JP4093212B2

JP4093212B2 - プラズマ処理装置

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Inventors: 才忠田; 清隆石橋; 淳一北川; 俊久野沢
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Description

本発明は、半導体ウエハ等に対してマイクロ波により生じたプラズマを作用させて処理を施す際に使用されるプラズマ処理装置に関する。

近年、半導体製品の高密度化及び高微細化に伴い半導体製品の製造工程において、成膜、エッチング、アッシング等の処理のためにプラズマ処理装置が使用される場合があり、特に、０．１ｍＴｏｒｒ（１３．３ｍＰａ）〜数１０ｍＴｏｒｒ（数Ｐａ）程度の比較的圧力が低い高真空状態でも安定してプラズマを立てることができることからマイクロ波を用いて、高密度プラズマを発生させるマイクロ波プラズマ装置が使用される傾向にある。
このようなプラズマ処理装置は、特許文献１、特許文献２、特許文献３等に開示されている。ここで、マイクロ波を用いた一般的なプラズマ処理装置を図９を参照して概略的に説明する。図９は従来の一般的なプラズマ処理装置を示す概略構成図である。

図９において、このプラズマ処理装置２は、真空引き可能になされた処理容器４内に半導体ウエハＷを載置する載置台６を設けており、この載置台６に対向する天井部にマイクロ波を透過する円板状の窒化アルミや石英等よりなる天板８を気密に設けている。
そして、この天板８の上面に厚さ数ｍｍ程度の円板状の平面アンテナ部材１０と、この平面アンテナ部材１０の半径方向におけるマイクロ波の波長を短縮するための例えば誘電体よりなる遅波材１２を設置している。この遅波材１２の上方には、内部に冷却水を流す冷却水流路が形成された天井冷却ジャケット１４が設けられており、遅波材１２等を冷却するようになっている。そして、平面アンテナ部材１０には多数の、例えば長溝状の貫通孔よりなるマイクロ波放射孔１６が形成されている。このマイクロ波放射孔１６は一般的には、同心円状に配置されたり、或いは螺旋状に配置されている。そして、平面アンテナ部材１０の中心部に同軸導波管１８の内部ケーブル２０を接続して図示しないマイクロ波発生器より発生した、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導くようになっている。そして、マイクロ波をアンテナ部材１０の半径方向へ放射状に伝搬させつつ平面アンテナ部材１０に設けたマイクロ波放射孔１６からマイクロ波を放出させてこれを天板８に透過させて、下方の処理容器４内へマイクロ波を導入し、このマイクロ波により処理容器４内の処理空間Ｓにプラズマを立てて半導体ウエハＷにエッチングや成膜などの所定のプラズマ処理を施すようになっている。

特開平３−１９１０７３号公報特開平５−３４３３３４号公報特開平９−１８１０５２号公報

ところで、上記したようなプラズマ処理装置を用いて、成膜やエッチング等のプラズマ処理を行う場合には、処理のウエハ面内均一性を特に高く維持する必要がある。この場合、一般的には、平面アンテナ部材１０に形成されているマイクロ波放射孔１６の分布や形状等を適当に変化させて、処理容器４内におけるプラズマ密度をできるだけ均一化する試みがなされている。しかしながら、処理容器４内中のプラズマの挙動については制御が非常に難しく、プロセス条件の僅かな変化により、プラズマの挙動が大きく変化してしまい、この結果、プラズマ処理の面内均一性を十分に維持し得ない場合もあった。
特にウエハサイズが８インチから１２インチへと大口径化すると共に、更なる微細化及び薄膜化が推進されている今日において、上記した問題点の解決が強く望まれている。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、処理容器内におけるプラズマ密度の均一性を高めてプラズマ処理の面内均一性を向上させることが可能なプラズマ処理装置を提供することにある。

本発明者等は、処理容器内のプラズマの挙動について鋭意研究した結果、プラズマが接する処理容器の天板の形状がプラズマの挙動に大きく影響を与える、という知見を得ることにより、本発明に至ったものである。
すなわち請求項１に係る発明は、天井部が開口されて内部が真空引き可能になされた処理容器と、被処理体を載置するために前記処理容器内に設けられた載置台と、前記天井部の開口に気密に装着されてマイクロ波を透過する誘電体よりなる天板と、前記天板上に設けられて前記処理容器内に向けてプラズマ発生用のマイクロ波を放射する複数のマイクロ波放射孔を有する平面アンテナ部材と、前記平面アンテナ部材上に設けられて前記マイクロ波の波長を短縮するための遅波材と、前記天板の下面に、該下面を同心状に複数のゾーンに区画して前記ゾーン間のマイクロ波の干渉を抑制するためのマイクロ波干渉抑制部と、を有するプラズマ処理装置において、前記マイクロ波干渉抑制部の内径は、前記遅波材中のマイクロ波の波長λの１．５〜２．５倍の長さの範囲内であることを特徴とするプラズマ処理装置である。
このように、天板の下面に、この下面を同心状に複数のゾーンに区画して、このゾーン間のマイクロ波の干渉を抑制するためのマイクロ波干渉抑制部を設けるようにしたので、ゾーン間でマイクロ波が干渉することが抑制され、この結果、処理容器内におけるプラズマ密度の均一性を高めてプラズマ処理の面内均一性を向上させることができる。

請求項２に係る発明は、天井部が開口されて内部が真空引き可能になされた処理容器と、被処理体を載置するために前記処理容器内に設けられた載置台と、前記天井部の開口に気密に装着されてマイクロ波を透過する誘電体よりなる天板と、前記天板上に設けられて前記処理容器内に向けてプラズマ発生用のマイクロ波を放射する複数のマイクロ波放射孔を有する平面アンテナ部材と、前記平面アンテナ部材上に設けられて前記マイクロ波の波長を短縮するための遅波材と、前記天板の下面に、該下面を同心状に複数のゾーンに区画して前記ゾーン間のマイクロ波の干渉を抑制するためのマイクロ波干渉抑制部と、を有するプラズマ処理装置において、前記マイクロ波干渉抑制部は、前記天板の下面に形成された所定のピッチの複数の凹凸部のみよりなることを特徴とするプラズマ処理装置である。
また例えば請求項３に規定するように、前記凹凸部のピッチは、前記遅波材中のマイクロ波の波長λの１／１０〜１／３倍の長さの範囲内である。
また、例えば請求項４に規定するように、前記凹凸部の凸部の高さは３〜１０ｍｍの範囲内である。
また例えば請求項５に規定するように、前記凹凸部の凸部は２個以上であり、且つ前記凹凸部全体の幅は前記遅波材中のマイクロ波の波長λの１波長の長さ以下である。
また例えば請求項６に規定するように、前記マイクロ波干渉抑制部は、円形リング状に形成されている。

或いは、例えば請求項７に規定するように、前記マイクロ波干渉抑制部は、四角形の環状に形成されている。
また例えば請求項８に規定するように、前記マイクロ波干渉抑制部は、所定の間隔を隔てて同心状に複数形成されている。
また例えば請求項９に規定するように、前記マイクロ波干渉抑制部間の間隔の幅は、前記遅波材中のマイクロ波の波長λの１波長の長さ以上に設定されている。
また例えば請求項１０に規定するように、前記マイクロ波放射孔の分布は、前記平面アンテナ部材の中心部側で疎となるように形成され、周辺部側で密となるように形成されている。
或いは、例えば請求項１１に規定するように、前記マイクロ波放射孔の分布は、全面に均一になされている。

本発明のプラズマ処理装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
処理容器内のプラズマと接する天板の下面に、この下面を同心状に複数のゾーンに区画して、このゾーン間のマイクロ波の干渉を抑制するためのマイクロ波干渉抑制部を設けるようにしたので、ゾーン間でマイクロ波が干渉することが抑制され、この結果、処理容器内におけるプラズマ密度の均一性を高めてプラズマ処理の面内均一性を向上させることができる。

以下に、本発明に係るプラズマ処理装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係るプラズマ処理装置の一例を示す構成図、図２は図１に示すプラズマ処理装置の平面アンテナ部材を示す平面図、図３は天板の下面を示す平面図、図４は天板を示す部分拡大断面図である。
図示するようにこのプラズマ処理装置２２は、例えば側壁や底部がアルミニウム等の導体により構成されて、全体が筒体状に成形された処理容器２４を有しており、内部は密閉された処理空間Ｓとして構成されて、この処理空間Ｓにプラズマが形成される。この処理容器２４自体は接地されている。

この処理容器２４内には、上面に被処理体としての例えば半導体ウエハＷを載置する載置台２６が収容される。この載置台２６は、例えばアルマイト処理したアルミニウム等により平坦になされた略円板状に形成されており、例えば絶縁性材料よりなる支柱２８を介して容器底部より起立されている。
上記載置台２８の上面には、ここにウエハを保持するための静電チャック或いはクランプ機構（図示せず）が設けられる。尚、この載置台２６を例えば１３．５６ＭＨｚのバイアス用高周波電源に接続する場合もある。また必要に応じてこの載置台２６中に加熱用ヒータを設けてもよい。
上記処理容器２４の側壁には、ガス供給手段として、容器内にプラズマ用ガス、例えばアルゴンガスを供給する石英パイプ製のプラズマガス供給ノズル３０や処理ガス、例えばデポジションガスを導入するための例えば石英パイプ製の処理ガス供給ノズル３２が設けられており、これらの各ノズル３０、３２より上記各ガスを流量制御しつつ供給できるようになっている。

また、容器側壁には、この内部に対してウエハを搬入・搬出する時に開閉するゲートバルブ３４が設けられている。また、容器底部には、排気口３６が設けられると共に、この排気口３６には図示されない真空ポンプが介接された排気路３８が接続されており、必要に応じて処理容器２４内を所定の圧力まで真空引きできるようになっている。
そして、処理容器２４の天井部は開口されて、ここに例えば石英やセラミック材等よりなるマイクロ波に対しては透過性を有する天板４０がＯリング等のシール部材４２を介して気密に設けられる。この天板４０の厚さは耐圧性を考慮して例えば２０ｍｍ程度に設定される。そして、この天板４０の下面に本発明の特徴とするマイクロ波干渉抑制部４４が形成される。尚、このマイクロ波干渉抑制部４４の構造については後述する。

そして、この天板４０の上面に、円板状の平面アンテナ部材４６と高誘電率特性を有する遅波材４８とが順次設けられる。具体的にはこの平面アンテナ部材４６は、上記遅波材４８の上方全面を覆う導電性の中空円筒状容器よりなる導波箱５０の底板として構成され、前記処理容器２４内の上記載置台２６に対向させて設けられる。
この導波箱５０及び平面アンテナ部材４６の周辺部は共に接地されると共に、この導波箱５０の上部の中心には、同軸導波管５２の外管５２Ａが接続され、内部の内部ケーブル５２Ｂは、上記遅波材４８の中心の貫通孔５４を通って上記平面アンテナ部材４６の中心部に接続される。そして、この同軸導波管５２は、モード変換器５６及び導波管５８を介してマッチング６０を有する例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波発生器６２に接続されており、上記平面アンテナ部材４６へマイクロ波を伝搬するようになっている。この周波数は２．４５ＧＨｚに限定されず、他の周波数、例えば８．３５ＧＨｚを用いてもよい。この導波管としては、断面円形或いは矩形の導波管や同軸導波管を用いることができる。尚、上記導波箱５０の上部に図示しない天井冷却ジャケットを設けるようにしてもよい。そして、上記導波箱５０内であって、平面アンテナ部材４６の上面側に設けた高誘電率特性を有する遅波材４８は、この波長短縮効果により、マイクロ波の管内波長を短くしている。この遅波材４８としては、例えば窒化アルミ等を用いることができる。

上記平面アンテナ部材４６は、８インチサイズのウエハ対応の場合には、例えば直径が３００〜４００ｍｍ、厚みが１〜数ｍｍの導電性材料よりなる、例えば表面が銀メッキされた銅板或いはアルミ板よりなり、この円板には、図２にも示すように例えば長溝状の貫通孔よりなる多数のマイクロ波放射孔６４が形成されている。このマイクロ波放射孔６４の配置形態は、特に限定されず、例えば同心円状、螺旋状、或いは放射状に配置させてもよいし、アンテナ部材全面に均一になるように分布させてもよい。例えばマイクロ波放射孔６４は、この２個をＴの字状に配置して一対の組を形成しており、図２（Ａ）に示すように、中心部側に例えば１２組形成して周辺部側に２４組形成するなどして同心円状に均一に配置したり、図２（Ｂ）に示すように、中心部側に例えば６組形成して周辺部側に２４組形成するなどして、中心部側が疎となるように、反対に周辺部側が密となるように配置してもよい。実際には、このマイクロ波放射孔６４の配置形態は、前記したマイクロ波干渉抑制部４４の形態に対応させて最適になるように配列する。

そして、上記天板４０の下面側、すなわち処理空間Ｓのプラズマと直接接する面に形成されている上記マイクロ波干渉抑制部４４は、図３に示すように、ここでは円形リング状に形成されており、その内側の中央ゾーン７０Ａと、その外側の外周ゾーン７０Ｂとに２つの同心状のゾーンに区画している。上記マイクロ波干渉抑制部４４は、上記中央ゾーン７０Ａと外周ゾーン７０Ｂとの間のマイクロ波の干渉を抑制するためのものである。この場合、上記マイクロ波干渉抑制部４４は、両ゾーン７０Ａ、７０Ｂ間のマイクロ波の干渉を完全に遮断するのではなく、両ゾーン７０Ａ、７０Ｂ間のマイクロ波の干渉をある程度許容しつつ従来のアンテナ部材のような過度の干渉を抑制するものであり、また、両ゾーン７０Ａ、７０Ｂ間の干渉を完全に遮断してしまうと、逆に、各ゾーン７０Ａ、７０Ｂに投入する電力のバランスが大きく崩れてしまうので好ましくない。

具体的な構成は、以下の通りである。すなわち、上記マイクロ波干渉抑制部４４は、図４（Ａ）にも示す断面図のように、凸部７２Ａと凹部７２Ｂとを交互に同心円状にそれぞれ複数個形成することにより構成されている。図示例では天板４０の下面水平レベルより下方へ突出させた断面を正方形状の凸部７２Ａが同心円形リング状に５個形成されている場合を示している。ここで上記マイクロ波干渉抑制部４４の形成位置は例えばウエハＷの半径方向の略中央部近傍に対応させて位置させるのがよい。この場合、上記マイクロ波干渉抑制部４４の内径Ｄ１は、上記遅波材１２中の２．４５ＧＨｚのマイクロ波の波長λの１．５〜２．５倍の長さの範囲内に設定する。上記内径Ｄ１が上記範囲外の長さの場合には、中央ゾーン７０Ａと外周ゾーン７０Ｂとの間のマイクロ波の投入電力量のバランスが崩れてしまう恐れがある。

また上記凸部７２Ａ及び凹部７２Ｂの各幅は、略同一になるように設定され、例えばそれぞれ５ｍｍ程度になるように設定されている。従って、この凹凸部のピッチＬ１は１０ｍｍ程度に設定されている。この凹凸部のピッチＬ１は、上記波長λの１／１０〜１／３倍の長さの範囲内に設定するのがよい。上記ピッチＬ１が上記した範囲外の場合には、中央ゾーン７０Ａと外周ゾーン７０Ｂとの間のマイクロ波の干渉抑制効果が過度に少なくなり、ゾーン間で必要以上のマイクロ波の干渉が生じてしまってプラズマ密度の均一性が劣化してしまう。
また上記凸部７２Ａの高さＨ１、すなわち上記凹部７２Ｂの深さは、３〜１０ｍｍの範囲内であり、ここでは例えば５ｍｍに設定している。この高さＨ１が上記範囲外の場合には、中央ゾーン７０Ａと外周ゾーン７０Ｂとの間のマイクロ波の干渉抑制効果が過度に少なくなり、ゾーン間で必要以上のマイクロ波の干渉が生じてしまってプラズマ密度の均一性が劣化してしまう。

更には、上記凸部７２Ａの個数は２個以上設けることが必要であり、また、この凹凸部全体の幅、すなわちマイクロ波干渉抑制部４２の幅Ｗ１は上記波長λの１波長の長さ以下に設定する。上記凸部７２Ａが１個程度の場合には、ゾーン７０Ａ、７０Ｂ間におけるマイクロ波の干渉抑制効果が不十分となってしまう。また、上記マイクロ波干渉抑制部４２の幅Ｗ１が波長λの１波長の長さよりも大きいと、逆に、上記ゾーン７０Ａ、７０Ｂ間におけるマイクロ波の干渉抑制効果が大き過ぎてしまい、この場合にも、各ゾーン７０Ａ、７０Ｂに投入する電力のバランスが大きく崩れてしまう恐れがある。
尚、図４（Ａ）に示す場合は、凸部７２Ａの先端を天板４０の下面水平レベルよりも下方へ突出させて形成したが、これに限定されず、図４（Ｂ）に示すように、天板４０の下面に対して凹部７２Ｂを削り込むことにより凸部７２Ａの先端を天板４０の下面水平レベルと同一レベルになるように形成してもよい。

次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置２２を用いて行なわれる処理方法について説明する。
まず、ゲートバルブ３４を介して半導体ウエハＷを搬送アーム（図示せず）により処理容器２４内に収容し、リフタピン（図示せず）を上下動させることによりウエハＷを載置台２６の上面の載置面に載置する。
そして、処理容器２４内を所定のプロセス圧力、例えば０．０１〜数Ｐａの範囲内に維持して、プラズマガス供給ノズル３０から例えばアルゴンガスを流量制御しつつ供給すると共に処理ガス供給ノズル３２から処理態様に応じて例えば成膜処理であるならば成膜用ガスを、エッチング処理であるならばエッチングガスを流量制御しつつ供給する。同時にマイクロ波発生器６２にて発生したマイクロ波を、導波管５８及び同軸導波管５２を介して平面アンテナ部材４６に供給して処理空間Ｓに、遅波材４８によって波長が短くされたマイクロ波を導入し、これにより処理空間Ｓにプラズマを発生させて所定のプラズマ処理を行う。

ここで、マイクロ波発生器６２にて発生した例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波は上記したように同軸導波管５２内を伝搬して導波箱５０内の平面アンテナ部材４６に到達し、内部ケーブル５２Ｂの接続された円板状の平面アンテナ部材４６の中心部から放射状に周辺部に伝搬される間に、この平面アンテナ部材４６に多数形成されたマイクロ波放射孔６４から天板４０を透過させて平面アンテナ部材４６の直下の処理空間Ｓにマイクロ波を導入する。このマイクロ波により励起されたアルゴンガスがプラズマ化し、この下方に拡散してここで処理ガスを活性化して活性種を作り、この活性種の作用でウエハＷの表面に所定のプラズマ処理が施されることになる。

ここで従来装置のように天板（図９参照）の表面形状が完全に平坦な状態の場合には、上記天板８の平面方向においてマイクロ波が激しく干渉し合って処理容器４（図９参照）内のプロセス条件の僅かな変動等によって処理容器４（図９参照）内のプラズマ密度の面内均一性がかなり変動し、この結果、プラズマ処理の面内均一性に悪影響を及ぼしていたが、本発明装置の場合には、天板４０の下面に波長λに対して十分に短いピッチＬ１の凹凸部７２Ｂ、７２Ａよりなるマイクロ波干渉抑制部４４を形成したので、天板４０の平面方向におけるマイクロ波の干渉を完全になくすことなく、この干渉をある程度だけ抑制するようにしたので、天板４０の各ゾーン７０Ａ、７０Ｂ間におけるマイクロ波の干渉が抑制されて処理空間Ｓにおけるプラズマ密度の面内均一性がかなり安定化し、この結果、プラズマ処理の面内均一性を大幅に向上させることが可能となる。換言すれば、従来構造の平面アンテナ部材の場合には、処理空間Ｓの中心部のプラズマ密度がその周辺部よりも高くなる傾向にあったが、マイクロ波の遅波材４８中におけ波長λよりも十分に小さいピッチＬ１の凹凸部７２Ｂ、７２Ａを複数個設けてゾーン７０Ａ、７０Ｂ間のマイクロ波の干渉を抑制したので、プラズマ密度を処理空間Ｓの平面方向において均一化させることができる。

上記のようにプラズマ密度の面内均一性が改善される理由は、次のように考察される。すなわち、一般的に処理空間Ｓ内のプラズマは導電性を有しているので、このプラズマ密度が高くなる程、マイクロ波の反射量が多くなるが、この反射マイクロ波の一部はマイクロ波発生器６２側まで戻ってマッチング６０によって調整されるが、多くの反射マイクロ波は誘電体よりなる天板４０内でこの半径方向に反射を繰り返しながら定在波等を形成しつつたまってしまう。この場合、天板４０内の電界の強度分布に対応してプラズマ密度の分布が形成されるが、この天板４０内の電界の強度分布は天板４０自体の形状やパターン等に大きな影響を受けることになる。そこで、上述のように天板４０の下面に凹凸部７２Ｂ、７２Ａを設けて天板形状を変更することにより、天板４０内の平面方向における電界の強度分布を均一化させることができ、この結果、プラズマの分布も平面方向において均一化させることができる。

ここで本発明装置と従来装置とを実際に作製して、プラズマ密度（電子密度）を測定して評価を行ったのでその評価結果について説明する。図５は本発明装置と従来装置のそれぞれの処理容器内における電子密度の分布を示すグラフである。
図示するように、図５（Ａ）に示す従来装置の場合には、ウエハ中心部の電子密度はかなり高いが、ウエハ周辺部に向かうに従って、電子密度が次第に低下して行くのが判る。これに対して、図５（Ｂ）に示す本発明装置の場合には、ウエハ中心部からウエハ周辺部に亘って電子密度は略一定の値を示しており、平面方向におけるプラズマ密度の均一性を高く維持できることが確認できた。実際のプラズマ処理装置においては、例えばプラズマ処理の態様に応じて、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、マイクロ波放射孔６４の形成分布を適宜変更することによってプラズマ密度の分布を僅かに微調整することになる。

本実施例では、遅波材４８や天板４０の誘電体材料として石英を用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、セラミック材、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミ（ＡｌＮ）、窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）等も用いることができる。
また用いるマイクロ波の周波数は２．４５ＧＨｚに限定されず、例えば数１００ＭＨｚ〜１０ＧＨｚの範囲内で使用することができる。
また本実施例では、マイクロ波干渉抑制部４４の凸部７２Ａ及び凹部７２Ｂを、図３に示すように完全なリング状に成形したが、これに限定されず、例えば図６に示すように、上記凸部７２Ａ及び凹部７２Ｂをそれぞれ複数、例えば４つに均等に分割して各部分を円弧状に成形し、各円弧部分を、その分割部を介して連続させるとリング状になるように形成してもよい。

更には、本実施例では、１つの円形リング状のマイクロ波干渉抑制部４４を設けて天板４０を中央ゾーン７０Ａと外周ゾーン７０Ｂの２つのゾーンに区画した場合を例にとって説明したが、これに限定されず、上記マイクロ波干渉抑制部を所定の間隔を隔てて同心状に複数個形成して天板４０を３つ以上のゾーンに区分するようにしてもよい。図７はこのような天板の変形例を示す断面図であり、ここでは２つのマイクロ波干渉抑制部４４Ａ、４４Ｂを所定の間隔Ｌ３を隔てて同心円状に形成することにより、中央ゾーン７０Ａと中周ゾーン７０Ｃと外周ゾーン７０Ｂの３つのゾーンに区画している。この場合、上記マイクロ波干渉抑制部４４Ａ、４４Ｂ間の間隔の幅、すなわち中周ゾーン７０Ｃの幅Ｌ３は、遅波材４８中のマイクロ波の波長λの１波長の長さ以上に設定し、中周ゾーン７０Ｃにおけるプラズマ密度をその内外ゾーン７０Ａ、７０Ｂにおけるプラズマ密度と略同一となるようにする。

以上の上記実施例においては、円板状の天板４０を例にとって説明したが、これに限定されず、例えばＬＣＤ基板等に対応する装置例のように四角形状の天板に対しても本発明を適用することができる。図８はこのような天板の他の変形例を示す下面図であり、この天板４０は例えばＬＣＤ基板やガラス基板等に対応するように、四角形状に成形されており、これに対応してマイクロ波干渉抑制部４４も四角形の環状に成形されている。
尚、ここで説明したプラズマ処理装置２２の構成は単に一例を示したに過ぎず、これに限定されないのは勿論である。

本発明に係るプラズマ処理装置の一例を示す構成図である。図１に示すプラズマ処理装置の平面アンテナ部材を示す平面図である。天板の下面の平面図である。天板を示す部分拡大断面図である。本発明装置と従来装置の処理容器内における電子密度の分布を示すグラフである。マイクロ波干渉抑制部の変形例を示す平面図である。天板の変形例を示す断面図である。天板の他の変形例の下面図である。従来の一般的なプラズマ処理装置を示す概略構成図である。

符号の説明

２２プラズマ処理装置
２４処理容器
２６載置台
４０天板
４４マイクロ波干渉抑制部
４６平面アンテナ部材
４８遅波材
５２同軸導波管
６２マイクロ波発生器
６４マイクロ波放射孔
７０Ａ中央ゾーン
７０Ｂ外周ゾーン
７２Ａ凸部
７２Ｂ凹部
Ｗ半導体ウエハ（被処理体）

Claims

天井部が開口されて内部が真空引き可能になされた処理容器と、
被処理体を載置するために前記処理容器内に設けられた載置台と、
前記天井部の開口に気密に装着されてマイクロ波を透過する誘電体よりなる天板と、
前記天板上に設けられて前記処理容器内に向けてプラズマ発生用のマイクロ波を放射する複数のマイクロ波放射孔を有する平面アンテナ部材と、
前記平面アンテナ部材上に設けられて前記マイクロ波の波長を短縮するための遅波材と、
前記天板の下面に、該下面を同心状に複数のゾーンに区画して前記ゾーン間のマイクロ波の干渉を抑制するためのマイクロ波干渉抑制部と、
を有するプラズマ処理装置において、
前記マイクロ波干渉抑制部の内径は、前記遅波材中のマイクロ波の波長λの１．５〜２．５倍の長さの範囲内であることを特徴とするプラズマ処理装置。
天井部が開口されて内部が真空引き可能になされた処理容器と、
被処理体を載置するために前記処理容器内に設けられた載置台と、
前記天井部の開口に気密に装着されてマイクロ波を透過する誘電体よりなる天板と、
前記天板上に設けられて前記処理容器内に向けてプラズマ発生用のマイクロ波を放射する複数のマイクロ波放射孔を有する平面アンテナ部材と、
前記平面アンテナ部材上に設けられて前記マイクロ波の波長を短縮するための遅波材と、
前記天板の下面に、該下面を同心状に複数のゾーンに区画して前記ゾーン間のマイクロ波の干渉を抑制するためのマイクロ波干渉抑制部と、
を有するプラズマ処理装置において、
前記マイクロ波干渉抑制部は、前記天板の下面に形成された所定のピッチの複数の凹凸部のみよりなることを特徴とするプラズマ処理装置。
前記凹凸部のピッチは、前記遅波材中のマイクロ波の波長λの１／１０〜１／３倍の長さの範囲内であることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
前記凹凸部の凸部の高さは３〜１０ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項２または３に記載のプラズマ処理装置。
前記凹凸部の凸部は２個以上であり、且つ前記凹凸部全体の幅は前記遅波材中のマイクロ波の波長λの１波長の長さ以下であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
前記マイクロ波干渉抑制部は、円形リング状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
前記マイクロ波干渉抑制部は、四角形の環状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
前記マイクロ波干渉抑制部は、所定の間隔を隔てて同心状に複数形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
前記マイクロ波干渉抑制部間の間隔の幅は、前記遅波材中のマイクロ波の波長λの１波長の長さ以上に設定されていることを特徴とする請求項８記載のプラズマ処理装置。
前記マイクロ波放射孔の分布は、前記平面アンテナ部材の中心部側で疎となるように形成され、周辺部側で密となるように形成されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
前記マイクロ波放射孔の分布は、全面に均一になされていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のプラズマ処理装置。