(57)【要約】【課題】プラズマの安定性を向上させることが可能なアンテナ及び処理装置を提供する。【解決手段】  誘電体窓及び誘電体窓の一方面に設けられたスロット板を備えたアンテナにおいて、スロット板における各スロットＳの幅方向の中央位置であり且つ長さ方向の中央位置を基準位置ｇとする場合、各スロットＳの基準位置ｇは、重心Ｇ０を中心とする仮想円上に位置しており、各スロットＳの基準位置ｇと、これらのスロットが属する仮想点Ｇ１と、を結ぶ線分は、仮想点Ｇ１から放射状に位置し、隣接するこれらの線分間の角度は等しく、且つ、基準位置ｇにおける各スロットＳの長さ方向と、このスロットＳが属す上記記線分の成す角度（β１〜β４）は等しい。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体窓及び前記誘電体窓の一方面に設けられたスロット板を備えたアンテナであって、
前記スロット板上に、前記スロット板の中央を囲む仮想円上に複数の仮想点を設定し、各仮想点の周囲を囲む仮想環状線を設定し、各仮想環状線に沿って４以上のスロットが配置されてなる集合をスロット群とする場合、
それぞれのスロット群において、
各スロットの幅方向の中央位置であり且つ長さ方向の中央位置を基準位置とする場合、
各スロットの前記基準位置は、前記仮想環状線上に位置しており、
各スロットの前記基準位置と、これらのスロットが属する前記仮想点と、を結ぶ線分は、前記仮想点から放射状に位置し、隣接するこれらの線分間の角度は等しく、且つ、
前記基準位置における各スロットの長さ方向と、このスロットが属する前記線分の成す角度は等しい、ことを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
前記スロットの形状は、長さ方向の向きが変化しないように直線状に延びた形状である、ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記形状は、長方形又は長孔形状である、ことを特徴とする請求項２に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記スロットの形状は、円弧形状である、ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のアンテナと、
前記アンテナが取り付けられた処理容器と、
前記処理容器の内部に設けられ、前記誘電体窓に対向し、処理される基板が載せられる台と、
前記アンテナにマイクロ波を供給するマイクロ波発生器と、
を備えるプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の態様は、アンテナ及びプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のプラズマ処理装置は、例えば、特許文献１及び特許文献２に記載されている。これらのプラズマ処理装置は、ラジアルラインスロットアンテナを使用したエッチング装置である。アンテナは、スロット板と誘電体窓を備えており、アンテナにマイクロ波を照射すると、誘電体窓からマイクロ波が処理容器内に放射される。このマイクロ波のエネルギーを受けたガスがプラズマ化し、プラズマが発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１３０３２５号公報
【特許文献２】特開２０１４−０７５２３４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、従来のアンテナを用いてプラズマを発生させる場合、プラズマの負荷変動などにより、アンテナから放射されるマイクロ波の放射強度や位置が不安定になる場合がある。本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、プラズマの安定性を向上させることが可能なアンテナ及び処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願発明者らが鋭意検討を行ったところ、プラズマの安定性は、マイクロ波の形成する定在波の位置や、スロット板の表面電流に依存し、スロット板におけるスロットの位置及び方向が所定条件を満たすことで、その安定性を大きく高めることができることを見出した。
【０００６】
第１の態様に係るアンテナは、誘電体窓及び前記誘電体窓の一方面に設けられたスロット板を備えたアンテナであって、前記スロット板上に、前記スロット板の中央を囲む仮想円上に複数の仮想点を設定し、各仮想点の周囲を囲む仮想環状線を設定し、各仮想環状線に沿って４以上のスロットが配置されてなる集合をスロット群とする場合、それぞれのスロット群において、各スロットの幅方向の中央位置であり且つ長さ方向の中央位置を基準位置とする場合、各スロットの前記基準位置は、前記仮想環状線上に位置しており、各スロットの前記基準位置と、これらのスロットが属する前記仮想点と、を結ぶ線分は、前記仮想点から放射状に位置し、隣接するこれらの線分間の角度は等しく、且つ、前記基準位置における各スロットの長さ方向と、このスロットが属する前記線分の成す角度は等しいことを特徴とする。
【０００７】
上記アンテナによれば、４以上のスロットが上記のように等方的に配置されており、このようなスロット配置においては、スロットからの放射電界が非常に安定する。したがって、プラズマの負荷が変動しても、プラズマを安定して発生させることができる。
【０００８】
特に、同軸の導波路を介してスロット板の中央部へ導入されたマイクロ波は、中央部から放射状に周縁部へと伝播するが、各スロットの位置において定在波が発生し、エネルギーが集中して、プラズマが発生しやすくなる。特定の仮想点を囲む４つ以上のスロット群の基準位置は、この仮想点に対して、回転対称性を有しており、各スロットの周囲において振幅基準位置が律則される放射電界の定在波が、お互いに安定的に重なることとなり、放射電界が強固に安定する。このような安定した放射電界が、スロット板の中央を囲むように円状に配置された仮想点上に位置しているので、スロット板の面内においては、それぞれのスロット群の周囲において、プラズマが安定して発生することとなる。
【０００９】
第２の態様に係るアンテナにおいては、前記スロットの形状は、長さ方向の向きが変化しないように、直線状に延びた形状であることを特徴とする。
【００１０】
スロットの形状としては、様々なものが考えられるが、長さ方向の向きが変化しない形状であれば、スロットの形成が容易であると共に、放射電界の振幅の向きの制御が容易であるという利点がある。
【００１１】
第３の態様に係るアンテナにおいては、前記形状は、長方形又は長孔形状であることを特徴とする。長さ方向の向きが変化しない代表的な形状は長方形であるが、長方形の角部は、空間的な形状として、高周波成分を有するので、角部を丸くした長孔形状としてもよい。この場合には、高周波成分に起因するノイズ的な放射電界の発生を抑制することができる。
【００１２】
第４の態様に係るアンテナにおいては、前記スロットの形状は、円弧形状であることを特徴とする。このような形状は、発生する電界の制御がしやすい。
【００１３】
上述のいずれかのアンテナを用いたプラズマ処理装置は、アンテナと、前記アンテナが取り付けられた処理容器と、前記処理容器の内部に設けられ、前記誘電体窓に対向し、処理される基板が載せられる台と、前記アンテナにマイクロ波を供給するマイクロ波発生器とを備えている。
【００１４】
このプラズマ処理装置は、上述したアンテナと同様に、安定性の高いプラズマを発生することができるため、処理対象の基板に対して、安定した処理を行うことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のアンテナ及びプラズマ処理装置よれば、プラズマの安定性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１はプラズマ処理装置の概略図である。
【図２】図２はスロット板の平面図（図２（Ａ））、Ｂ−Ｂ矢印断面図（図２（Ｂ））である。
【図３】図３はスロット板上のパターンを説明するための平面図である。
【図４】図４は１つのスロット群のパターンを説明するための図である。
【図５】図５は１つのスロット群のパターンを説明するための図である。
【図６】図６は比較例１、比較例２及び実施例１のスロット群のパターンを示す図である。
【図７】図７は各種条件の場合の電界分布を示す図である。
【図８】図８は各種条件の場合の電界分布を示す図である。
【図９】図９は一例に係る誘電体窓の斜視図（Ａ）及び縦断面図（Ｂ）である。
【図１０】図１０は他の一例に係る誘電体窓の斜視図（Ａ）及び縦断面図（Ｂ）である。
【図１１】図１１は第２凹部とスロットの関係を説明するための平面図である。
【図１２】図１２は電界分布の一例を示す図である。
【図１３】図１３は１つのスロット群のパターン例を示す図である。
【図１４】図１４は１つのスロットのパターン例を示す図である。
【図１５】図１５はスロット板のパターンを含む簡易的モデルの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、実施の形態に係る、誘電体窓、アンテナ、及びプラズマ処理装置について説明する。同一要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１８】
図１は、プラズマ処理装置の概略図である。上下方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸に垂直な方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸及びＺ軸の双方に垂直な方向をＹ軸方向とする。
【００１９】
プラズマ処理装置１は、円筒形状の処理容器２を備える。処理容器２の天井部は誘電体からなる誘電体窓１６（天板）で塞がれる。処理容器２は、例えばアルミニウムからなり、電気的に接地される。処理容器２の内壁面は、アルミナなどの絶縁性の保護膜で被覆されている。
【００２０】
処理容器２の底部の中央には、基板としての半導体ウェハ（以下ウェハという）Ｗを載置するための台３が設けられる。台３の上面にウェハＷが保持される。台３は、例えばアルミナや窒化アルミナ等のセラミック材からなる。台３の内部には、電源に接続されたヒータ（図示せず）が埋め込まれ、ウェハＷを所定温度に加熱できるようになっている。
【００２１】
台３の上面には、台３に載置されるウェハＷを静電吸着する静電チャックＣＫが設けられる。静電チャックＣＫには、整合器を介してバイアス用の直流或いは高周波電力（ＲＦパワー）を印加するバイアス用電源が接続される。
【００２２】
処理容器２の底部には、台３に載置されるウェハＷの表面よりも下方の排気口から処理ガスを排気する排気管が設けられ、排気管には真空ポンプなどの排気装置１０が接続される。排気装置１０によって、処理容器２内の圧力が所定の圧力に調節される。
【００２３】
処理容器２の天井部には気密性を確保するためのＯリングなどのシールを介して誘電体窓１６が設けられる。誘電体窓１６は、例えば、石英、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、あるいは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの誘電体からなり、マイクロ波に対して透過性を有する。
【００２４】
誘電体窓１６の上面には、円板形状のスロット板２０が設けられる。スロット板２０は、導電性を有する材質、例えばＡｇ，Ａｕ等でメッキやコーティングされた銅からなる。スロット板２０には、その中央を囲むように、複数のスロット群が円状に配列されている。スロット群の数が多い場合には、スロット群を同心円状に配置することも可能である。
【００２５】
スロット板２０の上面には、マイクロ波の波長を圧縮するための誘電体板（遅波板）２５が配置される。誘電体板２５は、例えば、石英（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、あるいは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの誘電体からなる。誘電体板２５は導電性のカバー２６で覆われる。カバー２６には円環状の熱媒流路が設けられ、この熱媒流路を流れる熱媒によってカバー２６及び誘電体板２５が所定の温度に調節される。２．４５ＧＨｚの波長のマイクロ波を例にとると、真空中の波長は約１２ｃｍであり、アルミナ製の誘電体窓１６中での波長は約３〜４ｃｍとなる。
【００２６】
カバー２６の中央には、マイクロ波を伝播する同軸導波管（図示せず）が接続されており、同軸導波管は、内側導体と外側導体から構成される、内側導体は、誘電体板２５の中央を貫通してスロット板２０の中央に接続される。この同軸導波管には、モード変換器及び矩形導波管を介してマイクロ波発生器３５が接続される。マイクロ波は、２．４５ＧＨｚの他、８６０ＭＨｚ，９１５ＭＨｚや８．３５ＧＨｚなどのマイクロ波を用いることができる。
【００２７】
マイクロ波発生器３５が発生したマイクロ波ＭＷは、マイクロ波導入路としての、矩形導波管、モード変換器、同軸導波管を介して、誘電体板２５に伝播する。誘電体板２５に伝播したマイクロ波ＭＷはスロット板２０の多数のスロットから誘電体窓１６を介して処理容器２内に供給される。マイクロ波によって誘電体窓１６の下方に電界が形成され、処理容器２内の処理ガスがプラズマ化する。すなわち、マイクロ波発生器３５からアンテナにマイクロ波ＭＷを供給すると、プラズマが発生する。
【００２８】
スロット板２０に接続される上記内側導体の下端は円錐台形状に形成されており、同軸導波管から誘電体板２５及びスロット板２０にマイクロ波が効率よく損失なく伝播される。
【００２９】
ラジアルラインスロットアンテナによって生成されたマイクロ波プラズマの特徴は、誘電体窓１６直下の領域ＰＳＭ（プラズマ励起領域）で生成された比較的電子温度の高いエネルギーのプラズマが、大きな矢印で示すように下方へ拡散し、ウェハＷ直上の領域（拡散プラズマ領域）では約１〜２ｅＶ程度の低い電子温度のプラズマとなることにある。すなわち、平行平板等のプラズマとは異なり、プラズマの電子温度の分布が誘電体窓１６からの距離の関数として明確に生ずることに特徴がある。より詳細には、誘電体窓１６直下の領域での数ｅＶ〜約１０ｅＶの電子温度が、ウェハＷ直上の領域では約１〜２ｅＶ程度に減衰する。ウェハＷの処理はプラズマの電子温度の低い領域（拡散プラズマ領域）で行なわれるため、ウェハＷへリセス等の大きなダメージを与えることがない。プラズマの電子温度の高い領域（プラズマ励起領域）へ処理ガスが供給されると、処理ガスは容易に励起され、解離される。一方、プラズマの電子温度の低い領域（プラズマ拡散領域）へ処理ガスが供給されると、プラズマ励起領域近傍へ供給された場合に比べ、解離の程度は抑えられる。
【００３０】
処理容器２の天井部の誘電体窓１６中央には、ウェハＷの中心部に処理ガスを導入する中央導入部５５（図１０の（Ｂ）参照）が設けられ、この中央導入部は処理ガスの供給路に接続される。処理ガスの供給路は上述の同軸導波管の内側導体内の供給路である。
【００３１】
この中央導入部は、誘電体窓１６の中央に設けられた円筒形状の空間部１４３（図１０の（Ｂ）参照）に嵌め込まれる円柱形状のブロック（図示せず）と、先端部にガス噴出用の開口を有する円柱状空間が連続したテーパ状の空間部１４３ａ（図１０の（Ｂ）参照）とを備えている。このブロックは、例えばアルミニウムなどの導電性材料からなり、電気的に接地されている。アルミニウム製のブロックは、陽極酸化被膜アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）等でコーティングすることができる。ブロックには上下方向に貫通する複数の中央導入口５８が形成されおており、ブロックの上面と同軸導波管の内側導体との下面との間には隙間（ガス溜め部）がある。この中央導入口５８の平面形状は、必要なコンダクタンス等を考慮して真円又は長孔に形成される。
【００３２】
なお、空間部１４３ａの形状は、テーパ状に限られるものではなく、単なる円柱形状でもよい。
【００３３】
上述のブロック上のガス溜め部に供給された処理ガスは、ガス溜め部内を拡散した後、ブロックに設けられた複数の中央導入口から下方にかつウェハＷの中心部に向かって噴射される。
【００３４】
処理容器２の内部には、ウェハＷの上方の周辺を囲むように、ウェハＷの周辺部に処理ガスを供給するリング形状の周辺導入部を配置することもできる。周辺導入部は、天井部に配置される中央導入口５８よりも下方であって、かつ台３に載置されたウェハＷよりも上方に配置される。周辺導入部は中空のパイプを環状に配置したものであり、処理容器２の内周側には、周方向に一定の間隔を空けて複数の周辺導入口６２が空けられる。周辺導入口６２は、環状の周辺導入部の中心に向かって処理ガスを噴射する。周辺導入部は、例えば、石英からなる。処理容器２の側面には、ステンレス製の供給路が貫通しており、この供給路は周辺導入部の周辺導入口６２に接続される。供給路から周辺導入部に供給された処理ガスは、その複数の周辺導入口６２から周辺導入部の内側に向かって噴射される。複数の周辺導入口６２から噴射された処理ガスはウェハＷの周辺上部に供給される。なお、リング形状の周辺導入部を設ける替わりに、処理容器２の内側面に複数の周辺導入口６２を形成してもよい。
【００３５】
上述の中央導入口５８及び周辺導入口６２には、ガス供給源１００から処理ガスが供給される。ガス供給源１００は、共通ガス源及び添加ガス源から構成され、プラズマエッチング処理やプラズマＣＶＤ処理などの各種処理に応じた処理ガスを供給する。複数のガス源からのガスの流量を、それぞれの供給路に設けられた流量制御バルブで制御して混合すれば、目的の処理ガスを作成することができる。これらの流量制御バルブは、制御装置ＣＯＮＴによって制御することができる。なお、制御装置ＣＯＮＴは、コンピュータであり、マイクロ波発生器３５の起動やウェハＷの加熱、排気装置１０による排気処理なども制御することができる。
【００３６】
共通ガス源及び添加ガス源からの処理ガスは、目的に応じた適当な比率で混合され、それぞれの中央導入口５８及び周辺導入口６２に供給される。
【００３７】
例えば、共通ガス源に用いられるガスとしては、希ガス（Ａｒなど）を用いることができるが、その他の添加ガスを用いることもできる。また、ポリシリコン等のシリコン系の膜をエッチングするときは、添加ガスとして、Ａｒガス、ＨＢｒガス（又はＣｌ２ガス）、Ｏ２ガスを供給し、ＳｉＯ２等の酸化膜をエッチングするときは、添加ガスとして、Ａｒガス、ＣＨＦ系ガス、ＣＦ系ガス、Ｏ２ガスを供給し、ＳｉＮ等の窒化膜をエッチングするときは、添加ガスとしてＡｒガス、ＣＦ系ガス、ＣＨＦ系ガス、Ｏ２ガスを供給する。
【００３８】
なお、ＣＨＦ系ガスとしてはＣＨ３（ＣＨ２）３ＣＨ２Ｆ、ＣＨ３（ＣＨ２）４ＣＨ２Ｆ、ＣＨ３（ＣＨ２）７ＣＨ２Ｆ、ＣＨＣＨ３Ｆ２、ＣＨＦ３、ＣＨ３Ｆ及びＣＨ２Ｆ２などを挙げることができる。
【００３９】
ＣＦ系ガスとしては、Ｃ（ＣＦ３）４、Ｃ（Ｃ２Ｆ５）４、Ｃ４Ｆ８、Ｃ２Ｆ２、及びＣ５Ｆ８などを挙げることができるが、エッチングに適した解離種が得られるという観点から、Ｃ５Ｆ８が好ましい。
【００４０】
中央導入口５８には中央導入ガスＧｃが供給され、周辺導入口６２には周辺導入ガスＧｐが供給される。ウェハＷの中心部分に供給される中央導入ガスＧｃと、周辺部分に供給される周辺導入ガスＧｐのガス種毎の分圧やガス種自体を変化させることもでき、プラズマ処理の特性を多様に変化させることもできる。共通ガス源と添加ガス源で同じ種類のガスを供給することもできるし、共通ガス源と添加ガス源とで違う種類のガスを供給することもできる。
【００４１】
エッチングガスの解離を抑制するためには、共通ガス源からプラズマ励起用ガスを供給し、添加ガス源からエッチングガスを供給してもよい。例えば、シリコン系の膜をエッチングするときは、共通ガス源からプラズマ励起用ガスとしてＡｒガスのみを供給し、添加ガス源からエッチングガスとしてＨＢｒガス、Ｏ２ガスのみを供給する等である。共通ガス源はさらに、Ｏ２、ＳＦ６等のクリーニングガスその他の共通ガスを供給することもできる。また、上記ガスには、いわゆる負性ガスを含んでいてもよい。負性ガスとは、電子エネルギーが１０ｅＶ以下で電子付着断面積を有するガスのことをいう。例えば、ＨＢｒやＳＦ６等が挙げられる。
【００４２】
なお、均一なプラズマの生成、面内均一なウェハＷの処理を目的とし、フロースプリッタによって共通ガスの分岐比率を調節し、中央導入口５８及び周辺導入口６２からのガス導入量を調節する技術をＲＤＣ（Ｒａｄｉｃａｌ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）と呼ぶ。ＲＤＣは、中央導入口５８からのガス導入量と、周辺導入口６２からのガス導入量との比により表わされる。中央導入口５８及び周辺導入口６２からチャンバ内部に供給されるガス種が共通である場合が、一般的なＲＤＣである。最適なＲＤＣ値は、エッチング対象の膜種や種々の条件により実験的に決定され、均一なエッチングレートを達成することもできる。
【００４３】
上述のように、実施形態に係るアンテナは、誘電体窓１６及び誘電体窓１６の一方面（処理容器とは反対側の面）に設けられたスロット板２０を備えている。なお、図１に示したプラズマ処理装置において、スロット板２０を除く構成は、一般的なものであり、種々の態様が可能である。次に、アンテナを構成するスロット板２０について説明する。
【００４４】
図２はスロット板の平面図（図２（Ａ）：ＸＹ平面）、Ｂ−Ｂ矢印断面図（図２（Ｂ）：ＸＺ断面）である。
【００４５】
スロット板２０は、円形の導電体からなり、その中心には、上記処理ガス供給用のパイプを通すための貫通孔１３７が設けられている。また、貫通孔１３７の周囲には、円状にスロット群ＳＧ１〜ＳＧ６が配置されており、スロット群ＳＧ１〜ＳＧ６は、貫通孔１３７を中心として、回転対称性を有している。Ｚ軸回りの回転角依存の少ないプラズマを発生させるためである。なお、各スロット群ＳＧ１〜ＳＧ６のパターンは、位置に応じて回転角が違うものの、同一である。
【００４６】
なお、スロット板２０の周縁部の領域には、スロット板２０の周方向の位置決めを容易にするために、板厚方向に貫通するようにして基準孔１３９が設けられている。すなわち、この基準孔１３９の位置を目印にして、処理容器２や誘電体窓１６に対するスロット板２０の周方向の位置決めを行なう。スロット板２０は、全体としては、基準孔１３９を除いて、貫通孔１３７の重心位置を中心とした回転対称性を有する。同図においては、１つのスロット群は、４つのスロット（貫通孔）を備えているが、スロット数は４以上であってもよい。また、１つのスロット群におけるスロット数は、８個以下が望ましい。
【００４７】
図３はスロット板上のパターンを説明するための平面図（ＸＹ平面）である。
【００４８】
１つのスロット群を定義するにあたり、まず、スロット板２０上に、スロット板２０の中央（図２に示した貫通孔１３７の重心Ｇ０）を囲む仮想円（第1の仮想円Ｃ１）上に、複数の仮想点（Ｇ１〜Ｇ６）を設定する。各仮想点（Ｇ１〜Ｇ６）の周囲を囲む仮想環状線（第２の仮想円Ｃ２）を設定し、各仮想環状線に沿って４以上のスロットＳ（図４参照）が配置されてなる集合を、それぞれスロット群ＳＧ１〜ＳＧ６とする。
【００４９】
仮想点Ｇ１〜Ｇ６は、重心Ｇ０の周囲に等間隔に配置されている。すなわち、重心Ｇ０と仮想点Ｇ６とを結ぶ線分と、重心Ｇ０と仮想点Ｇ１とを結ぶ線分とは、角度α１（鋭角）を成す。同様に、重心Ｇ０と仮想点Ｇ１とを結ぶ線分と、重心Ｇ０と仮想点Ｇ２とを結ぶ線分とは、角度α２（鋭角）を成す。重心Ｇ０と仮想点Ｇ２とを結ぶ線分と、重心Ｇ０と仮想点Ｇ３とを結ぶ線分とは、角度α３（鋭角）を成す。重心Ｇ０と仮想点Ｇ３とを結ぶ線分と、重心Ｇ０と仮想点Ｇ４とを結ぶ線分とは、角度α４（鋭角）を成す。重心Ｇ０と仮想点Ｇ４とを結ぶ線分と、重心Ｇ０と仮想点Ｇ５とを結ぶ線分とは、角度α５（鋭角）を成す。重心Ｇ０と仮想点Ｇ５とを結ぶ線分と、重心Ｇ０と仮想点Ｇ６とを結ぶ線分とは、角度α６（鋭角）を成す。ここで、α１＝α２＝α３＝α４＝α５＝α６であり、α１＋α２＋α３＋α４＋α５＋α６＝３６０°である。スロット群のパターンは、重心Ｇ０に対して、回転対称性を有しているが、それぞれのスロット群の形状は同一である。したがって、代表して１つのスロット群のみについて説明する。
【００５０】
なお、スロット群の数をＸとし、第１の仮想円Ｃ１の半径をｒとし、円周率をπ、マイクロ波の波長をλとした場合、２πｒ／Ｘ＝λ×整数となるように設定することが好ましい。なぜならば、周方向における定在波の連続性を持たせるためである。
【００５１】
図４は１つのスロット群のパターンを説明するための図である。
【００５２】
同図に代表されるように、上述のスロットパターンは、それぞれのスロット群において、各スロットＳの幅方向の中央位置であり且つ長さ方向の中央位置を基準位置ｇ（スロットの重心）とする場合、各スロットＳの基準位置ｇは、仮想環状線（第２の仮想円Ｃ２）上に位置しており、各スロットＳの基準位置ｇと、これらのスロットＳが属する仮想点（Ｇ１）と、を結ぶ線分は、仮想点（Ｇ１）から放射状に位置し、隣接するこれらの線分間の角度（β１、β２、β３、β４）は等しいが、５％程度の誤差を含んでもよい。また、基準位置ｇにおける各スロットＳの長さ方向と、このスロットＳが属する前記線分の成す角度は等しいが、５％程度の誤差を含んでもよい。当該角度（９０°以下）を、図１３（Ｇ）に示すように、θ１、θ２、θ３、θ４とすると、図４においては、θ１＝θ２＝θ３＝θ４＝９０°であるが、５％程度の誤差を含んでもよい。なお、４５°＜θ１、４５°＜θ２、４５°＜θ３、４５°＜θ４である。また、各スロット群を上下又は左右反転させたパターンも、同様の作用を奏する。
【００５３】
図５は１つのスロット群のパターンを説明するための図である。
【００５４】
このアンテナによれば、４以上のスロットＳが等方的に配置されており、このようなスロット配置においては、スロットＳからの放射電界が非常に安定する。スロットＳの長さ方向の寸法Ｌ、幅方向の寸法Ｗは、Ｌ＞Ｗを満たしている。スロットＳの幅方向に沿った電界Ｅは、第２の仮想円Ｃ２の中央部において、安定的に重なり、移動しにくい高電界領域Ｐが形成される。プラズマは、高電界領域Ｐに対応して発生するため、プラズマの負荷が変動しても、プラズマを安定して発生させることができる。
【００５５】
特に、同軸の導波路を介してスロット板の中央部へ導入されたマイクロ波は、中央部から放射状に周縁部へと伝播するが、各スロットＳの位置において定在波が発生し、エネルギーが集中して、プラズマが発生しやすくなる。特定の仮想点Ｇ１を囲む４つ以上のスロット群の基準位置ｇは、この仮想点Ｇ１に対して、回転対称性を有しており、各スロットＳの周囲において振幅基準位置が律則される放射電界の定在波が、お互いに安定的に重なることとなり、放射電界が強固に安定する。このような安定した放射電界が、スロット板の中央を囲むように円状に配置された仮想点（図３に示す仮想点Ｇ０）上に位置しているので、スロット板２０の面内においては、それぞれのスロット群の周囲において、プラズマが安定して発生することとなる。
【００５６】
なお、同図では、分かり易くするため、スリットを重心Ｇ１から若干離間して表示しているが、第２の仮想円Ｃ２の半径は、Ｌ／２０．５であることが好ましい。これにより、隣接するスロット同士の間隔が重なることないスロットが形成され、安定した放射電界が生成されるものと考えられる。
【００５７】
次に、効果を検証するため、比較例と実施例の対比を行った。
【００５８】
図６は比較例１、比較例２及び実施例１のスロット群のパターンを示す図である。
【００５９】
図６（Ａ）は比較例１のパターンであり、図５に示した実施例１のパターン（図６（Ｃ））の上部の２つのスロットのみを備えるものである。図６（Ｂ）は比較例２のパターンであり、図５に示した実施例１のパターン（図６（Ｃ））の下部の２つのスロットを上下反転させたパターンである。
【００６０】
図６のパターンにおける電界分布を調べるため、図１５に示すような簡易的なモデルを作成した。上述のプラズマ処理装置は、誘電体窓上に、金属製のスロット板を配置し、スロット板上に誘電体板（遅波板）を配置している。したがって、簡易的なモデルにおいては、図１５に示すように、誘電体窓として厚み１５ｍｍのＡｌ２Ｏ３（アルミナ）の板を用意し、遅波板として厚み７ｍｍのＡｌ２Ｏ３（アルミナ）からなる導波路を用意し、この導波路の下面に薄いスロット板を配置することで、スロット付の導波路を用意した。したがって、このモデルでは、スロット板は、誘電体窓と遅波板を模擬した導波路との間に挟まれることとなる。
【００６１】
図７は、図６に示すスロット群のパターンにおける電界分布を簡易的にシミュレーションして算出した際の構成図と結果である。図７では、色が濃いほど強い電界を示している。
【００６２】
図６に示した導波路の一端からＴＥ１０モードのマイクロ波（電力１Ｗ）を入力し、誘電体窓の底面（下面）における電界強度分布を算出した。このとき、スロットの長さＬ＝１７ｍｍ、幅Ｗ＝６ｍｍであり、上記の簡易的なモデルを用いた実施例１において、仮想円Ｃ２の半径は１２ｍｍである。
【００６３】
マイクロ波の位置１は、各スロット群の重心位置近傍に、マイクロ波の振幅の腹が位置する場合であり、マイクロ波の位置３は、各スロット群の重心位置近傍に、マイクロ波の振幅の節が位置する場合であり、マイクロ波の位置２は、各スロット群の重心位置近傍に、マイクロ波の振幅の腹及び節の位置の中間位置が位置する場合である。マイクロ波の伝播に揺らぎが出る場合、位置１〜位置３の状態をとることが考えられるが、比較例１及び比較例２と比較して、実施例１の場合には、電界強度の高い領域が、位置１〜位置３の変動に対して、変化しにくいことが分かる。このように、実施例１の場合には、マイクロ波の伝播の揺らぎに対して、電界強度分布のロバスト性が高く、したがって、プラズマ発生領域の変動も少ないことが分かる。
【００６４】
次に、１つのスロット群を回転させた場合の電界強度分布の変化を確認した。
【００６５】
図８は各種条件の場合の電界分布（シミュレーション）を示す図であり、スロット群の回転角度以外の条件は上記と同一であり、マイクロ波の状態は上記の位置１を採用した。同図においても、色が濃いほど強い電界を示している。
【００６６】
比較例１のスロットパターンの場合、回転角度を０°〜７５°まで変化させた場合には、電界強度の高い領域の位置が変動するが、実施例１では、ほとんど変動せず、スロット群の重心の近傍に定位している。このように、１つのスロット群を、重心Ｇ１（図５参照）を中心に回転させた場合においても、プラズマの発生位置は、ほとんど変わらないことが確認された。
【００６７】
次に、誘電体窓１６の例について説明する。
【００６８】
図９は一例に係る誘電体窓の斜視図（Ａ）及び縦断面図（Ｂ）である。なお、図９の（Ａ）では、凹部の構造が見えるように、天地を反転させて誘電体窓を示している。
【００６９】
誘電体窓１６は、略円板状であって、所定の板厚を有する。誘電体窓１６は、誘電体で構成されており、誘電体窓１６の具体的な材質としては、石英やアルミナ等が挙げられる。誘電体窓１６の上面１５９上には、スロット板２０が設けられる。
【００７０】
誘電体窓１６の径方向の中央には、板厚方向、すなわち、紙面上下方向に貫通する貫通孔が設けられている。貫通孔のうち、下側領域は中央導入部５５におけるガス供給口となり、上側領域は、中央導入部５５のブロックが配置される凹部１４３となる。なお、誘電体窓１６の径方向の中心軸１４４ａ（重心Ｇ０に一致）を、図９の（Ｂ）中の一点鎖線で示す。
【００７１】
誘電体窓１６のうち、プラズマ処理装置に備えられた際にプラズマを生成する側となる下側の平坦面１４６の径方向外側領域には、環状に連なり、誘電体窓１６の板厚方向内方側に向かってテーパ状に凹む環状の第１凹部１４７が設けられている。平坦面１４６は、誘電体窓１６の径方向の中央領域に設けられている。
【００７２】
環状の第１凹部１４７は、平坦面１４６の外径領域から外径側に向かってテーパ状、具体的には、平坦面１４６に対して傾斜する内側テーパ面１４８、内側テーパ面１４８から外径側に向かって径方向に真直ぐ、すなわち、平坦面１４６と平行に延びる平坦な底面１４９、底面１４９から外径側に向かってテーパ状、具体的には、底面１４９に対して傾斜して延びる外側テーパ面１５０から構成されている。
【００７３】
テーパの角度、すなわち、例えば、底面１４９に対して内側テーパ面が延びる方向で規定される角度や底面１４９に対して外側テーパ面１５０が延びる方向で規定される角度については、任意に定められ、この実施形態においては、周方向のいずれの位置においても同じように構成されている。内側テーパ面１４８、底面１４９、外側テーパ面１５０はそれぞれ滑らかな曲面で連なるように形成されている。なお、外側テーパ面１５０の外径領域は、外径側に向かって径方向に真直ぐ、すなわち、平坦面１４６と平行に延びる外周平面１５２が設けられている。
【００７４】
この外周平面１５２が誘電体窓１６の支持面となり、処理容器２の開口端面を塞ぐことになる。すなわち、誘電体窓１６は、外周平面１５２を円筒形状の処理容器２の上部側の開口端面上に載置するようにして、処理容器２に取り付けられる。
【００７５】
環状の第１凹部１４７により、誘電体窓１６の径方向外側領域において、誘電体窓１６の厚みを連続的に変化させる領域を形成して、プラズマを生成する種々のプロセス条件に適した誘電体窓１６の厚みを有する共振領域を形成することができる。これにより、種々のプロセス条件に応じて、径方向外側領域におけるプラズマの安定性を確保することができる。
【００７６】
図１０は他の一例に係る誘電体窓の斜視図（Ａ）及び縦断面図（Ｂ）である。
【００７７】
図１０の構造と、図９に示したものとの相違点は、第１凹部１４７の底面１４９に、円形の第２凹部１５３（１５３ａ〜１５３ｆ）が周方向に沿って等間隔に形成されている点であり、その他の構成は、図９と同一である。
【００７８】
上記のように、誘電体窓１６のうち、環状の第１凹部１４７の底面には、板厚方向内方側に向かって凹む第２凹部１５３（１５３ａ〜１５３ｆ）が設けられている。第２凹部１５３の平面形状は円形であり、内側の側面は円筒面を構成し、底面は平坦である。円形は無限の角部を有する多角形であるので、第２凹部１５３の平面形状は、有限の角部を有する多角形とすることも可能であると考えられ、マイクロ波導入時において、凹部内においてプラズマが発生するものと考えられるが、平面形状が円形である場合には、中心からの形状の等価性が高いため、安定したプラズマが発生する。
【００７９】
第２凹部１５３は、この実施形態においては、合計６つ設けられており、外側のスロット群（図２参照）の数と同一である。６つの第２凹部１５３ａ、１５３ｂ、１５３ｃ、１５３ｄ、１５３ｅ、１５３ｆの形状はそれぞれ等しい。すなわち、第２凹部１５３ａ〜１５３ｆの凹み方やその大きさ、穴の径等については、それぞれ等しく構成されている。６つの第２凹部１５３ａ〜１５３ｆは、誘電体窓１６の径方向の重心（図１０（Ｂ）における中心軸１４４ａの位置）を中心として、回転対称性を有するように、それぞれ間隔を空けて配置されている。丸穴状の６つの第２凹部１５３ａ〜１５３ｆのそれぞれの重心（Ｑとする）は、誘電体窓１６の板厚方向から見た場合に、誘電体窓１６の径方向の中心（中心軸１４４ａ）を中心とした円上に位置している。すなわち、誘電体窓１６を径方向の中心（中心軸１４４ａ）を中心として、ＸＹ平面内で、６０度（＝３６０度／６）回転させた場合に、回転させる前と同じ形状となるよう構成されている。
【００８０】
この各第２凹部１５３の全ての重心を通る円の直径は、この実施形態で約１４３ｍｍであり、第２凹部１５３の直径は５０ｍｍであり、第１凹部１４７の底面を基準とした第２凹部１５３の深さは１０ｍｍである。また、第1凹部１４７の平坦面１４６を基準とした深さＬ３は、適切に設定され、この実施形態では３２ｍｍとしてある。
【００８１】
第２凹部１５３の直径、及び、第２凹部１５３の底面から誘電体窓１６３の上面までの距離は、例えば、これに導入されるマイクロ波の波長λｇの４分の１に設定される。なお、この実施形態においては、誘電体窓１６の直径は約４６０ｍｍである。なお、上記数値は、±１０％の変更を許容することもできるが、本装置が動作する条件はこれに限定されるものではなく、プラズマが凹部内に閉じ込められれば装置としては機能する。
【００８２】
誘電体窓１６においては中央付近でプラズマ密度が高くなる傾向があるが、本実施形態では、中央を避けた周辺に第２凹部１５３を設けているため、周辺のプラズマ密度を中心近傍よりも増加させることが可能となるため、面内のプラズマ密度を均一にすることができる。
【００８３】
この第２凹部１５３ａ〜１５３ｆにより、マイクロ波の電界を当該凹部内に集中させる傾向があり、スロット板の厚み方向から見た場合に、上記のスロット群の重心位置（例：Ｇ１）を、誘電体窓の第２凹部の重心（Ｑ）に一致させることにより、誘電体窓１６の径方向の周辺領域において、非常に強固なモード固定を行なうことができる。この場合、プロセス条件が種々変更されても、径方向の周辺領域における強固なモード固定の領域を確保することができ、安定で均一なプラズマを発生させることができ、基板処理量の面内均一性を高めることが可能となる。特に、第２凹部１５３ａ〜１５３ｆは、回転対称性を有するため、誘電体窓１６の径方向内側領域において強固なモード固定の高い軸対称性を確保することができ、生成するプラズマにおいても、高い軸対称性を有する。
【００８４】
以上より、このような構成の誘電体窓１６は、広いプロセスマージンを有すると共に、生成するプラズマが高い軸対称性を有する。
【００８５】
図１１は第２凹部とスロットの関係を説明するための平面図（ＸＹ平面）である。
【００８６】
スロット板の厚み方向（Ｚ軸方向）から見た場合に、上記のスロット群の重心位置（Ｇ１〜Ｇ６）は、誘電体窓の第２凹部１５３ａ〜１５３ｆの重心（Ｑ）に一致している。この構造により、実施形態のスロット構造と、誘電体窓の第２凹部による電界集中効果との相乗効果によって、より電界が高くなる効果が得られる。
【００８７】
図１２は電界分布の一例（シミュレーション）を示す図である。なお、第２凹部の数を６つとし、スロット群の数も６つとし、これらの重心位置を一致させた。なお、各スロット群中には、それぞれの中心を示す目印となるクロスマーク線が別途記入されている。
【００８８】
同図は、一例として、プラズマの電子密度が５×１０１７ｍ−３の場合における誘電体窓下面での電界強度分布を示している。第２凹部のある領域内において、高電界の領域が固定され、したがって、これに応じて、プラズマが発生する。プラズマの電子密度を１×１０１７ｍ−３〜９×１０１７ｍ−３まで、１×１０１７ｍ−３ずつ変化させて電界分布を測定したが、高電界の領域は移動せず、安定して第２凹部内にとどまることが確認された。
【００８９】
次に、１つのスロット群のパターンについて説明する。
【００９０】
図１３は１つのスロット群のパターン例を示す図である。太い線はスロットを示しており、一点鎖線は上記第２の仮想円（Ｃ２）を示している。
【００９１】
図１３（Ａ）は、上述の実施形態において説明したスロット群のパターンの例である。
【００９２】
図１３（Ｂ）は、第２の仮想円上に沿った４つのスロットを有するが、各スロットの平面形状が円弧（曲率半径が第２の仮想円と同一）の例である。
【００９３】
図１３（Ｃ）は、第２の仮想円上に沿った４つのスロットを有するが、各スロットの平面形状が台形の例である。
【００９４】
図１３（Ｄ）は、上述の実施形態において説明したスロット群のパターンの中心に円径の貫通孔（黒い円の領域）を有する例である。
【００９５】
図１３（Ｅ）は、第２の仮想円上に沿った４つのスロットを有するが、各スロットの平面形状が円弧（曲率半径が第２の仮想円よりも大きい）の例である。
【００９６】
図１３（Ｆ）は、第２の仮想円上に沿った４つのスロットを有するが、各スロットの平面形状が円弧（曲率半径が第２の仮想円よりも小さい）の例である。
【００９７】
図１３（Ｇ）は、上述の通りであるが、第２の仮想円上に沿った４つのスロットを有するが、各スロットの長手方向が、スロットの基準位置における第２の仮想円の接線方向と異なっている例である。
【００９８】
図１３（Ｈ）は、図１３（Ａ）における第２の仮想円を仮想楕円（楕円の長軸＞短軸）としたものであり、これに沿った４つのスロットを有する例である。
【００９９】
図１３（Ｉ）は、第２の仮想円上に沿った５つのスロットを有するが、各スロットの平面形状が円弧（曲率半径が第２の仮想円と同一）の例である。
【０１００】
図１３（Ｊ）は、図１３（Ａ）のスロット群のパターンにおけるスロット数を５つとしたものである。
【０１０１】
図１３（Ｋ）は、図１３（Ａ）のスロット群のパターンにおけるスロット数を６つとしたものである。
【０１０２】
次に、１つのスロットのパターンについて説明する。
【０１０３】
図１４は１つのスロットのパターン例を示す図である。
【０１０４】
図１４（Ａ）に示すように、上述の実施例１におけるスロットＳの形状（図５参照）は、長孔形状とした。すなわち、スロットＳの形状は、長さ方向の向きが変化しないように、直線状に延びた形状である。スロットの形状としては、様々なものが考えられるが、長さ方向の向きが変化しない形状であれば、スロットの形成が容易であると共に、放射電界の振幅の向きの制御が容易であるという利点がある。
【０１０５】
図１４（Ｂ）に示すように、スロットＳの形状が、長方形であれば、幅方向の電界が発生しやすいが、長方形の角部は、空間的な形状として、高周波成分を有するので、図１４（Ａ）のように、角部を丸くした長孔形状の方が安定した電界が発生する。
【０１０６】
要するに、上記のアンテナにおいて、スロットの形状は、長方形又は長孔形状であることが好ましいが、長孔形状の場合は、高周波成分に起因するノイズ的な放射電界の発生を抑制することができる。
【０１０７】
スロットの形状としては、図１４（Ｃ）に示すように平行四辺形とすることもできるし、図１４（Ｄ）に示すように台形とすることもでき、図１４（Ｅ）に示すように円弧形状（弧状のリング）とすることもできる。いずれの形状の場合も、発生する電界の制御がしやすい。なお、各スロットの長さ方向の寸法Ｌは、幅方向の寸法Ｗは、マイクロ波の波長λに対して、以下の条件（Ｌ≦（３λ／２））を満たすことが好ましい。これを超えて、Ｌが大きい場合には、マイクロ波の腹の位置がスリット内において複数存在する場合があり、放射電界の制御が難しくなるためである。Ｗは、スロット板の開口率を決めておいて、適切に変更することができる。
【０１０８】
また、図１４（Ａ）のスロット形状において、Ｌ／Ｗ＝３０ｍｍ／１１ｍｍ、３２ｍｍ／７ｍｍ、２６ｍｍ／９ｍｍ、２０ｍｍ／１２ｍｍ、２４ｍｍ／１５ｍｍなどが具体例として、列挙される。なお、上述の通り、第２の仮想円Ｃ２の半径は、Ｌ／２０．５であることが好ましい。また、上述の例において、１つのスロット群の中では、スロット形状は同一だが、異なる群間では、スロット形状もしくは大きさは異なっても良い。また、スリットの角部は、丸みを帯びた形状の他、テーパ形状とすることもできる。角部がアールを有する場合、その曲率半径は、Ｗ／２とすることができる。
【０１０９】
以上、説明したように、上述のいずれかのスロット板及び誘電体窓を有するアンテナを用いたプラズマ処理装置は、アンテナと、アンテナが取り付けられた処理容器２と、処理容器２の内部に設けられ、誘電体窓に対向し、処理される基板が載せられる台と、アンテナにマイクロ波を供給するマイクロ波発生器とを備えている。このプラズマ処理装置は、上述したアンテナと同様に、安定性の高いプラズマを発生することができるため、処理対象の基板に対して、安定した処理を行うことができる。
【０１１０】
なお、スロット幅が狭くなるとそのスロットが形成する定在波の最大電界強度が強くなる傾向がある。電界強度が強くなると、よりその部分でのプラズマ生成の確率が高くなることを意味しており、その場所でのプラズマ生成確率が高くなるということは、他でのプラズマ生成を結果的に抑制させることにつながる。つまりモードのシフトが起こりにくくなり、プラズマの安定性の向上および失火の抑制につながる。
【０１１１】
マイクロ波発生器から、必要に応じて、モード変換器、同軸導波管を用いてアンテナへと供給されたマイクロ波は、アンテナの中心部分から放射状にアンテナ外周部に向けて直線的に伝播して、スリット部から直下のプラズマ空間に伝播するものと考えられていたが、実際には、プロセス条件によって伝播方向が変動する。従来技術においては、定常波の節・腹とスリットとの位置関係、直線的でないマイクロ波の伝播成分によって、スリット直下への伝播モードが変化し、安定しなかったが、上述の実施形態においては、各種条件が変動をしても、安定的に放射電界及びプラズマを制御することができる。
【符号の説明】
【０１１２】
１４７…第1凹部、１５３…第２凹部、Ｗ…ウェハ（基板）、２…処理容器、３…台、１…プラズマ処理装置、１６…誘電体窓、２０…スロット板、３５…マイクロ波発生器、５８…中央導入口、６２…周辺導入口。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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