JP4997826B2

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

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Publication number: JP4997826B2
Application number: JP2006140988A
Authority: JP
Inventors: 才忠田; 欣也太田
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2006-05-22
Filing date: 2006-05-22
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2026-05-22
Also published as: WO2007136043A1; JP2007311668A; TW200818309A; TWI392015B

Description

本発明は、半導体ウエハ等に対してマイクロ波や高周波により生じたプラズマを作用させて処理を施す際に使用されるプラズマ処理装置及びこれに用いられる平面アンテナ部材に関する。

近年、半導体製品の高密度化及び高微細化に伴い半導体製品の製造工程において、成膜、エッチング、アッシング等の処理のためにプラズマ処理装置が使用される場合があり、特に、０．１ｍＴｏｒｒ（１３．３ｍＰａ）〜数１０ｍＴｏｒｒ（数Ｐａ）程度の比較的圧力が低い高真空状態でも安定してプラズマを立てることができることからマイクロ波や高周波を用いて、高密度プラズマを発生させるプラズマ処理装置が使用される傾向にある。
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。

図７において、このプラズマ処理装置２は、真空引き可能になされた処理容器４内に半導体ウエハＷを載置する載置台６を設けており、この載置台６に対向する天井部にマイクロ波を透過する円板状の窒化アルミや石英等よりなる天板８を気密に設けている。そして処理容器４の側壁には、容器内へ所定のガスを導入するためのガスノズル９が設けられている。

そして、上記天板８の上面に厚さ数ｍｍ程度の円板状の平面アンテナ部材１０と、この平面アンテナ部材１０の半径方向におけるマイクロ波の波長を短縮するための例えば誘電体よりなる遅波材１２を設置している。そして、平面アンテナ部材１０には多数の、例えば長溝状の貫通孔よりなるマイクロ波放射孔１４が形成されている。このマイクロ波放射孔１４は一般的には、同心円状に配置されたり、或いは渦巻状に配置されている。そして、平面アンテナ部材１０の中心部に同軸導波管１６の中心導体１８を接続してマイクロ波発生器２０より発生した、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波をモード変換器２２にて所定の振動モードへ変換した後に導くようになっている。

そして、マイクロ波をアンテナ部材１０の半径方向へ放射状に伝搬させつつ平面アンテナ部材１０に設けたマイクロ波放射孔１４からマイクロ波を放出させてこれを天板８に透過させて、下方の処理容器４内へマイクロ波を導入し、このマイクロ波により処理容器４内の処理空間Ｓにプラズマを立てて半導体ウエハＷにエッチングや成膜などの所定のプラズマ処理を施すようになっている。

特開平３−１９１０７３号公報特開平５−３４３３３４号公報特開平９−１８１０５２号公報特開２００３−３３２３２６号公報

ところで、上記プラズマ処理を行う場合に、ウエハ面内均一に所定の処理を行う必要がある。この場合、処理空間Ｓの面内方向にプラズマを均一に立てることが望まれる。このため、従来のプラズマ処理装置では、平面アンテナ部材１０の中心側も周辺側にも多数のマイクロ波放射孔１４を比較的均一に分布させて設け、このように多数設けたマイクロ波放射孔１４からそれぞれマイクロ波を下方の処理空間Ｓに向けて放射させるようになっている。

また、平面アンテナ部材１０の半径方向における上記マイクロ波放射孔１４のピッチを、ここに伝搬するマイクロ波同士が干渉して効率的に放射できるようにしている。
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。

請求項１に係る発明は、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である。

このように、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。
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。

この場合、例えば請求項３に規定するように、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。
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。

また例えば請求項５に規定するように、前記マイクロ波の周波数は２．４５ＧＨｚである。

請求項６に係る発明は、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前記いずれか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である。

本発明に係る平面アンテナ部材及びこれを用いたプラズマ処理装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
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。

以下に、本発明に係る平面アンテナ部材及びこれを用いたプラズマ処理装置の一実施例の形態について添付図面を参照して説明する。
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。

図示するように、プラズマを用いてエッチング処理を行うプラズマ処理装置３２は、例えば側壁や底部がアルミニウム等の導体により構成されて、全体が筒体状に成形された処理容器３４を有しており、内部は密閉された処理空間Ｓとして構成されて、この処理空間Ｓにプラズマが形成される。この処理容器３４自体は接地されている。

この処理容器３４内には、上面に被処理体としての例えば半導体ウエハＷを載置する載置台３６が収容される。この載置台３６は、例えばアルミナ等のセラミックにより平坦になされた略円板状に形成されており、例えばアルミニウム等よりなる支柱３８を介して容器底部より起立されている。
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。

また、上記載置台３６の下方には、ウエハＷの搬出入時にこれを昇降させる複数、例えば３本の昇降ピン５０（図１においては２本のみ記す）が設けられており、この昇降ピン５０は、伸縮可能なベローズ５２を介して容器底部を貫通して設けた昇降ロッド５４により昇降される。また上記載置台３６には、上記昇降ピン５０を挿通させるためのピン挿通孔５６が形成されている。上記載置台３６の全体は耐熱材料、例えばアルミナ等のセラミックにより構成されており、このセラミック中に加熱手段として例えば薄板状の抵抗加熱ヒータ５８が埋め込んで設けられている。この抵抗加熱ヒータ５８は、支柱３８内を通る配線６０を介してヒータ電源６２に接続されている。

また、この載置台３６の上面側には、内部に例えば網目状に配設された導体線６４を有する薄い静電チャック６６が設けられており、この載置台３６上、詳しくはこの静電チャック６６上に載置されるウエハＷを静電吸着力により吸着できるようになっている。そして、この静電チャック６６の上記導体線６４は、上記静電吸着力を発揮するために配線６８を介して直流電源７０に接続されている。またこの配線６８には、エッチング時に例えば１３．５６ＭＨｚのバイアス用の高周波電力を上記静電チャック６６の導体線６４へ印加するためにバイアス用高周波電源７２が接続されている。

そして、上記処理容器３４の天井部は開口されて、ここに例えば石英板やＡｌ_２Ｏ_３等のセラミック材よりなるマイクロ波に対しては透過性を有する天板７４がＯリング等のシール部材７６を介して気密に設けられる。この天板７４の厚さは耐圧性を考慮して例えば２０ｍｍ程度に設定される。そして、この天板７４の真下の容器側壁には、この処理容器３４内へ必要なガスを供給するガス導入手段７８が設けられる。本実施例では、このガス導入手段７８は容器側壁を貫通して設けられる例えば石英製のガスノズル８０を有しており、このガスノズル８０より必要な各種のガスを流量制御しつつ供給できるようになっている。尚、このガス導入手段７８として、例えば多数のガス孔を有する石英パイプを格子状に組んだシャワーヘッド構造を採用してもよい。

そして、上記天板７４の上面に上記処理容器３４内でプラズマを立てるために天板７４を介してプラズマ発生用のマイクロ波を処理容器３４の処理空間Ｓに導入する本発明の特徴とする平面アンテナ部材８２が設けられ、この平面アンテナ部材８２には、これにマイクロ波を供給するためのマイクロ波供給手段８４が接続されている。具体的には、上記平面アンテナ部材８２は、複数のマイクロ波放射用のスロット８６の形成された導電性の金属板よりなる円板状のアンテナ板８８を有している。尚、このアンテナ板８８の構造については後述する。

そして、上記マイクロ波供給手段８４は、上記アンテナ板８８上に配置された遅波材９０を有している。この遅波材９０は、例えば石英、アルミナ、窒化アルミ等よりなり、マイクロ波の波長を短縮するために高誘電率特性を有し、天板７４と同じ材質のものが好ましい。上記アンテナ板８８は、上記遅波材９０の上方全面を覆う導電性の中空円筒状容器よりなる導波箱９２の底板として構成され、前記処理容器３４内の上記載置台３６に対向させて設けられる。この導波箱９２の上部には、これを冷却するために冷媒を流す冷却ジャケット９４が設けられる。

この導波箱９２及びアンテナ板８８の周辺部は共に処理容器３４に導通されると共に、この導波箱９２の上部の中心には、同軸導波管９６の外管９６Ａが接続され、この内側の内部導体９６Ｂは、上記遅波材９０の中心の貫通孔を通って上記アンテナ板８８の中心部に例えばテーパ状（円錐状）のコネクタ９７を介して接続される。そして、この同軸導波管９６は、モード変換器９８を介して矩形導波管９９に接続され、この矩形導波管９９は例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波発生器１０２に接続されており、上記アンテナ板８８へマイクロ波を伝搬するようになっている。従って、上記マイクロ波発生器１０２とアンテナ板８８とは、矩形導波管９９と同軸導波管９６とにより接続されてマイクロ波を伝搬するようになっている。また上記矩形導波管９９の途中にはインピーダンス整合を図るマッチング回路１０４が介設されている。ここで上記周波数は２．４５ＧＨｚに限定されず、他の周波数、例えば８．３５ＧＨｚを用いてもよい。

ここで上記平面アンテナ部材８２のアンテナ板８８について詳述する。このアンテナ板８８は、大きさが３００ｍｍサイズのウエハ対応の場合には、例えば直径が４００〜５００ｍｍ、厚みが１〜数ｍｍの導電性材料よりなる、例えば表面が銀メッキされた銅板或いはアルミ板よりなり、この円板には、例えば長溝状の貫通孔よりなる多数のマイクロ波用のスロット８６が形成されている。

これらの各スロット８６は、「ハ」の字状に配置した２つのスロット８６で１つの組、すなわちスロット対１００を形成しており、本実施例では２つのスロット８６よりなる上記スロット対１００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１００は８組以内となるように設定している。図２においては、上記スロット対１００は内周側（最内周側）のスロット対１００Ａと外周側（第２周目）のスロット対１００Ｂの２列で同心円状になされている。

図２に示す場合には、最内周側には５組のスロット対１００Ａが、その周方向に沿って均等な間隔で配置されている。ここで上記マイクロ波の周波数が２．４５ＧＨｚの場合には、上記最内周側に位置するスロット対１００Ａは８組以内であり、換言すれば、周方向に隣り合うスロット対１００Ａの開き角θ１を４５度以上に設定している。
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。

また上記電界分布を回転させるためには、この最内周のスロット対１００Ａは少なくとも２組設ける必要がある。更に、内側より第２周目（最外周側）に配置されるスロット対１００Ｂの組数は１８〜３６個の範囲内に設定し、このスロット対１００Ｂは、アンテナ板８８の周方向に沿って等間隔で配置されている。図２においては、この第２周目のスロット対１００Ｂは２４組（個）配置されている。

また、この第２周目（最外周側）のスロット対１００Ｂの数は、次の事柄を考慮して決定される。
・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（８×１０^１０個／ｃｍ^３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。

更には、図３にも示すように、最内周に位置するスロット対１００Ａは、このアンテナ板８８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）以上離間させて配置する。ここで上記波長λは、伝搬するマイクロ波の真空中の波長ではなく、上記マイクロ波が遅波材９０により波長短縮された時の波長を指す。また、上記アンテナ板８８の中心側とスロット対１００Ａとの間の距離Ｈ１は、アンテナ板８８の中心のコネクタ９７の外周と、上記スロット対１００Ａを形成する２つのスロット８６の各垂直２等分線の交点Ｐ１との間の距離を指す。従って、上記距離関係は次の式のように表される。
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。

また、アンテナ板８８の半径方向におけるスロット対１００間の距離、すなわちここではアンテナ板８８の半径方向における第２周目の各スロット対１００Ｂの位置Ｐ２を結んだ同心円Ｒ２と、最内周の各スロット対１００Ａの位置Ｐ１を結んだ同心円Ｒ１との半径の差Ｈ３（以後簡単のために、距離Ｈ３のことを、最内周のスロット対と２周目のスロット対との距離、のように記す）は、遅波材９０で短縮されたマイクロ波の波長λのλ／２よりも大きいか、λ／２よりも小さい長さに設定することが出来る。ここで、上記距離Ｈ３がλ／２（およびこの奇数倍）の場合には、両スロット対１００Ａ、１００Ｂから放射されるマイクロ波が互いに逆位相になって相殺されてしまうから好ましくない。また、距離Ｈ３がλ／２よりも小さくなると、異常放電が生ずる恐れが発生するからＨ３の値はλ／２よりも大きいことが好ましい。ここで上記位置Ｐ１、Ｐ２は、前述したように、各スロット対１００Ａ、１００Ｂを構成する２つのスロット８６の垂直２等分線の交点である。

また上述のように、直径が３００ｍｍのウエハに対応する平面アンテナ部材８２の場合であって遅波材９０が石英である場合には、第２周目のスロット対１００Ｂは、アンテナ板８８（直径が４０８ｍｍ程度）の中心から１２０〜２００ｍｍの範囲内に位置させるのが好ましい。

また、上記各スロット対１００Ａ、１００Ｂに含まれる全てのスロット８６の幅Ｌ１は６ｍｍ以上に設定するのが好ましい。この理由は、幅Ｌ１が６ｍｍよりも小さくなると、ここに異常放電が発生し易くなるからである。この場合、この平面アンテナ部材８２に供給する電力は２０００〜４５００Ｗ（ワット）程度であり、上記異常放電は幅Ｌ１が６ｍｍよりも小さくなると、マイクロ波の周波数に関係なく発生し易くなる。
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。

そして、図１に戻って、以上のように構成されたプラズマ処理装置３２の全体の動作は、例えばマイクロコンピュータ等よりなる制御手段１２０により制御されるようになっており、この動作を行うコンピュータのプログラムはフロッピやＣＤ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｃ）やフラッシュメモリやハードディスク等の記憶媒体１２２に記憶されている。具体的には、この制御手段１２０からの指令により、各ガスの供給や流量制御、マイクロ波や高周波の供給や電力制御、プロセス温度やプロセス圧力の制御等が行われる。

次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置３２を用いて行なわれる例えばエッチング方法について説明する。
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Ｃｌ_２ガス、Ｏ_２ガス及びＮ_２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。

これと同時に、マイクロ波供給手段８４のマイクロ波発生器１０２を駆動することにより、このマイクロ波発生器１０２にて発生したマイクロ波を、矩形導波管９９及び同軸導波管９６を介して平面アンテナ部材８２のアンテナ板８８に供給して処理空間Ｓに、遅波材９０によって波長が短くされたマイクロ波を導入し、これにより処理空間Ｓにプラズマを発生させて所定のプラズマを用いたエッチング処理を行う。

このように、アンテナ板８８の各スロット８６から処理容器３４内へマイクロ波が導入されると、Ｃｌ_２、Ｏ_２、Ｎ_２の各ガスがこのマイクロ波によりプラズマ化されて活性化され、この時発生する活性種によってウエハＷの表面に形成されているエッチング対象層がエッチングされて除去される。そして、上記各ガスは、載置台３６の周辺部に略均等に拡散しつつ下方へ流れて行き、排気口４２を介して排気路４８から排出される。またエッチング処理に際しては、バイアス用高周波電源７２より静電チャック６６中の導体線６４へバイアス用の高周波が印加されており、これにより、活性種等をウエハ表面に対して直進性良く引き込むようにして、エッチング形状ができるだけ崩れないようにしている。

ここで、アンテナ板８８の中心部のコネクタ９７を介して供給された２．４５ＧＨｚのマイクロ波は、このアンテナ板８８の中心部から周辺部に向けて放射状に伝搬しつつ各スロット８６から下方の処理空間Ｓに向けてマイクロ波を放射させる。ここで本発明装置では、アンテナ板８８にスロット対を同心円状に配置し、且つ最内周に位置するスロット対１００Ａの組数を少なくして８組以下、ここでは５組に設定しているので、各スロット対１００Ａ、１００Ｂより放射されるマイクロ波の電界分布が、このアンテナ板８８の中心を中心として高速で回転することになる。

換言すれば、最内周のスロット対１００Ａが８個よりも多いと、例えば従来装置のアンテナ板のようにスロット対が１２〜２０個程度も存在すると、アンテナ板８８や遅波材９０にスロット対間の干渉による定在波が発生し、これがために発生する電界分布が回転せずに固定的になるため、プラズマ密度に濃淡が生ずるが、本発明装置の場合には、最内周のスロット対１００Ａの数を８個以下に設定したので、すなわち隣り合うスロット対１００Ａ同士の開き角θ１をπ／４（角速度：４５度）以上となるようにしたので、アンテナ板８８の中心部から周辺部へ伝搬するマイクロ波は、定在波ではなく進行波となり、この結果、上述のようにマイクロ波の電界分布が高速で回転することになる。従って、処理空間Ｓにおけるプラズマ密度を均一化させることができる。

図５はマイクロ波の周波数が２．４５ＧＨｚのとき、最内周スロット対１００Ａの数を８個以下に設定した時に、電界分布が回転することを説明するための図である。まず図示のように最内周スロット対１００Ａの数だけアンテナ板８８を点線で示すように分割して、この１分割を１セクターとする。マイクロ波はこの１セクターの中において、アンテナの中心よりスロット対Ｓ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４と伝搬し、この間にマイクロ波パワー（エネルギー）の全てを放射して反射は起こらないようにする。ここで最内周のスロット対数は、スロット対間の放射電界の相互干渉を抑制するために開き角θ１が４５度以上必要であることから、最大値が８個と定められる。また１つの最内周スロット対１００Ａと、複数の最外周スロット対１００Ｂとが干渉しないようにする必要がある。つまり最外周スロット対数は、本来のマイクロ波伝搬経路であるスロット対Ｓ１とＳ２の間のマイクロ波パワーの伝搬量が、スロット対Ｓ１と異なるセクターに属するスロット対Ｓ５間の伝搬量に対し、十分大きくなる（少なくとも５倍以上）ような数に設定される。このためには隣合う最外周のスロット対間の開き角θ２（図２参照）が１０度以上必要であり、つまり最外周のスロット対数の上限は３６個となる。また最外周のスロット対１００Ｂの数の下限値は、必要とされるプラズマ電子密度から定まり、本願の場合にはそのプラズマ電子密度が８×１０^１０個／ｃｍ^３以上必要であることから１８個となる。
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。

また、アンテナ板８８のコネクタ９７の外周と最内週のスロット対１００Ａとの間の距離Ｈ１をλ（１波長）以上の長さとし、且つアンテナ板８８の中心と最内周のスロット対１００Ａとの間の距離Ｈ２を１．５λ以上の長さに設定したので、上記マイクロ波の電界分布がより円滑に高速で回転することになり、処理空間Ｓにおけるプラズマ密度を一層均一化させることができる。

＜シミュレーションによる評価結果＞
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。

図６（Ａ）に示す従来装置のアンテナ板には、同心円状に２列のスロット対を設けており、最内周には２０組のスロット対を配置し、第２周目には３６組のスロット対を配置している。この場合には、同心円状に固定的な電界分布が形成されており、電界分布が固定的であるために、プラズマ密度にも同心円状の濃淡が生じてしまっており、好ましくない。

これに対して、図６（Ｂ）に示す本発明装置の実施例１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３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、電界分布が渦巻状に形成されており、しかも、この電界分布は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。
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。

尚、上記実施例ではスロット対１００を同心円状に２列配列した場合を例にとって説明したが、これに限定されず、アンテナ板８８の大きさにもよるがスロット対１００を同心円状に３列以上配列してもよい。
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、ここではプラズマ処理としてプラズマエッチング処理を例にとって説明したが、これに限定されず、例えばプラズマスパッタ処理、プラズマＣＶＤ処理、プラズマアッシング処理等の全てのプラズマ処理に本発明を適用することができる。
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。

本発明に係るプラズマ処理装置を示す構成図である。平面アンテナ部材を示す平面図である。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。スロット対の配列の他の一例を示す平面図である。マイクロ波の周波数が２．４５ＧＨｚのときに最内周スロット対の数を８個以下に設定した時に電界分布が回転することを説明するための図である。本発明装置の平面アンテナ部材のアンテナ板のシミュレーションによる電界分布を示す写真である。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。

符号の説明

３２プラズマ処理装置
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

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。