JP4997826B2 - 平面アンテナ部材及びこれを用いたプラズマ処理装置 - Google Patents
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Description
このようなプラズマ処理装置は、特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4等に開示されている。ここで、例えばマイクロ波を用いた一般的なプラズマ処理装置を図7を参照して概略的に説明する。図7はマイクロ波を用いた従来の一般的なプラズマ処理装置を示す概略構成図である。
しかしながら、上述したような平面アンテナ部材10にあっては、マイクロ波が中心導体18側から平面アンテナ部材10の半径方向へ伝搬する際に、この平面アンテナ部材10や遅波材12に定在波が発生し、このために、マイクロ波の電界分布の強弱が固定的になってしまって、処理空間Sにおいてマイクロ波の電界分布が不均一になってしまう、という問題があった。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、マイクロ波放射孔から放射される電界を平面アンテナ部材の周方向へ回転させるようにしてプラズマ密度を均一化させるようにした平面アンテナ部材及びこれを用いたプラズマ処理装置を提供することにある。
この場合、例えば請求項2に規定するように、前記スロットの幅を6mm以上となるように設定している。
また例えば請求項4に規定するように、前記アンテナ板の半径方向における前記スロット対間の距離は、これに伝搬するマイクロ波の波長λのλ/2より大きい長さに設定されている。
請求項1及びこれを引用する請求項に係る発明によれば、複数組のスロット対を同心円状に配置すると共に、最内周に位置するスロット対の組数を2から8組の範囲内に設定し、最外周に位置するスロット対の組数を18から36組の範囲内に設定したので、マイクロ波放射孔から放射される電界を平面アンテナ部材の周方向へ回転させてプラズマ密度を均一化させることができる。
また請求項2に係る発明によれば、スロットに異常放電が発生するのを抑制することができる。
図1は本発明に係るプラズマ処理装置を示す構成図、図2は平面アンテナ部材を示す平面図、図3は平面アンテナ部材のスロットに関する距離を説明するための拡大平面図である。ここではプラズマ処理としてプラズマエッチング処理を行う場合を例にとって説明する。
この処理容器34の側壁には、この内部に対してウエハを搬入・搬出する時に開閉するゲートバルブ40が設けられている。また、容器底部には、排気口42が設けられると共に、この排気口42には、圧力制御弁44及び真空ポンプ46が順次介接された排気路48が接続されており、必要に応じて処理容器34内を所定の圧力まで真空引きできるようになっている。
このように開き角θ1を45度以上に設定することにより、最内周スロット対間の放射電界の相互干渉を抑えることが出来る。これにより放射される電界分布を回転させることができ、処理空間Sにおけるプラズマを均一化させることができる。
・最内周のスロット対100Aから伝搬されてきたマイクロ波を全て放射し、反射が起こらないようにする。
・プラズマ電子密度を高く維持する(8×1010個/cm3以上)。
・1つの最内周スロット対100Aと、複数の第2周目(最外周側)スロット対100Bとが干渉しないようにする。
H1≧λ
また更に、上記コネクタ97の中心と上記交点P1との間の距離H2は1.5λ以上の長さに設定するのが好ましい。
尚、上記実施例ではスロット対100は2つのスロット86を、いわゆる”ハ”の字状に配置した場合を例にとって説明したが、これに限定されず、図4に示すようにスロット対100として2つのスロット86を僅かに離間させて、いわゆる”T”の字状に配置した場合にも適用することができる。この場合においても、各距離H1〜H3を規定する交点P1、P2は、図中に示すように2つのスロット86の各垂直2等分線の交点である。
まず、ゲートバルブ40を介して半導体ウエハWを搬送アーム(図示せず)により処理容器34内に収容し、昇降ピン50を上下動させることによりウエハWを載置台36の上面の載置面に載置し、そして、このウエハWを静電チャック66により静電吸着する。このウエハWは抵抗加熱ヒータ58により所定のプロセス温度に維持され、図示しないガス源から例えばCl2 ガス、O2 ガス及びN2 ガス等の所定のガスをそれぞれ所定の流量でガス導入手段78のガスノズル80より処理容器34内の処理空間Sへ供給し、圧力制御弁44を制御して処理容器34内を所定のプロセス圧力に維持する。
さて図5において、最内周のスロット対100Aと最外周のスロット対100Bとの距離(図3におけるH3に相当する)を例えば(5/4)・λとし、最外周側のスロット対間の角度を例えば15度とした場合、マイクロ波が伝搬するスロット対S1、S2、S3、S4におけるマイクロ波の位相は、S1における位相を基準(=0度)として、S1=0度、S2=90度、S3=105度、S4=120度となり、これらスロット対から放射される合成電界はアンテナの周方向に回転することになる。
ここで、本発明装置の平面アンテナ部材82のアンテナ板88について、シミュレーションによって評価を行ったので、その評価結果について説明する。また比較のために従来装置のアンテナ板についても評価を行った。
アンテナ板は全て直径が300mmサイズのウエハに対応する大きさである。図6(A)は従来装置の比較例を示し、図6(B)及び図6(C)は本発明装置の実施例1及び2をそれぞれ示す。各図において、スロットパターンと電界分布の写真を示し、また一部に理解を容易にするために電界分布の模式図を示している。尚、マイクロ波の周波数は全て2.45GHzである。
また図6(C)に示す本発明装置の実施例2の場合は、同心円状に2列のスロット対を設けており、最内周には5組のスロット対を配置し、第2周目には24組のスロット対を配置している。この場合には、最内周に3組のスロット対がある場合よりも電界分布が均一化され、明確な渦巻状のものは確認されないが、全体的に電界分布の強弱が混在しており、しかも、この電界分布はスロット板の中心を中心として高速で周方向に回転していることを確認することができた。
例えば遅波材90の材質がアルミナである場合、遅波材中でのマイクロ波の波長は石英の場合よりも相当短縮されるため、300mmサイズのウエハ対応であっても容易にスロット対を3列配置することが可能である。この場合、最内周のスロット対と最外周(3列目)のスロット対との間に、中間スロット対(2列目)を配することになる。ここで前述したように、最内周のスロット対と2列目のスロット対に対し、P1、P2およびH1〜H3を定める。また新たに2列目の各スロット対と3列目のスロット対との間の距離をH4とする。すなわちH4は、3列目の各スロット対の位置をP3(図示せず)とした場合、P3を結んだ同心円と、2列目の各スロット対の位置P2を結んだ同心円との半径の差である。このときにH1〜H4のマイクロ波の波長λに対する関係は、H1≧λ、H2≧1.5λ、H3>λ/2、H4>λ/2となる。また各列におけるスロット対の数は、2≦最内周のスロット対の数≦8、4≦2列目のスロット対の数≦18、18≦3列目(最外周)のスロット対の数≦36である。なお2列目のスロット対を設けることがスペース的に可能であっても、これを設けなくてもよい。
また、ここでは被処理体として半導体ウエハやLCD基板を例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。
34 処理容器
36 載置台
74 天板
78 ガス導入手段
80 ガスノズル
82 平面アンテナ部材
84 マイクロ波供給手段
86 スロット
88 アンテナ板
90 遅波材
102 マイクロ波発生器
100 スロット対
100A 最内周のスロット対
100B 第2周目のスロット対
120 制御手段
122 記憶媒体
W 半導体ウエハ(被処理体)
Claims (6)
- 導電性の金属板よりなるアンテナ板に、互いに異なる方向に向けられた2つの長溝状のマイクロ波放射用のスロットよりなるスロット対を複数組設けるようにした平面アンテナ部材において、
前記複数組のスロット対を同心円状に配置すると共に、最内周に位置するスロット対の組数を2から8組の範囲内に設定し、最外周に位置するスロット対の組数を18から36組の範囲内に設定することにより前記平面アンテナ部材の中心部から周辺部へ伝搬する進行波を形成することができるように構成したことを特徴とする平面アンテナ部材。 - 前記スロットの幅を6mm以上となるように設定したことを特徴とする請求項1記載の平面アンテナ部材。
- 前記最内周に位置するスロット対は、前記アンテナ板の中心側から、これに伝搬するマイクロ波の波長λのλ(1波長)以上離間されていることを特徴とする請求項1又は2記載の平面アンテナ部材。
- 前記アンテナ板の半径方向における前記スロット対間の距離は、これに伝搬するマイクロ波の波長λのλ/2より大きい長さに設定されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の平面アンテナ部材。
- 前記マイクロ波の周波数は2.45GHzであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の平面アンテナ部材。
- 天井部が開口されて内部が真空引き可能になされた処理容器と、
被処理体を載置するために前記処理容器内に設けた載置台と、
前記天井部の開口に気密に装着されて電磁波を透過する誘電体よりなる天板と、
前記天板の上面に設けられる請求項1乃至5のいずれか一項に記載の平面アンテナ部材と、
前記平面アンテナ部材に接続されるマイクロ波供給手段と、
前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス導入手段と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
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