この載置台２２はまた、マッチングボックス２５を介してバイアス用の高周波電源２６に接続されている。
処理容器１１の上部開口には、平板状に成形された誘電板１３が水平に配置されている。この誘電板１３には、厚さ２０〜３０ｍｍ程度の石英ガラス又は（Ａｌ2Ｏ3又はＡｌＮなどの）セラミックなどが用いられる。処理容器１１と誘電板１３との接合部はＯリングなどのシール部材１２を介在させており、これにより処理容器１１内部の気密性を確保している。
【００１６】
また、誘電板１３上部にはラジアルアンテナ３０が放射面（後述する導電板３１）を下にして配設されている。このラジアルアンテナ３０は、誘電板１３を介して処理容器１１内にマイクロ波ＭＷを供給するアンテナ手段である。誘電板１３は、ラジアルアンテナ３０の放射面に対向配置され、この放射面全域を覆うことにより、処理容器１１内で生成されるプラズマからラジアルアンテナ３０を保護する。また、誘電板１３およびラジアルアンテナ３０の周囲はシールド材１７によって覆われている。
【００１７】
ラジアルアンテナ３０は、上記放射面を構成する第１の導電板３１と、この導電板３１に対して上方位置に対向配置された第２の導電板３２と、導電板３１，３２の周縁を接続するリング部材３４と、２枚の導電板３１，３２により形成されるラジアル導波路３３内に配置された複数の仕切り板３７とから構成される。
このような構成のラジアルアンテナ３０は、内部に複数の仕切り板３７が配置された円筒形状をしている。導電板３１，３２、リング部材３４及び仕切り板３７は、銅又はアルミニウムなどの導電体により形成される。なお、図８に示した従来のラジアルアンテナ１３０Ｂと異なり、リング部材３４の内壁に電磁界吸収材は取り付けられていない。
【００１８】
導電板３２の中央には、マイクロ波ＭＷが導入されるマイクロ波導入口３５が開口している。また、放射面を構成する導電板３１には、スロット３６が多数形成されている。
ラジアルアンテナ３０の中央部には、同軸線路４１が接続されている。この同軸線路４１の外部導体４１Ａは導体板３２のマイクロ波導入口３５に接続されている。また、同軸線路４１の中心導体４１Ｂの先端は円錐状に成形され、この円錐の底部が導体板３１の中心に接続されている。
【００１９】
このようにラジアルアンテナ３０に接続された同軸線路４１は、矩形・同軸変換器４２及び矩形導波管４３を介して、マイクロ波発生器４５に接続されている。このマイクロ波発生器４５は、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波ＭＷを発生するものである。なお、マイクロ波ＭＷの周波数は１ＧＨｚ〜１０数ＧＨｚの範囲内であればよい。また、矩形導波管４３の途中にインピーダンスのマッチングを行うマッチング回路４４を設けることにより、電力の使用効率を向上させることができる。
なお、マイクロ波発生器４５からラジアルアンテナ３０のマイクロ波導入口３５までの間を、円筒導波管で接続してもよい。
【００２０】
図２は、ラジアルアンテナ３０の断面図であり、図１におけるII−II′線方向の断面を示している。導電板３１に形成されるスロット３６は、図２に示すように同心円状に多数形成される。径方向におけるスロット３６間のピッチは、ラジアル導波路３３内におけるマイクロ波ＭＷの波長λg に基づいて設定される。いわゆる放射型のアンテナを実現する場合には、上記ピッチをλg に相当する長さ程度に設定する。また、いわゆるリーク型のアンテナを実現する場合には、上記ピッチをλg/20〜λg/30に相当する長さ程度に設定する。
【００２１】
ラジアル導波路３３の周縁に近い領域には、スロット３６を避けて、８個の仕切り板３７が配置されている。各仕切り板３７の平面形状は直線状をしており、ラジアル導波路３３の中心Ｃを中心とする平面視放射状に等配されている。各仕切り板３７の一端はリング部材３４に接続されている。これらの仕切り板３７は図１に示すようにリング部材３４と同じ高さを有して導電板３１，３２間に延在しており、図２に示すようにラジアル導波路３３の周縁に近い領域を８つに仕切っている。なお、上述したようにスロット３６を避けて仕切り板３７を配置することにより、スロット３６から設計どおりの電界を放射できる。
【００２２】
各仕切り板３７の厚みは１〜３ｍｍ程度である。図２に示す仕切り板３７の厚みは、内周部と外周部とで一定であるが、異なっていてもよい。例えば、外周部が内周部より厚く形成されていてもよい。
また、図２に示すリング部材３４は円形をしているが、隣り合う仕切り板３７間を直線で構成し多角形をなしてもかまわない。
【００２３】
図３は、隣り合う仕切り板３７の間隔設定を説明するための図である。マイクロ波導入口３５が導電板３２の中央に設けられているので、隣り合う仕切り板３７Ａ，３７Ｂの間隔を、ラジアル導波路３３内におけるマイクロ波ＭＷの伝搬方向と直交する方向における仕切り板３７Ａ，３７Ｂ表面間の距離、と定義する。
この場合、隣り合う仕切り板３７Ａ，３７Ｂの間隔を、およそＬ１＝λg/２以上、Ｌ２＝λg 未満に設定することが望ましい。Ｌ１＝λg/２よりも小さくなると、マイクロ波ＭＷが通過しにくくなる。また、Ｌ２＝λg 未満とすることにより、仕切り板３７Ａ，３７Ｂにより挟まれた領域に複数のモードの定在波が混在することを妨げることができる。
なお、ラジアル導波路３３内に、セラミックなどの比誘電率が１より大きい誘電体材料からなる遅延部材（図示せず）を配置するようにしてもよい。
【００２４】
次に、図１に示したエッチング装置の動作を説明する。
基板２１を載置台２２の上面に載置した状態で、処理容器１１内を例えば０．０１〜１０Ｐａ程度の真空度にする。次に、この真空度を維持しつつ、プラズマガス供給ノズル１５からプラズマガスとしてＡｒを供給し、処理ガス供給ノズル１６からＣＦ4 などのエッチングガスを流量制御して供給する。
処理容器１１内にプラズマガス及びエッチングガスが供給された状態で、マイクロ波発生器４５からのマイクロ波ＭＷを矩形導波管４３、矩形・同軸変換器４２及び同軸線路４１を介してラジアルアンテナ３０に供給する。
【００２５】
ラジアルアンテナ３０に供給されたマイクロ波ＭＷは、導電板３１，３２により形成されるラジアル導波路３３内を中央部から放射状に広がってゆく。ここで、隣り合う仕切り板３７の間隔がおよそＬ１＝λg/２以上に設定されているので、マイクロ波ＭＷは仕切り板３７により仕切られた領域を容易に伝搬することができる。
【００２６】
ラジアル導波路３３の周縁部となるリング部材３４の内壁には、図８に示した従来例のような電磁界吸収材が取り付けられていないので、ラジアル導波路３３の周縁部に至ったマイクロ波ＭＷはそこで全反射され、ラジアル導波路３３の中央部に向かう。マイクロ波ＭＷは、このようにラジアル導波路３３の中央部と周縁部との間を往復伝搬しつつ、多数のスロット３６から少しずつ放射されてゆく。したがって、このラジアルアンテナ３０では、ラジアル導波路３３の中央部から周縁部に向かうマイクロ波ＭＷのみでなく、周縁部で反射されたマイクロ波もスロット３６から放射されることになる。
【００２７】
ラジアルアンテナ３０から放射されたマイクロ波ＭＷは、誘電板１３を透過して、処理容器１１内に導入される。このマイクロ波ＭＷは、処理容器１１内に電界を形成してＡｒを電離させることにより、処理対象の基板１１の上部空間Ｓ１にプラズマを生成する。
このエッチング装置では、載置台２２に負電位がバイアスされているので、生成されたプラズマからイオンが引き出されて、基板２１に対してエッチング処理が行われる。
【００２８】
このラジアルアンテナ３０では、上述したようにラジアル導波路３３の周縁部で反射されたマイクロ波ＭＷもスロット３６から放射される。したがって、周縁部で反射されたマイクロ波ＭＷもプラズマ生成に利用することができるので、図７に示した従来例と同様に効率よくプラズマを生成することができる。
また、ラジアル導波路３３内において仕切り板３７により仕切られた領域では、ラジアル導波路３３の周縁部に向かうマイクロ波ＭＷと、反射されて中央部に向かうマイクロ波ＭＷとにより定在波が形成される。しかし、隣り合う仕切り板３７の間隔がおよそＬ２＝λg 未満に設定されているので、この領域に複数のモードの定在波が混在することはない。このため、この領域に複雑な電磁界モードは生成されない。したがって、このラジアルアンテナ３０では、図８に示した従来例と同様に均一な放射が可能であるので、プラズマを均一に生成することができる。
【００２９】
また、このラジアルアンテナ３０では、上述したようにリング部材３４の内壁に電磁界吸収材が取り付けられていないので、リング部材３４が加熱されて変形してしまうことはない。
このように、ラジアルアンテナ３０を用いることにより、プラズマ生成効率を犠牲にすることなく、また余分な発熱を生じることなく、プラズマの均一性を向上することができる。
【００３０】
なお、図２では平面形状が直線状の仕切り板３７を放射状に配置した例を示したが、図４に示すように、リング部材３４に近い側がその内周と同一方向に湾曲しているような平面形状をした仕切り板３９を放射状に配置した構造であってもよい。
また、ここでは８個の仕切り板３７が放射状に配置された例を示したが、仕切り板３７の個数は８個に限定されず、リング部材３４の内周長をλg で除した数程度であればよい。
【００３１】
（第２の実施の形態）
図５は、図１，図２に示したラジアルアンテナ３０よりも開口面積が大きいラジアルアンテナの構成例を示す断面図であり、図２に相当する断面が示されている。また、図６は、隣り合う仕切り板の間隔設定を説明するための図である。図５，図６において、図２，図３と同一部分を同一符号をもって示し、適宜その説明を省略する。
開口面積が大きいラジアルアンテナ３０Ａを構成するとき、図６に示すように隣り合う仕切り板３７Ａ，３７Ｂの間隔Ｌ２がＬ２≧λg となってしまう場合がある。このような場合には、仕切り板３７Ａ，３７Ｂの間隔Ｌ２がＬ２≧λg となる領域の一部に、新たに仕切り板３８を配置すればよい。このとき、仕切り板３７Ａ，３７Ｂと仕切り板３８との間隔を、およそＬ３≧λg/２、Ｌ４＜λg に設定する。
【００３２】
さらに開口面積が大きいラジアルアンテナを構成する場合には、隣り合う仕切り板の間に上述した条件にしたがって次々と新たに仕切り板を配置するようにすればよい。
これにより、図１，図２に示したラジアルアンテナ３０と同様に、均一なプラズマを効率よく生成することができると共に、リング部材３４の熱変形を防止することができる。
以上では本発明によるラジアルアンテナを用いたプラズマ処理装置をエッチング装置に適用した場合を例に説明したが、例えばプラズマＣＶＤ装置などの他のプラズマ処理装置に適用してもよいことは言うまでもない。
【００３３】
（第３の実施の形態）
図９は、本発明の第３の実施の形態であるエッチング装置の構成を示す図である。この図において、図１と同一部分を同一符号をもって示し、適宜その説明を省略する。また、図１０は、図９において点線で囲まれた部分Ｘを拡大して示す拡大断面図である。ただし、説明の都合上、誘電板１３とラジアルアンテナ３０と間隔を誇張して示してある。
図９に示すエッチング装置では、リング状のシールド材１７の内面から処理容器１１Ａの側壁内面までの距離Ｄが、処理容器１１Ａの側壁上面とラジアルアンテナ３０との間にできる空間（図１０において梨子地模様を付した領域であり、誘電板１３を含む）１８におけるマイクロ波ＭＷの波長λg のおよそＮ／２倍（Ｎは自然数）に相当する長さに設定されている。ここで、シールド材１７を配置する位置は、空間１８を構成する部材、例えば誘電板１３の比誘電率を考慮して決定される。
【００３４】
また、処理容器１１Ａの側壁上面及び誘電体板１３の接合部に介在して接合部を密閉するリング状のシール部材１２は、シールド材１７の内面からＭ×λg/２（ＭはＮ以下の自然数）に相当する長さを隔てた位置の近傍に配置されている。このとき、シール部材１２は、シールド材１７の内面からおよそ（２Ｍ＋１）λg/４の位置を避ける位置に配置されればよく、Ｍ×λg/２倍の位置に配置されることが好ましい。シール部材１２を配置する位置についても、空間１８を構成する部材の比誘電率を考慮して決定される。
ラジアルアンテナ３０から誘電板１３を介して処理容器１１Ａ内に導入されたマイクロ波ＭＷの中には、プラズマ生成に寄与せず処理容器１１Ａ内で乱反射を繰り返すものがあり、その一部は処理容器１１Ａの側壁上面とラジアルアンテナ３０との間にできる空間１８に進入する。この空間１８に進入したマイクロ波ＭＷはシールド材１７によって反射されので、空間１８では図１０に示すような定在波が形成される。
【００３５】
従来のエッチング装置では、距離Ｄが任意に設定されていたので、例えば距離Ｄがおよそλg/４又は３λg/４となる場合もある。この場合には処理容器の側壁内面の位置が、空間１８に形成される定在波の腹に当たるため、処理容器の側壁内面の位置における電位が大きくなり、この位置で異常放電が生じることがあった。
この異常放電は処理容器の側壁に損傷を与えるので、このとき発生する微小な塵が処理容器内の汚染の原因となるという問題があった。
一方、Ｏリングなどのシール部材が、シールド材の内面からおよそλg/４又は３λg/４隔てた位置に配置されると、定在波の強い電磁界によりシール部材が損傷を受けて、シール部材の寿命が短くなるという問題があった。
【００３６】
しかし、図９に示したエッチング装置では、距離ＤがおよそＮ×λg/２に設定されているので、処理容器１１Ａの側壁内面の位置が空間１８に形成される定在波の節に当たる。このため、処理容器１１Ａの側壁内面の位置の電位が零となるので、この位置で異常放電は生じない。したがって、異常放電による処理容器１１Ａ内の汚染を抑制することができる。
また、シール部材１２は、シールド材１７の内面からＭ×λg/２隔てた位置の近傍に配置されている。この位置の電磁界は弱いので、この電磁界によるシール部材１２の損傷を抑制することができ、シール部材１２の寿命を長くすることができる。
【００３７】
この実施の形態では、本発明によるプラズマ処理装置をエッチング装置に適用した場合を例に説明したが、例えばプラズマＣＶＤ装置などの他のプラズマ処理装置に適用してもよいことは言うまでもない。また、本発明はマイクロ波プラズマ処理装置のみでなく、例えばＥＣＲ(electron cyclotron resonance)プラズマ処理装置にも適用することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、ラジアル導波路内が、放射状に配置された複数の仕切り板によって仕切られているので、ラジアル導波路周縁部において反射されたマイクロ波による複雑な電磁界モードの生成を防ぐことができる。このため、ラジアル導波路周縁部に電磁界吸収材を設けなくても処理容器への放射が均一となり、プラズマを均一に生成することができる。電磁界吸収材を設けないのであれば、ラジアル導波路周縁部において反射されたマイクロ波をプラズマ生成に利用できるので、効率よくプラズマを生成できる。また、余分な発熱が生じることもない。このように本発明では、プラズマ生成効率を犠牲にすることなく、また余分な発熱を生じることなく、プラズマの均一性を向上することができる。
【００３９】
また、本発明では、処理容器の側壁上面とアンテナ手段との間にできる空間を塞ぐシールド手段を、その内面から処理容器の側壁内面までの距離が、上記空間におけるマイクロ波の波長の略Ｎ／２倍（Ｎは自然数）となるように配置する。これにより、処理容器の側壁内面の位置が上記空間に形成される定在波の節に当たるので、この位置の電位が零となり異常放電は生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態であるエッチング装置の構成を示す図である。
【図２】 ラジアルアンテナの一構成例を示す断面図である。
【図３】 図２における隣り合う仕切り板の間隔設定を説明するための図である。
【図４】 仕切り板の変形例を示す断面図である。
【図５】 ラジアルアンテナの他の構成例を示す断面図である。
【図６】 図５における隣り合う仕切り板の間隔設定を説明するための図である。
【図７】 プラズマ処理装置に従来から用いられているラジアルアンテナの一例を示す構成図である。
【図８】 プラズマ処理装置に従来から用いられているラジアルアンテナの他の例を示す構成図である。
【図９】 本発明の第３の実施の形態であるエッチング装置の構成を示す図である。
【図１０】 図９において点線で囲まれた部分を拡大して示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１１…処理容器、２１…被処理体、２２…載置台、３０、３０Ａ…ラジアルアンテナ、３１，３２…導電板、３３…ラジアル導波路、３４…リング部材、３５…マイクロ波導入口、３６…スロット、３７，３７Ａ，３７Ｂ，３８，３９…仕切り板、Ｌ１〜Ｌ４…間隔、ＭＷ…マイクロ波、λg …波長。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラジアルアンテナ及びそれを用いたプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造において、酸化膜の形成や半導体層の結晶成長、エッチング、またアッシングなどの処理を行うために、プラズマ処理装置が多用されている。これらのプラズマ処理装置の中に、ラジアルアンテナを介してマイクロ波を処理容器内に導入し高密度プラズマを発生させるマイクロ波プラズマ処理装置がある。このマイクロ波プラズマ処理装置はプラズマガスの圧力が比較的低くても安定してプラズマを生成することができるので、用途が広いという特色がある。
【０００３】
図７は、このようなマイクロ波プラズマ処理装置に従来から用いられているラジアルアンテナの一例を示す構成図である。ここで、図７（ａ）はラジアルアンテナの縦断面を示す図、図７（ｂ）は図７（ａ）におけるVIIb−VIIb′線方向の横断面を示す図である。
プラズマ処理装置に従来から用いられているラジアルアンテナ１３０Ａは、図７（ａ）に示すように、ラジアル導波路１３３を形成する互いに平行な２枚の導電板１３１，１３２と、これらの導電板１３１，１３２の周縁を接続するリング部材１３４とから構成される。導電板１３２の中央には、マイクロ波発生器（図示せず）からのマイクロ波が導入されるマイクロ波導入口１３５が開口している。導電板１３１には、ラジアル導波路１３３内を伝搬するマイクロ波を処理容器（図示せず）に放射するためのスロット１３６が、図７（ｂ）に示すように多数形成されている。リング部材１３４は導電体で形成されている。
【０００４】
マイクロ波導入口１３５から導入されたマイクロ波は、ラジアル導波路１３３の中央部から周縁部に向かって放射状に伝搬しながら、多数のスロット１３６から処理容器内に少しずつ放射されてゆく。一方、ラジアル導波路１３３の周縁部に至ったマイクロ波は、リング部材１３４に反射されて、ラジアル導波路１３３の中央部に向かって戻ることになる。マイクロ波は、このようにラジアル導波路１３３の中央部と周縁部との間を往復伝搬しながら、多数のスロット１３６から処理容器内に徐々に放射されてゆき、プラズマ生成に利用される。
しかし、マイクロ波がラジアル導波路１３３内で反射を繰り返すうちに複数のモードの定在波が形成されるので、ラジアル導波路１３３内に複雑な電磁界モードが生成される。このため、ラジアルアンテナ１３０Ａから処理容器への放射は不均一となり、均一なプラズマを生成することができなかった。
【０００５】
図８は、マイクロ波プラズマ処理装置に従来から用いられているラジアルアンテナの他の例を示す構成図であり、図８（ａ）は縦断面図、図８（ｂ）はＶIIIb−ＶIIIb′線方向の横断面図である。
図８に示すラジアルアンテナ１３０Ｂは、図７に示したラジアルアンテナ１３０Ａを改良したものであり、リング部材１３４の内壁にカーボンを含むセラミックスなどからなる電磁界吸収材１３９が張り付けてある。この電磁界吸収材１３９は、ラジアル導波路１３３の周縁部に至ったマイクロ波の大部分を吸収するので、ラジアル導波路１３３の中央部へはほとんど反射されない。したがって、ラジアル導波路１３３内に複雑な電磁界モードはできないので、処理容器への放射が均一となり、プラズマを均一に生成することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図８に示した従来からあるラジアルアンテナ１３０Ｂでは、ラジアル導波路１３３の周縁部で吸収されるマイクロ波をプラズマ生成に利用できないので、プラズマの生成効率が悪いという問題があった。また、電磁界吸収材はマイクロ波吸収によって発熱するので、ラジアル導波路１３３の周縁部、特にリング部材１３４が局所的に加熱されて変形してしまうという問題があった。
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、プラズマ生成効率を犠牲にすることなく、また余分な発熱を生じることなく、プラズマの均一性を向上することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明によるラジアルアンテナは、複数のスロットが形成された第１の導電板と、マイクロ波導入口を有し第１の導電板に対向配置された第２の導電板と、第１及び第２の導電板の周縁を接続するリング部材と、第１及び第２の導電板により形成されるラジアル導波路内に平面視放射状に配置されて第１の導電板と第２の導電板との間に延在する複数の導電性仕切り板を備えたことを特徴とする。
【０００８】
ラジアル導波路内は放射状に配置された複数の仕切り板によって仕切られているので、少なくとも周方向における定在波の発生を抑制することができ、ラジアル導波路周縁部において反射されたマイクロ波による複雑な電磁界モードの生成を防ぐことができる。このため、ラジアル導波路周縁部に電磁界吸収材を設ける必要がない。よって、ラジアル導波路周縁部において反射されたマイクロ波も、第１の導電板に形成されたスロットから放射され、プラズマ生成に寄与する。また、電磁界吸収材を設ける必要がないので、余分な発熱は生じない。
【０００９】
ここで、隣り合う仕切り板の間隔を、ラジアル導波路内を伝搬するマイクロ波の略半波長に相当する長さ以上に設定することが望ましい。このように設定することにより、仕切り板に挟まれた領域をマイクロ波が通過しやすくなる。
また、隣り合う仕切り板の間隔を、ラジアル導波路内を伝搬するマイクロ波の略１波長に相当する長さ未満に設定するとよい。このように設定することにより、仕切り板に挟まれた領域に複数のモードの定在波が混在することはないので、この領域に複雑な電磁界モードは生成されない。
【００１０】
また、仕切り板のそれぞれの平面形状は、直線状をしていてもよいし、リング部材に近い側がリング部材の内周と同一方向に湾曲していてもよい。
また、仕切り板は放射状に配置されるが、第１の導電板に形成されるスロットを避けて配置されていることが望ましい。このように仕切り板を配置すれば、各スロットによる放射が仕切り板よって妨げられることはない。
また、マイクロ波導入口は、第２の導電板の中央に形成されていることが望ましい。このマイクロ波導入口へは、同軸線路でマイクロ波を導入してもよいし、円筒導波管で導入してもよい。
また、本発明のプラズマ処理装置は、プラズマが生成される容器内にマイクロ波を供給するアンテナ手段として、上述したラジアルアンテナを用いることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のプラズマ処理装置は、処理容器の側壁上面とアンテナ手段との間にできる空間を塞ぐシールド手段を、その内面から処理容器の側壁内面までの距離が、上記空間におけるマイクロ波の波長の略Ｎ／２倍（Ｎは自然数）となるように配置する。このシールド手段を配置する位置は、上記空間を構成する部材の比誘電率を考慮して決定される。これにより、処理容器の側壁内面の位置が上記空間に形成される定在波の節に当たるので、処理容器の側壁内面の位置における電位が零となり、この位置で異常放電は生じない。
【００１２】
このプラズマ処理装置は、処理容器とアンテナ手段との間に配置された誘電体板と、処理容器の側壁上面及び誘電体板の接合部に介在して接合部を密閉するリング状のシール手段とを更に備え、このシール手段が、シールド手段の内面から上記空間におけるマイクロ波の波長のＭ／２倍（ＭはＮ以下の自然数）に相当する長さを隔てた位置の近傍に配置されるようにしてもよい。ここで「近傍」とは、略（２Ｍ＋１）／４倍の位置を避ける位置であればよく、Ｍ／２倍の位置に配置されることが好ましい。この位置における定在波による電磁界は弱いので、この電磁界によるシール手段の損傷を抑制することがでる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。ここでは、本発明によるラジアルアンテナを用いたプラズマ処理装置をエッチング装置に適用した場合を例に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態であるエッチング装置の構成を示す図である。この図１には、一部構成について断面構造が示されている。
【００１４】
図１に示したエッチング装置は、上部が開口した円筒形状の処理容器１１を有している。この処理容器１１は、アルミニウムなどの導電部材で形成されている。
処理容器１１の底部には、真空ポンプ（図示せず）に連通する排気口１４が設けられており、処理容器１１内部を所望の真空度にすることができる。
また、処理容器１１の側壁には、処理容器１１内にＡｒなどのプラズマガスを導入するためのプラズマガス供給ノズル１５と、エッチングガスを導入するための処理ガス供給ノズル１６とが上下に設けられている。これらのノズル１５，１６は石英パイプなどで構成されている。
【００１５】
処理容器１１内には、エッチング対象の基板（被処理体）２１が上面に載置される載置台２２が収容され、処理容器１１の底部に絶縁板２４を介して固設された支持台２３上に固定されている。この載置台２２はまた、マッチングボックス２５を介してバイアス用の高周波電源２６に接続されている。
処理容器１１の上部開口には、平板状に成形された誘電板１３が水平に配置されている。この誘電板１３には、厚さ２０〜３０ｍｍ程度の石英ガラス又は（Ａｌ2Ｏ3又はＡｌＮなどの）セラミックなどが用いられる。処理容器１１と誘電板１３との接合部はＯリングなどのシール部材１２を介在させており、これにより処理容器１１内部の気密性を確保している。
【００１６】
また、誘電板１３上部にはラジアルアンテナ３０が放射面（後述する導電板３１）を下にして配設されている。このラジアルアンテナ３０は、誘電板１３を介して処理容器１１内にマイクロ波ＭＷを供給するアンテナ手段である。誘電板１３は、ラジアルアンテナ３０の放射面に対向配置され、この放射面全域を覆うことにより、処理容器１１内で生成されるプラズマからラジアルアンテナ３０を保護する。また、誘電板１３およびラジアルアンテナ３０の周囲はシールド材１７によって覆われている。
【００１７】
ラジアルアンテナ３０は、上記放射面を構成する第１の導電板３１と、この導電板３１に対して上方位置に対向配置された第２の導電板３２と、導電板３１，３２の周縁を接続するリング部材３４と、２枚の導電板３１，３２により形成されるラジアル導波路３３内に配置された複数の仕切り板３７とから構成される。
このような構成のラジアルアンテナ３０は、内部に複数の仕切り板３７が配置された円筒形状をしている。導電板３１，３２、リング部材３４及び仕切り板３７は、銅又はアルミニウムなどの導電体により形成される。なお、図８に示した従来のラジアルアンテナ１３０Ｂと異なり、リング部材３４の内壁に電磁界吸収材は取り付けられていない。
【００１８】
導電板３２の中央には、マイクロ波ＭＷが導入されるマイクロ波導入口３５が開口している。また、放射面を構成する導電板３１には、スロット３６が多数形成されている。
ラジアルアンテナ３０の中央部には、同軸線路４１が接続されている。この同軸線路４１の外部導体４１Ａは導体板３２のマイクロ波導入口３５に接続されている。また、同軸線路４１の中心導体４１Ｂの先端は円錐状に成形され、この円錐の底部が導体板３１の中心に接続されている。
【００１９】
このようにラジアルアンテナ３０に接続された同軸線路４１は、矩形・同軸変換器４２及び矩形導波管４３を介して、マイクロ波発生器４５に接続されている。このマイクロ波発生器４５は、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波ＭＷを発生するものである。なお、マイクロ波ＭＷの周波数は１ＧＨｚ〜１０数ＧＨｚの範囲内であればよい。また、矩形導波管４３の途中にインピーダンスのマッチングを行うマッチング回路４４を設けることにより、電力の使用効率を向上させることができる。
なお、マイクロ波発生器４５からラジアルアンテナ３０のマイクロ波導入口３５までの間を、円筒導波管で接続してもよい。
【００２０】
図２は、ラジアルアンテナ３０の断面図であり、図１におけるII−II′線方向の断面を示している。導電板３１に形成されるスロット３６は、図２に示すように同心円状に多数形成される。径方向におけるスロット３６間のピッチは、ラジアル導波路３３内におけるマイクロ波ＭＷの波長λg に基づいて設定される。いわゆる放射型のアンテナを実現する場合には、上記ピッチをλg に相当する長さ程度に設定する。また、いわゆるリーク型のアンテナを実現する場合には、上記ピッチをλg/20〜λg/30に相当する長さ程度に設定する。
【００２１】
ラジアル導波路３３の周縁に近い領域には、スロット３６を避けて、８個の仕切り板３７が配置されている。各仕切り板３７の平面形状は直線状をしており、ラジアル導波路３３の中心Ｃを中心とする平面視放射状に等配されている。各仕切り板３７の一端はリング部材３４に接続されている。これらの仕切り板３７は図１に示すようにリング部材３４と同じ高さを有して導電板３１，３２間に延在しており、図２に示すようにラジアル導波路３３の周縁に近い領域を８つに仕切っている。なお、上述したようにスロット３６を避けて仕切り板３７を配置することにより、スロット３６から設計どおりの電界を放射できる。
【００２２】
各仕切り板３７の厚みは１〜３ｍｍ程度である。図２に示す仕切り板３７の厚みは、内周部と外周部とで一定であるが、異なっていてもよい。例えば、外周部が内周部より厚く形成されていてもよい。
また、図２に示すリング部材３４は円形をしているが、隣り合う仕切り板３７間を直線で構成し多角形をなしてもかまわない。
【００２３】
図３は、隣り合う仕切り板３７の間隔設定を説明するための図である。マイクロ波導入口３５が導電板３２の中央に設けられているので、隣り合う仕切り板３７Ａ，３７Ｂの間隔を、ラジアル導波路３３内におけるマイクロ波ＭＷの伝搬方向と直交する方向における仕切り板３７Ａ，３７Ｂ表面間の距離、と定義する。
この場合、隣り合う仕切り板３７Ａ，３７Ｂの間隔を、およそＬ１＝λg/２以上、Ｌ２＝λg 未満に設定することが望ましい。Ｌ１＝λg/２よりも小さくなると、マイクロ波ＭＷが通過しにくくなる。また、Ｌ２＝λg 未満とすることにより、仕切り板３７Ａ，３７Ｂにより挟まれた領域に複数のモードの定在波が混在することを妨げることができる。
なお、ラジアル導波路３３内に、セラミックなどの比誘電率が１より大きい誘電体材料からなる遅延部材（図示せず）を配置するようにしてもよい。
【００２４】
次に、図１に示したエッチング装置の動作を説明する。
基板２１を載置台２２の上面に載置した状態で、処理容器１１内を例えば０．０１〜１０Ｐａ程度の真空度にする。次に、この真空度を維持しつつ、プラズマガス供給ノズル１５からプラズマガスとしてＡｒを供給し、処理ガス供給ノズル１６からＣＦ4 などのエッチングガスを流量制御して供給する。
処理容器１１内にプラズマガス及びエッチングガスが供給された状態で、マイクロ波発生器４５からのマイクロ波ＭＷを矩形導波管４３、矩形・同軸変換器４２及び同軸線路４１を介してラジアルアンテナ３０に供給する。
【００２５】
ラジアルアンテナ３０に供給されたマイクロ波ＭＷは、導電板３１，３２により形成されるラジアル導波路３３内を中央部から放射状に広がってゆく。ここで、隣り合う仕切り板３７の間隔がおよそＬ１＝λg/２以上に設定されているので、マイクロ波ＭＷは仕切り板３７により仕切られた領域を容易に伝搬することができる。
【００２６】
ラジアル導波路３３の周縁部となるリング部材３４の内壁には、図８に示した従来例のような電磁界吸収材が取り付けられていないので、ラジアル導波路３３の周縁部に至ったマイクロ波ＭＷはそこで全反射され、ラジアル導波路３３の中央部に向かう。マイクロ波ＭＷは、このようにラジアル導波路３３の中央部と周縁部との間を往復伝搬しつつ、多数のスロット３６から少しずつ放射されてゆく。したがって、このラジアルアンテナ３０では、ラジアル導波路３３の中央部から周縁部に向かうマイクロ波ＭＷのみでなく、周縁部で反射されたマイクロ波もスロット３６から放射されることになる。
【００２７】
ラジアルアンテナ３０から放射されたマイクロ波ＭＷは、誘電板１３を透過して、処理容器１１内に導入される。このマイクロ波ＭＷは、処理容器１１内に電界を形成してＡｒを電離させることにより、処理対象の基板１１の上部空間Ｓ１にプラズマを生成する。
このエッチング装置では、載置台２２に負電位がバイアスされているので、生成されたプラズマからイオンが引き出されて、基板２１に対してエッチング処理が行われる。
【００２８】
このラジアルアンテナ３０では、上述したようにラジアル導波路３３の周縁部で反射されたマイクロ波ＭＷもスロット３６から放射される。したがって、周縁部で反射されたマイクロ波ＭＷもプラズマ生成に利用することができるので、図７に示した従来例と同様に効率よくプラズマを生成することができる。
また、ラジアル導波路３３内において仕切り板３７により仕切られた領域では、ラジアル導波路３３の周縁部に向かうマイクロ波ＭＷと、反射されて中央部に向かうマイクロ波ＭＷとにより定在波が形成される。しかし、隣り合う仕切り板３７の間隔がおよそＬ２＝λg 未満に設定されているので、この領域に複数のモードの定在波が混在することはない。このため、この領域に複雑な電磁界モードは生成されない。したがって、このラジアルアンテナ３０では、図８に示した従来例と同様に均一な放射が可能であるので、プラズマを均一に生成することができる。
【００２９】
また、このラジアルアンテナ３０では、上述したようにリング部材３４の内壁に電磁界吸収材が取り付けられていないので、リング部材３４が加熱されて変形してしまうことはない。
このように、ラジアルアンテナ３０を用いることにより、プラズマ生成効率を犠牲にすることなく、また余分な発熱を生じることなく、プラズマの均一性を向上することができる。
【００３０】
なお、図２では平面形状が直線状の仕切り板３７を放射状に配置した例を示したが、図４に示すように、リング部材３４に近い側がその内周と同一方向に湾曲しているような平面形状をした仕切り板３９を放射状に配置した構造であってもよい。
また、ここでは８個の仕切り板３７が放射状に配置された例を示したが、仕切り板３７の個数は８個に限定されず、リング部材３４の内周長をλg で除した数程度であればよい。
【００３１】
（第２の実施の形態）
図５は、図１，図２に示したラジアルアンテナ３０よりも開口面積が大きいラジアルアンテナの構成例を示す断面図であり、図２に相当する断面が示されている。また、図６は、隣り合う仕切り板の間隔設定を説明するための図である。図５，図６において、図２，図３と同一部分を同一符号をもって示し、適宜その説明を省略する。
開口面積が大きいラジアルアンテナ３０Ａを構成するとき、図６に示すように隣り合う仕切り板３７Ａ，３７Ｂの間隔Ｌ２がＬ２≧λg となってしまう場合がある。このような場合には、仕切り板３７Ａ，３７Ｂの間隔Ｌ２がＬ２≧λg となる領域の一部に、新たに仕切り板３８を配置すればよい。このとき、仕切り板３７Ａ，３７Ｂと仕切り板３８との間隔を、およそＬ３≧λg/２、Ｌ４＜λg に設定する。
【００３２】
さらに開口面積が大きいラジアルアンテナを構成する場合には、隣り合う仕切り板の間に上述した条件にしたがって次々と新たに仕切り板を配置するようにすればよい。
これにより、図１，図２に示したラジアルアンテナ３０と同様に、均一なプラズマを効率よく生成することができると共に、リング部材３４の熱変形を防止することができる。
以上では本発明によるラジアルアンテナを用いたプラズマ処理装置をエッチング装置に適用した場合を例に説明したが、例えばプラズマＣＶＤ装置などの他のプラズマ処理装置に適用してもよいことは言うまでもない。
【００３３】
（第３の実施の形態）
図９は、本発明の第３の実施の形態であるエッチング装置の構成を示す図である。この図において、図１と同一部分を同一符号をもって示し、適宜その説明を省略する。また、図１０は、図９において点線で囲まれた部分Ｘを拡大して示す拡大断面図である。ただし、説明の都合上、誘電板１３とラジアルアンテナ３０と間隔を誇張して示してある。
図９に示すエッチング装置では、リング状のシールド材１７の内面から処理容器１１Ａの側壁内面までの距離Ｄが、処理容器１１Ａの側壁上面とラジアルアンテナ３０との間にできる空間（図１０において梨子地模様を付した領域であり、誘電板１３を含む）１８におけるマイクロ波ＭＷの波長λg のおよそＮ／２倍（Ｎは自然数）に相当する長さに設定されている。ここで、シールド材１７を配置する位置は、空間１８を構成する部材、例えば誘電板１３の比誘電率を考慮して決定される。
【００３４】
また、処理容器１１Ａの側壁上面及び誘電体板１３の接合部に介在して接合部を密閉するリング状のシール部材１２は、シールド材１７の内面からＭ×λg/２（ＭはＮ以下の自然数）に相当する長さを隔てた位置の近傍に配置されている。このとき、シール部材１２は、シールド材１７の内面からおよそ（２Ｍ＋１）λg/４の位置を避ける位置に配置されればよく、Ｍ×λg/２倍の位置に配置されることが好ましい。シール部材１２を配置する位置についても、空間１８を構成する部材の比誘電率を考慮して決定される。
ラジアルアンテナ３０から誘電板１３を介して処理容器１１Ａ内に導入されたマイクロ波ＭＷの中には、プラズマ生成に寄与せず処理容器１１Ａ内で乱反射を繰り返すものがあり、その一部は処理容器１１Ａの側壁上面とラジアルアンテナ３０との間にできる空間１８に進入する。この空間１８に進入したマイクロ波ＭＷはシールド材１７によって反射されので、空間１８では図１０に示すような定在波が形成される。
【００３５】
従来のエッチング装置では、距離Ｄが任意に設定されていたので、例えば距離Ｄがおよそλg/４又は３λg/４となる場合もある。この場合には処理容器の側壁内面の位置が、空間１８に形成される定在波の腹に当たるため、処理容器の側壁内面の位置における電位が大きくなり、この位置で異常放電が生じることがあった。
この異常放電は処理容器の側壁に損傷を与えるので、このとき発生する微小な塵が処理容器内の汚染の原因となるという問題があった。
一方、Ｏリングなどのシール部材が、シールド材の内面からおよそλg/４又は３λg/４隔てた位置に配置されると、定在波の強い電磁界によりシール部材が損傷を受けて、シール部材の寿命が短くなるという問題があった。
【００３６】
しかし、図９に示したエッチング装置では、距離ＤがおよそＮ×λg/２に設定されているので、処理容器１１Ａの側壁内面の位置が空間１８に形成される定在波の節に当たる。このため、処理容器１１Ａの側壁内面の位置の電位が零となるので、この位置で異常放電は生じない。したがって、異常放電による処理容器１１Ａ内の汚染を抑制することができる。
また、シール部材１２は、シールド材１７の内面からＭ×λg/２隔てた位置の近傍に配置されている。この位置の電磁界は弱いので、この電磁界によるシール部材１２の損傷を抑制することができ、シール部材１２の寿命を長くすることができる。
【００３７】
この実施の形態では、本発明によるプラズマ処理装置をエッチング装置に適用した場合を例に説明したが、例えばプラズマＣＶＤ装置などの他のプラズマ処理装置に適用してもよいことは言うまでもない。また、本発明はマイクロ波プラズマ処理装置のみでなく、例えばＥＣＲ(electron cyclotron resonance)プラズマ処理装置にも適用することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、ラジアル導波路内が、放射状に配置された複数の仕切り板によって仕切られているので、ラジアル導波路周縁部において反射されたマイクロ波による複雑な電磁界モードの生成を防ぐことができる。このため、ラジアル導波路周縁部に電磁界吸収材を設けなくても処理容器への放射が均一となり、プラズマを均一に生成することができる。電磁界吸収材を設けないのであれば、ラジアル導波路周縁部において反射されたマイクロ波をプラズマ生成に利用できるので、効率よくプラズマを生成できる。また、余分な発熱が生じることもない。このように本発明では、プラズマ生成効率を犠牲にすることなく、また余分な発熱を生じることなく、プラズマの均一性を向上することができる。
【００３９】
また、本発明では、処理容器の側壁上面とアンテナ手段との間にできる空間を塞ぐシールド手段を、その内面から処理容器の側壁内面までの距離が、上記空間におけるマイクロ波の波長の略Ｎ／２倍（Ｎは自然数）となるように配置する。これにより、処理容器の側壁内面の位置が上記空間に形成される定在波の節に当たるので、この位置の電位が零となり異常放電は生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態であるエッチング装置の構成を示す図である。
【図２】 ラジアルアンテナの一構成例を示す断面図である。
【図３】 図２における隣り合う仕切り板の間隔設定を説明するための図である。
【図４】 仕切り板の変形例を示す断面図である。
【図５】 ラジアルアンテナの他の構成例を示す断面図である。
【図６】 図５における隣り合う仕切り板の間隔設定を説明するための図である。
【図７】 プラズマ処理装置に従来から用いられているラジアルアンテナの一例を示す構成図である。
【図８】 プラズマ処理装置に従来から用いられているラジアルアンテナの他の例を示す構成図である。
【図９】 本発明の第３の実施の形態であるエッチング装置の構成を示す図である。
【図１０】 図９において点線で囲まれた部分を拡大して示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１１…処理容器、２１…被処理体、２２…載置台、３０、３０Ａ…ラジアルアンテナ、３１，３２…導電板、３３…ラジアル導波路、３４…リング部材、３５…マイクロ波導入口、３６…スロット、３７，３７Ａ，３７Ｂ，３８，３９…仕切り板、Ｌ１〜Ｌ４…間隔、ＭＷ…マイクロ波、λg …波長。
Claims (6)
- 複数のスロットが形成された第１の導電板と、マイクロ波導入口を有し前記第１の導電板に対向配置された第２の導電板と、前記第１及び第２の導電板の周縁を接続するリング部材とを備えたラジアルアンテナにおいて、
前記第１及び第２の導電板により形成されるラジアル導波路内に平面視放射状に配置され、前記第１の導電板と前記第２の導電板との間に延在する導電性の仕切り板を複数備え、
前記仕切り板のそれぞれの平面形状は、前記リング部材に近い側が、前記リング部材の内周と同一方向に湾曲していることを特徴とするラジアルアンテナ。 - 請求項１記載のラジアルアンテナにおいて、前記仕切り板は、前記スロットを避けて配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
- 請求項１又は２記載のラジアルアンテナにおいて、前記マイクロ波導入口は、前記第２の導電板の中央に形成されていることを特徴とするラジアルアンテナ。
- 気密な処理容器内に配置されて被処理体を載置する載置台と、前記載置台の上方位置に配設され前記処理容器内にマイクロ波を供給するアンテナ手段とを備えたプラズマ処理装置において、前記アンテナ手段は、請求項１〜３いずれか１項記載のラジアルアンテナであることを特徴とするプラズマ処理装置。
- 底面及び側壁を有する処理容器と、この処理容器の側壁により支持され前記処理容器の上部より前記処理容器の内部へマイクロ波を供給するアンテナ手段と、前記処理容器の側壁上にリング状に配置されて前記処理容器の側壁上面と前記アンテナ手段との間にできる空間を塞ぎ前記処理容器の内部から外部へ向かう前記マイクロ波を遮蔽するシールド手段とを備えたプラズマ処理装置において、
前記シールド手段の内面から前記処理容器の側壁内面までの距離が、前記空間における前記マイクロ波の波長の略Ｎ／２倍（Ｎは自然数）に相当する長さであることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項５記載のプラズマ処理装置において、
前記処理容器と前記アンテナ手段との間に配置された誘電体板と、
前記処理容器の側壁上面及び前記誘電体板の接合部に介在して前記接合部を密閉するリング状のシール手段とを備え、
このシール手段は、前記シールド手段の内面から前記空間における前記マイクロ波の波長のＭ／２倍（ＭはＮ以下の自然数）に相当する長さを隔てた位置の近傍に配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
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