WO2007091672A1

WO2007091672A1 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

Info

Publication number: WO2007091672A1
Application number: PCT/JP2007/052333
Authority: WO
Inventors: Caizhong Tian; Toshihisa Nozawa
Original assignee: Tokyo Electron Limited
Priority date: 2006-02-09
Filing date: 2007-02-09
Publication date: 2007-08-16
Also published as: CN101347051B; JP4677918B2; KR20080037077A; CN101347051A; KR101008746B1; JP2007213994A; TW200810613A

Abstract

　本発明は、天井部が開口されて内部が真空引き可能になされた処理容器と、被処理体を載置するために前記処理容器内に設けられた載置台と、前記天井部の開口に気密に装着されてマイクロ波を透過する誘電体よりなる天板と、前記処理容器内へ必要なガスを導入するガス導入手段と、前記天板の中央部の上面に設けられて、所定の伝搬モードのマイクロ波を前記処理容器内へ導入するためにマイクロ波放射用のスロットが形成された平面アンテナ部材と、前記天板の周辺部の上面に設けられて、前記平面アンテナ部材で導入されるマイクロ波とは異なった伝搬モードのマイクロ波を前記処理容器内へ導入するためにマイクロ波放射用のスロットが形成されたスロット付き導波管と、マイクロ波を前記平面アンテナ部材及び前記スロット付き導波管に供給するマイクロ波供給手段と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置である。

Description

明細書

プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

技術分野

[0001] 本発明は、半導体ウェハ等に対してマイクロ波により生じるプラズマを作用させて処理を施す際に使用されるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。

背景技術

[0002] 近年、半導体製品の高密度化及び高微細化に伴って、半導体製品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のためにプラズマ処理装置が使用されている。特に、 0. lmTorr (13. 3mPa)〜数 Torr (数百 Pa)程度の比較的圧力が低レ、高真空状態でも安定してプラズマを立てることができることから、マイクロ波を用レ、て高密度プラズマを発生させるマイクロ波プラズマ装置が使用される傾向にある。

[0003] このようなプラズマ処理装置は、特開平 3— 191073号公報、特開平 5— 343334 号公報、特開平 10— 233295号公報、特開平 11—40397号公報などに開示されている。ここで、マイクロ波を用いた一般的なプラズマ処理装置を図 8を参照して概略的に説明する。図 8は、従来の一般的なプラズマ処理装置を示す概略構成図である。図 9は、図 8の一部を拡大して示す部分拡大図である。

[0004] 図 8に示すように、このプラズマ処理装置 202は、真空引き可能になされた処理容器 204と、処理容器 204内に設けられた半導体ウェハ Wを載置する載置台 206と、を備えている。載置台 206に対向する天井部には、マイクロ波を透過する円板状の窒化アルミや石英等よりなる天板 208が、 Oリング等のシール部材 209を介して気密に設けられている。そして、処理容器 204の側壁には、処理容器 204内へ所定のガスを導入するためのガスノズル 210が設けれている。また、処理容器 204の側壁には、ウェハ Wの搬入出用の開口部 212が設けられている。この開口部 212には、これを気密に開閉するゲートバルブ Gが設けられている。処理容器 204の底部には、排気口 214が設けられており、この排気口 214には図示されなレ、真空排気系が接続されている。これにより、処理容器 204内が真空引きされ得るようになつている。

[0005] 天板 208の上面ないし上方には、厚さ数 mm程度の例えば銅板からなる円板状の平面アンテナ部材 216が設けられている。平面アンテナ部材 216の半径方向におけるマイクロ波の波長を短縮するために、例えば誘電体よりなる遅波材 218が、平面ァンテナ部材 216の上面ないし上方に設置されている。

[0006] 平面アンテナ部材 216には、多数の例えば長溝状の貫通孔よりなるマイクロ波放射用のスロット孔 220が形成されている。このマイクロ波放射用のスロット孔 220は、一般的には、同心円状に配置されたり螺旋状に配置されたりしている。また、平面アンテナ部材 216の中心部には、同軸導波管 222の中心導体 224が接続されて、マイク口波発生器 226によって発生された例えば 2. 45GHzのマイクロ波力モード変換器 228にて所定の振動モードに変換された後に、導かれるようになつている。これにより、マイクロ波は、アンテナ部材 216の半径方向へ放射状に伝搬されつつ平面アンテナ部材 216に設けられたマイクロ波放射用のスロット 220から放出され、天板 208を透過して、処理容器 204の内部へと導入される。このマイクロ波によって、処理容器 2 04内の処理空間 Sにプラズマが立てられ、載置台 206上の半導体ウェハ Wにエッチングゃ成膜などの所定のプラズマ処理が施され得る。

[0007] 上記したようなプラズマを用いた成膜処理やエッチング処理等を施す場合、当該処理をウェハ表面に対して均一に施すことが求められる。ところ力天板 208を透過したマイクロ波が当該天板 208の下面に沿って表面波となって伝搬する際に、隣接するスロット 220から放射されるマイクロ波同士力互いに干渉してしまう傾向がある。このため、処理空間 Sにおけるマイクロ波の電界分布に偏りが生じて、プラズマが均一に分布しない場合がある。このようなプラズマの不均一分布は、ウェハ表面に対するプラズマ処理の面内均一性を劣化させるので、好ましくない。

[0008] このため、従来のプラズマ処理装置にあっては、平面アンテナ部材 216のスロット 2 20の大きさや配列等を種々検討して、マイクロ波の最適な電界分布を得るように調整されてきた。し力ながら、十分な対応策を未だ見い出せていない。

[0009] また、容器天井部に設けられた天板 208の断面形状を種々変更することで、マイク口波の電界分布を制御するという試みも行われてきた。し力しながら、この試みによつても十分な解決策が見い出されていない。また、天板 208の断面形状を変えるのは、天板 208の加工が比較的困難であることから、大幅なコスト高を招来するといつた問題もある。

[0010] また、一般的には、処理空間 Sの周辺部におけるマイクロ波の電界密度が劣ることを考慮して、例えばスロット 220の配列等を工夫して、処理空間 Sの周辺部に投入されるマイクロ波の電力が多くなるように設定される。ところ力図 9に示すように、処理空間 Sの周辺部では、処理容器 204の上端部と天板 208の周辺部とがシール部材 2 09を介して接合される部分において、僅かな隙間 230が発生しているため、この僅力な隙間 230の部分で強力なマイクロ波電界による異常放電が発生してしまうといつた問題もある。

発明の要旨

[0011] 本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、マイクロ波をコントロール可能に処理容器内へ導入するようにして、処理空間においてプラズマを均一に立てることが可能なプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することである。

[0012] 本発明は、天井部が開口されて内部が真空引き可能になされた処理容器と、被処理体を載置するために前記処理容器内に設けられた載置台と、前記天井部の開口に気密に装着されてマイクロ波を透過する誘電体よりなる天板と、前記処理容器内へ必要なガスを導入するガス導入手段と、前記天板の中央部の上面に設けられて、所定の伝搬モードのマイクロ波を前記処理容器内へ導入するためにマイクロ波放射用のスロットが形成された平面アンテナ部材と、前記天板の周辺部の上面に設けられて

、前記平面アンテナ部材で導入されるマイクロ波とは異なった伝搬モードのマイクロ波を前記処理容器内へ導入するためにマイクロ波放射用のスロットが形成されたスロット付き導波管と、マイクロ波を前記平面アンテナ部材及び前記スロット付き導波管に供給するマイクロ波供給手段と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置である。

[0013] この特徴によれば、天板の中央部に設けられた平面アンテナ部材と天板の周辺部に設けられたスロット付き導波管とを介して、互いに異なる搬送モードで処理容器内へマイクロ波が導入されるので、互いに独立の制御状態で処理容器内へマイクロ波が導入され得る。更に、異なる搬送モードであるので、互いのマイクロ波が干渉することが防止され得る。この結果、被処理体の上方の処理空間に均一にプラズマを分布させることができる。

[0014] また、処理空間の周辺部におけるマイクロ波の投入電力を特段上げる必要がないので、天板の周辺部と処理容器の上端部との間に形成される僅かな隙間において異常放電が発生することも防止され得る。

[0015] 例えば、前記スロット付き導波管は、複数個が同心状に設けられる。

[0016] また、例えば、前記スロット付き導波管は、リング状に形成されると共に、マイクロ波吸収用のスロットが設けられて、前記マイクロ波供給手段の前記スロット付き導波管への給電ポットは、マイクロ波吸収用のスロットから遠い側に位置される。

[0017] また、例えば、前記平面アンテナ部材の半径 rは、これに伝搬されるマイクロ波の波長え以上の大きさに設定される。

[0018] また、例えば、前記マイクロ波供給手段は、少なくとも 1つのマイクロ波発生器を有しており、前記スロット付き導波管の内の最内周のスロット付き導波管と前記平面アンテナ部材とへは、同一のマイクロ波発生器で発生されたマイクロ波が、分配器によって分岐されて伝搬されるように構成される。この場合、例えば、前記分配器は、マイクロ波の分配比が可変である。

[0019] あるいは、前記マイクロ波供給手段は、複数のマイクロ波発生器を有していて、前記スロット付き導波管と前記平面アンテナ部材とへは、別個のマイクロ波発生器で発生されたマイクロ波が、それぞれ独立に伝搬されるように構成されてもよい。

[0020] また、例えば、前記平面アンテナ部材から前記処理容器内へ供給されるマイクロ波の伝搬モードは TMモードであり、前記スロット付き導波管から前記処理容器内へ供給されるマイクロ波の伝搬モードは TEモードである。この場合、 TEモードのマイクロ波は横方向へは広力 ^難いため、前記の隙間内にマイクロ波が侵入することが略確実に防止できる。この結果、当該隙間内に異常放電が発生することを略確実に阻止することができる。この場合、例えば、前記スロット付き導波管の前記天板に対する取付面は電界面である。

[0021] また、本発明は、真空引き可能になされた処理容器内の被処理体に対して、当該処理容器の天井部に設けられた天板から当該処理容器内にマイクロ波を導入して前記被処理体に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理方法にぉレ、て、前記天板の中央部に、ある伝搬モードのマイクロ波を供給する中央マイクロ波供給工程と、前記天板の周辺部に、前記天板の中央部に供給されるマイクロ波の伝搬モードとは異なる伝搬モードのマイクロ波を供給する周辺マイクロ波供給工程と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理方法である。

[0022] この特徴によれば、天板の中央部に設けられた平面アンテナ部材と天板の周辺部に設けられたスロット付き導波管とを介して、互いに異なる搬送モードで処理容器内へマイクロ波が導入されるので、互いに独立の制御状態で処理容器内へマイクロ波が導入され得る。更に、異なる搬送モードであるので、互いのマイクロ波が干渉することが防止され得る。この結果、被処理体の上方の処理空間に均一にプラズマを分布させることができる。

[0023] また、処理空間の周辺部におけるマイクロ波の投入電力を特段上げる必要がないので、天板の周辺部と処理容器の上端部との間に形成される僅かな隙間において異常放電が発生することも防止され得る。

[0024] 好ましくは、前記中央マイクロ波供給工程では、天板の中央部に、平面アンテナ部材を用いて、 TMモードのマイクロ波が供給されるようになっており、前記周辺マイクロ波供給工程では、天板の周辺部に、スロット付き導波管を用いて、 TEモードのマイク口波が供給されるようになってレ、る。

図面の簡単な説明

[0025] [図 1]図 1は、本発明の一実施の形態に係るプラズマ処理装置を示す概略断面図である。

[図 2]図 2は、図 1のプラズマ処理装置の天板の下面を示す平面図である。

[図 3]図 3は、図 1中の A— A線矢視断面図である。

[図 4(A)]図 4 (A)は、天板の中央部と周辺部とに供給されるマイクロ波の電力比が 1： 2である場合についての、天板におけるマイクロ波の電界分布を示す写真及び模式図である。

[図 4(B)]図 4 (B)は、天板の中央部と周辺部とに供給されるマイクロ波の電力比が 2 : 1である場合についての、天板におけるマイクロ波の電界分布を示す写真及び模式図である。 [図 5]図 5は、プラズマ処理装置の第 1変形例におけるマイクロ波発生手段を説明する図である。

[図 6]図 6は、プラズマ処理装置の第 2変形例を示す部分概略断面図である。

[図 7]図 7は、図 6のプラズマ処理装置の天板を示す概略平面図である。

[図 8]図 8は、従来の一般的なプラズマ処理装置を示す概略断面図である。

[図 9]図 9は、図 8中の一部を拡大して示す部分拡大図である。

発明を実施するための最良の形態

[0026] 以下に、本発明に係るプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。

[0027] 図 1は、本発明の一実施の形態に係るプラズマ処理装置を示す概略断面図である

。図 2は、図 1のプラズマ処理装置の天板の下面を示す平面図である。図 3は、図 1中の A - A線矢視断面図である。

[0028] 図 1に示すように、本実施の形態のプラズマ処理装置 32は、全体が筒体状に成形された処理容器 34を有している。処理容器 34の側壁や底部は、アルミニウム等の導体により構成され、接地されている。処理容器 34の内部は、密閉された例えば円筒形の処理空間 Sとして構成され、この処理空間 S内にプラズマが形成されるようになつている。

[0029] 処理容器 34内には、上面に被処理体としての例えば半導体ウェハ Wを載置する載置台 36が収容されている。載置台 36は、例えばアルマイト処理されたアルミニウム等からなる平坦円板状に形成されている。載置台 36は、処理容器 34の底部より起立する例えばアルミニウム等よりなる支柱 38に支持されている。

[0030] また、処理容器 34の側壁には、処理容器 34の内部に対してウェハを搬入 ·搬出する時に用いられる被処理体搬出入用の開口部 40が設けられてレ、る。当該開口部 40 には、ゲートバルブ 42が設けられている。

[0031] また、処理容器 34には、処理容器 34の内部に必要な処理ガスを導入するためのガス導入手段 44が設けられている。本実施の形態のガス導入手段 44は、処理容器 34の側壁を貫通して設けられたガスノズル 44Aを有してレ、る。このガスノズノレ 44A力ら、必要に応じて、必要な処理ガスが流量制御されつつ供給され得るようになつている。尚、このガスノズノレ 44Aが複数本設けられて、異なるガス種を導入できるようにしてもよレ、。あるいは、ガス導入手段 44を、シャワーヘッド状に処理容器 34の天井部に設けるようにしてもよい。

[0032] また、処理容器 34の底部には、排気口 46が設けられている。排気口 46には、圧力制御弁 48及び真空ポンプ 50が順次介接された排気路 52が接続されている。これにより、必要に応じて、処理容器 34内を所定の圧力まで真空引きできるようになつている。

[0033] また、処理容器 34の天井部は開口している（開口部を有している）。ここに、マイクロ波に対しては透過性を有する天板 54が Oリング等のシール部材 56を介して気密に設けられている。天板 54は、例えば石英や Al O 等の誘電体よりなる。天板 54の

2 3

厚さは、耐圧性を考慮して、例えば 20mm程度に設定される。

[0034] また、載置台 36の下方には、ウェハ Wの搬出入時にウェハ Wを昇降させる複数、例えば 3本、の昇降ピン 56 (図 1においては 2本のみ記す）が設けられている。この昇降ピン 56は、伸縮可能なベローズ 58を介して容器底部を貫通するように設けられた昇降ロッド 60によって昇降される。また、載置台 36には、昇降ピン 56を挿通させるためのピン挿通孔 62が形成されている。

[0035] 載置台 36の全体は、耐熱材料、例えばアルミナ等のセラミック、により構成されている。この耐熱材料中に、加熱手段 64が設けられている。本実施の形態の加熱手段 6 4は、載置台 36の略全域に亘つて坦め込まれた薄板状の抵抗加熱ヒータを有している。この抵抗加熱ヒータは、支柱 38内を通る配線 66を介して、ヒータ電源 68に接続されている。

[0036] また、載置台 36の上面側には、内部に例えば網目状に配設された導体線 70を有する薄い静電チャック 72が設けられている。静電チャック 72の導体線 70は、静電吸着力を発揮するために、配線 74を介して直流電源 76に接続されている。これにより、載置台 36上詳しくは静電チャック 72上に載置されるウェハ Wが、静電吸着力により吸着され得るようになつている。一方、配線 74には、必要時に例えば 13. 56MHzのノィァス用の高周波電力を静電チャック 72の導体線 70へ印加するために、バイアス用高周波電源 78をも接続されている。もっとも、処理の態様によっては、バイアス用高周波電源 78は設けられない。

[0037] 天板 54の上面に、本発明の特徴である平面アンテナ部材 80とスロット付き導波管 8 2とが設けられている。これらの平面アンテナ部材 80とスロット付き導波管 82とには、マイクロ波を供給するためのマイクロ波供給手段 84が接続されている。

[0038] 具体的には、平面アンテナ部材 80は、天板 54の上面全体に亘つて設けられているのではなぐ天板 54の略中央部の上面に円板状に設けられている。この平面アンテナ部材 80の半径 r (図 2参照）は、これに伝搬されるマイクロ波の波長 λ以上の大きさに設定されており、マイクロ波を効率的に伝搬し得るようになつている。ここで、 λは、遅波材 88 (詳細は後述する）中を伝搬されるマイクロ波の波長である。

[0039] 図 2及び図 3に示すように、平面アンテナ部材 80は、遅波材 88が例えば石英であつてマイクロ波が 2. 45GHzの場合には、半径 rが 60mm以上、厚みが 1〜数 mm程度の導電性材料から構成される。より具体的には、例えば表面が銀メツキされた銅板或いはアルミ板から構成され得る。平面アンテナ部材 80には、例えば長溝状の貫通孔よりなる多数のマイクロ波放射用のスロット 86が形成されている。

[0040] マイクロ波放射用のスロット 86の配置形態は、特に限定されない。例えば、同心円状、螺旋状、放射状などに配置され得る。あるいは、平面アンテナ部材全面に均一になるように分布され得る。図 2に示す例では、 2個のマイクロ波放射用のスロット 86を僅かに離間させて略 Tの字状に配置してなる組が、同心円状に配置されている。この平面アンテナ部材 80は、いわゆる RLSA(Radial Line Slot Antenna)方式のアンテナ構造であり、これにより、高密度プラズマ及び低電子エネルギーという特徴が得られる。この平面アンテナ部材 80からは、後述するように、伝搬モードが TMモード主体のマイクロ波が供給される。

[0041] 平面アンテナ部材 80上には、例えば窒化アルミ等よりなる遅波材 88が設けられている。遅波材 88は、マイクロ波の波長を短縮するために高誘電率特性を有している。遅波材 88の上方及び側方の略全面は、導電性の中空円筒状容器よりなる導波箱 9 0によって覆われている。平面アンテナ部材 80は、導波箱 90の底板として構成され、載置台 36に対向している。導波箱 90の上部には、これを冷却するための冷媒が流れる冷却ジャケット 92が設けられている。 [0042] 導波箱 90及び平面アンテナ部材 80の周辺部は、共に接地されている。そして、マイク口波供給手段 84の一部を形成する同軸導波管 94が、平面アンテナ部材 80に接続されている。

[0043] スロット付き導波管 82は、本実施の形態では、断面が矩形状になされた矩形導波管からなり、平面アンテナ部材 80の周囲を囲むように例えばリング状に形成されている。平面視で、スロット付き導波管 82は、天板 54の周辺部に同心状に配置されている。スロット付き導波管 82の下面、すなわち天板 54と接する面には、平面アンテナ部材 80に設けられたスロット 86と略同様なパターン（略 Tの字状）のマイクロ波放射用のスロット 96 (図 2参照）が、周方向に沿うように配置されている。具体的には、 2個のマイクロ波放射用のスロット 96を僅かに離間させて略 Tの字状に配置してなる組が、周方向に配置されている。

[0044] このようなスロット付き導波管 82からは、平面アンテナ部材 80から供給されるマイク口波とは異なった振動モードである例えば TEモードのマイクロ波が供給されるようになっている。そのために、スロット付き導波管 82の天板 54に対する取付面（下面） 82 Aは、 E面（電界面）となるようにする。

[0045] また、スロット付き導波管 82の一箇所に、マイクロ波を導入するための給電ポット 98 が形成されている。この給電ポット 98の周方向反対側（180度反対側）の取付面に、両周方向から伝搬されてくるマイクロ波を吸収するために X字状に形成されたマイク口波吸収スロット 100 (図 2参照）が設けられている。

[0046] また、スロット付き導波管 82内にも、伝搬されるマイクロ波の波長を短縮させるための誘電体よりなる遅波材 102が設けられている（図 1参照）。この遅波材 102としては、平面アンテナ部材 80上に設けられた遅波材 88と同じ誘電体を用いることが好ましレ、。

[0047] 一方、マイクロ波給電手段 84は、本実施の形態では 1つのマイクロ波発生器 104を有している。マイクロ波発生器 104は、例えば 2. 45GHzのマイクロ波を発生し得るようになつている。マイクロ波発生器 104からは、インピーダンス整合を図るためのマツチング回路 106が介設された矩形導波管 108が延びており、 TEモードのマイクロ波を伝搬するようになっている。 [0048] この矩形導波管 108には、マイクロ波を複数 (ここでは 2つ）に分岐或いは分配するための分配器 110が接続されている。この分配器 110からは、 2つの矩形導波管 11 2A、 112Bが延びている。そして、この内の一方の矩形導波管 112Aは、スロット付き導波管 82の給電ポット 98に接続されており、当該給電ポット 98に TEモードのマイク口波を給電するようになっている。また、他方の矩形導波管 112Bは、 TEモードのマイク口波を例えば TEMモードへ変換するモード変換器 114を介して、前記同軸導波管 94に接続されている。

[0049] 同軸導波管 94の先端は、平面アンテナ部材 80側に接続されている。具体的には、同軸導波管 94の断面円形状の外側導体 94Aが、導波箱 90の上部の中心に接続され、同軸導波管 94の内側の内部導体 94Bが、遅波材 88の中心の貫通孔を通って平面アンテナ部材 80の中心部に接続されている。尚、前記周波数は 2. 45GHzに限定されず、他の周波数、例えば 8. 35GHzが用いられてもよい。

[0050] そして、このように形成されたプラズマ処理装置 32の全体の動作は、例えばマイク口コンピュータ等よりなる制御手段 118によって制御されるようになっている。この動作を行うコンピュータのプログラムは、フレキシブルディスクや CD (Compact Disc) やフラッシュメモリ等の記憶媒体 120に記憶されている。具体的には、この制御手段 118からの指令により、各ガスの供給や流量制御、マイクロ波や高周波の供給ゃ電力制御、プロセス温度やプロセス圧力の制御等が行われるようになつている。

[0051] 次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置 32を用いて行なわれるプラズマ処理方法について説明する。

[0052] まず、ゲートバルブ 42が開いて、被処理体用の搬出入口 40を介して、半導体ゥェハ Wが搬送アーム（図示せず）によって処理容器 34内に収容される。昇降ピン 56を上下動させることによって、ウェハ Wは載置台 36の上面である載置面に載置される。そして、このウェハ Wは、静電チャック 72によって静電吸着される。このウェハ Wは、必要な場合には、加熱手段 64によって所定のプロセス温度に維持される。図示されないガス源から供給される所定のガス力流量制御されつつ、ガス導入手段 44のガスノズル 44Aから処理容器 34内へ供給される。圧力制御弁 48を制御することにより、処理容器 34内は所定のプロセス圧力に維持される。 [0053] これと同時に、マイクロ波供給手段 84のマイクロ波発生器 104が駆動される。マイク口波発生器 104にて発生されたマイクロ波は、矩形導波管 108を伝搬して分配器 11 0で 2つに分配される。分配された一方のマイクロ波が、矩形導波管 112B、モード変換器 114及び同軸導波管 94を介して、平面アンテナ部材 80に供給され、遅波材 88 によって波長が短くされて、スロット 86より天板 54を透過して処理空間 Sに導入される。分配された他方のマイクロ波は、矩形導波管 112Aを介してスロット付き導波管 82 へ供給され、遅波材 102によって波長が短くされて、スロット 96より天板 54を透過して処理空間 Sに導入される。このようにして、処理空間 Sにプラズマが発生され、プラズマを用いた所定の処理が行われる。

ここで、マイクロ波の伝搬に関してより詳しく説明する。マイクロ波発生器 104にて発生されたマイクロ波は、矩形導波管 108内を例えば TEモードで伝搬し、分配器 110 にて予め定められた所定の分配比（電力比）に従って 2つに分配乃至分岐される。

[0054] 分配されたマイクロ波の内の一方のマイクロ波は、矩形導波管 112Bを介してモード変換器 114に伝搬され、このモード変換器 114にて伝搬モードが例えば TEMモードへ変換される。更にこのマイクロ波は、同軸導波管 94内を伝搬されて、平面アンテナ部材 80へ到達する。

[0055] そして、平面アンテナ部材 80へ到達したマイクロ波は、円板状の平面アンテナ部材 80の中心部からその周方向へ放射状に伝搬しつつ、下面に設けられた各スロット 86 力も下方に向けて放射される。この時放射されるマイクロ波は、 TMモード主体のマイクロ波である。このマイクロ波は、上述したように天板 54の中央部を透過して処理空間 S内の中央部へ導入される。これによりプラズマが立てられる。ここで、 TMモード主体とは、放射されるマイクロ波のうち TEモードが 10%以下であり、 TMモードが 90 %以上であることをいう。更に、天板 54の厚さを所定の値 (カットオフ厚み：石英では 18mm,アルミナでは 14mm)以下に設定すると、 TMモードのみのマイクロ波を放射することも可能である。或いは、同軸導波管 94に代えて円形導波管を用いてもよレ、。この場合においては、導波管内を TMモードのみのマイクロ波が伝搬するため、平面アンテナ部材 80からは TMモードのみのマイクロ波が放射することになる。

[0056] 一方、分配器 110にて分配された他方のマイクロ波は、矩形導波管 112A内をそのまま TEモードで伝搬して、給電ポット 98からリング状のスロット付き導波管 82内へ導入される。更に、この TEモードのマイクロ波は、給電ポット 98からスロット付き導波管 8 2内をその周方向に伝搬しつつ、下面（E面）に設けられた各スロット 96から下方に向けて放射される。この放射された TEモードのマイクロ波は、上述のように天板 54の周辺部を透過して処理空間 S内の周辺部へ導入される。これによりプラズマが立てられる。

[0057] 以上のように、予め定められた分配比で分配されたマイクロ波力処理空間 Sの中央部と周辺部とにそれぞれ個別に導入され得る。これにより、処理空間 Sにおけるマイク口波の電界密度を所定の分布状態にすることができる。これにより、例えばマイク口波の電界密度を均一な分布状態にして、プラズマ密度を処理空間 Sの略全域に亘つて均一化することができる。従って、ウェハ Wに対するプラズマ処理の面内均一性を向上させるとができる。

[0058] 本実施の形態では、天板 54の中央部の平面アンテナ部材 80から導入されるマイク口波の伝搬モードと、その周辺部のスロット付き導波管 82から導入されるマイクロ波の伝搬モードと、が異なるように設定されている。このため、伝搬モードが異なる両マイクロ波間の干渉が抑制され得るし、制御性の良い状態でマイクロ波が処理空間 S内へ導入され得る。この結果、処理空間 Sにおけるマイクロ波の電界密度及びプラズマ密度の均一性を更に高めることができる。

[0059] 更には、天板 54の中央部に位置する平面アンテナ部材 80から導入される TMモードのマイクロ波は、横方向へ或る程度広がる特性を有している。これに対して、天板 5 4の周辺部に位置するスロット付き導波管 82から導入される TEモードのマイクロ波は、横方向へ広がる特性をほとんど有していなレ、。このため、 TEモードのマイクロ波の電界強度が大きくなるように設定しても、天板 54の周辺部と処理容器 34の上端部との接合部に発生する僅かな隙間 123の電界強度は大きくならなレ、。このため、図 9に示した従来装置の隙間 230にて発生したような異常放電が、当該隙間 123において発生することが防止され得る。

[0060] 尚、本実施の形態の分配器 110では、マイクロ波の分配比が一定となるように設定されたが、これに限定されず、分配比が可変の分配器 110を設けてもよい。例えば、フェライト等の磁性体よりなる棒体の一端側を分配器 110内に挿入しておき、分配器 110の外に飛び出した棒体の他端側に電磁コイルを卷回して、当該電磁コイルに電流を流して棒体に供給する磁界を制御することにより、分配比は容易に可変制御すること力 Sできる。

[0061] <本発明の評価 >

本発明のプラズマ処理装置について、シミュレーションによって評価を行った。その評価結果について説明する。ここでは、天板 54の中央部の平面アンテナ部材 80に供給されるマイクロ波電力と、その周辺部のスロット付き導波管 82に供給されるマイク口波電力と、の分配比を変更して、それぞれの分配比における処理空間 Sのマイクロ波の電界分布を評価した。

[0062] 図 4 (A)及び図 4 (B)は、マイクロ波の電界分布を示す写真であるが、写真の理解を容易にするために、それぞれに模式図が併記されている。図 4 (A)は、天板の中央部と周辺部とに供給されるマイクロ波の電力比が 1 : 2の場合を示している。図 4 (B)は、当該電力比が 2 : 1の場合を示している。

[0063] 図 4 (A)及び図 4 (B)から明らかなように、天板 54の中央部と周辺部とに供給されるマイクロ波の電力比を変化させることにより、処理空間におけるマイクロ波の電界分布を大きく変えることができる。従って、当該分配比を適切に選択すれば、所望するマイクロ波の電界分布が得られ、電界分布を均一化させることもできる。

[0064] なお、前記実施の形態では、マイクロ波供給手段 84が 1つのマイクロ波発生器 104 を有し、ここで発生されたマイクロ波を 2つに分配して平面アンテナ部材 80とスロット付き導波管 82とに供給するようになっているが、これに限定されない。例えば図 5に示す第 1変形例のように、マイクロ波発生手段 84が 2つのマイクロ波発生器 104A、 1 04Bを有していて、各マイクロ波発生器 104A、 104Bから、それぞれ、マッチング回路 106A、 106Bが介設された矩形導波管 112A、 112Bを介して、スロット付き矩形導波管 82と平面アンテナ部材 80とにマイクロ波を供給するようになっていてもよい。

[0065] この場合には、各マイクロ波発生器 104A、 104Bの容量を小さく出来るので、安価なマイクロ波発生器 104A、 104Bを用いることができる。

[0066] また、前記実施の形態では、天板 54の中央部に設けられた平面アンテナ部材 80 の周辺部に、 1つのスロット付き導波管 82が設けられた場合を例にとって説明しているが、これに限定されない。複数個のスロット付き導波管が同心状に設けられてもよレ、。図 6は、このようなプラズマ処理装置の第 2変形例を示す部分概略断面図であり、図 7は、図 6の第 2変形例の天板部分を示す概略平面図である。

[0067] 第 2変形例では、図 6及び図 7に示されるように、天板 54の中央部の導波箱 90の周辺部に、先のスロット付き導波管 82と同じ構造の 2つのスロット付き導波管 122A、 12 2Bが同心状に設けられている。勿論、 3つ以上のスロット付き導波管が同心状に設けられてもよい。第 2変形例では、最内周に位置するスロット付き導波管 122Aと平面アンテナ部材 80とに、同一のマイクロ波発生器 104Bから発生されたマイクロ波が、図 1を用いて説明したのと同様に矩形導波管 112A、 112Bを介してそれぞれ供給される。そして、最外周のスロット付き導波管 122Bへは、他のマイクロ波発生器 104A にて発生されたマイクロ波が、矩形導波管 112Cを介して TEモードで供給される。尚、第 2変形例の場合にも、 1つのマイクロ波発生器で発生されたマイクロ波が 3つに分配 (分岐)されて供給されるように構成されてもょレ、。

[0068] なお、本発明は、プラズマを用いた成膜処理、プラズマエッチング処理、プラズマァッシング処理等の全てのプラズマ処理に適用することができる。また、プラズマ処理の被処理体は、半導体ウェハに限定されず、ガラス基板、セラミック基板、 LCD基板等であってもよい。

Claims

請求の範囲

[1] 天井部が開口されて内部が真空引き可能になされた処理容器と、

被処理体を載置するために前記処理容器内に設けられた載置台と、

前記天井部の開口に気密に装着されてマイクロ波を透過する誘電体よりなる天板と前記処理容器内へ必要なガスを導入するガス導入手段と、

前記天板の中央部の上面に設けられて、所定の伝搬モードのマイクロ波を前記処理容器内へ導入するためにマイクロ波放射用のスロットが形成された平面アンテナ部材と、

前記天板の周辺部の上面に設けられて、前記平面アンテナ部材で導入されるマイクロ波とは異なった伝搬モードのマイクロ波を前記処理容器内へ導入するためにマイクロ波放射用のスロットが形成されたスロット付き導波管と、

マイクロ波を前記平面アンテナ部材及び前記スロット付き導波管に供給するマイク口波供給手段と、

を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。

[2] 前記スロット付き導波管は、複数個が同心状に設けられている

ことを特徴とする請求項 1に記載のプラズマ処理装置。

[3] 前記スロット付き導波管は、リング状に形成されており、また、マイクロ波吸収用のスロットが設けられており、

前記マイクロ波供給手段の前記スロット付き導波管への給電ポットは、マイクロ波吸収用のスロットから遠い側に位置している

ことを特徴とする請求項 1または 2に記載のプラズマ処理装置。

[4] 前記平面アンテナ部材の半径 rは、これに伝搬されるマイクロ波の波長え以上の大きさに設定されている

ことを特徴とする請求項 1乃至 3のいずれかに記載のプラズマ処理装置。

[5] 前記マイクロ波供給手段は、少なくとも 1つのマイクロ波発生器を有しており、

前記スロット付き導波管の内の最内周のスロット付き導波管と前記平面アンテナ部材とへは、同一のマイクロ波発生器で発生されたマイクロ波が、分配器によって分岐されて伝搬されるように構成されてレ、る

ことを特徴とする請求項 1乃至 4のいずれかに記載のプラズマ処理装置。

[6] 前記分配器は、マイクロ波の分配比が可変である

ことを特徴とする請求項 5に記載のプラズマ処理装置。

[7] 前記マイクロ波供給手段は、複数のマイクロ波発生器を有しており、

前記スロット付き導波管と前記平面アンテナ部材とへは、別個のマイクロ波発生器で発生されたマイクロ波が、それぞれ独立に伝搬されるように構成されていることを特徴とする請求項 1乃至 4のいずれかに記載のプラズマ処理装置。

[8] 前記平面アンテナ部材から前記処理容器内へ供給されるマイクロ波の伝搬モードは TMモードであり、

前記スロット付き導波管から前記処理容器内へ供給されるマイクロ波の伝搬モードは TEモードである

ことを特徴とする請求項 1乃至 7のいずれかに記載のプラズマ処理装置。

[9] 前記スロット付き導波管の前記天板に対する取付面は、電界面である

ことを特徴とする請求項 8に記載のプラズマ処理装置。

[10] 真空引き可能になされた処理容器内の被処理体に対して、当該処理容器の天井部に設けられた天板から当該処理容器内にマイクロ波を導入して前記被処理体に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理方法において、

前記天板の中央部に、ある伝搬モードのマイクロ波を供給する中央マイクロ波供給工程と、

前記天板の周辺部に、前記天板の中央部に供給されるマイクロ波の伝搬モードとは異なる伝搬モードのマイクロ波を供給する周辺マイクロ波供給工程と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理方法。

[11] 前記中央マイクロ波供給工程では、天板の中央部に、平面アンテナ部材を用いて、 TMモードのマイクロ波が供給されるようになっており、

前記周辺マイクロ波供給工程では、天板の周辺部に、スロット付き導波管を用いて、 TEモードのマイクロ波が供給されるようになっている

ことを特徴とする請求項 10に記載のプラズマ処理方法。