JP5805227B2

JP5805227B2 - プラズマ処理装置

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Publication number: JP5805227B2
Application number: JP2014013480A
Authority: JP
Inventors: 吉川　潤; 潤吉川; 倫崇会田
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2014-01-28
Filing date: 2014-01-28
Publication date: 2015-11-04
Anticipated expiration: 2034-01-28
Also published as: JP2015141793A; KR20150089953A; US20150211125A1; KR102266368B1; US9574270B2

Description

本発明は、被処理体を処理するプラズマ処理装置に関する。

従来、例えば半導体ウェハなどの被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置として、ラジアルラインスロットアンテナ（ｒａｄｉａｌｌｉｎｅｓｌｏｔａｎｔｅｎｎａ）を用いたプラズマ処理装置が知られている。ラジアルラインスロットアンテナは、多数のスロットを有するスロット板の上部に遅波板を載置した状態で処理容器の天井面開口部に配置され、その中央部にて同軸導波管に接続されている。かかる構成により、マイクロ波発生器により発生されたマイクロ波は、同軸導波管を経由して、遅波板で径方向へ放射状に伝えられ、スロット板で円偏波を発生させた後、スロット板から処理容器内に放射される。そして、このマイクロ波により処理容器内において低圧下で電子温度の低い高密度のプラズマを生成させることができ、生成されたプラズマによって、例えば成膜処理やエッチング処理などのプラズマ処理が行われる。

上述したプラズマ処理装置では、例えば図７に示すように同軸導波管１００は、内部導体１０１と外部導体１０２によって構成されている。内部導体１０１の下端部１０１ａは円錐形状に形成され、その径が下方に向かって拡大するテーパ形状を有している。また、遅波板１１０は、例えばその内側において上方に突起した突起部１１０ａを有している。突起部１１０ａは、内部導体１０１の突起部１１０ａと外部導体１０２の隙間を埋めるように設けられ、同軸導波管１００の径方向の軸ずれを抑制している。

しかしながら、遅波板１１０においては突起部１１０ａの加工が難しく、突起部１１０ａと内部導体１０１の間や、突起部１１０ａと外部導体１０２の間に微小な空気層１１１が生じ、マイクロ波の伝送経路が複雑な空間になる。しかも、この空気層１１１は装置間の機差によって異なる。そうすると、同軸導波管１００から遅波板１１０にマイクロ波が適切に伝送せず、当該遅波板１１０におけるマイクロ波の円周方向の放射が不均一になる。

この点、例えば特許文献１には、図８に示すように上記突起部１１０ａが無い遅波板１２０が開示されている。遅波板１２０は、内側に配置される円環状平板の小径部材と、小径部材を囲む円環状平板の大径部材とから構成されている。図８においては、遅波板１２０の小径部材が図示されている。この遅波板１２０の内側面１２０ａは、同軸導波管１００の外部導体１０２の内側面１０２ａより径方向に内側に位置している。すなわち、遅波板１２０は、外部導体１０２より内部導体１０１側に突出して設けられている。

特開２０１１−７７２２８号公報

しかしながら、特許文献１に記載された遅波板１２０を用いた場合、図７に示した突起部１１０ａによる空気層１１１を無くすことができるが、図８に示すように遅波板１２０の内側面１２０ａと内部導体１０１の下端部１０１ａの間に微小な空気層１２１が形成される。すなわち、遅波板１２０を用いた場合でも、マイクロ波の伝送経路が複雑な空間になる。このため、同軸導波管１００内を伝送されるマイクロ波の一部分は直接遅波板１２０に伝送されるが、他部分は微小な空気層１２１を経由して遅波板１２０に伝送され、同軸導波管１００から遅波板１２０にマイクロ波が適切に伝送されない。そうすると、遅波板１２０におけるマイクロ波の円周方向の放射が不均一になる。そして、このようにマイクロ波の放射が不均一になると電界が乱れ、処理容器内に生成されるプラズマ密度が不均一になる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、同軸導波管から遅波板に伝送されるマイクロ波を遅波板において円周方向に均一に放射し、当該マイクロ波を用いたプラズマ処理を適切に行うことを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は、被処理体を処理するプラズマ処理装置であって、被処理体を収容する処理容器と、マイクロ波発生器で発生したマイクロ波を伝送する同軸導波管と、前記同軸導波管から伝送されたマイクロ波の波長を調整し、当該マイクロ波を前記処理容器に導入するための遅波板と、を備え、前記同軸導波管の内部導体の下端部は、その径が下方に向かって拡大するテーパ形状を有し、前記遅波板は平面視において円環形状を有し、前記遅波板の内側面は、前記内部導体の下端部を囲い、且つ前記同軸導波管の外部導体の内側面より径方向に外側に位置し、前記遅波板は、前記内部導体の下端部におけるテーパ形状の水平方向長さと鉛直方向長さをパラメータとして計算される前記同軸導波管から前記遅波板に伝送されるマイクロ波の放射率を示した図において、前記放射率が所定率以上となる前記パラメータの領域が最大面積となるように決定された内径を備えることを特徴としている。

本発明によれば、遅波板の内側面が内部導体の下端部を囲い、且つ外部導体の内側面より径方向に外側に位置しているので、当該遅波板の内側面と内部導体の下端部の隙間に従来のように遅波板が配置されず、さらに微小な空気層も形成されない。そして、内部導体の下端部と外部導体の隙間は空気層のみで形成され、マイクロ波の伝送経路は空気層から遅波板へと単純になる。かかる場合、同軸導波管内を伝送されるマイクロ波は、当該同軸導波管の下端部において内部導体の下端部のテーパ形状により遅波板側に適切に伝送され、その流れが乱れない。このため、遅波板におけるマイクロ波の円周方向の放射を均一にすることができる。そして、マイクロ波の放射を均一にできるので、当該マイクロ波のエネルギーによって形成される電界が乱れず、処理容器内に生成されるプラズマ密度を均一にしてプラズマ処理を適切に行うことができる。

なお、発明者らが鋭意検討した結果、同軸導波管が遅波板に対して径方向に軸ずれした場合でも、本発明の遅波板を用いた場合、当該遅波板におけるマイクロ波の円周方向の放射を均一にできることが分かった。具体的には、同軸導波管の軸ずれを設計上許容される最大値にした状態でシミュレーションを行い、遅波板におけるマイクロ波の円周方向の放射が均一になることを確認した。

前記遅波板は、前記内部導体と同心円状に配置されていてもよい。

前記遅波板の内側面は、略鉛直方向に延伸していてもよい。なお、略鉛直方向とは、鉛直方向だけでなく、例えば鉛直方向から±５度の範囲も含む。

前記遅波板は、前記内部導体の下端部におけるテーパ形状寸法の変化に対するマイクロ波の放射率の変化率が所定値以下となるように決定された内径を備えていてもよい。

本発明によれば、同軸導波管から遅波板に伝送されるマイクロ波を遅波板において円周方向に均一に放射し、当該マイクロ波を用いたプラズマ処理を適切に行うことができる。

本実施の形態にかかるプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。遅波板の構成の概略を示す平面図である。同軸導波管と遅波板の構成の概略を示す縦断面図である。比較例としての同軸導波管と遅波板の構成の概略を示す縦断面図である。シミュレーションの条件である、遅波板の内径と内部導体の下端部のテーパ形状寸法を示す説明図である。シミュレーションを行った結果であるマイクロ波の放射率を示し、（ａ）は遅波板の内径が５０ｍｍの場合のマイクロ波の放射率、（ｂ）は遅波板の内径が６０ｍｍの場合のマイクロ波の放射率、（ｃ）は遅波板の内径が７０ｍｍの場合のマイクロ波の放射率を示している。従来の同軸導波管と遅波板の構成の概略を示す縦断面図である。従来の同軸導波管と遅波板の構成の概略を示す縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態にかかるプラズマ処理装置１の構成の概略を示す縦断面図である。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また、本実施の形態のプラズマ処理装置１では、被処理体としてのウェハＷの表面に対してプラズマＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｏｔｉｏｎ）処理を行い、当該ウェハＷの表面にＳｉＮ膜（シリコン窒化膜）を形成する。

プラズマ処理装置１は、図１に示すように処理容器１０を有している。処理容器１０は、天井面が開口した略円筒形状を有し、当該天井面開口部には後述するラジアルラインスロットアンテナ４０が配置されている。また、処理容器１０の側面にはウェハＷの搬入出口１１が形成され、当該搬入出口１１にはゲートバルブ１２が設けられている。そして、処理容器１０はその内部を密閉可能に構成されている。なお、処理容器１０にはアルミニウム又はステンレス鋼等の金属が用いられ、処理容器１０は接地されている。

処理容器１０の底面には、ウェハＷを載置する載置台２０が設けられている。載置台２０は円筒形状を有し、また載置台２０には例えばアルミニウムが用いられる。

載置台２０の上面には静電チャック２１が設けられている。静電チャック２１は、絶縁材の間に電極２２が挟み込まれた構成を有している。電極２２は処理容器１０の外部に設けられた直流電源２３に接続されている。この直流電源２３により載置台２０の表面にクーロン力を生じさせて、ウェハＷを載置台２０上に静電吸着することができる。

また載置台２０には、コンデンサ２４を介して、ＲＦバイアス用の高周波電源２５が接続されていてもよい。高周波電源２５は、ウェハ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一定の周波数、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波を所定のパワーで出力する。

また載置台２０の内部には、例えば冷却媒体を流通させる温度調節機構２６が設けられている。温度調節機構２６は、冷却媒体の温度を調整する液温調節部２７に接続されている。そして、液温調節部２７によって冷媒媒体の温度が調節され、載置台２０の温度を制御でき、この結果、載置台２０上に載置されたウェハＷを所定の温度に維持できる。なお、載置台２０には、ウェハＷの裏面に伝熱媒体、例えばＨｅガスなどを所定圧力（バックプレッシャー）にて供給するためのガス通路（図示せず）が形成されている。

載置台２０の上面には、静電チャック２１上のウェハＷを囲むように環状のフォーカスリング２８が設けられている。フォーカスリング２８には例えばセラミックスあるいは石英などの絶縁性材料が用いられ、フォーカスリング２８はプラズマ処理の均一性を向上させるように作用する。

なお、載置台２０の下方には、ウェハＷを下方から支持し昇降させるための昇降ピン（図示せず）が設けられている。昇降ピンは、載置台２０に形成された貫通孔（図示せず）を挿通し載置台２０の上面から突出可能になっている。

載置台２０の周囲において、当該載置台２０と処理容器１０の側面との間には、環状の排気空間３０が形成されている。排気空間３０の上部には、処理容器１０内を均一に排気するため、複数の排気孔が形成された環状のバッフル板３１が設けられている。排気空間３０の底部であって、処理容器１０の底面には、排気管３２が接続されている。排気管３２の数は任意に設定でき、円周方向に複数形成されていてもよい。排気管３２は、例えば真空ポンプを備えた排気装置３３に接続されている。排気装置３３は、処理容器１０内の雰囲気を所定の真空度まで減圧することができる。

処理容器１０の天井面開口部には、プラズマ生成用のマイクロ波を供給するラジアルラインスロットアンテナ４０（ｒａｄｉａｌｌｉｎｅｓｌｏｔａｎｔｅｎｎａ）が設けられている。ラジアルラインスロットアンテナ４０は、マイクロ波透過板４１、スロット板４２、遅波板４３、シールド蓋体４４を有している。

マイクロ波透過板４１は、例えばＯリング等のシール材（図示せず）を介して、処理容器１０の天井面開口部に密に設けられている。したがって、処理容器１０の内部は気密に保持される。マイクロ波透過板４１には誘電体、例えば石英、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ等が用いられ、マイクロ波透過板４１はマイクロ波を透過させる。

スロット板４２は、マイクロ波透過板４１の上面であって、載置台２０と対向するように設けられている。スロット板４２には複数のスロットが形成され、スロット板４２はアンテナとして機能する。スロット板４２には、導電性を有する材料、たとえば銅、アルミニウム、ニッケル等が用いられる。

遅波板４３は、スロット板４２の上面に設けられている。遅波板４３には低損失誘電体材料、例えば石英、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ等が用いられ、遅波板４３はマイクロ波の波長を短縮する。なお、遅波板４３の詳細な構造の説明は後述する。

シールド蓋体４４は、遅波板４３の上面において、遅波板４３とスロット板４２覆うように設けられている。シールド蓋体４４の内部には、例えば冷却媒体を流通させる円環状の流路４５が複数設けられている。流路４５を流れる冷却媒体によって、マイクロ波透過板４１、スロット板４２、遅波板４３、シールド蓋体４４が所定の温度に調節される。

シールド蓋体４４の中央部には同軸導波管５０が接続されている。同軸導波管５０は、内部導体５１と外部導体５２を有している。内部導体５１は、スロット板４２と接続されている。内部導体５１の下端部５１ａは円錐形に形成され、その径がスロット板４２側に向かって拡大するテーパ形状を有している。この下端部５１ａにより、スロット板４２に対してマイクロ波を効率よく伝播するようになっている。すなわち、同軸導波管５０内を伝送されるマイクロ波は、テーパ形状の下端部５１ａで反射し、遅波板４３の径方向に伝送される。

同軸導波管５０には、マイクロ波を所定の振動モードに変換するモード変換器５３、矩形導波管５４、マイクロ波を発生するマイクロ波発生器５５が同軸導波管５０側からこの順で接続されている。マイクロ波発生器５５は、所定周波数、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生させる。

かかる構成により、マイクロ波発生器５５により発生されたマイクロ波は、矩形導波管５４、モード変換器５３、同軸導波管５０を順次伝播し、ラジアルラインスロットアンテナ４０内に供給され、遅波板４３で圧縮され短波長化され、スロット板４２で円偏波を発生させた後、スロット板４２からマイクロ波透過板４１を透過して処理容器１０内に放射される。このマイクロ波により処理容器１０内では処理ガスがプラズマ化し、このプラズマによりウェハＷのプラズマ処理が行われる。

処理容器１０の側面には、処理ガス供給管６０が設けられている。処理ガス供給管６０は、処理容器１０の側面の円周上で等間隔に複数、例えば２４本設けられている。処理ガス供給管６０の一端部は処理容器１０の側面において開口し、他端部はバッファ部６１に接続されている。処理ガス供給管６０は、その一端部が他端部より下方に位置するように斜めに配置されている。

バッファ部６１は、処理容器１０の側面内部に環状に設けられ、複数の処理ガス供給管６０に共通に設けられている。バッファ部６１には、供給管６２を介して処理ガス供給源６３が接続されている。処理ガス供給源６３の内部には、処理ガスとして、例えばＴＳＡ（トリシリルアミン）、Ｎ_２ガス、Ｈ_２ガス、Ａｒガスがそれぞれ個別に貯留されている。このうち、ＴＳＡ、Ｎ_２ガス、Ｈ_２ガスはＳｉＮ膜の成膜用の原料ガスであり、Ａｒガスはプラズマ励起用ガスである。なお、供給管６２には、処理ガスの流れを制御するバルブや流量調節部等を含む供給機器群６４が設けられている。

次に、上述した遅波板４３の詳細な構造について説明する。図２に示すように遅波板４３は、平面視において円環形状を有する平板である。遅波板４３は、内部導体５１（下端部５１ａ）と同心円状に配置されている。また、図２及び図３に示すように遅波板４３の内側面４３ａは、内部導体５１の下端部５１ａを囲うように設けられている。また、遅波板４３の内側面４３ａは、外部導体５２の内側面５２ａより径方向に外側に位置している。さらに、遅波板４３の内側面４３ａは、略鉛直方向に延伸している。

かかる場合、遅波板４３の内側面４３ａが内部導体５１の下端部５１ａを囲い、且つ外部導体５２の内側面５２ａより径方向に外側に位置しているので、当該遅波板４３の内側面４３ａと内部導体５１の下端部５１ａの隙間には、従来の図７及び図８に示したように遅波板１１０、１２０が配置されず、さらに微小な空気層１１１、１２１も形成されない。そして、図３に示すように内部導体５１の下端部５１ａと外部導体５２の隙間は空気層７０のみで形成され、マイクロ波の伝送経路は空気層７０から遅波板４３へと単純になる。そうすると、同軸導波管５０内を伝送されるマイクロ波は、当該同軸導波管５０の下端部において内部導体５１の下端部５１ａのテーパ形状により遅波板４３側に適切に伝送され、その流れが乱れない。このため、遅波板４３におけるマイクロ波の円周方向の放射を均一にすることができる。

また、発明者らが鋭意検討した結果、同軸導波管５０が遅波板４３に対して径方向に軸ずれした場合でも、本実施の形態の遅波板４３を用いた場合、当該遅波板４３におけるマイクロ波の円周方向の放射を均一にできることが分かった。具体的には、同軸導波管５０の軸ずれがゼロの状態でマイクロ波を伝送するシミュレーションを行ったところ、遅波板４３におけるマイクロ波の円周方向の均一性は０．１０％であった。なお、この均一性は遅波板４３の同心円に対するマイクロ波の円周方向の位置ずれを示し、軸ずれがゼロの場合は理論上、マイクロ波の円周方向の均一性はゼロとなるが、このように０．１０％となったのはシミュレーション上の誤差である。これに対して、同軸導波管５０の軸ずれを０．１５ｍｍと０．２ｍｍに変動させてシミュレーションを行ったところ、マイクロ波の円周方向の均一性はそれぞれ０．１５％と０．１８％であった。同軸導波管５０の軸ずれの設計上の最大許容値が例えば０．１７５ｍｍであることを鑑みると、同軸導波管５０が遅波板４３に対して径方向に軸ずれしても、遅波板４３におけるマイクロ波の円周方向の放射を均一にできることが分かった。なお、本シミュレーションでは、遅波板４３の影響を適切に把握するため、スロット板４２を省略して、シミュレーションモデルを簡易化している。

ここで、従来、同軸導波管が軸ずれすると、遅波板の内側におけるマイクロ波の定在波と、遅波板の外側における定在波とが不均一に干渉するため、当該遅波板においてマイクロ波の円周方向の偏りが生じると考えられる。これに対して、本実施の形態の遅波板４３を用いた場合、遅波板４３の内側の定在波の影響を抑えることができるため、遅波板４３は同軸導波管５０の軸ずれに対してロバストになる。すなわち、上述したように同軸導波管５０が軸ずれした場合でも、遅波板４３におけるマイクロ波の円周方向の放射を均一にすることができる。

なお、発明者らは、従来の図７に示したように遅波板１１０に突起部１１０ａが設けられている場合において、同軸導波管１００の軸ずれを０．１５ｍｍとしてシミュレーションを行ったところ、マイクロ波の円周方向の均一性は０．４３％であった。すなわち、従来、同軸導波管１００が軸ずれすると、遅波板１１０におけるマイクロ波の円周方向の放射が不均一になる。したがって、かかる観点からも、本実施の形態の遅波板４３は、マイクロ波を円周方向に均一に放射させるのに有効であることが分かる。

さらに、遅波板４３の内側面４３ａは略鉛直方向に延伸している。この点、例えば図４に示すように遅波板１３０の内側面１３０ａが鉛直方向から傾斜して延伸している場合、当該内側面１３０ａとスロット板４２の間に微小な空気層１３１が形成される。そうすると、同軸導波管５０から遅波板１３０に伝送されるマイクロ波の伝送経路が複雑な空間になり、同軸導波管５０から遅波板１３０にマイクロ波が適切に伝送されない。このため、遅波板１３０におけるマイクロ波の円周方向の放射が不均一になる。これに対して、本実施の形態の遅波板４３の内側面４３ａは略鉛直方向に延伸しているので、マイクロ波の伝送経路に微小な空気層が形成されず、上述したようにマイクロ波の伝送経路は空気層７０から遅波板４３へと単純になる。このため、遅波板４３におけるマイクロ波の円周方向の放射を均一にすることができる。なお、発明者らは、遅波板４３の内側面４３ａが鉛直方向から±５度の範囲であっても、上述した効果を享受できることを確認している。

以上述べたように、遅波板４３におけるマイクロ波を円周方向に均一に放射させるには、図７の空気層１１１、図８の空気層１２１、図４の空気層１３１のような微小な空気層をマイクロ波の伝送経路に形成しないことが必要となる。換言すれば、マイクロ波の伝送経路を単純化した本実施の形態の遅波板４３は、マイクロ波を円周方向に均一に放射することができるのである。

図２及び図３に示した遅波板４３の内径φは、次のように決定される。図５に示す内部導体５１の下端部５１ａにおけるテーパ形状寸法（水平方向長さＸと鉛直方向長さＺ）を変動させ、さらに遅波板４３の内径φを変動させてシミュレーションを行う。その結果を図６に示す。図６の各グラフは、内部導体５１の下端部５１ａの水平方向長Ｘ（横軸）と鉛直方向長さＺ（縦軸）において、同軸導波管５０から遅波板４３に伝送されるマイクロ波の放射率を示している。また、図６（ａ）〜（ｃ）は遅波板４３の内径φを変動させた場合を示し、例えば図６（ａ）は内径が５０ｍｍの場合、図６（ｂ）は内径φが６０ｍｍの場合、図６（ｃ）は内径φが７０ｍｍの場合を示している。

遅波板４３の内径φは、マイクロ波の放射率が所定率以上となる所定放射領域Ａが最大面積となるように決定される。所定率は、要求される製品の使用に応じて設定されるものであり、例えば９５％である。そして、図６の例においては、マイクロ波の放射率が９５％以上となる所定放射領域Ａが最大面積となるのは、内径φが６０ｍｍの場合であり、これに決定される。

かかる場合、マイクロ波の放射率が９５％以上となる所定放射領域Ａが最大面積となるので、内部導体５１の下端部５１ａにおけるテーパ形状寸法（水平方向長さＸと鉛直方向長さＺ）の設計の自由度が大きくなる。すなわち、例えば内部導体５１の加工誤差が生じたとしても、マイクロ波の放射率を９５％以上に確保することができ、遅波板４３においてマイクロ波を円周方向に均一に放射することができる。

また、遅波板４３の内径φは、下記式（１）を満たすように決定される。式（１）の左辺は、内部導体５１の下端部５１ａにおけるテーパ形状寸法（水平方向長さＸと鉛直方向長さＺ）の変化に対して、同軸導波管５０から遅波板４３に伝送されるマイクロ波の放射率の変化率を示している。式（１）の右辺は、マイクロ波放射率の変化率の上限値であって、例えば１０（％／ｍｍ）である。なお、この上限値は、要求される製品の仕様に応じて設定されるものであり、任意に設定できる。

但し、Ｐ：マイクロ波の放射率（％）、Ｘ：内部導体５１の下端部５１ａにおけるテーパ形状の水平方向長さ（ｍｍ）、Ｚ：内部導体５１の下端部５１ａにおけるテーパ形状の鉛直方向長さ（ｍｍ）

このようにマイクロ波の放射率の変化率が所定値以下であると、下端部５１ａのテーパ形状によらず、マイクロ波が適切に放射されることになる。換言すれば、内部導体５１の下端部５１ａと外部導体５２の隙間が適切に確保されて、同軸導波管５０内を伝送されるマイクロ波がテーパ形状の下端部５１ａで適切に反射され、遅波板４３の径方向に適切に伝送される。

次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置１で行われるウェハＷのプラズマ処理について説明する。本実施の形態では、上述したようにウェハＷにプラズマ成膜処理を行って、当該ウェハＷの表面にＳｉＮ膜を形成する。

先ず、ゲートバルブ１２を開き、処理容器１０内にウェハＷを搬入する。ウェハＷは、昇降ピンによって載置台２０上に載置される。このとき、直流電源２３をオンにして静電チャック２１の電極２２に直流電圧を印可し、静電チャック２１のクーロン力によりウェハＷを静電チャック２１上に静電吸着する。そして、ゲートバルブ１２を閉じ、処理容器１０内を密閉した後、排気装置３３を作動させ、処理容器１０内を所定の圧力、例えば４００ｍＴｏｒｒ（＝５３Ｐａ）に減圧する。

その後、処理ガス供給管６０から処理容器１０内に処理ガスを供給する。このとき、処理ガス供給管６０から供給されるＡｒガスの流量は例えば７５０ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）である。

このように処理容器１０内に処理ガスが供給される際、マイクロ波発生器５５を作動させ、当該マイクロ波発生器５５において、例えば２．４５ＧＨｚの周波数で所定のパワーのマイクロ波を発生させる。マイクロ波は、矩形導波管５４、モード変換器５３、同軸導波管５０、ラジアルラインスロットアンテナ４０を介して、処理容器１０内に放射される。このとき、上述したように同軸導波管５０から遅波板４３に伝送されたマイクロ波は、遅波板４３において円周方向に均一に放射される。そして、処理容器１０内に放射された均一なマイクロ波によって処理容器１０内では処理ガスが均一な密度でプラズマ化し、プラズマ中で処理ガスの解離が進み、その際に発生した活性種によってウェハＷ上に成膜処理がなされる。こうして、ウェハＷの表面にＳｉＮ膜が形成される。

ウェハＷにプラズマ成膜処理を行っている間、高周波電源２５をオンにして、例えば１３．５６ＭＨｚの周波数で所定のパワーの高周波を出力させてもよい。この高周波はコンデンサ２４を介して載置台２０に印加され、ＲＦバイアスがウェハＷに印加される。プラズマ処理装置１では、プラズマの電子温度を低く維持できるので、膜へのダメージがなく、しかも、高密度プラズマにより、処理ガスの分子が解離されやすいので、反応が促進される。また、適切な範囲でのＲＦバイアスの印加は、プラズマ中のイオンをウェハＷへ引き込むように作用するため、ＳｉＮ膜の緻密性を向上させるとともに、膜中のトラップを増加させるように作用する。

その後、ＳｉＮ膜が成長し、ウェハＷに所定の膜厚のＳｉＮ膜が形成されると、処理ガスの供給と、マイクロ波の照射が停止される。その後、ウェハＷは処理容器１０から搬出されて、一連のプラズマ成膜処理が終了する。

以上の実施の形態によれば、遅波板４３が上述した構造を有することにより、同軸導波管５０から遅波板４３に伝送されるマイクロ波の伝送経路に微小な空気層が形成されず、内部導体５１の下端部５１ａと外部導体５２の隙間は空気層７０のみで形成される。そして、マイクロ波の伝送経路を単純化することができる。このため、同軸導波管５０から遅波板４３マイクロ波が適切に伝送され、当該遅波板４３におけるマイクロ波の円周方向の放射を均一にすることができる。このようにマイクロ波の放射を均一にできるので、当該マイクロ波のエネルギーによって形成される電界が乱れず、処理容器１０内に生成されるプラズマ密度を均一にしてプラズマ処理を適切に行うことができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

以上の実施の形態では、本発明を成膜処理を行うプラズマ処理に適用していたが、本発明は、成膜処理以外の基板処理、例えばエッチング処理やスパッタリングを行うプラズマ処理にも適用できる。さらに、本発明のプラズマ処理で処理される被処理体は、ガラス基板、有機ＥＬ基板、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）用の基板等のいずれのものであってもよい。

１プラズマ処理装置
１０処理容器
４０ラジアルラインスロットアンテナ
４３遅波板
４３ａ内側面
５０同軸導波管
５１内部導体
５１ａ下端部
５２外部導体
５２ａ内側面
５５マイクロ波発生器
Ａ所定放射領域
Ｗウェハ

Claims

被処理体を処理するプラズマ処理装置であって、
被処理体を収容する処理容器と、
マイクロ波発生器で発生したマイクロ波を伝送する同軸導波管と、
前記同軸導波管から伝送されたマイクロ波の波長を調整し、当該マイクロ波を前記処理容器に導入するための遅波板と、を備え、
前記同軸導波管の内部導体の下端部は、その径が下方に向かって拡大するテーパ形状を有し、
前記遅波板は平面視において円環形状を有し、
前記遅波板の内側面は、前記内部導体の下端部を囲い、且つ前記同軸導波管の外部導体の内側面より径方向に外側に位置し、
前記遅波板は、前記内部導体の下端部におけるテーパ形状の水平方向長さと鉛直方向長さをパラメータとして計算される前記同軸導波管から前記遅波板に伝送されるマイクロ波の放射率を示した図において、前記放射率が所定率以上となる前記パラメータの領域が最大面積となるように決定された内径を備えることを特徴とする、プラズマ処理装置。
前記遅波板は、前記内部導体と同心円状に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
前記遅波板の内側面は、略鉛直方向に延伸することを特徴とする、請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
前記遅波板は、前記内部導体の下端部におけるテーパ形状寸法の変化に対するマイクロ波の放射率の変化率が所定値以下となるように決定された内径を備えることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ処理装置。