プラズマ処理方法
【課題】ラジアルラインスロットアンテナを使ったマイクロ波プラズマ処理装置において、アンテナ中の遅波板とマイクロ波放射面を構成するスロット板との間の密着性を向上させ、異常放電を防止する。
【解決手段】スロット板１６を、遅波板１８と熱膨張率が近い材料により形成する。あるいはスロット板１６を、遅波板１８を構成する誘電体板上に、金属を付着させることにより形成する。
【解決手段】スロット板１６を、遅波板１８と熱膨張率が近い材料により形成する。あるいはスロット板１６を、遅波板１８を構成する誘電体板上に、金属を付着させることにより形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般にプラズマ処理装置に係り、特にマイクロ波プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理工程およびプラズマ処理装置は、近年のいわゆるディープサブミクロン素子あるいはディープサブクォーターミクロン素子と呼ばれる０．１μｍに近い、あるいはそれ以下のゲート長を有する超微細化半導体装置の製造や、液晶表示装置を含む高解像度平面表示装置の製造にとって、不可欠の技術である。
【０００３】
半導体装置や液晶表示装置の製造に使われるプラズマ処理装置としては、従来より様々なプラズマの励起方式が使われているが、特に平行平板型高周波励起プラズマ処理装置あるいは誘導結合型プラズマ処理装置が一般的である。しかしこれら従来のプラズマ処理装置は、プラズマ形成が不均一であり、電子密度の高い領域が限定されているため大きな処理速度すなわちスループットで被処理基板全面にわたり均一なプロセスを行うのが困難である問題点を有している。この問題は、特に大径の基板を処理する場合に深刻になる。しかもこれら従来のプラズマ処理装置では、電子温度が高いため被処理基板上に形成される半導体素子にダメージが生じ、また処理室壁のスパッタリングによる金属汚染が大きいなど、いくつかの本質的な問題を有している。このため、従来のプラズマ処理装置では、半導体装置や液晶表示装置のさらなる微細化およびさらなる生産性の向上に対する厳しい要求を満たすことが困難になりつつある。
【０００４】
一方、従来より直流磁場を用いずにマイクロ波電界により励起された高密度プラズマを使うマイクロ波プラズマ処理装置が提案されている。例えば、均一なマイクロ波を発生するように配列された多数のスロットを有する平面状のアンテナ（ラジアルラインスロットアンテナ）から処理容器内にマイクロ波を放射し、このマイクロ波電界により真空容器内のガスを電離してプラズマを励起させる構成のプラズマ処理装置が提案されている。（例えば特開平９−６３７９３公報を参照。）このような手法で励起されたマイクロ波プラズマではアンテナ直下の広い領域にわたって高いプラズマ密度を実現でき、短時間で均一なプラズマ処理を行うことが可能である。しかもかかる手法で形成されたマイクロ波プラズマは、励起周波数が高く、かつ磁場を用いた電子の共鳴現象を用いないため、電子温度が低く、被処理基板のダメージや金属汚染を回避することができる。さらに大面積基板上にも均一なプラズマを容易に励起できるため、大口径半導体基板を使った半導体装置の製造工程や大型液晶表示装置の製造にも容易に対応できる。
【０００５】
図１（Ａ），（Ｂ）は、かかるラジアルラインスロットアンテナを使った従来のマイクロ波プラズマ処理装置１００の構成を示す。ただし図１（Ａ）はマイクロ波プラズマ処理装置１００の断面図を、また図１（Ｂ）はラジアルラインスロットアンテナの構成を示す図である。
【０００６】
図１（Ａ）を参照するに、マイクロ波プラズマ処理装置１００は複数の排気ポート１１６から排気される処理室１０１を有し、前記処理室１０１中には被処理基板１１４を保持する保持台１１５が形成されている。前記処理室１０１の均一な排気を実現するため、前記保持台１１５の周囲にはリング状に空間１０１Ａが形成されており、前記複数の排気ポート１１６を前記空間１０１Ａに連通するように等間隔で、すなわち被処理基板に対して軸対称に形成することにより、前記処理室１０１を前記空間１０１Ａおよび排気ポート１１６を介して均一に排気することができる。
【０００７】
前記処理室１０１上には、前記保持台１１５上の被処理基板１１４に対応する位置に、前記処理室１０１の外壁の一部として、低誘電損失誘電体よりなり多数の開口部１０７を形成された板状のシャワープレート１０３がシールリング１０９を介して形成されており、さらに前記シャワープレート１０３の外側に同じく低誘電損失誘電体よりなるカバープレート１０２が、別のシールリング１０８を介して設けられている。
【０００８】
前記シャワープレート１０３にはその上面にプラズマガスの通路１０４が形成されており、前記複数の開口部１０７の各々は前記プラズマガス通路１０４に連通するように形成されている。さらに、前記シャワープレート１０３の内部には、前記処理容器１０１の外壁に設けられたプラズマガス供給ポート１０５に連通するプラズマ励起ガスの供給通路１０６が形成されており、前記プラズマ励起ガス供給ポート１０５に供給されたＡｒやＫｒ等のプラズマ励起ガスは、前記供給通路１０６から前記通路１０４を介して前記開口部１０７に供給され、前記開口部１０７から前記処理容器１０１内部の前記シャワープレート１０３直下の空間１０１Ｂに、実質的に一様な濃度で放出される。
【０００９】
前記処理容器１０１上には、さらに前記カバープレート１０２の外側に、前記カバープレート１０２から４〜５ｍｍ離間して、図１（Ｂ）に示す放射面を有するラジアルラインスロットアンテナ１１０が設けられている。前記ラジアルラインスロットアンテナ１１０は外部のマイクロ波源（図示せず）に同軸導波管１１０Ａを介して接続されており、前記マイクロ波源からのマイクロ波により、前記空間１０１Ｂに放出されたプラズマ励起ガスを励起する。前記カバープレート１０２とラジアルラインスロットアンテナ１１０の放射面との間の隙間は大気により充填されている。
【００１０】
前記ラジアルラインスロットアンテナ１１０は、前記同軸導波管１１０Ａの外導体に接続された平坦なディスク状のラジアル線路裏面金属板１１０Ｂと、前記ラジアル線路裏面金属板１１０Ｂの開口部に形成された、図１（Ｂ）に示す多数のスロット１１０ａおよびこれに直交する多数のスロット１１０ｂを形成された放射板１１０Ｃとよりなり、前記ラジアル線路裏面金属板１１０Ｂと前記放射板１１０Ｃとの間には、厚さが一定の誘電体よりなる遅波板１１０Ｄが挿入されている。
【００１１】
かかる構成のラジアルラインスロットアンテナ１１０では、前記同軸導波管１１０から給電されたマイクロ波は、前記ディスク状のラジアル線路裏面金属板１１０Ｂと放射板１１０Ｃとの間を、半径方向に広がりながら進行するが、その際に前記遅波板１１０Ｄの作用により波長が圧縮される。そこで、このようにして半径方向に進行するマイクロ波の波長に対応して前記スロット１１０ａおよび１１０ｂを同心円状に、かつ相互に直交するように形成しておくことにより、円偏波を有する平面波を前記放射板１１０Ｃに実質的に垂直な方向に放射することができる。
【００１２】
かかるラジアルラインスロットアンテナ１１０を使うことにより、前記シャワープレート１０３直下の空間１０１Ｂに均一な高密度プラズマが形成される。このようにして形成された高密度プラズマは電子温度が低く、そのため被処理基板１１４にダメージが生じることがなく、また処理容器１０１の器壁のスパッタリングに起因する金属汚染が生じることもない。
【００１３】
図１のプラズマ処理装置１００では、さらに前記処理容器１０１中、前記シャワープレート１０３と被処理基板１１４との間の拡散プラズマ領域に、外部の処理ガス源（図示せず）から前記処理容器１０１中に形成された処理ガス通路１１２を介して処理ガスを供給する多数のノズル１１３を形成された導体構造物１１１が形成されており、前記ノズル１１３の各々は、供給された処理ガスを、前記導体構造物１１１と被処理基板１１４との間の空間１０１Ｃに放出する。前記導体構造物１１１には、前記隣接するノズル１１３と１１３との間に、前記空間１０１Ｂにおいて形成されたプラズマを前記空間１０１Ｂから前記空間１０１Ｃに拡散により、効率よく通過させるような大きさの開口部が形成されている。
【００１４】
そこで、このように前記導体構造物１１１から前記ノズル１１３を介して処理ガスを前記空間１０１Ｃに放出した場合、電子温度の低いプラズマ中であるので処理ガスの過剰解離を抑えることができるため、前記被処理基板１１４上に、一様で高品質なプラズマ処理が、効率的かつ高速に、しかも基板および基板上の素子構造を損傷させることなく、また基板を汚染することなく行われる。一方前記ラジアルラインスロットアンテナ１１０から放射されたマイクロ波は、かかる導体構造物１１１により阻止され、プラズマ着火前であっても、被処理基板１１４を損傷させることはない。
【００１５】
上述のようなラジアルスロットアンテナを有するマイクロ波プラズマ処理装置は、例えば特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開２０００−２８６２３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ところで、このようなラジアルラインスロットアンテナ１１０を使ったプラズマ処理装置１００では、前記空間１０１Ｂに形成されるプラズマの密度が１０12／ｃｍ3のオーダーに達するため、シャワープレート１０３は前記高密度プラズマを構成する大量のイオンおよび電子に曝されることになり、これらのイオンおよび電子による加熱が生じる。かかるイオンおよび電子に起因する熱フラックスは１〜２Ｗ／ｃｍ2にも達する。しかも、前記プラズマ処理装置１００では処理室１０１への堆積物の付着を抑制するために、処理室１０１の器壁を１５０°Ｃ程度の温度に保持して運転されることが多いが、このような処理室１０１の加熱の結果、誘電体材料よりなる前記シャワープレート１０３およびカバープレート１０２中には熱が蓄積してしまい、非常に大きな温度分布が生じてしまう。
【００１７】
このようなシャワープレート１０３およびカバープレート１０２中への熱の蓄積を軽減するには、前記ラジアルラインスロットアンテナ１１０を前記カバープレート１０２に密接させ、アンテナ１１０をヒートシンクとして熱を除去するのが望ましいが、従来のラジアルラインスロットアンテナ１１０では前記放射板１１０Ｃが前記同軸導波管１１０Ａの中心導体に対してネジ止めされていたため、ネジ頭のためのスペースを前記カバープレート１０２と放射板１１０Ｃとの間に確保する必要があり、かかる構成を採用することが困難であった。
【００１８】
また、従来のプラズマ処理装置１００では前記シャワープレート１０３およびカバープレート１０２からの熱フラックスにより前記ラジアルラインスロットアンテナ１１０は、前記カバープレート１０２に密接していなくても、実質的な加熱を受け、温度が上昇する。また、前記ラジアルラインスロットアンテナ１１０を密接させた場合には、アンテナの温度上昇はさらに大きくなる。
【００１９】
従来のラジアルラインスロットアンテナは、かかる高温環境下での使用を前提として設計されてはおらず、そのためこのようにアンテナの温度が上昇した場合、熱膨張率の違いにより、アンテナ内、特に遅波板として設けられた誘電体板１１０Ｄと放射板１１０Ｃとの間に隙間が生じる場合がある。このように遅波板１１０Ｄと放射板１１０Ｃとの間に隙間が生じると、遅波板中を伝播するマイクロ波が感じるインピーダンスが乱れ、アンテナ内において好ましくない異常放電や反射波の形成、あるいは定在波の形成等の問題が発生してしまう。異常放電が生じると、そのアンテナは以後使用不能になってしまう。
【００２０】
そこで本発明は、上述の課題を解決した新規で有用なプラズマプロセス装置を提供することを目的とする。
【００２１】
本発明のより具体的な課題は、ラジアルラインスロットアンテナを使ってプラズマを励起するプラズマ処理装置において、ラジアルラインスロットアンテナ中における遅波板と放射板との密着性を改善することにある。
【００２２】
本発明のその他の課題は、ラジアルラインスロットアンテナを使ってプラズマを励起するプラズマ処理装置において、アンテナが加熱された場合にも安定してマイクロ波を放射できる構成を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は上記の課題を、
外壁により画成され、被処理基板を保持する保持台を備えた処理容器と、
前記処理容器に結合された排気系と、
前記処理容器中にプラズマガスを供給するプラズマガス供給部と、
前記処理容器上に、前記プラズマガス供給部に対応して設けられ、同軸導波管により給電されるマイクロ波アンテナとよりなり、
前記マイクロ波アンテナは、開口部を有するラジアル線路裏面金属板と、前記ラジアル線路裏面金属板上に前記開口部を覆うように設けられ複数のスロットを有するマイクロ波放射面と、前記ラジアル線路裏面金属板とマイクロ波放射面との間に設けられた誘電体板とよりなり、
前記マイクロ波放射面を、前記誘電体板との熱膨張率の差が、前記誘電体板の熱膨張率に対して１０％以内となるような導電性材料より構成したことを特徴とするプラズマ処理装置により、または
前記誘電体板は、Ａｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2およびＳｉ3Ｎ4のいずれかより選ばれることを特徴とするプラズマ処理装置により、または
前記誘電体板はアルミナセラミックよりなり、前記マイクロ波放射面はＣｕとＷの合金よりなることを特徴とするプラズマ処理装置により、または
前記マイクロ波放射面は、導電性材料よりなる基材と、前記基材の表面を被覆する、Ｎｉ，Ａｕ，ＡｇあるいはＣｕよりなるめっき層とよりなることを特徴とするプラズマ処理装置により、または
前記めっき層は６μｍ以上の厚さを有することを特徴とするプラズマ処理装置により、または
前記マイクロ波放射面と前記誘電体板とは、セラミック系接着剤層により接着されていることを特徴とするプラズマ処理装置により、または
前記マイクロ波放射面と前記誘電体板とは、導電性接着剤層により接着されていることを特徴とするプラズマ処理装置により、または
外壁により画成され、被処理基板を保持する保持台を備えた処理容器と、
前記処理容器に結合された排気系と、
前記処理容器中にプラズマガスを供給するプラズマガス供給部と、
前記処理容器上に、前記プラズマガス供給部に対応して設けられ、同軸導波管により給電されるマイクロ波アンテナとよりなり、
前記マイクロ波アンテナは、開口部を有するラジアル線路裏面金属板と、前記ラジアル線路裏面金属板上に前記開口部を覆うように設けられ複数のスロットを有するマイクロ波放射面と、前記ラジアル線路裏面金属板とマイクロ波放射面との間に設けられた誘電体板とよりなり、
前記マイクロ波放射面は、前記誘電体板上に形成された導電体材料のめっき層よりなることを特徴とするプラズマ処理装置により、または
前記導電体材料のめっき層は、無電解めっき層であることを特徴とするプラズマ処理装置により、または
前記めっき層は、少なくとも一原子層の無電解めっき層と、前記無電解めっき層上に形成された電解めっき層とよりなることを特徴とするプラズマ処理装置により、または
前記導電性材料はＣｕよりなることを特徴とするプラズマ処理装置により、または
前記めっき層は、前記誘電体板に接するＮｉ層と，前記Ｎｉ層上に形成されたＣｕ層とよりなることを特徴とするプラズマ処理装置により、または
少なくとも前記Ｃｕ層は、６μｍ以上の厚さを有することを特徴とするプラズマ処理装置により、または
前記スロットは、エッチングにより形成されたことを特徴とするプラズマ処理装置により、または、
被処理基体が載置される載置台が内部に設けられた処理容器と、
マイクロ波を発生して前記処理容器に供給するマイクロ波発生器と
該マイクロ波発生器と前記処理容器との間に設けられ、前記マイクロ波発生器から供給されるマイクロ波の波長を短縮する遅波板と、
該遅波板により波長短縮されたマイクロ波を前記処理容器内の空間に放射するマイクロ波放射部材と
を有し、
前記遅波板の少なくとも上面と下面とに金属層が形成されており、
前記マイクロ波放射部材は、前記遅波板の表面に形成された前記金属層より構成されることを特徴とするプラズマ処理装置により、または、
前記マイクロ波放射部材は多数のスロットを有し、該スロットは前記金属層をエッチングにより除去することにより形成されることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置により、または、
前記金属層の厚みは、前記マイクロ波発生器が発生するマイクロ波の表皮深さより大きいことを特徴とするプラズマ処理装置により、または、
前記金属層は、銅、金、銀、ニッケルよりなる群から選定された材料によるめっき層であることを特徴とするプラズマ処理装置により、または、
マイクロ波の波長は２．４５ＧＨｚであり、前記金属層は銅めっき層よりなり、該銅めっき層の厚みは６μｍ以上であることを特徴とするプラズマ処理装置により、または、
前記金属層は、化学的気相合成法（ＣＶＤ）により堆積された金属膜であることを特徴とするプラズマ処理装置により、または、
前記金属層は、物理的気相合成法（ＰＶＤ）により堆積された金属膜であることを特徴とするプラズマ処理装置により、または、
前記マイクロ波発生器からのマイクロ波を前記遅波板に供給する同軸導波管をさらに有し、
該同軸導波管の外管及び内側ケーブルは、前記遅波板の中央部分に半田付けにより接続されることを特徴とするプラズマ処理装置により、または、
被処理基体が載置される載置台が内部に設けられた処理容器と、マイクロ波を発生して前記処理容器に供給するマイクロ波発生器と、該マイクロ波発生器と前記処理容器との間に設けられ、少なくとも上面及び下面が金属層により覆われており、前記マイクロ波発生器からのマイクロ波の波長を短縮する遅波板と、前記遅波板の表面に形成された前記金属層の一部により構成されたマイクロ波放射部材とを有するマイクロ波プラズマ処理装置を用いるプラズマ処理方法であって、
前記被処理基体の処理面を前記マイクロ波放射部材に対向するように前記載置台に載置し、
前記遅波板にマイクロ波を供給して、金属層の一部に形成された多数のスロットからマイクロ波を前記処理容器内に導入し、
導入したマイクロ波により前記処理容器内にプラズマを発生させ、発生したプラズマにより前記被処理基体にプラズマ処理を施す
ことを特徴とするプラズマ処理方法により、または、
プラズマ処理を施す処理容器と、マイクロ波を発生して前記処理容器に供給するマイクロ波発生器とを有するマイクロ波プラズマ処理装置に用いられ、前記マイクロ波発生器から供給されるマイクロ波の波長を短縮する遅波板であって、
少なくとも上面及び下面が金属層により覆われており、該金属層の一部によりマイクロ波放射部材が構成されたことを特徴とする遅波板により、または、
前記マイクロ波放射部材は多数のスロットを有し、該スロットは前記金属層をエッチングにより除去することにより形成されることを特徴とする遅波板により、または、
前記金属層の厚みは、前記マイクロ波発生器が発生するマイクロ波の表皮深さより大きいことを特徴とする遅波板により、または、
前記金属層は、銅、金、銀、ニッケルよりなる群から選定された材料によるめっき層であることを特徴とする遅波板により、または、
供給されるマイクロ波の波長は２．４５ＧＨｚであり、前記金属めっき層は銅めっき層よりなり、該銅めっき層の厚みは６μｍ以上であることを特徴とする遅波板により、または、
前記マイクロ波発生器からのマイクロ波を前記遅波板に供給する同軸導波管に半田付けにより接合される突起部を中央部分に有することを特徴とする遅波板により、解決する。
【００２４】
[作用]
本発明によれば、ラジアルラインスロットアンテナ中の遅波板と放射面を構成するスロット板との間の熱膨張差が１０％以下に制御されるため、アンテナがプラズマにより加熱されてもアンテナ内において隙間が発生する等の問題は生じることがなく、これに伴い、異常放電や反射波の形成、定在波の形成等の問題を回避することが可能になる。
【００２５】
また、本発明において、前記スロット板を前記遅波板上に、めっきにより形成することにより前記遅波板上の微細な凹凸がめっき層により充填され、前記スロット板と遅波板との間に理想的な密着を実現することが可能になる。
【００２６】
さらに、本発明において、遅波板の少なくとも上面及び下面にめっき層を形成し、下面のめっき層をマイクロ波放射材として機能させることにより、マイクロ波放射材がプラズマにより加熱されてもマイクロ波放射材と遅波板との間に隙間が発生する等の問題は生じることがない。したがって、異常放電や反射波の形成、定在波の形成等の問題を回避することが可能になる。また、遅波板の上面に形成されためっき層により、遅波板の上面部分においても金属部と遅波板との間に隙間が生じないため、マイクロ波放射特性が安定する。
【００２７】
また、上述の発明によれば、マイクロ波放射部材が金属層により形成されるため、スロット部分の厚みが薄くでき、スロット部分でのカットオフ現象に起因するマイクロ波の反射を抑制することができ、放射効率が改善される。さらに、マイクロ波放射部材が金属層の一部として遅波板に一体的に形成されるため、遅波板とマイクロ波放射部材と別個の部品として作製して接合する必要がない。これにより、熱膨張や経時変化により遅波板とマイクロ波放射部材との間に間隙が形成されることが防止され、一様なマイクロ波を処理容器に導入することができる。したがって、経時変化が少なく、再現性のよいプラズマ処理を行うことができる。また、遅波板のほぼ全体が金属めっき層により覆われるため、遅波板に供給されたマイクロ波が漏洩することなく処理容器に導入されるため、効率のよいプラズマ生成を行うことができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、ラジアルラインスロットアンテナを使ったマイクロ波プラズマ処理装置において、スロット板をＣｕ−Ｗ合金とすることにより、遅波板を構成する誘電体板との間の熱膨張率差を最小化でき、加熱されてもマイクロ波放射特性が変化しないアンテナを実現することができる。またスロット板をめっき層により形成することによって、遅波板とスロット板との間に理想的な密着を実現でき、過熱されてもマイクロ波放射特性が変化せず、異常放電を防止し得るアンテナを実現することができる。さらに、遅波板の上面と下面とにめっき層等の金属層を形成することにより、遅波板の上面と下面における異常放電を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
［第１実施例］
図２（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１実施例によるマイクロ波プラズマ処理装置１０の構成を示す。
【００３０】
図２（Ａ）を参照するに、前記マイクロ波プラズマ処理装置１０は処理容器１１と、前記処理容器１１内に設けられ、被処理基板１２を静電チャックにより保持する好ましくは熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）により形成されたＡｌＮもしくはＡｌ2Ｏ3よりなる保持台１３とを含み、前記処理容器１１内には前記保持台１３を囲む空間１１Ａに等間隔に、すなわち前記保持台１３上の被処理基板１２に対して略軸対称な関係で少なくとも二箇所、好ましくは三箇所以上に排気ポート１１ａが形成されている。前記処理容器１１は、かかる排気ポート１１ａを介して不等ピッチ不等傾角スクリューポンプ等により、排気・減圧される。
【００３１】
前記処理容器１１は好ましくはＡｌを含有するオーステナイトステンレス鋼よりなり、内壁面には酸化処理により酸化アルミニウムよりなる保護膜が形成されている。また前記処理容器１１の外壁のうち前記被処理基板１２に対応する部分には、ＨＩＰ法により形成された緻密なＡｌ2Ｏ3よりなり多数のノズル開口部１４Ａを形成されたディスク状のシャワープレート１４が、前記外壁の一部として形成される。かかるＨＩＰ法により形成されたＡｌ2Ｏ3シャワープレート１４はＹ2Ｏ3を焼結助剤として使って形成され、気孔率が０．０３％以下で実質的に気孔やピンホールを含んでおらず、３０Ｗ／ｍ・Ｋに達する、ＡｌＮには及ばないものの、セラミックとしては非常に大きな熱伝導率を有する。
【００３２】
前記シャワープレート１４は前記処理容器１１上にシールリング１１ｓを介して装着され、さらに前記シャワープレート１４上には同様なＨＩＰ処理により形成された緻密なＡｌ2Ｏ3よりなるカバープレート１５が、シールリング１１ｔを介して設けられている。前記シャワープレート１４の前記カバープレート１５と接する側には前記ノズル開口部１４Ａの各々に連通しプラズマ励起ガス流路となる凹部１４Ｂが形成されており、前記凹部１４Ｂは前記シャワープレート１４の内部に形成され、前記処理容器１１の外壁に形成されたプラズマガス入口１１ｐに連通する別のプラズマガス流路１４Ｃに連通している。
【００３３】
前記シャワープレート１４は前記処理容器１１の内壁に形成された張り出し部１１ｂにより保持されており、前記張り出し部１１ｂのうち、前記シャワープレート１４を保持する部分には異常放電を抑制するために丸みが形成されている。
【００３４】
そこで、前記プラズマ励起ガス入口１１ｐに供給されたＡｒやＫｒ等のプラズマガスは前記シャワープレート１４内部の流路１４Ｃおよび１４Ｂを順次通過した後、前記開口部１４Ａを介して前記シャワープレート１４直下の空間１１Ｂ中に一様に供給される。
【００３５】
前記カバープレート１５上には、前記カバープレート１５に密接し図２（Ｂ）に示す多数のスロット１６ａ，１６ｂを形成されたディスク状のスロット板１６と、前記スロット板１６を保持するディスク状の金属板１７（ラジアル線路裏面金属板）と、前記スロット板１６と前記金属板１７との間に挟持されたＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2あるいはＳｉ3Ｎ4の低誘電損失誘電体材料よりなる遅波板１８とにより構成されたラジアルラインスロットアンテナ２０が設けられている。前記スロット板１６は、１０ｗｔ％までのＷ（タングステン）を含んだＣｕ（銅）より構成されるのが好ましく、特に前記遅波板１８として線膨張係数が７〜８×１０-6／°ＣのＡｌ2Ｏ3を使った場合、遅波板１８として線膨張係数が約７×１０-6／°ＣのＣｕ−Ｗ合金を使うことにより、前記遅波板１８との間の熱膨張差を１０％以下に抑制することができる。前記Ｃｕ−Ｗ合金は比抵抗が比較的大きいため、ラジアルラインスロットアンテナのスロット板１６として使う場合には、その上に図３の拡大図に示すようにＡｕ（金）やＡｇ（銀）、銅（Ｃｕ）などの低抵抗層１６ｒを、マイクロ波の表皮効果を考慮して約３μｍ以上の厚さに形成しておくのが好ましい。かかる低抵抗層１６ｒは、例えば電解めっきなどにより、容易に形成することができる。
【００３６】
前記スロット板１６は、前記遅波板１８にセラミックス系の接着剤により接着することが可能である。かかるセラミック系接着剤としては典型的にはアルミナ粒子を溶媒中に分散させたものが市販されている。接着後、２００〜３００°Ｃでアニールすることにより溶媒が揮発され、図３に示すマイクロ波損失の無い強固な接着層１８1が得られる。
【００３７】
前記ラジアルスロットラインアンテナ２０は前記処理容器１１上にシールリング１１ｕを介して装着されており、前記ラジアルラインスロットアンテナ２０には同軸導波管２１を介して外部のマイクロ波源（図示せず）より周波数が２．４５ＧＨｚあるいは８．３ＧＨｚのマイクロ波が供給される。供給されたマイクロ波は前記スロット板１６上のスロット１６ａ，１６ｂから前記カバープレート１５およびシャワープレート１４を介して前記処理容器１１中に放射され、前記シャワープレート１４直下の空間１１Ｂにおいて、前記開口部１４Ａから供給されたプラズマガス中にプラズマを励起する。その際、前記カバープレート１５およびシャワープレート１４はＡｌ2Ｏ3により形成されており、効率的なマイクロ波透過窓として作用する。その際、前記プラズマガス流路１４Ａ〜１４Ｃにおいてプラズマが励起されるのを回避するため、前記プラズマガスは、前記流路１４Ａ〜１４Ｃにおいて約６６６６Ｐａ〜１３３３２Ｐａ（約５０〜１００Ｔｏｒｒ）の圧力に保持される。
【００３８】
前記ラジアルラインスロットアンテナ２０と前記カバープレート１５との密着性を向上させるため、本実施例のマイクロ波プラズマ処理装置１０では前記スロット板１６に係合する前記処理容器１１の上面の一部にリング状の溝１１ｇが形成されており、かかる溝１１ｇを、これに連通した排気ポート１１Ｇを介して排気することにより、前記スロット板１６とカバープレート１５との間に形成された隙間を減圧し、大気圧により、前記ラジアルラインスロットアンテナ２０を前記カバープレート１５にしっかりと押し付けることが可能になる。かかる隙間には、前記スロット板１６に形成されたスロット１６ａ，１６ｂが含まれるが、それ以外にも様々な理由により隙間が形成されることがある。かかる隙間は、前記ラジアルラインスロットアンテナ２０と処理容器１１との間のシールリング１１ｕにより封止されている。
【００３９】
さらに前記排気ポート１１Ｇおよび溝１５ｇを介して前記スロット板１６と前記カバープレート１５との間の隙間に熱伝導率の大きい不活性気体を充填することにより、前記カバープレート１５から前記スロット板１６への熱の輸送を促進することができる。かかる不活性気体としては、熱伝導率が大きくしかもイオン化エネルギの高いＨｅを使うのが好ましい。前記隙間にＨｅを充填する場合には、０．８気圧程度の圧力に設定するのが好ましい。図３の構成では、前記溝１５ｇの排気および溝１５ｇへの不活性気体の充填のため、前記排気ポート１１Ｇにバルブ１１Ｖが接続されている。
【００４０】
前記同軸導波管２１のうち、外側の導波管２１Ａはディスク状の金属板１７（ラジアル線路裏面金属板）に接続され、中心導体２１Ｂは、前記遅波板１８に形成された開口部を介して前記スロット板１６に接続されている。そこで前記同軸導波管２１に供給されたマイクロ波は、前記金属板１７とスロット板１６との間を径方向に進行しながら、前記スロット１６ａ，１６ｂより放射される。
【００４１】
図２（Ｂ）は前記スロット板１６上に形成されたスロット１６ａ，１６ｂを示す。
【００４２】
図２（Ｂ）を参照するに、前記スロット１６ａは同心円状に配列されており、各々のスロット１６ａに対応して、これに直行するスロット１６ｂが同じく同心円状に形成されている。前記スロット１６ａ，１６ｂは、前記スロット板１６の半径方向に、前記遅波板１８により圧縮されたマイクロ波の波長に対応した間隔で形成されており、その結果マイクロ波は前記スロット板１６から略平面波となって放射される。その際、前記スロット１６ａおよび１６ｂを相互の直交する関係で形成しているため、このようにして放射されたマイクロ波は、二つの直交する偏波成分を含む円偏波を形成する。
【００４３】
さらに図２（Ａ）のプラズマ処理装置１０では、前記金属板１７上に、冷却水通路１９Ａを形成された冷却ブロック１９が形成されており、前記冷却ブロック１９を前記冷却水通路１９Ａ中の冷却水により冷却することにより、前記シャワープレート１４に蓄積された熱を、前記ラジアルラインスロットアンテナ２０を介して吸収する。前記冷却水通路１９Ａは前記冷却ブロック１９上においてスパイラル状に形成されており、好ましくはＨ2ガスをバブリングすることで溶存酸素を排除して且つ酸化還元電位を制御した冷却水が通される。
【００４４】
また、図２（Ａ）のマイクロ波プラズマ処理装置１０では、前記処理容器１１中、前記シャワープレート１４と前記保持台１３上の被処理基板１２との間に、前記処理容器１１の外壁に設けられた処理ガス注入口１１ｒから処理ガスを供給されこれを多数の処理ガスノズル開口部３１Ｂ（図４参照）から放出する格子状の処理ガス通路３１Ａを有する処理ガス供給構造３１が設けられ、前記処理ガス供給構造３１と前記被処理基板１２との間の空間１１Ｃにおいて、所望の均一な基板処理がなされる。かかる基板処理には、プラズマ酸化処理、プラズマ窒化処理、プラズマ酸窒化処理、プラズマＣＶＤ処理等が含まれる。また、前記処理ガス供給構造３１から前記空間１１ＣにＣ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８またはＣ４Ｆ６などのカーボンリッチなフルオロカーボンガスや、Ｆ系あるいはＣｌ系等のエッチングガスを供給し、前記保持台１３に高周波電源１３Ａから高周波電圧を印加することにより、前記被処理基板１２に対して反応性イオンエッチングを行うことが可能である。
【００４５】
本実施例によるマイクロ波プラズマ処理装置１０では、前記処理容器１１の外壁は１５０°Ｃ程度の温度に加熱しておくことにより、処理容器内壁への反応副生成物等の付着が回避され、一日に一回程度のドライクリーニング行うことで、定常的に、安定して運転することが可能である。
【００４６】
図４は、図２（Ａ）の処理ガス供給構造３１の構成を示す底面図である。
【００４７】
図４を参照するに、前記処理ガス供給構造３１は例えばＭｇを含んだＡｌ合金やＡｌ添加ステンレススチール等の導電体より構成されており、前記格子状処理ガス通路３１Ａは前記処理ガス注入口１１ｒに処理ガス供給ポート３１Ｒにおいて接続され、下面形成された多数の処理ガスノズル開口部３１Ｂから処理ガスを前記空間１１Ｃに均一に放出する。また、前記処理ガス供給構造３１には、隣接する処理ガス通路３１Ａの間にプラズマやプラズマ中に含まれる処理ガスを通過させるプラズマ拡散通路３１Ｃが形成されている。前記処理ガス供給構造３１をＭｇ含有Ａｌ合金により形成する場合には、表面に弗化物膜を形成しておくのが好ましい。また前記処理ガス供給構造３１をＡｌ添加ステンレススチールにより形成する場合には、表面に酸化アルミニウムの不動態膜を形成しておくのが望ましい。本発明によるプラズマ処理装置１０では、励起される励起されるプラズマ中の電子温度が低いためプラズマ中のイオンの入射エネルギが小さく、かかる処理ガス供給構造３１がスパッタリングされて被処理基板１２に金属汚染が生じる問題が回避される。前記処理ガス供給構造３１は、石英またはアルミナ等の誘電体により形成することも可能である。
【００４８】
前記格子状処理ガス通路３１Ａおよび処理ガスノズル開口部３１Ｂは図４に破線で示した被処理基板１２よりもやや大きい領域をカバーするように設けられている。かかる処理ガス供給構造３１を前記シャワープレート１４と被処理基板１２との間に設けることにより、前記処理ガスをプラズマ励起し、かかるプラズマ励起された処理ガスにより、均一に処理することが可能になる。
【００４９】
前記処理ガス供給構造３１を金属等の導体により形成する場合には、前記格子状処理ガス通路３１Ａ相互の間隔を前記マイクロ波の波長に対応するカットオフ導波管のサイズより小さく設定することにより、前記処理ガス供給構造３１はマイクロ波の短絡面を形成する。この場合にはプラズマのマイクロ波励起は前記空間１１Ｂ中においてのみ生じ、前記被処理基板１２の表面を含む空間１１Ｃにおいては前記励起空間１１Ｂから拡散してきたプラズマにより、処理ガスが活性化される。また、プラズマ着火時に前記被処理基板１２が直接マイクロ波に曝されるのを防ぐことが出来るので、マイクロ波による基板の損傷も防ぐことが出来る。
【００５０】
本実施例によるマイクロ波プラズマ処理装置１０では、処理ガス供給構造３１を使うことにより処理ガスの供給が一様に制御されるため、処理ガスの被処理基板１２表面における過剰解離の問題を解消することができ、被処理基板１２の表面にアスペクト比の大きい構造が形成されている場合でも、所望の基板処理を、かかる高アスペクト構造の奥にまで実施することが可能である。すなわち、マイクロ波プラズマ処理装置１０は、設計ルールの異なる多数の世代の半導体装置の製造に有効である。
【００５１】
本実施例によるプラズマ処理装置１０では、用途により、図５に示すプラズマ処理装置１０Ａのように前記処理ガス供給機構３１を撤去することも可能である。ただし図５中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５２】
図５の構成では、前記シャワープレート１４からＡｒあるいはＫｒなどの不活性ガスとともにＯ2などの酸化性ガスあるいはＮＨ3やＮ2とＨ2の混合ガスのような窒化性ガスを導入することで、前記被処理基板１２の表面に酸化膜や窒化膜、あるいは酸窒化膜を形成することが可能になる。
【００５３】
本実施例では、前記スロット板１６と遅波板１８との間の熱膨張差が１０％以下に抑制されているため、処理容器１１から高密度プラズマに起因する大量の熱フラックスがアンテナ２０に供給されて前記スロット板１６および遅波板１８の温度が上昇しても、前記スロット板１６と遅波板１８との間に隙間が生じることはなく、異常放電や反射波の形成、あるいは定在波の形成等の問題を効果的に回避することができる。
［第２実施例］
図６は、本発明の第２実施例によるプラズマ処理装置１０Ｂの構成を示す。ただし図６中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５４】
図６を参照するに、本実施例においては図２（Ａ）のマイクロ波アンテナ２０の代わりにマイクロ波アンテナ２０Ａが使われる。マイクロ波アンテナ２０Ａでは同軸導波管２１の中心導体２１Ｂの先端部２１ｂがスロット板１６から離間されており、前記スロット板１６上に形成された遅波板１８の背後に結合される。かかる構成では、前記中心導体２１Ｂを前記スロット板１６に接触させずに、効率的にマイクロ波を給電する。前記マイクロ波アンテナ２０Ａでは、前記遅波板１８は前記スロット板１６の背後に連続的に延在し、前記中心導体のためのコンタクトホールは形成されていない。
【００５５】
図７（Ａ）〜（Ｄ）は、前記プラズマ処理装置１０Ｂで使われるラジアルラインスロットアンテナ２０Ａにおける、遅波板１８とスロット板１６の形成工程を示す図である。
【００５６】
図７（Ａ）を参照するに、最初にＡｌ2Ｏ3やＳｉＯ2あるいはＳｉ3Ｎ4よりなる遅波板１８が無電解めっき槽Ｂａｔｈ１中においてＣｕの無電解めっき液中に浸漬され、表面に少なくとも１原子層の無電解Ｃｕめっき層１６1が形成される。
【００５７】
図７（Ａ）の無電解めっきをさらに継続し、前記遅波板１８上に無電解めっきＣｕ層を所望の厚さに堆積してもよいが、密着性を向上させる観点からは、図７（Ｂ）に示すように先の図７（Ａ）の工程で前記無電解Ｃｕめっき層１６1を形成された遅波板１８を、電解めっき槽Ｂａｔｈ２において電界めっき液中に浸漬し、前記無電解Ｃｕめっき層１６1を電極に使い、電解Ｃｕめっき層１６2を前記無電解Ｃｕめっき層１６1上に所望の厚さに形成するのが好ましい。前記Ｃｕ層１６2の所望の厚さは、マイクロ波の表皮効果を勘案して、６μｍ以上とするのが好ましい。
【００５８】
このようにして形成されたＣｕ層１６1および１６2は図７（Ｃ）の工程においてレジスト膜Ｒにより覆われ、図７（Ｄ）の工程でこれを露光・現像し、形成されたレジストパターンＲ'をマスクに前記Ｃｕ層１６1および１６2をパターニングすることにより、前記スロット１６ａ，１６ｂが形成されたスロット板１６が得られる。また所望のパターンを有する膜を貼り付け、かかる膜をマスクにウェットエッチングにより前記Ｃｕ層１６をパターニングすることも可能である。
【００５９】
かかる工程により形成されたスロット板１６は、Ｃｕにより形成されていても遅波板１８表面の微細な凹凸を充填して形成されているため密着力に優れ、スロット板１６と遅波板１８との間における隙間の形成を抑制するのに効果的である。
【００６０】
なお、先にも説明したが、前記スロット板１６は無電解めっきによって形成してもよい。さらに図７（Ａ）〜（Ｄ）の例において、前記無電解Ｃｕめっき層１６1の代わりにＮｉめっき層を使うことも可能である。
【００６１】
図６の実施例においても、プラズマ処理装置の用途如何により、前記処理ガス供給構造を撤去することが可能である。
【００６２】
なお、図７（Ａ）〜（Ｄ）の工程によるスロット板１６の形成方法は、図２（Ａ），（Ｂ）のプラズマ処理装置１０あるいは図５のプラズマ処理装置１０Ａに対しても、さらに図１（Ａ），（Ｂ）に示す従来のプラズマ処理装置１００に対しても適用可能である。
［第３実施例］
図８は本発明の一実施の形態によるマイクロ波プラズマ処理装置の概略構成図である。
【００６３】
図８に示すマイクロ波プラズマ処理装置４０は、例えばプラズマＣＶＤ装置であり、処理容器４２内において被処理基体としての半導体ウェハＷにプラズマＣＶＤ処理を施すものである。処理容器４２は例えばアルミニウムにより形成され、真空引き可能なように密閉構造を有する。処理容器４２内には半導体ウェハＷを載置するための載置台４４が設けられる。
【００６４】
処理容器４２の底部には排気口４２ａが設けられ、真空ポンプ（図示せず）が接続されて処理容器４２内を所定の低圧状態に維持することができる。
【００６５】
処理容器４２の天井部には、誘電体板４６が気密に取り付けられる。本実施例では、少なくとも上面及び下面にめっきが施された遅波板４８が、誘電体板４６の上に取り付けられる。本実施例では、遅波板４８のめっき層によりマイクロ波放射部材を形成しているので、マイクロ波放射部材としてのアンテナ部材を遅波板４８とは個別に設ける必要はない。めっきが施された遅波板４８については、後述する。
【００６６】
遅波板４８は、支持部材５０に取り付けられる。支持部材５０は遅波板４８を支持するとともに、遅波板４８を冷却する機能を有している。すなわち、支持部材５０の内部には冷却水が流れる通路５０ａが形成され、プラズマ処理時に遅波板４８を冷却する。
【００６７】
遅波板４８の中央部分には、マイクロ波を供給するための同軸導波管５２が接続される。同軸導波管５２は同軸導波管変換器５４を介して導波管５６に接続され、導波管５６はマグネトロン等よりなるマイクロ波発生器５８に接続される。
【００６８】
上述の構成において、マイクロ波発生器２８により発生した例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波は、導波管５６を伝播して同軸導波管変換器５４を介して同軸導波管５２に供給される。同軸導波管５２を伝播したマイクロ波は、遅波板４８により波長が短縮された後、遅波板４８の表面に形成されためっき層からなるマイクロ波放射部材により誘電体板４６を透過して処理容器４２の処理空間に向けて放射される。
【００６９】
処理容器４２内の処理空間には、プラズマ用ガスが供給され、プラズマ用ガスがマイクロ波によりプラズマ化される。このプラズマにより、載置台４４上に載置された半導体ウェハＷにプラズマ処理が施される。
【００７０】
次に、本実施の形態における遅波板４８について、図９を参照しながら説明する。図９は遅波板４８の断面図である。
【００７１】
遅波板４８は、アルミナ（ＡｌＯ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、石英等の誘電体により形成され、平坦な円板形状を有している。遅波板４８の中央部分には、同軸導波管５２が接続される突起部４８ａが形成される。突起部４８ａは、円錐形の一部を形成する傾斜面４８ｂを有しており、マイクロ波による電界の集中を防止している。突起部に４８ａには、同軸導波管５２の外管５２ａが接続される。外管５２ａは突起部４８ａの平坦な頂面４８ｃに接続されてもよく、また、傾斜面４８ｂに接続されてもよい。
【００７２】
突起部４８ａの中央には、同軸導波管５２の内側ケーブル５２ｂが挿入される貫通孔４８ｄが形成される。貫通孔４８ｄの処理容器側の端部にはテーパ部４８ｅが形成され、このテーパ部の形状に対応した形状に形成された内側ケーブル５２ｂの端部が嵌合する。
【００７３】
ここで、遅波板４８の表面には、銅、金、銀、ニッケル等の金属めっき層６０が形成される。金属めっき層６０は、遅波板４８の突起部４８ａの頂面４８ｃを除く全面に形成される。特に遅波板４８の処理容器４２の内部に面する表面に形成されためっき層６０は、所定のパターンでエッチングされ、めっき層が除去された部分がスロットとして機能する。
【００７４】
図１０は遅波板４８の金属めっき層６０にスロット３２が形成された面を示す平面図である。図１０に示すように、スロット３２の各々は細長い楕円状であり、３つの異なる円周Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に沿って配置されている。なお、スロット３２は円周Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の各々の全周にわたって設けられているが、図１０では簡略化のためその一部のみを示している。ここで、円周Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の中心は、遅波板４８の外形の中心からずれており（偏心しており）、その各々のずれ方向（偏心方向）は異なっている。
【００７５】
すなわち、内側の円周Ｐ１の中心が遅波板４８の外形の中心からずれる方向に対して、中央の円周Ｐ２の中心が遅波板４８の外形の中心からずれる方向は１２０度異なっている。また、中央の円周Ｐ２の中心が遅波板４８の外形の中心からずれる方向に対して、外側の円周Ｐ３の中心が遅波板４８の外形の中心からずれる方向は１２０度異なっている。このように、円周Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の中心は互いに異なった方向へとずれている。
【００７６】
このように、複数の非同心円に沿ってスロット３２を配列すると、金属めっき層３０を放射方向に伝播して外周面により反射された表面波は、遅波板４８の中心部に向かって戻るが、遅波板４８の中心一点に集中することはない。すなわち、円周Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３のずれ量に従ってある程度の大きさの範囲に戻ることとなる。したがって、本実施の形態によるスロット６２の配置によれば、円周Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が同心円である場合に表面波が一点に集中することでプラズマ空間の電子密度に不均一性が発生していた従来の平面アンテナ部材に比べ、不均一性が改善され、プラズマ密度の分布をある程度均一にすることができる。
【００７７】
なお、図１０に示すスロット６２は、複数の非同心円状に配列されているが、螺旋状に配列してもよく、また、複数の同心円状に配列することとしてもよい。また、スロット６２の形状は図１０に示すような細長い楕円に限られることはなく、円形、三角形、正方形、長方形等の形状を採用することができるが、多角形の場合、角部に丸みをつけて電界の集中を防止することが好ましい。また、２つのスロットを近接してＴ字状に配列してスロット対とし、多数のスロット対を複数の同心円状、螺旋状あるいは、複数の非同心円状に配列してもよい。
【００７８】
めっき層６０の厚みはマイクロ波の表皮深さδよりも厚くすることが好ましく、以下の式に基づいて決定することが好ましい。
【００７９】
δ＝（２／ωσμ０）１／２
ここで、ωは角周波数であり、σは導電率であり、μ０は真空中の透磁率である。
【００８０】
２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用いて、めっき層６０を銅めっきにより形成した場合、銅の導電率σ＝６．４５×１０７（Ωｍ）−１であり、真空透磁率μ０＝１．２５７×１０−６Ｈｍ−１であり、角周波数は２π×２．４５×１０９Ｈｚであるので、表皮深さδ＝１．９８×１０−６ｍ＝１．９８μｍ（約２μｍ）となる。ここで、めっき層の表皮深さでは電界の減少は約３０％であるので、余裕率をみて３倍として、めっき層６０を銅により形成した場合の厚みは約６μｍとすることが好ましい。
【００８１】
以上のように、本実施の形態による遅波板４８には、金属めっき層６０が形成され、金属めっき層６０がアンテナ部材（マイクロ波放射部材）の機能を果たすので、アンテナ部材を別個に設ける必要はなく、部品点数を減少することができる。また、遅波板４８の表面は、マイクロ波を供給する部分及び放射する部分（スロット）を除いて全て金属めっき層６０により覆われているので、マイクロ波が遅波板４８の外に漏れることが防止され、供給されたマイクロ波を損失無く処理容器の処理空間へと導入することができる。
【００８２】
また、スロットが形成される金属部材は、厚みが数μｍ程度の金属めっき層６０であるので、スロットでの異常放電が減少し、従来よりも大電力を投入することができるため、プラズマ処理のスループットが向上する。また、スロット部分の厚みが薄いため、スロットによるマイクロ波の反射が減少し、放射効率が改善される。
【００８３】
図１１は同軸導波管５２と遅波板４８との接続の一例を示す断面図である。図１１に示す構成では、同軸導波管５２の外管５２ａの先端を、遅波板４８の突起部４８ａの傾斜面４８ｂに対応した形状とし、半田付けにて接合する。また、内側ケーブル５２ｂの先端部も貫通穴４８ｄの内面及びテーパ部４８ｅに半田付けにて接合する。
【００８４】
遅波板４８（実際には遅波板４８の表面に形成されためっき層６０）と支持部材５０との間には、伝熱特性の良好な接着材６８を設けて、遅波板４８を支持部材５０に強固に固定すると共に、遅波板４８の熱を支持部材５０に伝達する。なお、図１１に示す支持部材５０は、冷却水の通路が省略されている。また、遅波板４８の外周側面は、金属板６４を介して支持部材５０を貫通した多数のねじ６６により押圧され固定される。これにより、遅波板４８と支持部材との間の確実な電気的接触が維持される。
【００８５】
図１２は同軸導波管５２と遅波板４８との接続の一例を示す断面図である。図１２において、図１１に示す構成部品と同等な構成部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。図１２に示す構成では、同軸導波管５２の外管５２ａの先端を、遅波板４８の突起部４８ａの頂面４８ｃに対向させて接触するよう構成している。また、内側ケーブル５２ｂの先端部は、貫通穴４８ｄの内面及びテーパ部４８ｅに半田付けにて接合する。また、突起部４８ａの傾斜面４８ｂの先端部において、シールドスパイラル７０を設けて、支持部材５０と遅波板４８の金属めっき層６０との電気的接触をより確実にしている。
【００８６】
なお、本実施例によるめっき層６０は、上述の第２実施例によるめっき層と同様な方法で形成することができる。また、めっき層を遅波板の上面及び下面に形成することとしたが、遅波板の外周側面にもめっき層を施すこととしてもよい。このようにすれば、遅波板のほぼ全体がめっき層により覆われることとなり、マイクロ波の漏洩が防止され、遅波板のほぼ全体において異常放電を防止することができる。
【００８７】
また、上述の第２及び第３の実施の形態では、遅波板の表面にめっきにより金属層を形成しているが、めっき層に限ることはない。例えば、化学的気相合成法（ＰＶＤ）や物理的気相合成法（ＰＶＤ）により遅波板の表面に金属を堆積させて金属層を形成することとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】（Ａ），（Ｂ）は、従来のラジアルラインスロットアンテナを使ったプラズマ処理装置の構成を示す図である。
【図２】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１実施例によるプラズマ処理装置の構成を示す図である。
【図３】図２（Ａ），（Ｂ）のプラズマ処理装置で使われるラジアルラインスロットアンテナの一部を拡大して示す図である。
【図４】図２（Ａ）のマイクロ波プラズマ処理装置の処理ガス供給機構の構成を示す図である。
【図５】図２（Ａ），（Ｂ）のプラズマ処理装置の一変形例を示す図である。
【図６】本発明の第２実施例によるプラズマ処理装置の構成を示す図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｄ）は、図６のプラズマ処理装置で使われるラジアルラインスロットアンテナの、スロット板の形成工程を示す図である。
【図８】本発明の第３実施例によるマイクロ波プラズマ処理装置の概略構成図である。
【図９】図８に示す遅波板の断面図である。
【図１０】図８に示す遅波板に形成された金属めっき層のスロットを示す平面図である。
【図１１】同軸導波管と遅波板との接続の一例を示す断面図である。
【図１２】同軸導波管と遅波板との接続の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８９】
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１００ プラズマ処理装置
１１ 処理容器
１１ａ 排気ポート
１１ｂ 張り出し部
１１ｐ プラズマガス供給ポート
１１ｒ 処理ガス供給ポート
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ 空間
１１Ｇ 減圧およびＨｅ供給ポート
１２ 被処理基板
１３ 保持台
１３Ａ 高周波電源
１４ シャワープレート
１４Ａ プラズマ励起ガスノズル開口部
１４Ｂ，１４Ｃ プラズマガス通路
１５ カバープレート
１６ スロット板
１６ａ，１６ｂ スロット開口部
１６ｒ 低抵抗層
１６1 無電解めっき層
１６2 電解めっき槽
１７ 金属板
１８ 遅波板
１８1 セラミック接着剤層
１９ 冷却ブロック
１９Ａ 冷却水通路
２０ ラジアルラインアンテナ
２１ 同軸導波管
２１Ａ 外側導波管
２１Ｂ 内側給電線
３０ 処理ガス供給構造
３１Ａ 処理ガス通路
３１Ｂ 処理ガスノズル
３１Ｃ プラズマ拡散通路
３１Ｒ 処理ガス供給ポート
Ｂａｔｈ１ 無電解めっき槽
Ｂａｔｈ２ 電解めっき槽
Ｒ レジスト膜
Ｒ' レジストパターン
４０ マイクロ波プラズマ処理装置
４２ 処理容器
４４ 載置台
４６ 誘電体板
４８ 遅波板
４８ａ 突起部
４８ｂ 傾斜面
４８ｃ 頂面
４８ｄ 貫通孔
４８ｅ テーパ部
５０ 支持部材
５０ａ 通路
５２ 同軸導波管
５２ａ 外管
５２ｂ 内側ケーブル
５４ 同軸導波管変換器
５６ 導波管
５８ マイクロ波発生器
６０ 金属メッキ層
６２ スロット
６４ 金属板
６６ ねじ
６８ 接着材
７０ シールドスパイラル
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般にプラズマ処理装置に係り、特にマイクロ波プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理工程およびプラズマ処理装置は、近年のいわゆるディープサブミクロン素子あるいはディープサブクォーターミクロン素子と呼ばれる０．１μｍに近い、あるいはそれ以下のゲート長を有する超微細化半導体装置の製造や、液晶表示装置を含む高解像度平面表示装置の製造にとって、不可欠の技術である。
【０００３】
半導体装置や液晶表示装置の製造に使われるプラズマ処理装置としては、従来より様々なプラズマの励起方式が使われているが、特に平行平板型高周波励起プラズマ処理装置あるいは誘導結合型プラズマ処理装置が一般的である。しかしこれら従来のプラズマ処理装置は、プラズマ形成が不均一であり、電子密度の高い領域が限定されているため大きな処理速度すなわちスループットで被処理基板全面にわたり均一なプロセスを行うのが困難である問題点を有している。この問題は、特に大径の基板を処理する場合に深刻になる。しかもこれら従来のプラズマ処理装置では、電子温度が高いため被処理基板上に形成される半導体素子にダメージが生じ、また処理室壁のスパッタリングによる金属汚染が大きいなど、いくつかの本質的な問題を有している。このため、従来のプラズマ処理装置では、半導体装置や液晶表示装置のさらなる微細化およびさらなる生産性の向上に対する厳しい要求を満たすことが困難になりつつある。
【０００４】
一方、従来より直流磁場を用いずにマイクロ波電界により励起された高密度プラズマを使うマイクロ波プラズマ処理装置が提案されている。例えば、均一なマイクロ波を発生するように配列された多数のスロットを有する平面状のアンテナ（ラジアルラインスロットアンテナ）から処理容器内にマイクロ波を放射し、このマイクロ波電界により真空容器内のガスを電離してプラズマを励起させる構成のプラズマ処理装置が提案されている。（例えば特開平９−６３７９３公報を参照。）このような手法で励起されたマイクロ波プラズマではアンテナ直下の広い領域にわたって高いプラズマ密度を実現でき、短時間で均一なプラズマ処理を行うことが可能である。しかもかかる手法で形成されたマイクロ波プラズマは、励起周波数が高く、かつ磁場を用いた電子の共鳴現象を用いないため、電子温度が低く、被処理基板のダメージや金属汚染を回避することができる。さらに大面積基板上にも均一なプラズマを容易に励起できるため、大口径半導体基板を使った半導体装置の製造工程や大型液晶表示装置の製造にも容易に対応できる。
【０００５】
図１（Ａ），（Ｂ）は、かかるラジアルラインスロットアンテナを使った従来のマイクロ波プラズマ処理装置１００の構成を示す。ただし図１（Ａ）はマイクロ波プラズマ処理装置１００の断面図を、また図１（Ｂ）はラジアルラインスロットアンテナの構成を示す図である。
【０００６】
図１（Ａ）を参照するに、マイクロ波プラズマ処理装置１００は複数の排気ポート１１６から排気される処理室１０１を有し、前記処理室１０１中には被処理基板１１４を保持する保持台１１５が形成されている。前記処理室１０１の均一な排気を実現するため、前記保持台１１５の周囲にはリング状に空間１０１Ａが形成されており、前記複数の排気ポート１１６を前記空間１０１Ａに連通するように等間隔で、すなわち被処理基板に対して軸対称に形成することにより、前記処理室１０１を前記空間１０１Ａおよび排気ポート１１６を介して均一に排気することができる。
【０００７】
前記処理室１０１上には、前記保持台１１５上の被処理基板１１４に対応する位置に、前記処理室１０１の外壁の一部として、低誘電損失誘電体よりなり多数の開口部１０７を形成された板状のシャワープレート１０３がシールリング１０９を介して形成されており、さらに前記シャワープレート１０３の外側に同じく低誘電損失誘電体よりなるカバープレート１０２が、別のシールリング１０８を介して設けられている。
【０００８】
前記シャワープレート１０３にはその上面にプラズマガスの通路１０４が形成されており、前記複数の開口部１０７の各々は前記プラズマガス通路１０４に連通するように形成されている。さらに、前記シャワープレート１０３の内部には、前記処理容器１０１の外壁に設けられたプラズマガス供給ポート１０５に連通するプラズマ励起ガスの供給通路１０６が形成されており、前記プラズマ励起ガス供給ポート１０５に供給されたＡｒやＫｒ等のプラズマ励起ガスは、前記供給通路１０６から前記通路１０４を介して前記開口部１０７に供給され、前記開口部１０７から前記処理容器１０１内部の前記シャワープレート１０３直下の空間１０１Ｂに、実質的に一様な濃度で放出される。
【０００９】
前記処理容器１０１上には、さらに前記カバープレート１０２の外側に、前記カバープレート１０２から４〜５ｍｍ離間して、図１（Ｂ）に示す放射面を有するラジアルラインスロットアンテナ１１０が設けられている。前記ラジアルラインスロットアンテナ１１０は外部のマイクロ波源（図示せず）に同軸導波管１１０Ａを介して接続されており、前記マイクロ波源からのマイクロ波により、前記空間１０１Ｂに放出されたプラズマ励起ガスを励起する。前記カバープレート１０２とラジアルラインスロットアンテナ１１０の放射面との間の隙間は大気により充填されている。
【００１０】
前記ラジアルラインスロットアンテナ１１０は、前記同軸導波管１１０Ａの外導体に接続された平坦なディスク状のラジアル線路裏面金属板１１０Ｂと、前記ラジアル線路裏面金属板１１０Ｂの開口部に形成された、図１（Ｂ）に示す多数のスロット１１０ａおよびこれに直交する多数のスロット１１０ｂを形成された放射板１１０Ｃとよりなり、前記ラジアル線路裏面金属板１１０Ｂと前記放射板１１０Ｃとの間には、厚さが一定の誘電体よりなる遅波板１１０Ｄが挿入されている。
【００１１】
かかる構成のラジアルラインスロットアンテナ１１０では、前記同軸導波管１１０から給電されたマイクロ波は、前記ディスク状のラジアル線路裏面金属板１１０Ｂと放射板１１０Ｃとの間を、半径方向に広がりながら進行するが、その際に前記遅波板１１０Ｄの作用により波長が圧縮される。そこで、このようにして半径方向に進行するマイクロ波の波長に対応して前記スロット１１０ａおよび１１０ｂを同心円状に、かつ相互に直交するように形成しておくことにより、円偏波を有する平面波を前記放射板１１０Ｃに実質的に垂直な方向に放射することができる。
【００１２】
かかるラジアルラインスロットアンテナ１１０を使うことにより、前記シャワープレート１０３直下の空間１０１Ｂに均一な高密度プラズマが形成される。このようにして形成された高密度プラズマは電子温度が低く、そのため被処理基板１１４にダメージが生じることがなく、また処理容器１０１の器壁のスパッタリングに起因する金属汚染が生じることもない。
【００１３】
図１のプラズマ処理装置１００では、さらに前記処理容器１０１中、前記シャワープレート１０３と被処理基板１１４との間の拡散プラズマ領域に、外部の処理ガス源（図示せず）から前記処理容器１０１中に形成された処理ガス通路１１２を介して処理ガスを供給する多数のノズル１１３を形成された導体構造物１１１が形成されており、前記ノズル１１３の各々は、供給された処理ガスを、前記導体構造物１１１と被処理基板１１４との間の空間１０１Ｃに放出する。前記導体構造物１１１には、前記隣接するノズル１１３と１１３との間に、前記空間１０１Ｂにおいて形成されたプラズマを前記空間１０１Ｂから前記空間１０１Ｃに拡散により、効率よく通過させるような大きさの開口部が形成されている。
【００１４】
そこで、このように前記導体構造物１１１から前記ノズル１１３を介して処理ガスを前記空間１０１Ｃに放出した場合、電子温度の低いプラズマ中であるので処理ガスの過剰解離を抑えることができるため、前記被処理基板１１４上に、一様で高品質なプラズマ処理が、効率的かつ高速に、しかも基板および基板上の素子構造を損傷させることなく、また基板を汚染することなく行われる。一方前記ラジアルラインスロットアンテナ１１０から放射されたマイクロ波は、かかる導体構造物１１１により阻止され、プラズマ着火前であっても、被処理基板１１４を損傷させることはない。
【００１５】
上述のようなラジアルスロットアンテナを有するマイクロ波プラズマ処理装置は、例えば特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開２０００−２８６２３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ところで、このようなラジアルラインスロットアンテナ１１０を使ったプラズマ処理装置１００では、前記空間１０１Ｂに形成されるプラズマの密度が１０12／ｃｍ3のオーダーに達するため、シャワープレート１０３は前記高密度プラズマを構成する大量のイオンおよび電子に曝されることになり、これらのイオンおよび電子による加熱が生じる。かかるイオンおよび電子に起因する熱フラックスは１〜２Ｗ／ｃｍ2にも達する。しかも、前記プラズマ処理装置１００では処理室１０１への堆積物の付着を抑制するために、処理室１０１の器壁を１５０°Ｃ程度の温度に保持して運転されることが多いが、このような処理室１０１の加熱の結果、誘電体材料よりなる前記シャワープレート１０３およびカバープレート１０２中には熱が蓄積してしまい、非常に大きな温度分布が生じてしまう。
【００１７】
このようなシャワープレート１０３およびカバープレート１０２中への熱の蓄積を軽減するには、前記ラジアルラインスロットアンテナ１１０を前記カバープレート１０２に密接させ、アンテナ１１０をヒートシンクとして熱を除去するのが望ましいが、従来のラジアルラインスロットアンテナ１１０では前記放射板１１０Ｃが前記同軸導波管１１０Ａの中心導体に対してネジ止めされていたため、ネジ頭のためのスペースを前記カバープレート１０２と放射板１１０Ｃとの間に確保する必要があり、かかる構成を採用することが困難であった。
【００１８】
また、従来のプラズマ処理装置１００では前記シャワープレート１０３およびカバープレート１０２からの熱フラックスにより前記ラジアルラインスロットアンテナ１１０は、前記カバープレート１０２に密接していなくても、実質的な加熱を受け、温度が上昇する。また、前記ラジアルラインスロットアンテナ１１０を密接させた場合には、アンテナの温度上昇はさらに大きくなる。
【００１９】
従来のラジアルラインスロットアンテナは、かかる高温環境下での使用を前提として設計されてはおらず、そのためこのようにアンテナの温度が上昇した場合、熱膨張率の違いにより、アンテナ内、特に遅波板として設けられた誘電体板１１０Ｄと放射板１１０Ｃとの間に隙間が生じる場合がある。このように遅波板１１０Ｄと放射板１１０Ｃとの間に隙間が生じると、遅波板中を伝播するマイクロ波が感じるインピーダンスが乱れ、アンテナ内において好ましくない異常放電や反射波の形成、あるいは定在波の形成等の問題が発生してしまう。異常放電が生じると、そのアンテナは以後使用不能になってしまう。
【００２０】
そこで本発明は、上述の課題を解決した新規で有用なプラズマプロセス装置を提供することを目的とする。
【００２１】
本発明のより具体的な課題は、ラジアルラインスロットアンテナを使ってプラズマを励起するプラズマ処理装置において、ラジアルラインスロットアンテナ中における遅波板と放射板との密着性を改善することにある。
【００２２】
本発明のその他の課題は、ラジアルラインスロットアンテナを使ってプラズマを励起するプラズマ処理装置において、アンテナが加熱された場合にも安定してマイクロ波を放射できる構成を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は上記の課題を、
外壁により画成され、被処理基板を保持する保持台を備えた処理容器と、
前記処理容器に結合された排気系と、
前記処理容器中にプラズマガスを供給するプラズマガス供給部と、
前記処理容器上に、前記プラズマガス供給部に対応して設けられ、同軸導波管により給電されるマイクロ波アンテナとよりなり、
前記マイクロ波アンテナは、開口部を有するラジアル線路裏面金属板と、前記ラジアル線路裏面金属板上に前記開口部を覆うように設けられ複数のスロットを有するマイクロ波放射面と、前記ラジアル線路裏面金属板とマイクロ波放射面との間に設けられた誘電体板とよりなり、
前記マイクロ波放射面を、前記誘電体板との熱膨張率の差が、前記誘電体板の熱膨張率に対して１０％以内となるような導電性材料より構成したことを特徴とするプラズマ処理装置により、または
前記誘電体板は、Ａｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2およびＳｉ3Ｎ4のいずれかより選ばれることを特徴とするプラズマ処理装置により、または
前記誘電体板はアルミナセラミックよりなり、前記マイクロ波放射面はＣｕとＷの合金よりなることを特徴とするプラズマ処理装置により、または
前記マイクロ波放射面は、導電性材料よりなる基材と、前記基材の表面を被覆する、Ｎｉ，Ａｕ，ＡｇあるいはＣｕよりなるめっき層とよりなることを特徴とするプラズマ処理装置により、または
前記めっき層は６μｍ以上の厚さを有することを特徴とするプラズマ処理装置により、または
前記マイクロ波放射面と前記誘電体板とは、セラミック系接着剤層により接着されていることを特徴とするプラズマ処理装置により、または
前記マイクロ波放射面と前記誘電体板とは、導電性接着剤層により接着されていることを特徴とするプラズマ処理装置により、または
外壁により画成され、被処理基板を保持する保持台を備えた処理容器と、
前記処理容器に結合された排気系と、
前記処理容器中にプラズマガスを供給するプラズマガス供給部と、
前記処理容器上に、前記プラズマガス供給部に対応して設けられ、同軸導波管により給電されるマイクロ波アンテナとよりなり、
前記マイクロ波アンテナは、開口部を有するラジアル線路裏面金属板と、前記ラジアル線路裏面金属板上に前記開口部を覆うように設けられ複数のスロットを有するマイクロ波放射面と、前記ラジアル線路裏面金属板とマイクロ波放射面との間に設けられた誘電体板とよりなり、
前記マイクロ波放射面は、前記誘電体板上に形成された導電体材料のめっき層よりなることを特徴とするプラズマ処理装置により、または
前記導電体材料のめっき層は、無電解めっき層であることを特徴とするプラズマ処理装置により、または
前記めっき層は、少なくとも一原子層の無電解めっき層と、前記無電解めっき層上に形成された電解めっき層とよりなることを特徴とするプラズマ処理装置により、または
前記導電性材料はＣｕよりなることを特徴とするプラズマ処理装置により、または
前記めっき層は、前記誘電体板に接するＮｉ層と，前記Ｎｉ層上に形成されたＣｕ層とよりなることを特徴とするプラズマ処理装置により、または
少なくとも前記Ｃｕ層は、６μｍ以上の厚さを有することを特徴とするプラズマ処理装置により、または
前記スロットは、エッチングにより形成されたことを特徴とするプラズマ処理装置により、または、
被処理基体が載置される載置台が内部に設けられた処理容器と、
マイクロ波を発生して前記処理容器に供給するマイクロ波発生器と
該マイクロ波発生器と前記処理容器との間に設けられ、前記マイクロ波発生器から供給されるマイクロ波の波長を短縮する遅波板と、
該遅波板により波長短縮されたマイクロ波を前記処理容器内の空間に放射するマイクロ波放射部材と
を有し、
前記遅波板の少なくとも上面と下面とに金属層が形成されており、
前記マイクロ波放射部材は、前記遅波板の表面に形成された前記金属層より構成されることを特徴とするプラズマ処理装置により、または、
前記マイクロ波放射部材は多数のスロットを有し、該スロットは前記金属層をエッチングにより除去することにより形成されることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置により、または、
前記金属層の厚みは、前記マイクロ波発生器が発生するマイクロ波の表皮深さより大きいことを特徴とするプラズマ処理装置により、または、
前記金属層は、銅、金、銀、ニッケルよりなる群から選定された材料によるめっき層であることを特徴とするプラズマ処理装置により、または、
マイクロ波の波長は２．４５ＧＨｚであり、前記金属層は銅めっき層よりなり、該銅めっき層の厚みは６μｍ以上であることを特徴とするプラズマ処理装置により、または、
前記金属層は、化学的気相合成法（ＣＶＤ）により堆積された金属膜であることを特徴とするプラズマ処理装置により、または、
前記金属層は、物理的気相合成法（ＰＶＤ）により堆積された金属膜であることを特徴とするプラズマ処理装置により、または、
前記マイクロ波発生器からのマイクロ波を前記遅波板に供給する同軸導波管をさらに有し、
該同軸導波管の外管及び内側ケーブルは、前記遅波板の中央部分に半田付けにより接続されることを特徴とするプラズマ処理装置により、または、
被処理基体が載置される載置台が内部に設けられた処理容器と、マイクロ波を発生して前記処理容器に供給するマイクロ波発生器と、該マイクロ波発生器と前記処理容器との間に設けられ、少なくとも上面及び下面が金属層により覆われており、前記マイクロ波発生器からのマイクロ波の波長を短縮する遅波板と、前記遅波板の表面に形成された前記金属層の一部により構成されたマイクロ波放射部材とを有するマイクロ波プラズマ処理装置を用いるプラズマ処理方法であって、
前記被処理基体の処理面を前記マイクロ波放射部材に対向するように前記載置台に載置し、
前記遅波板にマイクロ波を供給して、金属層の一部に形成された多数のスロットからマイクロ波を前記処理容器内に導入し、
導入したマイクロ波により前記処理容器内にプラズマを発生させ、発生したプラズマにより前記被処理基体にプラズマ処理を施す
ことを特徴とするプラズマ処理方法により、または、
プラズマ処理を施す処理容器と、マイクロ波を発生して前記処理容器に供給するマイクロ波発生器とを有するマイクロ波プラズマ処理装置に用いられ、前記マイクロ波発生器から供給されるマイクロ波の波長を短縮する遅波板であって、
少なくとも上面及び下面が金属層により覆われており、該金属層の一部によりマイクロ波放射部材が構成されたことを特徴とする遅波板により、または、
前記マイクロ波放射部材は多数のスロットを有し、該スロットは前記金属層をエッチングにより除去することにより形成されることを特徴とする遅波板により、または、
前記金属層の厚みは、前記マイクロ波発生器が発生するマイクロ波の表皮深さより大きいことを特徴とする遅波板により、または、
前記金属層は、銅、金、銀、ニッケルよりなる群から選定された材料によるめっき層であることを特徴とする遅波板により、または、
供給されるマイクロ波の波長は２．４５ＧＨｚであり、前記金属めっき層は銅めっき層よりなり、該銅めっき層の厚みは６μｍ以上であることを特徴とする遅波板により、または、
前記マイクロ波発生器からのマイクロ波を前記遅波板に供給する同軸導波管に半田付けにより接合される突起部を中央部分に有することを特徴とする遅波板により、解決する。
【００２４】
[作用]
本発明によれば、ラジアルラインスロットアンテナ中の遅波板と放射面を構成するスロット板との間の熱膨張差が１０％以下に制御されるため、アンテナがプラズマにより加熱されてもアンテナ内において隙間が発生する等の問題は生じることがなく、これに伴い、異常放電や反射波の形成、定在波の形成等の問題を回避することが可能になる。
【００２５】
また、本発明において、前記スロット板を前記遅波板上に、めっきにより形成することにより前記遅波板上の微細な凹凸がめっき層により充填され、前記スロット板と遅波板との間に理想的な密着を実現することが可能になる。
【００２６】
さらに、本発明において、遅波板の少なくとも上面及び下面にめっき層を形成し、下面のめっき層をマイクロ波放射材として機能させることにより、マイクロ波放射材がプラズマにより加熱されてもマイクロ波放射材と遅波板との間に隙間が発生する等の問題は生じることがない。したがって、異常放電や反射波の形成、定在波の形成等の問題を回避することが可能になる。また、遅波板の上面に形成されためっき層により、遅波板の上面部分においても金属部と遅波板との間に隙間が生じないため、マイクロ波放射特性が安定する。
【００２７】
また、上述の発明によれば、マイクロ波放射部材が金属層により形成されるため、スロット部分の厚みが薄くでき、スロット部分でのカットオフ現象に起因するマイクロ波の反射を抑制することができ、放射効率が改善される。さらに、マイクロ波放射部材が金属層の一部として遅波板に一体的に形成されるため、遅波板とマイクロ波放射部材と別個の部品として作製して接合する必要がない。これにより、熱膨張や経時変化により遅波板とマイクロ波放射部材との間に間隙が形成されることが防止され、一様なマイクロ波を処理容器に導入することができる。したがって、経時変化が少なく、再現性のよいプラズマ処理を行うことができる。また、遅波板のほぼ全体が金属めっき層により覆われるため、遅波板に供給されたマイクロ波が漏洩することなく処理容器に導入されるため、効率のよいプラズマ生成を行うことができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、ラジアルラインスロットアンテナを使ったマイクロ波プラズマ処理装置において、スロット板をＣｕ−Ｗ合金とすることにより、遅波板を構成する誘電体板との間の熱膨張率差を最小化でき、加熱されてもマイクロ波放射特性が変化しないアンテナを実現することができる。またスロット板をめっき層により形成することによって、遅波板とスロット板との間に理想的な密着を実現でき、過熱されてもマイクロ波放射特性が変化せず、異常放電を防止し得るアンテナを実現することができる。さらに、遅波板の上面と下面とにめっき層等の金属層を形成することにより、遅波板の上面と下面における異常放電を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
［第１実施例］
図２（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１実施例によるマイクロ波プラズマ処理装置１０の構成を示す。
【００３０】
図２（Ａ）を参照するに、前記マイクロ波プラズマ処理装置１０は処理容器１１と、前記処理容器１１内に設けられ、被処理基板１２を静電チャックにより保持する好ましくは熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）により形成されたＡｌＮもしくはＡｌ2Ｏ3よりなる保持台１３とを含み、前記処理容器１１内には前記保持台１３を囲む空間１１Ａに等間隔に、すなわち前記保持台１３上の被処理基板１２に対して略軸対称な関係で少なくとも二箇所、好ましくは三箇所以上に排気ポート１１ａが形成されている。前記処理容器１１は、かかる排気ポート１１ａを介して不等ピッチ不等傾角スクリューポンプ等により、排気・減圧される。
【００３１】
前記処理容器１１は好ましくはＡｌを含有するオーステナイトステンレス鋼よりなり、内壁面には酸化処理により酸化アルミニウムよりなる保護膜が形成されている。また前記処理容器１１の外壁のうち前記被処理基板１２に対応する部分には、ＨＩＰ法により形成された緻密なＡｌ2Ｏ3よりなり多数のノズル開口部１４Ａを形成されたディスク状のシャワープレート１４が、前記外壁の一部として形成される。かかるＨＩＰ法により形成されたＡｌ2Ｏ3シャワープレート１４はＹ2Ｏ3を焼結助剤として使って形成され、気孔率が０．０３％以下で実質的に気孔やピンホールを含んでおらず、３０Ｗ／ｍ・Ｋに達する、ＡｌＮには及ばないものの、セラミックとしては非常に大きな熱伝導率を有する。
【００３２】
前記シャワープレート１４は前記処理容器１１上にシールリング１１ｓを介して装着され、さらに前記シャワープレート１４上には同様なＨＩＰ処理により形成された緻密なＡｌ2Ｏ3よりなるカバープレート１５が、シールリング１１ｔを介して設けられている。前記シャワープレート１４の前記カバープレート１５と接する側には前記ノズル開口部１４Ａの各々に連通しプラズマ励起ガス流路となる凹部１４Ｂが形成されており、前記凹部１４Ｂは前記シャワープレート１４の内部に形成され、前記処理容器１１の外壁に形成されたプラズマガス入口１１ｐに連通する別のプラズマガス流路１４Ｃに連通している。
【００３３】
前記シャワープレート１４は前記処理容器１１の内壁に形成された張り出し部１１ｂにより保持されており、前記張り出し部１１ｂのうち、前記シャワープレート１４を保持する部分には異常放電を抑制するために丸みが形成されている。
【００３４】
そこで、前記プラズマ励起ガス入口１１ｐに供給されたＡｒやＫｒ等のプラズマガスは前記シャワープレート１４内部の流路１４Ｃおよび１４Ｂを順次通過した後、前記開口部１４Ａを介して前記シャワープレート１４直下の空間１１Ｂ中に一様に供給される。
【００３５】
前記カバープレート１５上には、前記カバープレート１５に密接し図２（Ｂ）に示す多数のスロット１６ａ，１６ｂを形成されたディスク状のスロット板１６と、前記スロット板１６を保持するディスク状の金属板１７（ラジアル線路裏面金属板）と、前記スロット板１６と前記金属板１７との間に挟持されたＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2あるいはＳｉ3Ｎ4の低誘電損失誘電体材料よりなる遅波板１８とにより構成されたラジアルラインスロットアンテナ２０が設けられている。前記スロット板１６は、１０ｗｔ％までのＷ（タングステン）を含んだＣｕ（銅）より構成されるのが好ましく、特に前記遅波板１８として線膨張係数が７〜８×１０-6／°ＣのＡｌ2Ｏ3を使った場合、遅波板１８として線膨張係数が約７×１０-6／°ＣのＣｕ−Ｗ合金を使うことにより、前記遅波板１８との間の熱膨張差を１０％以下に抑制することができる。前記Ｃｕ−Ｗ合金は比抵抗が比較的大きいため、ラジアルラインスロットアンテナのスロット板１６として使う場合には、その上に図３の拡大図に示すようにＡｕ（金）やＡｇ（銀）、銅（Ｃｕ）などの低抵抗層１６ｒを、マイクロ波の表皮効果を考慮して約３μｍ以上の厚さに形成しておくのが好ましい。かかる低抵抗層１６ｒは、例えば電解めっきなどにより、容易に形成することができる。
【００３６】
前記スロット板１６は、前記遅波板１８にセラミックス系の接着剤により接着することが可能である。かかるセラミック系接着剤としては典型的にはアルミナ粒子を溶媒中に分散させたものが市販されている。接着後、２００〜３００°Ｃでアニールすることにより溶媒が揮発され、図３に示すマイクロ波損失の無い強固な接着層１８1が得られる。
【００３７】
前記ラジアルスロットラインアンテナ２０は前記処理容器１１上にシールリング１１ｕを介して装着されており、前記ラジアルラインスロットアンテナ２０には同軸導波管２１を介して外部のマイクロ波源（図示せず）より周波数が２．４５ＧＨｚあるいは８．３ＧＨｚのマイクロ波が供給される。供給されたマイクロ波は前記スロット板１６上のスロット１６ａ，１６ｂから前記カバープレート１５およびシャワープレート１４を介して前記処理容器１１中に放射され、前記シャワープレート１４直下の空間１１Ｂにおいて、前記開口部１４Ａから供給されたプラズマガス中にプラズマを励起する。その際、前記カバープレート１５およびシャワープレート１４はＡｌ2Ｏ3により形成されており、効率的なマイクロ波透過窓として作用する。その際、前記プラズマガス流路１４Ａ〜１４Ｃにおいてプラズマが励起されるのを回避するため、前記プラズマガスは、前記流路１４Ａ〜１４Ｃにおいて約６６６６Ｐａ〜１３３３２Ｐａ（約５０〜１００Ｔｏｒｒ）の圧力に保持される。
【００３８】
前記ラジアルラインスロットアンテナ２０と前記カバープレート１５との密着性を向上させるため、本実施例のマイクロ波プラズマ処理装置１０では前記スロット板１６に係合する前記処理容器１１の上面の一部にリング状の溝１１ｇが形成されており、かかる溝１１ｇを、これに連通した排気ポート１１Ｇを介して排気することにより、前記スロット板１６とカバープレート１５との間に形成された隙間を減圧し、大気圧により、前記ラジアルラインスロットアンテナ２０を前記カバープレート１５にしっかりと押し付けることが可能になる。かかる隙間には、前記スロット板１６に形成されたスロット１６ａ，１６ｂが含まれるが、それ以外にも様々な理由により隙間が形成されることがある。かかる隙間は、前記ラジアルラインスロットアンテナ２０と処理容器１１との間のシールリング１１ｕにより封止されている。
【００３９】
さらに前記排気ポート１１Ｇおよび溝１５ｇを介して前記スロット板１６と前記カバープレート１５との間の隙間に熱伝導率の大きい不活性気体を充填することにより、前記カバープレート１５から前記スロット板１６への熱の輸送を促進することができる。かかる不活性気体としては、熱伝導率が大きくしかもイオン化エネルギの高いＨｅを使うのが好ましい。前記隙間にＨｅを充填する場合には、０．８気圧程度の圧力に設定するのが好ましい。図３の構成では、前記溝１５ｇの排気および溝１５ｇへの不活性気体の充填のため、前記排気ポート１１Ｇにバルブ１１Ｖが接続されている。
【００４０】
前記同軸導波管２１のうち、外側の導波管２１Ａはディスク状の金属板１７（ラジアル線路裏面金属板）に接続され、中心導体２１Ｂは、前記遅波板１８に形成された開口部を介して前記スロット板１６に接続されている。そこで前記同軸導波管２１に供給されたマイクロ波は、前記金属板１７とスロット板１６との間を径方向に進行しながら、前記スロット１６ａ，１６ｂより放射される。
【００４１】
図２（Ｂ）は前記スロット板１６上に形成されたスロット１６ａ，１６ｂを示す。
【００４２】
図２（Ｂ）を参照するに、前記スロット１６ａは同心円状に配列されており、各々のスロット１６ａに対応して、これに直行するスロット１６ｂが同じく同心円状に形成されている。前記スロット１６ａ，１６ｂは、前記スロット板１６の半径方向に、前記遅波板１８により圧縮されたマイクロ波の波長に対応した間隔で形成されており、その結果マイクロ波は前記スロット板１６から略平面波となって放射される。その際、前記スロット１６ａおよび１６ｂを相互の直交する関係で形成しているため、このようにして放射されたマイクロ波は、二つの直交する偏波成分を含む円偏波を形成する。
【００４３】
さらに図２（Ａ）のプラズマ処理装置１０では、前記金属板１７上に、冷却水通路１９Ａを形成された冷却ブロック１９が形成されており、前記冷却ブロック１９を前記冷却水通路１９Ａ中の冷却水により冷却することにより、前記シャワープレート１４に蓄積された熱を、前記ラジアルラインスロットアンテナ２０を介して吸収する。前記冷却水通路１９Ａは前記冷却ブロック１９上においてスパイラル状に形成されており、好ましくはＨ2ガスをバブリングすることで溶存酸素を排除して且つ酸化還元電位を制御した冷却水が通される。
【００４４】
また、図２（Ａ）のマイクロ波プラズマ処理装置１０では、前記処理容器１１中、前記シャワープレート１４と前記保持台１３上の被処理基板１２との間に、前記処理容器１１の外壁に設けられた処理ガス注入口１１ｒから処理ガスを供給されこれを多数の処理ガスノズル開口部３１Ｂ（図４参照）から放出する格子状の処理ガス通路３１Ａを有する処理ガス供給構造３１が設けられ、前記処理ガス供給構造３１と前記被処理基板１２との間の空間１１Ｃにおいて、所望の均一な基板処理がなされる。かかる基板処理には、プラズマ酸化処理、プラズマ窒化処理、プラズマ酸窒化処理、プラズマＣＶＤ処理等が含まれる。また、前記処理ガス供給構造３１から前記空間１１ＣにＣ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８またはＣ４Ｆ６などのカーボンリッチなフルオロカーボンガスや、Ｆ系あるいはＣｌ系等のエッチングガスを供給し、前記保持台１３に高周波電源１３Ａから高周波電圧を印加することにより、前記被処理基板１２に対して反応性イオンエッチングを行うことが可能である。
【００４５】
本実施例によるマイクロ波プラズマ処理装置１０では、前記処理容器１１の外壁は１５０°Ｃ程度の温度に加熱しておくことにより、処理容器内壁への反応副生成物等の付着が回避され、一日に一回程度のドライクリーニング行うことで、定常的に、安定して運転することが可能である。
【００４６】
図４は、図２（Ａ）の処理ガス供給構造３１の構成を示す底面図である。
【００４７】
図４を参照するに、前記処理ガス供給構造３１は例えばＭｇを含んだＡｌ合金やＡｌ添加ステンレススチール等の導電体より構成されており、前記格子状処理ガス通路３１Ａは前記処理ガス注入口１１ｒに処理ガス供給ポート３１Ｒにおいて接続され、下面形成された多数の処理ガスノズル開口部３１Ｂから処理ガスを前記空間１１Ｃに均一に放出する。また、前記処理ガス供給構造３１には、隣接する処理ガス通路３１Ａの間にプラズマやプラズマ中に含まれる処理ガスを通過させるプラズマ拡散通路３１Ｃが形成されている。前記処理ガス供給構造３１をＭｇ含有Ａｌ合金により形成する場合には、表面に弗化物膜を形成しておくのが好ましい。また前記処理ガス供給構造３１をＡｌ添加ステンレススチールにより形成する場合には、表面に酸化アルミニウムの不動態膜を形成しておくのが望ましい。本発明によるプラズマ処理装置１０では、励起される励起されるプラズマ中の電子温度が低いためプラズマ中のイオンの入射エネルギが小さく、かかる処理ガス供給構造３１がスパッタリングされて被処理基板１２に金属汚染が生じる問題が回避される。前記処理ガス供給構造３１は、石英またはアルミナ等の誘電体により形成することも可能である。
【００４８】
前記格子状処理ガス通路３１Ａおよび処理ガスノズル開口部３１Ｂは図４に破線で示した被処理基板１２よりもやや大きい領域をカバーするように設けられている。かかる処理ガス供給構造３１を前記シャワープレート１４と被処理基板１２との間に設けることにより、前記処理ガスをプラズマ励起し、かかるプラズマ励起された処理ガスにより、均一に処理することが可能になる。
【００４９】
前記処理ガス供給構造３１を金属等の導体により形成する場合には、前記格子状処理ガス通路３１Ａ相互の間隔を前記マイクロ波の波長に対応するカットオフ導波管のサイズより小さく設定することにより、前記処理ガス供給構造３１はマイクロ波の短絡面を形成する。この場合にはプラズマのマイクロ波励起は前記空間１１Ｂ中においてのみ生じ、前記被処理基板１２の表面を含む空間１１Ｃにおいては前記励起空間１１Ｂから拡散してきたプラズマにより、処理ガスが活性化される。また、プラズマ着火時に前記被処理基板１２が直接マイクロ波に曝されるのを防ぐことが出来るので、マイクロ波による基板の損傷も防ぐことが出来る。
【００５０】
本実施例によるマイクロ波プラズマ処理装置１０では、処理ガス供給構造３１を使うことにより処理ガスの供給が一様に制御されるため、処理ガスの被処理基板１２表面における過剰解離の問題を解消することができ、被処理基板１２の表面にアスペクト比の大きい構造が形成されている場合でも、所望の基板処理を、かかる高アスペクト構造の奥にまで実施することが可能である。すなわち、マイクロ波プラズマ処理装置１０は、設計ルールの異なる多数の世代の半導体装置の製造に有効である。
【００５１】
本実施例によるプラズマ処理装置１０では、用途により、図５に示すプラズマ処理装置１０Ａのように前記処理ガス供給機構３１を撤去することも可能である。ただし図５中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５２】
図５の構成では、前記シャワープレート１４からＡｒあるいはＫｒなどの不活性ガスとともにＯ2などの酸化性ガスあるいはＮＨ3やＮ2とＨ2の混合ガスのような窒化性ガスを導入することで、前記被処理基板１２の表面に酸化膜や窒化膜、あるいは酸窒化膜を形成することが可能になる。
【００５３】
本実施例では、前記スロット板１６と遅波板１８との間の熱膨張差が１０％以下に抑制されているため、処理容器１１から高密度プラズマに起因する大量の熱フラックスがアンテナ２０に供給されて前記スロット板１６および遅波板１８の温度が上昇しても、前記スロット板１６と遅波板１８との間に隙間が生じることはなく、異常放電や反射波の形成、あるいは定在波の形成等の問題を効果的に回避することができる。
［第２実施例］
図６は、本発明の第２実施例によるプラズマ処理装置１０Ｂの構成を示す。ただし図６中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５４】
図６を参照するに、本実施例においては図２（Ａ）のマイクロ波アンテナ２０の代わりにマイクロ波アンテナ２０Ａが使われる。マイクロ波アンテナ２０Ａでは同軸導波管２１の中心導体２１Ｂの先端部２１ｂがスロット板１６から離間されており、前記スロット板１６上に形成された遅波板１８の背後に結合される。かかる構成では、前記中心導体２１Ｂを前記スロット板１６に接触させずに、効率的にマイクロ波を給電する。前記マイクロ波アンテナ２０Ａでは、前記遅波板１８は前記スロット板１６の背後に連続的に延在し、前記中心導体のためのコンタクトホールは形成されていない。
【００５５】
図７（Ａ）〜（Ｄ）は、前記プラズマ処理装置１０Ｂで使われるラジアルラインスロットアンテナ２０Ａにおける、遅波板１８とスロット板１６の形成工程を示す図である。
【００５６】
図７（Ａ）を参照するに、最初にＡｌ2Ｏ3やＳｉＯ2あるいはＳｉ3Ｎ4よりなる遅波板１８が無電解めっき槽Ｂａｔｈ１中においてＣｕの無電解めっき液中に浸漬され、表面に少なくとも１原子層の無電解Ｃｕめっき層１６1が形成される。
【００５７】
図７（Ａ）の無電解めっきをさらに継続し、前記遅波板１８上に無電解めっきＣｕ層を所望の厚さに堆積してもよいが、密着性を向上させる観点からは、図７（Ｂ）に示すように先の図７（Ａ）の工程で前記無電解Ｃｕめっき層１６1を形成された遅波板１８を、電解めっき槽Ｂａｔｈ２において電界めっき液中に浸漬し、前記無電解Ｃｕめっき層１６1を電極に使い、電解Ｃｕめっき層１６2を前記無電解Ｃｕめっき層１６1上に所望の厚さに形成するのが好ましい。前記Ｃｕ層１６2の所望の厚さは、マイクロ波の表皮効果を勘案して、６μｍ以上とするのが好ましい。
【００５８】
このようにして形成されたＣｕ層１６1および１６2は図７（Ｃ）の工程においてレジスト膜Ｒにより覆われ、図７（Ｄ）の工程でこれを露光・現像し、形成されたレジストパターンＲ'をマスクに前記Ｃｕ層１６1および１６2をパターニングすることにより、前記スロット１６ａ，１６ｂが形成されたスロット板１６が得られる。また所望のパターンを有する膜を貼り付け、かかる膜をマスクにウェットエッチングにより前記Ｃｕ層１６をパターニングすることも可能である。
【００５９】
かかる工程により形成されたスロット板１６は、Ｃｕにより形成されていても遅波板１８表面の微細な凹凸を充填して形成されているため密着力に優れ、スロット板１６と遅波板１８との間における隙間の形成を抑制するのに効果的である。
【００６０】
なお、先にも説明したが、前記スロット板１６は無電解めっきによって形成してもよい。さらに図７（Ａ）〜（Ｄ）の例において、前記無電解Ｃｕめっき層１６1の代わりにＮｉめっき層を使うことも可能である。
【００６１】
図６の実施例においても、プラズマ処理装置の用途如何により、前記処理ガス供給構造を撤去することが可能である。
【００６２】
なお、図７（Ａ）〜（Ｄ）の工程によるスロット板１６の形成方法は、図２（Ａ），（Ｂ）のプラズマ処理装置１０あるいは図５のプラズマ処理装置１０Ａに対しても、さらに図１（Ａ），（Ｂ）に示す従来のプラズマ処理装置１００に対しても適用可能である。
［第３実施例］
図８は本発明の一実施の形態によるマイクロ波プラズマ処理装置の概略構成図である。
【００６３】
図８に示すマイクロ波プラズマ処理装置４０は、例えばプラズマＣＶＤ装置であり、処理容器４２内において被処理基体としての半導体ウェハＷにプラズマＣＶＤ処理を施すものである。処理容器４２は例えばアルミニウムにより形成され、真空引き可能なように密閉構造を有する。処理容器４２内には半導体ウェハＷを載置するための載置台４４が設けられる。
【００６４】
処理容器４２の底部には排気口４２ａが設けられ、真空ポンプ（図示せず）が接続されて処理容器４２内を所定の低圧状態に維持することができる。
【００６５】
処理容器４２の天井部には、誘電体板４６が気密に取り付けられる。本実施例では、少なくとも上面及び下面にめっきが施された遅波板４８が、誘電体板４６の上に取り付けられる。本実施例では、遅波板４８のめっき層によりマイクロ波放射部材を形成しているので、マイクロ波放射部材としてのアンテナ部材を遅波板４８とは個別に設ける必要はない。めっきが施された遅波板４８については、後述する。
【００６６】
遅波板４８は、支持部材５０に取り付けられる。支持部材５０は遅波板４８を支持するとともに、遅波板４８を冷却する機能を有している。すなわち、支持部材５０の内部には冷却水が流れる通路５０ａが形成され、プラズマ処理時に遅波板４８を冷却する。
【００６７】
遅波板４８の中央部分には、マイクロ波を供給するための同軸導波管５２が接続される。同軸導波管５２は同軸導波管変換器５４を介して導波管５６に接続され、導波管５６はマグネトロン等よりなるマイクロ波発生器５８に接続される。
【００６８】
上述の構成において、マイクロ波発生器２８により発生した例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波は、導波管５６を伝播して同軸導波管変換器５４を介して同軸導波管５２に供給される。同軸導波管５２を伝播したマイクロ波は、遅波板４８により波長が短縮された後、遅波板４８の表面に形成されためっき層からなるマイクロ波放射部材により誘電体板４６を透過して処理容器４２の処理空間に向けて放射される。
【００６９】
処理容器４２内の処理空間には、プラズマ用ガスが供給され、プラズマ用ガスがマイクロ波によりプラズマ化される。このプラズマにより、載置台４４上に載置された半導体ウェハＷにプラズマ処理が施される。
【００７０】
次に、本実施の形態における遅波板４８について、図９を参照しながら説明する。図９は遅波板４８の断面図である。
【００７１】
遅波板４８は、アルミナ（ＡｌＯ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、石英等の誘電体により形成され、平坦な円板形状を有している。遅波板４８の中央部分には、同軸導波管５２が接続される突起部４８ａが形成される。突起部４８ａは、円錐形の一部を形成する傾斜面４８ｂを有しており、マイクロ波による電界の集中を防止している。突起部に４８ａには、同軸導波管５２の外管５２ａが接続される。外管５２ａは突起部４８ａの平坦な頂面４８ｃに接続されてもよく、また、傾斜面４８ｂに接続されてもよい。
【００７２】
突起部４８ａの中央には、同軸導波管５２の内側ケーブル５２ｂが挿入される貫通孔４８ｄが形成される。貫通孔４８ｄの処理容器側の端部にはテーパ部４８ｅが形成され、このテーパ部の形状に対応した形状に形成された内側ケーブル５２ｂの端部が嵌合する。
【００７３】
ここで、遅波板４８の表面には、銅、金、銀、ニッケル等の金属めっき層６０が形成される。金属めっき層６０は、遅波板４８の突起部４８ａの頂面４８ｃを除く全面に形成される。特に遅波板４８の処理容器４２の内部に面する表面に形成されためっき層６０は、所定のパターンでエッチングされ、めっき層が除去された部分がスロットとして機能する。
【００７４】
図１０は遅波板４８の金属めっき層６０にスロット３２が形成された面を示す平面図である。図１０に示すように、スロット３２の各々は細長い楕円状であり、３つの異なる円周Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に沿って配置されている。なお、スロット３２は円周Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の各々の全周にわたって設けられているが、図１０では簡略化のためその一部のみを示している。ここで、円周Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の中心は、遅波板４８の外形の中心からずれており（偏心しており）、その各々のずれ方向（偏心方向）は異なっている。
【００７５】
すなわち、内側の円周Ｐ１の中心が遅波板４８の外形の中心からずれる方向に対して、中央の円周Ｐ２の中心が遅波板４８の外形の中心からずれる方向は１２０度異なっている。また、中央の円周Ｐ２の中心が遅波板４８の外形の中心からずれる方向に対して、外側の円周Ｐ３の中心が遅波板４８の外形の中心からずれる方向は１２０度異なっている。このように、円周Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の中心は互いに異なった方向へとずれている。
【００７６】
このように、複数の非同心円に沿ってスロット３２を配列すると、金属めっき層３０を放射方向に伝播して外周面により反射された表面波は、遅波板４８の中心部に向かって戻るが、遅波板４８の中心一点に集中することはない。すなわち、円周Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３のずれ量に従ってある程度の大きさの範囲に戻ることとなる。したがって、本実施の形態によるスロット６２の配置によれば、円周Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が同心円である場合に表面波が一点に集中することでプラズマ空間の電子密度に不均一性が発生していた従来の平面アンテナ部材に比べ、不均一性が改善され、プラズマ密度の分布をある程度均一にすることができる。
【００７７】
なお、図１０に示すスロット６２は、複数の非同心円状に配列されているが、螺旋状に配列してもよく、また、複数の同心円状に配列することとしてもよい。また、スロット６２の形状は図１０に示すような細長い楕円に限られることはなく、円形、三角形、正方形、長方形等の形状を採用することができるが、多角形の場合、角部に丸みをつけて電界の集中を防止することが好ましい。また、２つのスロットを近接してＴ字状に配列してスロット対とし、多数のスロット対を複数の同心円状、螺旋状あるいは、複数の非同心円状に配列してもよい。
【００７８】
めっき層６０の厚みはマイクロ波の表皮深さδよりも厚くすることが好ましく、以下の式に基づいて決定することが好ましい。
【００７９】
δ＝（２／ωσμ０）１／２
ここで、ωは角周波数であり、σは導電率であり、μ０は真空中の透磁率である。
【００８０】
２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用いて、めっき層６０を銅めっきにより形成した場合、銅の導電率σ＝６．４５×１０７（Ωｍ）−１であり、真空透磁率μ０＝１．２５７×１０−６Ｈｍ−１であり、角周波数は２π×２．４５×１０９Ｈｚであるので、表皮深さδ＝１．９８×１０−６ｍ＝１．９８μｍ（約２μｍ）となる。ここで、めっき層の表皮深さでは電界の減少は約３０％であるので、余裕率をみて３倍として、めっき層６０を銅により形成した場合の厚みは約６μｍとすることが好ましい。
【００８１】
以上のように、本実施の形態による遅波板４８には、金属めっき層６０が形成され、金属めっき層６０がアンテナ部材（マイクロ波放射部材）の機能を果たすので、アンテナ部材を別個に設ける必要はなく、部品点数を減少することができる。また、遅波板４８の表面は、マイクロ波を供給する部分及び放射する部分（スロット）を除いて全て金属めっき層６０により覆われているので、マイクロ波が遅波板４８の外に漏れることが防止され、供給されたマイクロ波を損失無く処理容器の処理空間へと導入することができる。
【００８２】
また、スロットが形成される金属部材は、厚みが数μｍ程度の金属めっき層６０であるので、スロットでの異常放電が減少し、従来よりも大電力を投入することができるため、プラズマ処理のスループットが向上する。また、スロット部分の厚みが薄いため、スロットによるマイクロ波の反射が減少し、放射効率が改善される。
【００８３】
図１１は同軸導波管５２と遅波板４８との接続の一例を示す断面図である。図１１に示す構成では、同軸導波管５２の外管５２ａの先端を、遅波板４８の突起部４８ａの傾斜面４８ｂに対応した形状とし、半田付けにて接合する。また、内側ケーブル５２ｂの先端部も貫通穴４８ｄの内面及びテーパ部４８ｅに半田付けにて接合する。
【００８４】
遅波板４８（実際には遅波板４８の表面に形成されためっき層６０）と支持部材５０との間には、伝熱特性の良好な接着材６８を設けて、遅波板４８を支持部材５０に強固に固定すると共に、遅波板４８の熱を支持部材５０に伝達する。なお、図１１に示す支持部材５０は、冷却水の通路が省略されている。また、遅波板４８の外周側面は、金属板６４を介して支持部材５０を貫通した多数のねじ６６により押圧され固定される。これにより、遅波板４８と支持部材との間の確実な電気的接触が維持される。
【００８５】
図１２は同軸導波管５２と遅波板４８との接続の一例を示す断面図である。図１２において、図１１に示す構成部品と同等な構成部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。図１２に示す構成では、同軸導波管５２の外管５２ａの先端を、遅波板４８の突起部４８ａの頂面４８ｃに対向させて接触するよう構成している。また、内側ケーブル５２ｂの先端部は、貫通穴４８ｄの内面及びテーパ部４８ｅに半田付けにて接合する。また、突起部４８ａの傾斜面４８ｂの先端部において、シールドスパイラル７０を設けて、支持部材５０と遅波板４８の金属めっき層６０との電気的接触をより確実にしている。
【００８６】
なお、本実施例によるめっき層６０は、上述の第２実施例によるめっき層と同様な方法で形成することができる。また、めっき層を遅波板の上面及び下面に形成することとしたが、遅波板の外周側面にもめっき層を施すこととしてもよい。このようにすれば、遅波板のほぼ全体がめっき層により覆われることとなり、マイクロ波の漏洩が防止され、遅波板のほぼ全体において異常放電を防止することができる。
【００８７】
また、上述の第２及び第３の実施の形態では、遅波板の表面にめっきにより金属層を形成しているが、めっき層に限ることはない。例えば、化学的気相合成法（ＰＶＤ）や物理的気相合成法（ＰＶＤ）により遅波板の表面に金属を堆積させて金属層を形成することとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】（Ａ），（Ｂ）は、従来のラジアルラインスロットアンテナを使ったプラズマ処理装置の構成を示す図である。
【図２】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１実施例によるプラズマ処理装置の構成を示す図である。
【図３】図２（Ａ），（Ｂ）のプラズマ処理装置で使われるラジアルラインスロットアンテナの一部を拡大して示す図である。
【図４】図２（Ａ）のマイクロ波プラズマ処理装置の処理ガス供給機構の構成を示す図である。
【図５】図２（Ａ），（Ｂ）のプラズマ処理装置の一変形例を示す図である。
【図６】本発明の第２実施例によるプラズマ処理装置の構成を示す図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｄ）は、図６のプラズマ処理装置で使われるラジアルラインスロットアンテナの、スロット板の形成工程を示す図である。
【図８】本発明の第３実施例によるマイクロ波プラズマ処理装置の概略構成図である。
【図９】図８に示す遅波板の断面図である。
【図１０】図８に示す遅波板に形成された金属めっき層のスロットを示す平面図である。
【図１１】同軸導波管と遅波板との接続の一例を示す断面図である。
【図１２】同軸導波管と遅波板との接続の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８９】
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１００ プラズマ処理装置
１１ 処理容器
１１ａ 排気ポート
１１ｂ 張り出し部
１１ｐ プラズマガス供給ポート
１１ｒ 処理ガス供給ポート
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ 空間
１１Ｇ 減圧およびＨｅ供給ポート
１２ 被処理基板
１３ 保持台
１３Ａ 高周波電源
１４ シャワープレート
１４Ａ プラズマ励起ガスノズル開口部
１４Ｂ，１４Ｃ プラズマガス通路
１５ カバープレート
１６ スロット板
１６ａ，１６ｂ スロット開口部
１６ｒ 低抵抗層
１６1 無電解めっき層
１６2 電解めっき槽
１７ 金属板
１８ 遅波板
１８1 セラミック接着剤層
１９ 冷却ブロック
１９Ａ 冷却水通路
２０ ラジアルラインアンテナ
２１ 同軸導波管
２１Ａ 外側導波管
２１Ｂ 内側給電線
３０ 処理ガス供給構造
３１Ａ 処理ガス通路
３１Ｂ 処理ガスノズル
３１Ｃ プラズマ拡散通路
３１Ｒ 処理ガス供給ポート
Ｂａｔｈ１ 無電解めっき槽
Ｂａｔｈ２ 電解めっき槽
Ｒ レジスト膜
Ｒ' レジストパターン
４０ マイクロ波プラズマ処理装置
４２ 処理容器
４４ 載置台
４６ 誘電体板
４８ 遅波板
４８ａ 突起部
４８ｂ 傾斜面
４８ｃ 頂面
４８ｄ 貫通孔
４８ｅ テーパ部
５０ 支持部材
５０ａ 通路
５２ 同軸導波管
５２ａ 外管
５２ｂ 内側ケーブル
５４ 同軸導波管変換器
５６ 導波管
５８ マイクロ波発生器
６０ 金属メッキ層
６２ スロット
６４ 金属板
６６ ねじ
６８ 接着材
７０ シールドスパイラル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基体が載置される載置台が内部に設けられた処理容器と、マイクロ波を発生して前記処理容器に供給するマイクロ波発生器と、該マイクロ波発生器と前記処理容器との間に設けられ、少なくとも上面及び下面が金属層により覆われており、前記マイクロ波発生器からのマイクロ波の波長を短縮する遅波板と、前記遅波板の表面に形成された前記金属層の一部により構成されたマイクロ波放射部材とを有するマイクロ波プラズマ処理装置を用いるプラズマ処理方法であって、
前記被処理基体の処理面を前記マイクロ波放射部材に対向するように前記載置台に載置し、
前記遅波板にマイクロ波を供給して、金属層の一部に形成された多数のスロットからマイクロ波を前記処理容器内に導入し、
導入したマイクロ波により前記処理容器内にプラズマを発生させ、発生したプラズマにより前記被処理基体にプラズマ処理を施す
ことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
前記遅波板は、Ａｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2およびＳｉ3Ｎ4のいずれかより選ばれることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理方法。
【請求項３】
前記遅波板はアルミナセラミックよりなり、前記マイクロ波放射部材はＣｕとＷの合金よりなることを特徴とする請求項１または２記載のプラズマ処理方法。
【請求項４】
前記マイクロ波放射部材は、導電性材料よりなる基材と、前記基材の表面を被覆する、Ｎｉ，Ａｕ，ＡｇあるいはＣｕよりなるめっき層とよりなることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一項記載のプラズマ処理方法。
【請求項５】
前記めっき層は６μｍ以上の厚さを有することを特徴とする請求項４記載のプラズマ処理方法。
【請求項６】
前記マイクロ波放射部材と前記遅波板とは、セラミック系接着剤層により接着されていることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか一項記載のプラズマ処理方法。
【請求項７】
前記マイクロ波放射部材と前記遅波板とは、導電性接着剤層により接着されていることを特徴とする請求項１〜５のうち、いずれか一項記載のプラズマ処理方法。
【請求項８】
前記金属層はＣｕよりなることを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか一項記載のプラズマ処理方法。
【請求項９】
前記金属層は、前記遅波板に接するＮｉ層と、該Ｎｉ層上に形成されたＣｕ層とよりなることを特徴とする１〜７のうちいずれか一項記載のプラズマ処理方法。
【請求項１０】
少なくとも前記Ｃｕ層は、６μｍ以上の厚さを有することを特徴とする請求項８又は９記載のプラズマ処理方法。
【請求項１１】
前記スロットは、エッチングにより形成されたことを特徴とする請求項１〜１０のうちいずれか一項記載のプラズマ処理方法。
【請求項１２】
前記遅波板の外周側面が前記金属層で覆われていることを特徴とする請求項１〜１１のうちいずれか一項記載のプラズマ処理方法。
【請求項１３】
前記マイクロ波発生器からのマイクロ波を同軸導波管により伝播して前記遅波板に供給するよう構成され、該同軸導波管は、前記遅波板に半田付けされていることを特徴とする請求項１〜１２のうちいずれか一項記載のプラズマ処理方法。
【請求項１】
被処理基体が載置される載置台が内部に設けられた処理容器と、マイクロ波を発生して前記処理容器に供給するマイクロ波発生器と、該マイクロ波発生器と前記処理容器との間に設けられ、少なくとも上面及び下面が金属層により覆われており、前記マイクロ波発生器からのマイクロ波の波長を短縮する遅波板と、前記遅波板の表面に形成された前記金属層の一部により構成されたマイクロ波放射部材とを有するマイクロ波プラズマ処理装置を用いるプラズマ処理方法であって、
前記被処理基体の処理面を前記マイクロ波放射部材に対向するように前記載置台に載置し、
前記遅波板にマイクロ波を供給して、金属層の一部に形成された多数のスロットからマイクロ波を前記処理容器内に導入し、
導入したマイクロ波により前記処理容器内にプラズマを発生させ、発生したプラズマにより前記被処理基体にプラズマ処理を施す
ことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
前記遅波板は、Ａｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2およびＳｉ3Ｎ4のいずれかより選ばれることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理方法。
【請求項３】
前記遅波板はアルミナセラミックよりなり、前記マイクロ波放射部材はＣｕとＷの合金よりなることを特徴とする請求項１または２記載のプラズマ処理方法。
【請求項４】
前記マイクロ波放射部材は、導電性材料よりなる基材と、前記基材の表面を被覆する、Ｎｉ，Ａｕ，ＡｇあるいはＣｕよりなるめっき層とよりなることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一項記載のプラズマ処理方法。
【請求項５】
前記めっき層は６μｍ以上の厚さを有することを特徴とする請求項４記載のプラズマ処理方法。
【請求項６】
前記マイクロ波放射部材と前記遅波板とは、セラミック系接着剤層により接着されていることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか一項記載のプラズマ処理方法。
【請求項７】
前記マイクロ波放射部材と前記遅波板とは、導電性接着剤層により接着されていることを特徴とする請求項１〜５のうち、いずれか一項記載のプラズマ処理方法。
【請求項８】
前記金属層はＣｕよりなることを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか一項記載のプラズマ処理方法。
【請求項９】
前記金属層は、前記遅波板に接するＮｉ層と、該Ｎｉ層上に形成されたＣｕ層とよりなることを特徴とする１〜７のうちいずれか一項記載のプラズマ処理方法。
【請求項１０】
少なくとも前記Ｃｕ層は、６μｍ以上の厚さを有することを特徴とする請求項８又は９記載のプラズマ処理方法。
【請求項１１】
前記スロットは、エッチングにより形成されたことを特徴とする請求項１〜１０のうちいずれか一項記載のプラズマ処理方法。
【請求項１２】
前記遅波板の外周側面が前記金属層で覆われていることを特徴とする請求項１〜１１のうちいずれか一項記載のプラズマ処理方法。
【請求項１３】
前記マイクロ波発生器からのマイクロ波を同軸導波管により伝播して前記遅波板に供給するよう構成され、該同軸導波管は、前記遅波板に半田付けされていることを特徴とする請求項１〜１２のうちいずれか一項記載のプラズマ処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−２４３８２７（Ｐ２００８−２４３８２７Ａ）
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４４９６２（Ｐ２００８−１４４９６２）
【出願日】平成２０年６月２日（２００８．６．２）
【分割の表示】特願２００１−３４０９９５（Ｐ２００１−３４０９９５）の分割
【原出願日】平成１３年１１月６日（２００１．１１．６）
【出願人】（０００２０５０４１）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２日（２００８．６．２）
【分割の表示】特願２００１−３４０９９５（Ｐ２００１−３４０９９５）の分割
【原出願日】平成１３年１１月６日（２００１．１１．６）
【出願人】（０００２０５０４１）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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