JP6383674B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明の種々の側面及び実施形態は、基板処理装置に関するものである。

基板上に成膜を行う手法の一種として、プラズマ励起原子層堆積（PE-ALD：Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition）法が知られている。ＰＥ−ＡＬＤ法においては、基板を前駆体ガスに晒すことにより、基板上に形成しようとする薄膜の構成元素を含有する前駆体ガスを化学吸着させる。次いで、基板をパージガスに晒すことにより、当該基板に過剰に化学吸着した前駆体ガスを除去する。そして、形成しようとする薄膜の構成元素を含有する反応ガスのプラズマに基板を晒すことにより、基板上に所望の薄膜を形成する。ＰＥ−ＡＬＤ法では、このような工程が繰り返されることにより、前駆体ガスに含まれる原子又は分子の処理された膜が基板上に生成される。

かかるＰＥ−ＡＬＤ法を実施する装置として、セミバッチ式の成膜装置が知られている。セミバッチ式の成膜装置では、前駆体ガスを供給する領域と反応ガスのプラズマを生成する領域とが別個に処理室内に設けられており、基板がこれら領域を順に通過することで、所望の膜が基板上に生成される。

このような成膜装置は、載置台、噴射部、およびプラズマ生成部を備えている。載置台は、基板を支持するものであり、回転軸線中心に回転可能である。噴射部およびプラズマ生成部は、載置台に対面配置されており、周方向に配列されている。噴射部は、略扇形の平面形状を有しており、前駆体ガスを供給する。プラズマ生成部は、反応ガスを供給し、板状のアンテナの面方向に沿って配置された導波管から供給されたマイクロ波を、略扇形のアンテナから放射することで、反応ガスのプラズマを生成する。噴射部の周囲及びプラズマ生成部の周囲には、排気孔が設けられており、噴射部の周縁には、パージガスを供給する噴射口が設けられている。また、プラズマ生成部には、丸形のアンテナが用いられる場合もある。

国際公開第２０１３／１２２０４３号

ところで、プラズマ生成部においてマイクロ波を放射するアンテナの形状を丸型とすると、丸型のアンテナによって生成されるプラズマの領域は、アンテナの形状に沿った形状となるため、セミバッチ式の成膜装置では、生成されたプラズマの領域を基板が通過する時間が、基板の位置（回転中心からの距離）に応じて異なる。そのため、基板上に均一なプラズマ処理を施すことが難しい。

一方、アンテナの形状を扇形にすると、生成されたプラズマの領域が扇形のアンテナの形状に沿った形状となるため、生成されたプラズマの領域を基板が通過する時間を、基板の位置によらず均一にすることができる。しかし、扇形のアンテナでは、アンテナの面方向に沿って配置された導波管からマイクロ波が供給されるため、アンテナ全体にマイクロ波を均一に供給することが難しい。そのため、扇形のアンテナから均一性の高いマイクロ波を放射することが難しく、生成されるプラズマの均一性を高めることが難しくなる。

開示する基板処理装置は、被処理基板を載置し、前記被処理基板が軸線の周囲を移動するよう前記軸線を中心に回転可能に設けられた載置台と、前記載置台の回転により前記軸線に対して周方向に移動する前記被処理基板が順に通過する複数の領域のそれぞれにガスを供給するガス供給部と、前記複数の領域の中の１つの領域であるプラズマ生成領域において、当該プラズマ生成領域に供給されたガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と、を備え、前記プラズマ生成部は、前記プラズマ生成領域に高周波を放射するアンテナと、前記アンテナに高周波を供給する給電部とを有し、前記アンテナを前記軸線に沿う方向から見た場合の断面形状を構成する線分には、前記軸線から離れるに従って互いに遠ざかる２つの線分が含まれ、前記給電部は、前記アンテナの重心から前記アンテナに高周波を供給する。

開示する基板処理装置の１つの態様によれば、基板上の位置毎の、プラズマの領域を通過する時間のばらつきを低く抑えると共に、生成されるプラズマの均一性を高めることが可能となるという効果を奏する。

図１は、一実施形態に係る基板処理装置を概略的に示す上面図である。 図２は、図１に示す基板処理装置から処理容器の上部を取り除いた状態を示す平面図である。 図３は、図１および図２における基板処理装置のＡ−Ａ断面図である。 図４は、図３に向かって軸線Ｘの左側の部分の拡大断面図である。 図５は、図３に向かって軸線Ｘの右側の部分の拡大断面図である。 図６は、同軸導波管とアンテナとの接続部分の拡大断面図である。 図７は、遅波板の概略形状の一例を示す平面図である。 図８は、スロット板の概略形状の一例を示す平面図である。 図９は、天板の概略形状の一例を示す平面図である。 図１０は、アンテナ全体の概略形状の一例を示す斜視図である。 図１１は、アンテナの辺の角度を説明するための図である。 図１２は、アンテナの辺の角度と、マイクロ波の分布の均一性との関係のシミュレーション結果の一例を示す図である。 図１３は、スタブ部材の挿入量と、マイクロ波の分布の均一性との関係のシミュレーション結果の一例を示す図である。 図１４は、アンテナの辺の位置と、基板の通過領域との関係の一例を説明するための図である。

開示する基板処理装置は、１つの実施形態において、被処理基板を載置し、被処理基板が軸線の周囲を移動するよう軸線を中心に回転可能に設けられた載置台と、載置台の回転により軸線に対して周方向に移動する被処理基板が順に通過する複数の領域のそれぞれにガスを供給するガス供給部と、複数の領域の中の１つの領域であるプラズマ生成領域において、当該プラズマ生成領域に供給されたガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と、を備え、プラズマ生成部は、プラズマ生成領域に高周波を放射するアンテナと、アンテナに高周波を供給する給電部とを有し、アンテナを軸線に沿う方向から見た場合の断面形状を構成する線分には、軸線から離れるに従って互いに遠ざかる２つの線分が含まれ、給電部は、アンテナの重心からアンテナに高周波を供給する。

また、開示する基板処理装置の１つの実施形態において、アンテナを軸線に沿う方向から見た場合の断面形状は、回転対称性を有する形状である。

また、開示する基板処理装置の１つの実施形態において、アンテナを軸線に沿う方向から見た場合の断面形状は、略正三角形状である。

また、開示する基板処理装置の１つの実施形態において、軸線に沿う方向から見た場合のアンテナの断面形状を構成する線分に含まれる２つの線分のそれぞれは、円板状の被処理基板の直径よりも長く、アンテナは、軸線に沿う方向から見た場合に、載置台上の被処理基板が、２つの線分内を通過するように、プラズマ生成領域に設けられる。

また、開示する基板処理装置の１つの実施形態において、アンテナは、軸線に沿う方向から見た場合に、載置台上の被処理基板の中心が、２つの線分の中央を通過するように、プラズマ生成領域に設けられる。

また、開示する基板処理装置の１つの実施形態において、プラズマ生成部は、給電部に挿入され、挿入量の制御が可能なスタブをさらに有する。

また、開示する基板処理装置の１つの実施形態において、軸線に沿う方向から見た場合のアンテナの断面形状を構成する線分に含まれる２つの線分は、所定の半径を有する円の一部である曲線で結ばれている。

また、開示する基板処理装置の１つの実施形態において、アンテナを軸線に沿う方向から見た場合の断面形状は、当該断面形状を構成する３つの辺をそれぞれ延長させた場合に形成される略正三角形の３つの内角において、１つの内角が６０度±１度の範囲内であり、他の２つの内角がそれぞれ６０度±０．５度の範囲内である。

また、開示する基板処理装置の１つの実施形態において、高周波はマイクロ波である。

また、開示する基板処理装置の１つの実施形態において、給電部は同軸導波管である。

また、開示する基板処理装置の１つの実施形態において、アンテナは、第１の誘電体と、第１の誘電体上に設けられ、同軸導波管の内導体が接続されるスロット板と、スロット板上に設けられる第２の誘電体と、第２の誘電体上に設けられ、内部に冷媒を流通させるための流路を有する冷却プレートとを有する。また、スロット板には、２つのスロットを有するスロットペアが、軸線に沿う方向から見た場合に、同軸導波管の内導体が接続される位置を中心として、半径の異なる同心円状に並ぶように複数形成される。また、複数のスロットペアは、軸線に沿う方向から見た場合に、回転対称となるようにスロット板に形成されている。

また、基板処理装置は、１つの実施形態において、同軸導波管が接続される側のアンテナの面上に配置され、冷却プレートを第２の誘電体に押圧する押圧部をさらに備え、冷却プレート、第２の誘電体、スロット板、および第１の誘電体は、押圧部の押圧力により互いに密着している。

また、開示する基板処理装置は、１つの実施形態において、同軸導波管が接続される側のアンテナの面上に配置され、冷却プレートを第２の誘電体に押圧する押圧部をさらに備え、冷却プレート、第２の誘電体、スロット板、および第１の誘電体は、押圧部の押圧力により互いに密着している。

以下に、開示する基板処理装置の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態により開示する発明が限定されるものではない。各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。

（実施形態）
図１は、一実施形態に係る基板処理装置を概略的に示す上面図である。図２は、図１に示す基板処理装置から処理容器の上部部材を取り除いた状態を示す平面図である。図３は、図１および図２における基板処理装置のＡ−Ａ断面図である。図４は、図３に向かって軸線Ｘの左側の部分の拡大断面図である。図５は、図３に向かって軸線Ｘの右側の部分の拡大断面図である。図１〜図５に示す基板処理装置１０は、主に、処理容器１２、載置台１４、第１のガス供給部１６、排気部１８、第２のガス供給部２０、およびプラズマ生成部２２を備える。

図１に示すように、処理容器１２は、軸線Ｘを中心軸とする略円筒状の容器である。処理容器１２は、処理室Ｃを内部に備える。処理室Ｃは、噴射部１６ａを備えたユニットＵを含む。処理容器１２は、例えば、アルマイト処理またはＹ２Ｏ３（酸化イットリウム）の溶射処理等の耐プラズマ処理が内面に施されたＡｌ（アルミニウム）等の金属で形成される。基板処理装置１０は、処理容器１２内に複数のプラズマ生成部２２を有する。それぞれのプラズマ生成部２２は、処理容器１２の上方に、マイクロ波を出力するアンテナ２２ａを備える。処理容器１２の上方に設けられたアンテナ２２ａの数は、図１および図２に図示するものに限定されず、適宜変更してもよい。

図２に示すように、基板処理装置１０は、上面に複数の基板載置領域１４ａを有する載置台１４を備える。載置台１４は、軸線Ｘを中心軸とする略円板状の部材である。載置台１４の上面には、基板Ｗを載置する基板載置領域１４ａが、軸線Ｘを中心として同心円状に複数（図２の例では５個）形成される。基板Ｗは基板載置領域１４ａ内に配置され、基板載置領域１４ａは、載置台１４が回転した際、基板Ｗがズレないように基板Ｗを支持する。基板載置領域１４ａは、略円状の基板Ｗと略同形状の略円状の凹部である。基板載置領域１４ａの凹部の直径Ｗ１は、基板載置領域１４ａに載置される基板Ｗの直径と比べ、略同一である。すなわち、基板載置領域１４ａの凹部の直径Ｗ１は、載置される基板Ｗが凹部に嵌合し、載置台１４が回転しても、遠心力により基板Ｗが嵌合位置から移動しないように基板Ｗを固定する程度であればよい。

基板処理装置１０は、処理容器１２の外縁に、ロボットアーム等の搬送装置を介して、基板Ｗを処理室Ｃへ搬入し、基板Ｗを処理室Ｃから搬出するゲートバルブＧを備える。また、基板処理装置１０は、載置台１４の外縁の下方に、排気口２２ｈを備える。排気口２２ｈには、排気装置５２が接続される。基板処理装置１０は、排気装置５２の動作を制御することにより、処理室Ｃ内の圧力を、目的とする圧力に維持する。

図３に示すように、処理容器１２は、下部部材１２ａおよび上部部材１２ｂを有する。下部部材１２ａは、上方に開口した略筒形状を有し、処理室Ｃを形成する側壁および底壁を含む凹部を形成する。上部部材１２ｂは、略筒形状を有し、下部部材１２ａの凹部の上部開口を閉蓋することにより処理室Ｃを形成する蓋体である。下部部材１２ａと上部部材１２ｂとの間の外周部には、処理室Ｃを密閉するための弾性封止部材、例えばＯリングが設けられてもよい。

基板処理装置１０は、処理容器１２により形成される処理室Ｃの内部に、載置台１４を備える。載置台１４は、駆動機構２４によって軸線Ｘを中心に回転駆動される。駆動機構２４は、モータ等の駆動装置２４ａおよび回転軸２４ｂを有し、処理容器１２の下部部材１２ａに取り付けられる。

回転軸２４ｂは、軸線Ｘを中心軸線とし、処理室Ｃの内部まで延在する。回転軸２４ｂは、駆動装置２４ａから伝達される駆動力により軸線Ｘを中心に回転する。載置台１４は、中央部分が回転軸２４ｂにより支持される。よって、載置台１４は、軸線Ｘを中心に、回転軸２４ｂの回転に従って回転する。なお、処理容器１２の下部部材１２ａと駆動機構２４との間には、処理室Ｃを密閉するＯリング等の弾性封止部材が設けられていてもよい。

基板処理装置１０は、処理室Ｃ内部の載置台１４の下方に、基板載置領域１４ａに載置された基板Ｗを加熱するためのヒータ２６を備える。具体的には、載置台１４を加熱することで基板Ｗを加熱する。基板Ｗは、処理容器１２に設けられたゲートバルブＧを介して、図示しないロボットアーム等の搬送装置により処理室Ｃに搬送され、基板載置領域１４ａに載置される。また、基板Ｗは、搬送装置によりゲートバルブＧを介して処理室Ｃから取り出される。

処理室Ｃは、軸線Ｘを中心とする円周上に配列された第１の領域Ｒ１（図２参照）および第２の領域Ｒ２を形成する。基板載置領域１４ａに載置された基板Ｗは、載置台１４の回転にともない、第１の領域Ｒ１および第２の領域Ｒ２を順に通過する。

図４に示すように、基板処理装置１０は、第１の領域Ｒ１の上方に、載置台１４の上面に対面するように、第１のガス供給部１６が配置される。第１のガス供給部１６は、噴射部１６ａを備える。すなわち、処理室Ｃに含まれる領域のうち噴射部１６ａに対面する領域が第１の領域Ｒ１である。

噴射部１６ａは、複数の噴射口１６ｈを備える。第１のガス供給部１６は、複数の噴射口１６ｈを介して第１の領域Ｒ１へ前駆体ガスを供給する。前駆体ガスが第１の領域Ｒ１に供給されることにより、第１の領域Ｒ１を通過する基板Ｗの表面に、前駆体ガスの原子または分子が化学的に吸着する。前駆体ガスは、例えば、ＤＣＳ（ジクロロシラン）やモノクロロシラン、トリクロロシラン等である。

第１の領域Ｒ１の上方には、載置台１４の上面に対面するように、排気部１８の排気口１８ａが設けられている。排気口１８ａは、噴射部１６ａの周囲に設けられる。排気部１８は、真空ポンプなどの排気装置３４の動作により、排気口１８ａを介して処理室Ｃ内のガスを排気する。

第１の領域Ｒ１の上方には、載置台１４の上面に対面するように、第２のガス供給部２０の噴射口２０ａが設けられている。噴射口２０ａは、排気口１８ａの周囲に設けられている。第２のガス供給部２０は、噴射口２０ａを介して第１の領域Ｒ１へパージガスを供給する。第２のガス供給部２０によって供給されるパージガスは、例えばＡｒ（アルゴン）等の不活性ガスである。パージガスが基板Ｗの表面に噴射されることにより、基板Ｗに過剰に化学的に吸着した前駆体ガスの原子または分子（残留ガス成分）が基板Ｗから除去される。これにより、基板Ｗの表面に、前駆体ガスの原子または分子が化学的に吸着した原子層または分子層が形成されることになる。

基板処理装置１０は、噴射口２０ａからパージガスを噴射し、排気口１８ａより載置台１４の表面に沿ってパージガスを排気する。これにより、基板処理装置１０は、第１の領域Ｒ１に供給される前駆体ガスが第１の領域Ｒ１外に漏れ出すことを抑制する。また、基板処理装置１０は、噴射口２０ａからパージガスを噴射して排気口１８ａより載置台１４の面に沿ってパージガスを排気するので、第２の領域Ｒ２に供給する反応ガスまたは反応ガスのラジカル等が第１の領域Ｒ１内に侵入することを抑制する。すなわち、基板処理装置１０は、第２のガス供給部２０からのパージガスの噴射および排気部１８からの排気により、第１の領域Ｒ１と、第２の領域Ｒ２とを分離する。

なお、基板処理装置１０は、噴射部１６ａ、排気口１８ａ、噴射口２０ａを含むユニットＵを備える。すなわち、噴射部１６ａ、排気口１８ａ、および噴射口２０ａは、ユニットＵを構成する部位として形成される。図４に示すように、ユニットＵは、第１の部材Ｍ１、第２の部材Ｍ２、第３の部材Ｍ３、およびＭ４が順次積み重ねられた構造を有する。ユニットＵは、処理容器１２の上部部材１２ｂの下面に当接するように処理容器１２に取り付けられる。

図４に示すように、ユニットＵには、第２の部材Ｍ２〜第４の部材Ｍ４を貫通するガス供給路１６ｐが形成されている。ガス供給路１６ｐは、上端が、処理容器１２の上部部材１２ｂに設けられたガス供給路１２ｐと接続される。ガス供給路１２ｐには、弁１６ｖおよびマスフローコントローラ等の流量制御器１６ｃを介して、前駆体ガスのガス供給源１６ｇが接続される。また、ガス供給路１６ｐの下端は、第１の部材Ｍ１と、第２の部材Ｍ２との間に形成された空間１６ｄに接続される。空間１６ｄには、第１の部材Ｍ１に設けられた噴射部１６ａの噴射口１６ｈが接続される。

ユニットＵには、第４の部材Ｍ４を貫通するガス供給路２０ｒが形成される。ガス供給路２０ｒは、上端が、処理容器１２の上部部材１２ｂに設けられたガス供給路１２ｒと接続される。ガス供給路１２ｒには、弁２０ｖおよびマスフローコントローラ等の流量制御器２０ｃを介して、パージガスのガス供給源２０ｇが接続される。

ユニットＵは、ガス供給路２０ｒの下端が、第４の部材Ｍ４の下面と第３の部材Ｍ３の上面との間に設けられた空間２０ｄに接続される。また、第４の部材Ｍ４は、第１の部材Ｍ１〜第３の部材Ｍ３を収容する凹部を形成する。凹部を形成する第４の部材Ｍ４の内側面と、第３の部材Ｍ３の外側面との間にはギャップ２０ｐが設けられる。ギャップ２０ｐは、空間２０ｄに接続される。ギャップ２０ｐの下端は、噴射口２０ａとして機能する。

ユニットＵには、第３の部材Ｍ３および第４の部材Ｍ４を貫通する排気路１８ｑが形成される。排気路１８ｑは、上端が、処理容器１２の上部部材１２ｂに設けられた排気路１２ｑと接続される。排気路１２ｑは、真空ポンプ等の排気装置３４に接続される。また、排気路１８ｑは、下端が、第３の部材Ｍ３の下面と、第２の部材Ｍ２の上面との間に設けられた空間１８ｄに接続される。

第３の部材Ｍ３は、第１の部材Ｍ１および第２の部材Ｍ２を収容する凹部を備える。第３の部材Ｍ３が備える凹部を構成する第３の部材Ｍ３の内側面と、第１の部材Ｍ１および第２の部材Ｍ２の外側面との間には、ギャップ１８ｇが設けられる。空間１８ｄは、ギャップ１８ｇに接続される。ギャップ１８ｇの下端は、排気口１８ａとして機能する。基板処理装置１０は、噴射口２０ａからパージガスを噴射して排気口１８ａより載置台１４の面に沿ってパージガスを排気することにより、第１の領域Ｒ１に供給する前駆体ガスが第１の領域Ｒ１外へ漏れ出すことを抑制する。

図５に示すように、基板処理装置１０は、第２の領域Ｒ２の上方である上部部材１２ｂの開口ＡＰに、載置台１４の上面に対面するように設けられたプラズマ生成部２２を備える。プラズマ生成部２２は、アンテナ２２ａと、アンテナ２２ａにマイクロ波および反応ガスを供給する同軸導波管２２ｂとを有する。同軸導波管２２ｂは、給電部の一例である。上部部材１２ｂには例えば３つの開口ＡＰが形成され、基板処理装置１０は、例えば３つのプラズマ生成部２２を備える。

プラズマ生成部２２は、第２の領域Ｒ２へ、反応ガスおよびマイクロ波を供給して、第２の領域Ｒ２において反応ガスのプラズマを生成する。反応ガスに窒素含有ガスを用いた場合、基板Ｗに化学的に吸着した原子層または分子層を窒化させる。反応ガスとしては、例えばＮ２（窒素）またはＮＨ３（アンモニア）等の窒素含有ガスを用いることができる。

図５に示すように、プラズマ生成部２２は、開口ＡＰを閉塞するようにアンテナ２２ａを気密に配置する。アンテナ２２ａは、天板４０、スロット板４２、遅波板４４、および冷却プレート４６を有する。天板４０は、誘電体で形成された角の丸い略正三角形状の部材であり、例えばアルミナセラミック等で形成される。天板４０は、第１の誘電体の一例である。天板４０は、その下面が処理容器１２の上部部材１２ｂに形成された開口ＡＰから第２の領域Ｒ２に露出するように上部部材１２ｂによって支持されている。天板４０の下面には、天板４０の外縁に沿って第１のリブ４０ａが形成され、さらにその内側に略円状の第２のリブ４０ｂが形成される。また、第２のリブ４０ｂの内側には、下方に突出した突出部４０ｃが設けられており、突出部４０ｃの略中央には、厚み方向に貫通する噴射口４０ｄが形成される。

天板４０の下面、すなわち、第２の領域Ｒ２に露出する天板４０の面は、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、またはＹＯｘＦｙ系膜（ｘは０以上の整数、ｙは１以上の整数）でコーティングされていてもよい。ＹＯｘＦｙ系膜は、例えばＹＦ３の膜であってもよい。これらのコーティングは溶射やエアロゾルデポジション法などによって行うことができる。これにより、天板４０の材料が基板Ｗへの処理の過程で混入するコンタミネーションを防止することができる。また、図５に例示した天板４０の下面には、第１のリブ４０ａおよび第２のリブ４０ｂ等により凹凸が形成されているが、天板４０の下面はフラットな面であってもよい。これにより、コンタミネーションを防止するために天板４０の下面に形成するコーティング膜の密着性を向上させることができる。

天板４０の上面には、スロット板４２が配置される。スロット板４２は、角の丸い略正三角形状に形成された板状の金属製部材である。スロット板４２には、軸線Ｘの方向において天板４０の噴射口４０ｄと重なる位置に開口が設けられている。また、スロット板４２には、複数のスロット対が形成されている。各スロット対には、互いに直交または交差する二つのスロット孔が含まれている。これらスロット対は、スロット板４２の面内に半径の異なる同心円状に周方向に複数形成されている。同心円の中心は、軸線Ｘの方向から見た場合に、例えばスロット板４２の重心である。

また、スロット板４２の上面には遅波板４４が設けられている。遅波板４４は、誘電体で形成された角の丸い略正三角形状の部材であり、例えばアルミナセラミック等により形成される。遅波板４４は、第２の誘電体の一例である。遅波板４４には、同軸導波管２２ｂの外側導体６２ｂを配置するための略円筒状の開口が設けられる。当該開口の周囲を形成する遅波板４４の内径側の端部には、遅波板４４の厚み方向に突出するリング状の突出部４４ａが設けられる。遅波板４４は、突出部４４ａが上側に突出するように、スロット板４２上に取り付けられる。

遅波板４４の上面には冷却プレート４６が設けられる。冷却プレート４６は、その内部に形成された流路を流通する冷媒により、遅波板４４を介してアンテナ２２ａを冷却する。冷却プレート４６の表面は金属製である。冷却プレート４６上には冷却プレート４６の全面または複数の部分を遅波板４４に押圧する押圧部４７が設けられている。押圧部４７は、例えばスパイラルスプリングガスケット等のバネを用いて構成することができる。冷却プレート４６、遅波板４４、スロット板４２、および天板４０は、押圧部４７の押圧力により互いに密着している。これにより、大気圧やプラズマからの熱により天板４０が畝った場合であっても、冷却プレート４６、遅波板４４、スロット板４２、および天板４０は、密着し続けることができる。その結果、アンテナ２２ａは、冷却プレート４６を介して効率よく放熱することができる。また、冷却プレート４６を介したアンテナ２２ａの放熱により、アンテナ２２ａの変形が抑制される。そして、スロットの変形が抑制されることにより、第２の領域Ｒ２へ放射されるマイクロ波によって形成される電磁界分布の変動が抑制される。

同軸導波管２２ｂは、中空の略円筒状の内側導体６２ａおよび外側導体６２ｂを備える。内側導体６２ａは、アンテナ２２ａの上方から遅波板４４の開口およびスロット板４２の開口を貫通する。内側導体６２ａ内の空間６４は、天板４０の噴射口４０ｄに連通している。また、内側導体６２ａの上端には、弁６２ｖおよびマスフローコントローラ等の流量制御部６２ｃを介して、反応ガスのガス供給源６２ｇが接続される。弁６２ｖから同軸導波管２２ｂへ供給された反応ガスは、内側導体６２ａ内の空間６４および天板４０の噴射口４０ｄを介して、第２の領域Ｒ２に供給される。

外側導体６２ｂは、内側導体６２ａの外周面と、外側導体６２ｂの内周面との間に隙間をあけて、内側導体６２ａを囲むように設けられる。外側導体６２ｂの下端は、冷却プレート４６の開口部に接続される。

基板処理装置１０は、導波管６０および高周波発生器６８を有する。高周波発生器６８は、例えば１ＭＨｚ〜３ＴＨｚの帯域に含まれる高周波を発生させる。本実施形態において、高周波発生器６８は、３００ＭＨｚ〜３ＴＨｚの帯域に含まれるマイクロ波（例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波）を発生させる。高周波発生器６８が発生したマイクロ波は、導波管６０を介して同軸導波管２２ｂに伝搬し、内側導体６２ａと外側導体６２ｂとの隙間を伝搬する。そして、遅波板４４内を伝搬したマイクロ波は、スロット板４２のスロット孔から天板４０へ伝搬し、天板４０かから第２の領域Ｒ２へ放射される。

また、第２の領域Ｒ２には、反応ガス供給部２２ｃからも反応ガスが供給される。反応ガス供給部２２ｃは、ガス供給部５０ａおよび噴射部５０ｂを有する。ガス供給部５０ａは、例えば開口ＡＰの周囲に延在するように、処理容器１２の上部部材１２ｂ内側に複数設けられる。噴射部５０ｂは、ガス供給部５０ａから供給された反応ガスを天板４０の下方に向けて噴射する。ガス供給部５０ａには、弁５０ｖおよびマスフローコントローラ等の流量制御部５０ｃを介して、反応ガスのガス供給源５０ｇが接続される。

プラズマ生成部２２は、天板４０の噴射口４０ｄおよび反応ガス供給部２２ｃの噴射部５０ｂにより第２の領域Ｒ２に反応ガスを供給し、アンテナ２２ａにより第２の領域Ｒ２にマイクロ波を放射する。これにより、第２の領域Ｒ２において反応ガスプラズマが生成される。

また、図３に示すように、基板処理装置１０は、基板処理装置１０の各構成要素を制御するための制御部７０を備える。制御部７０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の制御装置、メモリ等の記憶装置、入出力装置等を備えるコンピュータであってもよい。制御部７０は、メモリに記憶された制御プログラムに従ってＣＰＵが動作することにより、基板処理装置１０の各構成要素を制御する。

制御部７０は、載置台１４の回転速度を制御する制御信号を駆動装置２４ａへ送信する。また、制御部７０は、基板Ｗの温度を制御する制御信号をヒータ２６に接続された電源へ送出する。また、制御部７０は、前駆体ガスの流量を制御する制御信号を弁１６ｖおよび流量制御器１６ｃへ送出する。また、制御部７０は、排気口１８ａに接続される排気装置３４の排気量を制御する制御信号を排気装置３４へ送信する。

また、制御部７０は、パージガスの流量を制御する制御信号を弁２０ｖおよび流量制御器２０ｃへ送信する。また、制御部７０は、マイクロ波のパワーを制御する制御信号をマイクロ波発生器６８へ送信する。また、制御部７０は、反応ガスの流量を制御する制御信号を弁５０ｖ、弁６２ｖ、流量制御部５０ｃ、および流量制御部６２ｃへ送信する。また、制御部７０は、排気口２２ｈからの排気量を制御する制御信号を排気装置５２へ送信する。

図６は、同軸導波管２２ｂとアンテナ２２ａとの接続部分の拡大断面図である。冷却プレート４６は、略平板状であり、中央には同軸導波管２２ｂを配置させるための開口が設けられている。開口の周囲を形成する冷却プレート４６の内径側の端部は、厚み方向に突出している。すなわち、冷却プレート４６は、内径側の端部から板厚方向に突出するリング状の突出部４６ａを有する。冷却プレート４６は、突出部４６ａが上側になるようにアンテナ２２ａ上に取り付けられる。

突出部４６ａの上端部には、外側導体６２ｂの下端が接続される。外側導体６２ｂの内周面と突出部４６ａの内周面とは、連なって、内側導体６２ａの外周面と外側導体６２ｂの内周面との径方向の距離が、内側導体６２ａの外周面と突出部４６ａの内周面の径方向の距離と略同じとなるように構成される。なお、上記した突出部４４ａの上方には、内側導体６２ａの外周面と突出部４６ａの内周面との間に形成されるすき間が位置することとなる。

突出部４６ａには、冷却プレート４６の外周側から内周側へ向かって斜め下方向に延伸するねじ孔４６ｂが形成されている。ねじ孔４６ｂの内面にはねじ溝が形成されている。ねじ孔４６ｂには、スタブ部材８０が挿入される。スタブ部材８０は、外周にねじ山が形成されたネジ部８０ａと棒状部８０ｂとを有する。ネジ部８０ａを回転させることにより、その回転量に応じて、棒状部８０ｂを含むスタブ部材８０全体を、ねじ孔４６ｂに沿って移動させることができる。

スタブ部材８０は、棒状部８０ｂの先端が内側導体６２ａに向くように、内側導体６２ａの周囲の突出部４６ａ内に複数（例えば６個）設けられる。それぞれのスタブ部材８０のネジ部８０ａを回転させることにより、内側導体６２ａの外周面と突出部４６ａの内周面との間に設けられた隙間への、棒状部８０ｂの挿入量を個別に制御することができる。棒状部８０ｂの挿入量を制御することにより、天板４０の下面から第２の領域Ｒ２へ放射されるマイクロ波の分布を制御することができる。

図７は、遅波板４４の概略形状の一例を示す平面図である。軸線Ｘの方向から見た場合の遅波板４４の断面形状は、角の丸い略正三角形の形状を有しており、その外形には、３本の線４４ｂと、３本の線４４ｃとが含まれる。それぞれの線４４ｂは、略正三角形の三角形４５を構成するそれぞれの辺４５ａに、それぞれ含まれる。それぞれの線４４ｃは、隣り合う線４４ｂの端部同士を、遅波板４４の外側に凸になる曲線で結ぶ。線４４ｃは、例えば所定の半径を有する円の一部である。これにより、遅波板４４内の特定の位置に応力が集中することを抑制することができる。

軸線Ｘの方向から見た場合の遅波板４４は、回転対称性（例えば３回対称性）を有する形状であることが好ましい。そして、突出部４４ａは、遅波板４４の中心（例えば重心）に設けられることが好ましい。これにより、同軸導波管２２ｂの内側導体６２ａと外側導体６２ｂとの間を伝搬したマイクロ波は、例えば扇形の形状を有する遅波板に比べて、突出部４４ａの上端から遅波板４４内により均一に伝搬する。これにより、遅波板４４内を伝搬したマイクロ波が、スロット板４２により均一に伝搬する。なお、扇形の形状は、軸線Ｘの方向から見た場合の断面形状を構成する線分に、軸線Ｘから離れるに従って互いに遠ざかる２つの線分を含むが、回転対称性はない。

ここで、扇形のアンテナの場合、マイクロ波は、アンテナの面方向に沿ってアンテナの上面に配置された導波管を介して供給される。そのため、アンテナの上面には、冷却プレート４６を配置することができず、アンテナを効率よく放熱することができない。そのため、扇形のアンテナでは、発生した熱によりアンテナが変形したり、割れたりする場合がある。これに対し、本実施形態のアンテナ２２ａでは、遅波板４４の中心（例えば重心）からマイクロ波が供給される。そのため、アンテナ２２ａの上面（遅波板４４の上面）の多くの領域を、冷却プレート４６に密着させることができる。これにより、アンテナ２２ａをより効率よく放熱させることができ、熱によるアンテナ２２ａの変形や割れを抑制することが可能となる。

図８は、スロット板４２の概略形状の一例を示す平面図である。スロット板４２は、板状の金属部材であり、軸線Ｘの方向から見た場合の断面形状は、例えば遅波板４４と同様の形状に形成される。スロット板４２の面内（例えばスロット板４２の重心）には、スロット板４２の厚み方向に貫通する開口４２ｄが形成される。また、スロット板４２には、開口４２ｄを中心とし、半径の異なる同心円上に、複数のスロット対４２ｃが形成される。本実施形態では、半径の異なる３つの同心円のそれぞれに沿って、複数のスロット対４２ｃが形成されている。

それぞれのスロット対４２ｃは、スロット板４２の厚み方向に貫通するスロット４２ａおよび４２ｂを含む。スロット４２ａおよび４２ｂは、長丸状に形成される。それぞれの４２ｃに含まれるスロット４２ａおよびスロット４２ｂは、略Ｌ字状となるように配置される。

また、スロット板４２上の複数のスロット対４２ｃの配置は、軸線Ｘの方向から見た場合に、回転対称性（例えば３回対称性）を有する配置であることが好ましい。これにより、遅波板４４から伝搬したマイクロ波を、より均一に天板４０に伝搬させることができる。

図９は、天板４０の概略形状の一例を示す平面図である。図９には、第２の領域Ｒ２に露出する側から見た場合の天板４０が例示されている。軸線Ｘの方向から見た場合の天板４０の断面形状は、例えば遅波板４４と同様の形状であり、遅波板４４よりも若干大きく形成される。天板４０の下面には、天板４０の外縁に沿って第１のリブ４０ａが形成され、さらにその内側に略円状の第２のリブ４０ｂが形成される。また、第２のリブ４０ｂの内側には、下方に突出した突出部４０ｃが設けられており、突出部４０ｃの略中央には、天板４０の厚み方向に貫通する噴射口４０ｄが形成される。

図１０は、アンテナ２２ａ全体の概略形状の一例を示す斜視図である。軸線Ｘの方向から見た場合に、遅波板４４の突出部４４ａ、スロット板４２のスロット４２ａ、および天板４０の噴射口４０ｄの位置を合わせるように、遅波板４４、スロット板４２、および天板４０が重ね合わせられることにより、アンテナ２２ａは、例えば図１０のように構成される。遅波板４４、スロット板４２、および天板４０が、それぞれ角の丸い略正三角形状であるため、軸線Ｘの方向から見た場合のアンテナ２２ａの断面形状は、全体として、角の丸い略正三角形状となる。

遅波板４４が略正三角形の形状を有しているため、例えば遅波板４４の重心に接続された同軸導波管２２ｂを介して伝搬したマイクロ波が、突出部４４ａから遅波板４４内をより均一に伝搬する。また、スロット板４２には、回転対称性を有する配置でスロット対４２ｃが形成されているため、遅波板４４を伝搬したマイクロ波が、スロット板４２を介してより均一に天板４０に伝搬される。そのため、アンテナ２２ａは、天板４０からより均一なマイクロ波を第２の領域Ｒ２へ放射することができる。

ここで、アンテナ２２ａの各辺の角度の好ましい範囲について説明する。図１１は、アンテナ２２ａの辺の角度を説明するための図である。アンテナ２２ａは、遅波板４４と同様に、例えば図１１に示すように、軸線Ｘの方向から見た場合に、角の丸い略正三角形の形状を有しており、その外形には、３本の線２２０ａと、３本の線２２０ｂとが含まれる。それぞれの線２２０ａは、略正三角形の三角形２２１を構成するそれぞれの辺２２１ａに、それぞれ含まれる。それぞれの線２２０ｂは、隣り合う線２２０ａの端部同士を、アンテナ２２ａの外側に凸になる曲線で結ぶ。線２２０ｂは、例えば所定の半径を有する円の一部である。

アンテナ２２ａは、例えば図１１に示すように、軸線Ｘが、アンテナ２２ａの外形を含む三角形２２１の頂点の一つを通るように、上部部材１２ｂの開口ＡＰに設けられる。図１１に示すように、アンテナ２２ａの外形を含む三角形２２１の頂点のうち、軸線Ｘに一致する頂点から延びる２つの辺２２１ａがなす角度を（６０−２β）度、他の頂点から延びる２つの辺２２１ａがなす角度をそれぞれ（６０＋β）度と定義する。

図１２は、アンテナ２２ａの辺２２１ａ辺の角度と、マイクロ波の分布の均一性との関係のシミュレーション結果の一例を示す図である。図１２に示すように、βの値が０の場合（すなわち、アンテナ２２ａの各辺２２１ａを含む三角形２２１が正三角形である場合）がアンテナ２２ａから放射されるマイクロ波の均一性が最もよく、βの値を０から増加または減少させることにより、マイクロ波の均一性が悪化する。

なお、図１２では、マイクロ波の均一性（強度分布の対称性）を、（最大値−最小値）／（２×平均値）で算出しているため、値が低いほど均一性がよいことを示している。発明者は、さらに鋭意検討を重ねた結果、βの値が−０．５から＋０．５の範囲内であれば、マイクロ波の均一性が、およそ０．５％以内に抑えられることが分かった。

図１３は、スタブ部材８０の挿入量と、マイクロ波の分布の均一性との関係のシミュレーション結果の一例を示す図である。図１３に例示したグラフにおいて、横軸は、スタブ部材８０の棒状部８０ｂの先端と、内側導体６２ａの外周面との間の距離であるスタブギャップを示している。また、図１３に示したシミュレーションにおける棒状部８０ｂの挿入方向は、図１１に示したアンテナ２２ａにおいて、軸線Ｘから突出部４４ａ（アンテナ２２ａの重心）へ向かう方向である。

図１３のシミュレーション結果から明らかなように、スタブギャップを変化させることで、アンテナ２２ａから放射されるマイクロ波の均一性が、約１８％から約１３％に変化する。すなわち、スタブ部材８０の棒状部８０ｂの挿入量を制御することで、アンテナ２２ａから放射されるマイクロ波の均一性を約５％改善させることができることが分かった。

図１２および図１３のシミュレーション結果から、アンテナ２２ａの外形を含む三角形２２１の頂点のうち、軸線Ｘが通る頂点から延びる２つの辺２２１ａのなす角度が６０度±１度の範囲内であり、かつ、他の頂点から延びる２つの辺２２１ａのなす角度がそれぞれ６０度±０．５度の範囲内であれば、マイクロ波の均一性の悪化を、およそ５％以内に抑えることが可能となる。そして、マイクロ波の均一性の悪化が５％以内であれば、スタブ部材８０の棒状部８０ｂの挿入量で、マイクロ波の均一性の悪化を打ち消すことが可能となる。

図１４は、アンテナ２２ａの線２２０ａの位置と、基板Ｗの通過領域との関係の一例を説明するための図である。アンテナ２２ａは、軸線Ｘが、アンテナ２２ａの外形を含む三角形の頂点の一つを通るように、上部部材１２ｂの開口ＡＰに設けられる。そして、アンテナ２２ａは、アンテナ２２ａの外形に含まれる２つの線２２０ａが、それぞれ、例えば、軸線Ｘと直交する平面内を、軸線Ｘから径方向に延びる直線上に位置するように、上部部材１２ｂの開口ＡＰに設けられる。

アンテナ２２ａは、直線状の線２２０ａの長さＬ１が、基板Ｗの直径Ｗ２よりも長くなるように形成されることが好ましい。そして、アンテナ２２ａは、軸線Ｘの方向から見た場合に、載置台１４の基板載置領域１４ａ上に載置された基板Ｗが、載置台１４の回転に伴ってアンテナ２２ａの下を通過する際に、基板Ｗ全体がそれぞれの線２２０ａ内を通過する位置に配置されることが好ましい。このように、基板Ｗ全体が、軸線Ｘから径方向に延びる線２２０ａの下を通過することにより、基板Ｗは、プラズマ生成部２２によって生成されたプラズマに晒される時間を、基板Ｗ上の各位置で、軸線Ｘからの距離によらず一定にすることができる。

また、アンテナ２２ａは、軸線Ｘの方向から見た場合に、基板Ｗの中心Ｑが通過する軌道上に、線２２０ａの中央Ｐが位置するように上部部材１２ｂに配置されることが好ましい。これにより、基板Ｗを、より均一なプラズマの領域を通過させることができる。なお、基板Ｗの中心Ｑが通過する軌道上に線２２０ａの中央Ｐが位置するようにアンテナ２２ａを配置した場合、アンテナ２２ａの重心（同軸導波管２２ｂからマイクロ波が供給される突出部４４ａの位置）は、基板Ｗの中心Ｑが通過する軌道から、軸線Ｘと反対側の方向に所定距離Ｌ２分離れた位置となる。

以上、一実施形態について説明した。

本実施形態の基板処理装置１０によれば、基板Ｗ上の位置毎の、プラズマの領域を通過する時間のばらつきを低く抑えると共に、生成されるプラズマの均一性を高めることが可能となるという効果を奏する。

なお、上記した実施形態において、各プラズマ生成部２２のアンテナ２２ａは、上部部材１２ｂの開口ＡＰに固定されるが、本発明はこれに限られない。例えば、それぞれのアンテナ２２ａは、略円筒状の処理容器１２の径方向に移動可能となるように上部部材１２ｂの開口ＡＰに取り付けられていてもよい。これにより、プラズマ生成部２２において生成されたプラズマの分布を、処理容器１２の径方向において微調整することが可能となる。

また、上記した実施形態において、アンテナ２２ａの外形は、角の丸い略正三角形の形状であるが、本発明はこれに限られない。例えば、アンテナ２２ａの外形は、軸線Ｘの方向から見た場合の断面形状を構成する線分に、軸線Ｘから離れるに従って互いに遠ざかる２つの線分を含む形状であれば、例えば扇形の形状であってもよい。ただし、その場合であっても、マイクロ波は、同軸導波管２２ｂにより、アンテナ２２ａの中央（例えば重心）からアンテナ２２ａに供給される。これにより、基板Ｗ上の位置毎の、プラズマの領域を通過する時間のばらつきを低く抑えることができると共に、アンテナ２２ａの上面に密着している冷却プレート４６から効率よくアンテナ２２ａの熱を放出することができる。また、上記した実施形態において、アンテナ２２ａは天板４０を有するが、開示の技術はこれに限られず、アンテナ２２ａは天板４０を有していなくてもよい。この場合、アンテナ２２ａは、真空中に晒された導電性の電極として機能する。また、載置台１４の材質は、導電性であってもよく、誘電体であってもよい。さらにガスの供給は、天板４０、もしくは電極から行われてもよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者には明らかである。また、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

Ｕ ユニット
Ｘ 軸線
１０ 基板処理装置
１２ 処理容器
１４ 載置台
１６ａ 噴射部
２２ プラズマ生成部
２２ａ アンテナ

Claims (10)

1. 被処理基板を載置し、前記被処理基板が軸線の周囲を移動するよう前記軸線を中心に回転可能に設けられた載置台と、
   前記載置台の回転により前記軸線に対して周方向に移動する前記被処理基板が順に通過する複数の領域のそれぞれにガスを供給するガス供給部と、
   前記複数の領域の中の１つの領域であるプラズマ生成領域において、当該プラズマ生成領域に供給されたガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と、
   を備え、
   前記プラズマ生成部は、
   前記プラズマ生成領域に高周波を放射するアンテナと、
   前記アンテナに高周波を供給する給電部と、
   を有し、
   前記アンテナを前記軸線に沿う方向から見た場合の断面形状を構成する線分には、
   前記軸線から離れるに従って互いに遠ざかる２つの線分が含まれ、
   前記アンテナを前記軸線に沿う方向から見た場合の断面形状は、回転対称性を有する略正三角形状であり、
   前記軸線は、前記互いに遠ざかる２つの線分のそれぞれの延長線上に位置しており、
   前記給電部は、
   前記アンテナの重心であって、回転対称の中心から前記アンテナに高周波を供給することを特徴とする基板処理装置。
2. 前記２つの線分のそれぞれは、円板状の前記被処理基板の直径よりも長く、
   前記アンテナは、
   前記軸線に沿う方向から見た場合に、前記載置台上の前記被処理基板が、前記２つの線分内を通過するように、前記プラズマ生成領域に設けられることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記アンテナは、
   前記軸線に沿う方向から見た場合に、前記載置台上の前記被処理基板の中心が、前記２つの線分の中央を通過するように、前記プラズマ生成領域に設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の基板処理装置。
4. 前記プラズマ生成部は、
   前記給電部に挿入され、挿入量の制御が可能なスタブをさらに有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の基板処理装置。
5. 前記２つの線分は、
   所定の半径を有する円の一部である曲線で結ばれていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の基板処理装置。
6. 前記アンテナを前記軸線に沿う方向から見た場合の断面形状は、
   当該断面形状を構成する３つの辺をそれぞれ延長させた場合に形成される略正三角形の３つの内角において、１つの内角が６０度±１度の範囲内であり、他の２つの内角がそれぞれ６０度±０．５度の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
7. 前記高周波はマイクロ波であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の基板処理装置。
8. 前記給電部は同軸導波管であることを特徴とする請求項７に記載の基板処理装置。
9. 前記アンテナは、
   第１の誘電体と、
   前記第１の誘電体上に設けられ、前記同軸導波管の内導体が接続されるスロット板と、
   前記スロット板上に設けられる第２の誘電体と、
   前記第２の誘電体上に設けられ、内部に冷媒を流通させるための流路を有する冷却プレートと
   を有し、
   前記スロット板には、２つのスロットを有するスロットペアが、前記軸線に沿う方向から見た場合に、前記同軸導波管の内導体が接続される位置を中心として、半径の異なる同心円状に並ぶように複数形成され、
   前記複数のスロットペアは、前記軸線に沿う方向から見た場合に、回転対称となるように前記スロット板に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の基板処理装置。
10. 前記同軸導波管が接続される側の前記アンテナの面上に配置され、前記冷却プレートを前記第２の誘電体に押圧する押圧部をさらに備え、
    前記冷却プレート、前記第２の誘電体、前記スロット板、および前記第１の誘電体は、
    前記押圧部の押圧力により互いに密着していることを特徴とする請求項９に記載の基板処理装置。

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