(57)【要約】【課題】処理容器内の圧力を低くしたままでもプラズマの着火性を向上させることが可能な天板部材を提供する。【解決手段】被処理体Ｗに対してマイクロ波により発生したプラズマにより処理を施すために真空引き可能になされた処理容器４４の天井部に設けられて前記マイクロ波を透過する誘電体板６２よりなる天板部材５８において、前記誘電体板６２の前記処理容器４４内側にプラズマ着火時に電界集中を行うための着火用凹部６４を設けるように構成する。これにより、処理容器内の圧力を低くしたままでもプラズマの着火性を向上させることができ、処理容器内の圧力が高い状態で成膜が行われることを阻止することができるので、形成される低誘電率材料よりなる絶縁膜等の電気的特性を向上させることができる。【選択図】図１
2008182102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体に対してマイクロ波により発生したプラズマにより処理を施すために真空引き可能になされた処理容器の天井部に設けられて前記マイクロ波を透過する誘電体板よりなる天板部材において、
前記誘電体板の前記処理容器内側にプラズマ着火時に電界集中を行うための着火用凹部を設けるように構成したことを特徴とする天板部材。
【請求項２】
前記着火用凹部の直径Ｄ１は、前記マイクロ波の前記誘電体板中の波長λとすると、２・λ／８≦Ｄ≦４・λ／８の範囲内であることを特徴とする請求項１記載の天板部材。
【請求項３】
前記着火用凹部の深さＨは、前記マイクロ波の前記誘電体板中の波長λとすると、２・λ／８≦Ｈ≦４・λ／８の範囲内であることを特徴とする請求項１又は２記載の天板部材。
【請求項４】
前記着火用凹部の内側の側面は、垂直方向に対して±１０度以内に設定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の天板部材。
【請求項５】
前記着火用凹部は、前記マイクロ波に対する共振領域を形成するために前記誘電体板の中央部の処理容器内側に突出した断面台形状の突起部に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の天板部材。
【請求項６】
前記処理容器内の圧力は、プラズマの着火時に１０ｍＴｏｒｒ〜２Ｔｏｒｒの範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の天板部材。
【請求項７】
天井部が開口されて内部が真空引き可能になされた処理容器と、
被処理体を載置するために前記処理容器内に設けられた載置台と、
前記処理容器内のガスを導入するためのガス導入手段と、
前記天井部の開口に気密に装着された請求項１乃至６のいずれかに記載の天板部材と、
前記天板部材を介して前記処理容器内へマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記マイクロ波導入手段は、
前記天板部材上に設けられてマイクロ波を放射する複数のスロットが形成された平面アンテナ部材と、
マイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、
前記マイクロ波発生器で発生したマイクロ波を前記平面アンテナ部材へ導く導波管と、
よりなることを特徴とする請求項７記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記マイクロ波導入手段は、
前記天板部材上に設けられてマイクロ波を放射する複数のスロットが形成された導波管と、
前記マイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、
よりなることを特徴とする請求項７記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
天井部が開口されて内部が真空引き可能になされた処理容器と、
被処理体を載置するために前記処理容器内に設けられた載置台と、
前記処理容器内のガスを導入するためのガス導入手段と、
前記天井部の開口に気密に装着された請求項１乃至６のいずれかに記載の天板部材と、
前記天板部材を介して前記処理容器内へマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段と、
装置全体の動作を制御する制御手段とを有するプラズマ処理装置を用いてプラズマ処理を行うに際して、
前記処理容器内の圧力は、プラズマの着火時に１０ｍＴｏｒｒ〜２Ｔｏｒｒの範囲内に設定するように前記プラズマ処理装置を制御するプログラムを記憶する記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等に対してマイクロ波により生じたプラズマを作用させて処理を施す際に使用されるプラズマ処理装置及びこれに用いられる天板部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体製品の高密度化及び高微細化に伴い半導体製品の製造工程において、成膜、エッチング、アッシング等の各種処理のためにプラズマ処理装置が多用される場合があり、特に、０．１ｍＴｏｒｒ（１３．３ｍＰａ）〜数Ｔｏｒｒ（数百Ｐａ）程度の比較的圧力が低い高真空状態でも安定してプラズマを立てることができることからマイクロ波を用いて、高密度プラズマを発生させるマイクロ波プラズマ処理装置が使用される傾向にある。
【０００３】
このようなプラズマ処理装置は、特許文献１〜５等に開示されている。ここで、マイクロ波を用いた一般的なプラズマ処理装置の一例を図８及び図９を参照して概略的に説明する。図８は従来の一般的なプラズマ処理装置を示す概略構成図、図９は天板部材を示す拡大断面図である。
【０００４】
図８において、このプラズマ処理装置２は、真空引き可能になされた処理容器４内に半導体ウエハＷを載置する載置台６を設けており、この載置台６に対向する天井部にマイクロ波を透過する円板状のアルミナや窒化アルミや石英等の誘電体板よりなる天板部材８を気密に設けている。そして処理容器４の側壁には、容器内へ所定のガスを導入するためのガス導入手段として例えばガスノズル１０が設けられていると共に、ウエハＷの搬出入用の開口部１２が設けられ、この開口部１２には、これを気密に開閉するゲートバルブＧが設けられる。また処理容器４の底部には、排気口１４が設けられており、この排気口１４には図示しない真空排気系が接続されて、上述のように処理容器４内を真空引きできるようになっている。
【０００５】
そして、上記天板部材８の上側に、上記処理容器４内にプラズマ形成用のマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段１６が設けられる。具体的には、このマイクロ波導入手段１６は、上記天板部材８の上面に設けられた厚さ数ｍｍ程度の例えば銅板よりなる円板状の平面アンテナ部材１８と、この平面アンテナ部材１８の半径方向におけるマイクロ波の波長を短縮するための例えば誘電体よりなる遅波部材２０とを有している。そして、平面アンテナ部材１８には多数の、例えば長溝状の貫通孔よりなるマイクロ波放射用のスロット２２が形成されている。このスロット２２は一般的には、同心円状に配置されたり、或いは渦巻状に配置されている。
【０００６】
そして、同軸導波管２４の中心導体２４Ａを上記平面アンテナ部材１８に接続し、また同軸導波管２４の外側導体２４Ｂを、上記遅波部材２０の全体を覆う導波箱２５の中央部に接続するようになっている。そして、マイクロ波発生器２６より発生した、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波をモード変換器２８にて所定の振動モードへ変換した後に平面アンテナ部材１８や遅波部材２０へ導くようになっている。そして、マイクロ波をアンテナ部材１８の半径方向へ放射状に伝搬させつつ平面アンテナ部材１８に設けた各スロット２２からマイクロ波を放射させてこれを天板部材８に透過させて、下方の処理容器４内へマイクロ波を導入し、このマイクロ波により処理容器４内の処理空間Ｓにプラズマを立てて半導体ウエハＷにエッチングや成膜などの所定のプラズマ処理を施すようになっている。また上記導波箱２５の上面には、マイクロ波の誘電損失で加熱された遅波部材２０を冷却する冷却器３０が設けられている。
【０００７】
また天板部材８としては、これを構成する誘電体板の板厚が全面に亘って均一に形成されている場合もあるが、処理空間Ｓの面内方向におけるプラズマ密度の均一化を図るために天板部材８には種々の工夫がなされている。例えば図９にも示すように（特許文献５参照）、天板部材８の中心部の大気側（上面側）には、この部分におけるマイクロ波をキャンセルして電界集中を避けるための凹部３２が形成されると共に、天板部材８の下面側には、その中心部、中周部及び外周部に、それぞれ断面台形状、或いは三角形状になされた突起部３４ａ、３４ｂ、３４ｃを設けてマイクロ波に対する共振領域を形成するようにし、低い圧力から高い圧力に亘って安定したプラズマを発生できるようになっている。
【０００８】
【特許文献１】特開平３−１９１０７３号公報
【特許文献２】特開平５−３４３３３４号公報
【特許文献３】特開平９−１８１０５２号公報
【特許文献４】特開２００３−３３２３２６号公報
【特許文献５】特開２００５−１００９３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、半導体装置の例えば層間絶縁膜等を構成する材料としては、動作速度の更なる向上等を目的として、例えばＳｉＯＣ膜、ＳｉＯＣＨ膜、ＣＦ膜等に代表される低誘電率材料、いわゆるＬｏｗ−ｋ材料が用いられる傾向がある。そして、この低誘電率材料よりなる層間絶縁膜等の電気的特性を更に良好にするためには、合理的なスループットが得られる範囲で処理圧力を可能な限り低圧、例えば５０ｍＴｏｒｒ（６．７Ｐａ）以下で成膜することが望まれている。
【００１０】
この場合、周知のように、処理容器４内の圧力を過度に低くすると、投入するマイクロ波の電力を大きくしてもプラズマが着火しない。このため、従来にあってはプラズマの着火時には、一旦処理容器４内の圧力を少し高目に設定しておき、プラズマが着火したならば処理容器４内の圧力を低下させてプロセスを行うようにしていた。尚、プラズマは、一旦着火すると、その後に処理容器４内の圧力を過度に低下させても十分に安定して維持できるという特性を有している。
【００１１】
しかしながら、上述のように、プラズマの着火時に、一時的であっても処理容器４内の圧力をプラズマが着火できるように高く設定すると、着火時にはすでに成膜用ガスを流していることから短時間ではあるがプロセス圧力が高い状態で低誘電率材料の成膜が行われてしまい、この時に堆積した薄膜が絶縁膜全体の電気的特性を低下させてしまう、といった問題があった。
【００１２】
この場合、プラズマの着火性を改善するためには、天板部材の下面中央部に下方に向けて大きな突起部を形成してここに電界集中を生ぜしめればよいが、この場合にはプラズマが着火した後にもこの部分に電界集中が継続的に生じることになるので、平面方向におけるプラズマ密度の均一性が大きく崩れてしまい、上記構造を採用することができない。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、処理容器内の圧力を低くしたままでもプラズマの着火性を向上させることが可能な天板部材及びこれを用いたプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１に係る発明は、被処理体に対してマイクロ波により発生したプラズマにより処理を施すために真空引き可能になされた処理容器の天井部に設けられて前記マイクロ波を透過する誘電体板よりなる天板部材において、前記誘電体板の前記処理容器内側にプラズマ着火時に電界集中を行うための着火用凹部を設けるように構成したことを特徴とする天板部材である。
【００１４】
このように、天板部材となる誘電体板の前記処理容器内側にプラズマ着火時に電界集中を行うための着火用凹部を設けるように構成したので、処理容器内の圧力を低くしたままでもプラズマの着火性を向上させることができる。
従って、処理容器内の圧力が高い状態で成膜が行われることを阻止することができるので、形成される低誘電率材料よりなる絶縁膜等の電気的特性を向上させることができる。
【００１５】
この場合、例えば請求項２に記載したように、前記着火用凹部の直径Ｄ１は、前記マイクロ波の前記誘電体板中の波長λとすると、２・λ／８≦Ｄ≦４・λ／８の範囲内である。
また例えば請求項３に記載したように、前記着火用凹部の深さＨは、前記マイクロ波の前記誘電体板中の波長λとすると、２・λ／８≦Ｈ≦４・λ／８の範囲内である。
また例えば請求項４に記載したように、前記着火用凹部の内側の側面は、垂直方向に対して±１０度以内に設定されている。
【００１６】
また例えば請求項５に記載したように、前記着火用凹部は、前記マイクロ波に対する共振領域を形成するために前記誘電体板の中央部の処理容器内側に突出した断面台形状の突起部に形成されている。
また例えば請求項６に記載したように、前記処理容器内の圧力は、プラズマの着火時に１０ｍＴｏｒｒ〜２Ｔｏｒｒの範囲内に設定されている。
【００１７】
請求項７に係る発明は、天井部が開口されて内部が真空引き可能になされた処理容器と、被処理体を載置するために前記処理容器内に設けられた載置台と、前記処理容器内のガスを導入するためのガス導入手段と、前記天井部の開口に気密に装着された前記いずれかに記載の天板部材と、前記天板部材を介して前記処理容器内へマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置である。
【００１８】
この場合、例えば請求項８に記載したように、前記マイクロ波導入手段は、前記天板部材上に設けられてマイクロ波を放射する複数のスロットが形成された平面アンテナ部材と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、前記マイクロ波発生器で発生したマイクロ波を前記平面アンテナ部材へ導く導波管と、よりなる。
また例えば請求項９に記載したように、前記マイクロ波導入手段は、前記天板部材上に設けられてマイクロ波を放射する複数のスロットが形成された導波管と、前記マイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、よりなる。
【００１９】
請求項１０に係る発明は、天井部が開口されて内部が真空引き可能になされた処理容器と、被処理体を載置するために前記処理容器内に設けられた載置台と、前記処理容器内のガスを導入するためのガス導入手段と、前記天井部の開口に気密に装着された前記いずれかに記載の天板部材と、前記天板部材を介して前記処理容器内へマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段と、装置全体の動作を制御する制御手段とを有するプラズマ処理装置を用いてプラズマ処理を行うに際して、前記処理容器内の圧力は、プラズマの着火時に１０ｍＴｏｒｒ〜２Ｔｏｒｒの範囲内に設定するように前記プラズマ処理装置を制御するプログラムを記憶する記憶媒体である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る天板部材及びこれを用いたプラズマ処理装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
天板部材となる誘電体板の前記処理容器内側にプラズマ着火時に電界集中を行うための着火用凹部を設けるように構成したので、処理容器内の圧力を低くしたままでもプラズマの着火性を向上させることができる。
従って、処理容器内の圧力が高い状態で成膜が行われることを阻止することができるので、形成される低誘電率材料よりなる絶縁膜等の電気的特性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明に係る天板部材及びこれを用いたプラズマ処理装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係るプラズマ処理装置の第１実施例を示す構成図、図２は図１に示すプラズマ処理装置に用いる天板部材を示す拡大断面図、図３は天板部材の下面を示す平面図、図４は天板部材に設けた着火用凹部の直径とプラズマ着火時の電界強度との関係を示すグラフである。
【００２２】
図示するようにこのプラズマ処理装置４２は、例えば側壁や底部がアルミニウム等の導体により構成されて、全体が筒体状、例えば円筒体状に成形された処理容器４４を有しており、内部は密閉された処理空間Ｓとして構成されて、この処理空間Ｓにプラズマが形成される。この処理容器４４自体は接地されている。
【００２３】
この処理容器４４内には、上面に被処理体としての例えば半導体ウエハＷを載置する載置台４６が収容される。この載置台４６は、例えばアルマイト処理したアルミニウム等により平坦になされた略円板状に形成されており、例えば絶縁性材料よりなる支柱４７を介して容器底部より起立されている。
上記載置台４６の上面には、ここにウエハを保持するための静電チャック或いはクランプ機構（図示せず）が設けられる。尚、この載置台４６を例えば１３．５６ＭＨｚのバイアス用高周波電源に接続する場合もある。また必要に応じてこの載置台４６中に加熱用ヒータを設けてもよい。また、この載置台４６には、ウエハＷを搬出入する際にこのウエハＷを突き上げるリフタピン（図示せず）が設けられる。
【００２４】
上記処理容器４４の側壁には、ガス導入手段４８として、容器内にプラズマ用ガス、例えばアルゴンガスを供給する石英パイプ製のプラズマガス供給ノズル４８ａや処理ガス、例えばデポジションガスを導入するための例えば石英パイプ製の処理ガス供給ノズル４８ｂが設けられており、これらの各ノズル４８ａ、４８ｂより上記各ガスを流量制御しつつ供給できるようになっている。尚、上記ガス導入手段４８として例えば石英製のシャワーヘッド等を用いる場合もある。
【００２５】
また、容器側壁には、この内部に対してウエハを搬入・搬出するための開口５０が設けられると共に、この開口５０には、ウエハの搬出入時に開閉するゲートバルブ５２が設けられている。また、容器底部には、排気口５４が設けられると共に、この排気口５４には図示されない真空ポンプや圧力調整弁が介接された排気路５６が接続されており、必要に応じて処理容器４４内を所定の圧力まで真空引きできるようになっている。
【００２６】
そして、処理容器４４の天井部は開口されて、ここに天板部材５８がＯリング等のシール部材６０を介して気密に設けられる。この天板部材６０は、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）等のセラミック部材や石英等のマイクロ波を透過する、すなわち透過性を有する誘電体板６２により構成されている。この誘電体板６２の厚さは耐圧性を考慮して例えば２０ｍｍ程度に設定される。そして、この誘電体板６２の下面であって処理容器４４内を臨む面側、すなわち処理容器内側には、プラズマの着火時に電界集中を行うための本発明の特徴とする着火用凹部６４が設けられている。尚、この着火用凹部６４などの天板部材５８の構造については後述する。
【００２７】
そして、この天板部材５８の上面側に、この天板部材５８を介して処理容器４４内へマイクロ波を導入するためのマイクロ波導入手段６６が設けられる。具体的には、このマイクロ波導入手段６６は、上記天板部材５８の上面に設けられる平面アンテナ部材６８を有しており、この平面アンテナ部材６８上には高誘電率特性を有する遅波部材７０が設けられている。この平面アンテナ部材６８は、上記遅波部材７０の上方全面を覆う導電性の中空円筒状容器よりなる導波箱７２の底板として構成され、前記処理容器４４内の上記載置台４６に対向させて設けられる。
【００２８】
この導波箱７２及び平面アンテナ部材６８の周辺部は共に接地されると共に、この導波箱７２の上部の中心には、同軸導波管７４の外管７４ａが接続され、内部の内部導体７４ｂは、上記遅波部材７０の中心の貫通孔を通って上記平面アンテナ部材６８の中心部に接続される。そして、この同軸導波管７４は、モード変換器７６及び矩形導波管７８を介してマッチング回路８０を有する例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波発生器（マイクロ波発生手段）８２に接続されており、上記平面アンテナ部材６８へマイクロ波を伝搬するようになっている。従って、上記モード変換器７６は、矩形導波管７８と同軸導波管７４とよりなる導波管の途中に介設されることになる。
【００２９】
ここで上記マイクロ波発生器８２からは例えばＴＥモードのマイクロ波が放出され、これがモード変換器７６にて例えばＴＥＭモードに変換されて同軸導波管７４内を伝搬されて行く。この周波数は２．４５ＧＨｚに限定されず、他の周波数、例えば８．３５ＧＨｚや１．９８ＧＨｚを用いてもよい。尚、上記導波箱７２の上部に図示しない天井冷却ジャケットを設けるようにしてもよい。そして、上記導波箱７２内であって、平面アンテナ部材６８の上面側に設けた高誘電率特性を有する遅波部材７０は、この波長短縮効果により、マイクロ波の管内波長を短くしている。この遅波部材７０としては、例えば上記誘電体板６２と同じ材料を用いることができる。
【００３０】
上記平面アンテナ部材６８は、ウエハサイズにもよるが例えば８インチサイズのウエハ対応の場合には、例えば直径が３００〜４００ｍｍ、厚みが１〜数ｍｍの導電性材料である銅板或いはアルミ板よりなり、この円板の表面は例えば銀メッキされている。この円板には、マイクロ波を放射するために例えば長溝状の貫通孔よりなる多数のスロット８４が形成されている。このスロット８４の配置形態は、特に限定されず、例えば同心円状、渦巻状、或いは放射状に配置させてもよいし、アンテナ部材全面に均一になるように分布させてもよい。
【００３１】
そして、上記天板部材５８を形成する誘電体板６２は、その上面側は略平坦に形成されているのに対して、下面側、すなわち処理容器４４の処理空間Ｓに臨む側の面には、特開２００５−１００９３１号公報で開示たような突起部が形成されている。具体的には、図２及び図３にも示すように、誘電体板６２のマイクロ波導入部である中心部と中周部と外周部とにそれぞれ突起部８６、８８、９０を形成して誘電体板６２の板厚を変化させている。ここで中心部の突起部８６の周辺面はテーパ面８６ａとなっており、中周部の突起部８８の内外周面はテーパ面８８ａとなっており、外周部の突起部９０の内周面はテーパ面９０ａとなっている。
【００３２】
上記外周部の突起部９０及び中周部の突起部８８は、誘電体板６２の周方向に沿ってリング状に形成されており、突起部９０はその内周側がテーパ面となり、突起部８８はその内外周側がテーパ面となっている。
【００３３】
また、中心部の突起部８６は断面台形状、或いは截頭円錐形状になされて側面がテーパ面となっている。ここでマイクロ波が平面アンテナ部材６８から誘電体板６２側へ導入されると、誘電体板６２の直下に生ずるプラズマはマイクロ波に対して強い反射板として作用するので（このようなプラズマを「表面波プラズマ」と称す）、このマイクロ波は誘電体板６２内で上面側と下面側とで反射を繰り返しながら（上下）面方向へ振動して定在波となっている。この場合、上記各突起部８６、８８、９０の一側面、或いは両側面はテーパ面となっているので、上記誘電体板６２内でこの面方向に振動する振幅と各突起部８６、８８、９０における面方向の厚さとが一致する部分が存在し、そこに共振領域を形成してプラズマ密度を高くできるようになっている。
【００３４】
そして、前述したように、誘電体板６２の中心部、すなわちマイクロ波を上方より導入するマイクロ波導入部に対応させて、プラズマ着火時に電界集中を行うための着火用凹部６４が形成されている。ここでは、上記着火用凹部６４は、中心部の上記突起部８６の中央に形成されている。この着火用凹部６４は断面円形の穴よりなり、プロセス圧力が５０ｍＴｏｒｒ以下の低圧でもプラズマの着火を生ぜしめるためにその直径Ｄは、マイクロ波の上記誘電体板６２中の波長をλとすると、２・λ／８≦Ｄ≦４・λ／８の範囲内となるように設定している。この場合、直径Ｄを好ましくは３・λ／８に設定するのがよい。
【００３５】
また、この着火用凹部６４の深さＨも、２・λ／８≦Ｈ≦４・λ／８の範囲内となるように設定する。上記着火用凹部６４に必要とされる機能は、プラズマ着火時にはこの部分で電界集中が発生し、プラズマ着火後はプラズマ密度の処理空間Ｓにおける均一性を高めるために上記電界集中が解消されることであり、このような機能を満たすために、着火用凹部６４の上述したような寸法条件が求められる。そして、上記寸法条件の内、特に着火用凹部６４の直径Ｄの条件が重要である。
【００３６】
すなわち、直径Ｄが上述した範囲内から逸脱すると、電界の集中が十分に生じなくなり、５０ｍＴｏｒｒ以下の低圧ではプラズマの着火が不可能になってしまう。本実施例では一例として、直径Ｄは２０ｍｍ程度に設定され、また深さＨは１０ｍｍ程度に設定されている。また、この着火用凹部６４の内側の側面６４ａは、垂直方向（重力方向）９４に対して±１０度以内の角度範囲内に設定するのがよく、この角度範囲を逸脱して上記側面６４ａが傾斜の大きなテーパ面になると、この部分に十分な電界集中が生じないことになり、プラズマ着火を引き起こすことができなくなってしまう。
【００３７】
そして、このように形成されたプラズマ処理装置４２の全体の動作は、例えばコンピュータ等よりなる制御手段９６により制御されるようになっており、この動作を行うコンピュータのプログラムはフレキシブルディスクやＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）やフラッシュメモリやハードディスク等の記憶媒体９８に記憶されている。具体的には、この制御手段９６からの指令により、各ガスの供給や流量制御、マイクロ波や高周波の供給や電力制御、プロセス温度やプロセス圧力の制御等が行われる。
【００３８】
次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置４２を用いて行なわれる処理方法について説明する。まず、ゲートバルブ５２を開いて、開口５０を介して半導体ウエハＷを搬送アーム（図示せず）により処理容器４４内に収容し、リフタピン（図示せず）を上下動させることによりウエハＷを載置台４６の上面の載置面に載置する。
【００３９】
そして、処理容器４４内へプラズマガス供給ノズル４８ａから例えばアルゴンガスを流量制御しつつ供給すると共に処理ガス供給ノズル４８ｂから処理態様に応じて例えば成膜処理であるならば成膜用ガスを流量制御しつつ供給する。同時にマイクロ波発生器８２にて発生したマイクロ波を、矩形導波管７８及び同軸導波管７４を介して平面アンテナ部材６８に供給して処理空間Ｓに、遅波部材７０によって波長が短くされたマイクロ波を導入し、これにより処理空間Ｓにプラズマを発生させて所定のプラズマ処理を行う。
【００４０】
ここで、マイクロ波発生器８２にて発生した例えば２．４５ＧＨｚのＴＥモードのマイクロ波は矩形導波管７８を伝搬した後に、モード変換器７６にてＴＥＭモードへ変換され、このＴＥＭモードのマイクロ波は上記したように同軸導波管７４内を伝搬して導波箱７２内の平面アンテナ部材６８に到達し、内部導体７４ｂの接続された円板状の平面アンテナ部材６８の中心部から放射状に周辺部に伝搬される間に、この平面アンテナ部材６８に多数形成されたスロット８４から天板部材５８を透過させて平面アンテナ部材６８の直下の処理空間Ｓにマイクロ波を導入する。このマイクロ波により励起されたアルゴンガスが解離してプラズマ化し、この下方に拡散してここで処理ガスを活性化して活性種を作り、この活性種の作用でウエハＷの表面に所定のプラズマ処理が施されることになる。
【００４１】
ここで本実施例においては、プラズマＣＶＤによって成膜される低誘電率（Ｌｏｗ−ｋ）の薄膜（絶縁膜）の電気的特性を改善するために、処理容器４４内の圧力、すなわちプロセス圧力を、プラズマの着火時も含めて成膜中は常時低圧、例えば５０ｍＴｏｒｒ以下の設定しておく。
【００４２】
この場合、従来のプラズマ処理装置にあっては、プラズマ着火時の圧力が５０ｍＴｏｒｒ以下では圧力が低過ぎるためにプラズマの着火は生じないことから、プラズマ着火時には処理容器内の圧力を少し高く設定してプラズマ着火後に圧力を低下させるようにしていたが、本発明の場合には、上述したように天板部材５８を構成する誘電体板６２の中央部（マイクロ波導入部）の下面側に着火用凹部６４を設けたことから、この部分に電界集中が発生し、処理容器４４内の圧力が５０ｍＴｏｒｒ以下の低圧でもプラズマ着火を発生させることができる。そして、一旦、プラズマが着火したならば、処理容器４４内の圧力、すなわちプロセス圧力を５０ｍＴｏｒｒ以下に維持したまま成膜処理を行うことになる。
【００４３】
この場合、一旦プラズマが着火すると、上記着火用凹部６４での電界集中は解消されるので、この部分のプラズマ密度が過度に高くなることはない。この理由は、前述したように、処理空間Ｓに一旦プラズマが発生すると、前述した表面波プラズマによりマイクロ波は誘電体板６２内を上下に反射しながら半径方向外方へ伝搬して周辺部から反射するが、この反射波が着火用凹部６４内では互いにキャンセルするようにこの着火用凹部６４の寸法が設定されているからである。
【００４４】
また、ここでは誘電体板６２の中央部、中周部及び周辺部にテーパ面を有するそれぞれ突起部８６、８８、９０を設けていることから、特開２００５−１００９３１号公報にも説明されているように、どのようなプラズマ条件でも共振領域を形成することができるので、例えばプロセス圧力が変化してもプラズマ密度を高めて、プラズマを安定して形成することができる。
【００４５】
ここで上記着火用凹部６４の直径Ｄとプラズマ着火時の着火用凹部６４の内周面（より詳細には凹部の側面と底面とのカド部）における電界強度との関係について評価を行ったので、その評価結果について図４を参照して説明する。図４中において、λは誘電体板６２中におけるマイクロ波の波長を示す。図４から明らかなように、直径Ｄが３・λ／８の時に最も電界強度が大きくなって電界集中が発生し、電界強度のピーク点となっており、このピーク点を中心にして左右で電界強度が急激に低下している。そして、２・λ／８及び４・λ／８の時には、ピーク時の電界強度の６５％程度まで電界強度が低下しており、この時の電界強度よりも電界集中が低下すると、５０ｍＴｏｒｒ以下の低圧ではプラズマ着火が生じなかった。従って、着火用凹部６４の直径Ｄの上限は４・λ／８であり、下限は２・λ／８であることが理解できる。尚、実際のプラズマ処理では、膜質を問題としなければプラズマ着火時の圧力も含めてプロセス圧力の上限は２Ｔｏｒｒ程度である。
【００４６】
このように、天板部材５８となる誘電体板６２の前記処理容器４４内側にプラズマ着火時に電界集中を行うための着火用凹部６４を設けるように構成したので、処理容器４４内の圧力を低くしたままでもプラズマの着火性を向上させることができる。
従って、処理容器４４内の圧力が高い状態で成膜が行われることを阻止することができるので、形成される低誘電率材料よりなる絶縁膜等の電気的特性を向上させることができる。
【００４７】
＜シミュレーションによる電界強度の変化＞
次に、シミュレーションによってプラズマ着火時の天板部材における電界強度の変化を求めたので、そのシミュレーション結果について説明する。図５はプラズマ着火時における従来の天板部材と本発明の天板部材の電界強度のシミュレーション結果を示す模式図である。図５（Ａ）は従来の天板部材を示し、図５（Ｂ）は本発明の天板部材を示し、共にプラズマ着火時の電界分布とプラズマ着火後の電界分布の状態を示している。
【００４８】
図５（Ａ）に示す従来の天板部材８は図９において説明したものと同じ構成のものを用いており、その材料は窒化アルミニウムよりなり、中央部の上面に形成した凹部の直径Ｄ１は、ここに伝搬するマイクロ波をキャンセルして電界集中を防止するために３０ｍｍ程度に設定されている。また図５（Ｂ）に示す本発明の天板部材は先に説明した構成のものを用いており、その材料は窒化アルミニウムよりなり、着火用凹部６４の直径Ｄは２０ｍｍに設定されている。またマイクロ波の周波数は共に２．４５ＧＨｚである。
【００４９】
図５（Ａ）に示すように、従来の天板部材８にあっては、プラズマの着火時及びプラズマの着火後においても、天板部材の中心部には電界集中はほとんど生じておらず、電界分布は比較的均一になされており、プラズマは安定して形成されているのが理解できる。
これに対して、図５（Ｂ）に示す本発明の天板部材５８にあっては、プラズマの着火時には中央の着火用凹部６４の部分に大きな電界集中が生じているのが理解できる。そして、一旦、プラズマの着火が生じてプラズマが安定化すると、着火用凹部６４における電界集中は解消しており、電界分布が比較的均一になっているのが理解できる。
【００５０】
このように、上記シミュレーションにより、本発明の天板部材５８ではプラズマ着火時だけ着火用凹部６４に電界集中を発生させ、着火後はこの電界集中を解消できることが確認できた。
【００５１】
＜実際の天板部材に対する検証＞
次に、上述したシミュレーションで用いた天板部材を実際に作製して、プラズマ着火の有無を検証したので、その結果について説明する。
図６は従来の天板部材と本発明の天板部材のプラズマ着火の有無を検証した時の結果を示す図である。ここでは処理容器内のプラズマ着火時の圧力を１０〜２００ｍＴｏｒｒの範囲内で種々変化させると共に、マイクロ波のパワーも１０００〜３０００ワットの範囲内で種々変化させている。
【００５２】
またプラズマ用のガスとしてはＡｒガスを供給している。図中において”○”印はプラズマ着火が生じたことを示し、無印（空白）はプラズマ着火ができなかったことを示す。図６（Ａ）に示すように従来の天板部材の場合には、処理容器内の圧力が８０〜２００ｍＴｏｒｒの範囲では、マイクロ波パワーが１０００〜３０００ワットの範囲内の全てにおいてプラズマ着火が生じたが、圧力が５０ｍＴｏｒｒ以下では、マイクロ波パワーを上記範囲内でどのように変化させてもプラズマ着火が生じなかった。
【００５３】
これに対して、図６（Ｂ）に示す本発明の天板部材の場合には、処理容器内の圧力が８０〜２００ｍＴｏｒｒの範囲内ならば、図６（Ａ）の従来の天板部材と同様に１０００〜３０００ワットの範囲内の全てにおいてプラズマ着火が生じた。更に、処理容器内の圧力が１０〜５０ｍＴｏｒｒの範囲内では、マイクロ波パワーが１０００〜１６００ワットの範囲内ではプラズマ着火は生じなかったが、１８００〜３０００ワットの範囲内ではプラズマ着火を行うことができた。一般的には、マイクロ波パワーは２５００ワット程度の近傍で使用されることが多いので、従って、本発明の天板部材によれば、従来の天板部材ではプラズマ着火を行うことができなかった１０〜５０ｍＴｏｒｒの低圧でも十分にプラズマ着火を行うことができることを確認することができた。
【００５４】
＜第２実施例＞
上記第１実施例にあっては、天板部材５８の下面に、突起部８６、８８、９０を設けた場合について説明したが、この３種類の突起部の内から選択される、１種類或いは２種類の突起部だけ設けるようにしてもよいし、或いは突起部を設けない下面がフラット状の天板部材に着火用凹部を設けるようにしてもよい。図７はこのような本発明の天板部材の第２実施例の断面図を示し、ここでは下面がフラット状（平面状）の天板部材５８の中心部に着火用凹部６４が設けられている場合を示している。
【００５５】
上記着火用凹部６４の直径や深さの寸法条件は、先の第１実施例の場合と同じである。この第２実施例の場合には、電界分布の均一性に関しては、第１実施例の場合よりもやや低下するが、１０〜５０ｍＴｏｒｒ程度の低圧においてもプラズマ着火を引き起こすことができる、という点において、第１実施例の場合と同様な作用効果を発揮することができる。
【００５６】
また本実施例ではマイクロ波導入手段６６の一部として平面アンテナ部材６８を用いたプラズマ処理装置を例にとって説明したが、これに限定されず、例えば特開平１１−４０３９７号公報にも開示されているように、環状矩形導波管の下面にスロットを直接形成して、このスロット付きの導波管を天板部材の上面に直接設置するようにした、いわゆる導波管スロット型のプラズマ処理装置にも本発明を適用することができる。
また、ここではプラズマ処理としてプラズマ成膜処理を例にとって説明したが、プラズマエッチング処理、プラズマアッシング処理、プラズマクーリング処理等の全てのプラズマ処理に対して本発明を適用することができる。
【００５７】
更に、プラズマ用ガスとして、ここではＡｒガスを例にとって説明したが、これに限定されず、Ｈｅ、Ｎｅ等の他の希ガスを用いてもよいし、また希ガスに限定されず、プラズマにより解離するガスならばどのようなガスを用いてもよい。
また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明に係るプラズマ処理装置の第１実施例を示す構成図である。
【図２】図１に示すプラズマ処理装置に用いる天板部材を示す拡大断面図である。
【図３】天板部材の下面を示す平面図である。
【図４】天板部材に設けた着火用凹部の直径とプラズマ着火時の着火用凹部の内周面における電界強度との関係を示すグラフである。
【図５】プラズマ着火時における従来の天板部材と本発明の天板部材の電界強度のシミュレーション結果を示す模式図である。
【図６】従来の天板部材と本発明の天板部材のプラズマ着火の有無を検証した時の結果を示す図である。
【図７】本発明の天板部材の第２実施例を示す断面図である。
【図８】従来の一般的なプラズマ処理装置を示す概略構成図である。
【図９】従来の一般的なプラズマ処理装置の天板部材を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
４２  プラズマ処理装置
４４  処理容器
４６  載置台
４８  ガス導入手段
５８  天板部材
６２  誘電体板
６４  着火用凹部
６６  マイクロ波導入手段
６８  平面アンテナ部材
７０  遅波部材
７４  同軸導波管
８２  マイクロ波発生器
８４  スロット
８６，８８，９０  突起部
９６  制御手段
９８  記憶媒体
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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