(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体を収容する処理容器と、
前記処理容器の内部に配置され、前記被処理体を載置する載置面を有する載置台と、
前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給機構と、
前記処理容器内で前記処理ガスのプラズマを生成させるためのマイクロ波を発生させると共に、前記処理容器内に前記マイクロ波を導入するマイクロ波導入装置と
を備え、
前記マイクロ波導入装置は、前記処理容器の上部に配置され、複数の開口部を有する導電性部材と、前記複数の開口部に嵌合し、前記処理容器内にマイクロ波を透過させて導入させる複数のマイクロ波透過窓とを含み、
前記複数のマイクロ波透過窓は、前記複数の開口部に嵌合した状態で、前記載置面に平行な１つの仮想の平面上に配置され、第１のマイクロ波透過窓と、前記第１のマイクロ波透過窓に隣接する第２および第３のマイクロ波透過窓とを含み、
前記第１ないし第３のマイクロ波透過窓は、前記第１のマイクロ波透過窓の中心点と前記第２のマイクロ波透過窓の中心点との距離と、前記第１のマイクロ波透過窓の中心点と前記第３のマイクロ波透過窓の中心点との距離が、互いに等しいかほぼ等しくなるように設定されて配置されており、
前記複数のマイクロ波透過窓は、前記導電性部材における中央部分に配置された１つの中心マイクロ波透過窓と、前記中心マイクロ波透過窓を囲むように、前記中央部分よりも外側に配置された少なくとも６つの外側マイクロ波透過窓とを有し、
前記６つの外側マイクロ波透過窓と前記中心マイクロ波透過窓は、前記６つの外側マイクロ波透過窓の中心点と前記中心マイクロ波透過窓の中心点のうち、互いに隣接する３つの中心点を結ぶことによって平面状に６個の正三角形を形成し、これら６個の正三角形によって仮想の正六角形を形成するように配置されているとともに、
前記仮想の正六角形の外縁は、前記被処理体の平面形状を前記仮想の平面に投影して形成された図形を包含しており、
前記被処理体の平面形状は円形であり、
前記複数のマイクロ波透過窓から前記処理容器内に導入される各々のマイクロ波に基づいて生成される複数のマイクロ波プラズマの密度分布は全て同一であり、
前記被処理体の平面形状の直径を１とし、隣接する任意の２つのマイクロ波透過窓の中心点間の距離をＬｐで表したときに、前記複数のマイクロ波プラズマの密度分布の半値全幅が０．３７×Ｌｐ＋０．２６の値以上であり、且つ、３．８０×Ｌｐ−１．０４の値以下であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記ガス供給機構からの前記処理ガスを前記処理容器内に導入する複数のノズルが、前記６つの外側マイクロ波透過窓と前記中心マイクロ波透過窓との間において、前記中心マイクロ波透過窓の周囲を囲むように配置されている請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
被処理体を収容する処理容器と、
前記処理容器の内部に配置され、前記被処理体を載置する載置面を有する載置台と、
前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給機構と、
前記処理容器内で前記処理ガスのプラズマを生成させるためのマイクロ波を発生させると共に、前記処理容器内に前記マイクロ波を導入するマイクロ波導入装置と
を備え、
前記マイクロ波導入装置は、前記処理容器の上部に配置され、複数の開口部を有する導電性部材と、前記複数の開口部に嵌合し、前記処理容器内にマイクロ波を透過させて導入させる複数のマイクロ波透過窓とを含み、
前記複数のマイクロ波透過窓は、前記複数の開口部に嵌合した状態で、前記載置面に平行な１つの仮想の平面上に配置され、第１のマイクロ波透過窓と、前記第１のマイクロ波透過窓に隣接する第２および第３のマイクロ波透過窓とを含み、
前記第１ないし第３のマイクロ波透過窓は、前記第１のマイクロ波透過窓の中心点と前記第２のマイクロ波透過窓の中心点との距離と、前記第１のマイクロ波透過窓の中心点と前記第３のマイクロ波透過窓の中心点との距離が、互いに等しいかほぼ等しくなるように設定されて配置されており、
前記複数のマイクロ波透過窓は、前記導電性部材における中央部分に配置された１つの中心マイクロ波透過窓と、前記中心マイクロ波透過窓を囲むように、前記中央部分よりも外側に配置された少なくとも６つの外側マイクロ波透過窓とを有し、
前記６つの外側マイクロ波透過窓と前記中心マイクロ波透過窓は、前記６つの外側マイクロ波透過窓の中心点と前記中心マイクロ波透過窓の中心点のうち、互いに隣接する３つの中心点を結ぶことによって平面状に６個の正三角形を形成し、これら６個の正三角形によって仮想の正六角形を形成するように配置されているとともに、
前記仮想の正六角形の外縁は、前記被処理体の平面形状を前記仮想の平面に投影して形成された図形を包含しており、
前記ガス供給機構からの前記処理ガスを前記処理容器内に導入する複数のノズルが、前記６つの外側マイクロ波透過窓と前記中心マイクロ波透過窓との間において、前記中心マイクロ波透過窓の周囲を囲むように配置されているプラズマ処理装置。
【請求項４】
被処理体を収容する処理容器と、
前記処理容器の内部に配置され、前記被処理体を載置する載置面を有する載置台と、
前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給機構と、
前記処理容器内で前記処理ガスのプラズマを生成させるためのマイクロ波を発生させると共に、前記処理容器内に前記マイクロ波を導入するマイクロ波導入装置と
を備え、
前記マイクロ波導入装置は、前記処理容器の上部に配置され、複数の開口部を有する導電性部材と、前記複数の開口部に嵌合し、前記処理容器内にマイクロ波を透過させて導入させる複数のマイクロ波透過窓とを含み、
前記複数のマイクロ波透過窓は、前記複数の開口部に嵌合した状態で、前記載置面に平行な１つの仮想の平面上に配置され、第１のマイクロ波透過窓と、前記第１のマイクロ波透過窓に隣接する第２および第３のマイクロ波透過窓とを含み、
前記第１ないし第３のマイクロ波透過窓は、前記第１のマイクロ波透過窓の中心点と前記第２のマイクロ波透過窓の中心点との距離と、前記第１のマイクロ波透過窓の中心点と前記第３のマイクロ波透過窓の中心点との距離が、互いに等しいかほぼ等しくなるように設定されて配置されており、
前記第１ないし第３のマイクロ波透過窓は、前記第１ないし第３のマイクロ波透過窓の中心点を互いに結ぶことによって平面状に仮想の正三角形を形成するように配置されているとともに、
前記仮想の正三角形の外縁は、前記被処理体の平面形状を前記仮想の平面に投影して形成された図形を包含しており、
前記被処理体の平面形状は円形であり、
前記複数のマイクロ波透過窓から前記処理容器内に導入される各々のマイクロ波に基づいて生成される複数のマイクロ波プラズマの密度分布は全て同一であり、
前記被処理体の平面形状の直径を１とし、隣接する任意の２つのマイクロ波透過窓の中心点間の距離をＬｐで表したときに、前記複数のマイクロ波プラズマの密度分布の半値全幅が、０．４７×Ｌｐ＋０．５６の値以上であり、且つ−１９×Ｌｐ＋２１の値以上であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記マイクロ波導入装置は、マイクロ波を生成すると共に、マイクロ波を複数の経路に分配して出力するマイクロ波出力部と、それぞれ１つのマイクロ波透過窓を含み、前記マイクロ波出力部から出力されたマイクロ波を前記処理容器内に導入する複数のマイクロ波導入モジュールとを有し、
前記マイクロ波導入モジュールは、マイクロ波を前記処理容器内に放射する平面アンテナ及び前記マイクロ波透過窓を有するアンテナ部と、前記平面アンテナに至るまでのインピーダンスを調整するチューナと、を有し、
前記複数のマイクロ波導入モジュールの構成は、全て同一であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
被処理体を収容する処理容器内で処理ガスのプラズマを生成させるためのマイクロ波を発生させると共に、前記処理容器内に前記マイクロ波を導入するマイクロ波導入装置であって、
前記処理容器の上部に配置され、複数の開口部を有する導電性部材と、
前記複数の開口部に嵌合し、前記処理容器内にマイクロ波を透過させて導入させる複数のマイクロ波透過窓と
を含み、
前記複数のマイクロ波透過窓は、前記複数の開口部に嵌合した状態で、１つの仮想の平面上に配置され、第１のマイクロ波透過窓と、前記第１のマイクロ波透過窓に隣接する第２および第３のマイクロ波透過窓とを含み、
前記第１ないし第３のマイクロ波透過窓は、前記第１のマイクロ波透過窓の中心点と前記第２のマイクロ波透過窓の中心点との距離と、前記第１のマイクロ波透過窓の中心点と前記第３のマイクロ波透過窓の中心点との距離が、互いに等しいかほぼ等しくなるように設定されて配置されており、
前記複数のマイクロ波透過窓は、前記導電性部材における中央部分に配置された１つの中心マイクロ波透過窓と、前記中心マイクロ波透過窓を囲むように、前記中央部分よりも外側に配置された少なくとも６つの外側マイクロ波透過窓とを有し、
前記６つの外側マイクロ波透過窓と前記中心マイクロ波透過窓は、前記６つの外側マイクロ波透過窓の中心点と前記中心マイクロ波透過窓の中心点とを互いに結ぶことによって平面状に６個の正三角形を形成し、これら６個の正三角形によって仮想の正六角形を形成するように配置されているとともに、
前記仮想の正六角形の外縁は、前記被処理体の平面形状を前記仮想の平面に投影して形成された図形を包含しており、
前記被処理体の平面形状は円形であり、
前記複数のマイクロ波透過窓から前記処理容器内に導入される各々のマイクロ波に基づいて生成される複数のマイクロ波プラズマの密度分布は全て同一であり、
前記被処理体の平面形状の直径を１とし、隣接する任意の２つのマイクロ波透過窓の中心点間の距離をＬｐで表したときに、前記複数のマイクロ波プラズマの密度分布の半値全幅が０．３７×Ｌｐ＋０．２６の値以上であり、且つ、３．８０×Ｌｐ−１．０４の値以下であることを特徴とするマイクロ波導入装置。
【請求項７】
被処理体を収容する処理容器内で処理ガスのプラズマを生成させるためのマイクロ波を発生させると共に、前記処理容器内に前記マイクロ波を導入するマイクロ波導入装置であって、
前記処理容器の上部に配置され、複数の開口部を有する導電性部材と、
前記複数の開口部に嵌合し、前記処理容器内にマイクロ波を透過させて導入させる複数のマイクロ波透過窓と
を含み、
前記複数のマイクロ波透過窓は、前記複数の開口部に嵌合した状態で、１つの仮想の平面上に配置され、第１のマイクロ波透過窓と、前記第１のマイクロ波透過窓に隣接する第２および第３のマイクロ波透過窓とを含み、
前記第１ないし第３のマイクロ波透過窓は、前記第１のマイクロ波透過窓の中心点と前記第２のマイクロ波透過窓の中心点との距離と、前記第１のマイクロ波透過窓の中心点と前記第３のマイクロ波透過窓の中心点との距離が、互いに等しいかほぼ等しくなるように設定されて配置されており、
前記第１ないし第３のマイクロ波透過窓は、前記第１ないし第３のマイクロ波透過窓の中心点を互いに結ぶことによって平面状に仮想の正三角形を形成するように配置されているとともに、
前記仮想の正三角形の外縁は、前記被処理体の平面形状を前記仮想の平面に投影して形成された図形を包含しており、
前記被処理体の平面形状は円形であり、
前記複数のマイクロ波透過窓から前記処理容器内に導入される各々のマイクロ波に基づいて生成される複数のマイクロ波プラズマの密度分布は全て同一であり、
前記被処理体の平面形状の直径を１とし、隣接する任意の２つのマイクロ波透過窓の中心点間の距離をＬｐで表したときに、前記複数のマイクロ波プラズマの密度分布の半値全幅が、０．４７×Ｌｐ＋０．５６の値以上であり、且つ−１９×Ｌｐ＋２１の値以上であることを特徴とするマイクロ波導入装置。
【請求項８】
マイクロ波を生成すると共に、マイクロ波を複数の経路に分配して出力するマイクロ波出力部と、
それぞれ１つのマイクロ波透過窓を含み、前記マイクロ波出力部から出力されたマイクロ波を前記処理容器内に導入する複数のマイクロ波導入モジュールと
を有し、
前記マイクロ波導入モジュールは、マイクロ波を前記処理容器内に放射する平面アンテナ及び前記マイクロ波透過窓を有するアンテナ部と、前記平面アンテナに至るまでのインピーダンスを調整するチューナと、を有し、
前記複数のマイクロ波導入モジュールの構成は、全て同一であることを特徴とする請求項６又は７に記載のマイクロ波導入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理容器へ所定周波数のマイクロ波を導き、プラズマを生成させて被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置およびマイクロ波導入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハ等の被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置として、複数のスロットを有する平面アンテナを用いて処理容器内にマイクロ波を導入してプラズマを生成させるスロットアンテナ方式のプラズマ処理装置が知られている。また、他のプラズマ処理装置として、コイル状のアンテナを用いて処理容器内に高周波を導入してプラズマを生成させる誘導結合型プラズマ（Inductively Coupled Plasma；ＩＣＰ）方式のプラズマ処理装置が知られている。これらのプラズマ処理装置では、処理容器内で高密度のプラズマを生成させることが可能であり、生成されたプラズマによって、例えば酸化処理、窒化処理、堆積処理、エッチング処理等が行われる。
【０００３】
次世代以降のデバイス開発に向けて、例えば３次元デバイス加工や微細化への対応を図りながら生産性を向上させるためには、ウエハ面内における処理の均一性を確保しながら、現在３００ｍｍ径のウエハを４５０ｍｍ径に大型化させる必要がある。そのためには、ウエハに対応して大型化する処理容器内におけるプラズマの分布（密度分布）を均一化させる必要がある。
【０００４】
上記のスロットアンテナ方式のマイクロ波プラズマ処理装置では、プラズマの分布の制御は、スロットの形状や配置、処理容器やマイクロ波導入窓の形状設計等によって行われていた。例えば、処理内容に応じてプラズマの分布を変えるためには、最適に調整された異なるスロット形状や配置の平面アンテナに交換することが必要であった。また、上記のＩＣＰ方式のプラズマ処理装置でも、プラズマの分布を変えるためには、最適に調整された異なるコイル形状や配置のアンテナに変換することが必要であった。しかしながら、このようなアンテナの交換は、再設計等の手間と時間を要する大掛かりな作業であった。
【０００５】
また、プラズマの分布は、例えば、マイクロ波のパワー、処理圧力、ガス流量等のプロセスパラメータを変えることによって最適なプラズマ環境に調整することが可能である。しかしながら、これらのプロセスパラメータは、プロセス条件と切り離すことが出来ないため、プロセスパラメータを変化させうる範囲でのプラズマの分布の変化幅(マージン)が小さく、その効果には限界があった。
【０００６】
また、平面アンテナ、処理容器等の製作公差、組み立て誤差、同一仕様の装置間での機差等の諸要因により、処理容器内でプラズマの対称性が崩れてプラズマの分布が偏心した場合、これを簡易な方法で補正する手段がなかったため、平面アンテナの交換等の大掛かりな装置改変が必要になってしまうという問題があった。
【０００７】
ところで、生産性を向上させることができるプラズマ処理装置としては、例えば特許文献１に記載されているように、大きな面積を持つ４枚の被処理基板を同時に処理するために、４つの誘電体線路部材を設けたプラズマ処理装置が知られている。また、例えば特許文献２に記載されているように、大面積の被処理物に対して均一にプラズマを分布させるために、並列に配列された２つのマイクロ波導入窓を設けたプラズマ処理装置が知られている。特許文献１および２に記載されたプラズマ処理装置では、複数の部位からマイクロ波が処理容器内に導入される。
【０００８】
また、特許文献３には、４つに分割されたアンテナからマイクロ波を放射し、空間で合成する技術が記載されている。特許文献４には、複数のアンテナモジュールを設け、チャンバ内に導入した複数のマイクロ波を空間合成する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−２５５７８５号公報
【特許文献２】特開平１０−９２７９７号公報
【特許文献３】特開２００４−１２８３８５号公報
【特許文献４】特開２００９−２２４４９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
処理容器内におけるプラズマの分布を均一化させるために、特許文献１および２に記載されたプラズマ処理装置のように、複数の部位からマイクロ波を処理容器内に導入し、これらのマイクロ波によって生成される複数のプラズマの分布を制御することが考えられる。しかしながら、特許文献１に記載された技術は、１つの被処理基板に対して１つの誘電体線路部材が設けられるものであり、複数のプラズマの分布を制御することは考慮されていない。また、特許文献２に記載された技術では、マイクロ波導入窓が延びる方向に直交する方向については、プラズマの分布を制御することができるものの、マイクロ波導入窓が延びる方向についてプラズマの分布を制御することは難しい。
【００１１】
特許文献３および４には、マイクロ波を空間で合成することが記載されているが、プラズマの分布を制御する具体的な方法は記載されていない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、処理容器内に複数の部位からマイクロ波が導入されるプラズマ処理装置であって、簡単な構成で、プラズマの分布を均一化することが可能になるプラズマ処理装置およびマイクロ波導入装置を提供することにある。
【００１３】
本発明のプラズマ処理装置は、
被処理体を収容する処理容器と、
処理容器の内部に配置され、被処理体を載置する載置面を有する載置台と、
処理容器内に処理ガスを供給するガス供給機構と、
処理容器内で処理ガスのプラズマを生成させるためのマイクロ波を発生させると共に、処理容器内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入装置と
を備えている。
マイクロ波導入装置は、処理容器の上部に配置され、複数の開口部を有する導電性部材と、複数の開口部に嵌合し、処理容器内にマイクロ波を透過させて導入させる複数のマイクロ波透過窓とを含んでいる。
複数のマイクロ波透過窓は、複数の開口部に嵌合した状態で、載置面に平行な１つの仮想の平面上に配置され、第１のマイクロ波透過窓と、第１のマイクロ波透過窓に隣接する第２および第３のマイクロ波透過窓とを含んでいる。
第１ないし第３のマイクロ波透過窓は、第１のマイクロ波透過窓の中心点と第２のマイクロ波透過窓の中心点との距離と、第１のマイクロ波透過窓の中心点と第３のマイクロ波透過窓の中心点との距離が、互いに等しいかほぼ等しくなるように設定されて配置されている。
【００１４】
本発明のマイクロ波導入装置は、被処理体を収容する処理容器内で処理ガスのプラズマを生成させるためのマイクロ波を発生させると共に、処理容器内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入装置であって、
処理容器の上部に配置され、複数の開口部を有する導電性部材と、
複数の開口部に嵌合し、処理容器内にマイクロ波を透過させて導入させる複数のマイクロ波透過窓と
を含んでいる。
複数のマイクロ波透過窓は、複数の開口部に嵌合した状態で、１つの仮想の平面上に配置され、第１のマイクロ波透過窓と、第１のマイクロ波透過窓に隣接する第２および第３のマイクロ波透過窓とを含んでいる。
第１ないし第３のマイクロ波透過窓は、第１のマイクロ波透過窓の中心点と第２のマイクロ波透過窓の中心点との距離と、第１のマイクロ波透過窓の中心点と第３のマイクロ波透過窓の中心点との距離が、互いに等しいかほぼ等しくなるように設定されて配置されている。
【００１５】
本発明のプラズマ処理装置およびマイクロ波導入装置では、複数のマイクロ波透過窓に基づくプラズマの分布は、各マイクロ波透過窓から導入されるマイクロ波に基づいて生成されるプラズマの分布を合成した分布になる。なお、本発明において、「平面形状」とは、「載置面に垂直な方向から見たときの形状」を意味する。また、本発明において、「マイクロ波透過窓の中心点」とは、「マイクロ波透過窓の平面形状における中心点」を意味する。
【００１６】
本発明のプラズマ処理装置またはマイクロ波導入装置において、複数のマイクロ波透過窓は、導電性部材における中央部分に配置された１つの中心マイクロ波透過窓と、中心マイクロ波透過窓を囲むように、中央部分よりも外側に配置された少なくとも６つの外側マイクロ波透過窓とを有していてもよい。また、６つの外側マイクロ波透過窓と中心マイクロ波透過窓は、６つの外側マイクロ波透過窓の中心点と中心マイクロ波透過窓の中心点のうち、互いに隣接する３つの中心点を結ぶことによって平面状に６個の正三角形を形成し、これら６個の正三角形によって仮想の正六角形を形成するように配置されていてもよい。
【００１７】
この場合、被処理体の平面形状は円形であってもよく、複数のマイクロ波透過窓から処理容器内に導入される各々のマイクロ波に基づいて生成される複数のマイクロ波プラズマの密度分布は全て同一であってもよい。また、被処理体の平面形状の直径を１とし、隣接する任意の２つのマイクロ波透過窓の中心点間の距離をＬｐで表したときに、複数のマイクロ波プラズマの密度分布の半値全幅が０．３７×Ｌｐ＋０．２６の値以上であり、且つ、３．８０×Ｌｐ−１．０４の値以下であってもよい。
【００１８】
また、この場合、上記仮想の正六角形の外縁は、被処理体の平面形状を仮想の平面に投影して形成された図形を包含していてもよい。
【００１９】
また、本発明のプラズマ処理装置またはマイクロ波導入装置において、第１ないし第３のマイクロ波透過窓は、第１ないし第３のマイクロ波透過窓の中心点を互いに結ぶことによって平面状に仮想の正三角形を形成するように配置されていてもよい。
【００２０】
この場合、被処理体の平面形状は円形であってもよく、複数のマイクロ波透過窓から処理容器内に導入される各々のマイクロ波に基づいて生成される複数のマイクロ波プラズマの密度分布は全て同一であってもよい。また、被処理体の平面形状の直径を１とし、隣接する任意の２つのマイクロ波透過窓の中心点間の距離をＬｐで表したときに、複数のマイクロ波プラズマの密度分布の半値全幅が、０．４７×Ｌｐ＋０．５６の値以上であり、且つ−１９×Ｌｐ＋２１の値以上であってもよい。
【００２１】
また、この場合、上記仮想の正三角形の外縁は、被処理体の平面形状を仮想の平面に投影して形成された図形を包含していてもよい。
【００２２】
また、本発明のプラズマ処理装置におけるマイクロ波導入装置または本発明のマイクロ波導入装置は、マイクロ波を生成すると共に、マイクロ波を複数の経路に分配して出力するマイクロ波出力部と、それぞれ１つのマイクロ波透過窓を含み、マイクロ波出力部から出力されたマイクロ波を処理容器内に導入する複数のマイクロ波導入モジュールとを有していてもよく、複数のマイクロ波導入モジュールの構成は、全て同一であってもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のプラズマ処理装置またはマイクロ波導入装置では、第１のマイクロ波透過窓の中心点と第２のマイクロ波透過窓の中心点との距離（第１および第２のマイクロ波透過窓の中心点間距離）と、第１のマイクロ波透過窓の中心点と第３のマイクロ波透過窓の中心点との距離（第１および第３のマイクロ波透過窓の中心点間距離）は、互いに等しいかほぼ等しくなるように設定される。本発明では、前述のように、複数のマイクロ波透過窓に基づくプラズマの分布は、各マイクロ波透過窓から導入されるマイクロ波に基づいて生成されるプラズマの分布を合成した分布になる。これにより、本発明によれば、複数の部位からマイクロ波が導入されるプラズマ処理装置において、簡単な構成で、プラズマの分布を均一化することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略の構成を示す断面図である。
【図２】図１に示した制御部の構成を示す説明図である。
【図３】図１に示したマイクロ波導入装置の構成を示す説明図である。
【図４】図３に示したマイクロ波導入機構を示す断面図である。
【図５】図４に示したマイクロ波導入機構のアンテナ部を示す斜視図である。
【図６】図４に示したマイクロ波導入機構の平面アンテナを示す平面図である。
【図７】図１に示した処理容器の天井部の底面図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態における複数のマイクロ波透過板の配置を示す説明図である
【図９】プラズマ源と測定点との関係を模式的に示す説明図である。
【図１０】プラズマの密度分布を模式的に示す説明図である。
【図１１】第１のシミュレーションによって求めたマイクロ波プラズマの密度分布の均一性を示す特性図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態における複数のマイクロ波透過板の配置を示す説明図である。
【図１３】第２のシミュレーションによって求めたマイクロ波プラズマの密度分布の均一性を示す特性図である。
【図１４】複数のマイクロ波透過板の配置と処理容器の天井部の直径との関係を示す説明図である。
【図１５】マイクロ波透過板の数とマイクロ波透過板の中心点を全て通る円の半径との関係を示す特性図である。
【図１６】第２の比較例のプラズマ処理装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図１７】高密度プラズマ窒化処理における窒化膜厚と低密度プラズマ窒化処理における窒化膜厚を示す特性図である。
【図１８】図１７に示したプラズマ窒化処理における窒化膜厚の均一性を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。始めに、図１および図２を参照して、本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略の構成を示す断面図である。図２は、図１に示した制御部の構成を示す説明図である。本実施の形態に係るプラズマ処理装置１は、連続する複数の動作を伴って、例えば半導体デバイス製造用の半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」と記す。）Ｗに対して、成膜処理、拡散処理、エッチング処理、アッシング処理等の所定の処理を施す装置である。
【００２６】
プラズマ処理装置１は、被処理体であるウエハＷを収容する処理容器２と、処理容器２の内部に配置され、ウエハＷを載置する載置面２１ａを有する載置台２１と、処理容器２内にガスを供給するガス供給機構３と、処理容器２内を減圧排気する排気装置４と、処理容器２内にプラズマを生成させるためのマイクロ波を発生させると共に、処理容器２内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入装置５と、これらプラズマ処理装置１の各構成部を制御する制御部８とを備えている。なお、処理容器２内にガスを供給する手段としては、ガス供給機構３の代りに、プラズマ処理装置１の構成には含まれない外部のガス供給機構を使用してもよい。
【００２７】
処理容器２は、例えば略円筒形状をなしている。処理容器２は、例えばアルミニウムおよびその合金等の金属材料によって形成されている。マイクロ波導入装置５は、処理容器２の上部に設けられ、処理容器２内に電磁波（マイクロ波）を導入してプラズマを生成するプラズマ生成手段として機能する。マイクロ波導入装置５の構成については、後で詳しく説明する。
【００２８】
処理容器２は、板状の天井部１１および底部１３と、天井部１１と底部１３とを連結する側壁部１２とを有している。天井部１１は、複数の開口部を有している。側壁部１２は、処理容器２に隣接する図示しない搬送室との間でウエハＷの搬入出を行うための搬入出口１２ａを有している。処理容器２と図示しない搬送室との間には、ゲートバルブＧが配置されている。ゲートバルブＧは、搬入出口１２ａを開閉する機能を有している。ゲートバルブＧは、閉状態で処理容器２を気密にシールすると共に、開状態で処理容器２と図示しない搬送室との間でウエハＷの移送を可能にする。
【００２９】
底部１３は、複数（図１では２つ）の排気口１３ａを有している。プラズマ処理装置１は、更に、排気口１３ａと排気装置４とを接続する排気管１４を備えている。排気装置４は、ＡＰＣバルブと、処理容器２の内部空間を所定の真空度まで高速に減圧することが可能な高速真空ポンプとを有している。このような高速真空ポンプとしては、例えばターボ分子ポンプ等がある。排気装置４の高速真空ポンプを作動させることによって、処理容器２は、その内部空間が所定の真空度、例えば０．１３３Ｐａまで減圧される。
【００３０】
プラズマ処理装置１は、更に、処理容器２内において載置台２１を支持する支持部材２２と、支持部材２２と処理容器２の底部１３との間に設けられた絶縁材料よりなる絶縁部材２３とを備えている。載置台２１は、被処理体であるウエハＷを水平に載置するためのものである。支持部材２２は、底部１３の中央から処理容器２の内部空間に向かって延びる円筒状の形状を有している。載置台２１および支持部材２２は、例えば表面にアルマイト処理（陽極酸化処理）が施されたアルミニウム等によって形成されている。
【００３１】
プラズマ処理装置１は、更に、載置台２１に高周波電力を供給する高周波バイアス電源２５と、載置台２１と高周波バイアス電源２５との間に設けられた整合器２４とを備えている。高周波バイアス電極２５は、ウエハＷにイオンを引き込むために、載置台２１に高周波電力を供給する。
【００３２】
図示しないが、プラズマ処理装置１は、更に、載置台２１を加熱または冷却する温度制御機構を備えている。温度制御機構は、例えば、ウエハＷの温度を、２５℃（室温）〜９００℃の範囲内で制御する。また、載置台２１は、載置面２１ａに対して突没可能に設けられた複数の支持ピンを有している。複数の支持ピンは、任意の昇降機構により上下に変位し、上昇位置において、図示しない搬送室との間でウエハＷの受け渡しを行うことができるように構成されている。
【００３３】
プラズマ処理装置１は、更に、処理容器２の天井部１１に設けられたガス導入部１５を備えている。ガス導入部１５は、円筒形状をなす複数のノズル１６を有している。ノズル１６は、その下面に形成されたガス孔１６ａを有している。ノズル１６の配置については、後で説明する。
【００３４】
ガス供給機構３は、ガス供給源３１を含むガス供給装置３ａと、ガス供給源３１とガス導入部１５とを接続する配管３２とを有している。なお、図１では、１つのガス供給源３１を図示しているが、ガス供給装置３ａは、使用されるガスの種類に応じて複数のガス供給源を含んでいてもよい。
【００３５】
ガス供給源３１は、例えば、プラズマ生成用の希ガスや、酸化処理、窒化処理、成膜処理、エッチング処理およびアッシング処理に使用される処理ガス等のガス供給源として用いられる。なお、プラズマ生成用の希ガスとしては、例えば、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｈｅ等が使用される。酸化処理に使用される処理ガスとしては、例えば、酸素ガス、オゾン、ＮＯ２ガス等の酸化性ガスが使用される。窒化処理に使用される処理ガスとしては、窒化ガス、ＮＨ３ガス、Ｎ２Ｏガス等が使用される。また、処理容器２においてＣＶＤ処理が行われる場合には、ガス供給源３１は、成膜原料ガス、処理容器２内の雰囲気を置換する際に使用されるパージガス、処理容器２内をクリーニングする際に使用されるクリーニングガス等の供給源として用いられる。なお、成膜原料ガスとしては、例えば、ＴｉＣｌ４ガスとＮＨ３ガスが使用される。パージガスとしては、例えば、Ｎ２、Ａｒ等が使用される。クリーニングガスとしては、例えば、ＣｌＦ３、ＮＦ３等が使用される。エッチングガスとしては、ＣＦ４ガス、ＨＢｒガス等が使用される。アッシングガスとしては、酸素ガス等が使用される。
【００３６】
図示しないが、ガス供給装置３ａは、更に、配管３２の途中に設けられたマスフローコントローラおよび開閉バルブを含んでいる。処理容器２内に供給されるガスの種類や、これらのガスの流量等は、マスフローコントローラおよび開閉バルブによって制御される。
【００３７】
プラズマ処理装置１の各構成部は、それぞれ制御部８に接続されて、制御部８によって制御される。制御部８は、典型的にはコンピュータである。図２に示した例では、制御部８は、ＣＰＵを備えたプロセスコントローラ８１と、このプロセスコントローラ８１に接続されたユーザーインターフェース８２および記憶部８３とを備えている。
【００３８】
プロセスコントローラ８１は、プラズマ処理装置１において、例えば温度、圧力、ガス流量、バイアス印加用の高周波電力、マイクロ波出力等のプロセス条件に関係する各構成部（例えば、高周波バイアス電源２５、ガス供給装置３ａ、排気装置４、マイクロ波導入装置５等）を統括して制御する制御手段である。
【００３９】
ユーザーインターフェース８２は、工程管理者がプラズマ処理装置１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードやタッチパネル、プラズマ処理装置１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を有している。
【００４０】
記憶部８３には、プラズマ処理装置１で実行される各種処理をプロセスコントローラ８１の制御によって実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や、処理条件データ等が記録されたレシピ等が保存されている。プロセスコントローラ８１は、ユーザーインターフェース８２からの指示等、必要に応じて、任意の制御プログラムやレシピを記憶部８３から呼び出して実行する。これにより、プロセスコントローラ８１による制御下で、プラズマ処理装置１の処理容器２内において所望の処理が行われる。
【００４１】
上記の制御プログラムおよびレシピは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリ、ＤＶＤ、ブルーレイディスク等のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納された状態のものを利用することができる。また、上記のレシピは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用することも可能である。
【００４２】
次に、図１、図３ないし図６を参照して、マイクロ波導入装置５の構成について詳しく説明する。図３は、マイクロ波導入装置５の構成を示す説明図である。図４は、図３に示したマイクロ波導入機構を示す断面図である。図５は、図４に示したマイクロ波導入機構のアンテナ部を示す斜視図である。図６は、図４に示したマイクロ波導入機構の平面アンテナを示す平面図である。
【００４３】
前述のように、マイクロ波導入装置５は、処理容器２の上部に設けられ、処理容器２内に電磁波（マイクロ波）を導入してプラズマを生成するプラズマ生成手段として機能する。図１および図３に示したように、マイクロ波導入装置５は、処理容器２の上部に配置され、複数の開口部を有する導電性部材である天井部１１と、マイクロ波を生成すると共に、マイクロ波を複数の経路に分配して出力するマイクロ波出力部５０と、マイクロ波出力部５０から出力されたマイクロ波を処理容器２に導入するアンテナユニット６０とを有している。本実施の形態では、処理容器２の天井部１１は、マイクロ波導入装置５の導電性部材を兼ねている。
【００４４】
マイクロ波出力部５０は、電源部５１と、マイクロ波発振器５２と、マイクロ波発振器５２によって発振されたマイクロ波を増幅するアンプ５３と、アンプ５３によって増幅されたマイクロ波を複数の経路に分配する分配器５４とを有している。マイクロ波発振器５２は、所定の周波数（例えば、２．４５ＧＨｚ）でマイクロ波を発振（例えば、ＰＬＬ発振）させる。なお、マイクロ波の周波数は、２．４５ＧＨｚに限らず、８．３５ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ等であってもよい。また、このようなマイクロ波出力部５０は、マイクロ波の周波数を８００ＭＨｚから１ＧＨｚの範囲内とする場合にも適用することが可能である。分配器５４は、入力側と出力側のインピーダンスを整合させながらマイクロ波を分配する。
【００４５】
アンテナユニット６０は、複数のアンテナモジュール６１を含んでいる。複数のアンテナモジュール６１は、それぞれ、分配器５４によって分配されたマイクロ波を処理容器２内に導入する。本実施の形態では、複数のアンテナモジュール６１の構成は全て同一である。各アンテナモジュール６１は、分配されたマイクロ波を主に増幅して出力するアンプ部６２と、アンプ部６２から出力されたマイクロ波を処理容器２内に導入するマイクロ波導入機構６３とを有している。アンテナモジュール６１は、本発明におけるマイクロ波導入モジュールに対応する。
【００４６】
アンプ部６２は、マイクロ波の位相を変化させる位相器６２Ａと、メインアンプ６２Ｃに入力されるマイクロ波の電力レベルを調整する可変ゲインアンプ６２Ｂと、ソリッドステートアンプとして構成されたメインアンプ６２Ｃと、後述するマイクロ波導入機構６３のアンテナ部で反射されてメインアンプ６２Ｃに向かう反射マイクロ波を分離するアイソレータ６２Ｄとを含んでいる。
【００４７】
位相器６２Ａは、マイクロ波の位相を変化させて、マイクロ波の放射特性を変化させることができるように構成されている。位相器６２Ａは、例えば、アンテナモジュール６１毎にマイクロ波の位相を調整することによって、マイクロ波の指向性を制御してプラズマの分布を変化させることに用いられる。なお、このような放射特性の調整を行わない場合には、位相器６２Ａを設けなくてもよい。
【００４８】
可変ゲインアンプ６２Ｂは、個々のアンテナモジュール６１のばらつきの調整や、プラズマ強度の調整のために用いられる。例えば、可変ゲインアンプ６２Ｂをアンテナモジュール６１毎に変化させることによって、処理容器２内全体のプラズマの分布を調整することができる。
【００４９】
図示しないが、メインアンプ６２Ｃは、例えば、入力整合回路、半導体増幅素子、出力整合回路および高Ｑ共振回路を含んでいる。半導体増幅素子としては、例えば、Ｅ級動作が可能なＧａＡｓＨＥＭＴ、ＧａＮＨＥＭＴ、ＬＤ（Laterally Diffused）−ＭＯＳが用いられる。
【００５０】
アイソレータ６２Ｄは、サーキュレータとダミーロード（同軸終端器）とを有している。サーキュレータは、後述するマイクロ波導入機構６３のアンテナ部で反射された反射マイクロ波をダミーロードへ導くものである。ダミーロードは、サーキュレータによって導かれた反射マイクロ波を熱に変換するものである。なお、前述のように、本実施の形態では、複数のアンテナモジュール６１が設けられており、複数のアンテナモジュール６１の各々のマイクロ波導入機構６３によって処理容器２内に導入された複数のマイクロ波は、処理容器２内において合成される。そのため、個々のアイソレータ６２Ｄは小型のものでもよく、アイソレータ６２Ｄをメインアンプ６２Ｃに隣接して設けることができる。
【００５１】
図１に示したように、複数のマイクロ波導入機構６３は、天井部１１に設けられている。図４に示したように、マイクロ波導入機構６３は、インピーダンスを整合させるチューナ６４と、増幅されたマイクロ波を処理容器２内に放射するアンテナ部６５と、金属材料よりなり、図４における上下方向に延びる円筒状の形状を有する本体容器６６と、本体容器６６内において本体容器６６が延びる方向と同じ方向に延びる内側導体６７とを有している。本体容器６６および内側導体６７は、同軸管を構成している。本体容器６６は、この同軸管の外側導体を構成している。内側導体６７は、棒状または筒状の形状を有している。本体容器６６の内周面と内側導体６７の外周面との間の空間は、マイクロ波伝送路６８を形成する。
【００５２】
図示しないが、アンテナモジュール６１は、更に、本体容器６６の基端側（上端側）に設けられた給電変換部を有している。給電変換部は、同軸ケーブルを介してメインアンプ６２Ｃに接続されている。アイソレータ６２Ｄは、同軸ケーブルの途中に設けられている。
【００５３】
アンテナ部６５は、本体容器６６における給電変換部とは反対側に設けられている。後で説明するように、本体容器６６におけるアンテナ部６５よりも基端側の部分は、チューナ６４によるインピーダンス調整範囲となっている。
【００５４】
図４および図５に示したように、アンテナ部６５は、内側導体６７の下端部に接続された平面アンテナ７１と、平面アンテナ７１の上面側に配置されたマイクロ波遅波材７２と、平面アンテナ７１の下面側に配置されたマイクロ波透過板７３とを有している。マイクロ波透過板７３の下面は、処理容器２の内部空間に露出している。マイクロ波透過板７３は、本体容器６６を介して、マイクロ波導入装置５の導電性部材である天井部１１の開口部に嵌合している。マイクロ波透過板７３は、本発明におけるマイクロ波透過窓に対応する。
【００５５】
平面アンテナ７１は、円板形状を有している。また、平面アンテナ７１は、平面アンテナ７１を貫通するように形成されたスロット７１ａを有している。図５および図６に示した例では、４つのスロット７１ａが設けられており、各スロット７１ａは、４つに均等に分割された円弧形状を有している。なお、スロット７１ａの数は、４つに限らず、５つ以上であってもよいし、１つ以上３つ以下であってもよい。
【００５６】
マイクロ波遅波材７２は、真空よりも大きい誘電率を有する材料によって形成されている。マイクロ波遅波材７２を形成する材料としては、例えば、石英、セラミックス、ポリテトラフルオロエチレン樹脂等のフッ素系樹脂、ポリイミド樹脂等を用いることができる。マイクロ波は、真空中ではその波長が長くなる。マイクロ波遅波材７２は、マイクロ波の波長を短くしてプラズマを調整する機能を有している。また、マイクロ波の位相は、マイクロ波遅波材７２の厚みによって変化する。そのため、マイクロ波遅波材７２の厚みによってマイクロ波の位相を調整することにより、平面アンテナ７１が定在波の腹の位置になるように調整することができる。これにより、平面アンテナ７１における反射波を抑制することができると共に、平面アンテナ７１から放射されるマイクロ波の放射エネルギーを大きくすることができる。つまり、これにより、マイクロ波のパワーを効率よく処理容器２内に導入することができる。
【００５７】
マイクロ波透過板７３は、誘電体材料によって形成されている。マイクロ波透過板７３を形成する誘電体材料としては、例えば石英やセラミックス等が用いられる。マイクロ波透過板７３は、マイクロ波をＴＥモードで効率的に放射することができるような形状をなしている。図５に示した例では、マイクロ波透過板７３は、直方体形状を有している。なお、マイクロ波透過板７３の形状は、直方体形状に限らず、例えば円柱形状、五角形柱形状、六角形柱形状、八角形柱形状であってもよい。
【００５８】
上記のように構成されたマイクロ波導入機構６３では、メインアンプ６２Ｃで増幅されたマイクロ波は、本体容器６６の内周面と内側導体６７の外周面との間（マイクロ波伝送路６８）を通って平面アンテナ７１に達し、平面アンテナ７１のスロット７１ａからマイクロ波透過板７３を透過して処理容器２の内部空間に放射される。
【００５９】
チューナ６４は、スラグチューナを構成している。具体的には、図４に示したように、チューナ６４は、本体容器６６のアンテナ部６５よりも基端部側（上端部側）の部分に配置された２つのスラグ７４Ａ，７４Ｂと、２つのスラグ７４Ａ，７４Ｂを動作させるアクチュエータ７５と、このアクチュエータ７５を制御するチューナコントローラ７６とを有している。
【００６０】
スラグ７４Ａ，７４Ｂは、板状且つ環状の形状を有し、本体容器６６の内周面と内側導体６７の外周面との間に配置されている。また、スラグ７４Ａ，７４Ｂは、誘電体材料によって形成されている。スラグ７４Ａ，７４Ｂを形成する誘電体材料としては、例えば、比誘電率が１０の高純度アルミナを用いることができる。高純度アルミナは、通常、スラグを形成する材料として用いられている石英（比誘電率３．８８）やテフロン（登録商標）（比誘電率２．０３）よりも比誘電率が大きいため、スラグ７４Ａ，７４Ｂの厚みを小さくすることができる。また、高純度アルミナは、石英やテフロン（登録商標）に比べて、誘電正接（ｔａｎδ）が小さく、マイクロ波の損失を小さくすることができるという特徴を有している。高純度アルミナは、更に、歪みが小さいという特徴と、熱に強いという特徴も有している。高純度アルミナとしては、純度９９．９％以上のアルミナ焼結体であることが好ましい。また、高純度アルミナとして、単結晶アルミナ（サファイア）を用いてもよい。
【００６１】
チューナ６４は、チューナコントローラ７６からの指令に基づいて、アクチュエータ７５によって、スラグ７４Ａ，７４Ｂを上下方向に移動させる。これにより、チューナ６４は、インピーダンスを調整する。例えば、チューナコントローラ７６は、終端部のインピーダンスが５０Ωになるように、スラグ７４Ａ，７４Ｂの位置を調整する。
【００６２】
本実施の形態では、メインアンプ６２Ｃ、チューナ６４および平面アンテナ７１は、互いに近接して配置されている。特に、チューナ６４および平面アンテナ７１は、集中定数回路を構成し、且つ共振器として機能する。平面アンテナ７１の取り付け部分には、インピーダンス不整合が存在する。本実施の形態では、チューナ６４によって、プラズマを含めて高精度でチューニングすることができ、平面アンテナ７１における反射の影響を解消することができる。また、チューナ６４によって、平面アンテナ７１に至るまでのインピーダンス不整合を高精度で解消することができ、実質的に不整合部分をプラズマ空間とすることができる。これにより、チューナ６４によって、高精度のプラズマ制御が可能になる。
【００６３】
次に、図７および図８を参照して、マイクロ波透過板７３の配置について説明する。図７は、図１に示した処理容器２の天井部１１の底面図である。図８は、本実施の形態における複数のマイクロ波透過板７３の配置を示す説明図である。なお、図７では、本体容器６６の図示を省略している。また、以下の説明では、マイクロ波透過板７３は、円柱形状を有するものとする。
【００６４】
マイクロ波導入装置５は、複数のマイクロ波透過板７３を含んでいる。前述のように、マイクロ波透過板７３は、本発明におけるマイクロ波透過窓に対応する。複数のマイクロ波透過板７３は、マイクロ波導入装置５の導電性部材である天井部１１の複数の開口部に嵌合した状態で、載置台２１の載置面２１ａに平行な１つの仮想の平面上に配置されている。また、複数のマイクロ波透過板７３は、上記仮想の平面において、その中心点間の距離が互いに等しいか、ほぼ等しい３つのマイクロ波透過板７３を含んでいる。なお、中心点間の距離がほぼ等しいというのは、マイクロ波透過板７３の形状精度やアンテナモジュール６１（マイクロ波導入機構６３）の組み立て精度等の観点から、マイクロ波透過板７３の位置は、所望の位置からわずかにずれていてもよいことを意味する。
【００６５】
本実施の形態では、複数のマイクロ波透過板７３は、六方最密配置になるように配置された７つのマイクロ波透過板７３からなるものである。具体的には、複数のマイクロ波透過板７３は、その中心点がそれぞれ正六角形の頂点に一致またはほぼ一致するように配置された６つのマイクロ波透過板７３Ａ〜７３Ｆと、その中心点が正六角形の中心に一致またはほぼ一致するように配置された１つのマイクロ波透過板７３Ｇからなるものである。図８において、符号ＰＡ〜ＰＧは、それぞれ、マイクロ波透過板７３Ａ〜７３Ｇの中心点を示している。なお、頂点または中心点にほぼ一致するというのは、マイクロ波透過板７３の形状精度やアンテナモジュール６１（マイクロ波導入機構６３）の組み立て精度等の観点から、マイクロ波透過板７３の中心点は、上記の頂点または中心からわずかにずれていてもよいことを意味する。
【００６６】
図７に示したように、マイクロ波透過板７３Ｇは、天井部１１における中央部分に配置されている。６つのマイクロ波透過板７３Ａ〜７３Ｆは、マイクロ波透過板７３Ｇを囲むように、天井部１１の中央部分よりも外側に配置されている。従って、マイクロ波透過板７３Ｇは、本発明における中心マイクロ波透過窓に対応し、マイクロ波透過板７３Ａ〜７３Ｆは、本発明における外側マイクロ波透過窓に対応する。なお、本実施の形態において、「天井部１１における中央部分」というのは、「天井部１１の平面形状における中央部分」を意味する。
【００６７】
マイクロ波透過板７３Ａ〜７３Ｇは、以下の第１および第２の条件を満たしながら配置されている。第１の条件は、マイクロ波透過板７３Ａ〜７３Ｇの中心点ＰＡ〜ＰＧのうち、互いに隣接する３つの中心点を結ぶことによって平面状に６個の正三角形が形成されるというものである。第２の条件は、これら６個の正三角形によって仮想の正六角形が形成されるというものである。図８に示したように、マイクロ波透過板７３Ａ〜７３Ｆの中心点ＰＡ〜ＰＦを、マイクロ波透過板７３Ｇを囲むように結ぶと、上記の仮想の正六角形が形成される。
【００６８】
なお、図８において、符号Ｗは、ウエハＷの平面形状を、複数のマイクロ波透過板７３が配置された仮想の平面に投影して形成された図形（以下、単にウエハＷの平面形状と記す。）を示している。図８に示した例では、ウエハＷの平面形状は円形である。本実施の形態では、マイクロ波透過板７３Ａ〜７３Ｆの中心点ＰＡ〜ＰＦの基準となる正六角形の外縁は、ウエハＷの平面形状を包含している。マイクロ波透過板７３Ｇの中心点ＰＧは、ウエハＷの平面形状（円）の中心点に一致またはほぼ一致している。マイクロ波透過板７３Ａ〜７３Ｆの中心点ＰＡ〜ＰＦは、ウエハＷの平面形状に対する同心円の円周上において、均等またはほぼ均等の間隔で配置されている。
【００６９】
本実施の形態では、全てのマイクロ波透過板７３において、互いに隣接する任意の３つのマイクロ波透過板７３の中心点間の距離は、互いに等しいか、ほぼ等しくなる。以下、これについて、マイクロ波透過板７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｇを例にとって説明する。図８に示したように、マイクロ波透過板７３Ａ，７３Ｂの中心点ＰＡ，ＰＢは、正六角形の隣接する２つの頂点に一致している。また、マイクロ波透過板７３Ｇの中心点ＰＧは、正六角形の中心点に一致している。図８に示したように、中心点ＰＡ，ＰＢ，ＰＧを結んで描いた図形は、正三角形になる。従って、中心点ＰＡ，ＰＢ，ＰＧ間の距離は互いに等しくなる。
【００７０】
上記のマイクロ波透過板７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｇについての説明は、互いに隣接する３つのマイクロ波透過板７３の組み合わせのいずれについても当てはまる。従って、本実施の形態では、全てのマイクロ波透過板７３において、互いに隣接する任意の３つのマイクロ波透過板７３の中心点間の距離は、互いに等しいか、ほぼ等しくなる。なお、本発明において、隣接する２つのマイクロ波透過板７３は、これら２つのマイクロ波透過板７３の中心点間を結ぶ第１の線分上に他のマイクロ波透過板７３が配置されていないという条件と、第１の線分が、他の２つのマイクロ波透過板７３の中心点間を結び、第１の線分よりも短い第２の線分と交わっていないという条件を満たしている。
【００７１】
ここで、本発明における第１ないし第３のマイクロ波透過窓について説明する。上記のマイクロ波透過板７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｇについての説明において、例えば、マイクロ波透過板７３Ｇは、本発明における第１のマイクロ波透過窓に対応し、マイクロ波透過板７３Ａ，７３Ｂは、第１のマイクロ波透過窓に隣接する第２および第３のマイクロ波透過窓に対応する。上記の説明から明らかなように、マイクロ波透過板７３Ｇの中心点ＰＧとマイクロ波透過板７３Ａの中心点ＰＡとの距離（マイクロ波透過板７３Ｇ，７３Ａの中心点ＰＧ，ＰＡ間距離）と、マイクロ波透過板７３Ｇの中心点ＰＧとマイクロ波透過板７３Ｂの中心点ＰＢとの距離（マイクロ波透過板７３Ｇ，７３Ｂの中心点ＰＧ，ＰＢ間距離）は、互いに等しいかほぼ等しくなる。
【００７２】
なお、マイクロ波透過板７３Ｇが本発明における第１のマイクロ波透過窓に対応している場合、マイクロ波透過板７３Ａ，７３Ｂに限らず、マイクロ波透過板７３Ａ〜７３Ｆのうちの任意の２つのマイクロ波透過板が本発明における第２および第３のマイクロ波透過窓に対応する。また、マイクロ波透過板７３Ａが本発明における第１のマイクロ波透過窓に対応してもよい。この場合、マイクロ波透過板７３Ｂ，７３Ｆ，７３Ｇのうちの任意の２つのマイクロ波透過板が本発明における第２および第３のマイクロ波透過窓に対応する。同様に、マイクロ波透過板７３Ｂ〜７３Ｆのうちのいずれか１つのマイクロ波透過板が本発明における第１のマイクロ波透過窓に対応してもよい。
【００７３】
ところで、第１ないし第３のマイクロ波透過窓に対応するマイクロ波透過板７３の組み合わせが（７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｇ）、（７３Ｂ，７３Ｃ，７３Ｇ）、（７３Ｃ，７３Ｄ，７３Ｇ）、（７３Ｄ，７３Ｅ，７３Ｇ）、（７３Ｅ，７３Ｆ，７３Ｇ）、（７３Ｆ，７３Ａ，７３Ｇ）のうちのいずれかである場合であって、マイクロ波透過板７３Ｇが本発明における第１のマイクロ波透過窓に対応する場合、第１ないし第３のマイクロ波透過窓は、互いに隣接する。この場合、第１および第２のマイクロ波透過窓の中心点間距離と、第１および第３のマイクロ波透過窓の中心点間距離と、第２および第３のマイクロ波透過窓の中心点間距離は、互いに等しいかほぼ等しくなる。上記のマイクロ波透過板７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｇについての説明では、マイクロ波透過板７３Ｇ，７３Ａの中心点ＰＧ，ＰＡ間距離と、マイクロ波透過板７３Ｇ，７３Ｂの中心点ＰＧ，ＰＢ間距離と、マイクロ波透過板７３Ａ，７３Ｂの中心点ＰＡ，ＰＢ間距離は、互いに等しいかほぼ等しくなる。
【００７４】
図４に示したように、マイクロ波導入機構６３は、マイクロ波透過板７３を含んだ一体構造をなしている。本実施の形態では、複数のマイクロ波導入機構６３は、７つのマイクロ波導入機構６３からなるものである。各マイクロ波導入機構６３は、図７および図８に示したマイクロ波透過板７３が配置された位置に対応して配置されている。また、図７に示したように、ガス導入部１５の複数のノズル１６は、マイクロ波透過板７３Ａ〜７３Ｆとマイクロ波透過板７３Ｇとの間において、マイクロ波透過板７３Ｇの周囲を囲むように配置されている。
【００７５】
次に、隣接する任意の２つのマイクロ波透過板７３の中心点間の距離の好ましい範囲について説明する。始めに、図８ないし図１０を参照して、載置台２１の載置面２１ａにおける任意の測定点のプラズマ密度について説明する。図９は、プラズマ源と測定点の関係を模式的に示す説明図である。図１０は、プラズマの密度分布を模式的に示す説明図である。なお、プラズマ源とは、本実施の形態におけるマイクロ波透過板７３に対応するものである。図９において、符号２０１，２０２，２０３は、任意の３つのプラズマ源を示している。また、符号２０４は、載置面２１ａ上の測定点を示している。また、符号２０１ａ，２０２ａ，２０３ａを付した矢印は、それぞれ、プラズマ源２０１，２０２，２０３から測定点２０４に向かうプラズマを模式的に示すものである。図１０において、符号２００を付した曲線は、任意のプラズマ源によって発生されるプラズマの密度分布を示している。また、記号ＦＷＨＭは、このプラズマの密度分布の半値全幅を表している。
【００７６】
ここで、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向を以下のように定義する。ｘ方向とｙ方向は、図１に示した載置台２１の載置面２１ａに平行な方向であって、互いに直交する２つの方向である。ｚ方向は、載置面２１ａに垂直な方向であって、載置面２１ａから離れる方向である。載置面２１ａでは、ｚ＝０であるものとする。図９には、このように定義されたｘ，ｙ，ｚの各方向を図示している。
【００７７】
複数のプラズマ源は、載置面２１ａに平行な１つの仮想の平面（複数のマイクロ波透過板７３が配置される仮想の平面と同じ）に配置されている。ここで、この仮想の平面と載置面２１ａとの間の距離をＺで表す。また、任意のプラズマ源の座標を（ｘｎ，ｙｎ，Ｚ）で表し、測定点２０４の座標を（Ｘ，Ｙ，０）で表す。測定点２０４における任意の１つのプラズマ源に基づくプラズマ密度Ｎｅ（ｎ）は、下記の式（１）で表される。
【００７８】
Ｎｅ（ｎ）（X，Y）
＝ａｎ・ｅｘｐ［−｛（X−ｘｎ）２＋（Y−ｙｎ）２｝／２σ２］／２πσ２…（１）
【００７９】
なお、式（１）は、経験的に得られる近似式である。σ２は、下記の式（２）で表される。
【００８０】
σ２＝ＦＷＨＭ２／（８・ｌｎ２）    …（２）
【００８１】
なお、ａｎとσ２はプラズマ強度に関する係数であり、プラズマ源に投入するパワーと、プラズマ源が配置された仮想の平面から載置面２１ａまでの距離（Ｚ）に依存する。
【００８２】
図９に示したように、測定点２０４には、複数のプラズマ源に基づくプラズマが到達する。測定点２０４における全てのプラズマ源に基づくプラズマ密度Ｎｅ（ｔｏｔａｌ）は、式（１）によって表される１つのプラズマ源に基づくプラズマ密度Ｎｅ（ｎ）の和で表すことができる。測定点２０４にＮｐ個のプラズマ源に基づくプラズマが到達する場合、プラズマ密度Ｎｅ（ｔｏｔａｌ）は下記の式（３）で表される。
【００８３】
Ｎｅ（ｔｏｔａｌ）＝Σ（ｎ＝１〜Ｎｐ）Ｎｅ（ｎ）    …（３）
【００８４】
次に、隣接する任意の２つのマイクロ波透過板７３の中心点間の距離の好ましい範囲について求めた第１のシミュレーションの結果について説明する。第１のシミュレーションでは、図８に示したように、平面形状が円形であり、直径Ｄｗが１であるウエハＷ上のプラズマ密度を、上記の式（１）〜（３）を用いて計算した。また、プラズマ源、すなわちマイクロ波透過板７３の配置は、図８に示した配置とした。なお、図８において、記号Ｌｐは、隣接する任意の２つのマイクロ波透過板７３の中心点間の距離を表している。また、複数のマイクロ波透過板７３に基づく複数のマイクロ波プラズマの密度分布は、全て同一であるものとした。なお、実際に、処理容器２内におけるマイクロ波プラズマの密度分布を均一化する場合には、例えば、マイクロ波透過板７３Ｇ（中心マイクロ波透過窓）に基づくマイクロ波プラズマの密度分布のみを変化させて、処理容器２内におけるプラズマの密度分布を最適化することが行われる。
【００８５】
第１のシミュレーションでは、ＬｐとＦＷＨＭを、いずれも、０．１から２．０の範囲内で変化させて、ウエハＷ上のマイクロ波プラズマの密度分布を求め、この密度分布に基づいて、マイクロ波プラズマの密度分布の均一性を求めた。マイクロ波プラズマの密度分布の均一性を表す指標としては、ウエハＷ上のプラズマ密度の最大値と最小値の差の１／２を、ウエハＷ上のプラズマ密度の平均値で割った値を百分率で示したものを用いた。
【００８６】
図１１に、第１のシミュレーションの結果を示す。図１１において、横軸はＬｐを示し、縦軸はＦＷＨＭを示している。図１１では、上記のマイクロ波プラズマの密度分布の均一性を表す指標の値を記載すると共に、この値が等しい点を結んで曲線を描いている。図１１から、ＬｐとＦＷＨＭが共に大きくなるに従って、マイクロ波プラズマの密度分布の均一性が向上することが分かる。
【００８７】
なお、上記のマイクロ波プラズマの密度分布の均一性を表す指標の値は、例えば１０％以下であることが好ましい。これを実現するために、ＬｐおよびＦＷＨＭは、例えば、下記の式（４）を満たすことが好ましい。
【００８８】
０．３７×Ｌｐ＋０．２６≦ＦＷＨＭ≦３．８０×Ｌｐ−１．０４    …（４）
【００８９】
なお、図１１において、符号２０５は、ＦＷＨＭ＝０．３７×Ｌｐ＋０．２６で表される直線を示し、符号２０６は、ＦＷＨＭ＝３．８０×Ｌｐ−１．０４で表される直線を示している。第１のシミュレーションの結果から理解されるように、複数のマイクロ波透過板７３が図８に示したように配置されている場合、隣接する任意の２つのマイクロ波透過板７３の中心点間の距離Ｌｐは、上記の式（４）を満たすことが好ましい。
【００９０】
次に、プラズマ処理装置１におけるプラズマ処理の一例について説明する。ここでは、処理ガスとして窒素を含有するガスを使用して、ウエハＷの表面に対してプラズマ窒化処理を施す場合を例に挙げて、プラズマ処理の手順について説明する。まず、例えばユーザーインターフェース８２から、プラズマ処理装置１においてプラズマ窒化処理を行うように、プロセスコントローラ８１に指令が入力される。次に、プロセスコントローラ８１は、この指令を受けて、記憶部８３またはコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に保存されたレシピを読み出す。次に、レシピに基づく条件によってプラズマ窒化処理が実行されるように、プロセスコントローラ８１からプラズマ処理装置１の各エンドデバイス（例えば、高周波バイアス電源２５、ガス供給装置３ａ、排気装置４、マイクロ波導入装置５等）に制御信号が送出される。
【００９１】
次に、ゲートバルブＧが開状態にされて、図示しない搬送装置によって、ウエハＷが、ゲートバルブＧおよび搬入出口１２ａを通って処理容器２内に搬入される。ウエハＷは、載置台２１の載置面２１ａに載置される。次に、ゲートバルブＧが閉状態にされて、排気装置４によって、処理容器２内が減圧排気される。次に、ガス供給機構３によって、所定の流量の希ガスおよび窒素含有ガスが、ガス導入部１５を介して処理容器２内に導入される。処理容器２の内部空間は、排気量およびガス供給量を調整することによって、所定の圧力に調整される。
【００９２】
次に、マイクロ波出力部５０において、処理容器２内に導入するマイクロ波を発生させる。マイクロ波出力部５０の分配器５４から出力された複数のマイクロ波は、アンテナユニット６０の複数のアンテナモジュール６１に入力され、各アンテナモジュール６１によって、処理容器２内に導入される。各アンテナモジュール６１では、マイクロ波は、アンプ部６２およびマイクロ波導入機構６３を伝搬する。マイクロ波導入機構６３のアンテナ部６５に到達したマイクロ波は、平面アンテナ７１のスロット７１ａから、マイクロ波透過板７３を透過して、処理容器２内におけるウエハＷの上方の空間に放射される。このようにして、各アンテナモジュール６１から、それぞれ別々にマイクロ波が処理容器２内に導入される。
【００９３】
上記のように複数の部位から処理容器２内に導入されたマイクロ波は、それぞれ処理容器２内に電磁界を形成する。これにより、処理容器２内に導入された不活性ガスや窒素含有ガス等の処理ガスをプラズマ化する。そして、プラズマ中の活性種、例えばラジカルやイオンの作用によって、ウエハＷのシリコン表面が窒化されてシリコン窒化膜ＳｉＮの薄膜が形成される。
【００９４】
プロセスコントローラ８１からプラズマ処理装置１の各エンドデバイスにプラズマ処理を終了させる制御信号が送出されると、マイクロ波の発生が停止されると共に、希ガスおよび窒素含有ガスの供給が停止されて、ウエハＷに対するプラズマ処理が終了する。次に、ゲートバルブＧが開状態にされて、図示しない搬送装置によって、ウエハＷが搬出される。
【００９５】
なお、窒素含有ガスの代りに酸素含有ガスを使用することにより、ウエハＷに対して酸化処理を施すことができる。また、成膜原料ガスを使用することにより、プラズマＣＶＤ法によって、ウエハＷに対して成膜処理を施すことができる。
【００９６】
次に、本実施の形態に係るプラズマ処理装置１の効果について説明する。本実施の形態では、本発明の第１のマイクロ波透過窓に対応するマイクロ波透過板７３の中心点と第２のマイクロ波透過窓に対応するマイクロ波透過板７３の中心点との距離（第１および第２のマイクロ波透過窓の中心点間距離）と、本発明の第１のマイクロ波透過窓に対応するマイクロ波透過板７３の中心点と第３のマイクロ波透過窓に対応するマイクロ波透過板７３の中心点との距離（第１および第３のマイクロ波透過窓の中心点間距離）は、互いに等しいかほぼ等しくなるように設定される。ウエハＷ上の任意の点のプラズマ密度は、式（１）ないし（３）を参照して説明したように、複数のマイクロ波透過板７３に基づく複数のプラズマ密度の和で表される。
【００９７】
ところで、隣接する複数のマイクロ波透過板の中心点間距離が異なるように配置されていると、以下のような問題が生じる。ここでは、ある１つのマイクロ波透過板（以下、第４のマイクロ波透過板と呼ぶ。）が、他の２つのマイクロ波透過板（以下、第５および第６のマイクロ波透過板と呼ぶ。）から離れて配置されている場合について考える。第４ないし第６のマイクロ波透過板に基づくマイクロ波プラズマの密度分布は、各マイクロ波透過板に基づくマイクロ波プラズマの密度分布を合成した分布になる。従って、各マイクロ波透過板に基づくマイクロ波プラズマの密度分布が全て同一の場合、第４のマイクロ波透過板の近傍ではプラズマ密度が小さくなり、第４および第５のマイクロ波透過板の近傍ではプラズマ密度が大きくなる。また、このようにプラズマ密度に偏りがある場合、例えば第４のマイクロ波透過板に基づくマイクロ波プラズマの密度分布を調整するために、第４のマイクロ波透過板を含むアンテナモジュールの平面アンテナを交換することが考えられるが、このような平面アンテナの交換は、手間と時間を要する大掛かりな作業となってしまう。あるいは、第４のマイクロ波透過板に基づくマイクロ波プラズマの密度分布を調整するために、例えばマイクロ波のパワー等を変えることによって微調整することも考えられるが、マイクロ波のパワーを変化させうる範囲でのマイクロ波プラズマの密度分布の変化幅(マージン)が小さく、その効果には限界がある。
【００９８】
これに対し、本実施の形態では、第１および第２のマイクロ波透過窓の中心点間距離と第１および第３のマイクロ波透過窓の中心点間距離が、互いに等しいかほぼ等しくなるように設定されることから、マイクロ波プラズマの密度分布を均一化することが容易になる。例えば、マイクロ波透過板７３を含む複数のアンテナモジュール６１の構成を全て同一にすること等によって、３つのマイクロ波透過板７３の各々に基づく３つのマイクロ波プラズマの密度分布を全て同一にした場合には、少なくとも、第２のマイクロ波透過窓に対応するマイクロ波透過板７３の近傍におけるマイクロ波プラズマの密度分布と、第３のマイクロ波透過窓に対応するマイクロ波透過板７３の近傍におけるマイクロ波プラズマの密度分布は等しくなる。このように、本実施の形態によれば、簡単な構成で、マイクロ波プラズマの密度分布を均一化することが可能になる。
【００９９】
また、本実施の形態では、第１および第２のマイクロ波透過窓の中心点間距離と、第１および第３のマイクロ波透過窓の中心点間距離と、第２および第３のマイクロ波透過窓の中心点間距離を互いに等しくすることによって、マイクロ波プラズマの密度分布を均一化することが容易になる。この場合、第１ないし第３のマイクロ波透過窓に対応する３つのマイクロ波透過板７３の中心点間の距離が、互いに等しいかほぼ等しいことから、３つのマイクロ波透過板７３の各々に基づく３つのマイクロ波プラズマの密度分布を全て同一にすることができる。この場合には、３つのマイクロ波透過板７３の各々の近傍でのプラズマ密度には偏りが生じない。このように、本実施の形態では、プラズマ密度に偏りが生じることによる上記のような平面アンテナの交換等によるマイクロ波プラズマの密度分布の調整は不要である。そのため、本実施の形態によれば、簡単な構成で、マイクロ波プラズマの密度分布を均一化することが可能になる。
【０１００】
また、本実施の形態では、マイクロ波透過板７３Ｇは、天井部１１における中央部分に配置され、６つのマイクロ波透過板７３Ａ〜７３Ｆは、マイクロ波透過板７３Ｇを囲むように、天井部１１の中央部分よりも外側に配置されている。これにより、本実施の形態によれば、広い領域にわたって、マイクロ波プラズマの密度分布を均一化することが可能になる。
【０１０１】
また、本実施の形態では、複数のアンテナモジュール６１の構成は全て同一である。これにより、本実施の形態によれば、各アンテナモジュール６１において同様のプラズマ発生条件を用いることができ、マイクロ波プラズマの密度分布の調整が容易になる。
【０１０２】
なお、正六角形の内側に対応する領域の下方におけるプラズマ密度は、正六角形の外側に対応する領域の下方におけるプラズマ密度よりも大きくなる。本実施の形態では、図８を参照して説明したように、マイクロ波透過板７３Ａ〜７３Ｆの中心点の基準となる正六角形の外縁は、ウエハＷの平面形状を包含している。これにより、本実施の形態によれば、プラズマ密度が大きい領域にウエハＷを配置することができる。
【０１０３】
ところで、マイクロ波プラズマの密度分布を均一化するために、可能な限り多くのマイクロ波透過板を設けることも考えられる。以下、このような構成を有するプラズマ処理装置を、第１の比較例のプラズマ処理装置と呼ぶ。第１の比較例のプラズマ処理装置におけるその他の構成は、本実施の形態に係るプラズマ処理装置１と同じであるものとする。このような構成の第１の比較例のプラズマ処理装置では、マイクロ波透過板を含むアンテナモジュール６１の数も多くなるため、初期コストおよびメンテナンスコストが高くなってしまう。また、アンテナモジュール６１の数が多くなるに従って、作業性も悪化する。
【０１０４】
また、第１の比較例のプラズマ処理装置では、マイクロ波透過板が密集しているため、処理容器２の天井部１１におけるマイクロ波透過板の間隔が狭く、ガス導入部１５の複数のノズル１６を自由に配置することができなくなる。また、誘電体材料よりなるマイクロ波透過板が配置されることによって、相対的に、金属材料よりなる処理容器２の内側の表面積、特に本発明における導電性部材に対応する天井部１１の表面積が少なくなり、高周波バイアス電源２５に基づくバイアス印加効率が低下するおそれがある。また、マイクロ波透過板の設置面積が多くなり、天井部１１を含む処理容器２が大型化する。
【０１０５】
これに対し、本実施の形態によれば、多くのマイクロ波透過板を設けることなく、マイクロ波プラズマの密度分布を均一化することが可能になる。そのため、本実施の形態によれば、第１の比較例のプラズマ処理装置における上記の問題は生じない。
【０１０６】
［第２の実施の形態］
次に、図１２を参照して、本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ処理装置について説明する。図１２は、本実施の形態における複数のマイクロ波透過板の配置を示す説明図である。本実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成は、基本的には、第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置１と同じである。
【０１０７】
本実施の形態では、マイクロ波導入装置５は、第１の実施の形態における複数のマイクロ波透過板７３の代りに、複数のマイクロ波透過板２７３を含んでいる。複数のマイクロ波透過板２７３は、載置台２１の載置面２１ａに平行な１つの仮想の平面上に配置されている。また、複数のマイクロ波透過板２７３は、上記仮想の平面において、その平面形状における中心点間の距離が互いに等しいか、ほぼ等しい３つのマイクロ波透過板２７３を含んでいる。本実施の形態では、複数のマイクロ波透過板２７３は、中心点がそれぞれ正三角形の頂点に一致またはほぼ一致するように配置された３つのマイクロ波透過板２７３Ａ，２７３Ｂ，２７３Ｃからなるものである。図１２において、符号ＰＡ，ＰＢ，ＰＣは、それぞれ、マイクロ波透過板２７３Ａ，２７３Ｂ，２７３Ｃの中心点を示している。３つのマイクロ波透過板２７３Ａ，２７３Ｂ，２７３Ｃの中心点ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ間の距離Ｌｐは互いに等しいか、ほぼ等しい。
【０１０８】
マイクロ波透過板２７３Ａ，２７３Ｂ，２７３Ｃは、マイクロ波透過板２７３Ａ，２７３Ｂ，２７３Ｃの中心点ＰＡ，ＰＢ，ＰＣを結ぶことによって仮想の正三角形が形成されるという条件を満たしながら配置されている。図１２に示したように、マイクロ波透過板２７３Ａ，２７３Ｂ，２７３Ｃの中心点ＰＡ，ＰＢ，ＰＣを結ぶことによって、上記の仮想の正三角形が形成される。
【０１０９】
なお、図１２に示した例では、ウエハＷの平面形状は円形である。本実施の形態では、マイクロ波透過板２７３Ａ〜２７３Ｃの中心点の基準となる正三角形の外縁は、ウエハＷの平面形状を包含している。マイクロ波透過板２７３Ａ〜２７３Ｃの中心点ＰＡ〜ＰＣは、ウエハＷの平面形状に対する同心円の円周上において、均等またはほぼ均等の間隔で配置されている。
【０１１０】
次に、第１のシミュレーションと同様に、隣接する任意の２つのマイクロ波透過板２７３の中心点間の距離、すなわち、３つのマイクロ波透過板２７３Ａ，２７３Ｂ，２７３Ｃの中心点ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ間の距離Ｌｐの好ましい範囲について求めた第２のシミュレーションの結果について説明する。第２のシミュレーションでは、プラズマ源、すなわちマイクロ波透過板２７３Ａ，２７３Ｂ，２７３Ｃの配置は、図１２に示した配置とした。第２のシミュレーションにおけるその他の条件は、第１のシミュレーションと同じである。
【０１１１】
図１３に、第２のシミュレーションの結果を示す。図１３において、横軸はＬｐを示し、縦軸はＦＷＨＭを示している。図１３では、第１のシミュレーションと同じマイクロ波プラズマの密度分布の均一性の指標の値を記載すると共に、この値が等しい点を結んで曲線を描いている。図１３から、ＬｐとＦＷＨＭが共に大きくなるに従って、マイクロ波プラズマの密度分布の均一性が向上することが分かる。
【０１１２】
なお、第１のシミュレーションと同様に、上記のマイクロ波プラズマの密度分布の均一性を示す指標の値は、例えば１０％以下であることが好ましい。これを実現するために、ＬｐおよびＦＷＨＭは、例えば、下記の式（５）、（６）を満たすことが好ましい。
【０１１３】
ＦＷＨＭ≧０．４７×Ｌｐ＋０．５６    …（５）
ＦＷＨＭ≧−１９×Ｌｐ＋２１          …（６）
【０１１４】
なお、図１３において、符号２０７は、ＦＷＨＭ＝０．４７×Ｌｐ＋０．５６で表される直線を示し、符号２０８は、ＦＷＨＭ＝−１９×Ｌｐ＋２１で表される直線を示している。第２のシミュレーションの結果から理解されるように、３つのマイクロ波透過板２７３Ａ，２７３Ｂ，２７３Ｃが図１２に示したように配置されている場合、３つのマイクロ波透過板２７３Ａ，２７３Ｂ，２７３Ｃの中心点ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ間の距離Ｌｐは、上記の式（５）、（６）を満たすことが好ましい。
【０１１５】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【０１１６】
ところで、第１の実施の形態におけるマイクロ波透過板７３の数は７個であり、第２の実施の形態におけるマイクロ波透過板２７３の数（３個）よりも多い。しかしながら、第１の実施の形態における図８に示したマイクロ波透過板７３の配置によれば、第２の実施の形態における図１２に示したマイクロ波透過板２７３の配置に比べて、天井部１１の直径を小さくすることができる。以下、これについて詳しく説明する。
【０１１７】
ここでは、複数のマイクロ波透過板３７３を、その中心点が多角形の頂点に一致するように配置する場合について考える。図１４は、複数のマイクロ波透過板３７３の配置を簡略化して示す説明図である。図１４において、（ａ）は、マイクロ波透過板３７３の数が３〜６の場合の配置を示している。図１４において、（ｅ）は、マイクロ波透過板３７３の数が無限の場合の配置を示している。（ａ）示したマイクロ波透過板３７３は、第２の実施の形態におけるマイクロ波透過板２７３Ａ〜２７３Ｃに対応する。（ｂ）に示したマイクロ波透過板３７３は、第１の実施の形態におけるマイクロ波透過板７３Ａ〜７３Ｆに対応する。
【０１１８】
図１４では、二点鎖線で示された多角形の外縁は、ウエハＷの平面形状を包含すると共に、ウエハＷの平面形状の外縁に接している。この場合、図１４において一点鎖線で示された天井部１１の最小の直径は、マイクロ波透過板３７３の中心点を全て通る円（多角形の外接円）の直径に、マイクロ波透過板３７３の直径を加えたものと等しくなる。上記の円の半径Ｒは、下記の式（７）で表される。
【０１１９】
Ｒ＝Ｄｗ／｛２・ｃｏｓ（π／Ｎｐ）｝    …（７）
【０１２０】
なお、式（７）において、ＤｗはウエハＷの直径を表し、Ｎｐはマイクロ波透過板３７３の数を表す。上記の式（７）と、マイクロ波透過板３７３の直径から、天井部１１の最小の直径が得られる。図１５に、マイクロ波透過板３７３の数Ｎｐと上記の円の半径Ｒとの関係を示す。図１５において、横軸はマイクロ波透過板３７３の数Ｎｐを示し、縦軸は上記円の半径Ｒを示している。図１５から理解されるように、マイクロ波透過板３７３の数Ｎｐが大きくなるに従って、天井部の半径が小さくなる。この結果から理解されるように、マイクロ波透過板７３の数が７個の第１の実施の形態によれば、マイクロ波透過板２７３の数が３個の第２の実施の形態に比べて、天井部１１の直径を小さくすることができる。
【０１２１】
このように、第１の実施の形態によれば、第２の実施の形態に比べて、天井部１１の直径を小さくして、処理容器２を小型化することができる。一方、第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態に比べて、マイクロ波透過板２７３を少なくして、アンテナモジュール６１の数を少なくすることができる。マイクロ波透過板の配置を、第１の実施の形態における図８に示した配置とするか、第２の実施の形態における図１２に示した配置とするかは、プラズマ処理装置１の要求仕様に従って、適宜定めることができる。
【０１２２】
次に、上記各実施の形態におけるその他の効果について説明する。前述のように、上記各実施の形態に係るプラズマ処理装置１では、処理容器２内に複数の部位からマイクロ波が導入される。ここで、処理容器内に１つの部位からマイクロ波を導入するプラズマ処理装置を、第２の比較例のプラズマ処理装置と呼ぶ。以下、第２の比較例のプラズマ処理装置と比較しながら、上記各実施の形態の効果について説明する。
【０１２３】
図１６は、第２の比較例のプラズマ処理装置の構成を模式的に示す断面図である。第２の比較例のプラズマ処理装置５０１は、処理容器５０２、載置台５２１および支持部材５２２を備えている。処理容器５０２、載置台５２１および支持部材５２２の構成は、図１に示した処理容器２、載置台２１および支持部材２２の構成と同じである。
【０１２４】
プラズマ処理装置５０１は、図１および図３に示したマイクロ波導入装置５の代りに、マイクロ波導入装置５０５を備えている。マイクロ波導入装置５０５は、処理容器２の上部に設けられる。マイクロ波導入装置５０５としては、マイクロ波透過板５７３を１個だけ含む既知の構成のマイクロ波導入装置を用いることができる。マイクロ波透過板５７３は、例えば円板形状を有している。マイクロ波透過板５７３の平面形状の直径は、ウエハＷの直径よりも大きく、例えば４６０ｍｍである。
【０１２５】
プラズマ処理装置５０１は、更に、板状の形状を有し、且つ複数の貫通孔を有するシャワープレート５１０を備えている。シャワープレート５１０は、処理容器５０２内の空間を上下に隔てるように、載置台５２１とマイクロ波導入装置５０５との間に配置される。シャワープレート５１０を形成する材料としては、例えば石英が用いられる。シャワープレート５１０は、プラズマ処理装置５０１におけるプラズマ処理の内容に応じて設けられるものである。具体的には、例えば、シャワープレート５１０は、プラズマ処理装置５０１において低密度のプラズマを用いたプラズマ処理が行われる際に設けられる。
【０１２６】
プラズマ処理装置５０１におけるその他の構成は、第１または第２の実施の形態に係るプラズマ処理装置１と同じである。
【０１２７】
プラズマ処理装置５０１では、マイクロ波透過板５７３の数が１個であることから、マイクロ波透過板５７３の平面形状をウエハＷの平面形状よりも大きくする必要がある。マイクロ波透過板５７３の面積が大きくなると、プラズマを安定的に着火および放電させるために必要なマイクロ波のパワーも大きくなる。例えば、マイクロ波透過板５７３が円板形状を有し、マイクロ波透過板５７３の平面形状の直径が４６０ｍｍの場合、プラズマを安定的に着火および放電させるために必要なマイクロ波のパワーの最小値は１０００Ｗである。
【０１２８】
上述のようにマイクロ波のパワーが大きくなると、比較的高密度のプラズマが生成される。ここで、プラズマ処理装置５０１において低密度のプラズマを用いたプラズマ処理を行う場合には、プラズマ処理装置５０１の構成を変更する必要がある。例えば、上記のシャワープレート５１０を用いて、マイクロ波透過板５７３とウエハＷとを隔てることによって、ウエハＷの近傍のプラズマ密度を小さくすることができる。
【０１２９】
これに対し、上記各実施の形態では、複数のマイクロ波透過板７３または２７３が設けられることから、プラズマ処理装置５０１のマイクロ波透過板５７３に比べて、マイクロ波透過板７３または２７３の面積を小さくすることができる。なお、マイクロ波透過板７３，２７３が円柱形状を有している場合、マイクロ波透過板７３，２７３の平面形状の直径は、例えば９０〜２００ｍｍの範囲内である。その結果、上記各実施の形態によれば、プラズマ処理装置５０１に比べて、プラズマを安定的に着火および放電させるために必要なマイクロ波のパワーを小さくすることができる。これにより、上記各実施の形態によれば、プラズマ処理装置１の構成を変更することなく、単一の構成で、プラズマ処理装置１において、高密度のプラズマを用いたプラズマ処理に加え、低密度のプラズマを用いたプラズマ処理も行うことができる。つまり、上記各実施の形態によれば、比較例のプラズマ処理装置５０１に比べて、プラズマ密度の制御の自由度が大きいため、単一の装置構成で低密度から高密度のプラズマによる処理を行うことができる。
【０１３０】
ここで、上記の効果を示す実験の結果について説明する。実験では、まず、プラズマ処理装置５０１において、第１の実施の形態で説明したプラズマ窒化処理を行った。ここでは、載置台５２１に載置されたウエハＷに対して、高密度のプラズマを用いたプラズマ窒化処理（以下、高密度プラズマ窒化処理と記す。）と、低密度のプラズマを用いたプラズマ窒化処理（以下、低密度プラズマ窒化処理と記す。）を行った。
【０１３１】
プラズマ処理装置５０１における高密度プラズマ窒化処理の条件は以下の通りである。マイクロ波透過板５７３とウエハＷとの間の間隔（ギャップ）を７９ｍｍとし、マイクロ波のパワーを１５００Ｗとし、処理容器５０２内の圧力を２０Ｐａとした。また、プラズマ生成用の希ガスとして１０００ｓｃｃｍのＡｒを用い、窒化処理ガスとして２００ｓｃｃｍのＮ２を用いた。また、ウエハＷの温度を５００℃とした。なお、図１６に示したシャワープレート５１０を設けずにプラズマ窒化処理を行った。
【０１３２】
プラズマ処理装置５０１における低密度プラズマ窒化処理の条件は以下の通りである。マイクロ波透過板５７３とウエハＷとの間の間隔（ギャップ）を１３４ｍｍとし、マイクロ波のパワーを１５００Ｗとし、処理容器５０２内の圧力を７Ｐａとした。また、プラズマ生成用の希ガスとして１０００ｓｃｃｍのＡｒを用い、窒化処理ガスとして４０ｓｃｃｍのＮ２を用いた。また、ウエハＷの温度を５００℃とした。なお、図１６に示したシャワープレート５１０を設けてプラズマ窒化処理を行った。
【０１３３】
実験では、次に、上記各実施の形態に係るプラズマ処理装置１として、第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置１のように、７個のマイクロ波透過板７３を含むプラズマ処理装置（以下、実施例のプラズマ処理装置と記す。）を用いて、載置台２１に載置されたウエハＷに対して、高密度プラズマ窒化処理と低密度プラズマ窒化処理を行った。実験では、マイクロ波透過板７３とウエハＷとの間の間隔（ギャップ）を８５ｍｍに固定した。また、処理容器２内にシャワープレートを設けなかった。
【０１３４】
実施例のプラズマ処理装置における高密度プラズマ窒化処理では、１つのマイクロ波透過板７３から導入されるマイクロ波のパワーを４００Ｗとした。実施例のプラズマ処理装置における高密度プラズマ窒化処理のその他の条件は、マイクロ波透過板７３とウエハＷとの間の間隔（ギャップ）を除いて、プラズマ処理装置５０１の高密度プラズマ窒化処理の条件と同じである。
【０１３５】
実施例のプラズマ処理装置における低密度プラズマ窒化処理では、１つのマイクロ波透過板７３から導入されるマイクロ波のパワーを５０Ｗとした。実施例のプラズマ処理装置における低密度プラズマ窒化処理のその他の条件は、マイクロ波透過板７３とウエハＷとの間の間隔（ギャップ）、およびシャワープレートの有無を除いて、プラズマ処理装置５０１の低密度プラズマ窒化処理の条件と同じである。
【０１３６】
図１７は、高密度プラズマ窒化処理における窒化膜厚と低密度プラズマ窒化処理における窒化膜厚を示す特性図である。図１７において、横軸は窒化時間を示し、縦軸は窒化膜厚を示している。図１７から、実施例のプラズマ処理装置では、高密度プラズマ窒化処理と低密度プラズマ窒化処理のいずれにおいても、窒化時間と窒化膜厚との関係が、第２の比較例のプラズマ処理装置５０１の結果とほぼ同じになることが分かる。この結果から理解されるように、第２の比較例のプラズマ処理装置５０１では、高密度のプラズマを用いたプラズマ処理と低密度のプラズマを用いたプラズマ処理の両方を行うためには、プラズマ処理装置５０１の構成を変更する必要がある。これに対し、上記各実施の形態によれば、プラズマ処理装置１の構成を変更することなく、単一の構成で、高密度のプラズマを用いたプラズマ処理と低密度のプラズマを用いたプラズマ処理の両方を行うことができる。
【０１３７】
また、上記各実施の形態によれば、プラズマ処理装置５０１に比べて、ウエハＷに対して均一なプラズマ処理を行うことが可能になる。図１８は、図１７に示したプラズマ窒化処理における窒化膜厚の均一性を示す特性図である。図１８において、横軸は窒化膜厚を示し、縦軸は、均一性の指標であるR/2avgを示している。なお、R/2avgは、窒化膜厚の最大値と最小値の差の１／２を、窒化膜厚の平均値で割った値を百分率で示したものである。図１８から、実施例のプラズマ処理装置では、プラズマ処理装置５０１に比べて、高密度プラズマ窒化処理におけるR/2avgの値が小さくなることがわかる。この結果は、実施例のプラズマ処理装置では、プラズマ処理装置５０１に比べてウエハＷの面内で均一な膜厚の窒化膜が形成されることを示している。その理由は、以下のように考えられる。
【０１３８】
プラズマ処理装置５０１では、マイクロ波透過板５７３の面積が大きいことから、プラズマの密度分布が均一になりにくい。これに対し、実施例のプラズマ処理装置では、個々のマイクロ波透過窓７３の面積は、マイクロ波透過板５７３に比べて小さい。そのため、実施例のプラズマ処理装置では、個々のマイクロ波透過窓７３から導入されるマイクロ波によって生成されるプラズマの密度分布は、プラズマ処理装置５０１におけるプラズマの密度分布に比べて均一になる。更に、実施例のプラズマ処理装置では、第１の実施の形態で説明したように、ウエハＷの近傍におけるプラズマの密度分布が均一になるように、複数のマイクロ波透過窓７３が配置される。これにより、実施例のプラズマ処理装置では、プラズマ処理装置５０１に比べて、ウエハＷの近傍におけるプラズマの密度分布が均一になる。その結果、実施例のプラズマ処理装置では、プラズマ処理装置５０１に比べて均一な窒化膜が形成される。
【０１３９】
なお、上記各実施の形態によれば、上記のように窒化膜厚を変えるだけでなく、被窒化膜の窒素濃度を変えることもできる。
【０１４０】
また、上記各実施の形態によれば、１つのプラズマ処理装置１において、処理容器２内からウエハＷを搬出せずに、プラズマの密度を変えながら連続してプラズマ処理を行うことが可能になる。例えば、以下の（１）〜（４）のような処理が可能である。
（１）高密度のプラズマを用いてウエハＷに膜厚の大きな酸化膜を成膜し、低密度のプラズマを用いて酸化膜の上面をわずかに窒化する処理を行うことができる。
（２）積層膜をエッチングする際に、被エッチング膜の種類に応じてプラズマの密度を変えながらエッチング処理を行うことができる。この場合、プラズマの生成を中断せずに、プラズマの密度を連続的に変化させることが可能であり、その場合でも、プラズマのモードジャンプの発生を抑制することができる。
（３）プラズマ窒化処理によってエッチングマスクを改質する際に、プラズマの密度を変えながら改質処理を行うことができる。これにより、エッチング処理におけるエッチングマスクと被エッチング膜との選択比を向上させることができる。
（４）高密度のプラズマを用いてエッチング処理を行った後、エッチングマスクを除去するために、低密度の酸素プラズマを用いてアッシング処理を行うことができる。
【０１４１】
また、上記各実施の形態によれば、プラズマ処理装置５０１のようにシャワープレート５１０を設ける必要がないことから、プラズマ中の活性種の輸送効率が低下することを防止することができる。これにより、上記各実施の形態によれば、例えば成膜処理において膜質が劣化することを防止することができる。
【０１４２】
また、上記各実施の形態によれば、シャワープレート５１０を設ける必要がないことから、プラズマ処理装置５０１に比べてギャップを小さくすることができるため、処理容器２を小型化することが可能である。従って、上記各実施の形態によれば、処理容器２の内部空間の容積やギャップが大きい場合には難しい処理、例えばＰＥ−ＡＬＤ法による成膜処理を行うことが可能になる。
【０１４３】
また、上記各実施の形態によれば、プラズマ中のイオンを失活させる原因となるシャワープレート５１０を設ける必要がないことから、プラズマ処理装置５０１に比べて、プラズマのイオン性を高めることができる。この特長は、特に、載置台２１に高周波バイアスを印加するプロセスにおいて有効である。これにより、上記各実施の形態によれば、例えば酸素プラズマを用いた改質処理等において、イオン性の強いプラズマによる改質効果を高めることができる。
【０１４４】
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、本発明のプラズマ処理装置またはマイクロ波導入装置は、プラズマ窒化処理装置以外にも、例えばプラズマ酸化処理装置やプラズマＣＶＤ処理装置、プラズマエッチング処理装置、プラズマアッシング処理装置などに適用できる。さらに、本発明のプラズマ処理装置またはマイクロ波導入装置は、被処理体として半導体ウエハを被処理体とする場合に限らず、例えば太陽電池パネルの基板やフラットパネルディスプレイ用基板を被処理体とするプラズマ処理装置にも適用できる。
【０１４５】
また、上記各実施の形態では、マイクロ波プラズマ処理装置を用いたが、例えばＩＣＰプラズマ方式、ＥＣＲプラズマ方式、表面波プラズマ方式、マグネトロンプラズマ方式等の他の方式のプラズマ処理装置を用いることもできる。また、真空処理に限らず、大気圧プラズマを利用することもできる。
【符号の説明】
【０１４６】
１…プラズマ処理装置、２…処理容器、３…ガス供給機構、４…排気装置、５…マイクロ波導入装置、８…制御部、１４…排気管、１５…ガス導入部、１６…ノズル、２１…載置台、２１ａ…載置面、２４…整合器、２５…高周波バイアス電源、５０…マイクロ波出力部、５１…電源部、５２…マイクロ波発振器、５３…アンプ、５４…分配器、６０…アンテナユニット、６１…アンテナモジュール、６２…アンプ部、６３…マイクロ波導入機構、６４…チューナ、６５…アンテナ部、６６…本体容器、６７…内側導体、７１…平面アンテナ、７１ａ…スロット、７２…マイクロ波遅波材、７３…マイクロ波透過板、８１…プロセスコントローラ、８２…ユーザーインターフェース、８３…記憶部、Ｗ…半導体ウエハ。
【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１３】
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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１８】
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