(57)【要約】【課題】処理容器の上部にマイクロ波導入機構を設けることが必須とされず、装置設計における自由度が高いマイクロ波プラズマ処理装置を提供する。【解決手段】マイクロ波導入装置５は、マイクロ波を生成すると共に、マイクロ波を複数の経路に分配して出力するマイクロ波出力部５０と、マイクロ波出力部５０から出力されたマイクロ波を処理容器２内へ導入するアンテナユニット６０と、アンテナユニット６０により導入されたマイクロ波を処理容器２内に放射するマイクロ波放射モジュール８０と、を有している。マイクロ波放射モジュール８０は、誘電体窓部材としてのマイクロ波透過板８１と、導体部材としてのカバー部材８２とを有している。カバー部材８２は、マイクロ波透過板８１を介して処理容器２内に導入されるマイクロ波がウエハＷの方向へ向かうようにマイクロ波の方向を規制する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体を収容する処理容器と、
前記処理容器内で被処理体を載置する載置部と、
前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給機構と、
前記処理容器内で前記処理ガスのプラズマを生成させるためのマイクロ波を発生させると共に、前記処理容器内に前記マイクロ波を導入するマイクロ波導入装置と
を備え、
前記マイクロ波導入装置は、
被処理体の周囲に配置され、マイクロ波を透過させて前記処理容器内へ放射する誘電体窓部材と、
前記誘電体窓部材を介して前記処理容器内に放射されるマイクロ波が被処理体の表面と平行な方向で被処理体へ向かうように規制する導体部材と、
を含むマイクロ波放射モジュールを有しているプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記マイクロ波導入装置は、
マイクロ波を生成すると共に出力するマイクロ波出力部と、
前記処理容器の下部に外側から装着されて前記マイクロ波出力部から出力されたマイクロ波を前記マイクロ波放射モジュールへ供給する１つ又は複数のアンテナモジュールと、
を備えている請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記誘電体窓部材は、前記処理容器内の空間に露出して被処理体に向けてマイクロ波を放射するマイクロ波放射面を有しており、
前記導体部材は、前記マイクロ波放射面を除く前記誘電体窓部材の表面を覆うものである請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記マイクロ波放射面は、被処理体のエッジの形状に対応した形状を有している請求項３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
被処理体が平面視円形であり、前記マイクロ波放射面が弧状に湾曲した形状を有している請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
被処理体を囲むように、複数の前記マイクロ波放射モジュールを有する請求項２ないし５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
１つの前記マイクロ波放射モジュールに対し、１つ又は複数の前記アンテナモジュールが接続されている請求項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記アンテナモジュールを少なくとも３つ以上有する請求項６又は７に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記誘電体窓部材の下端が、前記載置部に載置された被処理体の上面の高さ以上の高さ位置に配置されている請求項１ないし８のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記ガス供給機構から供給される処理ガスを導入するガス導入部が、前記処理容器の天井部に設けられており、
前記処理容器内を減圧排気する排気装置に接続する排気口が、前記処理容器の天井部に設けられている請求項１ないし９のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記処理容器内を減圧排気する排気装置に接続する排気口が、前記処理容器の側壁部又は底壁部に設けられている請求項１ないし９のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記載置部は、前記処理容器の底壁部に設けられている請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記載置部に高周波電力を供給する高周波電源部を有する請求項１ないし１２のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記載置部と前記マイクロ波放射モジュールとの間に、直流電圧が印加される直流電圧印加部を有する請求項１ないし１３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１５】
請求項１ないし１４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置により、被処理体を処理するプラズマ処理方法。
【請求項１６】
被処理体を収容する処理容器内で処理ガスのプラズマを生成させるためのマイクロ波を発生させると共に、前記処理容器内に前記マイクロ波を導入するマイクロ波導入装置であって、
被処理体の周囲に配置され、マイクロ波を透過させて前記処理容器内へ放射する誘電体窓部材と、
前記誘電体窓部材を介して前記処理容器内に放射されるマイクロ波が被処理体の表面と平行な方向で被処理体へ向かうように規制する導体部材と、
を含むマイクロ波放射モジュールを有していることを特徴とするマイクロ波導入装置。
【請求項１７】
マイクロ波を生成すると共に出力するマイクロ波出力部と、
前記処理容器の下部に外側から装着されて前記マイクロ波出力部から出力されたマイクロ波を、前記マイクロ波放射モジュールへ供給する１つ又は複数のアンテナモジュールと、
をさらに備えている請求項１６に記載のマイクロ波導入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理容器へ所定周波数のマイクロ波を導き、プラズマを生成させて被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置、マイクロ波導入装置及びプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハ等の被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置として、処理容器内にマイクロ波を導入してプラズマを生成させるマイクロ波プラズマ処理装置が知られている。このマイクロ波プラズマ処理装置では、処理容器内で高密度のプラズマを生成させることが可能であり、生成されたプラズマによって、例えば酸化処理、窒化処理、堆積処理、エッチング処理等が行われる。
【０００３】
マイクロ波プラズマ処理装置では、処理容器内にマイクロ波を導入するためのマイクロ波導入機構が、処理容器の上部に配置される。例えば、複数のスロットを有する平面アンテナを用いて処理容器内にマイクロ波を導入するスロットアンテナ方式のマイクロ波プラズマ処理装置では、通常、被処理体の径より大きなマイクロ波透過窓が処理容器の天井部に被処理体に対向して配置される。また、例えば特許文献１では、大電力を投入して処理容器内で大きなプラズマ放電を得るため、処理容器の上部に複数のマイクロ波導入機構を設けたマイクロ波プラズマ処理装置も提案されている。
【０００４】
しかし、従来のマイクロ波プラズマ処理装置では、処理容器の上部には、マイクロ波導入機構以外の他の機構、例えばガス導入機構などを配設する余地がほとんどなく、装置設計における自由度が制約されてしまうという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２５９６３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、処理容器の上部にマイクロ波導入機構を設けることが必須でなく、装置設計における自由度が高いマイクロ波プラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のプラズマ処理装置は、
被処理体を収容する処理容器と、
前記処理容器内で被処理体を載置する載置部と、
前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給機構と、
前記処理容器内で前記処理ガスのプラズマを生成させるためのマイクロ波を発生させると共に、前記処理容器内に前記マイクロ波を導入するマイクロ波導入装置と
を備えている。
本発明のプラズマ処理装置において、前記マイクロ波導入装置は、
被処理体の周囲に配置され、マイクロ波を透過させて前記処理容器内へ放射する誘電体窓部材と、
前記誘電体窓部材を介して前記処理容器内に放射されるマイクロ波が被処理体の表面と平行な方向で被処理体へ向かうように規制する導体部材と、
を含むマイクロ波放射モジュールを有している。
【０００８】
本発明のプラズマ処理装置において、前記マイクロ波導入装置は、マイクロ波を生成すると共に出力するマイクロ波出力部と、
前記処理容器の下部に外側から装着されて前記マイクロ波出力部から出力されたマイクロ波を前記マイクロ波放射モジュールへ供給する１つ又は複数のアンテナモジュールと、を備えていてもよい。
【０００９】
本発明のプラズマ処理装置において、前記誘電体窓部材は、前記処理容器内の空間に露出して被処理体に向けてマイクロ波を放射するマイクロ波放射面を有していてもよい。また、前記導体部材は、前記マイクロ波放射面を除く前記誘電体窓部材の表面を覆うものであってもよい。この場合、前記マイクロ波放射面は、被処理体のエッジの形状に対応した形状を有していてもよく、例えば、被処理体が平面視円形である場合、前記マイクロ波放射面が弧状に湾曲した形状を有していてもよい。
【００１０】
本発明のプラズマ処理装置は、被処理体を囲むように、複数の前記マイクロ波放射モジュールを有していてもよい。この場合、１つの前記マイクロ波放射モジュールに対し、１つ又は複数の前記アンテナモジュールが接続されていてもよい。
【００１１】
本発明のプラズマ処理装置は、前記アンテナモジュールを少なくとも３つ以上有していてもよい。
【００１２】
本発明のプラズマ処理装置は、前記誘電体窓部材の下端が、前記載置部に載置された被処理体の上面の高さ以上の高さ位置に配置されていてもよい。
【００１３】
本発明のプラズマ処理装置は、前記ガス供給機構から供給される処理ガスを導入するガス導入部が、前記処理容器の天井部に設けられていてもよい。この場合、前記処理容器内を減圧排気する排気装置に接続する排気口が、前記処理容器の天井部に設けられていてもよい。
【００１４】
また、本発明のプラズマ処理装置は、前記処理容器内を減圧排気する排気装置に接続する排気口が、前記処理容器の側壁部又は底壁部に設けられていてもよい。
【００１５】
また、本発明のプラズマ処理装置において、前記載置部は、前記処理容器の底壁部に設けられていてもよい。
【００１６】
また、本発明のプラズマ処理装置は、前記載置部に高周波電力を供給する高周波電源部を有していてもよい。
【００１７】
また、本発明のプラズマ処理装置は、前記載置部と前記マイクロ波放射モジュールとの間に、直流電圧が印加される直流電圧印加部を有していてもよい。
【００１８】
本発明のプラズマ処理方法は、上記いずれかのプラズマ処理装置により、被処理体を処理するものである。
【００１９】
本発明のマイクロ波導入装置は、被処理体を収容する処理容器内で処理ガスのプラズマを生成させるためのマイクロ波を発生させると共に、前記処理容器内に前記マイクロ波を導入するマイクロ波導入装置である。
このマイクロ波導入装置は、
被処理体を囲むようにその周囲に配置され、マイクロ波を透過させて前記処理容器内へ放射する誘電体窓部材と、
前記誘電体窓部材を介して前記処理容器内に放射されるマイクロ波が被処理体の表面と平行な方向で被処理体へ向かうように規制する導体部材と、
を含むマイクロ波放射モジュールを有していてもよい。
【００２０】
本発明のマイクロ波導入装置は、
マイクロ波を生成すると共に出力するマイクロ波出力部と、
前記処理容器の下部に外側から装着されて前記マイクロ波出力部から出力されたマイクロ波を、前記マイクロ波放射モジュールへ供給する１つ又は複数のアンテナモジュールと、
をさらに備えていてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のプラズマ処理装置は、被処理体の周囲に誘電体窓部材と導体部材とを含むマイクロ波放射モジュールを配置し、被処理体の周囲からマイクロ波を導入する。これにより、本発明によれば、処理容器の上部にマイクロ波導入機構を設ける必要がなくなり、処理容器の上部を他の機構に利用することが可能となる。従って、装置設計上の自由度を大幅に向上させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略の構成を示す断面図である。
【図２】図１に示した制御部の構成を示す説明図である。
【図３】図１に示したマイクロ波導入装置におけるマイクロ波出力部とアンテナユニットの構成を示す説明図である。
【図４】図３に示したマイクロ波導入部を示す断面図である。
【図５】マイクロ波導入部の平面アンテナを示す平面図である。
【図６】図１に示したマイクロ波放射モジュールの配置を示す平面図である。
【図７】一つのマイクロ波放射モジュールとウエハとの配置を説明する要部斜視図である。
【図８】第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置の第１の変形例を示す説明図である。
【図９】第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置の第２の変形例を示す説明図である。
【図１０】図１のプラズマ処理装置における天井部の底面図である。
【図１１】比較例のプラズマ処理装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図１２Ａ】第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置の第３の変形例を示す説明図である。
【図１２Ｂ】第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置の第４の変形例を示す説明図である。
【図１２Ｃ】第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置の第５の変形例を示す説明図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略の構成を示す断面図である。
【図１４】図１３に示したマイクロ波導入装置におけるマイクロ波出力部とアンテナモジュールの構成を示す説明図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略の構成を示す断面図である。
【図１６】図１５に示したプラズマ処理装置の要部を拡大して示す断面図である。
【図１７】本発明の第４の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。始めに、図１および図２を参照して、本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略の構成を示す断面図である。図２は、図１に示した制御部の構成を示す説明図である。本実施の形態に係るプラズマ処理装置１は、連続する複数の動作を伴って、例えば半導体デバイス製造用の半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」と記す。）Ｗに対して、成膜処理、拡散処理、エッチング処理、アッシング処理等の所定の処理を施す装置である。
【００２４】
プラズマ処理装置１は、被処理体であるウエハＷを収容する処理容器２と、処理容器２の内部においてウエハＷを載置する載置部１７と、処理容器２内にガスを供給するガス供給機構３と、処理容器２内を減圧排気する排気装置４と、処理容器２内にプラズマを生成させるためのマイクロ波を発生させると共に、処理容器２内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入装置５と、これらプラズマ処理装置１の各構成部を制御する制御部８とを備えている。なお、処理容器２内にガスを供給する手段としては、ガス供給機構３の代りに、プラズマ処理装置１の構成には含まれない外部のガス供給機構を使用してもよい。
【００２５】
処理容器２は、例えば略円筒形状をなしている。処理容器２は、例えばアルミニウムおよびその合金等の金属材料によって形成されている。処理容器２の表面は、例えばアルマイト処理（陽極酸化処理）が施されていてもよい。処理容器２は、接地されている。なお、処理容器２と処理容器２に装着された各部材との接合部分には、シール部材が配備されており、処理容器２内の気密性が維持されている。
【００２６】
処理容器２は、板状の天井部１１および底壁部１３と、天井部１１と底壁部１３とを連結する側壁部１２とを有している。天井部１１は、複数の開口部を有している。例えば、天井部１１には、複数の排気口１１ａが設けられている。また、天井部１１には、複数のガス導入用開口１１ｂが設けられている。各ガス導入用開口１１ｂには、後述するノズル１６が装着されている。
【００２７】
側壁部１２は、処理容器２に隣接する図示しない搬送室との間でウエハＷの搬入出を行うための搬入出口１２ａを有している。処理容器２と図示しない搬送室との間には、ゲートバルブＧが配置されている。ゲートバルブＧは、搬入出口１２ａを開閉する機能を有している。ゲートバルブＧは、閉状態で処理容器２を気密にシールすると共に、開状態で処理容器２と図示しない搬送室との間でウエハＷの移送を可能にする。
【００２８】
底壁部１３には、載置部１７が設けられている。載置部１７は、底壁部１３とは別部材によって底壁部１３よりもやや厚みをもって形成され、底壁部１３に固定されている。載置部１７は、例えば処理容器２と同様のアルミニウムおよびその合金等の金属材料や、セラミックスなどによって形成することができる。載置部１７には、載置領域１７ａが設けられている。この載置領域１７ａは、被処理体であるウエハＷを水平に載置するためのものである。本実施の形態のプラズマ処理装置１において、載置領域１７ａは、載置部１７の内壁面に、ウエハＷの大きさより少し大きく形成された凹部である。なお、載置領域１７ａは、凹部に限らず、凸部やテーブル状に設けてもよい。また、載置部１７には、載置領域１７ａに近接して、その直下に電極２６が埋設されている。電極２６は、載置領域１７ａと同程度の大きさを有し、全体が絶縁被覆材２７によって被覆されている。
【００２９】
底壁部１３は、複数（図１では２つのみ図示）の開口部１３ｂを有している。各開口部１３ｂには、後述するマイクロ波導入装置５のマイクロ波導入部６３（アンテナモジュール６１の一部分）が、処理容器２の外側から装着されている。つまり、マイクロ波導入装置５は、処理容器２の下部に設けられている。マイクロ波導入装置５は、処理容器２内に電磁波（マイクロ波）を導入してプラズマを生成するプラズマ生成手段として機能する。マイクロ波導入装置５の構成については、後で詳しく説明する。
【００３０】
プラズマ処理装置１は、更に、載置領域１７ａを含む載置部１７に高周波電力を供給する高周波バイアス電源２５と、載置部１７と高周波バイアス電源２５との間に設けられた整合器２４とを備えている。高周波バイアス電源２５は、載置部１７の載置領域１７ａの直下に埋設された電極２６に電気的に接続されている。高周波バイアス電源２５は、ウエハＷにイオンを引き込むために、載置部１７に高周波電力を供給する。なお、載置部１７を導電性材料で形成する場合は、電極２６を設けず、載置部１７と底壁部１３との間に絶縁材を介在させて、載置部１７と高周波バイアス電源２５とを電気的に接続する構成としてもよい。また、高周波バイアス電源２５と整合器２４とを用いない装置構成とすることも可能であり、この場合、載置部１７を底壁部１３と一体に形成してもよい。
【００３１】
図示しないが、プラズマ処理装置１は、更に、載置領域１７ａを加熱または冷却する温度制御機構を備えている。温度制御機構は、例えば、ウエハＷの温度を、２５℃（室温）〜９００℃の範囲内で制御する。また、載置領域１７ａには、その上面（載置面）に対して突没可能に設けられた複数の支持ピン２８が設けられている。複数の支持ピン２８は、任意の昇降機構により上下に変位し、上昇位置において、図示しない搬送室との間でウエハＷの受け渡しを行うことができるように構成されている。
【００３２】
プラズマ処理装置１は、更に、処理容器２の天井部１１に設けられたガス導入部１５を備えている。ガス導入部１５は、天井部１１の複数のガス導入用開口１１ｂに装着された円筒形状をなすノズル１６を有している。ノズル１６は、その下面に形成されたガス孔１６ａを有している。ノズル１６の配置については、後で説明する。
【００３３】
ガス供給機構３は、ガス供給源３１を含むガス供給装置３ａと、ガス供給源３１とガス導入部１５とを接続する配管３２とを有している。なお、図１では、１つのガス供給源３１を図示しているが、ガス供給装置３ａは、使用されるガスの種類に応じて複数のガス供給源を含んでいてもよい。
【００３４】
ガス供給源３１は、例えば、プラズマ生成用の希ガスや、酸化処理、窒化処理、成膜処理、エッチング処理およびアッシング処理に使用される処理ガス等のガス供給源として用いられる。なお、プラズマ生成用の希ガスとしては、例えば、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｈｅ等が使用される。酸化処理に使用される処理ガスとしては、例えば、酸素ガス、オゾン、ＮＯ２ガス等の酸化性ガスが使用される。窒化処理に使用される処理ガスとしては、窒化ガス、ＮＨ３ガス、Ｎ２Ｏガス等が使用される。また、処理容器２においてＣＶＤ処理が行われる場合には、ガス供給源３１は、成膜原料ガス、処理容器２内の雰囲気を置換する際に使用されるパージガス、処理容器２内をクリーニングする際に使用されるクリーニングガス等の供給源として用いられる。なお、成膜原料ガスとしては、例えば、ＴｉＣｌ４ガスとＮＨ３ガスが使用される。パージガスとしては、例えば、Ｎ２、Ａｒ等が使用される。クリーニングガスとしては、例えば、ＣｌＦ３、ＮＦ３等が使用される。エッチングガスとしては、ＣＦ４ガス、ＨＢｒガス等が使用される。アッシングガスとしては、酸素ガス等が使用される。
【００３５】
図示しないが、ガス供給装置３ａは、更に、配管３２の途中に設けられたマスフローコントローラおよび開閉バルブを含んでいる。処理容器２内に供給されるガスの種類や、これらのガスの流量等は、マスフローコントローラおよび開閉バルブによって制御される。
【００３６】
プラズマ処理装置１は、更に、排気口１１ａと排気装置４とを接続する排気管１４を備えている。排気装置４は、例えばＡＰＣバルブと、処理容器２の内部空間を所定の真空度まで高速に減圧することが可能な高速真空ポンプとを有している。このような高速真空ポンプとしては、例えばターボ分子ポンプ等がある。排気装置４の高速真空ポンプを作動させることによって、処理容器２は、その内部空間が所定の真空度、例えば０．１３３Ｐａまで減圧される。なお、図１では、複数の排気口１１ａから排気管１４を介して１つの排気装置４に接続する構成となっているが、排気装置４は排気口１１ａ毎に個別に設けてもよい。
【００３７】
プラズマ処理装置１の各構成部は、それぞれ制御部８に接続されて、制御部８によって制御される。制御部８は、典型的にはコンピュータである。図２に示した例では、制御部８は、ＣＰＵを備えたプロセスコントローラ９１と、このプロセスコントローラ９１に接続されたユーザーインターフェース９２および記憶部９３とを備えている。
【００３８】
プロセスコントローラ９１は、プラズマ処理装置１において、例えば温度、圧力、ガス流量、バイアス印加用の高周波電力、マイクロ波出力等のプロセス条件に関係する各構成部（例えば、高周波バイアス電源２５、ガス供給装置３ａ、排気装置４、マイクロ波導入装置５等）を統括して制御する制御手段である。
【００３９】
ユーザーインターフェース９２は、工程管理者がプラズマ処理装置１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードやタッチパネル、プラズマ処理装置１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を有している。
【００４０】
記憶部９３には、プラズマ処理装置１で実行される各種処理をプロセスコントローラ９１の制御によって実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や、処理条件データ等が記録されたレシピ等が保存されている。プロセスコントローラ９１は、ユーザーインターフェース９２からの指示等、必要に応じて、任意の制御プログラムやレシピを記憶部９３から呼び出して実行する。これにより、プロセスコントローラ９１による制御下で、プラズマ処理装置１の処理容器２内において所望の処理が行われる。
【００４１】
上記の制御プログラムおよびレシピは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリ、ＤＶＤ、ブルーレイディスク等のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納された状態のものを利用することができる。また、上記のレシピは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用することも可能である。
【００４２】
次に、図１、図３ないし図７を参照して、マイクロ波導入装置５の構成について詳しく説明する。図３は、マイクロ波導入装置５におけるマイクロ波出力部５０とアンテナユニット６０の構成を示す説明図である。図４は、処理容器２に装着されたマイクロ波導入部６３とマイクロ波放射モジュール８０を拡大して示す断面図である。図５は、図４に示したマイクロ波導入部６３における平面アンテナ７１を示す平面図である。図６は、処理容器２内におけるマイクロ波放射モジュール８０の配置を説明する平面図である。図７は、一つのマイクロ波放射モジュール８０とウエハＷとの配置を説明する要部斜視図である。
【００４３】
前述のように、マイクロ波導入装置５は、処理容器２の下部に設けられ、処理容器２内に電磁波（マイクロ波）を導入してプラズマを生成するプラズマ生成手段として機能する。図１および図３に示したように、マイクロ波導入装置５は、マイクロ波を生成すると共に、マイクロ波を複数の経路に分配して出力するマイクロ波出力部５０と、マイクロ波出力部５０から出力されたマイクロ波を処理容器２内へ導入するアンテナユニット６０と、アンテナユニット６０により導入されたマイクロ波を処理容器２内に放射するマイクロ波放射モジュール８０と、を有している。
【００４４】
＜マイクロ波出力部＞
マイクロ波出力部５０は、電源部５１と、マイクロ波発振器５２と、マイクロ波発振器５２によって発振されたマイクロ波を増幅するアンプ５３と、アンプ５３によって増幅されたマイクロ波を複数の経路に分配する分配器５４とを有している。マイクロ波発振器５２は、所定の周波数（例えば、２．４５ＧＨｚ）でマイクロ波を発振（例えば、ＰＬＬ発振）させる。なお、マイクロ波の周波数は、２．４５ＧＨｚに限らず、８．３５ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ等であってもよい。また、このようなマイクロ波出力部５０は、マイクロ波の周波数を例えば８００ＭＨｚから１ＧＨｚの範囲内とする場合にも適用することが可能である。分配器５４は、入力側と出力側のインピーダンスを整合させながらマイクロ波を分配する。
【００４５】
＜アンテナユニット＞
アンテナユニット６０は、複数のアンテナモジュール６１を含んでいる。複数のアンテナモジュール６１は、それぞれ、分配器５４によって分配されたマイクロ波を処理容器２内に導入する。各アンテナモジュール６１は、分配されたマイクロ波を主に増幅して出力するアンプ部６２と、アンプ部６２から出力されたマイクロ波を処理容器２内に導入するマイクロ波導入部６３と、を有している。
【００４６】
（アンプ部）
アンプ部６２は、マイクロ波の位相を変化させる位相器６２Ａと、メインアンプ６２Ｃに入力されるマイクロ波の電力レベルを調整する可変ゲインアンプ６２Ｂと、ソリッドステートアンプとして構成されたメインアンプ６２Ｃと、後述するマイクロ波導入部６３のアンテナ部で反射されてメインアンプ６２Ｃに向かう反射マイクロ波を分離するアイソレータ６２Ｄとを含んでいる。
【００４７】
位相器６２Ａは、マイクロ波の位相を変化させて、マイクロ波の放射特性を変化させることができるように構成されている。位相器６２Ａは、例えば、アンテナモジュール６１毎にマイクロ波の位相を調整することによって、マイクロ波の指向性を制御してプラズマの分布を変化させることに用いられる。なお、このような放射特性の調整を行わない場合には、位相器６２Ａを設けなくてもよい。
【００４８】
可変ゲインアンプ６２Ｂは、個々のアンテナモジュール６１のばらつきの調整や、プラズマ強度の調整のために用いられる。例えば、可変ゲインアンプ６２Ｂをアンテナモジュール６１毎に変化させることによって、処理容器２内全体のプラズマの分布を調整することができる。
【００４９】
図示しないが、メインアンプ６２Ｃは、例えば、入力整合回路、半導体増幅素子、出力整合回路および高Ｑ共振回路を含んでいる。半導体増幅素子としては、例えば、Ｅ級動作が可能なＧａＡｓＨＥＭＴ、ＧａＮＨＥＭＴ、ＬＤ（Laterally Diffused）−ＭＯＳが用いられる。
【００５０】
アイソレータ６２Ｄは、サーキュレータとダミーロード（同軸終端器）とを有している。サーキュレータは、後述するマイクロ波導入部６３のアンテナ部で反射された反射マイクロ波をダミーロードへ導くものである。ダミーロードは、サーキュレータによって導かれた反射マイクロ波を熱に変換するものである。
【００５１】
（マイクロ波導入部）
図１に示したように、複数のマイクロ波導入部６３は、処理容器２の底壁部１３に設けられた開口部１３ｂに装着されている。より具体的には、マイクロ波導入部６３の上部が開口部１３ｂに挿入され、図示しない固定手段で固定されている。図４に示したように、マイクロ波導入部６３は、インピーダンスを整合させるチューナ６４と、増幅されたマイクロ波を処理容器２内に放射するアンテナ部６５と、金属材料よりなり、図４における上下方向に延びる円筒状の形状を有する本体容器６６と、本体容器６６内において本体容器６６が延びる方向と同じ方向に延びる内側導体６７とを有している。本体容器６６および内側導体６７は、同軸管を構成している。本体容器６６は、この同軸管の外側導体を構成している。内側導体６７は、棒状または筒状の形状を有している。本体容器６６の内周面と内側導体６７の外周面との間の空間は、マイクロ波伝送路６８を形成する。
【００５２】
図示しないが、アンテナモジュール６１は、更に、本体容器６６の基端側（下端側）に設けられた給電変換部を有している。給電変換部は、同軸ケーブルを介してメインアンプ６２Ｃに接続されている。アイソレータ６２Ｄは、同軸ケーブルの途中に設けられている。
【００５３】
チューナ６４は、スラグチューナを構成している。具体的には、図４に示したように、チューナ６４は、本体容器６６のアンテナ部６５よりも基端部側（下端部側）の部分に配置された２つのスラグ７４Ａ，７４Ｂと、２つのスラグ７４Ａ，７４Ｂを動作させるアクチュエータ７５と、このアクチュエータ７５を制御するチューナコントローラ７６とを有している。
【００５４】
スラグ７４Ａ，７４Ｂは、板状且つ環状の形状を有し、本体容器６６の内周面と内側導体６７の外周面との間に配置されている。また、スラグ７４Ａ，７４Ｂは、誘電体材料によって形成されている。スラグ７４Ａ，７４Ｂを形成する誘電体材料としては、例えば、比誘電率が１０の高純度アルミナを用いることができる。高純度アルミナは、通常、スラグを形成する材料として用いられている石英（比誘電率３．８８）やテフロン（登録商標）（比誘電率２．０３）よりも比誘電率が大きいため、スラグ７４Ａ，７４Ｂの厚みを小さくすることができる。また、高純度アルミナは、石英やテフロン（登録商標）に比べて、誘電正接（ｔａｎδ）が小さく、マイクロ波の損失を小さくすることができるという特徴を有している。高純度アルミナは、更に、歪みが小さいという特徴と、熱に強いという特徴も有している。高純度アルミナとしては、純度９９．９％以上のアルミナ焼結体であることが好ましい。また、高純度アルミナとして、単結晶アルミナ（サファイア）を用いてもよい。
【００５５】
チューナ６４は、チューナコントローラ７６からの指令に基づいて、アクチュエータ７５によって、スラグ７４Ａ，７４Ｂを上下方向に移動させる。これにより、チューナ６４は、インピーダンスを調整する。例えば、チューナコントローラ７６は、終端部のインピーダンスが５０Ωになるように、スラグ７４Ａ，７４Ｂの位置を調整する。
【００５６】
本実施の形態では、アンプ部６２のメインアンプ６２Ｃ、マイクロ波導入部６３のチューナ６４および平面アンテナ７１は、互いに近接して配置されている。特に、チューナ６４および平面アンテナ７１は、集中定数回路を構成し、且つ共振器として機能する。平面アンテナ７１の取り付け部分には、インピーダンス不整合が存在する。本実施の形態では、チューナ６４によって、プラズマを含めて高精度でチューニングすることができ、平面アンテナ７１における反射の影響を解消することができる。また、チューナ６４によって、平面アンテナ７１に至るまでのインピーダンス不整合を高精度で解消することができ、実質的に不整合部分をプラズマ空間とすることができる。これにより、チューナ６４によって、高精度のプラズマ制御が可能になる。
【００５７】
アンテナ部６５は、本体容器６６における給電変換部とは反対側に設けられている。上述のように、本体容器６６におけるアンテナ部６５よりも基端側の部分は、チューナ６４によるインピーダンス調整範囲となっている。
【００５８】
図４に示したように、アンテナ部６５は、内側導体６７の上端部に接続された平面アンテナ７１と、平面アンテナ７１の下面側に配置されたマイクロ波遅波材７２とを有している。
【００５９】
平面アンテナ７１は、円板形状を有している。また、平面アンテナ７１は、平面アンテナ７１を貫通するように形成されたスロット７１ａを有している。図５に示した例では、４つのスロット７１ａが設けられており、各スロット７１ａは、４つに均等に分割された円弧形状を有している。なお、スロット７１ａの数は、４つに限らず、５つ以上であってもよいし、１つ以上３つ以下であってもよい。
【００６０】
マイクロ波遅波材７２は、真空よりも大きい誘電率を有する材料によって形成されている。マイクロ波遅波材７２を形成する材料としては、例えば、石英、セラミックス、ポリテトラフルオロエチレン樹脂等のフッ素系樹脂、ポリイミド樹脂等を用いることができる。マイクロ波は、真空中ではその波長が長くなる。マイクロ波遅波材７２は、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。また、マイクロ波の位相は、マイクロ波遅波材７２の厚みによって変化する。そのため、マイクロ波遅波材７２の厚みによってマイクロ波の位相を調整することにより、平面アンテナ７１が定在波の腹の位置になるように調整することができる。これにより、平面アンテナ７１における反射波を抑制することができると共に、平面アンテナ７１から放射されるマイクロ波の放射エネルギーを大きくすることができる。つまり、これにより、マイクロ波のパワーを効率よく処理容器２内に導入することができる。
【００６１】
＜マイクロ波放射モジュール＞
図１及び図４に示すように、マイクロ波放射モジュール８０は、誘電体窓部材としてのマイクロ波透過板８１と、導体部材としてのカバー部材８２とを有している。マイクロ波放射モジュール８０は、処理容器２の内部に配置されている。マイクロ波放射モジュール８０の下端（つまり、マイクロ波透過板８１の下面）は、平面アンテナ７１の上面にほぼ接して設けられている。これにより、一つのマイクロ波放射モジュール８０は、一つのアンテナモジュール６１に接続され、アンテナモジュール６１を介して導入されたマイクロ波を処理容器２内の空間へ向けて放射する。
【００６２】
図６に示すように、本実施の形態のプラズマ処理装置１では、処理容器２内のウエハＷの周囲に、４つのマイクロ波放射モジュール８０（図６では、符号８０Ａ１，８０Ａ２，８０Ａ３及び８０Ａ４で表す）を有している。マイクロ波放射モジュール８０Ａ１，８０Ａ２，８０Ａ３及び８０Ａ４は、互いに分離して、ウエハＷの周囲を囲むように、同一円周上に均等に配置されている。本実施の形態では、４つのマイクロ波放射モジュール８０Ａ１，８０Ａ２，８０Ａ３及び８０Ａ４は同じ構成である。なお、図６では、各マイクロ波放射モジュール８０Ａ１，８０Ａ２，８０Ａ３，８０Ａ４にそれぞれ接続されるアンテナモジュール６１の平面アンテナ７１の位置を破線で示すとともに、処理容器２は図示を省略している。
【００６３】
（マイクロ波透過板）
マイクロ波透過板８１は、ウエハＷを囲むようにその周囲に配置され、アンテナモジュール６１により導入されたマイクロ波を透過させて処理容器２内に放射する。マイクロ波透過板８１は、誘電体材料によって形成されている。マイクロ波透過板８１を形成する誘電体材料としては、例えば石英やセラミックス等が用いられる。本実施の形態のプラズマ処理装置１では、マイクロ波透過板８１は、カバー部材８２によって、処理容器２の底壁部１３に固定されている。
【００６４】
（カバー部材）
カバー部材８２は、マイクロ波透過板８１を介して処理容器２内に導入されるマイクロ波が、ウエハＷの表面と平行な面に沿ってウエハＷへ向かうように、マイクロ波の方向を規制する。つまり、カバー部材８２は、マイクロ波透過板８１を透過して処理容器２内の空間へ導入されるマイクロ波の方向を定める部材である。カバー部材８２は、例えばアルミニウムおよびその合金等の金属材料によって形成されている。カバー部材８２の表面は、例えばアルマイト処理（陽極酸化処理）が施されていてもよい。また、シリコンやＹ２Ｏ３などの被膜が形成されていてもよい。カバー部材８２は、マイクロ波透過板８１を覆うように、かつマイクロ波透過板８１に密着して設けられている。カバー部材８２は、例えば螺子等の任意の固定手段で、処理容器２の底壁部１３に固定されている。
【００６５】
図４、図６及び図７に示した例では、マイクロ波透過板８１は、平面視扇型の短冊状をなし、その縦断面が一定の厚みを有する立体形状を有している。カバー部材８２もマイクロ波透過板８１に対応して平面視が扇型をなし、その短尺方向の縦断面はＬ字形をしている。なお、マイクロ波透過板８１やカバー部材８２の形状は、図示のものに限らず、被処理体の形状に応じて任意の形状とすることができる。
【００６６】
図４及び図７に示すように、マイクロ波透過板８１の片側（内周側）の側面は、カバー部材８２に覆われておらず、処理容器２の内部空間に露出している。このマイクロ波透過板８１の露出面は、処理容器２内の載置領域１７ａに載置されたウエハＷへ向けてマイクロ波を放射するマイクロ波放射面８１ａとなっている。なお、図４では、マイクロ波放射面８１ａから放射される表面波モードのマイクロ波の方向を太い矢印で示した。
【００６７】
本実施の形態のプラズマ処理装置１では、マイクロ波放射面８１ａは、平面視円形のウエハＷのエッジ形状に対応した形状となっている。すなわち、マイクロ波放射面８１ａは、弧状に湾曲し、ウエハＷのエッジ形状に対応した曲面を有している。このように、マイクロ波放射面８１ａの形状をウエハＷのエッジ形状に対応させることによって、４つのマイクロ波透過板８１のマイクロ波放射面８１ａからウエハＷの中心Ｏへ向けてマイクロ波を効率よく放射できる。
【００６８】
図４に示したように、マイクロ波透過板８１の下端が、載置領域１７ａに載置されたウエハＷの上面の高さ以上の高さ位置に配置されることが好ましい。特に、載置領域１７ａに載置されたウエハＷの上面を拡大した仮想平面に対し、マイクロ波透過板８１の下面が一致することがより好ましい。本実施の形態のプラズマ処理装置１では、ウエハWの上面と、載置部１７の表面及び底壁部１３におけるウエハＷの周囲の内表面Ｓと、マイクロ波透過板８１の下面と、がほぼ同じ高さであり、同一の仮想平面上に形成されている。このような高さにマイクロ波透過板８１を配置することによって、マイクロ波透過板８１のマイクロ波放射面８１ａとウエハＷとの間に、段差等の境界条件をなくし、マイクロ波放射面８１ａから放射される表面波モードのマイクロ波を効率よくウエハＷの表面へ向けて導き、ウエハＷの上方でプラズマを生成させることが可能になる。
【００６９】
また、本実施の形態のプラズマ処理装置１では、図１に示すように、載置領域１７ａを含む載置部１７に高周波バイアス電源２５から高周波電力を供給できるように構成されている。載置部１７に高周波バイアス電源２５から高周波電力を印加することで、ウエハＷにイオンを引き込むことができるため、例えばプラズマ処理装置１でイオン性の強いプラズマによる処理を行う場合に、処理効率を向上させることができる。
【００７０】
本実施の形態のプラズマ処理装置１では、マイクロ波透過板８１のマイクロ波放射面８１ａから放射されたマイクロ波は、図４に示すように、マイクロ波透過板８１とウエハＷとの間に露出している金属表面（底壁部１３におけるウエハＷの周囲の内表面Ｓ）を表面波モードで伝搬する。このように金属表面を伝搬する表面波は、プラズマと金属表面との間に存在するシース（図示せず）によりガイドされる。すなわち、シース内に存在する誘電率が低い低電子密度の層とプラズマとの間を表面波が伝搬する。このため、少なくとも底壁部１３におけるウエハＷの周囲の内表面Ｓに、例えばシリコン等の材質の溶射膜を形成しておくことが好ましい。溶射膜によって、内表面Ｓがマイクロ波で削られてコンタミネーション発生原因となることを防止できる。なお、溶射膜に代えて、マイクロ波透過板８１とウエハＷとの間に露出している内表面Ｓに例えばシリコン製の環状部材を配置して、内表面Ｓを覆ってもよい。
【００７１】
上記のように構成されたマイクロ波導入装置５では、メインアンプ６２Ｃで増幅されたマイクロ波が、本体容器６６の内周面と内側導体６７の外周面との間（マイクロ波伝送路６８）を通って平面アンテナ７１に達し、平面アンテナ７１のスロット７１ａからマイクロ波透過板８１を透過して処理容器２の内部空間に放射される。この際、マイクロ波の放射方向は、カバー部材８２によって規制されるため、処理容器２内の空間に臨むマイクロ波放射面８１ａからウエハＷへ向けてマイクロ波が放射される。このマイクロ波は、底壁部１３におけるウエハＷ周囲の内表面Ｓ上を表面波としてウエハWの方向へ伝搬する。本実施の形態のプラズマ処理装置１では、マイクロ波放射面８１ａが平面視円形のウエハＷのエッジ形状に対応した曲面を有しているため、表面波モードのマイクロ波がウエハＷの中心Ｏへ向けて効率よく放射される。図６では、代表的にマイクロ波放射モジュール８０Ａ１から放射されるマイクロ波の方向を太い矢印で示した。なお、マイクロ波放射モジュール８０Ａ１，８０Ａ２，８０Ａ３及び８０Ａ４から、それぞれ放射される表面波モードのマイクロ波は、アンプ部６２の位相器６２Ａで位相調節を行うことにより、互いの干渉を制御することができる。このようにして放射されたマイクロ波によって、ウエハＷの直上部で表面波プラズマが生成し、ウエハＷに対して所定のプラズマ処理が行われる。
【００７２】
（第１の変形例）
図８は、第１の実施の形態のプラズマ処理装置１におけるマイクロ波導入装置５の第１の変形例を示す説明図である。図８では、図６と同様に、処理容器２内におけるマイクロ波放射モジュール８０とウエハＷの配置を示している。図８は、一つのマイクロ波放射モジュール８０に対して、二つのアンテナモジュール６１が接続されている。すなわち、本変形例では、ウエハWの周囲に、ウエハWを囲むように互いに分離した４つのマイクロ波放射モジュール８０（図８では、符号８０Ｂ１，８０Ｂ２，８０Ｂ３及び８０Ｂ４で表している）が設けられており、それぞれに、アンテナモジュール６１が二つずつ接続されている。図８では、アンテナモジュール６１の平面アンテナ７１の位置を破線で示している。このように、一つのマイクロ波放射モジュール８０に対して、二つ以上のアンテナモジュール６１を接続することにより、処理容器２内で生成するプラズマの密度の制御性を向上させることができる。
【００７３】
なお、一つのマイクロ波放射モジュール８０に接続されるアンテナモジュール６１の数は、３つ以上でもよい。また、図８では、４つのマイクロ波放射モジュール８０（８０Ｂ１〜８０Ｂ４）に、それぞれ均等な数のアンテナモジュール６１が接続されているが、マイクロ波放射モジュール８０毎に異なる数のアンテナモジュール６１を接続することもできる。
【００７４】
（第２の変形例）
また、図９は、第１の実施の形態のプラズマ処理装置１におけるマイクロ波導入装置５の第２の変形例を示す説明図である。図６及び図８では、処理容器２内のウエハＷの周囲に、ウエハＷを囲むように４つのマイクロ波放射モジュール８０を設けた例を示したが、ウエハＷを囲むことができれば、マイクロ波放射モジュール８０の数は任意である。例えば、マイクロ波放射モジュール８０の数は、単一でもよいし、２つないし３つでもよく、５つ以上でもよい。図９には、単一のマイクロ波放射モジュール８０Ｃに４つのアンテナモジュール６１を接続した例を示した。図９では、アンテナモジュール６１の平面アンテナ７１の位置を破線で示している。図９に示す例では、マイクロ波放射モジュール８０Ｃを構成するマイクロ波透過板８１及びカバー部材８２は、共に環状に形成された単一の部材である。４つのアンテナモジュール６１は、ウエハＷの周囲に均等に配置されている。
【００７５】
上記各変形例に示したように、プラズマ処理装置１では、処理の目的に応じて、マイクロ波導入装置５の構成、特にマイクロ波放射モジュール８０とアンテナモジュール６１との配置の組み合わせ、を選択することができる。これにより、処理容器２内におけるプラズマ密度の局所的な制御を容易に行うことができる。プラズマ処理装置１において、処理容器２内で生成するプラズマの分布を制御しやすくするという観点では、ウエハＷの周囲に、少なくとも３つ以上のアンテナモジュール６１が配置されるように、マイクロ波導入装置５を構成することが好ましい。また、アンテナモジュール６１の数が多いほど、処理容器２内でのプラズマの局所的な制御が容易になる。
【００７６】
また、以上の説明では、平面視円形のウエハＷに対して、その周囲に、マイクロ波放射モジュール８０を略円形に配列する例を挙げた。しかし、被処理体が例えば矩形のフラットパネルディスプレイ用基板などである場合は、該基板の周囲に、全体として四角形になるようにマイクロ波放射モジュール８０を配列することができる。
【００７７】
＜ガス導入・排気＞
上述のとおり、プラズマ処理装置１の処理容器２の天井部１１には、複数のガス導入用開口１１ｂが設けられ、各ガス導入用開口１１ｂに装着されたノズル１６を有している（図１も参照）。また、処理容器２の天井部１１には、複数の排気口１１ａが設けられ、排気装置４が接続されている。図１０は、本実施の形態のプラズマ処理装置１の天井部１１の底面図であり、天井部１１におけるノズル１６と排気口１１ａの配置例を示したものである。図１０に示す例では、天井部１１において、同心円状に内側に１２個、外側に２８個のノズル１６が２重に配列されている。また、天井部１１において、その中心部に１個、中心部と周縁部との中間領域に６個の排気口１１ａが形成されている。そして、ノズル１６と排気口１１ａとは、同心円状に交互に配置されている。なお、天井部１１におけるノズル１６と排気口１１ａとの配置や個数は、図１０に示した構成に限るものではなく、例えばノズル１６と排気口１１ａとを格子状に交互に配置するなど、種々の変形が可能である。
【００７８】
図１０に示すように、ガス導入のためのノズル１６と排気のための排気口１１ａの両方を、処理容器２の天井部１１において互いに近接して設けることにより、ウエハＷ表面（処理対象面）付近での処理ガスのレジデンスタイムを短くすることができる。つまり、ノズル１６から処理容器２内に導入された処理ガスを、排気口１１ａから（排気装置４により）短時間で排出できる。このように、処理容器２内でのガスレジデンスタイムを短くすることで、成膜処理の場合の膜質の改善を図ることが可能となる。例えば、プラズマ処理装置１を用いてウエハＷ上のポリシリコンの窒化処理を行う場合では、ガスレジデンスタイムを短くすることで、処理容器２内のパーツから放出される酸素に起因する膜中への酸素の混入を低減できる。また、例えば、プラズマ処理装置１を用いてウエハＷ上のポリシリコンの酸化処理を行う場合では、ガスレジデンスタイムを短くすることで、酸化レートを向上させることができる。
【００７９】
次に、プラズマ処理装置１におけるプラズマ処理の一例について説明する。ここでは、処理ガスとして窒素を含有するガスを使用して、ウエハＷの表面に対してプラズマ窒化処理を施す場合を例に挙げて、プラズマ処理の手順について説明する。まず、例えばユーザーインターフェース９２から、プラズマ処理装置１においてプラズマ窒化処理を行うように、プロセスコントローラ９１に指令が入力される。次に、プロセスコントローラ９１は、この指令を受けて、記憶部９３またはコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に保存されたレシピを読み出す。次に、レシピに基づく条件によってプラズマ窒化処理が実行されるように、プロセスコントローラ９１からプラズマ処理装置１の各エンドデバイス（例えば、高周波バイアス電源２５、ガス供給装置３ａ、排気装置４、マイクロ波導入装置５等）に制御信号が送出される。
【００８０】
次に、ゲートバルブＧが開状態にされて、図示しない搬送装置によって、ウエハＷが、ゲートバルブＧおよび搬入出口１２ａを通って処理容器２内に搬入される。ウエハＷは、複数の支持ピン２８に受け渡され、載置部１７の載置領域１７ａに載置される。次に、ゲートバルブＧが閉状態にされて、排気装置４によって、処理容器２内が減圧排気される。次に、ガス供給機構３によって、所定の流量の希ガスおよび窒素含有ガスが、ガス導入部１５を介して処理容器２内に導入される。処理容器２の内部空間は、排気量およびガス供給量を調整することによって、所定の圧力に調整される。
【００８１】
次に、マイクロ波出力部５０において、処理容器２内に導入するマイクロ波を発生させる。マイクロ波は、分配器５４によって複数系統（例えば４系統）に分配される。マイクロ波出力部５０の分配器５４から出力された複数のマイクロ波は、アンテナユニット６０の複数のアンテナモジュール６１に入力され、各アンテナモジュール６１によって、処理容器２内に導入される。各アンテナモジュール６１では、マイクロ波は、アンプ部６２およびマイクロ波導入部６３を伝搬する。マイクロ波導入部６３のアンテナ部６５に到達したマイクロ波は、平面アンテナ７１のスロット７１ａを介し、マイクロ波放射モジュール８０のカバー部材８２によって方向を規定されると共にマイクロ波透過板８１を透過して、マイクロ波放射面８１ａから処理容器２内におけるウエハＷの上方の空間に向けて放射される。このようにして、各アンテナモジュール６１から、それぞれ別々にマイクロ波が処理容器２内に導入される。各アンテナモジュール６１では、分配器５４で分配されたマイクロ波をアンプ部６２で個別に増幅することが可能であるため、処理容器２内に導入されるマイクロ波のパワーを個別に制御できる。従って、処理容器２内のプラズマ密度を局所的に制御することが可能である。
【００８２】
上記のように、ウエハＷの周囲の複数の部位から処理容器２内に導入されたマイクロ波は、それぞれ処理容器２内のウエハＷの直上位置に電磁界を形成する。これにより、処理容器２内に導入された不活性ガスや窒素含有ガス等の処理ガスをプラズマ化する。そして、プラズマ中の活性種、例えばラジカルやイオンの作用によって、ウエハＷのシリコン表面が窒化されてシリコン窒化膜ＳｉＮの薄膜が形成される。
【００８３】
プロセスコントローラ９１からプラズマ処理装置１の各エンドデバイスにプラズマ処理を終了させる制御信号が送出されると、マイクロ波の発生が停止されると共に、希ガスおよび窒素含有ガスの供給が停止されて、ウエハＷに対するプラズマ処理が終了する。次に、ゲートバルブＧが開状態にされて、図示しない搬送装置によって、ウエハＷが搬出される。
【００８４】
なお、窒素含有ガスの代りに酸素含有ガスを使用することにより、ウエハＷに対して酸化処理を施すことができる。また、成膜原料ガスを使用することにより、プラズマＣＶＤ法によって、ウエハＷに対して成膜処理を施すことができる。
【００８５】
本実施の形態のプラズマ処理装置１では、被処理体であるウエハＷを囲むように、その周囲にマイクロ波導入装置５のマイクロ波放射モジュール８０を配置し、ウエハＷの周囲からマイクロ波を導入する。処理容器２の下部にマイクロ波導入装置５を配置したことにより、処理容器２の天井部１１にマイクロ波導入機構を設けることが必須ではなくなった。従って、天井部１１を他の機構に利用することが可能となり、図１０に例示したように、処理容器２の天井部１１からガス導入／排気を行うことが可能であり、装置設計上の自由度を大幅に向上させることが可能となった。
【００８６】
次に、本実施の形態における効果について説明する。前述のように、本実施の形態に係るプラズマ処理装置１では、処理容器２の底壁部１３に装着されたアンテナモジュール６１及びマイクロ波放射モジュール８０を介して処理容器２内にマイクロ波が導入される。このような構成による効果について、以下、比較例のプラズマ処理装置と比較しながら説明する。なお、処理容器の上部からマイクロ波を導入するプラズマ処理装置を、比較例のプラズマ処理装置と呼ぶ。
【００８７】
図１１は、比較例のプラズマ処理装置の構成を模式的に示す断面図である。比較例のプラズマ処理装置５０１は、処理容器５０２、載置台５２１および支持部材５２２を備えている。プラズマ処理装置５０１は、図１に示したマイクロ波導入装置５の代りに、マイクロ波導入装置５０５を備えている。マイクロ波導入装置５０５は、処理容器５０２の上部に設けられる。マイクロ波導入装置５０５としては、例えば石英製のマイクロ波透過板５７３を１個だけ含む既知の構成のマイクロ波導入装置である。
【００８８】
プラズマ処理装置５０１では、マイクロ波導入装置５０５のマイクロ波透過板５７３が処理容器５０２の上部に設けられているため、処理ガスの導入や排気を、処理容器５０２の上部から行うことができない。プラズマ処理装置５０１では、多くの場合、処理ガスの導入は、処理容器５０２の側部から行うか、載置台５２１とマイクロ波透過板５７３との間にシャワープレート（図示せず）を介在配備させる方法に限られてしまう。また、ガスの排気は、多くの場合、処理容器５０２の底部から行う方法に限られてしまう。
【００８９】
また、プラズマ処理装置５０１では、マイクロ波透過板５７３が載置台５２１の直上に存在するため、例えば、プラズマ酸化処理やプラズマ窒化処理を繰返す間にマイクロ波透過板５７３に付着した薄膜が剥がれ、ウエハＷ上に落下し、パーティクル発生源となる。
【００９０】
プラズマ処理装置５０１では、マイクロ波導入装置５０５が処理容器５０２の上部に設けられていることや、処理容器５０２内に、ウエハＷを載置する載置台５２１および支持部材５２２を備えているため、処理容器５０２の容積が大きくなり、小型化が困難である。
【００９１】
以上のように、比較例のプラズマ処理装置５０１では、処理容器５０２の天井部にマイクロ波導入機構を配備していたため、処理容器の容積の小型化が困難であり、また、他の機構を天井部に設けることが困難であった。その結果、装置設計の自由度が大幅に制約を受けていた。また、プラズマ処理装置５０１では、パーティクル発生源となる可能性があるマイクロ波透過板５７３を載置台５２１の直上に設ける必要があったため、パーティクル対策も困難であった。それに対し、本実施の形態のプラズマ処理装置１では、処理容器２の底壁部１３にマイクロ波導入機構を設け、処理容器２内でプラズマを生成させるためのマイクロ波を、ウエハＷの周囲に設けたマイクロ波放射モジュール８０から導入する構成とした。かかる構成を採用したことにより、プラズマ処理装置１では、処理容器２の容積を従来の構成のマイクロ波プラズマ処理装置に比べて格段に小さくすることが可能である。また、処理容器２の天井部１１にマイクロ波導入機構を設けることが必須でなくなるため、処理容器２の天井部１１に、ガスを導入するガス導入部や、ガスを排気する排気部を設け、天井部１１を介してガスの導入、排気を行うことも可能となった。さらに、ウエハＷの直上にマイクロ波透過板を配置する必要がないため、マイクロ波透過板に起因するパーティクルの発生も低減できる。
【００９２】
次に、図１２Ａ〜図１２Ｃを参照して、処理容器２におけるガス導入部と排気部の配置例を挙げ、本実施の形態のプラズマ処理装置１の効果についてさらに詳しく説明する。図１に示したプラズマ処理装置１では、処理容器２内へのガスの導入と排気を共に天井部１１を介して行う構成とした。しかし、本発明のプラズマ処理装置は、装置設計の自由度が大きいため、例えばガスの導入部と排気部の構成について、さらに多くのバリエーションを採用することが可能である。
【００９３】
図１２Ａ〜図１２Ｃは、ガス導入位置と排気位置が図１のプラズマ処理装置１と異なる変形例のプラズマ処理装置を簡略化して示したものであり、それ以外の構成は第１のプラズマ処理装置１と同様である。なお、図１２Ａ〜図１２Ｃにおいて、ガス導入部９４と排気部９５は、これらを配設する大まかな場所を象徴的に示す意味でのみ用いられる。図１２Ａ〜図１２Ｃにおいて、具体的なノズルや排気口の配置は、例えば図１０に例示したように、より複雑な構成とすることができる。
【００９４】
（第３の変形例）
図１２Ａは、ガス導入部９４を処理容器２の天井部１１に設け、排気部９５を処理容器２の側壁部１２に設けた態様である。この第３の変形例では、仮にマイクロ波放射モジュール８０のマイクロ波透過板８１で膜剥がれなどのパーティクルが発生しても、処理容器２の天井部１１から処理ガスが導入され、側壁部１２に設けた排気部９５から排気されるガスの流れによって、ウエハＷの表面にパーティクルを付着しにくくすることができる。また、ガスの排気を処理容器２の側壁部１２から行うため、排気部９５がウエハＷの直上に存在しないことにより、ウエハＷの表面へパーティクルが落下する確率を低減できる。
【００９５】
（第４の変形例）
図１２Ｂは、ガス導入部９４を処理容器２の側壁部１２に設け、排気部９５を処理容器２の天井部１１に設けた態様である。第４の変形例では、処理容器２の天井部１１からガスの排気を行うが、天井部１１における排気部９５の配置の自由度が高いため、例えばウエハＷの直上位置を外して排気口を設けることができる。これにより、パーティクルの落下によるウエハＷの汚染を低減できる。
【００９６】
（第５の変形例）
図１２Ｃは、ガス導入部９４Ａを処理容器２の天井部１１に、ガス導入部９４Ｂを処理容器２の側壁部１２に設け、排気部９５を処理容器２の底壁部１３に設けた態様である。第５の変形例では、ガス導入部９４Ａから、ある種類のガスを導入し、ガス導入部９４Ｂから、ガス導入部９４Ａから導入するガスと同種もしくは別の種類のガスを導入することができる。本変形例は、複数のガスを同時に使用するプロセスに有効である。また、ガスの排気を処理容器２の底壁部１３から行うため、排気部９５がウエハＷの直上に存在しないことにより、ウエハＷの表面へパーティクルが落下する確率を低減できる。
【００９７】
図１２Ａ〜図１２Ｃに示すように、処理容器２の底壁部１３にマイクロ波導入機構を設けたことにより、天井部１１や側壁部１２から、種々の組み合わせでガスの導入と排気を行うことが可能になる。図１２Ａ〜図１２Ｃの第３〜第５の変形例に挙げたガスの導入・排気の態様は、あくまでも例示であり、また、各変形例の組み合わせも可能である。
【００９８】
さらに、本実施の形態のプラズマ処理装置では、装置設計の自由度が大幅に向上しているため、ガス導入・排気の機構のほかに、処理容器２の天井部１１に種々の機構を設けることができる。例えば、天井部１１には、ウエハＷの膜厚をモニタする計測器、処理容器２内のプラズマの状態をモニタする計測器など、種々の機構を配備することも可能になる。
【００９９】
［第２の実施の形態］
次に、図１３及び図１４を参照して、本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ処理装置について説明する。図１３は、本実施の形態におけるプラズマ処理装置１Ａの概略の構成を示す断面図であり、第１の実施の形態の図１に対応する図である。図１４は、本実施の形態のマイクロ波導入装置５Ａのマイクロ波出力部５０Ａとアンテナモジュール６１の構成を示す説明図であり、第１の実施の形態の図３にほぼ対応する図である。
【０１００】
第１の実施の形態のプラズマ処理装置１では、マイクロ波導入装置５として、マイクロ波出力部５０に分配器５４を設け、マイクロ波を複数のアンテナモジュール６１に分配してから複数のマイクロ波放射モジュール８０へ供給する構成とした。これに対し、第２の実施の形態のプラズマ処理装置１Ａでは、複数のマイクロ波導入装置５Ａを設け、一つのアンテナモジュール６１から、一つのマイクロ波放射モジュール８０へマイクロ波を供給する。本実施の形態に係るプラズマ処理装置１Ａにおける他の構成は、第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置１と同じであるため、図１３、図１４において、図１、図３と同じ構成には同一の符号を付して説明を省略する。なお、本実施の形態では、図１４に示すアンテナモジュール６１のアンプ部６２の構成をさらに簡素化してもよい。
【０１０１】
図１３及び図１４に示したように、本実施の形態のプラズマ処理装置１Ａでは、マイクロ波導入装置５Ａのマイクロ波出力部５０Ａに分配器を設けていない。そして、マイクロ波導入装置５Ａでは、一つのマイクロ波出力部５０Ａから、一つのアンテナモジュール６１を介して、一つのマイクロ波放射モジュール８０へマイクロ波を供給する構成とした。このように、プラズマ処理装置１Ａでは、複数のマイクロ波導入装置５Ａを独立して設けることにより、各マイクロ波放射モジュール８０から放射されるマイクロ波のパワーや周波数を独立して制御することが容易になる。従って、処理容器２内でマイクロ波放射モジュール８０から放射されるマイクロ波によって発生するプラズマの密度を、個々のマイクロ波放射モジュール８０毎に局所的に制御しやすい。また、本実施の形態のプラズマ処理装置１Ａは、例えば、複数の被処理体を同一の処理容器内で同時に処理する場合などにも利用できる。
【０１０２】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。なお、本実施の形態のプラズマ処理装置１Ａの変形例として、複数のマイクロ波導入装置５Ａにおいて、マイクロ波放射モジュール８０を共通化することも可能である。
【０１０３】
［第３の実施の形態］
次に、図１５及び図１６を参照して、本発明の第３の実施の形態に係るプラズマ処理装置について説明する。図１５は、本実施の形態におけるプラズマ処理装置１Ｂの概略の構成を示す断面図であり、第１の実施の形態の図１に対応する図である。図１６は、本実施の形態のプラズマ処理装置１Ｂのマイクロ波導入部６３とマイクロ波放射モジュール８０を含む要部を拡大して示す断面図であり、第１の実施の形態の図４にほぼ対応する図である。
【０１０４】
本実施の形態のプラズマ処理装置１Ｂでは、載置部１７の周囲の底壁部１３に、直流電圧印加部としてのＤＣ印加部８３と、このＤＣ印加部８３に電気的に接続された可変直流電源８５と、を設けた。すなわち、プラズマ処理装置１Ｂは、ウエハＷを収容する処理容器２と、処理容器２の内部においてウエハＷを載置する載置部１７と、処理容器２内にガスを供給するガス供給機構３と、処理容器２内を減圧排気する排気装置４と、処理容器２内にプラズマを生成させるためのマイクロ波を発生させると共に、処理容器２内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入装置５と、載置部１７とマイクロ波放射モジュール８０との間において底壁部１３に設けられたＤＣ印加部８３と、これらプラズマ処理装置１Ｂの各構成部を制御する制御部８とを備えている。
【０１０５】
ＤＣ印加部８３は、導電性材料からなり、載置部１７を囲むとともに、マイクロ波放射モジュール８０と載置部１７との間に介在するように、例えば環状に設けられている。ＤＣ印加部８３は、その上面が処理容器２内に露出するようにして底壁部１３に埋設されている。底壁部１３とＤＣ印加部８３との間は、絶縁材８４が設けられて絶縁され、接地電位の底壁部１３に対して電気的にフローティングの状態となっている。可変直流電源８５は、図示しないスイッチ部によりオン／オフの切り換えができるように構成され、ＤＣ印加部８３に対し、例えば負の直流電圧を印加する。
【０１０６】
本実施の形態のプラズマ処理装置１Ｂでは、可変直流電源８５から、ＤＣ印加部８３へ直流電圧を印加することにより、マイクロ波透過板８１からのマイクロ波をウエハＷの方向へ伝搬させやすくすることができる。マイクロ波透過板８１のマイクロ波放射面８１ａから放射されたマイクロ波は、図１６において太矢印で示すように、マイクロ波透過板８１とウエハＷとの間に露出している金属表面（底壁部１３及びＤＣ印加部８３におけるウエハＷの周囲の内表面Ｓ’）を表面波モードで伝搬する。このように金属表面を伝搬する表面波は、プラズマと金属表面との間に存在するシース（図示せず）によりガイドされる。すなわち、シース内に存在する誘電率が低い低電子密度の層とプラズマとの間を表面波が伝搬する。本実施の形態では、載置領域１７ａの周辺にＤＣ印加部８３を設け、可変直流電源８５から例えば負電圧を印加することによって、シース厚を拡大させることが可能となる。シース厚を拡大することによって、シースに沿って表面波をウエハＷの近傍まで効率よく導くことができる。このように、ＤＣ印加部８３を設け、そこに直流電圧を印加することによって、シース厚を調節し、表面波モードのマイクロ波の伝搬効率を高めることができる。
【０１０７】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。なお、本実施の形態のように、載置部１７の周囲の底壁部１３にＤＣ印加部８３を設ける構成は、第２の実施の形態（図１３参照）のプラズマ処理装置１Ａにも適用可能である。
【０１０８】
［第４の実施の形態］
次に、図１７を参照して、本発明の第４の実施の形態に係るプラズマ処理装置について説明する。図１７は、本実施の形態におけるプラズマ処理装置１Ｃの概略の構成を示す断面図であり、第１の実施の形態の図１に対応する図である。
【０１０９】
第１〜第３の実施の形態では、マイクロ波放射モジュール８０の全体が、処理容器２内に収容される構成としたが、本実施の形態では、マイクロ波放射モジュール８０の大部分が、処理容器２の外側にはみ出た格好で装着されている。すなわち、プラズマ処理装置１Ｃは、ウエハＷを収容する処理容器２と、処理容器２の内部においてウエハＷを載置する載置部１７と、処理容器２内にガスを供給するガス供給機構３と、処理容器２内を減圧排気する排気装置４と、処理容器２内にプラズマを生成させるためのマイクロ波を発生させると共に、処理容器２内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入装置５と、これらプラズマ処理装置１Ｃの各構成部を制御する制御部８とを備えている。そして、本実施の形態のプラズマ処理装置１Ｃでは、マイクロ波導入装置５のマイクロ波放射モジュール８０を側壁部１２の下端に外側から装着した。より具体的には、図１７に示すように、プラズマ処理装置１Ｃでは、マイクロ波放射モジュール８０が側壁部１２の下端に接し、アンテナモジュール６１のマイクロ波導入部６３が底壁部１３の側端に接するように、マイクロ波導入装置５を配備した。本実施の形態では、マイクロ波放射モジュール８０の大部分が処理容器２の外側に突出して存在している。このため、処理容器２内の空間に露出するマイクロ波透過板８１のマイクロ波放射面８１ａとカバー部材８２の内周面は、処理容器２の側壁部１２の内周面と段差なくほぼ連続している。処理容器２の内径（互いに対向する側壁部１２間の距離）は、ウエハＷを間に挟んで互いに対向するマイクロ波放射面８１ａ間の距離と一致している。ただし、マイクロ波透過板８１のマイクロ波放射面８１ａ及びカバー部材８２の内周面の位置は、処理容器２の側壁部１２の内周面の位置と、水平方向に必ずしも一致していなくてもよい。
【０１１０】
本実施の形態のプラズマ処理装置１Ｃでは、例えば図１１に挙げた比較例のプラズマ処理装置５０１よりも、処理容器の径を大幅に小さくできる。比較例のプラズマ処理装置５０１では、処理容器５０２の上部に設けられたマイクロ波導入装置５０５のマイクロ波透過板５７３からマイクロ波が導入されて処理容器５０２の内部でプラズマＰが生成する。このとき、処理容器５０２内のプラズマ密度は、側壁部５１２の内表面ではほぼゼロになる。ウエハＷ面内での処理の均一性を考慮すると、載置台５２１に載置されたウエハＷ上の全面で必要なプラズマ密度（好ましくは、均一なプラズマ密度）を維持することが必要である。そのためには、図１１に示すように、ウエハＷの径よりも十分に大きな径を持つプラズマＰを処理容器５０２内で生成させる必要がある。処理容器５０２内でウエハＷの径よりも十分に大きな径を持つプラズマを生成させるためには、ウエハＷのエッジと処理容器５０２の側壁部５１２との間に十分な間隔をあけておくことが必要となる。つまり、図１１に示したように、比較例のプラズマ処理装置５０１においては、プラズマＰの大きさを見込んで、載置台５２１と処理容器５０２の側壁部５１２との間に十分な距離を確保しておく必要がある。
【０１１１】
それに対し、本実施の形態のプラズマ処理装置１Ｃでは、ウエハＷの周囲にマイクロ波放射モジュール８０を設け、ウエハＷのエッジに近い位置からウエハＷへ向けて水平方向にマイクロ波を導入することにより、ウエハＷの直上部にプラズマを生成させる。このため、処理容器２の側壁部１２の位置がウエハＷのエッジに近接していても、ウエハＷ面内での処理の均一性に悪影響を与える懸念はほとんどない。従って、本実施の形態のプラズマ処理装置１Ｃでは、比較例のプラズマ処理装置５０１に比べて、処理容器２の内径が小さくてよく、その内部容積を大幅に縮小できる。従って、処理容器２の小型化を図ることができる。また、本実施の形態のプラズマ処理装置１Ｃでは、比較例のプラズマ処理装置５０１に比べて処理容器２の内部容積を小さくできるため、処理容器２内での処理ガスのレジデンスタイムを短くすることが可能になり、例えば成膜装置として用いる場合に膜質の向上が期待できる。
【０１１２】
また、本実施の形態のプラズマ処理装置１Ｃでは、マイクロ波放射モジュール８０の大部分が処理容器２の外側に置かれているため、例えば第１〜第３の実施の形態のプラズマ処理装置１，１Ａ，１Ｂと比較しても、処理容器２の内部空間の容積をさらに小さくすることが可能になる。
【０１１３】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。なお、本実施の形態のように、マイクロ波放射モジュール８０を側壁部１２の下端に装着する構成は、第２の実施の形態（図１３参照）のプラズマ処理装置１Ａや、第３の実施の形態のプラズマ処理装置１Ｂ（図１５参照）にも適用可能である。
【０１１４】
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、本発明のプラズマ処理装置は、半導体ウエハを被処理体とする場合に限らず、例えば太陽電池パネルの基板やフラットパネルディスプレイ用基板を被処理体とするプラズマ処理装置にも適用できる。
【０１１５】
また、真空処理に限らず、大気圧プラズマを利用することもできる。
【０１１６】
また、上記各実施の形態のプラズマ処理装置では、処理容器２の底壁部１３に載置部１７を設けたが、処理容器２内に金属製のステージ又は台部を設け、該ステージ又は台部に載置されたウエハＷへ向けて、その周囲に高さ位置を合わせて配置したマイクロ波放射モジュールからマイクロ波を放射するようにしてもよい。
【０１１７】
また、上記各実施の形態では、処理容器２の天井部１１にはマイクロ波導入機構を設けていない。しかし、マイクロ波導入装置５と組み合わせて、処理容器２の天井部１１に補助的にマイクロ波導入機構を設けることを妨げるものではない。
【符号の説明】
【０１１８】
１…プラズマ処理装置、２…処理容器、３…ガス供給機構、４…排気装置、５…マイクロ波導入装置、８…制御部、１１…天井部、１２…側壁部、１３…底壁部、１４…排気管、１５…ガス導入部、１６…ノズル、１７…載置部、１７ａ…載置領域、２４…整合器、２５…高周波バイアス電源、２６…電極、２７…絶縁被覆材、２８…支持ピン、５０…マイクロ波出力部、５１…電源部、５２…マイクロ波発振器、５３…アンプ、５４…分配器、６０…アンテナユニット、６１…アンテナモジュール、６２…アンプ部、６３…マイクロ波導入部、６４…チューナ、６５…アンテナ部、６６…本体容器、６７…内側導体、７１…平面アンテナ、７１ａ…スロット、７２…マイクロ波遅波材、８０…マイクロ波放射モジュール、８１…マイクロ波透過板、８２…カバー部材、９１…プロセスコントローラ、９２…ユーザーインターフェース、９３…記憶部、Ｗ…半導体ウエハ
【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１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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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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