JP4294775B2 - マイクロ波プラズマ処理装置 - Google Patents
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Description
【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 Ｖaor Ｄeosition）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】
従来のマイクロ波プラズマ処理装置では、図１１の正面断面図、図１２の平面図に示すように、マイクロ波発振器１２０が発振したマイクロ波は、導波管１２１によって誘電体線路１４１の端部に入射される。誘電体線路１４１は平面視で説明すると、矩形の一辺に、この一辺と等しい長さを持つ略二等辺三角形の底辺を一致させて組み合わせた略五角形しており、前記略二等辺三角形の頂点に相当する端部に導波管１２１が接続されてマイクロ波が導入される。
【０００３】
前記略二等辺三角形の２つの等辺はテーパ部１４１Ａを形成し、端部に導入されたマイクロ波は、テーパ部１４１Ａに倣ってその幅方向に均一に押し広げられ誘電体線路１４１の全体に伝播し、誘電体線路１４１内に定在波を形成する。このテーパ部１４１Ａによって定在波を均一に形成することができるので、処理容器１０１内に導入されたマイクロ波を、処理容器１０１を大きくした場合であっても均一にすることができ、大口径の試料Ｗを均一にプラズマ処理することができる。
【０００４】
装置の起動直後は処理容器１０１、封止板１０４等の温度が低く、処理容器１０１内に発生するプラズマは均一でないため、試料Ｗ0の均一な処理ができない。このため、例えば処理容器１０１周囲に空間（図示せず）を設け、ここに装置の起動前に温熱媒体を流して処理容器１０１の温度を上げていた。しかし、封止板１０４には温熱媒体を流す空間を確保することも、ヒータを設置することもできないため、処理容器１０１内にシーズニング用ガスを充満し、一定時間だけマイクロ波を発振させてシーズニングを行い、処理容器１０１内雰囲気、処理容器１０１等とともに、封止板１０４の温度を上げてから装置を起動し、試料Ｗ0を均一にプラズマ処理することができるようにしていた。
【０００５】
【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１４１にマイクロ波を均一に拡がらせるために、封止板１０４及び処理容器１０１の縁部から水平方向へ突出させたテーパ部１４１Ａを設けてあり、このテーパ部１４１Ａは、誘電体線路１４１の面積、即ち処理室１３２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１０１周縁から突出したテーパ部１４１Ａ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。
【０００６】
ところで、試料Ｗ0の大口径化に伴って、処理容器１０１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ている。このとき、装置の設置場所を手当てする必要がないこと、即ち、可及的に狭いスペースで設置し得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１４１Ａの寸法を処理容器１０１のサイズに応じて定めるため、大口径の試料Ｗ0を処理する場合、均一なプラズマを形成するためには広いスペースが必要であった。
【０００７】
また、前述のように封止板１０４には熱媒体を流す空間を確保することも、ヒータを設置することもできないため、封止板１０４はシーズニングによりプラズマのみにて昇温していたのでシーズニングに時間がかかっていた。
【０００８】
そこで、本発明はマイクロ波プラズマ処理装置の試料を入れる処理容器以外の部分を小型化し、小型化しても均一なプラズマを形成でき、シーズニング時間が短縮化された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、図２に示すように、プラズマを用いて処理される試料Ｗを収容する処理容器１と；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；周側面に前記マイクロ波を導入するマイクロ波導入口１３Ａが開設された環状の管状部材１２であって、導入されたマイクロ波を伝播させる環状の管状部材１２と；環状の管状部材１２と封止部材４との間に、封止部材４及び環状の管状部材１２に対向して配設され、前記マイクロ波が通過する所定のスリット１５が開設されたスリット板１０と；封止部材４の温度を調整する温度調整手段２４と；環状の管状部材１２の内側に環状の管状部材１２に包囲されて、封止部材４の処理容器１とは反対側に設けられる伝熱板４１であって、温度調整手段２４を内蔵し、封止部材４に底面全体を接して設けられる伝熱板４１とを備えることを特徴とする。
【００１０】
環状の管状部材は、典型的には、ドーナツ状に形成された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、その開放部分をスリット板が閉止するように構成される。スリット板は、環状の管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管状部材とスリット板とで、閉じた断面の管状部材を構成することになる。環状の管状部材とスリット板とを含んでアンテナが構成される。
【００１１】
マイクロ波導入口から環状の管状部材内に入射されたマイクロ波は管状部材内を互いに逆方向へ進行する進行波となって管状部材内を伝播し、両進行波は管状部材のマイクロ波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、管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。管状部材の下には、封止部材及び管状部材に対向して配設されたスリット板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管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放射される。即ち、管状部材から封止部材へマイクロ波が伝播する。このマイクロ波は封止部材を透過して処理容器内へ導入され、そのマイクロ波によってプラズマが生成される。
【００１３】
このように管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、管状部材は処理容器から突出することなく、したがってマイクロ波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、マイクロ波は管状部材から処理容器の略全域に導かれて、スリットから放射されるため、処理容器内へマイクロ波を均一に導入することができる。さらに、管状部材の内径を所要の寸法になすことによって、管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】
また、封止部材の温度を調整する温度調整手段を備えるので、予め定められたパターンで封止部材の温度を調整すれば、マイクロ波を均一に封止部材を透過させることができ、均一なプラズマを発生させることができる。さらにシーズニングに際して、封止部材を、発生させたプラズマだけでなく温度調整手段によっても昇温することができるのでシーズニング時間を短縮化することができる。
なお、環状の管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。
温度調整手段を内蔵する伝熱板によって封止部材を加熱するので、シーズニング時間を短縮化できる。
【００１５】
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８に示すように、プラズマを用いて処理される試料Ｗを収容する処理容器１と；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；周側面に前記マイクロ波を導入するマイクロ波導入口が開設された環状の管状部材１２であって、導入されたマイクロ波を伝播させる環状の管状部材１２と；環状の管状部材１２と封止部材４との間に、封止部材４及び環状の管状部材１２に対向して配設されたカバー部材１０であって、封止部材４の処理容器１とは反対側の面の一部及び外周側面を覆い、前記マイクロ波が通過する所定のスリット１５が開設されたカバー部材１０と；カバー部材１０の封止部材４近傍の側壁１０Ａ内部に、封止部材４の温度を調整する温度調整手段４０とを備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項３に係る発明によるマイクロ波プラズマ処理装置は、請求項１または請求項２に記載のマイクロ波プラズマ処理装置において、前記封止部材の温度を測定する温度測定手段を備え、前記温度調整手段が測定された前記温度に基づいて、前記封止部材の温度を調整することを特徴とする。
【００１７】
温度測定手段を備え、測定された封止部材の温度に基づいて、封止部材の温度を調整するので、さらにプラズマによる試料の処理に際して、封止部材の温度をより適切な値にすることができるのでより均一なプラズマを発生させることができる。
【００１８】
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装置は、図７に示すように、プラズマを用いて処理される試料Ｗを収容する処理容器１と；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であって、処理容器１とは反対側に測定穴が加工された封止部材４と；周側面に前記マイクロ波を導入するマイクロ波導入口が開設された環状の管状部材１２であって、導入されたマイクロ波を伝播させる環状の管状部材１２と；環状の管状部材１２と封止部材４との間に、封止部材４及び環状の管状部材１２に対向して配設され、前記マイクロ波が通過する所定のスリット１５が開設されたスリット板１０と；環状の管状部材１２の内側に環状の管状部材１２に包囲されて、封止部材４の処理容器１とは反対側に設けられる伝熱板４１であって、封止部材４を加熱するヒータ２４を内蔵し、封止部材４に底面全体を接して設けられる伝熱板４１と；測定穴３９の底面に蛍光物質を塗布してなるセンサ３０と；センサ３０上に光を照射する発光器３４と；センサ３０が発光する固有スペクトルの光を検出する光検出器３６と；光検出器３６の検出値に基づいて封止板４の温度を求める温度算定器３７と；前記求められた封止板４の温度により、封止板４の温度が所定の閾値内に入るようヒータ２４に供給される電源電流を制御する制御器９とを備えることを特徴とする。
【００１９】
【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。なお、各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。
【００２０】
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。
【００２１】
前述した封止板４の上面の一部及び外周側面は、導電性金属を環状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は、封止板の上面部に対応する部分の中央部が円形にくり貫かれた形状をしている。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管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。
【００２２】
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導入部１３が、環状導波管型アンテナ部１２の直径方向に配置されて、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。
【００２３】
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。
【００２４】
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ＴＥ１０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。
【００２５】
また、例えば直径が３８０ｍｍ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。
【００２６】
環状導波管型アンテナ部１２の内側には、環状導波管型アンテナ部１２に包囲されて、封止板４の処理容器１とは反対側に、即ち上方に、ヒータ２４を内蔵した円板状の伝熱板４１が、封止板４にその底面全体を接して設けられている。伝熱板４１の外径が、カバー部材１０のくり貫き部分の内径に等しくなっており、伝熱板４１がカバー部材１０のくり貫き部分にはめ込まれて、配置されている。なお、図２において、制御器９と、電源８と、ヒータ２４と制御器９を繋ぐ配線は省略されている。
【００２７】
図３（Ａ）、図３（Ｂ）は伝熱板４１を示す模式図である。図３（Ａ）は、図３（Ｂ）のＡＡ−ＡＡ断面図である。伝熱板の内部には外周円と同心の３本の環状の配線通路４２Ａ〜Ｃが底面に平行に形成されている。配線通路４２Ａ〜Ｃは円板状の伝熱板４１の厚さ方向略中央に配置されている。３本の配線通路４２Ａ〜Ｃを繋ぐ直線の配線通路４２Ｄが１本半径方向に配置され形成されている。この直線の配線通路４２Ｄと一番外側の配線通路４２Ａとが結合される箇所及び一番内側の環状の配線通路４２Ｃと結合される箇所には伝熱板の鉛直方向上方に向かってそれぞれ１本の配線通路４２Ｅ、Ｆが形成されている。
【００２８】
一端が制御された電流を供給する制御器９に結合された電熱線は配線通路４２Ｅから伝熱板内部に入り、配線通路４２Ａの中を円周方向に一周し、次に配線通路４２Ｄの中を伝熱板の中心線へ向かって通り配線通路４２Ｂの中に入り、配線通路４２Ｂの中を円周方向に一周し、さらに配線通路４２Ｄの中を伝熱板の中心線へ向かって通り配線通路４２Ｃの中に入り配線通路４２Ｃの中を円周方向に一周し、配線通路４２Ｆから伝熱板の外部に出て他端が制御器９に結合され、短絡することなく配線されている。配線通路４２Ａ〜Ｃの形成に際し伝熱板を円板状の上下２枚構造とし、上側の伝熱板の下面、下側の伝熱板の上面に溝を加工し、上下の伝熱板を一体としたときに配線通路４２Ａ〜Ｃが形成されるようにしてもよい。
【００２９】
また、図１０に示すように伝熱板４１の上面に、伝熱板と同一の平面形状を有し、不図示の制御器９に繋がれたラバーヒータ４４を貼り付ける構造としてもよい。図中ラバーヒータ４４内の伝熱線は省略している。ラバーヒータ４４の代わりにプレートヒータを使用してもよい。
【００３０】
図４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４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。各スリット１５、１５、…の長さを５０ｍｍとし、幅を２０ｍｍとした。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、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、試料Ｗを載置する載置台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。
【００３５】
このようなマイクロ波プラズマ処理装置を用いて試料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。
【００３６】
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Ｗの表面を均一にエッチングする。
【００３７】
装置のシーズニングについて説明する。試料Ｗの処理前のシーズニングを行うため、処理容器１内のガスを排気口１８から排気後、ガスノズル６よりシーズニングガスを処理容器１内に導入する。次に、電源８から供給される電源電流を制御器９により予め設定された電流パターンとしてヒータ２４に供給し、ヒータ２４によって封止板４を昇温する。マイクロ波発振器２０より導波管２１、アンテナ１１及び封止板４を通して処理容器１内に導入されたマイクロ波によりプラズマが形成され、処理容器１、封止板４等が昇温される。ヒータ２４で封止板４を加熱しているので、プラズマのみによるシーズニングに比べシーズニング時間が少なくて済む。シーズニング終了後、シーズニングガスを排気口１８から排気する。
【００３８】
この後、ガスノズル６より処理用ガスを導入し、電源８から供給される電源電流を制御器９により予め設定された電流パターンとしヒータ２４に供給しながら、前述したようにマイクロ波を導入し、プラズマを形成し、試料Ｗの処理を行う。予め設定された電流パターンでヒータ２４に電源を供給するので、封止板４の温度をマイクロ波が均一に透過する温度にすることができ、均一なプラズマを発生させることができる。
【００３９】
次に、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について説明する。
【００４０】
図６を参照して、本実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の、前述の第１の実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置との相違点を説明する。図６（Ａ）、図６（Ｂ）は伝熱板４１を示す模式図であり、図６（Ａ）は、図６（Ｂ）のＢＢ−ＢＢ断面図である。この伝熱板は図３の伝熱板に加えて、上面から垂直に中心部を貫通する貫通孔２８（破線で表示）が形成されている。管通孔２８の真下の封止板４の位置に熱電対２９の素子部２９Ａが埋め込まれ、熱電対２９のリード線２９Ｂは貫通孔２８を通り伝熱板４１の外に出る。
【００４１】
図５に示すように熱電対２９のリード線２９Ｂは、制御器９に繋がれている。熱電対２９は制御器９に温度測定信号を送る役割を担う。制御器９は、温度測定信号が即ち、封止板４の温度が所定の閾値内に入るように、シーズニング時及び試料Ｗの処理時に、それぞれヒータ２４へ電源電流を供給する。
【００４２】
次に図５を参照し、本実施の形態のマイクロ波プラズマ処理装置のシーズニングについて説明する。試料Ｗの処理前のシーズニングを行うに際し、排気口１８より処理容器１内のガスを排気し、次にガスノズル６よりシーズニングガスを処理容器１内に導入する。さらに、制御器９よりヒータ２４に電流を供給し、封止板４を昇温しながら、熱電対２９により封止板４の中心部の温度を測定し、その測定値を所定値に近づけるように制御器９によりヒータ２４への電源電流が制御される。試料Ｗの処理に際し、ヒータ２４への電源電流の供給は、熱電対２９により封止板４の温度を測定し、その温度が所定の閾値内に入るように制御器９により行われる。
【００４３】
プラズマの発生による装置全体の加熱に加えて、ヒータ２４を内蔵する伝熱板４１によって封止板４を加熱するので、シーズニング時間を短縮化できる。また、シーズニング及び試料Ｗの処理に際して、封止板４の温度を制御するので、封止板４を透過するマイクロ波をより均一にし、より均一なプラズマを発生させることができる。
【００４４】
次に、本発明の第３の実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置について説明する。
【００４５】
図７を参照して、本実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の、前述の第２の実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置との相違点を説明する。図７に示すように、伝熱板４１の上面中央部には、上面から垂直に伝熱板４１を貫通する貫通孔２８が形成され、さらに封止板４の伝熱板４１側の上面中央部には上面に垂直に測定穴３９が加工されている。測定穴３９の底面には封止板４の温度を光学的に測定すべく、蛍光物質を測定穴３９の底面に塗布してなるセンサ３０が設けられている。貫通孔２８と測定穴３９は連通し、１本の鉛直に配置された管状の通路を形成している。
【００４６】
アンテナ１１の上面には、鉛直方向上方に延び所定の高さで水平方向に曲がりこの水平部の先端にプローブ３１を取り付けるプローブホルダ３８が形成されている。プローブ３１は非接触式であり、貫通孔２８及び測定穴３９の真上に位置している。プローブ３１は光ファイバ３２によって温度測定器３３に連結されている。
【００４７】
温度測定器３３は、３４０〜５１０ｎｍのスペクトルの光を発光する発光器３４を内蔵しており、発光器３４の発光は温度測定器に内蔵されたビームスプリッタ３５で反射されて光ファイバ３２へ入射され、プローブ３１からセンサ３０上へ照射される。センサ３０は、このスペクトルの光が照射されると６００ｎｍ〜７００ｎｍの固有スペクトルを発光する。この固定スペクトルはプローブ３１に入射されるようになっており、光ファイバ３２を経て温度測定器３３に与えられる。この固定スペクトルは、さらにビームスプリッタ３５を透過して温度測定器３３に内蔵された光検出器３６に与えられ、そこで固有スペクトルの強度が検出され、その検出値が温度測定器３３に内蔵された温度算定器３７に与えられる。
【００４８】
固有スペクトルの減衰時間はセンサ３０の温度、即ちセンサ３０を設けた封止板４の温度に比例して短くなる。温度算定器３７には、光検出器３６の検出値に基づいて減衰時間を求め、減衰時間−温度特性曲線を用いて、減衰時間に対応する温度を算定することによって封止板４の温度が求められる。この温度の値はヒータ２４に供給する電源を制御する制御器９に与え、封止板４の温度が所定の閾値内に入るようにヒータ２４に供給される電源電流が制御器９によって制御される。
【００４９】
次に、本発明の第４の実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置について説明する。
【００５０】
図８を参照して、本実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の、前述の第１の実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置との相違点を説明する。図８は、本発明の第４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。本実施の形態のマイクロ波プラズマ処理装置は、導波管２１にガス導入口２２が取り付けられ、導入されたガスが導波管２１から導入部１３及び環状導波管型アンテナ部１２の誘電体１４のない部分を通り、環状導波管型アンテナ部１２の導入部に対向する位置に取り付けられたガス排出口２３から排出される。導入され排出されるガスは温度調整されており、封止板４を所定の温度に加熱することができる。
【００５１】
なお、封止板４は環状に形成されており、中心部分が取り除かれ、この部分に円板状の電極２６が設けられている。封止板４と電極２６は一体となって処理容器１を気密状態に封止している。
【００５２】
マイクロ波発振器２０が発振し、アンテナ１１から放出させたマイクロ波によるプラズマの生成とは別に、電極１５に高周波電界を印加することによって、イオンのエネルギ分布を変化させることで、エッチング等に用いる反応ガスの解離状態または解離したイオンの組成比が変化し、試料台３に載置された試料Ｗ表面と試料Ｗに入射するイオンの反応状態を変化させることができる。これによりエッチングレートの制御およびレジスト等に対する選択比を制御することが可能となる。
【００５３】
カバー部材１０は、内径及び外径が処理容器１の側壁１Ａの内径及び外径にそれぞれ等しく、高さが封止板４の厚さより大きい側壁１０Ａを有する。側壁１０Ａの内部側面には幅が封止板４の厚さに等しい凹部１０Ｂが形成され、封止板４はこの凹部１０Ｂにはめ込まれて配置されている。側壁１０Ａの封止板４近傍の部分に封止板４を加熱するための電気ヒータ４０が取り付けられている。シーズニング及び試料の処理作業に際し、それぞれ予め設定された電流パターンで電源（図示せず）に接続された制御器（図示せず）からヒータ４０に制御された電流が供給され、封止板４を昇温する。シーズニングに際し、プラズマの発生による加熱に加えてヒータ４０からも封止板４を加熱するのでシーズニング時間を短縮することができる。ヒータの代わりに、側壁１０Ａに循環路を形成し温度の制御されたガスを供給してもよい。
【００５４】
図９を参照して、第５の実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置について説明する。本実施の形態のマイクロ波プラズマ処理装置は、第１の実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置にさらに、スリット群の外側及びスリットとスリットの間の一部を通り、スリット群を包囲するように配置されてカバー部材１０に埋め込まれた電気ヒータ４３が設けられている。このヒータ４３によりシーズニング及び試料の処理作業に際し、それぞれ予め設定された電流パターンで電源に接続された制御器（図示せず）よりヒータ４３に電流を供給し、封止板４を昇温する。
【００５５】
試料Ｗ（図９に図示せず）の処理に際し、予め設定された電流パターンで伝熱板４１（図９に図示せず）に内蔵するヒータ２４（図９に図示せず）及びカバー部材１０に内蔵するヒータ４３にそれぞれ電流を供給し、封止板４の略全域に渡って加熱する。よって、封止板４全体の温度をマイクロ波が均一に透過する温度にすることができ、より均一なプラズマを発生させることができる。また、シーズニングに際し、プラズマの発生による封止板４の加熱に加えて、ヒータ２４及びヒータ４３よって封止板４を加熱するので、シーズニング時間をさらに短縮化できる。
第１の実施の形態だけでなく、第２〜第４の実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置に前述のヒータを取り付けることもできる。
【００５６】
前述の第１〜第５の実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の導波管型アンテナ部は円環形状であり、導入部の長手方向中心線を延長すると導波管型アンテナ部の円環の中心を通るものとして説明してあるが、導入部の長手方向中心線を延長すると円環の外円と内円間の中心円の接線となるように導入部を配置してもよい。また導波管型アンテナ部は円環形状ではなく、円弧状（Ｃ字状）であってもよい。この場合導波管型アンテナ部の一端は導入部に接続され、他端は閉じた構造になっている。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、環状の管状部材と、スリットが開設されたスリット板と、温度調整手段を設けるので、マイクロ波プラズマ処理装置の試料を入れる処理容器以外の部分を小型化し、小型化しても均一なプラズマを形成でき、シーズニング時間を短縮化することができる。
【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伝熱板に設けられたヒータの詳細図である。
【図４】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５】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正面断面図である。
【図６】図５に示したマイクロ波プラズマ処理装置の伝熱板に設けられたヒータの詳細図である。
【図７】本発明の第３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８】本発明の第４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９】図９は、本発明の第５の実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置のカバー部材の模式的平面図である。
【図１０】伝熱板の上面にラバーヒータを貼り付けた構造を説明する模式図である。
【図１１】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１２】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
４ 封止板
５ ガス導入管
６ ガスノズル
７ 高周波電源
８ 電源
９ 制御器
１０ カバー部材
１０Ａ 側壁
１０Ｂ 凹部
１１ アンテナ
１２ 環状導波管型アンテナ部
１３ 導入部
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
２２ ガス導入口
２３ ガス排出口
２４ ヒータ
２５ 高周波電源
２６ 電極
２８ 貫通孔
２９ 熱電対
２９Ａ 素子部
２９Ｂ リード線
３０ センサ
３１ プローブ
３２ 光ファイバ
３３ 温度測定器
３４ 発光器
３５ ビームスプリッタ
３６ 光検出器
３７ 温度算定器
３８ プローブホルダ
３９ 測定穴
４０ ヒータ
４１ 伝熱板
４２Ａ〜Ｆ 配線通路
４３ ヒータ
４４ ラバーヒータ
Ｃ 円
Ｌ 延長線
Ｐ1 交点
Ｗ 試料
【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 Ｖaor Ｄeosition）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】
従来のマイクロ波プラズマ処理装置では、図１１の正面断面図、図１２の平面図に示すように、マイクロ波発振器１２０が発振したマイクロ波は、導波管１２１によって誘電体線路１４１の端部に入射される。誘電体線路１４１は平面視で説明すると、矩形の一辺に、この一辺と等しい長さを持つ略二等辺三角形の底辺を一致させて組み合わせた略五角形しており、前記略二等辺三角形の頂点に相当する端部に導波管１２１が接続されてマイクロ波が導入される。
【０００３】
前記略二等辺三角形の２つの等辺はテーパ部１４１Ａを形成し、端部に導入されたマイクロ波は、テーパ部１４１Ａに倣ってその幅方向に均一に押し広げられ誘電体線路１４１の全体に伝播し、誘電体線路１４１内に定在波を形成する。このテーパ部１４１Ａによって定在波を均一に形成することができるので、処理容器１０１内に導入されたマイクロ波を、処理容器１０１を大きくした場合であっても均一にすることができ、大口径の試料Ｗを均一にプラズマ処理することができる。
【０００４】
装置の起動直後は処理容器１０１、封止板１０４等の温度が低く、処理容器１０１内に発生するプラズマは均一でないため、試料Ｗ0の均一な処理ができない。このため、例えば処理容器１０１周囲に空間（図示せず）を設け、ここに装置の起動前に温熱媒体を流して処理容器１０１の温度を上げていた。しかし、封止板１０４には温熱媒体を流す空間を確保することも、ヒータを設置することもできないため、処理容器１０１内にシーズニング用ガスを充満し、一定時間だけマイクロ波を発振させてシーズニングを行い、処理容器１０１内雰囲気、処理容器１０１等とともに、封止板１０４の温度を上げてから装置を起動し、試料Ｗ0を均一にプラズマ処理することができるようにしていた。
【０００５】
【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１４１にマイクロ波を均一に拡がらせるために、封止板１０４及び処理容器１０１の縁部から水平方向へ突出させたテーパ部１４１Ａを設けてあり、このテーパ部１４１Ａは、誘電体線路１４１の面積、即ち処理室１３２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１０１周縁から突出したテーパ部１４１Ａ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。
【０００６】
ところで、試料Ｗ0の大口径化に伴って、処理容器１０１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ている。このとき、装置の設置場所を手当てする必要がないこと、即ち、可及的に狭いスペースで設置し得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１４１Ａの寸法を処理容器１０１のサイズに応じて定めるため、大口径の試料Ｗ0を処理する場合、均一なプラズマを形成するためには広いスペースが必要であった。
【０００７】
また、前述のように封止板１０４には熱媒体を流す空間を確保することも、ヒータを設置することもできないため、封止板１０４はシーズニングによりプラズマのみにて昇温していたのでシーズニングに時間がかかっていた。
【０００８】
そこで、本発明はマイクロ波プラズマ処理装置の試料を入れる処理容器以外の部分を小型化し、小型化しても均一なプラズマを形成でき、シーズニング時間が短縮化された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、図２に示すように、プラズマを用いて処理される試料Ｗを収容する処理容器１と；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；周側面に前記マイクロ波を導入するマイクロ波導入口１３Ａが開設された環状の管状部材１２であって、導入されたマイクロ波を伝播させる環状の管状部材１２と；環状の管状部材１２と封止部材４との間に、封止部材４及び環状の管状部材１２に対向して配設され、前記マイクロ波が通過する所定のスリット１５が開設されたスリット板１０と；封止部材４の温度を調整する温度調整手段２４と；環状の管状部材１２の内側に環状の管状部材１２に包囲されて、封止部材４の処理容器１とは反対側に設けられる伝熱板４１であって、温度調整手段２４を内蔵し、封止部材４に底面全体を接して設けられる伝熱板４１とを備えることを特徴とする。
【００１０】
環状の管状部材は、典型的には、ドーナツ状に形成された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、その開放部分をスリット板が閉止するように構成される。スリット板は、環状の管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管状部材とスリット板とで、閉じた断面の管状部材を構成することになる。環状の管状部材とスリット板とを含んでアンテナが構成される。
【００１１】
マイクロ波導入口から環状の管状部材内に入射されたマイクロ波は管状部材内を互いに逆方向へ進行する進行波となって管状部材内を伝播し、両進行波は管状部材のマイクロ波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、管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。管状部材の下には、封止部材及び管状部材に対向して配設されたスリット板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管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放射される。即ち、管状部材から封止部材へマイクロ波が伝播する。このマイクロ波は封止部材を透過して処理容器内へ導入され、そのマイクロ波によってプラズマが生成される。
【００１３】
このように管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、管状部材は処理容器から突出することなく、したがってマイクロ波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、マイクロ波は管状部材から処理容器の略全域に導かれて、スリットから放射されるため、処理容器内へマイクロ波を均一に導入することができる。さらに、管状部材の内径を所要の寸法になすことによって、管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】
また、封止部材の温度を調整する温度調整手段を備えるので、予め定められたパターンで封止部材の温度を調整すれば、マイクロ波を均一に封止部材を透過させることができ、均一なプラズマを発生させることができる。さらにシーズニングに際して、封止部材を、発生させたプラズマだけでなく温度調整手段によっても昇温することができるのでシーズニング時間を短縮化することができる。
なお、環状の管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。
温度調整手段を内蔵する伝熱板によって封止部材を加熱するので、シーズニング時間を短縮化できる。
【００１５】
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８に示すように、プラズマを用いて処理される試料Ｗを収容する処理容器１と；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；周側面に前記マイクロ波を導入するマイクロ波導入口が開設された環状の管状部材１２であって、導入されたマイクロ波を伝播させる環状の管状部材１２と；環状の管状部材１２と封止部材４との間に、封止部材４及び環状の管状部材１２に対向して配設されたカバー部材１０であって、封止部材４の処理容器１とは反対側の面の一部及び外周側面を覆い、前記マイクロ波が通過する所定のスリット１５が開設されたカバー部材１０と；カバー部材１０の封止部材４近傍の側壁１０Ａ内部に、封止部材４の温度を調整する温度調整手段４０とを備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項３に係る発明によるマイクロ波プラズマ処理装置は、請求項１または請求項２に記載のマイクロ波プラズマ処理装置において、前記封止部材の温度を測定する温度測定手段を備え、前記温度調整手段が測定された前記温度に基づいて、前記封止部材の温度を調整することを特徴とする。
【００１７】
温度測定手段を備え、測定された封止部材の温度に基づいて、封止部材の温度を調整するので、さらにプラズマによる試料の処理に際して、封止部材の温度をより適切な値にすることができるのでより均一なプラズマを発生させることができる。
【００１８】
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装置は、図７に示すように、プラズマを用いて処理される試料Ｗを収容する処理容器１と；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であって、処理容器１とは反対側に測定穴が加工された封止部材４と；周側面に前記マイクロ波を導入するマイクロ波導入口が開設された環状の管状部材１２であって、導入されたマイクロ波を伝播させる環状の管状部材１２と；環状の管状部材１２と封止部材４との間に、封止部材４及び環状の管状部材１２に対向して配設され、前記マイクロ波が通過する所定のスリット１５が開設されたスリット板１０と；環状の管状部材１２の内側に環状の管状部材１２に包囲されて、封止部材４の処理容器１とは反対側に設けられる伝熱板４１であって、封止部材４を加熱するヒータ２４を内蔵し、封止部材４に底面全体を接して設けられる伝熱板４１と；測定穴３９の底面に蛍光物質を塗布してなるセンサ３０と；センサ３０上に光を照射する発光器３４と；センサ３０が発光する固有スペクトルの光を検出する光検出器３６と；光検出器３６の検出値に基づいて封止板４の温度を求める温度算定器３７と；前記求められた封止板４の温度により、封止板４の温度が所定の閾値内に入るようヒータ２４に供給される電源電流を制御する制御器９とを備えることを特徴とする。
【００１９】
【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。なお、各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。
【００２０】
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。
【００２１】
前述した封止板４の上面の一部及び外周側面は、導電性金属を環状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は、封止板の上面部に対応する部分の中央部が円形にくり貫かれた形状をしている。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管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。
【００２２】
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導入部１３が、環状導波管型アンテナ部１２の直径方向に配置されて、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。
【００２３】
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。
【００２４】
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ＴＥ１０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。
【００２５】
また、例えば直径が３８０ｍｍ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。
【００２６】
環状導波管型アンテナ部１２の内側には、環状導波管型アンテナ部１２に包囲されて、封止板４の処理容器１とは反対側に、即ち上方に、ヒータ２４を内蔵した円板状の伝熱板４１が、封止板４にその底面全体を接して設けられている。伝熱板４１の外径が、カバー部材１０のくり貫き部分の内径に等しくなっており、伝熱板４１がカバー部材１０のくり貫き部分にはめ込まれて、配置されている。なお、図２において、制御器９と、電源８と、ヒータ２４と制御器９を繋ぐ配線は省略されている。
【００２７】
図３（Ａ）、図３（Ｂ）は伝熱板４１を示す模式図である。図３（Ａ）は、図３（Ｂ）のＡＡ−ＡＡ断面図である。伝熱板の内部には外周円と同心の３本の環状の配線通路４２Ａ〜Ｃが底面に平行に形成されている。配線通路４２Ａ〜Ｃは円板状の伝熱板４１の厚さ方向略中央に配置されている。３本の配線通路４２Ａ〜Ｃを繋ぐ直線の配線通路４２Ｄが１本半径方向に配置され形成されている。この直線の配線通路４２Ｄと一番外側の配線通路４２Ａとが結合される箇所及び一番内側の環状の配線通路４２Ｃと結合される箇所には伝熱板の鉛直方向上方に向かってそれぞれ１本の配線通路４２Ｅ、Ｆが形成されている。
【００２８】
一端が制御された電流を供給する制御器９に結合された電熱線は配線通路４２Ｅから伝熱板内部に入り、配線通路４２Ａの中を円周方向に一周し、次に配線通路４２Ｄの中を伝熱板の中心線へ向かって通り配線通路４２Ｂの中に入り、配線通路４２Ｂの中を円周方向に一周し、さらに配線通路４２Ｄの中を伝熱板の中心線へ向かって通り配線通路４２Ｃの中に入り配線通路４２Ｃの中を円周方向に一周し、配線通路４２Ｆから伝熱板の外部に出て他端が制御器９に結合され、短絡することなく配線されている。配線通路４２Ａ〜Ｃの形成に際し伝熱板を円板状の上下２枚構造とし、上側の伝熱板の下面、下側の伝熱板の上面に溝を加工し、上下の伝熱板を一体としたときに配線通路４２Ａ〜Ｃが形成されるようにしてもよい。
【００２９】
また、図１０に示すように伝熱板４１の上面に、伝熱板と同一の平面形状を有し、不図示の制御器９に繋がれたラバーヒータ４４を貼り付ける構造としてもよい。図中ラバーヒータ４４内の伝熱線は省略している。ラバーヒータ４４の代わりにプレートヒータを使用してもよい。
【００３０】
図４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４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。各スリット１５、１５、…の長さを５０ｍｍとし、幅を２０ｍｍとした。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、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、試料Ｗを載置する載置台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。
【００３５】
このようなマイクロ波プラズマ処理装置を用いて試料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。
【００３６】
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Ｗの表面を均一にエッチングする。
【００３７】
装置のシーズニングについて説明する。試料Ｗの処理前のシーズニングを行うため、処理容器１内のガスを排気口１８から排気後、ガスノズル６よりシーズニングガスを処理容器１内に導入する。次に、電源８から供給される電源電流を制御器９により予め設定された電流パターンとしてヒータ２４に供給し、ヒータ２４によって封止板４を昇温する。マイクロ波発振器２０より導波管２１、アンテナ１１及び封止板４を通して処理容器１内に導入されたマイクロ波によりプラズマが形成され、処理容器１、封止板４等が昇温される。ヒータ２４で封止板４を加熱しているので、プラズマのみによるシーズニングに比べシーズニング時間が少なくて済む。シーズニング終了後、シーズニングガスを排気口１８から排気する。
【００３８】
この後、ガスノズル６より処理用ガスを導入し、電源８から供給される電源電流を制御器９により予め設定された電流パターンとしヒータ２４に供給しながら、前述したようにマイクロ波を導入し、プラズマを形成し、試料Ｗの処理を行う。予め設定された電流パターンでヒータ２４に電源を供給するので、封止板４の温度をマイクロ波が均一に透過する温度にすることができ、均一なプラズマを発生させることができる。
【００３９】
次に、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について説明する。
【００４０】
図６を参照して、本実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の、前述の第１の実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置との相違点を説明する。図６（Ａ）、図６（Ｂ）は伝熱板４１を示す模式図であり、図６（Ａ）は、図６（Ｂ）のＢＢ−ＢＢ断面図である。この伝熱板は図３の伝熱板に加えて、上面から垂直に中心部を貫通する貫通孔２８（破線で表示）が形成されている。管通孔２８の真下の封止板４の位置に熱電対２９の素子部２９Ａが埋め込まれ、熱電対２９のリード線２９Ｂは貫通孔２８を通り伝熱板４１の外に出る。
【００４１】
図５に示すように熱電対２９のリード線２９Ｂは、制御器９に繋がれている。熱電対２９は制御器９に温度測定信号を送る役割を担う。制御器９は、温度測定信号が即ち、封止板４の温度が所定の閾値内に入るように、シーズニング時及び試料Ｗの処理時に、それぞれヒータ２４へ電源電流を供給する。
【００４２】
次に図５を参照し、本実施の形態のマイクロ波プラズマ処理装置のシーズニングについて説明する。試料Ｗの処理前のシーズニングを行うに際し、排気口１８より処理容器１内のガスを排気し、次にガスノズル６よりシーズニングガスを処理容器１内に導入する。さらに、制御器９よりヒータ２４に電流を供給し、封止板４を昇温しながら、熱電対２９により封止板４の中心部の温度を測定し、その測定値を所定値に近づけるように制御器９によりヒータ２４への電源電流が制御される。試料Ｗの処理に際し、ヒータ２４への電源電流の供給は、熱電対２９により封止板４の温度を測定し、その温度が所定の閾値内に入るように制御器９により行われる。
【００４３】
プラズマの発生による装置全体の加熱に加えて、ヒータ２４を内蔵する伝熱板４１によって封止板４を加熱するので、シーズニング時間を短縮化できる。また、シーズニング及び試料Ｗの処理に際して、封止板４の温度を制御するので、封止板４を透過するマイクロ波をより均一にし、より均一なプラズマを発生させることができる。
【００４４】
次に、本発明の第３の実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置について説明する。
【００４５】
図７を参照して、本実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の、前述の第２の実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置との相違点を説明する。図７に示すように、伝熱板４１の上面中央部には、上面から垂直に伝熱板４１を貫通する貫通孔２８が形成され、さらに封止板４の伝熱板４１側の上面中央部には上面に垂直に測定穴３９が加工されている。測定穴３９の底面には封止板４の温度を光学的に測定すべく、蛍光物質を測定穴３９の底面に塗布してなるセンサ３０が設けられている。貫通孔２８と測定穴３９は連通し、１本の鉛直に配置された管状の通路を形成している。
【００４６】
アンテナ１１の上面には、鉛直方向上方に延び所定の高さで水平方向に曲がりこの水平部の先端にプローブ３１を取り付けるプローブホルダ３８が形成されている。プローブ３１は非接触式であり、貫通孔２８及び測定穴３９の真上に位置している。プローブ３１は光ファイバ３２によって温度測定器３３に連結されている。
【００４７】
温度測定器３３は、３４０〜５１０ｎｍのスペクトルの光を発光する発光器３４を内蔵しており、発光器３４の発光は温度測定器に内蔵されたビームスプリッタ３５で反射されて光ファイバ３２へ入射され、プローブ３１からセンサ３０上へ照射される。センサ３０は、このスペクトルの光が照射されると６００ｎｍ〜７００ｎｍの固有スペクトルを発光する。この固定スペクトルはプローブ３１に入射されるようになっており、光ファイバ３２を経て温度測定器３３に与えられる。この固定スペクトルは、さらにビームスプリッタ３５を透過して温度測定器３３に内蔵された光検出器３６に与えられ、そこで固有スペクトルの強度が検出され、その検出値が温度測定器３３に内蔵された温度算定器３７に与えられる。
【００４８】
固有スペクトルの減衰時間はセンサ３０の温度、即ちセンサ３０を設けた封止板４の温度に比例して短くなる。温度算定器３７には、光検出器３６の検出値に基づいて減衰時間を求め、減衰時間−温度特性曲線を用いて、減衰時間に対応する温度を算定することによって封止板４の温度が求められる。この温度の値はヒータ２４に供給する電源を制御する制御器９に与え、封止板４の温度が所定の閾値内に入るようにヒータ２４に供給される電源電流が制御器９によって制御される。
【００４９】
次に、本発明の第４の実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置について説明する。
【００５０】
図８を参照して、本実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の、前述の第１の実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置との相違点を説明する。図８は、本発明の第４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。本実施の形態のマイクロ波プラズマ処理装置は、導波管２１にガス導入口２２が取り付けられ、導入されたガスが導波管２１から導入部１３及び環状導波管型アンテナ部１２の誘電体１４のない部分を通り、環状導波管型アンテナ部１２の導入部に対向する位置に取り付けられたガス排出口２３から排出される。導入され排出されるガスは温度調整されており、封止板４を所定の温度に加熱することができる。
【００５１】
なお、封止板４は環状に形成されており、中心部分が取り除かれ、この部分に円板状の電極２６が設けられている。封止板４と電極２６は一体となって処理容器１を気密状態に封止している。
【００５２】
マイクロ波発振器２０が発振し、アンテナ１１から放出させたマイクロ波によるプラズマの生成とは別に、電極１５に高周波電界を印加することによって、イオンのエネルギ分布を変化させることで、エッチング等に用いる反応ガスの解離状態または解離したイオンの組成比が変化し、試料台３に載置された試料Ｗ表面と試料Ｗに入射するイオンの反応状態を変化させることができる。これによりエッチングレートの制御およびレジスト等に対する選択比を制御することが可能となる。
【００５３】
カバー部材１０は、内径及び外径が処理容器１の側壁１Ａの内径及び外径にそれぞれ等しく、高さが封止板４の厚さより大きい側壁１０Ａを有する。側壁１０Ａの内部側面には幅が封止板４の厚さに等しい凹部１０Ｂが形成され、封止板４はこの凹部１０Ｂにはめ込まれて配置されている。側壁１０Ａの封止板４近傍の部分に封止板４を加熱するための電気ヒータ４０が取り付けられている。シーズニング及び試料の処理作業に際し、それぞれ予め設定された電流パターンで電源（図示せず）に接続された制御器（図示せず）からヒータ４０に制御された電流が供給され、封止板４を昇温する。シーズニングに際し、プラズマの発生による加熱に加えてヒータ４０からも封止板４を加熱するのでシーズニング時間を短縮することができる。ヒータの代わりに、側壁１０Ａに循環路を形成し温度の制御されたガスを供給してもよい。
【００５４】
図９を参照して、第５の実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置について説明する。本実施の形態のマイクロ波プラズマ処理装置は、第１の実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置にさらに、スリット群の外側及びスリットとスリットの間の一部を通り、スリット群を包囲するように配置されてカバー部材１０に埋め込まれた電気ヒータ４３が設けられている。このヒータ４３によりシーズニング及び試料の処理作業に際し、それぞれ予め設定された電流パターンで電源に接続された制御器（図示せず）よりヒータ４３に電流を供給し、封止板４を昇温する。
【００５５】
試料Ｗ（図９に図示せず）の処理に際し、予め設定された電流パターンで伝熱板４１（図９に図示せず）に内蔵するヒータ２４（図９に図示せず）及びカバー部材１０に内蔵するヒータ４３にそれぞれ電流を供給し、封止板４の略全域に渡って加熱する。よって、封止板４全体の温度をマイクロ波が均一に透過する温度にすることができ、より均一なプラズマを発生させることができる。また、シーズニングに際し、プラズマの発生による封止板４の加熱に加えて、ヒータ２４及びヒータ４３よって封止板４を加熱するので、シーズニング時間をさらに短縮化できる。
第１の実施の形態だけでなく、第２〜第４の実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置に前述のヒータを取り付けることもできる。
【００５６】
前述の第１〜第５の実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の導波管型アンテナ部は円環形状であり、導入部の長手方向中心線を延長すると導波管型アンテナ部の円環の中心を通るものとして説明してあるが、導入部の長手方向中心線を延長すると円環の外円と内円間の中心円の接線となるように導入部を配置してもよい。また導波管型アンテナ部は円環形状ではなく、円弧状（Ｃ字状）であってもよい。この場合導波管型アンテナ部の一端は導入部に接続され、他端は閉じた構造になっている。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、環状の管状部材と、スリットが開設されたスリット板と、温度調整手段を設けるので、マイクロ波プラズマ処理装置の試料を入れる処理容器以外の部分を小型化し、小型化しても均一なプラズマを形成でき、シーズニング時間を短縮化することができる。
【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伝熱板に設けられたヒータの詳細図である。
【図４】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５】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正面断面図である。
【図６】図５に示したマイクロ波プラズマ処理装置の伝熱板に設けられたヒータの詳細図である。
【図７】本発明の第３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８】本発明の第４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９】図９は、本発明の第５の実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置のカバー部材の模式的平面図である。
【図１０】伝熱板の上面にラバーヒータを貼り付けた構造を説明する模式図である。
【図１１】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１２】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
４ 封止板
５ ガス導入管
６ ガスノズル
７ 高周波電源
８ 電源
９ 制御器
１０ カバー部材
１０Ａ 側壁
１０Ｂ 凹部
１１ アンテナ
１２ 環状導波管型アンテナ部
１３ 導入部
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
２２ ガス導入口
２３ ガス排出口
２４ ヒータ
２５ 高周波電源
２６ 電極
２８ 貫通孔
２９ 熱電対
２９Ａ 素子部
２９Ｂ リード線
３０ センサ
３１ プローブ
３２ 光ファイバ
３３ 温度測定器
３４ 発光器
３５ ビームスプリッタ
３６ 光検出器
３７ 温度算定器
３８ プローブホルダ
３９ 測定穴
４０ ヒータ
４１ 伝熱板
４２Ａ〜Ｆ 配線通路
４３ ヒータ
４４ ラバーヒータ
Ｃ 円
Ｌ 延長線
Ｐ1 交点
Ｗ 試料
Claims (4)
- プラズマを用いて処理される試料を収容する処理容器と；
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；
周側面に前記マイクロ波を導入するマイクロ波導入口が開設された環状の管状部材であって、導入されたマイクロ波を伝播させる環状の管状部材と；
前記環状の管状部材と前記封止部材との間に、前記封止部材及び前記環状の管状部材に対向して配設され、前記マイクロ波が通過する所定のスリットが開設されたスリット板と；
前記封止部材の温度を調整する温度調整手段と；
前記環状の管状部材の内側に前記環状の管状部材に包囲されて、前記封止部材の前記処理容器とは反対側に設けられる伝熱板であって、前記温度調整手段を内蔵し、前記封止部材に底面全体を接して設けられる伝熱板とを備えることを特徴とする；
マイクロ波プラズマ処理装置。 - プラズマを用いて処理される試料を収容する処理容器と；
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；
周側面に前記マイクロ波を導入するマイクロ波導入口が開設された環状の管状部材であって、導入されたマイクロ波を伝播させる環状の管状部材と；
前記環状の管状部材と前記封止部材との間に、前記封止部材及び前記環状の管状部材に対向して配設されたカバー部材であって、前記封止部材の前記処理容器とは反対側の面の一部及び外周側面を覆い、前記マイクロ波が通過する所定のスリットが開設されたカバー部材と；
前記カバー部材の前記封止部材近傍の側壁内部に、前記封止部材の温度を調整する温度調整手段とを備えることを特徴とする；
マイクロ波プラズマ処理装置。 - 前記封止部材の温度を測定する温度測定手段を備え、前記温度調整手段が測定された前記温度に基づいて、前記封止部材の温度を調整することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
- プラズマを用いて処理される試料を収容する処理容器と；
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であって、前記処理容器とは反対側に測定穴が加工された封止部材と；
周側面に前記マイクロ波を導入するマイクロ波導入口が開設された環状の管状部材であって、導入されたマイクロ波を伝播させる環状の管状部材と；
前記環状の管状部材と前記封止部材との間に、前記封止部材及び前記環状の管状部材に対向して配設され、前記マイクロ波が通過する所定のスリットが開設されたスリット板と；
前記環状の管状部材の内側に前記環状の管状部材に包囲されて、前記封止部材の前記処理容器とは反対側に設けられる伝熱板であって、前記封止部材を加熱するヒータを内蔵し、前記封止部材に底面全体を接して設けられる伝熱板と；
前記測定穴の底面に蛍光物質を塗布してなるセンサと；
前記センサ上に光を照射する発光器と；
前記センサが発光する固有スペクトルの光を検出する光検出器と；
前記光検出器の検出値に基づいて前記封止板の温度を求める温度算定器と；
前記求められた封止板の温度により、前記封止板の温度が所定の閾値内に入るよう前記ヒータに供給される電源電流を制御する制御器とを備えることを特徴とする；
マイクロ波プラズマ処理装置。
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