(57)【要約】【課題】プラズマ分布の調整を容易に行うことができるプラズマ源およびプラズマ処理装置を提供すること。【解決手段】プラズマ源２は、マイクロ波を生成するマイクロ波生成機構３０と、生成されたマイクロ波をチャンバ１内に導入する複数のアンテナモジュール４１と、チャンバ１に隣接して設けられ、複数のアンテナモジュール４１から放射されたマイクロ波を合成するマイクロ波合成部７０とを具備し、マイクロ波合成部７０は、複数のアンテナモジュール４１から放射されたマイクロ波を空間合成する合成空間７４と、合成空間７４とチャンバ１との間に設けられた誘電体部材７２とを有し、合成空間７４で合成されたマイクロ波が誘電体部材７２を介してチャンバ１内に導入される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理を行う処理容器内に電磁波を導入して、前記処理容器内に供給されたガスをプラズマ化するプラズマ源であって、
電磁波を生成する電磁波生成機構と、
生成された電磁波を前記処理容器内に導入する複数のアンテナモジュールと、
前記処理容器に隣接して設けられ、前記複数のアンテナモジュールから放射された電磁波を合成する電磁波合成部と
を具備し、
前記電磁波合成部は、前記複数のアンテナモジュールから放射された電磁波を空間合成する合成空間と、前記合成空間と前記チャンバとの間に設けられた誘電体部材とを有し、
前記合成空間で合成された電磁波が前記誘電体部材を介して前記処理容器内に導入されることを特徴とするプラズマ源。
【請求項２】
前記合成空間は、誘電率が１．０の自由空間であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ源。
【請求項３】
前記合成空間の高さは、電磁波の波長の１／１２以上であることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ源。
【請求項４】
前記合成空間の圧力は、２００Ｔｏｒｒ（２６６６０Ｐａ）以上または０．１ｍＴｏｒｒ（０．０１３３Ｐａ）以下であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のプラズマ源。
【請求項５】
前記合成空間の圧力は、大気圧であることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ源。
【請求項６】
プラズマ処理を行う処理容器内に電磁波を導入して、前記処理容器内に供給されたガスをプラズマ化するプラズマ源であって、
電磁波を生成する電磁波生成機構と、
生成された電磁波を前記処理容器内に導入する複数のアンテナモジュールと、
前記処理容器に隣接して設けられ、前記複数のアンテナモジュールから放射された電磁波を合成する電磁波合成部と
を具備し、
前記電磁波合成部は、前記複数のアンテナモジュールから放射された電磁波を合成する、誘電体からなる合成誘電体部材を有し、
前記合成誘電体部材内で合成された電磁波を前記処理容器内に導入することを特徴とするプラズマ源。
【請求項７】
前記合成誘電体部材は、その中でのマイクロ波の実効波長をλｇとした場合に、λｇ／１２以上の厚さを有していることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ源。
【請求項８】
前記合成誘電体部材は、石英またはセラミックスからなることを特徴とする請求項６または請求項７に記載のプラズマ源。
【請求項９】
前記処理容器内でプラズマを着火するプラズマ着火手段をさらに具備することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のプラズマ源。
【請求項１０】
前記プラズマ着火手段は、前記合成空間を介さずに前記誘電体部材を介して電磁波を前記処理容器に導く着火用アンテナモジュールを有することを特徴とする請求項９に記載のプラズマ源。
【請求項１１】
前記着火用アンテナモジュールは、前記誘電体部材の中心部を介して前記処理容器内に電界を誘起させることを特徴とする請求項１０に記載のプラズマ源。
【請求項１２】
前記プラズマ着火手段は、前記処理容器内に設けられた直流着火源を有することを特徴とする請求項９に記載のプラズマ源。
【請求項１３】
前記電磁波合成部で合成された電磁波のパターンを調整してプラズマ分布を調整する電磁波パターン調整手段をさらに具備することを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載のプラズマ源。
【請求項１４】
前記電磁波パターン調整手段は、各アンテナモジュールに設けられ、各アンテナモジュールから放射される電磁波の位相を調整する位相器を有することを特徴とする請求項１３に記載のプラズマ源。
【請求項１５】
前記電磁波パターン調整手段は、各アンテナモジュールに設けられ、各アンテナモジュールから放射される電磁波のパワーを調整するアンプを有することを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載のプラズマ源。
【請求項１６】
前記各アンテナモジュールは、
筒状をなす本体容器と、
前記本体容器内に同軸的に設けられ、前記本体容器との間に電磁波伝送路を形成する筒状または棒状をなす内側導体と、
前記電磁波伝送路におけるインピーダンス調整を行うチューナと、
前記電磁波伝送路を伝送された電磁波を前記処理容器内に放射する電磁波放射アンテナを有するアンテナ部と
を備えた電磁波導入機構を備えることを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載のプラズマ源。
【請求項１７】
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、
請求項１から請求項１６のいずれかに記載のプラズマ源と
を具備し、
前記処理容器内の被処理基板に対してプラズマにより処理を施すことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１８】
前記載置台に、イオン引き込みのためのバイアス用高周波電力を印加する高周波バイアス印加機構をさらに具備することを特徴とする請求項１７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、プラズマ処理を行う処理容器内に電磁波を導入して、前記処理容器内に供給されたガスをプラズマ化するプラズマ源、およびそのようなプラズマ源を用いた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、電子温度が高いため微細素子にプラズマダメージを生じてしまい、また、プラズマ密度の高い領域が限定されるため、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）。
【０００５】
ＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置は、チャンバの上部に所定のパターンで多数の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導かれたマイクロ波を、平面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に導入されたガスをプラズマ化し、このように形成されたプラズマ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、複数のアンテナモジュールを介してマイクロ波をチャンバ内に放射し、チャンバ内空間でマイクロ波を合成するマイクロ波プラズマ源が開示されている。
【０００８】
このように複数のアンテナモジュールを用いてマイクロ波を空間合成することにより、各アンテナモジュールのアンテナから放射されるマイクロ波の位相や強度を調整してプラズマ分布を調整することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献２に開示された技術においては、チャンバ内のプラズマ密度が高い場合等に、各アンテナモジュールのアンテナから放射されたマイクロ波（電磁波）がプラズマを透過できずにアンテナ直下のプラズマに貼り付いた状態となり、各アンテナから放射されたマイクロ波を十分に合成することができず、十分にプラズマ分布の調整を行うことができないおそれがある。
【００１１】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、プラズマ分布の調整を容易に行うことができるプラズマ源およびプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、プラズマ処理を行う処理容器内に電磁波を導入して、前記処理容器内に供給されたガスをプラズマ化するプラズマ源であって、電磁波を生成する電磁波生成機構と、生成された電磁波を前記処理容器内に導入する複数のアンテナモジュールと、前記処理容器に隣接して設けられ、前記複数のアンテナモジュールから放射された電磁波を合成する電磁波合成部とを具備し、前記電磁波合成部は、前記複数のアンテナモジュールから放射された電磁波を空間合成する合成空間と、前記合成空間と前記チャンバとの間に設けられた誘電体部材とを有し、前記合成空間で合成された電磁波が前記誘電体部材を介して前記処理容器内に導入されることを特徴とするプラズマ源を提供する。
【００１３】
上記第１の観点において、前記合成空間は、誘電率が１．０の自由空間であることが好ましい。この場合に、前記合成空間の高さは、電磁波の波長の１／１２以上であることが好ましく、前記合成空間の圧力は、２００Ｔｏｒｒ（２６６６０Ｐａ）以上または０．１ｍＴｏｒｒ（０．０１３３Ｐａ）以下であることが好ましい。前記合成空間の圧力は、大気圧であることがより好ましい。
【００１４】
本発明の第２の観点では、プラズマ処理を行う処理容器内に電磁波を導入して、前記処理容器内に供給されたガスをプラズマ化するプラズマ源であって、電磁波を生成する電磁波生成機構と、生成された電磁波を前記処理容器内に導入する複数のアンテナモジュールと、前記処理容器に隣接して設けられ、前記複数のアンテナモジュールから放射された電磁波を合成する電磁波合成部とを具備し、前記電磁波合成部は、前記複数のアンテナモジュールから放射された電磁波を合成する、誘電体からなる合成誘電体部材を有し、前記合成誘電体部材内で合成された電磁波を前記処理容器内に導入することを特徴とするプラズマ源を提供する。
【００１５】
上記第２の観点において、前記合成誘電体部材は、その中でのマイクロ波の実効波長をλｇとした場合に、λｇ／１２以上の厚さを有していることが好ましい。また、前記合成誘電体部材は、石英またはセラミックスからなることが好ましい。
【００１６】
また、上記第１および第２の観点において、前記処理容器内でプラズマを着火するプラズマ着火手段をさらに具備することが好ましい。この場合に、前記プラズマ着火手段は、前記合成空間を介さずに前記誘電体部材を介して電磁波を前記処理容器に導く着火用アンテナモジュールを有するものとすることができる。前記着火用アンテナモジュールは、前記誘電体部材の中心部を介して前記処理容器内に電界を誘起させるものであることが好ましい。また、前記プラズマ着火手段は、前記処理容器内に設けられた直流着火源を有するものとすることもできる。
【００１７】
さらに、上記第１および第２の観点において、前記電磁波合成部で合成された電磁波のパターンを調整してプラズマ分布を調整する電磁波パターン調整手段をさらに具備するものとすることができる。この場合に、前記電磁波パターン調整手段は、各アンテナモジュールに設けられ、各アンテナモジュールから放射される電磁波の位相を調整する位相器を有するものとすることができ、また、各アンテナモジュールに設けられ、各アンテナモジュールから放射される電磁波のパワーを調整するアンプを有するものとすることもできる。また、これらを併用してもよい。
【００１８】
さらにまた、上記第１および第２の観点において、前記各アンテナモジュールは、筒状をなす本体容器と、前記本体容器内に同軸的に設けられ、前記本体容器との間に電磁波伝送路を形成する筒状または棒状をなす内側導体と、前記電磁波伝送路におけるインピーダンス調整を行うチューナと、前記電磁波伝送路を伝送された電磁波を前記処理容器内に放射する電磁波放射アンテナを有するアンテナ部とを備えた電磁波導入機構を備えるものとすることができる。
【００１９】
本発明の第３の観点では、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、上記第１の観点のプラズマ源とを具備し、  前記処理容器内の被処理基板に対してプラズマにより処理を施すことを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。
【００２０】
上記第３の観点において、前記載置台に、イオン引き込みのためのバイアス用高周波電力を印加する高周波バイアス印加機構をさらに具備することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、前記複数のアンテナモジュールから放射された電磁波を合成する電磁波合成部として、処理容器とは別個に設けられた合成空間を有するものを用い、この合成空間で複数のアンテナモジュールから放射された電磁波を空間合成し、その合成した電磁波が誘電体部材を介してプラズマを形成する処理容器内に導入するようにするか、または電磁波合成部として、誘電体からなる合成誘電体部材を有するものを用い、この合成誘電体部材で複数のアンテナモジュールから放射された電磁波を合成し、その合成した電磁波を処理容器内に導入するようにしたので、各アンテナモジュールから放射した電磁波が処理容器内のプラズマに妨げられることがない。したがって、予め、各アンテナモジュールから放射される電磁波の位相および電力パワーの一方または両方を調整することにより、合成電磁波パターンを調整することができ、この合成電磁波パターンが誘電体部材を介して処理容器内のプラズマに転写されるので、プラズマ分布を調整することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ源が搭載された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のプラズマ源の構成を示す構成図である。
【図３】図１のプラズマ源におけるアンテナユニットを模式的に示す平面図である。
【図４】図１のプラズマ源におけるアンテナモジュールに用いられるメインアンプの回路構成の例を示す図である。
【図５】図１のマイクロ波プラズマ源におけるアンテナモジュールに用いられるマイクロ波導入機構を示す断面図である。
【図６】平面スロットアンテナの好ましい形態を示す平面図である。
【図７】四角状の天板を有するアンテナ部を示す斜視図である。
【図８】図１のプラズマ処理装置のマイクロ波プラズマ源の要部を示す断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係るプラズマ源の要部を示す断面図である。
【図１０】図９のプラズマ源におけるアンテナユニットを模式的に示す平面図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係るプラズマ源が搭載されたプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図１２】図１１のプラズマ処理装置のマイクロ波プラズマ源の要部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。ここでは、電磁波としてマイクロ波を用いたプラズマ源およびプラズマ処理装置について説明する。
【００２４】
＜第１の実施形態＞
（第１の実施形態に係るプラズマ源を搭載したプラズマ処理装置の構成）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るプラズマ源が搭載されたプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図、図２は図１のプラズマ源の構成を示す構成図、図３は図１のプラズマ源におけるアンテナユニットを模式的に示す平面図、図４は図１のプラズマ源におけるアンテナモジュールに用いられるメインアンプの回路構成の例を示す図、図５は図１のマイクロ波プラズマ源におけるアンテナモジュールに用いられるマイクロ波導入機構を示す断面図である。
【００２５】
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。
【００２６】
チャンバ１内には被処理体であるウエハＷ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。
【００２７】
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側にイオンが引き込まれる。
【００２８】
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。
【００２９】
チャンバ１内のサセプタ１１の上方位置には、プラズマエッチングのための処理ガスをウエハＷに向けて吐出するシャワープレート２０が水平に設けられている。このシャワープレート２０は、格子状に形成されたガス流路２１と、このガス流路２１に形成された多数のガス吐出孔２２とを有しており、格子状のガス流路２１の間は空間部２３となっている。このシャワープレート２０のガス流路２１にはチャンバ１の外側に延びる配管２４が接続されており、この配管２４には処理ガス供給源２５が接続されている。
【００３０】
一方、チャンバ１のシャワープレート２０の上方位置には、リング状のプラズマガス導入部材２６がチャンバ壁に沿って設けられており、このプラズマガス導入部材２６には内周に多数のガス吐出孔が設けられている。このプラズマガス導入部材２６には、プラズマガスを供給するプラズマガス供給源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。
【００３１】
プラズマガス導入部材２６からチャンバ１内に導入されたプラズマガスは、マイクロ波プラズマ源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Ａｒプラズマがシャワープレート２０の空間部２３を通過しシャワープレート２０のガス吐出孔２２から吐出された処理ガスを励起し、処理ガスのプラズマを形成する。
【００３２】
マイクロ波プラズマ源２は、チャンバ１の上部に設けられた支持リング２９により支持されており、これらの間は気密にシールされている。図２に示すように、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放射するための複数のアンテナモジュール４１を有するアンテナユニット４０と、各アンテナモジュール４１から放射されたマイクロ波を合成するマイクロ波合成部７０とを有している。
【００３３】
マイクロ波出力部３０は、電源部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。
【００３４】
マイクロ波発振器３２は、所定周波数（例えば、２．４５ＧＨｚ）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、２．４５ＧＨｚの他に、８．３５ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ等を用いることができる。
【００３５】
アンテナユニット４０は、分配器３４で分配されたマイクロ波を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、マイクロ波導入機構４３とを有している。また、マイクロ波導入機構４３は、インピーダンスを整合させるためのチューナ４４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導入機構４３のアンテナ部４５から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、アンテナユニット４０は、アンテナモジュール４１を８個有しており、各アンテナモジュール４１のマイクロ波導入機構４３が、マイクロ波合成部７０の後述する上部誘電体板７１の上に等間隔で円周状に配置されている。
なお、アンテナモジュール４１の数およびマイクロ波導入機構４３の配置は、本実施形態に限定されるものではない。
【００３６】
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。
【００３７】
位相器４６は、スラグチューナにより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。
【００３８】
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。
【００３９】
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、図４に示すように、入力整合回路６１と、半導体増幅素子６２と、出力整合回路６３と、高Ｑ共振回路６４とを有する構成とすることができる。半導体増幅素子６２としては、Ｅ級動作が可能となる、ＧａＡｓＨＥＭＴ、ＧａＮＨＥＭＴ、ＬＤ（Laterally Diffused）−ＭＯＳを用いることができる。特に、半導体増幅素子６２として、ＧａＮＨＥＭＴを用いた場合には、可変ゲインアンプ４７は一定値になり、Ｅ級動作アンプの電源電圧を可変とし、パワー制御を行う。
【００４０】
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。
【００４１】
本実施形態では、複数のアンテナモジュール４１を設け、各アンテナモジュールのマイクロ波導入機構４３から放射したマイクロ波を空間合成するので、アイソレータ４９は小型のものでよく、メインアンプ４８に隣接して設けることが可能である。
【００４２】
マイクロ波導入機構４３は、図５に示すように本体容器５０を有している。そして、本体容器５０の先端部にアンテナ部４５が配置され、本体容器５０のアンテナ部４５よりも基端側の部分がチューナ４４によるインピーダンス調整範囲となっている。本体容器５０は金属製であり円筒状をなしており、同軸管の外側導体を構成している。また、本体容器５０内には同軸管の内側導体５２が垂直に延びている。この内側導体５２は棒状または筒状に形成されている。そして、本体容器５０と内側導体５２との間にマイクロ波伝送路が形成される。
【００４３】
アンテナ部４５は、平面状をなしスロット５１ａを有する平面スロットアンテナ５１を有しており、上記内側導体５２はこの平面スロットアンテナ５１の中心部に接続されている。
【００４４】
本体容器５０の基端側には図示しない給電変換部が取り付けられており、給電変換部は同軸ケーブルを介してメインアンプ４８に接続されており、同軸ケーブルの途中にはアイソレータ４９が介在されている。メインアンプ４８はパワーアンプであって大電力を取り扱うので、Ｅ級等高効率の動作をするが、その熱は数十〜数百Ｗに相当するため放熱の観点からアンテナ部４５に直列に装着する。
【００４５】
アンテナ部４５は、平面スロットアンテナ５１の上面に設けられた遅波材５５を有している。遅波材５５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のような誘電体により構成されており、真空中におけるマイクロ波の波長よりもその波長を短くしてプラズマを調整する機能を有している。遅波材５５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５１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５１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。
【００４６】
また、平面スロットアンテナ５１の下面には、真空シールのための誘電体部材、例えば石英やセラミックス等からなる天板５６が配置されている。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５２と本体容器５０の周壁の間を通って平面スロットアンテナ５１のスロット５１ａから天板５６を透過し、さらにマイクロ波合成部７０の上部誘電体板７１を透過して合成空間７４に放射される。なお、天板５６を設けずに、平面スロットアンテナ５１から放射したマイクロ波が直接下部誘電体板７２を透過されるようにしてもよい。この場合には、より強い電界をチャンバ１内に誘起させることができる。
【００４７】
スロット５１ａは、例えば、図６に示すように分割された円弧の形状で４個均等に形成されている。これにより、円周方向にほぼ均一なスロット５１ａが形成されるので、伝搬してきたマイクロ波が平面スロットアンテナ５１にて反射されることが抑制され、不整合領域を減少させるまたは実質的になくすことができる。このスロット５１ａは、それ自体の長さを低減することができコンパクト化できることから扇形のものが好ましい。また、天板５６は、図７に示すように、四角い形状（直方体）、あるいは本体容器５０よりも径の大きな丸い形状（円柱）であることが好ましい。これにより、マイクロ波をＴＥモードで効率的に放射させることができる。
【００４８】
図５に示すように、チューナ４４は、本体容器５０のアンテナ部４５より基端側の部分に、２つのスラグ５８を有し、スラグチューナを構成している。スラグ５８は誘電体からなる板状体として構成されており、内側導体５２と本体容器５０の外壁の間に円環状に設けられている。そして、コントローラ６０からの指令に基づいてアクチュエータ５９によりこれらスラグ５８を上下動させ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。コントローラ６０は、終端が例えば５０Ωになるようにインピーダンス調整を実行させる。２つのスラグ５８のうち天板５６に近い方のみを動かすと、スミスチャートの原点を通る円の軌跡を描き、両方同時に動かすと反射係数の位相のみが回転する。
【００４９】
本実施形態において、メインアンプ４８と、チューナ４４と、平面スロットアンテナ５１とは近接配置されている。そして、チューナ４４と平面スロットアンテナ５１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、かつこれらは共振器として機能する。
【００５０】
マイクロ波合成部７０は、図８に示すように、複数のマイクロ波導入機構４３のアンテナ部４５を支持する円板状をなす上部誘電体板７１と、上部誘電体板７１の下方に、上部誘電体板７１から適長離隔して対向して設けられた円板状をなす下部誘電体板７２と、上部誘電体板７１および下部誘電体板７２の間の外周に沿って設けられた金属製のスペーサー部材７３とを有し、上部誘電体板７１、下部誘電体板７２、スペーサー部材７３により、自由空間（比誘電率が１．０である空間）である合成空間７４が規定されている。合成空間７４内には、複数のマイクロ波導入機構４３のアンテナ部４５から放射されたマイクロ波が上部誘電体板７１を介して導入され、これらマイクロ波が合成空間７４内で合成され、合成されたマイクロ波が下部誘電体板７３を介して開口部１ａからチャンバ１内に放射されるようになっている。なお、下部誘電体板７３と支持リング２９との間には、シールリング２９ａが介装されている。
【００５１】
上部誘電体板７１および下部誘電体板７２としては、例えば石英やセラミックス、樹脂等の誘電体が用いられる。なお、上部誘電体板７１はプラズマに曝されないのでプラズマ耐性を有する必要がないが、下部誘電体板７２はチャンバ１内のプラズマに曝されることとなるので、プラズマ耐性のある材料、例えば石英やＹ２Ｏ３セラミックスを用いることが好ましい。
【００５２】
合成空間７４の高さは、複数のマイクロ波導入機構４３のアンテナ部４５から放射されたマイクロ波が合成可能な高さを有している必要があり、１／１２波長以上であることが好ましい。また、合成空間７４は、その中でマイクロ波合成を妨げる異常放電が発生しないような圧力を有している必要があり、パッシェンの法則に基づき、２００Ｔｏｒｒ（２６６６０Ｐａ）以上の高圧力か、０．１ｍＴｏｒｒ（０．０１３３Ｐａ）以下の低圧力であることが好ましい。簡便性の観点からは大気圧が好ましい。
【００５３】
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８０により制御されるようになっている。制御部８０は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。
【００５４】
（第１の実施形態に係るプラズマ源を搭載したプラズマ処理装置の動作および作用・効果）
次に、以上のように構成されるプラズマ処理装置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、プラズマガス供給源２７から配管２８およびプラズマガス導入部材２６を介してチャンバ１内にプラズマガス、例えばＡｒガスを導入しつつ、マイクロ波プラズマ源２からマイクロ波をチャンバ１内に導入してプラズマを形成する。
【００５５】
次いで、処理ガス、例えばＣｌ２ガス等のエッチングガスが処理ガス供給源２５から配管２４およびシャワープレート２０を介してチャンバ１内に吐出される。吐出された処理ガスは、シャワープレート２０の空間部２３を通過してきたプラズマにより励起されてプラズマ化し、このように形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、例えばエッチング処理が施される。
【００５６】
ここで、マイクロ波プラズマ源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はアンテナユニット４０において複数のアンテナモジュール４１に導かれる。アンテナモジュール４１においては、このように複数に分配されたマイクロ波を、ソリッドステートアンプを構成するメインアンプ４８で個別に増幅し、マイクロ波導入機構４３のマイクロ波伝送路５３を通って平面スロットアンテナ５１から個別に放射し、マイクロ波合成部７０の上部誘電体板７１を透過させて合成空間７４に導入し、その中でこれらマイクロ波を合成する。そして、合成空間７４で合成された後のマイクロ波は、下部誘電体板７２を透過してチャンバ１内に導入される。
【００５７】
この場合に、合成空間７４はチャンバ１と別個に設けられているため、合成空間７４内にはプラズマが形成されていない。このため、各マイクロ波導入機構４３の平面スロットアンテナ５１から放射したマイクロ波（電磁波）がプラズマに妨げられることなく（プラズマ状態に関係なく）、空間合成される。したがって、予め、各マイクロ波導入機構４３の平面スロットアンテナ５１から放射されるマイクロ波（電磁波）の位相および電力パワーの一方または両方を調整することにより、合成マイクロ波（電磁波）パターンを調整することができ、この合成マイクロ波（電磁波）パターンが下部誘電体板７２を介してチャンバ１内のプラズマに転写されるので、プラズマ分布を調整することが可能となる。
【００５８】
この際の合成マイクロ波（電磁波）パターンの調整は、各アンテナモジュール４１の位相器４６により、各アンテナモジュール毎に位相を調整して指向性を制御することによって行うことができる。また、各アンテナモジュール４１の可変ゲインアンプ４７またはメインアンプ４８により、各アンテナモジュール毎に電力パワーを調整することによっても行うことができる。また、これらを併用してもよい。このようにすることにより、用途に応じてマイクロ波パターンを調整することができ、これによりプラズマ分布を調整することができ、所望のプラズマ分布を得ることができる。例えば、プラズマ分布を均一にすることができ、これにより均一なプラズマ処理、例えばプラズマエッチングを行うことができる。
【００５９】
＜第２の実施形態＞
（第２の実施形態に係るプラズマ源の構成）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
上記実施形態では、合成空間で合成したマイクロ波（電磁波）を下部誘電体板７２を介してプラズマ生成空間であるチャンバ１内に導入するため、チャンバ１内にプラズマの着火に十分な強度の電界が供給されないおそれがある。そこで、そのような不都合を解消するため本発明の他の実施形態では、着火用アンテナモジュールを設ける。
【００６０】
図９は本発明の第２の実施形態に係る本実施形態におけるマイクロ波プラズマ源の要部を示す断面図、図１０はそのアンテナモジュールの配置を示す平面図である。
【００６１】
これらの図において、従前の実施形態と同じものには同じ符号を付して説明を省略する。
【００６２】
これらの図に示すように、本実施形態では、第１の実施形態とは異なり、複数（図では８個）のアンテナモジュール４１と、着火用アンテナモジュール４１′とを有するアンテナユニット４０′を備えている。着火用アンテナモジュール４１′は、マイクロ波合成部７０の上部誘電体板７１の中心部に設けられており、アンテナモジュール４１と全く同様の構成のアンプ部４２と、アンテナモジュール４１のマイクロ波導入機構４３とは構成が異なるマイクロ波導入機構４３′とを有している。
【００６３】
着火用アンテナモジュール４１′のマイクロ波導入機構４３′は、図９に示すように、本体容器５０の先端部にアンテナ部４５′が配置され、本体容器５０のアンテナ部４５′よりも基端側の部分がチューナ４４′となっている。チューナ４４′はチューナ４４と同様に構成されている。
【００６４】
アンテナ部４５′は、アンテナ部４５と同様、平面スロットアンテナ５１と遅波材５５とを有しているが、天板５６は省略されている。そして、マイクロ波導入機構４３′は、マイクロ波合成部７０の上部誘電体板７１を下方に突き抜けて設けられており、アンテナ部４５′の平面スロットアンテナ５１はマイクロ波合成部７０の下部誘電体板７２の中心部に直接接触して設けられている。
【００６５】
（第２の実施形態に係るプラズマ源の作用・効果）
このように、着火用アンテナモジュール４１′のアンテナ部４５′においては、平面スロットアンテナ５１から放射されたマイクロ波が合成空間７４を介さずに、下部誘電体板７２を介してチャンバ１内に導入されるので、強い電界がチャンバ１内に誘起させることができ、それを種として外周のアンテナモジュール４１から放射されたマイクロ波（電磁波）によりプラズマを形成することができる。このとき、着火用アンテナモジュール４１′は、上部誘電体板７１の中心部を貫通して下部誘電体板７２の中心部に至っているので、チャンバ１の中心部に強い電界を誘起させることができる。
【００６６】
着火用アンテナモジュール４１′の位置は中心部に限るものではないが、中心部に設けることにより、プラズマの着火をより容易に行うことができる。
【００６７】
着火用アンテナモジュール４１′を用いる場合には、着火用アンテナモジュール４１′を着火時にはＯＮにし、プラズマ処理時にはＯＦＦにすることが好ましい。プラズマ処理に用いるアンテナモジュール４１は着火時にはＯＮでもＯＦＦでも構わない。
【００６８】
また、着火用アンテナモジュール４１′の代わりに、他のプラズマ着火手段を設けてもよい。例えば、チャンバ１内に直流着火源を設け、この直流着火源に電圧を印加することによりチャンバ１内でプラズマを着火させてもよい。
【００６９】
＜第３の実施形態＞
（第３の実施形態に係るプラズマ源を搭載したプラズマ処理装置の構成）
図１１は本発明の第３の実施形態に係るプラズマ源が搭載されたプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図、図１２は本発明の第３の実施形態に係るプラズマ源の要部示す断面図である。
【００７０】
これらの図に示すように、本実施形態においては、第１の実施形態におけるマイクロ波合成部７０の代わりに、内部でマイクロ波合成が可能な厚みを有する合成誘電体部材７６を有するマイクロ波合成部７０′を備えている点においてのみ第１の実施形態と異なっている。
【００７１】
マイクロ波合成部７０′の合成誘電体部材７６は円板状をなし、複数のマイクロ波導入機構４３のアンテナ部４５がこの合成誘電体部材７６に支持されている。そして、これらアンテナ部４５から放射されたマイクロ波が合成誘電体部材７６に導入され、これらマイクロ波がこの合成誘電体部材７６内で合成され、合成されたマイクロ波が開口部１ａからチャンバ１内に放射されるようになっている。
【００７２】
合成誘電体部材７６の誘電率の大きさは問わないが、チャンバ内のプラズマに曝されることとなるので、プラズマ耐性のある材料、例えば石英やＹ２Ｏ３等のセラミックスを用いることが好ましい。
【００７３】
合成誘電体部材７６は、複数のマイクロ波導入機構４３のアンテナ部４５から放射されたマイクロ波が合成可能な厚さ有している必要があり、合成誘電体部材７６内でのマイクロ波の実効波長をλｇとした場合に、合成誘電体部材７６の厚さはλｇ／１２以上であることが好ましい。なお、マイクロ波の自由空間波長をλとし、合成誘電体部材７６の誘電率をεとした場合に、λｇは、
λｇ＝λ／ε１／２
で表される。合成誘電体部材７６の材料が石英（誘電率＝３．８８）の場合は、λｇが１２ｃｍであるから、λｇ／１２の値は１３．３ｍｍとなる。
【００７４】
（第３の実施形態に係るプラズマ源の作用・効果）
本実施形態のマイクロ波プラズマ源においては、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はアンテナユニット４０において複数のアンテナモジュール４１に導かれる。アンテナモジュール４１においては、このように複数に分配されたマイクロ波を、ソリッドステートアンプを構成するメインアンプ４８で個別に増幅し、マイクロ波導入機構４３のマイクロ波伝送路５３を通って平面スロットアンテナ５１から個別に放射し、マイクロ波合成部７０′を構成する合成誘電体部材７６の中でこれらマイクロ波を合成する。そして、合成誘電体部材７６内で合成された後のマイクロ波は、合成誘電体部材７６からチャンバ１内に導入される。
【００７５】
本実施形態においても、プラズマが形成されているチャンバ１内ではマイクロ波合成を行わず、合成誘電体部材７６内で合成するため、各マイクロ波導入機構４３の平面スロットアンテナ５１から放射したマイクロ波（電磁波）がプラズマに妨げられることなく（プラズマ状態に関係なく）、合成される。したがって、第１の実施形態と同様、予め、各マイクロ波導入機構４３の平面スロットアンテナ５１から放射されるマイクロ波（電磁波）の位相および電力パワーの一方または両方を調整することにより、合成マイクロ波（電磁波）パターンを調整することができ、この合成マイクロ波（電磁波）パターンが合成誘電体部材７６を介してチャンバ１内のプラズマに転写されるので、プラズマ分布を調整することが可能となる。
【００７６】
この際の合成マイクロ波（電磁波）パターンの調整は、第１の実施形態と同様、各アンテナモジュール４１の位相器４６により、各アンテナモジュール毎に位相を調整して指向性を制御することによって、または各アンテナモジュール４１の可変ゲインアンプ４７またはメインアンプ４８により、各アンテナモジュール毎に電力パワーを調整することによって、またはこれらを併用して行うことができる。第１の実施形態と同様、これにより、用途に応じてマイクロ波パターンを調整してプラズマ分布を調整し、所望のプラズマ分布を得ることができる。
【００７７】
また、本実施形態では、マイクロ波合成部に板状の合成誘電体部材７６を設けるだけでよいので、第１の実施形態よりも装置構成を単純化することができる。
【００７８】
なお、本実施形態においても第２の実施形態の着火用アンテナモジュール４１′を用いることができる。
【００７９】
＜本発明の他の適用＞
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３０の回路構成やアンテナユニット４０、メインアンプ４８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。
【００８０】
また、上記実施形態ではアンテナ５１のスロット５１ａを４個均等に設けた場合について示したが、５個以上均等に設けてもよいし、効率は若干低下するが１〜３個であってもよい。また、平面スロットアンテナ５１に形成されるスロットは、それ自体の長さを低減できコンパクト化できることから扇形が好ましいが、これに限るものではない。
【００８１】
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。さらにまた、上記実施形態では電磁波としてマイクロ波を用いたプラズマ処理について示したが、マイクロ波に限らず他の電磁波によるプラズマ処理にも適用可能である。
【００８２】
さらにまた、被処理基板は半導体ウエハ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】
【００８３】
１；チャンバ
２；マイクロ波プラズマ源
１１；サセプタ
１２；支持部材
１５；排気管
１６；排気装置
１７；搬入出口
２０；シャワープレート
２１；ガス流路
２２；ガス吐出孔
２３；空間部
２５；処理ガス供給源
２６；プラズマガス導入部材
２７；プラズマガス供給源
３０；マイクロ波出力部
３２；マイクロ波発振器
３４；分配器
４０；アンテナユニット
４１；アンテナモジュール
４１′；着火用アンテナモジュール
４２；アンプ部
４３；マイクロ波導入機構
４４；チューナ
４５；アンテナ部
４６；位相器
４７；可変ゲインアンプ
４８；メインアンプ
４９；アイソレータ
５０；本体容器
５１；平面スロットアンテナ
５１ａ；スロット
５２；内側導体
５５；遅波材
５６；天板
５８；スラグ
５９；アクチュエータ
６０；コントローラ
７０、７０′；マイクロ波合成部
７１；上部誘電体板
７２；下部誘電体板
７４；合成空間
８０；制御部
１００；プラズマ処理装置
Ｗ；半導体ウエハ
【図１】
2010170974.tif 000003
【図２】
2010170974.tif 000004
【図３】
2010170974.tif 000005
【図４】
2010170974.tif 000006
【図５】
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【図６】
2010170974.tif 000008
【図７】
2010170974.tif 000009
【図８】
2010170974.tif 000010
【図９】
2010170974.tif 000011
【図１０】
2010170974.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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