(57)【要約】【課題】プラズマ処理に寄与する電磁波の放射量を増加させることを目的とする。【解決手段】マイクロ波によりガスをプラズマ化し、処理容器内にてプラズマ処理を行うマイクロ波プラズマ処理装置であって、前記処理容器の天井部に３つ以上のマイクロ波導入機構を有し、前記マイクロ波導入機構は、マイクロ波を透過する誘電体の遅波材と、前記遅波材の下面にてスロットを有する導電部材のアンテナと、前記スロットに通したマイクロ波を前記処理容器内に導入させる誘電体のマイクロ波透過窓とを有し、前記マイクロ波導入機構が、前記処理容器の中央部よりも外縁に設けられる場合、前記アンテナのスロットは円弧形状であり、該スロットの一部が前記中央部に向けて所定の角度で開口する開口部を有する、マイクロ波プラズマ処理装置が提供される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波によりガスをプラズマ化し、処理容器内にてプラズマ処理を行うマイクロ波プラズマ処理装置であって、
前記処理容器の天井部に３つ以上のマイクロ波導入機構を有し、
前記マイクロ波導入機構は、
マイクロ波を透過する誘電体の遅波材と、
前記遅波材の下面にてスロットを有する導電部材のアンテナと、
前記スロットに通したマイクロ波を前記処理容器内に導入させる誘電体のマイクロ波透過窓とを有し、
前記マイクロ波導入機構が、前記処理容器の中央部よりも外縁に設けられる場合、前記アンテナのスロットは円弧形状であり、該スロットの一部が前記中央部に向けて所定の角度で開口する開口部を有する、
マイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記スロットの開口部の所定の角度は、３０°〜１２０°の範囲のいずれかの角度である、
請求項１に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項３】
前記スロットの周方向の長さは、該スロット内のマイクロ波の波長λｇの１／２と同一又は近似する値である、
請求項１又は２に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項４】
前記スロットの内周側の半径は、７ｍｍ〜２２ｍｍの範囲のいずれかの長さである、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項５】
前記スロットは、前記開口部の反対側に切欠き部を有する、
請求項１〜４のいずれか一項に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項６】
前記スロットは、前記開口部の反対側にフラット部を有する、
請求項１〜４のいずれか一項に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項７】
前記スロットは、前記開口部の反対側に凸部を有する、
請求項１〜４のいずれか一項に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項８】
マイクロ波プラズマ処理装置にマイクロ波を導入するマイクロ波導入機構であって、
マイクロ波を透過する誘電体の遅波材と、
前記遅波材の下面にてスロットを有する導電部材のアンテナと、
前記スロットに通したマイクロ波を処理容器内に導入させる誘電体のマイクロ波透過窓とを有し、
前記処理容器の中央部よりも外縁に設けられる場合、該アンテナのスロットは円弧形状であり、該スロットの一部が前記中央部に向けて所定の角度で開口する開口部を有する、
マイクロ波導入機構。
【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及びマイクロ波導入機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波プラズマ処理装置は、平行平板型のプラズマ処理装置と比較して、高密度で低電子温度の表面波プラズマを形成することが可能である。マイクロ波プラズマ処理装置では、マイクロ波は複数のマイクロ波導入機構を介してチャンバの天井部からチャンバ内に放射される（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１では、チャンバの天井部に設けられたマイクロ波導入機構毎に誘電体からなるマイクロ波透過窓が設けられ、マイクロ波透過窓を介してチャンバ内にマイクロ波が放射される。放射されたマイクロ波によりチャンバ側の天井部に表面波プラズマが生成され、表面波プラズマにより基板にプラズマ処理が施される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２１６７４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、チャンバ側の天井部の中央部よりも外周側にマイクロ波導入機構が設けられると、放射されるマイクロ波の一部は、チャンバの壁又はチャンバの壁の近傍のプラズマに消費され、ウェハへの成膜やエッチング等のプラズマ処理に寄与しない。
【０００５】
上記課題に対して、一側面では、本発明は、プラズマ処理に寄与する電磁波の放射量を増加させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、一の態様によれば、マイクロ波によりガスをプラズマ化し、処理容器内にてプラズマ処理を行うマイクロ波プラズマ処理装置であって、前記処理容器の天井部に３つ以上のマイクロ波導入機構を有し、前記マイクロ波導入機構は、マイクロ波を透過する誘電体の遅波材と、前記遅波材の下面にてスロットを有する導電部材のアンテナと、前記スロットに通したマイクロ波を前記処理容器内に導入させる誘電体のマイクロ波透過窓とを有し、前記マイクロ波導入機構が、前記処理容器の中央部よりも外縁に設けられる場合、前記アンテナのスロットは円弧形状であり、該スロットの一部が前記中央部に向けて所定の角度で開口する開口部を有する、マイクロ波プラズマ処理装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
一の側面によれば、プラズマ処理に寄与する電磁波の放射量を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の縦断面の一例を示す図。
【図２】一実施形態に係る制御部の構成の一例を示す図。
【図３】一実施形態に係るマイクロ波導入装置の一例を示す拡大図。
【図４】図３に示した中央部のマイクロ波導入機構の一例を示す図。
【図５】図４に示したマイクロ波導入機構のアンテナの一例を示す斜視図。
【図６】図５に示したアンテナのスロットの形状の一例を示す図。
【図７】図３に示した外周部のマイクロ波導入機構の一例を示す図。
【図８】図７に示したマイクロ波導入機構のアンテナの一例を示す斜視図。
【図９】図８に示したアンテナのスロット形状の一例を示す図。
【図１０】図１に示した処理容器の天井部の底面の一例を示す図。
【図１１】一実施形態に係るスロットの形状を変えたときの電界シミュレーションの結果の一例を示す図。
【図１２】図１に示した処理容器の天井部の底面の一例を示す図。
【図１３】一実施形態に係るスロットの開口及び径を変えたときの電界シミュレーションの結果の一例を示す図。
【図１４】一実施形態に係るスロットの形状、開口及び径を変えたときの電界シミュレーションの結果の一例を示す図。
【図１５】一実施形態に係るスロットの形状、開口及び径を変えたときの電界シミュレーションの結果の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
［マイクロ波プラズマ処理装置］
以下、本発明の一実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１の一例について、図１を参照して説明する。図１は、一実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１の縦断面の一例を示す。図２は、図１に示した制御部８の構成の一例を示す。本実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１は、例えば半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）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プラズマ処理を施す装置である。
【００１０】
マイクロ波プラズマ処理装置１は、基板の一例であるウェハＷを収容する処理容器２を有する。処理容器２の内部には、載置面２１ａにウェハＷを載置する載置台２１が配置される。また、マイクロ波プラズマ処理装置１は、処理容器２内にガスを供給するガス供給機構３及び処理容器２内を減圧排気する排気装置４を有する。また、マイクロ波プラズマ処理装置１は、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及びマイクロ波プラズマ処理装置１の各構成部を制御する制御部８を有する。
【００１１】
処理容器２は、例えば略円筒形状であり、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。処理容器２は、導電性部材で形成され、板状の天井部１１と底部１３と天井部１１と底部１３とを連結する側壁部１２とを有する。天井部１１は、７つの開口部を有する。天井部１１には、７つの開口部を閉塞する７つのマイクロ波導入機構６３が設けられ、処理容器２内にマイクロ波（電磁波）を導入して処理容器２内にてプラズマを生成する。本実施形態では、天井部１１の７の開口部に７つのマイクロ波導入 機構６３が配設されているが、開口部は３以上であればよく、開口部の数と同数のマイクロ波導入機構６３が天井部１１に配設される。
【００１２】
側壁部１２は、ウェハＷの搬入出を行うための搬入出口１２ａを有する。搬入出口１２ａは、ゲートバルブＧにより開閉される。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からウェハＷの搬入及び搬出を行う。
【００１３】
底部１３は、複数の排気口１３ａを有する。複数の排気口１３ａは、排気管１４を介して複数の排気装置４とそれぞれ接続されている。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する。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。
【００１４】
マイクロ波プラズマ処理装置１は、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部材２３とを有する。載置台２１は、ウェハＷを水平に載置する。載置台２１および支持部材２２は、例えば表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウム等によって形成されている。
【００１５】
マイクロ波プラズマ処理装置１は、載置台２１に高周波電力を供給する高周波電源２５と、載置台２１と高周波電源２５との間に設けられた整合器２４とを有する。高周波電源２５は、ウェハ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。
【００１６】
マイクロ波プラズマ処理装置１は、温度制御機構を有してもよい。温度制御機構は、例えば、ウェハＷの温度を、２５℃（室温）〜９００℃の範囲内で制御する。マイクロ波プラズマ処理装置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を有する。ガス導入部１５は、円筒形状をなす複数のノズル１６を有する。ノズル１６の下面にはガス孔１６ａが形成されている。
【００１７】
ガス供給機構３は、ガス供給源３１と、ガス供給源３１とガス導入部１５とを接続する配管３２とを有する。なお、ガス供給源３１は、１つでもよいし、複数でもよい。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ガスを供給する。ガス供給源３１から供給されるガスの流量等は、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。
【００１８】
マイクロ波プラズマ処理装置１の各構成部は、それぞれ制御部８に接続され、制御部８によって制御される。制御部８は、図２に一例を示すように、ＣＰＵを有するプロセスコントローラ８１、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及び記憶部８３を有する。
【００１９】
プロセスコントローラ８１は、マイクロ波プラズマ処理装置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を統括して制御する制御手段である。各構成部の一例としては、高周波電源２５、ガス供給源３１、排気装置４、マイクロ波導入装置５等が挙げられる。
【００２０】
ユーザーインターフェース８２は、管理者がマイクロ波プラズマ処理装置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、マイクロ波プラズマ処理装置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する。
【００２１】
記憶部８３には、マイクロ波プラズマ処理装置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、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。また、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からの指示に従った処理を行う。これにより、プロセスコントローラ８１による制御下で、マイクロ波プラズマ処理装置１の処理容器２内において所望の処理が行われる。
【００２２】
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。
［マイクロ波導入機構］
次に、マイクロ波導入機構６３について説明する。図３は、中央部のマイクロ波導入機構６３及び外周部のマイクロ波導入機構６３に共通のマイクロ波導入機構６３の構成の一例を示す説明図である。
【００２３】
図４は、中央部のマイクロ波導入機構６３を示す断面図である。図７は、外周部のマイクロ波導入機構６３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６３のアンテナを示す斜視図である。図６は、図５に示したアンテナのスロットの形状の一例を示す。図８は、図７に示したマイクロ波導入機構６３のアンテナを示す斜視図である。図９は、図８に示したアンテナのスロットの形状の一例を示す。
【００２４】
図１及び図３に示すように、マイクロ波導入装置５は、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とを有する。処理容器２の天井部１１には、マイクロ波導入装置５から導入されたマイクロ波の表面波が伝播する。
【００２５】
図３に示すように、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とを有する。マイクロ波発振器５２は、所定の周波数でマイクロ波を発振（例えば、ＰＬＬ発振）させる。所定の周波数は、例えば２．４５ＧＨｚ、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。
【００２６】
図１及び図３に示すように、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。本実施形態では、図３に示すように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とを有する。マイクロ波導入機構６３は、７つのマイクロ波導入機構６３ａ〜６３ｇの総称である。図１には、そのうち、３つのマイクロ波導入機構６３ａ，６３ｂ，６３ｅが示されている。
【００２７】
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とを含んでいる。また、アンプ部６２は、マイクロ波導入機構６３のアンテナ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を含んでいる。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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）とを有する。サーキュレータは、マイクロ波導入機構６３のアンテナ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、本実施形態では、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。
（中央部のマイクロ波導入機構）
図１の複数のマイクロ波導入機構６３のうち、処理容器２の中央部に配置されたマイクロ波導入機構６３ａを拡大して示した図４を参照して更に説明を続ける。マイクロ波導入機構６３ａ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６５を有する。また、マイクロ波導入機構６３ａは、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外側導体６６と、外側導体６６内において外側導体６６が延びる方向と同じ方向に延びる内側導体６７とを有する。内側導体６７は、棒状または筒状の形状を有する。外側導体６６および内側導体６７は、同軸管を構成している。外側導体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。
【００３２】
アンテナモジュール６１は、外側導体６６の基端側（上端側）に設けられた給電変換部を有する。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。
【００３３】
アンテナ６５は、外側導体６６における給電変換部とは反対側に設けられている。外側導体６６におけるアンテナ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。図４および図５に示したように、アンテナ６５は、内側導体６７の下端部に接続された平面アンテナ７１ａと、平面アンテナ７１ａ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７１ａの下面側に配置されたマイクロ波透過板７３Ａとを有する。マイクロ波透過板７３Ａ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７３Ａは、外側導体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。
【００３４】
平面アンテナ７１ａは、円板形状であり、内部を貫通するスロットＳａを有する。図５および図６に示した例では、周状に４つのスロットＳａが設けられており、各スロットＳａは、４つに均等に分割された円弧形状を有する。なお、スロットＳａ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。スロットＳａの内部は、アルミナや石英等の誘電体で充填されていてもよいし、空間であってもよい。
【００３５】
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する。
【００３６】
マイクロ波透過板７３Ａ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７３Ａ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７３Ａ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７３Ａは、直方体形状を有する。なお、マイクロ波透過板７３Ａの形状は円柱形状であってもよい。
【００３７】
かかる構成のマイクロ波導入機構６３ａでは、メインアンプ６２Ｃで増幅されたマイクロ波は、外側導体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７１ａに到達する。そして、マイクロ波は、平面アンテナ７１ａのスロットＳａを通ってマイクロ波透過板７３Ａを透過して処理容器２の内部空間に放射される。
【００３８】
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、外側導体６６のアンテナ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を有する。また、チューナ６４は、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とを有する。
【００３９】
スラグ７４Ａ，７４Ｂは、板状且つ環状の形状を有し、外側導体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。
【００４０】
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。
【００４１】
（外周部のマイクロ波導入機構）
次に、外周部のマイクロ波導入機構６３ｂ〜６３ｇについて詳しく説明する。外周部のマイクロ波導入機構６３ｂ〜６３ｇは、周方向に均等に配置され、同一構造を有する。ここでは、マイクロ波導入機構６３ｂを例に挙げて説明する。図７は、外周部のマイクロ波導入機構６３ｂの構成の一例を示す説明図である。図８は、図７に示した外周部のマイクロ波導入機構６３ｂを示す斜視図である。図９は、図８に示したアンテナのスロット形状の一例を示す。
【００４２】
なお、本実施形態では、外周部に７つのマイクロ波導入機構６３ｂ〜６３ｇを設けたが、外周部のマイクロ波導入機構は、３〜１０のいずれかの数であって、均等配置されていればよい。
【００４３】
外周部のマイクロ波導入機構６３ｂでは平面アンテナ７１ｂのスロットＳｂの形状が１つの円弧形状である点で、平面アンテナ７１ａのスロットＳａが４つの円弧形状である中央部のマイクロ波導入機構６３ａと異なる。
【００４４】
つまり、外周部のマイクロ波導入機構６３ｂ〜６３ｇのスロットＳｂ〜Ｓｆは、円弧形状であり、一箇所において処理容器２の中央部に向けて所定の角度で開口している。以下、スロットの開口している部分を「開口部」という。外周部のマイクロ波導入機構６３ｂ〜６３ｇの各スロットの開口部は一つであり、その角度は、６０°程度が好ましいが、３０°〜９０°の範囲のいずれかの角度であればよい。
［マイクロ波透過板］
次に、図１０を参照して、図１に示した処理容器２の天井部１１の底面に露出するマイクロ波透過板７３Ａ〜７３Ｇについて説明する。図１０は、図１に示した処理容器２の天井部１１の内部側の一例を示す。なお、マイクロ波透過板７３は、マイクロ波透過板７３Ａ〜７３Ｇの総称である。
【００４５】
マイクロ波導入装置５は、中央部のマイクロ波透過板７３Ａ及び外周部のマイクロ波透過板７３Ｂ〜７３Ｇを有する。マイクロ波透過板７３Ａ〜７３Ｇは、マイクロ波透過窓の一例である。マイクロ波透過板７３Ａ〜７３Ｇ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に対向する天井面に露出する。また、マイクロ波透過板７３Ａ〜７３Ｇは、隣接するマイクロ波透過板７３同士の中心点間の距離が互いに等しいか、ほぼ等しくなるように配置されている。
【００４６】
本実施形態では、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。
【００４７】
なお、ガス孔１６ａは、中央部のマイクロ波透過板７３Ａ及び外周部のマイクロ波透過板７３Ｂ〜７３Ｇの間に、周方向に概ね均等に配置されている。
［スロット形状］
マイクロ波プラズマ処理装置１では、マイクロ波はマイクロ波導入装置５を介して処理容器２の天井部１１からチャンバ内に放射される。処理容器２の天井部１１には、マイクロ波導入機構６３ａ〜６３ｇの誘電体からなるマイクロ波透過板７３Ａ〜７３Ｇ（マイクロ波透過窓）が設けられ、マイクロ波透過窓を介して処理容器２内にマイクロ波が放射される。
【００４８】
特に、外周部のマイクロ波導入機構６３ｂ〜６３ｇから放射されるマイクロ波は、処理容器２の壁側に放射されると、処理容器２の壁又は処理容器２の壁の近傍のプラズマに消費され、プラズマ処理に寄与しない。
【００４９】
その上、処理容器２の壁側に放射されたマイクロ波の表面波が処理容器２の壁等を伝播することによって処理容器２の壁部で異常放電が生じることがある。例えば、処理容器２の壁はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の誘電体の溶射によりコーティングされているが、構造上コーティングできない部分がある。溶射によるコーティングの有無の境界部分ではインピーダンスが変わるため、この境界部分にて電界強度が高くなり、マルチパクタ放電が生じ、場合によっては異常放電となることがある。これに対して、処理容器２の材料を変えることで処理容器２の壁部にて放電が発生しないようにすることも考えられるが、プラズマに対する耐性等を考慮すると処理容器２の材料を容易に変えることは現実的でない。
【００５０】
本実施形態では、中央部のマイクロ波導入機構６３ａに設けられたスロットＳａの形状と外周部のマイクロ波導入機構６３ｂ〜６３ｇに設けられたスロットＳｂ〜Ｓｇの形状とが異なるようにすることで、プラズマ処理に寄与する電磁波の放射量を増加させる。これにより、効率よくプラズマ処理を行うことができるとともに、処理容器２の壁側に放射されるマイクロ波の放射量を減らすことで異常放電を抑制することができる。
【００５１】
特に、本実施形態では、中央部のマイクロ波導入機構６３ａに設けられたスロットＳａの形状は変えずに、外周部のマイクロ波導入機構６３ｂ〜６３ｇに設けられたスロットＳｂ〜Ｓｇ（総称して「スロットＳ」ともいう。）の形状を最適化する。
【００５２】
図１１は、マイクロ波導入機構６３の平面アンテナ７１に形成されるスロットＳとして４つの形状を用いて、天井部１１の底部における電磁界の状態をシミュレーションにより算出した結果の一例である。平面アンテナ７１は、平面アンテナ７１ａ〜７１ｇの総称である。
【００５３】
シミュレーションでは、図１１の左下にて示すように、便宜的に、中央部のマイクロ波導入機構６３に４００Ｗのマイクロ波を供給し、外周部のマイクロ波導入機構６３にはマイクロ波を供給しない条件とした。また、便宜的に、中央部のマイクロ波導入機構６３のスロットＳの形状をスロットＳａの形状に替えてシミュレーションを行った。
【００５４】
まず、図１１の最左の三角形状のスロットＳの場合、天井部１１の処理容器２内の天井面における電界強度の分布の結果から、電界強度の分布に指向性が得られないことがわかる。次に、図１１の左から２番目の概ね環状であって一部に切れ目があるスロットＳの場合、電界強度の分布の結果から、天井面において電界強度の分布が同心円に近く、ほとんど指向性がないことがわかる。同様に、図１１の左から３番目の１８０°以上の開口部がある半円の円弧形状のスロットＳの場合、天井面における電界強度の分布にやや指向性があるものの、開口部側とその反対側とでプラズマ密度に偏りがあることがわかる。
【００５５】
これらに対して、図１１の最右の６０°程度の開口部がある、円弧形状のスロットＳの場合、スロットＳの開口部側の電界強度が高くなり、天井面の全体において電界強度の分布に指向性がみられる。
【００５６】
これによれば、図１１の最右に示す円弧形状のスロットＳの場合、電界強度の分布の指向性を活かしてプラズマ処理に寄与する電磁波の放射量を増加させることができることがわかる。
【００５７】
なお、通常、スロットＳの中央が最も電界強度が高くなるが、シミュレーション結果では、スロットＳのない側（開口部側）の電界強度がスロットＳのある側の電界強度よりも高くなっている。その理由は、処理容器２の天井部１１は、導電性部材で形成されているため、スロットＳを通るマイクロ波が天井部１１にて反射するために、スロットＳと反対側の電磁波の強度が高くなるためである。
【００５８】
最も右のスロットＳには、開口部の反対側に切欠き部Ｓ１を有している。切欠き部Ｓ１を設けると、切欠き部Ｓ１がない場合よりもスロットＳの中央の電界強度が低くなる。これにより、スロットＳの中央と反対側の開口部側の電界強度を高め過ぎないようにすることができる。これにより、指向性がより好ましい程度になり、プラズマ密度が均一になり、プラズマ処理の均一性が図られる。
【００５９】
なお、本実施形態では、切欠き部Ｓ１のスロット幅は、それ以外のスロットの幅の２５％程度である。切欠き部Ｓ１が完全にスロットを分割してしまうと、対向する開口部とを結んだラインで電界強度が高くなってしまい、所望の電界強度の指向性が得られなくなる。
［スロットの配置］
以上の結果から、図１１の最右に示す円弧形状のスロットＳを外周部のマイクロ波導入機構６３の平面アンテナ７１に形成した一例について、図１２を参照しながら説明する。図１２（ａ）は、図１に示すマイクロ波プラズマ処理装置１において、中央部のマイクロ波導入機構６３の平面アンテナ７１ａは前述した４つの円弧形状のスロットＳａを有する。よって、マイクロ波透過板７３Ａ（マイクロ波透過窓）を透過するマイクロ波は、電界強度の指向性は有しない。
【００６０】
一方、外周部のマイクロ波導入機構６３は、６０°前後の所定の角度の開口部がある、１つの円弧形状のスロットＳｂ〜Ｓｇを有する。
【００６１】
特に、スロットＳｂ〜Ｓｇの開口部は、処理容器２の中央部に向かって開口している。つまり、処理容器２の天井部１１の中心点Ｏから各マイクロ波導入機構６３のマイクロ波透過板７３Ｂ〜７３Ｇの中心を通る径方向の線が開口部の中央を通るようにスロットＳｂ〜Ｓｇの各開口部が中心点Ｏに向けて開口するように平面アンテナ７１ｂ〜７１ｇが配置されている。これにより、スロットＳｂ〜Ｓｇの開口部側の電界強度が高くなる。つまり、外周部のマイクロ波導入機構６３から放射されるマイクロ波は、処理容器２の中心側に放射され易くなり、処理容器２の壁側に放射されにくくなる。この結果、マイクロ波を処理容器２の壁又は処理容器２の壁の近傍のプラズマに消費され難くすることができる。このようにして、スロットの形状及び配置を適正化することで、電界強度の指向性を活かして、プラズマ処理に寄与するマイクロ波の放射量を増加させることができる。
【００６２】
図１２（ｂ）の外周部のマイクロ波導入機構６３ｂ〜６３ｇのスロット形状及び配置は図１２（ａ）の外周部のマイクロ波導入機構６３ｂ〜６３ｇと同じである。図１２（ａ）の場合と異なる点は、図１２（ｂ）では中央部のマイクロ波導入機構６３ａが設けられていない点である。しかしながら、図１２（ｂ）に示すマイクロ波導入機構６３においても、外周部のマイクロ波導入機構６３から放射されるマイクロ波は、処理容器２の中心側に放射され易くなっている。よって、図１２（ｂ）のようにマイクロ波導入機構６３を配置した場合にも、プラズマ処理に寄与するマイクロ波の放射量を増加させることができる。
【００６３】
図１２（ｃ）に示すように、中央部のマイクロ波導入機構６３ａを３つ設けてもよい。この場合においても、中央部の３つのマイクロ波導入機構６３ａには４つの円弧形状のスロットＳａが配置され、外周部のマイクロ波導入機構６３ｂ〜６３ｇには、中心点Ｏに向けて開口する円弧形状のスロットＳｂ〜Ｓｇが配置される。かかる構成によっても、外周部のマイクロ波導入機構６３から放射されるマイクロ波は、処理容器２の中心側に放射され易くなり、プラズマ処理に寄与するマイクロ波の放射量を増加させることができる。
［スロットの半径及び開口の角度］
次に、スロットの半径及び開口の角度を最適化するためにシミュレーションを行った。そのシミュレーション結果を、図１３を参照しながら説明する。図１３の左上の枠内に示すように、スロットＳの開口部の角度をθとし、角度θは、６０°を基準として、±α°だけ変化させた。具体的には、図１３の横軸には、スロットＳの開口部の角度θを、６０°を基準として、３０°（α＝−３０°）、６０°（α＝０°）、９０°（α＝３０°）、１２０°（α＝６０°）と変化させた時の電界強度のシミュレーションの結果の一例を示す。
【００６４】
また、図１３の縦軸に示すように、スロットＳの内周側の半径Ｒを、Ｒ＝１２ｍｍを基準として、７ｍｍ（ｒ＝−５ｍｍ）、１２ｍｍ（ｒ＝０ｍｍ）、１７ｍｍ（ｒ＝５ｍｍ）、２２ｍｍ（ｒ＝１０ｍｍ）と変化させた時の電界強度のシミュレーションの結果の一例を示す。
【００６５】
この結果、図１３の左上の枠内に示すように（１）円弧形状のスロットＳの周方向の長さは、スロットＳ内を伝播するマイクロ波の波長λｇの１／２と同一又は近似する値であって、かつ、図１３の横軸に示すように（２）スロットの開口部の角度は３０°〜１２０°の範囲であれば、所望の電界強度の指向性が得られるため好ましいことがわかる。つまり、マイクロ波が、スロットＳから３０°〜１２０°の角度で開口部側に偏って広がって伝播することで、周方向の電界強度の均一性を担保することができる。加えて、処理容器２の中央に向かう開口部側が強くなるように電界強度の指向性を有することで、プラズマ処理に寄与するマイクロ波の放射量を増加させることができる。
【００６６】
また、図１３の縦軸に示すように（２）円弧形状のスロットの内周側の半径は、７ｍｍ〜２２ｍｍの範囲のいずれかの長さであれば、電界強度の指向性が得られるため好ましいことがわかる。
【００６７】
以上の結果から、本実施形態では、円弧形状のスロットＳの周方向の長さをスロットＳ内を伝播するマイクロ波の波長λｇの１／２と同一又は近似する値とし、かつスロットＳの半径と開口部の角度を３０°〜１２０°の範囲の角度に最適化する。これにより、プラズマ処理に寄与するマイクロ波の放射量を最大化させることができる。更に、スロットＳの内周側の半径Ｒを、Ｒ＝１２ｍｍを基準として、７ｍｍ〜２２ｍｍの長さに最適化する。これにより、プラズマ処理に寄与するマイクロ波の放射量を最大化させることができる。
【００６８】
なお、円弧形状のスロットＳの周方向の長さを、スロットＳ内を伝播するマイクロ波の波長λｇの１／２と同一又は近似する値とするのは、スロットＳ内でのマイクロ波の定在波が最大となることで、スロットＳを伝播するマイクロ波の伝播効率を高めるためである。
［スロットの最適化］
以上のシミュレーション結果に基づき、スロットＳの最適化について、図１４及び図１５を参照しながら説明する。図１４では、左から右にスロットが最適化されている。まず、図１４の最左に示すスロットＳが〇形状の場合と、その右隣りに示すスロットＳが△形状の場合とでは電界強度分布に偏りはなく、アンテナの指向性は得られていないことがわかる。
【００６９】
更に右隣りに示すスロットＳがＣ形状であって、スロットの内径Ｒが２２ｍｍよりも大きく、かつ、開口部が３０°よりも小さい場合、電界強度分布に偏りはなく、アンテナの指向性は得られない。
【００７０】
更に右隣りに示すスロットＳがＣ形状であって、スロットの半径Ｒが２２ｍｍよりも大きく、かつ、開口部が１２０°よりも大きい場合、電界強度分布に偏りはなく、アンテナの指向性は得られない。
【００７１】
図１４の最右に示すスロットＳがＣ形状であって、スロットの半径Ｒが２２ｍｍよりも大きく、かつ、開口部が３０°〜１２０°の範囲である場合、電界強度分布にやや偏りが生じ、アンテナにやや指向性が得られる。
【００７２】
図１５の最右は、図１４の右端とまったく同じ条件である。図１５の最右の左隣りに示すスロットＳは適正な指向性を有している。この場合、スロットＳはＣ形状であって、図１３の左上の（１）及び（２）の条件が満たされている。この場合、電界強度分布に理想的な偏りがあり、アンテナに最適化された指向性が得られる。これによれば、アンテナの指向性を利用して、プラズマ処理に寄与するマイクロ波の放射量を増加させ、電界強度の均一性を高めることができる。また、処理容器２の壁又は処理容器２の壁の近傍のプラズマに消費されるマイクロ波の放射量を減らし、異常放電を防止することができる。
【００７３】
図１５の最左から３つのスロットＳは、いずれもスロットＳの開口部の反対側の形状に特徴がある。図１５の中央のスロットＳは、開口部の反対側に前述した切欠き部Ｓ１が形成されている。図１５の左から２番目のスロットＳは、開口部の反対側にフラット部Ｓ２が形成されている。フラット部Ｓ２は、スロットＳの幅よりも狭くなっている。更に、図１５の最左に示すスロットＳは、凸部Ｓ３を有する。凸部Ｓ３は、スロットＳの幅よりも大きくなっている。スロットＳの開口部の反対側に切欠き部Ｓ１、フラット部Ｓ２、凸部Ｓ３を形成することにより、スロットＳの中央における電界強度を下げ、アンテナの指向性をより高めることができる。
【００７４】
以上、マイクロ波プラズマ処理装置を上記実施形態により説明したが、本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。
【００７５】
例えば、外周部のマイクロ波導入機構６３ｂ〜６３ｇの配置は、真円であっても、楕円であってもよい。処理容器２が楕円の場合には、外周部のマイクロ波導入機構６３を楕円上に配置することが好ましい。一方、処理容器２が真円の場合には、外周部のマイクロ波導入機構６３を真円上に配置することが好ましい。これにより、天井面でのマイクロ波の電界強度分布に中央側に向けた好ましい偏りを作ることができる。
【００７６】
上記実施形態においては、プラズマ処理装置として成膜装置およびエッチング装置を例示したが、これに限らず、酸化処理および窒化処理を含む酸窒化膜形成処理、アッシング処理等の他のプラズマ処理にも用いることができる。
【００７７】
また、基板はウェハＷに限定されず、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）用基板に代表されるＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）基板や、セラミックス基板等の他の基板であってもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１      マイクロ波プラズマ処理装置
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
１１    天井部
１５    ガス導入部
２１    載置台
２５    高周波電源
３１    ガス供給源
５０    マイクロ波出力部
６０    アンテナユニット
６３    マイクロ波導入機構
６３ａ  中央部のマイクロ波導入機構
６３ｂ〜６３ｇ  外周部のマイクロ波導入機構
６５    アンテナ
６８    マイクロ波伝送路
７１ａ  平面アンテナ
７１ｂ  平面アンテナ
７２    マイクロ波遅波材
７３Ａ〜７３Ｇ  マイクロ波透過板
Ｓａ    スロット
Ｓｂ    スロット
【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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