(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマを用いて処理される試料を載置する載置面を有する載置台と；
前記載置台を収容する有底円筒形状の処理容器と；
前記載置面に対向して配設され、前記処理容器を封止し、かつ前記プラズマを生成するマイクロ波を透過させて前記処理容器内に導入する封止部材と；
前記封止部材の上面の一部および外周側面を覆う導電性金属の円形蓋状に成形された、前記処理容器と同じ直径を有するカバー部材と；
前記マイクロ波を導入するマイクロ波導入口が周側面に開設された環状のチャンネル状部材であって、前記導入されたマイクロ波を矩形ＴＥ１０モードで伝播させ、前記マイクロ波導入口に対向する位置に衝突させ定在波が発生する環状のチャンネル状部材と；
前記マイクロ波導入口で前記チャンネル状部材に連結され、前記入射されたマイクロ波を前記チャンネル状部材に導入する導入部とを備え；
前記カバー部材は、前記チャンネル状部材の開放された部分を閉止し、さらに前記チャンネル状部材と前記封止部材との間に、前記封止部材及び前記チャンネル状部材に対向して配設され、前記矩形ＴＥ１０モードのマイクロ波が通過するスリットが前記チャンネル状部材を伝播する矩形ＴＥ１０モードのマイクロ波の進行方向に直交するように放射状に開設され；
前記チャンネル状部材の中心線に囲まれる面積が、前記載置面の前記試料を載置する載置面積より大きくなるよう構成されたことを特徴とする；
マイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項２】
プラズマを用いて処理される試料を載置する載置面を有する載置台と；
前記載置台を収容する有底円筒形状の処理容器と；
前記載置面に対向して配設され、前記処理容器を封止し、かつ前記プラズマを生成するマイクロ波を透過させて前記処理容器内に導入する封止部材と；
前記封止部材の上面の一部および外周側面を覆う導電性金属の円形蓋状に成形された、前記処理容器と同じ直径を有するカバー部材と；
前記マイクロ波を導入するマイクロ波導入口が周側面に開設された環状のチャンネル状部材であって、前記導入されたマイクロ波を矩形ＴＥ１０モードで伝播させ、前記マイクロ波導入口に対向する位置に衝突させ定在波が発生する環状のチャンネル状部材と；
前記マイクロ波導入口で前記チャンネル状部材に連結され、前記入射されたマイクロ波を前記チャンネル状部材に導入する導入部とを備え；
前記カバー部材は、前記チャンネル状部材の開放された部分を閉止し、さらに前記チャンネル状部材と前記封止部材との間に、前記封止部材及び前記チャンネル状部材に対向して配設され、前記矩形ＴＥ１０モードのマイクロ波が通過するスリットが前記チャンネル状部材を伝播する矩形ＴＥ１０モードのマイクロ波の進行方向に直交するように放射状に開設され；
前記チャンネル状部材の内周円で囲まれる面積が、前記載置面の前記試料を載置する載置面積より大きくなるよう構成され、前記プラズマの中心部の均一な領域を前記試料の被処理面に対向させるように構成されたことを特徴とする；
マイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項３】
マイクロ波を透過する封止部材で封止された有底円筒形状の処理容器内の圧力を真空に保持し；
前記処理容器内にプラズマを生成するマイクロ波を、周側面に開設されたマイクロ波導入口から環状のチャンネル状部材に導入し、前記導入されたマイクロ波を矩形ＴＥ１０モードで伝播させ；
前記伝播された矩形ＴＥ１０モードのマイクロ波を、前記チャンネル状部材から、前記チャンネル状部材の開放された部分を閉止し、前記封止部材の上面の一部および外周側面を覆う導電性金属の円形蓋状に成形され、前記処理容器と同じ直径を有するカバー部材であって、前記チャンネル状部材と前記封止部材との間に、前記封止部材及び前記チャンネル状部材に対向して配設させたカバー部材に形成されたスリットを通過させて、かつ前記封止部材を透過させて、前記処理容器内に導入し；
前記処理容器内に配設された載置台の前記スリットに対向した載置面上に配置された試料を前記処理容器内に導入された矩形ＴＥ１０モードのマイクロ波によって生成されたプラズマを用いて処理することを特徴とするマイクロ波プラズマ処理方法において；
前記プラズマは、前記チャンネル状部材内を伝播する矩形ＴＥ１０モードのマイクロ波の進行方向に直交するように放射状に配設された前記スリットを通過した前記矩形ＴＥ１０モードのマイクロ波によって生成され；
前記チャンネル状部材の中心線に囲まれる面積が、前記試料の面積より大きくなるよう構成されたことを特徴とする；
マイクロ波プラズマ処理方法。
【請求項４】
処理容器内に配設された載置台上に配置された試料をマイクロ波によって生成されたプラズマを用いて処理することを特徴とするマイクロ波プラズマ処理方法において；
前記マイクロ波を透過する封止部材で封止された有底円筒形状の前記処理容器内の圧力を真空に保持し；
前記処理容器内にプラズマを生成するマイクロ波を、周側面に開設されたマイクロ波導入口から、内周円を有し、該内周円で囲まれる面積が前記試料の面積より大きくなるように構成された環状のチャンネル状部材に導入し、前記導入されたマイクロ波を矩形ＴＥ１０モードで伝播させ；
前記伝播された矩形ＴＥ１０モードのマイクロ波を、前記チャンネル状部材から、前記チャンネル状部材の開放された部分を閉止し、前記封止部材の上面の一部および外周側面を覆う導電性金属の円形蓋状に成形され、前記処理容器と同じ直径を有するカバー部材であって、前記チャンネル状部材と前記封止部材との間に、前記封止部材及び前記チャンネル状部材に対向して配設させたカバー部材に形成したスリットを通過させて、かつ前記封止部材を透過させて、前記処理容器内に導入し；
前記プラズマは、前記チャンネル状部材内を伝播する矩形ＴＥ１０モードのマイクロ波の進行方向に直交するように放射状に配設された前記スリットを通過した前記矩形ＴＥ１０モードのマイクロ波によって生成されることを特徴とする；
マイクロ波プラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波を利用して処理容器内にプラズマを生成し、生成したプラズマによって半導体基板、液晶ディスプレイ用ガラス基板等の被処理物に対し、エッチング、アッシングまたはＣＶＤ（Ｃhemical  Ｖapor  Ｄeposition）等の処理を施すマイクロ波プラズマ処理装置、及びマイクロ波プラズマ処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来のマイクロ波プラズマ処理装置を模式的に示した正面断面図であり、図７は、図６に示した同装置の模式的平面図である。図中３１は処理容器を示しており、金属製導体により構成され、処理室３２を画成している。処理容器３１の鉛直方向上部には、耐熱性とマイクロ波透過性を有し、かつ誘電損失が小さい石英ガラス、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の誘電体板を用いて形成された封止板３４により、気密状態に封止されている。
【０００３】
処理容器３１には、処理容器３１の上部を覆うカバー部材４０が連結してある。このカバー部材４０内の天井部分には誘電体線路４１が取り付けてあり、該誘電体線路４１と封止板３４の間にはエアギャップ４３が形成されている。誘電体線路４１はテフロン（登録商標）といったフッ素樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂又は石英等の誘電体からなり、導波管２１の幅から処理容器３１を覆う程度の幅までテーパ状に拡げた略５角形に形成されている。
【０００４】
処理容器３１内の封止板３４とは対向する位置に、試料である基板Ｗを載置するための載置台３３が配設されており、処理容器３１の底部壁３１Ｂには図示しない排気装置に接続される排気口３８が形成され、処理容器３１の側壁３１Ａには所要の反応ガスを供給するためのガス供給管３５が接続されている。
【０００５】
このように構成されたマイクロ波プラズマ処理装置を用いて、例えば載置台３３上に載置された半導体の基板Ｗに例えばエッチング処理を施す場合、排気口３８から排気を行って処理容器３１内を所要の真空度に設定した後、ガス供給管３５から反応ガスを供給する。次いで、マイクロ波発振器２０においてマイクロ波を発振させ、導波管２１を介してマイクロ波を均一に拡げて伝播させるため、テーパ部４１Ａを含む誘電体線路４１に導入する。すると誘電体線路４１下方に均一な電界が形成され、形成された電界がエアギャップ４３及び封止板３４を透過して処理容器３１内に供給されて均一なプラズマが生成され、このプラズマによって半導体の基板Ｗの表面に対しエッチング等の均一な処理がなされる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来のマイクロ波プラズマ処理装置では誘電体線路４１に、マイクロ波を均一に拡がらせ伝播するために、封止板３４及び処理容器３１の縁部に対応する位置から水平方向へ突出させたテーバ部４１Ａを設けてあり、このテーパ部４１Ａは誘電体線路４１の面積、すなわち処理容器３１のサイズに応じて所定の寸法に定めてある。そのため、従来のマイクロ波プラズマ処理装置を設置する場合、処理容器３１周縁から突出させたテーパ部４１Ａを格納するための水平方向のスペースを余分に確保しなければならない。
【０００７】
ところで、試料である基板Ｗの大口径化に伴って、処理容器３１のサイズがさらに大きいマイクロ波プラズマ処理装置が要求され、同時に確実に均一なプラズマ処理を行うことが要求されている。このとき、装置の設置場所を手当する場所がないこと、すなわち可及的に狭いスペースで設置しうることも要求されている。しかしながら、従来の装置にあっては、テーパ部４１Ａの寸法は処理容器３１のサイズに応じて定めるため、前述したこれらの要求を同時に満足することができない。
【０００８】
本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、被処理物である基板の直径が大きくても装置全体のサイズを可及的に小さくでき、小さなスペースに設置することができ、さらに確実に均一な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を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明によるマイクロ波プラズマ処理装置は、図１に示すように、プラズマを用いて処理される試料Ｗを載置する載置面３Ａを有する載置台３と；載置台３を収容する有底円筒形状の処理容器１と；載置面３Ａに対向して配設され、処理容器１を封止し、かつ前記プラズマを生成するマイクロ波を透過させて処理容器１内に導入する封止部材４と；封止部材４の上面の一部および外周側面を覆う導電性金属の円形蓋状に成形された、処理容器１と同じ直径を有するカバー部材１０と； 前記マイクロ波を導入するマイクロ波導入口１３Ａが周側面に開設された環状のチャンネル状部材１２であって、前記導入されたマイクロ波を矩形ＴＥ１０モードで伝播させ、マイクロ波導入口１３Ａに対向する位置に衝突させ定在波が発生する環状のチャンネル状部材１２と；マイクロ波導入口１３Ａでチャンネル状部材１２に連結され、前記入射されたマイクロ波をチャンネル状部材１２に導入する導入部１３とを備え；カバー部材１０は、チャンネル状部材１２の開放された部分を閉止し、さらにチャンネル状部材１２と封止部材４との間に、封止部材４及びチャンネル状部材１２に対向して配設され、前記矩形ＴＥ１０モードのマイクロ波が通過するスリット１５、１５、…がチャンネル状部材１２内を伝播する矩形ＴＥ１０モードのマイクロ波の進行方向に直交するように放射状に開設され；チャンネル状部材１２の中心線に囲まれる面積が、載置面３Ａの試料Ｗを載置する載置面積より大きくなるよう構成されたことを特徴とする。
【００１０】
環状のチャンネル状部材は、典型的には、チャンネル状に形成された部材の縦断面の一部が開放されたチャンネル状部材を環状に形成したものであり、その開放部分をカバー部材が閉止するように構成される。カバー部材は、環状のチャンネル状部材と一体に形成してもよいし、別部材として形成してもよい。一体に形成するときは、縦断面の一部が開放されたチャンネル状部材とカバー部材とで、閉じた断面のチャンネル状部材を構成することになる。環状のチャンネル状部材とカバー部材とを含んでアンテナが構成される。また、環状とは環の一部が欠落した形状であるＣ字形状をも含む概念であるとする。環の一部が欠落しているためチャンネル状部材の中心線が一部欠落している場合は、欠落している部分に環が存在し、中心線も存在していると仮定して面積を求める。
【００１１】
マイクロ波導入口から環状のチャンネル状部材内に入射されたマイクロ波はチャンネル状部材内を互いに逆方向へ進行する進行波となってチャンネル状部材内を伝播し、両進行波はチャンネル状部材の導入口に対向する位置で互いに衝突して定在波が形成される。
【００１２】
この定在波によって、チャンネル状部材の壁面に所定の間隔で極大になる電流が通流する。チャンネル状部材の下には、封止部材及びチャンネル状部材に対向して配設されたカバー部材にスリットが開設してあり、前述の電流によってスリットを挟んでチャンネル状部材の内外で電位差が生じ、この電位差によってスリットから封止部材へ電界が均等に放射される。即ち、チャンネル状部材から封止部材へ矩形ＴＥ１０モードのマイクロ波が伝播し、矩形ＴＥ１０モードのマイクロ波は封止部材内部をその周辺部から中心部へ伝播する。この矩形ＴＥ１０モードのマイクロ波は封止部材を透過して処理室内へ導入され、その矩形ＴＥ１０モードのマイクロ波によってプラズマが生成される。プラズマは処理室内部で、チャンネル状部材の真下に対応する領域においてプラズマを高密度で均一に維持しながら、この領域の周辺部から中央部に広がる。
【００１３】
このようにチャンネル状部材内へ直接的にマイクロ波を入射することができるため、チャンネル状部材は処理室を画成する処理容器から突出することなく、したがってプラズマ処理装置の水平方向の寸法を可及的に小さくすることができる。一方、矩形ＴＥ１０モードのマイクロ波はチャンネル状部材から処理室の略全域に導かれて、スリットから放射されるため、処理室内へ矩形ＴＥ１０モードのマイクロ波を均一に導入することができる。さらに、チャンネル状部材の内径を所要の寸法になすことによって、チャンネル状部材内に単一なモード（基本モード）の定在波を形成することができ、これによってエネルギ損失を可及的に少なくすることができる。
【００１４】
環状のチャンネル状部材の中心線で囲まれる面積を、載置台の載置面の試料が載置される載置面積より大きくなるように構成しているので、プラズマの中心部の均一な領域のみを試料の被処理面に対向させることができ、プラズマ処理の均一性を容易に向上させることができる。
【００１５】
ここで環状のチャンネル状部材の中心線とは、環の内周曲線と外周曲線の間にある曲線、円環の場合は外周円と内周円の間にある円形状の中心線のことをいうものとする。試料が載置される載置面積とは、試料が円形の基板の場合は、基板の外周円に囲まれた面積をいう。環状のチャンネル状部材はマイクロ波を伝播させる誘電体が内嵌されたものであってもよい。
【００１６】
なお、試料の載置面積は、環状のチャンネル状部材の内周円で囲まれた面積よりも小さくすることが望ましい。より均一性の高いプラズマによって試料をプラズマ処理できるからである。
【００１７】
上記目的を達成するために、請求項２に係る発明によるマイクロ波プラズマ処理装置は、図１に示すように、プラズマを用いて処理される試料Ｗを載置する載置面３Ａを有する載置台３と；載置台３を収容する有底円筒形状の処理容器１と；載置面３Ａに対向して配設され、処理容器１を封止し、かつ前記プラズマを生成するマイクロ波を透過させて処理容器１内に導入する封止部材４と；封止部材４の上面の一部および外周側面を覆う導電性金属の円形蓋状に成形された、処理容器１と同じ直径を有するカバー部材１０と； 前記マイクロ波を導入するマイクロ波導入口１３Ａが周側面に開設された環状のチャンネル状部材１２であって、前記導入されたマイクロ波を矩形ＴＥ１０モードで伝播させ、マイクロ波導入口１３Ａに対向する位置で衝突させ定在波が発生する環状のチャンネル状部材１２と；マイクロ波導入口１３Ａでチャンネル状部材１２に連結され、前記入射されたマイクロ波をチャンネル状部材１２に導入する導入部１３とを備え；カバー部材１０は、チャンネル状部材１２の開放された部分を閉止し、さらにチャンネル状部材１２と封止部材４との間に、封止部材４及びチャンネル状部材１２に対向して配設され、前記矩形ＴＥ１０モードのマイクロ波が通過するスリット１５、１５、…がチャンネル状部材１２内を伝播する矩形ＴＥ１０モードのマイクロ波の進行方向に直交するように放射状に開設され；チャンネル状部材１２の内周円で囲まれる面積が、載置面３Ａの試料Ｗを載置する載置面積より大きくなるよう構成され、前記プラズマの中心部の均一な領域を試料Ｗの被処理面に対向させるように構成されたことを特徴とする。
【００１８】
上記目的を達成するために、請求項３に係る発明によるマイクロ波プラズマ処理方法は、図１に示すように、マイクロ波を透過する封止部材４で封止された有底円筒形状の処理容器１内の圧力を真空に保持し；処理容器１内にプラズマを生成するマイクロ波を、周側面に開設されたマイクロ波導入口１３Ａから環状のチャンネル状部材１２に導入し、前記導入されたマイクロ波を矩形ＴＥ１０モードで伝播させ；前記伝播された矩形ＴＥ１０モードのマイクロ波を、チャンネル状部材１２から、チャンネル状部材１２の開放された部分を閉止し、封止部材４の上面の一部および外周側面を覆う導電性金属の円形蓋状に成形され、処理容器１と同じ直径を有するカバー部材１０であって、チャンネル状部材１２と封止部材４との間に、封止部材４及びチャンネル状部材１２に対向して配設されたカバー部材１０に形成されたスリット１５、１５、…を通過させて、かつ封止部材４を透過させて、処理容器１内に導入し；処理容器１内に配設された載置台３のスリット１５、１５、…に対向した載置面３Ａ上に配置された試料Ｗを処理容器１内に導入された矩形ＴＥ１０モードのマイクロ波によって生成されたプラズマを用いて処理することを特徴とするマイクロ波プラズマ処理方法において；前記プラズマは、チャンネル状部材１２内を伝播する矩形ＴＥ１０モードのマイクロ波の進行方向に直交するように放射状に配設されたスリット１５、１５、…を通過した前記矩形ＴＥ１０モードのマイクロ波によって生成され；チャンネル状部材１２の中心線に囲まれる面積が、試料Ｗの面積より大きくなるよう構成されることを特徴とする。
【００１９】
上記目的を達成するために、請求項４に係る発明によるマイクロ波プラズマ処理方法は、図１に示すように、処理容器１内に配設された載置台３上に配置された試料Ｗを前記マイクロ波によって生成されたプラズマを用いて処理することを特徴とするマイクロ波プラズマ処理方法において；マイクロ波を透過する封止部材４で封止された有底円筒形状の処理容器１内の圧力を真空に保持し；処理容器１内にプラズマを生成するマイクロ波を、周側面に開設されたマイクロ波導入口１３Ａから、内周円を有し、該内周円で囲まれる面積が試料Ｗの面積より大きくなるように構成された環状のチャンネル状部材１２に導入し、前記導入されたマイクロ波を矩形ＴＥ１０モードで伝播させ；前記伝播された矩形ＴＥモードのマイクロ波を、チャンネル状部材１２から、チャンネル状部材１２の開放された部分を閉止し、封止部材４の上面の一部および外周側面を覆う導電性金属の円形蓋状に成形され、処理容器１と同じ直径を有するカバー部材１０であって、チャンネル状部材１２と封止部材４との間に、封止部材４及びチャンネル状部材１２に対向して配設させたカバー部材１０に形成したスリット１５、１５、…を通過させて、かつ封止部材４を透過させて、処理容器１内に導入し；前記プラズマは、チャンネル状部材１２内を伝播する前記導入されたマイクロ波を矩形ＴＥ１０モードで伝播させマイクロ波の進行方向に直交するように放射状に配設されたスリット１５、１５、…を通過した前記矩形ＴＥ１０モードのマイクロ波によって生成されることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の構造を示す模式的正面断面図である。図２は、図１に示したマイクロ波プラズマ処理装置の模式的平面図である。本実施の形態のマイクロ波プラズマ処理装置は、全体がアルミニュウムで形成された有底円筒形状の処理容器１を備える。処理容器１はその内部で試料である基板Ｗの処理が行われる処理室２を画成する。処理容器１の上部にはマイクロ波導入窓が開設してあり、このマイクロ波導入窓は封止部材としての封止板４で気密状態に封止されている。封止板４は、耐熱性及びマイクロ波透過性を有すると共に誘電損失が小さい、石英ガラス、またはアルミナ等の誘電体で形成されている。
【００２２】
前述した封止板４の上面の一部及び外周側面は、導電性金属を円形の蓋状に成形してなるカバー部材１０で覆われており、カバー部材１０は処理容器１上に固定してある。カバー部材１０の上面には、処理容器１内ヘマイクロ波を導入するためのアンテナ１１が設けてある。アンテナ１１は、カバー部材１０の上面に固定してあり、環状に成形してなるチャンネル状部材としての環状導波管型アンテナ部１２を備えている。カバー部材１０の環状導波管型アンテナ部１２に対向する部分には複数のスリット１５、１５、…が開設してある。カバー部材１０はスリット板を兼ねている。
【００２３】
環状導波管型アンテナ部１２は、処理容器１の内周面より少し内側に、処理容器１の中心軸と同心円上に設けてある。さらに、その外周面に設けた導入口１３Ａには環状導波管型アンテナ部１２ヘマイクロ波を導入するための管状の導入部１３が、環状導波管型アンテナ部１２の直径方向に水平に配置されて、環状導波管型アンテナ部１２に連結されている。環状導波管型アンテナ部１２と導入部１３がアンテナ１１を構成する。導入部１３及び環状導波管型アンテナ部１２内には、テフロン（登録商標）のようなフッ素樹脂、ポリエチレン樹脂またはポリスチレン樹脂（好ましくはテフロン）等の誘電体１４が内部空間ほぼ全体に装入してある。導入部１３には水平に配置された棒状体の導波管２１が接続されており、導波管２１にはマイクロ波発振器２０が接続されている。導波管２１の外径は導入部１３の外径に等しくなっている。
【００２４】
マイクロ波発振器２０が発振したマイクロ波は、導波管２１を経てアンテナ１１の導入部１３に入射される。この入射波は、導入部１３から環状導波管型アンテナ部１２へ導入される。環状導波管型アンテナ部１２へ導入されたマイクロ波は、環状導波管型アンテナ部１２を互いに逆方向へ進行する進行波として、環状導波管型アンテナ部１２内の誘電体１４中を伝播する。両進行波は、環状導波管型アンテナ部１２の導入口１３Ａに対向する位置で衝突し、定在波が生成される。
【００２５】
この定在波によって、環状導波管型アンテナ部１２の内面に、所定の間隔で極大値を示す電流が通流する。この電流によってスリット１５、１５、…を挟んで環状導波管型アンテナ部１２の内外で電位差が生じ、この電位差によってスリット１５、１５、…から封止板４へ電界が均等に放射される。即ち、環状導波管型アンテナ部１２から封止板４へマイクロ波が伝播し、マイクロ波は封止板４内部をその周辺部から中心部へ伝播して、環状導波管型アンテナ部１２から封止板４へ電界が放射される。電流が環状導波管型アンテナ部１２の内面を通流するとき、環状導波管型アンテナ部１２内を伝播するマイクロ波のモードを基本伝播モードである矩形ＴＥ１Ｏにすべく、マイクロ波の周波数２．４５ＧＨｚに応じて、環状導波管型アンテナ部１２の寸法が決定される（例えば、高さ２７ｍｍ、幅６６．２ｍｍ）。このモードのマイクロ波は、単一な基本モードでありエネルギを殆ど損失することなく環状導波管型アンテナ部１２内の誘電体１４を伝播する。
【００２６】
また、例えば直径が３８０ｍｍ、厚さが２０ｍｍの封止板４を用い、環状導波管型アンテナ部１２内にεｒ（誘電体の比誘電率）＝２．１のテフロン（登録商漂）を装入した場合は、環状導波管型アンテナ部１２の環中心から環状導波管型アンテナ部１２の幅方向の中央までの寸法を１４１ｍｍにするとよい。この場合、環状導波管型アンテナ部１２の幅方向の中央を結ぶ円Ｃ（図４参照）の周方向の長さ（例えば略８８６ｍｍ）は、環状導波管型アンテナ部１２内を伝播するマイクロ波の波長（略１１０ｍｍ）の略整数倍である。そのため、マイクロ波は環状導波管型アンテナ部１２内で共振して、前述した定在波は、その腹の位置で高電圧・低電流、節の位置で低電圧・高電流となり、アンテナ１１のＱ値が向上する。即ち、アンテナ１１内に形成される定在波の振幅が増大し、高電界強度のマイクロ波がスリット１５、１５、…から処理容器１へ放射される。
【００２７】
図３は、図１及び図２に示したスリット１５、１５、…を説明する説明図である。図３に示したように、矩形（長方形）のスリット１５、１５、…は、その長さ方向が、環状導波管型アンテナ部１２の直径方向へ、即ち環状導波管型アンテナ部１２内を伝播するマイクロ波の進行方向に直交するように開設してある。
【００２８】
各スリット１５、１５、…は、導入部１３の長手方向の中心線を延長した延長線Ｌと前述した円Ｃとが交わる２点の内の導入部１３から離隔した側である交点Ｐ１から、円Ｃに沿ってその両方向へ、それぞれλｇ／４（λｇはアンテナ内を伝播するマイクロ波の波長）を隔てた位置に、２つのスリット１５、１５を開設してあり、両スリット１５、１５から、円Ｃに沿ってその両方向へ、λｇ／２の間隔で複数の他のスリット１５、１５、…がそれぞれ開設してある。このようにすると複数の電界強度の強い領域が、環状導波管型アンテナ部１２の環中心及び棒状体である導入部１３の長手方向の中心線に対称になるように誘電体１４に形成される。
【００２９】
前述した各スリット１５、１５、…は、隣合う電界強度が強い領域の間に位置しており、各スリット１５、１５、…から強電界強度の電界が漏出し、この電界は封止板４を透過して処理容器１内へ導入される。つまり、処理容器１内ヘプラズマを生成するマイクロ波が導入される。前述したように各スリット１５、１５、…は、カバー部材１０に略放射状に設けてあるため、マイクロ波は処理容器１内の全領域に均一に導入される。
【００３０】
一方、図１に示したように、アンテナ１１は処理容器１の直径と同じ直径のカバー部材１０上に、カバー部材１０の周縁から突出することなく設けてあるため、処理容器１の直径が大きくても、マイクロ波プラズマ処理装置の処理容器１以外のサイズを小さくできる。したがって、マイクロ波プラズマ処理装置を小さなスペースに設置し得る。また、逆の言い方をすればアンテナ１１を大きくすれば、大きい基板を均一に処理することができる。
【００３１】
処理容器１の側壁１Ａには、側壁１Ａを水平に貫通するガスノズル６が開設してあり、処理容器１を排気口１８から排気して処理容器１内をプラズマが生じる真空圧力より僅かに真空度の高い圧力にした後に、ガスノズル６に接続されたガス導入管５から処理室２内に所要のガスが導入される。処理室２の底部壁１Ｂ中央には、載置面３Ａを有し、試料である基板Ｗを載置面３Ａ上に載置する載置台３が設けてあり、載置台３にはマッチングボックス１６を介して高周波電源７が接続されている。また、処理容器１の底部壁１Ｂには排気口１８が開設してあり、排気口１８から処理室２の内部のガスを排出するようになしてある。
【００３２】
載置台３の基板Ｗを載置する載置面積（基板Ｗの面積）は、環状導波管型アンテナ部１２の中心線で囲まれた面積、即ち環状導波管型アンテナ部１２の外周円と内周円の真ん中を通る直径ＤＡ２円の面積よりも小さく形成されている。例えば、基板の直径ＤＷが２００ｍｍのとき中心線で囲まれた円の直径ＤＡ２を２８２ｍｍにし、さらに載置面積を環状導波管型アンテナ部１２の直径ＤＡ１の内周円の面積より小さくすると、プラズマ処理の均一性がよくなる。
【００３３】
このようなマイクロ波プラズマ処理装置を用いて試料である基板Ｗの表面に例えばエッチング処理を施すには、排気口１８から排気して処理室２内を所望の新旧圧力まで減圧した後、ガス導入管５から処理室２内に反応ガスを供給する。
【００３４】
次いで、マイクロ波発振器２０からマイクロ波を発振させ、それを導波管２１を経てアンテナ１１に導入し、アンテナ１１内に定在波を形成させる。この定在波によって、アンテナ１１のスリット１５、１５、…から放射された電界は、封止板４を透過して処理室２内へ導入され、処理室２内に均一なプラズマが生成され、このプラズマによって試料である基板Ｗの表面を均一にエッチングする。
【００３５】
直径ＤＷの外周円を有する基板Ｗを載置した載置台３上に生じるプラズマの密度は基板Ｗの中心部領域において高く、中心からある距離まではほぼ一定の値を維持するが、中心からある距離を超えると徐々にその値が低下する（図５参照）。その値の低下は、一般に環状導波管型アンテナ部１２の内周円（直径ＤＡ１）と外周円の真ん中の中心線で囲まれた円（直径ＤＡ２）を超えるまでは小さいが、外周円を超えると大きく低下する。このプラズマ密度の低下は、基板のエッチングレートの均一性の低下を招く。エッチングレートの均一性は１０％以下が許容値であるが、環状導波管型アンテナ部１２の直径ＤＡ１の内周円の面積を、基板Ｗの外周円で囲まれた面積よりも大きくすれば、エッチングレートの均一性を４％以内に抑えることができる。ここで、エッチングレートの均一性とは、エッチングレートの（最大値−最小値）／（最大値＋最小値）に１００を掛けたパーセント数字で表される。
【００３６】
したがって、均一なプラズマ処理のためには、環状導波管型アンテナ部１２の内周円と外周円の真ん中の中心線で囲まれた直径ＤＡ２の円の面積を、直径ＤＷの基板Ｗの外周円で囲まれた面積（載置台３の基板Ｗを載置する面積）よりも大きくすることが望ましい。環状導波管型アンテナ部１２の直径ＤＡ１の内周円の面積を、基板Ｗの外周円で囲まれた面積よりも大きくすることがさらに望ましい。
【００３７】
載置台３にはマッチングボックス１６を介して高周波電源７が接続されているので、載置台３に載置された基板Ｗにバイアス電位が生じ、高周波電源７の電力を制御することによりバイアス電位を制御し、プラズマ中のイオンのエネルギを独立に制御して、基板Ｗの加工性（エッチング形状等）を向上させることができる。
【００３８】
次に、図４の平面図を参照し本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、以下の図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号を付し、重複した説明は省略する。
【００３９】
本発明の第２の実施の形態として、環状のチャンネル状部材としての導波管型アンテナ部１１２は円環形状ではなく、チャンネル状の部材を一平面内で円環の一部が欠落した円弧状（Ｃ字状）である。この場合、導波管型アンテナ部１１２の一端は導入部１３に接続され、他端は閉じた構造になっている。また導入部１３の長手方向の中心線は、導波管型アンテナ部１１２の内部中心を結んだ中心線に接するように取り付けられている。
【００４０】
導波管型アンテナ部１１２を円環状形であると仮定して考えた中心線の直径がＤＡ２であり、試料としての基板Ｗの外周円の直径がＤＷであり、ＤＡ２はＤＷより大きい。直径ＤＡ２の想像上の中心線で囲まれた面積は、基板Ｗの外周円の面積より大きい。よって、基板Ｗに均一なプラズマを対向させることができ、均一なプラズマ処理を行うことができる。
【００４１】
次に、プラズマの密度を計測した結果のデータを以下に示す。マイクロ波プラズマ処理装置は１２インチウエハ用の装置である。主要寸法は、以下の通りである。
環状導波管型アンテナ部の中心線で囲まれた円の直径：４０３ｍｍ
環状導波管型アンテナ部のリング幅：７０ｍｍ（外周半径と内周半径の差）
スリット形状：２０ｍｍ（幅）×５６ｍｍ（長さ）
封止板の形状：５００ｍｍ（直径）×３０ｍｍ（厚さ）
処理容器内周直径：５５０ｍｍ
載置台高さ：８０ｍｍ
【００４２】
他の仕様は以下の通りである。
環状導波管型アンテナ部の形状：円環
スリット個数：２２個
測定位置の高さ：ウエハ面上２５ｍｍ
測定方向：径方向
処理室内圧力：２０ｍＴｏｒｒ
ガス：アルゴン
【００４３】
図５に、このときのアルゴン電子密度の測定結果のグラフを示す。このグラフは縦軸が電子密度（ｍ−３）（対数目盛り）、横軸が測定点のウエハセンターからの距離（ｍｍ）である。このときの電子密度の低下は、環状導波管型アンテナ部の内周円において３．８％、環状導波管型アンテナ部の内周円と外周円の真ん中の中心線において８．２％、環状導波管型アンテナ部の外周円において３１％である。この結果は、均一なプラズマ処理のためには、環状導波管型アンテナ部の内周円と外周円の真ん中の中心線で囲まれた面積を、基板Ｗの外周円で囲まれた面積（載置台３の基板Ｗを載置する面積）よりも大きくすることが望ましく、環状導波管型アンテナ部の内周円の面積を、基板Ｗの外周円で囲まれた面積よりも大きくすることがさらに望ましいことを示している。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、環状のチャンネル状部材とスリットが開設されたスリット板とを有するアンテナを備えるので、装置の処理容器以外の部分を小型化することができ、基板の直径が大きくても装置全体のサイズを可及的に小さくでき、小さなスペースに設置することができる。さらに環状のチャンネル状部材の中心線に囲まれる面積が、載置台の載置面の試料を載置する載置面積より大きくなるよう構成するので、処理室内に発生するプラズマの密度の高い領域を、試料に対向させることができ、試料のプラズマ処理の均一性を高め、確実に均一なプラズマ処理をすることができる。
【００４５】
以上のように本発明によれば、環状のチャンネル状部材とスリットが開設されたスリット板とを有するアンテナを備えるので、装置の処理容器以外の部分を小型化することができ、基板の直径が大きくても装置全体のサイズを可及的に小さくでき、小さなスペースに設置することができる。さらに環状のチャンネル状部材の内周円で囲まれる面積が、載置台の載置面の試料を載置する載置面積より大きくなるよう構成するので、処理室内に発生するプラズマの密度の高い領域を、試料に対向させることができ、試料のプラズマ処理の均一性を高め、確実に均一なプラズマ処理をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の模式的正面断面図である。
【図２】  図１に示したマイクロ波プラズマ処理装置の模式的平面図である。
【図３】  図１に示したマイクロ波プラズマ処理装置のカバー部材のスリットの説明図である。
【図４】  本発明の第２の実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の模式的平面図である。
【図５】  プラズマ電子密度を基板の径方向に測定したデータを示すグラフである。
【図６】  従来例のマイクロ波プラズマ処理装置の模式的正面断面図である。
【図７】  従来例のマイクロ波プラズマ処理装置の模式的平面図である。
【符号の説明】
１    処理容器
１Ａ  側壁
１Ｂ  底部壁
２    処理室
３    載置台
３Ａ  載置面
４    封止板
５    ガス導入管
６    ガスノズル
７    高周波電源
１０    カバー部材
１１    アンテナ
１２    環状導波管型アンテナ部
１３    導入部
１３Ａ  導入口
１４    誘電体
１５    スリット
１６    マッチングボックス
１８    排気口
２０    マイクロ波発振器
２１    導波管
１１２  導波管型アンテナ部
Ｃ      円
ＤＡ１  直径
ＤＡ２  直径
ＤＷ    直径
Ｌ      延長線
Ｐ１     交点
Ｗ      基板
【図１】
0004076645.tif 000002
【図２】
0004076645.tif 000003
【図３】
0004076645.tif 000004
【図４】
0004076645.tif 000005
【図５】
0004076645.tif 000006
【図６】
0004076645.tif 000007
【図７】
0004076645.tif 000008