(57)【要約】【課題】プラズマ条件に応じて天板内に最適な共振領域を形成し、高い圧力から低い圧力にわたって安定したプラズマの発生が可能なプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】被処理基板を収納し、プラズマを発生するプラズマ発生室と、プラズマ発生室の上部の開口部に配置され、マイクロ波をプラズマ発生室内へ供給するアンテナと、アンテナの下部に設けられ、面方向に均一な所定の厚さを有してプラズマ発生室の開口部を封止する天板４と、天板４の下面側に形成されたテーパ状の凸部４２１，４２３または凹部４２２と、天板４のアンテナ側の中心部に形成されており、良導体の配置される凹部４２５とを備える。【選択図】図８
2010258461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板を収納し、プラズマを発生するプラズマ発生室と、
前記プラズマ発生室の上部の開口部に配置され、マイクロ波を前記プラズマ発生室内へ供給するアンテナと、
前記アンテナの下部に設けられ、面方向に均一な所定の厚さを有して前記プラズマ発生室の開口部を封止する天板と、
前記天板の下面側に形成されたテーパ状の凸部または凹部と、
前記天板のアンテナ側の中心部に形成されており、良導体の配置される凹部とを備えた、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記天板は、前記凸部または凹部により肉厚の薄い部分と厚い部分とを含み、
前記肉厚の薄い部分の厚みはλ／４±λ／８に選ばれている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記凸部または凹部は、前記天板の下面にリング状に形成される突条を含む、請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記天板は円板状であって、
前記突条は、前記天板の中心と同心的に径方向に複数形成される、請求項３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記突条は前記天板側の径方向厚さが先端側の径方向厚さよりも厚く形成される、請求項３または４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記凸部または凹部は、前記天板の下面に形成される円錘状の突起を含む、請求項１から３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記円錐状の突起は、前記天板の中心下面に形成される、請求項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記円錐状の突起は複数設けられ、前記複数の円錐状の突起はリング状に配置される、請求項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記凸部または凹部は、前記複数のリング状の凹部と、前記複数のリング状凹部の間に形成される下向きの第１の突条と、最外周のリング状凹部の外側に形成される下向きの第２の突条とを含む、請求項８に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記第２の突条の肉厚は、前記第１の突条の肉厚に比べて厚く形成される、請求項９に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記天板の凹部の深さはλ／８以上の深さに形成される、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記天板の凹部の深さはλ／４以上の深さに形成される、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記凸部は、前記天板の前記被処理基板側の中心部に形成され、前記凸部の周辺における天板の肉厚はλ／４±λ／８である、請求項１から１２のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記被処理基板は円板状であって、
前記凸部または凹部は、前記被処理基板の半径をＲとしたとき、前記天板の中心から半径Ｒより外側に少なくとも１つ形成されている、請求項１から１３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記凸部または凹部は、前記天板と前記被処理基板との距離をＤとしたとき、前記天板の中心から半径Ｄより内側に少なくとも１つ形成されている、請求項１から１４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１６】
前記アンテナは、面上にスロットが分布して形成されたスロット板を含み、
前記天板には前記スロット板上のスロットの位置に対応して前記凸部または凹部が形成される、請求項１から３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１７】
被処理基板を収納してプラズマを発生するプラズマ発生室の上部の開口部に配置されて、前記プラズマ発生室の開口部を封止するプラズマ処理装置用の天板であって、
前記天板の下面側に形成されたテーパ状の凸部または凹部と、
前記天板の上面側の中心部に形成された凹部とを備える、プラズマ処理装置用の天板。
【請求項１８】
前記天板の上面側の中心部に形成された凹部には、良導体が配置されている、請求項１７に記載のプラズマ処理装置用の天板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はプラズマ処理装置、およびプラズマ処理装置用の天板に関し、特に、アンテナに供給したマイクロ波をチャンバー内の開口部を封止する誘電体からなる天板を介して放射することにより、チャンバー内にプラズマを発生するプラズマ処理装置、およびこのようなプラズマ処理装置に用いられる天板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の高密度化および微細化に伴って、半導体装置の製造工程において、成膜，エッチング，アッシングなどの処理を施すためにプラズマ処理装置が使用されている。特に、マイクロ波を用いてプラズマを発生させるマイクロ波プラズマ処理装置では，約０．１〜１０Ｐａの比較的圧力が低い（高真空）条件のもとでも安心してプラズマを発生させることができる。そのため、例えば周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波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。
【０００３】
図１１はそのような従来のプラズマ処理装置の一例を示す断面図である。図１１において、プラズマ処理装置は、基板１１を収容して基板１１に所定の処理を施すためのチャンバー１と、マイクロ波を発生するための高周波電源５と、マイクロ波をチャンバー１内に放射するためのアンテナ部３とを備えている。
【０００４】
アンテナ部３はスロット板３ｃと遅波板３ｂとアンテナカバー３ａとを有して構成されている。スロット板３ｃには、マイクロ波をチャンバー１内に向けて放射するための複数のスロット（開口部）が形成されている。高周波電源５によって発生されたマイクロ波は、導波管６によりアンテナ部３へ送られる。チャンバー１の上部にはチャンバー１の隔壁の一部を構成する天板４が配設されており、天板４とチャンバー１の隔壁との間には例えばＯリングなどのシール部材１４が設けられている。アンテナ部３はこの天板４の上方に配置されている。
【０００５】
チャンバー１内には、収納された基板１１を保持するためのサセプタ７が設けられている。さらに、チャンバー１には、チャンバー１内を排気するための真空ポンプ９が接続されている。この真空ポンプ９によってチャンバー１内が排気されて、所定の圧力範囲の下でプラズマを生成するためのガスとして例えばアルゴンガスがチャンバー１内に導入される。
【０００６】
上述のプラズマ装置では、高周波電源５により発生したマイクロ波は導波管６を伝わり、アンテナ部３に到達する。アンテナ部３に到達したマイクロ波は遅波板３ｂを伝播し、スロット板３ｃを介して天板４に輻射される。天板４において、マイクロ波は面方向に振動を生じさせて、中心部から周辺部に向けて伝播し、チャンバー１内に電磁界を発生させる。チャンバー１内に発生した電磁界によってアルゴンガスが解離し、基板１１と天板４との間にプラズマ生成領域２２が形成されて、基板１１に所定のプラズマ処理が行われる。
【０００７】
このようなプラズマ処理装置において、基板１１に均一にプラズマを照射する必要がある。ところが、天板４の中心部と周辺部とではプラズマ強度が異なるため、特開２００２−２９９２４０号公報においては、天板４を凹面形状に形成して基板１１と天板４の周辺部との距離を接近させることにより、基板１１の周辺部におけるプラズマ密度の低下を補償し、低圧処理においてもプラズマを維持し、安定なプラズマ処理を可能にすることが記載されている。
【０００８】
また、特開２００３−５９９１９号公報には、誘電体窓にプラズマ励起領域が直接処理容器壁の金属表面と接触しないようにリング状のスリーブを形成して、基板表面で均一なプラズマ密度を得ることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−２９９２４０号公報
【特許文献２】特開２００３−５９９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
プラズマ装置では、内部が減圧されるチャンバー１において強度を確保して外気が押す力に対抗するために、天板４として面方向にある程度の厚さが要求される。天板４は誘電体によって構成されており、誘電体にはマイクロ波により共振領域が形成されて強い電界が発生して定在波が形成され、この定在波によりチャンバー１内に電磁界を生じさせ、プラズマ密度が高くなる。定在波を作るには適した誘電体の厚さがある。
【００１１】
図１２は天板の厚さに依存する電界強度分布を示す図である。図１２（ａ）は天板４の面方向の厚さが２２．８ｍｍのときの電界強度分布を示しており、中心の斜線で示す部分が電界強度の強くなっている部分である。図１２（ｂ）は天板４の厚さを２７．８ｍｍにしたときの電界強度分布を示しており、図１２（ａ）に比べて電界強度分布が中心から周辺に広がってきている。図１２（ｃ）は天板４の厚さを３１．６ｍｍにしたときの電界強度分布を示しており、電界強度分布が天板４の中心部分を除いて周辺まで分布しており、最も適した厚さになっている。図１２（ｄ）は天板４の厚さを３２．８ｍｍにしたときの電界強度分布を示しており、電界強度分布が中心部のみ強くなっている。図１２（ｅ）は天板４の厚さを３７．８ｍｍにしたときの電界強度分布を示しており、中心部の電界強度が強くなっている。
【００１２】
図１１に示したプラズマ処理装置において、チャンバー１内の圧力やマイクロ波の電力などのプラズマ条件を変更させるとプラズマ表面近傍の電子密度が変化するため、プラズマが物質に侵入する侵入深さが変化する。圧力を低下させると拡散係数が増大するため、プラズマ表面付近の電子密度が低下して侵入深さが増加する。このようにプラズマ条件を変更すると誘電体の適切な厚さが変わるため、定在波を形成するための共振領域がずれてしまう。このため、常に最適な状態でプラズマを発生するためには、プラズマ条件に応じた種々の厚さを有する誘電体を用意しておく必要があるという問題があった。また、マイクロ波は低圧力でのプラズマへの吸収効率が悪く、低圧（２０ｍＴｏｒｒ）でのプラズマの安定した生成が困難になる。
【００１３】
それゆえに、この発明の目的は、プラズマ条件に応じて天板内に最適な共振領域を形成し、高い圧力から低い圧力にわたってチャンバー内に安定したプラズマの発生が可能なプラズマ処理装置、およびこのようなプラズマ処理装置に用いられる天板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明に係るプラズマ処理装置は、被処理基板を収納し、プラズマを発生するプラズマ発生室と、プラズマ発生室の上部の開口部に配置され、マイクロ波をプラズマ発生室内へ供給するアンテナと、アンテナの下部に設けられ、面方向に均一な所定の厚さを有してプラズマ発生室の開口部を封止する天板と、天板の下面側に形成されたテーパ状の凸部または凹部と、天板のアンテナ側の中心部に形成されており、良導体の配置される凹部とを備える。
【００１５】
この発明では、天板に形成した凸部または凹部のテーパ状部分により、径方向の厚さを連続的に変化させて、プラズマのどの条件においてもどこかで共振させて最適な共振領域を形成できる。したがって、１種類の天板を用意するだけで種々の厚さの天板を用意したのと同様の効果を奏することができる。これにより、プラズマへの吸収効率を飛躍的に向上させることができ、高い圧力から低い圧力にわたって安定したプラズマの発生が可能になる。さらに、天板のアンテナ側の中心部に形成され、良導体の配置される凹部により、中心部で強くなりがちなプラズマを抑制することができる。
【００１６】
好ましくは、天板は凸部または凹部により肉厚の薄い部分と厚い部分とを含み、肉厚の薄い部分の厚みはλ／４±λ／８に選ばれている。
【００１７】
好ましくは、凸部または凹部は、天板の下面にリング状に形成される突条を含む。
【００１８】
好ましくは、天板は円板状であって、突条は天板の中心と同心的に径方向に複数形成される。
【００１９】
好ましくは、突条は天板側の径方向厚さが先端側の径方向厚さよりも厚く形成される。
【００２０】
好ましくは、凸部または凹部は、天板の下面に形成される円錘状の突起を含む。
【００２１】
好ましくは、円錐状の突起は、天板の中心下面に形成される。
【００２２】
好ましくは、円錐状の突起は複数設けられ、複数の円錐状の突起はリング状に配置される。
【００２３】
好ましくは、凸部または凹部は、複数のリング状の凹部と、複数のリング状凹部の間に形成される下向きの第１の突条と、最外周のリング状凹部の外側に形成される下向きの第２の突条とを含む。
【００２４】
好ましくは、第２の突条の肉厚は、第１の突条の肉厚に比べて厚く形成される。
【００２５】
好ましくは、天板の凹部の深さはλ／８以上の深さに形成される。
【００２６】
好ましくは、天板の凹部の深さはλ／４以上の深さに形成される。
【００２７】
好ましくは、天板の被処理基板側の中心部には凸部が形成され、凸部の周辺における天板の肉厚はλ／４±λ／８である。
【００２８】
好ましくは、被処理基板は円板状であって、凸部または凹部は、被処理基板の半径をＲとしたとき、天板の中心から半径Ｒより外側に少なくとも１つ形成されている。
【００２９】
好ましくは、凸部または凹部は、天板と処理基板との距離をＤとしたとき、天板の中心から半径Ｄより内側に少なくとも１つ形成されている。
【００３０】
好ましくは、アンテナは、面上にスロットが分布して形成されたスロット板を含み、天板にはスロット板上のスロットの位置に対応して凸部または凹部が形成される。
【００３１】
この発明の他の局面においては、プラズマ処理装置用の天板に関する。プラズマ処理装置用の天板は、被処理基板を収納してプラズマを発生するプラズマ発生室の上部の開口部に配置されて、プラズマ発生室の開口部を封止する。そして、天板の下面側に形成されたテーパ状の凸部または凹部と、天板の上面側の中心部に形成された凹部とを備える。
【００３２】
好ましくは、天板の上面側の中心部に形成された凹部には、良導体が配置されている。
【発明の効果】
【００３３】
この発明では、天板に形成した凸部または凹部のテーパ状部分により、径方向の厚さを連続的に変化させて、プラズマのどの条件においてもどこかで共振させて最適な共振領域を形成できる。したがって、１種類の天板を用意するだけで種々の厚さの天板を用意したのと同様の効果を奏することができる。これにより、プラズマへの吸収効率を飛躍的に向上させることができ、高い圧力から低い圧力にわたって安定したプラズマの発生が可能になる。さらに、天板のアンテナ側の中心部に形成され、良導体の配置される凹部により、中心部で強くなりがちなプラズマを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明の一実施形態におけるプラズマ処理装置の断面図である。
【図２】図１に示した天板を下面から見た図である。
【図３】天板内をマイクロ波が伝播する状態を説明するための図である。
【図４】この発明の他の実施形態における天板に形成した凸部の変形例を示す断面図である。
【図５】この発明の他の実施形態における天板に形成した凹部を示す断面図である。
【図６】この発明のさらに他の実施形態における天板に形成した凹部の変形例を示す断面図である。
【図７】凸部または凹部を形成する天板の位置を説明するための図である。
【図８】この発明のさらに他の実施形態における天板に形成した凹部の変形例を示す断面図である。
【図９】この発明の他の実施形態として、スロット板のスロットに対応して天板に突条を形成した例を示す図である。
【図１０】この発明のさらに他の実施形態を示す天板を下から見た図である。
【図１１】従来のプラズマ処理装置の一例を示す断面図である。
【図１２】天板の厚みに依存する電界強度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１はこの発明の一実施形態におけるプラズマ処理装置の断面図であり、図２は図１に示した誘電板を下面から見た図である。
【００３６】
プラズマ処理装置は、前述の図１１と同様にして、基板１１を収容して基板１１に所定の処理を施すためのチャンバー１と、マイクロ波をチャンバー１内に放射するためのアンテナ部３とを備えている。
【００３７】
図示しない高周波電源によって発生されたマイクロ波は、導波管６によりアンテナ部３へ送られる。チャンバー１の上部には、チャンバー１の開口部を封止しかつチャンバー１の隔壁の一部を構成する天板４が配設されており、天板４とチャンバー１の隔壁との間には例えばＯリングなどのシール部材１４が設けられている。アンテナ部３はこの天板４の上方に配置されている。アンテナ部３の上部には内部に冷媒が流れる冷却プレート１０が設けられている。
【００３８】
チャンバー１内には、収納された基板１１を保持するためのサセプタ７が設けられている。サセプタ７は基板１１を加熱するためのヒータ機能を有している。さらに、チャンバー１には、チャンバー１内を排気するために、図１１に示した真空ポンプが接続されている。この真空ポンプによってチャンバー１内が排気されて、所定の圧力範囲の下でプラズマを生成するためのガスとして例えばアルゴンガスがチャンバー１内に導入される。
【００３９】
上述のプラズマ装置では、高周波電源により発生したマイクロ波が導波管６を伝わり、アンテナ部３に到達する。アンテナ部３に到達したマイクロ波は遅波板３ｂを伝播し、スロット板３ｃを介して天板４に共振領域を形成し、定在波を発生させてチャンバー１内に電磁界を発生させる。チャンバー１内に発生した電磁界によってアルゴンガスが解離し、基板１１と天板４との間にプラズマ生成領域２２が形成されて、基板１１に所定のプラズマ処理が行われる。
【００４０】
天板４は強度を確保して外気が押す力に対抗するために面方向に均一な所定の厚さを有する円板状に形成されており、その下面には凸部または凹部が形成されている。より具体的には、凸部または凹部として、天板４の周縁から径方向に所定の間隔を隔てて、周辺部に天板４の中心と同心的にリング状の突条４１が形成されている。この突条４１は外周面が天板４の下面に対して垂直であり、内周面が天板４に対して所定の角度を有するようにテーパ状に形成されて断面が矩形の凸部または凹部を形成している。天板４の周辺部に突条４１を形成するのは、天板４にはアンテナ部３からマイクロ波が供給されており、中心部のプラズマ密度が密になっているのに対して、周辺部では疎になっており、周辺部のプラズマ密度を高めるためである。
【００４１】
図３は天板内をマイクロ波が伝播する状態を説明するための図である。天板４は突条４１により肉厚の厚い部分と、それ以外の肉厚の薄い部分とが含まれているが、肉厚の薄い部分の厚みをλ／４±λ／８に選ぶことにより、マイクロ波が天板４の肉厚の薄い部分で伝播しにくくなる。
【００４２】
その理由について説明すると、天板内を通過する電磁波の形態には、モードＡとモードＢとが存在する。モードＡは電子密度が所定値以上になると存在し、モードＢは電子密度が比較的小さい場合のみ存在するので、ある程度電子密度が高いときにはモードＢによるマイクロ波伝播は抑制される。
【００４３】
ただし、これは天板厚みに大きく依存し、λ／４以上の厚みでは、厚くなるほどモードＢでの伝播を抑制できる電子密度の下限が高くなってしまう。λ／２以上になると、電子密度に依存せずにモードＢが存在することができるようになるので、モードＢでの伝播は抑制できなくなる。逆に、λ／４以下では、モードＢでの伝播を抑制できる電子密度の下限は変わらない。したがって、天板の強度を考慮するとλ／４が最適となる。ただし、±λ／８の範囲であれば、大方モードＢでの伝播を抑制できることになる。
【００４４】
アンテナ部３に供給されたマイクロ波は、アンテナ部３のスロットから下方向に放射されるが、図３に示すように天板４内で反射され、それが天板４内の反射の繰り返しで面方向に振動して共振領域を形成して定在波となる。突条４１に入ったマイクロ波はプラズマ生成領域２２に出難くなるので、突条４１部分にマイクロ波が蓄積されやすくなる。これにより、突条４１を形成したことによる周辺部のプラズマ密度を高めることができる。突条４１部分は天板４の周辺部で共振領域を構成し、マイクロ波が天板４の面方向に直交する径方向に振動する。
【００４５】
突条４１は天板４側の径方向厚さが厚いのに対して、先端側の径方向厚さが薄くなるようにテーパ状に形成されているので、径方向に振動する振幅と突条４１の厚さが一致する部分が必ず存在する。すなわち、突条４１は天板４の周辺部に共振領域を構成し、共振領域がプラズマ密度に応じて自動的に上下するので、プラズマのどの条件においてもどこかで共振するところが存在する。
【００４６】
これにより天板４に最適な共振領域を形成できるので強い電界を発生させて定在波を形成でき、プラズマ密度を高くでき、高い圧力から低い圧力にわたって安定したプラズマの発生が可能になる。
【００４７】
なお、この突条４１は、外周面側および内周面側ともにテーパ状に形成してもよい。また、天板４の厚さに応じて、突条４１を配置する位置あるいは形状を任意に選択すればよい。
【００４８】
前述の特開２００２−２９９２４０号公報には、ドーム状に形成した天板について記載されているが、ドーム形状の場合は共振場所が半径方向に大きく移動し、プラズマの強い場所が移動し、均一性が変化することになる。これに対して、この発明では突条４１により天板４の外周あるいは中心付近にプラズマを集めることによって均一性の調整を行うことができる点において異なっている。
【００４９】
図４はこの発明の他の実施形態における天板に形成した凸部の変形例を示す断面図である。図４（ａ）に示した例は、天板４のほぼ中心の下部に凸部としての円錐状の突起４２を下向きに形成したものである。この例では、突起４２が形成された中心部周辺で共振領域を形成できるので、中心部周辺のプラズマ密度を高くでき、天板４の中心部周辺で電界強度が小さい場合に有効である。
【００５０】
図４（ｂ）に示した例は天板４の周辺にリング状の突条４３を形成し、外周面および内周面をともにテーパ状に形成したものである。外周面と内周面とをともにテーパ状に形成することで、突条４３の天板側の径方向厚さと先端側の径方向厚さとの差を大きくできるので、突条４３の周辺に形成される共振領域を広げることができ、その周辺のプラズマ密度を高くできる。
【００５１】
図４（ｃ）は図２に示した周辺部の突条４１の他に、中心部に径方向の厚さを突条４１よりも厚くした円錐状の突起４４を形成したものである。この例では、突条４１によって周辺部に共振領域を形成するとともに、突起４４によって中心部に共振領域を形成することで、突条４１の径方向厚さよりも大きな振幅のマイクロ波が入力されても、中央の突起４４で共振領域を構成できるので中心部でプラズマ密度を高くできる。
【００５２】
図５はこの発明のさらに他の実施形態における凹部を形成した天板を示す断面図である。図５（ａ）に示した例は、天板４のほぼ中央部に下向きに開口された円形の凹部４０１を設けたものである。凹部４０１は下部の開口径が大きくなるように内周面がテーパ状に形成されている。この凹部４０１により、その外側には凸部４０２が形成される。この例では、凸部４０２の肉厚の厚い部分で共振領域を形成できるので、この部分でのプラズマ密度を高くでき、天板４の周辺部分での電界密度が小さい場合に有効である。
【００５３】
図５（ｂ）は天板４と同心的にリング状の凹部４０３を設けたものである。凹部４０３の外周面および内周面は下部の開口径が大きくなるようにテーパ状に形成されている。この凹部４０３により、その内側には下向きの凸部４０４が形成され、その外側には突条４０５が形成される。この例では、凸部４０４と突条４０５の肉厚の厚い部分で共振領域を形成できるので、これらの部分でのプラズマ密度を高くできる。
【００５４】
図５（ｃ）は天板４のほぼ中央部に下向きに開口された円形の凹部４０６と、凹部４０６の外側にリング状の凹部４０７とを形成したものである。凹部４０６は下部の開口径が大きくなるように外周面がテーパ状に形成されており、凹部４０７は図５（ｂ）の凹部４０３と同様にして、外周面および内周面は下部の開口径が大きくなるようにテーパ状に形成されている。この例では、凹部４０６の外側に突条４０８が形成され、凹部４０７の外側に突条４０９が形成され、突条４０８と４０９の肉厚の厚い部分で共振領域を形成できるので、これらの部分でのプラズマ密度を高くできる。
【００５５】
図６はこの発明のさらに他の実施形態における天板に形成した凹部の変形例を示す断面図である。この実施形態は、図５（ｃ）に示した例における凹部４０６とリング状の凹部４０７に代えて、凹部４１０とリング状の凹部４１１とを形成したものである。凹部４１０と４１１は下向きに開口されているが、凹部４１０の外周面はテーパ状ではなく円弧状に形成されており、凹部４１１の外周面および内周面も円弧状に形成されている。したがって、この発明におけるテーパ状には円弧状も含まれるものとする。
【００５６】
このように天板４の厚みが円弧状に変化するように形成することで図５（ｃ）と同様にして、凹部４１０およびリング状の凹部４１１の間に突条４１２が形成され、凹部４１１の外側に突条４１３が形成され、これらの肉厚の厚い部分で共振領域を形成できるので、これらの部分でのプラズマ密度を高くできる。
【００５７】
なお、図１〜図６に示した実施形態において、天板４に形成するテーパ状部は、図７に示すように基板１１の半径Ｒよりも外側に少なくとも１つ形成するのが望ましい。これにより、基板１１の端部付近でのプラズマ密度が過度に低くならないようにすることができる。
【００５８】
さらに、より好ましくは、天板４に形成するテーパ状部は、図７に示した天板４と基板１１との間の距離をＤとすると、天板４の中心から半径Ｄよりも内側に少なくとも１つ形成されているのが望ましい。これにより、天板４の中心付近のプラズマが過度に低くならないようにすることができる。
【００５９】
図８はこの発明のさらに他の実施形態における天板に形成した凹部の変形例を示す断面図である。図８（ａ）に示した例は、天板４の中心部に下向きに突出する凸部４２１を形成し、この凸部４２１の外側付近の天板４の厚みはλ／４±λ／８に選ばれている。さらに、凸部４２１の外側には、下向きに開口されたリング状の凹部４２２を形成するとともに、凹部４２２の外側に、下向きに突出する肉厚の厚い凸部４２３を形成し、凸部４２３の外周部を除いて下面に同心的に複数のリング状の溝４２４を形成する。凸部４２１の外周面と、凸部４２３の内周面はテーパ状に形成されている。
【００６０】
この例では、凹部４２２の外側に肉厚の厚い凸部４２３を形成したことにより強度を高めることができる。また、この凸部４２３部分でのプラズマ密度が高くなり電界密度も高くなってプラズマが放射しやすくなるが、複数のリング状の溝４２４によりその表面からプラズマが放射されるのを抑制でき、溝４２４が形成されていない最外周部からプラズマを放射しやすくなる。
【００６１】
さらに、天板４のアンテナ３側である大気側には凹部４２５が形成されている。この凹部４２５は、その深さがλ／８以上に形成されており、より好ましくはλ／４以上に形成されるのが好ましい。凹部４２５には大気，良導体もしくは天板４とは誘電率の異なる物質（図示せず）が配置される。これはマイクロ波が天板４の中心部の凹部４２５付近で強く反射されるので、この部分でプラズマが強くなりがちであるという問題点を改善するためである。凹部４２５の周辺部の肉厚がλ／４近傍であれば、さらにその効果が助長される。
【００６２】
なお、凹部４２５は天板４のアンテナ３側の中心部に限らず周辺に形成してもよい。
【００６３】
図８（ｂ）に示した例は、天板４の中心部の下部に突出する凸部４２１を形成し、凸部４２１の外側に下部が開口されたリング状の凹部４２２を形成し、凹部４２２の外側に突条４２６を下向きに形成し、さらに突条４２６の外側に下部が開口されたリング状の凹部４２７を形成し、凹部４２７の外側に下向きに突出するリング状の突条４２８を形成したものである。最外周に形成された突条４２８は凸部４２１および突条４２６に比べて肉厚が厚く形成されている。また、凹部４２２および４２７の外周面および内周面はテーパ状に形成されている。
【００６４】
この例では、突条４２６を形成したことにより、天板４の機械的強度を保つことができる。また、突条４２６と４２８とで共振領域が形成されるが、突条４２６に比べて最外周の突条４２８部分の肉厚が厚く形成されていることにより、この部分でのプラズマ密度を突条４２６のプラズマ密度に比べて高くできる。
【００６５】
図８（ｃ）に示した例では、天板４の中央部に下向きに円板状の凸部４２９を形成し、その下面に同心的に複数の溝４３０を形成し、凸部４２９の外側に下向きに開口されたリング状の凹部４３１を形成し、凹部４３１の外側に下向きに突出する突条４３２を形成したものである。突条４３２は凸部４２９に比べて肉厚が厚く形成されている。この例では、天板４の中央部の凸部４２９により肉厚を厚くして機械的強度を高めることができる。凸部４２９は肉厚が厚いためプラズマが伝播しやすくなり、密度が高くなるが溝４３０が形成されていることによりプラズマが放射され難くなる。そして、凹部４３１の肉厚の薄い部分ではプラズマが伝播しにくくなり、最外周部の突条４３２でのプラズマ密度を高くできる。なお、この例においても、図８（ａ）と同様にして、天板４のアンテナ３側である大気側には凹部４２５が形成されている。
【００６６】
図９はこの発明の他の実施形態として、スロット板のスロットの位置に対応して突条を形成したものである。すなわち、図９（ａ）に示すように円板状のスロット板３ｃには同心円上に三重にリング状に配列されたスロット３１，３２，３３が形成されている。導波管６に入力されるマイクロ波は、スロット板３ｃのスロット３１，３２，３３を介してチャンバー１内に放射されて電磁界が発生される。したがって、天板４のうちスロット３１，３２，３３の位置に対応する部分の電界強度が最も大きくなっている。
【００６７】
そこで、図９（ｂ）に示すように各スロット３１，３２，３３の各位置に対応してリング状の複数の突条４５，４６，４７が形成される。これらの突条４５，４６，４７は、図１に示した突条４１と同様にして外周面が天板４の下面に対して垂直であり、内周面が天板４に対して所定の角度を有するようにテーパ状に形成されているが、外周面側もテーパ状に形成してもよい。天板４のうち各スロット３１，３２，３３の各位置に対応する部分の電界強度が強くなっており、この部分に共振領域を形成することでプラズマを均一にさせることができる。
【００６８】
図１０はこの発明のさらに他の実施形態を示す天板を下から見た図である。前述の図９（ｂ）に示した実施形態は、スロット板３ｃの各スロット３１，３２，３３の位置に対応してリング状の突条４５，４６，４７を形成したのに対して、この実施形態では、各スロット３１，３２，３３の各位置に対応してそれぞれが独立しかつ径の小さな円錘状の突起４８を多数配置したものである。この実施形態においても、各スロット３１，３２，３３で生じた強い電界強度を多数の突起４８によって共振を分散させることができる。
【００６９】
本件発明において、天板４の厚さが２１ｍｍで、天板４の直径が２８０ｍｍで、突条４１の直径が２２０ｍｍで突出高さを２２ｍｍに形成したとき、プラズマ条件としての、例えばプラズマの圧力が１〜１００Ｔｏｒｒに変化し、マイクロ波の出力が１００〜３０００Ｗ変化したときでも安定したプラズマを発生できる。
【００７０】
図面を参照してこの発明の一実施形態を説明したが、本発明は、図示した実施形態に限定されるものではない。本発明と同一の範囲内において、または均等の範囲内において、図示した実施形態に対して種々の変形を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
マイクロ波によって駆動されて電磁界を発生するアンテナ部３の下部にチャンバー１の開口部を封止する天板４を設け、天板４の下面側にリング状の突条４１を設けて径方向の厚さをテーパ状に連続的に変化させ、プラズマのどの条件においてもどこかで共振させることにより、高い圧力から低い圧力にわたって安定したプラズマの発生が可能なプラズマ処理装置に利用できる。
【符号の説明】
【００７２】
１  チャンバー、３  アンテナ部、３ｂ  遅波板、３ｃ  スロット板、４  天板、６  導波管、７  サセプタ、１０  冷却プレート、１１  基板、２２  プラズマ生成領域、３１〜３３  スロット、４１，４３，４５〜４７，４０５，４０８，４０９，４１２，４１３，４２６，４２８，４３２  突条、４２，４４，４８  突起、４０１，４０３，４０６，４０７，４１０，４１１，４２２，４２５，４２７，４３１  凹部、４０２，４０４，４０８，４１３，４２１，４２３，４２９  凸部、４２４，４３０  溝。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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