WO2006001253A1 - プラズマ処理装置 - Google Patents

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WO2006001253A1
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plasma processing
processing apparatus
antenna member
conductor region
planar antenna
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Kouichi Ono
Hiroyuki Kousaka
Kiyotaka Ishibashi
Ikuo Sawada
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Kyoto University
Tokyo Electron Limited
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    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy

Definitions

  • the present invention relates to a plasma processing apparatus, and more particularly to a plasma processing apparatus for processing a semiconductor device or the like by generating a plasma by supplying a microwave to a planar antenna member.
  • a plasma processing apparatus 2 has a processing container 4 that is formed in a cylindrical shape as a whole.
  • the ceiling portion of the processing container 4 is opened, the quartz plate 8 is secretly provided via the seal member 5, and a sealed processing space S is formed inside the processing container 4.
  • a mounting table 10 on which a semiconductor wafer W as an object to be processed is mounted is stored on the upper surface.
  • the mounting table 10 is installed on the bottom of the processing container 4 by means of a support table 12 via an insulating material 14.
  • the mounting table 10 is supplied with a bias voltage of, eg, 13.5 6 MHz from the high frequency power supply 20 for bias!
  • a planar antenna member 3 is provided on the upper part of the quartz plate 8 that seals the upper part of the processing container 4.
  • the planar antenna member 3 is configured as a bottom plate of a radial waveguide box 40 composed of a hollow cylindrical container having a low height, and is attached to the upper surface of the quartz plate 8.
  • a dielectric 50 is provided on top of the planar antenna member 3.
  • the planar antenna member 3 is formed of, for example, a copper plate having a diameter of 50 cm and a thickness of 1 mm or less. On this copper plate, as shown in Fig. 10, a large number of slits 31 are spirally formed, starting from a position a few cm away from the center, for example, and gradually spiraling twice toward the periphery. Has been. Microwaves are supplied to the central portion of the planar antenna member 3 via the inner cable 44B of the microwave generator 42 force coaxial waveguide 44, and the slit 31 is positioned below receiving the microwaves. A uniform electric field distribution is formed in the processing space S. In FIG.
  • the force formed by the radiating elements 32 having approximately one turn with their ends different from each other in the radial direction is to increase the antenna efficiency.
  • plasma processes such as plasma CVD, etching, oxidation, and nitridation performed by the plasma processing apparatus described in Japanese Patent No. 3136054, it is required to process a large-diameter substrate all at once at high speed.
  • an object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus including an antenna member that can perform uniform processing at high speed even when a workpiece is approached.
  • the present invention provides a processing container provided with a mounting table on which an object to be processed is mounted, a microwave generator for generating a microwave, and a microwave generated by the microwave generator as a processing container.
  • a waveguide for guiding and a planar antenna member connected to the waveguide and disposed opposite the mounting table, the planar antenna member being separated from the inner conductor region by a substantially closed loop groove. It is characterized by being divided into outer conductor regions.
  • the microwave can be attenuated even if the thickness of the planar antenna member is increased. It is easy to pass through and a uniform electric field distribution is obtained, so a flat uniform A horra distribution is obtained, the object to be processed can be brought close to the antenna member, and the object to be processed can be processed at high speed and uniformly.
  • a plurality of loop grooves are provided and are arranged in a concentric circle, and more specifically, a plurality of loop grooves are provided and are arranged in a concentric rectangle. Yes.
  • the loop groove is a slot penetrating in the thickness direction of the planar antenna member.
  • the inner conductor and the outer conductor are connected by a connecting member that crosses the loop groove.
  • the connecting member connects the inner conductor region and the outer conductor region in the height direction in the loop groove.
  • the planar antenna member includes an insulating member divided by a loop groove, and a conductive member that coats the surface of the insulating member and forms an inner conductor region and an outer conductor region separated by the loop groove. Including.
  • the planar antenna member has a peripheral portion formed relatively thick and a center portion formed relatively thin.
  • the planar antenna member includes an inner conductor region divided by a loop groove, a metal member constituting the outer conductor region, and an insulating member that covers the metal member.
  • the planar antenna member includes an insulating member divided by a loop groove, and a conductive member that coats the surface of the insulating member to form an inner conductor region and an outer conductor region separated by the loop groove.
  • the inner conductor is formed relatively thin with the loop groove as a boundary, and the outer conductor is formed relatively thick.
  • the electron density at the center of the antenna member can be reduced and the electron density at the periphery can be increased, allowing the object to be processed to be processed uniformly. Become.
  • the cooling path is formed in a thick portion of the peripheral portion.
  • the temperature of the antenna member can be controlled.
  • FIG. 1 A plan view of an antenna member used in the plasma processing apparatus of one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view taken along line II-II shown in FIG.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view showing a radius portion of another example of the antenna member used in the plasma processing apparatus of one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view showing another example of the radius portion of the antenna member used in the plasma processing apparatus of one embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view showing a radius portion of an antenna member formed thinly as a whole.
  • FIG. 4C is a cross-sectional view showing a radius portion of the antenna member formed with a large overall thickness.
  • FIG. 4D is a cross-sectional view showing a radius portion of the antenna member in which the peripheral portion is thinned and the central portion is formed thick.
  • FIG. 6 is a view showing another example of an antenna member.
  • FIG. 7B is a plan view showing an example in which each conductor of the antenna member is connected by a conductor.
  • FIG. 7B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 7A, showing an example in which the conductors of the antenna member are connected by a conductor.
  • FIG. 7C is a cross-sectional view showing another example in which the conductors of the antenna member are connected by a conductor.
  • FIG. 8A is a plan view of an antenna member.
  • FIG. 8B is an enlarged cross-sectional view of a coupling portion between each slot of the antenna member.
  • FIG. 8C is an enlarged cross-sectional view of another example of the coupling portion between the slots of the antenna member.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a plasma processing apparatus described in Japanese Patent No. 3136054.
  • FIG. 10 is a plan view showing a planar antenna member.
  • FIG. 1 is a plan view of an antenna member used in the plasma processing apparatus of one embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view taken along line II-II shown in FIG.
  • the antenna member 3 is formed of a conductive material such as copper, and a plurality of concentric circular loop-shaped slots 300 to 304 are formed to form an inner conductor region and an outer conductor region. It is divided into conductor areas. These slots 300 to 304 are formed so as to penetrate from one surface of the antenna member 3 in the thickness direction to the other surface with a width of, for example, approximately 1 mm.
  • the interval L between each of the slots 300, 301, 302, and 303 is selected to be an integral multiple of the microwave guide wavelength, more preferably the length of the microwave guide wavelength.
  • the distance between the base 304 and the outer peripheral edge of the antenna member 3 is selected to be approximately LZ2.
  • the distance between the slot 30 4 and the outer peripheral edge of the antenna member 3 is selected to be approximately LZ2 because the microwave that has reached the outermost slot and the microwave that has passed through the slot and reflected by the wall and then returned. Because the phases are the same (because of the reciprocating distance force), both microwaves can resonate to form a strong electric field.
  • the antenna member 3 is separated into conductors 310 to 315 by slots 300 to 304.
  • the thickness of the conductors 310 and 311 on the center side is relatively thin, for example, 2 mm, whereas the thickness of the surrounding conductors 312 to 315 is relatively thick, which is greater than the inner wavelength ⁇ Z8. More preferably, it is ⁇ ⁇ 4 or more, specifically, for example, a thickness of 20 mm.
  • the slit 31 shown in FIG. 9 described above has the advantage that if the thickness of the antenna member 3 is increased, the microwave is attenuated and the processing efficiency is deteriorated. .
  • a plurality of slots 300 to 304 are formed.
  • the conductor 311 is the inner conductor of the coaxial waveguide.
  • the conductor 312 becomes an outer conductor and acts as a web guide, so that the microphone mouth wave can easily pass therethrough.
  • the electric field distribution in the processing space S below the antenna member 3 can be made uniform.
  • the plurality of slots 300 to 304 are formed concentrically, but only one slot may be formed.
  • FIGS. 3A to 3B are sectional views showing a radius portion of another example of an antenna member used in the plasma processing apparatus of one embodiment of the present invention.
  • the antenna member 3 shown in FIG. 2 is formed of a conductive material such as copper
  • the antenna member 3e shown in FIG. 3A is formed by coating the surface of an insulating member 351 such as ceramic with a conductive material 352. Further, it is covered with an insulating member 353.
  • the metal has a large coefficient of thermal expansion, there is an effect of dimensional change when the temperature rises.
  • the insulating member 351 has a relatively small coefficient of thermal expansion. As long as the surface of the material 351 is coated, it can be used as a planar antenna member. Further, the abnormal discharge resistance is improved by coating the surface of the conductive material 352 with the insulating member 353.
  • the antenna member 3f shown in FIG. 3B is formed by coating the surface of an insulating member 351 such as ceramic with a conductive material 352 and covering the upper and lower portions with a dielectric 30 instead of the insulating member 353. is there.
  • FIGS. 4A to 4D are cross-sectional views showing radius portions of various antenna members having different thicknesses.
  • Each of the antenna members 3a to 3d shown in FIG. 4A to FIG. 4D has a plurality of concentric circles and ring-shaped slots, but is formed to have different thicknesses.
  • the antenna member 3a shown in FIG. 4A is thin as a whole.
  • the antenna member 3b shown in FIG. 4B is applied to one embodiment of the present invention, and is formed such that the thickness of the peripheral portion is thick and the thickness of the central portion is thin.
  • Antenna section shown in Fig. 4C The material 3c is applied to another embodiment of the present invention, and is formed by thickening the entire thickness, and the thickness is ⁇ ⁇ 8 or more, more preferably ⁇ 4 or more of the guide wavelength.
  • the slot that separates the inner conductor and the outer conductor can be any one of the selected slots.
  • the inner conductor is the inner conductor, and the outer conductor. Can be an outer conductor.
  • the antenna member 3d shown in FIG. 4D has a thick central portion that thins the peripheral portion.
  • 5A to 5D show electron density distributions when the pressure in the processing space S is 0.5 Torr and the microwave incident power is 3000 W.
  • Waveforms a in Fig. 5A to Fig. 5D show the electron density distribution by antenna member 3a in Fig. 4A
  • waveform b shows the electron density distribution by antenna member 3b in Fig. 4B
  • waveform c shows the antenna member in Fig. 4C.
  • the electron density distribution by 3c is shown
  • the waveform d shows the electron density distribution by the antenna member 3d in FIG. 4D.
  • the waveform d has a large electron density distribution near the center and a large difference from the periphery. This is because the thickness of the periphery of the antenna member 3d is formed thick while the thickness of the periphery is thin.
  • the waveform a is smaller in electron density at the center than the waveform d of the antenna member 3d, but is still larger than the electron density in the peripheral portion. This is because the entire antenna member a is formed thin.
  • waveforms b and c show that the difference in electron density between the central part and the peripheral part is small, and a uniform electric field can be obtained. This is because the peripheral portions of the antenna members 3b and 3c are formed thick.
  • the waveforms a and d due to the antenna members 3a and 3d are the waveforms b and c due to the antenna members 3b and 3c where the difference in electron density distribution between the central portion and the peripheral portion is large. Can make the difference in electron density distribution between the central portion and the peripheral portion small and uniform.
  • the antenna member 3b shown in FIG. 4B is the best for realizing a high-density and uniform plasma distribution.
  • FIG. 6 is a view showing another example of the antenna member.
  • the antenna member 30 is formed in a rectangular shape as a whole, and a plurality of concentric rectangular and loop-like slots 330 to 334 are formed, and these slots 330 are formed.
  • the central conductors 340 and 341 are relatively thin, and the surrounding conductors 342 to 345 are relatively thick. .
  • Other conditions are selected in the same way as in Fig. 1.
  • FIGS. 7A to 7C show examples in which the conductors of the antenna member are connected by a conductor
  • FIG. 7A is a plan view
  • FIG. 7B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 7A
  • FIG. 7C is a diagram showing another example of the conductor.
  • FIG. 1 U antenna shown 3 [Koo! /, Each conductor 310 ⁇ 315 ⁇ is electrically separated by each slot 300 ⁇ 304, so microwave passes through each slot There is an advantage that there is no attenuation. However, electric charges are charged in the conductors 310 to 315, and unnecessary abnormal discharge may occur.
  • the conductors 310 to 315 are electrically connected by the conductor 320 as a plurality of connecting members, and each of the conductors 310 to 315 is set to the same potential. The possibility of unnecessary abnormal discharge can be eliminated.
  • the lower half in the height direction connects the conductors 314 and 315, and the upper half also projects the surface force of the conductors 314 and 315, as shown in FIG. 7B.
  • all the portions in the height direction of the conductor 320 may connect the conductors 314 and 315.
  • the thickness of the conductor 320 is sufficient if a part of the slots 300 to 304 provided between the conductors 310 to 315 is connected by the conductor 320 rather than the whole of the height direction. Is preferably as thin as possible.
  • conductor 320 shown in FIG. 7 may be provided also in the antenna member 30 shown in FIG.
  • FIG. 8A to FIG. 8C are diagrams showing an example in which a coupling portion is formed between each slot of the antenna member.
  • FIG. 8A is a plan view of the antenna member
  • FIG. 8B is an enlarged sectional view of the coupling portion
  • FIG. 8C is a sectional view showing another example of the coupling portion.
  • the coupling as a connecting member is performed so as to leave a part without passing through a part of each of the slots 300 to 304.
  • a portion 321 is formed. Also in this example, it is possible to eliminate the possibility of unnecessary abnormal discharge between the conductors 310 to 315. Further, the coupling portion 321 may be applied to the antenna member 30 shown in FIG.
  • the force divided by the slot 301 into the thin conductor 311 and the thick conductor 312 is not limited to this.
  • the conductor 316 which has the level
  • the plasma processing apparatus of the present invention can form a uniform electric field in the vicinity of the antenna member by supplying a microwave, and can generate a high-density plasma that is planarly uniform in the processing space. It can be used for plasma processing such as plasma CVD, etching, oxidation, and nitriding on semiconductor wafers.

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Abstract

　平面アンテナ部材３に複数の同心円でリング状のスロット３００～３０４を形成し、中心部の導体３１０，３１１の厚みを相対的に薄く形成し、周辺部の導体３１２～３１５の厚みを相対的に厚く形成することにより、スロット３００～３０４でマイクロ波が減衰することがなく通過し易くなり、均一な電界分布が得られ処理空間内に平均的に均一な高密度のプラズマを生じさせることができるので、被処理体をアンテナ部材３に近付けることができ、被処理体を高速かつ均一に処理することが可能になる。

Description

明 細 書
プラズマ処理装置
技術分野
[0001] この発明はプラズマ処理装置に関し、特に、マイクロ波を平面アンテナ部材に供給 してプラズマを発生して半導体装置などを処理するプラズマ処理装置に関する。 背景技術
[0002] 図 9は特許第 3136054号公報に記載されたプラズマ処理装置の断面図であり、図 10は平面アンテナ部材を示す平面図である。
[0003] 図 9において、プラズマ処理装置 2は、全体が筒状に形成された処理容器 4を有し ている。処理容器 4の天井部は開放され、シール部材 5を介して石英板 8が機密に設 けられ、処理容器 4内部に密閉された処理空間 Sが形成されている。
[0004] 処理容器 4内には、上面に被処理体としての半導体ウェハ Wを載置する載置台 10 が収納されている。載置台 10は支持台 12によって処理容器 4内の底部に絶縁材 14 を介して設置されている。載置台 10にはバイアス用高周波電源 20から例えば 13. 5 6MHzのバイアス電圧が供給されて!、る。
[0005] 処理容器 4の上部を密閉する石英板 8の上部には、平面アンテナ部材 3が設けられ ている。この平面アンテナ部材 3は高さの低い中空円筒状容器よりなるラジアル導波 箱 40の底板として構成され、石英板 8の上面に取付けられている。平面アンテナ部 材 3の上部には誘電体 50が設けられている。
[0006] 平面アンテナ部材 3は、例えば直径 50cm、厚み lmm以下の銅板で形成されて ヽ る。この銅板には図 10に示すように、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 31が渦巻き状に、次第に周縁部に向けて 2回渦 巻かれて形成されている。平面アンテナ部材 3の中心部には、マイクロ波発生器 42 力 同軸導波管 44の内側ケーブル 44Bを介してマイクロ波が供給されており、スリツ ト 31は、マイクロ波を受けて下方に位置する処理空間 Sに対して均一な電界分布を 形成する。なお、図 10において、略 1ターンの放射素子 32が、その端部を相互に半 径方向に異ならせて形成されている力 これはアンテナ効率を上げるためである。 [0007] 特許第 3136054号公報に記載されたプラズマ処理装置によって行われるプラズマ CVD,エッチング，酸化，窒化などのプラズマプロセスでは、大口径基板を一括して 高速かつ均一に処理することが求められる。
[0008] 一般に、プラズマによる処理を高速ィ匕するためには、半導体ウェハ W上でのプラズ マ密度を高くする必要がある。そして、マイクロ波励起による高密度プラズマにおいて は、プラズマ密度は石英板 8から遠ざ力る程低くなるため、平面アンテナ部材 3に接 する石英板 8になるべく近いところで均一なプラズマを形成し、そこに半導体ウェハ Wを設置するようにする必要がある。
[0009] ところで、マイクロ波は誘電体 50の中を中心力も外に向力つて広がるように伝播し て行くので、中心に近いスロット程、スロットから放射する電界が強い。このため、従来 装置では、石英板 8とプラズマとの境界に形成される電界強度も、中心の方が高くな るのに対して、周辺部では電界強度が弱くなる傾向にある。その結果、石英板 8近傍 ではプラズマ分布は不均一になってしまい、平面アンテナ部材 3と半導体ウェハ Wと の間隔 Dを所定距離以上離さなければ、半導体ウェハ Wに作用するプラズマ分布を 均一にできな力つた。
[0010] し力しながら、効率をよくするためには、半導体ウェハ Wを平面アンテナ部材 3に接 近させることが求められている。
発明の開示
[0011] そこで、この発明の目的は、被処理体を接近させても高速かつ均一に処理できるァ ンテナ部材を備えるプラズマ処理装置を提供することである。
[0012] この発明は、被処理体を載置する載置台を内部に設けた処理容器と、マイクロ波を 発生するマイクロ波発生器と、マイクロ波発生器で発生されたマイクロ波を処理容器 に導くための導波管と、導波管に接続されて載置台と対向して配置された平面アン テナ部材とを備え、平面アンテナ部材は、実質的に閉鎖したループ溝によって内導 体領域と外導体領域とに区分していることを特徴とする。
[0013] この発明によれば、平面アンテナ部材に閉鎖したループ溝によって内導体と外導 体とに区分しているので、平面アンテナ部材の厚みを厚くしてもマイクロ波が減衰す ることがなく通過しやすくなり、均一な電界分布が得られるので平面的に均一なブラ ズマ分布が得られ、被処理体をアンテナ部材に近付けることができ、被処理体を高 速かつ均一に処理することが可能になる。
[0014] 一実施形態では、ループ溝は複数設けられていて、それらは同心円で配置されて おり、より具体的には、ループ溝は複数設けられていて、それらは同心の矩形で配置 されている。
[0015] 好ましくは、ループ溝は平面アンテナ部材の厚み方向に貫通したスロットである。
[0016] 他の実施形態では、内導体と外導体とがループ溝を横切る接続部材によって接続 されている。接続部材で内導体領域と外導体領域とを接続することにより、内導体領 域と外導体領域とを同一電位にすることで不必要な異常放電が生じるおそれをなく すことができる。
[0017] 好ましくは、接続部材は、ループ溝内の高さ方向で内導体領域と外導体領域とを 接続している。
[0018] 平面アンテナ部材は、ループ溝で区分された絶縁部材と、絶縁部材の表面をコー ティングしてループ溝で区切られた内導体領域と外導体領域とを構成する導電性部 材とを含む。
[0019] 好ましくは、平面アンテナ部材は、周辺部の厚みが相対的に厚く形成され、中心部 が相対的に薄く形成されて!、る。
[0020] 一実施形態では、平面アンテナ部材は、ループ溝で区分された内導体領域と外導 体領域を構成する金属部材と、金属部材を覆う絶縁部材とを含み、他の実施形態で は、平面アンテナ部材は、ループ溝で区分された絶縁部材と、絶縁部材の表面をコ 一ティングしてループ溝で区切られた内導体領域と外導体領域とを構成する導電性 部材とを含む。
[0021] 好ましくは、ループ溝を境にして内導体が相対的に薄く形成され、外導体が相対的 に厚く形成されている。内導体を薄くし、外導体を厚くすることにより、アンテナ部材の 中心における電子密度を小さくし、周辺部の電子密度を大きくすることができ、被処 理体を均一に処理することが可能になる。
[0022] 好ましくは、周辺部の厚く形成された部分に冷却路が形成される。冷却路を形成す ることで、アンテナ部材の温度を制御することが可能になる。 図面の簡単な説明
圆 1]この発明の一実施形態のプラズマ処理装置に使用されるアンテナ部材の平面 図である。
[図 2]図 1に示す線 II— IIに沿う縦断面図である。
圆 3A]この発明の一実施形態のプラズマ処理装置に使用されるアンテナ部材の他 の例の半径部分を示す断面図である。
圆 3B]この発明の一実施形態のプラズマ処理装置に使用されるアンテナ部材のさら に他の例の半径部分を示す断面図である。
圆 4A]全体を薄く形成したアンテナ部材の半径部分を示す断面図である。
[図 4B]周辺部の厚みが厚ぐ中心部の厚みが薄く形成されているアンテナ部材の半 径部分を示す断面図である。
圆 4C]全体の厚みを厚く形成したアンテナ部材の半径部分を示す断面図である。
[図 4D]周辺部を薄ぐ中心部を厚く形成したアンテナ部材の半径部分を示す断面図 である。
[図 5A]図 4A〜図 4Dに示したアンテナ部材 3a〜3dをアンテナ面から Z = 70mmの 位置に配置したときの電子密度分布を示した図である。
[図 5B]図 4A〜図 4Dに示したアンテナ部材 3a〜3dをアンテナ面から Z = 80mmの 位置に配置したときの電子密度分布を示した図である。
[図 5C]図 4A〜図 4Dに示したアンテナ部材 3a〜3dをアンテナ面から Z= 100mmの 位置に配置したときの電子密度分布を示した図である。
[図 5D]図 4A〜図 4Dに示したアンテナ部材 3a〜3dをアンテナ面から Z= 150mmの 位置に配置したときの電子密度分布を示した図である。
[図 6]アンテナ部材の他の例を示す図である。
圆 7A]アンテナ部材の各導体間を導電体で接続した例を示す、平面図である。
[図 7B]アンテナ部材の各導体間を導電体で接続した例を示す、図 7Aの線 B— Bに 沿う断面図である。
圆 7C]アンテナ部材の各導体間を導電体で接続した他の例を示す断面図である。
[図 8A]アンテナ部材の平面図である。 [図 8B]アンテナ部材の各スロット間の結合部分を拡大した断面図である。
[図 8C]アンテナ部材の各スロット間の結合部分の他の例を拡大した断面である。
[図 9]特許第 3136054号公報に記載されたプラズマ処理装置の断面図である。
[図 10]平面アンテナ部材を示す平面図である。
発明を実施するための最良の形態
[0024] 図 1はこの発明の一実施形態のプラズマ処理装置に使用されるアンテナ部材の平 面図であり、図 2は図 1に示す線 II— IIに沿う縦断面図である。
[0025] 図 1において、アンテナ部材 3は、銅などの導電材料で形成されており、複数の同 心円でループ状の閉鎖した溝としてのスロット 300〜304が形成されて内導体領域と 外導体領域に区分されている。これらのスロット 300〜304はアンテナ部材 3の厚み 方向の一方面から他方面に、例えばほぼ lmmの幅で貫通して形成されている。各ス ロット 300, 301, 302, 303のそれぞれの間隔 Lは、マイクロ波の管内波長の整数倍 に選ばれ、より好ましくはマイクロ波の管内波長の長さに選ばれており、最外周のスロ ット 304とアンテナ部材 3の外周縁との間隔はほぼ LZ2に選ばれている。スロット 30 4とアンテナ部材 3の外周縁との間隔をほぼ LZ2に選んだのは、最外周のスロットに 到達したマイクロ波と、該スロットを通過して壁で反射した後戻ってきたマイクロ波の 位相が同じになる（往復距離力 であるから）ので、双方のマイクロ波が共鳴して強い 電界を形成することができるからである。
[0026] アンテナ部材 3はスロット 300〜304によって、導体 310〜315に分離されている。
中心側の導体 310, 311の厚みは相対的に薄ぐ例えば 2mmの厚さで形成されて いるのに対して、周りの導体 312〜315の厚みは相対的に厚ぐ管内波長の λ Z8 以上、より好ましくは λ Ζ4以上で具体的には、例えば 20mmの厚さで形成されてい る。このようにアンテナ部材 3の厚みを変えることで、厚みの厚い導体 312〜315間に 形成されたスロット 302〜304の先端とプラズマとの距離を接近できるので、局所的 にプラズマ密度を調整することが可能となる。したがって、電界の均一性を改善でき、 所望のプラズマ分布が得られる。
[0027] 前述の図 9に示したスリット 31は、アンテナ部材 3の厚みを厚くするとマイクロ波が減 衰してしまい、処理効率が悪くなつてしまうため、厚みを薄くせざるを得な力つた。これ に対して、この実施形態では、アンテナ部材 3の厚みを厚くしても、複数のスロット 30 0〜304が形成されており、例えばスロット 301に着目すると、導体 311は同軸導波 管の内導体となり、導体 312は外導体となってウェブガイドとして作用するのでマイク 口波が通過しやすくなる。その結果、アンテナ部材 3の下部における処理空間 Sの電 界分布を均一にできる。なお、図 1では複数のスロット 300〜304を同心状に形成し ているが、 1つのスロットのみを形成してもよい。
[0028] また、周辺部の導体 312〜314の厚みを厚くすることで、この部分に冷媒を流すた めの冷却路を形成して、スロット 300〜304自身およびアンテナ部材 3の温度を制御 することも可能になるという副次的な効果も得られる。
[0029] 図 3 A〜図 3Bはこの発明の一実施形態のプラズマ処理装置に使用されるアンテナ 部材の他の例の半径部分を示す断面図である。図 2に示したアンテナ部材 3は銅な どの導電材料で形成したのに対して、図 3Aに示したアンテナ部材 3eは、例えばセラ ミックスなどの絶縁部材 351の表面に導電性材料 352をコーティングし、さらにその 上を絶縁部材 353で覆ったものである。
[0030] 金属は熱膨張率が大きいため、温度上昇した場合に寸法変化の影響があるのに対 して、絶縁部材 351は相対的に熱膨張率が小さいので、導電性材料 352を絶縁部 材 351の表面にコーティングさえしておけば平面アンテナ部材として使用可能となる 。また、導電性材料 352の表面に絶縁部材 353をコーティングすることで異常放電耐 性が改善される。
[0031] また、図 3Bに示したアンテナ部材 3fは、セラミックスなどの絶縁部材 351の表面に 導電性材料 352をコーティングし、上部および下部を絶縁部材 353に代えて誘電体 30で覆ったものである。
[0032] 図 4A〜図 4Dには厚みの異なる種々のアンテナ部材の半径部分を示す断面図で ある。図 4A〜図 4Dに示したいずれのアンテナ部材 3a〜3dも複数の同心円でリング 状のスロットが形成されて 、るが、厚みが異なるように形成されて 、る。
[0033] すなわち、図 4Aに示したアンテナ部材 3aは全体を薄く形成したものである。図 4B に示したアンテナ部材 3bは、この発明の一実施形態に適用されるものであって、周 辺部の厚みが厚ぐ中心部の厚みが薄く形成されている。図 4Cに示したアンテナ部 材 3cは、この発明の他の実施形態に適用されるものであって、全体の厚みを厚く形 成したものであり、その厚みは管内波長の λ Ζ8以上、より好ましくは λ Ζ4以上であ る。ここで、複数のリング状スロットがある場合、内導体および外導体を区分するスロッ トはいずれでもよぐ選ばれた 1つのスロットに対して内側にある導体を内導体とし、外 側にある導体を外導体とすることができる。図 4Dに示したアンテナ部材 3dは周辺部 を薄ぐ中心部を厚く形成したものである。
[0034] 図 5Α〜図 5Dは、アンテナ部材 3a〜3dの処理空間 S側の下方向（Z方向）におい て、アンテナ面の上面を Z = 0としたとき、 Z= 70mm, 80mm, 100mm, 150mmの 位置におけるそれぞれの電子密度分布を示したものであり、縦軸に電子密度 ne (cm _3)を示し、横軸に半径方向の距離 (r)を示している。なお、図 5A〜図 5Dはいずれ も処理空間 S内の圧力を 0. 5Torrとし、マイクロ波の入射電力を 3000Wとしたときの 電子密度分布を示して 、る。
[0035] 図 5A〜図 5Dの波形 aは図 4Aのアンテナ部材 3aによる電子密度分布を示し、波形 bは図 4Bのアンテナ部材 3bによる電子密度分布を示し、波形 cは図 4Cのアンテナ部 材 3cによる電子密度分布を示し、波形 dは図 4Dのアンテナ部材 3dによる電子密度 分布を示している。
[0036] 図 5A〜図 5Dの各波形を対比すれば明らかなように、図 5 Aに示す Z = 70mm付近 では、波形 dは中心付近の電子密度分布が大きく周辺との差が大きい。これはアンテ ナ部材 3dの中心部付近の厚みが厚く形成されているのに対して周辺部の厚みを薄 く形成したことによるものである。波形 aは、アンテナ部材 3dの波形 dよりも中心におけ る電子密度は小さ 、がやはり周辺部の電子密度に比べて大きくなつて 、る。これはァ ンテナ部材 aが全体が薄く形成されていることによる。これに対して、波形 b, cは中心 部分と周辺部分との電子密度の差が小さく均一な電界が得られることがわかる。これ はアンテナ部材 3b, 3cの周辺部を厚く形成したことによるものである。
[0037] 図 5Bに示す Z = 80mm付近では、アンテナ部材 3a, 3dによる波形 a, dは中心部 付近と周辺部付近における電子密度分布の差が大きぐアンテナ部材 3b, 3cによる 波形 b, cは中心部と周辺部との電子密度分布の差が小さく均一にすることができる。 図 5Cに示す Z= 100mm付近および図 5Dに示す Z= 150mmのように Z方向の距離 が大きくなるほど波形 a〜dの電子密度の絶対値は低下する。
[0038] これらの特性により、 r=0〜150mmで例えば電子密度差が ± 10%程度の均一性 が得られるのはアンテナ部材 3a, 3dでは 150mm付近であり、アンテナ部材 3bでは 80mm付近であり、アンテナ部材 3cでは Z= 100mm付近という結果になった。した がって、高密度かつ均一なプラズマ分布を実現するためには図 4Bに示すアンテナ 部材 3bが最も優れていることになる。
[0039] 図 6はアンテナ部材の他の例を示す図である。この例は、アンテナ部材 30を全体が 矩形状となるように形成したものであり、複数の同心の矩形でループ状の閉鎖した溝 としてのスロット 330〜334が形成されていて、これらのスロット 330〜334により導体 340〜345に分離されている。この例においても、図 1に示したアンテナ部材 3と同様 にして、中心側の導体 340, 341の厚みは相対的に薄ぐ周りの導体 342〜345の 厚みが相対的に厚く形成されている。その他の条件などは図 1と同様に選ばれてい る。
[0040] 図 7A〜図 7Cはアンテナ部材の各導体間を導電体で接続した例を示し、図 7Aは 平面図であり、図 7Bは図 7Aの線 B— Bに沿う断面図であり、図 7Cは導電体の他の 例を示す図である。
[0041] 図: Uこ示したアンテナ咅材 3【こお!/、て、各導体 310〜315ίま各スロット 300〜304で 電気的に分離されているので、マイクロ波は各スロットを通過する際に減衰することが ないという利点がある。しかし、各導体 310〜315で電荷がチャージされてしまい、不 必要な異常放電が生じるおそれがある。
[0042] そこで、図 7Αに示した例は、各導体 310〜315間を複数の接続部材としての導電 体 320で電気的に接続し、各導体 310〜315のそれぞれを同一電位にすることで不 必要な異常放電が生じるおそれをなくすことができる。
[0043] 導電体 320は、図 7Βに示すように高さ方向の下半分が導体 314と 315とを接続し、 上半分が導体 314, 315の表面力も突出している。あるいは、図 7Cに示すように、導 電体 320の高さ方向の全ての部分が導体 314と 315とを接続するようにしてもよい。 要するに、各導体 310〜315の間に設けられているスロット 300〜304の高さ方向の 全部ではなぐその一部が導電体 320で接続されていればよぐ導電体 320の厚み は可能な限り薄くするのが好ましい。
[0044] なお、図 6に示したアンテナ部材 30においても、図 7に示した導電体 320を設ける ようにしてもよい。
[0045] 図 8A〜図 8Cはアンテナ部材の各スロット間に結合部分を形成した例を示す図で ある。図 8Aはアンテナ部材の平面図であり、図 8Bは結合部分の拡大した断面図で あり、図 8Cは結合部分の他の例を示す断面図である。
[0046] 図 8Aに示した例は、各導体 311〜315のそれぞれの電位を同一にするために、各 スロット 300〜304の一部を貫通させることなく一部分を残すように接続部材としての 結合部分 321を形成したものである。この例でも、各導体 310〜315間で不必要な 異常放電が生じるおそれをなくすことができる。また、結合部分 321は図 6に示したァ ンテナ部材 30に適用してもよい。
[0047] 図 8Bに示した例は、スロット 301により厚みの薄い導体 311と厚みの厚い導体 312 とに区分されている力 これに限ることなぐ図 8Cに示すように、高さ方向で厚みの薄 V、部分と厚みの厚 、部分とからなる段差部を有する導体 316を設けるようにしてもよ い。すなわち、スロットを境にして厚みの薄い導体と、厚みの厚い導体を設ける必要 はなぐまた、図 8Cにおける内導体としては、導体 310, 311, 316に相当する。
[0048] 以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明した力 この発明は、図示した実 施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、この発明と同一の範 囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形をカ卩えることが 可能である。
産業上の利用可能性
[0049] この発明のプラズマ処理装置は、マイクロ波を供給することでアンテナ部材近傍に 均一な電界を形成し、処理空間内に平面的に均一な高密度プラズマを生じさせるこ とができるので、半導体ウェハなどをプラズマ CVD,エッチング，酸化，窒化などのプ ラズマプロセス処理するのに利用できる。

Claims

請求の範囲
[1] 被処理体を載置する載置台を内部に設けた処理容器と、
マイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、
前記マイクロ波発生器で発生されたマイクロ波を前記処理容器に導くための導波 管と、
前記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を 備え、 前記平面アンテナ部材は、実質的に閉鎖したループ溝によって内導体領域 と外導体領域とに区分していることを特徴とする、プラズマ処理装置。
[2] 前記ループ溝は複数設けられていて、それらは同心円で配置されている、請求項 1 に記載のプラズマ処理装置。
[3] 前記ループ溝は複数設けられて 、て、それらは同心の矩形で配置されて 、る、請 求項 1に記載のプラズマ処理装置。
[4] 前記ループ溝は、前記平面アンテナ部材の厚み方向に貫通したスロットである、請 求項 1に記載のプラズマ処理装置。
[5] 前記内導体領域と前記外導体領域とが前記ループ溝を横切る接続部材によって 接続されて ヽる、請求項 1に記載のプラズマ処理装置。
[6] 前記接続部材は、前記ループ溝内の高さ方向で前記内導体領域と前記外導体領 域とを接続して!/ヽる、請求項 5に記載のプラズマ処理装置。
[7] 前記平面アンテナ部材は、周辺部の厚みが相対的に厚く形成され、中心部が相対 的に薄く形成されて ヽる、請求項 1に記載のプラズマ処理装置。
[8] 前記平面アンテナ部材は、
前記ループ溝で区分された前記内導体領域と前記外導体領域を構成する金属部 材と、
前記金属部材を覆う絶縁部材とを含む、請求項 1に記載のプラズマ処理装置。
[9] 前記平面アンテナ部材は、
前記ループ溝で区分された絶縁部材と、
前記絶縁部材の表面をコーティングして前記ループ溝で区切られた前記内導体領 域と前記外導体領域とを構成する導電性部材とを含む、請求項 1に記載のプラズマ 処理装置。
[10] 前記ループ溝を境にして前記内導領域体が相対的に薄く形成され、前記外導体 領域が相対的に厚く形成されている、請求項 7に記載のプラズマ処理装置。
[11] 前記ループ溝に隣接する内導体領域は、厚み方向に薄 、部分と厚!、部分とが形 成された段差部を含む、請求項 7に記載のプラズマ処理装置。
[12] 前記周辺部の厚く形成された部分に冷却路が形成される、請求項 7に記載のブラ ズマ処理装置。
[13] 前記平面アンテナ部材は、その厚みが λ Ζ8以上で形成されて 、る、請求項 1に記 載のプラズマ処理装置。
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