(57)【要約】  スロット板（４ａ）近傍に間隙が生じるのを防止でき、マイクロ波の伝送経路の変形を抑制し、プラズマ密度の均一性を保つことのできるプラズマ発生装置（１００）およびプラズマ処理装置（１）を提供する。  プラズマ発生装置（１００）において、各構成部材は、天板（３）側から、天板（３）、弾性部材（２１）、スロット板（４ａ）、遅波板（４ｂ）、冷却ジャケット（７）、の順で隣接するように備えられる。スロット板（４ａ）は、アダプタ（２０）によって面方向に変形可能に支持されており、かつ、天板（３）に支持された弾性部材（２１）によって、遅波板（４ｂ）に密着する方向に付勢されている。スロット板（４ａ）は等方的に熱膨張することができ、スロット板（４ａ）の変形によるマイクロ波の伝送経路の変形が抑制される。また、処理容器（２）内が減圧されても、スロット板（４ａ）と遅波板（４ｂ）との間の密着性が保たれる。プラズマ発生条件を所定の条件に制御することが容易となり、プラズマ密度の均一性が保たれる。
2010016414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマを発生させるためのマイクロ波を導く導波部と、
前記導波部を通じて導入された前記マイクロ波を放射するための複数のスロットを有するスロット板と、
前記導波部と前記スロット板との間に配置され、前記導波部を通じて導入された前記マイクロ波の波長を圧縮して前記スロット板に導く遅波板と、
誘電体材料から形成され、前記スロットから放射された前記マイクロ波を透過させる誘電体窓と、
前記スロット板と前記誘電体窓との間に配置された弾性部材と、
を備え、
前記スロット板はその面方向に変形可能に支持され、
前記弾性部材は、前記誘電体窓に支持されて、前記スロット板を前記遅波板に密着させる方向に付勢する、
マイクロ波プラズマ発生装置。
【請求項２】
前記弾性部材は、シート状である、
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発生装置。
【請求項３】
前記弾性部材を２以上備え、
前記誘電体窓は、その前記スロット板側の面に、前記２以上の弾性部材のそれぞれを保持するための凹部を有する、
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発生装置。
【請求項４】
前記弾性部材は、環状弾性部材であって、
前記凹部は、前記環状弾性部材を保持するための溝である、
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発生装置。
【請求項５】
前記弾性部材は、前記スロット板のスロットの開口部を覆わないように配置されている、
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発生装置。
【請求項６】
マイクロ波プラズマ発生装置と、
その内部においてプラズマ処理が行われる処理容器と、
マイクロ波を出力し導波部へ供給するマイクロ波源と、
を備え、マイクロ波を用いて発生されたプラズマにより被処理体をプラズマ処理するマイクロ波プラズマ処理装置であって、
前記マイクロ波プラズマ発生装置は、
プラズマを発生させるためのマイクロ波を導く導波部と、
前記導波部を通じて導入された前記マイクロ波を放射するための複数のスロットを有するスロット板と、
前記導波部と前記スロット板との間に配置され、前記導波部を通じて導入された前記マイクロ波の波長を圧縮して前記スロット板に導く遅波板と、
誘電体材料から形成され、前記スロットから放射された前記マイクロ波を透過させる誘電体窓と、
前記スロット板と前記誘電体窓との間に配置された弾性部材と、
を備え、
前記スロット板はその面方向に変形可能に支持され、
前記弾性部材は、前記誘電体窓に支持されて、前記スロット板を前記遅波板に密着させる方向に付勢する、
ことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波プラズマ発生装置およびマイクロ波プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の製造プロセスでは、薄膜の成膜又はエッチング等を目的としたプラズマ処理が広く行われている。高性能かつ高機能な半導体を得るためには、被処理基板の被処理面全面に対して均一なプラズマ処理を行う必要がある。均一なプラズマ処理を行うためには、清浄度の高い空間内で、プラズマを均一に発生させる必要がある。この要求は、基板の大径化及び半導体製品の微細化に伴いますます強まっている。【０００３】
プラズマ処理におけるプラズマ発生手段として、マイクロ波を用いる方法が知られている。この方法では、マイクロ波放電によってプラズマ処理容器内の気体を電離させ、プラズマを発生させる。プラズマ処理容器に、マイクロ波を透過させる誘電体材料で形成された窓（以下、誘電体窓と呼称する。）を設けることで、プラズマ処理容器の外部に設置されたアンテナから容器内へマイクロ波を照射することが可能になる。この結果、プラズマ処理容器内に放電電極を設ける必要がなくなり、処理装置内の清浄度が高く保たれる。この方法は、比較的低温でも高密度のプラズマを形成できるという特徴を有しており、生産性やエネルギー効率の点でも優れている。【０００４】
プラズマ処理容器内にマイクロ波を照射するためのアンテナとして、ＲＬＳＡ(Radial Line Slot Antenna)が広く用いられている。一般に、ＲＬＳＡは、同軸導波管、冷却ジャケット、遅波板、及びスロット板を備える。スロット板は遅波板の下面に隣接して配置されている。スロット板には、マイクロ波の放出口としての複数のスロットが点対称に配列されている。マイクロ波供給源から供給されたマイクロ波は、同軸導波管内を伝播し、遅波板に到達し、定在波を形成する。定在波を形成したマイクロ波の一部は、スロット板に配列されている複数のスロットから出て、誘電体窓に向け均一に照射される。照射されたマイクロ波は誘電体窓を透過し、処理容器内に到達する。処理容器内に到達したマイクロ波は、処理容器内の気体を電離させ、プラズマを発生させる。【０００５】
したがって、プラズマを均一に発生させるためには、プラズマ処理容器内においてマイクロ波の分布が均一化されている必要がある。そのためには、少なくとも、誘電体窓に照射されるマイクロ波の分布の均一性が保たれていることと、照射されたマイクロ波がプラズマ処理容器内に均一に伝達されることが必要である。【０００６】
特許文献１には、これらのうち後者の課題を解決するための構成が開示されている。特許文献１において開示されているプラズマ処理装置は、径方向の厚さがテーパ状に連続的に変化する天板（誘電体窓）を有している。この天板は、様々なプラズマ処理条件において、照射されたマイクロ波に共振を起こさせることができる。共振を起こしたマイクロ波は天板の周縁部にまで均一に分布し、処理容器内に伝達される。このようにして、様々なプラズマ処理条件において、処理容器内にプラズマを均一に発生させることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１００９３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一方、もう一つの課題である、誘電体窓に照射されるマイクロ波の分布の均一性を保つことについては、特許文献１は開示していない。【０００９】
誘電体窓に照射されるマイクロ波の分布の均一性を損なう要因の一つに、スロット板の変形がある。ＲＬＳＡのスロット板は銅（Ｃｕ）などの金属で形成されている。これに対し、遅波板や誘電体窓はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの誘電体で形成されている。銅（Ｃｕ）の熱膨張率は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）よりも大きい。このため、プラズマ処理中にプラズマ処理装置の温度が上昇すると、スロット板は誘電体窓や遅波板に比べて大きく熱膨張する。【００１０】
通常、スロット板は遅波板と誘電体窓とに挟まれる形で配置される。スロット板の熱膨張率は、誘電体窓や遅波板の熱膨張率に比べて大きい。もしスロット板がその周縁部において、ねじ等によって遅波板又は誘電体窓に固定されていると、スロット板は等方的に膨張することができず、温度が上昇するに従って遅波板と誘電体窓との間を押し広げるように変形する。スロット板が変形すると、マイクロ波の伝送経路が変形したり、スロット板に形成されているスロットの配列の対称性が損なわれたりする。この結果、誘電体窓に照射されるマイクロ波の分布の均一性が損なわれる。【００１１】
誘電体窓に照射されるマイクロ波の分布の均一性を損なう他の要因として、スロット板と他部材との間における間隙の発生がある。プラズマ処理を行う際、プラズマ処理容器の内部は減圧される。処理容器外部と内部との間の圧力差により、誘電体窓は処理容器に押しつけられる。この結果、例えばスロット板と遅波板との間において間隙が発生することがある。間隙が発生すると、マイクロ波の伝送経路が変形し、誘電体窓に照射されるマイクロ波の分布の均一性が損なわれる。【００１２】
また、遅波板とスロット板との間、又は遅波板と冷却ジャケットとの間の間隙が拡大すると、マイクロ波の伝播によって両者の間に電位差が生じ、耐電圧の低い部分に異常放電が発生するおそれもある。【００１３】
さらに、スロット板の変形や間隙の発生は、プラズマ処理装置の温度制御を困難にする。通常、プラズマ処理装置のアンテナは、隣接して配置された冷却ジャケットによって冷却されている。誘電体窓も、アンテナを介して冷却ジャケットによって冷却されている。スロット板の変形や間隙の発生によって、冷却ジャケットとアンテナとの密着性は低下する。この結果、アンテナや誘電体窓の温度分布に偏りが生じる場合がある。温度分布の偏りは、処理容器内のプラズマ密度を不均一化させ、均一なプラズマ処理を妨げる。【００１４】
本発明の目的は、スロット板と他部材との間に間隙が生じることを防ぎ、スロット板の変形を抑制し、処理容器内のプラズマ密度の不均一化を防ぐことのできるマイクロ波プラズマ発生装置およびマイクロ波プラズマ処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係るマイクロ波プラズマ発生装置は、
プラズマを発生させるためのマイクロ波を導く導波部と、
前記導波部を通じて導入された前記マイクロ波を放射するための複数のスロットを有するスロット板と、
前記導波部と前記スロット板との間に配置され、前記導波部を通じて導入された前記マイクロ波の波長を圧縮して前記スロット板に導く遅波板と、
誘電体材料から形成され、前記スロットから放射された前記マイクロ波を透過させる誘電体窓と、
前記スロット板と前記誘電体窓との間に配置された弾性部材と、
を備え、
前記スロット板はその面方向に変形可能に支持され、
前記弾性部材は、前記誘電体窓に支持されて、前記スロット板を前記遅波板に密着させる方向に付勢する。【００１６】
好ましくは、前記弾性部材は、シート状である。【００１７】
好ましくは、本発明のマイクロ波プラズマ発生装置は、
前記弾性部材を２以上備え、
前記誘電体窓は、その前記スロット板側の面に、前記２以上の弾性部材のそれぞれを保持するための凹部を有する。【００１８】
さらに好ましくは、
前記弾性部材は、環状弾性部材であって、
前記凹部は、前記環状弾性部材を保持するための溝である。【００１９】
好ましくは、前記弾性部材は、前記スロット板のスロットの開口部を被わないように配置されている。【００２０】
本発明の第２の観点に係るマイクロ波プラズマ処理装置は、
マイクロ波プラズマ発生装置と、
その内部においてプラズマ処理が行われる処理容器と、
マイクロ波を出力し導波部へ供給するマイクロ波源と、
を備え、マイクロ波を用いて発生されたプラズマにより被処理体をプラズマ処理するマイクロ波プラズマ処理装置であって、
前記マイクロ波プラズマ発生装置は、
プラズマを発生させるためのマイクロ波を導く導波部と、
前記導波部を通じて導入された前記マイクロ波を放射するための複数のスロットを有するスロット板と、
前記導波部と前記スロット板との間に配置され、前記導波部を通じて導入された前記マイクロ波の波長を圧縮して前記スロット板に導く遅波板と、
誘電体材料から形成され、前記スロットから放射された前記マイクロ波を透過させる誘電体窓と、
前記スロット板と前記誘電体窓との間に配置された弾性部材と、
を備え、
前記スロット板はその面方向に変形可能に支持され、
前記弾性部材は、前記誘電体窓に支持されて、前記スロット板を前記遅波板に密着させる方向に付勢する、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のマイクロ波プラズマ発生装置およびマイクロ波プラズマ処理装置によれば、スロット板と他部材との間に間隙が生じることを防ぎ、スロット板の変形を抑制し、処理容器内のプラズマ密度の不均一化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るプラズマ処理装置の断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るプラズマ処理装置に備えられたスロット板の一例であって、スロット板を遅波板側から見た状態を示す平面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るプラズマ処理装置に備えられたプラズマ発生装置の断面を拡大して示した概略図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の変形例に係るプラズマ処理装置において、弾性部材とスロット板との関係を示した平面図であって、スロット板を天板側から見た図を示す。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るプラズマ処理装置において、弾性部材とスロット板との関係を示した平面図であって、スロット板を天板側から見た図を示す。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るプラズマ処理装置に備えられたプラズマ発生装置の断面を拡大して示した概略図である。
【図７Ａ】本発明の第２の実施形態の一の変形例に係るプラズマ処理装置において、弾性部材とスロット板の関係を示した平面図であって、スロット板を天板側から見た図を示す。
【図７Ｂ】本発明の第２の実施形態の他の変形例に係るプラズマ処理装置において、弾性部材とスロット板の関係を示した平面図であって、スロット板を天板側から見た図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当する部分には同一符号を付す。
【００２４】
（第１の実施形態）
図１に示すように、プラズマ処理装置１は、処理容器（チャンバ）２、天板（誘電体窓）３、アンテナ４、導波管５、マイクロ波源６、冷却ジャケット７、基板保持台８、真空ポンプ９、高周波電源１０、ガス通路１１、を備えている。アンテナ４はスロット板４ａと、遅波板（誘電体板）４ｂと、を備えている。
【００２５】
ここで、図３に示すように、スロット板４ａと、天板３との間には、コネクタ２０及び弾性部材２１とが配置されている（発明の理解を容易にするため、図１ではコネクタ２０及び弾性部材２１は省略されている）。すなわち、天板３側からみると、天板３、コネクタ２０及び弾性部材２１、スロット板４ａ、遅波板４ｂ、冷却ジャケット７、が順番に隣接して配置されている。
【００２６】
処理容器２は、天板３で封止されることにより内部が減圧可能に構成されている。処理容器２には、処理容器２内にガスを導入するためのガス通路１１が設けられている。処理容器２の底部には、被処理基板Ｗを保持するための基板保持台８が組み付けられている。
【００２７】
天板３は、例えばＡｌ２Ｏ３等の誘電体材料で形成されている。天板３は、アンテナ４から照射されたマイクロ波を、処理容器２内に透過させる。また、天板３は、処理容器２の開口部を気密に密閉する蓋としての役割も有する。
【００２８】
アンテナ４はスロット板４ａと、誘電体からなる遅波板４ｂとを備える。アンテナ４は、導波管５を通じて導入されたマイクロ波を天板３に均一に照射する役割を有する。
【００２９】
スロット板４ａは、例えば銅（Ｃｕ）等の金属で形成されている。スロット板４ａの厚みは、約０．４ｍｍである。スロット板の直径は、プラズマ処理装置の大きさによって異なる。例えば、直径３００ｍｍの被処理基板Ｗをプラズマ処理するプラズマ処理装置１の場合、スロット板４ａは約４００ｍｍの直径を有している。スロット板４ａは、アンテナ４の開口部を覆う形状を有する。図２に示すように、スロット板４ａには、多数のスロット４１、４２が形成されている。スロット４１、４２は、スロット板４ａの中心点を基準として点対称かつ同心円状に配列されている。また、スロット４１と４２とは、互いに直交するように配列されている。
【００３０】
遅波板４ｂは、例えばＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３等の誘電体材料で形成されている。遅波板４ｂの厚みは約４ｍｍである。遅波板４ｂは、冷却ジャケット７とスロット板４ａとの間に配置されている。遅波板４ｂは、導波管５を通じて供給されたマイクロ波の波長を圧縮する役割を有する。
【００３１】
コネクタ２０は、天板３に支持され、スロット板４ａをその周縁部において、固定することなく支持している。言い換えれば、スロット板４ａはコネクタ２０によって、面方向に変形可能に支持されている。
【００３２】
弾性部材２１は、図２に破線で示されているように、円形のシート状に形成されている。弾性部材２１の直径は、スロット板４ａの直径よりもやや小さい。弾性部材２１は、図３に示すように、天板３と、スロット板４ａとの間に配置されている。弾性部材２１は弾性を有しており、天板３に支持されて、スロット板４ａを遅波板４ｂに密着する方向に付勢する。弾性部材２１は、スロット板４ａのスロット４１、４２の開口部を覆っている。このため、好ましくは、弾性部材２１は、マイクロ波の伝播に影響を及ぼさないよう、例えばフッ素樹脂シート等の誘電損失が小さい材質で形成されている。
【００３３】
導波管５は、図１に示すように、外側導体５ａ及び内側導体５ｂからなる軸管と、軸管の上部に配置された矩形導波部５ｃとを備える。内側導体５ｂは、スロット板４ａに結合されている。
【００３４】
マイクロ波源６は、導波管５を通じてアンテナ４にマイクロ波を供給する役割を有する。
【００３５】
冷却ジャケット７は、必要に応じてアンテナ４を冷却し、アンテナ４の過熱を防ぐ役割を有する。また、冷却ジャケット７は、必要に応じてアンテナ４を介して天板３を冷却し、天板３の過熱を防ぐ役割も有する。
【００３６】
ここで、プラズマ処理装置１の動作について説明する。マイクロ波は、マイクロ波源６から、導波管５を通じてアンテナ４に供給される。遅波板４ｂは、供給されたマイクロ波の波長を圧縮する。波長を圧縮されたマイクロ波は、プラズマ処理装置１の径方向に広がり、スロット板４ａのスロット４１、４２を通じて天板３へ照射される。このとき、マイクロ波は円偏波を形成している。天板３に照射されたマイクロ波は、天板３を透過し、処理容器２の内部に到達する。
【００３７】
プラズマ処理が行われる間、処理容器２内は真空ポンプ９によって減圧されている。処理容器２内には、例えばアルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）等のガスが供給されている。マイクロ波が処理容器２の内部に到達すると、マイクロ波放電によってガス分子の電離が起き、プラズマが発生する。ここで、成膜用ガスが処理容器２内に供給されると、成膜用ガスの分子は電離し、基板保持台８上に固定された被処理基板Ｗ上で膜を形成する。このようにして、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等のプラズマ処理が行われる。
【００３８】
プラズマ処理が行われる際、処理容器２の外部と内部の圧力差によって、天板３は処理容器２へと押しつけられている。ここで、スロット板４ａは、天板３に支持された弾性部材２１が有する復元力によって、遅波板４ｂと密着する方向へ付勢されている。このため、天板３が圧力差によって処理容器２の方向に変位しても、弾性部材２１が有する復元力によってスロット板４ａと、遅波板４ｂとの密着性は保たれ、マイクロ波の伝送経路の変形が防がれる。この結果、天板３に照射されるマイクロ波の分布の均一性が保たれ、処理容器２内にプラズマを均一に発生させることが可能となる。また、スロット板４ａと、遅波板４ｂと、冷却ジャケット７との密着性も保たれる結果、アンテナ４及び天板３の冷却効率が維持され、プラズマ処理装置１の温度分布を適切に制御することが容易となる。さらに、間隙の拡大によって起こり得る各部材間の異常放電も防がれる。
【００３９】
また、プラズマ処理時にはプラズマ処理装置１に熱が蓄積し、天板３、アンテナ４も高温となる。スロット板４ａは銅（Ｃｕ）等の金属で形成されているため、その熱膨張率は大きい。これに対して、天板３及び遅波板４ｂはＡｌ２Ｏ３等の誘電体材料で形成されているため、その熱膨張率はスロット板４ａに比べて小さい。もしスロット板４ａがその周縁部において、ねじ等によって天板３や遅波板４ｂに固定されていると、天板３と遅波板４ｂとの間に配置されたスロット板４ａは等方的に膨張することができず、温度が上昇するに従って天板３と遅波板４ｂとの間を押し広げるように変形する。この結果、マイクロ波の伝送経路が変形したり、スロット板４ａに形成されたスロット４１及び４２の配列の対称性が損なわれたりする。この結果、天板３に照射されるマイクロ波の分布の均一性が損なわれる。
【００４０】
ここで、プラズマ処理装置１において、スロット板４ａは、コネクタ２０によって面方向に変形可能に支持されている。このためスロット板４ａは等方的に膨張することが可能であり、スロット４１及び４２の配列の対称性が保たれる。このようにして、天板３に照射されるマイクロ波の分布の均一性が保たれる。
【００４１】
また、プラズマ処理装置１においては、マイクロ波を天板３に導入する部分（すなわち導波管５直下に近い部分の天板３の中心部）の温度に比べ、天板３の周縁部の温度が低くなる傾向がある。天板３の影響を受け、スロット板４ａにも温度勾配が生じる。スロット板４ａは熱膨張率が大きく、かつ０．４ｍｍと薄く形成されているため、このような温度勾配は、スロット板４ａの反り変形の原因となる。スロット板４ａの反り変形が起きると、スロット４１及び４２の配列の対称性が損なわれ、その結果、天板３に照射されるマイクロ波の分布の均一性が損なわれる。
【００４２】
ここで、プラズマ処理装置１においては、スロット板４ａは弾性部材２１によって付勢され、遅波板４ｂに密着している。先に述べたように、天板３及び遅波板４ｂの熱膨張率は、スロット板４ａの熱膨張率に比べて小さい。このため、天板３及び遅波板４ｂは、スロット板４ａに比べて熱による変形が起きにくい。熱による変形が起きにくい遅波板４ｂと密着していることにより、スロット板４ａの反り変形は抑制される。スロット板４ａの反り変形が抑制される結果、スロット４１及び４２の配列の対称性が保たれ、天板３に照射されるマイクロ波の分布の均一性が保たれる。
【００４３】
（第１の実施形態の変形例）
次に、本発明の第１の実施形態の変形例について、図面を参照しながら説明する。本変形例において、プラズマ処理装置１は図１に示すものと同じであり、スロット板４ａは図２に示すものと同じである。第１の実施形態との違いは、弾性部材２１の代わりに、シート状弾性部材２２が用いられている点である。
【００４４】
図４に示すように、シート状弾性部材２２には、複数の孔２２ａが形成されている。
孔２２ａは、スロット板４ａに形成されたスロット４１、４２の位置に合わせ、点対称に配列されている。すなわち、シート状弾性部材２２はスロット４１、４２を被わないため、マイクロ波の伝播に影響を与えない。このため、シート状弾性部材２２に用いられる材質は、誘電損失が小さい材質に限定されない。シート状弾性部材２２としては、例えば、フッ素樹脂シートが好適に用いられる。また、スロット４１、４２はスロット板４ａに点対称に設けられており、また、弾性部材２２の孔２２ａはスロット４１、４２の位置に合わせて点対称に配列されているため、孔２２ａと、スロット４１、４２との位置合わせが容易である。
【００４５】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係るプラズマ処理装置１について、図５、図６を参照しながら説明する。本実施形態において、プラズマ処理装置１は図１に示すものと同じであり、スロット板４ａは図２に示すものと同じである。第１の実施形態との違いは、図５に示すように、弾性部材２１の代わりに四つの弾性部材２３ａ、２３ｂ、２３ｃ及び２３ｄが用いられている点と、図６に示すように、天板３に溝２６が形成されている点である。
【００４６】
図５に示すように、四つの弾性部材２３ａ、２３ｂ、２３ｃ及び２３ｄ（以下、これらは必要に応じて弾性部材２３と総称される。）は、互いに異なる直径を有する四つの円上に配置されている。四つの円は、スロット板４ａの中心点をその中心点として共有する同心円である。弾性部材２３は、スロット４１、４２を避けるように配置されている。弾性部材２３は例えばＯリングなどから構成されている。Ｏリングの断面は円に限られず、楕円や半円、もしくは角が丸められた多角形などでもよい。Ｏリングの材質としては、例えば、フッ素ゴムが好適に用いられる。
【００４７】
本実施形態では弾性部材２３が複数の弾性部材２３ａ、２３ｂ、２３ｃ及び２３ｄから構成されている。複数の弾性部材２３ａ、２３ｂ、２３ｃ及び２３ｄが同心円上に配置されているため、弾性部材２３は、スロット板４ａを、どの径方向に対しても均等な圧力で付勢し、遅波板４ｂに密着させることができる。このため、本実施形態によれば、天板３とスロット板４ａ、又はスロット板４ａと遅波板４ｂを、より確実に密着させることができる。
【００４８】
また、図６に示すように、天板３のスロット板４ａ側の面には、複数の弾性部材２３を保持するための溝２６が形成されている。弾性部材２３は、溝２６に沿って配置され、溝２６によって保持される。溝２６が形成されていることによって、プラズマ処理装置１の組み立ての際、弾性部材２３の位置を決めることが容易になる。また、弾性部材２３は溝２６によって保持されているため、プラズマ処理装置１の組み立ての際や、プラズマ処理の際に、弾性部材２３の位置が変位することがない。このため、スロット板４ａをより確実に、遅波板４ｂに密着させることができる。さらに、部位によって溝２６の形状を変えることで、スロット板４ａと遅波板４ｂとの密着性をさらに高めることも可能である。
【００４９】
また、第１の実施形態と同様、スロット板４ａは、天板３に支持された弾性部材２３が有する復元力によって、遅波板４ｂと密着する方向へ付勢されている。このため、天板３が圧力差によって処理容器２の方向に変位しても、弾性部材２３が有する復元力によってスロット板４ａと、遅波板４ｂとの密着性は保たれ、マイクロ波の伝送経路の変形が防がれる。この結果、天板３に照射されるマイクロ波の分布の均一性が保たれ、処理容器２内にプラズマを均一に発生させることが可能となる。また、スロット板４ａと、遅波板４ｂと、冷却ジャケット７との密着性も保たれる結果、冷却ジャケット７によるアンテナ４及び天板３の冷却効率が維持され、プラズマ処理装置１の温度分布を適切に制御することが容易となる。さらに、間隙の拡大によって起こり得る各部材間の異常放電も防がれる。この結果、被処理基板Ｗの被処理面全面に対して、均一なプラズマ処理を行うことが可能となる。
【００５０】
また、第１の実施形態と同様、スロット板４ａは、コネクタ２０によって、面方向に変形可能に支持されている。このためスロット板４ａは等方的に膨張することが可能であり、スロット４１及び４２の配列の対称性が保たれる。このようにして、天板３に照射されるマイクロ波の分布の均一性が保たれる。
【００５１】
さらに、第１の実施形態と同様、スロット板４ａは弾性部材２３によって付勢され、遅波板４ｂに密着している。熱による変形が起きにくい遅波板４ｂと密着していることにより、スロット板４ａの反り変形は抑制される。スロット板４ａの反り変形が抑制される結果、スロット４１及び４２の配列の対称性が保たれ、天板３に照射されるマイクロ波の分布の均一性が保たれる。
【００５２】
ところで、スロット板４ａはその中心部と周縁部とで変形度が異なる場合がある。反り変形が大きい場合には、部分的に、スロット板４ａと遅波板４ｂとの密着性が不充分となる場合がある。
【００５３】
ここで、本実施形態においては、弾性部材２３は複数の弾性部材２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄから構成されている。弾性部材２３ａ、２３ｂ、２３ｃ及び２３ｄの材質、形状、厚み、弾力等は、予想される温度勾配や予想される変形状態に合わせて、個別に選択することができる。例えば、反り変形が大きい部位に対応する位置には圧縮応力の高い弾性部材２３ａを配置し、反り変形が小さい部位に対応する位置には比較的圧縮応力の低い弾性部材２３ｄを配置することも可能である。高い圧縮応力を有する弾性部材２３ａは、スロット板４ａの変形しようとする力により強く反発するため、天板３とスロット板４ａ、又はスロット板４ａと遅波板４ｂを、より確実に密着させることができる。同様に、部位によって溝２６の形状を変えることで、弾性部材２３を介してスロット板４ａに伝えられる圧力の分布を最適化することも可能である。
【００５４】
（第２の実施形態の変形例）
次に、第２の実施形態の変形例について図７Ａ及び図７Ｂを参照しながら説明する。各変形例において、プラズマ処理装置１は図１に示すものと同じであり、スロット板４ａは図２に示すものと同じである。
【００５５】
図７Ａに示すように、第２の実施形態の一の変形例では、弾性部材２４は、二つの環状弾性部材２４ａ、２４ｂと、一つのシート状弾性部材２４ｘと、から構成されている。二つの環状弾性部材２４ａ、２４ｂは、互いに直径の異なる二つの円上に配置されている。これら二つの円は、スロット板４ａの中心点をその中心点として共有する同心円である。また、二つの環状弾性部材２４ａ、２４ｂは、スロット４１、４２を被わないよう配置されている。一方、シート状弾性部材２４ｘは、スロット板４ａの周縁部に配置されている。シート状弾性部材２４ｘは、スロット４１、４２を含んだスロット板４ａの周縁部を被っている。このため、シート状弾性部材２４ｘは、例えばフッ素樹脂シートのような誘電損失が小さい材質から形成されている。天板３の、環状弾性部材２４ａ、２４ｂと対向する位置には、溝２６が形成されている。
【００５６】
図７Ｂに示すように、第２の実施形態の他の変形例では、弾性部材２５は、三つの環状弾性部材２５ａ、２５ｂ及び２５ｃと、シート状弾性部材２５ｘから構成されている。三つの環状弾性部材２５ａ、２５ｂ及び２５ｃは、互いに直径の異なる三つの円上に配置されている。これら三つの円は、スロット板４ａの中心点をその中心点として共有する同心円である。環状弾性部材２５ａはスロット板４ａの周縁部に配置されている。環状弾性部材２５ｂ、２５ｃは、スロット板４ａの中心部に配置されている。環状弾性部材２５ｂ、２５ｃは、例えば、フッ素ゴムで形成されたＯリングである。
【００５７】
複数のシート状弾性部材２５ｘと、環状弾性部材２５ａとは結合されている。各シート状弾性部材２５ｘは、スロット板４ａの中心点を基準点として、点対称に配置されている。
各シート状弾性部材２５ｘは、スロット４１、４２を被わないよう配置されている。天板３の、環状弾性部材２５ａ、２５ｂ、２５ｃと対向する位置には、予め溝２６が形成されている。
【００５８】
弾性部材２４又は弾性部材２５を、天板３とアンテナ４との間に備えることで、スロット板４ａが熱膨張した場合であっても、スロット板４ａと遅波板４ｂの密着性を維持することができる。また、マイクロ波の伝送経路の変形を防ぎ、天板３に照射されるマイクロ波の分布を均一に保つことができ、処理容器２内のプラズマの分布を均一に保つことができる。また、スロット板４ａと、遅波板４ｂと、冷却ジャケット７との密着性も保たれる結果、冷却ジャケット７によるアンテナ４及び天板３の冷却効率が維持され、プラズマ処理装置１の温度分布を適切に制御することが容易となる。さらに、間隙の拡大によって起こり得る各部材間の異常放電も防がれる。この結果、被処理基板Ｗの被処理面全面に対して、均一なプラズマ処理を行うことが可能となる。
【００５９】
また、弾性部材２４又は弾性部材２５は、複数の弾性部材から構成されている。複数の弾性部材を、スロット板４ａの中心を基準として点対称に配置することで、スロット板４ａ全体を均等な圧力で付勢し、遅波板４ｂに密着させることができる。また、弾性部材２３と同様、弾性部材２４又は弾性部材２５においても、各弾性部材の材質、形状、厚み、弾力等は、予想される温度勾配や予想される変形状態に合わせて、個別に選択することができる。このため、天板３とスロット板４ａ、又はスロット板４ａと遅波板４ｂを、より確実に密着させることができる。同様に、部位によって溝２６の形状を変えることで、弾性部材２４又は弾性部材２５を介してスロット板４ａに伝えられる圧力の分布を最適化することも可能である。
【００６０】
以上詳述したように、本発明によれば、スロット板と他部材との間に間隙が生じることを防ぎ、スロット板の変形を抑制し、処理容器内のプラズマの分布の偏りを防ぐことができる。本発明によれば、基板の大径化によりプラズマ処理装置が大型化しても、基板の被処理面の全面に対し、均一なプラズマ処理を行うことが可能となる。可能な基板処理の例としては、例えばプラズマ酸化処理、プラズマ窒化処理、プラズマ酸窒化処理、またはプラズマＣＶＤ処理、プラズマエッチング処理等がある。
【００６１】
なお、実施の形態で説明した天板、スロット板、遅波板、冷却ジャケット等は一例であり、これらに限定されるものではない。弾性部材の数、材質、形状についても、スロットの配置や形状、プラズマ処理条件に合わせて、任意に選択が可能である。
【００６２】
本出願は、２００８年８月８日に出願された、日本国特許出願２００８−２０５８９０号に基づく。本明細書中に日本国特許出願２００８−２０５８９０号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。
【符号の説明】
【００６３】
１    プラズマ処理装置
２    処理容器（チャンバ）
３    天板（誘電体窓）
４    アンテナ
４ａ  スロット板
４ｂ  遅波板
５    導波管
５ａ  外側導体
５ｂ  内側導体
５ｃ  矩形導波部
６    マイクロ波源
７    冷却ジャケット
８    基板保持台
９    真空ポンプ
１０  高周波電源
１１  ガス通路
２０  コネクタ
２１  弾性部材
２２  シート状弾性部材
２２ａ  孔
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ    弾性部材
２４ａ、２４ｂ  環状弾性部材
２４ｘ  シート状弾性部材
２５    弾性部材
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ  環状弾性部材
２５ｘ  シート状弾性部材
２６    溝
４１、４２    スロット
１００    プラズマ発生装置
Ｓ    空間
Ｗ    被処理基板
【図１】
2010016414.tif 000003
【図２】
2010016414.tif 000004
【図３】
2010016414.tif 000005
【図４】
2010016414.tif 000006
【図５】
2010016414.tif 000007
【図６】
2010016414.tif 000008
【図７Ａ】
2010016414.tif 000009
【図７Ｂ】
2010016414.tif 000010
【国際調査報告】
2010016414.tif 000011
2010016414.tif 000012
2010016414.tif 000013
2010016414.tif 000014