(57)【要約】【課題】処理室内のプラズマの空間ポテンシャルを上げることなくマイクロ波導入板に導体板を設置した構造のマイクロ波プラズマ処理装置を提供する。【解決手段】（ａ）　処理対象である基板Ｗを収納する処理室５０を有するとともに、壁の一部にマイクロ波が透過可能な誘電体からなるマイクロ波導入板１７が気密に設けられた処理容器１と、（ｂ）　マイクロ波導入板１５に面して処理室５０内にマイクロ波を導入するマイクロ波ランチャー１１と、（ｃ）　マイクロ波導入板１５の処理室５０側の面に沿って設置され、マイクロ波が透過可能な部位を有する導体板１７とを具備し、導体板１７と処理容器１が電気的に絶縁されていることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。【選択図】　図１
2004119619.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）　処理対象である基板を収納する処理室を有するとともに、壁の一部にマイクロ波が透過可能な誘電体からなるマイクロ波導入板が気密に設けられた処理容器と、（ｂ）　前記マイクロ波導入板に面して前記処理室内にマイクロ波を導入するマイクロ波ランチャーと、（ｃ）　前記マイクロ波導入板の前記処理室側の面に沿って設置され、マイクロ波が透過可能な部位を有する導体板とを具備するマイクロ波プラズマ処理装置であって、前記導体板と前記処理容器が電気的に絶縁されてい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】
請求項１に記載のマイクロ波プラズマ処理装置において、前記処理容器と前記導体板との接触部に絶縁体が設けられてい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】
請求項２に記載のマイクロ波プラズマ処理装置において、前記処理容器は前記マイクロ波導入板を設ける環状棚部を有し、前記環状棚部は先端部に前記導体板を載置する第二の棚部を有し、前記第二の棚部と前記導体板との間に絶縁体が設けられてい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４】
請求項３に記載のマイクロ波プラズマ処理装置において、前記絶縁体はセラミックス製の板材又はテープであ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５】
請求項１に記載のマイクロ波プラズマ処理装置において、前記処理容器及び前記導体板の少なくとも一方は両者の接触部に絶縁層を有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６】
請求項５に記載のマイクロ波プラズマ処理装置において、前記処理容器は前記マイクロ波導入板を設ける環状棚部を有し、前記環状棚部は先端部に前記導体板を載置する第二の棚部を有し、前記第二の棚部と前記導体板の少なくとも一方に絶縁層が設けられてい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７】
請求項５又は６に記載のマイクロ波プラズマ処理装置において、前記導体板の縁部に絶縁層が設けられてい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８】
請求項５〜７のいずれかに記載のマイクロ波プラズマ処理装置において、前記絶縁層がセラミックス製であ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９】
請求項１に記載のマイクロ波プラズマ処理装置において、前記マイクロ波導入板は前記処理室側に環状突起を有し、前記導体板が前記環状突起の内側に設置されてい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１０】
（ａ）　処理対象である基板を収納する処理室を有するとともに、壁の一部にマイクロ波が透過可能な誘電体からなるマイクロ波導入板が気密に設けられた処理容器と、（ｂ）　前記マイクロ波導入板に面して前記処理室内にマイクロ波を導入するマイクロ波ランチャーと、（ｃ）　前記マイクロ波導入板の内部に設けられ、マイクロ波が透過可能な部位を有する導体板とを具備するマイクロ波プラズマ処理装置であって、前記導体板は前記マイクロ波導入板により前記処理容器から電気的に絶縁されてい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１１】
請求項１０に記載のマイクロ波プラズマ処理装置であって、前記マイクロ波導入板は一対のマイクロ波導入板片からなり、両マイクロ波導入板片の間に前記導体板が挟持されてい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１２】
請求項１１に記載のマイクロ波プラズマ処理装置であって、前記マイクロ波導入板片の少なくとも一方に前記導体板と同型の貫通孔が形成されており、前記導体板が前記貫通孔にはめ込まれた状態で、両マイクロ波導入板片が重ねられてい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１３】
請求項１０又は１１に記載のマイクロ波プラズマ処理装置であって、前記処理容器は第一のマイクロ波導入板片を設ける環状棚部と、前記環状棚部の先端部にあって第二のマイクロ波導入板片を載置する第二の棚部とを有し、前記環状棚部と前記第一のマイクロ波導入板片とは封止材により密封されており、前記導体板は前記第二のマイクロ波導入板片により前記処理容器から電気的に絶縁されてい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１４】
請求項１３に記載のマイクロ波プラズマ処理装置であって、前記第二のマイクロ波導入板片の形状が環状であ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１５】
請求項１〜１４のいずれかに記載のマイクロ波プラズマ処理装置において、前記処理室内に前記基板を設置する処理台を有し、前記処理台は前記基板を加熱するヒータとバイアス電圧を印加する電圧印加装置とを有し、１　Ｔｏｒｒ以下の圧力下において、プラズマＣＶＤを行うことが可能であ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１６】
請求項１〜１５のいずれかに記載のマイクロ波プラズマ処理装置において、前記マイクロ波導入板内にマイクロ波を吸収しない冷却流体を流すための貫通孔が設けられてい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１７】
請求項１〜１６のいずれかに記載のマイクロ波プラズマ処理装置において、前記導体板にバイアス電圧をかける手段を有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１８】
請求項１〜１７のいずれかに記載のマイクロ波プラズマ処理装置において、前記マイクロ波ランチャーと前記マイクロ波導入板との間にマイクロ波を透過させる開口部を有する第二の導体板が設置されてい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１９】
請求項１８に記載のマイクロ波プラズマ処理装置において、前記第二の導体板が前記マイクロ波ランチャーの底壁と一体的であ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２０】
請求項１〜１９のいずれかに記載のマイクロ波プラズマ処理装置において、前記マイクロ波ランチャー内に誘電体が設けられており、前記誘電体はマイクロ波伝送用線路を形成してい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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波電力によりプラズマを発生させて、ウエハ等の被処理基板に、プラズマを使用したＣＶＤ（化学蒸着）、エッチング、アッシング等の処理を施す、マイクロ波プラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体又はマイクロマシン等の製造するプロセスにおいて、反応ガスに外部からエネルギーを与えた際に発生するプラズマが広く用いられている。特に近年では大量生産等の要望により、プラズマによって大面積の基板処理を行うことが可能な装置の開発が必要になっている。
【０００３】
その中でマイクロ波導入板を使用してマイクロ波電界を励起するマイクロ波プラズマ処理装置が、大面積に均一性の高いプラズマを発生させる装置として注目されている。図２１は従来のマイクロ波プラズマ処理装置の一例を示す。このマイクロ波プラズマ処理装置は、上端が開口した円筒型の金属製処理容器１と、処理容器１の上端部に気密に取り付けられたマイクロ波が透過可能なマイクロ波導入板１５と、その上部に取り付けられたマイクロ波ランチャー（ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　ｌａｕｎｃｈｅｒ）１１とを有する。
【０００４】
処理容器１内には、基板Ｗを載置する基板台５と、基板台５に接続しているバイアス回路７５と、処理室５０内を所要の真空度に設定する排気口５８と、所要の反応ガスを供給するためのガス供給管５６が設置されている。また処理容器１の上部に設けられた環状棚部５５にはＯリング６２が設置され、処理容器１内を減圧した時にＯリング６２とマイクロ波導入板１５とが気密に係合するために、処理容器１内の減圧状態は維持される。マイクロ波導入板１５は耐熱性及びマイクロ波透過性に優れ、かつ誘電損失が低い材料（例えば石英、アルミナ等）により形成されている。
【０００５】
マイクロ波導入板１５の上面に取り付けられたマイクロ波ランチャー１１は、金属製導体からなる環状矩形導波管５２と、その外周の一部に連通している直状矩形導波管５１とからなる。環状矩形導波管５２の底部にはマイクロ波を透過させるスロット１８が形成されている。マイクロ波ランチャー１１の誘電体線路１２には例えばテフロン（登録商標）等の誘電体が内嵌されている。マイクロ波ランチャー１１の他端には、マイクロ波発振器１０が接続されている。
【０００６】
このような構成のプラズマ処理装置を用いて、基板台５の上に載置された基板ＷにＣＶＤ等の処理を施す場合、排気口５８から排気した後、ガス供給管５６から反応ガスを供給する。その際バイアス回路７５より基板台５に供給されるバイアス電圧により、基板Ｗ付近の電圧を制御できる。マイクロ波発振器１０で発生したマイクロ波がマイクロ波ランチャー１１の誘電体線路１２を経て、マイクロ波導入板１５から処理室５内に導入されると、処理室５０にプラズマが生成される。このプラズマにより基板ＷにＣＶＤ等の処理を行う。
【０００７】
最近、図２２に示すように、マイクロ波導入板１５の処理室５０側の面に導体板１７を設置することが特開２０００−２７３６４６号（特許文献１）により提案されている。マイクロ波導入板１５に導体板１７を設置することにより、処理室５０のマイクロ波導入板１５付近に発生する電磁波モードをコントロールし、それによってプラズマの安定性を確保し、処理室５０内の電子密度を上昇させるとともに、その均一性も高める。導体板１７はマイクロ波プラズマ処理装置の構造、使用目的等によって様々の形状をしている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−２７３６４６号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開２０００−２７３６４６号（特許文献１）のマイクロ波プラズマ処理装置では、図２２に示すように、導体板１７が処理容器１に接するようにマイクロ波導入板１５に取り付けられているので、以下の問題が生じることが分かった。すなわち、マイクロ波導入板１５からマイクロ波を処理室５０内に導入すると、マイクロ波導入板１５に設置した導体板１７付近に電界が集中するため、導体板１７付近のプラズマの空間ポテンシャルは処理室５０内の他の場所と比べ高くなる。導体板１７は処理容器１の側壁に接しているため、導体板１７付近の高い空間ポテンシャルが処理容器１全体に伝わり、処理室５０内全体に高い空間ポテンシャルが生じる。一般にプラズマの電子温度と空間ポテンシャルとは比例関係にあり、また電子密度は電子温度の−１／２乗に比例するので、プラズマの空間ポテンシャルが高くなれば電子温度が高くなり、それに伴い電子密度が下がる。その結果、導体板１７による電子密度の上昇効果は著しく減殺されることになる。
【００１０】
プラズマの電子密度が下がると、プラズマの処理速度が遅くなるため大量生産を行う際に好ましくない。またプラズマの空間ポテンシャルが高ければ、それにより加速されたイオンが基板Ｗに高いエネルギー状態を有し衝突するため、基板Ｗが損傷する等の弊害が生じ、イオン衝撃が少ないことを必要とするプラズマＣＶＤを行うにあたって弊害となる。従って、プラズマの電子密度をできるだけ高く保つ構造にすることが望まれいてる。
【００１１】
その上、特許文献１には、マイクロ波プラズマ処理装置のマイクロ波導入板１５に導体板１７を取り付ける方法について何も具体的に記載されていない。特許文献１の図面から判断すると、導体板１７はマイクロ波導入板１５に接着されているようであるが、プラズマの励起によりマイクロ波導入板１５付近が高温になると、導体板１７とマイクロ波導入板１５との熱膨張率の差により、導体板１７がマイクロ波導入板１５から剥離するか、マイクロ波導入板１５が損傷するおそれがあることが分かった。
【００１２】
従って本発明の目的は、処理室内のプラズマの空間ポテンシャルを上げることなく（プラズマの電子密度をできるだけ高く保つ）マイクロ波導入板に導体板を設置した構造のマイクロ波プラズマ処理装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は、マイクロ波プラズマ処理装置のマイクロ波導入板に導体板を装着する場合に、導体板と処理容器との間を絶縁することにより、プラズマの空間ポテンシャルを上げることなく、導体板の作用により処理容器内のプラズマを均一化することができることを発見し、本発明に想到した。
【００１５】
すなわち、本発明の一実施例によるマイクロ波プラズマ処理装置は、（ａ）　処理対象である基板を収納する処理室を有するとともに、壁の一部にマイクロ波が透過可能な誘電体からなるマイクロ波導入板が気密に設けられた処理容器と、（ｂ）　前記マイクロ波導入板に面して前記処理室内にマイクロ波を導入するマイクロ波ランチャーと、（ｃ）　前記マイクロ波導入板の前記処理室側の面に沿って設置され、マイクロ波が透過可能な部位を有する導体板とを具備するマイクロ波プラズマ処理装置であって、前記導体板と前記処理容器が電気的に絶縁されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の別の実施例によるマイクロ波プラズマ処理装置は、（ａ）　処理対象である基板を収納する処理室を有するとともに、壁の一部にマイクロ波が透過可能な誘電体からなるマイクロ波導入板が気密に設けられた処理容器と、（ｂ）　前記マイクロ波導入板に面して前記処理室内にマイクロ波を導入するマイクロ波ランチャーと、（ｃ）　前記マイクロ波導入板の内部に設けられ、マイクロ波が透過可能な部位を有する導体板とを具備するマイクロ波プラズマ処理装置であって、前記導体板は前記マイクロ波導入板により前記処理容器から電気的に絶縁されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の好ましい態様として、以下のものが挙げられる。
（１）　前記処理容器と前記導体板との接触部に絶縁体が設けられている。
（２）　前記処理容器は前記マイクロ波導入板を設ける環状棚部を有し、前記環状棚部は先端部に前記導体板を載置する第二の棚部を有し、前記第二の棚部と前記導体板との間に絶縁体が設けられている。
（３）　前記絶縁体はセラミックス製の板材又はテープである。
（４）　前記処理容器及び前記導体板の少なくとも一方は両者の接触部に絶縁層を有する。
（５）　前記処理容器は前記マイクロ波導入板を設ける環状棚部を有し、前記環状棚部は先端部に前記導体板を載置する第二の棚部を有し、前記第二の棚部と前記導体板の少なくとも一方に絶縁層が設けられている。
【００１８】
（６）　前記導体板の縁部に絶縁層が設けられている。
（７）　前記絶縁層はセラミックス製である。
（８）　前記マイクロ波導入板は前記処理室側に環状突起を有し、前記導体板が前記環状突起の内側に設置されている。
（９）　前記マイクロ波導入板は一対のマイクロ波導入板片からなり、両マイクロ波導入板片の間に前記導体板が挟持されている。
（１０）　前記マイクロ波導入板片の少なくとも一方に前記導体板と同型の貫通孔が形成されており、前記導体板が前記貫通孔にはめ込まれた状態で、両マイクロ波導入板片が重ねられている。
【００１９】
（１１）　前記処理容器は第一のマイクロ波導入板片を設ける環状棚部と、前記環状棚部の先端部にあって第二のマイクロ波導入板片を載置する第二の棚部とを有し、前記環状棚部と前記第一のマイクロ波導入板片とは封止材により密封されており、前記導体板は前記第二のマイクロ波導入板片により前記処理容器から電気的に絶縁されている。
（１２）　前記第二のマイクロ波導入板片は環状である。
（１３）　前記処理室内に前記基板を設置する処理台を有し、前記処理台は前記基板を加熱するヒータとバイアス電圧を印加する電圧印加装置とを有し、１　Ｔｏｒｒ以下の圧力下において、プラズマＣＶＤを行うことが可能である。
（１４）　前記マイクロ波導入板内にマイクロ波を吸収しない冷却流体を流すための貫通孔が設けられている。
【００２０】
（１５）　前記マイクロ波プラズマ処理装置は前記導体板にバイアス電圧をかける手段を有する。
（１６）　前記マイクロ波ランチャーと前記マイクロ波導入板との間にマイクロ波を透過させる開口部を有する第二の導体板が設置されている。
（１７）　前記第二の導体板が前記マイクロ波ランチャーの底壁と一体的である。
（１８）　前記マイクロ波ランチャー内に誘電体が設けられており、前記誘電体はマイクロ波伝送用線路を形成している。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例によるマイクロ波プラズマ処理装置を示す。図１において、図２１及び図２２と同じ部品には同じ符号を付してある。本発明のマイクロ波プラズマ処理装置は、導体板１７と処理容器１との間を絶縁するために、（１）　処理容器１の上端部の棚部５５に第二の棚部６５が設けられているとともに、（２）　第二の棚部６５に載置された導体板１７の端部と処理容器１との間に絶縁手段が設けられている点で、図２２の装置と異なる。従って、相違点（１）　及び（２）　について以下詳述する。
【００２２】
まず導体板１７としては、例えば図２に示す形状のものが好ましい。この導体板１７は、リング１７ａの内側に複数の放射状突起１７ｂを有する。放射状突起１７ｂの長さ及び数は限定的でなく、スロット１８の数及び表面波モード等により適宜決定することができる。なお導体板１７の形状はこれに限らず、例えば後述する図８の形状でも良い。導体板１７は高熱に曝される可能性があるので、耐熱性に優れたステンレススチール等の金属により形成するのが好ましい。
【００２３】
図３は絶縁手段の一例を詳細に示す部分断面である。第二の棚部６５に絶縁層３が形成されている。絶縁層３の材料としては、例えばアルミナのような耐熱性に優れた絶縁性セラミックスが好ましい。絶縁層３は、セラミックススラリーの塗布及び焼結により形成することができ、またセラミックスの溶射によっても形成することができる。さらに絶縁層３として、第二の棚部６５に貼り付けたセラミックスの薄板又はテープをも使用可能である。また絶縁層３の代わりに断面Ｌ字状の絶縁体を、第二の棚部６５と導体板１７との間に配置しても良い。
【００２４】
図４は絶縁手段の他の例を詳細に示す部分断面である。導体板１７の端部で、第二の棚部６５と接触する箇所に絶縁層２３を設けている。絶縁層２３の材料及び形成方法は、図３について上記したものと同じで良い。
【００２５】
いずれの場合も、絶縁層３，２３と導体板１７との合計厚さは、環状棚部５５と第二の棚部６５との段差より僅かに大きく設定する。これにより、マイクロ波導入板１５は環状棚部５５の上面より僅かに浮いた状態になるが、Ｏリング６２により、環状棚部５５との密封は十分に維持される。
【００２６】
またマイクロ波プラズマ処理装置の作動時に、マイクロ波導入板１５及び導体板１７は比較的高温（例えば数百℃）になるが、両者の熱膨張率の差は大きいので、熱膨張差による応力を吸収しないと、導体板１７が変形したり、マイクロ波導入板１５が破損したりする恐れがある。そのため、導体板１７が相対的に大きく熱膨張した時に、導体板１７がマイクロ波導入板１５に対してずれることができるように、導体板１７を設置する必要がある。図３及び４の場合、処理室５０内の減圧度に応じてＯリング６２が変形した分、導体板１７の絶縁層３，２３はマイクロ波導入板１５と導体板１７とにより押圧されるが、絶縁層３，２３により第二の棚部６５と導体板１７とが固定されているわけではないので、導体板１７は熱膨張に応じて第二の棚部６５とマイクロ波導入板１５との間をずれることができる。またセラミックス製絶縁層３，２３は摺動性が良いので、第二の棚部６５とマイクロ波導入板１５とで押圧された状態でも、導体板１７の相対的な熱膨張を十分に吸収する。
【００２７】
図５は本発明の別の実施例によるマイクロ波プラズマ処理装置を示す。図５において、図１と同じ部品には同じ符号を付してある。このマイクロ波プラズマ処理装置は、導体板１７と処理容器１との間を絶縁するために、（１）　マイクロ波導入板１５ａの処理室５０側に図６に示す環状突起４０が一体的に形成されていて、（２）　環状突起４０の内側には導体板１７が設置されている点で図２２の装置と異なる。導体板１７と処理容器１の側壁との間に誘電体からなる環状突起４０が挟まれることにより、両者は絶縁される。
【００２８】
図７は、本発明のさらに別の実施例によるマイクロ波プラズマ処理装置を示す。図７において、図１と同じ部品には同じ符号を付してある。このマイクロ波プラズマ処理装置は、図８に示すように、導体板１７と処理容器１との間を絶縁するために、マイクロ波導入板１５が導体板１７を挟持する一対のマイクロ波導入板片１５ｂ及び１５ｃからなる点で、図２２の装置と異なる。マイクロ波導入板片１５ｃには導体板１７を受承する凹部４５が形成されているので、一対のマイクロ波導入板片１５ｂ及び１５ｃを重ね合わせた時、導体板１７は正確に位置決めされる。凹部４５の深さは導体板１７の厚さ未満であるのが好ましい。これにより、一対のマイクロ波導入板片１５ｂ及び１５ｃを重ね合わせた時、導体板１７が両者にしっかりと固定される。このように導体板１７はマイクロ波導入板１５内に位置決めされるので、導体板１７が処理容器１の側壁に接することはない。なお導体板１７の相対的な熱膨張を吸収するため、凹部４５を導体板１７より僅かに大きくし、導体板１７を凹部４５内で摺動可能な状態にしておく。
【００２９】
図９は、本発明のさらに別の実施例によるマイクロ波プラズマ処理装置を示す。図９において、図１と同じ部品には同じ符号を付してある。環状棚部５５はその内端部側に環状棚部５５より低い上面を有する第二の棚部６５を有する。またマイクロ波導入板１５の処理室５０側には、導体板１７を介して第二のマイクロ波導入板１５ｄが設置され、第二のマイクロ波導入板１５ｄは第二の棚部６５に係合する。図１０に示すように、第二のマイクロ波導入板１５ｄは円板状であるが、マイクロ波導入板１５より十分に薄い。このため、導体板１７を保持した時、導体板１７と処理室５０との距離は十分に小さい。
【００３０】
環状棚部５５と第二の棚部６５との段差は、導体板１７の厚さと第二のマイクロ波導入板１５ｄの厚さの合計より僅かに小さい。そのため、処理室５０の減圧によりマイクロ波導入板１５がＯリング６２に吸着すると、導体板１７はマイクロ波導入板１５と第二のマイクロ波導入板１５ｄとの間で固定されることになる。この際、マイクロ波導入板１５は環状棚部５５の上面より僅かに浮いた状態にあるが、Ｏリング６２の作用により、処理室５０内の減圧は十分に維持される。このようにして、導体板１７と処理容器１との絶縁は確保される。
【００３１】
金属製の処理容器１とセラミックス製のマイクロ波導入板１５との熱膨張率の差を考慮して、マイクロ波導入板１５ｄの外径を処理容器１の第二の棚部６５の壁部（環状棚部５５との段部）の内径より僅かに小さく設定する。導体板１７については、マイクロ波導入板１５と第二のマイクロ波導入板１５ｄとの間で押圧されているが、その押圧力より導体板１７の熱膨張力のほうが大きく、また比較的薄いマイクロ波導入板１５ｄは多少変形できるので、導体板１７の熱膨張が妨げられることはない。また導体板１７の熱膨張を容易にするために、導体板１７の表面荒さを大きくし、マイクロ波導入板１５との摺動抵抗を低下させるのが好ましい。
【００３２】
図１１は、図９の第二のマイクロ波導入板１５ｄが図１２に示すようにドーナツ状のマイクロ波導入板１５ｅに変更された以外図９の実施例と同じである。図１１において、図９と同じ部品には同じ符号を付してある。ドーナツ状のマイクロ波導入板１５ｅは第二の棚部６５に係合するとともに、マイクロ波導入板１５との間に導体板１７を保持するので、導体板１７が処理容器１と接することはない。この例では、導体板１７は処理室５０に露出するので、表面波モードが安定化し、プラズマの均一性が高まる。なおこの例では、導体板１７は例えば図２に示すように一体的であるのが好ましい。
【００３３】
図９に示す実施例と同様、マイクロ波導入板１５ｅの外径を第二の棚部６５と環状棚部５５との段部の内径より僅かに小さく設定する。また導体板１７は、上記と同じ理由により熱膨張が妨げられることはない。また導体板１７の表面荒さを大きくして、マイクロ波導入板１５との摺動抵抗を低下させるのが好ましい。
【００３４】
図１３は冷却装置を設置したマイクロ波プラズマ処理装置の一例を示す。図１３において、図１と同じ部品には同じ符号を付してある。このマイクロ波プラズマ処理装置のマイクロ波導入板１５ｆには、図１４に示すように複数の冷却用貫通孔６７が設置されている。処理容器１の側壁にも、マイクロ波導入板１５ｆの冷却用貫通孔６７に対応する位置に冷却用貫通孔６８が設けられており、冷却管６９は処理容器１の貫通孔６８及びマイクロ波導入板１５ｆの貫通孔６７を貫通する。冷却管６９にはマイクロ波が吸収されない冷却媒体を流す。
【００３５】
図１５は導体板１７にバイアス電圧を印加するマイクロ波プラズマ処理装置の一例を示す。図１５において、図１と同じ部品には同じ符号を付してある。処理容器１の側壁にバイアス電圧印加用電源７１のリード線７２を通すための貫通孔７３が形成されており、貫通孔７３を貫通したリード線７２は導体板１７の表面に接続している。バイアス電圧印加用電源７１のアース端子７４は処理容器１の外壁面に接続している。電源７１により導体板１７にその電位を下げるようにバイアス電圧を印加すると、処理室５０内の空間ポテンシャルを下げることができる。
【００３６】
図１６は、ヒータ付きの基板台５を有するマイクロ波プラズマ処理装置を示す。図１６において、図１と同じ部品には同じ符号を付してある。処理室５０に設置された基板台５は、下面に円筒状支持体２０１が固定されているとともに、ヒータ２０３を内蔵している。円筒状支持体２０１は処理容器１の底壁の中央部の円形の穴２０２を貫通しており、円形の穴２０２内を通るリード線２０４はヒータ２０３に接続している。
【００３７】
基板台５をヒータ２０３により加熱するのは、例えばプラズマＣＶＤ法により基板Ｗ上にダイヤモンド薄膜を形成する場合に好適である。図１６のマイクロ波プラズマ処理装置を用い、プラズマＣＶＤ法により１００　ｍＴｏｒｒ以下の圧力でシリコンウエハ基板Ｗ上にダイヤモンド薄膜を形成した。処理室５０内を１００　ｍＴｏｒｒ以下と低圧にするためプラズマにより加熱された基板Ｗの温度は２００℃前後となるが、この程度の基板温度ではダイヤモンド薄膜の形成に不十分である。そのため基板台５内のヒータ２０３により７００℃前後の温度まで基板Ｗを加熱した。その結果、基板Ｗ上にダイヤモンド薄膜が形成された。これに対して、図２２のマイクロ波プラズマ処理装置を使用した場合、基板温度を７００℃としても、ダイヤモンド薄膜はほとんど形成されなかった。
【００３８】
この違いは以下の理由によるものと考えられる。すなわち、図２２のマイクロ波プラズマ処理装置の場合、導体板１７を設置することにより、処理室５０内の空間ポテンシャル及び電子温度の上昇により加速された高エネルギーイオンが基板Ｗに衝突するため、基板Ｗの表面が損傷してダイヤモンド薄膜が形成されなかった。しかしながら、図１６のマイクロ波プラズマ処理装置では導体板１７と処理容器１とは絶縁されているので、処理室５０内のプラズマの空間ポテンシャルが下がり、基板Ｗ上に形成されつつあるダイヤモンド薄膜への損傷が軽減し、もって十分なダイヤモンド薄膜の成長が確保されたものと考えられる。
【００３９】
図１７はマイクロ波プラズマ処理装置のさらに他の例を示す概略縦断面図であり、図１８は図１７のマイクロ波プラズマ処理装置の平面図である。図１７及び１８において、図１と同じ部品には同じ符号を付してある。このマイクロ波プラズマ処理装置は、マイクロ波ランチャー１１とマイクロ波導入板１５との間にスロット１８を有してない点で図１の装置と異なる。このマイクロ波プラズマ処理装置でも、導体板１７を処理容器１と絶縁する効果は認められる。
【００４０】
図１９は、マイクロ波プラズマ処理装置のさらに他の例を示す概略縦断面図であり、図２０は図１９のマイクロ波プラズマ処理装置の平面図である。図１９及び２０において、図１と同じ部品には同じ符号を付してある。このマイクロ波プラズマ処理装置は、（１）　マイクロ波ランチャー１１内に誘電体線路を有さず、（２）　スロット１８がマイクロ波導入板１５の中央に位置している点で図１の装置と異なる。このマイクロ波プラズマ処理装置でも、導体板１７を処理容器１と絶縁する効果は認められる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置では、マイクロ波導入板に設置した導体板が処理容器と絶縁されているので、プラズマの空間ポテンシャル及び電子温度が下がり、処理容器内の電子密度が上昇するのみならず、その均一性も向上している。これにより、プラズマの空間ポテンシャルによって加速されたイオンの衝突による基板の損傷を軽減しつつ、ＣＶＤ等のプラズマ処理を高い電子密度で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるマイクロ波プラズマ処理装置の概略縦断面図である。
【図２】本発明のマイクロ波プラズマ処理装置に設ける導体板の一例を示す斜視図である。
【図３】図１のマイクロ波プラズマ処理装置の導体板の絶縁手段を示す部分断面図である。
【図４】マイクロ波プラズマ処理装置の導体板の絶縁手段の別の例を示す部分断面図である。
【図５】マイクロ波プラズマ処理装置の導体板の絶縁手段のさらに別の例を示す部分断面図である。
【図６】図５のマイクロ波導入板を示す斜面図である。
【図７】マイクロ波プラズマ処理装置の導体板の絶縁手段のさらに別の例を示す部分断面図である。
【図８】図７の導体板とマイクロ波導入板の組合せを示す斜視図である。
【図９】マイクロ波プラズマ処理装置の導体板の絶縁手段のさらに別の例を示す部分断面図である。
【図１０】図９の第二のマイクロ波導入板を示す斜視図である。
【図１１】マイクロ波プラズマ処理装置の導体板の絶縁手段のさらに別の例を示す部分断面図である。
【図１２】図１１の第二のマイクロ波導入板を示す斜視図である。
【図１３】本発明のマイクロ波プラズマ処理装置のマイクロ波導入板に冷却手段を設けた例を示す部分断面図である。
【図１４】図１３の第二のマイクロ波導入板を示す斜視図である。
【図１５】本発明のマイクロ波プラズマ処理装置の導体板にバイアス電圧を印加する例を示す部分断面図である。
【図１６】基板設置台にヒータを設けた本発明のマイクロ波プラズマ処理装置の例を示す概略縦断面図である。
【図１７】本発明のマイクロ波プラズマ処理装置の他の例を示す概略縦断面図である。
【図１８】図１７のマイクロ波プラズマ処理装置の平面図である。
【図１９】本発明の実施例のマイクロ波プラズマ処理装置のさらに他の例を示す概略縦断面図である。
【図２０】図１９のマイクロ波プラズマ処理装置の平面図である。
【図２１】従来のマイクロ波プラズマ処理装置の一例を示す概略縦断面図である。
【図２２】従来のマイクロ波プラズマ処理装置の別の例を示す概略縦断面図である。
【符号の説明】
１・・・処理容器
３・・・絶縁体（絶縁層）
５・・・基板台
１１・・・マイクロ波ランチャー
１２・・・誘電体線路
１５・・・マイクロ波導入板
１７・・・導体板
１８・・・スロット
５０・・・処理室
５５・・・環状棚部
６５・・・第二の棚部
６２・・・Ｏリング
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2004119619.tif 000019
【図１８】
2004119619.tif 000020
【図１９】
2004119619.tif 000021
【図２０】
2004119619.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年10月31日(2003.10.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
図１５は導体板１７にバイアス電圧を印加するマイクロ波プラズマ処理装置の一例を示す。図１５において、図１と同じ部品には同じ符号を付してある。処理容器１の側壁にバイアス電圧印加用電源７１のリード線７２を通すための貫通孔７３が形成されており、貫通孔７３を貫通したリード線７２は導体板１７の表面に接続している。バイアス電圧印加用電源７１のアース端子７４は処理容器１の外壁面に接続している。電源７１により導体板１７にその電位を下げるようにバイアス電圧を印加すると、処理室５０内の空間ポテンシャルを下げることができる。
ここで、放電容器の内部の壁を絶縁物（例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）膜）で全体、あるいは８０％以上を被覆することにより、バイアス電圧を導体板１７と基板の間に加えた場合の空間ポテンシャルの効果を大きくすることが可能となる。