(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内に供給された処理ガスをプラズマ化し、そのプラズマにより、真空容器内の載置台に載置された基板に対して処理を行うプラズマ処理装置において、
高周波電源部と、この高周波電源部からの高周波を導く導波管と、この導波管の出口側に設けられた誘電体と、この誘電体に前記載置台に対向するように形成され、表皮厚さよりも薄いあるいは表皮厚さ程度の厚さの導電膜と、を備え、
前記導電膜は、周縁部の方が中央部よりも膜厚が薄く、
高周波が前記導電膜に入射し、この導電膜を通り抜けた電界に基づいて処理ガスをプラズマ化することを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波などの高周波のエネルギーによりプラズマを発生させ、そのプラズマにより半導体ウエハ、ＬＣＤ基板（液晶ディスプレイ用ガラス基板）などの被処理基板に対して処理を施すプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造工程の中に、半導体ウエハ（以下ウエハという）に対してプラズマを用いて処理を行う工程がある。このようなプラズマ処理を行うための装置として図６に示すようなマイクロ波プラズマ処理装置が知られている。この装置は、ウエハＷの載置台９０を備えた真空容器９の天井部に例えば石英よりなるマイクロ波透過窓９１を設けると共に、このマイクロ波透過窓９１の上方に平面スロットアンテナ９２を設け、マイクロ透過窓９１の上方側に電磁シールド部材９６、例えば真空容器９の上端に連続する円筒部分を設けて構成されている。そしてマイクロ波電源部９３からマイクロ波を導波管９４を介して前記アンテナ９２に導き、このアンテナ９２から真空容器９内にマイクロ波を供給して、ガス供給部９５からの処理ガスをプラズマ化し、そのプラズマにより例えばウエハＷの表面に成膜あるいはエッチング処理を施すように構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
平面スロットアンテナ９２は図７に示すように金属板に多数のスリット９２ａを形成したものであり、このスリット９２からは放射電磁界（電界強度が距離の１乗に反比例する）も放射される。放射電磁界は真空容器９内のプラズマにて反射されるので、この反射波とアンテナ９２からのマイクロ波とが干渉してキャビティモードが起こって横方向に広がる定在波が生成される。このためウエハＷと平行な面で見ると電界強度分布が不均一となり、この結果ウエハＷ上でのプラズマ密度の均一性が悪くなる。またウエハＷ上のプラズマ密度を均一にするために、ウエハＷ上方において周縁部のプラズマ密度を中央部のプラズマ密度よりも高くするように例えばガスの流し方を工夫するなどしてプラズマ密度をコントロールする場合があるが、この場合上述のように電界強度分布が不均一であると、このようなコントロールが困難である。
【０００４】
本発明は、このような事情の下になされたものであり、その目的は基板上におけるプラズマ密度の均一性が高く、基板に対して面内均一性の高いプラズマ処理を行うことのできるプラズマ処理装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のプラズマ処理装置は、真空容器内に供給された処理ガスをプラズマ化し、そのプラズマにより、真空容器内の載置台に載置された基板に対して処理を行うプラズマ処理装置において、高周波電源部と、この高周波電源部からの高周波を導く導波管と、この導波管の出口側に設けられた誘電体と、この誘電体に前記載置台に対向するように形成され、表皮厚さよりも薄いあるいは表皮厚さ程度の厚さの導電膜と、を備え、前記導電膜は、周縁部の方が中央部よりも膜厚が薄く、高周波が前記導電膜に入射し、この導電膜を通り抜けた電界に基づいて処理ガスをプラズマ化することを特徴とする。
【０００６】
この発明によれば表皮厚さよりも薄い導電膜をいわばアンテナとして用いているので、導波管を通ってきた高周波例えばマイクロ波はこの導電膜中を通り抜け、エバネセント電界が真空容器内側にリークした状態となる。このエバネセント電界は伝播しないので、定在波が立ちにくくなり、基板上のプラズマ密度の均一性が高い。この場合導波膜の周縁部の膜厚を中央部よりも薄くすれば、リークする電界の強度が周縁部で大きくなり、基板上では均一性の高いプラズマ分布が得られる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明のプラズマ処理装置の実施の形態を示す断面図である。このプラズマ処理装置は例えばアルミニウム製の円筒状の真空容器１を備えており、この真空容器１には基板であるウエハＷの載置台２が設けられると共に、底部には真空排気を行うための排気管１１が接続され、また例えば側壁にはガス供給部１２が設けられている。前記載置台２には例えば１３．５６ＭＨｚのバイアス電源部２１に接続されたバイアス印加用の電極２２が埋設されると共に、図示しない温度調整部が設けられていてウエハＷを所定の温度に調整できるように構成されている。
【０００８】
真空容器１の上部には例えば石英よりなる厚さ３〜５ｃｍ程度の板状の誘電体３が下方側の領域を真空雰囲気とするようにシール材３１により気密に封止して配置されている。誘電体３の中央部には導波路である同軸の導波管３３の軸部３３ａの一端部が上面から下面に亘って貫通して設けられている。同軸の導波管３３の外管３３ｂの下端部は外側に折り曲げられて広げられ更に下側に屈曲して偏平な円筒状の拡径部３４をなし、誘電体３の上に被せて設けられている。同軸の導波管３３の他端部の側面には導波路である矩形状の導波管３５の一端部が接続されており、この矩形状の導波管３５の他端部にはインピーダンス整合部３６を介してマイクロ波電源部３７が設けられている。
【０００９】
前記誘電体３の下面（載置台２側の面）には導電膜４例えばアルミニウム等の金属からなる導電膜４が形成されている。この導電膜４に関して説明する。一般に導電体例えば金属は図２に示すように電界を吸収し、上面にマイクロ波が入射したとすると、電界強度は上面から下面に向かうにつれて指数関数的に減少する。金属表面（上面）の電界強度Ｅが１／ｅ（ｅは自然対数の底）になる厚さ（深さ）は表皮厚さ（表皮深さ）と呼ばれ、金属がこの表皮厚さよりも薄い場合には下側（裏側）に電界が抜ける。このようにして抜けた電界はエバネセントな電界と呼ばれ伝播しない。前記導電膜４はウエハＷ側に電界が抜けるように表皮厚さよりも薄くあるいは表皮厚さ程度に作ってあり、例えば成膜されたアルミニウム膜の場合表皮厚さは成膜手段にも依るが３〜５μｍであるから導電膜４の膜厚Ｄは例えばおよそ１〜２μｍに設定されている（図面では導電膜４の厚さは大きく描いている）。
【００１０】
そして導電膜４から抜けたエバネセントな電界の強度は図３に示すように下方に向かうにつれて減衰するが、プラズマは導電膜４の直下で生成されるので、充分な電界が確保され得る。従ってウエハＷと導電膜４との距離Ｌがあまり短いとガスの拡散領域が狭くなるのでガスの供給手法が難しくなり、また逆にＬが大きいとプラズマの周辺壁面への拡散消失の度合いが大きくなり、マイクロ波電源部３７の電力を大きくする必要があるため、例えばＬは５〜１０ｃｍ程度が好ましい。
【００１１】
また前記導波管３３の先端部の拡径部３４は真空容器１内に位置しており、拡径部３４と真空容器１の内壁との間の空間Ｓ１はシール部材３１によりプラズマの発生領域から区画されている。この空間Ｓ１が大気雰囲気であると誘電体３が圧力差により変形するおそれがあるので、誘電体３の形状を安定化するために、図示しない排気路を介して空間Ｓ１は真空雰囲気にしても良い。更にまた導波管３３の内部空間は大気雰囲気の状態にしておくと、真空容器１内に入り込んでいる部位が圧力差で変形するおそれがあるので、真空容器１の壁の中に位置している部位においてシール部材３２を用いて上側と下側とを区画し、下側空間Ｓ２を図示しない排気路を介して真空雰囲気にしてもよい。
【００１２】
なお誘電体４は、導波管３３の拡径部３４の形状に適合するものでなくとも、例えば図４のように薄いガラス板により構成して拡径部３４との間に空間が形成されていてもよく、この場合でも上述のようにシールして拡径部３４の内、外を真空雰囲気とすれば拡径部３４の形状が安定する。
【００１３】
次に上述実施の形態の作用について、基板上にポリシリコン膜を形成する場合を例にとって説明する。先ず図示しないゲートバルブを開いて図示しない搬送アームによりウエハＷを載置台２上に載置する。次いで前記ゲートバルブを閉じた後、真空容器１内を排気して所定の真空度まで真空引きし、ガス供給部１２から成膜ガスである例えばＳｉＨ4ガス及びキャリアガスである例えばＡｒガスを真空容器１内に供給する。そしてマイクロ波電源部３７から例えば２．４５ＧＨｚ、２．５ｋｗのマイクロ波を出力すると共に、バイアス電源部２１から載置台２に例えば１３．５６ＭＨｚ、１．５ｋｗのバイアス電力を印加する。
【００１４】
マイクロ波電源部３７からのマイクロ波は導波管３５、３３を介して拡径部３４内に伝播され、誘電体４を通って導電膜４に入射する。導電膜４は既述したように表皮厚さよりも薄いあるいは表皮膜厚程度なのでここから電界がリークして真空容器１内に入り込み、この電界（エバネセント電界）により処理ガスがプラズマ化される。そしてＳｉＨ4 ガスが電離して生成された活性種がウエハＷ表面に付着してポリシリコン膜が成膜される。
【００１５】
上述実施の形態によれば導波管３３から伝搬したマイクロ波はいわばアンテナである導電膜４に達し、この導電膜４を通り抜けたエバネセント電界は伝播しないので定在波が立ちにくくなり、定在波による電界強度分布の影響が少なくなり、この結果ウエハＷ上でのプラズマ密度の均一性が高く、ウエハＷに対して面内分布が均一なプラズマ処理、この例では成膜処理を行うことができる。
【００１６】
前記導電膜４は均一な厚さに形成してもよいが図５に示すように中央部よりも周縁部の方が厚さが薄くなるように形成してもよく、このようにすれば周縁部でリークする電界強度が中央部よりも大きくなるので、それによって周縁部で密度の高いプラズマが生成される。プラズマは生成部から離れるにつれ密度の低い部分へ拡散し、また真空容器の内壁において消失する為、導電膜４の下面側にて周辺部のプラズマ密度を高くしておけば、プラズマが下がっていくときに内側への拡散と内壁での消失によって、結果としてウエハＷ上のプラズマ密度がより一層均一性の高いものになる。
【００１７】
なお導電膜４を誘電体３の上面に形成する構成や誘電体の中に挟み込む構成も本発明の権利範囲に含むものである。また処理ガスをプラズマ化するための電源部としてはマイクロ波電源部に限らずＲＦ電源部やＵＨＦ電源部でもよく、本明細書では、これらを高周波電源部として扱っている。更にまた本発明は成膜処理に限らずエッチングやアッシング処理を行う場合に適用してもよい。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば表皮厚さよりも薄いあるいは表皮厚さ程度の厚さの導電膜をリークした電界を利用してプラズマを発生させているので、基板上においてプラズマ密度の均一性が高く、この結果基板に対して均一性の高いプラズマ処理を施すことができる。
【００１９】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す縦断側面図である。
【図２】本発明で用いる導電膜の役割を説明する説明図である。
【図３】図２の載置台上のウエハと導電膜との距離とこの間の電界強度の減衰の様子を示す説明図である。
【図４】本発明の他の実施の形態の要部を示す縦断側面図である。
【図５】本発明の更に他の実施の形態を示す説明図である。
【図６】従来のプラズマ処理装置を示す概略図である。
【図７】従来のプラズマ装置に用いられているアンテナを示す平面図である。
【符号の説明】
１              真空容器
２              載置台
２１            バイアス電源部
Ｗ              半導体ウエハ
３３、３５      導波管
３４            拡径部
３７            高周波電源部
４              導電膜
【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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