(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外壁により画成され、被処理基板を保持する保持台を備えた処理容器と、
前記処理容器に結合された排気系と、
前記処理容器上に、前記保持台上の被処理基板に対面するように、前記外壁の一部として設けられたマイクロ波透過窓と、
前記処理容器中にプラズマガスを供給するプラズマガス供給部と、
前記処理容器上に、前記マイクロ波に対応して設けられたマイクロ波アンテナと、
前記マイクロ波アンテナに電気的に結合されたマイクロ波電源とよりなり、
前記マイクロ波アンテナは、前記マイクロ波電源に接続され、内側導体コアとこれを囲む外側導体管とよりなる同軸導波管と、
前記同軸導波管の先端に設けられたアンテナ本体とを備え、
前記アンテナ本体は、前記マイクロ波透過窓に結合しマイクロ波放射面を形成する第１の導体面と、前記第１の導体面に対して誘電体板を隔てて対向し、前記誘電体板の外周部において前記第１の導体面に接続される第２の導体面とよりなり、
前記内側導体コアは前記第１の導体面に第１の接続部により接続され、
前記外側導体管は前記第２の導体面に第２の接続部により接続され、
前記第１の接続部は、前記内側導体コアの外径が前記第１の導体面に向って増大する第１のテーパ部を形成し、
前記第２の接続部は、前記外側導体管の内径が前記第１の導体面に向って増大する第２のテーパ部を形成し、
前記内側導体コアと前記外側導体管との間の空間には、第１の端面と前記第１の端面に対向する第２の端面とにより画成された誘電体部材が、前記第１の端面において前記誘電体板に隣接するように設けられ、前記誘電体部材は、前記誘電体板の比誘電率よりも小さく、空気よりも大きい比誘電率を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記誘電体部材は、前記第１の端面から前記第２の端面まで、組成を変化させることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記誘電体板は、アルミナ、酸化ケイ素，酸窒化ケイ素および窒化ケイ素のいずれかよりなり、前記誘電体部材は、酸化ケイ素よりなることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記内側導体コアと前記外側導波管との間の空間には、前記誘電体部材の前記第２の端面に隣接して、前記誘電体部材の比誘電率よりも小さく、空気よりも大きい比誘電率を有する別の誘電体部材が設けられることを特徴とする請求項１または２記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記誘電体部材は酸化ケイ素よりなり、前記別の誘電体部材はテフロンよりなることを特徴とする請求項４記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記誘電体部材の前記第２の端面はテーパ面を形成し、前記誘電体部材の外径は、前記第１の端面からの距離とともに減少することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記誘電体部材の外径は、前記第１の端面からの距離とともに直線的に減少することを特徴とする請求項６記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記誘電体部材の外径は、前記第１の端面からの距離とともに指数関数的に減少することを特徴とする請求項６記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記プラズマガス供給部は、前記マイクロ波透過窓の内側に密接して設けられた、マイクロ波を透過させる材料よりなりプラズマガス源に接続可能なプラズマガス通路およびこれに連通する複数の開口部を有するシャワープレートよりなることを特徴とする請求項１〜８のうち、いずれか一項記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記マイクロ波透過窓および前記シャワープレートは、アルミナよりなることを特徴とする請求項９記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記プラズマガス供給部は、前記処理容器の外壁に設けられたことを特徴とする請求項１〜８のうち、いずれか一項記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記プラズマガス供給部は、前記処理容器の外壁に設けられた管よりなることを特徴とする請求項１１記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記マイクロ波アンテナは、前記第１の導体面が前記マイクロ波透過窓に接触するように設けられることを特徴とする請求項１〜１２のうち、いずれか一項記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記マイクロ波アンテナは、前記第１の導体面が前記マイクロ波透過窓から離間するように設けられることを特徴とする請求項１〜１２のうち、いずれか一項記載のプラズマ処理装置。
【請求項１５】
さらに、前記処理容器中には、前記被処理基板と前記プラズマガス供給部との間に、前記被処理基板に対面するように処理ガス供給部が設けられ、前記処理ガス供給部には、前記処理容器中に形成されたプラズマを通過させる第１の開口部と、処理ガスを供給する第２の開口部とが形成され、前記第２の開口部は、前記処理ガス供給部に形成され処理ガス源に接続される処理ガス通路に連通することを特徴とする請求項１〜１４のうち、いずれか一項記載のプラズマ処理装置。
【請求項１６】
外壁により画成され、被処理基板を保持する保持台を備えた処理容器と、
前記処理容器に結合された排気系と、
前記処理容器上に、前記保持台上の被処理基板に対面するように、前記外壁の一部として設けられたマイクロ波透過窓と、
前記処理容器中にプラズマガスを供給するプラズマガス供給部と、
前記処理容器上に、前記マイクロ波に対応して設けられたマイクロ波アンテナと、
前記マイクロ波アンテナに電気的に結合されたマイクロ波電源とよりなり、
前記マイクロ波アンテナは、前記マイクロ波電源に接続され、内側導体コアとこれを囲む外側導体管とよりなる同軸導波管と、
前記同軸導波管の先端に設けられたアンテナ本体と、を備え、
前記アンテナ本体は、前記マイクロ波透過窓に結合しマイクロ波放射面を形成する第１の導体面と、前記第１の導体面に対して第１の誘電体材料よりなる誘電体板を隔てて対向し、前記誘電体板の外周部において前記第１の導体面に接続される第２の導体面とよりなり、
前記内側導体コアは前記第１の導体面に第１の接続部により接続され、
前記外側導体管は前記第２の導体面に第２の接続部により接続され、
前記同軸導波管中、前記内側導体コアと前記外側導体管との間の空間には、第１の端面と前記第１の端面に対向する第２の端面とにより画成された誘電体部材が、前記第１の端面において前記誘電体板に隣接するように設けられ、前記誘電体部材は、前記誘電体板の比誘電率よりも小さく、空気よりも大きい比誘電率を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１７】
前記第１の接続部において、前記内側導体コアは前記第１の導体面に実質的に直角に接続されることを特徴とする請求項１６記載のプラズマ処理装置。
【請求項１８】
前記第２の接続部において、前記外側導体コアは前記第２の導体面に実質的に直角に接続されることを特徴とする請求項１６または１７記載のプラズマ処理装置。
【請求項１９】
前記誘電体部材は、前記第１の端面から前記第２の端面まで、組成を変化させることを特徴とする請求項１６〜１８のうち、いずれか一項記載のプラズマ処理装置。
【請求項２０】
前記誘電体板は、アルミナ、酸化ケイ素，酸窒化ケイ素および窒化ケイ素のいずれかよりなり、前記誘電体部材は、酸化ケイ素よりなることを特徴とする請求項１６〜１９のうち、いずれか一項記載のプラズマ処理装置。
【請求項２１】
前記内側導体コアと前記外側導波管との間の空間には、前記誘電体部材の前記第２の端面に隣接して、前記誘電体部材の比誘電率よりも小さく、空気よりも大きい比誘電率を有する別の誘電体部材が設けられることを特徴とする請求項１８〜２０のうち、いずれか一項記載のプラズマ処理装置。
【請求項２２】
前記誘電体部材は酸化ケイ素よりなり、前記別の誘電体部材はテフロンよりなることを特徴とする請求項２１記載のプラズマ処理装置。
【請求項２３】
前記誘電体部材の前記第２の端面はテーパ面を形成し、前記誘電体部材の外径は、前記第１の端面からの距離とともに減少することを特徴とする請求項１８〜２０のうち、いずれか一項記載のプラズマ処理装置。
【請求項２４】
前記誘電体部材の外径は、前記第１の端面からの距離とともに直線的に減少することを特徴とする請求項２３記載のプラズマ処理装置。
【請求項２５】
前記誘電体部材の外径は、前記第１の端面からの距離とともに指数関数的に減少することを特徴とする請求項２３記載のプラズマ処理装置。
【請求項２６】
前記プラズマガス供給部は、前記マイクロ波透過窓の内側に密接して設けられた、マイクロ波を透過させる材料よりなりプラズマガス源に接続可能なプラズマガス通路およびこれに連通する複数の開口部を有するシャワープレートよりなることを特徴とする請求項１６〜２５のうち、いずれか一項記載のプラズマ処理装置。
【請求項２７】
前記マイクロ波透過窓および前記シャワープレートは、アルミナよりなることを特徴とする請求項２６記載のプラズマ処理装置。
【請求項２８】
前記プラズマガス供給部は、前記処理容器の外壁に設けられたことを特徴とする請求項１６〜２５のうち、いずれか一項記載のプラズマ処理装置。
【請求項２９】
前記プラズマガス供給部は、前記処理容器の外壁に設けられた管よりなることを特徴とする請求項２８記載のプラズマ処理装置。
【請求項３０】
前記マイクロ波アンテナは、前記第１の導体面が前記マイクロ波透過窓に接触するように設けられることを特徴とする請求項１６〜２９のうち、いずれか一項記載のプラズマ処理装置。
【請求項３１】
前記マイクロ波アンテナは、前記第１の導体面が前記マイクロ波透過窓から離間するように設けられることを特徴とする請求項１６〜２９のうち、いずれか一項記載のプラズマ処理装置。
【請求項３２】
さらに、前記処理容器中には、前記被処理基板と前記プラズマガス供給部との間に、前記被処理基板に対面するように処理ガス供給部が設けられ、前記処理ガス供給部には、前記処理容器中に形成されたプラズマを通過させる第１の開口部と、処理ガスを供給する第２の開口部とが形成され、前記第２の開口部は、前記処理ガス供給部に形成され処理ガス源に接続される処理ガス通路に連通することを特徴とする請求項１６〜３１のうち、いずれか一項記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般にプラズマ処理装置に係わり、特にマイクロ波プラズマ処理装置に関する。
【０００２】
プラズマ処理工程およびプラズマ処理装置は、近年のいわゆるディープサブミクロン素子あるいはディープサブクォーターミクロン素子と呼ばれる０．１μｍに近い、あるいはそれ以下のゲート長を有する超微細化半導体装置の製造や、液晶表示装置を含む高解像度平面表示装置の製造にとって、不可欠の技術である。
【０００３】
半導体装置や液晶表示装置の製造に使われるプラズマ処理装置としては、従来より様々なプラズマの励起方式が使われているが、特に平行平板型高周波励起プラズマ処理装置あるいは誘導結合型プラズマ処理装置が一般的である。しかしこれら従来のプラズマ処理装置は、プラズマ形成が不均一であり、電子密度の高い領域が限定されているため大きな処理速度すなわちスループットで被処理基板全面にわたり均一なプロセスを行うのが困難である問題点を有している。この問題は、特に大径の基板を処理する場合に深刻になる。しかもこれら従来のプラズマ処理装置では、電子温度が高いため被処理基板上に形成される半導体素子にダメージが生じ、また処理室壁のスパッタリングによる金属汚染が大きいなど、いくつかの本質的な問題を有している。このため、従来のプラズマ処理装置では、半導体装置や液晶表示装置のさらなる微細化およびさらなる生産性の向上に対する厳しい要求を満たすことが困難になりつつある。
【０００４】
一方、従来より直流磁場を用いずにマイクロ波電界により励起された高密度プラズマを使うマイクロ波プラズマ処理装置が提案されている。例えば、均一なマイクロ波を発生するように配列された多数のスロットを有する平面状のアンテナ（ラジアルラインスロットアンテナ）から処理容器内にマイクロ波を放射し、このマイクロ波電界により真空容器内のガスを電離してプラズマを励起させる構成のプラズマ処理装置が提案されている。例えば特開平９−６３７９３公報を参照。このような手法で励起されたマイクロ波プラズマではアンテナ直下の広い領域にわた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。しかもかかる手法で形成されたマイクロ波プラズマではマイクロ波によりプラズマを励起するため電子温度が低く、被処理基板のダメージや金属汚染を回避することができる。さらに大面積基板上にも均一なプラズマを容易に励起できるため、大口径半導体基板を使った半導体装置の製造工程や大型液晶表示装置の製造にも容易に対応できる。
【０００５】
【従来の技術】
図１（Ａ），（Ｂ）は、かかるラジアルラインスロットアンテナを使った従来のマイクロ波プラズマ処理装置１００の構成を示す。ただし図１（Ａ）はマイクロ波プラズマ処理装置１００の断面図を、また図１（Ｂ）はラジアルラインスロットアンテナの構成を示す図である。
【０００６】
図１（Ａ）を参照するに、マイクロ波プラズマ処理装置１００は複数の排気ポート１１６から排気される処理室１０１を有し、前記処理室１０１中には被処理基板１１４を保持する保持台１１５が形成されている。前記処理室１０１の均一な排気を実現するため、前記保持台１１５の周囲にはリング状に空間１０１Ａが形成されており、前記複数の排気ポート１１６を前記空間１０１Ａに連通するように等間隔で、すなわち被処理基板に対して軸対称に形成することにより、前記処理室１０１を前記空間１０１Ａおよび排気ポート１１６を介して均一に排気することができる。
【０００７】
前記処理室１０１上には、前記保持台１１５上の被処理基板１１４に対応する位置に、前記処理室１０１の外壁の一部として、低損失誘電体よりなり多数の開口部１０７を形成された板状のシャワープレート１０３がシールリング１０９を介して形成されており、さらに前記シャワープレート１０３の外側に同じく低損失誘電体よりなるカバープレート１０２が、別のシールリング１０８を介して設けられている。
【０００８】
前記シャワープレート１０３にはその上面にプラズマガスの通路１０４が形成されており、前記複数の開口部１０７の各々は前記プラズマガス通路１０４に連通するように形成されている。さらに、前記シャワープレート１０３の内部には、前記処理容器１０１の外壁に設けられたプラズマガス供給ポート１０５に連通するプラズマガスの供給通路１０８が形成されており、前記プラズマガス供給ポート１０５に供給されたＡｒやＫｒ等のプラズマガスは、前記供給通路１０８から前記通路１０４を介して前記開口部１０７に供給され、前記開口部１０７から前記処理容器１０１内部の前記シャワープレート１０３直下の空間１０１Ｂに、実質的に一様な濃度で放出される。
【０００９】
前記処理容器１０１上には、さらに前記カバープレート１０２の外側に、前記カバープレート１０２から４〜５ｍｍ離間して、図１（Ｂ）に示す放射面を有するラジアルラインスロットアンテナ１１０が設けられている。前記ラジアルラインスロットアンテナ１１０は外部のマイクロ波源（図示せず）に同軸導波管１１０Ａを介して接続されており、前記マイクロ波源からのマイクロ波により、前記空間１０１Ｂに放出されたプラズマガスを励起する。前記カバープレート１０２とラジアルラインスロットアンテナ１１０の放射面との間の隙間は大気により充填されている。
【００１０】
前記ラジアルラインスロットアンテナ１１０は、前記同軸導波管１１０Ａの外側導波管に接続された平坦なディスク状のアンテナ本体１１０Ｂと、前記アンテナ本体１１０Ｂの開口部に形成された、図１（Ｂ）に示す多数のスロット１１０ａおよびこれに直交する多数のスロット１１０ｂを形成された放射板１１０Ｃとよりなり、前記アンテナ本体１１０Ｂと前記放射板１１０Ｃとの間には、厚さが一定の誘電体板よりなる遅相板１１０Ｄが挿入されている。
【００１１】
かかる構成のラジアルラインスロットアンテナ１１０では、前記同軸導波管１１０から給電されたマイクロ波は、前記ディスク状のアンテナ本体１１０Ｂと放射板１１０Ｃとの間を、半径方向に広がりながら進行するが、その際に前記遅相板１１０Ｄの作用により波長が圧縮される。そこで、このようにして半径方向に進行するマイクロ波の波長に対応して前記スロット１１０ａおよび１１０ｂを同心円状に、かつ相互に直交するように形成しておくことにより、円偏波を有する平面波を前記放射板１１０Ｃに実質的に垂直な方向に放射することができる。
【００１２】
かかるラジアルラインスロットアンテナ１１０を使うことにより、前記シャワープレート１０３直下の空間１０１Ｂに均一な高密度プラズマが形成される。このようにして形成された高密度プラズマは電子温度が低く、そのため被処理基板１１４にダメージが生じることがなく、また処理容器１０１の器壁のスパッタリングに起因する金属汚染が生じることもない。
【００１３】
図１のプラズマ処理装置１００では、さらに前記処理容器１０１中、前記シャワープレート１０３と被処理基板１１４との間に、外部の処理ガス源（図示せず）から前記処理容器１０１中に形成された処理ガス通路１１２を介して処理ガスを供給する多数のノズル１１３を形成された導体構造物１１１が形成されており、前記ノズル１１３の各々は、供給された処理ガスを、前記導体構造物１１１と被処理基板１１４との間の空間１０１Ｃに放出する。前記導体構造物１１１には、前記隣接するノズル１１３と１１３との間に、前記空間１０１Ｂにおいて形成されたプラズマを前記空間１０１Ｂから前記空間１０１Ｃに拡散により、効率よく通過させるような大きさの開口部が形成されている。
【００１４】
そこで、このように前記導体構造物１１１から前記ノズル１１３を介して処理ガスを前記空間１０１Ｃに放出した場合、放出された処理ガスは前記空間１０１Ｂにおいて形成された高密度プラズマにより励起され、前記被処理基板１１４上に、一様なプラズマ処理が、効率的かつ高速に、しかも基板および基板上の素子構造を損傷させることなく、また基板を汚染することなく行われる。一方前記ラジアルラインスロットアンテナ１１０から放射されたマイクロ波は、かかる導体構造物１１１により阻止され、被処理基板１１４を損傷させることはない。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで図１のプラズマ処理装置１００では、図示されていないマイクロ波源で形成された大パワーのマイクロ波を、前記ラジアルラインスロットアンテナ１１０に効率よく供給する必要がある。
【００１６】
一般に、マイクロ波アンテナとこれに協働する導波管との間には、例えばマイクロ波アンテナで受信された微弱なマイクロ波信号を損失なく導波管中に注入するためにインピーダンス整合構造が設けられる。一方、図１のプラズマ処理装置１００で使われるラジアルラインスロットアンテナ１１０では、導波管から大パワーのマイクロ波がアンテナに供給されるだけでなく、供給されたマイクロ波が処理容器１０１中に形成されたプラズマで反射されて形成された反射波も前記アンテナ１１０および導波管中に重畳された状態で存在しているため、前記アンテナ本体１１０と導波管との間のインピーダンス整合が不適切であると、前記プラズマ処理装置１００の運転中に、前記ラジアルラインスロットアンテナ１１０あるいは同軸導波管中に異常放電が生じてしまう問題があった。このため導波管とアンテナ本体１１０とを結合する給電部におけるインピーダンス整合は、通常のアンテナの場合よりもはるかに重要になる。
【００１７】
そこで本発明は、上記の課題を解決した、新規で有用なプラズマ処理装置を提供することを概括的課題とする。
【００１８】
本発明のより具体的な課題は、マイクロ波アンテナを有し、前記マイクロ波アンテナから処理容器中にマイクロ波透過窓を介して供給されるマイクロ波により、前記処理容器中にプラズマを形成し、前記プラズマ中において被処理基板の処理を行うプラズマ処理装置において、マイクロ波導波管から前記マイクロ波アンテナへのマイクロ波の給電効率を向上させ、また前記マイクロ波導波管と前記マイクロ波アンテナとの接続部におけるインピーダンス不整合に伴う異常放電の問題を解消したプラズマ処理装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を、
外壁により画成され、被処理基板を保持する保持台を備えた処理容器と、
前記処理容器に結合された排気系と、
前記処理容器上に、前記保持台上の被処理基板に対面するように、前記外壁の一部として設けられたマイクロ波透過窓と、
前記処理容器中にプラズマガスを供給するプラズマガス供給部と、
前記処理容器上に、前記マイクロ波に対応して設けられたマイクロ波アンテナと、
前記マイクロ波アンテナに電気的に結合されたマイクロ波電源とよりなり、
前記マイクロ波アンテナは、前記マイクロ波電源に接続され、内側導体コアとこれを囲む外側導体管とよりなる同軸導波管と、
前記同軸導波管の先端に設けられたアンテナ本体とを備え、
前記アンテナ本体は、前記マイクロ波透過窓に結合しマイクロ波放射面を形成する第１の導体面と、前記第１の導体面に対して誘電体板を隔てて対向し、前記誘電体板の外周部において前記第１の導体面に接続される第２の導体面とよりなり、
前記内側導体コアは前記第１の導体面に第１の接続部により接続され、
前記外側導体管は前記第２の導体面に第２の接続部により接続され、
前記第１の接続部は、前記内側導体コアの外径が前記第１の導体面に向って増大する第１のテーパ部を形成し、
前記第２の接続部は、前記外側導体管の内径が前記第１の導体面に向って増大する第２のテーパ部を形成し、
前記内側導体コアと前記外側導体管との間の空間には、第１の端面と前記第１の端面に対向する第２の端面とにより画成された誘電体部材が、前記第１の端面において前記誘電体板に隣接するように設けられ、前記誘電体部材は、前記誘電体板の比誘電率よりも小さく、空気よりも大きい比誘電率を有することを特徴とするプラズマ処理装置により、または
外壁により画成され、被処理基板を保持する保持台を備えた処理容器と、
前記処理容器に結合された排気系と、
前記処理容器上に、前記保持台上の被処理基板に対面するように、前記外壁の一部として設けられたマイクロ波透過窓と、
前記処理容器中にプラズマガスを供給するプラズマガス供給部と、
前記処理容器上に、前記マイクロ波に対応して設けられたマイクロ波アンテナと、
前記マイクロ波アンテナに電気的に結合されたマイクロ波電源とよりなり、
前記マイクロ波アンテナは、前記マイクロ波電源に接続され、内側導体コアとこれを囲む外側導体管とよりなる同軸導波管と、
前記同軸導波管の先端に設けられたアンテナ本体と、を備え、
前記アンテナ本体は、前記マイクロ波透過窓に結合しマイクロ波放射面を形成する第１の導体面と、前記第１の導体面に対して第１の誘電体材料よりなる誘電体板を隔てて対向し、前記誘電体板の外周部において前記第１の導体面に接続される第２の導体面とよりなり、
前記内側導体コアは前記第１の導体面に第１の接続部により接続され、
前記外側導体管は前記第２の導体面に第２の接続部により接続され、
前記同軸導波管中、前記内側導体コアと前記外側導体管との間の空間には、第１の端面と前記第１の端面に対向する第２の端面とにより画成された誘電体部材が、前記第１の端面において前記誘電体板に隣接するように設けられ、前記誘電体部材は、前記誘電体板の比誘電率よりも小さく、空気よりも大きい比誘電率を有することを特徴とするプラズマ処理装置により、解決する。
［作用］
本発明によれば、大出力マイクロ波源に接続されたマイクロ波導波管とマイクロ波アンテナとの間の接続部におけるインピーダンスの急変が回避され、その結果かかる接続部における反射波の形成が効果的に抑制される。前記接続部における反射波の抑制にともない、かかる接続部における異常放電および異常放電によるアンテナの損傷が回避される。また、かかる反射波の抑制により、前記処理容器中への前記マイクロ波透過窓を介したマイクロ波の供給が安定し、前記処理容器中に所望のプラズマを、安定して形成することが可能になる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
［第１実施例］
図２（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１実施例によるマイクロ波プラズマ処理装置１０の構成を示す。
【００２１】
図２（Ａ）を参照するに、前記マイクロ波プラズマ処理装置１０は処理容器１１と、前記処理容器１１内に設けられ、被処理基板１２を静電チャックにより保持する好ましくは熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）により形成されたＡｌＮもしくはＡｌ2Ｏ3よりなる保持台１３とを含み、前記処理容器１１内には前記保持台１３を囲む空間１１Ａに等間隔に、すなわち前記保持台１３上の被処理基板１２に対して略軸対称な関係で少なくとも二箇所、好ましくは三箇所以上に排気ポート１１ａが形成されている。前記処理容器１１は、かかる排気ポート１１ａを介して後ほど説明する不等ピッチ不等傾角スクリューポンプにより、排気・減圧される。
【００２２】
前記処理容器１１は好ましくはＡｌを含有するオーステナイトステンレス鋼よりなり、内壁面には酸化処理により酸化アルミニウムよりなる保護膜が形成されている。また前記処理容器１１の外壁のうち前記被処理基板１２に対応する部分には、ＨＩＰ法により形成された緻密なＡｌ2Ｏ3よりなり多数のノズル開口部１４Ａを形成されたディスク状のシャワープレート１４が、前記外壁の一部として形成される。かかるＨＩＰ法により形成されたＡｌ2Ｏ3シャワープレート１４はＹ2Ｏ3を焼結助剤として使って形成され、気孔率が０．０３％以下で実質的に気孔やピンホールを含んでおらず、３０Ｗ／ｍ・Ｋに達する、セラミックとしては非常に大きな熱伝導率を有する。
【００２３】
前記シャワープレート１４は前記処理容器１１上にシールリング１１ｓを介して装着され、さらに前記シャワープレート１４上には同様なＨＩＰ処理により形成された緻密なＡｌ2Ｏ3よりなるカバープレート１５が、シールリング１１ｔを介して設けられている。前記シャワープレート１４の前記カバープレート１５と接する側には前記ノズル開口部１４Ａの各々に連通しプラズマガス流路となる凹部１４Ｂが形成されており、前記凹部１４Ｂは前記シャワープレート１４の内部に形成され、前記処理容器１１の外壁に形成されたプラズマガス入口１１ｐに連通する別のプラズマガス流路１４Ｃに連通している。
【００２４】
前記シャワープレート１４は前記処理容器１１の内壁に形成された張り出し部１１ｂにより保持されており、前記張り出し部１１ｂのうち、前記シャワープレート１４を保持する部分には異常放電を抑制するために丸みが形成されている。
【００２５】
そこで、前記プラズマガス入口１１ｐに供給されたＡｒやＫｒ等のプラズマガスは前記シャワープレート１４内部の流路１４Ｃおよび１４Ｂを順次通過した後、前記開口部１４Ａを介して前記シャワープレート１４直下の空間１１Ｂ中に一様に供給される。
【００２６】
前記カバープレート１５上には、前記カバープレート１５に密接し図３（Ｂ）に示す多数のスロット１６ａ，１６ｂを形成されたディスク状のスロット板１６と、前記スロット板１６を保持するディスク状のアンテナ本体１７と、前記スロット板１６と前記アンテナ本体１７との間に挟持されたＡｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2あるいはＳｉ3Ｎ4等の低損失誘電体材料よりなる遅相板１８とにより構成されたラジアルラインスロットアンテナ２０が設けられている。前記ラジアルスロットラインアンテナ２０は前記処理容器１１上にシールリング１１ｕを介して装着されており、前記ラジアルラインスロットアンテナ２０には矩形あるいは円形断面を有する同軸導波管２１を介して外部のマイクロ波源（図示せず）より周波数が２．４５ＧＨｚあるいは８．３ＧＨｚのマイクロ波が供給される。供給されたマイクロ波は前記スロット板１６上のスロット１６ａ，１６ｂから前記カバープレート１５およびシャワープレート１４を介して前記処理容器１１中に放射され、前記シャワープレート１４直下の空間１１Ｂにおいて、前記開口部１４Ａから供給されたプラズマガス中にプラズマを励起する。その際、前記カバープレート１５およびシャワープレート１４はＡｌ2Ｏ3により形成されており、効率的なマイクロ波透過窓として作用する。その際、前記プラズマガス流路１４Ａ〜１４Ｃにおいてプラズマが励起されるのを回避するため、前記プラズマガスは、前記流路１４Ａ〜１４Ｃにおいて約６６６６Ｐａ〜１３３３２Ｐａ（約５０〜１００Ｔｏｒｒ）の圧力に保持される。
【００２７】
前記ラジアルラインスロットアンテナ２０と前記カバープレート１５との密着性を向上させるため、本実施例のマイクロ波プラズマ処理装置１０では前記スロット板１６に係合する前記処理容器１１の上面の一部にリング状の溝１１ｇが形成されており、かかる溝１１ｇを、これに連通した排気ポート１１Ｇを介して排気することにより、前記スロット板１６とカバープレート１５との間に形成された隙間を減圧し、大気圧により、前記ラジアルラインスロットアンテナ２０を前記カバープレート１５にしっかりと押し付けることが可能になる。かかる隙間には、前記スロット板１６に形成されたスロット１６ａ，１６ｂが含まれるが、それ以外にもカバープレート１５表面の微細な凹凸など様々な理由により隙間が形成されることがある。かかる隙間は、前記ラジアルラインスロットアンテナ２０と処理容器１１との間のシールリング１１ｕにより封止されている。
【００２８】
さらに前記排気ポート１１Ｇおよび溝１５ｇを介して前記スロット板１６と前記カバープレート１５との間の隙間に分子量の小さい不活性気体を充填することにより、前記カバープレート１５から前記スロット板１６への熱の輸送を促進することができる。かかる不活性気体としては、熱伝導率が大きくしかもイオン化エネルギの高いＨｅを使うのが好ましい。前記隙間にＨｅを充填する場合には、０．８気圧程度の圧力に設定するのが好ましい。図３の構成では、前記溝１５ｇの排気および溝１５ｇへの不活性気体の充填のため、前記排気ポート１１Ｇにバルブ１１Ｖが接続されている。
【００２９】
前記同軸導波管２１Ａのうち、外側の導波管２１Ａは前記ディスク状のアンテナ本体１７に接続され、中心導体２１Ｂは、前記遅波板１８に形成された開口部を介して前記スロット板１６に接続されている。そこで前記同軸導波管２１Ａに供給されたマイクロ波は、前記アンテナ本体１７とスロット板１６との間を径方向に進行しながら、前記スロット１６ａ，１６ｂより放射される。
【００３０】
図２（Ｂ）は前記スロット板１６上に形成されたスロット１６ａ，１６ｂを示す。
【００３１】
図２（Ｂ）を参照するに、前記スロット１６ａは同心円状に配列されており、各々のスロット１６ａに対応して、これに直行するスロット１６ｂが同じく同心円状に形成されている。前記スロット１６ａ，１６ｂは、前記スロット板１６の半径方向に、前記遅相板１８により圧縮されたマイクロ波の波長に対応した間隔で形成されており、その結果マイクロ波は前記スロット板１６から略平面波となって放射される。その際、前記スロット１６ａおよび１６ｂを相互の直交する関係で形成しているため、このようにして放射されたマイクロ波は、二つの直交する偏波成分を含む円偏波を形成する。
【００３２】
さらに図２（Ａ）のプラズマ処理装置１０では、前記アンテナ本体１７上に、冷却水通路１９Ａを形成された冷却ブロック１９が形成されており、前記冷却ブロック１９を前記冷却水通路１９Ａ中の冷却水により冷却することにより、前記シャワープレート１４に蓄積された熱を、前記ラジアルラインスロットアンテナ２０を介して吸収する。前記冷却水通路１９Ａは前記冷却ブロック１９上においてスパイラル状に形成されており、好ましくはＨ2ガスをバブリングすることで溶存酸素を排除して且つ酸化還元電位を制御した冷却水が通される。
【００３３】
また、図２（Ａ）のマイクロ波プラズマ処理装置１０では、前記処理容器１１中、前記シャワープレート１４と前記保持台１３上の被処理基板１２との間に、前記処理容器１１の外壁に設けられた処理ガス注入口１１ｒから処理ガスを供給されこれを多数の処理ガスノズル開口部３１Ｂ（図４参照）から放出する格子状の処理ガス通路３１Ａを有する処理ガス供給構造３１が設けられ、前記処理ガス供給構造３１と前記被処理基板１２との間の空間１１Ｃにおいて、所望の均一な基板処理がなされる。かかる基板処理には、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、プラズマＣＶＤ処理等が含まれる。また、前記処理ガス供給構造３１から前記空間１１ＣにＣ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８またはＣ４Ｆ６などの解離しやすいフルオロカーボンガスや、Ｆ系あるいはＣｌ系等のエッチングガスを供給し、前記保持台１３に高周波電源１３Ａから高周波電圧を印加することにより、前記被処理基板１２に対して反応性イオンエッチングを行うことが可能である。
【００３４】
本実施例によるマイクロ波プラズマ処理装置１０では、前記処理容器１１の外壁は１５０°Ｃ程度の温度に加熱しておくことにより、処理容器内壁への反応副生成物等の付着が回避され、一日に一回程度のドライクリーニング行うことで、定常的に、安定して運転することが可能である。
【００３５】
ところで、図２（Ａ）のプラズマ処理装置１０においては、前記同軸導波管２１をラジアルラインスロットアンテナ２０に接続する接続・給電部において、前記中心導体２１Ｂに、前記中心導体２１Ｂの径ないし断面積が前記スロット板１６に向って増大するようにテーパ部２１Ｂｔが形成されており、また前記外側導波管２１Ａにも、対応するテーパ部２１Ａｔが、前記導波管２１Ａの内径が前記アンテナ本体１７に向って増大するように形成されている。前記アンテナ接続・給電部にかかるテーパ構造を形成することにより、前記接続・給電部におけるインピーダンスの急変が緩和され、その結果、かかるインピーダンスの急変に起因する反射波の形成が大きく低減される。
【００３６】
図３（Ａ）は、図２（Ａ）のプラズマ処理装置１０における、前記同軸導波管２１と前記ラジアルラインスロットアンテナ２０との接続・マイクロ波給電部の構成を詳細に示す拡大図である。簡単のため、前記スロット板１６に形成されたスロット１６ａ，１６ｂの図示は省略してある。
【００３７】
図３（Ａ）を参照するに、前記内側導体２１Ｂは直径が１６．９ｍｍの円形状断面を有し、前記スロット板１６とアンテナ本体１７との間には、前記遅相板１８として、厚さが４ｍｍで比誘電率εが１０．１のアルミナ板が形成されている。一方、前記外側導波管２１Ａは、直径が３８．８ｍｍの円形断面を有する空間を画成し、前記内側導体２１Ｂはかかる円筒形空間中に配設されている。
【００３８】
その際、図３（Ａ）よりわかるように前記内側導体２１Ｂは、前記スロット板１６との接合面から７ｍｍの範囲の接合部において断面積を前記接合面に向って増大させており、その結果、前記内側導体２１Ｂは、前記接合面において径が２３ｍｍの円形状を有する。また、このようにして形成されたテーパ面２１Ｂｔに対応して、前記アンテナ本体１７にも、前記内側導体２１Ｂとスロット板１６との接合面から１０ｍｍ（遅相板１８の厚さ４ｍｍ＋アンテナ本体１７の厚さ６ｍｍ＝１０ｍｍ）の位置から始まるテーパ面２１Ａｔが形成されている。
【００３９】
図４は、図３（Ａ）の構成のラジアルラインスロットアンテナ２０と導波管２１との組み合わせについて、マイクロ波を前記導波管２１からアンテナ２０に供給した場合に前記導波管２１に戻る反射波電力の割合を、図３（Ａ）中のパラメータａを６．４ｍｍに設定した場合について求めたものである。図４中、前記反射波の割合を◆で示す。また図４中には、図３（Ｂ）に示す、図３（Ａ）の構成において前記テーパ部２１Ａｔおよび２１Ｂｔを省略した構成について求めた反射波電力の割合を、＊で示す。
【００４０】
図４を参照するに、この図における反射波は前記導波管２１とラジアルラインアンテナ２０との接続部・給電部からのものだけでなく、プラズマからの反射波も含んでいるが、図３（Ｂ）の構成では反射波の割合が周波数にかかわらず−２ｄＢ程度になっており、８０％近くのマイクロ波が反射されて導波管２１およびこれに接続されたマイクロ波源に戻っていることがわかる。
【００４１】
これに対して図３（Ａ）のテーパ面２１Ａｔおよび２１Ｂｔを設けた構成では、反射波の割合はマイクロ波の周波数に依存し、特にプラズマ励起に使われる２．４ＧＨｚ近傍の周波数において反射電力が−２３ｄＢ（約１４％）と、最小になることがわかる。
【００４２】
図５は、図３（Ａ）のアンテナ構成を使って図２（Ａ）のプラズマ処理装置１０を、処理容器１１中の内圧を１３３Ｐａ（約１Ｔｏｒｒ）に設定し、前記シャワープレート１４からＡｒとＯ2をそれぞれ６９０ＳＣＣＭおよび２３ＳＣＣＭの流量で供給し、さらに前記導波管２１から前記ラジアルラインスロットアンテナ２０に周波数が２．４５ＧＨｚのマイクロ波を１．６ｋＷのパワーで供給した場合に、前記導波管２１とマイクロ波源との間に設けたパワーモニタにより観測した、マイクロ波反射係数を示す。従って、図５の反射係数は、前記導波管２１とアンテナ２０との接続部におけるマイクロ波の反射のみならず、処理容器１１中において前記シャワープレート１４直下に形成されたプラズマからの反射の効果をも含んでいる。
【００４３】
図５を参照するに、図３（Ｂ）の接続部構成を使った場合には、反射波の割合が８０％前後（反射係数≒０．８）で時間とともに大きく変動するのに対し、図３（Ａ）の構成を使った場合には、反射波の割合は約３０％（反射係数≒０．３）まで減少し、しかもほとんど一定になっているのがわかる。先の図４では、同軸導波管２１とラジアルラインアンテナ２０の接続部における反射は約１４％程度であったことを考えると，図５に見られる約３０％の反射係数は、プラズマからの反射の効果を含んでいることがわかる。
【００４４】
図６は、図２（Ａ）の構成における処理ガス供給構造３１の構成を示す底面図である。
【００４５】
図６を参照するに、前記処理ガス供給構造３１は例えばＭｇを含んだＡｌ合金やＡｌ添加ステンレススチール等の導電体より構成されており、前記格子状処理ガス通路３１Ａは前記処理ガス注入口１１ｒに処理ガス供給ポート３１Ｒにおいて接続され、下面形成された多数の処理ガスノズル開口部３１Ｂから処理ガスを前記空間１１Ｃに均一に放出する。また、前記処理ガス供給構造３１には、隣接する処理ガス通路３１Ａの間にプラズマやプラズマ中に含まれる処理ガスを通過させる開口部３１Ｃを形成されている。前記処理ガス供給構造３１をＭｇ含有Ａｌ合金により形成する場合には、表面に弗化物膜を形成しておくのが好ましい。また前記処理ガス供給構造３１をＡｌ添加ステンレススチールにより形成する場合には、表面に酸化アルミニウムの不動態膜を形成しておくのが望ましい。本発明によるプラズマ処理装置１０では、励起される励起されるプラズマ中の電子温度が低いためプラズマの入射エネルギが小さく、かかる処理ガス供給構造３１がスパッタリングされて被処理基板１２に金属汚染が生じる問題が回避される。前記処理ガス供給構造３１は、アルミナ等のセラミックスにより形成することも可能である。
【００４６】
前記格子状処理ガス通路３１Ａおよび処理ガスノズル開口部３１Ｂは図４に破線で示した被処理基板１２よりもやや大きい領域をカバーするように設けられている。かかる処理ガス供給構造３１を前記シャワープレート１４と被処理基板１２との間に設けることにより、前記処理ガスをプラズマ励起し、かかるプラズマ励起された処理ガスにより、均一に処理することが可能になる。
【００４７】
前記処理ガス供給構造３１を金属等の導体により形成する場合には、前記格子状処理ガス通路３１Ａ相互の間隔を前記マイクロ波の波長よりも短く設定することにより、前記処理ガス供給構造３１はマイクロ波の短絡面を形成する。この場合にはプラズマのマイクロ波励起は前記空間１１Ｂ中においてのみ生じ、前記被処理基板１２の表面を含む空間１１Ｃにおいては前記励起空間１１Ｂから拡散してきたプラズマにより、処理ガスが活性化される。また、プラズマ着火時に前記被処理基板１２が直接マイクロ波に曝されるのを防ぐことが出来るので、マイクロ波による基板の損傷も防ぐことができる。
【００４８】
本実施例によるマイクロ波プラズマ処理装置１０では、処理ガス供給構造３１を使うことにより処理ガスの供給が一様に制御されるため、処理ガスの被処理基板１２表面における過剰解離の問題を解消することができ、被処理基板１２の表面にアスペクト比の大きい構造が形成されている場合でも、所望の基板処理を、かかる高アスペクト構造の奥にまで実施することが可能である。すなわち、マイクロ波プラズマ処理装置１０は、設計ルールの異なる多数の世代の半導体装置の製造に有効である。
【００４９】
図７は、図２（Ａ）の構成中の同軸導波管２１に接続されるマイクロ波源の概略的構成を示す。
【００５０】
図７を参照するに、前記同軸導波管は、２．４５ＧＨｚあるいは８．３ＧＨｚで発振するマグネトロン２５Ａを有する発振部２５から延在する導波管の端部に、前記発振部２５から順にアイソレータ２４，パワーモニタ２３およびチューナ２２を介して接続されており、前記発振器２５で形成されたマイクロ波を前記ラジアルラインスロットアンテナ２０に供給すると同時に、プラズマ処理装置１０中に形成された高密度プラズマから反射したマイクロ波を、前記チューナ２２においてインピーダンス調整を行うことにより、前記ラジアルラインスロットアンテナ２０へと戻している。また、前記アイソレータ２４は方向性を有する要素で、前記発振部２５中のマグネトロン２５Ａを反射波から保護するように作用する。
【００５１】
本実施例によるマイクロ波プラズマ処理装置１０では、このように前記同軸導波管２１とラジアルラインスロットアンテナ２０との接続部ないし給電部にテーパ部２１Ａｔおよび２１Ｂｔを形成することにより、かかる接続部におけるインピーダンスの急変が緩和され、その結果、インピーダンス急変にともなうマイクロ波の反射を抑制し、また前記同軸導波管２１からアンテナ２０へのマイクロ波の供給を安定化することが可能である。
【００５２】
なお、本実施例のマイクロ波プラズマ処理装置１０において、図８の変形例に示すように、前記テーパ面２１Ａｔおよび２１Ｂｔをそれぞれ湾曲面２１Ａｒおよび２１Ｂｒに置き換えることも可能である。このように湾曲面を形成することにより、かかる接続部におけるインピーダンス変化をさらに緩和し、もって反射波の形成をさらに効率よく抑制することが可能になる。
【００５３】
本実施例によるマイクロ波プラズマ処理装置１０では、プラズマに起因する熱フラックスに曝されるシャワープレート１４と冷却部との距離が、図１（Ａ），（Ｂ）に示す従来のマイクロ波プラズマ処理装置に比べて大幅に短縮されており、その結果、誘電損失の大きいＡｌＮの代わりにＡｌ2Ｏ3のような、マイクロ波透過窓として好適な、誘電損失は小さいが熱伝導率も小さい材料をシャワープレートおよびカバープレートに使うことが可能になり、シャワープレートの昇温を抑制しつつ、同時にプラズマ処理の効率、従って処理速度を向上させることができる。
【００５４】
また本実施例によるマイクロ波プラズマ処理装置１０では前記シャワープレート１４とこれに対向する被処理基板１２との間の間隔が狭いため、前記空間１１Ｃで基板処理反応の結果生じた反応生成物を含むガスは、前記外周部の空間１１Ａへと流れる安定な流れを形成し、その結果前記反応生成物は前記空間１１Ｃから速やかに除去される。その際、前記処理容器１１の外壁を１５０°Ｃ程度の温度に保持しておくことにより、前記反応生成物の処理容器１１内壁への付着を実質的に完全に除去することが可能になり、前記処理装置１０は次の処理を速やかに行うことが可能になる。
【００５５】
なお、本実施例においては特定の寸法の数値を挙げて説明をしたが、本発明はこれら特定の数値に限定されるものではない。
［第２実施例］
図９は、本発明の第２実施例による、同軸導波管２１とラジアルラインアンテナ２０との接続部・給電部の構成を示す。ただし図９中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５６】
図９を参照するに、前記同軸導波管２１を構成する外側導波管２１Ａと前記ラジアルラインアンテナ２０の本体１７とは直角に結合され、直角に屈曲する接続・給電部が形成されている。また前記内側導体２１Ｂもスロット板１６と直角に結合されている。
【００５７】
一方、図９の構成では前記遅相板１８として比誘電率の大きいＡｌ2Ｏ3を使い、さらに前記外側導波管２１Ａと内側導体２１Ｂとの間に、比誘電率のより小さい、例えばＳｉＯ2よりなるリング状の部材１８Ａを、前記部材１８Ａの一端が前記遅相板１８に接するように形成する。
【００５８】
かかる構成によれば、前記同軸導波管２１とラジアルラインスロットアンテナ２０との接続部において階段状のインピーダンス変化が出現し、反射波の発生が抑制される。その際、前記部材１８Ａの長さは、前記同軸導波管２１およびアンテナ２０よりなるアンテナ構造の特性に合わせて、最適に決定することができる。
【００５９】
図９の実施例では、前記リング状部材１８Ａのうち、前記遅相板１８に接する第１の側の端面に対して対向する第２の側の端面は空気に接しているが、図１０の変形例に示すように、前記リング状部材１８Ａの前記第２の端面に接するように、より比誘電率の小さい、例えばテフロンよりなる別のリング状部材１８Ｂを設け、接続部における階段状のインピーダンス変化の際の階段の数を増大させることも可能である。
【００６０】
さらに、図１１の変形例に示すように、前記リング状部材１８Ａを誘電率の異なるＳｉＯ２粒とＳｉ３Ｎ４粒の混合物を焼結したものにより構成し、その際前記リング状部材１８Ａ中のＳｉＯ２とＳｉ３Ｎ４の組成比を、その誘電率が前記第１の端面から第２の端面に向って連続的に増大するように、混合比を制御してもよい。
【００６１】
図１２は、本実施例別の変形例による、同軸導波管２１とラジアルラインアンテナ２０との接続部の構成を示す。ただし図１２中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００６２】
図１２を参照するに、本変形例では、前記リング状部材１８Ａの第２の端面をテーパ面とし、前記リング状部材１８Ａの肉厚が、前記遅相板１８に向って直線的に増大するように構成されている。
【００６３】
かかる構成では、前記リング状部材１８Ａとして、Ａｌ2Ｏ3など、前記遅相板１８と同じ材料を使った場合、前記接続・給電部のインピーダンスがラジアルラインスロットアンテナに向って連続的に増大し、インピーダンスの急変に伴う反射が抑制され、効率的で安定なマイクロ波の供給が実現される。
【００６４】
なお、図１２の構成において前記リング状部材１８Ａのテーパ面を、図１３の変形例に示すように、前記接続・給電部の特性に応じて前記リング状部材１８Ａの肉厚が非直線的に変化するように湾曲面とすることも可能である。例えば、前記リング状部材１８Ａの肉厚を、指数関数的に増大させることも可能である。
【００６５】
さらに、図１４に示すように、図９のリング状部材１８Ａを、先に図３（Ａ）で説明した、テーパ面２１Ａｔおよび２１Ｂｔを有する構成に組み合わせることも可能である。その際、前記リング状部材１８Ａは図９のものに限定されるものではなく、図９〜１３のいずれの構成を組み合わせることも可能である。
［第３実施例］
図１５は、本発明の第３実施例によるプラズマ処理装置１０Ａの構成を示す。
ただし図１５中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００６６】
図１５を参照するに、プラズマ処理装置１０Ａでは前記シャワープレート１４が撤去され、その代わりに前記処理容器１１中に、好ましくは対称的に、複数のプラズマガス供給管１１Ｐが、前記ガス通路１１ｐに連通して形成されている。本実施例のプラズマ処理装置１０Ａでは、構成が簡素化され、製造費用を大きく低減することが可能である。
【００６７】
かかる構成のプラズマ処理装置１０Ａにおいても、前記ラジアルラインスロットアンテナ２０と同軸導波管２１との接続・給電部にテーパ面２１Ａｔ，２１Ｂｔを形成することにより、反射波が抑制され、給電効率が向上し、反射波による異常放電が抑制され、プラズマ形成が安定化する。また本実施例においても、前記接続部の構成は図３（Ａ）に示したものに限定されるものではなく、図８〜１４のいずれの構成を使うことも可能である。
［第４実施例］
図１６は、本発明の第４実施例によるプラズマ処理装置１０Ｂの構成を示す。ただし図１６中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００６８】
図１６を参照するに、本実施例のプラズマ処理装置１０Ｂでは、前記下段シャワープレート３１が撤去されている。また、前記シャワープレート１４を保持する前記張り出し部１１ｂの全面に丸みが形成されている。
【００６９】
かかる構成のプラズマ処理装置１０Ｂでは、前記下段シャワープレート３１が省略されているためプラズマガスとは別に処理ガスを供給して成膜やエッチングを行うことはできないが、前記シャワープレート１４からプラズマガスとともに酸化ガスあるいは窒化ガスを供給することにより、被処理基板表面に酸化膜や窒化膜、あるいは酸窒化膜を形成することが可能である。
【００７０】
本実施例においても、前記同軸導波管２１とラジアルラインスロットアンテナ２０との接続・給電部にテーパ面２１Ａｔ，２１Ｂｔを形成することにより、反射波が抑制され、給電効率が向上し、反射波による異常放電が抑制され、プラズマ形成が安定化する。また本実施例においても、前記接続部の構成は図３（Ａ）に示したものに限定されるものではなく、図８〜１４のいずれの構成を使うことも可能である。
［第５実施例］
さらに本発明による接続・給電構造は、図２（Ａ）のプラズマ処理装置１０あるいはその変形例に限定されるものではなく、先に図１（Ａ），（Ｂ）で説明した従来のラジアルラインスロットアンテナを使ったプラズマ処理装置１００に対しても適用可能である。
【００７１】
図１７は、本発明の接続・給電構造を使った本発明の第５実施例によるプラズマ処理装置１００Ａの構成を示す。ただし図１７中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００７２】
図１７を参照するに、プラズマ処理装置１００Ａは前記従来のプラズマ処理装置１００と実質的に同じ構成を有するが、前記同軸導波管１１０Ａとラジアルラインスロットアンテナ本体１１０Ｂあるいはスロット板１１０Ｄとの接続部に、先のテーパ面２１Ａｔあるいは２１Ｂｔと同様なテーパ面が形成されているのがわかる。
【００７３】
本実施例においても、前記同軸導波管１１０Ａとラジアルラインスロットアンテナとの接続部にテーパ面を形成することにより、反射波が抑制され、給電効率が向上し、反射波による異常放電が抑制され、プラズマ形成が安定化する。また本実施例においても、前記接続部の構成は図３（Ａ）に示したものに限定されるものではなく、図８〜１４のいずれの構成を使うことも可能である。
［第６実施例］
図１８は、図２（Ａ），（Ｂ）のマイクロ波プラズマ処理装置１０を含む本発明の第６実施例による半導体製造装置４０の全体構成を示す断面図である。
【００７４】
図１８を参照するに、半導体製造装置４０は搬送アーム４１５を備えたロボット４０５が設けられた真空トランスファ室４０１を含み、前記マイクロ波プラズマ処理装置１０は、かかる真空トランスファ室４０１の上面に形成されている。その際、前記保持台１３は、ベローズ４１０で囲まれた昇降シリンダ４０６により昇降自在に形成されている。前記保持台１３が下がりきった状態で被処理基板１２が前記搬送アーム４１５により着脱され、上がりきった状態で前記真空トランスファ室４０１からシール４１０Ａにより遮断され、所望の基板処理が行われる。
【００７５】
また前記真空トランスファ室４０１上にはその上面の別の個所に、被処理基板のスタック４０４を保持する昇降ステージ４１８を備えたロードロック室４０２が設けられており、前記ロードロック室４０２は前記昇降ステージ４１８が上がりきった状態でシール４１７により真空トランスファ室４０１から遮断されている。一方、前記昇降ステージ４１８が下降した状態では、前記被処理基板スタック４０４は真空トランスファ室４０１中に下降し、前記搬送アーム４１５が前記被処理基板スタック４０４から基板をピックアップし、あるいはこれに処理済みの基板を戻す。
【００７６】
かかる構成の半導体製造装置４０ではマイクロ波プラズマ処理装置１０への被処理基板の出し入れが側壁面を介さず上下方向になされるため、処理容器１１内においてプラズマが軸対称に形成され、また処理容器の排気も軸対称に配設された複数の排気ポートから複数のポンプにより実行されるため、均一なプラズマ処理が保証される。
【００７７】
図１９は前記処理ユニットＡの排気系の構成を示す。
【００７８】
図１９を参照するに、前記処理ユニットＡにおいては処理容器１１の各々の排気ポート１１ａはダクトＤ1に接続され、前記ダクトＤ1に設けられた、各々図１４（Ａ），（Ｂ）に示す構成を有するネジ溝分子ポンプＰ1，Ｐ2により排気される。前記ネジ溝分子ポンプＰ1，Ｐ2の排気側は、前記半導体製造装置４０中の他の処理ユニットＢ，Ｃと共通に設けられている排気ラインＤ2に接続され、さらに前記排気ラインＤ2は中間ブースターポンプＰ3を介して、他の同様な半導体製造装置と共通に接続されている排気ラインＤ3に接続される。
【００７９】
図２０（Ａ）は、前記ネジ溝分子ポンプＰ1，Ｐ2の構成を示す。
【００８０】
図２０（Ａ）を参照するに、ネジ溝分子ポンプは円筒形状の本体５１を有し、前記本体５１の一端にポンプ入口が、また前記本体５１の底面近傍の側壁面上にはポンプ出口が形成されている。本体５１中には図２０（Ｂ）に示すロータ５２が設けられており、前記ロータ５２上には不等ピッチ不等傾角スクリュー５２Ａが形成されている。不等ピッチ不等傾角スクリュー５２Ａは、ポンプ入口側でピッチが大きく出口側に向ってピッチが減少する構成を有しており、またこれに応じてスクリューの傾角も入口側から出口側に向って徐々に減少している。またポンプ室の体積も、入口側から出口側に向って徐々に減少している。
【００８１】
図２０（Ａ）のネジ溝分子ポンプはさらに前記ロータ５２内に配設されたモータ５３と、前記ロータ５２の角位置を検出する角位置検出器５４と、前記角位置検出器５４に協働するマグネット５５とを含んでおり、電磁石機構５６により、前記ロータ５２が出口側に付勢される。
【００８２】
かかるネジ溝分子ポンプは簡単な構成を有し、大気圧から数ｍＴｏｒｒまでの広い圧力範囲において動作し、消費電力が小さく、従来のターボ分子ポンプよりも大きな３２０ｍＬ／ｍｉｎに達するポンプ速度を得ることができる。
【００８３】
図２１は、図１９の構成において前記ネジ溝分子ポンプＰ1，Ｐ2を排気する中間ブースターポンプＰ3として使われる不等ピッチ不等傾角スクリューポンプ（ＧＬＳＰ）６０の構成を示す。
【００８４】
図２１を参照するに、前記不等ピッチ不等傾角スクリューポンプでは、一端に入口６１Ａが、また他端に出口６３Ａ，６３Ｂ形成されたポンプ本体６１中に、各々が図２０（Ｂ）に示したような、スクリューピッチを入口側から出口側に向って徐々に変化させる一対のスクリューロータ６２Ａ，６２Ｂが、それぞれのスクリューが互いにかみ合うような関係に設けられており、ロータ６２Ａ，６２Ｂは、モータ６４により、歯車６３Ａ，６３Ｂを介して駆動される。
【００８５】
かかる構成の不等ピッチ不等傾角スクリューポンプ６０は常圧から１０-4Ｔｏｒｒに至る低圧までの広い圧力範囲において動作可能であり、２５００Ｌ／ｍｉｎに達する非常に大きな流量を実現することができる。
【００８６】
また図１９の構成では、他の半導体製造装置からの排気を、かかる中間ブースターポンプＰ3を介して共通のバックポンプＰ4で排気することにより、前記バックポンプＰ4を最も効率的な動作圧力範囲で動作させることができ、消費電力を大きく低減することができる。
【００８７】
図２２は、図１８の半導体製造装置４０において、各々の処理ユニットＡ〜Ｃに協働するガス供給系の構成を示す。
【００８８】
先にも説明したように、前記半導体製造装置４０ではマイクロ波プラズマ処理装置１０の処理容器１１を１５０°Ｃ程度の温度に保持することで、基板処理に伴い生じた反応生成物の付着を抑制している。すなわち、図１９の処理ユニットは、特別なクリーニング処理をせずとも前の処理工程の記憶ないし履歴を完全に消去できる特徴を有している。
【００８９】
このため、図１９の処理ユニットを使って、プラズマガスおよび／または処理ガスを切替ながら、異なった基板処理工程を次々と実行することが可能であるが、このためには、迅速に処理ガスを切替できる構成のガス供給系が必要になる。
【００９０】
図２２を参照するに、Ｎ2，Ｋｒ，Ａｒ，Ｈ2，ＮＦ3，Ｃ4Ｆ8，ＣＨＦ3，Ｏ2，ＣＯ，ＨＢｒ，ＳｉＣｌ4等より選ばれた一または二のガスが、第１および／または第２の流量制御装置ＦＣＳ１およびＦＳＣ２を通って前記処理容器１１上に設けられ前記シャワープレート１４に連通するプラズマガス供給ポート１１ｐに供給され、一方、前記Ｎ2，Ｋｒ，Ａｒ，Ｈ2，ＮＦ3，Ｃ4Ｆ8，ＣＨＦ3，Ｏ2，ＣＯ，ＨＢｒ，ＳｉＣｌ4等より選ばれた一または複数のガスが、第３〜第７の流量制御装置ＦＣＳ３〜ＦＣＳ７を通って、前記処理ガス供給構造３０に連通した前記処理ガス供給ポート１１ｒに供給される。
【００９１】
その際、図２３に示す、制御弁７１と圧力計７２とストップバルブ７３とオリフィス７４とを直線状の配管７０に順次形成した構成の流量制御装置を使い、前記オリフィス７４下流側の圧力Ｐ2が前記ストップバルブ７３上流側の圧力Ｐ1の半分以下になるように（Ｐ1≧２Ｐ2）制御弁７１を前記圧力計７２により制御することにより、処理ガスを所定の流量で瞬時に供給することが可能になる。これは、この流量制御装置内に流量制御不能なデッドスペースが存在しないためである。
【００９２】
そこで、図２２のガス供給系において図２３の流量制御装置を使うことにより、プラズマガスあるいは処理ガスを、前記処理ユニット中での基板処理の種類に応じて瞬時に切替えることが可能になる。
【００９３】
なお、前記半導体製造装置４０においては、先に説明したプラズマ処理装置１０のみならずその変形例によるプラズマ処理装置、あるいは他の実施例によるプラズマ処理装置１０Ａ，１０Ｂを使うことも可能である。
【００９４】
本発明は上記特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【００９５】
【発明の効果】
本発明によれば、マイクロ波プラズマ処理装置において、マイクロ波を給電する同軸導波管とマイクロ波をプラズマ処理装置の処理容器中に放射するマイクロ波アンテナと間の接続部においてインピーダンス変化が緩和され、その結果かかる接続部における反射波の形成が抑制され、給電効率が向上し、また反射波による異常放電が抑制され、処理容器中に安定した高密度プラズマを形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ），（Ｂ）は、従来のラジアルラインスロットアンテナを使ったマイクロ波プラズマ処理装置の構成を示す図である。
【図２】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１実施例によるマイクロ波プラズマ処理装置の構成を示す図である。
【図３】（Ａ），（Ｂ）は、図２の装置における同軸導波管とラジアルラインスロットアンテナの接続部の構成例を示す図である。
【図４】図３の構成による反射低減効果を示す図である。
【図５】図３の給電構造を使って図２（Ａ），（Ｂ）のプラズマ処理装置中にマイクロ波プラズマを形成した場合の反射係数の実測結果を示す図である。
【図６】図２（Ａ）のマイクロ波プラズマ処理装置の処理ガス供給機構の構成を示す図である。
【図７】図２（Ａ）のマイクロ波プラズマ処理装置に結合されるマイクロ波電源の構成を示す図である。
【図８】本実施例の一変形例によるマイクロ波給電構造の構成を示す図である。
【図９】本発明の第２実施例によるマイクロ波給電構造の構成を示す図である。
【図１０】図９のマイクロ波給電構造の一変形例を示す図である。
【図１１】図９のマイクロ波給電構造の別の変形例を示す図である。
【図１２】図９のマイクロ波給電構造の別の変形例を示す図である。
【図１３】図９のマイクロ波給電構造のさらに別の変形例を示す図である。
【図１４】図９のマイクロ波給電構造のさらに別の変形例を示す図である。
【図１５】本発明の第３実施例によるマイクロ波プラズマ処理装置の構成を示す図である。
【図１６】本発明の第４実施例によるマイクロ波プラズマ処理装置の構成を示す図である。
【図１７】本発明の第５実施例によるマイクロ波プラズマ処理装置の構成を示す図である。
【図１８】図２（Ａ），（Ｂ）のマイクロ波プラズマ処理装置を使った本発明の第６実施例による半導体製造装置の構成を示す図である。
【図１９】図１８（Ａ），（Ｂ）の半導体製造装置の排気系の構成を示す図である。
【図２０】図１９の排気系で使われるネジ溝分子ポンプの構成を示す図である。
【図２１】図１９の排気系で使われる不等ピッチ不等傾角スクリューポンプの構成を示す図である。
【図２２】図１９の処理ユニットにおいて使われるガス供給系の構成を示す図である。
【図２３】図２２のガス供給系で使われる流量制御装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１００，１００Ａ  プラズマ処理装置
１１  処理容器
１１ａ  排気ポート
１１ｂ  張り出し部
１１ｐ  プラズマガス供給ポート
１１ｒ  処理ガス供給ポート
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ  空間
１１Ｇ  減圧およびＨｅ供給ポート
１１Ｐ  プラズマガス導入口
１２  被処理基板
１３  保持台
１３Ａ  高周波電源
１４  シャワープレート
１４Ａ  プラズマガスノズル開口部
１４Ｂ，１４Ｃ  プラズマガス通路
１５  カバープレート
１６  スロット板
１６ａ，１６ｂ  スロット開口部
１７  アンテナ本体
１８  遅波板
１８Ａ，１８Ｂ  リング状部材
１９  冷却ブロック
１９Ａ  冷却水通路
１９Ｂ  空冷冷却機構
２０  ラジアルラインアンテナ
２０Ｂ  ホーンアンテナ
２０ｂ  ホーンアンテナ冷却装置
２１  同軸導波管
２１Ａ  外側導波管
２１Ｂ  内側給電線
２１Ａｔ，２１Ｂｔ  テーパ面
２１Ａｒ，２１Ｂｒ  湾曲面
２２  チューナ
２３  パワーモニタ
２４  アイソレータ
２５  発振部
２５Ａ  マグネトロン
３０  処理ガス供給構造
３１Ａ  処理ガス通路
３１Ｂ  処理ガスノズル
３１Ｃ  プラズマ拡散通路
３１Ｒ  処理ガス供給ポート
４０  半導体製造装置
４０１  真空搬送室
４０２  ロードロック室
４０２Ａ  被処理基板ロードロック室
４０２Ｂ  処理済基板ロードロック室
４０４  被処理基板スタック
４０５  搬送ロボット
４０６  昇降シリンダ
４１０Ａ，４１７  シール
４１５  搬送アーム
４１０  ベローズ
４１８  昇降ステージ
５０  ネジ溝分子ポンプ
５１  ポンプ本体
５２  ロータ
５２Ａ  スクリュー
５３  モータ
５４  角位置検出部
５５  マグネット
５６  電磁付勢部
６０  不等ピッチ不等傾角スクリューポンプ
６１  ポンプ本体
６１Ａ  ポンプ入口
６１Ｂ  ポンプ出口
６２Ａ，６２Ｂ  ロータ
６３Ａ，６３Ｂ  歯車
６４  モータ
７０  流量制御装置
７１  制御弁
７２  圧力計
７３  ストップバルブ
７４  オリフィス
Ａ〜Ｃ  処理ユニット
Ｄ1〜Ｄ3  ダクト
Ｐ1〜Ｐ4  ポンプ
【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】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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