JP4677918B2 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

Description

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及びプラズマ処理方法に関する。

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、アッシング等の各種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、０．１ｍＴｏｒｒ（１３．３ｍＰａ）〜数Ｔｏｒｒ（数百Ｐａ）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、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、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４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８を参照して概略的に説明する。図８は従来の一般的なプラズマ処理装置を示す概略構成図、図９は図８中の一部を拡大して示す部分拡大図である。

図８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円板状の窒化アルミや石英等よりなる天板８が、Ｏリンク等のシール部材９を介して気密に設けられている。そして処理容器４の側壁には、容器内へ所定のガスを導入するためのガスノズル１０が設けられていると共に、ウエハＷの搬出入用の開口部１２が設けられ、この開口部１２には、これを気密に開閉するゲートバルブＧが設けられる。また処理容器４の底部には、排気口１４が設けられており、この排気口１４には図示しない真空排気系が接続されて、上述のように処理容器４内を真空引きできるようになっている。

そして、上記天板８の上面に厚さ数ｍｍ程度の例えば銅板よりなる円板状の平面アンテナ部材１６と、この平面アンテナ部材１６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１８を設置している。そして、平面アンテナ部材１６には多数の、例えば長溝状の貫通孔よりなるマイクロ波放射用のスロット２０が形成されている。このマイクロ波放射用のスロット２０は一般的には、同心円状に配置されたり、或いは渦巻状に配置されている。そして、平面アンテナ部材１６の中心部に同軸導波管２２の中心導体２４を接続してマイクロ波発生器２６より発生した、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波をモード変換器２８にて所定の振動モードへ変換した後に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１６の半径方向へ放射状に伝搬させつつ平面アンテナ部材１６に設けたマイクロ波放射用のスロット２０からマイクロ波を放出させてこれを天板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内の処理空間Ｓにプラズマを立てて半導体ウエハＷ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。

特開平３−１９１０７３号公報 特開平５−３４３３３４号公報 特開平１０−２３３２９５号公報 特開平１１−４０３９７号公報

ところで、上記したようなプラズマを用いた成膜処理やエッチング処理等を施す場合に、この処理をウエハ表面に対して均一に施すことが求められているが、天板８を透過したマイクロ波が、この天板８の下面に沿って表面波となって伝搬する際に、隣接されたスロット２０より放射されたマイクロ波同士が互いに干渉する傾向にあり、このため、処理空間Ｓにおけるマイクロ波の電界分布に偏りが生じてプラズマが均一に分布しない場合があった。このようなプラズマの不均一分布は、ウエハ表面に対するプラズマ処理の面内均一性を劣化させるので、好ましくない。

このため、従来のプラズマ処理装置にあっては、平面アンテナ部材１６に設けたスロット２０の大きさや配列等を種々検討してマイクロ波の最適な電界分布を求めようとしているが、十分な対応策を見い出していないのが現状である。
また、容器天井部に設けた天板８の断面形状を種々変更してマイクロ波の電界分布を制御する試みも行われてはいるが、この場合にも十分な解決策が見い出されていないばかりか、天板８の断面形状を変えるのは、この加工が比較的困難であることから、大幅なコスト高を招来する、といった問題もあった。

また一般的には、処理空間Ｓの周辺部におけるマイクロ波の電界密度が劣ることから、例えば上記スロット２０の配列等を工夫して処理空間Ｓの周辺部に投入されるマイクロ波の電力が多くなるように設定しているが、図９に示すように、処理空間Ｓの周辺部では処理容器４の上端部と天板８の周辺部とがシール部材９を介して接合される部分に僅かな隙間３０が発生しており、この僅かな隙間３０の部分で強力なマイクロ波電界による異常放電が発生してしまう、といった問題があった。
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、マイクロ波をコントロール可能に処理容器内へ導入するようにして、処理空間においてプラズマを均一に立てることが可能なプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することにある。

請求項１に係る発明は、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、被処理体を載置するために前記処理容器内に設けた載置台と、前記天井部の開口に気密に装着されてマイクロ波を透過する誘電体よりなる天板と、前記処理容器内へ必要なガスを導入するガス導入手段と、前記天板の中央部の上面に設けられて、所定の伝搬モードのマイクロ波を前記処理容器内へ導入するためにマイクロ波放射用のスロットが形成された平面アンテナ部材と、前記天板の周辺部に同心状に設けられて、前記平面アンテナ部材で導入されるマイクロ波とは異なった伝搬モードのマイクロ波を前記処理容器内へ導入するためにマイクロ波放射用のスロットが形成されたスロット付き導波管と、前記マイクロ波を供給するマイクロ波供給手段と、を備えたプラズマ処理装置において、前記平面アンテナ部材から供給されるマイクロ波の伝搬モードはＴＭモードであり、前記スロット付き導波管から供給されるマイクロ波の伝搬モードはＴＥモードであることを特徴とするプラズマ処理装置である。

このように、処理容器の天板の中央部に平面アンテナ部材を設け、その周辺部にスロット付き導波管を設けて、ＴＭモードとＴＥモードの互いに異なる搬送モードで処理容器内へマイクロ波を導入するようにしたので、互いに制御された状態で処理容器内へマイクロ波を導入でき、しかも異なる搬送モードなので互いにマイクロ波が干渉することを防止でき、この結果、被処理体の上方の処理空間に均一にプラズマを分布させることができる。
また処理空間の周辺部におけるマイクロ波の投入電力を特に上げる必要もないので、天板周辺部と処理容器上端部との間に形成される僅かな隙間にて異常放電が発生することも防止することができる。
更に、平面アンテナ部材の周辺部に位置するスロット付き導波管からＴＥモードのマイクロ波を供給することにより、このＴＥモードのマイクロ波は横方向へは広がり難いので、上記隙間内にマイクロ波が侵入することを略確実に防止でき、この結果、この隙間内に異常放電が発生することを略確実に阻止することができる。

この場合、例えば請求項２に規定するように、前記スロット付き導波管は、同心状に複数個設けられる。
また例えば請求項３に規定するように、前記スロット付き導波管はリング状に形成されると共に、給電ポットの周方向反対側にはマイクロ波吸収スロットが設けられる。
また例えば請求項４に規定するように、前記平面アンテナ部材の半径ｒは、前記平面アンテナ部材の上に設けられる遅波材中を伝搬するマイクロ波の波長λ以上の大きさに設定される。

また例えば請求項５に規定するように、前記マイクロ波供給手段は、少なくとも１つのマイクロ波発生器を有しており、前記スロット付き導波管の内の最内周のスロット付き導波管と前記平面アンテナ部材とへは、同一のマイクロ波発生器から発生したマイクロ波を分配器により分岐させて伝搬させるように構成する。
また例えば請求項６に規定するように、前記分配器のマイクロ波の分配比は可変になされている。
また例えば請求項７に規定するように、前記マイクロ波供給手段は、前記平面アンテナ部材と前記スロット付き導波管へそれぞれ独立して個別にマイクロ波を供給するために複数のマイクロ波発生器を有している。

また例えば請求項８に規定するように、前記スロット付き導波管の前記天板に対する取付面は電界面である。
また例えば請求項９に規定するように、前記平面アンテナ部材から放射されるマイクロ波と前記スロット付き導波管から放射されるマイクロ波は、同一の天板を介して前記処理容器へ放射される。

請求項１０に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器内に設けた被処理体に対して、前記処理容器の天井部に設けた天板からマイクロ波を導入して所定のプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理方法において、前記天板の中央部からは平面アンテナ部材を用いて伝搬モードがＴＭモードのマイクロ波を供給し、前記天板の周辺部からはスロット付き導波管を用いて伝搬モードがＴＥモードのマイクロ波を供給するようにしたことを特徴とするプラズマ処理方法である。

本発明に係るプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
処理容器の天板の中央部に平面アンテナ部材を設け、その周辺部にスロット付き導波管を設けて、ＴＭモードとＴＥモードの互いに異なる搬送モードで処理容器内へマイクロ波を導入するようにしたので、互いに制御された状態で処理容器内へマイクロ波を導入でき、しかも異なる搬送モードなので互いにマイクロ波が干渉することを防止でき、この結果、被処理体の上方の処理空間に均一にプラズマを分布させることができる。
また処理空間の周辺部におけるマイクロ波の投入電力を特に上げる必要もないので、天板周辺部と処理容器上端部との間に形成される僅かな隙間にて異常放電が発生することも防止することができる。

更に、平面アンテナ部材の周辺部に位置するスロット付き導波管にＴＥモードのマイクロ波を供給することにより、このＴＥモードのマイクロ波は横方向へは広がり難いので、上記隙間内にマイクロ波が侵入することを略確実に防止でき、この結果、この隙間内に異常放電が発生することを略確実に阻止することができる。

以下に、本発明に係るプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法の一実施例の形態について添付図面を参照して説明する。
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は天板の下面側から上方を見た時の平面図、図３は図１中のＡ−Ａ線矢視断面図である。
図示するように、プラズマ処理装置３２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３４を有しており、内部は密閉された例えば円形の処理空間Ｓとして構成されて、この処理空間Ｓにプラズマが形成される。この処理容器３４自体は接地されている。

この処理容器３４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３６が収容される。この載置台３６は、例えばアルマイト処理したアルミニウム等により平坦になされた略円板状に形成されており、例えばアルミニウム等よりなる支柱３８を介して容器底部より起立されている。
この処理容器３４の側壁には、この内部に対してウエハを搬入・搬出する時に用いる被処理体搬出入用の開口部４０が設けられ、この開口部４０には密閉状態で開閉するゲートバルブ４２が設けられている。

またこの処理容器３４には、この中へ必要な処理ガスを導入するためのガス導入手段４４が設けられている。このガス導入手段４４は、ここでは例えば処理容器３４の側壁を貫通してなるガスノズル４４Ａを有しており、このガスノズル４４Ａより必要な処理ガスを流量制御しつつ必要に応じて供給できるようになっている。尚、このガスノズル４４Ａは複数本設けて異なるガス種を導入できるようにしてもよいし、シャワーヘッド状に処理容器３４の天井部に設けるようにしてもよい。

また、容器底部には、排気口４６が設けられると共に、この排気口４６には、圧力制御弁４８及び真空ポンプ５０が順次介接された排気路５２が接続されており、必要に応じて処理容器３４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３４の天井部は開口されて、ここに例えば石英やＡｌ_２ Ｏ_３ 等の誘電体よりなるマイクロ波に対しては透過性を有する天板５４がＯリング等のシール部材５６を介して気密に設けられる。この天板５４の厚さは耐圧性を考慮して例えば２０ｍｍ程度に設定される。

また、上記載置台３６の下方には、ウエハＷの搬出入時にこれを昇降させる複数、例えば３本の昇降ピン５６（図１においては２本のみ記す）が設けられており、この昇降ピン５６は、伸縮可能なベローズ５８を介して容器底部を貫通して設けた昇降ロッド６０により昇降される。また上記載置台３６には、上記昇降ピン５６を挿通させるためのピン挿通孔６２が形成されている。上記載置台３６の全体は耐熱材料、例えばアルミナ等のセラミックにより構成されており、このセラミック中に加熱手段６４が設けられる。この加熱手段６４は、載置台３６の略全域に亘って埋め込まれた例えば薄板状の抵抗加熱ヒータよりなり、この加熱手段６４は、支柱３８内を通る配線６６を介してヒータ電源６８に接続されている。

また、この載置台３６の上面側には、内部に例えば網目状に配設された導体線７０を有する薄い静電チャック７２が設けられており、この載置台３６上、詳しくはこの静電チャック７２上に載置されるウエハＷを静電吸着力により吸着できるようになっている。そして、この静電チャック７２の上記導体線７０は、上記静電吸着力を発揮するために配線７４を介して直流電源７６に接続されている。またこの配線７４には、必要時に例えば１３．５６ＭＨｚのバイアス用の高周波電力を上記静電チャック７２の導体線７０へ印加するためにバイアス用高周波電源７８が接続されている。尚、処理の態様によっては、このバイアス用高周波電源７８は設けられない。

そして、上記天板５４の上面側に、本発明の特徴とする平面アンテナ部材８０とスロット付き導波管８２とが設けられると共に、これらの平面アンテナ部材８０とスロット付き導波管８２とにマイクロ波を供給するためのマイクロ波供給手段８４が設けられる。
具体的には、上記平面アンテナ部材８０は、天板５４の上面全体に亘って設けられているのではなく、天板５４の略中央部に円板状に設けられる。この平面アンテナ部材８０の半径ｒ（図２参照）は、これに伝搬されるマイクロ波の波長λ以上の大きさに設定されており、マイクロ波を効率的に伝搬し得るようになっている。ここでλは遅波材８８中を伝搬されるマイクロ波の波長である。

具体的には、図２や図３にも示すように、上記平面アンテナ部材８０は、遅波材８８が例えば石英であってマイクロ波が２．４５ＧＨｚの場合には、半径ｒは６０ｍｍ以上、厚みが１〜数ｍｍの導電性材料よりなる、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、例えば長溝状の貫通孔よりなる多数のマイクロ波放射用のスロット８６が形成されている。このスロット８６は、例えば２つのスロット８６を僅かに離間させてＴ字状に配置して１つの組を形成している。このＴ字状に配置した組を形成するスロット８６の配列形態は、特に限定されず、例えば同心円状、渦巻状、或いは放射状に配置させてもよいし、アンテナ部材全面に均一になるように分布させてもよい。この平面アンテナ部材８０は、いわゆるＲＬＳＡ（ＲａｄｉａｌＬｉｎｅ Ｓｌｏｔ Ａｎｔｅｎｎａ）方式のアンテナ構造となっており、これにより、高密度プラズマ及び低電子エネルギーの特徴が得られる。この平面アンテナ部材８０からは後述するように伝搬モードがＴＭモード主体のマイクロ波が供給される。

また、この平面アンテナ部材８０上に、例えば窒化アルミ等よりなる遅波材８８が設けられ、この遅波材８８は、マイクロ波の波長を短縮するために高誘電率特性を有している。上記平面アンテナ部材８０は、上記遅波材８８の上方全面を覆う導電性の中空円筒状容器よりなる導波箱９０の底板として構成され、上記処理容器３４内の上記載置台３６に対向させて設けられる。この導波箱９０の上部には、これを冷却するために冷媒を流す冷却ジャケット９２が設けられる。

この導波箱９０及び平面アンテナ部材８０の周辺部は共に接地されている。そして上記マイクロ波供給手段８４の一部を形成する同軸導波管９４が、上記平面アンテナ部材８０に接続されている。また上記スロット付き導波管８２は、ここでは断面が矩形状になされた矩形導波管よりなり、上記平面アンテナ部材８０の周囲を囲むようにして例えばリング状に形成されており、上記天板５４の周辺部に同心状に配置されている。このスロット付き導波管８２の下面、すなわち天板５４と接する面には、先の平面アンテナ部材８０に設けたスロット８６と同様な形状になされたマイクロ波放射状のスロット９６（図２参照）が、その周方向に沿って配列されている。

この場合にも、２つのスロット９６を僅かに離間させてＴ字状に配置して１つの組を形成している。このスロット付き導波管８２からは、上記平面アンテナ部材８０から供給されるマイクロ波とは異なった振動モードである例えばＴＥモードのマイクロ波を供給するようになっており、そのために、このスロット付き導波管８２の天板５４に対する取付面（下面）８２ＡはＥ面（電界面）となっている。

また上記スロット付き導波管８２の一箇所には、マイクロ波を導入する給電ポット９８が形成されており、この給電ポット９８の周方向反対側の取付面には、両方向から伝搬されてくるマイクロ波を吸収するためにＸ字状に形成されたマイクロ波吸収スロット１００（図２参照）が設けられている。また、このスロット付き導波管８２内にも伝搬されるマイクロ波の波長を短縮させるための誘電体よりなる遅波材１０２が設けられる。この遅波材１０２としては、上記平面アンテナ部材８０上に設けた遅波材８８と同じ誘電体を用いるのが好ましい。

一方、上記マイクロ波給電手段８４は、ここでは１つのマイクロ波発生器１０４を有しており、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生し得るようになっている。このマイクロ波発生器１０４からは、インピーダンス整合を図るためのマッチング回路１０６が介設された矩形導波管１０８が延びており、例えばＴＥモードのマイクロ波を伝搬するようになっている。

この矩形導波管１０８にはマイクロ波を複数、ここでは２つに分岐、或いは分配するための分配器１１０が介設されており、この分配器１１０からは、２つの矩形導波管１１２Ａ、１１２Ｂが延びている。そして、この内の一方の矩形導波管１１２Ａは、上記スロット付き導波管８２の給電ポット９８に接続されており、これにＴＥモードのマイクロ波を給電するようになっている。また、他方の矩形導波管１１２Ｂは、ＴＥモードのマイクロ波を例えばＴＥＭモードへ変換するモード変換器１１４を介して上記同軸導波管９４に接続され、この同軸導波管９４の先端は上記平面アンテナ部材８０側に接続される。具体的には、上記同軸導波管９４の断面円形状の外側導体９４Ａが上記導波箱９０の上部の中心に接続され、内側の内部導体９４Ｂは、上記遅波材８８の中心の貫通孔を通って上記平面アンテナ部材８０の中心部に接続される。尚、上記周波数は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。

そして、このように形成されたプラズマ処理装置３２の全体の動作は、例えばマイクロコンピュータ等よりなる制御手段１１８により制御されるようになっており、この動作を行うコンピュータのプログラムはフロッピやＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）やフラッシュメモリ等の記憶媒体１２０に記憶されている。具体的には、この制御手段１１８からの指令により、各ガスの供給や流量制御、マイクロ波や高周波の供給や電力制御、プロセス温度やプロセス圧力の制御等が行われる。

次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置３２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４２を開いて被処理体用の搬出入口４０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３４内に収容し、昇降ピン５６を上下動させることによりウエハＷを載置台３６の上面の載置面に載置し、そして、このウエハＷを静電チャック７２により静電吸着する。このウエハＷは、必要な場合は加熱手段６４により所定のプロセス温度に維持され、図示しないガス源より供給した所定のガスを流量制御しつつガス導入手段４４のガスノズル４４Ａより処理容器３４内へ供給し、圧力制御弁４８を制御して処理容器３４内を所定のプロセス圧力に維持する。

これと同時に、マイクロ波供給手段８４のマイクロ波発生器１０４を駆動することにより、このマイクロ波発生器１０４にて発生したマイクロ波を、矩形導波管１０８で伝搬して分配器１１０で２つに分配し、分配した一方のマイクロ波を矩形導波管１１２Ｂ、モード変換器１１４及び同軸導波管９４を介して平面アンテナ部材８０に供給して遅波材８８によって波長が短くなされたマイクロ波を、天板５４に透過させて処理空間Ｓに導入する。また分配された他方のマイクロ波は、矩形導波管１１２Ａを介してスロット付き導波管８２へ供給し、遅波材１０２によって波長が短くなされたマイクロ波はこのスロット付き導波管８２の一面に設けたスロット９６より天板５４を透過して処理空間Ｓに導入される。これにより処理空間Ｓにプラズマを発生させてプラズマを用いた所定の処理を行う。

ここで上記マイクロ波の伝搬に関してより詳しく説明すると、上記マイクロ波発生器１０４にて発生したマイクロ波は矩形導波管１０８内を例えばＴＥモードで伝搬し、分配器１１０にて予め定めた所定の分配比（電力比）でもって２つに分配乃至分岐される。ここで分配されたマイクロ波の内の一方のマイクロ波は、矩形導波管１１２Ｂを介してモード変換器１１４に伝搬され、このモード変換器１１４にて伝搬モードが例えばＴＥＭモードへ変換されて、更にこのマイクロ波は同軸導波管９４内を伝搬されて平面アンテナ部材８０へ到達することになる。

そして、この平面アンテナ部材８０へ到達したマイクロ波は、円板状の平面アンテナ部材８０の中心部からその周方向へ放射状に伝搬しつつこれに設けた各スロット８６から下方に向けて放射されることになる。この時放射されるマイクロ波はＴＭモード主体のマイクロ波であり、このマイクロ波は、上述したように天板５４の中央部を透過して処理空間Ｓ内の中央部へ導入されてプラズマが立てられる。ここでＴＭモード主体とは、放射されるマイクロ波のうち、ＴＥモードが１０％以下であり、ＴＭモードが９０％以上であることをいう。更に、天板５４の厚さを所定の値（カットオフ厚み：石英では１８ｍｍ、アルミナでは１４ｍｍ）以下に設定すると、ＴＭモードのみのマイクロ波を放射することも可能である。或いは、上記同軸導波管９４に代えて円形導波管を用いてもよく、この場合においては導波管内をＴＭモードのみのマイクロ波が伝搬するため、平面アンテナ部材８０からはＴＭモードのみのマイクロ波が放射することになる。

一方、上記分配器１１０にて分配された他方のマイクロ波は、矩形導波管１１２Ａ内をそのままＴＥモードで伝搬して給電ポット９８よりリング状のスロット付き導波管８２内へ導入される。更に、このＴＥモードのマイクロ波は、給電ポット９８よりスロット付き導波管８２内をその周方向へ伝搬しつつ下面（Ｅ面）に設けた各スロット９６から下方に向けて放射されることになる。この放射されたＴＥモードのマイクロ波は、上述のように天板５４の周辺部を透過して処理空間Ｓ内の周辺部へ導入されてプラズマが立てられる。

このように、予め定められた分配比で分配したマイクロ波を処理空間Ｓの中央部と周辺部にそれぞれ個別に導入することができるので、処理空間Ｓにおけるマイクロ波の電界密度を所定の分布状態にすることができ、例えばマイクロ波の電界密度を均一な分布状態にしてプラズマ密度を処理空間Ｓの略全域に亘って均一化することができる。従って、ウエハＷに対するプラズマ処理の面内均一性を向上させるとができる。

この場合、天板５４の中央部の平面アンテナ部材８０から導入するマイクロ波の伝搬モードと、その周辺部のスロット付き導波管８２から導入するマイクロ波の伝搬モードとを異なるように設定したので、伝搬モードが異なる両マイクロ波間の干渉をが抑制することができ、しかも制御性の良い状態でマイクロ波を処理空間Ｓ内へ導入することができる。従って、この結果、処理空間Ｓにおけるマイクロ波の電界密度及びプラズマ密度の均一性を更に高めることができる。

更には、天板５４の中央部に位置する平面アンテナ部材８０から導入されるＴＭモードのマイクロ波は横方向へ或る程度広がる特性を有しているのに対して、天板５４の周辺部に位置するスロット付き導波管８２から導入されるＴＥモードのマイクロ波は横方向へ広がる特性をほとんど有していないので、このＴＥモードのマイクロ波の電界強度が大きくなるように設定しても、天板５４の周辺部と処理容器３４の上端部との接合部に発生する僅かな隙間１２３の電界強度は大きくならない。このため、図９で示した従来装置の隙間３０にて発生したような異常放電が、この隙間１２３に発生することを防止することができる。
尚、上記実施例では分配器１１０ではマイクロ波の分配比が一定となるように設定したが、これに限定されず、分配比が可変になされた分配器１１０を設けるようにしてもよい。この分配比を可変にするには、例えばフエライト等の磁性体よりなる棒体の一端側を分配器１１０内に挿入しておき、分配器１１０の外に飛び出した棒体の他端側には電磁コイルを巻回し、この電磁コイルに電流を流して棒体に供給する磁界を制御することにより容易に分配比を制御することができる。

＜本発明の評価＞
ここで上述した本発明のプラズマ処理装置についてシミュレーションによって評価を行ったので、その評価結果について説明する。ここでは天板５４の中央部の平面アンテナ部材８０に供給するマイクロ波電力とその周辺部のスロット付き導波管８２に供給するマイクロ波電力との分配比を変更した時の処理空間Ｓにおけるマイクロ波の電界分布を評価した。図４はこの時のマイクロ波の電界分布を示す写真であり、理解を容易にするために模式図を併記している。図４（Ａ）は天板の中央部と周辺部に供給するマイクロ波電力比が”１：２”の場合を示し、図４（Ｂ）は”２：１”の場合を示す。図４から明らかなように、天板５４の中央部と周辺部に供給するマイクロ波電力比を変化させることにより、処理空間におけるマイクロ波の電界分布を大きく変えることができることを確認できた。従って、上記分配比を適切に選択すれば、所望するマイクロ波の電界分布が得られるのみならず、電界分布を均一化させることができることが判る。

また上記実施例では、マイクロ波供給手段８４に１つのマイクロ波発生器１０４を設け、ここで発生したマイクロ波を２つに分配して平面アンテナ部材８０とスロット付き導波管８２とに供給するようにしたが、これに限定されず、図５に示す第１変形例のように、マイクロ波発生手段８４に２つのマイクロ波発生器１０４Ａ、１０４Ｂを設け、各マイクロ波発生器１０４Ａ、１０４Ｂより、マッチング回路１０６Ａ、１０６Ｂが介設された矩形導波管１１２Ａ、１１２Ｂを介してそれぞれスロット付き矩形導波管８２と平面アンテナ部材８０とにマイクロ波を供給するようにしてもよい。

この場合には、各マイクロ波発生器１０４Ａ、１０４Ｂの容量を小さく出来る分だけ、安価なマイクロ波発生器１０４Ａ、１０４Ｂを用いることができる。
また上記実施例では、天板５４の中央部に設けた平面アンテナ部材８０の周辺部に１つのスロット付き導波管８２を設けた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、複数個のスロット付き導波管を同心状に設けるようにしてもよい。図６はこのようなプラズマ処理装置の第２変形例を示す部分概略断面図、図７は図６に示す第２変形例の天板部分を示す概略平面図である。

ここでは図示するように、天板５４の中央部の導波箱９０の周辺部に、先のスロット付き導波管８２と同じ構造の２つのスロット付き導波管１２２Ａ、１２２Ｂを同心状に設けている。尚、更に３つ以上のスロット付き導波管を同心状に設けるようにしてもよい。そして、最内周に位置するスロット付き導波管１２２Ａと平面アンテナ部材８０とへは１個のマイクロ波発生器１０４Ｂから発生したマイクロ波を、先に図１で説明したと同様な構成で矩形導波管１１２Ａ、１１２Ｂを介してそれぞれ供給し、また最外周のスロット付き導波管１２２Ｂへは他のマイクロ波発生器１０４Ａにて発生したマイクロ波を矩形導波管１１２Ｃを介してＴＥモードで供給するようにしている。
尚、この場合にも１つのマイクロ波発生器で発生したマイクロ波を３つに分配（分岐）してそれぞれ供給するようにしてもよい。

また本発明は、プラズマを用いた成膜処理、プラズマエッチング処理、プラズマアッシング処理等の全てのプラズマ処理に適用することができる。
更に、本発明は、被処理体としては半導体ウエハに限定されず、ガラス基板、セラミック基板、更にはＬＣＤ基板等をプラズマ処理する際にも適用することができる。

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。 天板の下面側から上方を見た時の状態を示す平面図である。 図１中のＡ−Ａ線矢視断面図である。 天板におけるマイクロ波の電界分布を示す写真である。 プラズマ処理装置の第１変形例のマイクロ波発生手段の部分を示す図である。 プラズマ処理装置の第２変形例を示す部分概略断面図である。 図６に示す第２変形例の天板部分を示す概略平面図である。 従来の一般的なプラズマ処理装置を示す概略構成図である。 図８中の一部を拡大して示す部分拡大図である。

符号の説明

３２ プラズマ処理装置
３４ 処理容器
３６ 載置台
４４ ガス導入手段
５０ 真空ポンプ
５４ 天板
８０ 平面アンテナ部材
８２ スロット付き導波管
８４ マイクロ波供給手段
８６，９６ スロット
９４ 同軸導波管
９８ 給電ポット
１００ マイクロ波吸収スロット
１０４ マイクロ波発生器
１１０ 分配器
１１４ モード変換器
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）

Claims (10)

1. 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、
   被処理体を載置するために前記処理容器内に設けた載置台と、
   前記天井部の開口に気密に装着されてマイクロ波を透過する誘電体よりなる天板と、
   前記処理容器内へ必要なガスを導入するガス導入手段と、
   前記天板の中央部の上面に設けられて、所定の伝搬モードのマイクロ波を前記処理容器内へ導入するためにマイクロ波放射用のスロットが形成された平面アンテナ部材と、
   前記天板の周辺部に同心状に設けられて、前記平面アンテナ部材で導入されるマイクロ波とは異なった伝搬モードのマイクロ波を前記処理容器内へ導入するためにマイクロ波放射用のスロットが形成されたスロット付き導波管と、
   前記マイクロ波を供給するマイクロ波供給手段と、
   を備えたプラズマ処理装置において、
   前記平面アンテナ部材から供給されるマイクロ波の伝搬モードはＴＭモードであり、前記スロット付き導波管から供給されるマイクロ波の伝搬モードはＴＥモードであることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記スロット付き導波管は、同心状に複数個設けられることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
3. 前記スロット付き導波管はリング状に形成されると共に、給電ポットの周方向反対側にはマイクロ波吸収スロットが設けられることを特徴とする請求項１または２記載のプラズマ処理装置。
4. 前記平面アンテナ部材の半径ｒは、前記平面アンテナ部材の上に設けられる遅波材中を伝搬するマイクロ波の波長λ以上の大きさに設定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記マイクロ波供給手段は、少なくとも１つのマイクロ波発生器を有しており、前記スロット付き導波管の内の最内周のスロット付き導波管と前記平面アンテナ部材とへは、同一のマイクロ波発生器から発生したマイクロ波を分配器により分岐させて伝搬させるように構成したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記分配器のマイクロ波の分配比は可変になされていることを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理装置。
7. 前記マイクロ波供給手段は、前記平面アンテナ部材と前記スロット付き導波管へそれぞれ独立して個別にマイクロ波を供給するために複数のマイクロ波発生器を有していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記スロット付き導波管の前記天板に対する取付面は電界面であることを特徴とする請求項７記載のプラズマ処理装置。
9. 前記平面アンテナ部材から放射されるマイクロ波と前記スロット付き導波管から放射されるマイクロ波は、同一の天板を介して前記処理容器へ放射されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
10. 真空引き可能になされた処理容器内に設けた被処理体に対して、前記処理容器の天井部に設けた天板からマイクロ波を導入して所定のプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理方法において、
    前記天板の中央部からは平面アンテナ部材を用いて伝搬モードがＴＭモードのマイクロ波を供給し、前記天板の周辺部からはスロット付き導波管を用いて伝搬モードがＴＥモードのマイクロ波を供給するようにしたことを特徴とするプラズマ処理方法。

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