(57)【要約】【課題】プロセス条件等の変化に対応してプラズマの均一性と安定性を容易に確保することができるマイクロ波プラズマ処理装置を提供すること。【解決手段】マイクロ波によって前記チャンバー内に処理ガスのプラズマを形成し、そのプラズマにより被処理体にプラズマ処理を施すマイクロ波プラズマ処理装置１００であって、マイクロ波透過板２８の外周を覆う導電体からなるプレート２７に、マイクロ波透過板２８の端部からその内部に向かってマイクロ波が伝搬される２以上の孔４２を形成し、体積調節機構４３，４５により孔の体積を調設してマイクロ波透過板２８を孔４２の各々が属するユニット毎に分割した場合における各ユニットのインピーダンスを調節し、マイクロ波透過板２８の電界分布を制御する。【選択図】図１
2006107994.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体が収容されるチャンバーと、
マイクロ波を発生させるマイクロ波発生源と、
マイクロ波発生源で発生されたマイクロ波を前記チャンバーに向けて導く導波手段と、
前記導波手段に導かれたマイクロ波を前記チャンバーに向けて放射する複数のマイクロ波放射孔を有する導体からなる平面アンテナと、
前記チャンバーの天壁を構成し、前記平面アンテナのマイクロ波放射孔を通過したマイクロ波を透過する、誘電体からなるマイクロ波透過板と、
前記マイクロ波透過板の外周を覆う導電体からなるプレートと、
前記マイクロ波透過板の端部から前記プレートの内部に向かって設けられた、前記マイクロ波透過板からマイクロ波が伝搬される２以上の孔と、
これら孔の体積を調節する体積調節機構と、
前記チャンバー内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と、
を有し、
マイクロ波によって前記チャンバー内に処理ガスのプラズマを形成し、そのプラズマにより被処理体にプラズマ処理を施すマイクロ波プラズマ処理装置であって、
前記体積調節機構により前記各孔の体積を調節することにより、前記マイクロ波透過板を前記２以上の孔の各々が属するユニット毎に分割した場合における各ユニットのインピーダンスを調節し、前記マイクロ波透過板の電界分布を制御す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】
被処理体が収容されるチャンバーと、
マイクロ波を発生させるマイクロ波発生源と、
マイクロ波発生源で発生されたマイクロ波を前記チャンバーに向けて導く導波手段と、
前記導波手段に導かれたマイクロ波を前記チャンバーに向けて放射する複数のマイクロ波放射孔を有する導体からなる平面アンテナと、
前記チャンバーの天壁を構成し、前記平面アンテナのマイクロ波放射孔を通過したマイクロ波を透過する、誘電体からなるマイクロ波透過板と、
前記マイクロ波透過板の外周を覆う導電体からなるプレートと、
前記マイクロ波透過板の端部から前記プレートの内部に向かって設けられた、前記マイクロ波透過板からマイクロ波が伝搬される２以上の孔と、
これら孔の体積を調節する体積調節機構と、
前記チャンバー内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と、
を有し、
マイクロ波によって前記チャンバー内に処理ガスのプラズマを形成し、そのプラズマにより被処理体にプラズマ処理を施すマイクロ波プラズマ処理装置であって、
前記体積調節機構により前記各孔の体積を調節することにより、前記マイクロ波透過板を前記２以上の孔の各々が属するユニット毎に分割した場合における各ユニットのインピーダンスを調節し、各ユニットが共振条件を満たすようにす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３】
前記マイクロ波透過板の全体が共振条件を満たすようにすることを特徴とする請求項２に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項４】
前記体積調節機構は、前記孔内に密着して設けられ、前記構内を移動可能な体積調節板と、前記体積調節板を移動させるアクチュエータを有することを特徴とする請求項１から請求項３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５】
プロセス条件に応じて、各体積調節機構を制御して各ユニットのインピーダンスを制御するコントローラをさらに有することを特徴とする請求項１から請求項４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６】
前記導波手段は、前記マイクロ波発生源から発生したマイクロ波をＴＥモードで伝搬する矩形導波管と、ＴＥモードをＴＥＭモードに変換するモード変換器と、ＴＥＭモードに変換されたマイクロ波を前記平面アンテナに向けて伝搬する同軸導波管とを有す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】
前記平面アンテナに形成された複数マイクロ波透過孔は、長溝状をなし、隣接するマイクロ波放射孔同士が交差するように配置され、これら複数のマイクロ波透過孔が同心円状に配置され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】
前記平面アンテナを覆うように設けられた蓋体をさらに具備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】
前記蓋体には冷媒流路が設けられており、この冷媒流路に冷媒を通流させることにより、前記平面アンテナ、前記マイクロ波透過板を冷却することを特徴とする請求項８に記載の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、被処理体にマイクロ波プラズマによる処理を施すマイクロ波プラズマ装置に関する。
【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、近時、ＬＳＩの高集積化、高速化の要請からＬＳＩを構成する半導体素子のデザインルールが益々微細化され、また、半導体ウエハが大型化されており、それにともなって、プラズマ処理装置においてもこのような微細化および大型化に対応するものが求められている。
【０００３】
ところが、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、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ユニットが限定されるため、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。
【０００４】
そこで、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）。
【０００５】
ＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置は、チャンバーの上部に所定のパターンで多数のスロットが形成された平面アンテナ（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、平面アンテナのスロットを通過させるとともに、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ー内に放射し、このマイクロ波電界によりチャンバー内に導入されたガスをプラズマ化し、このように形成されたプラズマ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。
【０００６】
このＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置では、アンテナ直下の広いユニットに亘って高いプラズマ密度を実現でき、短時間で均一なプラズマ処理を行うことが可能である。また、低電子温度プラズマが形成されるため、素子へのダメージ小さい。
【０００７】
このＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置においては、同じ平面アンテナを用いてもプロセス条件が変わるとプラズマ分布およびプラズマの安定性も変化する。そのため、プロセス条件が変わると、そのたび毎にプラズマの均一性と安定性を得るために、平面アンテナのプラズマ透過孔のパターンおよびプラズマ透過窓の最適化を行う必要があり、極めて煩雑であった。
【特許文献１】特開２０００−２９４５５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、プロセス条件等の変化に対応してプラズマの均一性と安定性を容易に確保することができるマイクロ波プラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の第１の観点では、被処理体が収容されるチャンバーと、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生源と、マイクロ波発生源で発生されたマイクロ波を前記チャンバーに向けて導く導波手段と、前記導波手段に導かれたマイクロ波を前記チャンバーに向けて放射する複数のマイクロ波放射孔を有する導体からなる平面アンテナと、前記チャンバーの天壁を構成し、前記平面アンテナのマイクロ波放射孔を通過したマイクロ波を透過する、誘電体からなるマイクロ波透過板と、前記マイクロ波透過板の外周を覆う導電体からなるプレートと、前記マイクロ波透過板の端部から前記プレートの内部に向かって設けられた、前記マイクロ波透過板からマイクロ波が伝搬される２以上の孔と、これら孔の体積を調節する体積調節機構と、前記チャンバー内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段とを有し、マイクロ波によって前記チャンバー内に処理ガスのプラズマを形成し、そのプラズマにより被処理体にプラズマ処理を施すマイクロ波プラズマ処理装置であって、前記体積調節機構により前記各孔の体積を調節することにより、前記マイクロ波透過板を前記２以上の孔の各々が属するユニット毎に分割した場合における各ユニットのインピーダンスを調節し、前記マイクロ波透過板の電界分布を制御す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。
【００１０】
また、本発明の第２の観点では、被処理体が収容されるチャンバーと、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生源と、マイクロ波発生源で発生されたマイクロ波を前記チャンバーに向けて導く導波手段と、前記導波手段に導かれたマイクロ波を前記チャンバーに向けて放射する複数のマイクロ波放射孔を有する導体からなる平面アンテナと、前記チャンバーの天壁を構成し、前記平面アンテナのマイクロ波放射孔を通過したマイクロ波を透過する、誘電体からなるマイクロ波透過板と、前記マイクロ波透過板の外周を覆う導電体からなるプレートと、前記マイクロ波透過板の端部から前記プレートの内部に向かって設けられた、前記マイクロ波透過板からマイクロ波が伝搬される２以上の孔と、これら孔の体積を調節する体積調節機構と、前記チャンバー内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と、を有し、マイクロ波によって前記チャンバー内に処理ガスのプラズマを形成し、そのプラズマにより被処理体にプラズマ処理を施すマイクロ波プラズマ処理装置であって、前記体積調節機構により前記各孔の体積を調節することにより、前記マイクロ波透過板を前記２以上の孔の各々が属するユニット毎に分割した場合における各ユニットのインピーダンスを調節し、各ユニットが共振条件を満たすようにす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】
上記第２の観点において、前記マイクロ波透過板の全体が共振条件を満たすようにすることが好ましい。
【００１２】
上記第１および第２の観点において、前記体積調節機構は、前記孔内に密着して設けられ、前記構内を移動可能な体積調節板と、前記体積調節板を移動させるアクチュエータを有するものを用いることができる。また、プロセス条件に応じて、各体積調節機構を制御して各ユニットのインピーダンスを制御するコントローラをさらに有してもよい。
【００１３】
前記導波手段としては、前記マイクロ波発生源から発生したマイクロ波をＴＥモードで伝搬する矩形導波管と、ＴＥモードをＴＥＭモードに変換するモード変換器と、ＴＥＭモードに変換されたマイクロ波を前記平面アンテナに向けて伝搬する同軸導波管とを有するものを採用することができる。
【００１４】
また、前記平面アンテナに形成された複数マイクロ波透過孔としては、長溝状をなし、隣接するマイクロ波放射孔同士が交差するように配置され、これら複数のマイクロ波透過孔が同心円状に配置されるものを好適に用いることができる。
【００１５】
さらに、前記平面アンテナを覆うように設けられた蓋体をさらに具備することができ、その場合には、前記蓋体には冷媒流路が設けられており、この冷媒流路に冷媒を通流させることにより、前記平面アンテナ、前記マイクロ波透過板を冷却することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、マイクロ波透過板の端部から前記プレートの内部に向かって、平面アンテナから前記マイクロ波透過板に到達したマイクロ波が伝搬される２以上の孔を設け、さらに、これら孔の体積を調節する体積調節機構を設け、体積調節機構により前記各孔の体積を調節することにより、前記マイクロ波透過板を前記２以上の孔の各々が属するユニット毎に分割した場合における各ユニットのインピーダンスを調節し、マイクロ波透過板の電界分布を制御するので、プロセス条件等が変化した場合に、平面アンテナのプラズマ透過孔のパターンおよびプラズマ透過板の最適化を行うことなく簡単な操作でマイクロ波透過板の電界分布を制御しての均一性および安定性の高いプラズマを得ることが可能となる。
【００１７】
具体的には、マイクロ波透過板を前記２以上の孔の各々が属するユニット毎に分割した場合における各ユニットのインピーダンスを調節し、各ユニットが共振条件を満たすようにすることにより、マイクロ波透過板の電界分布を均一にすることができ、均一性および安定性の高いプラズマ処理が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【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具体的に説明する。
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を模式的に示す断面図である。
【００１９】
このマイクロ波プラズマ処理装置１００は、所定のパターンで多数のスロットが形成された平面アンテナ（Radial Line Slot Antenna）を利用してマイクロ波発生源から導かれたマイクロ波をチャンバー内に放射し、プラズマを形成するＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置として構成されている。
【００２０】
このマイクロ波プラズマ処理装置１００は、気密に構成されかつ接地された略円筒状のチャンバー１を有している。チャンバー１の底壁１ａの略中央部には円形の開口部１０が形成されており、底壁１ａにはこの開口部１０と連通し、下方に向けて突出する排気室１１が設けられている。チャンバー１内には被処理基板であるウエハＷを水平に支持するためのＡｌＮ等のセラミックスからなるサセプタ２が設けられている。このサセプタ２は、排気室１１の底部中央から上方に延びる円筒状のＡｌＮ等のセラミックスからなる支持部材３により支持されている。サセプタ２の外縁部にはウエハＷをガイドするためのガイドリング４が設けられている。また、サセプタ２には抵抗加熱型のヒータ５が埋め込まれており、このヒータ５はヒータ電源６から給電されることによりサセプタ２を加熱して、その熱で被処理体であるウエハＷを加熱する。チャンバー１の内周には、石英からなる円筒状のライナー７が設けられている。
【００２１】
サセプタ２には、ウエハＷを支持して昇降させるためのウエハ支持ピン（図示せず）がサセプタ２の表面に対して突没可能に設けられている。
【００２２】
チャンバー１の側壁には環状をなすガス導入部材１５が設けられており、このガス導入部材１５には処理ガス供給系１６が接続されている。ガス導入部材はシャワー状に配置してもよい。この処理ガス供給系１６から所定の処理ガスがガス導入部材１５を介してチャンバー１内に導入される。処理ガスとしては、プラズマ処理の種類に応じて適宜のものが用いられる。プラズマ処理としては、例えばエッチング処理や酸化処理等を挙げることができる。
【００２３】
上記排気室１１の側面には排気管２３が接続されており、この排気管２３には高速真空ポンプを含む排気装置２４が接続されている。そしてこの排気装置２４を作動させることによりチャンバー１内のガスが、排気室１１の空間１１ａ内へ均一に排出され、排気管２３を介して排気される。これによりチャンバー１内は所定の真空度、例えば０．１３３Ｐａまで高速に減圧することが可能となっている。
【００２４】
チャンバー１の側壁には、プラズマ処理装置１００に隣接する搬送室（図示せず）との間でウエハＷの搬入出を行うための搬入出口２５と、この搬入出口２５を開閉するゲートバルブ２６とが設けられている。
【００２５】
チャンバー１の上部は開口部となっており、この開口部の周縁部に沿って、リング状をなす上部プレート２７が図示しないシール部材を介して気密に設けられており、この上部プレート２７の内側に誘電体、例えば石英やＡｌ２Ｏ３等のセラミックスからなり、マイクロ波を透過するマイクロ波透過板２８が設けられている。上部プレート２７は金属等の導電体、例えばアルミニウムで構成されており、接地されている。また、上部プレート２７は、断面Ｌ字状となっており、マイクロ波透過板２８を支持するとともにその外周を覆うようになっている。マイクロ波透過板２８は上部プレート２７に対し図示しないシール部材を介して気密に設けられている。したがって、チャンバー１内は気密に保持される。
【００２６】
マイクロ波透過板２８の上方には、サセプタ２と対向するように、円板状の平面アンテナ３１が設けられている。この平面アンテナ３１は上部プレート２７の上端に係止されている。平面アンテナ３１は、導体、例えば表面が金メッキされた銅板またはアルミニウム板からなり、多数のマイクロ波放射孔（スロット）３２が所定のパターンで貫通して形成された構成となっている。すなわち、平面アンテナ３１はＲＬＳＡアンテナを構成している。このマイクロ波放射孔３２は、例えば図２に示すように長溝状をなし、隣接するマイクロ波放射孔３２同士が交差するように、典型的には図示のように直交するように（「Ｔ」字状に）配置され、これら複数のマイクロ波透過孔３２が同心円状に配置されている。マイクロ波透過孔３２の長さや配列間隔は、マイクロ波マイクロ波の波長等に応じて決定される。なお、図２において、同心円状に形成された隣接するマイクロ波透過孔３２同士の間隔をΔｒで示している。また、マイクロ波放射孔３２は、円形状、円弧状等の他の形状であってもよい。さらに、マイクロ波放射孔３２の配置形態は特に限定されず同心円状の他、例えば、螺旋状、放射状に配置することもできる。
【００２７】
この平面アンテナ部材３１の上面には、真空よりも大きい誘電率を有する誘電体からなる遅波材３３が設けられている。この遅波材３３は、マイクロ波の波長を真空中における波長よりも短くしてプラズマを調整する機能を有している。
【００２８】
平面アンテナ３１とマイクロ波透過板２８との間が密着した状態となっており、また、遅波板３３と平面アンテナ３１との間も密着されている。また、遅波板３３、平面アンテナ３１、マイクロ波透過板２８、およびプラズマで形成される等価回路が共振条件を満たすようにマイクロ波透過板２８、遅波材３３の厚みおよび平面アンテナのマイクロ波反射率が調整されており、これによりマイクロ波の反射が極小化される。また、遅波板３３とマイクロ波透過板２８を同じ材質としてマイクロ波の界面反射を防止している。このようにマイクロ波の反射を極小化し、かつマイクロ波の界面反射が防止されることにより、プラズマの安定性を高くしつつマイクロ波パワーの効率を高く維持することができる。
【００２９】
チャンバー１の上面には、これら平面アンテナ部材３１および遅波材３３を覆うように、例えばアルミニウムやステンレス鋼等の金属材からなるシールド蓋体３４が設けられている。チャンバー１の上面に位置する上部プレート２７とシールド蓋体３４とは図示しないシール部材によりシールされている。
【００３０】
シールド蓋体３４には、冷却水流路３４ａが形成されており、そこに冷却水を通流させることにより、平面アンテナ３１、マイクロ波透過板２８、遅波材３３、シールド蓋体３４を冷却するようになっている。なお、シールド蓋体３４は接地されている。
【００３１】
前記平面アンテナ３１および遅波板３３の外周部は、シールド蓋体３４の内側に設けられた押さえ部材３４ｂで押さえられるようになっている。
【００３２】
シールド蓋体３４の上壁の中央には開口部３６が形成されており、この開口部には導波管３７が接続されている。この導波管３７の端部には、マッチング回路３８を介してマイクロ波発生装置３９が接続されている。これにより、マイクロ波発生装置３９で発生した例えば周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波が導波管３７を介して上記平面アンテナ部材３１へ伝搬されるようになっている。なお、マイクロ波の周波数としては、８．３５ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ等を用いることもできる。
【００３３】
導波管３７は、上記シールド蓋体３４の開口部３６から上方へ延出する断面円形状の同軸導波管３７ａと、この同軸導波管３７ａの上端部に接続された水平方向に延びる断面矩形状の矩形導波管３７ｂとを有している。矩形導波管３７ｂの同軸導波管３７ａとの接続部側の端部にはモード変換器４０が設けられている。同軸導波管３７ａの中心には内導体４１が延在しており、この内導体４１の下端部は平面アンテナ部材３１の中心に接続固定されている。
【００３４】
上記上部プレート２７には、マイクロ波透過板２８の端部から上部プレート２７の内部に向かって水平に複数の孔４２が形成されている。この例では、図３に示すように、１２個の孔４２が上部プレート２７の内側から外側へ向かって放射状に等間隔に設けられ、上部プレート２７の周端部に開口している。この孔４２は平面アンテナ３１からマイクロ波透過板３３に到達したマイクロ波が伝搬されるようになっている。
【００３５】
これら孔４２の中には、孔４２の体積を調節するための体積調節板４３が、孔４２の長手方向に沿って移動自在に設けられている。この体積調節板４３は、孔４２の内部に密着して設けられており、少なくともその孔４２に接する面は導電体、例えばアルミニウム等の金属で構成されている。さらに、上部プレート２７の外周端部に開口している孔４２には、金属製の蓋４７が設けられている。これにより孔４２を囲繞する部分は全て導電体で構成され、伝搬されたマイクロ波が漏洩せずに全て反射するようになっている。各体積調節板４３は、ロッド４４を介してシリンダ機構等のアクチュエータ４５により独立に移動され、これにより各孔４２の体積が調節されるようになっている。このように各孔４２の体積が調節されることにより、マイクロ波透過板２８が孔４２の各々が属するユニット毎に分離されているとした場合に、各ユニット毎にインピーダンスを調節することが可能である。そして、プロセス条件に変更があった場合等にプロセス条件に応じてコントローラ４６から各アクチュエータ４５に各ユニットのインピーダンスを制御するための指令が出力され、マイクロ波透過板２８の電界分布が均一になるように各体積調節板４３の位置、すなわち各孔４２の体積が制御される。
【００３６】
なお、体積調節板４３は、その孔４２に接する面が導電体でありさえすれば、他の部分は誘電体であっても構わない。また、孔４２の個数は１２個に限らず２個以上であればよい。ただし、多すぎても制御が煩雑になるため、１６個以下が好ましい。さらに、孔４２の深さは誘電体であるマイクロ波透過板２８中におけるマイクロ波１波長分以上あればよい。さらに、アクチュエータ４５としては、シリンダ機構に限らずモーターによりボールねじを回転させることにより体積調節板４３の位置を調節するボールねじ機構を採用することもできる。
【００３７】
孔４２の形状は、図４の（ａ）に示すように断面が円形であっても、（ｂ）に示すように断面が長方形であってもよいが、マイクロ波が孔４２内に伝搬できるようにするためには、マイクロ波透過板２８内でのマイクロ波の波長をλｃとし、断面円形の場合に半径をｒ、断面長方形の場合に横幅をａ、高さをｂとすると、以下の（１）、（２）式が成り立つようにする必要がある。
ｒ＞λｃ／３．４１              ‥‥‥（１）
ａ＞λｃ／２，ｂ＞λｃ／８      ‥‥‥（２）
【００３８】
プラズマ処理装置１００の各構成部は、プロセスコントローラ５０に接続されて制御される構成となっている。プロセスコントローラ５０には、工程管理者がプラズマ処理装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマ処理装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース５１が接続されている。
【００３９】
また、プロセスコントローラ５０には、プラズマ処理装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ５０の制御にて実現するための制御プログラムや処理条件データ等が記録されたレシピが格納された記憶部５２が接続されている。
【００４０】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース５１からの指示等にて任意のレシピを記憶部５２から呼び出してプロセスコントローラ５０に実行させることで、プロセスコントローラ５０の制御下で、プラズマ処理装置１００での所望の処理が行われる。
【００４１】
このように構成されたプラズマ処理装置１００においては、まず、ゲートバルブ２６を開にして搬入出口２５から被処理体であるウエハＷをチャンバー１内に搬入し、サセプタ２上に載置する。
【００４２】
そして、処理ガス供給系１６からプラズマ処理に応じた所定の処理ガスをガス導入部材１５を介してチャンバー１内に導入し、所定の圧力に維持する。
【００４３】
次いで、マイクロ波発生装置３９からのマイクロ波をマッチング回路３８を経て導波管３７に導く。マイクロ波は、矩形導波管３７ｂ、モード変換器４０、および同軸導波管３７ａ、遅波板３３を順次通って平面アンテナ部材３１に供給され、平面アンテナ部材３１からマイクロ波透過板２８を経てチャンバー１内におけるウエハＷの上方空間に放射される。マイクロ波は、矩形導波管３７ｂ内ではＴＥモードで伝搬し、このＴＥモードのマイクロ波はモード変換器４０でＴＥＭモードに変換されて、同軸導波管３７ａ内を平面アンテナ部材３１に向けて伝搬されていく。
【００４４】
平面アンテナ部材３１からマイクロ波透過板２８を経てチャンバー１に放射されたマイクロ波によりチャンバー１内では導入された処理ガスがプラズマ化し、このプラズマにより酸化処理等の所定の処理が行われる。
【００４５】
本実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置１００は、略１０１２／ｃｍ３以上の高プラズマ密度でかつ略１．５ｅＶ以下の低電子温度プラズマを実現することができる。このため、低温かつ短時間でプラズマ処理を行うことができ、しかも下地膜へのイオン等のプラズマダメージが小さい等のメリットがある。
【００４６】
また、本実施形態においては、マイクロ波透過板２８の端部から上部プレート２７の内部に向かって、平面アンテナから前記マイクロ波透過板に到達したマイクロ波が伝搬される複数の孔４２を設け、さらに、これら孔の体積を調節する体積調節板４３およびアクチュエータ４５を設け、体積調節板４３およびアクチュエータ４５により各孔４２の体積を調節することにより、マイクロ波透過板２８を複数の孔４２の各々が属するユニット毎に分割した場合における各ユニットのインピーダンスを調節することができる。これにより、マイクロ波透過板２８の電界分布を制御することができるので、プロセス条件等が変化した場合に、平面アンテナ３１のプラズマ透過孔３２のパターンおよびプラズマ透過板２８の最適化を行うことなく簡単な操作でマイクロ波透過板の電界分布を制御してプラズマの均一性および安定性を得ることができる。
【００４７】
具体的なマイクロ波透過板２８の電界分布制御を図５のモデルを参照して説明する。まず、マイクロ波透過板２８を中心から放射状に複数の孔４２の各々が属するユニット２８ａに分割したとする。この場合に、マイクロ波透過板２８の中心からのマイクロ波は、各ユニットにおいてそこに属する孔４２に向かって直線的に伝搬され、体積調節板４３で反射して元に戻っていく。今、任意の隣接する２つのユニット２８ａ（第ｉユニットおよび第ｊユニット）間の結合係数ｋｉ，ｊを以下の（３）のように定義する。
【数１】
2006107994.tif 000003
ここで、Ｘｍ（ｉ，ｊ）は隣接する２つのユニットに共通な部分のリアクタンス、Ｘｉは第ｉユニットでＸｍ（ｉ，ｊ）に直列に挿入されるリアクタンスのうちＸｍ（ｉ，ｊ）と同種のリアクタンスでＸｍ（ｉ，ｊ）を含む値である。Ｘｊも同様である。例えばユニット数が２つと仮定すると、上記（３）式は、以下の（４）式のように書き直すことができる。
【数２】
2006107994.tif 000004
一般的にリアクタンスは容量結合であり、この状態を図６に示すような等価共振回路で表すことができる。
【００４８】
この場合には結合係数ｋは以下の（５）式で表すことができる。
【数３】
2006107994.tif 000005
ここで、図６のＰ点から見たインピーダンスがゼロになる周波数すなわち、マイクロ波透過板２８の全体の共振周波数ｆと、各ユニットの周波数ｆｉ′（ｆ１′、ｆ２′）とは、以下の（６）式に示すようになる。
【数４】
2006107994.tif 000006
このとき、各ユニットの周波数ｆｉ′は、各ユニットの容量をＣｉとすると以下の（７）式で表される。
【数５】
2006107994.tif 000007
【００４９】
上記式（６）、（７）から、結合係数ｋにより、２つの共振周波数が存在することがわかる。特に、結合係数ｋが１よりも十分に小さい場合、すなわち０に近い場合にはｆ＝ｆ１′＝ｆ２′となり、各ユニットの共通共振周波数が生じる。このとき、結合係数ｋが０に近いことから、各ユニット間の干渉が実質的に存在せず、各ユニットが無干渉で独立にモード制御が可能となる。
【００５０】
したがって、各ユニット間の結合係数ｋが実質的に存在しないように複数の孔４２を形成し、各ユニット毎にアクチュエータ４５により体積調節板４３を移動させて孔４２の体積を調節すれば、各ユニットのインピーダンスを独立に調節して、各ユニット毎に共振条件を満たすようにすることができ、これにより、マイクロ波透過板２８の電界分布を均一に制御することができる。一般的に、プラズマ分布と安定性はマイクロ波透過板の電界分布に依存するから、このようにマイクロ波透過板２８の電界分布を均一に制御することにより、プラズマの均一性および安定性を高めることができる。したがって、プロセス条件が変化しても、容易に対応することが可能である。
【００５１】
図７に本発明の装置を使用してマイクロ波透過板２８のインピーダンス調節を行った場合と従来の装置を使用した場合におけるプラズマの電子密度分布を示す。この図に示すように、本実施形態に従ってインピーダンス調節を行うことにより電子密度分布が均一になることが確認された。
【００５２】
次に、上記図５に示したように上部プレートに１２個の孔を均等に形成し、孔の径を３２．３ｍｍφ、孔の長さを６０ｍｍにした場合における、マイクロ波透過板の電磁界シミュレーションを行った。その結果を図８の（ａ）および（ｂ）に示す。（ａ）に示すように本発明の装置では、各孔の体積を調節することにより、（ｂ）に示す従来の装置よりもマイクロ波透過板の電界分布が均一になることが確認された。
【００５３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。たとえば、処理装置の構成は本発明の構成要件を満たす限り上記実施形態に限るものではない。また、上部プレートに形成される孔としてマイクロ波透過板の端部から外側に向かって水平に延び、上部プレートの周端部に開口するものを例にとって説明したが、これに限るものではなく、図９に示すように、上部プレートの上面に開口し、上部プレートの中で９０°曲がっているものを採用してもよい。さらに、プラズマ処理を行う被処理体としては、半導体ウエハに限らず、フラットパネルディスプレイ基板等、他のものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、半導体デバイスの製造工程における酸化処理、成膜処理、エッチング処理等、低電子温度および高密度のプラズマが求められるプラズマ処理に好適である。特に、プラズマ密度の均一性が重視されるエッチング処理に適している。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【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を模式的に示す断面図。
【図２】本発明の一実施形態に係るマイクロ波プラズマ装置に用いられる平面アンテナの構造を示す図。
【図３】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主要部を説明するための図。
【図４】上部プレートの形成された孔の形状を示す模式図。
【図５】本発明のマイクロ波透過板の電界分布制御を説明するためのモデル図。
【図６】マイクロ波透過板のユニットが２個の場合の等価共振回路を示す図。
【図７】本発明の装置と従来の装置とでプラズマの電子密度分布の均一性を比較して示すグラフ。
【図８】本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置と、従来のマイクロ波プラズマ処理装置とで、マイクロ波透過板表面でのマイクロ波電界強度をシミュレーションした結果を示す図。
【図９】上部プレートに形成する孔の他の例を示す図。
【符号の説明】
【００５６】
１…チャンバー（処理室）
２…サセプタ
３…支持部材
５…ヒータ
１５…ガス導入部材
１６…処理ガス供給系
２３…排気管
２４…排気装置
２５…搬入出口
２６…ゲートバルブ
２７…上部プレート
２８…マイクロ波透過板
３１…平面アンテナ
３２…マイクロ波放射孔
３３…遅波板
３７…導波管
３７ａ…同軸導波管
３７ｂ…矩形導波管
３９…マイクロ波発生装置
４０…モード変換器
４２…孔
４３…体積調節板
４４…ロッド
４５…アクチュエータ
４６…コントローラ
５０…プロセスコントローラ
１００…プラズマ処理装置
Ｗ…半導体ウエハ（被処理体）
【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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