(57)【要約】  プラズマ処理装置のプラズマ発生室は天板（３）により塞がれている。天板（３）はプラズマ発生室側に向かう面に凹部（３Ａ）を設け、反対側の面に中心部の凹部（３Ｂ）を備える。天板（３）上には、アンテナが結合されている。アンテナには、導波管が接続されている。導波管よりマイクロ波を供給すると、供給されたマイクロ波はアンテナ間を径方向に伝播し、アンテナのスロットより放射される。マイクロ波は天板（３）を伝播して偏波面を有し、全体として円偏波を形成する。このとき、天板（３）に備えられた凹部（３Ａ）の側面でマイクロ波の共鳴吸収が起こり、凹部（３Ａ）の内部では単一のモードで伝播する。複数ある凹部（３Ａ）それぞれの内部で強いプラズマが形成され、天板（３）に安定したプラズマモードができる。
2009101927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波プラズマ処理装置に設けられ、マイクロ波を伝播する誘電体の天板であって、前記マイクロ波をその側面で共鳴吸収し、かつ前記マイクロ波がその内部で単一のモードで伝播する凹部を、プラズマ発生側の面に備えることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置の天板。
【請求項２】
前記天板は、前記マイクロ波がマルチモードで伝播する厚さを有することを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波プラズマ処理装置の天板。
【請求項３】
前記天板は、前記凹部を複数備えることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波プラズマ処理装置の天板。
【請求項４】
前記凹部は、前記マイクロ波の導入位置を中心とする１または２以上の円上に配置されることを特徴とする請求項３に記載のマイクロ波プラズマ処理装置の天板。
【請求項５】
前記凹部は、配置される円の半径が前記誘電体内を伝播するマイクロ波の波長のおよそ整数倍の大きさであることを特徴とする請求項３に記載のマイクロ波プラズマ処理装置の天板。
【請求項６】
前記凹部は、前記マイクロ波の導入位置を中心として点対称の位置に配置されることを特徴とする請求項３に記載のマイクロ波プラズマ処理装置の天板。
【請求項７】
前記凹部は、前記マイクロ波が伝播する方向の径が前記誘電体内を伝播するマイクロ波の波長の１／３から１／２の範囲の大きさであることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波プラズマ処理装置の天板。
【請求項８】
前記凹部は、その深さが前記誘電体内を伝播するマイクロ波の波長の１／４から３／８の範囲の大きさであることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波プラズマ処理装置の天板。
【請求項９】
前記凹部は、前記プラズマ発生側の面に平行な断面が円形であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波プラズマ処理装置の天板。
【請求項１０】
プラズマ処理を行うプラズマ発生室と、
前記プラズマ発生室内にプラズマ発生のためのマイクロ波を導入するスロットアンテナと、
前記マイクロ波をその側面で共鳴吸収し、かつ前記マイクロ波がその内部で単一のモードで伝播する凹部を、プラズマ発生側の面に備える天板と、
を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１１】
マイクロ波を側面で共鳴吸収し、かつ前記マイクロ波がその内部で単一のモードで伝播する凹部を、プラズマ発生側の面に備える天板を用いてプラズマを発生する工程を有することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１２】
前記プラズマを発生する工程は、前記天板と前記天板内を伝播するマイクロ波の波長を変えることなく、プラズマ発生室内の異なる２以上の雰囲気条件におけるプラズマの発生を含むことを特徴とする請求項１１に記載のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波プラズマ処理装置の天板、プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路や液晶、太陽電池など多くの半導体デバイスにプラズマ技術は広く用いられている。半導体製造過程の薄膜の堆積やエッチング工程などで利用されているが、より高性能かつ高機能な製品（例えば超微細加工技術）などのために、高度なプラズマ処理が求められる。特に、低気圧高密度プラズマを得られるマイクロ波プラズマ処理装置が注目されている。【０００３】
ＲＬＳＡ(Radial Line Slot Antenna)プラズママイクロ波源を用いたプラズマ処理装置は、マイクロ波放電により気体を電離させプラズマを発生する。マイクロ波は導波管を介してアンテナのスロット部分から給電され、天板を伝播してプラズマ発生室内へ放射される。【０００４】
天板がシンプルでフラットな形態の場合、天板の中心部と周辺部とではマイクロ波の伝播が等しく行われず、均一にプラズマを生成できなかった。これに対し、天板に異なる厚みを持たせる場合や凸部を設ける場合、プラズマ条件に応じたマイクロ波の共振領域を形成するので径方向の伝播を制御できる。【０００５】
天板中のマイクロ波伝播は径方向と円周方向（回転方向）の２種類同時に存在している。これまでのマイクロ波伝播制御は、特許文献１のように、径方向の伝播に注目していた。その結果、円周方向伝播の不均一性により、プラズマの偏りが発生するという問題があった。特に低マイクロ波パワーの時に、この現象が顕著化する。更に、径方向と円周方向の同時制御を行うためには、天板の形状が複雑となり、製造コストが増大する問題があった。
【特許文献１】特開２００５−１００９３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、従来の技術では、マイクロ波の円周方向伝播の不均一性により、プラズマの偏りが発生するという問題がある。また、プラズマ処理の内容により、ガスや温度などチャンバー内の条件を変化させると、マイクロ波の周波数とガス圧によってプラズマモードが変化するため、天板と前記天板内を伝播するマイクロ波の波長を変える必要が生じていた。【０００７】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、プラズマモードが安定し、かつ再現性がよいプラズマを発生させることのできるマイクロ波プラズマ処理装置の天板、プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係るマイクロ波プラズマ処理装置の天板は、マイクロ波プラズマ処理装置に設けられ、マイクロ波を伝播する誘電体の天板であって、マイクロ波をその側面で共鳴吸収し、かつマイクロ波がその内部で単一のモードで伝播する凹部を、プラズマ発生側の面に備えることを特徴とする。【０００９】
好ましくは、天板は、マイクロ波がマルチモードで伝播する厚さを有することを特徴とする。【００１０】
好ましくは、天板は、凹部を複数備えることを特徴とする。【００１１】
さらに、凹部は、マイクロ波の導入位置を中心とする１または２以上の円上に配置されることを特徴とする。【００１２】
またさらに、凹部は、配置される円の半径が誘電体内を伝播するマイクロ波の波長のおよそ整数倍の大きさとしてもよい。【００１３】
好ましくは、凹部は、マイクロ波の導入位置を中心として点対称の位置に配置されてもよい。【００１４】
好ましくは、凹部は、マイクロ波が伝播する方向の径が誘電体内を伝播するマイクロ波の波長の１／３から１／２の範囲の大きさであることを特徴とする。【００１５】
好ましくはさらに、凹部は、その深さが誘電体内を伝播するマイクロ波の波長の１／４から３／８の範囲の大きさであることを特徴とする。【００１６】
なお、好ましくは、凹部は、プラズマ発生側の面に平行な断面が円形であることを特徴とする。【００１７】
本発明の第２の観点に係るプラズマ処理装置は、
プラズマ処理を行うプラズマ発生室と、
プラズマ発生室内にプラズマ発生のためのマイクロ波を導入するスロットアンテナと、
マイクロ波をその側面で共鳴吸収し、かつマイクロ波がその内部で単一のモードで伝播する凹部を、プラズマ発生側の面に備える天板と、
を備えることを特徴とする。【００１８】
本発明の第３の観点に係るプラズマ処理方法は、マイクロ波を側面で共鳴吸収し、かつマイクロ波がその内部で単一のモードで伝播する凹部を、プラズマ発生側の面に備える天板を用いてプラズマを発生する工程を有することを特徴とする。【００１９】
さらに、プラズマを発生する工程は、天板と天板内を伝播するマイクロ波の波長を変えることなく、プラズマ発生室内の異なる２以上の雰囲気条件におけるプラズマの発生を含むことがある。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置の天板、プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法によれば、天板に凹部を備えることで、マイクロ波を凹部の側面で共鳴吸収し内部で単一のモードで伝播し、均一で安定したプラズマを発生することができる。【００２１】
また、プラズマ発生室内の雰囲気を変えても、天板と天板内を伝播するマイクロ波の波長を変えずにプラズマを発生することができ、かつプラズマモードを安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施の形態に係るプラズマ処理装置の断面図である。
【図２】実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置における天板をプラズマ発生室側から見た平面図である。
【図３Ａ】図２のＭ−Ｍ線断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの一部拡大図である。
【図４】ラジアルラインスロットアンテナの平面図である。
【図５Ａ】他の実施の形態として、凹部の変形を示す平面図である。
【図５Ｂ】他の実施の形態として、凹部の変形を示す平面図である。
【図６Ａ】さらに別の実施の形態として、凹部の変形を示す横断面図である。
【図６Ｂ】さらに別の実施の形態として、凹部の変形を示す横断面図である。
【図７Ａ】フラット天板の場合のプラズマの例（写真）である。
【図７Ｂ】本実施形態の天板の場合のプラズマの例（写真）である。
【図８Ａ】本実施形態の天板を用いて、圧力１．３３Ｐａの条件下で発生させたプラズマの例（写真）である。
【図８Ｂ】本実施形態の天板を用いて、圧力６６．６５Ｐａの条件下で発生させたプラズマの例（写真）である。
【符号の説明】
【００２３】
１    プラズマ処理装置
２    プラズマ発生室（チャンバー）
３    天板（誘電体）
３Ａ  凹部
３Ｂ  中心部の凹部
４    アンテナ
４Ａ  導波部（シールド部材）
４Ｂ  ラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ）
４Ｃ  遅波板（誘電体）
５    導波管
６    基板保持台
７    ガス通路、ガス導入口
８    プラズマ
１０    基板
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（実施の形態）
以下、本発明の第１の観点に係るマイクロ波プラズマ処理装置の天板について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、その説明は繰り返さない。図１は本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置の断面図である。プラズマ処理装置１は、プラズマ発生室（チャンバー）２、天板（誘電体）３、アンテナ４、導波管５、基板保持台６、ガス通路７、を備える。アンテナ４は導波部（シールド部材）４Ａ、ラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ）４Ｂ、遅波板（誘電体）４Ｃからなる。導波管５は外側導波管５Ａと内側導波管５Ｂからなる同軸導波管である。【００２５】
プラズマ処理装置１のプラズマ発生室２は天板３により塞がれている。このときプラズマ発生室２内は、真空ポンプで真空状態としておく。天板３上には、アンテナ４が結合されている。アンテナ４には、導波管５が接続されている。導波部４Ａは外側導波管５Ａに接続され、ラジアルラインスロットアンテナ４Ｂは内側導波管５Ｂに結合される。遅波板４Ｃは、導波部４Ａとラジアルラインスロットアンテナ４Ｂとの間にありマイクロ波の波長を圧縮する。遅波板４Ｃは例えばＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３などの誘電体材料から構成される。【００２６】
マイクロ波源から導波管５を通してマイクロ波を供給する。マイクロ波は導波部４Ａとラジアルラインスロットアンテナ４Ｂとの間を径方向に伝播し、ラジアルラインスロットアンテナ４Ｂのスロットより放射される。マイクロ波は天板３を伝播して偏波面を有し、全体として円偏波を形成する。【００２７】
本発明の実施の形態に係る天板３について説明する。天板３はシンプルでフラットな形態、もしくは、プラズマの共振条件に適う異なる厚みを持たせるなどして径方向の伝播を制御できる形態である。【００２８】
図２は、本発明の実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置における天板３をプラズマ発生室側から見た平面図である。図２に示す天板３は、石英もしくはアルミナなどのマイクロ波を伝播する誘電体材料より形成される。天板３の厚みは、マイクロ波がマルチモードで伝播する厚さを有し、例えば石英の場合３０ｍｍとすることができる。天板３はチャンバー２側に向かう面に凹部３Ａを設け、反対側の面に中心部の凹部３Ｂを備える。中心部の凹部３Ｂは、チャンバー２内へマイクロ波を給電するためのアンテナ４および導波管５と中心軸が同じ位置にある。中心部の凹部３Ｂの位置をマイクロ波の導入位置と合わせることで、中心部の凹部３Ｂを中心とした軸対称性のよいプラズマをチャンバー２内へ発生する。図２中の矢印Ｒは、中心部の凹部３Ｂの中心から径方向を表す一例であり、天板３内を移動するマイクロ波の伝播方向に等しい。同じ径方向にある凹部３Ａを中心に近い方から３ａ１、３ａ２、３ａ３とする。【００２９】
図３Ａは、図２のＭ−Ｍ線断面図である。図３Ｂは図３Ａの一部拡大図である。凹部３Ａの径方向の長さをＷ、深さをＨとする。中心部の凹部３Ｂと凹部３Ａに垂直に描かれた一点鎖線は、各々の凹部の中心位置を示す。中心部の凹部３Ｂの中心から凹部３ａ１の中心までの距離をＸ１、凹部３ａ２の中心までの距離をＸ２、凹部３ａ３の中心までの距離をＸ３とおく。【００３０】
図４は、ラジアルラインスロットアンテナ４Ｂの一例を示す平面図である。ラジアルラインスロットアンテナ４Ｂは、導波部４Ａのアンテナ４の開口部を覆う形状であり、多数のスロット４ｂ１、４ｂ２が形成されている。ラジアルラインスロットアンテナ４Ｂを導波部４Ａの端部に備えることでプラズマを広げることができる。図４に示すように、スロット４ｂ１、４ｂ２は同心円状に、かつ互いに直交するように形成されている。プラズマはスロット４ｂ１、４ｂ２の長さ方向に垂直に広がるので、天板３直下にプラズマが発生する。【００３１】
マイクロ波はスロット４ｂ１、４ｂ２から下方向に放射され径方向に伝播し、天板３内で反射が繰り返され、干渉して強め合い、定在波が形成される。このとき、天板３に備えられた凹部３Ａの側面でマイクロ波の高効率なエネルギー吸収である共鳴吸収が起こり、凹部３Ａの内部で単一のモードで伝播する。複数ある凹部３Ａそれぞれの内部で単一のモードで伝播し天板３直下に分布が安定したプラズマができる。天板３の凹部３Ａ以外ではマイクロ波の表面吸収により表面波プラズマが発生する。表面波プラズマのプラズマ密度は低く天板３全体へ与える影響は小さいので、天板３のプラズマの粗密位置パターンが一定となり、プラズマモードが安定する。【００３２】
チャンバー２内にマイクロ波が給電されプラズマを放射するとき、ガス通路７より、アルゴン（Ａｒ）またはキセノン（Ｘｅ）、および窒素（Ｎ２）などの不活性ガスを、必要に応じて水素などのプロセスガスとともに導入することにより、アルゴン（Ａｒ）またはキセノン（Ｘｅ）プラズマ８を形成する。このとき、チャンバー２内を１０ｍＰａ〜数１０Ｐａ程度の比較的圧力が低い高真空状態にした場合でも、安定してプラズマを発生させることができる。【００３３】
凹部３Ａ内でマイクロ波が単一のモードで伝播するためには、凹部３Ａの伝播方向の径Ｗは、誘電体内を伝播するマイクロ波の波長の１／３から１／２の範囲の大きさであることが望ましい。凹部３Ａの伝播方向の径Ｗが波長の１／２より大きい場合は、凹部３Ａの内部で固有モードが形成され、プラズマ発生室内の条件によって異なるモードでプラズマが発生するからである。また、逆位相が起こりマイクロ波パワーが弱くなり、強いプラズマが得られない。径Ｗが波長の１／２より小さい場合、プラズマモードは安定したままであるが、プラズマの発生する面積が小さくなる。得られるプラズマの面積は径Ｗのサイズと比例するので、同じプラズマ量を得るためには凹部３Ａを多く設ける必要がある。天板３に凹部３Ａを加工することを考慮すると凹部３Ａの数が少なくて済むように、径Ｗは波長の大きさの１／３より大きく、できるだけ波長の１／２の大きさに近い方が望ましい。【００３４】
さらに、凹部３Ａ内でマイクロ波が単一のモードで伝播するためには、凹部３Ａの深さＨは、誘電体内を伝播するマイクロ波の波長の１／４から３／８の範囲の大きさであることが望ましい。凹部３Ａの深さＨが波長の１／４より小さい場合は、凹部３Ａの開口部付近でプラズマが発生し固有モードが形成されたり、不規則に表面波プラズマが発生し、プラズマの粗密位置パターンが定まらず、プラズマモードが不安定になる。また、凹部３Ａの深さＨが波長の３／８より大きい場合は、凹部３Ａの奥の方でプラズマが発生し、プラズマ処理の効率が低下する。【００３５】
前述の径Ｗと深さＨを満たす凹部３Ａを、天板３のプラズマ発生側の面に複数配置させる場合は、マイクロ波の導入位置を中心とする円上に配置するとよい。このとき円の数は１または２以上で形成する。さらに凹部を配置する円の径は、凹部３Ａを定在波の強め合う部分に設置することが望ましい。また、凹部３Ａを点対称の位置で配置することで、天板３の周方向に関係なく天板３を設置できる。【００３６】
例えば、図３ＢのＸ１は誘電体内を伝播するマイクロ波の波長の１波長分の大きさ、Ｘ２は２波長分の大きさ、Ｘ３は３波長分の大きさとする。中心部の凹部３Ｂの中心から波長の整数倍の位置は、形成された定在波の強め合う位置であり、マイクロ波パワーが最大となる。凹部３Ａの側面で共鳴吸収した場合、効率よくエネルギーを得ることができる。そこに凹部３ａ１、３ａ２、３ａ３が配置されることで、各々の凹部側面でマイクロ波の共鳴吸収が起こり、単一のモードで伝播し、安定したプラズマ分布を効率よく得ることができる。【００３７】
配置される円の半径は、凹部３Ａの径Ｗのサイズを考慮すると、誘電体内を伝播するマイクロ波の波長のおよそ整数倍であればよく、波長の整数倍の大きさから±１／４波長分の範囲内であることが望ましい。【００３８】
図３Ｂでは、同じ径方向の波長の整数倍の位置全てに凹部３Ａが形成された場合を示したが、同じ径方向で見たときに、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３のいずれかの位置にのみ凹部３Ａを設けてよく、Ｘ１とＸ３の組合せやＸ２とＸ３の組合せの場合もある。中心部の凹部３Ｂを中心としたＸ１を含む円上、Ｘ２を含む円上、Ｘ３を含む円上の位置に点対称の位置に配置することが望ましい。天板３の径サイズと誘電体内を伝播するマイクロ波の波長の大きさとの関係より、凹部３Ａを配置できる円の数は異なる場合があり、３波長分の大きさまでに限定されない。【００３９】
中心部の凹部３Ｂは、マイクロ波を導入する位置や天板３の位置を固定するために形成したものであり、必ずしもあるとは限らない。また、マイクロ波の導入位置と一致しない場合や、天板３の中心位置と一致しない場合もある。これらの場合は、マイクロ波の導入位置を基準として凹部３Ａの位置を決める。【００４０】
図５Ａ，５Ｂは、本発明の他の実施の形態として、凹部の変形を示す平面図で、天板のプラズマ発生側の面に平行な面を表す。図６Ａ，６Ｂは、さらに別の実施の形態として、凹部の変形を示す横断面図で、天板のプラズマ発生側の面と垂直な面を表す。【００４１】
本発明の実施の形態に係る天板３の凹部３Ａの、天板３のプラズマ発生側の面に平行な面を図２では円形として説明したが、図５Ａ、図５Ｂにある楕円形や角丸四角形などでもよい。これらは変形例の一例であり、図示しない他の形状でもよい。天板の加工のしやすさより円形であることが望ましいが、径方向に対して線対称の形状で、凹部３Ａの径Ｗが誘電体内を伝播するマイクロ波の波長の１／３から１／２の大きさの範囲を満たせばよい。【００４２】
また、本発明の実施の形態に係る天板３の凹部３Ａの凹みの形状は、図２および図３では円柱形として説明したが、プラズマ発生側の面に底面を有する半球形、円錐形などでもよい（図６Ａ、図６Ｂ参照）。凹部３Ａの内側で、プラズマ発生側の面と平行でない面において、マイクロ波の共鳴吸収が起こりプラズマを発生する。
凹部３Ａの形状は断面や深さ方向の組合せにより様々であり、図示した例に限らない。【００４３】
（実施例１）
図７Ａ及び７Ｂは本発明の実施の形態に係る天板３でプラズマ実験を行い、天板３の凹部３Ａの効果を確認した例である。図７Ａはフラット天板の場合（以下、従来の天板という）のプラズマの例（写真）、図７Ｂは本発明の凹部３Ａを備える天板の場合（以下、本発明の天板という）のプラズマの例（写真）である。【００４４】
実験に用いる天板３は石英で形成され、本発明の天板は、従来の天板に複数の凹部３Ａを備えたものである。プラズマ形成に係る条件は共通で、アルゴンガスを使用し、マイクロ波電力は２０００Ｗ、圧力は１．３３Ｐａで実験を行った。【００４５】
従来のフラット天板の場合は、プラズマ発生が不均一であり、とくに周辺部の粗密が目立っている。本発明の場合は、天板３の中心部と周辺部の差は見受けられず、複数ある凹部３Ａの内部で均一にプラズマが発生し、プラズマモードが安定していることが確認された。【００４６】
（実施例２）
図８Ａ及び８Ｂは本発明の実施の形態に係る天板３を用いて、異なる圧力でプラズマを形成した例（写真）である。図８Ａは圧力１．３３Ｐａの場合（条件Ａ）、図８Ｂは圧力６６．６５Ｐａの場合（条件Ｂ）を示す。圧力以外の条件は実施例１と同じである。圧力は、条件Ａを１．３３Ｐａ、条件Ｂを６６．６５Ｐａとして、実験を行った。プラズマ形成の有無と、形成された場合はプラズマの分布を比較する。【００４７】
図８Ｂのように、条件Ｂの比較的圧力の高い状態にした場合でも同じパターンでプラズマを発生させることができた。また、図８Ａと図８Ｂを比較した場合、どちらも複数ある凹部を基準にしてプラズマが形成されていることが分かる。条件Ａと条件Ｂのプラズマを比較すると、プラズマの大きさがほぼ等しく、かつ、均一な分布のプラズマが形成されたことが分かった。【００４８】
従来の天板では、圧力が異なるとプラズマの発生パターン（密度分布）が変化するので、発生パターンを一定に保つには圧力の制御が必要であった。本発明の天板を用いることで、実施例２で示されるように、圧力条件に左右されにくく、再現性のよい均一なプラズマを得ることができた。【００４９】
圧力条件以外では、温度やガスの種類などを調整してプラズマを発生させる。従来の天板では、圧力の範囲は１０ｍＰａ〜数１０Ｐａと小さく、他条件の設定に制限がかかることもあった。本発明の天板を用いることで、従来よりも低い圧力や高い圧力にした場合でもプラズマを発生できるので、圧力条件に限定されず、最適条件を選択できるようになった。【００５０】
以下に、本発明の第２の観点に係るプラズマ処理装置について説明する。プラズマ処理装置は、図１で示したものと同じである。天板は、本発明の第１の観点に係るプラズマ処理装置の天板３を用いる。【００５１】
従来の天板を用いる場合、マイクロ波の径方向の伝播を制御しているものはあったが、周方向の伝播を制御していないので、モードの安定が不十分であった。さらに、プラズマ発生室２内の圧力の変化などの影響でプラズマ発生の密度分布が異なり、モード変化が発生しやすく、導入する気体の圧力や温度などの条件、気体の種類やその成分比などによりモード変化が発生していた。【００５２】
本発明の実施の形態に係る天板３を用いることで、凹部３Ａの内部でマイクロ波が吸収されプラズマを発生させる。マイクロ波の天板３内の伝播モードによらずに、凹部３Ａの位置にプラズマ８を発生させることができ、発生強度分布がほぼ同じプラズマを安定して得られる。プラズマ８の発生位置が凹部３Ａの位置に限られるので再現性もよい。プラズマ発生の密度分布が凹部の位置に固定して変化しないので、導入する気体の種類と成分比、気体の圧力と温度などの条件を替える場合でも、同じモードのプラズマを発生させることができる。【００５３】
プラズマ処理装置１で、条件の異なるプラズマ処理を連続して施す場合であっても、安定したプラズマモードを得ることができる。プラズマ処理に合わせた気体の種類や成分比、及び温度や圧力を調整するのみで、発生強度分布がほぼ同じプラズマ８を得られる。別の天板への交換、及び、天板内を伝播するマイクロ波の波長を変える必要はない。さらに、温度や圧力の必要な設定変更後に、必要なモードを得るために行っていた微調整や、安定したモードを得るための微調整もない。従来に比べると短時間で、安定して再現性よく作業することができる。【００５４】
凹部３Ａは、マイクロ波が伝播する方向の径が誘電体内を伝播するマイクロ波の波長の１／３から１／２の範囲の大きさ、深さが１／４から３／８の範囲の大きさが好ましい。また、凹部３Ａの位置を、マイクロ波の導入位置を中心とする円上、特に円の半径が誘電体内を伝播するマイクロ波の波長のおよそ整数倍に配置することが望ましい。給電したマイクロ波を効率よく吸収でき、無駄なくプラズマを発生させる。そのとき凹部３Ａをマイクロ波の導入位置を中心とした点対称の位置で配置すると、周方向を気にせずにプラズマ処理装置１に天板３を設置できる。【００５５】
次に、本発明の第３の観点に係るプラズマ処理方法について説明する。【００５６】
プラズマ処理装置１内でプラズマ８を発生する際、プラズマ発生側の面に凹部３Ａを設ける天板３を用いる。マイクロ波は凹部３Ａの側面で共鳴吸収することにより、内部に単一のモードで強いプラズマを発生することができる。プラズマの発生が天板３の凹部３Ａの箇所となるので、プラズマモードが安定する。【００５７】
凹部３Ａの伝播方向の径は誘電体内を伝播するマイクロ波の波長の１／３から１／２の範囲の大きさ、深さは１／４から３／８の範囲の大きさとすることで、凹部３Ａの内部で単一のモードで伝播し、強いプラズマを発生する。さらに、マイクロ波の導入位置を中心として配置する円の半径が、誘電体内を伝播するマイクロ波の波長の大きさのおよそ整数倍とすることで、定在波の強め合う位置にある凹部３Ａの側面でマイクロ波の共鳴吸収が起こり、効率よく強いプラズマが得られる。【００５８】
マイクロ波の導入位置を中心とした点対称の位置に凹部３Ａを備えることで、周方向でのプラズマモードが安定し、向きに関係なく天板を設置できる。【００５９】
プラズマ８を凹部内部で単一モードで発生させるので、プラズマ処理装置１のプラズマ発生室２内の雰囲気や基板処理方法およびプラズマ処理条件を変化させた場合、つまり、導入する気体の種類と成分比、気体の圧力と温度などの条件を変化させた場合であっても、天板３と天板３内を伝播するマイクロ波の波長を変えることなくプラズマ処理することが可能となる。【００６０】
本発明により、同じモードのプラズマを安定して発生させることができるため、天板と天板内を伝播するマイクロ波の波長を変えることなく、異なる条件で連続してプラズマ処理できる。本発明は成膜処理やエッチング処理の条件を変化させたい場合に特に有効である。本発明のプラズマ処理方法は、他にも、アッシング処理などの全てのプラズマ処理に適用することができる。【００６１】
また、被処理体としての基板は半導体基板に限定されず、ガラス基板やセラミック基板などを選ぶこともでき、様々な種類の基板のプラズマ処理に適用することができる。【００６２】
なお、実施の形態で説明した天板及びプラズマ処理装置、プラズマ処理方法は一例であり、これらに限定されるものではない。【００６３】
本出願は、２００８年２月１３日に出願された日本国特許出願２００８−３１３１０号に基づく。本明細書中に日本国特許出願２００８−３１３１０号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、マイクロ波プラズマ処理装置の天板、プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法として有用である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【国際調査報告】
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