(57)【要約】【課題】誘電体板の下面の形状を適正化する。【解決手段】マイクロ波プラズマ処理装置１００は、内部にてプラズマが励起される処理容器１０と、処理容器１０の内部にプラズマを励起するためのマイクロ波を供給するマイクロ波源４０と、処理容器１０の内側に面し、マイクロ波源４０から供給されたマイクロ波を処理容器１０の内部に伝送させる誘電体板３１と、を備える。誘電体板３１には、誘電体板３１の基板Ｇに対向した平坦面に窪みｄが形成され、誘電体板３１の平坦面から窪みｄへの立ち上がり角は１０°〜５０°である。【選択図】図４
2010034321.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にてプラズマが励起される処理容器と、
前記処理容器内にプラズマを励起するためのマイクロ波を供給するマイクロ波源と、
前記処理容器の内側に面し、前記マイクロ波源から供給されたマイクロ波を前記処理容器内に伝送させる誘電体板と、を備え、
前記誘電体板には、前記誘電体板の被処理体に対向した平坦面に窪みが形成され、
前記誘電体板の平坦面から前記窪みへの立ち上がり角は１０°〜５０°であるマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記窪みの内面は、なだらかな曲面のみを有している請求項１に記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項３】
前記窪みの形状は、球面の一部である請求項１又は請求項２のいずれかに記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項４】
前記窪みは、前記誘電体板の平坦面に等間隔に複数形成されている請求項１〜３のいずれかに記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項５】
前記窪みは、前記誘電体板の平坦面に中心から端部に向けて前記窪みの大きさが小さくなるように複数形成されている請求項１〜３のいずれかに記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項６】
前記誘電体板の平坦面から前記窪みへの立ち上がり角は２５°〜３７°である請求項１〜５のいずれかに記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波を用いてプラズマを生成し、被処理体上にプラズマ処理を施すマイクロ波プラズマ処理装置に関する。特に、処理容器内にマイクロ波を投入するために、マイクロ波を透過させる誘電体板の表面形状に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマを用いて被処理体に成膜処理やエッチング処理を施すプラズマ処理装置の一つとしてマイクロ波プラズマ処理装置が提案されている。この装置で使用されるマイクロ波は、マイクロ波源から出力され、矩形導波管または同軸導波管を伝送され、プラズマ処理装置の天井面に設けられた誘電体板を透過して処理容器内に投入される。投入されたマイクロ波の電界エネルギーは、ガスを励起するために消費され、これにより低温度かつ高密度なプラズマが生成される。低温かつ高密度なプラズマを用いれば、被処理体上を精度良く微細加工することができ、プロセスウィンドウを広げることができる。
【０００３】
近年のマイクロ波プラズマ処理装置の開発では、基板の大型化への対応が大きな課題の一つとなっている。すなわち、基板の大型化に伴いマイクロ波プラズマ処理装置が大型化しても、基板上に均一なプラズマを安定して生成し、これにより、基板全体に良質なプラズマ処理を実行することが可能なプラズマ処理装置が要求されている。しかしながら、装置の大型化に伴って装置の天井面に配置する誘電体板を大面積化すると、誘電体板の下面全体に均一に表面波の定在波をたてることが難しく、誘電体板下面のマイクロ波の電界エネルギーに強弱が生じ、エネルギーが強い部分に生成されるプラズマの密度が弱い部分に生成されるプラズマの密度より高くなって、均一なプラズマを生成することが難しくなる。
【０００４】
これに対して、処理容器の天井面に大面積の一枚の誘電体を設置する代わりに、複数枚の誘電体板の各誘電体を金属の梁により仕切り、均等な間隔で天井面に設置したマイクロ波プラズマ処理装置が提案されている（たとえば、特許文献１を参照。）。これによれば、誘電体板の下面にて生成される表面波は、金属の梁を越えて隣接する誘電体板まで伝播することができない。このようにして誘電体板の下面を伝播する表面波の定在波の発生を抑制することにより、各誘電体板下面に供給されるマイクロ波の電界エネルギーを均等な強さにし、大面積の基板の上方全体に均一なプラズマを安定的に生成することができる。
【０００５】
たとえば、上記マイクロ波プラズマ処理装置では、各誘電体板の下面に複数の凹部が形成される。誘電体板下面から処理容器内に放出されるマイクロ波の電界エネルギーの強度は、給電点からの距離に左右されるとともに凹みの側面で強くなる傾向がある。このため、各凹部の深さを異ならせることにより、誘電体板３１の下面から放出されるマイクロ波の電界エネルギーの強度を調整することができる。
【特許文献１】特開２００７−１０３５１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記マイクロ波プラズマ処理装置では、誘電体板の凹みの角部に局所的に明るいプラズマが生成される場合がある。これは、凹部の角にて電界が集中し、プラズマ密度が高くなっていることを示す。誘電体板は、たとえば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）から形成されているので、凹みの角部に電界が集中すると、プラズマ中に含まれるイオンのアタック力で角部が物理的にエッチングされる。また、特に水素ガスやシランガスを使うプロセスでは、アルミナとプラズマ中の水素ラジカルが反応し、水素の還元作用によりアルミナが化学的にエッチングされる。その結果、誘電体のアルミニウム等の元素がチャンバ内に拡散し（金属汚染）、コンタミネーションの原因となる。
【０００７】
上記課題を解消するために、本発明は、誘電体板の被処理体側の表面形状を適正化したマイクロ波プラズマ処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、内部にてプラズマが励起される処理容器と、前記処理容器内にプラズマを励起するためのマイクロ波を供給するマイクロ波源と、前記処理容器の内側に面し、前記マイクロ波源から供給されたマイクロ波を前記処理容器内に伝送させる誘電体板と、を備え、前記誘電体板には、前記誘電体板の被処理体に対向した平坦面に窪みが形成され、前記平坦面から前記窪みへの立ち上がり角は１０°〜５０°であるマイクロ波プラズマ処理装置が提供される。
【０００９】
これによれば、誘電体板の被処理体に対向する平坦面に窪みが形成され、平坦面から窪みへの立ち上がり角は１０°〜５０°である。これにより、誘電体板の窪みの立ち上がり部分は緩やかに内部にへこむ。これにより、窪みの立ち上がり部分に電界が集中することを回避することができる。この結果、誘電体板直下のプラズマの密度が均一になり、誘電体板のイオンによる物理エッチング及び水素ガスやシランガスを使うプロセスでは水素の還元作用による化学エッチングを低減して、誘電体板からの元素が拡散することによる金属汚染及びコンタミネーションの発生を抑制することができる。
【００１０】
前記窪みは、なだらかな曲面のみを有していてもよい。前記窪みの形状は、球面の一部であってもよい。また、前記窪みは、前記誘電体板の平坦面に等間隔に複数形成されていてもよい。前記窪みは、前記誘電体板の平坦面に中心から端部に向けて前記窪みの大きさが小さくなるように複数形成されていてもよい。
【００１１】
前記誘電体板の平坦面から前記窪みへの立ち上がり角は２５°〜３７°であってもよい。これによれば、誘電体板の窪みの立ち上がり部分はさらに緩やかに凹む。これにより、立ち上がり部分に電界が集中することをより効果的に回避することができる。この結果、物理エッチング及び化学エッチングを低減して、金属汚染及びコンタミネーションの発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上に説明したように、本発明によれば、誘電体板の被処理体側の表面形状を適正化することにより、金属汚染及びコンタミネーションの発生を抑制することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明及び添付図面において、同一の構成及び機能を有する構成要素については、同一符号を付することにより、重複説明を省略する。本明細書中１ｍＴｏｒｒは（１０−３×１０１３２５／７６０）Ｐａ、１ｓｃｃｍは（１０−６／６０）ｍ３／ｓｅｃとする。
【００１４】
（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置の構成について、図１および図２を参照しながら説明する。図１は本装置の縦断面図を模式的に示し、図２は同装置の天井面を示す。以下の説明では、本実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置を用いてＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学蒸着薄膜成膜法）処理により、マイクロクリスタルシリコン（μｃ−Ｓｉ）膜を形成する工程を例に挙げて説明する。
【００１５】
（マイクロ波プラズマ処理装置の構成）
マイクロ波プラズマ処理装置１００は、処理容器１０と蓋体２０とを備えている。処理容器１０は、その上部が開口された有底立方体形状を有している。処理容器１０と蓋体２０とは、蓋体２０（蓋本体２１）の下面外周部と処理容器１０の上面外周部との間に配設されたＯリング３２により密閉されていて、これにより、プラズマ処理を行う処理室Ｕが形成される。処理容器１０および蓋体２０は、たとえば、アルミニウム等の金属からなり、電気的に接地されている。
【００１６】
処理容器１０には、その内部にてガラス基板（以下「基板」という）Ｇを載置するためのサセプタ１１（載置台）が設けられている。サセプタ１１は、たとえば窒化アルミニウムからなり、その内部には、給電部１１ａおよびヒータ１１ｂが設けられている。
【００１７】
給電部１１ａには、整合器１２ａ（たとえば、コンデンサ）を介して高周波電源１２ｂが接続されている。また、給電部１１ａには、コイル１３ａを介して高圧直流電源１３ｂが接続されている。整合器１２ａ、高周波電源１２ｂ、コイル１３ａおよび高圧直流電源１３ｂは、処理容器１０の外部に設けられている。また、高周波電源１２ｂおよび高圧直流電源１３ｂは、接地されている。
【００１８】
給電部１１ａは、高周波電源１２ｂから出力された高周波電力により処理容器１０の内部に所定のバイアス電圧を印加するようになっている。また、給電部１１ａは、高圧直流電源１３ｂから出力された直流電圧により基板Ｇを静電吸着するようになっている。
【００１９】
ヒータ１１ｂには、処理容器１０の外部に設けられた交流電源１４が接続されていて、交流電源１４から出力された交流電圧により基板Ｇを所定の温度に保持するようになっている。
【００２０】
処理容器１０の底面は筒状に開口され、その底面周縁にはベローズ１５の一端が装着されている。また、ベローズ１５の他端は昇降プレート１６に固着されている。このようにして、処理容器１０底面の開口部分は、ベローズ１５および昇降プレート１６により密閉されている。
【００２１】
サセプタ１１は、昇降プレート１６上に配置された筒体１７に支持されていて、昇降プレート１６および筒体１７と一体となって昇降する。これにより、サセプタ１１は、処理プロセスに応じた高さに調整されるようになっている。また、サセプタ１１の周囲には、処理室Ｕのガスの流れを好ましい状態に制御するためのバッフル板１８が設けられている。
【００２２】
処理容器１０の底部には、処理容器１０の外部に設けられた真空ポンプ（図示せず）が備えられている。真空ポンプは、ガス排出管１９を介して処理容器１０内からガスを排出することにより、処理室Ｕを所望の真空度まで減圧するようになっている。
【００２３】
蓋体２０には、蓋本体２１、６本の導波管３３、スロットアンテナ３０、および、複数枚の誘電体板３１が設けられている。６本の導波管３３は、その断面形状が矩形状であり、蓋本体２１の内部にて平行に並んで設けられている。その内部は、フッ素樹脂（たとえばテフロン（登録商標））、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、石英などの誘電部材３４で充填されていて、その誘電部材３４により、λｇ１＝λｃ／（ε１）１／２の式に従って各導波管３３の管内波長λｇ１が制御される。ここで、λｃは自由空間の波長、ε１は誘電部材３４の誘電率である。
【００２４】
各導波管３３は、上部にて開口し、その開口には、可動部３５が昇降自在に挿入されている。可動部３５は、アルミニウムなどの非磁性体である導電性材料から形成されている。
【００２５】
蓋本体２１の外部であって、各可動部３５の上面には、昇降機構３６がそれぞれ設けられていて、可動部３５を昇降移動させるようになっている。かかる構成により、誘電部材３４の上面を限度として、可動部３５を昇降移動させるにより、導波管３３は、その高さを任意に変えることができる。
【００２６】
スロットアンテナ３０は、蓋本体２１の下方にて蓋本体２１と一体的に形成されている。スロットアンテナ３０は、アルミニウムなどの非磁性体である金属から形成されている。スロットアンテナ３０には、各導波管３３の下面にて、図２に示した１３個のスロット３７（開口）が、それぞれ直列に配置されている。各スロット３７の内部には、フッ素樹脂、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、石英などの誘電部材が充填されていて、その誘電部材により、λｇ２＝λｃ／（ε２）１／２の式に従って各スロット３７の管内波長λｇ２が制御される。ここで、λｃは自由空間の波長、ε２はスロット３７内部の誘電部材の誘電率である。
【００２７】
（誘電体板）
誘電体板３１は、図２に示したように、処理容器１０の内側に面して均等に３９枚設置されている。各誘電体板３１はタイル状に形成され、１３枚の誘電体板３１が、２本の導波管３３を跨ぐように同じピッチで３列に設けられている。６本の導波管３３は、２本ずつ組となってＹ分岐管４１を介して３つのマイクロ波源４０にそれぞれ接続されている。各誘電体板３１は、２つのスロット３７と隣接する。これにより、６本の導波管３３、複数のスロット３７および複数の誘電体板３１から構成されるマイクロ波の伝送経路が構築される。
【００２８】
以上の構成により、スロットアンテナ３０の下面には、全部で３９枚（＝１３枚×３列）の誘電体板３１が取り付けられる。なお、各導波管３３の下面に形成されるスロット３７の個数は任意であり、たとえば、各導波管３３の下面にそれぞれ１２個ずつのスロット３７を設け、スロットアンテナ３０の下面に全部で３６枚（＝１２枚×３列）の誘電体板３１を配設させてもよい。各誘電体板３１には、図３に示したように基板Ｇと対向する面にて窪みが形成されている。なお、誘電体板３１の下面の窪み形状の適正化については後述する。
【００２９】
スロットアンテナ３０の下面には、図１および図２に示したように、３９枚の誘電体板３１を支持するために格子状に形成された梁２６が設けられている。梁２６は、アルミニウムなどの非磁性体にて形成されている。
【００３０】
図３に示したように、ガスノズル２７、２８は、梁２６から垂れ下がる状態で梁２６に固定されている。ガスノズル２７は、キノコ型のねじであって金属により形成されている。ガスノズル２７の内部には、中空のガス通路が設けられている。アルゴンガスは、ガスノズル２７のガス孔Ａから誘電体板３１の直下に横向きに吹き出される。
【００３１】
ガスノズル２８は、外形が棒状（筒状）のねじであって金属により形成されている。ガスノズル２８の内部には、中空のガス通路が設けられている。シランガスおよび水素ガスは、ガスノズル２８のガス孔Ｂから下向きに吹き出される。
【００３２】
再び図１に戻って説明を続ける。処理ガス供給源４３は、複数のバルブＶ、複数のマスフローコントローラＭＦＣ、アルゴンガス供給源４３ａ、シランガス供給源４３ｂおよび水素ガス供給源４３ｃから構成されている。
【００３３】
処理ガス供給源４３は、各バルブＶの開閉および各マスフローコントローラＭＦＣの開度をそれぞれ制御することにより、所望の濃度のアルゴンガス、シランガスおよび水素ガスを処理容器１０内にそれぞれ供給する。
【００３４】
ガス通路２９ａは、梁２６の内部を貫通し、ガスノズル２７のガス通路と連結している。これにより、アルゴンガス供給源４３ａからガス孔Ａまで一本の管で連通した状態となる。ガス通路２９ｂもまた、梁２６の内部を貫通し、ガスノズル２８のガス通路と連結される。これにより、シランガス供給源４３ｂおよび水素ガス供給源４３ｃからガス孔Ｂまで一本の管で連通した状態となる。
【００３５】
冷却水配管４４には、マイクロ波プラズマ処理装置１００の外部に配置された冷却水供給源４５が接続されていて、冷却水供給源４５から供給された冷却水が冷却水配管４４内を循環して冷却水供給源４５に戻ることにより、蓋本体２１は、所望の温度に保たれるようになっている。
【００３６】
以上に説明した構成により、マイクロ波源４０から出力された、たとえば、２．４５ＧＨｚ×３のマイクロ波により、まず、誘電体板３１の直下に吹き出されたアルゴンガスが励起され、つぎにシランガスおよび水素ガスが励起され、これにより生成されたプラズマによってアモルファスシリコン膜が成膜される。
【００３７】
（誘電体板の下面形状の最適化）
つぎに、誘電体板３１の下面に設けられた凹みの最適化について図４を参照しながら詳細に説明する。図４（ａ）には、誘電体板３１の下面３１ｘｙ、下面３１ｘｙを１−１面にて切断した誘電体板３１の横断面３１ｘ、下面３１ｘｙを２−２面にて切断した縦断面３１ｙが示されている。
【００３８】
誘電体板３１は、厚みが２５．５ｍｍであり、その下面３１ｘｙは、基板Ｇに対向し、平坦な面に６つの窪みｄ１〜ｄ３が形成されている。すべての窪みｄ１〜ｄ３の形状は球面の一部の形状になっている。下面３１ｘｙの平坦面から窪みｄ１〜ｄ３への立ち上がり角θは３４°〜３７°である。
【００３９】
ここで、立ち上がり角θについて、図４（ｂ）を参照しながら説明する。窪みｄ１の表面は、半径Ｒ２０ｍｍの球Ｓｌの球面の一部であるから、立ち上がり角θは、球Ｓｌの中心点Ｏと窪みｄ１の立ち上がり点Ｃ１とを通る直線ｌｖに対して垂直な、点Ｃ１を通る直線ｌｈと、点Ｃ１から点Ｃ１に対向する立ち上がり点Ｃ２までの線分ｌｕと、のなす角をいう。
【００４０】
窪みｄ２、ｄ３の表面は、想像線で示した半径Ｒ２０ｍｍの球Ｓｍ、Ｓｓの球面の一部である。球Ｓｍ、Ｓｓは、球Ｓｌと比べて誘電体板３１の下面３１ｘｙから少しずつ離れている。窪みｄ１〜ｄ３は、図４（ａ）に示したように、誘電体板３１の中心から両端部に向けて窪みの大きさが、ｄ１，ｄ２，ｄ３の順に小さくなるように２つずつ形成されている。中央の２つの窪みｄ１は最深で５ｍｍであり、両側に隣接する窪みｄ２は最深で４ｍｍであり、両端の窪みｄ３は最深で３ｍｍである。このように形成されることにより、窪みｄ１〜ｄ３の立ち上がり角θは、３４°〜３７°になる。
【００４１】
以上のように窪みｄ１，ｄ２，ｄ３を形成することにより、誘電体板３１の窪みｄ１〜ｄ３の立ち上がり部分は緩やか内部に向かって窪む。これにより、窪みｄ１〜ｄ３の立ち上がり部分に電界が集中することを回避することができる。この結果、誘電体板３１の下面に生成されるプラズマの密度は均一になり、誘電体板３１のイオンによる物理エッチング及び特に水素ガスやシランガスを使うプロセスでは水素の還元作用による化学エッチングを低減して、誘電体板３１から元素が拡散することにより生じる金属汚染及びコンタミネーションの発生を抑制することができる。
【００４２】
（第２実施形態）
第２実施形態では、窪みｄの他の形状について、図５を参照しながら説明する。図５には、誘電体板３１の下面３１ｘｙ、下面３１ｘｙを３−３面にて切断した横断面３１ｘ、下面３１ｘｙを４−４面にて切断した縦断面３１ｙが示されている。第２実施形態にかかる誘電体板３１は、厚みが２４．５ｍｍであり、誘電体板３１の下面３１ｘｙに、１６個の窪みｄが形成されている。
【００４３】
窪みｄの形状は、半径Ｒが１６ｍｍの球面の一部であり、すべて同一である。窪みｄは、最深で１．８ｍｍである。１６個の窪みｄは、誘電体板３１の下面に等間隔に位置づけられている。誘電体板３１の下面３１ｘｙから窪みｄへの立ち上がり角θは２５°になっている。
【００４４】
このように誘電体板３１に浅い複数の窪みｄを形成することにより、誘電体板３１の窪みｄの立ち上がり部分は非常に緩やかに窪む。この結果、窪みｄの立ち上がり部分に電界が集中することを回避し、プラズマの均一性を図ることにより、誘電体板３１の物理エッチング及び化学エッチングを低減して金属汚染及びコンタミネーションの発生を抑制することができる。
【００４５】
以上２つの窪み形状の誘電体板３１を用いて、次のようなプロセス条件にてマイクロクリスタルシリコン（μｃ−Ｓｉ：微結晶）膜を形成した場合に生じる処理容器１０内のアルミニウムコンタミネーション濃度（以下、コンタミ濃度と称する。）を測定した。
【００４６】
＜プロセス条件＞
サンプル構造としては、５０ｎｍの厚さのＳｉＯ２層上に５００ｎｍの厚さのμｃ−Ｓｉ層を成膜する。他の条件は次の通りである。
誘電体板    ：アルミナにより形成
μ波パワー  ：０．５０ｋＷ（０．５０ｋＷのとき誘電体面積が７５ｃｍ２であるから約６．６Ｗ／ｃｍ２）
圧力        ：３０ｍＴｏｒｒ
Ｇａｐ（誘電体板−サセプタ間）：１８２ｍｍ
ガス流量    ：アルゴンガス  １２６ｓｃｃｍ（上部ガス孔）
シランガス    １２ｓｃｃｍ（下部ガス孔）
水素ガス      １２ｓｃｃｍ（下部ガス孔）
【００４７】
処理容器１０内のコンタミ濃度を測定するにあたり、第１、第２実施形態の窪みの比較例として、次の２つの形状の誘電体板３１を用いた場合のコンタミ濃度も測定した。
【００４８】
比較例１の誘電体板３１の下面形状を図６に示す。図６には、誘電体板３１の下面３１ｘｙ、下面３１ｘｙを５−５面にて切断した横断面３１ｘ、下面３１ｘｙを６−６面にて切断した縦断面３１ｙが示されている。比較例１では、誘電体板３１の下面３１ｘｙに６個の凹みｄｃが形成されている。凹みｄｃの内部は丸みのある矩形状で、立ち上がり角θは９０°になっている。比較例２は、図示していないが、矩形状の誘電体板３１で、その下面はフラットである。
【００４９】
この４例についてプラズマを生成した場合のコンタミ濃度を図７に示す。これによれば、誘電体板３１に第１、第２実施形態にて説明した窪みを形成した場合、コンタミ濃度は、１．９６×１０１７（ａｔｍｓ／ｃｃ）、１．８５×１０１７（ａｔｍｓ／ｃｃ）であり、比較例１の凹みのコンタミ濃度２．８７×１０１８（ａｔｍｓ／ｃｃ），及び比較例２のフラットのコンタミ濃度４．０２×１０１７（ａｔｍｓ／ｃｃ）に比べて低かった。
【００５０】
この結果に基づき、図８のグラフにコンタミ濃度の推移を示す。コンタミ濃度は、比較例１の凹みの場合に最も高く、このため、図６に示したように、凹みの立ち上がりの角部において局所的に高輝度プラズマ（明るいプラズマ、プラズマ密度高）が発生している。この結果から、凹みに丸みをつけても、立ち上がり角が垂直に近いと、その立ち上がり部分の特に角部に電界が集中し、その部分で誘電体板３１の物理エッチング及び化学エッチングが促進され、コンタミネーションが発生することがわかる。
【００５１】
また、比較例２のフラットの誘電体板３１でも、第１、第２実施形態の窪みに比べてコンタミ濃度は高かった。これは、フラットの場合、誘電体板３１の下面まで供給されるマイクロ波の電界エネルギーの量が少なくてプラズマが安定しないため、プラズマが不均一になり、プラズマ密度が高い部分にてコンタミネーションが発生したと考えられる。
【００５２】
以上から、適度な電界エネルギーを供給するために誘電体板３１の下面には窪みが形成される方がよいが、窪みの立ち上がり角が大きすぎると局所的に電界が集中してコンタミネーションの発生原因となるため、窪みの立ち上がり角θの上限値は、電界が集中しない程度の角度、具体的には、コンタミネーションが許容可能な濃度である４．０×１０１７（ａｔｍｓ／ｃｃ）以下の５０°程度が適当であると思われる。
【００５３】
また、窪みが浅すぎると誘電体板３１の下面にて適度なエネルギー供給量を得ることができないため、窪みの立ち上がり角θの下限値は、プラズマが安定する程度のエネルギー供給量を得ることができる角度、具体的には、コンタミネーションが許容可能な濃度である４．０×１０１７（ａｔｍｓ／ｃｃ）以下の１０°程度が適当であると思われる。以上から、誘電体板３１の下面に立ち上がり角が１０°〜５０°の窪みを設けると、誘電体板３１へのイオンのアタック及び腐食による金属汚染及びコンタミの発生を抑制して良質な膜を形成することができる。
【００５４】
なお、ＳｉＯ２膜やＳｉＮ膜の絶縁膜の形成では、金属が混入すると膜質に影響が大きく、マイクロクリスタルシリコン（微結晶）膜では、金属の混入だけでなく酸化（Ｏ２）の影響も大きいので、上記窪みの形状は重要である。
【００５５】
（圧力依存性）
最後に、上記窪み形状の圧力依存性について、図９を参照しながら説明する。次のプロセス条件で圧力を５０、１００、２００、２５０ｍＴｏｒｒと変化させたときの第２実施形態の窪み（１６穴）と比較例２（フラット）とを比べた。
【００５６】
＜プロセス条件＞
誘電体板    ：アルミナにより形成
μ波パワー  ：０．５０ｋＷまたは０．８３ｋＷ（０．８３ｋＷのとき誘電体面積が７５ｃｍ２であるから約１１Ｗ／ｃｍ２）
Ｇａｐ（誘電体板−サセプタ間）  ：１８２ｍｍ
ガス流量    ：アルゴンガス  ３１５ｓｃｃｍ（上部ガス孔）
シランガス    ３０ｓｃｃｍ（下部ガス孔）
水素ガス      ３０ｓｃｃｍ（下部ガス孔）
【００５７】
図９の結果を見ると、第２実施形態の窪み（１６穴）と比較例２（フラット）のいずれの場合も、圧力の変化によらず、誘電体板３１の下面全体にてほぼ安定してプラズマが生成された。これにより、圧力が５０〜２５０ｍＴｏｒｒの範囲では、窪みの形状は圧力に依存しないことが分かる。ただし、２５０ｍＴｏｒｒより高圧力になると、ミーンフリーパスの関係から、電子やイオンの衝突が頻繁に起こり、誘電体板３１の下面にて部分的に電界が集中するおそれがある。
【００５８】
以上に説明したように、上記各実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置１００によれば、誘電体板３１の下面が緩やかに立ち上がる窪みを設けたことにより、誘電体板３１の下面に電界の集中がなくかつプラズマが安定する程度の電界エネルギーを供給することができ、これにより、金属汚染及びコンタミネーションの発生を抑制して、均一なプラズマを生成することができる。
【００５９】
誘電体板３１の下面から窪みへの立ち上がり角は２５°〜３７°であればなおよい。これによれば、誘電体板の窪みの立ち上がり部分の窪みはさらに緩やかになるため、電界の集中をより効果的に回避することができる。この結果、金属汚染及びコンタミネーションの発生をより効果的に抑制することができる。
【００６０】
（他のプラズマ処理装置）
上記窪み形状は、たとえば、図１０に示した他のプラズマ処理装置にも利用することができる。マイクロ波プラズマ処理装置１００は、その内部にてガラス基板（以下、「基板Ｇ」という。）をプラズマ処理するための処理容器１０を有している。処理容器１０は、容器本体２００と蓋体３００とから構成される。容器本体２００は、その上部が開口された有底立方体形状を有していて、その開口は蓋体３００により閉塞されている。容器本体２００と蓋体３００との接触面にはＯリング２０５が設けられていて、これにより容器本体２００と蓋体３００とが密閉され、処理室Ｕが形成される。容器本体２００および蓋体３００は、たとえば、アルミニウム等の金属からなり、電気的に接地されている。
【００６１】
処理容器１０の内部には、基板Ｇを載置するためのサセプタ１０５（ステージ）が設けられている。サセプタ１０５は、たとえば窒化アルミニウムからなり、その内部には、給電部１１０およびヒータ１１５が設けられている。
【００６２】
給電部１１０には、整合器１２０（たとえば、コンデンサ）を介して高周波電源１２５が接続される。また、給電部１１０には、コイル１３０を介して高圧直流電源１３５が接続される。高周波電源１２５および高圧直流電源１３５は接地されている。
【００６３】
給電部１１０は、高周波電源１２５から出力された高周波電力により処理容器１０の内部に所定のバイアス電圧を印加するようになっている。また、給電部１１０は、高圧直流電源１３５から出力された直流電圧により基板Ｇを静電吸着するようになっている。
【００６４】
ヒータ１１５には、処理容器１０の外部に設けられた交流電源１４０が接続されていて、交流電源１４０から出力された交流電圧により基板Ｇを所定の温度に保持するようになっている。サセプタ１０５は、支持体１４５に支持されていて、その周囲には処理室Ｕのガスの流れを好ましい状態に制御するためのバッフル板１５０が設けられている。
【００６５】
処理容器１０の底部にはガス排出管１５５が設けられていて、処理容器１０の外部に設けられた真空ポンプ（図示せず）を用いてガス排出管１５５から処理容器１０内のガスが排出されることにより、処理室Ｕは所望の真空度まで減圧される。
【００６６】
蓋体３００には、複数の誘電体板３０５、複数の金属電極３１０および複数の同軸管３１５の内部導体３１５ａが設けられている。誘電体板３０５は、アルミナにより形成されている。図１１を参照すると、誘電体板３０５は、略正方形のプレートが等間隔に縦横に配置されている。誘電体板３０５の下面には、立ち上がり角が１０°〜５０°の窪みｄが設けられている。これにより、誘電体板３０５の下面に電界が集中せず、かつプラズマが安定する程度の電界エネルギーを供給することができ、これにより、金属汚染及びコンタミネーションの発生を抑制して、均一なプラズマを生成することができる。
【００６７】
天井の金属面には、溝３００ａが切られていて導体表面波の伝播を抑制するようになっている。誘電体板３０５を貫通した内部導体３１５ａの先端には、金属電極３１０が基板Ｇ側に露出するように設けられていて、内部導体３１５ａおよび金属電極３１０によって誘電体板３０５を保持するようになっている。金属電極３１０の基板側の面には、誘電体カバー３２０が設けられている。
【００６８】
再び図１０を参照すると、内部導体３１５ａは、固定機構５００に設けられたバネ部材の弾性力を用いて処理容器１０の外側に向かって吊り上げられている。冷媒供給源７００は、冷媒配管７０５に接続されていて、冷媒供給源７００から供給された冷媒が冷媒配管７０５内を循環して再び冷媒供給源７００に戻ることにより、処理容器１０を所望の温度に保つようになっている。ガス供給源８００は、ガスライン８０５を介して、内部導体３１５ａ内のガス流路から処理室内に導入される。
【００６９】
２台のマイクロ波源９００から出力された、１２０ｋＷのマイクロ波は、分岐導波管９０５、８つの同軸導波管変換器６０５、８つの同軸管６２０、図１の背面方向に平行に位置する８本の分岐同軸管６７０に７本ずつ連結された同軸管６００、分岐板６１０および同軸管３１５を伝送し、複数の誘電体板３０５を透過して処理室内に供給される。処理室Ｕに放出されたマイクロ波は、ガス供給源８００から供給された処理ガスを励起させ、これにより生成されたプラズマを用いて基板Ｇ上に所望のプラズマ処理が実行される。
【００７０】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、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。
【００７１】
たとえば、本発明にかかる誘電体板の窪みの形状は、球面の一部に限られず、なだらかな曲面のみを有するように形成してもよい。
【００７２】
本発明にかかるマイクロ波プラズマ処理装置の誘電体板は、１枚であってもよく複数枚であってもよい。
【００７３】
また、本発明にかかるマイクロ波プラズマ処理装置は、ＣＶＤ、エッチング処理、アッシング処理など、プラズマにより被処理体を微細加工する各種プロセスを実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の第１、第２実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置の縦断面図である。
【図２】同実施形態にかかる装置の天井面を示した図である。
【図３】図１の誘電体板近傍を拡大した図である。
【図４】図４（ａ）は、第１実施形態の誘電体板下面の形状の最適化を説明するための図であり、図４（ｂ）は、立ち上がり角を説明するための図である。
【図５】第２実施形態の誘電体板下面の形状の最適化を説明するための図である。
【図６】比較例１の誘電体板下面の形状を示した図である。
【図７】誘電体板下面の各形状に対するコンタミ濃度を測定した結果を示した表である。
【図８】誘電体板下面の各形状に対するコンタミ濃度の結果に基づき、コンタミ濃度の推移を示したグラフである。
【図９】窪み形状の圧力依存性を示した表である。
【図１０】窪み形状を利用した他のプラズマ処理装置の縦断面図である。
【図１１】他のプラズマ処理装置の天井面の一部を示した図である。
【符号の説明】
【００７５】
１０                  処理容器
１１                  サセプタ
２０                  蓋体
３１、３０５          誘電体板
４３                  ガス供給源
１００                マイクロ波プラズマ処理装置
ｄ，ｄ１，ｄ２，ｄ３、ｄｃ  窪み
θ                    立ち上がり角
Ｇ                    基板
【図１】
2010034321.tif 000003
【図２】
2010034321.tif 000004
【図３】
2010034321.tif 000005
【図４】
2010034321.tif 000006
【図５】
2010034321.tif 000007
【図６】
2010034321.tif 000008
【図７】
2010034321.tif 000009
【図８】
2010034321.tif 000010
【図９】
2010034321.tif 000011
【図１０】
2010034321.tif 000012
【図１１】
2010034321.tif 000013