WO2006038672A1

WO2006038672A1 - マイクロ波プラズマ処理装置

Info

Publication number: WO2006038672A1
Application number: PCT/JP2005/018545
Authority: WO
Inventors: Caizhong Tian; Toshihisa Nozawa
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2004-10-07
Filing date: 2005-10-06
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2007-04-07
Also published as: US7895971B2; CN101036420B; KR20070088589A; JP2006107994A; US20070283887A1; KR100874782B1; JP4149427B2; CN101036420A

Abstract

　プロセス条件等の変化に対応してプラズマの均一性と安定性を容易に確保することができるマイクロ波プラズマ処理装置を提供すること。　マイクロ波によって前記チャンバー内に処理ガスのプラズマを形成し、そのプラズマにより被処理体にプラズマ処理を施すマイクロ波プラズマ処理装置１００であって、マイクロ波透過板２８の外周を覆う導電体からなるプレート２７に、マイクロ波透過板２８の端部からその内部に向かってマイクロ波が伝搬される２以上の孔４２を形成し、体積調節機構４３，４５により孔の体積を調設してマイクロ波透過板２８を孔４２の各々が属するユニット毎に分割した場合における各ユニットのインピーダンスを調節し、マイクロ波透過板２８の電界分布を制御する。

Description

明細書

マイクロ波プラズマ処理装置

技術分野

[0001] 本発明は、被処理体にマイクロ波プラズマによる処理を施すマイクロ波プラズマ装置に関する。

背景技術

[0002] プラズマ処理は、半導体デバイスの製造に不可欠な技術である力近時、 LSIの高集積化、高速化の要請から LSIを構成する半導体素子のデザインルールが益々微細化され、また、半導体ウェハが大型化されており、それにともなって、プラズマ処理装置においてもこのような微細化および大型化に対応するものが求められている。

[0003] ところが、従来から多用されてきた平行平板型や誘導結合型のプラズマ処理装置では、電子温度が高いため微細素子にプラズマダメージを生じてしまい、また、ブラズマ密度の高い領域が限定されるため、大型の半導体ウェハを均一かつ高速にブラズマ処理することは困難である。

[0004] そこで、高密度で低電子温度のプラズマを均一に形成することができる RLSA (Rad ial Line Slot Antenna)マイクロ波プラズマ処理装置が注目されて!/、る（例えば特許文献 1)。

[0005] RLS Aマイクロ波プラズマ処理装置は、チャンバ一の上部に所定のパターンで多数のスロットが形成された平面アンテナ（Radial Line Slot Antenna)を設け、マイクロ波発生源力も導かれたマイクロ波を、平面アンテナのスロットを通過させるとともに、その下に設けられた誘電体力なるマイクロ波透過板を介して真空に保持されたチャンバー内に放射し、このマイクロ波電界によりチャンバ一内に導入されたガスをプラズマ化し、このように形成されたプラズマにより半導体ウェハ等の被処理体を処理するものである。

[0006] この RLSAマイクロ波プラズマ処理装置では、アンテナ直下の広い領域に亘つて高 V、プラズマ密度を実現でき、短時間で均一なプラズマ処理を行うことが可能である。また、低電子温度プラズマが形成されるため、素子へのダメージ小さい。 [0007] この RLSAマイクロ波プラズマ処理装置においては、同じ平面アンテナを用いてもプロセス条件が変わるとプラズマ分布およびプラズマの安定性も変化する。そのため、プロセス条件が変わると、そのたび毎にプラズマの均一性と安定性を得るために、平面アンテナのプラズマ透過孔のパターンおよびプラズマ透過窓の最適化を行う必要があり、極めて煩雑であった。

特許文献 1：特開 2000— 294550号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0008] 本発明は力かる事情に鑑みてなされたものであって、プロセス条件等の変化に対応してプラズマの均一性と安定性を容易に確保することができるマイクロ波プラズマ処理装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0009] 上記課題を解決するために、本発明の第 1の観点では、被処理体が収容されるチヤンバーと、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生源と、マイクロ波発生源で発生されたマイクロ波を前記チャンバ一に向けて導く導波手段と、前記導波手段に導かれたマイクロ波を前記チャンバ一に向けて放射する複数のマイクロ波放射孔を有する導体カゝらなる平面アンテナと、前記チャンバ一の天壁を構成し、前記平面アンテナのマイクロ波放射孔を通過したマイクロ波を透過する、誘電体力もなるマイクロ波透過板と、前記マイクロ波透過板の外周を覆う導電体力なるプレートと、前記マイクロ波透過板の端部力も前記プレートの内部に向力つて設けられた、前記マイクロ波透過板カゝらマイクロ波が伝搬される 2以上の孔と、これら孔の体積を調節する体積調節機構と、前記チャンバ一内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段とを有し、マイクロ波によって前記チャンバ一内に処理ガスのプラズマを形成し、そのプラズマにより被処理体にプラズマ処理を施すマイクロ波プラズマ処理装置であって、前記体積調節機構により前記各孔の体積を調節することにより、前記マイクロ波透過板を前記 2以上の孔の各々が属するユニット毎に分割した場合における各ユニットのインピーダンスを調節し、前記マイクロ波透過板の電界分布を制御することを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置を提供する。 [0010] また、本発明の第 2の観点では、被処理体が収容されるチャンバ一と、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生源と、マイクロ波発生源で発生されたマイクロ波を前記チヤンバーに向けて導く導波手段と、前記導波手段に導かれたマイクロ波を前記チャンバーに向けて放射する複数のマイクロ波放射孔を有する導体からなる平面アンテナと、前記チャンバ一の天壁を構成し、前記平面アンテナのマイクロ波放射孔を通過したマイクロ波を透過する、誘電体からなるマイクロ波透過板と、前記マイクロ波透過板の外周を覆う導電体力なるプレートと、前記マイクロ波透過板の端部から前記プレートの内部に向力つて設けられた、前記マイクロ波透過板力もマイクロ波が伝搬される 2以上の孔と、これら孔の体積を調節する体積調節機構と、前記チャンバ一内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と、を有し、マイクロ波によって前記チャンバ一内に処理ガスのプラズマを形成し、そのプラズマにより被処理体にプラズマ処理を施すマイクロ波プラズマ処理装置であって、前記体積調節機構により前記各孔の体積を調節することにより、前記マイクロ波透過板を前記 2以上の孔の各々が属するュ- ット毎に分割した場合における各ユニットのインピーダンスを調節し、各ユニットが共振条件を満たすようにすることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置を提供する。

[0011] 上記第 2の観点において、前記マイクロ波透過板の全体が共振条件を満たすようにすることが好ましい。

[0012] 上記第 1および第 2の観点において、前記体積調節機構は、前記孔内に密着して設けられ、前記構内を移動可能な体積調節板と、前記体積調節板を移動させるァクチユエータを有するものを用いることができる。また、プロセス条件に応じて、各体積調節機構を制御して各ユニットのインピーダンスを制御するコントローラをさらに有してもよい。

[0013] 前記導波手段としては、前記マイクロ波発生源力発生したマイクロ波を TEモードで伝搬する矩形導波管と、 TEモードを TEMモードに変換するモード変換器と、 TE Mモードに変換されたマイクロ波を前記平面アンテナに向けて伝搬する同軸導波管とを有するものを採用することができる。

[0014] また、前記平面アンテナに形成された複数マイクロ波透過孔としては、長溝状をなし、隣接するマイクロ波放射孔同士が交差するように配置され、これら複数のマイクロ波透過孔が同心円状に配置されるものを好適に用いることができる。

[0015] さらに、前記平面アンテナを覆うように設けられた蓋体をさらに具備することができ、その場合には、前記蓋体には冷媒流路が設けられており、この冷媒流路に冷媒を通流させることにより、前記平面アンテナ、前記マイクロ波透過板を冷却することが好ましい。

発明の効果

[0016] 本発明によれば、マイクロ波透過板の端部力も前記プレートの内部に向力つて、平面アンテナ力前記マイクロ波透過板に到達したマイクロ波が伝搬される 2以上の孔を設け、さらに、これら孔の体積を調節する体積調節機構を設け、体積調節機構により前記各孔の体積を調節することにより、前記マイクロ波透過板を前記 2以上の孔の各々が属するユニット毎に分割した場合における各ユニットのインピーダンスを調節し、マイクロ波透過板の電界分布を制御するので、プロセス条件等が変化した場合に、平面アンテナのプラズマ透過孔のパターンおよびプラズマ透過板の最適化を行うことなく簡単な操作でマイクロ波透過板の電界分布を制御しての均一性および安定性の高、プラズマを得ることが可能となる。

[0017] 具体的には、マイクロ波透過板を前記 2以上の孔の各々が属するユニット毎に分割した場合における各ユニットのインピーダンスを調節し、各ユニットが共振条件を満たすようにすることにより、マイクロ波透過板の電界分布を均一にすることができ、均一性および安定性の高、プラズマ処理が実現される。

図面の簡単な説明

[0018] [図 1]本発明の一実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置を模式的に示す断面図。

[図 2]本発明の一実施形態に係るマイクロ波プラズマ装置に用いられる平面アンテナの構造を示す図。

[図 3]本発明の一実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の主要部を説明するための図。

[図 4]上部プレートの形成された孔の形状を示す模式図。 [図 5]本発明のマイクロ波透過板の電界分布制御を説明するためのモデル図。

[図 6]マイクロ波透過板のユニットが 2個の場合の等価共振回路を示す図。

[図 7]本発明の装置と従来の装置とでプラズマの電子密度分布の均一性を比較して示すグラフ。

[図 8]本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置にぉ、て、マイクロ波透過板表面でのマイクロ波電界強度をシミュレーションした結果を示す図。

[図 9]従来のマイクロ波プラズマ処理装置にぉ、て、マイクロ波透過板表面でのマイク口波電界強度をシミュレーションした結果を示す図。

[図 10]上部プレートに形成する孔の他の例を示す図。

発明を実施するための最良の形態

[0019] 以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について具体的に説明する。

図 1は、本発明の一実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置を模式的に示す断面図である。

[0020] このマイクロ波プラズマ処理装置 100は、所定のパターンで多数のスロットが形成された平面アンテナ（Radial Line Slot Antenna)を利用してマイクロ波発生源から導かれたマイクロ波をチャンバ一内に放射し、プラズマを形成する RLSAマイクロ波プラズマ処理装置として構成されて!、る。

[0021] このマイクロ波プラズマ処理装置 100は、気密に構成されかつ接地された略円筒状のチャンバ一 1を有している。チャンバ一 1の底壁 laの略中央部には円形の開口部 1 0が形成されており、底壁 laにはこの開口部 10と連通し、下方に向けて突出する排気室 11が設けられて、る。チャンバ一 1内には被処理基板であるウェハ Wを水平に支持するための A1N等のセラミックス力もなるサセプタ 2が設けられて、る。このサセプタ 2は、排気室 11の底部中央から上方に延びる円筒状の A1N等のセラミックスからなる支持部材 3により支持されている。サセプタ 2の外縁部にはウェハ Wをガイドするためのガイドリング 4が設けられている。また、サセプタ 2には抵抗加熱型のヒータ 5が埋め込まれており、このヒータ 5はヒータ電源 6から給電されることによりサセプタ 2をカロ熱して、その熱で被処理体であるウェハ Wを加熱する。チャンバ一 1の内周には、石英からなる円筒状のライナー 7が設けられて、る。 [0022] サセプタ 2には、ウェハ Wを支持して昇降させるためのウェハ支持ピン（図示せず）がサセプタ 2の表面に対して突没可能に設けられている。

[0023] チャンバ一 1の側壁には環状をなすガス導入部材 15が設けられており、このガス導入部材 15には処理ガス供給系 16が接続されている。ガス導入部材はシャワー状に配置してもよヽ。この処理ガス供給系 16から所定の処理ガスがガス導入部材 15を介してチャンバ一 1内に導入される。処理ガスとしては、プラズマ処理の種類に応じて適宜のものが用いられる。プラズマ処理としては、例えばエッチング処理や酸化処理等を挙げることができる。

[0024] 上記排気室 11の側面には排気管 23が接続されており、この排気管 23には高速真空ポンプを含む排気装置 24が接続されて、る。そしてこの排気装置 24を作動させることによりチャンバ一 1内のガス力排気室 11の空間 11a内へ均一に排出され、排気管 23を介して排気される。これによりチャンバ一 1内は所定の真空度、例えば 0. 133 Paまで高速に減圧することが可能となって、る。

[0025] チャンバ一 1の側壁には、プラズマ処理装置 100に隣接する搬送室（図示せず）との間でウェハ Wの搬入出を行うための搬入出口 25と、この搬入出口 25を開閉するゲートバルブ 26とが設けられて!/、る。

[0026] チャンバ一 1の上部は開口部となっており、この開口部の周縁部に沿って、リング状をなす上部プレート 27が図示しないシール部材を介して気密に設けられており、この上部プレート 27の内側に誘電体、例えば石英や Al O等のセラミックス力もなり、マイ

2 3

クロ波を透過するマイクロ波透過板 28が設けられて、る。上部プレート 27は金属等の導電体、例えばアルミニウムで構成されており、接地されている。また、上部プレート 27は、断面 L字状となっており、マイクロ波透過板 28を支持するとともにその外周を覆うようになっている。マイクロ波透過板 28は上部プレート 27に対し図示しないシール部材を介して気密に設けられている。したがって、チャンバ一 1内は気密に保持される。

[0027] マイクロ波透過板 28の上方には、サセプタ 2と対向するように、円板状の平面アンテナ 31が設けられている。この平面アンテナ 31は上部プレート 27の上端に係止されている。平面アンテナ 31は、導体、例えば表面が金メッキされた銅板またはアルミ- ゥム板力もなり、多数のマイクロ波放射孔 (スロット） 32が所定のパターンで貫通して形成された構成となっている。すなわち、平面アンテナ 31は RLSAアンテナを構成している。このマイクロ波放射孔 32は、例えば図 2に示すように長溝状をなし、隣接するマイクロ波放射孔 32同士が交差するように、典型的には図示のように直交するように (「丁」字状に）配置され、これら複数のマイクロ波透過孔 32が同心円状に配置されている。マイクロ波透過孔 32の長さや配列間隔は、マイクロ波マイクロ波の波長等に応じて決定される。なお、図 2において、同心円状に形成された隣接するマイクロ波透過孔 32同士の間隔を Arで示している。また、マイクロ波放射孔 32は、円形状、円弧状等の他の形状であってもよい。さらに、マイクロ波放射孔 32の配置形態は特に限定されず同心円状の他、例えば、螺旋状、放射状に配置することもできる。

[0028] この平面アンテナ部材 31の上面には、真空よりも大きい誘電率を有する誘電体からなる遅波材 33が設けられている。この遅波材 33は、マイクロ波の波長を真空中における波長よりも短くしてプラズマを調整する機能を有している。

[0029] 平面アンテナ 31とマイクロ波透過板 28との間が密着した状態となっており、また、遅波板 33と平面アンテナ 31との間も密着されている。また、遅波板 33、平面アンテナ 31、マイクロ波透過板 28、およびプラズマで形成される等価回路が共振条件を満たすようにマイクロ波透過板 28、遅波材 33の厚みおよび平面アンテナのマイクロ波反射率が調整されており、これによりマイクロ波の反射が極小化される。また、遅波板 33とマイクロ波透過板 28を同じ材質としてマイクロ波の界面反射を防止して、る。このようにマイクロ波の反射を極小化し、かつマイクロ波の界面反射が防止されることにより、プラズマの安定性を高くしつつマイクロ波パワーの効率を高く維持することができる。

[0030] チャンバ一 1の上面には、これら平面アンテナ部材 31および遅波材 33を覆うように、例えばアルミニウムやステンレス鋼等の金属材カなるシールド蓋体 34が設けられている。チャンバ一 1の上面に位置する上部プレート 27とシールド蓋体 34とは図示しな、シール部材によりシールされて、る。

[0031] シールド蓋体 34には、冷却水流路 34aが形成されており、そこに冷却水を通流させることにより、平面アンテナ 31、マイクロ波透過板 28、遅波材 33、シールド蓋体 34 を冷却するようになっている。なお、シールド蓋体 34は接地されている。

[0032] 前記平面アンテナ 31および遅波板 33の外周部は、シールド蓋体 34の内側に設けられた押さえ部材 34bで押さえられるようになって、る。

[0033] シールド蓋体 34の上壁の中央には開口部 36が形成されており、この開口部には導波管 37が接続されている。この導波管 37の端部には、マッチング回路 38を介してマイクロ波発生装置 39が接続されている。これにより、マイクロ波発生装置 39で発生した例えば周波数 2. 45GHzのマイクロ波が導波管 37を介して上記平面アンテナ部材 31へ伝搬されるようになっている。なお、マイクロ波の周波数としては、 8. 35GHz 、 1. 98GHz等を用いることもできる。

[0034] 導波管 37は、上記シールド蓋体 34の開口部 36から上方へ延出する断面円形状の同軸導波管 37aと、この同軸導波管 37aの上端部に接続された水平方向に延びる断面矩形状の矩形導波管 37bとを有している。矩形導波管 37bの同軸導波管 37aとの接続部側の端部にはモード変 40が設けられている。同軸導波管 37aの中心には内導体 41が延在しており、この内導体 41の下端部は平面アンテナ部材 31の中心に接続固定されている。

[0035] 上記上部プレート 27には、マイクロ波透過板 28の端部から上部プレート 27の内部に向力つて水平に複数の孔 42が形成されている。この例では、図 3に示すように、 12 個の孔 42が上部プレート 27の内側から外側へ向力つて放射状に等間隔に設けられ、上部プレート 27の周端部に開口している。この孔 42は平面アンテナ 31からマイク口波透過板 33に到達したマイクロ波が伝搬されるようになっている。

[0036] これら孔 42の中には、孔 42の体積を調節するための体積調節板 43が、孔 42の長手方向に沿って移動自在に設けられている。この体積調節板 43は、孔 42の内部に密着して設けられており、少なくともその孔 42に接する面は導電体、例えばアルミ二ゥム等の金属で構成されている。さらに、上部プレート 27の外周端部に開口している孔 42には、金属製の蓋 47が設けられている。これにより孔 42を囲繞する部分は全て導電体で構成され、伝搬されたマイクロ波が漏洩せずに全て反射するようになって、る。各体積調節板 43は、ロッド 44を介してシリンダ機構等のァクチユエータ 45により独立に移動され、これにより各孔 42の体積が調節されるようになっている。このように各孔 42の体積が調節されることにより、マイクロ波透過板 28が孔 42の各々が属するユニット毎に分離されているとした場合に、各ユニット毎にインピーダンスを調節することが可能である。そして、プロセス条件に変更があった場合等にプロセス条件に応じてコントローラ 46から各ァクチユエータ 45に各ユニットのインピーダンスを制御するための指令が出力され、マイクロ波透過板 28の電界分布が均一になるように各体積調節板 43の位置、すなわち各孔 42の体積が制御される。

[0037] なお、体積調節板 43は、その孔 42に接する面が導電体でありさえすれば、他の部分は誘電体であっても構わない。また、孔 42の個数は 12個に限らず 2個以上であればよい。ただし、多すぎても制御が煩雑になるため、 16個以下が好ましい。さらに、孔 42の深さは誘電体であるマイクロ波透過板 28中におけるマイクロ波 1波長分以上あればよい。さらに、ァクチユエータ 45としては、シリンダ機構に限らずモーターによりボールねじを回転させることにより体積調節板 43の位置を調節するボールねじ機構を採用することちできる。

[0038] 孔 42の形状は、図 4の（a)に示すように断面が円形であっても、 (b)に示すように断面が長方形であってもよ、が、マイクロ波が孔 42内に伝搬できるようにするためには、マイクロ波透過板 28内でのマイクロ波の波長をえ cとし、断面円形の場合に半径を r 、断面長方形の場合に横幅を a、高さを bとすると、以下の（1)、（2)式が成り立つようにする必要がある。

r> l c/3. 41 (1)

a > l c/2, b > (2)

[0039] プラズマ処理装置 100の各構成部は、プロセスコントローラ 50に接続されて制御される構成となっている。プロセスコントローラ 50には、工程管理者がプラズマ処理装置 100を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマ処理装置 100の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等力もなるユーザーインターフエース 51が接続されている。

[0040] また、プロセスコントローラ 50には、プラズマ処理装置 100で実行される各種処理をプロセスコントローラ 50の制御にて実現するための制御プログラムや処理条件データ等が記録されたレシピが格納された記憶部 52が接続されている。 [0041] そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース 51からの指示等にて任意のレシピを記憶部 52から呼び出してプロセスコントローラ 50に実行させることで、プロセスコントローラ 50の制御下で、プラズマ処理装置 100での所望の処理が行われる。

[0042] このように構成されたプラズマ処理装置 100においては、まず、ゲートバルブ 26を開にして搬入出口 25から被処理体であるウエノ、 Wをチャンバ一 1内に搬入し、サセプタ 2上に載置する。

[0043] そして、処理ガス供給系 16からプラズマ処理に応じた所定の処理ガスをガス導入部材 15を介してチャンバ一 1内に導入し、所定の圧力に維持する。

[0044] 次いで、マイクロ波発生装置 39からのマイクロ波をマッチング回路 38を経て導波管 37に導く。マイクロ波は、矩形導波管 37b、モード変 40、および同軸導波管 37a 、遅波板 33を順次通って平面アンテナ部材 31に供給され、平面アンテナ部材 31からマイクロ波透過板 28を経てチャンバ一 1内におけるウェハ Wの上方空間に放射される。マイクロ波は、矩形導波管 37b内では TEモードで伝搬し、この TEモードのマイクロ波はモード変 40で TEMモードに変換されて、同軸導波管 37a内を平面ァンテナ部材 31に向けて伝搬されて！、く。

[0045] 平面アンテナ部材 31からマイクロ波透過板 28を経てチャンバ一 1に放射されたマイク口波によりチャンバ一 1内では導入された処理ガスがプラズマ化し、このプラズマにより酸化処理等の所定の処理が行われる。

[0046] 本実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置 100は、略 10¹²Zcm³以上の高プラズマ密度でかつ略 1. 5eV以下の低電子温度プラズマを実現することができる。このため、低温かつ短時間でプラズマ処理を行うことができ、しかも下地膜へのイオン等のプラズマダメージが小さい等のメリットがある。

[0047] また、本実施形態においては、マイクロ波透過板 28の端部力も上部プレート 27の内部に向かって、平面アンテナ力前記マイクロ波透過板に到達したマイクロ波が伝搬される複数の孔 42を設け、さらに、これら孔の体積を調節する体積調節板 43およびァクチユエータ 45を設け、体積調節板 43およびァクチユエータ 45により各孔 42の体積を調節することにより、マイクロ波透過板 28を複数の孔 42の各々が属するュ-ット毎に分割した場合における各ユニットのインピーダンスを調節することができる。これにより、マイクロ波透過板 28の電界分布を制御することができるので、プロセス条件等が変化した場合に、平面アンテナ 31のプラズマ透過孔 32のパターンおよびブラズマ透過板 28の最適化を行うことなく簡単な操作でマイクロ波透過板の電界分布を制御してプラズマの均一性および安定性を得ることができる。

[0048] 具体的なマイクロ波透過板 28の電界分布制御を図 5のモデルを参照して説明する。まず、マイクロ波透過板 28を中心力放射状に複数の孔 42の各々が属するュ-ット 28aに分割したとする。この場合に、マイクロ波透過板 28の中心力ものマイクロ波は、各ユニットにおいてそこに属する孔 42に向力つて直線的に伝搬され、体積調節板 4 3で反射して元に戻っていく。今、任意の隣接する 2つのユニット 28a (第 iユニットおよび第 jユニット）間の結合係数 k を以下の（3)のように定義する。

1， ]

[数 1]

ここで、 X は隣接する 2つのユニットに共通な部分のリアクタンス、 Xは第 iュ-ッ

m(i, ] 1

トで X に直列に挿入されるリアクタンスのうち X

m (i, ] m(i, ])

と同種のリアクタンスで X を含む値である。 Xも同様である。例えばュ- m(i, ]) j

ット数が 2つと仮定すると、上記（3)式は、以下の (4)式のように書き直すことができる [数 2] ( 4 ) 一般的にリアクタンスは容量結合であり、この状態を図 6に示すような等価共振回路で表すことができる。

[0049] この場合には結合係数 kは以下の（5)式で表すことができる。

[数 3]

( 5 )

ここで、図 6の P点力も見たインピーダンスがゼロになる周波数すなわち、マイクロ波透過板 28の全体の共振周波数 fと、各ユニットの周波数 f' (f '

i 1 、f ' )とは、以下

2

の（6)式に示すようになる。

画 f₂ Λ^,2÷ "±Λ/( /²-Λ'²)²÷ ;ν ¾² …… ₍₆₎

2(1一 ²) このとき、各ユニットの周波数 f' は、各ユニットの容量を Cとすると以下の（7)式で表される。

[数 5] ' ⁼ 2c L.Ci ( ⁼¹，²⁾ (?)

[0050] 上記式 (6)、（7)から、結合係数 kにより、 2つの共振周波数が存在することがわ力る。特に、結合係数 kが 1よりも十分に小さい場合、すなわち 0に近い場合には f=f ' =f 'となり、各ユニットの共通共振周波数が生じる。このとき、結合係数 kが 0に近い

2

ことから、各ユニット間の干渉が実質的に存在せず、各ユニットが無干渉で独立にモード制御が可能となる。

[0051] したがって、各ユニット間の結合係数 kが実質的に存在しないように複数の孔 42を形成し、各ユニット毎にァクチユエータ 45により体積調節板 43を移動させて孔 42の体積を調節すれば、各ユニットのインピーダンスを独立に調節して、各ユニット毎に共振条件を満たすようにすることができ、これにより、マイクロ波透過板 28の電界分布を均一に制御することができる。一般的に、プラズマ分布と安定性はマイクロ波透過板の電界分布に依存するから、このようにマイクロ波透過板 28の電界分布を均一に制御することにより、プラズマの均一性および安定性を高めることができる。したがつて、プロセス条件が変化しても、容易に対応することが可能である。

[0052] 図 7に本発明の装置を使用してマイクロ波透過板 28のインピーダンス調節を行った場合と従来の装置を使用した場合におけるプラズマの電子密度分布を示す。この図に示すように、本実施形態に従ってインピーダンス調節を行うことにより電子密度分布が均一になることが確認された。

[0053] 次に、上記図 5に示したように上部プレートに 12個の孔を均等に形成し、孔の径を 32. 3mm φ、孔の長さを 60mmにした場合における、マイクロ波透過板の電磁界シミュレーシヨンを行った。その結果を図 8および図 9に示す。図 8に示すように本発明の装置では、各孔の体積を調節することにより、図 9に示す従来の装置よりもマイクロ波透過板の電界分布が均一になることが確認された。

[0054] なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。たとえば、処理装置の構成は本発明の構成要件を満たす限り上記実施形態に限るものではない。また、上部プレートに形成される孔としてマイクロ波透過板の端部力も外側に向力つて水平に延び、上部プレートの周端部に開口するものを例にとって説明した 1S これに限るものではなぐ図 10に示すように、上部プレートの上面に開口し、上部プレートの中で 90° 曲がっているものを採用してもよい。さらに、プラズマ処理を行う被処理体としては、半導体ウェハに限らず、フラットパネルディスプレイ基板等、他のものであってもよい。

産業上の利用可能性

[0055] 本発明は、半導体デバイスの製造工程における酸化処理、成膜処理、エッチング処理等、低電子温度および高密度のプラズマが求められるプラズマ処理に好適である。特に、プラズマ密度の均一性が重視されるエッチング処理に適している。

Claims

請求の範囲

[1] 被処理体が収容されるチャンバ一と、

マイクロ波を発生させるマイクロ波発生源と、

マイクロ波発生源で発生されたマイクロ波を前記チャンバ一に向けて導く導波手段と、

前記導波手段に導かれたマイクロ波を前記チャンバ一に向けて放射する複数のマイク口波放射孔を有する導体からなる平面アンテナと、

前記チャンバ一の天壁を構成し、前記平面アンテナのマイクロ波放射孔を通過したマイクロ波を透過する、誘電体力もなるマイクロ波透過板と、

前記マイクロ波透過板の外周を覆う導電体カゝらなるプレートと、

前記マイクロ波透過板の端部力前記プレートの内部に向力つて設けられた、前記マイクロ波透過板力マイクロ波が伝搬される 2以上の孔と、

これら孔の体積を調節する体積調節機構と、

前記チャンバ一内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と、

を有し、

マイクロ波によって前記チャンバ一内に処理ガスのプラズマを形成し、そのプラズマにより被処理体にプラズマ処理を施すマイクロ波プラズマ処理装置であって、前記体積調節機構により前記各孔の体積を調節することにより、前記マイクロ波透過板を前記 2以上の孔の各々が属するユニット毎に分割した場合における各ユニットのインピーダンスを調節し、前記マイクロ波透過板の電界分布を制御することを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。

[2] 被処理体が収容されるチャンバ一と、

マイクロ波を発生させるマイクロ波発生源と、

これら孔の体積を調節する体積調節機構と、

を有し、

マイクロ波によって前記チャンバ一内に処理ガスのプラズマを形成し、そのプラズマにより被処理体にプラズマ処理を施すマイクロ波プラズマ処理装置であって、前記体積調節機構により前記各孔の体積を調節することにより、前記マイクロ波透過板を前記 2以上の孔の各々が属するユニット毎に分割した場合における各ユニットのインピーダンスを調節し、各ユニットが共振条件を満たすようにすることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。

[3] 前記マイクロ波透過板の全体が共振条件を満たすようにすることを特徴とする請求項 2に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。

[4] 前記体積調節機構は、前記孔内に密着して設けられ、前記孔内を移動可能な体積調節板と、前記体積調節板を移動させるァクチユエータを有することを特徴とする請求項 1から請求項 3のいずれか 1項に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。

[5] プロセス条件に応じて、各体積調節機構を制御して各ユニットのインピーダンスを制御するコントローラをさらに有することを特徴とする請求項 1から請求項 3のいずれ力 1項に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。

[6] 前記導波手段は、前記マイクロ波発生源力発生したマイクロ波を TEモードで伝搬する矩形導波管と、 TEモードを TEMモードに変換するモード変換器と、 TEMモードに変換されたマイクロ波を前記平面アンテナに向けて伝搬する同軸導波管とを有することを特徴とする請求項 1から請求項 3のいずれ力 1項に記載のマイクロ波ブラズマ処理装置。

[7] 前記平面アンテナに形成された複数マイクロ波透過孔は、長溝状をなし、隣接するマイクロ波放射孔同士が交差するように配置され、これら複数のマイクロ波透過孔が同心円状に配置されていることを特徴とする請求項 1から請求項 3のいずれ力 1項に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。

[8] 前記平面アンテナを覆うように設けられた蓋体をさらに具備することを特徴とする請求項 1から請求項 3のいずれか 1項に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。

[9] 前記蓋体には冷媒流路が設けられており、この冷媒流路に冷媒を通流させることにより、前記平面アンテナ、前記マイクロ波透過板を冷却することを特徴とする請求項 8 に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。