JP4020679B2

JP4020679B2 - プラズマプロセス装置

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Publication number: JP4020679B2
Application number: JP2002106744A
Authority: JP
Inventors: 直子山本; 達志山本; 昌樹平山; 忠弘大見
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Filing date: 2002-04-09
Publication date: 2007-12-12
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、プラズマプロセス装置に関し、より特定的には、半導体装置、液晶表示装置、太陽電池などの製造プロセスにおいて使用されるエッチング装置、成膜装置、アッシング装置などのプラズマプロセス装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置や液晶表示装置（ＬＣＤ：ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）などの製造プロセスにおいて、基板に対する成膜処理やエッチング処理などを行なうプラズマプロセス装置が知られている。近年、半導体装置や液晶表示装置の製造に用いられる基板が大型化してきていることに伴って、基板を処理するプラズマプロセス装置も、大型の基板を処理対象とした物が開発されてきている。
【０００３】
特に、液晶表示装置の製造に用いるプラズマプロセス装置については、基板サイズが１ｍ角以上の基板を対象とした製造装置が開発されてきている。このようなプラズマプロセス装置においては、形成されるプラズマの均一性、さらにプラズマプロセス自体の均一性が課題となっている。
【０００４】
ここで、従来から主に用いられてきた容量結合型のプラズマ源を利用したプラズマプロセス装置に比べて、誘導結合型のプラズマ源やマイクロ波を用いたプラズマ源を利用したプラズマプロセス装置は、プラズマ源と基板バイアス状態とを独立して制御できるという特徴がある。そのため、容量結合型のプラズマ源を利用したプラズマプロセス装置より、誘導結合型またはマイクロ波を用いたプラズマ源を利用したプラズマプロセス装置の方が、プラズマやプラズマプロセスの均一性および制御性の面で優れていると言える。そのため、近年、誘導結合型またはマイクロ波を用いたプラズマ源を利用したプラズマプロセス装置が広く用いられるようになってきている。
【０００５】
上述した誘導結合型またはマイクロ波を用いたプラズマ源を利用したプラズマプロセス装置の例として、たとえばマイクロ波を利用したプラズマプロセス装置、ＩＣＰプラズマプロセス装置、あるいはヘリコン波プラズマプロセス装置などが挙げられる。これらのプラズマプロセス装置の場合、周波数がおよそ１０ＭＨｚ〜１０ＧＨｚの高周波の電磁波を利用する。このような電磁波のエネルギーは、プラズマプロセスを行なうための処理室の内部へ通常誘電体を介して導入される。この誘電体としては、一般に板状あるいは板状の誘電体を一部加工したものが用いられる。
【０００６】
このようなプラズマプロセス装置において、１ｍ角程度以上の大型基板に対するプロセスの均一性を確保するためには、上記誘電体のサイズをできるだけ大きくして、電磁波を広い範囲に導入する必要がある。一方、誘電体は通常、処理室の外部の雰囲気（大気）から処理室内部を隔離するための真空封止部としての役割も有する。そのため、処理室内部を減圧した際に、大気圧に耐えることができるように、誘電体の厚さをある程度厚くする必要がある。このように、誘電体はそのサイズ（広さ）および厚さをともに大きくする必要がある。
【０００７】
しかし、誘電体の材料の種類によっては、大きなサイズ（広さ）に加工することが難しい場合や、加工が可能であっても、その加工コストが極めて高価になる場合があった。また、このように誘電体のサイズを大きくすると、誘電体自体の質量も重くなり、メンテナンス時などでの誘電体のハンドリングが難しくなる場合もあった。
【０００８】
このような問題を解決するため、たとえば、特開２０００−１２２９１公報では、１枚の誘電体のサイズを大きくするのではなく、処理対象である基板の面積より小さい面積に分割した複数の誘電体を用いて、処理室の内部に電磁波を導入するプラズマプロセス装置が開示されている。図８は、特開２０００−１２２９１公報に開示されたプラズマプロセス装置の断面模式図である。図９は、図８に示したプラズマプロセス装置の支持枠および封止板の平面模式図である。図８および図９に従って、特開２０００−１２２９１公報に開示されたプラズマプロセス装置を説明する。
【０００９】
図８および図９に示すように、プラズマプロセス装置は、その内部に基板１０９を保持する反応容器１２１と、この反応容器１２１の内部に反応ガスを供給するための配管と、反応容器１２１の内部に供給するためのマイクロ波を発生させるマイクロ波発振器１２５と、マイクロ波発振器１２５から反応容器１２１へマイクロ波を伝播させるマイクロ波導波路１２４とを備える。反応容器１２１の底部には反応容器１２１の内部からガスを排出するための排気管が形成されている。
【００１０】
反応容器１２１の上部であって導波路１２４と対向する領域には、マイクロ波の導入窓１２２が形成されている。この導入窓１２２には、図９に示したような支持枠１３０が架設されている。支持枠１３０には３行３列（合計９箇所）に開口部が形成されている。開口部の間の間隔はほぼ等しくなっている（開口部はほぼ均等に配置されている）。それぞれの開口部は封止板１２３により封止されている。封止板１２３は窒化アルミやアルミナなどの誘電体により構成されている。封止板１２３と支持枠１３０との接触部にはＯリング１２６が設置されている。また、支持枠１３０には、開口部の間に冷却水を流通させるための媒体流路１２７が形成されている。媒体流路１２７には冷却水循環装置１２８が接続されている。
【００１１】
上述のような構成のプラズマプロセス装置では、マイクロ波発振器１２５から発振されたマイクロ波は、導波路１２４および均等に（ほぼ等しい間隔で）配置された封止板１２３を介して反応容器１２１の内部に導入される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来のプラズマプロセス装置では、以下のような問題があった。つまり、図８および図９に示したようなプラズマプロセス装置では、反応容器１２１の内部にマイクロ波を導入するための導入部となる封止板１２３の間の間隔が上述のようにほぼ均一となっている。この場合、マイクロ波（電磁波）の入力側から見た反応容器１２１の内部の負荷状態は、反応容器１２１の側壁に近い側（反応容器１２１の外周側）と、反応容器１２１の側壁から遠い側（反応容器１２１の中央部側）とにおいてそれぞれ異なる。また、反応容器１２１の内部の構造が複雑である場合も、その内部の構造によっては反応容器１２１における上記外周側と中央部側とで負荷状態が異なる場合がある。
【００１３】
このため、各封止板１２３にほぼ同一条件のマイクロ波を供給できたとしても、導入部（封止板１２３）の位置によって、反応容器１２１の内部において上記マイクロ波により形成されるプラズマの分布が異なる場合があった。つまり、上述したようにマイクロ波の導入部（封止板１２３）の間隔が均等となるように導入部が配置されている場合、反応容器１２１の内部に形成されるプラズマの均一性を向上させることには限界があった。この結果、プラズマプロセスの均一性を向上させることが困難な場合があった。
【００１４】
なお、ここで導入部とは、マイクロ波を利用したプラズマプロセス装置のうち、スロットアンテナ方式においてはスロットアンテナの開口部を意味し、マイクロ波を利用したプラズマプロセス装置のうちの他の方式、たとえばＩＣＰ型やヘリコン波型などのプラズマプロセス装置ではマイクロ波を透過させる誘電体部を意味する。
【００１５】
上述のような問題に対応するため、反応容器１２１において封止板１２３のようなマイクロ波の導入部の数を増やし、導入部の位置によってマイクロ波発振器１２５の出力を変えると言うような対応を行なえば、導入部をほぼ等間隔で配置した場合であってもプラズマやプラズマプロセスの均一性を確保することは可能であると思われる。しかし、１つの導入部についてプラズマを生成するために要するエネルギーの値はほとんど変わらない。そのため、導入部の数を増加させた場合、その増加した導入部のすべてにおいてプラズマを発生させるためには、増加した導入部に対応して大出力の電源が多数必要となる。また、この場合、増設した多数の電源のための大きな設置スペースを確保する必要もある。さらに、各電源ごとの出力調整を行なう制御が複雑化する。このため、上述のような対応は現実的ではない。
【００１６】
さらに、数百ＭＨｚ以上の周波数のマイクロ波を用いる場合、マイクロ波発振器と反応容器とを接続するためには主に導波管を用いる。マイクロ波より低い周波数の電磁波を伝送する場合に用いられる同軸ケーブルとは異なり、導入部の数が増えた場合にこのような導波管はその引き回しが複雑化するので、メンテナンスなどのために導波管を着脱するといった作業の作業性が悪化する場合もあった。
【００１７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、必要な電源の出力を大きくすることなく、プラズマプロセスの均一性を向上させることが可能なプラズマプロセス装置を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
すでに述べたように、ほぼ１ｍ角以上の大型の基板に対して、プラズマプロセスの均一性を向上させるため、たとえばマイクロ波発振源から導入導波管、スロットアンテナおよび誘電体を介して処理室の内部にプラズマを形成するためのマイクロ波を導入するようなプラズマプロセス装置では、導入導波管、スロットアンテナおよび誘電体からなり、均一に分散配置された導入系組の増設や、スロットアンテナにおけるスロットの増設が一般的に行なわれる。しかし、発明者が検討した結果、処理室に導入するマイクロ波の全エネルギーを一定にした場合、上記導入系組の増設やスロットの増設によって、１つのスロットあたりに導入されるマイクロ波のエネルギーは減少することになる。そのため、各スロットから処理室に導入されたマイクロ波について、プラズマを励起するためのエネルギーが不足することにより、プラズマの生成が正常に行なえない場合があった。
【００１９】
また、上述のようにスロットの数が増えた場合に、形成された全てのスロットから、プラズマを励起するために十分なエネルギーのマイクロ波を放出するためには、マイクロ波の全エネルギーをスロット数に比例して増大させる必要がある。つまり、導入系組やスロットの増設に対応して、マイクロ波に十分なエネルギーを供給するための大出力の電源を増設する必要がある。
【００２０】
そこで、発明者は、導入系組やスロットの増設を伴わず（すなわち、電源の増設を伴わず）、プラズマプロセスの均一性を向上させる方法について様々な実験を行なった結果、本発明を完成するに至った。すなわち、スロット毎に処理室内部の負荷状態が異なるのは、各スロットから見た場合の処理室内部の構造物の配置などの条件（各スロットから見た場合の側壁までの距離や基板を搭載するための基板ホルダなどの位置）が異なることが主な原因の１つであると考えられる。そこで、発明者は、導入系組の数を増やすのではなく、処理室内部の構造物などの配置に対応するように導入系組の配置を最適化することにより、プラズマの均一性を向上させることが可能であることを見出した。このようにすれば、処理室に導入するマイクロ波のエネルギーをできるだけ低く抑えながら、必要最低限の導入系組の配置を最適化することで、プラズマプロセスの均一性を向上させることが可能になる。
【００２１】
発明者の上記のような知見に基づいて、この発明に従ったプラズマプロセス装置は、プラズマを用いた処理を行う処理室と、処理室に接続され、処理室に供給された反応ガスをプラズマ状態にするためのマイクロ波を処理室に導入するとともに、同一のエネルギー量のマイクロ波を処理室に導入可能な３つ以上のマイクロ波導入手段とを備え、処理室に隣接する領域において、３つ以上のマイクロ波導入手段のうち、隣接する２つのマイクロ波導入手段の組合せのうちの１つにおける隣接するマイクロ波導入手段の間の距離は、組合せのうちの他の１つにおける隣接するマイクロ波導入手段の間の距離と異なる。
【００２２】
このようにすれば、処理室の内部の構造などに合せて、異なる間隔でマイクロ波導入手段を配置することができる。このため、それぞれのマイクロ波導入手段から供給されるマイクロ波のエネルギーをほぼ均一にした場合であっても、マイクロ波導入手段の配置を処理室の内部構造に適合するように決定することで、処理室内部に形成されるプラズマの均一性を向上させることができる。したがって、マイクロ波導入手段の数を増加させることなく（つまり、マイクロ波のパワーを必要最小限に抑制しながら）、また、マイクロ波導入手段ごとにマイクロ波のエネルギーを変えるといった複雑な制御を行なうことなく、プラズマプロセスの均一性を向上させることができる。
【００２３】
上記プラズマプロセス装置において、マイクロ波導入手段は、それぞれ処理室の外壁の一部を構成する誘電体部材と、誘電体部材のそれぞれに接続された導波管とを含んでいてもよい。
【００２４】
この場合、数百ＭＨｚ以上の周波数を有するマイクロ波を用いたプラズマプロセス装置に本発明を容易に適用できる。
【００２５】
上記プラズマプロセス装置において、処理室は、マイクロ波導入手段が接続された壁部と、壁部に連なり、壁部の延びる方向とは異なる方向に延びるとともに対向するように配置された一組の側壁とを含んでいてもよく、側壁の一方の最も近くに位置するマイクロ波導入手段を含む組合せにおける距離は、側壁の一方の最も近くに位置するマイクロ波導入手段を含まない他の組合せにおける距離と異なっていてもよい。
【００２６】
この場合、処理室の側壁の影響を考慮してマイクロ波導入手段の配置を決定できるので、側壁近傍でのプラズマの均一性を向上させることができる。したがって、プラズマプロセスの均一性を向上させることができる。
【００２７】
上記プラズマプロセス装置において、処理室は、マイクロ波導入手段が配置された壁部と、壁部に連なり、壁部の延びる方向とは異なる方向に延びるとともに対向するように配置された一組の側壁とを含んでいてもよく、３つ以上のマイクロ波導入手段のそれぞれは、マイクロ波導入手段におけるマイクロ波の伝播方向に対して垂直な方向において長軸を有していてもよく、３つ以上のマイクロ波導入手段の長軸は、側壁の延びる方向と平行になるように配置され、かつ、３つ以上のマイクロ波導入手段は、一組の側壁の一方から他方に向かう方向において並列に配置されていてもよい。
【００２８】
この場合、一組の側壁の延びる方向と平行にマイクロ波導入手段の長軸を合わせて、さらにこの一組の側壁の間でマイクロ波導入手段を並列に配置するとともに、その間隔を側壁や処理室内部の構造を考慮して決定できる。そのため、プラズマの均一性を向上させることができるので、プラズマプロセスの均一性を向上させることができる。
【００２９】
上記プラズマプロセス装置において、側壁の一方の最も近くに位置するマイクロ波導入手段を含む組合せにおける距離は、側壁の一方の最も近くに位置するマイクロ波導入手段を含まない他の組合せにおける距離と異なっていてもよい。
【００３０】
この場合、側壁の影響を確実に考慮してマイクロ波導入手段の配置を決定することになるので、側壁近傍でのプラズマの均一性をさらに向上させることができる。したがって、プラズマプロセスの均一性を効果的に向上させることができる。
【００３１】
上記プラズマプロセス装置において、３つ以上のマイクロ波導入手段は、処理室の内部に配置される処理の対象物の位置を中心として対称に配置されていてもよい。
【００３２】
この場合、処理の対象物の配置を考慮してマイクロ波導入手段の配置を決定するので、処理の対象物に対してプラズマを対称な位置に形成できる。このため、処理の対象物に対するプラズマプロセスの均一性を効果的に向上させることができる。
【００３３】
上記プラズマプロセス装置において、マイクロ波導入手段は、マイクロ波の伝播経路に配置されたスロットアンテナを含んでいてもよい。
【００３４】
この場合、スロットアンテナのスロットの位置を変更することにより、マイクロ波の伝播経路の間の間隔（マイクロ波導入手段の間の間隔）を容易に変更できる。したがって、処理室や処理対象物、反応ガスなどのプロセス条件に適合するように、上記間隔を容易に変更できるので、プラズマプロセスの均一性を容易に向上させることができる。
【００３７】
上記プラズマプロセス装置は、反応ガスを処理室の内部に供給するためのガス導入手段と、処理室内部において処理対象物を保持する試料台と、処理室内部において試料台上に保持された処理対象物に高周波を印加する印加手段とを備えていてもよい。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基いて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００３９】
（実施の形態１）
図１は、本発明によるプラズマプロセス装置の実施の形態１を示す断面模式図である。図２は、図１の線分ＩＩ−ＩＩにおける断面模式図である。図３は、図２の矢印１６の方向から見たチャンバ蓋の平面模式図である。図１〜図３を参照して、本発明によるプラズマプロセス装置の実施の形態１を説明する。
【００４０】
図１〜図３に示すように、プラズマプロセス装置は上部に開口部を有するチャンバ本体２と、このチャンバ本体２の開口部を覆うように配置されたチャンバ蓋１とを備える。チャンバ本体２とチャンバ蓋１とから処理室が構成される。チャンバ蓋１とチャンバ本体２との接触部はガスケット１０によりシールされている。また、チャンバ蓋１は接地されている。
【００４１】
壁部としてのチャンバ蓋１には、図３に示すように８箇所に開口部１７ａ〜１７ｄが形成されている。開口部１７ａ〜１７ｄのそれぞれには誘電体部材５ａ〜５ｄが挿入固定されている。誘電体部材５ａ〜５ｄの材料としては、たとえば酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）あるいは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などを用いることができる。チャンバ蓋１と誘電体部材５ａ〜５ｄとの間はガスケット１１によりシールされている。
【００４２】
誘電体部材５ａ〜５ｄ上には、図１に示すようにスロットアンテナとしてのスロットアンテナ板６ａ〜６ｄが配置されている。スロットアンテナ板６ａ〜６ｄは、それぞれほぼ同様の形状を有している。具体的にスロットアンテナ板６ｂを例として説明する。図２に示すように、誘電体部材５ｂ上に配置されたスロットアンテナ板６ｂには、４ヵ所にスロット１５が形成されている。
【００４３】
図１に示すように、スロットアンテナ板６ａ〜６ｄ上には導入導波管４ａ〜４ｄが配置されている。導入導波管４ａ〜４ｄ、スロットアンテナ板６ａ〜６ｄおよび誘電体部材５ａ〜５ｄから電磁波導入手段が構成される。図１および図２からもわかるように、導入導波管４ａ〜４ｄは、Ｙ軸にほぼ平行な方向に延びるように形成されている（導入導波管４ａ〜４ｄにおいて伝播される電磁波（マイクロ波）の伝播方向に対して垂直方向であって、Ｙ軸にほぼ平行な方向において長軸を有している）。図１からわかるように、チャンバ本体２の側壁の延びる方向（Ｙ軸方向）とほぼ平行になるように、電磁波導入手段（マイクロ波導入部）の上記長軸は配置されているとともに、電磁波導入手段は上記長軸が延びる方向（Ｙ軸方向）に対してほぼ垂直な方向（Ｘ軸方向）において並列に配置されている。
【００４４】
導入導波管４ａ〜４ｄ上には導波管３ａ〜３ｄが配置されている。導波管３ａ〜３ｄは図示していないマグネトロンと接続されている。具体的に、導波管３ａ〜３ｄは、図示していないアイソレータ、自動整合器、ＪＩＳ規格に従った直導波管、コーナー導波管、テーパー導波管、分岐導波管などのマイクロ波立体回路を介してマグネトロンと接続されている。また、チャンバ蓋１のほぼ中央部にはプラズマプロセスに用いるための反応ガスをチャンバ内部１３へと導入するためのガス導入手段としてのガス導入路１４が形成されている。
【００４５】
チャンバ内部１３においては、チャンバ蓋１と対向するように、チャンバ本体２の底部において処理対象物である基板９を保持するための試料台としての基板ホルダ７が配置されている。基板ホルダ７下には、この基板ホルダ７を支持するための台座部が配置されている。台座部はチャンバ本体２の底壁を貫通するように配置されている。この台座部とチャンバ本体２の底壁との間には絶縁体１２が配置されている。基板ホルダ７は、台座部を介して印加手段としての高周波電源と電気的に接続されている。
【００４６】
チャンバ内部１３は、図示していない真空ポンプによって内部の雰囲気ガスが排気されることにより、圧力が１×１０^-4Ｐａから１×１０^-5Ｐａ程度の真空状態に保持される。なお、図示していないが、チャンバ蓋１、チャンバ本体２および基板ホルダ７には、それぞれの温度を所定の温度範囲に維持するための温度調節機構が設けられている。温度調節機構としては、電熱ヒータなどの加熱部材や冷却媒体を流通させるための冷却ジャケットなどが含まれる。
【００４７】
図１に示すように、Ｘ軸方向におけるスロットアンテナ板６ａ〜６ｄに形成されたスロット１５の間の距離（チャンバ本体２に隣接する領域での、隣接する電磁波導入手段の組合せにおける電磁波導入手段の間の距離）は、プラズマプロセス装置のチャンバ蓋１における中央部でのスロット１５の間の距離Ｘ１（チャンバ本体２の側壁の最も近くに位置する電磁波導入手段を含まない組合せにおける距離Ｘ１）と、端部側（チャンバ本体２の側壁側）に位置する部分でのスロット１５の間の距離Ｘ２（チャンバ本体２の側壁の最も近くに位置する電磁波導入手段を含む組合せにおける距離Ｘ２）とがそれぞれ異なる値となるように設定されている。つまり、図１に示すように、図中のＸ軸方向に沿った方向において、スロットアンテナ板６ｂに形成されたスロット１５の中央部とスロットアンテナ板６ｃに形成されたスロット１５の中央部との間の距離Ｘ１は、スロットアンテナ板６ａに形成されたスロット１５の中央部とスロットアンテナ板６ｂに形成されたスロット１５の中央部との間の距離Ｘ２、およびスロットアンテナ板６ｃに形成されたスロット１５の中央部とスロットアンテナ板６ｄに形成されたスロット１５の中央部との間の距離Ｘ２よりも大きくなっている。
【００４８】
また、図２に示すように、スロットアンテナ板６ｂに形成された４つのスロット１５の中央部の間の距離は、図中のＹ軸方向においてそれぞれ異なる値となるように設定されている。すなわち、図２に示したスロットアンテナ板６ｂにおいて、図中最も右端（チャンバ本体２の側壁から最も遠い領域）に配置されたスロット１５（第１スロット）と、左側に隣接するように配置されたスロット１５（第２スロット）との、それぞれ中央部の間の距離を距離Ｙ１とする。そして、第２スロットと、この第２スロットの左側に隣接して配置されたスロット１５（第３スロット）との中央部との間の距離を距離Ｙ２とする。そして、第３スロットとこの第３スロットの左側に隣接して配置されたスロット１５（第４スロット）とのそれぞれの中央部の間の距離を距離Ｙ３とする。距離Ｙ１〜Ｙ３は、互いに異なる値となっている。
【００４９】
次に、図１〜図３に示したプラズマプロセス装置を、ドライエッチング装置として用いる場合の動作を簡単に説明する。
【００５０】
まず、図１に示すように、基板ホルダ７上にエッチング対象物である基板９を配置する。そして、チャンバ内部１３が上述のような真空状態となるまで、チャンバ内部１３から排気装置（図示せず）を用いて雰囲気ガスを排気する。次に、ガス導入路１４（図１参照）からチャンバ内部１３へプロセスガスを導入する。プロセスガスとしては、たとえばＣＦ₄と酸素ガス（Ｏ₂）との混合ガス、塩素（Ｃｌ₂）ガスなどが挙げられる。
【００５１】
次に、図示していないマグネトロンから、周波数が２．４５ＧＨｚであるマイクロ波を発振する。このマイクロ波は、図示していないアイソレータ、自動整合器、ＪＩＳ規格に従った直導波管、コーナー導波管、テーパー導波管、分岐導波管などのマイクロ波立体回路を介して、導波管３ａ〜３ｄ、導入導波管４ａ〜４ｄ、スロットアンテナ板６ａ〜６ｄのスロット１５、誘電体部材５ａ〜５ｄを介して、チャンバ内部１３へと放射される。このマイクロ波によって上述のプロセスガスにエネルギーを与えることにより、電離気体（プラズマ）を形成する。そして、基板ホルダ７上の基板９に対して、このプラズマを用いてエッチングが施される。なお、基板９としては、たとえばガラスからなる基板上にアルミニウムなどの金属、あるいは酸化ケイ素などの絶縁体といった材料からなる膜や積層膜が形成され、この膜上に配線やコンタクトホールなどのレジストパターンが形成されたものを用いることができる。
【００５２】
図１に示すように、本発明によるプラズマプロセス装置においては、Ｘ軸方向における隣接するスロット１５の中心の間の距離Ｘ１、Ｘ２が、チャンバ蓋１の中央部と外周部とにおいて異なる値となっている。つまり、チャンバ本体２の側壁面が存在することに起因するプラズマの状態の変化を考慮して、複数のスロット１５からチャンバ内部１３へと照射されるマイクロ波によって形成されるプラズマが結果的に均一な分布となるように導入導波管４ａ〜４ｄ、スロットアンテナ板６ａ〜６ｄおよび誘電体部材５ａ〜５ｄからなる電磁波導入手段としてのマイクロ波導入部の配置を最適化している。このように、それぞれのマイクロ波導入部からチャンバ内部１３に供給されるマイクロ波のエネルギーをほぼ均一にした場合であっても、マイクロ波導入部の配置をチャンバ内部１３の構造に適合するように（たとえば、チャンバ本体２の側壁の影響を考慮して）決定しているので、チャンバ内部１３でのプラズマの均一性を向上させることができる。したがって、マイクロ波導入部の数を増やすことなく（導入するマイクロ波のパワーを最小限に抑制しながら）、また、マイクロ波導入部ごとにマイクロ波のエネルギーを変更するといった複雑な制御を行なうことなく、プラズマプロセスの均一性を向上させることができる。
【００５３】
また、図２に示すように、スロットアンテナ板６ｂにおけるスロット１５の中心の間の距離Ｙ１〜Ｙ３をそれぞれ任意の値に設定することにより、同様にＹ軸方向におけるプラズマの均一性を向上させることができる。また、このときスロットアンテナ板６ａ〜６ｄ（図１参照）におけるスロット１５の配置を変更することにより、比較的容易にプラズマプロセス装置におけるスロット１５の中心の間の距離Ｙ１〜Ｙ３を変更することができる。
【００５４】
なお、図２に示したようにスロット１５の中心間の距離Ｙ１〜Ｙ３を変化させているが、Ｙ軸方向において十分な数のスロット１５を配置できる場合には、スロット１５の中心の間の距離を均一にした場合でも形成されるプラズマの均一性をある程度高く保つことができる。また、スロットアンテナ板６ａ〜６ｄは、図１〜図３に示したプラズマプロセス装置においては導入導波管４ａ〜４ｄと誘電体部材５ａ〜５ｄの間に設置しているが、このスロットアンテナ板６ａ〜６ｄを誘電体部材５ａ〜５ｄのチャンバ内部１３に面する面上に配置してもよい。
【００５５】
また、図１〜図３に示したプラズマプロセス装置では、導入導波管４ａ〜４ｄ、誘電体部材５ａ〜５ｄ、スロットアンテナ板６ａ〜６ｄからなるマイクロ波導入部が、基板９の中央部を中心としてほぼ対称に配置されている。この場合、マイクロ波導入部の配置が、処理対象物である基板９の配置を考慮して決定されることになるので、形成されるプラズマの配置を基板９の中心に対してほぼ対称にすることができる。このため、基板９に対するプラズマプロセスの均一性を効果的に向上させることができる。
【００５６】
また、図１〜図３に示したプラズマプロセス装置では、スロットアンテナ板６ａ〜６ｄにおけるスロット１５の配置をたとえば図１のＸ軸方向で変更することにより、図１に示した距離Ｘ１あるいはＸ２を変更することができる。また、図２に示したＹ軸方向におけるスロット１５の位置を変更することで、図２に示した距離Ｙ１〜Ｙ３を容易に変更することができる。したがって、プロセス条件やチャンバ内部１３の構造に適合するように、これらの距離Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１〜Ｙ３を容易に変更できるので、プラズマプロセスの均一性を容易に向上させることができる。
【００５７】
また、本発明は図１〜図３に示したようなスロットアンテナ板６ａ〜６ｄを用いたプラズマプロセス装置以外の種類のプラズマプロセス装置にも適用可能である。たとえば、ＥＣＲ（Electron Cyclotron resonance）などを用いて形成されたマイクロ波を利用するプラズマプロセス装置や、マイクロ波以外の電磁波をチャンバの内部へと導入する導入部が複数形成されたＩＣＰプラズマ装置（Inductively coupled plasma）、ヘリコン波プラズマ装置などにおいても、複数のプラズマを発生させるためのエネルギー源の導入部分の間隔を異なる値とすることにより、プラズマプロセスの均一性を高めることが可能である。また、本発明は上述したようなドライエッチング装置以外のプラズマプロセス装置、たとえばアッシング装置、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置、スパッタリング装置などの、プラズマを利用したプロセス装置においても適用可能である。
【００５８】
（実施の形態２）
図４は、本発明によるプラズマプロセス装置の実施の形態２を示す断面模式図である。図４は図１に対応する。また、図５は、図４の線分Ｖ−Ｖにおける断面模式図である。図４および図５を参照して、本発明によるプラズマプロセス装置の実施の形態２を説明する。
【００５９】
図４および図５に示すように、プラズマプロセス装置は基本的に図１〜図３に示したプラズマプロセス装置と同様の構造を備えるが、マイクロ波をチャンバ内部１３へと導入する部分の構造が異なる。すなわち、図４および図５に示したプラズマプロセス装置においては、チャンバ蓋１において５箇所に開口部１７ａ〜１７ｅが形成されている。この開口部１７ａ〜１７ｅの内部にはそれぞれ誘電体部材５ａ〜５ｅが配置されている。誘電体部材５ａ〜５ｅ上にはそれぞれスロット１５が４箇所形成されたスロットアンテナ板６ａ〜６ｅが配置されている。スロットアンテナ板６ａ〜６ｅ上にはそれぞれ導入導波管４ａ〜４ｅが配置されている。導入導波管４ａ〜４ｅ上には導波管３ａ〜３ｅがそれぞれ配置されている。誘電体部材５ａ〜５ｅ、スロットアンテナ板６ａ〜６ｅ、および導入導波管４ａ〜４ｅのそれぞれの組がマイクロ波導入部を構成する。具体的には、たとえば誘電体部材５ａ、スロットアンテナ板６ａ、および導入導波管４ａによって１つのマイクロ波導入部が構成されている。
【００６０】
図１〜図３に示したプラズマプロセス装置においては、チャンバ蓋１にマトリックス状に配置された８個のマイクロ波導入部が配置されていたが、図４に示したプラズマプロセス装置においては５つのマイクロ波導入部が（その長軸がほぼ平行に延びるように）並列に配置されている。そして、図４に示すように、チャンバ内部１３の中央部寄りに配置された隣接するマイクロ波導入部の間の距離Ｘ３は、チャンバ内部１３の外周側に位置するマイクロ波導入部の間の距離Ｘ４とは異なる値となっている。具体的には、スロットアンテナ板６ｂに形成されたスロット１５の中央部とスロットアンテナ板６ｃに形成されたスロット１５の中央部との間の距離Ｘ３は、外周側に位置するスロットアンテナ板６ａに形成されたスロット１５の中央部とスロットアンテナ板６ｂに形成されたスロット１５の中央部との間の距離Ｘ４よりも大きく設定されている。
【００６１】
このようにすれば、チャンバ本体２の側壁の影響を考慮してマイクロ波導入部の配置を決定しているので、距離Ｘ３と距離Ｘ４とが同じ値である場合よりも、本発明の実施の形態１と同様にプラズマプロセスの均一性を向上させることができる。
【００６２】
また、図５に示すように、スロットアンテナ板６ｃに形成されたスロット１５の中心の間の距離Ｙ４〜Ｙ６を、それぞれ異なる値となるように設定してもよい。この場合も、本発明によるプラズマプロセス装置の実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００６３】
なお、図４および図５に示したプラズマプロセス装置においては、プラズマプロセス装置の中心部（基板９の中央部）において垂直方向に延びる中心軸（線分Ｖ−Ｖで示された軸）に対して、誘電体部材５ａ〜５ｅ、スロットアンテナ板６ａ〜６ｅ、および導入導波管４ａ〜４ｅなどからなるマイクロ波導入部がほぼ対称となるように配置されている。このようにすれば、チャンバ内部１３のほぼ中央部に配置される基板９に対してほぼ均一性なプラズマを生成することができる。したがって、基板９に対して均一なプラズマプロセスを実施することができる。
【００６４】
このように、処理対象物である基板９のサイズ、基板９の縦横比といった平面形状、プロセスギャップ、求められるプロセスの均一性の目標値、スロットアンテナ板６ａ〜６ｅに形成されるスロット１５の数（スロット開口数）などに応じて、導入導波管４ａ〜４ｅ、スロットアンテナ板６ａ〜６ｅなどの数を適宜変更することによって、プロセスの均一性を確保することができる。
【００６５】
（実施の形態３）
図６は、本発明によるプラズマプロセス装置の実施の形態３を示す断面模式図である。図６は図２に対応する。つまり、図６に示した断面は、図１の線分ＩＩ−ＩＩにおける断面に対応している。図６を参照して、本発明によるプラズマプロセス装置の実施の形態３を説明する。
【００６６】
図６に示すように、プラズマプロセス装置は基本的には図１〜図３に示したプラズマプロセス装置と同様の構造を備えるが、導入導波管４ｂおよび導波管３ｂの構成が異なる。なお、図６に示したプラズマプロセス装置のＸ−Ｚ平面における断面形状は、基本的に図１に示したプラズマプロセス装置の断面形状と同様である。
【００６７】
図１〜図３に示したプラズマプロセス装置においては、誘電体部材５ａ〜５ｄ（図１参照）のそれぞれに対して１つの導入導波管４ａ〜４ｄ（図１参照）が配置されていた。一方、図６に示したプラズマプロセス装置においては、１つの導入導波管４ｂ下には２つの誘電体部材５ｂが配置されている。つまり、２つの誘電体部材５ｂに対して１つの導入導波管４ｂが形成されている。
【００６８】
このような構成とすることにより、本発明の実施の形態１によるプラズマプロセス装置と同様の効果を得ることができるとともに、誘電体部材５ａ〜５ｄ（図１参照）に対する導入導波管４ａ〜４ｄ（図１および図６参照）の数を、本発明の実施の形態１におけるプラズマプロセス装置より少なくすることができる。このため、大面積の基板９に対応するようにプラズマプロセス装置を構成する場合、マイクロ波発生源からの導波管の数や分岐数を図１〜図３に示したプラズマプロセス装置よりも少なくすることができる。したがって、プラズマプロセス装置の装置構成を簡略化できる。
【００６９】
なお、図６に説明したプラズマプロセス装置は、図４および図５に示した本発明によるプラズマプロセス装置の実施の形態２の変形例と見ることもできる。すなわち、図６に示したプラズマプロセス装置は、図４および図５に示したプラズマプロセス装置において、図５に示した断面で誘電体部材５ｃ（図５参照）を２分割した構成としているとみなすこともできる。
【００７０】
このように考えれば、図４および図５に示したプラズマプロセス装置に比べて、図６に示したプラズマプロセス装置は誘電体部材５ｃ（図５参照）を分割することによって、誘電体部材５ｂ（図６参照）の面積を小さくできる。この結果、チャンバ内部１３の真空封止部材としての役割を有する個々の誘電体部材５ｂに対して加えられる応力を小さくすることができる。したがって、誘電体部材５ｂ（図６参照）の厚さを、図５に示した誘電体部材５ｃの厚さより薄くすることが可能になる。
【００７１】
さらに、図６に示したように誘電体部材５ｂを分割しておけば、チャンバ蓋１の開口部１７ｂについて１つあたりの面積を小さくすることができるので、チャンバ蓋１の剛性を向上させることができる。この結果、チャンバ内部１３を真空にした場合に、チャンバ蓋１へ加えられる大気圧によるチャンバ蓋１の変形量を小さくすることができる。
【００７２】
また、基板９の大型化に伴ってプラズマプロセス装置を大型化する場合には、このように誘電体部材５ｂを分割した構成としておけば、分割した誘電体部材５ｂの数を増やす事により大型の基板９に対応したプラズマプロセス装置を容易に構成することができる。また、このような分割した（サイズの小さな）誘電体部材５ｂの製造コストは、図５に示したような比較的大きな誘電体部材５ｃの製造コストより低く抑えることが可能である。したがって、図６に示したような装置構成のプラズマプロセス装置の装置構成は、大型の基板９に対応するプラズマプロセス装置の装置構成として好適である。
【００７３】
なお、図６に示したプラズマプロセス装置においては、１つの導入導波管４ｂあたりに配置された誘電体部材５ｂの数を２つとしたが、導入導波管４ｂあたりに配置される誘電体部材５ｂの数を３つ以上としてもよい。この場合にも同様の効果を得ることができる。
【００７４】
また、上述の実施の形態１〜３に示したプラズマプロセス装置では、個々のマイクロ波導入部によりチャンバ内部１３に導入されるマイクロ波のエネルギー量をほぼ同一としてもよいが、マイクロ波導入部ごとにマイクロ波のエネルギー量を変更してもよい。このようにすれば、マイクロ波のエネルギー量も制御パラメタとして利用できるので、プラズマプロセスの均一性をより確実に向上させることができる。
【００７５】
【実施例】
本発明によるプラズマプロセス装置の効果を確認するため、以下のような実験を行なった。まず、図７に示したようなプラズマプロセス装置を準備した。図７は、本発明の実施例において用いたプラズマプロセス装置を説明するための断面模式図である。
【００７６】
図７に示したプラズマプロセス装置は、基本的には図１〜図３に示したプラズマプロセス装置と同様の構造を備える。すなわち、図７に示したプラズマプロセス装置は、図１に示したプラズマプロセス装置と同様に、Ｘ軸方向において、プラズマプロセス装置の中心部から見た場合に対称な構造となっている。そして、図７に示したプラズマプロセス装置において、チャンバの外周部と中央部とでその間隔が異なるように配置された導入導波管４ａ〜４ｄ、スロットアンテナ板６ａ〜６ｄ、誘電体部材５ａ〜５ｄからなるマイクロ波導入部のそれぞれについて、個々のマイクロ波導入部を用いた場合のプラズマプロセスの処理結果の分布（プロセス分布）を確認する実験を行なった。
【００７７】
まず、実験１として、チャンバ本体２の側壁からの距離Ｗが１５０ｍｍである最も外側のマイクロ波導入部（図７における誘電体部材５ａ、スロットアンテナ板６ａ、および導入導波管４ａに対応する）のみを用いてチャンバ内部１３にマイクロ波を導入した。この導入されたマイクロ波により、チャンバ内部１３においてプラズマを発生させてエッチング処理を行なった。
【００７８】
また、実験２として、チャンバ本体２の側壁からの距離（距離Ｗ＋距離Ｘ１）が２７０ｍｍである、外側から２番目のマイクロ波導入部（図７においては誘電体部材５ｂ、スロットアンテナ板６ｂ、および導入導波管４ｂに対応する）のみを用いてチャンバ内部１３にマイクロ波を導入した。この導入されたマイクロ波により、チャンバ内部１３においてプラズマを発生させ、このプラズマを用いてエッチング処理を同様に行なった。
【００７９】
次に、実験３として、チャンバ本体２の側壁からの距離が３９０ｍｍとなる外側から３番目のマイクロ波導入部（図７においては誘電体部材５ｃ、スロットアンテナ板６ｃ、および導入導波管４ｃに対応する）のみにマイクロ波を導入することにより、同様にエッチング処理を行なった。なお、図７におけるチャンバ本体２の右側の側壁から上記マイクロ波導入部までの距離は３９０ｍｍ以上とした。
【００８０】
上述の実験１〜３について、エッチング処理を行なった基板表面の膜の膜厚（エッチング膜厚）を測定し、正規分布で近似した。この結果、それぞれの実験１〜３の結果の標準偏差σは、それぞれ実験１では１００ｍｍ、実験２では１３７ｍｍ、実験３では１３５ｍｍであった。なお、実験２および３の標準偏差の値である１３７ｍｍと１３５ｍｍとは誤差範囲内であると考えられ、ほぼ等しい数値データであると考える。
【００８１】
上記の実験１〜３の結果から、プロセスの結果であるエッチング膜厚の標準偏差σは、チャンバ本体２の側壁からマイクロ波導入部までの距離があるしきい値以下の領域（側壁近傍部）においては、側壁からの距離に対して依存性を示すと考えられる。一方で、チャンバ本体２の側壁からマイクロ波導入部までの距離が上述のしきい値よりも大きい領域（上記側壁近傍部より側壁から遠ざかるような領域（中央部））においては、側壁からの距離に対する依存性がほぼなくなり、標準偏差はほぼ一定値を示していると考えられる。このしきい値は、本実験を行なったプラズマプロセス装置における上述の実験では、１５０ｍｍ〜２７０ｍｍという数値範囲内に存在していると考えられる。なお、上述した実験のプロセス条件としては、マイクロ波パワーが３０００Ｗ、用いた反応ガスがＣｌ₂ガス（塩素ガス）、エッチング対象である膜としてはアルミニウム（Ａｌ）膜、といった条件を用いている。
【００８２】
また、上述のしきい値は、プラズマプロセス装置におけるチャンバの形状や誘電体部材５ａ〜５ｄの下面と基板９の上部表面との間の距離Ｌといった装置構成、チャンバ本体２の側壁を構成する材料の材質、反応ガスの組成や圧力、マイクロ波の導入エネルギー、エッチング対象の材料などの条件によっても変化する。また、プラズマプロセス装置の装置構成やプロセス条件によっては、チャンバ本体２の側壁近傍部に位置するマイクロ波導入部を用いた場合のエッチングの標準偏差σが、中央部に位置するマイクロ波導入部を用いた場合のエッチングの標準偏差σよりも大きくなる場合もある。さらに、側壁近傍部に位置するマイクロ波導入部の、側壁からの距離に対する標準偏差σの変化の割合も、プロセス条件などによって異なってくると考えられる。たとえば、側壁に極めて近い領域における上記標準偏差の増加もしくは減少の割合と、しきい値付近における上記標準偏差の増加または減少の割合とは異なる場合がある。
【００８３】
また、上記した実験１〜３においては、１つのマイクロ波導入部にのみマイクロ波のエネルギーを導入した場合の結果を示しているが、プラズマプロセス装置に設置されたすべてのマイクロ波導入部にマイクロ波のエネルギーを導入した場合であっても、チャンバ内部１３におけるプラズマの形成される領域の違いはあるものの、チャンバ本体２の側壁からの距離によってプロセス結果に違いが出てくることは同様であると考えられる。
【００８４】
次に、上述の実験１〜３によって得られたそれぞれのマイクロ波導入部のデータに基いて、プラズマプロセスの均一性の評価を行なった。すなわち、それぞれのマイクロ波導入部によるプロセス結果のデータを、図７に示したＸ方向での導入導波管４ａ〜４ｄの位置に応じて複数個重ね合せることにより、プロセス結果の均一性の評価を行なった。
【００８５】
この結果、Ｘ軸方向において、マイクロ波導入部を均等な間隔で配置した場合（図７において距離Ｘ１＝Ｘ２＝Ｘ３とした場合）のプロセス結果の均一性は、図７の距離Ｘ１と距離Ｘ２と距離Ｘ３とを異なる値となるようにマイクロ波導入部を配置した場合のプロセス結果の均一性より劣っていた。すなわち、マイクロ波導入部を同じ数だけ備えるプラズマプロセス装置においては、マイクロ波導入部の間隔を均一ではなくプロセスチャンバの形状などに合せて異なる間隔となるように配置した方がプラズマプロセスの均一性を向上させることができることが示された。以下、より詳細に説明する。
【００８６】
図７に示した処理対象物である基板９の長さを９３０ｍｍとする。そして、このような大きなサイズの基板９に対して、最小限の数の導入導波管４ａ〜４ｄ（すなわち最小限の数のマイクロ波導入部）によりプロセスの均一性を向上しようとする場合、たとえば図７に示すように４本の導入導波管４ａ〜４ｄを用いた場合についてプロセスの均一性の評価を行なった。
【００８７】
まず、４つの導入導波管４ａ〜４ｄのそれぞれに導入するパワーをある一定値（パワー比１：１）にして、４つの導入導波管４ａ〜４ｄを等間隔に配置する場合（Ｘ１＝Ｘ２＝Ｘ３）と、チャンバ蓋１の外周部に位置する導入導波管についての間隔（導入導波管４ａ、４ｂについてのスロット１５間の距離Ｘ１および導入導波管４ｃ、４ｄについてのスロット１５間の距離Ｘ３）と、内周側に位置する導入導波管についての間隔（導入導波管４ｂ、４ｃについてのスロット１５間の距離Ｘ２）とを異なるものとする場合（Ｘ２とＸ１およびＸ３とが異なる値となる場合）について、最もプロセスの均一性が良好な配置を求めた。
【００８８】
この結果、導入導波管４ａ〜４ｄを等間隔で配置した場合においてプロセスの均一性が最もよい配置は図７においてＸ１＝Ｘ２＝Ｘ３＝２８０ｍｍとなる配置であった。以下、この配置を配置１と呼ぶ。一方、導入導波管４ａ〜４ｄの間隔を異なる間隔となるように配置した場合において、最もプロセスの均一性が良好であった配置は、図７に示した距離Ｘ２＝３２０ｍｍ、距離Ｘ１＝Ｘ３＝２７２ｍｍとなる配置であった。以下、この配置を配置２と呼ぶ。
【００８９】
配置１において、プロセスの均一性は±１０．５％であった。一方、配置２においてはプロセスの均一性は±７．６％であった。なお、ここではプラズマ処理としてエッチング処理を行なっている。そして、均一性の定義としては、エッチング処理を行なった基板表面の１０８箇所においてエッチング量を測定し、エッチング量の最大値と最小値を抽出し、その最大値と最小値との差の半分を、中心値（すなわち最大値と最小値の和の半分）で除した値を百分率で表したものを用いた。また、均一性の定義式としては、（（最大値−最小値）／（最大値＋最小値））×１００（％）となる。
【００９０】
このように、導入導波管４ａ〜４ｄに導入するパワー（エネルギー量）を一定値にした場合（パワー比を１：１にした場合）、等間隔配置にした場合よりも、導入導波管４ａ〜４ｄを異なる間隔で配置した場合の方が約２８％均一性を向上させることができる。このように、内周側に位置する（チャンバ本体２の側壁から比較的遠い領域に位置する）導入導波管４ｂ、４ｃ同士の間隔（距離Ｘ２）と、外周側（チャンバ本体２の側壁に比較的近い領域）に位置する導入導波管４ａ、４ｄと内周側に位置する導入導波管４ｂ、４ｃとの間の間隔（距離Ｘ１、Ｘ３）とを異なる値とする方が、プロセスの均一性を向上させることができることが示された。
【００９１】
次に、上述した等間隔配置（Ｘ１＝Ｘ２＝Ｘ３である配置）と異間隔配置（Ｘ１〜Ｘ３が異なる値である配置）とについて、それぞれ各導入導波管４ａ〜４ｄに導入するパワー比を変更して、エッチングプロセスの均一性の向上を図る実験を行なった。その結果を表１に示す。
【００９２】
【表１】

【００９３】
表１からもわかるように、配置１では、パワー比が１：１（内周側に位置する導入導波管４ｂ、４ｃに導入されるマイクロ波のパワー：外周側に位置する導入導波管４ａ、４ｄに導入されるマイクロ波のパワー＝１：１）の場合、プロセスの均一性は±１０．５％であった。そしてが、配置１ではパワー比を０．９５：１とした場合、プロセスの均一性が±９．６％と最も良好となった。このとき、配置１においては、パワー比が１：１の場合に比べてプロセスの均一性が約９％向上した。
【００９４】
一方、配置２においては、パワー比が１：１の場合にプロセスの均一性は±７．６％であったが、パワー比を１．０５：１とした場合にプロセスの均一性は±６．４％と最も良好となった。このように、配置２においては、パワー比を１．０５：１とした場合に、パワー比を１：１とした場合に比べて約１６％均一性が向上した。
【００９５】
なお、パワー比の変更については、その変更の割合を５％以内に制限した。これは導入導波管４ａ〜４ｄによってそれぞれ導入されるパワーを大きく変えることは、プラズマプロセス装置のマイクロ波発生源などの装置構成上好ましくないためである。
【００９６】
以上のように、プラズマプロセス装置において、プラズマを発生させるためのマイクロ波をチャンバ内部へと導入するマイクロ波導入部が複数ある場合、チャンバ本体の側壁などの影響によってプロセス分布が変化する（形成されるプラズマの分布がチャンバ本体の側壁などの影響により変化することに起因して、プラズマプロセスの結果が局所的に異なる）ことを考慮して、プラズマプロセス装置の装置構成などに合せてマイクロ波導入部の間の間隔を異なる間隔となるように配置することが好ましい。このようにすれば、マイクロ波導入部を等間隔に配置する場合よりもプロセスの均一性を向上させることができる。また、それぞれのマイクロ波導入部におけるマイクロ波の導入パワーの比を変更することにより、さらにプロセスの均一性を向上させることが可能である。
【００９７】
このように、プラズマプロセス装置において、マイクロ波導入部の間隔を異なるように配置すれば、プラズマプロセスについて十分な均一性を得ることができるので、従来のように均一性を向上させるために電源を増設するといった対応は必要ない。つまり、低コストでプロセスの均一性を向上させることができる。また、上述のようにマイクロ波導入部ごとに導入されるパワー比を大きく変更しない場合（たとえば変更の割合を５％程度に抑えた場合）であっても、十分に均一性を向上させることができるので、各電源の出力調整などを簡略化することができる。
【００９８】
つまり、誘電体部材５ａ〜５ｄ、スロットアンテナ板６ａ〜６ｄ、導入導波管４ａ〜４ｄのそれぞれの組合わせからなるマイクロ波導入部の構成は同一であっても、チャンバ本体２の側壁に近い領域（外周領域）と、側壁から遠い領域（中央部領域）とにおいてはそれぞれのマイクロ波導入部に起因して発生するプラズマの条件が異なるため、結果的にエッチングなどのプロセスの分布が異なることになる。このため、マイクロ波導入部をプラズマプロセス装置の装置構成などに適合するように異なる間隔で配置することにより、エッチングなどのプラズマ処理の均一性を向上させることができる。
【００９９】
つまり、誘電体部材５ａ〜５ｄ、スロットアンテナ板６ａ〜６ｄ、導入導波管４ａ〜４ｄのそれぞれの組合わせからなるマイクロ波導入部の構成は同一であっても、チャンバ本体２の側壁に近い領域（外周領域）と、側壁から遠い領域（中央部領域）とにおいてはそれぞれのマイクロ波導入部に起因して発生するプラズマの条件が異なるため、結果的にエッチングなどのプロセスの分布が異なることになる。このため、マイクロ波導入部をプラズマプロセス装置の装置構成などに適合するように異なる間隔で配置することにより、エッチングなどのプラズマ処理の均一性を向上させることができる。
【０１００】
なお、上述の結果は、誘電体部材５ａ〜５ｄの下部表面と処理対象である基板９の表面との距離Ｌ（ギャップ）がある一定の長さの場合におけるものである。そのため、上記ギャップが小さければ正規分布の標準偏差は小さくなる。一方、ギャップが大きくなれば標準偏差の値は大きくなる。そして、この標準偏差の大小によってプロセスの均一性が良好となるマイクロ波導入部の間の間隔も変化する。また、プラズマプロセス装置の装置構成や導入される反応ガスなどのプラズマ発生条件によってもマイクロ波導入部の間の間隔（図７における距離Ｘ１〜Ｘ３）の最適値は多少変化する。したがって、プラズマプロセス装置の装置構成やプロセス条件などに応じてマイクロ波導入部の間の距離や配置は決定される。
【０１０１】
また、本発明の実施の形態２に示したような、５つのマイクロ波導入部を有するプラズマプロセス装置においても、マイクロ波導入部の間の距離を異なるように設定すれば、同様にプロセスの均一性を向上させることができる（たとえば図４においてＸ３＞Ｘ４とすれば、Ｘ３＝Ｘ４とした場合よりもプロセスの均一性を３０％以上高めることができた）。
【０１０２】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【０１０３】
【発明の効果】
本発明によれば、マイクロ波を利用したプラズマプロセス装置において、複数のマイクロ波導入部の間隔をプラズマプロセス装置の装置構成などに適合するようにそれぞれ異なる値とすることにより、マイクロ波導入部を均等に配置した場合よりプロセスの均一性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプラズマプロセス装置の実施の形態１を示す断面模式図である。
【図２】図１の線分ＩＩ−ＩＩにおける断面模式図である。
【図３】図２の矢印１６の方向から見たチャンバ蓋の平面模式図である。
【図４】本発明によるプラズマプロセス装置の実施の形態２を示す断面模式図である。
【図５】図４の線分Ｖ−Ｖにおける断面模式図である。
【図６】本発明によるプラズマプロセス装置の実施の形態３を示す断面模式図である。
【図７】本発明の実施例において用いたプラズマプロセス装置を説明するための断面模式図である。
【図８】特開２０００−１２２９１公報に開示されたプラズマプロセス装置の断面模式図である。
【図９】図８に示したプラズマプロセス装置の支持枠および封止板の平面模式図である。
【符号の説明】
１チャンバ蓋、２チャンバ本体、３，３ａ〜３ｅ導波管、４ａ〜４ｅ導入導波管、５ａ〜５ｅ誘電体部材、６ａ〜６ｅスロットアンテナ板、７基板ホルダ、９基板、１０，１１ガスケット、１２絶縁体、１３チャンバ内部、１４ガス導入路、１５スロット、１６矢印、１７ａ〜１７ｅ開口部。

Claims

プラズマを用いた処理を行う処理室と、
前記処理室に接続され、前記処理室に供給された反応ガスをプラズマ状態にするためのマイクロ波を前記処理室に導入するとともに、同一のエネルギー量の前記マイクロ波を前記処理室に導入可能な３つ以上のマイクロ波導入手段とを備え、
前記処理室に隣接する領域において、前記３つ以上のマイクロ波導入手段のうち、隣接する２つの前記マイクロ波導入手段の組合せのうちの１つにおける隣接する前記マイクロ波導入手段の間の距離は、前記組合せのうちの他の１つにおける隣接する前記マイクロ波導入手段の間の距離と異なる、プラズマプロセス装置。
前記マイクロ波導入手段は、それぞれ前記処理室の外壁の一部を構成する誘電体部材と、前記誘電体部材のそれぞれに接続された導波管とを含む、請求項１に記載のプラズマプロセス装置。
前記処理室は、前記マイクロ波導入手段が接続された壁部と、前記壁部に連なり、前記壁部の延びる方向とは異なる方向に延びるとともに対向するように配置された一組の側壁とを含み、
前記側壁の一方の最も近くに位置する前記マイクロ波導入手段を含む前記組合せにおける前記距離は、前記側壁の一方の最も近くに位置する前記マイクロ波導入手段を含まない他の前記組合せにおける前記距離と異なる、請求項１または２に記載のプラズマプロセス装置。
前記処理室は、前記マイクロ波導入手段が配置された壁部と、前記壁部に連なり、前記壁部の延びる方向とは異なる方向に延びるとともに対向するように配置された一組の側壁とを含み、
前記３つ以上のマイクロ波導入手段のそれぞれは、前記マイクロ波導入手段におけるマイクロ波の伝播方向に対して垂直な方向において長軸を有し、
前記３つ以上のマイクロ波導入手段の長軸は、前記側壁の延びる方向と平行になるように配置され、かつ、
前記３つ以上のマイクロ波導入手段は、前記一組の側壁の一方から他方に向かう方向において並列に配置されている、請求項１または２に記載のプラズマプロセス装置。
前記側壁の一方の最も近くに位置する前記マイクロ波導入手段を含む前記組合せにおける前記距離は、前記側壁の一方の最も近くに位置する前記マイクロ波導入手段を含まない他の前記組合せにおける前記距離と異なる、請求項４に記載のプラズマプロセス装置。
前記３つ以上のマイクロ波導入手段は、前記処理室の内部に配置される前記処理の対象物の位置を中心として対称に配置される、請求項１〜５のいずれか１項に記載のプラズマプロセス装置。
前記マイクロ波導入手段は、マイクロ波の伝播経路に配置されたスロットアンテナを含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載のプラズマプロセス装置。