特許 6356415 マイクロ波プラズマ源およびプラズマ処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6356415

(24)【登録日】2018年6月22日

(45)【発行日】2018年7月11日

(54)【発明の名称】マイクロ波プラズマ源およびプラズマ処理装置

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20180702BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20180702BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20180702BHJP

【ＦＩ】

   H05H1/46 B

   H01L21/302 101D

   H01L21/31 C

【請求項の数】11

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2013-259474(P2013-259474)

(22)【出願日】2013年12月16日

(65)【公開番号】特開2015-118739(P2015-118739A)

(43)【公開日】2015年6月25日

【審査請求日】2016年11月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099944

【弁理士】

【氏名又は名称】高山 宏志

(72)【発明者】

【氏名】小松 智仁

(72)【発明者】

【氏名】池田 太郎

(72)【発明者】

【氏名】藤野 豊

【審査官】 鳥居 祐樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−０８７２２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／０８９００７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１０／０２１３８２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−２１６５２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０８９３３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３２４５５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０４０３２８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０２２２８１６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｈ１／００−１／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラズマ処理装置のチャンバ内にマイクロ波を放射して表面波プラズマを形成するマイクロ波プラズマ源であって、
マイクロ波を生成して出力するマイクロ波出力部と、前記マイクロ波出力部から出力されたマイクロ波を伝送するためのマイクロ波供給部と、前記チャンバの天壁を構成し、前記マイクロ波供給部から供給されたマイクロ波を前記チャンバ内に放射するためのマイクロ波放射部材とを具備し、
前記マイクロ波供給部は、前記マイクロ波放射部材の上の前記チャンバ内の周縁部分に対応する位置に円周方向に沿って設けられ、前記マイクロ波放射部材にマイクロ波を導入する複数のマイクロ波導入機構を有し、
前記マイクロ波放射部材は、
前記複数のマイクロ波導入機構が配置されたマイクロ波導入機構配置領域に設けられたマイクロ波放射用の複数のスロットを有し、前記複数のスロットの各々が前記マイクロ波導入機構配置領域の周方向に沿って円弧状に設けられ、前記複数のスロットが全体として作る形状が円状であるスロットアンテナ部と、
前記マイクロ波導入機構配置領域に対応する位置に、前記複数のスロットを覆うように設けられ、前記複数のスロットから放射されたマイクロ波を透過する、誘電体からなる円環状のマイクロ波透過部材とを有することを特徴とするマイクロ波プラズマ源。

【請求項2】

前記マイクロ波放射部材は、前記マイクロ波導入機構に対応する位置に、マイクロ波の波長を短くするための遅波材を有することを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波プラズマ源。

【請求項3】

前記マイクロ波放射部材は、前記スロットアンテナ部の内側部分に設けられ、前記チャンバ内にプラズマ処理に用いるガスをシャワー状に導入するシャワー構造部をさらに有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマイクロ波プラズマ源。

【請求項4】

前記マイクロ波放射部材は円板状をなし、その上の前記チャンバ内の中央部分に対応する位置に配置されたマイクロ波導入機構をさらに有し、前記マイクロ波放射部材の中央から前記チャンバ内の中央部にも表面波プラズマが生成されるように構成されたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のマイクロ波プラズマ源。

【請求項5】

被処理基板を収容するチャンバと、
前記チャンバ内にガスを供給するガス供給機構と、
前記チャンバ内にマイクロ波を放射して表面波プラズマを形成するマイクロ波プラズマ源と
を具備し、前記表面波プラズマにより被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
前記マイクロ波プラズマ源は、
マイクロ波を生成して出力するマイクロ波出力部と、
前記マイクロ波出力部から出力されたマイクロ波を伝送するためのマイクロ波供給部と、
前記チャンバの天壁を構成し、前記マイクロ波供給部から供給されたマイクロ波を前記チャンバ内に放射するためのマイクロ波放射部材とを備え、
前記マイクロ波供給部は、前記マイクロ波放射部材の上の前記チャンバ内の周縁部分に対応する位置に円周方向に沿って設けられ、前記マイクロ波放射部材にマイクロ波を導入する複数のマイクロ波導入機構とを有し、
前記マイクロ波放射部材は、
前記複数のマイクロ波導入機構が配置されたマイクロ波導入機構配置領域に設けられたマイクロ波放射用の複数のスロットを有し、前記複数のスロットの各々が前記マイクロ波導入機構配置領域の周方向に沿って円弧状に設けられ、前記複数のスロットが全体として作る形状が円状であるスロットアンテナ部と、
前記マイクロ波導入機構配置領域に対応する位置に、前記複数のスロットを覆うように設けられ、前記複数のスロットから放射されたマイクロ波を透過する、誘電体からなる円環状のマイクロ波透過部材とを有することを特徴とするプラズマ処理装置。

【請求項6】

前記マイクロ波放射部材は、前記マイクロ波導入機構に対応する位置に、マイクロ波の波長を短くするための遅波材を有することを特徴とする請求項５に記載のプラズマ処理装置。

【請求項7】

前記マイクロ波放射部材は、前記スロットアンテナ部の内側部分に設けられ、前記チャンバ内にプラズマ処理に用いるガスをシャワー状に導入するシャワー構造部をさらに有することを特徴とする請求項５または請求項６に記載のプラズマ処理装置。

【請求項8】

前記マイクロ波放射部材は円板状をなし、その上の前記チャンバ内の中央部分に対応する位置に配置されたマイクロ波導入機構をさらに有し、前記マイクロ波放射部材の中央から前記チャンバ内の中央部にも表面波プラズマが生成されるように構成されたことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項9】

前記マイクロ波放射部材は、前記チャンバ内の周縁部に対応する環状をなし、
前記プラズマ処理装置は、
前記被処理基板を載置する載置台と、
前記マイクロ波放射部材の内側部分に、前記チャンバ内にプラズマ処理に用いるガスをシャワー状に導入するシャワーヘッドと、
前記シャワーヘッドと前記載置台との間に高周波電界を形成する高周波電界形成機構と
をさらに具備し、
前記高周波電界形成機構により、前記チャンバ内に容量結合プラズマが形成されることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のプラズマ処理装置。

【請求項10】

前記複数のスロットの各々は、その一端部が前記マイクロ波導入機構の直下の領域に存在し、その他端部が前記マイクロ波導入機構の直下でない領域に存在することを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波プラズマ源。

【請求項11】

前記複数のスロットの各々は、その一端部が前記マイクロ波導入機構の直下の領域に存在し、その他端部が前記マイクロ波導入機構の直下でない領域に存在することを特徴とする請求項５に記載のプラズマ処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マイクロ波プラズマ源およびプラズマ処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

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

【0003】

ところが、従来から多用されてきた平行平板型や誘導結合型のプラズマ処理装置では、大型の半導体ウエハを均一かつ高速にプラズマ処理することは困難である。

【0004】

そこで、高密度で低電子温度の表面波プラズマを均一に形成することができるＲＬＳＡ（登録商標）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）。

【0005】

ＲＬＳＡ（登録商標）マイクロ波プラズマ処理装置は、表面波プラズマを発生させるためのマイクロ波を放射するマイクロ波放射アンテナとしてチャンバの上部に所定のパターンで複数のスロットが形成された平面スロットアンテナであるラジアルラインスロットアンテナを設け、マイクロ波発生源から導かれたマイクロ波を、アンテナのスロットから放射させるとともに、その下に設けられた誘電体からなるマイクロ波透過板を介して真空に保持されたチャンバ内に放射し、このマイクロ波電界によりチャンバ内で表面波プラズマを生成し、これにより半導体ウエハ等の被処理体を処理するものである。

【0006】

このようなＲＬＳＡ（登録商標）マイクロ波プラズマ装置において、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。

【0007】

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導入機構を複数設け、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。

【0008】

このように複数のマイクロ波導入機構を用いてマイクロ波を空間合成することにより、各マイクロ波導入機構から導入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。

【0009】

また、特許文献３には、複数のマイクロ波導入機構の配置を工夫することにより、プラズマの分布の均一化を図ることが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開２０００−２９４５５０号公報

【特許文献2】国際公開第２００８／０１３１１２号パンフレット

【特許文献3】特開２０１２−２１６７４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

ところで、特許文献２、３では、チャンバの天壁に各マイクロ波導入機構毎に誘電体からなるマイクロ波透過窓（マイクロ波透過部材）を設け、このマイクロ波透過窓を介してチャンバ内にマイクロ波を放射しているが、このような構成の場合、プラズマが十分に広がらず、均一なプラズマを得るためには、マイクロ波放射部の数が多くなってしまう。

【0012】

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、プラズマの広がりを確保して、マイクロ波放射部の数を少なくしても均一な表面波プラズマを形成することができるマイクロ波プラズマ源およびそれを用いたプラズマ処理装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、プラズマ処理装置のチャンバ内にマイクロ波を放射して表面波プラズマを形成するマイクロ波プラズマ源であって、マイクロ波を生成して出力するマイクロ波出力部と、前記マイクロ波出力部から出力されたマイクロ波を伝送するためのマイクロ波供給部と、前記チャンバの天壁を構成し、前記マイクロ波供給部から供給されたマイクロ波を前記チャンバ内に放射するためのマイクロ波放射部材とを具備し、前記マイクロ波供給部は、前記マイクロ波放射部材の上の前記チャンバ内の周縁部分に対応する位置に円周方向に沿って設けられ、前記マイクロ波放射部材にマイクロ波を導入する複数のマイクロ波導入機構を有し、前記マイクロ波放射部材は、前記複数のマイクロ波導入機構が配置されたマイクロ波導入機構配置領域に設けられたマイクロ波放射用の複数のスロットを有し、前記複数のスロットの各々が前記マイクロ波導入機構配置領域の周方向に沿って円弧状に設けられ、前記複数のスロットが全体として作る形状が円状であるスロットアンテナ部と、前記マイクロ波導入機構配置領域に対応する位置に、前記複数のスロットを覆うように設けられ、前記複数のスロットから放射されたマイクロ波を透過する、誘電体からなる円環状のマイクロ波透過部材とを有することを特徴とするマイクロ波プラズマ源を提供する。

【0014】

本発明の第２の観点では、被処理基板を収容するチャンバと、前記チャンバ内にガスを供給するガス供給機構と、前記チャンバ内にマイクロ波を放射して表面波プラズマを形成するマイクロ波プラズマ源とを具備し、前記表面波プラズマにより被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、前記マイクロ波プラズマ源は、マイクロ波を生成して出力するマイクロ波出力部と、前記マイクロ波出力部から出力されたマイクロ波を伝送するためのマイクロ波供給部と、前記チャンバの天壁を構成し、前記マイクロ波供給部から供給されたマイクロ波を前記チャンバ内に放射するためのマイクロ波放射部材とを備え、前記マイクロ波供給部は、前記マイクロ波放射部材の上の前記チャンバ内の周縁部分に対応する位置に円周方向に沿って設けられ、前記マイクロ波放射部材にマイクロ波を導入する複数のマイクロ波導入機構とを有し、前記マイクロ波放射部材は、前記複数のマイクロ波導入機構が配置されたマイクロ波導入機構配置領域に設けられたマイクロ波放射用の複数のスロットを有し、前記複数のスロットの各々が前記マイクロ波導入機構配置領域の周方向に沿って円弧状に設けられ、前記複数のスロットが全体として作る形状が円状であるスロットアンテナ部と、前記マイクロ波導入機構配置領域に対応する位置に、前記複数のスロットを覆うように設けられ、前記複数のスロットから放射されたマイクロ波を透過する、誘電体からなる円環状のマイクロ波透過部材とを有することを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。

【0015】

上記第１および第２の観点において、前記マイクロ波放射部材は、前記マイクロ波導入機構に対応する位置に、マイクロ波の波長を短くするための遅波材を有することが好ましい。

【0016】

前記マイクロ波放射部材は、前記スロットアンテナ部の内側部分に設けられ、前記チャンバ内にプラズマ処理に用いるガスをシャワー状に導入するシャワー構造部をさらに有する構成とすることができる。

【0017】

前記マイクロ波放射部材は円板状をなし、その上の前記チャンバ内の中央部分に対応する位置に配置されたマイクロ波導入機構をさらに有し、前記マイクロ波放射部材の中央から前記チャンバ内の中央部にも表面波プラズマが生成されるように構成することができる。前記複数のスロットの各々は、その一端部が前記マイクロ波導入機構の直下の領域に存在し、その他端部が前記マイクロ波導入機構の直下でない領域に存在してよい。

【0018】

上記第２の観点において、前記マイクロ波放射部材は、前記チャンバ内の周縁部に対応する環状をなし、前記プラズマ処理装置は、被処理基板を載置する載置台と、前記マイクロ波放射部材の内側部分に、前記チャンバ内にプラズマ処理に用いるガスをシャワー状に導入するシャワーヘッドと、前記シャワーヘッドと前記載置台との間に高周波電界を形成する高周波電界形成機構とをさらに具備し、前記高周波電界形成機構により、前記チャンバ内に容量結合プラズマが形成される構成とすることができる。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、複数のマイクロ波導入機構を周方向に沿って配置し、マイクロ波導入機構配置領域にマイクロ波放射用の複数のスロットを設け、複数のスロットの各々がマイクロ波導入機構配置領域の周方向に沿って円弧状に設けられ、複数のスロットが全体として作る形状を円状とし、スロットから放射されたマイクロ波を透過する誘電体からなる円環状のマイクロ波透過部材を、マイクロ波導入機構配置領域に対応する位置に、スロットを覆うように設けたので、電界強度を分散させることができるとともに、表面波プラズマを広げることができる。このため、周方向に沿って均一なプラズマを形成することができる。また、このようにプラズマを広げることができるため、マイクロ波導入機構の必要本数を少なくすることができ、装置コストを低減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。

【図2】図１のプラズマ処理装置に用いられるマイクロ波プラズマ源におけるマイクロ波導入機構を模式的に示す平面図である。

【図3】図１のプラズマ処理装置に用いられるマイクロ波プラズマ源の構成を示すブロック図である。

【図4】図１のプラズマ処理装置のマイクロ波プラズマ源におけるマイクロ波透過板を示す断面図である。

【図5】マイクロ波透過板の周縁部表面の概略を示す平面図である。

【図6】マイクロ波透過板の周縁部における、スロットアンテナ部に設けられたスロットと、マイクロ波透過部材と、遅波材と、周縁部のマイクロ波導入機構との位置関係を模式的に示す図である。

【図7】マイクロ波透過板の中央部に設けられたスロットの形状および配置の一例を示す平面図である。

【図8】マイクロ波透過板の中央部を示す底面図である。

【図9】マイクロ波導入機構を示す断面図である。

【図10】マイクロ波導入機構の給電機構を示す図９のＡＡ′線による横断面図である。

【図11】マイクロ波導入機構のチューナにおけるスラグと滑り部材を示す図９のＢＢ′線による横断面図である。

【図12】図６に示す形状のスロットを設けた場合の電磁シミュレーション結果を示す図である。

【図13】本発明の他の実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

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。

【0022】

＜プラズマ処理装置の構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図であり、図２は図１のプラズマ処理装置に用いられるマイクロ波プラズマ源におけるマイクロ波導入機構を模式的に示す平面図、図３はそのマイクロ波プラズマ源の構成を示すブロック図である。

【0023】

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成膜処理またはエッチング処理を施す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マイクロ波プラズマ源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、マイクロ波プラズマ源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。

【0024】

また、プラズマ処理装置１００は、マイクロプロセッサを備えた制御部３を有している。制御部３は、プラズマ処理装置１００の各部を制御するようになっている。制御部３はプラズマ処理装置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所定の制御を行うことが可能である。

【0025】

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（載置台）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の金属や内部に高周波用の電極を有した絶縁性部材（セラミックス等）が例示される。

【0026】

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。なお、高周波バイアス電源１４はプラズマ処理の特性によっては設けなくてもよい。この場合は、サセプタ１１としてＡｌＮのようなセラミックス等からなる絶縁性部材を用いることができる。

【0027】

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内を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１７と、この搬入出口１７を開閉するゲートバルブ１８とが設けられている。

【0028】

マイクロ波プラズマ源２は、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伝送しチャンバ１内に導くためのマイクロ波供給部４０と、チャンバ１の上部に設けられた支持リング２９に気密にシールされた状態で設けられ、マイクロ波供給部４０から供給されたマイクロ波をチャンバ１内に放射するための円板状をなすマイクロ波放射板５０（マイクロ波放射部材）とを有する。マイクロ波放射板５０は、マイクロ波放射用のスロットアンテナ部およびガス導入用のシャワーヘッド部を有する。マイクロ波放射板５０は、チャンバ１の天壁を構成し、チャンバ１内の周縁部分に対応する円環状をなす周縁部５０ａと、チャンバ１内の中央部分に対応する円柱状をなす中央部５０ｂとを有しており、これらは分離可能にねじ固定される。

【0029】

マイクロ波供給部４０は、複数のアンプ部４２と、アンプ部４２に対応して設けられた複数のマイクロ波導入機構４３とを有する。図２にも示すように、マイクロ波導入機構４３は、マイクロ波放射板５０の周縁部５０ａの上に周方向に沿って等間隔に４つ、中央部５０ｂの上に一つ設けられている。なお、マイクロ波供給部４０およびマイクロ波放射板５０の詳細については後述する。

【0030】

また、マイクロ波プラズマ源２は、プラズマを生成するためのプラズマ生成ガスや、成膜処理やエッチング処理を行うための処理ガスを供給するガス供給源１１０を有している。プラズマ生成ガスとしては、Ａｒガス等の希ガスを好適に用いることができる。また、処理ガスとしては、成膜処理やエッチング処理等、処理の内容に応じて種々のものを採用することができる。

【0031】

図３に示すように、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。

【0032】

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。

【0033】

マイクロ波供給部４０のアンプ部４２は、分配器３４にて分配されたマイクロ波をマイクロ波導入機構４３に導く。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。

【0034】

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。

【0035】

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、プラズマ強度調整する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。

【0036】

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。

【0037】

アイソレータ４９は、後述するスロットアンテナ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、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。

【0038】

マイクロ波導入機構４３は、後述するように、アンプ部４２から出力されたマイクロ波を伝送する機能およびインピーダンス整合機能を有しており、マイクロ波をマイクロ波放射板５０の後述するスロットアンテナ部に導く。

【0039】

マイクロ波放射板５０は、後述するように、上述した複数のマイクロ波導入機構４３から導かれるマイクロ波をスロットアンテナ部からチャンバ１内に放射するとともに、ガス供給源１１０からガス供給配管１１１を通って供給されたプラズマ生成ガスや処理ガスをシャワーヘッド部からチャンバ１内に導く。これにより、チャンバ１内に表面波プラズマを生成する。

【0040】

次に、マイクロ波放射板５０についてより詳細に説明する。
図４は、マイクロ波放射板５０を示す断面図である。マイクロ波放射板５０は、上述したように、チャンバ１内の周縁部分に対応する周縁部５０ａと、チャンバ内の中央部分に対応する中央部５０ｂとを有している。そして、周縁部５０ａはウエハＷの周縁領域に対応し、中央部５０ｂはウエハの中央領域に対応する。

【0041】

周縁部５０ａは全体形状が円環状をなし、金属で構成された本体部１２０を有し、本体部１２０の上面には、４つのマイクロ波導入機構４３に対応する位置にそれぞれ遅波材１２１が嵌め込まれている。また、本体部１２０の下面には、周縁部の４つのマイクロ波導入機構４３の配置領域に沿って設けられた円周状をなすマイクロ波透過部材１２２が嵌め込まれている。さらに、本体部１２０の遅波材１２１とマイクロ波透過部材１２２との間は、周縁部の４つのマイクロ波導入機構４３の配置領域に沿って形成された複数のスロット１２３を有するスロットアンテナ部１２４となっている。さらにまた、本体部１２０のスロットアンテナ部１２４の内側部分は、チャンバ１内にプラズマ生成ガスや処理ガスをシャワー状に導入するシャワーヘッド部（シャワー構造部）１２５となっている。シャワーヘッド部１２５は、本体部１２０のスロット部１２４より内側部分に円環状に形成されたガス拡散空間１２６と、ガス拡散空間１２６から本体部１２０の下面に至る多数のガス吐出孔１２７と、本体部１２０の上面からガス拡散空間１２６に至るガス導入孔１２８とを有している。ガス導入孔１２８には、ガス供給源１１０からガスを供給するガス供給配管１１１が接続されている。

【0042】

本体部１２０を構成する金属としては、アルミニウムや銅のような熱伝導率の高い金属が好ましい。

【0043】

遅波材１２１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。マイクロ波透過部材１２２は、マイクロ波を透過する材料である誘電体材料で構成されており、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いる。

【0044】

スロットアンテナ部１２４のスロット１２３は、マイクロ波導入機構４３から導入されたマイクロ波をチャンバ１内に放射する。スロット１２３内には誘電体が充填されていてもよい。スロット１２３に誘電体を充填することにより、マイクロ波の実効波長が短くなり、スロットの厚さを薄くすることができる。スロット１２３に充填する誘電体としては、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を用いることができる。

【0045】

図５は、周縁部５０ａ表面の概略を示す平面図である。この図に示すように、遅波材１２１は、周縁部５０ａの表面に、同心をなす円周上に円弧状に４つ分離して設けられており、各遅波材１２１の中央部にマイクロ波導入機構４３が設けられている。

【0046】

また、図６は、周縁部５０ａにおける、スロットアンテナ部１２４に設けられたスロット１２３と、マイクロ波透過部材１２２と、遅波材１２１と、周縁部のマイクロ波導入機構４３との位置関係を模式的に示す図である。この図に示すように、複数のスロット１２３は、周縁部のマイクロ波導入機構４３が配置された円周領域に全体形状が円周状になるように設けられており、マイクロ波透過部材１２２は、スロット１２３の配置領域を覆うように設けられている。また、遅波材１２１もスロット１２３の配置領域に沿って設けられている。

【0047】

スロット１２３は、図４に示すように、本体部１２０の遅波材１２１に接する上面位置からマイクロ波透過部材１２２に接する下面位置まで貫通して設けられており、周縁部５０ａの４本のマイクロ波導入機構４３から供給されたマイクロ波の放射特性を決定する。本体部１２０とマイクロ波透過部材１２２との間のスロット１２３の周囲部分は、シールリング（図示せず）によりシールされており、マイクロ波透過部材１２２がスロット１２３を密閉して、真空シールとして機能する。スロット１２３は、電界が分散されるように、マイクロ波導入機構４３の配置領域に周方向に沿って、全体形状が円周状をなすように設けられている。本例では、図６に示すように、スロット１２３は、それぞれのマイクロ波導入機構４３に対して２つずつ合計８個が、全体形状が円周状になるように配置されている。一つのマイクロ波導入機構４３に対応する２つのスロット１２３は、全体としてマイクロ波放射板５０の中心から約９０°をなす円弧状をなしており、一方のスロットの端部と他方のスロットの端部とがマイクロ波導入機構４３の直下領域で内外に重なっており、これらスロットは、マイクロ波導入機構４３の直下領域からそれぞれ周方向の反対側に延びている。これにより、電界を周方向に適切に分散させることができる。

【0048】

一つのスロット１２３の円周方向の長さは、λｇ／２が好ましい。ただし、λｇはマイクロ波の実効波長であり、δは円周方向（角度方向）に電界強度の均一性が高くなるように微調整する微調整成分（０を含む）である。λｇは、λｇ＝λ／ε_ｓ^１／２と表すことができる。ここで、ε_ｓはスロットに充填される誘電体の誘電率であり、λは真空中のマイクロ波の波長である。また、一つのマイクロ波導入機構４３に対応する２つのスロット１２３については、２つのスロット１２３が重なっている領域の長さＬ１と、その一方側の重ならない領域の長さＬ２と、他方側の重ならない領域の長さＬ３とがほぼ同じ長さとなっていることが好ましい。ただし、スロット１２３は、円周方向に沿って設けられ、均一なマイクロ波放射が可能であれば、図６の形状に限定されない。

【0049】

中央部５０ｂは、図４に示すように全体形状が円柱状をなし、金属で構成された本体部１３０を有し、本体部１３０の上面の中央には、マイクロ波導入機構４３に対応するように円形をなす遅波材１３１が嵌め込まれている。また、本体部１３０の下面にはマイクロ波透過部材１３２が嵌め込まれている。さらに、本体部１３０の遅波材１３１とマイクロ波透過部材１３２との間は、スロット１３３を有するスロットアンテナ部１３４となっている。さらにまた、本体部１３０内には、シャワーヘッドを構成するための円板状をなすガス拡散空間１３５が設けられており、本体部１３０のガス拡散空間１３５の下の部分には、ガス拡散空間１３５から本体部１３０の下面に臨むように多数のガス吐出孔１３６が形成されている。本体部１３０の上面には、ガス拡散空間１３５に至るガス導入孔１３７が形成されており、ガス導入孔１３７には、ガス供給源１１０からガスを供給するガス供給配管１１１が接続されている。ガス拡散空間１３５の内部には、スロット１３３とガス拡散空間１３５に供給されたガスが干渉しないように、スロット１３３の外形に沿ってスロット１３３を囲繞する囲繞部材１３８が設けられている。

【0050】

本体部１３０を構成する金属としては、アルミニウムや銅のような熱伝導率の高い金属が好ましい。

【0051】

遅波材１３１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。マイクロ波透過部材１３２は、マイクロ波を透過する材料である誘電体材料で構成されており、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いる。

【0052】

スロットアンテナ部１３４は、マイクロ波導入機構４３から伝送されたマイクロ波をチャンバ１内に放射する放射アンテナとして機能し、マイクロ波はスロット１３３を介して放射される。スロット１３３内には誘電体が充填されていてもよい。スロット１３３に誘電体を充填することにより、マイクロ波の実効波長が短くなり、スロットの厚さを薄くすることができる。スロット１３３に充填する誘電体としては、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を用いることができる。

【0053】

スロット１３３の形状は、中央部５０ｂに対応するマイクロ波導入機構４３からのマイクロ波の放射特性を決定するものであり、例えば、図７に示すようになっている。具体的には、４個のスロット１３３が、全体形状が円周状になるように均等に形成されている。これらスロット１３３は全て同じ形状であり、円周に沿って細長い形状に形成されている。これらスロット１３３は、スロットアンテナ部１３４のマイクロ波放射面におけるマイクロ波導入機構４３の中心軸に対応する点に対して対称に配置されている。

【0054】

一つのスロット１３３の円周方向の長さは（λｇ／２）−δであり、スロット１３３の中心位置にマイクロ波電界強度のピークがくるように設計されている。ただし、λｇはマイクロ波の実効波長であり、δは円周方向（角度方向）に電界強度の均一性が高くなるように微調整する微調整成分（０を含む）である。なお、スロット１３３の長さは約λｇ／２に限らず、λｇ／２の整数倍から微調整成分（０を含む）を引いたものであればよい。

【0055】

４個のスロット１３３のうち隣接するもの同士の継ぎ目部分は、一方のスロット１３３の端部と他方のスロット１３３の端部とが径方向に所定間隔をおいて内外で重なるように構成されている。これにより、周方向にスロットが存在しない部分がないようにされ周方向の放射特性が均一になるように設計されている。一つのスロット１３３は、他のスロット１３３と重なっていない中央部があり、その両側の端部が他の部分と重なっているが、一方の端部は隣接するスロットの端部の内周側に位置し、他方の端部は隣接するスロットの端部の外周側に位置するようになっている。各端部および中央部は、略同じ長さを有していることが好ましい。また、スロット１３３は、その内周が、中央部５０ｂの下面の中心点から（λｇ／４）±δ′（ただし、δ′は径方向の電界強度分布を均一にするために微調整する微調整成分（０を含む）である。）の位置またはλｇ／４の整数倍に同様の微調整成分を加えたもの、になるように形成されることが好ましい。

【0056】

このようなスロットアンテナ部１３４は、マイクロ波導入機構４３において、電界強度が低いスロットの端部を重ねて配置することにより、その部分の電界強度を高くすることができ、結果的に、周方向（角度方向）の電界強度分布を均一にすることができる。

【0057】

なお、中央部５０ｂのマイクロ波導入機構４３に対応するスロットの数は４個に限らず、３個であっても５個以上であっても同様の効果を得ることができる。また、スロット形状は図７のものに限らず、例えば複数の円弧状のスロットが円周上に均等に形成されたもの等、他のものであってもよい。

【0058】

図８に示すように、マイクロ波透過部材１３２は、本体部１３０の下面側に、スロット１３３が形成されたスロット形成領域を包含する（覆う）ように環状に設けられている。本体部１３０とマイクロ波透過部材１３２との間のスロット１３３の周囲部分は、シールリング（図示せず）によりシールされている。マイクロ波透過部材１３２は、スロット１３３を密閉するようになっており、真空シールとして機能する。

【0059】

なお、図８ではマイクロ波透過部材１３２は円環状に設けられているが、三角環状、四角環状等の多角環状であってもよい。

【0060】

次に、図９〜１１を参照して、マイクロ波導入機構４３について詳細に説明する。図９はマイクロ波導入機構４３を示す断面図、図１０はマイクロ波導入機構４３の給電機構を示す図９のＡＡ′線による横断面図、図１１はマイクロ波導入機構４３のチューナ６０におけるスラグと滑り部材を示す図９のＢＢ′線による横断面図である。

【0061】

図９に示すように、マイクロ波導入機構４３は、マイクロ波を伝送する同軸構造のマイクロ波伝送路（導波路）４４と、マイクロ波伝送路４４に設けられたチューナ６０とを有している。そして、マイクロ波導入機構４３の導波路４４を経て、各マイクロ波導入機構４３に対応してスロットアンテナ部１２４または１３４に設けられたスロット（後述）からチャンバ１内にマイクロ波が放射され、そのマイクロ波によりチャンバ１内で表面波プラズマを形成するようになっている。

【0062】

マイクロ波伝送路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、マイクロ波伝送路４４の先端がマイクロ波放射板５０に接続されている。

【0063】

マイクロ波伝送路４４においては、内側導体５３に給電され、外側導体５２が接地されている。外側導体５２および内側導体５３の上端には反射板５８が設けられている。

【0064】

マイクロ波伝送路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、マイクロ波伝送路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。

【0065】

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マイクロ波伝送路４４内に伝送させる。

【0066】

給電アンテナ９０は、図１０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を有するアンテナ体９１と、アンテナ体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。アンテナ体９１の第２の極９３は内側導体５３に接触している。

【0067】

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マイクロ波放射板５０に向かって伝播する。

【0068】

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との間のマイクロ波伝送路４４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。

【0069】

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はスロットアンテナ部１２４または１３４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。

【0070】

図１１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。

【0071】

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。

【0072】

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。

【0073】

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。

【0074】

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。

【0075】

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。

【0076】

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。

【0077】

マイクロ波伝送路４４の先端部には、インピーダンス調整部材１４０が設けられている。インピーダンス調整部材１４０は、誘電体で構成することができ、その誘電率によりマイクロ波伝送路４４のインピーダンスを調整するようになっている。マイクロ波伝送路４４の先端には円柱部材８２が設けられており、この円柱部材８２が、前述した遅波材１２１または遅波材１３１を貫通し、周縁部５０ａの本体部１２０または中央部５０ｂの本体部１３０に接続されている。遅波材１２１または遅波材１３１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、本体部１２０または本体部１３０の表面（マイクロ波放射面）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、マイクロ波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。

【0078】

本実施形態において、メインアンプ４８と、チューナ６０と、マイクロ波放射板５０のスロットアンテナ部１２４または１３４とは近接配置している。そして、チューナ６０とスロットアンテナ部１２４または１３４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、かつスロットアンテナ部１２４（１３４）、遅波材１２１（１３１）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。

【0079】

＜プラズマ処理装置の動作＞
次に、以上のように構成されるプラズマ処理装置１００における動作について説明する。

【0080】

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１１０からガス供給配管１１１を介してプラズマ生成ガス、例えばＡｒガスをマイクロ波放射板５０からチャンバ１内へ吐出しつつ、マイクロ波プラズマ源２のマイクロ波出力部３０から、マイクロ波供給部４０の複数のアンプ部４２および複数のマイクロ波導入機構４３を伝送されてきたマイクロ波をマイクロ波放射板５０を介してチャンバ１内に放射させ、マイクロ波放射板５０の表面に表面波プラズマを生成する。また、同じくガス供給源１１０からガス供給配管１１１を介して処理ガスをマイクロ波放射板５０を介してチャンバ１内に供給する。処理ガスは表面波プラズマにより励起されてプラズマ化し、生成された処理ガスのプラズマによりウエハＷにプラズマ処理、例えば成膜処理やエッチング処理が施される。

【0081】

具体的には、マイクロ波放射板５０の周縁部５０ａでは、ガス供給源１１０からガス供給配管１１１を介してプラズマ生成ガスおよび処理ガスがシャワーヘッド部１２５に供給され、シャワーヘッド部１２５ではプラズマガスおよび処理ガスがガス導入孔１２８を経てガス拡散空間１２６で拡散され、ガス吐出孔１２７から吐出される。一方、周縁部５０ａに設けられた４本のマイクロ波導入機構４３へは、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、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、アンプ部４２を経たマイクロ波電力が給電される。これら４つのマイクロ波導入機構４３に給電されたマイクロ波電力は、マイクロ波伝送路４４を伝送され、マイクロ波放射板５０の周縁部５０ａに導入される。マイクロ波導入機構４３から導入されたマイクロ波は、遅波材１２１を透過し、スロットアンテナ部１２４のスロット１２３およびマイクロ波透過部材１２２を介してチャンバ１内に放射され、マイクロ波透過部材１２２および本体部１２０の下表面に表面波が形成され、この表面波によりチャンバ１内の周縁部５０ａの直下部分に表面波プラズマが生成される。

【0082】

このように、マイクロ波放射板５０の周縁部５０ａでは、周方向に沿って４つのマイクロ波導入機構４３が設けられ、これら４つのマイクロ波導入機構４３から導入されたマイクロ波が、マイクロ波導入機構４３の配置領域に周方向に沿って設けられたスロット１２３から放射されるので、電界強度を分散させることができる。しかも、マイクロ波透過部材１２２が、マイクロ波導入機構４３の配置領域に周方向に沿ってスロット１２３を覆うように円周状に設けられているので、マイクロ波透過部材１２２の下表面で表面波を広げることができる。このため、ウエハＷの周縁部に対応する位置において表面波プラズマを広げることができ、周方向に沿って均一なプラズマを形成することができる。また、このようにプラズマを広げることができるため、マイクロ波導入機構４３の必要本数を少なくすることができ、装置コストを低減することが可能となる。

【0083】

特に、本実施形態では、スロット１２３は、各マイクロ波導入機構４３に対応して２つずつ設けられており、一つのマイクロ波導入機構４３に対応する２つのスロット１２３が、一方のスロットの端部と他方のスロットの端部とがマイクロ波導入機構４３の直下領域で内外に重なっており、これらスロットは、マイクロ波導入機構４３の直下領域からそれぞれ周方向の反対側に延びている形態とすることにより、マイクロ波導入機構４３付近のみに電界が強い部分が集中することが防止され、電界強度を周方向に適切に分散させることができる。また一つのマイクロ波導入機構４３から他のマイクロ波導入機構４３へマイクロ波が侵入する不都合も生じない。

【0084】

図１２は、図６に示す形状のスロットを設けた場合の電磁シミュレーション結果を示すものであるが、電界強度の強い部分がマイクロ波導入機構の直下だけではなく、分散していることがわかる。

【0085】

さらに、マイクロ波透過部材１２２が周縁部５０ａに配置された４つのマイクロ波導入機構４３に沿って円周状をなすように設けられているので、シャワーヘッド部１２５をその内側部分の広い範囲にわたって設けることができる。このため、放射するマイクロ波と位置的に干渉することなく、ウエハＷに対して均一にプラズマガスや処理ガスを導入することができる。また、このようにガスをチャンバ１の天井部から導入することにより、ガスの流れ方向をマイクロ波の放射方向と一致させることができ、ガスを効率的にプラズマ化することができる。

【0086】

一方、マイクロ波放射板５０の中央部５０ｂでは、ガス供給源１１０からガス供給配管１１１およびガス導入孔１３７を介してガス拡散空間１３５に至り、そこで拡散され、ガス吐出孔１３６から吐出される。一方、中央部５０ｂに設けられたマイクロ波導入機構４３へは、周縁部５０ａのマイクロ波導入機構４３と同様にマイクロ波電力が給電され、このマイクロ波導入機構４３からマイクロ波放射板５０の中央部５０ｂにマイクロ波が導入される。マイクロ波導入機構４３から導入されたマイクロ波は、遅波材１３１を透過し、スロットアンテナ部１３４のスロット１３３およびマイクロ波透過部材１３２を介してチャンバ１内に放射され、チャンバ１内の中央部５０ｂの直下部分に表面波プラズマが生成される。

【0087】

中央部５０ｂにおいても、ガスの流れ方向をマイクロ波の放射方向と一致させることができ、ガスを効率的にプラズマ化することができる。また、ガス拡散空間１３５やガス吐出孔１３６が、マイクロ波を透過するスロット１３３と分離されているため、ガスがこれらを通過する際にプラズマ化する不都合は生じない。また、マイクロ波透過部材１３２がスロット形成領域を包含するように設けられているので中央部５０ｂの直下領域でもプラズマを均一化することができる。

【0088】

＜他の実施形態＞
上記実施形態では、マイクロ波放射板５０の中央部にマイクロ波導入機構４３を設けて、チャンバ１内のウエハＷの中央領域に対応する部分にも表面波プラズマを生成させたが、本発明の主眼は周縁部に均一なプラズマを生成することにあり、中央部の構成は上記実施形態に限定されない。本発明の他の実施形態では中央部に容量結合プラズマを形成する構成を有する。図１３は、本発明の他の実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。

【0089】

図１３に示すように、本実施形態のプラズマ装置１００′は、マイクロ波供給部４０において、マイクロ波放射機構４３を周縁部の４つのみとし、図１のマイクロ波放射板５０の代わりに、マイクロ波放射機構４３が配置された領域を含む環状のマイクロ波放射板５０′を設け、その内側の中央部分に、絶縁部材１５１を介してウエハＷとほぼ同等の大きさを有する導電性をなすシャワーヘッド１５０を設けている。シャワーヘッド１５０は、円板状に形成されたガス拡散空間１５２と、ガス拡散空間１５２からチャンバ１内に臨むように形成された多数のガス吐出孔１５３と、ガス供給配管１１１からのガスをガス拡散空間１５２に導入するためのガス導入孔１５４とを有している。シャワーヘッド１５０には、整合器１５５を介してプラズマ生成用の高周波電源１５６が電気的に接続されている。サセプタ１１は導電性部分を有しており、シャワーヘッド１５０の対向電極として機能する。この高周波電源１５６からシャワーヘッド１５０に高周波電力が供給されることにより、シャワーヘッド１５０とサセプタ１１の間に高周波電界が形成され、ウエハＷの直上の空間に容量結合プラズマが形成される。この中央部分の構成は、ウエハに対してプラズマエッチングを行うプラズマエッチング装置と同様であり、このような構成のプラズマ処理装置１００′は、例えばウエハの周縁のプラズマ密度調整をマイクロ波を用いた表面波プラズマで行うプラズマエッチング装置として用いることができる。なお、図１３において、図１と同じものには同じ符号を付して説明を省略する。

【0090】

＜他の適用＞
以上、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記２つの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、本発明の主眼は周縁部に均一なプラズマを生成することにあり、中央部の構成は上記２つの実施形態に限定されず、要求されるプラズマ分布によって種々の構成をとることができる。中央部にプラズマを生成する機構を設けないことも可能である。

【0091】

また、上記実施形態では、マイクロ波放射板５０の周縁部５０ａの上に周方向に沿って４つのマイクロ波導入機構４３を設けた例を示したが、周縁部のマイクロ波導入機構４３の数は４つに限らず、２つ以上であればよく、その数は本発明の効果が得られるように適宜設定される。

【0092】

さらに、マイクロ波出力部３０やマイクロ波供給部４０の構成等は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、スロットアンテナ部から放射されるマイクロ波の指向性制御を行ったり円偏波にしたりする必要がない場合には、位相器は不要である。また、遅波材は必須ではない。

【0093】

さらにまた、上記実施形態においては、プラズマ処理装置として成膜装置およびエッチング装置を例示したが、これに限らず、酸化処理および窒化処理を含む酸窒化膜形成処理、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。さらに、被処理体は半導体ウエハＷ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。

【符号の説明】

【0094】

１；チャンバ
２；マイクロ波プラズマ源
３；制御部
１１；サセプタ
１２；支持部材
１５；排気管
１６；排気装置
１７；搬入出口
３０；マイクロ波出力部
３１；マイクロ波電源
３２；マイクロ波発振器
４０；マイクロ波供給部
４２；アンプ部
４３；マイクロ波導入機構
４４；導波路
５０；マイクロ波放射板
５０ａ；周縁部
５０ｂ；中央部
５２；外側導体
５３；内側導体
５４；給電機構
５５；マイクロ波電力導入ポート
６０；チューナ
１００；プラズマ処理装置
１１０；ガス供給源
１１１；ガス配管
１２０，１３０；本体部
１２１；遅波材
１２２；マイクロ波透過部材
１２３；スロット
１２４；スロットアンテナ部
１２５；シャワーヘッド部
Ｗ；半導体ウエハ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】