(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマを励起させるマイクロ波をチャンバー内に放射するスロットアンテナを具備し、該スロットアンテナが、マイクロ波放射用のスロットを多数有するスロット体と、プラズマ形成空間側と反対側の前記スロット体表面に設けられた誘電体からなるマイクロ波の遅波路形成体と、プラズマ形成空間側の前記スロット体表面に設けられ前記遅波路形成体と協働して前記スロット体を挟持してマイクロ波を透過させる誘電体からなる押さえ体とからなり、前記スロット体の各スロット内部に、前記遅波路形成体の誘電率と前記押さえ体の誘電率との間の値の誘電率を有する誘電体が充填されたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記スロット体の各スロット内部に充填された誘電体が、前記スロット体をなす母材の陽極酸化により形成されたものであることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記スロット体の前記遅波路形成体に接する表面が、前記スロット体をなす母材の陽極酸化により形成された誘電体層となっていることを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板、液晶基板等の製造プロセスに用いるエッチング装置、ＣＶＤ装置等のプラズマ処理装置に関し、特に、マイクロ波励起方式のプラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶基板等の製造プロセスに用いるプラズマＣＶＤ装置においては、基板の大型化、処理の高速化等の要求に応えるため、大口径で均一かつ高密度のプラズマが得られるラジアルラインスロットアンテナを備えたマイクロ波プラズマＣＶＤ装置が提案されている。このマイクロ波プラズマＣＶＤ装置においては、チャンバー内に成膜に必要な反応ガスが導入される一方、ラジアルラインスロットアンテナからマイクロ波が放射されてプラズマが発生し、プラズマ中で反応ガスの解離により生じたラジカルが基板表面で化学反応を起こすことによって膜が形成される。
【０００３】
上記ラジアルラインスロットアンテナ（Ｒａｄｉａｌ  Ｌｉｎｅ  Ｓｌｏｔ  Ａｎｔｅｎｎａ）とは、導体表面にマイクロ波放射用の多数のスロットが同心円状または渦巻状に形成されたものであり、裏面側から給電されたマイクロ波をスロット形成面から放射するものである。
図７は従来のラジアルラインスロットアンテナ５０の構成を示す図であるが、この図に示すように、円板状の導体５１の表面に誘電体からなるマイクロ波の遅波路形成体５２が設置され、遅波路形成体５２の表面に多数のスロット穴（図７においては図示を省略する）を有する導体からなるスロット板５３が固定されている。また、導体５１の裏面には、同軸導波管変換器５４（符号５７は同軸線）、導波管５５が設置され、マイクロ波がこれら導波管５５、同軸導波管変換器５４を経て導体５１の裏面側からスロット板５３に給電される構成となっている。スロット板５３は、例えば板厚０．３ｍｍ程度の薄い銅板からなり、導体５１の周縁部にネジ５６により固定されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ラジアルラインスロットアンテナの構造に関して重要なことは、スロット板が遅波路形成体の表面に隙間なく密着していることである。仮にスロット板と遅波路形成体との間に隙間が生じていると、その部分でマイクロ波の表皮効果による表面波が生じ、マイクロ波の放射効率が著しく低下するからである。しかしながら、上記従来のラジアルラインスロットアンテナの構造によれば、スロット板は周縁部でネジ止めされているだけであるから、スロット板が自重によって撓んだり、マイクロ波電力の給電によりスロット板が加熱された際に熱膨張によって撓み、スロット板と遅波路形成体との間に隙間が生じることがある。すると、マイクロ波の放射効率が大きく低下し、かつ、放射の均一性が著しく悪化するという問題を抱えていた。
【０００５】
被処理基板の大型化に伴ってラジアルラインスロットアンテナが大口径になると、スロット板を内部の遅波路形成体に密着させておくことが構造的にますます難しくなるため、この問題点がますます顕著になる恐れがあった。したがって、被処理基板が大型化する程、スロット板と遅波路形成体との密着性が悪くなるので、成膜速度が低下したり、基板面内での膜厚バラツキが大きくなる等の問題が発生しやすくなっていた。
以上、プラズマＣＶＤ装置の場合を例に挙げて説明したが、マイクロ波プラズマエッチング装置等、他のプラズマ処理装置でも同様の問題を抱えていた。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、ラジアルラインスロットアンテナを構成するスロット体と遅波路形成体との密着性を向上させることによりマイクロ波の放射効率向上、均一性向上が図れ、被処理基板の大口径化、処理の高速化に好適なプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明のプラズマ処理装置は、プラズマを励起させるマイクロ波をチャンバー内に放射するスロットアンテナを具備し、このスロットアンテナが、マイクロ波放射用のスロットを多数有するスロット体と、プラズマ形成空間側と反対側の前記スロット体表面に設けられた誘電体からなるマイクロ波の遅波路形成体と、プラズマ形成空間側の前記スロット体表面に設けられ前記遅波路形成体と協働して前記スロット体を挟持してマイクロ波を透過させる誘電体からなる押さえ体とからなることを特徴とするものである。
【０００８】
すなわち、本発明のプラズマ処理装置においては、スロット体を遅波路形成体と押さえ体との間に挟み込んだ構造のスロットアンテナを用いることによって、スロット体を遅波路形成体に隙間なく密着させることができる。その結果、マイクロ波の放射効率向上、均一性向上を図ることができ、被処理基板の大口径化、処理の高速化に好適なプラズマ処理装置を実現することが可能となる。ただし、スロット体に対して押さえ体はチャンバー内のプラズマ形成空間側に配置されるため、マイクロ波を透過させる性質を持つ誘電体で形成する必要がある。また、誘電率、誘電損失が小さく、かつ、強度の高い材料を用いることが望ましい。一例として、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等の材料が挙げられる。
【０００９】
ところで、前記スロット体に設けられたマイクロ波放射用のスロットとは、溝状の有底穴のことであり、一般のスロットアンテナでは穴の内部は空間である。しかしながら、本発明においては、空間であってもよいし、各スロット内部に、遅波路形成体の誘電率と押さえ体の誘電率との間の値の誘電率を有する誘電体を充填した構造としてもよい。スロット内部に上記のような誘電率を持つ誘電体を充填した場合には、スロットの部分における遅波路形成体とスロット体との界面、およびスロット体と押さえ体との界面での誘電率差が小さくなるため、誘電損失を小さく抑えることができ、スロット内が空間のものに比べてより放射効率の高いスロットアンテナが得られる。
【００１０】
スロット内部に誘電体を充填する場合、その誘電体をスロット体をなす母材の陽極酸化により形成することができる。その場合、母材の両面のスロットとなる領域以外の領域にマスク材を付着させた状態で陽極酸化を行えばよい。すると、マスク材が付着していない部分、すなわちスロットとなる領域のみで上記母材表面から陽極酸化が進行し、スロット内部が母材の酸化物である誘電体で充填された状態となる。
さらに、上記母材表面と反対側の面、すなわちスロット体の遅波路形成体に接する側の表面に、スロット体をなす母材の陽極酸化により誘電体層を形成してもよい。その場合、母材の遅波路形成体側にあたる面にはマスク材を付着させずに全面陽極酸化を行えばよい。
【００１１】
このように、陽極酸化という手法を用いることによって、スロット内部に誘電体を充填したり、スロット体の遅波路形成体側の面に誘電体層を形成する構造を容易に実現することができる。上述したように、スロットアンテナの特性向上のためにはスロット体の導体部分と遅波路形成体との密着性が重要であるが、スロット体の遅波路形成体側の面に陽極酸化による誘電体層を形成する場合には、スロット体の導体部分と誘電体層とはもともと一体の母材であるから、密着性が良いのは当然である。したがって、マイクロ波の放射効率が高く、放射均一性にも優れたスロットアンテナを得ることができる。
【００１２】
なお、スロットアンテナの母材としては、銅やアルミニウム等の金属を使用することができるが、陽極酸化を行う場合には、銅を使用することはできず、アルミニウムを使用することが望ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態を図１ないし図３を参照して説明する。
図１は本実施の形態のプラズマＣＶＤ装置１（プラズマ処理装置）の全体構成を示す図である。このプラズマＣＶＤ装置１は、マイクロ波を放射するラジアルラインスロットアンテナを備えたマイクロ波プラズマ励起方式の装置である。
【００１６】
図１に示すように、チャンバー２の上部にラジアルラインスロットアンテナ３が設置されており、これと対向するようにチャンバー２の下部には被処理基板４を支持するためのサセプタ５が設置されている。したがって、被処理基板４の上方がプラズマ形成空間６となり、ラジアルラインスロットアンテナ３からこのプラズマ形成空間６に向けてマイクロ波が放射されるようになっている。ラジアルラインスロットアンテナ３の表面にはマイクロ波放射用の多数のスロット穴（図１においては図示を省略する）が設けられ、マイクロ波発生システム７で生成された２．４５ＧＨｚのマイクロ波が導波管８、同軸導波管変換器９を経てアンテナ３の裏面側から給電される構成となっている。
【００１７】
図２はラジアルラインスロットアンテナ３の部分の構成を示す断面図である。図２に示すように、円板状の導体１０の下面に例えばＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３等の誘電体材料からなるマイクロ波の遅波路形成体１１が固定され、遅波路形成体１１の下面には、多数のスロット穴１３を有するアルミニウム等の金属板からなるスロット体１２が配置されている。さらに、スロット体１２の下面に、マイクロ波を透過させる性質を持つ、例えばＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３等の誘電体からなる押さえ体１４が固定されている。押さえ体１４はその周縁部でネジ１５により導体１０に固定されており、したがって、スロット体１２は遅波路形成体１１と押さえ体１４とをなす２枚の誘電体板の間に挟持された状態で固定されている。
【００１８】
また、ラジアルラインスロットアンテナ３のスロット穴１３の平面的な配置は図３に示す通りであり、一対のスロット穴１３が同心円状に多数配置されており、マイクロ波はこれらスロット穴１３から空間に放射される。なお、図３中の符号１６はネジ孔である。さらに、ラジアルラインスロットアンテナ３の導体１０には、マイクロ波給電による加熱を防止するための冷却水を流す冷却管（図示略）が挿通されている。
【００１９】
図１に示すように、チャンバー２上部の周縁部にガス導入ポート１７が設けられており、反応ガス供給源（図示略）から供給される反応ガスが配管１８を通してチャンバー２内のプラズマ形成空間６に供給されるようになっている。一方、チャンバー２の下部には排気口１９が設けられ、排気口１９に接続された真空ポンプ等の真空排気源（図示略）によりチャンバー２内が減圧されるようになっている。また、チャンバー２の側方には、チャンバー２内を大気に開放することなく被処理基板４の搬出入を行うためのロードロック室２０が設けられている。
【００２０】
上記構成のプラズマＣＶＤ装置１においては、ガス導入ポート１７から成膜に必要な反応ガス、例えばＳｉＨ４、ＰＨ３等のガスがチャンバー２内に供給される。そして、ラジアルラインスロットアンテナ３から放射された２．４５ＧＨｚのマイクロ波によってプラズマ形成空間６においてプラズマが発生し、反応ガスが解離して生じたラジカルが基板表面で化学反応を起こすことによってＳｉ膜等の所望の膜が形成される。
【００２１】
本実施の形態のプラズマＣＶＤ装置１によれば、ラジアルラインスロットアンテナ３のスロット体１２が遅波路形成体１１と押さえ体１４との間に挟み込まれた構造となっているため、構造的に、さらにはマイクロ波電力の供給によりスロット体１２が加熱、膨張した状態においても、スロット体１２を遅波路形成体１１に隙間なく密着させることができる。したがって、このプラズマＣＶＤ装置１においては、マイクロ波の放射効率向上、均一性向上が図れることにより、大きな電力給電に対しても長時間安定して高密度で均一性の高いプラズマを形成することができる。その結果、被処理基板の大口径化、処理の高速化に適したプラズマＣＶＤ装置を実現することが可能となる。
【００２２】
［第２の実施の形態］
以下、本発明の第２の実施の形態を図４を参照して説明する。
本実施の形態も第１の実施の形態と同様、押さえ体を備えたマイクロ波プラズマＣＶＤ装置の例であり、本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点はラジアルラインスロットアンテナのスロット穴の部分の構成のみである。したがって、プラズマＣＶＤ装置の全体構成についての説明は省略し、図４を用いてスロット体の構成のみについて説明する。
【００２３】
図４に示すように、本実施の形態のスロット体２５は、スロット２６の内部が誘電体２９で埋め込まれている。この誘電体２９は、遅波路形成体２４の誘電率と押さえ体２７の誘電率との間の値の誘電率を有するものであり、スロット２６を形成した後で穴の内部に埋め込むことによって形成できる。また、スロット体２５を構成する母材の陽極酸化によっても形成することができる。すなわち、母材として板厚が数百μｍ程度のアルミニウム板を使用し、アルミニウム板の両面のスロットとなる領域以外の領域にマスク材を付着させた状態で陽極酸化を行なう。すると、マスク材が付着していない部分、すなわちスロットとなる領域のみでアルミニウム板表面から陽極酸化が進行し、スロット内部が母材の酸化物であるアルミニウム酸化物で充填された状態となる。
【００２４】
本実施の形態のラジアルラインスロットアンテナ２２においては、スロット体２５のスロット２６の内部に遅波路形成体２４の誘電率と押さえ体２７の誘電率との間の値の誘電率を持つ誘電体２９が充填されているため、スロット２６の部分における遅波路形成体２４とスロット体２５との界面、およびスロット体２５と押さえ体２７との界面での誘電率の差が小さくなる。したがって、誘電損失を小さく抑えることができることから、スロット内が空間のものに比べてより放射効率の高いスロットアンテナが得られ、高効率のプラズマＣＶＤ装置を得ることができる。
【００２５】
［第３の実施の形態］
以下、本発明の第３の実施の形態を図５を参照して説明する。
本実施の形態も第２の実施の形態と同様、押さえ体を備えたマイクロ波プラズマＣＶＤ装置の例であり、本実施の形態が第１、第２の実施の形態と異なる点はスロット体の部分の構成のみである。以下、図５を用いてスロット体の構成のみを説明する。
【００２６】
図５に示すように、本実施の形態のスロット体３４は、母材が板厚数百μｍ程度のアルミニウム板からなり、スロット３５の内部が酸化アルミニウム３８（誘電体）で埋め込まれるとともに、遅波路形成体３３に接する側の面に酸化アルミニウム層３９（誘電体層）が形成されている。この酸化アルミニウム層３９とスロット３５内に埋め込まれた酸化アルミニウム３８とは一体のものである。この酸化アルミニウム層３９を形成するためには、アルミニウム板の一方の面に、第２の実施の形態と同様、スロット３５となる領域以外の領域にマスク材を付着させ、他方の面にはマスク材を付着させない状態で陽極酸化を行う。マスク材を付着させた面側からはスロット３５となる領域のみで陽極酸化が進行する一方、マスク材を付着させていない面側からは全面で陽極酸化が進行する。このようにして、本実施の形態のスロット体３４を作製することができる。
【００２７】
上述したように、スロットアンテナの放射効率向上、放射均一性向上のためにはスロット体の導体部分と遅波路形成体との密着性が重要である。そこで、本実施の形態の構造においては、スロット体３４の遅波路形成体３３に接する側の面に酸化アルミニウムからなる誘電体層３９が形成されているため、この誘電体層３９が遅波路の一部をなすことになる。すると、本実施の形態の場合、スロット体３４の導体部分と酸化アルミニウム誘電体層３９とはもともと一体のアルミニウム材であるから、密着性が良いのは当然であり、マイクロ波の放射効率が高く、放射均一性にも優れたスロットアンテナを得ることができる。また、このように特性面に優れたアンテナの構造を陽極酸化という周知の技術を用いて容易に形成することができる。
【００２８】
［第４の実施の形態］
以下、本発明の第４の実施の形態を図６を参照して説明する。
本実施の形態は、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置のラジアルラインスロットアンテナに板厚の厚いスロット体を用いた例である。装置の全体構成は第１ないし第３の実施の形態と共通であるため説明を省略し、以下、図６を用いてスロット体の構成のみを説明する。
【００２９】
図６に示すように、本実施の形態のラジアルラインスロットアンテナ４１は、第１ないし第３の実施の形態のように薄いスロット体を押さえ体で挟んで支持するのではなく、スロット体４４自体の板厚を充分に厚くしたものである。すなわち、本実施の形態では、円板状の導体４２の下面に誘電体からなる遅波路形成体４３が固定され、遅波路形成体４３の下面には多数のスロット穴４５が設けられたスロット体４４がネジ１５により固定されている。スロット体４４は、その周縁部でネジ止めされた時に自身が撓まないだけの板厚とされており、具体的にはアルミニウム材を用いた場合、板厚１ｍｍ程度である。０．５ないし０．６ｍｍ程度になると撓む恐れがある。
【００３０】
図６に示すように、スロット体４４に設けた各スロット穴４５の断面形状は、スロット体４４の遅波路形成体４３に接する表面から他方側に向けて広がるテーパ状の穴となっている。これは、スロット体４４にスロット穴４５を形成する際に、アルミニウム材のエッチング処理等を用いてスロット穴４５を形成する方法を採用すると、等方性エッチングにより自ずとテーパ状の穴が形成される。
【００３１】
本実施の形態のラジアルラインスロットアンテナ４１では、スロット体４４の板厚が、従来のスロット体に比べて厚く、スロット体４４自身が撓まないだけの板厚とされているため、スロット体４４と遅波路形成体４３との間に隙間が生じることはない。その結果、マイクロ波の放射効率向上、均一性向上が図れることで高密度で均一性の高いプラズマを得ることができ、高効率のプラズマＣＶＤ装置が得られる、といった第１ないし第３の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【００３２】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば押さえ体を使用するものにおいては、押さえ体の固定手段には周縁部をネジ止めする他、周縁部を固定用リングを用いて押さえる等、種々の固定手段を採ることができる。また、上記実施の形態ではマイクロ波プラズマＣＶＤ装置を例に挙げて説明したが、その他、マイクロ波プラズマエッチング装置等の各種プラズマ処理装置に適用することが可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明のプラズマ処理装置によれば、押さえ体を用いてスロット体を遅波路形成体との間で挟持するか、またはスロット体自身を撓まないだけの板厚にすることによってスロット体を遅波路形成体に隙間なく密着させることができる。したがって、本プラズマ処理装置においては、マイクロ波の放射効率向上、均一性向上が図れることにより、大きな電力給電に対しても長時間安定して高密度で均一性の高いプラズマを形成することができる。その結果、被処理基板の大口径化、処理の高速化に適したプラズマ処理装置を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態であるプラズマＣＶＤ装置の全体構成を示す断面図である。
【図２】同、装置のラジアルラインスロットアンテナの構成を示す断面図である。
【図３】同、ラジアルラインスロットアンテナの平面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態であるプラズマＣＶＤ装置におけるラジアルラインスロットアンテナの構成を示す拡大断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態であるプラズマＣＶＤ装置におけるラジアルラインスロットアンテナの構成を示す拡大断面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態であるプラズマＣＶＤ装置におけるラジアルラインスロットアンテナの構成を示す拡大断面図である。
【図７】従来のプラズマ処理装置のラジアルラインスロットアンテナの構成を示す斜視断面図である。
【符号の説明】
１  プラズマＣＶＤ装置（プラズマ処理装置）
２  チャンバー
３，２２，３１，４１  ラジアルラインスロットアンテナ
６  プラズマ形成空間
１０，２３，３２，４２  導体
１１，２４，３３，４３  遅波路形成体
１２，２５，３４，４４  スロット体
１３，２６，３５，４５  スロット（穴）
１４，２７，３６  押さえ体
２９，３８  （スロット内部に充填した）誘電体
３９  酸化アルミニウム層（誘電体層）
【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】
0003549739.tif 000007
【図７】
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