(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
天井部が開口されて内部が真空引き可能になされた導体よりなる処理容器と、前記処理容器の天井部の開口に気密に装着されると共にマイクロ波に対して透過性を有する絶縁板と、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、前記絶縁板の上方に設けられて所定のピッチで形成された複数のマイクロ波放射孔からプラズマ発生用のマイクロ波を前記絶縁板を透過させて前記処理容器内へ導入する平面アンテナ部材と、前記平面アンテナ部材の上方に設けられて前記マイクロ波の波長を短縮するための遅波材と、前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス供給手段とを有するプラズマ処理装置において、
前記絶縁板の外周端は、前記絶縁板の中心方向からその半径方向に伝播する前記マイクロ波の反射波を互いに打ち消すために凹凸形状になされており、
前記凹凸形状の前記絶縁板の周方向におけるピッチは、前記マイクロ波が前記絶縁板を伝播する時の波長の実質的に１／４〜２倍の長さの範囲内に設定されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
天井部が開口されて内部が真空引き可能になされた導体よりなる処理容器と、前記処理容器の天井部の開口に気密に装着されると共にマイクロ波に対して透過性を有する絶縁板と、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、前記絶縁板の上方に設けられて所定のピッチで形成された複数のマイクロ波放射孔からプラズマ発生用のマイクロ波を前記絶縁板を透過させて前記処理容器内へ導入する平面アンテナ部材と、前記平面アンテナ部材の上方に設けられて前記マイクロ波の波長を短縮するための遅波材と、前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス供給手段とを有するプラズマ処理装置において、
前記絶縁板の外周端は、前記絶縁板の中心方向からその半径方向に伝播する前記マイクロ波の反射波を互いに打ち消すために凹凸形状になされており、前記絶縁板の半径方向における前記凹凸形状の凹部または凸部の長さは、前記マイクロ波が前記絶縁板を伝播する時の波長の実質的に１／４の奇数倍の長さに設定されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記凹凸形状の前記絶縁板の周方向におけるピッチは、前記マイクロ波が前記絶縁板を伝播する時の波長の実質的に１／４〜２倍の長さの範囲内であることを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
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、前記処理容器の天井部の開口に気密に装着された絶縁板と、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、前記絶縁板の上方に設けられて所定のピッチで形成された複数のマイクロ波放射孔からプラズマ発生用のマイクロ波を前記絶縁板を透過させて前記処理容器内へ導入する平面アンテナ部材と、前記平面アンテナ部材の上方に設けられて前記マイクロ波の波長を短縮するための遅波材と、前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス供給手段とを有するプラズマ処理装置において、
前記平面アンテナ部材の外周端は、前記平面アンテナ部材の中心方向からその半径方向に伝播する前記マイクロ波の反射波を互いに打ち消すために凹凸形状になされていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記平面アンテナ部材の半径方向における前記凹凸形状の凹部または凸部の長さは、前記マイクロ波が前記遅波材を伝播する時の波長の実質的に１／４の奇数倍の長さに設定され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】
前記凹凸形状の前記平面アンテナ部材の周方向におけるピッチは、前記マイクロ波が前記遅波材を伝播する時の波長の実質的に１／４〜２倍の長さの範囲内であることを特徴とする請求項４または５記載のプラズマ処理装置。
【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導体よりなる処理容器と、前記処理容器の天井部の開口に気密に装着されると共にマイクロ波に対して透過性を有する絶縁板と、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、前記絶縁板の上方に設けられて所定のピッチで形成された複数のマイクロ波放射孔からプラズマ発生用のマイクロ波を前記絶縁板を透過させて前記処理容器内へ導入する平面アンテナ部材と、前記平面アンテナ部材の上方に設けられて前記マイクロ波の波長を短縮するための遅波材と、前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス供給手段とを有するプラズマ処理装置において、
前記遅波材の外周端は、前記遅波材の中心方向からその半径方向に伝播する前記マイクロ波の反射波を互いに打ち消すために凹凸形状になされており、前記凹凸形状の前記遅波材の周方向におけるピッチは、前記マイクロ波が前記遅波材を伝播する時の波長の実質的に１／４〜２倍の長さの範囲内に設定されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】
天井部が開口されて内部が真空引き可能になされた導体よりなる処理容器と、前記処理容器の天井部の開口に気密に装着されると共にマイクロ波に対して透過性を有する絶縁板と、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、前記絶縁板の上方に設けられて所定のピッチで形成された複数のマイクロ波放射孔からプラズマ発生用のマイクロ波を前記絶縁板を透過させて前記処理容器内へ導入する平面アンテナ部材と、前記平面アンテナ部材の上方に設けられて前記マイクロ波の波長を短縮するための遅波材と、前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス供給手段とを有するプラズマ処理装置において、
前記遅波材の外周端は、前記遅波材の中心方向からその半径方向に伝播する前記マイクロ波の反射波を互いに打ち消すために凹凸形状になされており、前記遅波材の半径方向における前記凹凸形状の凹部または凸部の長さは、前記マイクロ波が前記遅波材を伝播する時の波長の実質的に１／４の奇数倍の長さに設定されることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記凹凸形状の前記遅波材の周方向におけるピッチは、前記マイクロ波が前記遅波材を伝播する時の波長の実質的に１／４〜２倍の長さの範囲内であることを特徴とする請求項８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、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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、アッシング等の処理のためにプラズマ処理装置が使用される場合があり、特に、０．１ｍＴｏｒｒ（１３．３ｍＰａ）〜数１０ｍＴｏｒｒ（数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、或いはマイクロ波とリング状のコイルからの磁場とを組み合わせて高密度プラズマを発生させるマイクロ波プラズマ装置が使用される傾向にある。
このようなプラズマ処理装置は、特開平３−１９１０７３号公報、特開平５−３４３３３４号公報や本出願人による特開平９−１８１０５２号公報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を図６及び図７を参照して概略的に説明する。図６は従来の一般的なプラズマ処理装置を示す構成図、図７は絶縁板を示す平面図である。
【０００３】
図６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例えば図７に示すような円板状の窒化アルミ等よりなる絶縁板８を気密に設けている。
そして、この絶縁板８の上面に厚さ数ｍｍ程度の円板状の平面アンテナ部材１０と、必要に応じてこの平面アンテナ部材１０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材１２を設置している。この遅波材１２の上方には、内部に冷却水を流す冷却水流路１４が形成された天井冷却ジャケット１６が設けられており、遅波材１２等を冷却するようになっている。
そして、アンテナ部材１０には多数の略円形の貫通孔よりなるマイクロ波放射孔１８が形成されている。このマイクロ波放射孔１８は一般的には、同心円状に配置されたり、或いは螺旋状に配置されている。そして、平面アンテナ部材１０の中心部に同軸導波管２０の内部ケーブル２２を接続して図示しないマイクロ波発生器より発生した、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を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１０の半径方向へ放射状に伝播させつつアンテナ部材１０に設けたマイクロ波放射孔１８からマイクロ波を放出させてこれを絶縁板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内にプラズマを立てて半導体ウエハ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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、処理容器４の天井部を区画する絶縁板８は、一般的には誘電損失が比較的低い窒化アルミ（ＡｌＮ）等を用いて大部分のマイクロ波を下方へ透過するが、図７に示すように、一部のマイクロ波Ｍ１は、絶縁板８の中心部Ｃ１よりその半径方向へ放射状に伝播してその外周端で反射し、この反射波Ｍ２は再度、絶縁板８の中心部Ｃ１へ戻ってくる傾向にある。このため、反射波Ｍ２が中心部Ｃ１で集中して絶縁板８の中心部Ｃ１の近傍のマイクロ波の電界及びこれに付随する処理空間Ｓの中心部のプラズマ密度は、それぞれの周辺部よりも高くなる傾向にあり、この結果、半導体ウエハＷの中心部近傍のプラズマ処理がその周辺部よりも促進されてしまい、プラズマ処理の面内均一性を十分に高く維持することができなくなる場合が生ずる、といった問題があった。
【０００５】
そして、このようなマイクロ波の反射波の問題は、絶縁板８のみならず、平面アンテナ部材１０や遅波材１２においても、程度の差こそあれ、同様に発生している。例えば平面アンテナ部材１０のマイクロ波放射孔１８の寸法や配列ピッチ等は、計算上においてアンテナ部材１０の中心部からその周辺部へ放射状に伝播するマイクロ波がアンテナ外周端にて反射して戻らないように設計されてはいるが、実際には、遅波材１２の実際の誘電率が設計値と異なる等の理由から、最外周のマイクロ波放射孔１８にマイクロ波が伝播した時点で全てのマイクロ波が下方向へ放射されてしまうのではなく、その一部のマイクロ波がアンテナ部材外周端で反射してアンテナ中心部に戻ってくることは避けられず、上記した問題点の早期解決が望まれている。
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、処理容器の天井部を密閉する絶縁板等を平面方向、すなわち周辺部方向へ伝播する反射波の悪影響を大幅に抑制することができるプラズマ処理装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に規定する発明は、天井部が開口されて内部が真空引き可能になされた導体よりなる処理容器と、前記処理容器の天井部の開口に気密に装着されると共にマイクロ波に対して透過性を有する絶縁板と、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、前記絶縁板の上方に設けられて所定のピッチで形成された複数のマイクロ波放射孔からプラズマ発生用のマイクロ波を前記絶縁板を透過させて前記処理容器内へ導入する平面アンテナ部材と、前記平面アンテナ部材の上方に設けられて前記マイクロ波の波長を短縮するための遅波材と、前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス供給手段とを有するプラズマ処理装置において、前記絶縁板の外周端は、前記絶縁板の中心方向からその半径方向に伝播する前記マイクロ波の反射波を互いに打ち消すために凹凸形状になされており、前記凹凸形状の前記絶縁板の周方向におけるピッチは、前記マイクロ波が前記絶縁板を伝播する時の波長の実質的に１／４〜２倍の長さの範囲内に設定されているようにしたものである。
これによれば、処理容器に設けた絶縁板を放射状に伝播するマイクロ波はこの外周端の凹凸形状にて反射するので、この反射波は相乗して互いに打ち消すように作用し、これにより反射波の悪影響を大幅に抑制することが可能となる。従って、被処理体に対するプラズマ処理の面内均一性を向上させることが可能となる。
【０００７】
請求項２に規定する発明は、天井部が開口されて内部が真空引き可能になされた導体よりなる処理容器と、前記処理容器の天井部の開口に気密に装着されると共にマイクロ波に対して透過性を有する絶縁板と、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、前記絶縁板の上方に設けられて所定のピッチで形成された複数のマイクロ波放射孔からプラズマ発生用のマイクロ波を前記絶縁板を透過させて前記処理容器内へ導入する平面アンテナ部材と、前記平面アンテナ部材の上方に設けられて前記マイクロ波の波長を短縮するための遅波材と、前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス供給手段とを有するプラズマ処理装置において、前記絶縁板の外周端は、前記絶縁板の中心方向からその半径方向に伝播する前記マイクロ波の反射波を互いに打ち消すために凹凸形状になされており、前記絶縁板の半径方向における前記凹凸形状の凹部または凸部の長さは、前記マイクロ波が前記絶縁板を伝播する時の波長の実質的に１／４の奇数倍の長さに設定されている。
また、例えば請求項３に規定するように、前記凹凸形状の前記絶縁板の周方向におけるピッチは、前記マイクロ波が前記絶縁板を伝播する時の波長の実質的に１／４〜２倍の長さの範囲内である。
請求項４に規定する発明は、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、前記処理容器の天井部の開口に気密に装着された絶縁板と、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、前記絶縁板の上方に設けられて所定のピッチで形成された複数のマイクロ波放射孔からプラズマ発生用のマイクロ波を前記絶縁板を透過させて前記処理容器内へ導入する平面アンテナ部材と、前記平面アンテナ部材の上方に設けられて前記マイクロ波の波長を短縮するための遅波材と、前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス供給手段とを有するプラズマ処理装置において、前記平面アンテナ部材の外周端は、前記平面アンテナ部材の中心方向からその半径方向に伝播する前記マイクロ波の反射波を互いに打ち消すために凹凸形状になされているようにしたものである。
これによれば、平面アンテナ部材を放射状に伝播するマイクロ波はこの外周端の凹凸形状にて反射するので、この反射波は相乗して互いに打ち消すように作用し、これにより反射波の悪影響を大幅に抑制することが可能となる。従って、被処理体に対するプラズマ処理の面内均一性を向上させることが可能となる。
【０００８】
この場合、例えば請求項５にも規定するように、前記平面アンテナ部材の半径方向における前記凹凸形状の凹部または凸部の長さは、前記マイクロ波が前記遅波材を伝播する時の波長の実質的に１／４の奇数倍の長さに設定されている。
また、例えば請求項６に規定するように、前記凹凸形状の前記平面アンテナ部材の周方向におけるピッチは、前記マイクロ波が前記遅波材を伝播する時の波長の実質的に１／４〜２倍の長さの範囲内であるである。
請求項７に規定する発明は、天井部が開口されて内部が真空引き可能になされた導体よりなる処理容器と、前記処理容器の天井部の開口に気密に装着されると共にマイクロ波に対して透過性を有する絶縁板と、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、前記絶縁板の上方に設けられて所定のピッチで形成された複数のマイクロ波放射孔からプラズマ発生用のマイクロ波を前記絶縁板を透過させて前記処理容器内へ導入する平面アンテナ部材と、前記平面アンテナ部材の上方に設けられて前記マイクロ波の波長を短縮するための遅波材と、前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス供給手段とを有するプラズマ処理装置において、前記遅波材の外周端は、前記遅波材の中心方向からその半径方向に伝播する前記マイクロ波の反射波を互いに打ち消すために凹凸形状になされており、前記凹凸形状の前記遅波材の周方向におけるピッチは、前記マイクロ波が前記遅波材を伝播する時の波長の実質的に１／４〜２倍の長さの範囲内に設定されているようにしたものである。
これによれば、マイクロ波の波長を短縮する遅波材を放射状に伝播するマイクロ波はこの外周端の凹凸形状にて反射するので、この反射波は相乗して互いに打ち消すように作用し、これにより反射波の悪影響を大幅に抑制することが可能となる。従って、被処理体に対するプラズマ処理の面内均一性を向上させることが可能となる。
【０００９】
また請求項８に規定する発明は、天井部が開口されて内部が真空引き可能になされた導体よりなる処理容器と、前記処理容器の天井部の開口に気密に装着されると共にマイクロ波に対して透過性を有する絶縁板と、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、前記絶縁板の上方に設けられて所定のピッチで形成された複数のマイクロ波放射孔からプラズマ発生用のマイクロ波を前記絶縁板を透過させて前記処理容器内へ導入する平面アンテナ部材と、前記平面アンテナ部材の上方に設けられて前記マイクロ波の波長を短縮するための遅波材と、前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス供給手段とを有するプラズマ処理装置において、前記遅波材の外周端は、前記遅波材の中心方向からその半径方向に伝播する前記マイクロ波の反射波を互いに打ち消すために凹凸形状になされており、前記遅波材の半径方向における前記凹凸形状の凹部または凸部の長さは、前記マイクロ波が前記遅波材を伝播する時の波長の実質的に１／４の奇数倍の長さに設定されている。
また、例えば請求項９に規定するように、前記凹凸形状の前記遅波材の周方向におけるピッチは、前記マイクロ波が前記遅波材を伝播する時の波長の実質的に１／４〜２倍の長さの範囲内であるようにしたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の係る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一例を示す構成図、図２は図１に示すプラズマ処理装置の絶縁板を示す平面図、図３は絶縁板の一部を示す部分拡大平面図である。
本実施例においてはプラズマ処理装置をプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）処理に適用した場合について説明する。図示するようにこのプラズマ処理装置３０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、全体が筒体状に成形された処理容器３２を有しており、内部は密閉された処理空間Ｓとして構成されている。
【００１１】
この処理容器３２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３４が収容される。この載置台３４は、例えばアルマイト処理したアルミニウム等により凸状に平坦になされた略円柱状に形成されており、この下部は同じくアルミニウム等により円柱状になされた支持台３６により支持されると共にこの支持台３６は処理容器３２内の底部に絶縁材３８を介して設置されている。
上記載置台３４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、この載置台３４は給電線４０を介してマッチングボックス４２及び例えば１３．５６ＭＨｚのバイアス用高周波電源４４に接続されている。尚、このバイアス用高周波電源４４を設けない場合もある。
【００１２】
上記載置台３４を支持する支持台３６には、プラズマ処理時のウエハを冷却するための冷却水等を流す冷却ジャケット４６が設けられる。尚、必要に応じてこの載置台３４中に加熱用ヒータを設けてもよい。
上記処理容器３２の側壁には、ガス供給手段として、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４８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５０が設けられ、これらのノズル４８、５０はそれぞれガス供給路５２、５４によりマスフローコントローラ５６、５８及び開閉弁６０、６２を介してそれぞれプラズマガス源６４及び処理ガス源６６に接続されている。処理ガスとしてのデポジションガスは、ＳｉＨ4 、Ｏ2 、Ｎ2 ガス等を用いることができる。
【００１３】
また、容器側壁の外側には、この内部に対してウエハを搬入・搬出する時に開閉するゲートバルブ６８が設けられると共に、この側壁を冷却する冷却ジャケット６９が設けられる。また、容器底部には、排気口７０が設けられると共に、この排気口７０には図示されない真空ポンプが介接された排気路７２が接続されており、必要に応じて処理容器３２内を所定の圧力まで真空引きできるようになっている。
そして、処理容器３２の天井部は開口されて、ここに例えばＡｌＮなどのセラミック材よりなるマイクロ波に対しては透過性を有する厚さが２０ｍｍ程度の本発明の特徴とする絶縁板７４がＯリング等のシール部材７６を介して気密に設けられる。尚、この絶縁板７４の構造については後述する。
【００１４】
そして、この絶縁板７４の上面に本発明の特徴とする円板状の平面アンテナ部材７８と高誘電率特性を有する遅波材８０とが設けられる。具体的にはこの平面アンテナ部材７８は、上記処理容器３２と一体的に成形されている中空円筒状容器よりなる導波箱８２の底板として構成され、前記処理容器３２内の上記載置台３４に対向させて設けられる。
この導波箱８２及び上記処理容器３２は共に接地されると共に、この導波箱８２の上部の中心には、同軸導波管８４の外管８４Ａが接続され、内部の内部ケーブル８４Ｂは、上記遅波材８０の中心の貫通孔８６を通って上記平面アンテナ部材７８の中心部に接続される。そして、この同軸導波管８４は、モード変換器８８及び導波管９０を介して例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波発生器９２に接続されており、上記平面アンテナ部材７８へマイクロ波を伝播するようになっている。この周波数は２．４５ＧＨｚに限定されず、他の周波数、例えば８．３５ＧＨｚを用いてもよい。この導波管としては、断面円形或いは矩形の導波管や同軸導波管を用いることができる。上記導波箱８２の上部には、内部に冷却水を流す冷却水流路９４が形成された天井冷却ジャケット９６が設けられており、上記遅波材８０等を冷却するようになっている。そして、上記導波箱８２内であって、平面アンテナ部材７８の上面には、上記高誘電率特性を有する遅波材８０を設けて、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。この遅波材８０としては、例えば窒化アルミ等を用いることができる。
【００１５】
また、上記平面アンテナ部材７８は、８インチサイズのウエハ対応の場合には、例えば直径が３０〜４０ｍｍ、厚みが１〜数ｍｍ、例えば５ｍｍの導電性材料よりなる円板、例えば表面が銀メッキされた銅板或いはアルミ板よりなり、この円板には例えば円形の貫通孔よりなる多数のマイクロ波放射孔９８が、アンテナ部材７８に略均等に配置させて設けられている。このマイクロ波放射孔９８の配置形態は、特に限定されず、例えば同心円状、螺旋状、或いは放射状に配置させてもよい。また、マイクロ波放射孔９８の形状は円形に限定されず、例えば長溝のスリット形状等でもよく、また、このスリット形状の放射孔をハの字状に配列させるようにしてもよい。
そして、まず、本発明の特徴とする上記絶縁板７４は、図２に示すように、その外周端は凹凸形状１００になされており、いわば絶縁板７４全体が、歯先が矩形状の歯車のように形成されている。そして、この凹凸形状１００のパターンに嵌合するように、ここでは処理容器３２の内壁面も凹凸状になされている。
【００１６】
ここで、図３にも示すように、上記凹凸形状１００の凹部１００Ａ及び凸部１００Ｂの深さＨ１、すなわち絶縁板７４の半径方向における長さＨ１は、上記マイクロ波がこの絶縁板７４を伝播する時の波長λ１の実質的に１／４の奇数倍の長さに設定されている。ここで、上述のようにマイクロ波の周波数を２．４５ＧＨｚとし、絶縁板７４の材料を誘電率が９程度の窒化アルミ（ＡｌＮ）であると仮定すると、上記絶縁板７４を伝播するマイクロ波の波長λ１は略４１．８ｍｍである。従って、この１／４波長は１０．４５ｍｍである。このように、上記凹部１００Ａ或いは凸部１００Ｂの長さＨ１を上記波長λ１の１／４の奇数倍の長さに設定することにより、上記凹部１００Ａの端面で反射したマイクロ波Ｍ３と、上記凹部１００Ａに隣接する凸部１００Ｂの端面で反射したマイクロ波Ｍ４との間では実質的に１／２・λ１（半波長）の位相差が生ずることになり、これにより上記反射マイクロ波Ｍ３、Ｍ４を相乗させて互いに打ち消し合わせて減衰し得るようになっている。
【００１７】
また、この場合、上記絶縁板７４の周方向における上記凹凸形状１００のピッチＰ１は、上記波長λ１の実質的に１／４倍から２倍の範囲内に設定する。このピッチＰ１が１／４・λ１よりも小さいと、絶縁板７４の加工が複雑化すると共に、反射波の打ち消し効果も減少する。また、逆に、ピッチＰ１が波長λ１の２倍よりも大きくなると、この場合も反射波の打ち消し効果が減少してしまう。
また、上記絶縁板７４としては、窒化アルミの他に、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）や石英（ＳｉＯ2 ）等を用いることができるが、アルミナを用いた場合には波長λ１は略３７ｍｍに、石英を用いた場合には波長λ１は略６７ｍｍになる。
【００１８】
次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置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６８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３２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３４の上面の載置面に載置する。
そして、処理容器３２内を所定のプロセス圧力、例えば０．０１〜数Ｐａの範囲内に維持して、プラズマガス供給ノズル４８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５０から例えばＳｉＨ4 、Ｏ2 、Ｎ2 等のデポジション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９２からのマイクロ波を、導波管９０及び同軸導波管８４を介して平面アンテナ部材７８に供給して処理空間Ｓに、遅波材８０によって波長が短くされたマイクロ波を導入し、これによりプラズマを発生させて所定のプラズマ処理、例えばプラズマＣＶＤによる成膜処理を行う。
【００１９】
ここで、マイクロ波発生器８２にて発生した例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波はモード変換後に例えばＴＥＭモードで同軸導波管８４内を伝播して導波箱８２内の平面アンテナ部材７８に到達し、内部ケーブル８４Ｂの接続された円板状のアンテナ部材７８の中心部から放射状に周辺部に伝播される間に、このアンテナ部材７８に同心円状或いは螺旋状に略均等に多数形成された円形のマイクロ波放射孔９８から絶縁板７４を透過させてアンテナ部材７８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の表面に処理、例えばプラズマＣＶＤ処理が施されることになる。
【００２０】
ここで、絶縁板７２をマイクロ波が透過する際に、図３にも示すように、一部のマイクロ波Ｍは絶縁板７４の中心部Ｃ１から放射状にその半径方向へも伝播して行くことになる。従来装置にあっては、この半径方向へ伝播するマイクロ波Ｍが端面で反射するとこの反射波が同じ位相で絶縁板の中央部近傍に集中して相乗すると、この部分におけるマイクロ波の電界が異常に大きくなっていたが、本実施例の場合には、絶縁板７４の外周端に凹凸形状１００を形成しているので、絶縁板７４の中心部Ｃ１から半径方向へ伝播するマイクロ波Ｍの反射波Ｍ３、Ｍ４が互いに打ち消し合って略消滅することになる。
すなわち、半径方向へ伝播するマイクロ波Ｍは、凹凸形状１００の凹部１００Ａの端面及び凸部１００Ｂの端面においてそれぞれ反射波Ｍ３及びＭ４となって反射するが、この場合、凹部１００Ａ或いは凸部１００Ｂの長さＨ１は１／４・λ１の奇数倍の長さ、例えば１／４・λ１に設定されているので、ここの長さＨ１をマイクロ波が往復する間に、互いに隣接する凹部１００Ａ及び凸部１００Ｂより反射する両マイクロ波Ｍ３、Ｍ４間には略１／２・λ１の位相差が生じ、このために、これらの両反射波Ｍ３、Ｍ４が相乗して互いに打ち消し合うように作用することになる。このような反射波Ｍ３、Ｍ４の打ち消し作用は、絶縁板７４の全外周端からの反射波において発生することになり、結果的に、絶縁板７４の中心部Ｃ１に戻ってくる反射波を略ゼロにすることが可能となる。
【００２１】
このため、マイクロ波及びその電界が絶縁板７４の中心部Ｃ１の近傍に集中することがなくなり、この結果、処理空間Ｓにおけるプラズマ密度の面内均一性及び半導体ウエハＷに対するプラズマ処理の面内均一性を大幅に向上させることが可能となる。
尚、上記実施例においては、絶縁板７４のみの外周端に凹凸形状１００を形成したが、これに代えて、或いはこれと共に、平面アンテナ部材７８の外周端及び遅波材８０の外周端、或いは平面アンテナ部材７８と遅波材８０の少なくとも一方の外周端に上述したような凹凸形状を設けるようにしてもよい。
図４及び図５は上記した構造を示す図であり、図４は平面アンテナ部材の外周端を凹凸形状に成形した場合を示す平面図、図５は遅波材の外周端を凹凸形状に形成した場合を示す平面図である。
【００２２】
図４に示すように、ここではマイクロ波放射孔９８を有する平面アンテナ部材７８の外周端を、図２にて説明したと全く同様な構造の凹凸形状１１０に形成している。
この場合も、凹凸形状１１０の凹部１１０Ａ或いは凸部１１０Ｂの長さ（深さ）Ｈ２は、上記マイクロ波が、絶縁板７４ではなく遅波材８０を伝播する時の波長λ２の実質的に１／４の奇数倍の長さに設定し、また、平面アンテナ部材７８の周方向における上記凹凸形状１１０のピッチＰ２は上記波長λ２の実質的に１／４倍から２倍の範囲内に設定するのは、図２にて説明した場合と同じである。
この場合にも、平面アンテナ部材７８の外周端の凹凸形状１１０の凹部１１０Ａと凸部１１０Ｂとで反射したマイクロ波の反射波は互いに打ち消し合うように作用し、結果的にマイクロ波の反射波が平面アンテナ部材７８の中心部Ｃ２に集中することを防止することができる。
【００２３】
また、図５に示すように、ここでは中央部に貫通孔８６を有する遅波材８０の外周端を、図２にて説明したと全く同様な構造の凹凸形状１２０に形成している。
この場合も、凹凸形状１２０の凹部１２０Ａ或いは凸部１２０Ｂの長さ（深さ）Ｈ３は、図４にて説明したと同様に上記マイクロ波が、絶縁板７４ではなく遅波材８０を伝播する時の波長λ２の実質的に１／４の奇数倍の長さに設定し、また、遅波材８０の周方向における上記凹凸形状１２０のピッチＰ３は上記波長λ２の実質的に１／４倍から２倍の範囲内に設定するのは、図２にて説明した場合と同じである。
この場合にも、遅波材８０の外周端の凹凸形状１２０の凹部１２０Ａと凸部１２０Ｂとで反射したマイクロ波の反射波は互いに打ち消し合うように作用し、結果的にマイクロ波の反射波が遅波材８０の中心部Ｃ３に集中することを防止することができる。
【００２４】
このようにして、絶縁板７４、平面アンテナ部材７８及び遅波材８０の各外周端を、全て凹凸形状に成形すれば、最も効果的にマイクロ波の反射波を打ち消してプラズマ密度の面内均一性を向上させることができるが、上記３つの構成部材の内、いずれか１つ、或いは２つに選択的に凹凸形状を形成するようにしてもよい。
尚、本実施例では、半導体ウエハに成膜処理する場合を例にとって説明したが、これに限定されず、プラズマエッチング処理、プラズマアッシング処理等の他のプラズマ処理にも適用することができる。
また、被処理体としても半導体ウエハに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板等に対しても適用することができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の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。
請求項１、２、３に係る発明によれば、処理容器に設けた絶縁板を放射状に伝播するマイクロ波はこの外周端の凹凸形状にて反射するので、この反射波は相乗して互いに打ち消すように作用し、これにより反射波の悪影響を大幅に抑制することができる。従って、被処理体に対するプラズマ処理の面内均一性を向上させることができる。
請求項４、５、６に係る発明によれば、平面アンテナ部材を放射状に伝播するマイクロ波はこの外周端の凹凸形状にて反射するので、この反射波は相乗して互いに打ち消すように作用し、これにより反射波の悪影響を大幅に抑制することができる。従って、被処理体に対するプラズマ処理の面内均一性を向上させることができる。
請求項７、８、９に係る発明によれば、マイクロ波の波長を短縮する遅波材を放射状に伝播するマイクロ波はこの外周端の凹凸形状にて反射するので、この反射波は相乗して互いに打ち消すように作用し、これにより反射波の悪影響を大幅に抑制することができる。従って、被処理体に対するプラズマ処理の面内均一性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプラズマ処理装置の一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の絶縁板を示す平面図である。
【図３】絶縁板の一部を示す部分拡大平面図である。
【図４】平面アンテナ部材の外周端を凹凸形状に成形した場合を示す平面図である。
【図５】遅波材の外周端を凹凸形状に形成した場合を示す平面図である。
【図６】従来の一般的なプラズマ処理装置を示す構成図である。
【図７】絶縁板を示す平面図である。
【符号の説明】
３０  プラズマ処理装置
３２  処理容器
３４  載置台
４８，５０  ノズル（ガス供給手段）
７４  絶縁板
７８  平面アンテナ部材
８０  遅波材
８８  マイクロ波発生器
９８  マイクロ波放射孔
１００，１１０，１２０  凹凸形状
１００Ａ，１１０Ａ，１２０Ａ  凹部
１００Ｂ，１１０Ｂ，１２０Ｂ  凸部
Ｗ  半導体ウエハ（被処理体）
【図１】
0004554065.tif 000002
【図２】
0004554065.tif 000003
【図３】
0004554065.tif 000004
【図４】
0004554065.tif 000005
【図５】
0004554065.tif 000006
【図６】
0004554065.tif 000007
【図７】
0004554065.tif 000008