(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波のプラズマを用いて処理容器内で被処理基板を処理するプラズマ処理装置において、
前記処理容器内に設けられ、前記被処理基板を載置する載置台と、
前記載置台と対向するように前記載置台の上方に設けられ、誘電体板を有し、前記誘電体板を介して前記処理容器内にマイクロ波を放射することにより、前記処理容器内に供給された処理ガスのプラズマを生成するアンテナと
を備え、
前記誘電体板は、
前記アンテナの下面に設けられ、少なくとも前記載置台と対向する側の面が平面状に形成された平板部と、
前記平板部において前記載置台と対向する側の面と反対側の面に形成されたリブと
を有し、
前記リブの前記平板部からの高さは、前記平板部の厚みの２倍から４倍の範囲内であることを特徴とするプラズマ処理装置。 
【請求項２】
前記アンテナは、
前記平板部において前記載置台と対向する側の面と反対側の面に接するように設けられ、前記マイクロ波を伝搬させる導体板を有し、
前記リブは、
前記平板部において前記載置台と対向する側の面と反対側の面の中で、前記導体板が設けられていない領域に形成され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】
前記リブは、
前記平板部から上方に突出するように、前記平板部において前記載置台と対向する側の面と反対側の面の周縁に沿って形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記リブは
前記平板部において前記載置台と対向する側の面と反対側の面の周縁の全周に渡って、前記平板部に設けられることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記平板部の厚みは、前記誘電体板内におけるマイクロ波の波長をλとした場合に、λ／８から３λ／８の範囲内であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記リブの厚みは、前記平板部の厚みの１倍から１．５倍の範囲内であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記平板部は、前記載置台と対向する側の平面状の面に所定のコーティングが施されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記平板部の下面と前記載置台に載置された前記被処理基板との距離は、前記平板部の厚みの３倍から４倍の範囲内であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。 
【請求項９】
前記誘電体板は、アルミナ、石英、窒化アルミニウム、窒化シリコン、または酸化イットリウムで形成されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記載置台は、前記被処理基板が軸線の周囲を移動するよう前記軸線を中心に回転可能に設けられており、
前記処理容器は、前記載置台の回転により前記軸線に対して前記被処理基板が移動する周方向に複数の領域に分けられており、
前記アンテナは、前記複数の領域の中の一つの領域において、前記処理容器内にマイクロ波を放射することにより、前記処理容器内に供給された処理ガスのプラズマを生成することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記アンテナは、前記軸線に沿う方向から見た場合の断面形状が、略正三角形状であることを特徴とする請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の種々の側面及び実施形態は、プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波により励起された高密度プラズマを用いて被処理基板を処理するマイクロ波プラズマ処理装置が知られている。マイクロ波プラズマ処理装置は、例えば、多数のスロットが配列された平板状のアンテナを用いて処理装置内にマイクロ波を放射することにより、処理装置内により均一なマイクロ波を発生させることができる。これにより、マイクロ波プラズマ処理装置は、処理装置内に供給されたガスを電離させてより均一な高密度プラズマを生成することができる。
【０００３】
また、上記アンテナの下面には、誘電体で形成された誘電体窓が設けられる。該誘電体窓には、機械的な強度を確保するためにリブが形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１８６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、マイクロ波プラズマ装置において、被処理基板の膜質を向上させるためには、被処理基板の温度を高く設定するか、あるいは、アンテナと被処理基板との間の距離を短くすることが考えられる。しかし、被処理基板の温度を高く設定すると、下地層が熱によるダメージを受ける場合がある。そのため、アンテナと被処理基板との間の距離を短くすることで、被処理基板の膜質を向上させることが検討されている。しかし、上記したマイクロ波プラズマ装置では、誘電体窓の下面にリブが形成されているため、アンテナと被処理基板との間の距離を短くすることが困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面におけるプラズマ処理装置は、マイクロ波のプラズマを用いて処理容器内で被処理基板を処理するプラズマ処理装置であって、載置台と、アンテナとを備える。載置台は、処理容器内に設けられ、被処理基板を載置する。アンテナは、載置台と対向するように載置台の上方に設けられ、誘電体板を有し、誘電体板を介して処理容器内にマイクロ波を放射することにより、処理容器内に供給された処理ガスのプラズマを生成する。誘電体板は、アンテナの下面に設けられ、少なくとも載置台と対向する側の面が平面状に形成された平板部と、平板部において載置台と対向する側の面と反対側の面に形成されたリブとを有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の種々の側面および実施形態によれば、アンテナの機械的強度を確保しつつ、アンテナと被処理基板との間の距離を短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、プラズマ処理装置を概略的に示す上面図である。
【図２】図２は、図１に示すプラズマ処理装置から処理容器の上部を取り除いた状態を示す平面図である。
【図３】図３は、図１および図２におけるプラズマ処理装置のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図４は、図３に向かって軸線Ｘの左側の部分の拡大断面図である。
【図５】図５は、図３に向かって軸線Ｘの右側の部分の拡大断面図である。
【図６】図６は、天板の概略形状の一例を示す平面図である。
【図７】図７は、天板の概略形状の一例を示す平面図である。
【図８】図８は、スロット板の概略形状の一例を示す平面図である。
【図９】図９は、遅波板の概略形状の一例を示す平面図である。
【図１０】図１０は、リブが設けられていない天板の第一主応力のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、リブの高さおよび幅を説明する図である。
【図１２】図１２は、リブが設けられた天板のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、アンテナの他の例を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、マイクロ波のプラズマを用いて処理容器内で被処理基板を処理するプラズマ処理装置であって、載置台と、アンテナとを備える。載置台は、処理容器内に設けられ、被処理基板を載置する。アンテナは、載置台と対向するように載置台の上方に設けられ、誘電体板を有し、誘電体板を介して処理容器内にマイクロ波を放射することにより、処理容器内に供給された処理ガスのプラズマを生成する。誘電体板は、アンテナの下面に設けられ、少なくとも載置台と対向する側の面が平面状に形成された平板部と、平板部において載置台と対向する側の面と反対側の面に形成されたリブとを有する。
【００１０】
また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、アンテナは、平板部において載置台と対向する側の面と反対側の面に接するように設けられ、マイクロ波を伝搬させる導体板を有してもよく、リブは、平板部において載置台と対向する側の面と反対側の面の中で、導体板が設けられていない領域に形成されてもよい。
【００１１】
また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、リブは、平板部から上方に突出するように、平板部において載置台と対向する側の面と反対側の面の周縁に沿って形成されてもよい。
【００１２】
また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、リブは、平板部において載置台と対向する側の面と反対側の面の周縁の全周に渡って、平板部に設けられていてもよい。
【００１３】
また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、平板部の厚みは、誘電体板内におけるマイクロ波の波長をλとした場合に、λ／８から３λ／８の範囲内であってもよい。
【００１４】
また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、リブの平板部からの高さは、平板部の厚みの２倍から４倍の範囲内であってもよい。
【００１５】
また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、リブの厚みは、平板部の厚みの１倍から１．５倍の範囲内であってもよい。
【００１６】
また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、平板部は、載置台と対向する側の平面状の面に所定のコーティングが施されていてもよい。
【００１７】
また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、平板部の下面と載置台に載置された被処理基板との距離は、平板部の厚みの３倍から４倍の範囲内であってもよい。
【００１８】
また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、誘電体板は、アルミナ、石英、窒化アルミニウム、窒化シリコン、または酸化イットリウムで形成されていてもよい。
【００１９】
また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、載置台は、被処理基板が軸線の周囲を移動するよう軸線を中心に回転可能に設けられていてもよい。また、処理容器は、載置台の回転により軸線に対して被処理基板が移動する周方向に複数の領域に分けられていてもよい。また、アンテナは、複数の領域の中の一つの領域において、処理容器内にマイクロ波を放射することにより、処理容器内に供給された処理ガスのプラズマを生成してもよい。
【００２０】
また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、アンテナは、軸線に沿う方向から見た場合の断面形状が、略正三角形状であってもよい。
【００２１】
以下に、開示するプラズマ処理装置の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態により開示される発明が限定されるものではない。また、各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。
【００２２】
（実施形態）
［プラズマ処理装置１０］
図１は、プラズマ処理装置１０を概略的に示す上面図である。図２は、図１に示すプラズマ処理装置１０から処理容器１２の上部部材１２ｂを取り除いた状態を示す平面図である。図３は、図１および図２におけるプラズマ処理装置１０のＡ−Ａ断面図である。図４は、図３に向かって軸線Ｘの左側の部分の拡大断面図である。図５は、図３に向かって軸線Ｘの右側の部分の拡大断面図である。図１〜図５に示すプラズマ処理装置１０は、主に、処理容器１２、載置台１４、第１のガス供給部１６、排気部１８、第２のガス供給部２０、およびプラズマ生成部２２を備える。本実施形態におけるプラズマ処理装置１０は、例えばセミバッチ式の基板処理装置である。
【００２３】
処理容器１２は、例えば図１に示すように、軸線Ｘを中心軸とする略円筒状の容器である。処理容器１２は、処理室Ｃを内部に備える。処理室Ｃは、噴射部１６ａを備えたユニットＵを含む。処理容器１２は、例えば、アルマイト処理またはＹ２Ｏ３（酸化イットリウム）の溶射処理等の耐プラズマ処理が内面に施されたＡｌ（アルミニウム）等の金属で形成される。プラズマ処理装置１０は、処理容器１２内に複数のプラズマ生成部２２を有する。それぞれのプラズマ生成部２２は、処理容器１２の上方に、マイクロ波を出力するアンテナ２２ａを備える。図１および図２に例示するプラズマ処理装置１０には、例えば３個のアンテナ２２ａが設けられるが、プラズマ処理装置１０に設けられるアンテナ２２ａの数は、図１および図２に図示するものに限定されず、適宜変更されてもよい。
【００２４】
プラズマ処理装置１０は、例えば図２に示すように、上面に複数の載置領域１４ａを有する載置台１４を備える。載置台１４は、軸線Ｘを中心軸とする略円板状の部材である。載置台１４の上面には、被処理基板の一例である基板Ｗを載置する載置領域１４ａが、軸線Ｘを中心として同心円状に複数（図２の例では５個）形成される。基板Ｗは載置領域１４ａ内に配置され、載置領域１４ａは、載置台１４が回転した際、基板Ｗがズレないように基板Ｗを支持する。載置領域１４ａは、略円状の基板Ｗと略同形状の略円状の凹部である。載置領域１４ａの凹部の直径Ｗ１は、載置領域１４ａに載置される基板Ｗの直径と比べ、略同一である。すなわち、載置領域１４ａの凹部の直径Ｗ１は、載置される基板Ｗが凹部に嵌合し、載置台１４が回転しても、遠心力により基板Ｗが嵌合位置から移動しないように基板Ｗを固定する程度であればよい。
【００２５】
プラズマ処理装置１０は、処理容器１２の外縁に、ロボットアーム等の搬送装置を介して、基板Ｗを処理室Ｃへ搬入し、基板Ｗを処理室Ｃから搬出するためのゲートバルブＧを備える。また、プラズマ処理装置１０は、載置台１４の外縁の下方に、排気口２２ｈを備える。排気口２２ｈには、排気装置５２が接続される。プラズマ処理装置１０は、排気装置５２の動作を制御することにより、処理室Ｃ内の圧力を、目的とする圧力に維持する。本実施形態において、処理室Ｃ内の圧力は、例えば１〜５Ｔｏｒｒの範囲内に設定される。
【００２６】
処理容器１２は、例えば図３に示すように、下部部材１２ａおよび上部部材１２ｂを有する。下部部材１２ａは、上方に開口した略筒形状を有し、処理室Ｃを形成する側壁および底壁を含む凹部を形成する。上部部材１２ｂは、略筒形状を有し、下部部材１２ａの凹部の上部開口を閉蓋することにより処理室Ｃを形成する蓋体である。下部部材１２ａと上部部材１２ｂとの間の外周部には、処理室Ｃを密閉するための弾性封止部材、例えばＯリング等が設けられてもよい。
【００２７】
プラズマ処理装置１０は、処理容器１２により形成される処理室Ｃの内部に、載置台１４を備える。載置台１４は、駆動機構２４によって軸線Ｘを中心に回転駆動される。駆動機構２４は、モータ等の駆動装置２４ａおよび回転軸２４ｂを有し、処理容器１２の下部部材１２ａに取り付けられる。
【００２８】
回転軸２４ｂは、軸線Ｘを中心軸線とし、処理室Ｃの内部まで延在する。回転軸２４ｂは、駆動装置２４ａから伝達される駆動力により軸線Ｘを中心に回転する。載置台１４は、中央部分が回転軸２４ｂにより支持される。よって、載置台１４は、軸線Ｘを中心に、回転軸２４ｂの回転に従って回転する。なお、処理容器１２の下部部材１２ａと駆動機構２４との間には、処理室Ｃを密閉するＯリング等の弾性封止部材が設けられていてもよい。
【００２９】
プラズマ処理装置１０は、処理室Ｃ内部の載置台１４の下方に、載置領域１４ａに載置された基板Ｗを加熱するためのヒータ２６を備える。具体的には、載置台１４を加熱することで載置台１４に載置された基板Ｗを加熱する。基板Ｗは、処理容器１２に設けられたゲートバルブＧを介して、図示しないロボットアーム等の搬送装置により処理室Ｃに搬入され、載置領域１４ａに載置される。また、基板Ｗは、搬送装置によりゲートバルブＧを介して処理室Ｃから搬出される。
【００３０】
処理室Ｃは、例えば図２に示すように、軸線Ｘを中心とする円周上に配列された第１の領域Ｒ１および第２の領域Ｒ２を形成する。載置領域１４ａに載置された基板Ｗは、載置台１４の回転にともない、第１の領域Ｒ１および第２の領域Ｒ２を順に通過する。
【００３１】
プラズマ処理装置１０は、例えば図４に示すように、第１の領域Ｒ１の上方に、載置台１４の上面に対面するように、第１のガス供給部１６が配置される。第１のガス供給部１６は、噴射部１６ａを備える。すなわち、処理室Ｃに含まれる領域のうち噴射部１６ａに対面する領域が第１の領域Ｒ１である。
【００３２】
噴射部１６ａは、複数の噴射口１６ｈを備える。第１のガス供給部１６は、複数の噴射口１６ｈを介して第１の領域Ｒ１へ前駆体ガスを供給する。前駆体ガスが第１の領域Ｒ１に供給されることにより、第１の領域Ｒ１を通過する基板Ｗの表面に、前駆体ガスの原子または分子が化学的に吸着する。前駆体ガスは、例えば、ＤＣＳ（ジクロロシラン）やモノクロロシラン、トリクロロシラン等である。
【００３３】
第１の領域Ｒ１の上方には、載置台１４の上面に対面するように、排気部１８の排気口１８ａが設けられている。排気口１８ａは、噴射部１６ａの周囲に設けられる。排気部１８は、真空ポンプなどの排気装置３４の動作により、排気口１８ａを介して処理室Ｃ内のガスを排気する。
【００３４】
第１の領域Ｒ１の上方には、載置台１４の上面に対面するように、第２のガス供給部２０の噴射口２０ａが設けられている。噴射口２０ａは、排気口１８ａの周囲に設けられている。第２のガス供給部２０は、噴射口２０ａを介して第１の領域Ｒ１へパージガスを供給する。第２のガス供給部２０によって供給されるパージガスは、例えばＡｒ（アルゴン）等の不活性ガスである。パージガスが基板Ｗの表面に噴射されることにより、基板Ｗに過剰に化学吸着した前駆体ガスの原子または分子（残留ガス成分）が基板Ｗから除去される。これにより、基板Ｗの表面に、前駆体ガスの原子または分子が化学吸着した原子層または分子層が形成されることになる。
【００３５】
プラズマ処理装置１０は、噴射口２０ａからパージガスを噴射し、排気口１８ａより載置台１４の表面に沿ってパージガスを排気する。これにより、プラズマ処理装置１０は、第１の領域Ｒ１に供給される前駆体ガスが第１の領域Ｒ１の外に漏れ出すことを抑制する。また、プラズマ処理装置１０は、噴射口２０ａからパージガスを噴射して排気口１８ａより載置台１４の面に沿ってパージガスを排気するので、第２の領域Ｒ２に供給する反応ガスまたは反応ガスのラジカル等が第１の領域Ｒ１内に侵入することを抑制する。すなわち、プラズマ処理装置１０は、第２のガス供給部２０からのパージガスの噴射および排気部１８からの排気により、第１の領域Ｒ１と、第２の領域Ｒ２とを分離する。
【００３６】
なお、プラズマ処理装置１０は、噴射部１６ａ、排気口１８ａ、噴射口２０ａを含むユニットＵを備える。すなわち、噴射部１６ａ、排気口１８ａ、および噴射口２０ａは、ユニットＵを構成する部位として形成される。ユニットＵは、例えば図４に示すように、第１の部材Ｍ１、第２の部材Ｍ２、第３の部材Ｍ３、および第４の部材Ｍ４が順次積み重ねられた構造を有する。ユニットＵは、処理容器１２の上部部材１２ｂの下面に当接するように処理容器１２に取り付けられる。
【００３７】
ユニットＵには、例えば図４に示すように、第２の部材Ｍ２〜第４の部材Ｍ４を貫通するガス供給路１６ｐが形成されている。ガス供給路１６ｐは、上端が、処理容器１２の上部部材１２ｂに設けられたガス供給路１２ｐと接続される。ガス供給路１２ｐには、弁１６ｖおよびマスフローコントローラ等の流量制御器１６ｃを介して、前駆体ガスのガス供給源１６ｇが接続される。また、ガス供給路１６ｐの下端は、第１の部材Ｍ１と、第２の部材Ｍ２との間に形成された空間１６ｄに接続される。空間１６ｄには、第１の部材Ｍ１に設けられた噴射部１６ａの噴射口１６ｈが接続される。
【００３８】
ユニットＵには、第４の部材Ｍ４を貫通するガス供給路２０ｒが形成される。ガス供給路２０ｒは、上端が、処理容器１２の上部部材１２ｂに設けられたガス供給路１２ｒと接続される。ガス供給路１２ｒには、弁２０ｖおよびマスフローコントローラ等の流量制御器２０ｃを介して、パージガスのガス供給源２０ｇが接続される。
【００３９】
ユニットＵは、ガス供給路２０ｒの下端が、第４の部材Ｍ４の下面と第３の部材Ｍ３の上面との間に設けられた空間２０ｄに接続される。また、第４の部材Ｍ４は、第１の部材Ｍ１〜第３の部材Ｍ３を収容する凹部を形成する。凹部を形成する第４の部材Ｍ４の内側面と、第３の部材Ｍ３の外側面との間にはギャップ２０ｐが設けられる。ギャップ２０ｐは、空間２０ｄに接続される。ギャップ２０ｐの下端は、噴射口２０ａとして機能する。
【００４０】
ユニットＵには、第３の部材Ｍ３および第４の部材Ｍ４を貫通する排気路１８ｑが形成される。排気路１８ｑは、上端が、処理容器１２の上部部材１２ｂに設けられた排気路１２ｑと接続される。排気路１２ｑは、真空ポンプ等の排気装置３４に接続される。また、排気路１８ｑは、下端が、第３の部材Ｍ３の下面と、第２の部材Ｍ２の上面との間に設けられた空間１８ｄに接続される。
【００４１】
第３の部材Ｍ３は、第１の部材Ｍ１および第２の部材Ｍ２を収容する凹部を備える。第３の部材Ｍ３が備える凹部を構成する第３の部材Ｍ３の内側面と、第１の部材Ｍ１および第２の部材Ｍ２の外側面との間には、ギャップ１８ｇが設けられる。空間１８ｄは、ギャップ１８ｇに接続される。ギャップ１８ｇの下端は、排気口１８ａとして機能する。プラズマ処理装置１０は、噴射口２０ａからパージガスを噴射して排気口１８ａより載置台１４の面に沿ってパージガスを排気することにより、第１の領域Ｒ１に供給する前駆体ガスが第１の領域Ｒ１の外へ漏れ出すことを抑制する。
【００４２】
プラズマ処理装置１０は、例えば図５に示すように、第２の領域Ｒ２の上方に設けられた上部部材１２ｂの開口ＡＰに、載置台１４の上面に対面するように設けられたプラズマ生成部２２を備える。プラズマ生成部２２は、アンテナ２２ａと、アンテナ２２ａにマイクロ波を供給する同軸導波管２２ｂとを有する。本実施形態において、上部部材１２ｂには例えば３つの開口ＡＰが形成され、プラズマ処理装置１０は、例えば３つのプラズマ生成部２２を備える。
【００４３】
プラズマ生成部２２は、第２の領域Ｒ２へ、反応ガスおよびマイクロ波を供給して、第２の領域Ｒ２において反応ガスのプラズマを生成する。反応ガスに窒素含有ガスを用いた場合、プラズマ生成部２２は、基板Ｗに化学的に吸着した原子層または分子層を窒化させる。反応ガスとしては、例えばＮ２（窒素）またはＮＨ３（アンモニア）等の窒素含有ガスを用いることができる。
【００４４】
プラズマ生成部２２は、例えば図５に示すように、開口ＡＰを閉塞するようにアンテナ２２ａを気密に配置する。アンテナ２２ａは、天板４０、スロット板４２、および遅波板４４を有する。
【００４５】
図６および図７は、天板４０の一例を示す図である。図６は、軸線Ｘに沿って天板４０を上方から見た場合の天板４０の形状の一例を示し、図７は、軸線Ｘに沿って天板４０を下方から見た場合の天板４０の形状の一例を示す。天板４０は、誘電体により形成され、例えば図６および図７に示すように、平板部４０ａと、平板部４０ａの周縁に沿って平板部４０ａから上方に突出するリブ４０ｂとを有する。本実施形態において、リブ４０ｂは、平板部４０ａの周縁の全周に渡って平板部４０ａ上に形成される。
【００４６】
本実施形態において、天板４０は、例えば図６および図７に示すように、軸線Ｘの方向から見た場合の形状が、例えば角の丸い略正三角形状である。本実施形態において、天板４０は、例えばアルミナで形成される。なお、天板４０は、アルミナの他、石英、窒化アルミニウム、窒化シリコン、または酸化イットリウム等で形成されてもよい。天板４０は、平板部４０ａの下面が処理容器１２の上部部材１２ｂに形成された開口ＡＰから第２の領域Ｒ２に露出するように上部部材１２ｂによって支持されている。
【００４７】
本実施形態の天板４０では、少なくとも載置領域１４ａに載置された基板Ｗが通過する領域に対向する平板部４０ａの下面の領域が平面状に形成されている。そして、平面状に形成された平板部４０ａの下面の領域は、例えばＡｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、またはＹＦ２等によりコーティングされている。これらのコーティングは、溶射やエアロゾルデポジション法などによって行うことができる。これにより、基板Ｗの処理の過程で天板４０の材料が基板Ｗの表面に付着することにより発生するコンタミネーションを防止することができる。また、本実施形態において、平板部４０ａの下面は平面状に形成されるため、平板部４０ａの下面にコーティングされる膜の密着性を向上させることができる。
【００４８】
天板４０上には、スロット板４２が設けられている。スロット板４２は、天板４０のリブ４０ｂで囲まれた領域内に配置されている。図８は、スロット板４２の一例を示す図である。スロット板４２は、金属により板状に形成される。スロット板４２は、例えば図８に示すように、軸線Ｘの方向から見た場合の形状が、例えば角の丸い略正三角形状である。スロット板４２には、例えば図８に示すように、複数のスロット対４２ｃが形成されている。各スロット対４２ｃには、互いに交差又は直交する方向に延びる長孔である二つのスロット孔４２ａおよび４２ｂが含まれている。これらスロット対４２ｃは、スロット板４２の面内に半径の異なる同心円状に周方向に複数形成されている。また、スロット板４２には、同軸導波管２２ｂを配置するための開口４２ｄが設けられる。スロット板４２は、導体板の一例である。
【００４９】
スロット板４２上には遅波板４４が設けられている。遅波板４４は、天板４０の遅波板４４ｂで囲まれた領域内に配置されている。図９は、遅波板４４の一例を示す図である。遅波板４４は、例えばアルミナ等の誘電体で形成される。遅波板４４は、例えば図９に示すように、軸線Ｘの方向から見た場合の形状が、例えば角の丸い略正三角形状である。遅波板４４には、同軸導波管２２ｂの外側導体６２ｂを配置するための略円筒状の開口が設けられる。当該開口の周囲を形成する遅波板４４の内径側の端部には、遅波板４４の厚み方向に突出するリング状の突出部４４ａが設けられている。遅波板４４は、突出部４４ａが上側に突出するように、スロット板４２上に取り付けられる。
【００５０】
遅波板４４の上面には冷却プレート４６が設けられる。冷却プレート４６は、その内部に形成された流路を流通する冷媒により、遅波板４４を介してアンテナ２２ａを冷却する。冷却プレート４６の表面は金属製である。冷却プレート４６は、図示しないスパイラルスプリングガスケット等のバネにより遅波板４４の上面に押圧されており、冷却プレート４６の下面は、遅波板４４の上面に密着している。これにより、アンテナ２２ａは、冷却プレート４６を介して効率よく放熱することができる。
【００５１】
同軸導波管２２ｂは、中空の略円筒状の内側導体６２ａおよび外側導体６２ｂを備える。内側導体６２ａは、アンテナ２２ａの上方から遅波板４４の開口およびスロット板４２の開口を貫通する。外側導体６２ｂは、内側導体６２ａの外周面と、外側導体６２ｂの内周面との間に隙間をあけて、内側導体６２ａを囲むように設けられる。外側導体６２ｂの下端は、冷却プレート４６の開口部に接続される。内側導体６２ａと外側導体６２ｂとの間には、外側導体６２ｂから内側導体６２ａの方向へ向かって、斜め下方向に複数のスタブ８０が挿入されている。それぞれのスタブ８０の挿入量を制御することにより、天板４０の下面から第２の領域Ｒ２へ放射されるマイクロ波の分布を制御することができる。
【００５２】
プラズマ処理装置１０は、導波管６０および高周波発生器６８を有する。高周波発生器６８は、例えば１ＭＨｚ〜３ＴＨｚの帯域に含まれる高周波を発生させる。本実施形態において、高周波発生器６８は、３００ＭＨｚ〜３ＴＨｚの帯域に含まれるマイクロ波（例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波）を発生させる。高周波発生器６８が発生した、例えば約２．４５ＧＨｚのマイクロ波は、導波管６０を介して同軸導波管２２ｂに伝搬し、内側導体６２ａと外側導体６２ｂとの隙間を伝搬する。そして、遅波板４４内を伝搬したマイクロ波は、スロット板４２のスロット孔から天板４０へ伝搬し、天板４０から第２の領域Ｒ２へ放射される。
【００５３】
第２の領域Ｒ２には、反応ガス供給部２２ｃから反応ガスが供給される。反応ガス供給部２２ｃは、例えば開口ＡＰの周囲に延在するように、処理容器１２の上部部材１２ｂの内側に複数設けられ、反応ガスを天板４０の下方に向けて噴射する。反応ガス供給部２２ｃには、弁５０ｖおよびマスフローコントローラ等の流量制御器５０ｃを介して、反応ガスのガス供給源５０ｇが接続される。
【００５４】
プラズマ生成部２２は、反応ガス供給部２２ｃにより第２の領域Ｒ２に反応ガスを供給し、アンテナ２２ａにより第２の領域Ｒ２にマイクロ波を放射する。これにより、第２の領域Ｒ２において反応ガスプラズマが生成される。
【００５５】
また、図３に示すように、プラズマ処理装置１０は、プラズマ処理装置１０の各構成要素を制御するための制御部７０を備える。制御部７０は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）等の制御装置、メモリ等の記憶装置、入出力装置等を備えるコンピュータであってもよい。制御部７０は、メモリに記憶された制御プログラムに従ったＣＰＵの動作に基づいて、プラズマ処理装置１０の各構成要素を制御する。
【００５６】
例えば、制御部７０は、載置台１４の回転速度を制御する制御信号を駆動装置２４ａへ出力する。また、制御部７０は、基板Ｗの温度を制御する制御信号をヒータ２６に接続された電源へ出力する。また、制御部７０は、前駆体ガスの流量を制御する制御信号を弁１６ｖおよび流量制御器１６ｃへ出力する。また、制御部７０は、排気量を制御する制御信号を排気装置３４へ出力する。
【００５７】
また、制御部７０は、パージガスの流量を制御する制御信号を弁２０ｖおよび流量制御器２０ｃへ出力する。また、制御部７０は、マイクロ波のパワーを制御する制御信号を高周波発生器６８へ出力する。また、制御部７０は、反応ガスの流量を制御する制御信号を弁５０ｖおよび流量制御器５０ｃへ出力する。また、制御部７０は、排気口２２ｈからの排気量を制御する制御信号を排気装置５２へ送信する。
【００５８】
［天板４０の形状］
プラズマ処理装置１０を用いた基板Ｗのプラズマ処理では、処理容器１２内は、大気圧よりも低い圧力に設定される。そのため、天板４０には、大気圧と処理容器１２内の圧力との差圧に応じた圧力がかかる。そのため、天板４０には、圧力に対する強度を確保するために、天板４０にリブが設けられる場合がある。マイクロ波を用いたプラズマ処理では、アンテナ２２ａと基板Ｗとの間の距離が短くなると、基板Ｗに供給されるラジカルの量が増加し、基板Ｗ上に形成された膜の質が向上する。しかし、天板４０の機械的な強度を確保するために、天板４０の載置台１４側の面にリブが設けられると、リブの高さの分、アンテナ２２ａを基板Ｗに近づけることが難しくなる。そのため、基板Ｗ上に形成された膜の質を向上させることが困難となる。
【００５９】
そこで、発明者らは、載置台１４側の面にリブが設けられていない天板４０を用いることを検討した。リブが設けられていない板状の天板を用いてプラズマ処理を実施した場合の天板の第一主応力をシミュレーションしたところ、図１０に示すようなシミュレーション結果を得た。図１０は、リブが設けられていない天板の第一主応力のシミュレーション結果の一例を示す図である。図１０に示したシミュレーション結果では、１１ｍｍ、１３ｍｍ、および１６ｍｍの３通りの厚みＬ１の天板について、アンテナ２２ａから供給されるマイクロ波の電力を変えた場合の天板の第一主応力のシミュレーション結果が示されている。なお、図１０に示したシミュレーション結果では、天板の材質としてアルミナを使用している。
【００６０】
図１０の結果から明らかなように、いずれの厚みＬ１の天板においても、マイクロ波の電力が増加するに従って、天板の第一主応力が増加している。そして、厚みＬ１が１１ｍｍまたは１３ｍｍの天板では、５ｋＷのマイクロ波を供給した場合の第一主応力が７５ＭＰａを超えている。また、厚みＬ１が１６ｍｍの天板では、５ｋＷのマイクロ波を供給した場合の第一主応力が７５ＭＰａ付近の値となっている。
【００６１】
ここで、本実施形態では、天板の過去の使用実績から、５ｋＷのマイクロ波を供給した場合の第一主応力の上限値を７５ＭＰａと定めた。図１０のシミュレーション結果を参照すると、厚みＬ１が１１ｍｍまたは１３ｍｍの天板では、５ｋＷのマイクロ波を供給した場合の第一主応力が上限値を超えていることが分かる。また、厚みＬ１が１６ｍｍの天板では、５ｋＷのマイクロ波を供給した場合の第一主応力が７５ＭＰａ付近の値となっており、上限値に対してマージンがとれていないことが分かる。従って、リブが設けられていない板状の天板を用いた場合には、強度が確保できないことが分かった。
【００６２】
次に、リブが設けられた天板のシミュレーション結果について説明する。天板の載置台１４側の面にリブが設けられると、リブの高さの分、アンテナ２２ａを基板Ｗに近づけることが難しくなる。そのため、本実施形態では、例えば図６および図７で説明したように、載置台１４側の面と反対側の面の周縁全体にリブが設けられた天板４０を用いる。
【００６３】
ここで、シミュレーションで用いたパラメータについて説明する。図１１は、リブの高さおよび幅を説明する図である。図１１に示すように、天板４０において、平板部４０ａの厚みをＬ１、リブ４０ｂの平板部４０ａからの高さをＬ２、リブ４０ｂの幅をＬ３と定義する。
【００６４】
なお、天板４０の平板部４０ａは、スロット板４２の下に配置される。そして、スロット板４２に設けられたそれぞれのスロット孔４２ａおよび４２ｂから放射されたマイクロ波は、天板４０を伝搬し、天板４０から第２の領域Ｒ２へ放射される。ここで、機械的な強度を上げるためには、天板４０の厚みＬ１を増加させることが考えられる。しかし、天板４０の厚みＬ１を増加させると、それぞれのスロット孔４２ａおよび４２ｂから放射されたマイクロ波が、天板４０の面内方向に広がりやすくなり、天板４０上において、マイクロ波の定在波が発生しやすくなる。マイクロ波の定在波が発生すると、天板４０の面内において、スロット孔４２ａおよび４２ｂの直下とは異なる位置でマイクロ波が強まる場合がある。そのため、マイクロ波が、スロット孔４２ａおよび４２ｂの配置とは異なる分布となり、マイクロ波の分布の制御性が低下する。これにより、プラズマの着火不良やプラズマ分布の偏りが発生する。そのため、平板部４０ａは、あまり厚すぎることも好ましくない。
【００６５】
本実施形態では、機械的な強度と、マイクロ波の分布の制御性の観点から、平板部４０ａの厚みＬ１は、天板４０内のマイクロ波の波長をλとした場合に、例えばλ／８〜３λ／８の範囲内の厚みであることが好ましい。天板４０の材質がアルミナである場合、２．４５ＧＨｚのマイクロ波に対して、平板部４０ａの厚みＬ１は、例えば約５ｍｍ〜１５ｍｍの範囲内であることが好ましい。マイクロ波の分布の制御性の観点からは、平板部４０ａの厚みＬ１は、λ／４であることがより好ましい。天板４０の材質がアルミナである場合、天板４０内における２．４５ＧＨｚのマイクロ波の波長は、約４０ｍｍであるため、マイクロ波の分布の制御性の観点からは、平板部４０ａの厚みＬ１は、約１０ｍｍ程度であることが好ましい。しかし、機械的強度を考慮すると、約１０ｍｍの厚みでは、強度のマージンが少ないと考えられる。そのため、以下では、平板部４０ａの厚みＬ１を１３ｍｍとしてシミュレーションを行った。
【００６６】
図１２は、リブが設けられた天板４０のシミュレーション結果の一例を示す図である。なお、図１２に示したシミュレーション結果では、天板４０の材質としてアルミナを使用している。
【００６７】
図１２のシミュレーション結果から明らかなように、リブ４０ｂの高さＬ２が高くなる程、マイクロ波の強度の増加に対して、第一主応力の増加が抑えられている。しかし、リブ４０ｂの高さＬ２が高くなり過ぎると、リブ４０ｂと平板部４０ａとの接続部分に集中する応力が増加する傾向がある。そのため、リブ４０ｂの高さＬ２は、所定範囲内であることが好ましく、例えば平板部４０ａの厚みＬ１の２倍〜４倍の範囲内であることが好ましい。本実施形態では、リブ４０ｂの高さＬ２は、例えば２０ｍｍ〜４０ｍｍの範囲内であることが好ましい。
【００６８】
また、図１２のシミュレーション結果から明らかなように、リブ４０ｂの幅Ｌ３が大きい程、マイクロ波の強度の増加に対して、第一主応力の増加が抑えられている。しかし、リブ４０ｂの幅Ｌ３が大き過ぎると、スロット板４２や遅波板４４を配置するための平板部４０ａの領域が狭くなる。そのため、リブ４０ｂの幅Ｌ３は、所定範囲内であることが好ましく、例えば平板部４０ａの厚みＬ１の１倍〜１．５倍の範囲内であることが好ましい。本実施形態では、リブ４０ｂの幅Ｌ３は、例えば１０ｍｍ〜１５ｍｍの範囲内であることが好ましい。
【００６９】
図１２から明らかなように、シミュレーションでは、平板部４０ａの厚みＬ１を１３ｍｍ、リブ４０ｂの高さＬ２を２７．５ｍｍ、リブ４０ｂの幅Ｌ３を１２．５ｍｍに設定することにより、天板４０に発生する第一主応力を６２．９ＭＰａまで抑えることができることが確認できた。
【００７０】
このように、本実施形態では、例えば図５〜図７に示したように、載置台１４側の面と反対側の面にリブが設けられた天板４０を用いることにより、載置台１４側の面にリブが設けられていない場合であっても、天板４０に発生する第一主応力を所定値以下に抑えることができる。これにより、アンテナ２２ａと基板Ｗとの間の距離を短くすることができる。
【００７１】
例えば、下面にリブが形成された天板４０を用いた従来のプラズマ処理装置１０では、リブ以外の部分の天板４０の下面から基板Ｗまでの距離が６７ｍｍであった。これに対し、本実施形態のプラズマ処理装置１０では、天板４０の下面から基板Ｗまでの距離を４５．７ｍｍまで短くすることができた。即ち、本実施形態のプラズマ処理装置１０では、従来のプラズマ処理装置１０と比べて、天板４０から基板Ｗまでの距離を、２１．３ｍｍ短縮することができる。
【００７２】
このように、アンテナ２２ａと基板Ｗとの間の距離を短くすることにより、アンテナ２２ａ付近で生成されたラジカルが、より基板Ｗに届きやすくなる。従って、基板Ｗに供給されるラジカルの量を増加させることができ、より低い処理温度でも、基板Ｗの膜質を向上させることが可能となる。
【００７３】
なお、天板４０と基板Ｗとの間の距離は、あまり短くし過ぎると、基板Ｗにチャージアップダメージが発生する。実験では、天板４０の下面と基板Ｗとの距離が３０ｍｍ未満になった場合に、基板Ｗにチャージアップダメージが発生した。そのため、アンテナ２２ａと基板Ｗとの間の距離を短くし過ぎることも好ましくない。そのため、本実施例では、アンテナ２２ａと基板Ｗとの間の距離は、所定範囲内であることが好ましく、例えば平板部４０ａの厚みＬ１の３倍〜４倍の範囲内であることが好ましい。本実施形態では、アンテナ２２ａと基板Ｗとの間の距離は、例えば３０ｍｍ〜４０ｍｍの範囲内であることが好ましい。
【００７４】
以上、実施形態について説明した。本実施形態のプラズマ処理装置１０によれば、基板Ｗの膜質を向上させることができる。特に、本実施形態のプラズマ処理装置１０によれば、アンテナ２２ａの下面の天板４０の厚みＬ１を３λ／８以下の厚みに維持したまま、天板４０の下面を平坦にすることができるので、プラズマが生成される領域におけるマイクロ波の分布の制御性の向上と、基板Ｗに供給されるラジカルの量の増加とを両立することができる。
【００７５】
なお、開示の技術は、上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
【００７６】
例えば、上記した実施形態では、アンテナ２２ａとして、軸線Ｘに沿う方向から見た場合の断面形状が、略正三角形状のアンテナ２２ａが用いられたが、開示の技術はこれに限られない。他の形態として、軸線Ｘに沿う方向から見た場合のアンテナ２２ａの形状は、略正三角形以外の形状、例えば略円状や多角形状等であってもよい。
【００７７】
また、上記した実施形態では、プラズマ処理装置１０として、セミバッチ式の基板処理装置を例に説明した。しかし、開示の技術はこれに限られない。例えば、枚葉式のプラズマ処理装置１０に対しても、上記した天板４０が用いられてもよい。
【００７８】
また、上記した実施形態における天板４０は、平板部４０ａの周縁の全周に渡って、リブ４０ｂが設けられる。しかし、開示の技術はこれに限られない。例えば、リブ４０ｂは、平板部４０ａの周縁の中で、一部の区間に設けられていなくてもよい。なお、軸線Ｘに沿う方向から見た場合の天板４０の形状が、略正三角形状である場合、コーナー部分に応力が集中しやすい傾向がある。そのため、平板部４０ａの周縁の全周にリブ４０ｂが設けられない場合であっても、該コーナー部分にはリブ４０ｂが設けられることが好ましい。また、リブ４０ｂは、平板部４０ａの周縁以外の部分に設けられていてもよい。
【００７９】
また、リブ４０ｂは、平板部４０ａの上面（載置台１４と対向する側の面と反対側の面）に設けられていればよく、必ずしも平板部４０ａの上面の周縁に設けられていなくてもよい。ただし、この場合、リブ４０ｂは、平板部４０ａの上面において、スロット板４２が配置される領域以外の領域に設けられることが好ましい。
【００８０】
また、上記した実施形態では、天板４０のリブ４０ｂは、平板部４０ａの周縁に沿って平板部４０ａから載置台１４と対向する側の面と反対側に突出するが、開示の技術はこれに限られない。リブ４０ｂは、例えば図１３に示すように、平板部４０ａの周縁に沿って平板部４０ａから載置台１４と対向する側の面と反対側に突出し、さらに平板部４０ａの面と略平行な方向に沿って外側に突出する形状であってもよい。これにより、天板４０の機械的強度を保ちつつ、アンテナ２２ａ全体をさらに基板Ｗに近づけることができる。
【００８１】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者には明らかである。また、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００８２】
Ｗ  基板
１０  プラズマ処理装置
１２  処理容器
１４  載置台
１６  第１のガス供給部
１８  排気部
２０  第２のガス供給部
２２  プラズマ生成部
２２ａ  アンテナ
２２ｂ  同軸導波管
２２ｃ  反応ガス供給部
２４  駆動機構
２６  ヒータ
３４  排気装置
４０  天板
４０ａ  平板部
４０ｂ  リブ
４２  スロット板
４４  遅波板
【図１】
0006479550.tif 000002
【図２】
0006479550.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0006479550.tif 000007
【図７】
0006479550.tif 000008
【図８】
0006479550.tif 000009
【図９】
0006479550.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
0006479550.tif 000012
【図１２】
0006479550.tif 000013
【図１３】
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