JPH09181052A

JPH09181052A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH09181052A
Application number: JP8153357A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Ishii; 信雄石井; Naohisa Goto; 尚久後藤; Makoto Ando; 真安藤; Junichi Takada; 潤一高田; Yasuhiro Horiike; 靖浩堀池
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1995-05-26
Filing date: 1996-05-24
Publication date: 1997-07-11
Anticipated expiration: 2016-05-24
Also published as: JP3233575B2

Abstract

(57)【要約】【課題】マイクロ波により発生する静電場を利用して
プラズマを発生させることのできるプラズマ処理装置を
提供する。【解決手段】被処理体Ｗを載置する載置台６を内部に
設けた気密な処理容器４と、マイクロ波発生器５０と、
このマイクロ波発生器にて発生したマイクロ波を前記処
理容器へ導くための導波管５２と、この導波管に接続さ
れて前記載置台と対向して配置された平面アンテナ部材
４４と、このアンテナ部材に多数のループ状に形成され
た多数のスリット６０と、前記処理容器内へガスを供給
する手段２０，２２とを備え、前記スリットの長さを、
前記処理容器内にアンテナ表面から離れるにつれて指数
関数的に減衰する静電界を形成するために、前記マイク
ロ波の管内波長よりも短く設定すると共に前記アンテナ
部材の半径方向における前記スリット間の距離を前記マ
イクロ波の管内波長より短い長さに設定するように構成
する。これにより、アンテナ部材にマイクロ波を供給し
て処理空間に、アンテナ表面から離れるにつれて指数関
数的に減衰する静電界を作り、プラズマを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波により
アンテナ表面から離れるにつれて指数関数的に減衰する
静電界を形成して、これによりプラズマを発生させるプ
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１０ｍＴｏｒ
ｒ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。

【０００３】従来、この種のマイクロ波プラズマ装置と
しては磁場形成手段を有するプラズマ発生室にマイクロ
波導入口を設けて電子サイクロトロン共鳴空洞を形成
し、プラズマ発生室からイオンを引き出して反応室内の
半導体ウエハにイオンビームを照射する装置（特公昭５
８−１３６２６号公報）、或いはマイクロ波の導入によ
ってプラズマを発生する放電管をマイクロ波導入方向か
ら試料方向に向かって主放電部より先の部分で広がった
構造として、面積の広いプラズマ処理を可能とした装置
（特開昭５９−２０２６３５号公報）等が知られてい
る。

【０００４】しかしながら、特公昭５８−１３６２６号
公報に示すような装置にあってはプラズマ発生室と反応
室とを有することから装置全体が大型になってコスト高
となるのみならず、プラズマからイオンを電界で効率良
くウエハに照射するには１０００Ｖ前後の高電圧が必要
となってしまう。

【０００５】また、特開昭５９−２０２６３５３号公報
に示すような装置にあってはリング状のコイルに電流を
流して発生させた磁力線がウエハ表面に対して垂直でな
く傾斜するため、そのため例えばエッチング処理状態も
磁力線の方向に傾斜してしまい、垂直なエッチングを行
うことができない。

【０００６】これらの問題点を解決するために、本発明
者が特開平４−３６１５２９号公報において開示した装
置によれば、反応室内のマイクロ波導入面とウエハ載置
面との間を特定の距離だけ離すようにしてここに電子サ
イクロトロン共鳴を励起する空洞共振器構造を形成して
おり、比較的小型で且つ高密度なプラズマを立てること
ができた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような装置にあってはプラズマ発生のために磁界を必
要とすることから永久磁石や電磁コイル等の磁界発生手
段を設けなければならず、依然として装置自体が比較的
大きいのみならず、コストも高くなっているという問題
がある。

【０００８】また、上記した装置にあっては、６インチ
ウエハ程度の比較的サイズが大きくないウエハの場合に
は処理領域全体に亘ってある程度、均一なプラズマを発
生させることができる。しかしながら、今日のようにウ
エハサイズが８インチ、１２インチ等のように大口径化
すると、ウエハ中央部近傍や周辺部の電界が強くなって
その処理領域全体に亘って電界分布を均一化させるのが
困難になって電界分布が不均一になり、プラズマ処理に
おいても面内均一性が望めなくなってしまう。

【０００９】そこで、本発明者は、先の出願（特願平６
−２４８７６７号）において、磁界を用いることなくマ
イクロ波だけでプラズマを発生させることができるプラ
ズマ処理装置を提案した。この処理装置は、電磁波を発
生するように配列された多数のスリットを有する平面状
のアンテナ部材にマイクロ波を供給することにより、ア
ンテナ部材から処理容器内に向けて電磁波を照射し、こ
の電磁波エネルギーによりプラズマ用ガスを解離してプ
ラズマを発生するようになっている。

【００１０】これによれば、アンテナ部材から放射され
る電磁波の作用によりガスを解離して、ある程度の密度
の高いプラズマを形成することができたが、しかしなが
ら、より密度の高いプラズマを得るためにより大きな電
力を投入しようと思ってもある程度以上の電力を投入す
ることができず、従って、その投入電力が制限されてし
まうことから、例えば約７×１０¹⁰／ｃｍ³以上のプラ
ズマ密度を得ることができないことが判明した。この理
由は電力を投入するに従ってプラズマ振動数が上昇して
プラズマ密度も上がるが、一般的に磁場の不存在下のプ
ラズマの比誘電率は次第にゼロに近づいてくる傾向にあ
り、そのためにプラズマ中にエネルギーをある程度以上
は投入できずに放射された電磁波はエネルギーを持った
まま反射されてアンテナ部材に戻ってしまうからであ
る。

【００１１】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、マイクロ波によりアンテナ表面から離れるに
つれて指数関数的に減衰する電界を形成して、この電界
を利用してプラズマを発生させることのできるプラズマ
処理を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者は、プラズマ発
生のメカニズムについて鋭意研究の結果、電力の投入形
態として電磁波を用いた場合には前述のように生成プラ
ズマの比誘電率が次第にゼロに近ずくことから電力投入
量に限界が生ずるが、アンテナ部材のスリットの形態を
僅かに変更して、電力投入形態として電磁波ではなく、
アンテナ表面から離れるにつれて指数関数的に減衰する
ように発生する静電界を利用することにより投入電力量
を大幅に増加させることができる、という知見を得るこ
とにより、本発明に至ったものである。

【００１３】第１の発明は、被処理体を載置する載置台
を内部に設けた気密な処理容器と、マイクロ波発生器
と、このマイクロ波発生器にて発生したマイクロ波を前
記処理容器へ導くための導波管と、この導波管に接続さ
れて前記載置台と対向して配置された平面アンテナ部材
と、このアンテナ部材に多数のループ状に形成された多
数のスリットと、前記処理容器内へガスを供給する手段
とを備え、前記スリットの長さを、前記処理容器内にア
ンテナ表面から離れるにつれて指数関数的に減衰する静
電界を形成するために、前記マイクロ波の管内波長より
も短く設定すると共に前記アンテナ部材の半径方向にお
ける前記スリット間の距離を前記マイクロ波の管内波長
より短い長さに設定するように構成したものである。第
２の発明は、被処理体を載置する載置台を内部に設けた
気密な処理容器と、マイクロ波発生器と、このマイクロ
波発生器にて発生したマイクロ波を前記処理容器へ導く
ための導波管と、この導波管に連通された複数の分岐導
波管と、この分岐導波管に接続されて前記載置台と対向
して配置された平面アンテナ部材と、このアンテナ部材
に前記分岐導波管毎において相互に平行状態になるよう
に形成された多数のスリットと、前記処理容器内へガス
を供給する手段とを備え、前記スリットの長さを、前記
処理容器内にアンテナ面から離れるにつれて指数関数的
に減衰する静電界を形成するために、前記マイクロ波の
管内波長よりも短く設定すると共に前記スリットの長さ
方向と直交する方向におけるスリット間の距離を前記マ
イクロ波の管内波長より短い長さに設定するように構成
したものである。

【００１４】第１の発明は、以上のように構成したの
で、アンテナ部材からは電波が放出されず、代わりに処
理容器内に上述したようにアンテナ表面から離れるにつ
れて指数関数的に減衰するような静電界が形成されるこ
とになる。この静電場によりプラズマ用ガスは、励起さ
れてプラズマ化されるのであるが、電磁場の場合と異な
って投入電力量に限界が発生せずにより多くの電力を投
入することが可能となる。従って、生成プラズマの密度
を大幅に向上させることができ、また、処理空間におけ
るプラズマ密度も均一化させることができる。また、ア
ンテナ部材の中心部側より周縁部側に位置するスリット
長を僅かに大きくするように設定すれば、プラズマ形成
空間においてアンテナ部材の中心部側よりも周縁部側の
方のプラズマ密度を高くすることができ、従って、プラ
ズマ形成空間とプロセス空間が分離されている結果、プ
ロセス空間の周縁部のプラズマ密度が低下する傾向にあ
るような形態の処理装置においては、プロセス空間にお
けるプラズマ密度を広範囲に亘って略均一化させること
が可能となる。第２の発明によれば、それぞれの分岐導
波管におけるスリットは相互に平行状態になるように形
成され、しかも、その長さ及び隣設スリット間の距離は
第１の発明の場合と同じように形成されているので、ア
ンテナ部材からは電波が放出されず、代わりに処理容器
内に、アンテナ表面から離れるにつれて指数関数的に減
衰するような静電界が形成され、第１の発明の場合と同
様な作用を呈すことになる。また、第１及び第２の発明
において、スリットの長さは、上記マイクロ波の管内波
長の１／２を中心として管内波長の±３０％の範囲内の
長さに設定するのが好ましい。更に、平面アンテナ部材
の半径方向に隣り合うスリットの距離は、マイクロ波の
管内波長の５％〜５０％の範囲内の長さに設定するのが
好ましい。また、平面アンテナ部材の被処理体と対向す
る面とは反対の面を覆って誘電体を形成することによ
り、これに供給されるマイクロ波の波長を短くすること
により管内波長を短くするのが好ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係るプラズマ処
理装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１
は第１の発明に係るプラズマ処理装置の一例を示す断面
図、図２は図１に示す処理装置に用いるアンテナ部材を
示す平面図、図３は図２に示すアンテナ部材の拡大平面
図である。

【００１６】本実施例においてはプラズマ処理装置をプ
ラズマエッチング装置に適用した場合について説明す
る。図示するようにプラズマ処理装置としてのこのプラ
ズマエッチング装置２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４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。

【００１７】この処理容器４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６が収容
される。この載置台６は、例えばアルマイト処理したア
ルミニウム等により中央部が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８により支持されると
共にこの支持台８は処理容器４内の底部に絶縁材１０を
介して設置されている。

【００１８】上記載置台６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やクランプ機構（図示せ
ず）が設けられ、この載置台６は給電線１２を介してマ
ッチングボックス１４及び例えば１３．５６ＭＨｚのバ
イアス用高周波電源１６に接続されている。載置台６を
支持する支持台８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１８が設けら
れる。

【００１９】上記処理容器４の側壁には、ガスの供給手
段として、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２
０や処理ガス、例えばエッチング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２２が設けら
れ、これらのノズル２０、２２はそれぞれガス供給路２
４、２６によりマスフローコントローラ２８、３０及び
開閉弁３２、３４を介してそれぞれプラズマガス源３６
及び処理ガス源３８に接続されている。処理ガスとして
のエッチングガスは、ＣＦ₃ 、ＣＨＦ₃ 、ＣＦ₄ ガス等
を用いることができる。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４０が設けられる。

【００２０】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４２が設けられており、必要に
応じて処理容器４内を所定の圧力まで真空引きできるよ
うになっている。一方、処理容器４内の上部には、静電
場を形成するための、本発明の特長とする平面アンテナ
部材４４が設けられる。具体的にはこの平面アンテナ部
材４４は、高さの低い中空円筒状容器よりなるラジアル
導波箱４６の底板として構成され、処理容器４の天井部
より支持させて、上記載置台６に対向させて設けられ
る。この導波箱４６は、導電性材料、例えばアルミニウ
ムにより形成され、その表面にはアルマイト処理が施さ
れてプラズマに対する耐久性を向上させている。このア
ンテナ部材４４の下面全面に亘って保護板として例えば
厚さ２ｍｍ程度の石英ガラス４８が気密に設けられてお
り、プラズマからアンテナ部材４４を保護すると同時
に、導電箱４６内を気密に保持している。この石英ガラ
ス４８に代えて保護板としてセラミック薄板等を用いる
ようにしてもよい。

【００２１】円盤状のラジアル導波箱４６の上面の中心
には、他端が例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波発生器
５０に接続された導波管５２の外管５２Ａが接続され、
内部の内側ケーブル５２Ｂは円板状アンテナ部材４４の
中心部に接続されるか、或いは僅かにこれより離間され
ている。図示例にあっては接続されている場合を示す。
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。導波管５２の処理容器天井部５４の貫通
部には、Ｏリング等のシール部材５６が介在されてお
り、気密性を保持している。また、導波管５２と導電箱
４６との接続部には、例えばセラミックシールよりなる
シール材５８が管内にロウ付け等により気密に設けられ
ており、導電箱４６内を真空状態に保持している。

【００２２】上記円板状アンテナ部材４４は、例えば直
径５０ｃｍ、厚み１ｍｍ以下の導電性材料よりなる円
板、例えば銅板よりなり、この銅板には図２（Ａ）にも
示すように中心部より少し外側へ例えば数ｃｍ程度離れ
た位置から開始されて、多数のスリット６０が多数のル
ープ状、例えば同心状に次第に周縁部に向けて形成され
ている。図示例にあっては、スリット６０が同心円状に
形成されている場合を示しているが、これに代えて図２
（Ｂ）に示すようにスリット６０を渦巻状に形成するよ
うにしてもよい。すなわち、図２（Ｂ）においては、多
数のスリット６０が導電性円板の中心から外周に向かう
のに従って次第に大きくなる多数のループ上に、ループ
に長手方向が沿うようにして、互いに長手方向ならびに
幅方向に所定間隔を有して配置されている。このような
ループは、中心より外周に向かう渦巻線として形成され
ている。

【００２３】本実施例では、各スリット６０の長さＬ
は、上記マイクロ波発生器５０からのマイクロ波の管内
波長の略１／２程度に設定されてると共にその幅は約１
ｍｍ程度になされている。また、アンテナ部材４４の半
径方向において隣設するスリット６０間の距離Ｓ１も上
記マイクロ波の管内波長よりも短い長さ、特に、管内波
長の５％〜５０％の範囲内に設定するのが好ましい。こ
のような条件を満足する形でアンテナ部材４４の全面に
亘ってスリット群を形成している。

【００２４】上記スリット６０の長さＬの許容範囲は、
管内波長λ以下であり、好ましくは、管内波長の１／２
を中心として管内波長の±３０％程度の範囲内である。
上記スリット６０の長さＬが短すぎると部分的に静電場
が生じるだけなので好ましくなく、また、長さＬが管内
波長もしくはそれ以上であると、静電界を発生する効率
が低下するので望ましくない。効率の点を考慮すると管
内波長の１／２が一番好ましく、これよりも長く、もし
くは短くなるのに従って効率は低下する。特にスリット
の長さＬが管内波長以上になると、電界分布に他のモー
ドが重畳する様になるので一層効率が低下してしまう。
また、アンテナ部材の半径方向に隣り合うスリット間の
距離Ｓ１は、マイクロ波の管内波長、もしくはそれ以上
であると、電磁波がアンテナ部材の平面から発振するの
で、すなわち、静電界の発生方向と同方向に発振してし
まうので、静電界の生成効率が低下し、好ましくない。
また、この距離Ｓ１が、管内波長の略１／２に設定され
ると、スリット相互で発生される静電界は逆位相とな
り、好ましい。

【００２５】このように、スリット長さ及びスリット間
の距離を厳しく規定することにより、このアンテナ部材
４４にマイクロ波を通じた時には、電磁波を放出した本
発明者による先の出願の技術とは異なり、処理空間に
は、アンテナ表面から離れるにつれて指数関数的に減衰
するような電界を形成することが可能となる。このため
に、電力投入によりプラズマ密度が増加してこの比誘電
率がゼロに近づいても、更なる電力の投入が可能とな
る。

【００２６】この場合、アンテナ部材４４の全面に亘っ
て形成されている各スリット６０の長さＬを等しくして
アンテナ部材直下に形成される、アンテナ表面から離れ
るにつれて指数関数的に減衰するような電界の強さを水
平方向において均一化させるようにしてもよいが、形成
される静電場の強さに偏りを生じさせるためにアンテナ
部材４４の中心部側と周縁部側とでスリットの長さを上
記した許容範囲内で僅かに変更させるようにしてもよ
い。例えば図３に示す拡大図のようにアンテナ部材の中
心部側から半径方向外方に位置するに従ってスリットの
長さは順次僅かずつ大きくなるように設定してもよく、
例えば最内周に位置するスリット６０Ａの長さＬ１は
（１／２−１／１０）λ（λ：マイクロ波の管内波長）
程度の長さに設定し、最外周に位置するスリット６０Ｂ
の長さＬ２は（１以下〜４／１０）λ程度の長さに設定
することができる。これにより、中心部側よりも周縁部
側にて強い静電場を形成することが可能となる。尚、ス
リットの外周であって、アンテナ部材の最外周に、ここ
に伝搬されてくるマイクロ波を略完全に静電場に変換す
るための整合スリットを設けるようにして、アンテナ効
率を向上させるようにしてもよい。

【００２７】一方、ラジアル導波箱４６内には、アンテ
ナ部材に供給されるマイクロ波の波長を短くして波長の
短い管内波長とするために所定の誘電率の誘電体６２が
収容されている。この誘電体６２としてはＡｌ₂ Ｏ₃ 、
ＳｉＮ等の誘電損失の少ないものを用いることができ
る。また、アンテナ部材４４の下面と載置台６の上端載
置面との間の距離Ｄは、例えば５〜７ｃｍ程度に設定さ
れており、処理空間Ｓを、プラズマ形成領域Ｓ１０と、
この空間より拡散するプラズマによる活性種で実際に処
理を行なうプロセス領域Ｓ２０とに分離している。

【００２８】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。まず、ゲートバルブ４０を介し
て半導体ウエハＷを搬送アームにより処理容器４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６の上面の載置面に載置する。

【００２９】そして、処理容器４内を所定のプロセス圧
力、例えば０．１〜数１０ｍＴｏｒｒの範囲内に維持し
て、プラズマガス供給ノズル２０からアルゴンガスを流
量制御しつつ供給すると共に処理ガス供給ノズル２２か
ら例えばＣＦ₄ 等のエッチング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５０からのマイクロ波
を、導波管５２を介してアンテナ部材４４に供給して処
理空間Ｓに、アンテナ表面から離れるにつれて指数関数
的に減衰するような電界を形成し、これによりプラズマ
を発生させ、エッチング処理を行う。

【００３０】ここで、マイクロ波発生器５０にて発生し
た例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波はＴＥＭモードで
同軸導波管４４内を伝搬してラジアル導波箱４６のアン
テナ部材４４に到達し、内側ケーブル５２Ｂの接続され
た円板状のアンテナ部材４４の中心部から放射状に周辺
部に伝搬される間に、このアンテナ部材４４に同心円状
に多数形成されたスリット６０間に静電界が生じ、従っ
て、アンテナ部材直下の処理空間Ｓの上部、具体的に
は、プラズマ形成領域Ｓ１０に、アンテナ表面から離れ
るにつれて指数関数的に減衰するような静電界が形成さ
れることになる。この静電場により励起されたアルゴン
ガスがプラズマ化し、この下方に位置するプロセス領域
Ｓ２０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
ばエッチングが施されることになる。

【００３１】ここで、本発明においては、上述のように
スリット６０の長さＬ及びアンテナ部材４４の半径方向
に隣り合うスリット間の距離Ｓ１を規定したので、アン
テナ部材４４からは電磁波はほとんど出ずに、アンテナ
表面から離れるにつれて指数関数的に減衰するような電
界のみが形成されることになる。従って、先の出願技術
のように電磁波を放出する構造の場合には、電力投入に
従ってプラズマ密度が高くなるとその振動周波数も高く
なって比誘電率が略ゼロとなり、それ以上の電力投入が
できなくなることから発生するプラズマ密度には前述の
ように限界が生じたが、本発明のように電力投入を静電
場を用いて行なうことによりそのような上限値がなくな
り、効率的に電力を供給することができ、一層大きな電
力投入が可能となる。

【００３２】従って、投入電力量に応じてプラズマ密度
を高密度化させることができ、しかもアンテナ部材４４
の下方のプラズマ形成領域Ｓ１０の全域に亘って高い密
度のプラズマを安定して形成することができる。本発明
者が先に提案したスリット形状で電磁波の形で電力を投
入した時には、プラズマの最大密度は略７×１０¹⁰／ｃ
ｍ³であり、ここでカットオフが生じてしまってこれ以
上の高密度のプラズマは形成できなかったが、本発明の
ように静電場を利用して電力を投入した時には略１×１
０¹²／ｃｍ³までプラズマ密度を高めることができ、良
好な結果を得ることができた。

【００３３】また、処理室間Ｓ内を、プラズマ形成領域
Ｓ１０とその下部のプロセス領域Ｓ２０とに分離できる
ような構造の装置においては、図４に示すようにプラズ
マ形成領域Ｓ１０にて形成されたプラズマ乃至解離ガス
はこの下方のプロセス領域Ｓ２０に拡散して行き、ここ
で処理ガスの活性種が形成されることになる。そのた
め、図５に示すようにプラズマ形成領域Ｓ１０における
静電場強度を面内均一に形成すると、生成プラズマは上
述のように拡散して下方に流れることからプロセス領域
Ｓ２０中におけるプラズマ密度（活性種密度と同等）が
周縁部６４において低下してダレが生じてしまい、ウエ
ハの面内均一処理ができない場合があった。

【００３４】そこで、図３に示すようにスリット６０の
長さＬをアンテナ部材４４の中心部側より周辺部側に行
くに従って、僅かずつ順次長く設定することにより、ア
ンテナ部材の直下の周縁部の静電場の強度をその中心部
側よりも大きくすることができる。この時の状態は、図
６に示されており、プラズマ形成領域Ｓ１０の静電場の
強度は、周縁部６６の方がその中心部側よりも僅かに大
きくなっており、従ってこの下方に位置するプロセス領
域Ｓ２０の静電場の肩部（周縁部）のダレが抑制され、
先のダレを補償してプロセス領域の全域に亘って密度が
均一となり、且つ高密度なプラズマ（活性種）を安定し
て発生させることが可能となる。

【００３５】尚、上記実施例では、処理空間Ｓの高さが
大きくて上下に異なる機能を有する２つの領域を形成で
きるような構造の装置を例にとって説明したが、この種
の装置に限定されず、アンテナ部材と載置台との間の距
離が狭くなされてプラズマ形成領域とプロセス領域が一
体化された装置にも適用し得るのは勿論である。ここ
で、本発明装置に用いる平面アンテナ部材の具体的な形
状を図７乃至図１０に示す。

【００３６】図７乃至図１０はそれぞれ実施例１乃至実
施例４の平面アンテナ部材を示す平面図である。各実施
例においては、その最外周に、ここまで伝搬されてくる
マイクロ波を略完全に静電場に換えるための整合スリッ
ト１００が形成されており、アンテナ部材の外周での反
射波をなくしてアンテナ効率を高めている。ここでは、
マイクロ波の周波数は２．４５ＧＨｚの高周波を用い、
セラミック材の比誘電率を加味して管内波長を略４０ｍ
ｍに設定している。アンテナ部材の各パラメータは表１
に示されている。

【００３７】

【表１】

【００３８】ここで、Ｒｍａｘは、最外周スリットまで
の直径を示し、Ｒｍｉｎは、最内周スリットまでの直径
を示している。また、実施例３、実施例４において、整
合スリット以外のスリット長が、それぞれ２９．５ｍｍ
〜２３．２ｍｍとなっているが、これは前述したように
半径方向外側に行く程、スリット長がこの範囲内で次第
に長くなっている状態を示している。尚、ここでの各パ
ラメータは、当然のごととして単に一例を示したに過ぎ
ず、これに限定されないのは勿論である。

【００３９】上記第１の発明においては、同心円状或い
は渦巻き状にスリットを配列してラジアル構造として同
軸導波管を用いて円板状のアンテナ部材４４の中心にマ
イクロ波を供給し、この中心から半径方向外方へマイク
ロ波が伝播する時にその下方へエネルギを放出させるよ
うな構造としたが、これに限定されず、例えば各スリッ
トを相互に平行となるようにアンテナ部材に形成するよ
うにしてもよい。図１１はこのような第２の発明の装置
のアンテナ部材を示す断面図、図１２はその平面図、図
１３はマイクロ波の導入状態を平面的に示した模式図で
ある。尚、図示例にあっては、アンテナ部材の近傍のみ
を示し、他の部分の記載は省略してある。

【００４０】図示するようにこの第２の発明において
は、同軸導波管に代えて通常の矩形導波管７０を用いて
マイクロ波を伝播しており、導波箱７２内に収容される
円板状のアンテナ部材４４の表面からこれと同じ材料の
銅製の区画壁７４を起立させて等間隔で複数個、図示例
において３個設けている。これにより導波箱７２内を４
つに分割して、その上端が上記矩形導波管７０に連通さ
れた複数、すなわち４つの分岐導波管７６を形成してい
る。

【００４１】そして、区画壁７４で区画形成された各分
岐導波管７６において、これに対応するアンテナ部材に
は相互に平行に配列された多数のスリット６０が形成さ
れている。各スリットの長さＬ及び隣り合うスリット間
の距離Ｓ１は前記第１の発明の場合と全く同様に形成さ
れている。すなわち、スリットの長さＬはマイクロ波の
管内波長よりも短く、例えば管内波長の略１／２程度に
設定し、また、スリット間の距離Ｓ１もマイクロ波の管
内波長よりも短く、例えば管内波長の略１／２程度に設
定する。そして、２つの区画壁７４、７４間の距離Ｌ５
は、以下の式のようにマイクロ波の管内波長λｇの１／
２以上とし、且つ管内波長以下となるように設定し、高
次モードの静電界が発生しないようにする。１／２・λｇ≦Ｌ５≦λｇ図示例においは、説明を判りやすくするために区画壁７
６は３個しか形成していないが、実際には多数個形成さ
れる。また、各分岐導波管７６内に形成されるスリット
は、一列に図示されているが、複数列でもよく、互いに
平行でなくても、また等間隔でなくても良い。更に、ス
リット６０は区画壁７４に対して平行でなければ良く、
必ずしも直交する必要はない。

【００４２】そして、導波管内部は、誘電体としてセラ
ミック材６２を充填する点及び矩形導波管７０の途中に
セラミック材よりなるシール部材５８を気密に介在させ
て導波箱７２内を真空状態に保持する点は第１の発明の
場合と同じである。また、この誘電体としてのセラミッ
ク材６２は真空のシールドも兼ねることになる。尚、こ
の図示例にあっては、アンテナ部材を円板形状とした
が、これを処理空間の上部全域を覆える程度の大きさの
正方形或いは長方形などの矩形状に成形するようにして
もよい。

【００４３】この第２の発明の場合にも、第１の発明と
同様な作用効果を呈することになる。すなわち、矩形導
波管７０を伝播してきたマイクロ波は、矢印に示すよう
に各分岐導波管７６内に順次導入され、分岐導波管７６
毎にスリット群より投入電力が、アンテナ表面から離れ
るにつれて指数関数的に減衰するような静電界として処
理空間に投入される。

【００４４】従って、電磁波を放出した先の出願技術と
は異なり、電力投入によりプラズマ密度が増加して比誘
電率がゼロに近づいても、更なる電力投入が可能とな
る。尚、上記各実施例にあっては、半導体ウエハのプラ
ズマエッチング処理を例にとって説明したが、これに限
定されずプラズマを使用する装置ならばどのようなもの
にも適用でき、例えばプラズマアッシング装置、プラズ
マＣＶＤ装置等にも適用でき、更には、被処理体として
は半導体ウエハには限定されず、他の被処理体、例えば
サイズの大型化が期待されるＬＣＤ基板等の処理にも適
用し得る。また、平面アンテナ部材のスリットの分布
は、同心円状もしくは、渦巻き状に限定されることはな
く、処理空間に、実質的に電磁波を発振しないで、静電
界を形成することができればどのような分布でも良く、
好ましくは、被処理体の形状に応じて任意に選定され得
る。例えば、矩形のＬＣＤ基板を被処理体として使用す
る場合には、スリットは共通の中心を有する多数の矩形
線に沿って配設され得る。

【００４５】

【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。平面アンテナ部材にマイクロ波を流し
て処理空間に、アンテナ表面から離れるにつれて指数関
数的に減衰するような電界を形成してプラズマを発生さ
せるようにしたので、プラズマ密度に関係なく電力を投
入することができ、従って、電磁波を利用して電力を投
入した場合よりもはるかに高い密度のプラズマを広範囲
な領域に亘って均一に且つ安定的に形成することができ
る。特に、スリットを同心円状或いは渦巻き状に形成し
たラジアル構造の場合には、スリットの長さをアンテナ
部材の半径方向外側に位置するもの程、僅かずつ長く設
定することにより、アンテナ部材の周縁部の電磁場を強
くすることができ、従って、この周縁部に対応するプロ
セス領域周縁部のプラズマ密度の低下を補償することが
でき、プラズマ密度の面内均一化を一層向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明に係るプラズマ処理装置の一例を示
す断面図である。

【図２】図１に示す処理装置に用いるアンテナ部材を示
す平面図である。

【図３】図２に示すアンテナ部材の拡大平面図である。

【図４】処理空間内のプラズマ形成領域とプロセス領域
を模式的に示す図である。

【図５】プラズマ形成領域の静電場強度が均一な場合の
プロセス領域のプラズマ密度を示す図である。

【図６】プラズマ形成領域の周縁部の静電場強度を大き
くした時のプロセス領域のプラズマ密度を示す図であ
る。

【図７】実施例１の平面アンテナ部材を示す平面図であ
る。

【図８】実施例２の平面アンテナ部材を示す平面図であ
る。

【図９】実施例３の平面アンテナ部材を示す平面図であ
る。

【図１０】実施例４の平面アンテナ部材を示す平面図で
ある。

【図１１】第２の発明のプラズマ処理装置のアンテナ部
材を示す断面図である。

【図１２】図１１に示すアンテナ部材の平面図である。

【図１３】マイクロ波の導入状態を平面的に示した模式
図である。

【符号の説明】

２プラズマエッチング装置（プラズマ処理装置）４処理容器６載置台４４アンテナ部材５０マイクロ波発生器５２導波管６０スリット７０矩形導波管７２導波箱７４区画壁７６分岐導波管１００整合スリットＬスリットの長さＳ処理空間Ｓ１隣設スリット間の距離Ｓ１０プラズマ形成領域Ｓ２０プロセス領域Ｗ被処理体（半導体ウエハ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 591076763 高田潤一千葉県船橋市二和東５−36−８−102 (71)出願人 594169385 堀池靖浩東京都保谷市東伏見３−２−12 (72)発明者石井信雄東京都港区赤坂５丁目３番６号東京エレクトロン株式会社内 (72)発明者後藤尚久神奈川県川崎市宮前区土橋６−15−１−Ａ 514 (72)発明者安藤真神奈川県川崎市幸区小倉１−１、Ｉ−312 (72)発明者高田潤一千葉県船橋市二和東５−36−８−102 (72)発明者堀池靖浩東京都保谷市東伏見３丁目２番12号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理体を載置する載置台を内部に設け
た気密な処理容器と、マイクロ波発生器と、このマイク
ロ波発生器にて発生したマイクロ波を前記処理容器へ導
くための導波管と、この導波管に接続されて前記載置台
と対向して配置された平面アンテナ部材と、このアンテ
ナ部材に多数のループ状に形成された多数のスリット
と、前記処理容器内へガスを供給する手段とを備え、前
記スリットの長さを、前記処理容器内にアンテナ表面か
ら離れるにつれて指数関数的に減衰する静電界を形成す
るために、前記マイクロ波の管内波長よりも短く設定す
ると共に前記アンテナ部材の半径方向における前記スリ
ット間の距離を前記マイクロ波の管内波長より短い長さ
に設定するように構成したことを特徴とするプラズマ処
理装置。
【請求項２】前記ループ状は、同心円状或いは渦巻き
状であることを特徴とする請求項１記載のプラズマ装
置。
【請求項３】前記アンテナ部材の半径方向に隣り合う
前記スリットの形成する電界の位相は相互に逆位相とな
るように設定さ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。
【請求項４】前記スリットの長さは、前記アンテナ部
材の中心部側から半径方向外側に位置するに従って順
次、僅かに大きく設定され、前記アンテナ部材の周縁部
におけるプラズマ密度を中心部側よりも大きくするよう
に構成したことを特徴とする請求項１乃至３記載のプラ
ズマ処理装置。
【請求項５】前記スリットの長さ方向は、前記スリッ
トの同心円或いは渦巻きの略接線方向に沿っていること
を特徴とする請求項１乃至４記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】被処理体を載置する載置台を内部に設け
た気密な処理容器と、マイクロ波発生器と、このマイク
ロ波発生器にて発生したマイクロ波を前記処理容器へ導
くための導波管と、この導波管に連通された複数の分岐
導波管と、この分岐導波管に接続されて前記載置台と対
向して配置された平面アンテナ部材と、このアンテナ部
材に前記分岐導波管毎において相互に平行状態になるよ
うに形成された多数のスリットと、前記処理容器内へガ
スを供給する手段とを備え、前記スリットの長さを、前
記処理容器内にアンテナ面から離れるにつれて指数関数
的に減衰する静電界を形成するために、前記マイクロ波
の管内波長よりも短く設定すると共に前記スリットの長
さ方向と直交する方向におけるスリット間の距離を前記
マイクロ波の管内波長より短い長さに設定するように構
成したことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】前記スリットのそれぞれは、前記マイク
ロ波の管内波長の１／２を中心として管内波長の±３０
％の範囲内の長さを有することを特徴とする請求項１乃
至６記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】前記スリットの幅方向に隣り合うスリッ
ト間の距離は、前記マイクロ波の管内波長の５％〜５０
％の範囲内の長さに設定されていることを特徴とする請
求項１乃至７記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】前記平面アンテナ部材の、被処理体と面
する面とは反対の面を覆って、前記導波管から供給され
るマイクロ波の波長を短くして管内波長とする誘電体を
有することを特徴とする請求項１乃至８記載のプラズマ
処理装置。
【請求項１０】前記平面アンテナ部材の最外周には、
ここに伝搬されてくるマイクロ波を略完全に静電場に変
換するために、内側のスリットの長さよりも長く設定さ
れた整合スリットを形成していることを特徴とする請求
項１乃至８記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】前記分岐導波管は、アンテナ部材より
立設されて互いに平行に延びた複数の区画壁を有し、各
分岐導波管は隣接する区画壁間で規定されており、且つ
幅方向に隣り合うようにして区画壁に沿って並んでいる
ことを特徴とする請求項６記載のプラズマ処理装置。