(57)【要約】【課題】投入パワーに対する放射電界強度を向上させてプラズマ安定性を改善することができるアンテナ及びプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】  このアンテナは、誘電体窓１６と、誘電体窓１６の一方面に設けられたスロット板２０とを備えている。スロット板２０は、２つのスロットからなるスロット対を複数有する。複数のスロット対は、スロット板２０の重心位置を中心として同心円状に配置されている。各スロット対は、スロット板２０の重心位置から各スロット対に向けて延びた軸線が重ならない位置に設けられている。【選択図】図５
2014075234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体窓及び前記誘電体窓の一方面に設けられたスロット板を備えたアンテナであって、
前記スロット板は、２つのスロットからなるスロット対を複数有し、
前記複数のスロット対は、前記スロット板の重心位置を中心として同心円状に配置されており、
各スロット対は、前記スロット板の重心位置から各スロット対に向けて延びた軸線が重ならない位置に設けられている、
アンテナ。
【請求項２】
前記スロット板は、
前記スロット板の重心位置から第１距離に位置する第１スロット群と、
前記スロット板の重心位置から第２距離に位置する第２スロット群と、
前記スロット板の重心位置から第３距離に位置する第３スロット群と、
前記スロット板の重心位置から第４距離に位置する第４スロット群と、を有し、
第１距離＜第２距離＜第３距離＜第４距離の関係を満たし、
前記第１スロット群のスロット及び前記第２スロット群のスロットが互いに組となり複数のスロット対を形成するとともに、前記第３スロット群のスロット及び前記第４スロット群のスロットが互いに組となり複数のスロット対を形成し、
前記第２スロット群のスロットは、前記スロット板の重心位置から前記第１スロット群のスロットに向けて延びた第１軸線上に位置し、
前記第４スロット群のスロットは、前記スロット板の重心位置から前記第３スロット群のスロットに向けて延びた第２軸線上に位置し、
前記第１軸線と前記第２軸線とが重ならないように各スロットが配置されている、
請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記第１スロット群のスロット数と前記第２スロット群のスロット数は、同一の数Ｎ１であり、
前記第３スロット群のスロット数と前記第４スロット群のスロット数は、同一の数Ｎ２であり、
Ｎ２はＮ１の整数倍である請求項２に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記第１スロット群のスロット幅と前記第２スロット群のスロット幅は、同一であり、
前記第３スロット群のスロット幅と前記第４スロット群のスロット幅は、同一であり、
前記第１スロット群のスロット幅と前記第２スロット群のスロット幅は、前記第３スロット群のスロット幅及び前記第４スロット群のスロット幅よりも大きい請求項２又は３に記載のアンテナ。
【請求項５】
対象となるスロットに向けて前記スロット板の重心位置から延びた径と、このスロットの長手方向の成す角度は、第１乃至第４スロット群におけるそれぞれのスロット群毎に同一であり、
前記スロット板の重心位置から延びる同じ径上に位置する第１スロット群のスロットと、第２スロット群のスロットは、異なる方向に延びており、
前記スロット板の重心位置から延びる同じ径上に位置する第３スロット群のスロットと、第４スロット群のスロットは、異なる方向に延びている請求項２〜４の何れか一項に記載のアンテナ。
【請求項６】
前記誘電体窓の他方面は、
環状の第１凹部に囲まれた平坦面と、
前記平坦面の重心位置を囲むように、前記平坦面内に形成された複数の第２凹部と、を有し、
前記スロット板の主表面に垂直な方向からみた場合、前記スロット板におけるそれぞれのスロット内に、それぞれの前記第２凹部の重心位置が重なって位置している請求項１〜５の何れか一項に記載のアンテナ。
【請求項７】
前記第２凹部の平面形状は円形である請求項６に記載のアンテナ。
【請求項８】
誘電体窓及び前記誘電体窓の一方面に設けられたスロット板を有するアンテナと、
前記アンテナを内部に有する処理容器と、
前記処理容器の内部に設けられ、前記誘電体窓の他方面に対向し、処理される基板が載せられる台と、
マイクロ波発生器と前記スロット板とを接続するマイクロ波導入路と、
を備え、
前記スロット板は、２つのスロットからなるスロット対を複数有し、
前記複数のスロット対は、前記スロット板の重心位置を中心として同心円状に配置されており、
各スロット対は、前記スロット板の重心位置から各スロット対に向けて延びた軸線が重ならない位置に設けられている、
プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、アンテナ及びプラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ラジアルラインスロットアンテナ（Ｒａｄｉａｌ  ＬｉｎｅＳｌｏｔ  Ａｎｔｅｎｎａ）を使用したプラズマエッチング装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。該プラズマエッチング装置では、処理容器の誘電体窓の上に多数のスロットを有する円板状のスロットアンテナが設置される。多数のスロットは、互いに異なる方向に向けられた２つの長溝状のマイクロ波放射用のスロットよりなるスロット対を複数構成している。複数のスロット対は、スロットアンテナの重心位置を中心として二重の円環状（すなわち同心円状）に配置されている。マイクロ波は、スロットアンテナの重心位置に入射され、放射状に発散し、スロットから放射される。スロットアンテナの多数のスロットから放射されたマイクロ波は、誘電体からなる誘電体窓を介して処理容器の処理空間に導入される。処理ガスはマイクロ波のエネルギーによってプラズマ化する。
【０００３】
ラジアルラインスロットアンテナによって生成されたマイクロ波プラズマの特徴は、誘電体窓直下（プラズマ励起領域と称される）で生成された比較的電子温度の高い数ｅＶのプラズマが拡散し、誘電体窓より１００ｍｍ以上下方の基板直上（拡散プラズマ領域と称される）では約１〜２ｅＶ程度の低い電子温度となることにある。すなわち、プラズマの電子温度の分布が誘電体窓からの距離の関数として生ずることに特徴がある。
【０００４】
ラジアルラインスロットアンテナ型のプラズマエッチング装置においては、低電子温度領域にエッチングガスを供給し、エッチングガスの解離制御（プラズマ中のエッチング種の生成量の制御）を行い、これによりエッチング反応（エッチング種による基板の表面化学反応）を制御するので、エッチングの高精度化が図れると共に、基板にダメージを与えることが大幅に低減される。例えば、スペーサ形成工程におけるエッチングなど、設計寸法どおりにデバイスを作製できると共に、基板にリセス等のダメージが入るのを抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３１１６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、プロセスの多様化・複雑化に伴い、プラズマ安定性の更なる改善が期待されている。例えば、特許文献１に記載のラジアルラインスロットアンテナを使用したエッチング装置にあっては、処理ガスとしてプラズマ拡散領域で電子を付着させて負イオン化する負性ガスを用いた場合には放射電界強度が低下するため、プラズマ安定性を確保するために、圧力やマイクロ波の電力を調整する必要がある。
【０００７】
本技術分野では、投入パワーに対する放射電界強度を向上させてプラズマ安定性を改善することができるアンテナ及びプラズマ処理装置が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面に係るアンテナは、誘電体窓及びスロット板を備える。スロット板は、誘電体窓の一方面に設けられる。スロット板は、２つのスロットからなるスロット対を複数有する。前記複数のスロット対は、スロット板の重心位置を中心として同心円状に配置されている。各スロット対は、スロット板の重心位置から各スロット対に向けて延びた軸線が重ならない位置に設けられている。
【０００９】
マイクロ波は、スロット板の重心位置に入射され放射状に発散する。仮に、各スロット対が、スロット板の重心位置から各スロット対に向けて延びた軸線が重なる位置に配置された場合、すなわち、スロット板の重心位置から径方向外側にみて各スロット対が重なっている場合には、最初に重心位置に近いスロット対でマイクロ波が放出されるため、重心位置から該スロット対に向けて延びる軸線上に配置された他のスロット対には電界強度が弱いマイクロ波が伝搬する。このため、他のスロット対からは電界強度の弱いマイクロ波が放出される。一方、上記アンテナでは、同心円状に配置された各スロット対は、スロット板の重心位置から各スロット対に向けて延びた軸線が重ならない位置に設けられている。すなわち、スロット板の重心位置から該スロット対に向けて延びる軸線上には、他のスロット対を設けないようにすることで、投入パワーに対するマイクロ波放射効率の低いスロット対を排除することができるので、相対的に他のスロット対に対する投入パワーの分配を向上させることが可能となる。よって、投入パワーに対する放射電界強度が向上し、プラズマ安定性を改善することができる。
【００１０】
一実施形態では、スロット板は、第１スロット群、第２スロット群、第３スロット群及び第４スロット群を有していてもよい。第１スロット群は、スロット板の重心位置から第１距離に位置する。第２スロット群は、スロット板の重心位置から第２距離に位置する。第３スロット群は、スロット板の重心位置から第３距離に位置する。第４スロット群は、スロット板の重心位置から第４距離に位置する。これらの距離は、第１距離＜第２距離＜第３距離＜第４距離の関係を満たす。第１スロット群のスロット及び第２スロット群のスロットが互いに組となり複数のスロット対を形成するとともに、第３スロット群のスロット及び第４スロット群のスロットが互いに組となり複数のスロット対を形成している。第２スロット群のスロットは、スロット板の重心から第１スロット群のスロットに向けて延びた第１軸線上に位置する。第４スロット群のスロットは、スロット板の重心から第３スロット群のスロットに向けて延びた第２軸線上に位置する。そして、第１軸線と第２軸線とが重ならないように各スロットが配置されている。
【００１１】
このように構成した場合、投入パワーに対するマイクロ波放射効率の低いスロットを排除することができるので、相対的に他のスロットに対する投入パワーの分配を向上させることが可能となる。よって、投入パワーに対する放射電界強度が向上し、プラズマ安定性を改善することができる。
【００１２】
一実施形態では、第１スロット群のスロット数と第２スロット群のスロット数は、同一の数Ｎ１であり、第３スロット群のスロット数と第４スロット群のスロット数は、同一の数Ｎ２であり、Ｎ２はＮ１の整数倍であってもよい。このように構成した場合、面内対称性の高いプラズマを発生することができる。
【００１３】
一実施形態では、第１スロット群のスロット幅と第２スロット群のスロット幅は、同一であり、第３スロット群のスロット幅と第４スロット群のスロット幅は、同一であり、第１スロット群のスロット幅と第２スロット群のスロット幅は、第３スロット群のスロット幅及び第４スロット群のスロット幅よりも大きくてもよい。このように構成した場合、スロット板の重心位置に近い第１スロット群及び第２スロット群の放射電界強度を、スロット板の重心位置に遠い第３スロット群及び第４スロット群の放射電界強度よりも弱くすることができる。マイクロ波は伝搬により減衰するため、上記構成を採用することで、マイクロ波の放射電界強度が面内で均一化され、面内均一性の高いプラズマを発生することができる。
【００１４】
一実施形態では、対象となるスロットに向けてスロット板の重心位置から延びた径と、このスロットの長手方向の成す角度は、第１乃至第４スロット群におけるそれぞれのスロット群毎に同一であってもよい。また、スロット板の重心位置から延びる同じ径上に位置する第１スロット群のスロットと、第２スロット群のスロットは、異なる方向に延びており、スロット板の重心位置から延びる同じ径上に位置する第３スロット群のスロットと、第４スロット群のスロットは、異なる方向に延びていてもよい。このように構成した場合、スロット対を構成する２つのスロットでの反射が打ち消し合うため、マイクロ波の放射電界強度の均一性を向上させることができる。
【００１５】
一実施形態では、誘電体窓の他方面は、環状の第１凹部に囲まれた平坦面と、平坦面の重心位置を囲むように、平坦面内に形成された複数の第２凹部と、を有していてもよい。また、スロット板の主表面に垂直な方向からみた場合、スロット板におけるそれぞれのスロット内に、それぞれの第２凹部の重心位置が重なって位置していてもよい。このように構成した場合、面内均一性を一層向上させることができる。
【００１６】
一実施形態では、第２凹部の平面形状は円形であってもよい。面形状が円形である場合には、中心からの形状の等価性が高いため、安定したプラズマが発生する。
【００１７】
本発明の他の側面に係るプラズマ処理装置は、アンテナ、処理容器、台及びマイクロ波導入路を備える。アンテナは、誘電体窓及びスロット板を備える。スロット板は、誘電体窓の一方面に設けられる。スロット板は、２つのスロットからなるスロット対を複数有する。前記複数のスロット対は、スロット板の重心位置を中心として同心円状に配置されている。各スロット対は、スロット板の重心位置から各スロット対に向けて延びた軸線が重ならない位置に設けられている。処理容器は、アンテナを内部に有する。台は、処理容器の内部に設けられ、誘電体窓の他方面に対向し、処理される基板が載せられる。マイクロ波導入路は、マイクロ波発生器とスロット板とを接続する。
【００１８】
該プラズマ処理装置によれば、上述したアンテナと同様の効果を奏する。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明の種々の一側面及び実施形態によれば、投入パワーに対する放射電界強度を向上させてプラズマ安定性を改善することができるアンテナ及びプラズマ処理装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態におけるプラズマ処理装置の縦断面図である。
【図２】ガス供給源の詳細構造を示すブロック図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】スロット板近傍の構造の分解斜視図である。
【図５】スロット板の平面図である。
【図６】誘電体窓の平面図である。
【図７】スロット板と誘電体窓を組み合わせたアンテナの平面図である。
【図８】誘電体窓の断面図である。
【図９】スロット及び凹部近傍の斜視図及び断面図である。
【図１０】スロットと凹部の位置関係を示す図である。
【図１１】比較例のスロット板の平面図である。
【図１２】比較例の誘電体窓の平面図である。
【図１３】実施例及び比較例における入射波及び点火電界のシミュレーション結果である。
【図１４】マイクロ波及びＲＦの安定性に関する説明図である。
【図１５】実施例及び比較例におけるマイクロ波及びＲＦの安定性評価の実験結果である。
【図１６】実施例及び比較例におけるマイクロ波及びＲＦの安定性評価の実験結果である。
【図１７】実施例及び比較例におけるマイクロ波及びＲＦの安定性評価の実験結果である。
【図１８】実施例における放電安定性評価の実験結果である。
【図１９】実施例における放電安定性評価の実験結果である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態におけるプラズマ処理装置の縦断面図である。プラズマ処理装置１１は、円筒形状の処理容器２を備える。処理容器２の天井部は誘電体からなる誘電体窓（天板）１６で塞がれる。処理容器２は、例えばアルミニウムからなり、電気的に接地される。処理容器２の内壁面は、アルミナなどの絶縁性の保護膜２ｆで被覆されている。
【００２３】
処理容器２の底部の中央には、基板としての半導体ウェハ（以下ウェハという）Ｗを載置するための台３が設けられる。台３の上面にウェハＷが保持される。台３は、例えばアルミナや窒化アルミナ等のセラミック材からなる。台３の内部には、ヒータ５が埋め込まれ、ウェハＷを所定温度に加熱できるようになっている。ヒータ５は、支柱内に配された配線を介してヒータ電源４に接続される。
【００２４】
台３の上面には、台３に載置されるウェハＷを静電吸着する静電チャックＣＫが設けられる。静電チャックＣＫには、整合器ＭＧを介してバイアス用の直流或いは高周波電力（ＲＦパワー）を印加するバイアス用電源ＢＶが接続される。
【００２５】
処理容器２の底部には、台３に載置されるウェハＷの表面よりも下方の排気口１１ａから処理ガスを排気する排気管１１が設けられる。排気管１１には、圧力制御弁ＰＣＶを介して、真空ポンプなどの排気装置１０が接続される。排気装置１０は、圧力制御弁ＰＣＶを介して、処理容器２の内部に連通している。圧力制御弁ＰＣＶ及び排気装置１０によって、処理容器２内の圧力が所定の圧力に調節される。
【００２６】
処理容器２の天井部には気密性を確保するためのＯリングなどのシール１５を介して誘電体窓１６が設けられる。誘電体窓１６は、例えば、石英、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、あるいは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの誘電体からなり、マイクロ波に対して透過性を有する。
【００２７】
誘電体窓１６の上面には、円板形状のスロット板２０が設けられる。スロット板２０は、導電性を有する材質、例えばＡｇ，Ａｕ等でメッキやコーティングされた銅からなる。スロット板２０には、例えば複数のＴ字形状やＬ文形状のスロット２１が同心円状に配列されている。
【００２８】
スロット板２０の上面には、マイクロ波の波長を圧縮するための誘電体板２５が配置される。誘電体板２５は、例えば、石英（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、あるいは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの誘電体からなる。誘電体板２５は導電性のカバー２６で覆われる。カバー２６には円環状の熱媒流路２７が設けられる。この熱媒流路２７を流れる熱媒によってカバー２６及び誘電体板２５が所定の温度に調節される。２．４５ＧＨｚの波長のマイクロ波を例にとると、真空中の波長は約１２ｃｍであり、アルミナ製の誘電体窓１６中での波長は約３〜４ｃｍとなる。
【００２９】
カバー２６の中央には、マイクロ波を伝播する同軸導波管３０が接続される。同軸導波管３０は、内側導体３１と外側導体３２から構成される、内側導体３１は、誘電体板２５の中央を貫通してスロット板２０の中央に接続される。
【００３０】
同軸導波管３０には、モード変換器３７及び矩形導波管３６を介してマイクロ波発生器３５が接続される。マイクロ波は、２．４５ＧＨｚの他、８６０ＭＨｚ，９１５ＭＨｚや８．３５ＧＨｚなどのマイクロ波を用いることができる。
【００３１】
マイクロ波発生器３５が発生したマイクロ波は、マイクロ波導入路としての、矩形導波管３６、モード変換器３７、同軸導波管３０、及び誘電体板２５に伝播する。誘電体板２５に伝播したマイクロ波はスロット板２０の多数のスロット２１から誘電体窓１６を介して処理容器２内に供給される。マイクロ波によって誘電体窓１６の下方に電界が形成され、処理容器２内の処理ガスがプラズマ化する。
【００３２】
スロット板２０に接続される内側導体３１の下端は円錐台形状に形成される。これにより、同軸導波管３０から誘電体板２５及びスロット板２０にマイクロ波が効率よく損失なく伝播される。
【００３３】
ラジアルラインスロットアンテナによって生成されたマイクロ波プラズマの特徴は、誘電体窓１６直下（プラズマ励起領域と呼ばれる）で生成された比較的電子温度の高いエネルギーのプラズマが拡散し、ウェハＷ直上（拡散プラズマ領域）では約１〜２ｅＶ程度の低い電子温度のプラズマとなることにある。すなわち、平行平板等のプラズマとは異なり、プラズマの電子温度の分布が誘電体窓１６からの距離の関数として明確に生ずることに特徴がある。より詳細には、誘電体窓１６直下での数ｅＶ〜約１０ｅＶの電子温度が、ウェハＷ上では約１〜２ｅＶ程度に減衰する。ウェハＷの処理はプラズマの電子温度の低い領域（拡散プラズマ領域）で行なわれるため、ウェハＷへリセス等の大きなダメージを与えることがない。プラズマの電子温度の高い領域（プラズマ励起領域）へ処理ガスが供給されると、処理ガスは容易に励起され、解離される。一方、プラズマの電子温度の低い領域（プラズマ拡散領域）へ処理ガスが供給されると、プラズマ励起領域近傍へ供給された場合に比べ、解離の程度は抑えられる。
【００３４】
処理容器２の天井部の誘電体窓１６中央には、ウェハＷの中心部に処理ガスを導入する中央導入部５５が設けられる。同軸導波管３０の内側導体３１には、処理ガスの供給路５２が形成される。中央導入部５５は供給路５２に接続される。
【００３５】
中央導入部５５は、誘電体窓１６の中央に設けられた円筒形状の空間部４３（図８参照）に嵌め込まれる円柱形状のブロック５７と、同軸導波管３０の内側導体３１の下面とブロック５７の上面との間に適当な間隔を持って空けられたガス溜め部６０と、先端部にガス噴出用の開口５９を有する円柱状空間が連続したテーパ状の空間部１４３ａ（図８参照）から構成される。ブロック５７は、例えばアルミニウムなどの導電性材料からなり、電気的に接地されている。ブロック５７には上下方向に貫通する複数の中央導入口５８（図３参照）が形成される。
【００３６】
図３では、中央導入口５８が観察できるように、ガス噴出用の開口５９を実際よりも大きく示してある。なお、空間部１４３ａの形状は、テーパ状に限られるものではなく、単なる円柱形状でもよく、この場合には、ガス噴出用の開口５９の寸法は図３のように大きくなる。中央導入口５８の平面形状は、必要なコンダクタンス等を考慮して真円又は長孔に形成される。アルミニウム製のブロック５７は、陽極酸化被膜アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）等でコーティングされる。
【００３７】
内側導体３１を貫通する供給路５２からガス溜め部６０に供給された処理ガスは、ガス溜め部６０内を拡散した後、ブロック５７の複数の中央導入口５８から下方にかつウェハＷの中心部に向かって噴射される。
【００３８】
処理容器２の内部には、ウェハＷの上方の周辺を囲むように、ウェハＷの周辺部に処理ガスを供給するリング形状の周辺導入部６１が配置される。周辺導入部６１は、天井部に配置される中央導入口５８よりも下方であって、かつ台３に載置されたウェハＷよりも上方に配置される。周辺導入部６１は中空のパイプを環状にしたものであり、その内周側には周方向に一定の間隔を空けて複数の周辺導入口６２が空けられる。周辺導入口６２は、周辺導入部６１の中心に向かって処理ガスを噴射する。周辺導入部６１は、例えば、石英からなる。処理容器２の側面には、ステンレス製の供給路５３が貫通する。供給路５３は周辺導入部６１に接続される。供給路５３から周辺導入部６１の内部に供給された処理ガスは、周辺導入部６１の内部の空間を拡散した後、複数の周辺導入口６２から周辺導入部６１の内側に向かって噴射される。複数の周辺導入口６２から噴射された処理ガスはウェハＷの周辺上部に供給される。なお、リング形状の周辺導入部６１を設ける替わりに、処理容器２の内側面に複数の周辺導入口６２を形成してもよい。
【００３９】
図２は、ガス供給源の詳細構造を示すブロック図である。処理容器２内に処理ガスを供給するガス供給源１００は、共通ガス源４１及び添加ガス源４２から構成される。共通ガス源４１及び添加ガス源４２は、プラズマエッチング処理、プラズマＣＶＤ処理に応じた処理ガスを供給する。
【００４０】
共通ガス源４１には共通ガスライン４５が接続されており、共通ガスライン４５はフロースプリッタ４４に接続されている。フロースプリッタ４４は、共通ガスライン４５に設けられ、共通ガスライン４５を、第１及び第２分岐共通ガスライン４６，４７に分岐する。フロースプリッタ４４は、第１及び第２分岐共通ガスライン４６，４７を流れるガスの流量の比率を調節可能である。ここで、第１分岐共通ガスライン４６は、供給路５２を介して中央導入部５５（図１参照）に接続されており、中央導入部５５に中央導入ガスＧｃを供給する。また、第２分岐共通ガスライン４７は、供給路５３を介して周辺導入部６１（図１参照）に接続されており、周辺導入部６１に周辺導入ガスＧｐを供給する。
【００４１】
添加ガス源４２は、添加ガスライン４８を介して、第２分岐共通ガスライン４７に接続されている。なお、添加ガス源４２は、添加ガスライン４８’を介して、第１分岐共通ガスライン４６に接続することもできる。また、添加ガス源４２は、添加ガスライン４８、４８’を介して、双方の分岐共通ガスライン４６、４７に接続してもよい。
【００４２】
共通ガス源４１は、複数のガスＧ１１、Ｇ１２、Ｇ１３、Ｇ１ｘを有しており、各ガスの流量を制御する流量制御バルブ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ、４１ｘが設けられている。流量制御バルブ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ、４１ｘに接続されるラインの前後には、ライン通路の開閉を行うバルブＶが設けられている。流量制御バルブ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ、４１ｘは、それぞれのバルブＶを介して、共通ガスライン４５に接続されている。
【００４３】
添加ガス源４２は、複数の添加ガスＧ２１、Ｇ２２、Ｇ２３、Ｇ２ｘを有しており、各ガスの流量を制御する流量制御バルブ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ、４２ｘが設けられている。流量制御バルブ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ、４２ｘに接続されるラインの前後には、ライン通路の開閉を行うバルブＶが設けられている。流量制御バルブ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ、４２ｘは、それぞれのバルブＶを介して、添加ガスライン４８に接続されている。
【００４４】
図１に示したコントローラＣＯＮＴは、ガス供給源における各種バルブＶと共に、流量制御バルブ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ、４１ｘ、４２ａ，４２ｂ，４２ｃ、４２ｘを制御し、最終的に分岐共通ガスライン４６，４７にそれぞれ流れるガスＧｃ、Ｇｐに含まれる特定ガスの分圧比を制御する。コントローラＣＯＮＴは、各ガスの流量を調節し、フロースプリッタ４４に供給される共通ガスのガス種毎の流量・分圧を決定している。この装置では、ウェハＷの中心部分に供給される中央導入ガスＧｃと、周辺部分に供給される周辺導入ガスＧｐのガス種毎の分圧やガス種自体を変化させることができるので、プラズマ処理の特性を多様に変化させることができる。
【００４５】
共通ガス源４１に用いられるガスＧ１ｘとしては、希ガス（Ａｒなど）を用いることができるが、その他の添加ガスを用いることもできる。また、ポリシリコン等のシリコン系の膜をエッチングするときは、添加ガスＧ２１、Ｇ２２、Ｇ２３として、Ａｒガス、ＨＢｒガス（又はＣｌ２ガス）、Ｏ２ガスを供給し、ＳｉＯ２等の酸化膜をエッチングするときは、添加ガスＧ２１、Ｇ２２、Ｇ２３、Ｇ２ｘとして、Ａｒガス、ＣＨＦ系ガス、ＣＦ系ガス、Ｏ２ガスを供給し、ＳｉＮ等の窒化膜をエッチングするときは、添加ガスＧ２１、Ｇ２２、Ｇ２３、Ｇ２ｘとしてＡｒガス、ＣＦ系ガス、ＣＨＦ系ガス、Ｏ２ガスを供給する。
【００４６】
なお、ＣＨＦ系ガスとしてはＣＨ３（ＣＨ２）３ＣＨ２Ｆ、ＣＨ３（ＣＨ２）４ＣＨ２Ｆ、ＣＨ３（ＣＨ２）７ＣＨ２Ｆ、ＣＨＣＨ３Ｆ２、ＣＨＦ３、ＣＨ３Ｆ及びＣＨ２Ｆ２などを挙げることができる。
【００４７】
ＣＦ系ガスとしては、Ｃ（ＣＦ３）４、Ｃ（Ｃ２Ｆ５）４、Ｃ４Ｆ８、Ｃ２Ｆ２、及びＣ５Ｆ８などを挙げることができるが、エッチングに適した解離種が得られるという観点から、Ｃ５Ｆ８が好ましい。
【００４８】
この装置では、共通ガス源４１と添加ガス源４２で同じ種類のガスを供給することもできるし、共通ガス源４１と添加ガス源４２とで違う種類のガスを供給することもできる。
【００４９】
エッチングガスの解離を抑制するためには、共通ガス源４１からプラズマ励起用ガスを供給し、添加ガス源４２からエッチングガスを供給してもよい。例えば、シリコン系の膜をエッチングするときは、共通ガス源４１からプラズマ励起用ガスとしてＡｒガスのみを供給し、添加ガス源４２からエッチングガスとしてＨＢｒガス、Ｏ２ガスのみを供給する等である。
【００５０】
共通ガス源４１はさらに、Ｏ２、ＳＦ６等のクリーニングガスその他の共通ガスを供給する。
【００５１】
上記ガスには、いわゆる負性ガスが含まれている。負性ガスとは、電子エネルギーが１０ｅＶ以下で電子付着断面積を有するガスのことをいう。例えば、ＨＢｒやＳＦ６等が挙げられる。
【００５２】
ここで、均一なプラズマの生成、面内均一なウェハＷの処理を目的とし、フロースプリッタ４４によって共通ガスの分岐比率を調節し、中央導入口５８（図３参照）及び周辺導入部６１（図１参照）からのガス導入量を調節する技術をＲＤＣ（Ｒａｄｉｃａｌ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）と呼ぶ。ＲＤＣは、中央導入口５８からのガス導入量と周辺導入部６１からのガス導入量との比により表わされる。中央導入部５５及び周辺導入部６１に導入するガス種が共通である場合が、一般的なＲＤＣである。最適なＲＤＣ値は、エッチング対象の膜種や種々の条件により実験的に決定される。一方、さらに添加ガスを中央導入部５５または周辺導入部６１へ供給するものを、ＡＲＤＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｒａｄｉｃａｌ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）と呼ぶ。
【００５３】
エッチング処理では、エッチングに従い副生成物（エッチングされた残渣や堆積物）が生成する。そのため、処理容器２内でのガス流れを改善し、副生成物の処理容器外への排出を促進するため、中央導入部５５からのガス導入と周辺導入部６１からのガス導入とを交互に行うことが検討されている。これは、ＲＤＣ値を時間的に切り替えることにより実現可能である。例えば、ウェハＷの中心部分に多くのガスを導入するステップと、周辺部に多くのガスを導入するステップを所定周期で繰り返し、気流を調節することによって、処理容器２から副生成物を掃き出すことにより均一なエッチングレートを達成しようとするものである。
【００５４】
図４は、スロット板近傍の構造の分解斜視図である。誘電体窓１６の下面（凹部の設けられた面）は、処理容器２の側壁の一部を構成する環状部材１９の表面上に載せるようにしてプラズマ処理装置１１に取り付けられる。誘電体窓１６の上側の面上には、スロット板２０が設けられ、スロット板２０上に誘電体板２５が設けられる。誘電体窓１６、スロット板２０、及び誘電体板２５の平面形状は円形であって、これらの中心位置は、同軸（Ｚ軸）上に位置している。
【００５５】
なお、スロット板２０は様々なパターンを有するスロットを有しており、同図では、説明の明確化のため、スロット板２０にはスロットの記載を省略し、代わりに図５に記載している。
【００５６】
図５は、スロット板２０の平面図である。スロット板２０は、薄板状であって、円板状である。スロット板２０の板厚方向の両面は、それぞれ平らである。スロット板２０には、板厚方向に貫通する複数のスロットが複数設けられている。スロットは、一方方向に長い第１スロット１３３と、第１スロット１３３と直交する方向に長い第２スロット１３４とが、隣り合って一対となるように形成されている。具体的には、隣り合う２つのスロット１３３、１３４が一対となって、中心部が途切れた略Ｌ字状となるように配置されて構成されている。すなわち、スロット板２０は、一方方向に延びる第１スロット１３３および一方方向に対して垂直な方向に延びる第２スロット１３４から構成されるスロット対１４０を有する構成である。同様に、第３スロット１３３’及び第４スロット１３４’からスロット１４０’が構成されている。なお、スロット対１４０,１４０’の一例については、図５中の点線で示す領域で図示している。
【００５７】
スロット対は、内周側に配置される内周側スロット対群１３５と、外周側に配置される外周側スロット対群１３６とに大別される。内周側スロット対群１３５は、図５中の一点鎖線で示す仮想円の内側領域に設けられた７対のスロット対１４０である。外周側スロット対群１３６は、図５中の一点鎖線で示す仮想円の外側領域に設けられた１４対のスロット対１４０’である。このように、スロット対１４０,１４０’はスロット板２０の中心（重心位置）１３８を囲むように同心円状に配置されている。
【００５８】
内周側スロット対群１３５において、７対のスロット対１４０はそれぞれ、周方向に等間隔に配置されている。このように構成することにより、円形ディンプルからなる第２凹部が設けられた位置に対応する位置に、内周側スロット対群１３５に配置される７対のスロット対１４０の一方のスロットをそれぞれ配置して位置を合わせることができる。一方、外周側スロット対群１３６は、スロット板２０の径方向の中心１３８から径方向外側にみて、内周側スロット対群１３５と重ならないように配置されている。このため、外周側スロット対群１３６は、２つのスロット対１４０’を組として、該組がそれぞれ、周方向に等間隔に配置されている。
【００５９】
この実施形態においては、第１スロット１３３の開口幅、すなわち、第１スロット１３３のうち、長手方向に延びる一方側の壁部１３０ａと長手方向に延びる他方側の壁部１３０ｂとの間の長さＷ１は、１４ｍｍとなるように構成されている。一方、図５中の長さＷ２で示す第１スロット１３３の長手方向の長さ、すなわち、第１スロット１３３の長手方向の一方側の端部１３０ｃと第１スロット１３３の長手方向の他方側の端部１３０ｄとの間の長さＷ２は、３５ｍｍとなるように構成されている。幅Ｗ１、長さＷ２は±１０％の変更を許容することができるが、これ以外の範囲であっても、装置としては機能する。第１スロット１３３について、長手方向の長さに対する短手方向の長さの比Ｗ１／Ｗ２は、１４／３５＝０．４である。第１スロット１３３の開口形状と第２スロット１３４の開口形状とは、同じである。すなわち、第２スロット１３４は、第１スロット１３３を９０度回転させたものである。なお、スロットという長孔を構成するに際し、長さの比Ｗ１／Ｗ２については、１未満となる。
【００６０】
一方、第４スロット１３４’の開口幅Ｗ３は、第１スロット１３３の開口幅Ｗ１よりも小さく形成されている。言い換えれば、第１スロット１３３の開口幅Ｗ１は、第４スロット１３４’の開口幅Ｗ３よりも大きく形成されている。ここでは、第４スロット１３３’の開口幅Ｗ３は、例えば１０ｍｍとなるように構成されている。図５中の長さＷ４で示す第４スロット１３４’の長手方向の長さは、第１スロット１３３の長さＷ２と同一である。幅Ｗ３、長さＷ４は±１０％の変更を許容することができるが、これ以外の範囲であっても、装置としては機能する。第４スロット１３４’について、長手方向の長さに対する短手方向の長さの比Ｗ３／Ｗ４は、１０／３５＝約０．２９である。第４スロット１３４’の開口形状と第３スロット１３３’の開口形状とは、同じである。すなわち、第３スロット１３３’は、第４スロット１３４’を９０度回転させたものである。なお、スロットという長孔を構成するに際し、長さの比Ｗ３／Ｗ４については、１未満となる。
【００６１】
スロット板２０の径方向の中央にも、貫通孔１３７が設けられている。なお、外周側スロット対群１３６の外径側の領域には、スロット板２０の周方向の位置決めを容易にするために、板厚方向に貫通するようにして基準孔１３９が設けられている。すなわち、この基準孔１３９の位置を目印にして、処理容器２や誘電体窓１６に対するスロット板２０の周方向の位置決めを行なう。スロット板２０は、基準孔１３９を除いて、径方向の中心１３８を中心とした回転対称性を有する。
【００６２】
また、スロット板２０の構造について詳説すれば、スロット板２０の重心位置１３８から第１距離Ｋ１（円Ｋ１で示す）に位置する第１スロット群１３３と、重心位置１３８から第２距離Ｋ２（円Ｋ２で示す）に位置する第２スロット群１３４と、重心位置１３８から第３距離Ｋ３（円Ｋ３で示す）に位置する第３スロット群１３３’と、重心位置１３８から第４距離Ｋ４（円Ｋ４で示す）に位置する第４スロット群１３４’を備えている。
【００６３】
ここで、第１距離Ｋ１＜第２距離Ｋ２＜第３距離Ｋ３＜第４距離Ｋ４の関係を満たしている。対象となるスロット（１３３，１３４，１３３’，１３４’のいずれか）に向けてスロット板の重心位置１３８から延びた軸線（第１軸線Ｒ１、第２軸線Ｒ２又はＲ３）と、このスロットの長手方向の成す角度は、第１乃至第４スロット群１３３，１３４，１３３’，１３４’におけるそれぞれのスロット群毎に同一である。
【００６４】
スロット板２０の重心位置１３８から延びる同じ径（第１軸線Ｒ１）上に位置する第１スロット群のスロット１３３と、第２スロット群のスロット１３４は、異なる方向に延びており（本例では直交している）、スロット板２０の重心位置１３８から延びる同じ径（第２軸線Ｒ２又はＲ３）上に位置する第３スロット群のスロット１３３’と、第４スロット群のスロット１３４’は、異なる方向に延びている（本例では直交している）。ここで、軸線Ｒ１と軸線Ｒ２、又は、軸線Ｒ１と軸線Ｒ３は、互いに重ならないようにスロット（１３３，１３４，１３３’，１３４’）が配置されている。例えば、軸線Ｒ１と軸線Ｒ２、又は、軸線Ｒ１と軸線Ｒ３は、なす角度が１０°以上とされている。このように構成することで、投入パワーに対するマイクロ波放射効率の低いスロットを排除して配置することができるので、相対的に他のスロットに対する投入パワーの分配を向上させることが可能となる。よって、投入パワーに対する放射電界強度が向上し、プラズマ安定性を改善することができる。
【００６５】
第１スロット群のスロット１３３の数と第２スロット群のスロット１３４の数は、同一の数Ｎ１であり、第３スロット群のスロット１３３’の数と第４スロット群のスロット１３４’の数は、同一の数Ｎ２である。ここで、Ｎ２はＮ１の整数倍であり、面内対称性の高いプラズマを発生することが可能である。
【００６６】
図６は、誘電体窓の平面図であり、図８は、誘電体窓の断面図である。誘電体窓１６は、略円板状であって、所定の板厚を有する。誘電体窓１６は、誘電体で構成されており、誘電体窓１６の具体的な材質としては、石英やアルミナ等が挙げられる。誘電体窓１６の上面１５９上には、スロット板２０が設けられる。
【００６７】
誘電体窓１６の径方向の中央には、板厚方向、すなわち、紙面上下方向に貫通する貫通孔１４２が設けられている。貫通孔１４２のうち、下側領域は中央導入部５５におけるガス供給口となり、上側領域は、中央導入部５５のブロック５７が配置される凹部１４３となる。なお、誘電体窓１６の径方向の中心軸１４４ａを、図８中の一点鎖線で示す。
【００６８】
誘電体窓１６のうち、プラズマ処理装置に備えられた際にプラズマを生成する側となる下側の平坦面１４６の径方向外側領域には、環状に連なり、誘電体窓１６の板厚方向内方側に向かってテーパ状に凹む環状の第１凹部１４７が設けられている。平坦面１４６は、誘電体窓１６の径方向の中央領域に設けられている。この中央の平坦面１４６には、円形の第２凹部１５３ａ〜１５３ｇが周方向に沿って等間隔に形成されている。環状の第１凹部１４７は、平坦面１４６の外径領域から外径側に向かってテーパ状、具体的には、平坦面１４６に対して傾斜する内側テーパ面１４８、内側テーパ面１４８から外径側に向かって径方向に真直ぐ、すなわち、平坦面１４６と平行に延びる平坦な底面１４９、底面１４９から外径側に向かってテーパ状、具体的には、底面１４９に対して傾斜して延びる外側テーパ面１５０から構成されている。
【００６９】
テーパの角度、すなわち、例えば、底面１４９に対して内側テーパ面が延びる方向で規定される角度や底面１４９に対して外側テーパ面５０が延びる方向で規定される角度については、任意に定められ、この実施形態においては、周方向のいずれの位置においても同じように構成されている。内側テーパ面１４８、底面１４９、外側テーパ面１５０はそれぞれ滑らかな曲面で連なるように形成されている。なお、外側テーパ面１５０の外径領域は、外径側に向かって径方向に真直ぐ、すなわち、平坦面１４６と平行に延びる外周平面１５２が設けられている。この外周平面１５２が誘電体窓１６の支持面となる。
【００７０】
すなわち、誘電体窓１６は、外周平面１５２を環状部材１９（図４参照）の内径側領域において設けられた上部側の端面に載置するようにして、処理容器２に取り付けられる。
【００７１】
環状の第１凹部１４７により、誘電体窓１６の径方向外側領域において、誘電体窓１６の厚みを連続的に変化させる領域を形成して、プラズマを生成する種々のプロセス条件に適した誘電体窓１６の厚みを有する共振領域を形成することができる。そうすると、種々のプロセス条件に応じて、径方向外側領域におけるプラズマの高い安定性を確保することができる。
【００７２】
ここで、誘電体窓１６のうち、環状の第１凹部１４７の径方向内側領域には、平坦面１４６から板厚方向内方側に向かって凹む第２凹部１５３（１５３ａ〜１５３ｇ）が設けられている。第２凹部１５３の平面形状は円形であり、内側の側面は円筒面を構成し、底面は平坦である。円形は無限の角部を有する多角形であるので、第２凹部１５３の平面形状は、有限の角部を有する多角形とすることも可能であると考えられ、マイクロ波導入時において、凹部内においてプラズマが発生するものと考えられるが、平面形状が円形である場合には、中心からの形状の等価性が高いため、安定したプラズマが発生する。
【００７３】
第２凹部１５３は、この実施形態においては、合計７つ設けられており、内側のスロット対の数と同一である。７つの第２凹部１５３ａ、１５３ｂ、１５３ｃ、１５３ｄ、１５３ｅ、１５３ｆ、１５３ｇの形状はそれぞれ等しい。すなわち、第２凹部１５３ａ〜１５３ｇの凹み方やその大きさ、穴の径等については、それぞれ等しく構成されている。７つの第２凹部１５３ａ〜１５３ｇは、誘電体窓１６の径方向の重心１５６を中心として、回転対称性を有するように、それぞれ間隔を空けて配置されている。丸穴状の７つの第２凹部１５３ａ〜１５３ｆの中心１５７ａ、１５７ｂ、１５７ｃ、１５７ｄ、１５７ｅ、１５７ｆ、１５７ｇは、それぞれ、誘電体窓１６の板厚方向から見た場合に、誘電体窓１６の径方向の中心１５６を中心とした円１５８上に位置している。すなわち、誘電体窓１６を径方向の中心１５６を中心として、５１．４２度（＝３６０度／７）回転させた場合に、回転させる前と同じ形状となるよう構成されている。円１５８は、図４において、一点鎖線で示しており、円１５８の直径は１５４ｍｍ、第２凹部１５３ａ〜１５３ｇの直径は３０ｍｍである。
【００７４】
第２凹部１５３（１５３ａ〜１５３ｇ）の深さ、すなわち、図８中の長さＬ３で示す平坦面１４６と底面１５５との間の距離は、適切に定められ、この実施形態においては３２ｍｍとしている。凹部１５３の直径、及び、凹部１５３の底面から誘電体窓の上面までの距離は、これに導入されるマイクロ波の波長λｇの４分の１に設定される。なお、この実施形態においては、誘電体窓１６の直径は約４６０ｍｍである。なお、上記円１５８の直径、凹部１５３の直径、誘電体窓１６の直径、及び凹部１５３の深さは±１０％の変更を許容することもできるが、本装置が動作する条件はこれに限定されるものではなく、プラズマが凹部内に閉じ込められれば装置としては機能する。センターに近い凹部の直径や深さの値が大きくなると、センター側の方が周囲よりもプラズマ密度が大きくなるため、これらのバランスを調整することもできる。
【００７５】
この第２凹部１５３ａ〜１５３ｇにより、マイクロ波の電界を当該凹部内に集中させることができ、誘電体窓１６の径方向内側領域において、強固なモード固定を行なうことができる。この場合、プロセス条件が種々変更されても、径方向内側領域における強固なモード固定の領域を確保することができ、安定で均一なプラズマを発生させることができ、基板処理量の面内均一性を高めることが可能となる。特に、第２凹部１５３ａ〜１５３ｇは、回転対称性を有するため、誘電体窓１６の径方向内側領域において強固なモード固定の高い軸対称性を確保することができ、生成するプラズマにおいても、高い軸対称性を有する。
【００７６】
以上より、このような構成の誘電体窓１６は、広いプロセスマージンを有すると共に、生成するプラズマが高い軸対称性を有する。
【００７７】
図７は、スロット板２０と誘電体窓１６を組み合わせたアンテナ７０の平面図である。同図は、図１におけるＺ軸に沿って、ラジアルラインスロットアンテナを下側から見た図である。平面視において、外側のテーパ面１５０と第４スロット群（内側から４番目のスロット群）に属するスロット１３４’とは一部分が重なっている。また、環状の平坦な底面１４９と第３スロット群（内側から３番目のスロット群）に属するスロット１３３’とは重なっている。
【００７８】
また、平面視において、内側のテーパ面と第２スロット群（内側から２番目のスロット群）に属するスロット１３４とは重なっている。また、最も内側の第１スロット群に属するスロット１３３は、全て平坦面１４６上に位置している。更に、第２凹部１５３の重心位置は、スロット１３３と重複している。
【００７９】
図９は、スロット１３３及び凹部１５３の近傍の斜視図（Ａ）及び断面図（Ｂ）である。図９（Ａ）に示すように、凹部１５３の直上にスロット１３３が位置しており、マイクロ波導入時において、スロット１３３の幅方向に発生する電界によって、凹部１５３内にプラズマＰＳが発生する（図９（Ｂ））。
【００８０】
図１０は、スロットと第２凹部の位置関係を示す図である。図１０（Ａ）では、凹部１５３の重心Ｇ２の位置を、スロット１３３からの電界Ｅが選択的に導入される位置に設定した場合を示している。マイクロ波の導入によって、電界Ｅはスロット１３３，１３４の幅方向に発生する。本例では、スロット１３３の重心位置Ｇ１と第２凹部１５３の重心位置Ｇ２とが一致し、スロット１３３内に、第２凹部１５３の重心位置Ｇ２が重なって位置している。この場合は、第２凹部１５３にプラズマが確実に固定されるため、プラズマの揺らぎは少なく、各種の条件変化に対してもプラズマの面内変動が少なくなる。特に、凹部１５３の形成されている位置が中央の平坦面１４６（図７参照）上であるため、１つの凹部１５３周囲の面の等価性が高く、プラズマの固定度合いが高くなる。
【００８１】
一方、図１０（Ｂ）では、凹部１５３の重心位置Ｇ２の位置を、双方のスロット１３３，１３４からの電界Ｅが導入される位置に設定した場合を示している。換言すれば、図１０（Ｂ）においては、スロット１３３の重心位置Ｇ１と第２凹部１５３の重心Ｇ２とは離間し、スロット１３３内に、第２凹部１５３の重心位置Ｇ２が重なって位置していない場合を示している。この場合は、図１０（Ａ）の場合よりも、凹部１５３内にマイクロ波が入りにくく、したがってプラズマ密度が下がり、プラズマの発生に揺らぎが生じる場合がある。
【００８２】
ここで、本実施形態に係るアンテナ７０及びプラズマ処理装置１１の作用効果を説明すべく、比較例のアンテナについて概説する。
【００８３】
図１１は、比較例のスロット板の平面図である。このスロット板２０では、スロット対２４０,２４０’がスロット板２０の中心（重心位置）２３８を囲むように同心円状に配置されている。内周側に配置される内周側スロット対群は、７対のスロット対２４０である。外周側に配置される外周側スロット対群は、２８対のスロット対２４０’である。スロット対２４０を構成するスロット１６７の開口幅、すなわち、スロット１６７のうち、長手方向に延びる一方側の壁部１６８ａと長手方向に延びる他方側の壁部１６８ｂとの間の長さＷ５は、６ｍｍとなるように構成されている。この長さＷ５は、上述のスロット板のスロット１３３の場合の長さＷ１の約半分である。一方、長さＷ６で示すスロット１６７の長手方向の長さ、すなわち、スロット１６７の長手方向の一方側の端部１６８ｃとスロット１６７の長手方向の他方側の端部１６８ｄとの間の長さＷ６は、３５ｍｍとなるように構成されている。この長さＷ６は、上述のスロット板に設けられるスロット１３３の場合の長さＷ２と同じである。スロット１６７について、長手方向の長さに対する短手方向の長さの比Ｗ５／Ｗ６は、６／３５＝約０．１７である。その他のスロットの構成等については、図５に示すスロット板２０と同様であるため、その説明を省略する。図１２は、比較例に係る誘電体窓の平面図である。比較例に係る誘電体窓１６は、平坦面１４６上に形成された第２凹部が存在しない。
【００８４】
また、図１１に示すように、比較例では、各スロット対２４０,２４０’が、スロット板２０の重心位置１３８から各スロット対２４０,２４０’に向けて延びた軸線Ｒ４が重なる位置（一致する位置）に配置されている。すなわち、スロット板の重心位置２３８から径方向外側にみて各スロット対２４０,２４０’が重なっている。この場合、スロット板２０の重心位置２３８に入射されたマイクロ波は、最初に重心位置２３８に近いスロット対２４０で放出されるため、重心位置２３８から該スロット対２４０に向けて延びる軸線Ｒ４上に配置された他のスロット対２４０’には電界強度が弱いマイクロ波が伝搬する。このため、他のスロット対２４０’からは電界強度の弱いマイクロ波が放出される。
【００８５】
これに対して、本実施形態に係るアンテナ７０及びプラズマ処理装置１１によれば、同心円状に配置された各スロット対１４０,１４０’は、スロット板２０の重心位置１３８から各スロット対１４０,１４０’に向けて延びた軸線Ｒ１,Ｒ２,Ｒ３が重ならない位置に設けられている。すなわち、スロット板２０の重心位置１３８から該スロット対１４０に向けて延びる軸線Ｒ１上には、他のスロット対を設けないようにすることで、投入パワーに対するマイクロ波放射効率の低いスロット対を排除することができるので、相対的に他のスロット対に対する投入パワーの分配を向上させることが可能となる。よって、投入パワーに対する放射電界強度が向上する。また、投入パワーに対する放射電界強度を向上させることで、シート状の高密度プラズマを天板直下で生成することができるため、プラズマ安定性を改善することができる。その結果、プラズマが安定する圧力範囲が広がるため、プロセス領域の拡大が期待できる。
【００８６】
上記のとおり、負性ガスは、電子エネルギーが１０ｅＶ以下で電子付着断面積を有するため、プラズマ拡散領域で電子を付着させて負イオン化しやすい傾向にある。すなわち、負性ガスを用いたプラズマ処理では、プラズマ中に負のチャージとして電子と負イオンが同時に存在することになる。よって、負性ガスにより電子が付着されるとロスが発生するため、プラズマの安定性を保つためには、少なくとも該ロスを補うように生成する電子を増加させる必要がある。このため、負性ガスによるプラズマ処理では、他のガスに比べて電界強度の向上が要求されている。本実施形態に係るアンテナ７０及びプラズマ処理装置１１によれば、投入パワーに対する放射電界強度を向上させることができるので、負性ガスを用いた場合であっても、プラズマ安定性を改善することができる。特に、負イオンが発生しやすい中圧（例えば５０ｍＴｏｒｒ（６．５Ｐａ））〜高圧において、低ダメージでのエッチングプロセス等が期待できる。
【００８７】
また、本実施形態に係るアンテナ７０及びプラズマ処理装置１１によれば、第１スロット群及び第２スロット群のスロット幅Ｗ１は、第３スロット群及び第４スロット群のスロット幅Ｗ３よりも大きくされている。スロットの開口形状については、幅広になるほど、導入されるマイクロ波の電界が低下する。また、スロットの開口幅が狭くなれば、それだけマイクロ波を強く放射することができる。よって、スロット板２０の重心位置１３８に近い第１スロット群及び第２スロット群の放射電界強度を、スロット板２０の重心位置１３８に遠い第３スロット群及び第４スロット群の放射電界強度よりも弱くすることができる。マイクロ波は伝搬により減衰するため、上記構成を採用することで、マイクロ波の放射電界強度が面内で均一化され、面内均一性の高いプラズマを発生することができる。
【００８８】
さらに、本実施形態に係るアンテナ７０及びプラズマ処理装置１１によれば、スロット板２０の主表面に垂直な方向からみた場合、スロット板２０におけるそれぞれのスロット１３３内に、それぞれの第２凹部１５３の重心位置が重なって位置しているため、均一性の高いプラズマを発生させることができ、処理量の面内均一性を高くすることができる。このようなプラズマ処理装置１１は、エッチングのみならず、膜の堆積にも用いることができる。
【００８９】
以上、種々の実施形態について説明したが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、上記実施形態では同心円としてスロット対が２重の円環状に配置される例を説明したが、３重以上の円環状に配置される場合であってもよい。
【実施例】
【００９０】
以下、上記効果を説明すべく本発明者が実施した実施例及び比較例について述べる。
【００９１】
（電界強度向上の確認）
実施例１：図５に示すアンテナ板及び図６に示す誘電体窓を備えるアンテナを用いた。
比較例１：図１１に示すアンテナ板及び図１２に示す誘電体窓を備えるアンテナを用いた。
実施例１及び比較例１について、電界強度のシミュレーションを行った。マイクロ波が全て透過した場合と全反射した場合とをそれぞれシミュレーションした。結果を図１３に示す。図１３では、図１におけるＺ軸に沿って、ラジアルラインスロットアンテナを下側から見た図であって、電界強度の分布をモノトーンで示している。図中、白い部分は電界強度が最も強く、黒い部分は電界強度が最も弱い部分である。図１３に示すように、実施例１は、比較例１に比べて、白い領域が多く、かつ広範になっており、本実施形態に係るアンテナによって投入パワーに対する放射電界強度が向上されることが確認された。
【００９２】
（プラズマ安定性の改善の確認）
（実施例２）
図５に示すアンテナ板及び図６に示す誘電体窓を有するアンテナ７０を備えるプラズマ処理装置１１に、マイクロ波を投入するとともにＲＦを印加してプラズマを生成し、さらに圧力を変化させて安定性を評価した。
圧力は、４０ｍＴｏｒｒ（５．２Ｐａ）から２００ｍＴｏｒｒ（２６Ｐａ）まで増加させた場合、２００ｍＴｏｒｒ（２６Ｐａ）から４０ｍＴｏｒｒ（５．２Ｐａ）まで減少させた場合の２パターンについて、プラズマ安定性の評価を行った。
処理ガスは、ポリシリコン等のシリコン系の膜をエッチングする場合をモデル例として、Ａｒ／ＨＢｒを用いた。ガス条件としては、３パターン用意した。第１のガス条件は、Ａｒ／ＨＢｒが１０００（ｓｃｃｍ）／６００（ｓｃｃｍ）である。第２のガス条件は、Ａｒ／ＨＢｒが８００（ｓｃｃｍ）／８００（ｓｃｃｍ）である。第３のガス条件は、Ａｒ／ＨＢｒが６００（ｓｃｃｍ）／１０００（ｓｃｃｍ）である。ＨＢｒは負性ガスである。
なお、マイクロ波パワー（マイクロ波発生器３５）は３０００Ｗとし、ＲＦパワー（バイアス用電源ＢＶ）は１５０Ｗとした。
（比較例２）
図１１に示すアンテナ板及び図１２に示す誘電体窓を有するアンテナを備えるプラズマ処理装置に、マイクロ波を投入するとともにＲＦを印加してプラズマを生成し、さらに圧力を変化させて安定性を評価した。圧力及びガスの条件は実施例２と同一である。
（評価方法）
プラズマの安定性の評価は、上記条件で生成したプラズマを、Ｓｔａｂｌｅ（安定）、Ｕｎｓｔａｂｌｅ（不安定）、ＲＦ−ｈｕｎｔｉｎｇ（ＲＦ乱調）、Ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ−ｕｎｓｔａｂｌｅ（比較的不安定）の４つのカテゴリに分類することで行った。これらのカテゴリ分けの判断について、図１４に示す。図１４の（Ａ）に示すように、時間に依存したマイクロ波の電力反射が一定（基準値に対して所定の閾値範囲内）であり、かつ、時間に依存したＲＦの電力反射が一定（基準値に対して所定の閾値範囲内）である場合には、Ｓｔａｂｌｅとした。図１４の（Ｂ）に示すように、時間に依存したマイクロ波の電力反射が一定でなく（基準値に対して所定の閾値範囲外となる）、かつ、時間に依存したＲＦの電力反射が一定でない（基準値に対して所定の閾値範囲外となる）場合には、Ｕｎｓｔａｂｌｅとした。図１４の（Ｃ）に示すように、時間に依存したマイクロ波の電力反射が一定（基準値に対して所定の閾値範囲内）であり、かつ、時間に依存したＲＦの電力反射が一定でない（基準値に対して所定の閾値範囲外となる）場合には、ＲＦ−ｈｕｎｔｉｎｇとした。図１４の（Ｄ）に示すように、時間に依存したマイクロ波の電力反射がピーク値を有する場合（瞬間的に基準値に対して所定の閾値範囲外となる）、又は、時間に依存したＲＦの電力反射がピーク値を有する場合（瞬間的に基準値に対して所定の閾値範囲外となる）には、Ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ−ｕｎｓｔａｂｌｅとした。結果を図１５に示す。
【００９３】
図１５に示すように、実施例２の実験結果と比較例２の実験結果とを対比すると、実施例２の方がプラズマが安定していることが確認された。また、比較例２では、負性ガスを用いた場合、中圧力範囲（５０ｍＴｏｒｒ（６．５Ｐａ））でプラズマが不安定になるのに対して、実施例２では、負性ガスを用いた場合であっても中圧力範囲においてプラズマの安定性が改善されていることが確認された。
（実施例３）
マイクロ波パワーを２０００Ｗとした。その他の条件は、実施例２と同一である。
（比較例３）
マイクロ波パワーを２０００Ｗとした。その他の条件は、比較例２と同一である。
実施例３及び比較例３について、上述した評価方法で評価した。結果を図１６に示す。
【００９４】
図１６に示すように、実施例３の実験結果と比較例３の実験結果とを対比すると、実施例３の方がプラズマが安定していることが確認された。また、比較例３では、負性ガスを用いた場合、中圧力範囲以上（５０ｍＴｏｒｒ（６．５Ｐａ）以上）でプラズマが不安定になる条件が多く確認されたのに対して、実施例３では、負性ガスを用いた場合であっても中圧力範囲以上においてプラズマの安定性が改善されていることが確認された。
【００９５】
（実施例４）
処理ガスは、装置のクリーニング処理をする場合をモデル例として、ＳＦ６／Ｏ２を用いた。ガス条件としては、３パターン用意した。第１のガス条件は、ＳＦ６／Ｏ２が５０（ｓｃｃｍ）／１５０（ｓｃｃｍ）である。第２のガス条件は、ＳＦ６／Ｏ２が１００（ｓｃｃｍ）／１００（ｓｃｃｍ）である。第３のガス条件は、ＳＦ６／Ｏ２が１５０（ｓｃｃｍ）／５０（ｓｃｃｍ）である。ＳＦ６は負性ガスである。
なお、ＲＦパワーは０Ｗとした。その他の条件は、実施例２と同一である。
（比較例４）
処理ガスは、装置のクリーニング処理をする場合をモデル例として、ＳＦ６／Ｏ２を用いた。ガス条件としては、３パターン用意した。第１のガス条件は、ＳＦ６／Ｏ２が５０（ｓｃｃｍ）／１５０（ｓｃｃｍ）である。第２のガス条件は、ＳＦ６／Ｏ２が１００（ｓｃｃｍ）／１００（ｓｃｃｍ）である。第３のガス条件は、ＳＦ６／Ｏ２が１５０（ｓｃｃｍ）／５０（ｓｃｃｍ）である。ＳＦ６は負性ガスである。
なお、ＲＦパワーは０Ｗとした。その他の条件は、比較例２と同一である。
実施例４及び比較例４について、上述した評価方法で評価した。結果を図１７に示す。
【００９６】
図１７に示すように、実施例４の実験結果と比較例４の実験結果とを対比すると、実施例４の方がプラズマが安定していることが確認された。また、比較例４では、負性ガスを用いた場合、中圧力範囲以上（５０ｍＴｏｒｒ（６．５Ｐａ）以上）でプラズマが不安定になる条件が多く確認されたのに対して、実施例４では、負性ガスを用いた場合であっても中圧力範囲以上においてプラズマの安定性が改善されていることが確認された。
【００９７】
（プラズマ放電の安定性の確認）
（実施例５）
イグニッション時から所定期間経過したときのプラズマ放電の安定性を確認すべく、時間に依存した発光強度を取得した。処理条件は以下の通りである。
［Ａｒイグニッション］
マイクロ波の電力：２０００Ｗ
圧力：１００Ｔｏｒｒ（１３Ｐａ）
ガスの流量
Ａｒガス：５００ｓｃｃｍ
処理時間：８ｓｅｃ
［クリーニング処理］
マイクロ波の電力：３０００Ｗ
圧力：２０Ｔｏｒｒ（２．６Ｐａ）
ガスの流量
ＳＦ６ガス：１００ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス：１００ｓｃｃｍ
処理時間：３０ｓｅｃ
すなわち、Ａｒでイグニッションを行い、その後、負性ガスのプラズマを生成するという条件とした。
【００９８】
図１８に結果を示す。図１８の（Ａ）はＡｒの発光強度の時間依存性、図１８の（Ｂ）はＯの発光強度の時間依存性、図１８の（Ｃ）はＦの発光強度の時間依存性の結果である。図１８に示すように、Ａｒによるプラズマの発光から、Ｏ又はＦによるプラズマの発光に遷移するとき（例えば、２０秒付近）、通常であればＯプラズマやＦプラズマが一旦消失して、その後ＯプラズマやＦプラズマが発生することになるため、２０秒付近で発光強度がゼロになる。これに対して、図１８に示すように、Ｏ又はＦによるプラズマの発光に遷移するときであってもプラズマ放電が一時的に中断されることがないことが確認された。すなわち、実施例５では、負性ガスを用いた場合であってもプラズマの安定性が改善されていることが確認された。
【００９９】
（実施例６）
イグニッション時から所定期間経過したときのプラズマ放電の安定性を確認すべく、時間に依存した発光強度を取得した。処理条件として、マイクロ波の電力を２５００Ｗとした。その他は実施例５と同一とした。
【０１００】
図１９に結果を示す。図１９の（Ａ）はＡｒの発光強度の時間依存性、図１９の（Ｂ）はＯの発光強度の時間依存性、図１９の（Ｃ）はＦの発光強度の時間依存性の結果である。図１９に示すように、図１８と同様に、負性ガスを用いた場合であってもプラズマの安定性が改善されていることが確認された。
【符号の説明】
【０１０１】
Ｗ…ウェハ（基板）、１…処理容器、３…台、１１…プラズマ処理装置、１１ａ…排気口、１６…誘電体窓、２０…スロット板、２１…スロット、３５…マイクロ波発生器、４１…共通ガス源、４２…添加ガス源、４４…フロースプリッタ、４５…共通ガスライン、４６，４７…分岐共通ガスライン、４８…添加ガスライン、５５…中央導入部、５８…中央導入口、６１…周辺導入部、６２…周辺導入口。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１３】
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【図１８】
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【図１９】
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