マイクロ波プラズマ処理装置、マイクロ波プラズマ処理装置用のスロット板付き誘電体板及びその製造方法
【課題】スロット板及び誘電体窓が熱膨張しても、スロット板が摩耗したり、スロット板としての導電膜が誘電体板から剥離したりするのを防止できるマイクロ波プラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】誘電体板２２にスロット板２３のスロット２３ａ内に突出する凸部２２ｃを設ける。そして、誘電体板２２の凸部２２ｃの表面を誘電体窓１２の表面から誘電体窓１２に向かって外方に突出させる。スロット板２３を誘電体窓１２に直接接触させると、スロット板２３及び誘電体窓１２の熱膨張係数の差による伸び量のずれが発生する。誘電体板２２の凸部２２ｃを誘電体窓１２に接触させ、スロット板２３を誘電体窓１２に接触させないことにより、スロット板２３及び誘電体窓１２が熱膨張してもスロット板２３が摩耗したり、スロット板２３としての導電膜が誘電体板２２から剥離するのを防止できる。
【解決手段】誘電体板２２にスロット板２３のスロット２３ａ内に突出する凸部２２ｃを設ける。そして、誘電体板２２の凸部２２ｃの表面を誘電体窓１２の表面から誘電体窓１２に向かって外方に突出させる。スロット板２３を誘電体窓１２に直接接触させると、スロット板２３及び誘電体窓１２の熱膨張係数の差による伸び量のずれが発生する。誘電体板２２の凸部２２ｃを誘電体窓１２に接触させ、スロット板２３を誘電体窓１２に接触させないことにより、スロット板２３及び誘電体窓１２が熱膨張してもスロット板２３が摩耗したり、スロット板２３としての導電膜が誘電体板２２から剥離するのを防止できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波を用いて生成されたプラズマにより半導体ウェハ、液晶用基板、有機ＥＬ素子等の被処理体をプラズマ処理するマイクロ波プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理は、半導体製造工程のエッチング、薄膜成膜などのプロセスに広く使用されている。近年、ＬＳＩの高集積化、高速化、小電力化の観点からＬＳＩを構成する半導体のプロセスルール（ＩＣの線幅）が益々微細化されている。配線間の距離が縮まると、従来の層間絶縁膜では絶縁できず、隣接する配線の信号と干渉するおそれがある。この干渉するおそれを解決するために、低誘電率（Low-k）の絶縁膜が求められている。しかし、従来から多用されている平行平板型や誘導結合型のプラズマ処理装置では、電子温度が高いので、低誘電率の絶縁膜にダメージを与えてしまうという課題がある。例えば、低誘電率の絶縁膜として知られている炭素とフッ素を含むＣＦ膜を使用した場合、プラズマ処理のダメージによって誘電率が上がってしまう。
【０００３】
さらに、半導体のウェハサイズも大口径化しており、これに伴って大口径の半導体ウェハに偏りなく均一に処理を行うことが要請されている。しかし、平行平板型や誘導結合型のプラズマ処理装置においては、プラズマ密度の高い領域が限定されるので、大口径のウェハを均一にプラズマ処理することが困難である。
【０００４】
そこで近年、高密度で低電子温度のプラズマを均一に形成することができるＲＬＳＡ(Radial Line Slot Antenna)を用いたマイクロ波プラズマ処理装置が注目されている。このマイクロ波プラズマ処置装置は、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マイクロ波アンテナから処理容器内にマイクロ波を放射し、マイクロ波の電界により処理容器内のガスを電離してプラズマを励起させるものである。マイクロ波プラズマ処理装置によれば、アンテナ直下の広い領域に高いプラズマ密度を実現できるので、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、低電子温度のプラズマを生成することができるので、被処理基板へのダメージを少なくすることができるという利点もある。
【０００５】
図１に示すように、マイクロ波プラズマ処理装置において、処理容器１の天井部の開口は誘電体窓２により塞がれる。誘電体窓２の上にはマイクロ波アンテナ３が載せられる。内側導波管及び外側導波管からなる同軸導波管の断面円環状の同軸導波路４を伝搬したマイクロ波は、ディスク状の誘電体板６を放射方向に伝搬する。誘電体板６内で波長が圧縮され、かつ共振するマイクロ波は、導電材料からなるスロット板７のスロットを透過し、誘電体窓２を介して処理容器１内に放射される。
【０００６】
処理容器１内のプラズマガスを励起させると、マイクロ波アンテナ３には誘電体窓２を介して熱が伝達される。導電材料からなるスロット板７の熱膨張係数は、誘電体からなる誘電体板６の熱膨張係数よりも大きいので、スロット板７が誘電体板６よりも大きく伸び、これが原因で図２に示すように、スロット板７が曲がったり、変形したりしてしまう。誘電体板６とスロット板７との間に隙間が生じると、反射波が増えたりするので、マイクロ波の伝搬特性が変化してしまう。誘電体板６とスロット板７との間に隙間が発生するのを防止し、マイクロ波の伝搬を一定に保つため、特許文献１には、スロット板７を構成する導電膜を誘電体板６にめっきする技術が開示されている。誘電体板６に導電膜をめっきすることにより、誘電体板６と導電膜とを一緒に熱膨張させることができ、これらの間に隙間が発生するのを防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３５５５５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
誘電体板６と導電膜との間の隙間だけでなく、導電膜と誘電体窓との間の隙間も機差（同一処理を行う装置ごとの差）の原因になる。導電膜と誘電体窓との間に隙間が生ずるのを防止するために、導電膜がめっきされた誘電体板は上方から強い力で誘電体窓に押さえ付けられる。導電材料からなる導電膜の熱膨張係数と誘電体からなる誘電体窓の熱膨張係数とは異なる。このため、導電膜及び誘電体窓が熱膨張すると、これらの間には水平方向の伸び量の相対的なずれが発生する。
【０００９】
導電膜と誘電体窓とを強い力で密着させた状態でこれらを熱膨張させると、熱膨張による摩耗は甚だしいものになる。接触面が単に擦れるだけでなく、めっきした導電膜が誘電体板から剥離するおそれさえもある。
【００１０】
そこで本発明は、スロット板及び誘電体窓が熱膨張しても、スロット板が摩耗したり、スロット板としての導電膜が誘電体板から剥離したりするのを防止できるマイクロ波プラズマ処理装置、マイクロ波プラズマ処理装置用のスロット板付き誘電体板及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、天井部が誘電体窓により画定される処理容器と、前記処理容器を減圧するガス排気系と、前記処理容器にプラズマガスを供給するガス供給部と、前記処理容器の前記誘電体窓に載せられ、前記処理容器内のプラズマガスを励起するマイクロ波アンテナと、を備えるマイクロ波プラズマ処理装置において、記マイクロ波アンテナは、水平方向にマイクロ波を伝播すると共にマイクロ波の波長を圧縮する誘電体板と、マイクロ波を透過させるスロットを有するスロット板と、を含み、前記誘電体板に前記スロット板の前記スロット内に突出する凸部が設けられ、前記誘電体板の前記凸部の表面が前記スロット板の表面から前記誘電体窓に向かって外方に出っ張るマイクロ波プラズマ処理装置である。
【００１２】
本発明の他の態様は、マイクロ波を用いて生成されたプラズマにより被処理体をプラズマ処理するマイクロ波プラズマ処理装置用のスロット板付き誘電体板であって、マイクロ波を透過させるスロットを有するスロット板と、前記スロット板の前記スロット内に突出する凸部を有し、前記凸部の表面が前記スロット板の表面から外方に出っ張る誘電体板と、を備えるマイクロ波プラズマ処理装置用のスロット板付き誘電体板である。
【００１３】
さらに本発明の他の態様は、マイクロ波を用いて生成されたプラズマにより被処理体をプラズマ処理するマイクロ波プラズマ処理装置用のスロット板付き誘電体板の製造方法であって、スロット板のマイクロ波を透過させるスロットに対応する部分が凸部になるように前記スロットに対応する部分を残して誘電体板の残りの部分を除去する工程と、前記誘電体板の前記凸部以外の部分に、前記凸部の表面が前記スロット板の表面から外方に出っ張るように導電膜からなるスロット板を成膜する工程と、を備えるマイクロ波プラズマ処理装置用のスロット板付き誘電体板の製造方法である。
【発明の効果】
【００１４】
スロット板を誘電体窓に直接接触させると、スロット板及び誘電体窓の熱膨張係数の差による伸び量のずれが発生する。本発明によれば、スロット板のスロットから誘電体の凸部を突出させるので、当該凸部を誘電体窓に接触させ、スロット板を誘電体窓に直接接触させないことができる。したがって、スロット板及び誘電体窓が熱膨張してもスロット板が摩耗したり、スロット板としての導電膜が誘電体板から剥離したりするのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来のマイクロ波プラズマ処理装置の断面図
【図２】従来のマイクロ波プラズマ処理装置のスロット板の変形を示す断面図
【図３】本発明の一実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置の断面図
【図４】導電膜が形成される誘電体板の詳細図
【図５】導電膜から突出する誘電体の凸部を示す断面図
【図６】誘電体窓と導電膜との接触状態を示す断面図（図中（ａ）が本実施形態の誘電体板を示し、図中（ｂ）が従来の誘電体板を示す）
【図７】導電膜が形成される誘電体板の製造方法の工程図（図中（ａ）が本実施形態の誘電体板の製造方法であり、図中（ｂ）が従来の誘電体板の製造方法である）
【図８】めっきの一例を示す断面図
【図９】同軸導波管と誘電体板の上下の導電膜との電気的接触を示す図
【図１０】同軸導波管の内導体と誘電体板の下面の導電膜との電気的接触を示す図
【図１１】冷却板と誘電体板の下面の導電膜との電気的接触を示す図
【図１２】給電手段の他の例を示す断面図
【図１３】誘電体板の凸部と誘電体窓との間に緩衝シートを介在させた例を示す断面図
【図１４】導電膜と誘電体窓との間に緩衝シートを介在させた例を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明のマイクロ波プラズマ処理装置の一実施形態を説明する。図３は、マイクロ波プラズマ処理装置の全体の構成図を示す。
【００１７】
マイクロ波プラズマ処理装置は、外壁によって区画される処理容器１１と、処理容器１１内に設けられ、被処理基板を静電チャックにより保持するＡｌＮ又はＡｌ2Ｏ3からなる保持台１６と、を含む。処理容器１１には、保持台１６を囲む円環状の空間に周方向に均等に排気ポートが形成される。処理容器１１は、排気ポートを介して真空ポンプにより排気・減圧される。
【００１８】
処理容器１１は、Ａｌ好ましくはＡｌを含有するステンレス鋼からなり、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。処理容器１１の天井部には、Ａｌ2Ｏ3、石英等の誘電体からなる誘電体窓１２が外壁の一部として設けられる。誘電体窓１２は処理容器１１の側壁にシールリング１３を介して装着される。誘電体窓１２は処理容器１１の側壁の上部に取り付けられる誘電体窓押えリング１４によって処理容器１１に固定される。誘電体窓押えリング１４は、処理容器１１と同様にＡｌ若しくはＡｌを含有するステンレス鋼からなる。
【００１９】
処理容器１１の側壁には、プラズマガスを処理容器１１内に供給するための環状のガス供給部１５が設けられる。ガス供給部１５にはガス供給系が接続されている。Ａｒガス、Ｋｒガス等のプラズマ励起用ガスや、プラズマ処理の種類に応じた処理ガスがガス供給部から処理容器１１に供給される。かかるプラズマ処理には、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。ガス供給部からＣ4Ｆ8，Ｃ5Ｆ8又はＣ4Ｆ6などの解離しやすいフルオロカーボンガスや、Ｆ系あるいはＣｌ系などのエッチングガスを供給し、保持台１６上に高周波電源から高周波電圧を印加することにより、被処理基板に対して反応性イオンエッチングを行うことも可能である。
【００２０】
処理容器１１の側壁には、被処理基板を搬入及び搬出するための図示しない搬出入口が設けられる。搬出入口はゲートバルブによって開閉される。
【００２１】
誘電体窓１２上には、処理容器１１内のプラズマガスを励起する平面状のマイクロ波アンテナ１８が載せられる。マイクロ波アンテナ１８は、同軸モードでマイクロ波を上下方向に伝搬する同軸導波管１９と、同軸導波管１９の同軸導波路２０を通過したマイクロ波を放射方向に伝搬するディスク状の誘電体板２２と、マイクロ波を透過させるスロットを有するスロット板としての導電膜２３と、誘電体板２２の上面に設けられ、誘電体板２２を冷却する冷却板２４と、を含む。
【００２２】
マイクロ波を給電する給電手段としての同軸導波管１９は、垂直方向に伸びる内導体１９ａと、内導体１９ａを囲む筒状の外導体１９ｂと、からなる。内導体１９ａと外導体１９ｂとの間に断面環状の同軸導波路２０が形成される。同軸導波管１９の上端部は水平方向に伸びる矩形導波管２１（図１参照）に接続される。矩形導波管２１と同軸導波管１９の接続部には円錐形のモード変換器２５（図１参照）が設けられる。矩形導波管２１は整合器を介してマグネトロン等のマイクロ波発生装置に接続されている。マイクロ波発生装置は、例えば周波数２．４５ＧＨｚ，８．３５ＧＨｚ，１．９８ＧＨｚ等のマイクロ波を発生する。矩形導波管２１を伝搬するマイクロ波はモード変換器２５によって同軸モードに変換され、同軸導波路２０（図３参照）を上下方向に伝搬する。整合器は、マイクロ波発生装置から発生するマイクロ波を矩形導波管２１及び同軸導波路２０を介して誘電体板２２へ伝搬させる。
【００２３】
誘電体板２２は、Ａｌ2Ｏ3、石英等の誘電体からなる。誘電体板２２の下面には、スロット板としての導電膜２３が形成される。この実施形態では、誘電体板２２の下面だけでなく、上面及び外周面にも導電膜２３が形成される。マイクロ波は、電界と磁界が非常に速く変化しながら伝搬する電磁波である。金属面に当たったマイクロ波は、金属内にはほとんど進入せず、ごく表面（表皮深さ）に電流を流し、大部分が反射する。このため、同軸導波路２０から誘電体板２２に照射されたマイクロ波は、誘電体板２２の上面及び下面に形成される導電膜２３によって反射されながら誘電体板２２を放射方向に伝搬する。また、同軸導波路２０から誘電体板２２に入るとき、マイクロ波の伝搬する媒質が空気から誘電体に変化するので、マイクロ波の波長が圧縮される。誘電体板２２の厚みは、ＴＥモードでマイクロ波が伝搬するように、すなわち電界が厚み方向にだけできるように決められる。誘電体板２２の厚みが誘電体板２２内におけるマイクロ波の波長の１／４以下であれば問題ない。ただし、あまり薄いと強度の問題があり、また厚すぎると撓みにくくなる。このため本実施形態において、誘電体板２２の材質にアルミナを使用した場合、３〜６ｍｍ程度が最適な厚みになる。
【００２４】
図４は導電膜２３が形成される誘電体板２２の詳細図を示す。誘電体板２２の上面、下面及び外周面には、金属の層からなる導電膜がめっきされる。誘電体板２２の中心部には、同軸導波管１９の内導体１９ａに接続されるスロット中心コンタクトフランジ２７（図９参照）が貫通する孔２２ａが空けられる。孔２２ａの周囲（誘電体板２２の上面及び下面の一部及び内周面）には、導電膜２３が成膜されていない非成膜エリア２２ｂが形成される。詳しくは後述するが、誘電体板２２の下面の導電膜２３は、スロット中心コンタクトフランジ２７を介して内導体１９ａに電気的に接続され、誘電体板２２の上面の導電膜２３は、電気コンタクト弾性体２８（図９参照）及び冷却板２４を介して同軸導波管１９の外導体１９ｂに電気的に接続される。
【００２５】
誘電体板２２の下面側の導電膜２３（スロット板）には、マイクロ波を透過させる多数のスロット２３ａが形成される。隣接する一組のスロット２３ａは、直交するようにＴ字状に配列される。多数のスロット２３ａはディスク状の導電膜２３に同心円状に配置される。スロット２３ａの長さや配列は、スロット２３ａから処理容器１１に均一に電界が放射されるように、誘電体板２２によって圧縮されたマイクロ波の波長に応じて適宜決定される。スロット２３ａの形状は直線形状の他に円弧形状でもよく、スロット２３ａの配列は同心円状の他に螺旋状や放射状でもよい。
【００２６】
図５に示すように、誘電体板２２の下面側の導電膜２３のスロット２３ａ内には、誘電体板２２の凸部２２ｃが突出する。凸部２２ｃの表面（下面）は、平面に形成され、導電膜２３の表面よりも外方に出っ張る。このため、図６（ａ）に示すように、凸部２２ｃが誘電体窓１２に接触し、導電膜２３が誘電体窓１２に接触しないようになる。図６（ｂ）に、導電膜２３から凸部２２ｃを出っ張らせていない従来の誘電体板２２を示す。従来の誘電体板２２においては、誘電体板２２ではなく、導電膜２３が誘電体窓１２に接触する。こうなると、誘電体窓１２及び導電膜２３の熱膨張・収縮により、導電膜２３が誘電体窓１２と擦れ、導電膜２３が誘電体板２２から剥離するおそれがある。本実施形態のように、誘電体板２２の凸部２２ｃを誘電体窓１２に接触させ、導電膜２３が誘電体窓１２に接触しないようにすることで、この問題を解決することができる。図６（ａ）に示す導電膜２３と誘電体窓１２との間の隙間には、テフロン（登録商標）シート、カーボンシート等の緩衝シート５３が介在されてもよい（図１４参照）。
【００２７】
図７（ａ）に、導電膜２３を形成した誘電体板２２の製造方法を示す。図７（ｂ）には、従来の誘電体板２２の製造方法が比較して示されている。従来の誘電体板２２の製造方法においては、誘電体板２２を製作した後（Ｓ１）、スロット２３ａに対応する非成膜エリアをマスキング（Ｓ２）し、その後、誘電体板２２に金属層をめっきし（Ｓ３）、その後、マスキングを除去していた（Ｓ４）。又は、誘電体板２２を製作した後（ＳＴ１）、誘電体板２２に金属層をめっきし（ＳＴ２）、その後、スロット２３ａに対応する部分をエッチングしていた（ＳＴ３）。いずれにしても、スロット２３ａに対応する部分は空間となっていた。
【００２８】
これに対し、本実施形態の製造方法においては、図７（ａ）に示すように、誘電体板２２を製作した後（ＳＰ１）、スロット２３ａに対応する部分に凸部２２ｃを形成できるように、スロット２３ａに対応する部分を残して誘電体板２２の残りの部分（スロット形成面の非スロット開口部）をエッチングする（ＳＰ２）。凸部２２ｃの突出量は、例えば１０〜３０μｍ程度に調整される。エッチング手法は特に限定されるものではなく、例えばサンドブラスト処理、エンドミルを用いた切削、化学薬品を用いた化学エッチング等を採用することができる。なお、ブラスト処理するとき、スロット２３ａに対応する部分はマスキングされる。
【００２９】
その後、誘電体板２２の凸部２２ｃ以外の部分（誘電体板２２のスロット形成面の非スロット開口部）に金属層をめっきする（ＳＰ３）。例えば、誘電体板２２の凸部２２ｃをマスキングした状態で全体をめっき浴槽に浸けることによって、金属層を誘電体板２２にめっきする。導電膜２３の厚さは、凸部２２ｃの表面が導電膜２３の表面から外方に出っ張るように、例えば５μｍ〜１０μｍ程度に調整される。なお、誘電体板２２の凸部２２ｃにマスキングをせずに全体をメッキ浴槽に着け、その後、誘電体板２２の凸部２２ｃに付着する金属層を削り取ってもよい。
【００３０】
本実施形態によれば、スロット２３ａ内が誘電体で充填される。この条件でシミュレーションがなされ、最適なスロット２３ａの形状・配列が設計される。マイクロ波の伝搬する媒質が誘電体から空気へと変化することがないので、界面でのマイクロ波の反射を防ぐことができる。
【００３１】
なお、誘電体板２２をエッチングする際、表面粗さをなるべく小さくするのが望ましい。マイクロ波は導電膜２３を反射しながら伝搬するので、導電膜２３の表面には電流が流れる。誘電体板２２の表面粗さが粗くなると、導電膜２３の表面に凹凸が形成され、電気抵抗が増大する。こうなるとマイクロ波のパワーを損失する。
【００３２】
図８は、金属層のめっきの一例を示す。誘電体板２２に導電膜２３を成膜する際、まず誘電体板２２の表面を活性化するため、誘電体板２２の表面にＰｄの薄い層３１を無電解めっきする。次に、Ｐｄの層３１の上に５μｍ程度の厚さのＣｕの層３２をめっきする。Ｃｕの層３２が温度上昇すると、酸化して劣化する。これを防止するために１〜２μｍのＡｕの層３４が電解めっきされる。Ａｕの層３４をＣｕの層３２にめっきするためには、Ｃｕの層３２の表面をＮｉで処理する必要がある。このため、Ｃｕの層３２の表面に０．２〜０．３μｍのＮｉの層３３が無電解めっきされる。誘電体板２２を伝搬するマイクロ波の電流は主にＣｕの層を流れる。
【００３３】
誘電体板２２の上面、下面及び外周面に導電膜２３をめっきするのが望ましい。片面だけだと熱膨張により誘電体板２２が反るおそれがあるし、誘電体板２２と冷却板２４との間に隙間が発生するおそれもあるからである。誘電体板２２の上面に導電膜２３を成膜することで、マイクロ波が誘電体板２２の上面の導電膜２３で反射する。導電膜２３の外側をマイクロ波が伝搬することがないので、誘電体板２２の上面の導電膜２３と冷却板２４との間に熱伝導性のよいテフロン（登録商標）シート、カーボンシート等の緩衝シート３６（図３参照）を介在させることもできる。ただしもちろん、誘電体板２２の下面のみに導電膜２３を成膜させてもよい。この場合、誘電体板２２の下面の導電膜２３と同軸導波管１９との電気的な接続を確保する必要がある。
【００３４】
図３に示すように、マイクロ波アンテナ１８の誘電体板２２上には、冷却板２４が載せられる。冷却板２４には冷却水流路２４ａが形成される。冷却水流路２４ａに冷却水を流すことにより、誘電体板２２を冷却することができる。熱伝導性を向上させるため、冷却板２４と誘電体板２２との間には、例えば厚みが０．０５ｍｍ程度の、一枚又は複数枚の緩衝シート３６が介在される。この緩衝シート３６は、熱膨張によって誘電体板２２の上面の導電膜２３と冷却板２４とが擦れるのを防止する。誘電体板２２の上面の導電膜２３の内周側は熱膨張の量が小さいので、冷却板２４との擦れも少ない。このため、導電膜２３の内周側と冷却板２４とで電気的な接続がなされる。
【００３５】
マイクロ波アンテナ１８は、誘電体窓押えリング１４に取り付けられるアンテナ押え３７によって誘電体窓１２に固定される。アンテナ押え３７は処理容器１１と同様にＡｌ若しくはＡｌを含有するステンレス鋼からなる。冷却板２４とアンテナ押え３７との間には、電磁遮蔽弾力体３８が設けられる。電磁遮蔽弾力体３８は電磁シールドの機能、及びマイクロ波アンテナ１８を誘電体窓１２に押しつける機能を持つ。導電膜２３のスロット２３ａを透過するマイクロ波は全てがプラズマに吸収されるわけではなく、一部が導電膜２３と誘電体窓１２との間の小さな隙間から外側に漏れ出す。それだけでなく、誘電体窓１２を外周方向に伝搬したマイクロ波は誘電体窓押えリング１４と冷却板２４との間の隙間から外側に漏れ出す。電磁遮蔽弾力体３８は漏れ出したマイクロ波をシールドする。マイクロ波アンテナ１８が誘電体窓１２上に単に載っているだけだと、熱膨張によってマイクロ波アンテナ１８と誘電体窓１２との間に隙間が生ずる。熱膨張して隙間が生ずるのを防止するために、電磁遮蔽弾力体３８はマイクロ波アンテナ１８を強い力で誘電体窓１２に押し付ける。なお、電磁遮蔽弾力体の二つの機能を分けてもよい。すなわち、電磁シールドの機能をスパイラル状の電磁シールドに持たせ、マイクロ波アンテナ１８を誘電体窓１２に押しつける機能をテンションが付与できるばね状のＯリングに持たせてもよい。
【００３６】
図９は、誘電体板２２の導電膜２３の電気的な接続方法の一例を示す。誘電体板２２の下面の導電膜２３と同軸導波管１９の内導体１９ａとを電気的に接続する必要があることから、円柱状のスロット中心コンタクトフランジ２７と板状のスロット中心コンタクト板４１を設ける。図１０に示すように、スロット中心コンタクトフランジ２７とスロット中心コンタクト板４１とは、接着、ねじ等により結合される。スロット中心コンタクトフランジ２７は、内導体１９ａにねじ等により結合される。Ｏリング等からなるコンタクト補強弾性体４２は、スロット中心コンタクト板４１と導電膜２３との電気的接触を補強し、また誘電体板２２の上面側の導電膜２３と冷却板２４との電気的接触を導電性ばねからなる電気コンタクト弾性体２８と共に補強する。
【００３７】
図１１に示すように、スロット外周コンタクトリング４４とスロット外周コンタクト板４５とは結合される。スロット外周コンタクトリング４４は冷却板２４にボルト等で結合される。Ｏリング等からなるコンタクト補強弾性体４６は、スロット外周コンタクト板４５と誘電体板２２の下面側の導電膜２３との電気的接触を補強する。また、伝熱性の緩衝シート３６を通して誘電体板２２の上面の導電膜２３と冷却板２４との伝熱的接触を補強する。
【００３８】
なお、本発明は上記実施形態に限られることなく、本発明の要旨を変更しない範囲で様々に変更できる。例えば図１２に示すように、本発明のアンテナは、同軸導波路のように中心から外に向かってマイクロ波を広げる構造でなくても、給電手段としての矩形導波管５１によって水平方向にマイクロ波を導入する構造であってもよい。
【００３９】
また、スロット板は誘電体板にめっきされた導電膜でなくても、誘電体板とは別体の銅板であってもよい。この場合、スロット板のスロットに誘電体板の凸部を嵌めればよい。さらに、誘電体板の凸部を誘電体本体とは別体にし、凸部を誘電体本体に貼り付けてもよい。さらに、図１３に示すように、誘電体板２２の凸部２２ｃと誘電体窓１２との間に緩衝シート５２を介在させてもよい。
【００４０】
アンテナ押えに冷却板及び誘電体板を誘電体窓に押さえ付ける電磁遮蔽弾力体を設けなくても、冷却板及び誘電体板の周囲を真空にすることによって、これらを誘電体窓に密着させてもよい。
【００４１】
誘電体窓に処理容器内にプラズマガスを供給するプラズマガス供給経路を形成し、誘電体窓と被処理基板との間に処理ガスを供給する中段シャワーヘッドを設けてもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１１…処理容器
１２…誘電体窓
１５…ガス供給部
１６…保持台
１８…マイクロ波アンテナ
１９…同軸導波管
２０…同軸導波路
２２…誘電体板
２２ｃ…凸部
２３…導電膜（スロット板）
２３ａ…スロット
３６…緩衝シート
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波を用いて生成されたプラズマにより半導体ウェハ、液晶用基板、有機ＥＬ素子等の被処理体をプラズマ処理するマイクロ波プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理は、半導体製造工程のエッチング、薄膜成膜などのプロセスに広く使用されている。近年、ＬＳＩの高集積化、高速化、小電力化の観点からＬＳＩを構成する半導体のプロセスルール（ＩＣの線幅）が益々微細化されている。配線間の距離が縮まると、従来の層間絶縁膜では絶縁できず、隣接する配線の信号と干渉するおそれがある。この干渉するおそれを解決するために、低誘電率（Low-k）の絶縁膜が求められている。しかし、従来から多用されている平行平板型や誘導結合型のプラズマ処理装置では、電子温度が高いので、低誘電率の絶縁膜にダメージを与えてしまうという課題がある。例えば、低誘電率の絶縁膜として知られている炭素とフッ素を含むＣＦ膜を使用した場合、プラズマ処理のダメージによって誘電率が上がってしまう。
【０００３】
さらに、半導体のウェハサイズも大口径化しており、これに伴って大口径の半導体ウェハに偏りなく均一に処理を行うことが要請されている。しかし、平行平板型や誘導結合型のプラズマ処理装置においては、プラズマ密度の高い領域が限定されるので、大口径のウェハを均一にプラズマ処理することが困難である。
【０００４】
そこで近年、高密度で低電子温度のプラズマを均一に形成することができるＲＬＳＡ(Radial Line Slot Antenna)を用いたマイクロ波プラズマ処理装置が注目されている。このマイクロ波プラズマ処置装置は、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マイクロ波アンテナから処理容器内にマイクロ波を放射し、マイクロ波の電界により処理容器内のガスを電離してプラズマを励起させるものである。マイクロ波プラズマ処理装置によれば、アンテナ直下の広い領域に高いプラズマ密度を実現できるので、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、低電子温度のプラズマを生成することができるので、被処理基板へのダメージを少なくすることができるという利点もある。
【０００５】
図１に示すように、マイクロ波プラズマ処理装置において、処理容器１の天井部の開口は誘電体窓２により塞がれる。誘電体窓２の上にはマイクロ波アンテナ３が載せられる。内側導波管及び外側導波管からなる同軸導波管の断面円環状の同軸導波路４を伝搬したマイクロ波は、ディスク状の誘電体板６を放射方向に伝搬する。誘電体板６内で波長が圧縮され、かつ共振するマイクロ波は、導電材料からなるスロット板７のスロットを透過し、誘電体窓２を介して処理容器１内に放射される。
【０００６】
処理容器１内のプラズマガスを励起させると、マイクロ波アンテナ３には誘電体窓２を介して熱が伝達される。導電材料からなるスロット板７の熱膨張係数は、誘電体からなる誘電体板６の熱膨張係数よりも大きいので、スロット板７が誘電体板６よりも大きく伸び、これが原因で図２に示すように、スロット板７が曲がったり、変形したりしてしまう。誘電体板６とスロット板７との間に隙間が生じると、反射波が増えたりするので、マイクロ波の伝搬特性が変化してしまう。誘電体板６とスロット板７との間に隙間が発生するのを防止し、マイクロ波の伝搬を一定に保つため、特許文献１には、スロット板７を構成する導電膜を誘電体板６にめっきする技術が開示されている。誘電体板６に導電膜をめっきすることにより、誘電体板６と導電膜とを一緒に熱膨張させることができ、これらの間に隙間が発生するのを防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３５５５５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
誘電体板６と導電膜との間の隙間だけでなく、導電膜と誘電体窓との間の隙間も機差（同一処理を行う装置ごとの差）の原因になる。導電膜と誘電体窓との間に隙間が生ずるのを防止するために、導電膜がめっきされた誘電体板は上方から強い力で誘電体窓に押さえ付けられる。導電材料からなる導電膜の熱膨張係数と誘電体からなる誘電体窓の熱膨張係数とは異なる。このため、導電膜及び誘電体窓が熱膨張すると、これらの間には水平方向の伸び量の相対的なずれが発生する。
【０００９】
導電膜と誘電体窓とを強い力で密着させた状態でこれらを熱膨張させると、熱膨張による摩耗は甚だしいものになる。接触面が単に擦れるだけでなく、めっきした導電膜が誘電体板から剥離するおそれさえもある。
【００１０】
そこで本発明は、スロット板及び誘電体窓が熱膨張しても、スロット板が摩耗したり、スロット板としての導電膜が誘電体板から剥離したりするのを防止できるマイクロ波プラズマ処理装置、マイクロ波プラズマ処理装置用のスロット板付き誘電体板及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、天井部が誘電体窓により画定される処理容器と、前記処理容器を減圧するガス排気系と、前記処理容器にプラズマガスを供給するガス供給部と、前記処理容器の前記誘電体窓に載せられ、前記処理容器内のプラズマガスを励起するマイクロ波アンテナと、を備えるマイクロ波プラズマ処理装置において、記マイクロ波アンテナは、水平方向にマイクロ波を伝播すると共にマイクロ波の波長を圧縮する誘電体板と、マイクロ波を透過させるスロットを有するスロット板と、を含み、前記誘電体板に前記スロット板の前記スロット内に突出する凸部が設けられ、前記誘電体板の前記凸部の表面が前記スロット板の表面から前記誘電体窓に向かって外方に出っ張るマイクロ波プラズマ処理装置である。
【００１２】
本発明の他の態様は、マイクロ波を用いて生成されたプラズマにより被処理体をプラズマ処理するマイクロ波プラズマ処理装置用のスロット板付き誘電体板であって、マイクロ波を透過させるスロットを有するスロット板と、前記スロット板の前記スロット内に突出する凸部を有し、前記凸部の表面が前記スロット板の表面から外方に出っ張る誘電体板と、を備えるマイクロ波プラズマ処理装置用のスロット板付き誘電体板である。
【００１３】
さらに本発明の他の態様は、マイクロ波を用いて生成されたプラズマにより被処理体をプラズマ処理するマイクロ波プラズマ処理装置用のスロット板付き誘電体板の製造方法であって、スロット板のマイクロ波を透過させるスロットに対応する部分が凸部になるように前記スロットに対応する部分を残して誘電体板の残りの部分を除去する工程と、前記誘電体板の前記凸部以外の部分に、前記凸部の表面が前記スロット板の表面から外方に出っ張るように導電膜からなるスロット板を成膜する工程と、を備えるマイクロ波プラズマ処理装置用のスロット板付き誘電体板の製造方法である。
【発明の効果】
【００１４】
スロット板を誘電体窓に直接接触させると、スロット板及び誘電体窓の熱膨張係数の差による伸び量のずれが発生する。本発明によれば、スロット板のスロットから誘電体の凸部を突出させるので、当該凸部を誘電体窓に接触させ、スロット板を誘電体窓に直接接触させないことができる。したがって、スロット板及び誘電体窓が熱膨張してもスロット板が摩耗したり、スロット板としての導電膜が誘電体板から剥離したりするのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来のマイクロ波プラズマ処理装置の断面図
【図２】従来のマイクロ波プラズマ処理装置のスロット板の変形を示す断面図
【図３】本発明の一実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置の断面図
【図４】導電膜が形成される誘電体板の詳細図
【図５】導電膜から突出する誘電体の凸部を示す断面図
【図６】誘電体窓と導電膜との接触状態を示す断面図（図中（ａ）が本実施形態の誘電体板を示し、図中（ｂ）が従来の誘電体板を示す）
【図７】導電膜が形成される誘電体板の製造方法の工程図（図中（ａ）が本実施形態の誘電体板の製造方法であり、図中（ｂ）が従来の誘電体板の製造方法である）
【図８】めっきの一例を示す断面図
【図９】同軸導波管と誘電体板の上下の導電膜との電気的接触を示す図
【図１０】同軸導波管の内導体と誘電体板の下面の導電膜との電気的接触を示す図
【図１１】冷却板と誘電体板の下面の導電膜との電気的接触を示す図
【図１２】給電手段の他の例を示す断面図
【図１３】誘電体板の凸部と誘電体窓との間に緩衝シートを介在させた例を示す断面図
【図１４】導電膜と誘電体窓との間に緩衝シートを介在させた例を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明のマイクロ波プラズマ処理装置の一実施形態を説明する。図３は、マイクロ波プラズマ処理装置の全体の構成図を示す。
【００１７】
マイクロ波プラズマ処理装置は、外壁によって区画される処理容器１１と、処理容器１１内に設けられ、被処理基板を静電チャックにより保持するＡｌＮ又はＡｌ2Ｏ3からなる保持台１６と、を含む。処理容器１１には、保持台１６を囲む円環状の空間に周方向に均等に排気ポートが形成される。処理容器１１は、排気ポートを介して真空ポンプにより排気・減圧される。
【００１８】
処理容器１１は、Ａｌ好ましくはＡｌを含有するステンレス鋼からなり、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。処理容器１１の天井部には、Ａｌ2Ｏ3、石英等の誘電体からなる誘電体窓１２が外壁の一部として設けられる。誘電体窓１２は処理容器１１の側壁にシールリング１３を介して装着される。誘電体窓１２は処理容器１１の側壁の上部に取り付けられる誘電体窓押えリング１４によって処理容器１１に固定される。誘電体窓押えリング１４は、処理容器１１と同様にＡｌ若しくはＡｌを含有するステンレス鋼からなる。
【００１９】
処理容器１１の側壁には、プラズマガスを処理容器１１内に供給するための環状のガス供給部１５が設けられる。ガス供給部１５にはガス供給系が接続されている。Ａｒガス、Ｋｒガス等のプラズマ励起用ガスや、プラズマ処理の種類に応じた処理ガスがガス供給部から処理容器１１に供給される。かかるプラズマ処理には、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。ガス供給部からＣ4Ｆ8，Ｃ5Ｆ8又はＣ4Ｆ6などの解離しやすいフルオロカーボンガスや、Ｆ系あるいはＣｌ系などのエッチングガスを供給し、保持台１６上に高周波電源から高周波電圧を印加することにより、被処理基板に対して反応性イオンエッチングを行うことも可能である。
【００２０】
処理容器１１の側壁には、被処理基板を搬入及び搬出するための図示しない搬出入口が設けられる。搬出入口はゲートバルブによって開閉される。
【００２１】
誘電体窓１２上には、処理容器１１内のプラズマガスを励起する平面状のマイクロ波アンテナ１８が載せられる。マイクロ波アンテナ１８は、同軸モードでマイクロ波を上下方向に伝搬する同軸導波管１９と、同軸導波管１９の同軸導波路２０を通過したマイクロ波を放射方向に伝搬するディスク状の誘電体板２２と、マイクロ波を透過させるスロットを有するスロット板としての導電膜２３と、誘電体板２２の上面に設けられ、誘電体板２２を冷却する冷却板２４と、を含む。
【００２２】
マイクロ波を給電する給電手段としての同軸導波管１９は、垂直方向に伸びる内導体１９ａと、内導体１９ａを囲む筒状の外導体１９ｂと、からなる。内導体１９ａと外導体１９ｂとの間に断面環状の同軸導波路２０が形成される。同軸導波管１９の上端部は水平方向に伸びる矩形導波管２１（図１参照）に接続される。矩形導波管２１と同軸導波管１９の接続部には円錐形のモード変換器２５（図１参照）が設けられる。矩形導波管２１は整合器を介してマグネトロン等のマイクロ波発生装置に接続されている。マイクロ波発生装置は、例えば周波数２．４５ＧＨｚ，８．３５ＧＨｚ，１．９８ＧＨｚ等のマイクロ波を発生する。矩形導波管２１を伝搬するマイクロ波はモード変換器２５によって同軸モードに変換され、同軸導波路２０（図３参照）を上下方向に伝搬する。整合器は、マイクロ波発生装置から発生するマイクロ波を矩形導波管２１及び同軸導波路２０を介して誘電体板２２へ伝搬させる。
【００２３】
誘電体板２２は、Ａｌ2Ｏ3、石英等の誘電体からなる。誘電体板２２の下面には、スロット板としての導電膜２３が形成される。この実施形態では、誘電体板２２の下面だけでなく、上面及び外周面にも導電膜２３が形成される。マイクロ波は、電界と磁界が非常に速く変化しながら伝搬する電磁波である。金属面に当たったマイクロ波は、金属内にはほとんど進入せず、ごく表面（表皮深さ）に電流を流し、大部分が反射する。このため、同軸導波路２０から誘電体板２２に照射されたマイクロ波は、誘電体板２２の上面及び下面に形成される導電膜２３によって反射されながら誘電体板２２を放射方向に伝搬する。また、同軸導波路２０から誘電体板２２に入るとき、マイクロ波の伝搬する媒質が空気から誘電体に変化するので、マイクロ波の波長が圧縮される。誘電体板２２の厚みは、ＴＥモードでマイクロ波が伝搬するように、すなわち電界が厚み方向にだけできるように決められる。誘電体板２２の厚みが誘電体板２２内におけるマイクロ波の波長の１／４以下であれば問題ない。ただし、あまり薄いと強度の問題があり、また厚すぎると撓みにくくなる。このため本実施形態において、誘電体板２２の材質にアルミナを使用した場合、３〜６ｍｍ程度が最適な厚みになる。
【００２４】
図４は導電膜２３が形成される誘電体板２２の詳細図を示す。誘電体板２２の上面、下面及び外周面には、金属の層からなる導電膜がめっきされる。誘電体板２２の中心部には、同軸導波管１９の内導体１９ａに接続されるスロット中心コンタクトフランジ２７（図９参照）が貫通する孔２２ａが空けられる。孔２２ａの周囲（誘電体板２２の上面及び下面の一部及び内周面）には、導電膜２３が成膜されていない非成膜エリア２２ｂが形成される。詳しくは後述するが、誘電体板２２の下面の導電膜２３は、スロット中心コンタクトフランジ２７を介して内導体１９ａに電気的に接続され、誘電体板２２の上面の導電膜２３は、電気コンタクト弾性体２８（図９参照）及び冷却板２４を介して同軸導波管１９の外導体１９ｂに電気的に接続される。
【００２５】
誘電体板２２の下面側の導電膜２３（スロット板）には、マイクロ波を透過させる多数のスロット２３ａが形成される。隣接する一組のスロット２３ａは、直交するようにＴ字状に配列される。多数のスロット２３ａはディスク状の導電膜２３に同心円状に配置される。スロット２３ａの長さや配列は、スロット２３ａから処理容器１１に均一に電界が放射されるように、誘電体板２２によって圧縮されたマイクロ波の波長に応じて適宜決定される。スロット２３ａの形状は直線形状の他に円弧形状でもよく、スロット２３ａの配列は同心円状の他に螺旋状や放射状でもよい。
【００２６】
図５に示すように、誘電体板２２の下面側の導電膜２３のスロット２３ａ内には、誘電体板２２の凸部２２ｃが突出する。凸部２２ｃの表面（下面）は、平面に形成され、導電膜２３の表面よりも外方に出っ張る。このため、図６（ａ）に示すように、凸部２２ｃが誘電体窓１２に接触し、導電膜２３が誘電体窓１２に接触しないようになる。図６（ｂ）に、導電膜２３から凸部２２ｃを出っ張らせていない従来の誘電体板２２を示す。従来の誘電体板２２においては、誘電体板２２ではなく、導電膜２３が誘電体窓１２に接触する。こうなると、誘電体窓１２及び導電膜２３の熱膨張・収縮により、導電膜２３が誘電体窓１２と擦れ、導電膜２３が誘電体板２２から剥離するおそれがある。本実施形態のように、誘電体板２２の凸部２２ｃを誘電体窓１２に接触させ、導電膜２３が誘電体窓１２に接触しないようにすることで、この問題を解決することができる。図６（ａ）に示す導電膜２３と誘電体窓１２との間の隙間には、テフロン（登録商標）シート、カーボンシート等の緩衝シート５３が介在されてもよい（図１４参照）。
【００２７】
図７（ａ）に、導電膜２３を形成した誘電体板２２の製造方法を示す。図７（ｂ）には、従来の誘電体板２２の製造方法が比較して示されている。従来の誘電体板２２の製造方法においては、誘電体板２２を製作した後（Ｓ１）、スロット２３ａに対応する非成膜エリアをマスキング（Ｓ２）し、その後、誘電体板２２に金属層をめっきし（Ｓ３）、その後、マスキングを除去していた（Ｓ４）。又は、誘電体板２２を製作した後（ＳＴ１）、誘電体板２２に金属層をめっきし（ＳＴ２）、その後、スロット２３ａに対応する部分をエッチングしていた（ＳＴ３）。いずれにしても、スロット２３ａに対応する部分は空間となっていた。
【００２８】
これに対し、本実施形態の製造方法においては、図７（ａ）に示すように、誘電体板２２を製作した後（ＳＰ１）、スロット２３ａに対応する部分に凸部２２ｃを形成できるように、スロット２３ａに対応する部分を残して誘電体板２２の残りの部分（スロット形成面の非スロット開口部）をエッチングする（ＳＰ２）。凸部２２ｃの突出量は、例えば１０〜３０μｍ程度に調整される。エッチング手法は特に限定されるものではなく、例えばサンドブラスト処理、エンドミルを用いた切削、化学薬品を用いた化学エッチング等を採用することができる。なお、ブラスト処理するとき、スロット２３ａに対応する部分はマスキングされる。
【００２９】
その後、誘電体板２２の凸部２２ｃ以外の部分（誘電体板２２のスロット形成面の非スロット開口部）に金属層をめっきする（ＳＰ３）。例えば、誘電体板２２の凸部２２ｃをマスキングした状態で全体をめっき浴槽に浸けることによって、金属層を誘電体板２２にめっきする。導電膜２３の厚さは、凸部２２ｃの表面が導電膜２３の表面から外方に出っ張るように、例えば５μｍ〜１０μｍ程度に調整される。なお、誘電体板２２の凸部２２ｃにマスキングをせずに全体をメッキ浴槽に着け、その後、誘電体板２２の凸部２２ｃに付着する金属層を削り取ってもよい。
【００３０】
本実施形態によれば、スロット２３ａ内が誘電体で充填される。この条件でシミュレーションがなされ、最適なスロット２３ａの形状・配列が設計される。マイクロ波の伝搬する媒質が誘電体から空気へと変化することがないので、界面でのマイクロ波の反射を防ぐことができる。
【００３１】
なお、誘電体板２２をエッチングする際、表面粗さをなるべく小さくするのが望ましい。マイクロ波は導電膜２３を反射しながら伝搬するので、導電膜２３の表面には電流が流れる。誘電体板２２の表面粗さが粗くなると、導電膜２３の表面に凹凸が形成され、電気抵抗が増大する。こうなるとマイクロ波のパワーを損失する。
【００３２】
図８は、金属層のめっきの一例を示す。誘電体板２２に導電膜２３を成膜する際、まず誘電体板２２の表面を活性化するため、誘電体板２２の表面にＰｄの薄い層３１を無電解めっきする。次に、Ｐｄの層３１の上に５μｍ程度の厚さのＣｕの層３２をめっきする。Ｃｕの層３２が温度上昇すると、酸化して劣化する。これを防止するために１〜２μｍのＡｕの層３４が電解めっきされる。Ａｕの層３４をＣｕの層３２にめっきするためには、Ｃｕの層３２の表面をＮｉで処理する必要がある。このため、Ｃｕの層３２の表面に０．２〜０．３μｍのＮｉの層３３が無電解めっきされる。誘電体板２２を伝搬するマイクロ波の電流は主にＣｕの層を流れる。
【００３３】
誘電体板２２の上面、下面及び外周面に導電膜２３をめっきするのが望ましい。片面だけだと熱膨張により誘電体板２２が反るおそれがあるし、誘電体板２２と冷却板２４との間に隙間が発生するおそれもあるからである。誘電体板２２の上面に導電膜２３を成膜することで、マイクロ波が誘電体板２２の上面の導電膜２３で反射する。導電膜２３の外側をマイクロ波が伝搬することがないので、誘電体板２２の上面の導電膜２３と冷却板２４との間に熱伝導性のよいテフロン（登録商標）シート、カーボンシート等の緩衝シート３６（図３参照）を介在させることもできる。ただしもちろん、誘電体板２２の下面のみに導電膜２３を成膜させてもよい。この場合、誘電体板２２の下面の導電膜２３と同軸導波管１９との電気的な接続を確保する必要がある。
【００３４】
図３に示すように、マイクロ波アンテナ１８の誘電体板２２上には、冷却板２４が載せられる。冷却板２４には冷却水流路２４ａが形成される。冷却水流路２４ａに冷却水を流すことにより、誘電体板２２を冷却することができる。熱伝導性を向上させるため、冷却板２４と誘電体板２２との間には、例えば厚みが０．０５ｍｍ程度の、一枚又は複数枚の緩衝シート３６が介在される。この緩衝シート３６は、熱膨張によって誘電体板２２の上面の導電膜２３と冷却板２４とが擦れるのを防止する。誘電体板２２の上面の導電膜２３の内周側は熱膨張の量が小さいので、冷却板２４との擦れも少ない。このため、導電膜２３の内周側と冷却板２４とで電気的な接続がなされる。
【００３５】
マイクロ波アンテナ１８は、誘電体窓押えリング１４に取り付けられるアンテナ押え３７によって誘電体窓１２に固定される。アンテナ押え３７は処理容器１１と同様にＡｌ若しくはＡｌを含有するステンレス鋼からなる。冷却板２４とアンテナ押え３７との間には、電磁遮蔽弾力体３８が設けられる。電磁遮蔽弾力体３８は電磁シールドの機能、及びマイクロ波アンテナ１８を誘電体窓１２に押しつける機能を持つ。導電膜２３のスロット２３ａを透過するマイクロ波は全てがプラズマに吸収されるわけではなく、一部が導電膜２３と誘電体窓１２との間の小さな隙間から外側に漏れ出す。それだけでなく、誘電体窓１２を外周方向に伝搬したマイクロ波は誘電体窓押えリング１４と冷却板２４との間の隙間から外側に漏れ出す。電磁遮蔽弾力体３８は漏れ出したマイクロ波をシールドする。マイクロ波アンテナ１８が誘電体窓１２上に単に載っているだけだと、熱膨張によってマイクロ波アンテナ１８と誘電体窓１２との間に隙間が生ずる。熱膨張して隙間が生ずるのを防止するために、電磁遮蔽弾力体３８はマイクロ波アンテナ１８を強い力で誘電体窓１２に押し付ける。なお、電磁遮蔽弾力体の二つの機能を分けてもよい。すなわち、電磁シールドの機能をスパイラル状の電磁シールドに持たせ、マイクロ波アンテナ１８を誘電体窓１２に押しつける機能をテンションが付与できるばね状のＯリングに持たせてもよい。
【００３６】
図９は、誘電体板２２の導電膜２３の電気的な接続方法の一例を示す。誘電体板２２の下面の導電膜２３と同軸導波管１９の内導体１９ａとを電気的に接続する必要があることから、円柱状のスロット中心コンタクトフランジ２７と板状のスロット中心コンタクト板４１を設ける。図１０に示すように、スロット中心コンタクトフランジ２７とスロット中心コンタクト板４１とは、接着、ねじ等により結合される。スロット中心コンタクトフランジ２７は、内導体１９ａにねじ等により結合される。Ｏリング等からなるコンタクト補強弾性体４２は、スロット中心コンタクト板４１と導電膜２３との電気的接触を補強し、また誘電体板２２の上面側の導電膜２３と冷却板２４との電気的接触を導電性ばねからなる電気コンタクト弾性体２８と共に補強する。
【００３７】
図１１に示すように、スロット外周コンタクトリング４４とスロット外周コンタクト板４５とは結合される。スロット外周コンタクトリング４４は冷却板２４にボルト等で結合される。Ｏリング等からなるコンタクト補強弾性体４６は、スロット外周コンタクト板４５と誘電体板２２の下面側の導電膜２３との電気的接触を補強する。また、伝熱性の緩衝シート３６を通して誘電体板２２の上面の導電膜２３と冷却板２４との伝熱的接触を補強する。
【００３８】
なお、本発明は上記実施形態に限られることなく、本発明の要旨を変更しない範囲で様々に変更できる。例えば図１２に示すように、本発明のアンテナは、同軸導波路のように中心から外に向かってマイクロ波を広げる構造でなくても、給電手段としての矩形導波管５１によって水平方向にマイクロ波を導入する構造であってもよい。
【００３９】
また、スロット板は誘電体板にめっきされた導電膜でなくても、誘電体板とは別体の銅板であってもよい。この場合、スロット板のスロットに誘電体板の凸部を嵌めればよい。さらに、誘電体板の凸部を誘電体本体とは別体にし、凸部を誘電体本体に貼り付けてもよい。さらに、図１３に示すように、誘電体板２２の凸部２２ｃと誘電体窓１２との間に緩衝シート５２を介在させてもよい。
【００４０】
アンテナ押えに冷却板及び誘電体板を誘電体窓に押さえ付ける電磁遮蔽弾力体を設けなくても、冷却板及び誘電体板の周囲を真空にすることによって、これらを誘電体窓に密着させてもよい。
【００４１】
誘電体窓に処理容器内にプラズマガスを供給するプラズマガス供給経路を形成し、誘電体窓と被処理基板との間に処理ガスを供給する中段シャワーヘッドを設けてもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１１…処理容器
１２…誘電体窓
１５…ガス供給部
１６…保持台
１８…マイクロ波アンテナ
１９…同軸導波管
２０…同軸導波路
２２…誘電体板
２２ｃ…凸部
２３…導電膜（スロット板）
２３ａ…スロット
３６…緩衝シート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
天井部が誘電体窓により画定される処理容器と、前記処理容器を減圧するガス排気系と、前記処理容器にプラズマガスを供給するガス供給部と、前記処理容器の前記誘電体窓に載せられ、前記処理容器内のプラズマガスを励起するマイクロ波アンテナと、を備えるマイクロ波プラズマ処理装置において、
前記マイクロ波アンテナは、水平方向にマイクロ波を伝播すると共にマイクロ波の波長を圧縮する誘電体板と、マイクロ波を透過させるスロットを有するスロット板と、を含み、
前記誘電体板に前記スロット板の前記スロット内に突出する凸部が設けられ、
前記誘電体板の前記凸部の表面が前記スロット板の表面から前記誘電体窓に向かって外方に出っ張るマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記スロット板は、前記誘電体板に形成される導電膜からなることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項３】
前記誘電体板の前記凸部は、前記スロットに対応する部分を残して前記誘電体板の残りの部分を除去することにより形成され、
前記導電膜は、前記誘電体板の前記凸部以外の部分を成膜することにより形成されることを特徴とする請求項２に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項４】
前記導電膜は、前記誘電体板にめっきにより形成されることを特徴とする請求項２又は３に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項５】
前記スロット板と前記誘電体窓との間には、隙間が空けられることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項６】
前記スロット板と前記誘電体窓との間には、緩衝シートが介在されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項７】
前記マイクロ波プラズマ処理装置はさらに、前記マイクロ波アンテナを冷却すると共に、前記誘電体窓との間で前記誘電体板を上下方向に挟む冷却板を備え、
前記誘電体板の上面にはマイクロ波を反射する導電膜が形成され、
前記誘電体板の上面の前記導電膜と前記冷却板との間には、緩衝シートが介在されることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項８】
マイクロ波を用いて生成されたプラズマにより被処理体をプラズマ処理するマイクロ波プラズマ処理装置用のスロット板付き誘電体板であって、
マイクロ波を透過させるスロットを有するスロット板と、
前記スロット板の前記スロット内に突出する凸部を有し、前記凸部の表面が前記スロット板の表面から外方に出っ張る誘電体板と、を備えるマイクロ波プラズマ処理装置用のスロット板付き誘電体板。
【請求項９】
前記スロット板は、前記誘電体板に形成される導電膜からなることを特徴とする請求項８に記載のマイクロ波プラズマ処理装置用のスロット板付き誘電体板。
【請求項１０】
マイクロ波を用いて生成されたプラズマにより被処理体をプラズマ処理するマイクロ波プラズマ処理装置用のスロット板付き誘電体板の製造方法であって、
スロット板のマイクロ波を透過させるスロットに対応する部分が凸部になるように前記スロットに対応する部分を残して誘電体板の残りの部分を除去する工程と、
前記誘電体板の前記凸部以外の部分に、前記凸部の表面が前記スロット板の表面から外方に出っ張るように導電膜からなるスロット板を成膜する工程と、を備えるマイクロ波プラズマ処理装置用のスロット板付き誘電体板の製造方法。
【請求項１】
天井部が誘電体窓により画定される処理容器と、前記処理容器を減圧するガス排気系と、前記処理容器にプラズマガスを供給するガス供給部と、前記処理容器の前記誘電体窓に載せられ、前記処理容器内のプラズマガスを励起するマイクロ波アンテナと、を備えるマイクロ波プラズマ処理装置において、
前記マイクロ波アンテナは、水平方向にマイクロ波を伝播すると共にマイクロ波の波長を圧縮する誘電体板と、マイクロ波を透過させるスロットを有するスロット板と、を含み、
前記誘電体板に前記スロット板の前記スロット内に突出する凸部が設けられ、
前記誘電体板の前記凸部の表面が前記スロット板の表面から前記誘電体窓に向かって外方に出っ張るマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記スロット板は、前記誘電体板に形成される導電膜からなることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項３】
前記誘電体板の前記凸部は、前記スロットに対応する部分を残して前記誘電体板の残りの部分を除去することにより形成され、
前記導電膜は、前記誘電体板の前記凸部以外の部分を成膜することにより形成されることを特徴とする請求項２に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項４】
前記導電膜は、前記誘電体板にめっきにより形成されることを特徴とする請求項２又は３に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項５】
前記スロット板と前記誘電体窓との間には、隙間が空けられることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項６】
前記スロット板と前記誘電体窓との間には、緩衝シートが介在されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項７】
前記マイクロ波プラズマ処理装置はさらに、前記マイクロ波アンテナを冷却すると共に、前記誘電体窓との間で前記誘電体板を上下方向に挟む冷却板を備え、
前記誘電体板の上面にはマイクロ波を反射する導電膜が形成され、
前記誘電体板の上面の前記導電膜と前記冷却板との間には、緩衝シートが介在されることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項８】
マイクロ波を用いて生成されたプラズマにより被処理体をプラズマ処理するマイクロ波プラズマ処理装置用のスロット板付き誘電体板であって、
マイクロ波を透過させるスロットを有するスロット板と、
前記スロット板の前記スロット内に突出する凸部を有し、前記凸部の表面が前記スロット板の表面から外方に出っ張る誘電体板と、を備えるマイクロ波プラズマ処理装置用のスロット板付き誘電体板。
【請求項９】
前記スロット板は、前記誘電体板に形成される導電膜からなることを特徴とする請求項８に記載のマイクロ波プラズマ処理装置用のスロット板付き誘電体板。
【請求項１０】
マイクロ波を用いて生成されたプラズマにより被処理体をプラズマ処理するマイクロ波プラズマ処理装置用のスロット板付き誘電体板の製造方法であって、
スロット板のマイクロ波を透過させるスロットに対応する部分が凸部になるように前記スロットに対応する部分を残して誘電体板の残りの部分を除去する工程と、
前記誘電体板の前記凸部以外の部分に、前記凸部の表面が前記スロット板の表面から外方に出っ張るように導電膜からなるスロット板を成膜する工程と、を備えるマイクロ波プラズマ処理装置用のスロット板付き誘電体板の製造方法。
【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１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１０−１７７０６５（Ｐ２０１０−１７７０６５Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８９７０（Ｐ２００９−１８９７０）
【出願日】平成２１年１月３０日（２００９．１．３０）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【出願人】（３９２０３４０２３）北陸成型工業株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月３０日（２００９．１．３０）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【出願人】（３９２０３４０２３）北陸成型工業株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
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