JP4689706B2

JP4689706B2 - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP4689706B2
Application number: JP2008191358A
Authority: JP
Inventors: 忠弘大見; 昌樹平山; 哲也後藤
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2008-07-24
Filing date: 2008-07-24
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2022-07-05
Also published as: JP2008270839A

Description

本発明は一般にプラズマ処理装置に係わり、特にマイクロ波プラズマ処理装置に関する。

プラズマ処理工程およびプラズマ処理装置は、近年のいわゆるディープサブミクロン素子あるいはディープサブクォーターミクロン素子と呼ばれる０．１μｍに近い、あるいはそれ以下のゲート長を有する超微細化半導体装置の製造や、液晶表示装置を含む高解像度平面表示装置の製造にとって、不可欠の技術である。

半導体装置や液晶表示装置の製造に使われるプラズマ処理装置としては、従来より様々なプラズマの励起方式が使われているが、特に平行平板型高周波励起プラズマ処理装置あるいは誘導結合型プラズマ処理装置が一般的である。しかしこれら従来のプラズマ処理装置は、プラズマ形成が不均一であり、電子密度の高い領域が限定されているため大きな処理速度すなわちスループットで被処理基板全面にわたり均一なプロセスを行うのが困難である問題点を有している。この問題は、特に大径の基板を処理する場合に深刻になる。しかもこれら従来のプラズマ処理装置では、電子温度が高いため被処理基板上に形成される半導体素子にダメージが生じ、また処理室壁のスパッタリングによる金属汚染が大きいなど、いくつかの本質的な問題を有している。このため、従来のプラズマ処理装置では、半導体装置や液晶表示装置のさらなる微細化およびさらなる生産性の向上に対する厳しい要求を満たすことが困難になりつつある。

一方、従来より直流磁場を用いずにマイクロ波電界により励起された高密度プラズマを使うマイクロ波プラズマ処理装置が提案されている。例えば、均一なマイクロ波を発生するように配列された多数のスロットを有する平面状のアンテナ（ラジアルラインスロットアンテナ）から処理容器内にマイクロ波を放射し、このマイクロ波電界により真空容器内のガスを電離してプラズマを励起させる構成のプラズマ処理装置が提案されている。例えば特開平９−６３７９３公報を参照。このような手法で励起されたマイクロ波プラズマではアンテナ直下の広い領域にわたって高いプラズマ密度を実現でき、短時間で均一なプラズマ処理を行うことが可能である。しかもかかる手法で形成されたマイクロ波プラズマではマイクロ波によりプラズマを励起するため電子温度が低く、被処理基板のダメージや金属汚染を回避することができる。さらに大面積基板上にも均一なプラズマを容易に励起できるため、大口径半導体基板を使った半導体装置の製造工程や大型液晶表示装置の製造にも容易に対応できる。

図１（Ａ），（Ｂ）は、かかるラジアルラインスロットアンテナを使った従来のマイクロ波プラズマ処理装置１００の構成を示す。ただし図１（Ａ）はマイクロ波プラズマ処理装置１００の断面図を、また図１（Ｂ）はラジアルラインスロットアンテナの構成を示す図である。

図１（Ａ）を参照するに、マイクロ波プラズマ処理装置１００は複数の排気ポート１１６から排気される処理室１０１を有し、前記処理室１０１中には被処理基板１１４を保持する保持台１１５が形成されている。前記処理室１０１の均一な排気を実現するため、前記保持台１１５の周囲にはリング状に空間１０１Ａが形成されており、前記複数の排気ポート１１６を前記空間１０１Ａに連通するように等間隔で、すなわち被処理基板に対して軸対称に形成することにより、前記処理室１０１を前記空間１０１Ａおよび排気ポート１１６を介して均一に排気することができる。

前記処理室１０１上には、前記保持台１１５上の被処理基板１１４に対応する位置に、前記処理室１０１の外壁の一部として、低損失誘電体よりなり多数の開口部１０７を形成された板状のシャワープレート１０３がシールリング１０９を介して形成されており、さらに前記シャワープレート１０３の外側に同じく低損失誘電体よりなるカバープレート１０２が、別のシールリング１０８を介して設けられている。

前記シャワープレート１０３にはその上面にプラズマガスの通路１０４が形成されており、前記複数の開口部１０７の各々は前記プラズマガス通路１０４に連通するように形成されている。さらに、前記シャワープレート１０３の内部には、前記処理容器１０１の外壁に設けられたプラズマガス供給ポート１０５に連通するプラズマガスの供給通路１０８が形成されており、前記プラズマガス供給ポート１０５に供給されたＡｒやＫｒ等のプラズマガスは、前記供給通路１０８から前記通路１０４を介して前記開口部１０７に供給され、前記開口部１０７から前記処理容器１０１内部の前記シャワープレート１０３直下の空間１０１Ｂに、実質的に一様な濃度で放出される。

前記処理容器１０１上には、さらに前記カバープレート１０２の外側に、前記カバープレート１０２から４〜５ｍｍ離間して、図１（Ｂ）に示す放射面を有するラジアルラインスロットアンテナ１１０が設けられている。前記ラジアルラインスロットアンテナ１１０は外部のマイクロ波源（図示せず）に同軸導波管１１０Ａを介して接続されており、前記マイクロ波源からのマイクロ波により、前記空間１０１Ｂに放出されたプラズマガスを励起する。前記カバープレート１０２とラジアルラインスロットアンテナ１１０の放射面との間の隙間は大気により充填されている。

前記ラジアルラインスロットアンテナ１１０は、前記同軸導波管１１０Ａの外側導波管に接続された平坦なディスク状のアンテナ本体１１０Ｂと、前記アンテナ本体１１０Ｂの開口部に形成された、図１（Ｂ）に示す多数のスロット１１０ａおよびこれに直交する多数のスロット１１０ｂを形成された放射板１１０Ｃとよりなり、前記アンテナ本体１１０Ｂと前記放射板１１０Ｃとの間には、厚さが一定の誘電体板よりなる遅相板１１０Ｄが挿入されている。

かかる構成のラジアルラインスロットアンテナ１１０では、前記同軸導波管１１０から給電されたマイクロ波は、前記ディスク状のアンテナ本体１１０Ｂと放射板１１０Ｃとの間を、半径方向に広がりながら進行するが、その際に前記遅相板１１０Ｄの作用により波長が圧縮される。そこで、このようにして半径方向に進行するマイクロ波の波長に対応して前記スロット１１０ａおよび１１０ｂを同心円状に、かつ相互に直交するように形成しておくことにより、円偏波を有する平面波を前記放射板１１０Ｃに実質的に垂直な方向に放射することができる。

かかるラジアルラインスロットアンテナ１１０を使うことにより、前記シャワープレート１０３直下の空間１０１Ｂに均一な高密度プラズマが形成される。このようにして形成された高密度プラズマは電子温度が低く、そのため被処理基板１１４にダメージが生じることがなく、また処理容器１０１の器壁のスパッタリングに起因する金属汚染が生じることもない。

図１のプラズマ処理装置１００では、さらに前記処理容器１０１中、前記シャワープレート１０３と被処理基板１１４との間に、外部の処理ガス源（図示せず）から前記処理容器１０１中に形成された処理ガス通路１１２を介して処理ガスを供給する多数のノズル１１３を形成された導体構造物１１１が形成されており、前記ノズル１１３の各々は、供給された処理ガスを、前記導体構造物１１１と被処理基板１１４との間の空間１０１Ｃに放出する。すなわち前記導体構造物１１１は処理ガス供給部として機能する。前記処理ガス供給部を構成する導体構造物１１１には、前記隣接するノズル１１３と１１３との間に、前記空間１０１Ｂにおいて形成されたプラズマを前記空間１０１Ｂから前記空間１０１Ｃに拡散により、効率よく通過させるような大きさの開口部が形成されている。

そこで、このように前記処理ガス供給部１１１から前記ノズル１１３を介して処理ガスを前記空間１０１Ｃに放出した場合、放出された処理ガスは前記空間１０１Ｂにおいて形成された高密度プラズマにより励起され、前記被処理基板１１４上に、一様なプラズマ処理が、効率的かつ高速に、しかも基板および基板上の素子構造を損傷させることなく、また基板を汚染することなく行われる。一方前記ラジアルラインスロットアンテナ１１０から放射されたマイクロ波は、導体よりなる前記処理ガス供給部１１１により阻止され、被処理基板１１４を損傷させることはない。

このようなマイクロ波プラズマ処理装置は、例えば特許文献１に開示されている。
国際公開第００／７４１２７号公報

ところで、図１（Ａ），（Ｂ）で説明した上記のプラズマ処理装置１００では、前記シャワープレート１０３直下の空間１０１Ｂ中に、高密度かつ均一にプラズマを励起することが重要である。そのためには、前記空間１０１Ｂ以外でプラズマが励起されやすい空間、例えばマイクロ波電界が強くプラズマが励起されやすい前記プラズマガス通路１０４や、前記開口部１０７においてプラズマが励起されないことが重要である。

しかしながら、実際に本装置１０においてプラズマを励起する際は、基板処理の条件によっては前記プラズマガス通路１０４および開口部１０７内でプラズマが励起してしまう可能性がある。前記プラズマ通路１０４および前記開口部１０７内においてプラズマが励起されてしまうと、マイクロ波電力が消費されてしまい、前記空間１０１Ｂにおけるプラズマ密度が低下してしまう。さらに前記前記開口部１０７直下の領域と前記開口部１０７から遠い領域でプラズマ密度に差が生じるために、プラズマ励起空間である前記空間１０１Ｂ全体のプラズマ密度に不均一が生じてしまうという問題が発生する。

そこで、本発明は上記の課題を解決した新規で有用なプラズマ処理装置を提供することを統括的課題とする。

本発明の具体的な課題は、プラズマガスを導入する経路途中の空間内においてプラズマを励起させることなく、高密度で均一性のよいプラズマを所望の空間内に励起させることである。

本発明は、上記の課題を、
請求項１に記載したように、
被処理基板を保持する保持台を備えた処理容器と、
前記処理容器に結合された排気系と、
前記処理容器上に設けられたマイクロ波アンテナと、
前記処理容器に、前記保持台上の被処理基板に対面するように設けられた、前記処理容器中にプラズマガスを供給するシャワープレートと、
前記シャワープレートの上方に設けられたカバープレートと
を有するプラズマ処理装置であって、
前記シャワープレートは、セラミック材料よりなり、複数の開口部を有するとともに、前記開口部内にセラミック材料よりなる多孔質媒体を有し、
前記シャワープレートの気孔率は、０．０３％以下であって、
前記プラズマガスは前記多孔質媒体を介して前記処理容器中に供給されることを特徴とするプラズマ処理装置により、または、
請求項２に記載したように、
前記被処理基板と前記シャワープレートとの間に、処理ガス供給部を設けたことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置により、解決する。
［作用］
本発明によれば、被処理基板を処理するプラズマ処理装置において、プラズマを励起するためのプラズマ励起空間以外においてのプラズマ励起を防止するために以下の対策を施した。プラズマガス通路においてはプラズマが励起しないプラズマガス圧力条件にすることによってプラズマ励起を防止した。また、プラズマガスが放射されるシャワープレートにおいては多孔質媒体の気孔部を介してプラズマガスを供給する機構にしたことにより、狭い気孔部空間を介する時にはマイクロ波により加速される電子が、前記気孔部空間の内壁に衝突し、プラズマ励起に必要な加速が与えられない構造としてプラズマ励起を防止した。その結果、所望のプラズマ励起空間において高密度かつ均一なプラズマを励起させることが可能となった。

本発明によれば、被処理基板を処理するプラズマ処理装置において、プラズマを励起するための空間と、プラズマを励起するためのプラズマガス導入経路を多孔質媒体、たとえば多孔質セラミック材料で分離することにより、前記プラズマガス導入経路でのプラズマの励起を防止して、所望のプラズマ励起空間において高密度かつ均一なプラズマを励起させることが可能となった。

［第１実施例］
図２（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１実施例によるマイクロ波プラズマ処理装置２００の構成を示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図２（Ａ）を参照するに、前記マイクロ波プラズマ処理装置１００における前記シャワープレート１０３が、本実施例においては、多孔質媒体たとえば多孔質セラミック材料である常圧にて焼結されたＡｌ_２Ｏ_３で形成されたディスク状のシャワープレート２０１に置き換えられている。前記シャワープレート２０１の上面には、プラズマガスの通路２０２が形成されている。前記プラズマガス供給ポート１０５に供給されたＡｒやＫｒ等のプラズマガスは、前記プラズマガス流路２０２を通過して前記シャワープレート２０２の多孔質媒体の気孔を通って前記シャワープレート直下の空間１０１Ｂ中に一様に供給される。

この場合、前記したように前記プラズマガス通路２０２はマイクロ波電界が強く、プラズマが励起されやすい。そこで、前記プラズマガス通路２０２を、マイクロ波プラズマが励起されない圧力にする必要がある。

図３に、マイクロ波電界の強度と、プラズマ励起ガスであるＡｒの圧力を変化させた場合において、マイクロ波プラズマが励起される領域を示す。マイクロ波の周波数は２．４５Ｇの場合を例にとっている。図中領域Ａで示した領域がプラズマが励起される領域であり、前記領域Ａにおけるマイクロ波電界強度およびＡｒ圧力においてはマイクロ波プラズマが励起される。

図３を参照するに、例えば圧力が約１Ｔｏｒｒの場合、マイクロ波強度は約０．３Ｗ／ｃｍ２でマイクロ波プラズマが点火し、マイクロ波強度が略最小でマイクロ波プラズマが励起する。しかし、１Ｔｏｒｒより圧力を上昇させると、もしくは下降させると、プラズマを励起させるために必要なマイクロ波電界は強くなり、プラズマが励起されにくい条件となることがわかる。本装置では前記プラズマガス通路を約６．６７ＫＰａ〜１３．３ＫＰａ（約５０Ｔｏｒｒ〜１００Ｔｏｒｒ）程度とすることで、前記プラズマガス通路２０２内でプラズマが励起されるのを防止している。

また、プラズマ励起空間である前記空間１０１Ｂとプラズマガス供給経路である前記プラズマガス流路２０２は、多孔質媒体である前記シャワープレート２０１によって隔絶される構成とされている。前記プラズマガスは前記プラズマガス流路２０２から前記シャワープレート２０１の多孔質媒体の気孔内部を通って前記空間１０１Ｂに供給される。前記気孔中ではプラズマを励起するために十分な広さの空間が存在しないため、プラズマが励起されることはない。すなわち、前記気孔中ではマイクロ波によって電子が加速されても、プラズマが励起される程度まで電子が加速される前に前記気孔の外壁に衝突するためにプラズマが励起されることがない。

そのために、本装置２００においては前記空間１０１Ｂにつながるプラズマガス導入経路である前記シャワープレート２０１内においてプラズマが励起されることがないため、前記空間１０１Ｂにおいては高密度かつ均一なプラズマを励起することが可能となった。
［第２実施例］
次に、図４（Ａ），（Ｂ）において、本発明の第２実施例であるマイクロ波プラズマ処理装置２００Ａの構成を示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図４（Ａ）を参照するに、本実施例のマイクロ波プラズマ処理装置２００Ａでは、前記下段シャワープレート１１１が撤去されている。前記下段シャワープレート１１１が省略されているためプラズマガスとは別に処理ガスを供給して成膜やエッチングを行うことはできないが、前記シャワープレート２０１からプラズマガスとともに酸化ガスあるいは窒化ガスを供給することにより、被処理基板表面に酸化膜や窒化膜、あるいは酸窒化膜を形成することが可能である。

本実施例においても、前記シャワープレート２０１内においてプラズマが励起されることがないため、前記シャワープレート直下の空間において高密度かつ均一なプラズマを励起することが可能となる。
［第３実施例］
図５（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第３実施例によるマイクロ波プラズマ処理装置１０の構成を示す。

図５（Ａ）を参照するに、前記マイクロ波プラズマ処理装置１０は処理容器１１と、前記処理容器１１内に設けられ、被処理基板１２を静電チャックにより保持する好ましくは熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）により形成されたＡｌＮもしくはＡｌ_２Ｏ_３よりなる保持台１３とを含み、前記処理容器１１内には前記保持台１３を囲む空間１１Ａに等間隔に、すなわち前記保持台１３上の被処理基板１２に対して略軸対称な関係で少なくとも二箇所、好ましくは三箇所以上に排気ポート１１ａが形成されている。前記処理容器１１は、かかる排気ポート１１ａを介して真空ポンプにより、排気・減圧される。

前記処理容器１１は好ましくはＡｌを含有するオーステナイトステンレス鋼よりなり、内壁面には酸化処理により酸化アルミニウムよりなる保護膜が形成されている。
また前記処理容器１１の外壁のうち前記被処理基板１２に対応する部分には、多孔質媒体たとえば多孔質セラミック材料である常温で焼結されたＡｌ_２Ｏ_３で形成されたディスク状のシャワープレート１４が、前記外壁の一部として形成される。

前記シャワープレート１４は前記処理容器１１上にシールリング１１ｓを介して装着され、さらに前記シャワープレート１４上にはＨＩＰ処理により形成された緻密なＡｌ_２Ｏ_３よりなるカバープレート１５が設けられている。かかるＨＩＰ法により形成されたＡｌ_２Ｏ_３カバープレート１５はＹ_２Ｏ_３を焼結助剤として使って形成され、気孔率が０．０３％以下で実質的に気孔やピンホールを含んでおらず、３０Ｗ／ｍ・Ｋに達する、セラミックとしては非常に大きな熱伝導率を有する。また、前記したように、処理容器１１と外部との気密は前記シールリング１１ｓが、前記カバープレート１５に押し付けられることによってなされるため、多孔質媒体で機械的強度の低い前記シャワープレート１４に加重がかからない構造となっている。前記シャワープレート１４の前記カバープレート１５と接する側にはプラズマガス流路となる凹形状のプラズマガス流路１４Ａが形成されており、前記プラズマガス流路１４Ａは前記シャワープレート１４の内部に形成され、前記シャワープレート上部に形成された、後述するプラズマガス導入路２１Ａに接続している。

前記シャワープレート１４は前記処理容器１１の内壁に形成された張り出し部１１ｂにより保持されており、前記張り出し部１１ｂのうち、前記シャワープレート１４を保持する部分には異常放電を抑制するために丸みが形成されている。

そこで、前記プラズマガス導入路２１Ａに供給されたＡｒやＫｒ等のプラズマガスは前記シャワープレート１４内部の前記プラズマガス流路１４Ａを通過した後、前記シャワープレート１４の多孔質媒体の気孔を通って前記シャワープレート直下の空間１１Ｂ中に一様に供給される。また、前記プラズマガス導入路２１Ａと前記カバープレート１５の係合部分にはシールリング１５ｓが挿入されており、前記プラズマガスが封入される。

前記カバープレート１５上には、ラジアルラインスロットアンテナ２０が設けられている。ラジアルラインスロットアンテナ２０は、前記前記カバープレート１５に密接し図５（Ｂ）に示す多数のスロット１６ａ，１６ｂを形成されたディスク状のスロット板１６と、前記スロット板１６を保持するディスク状のアンテナ本体１７と、前記スロット板１６と前記アンテナ本体１７との間に挟持されたＡｌ_２Ｏ_３，Ｓｉ_３Ｎ_４，ＳｉＯＮあるいはＳｉＯ_２等の低損失誘電体材料よりなる遅相板１８を有する。さらに前記ラジアルラインスロットアンテナ２０上部には、プラズマガス・マイクロ波導入部２１が設置されている。前記プラズマガス・マイクロ波導入部２１は、前記アンテナ本体１７に接続される円形もしくは矩形断面で内部がマイクロ波導入経路である２１Ｃと、矩形もしくは円形断面のマイクロ波導入部２１Ｂ、そして略円筒形状でＡｒやＫｒ等のプラズマガスが導入されるプラズマガス導入路２１Ａからなる。前記ラジアルスロットラインアンテナ２０は前記処理容器１１上にシールリング１１ｕを介して装着されており、前記ラジアルラインスロットアンテナ２０には前記プラズマガス・マイクロ波導入部２１のマイクロ波導入部２１Ｂに接続された外部のマイクロ波源（図示せず）より周波数が２．４５ＧＨｚあるいは８．３ＧＨｚのマイクロ波が供給される。供給されたマイクロ波は前記スロット板１６上のスロット１６ａ，１６ｂから前記カバープレート１５およびシャワープレート１４を介して前記処理容器１１中に放射され、前記シャワープレート１４直下の空間１１Ｂにおいて、前記シャワープレート１４から供給されたプラズマガス中にプラズマを励起する。その際、前記カバープレート１５およびシャワープレート１４はＡｌ_２Ｏ_３により形成されており、効率的なマイクロ波透過窓として作用する。その際、前記したように前記プラズマガス流路１４Ａにおいてプラズマが励起されるのを回避するため、前記プラズマガス流路１４Ａの前記プラズマガスの圧力は約６．６７ＫＰａ〜１３．３ＫＰａ（約５０〜１００Ｔｏｒｒ）に保持される。

この場合、実施例１の説明において前記したように、プラズマ励起空間である前記空間１１Ｂとプラズマガス供給経路である前記プラズマガス流路１４Ａは、多孔質媒体である前記シャワープレート１４によって隔絶される構成とされている。前記したように、前記プラズマガスは前記プラズマガス流路から前記シャワープレート１４の気孔内部を通って前記空間１１Ｂに供給されるが、前記気孔中ではプラズマを励起するために十分な広さの空間が存在しないため、プラズマが励起されることはない。

そのために、本装置１０においても前記空間１１Ｂにつながるプラズマガス導入経路である前記シャワープレート１４内においてプラズマが励起されることがないため、前記空間１１Ｂにおいては高密度かつ均一なプラズマを励起することが可能となる。

前記ラジアルラインスロットアンテナ２０と前記カバープレート１５との密着性を向上させるため、本実施例のマイクロ波プラズマ処理装置１０では前記スロット板１６に係合する前記処理容器１１の上面の一部にリング状の溝１１ｇが形成されており、かかる溝１１ｇを、これに連通した排気ポート１１Ｇを介して排気することにより、前記スロット板１６とカバープレート１５との間に形成された隙間を減圧し、大気圧により、前記ラジアルラインスロットアンテナ２０を前記カバープレート１５にしっかりと押し付けることが可能になる。かかる隙間には、前記スロット板１６に形成されたスロット１６ａ，１６ｂが含まれるが、それ以外にも様々な理由により隙間が形成されることがある。かかる隙間は、前記ラジアルラインスロットアンテナ２０と処理容器１１との間のシールリング１１ｕにより封止されている。

さらに前記排気ポート１１Ｇおよび溝１１ｇを介して前記スロット板１６と前記カバープレート１５との間の隙間に分子量の小さい不活性気体を充填することにより、前記カバープレート１５から前記スロット板１６への熱の輸送を促進することができる。かかる不活性気体としては、熱伝導率が大きくしかもイオン化エネルギの高いＨｅを使うのが好ましい。前記隙間にＨｅを充填する場合には、０．８気圧程度の圧力に設定するのが好ましい。図３の構成では、前記溝１１ｇの排気および溝１１ｇへの不活性気体の充填のため、前記排気ポート１１Ｇにバルブ１１Ｖが接続されている。

前記ガス・プラズマ導入部２１の前記導波管２１Ｃは前記ディスク状のアンテナ本体１７に接続され、プラズマガス導入部２１Ａは、前記遅波板１８に形成された開口部１８Ａと前記スロット板１６に形成された開口部１６ｃを挿通して前記カバープレート開口部１５Ａに接続されている。そこで前記マイクロ波導入部２１Ｂに供給されたマイクロ波は、前記導波管２１Ｃを介して前記アンテナ本体１７とスロット板１６との間を径方向に進行しながら、前記スロット１６ａ，１６ｂより放射される。

図５（Ｂ）は前記スロット板１６上に形成されたスロット１６ａ，１６ｂを示す。

図５（Ｂ）を参照するに、前記スロット１６ａは同心円状に配列されており、各々のスロット１６ａに対応して、これに直行するスロット１６ｂが同じく同心円状に形成されている。前記スロット１６ａ，１６ｂは、前記スロット板１６の半径方向に、前記遅相板１８により圧縮されたマイクロ波の波長に対応した間隔で形成されており、その結果マイクロ波は前記スロット板１６から略平面波となって放射される。その際、前記スロット１６ａおよび１６ｂを相互の直交する関係で形成しているため、このようにして放射されたマイクロ波は、二つの直交する偏波成分を含む円偏波を形成する。

前記スロット板１６の中心には、前記プラズマガス導入路２１Ａを相通するための開口部１６ｃが設けられている。

さらに図５（Ａ）のプラズマ処理装置１０では、前記アンテナ本体１７上に、冷却水通路１９Ａを形成された冷却ブロック１９が形成されており、前記冷却ブロック１９を前記冷却水通路１９Ａ中の冷却水により冷却することにより、前記シャワープレート１４に蓄積された熱を、前記ラジアルラインスロットアンテナ２０を介して吸収する。前記冷却水通路１９Ａは前記冷却ブロック１９上においてスパイラル状に形成されており、好ましくはＨ_２ガスをバブリングすることで溶存酸素を排除して且つ酸化還元電位を制御した冷却水が通される。

また、図５（Ａ）のマイクロ波プラズマ処理装置１０では、前記処理容器１１中、前記シャワープレート１４と前記保持台１３上の被処理基板１２との間に、前記処理容器１１の外壁に設けられた処理ガス注入口１１ｒから処理ガスを供給されこれを多数の処理ガスノズル開口部３１Ａから放出する格子状の処理ガス通路を有する処理ガス供給構造３１が設けられ、前記処理ガス供給構造３１と前記被処理基板１２との間の空間１１Ｃにおいて、所望の均一な基板処理がなされる。かかる基板処理には、プラズマ酸化処理、プラズマ窒化処理、プラズマ酸窒化処理、プラズマＣＶＤ処理等が含まれる。また、前記処理ガス供給構造３１から前記空間１１ＣにＣ_４Ｆ_８、Ｃ_５Ｆ_８またはＣ_４Ｆ_６などのフルオロカーボンガスや、Ｆ系あるいはＣｌ系等のエッチングガスを供給し、前記保持台１３に高周波電源１３Ａから高周波電圧を印加することにより、前記被処理基板１２に対して反応性イオンエッチングを行うことが可能である。

本実施例によるマイクロ波プラズマ処理装置１０では、前記処理容器１１の外壁は１５０°Ｃ程度の温度に加熱しておくことにより、処理容器内壁への反応副生成物等の付着が回避され、一日に一回程度のドライクリーニング行うことで、定常的に、安定して運転することが可能である。
［第４実施例］
次に、図６（Ａ），（Ｂ）に本発明の第４実施例であるマイクロ波プラズマ処理装置１０Ａの例を示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図６（Ａ）を参照するに、実施例３の前記マイクロ波プラズマ処理装置１０に用いられていた多孔質媒体の前記シャワープレート１４の換わりに、前記ＨＩＰ法により形成された緻密なＡｌ_２Ｏ_３よりなり、少なくとも一つ以上の開口部４０Ｂが形成されたシャワープレート４０が設置される。前記シャワープレート４０の前記カバープレート１５に接する側には前記開口部４０Ｂの各々に連通しプラズマガス流路となる凹部であるプラズマガス流路４０Ａが形成されている。前記開口部４０Ｂの各々には、多孔質媒体たとえば多孔質セラミックである常圧で焼結されたＡｌ_２Ｏ_３よりなるプラズマガス導入部品４１が挿入される。Ａｒ，Ｋｒなどのプラズマガスは前記プラズマガス流路４０Ａを通った後、前記プラズマガス導入部品４１の多孔質媒体の気孔を通過して前記空間１１Ｂに略一様に供給される。

この場合も前記マイクロ波プラズマ処理装置１０の場合と同様に、プラズマガス通路４０Ａおよび前記プラズマガス導入部品４１内においてプラズマが励起されることがないため、前記空間１１Ｂにおいては高密度かつ均一なプラズマを励起することが可能となる。
［第５実施例］
次に、図７（Ａ），（Ｂ）に本発明の第５実施例であるマイクロ波プラズマ処理装置１０Ｂの例を示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

本実施例の図７（Ａ）を参照するに、本実施例のマイクロ波プラズマ処理装置１０Ｂでは、前記下段シャワープレート３１が撤去されている。また、前記シャワープレート１４を保持する前記張り出し部１１ｂの全面に丸みが形成されている。

かかる構成のプラズマ処理装置１０Ｂでは、前記下段シャワープレート３１が省略されているためプラズマガスとは別に処理ガスを供給して成膜やエッチングを行うことはできないが、前記シャワープレート１４からプラズマガスとともに酸化ガスあるいは窒化ガスを供給することにより、被処理基板表面に酸化膜や窒化膜、あるいは酸窒化膜を形成することが可能である。

本実施例においても、前記プラズマガス通路１４Ａおよび前記シャワープレート１４内においてプラズマが励起されることがないため、前記シャワープレート直下の空間において高密度かつ均一なプラズマを励起することが可能となる。
［第６実施例］
次に、図８（Ａ），（Ｂ）に本発明の第６実施例であるマイクロ波プラズマ処理装置１０Ｃの例を示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

本実施例の図８（Ａ）を参照するに、本実施例のマイクロ波プラズマ処理装置１０Ｃでは、前記マイクロ波プラズマ処理装置１０Ａの場合と同様に、前記ＨＩＰ法により形成された緻密なＡｌ_２Ｏ_３よりなり、少なくとも一つ以上の開口部４０Ｂが形成されたシャワープレート４０と、前記４０Ｂに挿入される多孔質媒体たとえば多孔質セラミック材料である焼結Ａｌ_２Ｏ_３よりなるプラズマガス導入部品４１により、Ａｒ，Ｋｒなどのプラズマガスが前記処理容器１１に供給される。

また、前記１０Ｂの場合と同様に前記下段シャワープレート３１が撤去されている。また、前記シャワープレート１４を保持する前記張り出し部１１ｂの全面に丸みが形成されている。

本実施例においても、前記プラズマガス通路４０Ａおよび前記プラズマガス導入部品４１内においてプラズマが励起されることがないため、前記空間１１Ｂにおいては高密度かつ均一なプラズマを励起することが可能となった。

なお、実施例における多孔質媒体は多孔質セラミック材料である常圧にて焼結されたＡｌ_２Ｏ_３を例にとったが、この材料に限定されるものではない。

（Ａ），（Ｂ）は、従来のラジアルラインスロットアンテナを使ったマイクロ波プラズマ処理装置の構成を示す図である。（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１実施例によるマイクロ波プラズマ処理装置の構成を示す図である。マイクロ波プラズマが励起するためのマイクロ波電界と、プラズマガスであるＡｒの圧力の条件を示す図である。本発明の第２実施例による処理ガス供給構造の構成を示す図である。本発明の第３実施例によるプラズマ処理装置の構成を示す図である。本発明の第４実施例によるプラズマ処理装置の構成を示す図である。本発明の第５実施例によるプラズマ処理装置の構成を示す図である。本発明の第６実施例によるプラズマ処理装置の構成を示す図である。

符号の説明

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１００，２００，２００Ａプラズマ処理装置１１，１０１処理容器
１１Ａ，１０１Ａ排気ポート
１１ｂ張り出し部
１１ｒ処理ガス供給ポート
１１ｓ，１１ｕ，１５ｓシールリング
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ空間
１１Ｇ減圧およびＨｅ供給ポート
１２，１１４被処理基板
１３，１１５保持台
１３Ａ高周波電源
１４，４０，２０１シャワープレート
１４Ａ，２０２プラズマガス流路
１５カバープレート
１５ａカバープレート開口部
１６スロット板
１６ａ，１６ｂ，１６ｃスロット開口部
１７アンテナ本体
１８遅波板
１８ａ遅波板開口部
１９冷却ブロック
１９Ａ冷却水通路
２０ラジアルラインスロットアンテナ
２１プラズマガス・マイクロ波導入部
２１Ａプラズマガス導入路
２１Ｂマイクロ波導入部
２１Ｃ導波管
３１，１１２処理ガス供給構造
３１Ａ処理ガス通路
３１Ｂ処理ガスノズル
３１Ｃプラズマ拡散通路
３１Ｒ処理ガス供給ポート
４０シャワープレート
４０Ａ開口部
４１プラズマガス導入部品

Claims

被処理基板を保持する保持台を備えた処理容器と、
前記処理容器に結合された排気系と、
前記処理容器上に設けられたマイクロ波アンテナと、
前記処理容器に、前記保持台上の被処理基板に対面するように設けられた、前記処理容器中にプラズマガスを供給するシャワープレートと、
前記シャワープレートの上方に設けられたカバープレートと
を有するプラズマ処理装置であって、
前記シャワープレートは、セラミック材料よりなり、複数の開口部を有するとともに、前記開口部内にセラミック材料よりなる多孔質媒体を有し、
前記シャワープレートの気孔率は、０．０３％以下であって、
前記プラズマガスは前記多孔質媒体を介して前記処理容器中に供給されることを特徴とするプラズマ処理装置。
前記被処理基板と前記シャワープレートとの間に、処理ガス供給部を設けたことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。