WO2002005339A1 - Plasma processing apparatus - Google Patents

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Yasuyoshi Yasaka
Nobuo Ishii
Kibatsu Shinohara
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Tokyo Electron Ltd
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    • B01J2219/0894—Processes carried out in the presence of a plasma

Definitions

  • the present invention relates to a plasma processing apparatus that performs a predetermined process by generating plasma by using a high-frequency electromagnetic field.
  • a plasma processing apparatus In the manufacture of a semiconductor device, a plasma processing apparatus is often used to perform processes such as formation of an oxide film, crystal growth of a semiconductor layer, etching, and asshing.
  • these plasma processing apparatuses there is a high-frequency plasma processing apparatus capable of stably generating plasma even at a relatively low pressure.
  • a high-frequency electromagnetic field is introduced into a processing chamber through a planar antenna to generate high-density plasma.
  • FIG. 20 is a configuration diagram of an etching apparatus using a conventional high-frequency plasma processing apparatus.
  • FIG. 20 shows a cross-sectional structure of a part of the structure.
  • a dielectric plate 113 is horizontally arranged at an upper opening of the cylindrical processing container 111.
  • the airtightness of the inside of the processing container 111 is ensured by interposing the sealing member 112 at these joints.
  • An exhaust port 114 for vacuum evacuation is provided at the bottom of the processing vessel 111, and a gas supply nozzle 116 is provided at a side wall of the processing vessel 111.
  • a mounting table 122 on which the substrate 121 to be etched is mounted is accommodated.
  • a high-frequency voltage is applied to the mounting table 122 by the high-frequency power supply 126.
  • a radial antenna 130 for supplying a microwave MW as a high-frequency electromagnetic field to the inside of the processing container 111 is provided above the dielectric plate 113.
  • the surroundings of the dielectric plate 113 and the radial antenna 130 are covered with a shielding material 117.
  • the radial antenna 130 is composed of two parallel conductive plates 13 1 and 13 2 forming a radial waveguide, and a ring portion for closing the peripheral portions of the conductive plates 13 1 and 13 2.
  • Material 1 3 3 A large number of slots 13 4 are formed in the conductive plate 13 1 constituting the radiation surface of the microwave MW.
  • the radial antenna 130 is connected to the microwave generator 145 via the waveguide 141.
  • a mixed gas of, for example, CF 4 and Ar is supplied from the nozzle 116 at a controlled flow rate.
  • the microwave MW is supplied from the microwave generator 144 to the radial antenna 130 via the waveguide 141.
  • the microwave MW supplied to the radial antenna 130 is radiated from a number of slots 134 formed in the conductive plate 131 while propagating inside the radial waveguide.
  • the microwave MW is radiated in the vertical direction because the conductive plate 13 1 is in the form of a horizontally arranged flat plate.
  • the microwave MW passes through the dielectric plate 113 and is introduced into the processing container 111.
  • the microwave MW introduced into the processing container 111 ionizes the gas in the processing container 111 to generate plasma in the upper space S1 of the substrate 121 to be processed. At this time, not all of the microwaves MW introduced into the processing vessel 111 are directly absorbed by plasma generation. The microwave MW remaining without being absorbed is repeatedly reflected in the processing vessel 1 1 1 to form a standing wave in the space S 2 between the radial antenna 1 30 and the plasma generation space S 1. . It is known that the microwave MW that forms this standing wave is also involved in plasma generation.
  • the ions of the plasma generated in this manner are extracted by the negative potential of the mounting table 122 and used for etching.
  • the conventional etching apparatus shown in FIG. 20 has a problem that plasma is not uniformly generated. Observation of the plasma generated in the processing chamber 111 by this etching apparatus showed that the plasma was high near the center of the plasma generation region 150, as shown in Fig. 5 (a) below. The portions that occur in the density 15 1 A and 15 1 B were confirmed and confirmed. For this reason, conventionally, there has been a problem that the etching process proceeds faster in the lower region where the plasma density is high in the substrate 121 to be processed. The problem of such variation in the processing amount is a problem common to not only the etching apparatus shown in FIG. 20 but also conventional plasma processing apparatuses. It was a title.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to improve the distribution of plasma generated by a high-frequency electromagnetic field.
  • a plasma processing apparatus includes a first conductive plate that forms a radiation surface of a slot antenna, and a second conductive plate that is disposed to face the first conductive plate. At least one of the first and second dielectric members is inclined relative to a first dielectric member disposed to face the radiation surface of the slot antenna.
  • a radial antenna or a cavity antenna can be used as the slot antenna.
  • the operation of the plasma processing apparatus will be described.
  • the electromagnetic field from the slot antenna is incident in a direction inclined with respect to the normal direction of the first dielectric member.
  • the plasma surface facing the first dielectric member in the processing container has a shape along the first dielectric member, the plasma in the processing container from the slot antenna via the first dielectric member is formed.
  • the electromagnetic field that is directly incident on the surface is incident in a direction inclined with respect to the normal direction of the plasma surface.
  • the intensity of the directional component parallel to the plasma surface has a nearly constant value. Although it is maintained, the intensity of the normal component of the plasma surface monotonically increases. Therefore, by injecting the electromagnetic field in a direction inclined with respect to the normal direction of the plasma surface, it is possible to increase the electric field strength that combines both components as compared with the case where the electromagnetic field is incident in the normal direction of the plasma surface Can be. As a result, the efficiency of plasma generation by the electric field of the electromagnetic field directly incident from the slot antenna can be improved.
  • the first and second conductive plates of the slot antenna and the first dielectric member have a common central axis, and are symmetric with respect to this central axis. It may have a three-dimensional shape. In other words, the cross-sectional shape when cut along any plane including the central axis may be symmetrical with respect to the central axis.
  • the first and second conductive plates of the slot antenna in order to incline the first and second conductive plates of the slot antenna with respect to the first dielectric member, at least one of the first and second conductive plates and the first dielectric member is provided.
  • the shape may be upwardly convex or downwardly convex.
  • the wavelength of the electromagnetic field between the first conductive plate and the second conductive plate is Lg ( ⁇ g> 1 O mm)
  • the distance between the first conductive plate and the second conductive plate 5 mm or more; less than L g / 2.
  • the first dielectric member may have a flat plate shape or a dome shape.
  • the first dielectric member may be configured by a bell jar that isolates at least a part of the inner surface of the processing container from a mounting table disposed in the processing container. Thus, contamination caused by sputtering generated by the generated plasma coming into contact with the inner surface of the processing container can be suppressed.
  • a second dielectric member disposed on a side different from the mounting table with respect to the first dielectric member to form a sealed space together with the first dielectric member; And a circulation means for adjusting the temperature of the first dielectric member.
  • the second dielectric member may be arranged between the first dielectric member and the slot antenna, or may be arranged in the middle of the feed line of the slot antenna.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an etching apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of a first conductive plate forming a lower surface of the radial antenna.
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the radial antenna.
  • FIG. 4 is an explanatory view of an apparatus used for photographing plasma.
  • FIG. 5 is a schematic view of an image obtained when photographing a plasma.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram showing a change in density of plasma having a plasma surface perpendicular to the Z-axis direction and a change in electric field intensity of microwaves incident on the plasma.
  • FIG. 7 is a diagram showing the angle dependence of the absorption coefficient of the microphone mouth wave.
  • FIG. 8 is a diagram schematically showing a cross-sectional shape of a first modification of the radial antenna.
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing a cross-sectional shape of a second modification of the radial antenna.
  • FIG. 10 is a diagram schematically showing a cross-sectional shape of a third modification of the radial antenna.
  • FIG. 11 is a configuration diagram of an etching apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a configuration diagram of an etching apparatus according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a plan view of a first conductive plate forming a lower surface of the cavity antenna.
  • FIG. 14 is a diagram schematically illustrating a cross-sectional shape of a modified example of the cavity antenna.
  • FIG. 15 is a configuration diagram of an etching apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a configuration diagram showing a modification of the etching apparatus shown in FIG.
  • FIG. 17 is a configuration diagram of an etching apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a configuration diagram showing a modification of the etching apparatus shown in FIG.
  • FIG. 19 is a configuration diagram of a CVD apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 20 is a configuration diagram of an etching apparatus using a conventional microwave plasma processing apparatus. Detailed description of the embodiment Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an etching apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a partial configuration.
  • the vertical direction is defined as the Z-axis direction.
  • the etching apparatus shown in FIG. 1 has a cylindrical processing container 11 whose upper part is open.
  • the processing container 11 is formed of a conductor such as aluminum.
  • a flat plate-shaped dielectric plate (first dielectric member) 13 is horizontally disposed in the upper opening of the processing container 11.
  • the dielectric plate 13 is made of quartz glass or ceramic (such as Al 2 O a or AIN) having a thickness of about 20 to 3 O mm.
  • the joint between the processing container 11 and the dielectric plate 13 is provided with a sealing member 12 such as an O-ring interposed therebetween, thereby ensuring airtightness inside the processing container 11.
  • An exhaust port 14 communicating with a vacuum pump (not shown) is provided at the bottom of the processing vessel 11 so that the inside of the processing vessel 11 can be maintained at a desired degree of vacuum.
  • a plasma gas supply nozzle 15 for introducing a plasma gas such as Ar into the processing container 11 and a processing gas supply for introducing an etching gas such as CF 4 are provided on the side wall of the processing container 11.
  • Nozzles 16 are provided above and below. These nozzles 15 and 16 are composed of a quartz pipe or the like.
  • a mounting table 22 on which an etching target substrate (object to be processed) 21 is mounted is accommodated.
  • the mounting table 22 is fixed on a support table 23 fixed to the bottom of the processing container 11 via an insulating plate 24.
  • the mounting table 22 is connected to a high-frequency power source 26 for bias via a matching box 25.
  • the high frequency power supply 2 6, for example, 2 to 1 3. 5 6 MH generates a high frequency Z.
  • a radial antenna 3OA is disposed above the dielectric plate 13 with a radiation surface (a conductive plate 31 described later) facing down.
  • the radial antenna 3 OA supplies a microwave MW as a high-frequency electromagnetic field into the processing vessel 11.
  • the dielectric plate 13 is disposed to face the radiation surface of the radial antenna 3 OA, and covers the entire radiation surface to protect the radial antenna 3 OA from plasma generated in the processing vessel 11. I do. Further, the surroundings of the dielectric plate 13 and the radial antenna 3 OA are covered with a shield member 17.
  • the radial antenna 3 OA includes a first conductive plate 31 A constituting the radiation surface, a second conductive plate 32 disposed opposite to the conductive plate 31 A at an upper position, and a conductive plate. And a ring member 33 for closing the periphery of 31 A and 32.
  • the conductive plates 31A and 32 and the ring member 33 are formed of a conductor such as copper or aluminum.
  • a microwave inlet 35 is formed at the center of the conductive plate 32 forming the upper surface of the antenna.
  • a large number of slots 34 are formed as radiating elements on conductive plate 31A serving as the lower surface of the antenna. Then, the two conductive plates 31A and 32 form a radial waveguide for guiding the microphone mouth wave MW.
  • the conductive plates 31 A, 32 and the dielectric plate 13 of the radial antenna 3OA have a common central axis in the Z-axis direction, and each have a three-dimensional shape symmetric with respect to this central axis.
  • the cross-sectional shape when cut along any plane including the central axis is symmetric with respect to the central axis.
  • FIG. 2A and 2B are configuration diagrams of a conductive plate 31A forming a lower surface of the radial antenna 3OA, wherein FIG. 2A is a perspective view and FIG. 2B is a plan view.
  • the conductive plate 32 which forms the upper surface of the antenna, is flat as shown in FIG. 1, while the conductive plate 31A, which forms the lower surface as shown in FIG. 2 (a), has an upwardly convex conical surface. You are. Therefore, the conical surface of the conductive plate 31A is inclined with respect to the plate-shaped dielectric plate 13, which is a feature of the etching apparatus shown in FIG.
  • a large number of slots 34 extending in the circumferential direction are formed concentrically on the conductive plate 31A.
  • the slots 34 are formed by cutting in the normal direction of the conductive plate 31A at the locations where the slots 34 are formed.
  • the length of each slot 34 and the pitch between adjacent slots 34 in the radial direction are based on the wavelength of microwave MW (wavelength shortened by delay member 39 described later) in the radial waveguide, and g. Is set.
  • the pitch is set to about g / 20 to g / 30.
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the radial antenna 3OA, in which a support mechanism of the conductive plate 31A is described.
  • the central part of the conductive plate 32 is thick, and a rectangular or circular through hole 61 is formed at three points in this part.
  • the three through holes 61 are formed at equal intervals on the same circumference with the center of the conductive plate 32 as the center.
  • a stud 62 having a sufficient length is passed through the through hole 61.
  • Conductive plate 31 A is fastened to the lower surface of stud 62 by screw 63.
  • the stud 62 fixed to the conductive plate 31A is fixed to the conductive plate 32 by a nut 64. By adjusting the fixing position of the nut 64, the inclination of the conductive plate 31A can be set to a desired angle.
  • the stud 62 and the screw 63 are formed of a dielectric material such as ceramic.
  • the stud 62 is raised and lowered using a drive device such as a motor so that the inclination angle of the conductive plate 31A can be changed remotely. You may.
  • the distance between the two conductive plates 31A and 32 is set to 5 mm or more; less than Lg / 2. However, Lg> 10 mm.
  • the distance between the conductive plates 31 A and 32 is less than 6 cm.
  • the interval at the apex of conductive plate 31A is set to 5 mm or more, and the interval at the periphery of conductive plate 31A is set to less than 6 cm.
  • the delay member 39 has a function of shortening the wavelength of the microwave MW by reducing the propagation speed of the microwave MW acting thereon. With the delay member 39, the radiation efficiency of the microwave MW by the radial antenna 3OA can be improved.
  • a coaxial line 41 is connected to the center of the radial antenna 3OA.
  • the outer conductor 41 A of the coaxial line 41 is connected to the periphery of the microphone wave inlet 35 of the conductor plate 32.
  • the tip of the center conductor 4 1 B of the coaxial line 41 is formed in a conical shape, The bottom of this cone is connected to the top of the conductor plate 31A.
  • the coaxial line 41 connected to the radial antenna 3OA in this way is connected to the microwave generator 45 via the rectangular-coaxial converter 42 and the rectangular waveguide 43.
  • the microwave generator 45 generates, for example, a microwave MW of 2.45 GHz. Note that the frequency of the microwave MW may be in the range of lGHz to 10 several GHz. Further, by providing a matching circuit 44 for performing impedance matching in the middle of the rectangular waveguide 43, power use efficiency can be improved.
  • the inside of the processing container 11 is evacuated to, for example, about 0.01 to 10 Pa.
  • Ar is supplied as a plasma gas from the plasma gas supply nozzle 15 and an etching gas such as CF 4 is supplied from the processing gas supply nozzle 16 at a controlled flow rate.
  • the microwave MW from the microwave generator 45 is supplied to the rectangular waveguide 43, the rectangular 'coaxial converter 42, and the coaxial line. 4 Supply the radial antenna 3 OA via 1.
  • the microwave MW supplied to the radial antenna 3OA propagates radially from the center to the periphery of the radial waveguide formed by the conductive plates 31A and 32, and is formed at a fine pitch.
  • the microwave MW leaking from the radial antenna 3 OA leaking little by little from the many slots 34 passes through the dielectric plate 13 and is introduced into the processing vessel 11.
  • the electric field of the microwave MW ionizes Ar to generate plasma in the upper space S1 of the substrate 11 to be processed.
  • ions are extracted from the generated plasma by biasing the mounting table 22 to a negative potential, and the substrate 21 is etched.
  • FIG. 4 is an explanatory view of the apparatus used for this photographing
  • FIG. (B) is a sectional view showing the dimensions of the radial antenna 3OA of the etching apparatus shown in FIG. 1
  • (c) is a layout view of the CCD camera. is there.
  • the CCD camera 29 is placed in the center of the mounting tables 22, 122 on which the substrates 21, 121 are not mounted, and the plasma generation space S1 is photographed. It was done by doing.
  • a radial antenna 130 having dimensions as shown in FIG. 4A was used for a conventional etching apparatus. That is, the diameter of the conductive plate 131 was 48 Omm, the thickness was 0.8 mm, and the height of the ring member 133 was 15 mm. Further, for the etching apparatus shown in FIG. 1, a radial antenna 3 OA having dimensions as shown in FIG. 4 (b) was used.
  • the diameter and thickness of the conductive plate 31A and the height of the ring member 33 are the same as those of the radial antenna 130, and the height of the center (height of the conical surface) with respect to the periphery of the conductive plate 31A is 5 mm.
  • FIG. 5 is a schematic view of an image obtained when a picture of a plasma is taken under such conditions.
  • FIG. 5 (a) is an image obtained by the etching apparatus shown in FIG. 20, and
  • FIG. 2 shows an image obtained by the etching apparatus shown in FIG.
  • a high density of plasma is generated near the center of the plasma generation region 150.
  • the parts that occurred at the time were 151A and 151B.
  • the plasma generation region 50 There are no parts 151A and 15IB where plasma is generated at high density, and plasma that is uniformly distributed was observed.
  • the etching apparatus shown in FIG. 1 can generate plasma which is more uniformly distributed as compared with a conventional etching apparatus, so that the effect of suppressing uneven etching of the substrate 21 can be obtained.
  • the reason why the plasma distribution was improved in the etching apparatus shown in Fig. 1 was as follows: (1) Improvement of plasma generation efficiency by the electric field of microwave MW that was directly incident, and (2) Distribution of space in the radial antenna 3OA. From the three viewpoints of adjustment of (3) change in the shape of the standing wave formation space S2, the following can be explained.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram showing a change in the density of a plasma having a plasma plane perpendicular to the Z-axis direction (the vertical direction in FIG. 1) and a change in the electric field intensity of microwaves incident on the plasma.
  • the horizontal axis is the distance in the Z-axis direction from the interface between the plasma and the dielectric plate 13
  • the vertical axis is the plasma density and the electric field strength.
  • the solid line shows the intensity of the microwave MW electric field E in the X-axis direction (that is, the direction parallel to the plasma plane) E x and the dotted line shows the microwave MW.
  • the component of the electric field E in the Z-axis direction that is, the component in the direction normal to the plasma surface
  • Ez intensity indicates the plasma density, respectively.
  • the density of the plasma whose plasma surface is perpendicular to the Z axis increases as the distance from the interface between the plasma and the dielectric plate 13 in the Z axis direction increases as shown by the dashed line in Fig. 6 (a). go.
  • the density at which the dielectric constant of the plasma becomes zero for a certain frequency is called the cutoff density at that frequency.
  • the conductive plate 31A forming the radiation surface of the radial antenna 3OA has a conical surface convex upward as described above. That is, the conductive plate 31A is inclined with respect to the horizontal plane.
  • the microwaves MW leaking from the slots 34 formed in the conductive plate 31A are radiated in a direction inclined with respect to the vertical direction (Z-axis direction), and are applied to the dielectric plate 13 disposed horizontally. Light is incident at a predetermined angle in the line direction (Z-axis direction).
  • the plasma generation space S 1 in the processing vessel 11 is restricted by the dielectric plate 13, the plasma surface facing the dielectric plate 13 has a shape along the dielectric plate 13 and becomes a horizontal plane. Therefore, the microwave MW leaked from the conductive plate 31 A is incident in a direction inclined with respect to the normal direction (Z-axis direction) of the plasma surface facing the dielectric plate 13.
  • the use of the radial antenna 3 OA allows a larger electric field to be formed in the plasma generation space S 1 than in the past, and the electric field of the microwave MW directly incident from the radial antenna 3 OA Plasma generation efficiency can be improved.
  • the contribution of the electric field of the microphone mouth wave MW directly incident from the radial antenna 3 OA to the plasma generation increases, and the contribution of the standing wave formed in the space S 2 in the processing chamber 11 to the plasma generation by the electric field increases.
  • the involvement is relatively low.
  • Plasma generation by the electric field of the microphone mouth wave MW directly incident on the plasma from the radial antenna 30 A can be controlled relatively easily.
  • the plasma generation can be controlled by adjusting the arrangement of the slots 34 of the radial antenna 30A.
  • FIG. 7 is a diagram showing the angle dependence of the absorption coefficient of microwave MW.
  • the horizontal axis is the cosine of the radiation angle 0 of the microphone mouth wave MW with respect to the radiation surface, and the vertical axis is the absorption coefficient 77. From this figure, although it depends on the electron density n e in the plasma, the absorption coefficient can be seen that the maximum emission angle ⁇ is at about 3 0 ° ⁇ 5 0 °. Therefore, by radiating the microwave MW at such an angle ⁇ , the generation of the plasma by the electric field of the microwave MW directly incident from the radial antenna 3OA becomes dominant, so that the control of the plasma distribution can be accurately performed. It can be carried out.
  • the distribution of the space inside the radial antenna 3OA (that is, the interval between the two conductive plates 31A and 32 shown in Fig. 4 (b)) is related to the distribution of the characteristic impedance of the radial antenna 3OA.
  • Distribution relates to the distribution of microwave MW leakage from the radial antenna 3 OA.
  • the characteristic impedance is small and the leakage amount is large.
  • the characteristic impedance is large and the leakage amount is small.
  • the standing wave forming space S2 is deformed. As a result, the standing wave mode changes, and it is considered that the plasma generation distribution has changed.
  • FIG. 8 is a diagram schematically showing a cross-sectional shape of a first modification of the radial antenna.
  • a conductive plate 31B having a downwardly convex conical surface may be used as the first conductive plate constituting the radiation surface.
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing a cross-sectional shape of a second modification of the radial antenna.
  • a radial antenna 30C shown in FIG. 9 (a) is one in which first and second conductive plates 31A and 32A having an upwardly conical shape are arranged in parallel with each other.
  • the radial antenna 3OD shown in FIG. 9 (b) has a configuration in which first and second conductive plates 31B and 32B each having a downwardly convex conical surface are arranged in parallel with each other.
  • the effect of adjusting the plasma generation distribution in the processing chamber 11 by adjusting the impedance distribution in the internal space cannot be obtained.
  • FIG. 10 is a diagram schematically showing a cross-sectional shape of a third modification of the radial antenna.
  • the radial antenna 30E shown in FIG. 10 (a) uses a flat conductive plate 31 as a first conductive plate constituting a radiation surface, and a conductive plate having an upwardly convex conical surface as a second conductive plate. 32 A is used.
  • the radial antenna 3OF shown in FIG. 10 (b) also uses a flat conductive plate 31 and a conductive plate 32B having a downwardly convex conical surface as the second conductive plate. is there.
  • the plasma generation distribution in the processing chamber 11 can be adjusted by adjusting the impedance distribution in the internal space, so that a better plasma distribution than before can be obtained.
  • the radial antennas 30A to 30F exemplified above use a conical conductive plate having an upward or downward convex conical surface as the first and second conductive plates.
  • the electric plate may have another convex shape such as a curved surface.
  • the radial antenna may be of a so-called radiation type instead of the leak type.
  • the pitch between adjacent slots 34 in the radial direction may be set to about the wavelength g of the microwave MW in the radial waveguide.
  • FIG. 11 is a configuration diagram of an etching apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • the radial antenna 30 used in this etching apparatus has a first conductive plate 31 constituting a radiation surface,
  • the second waveguide 32 forming a radial waveguide together with the plate 31 is formed of a parallel plate.
  • the conductive plates 31 and 32 are arranged horizontally.
  • the dielectric plate (first dielectric member) 13 A disposed opposite to the radiation surface of the radial antenna 30 has a dome shape.
  • this dielectric plate 13A has a surface inclined with respect to the radiation surface of radial antenna 30.
  • the dielectric plate 13A has a symmetrical shape with respect to the central axis.
  • a cylindrical spacer 18 is interposed between the dielectric plate 13A and the radial antenna 30. Further, the surroundings of the dielectric plate 13, the radial antenna 3 OA and the spacer 18 are covered with a shield material 17.
  • the conductive plate 31 forming the radiation surface of the radial antenna 30 has a flat plate shape arranged horizontally. For this reason, the microwave MW leaked from the slot 34 formed in the conductive plate 31 is radiated in the vertical direction (Z-axis direction).
  • the plasma surface facing the dielectric plate 13A is a curved surface along the dielectric plate 13A.
  • the normal direction of this plasma surface is inclined with respect to the vertical direction (Z-axis direction) except for the central part. Therefore, the microwave MW emitted in the vertical direction (Z-axis direction) from the conductive plate 31A must be incident in a direction inclined with respect to the normal direction of the plasma surface facing the dielectric plate 13A. become. This is the same state as when the radial antenna 3OA shown in FIG. 1 is used.
  • plasma generation by the electric field of the microphone mouth wave MW directly incident on the plasma from the radial antenna 30 can be made superior to plasma generation by the electric field of the standing wave. Therefore, a better plasma distribution than before can be obtained.
  • the shape of the dielectric plate 13A may be another convex shape such as an upward or downward convex conical surface.
  • Example _3 Although the example using the radial antenna has been described above, the present invention is not limited to this, and the same effect can be obtained by using another slot antenna, for example, a cavity antenna having a slot formed on the lower surface of the antenna.
  • FIG. 12 is a configuration diagram of an etching apparatus according to a third embodiment of the present invention to which a cavity antenna is applied. In this figure, the same parts as those in FIG. FIG. 13 is a plan view of the radiation surface of the cavity antenna.
  • the cavity antenna 7OA includes a first conductive plate 71A that constitutes a radiation surface, a second conductive plate 72 that is disposed above the conductive plate 71A, and is opposed to the conductive plate 71A. And a ring member 73 for closing the periphery of 71 A and 72.
  • the conductive plates 71A and 72 and the ring member 73 are formed of a conductor such as copper or aluminum.
  • a microwave introduction port 75 for introducing the microwave MW from the microwave generator 45 into the inside of the antenna is formed in the conductive plate 72 forming the upper surface of the antenna.
  • the microwave inlet 75 need not be formed at the center of the conductive plate 72.
  • a plurality of slots 74 extending in the circumferential direction are formed concentrically on the conductive plate 71 A forming the lower surface of the antenna.
  • the shape of the conductive plate 71A is a conical surface convex upward, similar to the conductive plate 31A of the radial antenna 3OA shown in FIG. Therefore, the conical surface of the conductive plate 71A is inclined with respect to the flat dielectric plate 13.
  • the conductive plates 71A and 72 and the ring member 73 constitute a cavity resonator that resonates the microwave MW in a predetermined mode.
  • the length of each slot 74 formed in the conductive plate 71A, and the pitch P between adjacent slots 74 in the radial direction are determined by the microstructure in the cavity. Set based on the wavelength g of the wave MW.
  • the pitch P is desirably g; however, it may be less than g.
  • reference numeral 48 denotes a cylindrical waveguide
  • 49 denotes a rectangular-cylindrical converter
  • the cavity antenna used in the present invention has, as in the radial antennas 30A to 30F described above, at least one of the two conductive plates forming the upper and lower surfaces of the antenna with respect to the dielectric plate 13. It only has to be inclined.
  • Figure 14 shows such a carrier. It is a figure which shows typically the cross-section of the modification of a bitness antenna.
  • the cavity antenna 7OB shown in FIG. 14 (a) uses a conductive plate 71B having a downwardly convex conical surface shape as the first conductive plate constituting the radiation surface, as shown in FIG. Radial antenna 30B.
  • the cavity antenna 70C shown in FIG. 14 (b) is configured by arranging first and second conductive plates 71A and 72A having an upwardly convex conical surface in parallel with each other.
  • the cavity antenna 70D shown in FIG. 14 (c) is configured by arranging first and second conductive plates 71B and 72B having a conical shape that is convex downward, in parallel with each other.
  • a flat conductive plate 71 is used as a first conductive plate, and a conductive plate 72A having an upwardly conical surface is used as a second conductive plate. This corresponds to the radial antenna 30E shown in FIG. 10 (a).
  • the cavity antenna 70F shown in FIG. 14 (e) uses the same flat conductive plate 71, and uses a conductive plate 72B having a downwardly convex conical surface as the second conductive plate. This corresponds to the radial antenna 30E shown in FIG. 10 (b).
  • FIG. 15 is a configuration diagram of an etching apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the same parts as those in FIG. 11 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be appropriately omitted.
  • This etching apparatus has a hemispherical or bowl-shaped bell jar (first dielectric member) 83A covering the periphery of the substrate 21 at the processing position, instead of the dome-shaped dielectric plate 13A. . More specifically, the hemispherical or bowl-shaped bell jar 83A was covered from above the processing position with the opening of the bell jar 83A facing downward, and the periphery of the opening of the bell jar 83A was fixed to the side wall of the processing vessel 11A below the processing position. It has a structure. Therefore, the side wall of the processing container 11A which is close to the space where the plasma exists at a relatively high density is isolated from the mounting table 22A by the bell jar 83A.
  • This bell jar 83A is made of a material such as quartz glass or ceramic (Al 2 Os or AIN) having a thickness of about 3 to 3 Omm. It is formed of an electrical conductor. Further, at the joint between the processing vessel 11A and the bell jar 83A, a see-through member 12A such as an O-ring is interposed.
  • the mounting table 22A on which the substrates 21 are arranged is supported by an elevating shaft 27 that passes through the bottom of the processing container 11A, and is vertically movable.
  • the mounting table 22A When loading or unloading substrates from the loading / unloading port 19, the mounting table 22A is lowered, and when performing etching, the mounting table 22A is raised and the substrate 21 is placed in the processing position. be able to.
  • an insulating plate 24A made of ceramic or the like is provided at the bottom of the processing container 11A.
  • a lift shaft 27 is enclosed between the mounting table 22A and the insulating plate 24A. Unibellows 28 are provided.
  • an exhaust port 14A connected to a vacuum pump (not shown) is provided at the bottom of the processing vessel 11A, and plasma gas and gas are supplied into the processing chamber on the side wall of the processing vessel 11A.
  • a nozzle 15 A for introducing an etching gas is provided. The nozzle 15A extends to the upper side of the processing position of the substrate 21 so that gas is released into the space above the mounting table 22A.
  • the bell jar 83 A has a hemispherical or bowl shape, and has a surface inclined with respect to the radiation surface (conductor plate 31) of the radial antenna 30. Therefore, similar to the etching apparatus shown in FIG. 11, a better plasma distribution than before can be obtained.
  • the side wall of the processing vessel 11A is covered with the bell jar 83A, so that the generated plasma is processed.
  • the contamination in the processing chamber caused by spattering the metal surface by contacting the side wall of the container 11A can be suppressed.
  • FIGS. 16A and 16B are configuration diagrams showing a modification of the etching apparatus shown in FIGS. 15A and 15B.
  • FIG. 16A is a sectional view
  • FIG. 16B is a plan view of the mounting table 22. In this figure, the same parts as those in FIG.
  • a hemispherical or bowl-shaped bell jar (first dielectric member) 83 B may be arranged on the upper surface of the mounting table 22.
  • processing is performed by the mounting table 22 sealed with the sealing material 1 2 B and the bell jar 8 3 B. Is formed.
  • the support table 23, the insulating plate 24 and the processing container 11 a through hole 14 B for exhaust and a through hole 15 B for gas introduction are formed.
  • the through holes 14B and 15B are formed in the peripheral portion of the mounting table 22 and the like.
  • the guide 15C shown in Fig. 16 (a) is inserted into the through-hole 15B for gas introduction. Should be attached.
  • the upper surface of the mounting table 22 is covered with the bell jar 83B, so that the upper surface of the mounting table 22 is completely isolated from the metal surface of the processing container 11. Pollution can be suppressed more effectively.
  • FIG. 17 is a configuration diagram of an etching apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
  • the same parts as those in FIGS. 1 and 15 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted as appropriate.
  • This etching apparatus is configured by combining a radial antenna 3OA having a conical emission surface with a hemispherical or bowl-shaped bell jar 83A.
  • the same operation and effect can be obtained by combining a radial antenna 3OA having a conical emission surface with a dome-shaped dielectric plate 13A.
  • the combination of the antenna and the bell jar or the dielectric plate is not limited to the above, and any combination of the radial antennas 30A to 30F and the bell jars 83A, 83B or the dielectric plate 13A can be used. May be used.
  • the CVD apparatus in addition to having or heater 91 for heating the substrate 21, such as a gas supply nozzle 92 for introducing a mixed gas of S i H 4 and H 2 into the processing chamber, the configuration required for CVD apparatus, the radiation surface Is provided with a radial antenna 3 OA having a conical surface shape and a hemispherical or bowl-shaped bell jar (first dielectric member) 83A covering the periphery of the substrate 21 at the processing position, and the etching apparatus shown in FIG. It has the same features as.
  • the upper opening of the processing container 11 A is sealed with a dielectric plate (second dielectric member) 13.
  • a nozzle is used as a circulation means to distribute the gas at a predetermined temperature through the enclosed space surrounded by the bell jar 83A, the dielectric plate 13 and the processing vessel 11A to adjust the temperature of the bell jar 83A.
  • 93 and an exhaust port 94 are provided on the side wall of the processing container 11A.
  • the gas introduced from the nozzle 93 for example, N 2 is used as a gas that hardly absorbs the microwave MW.
  • the temperature of this gas is set to be higher than the bell jar 83 A, with an upper limit of 600 ° C.
  • a mixed gas of SiH 4 and H 2 is introduced from the gas supply nozzle 92 into the processing chamber with the heater 91 set to about 150 ° C. to heat the substrate 21.
  • an amorphous Si hereinafter abbreviated as a-Si
  • a-Si amorphous Si
  • This a—S i impedes the introduction of microphone mouth wave MW from radial antenna 3 OA.
  • the N 2 of example 1 50 ° C ⁇ 300 ° C by circulation between the bell jar 83A and the dielectric plate 1 3 This makes it difficult for S i ⁇ ⁇ to adhere, so that the film formation of a_S i on the inner surface of the bell jar 83A can be reduced. Therefore, the loss of the microwave MW introduced into the processing chamber via the bell jar 83 A is reduced.
  • plasma can be generated by efficiently generating plasma.
  • the fluid flowing through the closed space surrounded by the bell jar 83 A, the dielectric plate 13, and the processing vessel 11 A is not limited to gas, and may be liquid. In this case, it is preferable to use a liquid that hardly absorbs the microwave MW, such as galden (perfluoropolyether) or fluorite.
  • the bell jar 83 A may be cooled by flowing a fluid having a temperature lower than the above-mentioned temperature into the closed space. If the temperature of the bell jar 83 A becomes too high due to the action of the microwave MW, the bell jar 83 A may be damaged. Also the figure
  • the resist on the substrate 21 may be burned by the radiant heat of the bell jar 83 A and may not be etched into a desired pattern.
  • the above problem can be avoided.
  • the second dielectric member forming the closed space together with the bell jar 83 A may be arranged on a side different from the mounting table 22 A with respect to the bell jar 83 A. Therefore, the closed space may be formed by filling the second dielectric member in the middle of the coaxial line 41, which is the feeder of the radial antenna 30A. In this case, the fluid also flows inside the radial antenna 3OA.
  • At least one of the first and second conductive plates that constitute the slot antenna is positioned opposite to the first dielectric member that is disposed to face the first conductive plate. And is relatively inclined.
  • the first conductive plate forming the radiating surface is inclined with respect to the first dielectric member, plasma generation due to the electric field of the electromagnetic field directly incident from the slot antenna is generated in the processing chamber. It can be dominant over plasma generation by the electric field of a standing wave.
  • the space between the first conductive plate and the plasma surface is deformed, so that the standing wave mode changes.
  • the distribution of the characteristic impedance of the antenna is adjusted so that the radiation amount distribution of the antenna is reduced. Adjusted. Together, these actions can improve the plasma distribution more than before.
  • the plasma processing apparatus of the present invention can be applied to processing apparatuses such as an etching apparatus, a CVD apparatus, and an asshing apparatus.

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Description

プラズマ処理装置
発明の背景
'本発明は、 高周波電磁界によりプラズマを生成して所定の処理を行うプラズマ 処理装置 関する。
明
半導体装置の製造において、 酸化膜の形成や半導体層の結晶成長、 エッチング、 またアツシングなどの処理を行うために田、 ブラズマ処理装置が多用されている。 これらのプラズマ処理装置の中に、 比較的低い圧力でも安定してプラズマを生成 することができる高周波プラズマ処理装置がある。 この高周波プラズマ処理装置 は、 平面ァンテナを介して高周波電磁界を処理容器内に導入して高密度プラズマ を発生させるようにしている。
この高周波プラズマ処理装置をエッチング装置に適用レた場合を例に説明する。 図 2 0は、 従来からある高周波プラズマ処理装置を用いたエッチング装置の構成 図である。 この図 2 0では、 一部構成について断面構造が示されている。
円筒形状の処理容器 1 1 1の上部開口に、 誘電板 1 1 3が水平配置されている。 これらの接合部にシール部材 1 1 2を介在させることにより、 処理容器 1 1 1内 部の気密性を確保している。 処理容器 1 1 1の底部には真空排気用の排気口 1 1 4が設けられ、 また処理容器 1 1 1の側壁にはガス供給用のノズル 1 1 6が設け られている。 処理容器 1 1 1内には、 エッチング対象の基板 1 2 1が載置される 载置台 1 2 2が収容されている。 この载置台 1 2 2は高周波電¾^、1 2 6により高 周波電圧が印加される。
また、 誘電板 1 1 3上部には、 高周波電磁界としてマイクロ波 MWを処理容器 1 1 1内に供給するラジアルアンテナ 1 3 0が配設されている。 誘電板 1 1 3及 ぴラジアルアンテナ 1 3 0の周囲はシールド材 1 1 7によって覆われている。 ラジアルアンテナ 1 3 0は、 ラジアル導波路を形成する互いに平行な 2枚の導 電板 1 3 1， 1 3 2と、 これらの導電板 1 3 1 , 1 3 2の周縁部を塞ぐリング部 材 1 3 3とから構成される。 マイクロ波 MWの放射面を構成する導電板 1 3 1に は、 スロット 1 3 4が多数形成されている。 ラジアルアンテナ 1 3 0は、 導波路 1 4 1を介してマイクロ波発生器 1 4 5に接続されている。
このような構成のエッチング装置では、 処理容器 1 1 1内を所定の真空度にし た後、 ノズル 1 1 6から例えば C F 4 と A rとの混合ガスを流量制御して供給す る。 この状態で、 マイクロ波発生器 1 4 5から導波路 1 4 1を介して、 マイクロ 波 MWをラジアルアンテナ 1 3 0に供給する。
ラジアルアンテナ 1 3 0に供給されたマイクロ波 MWはラジアル導波路の内部 を伝搬しつつ、 導電板 1 3 1に形成された多数のスロット 1 3 4から放射される。 導電板 1 3 1は水平配置された平板状をしているので、 このマイクロ波 MWは鉛 直方向に放射される。 このマイクロ波 MWは、 誘電板 1 1 3を透過して、 処理容 器 1 1 1内に導入される。
処理容器 1 1 1内に導入されたマイクロ波 MWは、 処理容器 1 1 1内のガスを 電離させて、 処理対象の基板 1 2 1の上部空間 S 1にプラズマを生成する。 この とき、 処理容器 1 1 1内に導入されたマイクロ波 MWのすべてが直接プラズマ生 成によって吸収されるわけではない。 吸収されずに残ったマイクロ波 MWは、 処 理容器 1 1 1内で反射を繰り返して、 ラジアルアンテナ 1 3 0とプラズマ生成空 間 S 1との間の空間 S 2に定在波を形成する。 この定在波を形成するマイクロ波 MWもプラズマ生成に関与することが分かっている。
このようにして生成されたプラズマのイオンは、 载置台 1 2 2の負電位によつ て引き出されて、 エッチング処理に利用される。
ところが、 図 2 0に示した従来のエッチング装置では、 プラズマが均一に生成 されていないという問題があった。 このエッチング装置で処理容器 1 1 1内に生 成されたプラズマを観察したところ、 後掲する図 5 ( a ) に示されるように、 プ ラズマ発生領域 1 5 0の中央付近に、 プラズマが高密度に発生する部分 1 5 1 A, 1 5 1 Bが確認、された。 このため、 従来では、 処理対象の基板 1 2 1において、 プラズマの高密度になっている下の領域ほど、 エッチング処理が速く進行すると いう問題が発生していた。 このような処理量のバラツキという問題は、 図 2 0に 示したエッチング装置だけでなく、 従来からあるプラズマ処理装置に共通する問 題であった。
本発明は、 以上のような問題点を解決するためになされたものであり、 その目 的は、 高周波電磁界により生成されたプラズマの分布を改善することにある。 発明の要約
このような目的を達成するために、 本発明のプラズマ処理装置は、 スロットァ ンテナの放射面を構成する第 1の導電板と、 この第 1の導電板に対向配置された 第 2の導電板の少なくとも一方が、 スロットアンテナの放射面に対向配置された 第 1の誘電体部材に対して相対的に傾斜していることを特徴とする。 スロットァ ンテナとしては、 ラジアルアンテナ又はキヤビティーアンテナなどを使用するこ とができる。
ここで、 このプラズマ処理装置の作用を説明する。 スロットアンテナの第 1の 導電板が第 1の誘電体部材に対して傾斜している場合、 スロットアンテナからの 電磁界は第 1の誘電体部材の法線方向に対して傾斜する方向に入射する。 処理容 器内において第 1の誘電体部材と対向するプラズマ面はこの第 1の誘電体部材に 沿つた形状となるので、 スロッ トァンテナから第 1の誘電体部材を介して処理容 器内のプラズマに直接入射する電磁界は、 このプラズマ面の法線方向に対して傾 斜する方向に入射することになる。
プラズマと第 1の誘電体部材との境界からプラズマ密度がカツトオフ密度とな る地点に至るまでの電磁界の電界変化を簡単に説明すると、 プラズマ面に平行な 方向成分の強度はほぼ一定値を維持するが、 プラズマ面の法線方向成分の強度は 単調に大きくなつて行く。 したがって、 電磁界をプラズマ面の法線方向に対して 傾斜する方向に入射させることにより、 プラズマ面の法線方向に入射させた場合 と比較して、 両成分を合成した電界強度を大きくさせることができる。 これによ り、 スロットアンテナから直接入射した電磁界の電界によるプラズマ生成効率を 向上させることができる。
これにより、 スロットアンテナから処理容器内に直接入射した電磁界の電界に よるプラズマ生成への寄与が大きくなるので、 処理容器内に形成される定在波の 電界によるプラズマ生成への関与が相対的に低くなる。 前者は後者よりも制御が 容易であるので、 プラズマの分布を従来よりも改善することができる。
同じく第 1の導電板が第 1の誘電体部材に対して傾斜している場合、 第 1の導 電板とプラズマ面との間の空間が変形する。 これにより定在波モードが変化する ので、 プラズマ生成分布が変化する。
一方、 スロットアンテナを構成する第 1及ぴ第 2の導電板のうち一方の導電板 が他方の導電板に対して傾斜している場合、 ァンテナ内部の空間が分布をもつこ とになる。 したがって、 アンテナの特性インピーダンスの分布が調整されて、 ァ ンテナの放射量分布が調整されることにより、 プラズマ生成分布が調整される。 上述した本発明のプラズマ処理装置において、 スロットアンテナの第 1及び第 2の導電板、 並びに第 1の誘電体部材は共通の中心軸を有しており、 それぞれこ の中心軸に対して対称な立体形状をしていてもよい。 換言すれば、 中心軸を含む あらゆる平面で切ったときの断面形状が、 中心軸に対して対称な形状をしていて もよい。
また、 スロットアンテナの第 1及び第 2の導電板を第 1の誘電体部材に対して 傾斜させるために、 第 1及ぴ第 2の導電板並びに第 1の誘電体部材の少なくとも 1つを、 上に凸の形状としてもよいし、 下に凸の形状としてもよい。
また、 第 1の導電板と第 2の導電板との間における電磁界の波長を； L g ( λ g > 1 O mm) とすると、 第 1の導電板と第 2の導電板との間隔を、 5 mm以上; L g / 2未満とするとよい。 間隔を 5 mm以上とすることにより導電板間の放電を 防止することができ、 L g / 2未満とすることにより導電板間に定在波が形成さ れることを防止することができる。
上述した本発明のプラズマ処理装置において、 第 1の誘電体部材は、 平板状を していてもよいし、 ドーム状をしていてもよい。
また、 第 1の誘電体部材を、 処理容器内に配置された載置台から処理容器の内 面の少なくとも一部を隔離するベルジャーで構成してもよい。 これにより、 生成 されたプラズマが処理容器の内面に接触してスパッターすることによって起こる 汚染を抑制することができる。
また、 第 1の誘電体部材に対して載置台と異なる側に配置され第 1の誘電体部 材と共に密閉空間を形成する第 2の誘電体部材と、 この密閉空間に流体を流通さ せて第 1の誘電体部材の温度を調整する流通手段とを更に備えるようにしてもよ い。 ここで、 第 2の誘電体部材は、 第 1の誘電体部材とスロットアンテナとの間 に配置されてもよいし、 スロットアンテナの給電線途中に配置されてもよい。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の第 1の実施例であるエッチング装置の構成図である。
図 2は、 ラジアルアンテナの下面をなす第 1の導電板の構成図である。
図 3は、 ラジアルアンテナの拡大断面図である。
図 4は、 プラズマの写真撮影に使用した装置の説明図である。
図 5は、 プラズマを写真撮影したときに得られた像の模式図である。
図 6は、 Z軸方向に対して垂直なプラズマ面を有するプラズマの密度変化及び このプラズマに入射したマイクロ波の電界強度変化を示す概念図である。
図 7は、 マイク口波の吸収係数の角度依存性を示す図である。
図 8は、 ラジアルアンテナの第 1変形例の断面形状を模式的に示す図である。 図 9は、 ラジアルアンテナの第 2変形例の断面形状を模式的に示す図である。 図.1 0は、 ラジアルアンテナの第 3変形例の断面形状を模式的に示す図である。 図 1 1は、 本発明の第 2の実施例であるエッチング装置の構成図である。
図 1 2は、 本発明の第 3の実施例であるエッチング装置の構成図である。
図 1 3は、 キヤビティーアンテナの下面をなす第 1の導電板の平面図である。 図 1 4は、 キヤビティーアンテナの変形例の断面形状を模式的に示す図である。 図 1 5は、 本発明の第 4の実施例であるエッチング装置の構成図である。
図 1 6は、 図 1 5に示したエッチング装置の変形例を示す構成図である。
図 1 7は、 本発明の第 5の実施例であるエッチング装置の構成図である。
図 1 8は、 図 1 7に示したエッチング装置の変形例を示す構成図である。
図 1 9は、 本発明の第 6の実施例である C V D装置の構成図である。
図 2 0は、 従来からあるマイクロ波プラズマ処理装置を用いたエッチング装置 の構成図である。 実施例の詳細な説明 次に、 図面を参照して、 本発明の実施例を詳細に説明する。
第 1の実施例
まず、 本発明をエッチング装置に適用した例を説明する。 図 1は、 本発明の第 1の実施例であるエッチング装置の構成図である。 この図 1では、 一部構成につ いて断面構造が示されている。 また、 説明の都合上、 鉛直方向を Z軸方向と定義 する。
図 1に示したエッチング装置は、 上部が開口している円筒形状の処理容器 1 1 を有している。 この処理容器 1 1は、 アルミ-ゥムなどの導電体で形成されてい る。 処理容器 1 1の上部開口には、 平板状に成形された誘電板 （第 1の誘電体部 材） 1 3が水平に配置されている。 この誘電板 1 3には、 厚さ 2 0〜3 O mm程 度の石英ガラス又はセラミック （A l 2 O a 又は A I Nなど） などが用いられる。 処理容器 1 1と誘電板 1 3との接合部は Oリングなどのシール部材 1 2を介在さ せており、 これにより処理容器 1 1内部の気密性を確保している。
処理容器 1 1の底部には、 真空ポンプ （図示せず） に連通する排気口 1 4が設 けられており、 処理容器 1 1内部を所望の真空度にすることができる。
また、 処理容器 1 1の側壁には、 処理容器 1 1内に A rなどのプラズマガスを 導入するためのプラズマガス供給ノズル 1 5と、 C F 4 などのエッチングガスを 導入するための処理ガス供給ノズル 1 6とが上下に設けられている。 これらのノ ズル 1 5 , 1 6は石英パイプなどで構成されている。
処理容器 1 1内には、 エッチング対象の基板 （被処理体） 2 1が上面に載置さ れる載置台 2 2が収容されている。 載置台 2 2は処理容器 1 1の底部に絶縁板 2 4を介して固設された支持台 2 3上に固定されている。 また、 載置台 2 2はマツ チングボックス 2 5を介して、 バイアス用の高周波電源 2 6に接続されている。 この高周波電源 2 6は、 例えば 2〜1 3 . 5 6 MH Zの高周波を発生する。
また、 誘電板 1 3上部にはラジアルアンテナ 3 O Aが放射面 （後述する導電板 3 1 ) を下にして配設されている。 このラジアルアンテナ 3 O Aは、 高周波電磁 界としてマイクロ波 MWを処理容器 1 1内に供給するものである。 誘電板 1 3は、 ラジアルアンテナ 3 O Aの放射面に対向配置され、 この放射面全域を覆うことに より、 処理容器 1 1内で生成されるプラズマからラジアルアンテナ 3 O Aを保護 する。 また、 誘電板 1 3及びラジアルアンテナ 3 O Aの周囲はシールド材 1 7に よって覆われている。
ラジアルアンテナ 3 O Aは、 上記放射面を構成する第 1の導電板 3 1 Aと、 こ の導電板 3 1 Aに対して上方位置に対向配置された第 2の導電板 3 2と、 導電板 3 1 A, 3 2の周縁部を塞ぐリング部材 3 3とから構成される。 導電板 3 1 A， 3 2及ぴリング部材 3 3は、 銅又はアルミニウムなどの導電体により形成される。 アンテナ上面をなす導電板 3 2の中央部にはマイクロ波導入口 3 5が形成され ている。 また、 アンテナ下面をなす導電板 3 1 Aには、 放射素子としてスロッ ト 3 4が多数形成されている。 そして、 2枚の導電板 3 1 A, 3 2により、 マイク 口波 MWを導くラジアル導波路が形成される。
ラジアルアンテナ 3 O Aの導電板 3 1 A, 3 2及び誘電板 1 3は Z軸方向に共 通の中心軸を有しており、 それぞれこの中心軸に対して対称な立体形状をしてい る。 換言すれば、 中心軸を含むあらゆる平面で切ったときの断面形状が、 中心軸 に対して対称な形状をしている。
図 2は、 ラジアルアンテナ 3 O Aの下面をなす導電板 3 1 Aの構成図であり、 ( a ) は斜視図、 （b ) は平面図である。
図 1に示したようにアンテナ上面をなす導電板 3 2が平板状であるのに対して、 図 2 ( a ) に示すように下面をなす導電板 3 1 Aは上に凸の円錐面状をしている。 したがって、 導電板 3 1 Aの円錐面は平板状をした誘電板 1 3に対して傾斜して おり、 これが図 1に示したエッチング装置の特徴となっている。
この導電板 3 1 Aには、 図 2 ( b ) に示すように周方向に延びるスロッ ト 3 4 が同心円状に多数形成されている。 スロット 3 4はそれぞれが形成されている箇 所における導電板 3 1 Aの法線方向に切って形成されている。 各スロッ ト 3 4の 長さ、 及び径方向における隣接スロット 3 4間のピッチは、 ラジアル導波路内に おけるマイクロ波 MWの波長 （後述する遅延部材 3 9により短くなつた波長） え g に基づいて設定される。 いわゆるリーク型のアンテナを実現する場合には、 上 記ピツチがえ g/20〜え g/30程度に設定される。
図 3は、 ラジアルアンテナ 3 O Aの拡大断面図であり、 導電板 3 1 Aの支持機 構が記載されている。 図 3に示すように、 導電板 3 2の中央部は肉厚になっており、 この部分の 3力 所に矩形又は円形の貫通孔 6 1が形成されている。 この 3個の貫通孔 6 1は、 導 電板 3 2の中心をその中心とする同一円周上に等間隔に形成されている。 貫通孔 6 1には十分な長さを有するスタツド 6 2が揷通されている。 導電板 3 1 Aはネ ジ 6 3によりスタッド 6 2の下面に締結されている。 導電板 3 1 Aに締結された スタッド 6 2は、 ナット 6 4により導電板 3 2に固定されている。 ナット 6 4の 固定位置を調整することにより、 導電板 3 1 Aの傾斜を所望の角度とすることが できる。 なお、 スタッド 6 2及ぴネジ 6 3には、 セラミックなどの誘電体で形成 されたものが用いられる。
スタッド 6 2をナット 6 4で導電板 3 2に固定せず、 モータなどの駆動装置を 利用してスタツド 6 2を昇降させることにより、 導電板 3 1 Aの傾斜角を遠隔で 変化できるようにしてもよい。
図 1の説明に戻る。 ラジアルアンテナ 3 O Aでは、 2枚の導電板 3 1 A, 3 2 の間隔は 5 mm以上、 ； L g/ 2未満に設定される。 ただし、 ； L g〉 1 0 mmである。 例えば 2 . 4 5 G H zのマイクロ波 MWを使用する場合、 導電板 3 1 A, 3 2の 間隔は 6 c m未満となる。 この場合、 導電板 3 1 Aの頂点における間隔が 5 mm 以上、 導電板 3 1 Aの周縁における間隔が 6 c m未満に設定される。 間隔を 5 m m以上とすることにより、 導電板 3 1 A, 3 2間の放電を防止することができ、 L g Z 2未満とすることにより、 導電板 3 1 A, 3 2間に定在波が形成されるこ とを防止することができる。
また、 導電板 3 1 A, 3 2から構成されたラジアル導波路内には、 セラミック などの比誘電率が 1より大きい誘電体材料からなる遅延部材 3 9が収容されてい る。 この遅延部材 3 9は、 これに作用するマイクロ波 MWの伝搬速度を低下させ ることによって、 マイクロ波 MWの波長を短くする機能を有している。 この遅延 部材 3 9により、 ラジアルアンテナ 3 O Aによるマイクロ波 MWの放射効率を向 上させることができる。
ラジアルアンテナ 3 O Aの中央部には、 同軸線路 4 1が接続されている。 この 同軸線路 4 1の外部導体 4 1 Aは導体板 3 2のマイク口波導入口 3 5周縁に接続 されている。 また、 同軸線路 4 1の中心導体 4 1 Bの先端は円錐状に成形され、 この円錐の底部が導体板 3 1 Aの頂点に接続されている。
このようにラジアルアンテナ 3 O Aに接続された同軸線路 4 1は、 矩形 '同軸 変換器 4 2及び矩形導波管 4 3を介して、 マイクロ波発生器 4 5に接続されてい る。 このマイクロ波発生器 4 5は、 例えば 2 . 4 5 G H zのマイクロ波 MWを発 生するものである。 なお、 マイクロ波 MWの周波数は l G H z〜l 0数 G H zの 範囲内であればよい。 また、 矩形導波管 4 3の途中にインピーダンスのマツチン グを行うマッチング回路 4 4を設けることにより、 電力の使用効率を向上させる ことができる。
次に、 図 1に示したエッチング装置の動作を説明する。
基板 2 1を載置台 2 2の上面に載置した状態で、 処理容器 1 1内を例えば 0 . 0 1〜1 0 P a程度の真空度にする。 次に、 この真空度を維持しつつ、 プラズマ ガス供給ノズル 1 5からプラズマガスとして A rを供給し、 処理ガス供給ノズル 1 6から C F 4 などのエッチングガスを流量制御して供給する。
処理容器 1 1内にプラズマガス及ぴエッチングガスが供給された状態で、 マイ クロ波発生器 4 5からのマイクロ波 MWを矩形導波管 4 3、 矩形 '同軸変換器 4 2及ぴ同軸線路 4 1を介してラジアルアンテナ 3 O Aに供給する。
ラジアルアンテナ 3 O Aに供給されたマイクロ波 MWは、 導電板 3 1 A, 3 2 によって構成されるラジアル導波路の中央部から周縁部に向かって放射状に伝搬 してゆき、 微細ピッチで形成された多数のスロット 3 4から少しずつリークする ラジアルアンテナ 3 O Aからリークしたマイクロ波 MWは、 誘電板 1 3を透過 して、 処理容器 1 1内に導入される。 このマイクロ波 MWの電界が A rを電離さ せることにより、 処理対象の基板 1 1の上部空間 S 1にプラズマを生成する。 このエッチング装置では、 载置台 2 2に負電位をバイアスすることにより、 生 成されたプラズマからイオンが引き出されて、 基板 2 1に対してエッチング処理 が行われる。
次に、 図 1に示したエッチング装置の効果を、 図 2 0に示した従来からあるェ ツチング装置と対比して説明する。 ここでは図 1 , 図 2 0に示したエッチング装 置で生成されたブラズマの分布を調べるために、 これらのブラズマの写真撮影を 行った。 図 4は、 この写真撮影に使用した装置の説明図であり、 （a ) は図 2 0 に示したエッチング装置のラジアルアンテナ 1 30の寸法を示す断面図、 （b) は図 1に示したエッチング装置のラジアルアンテナ 3 OAの寸法を示す断面図、 (c) は CCDカメラの配置図である。
プラズマの写真撮影は、 図 4 (c) に示すように、 基板 21， 121が置かれ ていない載置台 22, 1 22の中央部に CCDカメラ 29を配置して、 プラズマ 生成空間 S 1を撮影することにより行った。 このとき、 従来からあるエッチング 装置に関しては、 図 4 (a) に示すような寸法のラジアルアンテナ 1 30を使用 した。 すなわち、 導電板 1 31の直径を 48 Omm、 厚みを 0. 8 mmとし、 リ ング部材 1 33の高さを 1 5mmとした。 また、 図 1に示したエッチング装置に 関しては、 図 4 (b) に示すような寸法のラジアルアンテナ 3 OAを使用した。 すなわち、 導電板 31 Aの直径と厚み、 リング部材 33の高さを上記ラジアルァ ンテナ 130と同寸法とし、 導電板 31 Aの周縁を基準にした中心の高さ （円錐 面の高さ） を 5mmとした。
図 5は、 このような条件の下でプラズマを写真撮影したときに得られた像の模 式図であり、 （a) は図 20に示したエッチング装置で得られた像、 （b) は図 1に示したエッチング装置で得られた像を示している。 図 5 (a) に示されてい るように、 ラジアル導波路を平行平板で構成したラジアルアンテナ 1 30を使用 した従来からあるエッチング装置では、 プラズマ発生領域 1 50の中央付近に、 プラズマが高密度に発生する部分 1 51 A， 151 Bが観測された。 これに対し て、 放射面となる導電板 31 Aを円錐面状にしたラジアルアンテナ 3 OAを使用 した図 1に示したエッチング装置では、 図 5 (b) に示すように、 プラズマ発生 領域 50にプラズマが高密度に発生する部分 151A， 15 I Bはなく、 均一に 分布するブラズマが観測された。
このように図 1に示したエツチング装置では、 従来からあるエツチング装置と 比較して均一に分布するプラズマを生成できるので、 基板 21に対するエツチン グのむらを抑制できるという効果が得られる。
次に、 図 1に示したような構造を有するラジアルアンテナ 3 OAを使用するこ とで、 プラズマの分布を改善できた理由を考察する。
ラジアルアンテナ 3 OAから処理容器 1 1に導入されたマイクロ波 MWの一部 がプラズマ生成においても吸収されず、 ラジアルアンテナ 3 O Aとプラズマ生成 空間 S 1との間の空間 S 2に定在波を形成し、 この定在波の電界がプラズマ生成 に関わっていることは、 従来からあるエッチング装置と同様である。 したがって、 図 1に示したエッチング装置でも、 ラジアルアンテナ 3 O Aからプラズマへ直接 入射したマイクロ波 MWの電界と、 処理容器 1 1内に形成された定在波の電界の 両方がプラズマ生成に関与していると言える。
そこで、 図 1に示したエッチング装置においてプラズマの分布を改善できた理 由を （1 ) 直接入射したマイクロ波 MWの電界によるプラズマ生成効率の向上、 ( 2 ) ラジアルアンテナ 3 O A内の空間の分布の調整、 （3 ) 定在波形成空間 S 2の形状の変化という 3つの観点から、 次のように説明することができる。
( 1 ) ラジアルアンテナ 3 O Aからプラズマへ直接入射したマイクロ波 MWの電 界によるプラズマ生成効率向上：
図 6は、 Z軸方向 （図 1では鉛直方向） に対して垂直なプラズマ面を有するプ ラズマの密度変化及びこのプラズマに入射したマイクロ波の電界強度変化を示す 概念図である。 図 6 ( a ) において、 横軸はプラズマと誘電体板 1 3との境界面 から Z軸方向の距離であり、 縦軸はプラズマ密度及び電界強度である。 また、 Z 軸に垂直に X軸を設けると、 実線はマイクロ波 MWの電界 Eの X軸方向成分 （す なわち、 プラズマ面に平行な方向成分） E x の強度、 点線はマイクロ波 MWの電 界 Eの Z軸方向成分 （すなわち、 プラズマ面の法線方向の成分） E z の強度、 一 点鎖線はプラズマ密度をそれぞれ示している。
プラズマ面が Z軸に対して垂直なプラズマの密度は、 プラズマと誘電体板 1 3 との境界面から Z軸方向に離れるにしたがって、 図 6 ( a ) の一点鎖線で示すよ うに上昇してゆく。 ここで、 ある周波数に対してプラズマの誘電率がゼロになる 密度を、 その周波数におけるカットオフ密度という。
このようなプラズマに対して、 図 6 ( b ) に示すようにマイクロ波 MWを Z軸 方向に対して傾斜する方向に入射させた場合、 電界の X軸方向成分 E x の強度は 図 6 ( a ) の実線で示すように、 プラズマ密度がカットオフ密度となる地点 Z 1 までほぼ一定値を維持するが、 この地点 Z 1をこえると指数関数的に低下する。 これに対して、 電界の Z方向成分 E z の強度は図 6 ( a ) の点線で示すように、 プラズマに入射した直後から上昇し、 地点 Z 1で極大を示してから下降に転ずる。 この J¾ fま 「R. B. White, F. F. Chen， Amplification and Absorption of Electroma gnetic Waves in Overdense Plasmas, Plasma Physics, vol. 16， pp565_587」 に言己载 されている。
Z軸方向 （すなわちプラズマ面の法線方向） に対して傾斜する方向にマイクロ 波 MWを入射させれば、 電界の Z方向成分 E z ができるので、 Z軸方向に入射さ せた場合と比較して、 両成分 E x, E zを合成した電界強度を大きくすることがで きる。
図 1に示したエッチング装置では、 ラジアルアンテナ 3 O Aの放射面をなす導 電板 3 1 Aは、 前述したように上に凸の円錐面状をしている。 つまり、 この導電 板 3 1 Aは水平面に対して傾斜している。 このような導電板 3 1 Aに形成された スロット 3 4からリークしたマイクロ波 MWは、 鉛直方向 （Z軸方向） に対して 傾斜する方向に放射され、 水平配置された誘電板 1 3の法線方向 （Z軸方向） に 対して所定の角度をもって入射する。 一方、 処理容器 1 1内のプラズマ生成空間 S 1は誘電板 1 3により制約されるので、 誘電板 1 3と対向するプラズマ面はこ の誘電板 1 3に沿った形状となり水平面となる。 したがって、 導電板 3 1 Aから リークしたマイクロ波 MWは、 誘電板 1 3と対向するプラズマ面の法線方向 （Z 軸方向） に対して傾斜する方向に入射することになる。
したがって、 上述した原理にしたがえば、 ラジアルアンテナ 3 O Aを使用する ことにより、 プラズマ生成空間 S 1に従来よりも大きな電界を形成できるので、 ラジアルアンテナ 3 O Aから直接入射したマイクロ波 MWの電界によるプラズマ 生成効率を向上させることができる。 これにより、 ラジアルアンテナ 3 O Aから 直接入射したマイク口波 MWの電界によるプラズマ生成への寄与が大きくなり、 処理容器 1 1内の空間 S 2に形成される定在波の電界によるプラズマ生成への関 与が相対的に低くなる。
ラジアルアンテナ 3 0 Aからプラズマへ直接入射したマイク口波 MWの電界に よるプラズマの生成は、 比較的容易に制御できる。 例えば、 ラジアルアンテナ 3 0 Aのスロット 3 4の配置を調整することで、 プラズマの生成を制御できる。 こ れに対して、 定在波の電界によるプラズマの生成は制御が困難である。 図 1に示 したエッチング装置では、 上述したように、 直接入射したマイクロ波 MWの電界 によるプラズマ生成を、 定在波の電界によるプラズマ生成よりも優勢にすること ができるので、 所望のプラズマ分布となるようにブラズマの生成を制御すること ができる。 よって、 図 5 ( b ) に示したような均一なプラズマ分布を得られたと 考えられる。
図 7は、 マイクロ波 MWの吸収係数の角度依存性を示す図である。 横軸は放射 面に対するマイク口波 MWの放射角度 0の余弦であり、 縦軸は吸収係数 77である。 この図から、 プラズマ中の電子密度 n e にもよるが、 放射角度 Θがおよそ 3 0 ° 〜5 0 ° において吸収係数が最大となることが分かる。 したがって、 このような 角度 Θでマイクロ波 MWを放射することにより、 ラジアルアンテナ 3 O Aから直 接入射したマイクロ波 MWの電界によるブラズマ生成が支配的になるので、 ブラ ズマ分布の制御を正確に行うことができる。
( 2 ) ラジアルアンテナ 3 O A内の空間の分布の調整：
ラジアルアンテナ 3 O A内の空間 （すなわち、 図 4 ( b ) に示す 2枚の導電板 3 1 A, 3 2の間隔） の分布は、 ラジアルアンテナ 3 O Aの特性インピーダンス の分布に関わり、 この特性インピーダンスの分布は、 ラジアルアンテナ 3 O Aか らのマイクロ波 MWのリーク量分布に関わっている。 つまり、 導電板 3 1 A， 3 2の間隔が狭いラジアルアンテナ 3 O Aの中央部 （円錐面の頂点付近） では、 特 性インピーダンスが小さいのでリーク量が大きく、 導電板 3 1 A, 3 2の間隔が 広いラジアルアンテナ 3 O Aの周縁部では、 特性ィンピーダンスが大きいのでリ ーク量が小さくなる。 このようにラジアルアンテナ 3 O Aは、 内部空間が分布を 有することにより、 マイクロ波 MWのリーク量分布が調整され、 プラズマ生成分 布が調整されたと考えられる。
( 3 ) 定在波形成空間 S 2の形状の変化：
放射面を構成する導電板 3 1 Aを円錐面状とすることによって、 定在波形成空 間 S 2が変形する。 これにより定在波モードが変化するので、 プラズマ生成分布 が変ィ匕したと考えられる。
次に、 図 1に示したラジアルアンテナ 3 O Aの変形例を示す。
図 8は、 ラジアルアンテナの第 1変形例の断面形状を模式的に示す図である。 この図に示すラジアルアンテナ 30Bのように、 放射面を構成する第 1の導電板 として、 下に凸の円錐面状をした導電板 3 1 Bを用いてもよレ、。
図 9は、 ラジアルアンテナの第 2変形例の断面形状を模式的に示す図である。 図 9 (a) に示すラジアルアンテナ 30Cは、 上に凸の円錐面状をした第 1， 第 2の導電板 31 A, 32Aを、 互いに平行に配置したものである。 また、 図 9 (b) に示すラジアルアンテナ 3 ODは、 下に凸の円錐面状をした第 1， 第 2の 導電板 3 1 B, 32 Bを、 互いに平行に配置したものである。 このようなラジア ルアンテナ 3 O C, 30Dでは、 内部空間のインピーダンス分布の調整による処 理容器 1 1内のプラズマ生成分布の調整作用は得られない。 しかし、 ラジアルァ ンテナ 30 C, 30Dからプラズマへ直接入射したマイクロ波 MWの電界による プラズマ生成効率を向上させることができ、 定在波形成空間 S 2の変形によって 定在波の電界を弱めることができるので、 従来よりも良好なプラズマ分布を得ら れる。
図 10は、 ラジアルアンテナの第 3変形例の断面形状を模式的に示す図である。 図 10 (a) に示すラジアルアンテナ 30 Eは、 放射面を構成する第 1の導電板 として平板状の導電板 31を用い、 第 2の導電板として上に凸の円錐面状をした 導電板 32 Aを用いたものである。 また、 図 10 (b) に示すラジアルアンテナ 3 O Fは、 同じく平板状の導電板 3 1を用い、 第 2の導電板として下に凸の円錐 面状をした導電板 32 Bを用いたものである。 このようなラジアルアンテナ 30 E, 30 Fでは、 内部空間のインピーダンス分布の調整により処理容器 1 1内の プラズマ生成分布を調整できるので、 従来よりも良好なプラズマ分布を得られる。 以上で例示したラジアルアンテナ 30A〜 30 Fは、 第 1, 第 2の導電板とし て上又は下に凸の円錐面状をした導電板を用いたものであるが、 第 1， 第 2の導 電板は曲面など他の凸形状であってもよい。
また、 ラジアルアンテナはリーク型ではなく、 いわゆる放射型であってもよい。 放射型のアンテナを実現する場合には、 径方向における隣接スロット 34間のピ ツチを、 ラジアル導波路内におけるマイクロ波 MWの波長え g程度に設定すれば よい。
第 2の実施例 図 1 1は、 本発明の第 2の実施例であるエッチング装置の構成図である。 この 図において、 図 1と同一部分を同一符号をもって示し、 適宜その説明を省略する c このエッチング装置で用いられるラジアルアンテナ 3 0は、 放射面を構成する 第 1の導電板 3 1と、 この導電板 3 1とともにラジアル導波路を形成する第 2の 導波路 3 2とが、 平行平板で構成されている。 導電板 3 1， 3 2は水平に配置さ れている。 一方、 ラジアルアンテナ 3 0の放射面に対向配置される誘電板 （第 1 の誘電体部材） 1 3 Aはドーム状をしている。 したがって、 この誘電板 1 3 Aは、 ラジアルアンテナ 3 0の放射面に対して傾斜する面を有している。 なお、 誘電板 1 3 Aは中心軸に対して対称な形状をしている。 誘電板 1 3 Aとラジアルアンテ ナ 3 0との間には円筒形状のスぺーサ 1 8を介在させている。 また、 誘電板 1 3、 ラジアルアンテナ 3 O A及びスぺ一サ 1 8の周囲はシールド材 1 7によって覆わ れている。
上述したように、 ラジアルアンテナ 3 0の放射面をなす導電板 3 1は、 水平配 置された平板状をしている。 このため、 導電板 3 1に形成されたスロット 3 4か らリークしたマイクロ波 MWは、 鉛直方向 （Z軸方向） に放射される。
一方、 処理容器 1 1内のプラズマ生成空間 S 1は誘電板 1 3 Aにより制約され るので、 誘電板 1 3 Aと対向するプラズマ面はこの誘電板 1 3 Aに沿った曲面と なる。 このプラズマ面の法線方向は、 中心部分を除き、 鉛直方向 （Z軸方向） に 対して傾斜している。 したがって、 導電板 3 1 Aから鉛直方向 （Z軸方向） に放 射されたマイクロ波 MWは、 誘電板 1 3 Aと対向するプラズマ面の法線方向に対 して傾斜する方向に入射することになる。 これは図 1に示したラジアルアンテナ 3 O Aを使用した場合と同じ状態である。
したがって、 前述したのと同じ原理で、 ラジアルアンテナ 3 0からプラズマへ 直接入射したマイク口波 MWの電界によるプラズマ生成を定在波の電界によるプ ラズマ生成よりも優勢にできる。 このため、 従来よりも良好なプラズマ分布を得 られる。
なお、 誘電板 1 3 Aの形状は、 上又は下に凸の円錐面状など、 他の凸形状であ つてもよい。
第 _3の実施例 以上ではラジアルアンテナを用いた例を説明したが、 これに限ることはなく、 他のスロットアンテナ、 例えばアンテナ下面にスロットが形成されたキヤビティ 一アンテナを用いても同様の効果を得られる。 図 1 2は、 キヤビティーアンテナ が適用された本発明の第 3の実施例であるエッチング装置の構成図である。 この 図において、 図 1と同一部分を同一符号をもって示し、 適宜その説明を省略する。 また、 図 1 3は、 キヤビティーアンテナの放射面の平面図である。
キヤビティーアンテナ 7 O Aは、 放射面を構成する第 1の導電板 7 1 Aと、 こ の導電板 7 1 Aに対して上方位置に対向配置された第 2の導電板 7 2と、 導電板 7 1 A, 7 2の周縁部を塞ぐリング部材 7 3とから構成される。 導電板 7 1 A, 7 2及ぴリング部材 7 3は、 銅又はアルミニウムなどの導電体により形成される。 アンテナ上面をなす導電板 7 2にはマイクロ波発生器 4 5からのマイクロ波 M Wをアンテナ内部に導入するマイクロ波導入口 7 5が形成されている。 このマイ クロ波導入口 7 5は、 導電板 7 2の中央部に形成されている必要はない。
アンテナ下面をなす導電板 7 1 Aには、 図 1 3に示すように周方向に延びるス ロット 7 4が同心円状に複数形成されている。 また、 この導電板 7 1 Aの形状は、 図 2に示したラジアルアンテナ 3 O Aの導電板 3 1 Aと同様に、 上に凸の円錐面 状をしている。 したがって、 導電板 7 1 Aの円錐面は、 平板状をした誘電板 1 3 に対して傾斜している。
そして、 導電板 7 1 A， 7 2及びリング部材 7 3により、 マイクロ波 MWを所 定のモードで共振させる空洞共振器が構成される。 この空洞共振器内に遅延部材 なお、 導電板 7 1 Aに形成されている各スロット 7 4の長さ、 及び径方向にお ける隣接スロット 7 4間のピッチ Pは、 空洞共振器内におけるマイクロ波 MWの 波長え g に基づいて設定される。 このうちピッチ Pは； g であることが望ましい が、 以下であってもかまわない。
図 1 2において、 4 8は円筒導波管、 4 9は矩形 ·円筒変換器である。
また、 本発明で用いるキヤビティーアンテナは、 上述したラジアルアンテナ 3 0 A〜3 0 Fと同様に、 アンテナの上面 ·下面をなす 2枚の導電板のうち少なく とも一方が誘電板 1 3に対して傾斜していればよい。 図 1 4は、 このようなキヤ ビティーアンテナの変形例の断面形状を模式的に示す図である。
図 14 (a) に示すキヤビティーアンテナ 7 OBは、 放射面を構成する第 1の 導電板として、 下に凸の円錐面状をした導電板 71 Bを用いたものであり、 図 8 に示したラジアルアンテナ 30 Bに対応する。
図 14 (b) に示すキヤビティーアンテナ 70 Cは、 上に凸の円錐面状をした 第 1, 第 2の導電板 71 A, 72 Aを、 互いに平行に配置したものであり、 図 9
(a) に示したラジアルアンテナ 30 Cに対応する。
図 14 (c) に示すキヤビティーアンテナ 70Dは、 下に凸の円錐面状をした 第 1， 第 2の導電板 71 B, 72Bを、 互いに平行に配置したものであり、 図 9
(b) に示したラジアルアンテナ 30Dに対応する。
図 14 (d) に示すキヤビティーアンテナ 70 Eは、 第 1の導電板として平板 状の導電板 71を用い、 第 2の導電板として上に凸の円錐面状をした導電板 72 Aを用いたものであり、 図 1 0 (a) に示したラジアルアンテナ 30 Eに対応す る。
図 14 (e) に示すキヤビティーアンテナ 70 Fは、 同じく平板状の導電板 7 1を用い、 第 2の導電板として下に凸の円錐面状をした導電板 72 Bを用いたも のであり、 図 1 0 (b) に示したラジアルアンテナ 30 Eに対応する。
第 4の実施例
図 1 5は、 本発明の第 4の実施例であるエッチング装置の構成図である。 この 図において、 図 1 1と同一部分を同一符号をもって示し、 適宜その説明を省略す る。
このエッチング装置は、 ドーム状の誘電板 1 3 Aに代えて、 処理位置にある基 板 21の周囲を覆う半球状又はお椀状のベルジャー （第 1の誘電体部材） 83 A を有している。 具体的には、 半球状又はお椀状のベルジャー 83 Aの開口部を下 側にして処理位置上方からかぶせ、 処理位置下方の処理容器 1 1 A側壁にベルジ ヤー 83 Aの開口部周縁を固定した構造となっている。 したがって、 プラズマが 比較的高密度で存在する空間に近接する処理容器 1 1 Aの側壁は、 ベルジャー 8 3 Aにより載置台 22 Aから隔離される。 このベルジャー 83 Aは、 厚さ 3〜3 Omm程度の石英ガラス又はセラミック （A l 2 Os 又は A I Nなど） などの誘 電体で形成されている。 また、 処理容器 1 1 Aとベルジャー 8 3 Aとの接合部に は、 Oリングなどのシーノレ部材 1 2 Aを介在させている。
基板 2 1が配置される載置台 2 2 Aは、 処理容器 1 1 Aの底部を遊貫する昇降 軸 2 7によって支持され、 上下動自在となっている。 基板を搬入搬出口 1 9から 搬入又は搬出するときは、 载置台 2 2 Aを下に降ろし、 エッチング処理を行うと きは、 載置台 2 2 Aを上げて基板 2 1を処理位置に配置することができる。 処理容器 1 1 Aの底部には、 セラミックなどからなる絶縁板 2 4 Aが設けられ ている。 また、 処理容器 1 1 Aとベルジャー 8 3 Aとで形成された処理室の気密 性を確保するため、 载置台 2 2 Aと絶縁板 2 4 Aとの間に、 昇降軸 2 7を囲むよ うにべローズ 2 8が設けられている。
さらに、 処理容器 1 1 Aの底部には、 真空ポンプ (図示せず) に接続された排 気口 1 4 Aが設けら、 処理容器 1 1 Aの側壁には、 処理室内にプラズマガス及ぴ エッチングガスを導入するためのノズル 1 5 Aが設けられている。 このノズル 1 5 Aは基板 2 1の処理位置の上側までのぴており、 ガスが載置台 2 2 Aの上部空 間に放出されるようになっている。
上述したように、 ベルジャー 8 3 Aは半球状又はお椀状をしており、 ラジアル アンテナ 3 0の放射面 （導体板 3 1 ) に対して傾斜する面を有している。 したが つて、 図 1 1に示したエッチング装置と同様に、 従来よりも良好なプラズマ分布 を得られる。
また、 プラズマ生成空間 S 1を含むプラズマが比較的高密度で存在する空間に 近接する領域では、 処理容器 1 1 Aの側壁がベルジャー 8 3 Aでカバーされてい るので、 生成されたプラズマが処理容器 1 1 Aの側壁に接触して金属表面をスパ ッターすることによって起こる処理室内の汚染を抑制することができる。
図 1 6は、 図 1 5に示したエッチング装置の変形例を示す構成図であり、 ( a ) は断面図、 （b ) は載置台 2 2の平面図である。 この図において、 図 1 1 と同一部分を同一符号をもって示し、 適宜その説明を省略する。
この図 1 6 ( a ) に示すように、 半球状又はお椀状のベルジャー （第 1の誘電 体部材） 8 3 Bが載置台 2 2の上面に配置される構造としてもよい。 この場合、 シール材 1 2 Bにより密閉された載置台 2 2とベルジャー 8 3 Bとにより処理.室 が形成される。 載置台 2 2、 支持台 2 3、 絶縁板 2 4及ぴ処理容器 1 1底部には、 排気用の貫通孔 1 4 Bと、 ガス導入用の貫通孔 1 5 Bとが形成されている。 図 1 6 ( b ) に示すように、 貫通孔 1 4 B， 1 5 Bは載置台 2 2等の周縁部に形成さ れている。 なお、 貫通孔 1 5 Bから導入されたガスが隣接する貫通孔 1 4 Bから 直接排気されないように、 ガス導入用の貫通孔 1 5 Bに図 1 6 ( a ) に示すガイ ド 1 5 Cを取り付けるとよい。
このように、 載置台 2 2の上面をベルジャー 8 3 Bで覆う構造とすることによ り、 載置台 2 2の上面が処理容器 1 1の金属表面から完全に隔離されるので、 上 述した汚染をより効果的に抑制できる。
第 5の実施例
図 1 7は、 本発明の第 5の実施例であるエッチング装置の構成図である。 この 図において、 図 1及び図 1 5と同一部分を同一符号をもって示し、 適宜その説明 を省略する。
このエッチング装置は、 放射面が円錐面状をしたラジアルアンテナ 3 O Aと、 半球状又はお椀状のベルジャー 8 3 Aとを組み合わせて構成したものである。 ァ ンテナ形状によるマイクロ波 MWの放射角度変化と、 ベルジャー形状によるブラ ズマ面の角度変化とを相互に作用させることにより、 マイクロ波 MWのプラズマ への吸収効率の面内分布を調整することができる。
また、 図 1 8に示すように、 放射面が円錐面状をしたラジアルアンテナ 3 O A と、 ドーム状の誘電板 1 3 Aとを組み合わせて構成しても、 同様の作用効果を得 られる。
なお、 アンテナとベルジャー又は誘電板との組合せは、 上述したものに限定さ れず、 ラジアルアンテナ 3 0 A〜3 0 Fとベルジャー 8 3 A, 8 3 B又は誘電板 1 3 Aとのいかなる組合せを用いてもよい。
第 6の実施例
以上では、 本発明をエッチング装置に適用した例を説明してきたが、 例えばプ ラズマ C VD (chemical vaper deposition ) 装置などの他のプラズマ処理装置 に本発明を適用してもよい。 そこで次に、 本発明を C V D装置に適用した例を説 明する。 図 1 9は、 本発明の第 6の実施例である C V D装置の構成図である n こ の図において、 図 1 7と同一部分を同一符号をもって示し、 適宜その説明を省略 する。
この CVD装置は、 基板 21を加熱するヒーター 91や、 処理室内に S i H4 と H2 との混合ガスなどを導入するガス供給ノズル 92など、 CVD装置に必要 な構成を有するほか、 放射面が円錐面状をしたラジアルアンテナ 3 OAと、 処理 位置にある基板 21の周囲を覆う半球状又はお椀状のベルジャー （第 1の誘電体 部材） 83Aとを備え、 図 1 6に示したエッチング装置と同様の特徴を有してい る。
また、 この CVD装置では、 処理容器 1 1 Aの上部開口が誘電体板 （第 2の誘 電体部材） 13で密閉されている。 また、 ベルジャー 83 Aと誘電体板 1 3と処 理容器 1 1 Aとによって囲まれた密閉空間に所定 ^度のガスを流通させてベルジ ヤー 83 Aを温度調整するために、 流通手段としてノズル 93と排気口 94とが 処理容器 1 1 Aの側壁に設けられている。 ノズル 93から導入されるガスには、 マイクロ波 MWを吸収しにくいガスとして例えば N2 が用いられる。 このガスの 温度は、 ベルジャー 83 Aよりも高い温度に設定され、 その上限は 600°Cとす る。
図 1 9に示した CVD装置の動作を説明する。
まず、 ヒーター 9 1を 1 50°C程度にして基板 21を加熱した状態で、 ガス供 給ノズル 92から処理室内に S i H4 と H2 との混合ガスを導入する。 ラジアル アンテナ 3 OAから処理室内にマイクロ波 MWを供給すると、 S i H が解離し て S i Hx (x = 1 , 2， 3, 4) となり、 この S i Hx が基板 21の表面で反 応してアモルファス S i (以下、 a— S i と略記する） が成膜される。 このとき、 ベルジャー 83 Aが常温であれば、 ベルジャー 83 Aの内面に S i Ηχ が付着し、 a -S iが成膜される。 この a— S iによってラジアルアンテナ 3 OAからのマ イク口波 MWの導入が阻害されることになる。 し力、し、 ベルジャー 83Aと誘電 体板 1 3との間の空間に 600°C以下の温度、 例えば 1 50°C〜300°Cの N2 を流通させてベルジャー 83 Aを加温することにより S i Ηχ が付着しにくくな るので、 ベルジャー 83 A内面における a _S iの成膜を低減できる。 したがつ て、 ベルジャー 83 Aを介して処理室内に導入されるマイクロ波 MWの損失を低 減し、 効率よくプラズマを生成して成膜を行うことができる。
なお、 ベルジャー 8 3 Aと誘電体板 1 3と処理容器 1 1 Aとによって囲まれた 密閉空間に流通させる流体は、 ガスに限らず、 液体であってもよい。 この場合、 例えばガルデン （パーフルォロポリエーテル） 又はフロリケートなど、 マイクロ 波 MWを吸収しにくい液体を用いることが好ましい。
また、 上記の温度より低温の流体を密閉空間に流通させて、 ベルジャー 8 3 A を冷却するようにしてもよレ、。 マイクロ波 MWの作用によってベルジャー 8 3 A の温度が高くなりすぎると、 ベルジャー 8 3 Aが破損する原因となる。 また、 図
1 6に示したエッチング装置では、 ベルジャー 8 3 Aの輻射熱で基板 2 1上のレ ジストが焼け、 所望のパターンにエツチンできないことがある。 しかし、 このよ うにしてベルジャー 8 3 Aを冷却することにより、 上記の問題を回避することが できる。
また、 ベルジャー 8 3 Aと共に密閉空間を形成する第 2の誘電体部材は、 ベル ジャー 8 3 Aに対して載置台 2 2 Aと異なる側に配置されればよい。 したがって、 ラジアルアンテナ 3 0 Aの給電線である同軸線路 4 1の途中に第 2の誘電体部材 を詰めて密閉空間を形成してもよい。 この場合、 ラジアルアンテナ 3 O Aの内部 にも流体が流通することになる。
第 5及び第 6の実施例ではス口ットアンテナとしてラジアルアンテナを用いた 例を説明したが、 図 1 2〜図 1 4に示したキヤビティーアンテナを用いても同様 の効果を得られる。
以上説明したように、 本発明によるプラズマ処理装置では、 スロットアンテナ を構成する第 1及び第 2の導電板の少なくとも一方が、 第 1の導電板に対向配置 された第 1の誘電体部材に対して相対的に傾斜した構成となっている。 放射面を 構成する第 1の導電板が第 1の誘電体部材に対して傾斜している場合、 スロット アンテナから直接入射する電磁界の電界によるプラズマ生成を、 処理容器内に形 成される定在波の電界によるプラズマ生成よりも優勢にすることができる。 また、 第 1の導電板とブラズマ面との間の空間が変形するので、 定在波モードが変化す る。 さらに、 第 1の導電板が第 2の導電板に対して傾斜している場合、 アンテナ の特性インピーダンスの分布が調整されることにより、 アンテナの放射量分布が 調整される。 これらの作用が相俟って、 プラズマの分布を従来よりも改善するこ とができる。
本発明のプラズマ処理装置は、 エッチング装置や C VD装置、 アツシング装置 などの処理装置に適用可能である。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 被処理体を载置する载置台が内部に配置された処理容器と、 前記載置台に対 向配置され前記処理容器内に電磁界を供給するスロットアンテナと、 このスロッ トアンテナの放射面に対向配置された第 1の誘電体部材とを備えたプラズマ処理 装置において、
前記スロットアンテナは、
前記放射面を構成する第 1の導電板と、
この第 1の導電板からみて前記載置台と反対側に対向配置された第 2の導電板 とを備え、
前記第 1及び第 2の導電板の少なくとも一方は、 前記第 1の誘電体部材に対し て相対的に傾斜していることを特徴とするプラズマ処理装置。
2 . 前記スロットアンテナは、 ラジアルアンテナであることを特徴とする請求の 範囲第 1項記載のプラズマ処理装置。
3 . 前記スロットアンテナは、 キヤビティーアンテナであることを特徴とする請 求の範囲第 1項記載のプラズマ処理装置。
4 . 前記スロットアンテナの第 1及び第 2の導電板、 並びに前記第 1の誘電体部 材の形状は、 共通の中心軸に対して対称であることを特徴とする請求の範囲第 1 項記載のプラズマ処理装置。
5 . 前記スロットアンテナの第 1及び第 2の導電板、 並びに前記第 1の誘電体部 材の少なくとも 1つは、 上に凸の形状をしていることを特徴とする請求の範囲第 1項記載のプラズマ処理装置。
6 . 前記スロットァンテナの第 1及び第 2の導電板、 並びに前記第 1の誘電体部 材の少なくとも 1つは、 下に凸の形状をしていることを特徴とする請求の範囲第 1項記載のブラズマ処理装置。
7 . 前記第 1の導電板と第 2の導電板との間隔は、 前記第 1の導電板と第 2の導 電板との間における電磁界の波長を I g ( λ g > l O mm) とすると、 5 mm以 上 g / 2未満であることを特徴とする請求の範囲第 1項記載のプラズマ処理装
8 . 前記第 1の誘電体部材は、 平板状をしていることを特徴とする請求の範囲第 1項記載のプラズマ処理装置。
9 . 前記第 1の誘電体部材は、 ドーム状をしていることを特徴とする請求の範囲 第 1項プラズマ処理装置。
1 0 . 前記第 1の誘電体部材は、 前記処理容器の内面の少なくとも一部を前記載 置台から隔離するベルジャーであることを特徴とする請求の範囲第 1項記載のプ ラズマ処理装置。
1 1 . 前記第 1の誘電体部材に対して前記載置台と異なる側に配置され前記第 1 の誘電体部材と共に密閉空間を形成する第 2の誘電体部材と、
前記密閉空間に流体を流通させて前記第 1の誘電体部材の温度調整をする流通 手段とを更に備えたことを特徴とする請求の範囲第 1 0項記載のプラズマ処理装
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