(57)【要約】【課題】プラズマの制御性が高く、チャンバー内で安定的に表面波プラズマを形成することができるプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】プラズマ処理装置１００は、同心円状に配列された第１のスロット３２ａおよび第２のスロット３２ｂを有する平面アンテナ板３１を備えている。平面アンテナ板３１の中心から第１のスロット３２ａの中心までの距離と、平面アンテナ板３１の半径との比を０．３５〜０．５とし、かつ基材３１ａの中心から第２のスロット３２ｂの中心までの距離と、基材３１ａの半径との比を０．７〜０．８５としたことにより、電磁波発生装置３９で発生した９１５ＭＨｚの電磁波を効率良くチャンバー１内に導入できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理装置の処理室内に電磁波発生源で発生した電磁波を導入する平面アンテナ部材であって、
導電性材料からなる平板状基材と、
前記平板状基材に形成された、電磁波を放射する複数の貫通開口と、
を備え、
前記貫通開口は、前記平面アンテナ部材の中心にその中心が重なる円周上に配列された複数の第１の貫通開口と、
前記第１の貫通開口の外側に同心円状に配列された複数の第２の貫通開口と、
を含んでおり、
前記平面アンテナ部材の中心から前記第１の貫通開口の中心までの距離Ｌ１と、前記平面アンテナ部材の半径ｒとの比Ｌ１／ｒが０．３５〜０．５の範囲内であり、
前記平面アンテナ部材の中心から前記第２の貫通開口の中心までの距離Ｌ２と、前記平面アンテナ部材の半径ｒと比Ｌ２／ｒが０．７〜０．８５の範囲内であることを特徴とする平面アンテナ部材。
【請求項２】
前記距離Ｌ１を半径とし、前記第１の貫通開口の中心を結ぶ第１の円および前記距離Ｌ２を半径とし、前記第２の貫通開口の中心を結ぶ第２の円に対して同心円状に形成され、前記第１の円の円周と前記第２の円の円周との径方向の中間点を結ぶ第３の円は、その半径Ｌ３と前記半径ｒとの比Ｌ３／ｒが、０．５〜０．７の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の平面アンテナ部材。
【請求項３】
前記距離Ｌ２と前記距離Ｌ１との差分（Ｌ２−Ｌ１）と、前記平面アンテナ部材の半径ｒと比（Ｌ２−Ｌ１）／ｒが０．２〜０．５の範囲内であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の平面アンテナ部材。
【請求項４】
前記第１の貫通開口および前記第２の貫通開口は、ともに細長形状をなしており、前記第１の貫通開口の長手方向に対して、前記第２の貫通開口の長手方向のなす角度が８５°〜９５°の範囲内であ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項に記載の平面アンテナ部材。
【請求項５】
前記平面アンテナ部材の中心と前記第１の貫通開口の中心とを結ぶ直線に対して、該第１の貫通開口の長手方向がなす角度が３０°〜５０°の範囲内であることを特徴とする請求項４に記載の平面アンテナ部材。
【請求項６】
前記平面アンテナ部材の中心と前記第２の貫通開口の中心とを結ぶ直線に対して、該第２の貫通開口の長手方向がなす角度が１３０°〜１５０°の範囲内であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の平面アンテナ部材。
【請求項７】
前記平面アンテナ部材の中心から前記第１の貫通開口の中心までを結ぶ直線と、前記平面アンテナ部材の中心から前記第２の貫通開口の中心までを結ぶ直線とのなす角度が、８〜１５°の範囲内であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の平面アンテナ部材。
【請求項８】
前記電磁波発生源で発生した電磁波の周波数が、８００〜１０００ＭＨｚの範囲内であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の平面アンテナ部材。
【請求項９】
被処理体を収容する真空引き可能な処理容器と、
前記処理容器内にガスを供給するガス供給機構と、
前記処理容器内を減圧排気する排気機構と、
前記処理容器の上部の開口に気密に装着され、プラズマ発生用の電磁波を透過させる透過板と、
前記透過板の上に配置され、前記電磁波を前記処理容器内に導入する平面アンテナ部材と、
前記平面アンテナ部材を上方から覆うカバー部材と、
前記カバー部材を貫通して設けられ、電磁波発生源で発生した８００〜１０００ＭＨｚの範囲内の電磁波を前記平面アンテナ部材へ供給する導波管と、
を備え、
前記平面アンテナ部材は、
導電性材料からなる平板状基材と、
前記平板状基材に形成された、電磁波を放射する複数の貫通開口と、
を備え、
前記貫通開口は、環状に配列された複数の第１の貫通開口と、
前記第１の貫通開口の外側に同心円状に配列された複数の第２の貫通開口と、
を含んでおり、
前記平面アンテナ部材の中心から前記第１の貫通開口の中心までの距離Ｌ１と、前記平面アンテナ部材の半径ｒとの比Ｌ１／ｒが０．３５〜０．５の範囲内であり、
前記平面アンテナ部材の中心から前記第２の貫通開口の中心までの距離Ｌ２と、前記平面アンテナ部材の半径ｒと比Ｌ２／ｒが０．７〜０．８５の範囲内であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記距離Ｌ１を半径とし、前記第１の貫通開口の中心を結ぶ第１の円および前記距離Ｌ２を半径とし、前記第２の貫通開口の中心を結ぶ第２の円に対して同心円状に形成され、前記第１の円の円周と前記第２の円の円周との径方向の中間点を結ぶ第３の円は、その半径Ｌ３と前記半径ｒとの比Ｌ３／ｒが０．５〜０．７の範囲内であることを特徴とする請求項９に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記距離Ｌ２と前記距離Ｌ１との差分（Ｌ２−Ｌ１）と、前記平面アンテナ部材の半径ｒと比（Ｌ２−Ｌ１）／ｒが０．２〜０．５の範囲内であることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記第１の貫通開口および前記第２の貫通開口は、ともに細長形状をなしており、前記第１の貫通開口の長手方向に対して、前記第２の貫通開口の長手方向のなす角度が８５°〜９５°の範囲内であることを特徴とする請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記平面アンテナ部材の中心と前記第１の貫通開口の中心とを結ぶ直線に対して、該第１の貫通開口の長手方向がなす角度が３０°〜５０°の範囲内であることを特徴とする請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記平面アンテナ部材の中心と前記第２の貫通開口の中心とを結ぶ直線に対して、該第２の貫通開口の長手方向がなす角度が１３０°〜１５０°の範囲内であることを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記平面アンテナ部材の中心から前記第１の貫通開口の中心までを結ぶ直線と、前記平面アンテナ部材の中心から前記第２の貫通開口の中心までを結ぶ直線とのなす角度が、８〜１５°の範囲内であることを特徴とする請求項９から請求項１４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理体をプラズマ処理する処理室へ所定周波数の電磁波を導くために用いられる平面アンテナ部材およびこの平面アンテナ部材を備えたプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハなどの被処理体に対し、酸化処理や窒化処理などのプラズマ処理を行うプラズマ処理装置として、複数のスロットを有する平面アンテナを用いて処理室内に例えば周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導入してプラズマを生成させる方式のプラズマ処理装置が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２）。このようなマイクロ波プラズマ処理装置では、高いプラズマ密度を持つプラズマを生成させることにより、チャンバー内で表面波プラズマを形成することが可能である。
【０００３】
上記の方式のプラズマ処理装置では、チャンバー内の圧力を高くしていくとプラズマ密度が低下する傾向がある。プラズマ密度が低くなると、２．４５ＧＨｚのマイクロ波の角周波数よりもプラズマの角周波数の方が小さくなってしまい、表面波プラズマを安定的に維持することができなくなってしまう。例えば、チャンバー内圧力が１３３．３Ｐａ以上の条件でプラズマ処理を行う場合、プラズマ密度が十分に上昇せず、表面波プラズマがカットオフして表面波プラズマではない通常のバルクプラズマになってしまう場合がある。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２６０５９４号公報
【特許文献２】特開２００１−２２３１７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
次世代以降のデバイス開発に向けて、例えば３次元デバイス加工や微細化への対応を図るためには、精密な処理が可能な比較的高い圧力条件で処理レートの向上やウエハ面内における処理の均一性を実現していく必要がある。そのためには、プラズマの制御性を向上させ、プラズマ密度が低くなる比較的高い圧力条件でも、表面波プラズマを安定的に維持できるようにする必要がある。表面波プラズマを安定的に維持できるようにするための一つの方策として、電磁波の周波数を下げることが考えられる。例えば、周波数が２．４５ＧＨｚよりも低い周波数の電磁波を用いることにより、比較的高い圧力条件でも安定的に表面波プラズマを維持できる可能性がある。
【０００６】
しかし、電磁波を効率よくチャンバー内に導くための平面アンテナの構造は、電磁波の周波数により異なる。従来技術の平面アンテナは、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波をチャンバー内に導入する目的に適したものであり、従来のマイクロ波の周波数よりも低い例えば１ＧＨｚ程度の周波数の電磁波に適した平面アンテナに関する構造面の検討は、十分になされていない。そもそも、１ＧＨｚ以下の比較的低い周波数の電磁波を使用するプラズマ処理装置には、平面アンテナ自体が使用されてこなかった。
【０００７】
一般に、電磁波の周波数を下げるとその波長が長くなることから、２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波を導く場合に比べて、１ＧＨｚ程度の周波数の電磁波を導く場合には、平面アンテナのスロットの長さやスロットの間隔を大きくすることが考えられる。しかし、理論的に計算されたスロットの長さや配置に基づいて作製された平面アンテナを用いてプラズマ形成を行っても、安定的に表面波プラズマを形成できるとは限らない。例えば近年では３００ｍｍウエハの処理に対応できるようにプラズマ処理装置が大型化しており、さらに、４５０ｍｍウエハへの対応も要求されるようになってきている。これに伴い平面アンテナも大径化しつつある。３００ｍｍウエハを処理するための平面アンテナは、直径が５００ｍｍ近くにも達する。４５０ｍｍウエハの場合には、平面アンテナがさらに大型化して直径が６００〜７００ｍｍ程度にも達する。このように大型の平面アンテナでは、スロットの長さや配置を計算上得られる最適値に設定しても、安定的に表面波プラズマを維持することは困難となる。
【０００８】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、従来のマイクロ波の周波数よりも低い周波数の電磁波をチャンバー内に効率良く導入できる平面アンテナを提供することである。また、本発明の第２の目的は、従来のマイクロ波の周波数よりも低い周波数の電磁波を用い、かつ大型の基板を処理する場合でも、プラズマの制御性が高く、チャンバー内で安定的に表面波プラズマを形成することができるプラズマ処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る平面アンテナ部材は、プラズマ処理装置の処理室内に電磁波発生源で発生した電磁波を導入する平面アンテナ部材であって、
導電性材料からなる平板状基材と、
前記平板状基材に形成された、電磁波を放射する複数の貫通開口と、
を備え、
前記貫通開口は、前記平面アンテナ部材の中心にその中心が重なる円周上に配列された複数の第１の貫通開口と、
前記第１の貫通開口の外側に同心円状に配列された複数の第２の貫通開口と、
を含んでおり、
前記平面アンテナ部材の中心から前記第１の貫通開口の中心までの距離Ｌ１と、前記平面アンテナ部材の半径ｒとの比Ｌ１／ｒが０．３５〜０．５の範囲内であり、
前記平面アンテナ部材の中心から前記第２の貫通開口の中心までの距離Ｌ２と、前記平面アンテナ部材の半径ｒと比Ｌ２／ｒが０．７〜０．８５の範囲内である。
【００１０】
本発明に係る平面アンテナ部材において、前記距離Ｌ１を半径とし、前記第１の貫通開口の中心を結ぶ第１の円および前記距離Ｌ２を半径とし、前記第２の貫通開口の中心を結ぶ第２の円に対して同心円状に形成され、前記第１の円の円周と前記第２の円の円周との径方向の中間点を結ぶ第３の円は、その半径Ｌ３と前記半径ｒとの比Ｌ３／ｒが、０．５〜０．７の範囲内であることが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る平面アンテナ部材において、前記距離Ｌ２と前記距離Ｌ１との差分（Ｌ２−Ｌ１）と、前記平面アンテナ部材の半径ｒと比（Ｌ２−Ｌ１）／ｒが０．２〜０．５の範囲内であることが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係る平面アンテナ部材において、前記第１の貫通開口および前記第２の貫通開口は、ともに細長形状をなしており、前記第１の貫通開口の長手方向に対して、前記第２の貫通開口の長手方向のなす角度が８５°〜９５°の範囲内であることが好ましい。この場合、前記平面アンテナ部材の中心と前記第１の貫通開口の中心とを結ぶ直線に対して、該第１の貫通開口の長手方向がなす角度が３０°〜５０°の範囲内であることが好ましく、さらに、前記平面アンテナ部材の中心と前記第２の貫通開口の中心とを結ぶ直線に対して、該第２の貫通開口の長手方向がなす角度が１３０°〜１５０°の範囲内であることが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る平面アンテナ部材において、前記平面アンテナ部材の中心から前記第１の貫通開口の中心までを結ぶ直線と、前記平面アンテナ部材の中心から前記第２の貫通開口の中心までを結ぶ直線とのなす角度が、８〜１５°の範囲内であることが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係る平面アンテナ部材において、前記電磁波発生源で発生した電磁波の周波数が、８００〜１０００ＭＨｚの範囲内であることが好ましい。
【００１５】
本発明に係るプラズマ処理装置は、被処理体を収容する真空引き可能な処理容器と、
前記処理容器内にガスを供給するガス供給機構と、
前記処理容器内を減圧排気する排気機構と、
前記処理容器の上部の開口に気密に装着され、プラズマ発生用の電磁波を透過させる透過板と、
前記透過板の上に配置され、前記電磁波を前記処理容器内に導入する平面アンテナ部材と、
前記平面アンテナ部材を上方から覆うカバー部材と、
前記カバー部材を貫通して設けられ、電磁波発生源で発生した８００〜１０００ＭＨｚの範囲内の電磁波を前記平面アンテナ部材へ供給する導波管と、
を備え、
前記平面アンテナ部材は、
導電性材料からなる平板状基材と、
前記平板状基材に形成された、電磁波を放射する複数の貫通開口と、
を備え、
前記貫通開口は、環状に配列された複数の第１の貫通開口と、
前記第１の貫通開口の外側に同心円状に配列された複数の第２の貫通開口と、
を含んでおり、
前記平面アンテナ部材の中心から前記第１の貫通開口の中心までの距離Ｌ１と、前記平面アンテナ部材の半径ｒとの比Ｌ１／ｒが０．３５〜０．５の範囲内であり、
前記平面アンテナ部材の中心から前記第２の貫通開口の中心までの距離Ｌ２と、前記平面アンテナ部材の半径ｒと比Ｌ２／ｒが０．７〜０．８５の範囲内である。
【００１６】
本発明に係るプラズマ処理装置において、前記距離Ｌ１を半径とし、前記第１の貫通開口の中心を結ぶ第１の円および前記距離Ｌ２を半径とし、前記第２の貫通開口の中心を結ぶ第２の円に対して同心円状に形成され、前記第１の円の円周と前記第２の円の円周との径方向の中間点を結ぶ第３の円は、その半径Ｌ３と前記半径ｒとの比Ｌ３／ｒが０．５〜０．７の範囲内であることが好ましい。
【００１７】
また、本発明に係るプラズマ処理装置において、前記距離Ｌ２と前記距離Ｌ１との差分（Ｌ２−Ｌ１）と、前記平面アンテナ部材の半径ｒと比（Ｌ２−Ｌ１）／ｒが０．２〜０．５の範囲内であることが好ましい。
【００１８】
また、本発明に係るプラズマ処理装置において、前記第１の貫通開口および前記第２の貫通開口は、ともに細長形状をなしており、前記第１の貫通開口の長手方向に対して、前記第２の貫通開口の長手方向のなす角度が８５°〜９５°の範囲内であることが好ましい。この場合、前記平面アンテナ部材の中心と前記第１の貫通開口の中心とを結ぶ直線に対して、該第１の貫通開口の長手方向がなす角度が３０°〜５０°の範囲内であることが好ましく、さらに、前記平面アンテナ部材の中心と前記第２の貫通開口の中心とを結ぶ直線に対して、該第２の貫通開口の長手方向がなす角度が１３０°〜１５０°の範囲内であることが好ましい。
【００１９】
また、本発明に係るプラズマ処理装置において、前記平面アンテナ部材の中心から前記第１の貫通開口の中心までを結ぶ直線と、前記平面アンテナ部材の中心から前記第２の貫通開口の中心までを結ぶ直線とのなす角度が、８〜１５°の範囲内であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、平面アンテナ部材の中心から第１の貫通開口の中心までの距離Ｌ１と平面アンテナ部材の半径ｒとの比Ｌ１／ｒを０．３５〜０．５の範囲内とし、かつ平面アンテナ部材の中心から第２の貫通開口の中心までの距離Ｌ２と平面アンテナ部材の半径ｒと比Ｌ２／ｒを０．７〜０．８５の範囲内としたことにより、電磁波発生装置３９で発生させる電磁波の周波数を、従来のマイクロ波の周波数より低い８００ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚにした場合でも、反射波の発生を抑え、チャンバー内へ効率良く電磁波を導入できる。従って、チャンバー内で表面波プラズマを安定的に維持することができるとともに、基板の大型化への対応も可能になる、という効果を奏する。
【００２１】
また、上記平面アンテナ部材を備えた本発明に係るプラズマ処理装置は、電磁波発生源で発生させる電磁波の周波数を、従来のマイクロ波の周波数より低い８００ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚの範囲内に設定したので、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を使用する場合に比べて、高い圧力範囲までカットオフ密度以上のプラズマ密度を維持することができる。従って、本発明のプラズマ処理装置によれば、比較的高い圧力条件でも十分な処理レートやウエハ面内における処理の均一性を確保することが可能であり、高い精度が必要な３次元デバイスの加工や微細加工への対応も図ることができる、という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
［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。図１は、本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置１００の概略構成を模式的に示す断面図である。また、図２は、図１のプラズマ処理装置１００に用いられる本発明の第１の実施の形態に係る平面アンテナを示す要部平面図であり、図３は、該平面アンテナにおける貫通開口としてのスロットの拡大図である。さらに、図４は、図１のプラズマ処理装置１００にける制御系統の概略構成例を示す図面である。
【００２３】
プラズマ処理装置１００は、複数のスロット状の孔を有する平面アンテナ、特にＲＬＳＡ（Ｒａｄｉａｌ Ｌｉｎｅ Ｓｌｏｔ Ａｎｔｅｎｎａ；ラジアルラインスロットアンテナ）にて処理室内に電磁波を導入してプラズマを発生させることにより、高密度かつ低電子温度のプラズマを発生させ得るプラズマ処理装置として構成されている。プラズマ処理装置１００では、１０９／ｃｍ３〜１０１３／ｃｍ３のプラズマ密度で、かつ２ｅＶ以下の低電子温度を有するプラズマによる処理が可能である。従って、プラズマ処理装置１００は、各種半導体装置の製造過程において好適に利用できるものである。
【００２４】
プラズマ処理装置１００は、主要な構成として、気密に構成されたチャンバー（処理室）１と、チャンバー１内にガスを供給するガス供給機構１８と、チャンバー１内を減圧排気するための排気機構としての排気装置２４と、チャンバー１の上部に設けられ、チャンバー１内に電磁波を導入する電磁波導入機構２７と、これらプラズマ処理装置１００の各構成部を制御する制御手段としての制御部５０と、を備えている。なお、ガス供給機構１８、排気装置２４および電磁波導入機構２７は、チャンバー１内でプラズマを生成させるプラズマ生成手段を構成している。
【００２５】
チャンバー１は、接地された略円筒状の容器により形成されている。なお、チャンバー１は角筒形状の容器により形成してもよい。チャンバー１は、アルミニウム等の材質からなる底壁１ａと側壁１ｂとを有している。
【００２６】
チャンバー１の内部は、被処理体であるシリコンウエハ（以下、単に「ウエハ」と記す）Ｗを水平に支持するための載置台２が設けられている。載置台２は、熱伝導性の高い材質例えばＡｌＮ等のセラミックスにより構成されている。この載置台２は、排気室１１の底部中央から上方に延びる円筒状の支持部材３により支持されている。支持部材３は、例えばＡｌＮ等のセラミックスにより構成されている。
【００２７】
また、載置台２には、その外縁部をカバーし、ウエハＷをガイドするためのカバーリング４が設けられている。このカバーリング４は、例えば石英、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＮ等の材質で構成された環状部材である。
【００２８】
また、載置台２には、温度調節機構としての抵抗加熱型のヒータ５が埋め込まれている。このヒータ５は、ヒータ電源５ａから給電されることにより載置台２を加熱して、その熱で被処理基板であるウエハＷを均一に加熱する。
【００２９】
また、載置台２には、熱電対（ＴＣ）６が配備されている。この熱電対６によって温度計測を行うことにより、ウエハＷの加熱温度を例えば室温から９００℃までの範囲で制御可能となっている。
【００３０】
また、載置台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）が設けられている。各ウエハ支持ピンは、載置台２の表面に対して突没可能に設けられている。
【００３１】
チャンバー１の内周には、石英からなる円筒状のライナー７が設けられている。また、載置台２の外周側には、チャンバー１内を均一排気するため、多数の排気孔８ａを有する石英製のバッフルプレート８が環状に設けられている。このバッフルプレート８は、複数の支柱９により支持されている。なお、プラズマ処理装置１００をプラズマＣＶＤ装置として使用する場合には、ライナー７およびバッフルプレート８は配備しなくてもよい。
【００３２】
チャンバー１の底壁１ａの略中央部には、円形の開口部１０が形成されている。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。この排気室１１には、排気管１２が接続されており、この排気管１２を介して排気装置２４に接続されている。
【００３３】
チャンバー１の上端には、チャンバー１を開閉させる環状の蓋枠（リッド）１３が配置されている。蓋枠１３の内周部は、内側（チャンバー内空間）へ向けて突出し、透過板２８を支持する環状の支持部１３ａを形成している。
【００３４】
チャンバー１の側壁１ｂには、環状をなすガス導入部１５が設けられている。このガス導入部１５は、酸素含有ガスやプラズマ励起用ガスを供給するガス供給機構１８に接続されている。なお、ガス導入部１５は、チャンバー１内に突出するノズル状、または複数のガス孔を有するシャワー状に設けてもよい。
【００３５】
また、チャンバー１の側壁１ｂには、プラズマ処理装置１００と、これに隣接する搬送室（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１６と、この搬入出口１６を開閉するゲートバルブ１７とが設けられている。
【００３６】
ガス供給機構１８は、例えば、プラズマ形成用のＡｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｈｅ等の希ガスや、酸化処理における酸素ガス等の酸化性ガス、窒化処理における窒化ガスなどの処理ガス等を供給するガス供給源（図示せず）を有している。また、ＣＶＤ処理の場合には、原料ガス、チャンバー内雰囲気を置換する際に用いるＮ２、Ａｒ等のパージガス、チャンバー１内をクリーニングする際に用いるＣｌＦ３、ＮＦ３等のクリーニングガス等を供給するガス供給源を設けることもできる。各ガス供給源は、図示しないマスフローコントローラおよび開閉バルブを備え、供給されるガスの切替えや流量等の制御が出来るようになっている。
【００３７】
排気機構としての排気装置２４は、例えばターボ分子ポンプなどの高速真空ポンプを備えている。前記のように、排気装置２４は、排気管１２を介してチャンバー１の排気室１１に接続されている。排気装置２４を作動させることにより、チャンバー１内のガスは、排気室１１の空間１１ａ内へ均一に流れ、さらに空間１１ａから排気管１２を介して外部へ排気される。これにより、チャンバー１内を例えば０．１３３Ｐａまで高速に減圧することが可能となっている。
【００３８】
次に、電磁波導入機構２７の構成について説明する。電磁波導入機構２７は、主要な構成として、透過板２８、平面アンテナ板３１、遅波板３３、カバー部材３４、導波管３７、マッチング回路３８および電磁波発生装置３９を備えている。
【００３９】
電磁波を透過させる透過板２８は、蓋枠１３において内周側に張り出した支持部１３ａ上に配備されている。透過板２８は、誘電体、例えば石英やＡｌ２Ｏ３、ＡｌＮ等のセラミックスから構成されている。この透過板２８と支持部１３ａとの間は、シール部材２９を介して気密にシールされている。したがって、チャンバー１内は気密に保持される。
【００４０】
平面アンテナ板３１は、透過板２８の上方において、載置台２と対向するように設けられている。平面アンテナ板３１は、円板状をなしている。なお、平面アンテナ板３１の形状は、円板状に限らず、例えば四角板状でもよい。この平面アンテナ板３１は、蓋枠１３の上端に係止されている。
【００４１】
平面アンテナ板３１は、例えば図２および図３にも示したように、円板状の基材３１ａと、この基材３１ａにおいて所定のパターンで貫通して形成された多数のスロット３２（３２ａ，３２ｂ）とを有している。基材３１ａは、例えば表面が金または銀メッキされた銅板、アルミニウム板、またはニッケル板等の導体板により構成されている。電磁波放射孔として機能する個々のスロット３２は、細長い形状をなしている。スロット３２の角部に電界が集中し、異常放電を引き起こしやすくなるため、細長のスロット３２の両端の角部は、丸みを帯びた形状に加工されている。また、スロット３２は、平面アンテナ板３１の中心ＯＡ側の位置に、中心ＯＡと重なる中心を持つ円周上に周方向に配列された複数の第１のスロット３２ａと、これら第１のスロット３２ａを囲むように外側に配列された複数の第２のスロット３２ｂとを含んでいる。第１のスロット３２ａと第２のスロット３２ｂとは同心円状に配列されている。平面アンテナ板３１におけるスロット３２の配置については、後で詳述する。
【００４２】
平面アンテナ板３１の上には、真空よりも大きい誘電率を有する材料からなる遅波板３３が設けられている。遅波板３３は平面アンテナ板３１を覆うように配置されている。遅波板３３の材料としては、例えば、石英、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、ポリイミド樹脂などを挙げることができる。この遅波板３３は、真空中では電磁波の波長が長くなることから、電磁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。
【００４３】
なお、平面アンテナ板３１と透過板２８との間、また、遅波板３３と平面アンテナ板３１との間は、それぞれ接触させても離間させてもよいが、定在波の発生を抑制する観点からは、接触させることが好ましい。
【００４４】
チャンバー１の上部には、これら平面アンテナ板３１および遅波板３３を覆うように、導波路を形成する機能も有するカバー部材３４が設けられている。カバー部材３４は、例えばアルミニウムやステンレス鋼、銅等の金属材料によって形成されている。蓋枠１３の上端とカバー部材３４とは、電磁波が外部へ漏えいしないように導電性を有するスパイラルシールドリングなどのシール部材３５によりシールされている。また、カバー部材３４には、冷却水流路３４ａが形成されている。この冷却水流路３４ａに冷却水を通流させることにより、カバー部材３４、遅波板３３、平面アンテナ板３１および透過板２８を冷却できるようになっている。この冷却機構により、カバー部材３４、遅波板３３、平面アンテナ板３１、透過板２８および蓋枠１３がプラズマの熱により変形・破損することが防止される。なお、蓋枠１３、平面アンテナ板３１およびカバー部材３４は接地されている。
【００４５】
カバー部材３４の上壁（天井部）の中央には、開口部３６が形成されており、この開口部３６には導波管３７の下端が接続されている。導波管３７の他端側には、マッチング回路３８を介して電磁波を発生する電磁波発生装置３９が接続されている。電磁波発生装置３９で発生させる電磁波の周波数としては、後述する理由により、従来のマイクロ波の周波数より低い周波数例えば８００ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚの範囲内が好ましく用いられ、特に９１５ＭＨｚが好ましい。
【００４６】
導波管３７は、上記カバー部材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。モード変換器４０は、矩形導波管３７ｂ内をＴＥモードで伝播する電磁波をＴＥＭモードに変換する機能を有している。
【００４７】
同軸導波管３７ａの中心には内導体４１が延在している。この内導体４１は、その下端部において平面アンテナ板３１の中心に接続固定されている。このような構造により、電磁波は、同軸導波管３７ａの内導体４１を介して平面アンテナ板３１へ放射状に効率よく均一に伝播される。
【００４８】
以上のような構成の電磁波導入機構２７により、電磁波発生装置３９で発生した電磁波が導波管３７を介して平面アンテナ板３１へ伝搬され、さらに透過板２８を介してチャンバー１内に導入されるようになっている。
【００４９】
プラズマ処理装置１００の各構成部は、制御部５０に接続されて制御される構成となっている。制御部５０は、図４に示したように、ＣＰＵを備えたプロセスコントローラ５１と、このプロセスコントローラ５１に接続されたユーザーインターフェース５２および記憶部５３を備えている。プロセスコントローラ５１は、プラズマ処理装置１００において、例えば温度、ガス流量、圧力、電磁波出力などのプロセス条件に関係する各構成部（例えば、ヒータ電源５ａ、ガス供給機構１８、排気装置２４、電磁波発生装置３９など）を統括して制御する制御手段である。
【００５０】
ユーザーインターフェース５２は、工程管理者がプラズマ処理装置１００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、プラズマ処理装置１００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。また、記憶部５３には、プラズマ処理装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ５１の制御に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が保存されている。
【００５１】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース５２からの指示等にて任意のレシピを記憶部５３から呼び出してプロセスコントローラ５１に実行させることで、プロセスコントローラ５１の制御下、プラズマ処理装置１００のチャンバー１内で所望の処理が行われる。また、前記制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体、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などに格納された状態のものを利用したり、あるいは、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したりすることも可能である。
【００５２】
このように構成されたプラズマ処理装置１００では、８００℃以下の低温で下地膜等へのダメージフリーなプラズマ処理を行うことができる。また、プラズマ処理装置１００は、プラズマの均一性に優れていることから、プロセスの均一性を実現できる。
【００５３】
ここで、再び図２および図３を参照しながら、平面アンテナ板３１におけるスロット３２の配置について説明する。プラズマ処理装置１００では、電磁波発生装置３９で発生した例えば９１５ＧＨｚの電磁波が、同軸導波管３７ａを介して平面アンテナ板３１の中央部に供給され、平面アンテナ板３１とカバー部材３４とによって構成される偏平導波路を放射状に伝搬していく。この途中にスロット３２を配置することにより、スロット３２の開口から電磁波を均一に効率良く下方のチャンバー１内空間へ向けて放射させることが可能になる。本実施の形態では、例えば１６個の第１のスロット３２ａが、平面アンテナ板３１の円周方向に均等に配置されている。第１のスロット３２ａと対をなす第２のスロット３２ｂも、同様に１６個が平面アンテナ板３１の円周方向に均等に配置されている。
【００５４】
また、反射波の発生を抑制してチャンバー１内への電磁波の導入効率を向上させる目的で、平面アンテナ板３１の中心ＯＡ（基材３１ａの中心に同じ）から第１のスロット３２ａの中心Ｏ３２ａまでの距離Ｌ１と、平面アンテナ板３１の半径ｒとの比Ｌ１／ｒは０．３５〜０．５の範囲内である。この比Ｌ１／ｒが０．３５未満あるいは０．５超では、各スロットからの電磁波の放射効率が悪くなる。
【００５５】
また、平面アンテナ板３１の中心ＯＡから第２のスロット３２ｂの中心Ｏ３２ｂまでの距離Ｌ２と、平面アンテナ板３１の半径ｒとの比Ｌ２／ｒは０．７〜０．８５の範囲内である。この比Ｌ２／ｒが０．７未満あるいは０．８５超では、各スロットからの電磁波の放射効率が悪くなる。
【００５６】
距離Ｌ１と半径ｒとの比Ｌ１／ｒおよび距離Ｌ２と半径ｒとの比Ｌ２／ｒは、遅波板３３により調整された電磁波の波長λｇに応じてある程度決定できるが、計算値と現実に有効な範囲とは必ずしも一致しない。そこで、本発明者らは、比Ｌ１／ｒおよび比Ｌ２／ｒを上記範囲とすることが有効であることを見出した。
【００５７】
また、第１のスロット３２ａの中心Ｏ３２ａを結ぶ半径が距離Ｌ１の円をＣ１とし、第２のスロット３２ｂの中心Ｏ３２ｂを結ぶ半径が距離Ｌ２の円をＣ２とした場合に、平面アンテナ板３１の中心ＯＡから、円Ｃ１と円Ｃ２の円周の径方向の中間点Ｍまでの距離Ｌ３を半径とする円Ｃ３は、距離Ｌ３と平面アンテナ板３１の半径ｒと比Ｌ３／ｒが、０．５〜０．７の範囲内であることがチャンバー１内への電磁波の導入効率を向上させる観点から好ましい。比Ｌ３／ｒを上記範囲内に規定することによって、反射波の発生を抑制し、電磁波を効率良くチャンバー１内に供給することができ、安定したプラズマを形成できる。
【００５８】
また、距離Ｌ２と距離Ｌ１との差分（Ｌ２−Ｌ１）と、平面アンテナ板３１の半径ｒと比（Ｌ２−Ｌ１）／ｒは０．２〜０．５の範囲内であることがチャンバー１内への電磁波の導入効率を向上させる観点から好ましい。比（Ｌ２−Ｌ１）／ｒを上記範囲内に規定することによって、反射波の発生を抑制し、電磁波を効率良くチャンバー１内に供給することができ、安定したプラズマを形成できる。
【００５９】
なお、本発明において、「平面アンテナ板３１の半径ｒ」は、基材３１ａ上で平面アンテナとして有効に機能する円形の領域の半径を意味する。例えば平面アンテナ板３１を蓋枠１３の上端に螺子等の固定手段で固定した場合には、基材３１ａの周縁部に螺子孔などが形成された係合領域（図示せず。周縁端から３〜２０ｍｍ程度）が必要になる。しかし、固定の目的で設けられたこの係合領域は、アンテナとしての機能を奏さない部分であるため、このような係合領域を含まないように平面アンテナ板３１の半径ｒが規定される。
【００６０】
次に、平面アンテナ板３１におけるスロット３２の配置角度について説明する。同軸導波管３７ａから平面アンテナ板３１の中心に伝搬された電磁波により、導体からなる平面アンテナ板３１の基材３１ａ上には表面電流が生じる。この表面電流は平面アンテナ板３１の径外方向へ向かって放射状に流れるが、途中でスロット３２により遮られるため、スロット３２の縁に電荷が誘起される。このように誘起された電荷は電磁波を発生させる。この電磁波がスロット３２および透過板２８を介して下方のチャンバー１内空間へ向けて放射される。そのため、スロット３２の長手方向が表面電流の方向（平面アンテナ板３１の径外方向）と一致する場合には、チャンバー１内への電磁波の放射は起こりにくくなる。
【００６１】
以上のことから、チャンバー１内へ効率良く電磁波を導入するためには、スロット３２の配置角度も重要な要素となる。本実施の形態では、平面アンテナ板３１の中心ＯＡと第１のスロット３２ａの中心Ｏ３２ａとを結ぶ直線に対して、該第１のスロット３２ａの長手方向がなす角度θ１が３０°〜５０°の範囲内であることが好ましい。角度θ１を３０°〜５０°の範囲内に規定することによって、反射波の発生を抑制し、電磁波を効率良くチャンバー１内に供給することができ、安定したプラズマを形成できる。この角度θ１が３０°未満では、平面アンテナ板３１の径方向に伝播する波の効率が低下し、５０°を超えると、平面アンテナ板３１の周方向に伝播する波の効率が低下する。
【００６２】
上記と同様の理由から、平面アンテナ板３１の中心ＯＡと第２のスロット３２ｂの中心Ｏ３２ｂとを結ぶ直線に対して、該第２のスロット３２ｂの長手方向がなす角度θ２が１３０°〜１５０°の範囲内であることが好ましい。角度θ２を１３０°〜１５０°の範囲内に規定することによって、反射波の発生を抑制し、電磁波を効率良くチャンバー１内に供給することができ、安定したプラズマを形成できる。この角度θ２が１３０°未満では平面アンテナ板３１の周方向に伝播する波の効率が低下し、１５０°を超えると平面アンテナ板３１の径方向に伝播する波の効率が低下する。
【００６３】
また、平面アンテナ板３１の中心ＯＡから第１のスロット３２ａの中心Ｏ３２ａまでを結ぶ直線と、平面アンテナ板３１の中心ＯＡから第２のスロット３２ｂの中心Ｏ３２ｂまでを結ぶ直線とがなす角度θ３は、８°〜１５°の範囲内であることが好ましい。角度θ３を８°〜１５°の範囲内に規定することによって、反射波の発生を抑制し、電磁波を効率良くチャンバー１内に供給することができ、安定したプラズマを形成できる。この角度θ３が上記範囲外では、各スロットからの電磁波の放射効率が低下する。
【００６４】
また、第１のスロット３２ａの長手方向と、第２のスロット３２ｂの長手方向とのなす角度θ４は、略直角が好ましく、例えば８５°〜９５°の範囲内とすることができる。
【００６５】
以上のように、角度θ１、θ２、θ３およびθ４を調整することにより、スロット３２を介して電磁波を高い効率でチャンバー１内へ導入することができる。なお、平面アンテナ板３１の中心ＯＡから、互いに隣接する第１のスロット３２ａの中心Ｏ３２ａにそれぞれ延びる２本の直線のなす角度は、第１のスロット３２ａの配設数に応じて例えば均等になるように適宜設定できる。平面アンテナ板３１の中心ＯＡから、互いに隣接する第２のスロット３２ｂの中心Ｏ３２ｂにそれぞれ延びる２本の直線のなす角度についても同様である。
【００６６】
また、図３に示したように、第１のスロット３２ａの長さと、第２のスロット３２ｂの長さは、共に同じである（スロット長Ｌ４）。さらに、第１のスロット３２ａの幅と、第２のスロット３２ｂの幅は、共に同じである（スロット幅Ｗ１）。スロット長とスロット幅との比（Ｌ４／Ｗ１）は、放射効率を高める観点から、１〜２６の範囲内が好ましい。なお、スロット長Ｌ４は、例えば４０ｍｍ〜８０ｍｍの範囲内とすることができる。また、スロット幅Ｗ１は、例えば３ｍｍ〜４０ｍｍの範囲内とすることができる。
【００６７】
また、遅波板３３の材質が石英である場合の遅波板３３の厚みと、平面アンテナ板３１の第１のスロット３２ａおよび第２のスロット３２ｂの径方向の位置（前記比Ｌ１／ｒおよび比Ｌ２／ｒ）との関係は、石英の誘電率による波長短縮と石英内での定在波の周期性を考慮して、定在波の波長に設定することが好ましい。
【００６８】
次に、本実施の形態に係るプラズマ処理装置１００を用いたプラズマ処理の手順の一例について説明する。ここでは、処理ガスとして酸素を含有するガスを用い、ウエハ表面をプラズマ酸化処理する場合を例に挙げる。
まず、例えばユーザーインターフェース５２から、プラズマ処理装置１００でプラズマ酸化処理を行うように指令が入力される。この指令を受けて、プロセスコントローラ５１は、記憶部５３に保存されたレシピを読み出す。そして、レシピに基づく条件でプラズマ酸化処理が実行されるように、プロセスコントローラ５１からプラズマ処理装置１００の各エンドデバイス例えばガス供給機構１８、排気装置２４、電磁波発生装置３９、ヒータ電源５ａなどへ制御信号が送出される。
【００６９】
そして、ゲートバルブ１７を開にして搬入出口１６からウエハＷをチャンバー１内に搬入し、載置台２上に載置する。次に、チャンバー１内を減圧排気しながら、ガス供給機構１８から、不活性ガスおよび酸素含有ガスを所定の流量でそれぞれガス導入部１５を介してチャンバー１内に導入する。さらに、排気量およびガス供給量を調整してチャンバー１内を所定の圧力に調節する。
【００７０】
次に、電磁波発生装置３９のパワーをオン（入）にして、電磁波を発生させる。そして、従来のマイクロ波の周波数よりも低い周波数例えば９１５ＭＨｚの電磁波は、マッチング回路３８を介して導波管３７に導かれる。導波管３７に導かれた電磁波は、矩形導波管３７ｂおよび同軸導波管３７ａを順次通過し、内導体４１を介して平面アンテナ板３１に供給される。電磁波は、矩形導波管３７ｂ内ではＴＥモードで伝搬し、このＴＥモードの電磁波はモード変換器４０でＴＥＭモードに変換されて、同軸導波管３７ａ内を平面アンテナ板３１に向けて伝搬していく。そして、電磁波は、平面アンテナ板３１に貫通形成された孔であるスロット３２から透過板２８を介してチャンバー１内におけるウエハＷの上方空間に放射される。電磁波出力は、電磁波を効率良く供給する観点から、平面アンテナ板３１の面積１ｃｍ２あたりのパワー密度として０．４１〜４．１９Ｗ／ｃｍ２の範囲内とすることが好ましい。電磁波出力は、例えば５００〜５０００Ｗ程度の範囲内から目的に応じて上記範囲内のパワー密度となるように選択することができる。
【００７１】
平面アンテナ板３１から透過板２８を経てチャンバー１に放射された電磁波により、チャンバー１内で電磁界が形成され、不活性ガスおよび酸素含有ガスがそれぞれプラズマ化する。この電磁波により励起されたプラズマは、電磁波が平面アンテナ板３１の多数のスロット３２から放射されることにより、１０９／ｃｍ３〜１０１３／ｃｍ３の高密度で、かつウエハＷ近傍では、略１．５ｅＶ以下の低電子温度のプラズマとなる。このようにして形成される高密度プラズマは、下地膜へのイオン等によるプラズマダメージが少ないものである。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りウエハＷのシリコン表面が酸化されてシリコン酸化膜ＳｉＯ２の薄膜が形成される。なお、酸素含有ガスに代えて窒素ガスを用いることにより、シリコンの窒化処理が可能であり、また、成膜原料ガスを用いることによりプラズマＣＶＤ法による成膜を行うことも可能である。
【００７２】
プロセスコントローラ５１からプラズマ処理を終了させる制御信号が送出されると、電磁波発生装置３９のパワーがオフ（切）にされ、プラズマ酸化処理が終了する。次に、ガス供給機構１８からの処理ガスの供給を停止してチャンバー内を真空引きする。そして、ウエハＷをチャンバー１内から搬出し、１枚のウエハＷに対するプラズマ処理が終了する。
【００７３】
プラズマ処理装置１００では、電磁波発生装置３９で発生させる電磁波の周波数を従来のマイクロ波の周波数より低い８００ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚの範囲内（好ましくは９１５ＭＨｚ）に設定した。プラズマ生成用の電磁波として、周波数が８００ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚの範囲内のものを使用することにより、例えば従来の２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波を使用する場合に比べて、表面波プラズマがカットオフされるプラズマ密度（カットオフ密度）が低下し、より高い圧力条件まで安定的にプラズマを生成することができる。
【００７４】
図５は、プラズマ処理装置１００で行われるプラズマ処理の処理圧力とプラズマの電子密度との関係を示している。処理圧力が高くなるに伴い、プラズマの電子密度は低下し、カットオフ密度において電子密度は急激に減少する。２．４５ＧＨｚのマイクロ波プラズマのカットオフ密度は約７．５×１０１０ｃｍ−３であり、９１５ＭＨｚの電磁波プラズマのカットオフ密度は約１×１０１０ｃｍ−３である。そして、図５に示したように、２．４５ＧＨｚのマイクロ波プラズマに比べ、９１５ＭＨｚの電磁波プラズマでは、より高い圧力条件までカットオフ密度以上のプラズマ密度を維持することができる。
【００７５】
また、本実施の形態の平面アンテナ板３１では、平面アンテナ板３１の中心ＯＡから内側の第１のスロット３２ａの中心Ｏ３２ａまでの距離Ｌ１と平面アンテナ板３１の半径ｒとの比Ｌ１／ｒを０．３５〜０．５の範囲内とし、かつ、平面アンテナ板３１の中心ＯＡから外側の第２のスロット３２ｂの中心Ｏ３２ｂまでの距離Ｌ２と、平面アンテナ板３１の半径ｒとの比Ｌ２／ｒを０．７〜０．８５の範囲内としたので、電磁波発生装置３９で発生させる電磁波の周波数を８００ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚの範囲内に設定した場合でも、反射波の発生を抑え、チャンバー１内へ効率良く電磁波を導入できる。従って、チャンバー内で表面波プラズマを安定的に維持することができる。
【００７６】
また、本実施の形態の平面アンテナ板３１では、平面アンテナ板３１の中心ＯＡと第１のスロット３２ａの中心Ｏ３２ａとを結ぶ直線に対して、該第１のスロット３２ａの長手方向がなす角度θ１を３０°〜５０°の範囲内とし、平面アンテナ板３１の中心ＯＡと第２のスロット３２ｂの中心Ｏ３２ｂとを結ぶ直線に対して、該第２のスロット３２ｂの長手方向がなす角度θ２を１３０°〜１５０°の範囲内とした。さらに、平面アンテナ板３１の中心ＯＡから第１のスロット３２ａの中心Ｏ３２ａまでを結ぶ直線と、平面アンテナ板３１の中心ＯＡから第２のスロット３２ｂの中心Ｏ３２ｂまでを結ぶ直線とがなす角度θ３を８°〜１５°の範囲内とした。さらに、第１のスロット３２ａの長手方向と、第２のスロット３２ｂの長手方向とのなす角度θ４を略直角例えば８５°〜９５°の範囲内とした。これらの角度θ１、θ２、θ３およびθ４を上記範囲に規定することにより、スロット３２を介して電磁波を高い効率でチャンバー１内へ導入することができる。
【００７７】
以上のように、本実施の形態の平面アンテナ板３１では、スロット３２ａ，３２ｂの配置を工夫したことにより、従来のマイクロ波の周波数よりも低い８００ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚの範囲内（好ましくは９１５ＭＨｚ）の周波数の電磁波をチャンバー１内に効率良く導入することができる。よって、従来の２．４５ＧＨｚのマイクロ波を使用する場合に比べて、より高い圧力条件でも、プラズマ処理装置１００のチャンバー１内で表面波プラズマを安定的に維持することができる。そして、このようなプラズマ処理装置１００を用いることによって、比較的高い圧力条件で処理レートの向上やウエハ面内における処理の均一性が実現し、高い精度が必要な３次元デバイス加工や微細加工への対応を図ることが可能になる。
【００７８】
［第２の実施の形態］
次に、図６および図７を参照しながら、本発明の第２の実施の形態に係る平面アンテナ板６１について説明する。図６は、第２の実施の形態に係る平面アンテナ６１の要部を示す平面図であり、図７は、平面アンテナ６１におけるスロットを拡大して示す図面である。本実施の形態に係る平面アンテナ板６１は、第１の実施の形態に係る平面アンテナ板３１と同様に、プラズマ処理装置１００に使用できるものである。
【００７９】
平面アンテナ板６１は、円板状の基材６１ａと、この基材６１ａにおいて所定のパターンで貫通して形成された多数のスロット６２（６２ａ，６２ｂ）とを有している。平面アンテナ板６１では、一つのスロット６２の幅Ｗ２が大きく形成されてスロット６２の配設数が少なくなっている点を除き、第１の実施の形態の平面アンテナ板３１と同様の構成を有している。従って、以下の説明では第１の実施の形態との相違点を中心に説明し、同一の構成には同一の符合を付して説明を省略する。
【００８０】
基材６１ａに形成された個々のスロット６２は、やや幅広に細長い形状をなしている。スロット６２は、平面アンテナ板６１の中心ＯＡに近い位置に周方向に配列された複数の第１のスロット６２ａと、これら第１のスロット６２ａを囲むように外側に配列された複数の第２のスロット６２ｂとを含んでいる。第１のスロット６２ａと第２のスロット６２ｂとは同心円状に配列されている。
【００８１】
第１のスロット６２ａと第２のスロット６２ｂとは対をなしており、各８個ずつが平面アンテナ板６１の円周方向に均等に配置されている。平面アンテナ板６１の中心ＯＡ（基材６１ａの中心に同じ）から第１のスロット６２ａの中心Ｏ６２ａまでの距離Ｌ１と、平面アンテナ板６１の半径ｒとの比Ｌ１／ｒは、０．３５〜０．５範囲内である。また、平面アンテナ板６１の中心ＯＡから第２のスロット６２ｂの中心Ｏ６２ｂまでの距離Ｌ２と、平面アンテナ板６１の半径ｒとの比Ｌ２／ｒは０．７〜０．８５の範囲内である。比Ｌ１／ｒおよび比Ｌ２／ｒを上記範囲内に規定した理由については、第１の実施の形態と同様である。
【００８２】
また、第１のスロット６２ａの中心Ｏ６２ａを結ぶ半径が距離Ｌ１の円をＣ１とし、第２のスロット６２ｂの中心Ｏ６２ｂを結ぶ半径が距離Ｌ２の円をＣ２とした場合に、平面アンテナ板６１の中心ＯＡから、円Ｃ１と円Ｃ２の円周の径方向の中間点Ｍまでの距離Ｌ３を半径とする円Ｃ３は、距離Ｌ３と平面アンテナ板６１の半径ｒと比Ｌ３／ｒが、０．５〜０．７の範囲内であることが好ましい。比Ｌ３／ｒを０．５〜０．７の範囲内に規定することによって、反射波の発生を抑制し、電磁波を効率良くチャンバー１内に供給することができ、安定したプラズマを形成できる。
【００８３】
また、距離Ｌ２と距離Ｌ１との差分（Ｌ２−Ｌ１）と、平面アンテナ板６１の半径ｒと比（Ｌ２−Ｌ１）／ｒは０．２〜０．５の範囲内であることが好ましい。比（Ｌ２−Ｌ１）／ｒを０．５〜０．７の範囲内に規定することによって、反射波の発生を抑制し、電磁波を効率良くチャンバー１内に供給することができ、安定したプラズマを形成できる。
【００８４】
また、図６に示した角度θ１、θ２、θ３およびθ４の範囲および当該範囲に設定した理由は、いずれも第１の実施の形態と同様である。
【００８５】
本実施の形態の平面アンテナ板６１においては、図７に示したように、第１のスロット６２ａの長さと、第２のスロット６２ｂの長さは、共に同じである（スロット長Ｌ４）。さらに、第１のスロット６２ａの幅と、第２のスロット６２ｂの幅は、共に同じである（スロット幅Ｗ２）。スロット長とスロット幅との比（Ｌ４／Ｗ２）は、平面アンテナ板６１において、各スロットからの電磁波の放射効率を高める観点から、１〜２６の範囲内とすることが好ましい。なお、スロット長Ｌ４は例えば４０ｍｍ〜８０ｍｍの範囲内、スロット幅Ｗ２は、例えば３ｍｍ〜４０ｍｍの範囲内とすることができるが、本実施の形態では、第１の実施の形態の平面アンテナ板３１に比較してスロット幅Ｗ２の比率が大きくなるように設定した。これにより、スロット６２による貫通開口の面積が大きくなり、平面アンテナ板６１のスロット６２を介して電磁波を効率よくチャンバー１内へ導入させることができる。
【００８６】
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。
【００８７】
［第３の実施の形態］
次に、図８を参照しながら、本発明の第３の実施の形態に係る平面アンテナ板７１について説明する。図８は、第３の実施の形態に係る平面アンテナ７１の要部を示す平面図である。本実施の形態に係る平面アンテナ板７１は、第１の実施の形態に係る平面アンテナ板３１と同様に、プラズマ処理装置１００に使用できるものである。平面アンテナ板７１は、外周側に配設された第２のスロットの数が多く形成されている点を除き、第２の実施の形態の平面アンテナ板６１と同様の構成を有している。従って、以下の説明では第２の実施の形態との相違点を中心に説明し、同一の構成には同一の符合を付して説明を省略する。
【００８８】
平面アンテナ板７１は、円板状の基材７１ａと、この基材７１ａにおいて所定のパターンで貫通して形成された多数のスロット７２（７２ａ，７２ｂ１，７２ｂ２）とを有している。スロット７２は、平面アンテナ板７１の中心ＯＡに近い位置に周方向に配列された複数の第１のスロット７２ａと、これら第１のスロット７２ａを囲むように外側に配列された複数の第２のスロット７２ｂ１および７２ｂ２とを含んでいる。
【００８９】
第１のスロット７２ａと第２のスロット７２ｂ１，７２ｂ２とは同心円状に配列されている。また、第１のスロット７２ａと第２のスロット７２ｂ１とは対をなしている。一方、第２のスロット７２ｂ２は、第１のスロット７２ａとは対をなしていない不対スロットである。第１のスロット７２ａは、８個が平面アンテナ板７１の円周方向に均等に配置されている。外周側のスロットのうち第１のスロット７２ａと対をなす第２のスロット７２ｂ１も、８個が平面アンテナ板７１の円周方向に均等に配置されている。
【００９０】
第２のスロット７２ｂ１および７２ｂ２は、各８個ずつ（合計１６個）が平面アンテナ板７１の円周方向に均等に配置されている。第２のスロット７２ｂ１と７２ｂ２は、１個置きに交互に配置されている。平面アンテナ板７１では、第２のスロット７２ｂ１に加え、第２のスロット７２ｂ２を配設したことによって、平面アンテナ板７１における貫通開口の面積を、第２の実施の形態の平面アンテナ板６１よりもさらに増加させた。従って、電磁波を効率よくチャンバー１内へ導入させることができる。
【００９１】
本実施の形態の平面アンテナ板７１においても、平面アンテナ板７１の中心ＯＡ（基材７１ａの中心に同じ）から第１のスロット７２ａの中心Ｏ７２ａまでの距離Ｌ１と、平面アンテナ板７１の半径ｒとの比Ｌ１／ｒは、０．３５〜０．５の範囲内である。また、平面アンテナ板７１の中心ＯＡから第２のスロット７２ｂ１または７２ｂ２の中心Ｏ７２ｂ１またはＯ７２ｂ２までの距離Ｌ２と、平面アンテナ板７１の半径ｒとの比Ｌ２／ｒは０．７〜０．８５の範囲内である。比Ｌ１／ｒおよび比Ｌ２／ｒを上記範囲内に規定した理由については、第１の実施の形態と同様であり、反射波の発生を抑制し、電磁波を効率良くチャンバー１内に供給することができ、安定したプラズマを形成できる。
【００９２】
また、第１のスロット７２ａの中心Ｏ７２ａを結ぶ半径が距離Ｌ１の円をＣ１とし、第２のスロット７２ｂの中心Ｏ７２ｂを結ぶ半径が距離Ｌ２の円をＣ２とした場合に、平面アンテナ板７１の中心ＯＡから、円Ｃ１と円Ｃ２の円周の径方向の中間点Ｍまでの距離Ｌ３を半径とする円Ｃ３は、距離Ｌ３と平面アンテナ板７１の半径ｒと比Ｌ３／ｒが、０．５〜０．７の範囲内であることが好ましい。また、距離Ｌ２と距離Ｌ１との差分（Ｌ２−Ｌ１）と、平面アンテナ板７１の半径ｒと比（Ｌ２−Ｌ１）／ｒは０．２〜０．５の範囲内であることが好ましい。上記範囲内に規定することにより、反射波の発生を抑制し、電磁波を効率良くチャンバー１内に供給することができ、安定したプラズマを形成できる。
【００９３】
また、図８に示した角度θ１、θ２、θ３およびθ４の範囲および当該範囲に設定した理由は、いずれも第１の実施の形態と同様である。また、本実施の形態における第１のスロット７２ａおよび第２のスロット７２ｂ１，７２ｂ２の長さおよび幅の範囲並びに当該範囲に規定した理由は、いずれも第２の実施の形態と同様である。
【００９４】
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。
【００９５】
以上、本発明の実施形態を述べたが、本発明は上記実施形態に制約されることはなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明の平面アンテナ板３１を備えたプラズマ処理装置１００は、例えばプラズマ酸化処理装置、プラズマ窒化処理装置やプラズマＣＶＤ処理装置、プラズマエッチング処理装置、プラズマアッシング処理装置などに適用できる。さらに、本発明の平面アンテナ板を備えたプラズマ処理装置１００は、被処理体として半導体ウエハを処理する場合に限らず、例えば液晶ディスプレイ装置や有機ＥＬディスプレイ装置などのフラットパネルディスプレイ装置用の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。
【００９６】
また、スロット３２の平面形状は上記実施の形態で示した形状に限定されるものではなく、例えば円形、楕円形、正方形、矩形などの形状にすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す概略断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る平面アンテナ板の要部の平面図である。
【図３】図２の平面アンテナ板におけるスロットの拡大図である。
【図４】図１のプラズマ処理装置の制御系統の概略構成を示すブロック図である。
【図５】プラズマのカットオフ密度の圧力依存モデルを説明する図面である。
【図６】第２の実施の形態に係る平面アンテナ板の要部の平面図である。
【図７】図６の平面アンテナ板におけるスロットの拡大図である。
【図８】第３の実施の形態に係る平面アンテナ板の要部の平面図である。
【符号の説明】
【００９８】
１…チャンバー（処理室）、２…載置台、３…支持部材、５…ヒータ、１２…排気管、１５…ガス導入部、１８…ガス供給機構、２４…排気装置、２７…電磁波導入機構、２８…透過板、２９…シール部材、３１…平面アンテナ板、３１ａ…基材、３２…スロット、３７…導波管、３７ａ…同軸導波管、３７ｂ…矩形導波管、３９…電磁波発生装置、５０…制御部、５１…プロセスコントローラ、５２…ユーザーインターフェース、５３…記憶部、１００…プラズマ処理装置、Ｗ…半導体ウエハ（基板）
【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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