WO2013105358A1 - 表面波プラズマ処理装置 - Google Patents

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WO2013105358A1
WO2013105358A1 PCT/JP2012/081263 JP2012081263W WO2013105358A1 WO 2013105358 A1 WO2013105358 A1 WO 2013105358A1 JP 2012081263 W JP2012081263 W JP 2012081263W WO 2013105358 A1 WO2013105358 A1 WO 2013105358A1
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surface wave
microwave
dielectric
wave plasma
processing container
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PCT/JP2012/081263
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池田　太郎
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東京エレクトロン株式会社
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/511—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using microwave discharges
    • 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
    • H01J37/32211—Means for coupling power to the plasma
    • H01J37/32238—Windows
    • H—ELECTRICITY
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    • H01J37/32293—Microwave generated discharge using particular waveforms, e.g. polarised waves
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    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H01J37/32311—Circuits specially adapted for controlling the microwave discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • 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
    • H05H1/461—Microwave discharges
    • H05H1/4615—Microwave discharges using surface waves

Definitions

  • the present invention relates to a surface wave plasma processing apparatus.
  • plasma processing such as a plasma etching apparatus or a plasma CVD film forming apparatus is performed in order to perform a plasma process such as an etching process or a film forming process on a target substrate such as a semiconductor wafer or a glass substrate.
  • a device is used.
  • an RLSA Random Line Slot Antenna microwave plasma processing apparatus that can uniformly form a high-density, low-electron-temperature surface wave plasma has attracted attention (for example, a patent). Reference 1).
  • the RLSA microwave plasma processing apparatus is provided with a planar antenna (Radial Line Slot Antenna) in which slots are formed in a predetermined pattern at the top of a chamber (processing vessel), and is guided from a microwave source through a waveguide having a coaxial structure.
  • the microwave is radiated from the slot of the planar antenna through the dielectric provided below into the chamber held in a vacuum, and the gas introduced into the chamber by the microwave electric field is turned into plasma, and the semiconductor An object to be processed such as a wafer is subjected to plasma processing.
  • Patent Document 2 a plurality of microwave radiating portions each having a planar antenna as described above are provided, and the microwaves radiated from the microwaves are guided into the chamber.
  • a plasma source for spatially synthesizing waves is disclosed.
  • the phase and intensity of the microwaves radiated from each microwave radiation unit can be individually adjusted, and the plasma distribution can be adjusted. It can be done relatively easily.
  • a plasma source having a plurality of microwave radiation portions
  • surface waves are radiated through a planar top plate in which a dielectric member is fitted to a metal support member corresponding to each microwave radiation portion.
  • the plasma density may be low, and a higher plasma density is required.
  • an object of the present invention is to provide a surface wave plasma processing apparatus capable of obtaining a higher plasma density when surface wave plasma is formed by radiating microwaves from a plurality of microwave radiation portions. .
  • a processing container that accommodates a substrate to be processed, a mounting table on which the substrate to be processed is mounted in the processing container, and a gas supply mechanism that supplies gas into the processing container.
  • a surface wave plasma source for introducing a microwave into the processing vessel and forming a surface wave plasma by the gas supplied into the processing vessel, wherein the surface wave plasma source generates a microwave.
  • a microwave generating mechanism a plurality of microwave radiating units that radiate the generated microwaves into the processing container, and a microwave that is provided on the processing container and radiated from the plurality of microwave radiating units
  • a surface wave transmission line forming member for forming a surface wave transmission line for transmitting a surface wave in the processing container, wherein the surface wave transmission line forming member is made of a dielectric, and the plurality of microwaves Release Covering the part, and a surface wave plasma processing apparatus recess to correspond to the mounting table is formed is provided.
  • the surface wave transmission line forming member has a dome shape and its lower end extends to a position corresponding to the mounting table.
  • a processing container that accommodates a substrate to be processed, a mounting table on which the substrate to be processed is mounted in the processing container, and a gas supply mechanism that supplies gas into the processing container.
  • a surface wave plasma source for introducing a microwave into the processing vessel and forming a surface wave plasma by the gas supplied into the processing vessel, wherein the surface wave plasma source generates a microwave.
  • a surface wave having a top plate having a plurality of dielectric members that respectively transmit microwaves radiated from the plurality of microwave radiating portions, and a side dielectric wall provided on an upper side wall of the processing vessel.
  • the Zuma processing apparatus is provided.
  • the side dielectric wall has a lower end extending to a position corresponding to the upper surface of the mounting table. Further, a plurality of upper dielectric walls are provided below the top plate so as to correspond to the plurality of dielectric members and cover the frame, and are adjacent to the upper dielectric wall. It is preferable that gaps between which the plasma does not enter are formed.
  • a processing container that accommodates a substrate to be processed, a mounting table on which the substrate to be processed is mounted in the processing container, and a gas supply mechanism that supplies gas into the processing container.
  • a surface wave plasma source for introducing a microwave into the processing vessel and forming a surface wave plasma by the gas supplied into the processing vessel, wherein the surface wave plasma source generates a microwave.
  • a top plate having a plurality of dielectric members that respectively transmit microwaves radiated from the plurality of microwave radiating portions, and the plurality of dielectric members have a concave shape toward the mounting table. ing Surface wave plasma processing apparatus is provided.
  • the dielectric member is provided so as to cover the frame and to form a gap between the adjacent members so that plasma does not enter. Further, the dielectric member has an overhanging portion that covers the frame, and a gap is formed between the overhanging portions of adjacent ones of the dielectric members so that plasma does not enter, and the adjacent overhanging portion It can be set as the structure by which the recessed part is formed.
  • a processing container that accommodates a substrate to be processed, a mounting table on which the substrate to be processed is mounted in the processing container, and a gas supply mechanism that supplies gas into the processing container.
  • a surface wave plasma source for introducing a microwave into the processing vessel and forming a surface wave plasma by the gas supplied into the processing vessel, wherein the surface wave plasma source generates a microwave.
  • a top plate having a plurality of dielectric members that respectively transmit the microwaves radiated from the plurality of microwave radiating portions, and the surfaces of the plurality of dielectric members facing the mounting table are uneven. Shape And has a surface wave plasma processing apparatus is provided.
  • the dielectric member is provided so as to cover the frame and to form a gap where plasma does not enter between adjacent members.
  • the surface wave plasma source preferably further includes a dielectric wall provided on an upper side wall of the processing vessel.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. It is a cross-sectional view by the BB 'line of FIG. 4 which shows the slag and sliding member in a tuner. It is a schematic diagram explaining the supply process of the energy from a surface wave to plasma.
  • FIG. 1 is a sectional view showing a schematic configuration of a surface wave plasma processing apparatus according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a configuration diagram showing a configuration of a surface wave plasma source
  • FIG. 4 is a plan view schematically showing a microwave supply section in the plasma source
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the microwave radiation section in the surface wave plasma source
  • FIG. 5 is a line AA ′ in FIG. 4 showing a power feeding mechanism of the microwave radiation section.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line BB ′ in FIG. 4 showing the slag and the sliding member in the tuner.
  • the surface wave plasma processing apparatus 100 is configured as a plasma etching apparatus that performs, for example, an etching process as a plasma process on a wafer, and is grounded in a substantially cylindrical shape made of an airtight metal material such as aluminum or stainless steel.
  • An opening 1 a is formed in the upper part of the chamber 1, and the surface wave plasma source 2 is provided so as to face the inside of the chamber 1 from the opening 1 a.
  • a susceptor 11 for horizontally supporting a semiconductor wafer W (hereinafter, referred to as a wafer W), which is an object to be processed, is erected at the center of the bottom of the chamber 1 via an insulating member 12a. It is provided in a state supported by the support member 12.
  • Examples of the material constituting the susceptor 11 and the support member 12 include aluminum whose surface is anodized (anodized).
  • the susceptor 11 includes an electrostatic chuck for electrostatically attracting the wafer W, a temperature control mechanism, a gas flow path for supplying heat transfer gas to the back surface of the wafer W, and the wafer. Elevating pins and the like that move up and down to convey W are provided as necessary. Furthermore, a high frequency bias power supply 14 is electrically connected to the susceptor 11 via a matching unit 13. By supplying high frequency power from the high frequency bias power source 14 to the susceptor 11, ions in the plasma are attracted to the wafer W side.
  • An exhaust pipe 15 is connected to the bottom of the chamber 1, and an exhaust device 16 including a vacuum pump is connected to the exhaust pipe 15. Then, by operating the exhaust device 16, the inside of the chamber 1 is exhausted, and the inside of the chamber 1 can be decompressed at a high speed to a predetermined degree of vacuum.
  • a loading / unloading port for loading and unloading the wafer W is provided on the side wall of the chamber 1 so as to be opened and closed by a gate valve (both not shown).
  • a ring-shaped gas introduction member 26 is provided along the chamber wall above the susceptor 11 in the chamber 1, and the gas introduction member 26 is provided with a number of gas discharge holes on the inner periphery. .
  • a gas supply source 27 that supplies plasma gas and processing gas is connected to the gas introduction member 26 via a pipe 28.
  • the plasma gas a rare gas such as Ar gas is preferably used.
  • the processing gas a commonly used etching gas such as Cl 2 gas can be used.
  • the plasma gas introduced into the chamber 1 from the gas introduction member 26 is turned into plasma by the microwave introduced into the chamber 1 from the surface wave plasma source 2, and this plasma excites the processing gas to convert the processing gas plasma into plasma.
  • the plasma gas and the processing gas may be supplied by separate supply members.
  • a shower plate that supplies gas in a shower shape may be used as a mechanism for supplying processing gas or the like.
  • the surface wave plasma source 2 includes a top plate 110 supported by a support ring 29 provided on the upper portion of the chamber 1 and a dielectric wall 115 that is concave toward the chamber 1 below the top plate 110. And the top plate 110 are hermetically sealed. The top plate 110 and the dielectric wall 115 will be described later. As shown in FIG. 2, the surface wave plasma source 2 distributes the microwaves to a plurality of paths and outputs microwaves, and guides the microwaves output from the microwave output unit 30 to the chamber 1. , And a microwave supply unit 40 for radiating into the chamber 1.
  • the microwave output unit 30 includes a microwave power source 31, a microwave oscillator 32, an amplifier 33 that amplifies the oscillated microwave, and a distributor 34 that distributes the amplified microwave into a plurality of parts. .
  • the microwave oscillator 32 causes, for example, a PLL oscillation of a microwave having a predetermined frequency (for example, 915 MHz).
  • the distributor 34 distributes the microwave amplified by the amplifier 33 while matching the impedance between the input side and the output side so that the loss of the microwave does not occur as much as possible.
  • the microwave frequency 700 MHz to 3 GHz can be used in addition to 915 MHz.
  • the microwave supply unit 40 has a plurality of antenna modules 41 that guide the microwaves distributed by the distributor 34 into the chamber 1.
  • Each antenna module 41 includes an amplifier unit 42 that mainly amplifies the distributed microwave and a microwave radiating unit 43.
  • the microwave radiating unit 43 includes a tuner 60 for matching impedance and an antenna unit 45 that radiates the amplified microwave into the chamber 1.
  • a microwave is radiated into the chamber 1 from the antenna unit 45 of the microwave radiating unit 43 in each antenna module 41.
  • the microwave supply unit 40 includes seven antenna modules 41, and six microwave radiating units 43 of each antenna module 41 are arranged circumferentially and one at the center thereof. It arrange
  • the top plate 110 functions as a vacuum seal and a microwave transmission plate, and is fitted to the metal frame 110a and the portion where the microwave radiating portion 43 is disposed and is fitted in the frame 110a.
  • a dielectric member 110b made of a dielectric material.
  • the dielectric wall 115 disposed under the top plate 110 is made of a dielectric material such as quartz, and covers the entirety of the plurality of microwave radiating portions 43 and faces the susceptor 11 so as to correspond to the susceptor 11. Is formed. Specifically, as shown in the drawing, the dielectric wall 115 has a dome shape, and a lower end thereof extends to the vicinity of the upper surface of the susceptor 11 and is supported by a support member 116 protruding from the inner wall. Thereby, the dielectric wall 115 covers the susceptor 11 by the concave portion corresponding to the dome shape.
  • the dielectric wall 115 is not limited to a dome shape, and the concave portion can take various shapes such as a square or a triangle. Further, it may not be covered to the side of the wafer W, and may be disposed above the wafer W.
  • the amplifier unit 42 includes a phase shifter 46, a variable gain amplifier 47, a main amplifier 48 constituting a solid state amplifier, and an isolator 49.
  • the phase shifter 46 is configured to change the phase of the microwave, and by adjusting this, the radiation characteristic can be modulated.
  • the plasma distribution can be changed by controlling the directivity by adjusting the phase for each antenna module.
  • circularly polarized waves can be obtained by shifting the phase by 90 ° between adjacent antenna modules.
  • the phase shifter 46 can be used for the purpose of spatial synthesis in the tuner by adjusting the delay characteristics between components in the amplifier. However, the phase shifter 46 need not be provided when such modulation of the radiation characteristics and adjustment of the delay characteristics between the components in the amplifier are not required.
  • the variable gain amplifier 47 is an amplifier for adjusting the power level of the microwave input to the main amplifier 48, adjusting the variation of individual antenna modules, or adjusting the plasma intensity. By changing the variable gain amplifier 47 for each antenna module, the generated plasma can be distributed.
  • the main amplifier 48 constituting the solid state amplifier can be configured to include, for example, an input matching circuit, a semiconductor amplifying element, an output matching circuit, and a high Q resonance circuit.
  • the isolator 49 separates the reflected microwaves reflected by the antenna unit 45 and directed to the main amplifier 48, and includes a circulator and a dummy load (coaxial terminator).
  • the circulator guides the microwave reflected by the antenna unit 45 to the dummy load, and the dummy load converts the reflected microwave guided by the circulator into heat.
  • the microwave radiating unit 43 includes a coaxial waveguide 44 that transmits a microwave, and an antenna unit 45 that radiates the microwave transmitted through the waveguide 44 into the chamber 1. Have. Then, the microwaves radiated from the microwave radiating unit 43 into the chamber 1 are combined in the space in the chamber 1, and surface wave plasma is formed in the chamber 1.
  • the waveguide 44 is configured by coaxially arranging a cylindrical outer conductor 52 and a rod-shaped inner conductor 53 provided at the center thereof, and an antenna portion 45 is provided at the tip of the waveguide 44.
  • the inner conductor 53 is a power supply side
  • the outer conductor 52 is a ground side.
  • the upper end of the outer conductor 52 and the inner conductor 53 is a reflection plate 58.
  • a feeding mechanism 54 that feeds microwaves (electromagnetic waves) is provided on the proximal end side of the waveguide 44.
  • the power feeding mechanism 54 has a microwave power introduction port 55 for introducing microwave power provided on a side surface of the waveguide 44 (outer conductor 52).
  • a coaxial line 56 including an inner conductor 56 a and an outer conductor 56 b is connected to the microwave power introduction port 55 as a feed line for supplying the microwave amplified from the amplifier unit 42.
  • a feeding antenna 90 extending horizontally toward the inside of the outer conductor 52 is connected to the tip of the inner conductor 56 a of the coaxial line 56.
  • the feed antenna 90 is formed by, for example, cutting a metal plate such as aluminum and then fitting it into a dielectric member such as Teflon (registered trademark).
  • a slow wave material 59 made of a dielectric material such as Teflon (registered trademark) for shortening the effective wavelength of the reflected wave is provided between the reflector 58 and the feeding antenna 90. Note that when a microwave with a high frequency such as 2.45 GHz is used, the slow wave material 59 may not be provided.
  • the distance from the feeding antenna 90 to the reflecting plate 58 is optimized, and the electromagnetic wave radiated from the feeding antenna 90 is reflected by the reflecting plate 58 so that the maximum electromagnetic wave is transmitted into the waveguide 44 having the coaxial structure.
  • the feeding antenna 90 is connected to the inner conductor 56a of the coaxial line 56 at the microwave power introduction port 55, and the first pole 92 to which the electromagnetic wave is supplied and the second electromagnetic wave to radiate the supplied electromagnetic wave.
  • the antenna main body 91 having the pole 93 and the reflection part 94 extending from both sides of the antenna main body 91 along the outside of the inner conductor 53 to form a ring shape, and the electromagnetic wave incident on the antenna main body 91 and the reflection part A standing wave is formed by the electromagnetic wave reflected at 94.
  • the second pole 93 of the antenna body 91 is in contact with the inner conductor 53.
  • the microwave power is fed into the space between the outer conductor 52 and the inner conductor 53 by the feed antenna 90 radiating microwaves (electromagnetic waves). Then, the microwave power supplied to the power feeding mechanism 54 propagates toward the antenna unit 45.
  • a tuner 60 is provided in the waveguide 44.
  • the tuner 60 matches the impedance of the load (plasma) in the chamber 1 with the characteristic impedance of the microwave power source in the microwave output unit 30, and moves up and down between the outer conductor 52 and the inner conductor 53 2.
  • Two slags 61a and 61b, and a slag driving unit 70 provided on the outer side (upper side) of the reflection plate 58.
  • the slag 61a is provided on the slag drive unit 70 side, and the slag 61b is provided on the antenna unit 45 side. Further, in the inner space of the inner conductor 53, two slag moving shafts 64a and 64b for slag movement are provided along a longitudinal direction of the inner conductor 53.
  • the slag moving shafts 64a and 64b are formed by screw rods having trapezoidal screws, for example.
  • the slag 61a has an annular shape made of a dielectric, and a sliding member 63 made of a resin having slipperiness is fitted inside the slag 61a.
  • the sliding member 63 is provided with a screw hole 65a into which the slag moving shaft 64a is screwed and a through hole 65b into which the slag moving shaft 64b is inserted.
  • the slag 61b has a screw hole 65a and a through hole 65b as in the case of the slag 61a.
  • the screw hole 65a is screwed to the slag moving shaft 64b and is connected to the through hole 65b. The slag moving shaft 64a is inserted.
  • the slag 61a moves up and down by rotating the slag movement shaft 64a
  • the slag 61b moves up and down by rotating the slag movement shaft 64b. That is, the slugs 61a and 61b are moved up and down by a screw mechanism including the slug moving shafts 64a and 64b and the sliding member 63.
  • the sliding member 63 is provided with three protrusions 63a at equal intervals so as to correspond to the slits 53a. Then, the sliding member 63 is fitted into the slags 61a and 61b in a state where the protruding portions 63a are in contact with the inner circumferences of the slags 61a and 61b.
  • the outer peripheral surface of the sliding member 63 comes into contact with the inner peripheral surface of the inner conductor 53 without play, and the sliding member 63 slides up and down the inner conductor 53 by rotating the slug movement shafts 64a and 64b. It is supposed to be. That is, the inner peripheral surface of the inner conductor 53 functions as a sliding guide for the slugs 61a and 61b.
  • a resin material constituting the sliding member 63 a resin having good sliding property and relatively easy to process, for example, a polyphenylene sulfide (PPS) resin can be mentioned as a suitable material.
  • PPS polyphenylene sulfide
  • the slag moving shafts 64 a and 64 b extend through the reflecting plate 58 to the slag driving unit 70.
  • a bearing (not shown) is provided between the slug moving shafts 64a and 64b and the reflection plate 58.
  • a bottom plate 67 made of a conductor is provided at the lower end of the inner conductor 53.
  • the lower ends of the slag moving shafts 64a and 64b are normally open ends to absorb vibration during driving, and a bottom plate 67 is provided at a distance of about 2 to 5 mm from the lower ends of the slag moving shafts 64a and 64b. It has been.
  • the bottom plate 67 may be used as a bearing portion, and the lower ends of the slag moving shafts 64a and 64b may be supported by the bearing portion.
  • the slag drive unit 70 has a casing 71, slag moving shafts 64a and 64b extend into the casing 71, and gears 72a and 72b are attached to the upper ends of the slag moving shafts 64a and 64b, respectively.
  • the slag drive unit 70 is provided with a motor 73a that rotates the slag movement shaft 64a and a motor 73b that rotates the slag movement shaft 64b.
  • a gear 74a is attached to the shaft of the motor 73a, and a gear 74b is attached to the shaft of the motor 73b.
  • the gear 74a meshes with the gear 72a, and the gear 74b meshes with the gear 72b.
  • the slag movement shaft 64a is rotated by the motor 73a via the gears 74a and 72a
  • the slag movement shaft 64b is rotated by the motor 73b via the gears 74b and 72b.
  • the motors 73a and 73b are, for example, stepping motors.
  • the slag moving shaft 64b is longer than the slag moving shaft 64a and reaches the upper side. Therefore, the positions of the gears 72a and 72b are offset vertically, and the motors 73a and 73b are also offset vertically.
  • the space for the power transmission mechanism such as the motor and gears is small, and the casing 71 has the same diameter as the outer conductor 52.
  • increment type encoders 75a and 75b for detecting the positions of the slugs 61a and 61b are provided so as to be directly connected to these output shafts.
  • the positions of the slags 61a and 61b are controlled by the slag controller 68.
  • the slag controller 68 controls the motors 73a and 73b based on the impedance value of the input end detected by an impedance detector (not shown) and the positional information of the slags 61a and 61b detected by the encoders 75a and 75b.
  • the impedance is adjusted by sending a signal and controlling the positions of the slugs 61a and 61b.
  • the slug controller 68 performs impedance matching so that the termination is, for example, 50 ⁇ . When only one of the two slugs is moved, a trajectory passing through the origin of the Smith chart is drawn, and when both are moved simultaneously, only the phase rotates.
  • the antenna unit 45 has a planar slot antenna 81 that functions as a microwave radiation antenna and has a planar shape and has a slot 81a.
  • the antenna unit 45 includes a slow wave material 82 provided on the upper surface of the planar slot antenna 81.
  • a cylindrical member 82 a made of a conductor passes through the center of the slow wave member 82 to connect the bottom plate 67 and the planar slot antenna 81. Therefore, the inner conductor 53 is connected to the planar slot antenna 81 via the bottom plate 67 and the cylindrical member 82a.
  • a slow wave member 83 is disposed on the front end side of the planar slot antenna 81.
  • the lower end of the outer conductor 52 extends to the planar slot antenna 81, and the periphery of the slow wave material 82 is covered with the outer conductor 52.
  • the periphery of the planar slot antenna 81 and the slow wave member 83 is covered with a covered conductor 84.
  • the slow wave materials 82 and 83 have a dielectric constant larger than that of vacuum, and are made of, for example, fluorine resin or polyimide resin such as quartz, ceramics, polytetrafluoroethylene, etc. Therefore, the antenna has a function of shortening the wavelength of the microwave to make the antenna smaller.
  • the slow wave members 82 and 83 can adjust the phase of the microwave depending on the thickness thereof, and the thickness thereof is adjusted so that the planar slot antenna 81 becomes a “wave” of a standing wave. Thereby, reflection can be minimized and the radiation energy of the planar slot antenna 81 can be maximized.
  • the slow wave member 83 is provided in contact with the dielectric member 110b fitted into the metal frame 110a of the top plate 110. Then, the microwave amplified by the main amplifier 48 passes between the peripheral walls of the inner conductor 53 and the outer conductor 52, passes through the slot 81a of the planar slot antenna 81, the slow wave member 83, the dielectric member 110b of the top plate 110, and further The light passes through the concave dielectric wall 115 and is radiated to the space in the chamber 1.
  • the main amplifier 48, the tuner 60, and the planar slot antenna 81 are arranged close to each other.
  • the tuner 60 and the planar slot antenna 81 constitute a lumped constant circuit existing within a half wavelength, and the combined resistance of the planar slot antenna 81 and the slow wave members 82 and 83 is set to 50 ⁇ . Therefore, the tuner 60 is directly tuned with respect to the plasma load, and can efficiently transmit energy to the plasma.
  • Each component in the surface wave plasma processing apparatus 100 is controlled by a control unit 120 including a microprocessor.
  • the control unit 120 includes a storage unit that stores a process sequence of the surface wave plasma processing apparatus 100 and a process recipe that is a control parameter, an input unit, a display, and the like, and controls the plasma processing apparatus in accordance with the selected process recipe. It has become.
  • the wafer W is loaded into the chamber 1 and placed on the susceptor 11. Then, a plasma gas, for example, Ar gas is introduced from the gas supply source 27 into the chamber 1 through the pipe 28 and the gas introduction member 26, and a microwave is introduced into the chamber 1 from the surface wave plasma source 2 to cause the surface wave. Generate plasma.
  • a plasma gas for example, Ar gas is introduced from the gas supply source 27 into the chamber 1 through the pipe 28 and the gas introduction member 26, and a microwave is introduced into the chamber 1 from the surface wave plasma source 2 to cause the surface wave. Generate plasma.
  • a processing gas for example, an etching gas such as Cl 2 gas is discharged from the gas supply source 27 into the chamber 1 through the pipe 28 and the gas introduction member 26.
  • the discharged processing gas is excited into plasma by the plasma gas, and the wafer W is subjected to plasma processing, for example, etching processing by the processing gas plasma.
  • Plasma gas and processing gas may be introduced simultaneously.
  • the microwave power oscillated from the microwave oscillator 32 of the microwave output unit 30 is amplified by the amplifier 33 and then distributed to a plurality by the distributor 34.
  • the distributed microwave power is guided to the microwave supply unit 40.
  • the microwave power distributed in plural is individually amplified by the main amplifier 48 that constitutes the solid-state amplifier, and is supplied to the waveguide 44 of the microwave radiating unit 43.
  • the slow wave member 82 of the antenna unit 45, the planar slot antenna 81, the slow wave member 83, the dielectric member 110b of the top plate 110, and the susceptor 11 is radiated into the chamber 1 through a dielectric wall 115 having a concave shape toward the space 11, and is spatially synthesized.
  • the dielectric wall 115 functions as a surface wave transmission line forming member.
  • the metal frame 110a of the top plate 110, the support ring 29, and the side wall and the metal region of the chamber 1 are many in the region where the surface wave transmission line is formed. It was.
  • microwaves electromagnetic waves
  • the electromagnetic wave cannot enter the entire plasma bulk and is reflected at a position where the electron density in the vicinity of the plasma bulk surface is equal to the cutoff density. Therefore, the plasma bulk end of the electromagnetic wave transmission line is determined by the cutoff density.
  • Electromagnetic waves (surface waves) emitted from the antenna and propagating on the material surface propagate not only on the dielectric surface (hereinafter, electromagnetic waves propagating on the dielectric surface are referred to as dielectric surface waves) but also on the metal surface.
  • an electromagnetic wave propagating on the metal surface is referred to as a metal surface wave. Therefore, a metal surface such as the support ring 29 is disposed at the upper end and a plasma bulk is disposed at the lower end, and the electromagnetic wave propagates along them.
  • a metal surface wave the distance between the electromagnetic wave radiation surface and the plasma bulk is extremely short compared to a dielectric surface wave. Since the attenuation constant of the surface wave becomes smaller as the distance between the electromagnetic wave radiation surface and the plasma bulk becomes longer, the dielectric surface wave has a smaller attenuation and is likely to spread. For this reason, in this embodiment, as shown in FIG.
  • the metal surface wave transmission line is formed.
  • a dielectric surface wave transmission line is substantially eliminated.
  • the relationship between the distance from the dielectric wall, the electron density Ne, and the electron temperature Te is as shown in FIG. That is, the electron temperature Te decreases rapidly as the distance from the dielectric wall increases, whereas the electron density Ne increases in a certain range from the dielectric. Therefore, in order to increase the electron density in the vicinity of the wafer W, the dielectric surface wave transmission line is formed in a position in the vicinity thereof in a region where the electron density Ne is high and the electron temperature Te is low. It is important to provide a dielectric wall 115.
  • the dielectric wall 115 has a concave shape (dome shape), and the dielectric wall 115 extends to the side of the wafer W, so that the distance between the electromagnetic wave radiation surface and the plasma bulk can be shortened. This is advantageous in forming a high density plasma.
  • the surface wave transmission line forming member provided on the upper portion of the processing container is made of a dielectric, covers a plurality of microwave radiation portions, and corresponds to the mounting table. Since most of the surface wave transmission lines are dielectric surface wave transmission lines, the surface wave transmission loss is small, the power transmission efficiency to the plasma is high, and the plasma density Can be increased.
  • FIG. 9 is a sectional view showing a schematic configuration of a surface wave plasma processing apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • the concave dielectric wall 115 is provided to increase the plasma density.
  • the dielectric wall 115 having a certain thickness is provided under the plurality of microwave radiation portions 43 over the entire surface. If the electromagnetic wave is disposed in the slag, the electromagnetic wave may come and go through the dielectric wall 115 to the slag between the microwave radiating portions 43 to cause electromagnetic wave interference.
  • the dielectric member provided so that the portion directly below the microwave radiating portion 43 corresponds to the portion where the metal frame 110 a and the microwave radiating portion 43 are disposed.
  • a flat top plate 110 having 110 b is provided, and a dielectric wall 117 is disposed on the side wall of the upper portion of the chamber 1. Therefore, the top plate 110 and the dielectric wall 117 function as a surface wave transmission line forming member.
  • the dielectric wall 117 is preferably provided so as to surround the wafer W, and its lower end preferably extends to the vicinity of the upper surface of the susceptor 11.
  • each microwave radiating portion 43 is separated by the metal frame 110a, and the electromagnetic wave is prevented from coming and going, so there is no possibility of causing electromagnetic wave interference between the slugs of each microwave radiating portion 43. .
  • a dielectric surface wave is formed by the dielectric wall 117, and the flat top plate 110 directly below the microwave radiating unit 43 is connected to each microwave radiating unit. 43 is provided, and only the metal frame 110a is made of metal in the surface wave formation region. Therefore, although a metal surface wave is formed in part, most of the metal frame 110a is a dielectric surface wave. Therefore, the effect of increasing the plasma density is sufficiently obtained.
  • the microwaves radiated from the plurality of microwave radiating portions, which are separately disposed on the metal frames corresponding to the plurality of microwave radiating portions, are transmitted.
  • a top plate having a plurality of dielectric members was provided, and a side dielectric wall was provided on the upper side wall of the processing container. For this reason, these function as a surface wave transmission line, the surface area of the dielectric surface wave transmission line is large, so the transmission loss of the surface wave is small, the power transmission efficiency to the plasma is high, and each microwave radiation part Since the corresponding dielectric members are separated, electromagnetic wave interference between the microwave radiation portions can be suppressed.
  • FIG. 10 is a sectional view showing a schematic configuration of a surface wave plasma processing apparatus according to the third embodiment of the present invention.
  • the metal frame 110a of the top plate 110 is exposed to the plasma generation region, so that it may be eroded by the plasma and become particles and contamination.
  • a dielectric wall 118 separated for each microwave radiation portion 43 is provided below the dielectric member 110b of the top plate 110 so as to be in contact with the metal member 110b.
  • the dielectric wall 117 and 118 constitute a surface wave transmission line forming member.
  • a vacuum insulating region called dark space can be formed by setting the distance D between adjacent dielectric walls 118 to about 0.3 to 0.5 mm. Since plasma does not enter the dark space, the metal frame 110a is prevented from being eroded by the plasma and becoming particles or contamination.
  • the adjacent dielectric walls 118 are separated, electromagnetic wave interference between the microwave radiation portions 43 does not occur. Furthermore, since the metal frame 110a is covered with the dielectric wall 118, most of the surface wave transmission path can be used as the dielectric surface wave transmission path, and the plasma density can be further increased.
  • FIG. 11 is a sectional view showing a schematic configuration of a surface wave plasma processing apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
  • a dielectric member 131 having a concave shape toward the susceptor 11 is fitted into the metal frame 110 a of the top plate 110 so as to cover each microwave radiation portion 43 corresponding to each microwave radiation portion 43. It is. Therefore, the dielectric member 131 functions as a surface wave transmission line forming member.
  • the dielectric member 131 has a dome shape, but is not limited thereto.
  • each microwave radiating portion 43 By providing the concave dielectric member 131 for each microwave radiating portion 43 in this way, the area of the dielectric surface wave transmission line of each microwave radiating portion 43 is increased, and the power transmission efficiency to the plasma is improved. As a result, high-density plasma can be formed in the region where the wafer W exists.
  • FIG. 12 is a sectional view showing a schematic configuration of a surface wave plasma processing apparatus according to the fifth embodiment of the present invention.
  • a dielectric member 132 is provided as a surface wave transmission line forming member instead of the concave dielectric member 131 of the fourth embodiment. Similar to the dielectric member 131, the dielectric member 132 has a concave shape that defines the space S, but covers the metal frame 110a of the top plate 110, and there is no gap between the adjacent dielectric members 132.
  • the dark space D is about 3 to 0.5 mm.
  • FIG. 13 is sectional drawing which shows schematic structure of the surface wave plasma processing apparatus which concerns on the 6th Embodiment of this invention.
  • a dielectric member 133 is provided as a surface wave transmission line forming member in place of the concave dielectric member 132 of the fifth embodiment.
  • the dielectric member 133 has a concave shape that defines the space S and is provided so as to cover the metal frame 110a.
  • the dielectric member 133 is disposed on the outer peripheral side of the metal frame 110a.
  • the distance D between the overhanging portions 133a of the dielectric members 133 adjacent to each other is about 0.3 to 0.5 mm, which is a dark space in which plasma does not enter.
  • a recess S1 is formed toward the susceptor 11 by the adjacent overhanging portion 133a, and a dielectric surface wave transmission line is also formed therein, so that plasma is generated.
  • the metal frame 110a is prevented from being eroded by plasma and becoming particles and contamination.
  • the facing surface between the adjacent overhanging portions 133a can be reduced, so that the movement of electromagnetic waves is further reduced. be able to. For this reason, the electromagnetic wave interference between the adjacent microwave radiation
  • the concave portion S1 is formed between the adjacent dielectric members 133, the area of the dielectric surface wave transmission line can be increased, and plasma with a higher density can be formed in the region where the wafer W exists. it can.
  • FIG. 14 is a sectional view showing a schematic configuration of a surface wave plasma processing apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.
  • the metal frame 110a of the top plate 110 is a dielectric whose bottom surface facing the susceptor 11 has an uneven shape so as to cover each microwave radiation portion 43 corresponding to each microwave radiation portion 43.
  • a member 141 is fitted. Therefore, the dielectric member 141 functions as a surface wave transmission line forming member.
  • the dielectric member 141 whose bottom surface is uneven as described above, the area of the dielectric surface wave transmission line of each microwave radiation portion 43 is increased, and the power transmission efficiency to the plasma is improved. High density plasma can be formed in the region where the wafer W exists.
  • FIG. 15 is a sectional view showing a schematic configuration of a surface wave plasma processing apparatus according to an eighth embodiment of the present invention.
  • a dielectric member 142 is provided in place of the dielectric member 141 having a concave and convex bottom surface in the seventh embodiment, and a dielectric wall 143 is disposed on the side wall of the upper portion of the chamber 1. That is, the dielectric member 142 and the dielectric wall 143 constitute a surface wave transmission line forming member.
  • the dielectric wall 143 is preferably provided so as to surround the wafer W, and its lower end preferably extends to the vicinity of the upper surface of the susceptor 11.
  • the dielectric member 142 has an uneven bottom surface, but has a protruding portion 142a that covers the metal frame 110a of the top plate 110, so that the protruding portion of the adjacent dielectric member 142 is formed.
  • the distance D between 142a is about 0.3 to 0.5 mm, which is a dark space.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the idea of the present invention.
  • the circuit configuration of the microwave output unit, the microwave supply unit, the circuit configuration of the main amplifier, and the like are not limited to the above embodiment.
  • the microwave radiating unit is not limited to the structure of the above embodiment, and may be any structure that can appropriately radiate microwaves into the chamber.
  • the number and arrangement of the microwave radiation portions are not limited to the above embodiment.
  • the etching processing apparatus is exemplified as the plasma processing apparatus.
  • the present invention is not limited to this and can be used for other plasma processing such as film formation processing, oxynitride film processing, and ashing processing.
  • the substrate to be processed is not limited to a semiconductor wafer, and may be another substrate such as an FPD (flat panel display) substrate typified by an LCD (liquid crystal display) substrate or a ceramic substrate.

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Abstract

　処理容器（１）内に表面波プラズマを生成してプラズマ処理を行う表面波プラズマ処理装置（１００）は、マイクロ波を生成するマイクロ波出力部（３０）と、生成されたマイクロ波を処理容器（１）内に放射する複数のマイクロ波放射部（４３）と、処理容器（１）の上部に設けられ、複数のマイクロ波放射部（４３）から放射されたマイクロ波により、処理容器（１）内で表面波が伝送する表面波伝送線路が形成される表面波伝送線路形成部材（１１５）とを有し、表面波伝送線路形成部材（１１５）は、誘電体からなり、複数のマイクロ波放射部（４３）を覆い、かつサセプタ（１１）に対応するような凹部が形成されている。

Description

表面波プラズマ処理装置
　本発明は、表面波プラズマ処理装置に関する。
　半導体デバイスや液晶表示装置の製造工程においては、半導体ウエハやガラス基板といった被処理基板にエッチング処理や成膜処理等のプラズマ処理を施すために、プラズマエッチング装置やプラズマＣＶＤ成膜装置等のプラズマ処理装置が用いられる。
　近時、このようなプラズマ処理装置としては、高密度で低電子温度の表面波プラズマを均一に形成することができるＲＬＳＡ（Radial　Line　Slot　Antenna）マイクロ波プラズマ処理装置が注目されている（例えば特許文献１）。
　ＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置は、チャンバ（処理容器）の上部に所定のパターンでスロットが形成された平面アンテナ（Radial　Line　Slot　Antenna）を設け、マイクロ波発生源から同軸構造の導波路を通って導かれたマイクロ波を、平面アンテナのスロットからその下に設けられた誘電体を透過して真空に保持されたチャンバ内に放射し、マイクロ波電界によりチャンバ内に導入されたガスをプラズマ化し、半導体ウエハ等の被処理体をプラズマ処理するものである。
　このようなＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置において、プラズマ分布を調整する場合、スロット形状およびパターン等が異なる複数のアンテナを用意しておき、アンテナを交換する必要があり、極めて煩雑である。
　これに対し、特許文献２には、マイクロ波を複数に分配し、上記のような平面アンテナを有するマイクロ波放射部を複数設け、それらから放射されたマイクロ波をチャンバ内に導きチャンバ内でマイクロ波を空間合成するプラズマ源が開示されている。
　このように複数のマイクロ波放射部を用いてマイクロ波を空間合成することにより、各マイクロ波放射部から放射されるマイクロ波の位相や強度を個別に調整することができ、プラズマ分布の調整を比較的容易に行うことができる。
特開２０００－２９４５５０号公報 国際公開第２００８／０１３１１２号パンフレット
　複数のマイクロ波放射部を有するプラズマ源では、金属製の支持部材に各マイクロ波放射部に対応して誘電体部材を嵌め込んだ平面状の天板を介してマイクロ波を放射して表面波プラズマを生成しているが、プラズマ密度が低い場合があり、より高いプラズマ密度が求められている。
　すなわち、本発明の目的は、複数のマイクロ波放射部からマイクロ波を放射して表面波プラズマを形成する場合に、より高いプラズマ密度を得ることができる表面波プラズマ処理装置を提供することにある。
　本発明の第１の観点によれば、被処理基板を収容する処理容器と、前記処理容器内で被処理基板が載置される載置台と、前記処理容器内にガスを供給するガス供給機構と、前記処理容器内にマイクロ波を導入して、前記処理容器内に供給されたガスによる表面波プラズマを形成する表面波プラズマ源とを具備し、前記表面波プラズマ源は、マイクロ波を生成するマイクロ波生成機構と、生成されたマイクロ波を前記処理容器内に放射する複数のマイクロ波放射部と、前記処理容器の上部に設けられ、前記複数のマイクロ波放射部から放射されたマイクロ波により、前記処理容器内で表面波が伝送する表面波伝送線路が形成される表面波伝送線路形成部材とを有し、前記表面波伝送線路形成部材は、誘電体からなり、前記複数のマイクロ波放射部を覆い、かつ前記載置台に対応するような凹部が形成されている表面波プラズマ処理装置が提供される。
　上記第１の観点において、前記表面波伝送線路形成部材は、ドーム状をなしており、その下端が前記載置台に対応する位置まで延びていることが好ましい。
　本発明の第２の観点によれば、被処理基板を収容する処理容器と、前記処理容器内で被処理基板が載置される載置台と、前記処理容器内にガスを供給するガス供給機構と、前記処理容器内にマイクロ波を導入して、前記処理容器内に供給されたガスによる表面波プラズマを形成する表面波プラズマ源とを具備し、前記表面波プラズマ源は、マイクロ波を生成するマイクロ波生成機構と、生成されたマイクロ波を前記処理容器内に放射する複数のマイクロ波放射部と、前記複数のマイクロ波放射部に対応して金属製のフレームにそれぞれ分離して配置された、前記複数のマイクロ波放射部から放射されたマイクロ波をそれぞれ透過する複数の誘電体部材を有する天板と、前記処理容器の側壁上部に設けられた側部誘電体壁とを有する表面波プラズマ処理装置が提供される。
　上記第２の観点において、前記側部誘電体壁は、その下端が前記載置台の上面に対応する位置まで延びていることが好ましい。また、前記天板の下方に、前記複数の誘電体部材に対応して設けられ、前記フレームを覆うように設けられた複数の上部誘電体壁をさらに有し、前記上部誘電体壁の隣接するものの間は、プラズマが入り込まない隙間が形成されていることが好ましい。
　本発明の第３の観点によれば、被処理基板を収容する処理容器と、前記処理容器内で被処理基板が載置される載置台と、前記処理容器内にガスを供給するガス供給機構と、前記処理容器内にマイクロ波を導入して、前記処理容器内に供給されたガスによる表面波プラズマを形成する表面波プラズマ源とを具備し、前記表面波プラズマ源は、マイクロ波を生成するマイクロ波生成機構と、生成されたマイクロ波を前記処理容器内に放射する複数のマイクロ波放射部と、前記複数のマイクロ波放射部に対応して金属製のフレームにそれぞれ分離して配置された、前記複数のマイクロ波放射部から放射されたマイクロ波をそれぞれ透過する複数の誘電体部材を有する天板と、を有し、前記複数の誘電体部材は前記載置台に向けた凹状をなしている表面波プラズマ処理装置が提供される。
　上記第３の観点において、前記誘電体部材は、前記フレームを覆うように、かつ、隣接するものの間は、プラズマが入り込まない隙間が形成されるように設けられていることが好ましい。また、前記誘電体部材は、前記フレームを覆う張り出し部を有し、前記誘電体部材のうち隣接するものの前記張り出し部の間は、プラズマが入り込まない隙間が形成されおり、かつ隣接する張り出し部により凹部が形成されている構成とすることができる。
　本発明の第４の観点によれば、被処理基板を収容する処理容器と、前記処理容器内で被処理基板が載置される載置台と、前記処理容器内にガスを供給するガス供給機構と、前記処理容器内にマイクロ波を導入して、前記処理容器内に供給されたガスによる表面波プラズマを形成する表面波プラズマ源とを具備し、前記表面波プラズマ源は、マイクロ波を生成するマイクロ波生成機構と、生成されたマイクロ波を前記処理容器内に放射する複数のマイクロ波放射部と、前記複数のマイクロ波放射部に対応して金属製のフレームにそれぞれ分離して配置された、前記複数のマイクロ波放射部から放射されたマイクロ波をそれぞれ透過する複数の誘電体部材を有する天板と、を有し、前記複数の誘電体部材は前記載置台に対向する面が凹凸状をなしている表面波プラズマ処理装置が提供される。
　上記第４の観点において、前記誘電体部材は、前記フレームを覆うように、かつ、隣接するものの間は、プラズマが入り込まない隙間が形成されるように設けられていることが好ましい。また、前記表面波プラズマ源は、前記処理容器の側壁上部に設けられた誘電体壁をさらに有することが好ましい。
本発明の第１の実施形態に係る表面波プラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。 表面波プラズマ源の構成を示す構成図である。 表面波プラズマ源におけるマイクロ波供給部を模式的に示す平面図である。 表面波プラズマ源におけるマイクロ波放射部を示す断面図である。 マイクロ波放射部の給電機構を示す図４のＡＡ′線による横断面図である。 チューナにおけるスラグと滑り部材を示す図４のＢＢ′線による横断面図である。 表面波からプラズマへのエネルギーの供給過程を説明する模式図である。 誘電体壁表面からの距離と電子密度Ｎｅおよび電子温度Ｔｅとの関係を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る表面波プラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る表面波プラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る表面波プラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の第５の実施形態に係る表面波プラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の第６の実施形態に係る表面波プラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の第７の実施形態に係る表面波プラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の第８の実施形態に係る表面波プラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
　以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
　＜第１の実施形態＞
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る表面波プラズマ処理装置の概略構成を示す断面図であり、図２は表面波プラズマ源の構成を示す構成図であり、図３は表面波プラズマ源におけるマイクロ波供給部を模式的に示す平面図、図４は表面波プラズマ源におけるマイクロ波放射部を示す断面図、図５はマイクロ波放射部の給電機構を示す図４のＡＡ′線による横断面図、図６はチューナにおけるスラグと滑り部材を示す図４のＢＢ′線による横断面図である。
　表面波プラズマ処理装置１００は、ウエハに対してプラズマ処理として例えばエッチング処理を施すプラズマエッチング装置として構成されており、気密に構成されたアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属材料からなる略円筒状の接地されたチャンバ１と、チャンバ１内にマイクロ波プラズマを形成するための表面波プラズマ源２とを有している。チャンバ１の上部には開口部１ａが形成されており、表面波プラズマ源２はこの開口部１ａからチャンバ１の内部に臨むように設けられている。
　チャンバ１内には被処理体である半導体ウエハＷ（以下ウエハＷと記述する）を水平に支持するためのサセプタ１１が、チャンバ１の底部中央に絶縁部材１２ａを介して立設された筒状の支持部材１２により支持された状態で設けられている。サセプタ１１および支持部材１２を構成する材料としては、表面をアルマイト処理（陽極酸化処理）したアルミニウム等が例示される。
　また、図示はしていないが、サセプタ１１には、ウエハＷを静電吸着するための静電チャック、温度制御機構、ウエハＷの裏面に熱伝達用のガスを供給するガス流路、およびウエハＷを搬送するために昇降する昇降ピン等が必要に応じて設けられている。さらに、サセプタ１１には、整合器１３を介して高周波バイアス電源１４が電気的に接続されている。この高周波バイアス電源１４からサセプタ１１に高周波電力が供給されることにより、ウエハＷ側にプラズマ中のイオンが引き込まれる。
　チャンバ１の底部には排気管１５が接続されており、この排気管１５には真空ポンプを含む排気装置１６が接続されている。そしてこの排気装置１６を作動させることによりチャンバ１内が排気され、チャンバ１内が所定の真空度まで高速に減圧することが可能となっている。また、チャンバ１の側壁には、ウエハＷの搬入出を行うための搬入出口がゲートバルブにより開閉可能に設けられている（いずれも図示せず）。
　チャンバ１内のサセプタ１１の上方位置には、リング状のガス導入部材２６がチャンバ壁に沿って設けられており、このガス導入部材２６には内周に多数のガス吐出孔が設けられている。このガス導入部材２６には、プラズマガスおよび処理ガスを供給するガス供給源２７が配管２８を介して接続されている。プラズマガスとしてはＡｒガス等の希ガスが好適に用いられる。処理ガスとしては、通常用いられるエッチングガス、例えばＣｌ２ガス等を用いることができる。
　ガス導入部材２６からチャンバ１内に導入されたプラズマガスは、表面波プラズマ源２からチャンバ１内に導入されたマイクロ波によりプラズマ化され、このプラズマが処理ガスを励起し、処理ガスのプラズマを形成する。なお、プラズマガスと処理ガスとを別個の供給部材で供給してもよい。また、処理ガス等を供給する機構としてガスをシャワー状に供給するシャワープレートを用いてもよい。
　表面波プラズマ源２は、チャンバ１の上部に設けられた支持リング２９により支持された天板１１０とその下のチャンバ１に向けて凹状をなす誘電体壁１１５を有しており、支持リング２９と天板１１０との間は気密にシールされている。天板１１０および誘電体壁１１５については後述する。また、表面波プラズマ源２は、図２に示すように、複数経路に分配してマイクロ波を出力するマイクロ波出力部３０と、マイクロ波出力部３０から出力されたマイクロ波をチャンバ１に導き、チャンバ１内に放射するためのマイクロ波供給部４０とを有している。
　マイクロ波出力部３０は、マイクロ波電源３１と、マイクロ波発振器３２と、発振されたマイクロ波を増幅するアンプ３３と、増幅されたマイクロ波を複数に分配する分配器３４とを有している。
　マイクロ波発振器３２は、所定周波数（例えば、９１５ＭＨｚ）のマイクロ波を例えばＰＬＬ発振させる。分配器３４では、マイクロ波の損失ができるだけ起こらないように、入力側と出力側のインピーダンス整合を取りながらアンプ３３で増幅されたマイクロ波を分配する。なお、マイクロ波の周波数としては、９１５ＭＨｚの他に、７００ＭＨｚから３ＧＨｚを用いることができる。
　マイクロ波供給部４０は、分配器３４にて分配されたマイクロ波をチャンバ１内へ導く複数のアンテナモジュール４１を有している。各アンテナモジュール４１は、分配されたマイクロ波を主に増幅するアンプ部４２と、マイクロ波放射部４３とを有している。また、マイクロ波放射部４３は、インピーダンスを整合させるためのチューナ６０と、増幅されたマイクロ波をチャンバ１内に放射するアンテナ部４５とを有している。そして、各アンテナモジュール４１におけるマイクロ波放射部４３のアンテナ部４５からチャンバ１内へマイクロ波が放射されるようになっている。図３に示すように、マイクロ波供給部４０は、アンテナモジュール４１を７個有しており、各アンテナモジュール４１のマイクロ波放射部４３が、円周状に６個およびその中心に１個、円形をなす天板１１０の上に配置されている。
　天板１１０は、真空シールおよびマイクロ波透過板として機能し、金属製のフレーム１１０ａと、そのフレーム１１０ａに嵌め込まれ、マイクロ波放射部４３が配置されている部分に対応するように設けられた石英等の誘電体からなる誘電体部材１１０ｂとを有している。
　天板１１０の下に配置された誘電体壁１１５は、石英等の誘電体からなり、複数のマイクロ波放射部４３の全体を覆い、かつサセプタ１１に向けて、サセプタ１１に対応するような凹部が形成されている。具体的には、図示しているように、誘電体壁１１５は、ドーム状をなし、その下端がサセプタ１１の上面付近まで延びて、内壁から突出する支持部材１１６に支持されている。これにより、ドーム状に対応する凹部により、誘電体壁１１５がサセプタ１１を覆うようになっている。ただし、誘電体壁１１５はドーム状に限らず、凹部が四角形や三角形等の種々の形状をとることができる。また、ウエハＷの横まで覆わなくてもよく、ウエハＷの上方に配置されていてもよい。
　アンプ部４２は、位相器４６と、可変ゲインアンプ４７と、ソリッドステートアンプを構成するメインアンプ４８と、アイソレータ４９とを有している。
　位相器４６は、マイクロ波の位相を変化させることができるように構成されており、これを調整することにより放射特性を変調させることができる。例えば、各アンテナモジュール毎に位相を調整することにより指向性を制御してプラズマ分布を変化させることができる。また、隣り合うアンテナモジュールにおいて９０°ずつ位相をずらすようにして円偏波を得ることができる。また、位相器４６は、アンプ内の部品間の遅延特性を調整し、チューナ内での空間合成を目的として使用することができる。ただし、このような放射特性の変調やアンプ内の部品間の遅延特性の調整が不要な場合には位相器４６は設ける必要はない。
　可変ゲインアンプ４７は、メインアンプ４８へ入力するマイクロ波の電力レベルを調整し、個々のアンテナモジュールのばらつきを調整またはプラズマ強度調整のためのアンプである。可変ゲインアンプ４７を各アンテナモジュール毎に変化させることによって、発生するプラズマに分布を生じさせることもできる。
　ソリッドステートアンプを構成するメインアンプ４８は、例えば、入力整合回路と、半導体増幅素子と、出力整合回路と、高Ｑ共振回路とを有する構成とすることができる。
　アイソレータ４９は、アンテナ部４５で反射してメインアンプ４８に向かう反射マイクロ波を分離するものであり、サーキュレータとダミーロード（同軸終端器）とを有している。サーキュレータは、アンテナ部４５で反射したマイクロ波をダミーロードへ導き、ダミーロードはサーキュレータによって導かれた反射マイクロ波を熱に変換する。
　次に、マイクロ波放射部４３について説明する。
　図４、５に示すように、マイクロ波放射部４３は、マイクロ波を伝送する同軸構造の導波路４４と、導波路４４を伝送されたマイクロ波をチャンバ１内に放射するアンテナ部４５とを有している。そして、マイクロ波放射部４３からチャンバ１内に放射されたマイクロ波がチャンバ１内の空間で合成され、チャンバ１内で表面波プラズマが形成されるようになっている。
　導波路４４は、筒状の外側導体５２およびその中心に設けられた棒状の内側導体５３が同軸状に配置されて構成されており、導波路４４の先端にアンテナ部４５が設けられている。導波路４４は、内側導体５３が給電側、外側導体５２が接地側となっている。外側導体５２および内側導体５３の上端は反射板５８となっている。
　導波路４４の基端側にはマイクロ波（電磁波）を給電する給電機構５４が設けられている。給電機構５４は、導波路４４（外側導体５２）の側面に設けられたマイクロ波電力を導入するためのマイクロ波電力導入ポート５５を有している。マイクロ波電力導入ポート５５には、アンプ部４２から増幅されたマイクロ波を供給するための給電線として、内側導体５６ａおよび外側導体５６ｂからなる同軸線路５６が接続されている。そして、同軸線路５６の内側導体５６ａの先端には、外側導体５２の内部に向けて水平に伸びる給電アンテナ９０が接続されている。
　給電アンテナ９０は、例えば、アルミニウム等の金属板を削り出し加工した後、テフロン（登録商標）等の誘電体部材の型にはめて形成される。反射板５８から給電アンテナ９０までの間には、反射波の実効波長を短くするためのテフロン（登録商標）等の誘電体からなる遅波材５９が設けられている。なお、２．４５ＧＨｚ等の周波数の高いマイクロ波を用いた場合には、遅波材５９は設けなくてもよい。このとき、給電アンテナ９０から反射板５８までの距離を最適化し、給電アンテナ９０から放射される電磁波を反射板５８で反射させることで、最大の電磁波を同軸構造の導波路４４内に電送させる。
　給電アンテナ９０は、図５に示すように、マイクロ波電力導入ポート５５において同軸線路５６の内側導体５６ａに接続され、電磁波が供給される第１の極９２および供給された電磁波を放射する第２の極９３を有するアンテナ本体９１と、アンテナ本体９１の両側から、内側導体５３の外側に沿って延び、リング状をなす反射部９４とを有し、アンテナ本体９１に入射された電磁波と反射部９４で反射された電磁波とで定在波を形成するように構成されている。アンテナ本体９１の第２の極９３は内側導体５３に接触している。
　給電アンテナ９０がマイクロ波（電磁波）を放射することにより、外側導体５２と内側導体５３との間の空間にマイクロ波電力が給電される。そして、給電機構５４に供給されたマイクロ波電力がアンテナ部４５に向かって伝播する。
　また、導波路４４にはチューナ６０が設けられている。チューナ６０は、チャンバ１内の負荷（プラズマ）のインピーダンスをマイクロ波出力部３０におけるマイクロ波電源の特性インピーダンスに整合させるものであり、外側導体５２と内側導体５３との間を上下に移動する２つのスラグ６１ａ，６１ｂと、反射板５８の外側（上側）に設けられたスラグ駆動部７０とを有している。
　これらスラグのうち、スラグ６１ａはスラグ駆動部７０側に設けられ、スラグ６１ｂはアンテナ部４５側に設けられている。また、内側導体５３の内部空間には、その長手方向に沿って例えば台形ネジが形成された螺棒からなるスラグ移動用の２本のスラグ移動軸６４ａ，６４ｂが設けられている。
　図６に示すように、スラグ６１ａは、誘電体からなる円環状をなし、その内側に滑り性を有する樹脂からなる滑り部材６３が嵌め込まれている。滑り部材６３にはスラグ移動軸６４ａが螺合するねじ穴６５ａとスラグ移動軸６４ｂが挿通される通し穴６５ｂが設けられている。一方、スラグ６１ｂは、スラグ６１ａと同様、ねじ穴６５ａと通し穴６５ｂとを有しているが、スラグ６１ａとは逆に、ねじ穴６５ａはスラグ移動軸６４ｂに螺合され、通し穴６５ｂにはスラグ移動軸６４ａが挿通されるようになっている。これによりスラグ移動軸６４ａを回転させることによりスラグ６１ａが昇降移動し、スラグ移動軸６４ｂを回転させることによりスラグ６１ｂが昇降移動する。すなわち、スラグ移動軸６４ａ，６４ｂと滑り部材６３とからなるねじ機構によりスラグ６１ａ，６１ｂが昇降移動される。
　内側導体５３には長手方向に沿って等間隔に３つのスリット５３ａが形成されている。一方、滑り部材６３は、これらスリット５３ａに対応するように３つの突出部６３ａが等間隔に設けられている。そして、これら突出部６３ａがスラグ６１ａ，６１ｂの内周に当接した状態で滑り部材６３がスラグ６１ａ，６１ｂの内部に嵌め込まれる。滑り部材６３の外周面は、内側導体５３の内周面と遊びなく接触するようになっており、スラグ移動軸６４ａ，６４ｂが回転されることにより、滑り部材６３が内側導体５３を滑って昇降するようになっている。すなわち内側導体５３の内周面がスラグ６１ａ，６１ｂの滑りガイドとして機能する。
　滑り部材６３を構成する樹脂材料としては、良好な滑り性を有し、加工が比較的容易な樹脂、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂を好適なものとして挙げることができる。
　上記スラグ移動軸６４ａ，６４ｂは、反射板５８を貫通してスラグ駆動部７０に延びている。スラグ移動軸６４ａ，６４ｂと反射板５８との間にはベアリング（図示せず）が設けられている。また、内側導体５３の下端には、導体からなる底板６７が設けられている。スラグ移動軸６４ａ，６４ｂの下端は、駆動時の振動を吸収するために、通常は開放端となっており、これらスラグ移動軸６４ａ，６４ｂの下端から２～５ｍｍ程度離隔して底板６７が設けられている。なお、この底板６７を軸受け部としてスラグ移動軸６４ａ，６４ｂの下端をこの軸受け部にて軸支させてもよい。
　スラグ駆動部７０は筐体７１を有し、スラグ移動軸６４ａおよび６４ｂは筐体７１内に延びており、スラグ移動軸６４ａおよび６４ｂの上端には、それぞれ歯車７２ａおよび７２ｂが取り付けられている。また、スラグ駆動部７０には、スラグ移動軸６４ａを回転させるモータ７３ａと、スラグ移動軸６４ｂを回転させるモータ７３ｂが設けられている。モータ７３ａの軸には歯車７４ａが取り付けられ、モータ７３ｂの軸には歯車７４ｂが取り付けられており、歯車７４ａが歯車７２ａに噛合し、歯車７４ｂが歯車７２ｂに噛合するようになっている。したがって、モータ７３ａにより歯車７４ａおよび７２ａを介してスラグ移動軸６４ａが回転され、モータ７３ｂにより歯車７４ｂおよび７２ｂを介してスラグ移動軸６４ｂが回転される。なお、モータ７３ａ，７３ｂは例えばステッピングモータである。
　なお、スラグ移動軸６４ｂはスラグ移動軸６４ａよりも長く、より上方に達しており、したがって、歯車７２ａおよび７２ｂの位置が上下にオフセットしており、モータ７３ａおよび７３ｂも上下にオフセットしているので、モータおよび歯車等の動力伝達機構のスペースが小さく、筐体７１が外側導体５２と同じ径となっている。
　モータ７３ａおよび７３ｂの上には、これらの出力軸に直結するように、それぞれスラグ６１ａおよび６１ｂの位置を検出するためのインクリメント型のエンコーダ７５ａおよび７５ｂが設けられている。
　スラグ６１ａおよび６１ｂの位置は、スラグコントローラ６８により制御される。具体的には、図示しないインピーダンス検出器により検出された入力端のインピーダンス値と、エンコーダ７５ａおよび７５ｂにより検知されたスラグ６１ａおよび６１ｂの位置情報に基づいて、スラグコントローラ６８がモータ７３ａおよび７３ｂに制御信号を送り、スラグ６１ａおよび６１ｂの位置を制御することにより、インピーダンスを調整するようになっている。スラグコントローラ６８は、終端が例えば５０Ωになるようにインピーダンス整合を実行させる。２つのスラグのうち一方のみを動かすと、スミスチャートの原点を通る軌跡を描き、両方同時に動かすと位相のみが回転する。
　アンテナ部４５は、マイクロ波放射アンテナとして機能する、平面状をなしスロット８１ａを有する平面スロットアンテナ８１を有している。アンテナ部４５は、平面スロットアンテナ８１の上面に設けられた遅波材８２を有している。遅波材８２の中心には導体からなる円柱部材８２ａが貫通して底板６７と平面スロットアンテナ８１とを接続している。したがって、内側導体５３が底板６７および円柱部材８２ａを介して平面スロットアンテナ８１に接続されている。平面スロットアンテナ８１の先端側には遅波材８３が配置されている。なお、外側導体５２の下端は平面スロットアンテナ８１まで延びており、遅波材８２の周囲は外側導体５２で覆われている。また、平面スロットアンテナ８１および遅波材８３の周囲は被覆導体８４で覆われている。
　遅波材８２、８３は、真空よりも大きい誘電率を有しており、例えば、石英、セラミックス、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂やポリイミド系樹脂により構成されており、真空中ではマイクロ波の波長が長くなることから、マイクロ波の波長を短くしてアンテナを小さくする機能を有している。遅波材８２、８３は、その厚さによりマイクロ波の位相を調整することができ、平面スロットアンテナ８１が定在波の「はら」になるようにその厚さを調整する。これにより、反射が最小で、平面スロットアンテナ８１の放射エネルギーが最大となるようにすることができる。
　遅波材８３は、天板１１０の金属フレーム１１０ａに嵌め込まれた誘電体部材１１０ｂに接するように設けられている。そして、メインアンプ４８で増幅されたマイクロ波が内側導体５３と外側導体５２の周壁の間を通って平面スロットアンテナ８１のスロット８１ａから遅波材８３および天板１１０の誘電体部材１１０ｂ、さらには凹状の誘電体壁１１５を透過してチャンバ１内の空間に放射される。
　本実施形態において、メインアンプ４８と、チューナ６０と、平面スロットアンテナ８１とは近接配置している。そして、チューナ６０と平面スロットアンテナ８１とは１／２波長内に存在する集中定数回路を構成しており、かつ平面スロットアンテナ８１、遅波材８２、８３は合成抵抗が５０Ωに設定されているので、チューナ６０はプラズマ負荷に対して直接チューニングしていることになり、効率良くプラズマへエネルギーを伝達することができる。
　表面波プラズマ処理装置１００における各構成部は、マイクロプロセッサを備えた制御部１２０により制御されるようになっている。制御部１２０は表面波プラズマ処理装置１００のプロセスシーケンスおよび制御パラメータであるプロセスレシピを記憶した記憶部や、入力手段およびディスプレイ等を備えており、選択されたプロセスレシピに従ってプラズマ処理装置を制御するようになっている。
　次に、以上のように構成される表面波プラズマ処理装置１００における動作について説明する。
　まず、ウエハＷをチャンバ１内に搬入し、サセプタ１１上に載置する。そして、ガス供給源２７から配管２８およびガス導入部材２６を介してチャンバ１内にプラズマガス、例えばＡｒガスを導入して、表面波プラズマ源２からマイクロ波をチャンバ１内に導入して表面波プラズマを生成する。
　このようにして表面波プラズマを生成した後、処理ガス、例えばＣｌ２ガス等のエッチングガスをガス供給源２７から配管２８およびガス導入部材２６を介してチャンバ１内に吐出する。吐出された処理ガスは、プラズマガスによるプラズマによって励起されてプラズマ化し、この処理ガスのプラズマによりウエハＷにプラズマ処理、例えばエッチング処理が施される。プラズマガスと処理ガスを同時に導入してもよい。
　上記表面波プラズマを生成するに際し、表面波プラズマ源２では、マイクロ波出力部３０のマイクロ波発振器３２から発振されたマイクロ波電力はアンプ３３で増幅された後、分配器３４により複数に分配され、分配されたマイクロ波電力はマイクロ波供給部４０へ導かれる。マイクロ波供給部４０においては、このように複数に分配されたマイクロ波電力は、ソリッドステートアンプを構成するメインアンプ４８で個別に増幅され、マイクロ波放射部４３の導波路４４に給電され、チューナ６０でインピーダンスが自動整合され、電力反射が実質的にない状態で、アンテナ部４５の遅波材８２、平面スロットアンテナ８１、遅波材８３、および天板１１０の誘電体部材１１０ｂ、さらにはサセプタ１１に向けて凹状をなす誘電体壁１１５を介してチャンバ１内に放射されて空間合成される。誘電体壁１１５は表面波伝送線路形成部材として機能する。
　従来は、誘電体壁１１５を設けていなかったので、表面波伝送線路が形成される領域には、天板１１０の金属フレーム１１０ａ、支持リング２９、およびチャンバ１の側壁と金属領域が多く存在していた。
　一般に表面波プラズマは、一度生成すると、マイクロ波（電磁波）はプラズマシースおよびプラズマバルク中を放射方向に対して垂直方向に（シースに沿って）伝播する。電磁波はプラズマバルク全体へは進入できず、プラズマバルク表面近傍の電子密度がカットオフ密度に等しくなる位置で反射されるため、電磁波の伝送線路のプラズマバルク端はカットオフ密度で決まる。アンテナから放出され、物質表面を伝播する電磁波（表面波）は、誘電体表面を伝播する（以下、誘電体表面を伝播する電磁波を誘電体表面波と記す）のみならず、金属表面を伝播することもできる（以下、金属表面を伝播する電磁波を金属表面波と記す）。したがって、上端に支持リング２９等の金属表面、下端にプラズマバルクが配置され、電磁波はそれらに沿って伝播する。しかし金属表面波の場合、電磁波放射面とプラズマバルクとの距離が誘電体表面波に比べて極めて短い。表面波の減衰定数は電磁波放射面とプラズマバルクとの距離が長いほど小さくなるため、誘電体表面波のほうが減衰が小さくなり、広がりやすい。このため、本実施形態では、図７に示すように、チャンバ１側に凹状をなす誘電体壁１１５を設けて誘電体壁１１５がウエハＷを覆うようにすることにより、金属表面波伝送線路を実質的になくして誘電体表面波伝送線路とする。これにより、表面波の伝送損失が小さくなり、プラズマへの電力伝送効率が向上し、同じ電力を供給したときのプラズマ密度を大きくすることができる。
　この場合、誘電体壁からの距離と電子密度Ｎｅおよび電子温度Ｔｅとの関係は図８に示すようになる。すなわち、電子温度Ｔｅは誘電体壁からの距離が離れると急激に低下するのに対し、電子密度Ｎｅは誘電体からの距離がある範囲で高くなる。したがって、ウエハＷ近傍の電子密度を上げるためには、誘電体表面波伝送線路がその近傍の、電子密度Ｎｅが高くかつ電子温度Ｔｅが低くなる領域になるような位置に形成されるように、誘電体壁１１５を設けることが重要である。その点、本実施形態では、誘電体壁１１５が凹状（ドーム状）をなし、ウエハＷの側方まで誘電体壁１１５が延びており、電磁波放射面とプラズマバルクとの距離を短くすることができるので、高密度プラズマを形成する上で有利である。
　以上のように、第１の実施形態によれば、処理容器の上部に設けられた表面波伝送線路形成部材を、誘電体からなり、複数のマイクロ波放射部を覆い、かつ載置台に対応するような凹部が形成されたものとしたので、表面波伝送線路の大部分が誘電体表面波伝送線路であり、表面波の伝送損失が小さく、プラズマへの電力伝送効率が高いものとなり、プラズマ密度を大きくすることができる。
　＜第２の実施形態＞
　次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
　図９は本発明の第２の実施形態に係る表面波プラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
　上述の第１の実施形態では、凹状の誘電体壁１１５を設けてプラズマ密度を高めているが、このように、ある程度厚みを有する誘電体壁１１５が複数のマイクロ波放射部４３の下に全面に配置すると、誘電体壁１１５を通して各マイクロ波放射部４３間のスラグに電磁波が往来し、電磁波干渉を起こすおそれがある。
　そこで、本実施形態では、図９に示すように、マイクロ波放射部４３の直下部分は金属フレーム１１０ａと、マイクロ波放射部４３が配置されている部分に対応するように設けられた誘電体部材１１０ｂとを有する平板状の天板１１０のみとし、チャンバ１上部の側壁に誘電体壁１１７を配置する。したがって、天板１１０および誘電体壁１１７が表面波伝送線路形成部材として機能する。このとき、誘電体壁１１７は、ウエハＷを囲うように設けることが好ましく、その下端がサセプタ１１の上面付近まで延びていることが好ましい。
　これにより、各マイクロ波放射部４３の誘電体部材１１０ｂが金属フレーム１１０ａによって分離されており、電磁波の往来が抑制されるので、各マイクロ波放射部４３のスラグ間で電磁波干渉を起こすおそれがない。一方、チャンバ１の側面において、第１の実施形態と同様に、誘電体壁１１７により誘電体表面波が形成され、マイクロ波放射部４３の直下の平板状の天板１１０は各マイクロ波放射部４３に対応する誘電体部材１１０ｂが設けられており、表面波形成領域においては金属フレーム１１０ａのみが金属であるので、一部において金属表面波が形成されるものの、多くは誘電体表面波となるため、プラズマ密度を高める効果は十分に得られる。
　すなわち、第２の実施形態によれば、複数のマイクロ波放射部に対応して金属製のフレームにそれぞれ分離して配置された、複数のマイクロ波放射部から放射されたマイクロ波をそれぞれ透過する複数の誘電体部材を有する天板を設け、かつ処理容器の側壁上部に側部誘電体壁を設けた。このため、これらが表面波電送線路として機能し、誘電体表面波伝送線路の面積が広いので表面波の伝送損失が小さく、プラズマへの電力伝送効率が高いものとなり、かつ各マイクロ波放射部に対応する誘電体部材が分離しているので、マイクロ波放射部間での電磁波干渉を抑制することができる。
　＜第３の実施形態＞
　次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
　図１０は本発明の第３の実施形態に係る表面波プラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
　図９の第２の実施形態では天板１１０の金属フレーム１１０ａがプラズマ生成領域に対して露出しているため、それがプラズマにより浸食されてパーティクルやコンタミネーションとなるおそれがある。このため、本実施形態では、図１０に示すように、天板１１０の誘電体部材１１０ｂに接するようにその下に、マイクロ波放射部４３毎に分離した誘電体壁１１８を設け、金属フレーム１１０ａを覆うようにしている。すなわち、誘電体壁１１７および１１８により表面波伝送線路形成部材が構成される。隣接する誘電体壁１１８間Ｄを０．３～０．５ｍｍ程度にすることでダークスペースと呼ばれる真空絶縁領域を形成することができる。このダークスペースには、プラズマは入り込まないため、金属フレーム１１０ａがプラズマにより浸食されてパーティクルやコンタミネーションとなることが防止される。一方、隣接する誘電体壁１１８間は分離しているため、各マイクロ波放射部４３間の電磁波干渉は生じない。さらに、金属フレーム１１０ａが誘電体壁１１８で覆われているため、表面波伝送路の大部分を誘電体表面波伝送路とすることができ、プラズマ密度をより高密度化することができる。
　＜第４の実施形態＞
　次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
　図１１は本発明の第４の実施形態に係る表面波プラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
　本実施形態では、天板１１０の金属フレーム１１０ａに、各マイクロ波放射部４３に対応して、それぞれのマイクロ波放射部４３を覆うようにサセプタ１１に向けて凹状をなす誘電体部材１３１が嵌め込まれている。したがって、誘電体部材１３１が表面波伝送線路形成部材として機能する。
　このため、マイクロ波放射部４３毎に、誘電体部材１３１内に表面波伝送線路が形成されプラズマが生成する空間Ｓが形成されている。図１１では誘電体部材１３１はドーム状になっているがこれに限らない。
　このように凹状をなす誘電体部材１３１をマイクロ波放射部４３毎に設けることにより、各マイクロ波放射部４３の誘電体表面波伝送線路の面積が大きくなり、プラズマへの電力伝送効率が向上し、結果的にウエハＷの存在領域に高い密度のプラズマを形成することができる。
　＜第５の実施形態＞
　次に、本発明の第５の実施形態について説明する。
　図１２は本発明の第５の実施形態に係る表面波プラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
　本実施形態では、表面波伝送線路形成部材として、第４の実施形態の凹状をなす誘電体部材１３１の代わりに、誘電体部材１３２を設けている。誘電体部材１３２は、誘電体部材１３１と同様、空間Ｓを規定する凹状をなしているが、天板１１０の金属フレーム１１０ａを覆うようになっており、隣接する誘電体部材１３２の間が０．３～０．５ｍｍ程度のダークスペースＤとなっている。これにより、第４の実施形態と同様の効果が得られる他、ダークスペースＤにプラズマは入り込まないため、金属フレーム１１０ａがプラズマにより浸食されてパーティクルやコンタミネーションとなることが防止される。また、隣接する誘電体部材１３２どうしは分離しているため、電磁波干渉は生じない。
　＜第６の実施形態＞
　次に、本発明の第６の実施形態について説明する。
　図１３は本発明の第６の実施形態に係る表面波プラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
　本実施形態では、表面波伝送線路形成部材として、第５の実施形態の凹状をなす誘電体部材１３２の代わりに、誘電体部材１３３を設けている。誘電体部材１３３は、誘電体部材１３１と同様、空間Ｓを規定する凹状をなしており、かつ金属フレーム１１０ａを覆うように設けられているが、誘電体部材１３３は外周側に、金属フレーム１１０ａを覆うための張り出し部１３３ａを有している。また、互いに隣接する誘電体部材１３３の張り出し部１３３ａの間Ｄが０．３～０．５ｍｍ程度であり、プラズマが入り込まないダークスペースとなっている。また、隣接する張り出し部１３３ａによりサセプタ１１に向かって凹部Ｓ１が形成され、この中にも誘電体表面波伝送線路が形成されてプラズマが生成されるようになっている。このため、第５の実施形態と同様、金属フレーム１１０ａがプラズマにより浸食されてパーティクルやコンタミネーションとなることが防止される。また、張り出し部１３３ａの上面から凹部Ｓ１に接する下面までの厚さｔを十分に薄くすることにより、隣接する張り出し部１３３ａ間の対向面を小さくすることができるので、電磁波の移動をさらに低減することができる。このため、隣接するマイクロ波放射部４３間の電磁波干渉を防止することができる。さらに、隣接する誘電体部材１３３間に凹部Ｓ１が形成されているため、誘電体表面波伝送線路の面積をより大きくすることができ、ウエハＷの存在領域により高い密度のプラズマを形成することができる。
　（第７の実施形態）
　次に、本発明の第７の実施形態について説明する。
　図１４は本発明の第７の実施形態に係る表面波プラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
　本実施形態では、天板１１０の金属フレーム１１０ａに、各マイクロ波放射部４３に対応して、それぞれのマイクロ波放射部４３を覆うように、サセプタ１１に対向する底面が凹凸状をなす誘電体部材１４１が嵌め込まれている。したがって、誘電体部材１４１が表面波伝送線路形成部材として機能する。
　このように底面が凹凸状をなす誘電体部材１４１を設けることにより、各マイクロ波放射部４３の誘電体表面波伝送線路の面積が大きくなり、プラズマへの電力伝送効率が向上し、結果的にウエハＷの存在領域に高い密度のプラズマを形成することができる。
　（第８の実施形態）
　次に、本発明の第８の実施形態について説明する。
　図１５は本発明の第８の実施形態に係る表面波プラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
　本実施形態では、第７の実施形態の底面が凹凸状をなす誘電体部材１４１の代わりに、誘電体部材１４２を設け、さらに、チャンバ１上部の側壁に誘電体壁１４３を配置している。すなわち、誘電体部材１４２および誘電体壁１４３により表面波伝送線路形成部材が構成される。誘電体壁１４３は、ウエハＷを囲うように設けることが好ましく、その下端がサセプタ１１の上面付近まで延びていることが好ましい。
　誘電体部材１４２は、誘電体部材１４１と同様、底面が凹凸状をなしているが、天板１１０の金属フレーム１１０ａを覆う張り出し部１４２ａが形成されており、隣接する誘電体部材１４２の張り出し部１４２ａ間Ｄが０．３～０．５ｍｍ程度であり、ダークスペースとなっている。これにより、第７の実施形態と同様の効果が得られる他、ダークスペースにプラズマは入り込まないため、金属フレーム１１０ａがプラズマにより浸食されてパーティクルやコンタミネーションとなることが防止される。また、これらは分離しているため、電磁波干渉は生じない。また、誘電体壁１４３により、さらに誘電体表面波伝送線路の面積が大きくなり、プラズマ密度をより高めることができる。
　なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、本発明の思想の範囲内において種々変形可能である。例えば、マイクロ波出力部の回路構成やマイクロ波供給部、メインアンプの回路構成等は、上記実施形態に限定されるものではない。また、マイクロ波放射部も上記実施形態の構造に限定されるものではなく、マイクロ波をチャンバ内に適切に放射できる構造であればよい。さらに、マイクロ波放射部の数や配置についても上記実施形態に限定されるものではない。
　さらに、上記実施形態においては、プラズマ処理装置としてエッチング処理装置を例示したが、これに限らず、成膜処理、酸窒化膜処理、アッシング処理等の他のプラズマ処理にも用いることができる。また、被処理基板は半導体ウエハに限定されず、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）用基板に代表されるＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）基板や、セラミックス基板等の他の基板であってもよい。
　さらにまた、上記実施形態を適宜組み合わせて実施しても本発明の範囲内である。
　１；チャンバ、２；表面波プラズマ源、１１；サセプタ、１２；支持部材、１６；排気装置、３０；マイクロ波出力部、４０；マイクロ波供給部、４１；アンテナモジュール、４３；マイクロ波放射部、４５；アンテナ部、５２；外側導体、５３；内側導体、５４；給電機構、６０；チューナ、８１；平面スロットアンテナ、１００；表面波プラズマ処理装置、１１０；天板、１１０ａ；金属フレーム、１１０ｂ；誘電体部材、１１５，１１７，１１８，１４３；誘電体壁、１２０；制御部、１３１，１３２，１３３，１４１，１４２；誘電体部材、１３３ａ，１４２ａ；張り出し部、Ｗ；半導体ウエハ

Claims (11)

  1. 　被処理基板を収容する処理容器と、
    　前記処理容器内で被処理基板が載置される載置台と、
    　前記処理容器内にガスを供給するガス供給機構と、
    　前記処理容器内にマイクロ波を導入して、前記処理容器内に供給されたガスによる表面波プラズマを形成する表面波プラズマ源と
    を具備し、
    　前記表面波プラズマ源は、
    　マイクロ波を生成するマイクロ波生成機構と、
    　生成されたマイクロ波を前記処理容器内に放射する複数のマイクロ波放射部と、
    　前記処理容器の上部に設けられ、前記複数のマイクロ波放射部から放射されたマイクロ波により、前記処理容器内で表面波が伝送する表面波伝送線路が形成される表面波伝送線路形成部材と
    を有し、
    　前記表面波伝送線路形成部材は、誘電体からなり、前記複数のマイクロ波放射部を覆い、かつ前記載置台に対応するような凹部が形成されている、表面波プラズマ処理装置。
  2. 　前記表面波伝送線路形成部材は、ドーム状をなしており、その下端が前記載置台に対応する位置まで延びている、請求項１に記載の表面波プラズマ処理装置。
  3. 　被処理基板を収容する処理容器と、
    　前記処理容器内で被処理基板が載置される載置台と、
    　前記処理容器内にガスを供給するガス供給機構と、
    　前記処理容器内にマイクロ波を導入して、前記処理容器内に供給されたガスによる表面波プラズマを形成する表面波プラズマ源と
    を具備し、
    　前記表面波プラズマ源は、
    　マイクロ波を生成するマイクロ波生成機構と、
    　生成されたマイクロ波を前記処理容器内に放射する複数のマイクロ波放射部と、
    　前記複数のマイクロ波放射部に対応して金属製のフレームにそれぞれ分離して配置された、前記複数のマイクロ波放射部から放射されたマイクロ波をそれぞれ透過する複数の誘電体部材を有する天板と、
    　前記処理容器の側壁上部に設けられた側部誘電体壁と
    を有する、表面波プラズマ処理装置。
  4. 　前記側部誘電体壁は、その下端が前記載置台の上面に対応する位置まで延びている、請求項３に記載の表面波プラズマ処理装置。
  5. 　前記天板の下方に、前記複数の誘電体部材に対応して設けられ、前記フレームを覆うように設けられた複数の上部誘電体壁をさらに有し、前記上部誘電体壁の隣接するものの間は、プラズマが入り込まない隙間が形成されている、請求項３に記載の表面波プラズマ処理装置。
  6. 　被処理基板を収容する処理容器と、
    　前記処理容器内で被処理基板が載置される載置台と、
    　前記処理容器内にガスを供給するガス供給機構と、
    　前記処理容器内にマイクロ波を導入して、前記処理容器内に供給されたガスによる表面波プラズマを形成する表面波プラズマ源と
    を具備し、
    　前記表面波プラズマ源は、
    　マイクロ波を生成するマイクロ波生成機構と、
    　生成されたマイクロ波を前記処理容器内に放射する複数のマイクロ波放射部と、
    　前記複数のマイクロ波放射部に対応して金属製のフレームにそれぞれ分離して配置された、前記複数のマイクロ波放射部から放射されたマイクロ波をそれぞれ透過する複数の誘電体部材を有する天板と、
    を有し、
    　前記複数の誘電体部材は前記載置台に向けた凹状をなしている、表面波プラズマ処理装置。
  7. 　前記誘電体部材は、前記フレームを覆うように、かつ、隣接するものの間は、プラズマが入り込まない隙間が形成されるように設けられている、請求項６に記載の表面波プラズマ処理装置。
  8. 　前記誘電体部材は、前記フレームを覆う張り出し部を有し、前記誘電体部材のうち隣接するものの前記張り出し部の間は、プラズマが入り込まない隙間が形成されおり、かつ隣接する張り出し部により凹部が形成されている、請求項６に記載の表面波プラズマ処理装置。
  9. 　被処理基板を収容する処理容器と、
    　前記処理容器内で被処理基板が載置される載置台と、
    　前記処理容器内にガスを供給するガス供給機構と、
    　前記処理容器内にマイクロ波を導入して、前記処理容器内に供給されたガスによる表面波プラズマを形成する表面波プラズマ源と
    を具備し、
    　前記表面波プラズマ源は、
    　マイクロ波を生成するマイクロ波生成機構と、
    　生成されたマイクロ波を前記処理容器内に放射する複数のマイクロ波放射部と、
    　前記複数のマイクロ波放射部に対応して金属製のフレームにそれぞれ分離して配置された、前記複数のマイクロ波放射部から放射されたマイクロ波をそれぞれ透過する複数の誘電体部材を有する天板と、
    を有し、
    　前記複数の誘電体部材は前記載置台に対向する面が凹凸状をなしている、表面波プラズマ処理装置。
  10. 　前記誘電体部材は、前記フレームを覆うように、かつ、隣接するものの間は、プラズマが入り込まない隙間が形成されるように設けられている、請求項９に記載の表面波プラズマ処理装置。
  11. 　前記表面波プラズマ源は、前記処理容器の側壁上部に設けられた誘電体壁をさらに有する、請求項９に記載の表面波プラズマ処理装置。
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