(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同軸導波管から供給されたマイクロ波が遅波板を介して処理容器内に導入され、前記処理容器内において処理ガスがプラズマ化されて基板が処理されるプラズマ処理装置であって、
前記同軸導波管は、内部導体と外部導体から構成され、
前記同軸導波管内の前記遅波板上に誘電体部材が配置され、
前記誘電体部材は、内部導体を中心とする円周方向の前記遅波板上の一部に配置され、かつ、前記誘電体部材は、前記内部導体を中心とする円周方向の任意の位置の前記遅波板上に配置されることを特徴とする、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記誘電体部材が、前記内部導体を中心として回転自在であることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記外部導体の一部が回転自在なリング部材で構成され、前記誘電体部材が前記リング部材の内面に取り付けられてい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。
【請求項４】
処理容器内に同軸導波管から供給されたマイクロ波を遅波板を介して処理容器内に導入し、前記処理容器内の処理ガスをプラズマ化するプラズマ処理装置を用いて基板を処理するプラズマ処理方法であって、
前記同軸導波管は、内部導体と外部導体から構成され、
前記同軸導波管内の前記遅波板上に誘電体部材が配置され、
前記内部導体を中心とする円周方向の前記遅波板上の一部に誘電体部材が配置されることにより、内部導体を中心とする円周方向のプラズマ密度分布を調整する工程と、
前記処理容器内に基板を搬入する工程と、
前記処理容器内に処理ガスのプラズマを生成する工程と、
前記プラズマにより前記基板を処理する工程と、を備えることを特徴とする、プラズマ処理方法。
【請求項５】
前記誘電体部材が、前記内部導体を中心として回転されることを特徴とする、請求項４に記載のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理容器内にプラズマを生成して基板を処理するプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば成膜処理やエッチング処理においては、マイクロ波をラジアルラインスロットアンテナ（radial line slot antenna）に形成されたスロットから処理容器内に伝播させてプラズマを生成させるプラズマ処理装置が使用されている（例えば、特許文献１参照）。このＲＬＳＡ（登録商標：東京エレクトロン株式会社）型のプラズマ処理装置は、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、大型の半導体ウェハを均一かつ高速にプラズマ処理できるといった利点がある。
【０００３】
ラジアルラインスロットアンテナには、同心円状に複数のスロットを配置したスロット列が複数列形成されている。そして、ラジアルラインスロットアンテナでは、これら各スロット列同士の間隔、各スロットの大きさを調整することによって、処理室内に生成されるプラズマ密度の均一化をはかっている。
【特許文献１】特開特開２００６−１０７９９４号公報号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来のＲＬＳＡ型のプラズマ処理装置では、ラジアルラインスロットアンテナの半径方向についてのプラズマ密度の均一化は行われていたが、円周方向におけるプラズマ密度の均一化はほとんど考慮されていなかった。これは、ラジアルラインスロットアンテナが円板形状であること、ラジアルラインスロットアンテナでは、中心から半径方向に放射状にマイクロ波が伝播していくため、円周方向ではマイクロ波の伝播の条件が均一であると考えられていたこと、などによる。【０００５】
しかしながら、実際にはＲＬＳＡ型のプラズマ処理装置の処理室内に生成されるプラズマ密度は、ラジアルラインスロットアンテナの半径方向のみならず、円周方向においても不均一になる場合があった。この理由として、装置自体の形状誤差、ラジアルラインスロットアンテナとその上下に配置される遅波板および透過窓との間に形成される微妙な隙間、などによる影響が考えられる。【０００６】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、プラズマ処理装置の処理室内に生成されるプラズマ密度を特に円周方向において調整できるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明によれば、同軸導波管から供給されたマイクロ波が遅波板を介して処理容器内に導入され、前記処理容器内において処理ガスがプラズマ化されて基板が処理されるプラズマ処理装置であって、前記同軸導波管は、内部導体と外部導体から構成され、前記同軸導波管内の前記遅波板上に誘電体部材が配置され、前記誘電体部材は、内部導体を中心とする円周方向の前記遅波板上の一部に配置され、かつ、前記誘電体部材は、前記内部導体を中心とする円周方向の任意の位置の前記遅波板上に配置されることを特徴とする、プラズマ処理装置が提供される。
【０００８】
このプラズマ処理装置において、前記誘電体部材が、前記内部導体を中心として回転自在であっても良い。また、前記外部導体の一部が回転自在なリング部材で構成され、前記誘電体部材が前記リング部材の内面に取り付けられていても良い。【０００９】
また本発明によれば、処理容器内に同軸導波管から供給されたマイクロ波を遅波板を介して処理容器内に導入し、前記処理容器内の処理ガスをプラズマ化するプラズマ処理装置を用いて基板を処理するプラズマ処理方法であって、前記同軸導波管は、内部導体と外部導体から構成され、前記同軸導波管内の前記遅波板上に誘電体部材が配置され、前記内部導体を中心とする円周方向の前記遅波板上の一部に誘電体部材が配置されることにより、内部導体を中心とする円周方向のプラズマ密度分布を調整する工程と、前記処理容器内に基板を搬入する工程と、前記処理容器内に処理ガスのプラズマを生成する工程と、前記プラズマにより前記基板を処理する工程と、を備えることを特徴とする、プラズマ処理方法が提供される。この処理方法において、前記誘電体部材が、前記内部導体を中心として回転されても良い。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、同軸導波管と遅波板との連結箇所に誘電体部材を配置することにより、プラズマ処理装置の処理室内において、誘電体部材に対応する箇所に生成されるプラズマ密度を低くすることができる。誘電体部材に対応する箇所とは、同軸導波管から遅波板に伝播していく際に誘電体部材を透過したマイクロ波が、その後、処理室内に伝播される箇所である。プラズマ処理装置の処理室内において、かかる誘電体部材に対応する箇所にあっては、誘電体部材を透過したマイクロ波が照射されることによって、誘電体部材を透過していないマイクロ波が照射される他の箇所に比べて、相対的にプラズマ密度を低くさせることができる。本発明にあっては、同軸導波管の外部導体の内部において、内部導体を中心とする円周方向の任意の位置に誘電体部材を配置することにより、内部導体を中心とする円周方向について、プラズマ密度の高い箇所と低い箇所を形成することができ、これにより、プラズマ処理装置の処理室内に生成されるプラズマ密度を円周方向において調整できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施の形態にかかるプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。
【図２】図１中のＸ−Ｘ断面図である。
【図３】同軸導波管と遅波板との連結箇所の拡大図である。
【図４】図３中のＹ−Ｙ断面図である。
【図５】外部導体の一部を回転自在なリング部材で構成した実施の形態にかかる、同軸導波管と遅波板との連結箇所の拡大図である。
【図６】図５中のＺ−Ｚ断面図である。
【図７】一部に隙間が形成された誘電体部材の説明図である。
【図８】同軸導波管と遅波板との連結箇所において、遅波板の上に複数の誘電体部材が配置されている実施の形態の説明図である。
【図９】遅波板と誘電体部材が一体化された構成をとる実施の形態の説明図である。
【図１０】同軸導波管と遅波板との連結箇所に誘電体部材が配置された場合の、透過窓の下面において生成されるプラズマの密度の説明図である。
【符号の説明】
【００１３】
Ｗ  ウェハ
１  プラズマ処理装置
２  処理容器
３  サセプタ（載置台）
１０  排気装置
１５  シール材
１６  透過窓
２０  ラジアルラインスロットアンテナ
２１  スロット
２２  スロット列
２５  遅波板
２６  カバー
２７  熱媒流路
３０  同軸導波管
３１  内部導体
３２  外部導体
３５  マイクロ波供給装置
４１  突起部
４５  誘電体部材
５０  ガス供給源
５５  リング部材
５６  隙間
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかるプラズマ処理装置１の概略的な構成を示す縦断面図である。図２は、図１中のＸ−Ｘ断面図であり、透過窓１６の下面の状態を示している。図３は、同軸導波管３０と遅波板２５との連結箇所の拡大図である。図４は、図３中のＹ−Ｙ断面図である。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。【００１５】
図１に示されるように、このプラズマ処理装置１は例えばアルミニウムからなる、上部が開口した有底円筒形状の処理容器２を備えている。処理容器２の内壁面には、例えばアルミナなどの保護膜が被覆されている。処理容器２は電気的に接地されている。【００１６】
処理容器２内の底部には、基板として例えば半導体ウェハ（以下ウェハという）Ｗを載置するための載置台としてのサセプタ３が設けられている。このサセプタ３は例えばアルミニウムからなり、その内部には、外部電源４からの電力の供給によって発熱するヒータ５が設けられている。これによって、サセプタ３上のウェハＷを所定温度に加熱することが可能である。【００１７】
処理容器２の底部には、真空ポンプなどの排気装置１０によって処理容器２内の雰囲気を排気するための排気管１１が接続されている。【００１８】
処理容器２の上部開口には、気密性を確保するためのＯリングなどのシール材１５を介して、例えば石英などの誘電体材料からなる透過窓１６が設けられている。図２に示されるように、透過窓１６は略円盤形状である。透過窓１６の材料として、石英に代えて、他の誘電体材料、たとえばＡｌ２Ｏ３、ＡｌＮ等のセラミックスを使用してもよい。【００１９】
透過窓１６の上方には、平面状のアンテナ部材、例えば円板状のラジアルラインスロットアンテナ２０が設けられている。ラジアルラインスロットアンテナ２０は、導電性を有する材質、たとえばＡｇ、Ａｕ等でメッキやコーティングされた銅の薄い円板からなる。ラジアルラインスロットアンテナ２０には、複数のスロット２１を円周上に配置したスロット列２２が、同心円状に複数列形成されている。【００２０】
ラジアルラインスロットアンテナ２０の上面には後述するマイクロ波の波長を短縮するための円板形状の遅波板２５が配置されている。遅波板２５は、例えばＡｌ２Ｏ３などの誘電体材料からなる。遅波板２５の材料として、Ａｌ２Ｏ３に代えて、他の誘電体材料、たとえば石英、ＡｌＮ等のセラミックスを使用してもよい。遅波板２５は導電性のカバー２６によって覆われている。カバー２６には円環状の熱媒流路２７が設けられ、この熱媒流路２７を流れる熱媒によって、カバー２６と透過窓１６を所定温度に維持するようになっている。【００２１】
カバー２６の中央には同軸導波管３０が接続されている。同軸導波管３０は、内部導体３１と外部導体３２とによって構成されている。内側導体３１は、遅波板２５の中央を貫通して上述のラジアルラインスロットアンテナ２０の上部中央に接続されている。ラジアルラインスロットアンテナ２０に形成された複数のスロット列２２は、いずれも内側導体３１を中心として同心円状に配置されている。【００２２】
同軸導波管３０には、マイクロ波供給装置３５が矩形導波管３６およびモード変換器３７を介して接続されている。マイクロ波供給装置３５で発生させた、たとえば２．４５ＧＨｚのマイクロ波が、矩形導波管３６、モード変換器３７、同軸導波管３０、遅波板２５、ラジアルラインスロットアンテナ２０を介して、透過窓１６に放射される。そして、その際のマイクロ波エネルギーによって透過窓１６の下面に電界が形成され、処理容器２内にプラズマが生成される。【００２３】
図３に示されるように、ラジアルラインスロットアンテナ２０に接続される内側導体３１の下端４０は円錐台形状に形成されている。また、遅波板２５の上面中央には、外部導体３２の下端から上方に侵入するように、円錐台形状の突起部４１が形成されている。このように内側導体３１の下端４０が円錐台形状に形成され、遅波板２５の上面中央に円錐台形状の突起部４１が形成されていることにより、同軸導波管３０から遅波板２５およびラジアルラインスロットアンテナ２０に対してマイクロ波が効率よく伝播されるようになっている。【００２４】
同軸導波管３０と遅波板２５との連結箇所において、遅波板２５の上には誘電体部材４５が配置されている。誘電体部材４５は、遅波板２５の上面中央に形成された円錐台形状の突起部４１の上に置かれている。誘電体部材４５は、同軸導波管３０の外部導体３２の内部において、内部導体３１の全周を囲むのではなく、内部導体３１を中心とする円周方向の一部に配置されるように扇形状に形成されている。また、誘電体部材４５は、遅波板２５の上面（突起部４１の上面）および内部導体３１の外周面に対して連結されていない。このため、外部導体３２の内部において、誘電体部材４５を、内部導体３１を中心にして円周方向の任意の位置に配置させることが可能である。なお、誘電体部材４５の材料としてはＡｌ２Ｏ３、石英、ＡＩＮ等のセラミック又はテフロンが好ましい。ここで、遅波板２５の材質と誘電体部材４５の材料は共に誘電体材料であり同じ材料を用いてもよいが、必ずしも同じ材料で構成される必要はなく、異なる誘電体材料を用いることとしてもよい。【００２５】
このように、同軸導波管３０と遅波板２５との連結箇所に誘電体部材４５が配置されていることにより、プラズマ処理装置１の処理室内において、誘電体部材４５に対応する箇所に生成されるプラズマ密度を低くすることができる。即ち、同軸導波管３０から遅波板２５、ラジアルラインスロットアンテナ２０および透過窓１６にマイクロ波が伝播していくが、図３に示されるように、内部導体３１を中心とする円周方向の一部に誘電体部材４５が配置されていることにより、マイクロ波は、誘電体部材４５を通る経路Ａと、誘電体部材４５を通らない経路Ｂのいずれかを透過していくことになる。そして、経路Ａを透過したマイクロ波は、誘電体部材４５を透過している分、マイクロ波のエネルギーが弱められ、これにより、経路Ａを透過したマイクロ波が照射される位置ａ（誘電体部材４５に対応する箇所）では、透過窓１６の下面に形成される電界が相対的に弱くなる。こうして、誘電体部材４５に対応する箇所である位置ａでは、処理室内に生成されるプラズマ密度が相対的に低くなるのである。一方、経路Ｂを透過したマイクロ波は、誘電体部材４５を透過していないので、マイクロ波のエネルギーが誘電体部材４５によって弱められることがない。これにより、経路Ｂを透過したマイクロ波が照射される位置ｂ（誘電体部材４５を透過していないマイクロ波が照射される他の箇所）では、透過窓１６の下面に形成される電界が相対的に強くなる。こうして、誘電体部材４５を透過していないマイクロ波が照射される他の箇所である位置ｂでは、処理室内に生成されるプラズマ密度が相対的に高くなるのである。なお、誘電体部材４５をマイクロ波が透過する際においては、誘電体部材４５は遅波板２５に対し、ネジ又は接着等の手段により固定されている。【００２６】
上述したように、誘電体部材４５は、同軸導波管３０の外部導体３２の内部において、内部導体３１を中心とする円周方向の一部に配置されるように扇形状に形成されている。このため、図２に示されるように、誘電体部材４５に対応する箇所である位置ａは、透過窓１６の下面において扇型に現れることになる。【００２７】
処理容器２内には、ガス供給源５０から流路５１を介して、処理ガスが供給される。処理ガスには、例えば窒素、Ａｒ、酸素等のプラズマ生成用のガス、例えばＴＥＯＳ等のソースガスなどが用いられる。【００２８】
次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置１の作用について説明する。なお、プラズマ処理の一例として、Ａｒ、酸素等のプラズマ生成ガスとＴＥＯＳ等のソースガスを含む処理ガスを使用して、ウェハＷに絶縁膜（ＳｉＯ２膜）を成膜する例を説明する。【００２９】
このプラズマ処理装置１において例えばプラズマ成膜処理を行う際には、図１に示すように先ずウェハＷが処理容器２内に搬入され、サセプタ３上に載置される。そして、排気管１１から排気が行われて処理容器２内が減圧される。更に、ガス供給源５０から処理容器２内にＡｒ、酸素等のプラズマ生成ガスとＴＥＯＳ等のソースガスを含む処理ガスが供給される。そして、マイクロ波供給装置３５の作動により、透過窓１６の下面に電界が発生し、前記処理ガスがプラズマ化されて、その際に発生した活性種によって、ウェハＷ上に成膜処理がなされる。【００３０】
そして、所定時間成膜処理が行われた後、マイクロ波供給装置３５の作動と、処理容器２内への処理ガスの供給が停止され、ウェハＷが処理容器２内から搬出されて、一連のプラズマ成膜処理が終了する。【００３１】
一方、以上のようなプラズマ処理装置１においては、特に大型のウェハＷを均一かつ高速にプラズマ処理するために、ラジアルラインスロットアンテナ２０の半径方向のみならず、ラジアルラインスロットアンテナ２０の円周方向においてもプラズマ密度の均一化が求められる。この場合、ラジアルラインスロットアンテナ２０の円周方向におけるプラズマ密度の均一化を乱す要因としては、遅波板２５、ラジアルラインスロットアンテナ２０、透過窓１６等の形状誤差などが考えられる。また、遅波板２５、ラジアルラインスロットアンテナ２０、透過窓１６は互いに密着して設けられているが、遅波板２５下面とラジアルラインスロットアンテナ２０上面の間、ラジアルラインスロットアンテナ２０下面と透過窓１６上面との間に微細な隙間が部分的に生ずることにより、ラジアルラインスロットアンテナ２０の円周方向におけるプラズマ密度の均一化が乱される場合もある。特に、プラズマ処理中はプラズマ処理装置１全体が加熱されるため、遅波板２５、ラジアルラインスロットアンテナ２０、透過窓１６の熱膨張率の差などに起因して、遅波板２５下面とラジアルラインスロットアンテナ２０上面の間、ラジアルラインスロットアンテナ２０下面と透過窓１６上面との間に微細な隙間が生ずることも懸念される。【００３２】
しかるに、このプラズマ処理装置１にあっては、上述したように、同軸導波管３０と遅波板２５との連結箇所において、遅波板２５の上に誘電体部材４５が配置されている。この誘電体部材４５を、外部導体３２の内部において、内部導体３１を中心にして円周方向の任意の位置に配置させることにより、プラズマ処理装置１の処理室内において、誘電体部材４５に対応する箇所に生成されるプラズマ密度を円周方向において調整することができる。【００３３】
即ち、プラズマ処理中、例えばラジアルラインスロットアンテナ２０の円周方向において一部の領域でプラズマ密度が相対的に低くなった場合、内部導体３１を移動させることにより、その他の領域であるプラズマ密度が相対的に高くなっている領域に対して、誘電体部材４５を透過したマイクロ波が照射されるようにし、プラズマ密度が相対的に低くなっている領域に対しては、誘電体部材４５を透過していないマイクロ波が照射されるようにする。このように、プラズマ密度が相対的に高くなった領域において、透過窓１６の下面に形成される電界が相対的に弱められることにより、プラズマ密度が円周方向において調整される。【００３４】
したがって、このプラズマ処理装置１によれば、プラズマ処理装置１の処理室内に生成されるプラズマ密度を、ラジアルラインスロットアンテナ２０の円周方向においても均一にすることができる。その結果、処理室内に生成されるプラズマ密度が全体的に均一となり、大型の半導体ウェハであっても、均一かつ高速にプラズマ処理できるようになる。【００３５】
以上、本発明の好ましい実施の形態の一例を説明したが、本発明はここに例示した形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。【００３６】
例えば、図５、６に示されるように、外部導体３２の一部を回転自在なリング部材５５で構成し、このリング部材５５の内面に誘電体部材４５が取り付けられた構成としても良い。このように回転自在なリング部材５５の内面に誘電体部材４５が取り付けられていれば、同軸導波管３０の外側からリング部材５５を回転させることによって、外部導体３２の内部において、内部導体３１を中心とする円周方向に誘電体部材４５を任意に移動させることができる。これにより、ラジアルラインスロットアンテナ２０の円周方向におけるプラズマ密度の調整が容易となる。【００３７】
また、内部導体３１の全周を囲むものではなければ、誘電体部材４５の大きさは任意である。例えば図７に示されるように、一部に隙間５６が形成された誘電体部材４５も考えられる。この図７に示される誘電体部材４５によれば、リング部材５５を操作して外部導体３２の内部において誘電体部材４５を回転させることにより、隙間５６の位置を内部導体３１を中心とする円周方向に任意に移動させることができる。隙間５６に対応する箇所においては、誘電体部材４５を透過していない分、透過窓１６の下面に形成される電界が相対的に強くなるので、このように隙間５６の位置を変えることによっても、同様に、ラジアルラインスロットアンテナ２０の円周方向におけるプラズマ密度の調整ができる。【００３８】
また、図８に示されるように、同軸導波管３０と遅波板２５との連結箇所において、遅波板２５（突起部４１）の上に複数の誘電体部材４５が配置されていても良い。同軸導波管３０の外部導体３２の内部において、これら複数の誘電体部材４５を内部導体３１を中心にして円周方向の任意の位置に配置させることによって、ラジアルラインスロットアンテナ２０の円周方向においてプラズマ密度の低い領域を複数個所に形成させることができるようになる。その他、同軸導波管３０の外部導体３２の内部において、誘電体部材４５を内部導体３１を中心にした円周方向の任意の位置に配置させることができるように、誘電体部材４５を挿入させる開口部を、外部導体３２の任意の位置に設けても良い。【００３９】
また、図３に示した形態においては、遅波板２５と誘電体部材４５は独立した部材であり、材料として異なったものを用いてもよいと記載したが、必ずしも遅波板２５と誘電体部材４５は独立した部材である必要はなく、図９に示すように遅波板２５と誘電体部材４５が一体化された構成をとってもよい。このような構成とすることにより、図３に示した形態のようにマイクロ波を誘電体部材４５に透過させる場合にネジや接着等によって遅波板２５に誘電体部材４５を固定させる手間が省け、装置稼動効率の上昇が期待される。なお、この場合、遅波板２５と誘電体部材４５の材料は同じものであり、Ａｌ２Ｏ３、石英、ＡＩＮ等のセラミック等を用いるのが好ましい。【００４０】
なお、以上の実施の形態では、本発明を成膜処理を行うプラズマ処理装置１に適用していたが、本発明は、成膜処理以外の基板処理、例えばエッチング処理を行うプラズマ処理装置にも適用できる。また、本発明のプラズマ処理装置で処理される基板は、半導体ウェハ、有機ＥＬ基板、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）用の基板等のいずれのものであってもよい。また、ラジアルラインスロットアンテナに設けられるスリット列は、例えば渦巻状でも良い。
【実施例】
【００４１】
図３、４で説明したように、同軸導波管３０と遅波板２５との連結箇所に誘電体部材４５が配置された場合に、透過窓１６の下面において生成されるプラズマの密度を調べた。その結果、透過窓１６の下面は図１０に示される状態となり、誘電体部材４５に対応する箇所（誘電体部材４５を透過したマイクロ波が照射される位置ａ）では、誘電体部材４５に対応しない箇所（誘電体部材４５を透過しなかったマイクロ波が照射される位置ｂ）に比べて暗くなっており、プラズマ密度が低くなっていることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、処理容器内にプラズマを生成して基板を処理するプラズマ処理に適用できる。
【図１】
0005552316.tif 000002
【図２】
0005552316.tif 000003
【図３】
0005552316.tif 000004
【図４】
0005552316.tif 000005
【図５】
0005552316.tif 000006
【図６】
0005552316.tif 000007
【図７】
0005552316.tif 000008
【図８】
0005552316.tif 000009
【図９】
0005552316.tif 000010
【図１０】
0005552316.tif 000011