(57)【要約】【課題】モードジャンプを防止しつつ、軸対称の電界強度分布を得ることにより、処理の均一性が確保可能なプラズマ発生装置及びプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】内部を真空とすることが可能な処理室１に、マイクロ波を導入する窓部３、被処理物Ｓを載置する載置部２を設け、ガス導入路１１、排気経路１２を接続する。ＴＭモードのマイクロ波を、窓部３に供給するモード変換器５及び円形導波管６を有し、窓部３には、処理室１の内部側の面に、同心円状の凹凸３ａが複数形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を真空とすることが可能な処理室に、マイクロ波を導入する窓部を有するプラズマ発生装置において、
ＴＭモードのマイクロ波を、前記窓部に供給するマイクロ波供給部を有し、
前記窓部には、前記処理室の内部側の面に、軸対称に連続した凹凸が、複数形成されていることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】
前記凹凸は、同心円状であることを特徴とする請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載のプラズマ発生装置を有するプラズマ処理装置であって、
前記処理室は、内部にプラズマが発生するプラズマ発生室であり、
前記マイクロ波供給部は、プラズマを発生させるためのマイクロ波を、前記プラズマ発生室内に供給するマイクロ波供給手段であり、
前記プラズマ発生室内で得られた反応ガスの流れの下流に、プラズマ処理される被処理物を載置可能に構成されたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、処理室内に反応ガスを導入し、マイクロ波により励起されたプラズマによって、被処理物のエッチングやアッシングを行うためのプラズマ発生装置及びプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被処理物に対してプラズマによる処理を行うための装置として、マイクロ波プラズマ処理装置が広く用いられている。マイクロ波プラズマ処理装置は、真空引きした処理室内に、反応ガスを導入し、発振器により発生したマイクロ波を供給することにより、プラズマを発生させ、被処理物の処理を行う装置である。
【０００３】
プラズマによる処理の代表例としては、半導体ウェーハ等に対するエッチングやアッシングが挙げられる。特に、マイクロ波を用いたプラズマ処理装置は、電極に高周波電圧を印加してプラズマを発生させる高周波プラズマ処理装置に比べて、プラズマ電位が低いので、ダメージレスなレジストアッシングやバイアス電圧を印加した異方性エッチングなどに広く用いられている。
【０００４】
かかるマイクロ波プラズマ処理装置の一例として、スロット型のプラズマ処理装置を説明する。このプラズマ処理装置は、図５に示すように、真空チャンバである処理室２０に、被処理物Ｓを載置する載置部２１が設けられ、ガス導入路２２、排気経路２３が接続されている。なお、図中、２２ａはゲートバルブ、２３ａはＡＰＣ（自動圧力調整）バルブである。
【０００５】
そして、処理室２０の上部には、大型の窓部２４が取り付けられている。窓部２４は、円形平板状の誘電体により形成されている。この窓部２４に対して、矩形導波管２５から連続して形成されたキャビティ２６が取り付けられている。キャビティ２６の底面には、図６に示すように、窓部２４へマイクロ波を導入するための矩形状のスロット２６ａが形成されている。
【０００６】
このようなスロット型のプラズマ処理装置においては、断面方向にしか電界を持たないＴＥモード（Transverse Electric Mode)のマイクロ波が、矩形導波管２５を伝搬して来て、スロット２６ａを介して窓部２４から処理室２０内に導入される。すると、反応ガスが供給された処理室２０内では、プラズマＰが発生して、載置部２１上の被処理物Ｓに対する処理が行われる（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−３２８００４号公報
【特許文献２】特開２００５−１２２９３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、近年、半導体ウェーハの量産化、液晶基板の大型化の流れに伴い、被処理物の大口径化が進められてきている。しかし、上記のようなスロット型のプラズマ発生装置においては、矩形導波管からのＴＭモードのマイクロ波を、矩形のスロットを介して処理室に導入するので、電界強度が線対称になる。このため、図７に示すように、被処理物の面内の電界強度（単位：Ｖ／ｍ）の分布も、線対称となってしまう。すると、今後、４５０ｍｍのウェーハなど、大口径の被処理物の微細加工を行う際に、処理の均一性（特に、周方向）を確保することが難しくなる。
【０００８】
また、かかるスロット型のプラズマ発生装置によるプラズマの電子密度は、マイクロ波電力の変動に対して、直線的に変動（増加若しくは減少）するのではなく、ある値で急激に変動するモードジャンプが生じる。かかるモードジャンプは、処理レートの急激な変動につながり、被処理物に対するダメージが大きく、歩留まりを低下させる。
【０００９】
これに対処するため、特許文献２に記載されているように、断面方向にしか磁界を持たないＴＭモード（Transverse Magnetic Mode)のマイクロ波を、円形の導波管と誘電体の窓部を介して処理室内に導入することにより、電子密度とマイクロ波電力との関係を直線状としたプラズマ処理装置が提案されている。しかし、ＴＭモードのマイクロ波を、誘電体の窓部から導入するのみでは、上記の電界強度分布の均一性は得られない。
【００１０】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、モードジャンプを防止しつつ、軸対称の電界強度分布を得ることにより、処理の均一性が確保できるプラズマ発生装置及びプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記のような目的を達成するため、請求項１の発明は、内部を真空とすることが可能な処理室に、マイクロ波を導入する窓部を有するプラズマ発生装置において、ＴＭモードのマイクロ波を、前記窓部に供給するマイクロ波供給部を有し、前記窓部には、前記処理室の内部側の面に、軸対称に連続した凹凸が、複数形成されていることを特徴とする。
【００１２】
以上のような請求項１の発明では、窓部に、軸対称に連続した凹凸を複数形成することにより、処理室に導入されるマイクロ波の電界強度分布を軸対称とすることができるので、被処理物の面内の処理の均一性に寄与する。
【００１３】
また、請求項２の発明は、請求項１のプラズマ発生装置において、前記凹凸は、同心円状であることを特徴とする。
以上のような請求項２の発明では、窓部に、同心円状に凹凸を形成すればよいので、簡単な加工作業によって、軸対称の電界強度分布が得られる。
【００１４】
なお、請求項３の発明は、請求項１又は請求項２のプラズマ発生装置を有するプラズマ処理装置であって、前記処理室は、内部にプラズマが発生するプラズマ発生室であり、前記マイクロ波供給部は、プラズマを発生させるためのマイクロ波を、前記プラズマ発生室内に供給するマイクロ波供給手段であり、前記プラズマ発生室内で得られた反応ガスの流れの下流に、プラズマ処理される被処理物を載置可能に構成されたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、モードジャンプを防止しつつ、軸対称の電界強度分布を得ることにより、処理の均一性が確保可能なプラズマ発生装置及びプラズマ処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明の実施の形態（以下、実施形態と呼ぶ）について、図面を参照して具体的に説明する。
［実施形態の構成］
本発明の実施形態の構成を、図１及び図２を参照して説明する。本実施形態は、図１に示すように、処理室１、載置部２、窓部３、矩形導波管４、モード変換器５、円形導波管６等を有している。
【００１７】
処理室１は、内部を真空とすることが可能なチャンバである。この処理室１には、図示しない反応ガスのガス供給源に連通したガス導入路１１が接続され、バルブ１１ａ（例えば、ゲートバルブ）によってガス供給量を調整可能に設けられている。これらのガス供給源及びガス導入路１１等によって、ガス供給手段が構成されている。
【００１８】
また、処理室１の下部には排気ポート１ａ（排気部）が設けられている。この排気ポート１ａには、図示しない真空源であるポンプに連通した排気経路１２が接続され、バルブ１２ａ（例えば、ＡＰＣバルブ）によって、室内の圧力を調整可能に設けられている。
【００１９】
載置部２は、被処理物Ｓ（例えば、半導体ウェーハ等）を載置するためのテーブルである。載置部２は、静電チャックを備え、被処理物Ｓを保持可能に設けられている。
【００２０】
窓部３は、処理室１の上部に取り付けられたマイクロ波導入用の誘電体である。この窓部３は、円板形状であり、その処理室１側の表面（図中、下面）には、図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、同心円状の凹凸３ａが形成されている。この凹凸３ａは、誘電体の表面を削ることによって、容易に作成できる。また、凹凸３ａは、同心円状には限定されないが、軸対称に連続したものが、複数形成されていることが望ましい。
【００２１】
矩形導波管４は、図示しない発振器からのマイクロ波をＴＥモードで伝搬させる断面が矩形の導波管である。モード変換器５は、矩形導波管４からのマイクロ波を、ＴＥモードからＴＭモードに変換する変換器である。円形導波管６は、モード変換器５によりＴＭモードに変換されたマイクロ波を、窓部３に伝搬させる断面が円形の導波管である。これらの発振器、矩形導波管４、モード変換器５、円形導波管６等によって、請求項のマイクロ波供給部若しくはマイクロ波供給手段が構成されている。
【００２２】
上記のポンプ、ガス供給源、バルブ、発振器等は、制御装置によって制御される。この制御装置は、例えば、専用の電子回路若しくは所定のプログラムで動作するコンピュータ等によって実現できる。従って、以下に説明する手順で本装置の動作を制御するためのコンピュータプログラム及びこれを記録した記録媒体も、本発明の一態様である。
【００２３】
［実施形態の作用］
以上のような本実施形態の動作について説明する。まず、被処理物Ｓは、載置部２に載置され、ポンプにより真空引きされた処理室１内に、ガス供給源からガスが導入される。
【００２４】
そして、発振器からのマイクロ波が、矩形導波管４をＴＥモードで伝搬し、モード変換器５において、ＴＭモードに変換され、円形導波管６に伝搬する。ＴＭモードのマイクロ波は、図３の断面図に示すように、径方向断面から見て、中心から放射状にパワーが伝搬して行く。
【００２５】
さらに、ＴＭモードのマイクロ波は、窓部３を介して、処理室１内に導入され、励起されるプラズマＰによって、被処理物Ｓに対する処理が行われる。このとき、マイクロ波は、同心円状の凹凸３ａが形成された誘電体の窓部３を通過することにより、電界強度分布が軸対称となる。このため、プラズマＰの密度分布も軸対称に生成され、被処理物Ｓに対するアッシング、エッチング等の処理の面内分布も軸対称となる。
【００２６】
以上のような本実施形態のプラズマ発生装置による電界強度（Ｖ／ｍ）の分布をシミュレーションした結果を、図４に示す。この図４から明らかなように、電界強度分布は軸対称に近くなる。
【００２７】
［実施形態の効果］
以上のような本実施形態によれば、ＴＭモードのマイクロ波を用いることにより、モードジャンプを防止することができる。また、軸対称に連続した複数の凹凸３ａが形成された窓部３から、マイクロ波を導入することにより、軸対称の電界強度分布を得ることができる。したがって、被処理物Ｓにおける被処理面内の処理の均一性を確保することができる。特に、線対称の電界強度分布しか得られなかった従来技術に比べて、周方向の処理の均一性が得られる。
【００２８】
［他の実施形態］
本発明は、上記のような実施形態に限定されるものではない。例えば、凹凸の形状も、同心円状には限定されず、軸対称に複数形成されていればよい。例えば、連続していない点在する凹凸でもよいし、放射状に形成されていてもよい。なお、凹凸とは、隆起部分とこれに対して相対的に低い部分を含む場合、溝部分とこれに対して相対的に高い部分を含む場合、隆起部分と溝部分を含む場合のいずれも含まれ、その高さや深さ、間隔も自由である。凹凸に角が維持されているか丸みを帯びているかも問わない。窓部の、載置部に対向する面の形状もすり鉢状や山形にしてもよい。さらに、本発明は、エッチング装置、アッシング装置等を含むプラズマ発生装置として広く適用可能であり、処理対象となる被処理物も自由である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１の実施形態における窓部の平面図（Ａ）、縦断面図（Ｂ）である。
【図３】ＴＭモードのマイクロ波のパワーを示す説明図である。
【図４】図１の実施形態におけるプラズマの電界強度分布を示す説明図である。
【図５】従来のスロット型プラズマ処理装置の一例を示す縦断面図である。
【図６】図５の従来例におけるスロットを示す平面図である。
【図７】スロット型プラズマ処理装置におけるプラズマの電界強度分布を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…処理室
１ａ…排気ポート
２…載置部
３，２４…窓部
３ａ…凹凸
４，２５…矩形導波管
５…モード変換器
６…円形導波管
１１，２２…ガス導入路
１１ａ，１２ａ…バルブ
１２…排気経路
２０…処理室
２１…載置部
２６…キャビティ
２６ａ…スロット
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
2010123811.tif 000006
【図３】
2010123811.tif 000007
【図４】
2010123811.tif 000008
【図７】
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