JP5283835B2 - マイクロ波プラズマ処理装置及びマイクロ波プラズマ処理装置用ゲートバルブ - Google Patents
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Description
本発明は、マイクロ波を用いてプラズマを発生させて被処理物の処理を行うマイクロ波プラズマ処理装置及びマイクロ波プラズマ処理装置用ゲートバルブに関する。
従来から、例えば、半導体装置の製造工程等においては、マイクロ波を用いてプラズマを発生させ、このプラズマを被処理物に作用させて所定の処理を行うマイクロ波プラズマ処理装置が用いられている。このようなマイクロ波プラズマ処理装置の１つとしては、大気圧下でベルトコンベア等で被処理物を搬送しながら連続的に処理を行うものが知られており、このようなマイクロ波プラズマ処理装置では、マイクロ波によってプラズマを発生させるプラズマヘッドの部分から周囲にプラズマが漏洩することを防止するため、マイクロ波漏洩防止構造体を設けることが知られている（特許文献１参照。）。
一方、処理チャンバー内に被処理物を収容し、真空雰囲気下でプラズマを発生させて所定の処理を行うマイクロ波プラズマ処理装置では、処理チャンバー内を気密に封止する必要がある。このため、被処理物を搬入搬出するための開口は、ゲートバルブ等の弁体によって開閉自在に封止され、プラズマ処理中は、処理チャンバー内部が気密な状態で外部と隔離される。
特開２００５−３２８０５号公報
上述した真空雰囲気下でプラズマ処理を行う従来のマイクロ波プラズマ処理装置では、例えば、処理チャンバーを構成する部材同士を当接させて固定する部分等においては、これらの部材の間にスパイラル状に形成されたスパイラルシールドと称される部材を挟み込むこと等によって、マイクロ波の外部への漏洩の防止を図っている。
しかしながら、本発明者等が詳査したところ、上記構造の従来のマイクロ波プラズマ処理装置では、次のような課題があることが判明した。すなわち、プラズマが定常状態となってプラズマ処理を行っている際には、マイクロ波がプラズマによって吸収され、処理チャンバーの外部に漏洩することはないが、プラズマを着火する際等のプラズマがない状態では、マイクロ波が処理チャンバー内の各部に拡がり、ゲートバルブの部分に形成された弁体と処理チャンバー壁との間の僅かな間隙から、樹脂等からなる気密閉塞部材（所謂Ｏリング等）を透過し処理チャンバーの外部にマイクロ波が漏洩する可能性がある。そして、この漏洩したマイクロ波により、例えば処理チャンバーに隣接して配置されたトランスファーチャンバー内等で不所望な放電が発生する場合もある。
上記のようなマイクロ波の漏洩を防止する場合、弁体と処理チャンバーとが直接当接されるようにして、これらの間に間隙が形成されない構造とすることが考えられる。しかしながら、このように弁体と処理チャンバーとが直接当接される構造とした場合、弁体の開閉動作の度に、金属の弁体と金属の処理チャンバーとが直接接触するので、所謂パーティクルの発生する可能性が増大し、被処理物に対して悪影響が生じる可能性が増大する。このため、上記の構造とすることはパーティクルの発生を抑制するという観点から望ましくない。
本発明は、上記のような従来の事情に対処してなされたもので、パーティクルの増加を招くことなく、プラズマの着火時等に外部にマイクロ波が漏洩することを抑制することができ、漏洩したマイクロ波によって放電等が発生する可能性を従来に比べて低減することのできるマイクロ波プラズマ処理装置及びマイクロ波プラズマ処理装置用ゲートバルブを提供しようとするものである。
上記目的を達成するために、請求項１記載のマイクロ波プラズマ処理装置は、マイクロ波によって発生させたプラズマにより、被処理物に処理を施すマイクロ波プラズマ処理装置であって、前記被処理物を搬入搬出するための開口を有する処理チャンバーと、前記処理チャンバー内にマイクロ波を導入するためのマイクロ波導入機構と、前記開口を開閉自在に閉塞する弁体と、前記処理チャンバーを真空引きする排気装置とを備え、前記弁体によって前記開口を閉塞した際に、前記処理チャンバーの前記開口周辺部の外側大気部分と前記弁体との間に介在してこれらの間を気密に封止するための気密封止部材と、前記弁体によって前記開口を閉塞した際に、少なくとも前記開口の周囲を囲み、前記気密封止部材が介在することにより形成された前記弁体と前記処理チャンバーとの間の空隙内に位置し、前記開口から外部へ漏洩するマイクロ波を入射してくるマイクロ波と互いに打ち消し合うように反射する溝状のマイクロ波反射機構とを具備し、前記マイクロ波反射機構は、前記気密封止部材の外周部分であって前記開口の端部から５ｍｍ以上離れた位置に配設されていることを特徴とする。
請求項２のマイクロ波プラズマ処理装置は、請求項１記載のマイクロ波プラズマ処理装置であって、前記マイクロ波反射機構が前記弁体に設けられていることを特徴とする。
請求項３のマイクロ波プラズマ処理装置は、請求項１記載のマイクロ波プラズマ処理装置であって、前記マイクロ波反射機構が、前記処理チャンバーに設けられていることを特徴とする。
請求項４のマイクロ波プラズマ処理装置は、請求項１記載のマイクロ波プラズマ処理装置であって、前記弁体の周囲を囲むように外側部材が設けられ、当該外側部材と前記弁体との間に、前記マイクロ波反射機構が形成されていることを特徴とする。
請求項５のマイクロ波プラズマ処理装置は、請求項１〜４のいずれか１項記載のマイクロ波プラズマ処理装置であって、前記マイクロ波反射機構が、マイクロ波の波長の１／４の深さを有することを特徴とする。
請求項６のマイクロ波プラズマ処理装置は、請求項１〜５いずれか１項記載のマイクロ波プラズマ処理装置であって、前記マイクロ波反射機構の溝状の部分に誘電体が充填されていることを特徴とする。
請求項７のマイクロ波プラズマ処理装置は、請求項１〜６いずれか１項記載のマイクロ波プラズマ処理装置であって、前記マイクロ波導入機構は、複数のスロットを有する平面アンテナを具備することを特徴とする。
請求項８のマイクロ波プラズマ処理装置は、請求項７記載のマイクロ波プラズマ処理装置であって、前記平面アンテナは、ラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ）であることを特徴とする。
請求項９のマイクロ波プラズマ処理装置は、請求項１〜８のいずれか１項記載のマイクロ波プラズマ処理装置であって、前記マイクロ波反射機構の溝の幅が５ｍｍ以上１０ｍｍ未満であることを特徴とする。
請求項９のマイクロ波プラズマ処理装置は、請求項１〜８のいずれか１項記載のマイクロ波プラズマ処理装置であって、前記マイクロ波反射機構の溝の幅が５ｍｍ以上１０ｍｍ未満であることを特徴とする。
請求項１０記載のマイクロ波プラズマ処理装置用ゲートバルブは、被処理物を処理チャンバー内に搬入搬出するための開口部を有し、前記処理チャンバーを真空引きした状態で、前記処理チャンバー内にマイクロ波を導入してプラズマを生成し、当該プラズマにより、前記被処理物に処理を施すマイクロ波プラズマ処理装置に配置されるマイクロ波プラズマ処理装置用ゲートバルブであって、前記開口部を開閉自在に閉塞する弁体と、前記弁体によって前記開口部を閉塞した際に、前記処理チャンバーの前記開口部周辺部の外側大気部分と前記弁体との間に介在してこれらの間を気密に封止するための気密封止部材と、前記弁体によって前記開口を閉塞した際に、少なくとも前記開口の周囲を囲み、前記気密封止部材が介在することにより形成された前記弁体と前記処理チャンバーとの間の空隙内に位置し、前記開口から外部へ漏洩するマイクロ波を入射してくるマイクロ波と互いに打ち消し合うように反射する溝状のマイクロ波反射機構とを具備し、前記マイクロ波反射機構は、前記気密封止部材の外周部分であって前記開口の端部から５ｍｍ以上離れた位置に配設されていることを特徴とする。
請求項１１記載のマイクロ波プラズマ処理装置用ゲートバルブは、請求項１０記載のマイクロ波プラズマ処理装置用ゲートバルブであって、前記マイクロ波反射機構が、マイクロ波の波長の１／４の深さを有することを特徴とする。
請求項１２記載のマイクロ波プラズマ処理装置用ゲートバルブは、請求項１０又は１１記載のマイクロ波プラズマ処理装置用ゲートバルブであって、前記マイクロ波反射機構の溝状の部分に誘電体が充填されていることを特徴とする。
請求項１３記載のマイクロ波プラズマ処理装置用ゲートバルブは、請求項１０〜１２いずれか１項記載のマイクロ波プラズマ処理装置用ゲートバルブであって、前記マイクロ波反射機構の溝の幅が５ｍｍ以上１０ｍｍ未満であることを特徴とする。
請求項１３記載のマイクロ波プラズマ処理装置用ゲートバルブは、請求項１０〜１２いずれか１項記載のマイクロ波プラズマ処理装置用ゲートバルブであって、前記マイクロ波反射機構の溝の幅が５ｍｍ以上１０ｍｍ未満であることを特徴とする。
本発明によれば、パーティクルの増加を招くことなく、プラズマの着火時等に外部にマイクロ波が漏洩することを抑制することができ、漏洩したマイクロ波によって放電等が発生する可能性を従来に比べて低減することができる。
以下、本発明の詳細を、実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１００の構成を示すものである。マイクロ波プラズマ処理装置１００は、所定のパターンで複数のスロットが形成された平面アンテナ（Radial Line Slot Antenna ）を利用してマイクロ波発生源から導かれたマイクロ波をチャンバー内に放射し、プラズマを形成するＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置として構成される。
このマイクロ波プラズマ処理装置１００は、気密に構成され、接地された略円筒状の処理チャンバー１を有している。処理チャンバー１の底壁１ａの略中央部には円形の開口部１０が形成されており、底壁１ａにはこの開口部１０と連通し、下方に向けて突出する排気室１１が設けられている。処理チャンバー１内には被処理基板であるウエハＷを水平に支持するためのＡｌＮ等のセラミックからなるサセプタ２が設けられている。
このサセプタ２は、排気室１１の底部中央から上方に伸びる円筒状のＡｌＮ等のセラミックからなる支持部材３により支持されている。サセプタ２の外縁部にはウエハＷをガイドするためのガイドリング４が設けられている。また、サセプタ２には抵抗加熱型のヒータ５が埋め込まれており、このヒータ５はヒータ電源６から給電されることによりサセプタ２を加熱して、その熱で被処理基板であるウエハＷを加熱する。このとき、例えば室温から８００℃までの範囲で温度制御可能となっている。なお、処理チャンバー１の内周には、誘電体、例えば石英からなる円筒状のライナー７が設けられている。
サセプタ２には、ウエハＷを支持して昇降させるためのウエハ支持ピン（図示せず）がサセプタ２の表面に対して突没可能に設けられている。
処理チャンバー１の側壁には環状をなすガス導入部材１５が設けられており、このガス導入部材１５にはガス供給系１６が接続されている。ガス導入部材１５は、シャワー状に配置してもよい。このガス供給系１６は、所定のガス例えば、Ａｒ、Ｏ2、Ｎ2、Ｈ2等を供給するための複数（図１中には２つのみ示す。）のガス供給源１７を有しており、これらのガス供給源１７が、それぞれガスライン２０を介してガス導入部材１５に至り、ガス導入部材１５から処理チャンバー１内に導入される。なお、ガスライン２０の各々には、マスフローコントローラ２１およびその前後の開閉バルブ２２が設けられている。
上記排気室１１の側面には排気管２３が接続されており、この排気管２３には、高速真空ポンプを含む排気装置２４が接続されている。そしてこの排気装置２４を作動させることにより、処理チャンバー１内のガスが、排気室１１の空間１１ａ内へ排出され、排気管２３を介して排気される。これにより、処理チャンバー１内は所定の真空度、例えば、０．１３３Ｐａまで高速に減圧することが可能となっている。
処理チャンバー１の側壁には、プラズマ処理装置１００に隣接するトランスファーチャンバー（図示せず）との間でウエハＷの搬入搬出を行うための搬入搬出用の矩形状の開口２５が設けられており、この開口２５は、ゲートバルブ２６によって開閉自在とされている。このゲートバルブ２６の詳細な構成については、後述する。
処理チャンバー１の上部は開口部となっており、この開口部の周縁部に沿って環状の支持部材２７が設けられ、支持部材２７の内側に突出する突出部２７ａが形成されており、この突出部２７ａに誘電体、例えば石英やＡｌ2 Ｏ3 等のセラミックからなり、マイクロ波を透過するマイクロ波透過板２８が例えばＯリング等のシール部材２９を介して気密に設けられている。したがって、処理チャンバー１内は気密に保持される。
マイクロ波透過板２８の上方には、サセプタ２と対向するように、円板状の平面アンテナ部材３１が設けられている。この平面アンテナ部材３１は、支持部材２７の上端に係止されている。平面アンテナ部材３１は、導体、例えば表面が銀または金メッキされた銅板またはアルミニウム板からなり、複数のマイクロ波放射孔（スロット）３２が所定のパターンで貫通して形成された構成となっている。このマイクロ波放射孔３２は、例えば図２に示すように長溝状をなし、隣接するマイクロ波放射孔３２同士が交差するように、典型的には図示のように直交するように（「Ｔ」字状に）配置され、これらの複数のマイクロ波放射孔３２が同心円状に配置されている。すなわち、平面アンテナ部材３１はＲＬＳＡアンテナを構成している。マイクロ波放射孔３２の長さや配列間隔は、マイクロ波の波長（λ）に応じて決定され、例えばマイクロ波放射孔３２の間隔がλ／２、λ／４、またはλとなるように配置されている。また、マイクロ波放射孔３２は、円形状、円弧状等の他の形状であってもよい。さらに、マイクロ波放射孔３２の配置形状は特に限定されず、同心円状の他、例えば、螺旋状、放射状等の配置とすることもできる。この平面アンテナ部材３１の上面には、真空よりも大きい誘電率を有する誘電体、例えば石英、樹脂、セラミックからなる遅波材３３が設けられている。
処理チャンバー１の上面には、これらの平面アンテナ部材３１および遅波材３３を覆うように、例えばアルミニウムやステンレス鋼等の金属材からなるシールド蓋体３４が設けられている。処理チャンバー１の上面とシールド蓋体３４とはシール部材３５によりシールされている。さらに、この処理チャンバー１とシールド蓋体３４との間には、前述したスパイラルシールド（図示せず。）を挟み込む等して、マイクロ波の漏洩を防止するための対策がなされている。シールド蓋体３４には、冷却水流路３４ａが形成されており、このシールド蓋体３４は接地されている。
シールド蓋体３４の上壁の中央には開口部３６が形成されており、この開口部３６には導波管３７が接続されている。この導波管３７の端部には、マッチング回路３８を介してマイクロ波発生装置３９が接続されている。これにより、マイクロ波発生装置３９で発生した例えば周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波が導波管３７を介して上記平面アンテナ部材３１へ伝搬されるようになっている。なお、マイクロ波の周波数としては、８．３５ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ等を用いることもできる。
導波管３７は、上記シールド蓋体３４の開口部３６から上方へ延在する断面円形状の同軸導波管３７ａと、水平方向に延びる断面矩形状の矩形導波管３７ｂとを有している。これらの間にはモード変換器４０が設けられている。同軸導波管３７ａの中心には内導体４１が延在しており、その下端部は、平面アンテナ部材３１の中心に接続固定されている。
マイクロ波プラズマ処理装置１００の各構成部は、プロセスコントローラ５０に接続されて制御される構成となっている。プロセスコントローラ５０には、工程管理者がマイクロ波プラズマ処理装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、マイクロ波プラズマ処理装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース５１が接続されている。
また、プロセスコントローラ５０には、マイクロ波プラズマ処理装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ５０の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じてマイクロ波プラズマ処理装置１００の各構成部に処理を実行させるための制御プログラムすなわちレシピが格納された記憶部５２が接続されている。レシピはハードディスクや半導体メモリ等のコンピュータ記憶媒体に記憶されていてもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータ記憶媒体に記憶された状態で記憶部５２の所定位置にセットするようになっていてもよい。さらに、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース５１からの指示等にて任意のレシピを記憶部５２から呼び出してプロセスコントローラ５０に実行させることで、プロセスコントローラ５０の制御下でマイクロ波プラズマ処理装置１００での所望の処理が行われる。
次に、前記したゲートバルブ２６の詳細な構成について説明する。ゲートバルブ２６は、図３、４に示すように、開口２５の形状に合わせて矩形状に構成され、開口２５より大きな寸法を有する板状の弁体２６ａを有している。この弁体２６ａは、弁体固定部２６ｂを介して弁体支持部２６ｃに接続され、弁体支持部２６ｃは駆動部（図示せず。）に接続されており、駆動部より弁体支持部２６ｃが上下及び水平方向に移動することにより、開口２５を気密に閉塞した状態と、開口２５を開放し弁体２６ａが下方に降下してウエハＷを搬入搬出可能な状態とに設定可能となっている。弁体２６ａには、ゴムや樹脂等からなり、処理チャンバー１の外側に当接、押圧されて気密封止を行うための枠状の気密封止部材（Ｏリング）２６ｄが設けられている。また、この気密封止部材２６ｄの外周部には、気密封止部材２６ｄの周囲を囲むように、溝状に形成されたマイクロ波反射機構２６ｅが設けられている。
図３に示す円で囲まれた部分を拡大した図５に示すように、上記構成のゲートバルブ２６において弁体２６ａは、気密封止部材２６ｄが設けられているため、処理チャンバー１の側壁に押圧されて開口２５を気密封止した状態においても、弁体２６ａ本体と処理チャンバー１の側壁との間には、微小な空隙Ｓ（図中に示す寸法Ａが例えば０．４ｍｍ程度）が形成されている。このため図中矢印で示すように、開口２５からこの空隙Ｓを通り気密封止部材２６ｄを透過してマイクロ波が外側方向に向けて伝播する。そして、本実施形態では、このマイクロ波が、マイクロ波反射機構２６ｅの部位で回折してマイクロ波反射機構２６ｅ内に侵入し、底部で反射されて戻り、入射してくるマイクロ波と互いに打ち消し合うことにより、外部へ向けて漏洩することが抑制されるようになっている。
実際に、マイクロ波反射機構２６ｅを具備したゲートバルブ２６を作製し、図１に示す構成のマイクロ波プラズマ処理装置１００において、マイクロ波のリーク量をマイクロ波反射機構２６ｅがないゲートバルブ２６の場合と比較する測定を行った。なお、この測定に使用したマイクロ波反射機構２６ｅを設けたゲートバルブ２６は、図２０、図２１に示すように、弁体２６ａの周囲を所定間隔を設けて囲むように外側部材２６ｆを設けてマイクロ波反射機構２６ｅを形成したものである。この結果、マイクロ波反射機構２６ｅがない場合、９回の測定を行った時の平均が１．５７４ｍＷ／ｃｍ2であった。これに対してマイクロ波反射機構２６ｅを設けた場合９回の測定を行った時の平均が０．５８７ｍＷ／ｃｍ2であり、１／３程度に減少させることができた。なお、測定は、圧力６６６．６５Ｐａ、マイクロ波パワー４０００Ｗ、マイクロ波の波長約１２４ｎｍで、Ａｒ／Ｏ2／Ｈ2＝１０６０／５００／４０ｓｃｃｍのガス流量の条件でプラズマを着火する際に行った。また測定箇所は、図１に示すゲートバルブ２６の側方（左側）に設けられたトランスファーチャンバー（図示せず。）の上部に配設された覗き窓の部分で行った。この時のマイクロ波反射機構２６ｅは、図５に示す溝の深さｄが上部、側部で２０ｍｍ、下部で１６ｍｍ、溝の幅Ｗが１．５ｍｍ、開口２５の端部からの距離Ｌが１０ｍｍであった。
このように、本実施形態では、金属同士が直接接触するようなパーティクルの増加を招く構成とすることなく、プラズマの着火時等に外部にマイクロ波が漏洩することを抑制することができ、漏洩したマイクロ波によって放電等が発生する可能性を従来に比べて低減することができる。
上記のマイクロ波反射機構２６ｅにおいて、図５に示した溝の深さｄ、溝の幅Ｗ、開口２５の端部からの距離Ｌを最適化するためのシミュレーションを行った結果について以下に説明する。なお、シミュレーションには、電磁波シミュレーションソフト（ＨＦＳＳ）（Ａｎｓｏｆｔ社製）を用いて行った。
図６〜８のグラフは、縦軸を電界強度、横軸を上下方向の正規化された距離としてマイクロ波の強度の部分をシミュレーションした結果を示すもので、２つのピークが略上下方向の溝２６ｅの位置を示しており、これより外側（図中左右外側）の部分が実質的に外部に漏洩したマイクロ波の強度を示している。図６はＬ＝１０ｍｍ、図７はＬ＝５ｍｍ、図８はＬ＝２ｍｍの場合を示しており、いずれの場合もＷ＝５ｍｍ、ｄ＝３１ｍｍである。これらの結果から、少なくともＬが２ｍｍ〜１０ｍｍの範囲では、寸法Ｌは外部へのマイクロ波の漏洩には影響がほとんどなく、いずれの場合も外部への漏洩はほとんどない。ただし、Ｌ＝２ｍｍの場合ピークの高さが高く、その電位が略４０００Ｖ／ｍ程度となっているので、発熱の影響が起きる可能性がある。このピークの電位とＬ（ｍｍ）との関係を表１に示す。
この表１に示されるとおり、ピーク電位が上昇することによる発熱を考慮した場合Ｌは、５ｍｍ以上とすることが好ましく、例えば１０ｍｍ程度とすることがさらに好ましい。
図９〜１１のグラフは、同様にしてＷを変化させた場合（いずれもＬ＝１０ｍｍ，ｄ＝３１ｍｍ）の結果を示している。図９はＷ＝２０ｍｍ、図１０はＷ＝１０ｍｍ、図１１はＷ＝３ｍｍの場合を示している。図６及び図９〜１１におけるＷ（ｍｍ）とマイクロ波の漏洩量の結果を表２に示す。
これらの結果を見ると、図１１に示されるように、Ｗ＝３ｍｍの場合は、マイクロ波の外部への漏洩量がある程度多くなるが、Ｗ＝５ｍｍ以上とすることで。マイクロ波の漏洩量を少なくすることができる。一方、Ｗを必要以上に広くすると、弁体全体の大きさを大きくする必要が生じることから、Ｗは３ｍｍより大きく１０ｍｍ未満の範囲とすることが好ましく、さらには、図６に示した5ｍｍ程度とすることが好ましい。
図１２〜１４のグラフは、同様にしてｄを変化させた場合（いずれもＬ＝１０ｍｍ，Ｗ＝５ｍｍ）の結果を示している。図１２はｄ＝１６ｍｍ、図１３はｄ＝１０ｍｍ、図１４はｄ＝５ｍｍの場合を示している。また、図６及び図１２〜１４におけるｄ（ｍｍ）とマイクロ波の漏洩量の結果を表３に示す。
表３にも示されるように、上記の結果によると、ｄ＝５ｍｍ、ｄ＝１０ｍｍの場合は、マイクロ波の外部への漏洩がある程度多くなる。したがって、ｄは、１６ｍｍ以上とすることが好ましく、図６に示した３１ｍｍ以上とすることがさらに好ましい。なお、上記のシミュレーションで使用したマイクロ波の波長は約１２４ｍｍであるので、ｄは、１／８波長以上とすることが好ましく、１／４波長程度とすることがさらに好ましい。
上記の結果、例えば図６に示したように、Ｌ＝１０ｍｍ、Ｗ＝５ｍｍ、ｄ＝３１ｍｍとすることによって、外部へのマイクロ波の漏洩を略ゼロにすることができる。また、上記したマイクロ波の波長は、真空中の波長であり、伝播する媒体の誘電率によってマイクロ波の波長は変化する。このため、例えば、マイクロ波反射機構２６ｅの溝内に、誘電率の高い物質（石英）を充填し、マイクロ波の波長を変化させた場合についてのシミュレーションの結果を図１５〜図１９のグラフに示す。図１５〜図１７は、ｄを変化させた場合の結果を示しており、図１５はｄ＝１５ｍｍ、図１６はｄ＝１０ｍｍ、図１７はｄ＝５ｍｍの場合（いずれもＬ＝１０ｍｍ、Ｗ＝５ｍｍ）を示している。また、図１５〜１７におけるｄ（ｍｍ）とマイクロ波の漏洩量の結果を表４に示す。
表４にも示されるように、上記の結果によると、ｄ＝５ｍｍ、ｄ＝１０ｍｍの場合は、マイクロ波の外部への漏洩量がある程度多くなる。したがって、ｄは１５ｍｍ以上とすることが好ましい。
図１８、１９は、上記のようにマイクロ波反射機構２６ｅの溝内に石英を充填させた際に、Ｗを変化させた場合についてシミュレーションした結果を示すものである。図１８は、Ｗ＝１０ｍｍ、図１９は、Ｗ＝２０ｍｍとした場合であり、いずれの場合もＬ＝１０ｍｍ、ｄ＝１５ｍｍである。図１５，１８、１９の結果から、Ｗが５〜２０ｍｍの範囲では、いずれの場合もマイクロ波の漏洩はほとんど見られない。したがって、装置の小型化を図る点では、図１５に示したように、Ｗ＝５ｍｍ程度とすることが好ましい。
図２２、２３は、マイクロ波反射機構２６ｅの他の構成例を示すものである。図２２に示すように、マイクロ波反射機構２６ｅの一部（図２２では上側の部分）を開口２５側以外の方向に向けて他の部材と対向するように設けてもよい。また、図２３に示すように、弁体側２６ａではなく、処理チャンバー１側にマイクロ波反射機構２６ｅを設けることもできる。さらにまた、上記の実施形態では、気密封止部材の外側にマイクロ波反射機構２６ｅを設けた場合について説明したが、気密封止部材２６ｄの内側にマイクロ波反射機構２６ｅを設けても良い。
次に、図１に示したマイクロ波プラズマ処理装置１００のマイクロ波プラズマ処理動作について説明する。まず、ゲートバルブ２６を開にして、開口２５から、ウエハＷを処理チャンバー１内に搬入し、サセプタ２上に載置する。次いで、処理チャンバー１内を真空引きし）、ガス供給系１６のガス供給源１７から、所定の処理ガスを所定の流量でガス導入部材１５を介して処理チャンバー１内に導入する。そして、処理チャンバー１内の圧力を調整し、プラズマが着火しやすい圧力状態にする。
次いで、処理チャンバー１内にマイクロ波を放射させてプラズマ着火を行う。この際には、まず、マイクロ波発生装置３９からのマイクロ波をマッチング回路３８を経て導波管３７に導く。マイクロ波は、矩形導波管３７ｂ、モード変換器４０、および同軸導波管３７ａを順次通って平面アンテナ部材３１に供給され、平面アンテナ部材３１からマイクロ波透過板２８を経て処理チャンバー１内におけるウエハＷの上方空間に放射される。このようにして、処理チャンバー１内に放射されたマイクロ波により、処理チャンバー１内では、ガスがプラズマ化する。プラズマ着火後は、処理チャンバー１内が、所定圧力に調整され、所定のマイクロ波プラズマ処理が行われる。
そして、上記のマイクロ波プラズマにより、ウエハＷに所定の処理を行った後、マイクロ波の放射を停止してプラズマを消化し、真空引きをしながらガスを停止して処理のシーケンスを終了する。この後、ゲートバルブ２６を開いて、開口２５からウエハＷを搬出する。
１……処理チャンバー、２５……開口、２６……ゲートバルブ、２６ａ……弁体、２６ｄ……気密封止部材、２６ｅ……マイクロ波反射機構。
Claims (13)
- マイクロ波によって発生させたプラズマにより、被処理物に処理を施すマイクロ波プラズマ処理装置であって、
前記被処理物を搬入搬出するための開口を有する処理チャンバーと、
前記処理チャンバー内にマイクロ波を導入するためのマイクロ波導入機構と、
前記開口を開閉自在に閉塞する弁体と、
前記処理チャンバーを真空引きする排気装置とを備え、
前記弁体によって前記開口を閉塞した際に、前記処理チャンバーの前記開口周辺部の外側大気部分と前記弁体との間に介在してこれらの間を気密に封止するための気密封止部材と、
前記弁体によって前記開口を閉塞した際に、少なくとも前記開口の周囲を囲み、前記気密封止部材が介在することにより形成された前記弁体と前記処理チャンバーとの間の空隙内に位置し、前記開口から外部へ漏洩するマイクロ波を入射してくるマイクロ波と互いに打ち消し合うように反射する溝状のマイクロ波反射機構と
を具備し、
前記マイクロ波反射機構は、前記気密封止部材の外周部分であって前記開口の端部から５ｍｍ以上離れた位置に配設されている
ことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。 - 請求項１記載のマイクロ波プラズマ処理装置であって、
前記マイクロ波反射機構が前記弁体に設けられていることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。 - 請求項１記載のマイクロ波プラズマ処理装置であって、
前記マイクロ波反射機構が、前記処理チャンバーに設けられていることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。 - 請求項１記載のマイクロ波プラズマ処理装置であって、
前記弁体の周囲を囲むように外側部材が設けられ、当該外側部材と前記弁体との間に、前記マイクロ波反射機構が形成されていることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。 - 請求項１〜４のいずれか１項記載のマイクロ波プラズマ処理装置であって、
前記マイクロ波反射機構が、マイクロ波の波長の１／４の深さを有することを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。 - 請求項１〜５のいずれか１項記載のマイクロ波プラズマ処理装置であって、
前記マイクロ波反射機構の溝状の部分に誘電体が充填されていることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。 - 請求項１〜６のいずれか１項記載のマイクロ波プラズマ処理装置であって、
前記マイクロ波導入機構は、複数のスロットを有する平面アンテナを具備することを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。 - 請求項７記載のマイクロ波プラズマ処理装置であって、
前記平面アンテナは、ラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ）であることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。 - 請求項１〜８のいずれか１項記載のマイクロ波プラズマ処理装置であって、
前記マイクロ波反射機構の溝の幅が５ｍｍ以上１０ｍｍ未満であることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。 - 被処理物を処理チャンバー内に搬入搬出するための開口部を有し、前記処理チャンバーを真空引きした状態で、前記処理チャンバー内にマイクロ波を導入してプラズマを生成し、当該プラズマにより、前記被処理物に処理を施すマイクロ波プラズマ処理装置に配置されるマイクロ波プラズマ処理装置用ゲートバルブであって、
前記開口部を開閉自在に閉塞する弁体と、
前記弁体によって前記開口部を閉塞した際に、前記処理チャンバーの前記開口部周辺部の外側大気部分と前記弁体との間に介在してこれらの間を気密に封止するための気密封止部材と、
前記弁体によって前記開口を閉塞した際に、少なくとも前記開口の周囲を囲み、前記気密封止部材が介在することにより形成された前記弁体と前記処理チャンバーとの間の空隙内に位置し、前記開口から外部へ漏洩するマイクロ波を入射してくるマイクロ波と互いに打ち消し合うように反射する溝状のマイクロ波反射機構と
を具備し、
前記マイクロ波反射機構は、前記気密封止部材の外周部分であって前記開口の端部から５ｍｍ以上離れた位置に配設されている
ことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置用ゲートバルブ。 - 請求項１０記載のマイクロ波プラズマ処理装置用ゲートバルブであって、
前記マイクロ波反射機構が、マイクロ波の波長の１／４の深さを有することを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置用ゲートバルブ。 - 請求項１０又は１１記載のマイクロ波プラズマ処理装置用ゲートバルブであって、
前記マイクロ波反射機構の溝状の部分に誘電体が充填されていることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置用ゲートバルブ。 - 請求項１０〜１２いずれか１項記載のマイクロ波プラズマ処理装置用ゲートバルブであって、
前記マイクロ波反射機構の溝の幅が５ｍｍ以上１０ｍｍ未満であることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置用ゲートバルブ。
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