(57)【要約】【課題】ＴＭ１１のような低次モードの発生を抑制し、均一性の高いプラズマ処理を行うことができるマイクロ波プラズマ処理装置およびマイクロ波プラズマ処理方法を提供する。【解決手段】プラズマ処理装置は、チャンバー１と、マイクロ波発生源３９と、導波管３７と、複数のスロット３２を有する平面アンテナ３１と、マイクロ波透過板２８と、ガス供給機構１６と、排気機構２４とを有する。平面アンテナ３１は、１個または複数個のスロット３２からなる一つのまとまりをなすスロット群６０を複数有し、該スロット群の円周方向の数が３以上の奇数となるように、スロット３２が形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体が収容されるチャンバーと、
マイクロ波を発生させるマイクロ波発生源と、
マイクロ波発生源で発生されたマイクロ波を前記チャンバーに向けて導く導波手段と、
前記導波手段に導かれたマイクロ波を前記チャンバーに向けて放射する複数のスロットを有する導体からなる平面アンテナと、
前記チャンバーの天壁を構成し、前記平面アンテナの前記複数のスロットから放射されたマイクロ波を透過する、誘電体からなるマイクロ波透過板と、
前記チャンバー内にガスを供給するガス供給機構と、
前記チャンバー内を排気する排気機構と、
を有し、
前記平面アンテナは、１個または複数個の前記スロットからなる一つのまとまりをなすスロット群を複数有し、該スロット群の円周方向の数が３以上の奇数となるように、前記スロットが形成されていることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記平面アンテナは、前記スロット群の円周方向の数が素数となるように、前記スロットが形成されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項３】
前記平面アンテナは、前記スロット群の円周方向の数が７個となるように、前記スロットが形成されていることを特徴とする請求項２に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項４】
前記導波手段は、前記マイクロ波発生源から発生したマイクロ波をＴＥモードで伝播する矩形導波管と、ＴＥモードをＴＥＭモードに変換するモード変換器と、ＴＥＭモードに変換されたマイクロ波を前記平面アンテナに向けて伝播する同軸導波管とを有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項５】
前記マイクロ波プラズマ処理は、前記ガス供給機構から成膜ガスを前記チャンバー内に供給してプラズマＣＶＤにより被処理体に所定の膜を成膜することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項６】
前記ガス供給機構から供給される成膜ガスは珪素原料ガスおよび窒素含有ガスであり、被処理体に窒化珪素膜が成膜されることを特徴とする請求項５に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項７】
前記成膜された窒化珪素膜の円周方向の膜厚分布の指標であるオーバルスキューが１．７％以下であることを特徴とする請求項６に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項８】
チャンバー内に被処理体を収容し、
マイクロ波発生源から発生されたマイクロ波を導波手段により導き、
前記導波手段により導かれたマイクロ波を、導体からなる平面アンテナに形成された複数のスロットから放射させ、さらに、前記チャンバーの天壁を構成する誘電体からなるマイクロ波透過板を透過させ、
前記チャンバー内にガスを供給することにより、前記マイクロ波透過板の下方部分に前記マイクロ波によるプラズマを生成させ、
そのプラズマにより被処理基板に所定の処理を施すマイクロ波プラズマ処理方法であって、
前記平面アンテナは、１個または複数個の前記スロットからなる一つのまとまりをなすスロット群を複数有し、該スロット群の円周方向の数が３以上の奇数となるように、前記スロットが形成されていることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理方法。
【請求項９】
前記平面アンテナは、前記スロット群の円周方向の数が素数となるように、前記スロットが形成されていることを特徴とする請求項８に記載のマイクロ波プラズマ処理方法。
【請求項１０】
前記平面アンテナは、前記スロット群の円周方向の数が７個となるように、前記スロットが形成されていることを特徴とする請求項９に記載のマイクロ波プラズマ処理方法。
【請求項１１】
前記導波手段は、前記マイクロ波発生源から発生したマイクロ波をＴＥモードで伝播する矩形導波管と、ＴＥモードをＴＥＭモードに変換するモード変換器と、ＴＥＭモードに変換されたマイクロ波を前記平面アンテナに向けて伝播する同軸導波管とを有することを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載のマイクロ波プラズマ処理方法。
【請求項１２】
前記マイクロ波プラズマ処理は、前記ガス供給機構から成膜ガスを前記チャンバー内に供給してプラズマＣＶＤにより被処理体に所定の膜を成膜することを特徴とする請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載のマイクロ波プラズマ処理方法。
【請求項１３】
前記ガス供給機構から供給される成膜ガスは珪素原料ガスおよび窒素含有ガスであり、被処理体に窒化珪素膜が成膜されることを特徴とする請求項１２に記載のマイクロ波プラズマ処理方法。
【請求項１４】
前記成膜された窒化珪素膜の円周方向の膜厚分布の指標であるオーバルスキューが１．７％以下であることを特徴とする請求項１３に記載のマイクロ波プラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波プラズマ処理装置およびマイクロ波プラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理は、半導体デバイスの製造に不可欠な技術であるが、近時、ＬＳＩの高集積化、高速化の要請からＬＳＩを構成する半導体素子のデザインルールが益々微細化され、また、半導体ウエハが大型化されており、それにともなって、プラズマ処理装置においてもこのような微細化および大型化に対応するものが求められている。
【０００３】
プラズマ処理装置としては、従来から平行平板型や誘導結合型のプラズマ処理装置が用いられているが、大型の半導体ウエハを均一かつ高速にプラズマ処理することは困難である。
【０００４】
そこで、高密度で低電子温度の表面波プラズマを均一に形成することができるＲＬＳＡ（登録商標）マイクロ波プラズマ処理装置が注目されている（例えば特許文献１）。
【０００５】
ＲＬＳＡ（登録商標）マイクロ波プラズマ処理装置は、チャンバーの上部に所定のパターンで複数のスロットが形成された平面アンテナを設け、マイクロ波発生源から導かれたマイクロ波を、アンテナのスロットから放射させるとともに、誘電体からなるチャンバーの天壁を介して真空に保持されたチャンバー内に透過させ、チャンバー内に表面波プラズマを生成し、これによりチャンバー内に導入されたガスをプラズマ化し、半導体ウエハ等の被処理体を処理するものである。
【０００６】
一方、マイクロ波プラズマはプラズマ密度によって決定されるプラズマモードを有しており、プラズマモードはベッセル関数の解で表されることが知られている（例えば非特許文献１）。このため、ＲＬＳＡ（登録商標）マイクロ波プラズマ処理装置では、平面アンテナとしてベッセル関数の解に対応した偶数のスロット群が円周方向に形成されたものを用いてプラズマを生成することが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２９４５５０号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】H Sugai et al. Plasma Sources Sci. Technol. 7 (1998) pp192-205
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、マイクロ波プラズマは、いくつかのプラズマモードの重ね合せからなり、プラズマモードはベッセル関数の解の重ね合わせであることから、円周方向に偶数個のスロット群を有する平面アンテナを用いてプラズマを生成する場合、プラズマモードの重ね合せにより低次モードであるＴＭ１１が発生する場合がある。
【００１０】
ＴＭ１１モードのプラズマは円周方向の均一性に悪影響を及ぼし、ＴＭ１１モードが発生すると、プラズマの均一性ひいてはプロセスの均一性に悪影響を及ぼす。
【００１１】
近時、プロセスインテグレーションの親和性の観点から、半導体ウエハの円周方向に今まで以上に均一なプラズマ処理を行うことが求められており、ＴＭ１１モードのような不均一な低次モードを極力抑制することが求められる。
【００１２】
したがって、本発明は、ＴＭ１１のような低次モードの発生を抑制し、均一性の高いプラズマ処理を行うことができるマイクロ波プラズマ処理装置およびマイクロ波プラズマ処理方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点は、被処理体が収容されるチャンバーと、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生源と、マイクロ波発生源で発生されたマイクロ波を前記チャンバーに向けて導く導波手段と、前記導波手段に導かれたマイクロ波を前記チャンバーに向けて放射する複数のスロットを有する導体からなる平面アンテナと、前記チャンバーの天壁を構成し、前記平面アンテナの前記複数のスロットから放射されたマイクロ波を透過する、誘電体からなるマイクロ波透過板と、前記チャンバー内にガスを供給するガス供給機構と、前記チャンバー内を排気する排気機構と、を有し、前記平面アンテナは、１個または複数個の前記スロットからなる一つのまとまりをなすスロット群を複数有し、該スロット群の円周方向の数が３以上の奇数となるように、前記スロットが形成されていることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置を提供する。
【００１４】
本発明の第２の観点は、チャンバー内に被処理体を収容し、マイクロ波発生源から発生されたマイクロ波を導波手段により導き、前記導波手段により導かれたマイクロ波を、導体からなる平面アンテナに形成された複数のスロットから放射させ、さらに、前記チャンバーの天壁を構成する誘電体からなるマイクロ波透過板を透過させ、前記チャンバー内にガスを供給することにより、前記マイクロ波透過板の下方部分に前記マイクロ波によるプラズマを生成させ、そのプラズマにより被処理基板に所定の処理を施すマイクロ波プラズマ処理方法であって、前記平面アンテナは、１個または複数個の前記スロットからなる一つのまとまりをなすスロット群を複数有し、該スロット群の円周方向の数が３以上の奇数となるように、前記スロットが形成されていることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理方法を提供する。
【００１５】
本発明において、前記平面アンテナは、前記スロット群の円周方向の数が素数となるように、前記スロットが形成されていることが好ましい。この場合に、前記スロット群の円周方向の数は７個が例示される。
【００１６】
前記導波手段は、前記マイクロ波発生源から発生したマイクロ波をＴＥモードで伝播する矩形導波管と、ＴＥモードをＴＥＭモードに変換するモード変換器と、ＴＥＭモードに変換されたマイクロ波を前記平面アンテナに向けて伝播する同軸導波管とを有することが好ましい。
【００１７】
前記マイクロ波プラズマ処理としては、前記ガス供給機構から成膜ガスを前記チャンバー内に供給してプラズマＣＶＤにより被処理体に所定の膜を成膜する処理が好適なものとして挙げることができる。具体例としては、前記ガス供給機構から供給される成膜ガスはケイ素原料ガスおよび窒素含有ガスであり、被処理体に窒化珪素膜が成膜されるものを挙げることができる。このとき、前記成膜された窒化珪素膜の円周方向の膜厚分布の指標であるオーバルスキューが１．７％以下という低い値を実現することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、平面アンテナは、１個または複数個のスロットからなる一つのまとまりをなすスロット群を複数有し、該スロット群の円周方向の数が３以上の奇数となるように、スロットが形成されているので、円周方向のプラズマの均一性に悪影響を与えるＴＭ１１のような低次モードが発生しない。このため、円周方向のプラズマの均一性、ひいてはプラズマ処理の均一性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１のマイクロ波プラズマ処理装置に用いられる平面アンテナの一例を示す平面図である。
【図３】ＴＭ１１モードにより出現するプラズマモードを説明するための図である。
【図４】円周方向のスロット群の数が７個の図２の平面アンテナの場合のプラズマモードを説明するための図である。
【図５】従来例の平面アンテナを示す平面図である。
【図６】オーバルスキューの算出方法を説明するための図である。
【図７】図２のスロット群の数が７つの平面アンテナを用いた本発明例と、図５のスロット群の数が８つの平面アンテナを用いた従来例とについて、得られたＳｉＮ膜の膜質（屈折率ＲＩの値）と、オーバルスキューの値との関係を求めた図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２１】
＜マイクロ波プラズマ処理装置の構成＞
図１は本発明の一実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。図１のマイクロ波プラズマ処理装置は、ＲＬＳＡ（登録商標）マイクロ波プラズマ処理装置として構成されている。
【００２２】
図１に示すように、マイクロ波プラズマ処理装置１００は、気密に構成され、接地された略円筒状のチャンバー１を有している。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、下方に向けて突出する排気室１１が設けられている。
【００２３】
チャンバー１内には被処理体、例えば半導体ウエハ（以下、「ウエハ」と記す）Ｗを水平に支持するためのＡｌＮ等のセラミックスからなるサセプタ２が設けられている。このサセプタ２は、排気室１１の底部中央から上方に延びる円筒状のＡｌＮ等のセラミックスからなる支持部材３により支持されている。サセプタ２の外縁部にはウエハＷをガイドするためのガイドリング４が設けられている。また、サセプタ２には抵抗加熱型のヒーター５が埋め込まれており、このヒーター５はヒーター電源６から給電されることによりサセプタ２を加熱しウエハＷを加熱する。また、サセプタ２は電極７が埋め込まれており、電極７には整合器８を介してバイアス印加用の高周波電源９が接続されている。
【００２４】
サセプタ２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２の表面に対して突没可能に設けられている。
【００２５】
チャンバー１の側壁には環状をなすガス導入部１５が設けられており、このガス導入部１５には均等にガス放射孔１５ａが形成されている。このガス導入部１５にはガス供給機構１６が接続されている。
【００２６】
ガス供給機構１６は、プラズマ処理用のガスを供給するものであり、プラズマ処理に応じて適宜のガスが供給されるようになっている。プラズマ処理は特に限定されないが、一例としてプラズマＣＶＤを挙げることができる。プラズマＣＶＤにより、例えば窒化珪素膜（ＳｉＮ膜）を成膜する場合には、ガス供給機構１６から供給されるガスとしては、プラズマ生成ガス、Ｓｉ原料ガス、および窒素含有ガスが用いられる。プラズマ生成ガスとしてはＡｒガス等の希ガス、Ｓｉ原料ガスとしてはモノシラン（ＳｉＨ４）やジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、窒素含有ガスとしてはＮ２ガスやアンモニア（ＮＨ３）が例示される。これらのガスは、それぞれのガス供給源から、別個の配管によりマスフローコントローラ等の流量制御器により独立に流量制御され、ガス導入部１５へ供給される。なお、プラズマ生成ガスは必須ではない。
【００２７】
なお、ガス導入部１５よりも下方に、例えばシャワープレート等の別のガス導入部を設け、シリコン原料ガス等のプラズマにより完全に解離されないほうが好ましいガスを別のガス導入部から、よりウエハＷに近い電子温度がより低い領域に供給してもよい。
【００２８】
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には真空ポンプや自動圧力制御バルブ等を含む排気機構２４が接続されている。排気機構２４の真空ポンプ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、自動圧力制御バルブによりチャンバー１内を所定の真空度に制御可能となっている。
【００２９】
チャンバー１の側壁には、プラズマ処理装置１００に隣接する搬送室（図示せず）との間でウエハＷの搬入出を行うための搬入出口２５と、この搬入出口２５を開閉するゲートバルブ２６とが設けられている。
【００３０】
チャンバー１の上部は開口部となっており、その開口部の周縁部がリング状の支持部２７となっている。この支持部２７に誘電体、例えば石英やＡｌ２Ｏ３等のセラミックスからなる円板状のマイクロ波透過板２８がシール部材２９を介して気密に設けられている。したがって、チャンバー１内は気密に保持される。
【００３１】
マイクロ波透過板２８の上方には、マイクロ波透過板２８に対応する円板状をなす平面アンテナ３１がマイクロ波透過板２８に密着するように設けられている。この平面アンテナ３１はチャンバー１の側壁上端に係止されている。平面アンテナ３１は導電性材料からなる円板で構成されている。
【００３２】
平面アンテナ３１は、例えば表面が銀または金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複数のスロット３２が貫通するように形成された構成となっている。なお、平面アンテナ３１の詳細については後述する。
【００３３】
この平面アンテナ３１の上面には、真空よりも大きい誘電率を有する誘電体、例えば石英、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミドなどの樹脂からなる遅波材３３が密着して設けられている。遅波材３３はマイクロ波の波長を真空中より短くして平面アンテナ３１を小さくする機能を有している。
【００３４】
平面アンテナ３１とマイクロ波透過板２８との間が密着した状態となっており、また、遅波板３３と平面アンテナ３１との間も密着されている。また、遅波板３３、平面アンテナ３１、マイクロ波透過板２８、およびプラズマで形成される等価回路が共振条件を満たすようにマイクロ波透過板２８、遅波材３３の厚さが調整されている。遅波材３３の厚さを調整することにより、マイクロ波の位相を調整することができ、平面アンテナ３１の接合部が定在波の「はら」になるように厚さを調整することにより、マイクロ波の反射が極小化され、マイクロ波の放射エネルギーが最大となる。また、遅波板３３とマイクロ波透過板２８を同じ材質とすることにより、マイクロ波の界面反射を防止することができる。
【００３５】
なお、平面アンテナ３１とマイクロ波透過板２８との間、また、遅波材３３と平面アンテナ３１との間は、離間して配置されていてもよい。
【００３６】
チャンバー１の上面には、これら平面アンテナ３１および遅波材３３を覆うように、例えばアルミニウムやステンレス鋼、銅等の金属材からなるシールド蓋体３４が設けられている。チャンバー１の上面とシールド蓋体３４とはシール部材３５によりシールされている。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３１、マイクロ波透過板２８を冷却するようになっている。なお、シールド蓋体３４は接地されている。
【００３７】
シールド蓋体３４の上壁の中央には開口部３６が形成されており、この開口部には導波管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３１へ伝播されるようになっている。なお、マイクロ波の周波数としては、８．３５ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ、８６０ＭＨｚ、９１５ＭＨｚ等、種々の周波数を用いることができる。
【００３８】
導波管３７は、上記シールド蓋体３４の開口部３６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、この内導体４１の下端部は、平面アンテナ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３１へ均一に効率よく伝播される。
【００３９】
マイクロ波プラズマ処理装置１００は制御部５０を有している。制御部５０は、マイクロ波プラズマ処理装置１００の各構成部、例えばマイクロ波発生装置３９、ヒーター電源６、高周波電源９、排気機構２４、ガス供給機構１６のバルブや流量制御器等を制御するＣＰＵ（コンピュータ）を有する主制御部と、入力装置（キーボード、マウス等）、出力装置（プリンタ等）、表示装置（ディスプレイ等）、記憶装置（記憶媒体）を有している。制御部５０の主制御部は、例えば、記憶装置に内蔵された記憶媒体、または記憶装置にセットされた記憶媒体に記憶された処理レシピに基づいて、マイクロ波プラズマ処理装置１００に、所定の動作を実行させる。
【００４０】
＜平面アンテナ＞
次に、平面アンテナ３１について詳細に説明する。
図２は、図１のマイクロ波プラズマ処理装置に用いられる平面アンテナの一例を示す平面図である。
【００４１】
本実施形態では、平面アンテナ３１は、円周方向のスロット群の数が３以上の奇数になるようにスロット３２が設けられている。スロット群とは、１個または複数個のスロットからなり、一つのまとまりをなすものである。本例では、図２に示すように、平面アンテナ３１は、周方向に７つのスロット群６０を有している。具体的には、一つのスロット３２と他のスロット３２がハ字状に配置されてスロット対６１を構成し、このスロット対６１が３つで一つのスロット群６０を構成している。
【００４２】
円周方向に３以上のスロット群を有する場合、そのスロット群に対応する高次モードのプラズマを誘導する傾向がある。しかし、スロット群の数が偶数の場合、プラズマモードの重ね合せにより、高次モードの他、プラズマの均一性に悪影響をおよぼす低次モードであるＴＭ１１も発生してしまう。
【００４３】
これに対し、円周方向のスロット群の数が奇数の場合は、基本的にはそのスロット群の数よりも低次のモードは発生しないため、ＴＭ１１モードは発生しない。特に、円周方向のスロット群の数が素数の場合は、スロット群の数よりも低次のモードは発生し得ないので、スロット群の数は奇数かつ素数であることが好ましい。図２の例では、スロット群６０の数が７個であり奇数かつ素数であるので、スロット群の数よりも低次のモードは発生せず、したがってＴＭ１１モードも発生しない。
【００４４】
なお、スロット３２がばらばらに存在する場合には、個々のスロットがそれぞれスロット群を構成するものとし、スロット３２の数をスロット群の数とする。また、円周方向に複数のスロットが配列されてなる円周状部分が径方向に複数存在する場合、つまり円周状部分が多重に形成される場合、スロット群の数が最も少ない円周状部分のスロット群の数を平面アンテナ３１の円周方向のスロット群の数とする。
【００４５】
＜マイクロ波プラズマ処理装置の動作＞
次に、このように構成されるマイクロ波プラズマ処理装置１００の動作について説明する。
【００４６】
まず、ゲートバルブ２６を開にして搬入出口２５から被処理体であるウエハＷをチャンバー１内に搬入し、サセプタ２上に載置する。
【００４７】
そして、ガス供給機構１６からガス導入部１５を介してチャンバー１内に所定のガスを導入し、マイクロ波発生装置３９からの所定のパワーのマイクロ波を、マッチング回路３８を経て導波管３７に導く。導波管３７に導かれたマイクロ波は、矩形導波管３７ｂをＴＥモードで伝播される。ＴＥモードのマイクロ波はモード変換器４０でＴＥＭモードにモード変換され、ＴＥＭモードのマイクロ波が同軸導波管３７ａをＴＥＭモードで伝播される。そして、ＴＥＭモードのマイクロ波は、遅波材３３、平面アンテナ３１のスロット３２、およびマイクロ波透過板２８を透過し、チャンバー１内に放射される。
【００４８】
マイクロ波は表面波としてマイクロ波透過板２８の直下領域にのみ広がり、表面波プラズマが生成される。そして、プラズマは下方に拡散し、ウエハＷの配置領域では、高電子密度かつ低電子温度のプラズマとなる。
【００４９】
このとき、チャンバー１内に放射されたマイクロ波により生成される表面波プラズマは、平面アンテナ３１が３以上のスロット群を有する場合、電界強度が高いスロット群に対応する位置が多数存在するので、高次モードのプラズマを誘導する傾向がある。しかし、スロット群の数が偶数の場合、プラズマモードの重ね合せにより、低次モードであるＴＭ１１も発生してしまう。ＴＭ１１は、径方向に１つ、周方向に半周で１つのプラズマモードが発生するモードであり、図３に示すような２つのプラズマモードが出現するため、ＴＭ１１が発生するとプラズマが不均一となってしまう。
【００５０】
これに対し、円周方向のスロット群の数が３以上の奇数である場合には、スロット群の数に対応して発生した複数のプラズマモードの重ね合せによってもＴＭ１１は発生しない。本例の平面アンテナ３１は、円周方向のスロット群６０の数が７個であり、図４に示すようにスロット群に対応した複数のプラズマモードが発生するが、スロット群の数が奇数かつ素数なので、スロット群の数よりも低次モードのプラズマは発生せず、ＴＭ１１は発生しない。このため、円周方向に均一性の高いプラズマを生成することができ、均一性の高いプラズマ処理を行うことができる。
【００５１】
プラズマ処理としてプラズマＣＶＤにより膜形成を行う場合には、成膜用のガスをプラズマにより励起して被処理体であるウエハＷの表面で反応させ、必要に応じて高周波電源９からイオン引き込み用の高周波バイアスを所定パワーで印加して、所定の膜を成膜する。例えばＳｉＮ膜を成膜する場合には、ガス供給機構１６からガス導入部１５を介して、プラズマ生成ガス、例えばＡｒガス等の希ガスを供給してマイクロ波プラズマを生成するとともに、モノシラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）等のシリコン原料ガス、およびＮ２やＮＨ３等の窒素含有ガスを供給して、これらをプラズマにより励起し、これらをウエハＷの表面で反応させる。
【００５２】
この場合に、上述したように、平面アンテナ３１は、円周方向のスロット群の数が３以上の奇数になるようにスロット３２が設けられており、低次モードであるＴＭ１１モードが発生しないので、円周方向のプラズマの均一性が高く、円周方向の膜厚均一性が高い成膜処理を行うことができる。
【００５３】
円周方向の膜厚均一性は、ウエハＷの所定半径位置における円周方向の厚さ分布で求めることができ、その指標としてオーバルスキュー（Oval skew；楕円度）で求めることができる。オーバルスキューは円周方向の厚さ分布が真円からどの程度離れているかを％で表したものであり、本実施形態のように、平面アンテナにおける円周方向のスロット群の数を奇数にすることにより、オーバルスキューの値を低くすることができる。プラズマＣＶＤによりＳｉＮ膜を成膜する場合には、円周方向のオーバルスキューの値を１．７％以下という小さい値にすることができる。
【００５４】
＜実験結果＞
次に、実験結果について説明する。
図１に示すマイクロ波プラズマ処理装置において、平面アンテナとして図２に示す本発明例のスロットパターンを有するものと、図５に示す従来のものを用いてプラズマＣＶＤによりＳｉＮ膜を成膜した。プラズマ生成ガスとしてＡｒガス、Ｓｉ原料ガスとしてＳｉＨ４、窒素含有ガスとしてＮ２ガスを用いて、マイクロ波パワー：２０００〜５０００Ｗ、処理温度：２００〜６００℃、処理圧力：５〜１００ＰａでＳｉＮ膜を成膜した。
【００５５】
なお、図５の従来の平面アンテナは、ハ字状に対をなすスロット対が円周方向に形成された円周部部分を径方向に３つ有しており、円周方向のスロット群の数は、その数が最も少ない最内側部分の８個である。
【００５６】
それぞれの平面アンテナを用いて複数のウエハに対してＳｉＮ膜を成膜し、膜厚の円周方向の均一性を求めた。膜厚の円周方向均一性の指標としてはオーバルスキューを用いた。
【００５７】
オーバルスキューは、以下のようにして求めた。
図６に示すように、ウエハの円周状に等間隔で２４点とり、中心から半径１４７ｍｍの位置の膜厚（オングストローム）を求め、対向する２つの位置の膜厚の平均値を順次求める。
すなわち
（ポジション１の膜厚＋ポジション１３の膜厚）／２＝１１２７．１
（ポジション２の膜厚＋ポジション１４の膜厚）／２＝１１３４．８
（ポジション３の膜厚＋ポジション１５の膜厚）／２＝１１４０．０
（ポジション４の膜厚＋ポジション１６の膜厚）／２＝１１４０．５
・                                ・
・                                ・
というように
（ポジション１２の膜厚＋ポジション２４の膜厚）／２まで順次求め、得られた１２個のデータの最大値、最小値および平均値を求め、以下の式で算出した。
オーバルスキュー＝（最大値−最小値）／平均値×１００（％）
オーバルスキューの値が小さいほど膜厚分布が真円に近づき、円周方向の膜厚の均一性が高くなる。
【００５８】
オーバルスキューの結果を図７に示す。図７は、得られたＳｉＮ膜の膜質（屈折率ＲＩの値）を横軸にとり、縦軸にオーバルスキューの値をとって、図２のスロット群の数が７つの平面アンテナを用いた本発明例と、図５のスロット群の数が８つの平面アンテナを用いた従来例とについて、これらの関係を示す図である。
【００５９】
図７に示すように、ＴＭ１１モードが発生する従来例の場合には、大部分がオーバルスキューが１．７％を超えていたのに対し、ＴＭ１１モードが発生しない本発明例の場合には、オーバルスキューの値が１．７％よりも低い値となった。
【００６０】
以上から、円周方向のスロット群の数を奇数にすることにより、偶数の場合よりもプロセスの均一性が高まることが確認された。
【００６１】
＜他の適用＞
以上、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、本発明の思想の範囲内において種々変形可能である。
【００６２】
例えば、上記実施形態では、マイクロ波プラズマ処理として、プラズマＣＶＤを例にとって説明したが、これに限らず、プラズマエッチングや、プラズマ酸化処理、プラズマ窒化処理等の他のプラズマ処理にも適用可能である。
【００６３】
また、被処理体としては、円周方向のプロセス均一性が要求されるものであれば、半導体ウエハに限るものではなく、ガラス基板やセラミックス基板等の他の被処理体であってもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１；チャンバー
２；サセプタ
５；ヒーター
１５；ガス導入部
１６；ガス供給機構
２４；排気機構
２８；マイクロ波透過板
３１；平面アンテナ
３２；スロット
３３；遅波材
３７；導波管
３８；マッチング回路
３９；マイクロ波発生装置
４０；モード変換器
５０；制御部
６０；スロット群
６１；スロット対
１００；マイクロ波プラズマ処理装置
Ｗ；半導体ウエハ（被処理体）
【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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