(57)【要約】【課題】処理容器内にガスを導入するシャワープレートを有し、マイクロ波により表面波プラズマを発生させるプラズマ処理装置において、シャワープレートのガス孔に成膜することを抑制し且つ効率的にプラズマを発生させる。【解決手段】プラズマ処理が行われる処理容器１０と、処理容器１０内へガスを供給するシャワープレート１００を備えたプラズマ処理装置は、シャワープレート１００の下端面から下方に突出する垂下部材１０１を有している。垂下部材１０１の外側面は、上端部から下端部に向かって外側に広がり、シャワープレート１００は、処理容器１０内に第１のガスを供給する複数の第１の供給口１３３と第２のガスを供給する複数の第２の供給口１５１とを備え、第１のガス供給口１３３は、垂下部材１０１の外側面よりも内側に配置され、第２のガス供給口１５１は、垂下部材の外側面よりも外側に配置されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器内に第１のガスと第２のガスを供給するシャワープレートを備えたプラズマ発生用アンテナを有し、マイクロ波の供給によって前記シャワープレート表面に形成された表面波によりプラズマを形成して基板を処理するプラズマ処理装置であって、
前記シャワープレートの下端面から下方に突出する、導電体により構成された垂下部材を有し、
前記垂下部材の外側面は、上端部から下端部に向かって外側に広がり、
前記シャワープレートは、前記処理容器内に第１のガスを供給する複数の第１のガス供給口と第２のガスを供給する複数の第２のガス供給口とを備え、
前記第１のガス供給口は、前記垂下部材の外側面よりも内側に配置され、
前記第２のガス供給口は、前記垂下部材の外側面よりも外側に配置されていることを特徴とする、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記垂下部材の内部には、当該垂下部材の上端面から下端面に連通する貫通孔が形成され、
前記第１のガス供給口は、前記貫通孔に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記垂下部材の下面は円形であり、
前記第１のガス供給口は、Ｂｅｓｓｅｌ方程式の解として得られる前記垂下部材の下端面における電界強度分布の極小値に相当する位置に設けられていることを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記垂下部材は環状に形成され、
前記第１のガス供給口は、前記垂下部材の内側面よりも内側に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記各第１のガス供給口には、前記シャワープレートの下面から鉛直下方に突出する複数の供給ノズルがそれぞれ接続されていることを特徴とする、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記垂下部材の外側面は、下に向かって次第に外側に広がる放物線形状であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記第１のガスは、前記第２のガスよりも、プラズマにより分解されやすいガスであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記第１のガスは原料ガスであり、前記第２のガスはプラズマ発生用のガスであることを特徴とする、請求項７に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記シャワープレートには、前記処理容器内にマイクロ波を放射するマイクロ波放射孔が設けられ、
マイクロ波放射孔は、平面視において、前記垂下部材の外周端部よりも内側に位置するように配置されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理容器内に所定のガスを供給するシャワープレートを備えたプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理は、半導体デバイスの製造に不可欠な技術である。近年、ＬＳＩの高集積化及び高速化の要請から、ＬＳＩを構成する半導体素子の更なる微細加工が求められている。
【０００３】
ところが、容量結合型プラズマ処理装置や誘導結合型プラズマ処理装置では、生成されるプラズマの電子温度が高く、かつプラズマ密度の高い領域が限定される。このため、半導体素子の更なる微細加工の要請に応じたプラズマ処理を実現することは難しかった。
【０００４】
したがって、このような微細加工を実現するためには、低電子温度かつ高プラズマ密度のプラズマを生成することが必要となる。これに応じるために、マイクロ波により処理容器内で表面波プラズマを生成し、これにより半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）をプラズマ処理する装置が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
特許文献１では、マイクロ波を同軸管に伝送させて処理容器内に放射し、マイクロ波の表面波が持つ電界エネルギーによってプラズマ発生用のガスを励起させることにより、低電子温度で高プラズマ密度の表面波プラズマを発生させるプラズマ処理装置が提案されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１のプラズマ処理装置では、マイクロ波を同軸管から処理容器内に放射するために、その天井部は、表面波プラズマとアンテナとの間を石英等の誘電体板で挟んだ構造となっており、処理ガスは処理容器の側壁から処理容器内に供給される構造となっていた。このように、ガスを天井部以外から供給していたため、ガスの流れを制御することができず、良好なプラズマ制御が難しかった。
【０００７】
そこで、引用文献２では、アンテナの下に多数のガス放出孔を有する誘電体からなるシャワープレートを設け、このシャワープレートを介して処理ガスを鉛直下方に処理容器内に導入する技術が提案されている。これにより、処理容器内に鉛直方向のガス流を形成して処理ガスを均一に供給し、均一なプラズマが形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１８８１０３号公報
【特許文献２】特開２００５−１９６９９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、本発明者らによれば、例えば引用文献２のようなアンテナ及びシャワープレートを有するプラズマ処理装置により、例えばウェハに成膜処理を行うと、シャワープレートの孔の内部にも成膜してしまうことが確認された。そうすると、孔の内部への成膜によりシャワープレートの孔を塞ぐおそれがある。
【００１０】
これは、表面波プラズマにより、シャワープレート近傍の領域におけるプラズマの電子温度が、シャワープレートの表面から離れた位置の電子温度より高くなることが原因であると推察される。そのため、成膜処理において、例えばモノシランガス（ＳｉＨ４）などの原料ガスがシャワープレート近傍で過剰に分解される。その結果、シャワープレートの孔部分に成膜堆積したり、気相反応したりしてごみの原因となる。
【００１１】
この点について本発明者らが調査したところ、シャワープレートに形成されたマイクロ波の放射孔（スロット）の近傍において特に電子温度が高くなっていることが確認された。そのため、原料ガスの過剰な分解は、その大多数がシャワープレートに形成されたスロットの近傍において発生しているものと推察される。
【００１２】
原料ガスの過剰な分解を防ぐためには、アンテナへ供給するマイクロ波の出力を低下させればよい。しかしながら、マイクロ波の出力を低下させるとプラズマ発生用のガスの励起が不十分となり、安定したプラズマが形成できないという問題がある。また、生産性の観点からも、プラズマ発生用のガスを効率的に励起して、例えば成膜処理における成膜レートを向上させることが望まれる。
【００１３】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、処理容器内にガスを導入するシャワープレートを有し、マイクロ波により表面波プラズマを発生させるプラズマ処理装置において、シャワープレートのガス孔に成膜することを抑制し且つ効率的にプラズマを発生させることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明は、処理容器内に第１のガスと第２のガスを供給するシャワープレートを備えたプラズマ発生用アンテナを有し、マイクロ波の供給によって前記シャワープレート表面に形成された表面波によりプラズマを形成して基板を処理するプラズマ処理装置であって、前記シャワープレートの下端面から下方に突出する、導電体により構成された垂下部材を有し、前記垂下部材の外側面は、上端部から下端部に向かって外側に広がり、前記シャワープレートは、前記処理容器内に第１のガスを供給する複数の第１のガス供給口と第２のガスを供給する複数の第２のガス供給口とを備え、前記第１のガス供給口は、前記垂下部材の外側面よりも内側に配置され、前記第２のガス供給口は、前記垂下部材の外側面よりも外側に配置されていることを特徴としている。
【００１５】
本発明によれば、垂下部材の外側面よりも内側に第１のガス供給口が設けられているので、第１のガスが、シャワープレート外周部の電子温度が高い領域を通過することがない。したがって、例えば第２のガスとして原料ガスを用いても、当該原料ガスが表面波プラズマにより過剰に分解されることを避けることができる。その結果、シャワープレートのガス孔への反応生成と気相反応による堆積物を抑制することができる。また、垂下部材の外側面が上端部から下端部に向かって外側に広がっているので、当該垂下部材の外側面でマイクロ波が横方向や斜め上方向に反射される。その結果、垂下部材の外側面近傍における電界強度が高くなり、第２のガス供給口から供給される第２のガスを効率的に励起してプラズマを発生させることができる。
【００１６】
前記垂下部材の内部には、当該垂下部材の上端面から下端面に連通する貫通孔が形成され、前記第１のガス供給口は、前記貫通孔に接続されていてもよい。
【００１７】
前記垂下部材の下面は円形であり、前記第１のガス供給口は、Ｂｅｓｓｅｌ方程式の解として得られる前記垂下部材の下端面における電界強度分布の極小値に相当する位置に設けられていてもよい。
【００１８】
前記垂下部材は環状に形成され、前記第１のガス供給口は、前記垂下部材の内側面よりも内側に配置されていてもよい。
【００１９】
前記各第１のガス供給口には、前記シャワープレートの下面から鉛直下方に突出する複数の供給ノズルがそれぞれ接続されていてもよい。
【００２０】
前記垂下部材の外側面は、下に向かって次第に外側に広がる放物線形状であってもよい。
【００２１】
前記第１のガスは、前記第２のガスよりも、プラズマにより分解されやすいガスであってもよい。
【００２２】
前記第１のガスは原料ガスであり、前記第２のガスはプラズマ発生用のガスであってもよい。
【００２３】
前記シャワープレートには、前記処理容器内にマイクロ波を放射するマイクロ波放射孔が設けられ、マイクロ波放射孔は、平面視において、前記垂下部材の外周端部よりも内側に位置するように配置されていてもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、処理容器内にガスを導入するシャワープレートを有し、マイクロ波により表面波プラズマを発生させるプラズマ処理装置において、シャワープレートのガス孔への反応生成と気相反応による堆積物を抑制すると共に、効率的にプラズマを発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本実施の形態にかかるプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。
【図２】マイクロ波の出力側の機構を示した図である。
【図３】マイクロ波伝送機構の構成を模式的に示す平面図である。
【図４】マイクロ波導入機構近傍の構成の概略を示す拡大縦断面図である。
【図５】垂下部材近傍の構成の概略を示す斜視図である。
【図６】従来のシャワープレート近傍における電子温度の分布を示す説明図である。
【図７】従来のシャワープレートの近傍における電界強度の分布を示す説明図である。
【図８】垂下部材を備えたシャワープレートの近傍における電界強度の分布を示す説明図である。
【図９】垂下部材を備えたシャワープレートの近傍における電子温度の分布を示す説明図である。
【図１０】垂下部材を備えたシャワープレートの近傍における電子密度の分布を示す説明図である。
【図１１】他の実施の形態にかかるプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。
【図１２】他の実施の形態にかかる垂下部材の構成の概略を示す側面図である。
【図１３】他の実施の形態にかかる垂下部材の構成の概略を示す側面図である。
【図１４】他の実施の形態にかかる垂下部材の構成の概略を示す縦断面図である。
【図１５】垂下部材の下面における電界強度分布の実測値である。
【図１６】垂下部材の下面における表面波の伝播モデルである。
【図１７】垂下部材の下面における表面波を示すＢｅｓｓｅｌ方程式である。
【図１８】Ｂｅｓｓｅｌ方程式の解として得られるＢｅｓｓｅｌ関数である。
【図１９】垂下部材の下面における電界強度分布の理論値及び実測値である。
【図２０】他の実施の形態にかかる垂下部材の構成の概略を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２７】
まず、本実施の形態に係るプラズマ処理装置の全体構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、プラズマ処理装置１を概略的に示した縦断面図である。
【００２８】
本実施形態では、半導体ウェハＷ（以下、ウェハＷと称呼する。）にプラズマ処理として成膜処理を施すＣＶＤ装置を例に挙げてプラズマ処理装置１を説明する。プラズマ処理装置１は、気密に保持された内部にてウェハＷをプラズマ処理する処理容器１０を有している。処理容器１０は、上面が開口した略円筒状で、たとえばアルミニウム等の金属から形成されている。この処理容器１０は、接地されている。
【００２９】
処理容器１０の底部には、ウェハＷを載置するサセプタ１１が設けられている。サセプタ１１は、絶縁体１２ａを介して支持部材１２により支持され、処理容器１０の底部に設置されている。これにより、サセプタ１１は、電気的に処理容器１０とは絶縁された状態になっている。サセプタ１１及び支持部材１２の材料としては、表面をアルマイト処理（陽極酸化処理）したアルミニウム等が挙げられる。
【００３０】
サセプタ１１には、整合器１３を介してバイアス用の高周波電源１４が接続されている。高周波電源１４は、サセプタ１１にバイアス用の高周波電力を印加する、これにより、ウェハＷ側にプラズマ中のイオンが引き込まれる。なお、図示していないが、サセプタ１１には、ウェハＷを静電吸着するための静電チャック、温度制御機構、ウェハＷの裏面に熱伝達用のガスを供給するためのガス流路、ウェハＷを搬送する際に昇降する昇降ピン等が設けられてもよい。
【００３１】
処理容器１０の底部には排気口１５が設けられ、排気口１５には真空ポンプを含む排気装置１６が接続されている。排気装置１６を作動させると、処理容器１０の内部が排気され、処理容器１０内が所望の真空度まで減圧される。また、処理容器１０の側壁には、搬入出口１７が形成され、搬入出口１７を開閉可能なゲートバルブ１８の開閉により、ウェハＷが搬入出される。
【００３２】
サセプタ１１の上方には、処理容器１０内にガスを供給しつつ、マイクロ波の供給が可能なプラズマ発生用アンテナ２０（以下、「アンテナ２０」という。）が装着されている。アンテナ２０は、処理容器１０上部の開口を塞ぐように設けられている。これにより、サセプタ１１とアンテナ２０との間にプラズマ空間Ｕが形成される。アンテナ２０の上部には、マイクロ波を伝送するマイクロ波伝送機構３０が連結され、マイクロ波出力部４０から出力されたマイクロ波をアンテナ２０に伝えるようになっている。
【００３３】
プラズマ処理装置１には、図１に示すように制御部５００が設けられている。制御部５００は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、プラズマ処理装置１におけるウェハＷの処理を制御するプログラムが格納されている。なお、前記プログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から制御部５００にインストールされたものであってもよい。
【００３４】
次に、図２を参照しながら、マイクロ波出力部４０及びマイクロ波伝送機構３０の構成について説明する。
【００３５】
マイクロ波出力部４０は、マイクロ波用電源４１、マイクロ波発振器４２、アンプ４３及び増幅されたマイクロ波を複数に分配する分配器４４を有している。マイクロ波用電源４１は、マイクロ波発振器４２に対して電力を供給する。マイクロ波発振器４２は、例えば、８６０ＭＨｚの所定周波数のマイクロ波をＰＬＬ発振させる。アンプ４３は、発振されたマイクロ波を増幅する。分配器４４は、マイクロ波の損失ができるだけ起こらないように、入力側と出力側のインピーダンス整合を取りながら、アンプ４３で増幅されたマイクロ波を分配する。
【００３６】
マイクロ波伝送機構３０は、分配器４４で分配されたマイクロ波を処理容器内へ導く複数のアンテナモジュール５０とマイクロ波導入機構５１とを有している。なお、図２では、マイクロ波伝送機構３０が２つのアンテナモジュール５０と２つのマイクロ波導入機構５１を備えている状態を模式的に描図しているが、本実施の形態では、例えば図３に示すように、マイクロ波伝送機構３０はアンテナモジュール５０を例えば７個有しており、６個のアンテナモジュール５０が同一円周状に、その中心に１個のアンテナモジュール５０がアンテナ２０の上部に配置されている。
【００３７】
アンテナモジュール５０は、位相器５２、可変ゲインアンプ５３、メインアンプ５４及びアイソレータ５５を有していて、マイクロ波出力部４０から出力されたマイクロ波をマイクロ波導入機構５１に伝送する。
【００３８】
位相器５２は、マイクロ波の位相を変化させるように構成され、これを調整することによりマイクロ波の放射特性を変調させることができる。これによれば、指向性を制御してプラズマ分布を変化させることができる。なお、このような放射特性の変調が不要な場合には位相器５２は設ける必要はない。
【００３９】
可変ゲインアンプ５３は、メインアンプ５４へ入力するマイクロ波の電力レベルを調整し、プラズマ強度の調整を行う。メインアンプ５４は、ソリッドステートアンプを構成する。ソリッドステートアンプは、図示していない入力整合回路、半導体増幅素子、出力整合回路及び高Ｑ共振回路を有する構成とすることができる。
【００４０】
アイソレータ５５は、アンテナ２０で反射してメインアンプ５４に戻るマイクロ波の反射波を分離するものであり、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、アンテナ２０で反射したマイクロ波をダミーロードへ導き、ダミーロードは、サーキュレータによって導かれたマイクロ波の反射波を熱に変換する。
【００４１】
次に、マイクロ波導入機構５１及びプラズマ発生用アンテナ２０の構成について図４を参照しながら説明する。図４は、本実施の形態に係るマイクロ波導入機構５１及びアンテナ２０の例えば左半分の構成の概略を拡大して示した縦断面図である。
【００４２】
マイクロ波導入機構５１は、同軸管６０及び遅波板７０を有している。同軸管６０は、筒状の外部導体６０ａ及びその中心に設けられた棒状の内部導体６０ｂからなる同軸状の導波管を有している。同軸管６０の下端には、遅波板７０を介してアンテナ２０が設けられている。同軸管６０は、内部導体６０ｂが給電側、外部導体６０ａが接地側になっている。同軸管６０には、チューナ８０が設けられている。チューナ８０は、例えば２つのスラグ８０ａを有し、スラグチューナを構成している。スラグ８０ａは誘電部材の板状体として構成されており、同軸管６０の内部導体６０ｂと外部導体６０ａとの間に円環状に設けられている。チューナ８０は、後述する制御部５００からの指令に基づき、図示しない駆動機構によりスラグ８０ａを上下動させることにより、同軸管６０のインピーダンスを調整するようになっている。
【００４３】
遅波板７０は、同軸管６０の下面に隣接して設けられている。遅波板７０は、円板状の誘電体部材から形成されている。遅波板７０は、同軸管６０を伝送されたマイクロ波を透過し、アンテナ２０へと導く。
【００４４】
アンテナ２０は、シャワープレート１００を有している。シャワープレート１００は、遅波板７０の下面に隣接して設けられている。シャワープレート１００は、遅波板７０より径が大きな略円盤形状であり、アルミニウムや銅等の電気伝導率が高い導電体により形成されている。シャワープレート１００は、処理容器１０のプラズマ空間Ｕ側に露出し、露出した下面に表面波を伝播させる。ここでは、シャワープレート１００の金属面がプラズマ空間Ｕ側に露出している。このように露出した下面に伝播する表面波を以下、金属表面波という。
【００４５】
シャワープレート１００の下面であって、同軸管６０の下方に対応する位置には、下方、即ちプラズマ空間Ｕ側に突出する垂下部材１０１が設けられている。垂下部材１０１は、円形の底面形状を有する略円錐台形状であり、シャワープレート１００と同様に、アルミニウムや銅等の電気伝導率が高い導電体により形成されている。垂下部材１０１の外側面は、例えばその上端面から下端面に向けて次第に外側に広がる、例えばシャワープレート１００と垂下部材１０１の外側面との接点を原点とする放物線形状を有している。
【００４６】
シャワープレート１００は、略円盤形状の上部プレート１１０と、同じく略円盤形状の下部プレート１２０を上下に重ねた構成となっている。上部プレート１１０には、その上面を貫通し、当該上部プレート１１０の径方向にガスを流通させるガス流路１３０が形成されている。ガス流路１３０には、第１のガスを供給する第１のガス供給源１３１が供給管１３２を介して接続されている。なお、第１のガスは、複数の種類のガスであってもよく、また、それらの混合ガスであってもよい。第１のガスとしては、原料ガスとしての例えばモノシランガス（ＳｉＨ４）などが用いられる。上部プレート１１０の下面であって垂下部材１０１の外側面よりも内側の位置には、ガス流路１３０に連通する複数の第１のガス供給口１３３が鉛直上方に延伸して設けられている。また、上部プレート１１０の第１のガス供給口１３３とは異なる位置には、マイクロ波を通すマイクロ波放射孔としてのスロット２２０が複数形成されている。なお、当該スロット２２０の中心から鉛直下方に向けて引いた仮想線が、垂下部材１０１の外側面と交わるように、垂下部材１０１の形状とスロット２２０の配置が設定されていることが好ましい。換言すれば、平面視において、スロット２２０の中心が、垂下部材１０１下面の外周端部よりも内側に位置するように、スロット２２０が配置されていることが好ましい。
【００４７】
下部プレート１２０における、上部プレート１１０の各第１のガス供給口１３３に対応する位置には、当該下部プレート１２０を上下方向に貫通する貫通孔１５０がそれぞれ形成されている。これにより、第１のガス供給口１３３から供給される第１のガスは貫通孔１５０を通って下部プレート１２０の下端面に到達できる。また、下部プレート１２０における、上部プレート１１０のスロット２２０に対応する位置には、上部プレート１１０と同様に、スロット２２０が形成されている。
【００４８】
垂下部材１０１の内部であって各貫通孔１５０の下端に対応する位置には、当該垂下部材１０１の上端面から下端面に連通する貫通孔１６０がそれぞれ形成されている。また、垂下部材１０１は、下部プレート１２０の下端から鉛直下方に所定の長さＬだけ突出して設けられている。したがって、第１のガス供給源１３１からガス流路１３０に供給された第１のガスは、この複数の貫通孔１６０を通って、下部プレート１２０よりも所定の長さＬだけ低い位置から処理容器１０のプラズマ空間Ｕに導入される。
【００４９】
また、下部プレート１２０には、その側面を貫通し、当該下部プレート１２０の径方向にガスを流通させるガス流路１４０が形成されている。ガス流路１４０には、第２のガスを供給する第２のガス供給源１４１が供給管１４２を介して接続されている。第２のガスとしては、プラズマ発生用の例えば窒素ガス、アルゴンガス、水素ガス、又はこれらのガスを混合したガスなどが用いられる。なお、ガス流路１４０を流通するガスとガス流路１３０を流通するガスがシャワープレート１００内で混合することがないように、ガス流路１４０はガス流路１３０とは完全に独立して設けられている。
【００５０】
下部プレート１２０の下面であって垂下部材１０１の外側面よりも外側の位置で且つスロット２２０とは異なる位置には、ガス流路１４０に連通する複数の第２のガス供給口１５１が鉛直上方に延伸して設けられている。第２のガス供給源１４１からガス流路１４０に供給された第２のガスは各第２のガス供給口１５１を通って、下部プレート１２０の下面から処理容器１０のプラズマ空間Ｕに導入される。
【００５１】
上述した複数のスロット２２０は、ガスの供給経路であるガス流路１３０、１４０、複数の第１のガス供給口１３３、第２のガス供給口１５１及び貫通孔１５０、１６０とは異なる位置に設けられ、シャワープレート１００の径方向に対して垂直な方向に貫通している。スロット２２０の一端は、遅波板７０に隣接し、他端は、処理容器１０のプラズマ空間Ｕ側に開口している。マイクロ波は、同軸管６０を伝播し、遅波板７０を透過した後、複数のスロット２２０に通されて処理容器１０内に放射される。なお、スロット２２０の内部を石英などの誘電体で満たす構造としてもよい。
【００５２】
貫通孔１６０及び第２のガス供給口１５１の直径は、処理容器１０内に放射されたマイクロ波が当該貫通孔１６０及び第２のガス供給口１５１の内部に入り込まないような大きさとなっている。本実施の形態では、例えば０．６ｍｍである。また、スロット２２０と第１のガス供給口１３３、第２のガス供給口１５１及び貫通孔１５０、１６０とはシャワープレート１００内にて完全に分離されている。これにより、第１のガス供給口１３３、第２のガス供給口１５１や貫通孔１５０、１６０での異常放電を防止することができる。
【００５３】
なお、遅波板７０、上部プレート１１０及び下部プレート１２０の接触面は、それぞれ図示しないＯリングによりシールされている。これにより、処理容器１０やスロット２２０の内部を真空状態にすると共に、シャワープレート１００内で第１のガスと第２のガスが混合することを避けることができる。
【００５４】
なお、シャワープレート１００のプラズマ側に露出した面、即ち、下部プレート１２０の下面及び垂下部材１０１の表面は、溶射により例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）やイットリア（Ｙ２Ｏ３）の被膜（図示せず）で覆われていてもよい。それにより、導体面がプラズマ空間側に露出しないようにしてもよい。
【００５５】
図５は、垂下部材１０１、下部プレート１２０と、第２のガス供給口１５１及び垂下部材１０１に形成された貫通孔１６０との概略の位置関係の一例を示すものであり、垂下部材１０１近傍を斜め下方から見た状態を示した斜視図である。なお、図５では、スロット２２０については、その記載を省略している。例えば図５に示すように、垂下部材１０１に設けられた貫通孔１６０は、当該垂下部材１０１の中央部近傍に同心円状に複数配置されている。また、上述のとおり、第１のガス供給口１３３及び貫通孔１５０は、貫通孔１６０に対応する位置に設けられている。そのため、本実施の形態においては、第１のガス供給口１３３及び貫通孔１５０も、例えば図５に示すように垂下部材１０１と同心円状の配置となっている。第２のガス供給口１５１は、垂下部材１０１の上端部と例えば同心円状に複数配置されている。なお、図５では、第２のガス供給口１５１は、垂下部材１０１を下方から見た場合、垂下部材１０１に覆われて視認できない位置に配置されているが、必ずしも垂下部材１０１により視認できない位置に配置する必要はない。
【００５６】
次に、シャワープレート１００及び垂下部材１０１近傍の構成について、本発明の原理と併せて説明する。マイクロ波を用いたプラズマ処理において、ウェハＷに成膜する際に原料ガスとして用いられる、例えばモノシラン（ＳｉＨ４）をＳｉＨ３に分解するためには、約８．７５ｅＶ以上のエネルギーが必要となる。その一方、プラズマ発生用のガスとして用いられる、例えば窒素ガスは、その結合エネルギーが約９．９１ｅＶである。即ち、窒素ガスを励起して窒素プラズマや窒素ラジカルを生成するには、約９．９１ｅＶ以上のエネルギーを与える必要がある。したがって、かかる場合のマイクロ波プラズマ処理においてアンテナ２０へ供給するマイクロ波の出力は、より高いエネルギー、即ちプラズマ発生用ガスを励起するためのエネルギーを基準として決定される。ここで、金属表面波を用いたマイクロ波プラズマ処理（特にエバネッセント波を応用した表面波によるプラズマ処理）においては、通常、アンテナ２０の下端面近傍、例えばアンテナ下面から概ね５ｍｍ以内の領域は、アンテナ下面から概ね５ｍｍ以上離れた領域と比較して電子温度が高くなる。
【００５７】
また、本発明者らが調査したところ、電子温度は、シャワープレート１００に形成されたスロット２２０の近傍で特に高くなることが確認された。図６にスロット２２０が外周部に形成されたシャワープレート１００近傍における電子温度の分布を示す。図６の縦軸は、処理容器１０内における高さ、横軸は同軸管６０の中心軸からの水平方向の距離である。なお、図６では、スロット２２０の中心が同軸管６０の中心軸から概ね３５ｍｍである場合の電子温度分布について描図している。また、図６に示す破線は、電子温度が１ｅＶとなる境界線である。図６では、当該破線よりもスロット２２０寄りの領域Ｘ（スロット２２０を中心として、概ね半径３５ｍｍ程度の領域）では電子温度が１ｅＶより高くなっており、スロット２２０の近傍が高電子温度の領域になっていることを表している。即ち、当該領域Ｘにおいてはプラズマ発生用ガス及び原料ガスが活発に電離する。そのため、従来のように、シャワープレートからプラズマ発生用のガスとして窒素ガスと、原料ガスとしてモノシランガスの双方を供給すると、窒素ガスは電子温度が高い領域Ｘにおいては分解されて窒素イオン、窒素原子ラジカル、窒素原子となるが、電子温度が低い領域ではエネルギーが十分でないため、反応性の高い原子状窒素はほとんど生成されない。その一方、モノシランガスは、領域Ｘの外側においてもＳｉＨ３に分解されるが、電子温度が高くなる領域ＸにおいてＳｉＨ２、ＳｉＨが多く生成されるため、この領域ＸでＳｉＨ２、ＳｉＨが過剰に生成されてシリコンが成膜され、シャワープレートのガス供給口に堆積してしまっていた。
【００５８】
反応生成と気相反応による堆積物を抑制するためにはアンテナ２０に供給するマイクロ波の出力を下げ、それにより領域Ｘにおける電子温度を低下させればよい。しかしながら、ＳｉＨ２、ＳｉＨの過剰生成を防止することを目的としてマイクロ波の出力を下げると、プラズマ発生用ガスを分解するための所定の電子温度が得られなくなる。そのため、マイクロ波の出力を下げるにも限界がある。
【００５９】
そこで、本発明者らは、ガス供給口へ堆積する不要な反応生成と気相反応による堆積物を抑制するために、シャワープレート１００から供給される原料ガスを、電子温度が高い領域Ｘを通過させることなく処理容器１０内に導入する方法について鋭意検討した。ただし、従来のように処理容器１０の側壁から処理容器１０内に原料ガスを供給すると、処理容器１０内のガスの流れを制御することが困難となり、均一なプラズマが得られない。
【００６０】
そこで本発明者らは、シャワープレート１００の内部でプラズマ発生用のガスと原料ガスとが混合しないようにそれぞれ個別にガス流路１３０、１４０を設け、さらにプラズマ発生用のガスを領域Ｘまたは領域Ｘの近傍に供給し、その一方で原料ガスを領域Ｘから離れた場所にそれぞれ供給すれば、原料ガスの過剰な分解が避けられ且つプラズマ発生用のガスを効率的に励起できる点に着想した。そしてこの着想に基づき、例えば図４に示したような垂下部材１０１を、シャワープレート１００の下端に設けることに想到した。
【００６１】
垂下部材１０１を、シャワープレート１００の下端に設けるにあたって、本発明者らは先ず、シャワープレート１００近傍の電界強度について調査した。図７及び図８に、スロット２２０が外周部に形成されたシャワープレート１００近傍の電界強度の分布及びその方向について示す。図７はシャワープレート１００のみの場合、図８はシャワープレート１００の下端に垂下部材１０１を設けた場合の電界強度分布を示している。図７、図８の三角形の大きさは電界強度の強さ、三角形の向きは電界の向きをそれぞれ表している。図７に示すように垂下部材１０１を設けていないシャワープレート１００においては、電界は主に下方に向いているが、垂下部材１０１を設けることで、図８に示すように、垂下部材１０１の外側面近傍で横方向の電界強度が高くなることが確認された。このことから、垂下部材１０１の外側面近傍で高電子温度が得られるものと推察される。これは、垂下部材１０１の外側面が上端部から下端部に向かって外側に広がっているので、当該垂下部材１０１の外側面でマイクロ波が横方向や斜め上方向に反射され、垂下部材１０１の外側面近傍において高エネルギーの状態が形成されていることが原因と考えられる。
【００６２】
次に、シャワープレート１００に垂下部材１０１を設けた場合の、シャワープレート１００近傍の電子温度の分布を図９示す。なお、図９においても同軸管６０の中心軸とスロット２２０の中心までの距離は、図６の場合と同様に概ね３５ｍｍであり、垂下部材１０１の下面の半径は概ね４５ｍｍである。垂下部材１０１を設けることで、電子温度が１ｅＶ以上となる領域Ｘは、スロット２２０の近傍で且つ垂下部材１０１の外側面に分布し、垂下部材１０１の下面では、電子温度は概ね１ｅＶ以下となることが図９から確認できる。これは、上述のように、垂下部材１０１の外側面が上端部から下端部に向かって外側に広がっているので、当該垂下部材１０１の外側面でマイクロ波が横方向や斜め上方向に反射され、それにより垂下部材の外側面近傍における電界強度が高くなることが原因と推察される。
【００６３】
したがって、図４に示すように、第２のガス供給口１５１を垂下部材１０１の外側面の外側に配置し、第１のガス供給口１３３及び貫通孔１５０、１６０を垂下部材１０１の外側面よりも内側に配置することで、一方では、領域Ｘにプラズマ発生用ガスを集中的に供給し、他方では、分解しやすい原料ガスを、領域Ｘを通過させることなく処理容器１０内に導入できる。かかる場合、原料ガスが領域Ｘで過剰に分解されることを抑制できるので、原料ガスによるプリカーサの生成を抑え、貫通孔１６０や第２のガス供給口１５１が閉塞することを防止できる。
【００６４】
なお、垂下部材１０１を設けた場合のシャワープレート１００近傍の電子密度についても確認したところ、図１０に示すように、スロット２２０の近傍で且つ垂下部材１０１の外側面近傍に高密度の領域が形成されていることが確認された。このことからも、領域Ｘは高エネルギーの状態となっており、当該領域Ｘにおいてプラズマ発生用のガスが効率的に励起されることが確認できる。
【００６５】
ここで、例えば図９から確認できるように、電子温度が高い領域Ｘは、垂下部材１０１の外側面から外側方向に分布しており、例えば垂下部材を下方から見た場合に、垂下部材１０１底面の外側の位置にも領域Ｘが分布している。そのため、上述したように、第２のガス供給口１５１は、必ずしも、垂下部材１０１を下方から見た場合に垂下部材１０１に覆われて視認できない位置に設ける必要はなく、領域Ｘに面した位置に設けられていればよい。なお、本発明者らによれば、例えば本実施の形態のように、垂下部材１０１の外側面が、シャワープレート１００の下部プレート１２０と垂下部材１０１の接点を原点とする放物線形状を有する場合、当該放物線の焦点近傍で高エネルギー状態となることが確認されている。かかる場合、第２のガス供給口１５１は焦点近傍に面した位置に設けることが好ましい。
【００６６】
なお、下部プレート１２０に突起物である垂下部材１０１を設けることにより、当該垂下部材１０１にも表面波が伝播することで、プラズマ空間Ｕにおける均一なプラズマの生成が阻害される可能性がある。そのため、垂下部材１０１の長さＬは、最大でも処理容器１０内に導入するマイクロ波の波長以下とすることが好ましく、波長の１／２以下とすることが更に好ましい。本発明者らによれば、このように垂下部材１０１の長さＬを設定することで、垂下部材１０１での表面波の伝播を抑制し、処理容器１０内に安定的にプラズマを生成することができことが確認されている。本実施の形態では、波長が３４８．６ｍｍである８６０ＭＨｚのマイクロ波を用いるので、垂下部材１０１の長さＬは概ね１０ｍｍ〜６０ｍｍの範囲で設定することが好ましく、２０ｍｍ〜４０ｍｍの範囲で設定することがより好ましい。
【００６７】
本実施の形態にかかるプラズマ処理装置１は以上のような知見に基づくものである。次に、プラズマ処理装置１を用いて行われる処理について、ウェハＷに窒化シリコン膜を形成する場合を例に説明する。
【００６８】
まず、ウェハＷを処理容器１０内に搬入し、サセプタ１１上に載置する。そして、第２のガス供給源１４１から、プラズマ発生用のガスとして窒素ガス、アルゴンガス及び水素ガスを混合したガスをシャワープレート１００の下部プレート１２０を介して処理容器１０内に導入する。次いで、マイクロ波がマイクロ波出力部４０から出力され、マイクロ波伝送機構３０及び遅波板７０、スロット２２０を通って処理容器１０内にマイクロ波が導入される。これにより、アンテナ２０及び垂下部材１０１の表面に形成された金属表面波により表面波プラズマが生成される。この際、スロット２２０が設けられた垂下部材１０１の外側面近傍の領域Ｘは高エネルギーの状態となっているので、垂下部材１０１の外側面近傍に設けられた第２のガス供給口１５１から供給されるプラズマ発生用のガスは、この領域Ｘで高エネルギーにより励起され、効率的に窒素ラジカルが生成される。それと共に、第１のガス供給源１３１から、原料ガスとしてのモノシランガスが第１のガス供給口１３３、貫通孔１５０、１６０を介して処理容器１０内に導入される。
【００６９】
処理容器１０内に導入されたモノシランガスは、プラズマにより励起されてＳｉＨ３に分解される。この際、モノシランガスは垂下部材１０１の底面から処理容器１０のプラズマ空間Ｕに導入されるので、モノシランガスは電子温度が高い領域Ｘを通過することがない。その結果、過剰なＳｉＨ３による反応生成と気相反応が抑えられる。
【００７０】
そして、窒素ラジカル及びＳｉＨ３は、シャワープレート１００からウェハＷに向かう鉛直下方のガス流れに随伴してウェハＷの表面に到達し、ウェハＷ上面に窒化シリコンとして堆積する。これにより、ウェハＷの上面に窒化シリコン膜が形成される。
【００７１】
以上の実施の形態によれば、垂下部材１０１の外側面よりも内側に第１のガス供給口１３３が設けられているので、第１のガスが、シャワープレート１００に形成されたスロット２２０近傍の電子温度が高い領域Ｘを通過することがない。したがって、モノシランガスが表面波プラズマにより過剰に分解されることを避けることができる。その結果、シャワープレート１００を用いてウェハＷにプラズマ処理を施すにあたり、シャワープレート１００の貫通孔１６０や第２のガス供給口１５１といったガス孔に反応生成と気相反応による堆積物、本実施の形態ではシリコン膜が成膜することを抑制できる。
【００７２】
また、垂下部材１０１の外側面が放物線形状を有し且つスロット２２０の中心から鉛直下方に向けて引いた仮想線とこの放物線が交わるように垂下部材１０１の形状とスロット２２０の配置が設定されているので、当該垂下部材１０１の外側面でマイクロ波が横方向や斜め上方向に反射される。そのため、垂下部材１０１の外側面近傍における電界強度が高くなり、垂下部材１０１の外側面に高エネルギー状態の領域Ｘが形成される。その結果、第２のガス供給口から供給される第２のガスは、領域Ｘにおいて効率的に励起されるので、効率的にプラズマを発生させることができる。なお、スロット２２０と垂下部材１０１との位置関係は、必ずしも本実施の形態の内容に限定されるものではなく、スロット２２０が垂下部材１０１外側面の放物線形状の外側に位置していても、スロット２２０から導入されるマイクロ波は垂下部材１０１の外側面により反射されるので、垂下部材１０１の外側面近傍に電界強度の高い領域を形成することができる。
【００７３】
また、本実施の形態によれば、シャワープレート１００の下面に垂下部材１０１を設けることで、例えば図８に示すように、垂下部材１０１の外側面近傍で横方向の電界強度が高くなる。ここで、垂下部材１０１を設けない従来のシャワープレートにおいては、例えば図７に示すように、当該シャワープレートから横方向への電界の広がりが大きくなく、同軸管６０の下方に対応する領域の電界強度は、それ以外の領域の電界強度よりも相対的に高くなる傾向があった。その結果、処理容器内の電界強度が不均一となり、プラズマ処理の均一性には限界があった。この点、本実施の形態のように垂下部材１０１を設けることで、横方向の電界強度を高めて、従来よりも電界強度分布を均一化できる。したがって、本実施の形態にかかるプラズマ処理装置１によれば、従来よりも均一性の高いプラズマ処理を行うことができる。
【００７４】
なお、下部プレート１２０の下面近傍は表面波プラズマにより高温になるため、ガス流路１４０内を流通するガスもこのプラズマの熱により温度上昇する。その結果、ガス流路１４０内のガスの内部エネルギーが増加し、表面波プラズマにより分解しやすい状態となる。したがって、分解しにくいガス、即ちこの場合にはプラズマ発生用のガスをガス流路１４０内に流通させれば、表面波プラズマによる分解を促進できる。したがって、プラズマ発生用のガスを供給する第２のガス供給源１４１は下部プレート１２０のガス流路１４０に接続することが好ましい。
【００７５】
なお、以上の実施の形態では、第１のガス供給口１３３は、垂下部材１０１に対応する位置にのみ設けられていたが、第１のガス供給口１３３は、垂下部材１０１に対応する位置以外に設けられていてもよく、例えば図１１に示すように、シャワープレート１００の下面に、第２のガス供給口１５１と第１のガス供給口１３３が概ね等間隔となるように配置してもよい。なお、下部プレート１２０の第１のガス供給口１３３に対応する位置には、貫通孔１５０が形成される。かかる場合、下部プレート１２０下面の電子温度が高い領域を原料ガスである第１のガスが通過することにより、反応生成と気相反応による堆積物が第２のガス供給口１５１や貫通孔１５０といったガス孔を塞ぐことを防止するため、貫通孔１５０の下端には所定の長さの供給ノズル２００を設けてもよい。なお、図１１では、供給ノズル２００の長さは垂下部材１０１の長さＬと等しい状態を描図しているが、供給ノズル２００の長さは本実施の形態の内容に限定されるものではなく、例えば上述のようにシャワープレート１００の下面から概ね５ｍｍ以内の、電子温度が比較的高い領域を通過する長さであれば任意に設定できる。また、突起物である供給ノズル２００を設けることにより、当該供給ノズル２００にも表面波が伝播して共振を起こし、プラズマ空間Ｕにおける均一なプラズマの生成が阻害される可能性がある。そのため、供給ノズル２００の長さは、処理容器１０内に導入するマイクロ波の波長の１／１６〜３／１６程度、より好ましくは１／８程度とすることが好ましい。
【００７６】
また、以上の実施の形態では、垂下部材１０１の外側面は放物線形状を有していたが、垂下部材１０１の形状は、本実施の形態の内容に限定されるものではなく、外側面が、上端部から下端部に向かって外側に広がる形状であれば、任意に設定が可能である。例えば、図１２に示すように、外側面が直線状に形成された、略円錐台形状の垂下部材３００を用いてもよく、例えば、図１３に示すように、外側面の接線方向が徐々に斜め方向から鉛直方向に変化する略２次曲線形状である垂下部材３１０を用いてもよい。本発明者らによれば、垂下部材１０１の外側面が、上端部から下端部に向かって外側に広がる形状を有していれば、垂下部材１０１の外側面でマイクロ波が横方向や斜め上方向に反射されるので、垂下部材１０１の外側面近傍において高エネルギーの状態を形成できる。
【００７７】
以上の実施の形態では、垂下部材１０１の内部に上下方向に貫通する貫通孔１６０を形成していたが、貫通孔１６０は例えば斜め方向に延伸していてもよく、例えばモノシランガスといった原料ガスが過剰に分解されることが無いように、領域Ｘと面しない位置に形成されていれば、その形状は任意に設定できる。また、例えば図１４に示すように、垂下部材１０１の内部に、下部プレート１２０の貫通孔１５０と連通するガス室１０１ａを形成し、当該ガス室１０１ａの下方に貫通孔１６０を形成するようにしてもよい。
【００７８】
なお、以上の実施の形態では、垂下部材１０１の中央部近傍に複数の貫通孔１６０が形成されており、第１のガス供給口１３３も当該貫通孔１６０に対応する位置に形成されていたが、第１のガス供給口１３３及び貫通孔１６０は本実施の形態の内容に限定されない。原料ガスとしてのモノシランガスの過剰な分解を抑制するという観点からは、垂下部材１０１下面の面内において、電界強度が弱い、または電子温度が低くなる領域が存在すれば、当該低電界強度、低電子温度となる領域のみに貫通孔１６０を設けるようにしてもよい。
【００７９】
この点について本発明者らが鋭意調査したところ、例えば垂下部材１０１下面の所定の位置に、同心円状に電界強度が弱くなる領域が存在することが確認された。本発明者らによれば、この電界強度が弱くなる領域は、後述するように、垂下部材１０１の下面における電界強度分布を表すＢｅｓｓｅｌ方程式の解として得られるＢｅｓｓｅｌ関数の極小値に対応する位置に存在する。以下、この電界強度が弱くなる領域について説明する。
【００８０】
本発明者らは、先ず、垂下部材１０１下面の電界強度分布を、ラングミュアプローブ及びスペクトルアナライザにより測定した。具体的には、処理容器１０の外部からスペクトルアナライザ（図示せず）に接続したラングミュアプローブ（図示せず）を挿入し、垂下部材１０１の下端面から概ね１０ｍｍ下方の位置を、垂下部材１０１下面の直径方向に沿って走査させた。この際、マイクロ波発振器４２からは８６０ＭＨｚのマイクロ波を供給した。なお、垂下部材１０１の半径は、概ね４５ｍｍである。その結果を図１５に示す。図１５の横軸は垂下部材１０１の半径方向の位置と、縦軸は電界強度をそれぞれ表している。
【００８１】
図１５に示す電界強度分布によれば、垂下部材１０１下面の中心から概ね２０ｍｍの位置に電界強度が極小となる点が存在することが確認できる。また、スペクトルアナライザにおける測定結果では、８６０ＭＨｚにおいてピークが観測された。このことから、処理容器１０内にマイクロ波を導入した場合、垂下部材１０１下面には、当該垂下部材１０１の中心から半径２０ｍｍの円の円周上の位置において、他の領域と比較して電界強度が低い領域が形成されることがわかる。
【００８２】
そして本発明者らは、垂下部材１０１の下面にこのような電界強度分布が生じる理由についてさらに検討し、当該電界強度分布が、垂下部材１０１の下面における電界強度分布を表すＢｅｓｓｅｌ方程式の解として得られるＢｅｓｓｅｌ関数に対応していることを知見した。以下に、電界強度分布を表すＢｅｓｓｅｌ方程式の解として求める方法について説明する。
【００８３】
本発明者らは、垂下部材１０１の下面を伝播する表面波は、図１６に示すような円柱座標系のモデルが成り立つと考えた。具体的には、金属である垂下部材１０１の底面（下面）２５０を基準として、鉛直下方に所定の厚みｄの円盤状の誘電体２５１が設けられ、当該誘電体２５１の下面にプラズマ２５２が形成される状態である。ここで、円柱座標系の半径はａである。また、誘電体２５１は垂下部材１０１の下方に形成されるプラズマシースであり、その比誘電率は１となる。そして、表面波が図１６に示すような円柱座標系で表される場合、表面波を表すマクスウェル方程式は、例えば図１７に示すような、Ｂｅｓｓｅｌ方程式により表すことができる。なお、図１７に示す式において、Ｅｚは鉛直方向の電界強度、ｒは半径方向の座標、ｋ及びβはマイクロ波の波数である。
【００８４】
そして、図１６に示すモデルにおいては、垂下部材１０１の外周端部は開放されているので、プラズマシースの端部、即ち誘電体２５１の端部を開放端として図１７の式を解くと、Ｂｅｓｓｅｌ方程式の解として、図１８に示すようなＢｅｓｓｅｌ関数が得られる。
【００８５】
そして、このＢｅｓｓｅｌ関数により半径４５ｍｍの垂下部材１０１下面の電界強度分布の理論値を求めると、例えば図１９に破線で示すような分布を得る。図１５の横軸は垂下部材１０１の半径方向の位置と、縦軸は電界強度をそれぞれ表している。なお、図１９の実線は、図１５に示した実測の電界強度分布である。
【００８６】
図１９に示すように、図１８の関数で示される電界強度分布は、概ね半径２０ｍｍ近傍の位置に極小点を有しており、図１５に示される、電界強度分布の実測データと概ね整合したものとなっていることが確認できる。この結果から、本実施の形態にかかる垂下部材１０１の下面における電界強度分布は、Ｂｅｓｓｅｌ方程式の解として得られるＢｅｓｓｅｌ関数により求められることがわかる。
【００８７】
そして、垂下部材１０１の下面における電界強度分布は、所定の半径、本実施の形態では概ね半径２０ｍｍの円の円周上において極小の値となる。したがって、上述のように、垂下部材１０１下面の貫通孔１６０、及び当該貫通孔１６０に対応する第１のガス供給口１３３は、Ｂｅｓｓｅｌ関数の極小値に対応する位置に設けることがより好ましい。こうすることで、領域Ｘを避けると共に、垂下部材１０１下面のより電界強度の低い領域を通過して原料ガスを処理容器１０内に導入させることができる。その結果、例えば原料ガスとしてのモノシランガスの過剰な分解をより効率的に抑制することができる。また、このように極小値を考慮した位置に貫通孔１６０を設けることで、極小値を考慮しない場合に比べ垂下部材１０１の突出長さＬを相対的に短くすることが可能となる。このため、処理容器１０の容積を小さくすることが可能となり、スペースの節約といった効果を得ることができる。また、処理容器１０内の真空排気に要する時間なども短縮できることから、処理のスループット向上といった面でも効果を得ることが可能となる。
【００８８】
また、原料ガスを、領域Ｘを通過させることなく処理容器１０内に導入するという観点からは、垂下部材１０１は必ずしもその内部を原料ガスとしての第１のガスが通過するような構造とする必要はなく、例えば内部を中空にした環状の垂下部材を用い、当該垂下部材の内側面よりも内側に第１のガスを供給するようにしてもよい。具体的には、例えば図２０に示すように、下方向に向かって次第に直径が大きくなる、上端と下端が開口した略円環状の垂下部材３２０を下部プレート１２０の下面に設ける。かかる場合、下部プレート１２０の各貫通孔１５０の下端には、鉛直下方に所定の長さ延伸する供給ノズル３２１をそれぞれ設けることが好ましい。供給ノズル３２１を介することで、シャワープレート１００の下面から概ね５ｍｍ以内の、電子温度が比較的高い領域を通過させることなく原料ガスを処理容器１０内に導入できる。なお、図１５では、供給ノズル３２１の長さは垂下部材３２０の長さＬと等しい状態を描図しているが、供給ノズル３２１の長さは、上述の供給ノズル２００と同様の手法で決定できる。
【００８９】
以上の実施の形態では、上部プレート１１０のガス流路１３０及び下部プレート１２０のガス流路１４０にそれぞれ一つの供給管１３２、１４２を介して第１のガス供給源１３１、第２のガス供給源１４１を接続したが、例えばガス流路１３０、ガス流路１４０をそれぞれ独立した環状で同心円状の流路とし、それぞれのガス流路に複数の供給管１３２及び供給管１４２を複数設け、各流路に供給するガスの流量を制御するようにしてもよい。そうすることで、下部プレート１２０の各領域ごとにガスの供給量を制御することが可能となり、例えば電界強度分布に対応して原料ガスやプラズマ発生用ガスの供給量を制御して、ウェハＷに対してより均一なプラズマ処理を行うことができる。
【００９０】
特に、従来のように垂下部材１０１を有さないシャワープレート１００を用いて、原料ガスとしてモノシランガスを処理容器１０内に供給する場合、シャワープレート１００下面で原料ガスが過剰に分解されるために、ＳｉＨ３の生成量を制御することが困難であったが、本発明では垂下部材１０１を介してモノシランガスを供給することで、過剰なＳｉＨ３の生成を抑えることができる。したがって、モノシランガスの供給量を制御することで容易にＳｉＨ３の生成量を調整でき、これにより、ウェハＷ上の成膜量を制御することが可能となる。かかる場合、さらに供給管１３２及び供給管１４２を複数設けて下部プレート１２０の所定の領域ごとにガスの供給量を制御することで、各領域ごとにさらに厳密に窒素ラジカルとＳｉＨ３の生成量を調整できるので、ウェハＷに対してより均一なプラズマ処理を施すことが可能となる
【００９１】
また、以上の実施の形態では、シャワープレート１００は、上部プレート１１０と下部プレート１２０とにより構成されていたが、第１のガスのガス流路１３０および第２のガスのガス流路１４０とが独立して形成され、シャワープレート１００の内部でガスが混ざらない構成となっていれば、シャワープレート１００をどのように構成するかについては本実施の形態に限定されるものではなく、任意に設定が可能である。
【００９２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００９３】
１    プラズマ処理装置
１０  処理容器
１１  サセプタ
１２  支持部材
１３  整合器
１４  高周波電源
３０  マイクロ波伝送機構
４０  マイクロ波出力部
５０  アンテナモジュール
１００  シャワープレート
１０１  スイカ部材
１１０  上部プレート
１２０  下部プレート
１３０  ガス流路
１３３  第１のガス供給口
１４０  ガス流路
１５１  第２のガス供給口
２２０  スロット
５００  制御装置
Ｕ  プラズマ空間
Ｗ  ウェハ
Ｘ  領域
【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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【図１９】
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【図２０】
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