JP4709192B2

JP4709192B2 - プラズマ処理装置

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Publication number: JP4709192B2
Application number: JP2007225716A
Authority: JP
Inventors: 俊明本郷
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2007-08-31
Filing date: 2007-08-31
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2027-08-31
Also published as: JP2009059885A

Description

本発明は、処理容器内に導入されるマイクロ波により処理ガスがプラズマ化されて基板が処理されるプラズマ処理装置に関する。

従来から、例えば成膜処理やエッチング処理においては、例えばマイクロ波を用いたプラズマ処理装置が知られている。このプラズマ処理装置では、処理容器の上部に形成された導波箱の内部に、誘電体が配置されている。そして、導波箱の内部において、誘電体を伝播したマイクロ波が、導波箱の下面をなすアンテナ部材に同心円状に配置されたスロット列を通って、処理容器の天井を覆うように配置された誘電体に伝播され、処理容器内にて処理ガスがプラズマ化される（特許文献１）。処理容器の天井を覆うように配置された誘電体には、被処理物への汚染を防ぐ必要から石英が最も一般的に用いられる。

上記特許文献１にも示されるように、アンテナ部材に配置されるスロット列は、アンテナ部材の中心側において、アンテナ部材の中心に対して同心円状に配置された内側のスロット列と、この内側のスロット列よりも外側において、アンテナ部材の中心に対して同心円状に配置された外側のスロット列とを有する、複数のスロット列で構成されるのが一般的である。このようにアンテナ部材に複数のスロット列が設けられていることにより、各スロット列から処理容器内に導入されるマイクロ波のエネルギーの大小を、各スロット列のスロットの大きさなどで調整することが可能となる。その結果、処理容器内におけるプラズマの生成が均一となり、基板に対する処理が均一化する。
特開２０００−２６８９９６号公報

アンテナ部材に設けられた複数のスロット列同士の間隔は、例えば導波箱内に設けられた誘電体を伝播するマイクロ波の一波長となるように設定される。このようにスロット列同士の間隔を、導波箱内に設けられた誘電体中を伝播するマイクロ波の波長λｇと等しくすることにより、互いに打ち消し合うことのない位相を揃えた状態で、各スロット列から処理容器の天井を覆うように配置された誘電体（石英）にマイクロ波を伝播させている。

一方最近では、１ＧＨｚ以下といった周波数の低いマイクロ波を利用したプラズマ処理が提案されており、一例として９１５ＭＨｚの周波数のマイクロ波を利用したプラズマ処理の実用化が検討されている。このような９１５ＭＨｚの周波数のマイクロ波を利用したプラズマ処理によれば、２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波を利用したプラズマ処理に比べて、より少ない電力でプラズマの生成が安定かつ均一化する事からプラズマの電子密度を下げることが可能となる、電子温度が低く高品質な製品を製造できる、などといった種々の利点を享受できる。

しかしながら、マイクロ波の周波数が低くなると、それに反比例して導波箱内において誘電体を伝播するマイクロ波の波長λｇは長くなる。例えばマイクロ波の周波数を９１５ＭＨｚとした場合、マイクロ波の周波数が２．４５ＧＨｚの場合に比較すると、導波箱内において誘電体を伝播するマイクロ波の波長λｇは約２．７倍となる。したがって、アンテナ部材に設ける複数のスロット列同士の間隔も約２．７倍にする必要が生じる。

一方、処理容器内で処理される基板の一例であるシリコンウェハ（半導体ウェハ）は、サイズが８ｉｎｃｈ，１２ｉｎｃｈなどと決まっており、そのため、基板を処理する処理容器の大きさも、基板を収納できる必要最小限にされている。このため、導波箱の下面をなすアンテナ部材の大きさも、基板よりも僅かに大きい程度に過ぎない。そして、このようにアンテナ部材の大きさが限られているにもかかわらず、導波箱内において誘電体を伝播するマイクロ波の波長λｇが長くなった結果、アンテナ部材に複数のスロット列を設けることができなくなってしまう。これにより、処理容器内に導入されるマイクロ波のエネルギーの大小を、複数のスロット列の間で調整することができず、処理容器内におけるプラズマの均一な生成、基板に対する均一な処理が実現できなくなってしまう。

従って本発明の目的は、周波数の低いマイクロ波を利用した場合でも、アンテナ部材に複数のスロット列を設けることができるようにすることにある。

前記目的を達成するため、処理容器内に基板が収納され、前記処理容器内に導入されるマイクロ波により処理ガスがプラズマ化されて基板が処理されるプラズマ処理装置であって、前記処理容器内にマイクロ波を導入するアンテナ部材に、同心円状に配置されるスロット列が複数列設けられ、前記アンテナ部材の上部に形成されるマイクロ波の導波箱の内部に、導波箱内誘電体が配置され、前記アンテナ部材の下部に、前記処理容器の天井を覆って配置された天井部誘電体と、前記天井部誘電体と前記アンテナ部材の下面との間に配置されたアンテナ下部誘電体が設けられ、前記スロット列の上部を覆う位置に、前記導波箱内誘電体が配置され、前記スロット列の下部を覆う位置に、前記アンテナ下部誘電体が配置され、前記導波箱内誘電体の誘電率および前記アンテナ下部誘電体の誘電率が、前記天井部誘電体の誘電率よりも大きく、前記導波箱内誘電体の誘電率と前記アンテナ下部誘電体の誘電率が等しく、前記天井部誘電体の外径は、前記アンテナ部材の外径よりも大きく、前記導波箱内誘電体の外径と前記アンテナ下部誘電体の外径は、前記アンテナ部材の外径よりも小さく、前記天井部誘電体が石英であり、前記導波箱内誘電体と前記アンテナ下部誘電体がアルミナであることを特徴とする、プラズマ処理装置が提供される。

なお参考に、処理容器内に基板が収納され、前記処理容器内に導入されるマイクロ波により処理ガスがプラズマ化されて基板が処理されるプラズマ処理装置であって、前記処理容器内にマイクロ波を導入するアンテナ部材に、同心円状に配置されるスロット列が複数列設けられ、前記アンテナ部材の上部に形成されるマイクロ波の導波箱の内部に導波箱内誘電体が配置され、前記アンテナ部材の下部に、前記処理容器の天井を覆って配置された天井部誘電体が設けられ、導波箱内誘電体が、前記スロット列の上部を覆う位置に配置された第１の誘電体部と、第１の誘電体部以外の箇所に配置された第２の誘電体部で構成され、前記第２の誘電体部の誘電率が、前記第１の誘電体部の誘電率よりも大きいことを特徴とする、プラズマ処理装置が提供される。

このプラズマ処理装置において、前記第１の誘電体の誘電率と前記天井部誘電体の誘電率が等しくても良い。また、前記第１の誘電体および前記天井部誘電体がたとえば石英である。

また、本発明のプラズマ処理装置において、前記処理容器内に導入されるマイクロ波の周波数が例えば９１５ＭＨｚ±５０ＭＨｚである。

本発明によれば、導波箱の内部に配置される導波箱内誘電体の全部もしくは一部を、比較的誘電率の大きい材料とすることにより、たとえば９１５ＭＨｚのマイクロ波を利用した場合であっても、導波箱の内部において導波箱内誘電体を伝播するマイクロ波の波長λｇを短くでき、アンテナ部材に複数のスロット列を設けることができるようになる。その結果、処理容器内に導入されるマイクロ波のエネルギーの大小を、複数のスロット列の間で調整することができ、処理容器内におけるプラズマの均一な生成、基板に対する均一な処理が実現できる。

以下、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１の概略的な構成を示す縦断面図である。図２は、このプラズマ装置１が備えるアンテナ部材としてのラジアルラインスロットアンテナ２３の平面図である。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１に示すように、このプラズマ処理装置１は例えばアルミニウムからなる、上部が開口した有底円筒形状の処理容器１０を備えている。処理容器１０の内壁面には、例えばアルミナなどの保護膜が被覆されている。処理容器１０は電気的に接地されている。

処理容器１０内の底部には、基板として例えば半導体ウェハ（以下ウェハという）Ｗを載置するための載置台としてのサセプタ１１が設けられている。このサセプタ１１は例えばアルミニウムからなり、その内部には、外部電源１２からの電力の供給によって発熱するヒータ１３が設けられている。これによって、サセプタ１１上のウェハＷを所定温度に加熱することが可能である。

処理容器１０の底部には、真空ポンプなどの排気装置１５によって処理容器１０内の雰囲気を排気するための排気管１６が設けられている。

処理容器１０の天井は、誘電材料からなる略円盤形状の天井部誘電体２０によって覆われている。この実施の形態では、天井部誘電体２０は石英で構成される。図示の例では、処理容器１０の上部開口が、天井部誘電体２０によって塞がれており、処理容器１０の側壁部上端と天井部誘電体２０の下面周辺部との間には、気密性を確保するためのＯリングなどのシール材２１が介在されている。

天井部誘電体２０の上方には、平板状のアンテナ部材として、例えば半径ｒ０の円板状のラジアルラインスロットアンテナ２３が設けられている。ラジアルラインスロットアンテナ２３の半径ｒ０は、例えば直径１２ｉｎｃｈ（半径約１５ｃｍ）のウェハＷよりもやや大きく、例えば２２ｃｍ程度に設定される。ラジアルラインスロットアンテナ２３は、導電性を有する材質、たとえばＡｇ、Ａｕ等でメッキやコーティングされた銅の薄い円板からなる。なお、天井部誘電体２０は、ラジアルラインスロットアンテナ２３よりも大きい半径を有する円盤形状となっており、ラジアルラインスロットアンテナ２３の下面全体が、天井部誘電体２０で覆われている。

ラジアルラインスロットアンテナ２３には、同心円状に配置された２つのスロット列２４，２５が設けられている。これらスロット列２４，２５は、いずれもラジアルラインスロットアンテナ２３の中心Ｏを中心にして、複数のスロット２６を円周上に並べた構成であり、スロット列２４はスロット列２５の内側に配置され、スロット列２５はスロット列２４の外側に配置された関係になっている。即ち、内側のスロット列２４は、ラジアルラインスロットアンテナ２３の中心Ｏを中心にして、比較的短い半径ｒ１の円周上に複数のスロット２６を並べた構成である。また、外側のスロット列２５は、ラジアルラインスロットアンテナ２３の中心Ｏを中心にして、比較的長い半径ｒ２の円周上に複数のスロット２６を並べた構成である。

ラジアルラインスロットアンテナ２３の上方には、例えばアルミニウムなどの導電性材料からなるカバー３０の内部に形成された、マイクロ波の導波箱３１が設けられている。ラジアルラインスロットアンテナ２３は、この導波箱３１の底面を構成している。

導波箱３１の内部には、誘電材料からなる導波箱内誘電体３２が配置されている。図示の例では、導波箱内誘電体３２は、ラジアルラインスロットアンテナ２３の中心Ｏを中心にした、半径ｒ３の円板形状を有している。導波箱内誘電体３２の半径ｒ３は、ラジアルラインスロットアンテナ２３の半径ｒ０よりも小さいが、ラジアルラインスロットアンテナ２３に形成された外側のスロット列２５の半径ｒ２よりは大きく設定されている。このため、ラジアルラインスロットアンテナ２３に設けられた２つのスロット列２４，２５の上方には、導波箱内誘電体３２が位置しており、スロット列２４，２５を構成する各スロット２６の上方はいずれも導波箱内誘電体３２で覆われている。

ラジアルラインスロットアンテナ２３の下部には、天井部誘電体２０とラジアルラインスロットアンテナ２３の下面との間に配置された、誘電材料からなるアンテナ下部誘電体３５が設けられている。このアンテナ下部誘電体３５も、上記導波箱内誘電体３２と同様に、ラジアルラインスロットアンテナ２３の中心Ｏを中心にした、半径ｒ３の円板形状を有している。このため、ラジアルラインスロットアンテナ２３に設けられた２つのスロット列２４，２５の下方には、アンテナ下部誘電体３５が位置しており、スロット列２４，２５を構成する各スロット２６の下方はいずれもアンテナ下部誘電体３５で覆われている。

これら導波箱内誘電体３２とアンテナ下部誘電体３５の誘電率は、天井部誘電体２０の誘電率よりも大きい。図示の例では、導波箱内誘電体３２の誘電率とアンテナ下部誘電体３５の誘電率が等しく、導波箱内誘電体３２とアンテナ下部誘電体３５はいずれもアルミナで構成され、導波箱内誘電体３２の誘電率とアンテナ下部誘電体３５の誘電率は、約９である。これに対して、石英で構成される天井部誘電体２０の誘電率は約３．７８である。

カバー３０の中央には同軸導波管４０が接続されており、この同軸導波管４０は、内側導体４１と外管４２とによって構成されている。内側導体４１は、上述のラジアルラインスロットアンテナ２３の上面中央に接続されている。内側導体４１のラジアルラインスロットアンテナ２３側は円錐形に形成されて、ラジアルラインスロットアンテナ２３に対してマイクロ波を効率よく伝播するようになっている。

同軸導波管４０は、マイクロ波供給装置４５で発生させた、たとえば９１５ＭＨｚのマイクロ波を、矩形導波管４６、モード変換器４７、同軸導波管４０、導波箱内誘電体３２、ラジアルラインスロットアンテナ２３の各スロット列２４，２５およびアンテナ下部誘電体３５を介して、天井部誘電体２０に伝搬させる。そして、その際のマイクロ波エネルギーによって天井部誘電体２０の下面に電界が形成され、処理容器１０内にプラズマが生成される。

処理容器１０の上面を構成するカバー３０には、円環状の熱媒流路５０が設けられ、この熱媒流路５０を流れる熱媒によって、導波箱内誘電体３２、ラジアルラインスロットアンテナ２３、アンテナ下部誘電体３５および天井部誘電体２０を所定温度に維持するようになっている。

処理容器１０内には、処理容器１０の外部に設けられたプラズマ生成ガス供給源５５から、配管５６を介して、例えば窒素、Ａｒ（アルゴン）、酸素等のプラズマ生成ガスが供給される。また、処理容器１０内には、処理容器１０の外部に設けられた処理ガス供給源５７から、配管５８を介して、例えばＨＢｒ、Ｃｌ_２、ＣＦ_４等の処理ガスが供給される。

次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置１の作用について説明する。なお、プラズマ処理の一例として、プラズマ生成ガスとして窒素、Ａｒ、酸素等を用い、処理ガスとしてＨＢｒ、Ｃｌ_２、ＣＦ_４等を使用して、ウェハＷをエッチング処理する例を説明する。

このプラズマ処理装置１において例えばプラズマエッチング処理を行う際には、図１に示すように先ずウェハＷが処理容器１０内に搬入され、サセプタ１１上に載置される。そして、排気管１６から排気が行われて処理容器１０内が減圧される。更に、プラズマ生成ガス供給源５５から処理容器１０内に、窒素、Ａｒ（アルゴン）、酸素等のプラズマ生成ガスが供給され、処理ガス供給源５７から処理容器１０内に、ＨＢｒ、Ｃｌ_２、ＣＦ_４等の処理ガスが供給される。そして、マイクロ波供給装置４５の作動により、たとえば９１５ＭＨｚのマイクロ波が、矩形導波管４６、モード変換器４７、同軸導波管４０、導波箱内誘電体３２、ラジアルラインスロットアンテナ２３の各スロット列２４，２５およびアンテナ下部誘電体３５を介して、天井部誘電体２０に伝搬させられる。こうして、処理容器１０内において天井部誘電体２０の下面に電界が発生し、前記プラズマ生成ガスがプラズマ化され、更に、処理ガスがプラズマ化されて、その際に発生した活性種によって、ウェハＷに対するエッチング処理がなされる。なお、エッチング処理中、プラズマに面する天井部誘電体２０は石英で構成されているため、不要な不純物による被処理物の汚染が防止される。

そして、所定時間エッチング処理が行われた後、マイクロ波供給装置４５の作動と、処理容器１０内へのプラズマ生成ガス、処理ガスの供給が停止され、ウェハＷが処理容器１０内から搬出されて、一連のプラズマエッチング処理が終了する。

プラズマ処理中、同軸導波管４０を通じて供給されたマイクロ波は、導波箱３１内に配置された導波箱内誘電体３２を介して、ラジアルラインスロットアンテナ２３に設けられた２つのスロット列２４，２５に伝搬していく。この実施の形態では、導波箱内誘電体３２がアルミナで構成されているので、マイクロ波供給装置４５からたとえば９１５ＭＨｚのマイクロ波を供給した場合であっても、導波箱内誘電体３２を伝搬するマイクロ波の波長λｇを約１０．９ｃｍ程度とすることができる。即ち、９１５ＭＨｚのマイクロ波を利用した場合、仮に導波箱内誘電体３２が石英（誘電率が約３．９）であると、導波箱内誘電体３２を伝搬するマイクロ波の波長λｇが約１６．６ｃｍ程度となってしまう。これに対して、この実施の形態では、導波箱内誘電体３２がアルミナ（誘電率が約９）であるため、導波箱内誘電体３２が石英で構成されている場合に比べて、導波箱内誘電体３２を伝搬するマイクロ波の波長λｇを約２／３程度（約１０．９ｃｍ程度）まで短縮することができる。

この場合、ラジアルラインスロットアンテナ２３の半径ｒ０は、例えば直径１２ｉｎｃｈ（半径約１５ｃｍ）のウェハＷよりもやや大きく、例えば２２ｃｍ程度に設定されている。このため、導波箱内誘電体３２を伝搬するマイクロ波の波長λｇを約２／３程度（約１０．９ｃｍ程度）まで短縮したことにより、ラジアルラインスロットアンテナ２３に設けた２つのスロット列２４，２５同士の間隔（ｒ２−ｒ１）を導波箱内誘電体３２を伝搬するマイクロ波の波長λｇに等しくすることができ、ラジアルラインスロットアンテナ２３に内側と外側の２つのスロット列２４、２５を設けることができるようになる。その結果、例えば内側のスロット列２４を構成するスロット２６の開口面積と、外側のスロット列２５を構成するスロット２６の開口面積を調整する等の手法を採ることによって、処理容器１０内に導入されるマイクロ波のエネルギーの大小を、２つのスロット列２４、２５の間で調整することができ、処理容器１０内におけるプラズマの均一な生成、ウェハＷに対する均一な処理が実現できる。これにより、例えば９１５ＭＨｚの周波数のマイクロ波を利用したプラズマ処理を行うことにより、従来一般的であった２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波を利用したプラズマ処理に比べて、より少ない電力でプラズマの生成を均一化させて、低い電子温度で高品質な製品を製造できる、といった利点を享受できる。また、スロット列２４，２５の上方にある導波箱内誘電体３２と下方にあるアンテナ下部誘電体３５が、互いに誘電率の異なる材料であると、スロット列２４，２５からアンテナ下部誘電体３５に伝搬する際にマイクロ波が反射し、アンテナ下部誘電体３５にマイクロ波を効率良く伝搬させることができなくなるという問題が発生する。このプラズマ処理装置１にあっては、２つのスロット列２４，２５の上方にある導波箱内誘電体３２と下方にあるアンテナ下部誘電体３５は、いずれも同一材料であるアルミナで構成されている。このため、スロット列２４，２５からアンテナ下部誘電体３５に伝搬する際にマイクロ波の反射が抑制され、各スロット列２４，２５からアンテナ下部誘電体３５にマイクロ波が効率良く伝搬していく。

次に、図３は、本発明の第２の実施の形態にかかるプラズマ処理装置２の概略的な構成を示す縦断面図である。図４は、このプラズマ装置２が備えるアンテナ部材としてのラジアルラインスロットアンテナ２３の平面図である。なお、先に図１，２で示した本発明の第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１と実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

このプラズマ装置２では、ラジアルラインスロットアンテナ２３の下部には、石英で構成される円盤形状の天井部誘電体６０のみが配置されている。このため、ラジアルラインスロットアンテナ２３に形成されたスロット列２４，２５を構成する各スロット２６の下方はいずれも天井部誘電体６０で覆われている。

一方、導波箱３１の内部に配置された導波箱内誘電体６１は、互いに誘電率の異なる第１の誘電体部６２と第２の誘電体部６３で構成されている。第１の誘電体部６２は、２つスロット列の上部を覆う位置に配置されており、第２の誘電体部６３は、導波箱３１の内部において、第１の誘電体部６２以外の箇所に配置されている。

換言すれば、第２の誘電体部６３は、ラジアルラインスロットアンテナ２３の中心Ｏを中心にした、外径ｒ５、内径ｒ６のリング形状になっている。第１の誘電体部６２は、導波箱３１の内部において、第２の誘電体部６３以外の箇所に配置されている。即ち、第１の誘電体部６２は、第２の誘電体部６３の外側に配置された、外径ｒ３、内径ｒ５のリング形状の第１の誘電体部６２と、第２の誘電体部６３の内側に配置された、半径ｒ６の円板形状の第１の誘電体部６２の、２つの部材からなる。

第２の誘電体部６３の外径ｒ５は、外側のスロット列２５の半径ｒ２よりも小さく設定されており、第２の誘電体部６３の外周縁（外径ｒ５）は、外側のスロット列２５を形成しているスロット２６には達しない位置にある。また、第２の誘電体部６３の内径ｒ６は、内側のスロット列２４の半径ｒ１よりも大きく設定されており、第１の誘電体部６２の内周縁（外径ｒ６）は、内側のスロット列２４を形成しているスロット２６よりも外側の位置にある。このため、スロット列２４，２５を構成する各スロット２６の上方はいずれも第１の誘電体部６２で覆われている。

第２の誘電体部６３の誘電率は、第１の誘電体部６２の誘電率よりも大きい。図示の例では、第１の誘電体部６２は、天井部誘電体６０と同様に石英で構成され、第１の誘電体部６２の誘電率と天井部誘電体６０の誘電率は約３．９である。これに対して、第２の誘電体部６３はアルミナで構成され、第２の誘電体部６３の誘電率は、約９である。

以上のように構成された第２の実施の形態にかかるプラズマ処理装置２にあっては、プラズマ処理中、同軸導波管４０を通じて供給されたマイクロ波は、導波箱３１内に配置された導波箱内誘電体６１を介して、ラジアルラインスロットアンテナ２３に設けられた２つのスロット列２４，２５に伝搬していく。この実施の形態では、スロット列２４，２５同士の間にアルミナからなる第２の誘電体部６２が配置されているので、２つのスロット列２４，２５間においては、導波箱内誘電体３１を伝搬するマイクロ波の波長λｇを約１０．９ｃｍ程度に短縮することができる。その結果、先に説明した第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１と同様に、ラジアルラインスロットアンテナ２３に設けた２つのスロット列２４，２５同士の間隔（ｒ２−ｒ１）を導波箱内誘電体３２を伝搬するマイクロ波の波長λｇに等しくすることができ、ラジアルラインスロットアンテナ２３に内側と外側の２つのスロット列２４、２５を設けることができるようになる。これにより、処理容器１０内に導入されるマイクロ波のエネルギーの大小を、２つのスロット列２４、２５の間で調整することができ、処理容器１０内におけるプラズマの均一な生成、ウェハＷに対する均一な処理が実現できる。また、このプラズマ処理装置２にあっては、２つのスロット列２４，２５の上方にある第１の誘電体部６２と下方にある天井部誘電体６０は、いずれも同一材料である石英で構成されている。このため、スロット列２４，２５から天井部誘電体６０に伝搬する際にマイクロ波の反射が抑制され、各スロット列２４，２５から天井部誘電体６０にマイクロ波が効率良く伝搬していく。

以上、本発明の好ましい実施の形態を説明したが、本発明はここに例示した形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に相到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、導波箱内誘電体中を伝搬するマイクロ波の波長λｇをアルミナを利用して短縮する場合を説明したが、アルミナ以外の高誘電率を有する合成樹脂なども利用できる。また、以上の実施の形態では、エッチング処理に適用した例を説明したが、本発明は、エッチング処理以外の基板処理、例えば成膜処理を行うプラズマ処理装置にも適用できる。また、本発明のプラズマ処理装置で処理される基板は、半導体ウェハ、有機ＥＬ基板、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）用の基板等のいずれのものであってもよい。

プラズマ処理装置において、スロット列の上方に配置される上部誘電体と下方に配置される下部誘電体の材料が異なる場合と、同じである場合について検討した。ラジアルラインスロットアンテナの各スロット列の上部誘電体をアルミナ、下部誘電体を石英とした場合(比較例)と、上部誘電体および下部誘電体を共にアルミナとした場合(実施例)におけるプラズマ密度の分布を比較した。なお、図５は前記比較例および前記実施例における処理容器内の中心からの距離(横軸)とプラズマ密度の分布(縦軸)を表したグラフである。比較例の場合、図５に示されるように、中心からの距離に対して、プラズマ密度が約２６〜３９という範囲で不均一となり、特に処理容器の周辺部において、プラズマ密度の低下が発生した。上部誘電体と下部誘電体の材料が異なることに起因すると考えられる。一方、上部誘電体と下部誘電体の材料が同じである実施例の場合は、図５に示されるように、処理容器の中心から周辺部において、プラズマ密度が約３３〜３７と比較的均一となった。

本発明は、処理容器内にプラズマを生成して基板を処理するプラズマ処理に適用できる。

本発明の第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置の概略的な構成を示す縦断面図である。第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置が備えるアンテナ部材としてのラジアルラインスロットアンテナの平面図である。本発明の第２の実施の形態にかかるプラズマ処理装置の概略的な構成を示す縦断面図である。第２の実施の形態にかかるプラズマ処理装置が備えるアンテナ部材としてのラジアルラインスロットアンテナの平面図である。各スロット列の上下の誘電体を同一にした場合及び異なる物とした場合のプラズマ密度の分布を示すグラフである。

符号の説明

Ｗウェハ
１、２プラズマ処理装置
１０処理容器
１１サセプタ
１５排気装置
２０天井部誘電体
２３ラジアルラインスロットアンテナ
２４，２５スロット列
２６スロット
３０カバー
３１導波箱
３２導波箱内誘電体
３５アンテナ下部誘電体
４０同軸導波管
４５マイクロ波供給装置
５５プラズマ生成ガス供給源
５７処理ガス供給源
６０天井部誘電体
６１導波箱内誘電体
６２第１の誘電体部
６３第２の誘電体部

Claims

処理容器内に基板が収納され、前記処理容器内に導入されるマイクロ波により処理ガスがプラズマ化されて基板が処理されるプラズマ処理装置であって、
前記処理容器内にマイクロ波を導入するアンテナ部材に、同心円状に配置されるスロット列が複数列設けられ、
前記アンテナ部材の上部に形成されるマイクロ波の導波箱の内部に、導波箱内誘電体が配置され、
前記アンテナ部材の下部に、前記処理容器の天井を覆って配置された天井部誘電体と、前記天井部誘電体と前記アンテナ部材の下面との間に配置されたアンテナ下部誘電体が設けられ、
前記スロット列の上部を覆う位置に、前記導波箱内誘電体が配置され、
前記スロット列の下部を覆う位置に、前記アンテナ下部誘電体が配置され、
前記導波箱内誘電体の誘電率および前記アンテナ下部誘電体の誘電率が、前記天井部誘電体の誘電率よりも大きく、
前記導波箱内誘電体の誘電率と前記アンテナ下部誘電体の誘電率が等しく、
前記天井部誘電体の外径は、前記アンテナ部材の外径よりも大きく、
前記導波箱内誘電体の外径と前記アンテナ下部誘電体の外径は、前記アンテナ部材の外径よりも小さく、
前記天井部誘電体が石英であり、前記導波箱内誘電体と前記アンテナ下部誘電体がアルミナであることを特徴とする、プラズマ処理装置。
前記処理容器内に導入されるマイクロ波の周波数が９１５ＭＨｚ±５０ＭＨｚであることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ処理装置。