(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
その内側が排気される処理室と、この処理室内に配置され被処理基板が載置される電極と、この電極の上方の前記処理室の上部に配置され誘電体製の窓部材と、この窓部材の上方に配置されその上方から導入されたマイクロ波による放射状の表面電流が上面を流れる導電体製の部材であって前記マイクロ波を前記窓部材に導くための孔の複数が円周状に配置された部材と、前記処理室の周囲に配置されこの処理室内に静磁界を形成するための手段とを備えたプラズマ処理装置であって、
前記マイクロ波のうち電界の方向が傾いて位相が異なる複数の波が重ね合わされて形成された右回りの円偏波が、前記孔の各々から前記窓部材へ放射され、この窓部材を介して前記処理室内に導入されるプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ処理装置であって、前記孔は複数の方形状を組み合わせた形状を備えたプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のプラズマ処理装置であって、前記孔から、電界の方向が傾いて位相が異なる複数の波長の波が重ね合わされて放射されるプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項３に記載のプラズマ処理装置であって、前記孔は、その内部に前記複数の波のうち一方の波とは異なる波長の波がその内側を通過して放射される誘電体製の部材を備えたプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
半導体集積回路等の製造にあたり、膜の形成、加工等にプラズマ処理装置が用いられる。本発明は安定なプラズマを均一に生成することにより高品位なプラズマ処理を可能とするプラズマ処理装置を提供することに寄与する。
【０００２】
【従来の技術】
通常のプラズマ処理装置では処理室に処理に適したガスを所定の流量供給し、そのガスを排気する速度を調整して処理室を処理に適した圧力に制御することが行われる。さらに処理室に電磁波を供給してプラズマを発生させ、プラズマ処理を行う。プラズマは処理室内の電磁界分布に対応した分布で発生する。プラズマ中の電磁界分布は電磁波の供給方法、プラズマの密度、圧力などのプラズマ特性、処理室の形状等により決まる。従来のプラズマ処理装置ではプラズマ中の電磁界分布に関して十分考慮されておらず、電磁波電力の有効利用、プラズマ分布の制御などが必ずしも適切に行われていない問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来技術によると処理室に投入した電磁波の電力が必ずしもプラズマの発生に有効に利用されていない問題があった。プラズマ中でとりやすい電磁界分布と投入する電磁波の電磁界分布が必ずしも対応しないため安定したプラズマの生成が行われないという問題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、その内側が排気される処理室と、この処理室内に配置され被処理基板が載置される電極と、この電極の上方の前記処理室の上部に配置され誘電体製の窓部材と、この窓部材の上方に配置されその上方から導入されたマイクロ波による放射状の表面電流が上面を流れる導電体製の部材であって前記マイクロ波を前記窓部材に導くための孔の複数が円周状に配置された部材と、前記処理室の周囲に配置されこの処理室内に静磁界を形成するための手段とを備えたプラズマ処理装置であって、前記マイクロ波のうち電界の方向が傾いて位相が異なる複数の波が重ね合わされて形成された右回りの円偏波が、前記孔の各々から前記窓部材へ放射され、この窓部材を介して前記処理室内に導入されるプラズマ処理装置により解決できる。
【０００５】
さらに、前記孔は複数の方形状を組み合わせた形状を備えたことにより解決できる。さらには、前記孔から、電界の方向が傾いて位相が異なる複数の波長の波が重ね合わされて放射されることにより解決できる。さらにまた、前記孔は、その内部に前記複数の波のうち一方の波とは異なる波長の波がその内側を通過して放射される誘電体製の部材を備えたことにより解決できる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施例を図１を用いて説明する。例えばマグネトロンなどのマイクロ波源１０１により発生した例えば周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波はアイソレー夕１０２、整合器１０３を介して同軸導波管変換器１０４に伝送される。同軸導波管変換器１０４によりマイクロ波は軸対称な同軸線路１０５の基本モードに変換され、整合室１０６を介してモード変換器１０７にもたらされる。整合室１０６は内部または外部導体の直径が同軸線路１０５と異なるサイズの同軸線路で長さが１／４波長の線路であり、モード変換器１０７と同軸線路１０５の接続部でインピーダンス不整合により発生する電力の反射を防止している。またモード変換器１０７は投入されたマイクロ波の電磁界を同軸線路の基本モードから以下に説明する部材１０９の励振に適した分布に変換する作用を持つ。
【０００７】
モード変換器１０７の下部には結合孔１０８を有する部材１０９があり、結合孔１０８、マイクロ波導入窓１１０を介して処理室１１１にマイクロ波が導入される。部材１０９はアルミニウム、銅などの導電率の高い金属でできている。マイクロ波導入窓はマイクロ波に対する損失が小さく、プラズマ処理に悪影響を与えにくい誘電体として例えば石英、アルミナセラミックなどでできている。処理室１１１には図示しないガス導入系および排気系が接続され、処理室をプラズマ処理に適した圧力、ガス雰囲気に保持することができる。処理室１１１の周囲には静磁界の発生装置１１２が設置され、処理室１１１内に電子サイクロトロン共鳴現象を発生させる程度の静磁界を発生させることができる。投入するマイクロ波の周波数が例えば２．４５ＧＨｚの場合、電子サイクロトロン共鳴は０．０８７５テスラで起きることが知られており、マイクロ波電力はプラズマに強く吸収され、低い圧力でも高密度のプラズマを容易に発生させることができる。また処理室内の静磁界分布を調整することで、処理室内のプラズマ分布等を制御することができる。静磁界の発生装置１１２として例えば電磁石、永久磁石などを用いることができる。
【０００８】
処理室１１１内には被処理基板１１３を設置するための電極１１４が設けられている。電極１１４には高周波電源１１５が整合器１１６を介して接続され、被処理基板１１３に例えば１３．５６ＭＨｚなどの周波数の高周波を加えることができる。
【０００９】
図２を用いて結合孔１０８を有する部材１０９の構造を示す。同軸状のモード変換器１０７により部材１０９の表面にはマイクロ波表面電流２０１が放射状に流れる。これに対し結合孔１０８は互いに直交する２つの長方形状の穴２０２および２０３からなっている。長方形状の穴２０２および２０３はそれぞれマイクロ波表面電流２０１に対し互いに逆方向に４５°傾斜しており、さらにこれらはある円周状に配置されている。また穴２０２には誘電体２０４が装荷されている。
【００１０】
一般に導電率の高い物質で囲まれた長方形状の穴は方形導波管として動作させることができ、長辺の長さが半波長以上の場合に穴を通してマイクロ波を伝送することができる。長方形状の穴２０２、２０３は方形導波管として動作するよう、長辺の長さがマイクロ波の波長の半波長以上の長さになっている。部材１０９の厚さ（穴２０２、２０３の深さ）は穴２０２を通ったマイクロ波と穴２０３を通ったマイクロ波で位相がおよそ９０度異なる厚さに設定されている。一般に誘電体中で電磁波の波長は真空または空気中の電磁波の波長に比べ短くなる。方形導波管の最低次のモードであるＴＥ１０モードの管内波長は式（１）の様にあらわされることが知られている。
【００１１】
【数１】
0003736054.tif 000002
【００１２】
ただし
λg ：ＴＥ１０モードの管内波長
λo ：真空中の波長
εr ：導波管内の比誘電率
ａ  ：方形導波管の長辺の長さ
例えば導波管長辺の長さが６５ｍｍで内部に石英（比誘電率３．７８とする）を入れた方形導波管の管内波長は７１．９ｍｍとなる。また空気（比誘電率１．０とする。）が入った同じサイズの方形導波管の管内波長は３６２ｍｍとなる。従って両者の位相差が９０度になる導波管の長さは２２．４ｍｍとなる。実際には部材１０９の厚さは管内波長に比べて短いこと、穴２０２、２０３を組み合わせた十字形状の穴は厳密には式（１）を満たさないこと等から部材１０９の厚さの最適値は前記計算値を必ずしも満足しない場合がある。
【００１３】
長方形状の穴２０２と２０３は方形導波管として動作しているため、穴２０２、２０３内部でのマイクロ波電界の方向は図２に示すようにマイクロ波表面電流２０１に対し互いに逆方向に４５°傾いたマイクロ波電界２０５のようになる。前述のように部材１０９の厚さは穴２０２と２０３を通過するマイクロ波の位相差が９０度となるように設定されており、その両者のマイクロ波の電界は互いに９０度の角度をなすため、部材１０９とマイクロ波導入窓１１０の接続面では両者の合成により円偏波が形成される。図２の例では８組の穴２０２、２０３が設けられており、これらが同位相で励振されるため、前記円偏波がそれぞれの組から同じ位相で放射される。
【００１４】
磁化プラズマは静磁界の方向に対して右回りの円偏波（以下Ｒ波）と左回りの円偏波（以下Ｌ波）で異なる伝搬特性を示すことが知られている。Ｒ波は電子サイクロトロン共鳴を起こし、プラズマに強く吸収されるのに対し、Ｌ波は電子サイクロトロン共鳴を起こさないためあまり強く吸収されず、プラズマ端面で反射される割合が大きい。部材１０９によりＲ波を発生させることでマイクロ波電力を効率良くプラズマに吸収させることができる。そのため低出力のマイクロ波源を用いても高密度のプラズマを容易に発生させることができる。またプラズマに対するマイクロ波の吸収がよくなるため、マイクロ波立体回路部の余計な加熱が少なく、安定してプラズマを発生させることができる。
【００１５】
図３に部材１０９として使用可能な他の構造を示す。式（１）によれば方形導波管の管内波長は導波管の長辺の長さにより変ることがわかる。そこで誘電体を装荷した導波管にかわり長辺の長さの異なる導波管を用いることで同様の効果を持たせることができる。長辺の長さの異なる２つの長方形状の穴を互いに９０度傾けて組み合わせ、十字状の穴３０１を形成する。十字状の穴３０１は２つの方形導波管を組み合わせた構造と考えることができ、それぞれの導波管の管内波長は式（１）に従って求めることができる。例えば長辺の長さ６５ｍｍと８０ｍｍの２つの長方形を９０度傾けて組み合わせた場合、それぞれの管内波長は３６２ｍｍおよび１９０ｍｍとなるので位相差を９０度とするには導波管の長さ（部材１０９の高さ）を１００ｍｍとすればよい。この場合も図２に示した場合と同様、最適値は前記計算値を必ずしも満足しない場合がある。
【００１６】
図４に部材１０９として使用可能な他の構造を示す。誘電体板４０２を傾けて円形の穴４０１内に装荷した構造となっている。誘電体中を進む電磁波の波長は真空中と比べて短くなる。従って誘電体板４０２と平行な電界成分を持つ電磁波は誘電体板４０２と垂直な成分を持つ電磁波とで波長が異なり、この両者が重なりあって円偏波を発生させることができる。
【００１７】
磁化プラズマに吸収されやすい円偏波を発生させるには電界の方向が傾いた複数の波を位相をずらして重ねあわせればよい。前述の例では電界の傾きおよび位相差が９０度である２つの波を重ねあわせる例を示したが、位相差、電界の傾きは９０度に限定されるものではなく他の角度であってもよい。また重ねあわせる波の数は２つに限定されるものではなく更に多くてもよい。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、プラズマ中でとりやすい電磁界分布と投入する電磁波の電磁界分布を対応させることができるのでプラズマ発生に必要な電力を低減するとともに安定してプラズマを発生させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるマイクロ波プラズマ処理装置を説明する図面。
【図２】結合孔を有する部材１０９の構造の第一例を説明する図面。
【図３】結合孔を有する部材１０９の構造の第二例を説明する図面。
【図４】結合孔を有する部材１０９の構造の第三例を説明する図面。
【符号の説明】
１０１…マイクロ波源、１０２…アイソレー夕、１０３…整合器、１０４…同軸導波管変換器、１０５…同軸線路、１０６…整合室、１０７…モード変換器、１０８…結合孔、１０９…部材、１１０…マイクロ波導入窓、１１１…処理室、１１２…静磁界の発生装置、１１３…被処理基板、１１４…電極、１１５…高周波電源、１１６…整合器、２０１…マイクロ波表面電流、２０２…長方形状の穴、２０３…長方形状の穴、２０４…誘電体、２０５…マイクロ波電界、３０１…十字状の穴、４０１…円形の穴、４０２…誘電体板。
【図１】
0003736054.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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