WO2007148690A1 - マイクロ波導入装置及びプラズマ処理装置 - Google Patents

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WO2007148690A1
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slow wave
microwave
wave member
power feeding
planar antenna
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PCT/JP2007/062324
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Caizhong Tian
Kiyotaka Ishibashi
Toshihisa Nozawa
Tamaki Yuasa
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Tokyo Electron Limited
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H01J37/32211—Means for coupling power to the plasma

Definitions

  • Microwave introduction apparatus and plasma processing apparatus are Microwave introduction apparatus and plasma processing apparatus
  • the present invention relates to a microwave introduction device and a plasma processing apparatus used when processing is performed by applying plasma generated by microwaves to a semiconductor wafer or the like.
  • microwave plasma devices are preferred because they can stably generate high-density plasma even in a high vacuum of about 0.1 lmTorr (13.3 mPa) to several Torr (several hundred Pa). Tend to be.
  • Such microwave plasma processing apparatuses are disclosed in JP-A-3-191073, JP-A-5-343334, JP-A-9-181052, JP-A-2003-332326, and the like.
  • FIGS. Fig. 6 is a longitudinal sectional view schematically showing the configuration of the plasma processing apparatus
  • Fig. 7 is an enlarged view showing the central portion of the planar antenna member and the slow wave member shown in Fig. 6,
  • Fig. 8 is a view of the slow wave member shown in Fig. 7. It is a perspective view which shows a center part.
  • the plasma processing apparatus 2 includes a processing container 4 that can be evacuated, a mounting table 6 on which a semiconductor wafer W provided in the processing container 4 is mounted, and a mounting table 6 And a disk-shaped top plate 8 that is provided so as to be airtightly closed at the ceiling of the processing container 4.
  • the top plate 8 is made of a microwave transmitting material such as alumina, aluminum nitride, or quartz.
  • a gas introduction means for example, a gas nozzle 10 for introducing a predetermined processing gas into the processing container 4 is provided on the side wall of the processing container 4.
  • an opening 12 is provided for carrying in and out of sardine, eno, and W, and a gate valve G is provided in the opening 12.
  • An exhaust port 14 is provided at the bottom of the processing vessel 4, and a vacuum exhaust system (not shown) is connected to the exhaust port 14 so that the inside of the processing vessel 4 can be evacuated as described above.
  • a microwave introduction device 16 for introducing a microwave for plasma formation into the processing container 4 is provided above the top plate 8.
  • the microwave introducing device 16 is used to shorten the microwave wavelength in the radial direction of the planar antenna member 18 made of a copper disk with a thickness of about several millimeters provided on the top surface of the top plate 8 and the planar antenna member 18.
  • a slow wave member 20 made of a dielectric material.
  • the planar antenna member 18 is formed with microwave radiation slots 22 made up of a number of elongated through holes.
  • the slots 22 are generally arranged concentrically or spirally. As shown in FIG. 7 and FIG. 8, a frustoconical power feeding portion 26 that protrudes upward is provided at the center of the upper surface of the slow wave member 20. A through hole 28 is formed in the power feeding portion 26.
  • the central conductor 24A of the coaxial waveguide 24 is connected to the planar antenna member 18 through the through-hole 28A.
  • the outer conductor 24B force of the coaxial waveguide 24 is connected to the central portion of the waveguide box 30 that covers the entire slow wave member 20.
  • a predetermined frequency generated from the microwave generator 32 for example, 2.45 GHz, is converted to a predetermined vibration mode by a microwave force mode change 34, and then guided to the planar antenna member 18 and the slow wave member 20.
  • the microwave propagates radially in the radial direction of the antenna member 18 and is radiated from each slot 22 provided in the planar antenna member 18 in the process, and passes through the top plate 8 and is introduced into the processing container 4. .
  • a predetermined plasma process such as etching or film formation is performed on the semiconductor wafer W by the plasma generated in the processing space S in the processing chamber 4 by the microwave.
  • a cooler 36 for cooling the slow wave member 20 that generates heat due to the dielectric loss of microwaves is provided on the upper surface of the waveguide box 30.
  • the characteristic impedance of the feeder 26 that introduces microwaves from the lower end of the coaxial waveguide 24 to the planar antenna member 18 and the slow wave member 20 is as gentle as possible from the viewpoint of suppressing the reflection of microwaves.
  • the power feeding section 26 has a frustoconical shape.
  • the characteristic impedance is, for example, 50 ⁇ in the coaxial waveguide 24, 15.9 ⁇ at the boundary between the feeding portion 26 and the coaxial waveguide 24, and further down to the downstream side in the propagation direction. ⁇ and 1.5 ⁇ , gradually relaxed It changes to decrease quickly.
  • the dielectric used as the material of the slow wave member 20 (specifically, quartz, or ceramic such as aluminum nitride or alumina) is very hard and brittle, so it is very difficult to carry out calorie with high processing accuracy. It is. Height HO is 3 ⁇ : It is quite difficult to increase the processing accuracy of taper processing (polishing) of the outer peripheral surface of the frustoconical power feeding part 26 of about LOmm, and the additional accuracy is about ⁇ 0.5mm at most. Relatively low. For this reason, as shown in FIG. 7, a relatively large gap 38 often occurs between the tapered side peripheral surface 26A of the power feeding section 26 and the inner surface of the waveguide box 30.
  • the gap 38 Due to the gap 38, there arises a problem that force that causes abnormal discharge due to the concentration of the microwave electric field in the gap 38 or the symmetry of the electric field distribution in the planar antenna member 18 is broken. In addition, since the gap 38 occurs non-uniformly, the characteristic impedance does not change as designed, and the microwave reflectivity increases.
  • the present invention has been devised to pay attention to the above problems and to effectively solve them.
  • the purpose of the present invention is to improve the dimensional accuracy during processing by simplifying the shape of the power feeding part of the slow wave member, and this causes the generation of gaps in the power feeding part that have caused various problems. It is to suppress.
  • the present invention includes a microwave generator that generates a microwave, a planar antenna member in which a slot for microphone mouth wave radiation is formed, a center conductor, and an outer conductor.
  • a power-feeding part that is fed from, a slow wave member, and the center A conductor is connected to a central portion of the planar antenna member through a through hole formed in the power feeding portion, and the power feeding portion has a side wall perpendicular to the second surface of the slow wave member.
  • the slow wave member can be formed of a dielectric.
  • the height of the power feeding unit with reference to the second surface of the slow wave member is in a range of 6.5 to 13. Omm.
  • the height of the power feeding unit with reference to the second surface of the slow wave member is in a range of 6.5 to 8.5 mm.
  • the slow wave member is made of quartz, it is preferable that the height of the power feeding portion with respect to the second surface of the slow wave member is in a range of 11 to 13 mm.
  • the slow wave member can be covered with a wave guide box having a conductive material force. Further, the wave guide box can be provided with a cooling means for cooling the slow wave member.
  • the frequency of the microwave may be 2.45 GHz or 8.35 GHz.
  • a processing container having an opening in the ceiling and capable of being evacuated inside, and a mounting table provided in the processing container for mounting the object to be processed
  • a top plate made of a dielectric material that transmits microwaves and is hermetically attached to the opening; gas introduction means for introducing a necessary processing gas into the processing container; and microwaves into the processing container.
  • a plasma processing apparatus comprising: the microwave introduction device according to claim 1 provided above the top plate for introduction.
  • the top plate and the slow wave member can have the same material force.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing a configuration of a plasma processing apparatus including a microwave introduction device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged view of a central portion of a planar antenna member and a slow wave member of the microwave introduction device shown in FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a central portion of the slow wave member shown in FIG. 2.
  • FIG. 4 is a model diagram showing the dimensions of the central part of the slow wave member used to determine the characteristic impedance.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the height of the feeding portion of the slow wave member and the reflectance of the microwave.
  • FIG. 6 is a longitudinal sectional view schematically showing a configuration of a conventional plasma processing apparatus.
  • FIG. 7 is an enlarged view of the central portion of the planar antenna member and the slow wave member of the plasma processing apparatus of FIG.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a central portion of the slow wave member shown in FIG.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a plasma processing apparatus provided with a microwave introduction device according to the present invention
  • FIG. 2 is an enlarged view showing a central portion of a planar antenna member and a slow wave member of the microwave introduction device
  • FIG. It is a perspective view which shows the center part of a slow wave member.
  • the plasma processing apparatus 42 includes a cylindrical processing container 44 whose side walls and bottom wall are made of a conductor such as aluminum. A cylindrical sealed processing space S is defined inside the processing container 44. The processing container 44 is grounded.
  • the processing container 44 accommodates a disk-shaped mounting table 46 on which an object to be processed, for example, a semiconductor wafer W is mounted.
  • the mounting table 46 is fixed to the bottom of the container through a support column 48 having an aluminum force.
  • the side wall of the processing vessel 44 is provided with a loading / unloading port 50 for loading and unloading Ueno and W to / from the inside of the processing vessel 44.
  • the loading / unloading port 50 can be hermetically closed. 52 is provided.
  • the processing container 44 is provided with gas introducing means 54 for introducing a necessary processing gas into the processing container 44.
  • the gas introducing means 54 has a gas nozzle 54A penetrating the side wall of the processing vessel 44, and the gas nozzle 54A can supply a necessary processing gas as needed while controlling the flow rate. ing.
  • a plurality of gas nozzles 54A may be provided so that different types of gases can be individually introduced into the processing vessel 44.
  • the gas introducing means 54 has a shower head provided at the upper part in the processing container 44! /, Or may /!
  • An exhaust port 56 is provided on the bottom wall of the processing container 44.
  • the exhaust port 56 is connected to an exhaust path 62 in which a pressure control valve 58 and a vacuum pump 60 are sequentially connected, and the processing chamber 44 can be evacuated to a predetermined pressure as required.
  • a plurality of, for example, three lifting pins 64 (only two are shown in FIG. 1) are provided to lift and lower the wafer W when it is loaded and unloaded! /
  • An elevating rod 68 passes through the bottom wall of the processing vessel 44, and the elevating rod 68 is surrounded by a bellows 66 that can be expanded and contracted to ensure airtightness in the processing vessel 44.
  • the lifting rod 68 moves the lifting pin 64 up and down.
  • the mounting table 46 is provided with a pin insertion hole 70 through which the elevating pin 64 is inserted.
  • the mounting table 46 is made of a heat resistant material such as ceramic such as alumina.
  • a heating means 72 is provided in the mounting table 46.
  • the heating means 72 can be configured by a thin plate-shaped resistance heater embedded in substantially the entire area of the mounting table 46.
  • the heating means 72 is connected to the heater power supply 76 via the wiring 74 passing through the support 48.
  • a thin plate-like electrostatic chuck 80 is provided on the upper surface side of the mounting table 46.
  • the electrostatic chuck 80 may have conductor wires 78 arranged in a mesh shape inside.
  • the electrostatic chuck 80 can attract the wafer W placed on the mounting table 46, that is, the electrostatic chuck 80, by electrostatic attraction force.
  • the conductor wire 78 of the electrostatic chuck 80 is connected via a wiring 82 to a DC power source 84 for applying a voltage for electrostatic attraction to the conductor wire 78.
  • a bias high-frequency power source 86 is connected to the wiring 82 in order to apply a high-frequency power for bias having a predetermined frequency, for example, 13.56 MHz, to the conductor wire 78 of the electrostatic chuck 80 when necessary.
  • the bias high-frequency power source 86 is omitted.
  • the processing container 44 has an opening at the upper end, and this opening is airtightly closed by a top plate 88 through a sealing member 90 such as an O-ring.
  • the top plate 88 is made of a material that is permeable to microwaves, specifically quartz, alumina (Al 2 O 3), aluminum nitride (A1N), or the like.
  • the thickness of the top plate 88 can be set to, for example, about 20 mm in consideration of pressure resistance.
  • a microwave introduction device 92 is provided on the upper surface side of the top plate 88.
  • the microwave introduction device 92 includes a disk-shaped planar antenna member 94 for introducing microwaves into the processing container 44.
  • the lower surface of the planar antenna member 94 is in contact with the upper surface of the top plate 88.
  • the planar antenna member 94 is also a conductive material, preferably a copper or aluminum force with a silver plated surface. This plasma processing equipment processes 300mm wafers If configured to do so, the planar antenna member 94 may have a diameter of 400-500 mm and a thickness of 1-several mm.
  • the planar antenna member 94 is formed with a plurality of microwave radiation slots 96 formed of elongated through holes.
  • the slots 96 can be arranged concentrically, spirally, or radially.
  • the slots 96 may be uniformly distributed over the entire surface of the planar antenna member 94.
  • the planar antenna member 94 is an antenna called a so-called RLSA (Radial Line Slot Antenna), and a high-density and low electron energy plasma can be formed in the processing container 44.
  • a thin disc-shaped slow wave member 98 as a whole is provided on the planar antenna member 94.
  • the lower surface of the slow wave member 98 that is, the first surface is in contact with the planar antenna member 94.
  • the retardation member 98 is also formed of a high dielectric constant material force in order to shorten the wavelength of the microwave, and can be formed of, for example, quartz or ceramic such as alumina or aluminum nitride.
  • the slow wave member 98 covers substantially the entire upper surface of the planar antenna member 94.
  • a power feeding portion 100 in the form of a cylindrical protrusion protruding upward is formed (see FIG. 3).
  • the power feeding unit 100 has a height HI with respect to the upper surface of the slow wave member 98.
  • the surface of the side wall 100A of the power feeding unit 100 is not a tapered surface inclined with respect to the upper surface of the slow wave member as in the conventional power feeding unit (see FIG. 8). It is perpendicular to it.
  • the shape of the side wall 100A can be easily formed by machining such as polishing, and the side wall 100A can be cared with high cache accuracy.
  • the machining accuracy of the conventional power feeding part (reference numeral 26 in FIG. 8) having a tapered outer peripheral surface is about ⁇ 0.5 mm, but according to the present invention, the side wall 100A perpendicular to the upper surface of the slow wave member 98 is used. It has been confirmed that the machining accuracy of the power feeding unit 100 having a thickness of about ⁇ 0.1 mm can be achieved.
  • the height HI of the power feeding unit 100 depends on the material constituting the slow wave member 98, but in order to suppress the reflectance of the microwave, for example, it is set within the range of 6.5 to 13.0 mm. Is good.
  • a through-hole 102 that penetrates the center of the power supply unit 100 in the vertical direction is formed. The diameter of the lower part of the through hole 102 increases as it approaches the lower end.
  • the material of the slow wave member 98 is preferably the same material as the top plate 88 in consideration of the wavelength short-circuit effect of microwaves.
  • a thin cylindrical waveguide box 104 having a conductive force is provided on the upper and side surfaces of the slow wave member 98. Covering.
  • the planar antenna member 94 forms the bottom plate of the waveguide box 104.
  • a cooling jacket 106 is provided as a cooling means for flowing a refrigerant to cool the waveguide box 104.
  • a coaxial waveguide 108 is connected to the power feeding unit 100.
  • the coaxial waveguide 108 acts as a force with the central conductor 108A and the outer conductor 108B having a circular cross section disposed around the central conductor 108A with a predetermined gap.
  • the outer conductor 108B is connected to the central portion of the upper portion of the waveguide box 104, and the central conductor 108A is connected to the central portion of the planar antenna member 94 through the through hole 102 at the center of the slow wave member 98.
  • the side wall 100A of the power supply unit 100 in the form of a cylindrical projection processed with high processing accuracy is in close contact with the inner wall surface of the outer conductor 108B.
  • the coaxial waveguide 108 is connected to a 2.45 GHz microphone mouth wave generator 114 via a rectangular waveguide 112 having a mode change 110 and a matching device (not shown) in the middle thereof.
  • the microwave is propagated to the antenna member 94 and the slow wave member 98.
  • the frequency of the microwave is not limited to 2.45 GHz, but may be another frequency, for example, 8.35 GHz.
  • the overall operation of the plasma processing apparatus 42 is controlled by a control means 116 including a microcomputer or the like.
  • a computer program for performing this operation is stored in a storage medium 118 such as a flexible disk, a CD (Compact Disc), or a flash memory.
  • a storage medium 118 such as a flexible disk, a CD (Compact Disc), or a flash memory.
  • the supply and flow rate control of each processing gas, the supply and power control of microwaves and high frequencies, and the process temperature and process pressure are controlled.
  • the gate valve 52 is opened, the semiconductor wafer W is accommodated in the processing container 44 by the transfer arm (not shown) through the carry-in / out port 50, and the wafer W is loaded by moving the lift pins 64 up and down.
  • the wafer W is mounted on the mounting surface on the upper surface of the mounting table 46, and this wafer W is electrostatically attracted by the electrostatic chuck 80.
  • the wafer W is maintained at a predetermined process temperature by the heating means 72 as necessary.
  • a predetermined processing gas is supplied from a gas source (not shown) into the processing container 44 through the gas nozzle 54A of the gas introducing means 54 while controlling the flow rate, and the pressure control valve 58 is controlled.
  • the inside of the processing vessel 44 is maintained at a predetermined process pressure.
  • the microwave generated by the microwave generator 114 is converted into the rectangular waveguide 112 and the coaxial waveguide 108. Then, the power is supplied from the power feeding unit 100 to the planar antenna member 94 and the slow wave member 98.
  • the microwave whose wavelength is shortened by the slow wave member 98 passes through the top plate 88 and is introduced into the processing space S, thereby generating a plasma in the processing space S and performing a predetermined processing using the plasma. .
  • the microwave propagating through the coaxial waveguide 108 propagates in a radiating manner by directing power to the peripheral portion of the slow wave member 98 and the planar antenna member 94 through the feeding part 100 provided at the center of the slow wave member 98. Go. In the process, the microwave is emitted toward the processing space S below each slot 96 and introduced into the processing container 44.
  • the power feeding unit 100 having a novel shape according to the present invention since the power feeding unit 100 having a novel shape according to the present invention is processed with high processing accuracy, it fits into the lower end portion of the outer conductor 108B of the coaxial waveguide 108 without a gap. be able to. For this reason, it is possible to prevent abnormal discharge from occurring between the power feeding unit 100 and the outer conductor 108B due to the gap, and further to prevent the symmetry of the electric field distribution in the planar antenna member 94 from being lost. it can.
  • the designed characteristic impedance can be realized, so that the reflection of the microwaves in the power feeding unit 100 and the vicinity thereof can be suppressed.
  • the cooling means 106 is provided in the coaxial waveguide 108, the gap between the power feeding unit 100 and the inner wall surface of the coaxial waveguide 108 (or the inner wall surface of the power feeding unit 100 and the waveguide box 104). Since they can be in close contact with each other, the thermal conductivity between the two members is improved, and the cooling efficiency of the power feeding unit 100 can be improved.
  • the characteristic impedance changes more rapidly than in the case where the power feeding unit 100 is shaped as a truncated cone (see FIGS. 7 and 8). This may increase the reflectance.
  • this problem can be solved by optimizing the height HI of the power feeding unit 100.
  • the optimized height HI is that the material of the slow wave member 98 and the power feeding part 100 is about 9.8. In the case of alumina of a degree, it is in the range of about 6.5 to 8.5 mm, and in the case of quartz having a relative dielectric constant of about 3.8, it is in the range of about 11. 0-13. Omm. . Thus, by optimizing the height HI of the power feeding unit 100, an increase in the reflectance of the microwave can be suppressed, and this can be reduced to 5% or less.
  • FIG. Fig. 4 shows the model of the center part of the slow wave member used as the basis for calculating the characteristic impedance
  • Fig. 5 is a graph showing the relationship between the height of the feeding part of the slow wave member and the reflectance of the microwave.
  • the microwave frequency is set to 2.45 GHz, but the frequency is not limited to this.
  • FIG. 4 (A) shows a model around the power feeding part of the slow wave member according to the prior art
  • FIG. 4 (B) shows a model around the power feeding part of the slow wave member according to the present invention. .
  • Coaxial waveguide characteristic impedance 50 ⁇
  • Feeding unit height HI 8mm
  • the characteristic impedance Z is given by the following equation.
  • the characteristic impedance is 15.9 ⁇ at the boundary between the coaxial waveguide and the feed section, and the cross section in the oblique direction including the midpoint of the outer circumference of the feed section It was 7.4 ⁇ , and 1.5 ⁇ in the vertical section including the termination point on the outer periphery of the feed section. At this time, the reflectance of the microwave was about 4.5%.
  • the characteristic impedance is 15.9 ⁇ at the boundary between the coaxial waveguide and the feed section, and the end point on the outer periphery of the feed section is set.
  • Fig. 5 (A) when the height HI of the power feeding part is in the range of 6 to 9 mm, the microwave reflectance has a downward convex curve, and when the height HI is 8 mm, the minimum value of the reflectance is shown. Shows about 3.5.
  • the allowable limit (upper limit) of reflectivity is 5%, it is confirmed that the reflectivity can be within the above allowable limit by setting the height HI within the range of 6.5 to 8.5 mm. It was. If the allowable limit of reflectivity is 4%, the height HI should be within the range of 7.0 to 8.1 mm. It was confirmed that the reflectance could be within the above acceptable limit.
  • a plasma processing apparatus using a slow wave member having a power supply unit 100 having a shape based on the present invention and having a height HI of 8 mm was actually operated to confirm the state of the generated plasma. It was confirmed by visual observation that plasma could be stably formed even when the microwave power was changed in the range of 1000 to 3500 watts and the pressure in the processing vessel was changed in the range of 50 to 200 mTorr.
  • FIG. 5 (B) shows the relationship between the power supply height HI and the reflectivity.
  • the thickness d of the slow wave member made of quartz is 7 mm, and the relative dielectric constant ⁇ of quartz is 3.8.
  • the height HI should be within the range of 11.0-13.Omm to achieve a microwave reflectance of 5% or less. It was.
  • the relative permittivity of aluminum nitride (A1N) is about 8.0, which is substantially the same as that of alumina, and the above-described dimensions obtained for alumina can be applied even when the material of the slow wave member is aluminum nitride.
  • the configuration of the plasma processing apparatus is merely an example, and the present invention is not limited to this.
  • the material and relative dielectric constant of the slow wave member 98 are merely examples, and are not limited thereto.
  • the height HI of the power supply unit 100 depends on the relative dielectric constant of the material used. Of course, it is preferable to optimize.
  • the target object to be processed by the plasma processing apparatus may be another type of target object such as a glass substrate, an LCD substrate, or a ceramic substrate, which is not limited to a semiconductor wafer.

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Abstract

　マイクロ波導入装置９２は、スロット９６が形成された平面アンテナ部材９４と、平面アンテナ部材９４上に設けられた誘電体からなる遅波部材９８とを有する。遅波部材９８の上面の中央部には、そこから突出する突起の形態の給電部１００が形成されている。給電部１００は同軸導波管１０８の外側導体１０８Ｂ内に嵌合している。給電部１００の中心に設けられた貫通孔を通って同軸導波管１０８の中心導体１０８Ａが平面アンテナ部材９４に接続されている。給電部１００の側壁面は遅波部材９８の上面に対して垂直である。難加工材料からなる給電部１００の加工精度が向上するため、外側導体１０８Ｂと給電部１００との間の隙間の発生が回避され、隙間に起因する異常放電、非対称電界分布、マイクロ波反射率の増大等の不具合の発生を防止することができる。

Description

明 細 書
マイクロ波導入装置及びプラズマ処理装置
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たプラズマを作用させて 処理を施す際に使用されるマイクロ波導入装置及びプラズマ処理装置に関する。 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い、半導体製品の製造工程にお いて、成膜、エッチング、アツシング等の各種処理のためにプラズマ処理装置が多用 される傾向にある。特に、 0. lmTorr(13. 3mPa)〜数 Torr (数百 Pa)程度の高真 空下でも安定して高密度のプラズマを生成することができるという利点から、マイクロ 波プラズマ装置が好んで使用される傾向にある。このようなマイクロ波プラズマ処理 装置は、特開平 3— 191073号公報、特開平 5— 343334号公報、特開平 9— 1810 52号公報、特開 2003 - 332326号公報などに開示されて 、る。
[0003] 従来の一般的なマイクロ波プラズマ処理装置について図 6〜図 8を参照して簡単に 説明する。図 6はプラズマ処理装置の構成を概略的に示す縦断面図、図 7は図 6に 示す平面アンテナ部材及び遅波部材の中心部を示す拡大図、図 8は図 7に示す遅 波部材の中心部を示す斜視図である。
[0004] 図 6に示すように、プラズマ処理装置 2は、真空引き可能になされた処理容器 4と、 処理容器 4内に設けられた半導体ウェハ Wを載置する載置台 6と、載置台 6に対向し て設けられて処理容器 4の天井部の開口を気密に閉塞する円板形の天板 8を有する 。天板 8は、マイクロ波を透過する材料例えばアルミナ、窒化アルミまたは石英力 な る。処理容器 4の側壁には、処理容器 4内へ所定の処理ガスを導入するためのガス 導入手段例えばガスノズル 10が設けられている。処理容器 4の側壁には、さら〖こ、ゥ エノ、 Wの搬出入用の開口 12が設けられ、この開口 12にはゲートバルブ Gが設けら れている。処理容器 4の底部には、排気口 14が設けられており、この排気口 14には 図示しない真空排気系が接続されて、上述のように処理容器 4内を真空引きできるよ うになつている。 [0005] 天板 8の上側に、処理容器 4内にプラズマ形成用のマイクロ波を導入するマイクロ 波導入装置 16が設けられている。マイクロ波導入装置 16は、天板 8の上面に設けら れた厚さ数 mm程度の銅円板よりなる平面アンテナ部材 18と、平面アンテナ部材 18 の半径方向におけるマイクロ波の波長を短縮するための誘電体よりなる遅波部材 20 とを有している。平面アンテナ部材 18には多数の細長い貫通孔よりなるマイクロ波放 射用のスロット 22が形成されている。スロット 22は、一般的には、同心円状に配置さ れるか、或いは渦巻状に配置されている。図 7及び図 8にも示すように、遅波部材 20 の上面中央部には、そこ力 上方に突出する截頭円錐形の給電部 26が設けられて V、る。給電部 26には貫通孔 28が形成されて 、る。
[0006] 同軸導波管 24の中心導体 24A力 貫通孔 28を通って平面アンテナ部材 18に接 続されている。同軸導波管 24の外側導体 24B力 遅波部材 20の全体を覆う導波箱 30の中央部に接続されている。マイクロ波発生器 32より発生した所定周波数例えば 2. 45GHzのマイクロ波力 モード変 34にて所定の振動モードに変換され、そ の後に平面アンテナ部材 18及び遅波部材 20に導かれる。マイクロ波は、アンテナ部 材 18の半径方向へ放射状に伝搬し、その過程で平面アンテナ部材 18に設けた各ス ロット 22から放射され、天板 8を通過し、処理容器 4内に導入される。このマイクロ波 により処理容器 4内の処理空間 Sに生成されたプラズマにより、半導体ウェハ Wにェ ツチングまたは成膜などの所定のプラズマ処理が施される。導波箱 30の上面には、 マイクロ波の誘電損失により発熱した遅波部材 20を冷却する冷却器 36が設けられて いる。
[0007] この種のマイクロ波導入装置 16では、マイクロ波の伝搬効率を可能な限り高めるた めに、周知のように反射波をできるだけ抑制することが必要である。そのため、同軸 導波管 24の下端部から平面アンテナ部材 18及び遅波部材 20へマイクロ波を導入 する給電部 26においても、マイクロ波の反射抑制の観点から、そこでの特性インピー ダンスはできるだけ緩やかに変化していることがが好ましい。このため、前述したよう に給電部 26を截頭円錐形状としている。その結果、特性インピーダンスは、例えば、 同軸導波管 24において 50 Ω、給電部 26と同軸導波管 24との境界部分において 15 . 9 Ω、更にこれより伝播方向下流側に行くに従って 7. 4 Ωそして 1. 5 Ωと、順次緩 やかに減少するように変化する。
[0008] 遅波部材 20の材料として用いられる誘電体 (具体的には石英、或いは窒化アルミ またはアルミナ等のセラミック）は非常に硬くて且つ脆いため、高い加工精度でカロェ することが非常に困難である。高さ HOが 3〜： LOmm程度の截頭円錐形の給電部 26 の外周面のテーパ加工 (研磨加工)の加工精度を高めることはかなり難しぐその加 ェ精度はせいぜい ±0. 5mm程度と比較的低い。このため、図 7に示すように、給電 部 26のテーパ状の側周面 26Aと導波箱 30の内面との間に比較的大きな隙間 38が しばしば生じる。
[0009] この隙間 38に起因して、当該隙間 38へのマイクロ波の電界の集中による異常放電 が発生する力、或いは平面アンテナ部材 18における電界分布の対称性が崩れる、と いう問題が生じる。また、隙間 38は不均一に生じるため、設計値通りの特性インピー ダンスの変遷が実現されず、マイクロ波の反射率が大きくなつてしまう、という問題も 生じる。
[0010] また、隙間 38があると、給電部 26から導波箱 30 (冷却器 36により冷却されている） への熱伝導が低下し、給電部 26の近傍の冷却効率が低下してしまう、といった問題 もめる。
発明の開示
[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、遅波部材の給電部の形状を簡素化することによって加工 時の寸法精度を向上させ、これによつて種々の問題点の発生原因となっていた給電 部における隙間の発生を抑制することにある。
[0012] 上記目的を達成するため、本発明は、マイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、マ イク口波放射用のスロットが形成された平面アンテナ部材と、中心導体と外側導体と を有し、前記マイクロ波発生器の発生したマイクロ波を前記平面アンテナ部材へ伝搬 させる同軸導波管と、前記平面アンテナ部材に重ねて設けられた平板状の遅波部材 であって、前記平面アンテナ部材に面する第 1の面と、前記第 1の面と反対方向を向 いた第 2の面とを有し、前記第 2の面にその中心部から突出する突起からなり前記同 軸導波管から給電される給電部が形成されている、遅波部材と、を備え、前記中心 導体は前記給電部に形成された貫通孔を通って前記平面アンテナ部材の中心部に 接続され、前記給電部は前記遅波部材の第 2の面に対して垂直な側壁を有するマイ クロ波導入装置を提供する。
[0013] 前記遅波部材は誘電体により形成することができる。
[0014] 好ましくは、前記遅波部材の前記第 2の面を基準とする前記給電部の高さは 6. 5 〜13. Ommの範囲内である。前記遅波部材がアルミナ力 なる場合、前記遅波部 材の前記第 2の面を基準とする前記給電部の高さは 6. 5〜8. 5mmの範囲内とする ことが好ましい。また、前記遅波部材が石英からなる場合、前記遅波部材の前記第 2 の面を基準とする前記給電部の高さは 11〜 13mmの範囲内であることが好ま 、。
[0015] 前記遅波部材は導電性材料力もなる導波箱により覆うことができる。また、前記導 波箱に、前記遅波部材を冷却するための冷却手段を設けることができる。
[0016] 前記マイクロ波の周波数は、 2. 45GHz又は 8. 35GHzとすることができる。
[0017] また、本発明によれば、天井部に開口を有し、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、前記開 口に気密に装着された、マイクロ波を透過する誘電体からなる天板と、前記処理容器 内へ必要な処理ガスを導入するガス導入手段と、前記処理容器内へマイクロ波を導 入するために前記天板の上方に設けられた請求項 1に記載のマイクロ波導入装置と 、を備えたことをプラズマ処理装置が提供される。前記天板と前記遅波部材とは同一 の材料力 構成することができる。
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導入装置を備えたプラズマ処理装置の 構成を概略的に示す縦断面図である。
[図 2]図 1に示すマイクロ波導入装置の平面アンテナ部材及び遅波部材の中心部の 拡大図である。
[図 3]図 2に示す遅波部材の中心部を示す斜視図である。
[図 4]特性インピーダンスを求める時に用いた遅波部材の中心部の各部寸法を示す モデル図である。
[図 5]遅波部材の給電部の高さとマイクロ波の反射率との関係を示すグラフである。 [図 6]従来のプラズマ処理装置の構成を概略的に示す縦断面図である。
[図 7]図 6のプラズマ処理装置の平面アンテナ部材及び遅波部材の中心部の拡大図 である。
[図 8]図 7に示す遅波部材の中心部を示す斜視図である。
発明を実施するための最良の形態
[0019] 以下に、本発明に係るマイクロ波導入装置及びプラズマ処理装置の一実施例の形 態について添付図面を参照して説明する。図 1は本発明に係るマイクロ波導入装置 を備えたプラズマ処理装置の一例を示す構成図、図 2はマイクロ波導入装置の平面 アンテナ部材と遅波部材の中心部を示す拡大図、図 3は遅波部材の中心部を示す 斜視図である。
[0020] プラズマ処理装置 42は、その側壁及び底壁がアルミニウム等の導体により構成さ れた円筒形の処理容器 44を有している。処理容器 44の内部には円柱形の密閉され た処理空間 Sが画成される。処理容器 44は接地されて 、る。
[0021] 処理容器 44内には、その上面に被処理体例えば半導体ウェハ Wを載置する円板 形の載置台 46が収容されている。載置台 46は、アルミニウム力もなる支柱 48を介し て容器底部に固定されている。処理容器 44の側壁には、処理容器 44の内部に対し てウエノ、 Wを搬入及び搬出するための搬出入口 50が設けられ、搬出入口 50にはそ こを気密に閉塞することができるゲートバルブ 52が設けられている。
[0022] 処理容器 44には、当該処理容器 44内に必要な処理ガスを導入するためのガス導 入手段 54が設けられている。このガス導入手段 54は、本例では、処理容器 44の側 壁を貫通するガスノズル 54Aを有しており、このガスノズル 54Aより必要な処理ガスを 流量制御しつつ必要に応じて供給できるようになつている。尚、複数のガスノズル 54 Aを設けて異なる種類のガスを個別に処理容器 44内に導入できるようにすることもで きる。上記に代えて、ガス導入手段 54は、処理容器 44内の上部に設けられたいわゆ るシャワーヘッドを有して!/、てもよ!/、。
[0023] 処理容器 44の底壁には、排気口 56が設けられている。排気口 56には、圧力制御 弁 58及び真空ポンプ 60が順次介接された排気路 62が接続されており、必要に応じ て処理容器 44内を所定の圧力まで真空引きできるようになつている。 [0024] 載置台 46の下方には、ウェハ Wの搬出入時にこれを昇降させる複数、例えば 3本 の昇降ピン 64 (図 1にお!/、ては 2本のみ記す）が設けられて!/、る。処理容器 44の底 壁を昇降ロッド 68が貫通しており、この昇降ロッド 68は処理容器 44内の気密性を確 保するために伸縮可能なベローズ 66に囲まれている。昇降ロッド 68が昇降ピン 64を 昇降させる。載置台 46には、昇降ピン 64を挿通させるためのピン揷通孔 70が形成さ れて 、る。載置台 46は耐熱材料例えばアルミナ等のセラミックにより形成されて 、る 。載置台 46内には加熱手段 72が設けられている。加熱手段 72は、載置台 46の略 全域に埋め込まれた薄板形状の抵抗加熱ヒータにより構成することができる。加熱手 段 72は、支柱 48内を通る配線 74を介してヒータ電源 76に接続されて!、る。
[0025] 載置台 46の上面側には、薄板状の静電チャック 80が設けられている。静電チヤッ ク 80は、その内部に網目状に配設された導体線 78を有するものとすることができる。 静電チャック 80は、載置台 46上すなわち静電チャック 80上に載置されるウェハ Wを 静電吸着力により吸着することができる。静電チャック 80の導体線 78は、配線 82を 介して、静電吸着用の電圧を導体線 78に印加するための直流電源 84に接続されて いる。配線 82には更に、必要な時に所定周波数例えば 13. 56MHzのバイアス用の 高周波電力を静電チャック 80の導体線 78へ印加するために、バイアス用高周波電 源 86が接続されている。なお、このプラズマ処理装置により実行される処理の種類に よっては、バイアス用高周波電源 86は省略される。
[0026] 処理容器 44は上端に開口を有し、この開口は Oリング等のシール部材 90を介して 天板 88により気密に閉塞されている。天板 88は、マイクロ波に対しては透過性を有 する材料、具体的には石英、またはアルミナ (Al O )若しくは窒化アルミ (A1N)等の
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セラミックなどの誘電体力もなる。天板 88の厚さは耐圧性を考慮して例えば 20mm程 度とすることができる。
[0027] 天板 88の上面側に、本発明に係るマイクロ波導入装置 92が設けられている。マイ クロ波導入装置 92は、処理容器 44内へマイクロ波を導入するための円板状の平面 アンテナ部材 94を有して 、る。平面アンテナ部材 94の下面は天板 88の上面に接し ている。平面アンテナ部材 94は、導電性材料、好ましくは表面が銀メツキされた銅若 しくはアルミニウム力もなる。このプラズマ処理装置が 300mmサイズのウェハを処理 するように構成されている場合、平面アンテナ部材 94は、直径 400〜500mm、厚さ 1〜数 mmとすることができる。平面アンテナ部材 94には、細長い貫通孔からなる多 数のマイクロ波放射用のスロット 96が形成されている。スロット 96は、同心円状、渦巻 状、或いは放射状に配置することができる。スロット 96は、平面アンテナ部材 94の全 面に均一に分布していてもよい。この平面アンテナ部材 94は、いわゆる RLSA(Radi al Line Slot Antenna)と呼ばれるアンテナであり、高密度で低電子エネルギーのプラ ズマを処理容器 44内に形成することができる。
[0028] 平面アンテナ部材 94上には、全体として薄い円板形の遅波部材 98が設けられて いる。遅波部材 98の下面すなわち第 1の面は平面アンテナ部材 94に接している。遅 波部材 98は、マイクロ波の波長を短縮するために高誘電率材料力も形成されており 、例えば、石英、またはアルミナ若しくは窒化アルミ等のセラミックにより形成すること ができる。遅波部材 98は、平面アンテナ部材 94の上面の略全面を覆っている。遅波 部材 98の上面すなわち第 2の面の中央部には、そこ力 上方に突出する円柱形状 の突起の形態の給電部 100が形成されている（図 3参照)。給電部 100は、遅波部材 98の上面を基準とする高さ HIを有する。給電部 100の側壁 100Aの表面は、従来 の給電部（図 8参照）のように遅波部材の上面に対して傾斜したテーパ面ではなぐ 図 3に示すように、遅波部材 98の上面に対して垂直である。
[0029] 従って、側壁 100Aの形状を研磨加工等の機械加工により形成することが容易であ り、高いカ卩ェ精度で側壁 100Aをカ卩ェすることができる。テーパ付きの外周面を有す る従来の給電部（図 8の符号 26)の加工精度は ±0. 5mm程度であるが、本発明に 基づき遅波部材 98の上面に対して垂直な側壁 100Aを有する給電部 100の加工精 度は ±0. 1mm程度とすることができることが確認されている。給電部 100の前記高 さ HIは、遅波部材 98を構成する材料に依存するが、マイクロ波の反射率を抑制する ためには、例えば 6. 5-13. 0mmの範囲内に設定するのがよい。給電部 100には、 その中心を上下方向へ貫通する貫通孔 102が形成されている。貫通孔 102下部は、 下端に近づくに従って拡径している。遅波部材 98の材料は、マイクロ波の波長短絡 効果を考慮すると、天板 88と同じ材料を用いるのがよい。
[0030] 導体力もなる薄型円筒形状の導波箱 104が、遅波部材 98の上面及び側面の全部 を覆っている。平面アンテナ部材 94は、導波箱 104の底板を成す。導波箱 104の上 面には、これを冷却するために冷媒を流す冷却手段として冷却ジャケット 106が設け られている。
[0031] 導波箱 104及び平面アンテナ部材 94の周辺部は共に処理容器 44に導通している 。給電部 100には、同軸導波管 108が接続されている。同軸導波管 108は、中心導 体 108Aと、この周囲に所定の間隙を隔てて配置される断面円形の外側導体 108B と力 なる。外側導体 108Bは導波箱 104の上部の中心部に接続され、中心導体 10 8Aは遅波部材 98の中心の貫通孔 102を通って平面アンテナ部材 94の中心部に接 続されている。
[0032] 高い加工精度で加工された円柱形突起の形態の給電部 100の側壁 100Aは、外 側導体 108Bの内壁面に密に接している。同軸導波管 108は、モード変翻110及 びその途中に整合器（図示せず)を有する矩形導波管 112を介して 2. 45GHzのマ イク口波発生器 114に接続されており、平面アンテナ部材 94及び遅波部材 98へマイ クロ波を伝搬する。マイクロ波の周波数は 2. 45GHzに限定されず、他の周波数、例 えば 8. 35GHzでもよい。
[0033] プラズマ処理装置 42の全体の動作は、マイクロコンピュータ等よりなる制御手段 11 6により制御される。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、 CD (Compact Disc)又はフラッシュメモリ等の記憶媒体 118に記憶されている。この 制御手段 116からの指令により、各処理ガスの供給及び流量制御、マイクロ波及び 高周波の供給及び電力制御、並びにプロセス温度及びプロセス圧力の制御が行わ れる。
[0034] 次に、プラズマ処理装置 42により実行される処理方法の一例について説明する。
まず、ゲートバルブ 52を開いて、搬出入口 50を介して半導体ウェハ Wを搬送アーム (図示せず）により処理容器 44内に収容し、昇降ピン 64を上下動させることによりゥェ ハ Wを載置台 46の上面の載置面に載置し、そして、このウェハ Wを静電チャック 80 により静電吸着する。このウェハ Wは、必要に応じて加熱手段 72により所定のプロセ ス温度に維持される。図示しないガス源から、所定の処理ガスを流量制御しつつガス 導入手段 54のガスノズル 54Aを介して処理容器 44内へ供給し、圧力制御弁 58を制 御して処理容器 44内を所定のプロセス圧力に維持する。
[0035] これと同時に、マイクロ波導入装置 92のマイクロ波発生器 114を駆動することにより 、このマイクロ波発生器 114にて発生したマイクロ波を、矩形導波管 112及び同軸導 波管 108を介して、給電部 100より平面アンテナ部材 94と遅波部材 98とに供給する 。遅波部材 98によって波長が短くなされたマイクロ波は、天板 88を透過して処理空 間 Sに導入され、これにより処理空間 Sにプラズマを発生させてプラズマを用いた所 定の処理を行う。
[0036] ここで、同軸導波管 108の下端部力ものマイクロ波の伝搬についてより詳しく説明 する。同軸導波管 108を伝搬してきたマイクロ波は、遅波部材 98の中央部に設けた 給電部 100を通って遅波部材 98及び平面アンテナ部材 94の周辺部に向力つて放 射状に伝搬して行く。その過程で、マイクロ波は、各スロット 96より下方の処理空間 S に向けて放射され、処理容器 44内に導入される。
[0037] 前述したように、本発明に基づく新規な形状を有する給電部 100は、高い加工精度 で加工されているため、同軸導波管 108の外側導体 108Bの下端部に隙間無く嵌め る込むことができる。このため、隙間に起因して給電部 100と外側導体 108Bとの間 に異常放電が発生することを防止でき、更には平面アンテナ部材 94における電界分 布の対称性が崩れることを防止することができる。
[0038] また、隙間が生じないため、設計通りの特性インピーダンスを実現することができる ため、給電部 100およびその近傍におけるマイクロ波の反射を抑制することができる 。更に、冷却手段 106を同軸導波管 108に設けた場合には、給電部 100と同軸導波 管 108の内壁面 (或 、は給電部 100と導波箱 104の内壁面）との間を密接させること ができるため、両部材間の熱伝導性が改善されて、給電部 100の冷却効率を向上さ せることができる。
[0039] なお、給電部 100を円柱形にすると、給電部 100を裁頭円錐形にした場合（図 7及 び図 8を参照）と比べて、特性インピーダンスの変化が急峻になり、マイクロ波の反射 率が大きくなる恐れが生ずる。し力しながら、この問題は、給電部 100の高さ HIを最 適ィ匕すること〖こより解決することができる。
[0040] 最適化された高さ HIは、遅波部材 98及び給電部 100の材料が比誘電率 9. 8程 度のアルミナの場合には、 6. 5〜8. 5mm程度の範囲内であり、比誘電率が 3. 8程 度の石英の場合には 11. 0-13. Omm程度の範囲内である。このように給電部 100 の高さ HIを最適化することによりマイクロ波の反射率の増大を抑制して、これを 5% 以下にすることができる。
[0041] <特性インピーダンスの変化と反射率 >
次に、給電部の高さ HIの最適化の検討結果について図 4及び図 5を参照して説明 する。図 4は特性インピーダンスの算出の基礎とした遅波部材の中心部のモデルを 示しており、図 5は遅波部材の給電部の高さとマイクロ波の反射率との関係を示すグ ラフである。なお、本モデルではマイクロ波の周波数を 2. 45GHzに設定しているが 、周波数はこれに限定されるものではない。
[0042] 図 4 (A)は従来技術に係る遅波部材の給電部周囲のモデルを示し、図 4 (B)は本 発明に係る遅波部材の給電部の周囲のモデルを示して 、る。
以下の前提で計算を行った。
遅波部材の材料：アルミナ（比誘電率 9. 8)
遅波部材の厚さ d :4mm
給電部の貫通孔の半径 dl : 8. 45mm
給電部の半径 d2 : 19. 4mm
同軸導波管の特性インピーダンス： 50 Ω
給電部の高さ HO (従来技術） : 6mm
給電部の高さ HI (本発明） : 8mm
[0043] 特性インピーダンス Zは次の式で与えられる。
Z=V/l = 60d/ (r " ε )
r：遅波部材の中心からの距離
ε：比誘電率
特性インピーダンスは、図 4 (A)に示す従来の遅波部材の場合には、同軸導波管と 給電部との境界で 15. 9 Ω、給電部の外周の途中の点を含む斜め方向断面で 7. 4 Ω、給電部の外周の終端点を含む上下断面で 1. 5 Ωであった。また、この時のマイ クロ波の反射率は 4. 5%程度であった。 [0044] これに対して、図 4 (B)に示す本発明の場合には、特性インピーダンスは、同軸導 波管と給電部との境界で 15. 9 Ω、給電部の外周の終端点を含む斜め方向断面で 1 Ο Ω、給電部の外周の終端点を含む上下断面で 3. 95 Ωであった。この時のマイクロ 波の反射率は 3. 6%程度であり、従来技術の 4. 5%よりも大幅に低いことを確認す ることがでさた。
[0045] ここで、図 4 (B)に示す本発明に係る遅波部材のモデルにぉ 、て、マイクロ波の反 射率の給電部高さ HI依存性について検討した。その結果を、図 5 (A)に示す。図 5 ( A)に示すように、給電部の高さ HIが 6〜9mmの範囲では、マイクロ波の反射率は 下に凸のカーブを描き、高さ HIが 8mmの時に反射率の最低値約 3. 5を示す。ここ で反射率の許容限度（上限）を 5%とすると、高さ HIを 6. 5〜8. 5mmの範囲内とす ることにより反射率を上記許容限度内とすることができることが確認された。また、反 射率の許容限度を 4%とした場合には、高さ HIを 7. 0〜8. 1mmの範囲内にとする ことにより。反射率を上記許容限度内とすることができることが確認された。
[0046] 本発明に基づく形状であってかつ高さ HIが 8mmの給電部 100を有する遅波部材 を用いたプラズマ処理装置を実際に運転して、発生したプラズマの状態を確認した。 マイクロ波パワーを 1000〜3500ワットの範囲で変化させ、また処理容器内圧力を 5 0〜200mTorrの範囲内で変化させても、プラズマを安定的に形成できることを目視 により確認することができた。
[0047] 遅波部材の材料をアルミナ力 石英に変更して、上記と同様の検討を行った。この 時の給電部の高さ HIと反射率との関係を図 5 (B)に示す。尚、石英よりなる遅波部 材の厚さ dは 7mm、石英の比誘電率 εは 3. 8である。図 5 (B)から明らかなように、 マイクロ波の反射率 5%以下を達成するには、高さ HIを 11. 0-13. Ommの範囲内 とすればよいことを確認することができた。尚、窒化アルミ (A1N)の比誘電率は 8. 0 程度とアルミナと略同じであり、遅波部材の材料が窒化アルミである場合も、アルミナ について求めた上記寸法を適用することができる。
[0048] 尚、上記プラズマ処理装置の構成は単に一例を示したに過ぎず、これに限定され ない。また、遅波部材 98の材質や比誘電率は、単に一例を示したに過ぎず、これら に限定されない。特に、給電部 100の高さ HIは使用する材料の比誘電率に応じて 最適化することが好ましいのは勿論である。また、プラズマ処理装置により処理される 被処理体は、半導体ウェハに限定されるものではなぐガラス基板、 LCD基板、セラ ミック基板等の他の種類の被処理体であってもよ 、。

Claims

請求の範囲
[1] マイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、
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、
中心導体と外側導体とを有し、前記マイクロ波発生器の発生したマイクロ波を前記 平面アンテナ部材へ伝搬させる同軸導波管と、
前記平面アンテナ部材に重ねて設けられた平板状の遅波部材であって、前記平面 アンテナ部材に面する第 1の面と、前記第 1の面と反対方向を向いた第 2の面とを有 し、前記第 2の面にその中心部から突出する突起からなり前記同軸導波管から給電 される給電部が形成されている、遅波部材と、を備え、
前記中心導体は前記給電部に形成された貫通孔を通って前記平面アンテナ部材 の中心部に接続され、
前記給電部は前記遅波部材の第 2の面に対して垂直な側壁を有する
ことを特徴とするマイクロ波導入装置。
[2] 前記遅波部材は誘電体からなることを特徴とする請求項 1記載のマイクロ波導入装 置。
[3] 前記遅波部材の前記第 2の面を基準とする前記給電部の高さは 6. 5〜13. Omm の範囲内であることを特徴とする請求項 1記載のマイクロ波導入装置。
[4] 前記遅波部材はアルミナ力 なり、前記遅波部材の前記第 2の面を基準とする前記 給電部の高さは 6. 5〜8. 5mmの範囲内であることを特徴とする請求項 1記載のマイ クロ波導入装置。
[5] 前記遅波部材は石英からなり、前記遅波部材の前記第 2の面を基準とする前記給 電部の高さは 11〜 13mmの範囲内であることを特徴とする請求項 1記載のマイクロ 波導入装置。
[6] 前記遅波部材は導電性材料力 なる導波箱で覆われていることを特徴とする請求 項 1に記載のマイクロ波導入装置。
[7] 前記導波箱に、前記遅波部材を冷却するための冷却手段が設けられることを特徴 とする請求項 6記載のマイクロ波導入装置。
[8] 前記マイクロ波の周波数は、 2. 45GHz又は 8. 35GHzであることを特徴とする請 求項 1に記載のマイクロ波導入装置。
[9] 天井部に開口を有し、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、
前記開口に気密に装着された、マイクロ波を透過する誘電体からなる天板と、 前記処理容器内へ必要な処理ガスを導入するガス導入手段と、
前記処理容器内へマイクロ波を導入するために前記天板の上方に設けられた請求 項 1に記載のマイクロ波導入装置と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
[10] 前記天板と前記遅波部材とは同一の材料からなることを特徴とする請求項 9記載の プラズマ処理装置。
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