(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底筒状に形成され、その内部に被処理体を載置する載置台を有する処理容器と、
この処理容器の上部開口を気密に覆う誘電体からなる蓋体と、
マイクロ波を供給するマイクロ波供給装置と、
一端側がこのマイクロ波供給装置に接続され、このマイクロ波供給装置から前記蓋体に向かって延在し、内部に導波空間を有する導波管と、
この導波管の他端側に接続され、この導波管の他端から半径方向外方にフランジ状に拡張した後、前記蓋体に向かって下方へ側壁として延出し、その内部に導波空間を有するラジアル導波箱と、
このラジアル導波箱の下端開口を覆い、複数のスロットを有し、前記蓋体に平行に配設されたアンテナ部材と、
前記アンテナ部材の中心部の前記載置台側に、前記載置台に向かって突出して形成され、前記処理容器内壁で反射してくる高周波電界を反射する金属製の反射体を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記反射体は、前記蓋体から前記処理容器内に突出してい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】
前記反射体は、前記蓋体から前記処理容器内に突出していない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４】
前記反射体は、その先端部が前記蓋体の内部に入り込んでい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】
前記反射体は、筒状又は柱状に形成されてい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６】
前記反射体は、円筒状又は円柱状に形成されてい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７】
前記反射体は、多角筒状又は多角柱状に形成されてい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８】
前記ラジアル導波箱の外周近傍に高周波電界を吸収する吸収材を配置した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９】
前記アンテナ部材下面から前記誘電体からなる蓋体の下面までの空間の外周部に、高周波電界を吸収する吸収材を配置した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１０】
前記導波管は、内導体とこの内導体に同軸に配設された外導体とを有し、前記内導体と前記外導体との間をマイクロ波が伝搬する同軸導波管であり、前記外導体の前記蓋体側の端部に前記ラジアル導波箱が接続され、前記内導体の前記蓋体側の端部に前記アンテナ部材の中心部が接続されてい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１１】
前記導波管は、ＴＭモードのマイクロ波を伝搬する円筒導波管であ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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波を用いたプラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、平面アンテナを有するプラズマ処理装置としては、図３に示すようなものが知られている。
【０００３】
このプラズマ処理装置７１は、全体が有底筒状に成形された処理容器７３と、この処理容器７３の天井部に気密に設けられた石英板７５とを有し、処理容器７３内部に密閉された処理空間Ｓを形成している。
【０００４】
この処理容器７３内には、上面に半導体ウエハＷを載置する載置台７７が収容されている。この載置台７７は、給電線を介してバイアス用高周波電源７９に接続されている。また、この処理容器７３の側壁には、容器内に処理ガスを導入するためのガス供給ノズル８１が設けられ、このノズル８１は処理ガス源８３に接続されている。さらに、処理容器７３底部には、図示されない真空ポンプに接続された排気口８５が設けられている。
【０００５】
一方、処理容器７３の上部を密閉する石英板７５の上部には、平面アンテナ部材８７が設けられている。この平面アンテナ部材８７は、高さが低く円盤状の中空円筒状容器からなるラジアル導波箱８９の底板として構成され、石英板７５の上面に取り付けられている。 円盤状のラジアル導波箱８９の上面中心部には、他端がマイクロ波発生器９１に接続された同軸導波管９３の外管９３Ａが接続されている。また、この同軸導波管９３内部の内側ケーブル９３Ｂは円板状アンテナ部材８７の中心部に接続されている。
【０００６】
上記円板状アンテナ部材８７は、銅板よりなり、この銅板には多数のスロット９５が形成されている。また、ラジアル導波箱８９内には、マイクロ波の波長を短くして波長の短い管内波長とするために所定の誘電率の誘電体９７が収容されている。
【０００７】
このような構成において、マイクロ波発生器９１で発生されたマイクロ波は、同軸導波管９３内を伝搬し、ラジアル導波箱８９内で半径方向に拡がり、アンテナ部材８７のスロット９５から下方に放出され処理容器７３内でプラズマを形成する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記処理装置７１にあっては、平面アンテナ部材８７下方に形成される電界に不均一が生じ、このため、ウエハＷに対する処理にむらが生ずるという問題点があった。即ち、平面アンテナ部材８７のスロット９５から下方に放出された電界が、処理容器７３の内側壁で反射し、図中の下部に示したように、その中央部の電界が強くなる。このため、ウエハ、特に大口径ウエハの処理にむらが生じてしまうという問題点があった。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するために成されたものであって、アンテナ部材下方において略均一な電界分布を実現でき、均一なウエハ処理を可能とするプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の特徴は、有底筒状に形成され、その内部に被処理体を載置する載置台を有する処理容器と、この処理容器の上部開口を気密に覆う誘電体からなる蓋体と、マイクロ波を供給するマイクロ波供給装置と、一端側がこのマイクロ波供給装置に接続され、このマイクロ波供給装置から前記蓋体に向かって延在し、内部に導波空間を有する導波管と、この導波管の他端側に接続され、この導波管の他端から半径方向外方にフランジ状に拡張した後、前記蓋体に向かって下方へ側壁として延出し、その内部に導波空間を有するラジアル導波箱と、このラジアル導波箱の下端開口を覆い、複数のスロットを有し、前記蓋体に平行に配設されたアンテナ部材と、前記アンテナ部材の中心部の前記載置台側に、前記載置台に向かって突出して形成され、前記処理容器内壁で反射してくる高周波電界を反射する金属製の反射体を設けたことである。
【００１１】
本発明の第２の特徴は、前記反射体は、前記蓋体から前記処理容器内に突出していることである。
【００１２】
本発明の第３の特徴は、前記反射体は、前記蓋体から前記処理容器内に突出していないことである。
【００１３】
本発明の第４の特徴は、前記反射体は、その先端部が前記蓋体の内部に入り込んでいることである。
【００１４】
本発明の第５の特徴は、前記反射体は、筒状又は柱状に形成されていることである。
【００１５】
本発明の第６の特徴は、前記反射体は、円筒状又は円柱状に形成されていることである。
【００１６】
本発明の第７の特徴は、前記反射体は、多角筒状又は多角柱状に形成されていることである。
【００１７】
本発明の第８の特徴は、前記ラジアル導波箱の外周近傍に高周波電界を吸収する吸収材を配置したことである。
【００１８】
本発明の第９の特徴は、前記アンテナ部材下面から前記誘電体からなる蓋体の下面までの空間の外周部に、高周波電界を吸収する吸収材を配置したことである。
【００１９】
本発明の第１０の特徴は、前記導波管は、内導体とこの内導体に同軸に配設された外導体とを有し、前記内導体と前記外導体との間をマイクロ波が伝搬する同軸導波管であり、前記外導体の前記蓋体側の端部に前記ラジアル導波箱が接続され、前記内導体の前記蓋体側の端部に前記アンテナ部材の中心部が接続されていることである。
【００２０】
本発明の第１１の特徴は、前記導波管は、ＴＭモードのマイクロ波を伝搬する円筒導波管であることである。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係るプラズマ処理装置の実施の形態を図１及び図２に基づいて詳述する。本実施の形態においては、プラズマ処理装置をプラズマエッチング装置に適用した場合について説明するがこれに限定されないのは勿論である。
【００３３】
図１は、本発明の第１の実施の形態を示すものである。この図において、プラズマエッチング装置２は、側壁や底部がアルミニウム等の導体により構成されて、全体が有底筒体状に形成された処理容器４を有している。この処理容器４の内壁上部には、真空圧に耐え得る厚みを有するガラス板８が気密に設けられ、容器内部に密閉された処理空間Ｓを形成している。
【００３４】
この処理容器４内には、上面に被処理体としての半導体ウエハＷを載置する載置台１０が収容される。この載置台１０は、アルマイト処理したアルミニウムにより中央部が凸状に平坦になされた略円柱状に形成されている。この載置台１０の下部は、同じくアルミニウムにより円柱状になされた支持台１２により支持されると共に、この支持台１２は処理容器４内の底部に絶縁材１４を介して設置されている。
【００３５】
上記載置台１０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やクランプ機構（図示せず）が設けられ、この載置台１０は給電線１６を介してマッチングボックス１８及びバイアス用高周波電源２０に接続されている。載置台１０を支持する支持台１２には、プラズマ処理時のウエハを冷却するための冷却水を流す冷却ジャケット２２が設けられる。
【００３６】
上記処理容器４の側壁には、容器内に処理ガスとしてのエッチングガスを導入するための石英パイプ製のガス供給ノズル２４が設けられている。このノズル２４は、ガス供給路２６によりマスフローコントローラ２８及び開閉弁３０を介して処理ガス源３２に接続されている。
【００３７】
また、処理容器４の側壁の外周には、その周方向に沿って電磁コイルや永久磁石等の磁界発生手段３４が設けられており、処理空間Ｓ内に磁界を発生させ、生成しているプラズマを閉じ込めるようになっている。尚、この磁界発生手段３４はプラズマ発生のためには必ずしも必要ではなく、これを省略してもよい。
【００３８】
処理容器４の底部には、図示されない真空ポンプに接続された排気口３６が設けられており、必要に応じて処理容器４内を所定の圧力まで真空引きできるようになっている。
【００３９】
このような処理容器４のガラス板８の上方には、マイクロ波発生装置５０が設けられている。このマイクロ波発生装置５０には、同軸導波管５２が接続されている。この同軸導波管５２は、筒状の外導体５２Ａとこの外導体５２Ａ内部に同軸に配設された内導体５２Ｂを有している。そして、外導体５２Ａと内導体５２Ｂとの間をマイクロ波発生装置５０で発生されたＴＥＭモードのマイクロ波が伝搬するようになっている。この同軸導波管５２の外導体５２Ａには、ラジアル導波箱５４が接続されている。このラジアル導波箱５４は、外導体５２Ａの下端から、半径方向外方に向かって拡張したフランジ部５６と、このフランジ部５６の外周縁からガラス板８に向かって下方へ延出した壁部５８とを有している。このラジアル導波箱５４の下端開口には、この開口を覆うように円盤状アンテナ部材６０が設けられており、その内部に導波空間を形成している。この円盤状平面アンテナ部材６０は、銅板からなり、この銅板には多数のスリット６２が形成されている。この多数のスリット６２は、中心部から周縁部にかけて渦巻状に配置されている。ラジアル導波箱５４の内部において、円盤状アンテナ部材６０の中心部には、内導体５２Ｂが接続されている。また、この円盤状アンテナ部材６０の内導体５２Ｂが接続されている部分の反対側、すなわち載置台１０の側には、載置台１０に向かって突出して形成された金属製の円筒状反射体６４が設けられ、この円筒状反射体６４は、ガラス板８を越えて処理容器４内に突出して設けられている。そして、処理容器４の内壁で反射してくる高周波（マイクロ波）電界を再度外方へ反射するようになっている。
【００４０】
また、このラジアル導波箱５４と円盤状アンテナ部材６０とによって画成される空間には誘電体６６が充填されている。さらに、ラジアル導波箱５４の側壁５８の外側外周には、高周波（マイクロ波）電界を吸収する吸収材６８が設けられており、電磁界の反射をある程度防止するようになっている。
【００４１】
次に、以上のように構成された本実施例の動作について説明する。まず、図示しないゲートバルブを介して半導体ウエハＷを搬送アームにより処理容器４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１０の上面の載置面に載置する。そして、処理容器４内を所定のプロセス圧力に維持しつつ、ガス供給ノズル２４からエッチング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５０からのマイクロ波を処理空間Ｓに導入してプラズマを発生させ、エッチング処理を行う。またこの場合、載置台１０にバイアス高周波電力を印加しておくことにより、載置台１０に負の電位を発生させることができ、プラズマからのイオンの引出しを効率的に行うことができる。なお、処理容器４の側壁に設けた磁界発生手段３４は、プラズマ閉じ込め用の磁界を発生させるためのものであり、これを配置しなくても、円盤状アンテナ部材６０からのマイクロ波によりプラズマを生成することができる。
【００４２】
このような構成において、マイクロ波発生装置５０にて発生したＴＥＭモードのマイクロ波は、同軸導波管５２を通ってラジアル導波箱５４との接続部に到達する。マイクロ波は、この接続部からラジアル導波箱の周縁方向に伝搬していく。そして、この周辺方向へ伝搬していくマイクロ波は円盤状アンテナ部材６０を介してその下方の処理空間に電磁界を放出し、この電磁界によってプラズマを生成する。ここで、この円盤状アンテナ部材６０の下面から放出された電磁界は、処理容器４の内側壁で反射され、処理空間Ｓの中心部に集中する。しかしながら、このプラズマ処理装置にあっては、円盤状アンテナ部材６０の内導体５２Ｂが接続されている部分の反対側に、載置台１０に向かって突出して形成された金属製の反射体６４が設けられている。従って、処理空間Ｓの中心部に反射してくる高周波（マイクロ波）電界を再度外方へ反射することができる。このため、円盤状アンテナ部材６０の下方の処理空間Ｓにおける電磁界の強度は、図１の下部のグラフで示すように、平均化される。従って、広範囲にわたってプラズマを一様かつ均一に生成することができ、大口径ウエハであっても、その面内において一様な処理を施すことができる。
【００４３】
以上説明したように、このプラズマ処理装置にあっては、有底円筒状に形成され、その内部に被処理体Ｗを載置する載置台１０を有する処理容器４と、この処理容器４の上部開口を気密に覆うガラス板８と、マイクロ波供給手段５０と、一端側がこのマイクロ波供給手段５０に接続され、内導体５２Ｂとこの内導体に同軸に配設された外導体５２Ａとを有し、内導体５２Ｂと外導体５２Ａとの間をマイクロ波が伝搬するようになされた同軸導波管５２と、この同軸導波管５２の外導体５２Ａの他端側に接続され、この外導体５２Ａの他端から半径方向外方にフランジ状に拡張した後、ガラス板８に向かって下方へ側壁として延出し、その内部に導波空間を有するラジアル導波箱５４と、このラジアル導波箱５４の下端開口を覆い、その中心部に内導体５２Ｂの他端部が接続され、複数のスロット６２を有し、ガラス板８に平行に配設された円盤状アンテナ部材６０と、円盤状アンテナ部材６０の内導体５２Ｂが接続されている部分の反対側に、載置台１０に向かって突出して形成され、処理容器４内壁で反射してくる電界を反射する金属製の反射体６４を設けているから、処理空間Ｓの中心部に反射してくる高周波（マイクロ波）電界を再度外方へ反射することができ、円盤状アンテナ部材６０の下方の処理空間Ｓにおける電磁界の強度を平均化することができる。従って、広範囲にわたってプラズマを一様かつ均一に生成することができ、大口径ウエハであっても、その面内において一様な処理を施すことができる。
【００４４】
なお、上記の実施の形態においては、円盤状アンテナ部材６０の内導体５２Ｂが接続されている部分の反対側に、金属製の円筒状反射体６４を設けているが、これに限る必要はなく、載置台１０に向かってガラス板８を越えて処理容器４内に突出して設けられ、処理容器４の内壁で反射してくる高周波（マイクロ波）電界を吸収する円筒状吸収体（高抵抗体）を設けてもよい。このようにすれば、処理空間Ｓの中央部において処理容器４内壁で反射してくる高周波（マイクロ波）電界を吸収することができるから、処理空間Ｓ中央部に電磁界が集中することを防止し、均一な電磁界を形成することができる。従って、処理空間Ｓ内において均一なプラズマを発生させることができ、均一なウエハ処理を実現することができる。この円筒状吸収体の材質としては、処理容器４内に突出して露出することから、耐プラズマ性にすぐれ汚染のおそれのない単結晶シリコン等が好ましい。
【００４５】
次に、図２は本発明の第２の実施の形態を示すものである。この実施の形態において、図１の第１の実施の形態と異なるのは、金属製の円筒状反射体１６４が、円盤状アンテナ部材６０の中心部から載置台１０に向かってガラス板８の内側まで突出して設けられ、処理容器４内に露出していない点である。このような構成においても、処理容器４の内壁で反射してくる高周波（マイクロ波）電界を再度外方へ反射することができる。従って、円盤状アンテナ部材６０の下方の処理空間Ｓにおいて、電磁界の強度を均一化することができ、広範囲にわたってプラズマを一様かつ均一に生成することができる。また、このように円筒状反射体１６４を処理容器４内に突出させず露出させないようにすることによって、処理容器４内に突出した反射体の表面に金属等が蒸着、付着するのを防止でき、従って反射体のクリーニング作業等が余分に発生するのを防止することができる。
【００４６】
なお、上記の実施の形態においては、円盤状アンテナ部材６０の中心部に、金属製の円筒状反射体１６４を設けているが、これに限る必要はなく、載置台１０に向かってガラス板８の内側まで突出して形成され、処理容器４の内壁で反射してくる高周波（マイクロ波）電界を吸収する円筒状吸収体（高抵抗体）を設けてもよい。このようにすれば、処理空間Ｓの中央部において処理容器４内壁で反射してくる高周波（マイクロ波）電界を吸収することができるから、処理空間Ｓ中央部に電磁界が集中することを防止し、均一な電磁界を形成することができる。従って、処理空間Ｓ内において均一なプラズマを発生させることができ、均一なウエハ処理を実現することができる。
また、図２に示す上記第２の実施の形態においては、円筒状反射体１６４もしくは円筒状吸収体は、ガラス板８の内側すなわちガラス板８の上面に接する位置まで突出している。しかし、これに限る必要はなく、円筒状反射体や円筒状吸収体は、ガラス板８の下面（載置台側の面）から処理室４内に露出しない範囲であれば、ガラス板８内部に嵌入してもよい。このようにすれば、円筒状反射体や円筒状吸収体に金属等が蒸着、付着するのを防止できるばかりでなく、ガラス板８内を透過してくる電磁波を、ガラス板８内に嵌入して配設されている円筒状反射体や円筒状吸収体で反射もしくは吸収することができる。従って、処理空間Ｓ内において均一なプラズマを発生させることができ、均一なウエハ処理を行うことができる。
【００４７】
なお、上記円盤状アンテナ部材６０の内導体５２Ｂが接続されている部分の反対側に設けられた反射体、吸収体は、それぞれ円筒状に形成されているが、これに限る必要はなく、多角筒状でもよく、また円柱状、多角柱状でもよい。
【００４８】
また、上記実施の形態にあっては、導波管として同軸導波管５２を採用しているが、これに限る必要はなく、ＴＭモードのマイクロ波を伝搬する円筒導波管でもよい。
【００４９】
なお、上記プラズマ処理装置はエッチング以外の成膜処理、膜改質処理にも適用でき、さらにウエハ以外にプラットパネルディスプレイ基板等の処理にも適用できる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にあっては、有底筒状に形成されその内部に被処理体を載置する載置台を有する処理容器と、この処理容器の上部開口を気密に覆う誘電体からなる蓋体と、マイクロ波を供給するマイクロ波供給装置と、一端側がこのマイクロ波供給装置に接続されこのマイクロ波供給装置から蓋体に向かって延在し内部に導波空間を有する導波管と、この導波管の他端側に接続されこの導波管の他端から半径方向外方にフランジ状に拡張した後蓋体に向かって下方へ側壁として延出しその内部に導波空間を有するラジアル導波箱と、このラジアル導波箱の下端開口を覆い複数のスロットを有し蓋体に平行に配設されたアンテナ部材と、アンテナ部材の中心部の載置台側に載置台に向かって突出して形成され処理容器内壁で反射してくる高周波（マイクロ波）電界を反射する金属製の反射体、又は高周波（マイクロ波）電界を吸収する吸収体を設けているから、アンテナ部材の下方の処理空間における電磁界の強度を平均化することができる。従って、広範囲にわたってプラズマを均一に生成することができ、ウエハに対して一様な処理を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のプラズマ処理装置を示す縦断面図。
【図２】本発明の第２の実施の形態のプラズマ処理装置を示す縦断面図。
【図３】従来のプラズマ処理装置を示す縦断面図。
【符号の説明】
２  プラズマエッチィング装置
４  処理容器
８  ガラス板
１０  載置台
５０  マイクロ波発生装置
５２  同軸導波管
５２Ａ  外導体
５２Ｂ  内導体
５４  ラジアル導波箱
６０  円盤状アンテナ部材
６２  スリット
６４  円筒状反射体
６８  吸収材
１６４  円筒状反射体
Ｗ  半導体ウエハ
【図１】
0004558975.tif 000002
【図２】
0004558975.tif 000003
【図３】
0004558975.tif 000004