(57)【要約】【課題】プラズマの発生位置の制御性を改善する。【解決手段】プラズマ処理装置は、所定の軸線を中心とする円筒形状を有し、内部に処理空間を画成する処理容器と、処理空間の上方に設けられた複数の柱状誘電体と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、マイクロ波発生器と複数の柱状誘電体とを接続する導波部と、所定の軸線と交差するように処理容器内に設けられたステージと、を備え、複数の柱状誘電体は、処理空間内において所定の軸線の周方向に沿って所定の間隔で配置され、導波部は、マイクロ波発生器からのマイクロ波を分岐して複数の柱状誘電体に供給する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の軸線を中心とする円筒形状を有し、内部に処理空間を画成する処理容器と、
前記処理空間の上方に設けられた複数の柱状誘電体と、
マイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、
前記マイクロ波発生器と前記複数の柱状誘電体とを接続する導波部と、
前記所定の軸線と交差するように前記処理容器内に設けられたステージと、を備え、
前記複数の柱状誘電体は、前記処理空間内において前記所定の軸線の周方向に沿って所定の間隔で配置され、
前記導波部は、前記マイクロ波発生器からのマイクロ波を分岐して前記複数の柱状誘電体に供給する、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記処理容器は、前記処理空間を側方から画成する側壁を含み、該側壁には前記所定の軸線の周方向に沿って複数の開口が形成されており、
前記複数の柱状誘電体は、前記複数の開口を通って前記処理容器の内側に向けて延在している、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記処理容器は、前記処理空間を上方から画成する上壁を含み、該上壁には前記所定の軸線の周方向に沿って複数の開口が形成されており、
前記複数の柱状誘電体は、前記複数の開口を通って前記所定の軸線に平行な方向に向けて延在している、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記導波部は、マイクロ波の分岐比を調整する分岐調整機構を備える、請求項１〜３の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記柱状誘電体は、石英から構成されており、３５ｍｍ〜４５ｍｍの直径を有する円柱形状をなす、請求項１〜４の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記柱状誘電体は、アルミナから構成されており、２３ｍｍ〜３０ｍｍの直径を有する円柱形状をなす、請求項１〜４の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造プロセスにおいては、処理ガスのプラズマを励起させることにより、被処理基体に対するエッチングや成膜が行われる。プラズマは、容量結合方式、誘導結合方式といった種々の方式で発生させることができるが、プラズマ源として、低電子温度且つ高密度のプラズマを発生させることができるマイクロ波が注目されてきている。かかるマイクロ波をプラズマ源として採用したプラズマ処理装置は、特許文献１に記載されている。
【０００３】
特許文献１に記載されたプラズマ処理装置は、処理容器、ステージ、処理ガスの供給部、アンテナ、及び、マイクロ波発生器を備えている。処理容器は、被処理基体を載置するステージをその内部に収容している。アンテナは、ステージの上方に設けられている。このアンテナは、ラジアルラインスロットアンテナと称されるものであり、同軸導波管を介してマイクロ波発生器に接続されている。また、アンテナは、冷却ジャケット、誘電体板、スロット板、及び誘電体窓を含んでいる。誘電体板は、略円盤形状を有しており、上下方向から金属製の冷却ジャケットとスロット板との間に挟持されている。スロット板には、複数のスロット孔が設けられている。これらスロット孔は、同軸導波管の中心軸線を中心として周方向及び径方向に配列されている。このスロット板の直下には、略円盤形状の誘電体窓が設けられている。この誘電体窓は、処理容器の上部開口を閉じている。また、供給部は、センターガス供給部及びアウターガス供給部を含んでいる。センターガス供給部は、誘電体窓の中央から処理ガスを供給している。アウターガス供給部は、誘電体窓とステージとの間において環状に設けられており、センターガス供給部よりも下方において処理ガスを供給している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１１／１２５５２４号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、プラズマ処理装置には、被処理基体の全面に対する処理のバラツキを低減することが求められる。そのためには、処理容器内で発生させるプラズマの密度分布を最適化することが必要である。
【０００６】
特許文献１に記載されるプラズマ処理装置においては、マイクロ波によりプラズマを生成する際に、プラズマの発生位置が変化するモードジャンプという現象が発生し得る。モードジャンプは、アンテナ部下面に沿って伝搬される表面波の波長が、圧力、ガス流量、入力マイクロ波パワー等のプロセス条件によって変動することに伴い、電界強度分布が変動することにより生じるものである。また、このプラズマ処理装置では、被処理基体の中心上においてプラズマ密度が高く、被処理基体のエッジ上においてプラズマ密度が低い、密度が不均一なプラズマが生成されてしまう傾向がある。このように、特許文献１に記載された装置では、プラズマの発生位置の制御が困難となり、ウエハ面上での適切なプラズマ密度制御が困難となることがある。
【０００７】
したがって、本技術分野においては、アンテナからマイクロ波を供給することにより処理容器内にプラズマを励起するプラズマ処理装置において、プラズマの発生位置の制御性を改善することが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面に係るプラズマ処理装置は、所定の軸線を中心とする円筒形状を有し、内部に処理空間を画成する処理容器と、処理空間の上方に設けられた複数の柱状誘電体と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、マイクロ波発生器と複数の柱状誘電体とを接続する導波部と、所定の軸線と交差するように処理容器内に設けられたステージと、を備え、複数の柱状誘電体は、処理空間内において所定の軸線の周方向に沿って所定の間隔で配置され、導波部は、マイクロ波発生器からのマイクロ波を分岐して複数の柱状誘電体に供給する。
【０００９】
このプラズマ処理装置では、導波路からのマイクロ波が、処理空間内に配置される複数の柱状誘電体に伝搬される。したがって、プラズマの発生位置が複数の柱状誘電体の近傍に集中する。故に、このプラズマ処理装置は、プラズマの発生位置の制御性に優れている。また、複数の柱状誘電体は、処理容器の軸線の周方向に沿って所定の間隔で配置されている。したがって、このプラズマ処理装置は、前記所定の軸線に対して周方向において分散させた位置においてプラズマを発生させることができる。そして、このように発生させたプラズマがステージに向けて拡散されるので、ステージ上では周方向及び径方向におけるバラツキが低減されたプラズマ密度分布が形成され得る。更に、マイクロ波発生器からのマイクロ波が分岐されて複数の柱状誘電体に供給されるので、それぞれの柱状誘電体に供給されるマイクロ波エネルギーを小さくすることができる。これにより、供給されたマイクロ波のエネルギーの大部分を各柱状誘電体において消費することができるので、柱状誘電体の反射端において反射波が発生することを抑制することができる。故に、この処理装置は、電界強度分布が不均一な定在波の発生を抑制することができ、その結果、プラズマの発生位置が変動することを抑制することが可能となる。
【００１０】
一実施形態においては、処理容器は、処理空間を側方から画成する側壁を含み、該側壁には所定の軸線の周方向に沿って複数の開口が形成されており、複数の柱状誘電体は、複数の開口を通って処理容器の内側に向けて延在していてもよい。
【００１１】
この実施形態によれば、開口を通って処理容器の側方から内側に向けて複数の柱状誘電体が延在しているので、前記所定の軸線に対して周方向において分散させた位置においてプラズマを発生させることができる。
【００１２】
一実施形態においては、処理容器は、処理空間を上方から画成する上壁を含み、該上壁には所定の軸線の周方向に沿って複数の開口が形成されており、複数の柱状誘電体は、複数の開口を通って前記所定の軸線に平行な方向に向けて延在していてもよい。
【００１３】
この実施形態によれば、前記所定の軸線の周方向に沿って形成された開口を通って所定の軸線に平行な方向に向けて複数の柱状誘電体が延在しているので、前記所定の軸線に対して周方向において分散させた位置においてプラズマを発生させることができる。
【００１４】
一実施形態においては、導波部は、マイクロ波の分岐比を調整する分岐調整機構を備えてもよい。この実施形態によれば、複数の柱状誘電体のそれぞれに供給されるマイクロ波のエネルギーを調整することができる。
【００１５】
一実施形態においては、柱状誘電体は、石英又はアルミナといったセラミックスから構成され得る。石英の比誘電率は３．８〜４．２であり、アルミナの比誘電率は９〜１０である。石英から柱状誘電体が構成されている場合には、当該柱状誘電体は、３５ｍｍ〜４５ｍｍの直径を有する円柱形状をなしていてもよい。また、アルミナから柱状誘電体が構成されている場合には、当該柱状誘電体は、２３ｍｍ〜３０ｍｍの直径を有する円柱形状をなしていてもよい。金属で覆われた誘電体の内部では、基本モードであるＴＥ１１モードでマイクロ波が伝搬される。一方、プラズマに囲まれた誘電体内部では、基本モードであるＨＥ１１モードでマイクロ波が伝搬される。柱状誘電体が石英で構成されている場合には当該柱状誘電体の直径を３５ｍｍ以上とすることにより、また、柱状誘電体がアルミナで構成されている場合には当該柱状誘電体の直径を２３ｍｍ以上とすることにより、上壁又は側壁、即ち金属によって囲まれた柱状誘電体内にＴＥ１１モードでマイクロ波を伝搬することができる。また、柱状誘電体が石英で構成されている場合には当該柱状誘電体の直径を４５ｍｍ以下とすることにより、また、柱状誘電体がアルミナで構成されている場合には当該柱状誘電体の直径を３０ｍｍ以下とすることにより、プラズマが発生している処理空間において柱状誘電体内にＨＥ１１モードでマイクロ波が伝搬される際に、高次モードが発生することを防止することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明の種々の側面及び実施形態によれば、アンテナからマイクロ波を供給することにより処理容器内にプラズマを励起するプラズマ処理装置において、プラズマの発生位置の制御性を改善したプラズマ処理装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す断面図である。
【図２】第１実施形態に係るプラズマ処理装置のマイクロ波供給部を概略的に示した断面図である。
【図３】（ａ）は分岐器を示す斜視図であり、（ｂ）はその平断面図である。
【図４】第２実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す断面図である。
【図５】第２実施形態に係るプラズマ処理装置のマイクロ波供給部を概略的に示した断面図である。
【図６】第３実施形態のマイクロ波供給部を概略的に示した断面図である。
【図７】分岐調整機構を概略的に示した平面図である。
【図８】第４実施形態に係るマイクロ波供給部を概略的に示した断面図である。
【図９】第５実施形態に係るマイクロ波供給部を概略的に示した断面図である。
【図１０】実験例に用いたプラズマ処理装置の構成を示す斜視図である。
【図１１】実験例１のプラズマの発光状態の画像を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す断面図である。なお、説明の便宜上、図１においては後述するマイクロ波発生器２８及び導波部３８が省略されている。図１に示すプラズマ処理装置１０Ａは、処理容器１２を備えている。処理容器１２は、被処理基体Ｗを収容するための処理空間Ｓを画成している。処理容器１２は、側壁１２ａ、底部１２ｂ、及び上壁１２ｃを含み得る。側壁１２ａは、所定の軸線Ｚが延びる方向（以下、「軸線Ｚ方向」という）に延在する略円筒形状を有している。底部１２ｂは、側壁１２ａの下端側に設けられている。底部１２ｂには、排気用の排気孔１２ｄが設けられている。上壁１２ｃは、軸線Ｚを中心とする円盤形状を有しており、側壁１２ａの上端部に設けられている。
【００２０】
プラズマ処理装置１０Ａは、処理容器１２内に設けられたステージ２０を更に備えている。ステージ２０は、上壁１２ｃの下方に軸線Ｚに交差するように処理空間Ｓ内に設けられている。ステージ２０上には、被処理基体Ｗの中心が軸線Ｚと略一致するように、被処理基体Ｗが載置され得る。一実施形態においては、ステージ２０は、台２０ａ、及び、静電チャック２０ｂを含んでいる。
【００２１】
台２０ａは、筒状支持部４６に支持されている。筒状支持部４６は、絶縁性の材料で構成されており、底部１２ｂから垂直上方に延びている。また、筒状支持部４６の外周には、導電性の筒状支持部４８が設けられている。筒状支持部４８は、筒状支持部４６の外周に沿って処理容器１２の底部１２ｂから垂直上方に延びている。この筒状支持部４８と側壁１２ａとの間には、環状の排気路５０が形成されている。
【００２２】
排気路５０の上部には、複数の貫通孔が設けられた環状のバッフル板５２が取り付けられている。排気路５０は、排気孔１２ｄを提供する排気管５４に接続しており、当該排気管５４には、圧力調整器５６ａを介して排気装置５６ｂが接続されている。排気装置５６ｂは、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有している。圧力調整器５６ａは、排気装置５６ｂの排気量を調整して、処理容器１２内の圧力を調整する。これら圧力調整器５６ａ及び排気装置５６ｂにより、処理容器１２内の処理空間Ｓを所望の真空度まで減圧することができる。また、排気装置５６ｂを動作させることにより、ステージ２０の外周から排気路５０を介して処理ガスを排気することができる。
【００２３】
台２０ａは、高周波電極を兼ねている。台２０ａには、マッチングユニット６０及び給電棒６２を介して、ＲＦバイアス用の高周波電源５８が電気的に接続されている。高周波電源５８は、被処理基体Ｗに引き込むイオンのエネルギーを制御するのに適した一定の周波数、例えば、１３．６５ＭＨｚの高周波電力を所定のパワーで出力する。マッチングユニット６０は、高周波電源５８側のインピーダンスと、主に電極、プラズマ、処理容器１２といった負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合器を収容している。この整合器の中に自己バイアス生成用のブロッキングコンデンサが含まれている。
【００２４】
台２０ａの上面には、静電チャック２０ｂが設けられている。一実施形態においては、静電チャック２０ｂの上面は、被処理基体Ｗを載置するための載置領域を構成している。この静電チャック２０ｂは、被処理基体Ｗを静電吸着力で保持する。静電チャック２０ｂの径方向外側には、被処理基体Ｗの周囲を環状に囲むフォーカスリングＦが設けられている。静電チャック２０ｂは、電極２０ｄ、絶縁膜２０ｅ、及び、絶縁膜２０ｆを含んでいる。電極２０ｄは、導電膜によって構成されており、絶縁膜２０ｅと絶縁膜２０ｆの間に設けられている。電極２０ｄには、高圧の直流電源６４がスイッチ６６及び被覆線６８を介して電気的に接続されている。静電チャック２０ｂは、直流電源６４から印加される直流電圧により発生するクーロン力によって、その上面に被処理基体Ｗを吸着保持することができる。
【００２５】
台２０ａの内部には、周方向に延びる環状の冷媒室２０ｇが設けられている。この冷媒室２０ｇには、チラーユニットから配管７０，７２を介して所定の温度の冷媒、例えば、冷却水が循環供給される。静電チャック２０ｂ上の被処理基体Ｗの処理温度は、冷媒の温度によって制御され得る。さらに、伝熱ガス供給部からの伝熱ガス、例えば、Ｈｅガスがガス供給管７４を介して静電チャック２０ｂの上面と被処理基体Ｗの裏面との間に供給される。
【００２６】
一実施形態においては、プラズマ処理装置１０Ａは、温度制御機構として、ヒータＨＳ、ＨＣＳ、及び、ＨＥＳを更に備え得る。ヒータＨＳは、側壁１２ａ内に設けられており、環状に延在している。ヒータＨＳは、例えば、処理空間Ｓの高さ方向（即ち、軸線Ｚ方向）の中間に対応する位置に設けられ得る。ヒータＨＣＳは、台２０ａ内に設けられている。ヒータＨＣＳは、台２０ａ内において、上述した載置領域の中央部分の下方、即ち軸線Ｚに交差する領域に設けられている。また、ヒータＨＥＳは、台２０ａ内に設けられており、ヒータＨＥＳを囲むように環状に延在している。ヒータＨＥＳは、上述した載置領域の外縁部分の下方に設けられている。
【００２７】
一実施形態においては、上壁１２ｃには、当該上壁１２ｃを軸線Ｚに沿って貫通する導管３６が延びている。導管３６は、ガス供給部３７に接続されている。ガス供給部３７は、被処理基体Ｗを処理するための処理ガスを流量制御して導管３６に供給するガス源である。ガス供給部３７は、例えば、開閉弁及びマスフローコントローラを含み得る。
【００２８】
かかるガス供給部３７は、導管３６を介して処理ガスを軸線Ｚに沿って処理空間Ｓ内に導入する。処理ガスは、プラズマ処理装置１０Ａにおいて被処理基体Ｗに対して行われる処理によって適宜選択されるものである。処理ガスは、例えば、被処理基体Ｗのエッチングを行う場合には、エッチャントガス及び／又は不活性ガス等を含み、或いは、被処理基体Ｗ上に成膜を行う場合には、原料ガス及び／又は不活性ガス等を含み得る。
【００２９】
また、プラズマ処理装置１０Ａは、ガス供給部２４を更に備えている。ガス供給部２４は、環状管２４ａ、配管２４ｂ、及びガス源２４ｃを含んでいる。環状管２４ａは、処理空間Ｓの軸線Ｚ方向の中間位置において軸線Ｚ中心に環状に延在するよう、処理容器１２内に設けられている。この環状管２４ａには、軸線Ｚに向けて開口された複数のガス噴射口２４ｈが形成されている。これら複数のガス噴射口２４ｈは、軸線Ｚ中心に環状に配列されている。この環状管２４ａには配管２４ｂが接続している。配管２４ｂは、処理容器１２の外部まで延びており、ガス源２４ｃに接続されている。ガス源２４ｃは、ガス供給部３７と同様に処理ガスのガス源であり、当該処理ガスを流量制御して配管２４ｂに供給する。ガス源２４ｃは、例えば、開閉弁及びマスフローコントローラを含み得る。
【００３０】
このプラズマ処理装置１０Ａは、マイクロ波供給部３０Ａを更に備えている。以下、図１と共に、図２を参照してマイクロ波供給部３０Ａについて説明する。図２は、マイクロ波供給部３０Ａを概略的に示した断面図である。マイクロ波供給部３０Ａは、マイクロ波発生器２８、導波部３８、及び複数の柱状誘電体４２を含んでいる。マイクロ波発生器２８は、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生させる。マイクロ波発生器２８は、導波部３８の一端と接続され、発生させたマイクロ波を導波部３８に供給する。
【００３１】
導波部３８は、導波管３９を含んでいる。導波管３９は、マイクロ波を内部空間に伝搬する管状部材である。導波管３９は、例えば、その断面において短辺となる一対の壁面３９Ａと当該断面において長辺となる一対の壁面３９Ｂを含む扁平の矩形導波管である（図３参照）。
【００３２】
導波部３８は、マイクロ波発生器２８からのマイクロ波を分岐して複数の柱状誘電体４２に供給する。具体的に、導波部３８は、マイクロ波発生器２８からのマイクロ波を段階的に分岐し、分岐されたマイクロ波をそれぞれ複数の柱状誘電体４２に供給する。そのため、導波部３８は、マイクロ波を分岐するための複数の分岐器４０を有している。図３（ａ）は、一実施形態の分岐器４０を示す斜視図であり、図３（ｂ）はその平断面図である。分岐器４０は、略Ｙ字形状をなしており、第１ポート４１ａ、第２ポート４１ｂ、及び第３ポート４１ｃを有している。分岐器４０は、第１ポート４１ａから入力されたマイクロ波を分岐し、分岐されたマイクロ波を第２ポート４１ｂ及び第３ポート４１ｃから均等に出力する。説明の便宜上、図３（ｂ）において第１ポート４１ａから入力されたマイクロ波の進行方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸に直交する方向をＹ軸方向とする。
【００３３】
分岐器４０は、第１ポート４１ａに対面する壁面３９Ｂを有しており、当該壁面３９Ｂは、第１ポート４１ａ方向に傾斜する一対の傾斜面４１ｄを含んでいる。図３（ｂ）に示すように、一対の傾斜面４１ｄが互いに交差する部分、即ち頂辺４１ｅは、一対の壁面３９Ａの中心軸ＣＬ上と交差している。かかる分岐器４０は、一対の傾斜面４１ｄを備えているので、マイクロ波を分岐する際に反射波が発生することを抑制することができる。
【００３４】
図２の実施形態では、導波部３８のマイクロ波の伝搬経路上に７つの分岐器４０が設けられている。以下では、マイクロ波発生器２８からのマイクロ波を最初に分岐する分岐器４０を第１分岐器４０ａと称する。また、第１分岐器４０ａによって分岐されたマイクロ波を分岐する分岐器４０を第２分岐器４０ｂと称し、第２分岐器４０ｂによって分岐されたマイクロ波を分岐する分岐器４０を第３分岐器４０ｃと称する。なお、図２の実施形態では、１つの第１分岐器４０ａ、２つの第２分岐器４０ｂ、４つの第３分岐器４０ｃが設けられている。
【００３５】
側壁１２ａには、複数の開口１２Ａｈが形成されている。複数の開口１２Ａｈは、軸線Ｚに直交する方向に側壁１２ａを貫通している。また、複数の開口１２Ａｈは、高さ方向において環状管２４ａと上壁１２ｃとの間に設けられている。これら開口１２Ａｈは、軸線Ｚに対して周方向において所定の間隔で配置されている。これら開口１２Ａｈは、直径Ｄを有している。
【００３６】
複数の柱状誘電体４２は、複数の開口１２Ａｈを通って処理空間Ｓまで延在している。柱状誘電体４２は、複数の開口１２Ａｈを通る棒状、即ち円柱形状を有している。柱状誘電体４２は、基端部４２ａと先端部４２ｂとを有している。これら柱状誘電体４２の基端部４２ａの位置は側壁１２ａの外側面と一致している。また、これら柱状誘電体４２は、その先端部４２ｂが処理空間Ｓ内に位置するよう、側壁１２ａの内側面よりも内側まで延在している。即ち、複数の柱状誘電体４２は、処理空間Ｓ内において軸線Ｚの周方向に沿って所定の間隔をもって配置されており、且つ各柱状誘電体４２は側壁１２ａの外周面から処理容器１２の中心に向けて延在している。また、柱状誘電体４２の基端部４２ａには、導波部３８の他端が接続されている。これら複数の柱状誘電体４２は、誘電体製であり、例えば、石英から構成されている。
【００３７】
一実施形態においては、柱状誘電体４２は、直径Ｄを有する円柱形状であり、開口１２Ａｈに対して隙間なく嵌挿される。柱状誘電体４２は、石英又はアルミナといったセラミックから構成され得る。ここで、石英の比誘電率は３．８〜４．２であり、アルミナの比誘電率は、９〜１０である。柱状誘電体４２は、石英で構成されている場合には、３５ｍｍ〜４５ｍｍの直径Ｄを有し得る。或いは、柱状誘電体４２は、アルミナで構成されている場合には、２３ｍｍ〜３０ｍｍの直径Ｄを有し得る。柱状誘電体４２のうち側壁１２ａに覆われる部分（即ち、開口１２Ａｈを画成する金属製の壁面と接する部分）では、基本モードとしてＴＥ１１モードでマイクロ波が伝搬される。柱状誘電体４２が石英で構成されている場合には当該柱状誘電体４２の直径Ｄを３５ｍｍ以上とすることにより、或いは、柱状誘電体４２がアルミナで構成されている場合には当該柱状誘電体４２の直径Ｄを２３ｍｍ以上とすることにより、ＴＥ１１モードで伝搬されるマイクロ波が遮断されることなく、導波部３８を伝搬するマイクロ波を柱状誘電体４２に導入することが可能となる。一方、柱状誘電体４２のうちプラズマに覆われる部分（即ち、処理空間Ｓ内に位置する部分）では、基本モードとしてＨＥ１１モードでマイクロ波が伝搬される。柱状誘電体４２が石英で構成されている場合には当該柱状誘電体４２の直径Ｄを４５ｍｍ以下とすることにより、或いは、柱状誘電体４２がアルミナで構成されている場合には当該柱状誘電体４２の直径Ｄを３０ｍｍ以下とすることにより、柱状誘電体４２内に高次モードが発生することを防止することができる。
【００３８】
柱状誘電体４２を伝搬するマイクロ波は、処理ガスを励起し、処理空間Ｓ内にプラズマを発生させる。ここで、柱状誘電体４２は、マイクロ波発生器２８から供給されるマイクロ波のパワーに応じて決定される長さＬを有し得る。例えば、柱状誘電体４２は、供給されるマイクロ波のエネルギーを当該柱状誘電体４２において消費し得るだけの長さＬを有していてもよい。一実施形態においては、このような柱状誘電体４２の長さＬは２００ｍｍ以上であり得る。
【００３９】
このように構成されたマイクロ波供給部３０Ａにより、マイクロ波発生器２８から供給されたマイクロ波は、導波管３９を伝搬していく際に、第１分岐器４０ａ、第２分岐器４０ｂ、及び第３分岐器４０ｃにより８分割される。そして、分割されたマイクロ波は複数の開口１２Ａｈを通る柱状誘電体４２に導入され、処理空間Ｓに供給される。このように、プラズマ処理装置１０Ａでは、マイクロ波発生器２８から供給されるマイクロ波が柱状誘電体４２に集中する。その結果、処理ガスのプラズマの発生位置が、複数の柱状誘電体４２の近傍に集中する。したがって、プラズマ処理装置１０Ａは、プラズマ発生位置の制御性に優れている。
【００４０】
また、複数の柱状誘電体４２は、処理空間Ｓ内において軸線Ｚの周方向に沿って所定の間隔をもって配置されており、且つ各柱状誘電体４２は側壁１２ａの外周面から処理容器１２の中心に向けて延在している。したがって、プラズマ処理装置１０Ａでは、プラズマの発生位置を、軸線Ｚの周方向に分布させることが可能である。そして、このように発生させたプラズマがステージ２０に向けて拡散されるので、プラズマ処理装置１０Ａによれば、ステージ上において周方向及び径方向（即ち、軸線Ｚに対して放射方向）におけるプラズマの密度分布のバラツキを低減させることが可能となる。
【００４１】
また、複数の柱状誘電体４２は、長さＬを有するので、これらの柱状誘電体４２の先端部４２ｂが反射端となって反射波が発生することを抑制することができる。これにより、柱状誘電体４２内に反射波に起因する定在波が生じることが抑制され、その結果、プラズマの発生位置が変動することを抑制することが可能となる。
【００４２】
（第２実施形態）
第２実施形態に係るプラズマ処理装置１０Ｂは、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１０Ａとほぼ同様であるが、マイクロ波供給部３０Ａに代えてマイクロ波供給部３０Ｂを備えている。マイクロ波供給部３０Ｂは、開口及び柱状誘電体の配置がマイクロ波供給部３０Ａと相違する。以下では、説明理解の容易性を考慮して、第１実施形態との相違点を中心に説明し、重複する説明は省略する。
【００４３】
図４は、第２実施形態に係るプラズマ処理装置１０Ｂを概略的に示す断面図である。また、図５は、第２実施形態に係るプラズマ処理装置のマイクロ波供給部を概略的に示した断面図である。以下、図４及び図５を参照してプラズマ処理装置１０Ｂについて説明する。図４及び図５に示すように、プラズマ処理装置１０Ｂにおいては、側壁１２ａには開口１２Ａｈが形成されていない。その代わりに、上壁１２ｃをＺ方向に貫通する複数の開口１２Ｂｈが形成されている。
【００４４】
複数の開口１２Ｂｈは、軸線Ｚを中心とする第１の円ＣＣ１に沿って所定の間隔をもって形成されている。一実施形態では、複数の開口１２Ｂｈは、第１の円ＣＣ１に沿って所定の間隔で配置されている。一実施形態においては、開口１２Ｂｈは直径Ｄを有している。
【００４５】
また、複数の柱状誘電体４２は、複数の開口１２Ｂｈを通って処理空間Ｓまで延在している。柱状誘電体４２は、複数の開口１２Ｂｈを通る棒状、即ち円柱形状を有している。これら柱状誘電体４２の上端、即ち基端部４２ａは、上壁１２ｃの上面の高さと一致している。また、これら柱状誘電体４２は、上壁１２ｃの下面よりも下方まで軸線Ｚ方向に延在している。複数の柱状誘電体４２の基端部４２ａには、導波部３８の他端部が接続されており、マイクロ波発生器２８からのマイクロ波が供給される。かかる構成のプラズマ処理装置１０Ｂは、複数の柱状誘電体４２の配置が異なるものの、プラズマ処理装置１０Ａと同様に、プラズマ発生位置の制御性に優れ、ステージ上における周方向及び径方向におけるプラズマ密度分布のバラツキを低減させることが可能である。
【００４６】
（第３実施形態）
図６は、第３実施形態のマイクロ波供給部を概略的に示した断面図である。この実施形態は、プラズマ処理装置１０Ａのマイクロ波供給部３０Ａに代わるマイクロ波供給部３０Ｃに関するものである。図６に示すように、マイクロ波供給部３０Ｃは、分岐器４０に代えて分岐調整機構７６を備えている点においてマイクロ波供給部３０Ａと異なっている。分岐調整機構７６は、マイクロ波の分岐比を調整するものである。
【００４７】
図７は、分岐調整機構７６の概略的な構成を示す平面図である。分岐調整機構７６は、略Ｔ字形状をなしており、第１ポート７７Ａ、第２ポート７７Ｂ、及び第３ポート７７Ｃを有している。分岐調整機構７６は、第１ポート７７Ａから入力されたマイクロ波を分岐し、分岐されたマイクロ波を第２ポート７７Ｂ及び第３ポート７７Ｃから均一に出力する。説明の便宜上、図７において第１ポート７７Ａから入力されたマイクロ波の進行方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸に直交する方向をＹ軸方向とする。
【００４８】
分岐調整機構７６は、分波部７８、結合部８０、ガイド８４、モータ８６、及びパワーモニタ９０を含んでいる。分波部７８は、第１ポート７７Ａ方向に傾斜する一対の傾斜面を提供している。分波部７８は、第１ポート７７Ａから入力されたマイクロ波を分岐する分岐器として機能する。分岐調整機構７６は、結合部８０の一端と接続されている。結合部８０は、壁面３９Ｂに形成されたスリット８２を通過してＸ軸方向に沿って壁面３９Ｂの外側まで延びている。結合部８０の他端はガイド８４と接続されている。ガイド８４は、モータ８６と接続されており、このモータ８６からの駆動力によりＹ軸方向に移動可能とされている。また、壁面３９Ｂの外側には、スリット８２、ガイド８４、及びモータ８６を覆う遮蔽部８８が設けられている。この遮蔽部８８は、スリット８２を通過したマイクロ波が外部に漏れ出すことを防止する。また、モータ８６は遮蔽部８８の外部に設けられるモータ制御部ＭＣと電気的に接続されている。
【００４９】
また、分岐調整機構７６の第２ポート７７Ｂ及び第３ポート７７Ｃの近傍には、それぞれパワーモニタ９０が設けられている。パワーモニタ９０は、分波部７８によって分岐され、第２ポート７７Ｂ及び第３ポート７７Ｃに向けて出力されたマイクロ波のパワーをそれぞれ測定する。パワーモニタ９０により測定されたマイクロ波パワーは、モータ制御部ＭＣに出力される。モータ制御部ＭＣは、パワーモニタ９０からの出力に基づいて、モータ８６の駆動を制御する制御信号をモータ８６に出力する。
【００５０】
このように構成された分岐調整機構７６では、モータ制御部ＭＣからの制御信号により、モータ８６が駆動力を発生し、ガイド８４をＹ軸方向に移動させる。これにより、ガイド８４に結合部８０を介して結合される分波部７８がＹ軸方向に移動する。分波部７８がＹ軸方向に移動することにより、第１ポート７７Ａから入力されたマイクロ波の第２ポート７７Ｂ及び第３ポート７７Ｃに対する分岐比を調整することができる。
【００５１】
以上説明したように、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０Ｃは、導波管３９が複数の分岐調整機構７６を備えているので、複数の柱状誘電体４２のそれぞれに供給されるマイクロ波のエネルギーを調整することができる。
【００５２】
なお、本実施形態の分岐調整機構７６は、プラズマ処理装置１０Ｂの分岐器４０に代えて用いることも可能である。
【００５３】
（第４実施形態）
図８は、第４実施形態に係るマイクロ波供給部３０Ｄを概略的に示す断面図である。この実施形態は、第３実施形態のマイクロ波供給部３０Ｃの変形態様であり、プラズマ処理装置１０Ａのマイクロ波供給部３０Ａに代わるマイクロ波供給部３０Ｄに関するものである。図８に示すように、マイクロ波供給部３０Ｄでは、複数の柱状誘電体４２のうち一部（図８では、外側に位置する８つの柱状誘電体４２）は、処理空間Ｓ内において軸線Ｚを中心とする第１の円ＣＣ１に沿って所定の間隔をもって配置されており、且つ各柱状誘電体４２は側壁１２ａの外周面から処理容器１２の中心に向けて延在している。また、複数の柱状誘電体４２のうち他の一部（図２では、内側に位置する４つの柱状誘電体４２）は、軸線Ｚを中心とし第１の円ＣＣ１の直径より小径の第２の円ＣＣ２に沿って所定の間隔をもって軸線Ｚ方向に延在している。第２の円ＣＣ２に沿って設けられる柱状誘電体４２は、上壁１２ｃを貫通して処理空間Ｓまで延びている。即ち、第２の円ＣＣ２に沿って設けられる柱状誘電体４２の上端の位置は上壁１２ｃの上面の高さと一致している。また、第２の円ＣＣ２に沿って設けられる柱状誘電体４２は、上壁１２ｃの下面よりも下方まで軸線Ｚ方向に延在している。
【００５４】
図８では、導波管３９の経路上に１１個の分岐調整機構７６が接続されている。図８において、マイクロ波発生器２８からのマイクロ波を分岐する分岐調整機構７６を第１分岐調整機構７６ａと称する。また、第１分岐調整機構７６ａによって分岐されたマイクロ波を分岐する分岐調整機構７６を第２分岐調整機構７６ｂと称し、第２分岐調整機構７６ｂによって分岐されたマイクロ波を分岐する分岐調整機構７６を第３分岐調整機構７６ｃと称する。更に、第３分岐調整機構７６ｃによって分岐されたマイクロ波を分岐する分岐調整機構７６を第４分岐調整機構７６ｄと称する。図８に示すマイクロ波供給部３０Ｄには１つの第１分岐調整機構７６ａ、２つの第２分岐調整機構７６ｂ、４つの第３分岐調整機構７６ｃ、及び４つの第４分岐調整機構７６ｄが設けられている。このマイクロ波供給部３０Ｄによれば、第１分岐調整機構７６ａ、第２分岐調整機構７６ｂ、第３分岐調整機構７６ｃ、及び第４分岐調整機構７６ｄにより１６分割されたマイクロ波が第１の円ＣＣ１に沿った複数の柱状誘電体４２に供給される。また、第１分岐器７６ａ、第２分岐器７６ｂ、及び第３分岐器７６ｃにより８分割されたマイクロ波が第２の円ＣＣ２に沿った複数の柱状誘電体４２に供給される。
【００５５】
かかるマイクロ波供給部３０Ｄによれば、第１の円ＣＣ１の直径より小径の第２の円ＣＣ２に沿って複数の柱状誘電体４２が配置されているので、軸線Ｚ近傍のプラズマの密度を補強することが可能である。
【００５６】
また、第１分岐調整機構７６ａを用いてマイクロ波発生器２８からのマイクロ波の分岐比を調整することにより、円ＣＣ１に沿って複数の柱状誘電体４２と円ＣＣ２に沿って複数の柱状誘電体４２とに供給されるマイクロ波のエネルギーを調整することができる。故に、複数の柱状誘電体４２のそれぞれに供給されるマイクロ波のエネルギーを調整することができる。したがって、マイクロ波供給部３０Ｄを備えるプラズマ処理装置では、プラズマ密度分布の制御性が更に向上される。
【００５７】
（第５実施形態）
図９は、第５実施形態に係るマイクロ波供給部３０Ｅを概略的に示す平面図である。この実施形態は、プラズマ処理装置１０Ｂのマイクロ波供給部３０Ｂに代わるマイクロ波供給部３０Ｅに関するものである。図９に示すように、上壁１２ｃには、当該上壁１２ｃを軸線Ｚ方向に貫通する複数の開口１２Ｂｈが形成されている。
【００５８】
複数の開口１２Ｂｈのうち一部（図９では、外側の８つの開口１２Ｂｈ）は、軸線Ｚを中心とする第１の円ＣＣ１に沿って延在している。また、複数の開口１２Ｂｈのうち他の一部（図９では、内側の４つの開口１２Ｂｈ）は、軸線Ｚを中心とし第１の円ＣＣ１の直径より小径の第２の円ＣＣ２に沿って延在している。
【００５９】
また、複数の柱状誘電体４２は、複数の開口１２Ｂｈを通って処理空間Ｓまで延在している。即ち、マイクロ波供給部３０Ｅには、１２個の柱状誘電体４２が設けられている。これら柱状誘電体４２の上端、即ち基端部４２ａの位置は上壁１２ｃの上面の高さと一致している。また、これら柱状誘電体４２は、上壁１２ｃの下面よりも下方まで軸線Ｚ方向に延在している。複数の柱状誘電体４２の基端部４２ａには、導波部３８の他端部が接続されており、マイクロ波発生器２８からのマイクロ波が供給される。
【００６０】
複数の柱状誘電体４２のうち一部（図８では、外側に位置する８つの柱状誘電体４２）は、軸線Ｚを中心とする第１の円ＣＣ１に沿って所定の間隔をもって配置されている。また、複数の柱状誘電体４２のうち他の一部（図２では、内側に位置する４つの柱状誘電体４２）は、軸線Ｚを中心とし且つ第１の円ＣＣ１の直径より小径の第２の円ＣＣ２に沿って所定の間隔をもって配置されている。
【００６１】
また、マイクロ波供給部３０Ｅには、１１個の分岐調整機構７６が設けられている。図９においては、マイクロ波発生器２８からのマイクロ波を分岐する分岐調整機構７６を第１分岐調整機構７６ａと称する。また、第１分岐調整機構７６ａによって分岐されたマイクロ波を分岐する分岐調整機構７６を第２分岐調整機構７６ｂと称し、第２分岐調整機構７６ｂによって分岐されたマイクロ波を分岐する分岐調整機構７６を第３分岐調整機構７６ｃと称する。更に、第３分岐調整機構７６ｃによって分岐されたマイクロ波を分岐する分岐調整機構７６を第４分岐調整機構７６ｄと称する。マイクロ波供給部３０Ｅには、１つの第１分岐調整機構７６ａ、２つの第２分岐調整機構７６ｂ、４つの第３分岐調整機構７６ｃ、及び４つの第４分岐調整機構７６ｄが設けられている。このように構成されたマイクロ波供給部３０Ｅによれば、第１分岐器４０ａ、第２分岐器４０ｂ、第３分岐器４０ｃ、及び第４分岐器４０ｄにより１６分割されたマイクロ波が第１の円ＣＣ１に沿った複数の柱状誘電体４２に供給される。また、第１分岐器４０ａ、第２分岐器４０ｂ、及び第３分岐器４０ｃにより８分割されたマイクロ波が第２の円ＣＣ２に沿った複数の柱状誘電体４２に供給される。
【００６２】
かかるマイクロ波供給部３０Ｅによれば、第１の円ＣＣ１の直径より小径の第２の円ＣＣ２に沿って複数の柱状誘電体４２が配置されているので、軸線Ｚ近傍のプラズマの密度を補強することが可能である。
【００６３】
また、第１分岐調整機構７６ａを用いてマイクロ波発生器２８からのマイクロ波の分岐比を調整することにより、円ＣＣ１に沿って複数の柱状誘電体４２と円ＣＣ２に沿って複数の柱状誘電体４２とに供給されるマイクロ波のエネルギーを調整することができる。故に、複数の柱状誘電体４２のそれぞれに供給されるマイクロ波のエネルギーを調整することができる。したがって、マイクロ波供給部３０Ｄを備えるプラズマ処理装置では、プラズマ密度分布の制御性が更に向上される。
【００６４】
以下、上述した実施形態の評価のために行った実験例１について説明する。図１０は、実験例に用いたプラズマ処理装置の構成を示す斜視図である。
【００６５】
図１０に示すプラズマ処理装置１００は、処理容器１１２の上部に、四つの誘電体製のロッドＳＰ１〜ＳＰ４を備えている。ロッドＳＰ１〜ＳＰ４は、４０ｍｍの直径及び３５３ｍｍの長さを有し、等間隔で互いに平行に配列されている。また、図１０に示すように、これらロッドは、ロッドＳＰ１、ＳＰ３、ＳＰ２、ＳＰ４の順で一方向に配列されている。ロッドＳＰ１とロッドＳＰ４の間の距離は３００ｍｍとした。
【００６６】
また、プラズマ処理装置１００は、二つの矩形導波管１１４及び１１６を備えている。矩形導波管１１４及び１１６の断面サイズは、ＥＩＡ規格ＷＲ−４３０準拠の１０９．２ｍｍｘ５４．６ｍｍである。導波管１１４及び１１６は、ロッドＳＰ１〜ＳＰ４の延在方向と直交する方向に延在しており、それらの間にロッドＳＰ１〜ＳＰ４が介在するように設けられている。導波管１１４は、その反射端にプランジャ１１８を有しており、導波管１１６は、その反射端にプランジャ１２０を有している。導波管１１４の導波路内には、ロッドＳＰ１及びＳＰ２の一端が位置しており、ロッドＳＰ１及びＳＰ２の他端は、導波管１１６の導波路の手前で終端している。具体的には、ロッドＳＰ１及びＳＰ２それぞれの一端は、３０ｍｍの長さで導波管１１４内に入り込んでいる。また、導波管１１６の導波路内には、ロッドＳＰ３及びＳＰ４の一端が位置しており、ロッドＳＰ３及びＳＰ４の他端は、導波管１１４の導波路の手前で終端している。具体的には、ロッドＳＰ３及びＳＰ４それぞれの一端は、３０ｍｍの長さで導波管１１６内に入り込んでいる。
【００６７】
導波管１１４には、プランジャ１２２及び１２４が取り付けられている。プランジャ１２２は、反射板１２２ａ及び位置調整機構１２２ｂを有している。反射板１２２ａは、導波管１１４の導波路を介してロッドＳＰ１の一端に対峙している。位置調整機構１２２ｂは、導波路を画成する導波管１１４の一面（参照符号１１４ａで示す）からの反射板１２２ａの位置を調整する機能を有する。また、プランジャ１２４は、反射板１２４ａ及び位置調整機構１２４ｂを有している。反射板１２４ａは、導波管１１４の導波路を介してロッドＳＰ２の一端に対峙している。位置調整機構１２４ｂは、導波管１１４の一面１１４ａからの反射板１２４ａの位置を調整することができる。
【００６８】
また、導波管１１６には、プランジャ１２６及び１２８が取り付けられている。プランジャ１２６は、反射板１２６ａ及び位置調整機構１２６ｂを有している。反射板１２６ａは、導波管１１６の導波路を介してロッドＳＰ３の一端に対峙している。位置調整機構１２６ｂは、導波路を画成する導波管１１６の一面（参照符号１１６ａで示す）からの反射板１２６ａの位置を調整することができる。また、プランジャ１２８は、反射板１２８ａ及び位置調整機構１２８ｂを有している。反射板１２８ａは、導波管１１６の導波路を介してロッドＳＰ４の一端に対峙している。位置調整機構１２８ｂは、導波路を画成する導波管１１６の一面１１６ａからの反射板１２８ａの位置を調整することができる。
【００６９】
実験例１では、上記構成を有するプラズマ処理装置１００の処理容器１１２内に処理ガスを供給し、導波管１１４に周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を供給した。また、実験例１では、処理ガス、導波管１１４に供給するマイクロ波パワー、及び処理容器１１２内の圧力を図１１に示すようにパラメータとして変更した。
【００７０】
そして、実験例１において、ロッドＳＰ１、ＳＰ２の下方からプラズマの発光状態を撮影した。図１１は、実験例１のプラズマの発光状態の画像を示している。図１１に示す画像では、輝度の比較的高い部分が、ロッドＳＰ１、ＳＰ２の近傍のプラズマの発光を示している。したがって、実験例１の結果、プラズマの発生位置をロッドＳＰ１、ＳＰ２の近傍に制御できることが確認された。このことから、プラズマの発生位置をロッド、即ち、柱状誘電体の近傍に集中させることができることが確認された。
【００７１】
また、実験例１の結果、ロッドＳＰ１、ＳＰ２のマイクロ波の入射端近傍から他端側近傍に向かって延びるプラズマの発生が観測された。具体的には、ロッドＳＰ１、ＳＰ２に沿って延びるプラズマの長さは、ロッドＳＰ１、ＳＰ２に供給されたマイクロ波パワーが大きいほど長いことが確認された。例えば、処理ガス：Ｎ２のみ、圧力：１００ｍＴｏｒｒ、マイクロ波パワー：５０００Ｗとした場合には、ロッドＳＰ１、ＳＰ２の全域に沿ってプラズマが発生していた。また、このプラズマは縞模様を有するものであった。これは、ロッドＳＰ１、ＳＰ２内で定在波が発生したことに起因するものであると推測される。これに対し、処理ガス及び圧力を同じ条件とし、マイクロ波パワーを２０００Ｗとした場合には、ロッドＳＰ１、ＳＰ２の入射端からこれらロッドの途中までに沿った領域のみにおいてプラズマが発生しており、また、定在波の発生を示す縞模様のプラズマは観察されなかった。このことから、相当に高いパワーのマイクロ波をマイクロ波発生器によって発生させても当該マイクロ波を分岐させて複数の柱状誘電体に供給することにより、定在波の発生を防止できるとの推測が成り立つことが確認された。
【００７２】
以上、種々の実施形態について説明してきたが、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、第４実施形態及び第５実施形態では、誘電体製の複数の柱状誘電体が二つの同心円、即ち第１の円ＣＣ１及び第２の円ＣＣ２に沿って配列されているが、複数の柱状誘電体は、三つ以上の同心円に沿って設けられていてもよい。さらに、複数の柱状誘電体の形状は、円柱形状に限定されるものではなく、柱状誘電体は楕円の断面形状を有していてもよく、或いは、四角柱形状等の種々の形状を有していてもよい。
【００７３】
また、上述した実施形態では、導波管として矩形導波管を用いたが、導波管として同軸導波管を用いてもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…プラズマ処理装置、１２…処理容器、１２Ａｈ，１２Ｂｈ…開口、１２ａ…側壁、１２ｂ…底部、１２ｃ…上壁、１２ｄ…排気孔、２０…ステージ、２４…ガス供給部、２８…マイクロ波発生器、３０Ａ,３０Ｂ,３０Ｃ,３０Ｄ，３０Ｅ…マイクロ波供給部、３６…導管、３７…ガス供給部、３８…導波部、３９…導波管、４０…分岐器、４２…柱状誘電体、４２ａ…基端部、４２ｂ…先端部、７６…分岐調整機構、７８…分波部、８０…結合部、８２…スリット、８４…ガイド、８６…モータ、８８…遮蔽部、９０…パワーモニタ、ＣＣ１…第１の円、ＣＣ２…第２の円、ＭＣ…モータ制御部、Ｓ…処理空間、Ｗ…被処理基体、Ｚ…軸線。
【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】
2014175168.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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