(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内において被処理体を載置する載置台と、
前記処理容器の上部に配置され、前記処理容器を密閉する蓋部と、
前記処理容器の中にプラズマ励起用の処理ガスを導入するガス導入機構と、
を具備するプラズマ処理装置であって、
前記ガス導入機構は、
前記処理ガスを供給する処理ガス供給源と、
前記処理容器内部の空間に向けて開口した複数のガス吐出口と、
前記複数のガス吐出口に接続する共通のガス連通路と、
前記処理容器の壁内で前記処理容器の下部から延びて前記ガス連通路に接続する複数のガス通路と、
前記処理容器の下方に配置され、前記処理ガス供給源からの前記処理ガスを前記複数のガス通路に各々分配する、略同じ長さを有する複数のガス導入管と、
を有する、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記ガス連通路は、前記処理容器の上端に形成された段部と、前記蓋部の下端に形成された段部とにより形成される間隙である、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記ガス連通路は、前記処理容器の上端に形成された溝と、前記蓋部の下端面とにより形成される間隙である、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記ガス連通路は、前記処理容器の上端面と、前記蓋部の下端に形成された溝とにより形成される間隙である、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記ガス導入機構は、
前記処理ガス供給源から延びるガス供給ラインと、
前記複数のガス通路の端部に各々設けられた複数のガス導入口と、
をさらに備え、
前記複数のガス導入管は、前記ガス供給ラインから前記処理ガスを均等に分岐し、前記ガス導入口に各々接続されている、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記複数のガス通路は、前記処理容器の壁部の互いに対向する位置に、鉛直方向に沿って形成された少なくとも一対のガス通路を含む、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記複数のガス通路は、前記処理容器の壁部の互いに対向する位置に、鉛直方向に沿って形成された別の一対のガス通路を含む、請求項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記蓋部は、前記処理容器内にマイクロ波を導入するためのアンテナを備えている、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記アンテナは、複数のスロット孔が形成された平面アンテナである、請求項８に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記処理容器は、前記載置台を囲繞する下部ハウジングと、前記下部ハウジングと前記蓋部との間に介在配置された上部ハウジングとを有し、
前記下部ハウジングと前記上部ハウジングとの境界および前記上部ハウジングと前記蓋部との境界に、それぞれ前記ガス連通路が形成されており、上側の前記ガス連通路に接続する複数の上側のガス吐出口と、下側のガス連通路に接続する複数の下側のガス吐出口と、がそれぞれ形成されている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記処理容器内の前記載置台の上方に設けられた、多数の貫通孔を有するプレートをさらに具備し、
前記上側のガス吐出口と前記下側のガス吐出口は、これらの間に前記プレートが介在する高さ位置に形成されている、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】
本発明は、プラズマ処理装置に関し、詳細には、プラズマを用いて半導体基板等の被処理体を処理するためのプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理装置として、ラジアルラインスロットアンテナ（Radial Line
Slot Antenna）により処理室内にマイクロ波を導入してプラズマを生成させるＲＬＳＡ方式のプラズマ処理装置が知られている（例えば、ＷＯ９８／３３３６２号）。このＲＬＳＡ方式のプラズマ処理装置は、内部に被処理体を載置する載置台を備えた円筒容器と、スロット板および導波誘電体からなるマイクロ波を放射するためのアンテナ部と、を備え、円筒容器の上端に前記アンテナ部を載せ、シール部材によって接合部をシールすることにより、真空チャンバーを構成している。【０００３】
ＲＬＳＡ方式のプラズマ処理装置において最適な処理を実施するためには、真空チャンバー内のプラズマ形成空間に均質にプラズマが形成出来るように、プラズマを発生させるための処理ガスを真空チャンバー内に均等に導入することが必要である。従来、真空チャンバーへの処理ガスの導入方法として、例えば上記特許文献１では、真空チャンバーの側壁を貫通するガス導入部を設け、そこに外部の処理ガス供給源を接続して処理ガスの導入を図る方法が一般的である。【０００４】
しかし、真空チャンバーの側壁に１箇所のガス吐出口を形成して処理ガスを導入する方式では、処理ガスを真空チャンバー内のプラズマ形成空間に均一に吐出させることが難しく、均一なプラズマの形成が困難になる。【０００５】
また、真空チャンバー内への均一なガス導入を図る目的で、真空チャンバー側壁の複数箇所にガス吐出口を設けてガスを供給する方式では、真空チャンバーの周囲にガス供給管を配設しなければならないため、十分な設置スペースが必要になることや、基板の搬入出を妨げないようにするために配管が複雑になるなど、設置上の制約を伴う。また、一定流量で供給される処理ガスを、真空チャンバー内に均等に吐出させるためには、処理ガス供給経路における圧力損失が同等になるように考慮しなければならないが、外部配管の場合には、ガス供給源から各ガス吐出口までのガス供給管の長さを揃えることが困難であり、圧力損失に差が生じる。
【発明の開示】
【０００６】
本発明の目的は、真空チャンバー内へ処理ガスを均等に供給することが可能で、外部配管を簡素化可能なプラズマ処理装置を提供することにある。
【０００７】
本発明によれば、真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内において被処理体を載置する載置台と、前記処理容器の上部に配置され、前記処理容器を密閉する蓋部と、前記処理容器の中にプラズマ励起用の処理ガスを導入するガス導入機構と、を具備するプラズマ処理装置であって、前記ガス導入機構は、前記処理ガスを供給する処理ガス供給源と、前記処理容器内部の空間に向けて開口した複数のガス吐出口と、前記複数のガス吐出口に接続する共通のガス連通路と、前記処理容器の壁内で前記処理容器の下部から延びて前記ガス連通路に接続する複数のガス通路と、前記処理容器の下方に配置され、前記処理ガス供給源からの前記処理ガスを前記複数のガス通路に各々分配する、略同じ長さを有する複数のガス導入管と、を有する、プラズマ処理装置が提供される。
【０００８】
上記構成のプラズマ処理装置によれば、複数のガス吐出口に接続する共通のガス連通路を設けたので、処理ガスを複数のガス吐出口に均等に分配し、各ガス吐出口からのガスの吐出を均等に行なうことが可能になる。これにより、処理容器内のプラズマ処理空間に均質なプラズマを形成することができる。また、プロセス内容に応じてガス吐出口を処理容器内の任意の高さ位置に設定してガスを導入することができる。さらに、処理容器の壁内で前記処理容器の下部から延びてガス連通路に接続する複数のガス通路と、処理容器の下方に配置され、処理ガス供給源からの処理ガスを複数のガス通路に各々分配する、略同じ長さを有する複数のガス導入管を設けるようにしたので、プラズマ処理装置における外部配管を簡素化することが可能になるとともに、コンダクタンスの差を生じさせることがなく各ガス吐出口からのガスの吐出量を一層均等に制御することができる。
【０００９】
上記本発明のプラズマ処理装置において、前記処理容器の上端に形成された段部と、前記蓋部の下端に形成された段部と、により形成される間隙を前記ガス連通路として用いることができる。また、前記処理容器の上端に形成された溝と、前記蓋部の下端面とにより形成される間隙を前記ガス連通路として用いてもよい。あるいは、前記処理容器の上端面と、前記蓋部の下端に形成された溝とにより形成される間隙を前記ガス連通路として用いてもよい。
これらのように、処理容器の上端と蓋部の下端の形状（段部や溝）により形成される間隙を利用することにより、簡単な構造で共通連通路を形成することができ、その加工も容易である。
【００１０】
上記本発明のプラズマ処理装置において、前記ガス導入機構は、前記処理ガス供給源から延びるガス供給ラインと、前記複数のガス通路の端部に各々設けられた複数のガス導入口と、をさらに備え、前記複数のガス導入管は、前記ガス供給ラインから前記処理ガスを均等に分岐し、前記ガス導入口に各々接続された構成とすることができる。また、前記複数のガス通路は、前記処理容器の壁部の互いに対向する位置に、鉛直方向に沿って形成された少なくとも一対のガス通路を含むものとすることができる。この場合に、前記複数のガス通路は、前記処理容器の壁部の互いに対向する位置に、鉛直方向に沿って形成された別の一対のガス通路を含んでもよい。
【００１１】
また、前記蓋部は、前記処理容器内にマイクロ波を導入するためのアンテナを備えているものであってよく。前記アンテナとしては、複数のスロット孔が形成された平面アンテナを用いることができる。
【００１２】
また、前記処理容器は、前記載置台を囲繞する下部ハウジングと、前記下部ハウジングと前記蓋部との間に介在配置された上部ハウジングとを有し、前記下部ハウジングと前記上部ハウジングとの境界および前記上部ハウジングと前記蓋部との境界に、それぞれ前記ガス連通路が形成されており、上側の前記ガス連通路に接続する複数の上側のガス吐出口と、下側のガス連通路に接続する複数の下側のガス吐出口と、がそれぞれ形成されていることが好ましい。
【００１３】
また、前記処理容器内の前記載置台の上方に設けられた、多数の貫通孔を有するプレートをさらに具備し、前記上側のガス吐出口と前記下側のガス吐出口は、これらの間に前記プレートが介在する高さ位置に形成されていることが好ましい。
このように、プレートを間に挟んで上下２段にガス吐出口を設けることにより、処理ガスの種類に応じてプレートの上下でガス導入位置を選択し、目的のプロセスに応じてプラズマを最適に制御することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態のプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図。
【図２】平面アンテナ部材を示す平面面。
【図３】図１の要部を拡大して示す部分断面図。
【図４】ガス供給配管の概要を説明する模式図。
【図５】チャンバーの底面側の外部配管を説明する底面図。
【図６】環状連通路の別の例を示す断面図。
【図７】環状連通路のさらに別の例を示す断面図。
【図８】第２の実施形態のプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図。
【図９】図８の要部を拡大して示す断面図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るプラズマ処理装置１００の概略断面図である。このプラズマ処理装置１００は、複数のスロットを有する平面アンテナ、例えばＲＬＳＡ（Radial Line Slot Antenna；ラジアルラインスロットアンテナ）にて処理室内にマイクロ波を導入してプラズマを発生させることにより、高密度かつ低電子温度のマイクロ波プラズマを発生させ得るプラズマ処理装置として構成されている。【００１６】
上記プラズマ処理装置１００は、気密に構成され、ウエハＷが搬入される接地された略円筒状のチャンバー１を有している。なお、チャンバー１の形状は、断面四角形などの角筒状でもよい。このチャンバー１の上方には、処理空間にマイクロ波を導入するため機能を持つ蓋部３０が開閉可能に設けられている。すなわち、チャンバー１の上部は、開口部となっており、この開口部を塞ぐように蓋部３０が気密に設けられるようになっている。【００１７】
蓋部３０は、マイクロ波をチャンバー１内に導入するアンテナ部を構成しており、アンテナ部は、サセプタ５の側から順に、透過板２８、平面アンテナ部材３１、遅波材３３を有している。これら透過板２８、平面アンテナ部材３１および遅波材３３は、例えばアルミニウムやステンレス鋼等の金属材からなり、導波管機能を有するシールド蓋体３４によって覆われている。シールド蓋体３４は、押さえリング３６を介してアッパープレート２７に支持されている。押さえリング３６とシールド蓋体３４とは断面視Ｌ字形をした環状の固定リング３５で固定されている。蓋部３０の下端のアッパープレート２７の内周面には、チャンバー１に処理ガスを導入するための複数のガス吐出口１５が形成されている。各ガス吐出口１５は、ガス導入経路を介してガス供給源１６に接続されている。なお、プラズマ処理装置１００におけるガス導入経路については後で詳細に説明する。【００１８】
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、下方に向けて突出してチャンバー１内部を均一に排気するための排気室１１が連設されている。【００１９】
チャンバー１の内部には、被処理体であるウエハＷを水平に支持するための石英やセラミックス（ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３等）などの材質で構成されたサセプタ（載置台）５が排気室１１の底部に支持されて設けられている。このサセプタ５は、排気室１１の底部中央から上方に延びる円筒状の支持部材４により支持され、この支持部材４は、排気室１１に支持されている。これら、支持部材４およびサセプタ５は、熱伝導性の良いＡｌＮ等のセラミックス材料で構成されている。サセプタ５の外縁部にはウエハＷをガイドするための石英等で構成されたガイドリング８が設けられている。また、サセプタ５には、抵抗加熱型のヒータ（図示せず）が埋め込まれており、ヒータ電源６から給電されることによりサセプタ５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。サセプタ５の温度は、図示しない熱電対によって計測できるようになっており、例えば室温から１０００℃までの範囲で温度制御可能となっている。なお、サセプタ５に静電チャック機能を持たせ、ウエハＷを電気的に着脱できる構成としてもよい。【００２０】
また、サセプタ５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５の表面に対して突没可能に設けられている。サセプタ５の外周側には、チャンバー１内を均一排気するためのバッフルプレート７が環状に設けられ、このバッフルプレート７は、複数の支柱７ａにより支持されている。なお、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（図示せず）が設けられており、チャンバー構成材料による金属汚染を防止し、クリーンな環境を維持している。【００２１】
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。【００２２】
チャンバー１の壁内には、チャンバー１の下部から上方に向かってガス通路１２が形成され、このガス通路１２は、処理ガスをチャンバー１内に導入するためのガス導入経路の一部を構成している。【００２３】
また、チャンバー１には、ウエハＷの搬入出を行うための搬入出口と、この搬入出口を開閉するゲートバルブとが設けられている（いずれも図示せず）。【００２４】
チャンバー１の上端部は、蓋部３０のアッパープレート２７の下端と当接している。チャンバー１の上端とアッパープレート２７の下端との接合部には、例えばＯリングなどのシール部材９ａ，９ｂが配備されており、接合部の気密状態が保たれる。また、チャンバー１の上端には、段部１８が形成されており、蓋部３０のアッパープレート２７の下端には、チャンバー１の段部１８と共同して環状連通路１３を形成できるように段部１９が設けられている（図３参照）。【００２５】
透過板２８は、例えば石英やＡｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、サファイヤ、ＳｉＮ等のセラミックスのような誘電体からなり、マイクロ波を透過しチャンバー１内の処理空間に導入するマイクロ波導入窓として機能する。透過板２８の下面（サセプタ５側）は平坦状に限らず、マイクロ波を均一化してプラズマを安定化させるため、例えば凹部や溝を形成してもよい。この透過板２８は、蓋部３０の外周下部に環状に配備されたアッパープレート２７の内周面の突出部２７ａにより、シール部材２９を介して気密状態で支持されている。したがって、チャンバー１内は気密に保持される。【００２６】
平面アンテナ部材３１は、円板状をなしており、透過板２８の上方位置において、シールド蓋体３４の内周面に係止された状態で設けられている。この平面アンテナ部材３１は、例えば表面が金または銀メッキされた銅板またはアルミニウム板からなり、マイクロ波を放射するための多数のスロット孔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。【００２７】
スロット孔３２は、例えば図２に示すように長溝状をなし、典型的には隣接するスロット孔３２同士が「Ｔ」字状に配置され、これら複数のスロット孔３２が同心円状に配置されている。スロット孔３２の長さや配列間隔は、マイクロ波の波長（λｇ）に応じて決定され、例えばスロット孔３２の間隔は、λｇ／４、λｇ／２またはλｇとなるように配置される。なお、図２においては、同心円状に形成された隣接するスロット孔３２同士の間隔をΔｒで示している。また、スロット孔３２は、円形状、円弧状等の他の形状であってもよい。さらに、スロット孔３２の配置形態は特に限定されず、同心円状のほか、例えば、螺旋状、放射状に配置することもできる。【００２８】
遅波材３３は、真空よりも大きい誘電率を有しており、平面アンテナ部材３１の上面を覆うように設けられている。この遅波材３３は、例えば、石英、セラミックス、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂やポリイミド系樹脂により構成されており、真空中ではマイクロ波の波長が長くなることから、マイクロ波の波長を短くしてプラズマを調整する機能を有している。なお、平面アンテナ部材３１と透過板２８との間、また、遅波材３３と平面アンテナ３１との間は、それぞれ密着させても離間させてもよい。【００２９】
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、シールド蓋体３４、遅波材３３、平面アンテナ部材３１、透過板２８を冷却するようになっている。なお、平面アンテナ部材３１およびシールド蓋体３４はチャンバー１を介して接地されている。【００３０】
シールド蓋体３４の上壁の中央には、開口部３４ｂが形成されており、この開口部３４ｂ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。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。【００３１】
導波管３７は、上記シールド蓋体３４の開口部３４ｂ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の上端部にモード変換器４０を介して接続された水平方向に延びる矩形導波管３７ｂとを有している。矩形導波管３７ｂと同軸導波管３７ａとの間のモード変換器４０は、矩形導波管３７ｂ内をＴＥモードで伝播するマイクロ波をＴＥＭモードに変換する機能を有している。同軸導波管３７ａの中心には内導体４１が延在しており、内導体４１は、その下端部において平面アンテナ部材３１の中心に接続固定されている。これにより、マイクロ波は、同軸導波管３７ａの内導体４１を介して平面アンテナ部材３１へ放射状に効率よく均一に径方向外方に伝播される。【００３２】
図３は、本実施形態のプラズマ処理装置１００において、チャンバー１内に処理ガスを導入するガス導入経路の構造を示す拡大図である。前記のように、蓋部３０のアッパープレート２７の内周には、複数箇所（例えば３２箇所）に均等に、チャンバー１内にガスを導入するためのガス吐出口１５が設けられている。各ガス吐出口１５は、横方向に形成されたガス導入路１４に連通している。【００３３】
各ガス導入路１４は、チャンバー１の上端と、蓋部３０のアッパープレート２７の下端との接面部に、段部１８と段部１９によって形成された隙間である環状連通路１３に接続している。この環状連通路１３は、処理空間を囲むように略水平方向に環状に連通している。環状連通路１３は、３２本の各ガス導入路１４へガスを均等配分して供給するガス分配手段としての機能を有しており、処理ガスが特定のガス吐出口１５に偏ることなく均一に供給されるように機能する。【００３４】
環状連通路１３には、チャンバー１の壁内の任意の箇所（例えば均等な４箇所）に導入孔７３が形成されている。そして、各導入孔７３は、鉛直方向に形成されたガス通路１２（例えば２本）、ガス導入口７２、ガス供給ライン６７（またはガス供給ライン６９）を介してガス供給源１６と接続されている。このように、ガス供給源１６に接続されたチャンバー壁内のガス流路、すなわち、各ガス通路１２、環状連通路１３、各ガス導入路１４を介して各ガス吐出口１５へ至るガス導入経路を形成することにより、外部配管を極力削減できるとともに、各ガス吐出口１５へ至るまでの流路長を略同等に揃えることができるので、コンダクタンスの差が生じることなく、各ガス吐出口１５からの処理ガスの吐出量を略均等に制御することができる。【００３５】
図４および図５は、プラズマ処理装置１００へ処理ガスを供給するための外部配管の配設状態を模式的に示している。図４に示すように、ガス供給源１６は、複数のガス源、例えばＡｒガス源６１、Ｏ２ガス源６２およびＮ２ガス源６３を備えている。【００３６】
Ａｒガス源６１からはガス供給ライン６７が延びており、このガス供給ライン６７はガス均等供給機構７０を介してチャンバー１の底部に接続されている。同様に、Ｏ２ガス源６２からはガス供給ライン６８ａが延びており、Ｎ２ガス源６３からはガス供給ライン６８ｂが延びていて、これらガス供給ライン６８ａおよび６８ｂは合流してガス供給ライン６９を形成し、このガス供給ライン６９はガス均等供給機構７１を介してチャンバー１の底部に接続されている。ガス供給ライン６７、６８ａ、６８ｂには、いずれも前後のバルブ６４，６６と、これらに挟まれたマスフローコントローラー（ＭＦＣ）６５が設けられている。【００３７】
図５に示すように、ガス均等供給機構７０は、チャンバー１の下方の排気室１１の外側に沿って、ガス供給ライン６７の分岐部６７ａから平面視Ｌ字型に均等に分岐したガス導入管７０ａ，７０ｂを有しており、これらガス導入管７０ａ，７０ｂは、チャンバー１の下部に設けられたガス導入口７２ａ，７２ｂに接続されて、これらガス導入口７２ａ，７２ｂを介してチャンバー１の壁内部に互いに対角位置になるように形成された２本のガス通路１２にそれぞれ接続されている。【００３８】
ガス均等供給機構７１は、チャンバー１の下方の排気室１１の外側に沿って、ガス供給ライン６９の分岐部６９ａから平面視Ｌ字型に均等に分岐したガス導入管７１ａ，７１ｂを有しており、これらガス導入管７１ａ，７１ｂは、チャンバー１の下部に設けられたガス導入口７２ｃ，７２ｄに接続されて、これらガス導入口７２ａ，７２ｂを介してチャンバー１の壁内部に互いに対角位置になるように形成された２本のガス通路１２にそれぞれ接続されている。【００３９】
上記導入管７０ｂと導入管７１ｂは同じ側に設けられており、導入管７０ａと導入管７１ａとは排気室１１を挟んで対向して設けられており、導入管７０ａ、７０ｂ、７１ａ、７１ｂは、排気室１１の三方を囲むように設けられている。【００４０】
このように、チャンバー１の下方において、Ｌ字型に分岐した導入管７０ａ，７０ｂおよび導入管７１ａ，７１ｂを用いてガス経路を分岐することにより、ガス供給源１６から各ガス導入口７２ａ〜７２ｄまでの流路長をほぼ同等にすることが可能になる。【００４１】
以上のように、本実施形態では、ガス供給源１６からのガスを、４箇所のガス導入口７２ａ〜７２ｄおよび４本のガス通路１２から、一旦共通の環状連通路１３に導いてガスを合流、拡散させた後、各ガス導入路１４を介して３２箇所のガス吐出口１５から均一にチャンバー１内に導入する構成としたので、チャンバー１内で処理ガスを均一に供給することができる。したがって、チャンバー１内のプラズマ処理空間で均一なプラズマを励起させることが可能であり、もってウエハＷに対するプロセスの均一化を図ることができる。
なお、ガス導入口７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄおよびガス通路１２は、チャンバー１内にガスを均一に供給可能であればどのような位置に設けてもよい。また、ガス導入管７０ａと７０ｂ、７１ａと７１ｂは、その流路長やコンダクタンスが略同じであれば上記構成に限らない。【００４２】
また、アッパープレート２７内部に各ガス吐出口１５へ通じるガス導入路１４を設けたので、アッパープレート２７の高さを変更することにより、ガス吐出口１５をチャンバー１内の任意の高さ位置に設定して、処理空間内に処理ガスを均一に供給し、均一なプラズマを形成できるメリットがある。【００４３】
例えば、プロセス内容によって、プラズマ生成部の直近にガス吐出口１５を設定してガスを導入したり、あるいは逆に、プラズマ生成部の直近位置ではガスの解離が進み過ぎたり、ガス吐出口１５内部へのダメージが懸念される場合には、ガス吐出口１５をより下方へ配置するなどのバリエーションを容易に持たせることができる。【００４４】
また、チャンバー１の下部に設けられたガス導入口７２に接続する外部配管であるＬ字型のガス導入管７０ａ，７０ｂおよびガス導入管７１ａ，７１ｂをチャンバー１の下方に集約できることから、複雑な配管が不要で、配管に必要な空間が小さくて済み、省スペース化を図ることが可能である。【００４５】
なお、図３では、チャンバー１の上端の段部１８とアッパープレート２７の下端の段部１９との間に環状連通路１３を形成するようにしたが、例えば図６に示すように、チャンバー１の上端面に環状の溝を設け、平坦なアッパープレート２７の下端面との間に環状連通路１３ａを形成することもできる。この場合、各ガス導入路１４および各ガス吐出口１５は、アッパープレート２７ではなく、チャンバー１の上端面に形成することができる。【００４６】
また、例えば図７に示すように、アッパープレート２７の下端面に環状の溝を設け、平坦なチャンバー１の上端面との間に環状連通路１３ｂを形成することもできる。さらに、図示しないが、チャンバー１の上面とアッパープレート２７の下面の両方に環状の溝を設け、対向する二つの溝が一致するように両部材を当接させることによって、環状連通路を形成することも可能である。【００４７】
以上のように構成されたプラズマ処理装置１００においては、以下のようにして被処理体としてのウエハＷに対してプラズマ処理が行われる。
まず、ウエハＷをチャンバー１内に搬入し、サセプタ５上に載置する。そして、ガス供給源１６から、例えば、プラズマガスとしてのＡｒガス、酸化ガスとしてのＯ２ガスを所定の流量で供給し、ガス供給ライン６７，６９、導入管７０ａ，７０ｂおよび７１ａ，７１ｂ、各ガス導入口７２、各ガス通路１２、環状連通路１３、３２箇所に設けられた各ガス導入路１４および各ガス吐出口１５を介してチャンバー１内に導入する。なお、この場合のプロセス条件としては、以下のようなものが例示される。
Ａｒガス流量：１０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｏ２ガス流量：１０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
圧力：１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）
処理温度：５００℃【００４８】
次に、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に導き、矩形導波管３７ｂ、モード変換器４０、および同軸導波管３７ａを順次通過させて内導体４１を介して平面アンテナ部材３１に供給し、平面アンテナ部材３１のスロットから透過板２８を介してチャンバー１内に放射させる。【００４９】
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。平面アンテナ部材３１から透過板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内で電磁界が形成され、処理ガスがプラズマ化し、このプラズマによりウエハＷに対して所定の処理、例示のＡｒガス＋Ｏ２ガスでは酸化処理がなされる。【００５０】
このプラズマは、マイクロ波が平面アンテナ部材３１の多数のスロット孔３２から放射されることにより、略１×１０１０〜５×１０１２／ｃｍ３の高密度、かつ２ｅＶ以下の低電子温度のプラズマを生成できるものであり、特にウエハＷ近傍では、略１．５ｅＶ以下の低電子温度プラズマとなる。したがって、このプラズマをウエハＷに対して作用させることにより、プラズマダメージを抑制した処理が可能になる。【００５１】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図８は、第２の実施形態に係るプラズマ処理装置１０１の概略構成を示す断面図であり、図９はその要部を示す断面図である。なお、第２の実施形態に係る図８，図９のプラズマ処理装置１０１において、第１の実施形態に係る図１のプラズマ処理装置１００と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。【００５２】
プラズマ処理装置１０１は、チャンバー１′と蓋部３０とにより構成され、チャンバー１′は、下部チャンバー２と、その上部に配備される上部チャンバー３とを有する構成となっている。上部チャンバー３は、第１側壁部材３ａおよび第２側壁部材３ｂにより構成されている。また、チャンバー１′内のプラズマ処理空間には、多数の貫通孔８１が形成されたシャワープレート８０が配備されている。このシャワープレート８０は、上部チャンバー３の第２側壁部材３ｂの壁に図示しない係止手段によって固定されている。なお、シャワープレート８０は、第１側壁部材３ａまたは下部チャンバー２の壁に固定してもよい。シャワープレート８０により、プラズマ処理空間は上部空間Ｓ１および下部空間Ｓ２に２分され、これらの上部空間Ｓ１と下部空間Ｓ２は貫通孔８１を介して連通している。【００５３】
下部空間Ｓ２に臨む下部チャンバー２の壁の内周には、第１の実施形態と同様に複数箇所（例えば３２箇所）にガス吐出口１５が形成されており、各ガス吐出口１５は、それぞれガス導入路１４を介して略水平方向に形成された環状連通路１３、下部チャンバー２内部に略垂直方向に形成された複数（例えば４本）のガス通路１２に連通している。ガス通路１２は、ガス供給源１６に接続され、例えばＯ２ガス源（図示を省略）から反応ガスであるＯ２ガスをチャンバー１′内に供給できるようになっている。【００５４】
一方、上部空間Ｓ１に臨む上部チャンバー３の第１側壁部材３ａの内周面にもガス吐出口９０が複数箇所、例えば３２箇所に形成されており、各ガス吐出口９０は、それぞれガス導入路９１を介して略水平方向に形成された環状連通路９２に接続され、さらに第２側壁部材３ｂ内に形成された複数（例えば４本）のガス通路９３に連通している。各ガス通路９３は、ガス導入口９４を介してガス供給源１６に接続され、例えばＡｒガス源（図示を省略）からプラズマガスであるＡｒガスをチャンバー１′内に供給できるようになっている。【００５５】
上部チャンバー３の第２側壁部材３ｂの下面には段部９５が形成されており、下部チャンバー２の上面の段部１８と共同して環状連通路１３を形成している。また、第２側壁部材３ｂの上面にも、段部９６が形成されており、第１側壁部材３ａの下面の段部１９との間に環状連通路９２を形成している。【００５６】
下部チャンバー２の上端と、上部チャンバー３の第２側壁部材３ｂの下端との接合部には、例えばＯリングなどのシール部材９ａ，９ｂが配備されており、接合部の気密状態が確保されている。同様に、第２側壁部材３ｂの上端と、第１側壁部材３ａの下端の当接面にも、例えばＯリングなどのシール部材９ｃ，９ｄが配備されており、接合部の気密状態が確保されている。【００５７】
さらに、第１側壁部材３ａの上端と、蓋部３０のアッパープレート２７の下端の当接面にも、例えばＯリングなどのシール部材９ｅ，９ｆが配備されており、接合部の気密状態が確保されている。【００５８】
また、第２側壁部材３ｂの内周面の下端部は、下方に袴状（スカート状）に垂下した突出部９７が環状に形成されている。この突出部９７は、第２側壁部材３ｂと下部チャンバー２との境界（接面部）を覆うように設けられており、プラズマに曝されると劣化し易い、例えばフッ素系ゴム材料［例えば、ケムラッツ（商品名；グリーン、ツィード・アンド・カンパニー社製）やバイトン（商品名；デュポン・ダウ・エラストマー社製）］などからなるＯリングなどのシール部材９ｂにプラズマが直接作用してプラズマダメージを与えることを防止する役割を果たしている。【００５９】
本実施形態のプラズマ処理装置１０１では、シャワープレート８０を備えたチャンバー１′において、上部空間Ｓ１に第１の処理ガスを導入するガス吐出口９０と、下部空間Ｓ２に第２の処理ガスを導入するガス吐出口１５とを別々に設けることにより、例えばプラズマを励起させるためのＡｒガスを上部空間Ｓ１に導入する一方で、下部空間Ｓ２には例えば酸化反応に関与するＯ２ガスなどの反応系ガスを導入することが可能になる。これにより、例えば下部空間Ｓ２に導入される反応系ガスの解離を最小限に抑制することが可能となり、プラズマを最適に制御して酸化処理などを行うことができる。【００６０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、ＲＬＳＡ方式のプラズマ処理装置１００を例に挙げたが、例えばリモートプラズマ方式、ＩＣＰ方式、ＥＣＲ方式、表面反射波方式、マグネトロン方式等のプラズマ処理装置にも適用可能である。【００６１】
さらに、上記実施形態では、円盤状の半導体ウエハを処理するための円筒状のチャンバー１を有するプラズマ処理装置１００，１０１を例に挙げたが、これに限らず、例えば四角形をしたＦＰＤ用ガラス基板を処理する水平断面が矩形のチャンバーを有するプラズマ処理装置にも本発明の分割構造を適用することができる。【００６２】
また、ガス供給源１６から供給されるガスの種類は上記に限るものではなく、例えばＫｒ、Ｈｅなどの希ガス、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２、ＣＯ２などの酸化ガス、ＮＨ３などの窒化ガスのほか、例えば酸化膜堆積用のＳｉＨ４とＯ２、窒化膜堆積用のＳｉＨ４とＮ２、Ｌｏｗ−ｋ膜（低誘電率膜）堆積用のＴＭＡ（トリメチルアミン）とＯ２等の成膜ガス、例えばＣ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ６、ＢＣｌ３、ＨＢｒ、ＨＣｌ等のエッチングガスなどの処理ガスを所定の流量で供給可能なように構成することができる。これらの処理ガスを用いて酸化処理、窒化処理、酸窒化処理、成膜処理、エッチング処理等の所望の処理を行えるようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、処理容器内に処理ガスを導入して被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置全般に適用可能である。
【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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