(57)【要約】【課題】マイクロ波照射部を上方からチャンバ内に挿入して均一性の高いマイクロ波プラズマ処理を行うことができるマイクロ波プラズマ処理装置およびそれに用いるマイクロ波プラズマ源を提供すること。【解決手段】ウエハＷにマイクロ波プラズマ処理を施すチャンバ１の上方から、マイクロ波伝送路４４と平面スロットアンテナ８１とを有するマイクロ波放射機構４１をチャンバ１内に挿入し、マイクロ波放射機構４１のマイクロ波放射面に接するように、かつマイクロ波放射面から広がるように、かつチャンバ１の天壁との間にマイクロ波による表面波プラズマが生成される程度の隙間が形成されるように、誘電体からなる拡散板４３をウエハＷと対向して設ける。【選択図】図１
2014220288.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波プラズマにより被処理基板に所定の処理を施すマイクロ波プラズマ処理装置であって、
被処理基板を収容するチャンバと、
前記チャンバ内で被処理基板を水平に支持する基板支持部材と、
前記チャンバ内にガスを供給するガス供給系と、
前記チャンバ内にマイクロ波を導入してマイクロ波による表面波プラズマを形成するためのマイクロ波プラズマ源と
を具備し、
前記マイクロ波プラズマ源は、
マイクロ波を出力するマイクロ波出力部と、
前記チャンバの上方から前記チャンバ内に挿入され、前記マイクロ波出力部で出力されたマイクロ波を前記チャンバ内に放射するマイクロ波放射部と、
前記チャンバ内に前記マイクロ波放射部の先端のマイクロ波放射面に接するように設けられ、前記被処理基板と対向する誘電体からなる拡散板と
を備え、
前記マイクロ波放射部は、
筒状をなす外側導体とその中に同軸的に設けられた内側導体とを有しマイクロ波を伝送するマイクロ波伝送路と、
前記マイクロ波伝送路を伝送されてきたマイクロ波を、スロットを介して前記チャンバ内に放射する平面スロットアンテナとを有し、
前記拡散板は、前記マイクロ波放射部のマイクロ波放射面より広がるように、かつ前記チャンバの天壁との間にマイクロ波による表面波プラズマが生成される程度の隙間が形成されるように設けられることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記マイクロ波放射部は、前記平面スロットアンテナの先端側に設けられた誘電体からなる天板を有しており、前記マイクロ波放射面は前記天板の先端面であ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処理装置。
【請求項３】
前記拡散板は、前記マイクロ波放射面に対応する中央部と、中央部から広がる鍔部とを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処理装置。
【請求項４】
前記拡散板の前記鍔部と前記チャンバの天壁との間の隙間は４ｍｍ以上であることを特徴とする請求項３に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項５】
前記拡散板の前記鍔部の厚さは１〜３０ｍｍであることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項６】
前記拡散板は、石英製またはアルミナ製であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項７】
前記拡散板は、被処理基板に対応する大きさまたはそれ以上の大きさを有していることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項８】
前記拡散板は、前記マイクロ波によって生成されたプラズマが通過する穴を有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項９】
前記基板支持部材は複数の被処理基板を支持し、前記拡散板は、これら複数の被処理基板の配置領域に対応するように設けられてい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項に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項１０】
マイクロ波プラズマにより被処理基板に所定の処理を施すマイクロ波プラズマ処理装置において、被処理基板を収容するチャンバ内にマイクロ波を導入してマイクロ波による表面波プラズマを形成するためのマイクロ波プラズマ源であって、
マイクロ波を出力するマイクロ波出力部と、
前記チャンバの上方から前記チャンバ内に挿入され、前記マイクロ波出力部で出力されたマイクロ波を前記チャンバ内に放射するマイクロ波放射部と、
前記チャンバ内に前記マイクロ波放射部の先端のマイクロ波放射面に接するように設けられ、前記被処理基板と対向する誘電体からなる拡散板と
を備え、
前記マイクロ波放射部は、
筒状をなす外側導体とその中に同軸的に設けられた内側導体とを有しマイクロ波を伝送するマイクロ波伝送路と、
前記マイクロ波伝送路を伝送されてきたマイクロ波を、スロットを介して前記チャンバ内に放射する平面スロットアンテナとを有し、
前記拡散板は、前記マイクロ波放射部のマイクロ波放射面より広がるように、かつ前記チャンバの天壁との間にマイクロ波による表面波プラズマが生成される程度の隙間が形成されるように設けられることを特徴とするマイクロ波プラズマ源。
【請求項１１】
前記マイクロ波放射部は、前記平面スロットアンテナの先端側に設けられた誘電体からなる天板を有しており、前記マイクロ波放射面は前記天板の先端面であることを特徴とする請求項１０に記載のマイクロ波プラズマ源。
【請求項１２】
前記拡散板は、前記マイクロ波放射面に対応する中央部と、中央部から広がる鍔部とを有することを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載のマイクロ波プラズマ源。
【請求項１３】
前記拡散板の前記鍔部と前記チャンバの天壁との間の隙間は４ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１２に記載のマイクロ波プラズマ源。
【請求項１４】
前記拡散板の前記鍔部の厚さは１〜３０ｍｍであることを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載のマイクロ波プラズマ源。
【請求項１５】
前記拡散板は、石英製またはアルミナ製であることを特徴とする請求項１０から請求項１４のいずれか１項に記載のマイクロ波プラズマ源。
【請求項１６】
前記拡散板は、被処理基板に対応する大きさまたはそれ以上の大きさを有していることを特徴とする請求項１０から請求項１５のいずれか１項に記載のマイクロ波プラズマ源。
【請求項１７】
前記拡散板は、前記マイクロ波によって生成されたプラズマが通過する穴を有することを特徴とする請求項１０から請求項１６のいずれか１項に記載のマイクロ波プラズマ源。
【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処理装置およびそれに用いるマイクロ波プラズマ源に関する。
【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、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、生成されるプラズマの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。
【０００３】
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（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）。
【０００４】
ＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置は、表面波プラズマ発生用の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（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、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。
【０００５】
また、マイクロ波の伝送路におけるインピーダンス調整を行うチューナと平面スロットアンテナを有するアンテナ部とをユニット化して極めてコンパクトなマイクロ波放射部を有するプラズマ処理装置も提案されている（特許文献２）。
【０００６】
特許文献２に開示されたようなマイクロ波放射部は、極めてコンパクトであるため、種々のプラズマ処理のための既存のチャンバに挿入してプラズマ処理を行うことが検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【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】
【０００８】
しかしながら、特許文献２に開示されたようなマイクロ波放射部のみでは、チャンバ内に偏りなくプラズマ化した処理ガスを供給することが困難であるため、チャンバ内で処理した被処理基板の面内処理均一性が悪いという問題がある。
【０００９】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、マイクロ波照射部を上方からチャンバ内に挿入して均一性の高いマイクロ波プラズマ処理を行うことができるマイクロ波プラズマ処理装置およびそれに用いるマイクロ波プラズマ源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】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、マイクロ波プラズマにより被処理基板に所定の処理を施すマイクロ波プラズマ処理装置であって、被処理基板を収容するチャンバと、前記チャンバ内で被処理基板を水平に支持する基板支持部材と、前記チャンバ内にガスを供給するガス供給系と、前記チャンバ内にマイクロ波を導入してマイクロ波による表面波プラズマを形成するためのマイクロ波プラズマ源とを具備し、前記マイクロ波プラズマ源は、マイクロ波を出力するマイクロ波出力部と、前記チャンバの上方から前記チャンバ内に挿入され、前記マイクロ波出力部で出力されたマイクロ波を前記チャンバ内に放射するマイクロ波放射部と、前記チャンバ内に前記マイクロ波放射部の先端のマイクロ波放射面に接するように設けられ、前記被処理基板と対向する誘電体からなる拡散板とを備え、前記マイクロ波放射部は、筒状をなす外側導体とその中に同軸的に設けられた内側導体とを有しマイクロ波を伝送するマイクロ波伝送路と、前記マイクロ波伝送路を伝送されてきたマイクロ波を、スロットを介して前記チャンバ内に放射する平面スロットアンテナとを有し、前記拡散板は、前記マイクロ波放射部のマイクロ波放射面より広がるように、かつ前記チャンバの天壁との間にマイクロ波による表面波プラズマが生成される程度の隙間が形成されるように設けられることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置を提供する。
【００１１】
本発明の第２の観点では、マイクロ波プラズマにより被処理基板に所定の処理を施すマイクロ波プラズマ処理装置において、被処理基板を収容するチャンバ内にマイクロ波を導入してマイクロ波による表面波プラズマを形成するためのマイクロ波プラズマ源であって、マイクロ波を出力するマイクロ波出力部と、前記チャンバの上方から前記チャンバ内に挿入され、前記マイクロ波出力部で出力されたマイクロ波を前記チャンバ内に放射するマイクロ波放射部と、前記チャンバ内に前記マイクロ波放射部の先端のマイクロ波放射面に接するように設けられ、前記被処理基板と対向する誘電体からなる拡散板とを備え、前記マイクロ波放射部は、筒状をなす外側導体とその中に同軸的に設けられた内側導体とを有しマイクロ波を伝送するマイクロ波伝送路と、前記マイクロ波伝送路を伝送されてきたマイクロ波を、スロットを介して前記チャンバ内に放射する平面スロットアンテナとを有し、前記拡散板は、前記マイクロ波放射部のマイクロ波放射面より広がるように、かつ前記チャンバの天壁との間にマイクロ波による表面波プラズマが生成される程度の隙間が形成されるように設けられることを特徴とするマイクロ波プラズマ源を提供する。
【００１２】
上記第１の観点および第２の観点において、前記マイクロ波放射部は、前記平面スロットアンテナの先端側に設けられた誘電体からなる天板を有しており、前記マイクロ波放射面は前記天板の先端面である構成とすることができる。
【００１３】
また、前記拡散板は、前記マイクロ波放射面に対応する中央部と、中央部から広がる鍔部とを有する構成とすることができる。前記拡散板の前記鍔部と前記チャンバの天壁との間の隙間は４ｍｍ以上であることが好ましく、前記拡散板の前記鍔部の厚さは１〜３０ｍｍであることが好ましい。
【００１４】
また、前記拡散板として、石英製またはアルミナ製のものを好適に用いることができる。前記拡散板は、被処理基板に対応する大きさまたはそれ以上の大きさを有していることが好ましい。さらに、前記拡散板は、前記マイクロ波によって生成されたプラズマが通過する穴を有するものとすることができる。
【００１５】
上記第１の観点において、前記基板支持部材は複数の被処理基板を支持し、前記拡散板は、これら複数の被処理基板の配置領域に対応するように設けられている構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、マイクロ波放射部のマイクロ波放射面に接するように誘電体からなる拡散板を、被処理基板に対応してマイクロ波放射面より広がるように設けたので、マイクロ波放射面から放射されたマイクロ波は、さらに拡散板を透過し、拡散板の表面を伝送されて広がり、広がった表面波により表面波プラズマが形成されるので、電界強度分布をより均一にすることができ、被処理基板の面内処理均一性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係るマイクロ波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のマイクロ波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構成図である。
【図３】図２のマイクロ波プラズマ源のマイクロ波放射機構を示す縦断面図である。
【図４】マイクロ波放射機構の給電機構を示す横断面図である。
【図５】チューナにおけるスラグと滑り部材を示す横断面図である。
【図６】拡散板を設けた場合のマイクロ波の広がりを模式的に示す図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図８】本発明のさらに他の実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図９】図８の装置におけるマイクロ波放射機構および拡散板を示す平面図である。
【図１０】石英製の拡散板およびアルミナ製の拡散板を設置した場合の電磁シミュレーションで求めたプラズマ電界強度分布を、拡散板を用いない場合と比較して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
図１は、本発明の一実施形態に係るマイクロ波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の装置に用いられるマイクロ波プラズマ源の構成を示す構成図、図３はマイクロ波放射機構を示す断面図である。
【００１９】
本実施形態では、マイクロ波プラズマ処理装置１００として、被処理基板、例えば半導体ウエハ（以下ウエハと記述する）に存在するシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）やポリシリコン膜に対して、処理ガスをプラズマ化してエッチングするためのものを例示する。ただし、プラズマ処理はこれに限るものではない。
【００２０】
マイクロ波プラズマ処理装置１００は、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チャンバ１と、チャンバ１内にマイクロ波を形成するためのマイクロ波プラズマ源２と、チャンバ１内に処理ガス等を供給するためのガス供給系３と、チャンバ１内を排気する排気機構４と、マイクロ波プラズマ処理装置１００の各構成要素を制御する制御部５とを有する。
【００２１】
チャンバ１内には被処理基板であるウエハＷを水平に載置（支持）するための載置台（基板支持部材）１１が、チャンバ１の底部中央に設けられている。載置台１１は、略円板状をなしており、その内部には、載置台１１の温度を調節する温度調節器１２が設けられている。温度調節器１２は、例えば温度調節用媒体（例えば水など）が循環させられる管路を備えており、この管路内を流れる温度調節用媒体と熱交換が行なわれることにより、載置台１１の温度が調節され、載置台１１上のウエハＷの温度制御がなされる。載置台１１に載置されたウエハＷの近傍には、ウエハＷの温度を検出する温度センサ（図示せず）が設けられている。
【００２２】
載置台１１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。
【００２３】
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内に放射するためのマイクロ波供給部４０とを有している。マイクロ波供給部４０は、平面スロットアンテナおよびチューナを有するマイクロ波放射機構（マイクロ波放射部）４１と、マイクロ波出力部３０から出力されたマイクロ波を増幅してマイクロ波放射機構４１に導くアンプ部４２と、マイクロ波放射機構４１の先端のマイクロ波放射面にウエハＷと対向して水平に設けられた拡散板４３とを有する。
【００２４】
チャンバ１の天壁１ａの中央には開口部１ｂが形成されており、この開口部１ｂにマイクロ波放射機構４１の先端部が挿入され、その底部がチャンバ１内に臨むようになっている。
【００２５】
また、チャンバ１の天壁には２つのガス導入口１３ａ、１３ｂが形成されている。これらガス導入口１３ａ，１３ｂには、ガス供給系３のガス供給配管１４ａ，１４ｂが接続されており、ガス供給系３からガス供給配管１４ａ，１４ｂおよびガス導入口１３ａ，１３ｂを介してチャンバ１内に所定のガスが供給される。
【００２６】
具体的には、ガス供給系３は、ガス供給配管１４ａ、１４ｂに接続された、フッ素系ガス供給源および不活性ガス供給源を有しており、これらガスが図示しない流量制御機構により所定の流量でチャンバ１内に供給される。
【００２７】
排気機構４は、チャンバ１の底部に接続された排気配管１５を有しており、さらに、排気配管１５に設けられた、チャンバ１内の圧力を制御するための自動圧力制御弁（ＡＰＣ）１６およびチャンバ１内を排気するための真空ポンプ１７を有している。
【００２８】
チャンバ１の側壁からチャンバ１内に、チャンバ１内の圧力を計測する圧力計としての２つのキャパシタンスマノメータ２０ａ，２０ｂが設けられている。キャパシタンスマノメータ２０ａは高圧力用、キャパシタンスマノメータ２０ｂは低圧力用となっている。そしてキャパシタンスマノメータ２０ａ，２０ｂの計測値に基づいて自動圧力制御弁（ＡＰＣ）１６が調整されることによりチャンバ１内の圧力が制御される。
【００２９】
また、チャンバ１の他の側壁には、ウエハＷの搬入出を行うための搬入出口１８と、この搬入出口１８を開閉するゲートバルブ１９とが設けられている。
【００３０】
図２に示すように、マイクロ波プラズマ源２のマイクロ波出力部３０は、マイクロ波電源３１と、マイクロ波発振器３２とを有している。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。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。
【００３１】
また、図２に示すように、マイクロ波供給部４０を構成するアンプ部４２は、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。
【００３２】
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するためのアンプである。
【００３３】
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。
【００３４】
アイソレータ４９は、平面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、平面スロットアンテナ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。
【００３５】
マイクロ波放射機構４１は、図３に示すように、マイクロ波を伝送する同軸構造の導波路（マイクロ波伝送路）４４と、導波路４４を伝送されたマイクロ波をチャンバ１内に放射する平面スロットアンテナ８１を有するアンテナ部４５と、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チューナ４６とを有している。そして、マイクロ波放射機構４１からチャンバ１内に放射されたマイクロ波により、チャンバ１内で表面波プラズマが形成されるようになっている。
【００３６】
導波路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、導波路４４の先端にアンテナ部４５が設けられている。導波路４４は、内側導体５３が給電側、外側導体５２が接地側となっている。外側導体５２および内側導体５３の上端は反射板５８となっている。
【００３７】
導波路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、導波路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。
【００３８】
給電アンテナ９０は、図４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を有するアンテナ本体９１と、アンテナ本体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、アンテナ本体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。アンテナ本体９１の第２の極９３は内側導体５３に接触している。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。
【００３９】
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導波路４４内をアンテナ部４５に向かって伝播する。
【００４０】
チューナ４６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。
【００４１】
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はアンテナ部４５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。
【００４２】
図５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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。また、内側導体５３の下端には、導体からなる底板６７が設けられている。スラグ移動軸６４ａ，６４ｂの下端は、駆動時の振動を吸収するために、通常は開放端となっており、これらスラグ移動軸６４ａ，６４ｂの下端から２〜５ｍｍ程度離隔して底板６７が設けられている。なお、この底板６７を軸受け部としてスラグ移動軸６４ａ，６４ｂの下端をこの軸受け部にて軸支させてもよい。
【００４５】
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。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。
【００４６】
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。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。
【００４７】
アンテナ部４５は、マイクロ波放射アンテナとして機能する、平面状をなしスロット８１ａを有する平面スロットアンテナ８１と、平面スロットアンテナ８１の上面に設けられた遅波材８２と、平面スロットアンテナ８１の先端側に平面スロットアンテナ８１に接するように設けられた天板８３とを有している。天板８３の先端面は、マイクロ波放射機構４１のマイクロ波放射面となる。
【００４８】
遅波材８２の中心には導体からなる円柱部材８２ａが貫通しており、底板６７と平面スロットアンテナ８１とを接続している。したがって、内側導体５３が底板６７および円柱部材８２ａを介して平面スロットアンテナ８１に接続されている。なお、外側導体５２の下端は平面スロットアンテナ８１の上面まで延びており、遅波材８２の周囲は外側導体５２で覆われている。また、平面スロットアンテナ８１の周囲は被覆導体８４により覆われている。天板８３は、チャンバ１の天壁１ａに嵌め込まれるようになっており、シールリング８５によりシールされている。
【００４９】
平面スロットアンテナ８１にはスロット８１ａが形成されており、マイクロ波はスロット８１ａから放射される。スロット８１ａは、マイクロ波が均一に放射されるように、その形状、個数および配置が設定される。スロット８１ａは空間であってもよいし、真空より大きい誘電率を有する誘電体が充填されていてもよい。スロット８１ａ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、スロット全体の厚さ（平面スロットアンテナ８１の厚さ）を薄くすることができる。
【００５０】
遅波材８２および天板８３は、真空よりも誘電率が大きい誘電体からなっており、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。遅波材８２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８１と天板との接合部が定在波の「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８１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。
【００５１】
このようなアンテナ部４５では、メインアンプ４８で増幅され内側導体５３と外側導体５２の周壁の間の導波路４４を通って到達したマイクロ波が表面波として遅波材８２を透過し、平面スロットアンテナ８１のスロット８１ａを伝送され、さらに天板８３を透過し、その先端のマイクロ波放射面から放射される。
【００５２】
拡散板４３は、天板８３の先端面、すなわちマイクロ波放射面に接するように設けられており、石英、アルミナ等のセラミックス、フッ素系樹脂、ポリイミド系樹脂等の誘電体からなっている。これらの中では石英およびアルミナが好ましい。拡散板４３は、マイクロ波放射機構４１のマイクロ波放射面から広がるように設けられており、具体的にはマイクロ波放射面と対応する中央部４３ａと、中央部４３ａから水平方向に広がる鍔部４３ｂとを有している。拡散板４３は、好ましくは、ウエハＷと対応する大きさまたはそれ以上の大きさを有している。このように拡散板４３は誘電体からなっており、マイクロ波放射機構４１の先端面であるマイクロ波放射面に接するように設けられているため、天板８３を透過し、マイクロ波放射面から放射されたマイクロ波はさらに拡散板４３の中央部４３ａを透過し、拡散板４３の表面を伝送されて広がり、この表面波によりチャンバ１内の空間に表面波プラズマを生成する。
【００５３】
拡散板４３は、鍔部４３ｂとチャンバ１の天壁１ａとの間に表面波プラズマが生成される程度の隙間を有するように設けられている。このような観点からこの隙間の大きさは４ｍｍ以上であることが好ましい。
【００５４】
また、拡散板４３によるプラズマ電界強度分布は、その鍔部４３ｂの厚さによって最適化することができる。良好なプラズマ電界強度分布を得るためには、拡散板４３の鍔部４３ｂの厚さは１〜３０ｍｍの範囲であることが好ましい。また、拡散板４３の材質によってもプラズマ電界強度分布を調整することができる。
【００５５】
拡散板４３にはプラズマが通過する穴が形成されていてもよい。穴を形成することにより拡散板４３の上方に形成されたプラズマを下方に供給可能とすることができる。
【００５６】
制御部５は、マイクロプロセッサ（コンピュータ）を有する中央演算部（ＣＰＵ）と、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と、入力手段およびディスプレイ等を有するユーザーインターフェースと備えており、選択されたプロセスレシピに従ってマイクロ波プラズマ処理装置１００を制御するようになっている。
【００５７】
次に、以上のように構成されるマイクロ波プラズマ処理装置１００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、載置台１１上に載置する。そして、排気機構４によりチャンバ１内を所定の圧力に調整するとともに、ガス供給系３からガス供給配管１４ａ，１４ｂおよびガス導入口１３ａ，１３ｂを介してチャンバ１内にＡｒガス等を供給しつつ、マイクロ波プラズマ源２におけるマイクロ波放射機構４１からマイクロ波をチャンバ１内に供給して表面波プラズマを生成する。
【００５８】
そして、ガス供給系３から所定の処理ガスをチャンバ１内に導入すると、処理ガスはプラズマ化し、この処理ガスのプラズマによりウエハＷにプラズマ処理が施される。
【００５９】
本実施形態では、表面にパターン化されたポリシリコン膜を有するウエハＷを用い、処理ガスとしてフッ素系ガスをチャンバ１内に供給してマイクロ波プラズマにより励起し、生成されたラジカルによりポリシリコン膜をエッチングする。これにより、励起されていないガスを用いる場合よりも反応性を高めることができる。また、マイクロ波プラズマにより高密度で低電子温度の表面波プラズマを形成することができ、下地へのダメージが小さい。
【００６０】
上記表面波プラズマを生成するに際し、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電力はマイクロ波供給部４０へ導かれる。マイクロ波供給部４０においては、マイクロ波電力が、ソリッドステートアンプを構成するメインアンプ４８で個別に増幅され、マイクロ波放射機構４１の導波路４４に給電され、導波路４４を通ってアンテナ部４５に至る。アンテナ部４５では、マイクロ波が表面波として遅波材８２を透過し、平面スロットアンテナ８１のスロット８１ａを伝送され、さらに天板８３および拡散板４３を透過して、拡散板４３の表面に表面波が広がり、表面波プラズマが生成される。
【００６１】
マイクロ波放射機構４１は、アンテナ部４５とチューナ４６とがユニット化された極めてコンパクトな構造を有している。このため、マイクロ波プラズマ源２自体をコンパクト化することができる。さらに、メインアンプ４８、チューナ４６および平面スロットアンテナ８１が近接して設けられ、特にチューナ４６と平面スロットアンテナ８１とは集中定数回路として構成することができる。また、チューナ４６により高精度でプラズマ負荷をチューニングすることができる。
【００６２】
このようなマイクロ波放射機構４１において、その先端側に拡散板４３を設けない場合には、天板８３を透過したマイクロ波が天板８３の表面を伝送され、この表面波によりチャンバ１内の空間に表面波が形成されることとなるが、表面波は金属表面には広がりにくいため、マイクロ波放射機構４１の直下のみ電界強度が強くなり、チャンバ１内へ偏りなくラジカルを供給することが困難となり、ウエハＷの面内処理均一性が悪くなる。
【００６３】
これに対して、本実施形態では、マイクロ波放射機構４１の天板８３におけるマイクロ波放射面に接するように誘電体からなる拡散板４３を設けている。拡散板４３は、ウエハＷと対向して水平に、かつマイクロ波放射面より広がるように設けられている。具体的には、拡散板４３は、マイクロ波放射機構４１のマイクロ波放射面と対応する中央部４３ａと、中央部４３ａから水平方向に広がる鍔部４３ｂとを有している。このため、図６に示すように、天板８３を透過して、その先端のマイクロ波放射面から放射されたマイクロ波は、さらに拡散板４３の中央部４３ａを透過し、拡散板４３の表面を伝送されて鍔部４３ｂまで広がり、広がった表面波により表面波プラズマが形成されるので、電界強度分布をより均一にすることができ、ウエハＷの面内処理均一性を高めることができる。
【００６４】
この場合に、拡散板４３の平面形状および大きさにより表面波の広がりを制御することができ、特に、拡散板４３がウエハＷと対応する大きさまたはそれ以上の大きさを有していることにより、表面波をウエハＷの存在領域全体に広げることができ、電界強度分布の均一性を極めて高くすることができる。
【００６５】
また、拡散板４３は、鍔部４３ｂとチャンバ１の天壁１ａとの間に表面波プラズマが生成される程度の隙間を有するように設けられているので、マイクロ波のエネルギーロスを少なくすることができる。
【００６６】
拡散板４３の鍔部４３ｂをチャンバ１の天壁１ａに接触するように設ける場合には、これらの間には微視的に見て微小隙間が形成されているが、この微小隙間でマイクロ波が消費されてしまい、プラズマの形成に寄与せずにエネルギーロスとなってしまう。また、鍔部４３ｂとチャンバ１の天壁１ａとの間に隙間を形成した場合でも、この隙間が表面プラズマが生成されない程度に狭い場合には、やはりエネルギーロスとなる。これに対し、鍔部４３ｂとチャンバ１の天壁１ａとの間に表面波プラズマが生成される程度の隙間を有する場合には、その隙間のマイクロ波も表面波プラズマ形成に寄与するため、エネルギーロスを小さくすることができる。鍔部４３ｂとチャンバ１の天壁１ａとの間に表面波プラズマを有効に生成させる観点から、鍔部４３ｂとチャンバ１の天壁１ａとの間の隙間は４ｍｍ以上であることが好ましい。
【００６７】
拡散板４３の表面に広がる表面波によるプラズマ電界強度分布は、拡散板４３の鍔部４３ｂの厚さによって変化するため、プラズマ処理に応じて所望のプラズマ均一性が得られるように拡散板４３の鍔部４３ｂの厚さを最適化することが好ましい。良好なプラズマ電界強度分布を得るためには、拡散板４３の鍔部４３ｂの厚さは１〜３０ｍｍの範囲であることが好ましい。プラズマ電界強度分布は、拡散板４３の材質によっても変化するから、所望のプラズマ均一性が得られるように拡散板４３の材質を適宜選択することもできる。
【００６８】
また、図７に示すように、拡散板４３の下方に多数の孔が形成されたシャワープレート１１０を水平に設けることにより、処理ガスのラジカルをより均一にウエハＷに供給することができ、一層均一なプラズマ処理を行うことができる。
【００６９】
また、拡散板４３の平面形状および大きさを調整することにより、複数枚のウエハに対して均一な電界強度分布を得ることができる。例えば、図８に示すように、載置台１１に２枚のウエハＷを載置して、一つのマイクロ波放射機構４１からマイクロ波を放射する場合、２枚のウエハＷに対して有効に表面波が広がるように拡散板４３の平面形状および大きさを調整することが好ましい。具体的には、図９の平面図に示すように、拡散板４３の中央部４３ａから広がる鍔部４３ｂを２枚のウエハＷに対応するように設けることにより、表面波をウエハＷの存在領域まで広げることができ、電界強度分布の均一性を高くして、ウエハＷの面内処理均一性を高めることができる。
【００７０】
次に、本発明の効果を説明するための電磁シミュレーション結果について説明する。
図１０は、石英製の拡散板およびアルミナ製の拡散板を設置した場合の電磁シミュレーションで求めたプラズマ電界強度分布を、拡散板を用いない場合と比較して示す図である。ここでは、図８，９に示す２枚のウエハに対してプラズマ処理する場合の装置を用い、拡散板は２枚のウエハＷに対応した平面形状および大きさを有しているものを用いた場合について示す。石英製の拡散板は板厚を５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍとし、アルミナ製の拡散板は板厚を５ｍｍのみとした。
【００７１】
図１０のシミュレーション結果は、実際にはカラーで示されており、拡散板を用いない場合には、マイクロ波放射機構以外の部分では電界強度が低く表れているのに対し、拡散板を設けることにより電界強度が強い部分が広がっており、石英製の拡散板は板厚が厚くなるにつれて電界強度が強い部分が外方に広がっていることが確認された。また、石英製の拡散板よりもアルミナ製の拡散板のほうが電界強度が強い部分が外方に広がっていることが確認された。
【００７２】
次に、図８，９の装置を用い、拡散板として板厚５ｍｍの石英製のものを用い、２枚のウエハをフッ素系ガスでエッチングした際の面内処理均一性を、拡散板を用いずに同様の処理を行った際の面内処理均一性と比較した。
【００７３】
その結果、拡散板を用いない場合には、２枚のウエハの平均エッチング量が、それぞれ２８．６３ｎｍ、２９．０８ｎｍであり、均一性がそれぞれ８１％、８６％であったのに対し、拡散板を用いた場合には、２枚のウエハの平均エッチング量が、それぞれ２４．２７ｎｍ、２４．９ｎｍであり、均一性がそれぞれ２１％、２２％であった。このことから拡散板を設けることにより、面内処理均一性が大きく改善されることが確認された。
【００７４】
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、上記実施形態では、マイクロ波出力部３０から出力されたマイクロ波を、アンプ部４２で増幅し、スラグチューナ４６と平面スロットアンテナ８１を有するアンテナ部４５とを備えたマイクロ波放射機構４１から放射するようにしたが、平面スロットアンテナを有するマイクロ波放射部がチャンバ内に挿入される構造であればその構造は特に限定されない。また、マイクロ波照射部の本数は一本に限定されるものではない。
【００７５】
また、上記実施形態においては、フッ素系ガスをプラズマ化してポリシリコン膜をエッチングする装置を例にとって説明したが、これに限定されるものではなく、他のエッチングであってもよいし、エッチングに限らず、成膜処理、酸化処理や窒化処理、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。
【００７６】
さらに、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ことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７７】
１；チャンバ
２；マイクロ波プラズマ源
３；ガス供給系
４；排気機構
５；制御部
１１；載置台
１２；温度調節器
１４；排気装置
１８；搬入出口
３０；マイクロ波出力部
４０；マイクロ波供給部
４１；マイクロ波放射機構（マイクロ波放射部）
４２；アンプ部
４３；拡散板
４３ａ；中央部
４３ｂ；鍔部
４４；導波路（マイクロ波伝送路）
４５；アンテナ部
４６；チューナ
８１；平面スロットアンテナ
８１ａ；スロット
８２；遅波材
８３；天板
１００；マイクロ波プラズマ処理装置
Ｗ；半導体ウエハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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