プラズマ処理装置
【課題】マイクロ波放電に用いたマイクロ波のＲＦ給電ラインへの漏洩をライン途中で効果的に遮断してマイクロ波漏洩障害を確実に防止する。
【解決手段】このマイクロ波プラズマ処理装置において、サセプタ１２にＲＦバイアス用の高周波を印加するための給電棒３４は、その上端がサセプタ１２の下面中心部に接続され、その下端がマッチングユニット３２内の整合器の高周波出力端子に接続されている。また、チャンバ１０の底面とマッチングユニット３２との間には、同軸線路３６を形成するために、給電棒３４を内部導体としてその周りを囲む円筒状の外部導体３８が設けられている。同軸線路３６には、チャンバ１０内のプラズマ生成空間から線路内に入ってきた不所望なマイクロ波の空間伝播を遮断するためのチョーク機構４０が設けられている。
【解決手段】このマイクロ波プラズマ処理装置において、サセプタ１２にＲＦバイアス用の高周波を印加するための給電棒３４は、その上端がサセプタ１２の下面中心部に接続され、その下端がマッチングユニット３２内の整合器の高周波出力端子に接続されている。また、チャンバ１０の底面とマッチングユニット３２との間には、同軸線路３６を形成するために、給電棒３４を内部導体としてその周りを囲む円筒状の外部導体３８が設けられている。同軸線路３６には、チャンバ１０内のプラズマ生成空間から線路内に入ってきた不所望なマイクロ波の空間伝播を遮断するためのチョーク機構４０が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマプロセスにマイクロ波を利用するプラズマ処理装置に係り、特に処理容器内で被処理基板を保持する電極にＲＦバイアス用の高周波を印加するプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスや液晶ディスプレイ等を製造するためのプラズマプロセスにおいては、真空の処理容器内で処理ガスを放電または電離させるために、高周波やマイクロ波が使用される。高周波放電方式は、処理容器内に一対の電極を適当なギャップを隔てて平行に配置し、一方の電極を接地して他方の電極にプラズマ生成用の高周波を印加する容量結合形が主流になっている。しかしながら、高周波放電方式は、低圧下で高密度のプラズマを生成するのが難しいうえ、電子温度が高いために基板表面の素子にダメージを与えやすいなどの問題を有している。その点、マイクロ波放電方式は、低圧下で電子温度の低い高密度のプラズマを生成できるという利点がある。特に、平板状の表面波プラズマ（ＳＷＰ：Surface Wave Plasma）は、広い圧力範囲で大口径プラズマを効率的に生成できるうえ、磁場を必要としないためプラズマ処理装置の簡略化をはかれるという長所を有している。
【０００３】
マイクロ波放電方式のプラズマ処理装置、特にプラズマエッチング装置においては、処理容器内の比較的低い位置にＲＦ電極を配置してその上に被処理基板たとえば半導体ウエハを固定し、ＲＦ電極の上方でマイクロ波放電によりプラズマを生成してプラズマ中の反応性ラジカルにウエハの被加工面（上面）を晒すとともに、ＲＦ電極にブロッキングコンデンサを介してＲＦバイアス用の高周波を印加して、ＲＦ電極に生じる自己バイアス電圧によりプラズマ中のイオンをウエハの被加工面に引き込むようにしている。（たとえば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００５／０４５９１３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来より、ＲＦ電極にＲＦバイアス用の高周波を印加するためのＲＦ給電ラインには、伝送効率の高い同軸構造の給電棒が多用されている。その場合、給電棒は整合器からＲＦ電極までのＲＦ給電ラインに設けられ、給電棒（内部導体）を囲んで帰線または接地ラインを構成する円筒状の外部導体が整合器から処理容器までの伝送区間に設けられる。給電棒と外部導体との間の空間は、誘電体を詰めてもよいが、通常は空気で満たされる。一方で、ＲＦ電極は、接地電位の処理容器に絶縁性の支持部材を介して電気的に浮いた状態で取り付けられる。
【０００６】
かかる装置構造においては、マイクロ波放電のために処理容器内に導入されたマイクロ波が、ＲＦ電極上方のプラズマ生成空間から基板支持部材（絶縁体）を通り抜けて、ＲＦ給電ラインの同軸線路に入ってくることがある。この同軸線路に入ったマイクロ波は、給電棒の表面を流れるＲＦ高周波とは逆方向に給電棒と外部導体との間の空間を伝播して、整合器の中に入り込む。整合器内にマイクロ波が入り込むと、ＲＦ制御部にはそれがノイズとなって、たとえばオートマッチングが誤動作したり、あるいは整合器の開口部（たとえば冷却ファン）からマイクロ波が外へ漏れて電波雑音の原因になることがある。
【０００７】
本発明は、上記のような従来技術における問題点を解決するものであり、マイクロ波放電に用いたマイクロ波のＲＦ給電ラインへの漏洩をライン途中で効果的に遮断してマイクロ波漏洩障害を確実に防止するようにしたプラズマ処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のプラズマ処理装置は、真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理ガスのプラズマを生成するためのマイクロ波を前記処理容器内に供給するマイクロ波供給部と、前記処理容器内で前記プラズマに晒されるように被処理基板を保持する電極と、前記電極に円柱状または円筒状の給電棒を介してＲＦバイアス用の高周波を印加する高周波電源と、前記給電棒の回りを囲む円筒状の外部導体と、前記給電棒と前記外部導体との間に前記マイクロ波の空間伝播を遮断するために設けられるチョーク機構とを有する。
【０００９】
上記の装置構成においては、真空の処理容器内に処理ガス供給部より所定の処理ガスが導入されると同時に、マイクロ波供給部よりマイクロ波が導入され、マイクロ波のパワーによって処理ガスの粒子が放電（電離）して、プラズマが生成され、このプラズマの下で電極上の基板にエッチング、成膜、スパッタリング、酸化等の微細加工が施される。このプラズマ処理の際、特にプラズマ着火の直前に処理容器内で消費（吸収）されなかったプラズマの一部が同軸構造の給電棒の線路つまり高周波給電用の同軸線路内に入ってくることがある。しかし、チョーク機構が同軸線路の途中でマイクロ波を遮断してそれより先に伝播させないので、マイクロ波の漏洩障害を防止することができる。
【００１０】
本発明におけるチョーク機構は、好適な基本構成として、給電棒の外周面と外部導体の内周面との距離間隔よりも狭いギャップ幅で給電棒の軸方向と平行に延びて円筒状に形成され、１／４波長の線路長を有する第１の導波路と、電極側から見て第１の導波路の終端に接続され、１／４波長の線路長を有し、かつ短絡終端する第２の導波路とを有する。かかる構成においては、１／４波長線路の性質を利用して、第１の導波路の始端または入口を短絡状態にし、つまり実質的に導体壁で塞いだのと同じにして、マイクロ波の伝播を効果的に阻止することができる。
【００１１】
本発明のチョーク機構は、好適な一態様として、給電棒の軸方向と平行に延びて、その外周面と外部導体の内周面との間に第１の導波路を円筒状に形成するとともに、その内周面と給電棒の外周面との間に第２の導波路を円筒状に形成する第１の円筒状導体部と、給電棒から軸方向と直交する半径方向に延びて第１の円筒状導体部の前端に接続し、第２の導波路の終端を短絡させる第１の環状導体部と、給電棒から軸方向と直交する半径方向に延びて第１の円筒状導体部の後端との間および外部導体の内周面との間にそれぞれ第１および第２隙間を形成し、第１の隙間にて第１の導波路の終端と第２の導波路の始端とを接続させる第２の環状導体部とを有する。
【００１２】
また、本発明の好適な一態様によれば、高周波電源と電極との間に整合器が電気的に挿入される。ここで、給電棒は、一端が整合器の第１の出力端子に接続され、他端が電極に接続される。そして、外部導体は、一端が整合器の第２の出力端子に接続され、他端が処理容器に接続される。この場合、高周波給電の同軸線路に入ってきたマイクロ波はチョーク機構で遮断されるので、整合器まで伝播してくることはなく、整合器の誤動作や整合器から外部へマイクロ波が漏れることもない。
【００１３】
本発明の好適な一態様によれば、外部導体は処理容器と一緒にグランド電位に接続される。好ましくは、マイクロ波供給部は、処理容器の周囲または近傍に設けられたアンテナを有し、処理容器内にマイクロ波を導入するための誘電体からなる窓を有する。また、処理容器内に所定の磁場を形成するための磁場形成機構を処理容器の周囲または近傍に設ける構成も可能である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のプラズマ処理装置によれば、上記のような構成および作用により、マイクロ波放電に用いたマイクロ波がＲＦ給電ラインに入ってきてもライン途中でチョーク機構が効果的に遮断するので、マイクロ波漏洩障害を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態におけるマイクロ波プラズマ処理装置の構成を示す図である。
【図２】図１のマイクロ波プラズマ処理装置に設けられるチョーク機構の一実施例の構成を示す縦断面図である。
【図３】図１のマイクロ波プラズマ処理装置に設けられるチョーク機構のフィルタ特性を示す図である。
【図４】別の実施例におけるチョーク機構の構成を示す図である。
【図５】別の実施例におけるチョーク機構の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
【００１７】
図１に、本発明の一実施形態におけるマイクロ波プラズマエッチング装置の構成を示す。このマイクロ波プラズマエッチング装置は、磁場を必要としない平板状ＳＷＰ型プラズマ処理装置として構成されており、たとえばアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属製の円筒型真空チャンバ（処理容器）１０を有している。チャンバ１０は保安接地されている。
【００１８】
先ず、このマイクロ波プラズマエッチング装置においてプラズマ生成に関係しない各部の構成を説明する。
【００１９】
チャンバ１０内の下部中央には、被処理基板としてたとえば半導体ウエハＷを載置する円板状のサセプタ１２が高周波電極を兼ねる基板保持台として水平に配置されている。このサセプタ１２は、たとえばアルミニウムからなり、チャンバ１０の底から垂直上方に延びる絶縁性の筒状支持部１４に支持されている。
【００２０】
筒状支持部１４の外周に沿ってチャンバ１０の底から垂直上方に延びる導電性の筒状支持部１６とチャンバ１０の内壁との間に環状の排気路１８が形成され、この排気路１８の上部または入口に環状のバッフル板２０が取り付けられるとともに、底部に１つまたは複数の排気ポート２２が設けられている。排気ポート２２にはＡＰＣ機能付きの可変排気バルブ２４を介して真空ポンプ２６が接続されている。真空ポンプ２６は、たとえばターボ分子ポンプ等を含み、チャンバ１０内のプラズマ処理空間を所望の真空度まで減圧することができる。チャンバ１０の側壁の外には、半導体ウエハＷの搬入出口を開閉するゲートバルブ２８が取り付けられている。
【００２１】
サセプタ１２には、ＲＦバイアス用の高周波電源３０がマッチングユニット３２および給電棒３４を介して電気的に接続されている。高周波電源３０は、半導体ウエハＷに引き込むイオンのエネルギーを制御するのに適した比較的低い周波数たとえば１３．５６ＭＨｚの高周波を出力する。マッチングユニット３２は、高周波電源３０側のインピーダンスと負荷（主に電極、プラズマ、チャンバ）側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合器を収容しており、この整合器の中に自己バイアス生成用のブロッキングコンデンサが含まれている。また、マッチングユニット３２には、整合器（整合回路）の他にも、負荷インピーダンスを測定するためのＲＦセンサや、整合器内の可変リアクタンス素子の値（インピーダンス・ボジション）を可変調整するためのコントローラおよびステップモータ、さらには冷却用のファン等が設けられている。
【００２２】
給電棒３４は、所定の外径を有する円柱状または円筒状の導体からなり、その上端がサセプタ１２の下面中心部に接続され、その下端がマッチングユニット３２内の上記整合器の高周波出力端子に接続されている。また、チャンバ１０の底面とマッチングユニット３２との間には、同軸線路３６を形成するために、給電棒３４を内部導体としてその周りを囲む円筒状の外部導体３８が設けられている。より詳細には、チャンバ１０の底面（下面）に給電棒３６の外径よりも一回り大きな所定の口径を有する円形の開口部が形成され、外部導体３８の上端部がこの開口部に接続されるとともに、外部導体３８の下端部が上記整合器の接地（帰線）端子に接続されている。
【００２３】
この同軸線路３６には、線路内に入ってきた不所望なマイクロ波の空間伝播を遮断するためのチョーク機構４０が設けられている。このチョーク機構４０の構成および作用は、後に詳細に説明する。
【００２４】
サセプタ１２の上面には、半導体ウエハＷを静電気力で保持するための静電チャック４２が設けられ、この静電チャック４２の半径方向外側に半導体ウエハＷの周囲を環状に囲むフォーカスリング４４が設けられている。静電チャック４２は導電膜からなる電極４２ａを２層の絶縁膜４２ｂ，４２ｃの間に挟み込んだものであり、電極４２ａには直流電源４６がスイッチ４８を介して電気的に接続されている。直流電源４６より印加される直流電圧により、クーロン力で半導体ウエハＷを静電チャック４２上に吸着保持することができる。
【００２５】
サセプタ１２の内部には、たとえば円周方向に延びる環状の冷媒室５０が設けられている。この冷媒室５０には、チラーユニット（図示せず）より配管５２，５４を介して所定温度の冷媒たとえば冷却水が循環供給される。冷媒の温度によって静電チャック４２上の半導体ウエハＷの処理温度を制御できる。さらに、伝熱ガス供給部（図示せず）からの伝熱ガスたとえばＨeガスが、ガス供給管５６を介して静電チャック４２の上面と半導体ウエハＷの裏面との間に供給される。また、半導体ウエハＷのローディング／アンローディングのためにサセプタ１２を垂直方向に貫通して上下移動可能なリフトピンおよびその昇降機構（図示せず）等も設けられている。
【００２６】
次に、このマイクロ波プラズマエッチング装置においてプラズマ生成に関係する各部の構成を説明する。
【００２７】
チャンバ１０のサセプタ１２と対向する天井面には、マイクロ波導入用の誘電体板として円形の石英板５８が気密に取り付けられている。この石英板５８の上面には平板型のスロットアンテナとして同心円状に分布する多数のスロットを有する円板形のラジアルラインスロットアンテナ６０が設置されている。このラジアルラインスロットアンテナ６０は、たとえば石英等の誘電体からなる遅延板６２を介してマイクロ波伝送線路６４に電磁的に結合されている。
【００２８】
マイクロ波伝送線路６４は、マイクロ波発生器６６より出力されるたとえば２．４５ＧＨｚのマイクロ波をアンテナ６０まで伝送する線路であり、導波管６８と導波管−同軸管変換器７０と同軸管７２とを有している。導波管６８は、たとえば方形導波管であり、ＴＥ10モードを基本モードとしてマイクロ波発生器６６からのマイクロ波をチャンバ１０に向けて導波管−同軸管変換器７０まで伝送する。
【００２９】
導波管−同軸管変換器７０は、方形導波管６８と同軸管７２とを結合するために、方形導波管６８のＨ面（磁界に平行な面）の幅の中央でかつ短絡板６８ａから１／４波長の位置にて、同軸管７２の内部導体７４を方形導波管６８の中に突き出させている。同軸管７２の特性インピーダンスは通常５０Ωに設計されるのに対して、方形導波管６８の特性インピーダンスはそれより格段に大きい（通常数百Ω以上）ことから、インピーダンス変換のために、コネクタ部を構成する同軸管７２の内部導体７４の上端部７４ａを図示のような逆テーパ状に太くする構成(いわゆるドアノブ形の構成)を採るのが好ましい。
【００３０】
同軸管７２は、導波管−同軸管変換器７０からチャンバ１０の上面中心部まで垂直下方に延びて、その同軸線路の終端または下端が遅延板６２を介してアンナ６０に結合されている。同軸管７２の外部導体７６は方形導波管６８と一体形成された円筒体からなり、マイクロ波は内部導体７４と外部導体７６の間の空間をＴＥＭモードで伝播する。
【００３１】
マイクロ波発生器６６より出力されたマイクロ波は、上記のような導波管６８、導波管−同軸管変換器７０および同軸管７２からなるマイクロ波伝送線路６４を伝播して、遅延板６２を通ってアンテナ６０に給電される。そして、アンテナ６０で半径方向に広げられたマイクロ波はアンテナの各スロットからチャンバ１０内に向けて放射され、石英板５８とプラズマとの界面に沿って伝播する表面波から放射されるマイクロ波電力によって付近のガスが電離して、プラズマが生成されるようになっている。
【００３２】
遅延板６２の上には、アンテナ後面板７８がチャンバ１０の上面を覆うように設けられている。このアンテナ後面板７８は、たとえばアルミニウムからなり、石英板５８で発生する熱を吸収（放熱）する冷却ジャケットを兼ねており、内部に形成されている流路８０にはチラーユニット（図示せず）より配管８２，８４を介して所定温度の冷媒たとえば冷却水が循環供給されるようになっている。
【００３３】
この実施形態においては、チャンバ１０内に処理ガスを導入するために、石英板５８より幾らか低い位置でチャンバ１０の側壁の中に環状に形成されたバッファ室８６と、円周方向に等間隔でバッファ室８６からプラズマ生成空間に臨む多数の側部ガス吐出孔８８と、処理ガス供給源９０からバッファ室８６まで延びるガス供給管９２とが設けられている。また、ガス供給管９２の途中にはＭＦＣ（マス・フロー・コントローラ）９４および開閉弁９６が設けられている。
【００３４】
かかる構成の処理ガス導入機構９８において、処理ガス供給源９０より送出された処理ガスは、ガス供給管９２を通ってチャンバ１０側壁内のバッファ室８６に導入され、バッファ室８６内で周回方向の圧力を均一化してから各側部ガス吐出口８８よりチャンバ１０の中心に向かって略水平に吐出され、プラズマ処理空間へ拡散する。
【００３５】
このマイクロ波プラズマエッチング装置において、エッチングを行なうには、先ずゲートバルブ２８を開状態にして加工対象の半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入し、静電チャック４２の上に載置する。そして、処理ガス導入機構９８よりエッチングガス（一般に混合ガス）を所定の流量および流量比でチャンバ１０内に導入し、排気機構（２４，２６）によりチャンバ１０内の圧力を設定値に減圧する。さらに、高周波電源３０をオンにして所定のパワーで高周波を出力させ、この高周波をマッチングユニット３２および給電棒３４を介してサセプタ１２に印加する。また、スイッチ４８をオンにして直流電源４６より直流電圧を静電チャック４２の電極４２ａに印加して、静電チャック４２の静電気力により半導体ウエハＷを静電チャック４２上に固定する。そして、マイクロ波発生器６６をオンにし、マイクロ波発生器６６より出力されるマイクロ波をマイクロ波伝送線路６４を介してアンテナ６０に給電し、アンテナ６０から放射されるマイクロ波を石英板５８を介してチャンバ１０内に導入する。
【００３６】
処理ガス導入機構９８の側部ガス吐出口８８よりチャンバ１０内に導入されたエッチングガスは石英板５８の下に拡散し、石英板５８の下面（プラズマと対向する面）に沿って伝播する表面波から放射されるマイクロ波電力によってガス粒子が電離し、表面励起のプラズマが生成される。こうして、石英板５８の下で生成されたプラズマは下方に拡散して、半導体ウエハＷの主面の被加工膜に対してプラズマ中のラジカルによる等方性エッチングおよびイオン照射による垂直エッチングが行われる。
【００３７】
このマイクロ波プラズマエッチング装置においては、チャンバ１０内のプラズマ生成空間からマイクロ波の一部が絶縁性の筒状支持部材１４を通り抜けて、チャンバ１０の底面開口からＲＦ給電ラインの同軸線路３６に入ってくることがある。特に、マイクロ波発生器６６をオンにしてからマイクロ波放電が開始されるまでに若干のタイムラグがあり、このタイムラグの期間中（プラズマ着火の直前）にチャンバ１０内に導入されたマイクロ波は放電に消費されずにプラズマ生成空間を伝播して同軸線路３６に入ってくる。そして、マイクロ波は同軸線路３６の中をＲＦバイアス用の高周波とは逆方向にＴＥＭモードで伝播する。しかし、同軸線路３６にマイクロ波が入ってきても、同軸線路３６の途中に設けられているチョーク機構４０によって遮断され、マッチングボックス３２には来ないようになっている。このことにより、マッチングボックス３２内のＲＦセンサやコントローラ等のＲＦ制御部がマイクロ波のノイズによって誤動作するおそれもなければ、マッチングボックス３２のファン等の開口部からマイクロ波が外へ漏れて無線ＬＡＮ等に電波雑音を来たすおそれもない装置構成となっている。
【００３８】
以下、この実施形態の主要な特徴部分であるチョーク機構４０の構成および作用について説明する。
【００３９】
図２に、チョーク機構４０の一実施例の構成を示す。このチョーク機構４０は、たとえばアルミニウムからなる２つの導体部材１００，１０２を給電棒３４にたとえば溶接で取り付けている。
【００４０】
第１の導体部材１００は、給電棒３４の軸方向と平行に延びる円筒部１０４と、給電棒３４から軸方向と直交する半径方向に延びて円筒部１０４の前端（上端）に接続する環状部１０６とを有している。ここで、円筒部１０４の外周面と外部導体３８の内周面との間には１／４波長（λ／４）の線路長を有する円筒状の第１の１／４波長導波路Ｍ１が形成され、円筒部１０４の内周面と給電棒３４の外周面との間には円筒状の第２の１／４波長導波路Ｍ２が形成される。
【００４１】
第２の導体部材１０２は、給電棒３４から軸方向と直交する半径方向に延びる環状部１０８と、この環状部１０８の外周端からマッチングユニット３２（図１）側に向って延びる円筒部１１０とを有している。ここで、環状部１０８の外周端と第１の導体部材１００の円筒部１０４の後端（下端）との間には環状の隙間１１２が形成され、環状部１０８の外周端および円筒部１１０の外周面と外部導体３８の内周面との間には円筒状の隙間１１４が形成される。
【００４２】
チョーク機構４０の同軸線路３６上の取付位置としては、後述する理由から、図２に示すように、第１の導波路Ｍ１の始端（Ａ点）が同軸線路３６の入口（外部導体３８の上端）から高周波電源３０側に向かって１／２波長（λ／２）の距離を隔てた位置に設定されるのが好ましい。
【００４３】
かかる構成のチョーク機構４０においては、チャンバ１０側から同軸線路３６内をＴＥＭモードで伝播してくるマイクロ波に対して、第１の１／４波長導波路Ｍ１の終端と第２の１／４波長導波路Ｍ２の始端とが環状隙間１１２（Ｂ点）で繋がるとともに、第２の１／４波長導波路Ｍ２が環状部１０６の下面（Ｃ点）で短絡終端する。したがって、１／４波長線路の性質により、導波路接続点（Ｂ点）はインピーダンス無限大の開放状態となり、第１の１／４波長導波路Ｍ１の始端（Ａ点）はインピーダンス零の短絡状態となる。つまり、マイクロ波に対しては第１の１／４波長導波路Ｍ１の始端または入口があたかも導体壁で塞がっているのと同じ状態になり、実質的にここでマイクロ波の伝播が阻止される。これにより、マイクロ波が第２の導体部材１０２と外部導体３８との間の隙間１１４を通り抜けてマッチングユニット３２側に向かうことはない。また、第１の１／４波長導波路Ｍ１の始端が短絡状態となることで、そこから１／２波長（λ／２）の距離を隔てた同軸線路３６の入口には定在波の波節（ノード）ができて、定在波が安定する。
【００４４】
一方、高周波電源３０からのＲＦバイアス用の高周波は、給電棒３４の表面を通ってＲＦ電極１２へ給電されるので、チョーク機構４０より伝送上の影響を受けることはない。このように、チョーク機構４０は、ＲＦバイアス用高周波（たとえば２ＭＨｚ）を通してマイクロ波（２．４５ＧＨｚ）を遮断する一種のローパス・フィルタとして機能する。
【００４５】
図３に、シミュレーションによるチョーク機構４０のフィルタ特性を示す。図示のように、２ＭＨｚの減衰量は約０ｄＢであり、ＲＦバイアス用高周波は殆ど減衰せずにチョーク機構４０を通過する。これに対して、２．４５ＧＨｚの減衰量は約−５０ｄＢであり、マイクロ波はチョーク機構４０で十万分の１に減衰し、略完全に遮断される。
【００４６】
この実施形態において、図２に示したチョーク機構４０の構成は一例であり、本発明の技術思想の下で様々な変形が可能である。図４〜図５に、チョーク機構４０の変形例を幾つか示す。
【００４７】
図４に示す構成は、第２の導体部材１０２を、図２の環状部１０８と円筒部１１０とを併せ持つ１つの厚板環状体１１４に置き換えたものである。第２の導体部材１０２は、基本的には、第１の導体部材１００の円筒部１０４の外周側および内周側にそれぞれ形成される第１および第２の１／４波長導波路Ｍ１，Ｍ２を繋ぐためのもの、つまり環状隙間１１２を形成するものであればよい。したがって、図５に示すように、第２の導体部材１０２を薄板の環状部１０８のみで構成することも可能である。
【００４８】
上記したようなチョーク機構４０自体の構成だけでなく、他にも本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能である。特に、ＲＦバイアス用の高周波を印加する電極の構成は任意のものが可能であり、本発明の最も広い技術思想としてはチャンバ内の高周波電極に高周波を任意の用途で給電するために同軸構造の給電棒を用いる任意のプラズマ処理装置に本発明のチョーク機構を適用することができる。また、ＲＦ給電ラインに同軸ケーブルを用いる場合においても、図示省略するが、本発明にしたがい同軸ケーブルの内部導体と外部導体との間に上記実施形態のチョーク機構４０と同様の構成および機能を有するチョーク機構を設けることができる。
【００４９】
本発明は、プラズマ生成にマイクロ波を用いる任意のプラズマ処理装置に適用可能であり、マイクロ波導入放電機構、処理ガス導入機構、排気機構等も上記した実施形態に限定されるものではない。たとえば、マイクロ波導入放電機構に関しては、ラジアルラインスロットアンテナ６０以外のアンテナを使用する装置や、マイクロ波伝送線路からアンテナを介さずに誘電体窓を通じてマイクロ波をチャンバ内に導入する装置なども可能である。また、チャンバ１０の周りに永久磁石や電子コイル等の磁界形成機構（図示せず）を設けて、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Resonance）を利用するＥＣＲ装置にも本発明は適用可能である。
【００５０】
さらに、本発明は、プラズマエッチング装置に限定されるものではなく、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、プラズマ酸化、プラズマ窒化、スパッタリング等の処理装置にも適用可能である。また、本発明における被処理基板は半導体ウエハに限るものではなく、フラットパネルディスプレイ用の各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等も可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１０ チャンバ
１２ サセプタ（基板保持台）
２６ 真空ポンプ
３０ 高周波電源
３２ マッチングユニット
３４ 給電棒
３６ 同軸線路
３８ 外部導体
４０ チョーク機構
５８ 石英板（誘電体窓）
６０ アンテナ
６４ マイクロ波伝送線路
６６ マイクロ波発生器
９８ 処理ガス導入部
１００ 第１の導体部材
１０２ 第２の導体部材
１０４ 円筒部
１０６ 環状部
１０８ 環状部
１１０ 円筒部
１１２ 環状隙間
Ｍ１ 第１の１／４波長導波路
Ｍ２ 第２の１／４波長導波路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマプロセスにマイクロ波を利用するプラズマ処理装置に係り、特に処理容器内で被処理基板を保持する電極にＲＦバイアス用の高周波を印加するプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスや液晶ディスプレイ等を製造するためのプラズマプロセスにおいては、真空の処理容器内で処理ガスを放電または電離させるために、高周波やマイクロ波が使用される。高周波放電方式は、処理容器内に一対の電極を適当なギャップを隔てて平行に配置し、一方の電極を接地して他方の電極にプラズマ生成用の高周波を印加する容量結合形が主流になっている。しかしながら、高周波放電方式は、低圧下で高密度のプラズマを生成するのが難しいうえ、電子温度が高いために基板表面の素子にダメージを与えやすいなどの問題を有している。その点、マイクロ波放電方式は、低圧下で電子温度の低い高密度のプラズマを生成できるという利点がある。特に、平板状の表面波プラズマ（ＳＷＰ：Surface Wave Plasma）は、広い圧力範囲で大口径プラズマを効率的に生成できるうえ、磁場を必要としないためプラズマ処理装置の簡略化をはかれるという長所を有している。
【０００３】
マイクロ波放電方式のプラズマ処理装置、特にプラズマエッチング装置においては、処理容器内の比較的低い位置にＲＦ電極を配置してその上に被処理基板たとえば半導体ウエハを固定し、ＲＦ電極の上方でマイクロ波放電によりプラズマを生成してプラズマ中の反応性ラジカルにウエハの被加工面（上面）を晒すとともに、ＲＦ電極にブロッキングコンデンサを介してＲＦバイアス用の高周波を印加して、ＲＦ電極に生じる自己バイアス電圧によりプラズマ中のイオンをウエハの被加工面に引き込むようにしている。（たとえば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００５／０４５９１３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来より、ＲＦ電極にＲＦバイアス用の高周波を印加するためのＲＦ給電ラインには、伝送効率の高い同軸構造の給電棒が多用されている。その場合、給電棒は整合器からＲＦ電極までのＲＦ給電ラインに設けられ、給電棒（内部導体）を囲んで帰線または接地ラインを構成する円筒状の外部導体が整合器から処理容器までの伝送区間に設けられる。給電棒と外部導体との間の空間は、誘電体を詰めてもよいが、通常は空気で満たされる。一方で、ＲＦ電極は、接地電位の処理容器に絶縁性の支持部材を介して電気的に浮いた状態で取り付けられる。
【０００６】
かかる装置構造においては、マイクロ波放電のために処理容器内に導入されたマイクロ波が、ＲＦ電極上方のプラズマ生成空間から基板支持部材（絶縁体）を通り抜けて、ＲＦ給電ラインの同軸線路に入ってくることがある。この同軸線路に入ったマイクロ波は、給電棒の表面を流れるＲＦ高周波とは逆方向に給電棒と外部導体との間の空間を伝播して、整合器の中に入り込む。整合器内にマイクロ波が入り込むと、ＲＦ制御部にはそれがノイズとなって、たとえばオートマッチングが誤動作したり、あるいは整合器の開口部（たとえば冷却ファン）からマイクロ波が外へ漏れて電波雑音の原因になることがある。
【０００７】
本発明は、上記のような従来技術における問題点を解決するものであり、マイクロ波放電に用いたマイクロ波のＲＦ給電ラインへの漏洩をライン途中で効果的に遮断してマイクロ波漏洩障害を確実に防止するようにしたプラズマ処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のプラズマ処理装置は、真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理ガスのプラズマを生成するためのマイクロ波を前記処理容器内に供給するマイクロ波供給部と、前記処理容器内で前記プラズマに晒されるように被処理基板を保持する電極と、前記電極に円柱状または円筒状の給電棒を介してＲＦバイアス用の高周波を印加する高周波電源と、前記給電棒の回りを囲む円筒状の外部導体と、前記給電棒と前記外部導体との間に前記マイクロ波の空間伝播を遮断するために設けられるチョーク機構とを有する。
【０００９】
上記の装置構成においては、真空の処理容器内に処理ガス供給部より所定の処理ガスが導入されると同時に、マイクロ波供給部よりマイクロ波が導入され、マイクロ波のパワーによって処理ガスの粒子が放電（電離）して、プラズマが生成され、このプラズマの下で電極上の基板にエッチング、成膜、スパッタリング、酸化等の微細加工が施される。このプラズマ処理の際、特にプラズマ着火の直前に処理容器内で消費（吸収）されなかったプラズマの一部が同軸構造の給電棒の線路つまり高周波給電用の同軸線路内に入ってくることがある。しかし、チョーク機構が同軸線路の途中でマイクロ波を遮断してそれより先に伝播させないので、マイクロ波の漏洩障害を防止することができる。
【００１０】
本発明におけるチョーク機構は、好適な基本構成として、給電棒の外周面と外部導体の内周面との距離間隔よりも狭いギャップ幅で給電棒の軸方向と平行に延びて円筒状に形成され、１／４波長の線路長を有する第１の導波路と、電極側から見て第１の導波路の終端に接続され、１／４波長の線路長を有し、かつ短絡終端する第２の導波路とを有する。かかる構成においては、１／４波長線路の性質を利用して、第１の導波路の始端または入口を短絡状態にし、つまり実質的に導体壁で塞いだのと同じにして、マイクロ波の伝播を効果的に阻止することができる。
【００１１】
本発明のチョーク機構は、好適な一態様として、給電棒の軸方向と平行に延びて、その外周面と外部導体の内周面との間に第１の導波路を円筒状に形成するとともに、その内周面と給電棒の外周面との間に第２の導波路を円筒状に形成する第１の円筒状導体部と、給電棒から軸方向と直交する半径方向に延びて第１の円筒状導体部の前端に接続し、第２の導波路の終端を短絡させる第１の環状導体部と、給電棒から軸方向と直交する半径方向に延びて第１の円筒状導体部の後端との間および外部導体の内周面との間にそれぞれ第１および第２隙間を形成し、第１の隙間にて第１の導波路の終端と第２の導波路の始端とを接続させる第２の環状導体部とを有する。
【００１２】
また、本発明の好適な一態様によれば、高周波電源と電極との間に整合器が電気的に挿入される。ここで、給電棒は、一端が整合器の第１の出力端子に接続され、他端が電極に接続される。そして、外部導体は、一端が整合器の第２の出力端子に接続され、他端が処理容器に接続される。この場合、高周波給電の同軸線路に入ってきたマイクロ波はチョーク機構で遮断されるので、整合器まで伝播してくることはなく、整合器の誤動作や整合器から外部へマイクロ波が漏れることもない。
【００１３】
本発明の好適な一態様によれば、外部導体は処理容器と一緒にグランド電位に接続される。好ましくは、マイクロ波供給部は、処理容器の周囲または近傍に設けられたアンテナを有し、処理容器内にマイクロ波を導入するための誘電体からなる窓を有する。また、処理容器内に所定の磁場を形成するための磁場形成機構を処理容器の周囲または近傍に設ける構成も可能である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のプラズマ処理装置によれば、上記のような構成および作用により、マイクロ波放電に用いたマイクロ波がＲＦ給電ラインに入ってきてもライン途中でチョーク機構が効果的に遮断するので、マイクロ波漏洩障害を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態におけるマイクロ波プラズマ処理装置の構成を示す図である。
【図２】図１のマイクロ波プラズマ処理装置に設けられるチョーク機構の一実施例の構成を示す縦断面図である。
【図３】図１のマイクロ波プラズマ処理装置に設けられるチョーク機構のフィルタ特性を示す図である。
【図４】別の実施例におけるチョーク機構の構成を示す図である。
【図５】別の実施例におけるチョーク機構の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
【００１７】
図１に、本発明の一実施形態におけるマイクロ波プラズマエッチング装置の構成を示す。このマイクロ波プラズマエッチング装置は、磁場を必要としない平板状ＳＷＰ型プラズマ処理装置として構成されており、たとえばアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属製の円筒型真空チャンバ（処理容器）１０を有している。チャンバ１０は保安接地されている。
【００１８】
先ず、このマイクロ波プラズマエッチング装置においてプラズマ生成に関係しない各部の構成を説明する。
【００１９】
チャンバ１０内の下部中央には、被処理基板としてたとえば半導体ウエハＷを載置する円板状のサセプタ１２が高周波電極を兼ねる基板保持台として水平に配置されている。このサセプタ１２は、たとえばアルミニウムからなり、チャンバ１０の底から垂直上方に延びる絶縁性の筒状支持部１４に支持されている。
【００２０】
筒状支持部１４の外周に沿ってチャンバ１０の底から垂直上方に延びる導電性の筒状支持部１６とチャンバ１０の内壁との間に環状の排気路１８が形成され、この排気路１８の上部または入口に環状のバッフル板２０が取り付けられるとともに、底部に１つまたは複数の排気ポート２２が設けられている。排気ポート２２にはＡＰＣ機能付きの可変排気バルブ２４を介して真空ポンプ２６が接続されている。真空ポンプ２６は、たとえばターボ分子ポンプ等を含み、チャンバ１０内のプラズマ処理空間を所望の真空度まで減圧することができる。チャンバ１０の側壁の外には、半導体ウエハＷの搬入出口を開閉するゲートバルブ２８が取り付けられている。
【００２１】
サセプタ１２には、ＲＦバイアス用の高周波電源３０がマッチングユニット３２および給電棒３４を介して電気的に接続されている。高周波電源３０は、半導体ウエハＷに引き込むイオンのエネルギーを制御するのに適した比較的低い周波数たとえば１３．５６ＭＨｚの高周波を出力する。マッチングユニット３２は、高周波電源３０側のインピーダンスと負荷（主に電極、プラズマ、チャンバ）側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合器を収容しており、この整合器の中に自己バイアス生成用のブロッキングコンデンサが含まれている。また、マッチングユニット３２には、整合器（整合回路）の他にも、負荷インピーダンスを測定するためのＲＦセンサや、整合器内の可変リアクタンス素子の値（インピーダンス・ボジション）を可変調整するためのコントローラおよびステップモータ、さらには冷却用のファン等が設けられている。
【００２２】
給電棒３４は、所定の外径を有する円柱状または円筒状の導体からなり、その上端がサセプタ１２の下面中心部に接続され、その下端がマッチングユニット３２内の上記整合器の高周波出力端子に接続されている。また、チャンバ１０の底面とマッチングユニット３２との間には、同軸線路３６を形成するために、給電棒３４を内部導体としてその周りを囲む円筒状の外部導体３８が設けられている。より詳細には、チャンバ１０の底面（下面）に給電棒３６の外径よりも一回り大きな所定の口径を有する円形の開口部が形成され、外部導体３８の上端部がこの開口部に接続されるとともに、外部導体３８の下端部が上記整合器の接地（帰線）端子に接続されている。
【００２３】
この同軸線路３６には、線路内に入ってきた不所望なマイクロ波の空間伝播を遮断するためのチョーク機構４０が設けられている。このチョーク機構４０の構成および作用は、後に詳細に説明する。
【００２４】
サセプタ１２の上面には、半導体ウエハＷを静電気力で保持するための静電チャック４２が設けられ、この静電チャック４２の半径方向外側に半導体ウエハＷの周囲を環状に囲むフォーカスリング４４が設けられている。静電チャック４２は導電膜からなる電極４２ａを２層の絶縁膜４２ｂ，４２ｃの間に挟み込んだものであり、電極４２ａには直流電源４６がスイッチ４８を介して電気的に接続されている。直流電源４６より印加される直流電圧により、クーロン力で半導体ウエハＷを静電チャック４２上に吸着保持することができる。
【００２５】
サセプタ１２の内部には、たとえば円周方向に延びる環状の冷媒室５０が設けられている。この冷媒室５０には、チラーユニット（図示せず）より配管５２，５４を介して所定温度の冷媒たとえば冷却水が循環供給される。冷媒の温度によって静電チャック４２上の半導体ウエハＷの処理温度を制御できる。さらに、伝熱ガス供給部（図示せず）からの伝熱ガスたとえばＨeガスが、ガス供給管５６を介して静電チャック４２の上面と半導体ウエハＷの裏面との間に供給される。また、半導体ウエハＷのローディング／アンローディングのためにサセプタ１２を垂直方向に貫通して上下移動可能なリフトピンおよびその昇降機構（図示せず）等も設けられている。
【００２６】
次に、このマイクロ波プラズマエッチング装置においてプラズマ生成に関係する各部の構成を説明する。
【００２７】
チャンバ１０のサセプタ１２と対向する天井面には、マイクロ波導入用の誘電体板として円形の石英板５８が気密に取り付けられている。この石英板５８の上面には平板型のスロットアンテナとして同心円状に分布する多数のスロットを有する円板形のラジアルラインスロットアンテナ６０が設置されている。このラジアルラインスロットアンテナ６０は、たとえば石英等の誘電体からなる遅延板６２を介してマイクロ波伝送線路６４に電磁的に結合されている。
【００２８】
マイクロ波伝送線路６４は、マイクロ波発生器６６より出力されるたとえば２．４５ＧＨｚのマイクロ波をアンテナ６０まで伝送する線路であり、導波管６８と導波管−同軸管変換器７０と同軸管７２とを有している。導波管６８は、たとえば方形導波管であり、ＴＥ10モードを基本モードとしてマイクロ波発生器６６からのマイクロ波をチャンバ１０に向けて導波管−同軸管変換器７０まで伝送する。
【００２９】
導波管−同軸管変換器７０は、方形導波管６８と同軸管７２とを結合するために、方形導波管６８のＨ面（磁界に平行な面）の幅の中央でかつ短絡板６８ａから１／４波長の位置にて、同軸管７２の内部導体７４を方形導波管６８の中に突き出させている。同軸管７２の特性インピーダンスは通常５０Ωに設計されるのに対して、方形導波管６８の特性インピーダンスはそれより格段に大きい（通常数百Ω以上）ことから、インピーダンス変換のために、コネクタ部を構成する同軸管７２の内部導体７４の上端部７４ａを図示のような逆テーパ状に太くする構成(いわゆるドアノブ形の構成)を採るのが好ましい。
【００３０】
同軸管７２は、導波管−同軸管変換器７０からチャンバ１０の上面中心部まで垂直下方に延びて、その同軸線路の終端または下端が遅延板６２を介してアンナ６０に結合されている。同軸管７２の外部導体７６は方形導波管６８と一体形成された円筒体からなり、マイクロ波は内部導体７４と外部導体７６の間の空間をＴＥＭモードで伝播する。
【００３１】
マイクロ波発生器６６より出力されたマイクロ波は、上記のような導波管６８、導波管−同軸管変換器７０および同軸管７２からなるマイクロ波伝送線路６４を伝播して、遅延板６２を通ってアンテナ６０に給電される。そして、アンテナ６０で半径方向に広げられたマイクロ波はアンテナの各スロットからチャンバ１０内に向けて放射され、石英板５８とプラズマとの界面に沿って伝播する表面波から放射されるマイクロ波電力によって付近のガスが電離して、プラズマが生成されるようになっている。
【００３２】
遅延板６２の上には、アンテナ後面板７８がチャンバ１０の上面を覆うように設けられている。このアンテナ後面板７８は、たとえばアルミニウムからなり、石英板５８で発生する熱を吸収（放熱）する冷却ジャケットを兼ねており、内部に形成されている流路８０にはチラーユニット（図示せず）より配管８２，８４を介して所定温度の冷媒たとえば冷却水が循環供給されるようになっている。
【００３３】
この実施形態においては、チャンバ１０内に処理ガスを導入するために、石英板５８より幾らか低い位置でチャンバ１０の側壁の中に環状に形成されたバッファ室８６と、円周方向に等間隔でバッファ室８６からプラズマ生成空間に臨む多数の側部ガス吐出孔８８と、処理ガス供給源９０からバッファ室８６まで延びるガス供給管９２とが設けられている。また、ガス供給管９２の途中にはＭＦＣ（マス・フロー・コントローラ）９４および開閉弁９６が設けられている。
【００３４】
かかる構成の処理ガス導入機構９８において、処理ガス供給源９０より送出された処理ガスは、ガス供給管９２を通ってチャンバ１０側壁内のバッファ室８６に導入され、バッファ室８６内で周回方向の圧力を均一化してから各側部ガス吐出口８８よりチャンバ１０の中心に向かって略水平に吐出され、プラズマ処理空間へ拡散する。
【００３５】
このマイクロ波プラズマエッチング装置において、エッチングを行なうには、先ずゲートバルブ２８を開状態にして加工対象の半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入し、静電チャック４２の上に載置する。そして、処理ガス導入機構９８よりエッチングガス（一般に混合ガス）を所定の流量および流量比でチャンバ１０内に導入し、排気機構（２４，２６）によりチャンバ１０内の圧力を設定値に減圧する。さらに、高周波電源３０をオンにして所定のパワーで高周波を出力させ、この高周波をマッチングユニット３２および給電棒３４を介してサセプタ１２に印加する。また、スイッチ４８をオンにして直流電源４６より直流電圧を静電チャック４２の電極４２ａに印加して、静電チャック４２の静電気力により半導体ウエハＷを静電チャック４２上に固定する。そして、マイクロ波発生器６６をオンにし、マイクロ波発生器６６より出力されるマイクロ波をマイクロ波伝送線路６４を介してアンテナ６０に給電し、アンテナ６０から放射されるマイクロ波を石英板５８を介してチャンバ１０内に導入する。
【００３６】
処理ガス導入機構９８の側部ガス吐出口８８よりチャンバ１０内に導入されたエッチングガスは石英板５８の下に拡散し、石英板５８の下面（プラズマと対向する面）に沿って伝播する表面波から放射されるマイクロ波電力によってガス粒子が電離し、表面励起のプラズマが生成される。こうして、石英板５８の下で生成されたプラズマは下方に拡散して、半導体ウエハＷの主面の被加工膜に対してプラズマ中のラジカルによる等方性エッチングおよびイオン照射による垂直エッチングが行われる。
【００３７】
このマイクロ波プラズマエッチング装置においては、チャンバ１０内のプラズマ生成空間からマイクロ波の一部が絶縁性の筒状支持部材１４を通り抜けて、チャンバ１０の底面開口からＲＦ給電ラインの同軸線路３６に入ってくることがある。特に、マイクロ波発生器６６をオンにしてからマイクロ波放電が開始されるまでに若干のタイムラグがあり、このタイムラグの期間中（プラズマ着火の直前）にチャンバ１０内に導入されたマイクロ波は放電に消費されずにプラズマ生成空間を伝播して同軸線路３６に入ってくる。そして、マイクロ波は同軸線路３６の中をＲＦバイアス用の高周波とは逆方向にＴＥＭモードで伝播する。しかし、同軸線路３６にマイクロ波が入ってきても、同軸線路３６の途中に設けられているチョーク機構４０によって遮断され、マッチングボックス３２には来ないようになっている。このことにより、マッチングボックス３２内のＲＦセンサやコントローラ等のＲＦ制御部がマイクロ波のノイズによって誤動作するおそれもなければ、マッチングボックス３２のファン等の開口部からマイクロ波が外へ漏れて無線ＬＡＮ等に電波雑音を来たすおそれもない装置構成となっている。
【００３８】
以下、この実施形態の主要な特徴部分であるチョーク機構４０の構成および作用について説明する。
【００３９】
図２に、チョーク機構４０の一実施例の構成を示す。このチョーク機構４０は、たとえばアルミニウムからなる２つの導体部材１００，１０２を給電棒３４にたとえば溶接で取り付けている。
【００４０】
第１の導体部材１００は、給電棒３４の軸方向と平行に延びる円筒部１０４と、給電棒３４から軸方向と直交する半径方向に延びて円筒部１０４の前端（上端）に接続する環状部１０６とを有している。ここで、円筒部１０４の外周面と外部導体３８の内周面との間には１／４波長（λ／４）の線路長を有する円筒状の第１の１／４波長導波路Ｍ１が形成され、円筒部１０４の内周面と給電棒３４の外周面との間には円筒状の第２の１／４波長導波路Ｍ２が形成される。
【００４１】
第２の導体部材１０２は、給電棒３４から軸方向と直交する半径方向に延びる環状部１０８と、この環状部１０８の外周端からマッチングユニット３２（図１）側に向って延びる円筒部１１０とを有している。ここで、環状部１０８の外周端と第１の導体部材１００の円筒部１０４の後端（下端）との間には環状の隙間１１２が形成され、環状部１０８の外周端および円筒部１１０の外周面と外部導体３８の内周面との間には円筒状の隙間１１４が形成される。
【００４２】
チョーク機構４０の同軸線路３６上の取付位置としては、後述する理由から、図２に示すように、第１の導波路Ｍ１の始端（Ａ点）が同軸線路３６の入口（外部導体３８の上端）から高周波電源３０側に向かって１／２波長（λ／２）の距離を隔てた位置に設定されるのが好ましい。
【００４３】
かかる構成のチョーク機構４０においては、チャンバ１０側から同軸線路３６内をＴＥＭモードで伝播してくるマイクロ波に対して、第１の１／４波長導波路Ｍ１の終端と第２の１／４波長導波路Ｍ２の始端とが環状隙間１１２（Ｂ点）で繋がるとともに、第２の１／４波長導波路Ｍ２が環状部１０６の下面（Ｃ点）で短絡終端する。したがって、１／４波長線路の性質により、導波路接続点（Ｂ点）はインピーダンス無限大の開放状態となり、第１の１／４波長導波路Ｍ１の始端（Ａ点）はインピーダンス零の短絡状態となる。つまり、マイクロ波に対しては第１の１／４波長導波路Ｍ１の始端または入口があたかも導体壁で塞がっているのと同じ状態になり、実質的にここでマイクロ波の伝播が阻止される。これにより、マイクロ波が第２の導体部材１０２と外部導体３８との間の隙間１１４を通り抜けてマッチングユニット３２側に向かうことはない。また、第１の１／４波長導波路Ｍ１の始端が短絡状態となることで、そこから１／２波長（λ／２）の距離を隔てた同軸線路３６の入口には定在波の波節（ノード）ができて、定在波が安定する。
【００４４】
一方、高周波電源３０からのＲＦバイアス用の高周波は、給電棒３４の表面を通ってＲＦ電極１２へ給電されるので、チョーク機構４０より伝送上の影響を受けることはない。このように、チョーク機構４０は、ＲＦバイアス用高周波（たとえば２ＭＨｚ）を通してマイクロ波（２．４５ＧＨｚ）を遮断する一種のローパス・フィルタとして機能する。
【００４５】
図３に、シミュレーションによるチョーク機構４０のフィルタ特性を示す。図示のように、２ＭＨｚの減衰量は約０ｄＢであり、ＲＦバイアス用高周波は殆ど減衰せずにチョーク機構４０を通過する。これに対して、２．４５ＧＨｚの減衰量は約−５０ｄＢであり、マイクロ波はチョーク機構４０で十万分の１に減衰し、略完全に遮断される。
【００４６】
この実施形態において、図２に示したチョーク機構４０の構成は一例であり、本発明の技術思想の下で様々な変形が可能である。図４〜図５に、チョーク機構４０の変形例を幾つか示す。
【００４７】
図４に示す構成は、第２の導体部材１０２を、図２の環状部１０８と円筒部１１０とを併せ持つ１つの厚板環状体１１４に置き換えたものである。第２の導体部材１０２は、基本的には、第１の導体部材１００の円筒部１０４の外周側および内周側にそれぞれ形成される第１および第２の１／４波長導波路Ｍ１，Ｍ２を繋ぐためのもの、つまり環状隙間１１２を形成するものであればよい。したがって、図５に示すように、第２の導体部材１０２を薄板の環状部１０８のみで構成することも可能である。
【００４８】
上記したようなチョーク機構４０自体の構成だけでなく、他にも本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能である。特に、ＲＦバイアス用の高周波を印加する電極の構成は任意のものが可能であり、本発明の最も広い技術思想としてはチャンバ内の高周波電極に高周波を任意の用途で給電するために同軸構造の給電棒を用いる任意のプラズマ処理装置に本発明のチョーク機構を適用することができる。また、ＲＦ給電ラインに同軸ケーブルを用いる場合においても、図示省略するが、本発明にしたがい同軸ケーブルの内部導体と外部導体との間に上記実施形態のチョーク機構４０と同様の構成および機能を有するチョーク機構を設けることができる。
【００４９】
本発明は、プラズマ生成にマイクロ波を用いる任意のプラズマ処理装置に適用可能であり、マイクロ波導入放電機構、処理ガス導入機構、排気機構等も上記した実施形態に限定されるものではない。たとえば、マイクロ波導入放電機構に関しては、ラジアルラインスロットアンテナ６０以外のアンテナを使用する装置や、マイクロ波伝送線路からアンテナを介さずに誘電体窓を通じてマイクロ波をチャンバ内に導入する装置なども可能である。また、チャンバ１０の周りに永久磁石や電子コイル等の磁界形成機構（図示せず）を設けて、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Resonance）を利用するＥＣＲ装置にも本発明は適用可能である。
【００５０】
さらに、本発明は、プラズマエッチング装置に限定されるものではなく、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、プラズマ酸化、プラズマ窒化、スパッタリング等の処理装置にも適用可能である。また、本発明における被処理基板は半導体ウエハに限るものではなく、フラットパネルディスプレイ用の各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等も可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１０ チャンバ
１２ サセプタ（基板保持台）
２６ 真空ポンプ
３０ 高周波電源
３２ マッチングユニット
３４ 給電棒
３６ 同軸線路
３８ 外部導体
４０ チョーク機構
５８ 石英板（誘電体窓）
６０ アンテナ
６４ マイクロ波伝送線路
６６ マイクロ波発生器
９８ 処理ガス導入部
１００ 第１の導体部材
１０２ 第２の導体部材
１０４ 円筒部
１０６ 環状部
１０８ 環状部
１１０ 円筒部
１１２ 環状隙間
Ｍ１ 第１の１／４波長導波路
Ｍ２ 第２の１／４波長導波路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記処理ガスのプラズマを生成するためのマイクロ波を前記処理容器内に供給するマイクロ波供給部と、
前記処理容器内で前記プラズマに晒されるように被処理基板を保持する電極と、
前記電極に円柱状または円筒状の給電棒を介してＲＦバイアス用の高周波を印加する高周波電源と、
前記給電棒の回りを囲む円筒状の外部導体と、
前記給電棒と前記外部導体との間に前記マイクロ波の空間伝播を遮断するために設けられるチョーク機構と
を有するプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記チョーク機構が、
前記給電棒の外周面と前記外部導体の内周面との距離間隔よりも狭いギャップ幅で前記給電棒の軸方向と平行に延びて円筒状に形成され、１／４波長の線路長を有する第１の導波路と、
前記電極側から見て前記第１の導波路の終端に接続され、１／４波長の線路長を有し、かつ短絡終端する第２の導波路と
を有する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記チョーク機構が、
前記給電棒の軸方向と平行に延びて、その外周面と前記外部導体の内周面との間に前記第１の導波路を円筒状に形成するとともに、その内周面と前記給電棒の外周面との間に前記第２の導波路を円筒状に形成する第１の円筒状導体部と、
前記給電棒から軸方向と直交する半径方向に延びて前記第１の円筒状導体部の前端に接続し、前記第２の導波路の終端を短絡させる第１の環状導体部と、
前記給電棒から軸方向と直交する半径方向に延びて前記第１の円筒状導体部の後端との間および前記外部導体の内周面との間にそれぞれ第１および第２隙間を形成し、前記第１の隙間にて前記第１の導波路の終端と前記第２の導波路の始端とを接続させる第２の環状導体部と
を有する、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記高周波電源と前記電極との間に整合器が電気的に挿入され、
前記給電棒は、一端が前記整合器の第１の出力端子に接続され、他端が前記電極に接続され、
前記外部導体は、一端が前記整合器の第２の出力端子に接続され、他端が前記処理容器に接続される、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記外部導体がグランド電位に接続される、請求項１〜４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記マイクロ波供給部は、前記処理容器の周囲または近傍に設けられたアンテナを有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記マイクロ波供給部は、前記処理容器内に前記マイクロ波を導入するための誘電体からなる窓を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記処理容器内に所定の磁場を形成するための磁場形成機構を前記処理容器の周囲または近傍に設ける、請求項１〜７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１】
真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記処理ガスのプラズマを生成するためのマイクロ波を前記処理容器内に供給するマイクロ波供給部と、
前記処理容器内で前記プラズマに晒されるように被処理基板を保持する電極と、
前記電極に円柱状または円筒状の給電棒を介してＲＦバイアス用の高周波を印加する高周波電源と、
前記給電棒の回りを囲む円筒状の外部導体と、
前記給電棒と前記外部導体との間に前記マイクロ波の空間伝播を遮断するために設けられるチョーク機構と
を有するプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記チョーク機構が、
前記給電棒の外周面と前記外部導体の内周面との距離間隔よりも狭いギャップ幅で前記給電棒の軸方向と平行に延びて円筒状に形成され、１／４波長の線路長を有する第１の導波路と、
前記電極側から見て前記第１の導波路の終端に接続され、１／４波長の線路長を有し、かつ短絡終端する第２の導波路と
を有する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記チョーク機構が、
前記給電棒の軸方向と平行に延びて、その外周面と前記外部導体の内周面との間に前記第１の導波路を円筒状に形成するとともに、その内周面と前記給電棒の外周面との間に前記第２の導波路を円筒状に形成する第１の円筒状導体部と、
前記給電棒から軸方向と直交する半径方向に延びて前記第１の円筒状導体部の前端に接続し、前記第２の導波路の終端を短絡させる第１の環状導体部と、
前記給電棒から軸方向と直交する半径方向に延びて前記第１の円筒状導体部の後端との間および前記外部導体の内周面との間にそれぞれ第１および第２隙間を形成し、前記第１の隙間にて前記第１の導波路の終端と前記第２の導波路の始端とを接続させる第２の環状導体部と
を有する、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記高周波電源と前記電極との間に整合器が電気的に挿入され、
前記給電棒は、一端が前記整合器の第１の出力端子に接続され、他端が前記電極に接続され、
前記外部導体は、一端が前記整合器の第２の出力端子に接続され、他端が前記処理容器に接続される、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記外部導体がグランド電位に接続される、請求項１〜４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記マイクロ波供給部は、前記処理容器の周囲または近傍に設けられたアンテナを有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記マイクロ波供給部は、前記処理容器内に前記マイクロ波を導入するための誘電体からなる窓を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記処理容器内に所定の磁場を形成するための磁場形成機構を前記処理容器の周囲または近傍に設ける、請求項１〜７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−１２６５０（Ｐ２０１３−１２６５０Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４５４７６（Ｐ２０１１−１４５４７６）
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【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２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【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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