WO2004019397A1

WO2004019397A1 - プラズマ処理装置

Info

Publication number: WO2004019397A1
Application number: PCT/JP2003/010391
Authority: WO
Inventors: Kiyotaka Ishibashi; Toshihisa Nozawa
Original assignee: Tokyo Electron Limited
Priority date: 2002-08-20
Filing date: 2003-08-15
Publication date: 2004-03-04
Also published as: KR20050053620A; JP4141764B2; JP2004079829A; US20050139322A1; AU2003262240A1; CN1666322A; KR100661667B1; US7828927B2; CN100397588C

Abstract

　プラズマ処理装置は、基板（１１）を収容するためのチャンバ（１）と、マイクロ波を発生するため高周波電源（５）と、マイクロ波をチャンバ（１）内に放射するためのアンテナ部（３）とを備えている。高周波電源（５）にて発生したマイクロ波は導波管（６）によってアンテナ部（３）へ送られる。チャンバ（１）の上部には、チャンバ（１）の隔壁の一部を構成する天板部（４）が配設されている。その天板部（４）の外周部分の上には、マイクロ波の伝播を遅延させるための天板部（４）と同じ材質から形成された所定の遅延パス部（２）がリング状に設けられている。これにより、プラズマ処理装置において、異常放電や異物の発生を抑制することができる。

Description

明細書プラズマ処理装置技術分野

+本発明はプラズマ処理装置に関し、特に、チャンバ一内にマイクロ波を導入することにより形成されるブラズマ生成領域によって、基板に所定の処理を施すためのプラズマ処理装置に関するものである。背景技術 ·

近年、半導体装置の高密度化および微細化に伴って、半導体装置の製造工程において、成膜、エッチング、アツシング等の処理を施すためにプラズマ処理装舞が使用されている。特に、マイクロ波を用いてプラズマを発生させるマイクロ波プラズマ処理装置では、約 1〜 3 0 0 P aの低圧（高真空）から比較的圧力が高い条件のもとでも安定してプラズマを発生させることができる。そのため、たとえば周波数 2 . 4 5 G H zのマイクロ波を用いたマイクロ波プラズマ処理装置が注目されている。

そこで、従来のプラズマ処理装置の一例について説明する。図 2 2に示すように、プラズマ処理装置は、基板 1 1 1を収容して基板 1 1 1に所定の処理を施すためのチャンバ一 1 0 1と、マイクロ波を発生するため高周波電源 1 0 5と、マイク口波をチャンバ一 1 0 1内に放射するためのアンテナ部 1 3とを備えている。

アンテナ部 1 0 3は、 .スロット板 1 ◦ 3 c、遅波板 1 0 3 bおよびアンテナ力バー 1 0 3 aを有して構成される。そのスロット板 1 0 3 cには、マイクロ波をチャンバ一 1 0 1内に向けて放射するための複数のスロット（開口部）が設けられている。高周波電源 1 0 5にて発生したマイクロ波は、導波管 1 0 6によりァンテナ部 1 0 3へ送られる。

チャンバ一 1 0 1の上部には、チャンバ一 1 0 1の隔壁の一部を構成する天板部 1 0 4が配設されている。天板部 1 0 4は、たとえば石英等の誘電体から形成されている。天板部 1 0 4とチャンバ一 1 0 1の隔壁との間には、たとえば Oリングなどのシール部材 1 1 4が設けられている。アンテナ部 1 0 3は、この天板部 1 0 4の上方に配置されている。

チャンバ一 1 0 1内には、収容された基板 1 1 1を保持するためのサセプタ 1 0 7が設けられている。さらに、チャンバ一 1 0 1には、チャンバ一 1 0 1内を排気するための真空ポンプ 1 0 9が接続されている。

上述したプラズマ装置では、真空ポンプ 1 0 9によりチャンパ一 1 0 1内力排気されて、所定の圧力範囲のもとでプラズマを生成するためのガスとして、たとえばアルゴンガスがチャンバ一 1 0 1内に導入される。

高周波電源 1 0 5により発生したマイクロ波は導波管 1◦ 6を伝わり、アンテナ部 1 0 3に到達する。図 2 3に示すように、アンテナ部 1 0 3に到達したマイク口波は、矢印に示すように遅波板 1 0 3 bを伝播し、スロット板 1 0 3 cを介してチャンバ一 1 0 1内に放射されて電磁界を発生させる。

' チャンバ一 1 0 1内に発生した電磁界によってアルゴンガスが解離し、基板 1 1 1と天板部 1 0 4との間にプラズマ生成領域 1 2 2が形成されて、基板 1 1 1 に所定のプラズマ処理が行なわれることになる。

チャンバ一 1 0 1内に形成されたプラズマ生成領域 1 2 2においては、プラズマ生成領域 1 2 2を電気的中性に保っために、プラズマ生成領域 1 2 2中に存在する電子やイオン（荷電粒子）は所定のプラズマ周波数をもって振動する。このプラズマ周波数は電荷密度が高いほど、また、荷電粒子の質量が小さいほど大きくなるという性質を有する。

そのため、プラズマ生成領域 1 2 2においてはイオンよりも十分に質量が小さい電子のプズマ周波数がィオンのブラズマ周波数に比べて十分に高く、マイク口波の領域にある。このとき、高周波電源 1 0 5により発生したマイクロ波の周波数が、そのプラズマ周波数よりも高い場合には、マイクロ波はプラズマ生成領域 1 2 2内を伝播することができ、マイクロ波をプラズマ生成領域 1 2 2に供給することができる。

ところが、電子の密度が高くなるにしたがって電子のプラズマ周波数も高くなるが、電子のプラズマ周波数が高周波電源 1 0 5により発生したマイクロ波の周波数を超えると、すなわち、プラズマ生成領域 1 2 2におけるカツトオフ周波数がマイクロ波の周波数よりも高くなると、プラズマ生成領域 1 2 2の表面においてマイクロ波の電界が遮断される現象が認められるようになる。つまり、マイク口波がプラズマ生成領域 1 2 2によって反射されることになる。この現象は電子の密度が高くなるほど強く現れる。

図 2 3に示すように、プラズマ生成領域 1 2 2によって反射されたマイクロ波の一部は天板部 1 0 4を伝播することになる。このため、天板部 1 0 4の外周部近傍のチャンバ一 1 0 1と天板部 1 0 4とが接触する部分 1 3 0において強い電界が生じて、異常放電が発生したり異物が発生するという問題があった。 ' 発明の開示

. 本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は異常放電ゃ異物の発生が抑制されるブラズマ処理装置を提供することである。

本発明に係るブラズマ処理装置は、基板をブラズマ生成領域に晒して基板に所定の処理を施すためのプラズマ処理装置であって、チャンバ一と天板部とアンテナ部と遅延パス部とを備えている。チャンバ一には基板が収容される。天板部はチャンバ一の隔壁の一部となる。アンテナ部はチャンバ一内に天板部を介して高周波電磁界を供給し、天板部とチャンパ一内に収容された基板との簡の領域にプラズマ生成領域を形成する。遅延パス部は、天板部を伝播する高周波電磁界を分岐させるとともに、分岐した高周波電磁界を分岐せずに天板部を伝播する高周波電磁界と再び合流させる際に、天板部中を伝播する高周波電磁界の波長を；とすると、分岐した高周波電磁界の位相を分岐せずに天板部を伝播する高周波電磁界の位相に対してえ / 2の奇数倍だけシフトした状態とする。

この構造によれば、遅延パス部により分岐した高周波電磁界の位相が分岐せずに天板部を伝播する高周波電磁界の位相に対してえ / 2の奇数倍だけシフトした状態とされて、分岐した高周波電磁界と分岐せずに天板部を伝播する高周波電磁界とが互いに打ち消し合って、高周波電磁界のほとんどが天板部中を進んできた方向と反対の方向に向かって反射されて天板部中を伝播することになる。これにより、天板部中を遅延パス部の位置を超えて天板部の端部に向かって伝播しようとする高周波電磁界の成分は大幅に減少されることになる。その結果、天板部の端部近傍において強い電界が生じるのが防止されて、異常放電や異物の発生を抑制することができ、安定したプラズマ処理を基板に施すことができる。なお、 λ

/ 2には； L / 1 0程度の誤差を含むものと解される。

また、天板部として、収容された基板と対向するように配置される平板部と、平板部の周部から基板が配置されている側に向かって形成された筒状の側壁部とを有し、遅延パス部は側壁部の側に配設されていることが好ましい。

この場合には、側壁部の端部において強い電界が生じるのが防止される。具体的には、遅延パス部は側壁部の外周面に沿ってリング状に配設されていることが好ましい。

この場合には、側壁部を伝播する高周波電磁界の一部を確実に分岐させて、分岐しなかった高周波電磁界と打ち消し合うことができる。

また、遅延パス部は、天板部中を伝播する高周波電磁界の進む方向に対して上流側に位置する第 1の部分と、下流側に位置する第 2の部分とを含むことが好ましい。

この場合には、第 1の部分を超えて伝播しょうとする高周波電磁界が第 2の部分によって反射されて、天板部の端部において強い電界が生じるのを確実に防止することができる。 ―

そのような遅延パス部の具体的な構造としては、分岐した高周波電磁界を伝播させるための天板部に連通する伝播領域を有することが好ましい。

また、伝播領域として、分岐した高周波電磁界が分岐せずに天板部中を伝播する高周波電磁界と略平行に伝播する部分を含むことが好ましい。

さらに、伝播領域には所定の屈折率を有する部材が充填されていることが好ましい。

この場合には、伝播領域を空隙（大気）とする場合に比べて伝播領域のサイズをより小さくすることができる。

さらに、遅延パス部に対してアンテナ部から遠ざかる側において、高周波電磁界を吸収する電波吸収体を備えていることが好ましい。

この場合には、遅延パス部からさらに下流に向かって伝播しょうとする高周波電磁界が電波吸収体によって吸収されて、天板部の端部において強い電界が生じるのをより確実に防止することができる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施の形態 1に係るプラズマ処理装置の断面図である。図 2は、同実施の形態において、図 1に示すプラズマ処理装置の部分拡大断面図である。

図 3は、本発明の実施の形態 2に係るプラズマ処理装置の断面図である。図 4は、同実施の形態において、高電界が生じやすい部分を示す第 1の部分拡大断面図である。

図 5は、同実施の形態において、高電界が生じゃすい部分を示す第 2の部分拡大断面図である。

図 6は、同実施の形態において、図 5に示された部分をさらに拡大した部分拡大断面図である。

.図 7は、同実施の形態において、遅延パス部の第 1の例を示す部分拡大断面図である。

図 8は、同実施の形態において、遅延パス部の第 2の例を示す部分拡大断面図である。 ―

図 9は、同実施の形態において、遅延パス部の第 3の例を示す部分拡大断面図である。

図 1 0は、同実施の形態において、遅延パス部の第 4の例を示す部分拡大断面図である。

図 1 1は、同実施の形態において、遅延パス部の第 5の例を示す部分拡大断面図である。

図 1 2は、同実施の形態において、シミュレーションによる評価のレフアレンスとなる第 1の部分拡大断面図である。

図 1 3は、同実施の形態において、シミュレーションによる評価のレフアレンスとなる第 2の部分拡大断面図である。

図 1 4は、同実施の形態において、シミュレーションによる評価結果を示す図である。

図 1 5は、同実施の形態において、遅延パス部の第 6の例を示す部分拡大断面図である。

図 1 6は、同実施の形態において、遅延パス部の第 7の例を示す部分拡大断面図である。

図 1 7は、同実施の形態において、遅延パス部の第 8の例を示す部分拡大断面図である。

図 1 8は、同実施の形態において、遅延パス部の第 9の例を示す部分拡大断面図である。

図 1 9は、同実施の形態において、遅延パス部の第 1 0の例を示す部分拡大断面図である。

図 2 0は、同実施の形態において、遅延パス部の第 1 1の例を示す部分拡大断面図である。

図 2 1は、同実施の形態において、図 1 5〜図 2 0に示された遅延パス部の寸法関係を示す図である。

図 2 2は、従来のプラズマ処理装置の断面図である。 '

図 2 3は、図 2 2に示すプラズマ処理装置の部分拡大断面図である。発明を実施するための最良の形態

実施の形態 1

本発明の実施の形態 1に係るプラズマ処理装置について説明する。図 1に示すように、プラズマ処理装置は、基板 1 1を収容して基板 1 1に所定の処理を施すためのチャンバ一 1と、マイクロ波を発生するため高周波電源 5と、マイクロ波をチャンバ一 1内に放射するためのアンテナ部 3とを備えている。

アンテナ部 3は、スロット板 3 c、遅波板 3 bおよびアンテナカバー 3 aを有して構成される。スロット板 3 cは、たとえば厚さ 0 . 1 mmから数 mm程度の銅板等から形成されている。そのスロット板 3 cには、マイクロ波をチャンバ一 1内に向けて放射するための複数のスロット（開口部）が設けられている。高周波電源 5にて発生したマイク口波は導波管 6によってアンテナ部 3へ送られる。チャンパ一 1内には、所定のプラズマ処理を施す基板 1 1を保持するためのサセプタ 7が設けられている。さらに、チャンバ一 1には、チャンパ一 1内を排気するための真空ポンプ 9が取り付けられている。

チャンバ一 1の上部には、チャンバ一 1の隔壁の一部を構成する天板部 4が配設されている。天板部 4は、たとえば石英等の誘電体から形成されている。天板部 4とチヤンバー 1の隔壁との間には、たとえば Oリングなどのシール部材 1 4 が設けられている。アンテナ部 3は天板部 4の上方に配置されている。

天板部 4は、収容された基板 1 1と対向するように配置されスロット板 3 cに接している。その天板部 4の外周部分の上には、マイクロ波の伝播を遅延させるための所定の遅延パス部 2がリング状に設けられている。この場合、遅延パス部 2は天板部 4と同じ材質から形成されている。

なお、天板部 4がスロット板 3 cに接するとは、天板部 4がスロット板 3 cに. 完全に密着する場合の他に、天板部 4とスロット板 3 cとの間に大気中におけるマイクロ波の波長の 1 0分の 1以下の隙間がある場合も含まれる。

このように、隙間の大きさをマイクロ波の波長の 1 0分の 1以下としたのは、マイク口波の波長の 1 0分の 1よりも大きい隙間がある場合には、その隙間に生じた電磁界によつて天板部 4内の電磁界の分布が変化してしまうからである。次に、上述したプラズマ装置によるプラズマ処理について説明する。まず、真空ポンプ 9によりチャンバ一 1内が排気されて、所定の圧力範囲のもとでプラズマを生成するためのガスとして、たとえばアルゴンガスがチャンバ一 1内に導入される。

—方、高周波電源 5によりマイクロ波が発生- る。発生したマイクロ波は導波管 6を伝わってアンテナ部 3に到達する。アンテナ部 3に到達したマイクロ波は遅波板 3 b内を周縁に向かって伝播する。遅波板 3 b内を伝播するマイクロ波は、スロット板 3 cから天板部 4を伝播してチャンバ一 1内に放射される。チャンバ一 1内に放射されたマイク口波は、チャンバ一 1内に電磁界を発生させる。

チャンバ一 1内に発生した電磁界によってアルゴンガスがイオン化し、基板 1 1と天板部 4との間にプラズマ生成領域 2 2が形成される。そのプラズマ生成領域 2 2にプロセスガスが導入されるとそのプロセスガスが解離されて、基板 1 1 に対して所定のプラズマ処理が行なわれることになる。

上述したプラズマ処理装置では、天板部 4を伝播するマイクロ波を遅延するための遅延パス部 2が設けられている。上述したように、この遅延パス部 2は天板部 4と同じ材質の石英等から形成されている。

図 2に示すように、天板部 4の中を外周部に向かって伝播するマイクロ波 3 1 の一部が分岐して遅延パス部 2を伝播する。遅延パス部 2を伝播するマイク口波 3 1 aは、遅延パス部 2の端部において反射されて天板部 4に向かって伝播し、分岐しなかったマイクロ波 3 1と合流（干渉）することになる。

このとき、天板部 4および遅延パス部 2を伝播するマイクロ波 3 1、 3 l aの波長を; Lとし、天板部 4の厚み方向の略中央の位置から遅延パス部 2の端部までの距離を距離 Lとすると、距離 Lはたとえばえ/ / 4に相当する長さに設定されている。このため、マイクロ波 3 1 aが遅延パス部 2を往復伝播することによって、マイクロ波 3 1 aは 1ノ 2に相当する長さを伝播することになる。

なお、マイクロ波 3 1、 3 1 aの波長; Lは、天板部 4および遅延パス部 2の比 .誘電率を ε r _Aとし、マイクロ波の真空中における波長を； L。とすると、式 λ = 。， ( ε r _A) ^1/2によって求められる。 ·

これにより、分岐したマイクロ波 3 1 aと分岐しなかったマイクロ波 3 1とが合流する部分では、マイクロ波 3 1 aの位相は、マイクロ波 3 1の位相と比べてぇノ 2だけずれて、マイクロ波 3 1 aとマイクロ波 3 1とが互いに打ち消し合うことになる。

マイクロ波 3 1 aとマイクロ波 3 1とが互いに打ち消し合うことによって、天板部 4中をさらに外周部に向かって伝播しようとするマイクロ波 3 3の強度は大幅に弱められる。

さらに詳しく説明すると、天板部 4中を外周部に向かって伝播するマイクロ波 3 1が遅延パス部 2を伝播してきたマイクロ波 3 1 aと干渉することによって、マイクロ波 3 1の成分のほとんどがマイクロ波 3 2として天板部 4中を進んできた方向と反対の方向に向かって反射されて天板部 4中を伝播することになる。その結果、天板部 4中をさらに外周部に向かって伝播しょうとするマイクロ波 3 3 の成分は大幅に減少されることになる。 T/JP2003/010391 このように、遅延パス部 2よりもさらに外周部に向かって天板部 4中を伝播するマイクロ波 3 3が大幅に減少することによって、天板部 4の外周部近傍におけるチャンバ一 1と天板部 4とが接触する部分において強い電界が生じるのを防止することができる。その結果、異常放電や異物の発生を抑制することができ、安定したプラズマ処理を基板 1 1に施すことができる。

なお、位相のずれ； / 2としては、 λ / 1 0程度の誤差を含むものと解され、これを超える位相のずれについてはマイクロ波の打消し効果は小さくなると考えられる。

なお、上述したプラズマ処理装置では、天扳部 4と同じ材質から形成された遅延パス部 2を例に挙げて説明したが、遅延パス部 2としてはこれに限られるものではない。

すなわち、天板部 4とは異なる所定の誘電率を有する材質から形成されていた. り、空隙によって構成されていてもよく、遅延パス部 2を伝播したマイクロ波 3 1 aが遅延パス部 2を伝播しなかったマイクロ波 3 1と干渉する際に、マイクロ波 3 l aの位相が、マイクロ波 3 1 aの位相と比べて； 1ノ2だけずれる.ように遅延パス部 3が所定の材料および寸法関係をもつて構成されていればよい。

また、遅延パス部として、図 2に示された遅延パス部 2に対してアンテナ部 3 から遠ざかる側にさらに他の遅延パス部を設けてもよい。この場合には、天扳部 4中をさらに外周部に向かって伝播しょうとするマイクロ波 3 3の成分のほとんどが反射されて、異常放電や異物の発生を確実に抑制することができる。

実施の形態 2

本発明の実施の形態 2に係るプラズマ処理装置について説明する。図 3に示すように、チャンバ一 1の隔壁の一部を構成する天板部 4は、平板部 4 aと側壁部 4 bを有している。

平板部 4 aは、収容された基板 1 1と対向するように配置されスロット板 3 c に接している。側壁部 4 bは、平板部 4 aの周部から基板 1 1の配置される側に向かって筒状に形成されている。側壁部 4 bの外周面はチャンバ一 1に接している。 .

平板部 4 aと側壁部 4 bを有する天板部 4は、前述した平板部のみを有する平 1 板型天扳部に対してベルジャー型の天板部 4と呼ばれる。ベルジャー型の天板部 4を備えることによって、平板型天板部に比べて、プラズマ生成領域に臨む天板部 4の面積が増大し、側壁部 4 bからもチヤンバー 1内に向けてマイク口波が放射されて、プラズマ生成領域におけるプラズマ密度がより向上する。

このようにベルジャー型の天板部 4では、側壁部 4 bからもマイクロ波を放射させることになるため、遅延パス部 2は、天板部 4の平板部 4 a側というよりは側壁部 4 bの側に配設されることが好ましい。

なお、これ以外の構成については、実施の形態 1において説明した図 1に示すプラズマ処理装置と同様なので、同一部材には同一符号を付しその説明を省略する。

次に、上述したプラズマ装置によるプラズマ処理について説明する。高周波電源 5によつて発生したマイク口波は、導波管 6を伝わってアンテナ部 3に到達し、スロット板 3 cから天板部 4を伝播してチャンバ一 1内に放射される。チャンバ一 1内に放射されたマイクロ波によってチヤンバー 1内に電磁界が発生し、チヤンバー 1内に導入されたアルゴンガスがイオン化されて、基板 1 1と天板部 4との間にプラズマ生成領域 2 2が形成される。

このとき、天板部 4を伝播するマイクロ波は、平板部 4 a中を外周部に向かつて伝播した後に側壁部 4 b中を伝播する。図 4に示すように、側壁部 4 b中を下方に向かって伝播するマイクロ波 3 1は、側壁部 4 bの下端部において反射される。

この下端部では、マイクロ波 3 1の一部がマイクロ波 3 1 bとして側壁部 4 b の下端部からさらに下方に向けてチャンバ一 1内に漏れ出ることによって、下部とチャンバ一 1との接触部分において強い電界が生じることがある。

また、図 5および図 6に示すように、側壁部 4 bの下端部近傍に位置するチヤンバー 1の金属部分を覆うライナー 8が設けられているような場合には、側壁部 4 bの下端部からさらに下方に向けて漏れ出るマイクロ波 3. 1 bがライナー 8に伝播することがある。そのため、側壁部 4 bの下端部とライナー 8との接触部分において強い電界が生じることがある。

そこで、ベルジャー型の天板部を有するプラズマ処理装置において、そのような強い電界を抑制する遅延パス部について具体的に説明する。

図 7〜図 1 1に、遅延パス部 2のより具体的な構造例をそれぞれ示す。この場合、各図に示された遅延パス部 2は天板部 4と同じ材質の石英等ら形成されている。 '

まず、図 7に示す遅延パス部 2は側壁部 4 bの下端部に設けられている。天板部 4および遅延パス部 2を伝播するマイクロ波 3 1、 3 l aの波長をとし、天板部 4の厚み方向の略中央の位置から遅延パス部 2の端部までの距離を距離 Lとすると、距離 Lは; Iノ 4に相当する長さに設定されている。なお、側壁部 4 とチャンバ一 1との隙間 Sはえ / 1 0に設定されている。

図 8に示す遅延パス部 2は側壁部 4 bの下端部から所定の高さのところに設けられている。まず、距離 Lは; L / 4に相当する長さに設定されている。そして、側壁部 4 bの下端部から遅延パス部 2の高さ方向の厚み方向の略中央の位置までの距離を距離 Dとすると、距離 Dは； L / 4に相当する長さに設定されている。図 9に示す遅延パス部 2は側壁部 4 bの下端部から所定の高さのところに設けられている。距離 Lは.;ノ 4に相当する長さに設定され、距離 Dは / 4 + 5 mm) に相当する長さに設定されている。

図 1 0に示す遅延パス部 2は側壁部 4 bの下端部から所定の高さのところに設けられている。距離 Lはえ / 4に相当する長さに設定され、距離 Dは； L Z 2に相当する長さに設定されている。

図 1 0に示す遅延パス部 2は側壁部 4 bの下端部からそれぞれ異なる所定の 2 箇所の高さのところに設けられている。まず、 2つの遅延パス部 2における距離 Lは λ / 4に相当する長さに設定されている。そして、下方に位置する遅延パス部 2の高さ^向の厚み方向の略中央の位置から上方に位置する遅延パス部 2の高さ方向の厚み方向の略中央の位置までの距離を距離 Dとすると、距離 Dは; L Z⁴ に相当する長さに設定されている。

上述した遅延パス部 2を設けることによって、前述したブラズマ処理装置と同様に、側壁部 4 b中を下端部に向かって伝播するマイクロ波 3 1の一部が分岐して遅延パス部 2を伝播する。遅延パス部 2を伝播するマイクロ波 3 1 aは、遅延パス部 2の端部において反射されて側壁部 4 bに向かって伝播し、分岐しなかつたマイクロ波 3 1と合流（干渉）することになる。

合流する部分では、マイクロ波 3 1 aの位相は、マイクロ波 3 1の位相と比べて; 1 / 2だけずれて、マイクロ波 3 1 aとマイクロ波 3 1とが互いに打ち消し合うことになる。

これにより、側壁部 4 bを伝播したマイクロ波 3 1は遅延パス部 2を伝播してきたマイクロ波 3 1 aと干渉することによって反射されて、マイクロ波 3 1の成分のほとんどがマイクロ波 3 2として側壁部 4 b中を進んできた方向と反対の方向に反射されて側壁部 4 b中を伝播する。

その結果、側壁部 4 b中をさらに下方に向かって伝播しょうとするマイクロ波 3 3の成分は大幅に減少されて、側壁部 4 bの下端部において強い電界が生じるのが防止される。なお、位相のずれ; 1 / 2としては、 λ / 1 0程度の誤差を含むものと解され、これを超える位相のずれについてはマイクロ波の打消し効果は小さくなると考えられる。

マイクロ波 3 3の強度が弱められることを定量的に把握するために、図 7〜図 1 1にそれぞれ示された遅延パス部 2についてシミュレーションによる評価を行なった。' '

まず、投入電力を 1 Wとし、遅延パス部 2によって反射されて戻ってくるマイクロ波の電力を求めた。そして、投入電力と戻ってきたマイクロ波の電力との差を漏洩電力として、その漏洩電力を投入電力で除算することによって漏洩比率を求めた。

その結果を図 1 4に示す。なお、図 1 4では比較のために、図 1 2に示すように遅延パス部を備えないもの（Z 1 ) と、図 1 3に示すように遅延パス部として距離 Lがえ / 2に相当する長さに設定されているもの（Ζ 2 ) について同様のシ. ミュレーシヨンを行なつた結果も併せて示されている。

ケース Α〜Ε (図 7〜図 1 1 ) では、所定の遅延パス部 2が設けられていることによって、遅延パス部 2が設けられていないケース Ζ 1 (図 1 2 ) と比べると、漏洩比率が大幅に低減することが判明した。

また、遅延パス部を側壁部 2の下端部から距離を隔てて配置させたケース Β〜 Dでは、遅延パス部 2を側壁部 2の下端部に配置させたケース Αと比べて、下端部における電界が緩和されて漏洩比率がさらに低減することが判明した。そして、遅延パス部 2を 2箇所配置させたケース Eでは、最も漏洩比率が低減することが判明した。

なお、ケース Z 2では、遅延パス部 2の距離 Lが 1/2に相当する長さに設定されていることで、分岐して遅延パス部 2を伝播したマイクロ波 3 l aの位相は、分岐せずに側壁部 4 bを伝播したマイクロ波 31の位相と同じ位相になる。

その結果、側壁部 4 bを伝播するマイクロ波 31は打ち消されることなく側壁部 4 bを伝播することになつて、漏洩比率はほとんど低減されないことが確認された。

次に、上述した遅延パス部以外の遅延パス部の例について、図 15〜図 20にそれぞれ示すとともに、対応する各遅延パス部の寸法関係を図 21に示す。

まず。図 15に示された遅延パス部 2では、分岐したマイクロ波 31 aが伝播する部分の距離 (L1 + L2) が； 1/4に相当する長さに設定されている。図 1 6に示された遅延パス部 2では、 2つの遅延パス部 2が設けられ、それぞれの距離 Lはノ4に相当する長さに設定され、距離 Dは； IZ4に相当する長さに設定されている。 · 図 17およぴ図 18にそれぞれ示された遅延パス部 2では、距離 Lが L/4に相当する長さに設定され、距離 Dが； Z4または 3 λ/4に相当する長さに設定されている。

図 19に示された遅延パス部 2では、距離 Lは λ/4に相当する長さに設定されている。その遅延パス部 2の下方のチャンバ一 1の内壁に、マイクロ波を吸収するための、たとえばフェライト等の電波吸収体 15が配設されている。遅延パス部 2と電波吸収体 15との距離 Dは λ "4に相当する長さに設定されていることが好ましいと考えられるが、特にこの値に限定されるものではない。

図 20に示された遅延パス部 2は、側壁部 4 bと異なる誘電率を有する材質ら構成されている。側壁部 4 bの比誘電率を ε r_A、遅延パス部 2の比誘電率を ε r_B、分岐したマイクロ波 31 aが遅延パス部 2を伝播する距離を距離（L 1 + L2) 、分岐したマイクロ波 31 aが側壁部 4 bを伝播する距離を距離 L 3およびマイクロ波の真空中における波長を; L。とすると、（L 1+L2) / (λ₀ - ( ε r _B) — ^1/2) + L 3 / (え。' ( ε r _Α) —^1/2) = 1 / 4の関係を満足するように設定されている。

このような遅延パス部 2をそれぞれ有するプラズマ処理装置においても、分岐したマイクロ波 3 1 aと分岐しなかったマイクロ波 3 1とが合流する部分では、マイクロ波 3 1 aの位相は、マイクロ波 3 1の位相と比べて; I / 2だけずれて互いに打ち消し合い、マイクロ波 3 1の成分のほとんどがマイクロ波 3 2として側壁部 4 b中を進んできた方向と反対の方向に反射されて、側壁部 4 b中を伝播する。

その結果、側壁部 4 b中をさらに下方に向かって伝播しようとするマイク口波 3 3の成分は大幅に減少されて、異常放電や異物の発生を抑制することができ、安定したプラズマ処理を基板 1 1に施すことができる。

また、遅延パス部としては単に空隙から形成されたものと比べて、適当な誘零率を有する材料によって形成されることで、遅延パス部のサイズを小さくでき、遅延パス部を設けることによるプラズマ処理装置の寸法増大を最小限に抑えることができる。 .

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明は上記の説明ではなくて特許請求の範囲によつて示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。産業上の利用可能性

この発明は、チャンバ内にマイクロ波を導入することによって形成されるブラズマ生成領域によって、基板にェツチングゃ成膜などの所定のブラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、異常放電や異物の発生抑制する構造に有効に利用される。

Claims

請求の範囲

1. 基板（1 1) 'をプラズマ生成領域（22) に晒して基板（1 1) に所定の処理を施すためのプラズマ処理装置であって、

5 基板（1 1) を収容するためのチャンバ一（1) と、

前記チャンバ一（1) の隔壁の一部となる天板部（4) と、

前記チャンバ一（1) 内に前記天板部（4) を介して高周波電磁界を供給し、前記天板部（4) と前記チャンバ一（1) 内に収容された前記基板（1 1) との間の領域にプラズマ生成領域（22) を形成するためのアンテナ部（3) .と、 10 前記天板部（4) を伝播する高周波電磁界を分岐させるとともに、分岐した高 ' 周波電磁界を分岐せずに前記天板部（4) を伝播する高周波電磁界と再び合流させる際に、前記天板部（4) 中を伝播する高周波電磁界の波長をとすると、分岐した高周波電磁界の位相を、分岐せずに前記天板部（4) を伝播する高周波電磁界の位相に対して; 1/2の奇数倍だけシフトした状態とするための遅延パス部 15 . (2) と

を備えた、プラズマ処理装置。

2. 前記天板部（4) は、

収容された基板（1 1) と対向するように配置される平板部（4 a) と、前記平板部（4 a) の周部から基板（1 1) が配置されている側に向かって形 20 成された筒状の側壁部（4 b) と

を有し、 ·

前記遅延パス部（2) は前記側壁部（4 b) の側に配設された、請求項 1記載のプラズマ処理装置。 '

3. 前記遅延パス部（2) は前記側壁部（4 b) の外周面に沿ってリング状に 25 配設された、請求項 2記載のプラズマ処理装置。

4. 前記遅延パス部（2) は、前記天板部（4) 中を伝播する高周波電磁界の進む方向に対して上流側に位置する第 1の部分と、下流側に位置する第 2の部分とを含む、請求項 1記載のプラズマ処理装置。

5. 前記遅延パス部（2) は、分岐した高周波電磁界を伝播させるための前記 ^板部（4) に連通する伝播領域を有する、請求項 1記載のプラズマ処理装置。

6. ' 前記遅延パス部（2) は、前記伝播領域として、分岐した高周波電磁界が分岐せずに前記天板部（4) 中を伝播する高周波電磁界と略平行に伝播する部分を含む、請求項 5記載のプラズマ処理装置。

7. 前記伝播領域には、所定の屈折率を有する部材が充填されている、請求項 5記載のプラズマ処理装置。

8. 前記遅延パス部（2) に対して前記アンテナ部から遠ざかる側において、高周波電磁界を吸収する電波吸収体（15) を備えた、請求項 1記載のプラズマ