プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
【課題】万が一シャワープレートが割れても、毒性ガスが装置外部に放出するのを防止することができるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供する。
【解決手段】チャンバー１とスペーサ１ｂとアッパープレート１ａとから構成される処理容器の上部開口を閉鎖するようにシャワープレート７を配置し、シャワープレート７の開口部９からチャンバー１内にプラズマ励起用ガスを放射する。シャワープレート７の外側に配置されたスロットアンテナ１２にマイクロ波を供給してプラズマを発生し、スペーサ１ｂの内壁と、シャワープレート７の外周面との間の第１の隙間１６、スロットアンテナ１２の放射面と誘電体カバープレート６との間の第２の隙間１９の大気をガス排気口１８，２２からガス吸引装置２８により吸引し、ガス除害装置２９により毒性ガスを除害することにより、シャワープレート７が割れても有毒な毒性ガスがプラズマ処理装置５０の周辺に放出されることがない。
【解決手段】チャンバー１とスペーサ１ｂとアッパープレート１ａとから構成される処理容器の上部開口を閉鎖するようにシャワープレート７を配置し、シャワープレート７の開口部９からチャンバー１内にプラズマ励起用ガスを放射する。シャワープレート７の外側に配置されたスロットアンテナ１２にマイクロ波を供給してプラズマを発生し、スペーサ１ｂの内壁と、シャワープレート７の外周面との間の第１の隙間１６、スロットアンテナ１２の放射面と誘電体カバープレート６との間の第２の隙間１９の大気をガス排気口１８，２２からガス吸引装置２８により吸引し、ガス除害装置２９により毒性ガスを除害することにより、シャワープレート７が割れても有毒な毒性ガスがプラズマ処理装置５０の周辺に放出されることがない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロ波を用いて半導体基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板をプラズマ処理するマイクロ波プラズマ処理装置は、特開２００２−２９９３３１号公報（特許文献１）に記載されているように、チャンバーを有し、チャンバー内には被処理基板を保持するサセプタが配置されている。チャンバー内には、サセプタ上の被処理基板に対向する位置に、シャワープレートが配置されている。シャワープレートは、アルミナなどの低損失誘電体よりなり、プラズマガスを噴出するための多数の開口部を形成した板状の誘電体窓本体と、同じく低損失誘電体よりなり、誘電体窓本体の上側に配置される誘電体カバープレートとを含む。
【０００３】
シャワープレートは、外部から供給されたＡｒやＫｒ等のプラズマ励起用ガスを開口部からチャンバー内部の空間に、実質的に一様な濃度で放出する。チャンバーには、さらに誘電体カバープレートの上側に、ラジアルラインスロットアンテナが設けられている。ラジアルラインスロットアンテナを通して外部のマイクロ波源からのマイクロ波がチャンバー内に放射され、チャンバー内の空間に放出されたプラズマ励起用ガスを励起する。誘電体カバープレートとラジアルラインスロットアンテナの放射面との間の隙間は大気圧に保たれる。
【０００４】
かかるラジアルラインスロットアンテナを用いることにより、誘電体窓本体直下の空間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にダメージが生じることがなく、またチャンバーの内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。また、高密度であるため、成膜などの基板処理も効率的に、高速にできる。
【特許文献１】特開２００２−２９９３３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
被処理基板の大型化に伴い、プラズマ処理装置も大型化しており、誘電体窓本体と誘電体カバープレートとを含むシャワープレートなども大面積化している。シャワープレートは、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ，ＳｉＯ２などの誘電体で形成される。処理装置内は減圧に保たれるので大面積化のシャワープレートには、より大きな鉛直下向きの力が生じている。そこに、外部からの衝撃や、熱衝撃等が加わると割れる危険性がより高くなる。
【０００６】
このようなシャワープレートが割れた際、誘電体窓本体は誘電体カバープレートによって覆われているが、誘電体カバープレートとチャンバーの内壁部との間には隙間が存在するので、その隙間を介して処理容器内のプラズマ励起用ガスおよびチャンバー内に供給される処理ガス（成膜用ガス）が誘電体カバープレートとラジアルラインスロットアンテナの放射面との間の隙間に漏れてしまう。この間の隙間は、大気に連通しており、処理容器内のガスがプラズマ処理容器外に放出されるおそれがある。
【０００７】
特に、シャワープレートに供給されるプラズマ励起用ガスの圧力は数百Ｔｏｒｒと高いので、シャワープレートが割れたときのガス漏洩量が非常に多くなる。また、成膜用のガスやクリーニングガスは、毒性が非常に高いので、シャワープレートが割れて毒性ガスが装置外に漏れると極めて危険である。
【０００８】
この発明の目的は、万が一シャワープレートが割れても、毒性ガスが装置外部に放出するのを防止することができるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明のプラズマ処理装置は、上部開口を有する処理容器と、処理容器の上部開口を密封するように、その外周面が処理容器の内壁との間に第１の隙間を有して配置される天板と、天板との間に第２の隙間を有して配置され、天板を覆うカバー部材と、天板とカバー部材との間の第２の隙間に配置され、天板に電磁エネルギーを供給して天板の下部にプラズマを発生させる電磁エネルギー供給手段と、処理容器内の天板の下部にガスを分配するガス分配手段と、第１の隙間および第２の隙間の少なくともいずれか一方に処理容器外へ向かう気流を生成する気流生成手段とを備える。
【００１０】
この発明では、処理容器の内壁と天板の外周面との間の第１の隙間と、天板とカバー部材との間の第２の隙間の少なくともいずれか一方に、処理容器外に向かう気流を生成するようにしたので、天板の破損などによりガスが第１または第２の隙間に漏れても装置外部にガスが放出されるのを防止できる。
【００１１】
好ましくは、処理容器は、第１の隙間に連通する第１の排気口を含み、カバー部材は、第２の隙間に連通する第２の排気口を含み、気流生成手段は、第１の排気口に向かう気流と、第２の排気口に向かう気流とが同じ流量になるように調整する流量調整手段を含む。
【００１２】
第１および第２の排気口に向かう気流が同じ流量になるように調整することにより、第１および第２の隙間間に圧力差が生じることがない。
【００１３】
好ましくは、気流生成手段は、第１の隙間内および第２の隙間内を弱負圧にしていずれかに漏れたガスを含む気流を吸引する吸引手段と、漏れたガスから毒性ガスを除害するガス除害手段とを含む。
【００１４】
漏れた毒性ガスを除害することにより、周辺の環境を悪化させることがない。
【００１５】
好ましくは、ガス分配手段は、天板内に形成され、処理容器内にガスを分配するための複数の開口と、複数の開口にガスを供給するための供給溝とを含んでいるとよい。
【００１６】
ガスを供給溝から複数の開口を介して処理容器内に分配できるようになる。
【００１７】
好ましくは、天板は、ガス分配溝と、複数の開口とが形成された誘電体本体と、誘電体本体を覆う誘電体カバー部材とを含んでいてもよい。
【００１８】
天板にガス分配機能を持たせることができる。
【００１９】
好ましくは、第１の排気口は、処理容器の側壁に形成されて第１の隙間に連通する。
【００２０】
第１の隙間にガスが漏れても第１の排気口から排気できる。
【００２１】
好ましくは、電磁エネルギー供給手段は、天板上方に配置され、電磁エネルギーを天板ヘ透過して処理容器内に供給し、天板の下部にプラズマを発生させる平板状アンテナを含み、第２の排気口は、平板状アンテナと天板との対向する第２の隙間に連通し、吸引手段によって吸引される。
【００２２】
電磁エネルギーを平板状アンテナに供給することにより、天板の下部にプラズマを発生できる。
【００２３】
好ましくは、平板状アンテナには、複数のスロットが形成されており、平板状アンテナに内側導体が接続され、第２の排気口に連通する開口が形成される外側導体とを備える同軸導波管を含む。
【００２４】
同軸導波管によりマイクロ波を平板状アンテナに供給して、天板の下部にプラズマを発生できる。
【００２５】
好ましくは、電磁エネルギー供給手段は、天板上方に配置され、高周波信号によって発生する変動磁場により、プラズマ内部に渦電流によってジュール熱を発生させることによって得られる高温のプラズマを天板の下部に発生させる渦巻状に巻回された平板状コイルを含み、第２の排気口は、天板とカバー部材との間に形成される第２の隙間に連通し、吸引手段によって吸引される。
【００２６】
この例では、天板の下部に誘導結合プラズマを発生できる。
【００２７】
好ましくは、処理容器は、電磁エネルギー供給手段と天板との対向する第１の隙間に連通して空気を吸引する第１の吸引口を含む。
【００２８】
第１の吸引口から第１の隙間を介して第１の排気口に流れる気流を生成できる。
【００２９】
好ましくは、カバー部材は、天板とカバー部材との間に形成される第２の隙間に連通して空気を吸引する第２の吸引口を含む。
【００３０】
第２の吸引口から第２の隙間を介して第２の排気口に流れる気流を生成できる。
【００３１】
この発明の他の局面は、プラズマ処理方法であって、被処理基板が載置された、処理容器内に、電磁エネルギーを供給する工程と、処理容器内にガスを流して、電磁エネルギーにより励起されたガスを利用して被処理基板を処理する工程と、少なくとも処理する工程の間、処理容器と、処理容器に対向する天板との間の隙間に、処理容器外へ向かう気流を生じさせる工程とを含む。
【００３２】
少なくとも処理中は、処理容器と、処理容器に対向する天板との間の隙間に気流を生じさせるようにしたので、天板などの破損により処理容器内のガスが漏れても装置外に放出されるのを防止できる。
【発明の効果】
【００３３】
この発明によれば、処理容器の内壁と、天板の処理容器の内壁に対向する面との間の第１の隙間および天板とカバー部材との間の第２の隙間の少なくともいずれか一方に、処理容器外に向かう気流を生成するようにしたので、天板が破損してガスが隙間内に漏れても処理容器外の所定の場所に回収でき、装置外に放出されることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
図１はこの発明の一実施形態におけるプラズマ処理装置３０を示す断面図であり、図２は図１に示したスロットアンテナの平面図である。
【００３５】
図１において、プラズマ処理装置５０は、上部が開口された処理容器を構成する、チャンバー１と、スペーサ１ｂと、アッパープレート１ａとを含み、チャンバー１の内壁には、処理ガス供給孔３０が形成されている。処理容器としては電磁エネルギーとしてのマイクロ波が漏れることがないような金属（例えば、アルミ合金）で形成される。チャンバー１の上面と、スペーサ１ｂの下面は、シールリング５によって、それぞれが密に接触していて、それぞれの接触面から処理ガスが漏れないように構成されている。
【００３６】
チャンバー１内には、被処理基板２を保持するためのサセプタ３が配置されている。チャンバー１内の均一なガスの排気を実現するために、サセプタ３の周囲にはリング状に空間１Ａが形成されており、ガスは下方に排気される。チャンバー１上には、サセプタ３上の被処理基板２に対応する位置に、チャンバー１の外壁の一部として、低損失誘電体よりなる誘電体窓本体４がシールリング５を介してスペーサ１ｂに保持されるように配置されている。
【００３７】
誘電体窓本体４の外側には、同じく低損失誘電体よりなる誘電体カバープレート６が配置されている。誘電体窓本体４と誘電体カバープレート６とによって、天板として作用するシャワープレート７が構成されている。シャワープレート７によりシールリング５を介してスペーサ１ｂの開口部が密閉されて空間１Ｂのガスが上方に漏れないようにされている。
【００３８】
誘電体窓本体４にはその上面にガス拡散溝８が形成されており、下面側に複数の開口部９が形成されている。複数の開口部９のそれぞれはガス拡散溝８に連通するように形成されている。ガス拡散溝８には、外部に配置されたガス供給装置１０からＡｒやＫｒ等のプラズマ励起用ガスが供給されている。複数の開口部９には、それぞれガス拡散溝８に供給されるプラズマ励起用ガスと、誘電体窓本体４直下の空間１Ｂとの間の圧力に差を形成するために、細孔や多孔体などが形成された差圧形成機構１１が充填されてもよい。
【００３９】
プラズマ励起用ガスは、ガス供給装置１０からガス拡散溝８を介して開口部９に供給され、差圧形成機構１１により差圧が形成され、開口部９からチャンバー１内部の誘電体窓本体４直下の空間１Ｂに、実質的に一様な濃度で放出される。なお、ガス拡散溝８内のプラズマ励起用ガスが漏れないように、誘電体窓本体４と誘電体カバープレート６との接触面はシールリング５によってシールされている。シャワープレート７をスペーサ１ｂに固定するために、スペーサ１ｂの上面と誘電体カバープレート６上の外縁とを覆うようにアッパープレート１ａが配置されている。アッパープレート１ａと誘電体カバープレート６との接触面もシールリング５によってシールされている。
【００４０】
さらに、誘電体カバープレート６の外側に、第２の隙間１９を介して、電磁エネルギー供給手段として作動する放射面を有するスロットアンテナ１２が設けられている。スロットアンテナ１２は、外部のマイクロ波源（図示せず）に同軸導波管１３を介して接続されており、マイクロ波源から供給される、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波により、空間１Ｂに放出されたプラズマ励起用ガスを励起し、処理ガスをラジカル化する。
【００４１】
スロットアンテナ１２は、ラジアルラインスロットアンテナであり、図２に示すように、同軸導波管１３の内側導波管１３２に接続された平坦なディスク状のアンテナ本体１２ａを含み、アンテナ本体１２ａには、多数のスロット１２ｂおよびこれに直交する多数のスロット１２ｃが形成されている。アンテナ本体１２ａの上側には、厚さが一定の誘電体膜よりなる遅波板１４が挿入されている。スロットアンテナ１２と遅波板１４は、カバー部材として作用するプレートカバー１５に固定されて、アッパープレート１ａの上部開口を塞ぐように固定される。アッパープレート１５は、誘電体カバープレート６との間に所定の高さの隙間を構成する。プレートカバー１５は、遅波板１４とスロットアンテナ１２とを覆ってスロットアンテナ１２を冷却するものであり、内部に冷媒が供給されている。
【００４２】
スペーサ１ｂの内壁と、この内壁に対向する誘電体窓本体４の外周面および誘電体カバープレート６の外周面との間には第１の隙間１６が存在し、この第１の隙間１６は、スペーサ１ｂに形成された第１の吸引口としての大気吸引口１７と、第１の排気口としてのガス排気口１８とに連通している。スロットアンテナ１２の放射面と、この放射面に対向する誘電体カバープレート６の上面との間およびアッパープレート１ａの内壁と、この内壁に対向するスロットアンテナ１２の外周面および遅波板１４の外周面との間には微小な第２の隙間１９が存在している。第２の隙間１９は、プレートカバー１５の上部に形成された第２の吸引口としての大気吸引口２０に連通している。
【００４３】
さらに、プレートカバー１５の下面と、この下面に対向する遅波板１４の上面との間には隙間２１があり、この隙間２１は同軸導波管１３の外側導波管１３１と内側導波管１３２との間の隙間から外側導波管１３１に形成されたガス排気口２２に連通している。プレートカバー１５には、同軸導波管１３の内側導波管１３２が貫通する孔が形成されており、この孔は第２の排気口として作用する。なお、第２の隙間１９は、スロットアンテナ１２のスロット１２ｂ，１２ｃ、スロットアンテナ１２と遅波板１４との接触面のわずかな隙間から遅波板１４と同軸導波管１３の内側導波管１３２とのわずかな隙間１４ａを介して隙間２１と連通している。
【００４４】
スペーサ１ｂに形成されたガス排気口１８は排気管２３を介してガス流量調整装置２４に連結されており、導波管１３の外側導波管１３１に形成されたガス排気口２２は、排気管２５を介してガス流量調整装置２６に連結されている。ガス流量調整装置２４，２５は、流量調整手段として作動する。なお、ガス排気口２２は導波管１３の外側導波管１３１に形成することなく、第２の排気口としてプレートカバー１５に直接形成してもよい。
【００４５】
ガス流量調整装置２４，２６は、ガス排気口１８，２２から同じ流量で気流を生成できるように隙間１６，１９，２１内を吸引するように吸引量を調整するために設けられている。ガス流量調整装置２４，２６で大気あるいはガスなどの気流の流量が調整された後、ガス吸引装置２８により大気あるいはガスが吸引され、ガス除害手段として作動するガス除害装置２９により有毒なガス成分が除害される。吸引手段として作動するガス吸引装置２８は、各第１の隙間１６内と、第２の隙間１９，２１内が弱負圧になるような吸引力で大気あるいはガスを吸引する。ガス吸引装置２８と、ガス流量調整装置２４，２６とにより気流生成手段が構成される。
【００４６】
なお、ガス流量調整装置２４，２６を設けることなく、大気吸引口１７，２０の開口サイズを調整するなどして流量が同じになるように構成してもよい。
【００４７】
かかる構成のプラズマ処理装置５０において、同軸導波管１３を介して給電されたマイクロ波は、遅波板１４内をスロットアンテナ１２の半径方向に沿って進行するが、その際に遅波板１４の作用により波長が圧縮される。半径方向に進行するマイクロ波の波長に対応してスロット１２ｂおよび１２ｃ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アンテナ本体１２ａに実質的に垂直な方向に放射することができる。スロットアンテナ１２から処理室内に放射されたマイクロ波により、ガス供給装置１０からガス拡散溝８を介して複数の開口部９から空間１Ｂに供給されたプラズマ励起用ガスを励起する。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２にダメージが生じることがなく、またチャンバー１、スペーサ１ｂの内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。
【００４８】
チャンバー１、スペーサ１ｂ内において、シャワープレート７と被処理基板２との間の空間１Ｂに、図示しない処理ガス供給源から処理ガス供給孔３０に供給された処理ガスを供給する。このように処理ガスを空間１Ｂに放出することにより、放出された処理ガスは、空間１Ｂにおいて形成された高密度プラズマによりラジカル化され、被処理基板２上に、一様なプラズマ処理が、効率的かつ高速に、しかも被処理基板２および被処理基板２上の素子を損傷させることなく、エッチング処理や成膜処理などを行うことができる。
【００４９】
一方、ガス吸引装置２８は、ガス流量調整装置２４，２６と排気管２３，２５を介してガス排気口１８，２２から第１の隙間１６内と、第２の隙間１９，２１内を吸引しているので、大気吸引口１７，２０から大気が吸引され、第１の隙間１６内と、第２の隙間１９，２１内は大気に通じている。
【００５０】
もし、誘電体窓本体４が割れると空間１Ｂに放出しているプラズマ励起用ガスや処理ガスがスペーサ１ｂの内壁と誘電体窓本体４の外周面および誘電体カバープレート６の外周面との間の第１の隙間１６に流れ込む。また、誘電体窓本体４のみならず誘電体カバープレート６が割れると、プラズマ励起用ガスや処理ガスが誘電体カバープレート６とスロットアンテナ１２との間の第２の隙間１９に流れ込み、さらにスロットアンテナ１２のスロット１２ｂ，１２ｃ、スロットアンテナ１２と遅波板１４との間のわずかな隙間から遅波板１４と同軸導波管１３の内側導波管１３２との間の隙間１４ａを介して隙間２１に流れ込む。
【００５１】
しかし、各第１の隙間１６内と、第２の隙間１９，２１内の大気は、ガス吸引装置２８によりガス流量調整装置２４，２６を介してガス排気口１８，２２から吸引されているので、たとえ各第１の隙間１６内と、第２の隙間１９，２１内にプラズマ励起用ガスや処理ガスが流れ込んだとしても、そのプラズマ励起用ガスや処理ガスはガス吸引装置２８により吸引され、ガス除害装置２９により毒性ガスが除害される。したがって、誘電体窓本体４や誘電体カバープレート６が割れても毒性の強いガスが装置外へ放出されず、処理容器外の所定の場所に回収できるので、危険性をなくすことができるばかりでなく周囲の環境を汚染することもない。
【００５２】
なお、ガス供給装置１０によりプラズマ励起用ガスを流している間、ガス吸引装置２８により第２の隙間１９，２１内の大気および漏れたガスを吸引して気流を生じさせるのがより好ましい。
【００５３】
図３はこの発明の他の実施形態におけるプラズマ処理装置を示す断面図である。図１に示したプラズマ処理装置５０は、マイクロ波をスロットアンテナ１２を通してプラズマを発生させたのに対して、図３に示したプラズマ処理装置６０は、誘導結合プラズマ（Inductively Coupled Plasma、以下、ＩＣＰと称する。）を発生させる。ＩＣＰは、気体に高電圧をかけることによってプラズマ化させ、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波信号に基づく変動磁場により、そのプラズマ内部に渦電流によるジュール熱を発生させることによって高温のプラズマを発生させる。
【００５４】
図３において、図１に示したスロットアンテナ１２と、同軸導波管１３と、遅波板１４と、プレートカバー１５とに代えて、電磁エネルギー供給手段として作動する電磁エネルギー放射アンテナ４１と、プレートカバー４２とが配置されている。それ以外の構成は図１と同じである。
【００５５】
誘電体カバープレート６とプレートカバー４２との間には隙間４３が形成されており、その隙間４３内であって、誘電体カバープレート６上に電磁エネルギー放射アンテナ４１が配置されている。電磁エネルギー放射アンテナ４１は、平板状コイルを渦巻き状に巻回したものである。平板状コイルに高周波信号を大電流で流すことによって、高電圧と高周波数の変動磁場を同時に得ることができ、シャワープレート７の下部の空間１Ｂに誘導結合プラズマを発生させることができる。
【００５６】
プレートカバー４２には、大気吸引口４４と、ガス排気口４５とが形成されており、ガス排気口４５は排気管２５を介してガス流量調整装置２６に結合されている。大気吸引口４４は第２の吸引口を構成し、ガス排気口４５は第２の吸引口を構成している。また、この例においても、スペーサ１ｂの内壁と、この内壁に対向する誘電体窓本体４の外周面と、誘電体カバープレート６の外周面との間には第１の隙間１６が形成されており、この第１の隙間１６は大気吸引口１７と、ガス排気口１８とに連通している。
【００５７】
もし、誘電体窓本体４が割れると空間１Ｂに放出されているプラズマ励起用ガスがスペーサ１ｂの内壁と誘電体窓本体４の外周面および誘電体カバープレート６の外周面との間の第１の隙間１６に流れ込む。また、誘電体窓本体４のみならず誘電体カバープレート６が割れると、プラズマ励起用ガスが誘電体カバープレート６とプレートカバー４２との間の隙間４３に流れ込む。
【００５８】
しかし、第１の隙間１６内は、ガス吸引装置２８によりガス流量調整装置２４を介してガス排気口１８から吸引されているので、たとえ第１の隙間１６にプラズマ励起用ガスが流れ込んだとしても、ガス吸引装置２により吸引され、ガス除害装置２９により毒性ガスが除害され、大気のみが放出される。また、隙間４３内に流れ込んだプラズマ励起用ガスは、ガス排気口４５からガス流量調整装置２６を介してガス吸引装置２８により吸引され、ガス除害装置２９により毒性ガスが除害される。したがって、誘電体窓本体４や誘電体カバープレート６が割れても毒性の強いガスが処理容器外の所定の場所に回収されるので、プラズマ処理装置６０の周辺に漏れることがなく、危険性をなくすことができる。
【００５９】
なお、図１および図３に示した実施例では、誘電体窓本体４と、誘電体カバープレート６が分離された例について説明したが、誘電体窓本体４と、誘電体カバープレート６とが一体になったものであってもよい。
【００６０】
また、誘電体窓本体４と、誘電体カバープレート６とに代えて、従来の円板状の誘電体からなる天板を用い、天板の下部にプラズマ励起用ガスを噴出するガス分配手段を別個に設けたプラズマ処理装置において、天板が割れた場合にプラズマ励起用ガスが周辺に漏れるのを防止するようにしてもよい。
【００６１】
さらに、図１および図３に示した実施例おいて、チャンバー１に第１の大気吸引口１７を形成したが、特に大気吸引口１７を形成しなくとも、アッパープレート１ａとスペーサ１ｂ外周側の接触面はシールリング５によりシールされていないので、この接触面から大気を吸引することは可能である。同様にして、図１に示したプレートカバー１５の大気吸引口２０を形成しなくともプレートカバー１５と、アッパープレート１ａとの接触面から大気を吸引することが可能である。さらに図３に示したプレートカバー４２と、アッパープレート１ａとの接触面から大気を吸引することも可能であるので、大気吸引口４４を省略することは可能である。
【００６２】
また、処理容器内を減圧に保つための図示しない排気装置がガス吸引装置２８を兼ねていてもよい。
【００６３】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
この発明のプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法は、発生するプラズマを用いて被処理基板をエッチング処理したり、皮膜処理したりするのに利用される。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】この発明の一実施形態におけるプラズマ処理装置５０を示す断面図である。
【図２】図１に示したスロットアンテナの平面図である。
【図３】この発明の他の実施形態におけるプラズマ処理装置６０を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１ チャンバー、１ａ アッパープレート、１ｂ スペーサ、２ 被処理基板、３ サセプタ、４ 誘電体窓本体、５ シールリング、６ 誘電体カバープレート、７ シャワープレート、８ プラズマガス拡散溝、９ 開口部、１０ ガス供給装置、１１ 差圧形成機構、１２ スロットアンテナ、１２ａ アンテナ本体、１２ｂ，１２ｃ スロット、１３ 同軸導波管、１４ 遅波板、１４ａ，１６ 第１の隙間、１９，２１ 第２の隙間、１５，４２ カバープレート、１７，２０，４４ 大気吸気口、１８，２２，４５ ガス排気口、２３，２５，２７ 排気管、２４，２６ ガス流量調整装置、２８ ガス吸引装置、２９ ガス除害装置、５０，６０ プラズマ処理装置、４１ 電磁エネルギー放射アンテナ、４３ 隙間、１３１ 外側導波管、１３２ 内側導波管。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロ波を用いて半導体基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板をプラズマ処理するマイクロ波プラズマ処理装置は、特開２００２−２９９３３１号公報（特許文献１）に記載されているように、チャンバーを有し、チャンバー内には被処理基板を保持するサセプタが配置されている。チャンバー内には、サセプタ上の被処理基板に対向する位置に、シャワープレートが配置されている。シャワープレートは、アルミナなどの低損失誘電体よりなり、プラズマガスを噴出するための多数の開口部を形成した板状の誘電体窓本体と、同じく低損失誘電体よりなり、誘電体窓本体の上側に配置される誘電体カバープレートとを含む。
【０００３】
シャワープレートは、外部から供給されたＡｒやＫｒ等のプラズマ励起用ガスを開口部からチャンバー内部の空間に、実質的に一様な濃度で放出する。チャンバーには、さらに誘電体カバープレートの上側に、ラジアルラインスロットアンテナが設けられている。ラジアルラインスロットアンテナを通して外部のマイクロ波源からのマイクロ波がチャンバー内に放射され、チャンバー内の空間に放出されたプラズマ励起用ガスを励起する。誘電体カバープレートとラジアルラインスロットアンテナの放射面との間の隙間は大気圧に保たれる。
【０００４】
かかるラジアルラインスロットアンテナを用いることにより、誘電体窓本体直下の空間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にダメージが生じることがなく、またチャンバーの内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。また、高密度であるため、成膜などの基板処理も効率的に、高速にできる。
【特許文献１】特開２００２−２９９３３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
被処理基板の大型化に伴い、プラズマ処理装置も大型化しており、誘電体窓本体と誘電体カバープレートとを含むシャワープレートなども大面積化している。シャワープレートは、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ，ＳｉＯ２などの誘電体で形成される。処理装置内は減圧に保たれるので大面積化のシャワープレートには、より大きな鉛直下向きの力が生じている。そこに、外部からの衝撃や、熱衝撃等が加わると割れる危険性がより高くなる。
【０００６】
このようなシャワープレートが割れた際、誘電体窓本体は誘電体カバープレートによって覆われているが、誘電体カバープレートとチャンバーの内壁部との間には隙間が存在するので、その隙間を介して処理容器内のプラズマ励起用ガスおよびチャンバー内に供給される処理ガス（成膜用ガス）が誘電体カバープレートとラジアルラインスロットアンテナの放射面との間の隙間に漏れてしまう。この間の隙間は、大気に連通しており、処理容器内のガスがプラズマ処理容器外に放出されるおそれがある。
【０００７】
特に、シャワープレートに供給されるプラズマ励起用ガスの圧力は数百Ｔｏｒｒと高いので、シャワープレートが割れたときのガス漏洩量が非常に多くなる。また、成膜用のガスやクリーニングガスは、毒性が非常に高いので、シャワープレートが割れて毒性ガスが装置外に漏れると極めて危険である。
【０００８】
この発明の目的は、万が一シャワープレートが割れても、毒性ガスが装置外部に放出するのを防止することができるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明のプラズマ処理装置は、上部開口を有する処理容器と、処理容器の上部開口を密封するように、その外周面が処理容器の内壁との間に第１の隙間を有して配置される天板と、天板との間に第２の隙間を有して配置され、天板を覆うカバー部材と、天板とカバー部材との間の第２の隙間に配置され、天板に電磁エネルギーを供給して天板の下部にプラズマを発生させる電磁エネルギー供給手段と、処理容器内の天板の下部にガスを分配するガス分配手段と、第１の隙間および第２の隙間の少なくともいずれか一方に処理容器外へ向かう気流を生成する気流生成手段とを備える。
【００１０】
この発明では、処理容器の内壁と天板の外周面との間の第１の隙間と、天板とカバー部材との間の第２の隙間の少なくともいずれか一方に、処理容器外に向かう気流を生成するようにしたので、天板の破損などによりガスが第１または第２の隙間に漏れても装置外部にガスが放出されるのを防止できる。
【００１１】
好ましくは、処理容器は、第１の隙間に連通する第１の排気口を含み、カバー部材は、第２の隙間に連通する第２の排気口を含み、気流生成手段は、第１の排気口に向かう気流と、第２の排気口に向かう気流とが同じ流量になるように調整する流量調整手段を含む。
【００１２】
第１および第２の排気口に向かう気流が同じ流量になるように調整することにより、第１および第２の隙間間に圧力差が生じることがない。
【００１３】
好ましくは、気流生成手段は、第１の隙間内および第２の隙間内を弱負圧にしていずれかに漏れたガスを含む気流を吸引する吸引手段と、漏れたガスから毒性ガスを除害するガス除害手段とを含む。
【００１４】
漏れた毒性ガスを除害することにより、周辺の環境を悪化させることがない。
【００１５】
好ましくは、ガス分配手段は、天板内に形成され、処理容器内にガスを分配するための複数の開口と、複数の開口にガスを供給するための供給溝とを含んでいるとよい。
【００１６】
ガスを供給溝から複数の開口を介して処理容器内に分配できるようになる。
【００１７】
好ましくは、天板は、ガス分配溝と、複数の開口とが形成された誘電体本体と、誘電体本体を覆う誘電体カバー部材とを含んでいてもよい。
【００１８】
天板にガス分配機能を持たせることができる。
【００１９】
好ましくは、第１の排気口は、処理容器の側壁に形成されて第１の隙間に連通する。
【００２０】
第１の隙間にガスが漏れても第１の排気口から排気できる。
【００２１】
好ましくは、電磁エネルギー供給手段は、天板上方に配置され、電磁エネルギーを天板ヘ透過して処理容器内に供給し、天板の下部にプラズマを発生させる平板状アンテナを含み、第２の排気口は、平板状アンテナと天板との対向する第２の隙間に連通し、吸引手段によって吸引される。
【００２２】
電磁エネルギーを平板状アンテナに供給することにより、天板の下部にプラズマを発生できる。
【００２３】
好ましくは、平板状アンテナには、複数のスロットが形成されており、平板状アンテナに内側導体が接続され、第２の排気口に連通する開口が形成される外側導体とを備える同軸導波管を含む。
【００２４】
同軸導波管によりマイクロ波を平板状アンテナに供給して、天板の下部にプラズマを発生できる。
【００２５】
好ましくは、電磁エネルギー供給手段は、天板上方に配置され、高周波信号によって発生する変動磁場により、プラズマ内部に渦電流によってジュール熱を発生させることによって得られる高温のプラズマを天板の下部に発生させる渦巻状に巻回された平板状コイルを含み、第２の排気口は、天板とカバー部材との間に形成される第２の隙間に連通し、吸引手段によって吸引される。
【００２６】
この例では、天板の下部に誘導結合プラズマを発生できる。
【００２７】
好ましくは、処理容器は、電磁エネルギー供給手段と天板との対向する第１の隙間に連通して空気を吸引する第１の吸引口を含む。
【００２８】
第１の吸引口から第１の隙間を介して第１の排気口に流れる気流を生成できる。
【００２９】
好ましくは、カバー部材は、天板とカバー部材との間に形成される第２の隙間に連通して空気を吸引する第２の吸引口を含む。
【００３０】
第２の吸引口から第２の隙間を介して第２の排気口に流れる気流を生成できる。
【００３１】
この発明の他の局面は、プラズマ処理方法であって、被処理基板が載置された、処理容器内に、電磁エネルギーを供給する工程と、処理容器内にガスを流して、電磁エネルギーにより励起されたガスを利用して被処理基板を処理する工程と、少なくとも処理する工程の間、処理容器と、処理容器に対向する天板との間の隙間に、処理容器外へ向かう気流を生じさせる工程とを含む。
【００３２】
少なくとも処理中は、処理容器と、処理容器に対向する天板との間の隙間に気流を生じさせるようにしたので、天板などの破損により処理容器内のガスが漏れても装置外に放出されるのを防止できる。
【発明の効果】
【００３３】
この発明によれば、処理容器の内壁と、天板の処理容器の内壁に対向する面との間の第１の隙間および天板とカバー部材との間の第２の隙間の少なくともいずれか一方に、処理容器外に向かう気流を生成するようにしたので、天板が破損してガスが隙間内に漏れても処理容器外の所定の場所に回収でき、装置外に放出されることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
図１はこの発明の一実施形態におけるプラズマ処理装置３０を示す断面図であり、図２は図１に示したスロットアンテナの平面図である。
【００３５】
図１において、プラズマ処理装置５０は、上部が開口された処理容器を構成する、チャンバー１と、スペーサ１ｂと、アッパープレート１ａとを含み、チャンバー１の内壁には、処理ガス供給孔３０が形成されている。処理容器としては電磁エネルギーとしてのマイクロ波が漏れることがないような金属（例えば、アルミ合金）で形成される。チャンバー１の上面と、スペーサ１ｂの下面は、シールリング５によって、それぞれが密に接触していて、それぞれの接触面から処理ガスが漏れないように構成されている。
【００３６】
チャンバー１内には、被処理基板２を保持するためのサセプタ３が配置されている。チャンバー１内の均一なガスの排気を実現するために、サセプタ３の周囲にはリング状に空間１Ａが形成されており、ガスは下方に排気される。チャンバー１上には、サセプタ３上の被処理基板２に対応する位置に、チャンバー１の外壁の一部として、低損失誘電体よりなる誘電体窓本体４がシールリング５を介してスペーサ１ｂに保持されるように配置されている。
【００３７】
誘電体窓本体４の外側には、同じく低損失誘電体よりなる誘電体カバープレート６が配置されている。誘電体窓本体４と誘電体カバープレート６とによって、天板として作用するシャワープレート７が構成されている。シャワープレート７によりシールリング５を介してスペーサ１ｂの開口部が密閉されて空間１Ｂのガスが上方に漏れないようにされている。
【００３８】
誘電体窓本体４にはその上面にガス拡散溝８が形成されており、下面側に複数の開口部９が形成されている。複数の開口部９のそれぞれはガス拡散溝８に連通するように形成されている。ガス拡散溝８には、外部に配置されたガス供給装置１０からＡｒやＫｒ等のプラズマ励起用ガスが供給されている。複数の開口部９には、それぞれガス拡散溝８に供給されるプラズマ励起用ガスと、誘電体窓本体４直下の空間１Ｂとの間の圧力に差を形成するために、細孔や多孔体などが形成された差圧形成機構１１が充填されてもよい。
【００３９】
プラズマ励起用ガスは、ガス供給装置１０からガス拡散溝８を介して開口部９に供給され、差圧形成機構１１により差圧が形成され、開口部９からチャンバー１内部の誘電体窓本体４直下の空間１Ｂに、実質的に一様な濃度で放出される。なお、ガス拡散溝８内のプラズマ励起用ガスが漏れないように、誘電体窓本体４と誘電体カバープレート６との接触面はシールリング５によってシールされている。シャワープレート７をスペーサ１ｂに固定するために、スペーサ１ｂの上面と誘電体カバープレート６上の外縁とを覆うようにアッパープレート１ａが配置されている。アッパープレート１ａと誘電体カバープレート６との接触面もシールリング５によってシールされている。
【００４０】
さらに、誘電体カバープレート６の外側に、第２の隙間１９を介して、電磁エネルギー供給手段として作動する放射面を有するスロットアンテナ１２が設けられている。スロットアンテナ１２は、外部のマイクロ波源（図示せず）に同軸導波管１３を介して接続されており、マイクロ波源から供給される、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波により、空間１Ｂに放出されたプラズマ励起用ガスを励起し、処理ガスをラジカル化する。
【００４１】
スロットアンテナ１２は、ラジアルラインスロットアンテナであり、図２に示すように、同軸導波管１３の内側導波管１３２に接続された平坦なディスク状のアンテナ本体１２ａを含み、アンテナ本体１２ａには、多数のスロット１２ｂおよびこれに直交する多数のスロット１２ｃが形成されている。アンテナ本体１２ａの上側には、厚さが一定の誘電体膜よりなる遅波板１４が挿入されている。スロットアンテナ１２と遅波板１４は、カバー部材として作用するプレートカバー１５に固定されて、アッパープレート１ａの上部開口を塞ぐように固定される。アッパープレート１５は、誘電体カバープレート６との間に所定の高さの隙間を構成する。プレートカバー１５は、遅波板１４とスロットアンテナ１２とを覆ってスロットアンテナ１２を冷却するものであり、内部に冷媒が供給されている。
【００４２】
スペーサ１ｂの内壁と、この内壁に対向する誘電体窓本体４の外周面および誘電体カバープレート６の外周面との間には第１の隙間１６が存在し、この第１の隙間１６は、スペーサ１ｂに形成された第１の吸引口としての大気吸引口１７と、第１の排気口としてのガス排気口１８とに連通している。スロットアンテナ１２の放射面と、この放射面に対向する誘電体カバープレート６の上面との間およびアッパープレート１ａの内壁と、この内壁に対向するスロットアンテナ１２の外周面および遅波板１４の外周面との間には微小な第２の隙間１９が存在している。第２の隙間１９は、プレートカバー１５の上部に形成された第２の吸引口としての大気吸引口２０に連通している。
【００４３】
さらに、プレートカバー１５の下面と、この下面に対向する遅波板１４の上面との間には隙間２１があり、この隙間２１は同軸導波管１３の外側導波管１３１と内側導波管１３２との間の隙間から外側導波管１３１に形成されたガス排気口２２に連通している。プレートカバー１５には、同軸導波管１３の内側導波管１３２が貫通する孔が形成されており、この孔は第２の排気口として作用する。なお、第２の隙間１９は、スロットアンテナ１２のスロット１２ｂ，１２ｃ、スロットアンテナ１２と遅波板１４との接触面のわずかな隙間から遅波板１４と同軸導波管１３の内側導波管１３２とのわずかな隙間１４ａを介して隙間２１と連通している。
【００４４】
スペーサ１ｂに形成されたガス排気口１８は排気管２３を介してガス流量調整装置２４に連結されており、導波管１３の外側導波管１３１に形成されたガス排気口２２は、排気管２５を介してガス流量調整装置２６に連結されている。ガス流量調整装置２４，２５は、流量調整手段として作動する。なお、ガス排気口２２は導波管１３の外側導波管１３１に形成することなく、第２の排気口としてプレートカバー１５に直接形成してもよい。
【００４５】
ガス流量調整装置２４，２６は、ガス排気口１８，２２から同じ流量で気流を生成できるように隙間１６，１９，２１内を吸引するように吸引量を調整するために設けられている。ガス流量調整装置２４，２６で大気あるいはガスなどの気流の流量が調整された後、ガス吸引装置２８により大気あるいはガスが吸引され、ガス除害手段として作動するガス除害装置２９により有毒なガス成分が除害される。吸引手段として作動するガス吸引装置２８は、各第１の隙間１６内と、第２の隙間１９，２１内が弱負圧になるような吸引力で大気あるいはガスを吸引する。ガス吸引装置２８と、ガス流量調整装置２４，２６とにより気流生成手段が構成される。
【００４６】
なお、ガス流量調整装置２４，２６を設けることなく、大気吸引口１７，２０の開口サイズを調整するなどして流量が同じになるように構成してもよい。
【００４７】
かかる構成のプラズマ処理装置５０において、同軸導波管１３を介して給電されたマイクロ波は、遅波板１４内をスロットアンテナ１２の半径方向に沿って進行するが、その際に遅波板１４の作用により波長が圧縮される。半径方向に進行するマイクロ波の波長に対応してスロット１２ｂおよび１２ｃ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アンテナ本体１２ａに実質的に垂直な方向に放射することができる。スロットアンテナ１２から処理室内に放射されたマイクロ波により、ガス供給装置１０からガス拡散溝８を介して複数の開口部９から空間１Ｂに供給されたプラズマ励起用ガスを励起する。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２にダメージが生じることがなく、またチャンバー１、スペーサ１ｂの内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。
【００４８】
チャンバー１、スペーサ１ｂ内において、シャワープレート７と被処理基板２との間の空間１Ｂに、図示しない処理ガス供給源から処理ガス供給孔３０に供給された処理ガスを供給する。このように処理ガスを空間１Ｂに放出することにより、放出された処理ガスは、空間１Ｂにおいて形成された高密度プラズマによりラジカル化され、被処理基板２上に、一様なプラズマ処理が、効率的かつ高速に、しかも被処理基板２および被処理基板２上の素子を損傷させることなく、エッチング処理や成膜処理などを行うことができる。
【００４９】
一方、ガス吸引装置２８は、ガス流量調整装置２４，２６と排気管２３，２５を介してガス排気口１８，２２から第１の隙間１６内と、第２の隙間１９，２１内を吸引しているので、大気吸引口１７，２０から大気が吸引され、第１の隙間１６内と、第２の隙間１９，２１内は大気に通じている。
【００５０】
もし、誘電体窓本体４が割れると空間１Ｂに放出しているプラズマ励起用ガスや処理ガスがスペーサ１ｂの内壁と誘電体窓本体４の外周面および誘電体カバープレート６の外周面との間の第１の隙間１６に流れ込む。また、誘電体窓本体４のみならず誘電体カバープレート６が割れると、プラズマ励起用ガスや処理ガスが誘電体カバープレート６とスロットアンテナ１２との間の第２の隙間１９に流れ込み、さらにスロットアンテナ１２のスロット１２ｂ，１２ｃ、スロットアンテナ１２と遅波板１４との間のわずかな隙間から遅波板１４と同軸導波管１３の内側導波管１３２との間の隙間１４ａを介して隙間２１に流れ込む。
【００５１】
しかし、各第１の隙間１６内と、第２の隙間１９，２１内の大気は、ガス吸引装置２８によりガス流量調整装置２４，２６を介してガス排気口１８，２２から吸引されているので、たとえ各第１の隙間１６内と、第２の隙間１９，２１内にプラズマ励起用ガスや処理ガスが流れ込んだとしても、そのプラズマ励起用ガスや処理ガスはガス吸引装置２８により吸引され、ガス除害装置２９により毒性ガスが除害される。したがって、誘電体窓本体４や誘電体カバープレート６が割れても毒性の強いガスが装置外へ放出されず、処理容器外の所定の場所に回収できるので、危険性をなくすことができるばかりでなく周囲の環境を汚染することもない。
【００５２】
なお、ガス供給装置１０によりプラズマ励起用ガスを流している間、ガス吸引装置２８により第２の隙間１９，２１内の大気および漏れたガスを吸引して気流を生じさせるのがより好ましい。
【００５３】
図３はこの発明の他の実施形態におけるプラズマ処理装置を示す断面図である。図１に示したプラズマ処理装置５０は、マイクロ波をスロットアンテナ１２を通してプラズマを発生させたのに対して、図３に示したプラズマ処理装置６０は、誘導結合プラズマ（Inductively Coupled Plasma、以下、ＩＣＰと称する。）を発生させる。ＩＣＰは、気体に高電圧をかけることによってプラズマ化させ、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波信号に基づく変動磁場により、そのプラズマ内部に渦電流によるジュール熱を発生させることによって高温のプラズマを発生させる。
【００５４】
図３において、図１に示したスロットアンテナ１２と、同軸導波管１３と、遅波板１４と、プレートカバー１５とに代えて、電磁エネルギー供給手段として作動する電磁エネルギー放射アンテナ４１と、プレートカバー４２とが配置されている。それ以外の構成は図１と同じである。
【００５５】
誘電体カバープレート６とプレートカバー４２との間には隙間４３が形成されており、その隙間４３内であって、誘電体カバープレート６上に電磁エネルギー放射アンテナ４１が配置されている。電磁エネルギー放射アンテナ４１は、平板状コイルを渦巻き状に巻回したものである。平板状コイルに高周波信号を大電流で流すことによって、高電圧と高周波数の変動磁場を同時に得ることができ、シャワープレート７の下部の空間１Ｂに誘導結合プラズマを発生させることができる。
【００５６】
プレートカバー４２には、大気吸引口４４と、ガス排気口４５とが形成されており、ガス排気口４５は排気管２５を介してガス流量調整装置２６に結合されている。大気吸引口４４は第２の吸引口を構成し、ガス排気口４５は第２の吸引口を構成している。また、この例においても、スペーサ１ｂの内壁と、この内壁に対向する誘電体窓本体４の外周面と、誘電体カバープレート６の外周面との間には第１の隙間１６が形成されており、この第１の隙間１６は大気吸引口１７と、ガス排気口１８とに連通している。
【００５７】
もし、誘電体窓本体４が割れると空間１Ｂに放出されているプラズマ励起用ガスがスペーサ１ｂの内壁と誘電体窓本体４の外周面および誘電体カバープレート６の外周面との間の第１の隙間１６に流れ込む。また、誘電体窓本体４のみならず誘電体カバープレート６が割れると、プラズマ励起用ガスが誘電体カバープレート６とプレートカバー４２との間の隙間４３に流れ込む。
【００５８】
しかし、第１の隙間１６内は、ガス吸引装置２８によりガス流量調整装置２４を介してガス排気口１８から吸引されているので、たとえ第１の隙間１６にプラズマ励起用ガスが流れ込んだとしても、ガス吸引装置２により吸引され、ガス除害装置２９により毒性ガスが除害され、大気のみが放出される。また、隙間４３内に流れ込んだプラズマ励起用ガスは、ガス排気口４５からガス流量調整装置２６を介してガス吸引装置２８により吸引され、ガス除害装置２９により毒性ガスが除害される。したがって、誘電体窓本体４や誘電体カバープレート６が割れても毒性の強いガスが処理容器外の所定の場所に回収されるので、プラズマ処理装置６０の周辺に漏れることがなく、危険性をなくすことができる。
【００５９】
なお、図１および図３に示した実施例では、誘電体窓本体４と、誘電体カバープレート６が分離された例について説明したが、誘電体窓本体４と、誘電体カバープレート６とが一体になったものであってもよい。
【００６０】
また、誘電体窓本体４と、誘電体カバープレート６とに代えて、従来の円板状の誘電体からなる天板を用い、天板の下部にプラズマ励起用ガスを噴出するガス分配手段を別個に設けたプラズマ処理装置において、天板が割れた場合にプラズマ励起用ガスが周辺に漏れるのを防止するようにしてもよい。
【００６１】
さらに、図１および図３に示した実施例おいて、チャンバー１に第１の大気吸引口１７を形成したが、特に大気吸引口１７を形成しなくとも、アッパープレート１ａとスペーサ１ｂ外周側の接触面はシールリング５によりシールされていないので、この接触面から大気を吸引することは可能である。同様にして、図１に示したプレートカバー１５の大気吸引口２０を形成しなくともプレートカバー１５と、アッパープレート１ａとの接触面から大気を吸引することが可能である。さらに図３に示したプレートカバー４２と、アッパープレート１ａとの接触面から大気を吸引することも可能であるので、大気吸引口４４を省略することは可能である。
【００６２】
また、処理容器内を減圧に保つための図示しない排気装置がガス吸引装置２８を兼ねていてもよい。
【００６３】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
この発明のプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法は、発生するプラズマを用いて被処理基板をエッチング処理したり、皮膜処理したりするのに利用される。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】この発明の一実施形態におけるプラズマ処理装置５０を示す断面図である。
【図２】図１に示したスロットアンテナの平面図である。
【図３】この発明の他の実施形態におけるプラズマ処理装置６０を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１ チャンバー、１ａ アッパープレート、１ｂ スペーサ、２ 被処理基板、３ サセプタ、４ 誘電体窓本体、５ シールリング、６ 誘電体カバープレート、７ シャワープレート、８ プラズマガス拡散溝、９ 開口部、１０ ガス供給装置、１１ 差圧形成機構、１２ スロットアンテナ、１２ａ アンテナ本体、１２ｂ，１２ｃ スロット、１３ 同軸導波管、１４ 遅波板、１４ａ，１６ 第１の隙間、１９，２１ 第２の隙間、１５，４２ カバープレート、１７，２０，４４ 大気吸気口、１８，２２，４５ ガス排気口、２３，２５，２７ 排気管、２４，２６ ガス流量調整装置、２８ ガス吸引装置、２９ ガス除害装置、５０，６０ プラズマ処理装置、４１ 電磁エネルギー放射アンテナ、４３ 隙間、１３１ 外側導波管、１３２ 内側導波管。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部開口を有する処理容器と、
前記処理容器の上部開口を密封するように、その外周面が前記処理容器の内壁との間に第１の隙間を有して配置される天板と、
前記天板との間に第２の隙間を有して配置され、前記天板を覆うカバー部材と、
前記天板と前記カバー部材との間の第２の隙間に配置され、前記天板に電磁エネルギーを供給して前記天板の下部にプラズマを発生させる電磁エネルギー供給手段と、
前記処理容器内の前記天板の下部にガスを分配するガス分配手段と、
前記第１の隙間および前記第２の隙間の少なくともいずれか一方に前記処理容器外へ向かう気流を生成する気流生成手段とを備える、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記処理容器は、前記第１の隙間に連通する第１の排気口を含み、
前記カバー部材は、前記第２の隙間に連通する第２の排気口を含み、
前記気流生成手段は、前記第１の排気口に向かう気流と、前記第２の排気口に向かう気流とが同じ流量になるように調整する流量調整手段を含む、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記気流生成手段は、
前記第１の隙間内および前記第２の隙間内を弱負圧にしていずれかに漏れたガスを含む気流を吸引する吸引手段と、
前記漏れたガスから毒性ガスを除害するガス除害手段とを含む、請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記ガス分配手段は、
前記天板内に形成され、前記処理容器内にガスを分配するための複数の開口と、
前記天板内に形成され、前記複数の開口に前記ガスを供給するための供給溝とを含む、請求項３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記天板は、
前記ガス分配溝と、前記複数の開口とが形成された誘電体本体と、
前記誘電体本体を覆う誘電体カバー部材とを含む、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記第１の排気口は、前記処理容器の側壁に形成されて前記第１の隙間に連通する、請求項２ないし５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記電磁エネルギー供給手段は、前記天板上方に配置され、電磁エネルギーを前記天板へ透過して前記処理容器内に供給し、前記天板の下部にプラズマを発生させる平板状アンテナを含み、
前記第２の排気口は、前記平板状アンテナと前記天板との対向する第２の隙間に連通し、前記吸引手段によって吸引される、請求項３ないし６のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記平板状アンテナには、複数のスロットが形成されており、
前記平板状アンテナに内側導体が接続され、前記第２の排気口に連通する開口が形成される外側導体とを備える同軸導波管を含む、請求項７に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記電磁エネルギー供給手段は、前記天板上に配置され、高周波信号によって発生する変動磁場により、プラズマ内部に渦電流によってジュール熱を発生させることによって得られる高温のプラズマを前記天板の下部に発生させる渦巻状に巻回された平板状コイルを含み、
前記第２の排気口は、前記天板と前記カバー部材との間に形成される第２の隙間に連通し、前記吸引手段によって吸引される、請求項３ないし６のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記処理容器は、前記電磁エネルギー供給手段と前記天板との対向する第１の隙間に連通して空気を吸引する第１の吸引口を含む、請求項１ないし９のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記カバー部材は、前記天板と前記カバー部材との間に形成される第２の隙間に連通して空気を吸引する第２の吸引口を含む、請求項１ないし１０のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
被処理基板が載置された、処理容器内に、電磁エネルギーを供給する工程と、
前記処理容器内にガスを流して、前記電磁エネルギーにより励起された前記ガスを利用して前記被処理基板を処理する工程と、
少なくとも前記処理する工程の間、前記処理容器と、前記処理容器に対向する前記天板との間の隙間に、前記処理容器外へ向かう気流を生じさせる工程とを含む、プラズマ処理方法。
【請求項１】
上部開口を有する処理容器と、
前記処理容器の上部開口を密封するように、その外周面が前記処理容器の内壁との間に第１の隙間を有して配置される天板と、
前記天板との間に第２の隙間を有して配置され、前記天板を覆うカバー部材と、
前記天板と前記カバー部材との間の第２の隙間に配置され、前記天板に電磁エネルギーを供給して前記天板の下部にプラズマを発生させる電磁エネルギー供給手段と、
前記処理容器内の前記天板の下部にガスを分配するガス分配手段と、
前記第１の隙間および前記第２の隙間の少なくともいずれか一方に前記処理容器外へ向かう気流を生成する気流生成手段とを備える、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記処理容器は、前記第１の隙間に連通する第１の排気口を含み、
前記カバー部材は、前記第２の隙間に連通する第２の排気口を含み、
前記気流生成手段は、前記第１の排気口に向かう気流と、前記第２の排気口に向かう気流とが同じ流量になるように調整する流量調整手段を含む、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記気流生成手段は、
前記第１の隙間内および前記第２の隙間内を弱負圧にしていずれかに漏れたガスを含む気流を吸引する吸引手段と、
前記漏れたガスから毒性ガスを除害するガス除害手段とを含む、請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記ガス分配手段は、
前記天板内に形成され、前記処理容器内にガスを分配するための複数の開口と、
前記天板内に形成され、前記複数の開口に前記ガスを供給するための供給溝とを含む、請求項３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記天板は、
前記ガス分配溝と、前記複数の開口とが形成された誘電体本体と、
前記誘電体本体を覆う誘電体カバー部材とを含む、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記第１の排気口は、前記処理容器の側壁に形成されて前記第１の隙間に連通する、請求項２ないし５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記電磁エネルギー供給手段は、前記天板上方に配置され、電磁エネルギーを前記天板へ透過して前記処理容器内に供給し、前記天板の下部にプラズマを発生させる平板状アンテナを含み、
前記第２の排気口は、前記平板状アンテナと前記天板との対向する第２の隙間に連通し、前記吸引手段によって吸引される、請求項３ないし６のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記平板状アンテナには、複数のスロットが形成されており、
前記平板状アンテナに内側導体が接続され、前記第２の排気口に連通する開口が形成される外側導体とを備える同軸導波管を含む、請求項７に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記電磁エネルギー供給手段は、前記天板上に配置され、高周波信号によって発生する変動磁場により、プラズマ内部に渦電流によってジュール熱を発生させることによって得られる高温のプラズマを前記天板の下部に発生させる渦巻状に巻回された平板状コイルを含み、
前記第２の排気口は、前記天板と前記カバー部材との間に形成される第２の隙間に連通し、前記吸引手段によって吸引される、請求項３ないし６のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記処理容器は、前記電磁エネルギー供給手段と前記天板との対向する第１の隙間に連通して空気を吸引する第１の吸引口を含む、請求項１ないし９のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記カバー部材は、前記天板と前記カバー部材との間に形成される第２の隙間に連通して空気を吸引する第２の吸引口を含む、請求項１ないし１０のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
被処理基板が載置された、処理容器内に、電磁エネルギーを供給する工程と、
前記処理容器内にガスを流して、前記電磁エネルギーにより励起された前記ガスを利用して前記被処理基板を処理する工程と、
少なくとも前記処理する工程の間、前記処理容器と、前記処理容器に対向する前記天板との間の隙間に、前記処理容器外へ向かう気流を生じさせる工程とを含む、プラズマ処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−２８３７６５（Ｐ２００９−２８３７６５Ａ）
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３５５５３（Ｐ２００８−１３５５５３）
【出願日】平成２０年５月２３日（２００８．５．２３）
【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２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２３日（２００８．５．２３）
【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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