WO2002013249A1 - Antenne radiale et appareil de traitement de plasma comportant cette derniere - Google Patents

Antenne radiale et appareil de traitement de plasma comportant cette derniere Download PDF

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Nobuo Ishii
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    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
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    • H01J37/32192—Microwave generated discharge

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing an oxide film, crystal growth of a semiconductor layer, and a method for manufacturing a c- semiconductor device relating to a radial antenna and a plasma processing apparatus using the same.
  • a plasma processing apparatus is frequently used to perform a process such as asshing.
  • microwave plasma processing apparatus that generates a high-density plasma by introducing a microphone mouth wave into a processing container through a radial antenna.
  • This microwave plasma processing apparatus can stably generate plasma even when the pressure of the plasma gas is relatively low, and thus has a feature of wide application.
  • FIG. 7 is a configuration diagram showing an example of a radial antenna conventionally used in such a microwave plasma processing apparatus.
  • FIG. 7 (a) is a diagram showing a vertical cross section of the radial antenna
  • FIG. 7 (b) is a diagram showing a cross section along the line Vllb-VIII in FIG. 7 (a).
  • a radial antenna 13 OA conventionally used in a plasma processing apparatus is composed of two parallel conductive plates 13 1 and 1 forming a radial waveguide 13 3. 3 and a ring member 134 connecting the peripheral edges of these conductive plates 13 1 and 13 2.
  • a microwave introduction port 135 for introducing a microwave from a microwave generator is opened.
  • the conductive plate 13 1 has a processing vessel for the microphone mouth wave propagating in the radial waveguide 1 3 3
  • the ring member 134 is formed of a conductor.
  • the microwaves introduced from the microwave inlets 13 5 radiate from the center of the radial waveguide 13 3 toward the periphery, and radiate little by little from the many slots 1 36 into the processing vessel. It is being done. On the other hand, the microwave reaching the peripheral edge of the radial waveguide 13 3 is reflected by the ring member 13 4, and the radial waveguide 13 3 It will return toward the center of. Microwaves are gradually radiated from a number of slots 1336 into the processing vessel while reciprocating between the central part and the peripheral part of the radial waveguide 133, and are used for plasma generation. Is done.
  • a complex electromagnetic field mode is generated in the radial waveguide 133 because a plurality of modes of standing waves are formed while the microwave steers the reflection in the radial waveguide 133. .
  • the radiation from the radial antenna 13OA to the processing vessel became non-uniform, and uniform plasma could not be generated.
  • Fig. 8 is a block diagram showing another example of a radial antenna conventionally used in a microphone mouth-wave plasma processing apparatus.
  • Fig. 8 (a) is a longitudinal sectional view
  • Fig. 8 (b) is Vlllb-Vlllb.
  • the radial antenna 13 B shown in FIG. 8 is an improvement of the radial antenna 13 OA shown in FIG. 7, and the inner wall of the ring member 134 is made of an electromagnetic field absorbing material made of ceramic containing carbon or the like. 1 3 9 is stuck. Since the electromagnetic field absorbing material 1339 absorbs most of the microwaves reaching the peripheral portion of the radial waveguide 133, it is hardly reflected to the central portion of the radial waveguide 133. Therefore, since a complicated electromagnetic field mode cannot be formed in the radial waveguide 133, radiation to the processing container becomes uniform, and plasma can be generated uniformly.
  • the conventional radial antenna 130B shown in FIG. 8 cannot utilize the microwaves absorbed at the peripheral portion of the radial waveguide 133 for plasma generation, so that the plasma generation efficiency is poor. was there.
  • the electromagnetic field absorbing material since the electromagnetic field absorbing material generates heat by absorbing microwaves, there is a problem that the periphery of the radial waveguide 133, particularly the ring member 134, is locally heated and deformed.
  • the present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to improve plasma uniformity without sacrificing plasma generation efficiency and without generating extra heat. It is in.
  • the radial antenna according to the present invention includes a guide member provided along the propagation direction of the microphone mouth wave from the microphone mouth wave introduction part to the radiation part. It is characterized by having.
  • a first conductive plate in which a plurality of slots are formed a second conductive plate having a microwave inlet and opposed to the first conductive plate, and a first and a second conductive plate.
  • the guide member is composed of a plurality of conductive partition plates arranged radially in a radial waveguide in a plan view and extending between the first conductive plate and the second conductive plate. May be.
  • the interval between the adjacent partition plates is set to be equal to or longer than a length corresponding to substantially a half wavelength of the microwave propagating in the radial waveguide.
  • the interval between adjacent partition plates is preferably set to be less than the length corresponding to substantially one wavelength of the microwave propagating in the radial waveguide.
  • each of the partition plates may be linear, or the side close to the ring member may be curved in the same direction as the inner periphery of the ring member.
  • partition plates are radially arranged, but are preferably arranged so as to avoid slots formed in the first conductive plate.
  • the microwave inlet is formed at the center of the second conductive plate.
  • New Microwaves may be introduced into this microwave introduction port using a coaxial line or a cylindrical waveguide.
  • the plasma processing apparatus includes a mounting table for mounting an object to be processed, a processing container for housing the mounting table, an exhaust unit for exhausting the inside of the processing container, and a gas supply to the processing container A gas supply unit; and an antenna unit that is disposed opposite to the surface of the mounting table on which the object is placed and supplies microwaves into the processing container.
  • the antenna unit includes the above-described radial antenna. It is characterized by having been done.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an etching apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing one configuration example of the radial antenna.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the setting of the interval between adjacent partition plates in FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a modification of the partition plate.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing another configuration example of the radial antenna.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the setting of the interval between adjacent partition plates in FIG.
  • FIG. 7 is a configuration diagram showing an example of a radial antenna conventionally used in a plasma processing apparatus.
  • FIG. 8 is a configuration diagram showing another example of the radial antenna conventionally used in the plasma processing apparatus.
  • FIG. 9 is a diagram showing a configuration of an etching apparatus according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view showing a portion surrounded by a dotted line in FIG. Detailed description of the embodiment
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an etching apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a part of the structure.
  • the etching apparatus shown in FIG. 1 has a cylindrical processing container 11 having an open upper part.
  • the processing container 11 is formed of a conductive member such as aluminum.
  • An exhaust port (exhaust means) 14 communicating with a vacuum pump (not shown) is provided at the bottom of the processing vessel 11 so that the inside of the processing vessel 11 can be maintained at a desired degree of vacuum. .
  • a plasma gas supply nozzle 15 for introducing a plasma gas such as Ar into the processing container 11 and a processing gas supply nozzle 16 for introducing an etching gas are provided on the side wall of the processing container 11.
  • These nozzles (gas supply means) 15 and 16 are composed of quartz pipes and the like.
  • a mounting table 22 on which a substrate to be etched (object to be processed) 21 is placed is accommodated in the processing vessel 11, and is fixed to the bottom of the processing vessel 11 via an insulating plate 24. It is fixed on the support 23 that has been set.
  • This mounting table 2 2 also has a matching box
  • a dielectric plate 13 shaped like a flat plate is horizontally disposed.
  • This dielectric plate 1 3, (such as A 1 2 0 3 or A 1 N) thickness 2 0 to 3 0 mm approximately quartz glass or a ceramic is used.
  • the joint between the processing vessel 11 and the dielectric plate 13 is provided with a sealing member 12 such as an o-ring interposed therebetween, thereby ensuring airtightness inside the processing vessel 11.
  • a radial antenna 30 is disposed above the dielectric plate 13 with a radiation part (a conductive plate 31 described later) facing down.
  • the radial antenna 30 is an antenna unit that supplies the microwave MW into the processing chamber 11 via the dielectric plate 13.
  • the dielectric plate 13 is disposed to face the radiating portion of the radial antenna 30, and covers the entire radiating portion to protect the radial antenna 30 from plasma generated in the processing container 11. Further, the surroundings of the dielectric plate 13 and the radial antenna 30 are covered with a shield member 17.
  • the radial antenna 30 includes a first conductive plate 31 constituting the radiating section, a second conductive plate 32 disposed above and opposed to the conductive plate 31, and a conductive plate 31. ,
  • the radial antenna 30 having such a configuration has a cylindrical shape in which a plurality of partition plates 37 are arranged.
  • the conductive plates 31 and 32, the ring member 34 and the partition plate 37 are formed of a conductor such as copper or aluminum. Unlike the conventional radial antenna 130B shown in FIG. 8, no electromagnetic field absorbing material is attached to the inner wall of the ring member 34.
  • a microwave introduction port 35 which is an introduction portion of the microwave MW, is opened. Further, a large number of slots 36 are formed in the conductive plate 31 constituting the radiating portion.
  • a coaxial line 41 is connected to the center of the radial antenna 30.
  • the outer conductor 41 A of the coaxial line 41 is connected to the microwave introduction port 35 of the conductor plate 32.
  • the tip of the center conductor 41 B of the coaxial line 41 is formed in a conical shape, and the bottom of the cone is connected to the center of the conductor plate 31.
  • the coaxial line 41 connected to the radial antenna 30 in this manner is connected to the microwave generator 45 via the rectangular coaxial converter 42 and the rectangular waveguide 43.
  • the microwave generator 45 generates, for example, a microwave MW of 2.45 GHz. Note that the frequency of the microwave MW may be in the range of lGHz to 10 several GHz. Further, by providing a matching circuit 44 for performing impedance matching in the middle of the rectangular waveguide 43, it is possible to improve the power use efficiency.
  • a portion between the microwave generator 45 and the microwave inlet 35 of the radial antenna 30 may be connected by a cylindrical waveguide.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the radial antenna 30 and shows a cross section taken along the line II-II ′ in FIG.
  • a number of slots 36 formed in the conductive plate 31 are formed concentrically.
  • the pitch between the slots 36 in the radial direction is set based on the wavelength; L g of the microwave MW in the radial waveguide 33.
  • the above pitch is set to a length corresponding to g.
  • the pitch is set to a length corresponding to L g / 20 to g / 30.
  • each partition plate 37 is arranged along the propagation direction of the microwave MW from the microwave introduction port 35 to the ring member 34. That is, the planar shape of each partition plate 37 is linear, and is evenly distributed in a plan view radially around the center C of the radial waveguide 33, and one end thereof is connected to the ring member 34. ing. These partition plates 37 have the same height as the ring member 34 as shown in FIG. 1 and extend between the conductive plates 31 and 32. As shown in FIG. The area near the periphery of 3 is divided into eight. By arranging the partition plate 37 avoiding the slot 36 as described above, an electric field as designed can be radiated from the slot 36.
  • each partition plate 37 is about 1 to 3 mm.
  • the thickness of the partition plate 37 shown in FIG. 2 is constant at the inner peripheral portion and the outer peripheral portion, but may be different.
  • the outer peripheral portion may be formed thicker than the inner peripheral portion.
  • the space between the adjacent partition plates 37 may be a straight line and may be a polygon.
  • a delay member made of a dielectric material such as ceramic having a relative permittivity of greater than 1 may be arranged in the radial waveguide 33.
  • the inside of the processing container 11 is evacuated to, for example, about 0.01 to 10 Pa.
  • Ar is supplied as plasma gas from the plasma gas supply nozzle 15 and the processing gas supply nozzle Supply the etching gas such as 16 to CF 4 by controlling the flow rate.
  • the microwave MW from the microwave generator 45 is supplied to the rectangular waveguide 43, the rectangular-coaxial converter 42, and the coaxial line 41. To the radial antenna 30 via.
  • the microwave MW supplied to the radial antenna 30 spreads radially from the center in the radial waveguide 33 formed by the conductive plates 31 and 32.
  • the partition plate 37 arranged near the periphery of the radial waveguide 33 functions as a guide member, and the microwave MW propagates along the partition plate 37.
  • the inner wall of the ring member 34 which is the peripheral portion of the radial waveguide 33, is not provided with the electromagnetic field absorbing material as in the conventional example shown in FIG. 8, so that it reaches the peripheral portion of the radial waveguide 33.
  • the microwave MW is totally reflected there, and also travels to the center of the radial waveguide 33 along the partition plate 37.
  • the microwave MW is radiated little by little from many slots 36 while reciprocatingly propagating between the central part and the peripheral part of the radial waveguide 33 as described above. Therefore, in the radial antenna 30, not only the microwave MW traveling from the center to the peripheral portion of the radial waveguide 33 but also the microwave reflected at the peripheral portion is radiated from the slot 36.
  • the microwave MW radiated from the radial antenna 30 passes through the dielectric plate 13 and is introduced into the processing container 11.
  • the microwave MW forms an electric field in the processing vessel 11 to ionize Ar, thereby generating a plasma in the upper space S 1 of the substrate 11 to be processed.
  • the microwave MW reflected at the peripheral edge of the radial waveguide 33 is also radiated from the slot 36 as described above. Therefore, the microphone mouth wave MW reflected at the periphery can also be used for plasma generation, so that plasma can be generated efficiently as in the conventional example shown in FIG.
  • the ring member 34 is not heated and deformed.
  • the uniformity of plasma can be improved without sacrificing the plasma generation efficiency and without generating extra heat.
  • FIG. 2 shows an example in which the partition plates 37 having a linear planar shape are radially arranged, as shown in FIG. 4, the side close to the ring member 34 is curved in the same direction as the inner periphery thereof.
  • a structure may be used in which partition plates 39 having a planar shape as described above are radially arranged.
  • partition plates 37 are radially arranged, but the number of the partition plates 37 is not limited to eight, and the inner peripheral length of the ring member 34 is g. The number should just be about the divided number.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration example of a radial antenna having an opening area larger than that of the radial antenna 30 shown in FIGS. 1 and 2, and a cross section corresponding to FIG. 2 is shown.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the setting of the interval between adjacent partition plates. 5 and 6, the same parts as those in FIGS. 2 and 3 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted as appropriate.
  • the distance L 2 between the adjacent partition plates 37 A and 37 B may be L 2; L g as shown in FIG. is there.
  • a new partition plate 38 may be arranged in a part of the region where the distance L2 between the partition plates 37A and 37B is L2 ⁇ g.
  • the distance between the partition plates 37A and 37B and the partition plate 38 is set to approximately L3; Lg / 2, L4 and g.
  • new partition plates may be disposed one after another according to the above-described conditions between adjacent partition plates.
  • the plasma processing apparatus using the radial antenna according to the present invention is applied to an etching apparatus has been described as an example.
  • the plasma processing apparatus may be applied to another plasma processing apparatus such as a plasma CVD apparatus.
  • FIG. 9 is a diagram showing a configuration of an etching apparatus according to a third embodiment of the present invention.
  • the same parts as those in FIG. FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view showing a portion X surrounded by a dotted line in FIG. 9 in an enlarged manner.
  • the distance between the dielectric plate 13 and the radial antenna 30 is exaggerated.
  • the distance D from the inner surface of the ring-shaped shield member 17 to the inner surface of the side wall of the processing container 11A is defined as the distance between the upper surface of the side wall of the processing container 11A and the radial antenna 30.
  • the area marked with a pear pattern in Fig. 10 including the dielectric plate 13 Wavelength of microwave MW at 18; approximately N times twice as large as L g
  • N is a natural number.
  • the position where the shield member 17 is disposed is determined in consideration of the relative permittivity of the member constituting the space 18, for example, the dielectric plate 13.
  • a ring-shaped sealing member 12 interposed between the upper surface of the side wall of the processing vessel 11A and the joint between the dielectric plate 13 and hermetically sealing the joint is formed from the inner surface of the shielding material 17 with MX g / 2 (M Is a natural number less than or equal to N).
  • M Is a natural number less than or equal to N MX g / 2
  • the seal member 12 may be disposed at a position avoiding the position of (2 M + 1) ⁇ g / 4 from the inner surface of the shield member 17, and should be disposed at a position of MX g / 2 times. Is preferred.
  • the position where the seal member 12 is disposed is also determined in consideration of the relative permittivity of the members constituting the space 18.
  • the distance D since the distance D is arbitrarily set, the distance D may be, for example, about 1 g / 4 or 3 Lg / 4. In this case, since the position of the inner surface of the side wall of the processing container hits the antinode of the standing wave formed in the space 18, the potential at the position of the inner surface of the side wall of the processing container increases, and abnormal discharge may occur at this position. It was hot.
  • the position of the inner surface of the side wall of the processing vessel 11A corresponds to a node of the standing wave formed in the space 18. . Therefore, the potential at the position on the inner surface of the side wall of the processing container 11A becomes zero, and no abnormal discharge occurs at this position. Therefore, contamination in the processing container 11A due to abnormal discharge can be suppressed.
  • the seal member 12 is disposed near a position separated by MX g / 2 from the inner surface of the shield member 17. Since the electromagnetic field at this position is weak, damage to the seal member 12 due to the electromagnetic field can be suppressed, and the life of the seal member 12 can be extended.
  • the plasma processing apparatus according to the present invention is applied to an etching apparatus has been described as an example. However, it is needless to say that the plasma processing apparatus may be applied to another plasma processing apparatus such as a plasma CVD apparatus. Further, the present invention can be applied not only to a microwave plasma processing apparatus but also to, for example, an ECR (electron cyclotron resonance) plasma processing apparatus.
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Description

ナ及ぴそれを用いたプラズマ処理装置 発明の背景
本発明は、 ラジアルアンテナ及ぴそれを用いたプラズマ処理装置に関する c 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、 ェ
明
またアツ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。
田
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口波を処理 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ブラズマ処理装置がある。 このマイクロ波ブ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、 用途が広レ、という特色がある。
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 ジァ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 Vllb— VIII 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 1 3 O Aは、 図 7 ( a ) に示すように、 ラジアル導波路 1 3 3を形成する互いに平行な 2枚の導 電板 1 3 1， 1 3 2と、 これらの導電板 1 3 1， 1 3 2の周縁を接続するリング 部材 1 3 4とから構成される。 導電板 1 3 2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 1 3 5が開口している。 導電板 1 3 1には、 ラジアル導波路 1 3 3内を伝搬するマイク口波を処理容器
(図示せず） に放射するためのスロット 1 3 6が、 図 7 ( b ) に示すように多数 形成されている。 リング部材 1 3 4は導電体で形成されている。
マイクロ波導入口 1 3 5から導入されたマイクロ波は、 ラジアル導波路 1 3 3 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 1 3 6力 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 1 3 3の周縁部 に至ったマイクロ波は、 リング部材 1 3 4に反射されて、 ラジアル導波路 1 3 3 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 1 3 3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 1 3 6から 処理容器内に徐々に放射されてゆき、 ブ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 1 3 3内で反射を操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 1 3 3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 1 3 O A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。
図 8は、 マイク口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 Vlllb 一 Vlllb' 線方向の横断面図である。
図 8に示すラジアルアンテナ 1 3 0 Bは、 図 7に示したラジアルァンテナ 1 3 O Aを改良したものであり、 リング部材 1 3 4の内壁にカーボンを含むセラミツ クスなどからなる電磁界吸収材 1 3 9が張り付けてある。 この電磁界吸収材 1 3 9は、 ラジアル導波路 1 3 3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 1 3 3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 1 3 3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。
しかし、 図 8に示した従来からあるラジアルアンテナ 1 3 0 Bでは、 ラジアル 導波路 1 3 3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 1 3 3の周縁部、 特にリング 部材 1 3 4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。 発明の概要
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。
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、 マイク 口波の導入部から放射部までのマイク口波の伝搬方向に沿ってガイド部材を設け たことを特徴とする。
より具体的には、 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及ぴ第 2の導電板により'形成されるラジ アル導波路内にマイクロ波導入口からリング部材に至るマイクロ波の伝搬方向に 沿って配置されたガイド部材とを備えたものである。
このガイド部材により、 少なくともラジアル導波路の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口 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。
このラジアルアンテナにおいて、 ガイド部材は、 ラジアル導波路内に平面視放 射状に複数配置されかつ第 1の導電板と第 2の導電板との間に延在する導電性の 仕切り板から構成されていてもよい。
ここで、 隣り合う仕切り板の間隔は、 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されることが望ましい。 このように設定さ れることにより、 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は、 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されるとよい。 このように設定されることに 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。
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つ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、 本発明によるプラズマ処理装置は、 被処理体を載置する载置台と、 この 載置台を収容する処理容器と、 この処理容器内を排気 る排気手段と、 処理容器 内にガスを供給するガス供給手段と、 被処理体が载置される載置台の面に対向配 置されかつ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、 このアン テナ手段が、 上述したラジアルアンテナにより構成されていることを特徴とする。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の第 1の実施例であるエッチング装置の構成を示す図である。 図 2は、 ラジアルアンテナの一構成例を示す断面図である。
図 3は、 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は、 仕切り板の変形例を示す断面図である。
図 5は、 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は、 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は、 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は、 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は、 本発明の第 3の実施例であるエツチング装置の構成を示す図である。 図 1 0は、 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。 実施例の詳細な説明
以下、 図面を参照して、 本発明の実施例を詳細に説明する。 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の実施例
図 1は、 本発明の第 1の実施例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。 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 1 1を有 している。 この処理容器 1 1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 1 1の底部には、 真空ポンプ （図示せず） に連通する排気口 （排気手 段） 1 4が設けられており、 処理容器 1 1内部を所望の真空度にすることができ る。
また、 処理容器 1 1の側壁には、 処理容器 1 1内に A r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 1 5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 1 6とが上下に設けられている。 これらのノズル （ガス供 給手段） 1 5 , 1 6は石英パイプなどで構成されている。
処理容器 1 1内には、 エッチング対象の基板 （被処理体） 2 1が上面に載置さ れる载置台 2 2が収容され、 処理容器 1 1の底部に絶縁板 2 4を介して固設され た支持台 2 3上に固定されている。 この載置台 2 2はまた、 マッチングボックス
2 5を介してバイアス用の高周波電源 2 6に接続されている。
処理容器 1 1の上部開口には、 平板状に成形された誘電板 1 3が水平に配置さ れている。 この誘電板 1 3には、 厚さ 2 0〜 3 0 mm程度の石英ガラス又は （A 1 20 3又は A 1 Nなどの） セラミックなどが用いられる。 処理容器 1 1と誘電板 1 3との接合部は〇リングなどのシール部材 1 2を介在させており、 これにより 処理容器 1 1内部の気密性を確保している。
また、 誘電板 1 3上部にはラジアルアンテナ 3 0が放射部 （後述する導電板 3 1 ) を下にして配設されている。 このラジアルアンテナ 3 0は、 誘電板 1 3を介 して処理容器 1 1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 1 3は、 ラジアルアンテナ 3 0の放射部に対向配置され、 この放射部全域を覆うこ とにより、 処理容器 1 1内で生成されるプラズマからラジアルアンテナ 3 0を保 護する。 また、 誘電板 1 3およびラジアルアンテナ 3 0の周囲はシールド材 1 7 によって覆われている。
ラジアルアンテナ 3 0は、 上記放射部を構成する第 1の導電板 3 1と、 この導 電板 3 1に対して上方位置に対向配置された第 2の導電板 3 2と、 導電板 3 1，
3 2の周縁を接続するリング部材 3 4と、 2枚の導電板 3 1， 3 2により形成さ れるラジアル導波路 3 3内に配置された複数の仕切り板 3 7とから構成される。 このような構成のラジアルアンテナ 3 0は、 内部に複数の仕切り板 3 7が配置さ れた円筒形状をしている。 導電板 3 1， 3 2、 リング部材 3 4及ぴ仕切り板 3 7 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 1 3 0 Bと異なり、 リング部材 3 4の内壁に電磁界吸収材 は取り付けられていない。
導電板 3 2の中央には、 マイクロ波 MWの導入部であるマイクロ波導入口 3 5 が開口している。 また、 放射部を構成する導電板 3 1には、 スロット 3 6が多数 形成されている。
ラジアルアンテナ 3 0の中央部には、 同軸線路 4 1が接続されている。 この同 軸線路 4 1の外部導体 4 1 Aは導体板 3 2のマイクロ波導入口 3 5に接続されて いる。 また、 同軸線路 4 1の中心導体 4 1 Bの先端は円錐状に成形され、 この円 錐の底部が導体板 3 1の中心に接続されている。
このようにラジアルアンテナ 3 0に接続された同軸線路 4 1は、 矩形 '同軸変 換器 4 2及ぴ矩形導波管 4 3を介して、 マイクロ波発生器 4 5に接続されている。 このマイクロ波発生器 4 5は、 例えば 2 . 4 5 G H z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 l G H z〜l 0数 GH zの範囲 内であればよい。 また、 矩形導波管 4 3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 4 4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 4 5からラジアルアンテナ 3 0のマイクロ波導入口 3 5までの間を、 円筒導波管で接続してもよい。
図 2は、 ラジアルアンテナ 3 0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 3 1に形成されるスロット 3 6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 3 6間のピッチは、 ラジ アル導波路 3 3内におけるマイクロ波 MWの波長; L g 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、 上記ピッチをえ g 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 L g/20〜え g/30に相当する長さ程度に設定する。
ラジアル導波路 3 3の周縁に近い領域には、 スロット 3 6を避けて、 8個の仕 切り板 3 7が配置されている。 各仕切り板 3 7は、 マイクロ波導入口 3 5からリ ング部材 3 4に至るマイクロ波 MWの伝搬方向に沿って配置されている。 すなわ ち、 各仕切り板 3 7の平面形状は直線状をしており、 ラジアル導波路 3 3の中心 Cを中心とする平面視放射状に等配され、 その一端はリング部材 3 4に接続され ている。 これらの仕切り板 3 7は図 1に示すようにリング部材 3 4と同じ高さを 有して導電板 3 1， 3 2間に延在しており、 図 2に示すようにラジアル導波路 3 3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 3 6 を避けて仕切り板 3 7を配置することにより、 スロット 3 6から設計どおりの電 界を放射できる。
各仕切り板 3 7の厚みは 1〜 3 mm程度である。 図 2に示す仕切り板 3 7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 3 4は円形をしているが、 隣り合う仕切り板 3 7 間を直線で構成し多角形をなしてもかまわない。
図 3は、 隣り合う仕切り板 3 7の間隔設定を説明するための図である。 マイク 口波導入口 3 5が導電板 3 2の中央に設けられているので、 隣り合う仕切り板 3 7 A, 3 7 Bの間隔を、 ラジアル導波路 3 3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 3 7 A， 3 7 B表面間の距離、 と定義する。 この場合、 隣り合う仕切り板 3 7 A, 3 7 Bの間隔を、 およそ L 1 =え g/ 2以上、 L 2 = l g未満に設定することが望ましい。 L 1 = g/ 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、 L 2 = ;i g未満とすることにより、 仕切り板 3 7 A, 3 7 B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 3 3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。
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 2 1を載置台 2 2の上面に载置した状態で、 処理容器 1 1内を例えば 0 . 0 1〜1 0 P a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 1 5からプラズマガスとして A rを供給し、 処理ガス供給ノズル 1 6から C F 4 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 1 1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 4 5からのマイクロ波 MWを矩形導波管 4 3、 矩形 ·同軸変換器 4 2及び同軸線路 4 1を介してラジアルアンテナ 3 0に供給する。
ラジアルアンテナ 3 0に供給されたマイクロ波 MWは、 導電板 3 1， 3 2によ り形成されるラジアル導波路 3 3内を中央部から放射状に広がってゆく。 ラジア ル導波路 3 3の周縁に近い領域に配置された仕切り板 3 7はガイド部材として作 用し、 マイクロ波 MWは仕切り板 3 7に沿って伝搬する。 ここで、 隣り合う仕切 り板 3 7の間隔がおよそ L 1 = g/ 2以上に設定されているので、 マイクロ波 M Wは仕切り板 3 7により仕切られた領域を容易に伝搬することができる。
ラジアル導波路 3 3の周縁部となるリング部材 3 4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 3 3 の周縁部に至ったマイクロ波 MWはそこで全反射され、 やはり仕切り板 3 7に沿 つてラジアル導波路 3 3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 3 3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 3 6 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 3 0では、 ラ ジアル導波路 3 3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 3 6から放射されることになる。
ラジアルアンテナ 3 0から放射されたマイクロ波 MWは、 誘電板 1 3を透過し て、 処理容器 1 1内に導入される。 このマイクロ波 MWは、 処理容器 1 1内に電 界を形成して A rを電離させることにより、 処理対象の基板 1 1の上部空間 S 1 にプラズマを生成する。
このエッチング装置では、 载置台 2 2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 2 1に対してエッチング処理 が行われる。
このラジアルアンテナ 3 0では、 上述したようにラジアル導波路 3 3の周縁部 で反射されたマイクロ波 MWもスロット 3 6から放射される。 したがって、 周縁 部で反射されたマイク口波 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 3 3内において仕切り板 3 7により仕切られた領域では、 ラジアル導波路 3 3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 3 7の間隔がおよそ L 2 =え g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 3 0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。
また、 このラジアルアンテナ 3 0では、 上述したようにリング部材 3 4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 3 4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 3 0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。
なお、 図 2では平面形状が直線状の仕切り板 3 7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 3 4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 3 9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 3 7が放射状に配置された例を示したが、 仕切 り板 3 7の個数は 8個に限定されず、 リング部材 3 4の内周長をえ g で除した数 程度であればよい。
第 2の実施例
図 5は、 図 1， 図 2に示したラジアルアンテナ 3 0よりも開口面積が大きいラ ジァ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 3 O Aを構成するとき、 図 6に示すように 隣り合う仕切り板 3 7 A, 3 7 Bの間隔 L 2が L 2 ； L g 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 3 7 A， 3 7 Bの間隔 L 2が L 2≥ g と なる領域の一部に、 新たに仕切り板 3 8を配置すればよい。 このとき、 仕切り板 3 7 A, 3 7 Bと仕切り板 3 8との間隔を、 およそ L 3 ； L g/ 2、 L 4く g に 設定する。
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 3 0と同様に、 均一なブラ 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 3 4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ツチン 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 C V D装置などの他の ブ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。
第 3の実施例
図 9は、 本発明の第 3の実施例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 1 0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 1 3とラジアルアンテナ 3 0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 1 7の内面から処理容 器 1 1 Aの側壁内面までの距離 Dが、 処理容器 1 1 Aの側壁上面とラジアルアン テナ 3 0との間にできる空間 （図 1 0において梨子地模様を付した領域であり、 誘電板 1 3を含む） 1 8におけるマイクロ波 MWの波長; L g のおよそ Nノ 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 1 7を配 置する位置は、 空間 1 8を構成する部材、 例えば誘電板 1 3の比誘電率を考慮し て決定される。
また、 処理容器 1 1 Aの側壁上面及び誘電体板 1 3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 1 2は、 シールド材 1 7の内面から M X g/ 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 1 2は、 シールド材 1 7の内面からおよそ （2 M+ 1 ) λ g/ 4の位置を避ける位置に配置されればよく、 M X g/ 2倍の位置に配置される ことが好ましい。 シール部材 1 2を配置する位置についても、 空間 1 8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 3 0から誘電板 1 3を介して処理容器 1 1 A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 1 1 A内で乱反射を 繰り返すものがあり、 その一部は処理容器 1 1 Aの側壁上面とラジアルアンテナ 3 0との間にできる空間 1 8に進入する。 この空間 1 8に進入したマイクロ波 M Wはシールド材 1 7によって反射されので、 空間 1 8では図 1 0に示すような定 在波が形成される。
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; l g/ 4又は 3 L g/ 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 1 8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つ 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； g/ 4又は 3 ;i g/ 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。
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 X g/ 2に設定 されているので、 処理容器 1 1 Aの側壁内面の位置が空間 1 8に形成される定在 波の節に当たる。 このため、 処理容器 1 1 A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 1 1 A内の汚染を抑制することができる。
また、 シール部材 1 2は、 シールド材 1 7の内面から M X g/ 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 1 2の損傷を抑制することができ、 シール部材 1 2の寿命を長くすることが できる。 この実施例では、 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 C V D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 E C R (electron cyclotron resonance)プラズマ処理 装置にも適用することができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 複数のスロットが形成された第 1の導電板と、
マイク口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及ぴ第 2の導電板の周縁を接続するリング部材と、
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前記マイク口 波導入口から前記リング部材に至るマイク口波の伝搬方向に沿って配置されたガ ィド部材とを備えたことを特徴とするラジアルアンテナ。
2 . 前記ガイド部材は、 前記ラジアル導波路内に平面視放射状に複数配置されか つ前記第 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から なることを特徴とする請求の範囲第 1項記載のラジアルアンテナ。
3 . 隣り合う前記仕切り板の間隔は、 前記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であることを特徴とする請求の範囲第 2項記載
4 . 隣り合う前記仕切り板の間隔は、 前記マイクロ波の略 1波長に相当する長さ 未満であることを特徴とする請求の範囲第 2項記載のラジアルアンテナ。
5 . 前記仕切り板のそれぞれの平面形状は、 直線状をしていることを特徴とする 請求の範囲第 2項記載のラジアルアンテナ。
6 . 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請求の範囲第 2項記 載のラジアルアンテナ。
7 . 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 5冃 求の範囲第 2項ラジアルアンテナ。
8 . 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 特徴とする請求の範囲第 1項記載のラジアルアンテナ。
9 . マイクロ波の導入部から放射部までのマイクロ波の伝搬方向に沿ってガイド 部材を設けたことを特徴とするラジアルアンテナ。
1 0 . 被処理体を載置する載置台と、
この載置台を収容する処理容器と、
この処理容器内を排気する排気手段と、
前記処理容器内にガスを供給するガス供給手段と、
前記被処理体が載置される前記載置台の面に対向配置されかつ前記処理容器内 にマイク口波を供給するアンテナ手段とを備え、
前記アンテナ手段が、 請求の範囲第 1項記載のラジアルアンテナであることを 特徴とするブラズマ処理装置。
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