(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理空間を画成する処理容器と、
前記処理容器の側壁に設けられ、前記処理空間にガスを供給するガス供給部と、
前記処理空間に供給されるガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と
を備え、
前記ガス供給部は、
前記処理容器の側壁の内部において前記処理空間へ到達しない位置まで前記ガスを輸送する輸送孔と、
前記輸送孔に連通され、前記位置まで輸送された前記ガスを前記処理空間へ噴射する噴射孔であって、前記輸送孔よりも直径が大きい噴射孔と
を有し、
前記噴射孔は、直径が略一定である内壁面を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記プラズマ生成部は、
前記処理空間に対向する対向面を有する誘電体部材と、
前記誘電体部材の前記対向面とは反対側の面上に設けられ、前記ガスをプラズマ化するマイクロ波を、前記誘電体部材を介して前記処理空間へ放射するアンテナと
を有す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】
前記噴射孔の直径は、所定の上限値よりも小さく、
前記所定の上限値は、以下の式（１）を用いて、決定されることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
ａ＜Ｐｎｍ／（２πｆ（με）１／２）    ・・・  （１）
ただし、
ａ：噴射孔の半径（所定の上限値／２）
Ｐｎｍ：ｎ次のベッセル関数Ｊｎ（Ｐ）が０となる複数の変数Ｐの解のうち、ｍ番目に小さい変数Ｐの解（ただし、ｍ、ｎは自然数）
ｆ：マイクロ波の周波数
μ：前記噴射孔の内部における透磁率
ε：前記噴射孔の内部における誘電率
【請求項４】
処理空間を画成する処理容器と、
前記処理容器の側壁に設けられ、前記処理空間にガスを供給するガス供給部と、
前記処理空間に供給されるガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と
を備え、
前記ガス供給部は、
前記処理容器の側壁の内部において前記処理空間へ到達しない位置まで前記ガスを輸送する輸送孔と、
前記輸送孔に連通され、前記位置まで輸送された前記ガスを前記処理空間へ噴射する噴射孔であって、前記輸送孔よりも直径が大きい噴射孔と
を有し、
前記プラズマ生成部は、
前記処理空間に対向する対向面を有する誘電体部材と、
前記誘電体部材の前記対向面とは反対側の面上に設けられ、前記ガスをプラズマ化するマイクロ波を、前記誘電体部材を介して前記処理空間へ放射するアンテナと
を有し、
一端が前記処理空間へ露出された状態で、前記噴射孔の周囲を囲むように前記処理容器の側壁に埋設され、前記アンテナによって前記処理空間へ放射された前記マイクロ波を前記一端から他端へ導く筒状誘電体をさらに備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
処理空間を画成する処理容器と、
前記処理容器の側壁に設けられ、前記処理空間にガスを供給するガス供給部と、
前記処理空間に供給されるガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と
を備え、
前記ガス供給部は、
前記処理容器の側壁の内部において前記処理空間へ到達しない位置まで前記ガスを輸送する輸送孔と、
前記輸送孔に連通され、前記位置まで輸送された前記ガスを前記処理空間へ噴射する噴射孔であって、前記輸送孔よりも直径が大きい噴射孔と
を有し、
前記プラズマ生成部は、
前記処理空間に対向する対向面を有する誘電体部材と、
前記誘電体部材の前記対向面とは反対側の面上に設けられ、前記ガスをプラズマ化するマイクロ波を、前記誘電体部材を介して前記処理空間へ放射するアンテナと
を有し、
一端が前記処理空間へ露出された状態で、前記処理容器の側壁のうち前記噴射孔と前記誘電体部材とに挟まれた領域に埋設され、前記アンテナによって前記処理空間へ放射された前記マイクロ波を前記一端から他端へ導く板状誘電体をさらに備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記筒状誘電体の内部を伝播する前記マイクロ波の波長をλとすると、
前記筒状誘電体において前記一端から前記他端までの長さは、λ／５以上３λ／５以下であ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７】
前記板状誘電体の内部を伝播する前記マイクロ波の波長をλとすると、
前記板状誘電体において前記一端から前記他端までの長さは、λ／５以上３λ／５以下であることを特徴とする請求項５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
処理空間を画成する処理容器と、
前記処理容器の側壁に設けられ、前記処理空間にガスを供給するガス供給部と、
前記処理空間に供給されるガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と
を備え、
前記ガス供給部は、
前記処理容器の側壁の内部において前記処理空間へ到達しない位置まで前記ガスを輸送する輸送孔と、
前記輸送孔に連通され、前記位置まで輸送された前記ガスを前記処理空間へ噴射する噴射孔であって、前記輸送孔よりも直径が大きい噴射孔と
を有し、
前記プラズマ生成部は、
前記処理空間に対向する対向面を有する誘電体部材と、
前記誘電体部材の前記対向面とは反対側の面上に設けられ、前記ガスをプラズマ化するマイクロ波を、前記誘電体部材を介して前記処理空間へ放射するアンテナと
を有し、
前記処理容器の側壁のうち前記噴射孔と前記誘電体部材とに挟まれた領域から前記処理空間へ向けて突設され、前記アンテナによって前記処理空間へ放射された前記マイクロ波を遮断する板状導電体をさらに備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の種々の側面及び実施形態はプラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波によるプロセスガスの励起を利用したプラズマ処理装置がある。このプラズマ処理装置は、アンテナを用いてプラズマ励起用のマイクロ波を放射し、処理容器の内部の処理空間に導入されたガスを解離させてプラズマを生成する。また、プラズマ処理装置は、処理容器の側壁に設けられた噴射孔から処理空間へガスを導入する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５４４０６０４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、従来技術では、噴射孔における圧力が増大する場合に、圧力の増大に起因して、噴射孔において又は噴射孔の近傍において放電が発生する恐れがあるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一側面に係るプラズマ処理装置は、処理空間を画成する処理容器と、前記処理容器の側壁に設けられ、前記処理空間にガスを供給するガス供給部と、前記処理空間に対向する対向面を有する誘電体部材と、前記誘電体部材の前記対向面とは反対側の面上に設けられ、前記ガスをプラズマ化するマイクロ波を、前記誘電体部材を介して前記処理空間へ放射するアンテナとを備え、前記ガス供給部は、前記処理容器の側壁の内部において前記処理空間へ到達しない位置まで前記ガスを輸送する輸送孔と、前記輸送孔に連通され、前記位置まで輸送された前記ガスを前記処理空間へ噴射する噴射孔であって、前記輸送孔よりも直径が大きい噴射孔とを有する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の種々の側面及び実施形態によれば、放電を発生させることなくガスを導入することができるプラズマ処理装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。
【図２】図２は、図１に示すプラズマ処理装置に備えられる同軸導波管の近辺を拡大して示す概略断面図である。
【図３】図３は、図１に示すプラズマ処理装置に備えられるスロットアンテナ板を、図１中の矢印ＩＩＩの方向から見た図である。
【図４】図４は、図１に示すプラズマ処理装置に備えられる同軸導波管を、図２中のＩＶ−ＩＶで切断した場合の断面図である。
【図５】図５は、第１の実施形態におけるガス供給部及び処理容器の側壁の拡大断面図である。
【図６】図６は、ガスの圧力と、放電を発生させる電界強度との関係を示す図である。
【図７】図７は、第１の実施形態における噴射孔におけるガスの圧力と、処理容器１２の側壁の内部における位置との関係のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図８】図８は、第１の実施形態における噴射孔におけるガスの圧力と、処理容器１２の側壁の内部における位置との関係のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図９】図９は、第１の実施形態における噴射孔の直径と、マイクロ波の漏洩率との関係のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、第２の実施形態におけるガス供給部、処理容器の側壁及び筒状誘電体の拡大断面図である。
【図１１】図１１は、図１０に示したガス供給部、処理容器の側壁及び筒状誘電体を筒状誘電体の一端側から見た場合の正面図である。
【図１２】図１２は、第２の実施形態における筒状誘電体の有無に応じた噴射孔の電界強度のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、第３の実施形態におけるガス供給部、処理容器の側壁及び板状誘電体の拡大断面図である。
【図１４】図１４は、第４の実施形態におけるガス供給部、処理容器の側壁及び板状導電体の拡大断面図である。
【図１５】図１５は、第３の実施形態における板状誘電体又は第４の実施形態における板状導電体の有無に応じた噴射孔の電界強度のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、処理空間を画成する処理容器と、前記処理容器の側壁に設けられ、処理空間にガスを供給するガス供給部と、処理空間に対向する対向面を有する誘電体部材と、誘電体部材の対向面とは反対側の面上に設けられ、ガスをプラズマ化するマイクロ波を、誘電体部材を介して処理空間へ放射するアンテナとを備え、ガス供給部は、処理容器の側壁の内部において処理空間へ到達しない位置までガスを輸送する輸送孔と、輸送孔に連通され、位置まで輸送されたガスを処理空間へ噴射する噴射孔であって、輸送孔よりも直径が大きい噴射孔とを有する。
【０００９】
開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、噴射孔の直径は、所定の上限値よりも小さく、所定の上限値は、以下の式（１）を用いて、決定される。
ａ＜Ｐｎｍ／（２πｆ（με）１／２）    ・・・  （１）
ただし、
ａ：噴射孔の半径（所定の上限値／２）
Ｐｎｍ：ベッセル関数
ｆ：マイクロ波の周波数
μ：透磁率
ε：誘電率
【００１０】
開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、噴射孔の直径は、輸送孔から遠ざかるほど、大きくなる。
【００１１】
開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、一端が処理空間へ露出された状態で、噴射孔の周囲を囲むように処理容器の側壁に埋設され、アンテナによって処理空間へ放射されたマイクロ波を一端から他端へ導く筒状誘電体をさらに備える。
【００１２】
開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、一端が処理空間へ露出された状態で、処理容器の側壁のうち噴射孔と誘電体部材とに挟まれた領域に埋設され、アンテナによって処理空間へ放射されたマイクロ波を一端から他端へ導く板状誘電体をさらに備える。
【００１３】
開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、筒状誘電体の内部又は板状誘電体の内部を伝播するマイクロ波の波長をλとすると、筒状誘電体又は板状誘電体において一端から他端までの長さは、λ／５以上３λ／５以下である。
【００１４】
開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、処理容器の側壁のうち噴射孔と誘電体部材とに挟まれた領域から処理空間へ向けて突設され、アンテナによって処理空間へ放射されたマイクロ波を遮断する板状導体をさらに備える。
【００１５】
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。図２は、図１に示すプラズマ処理装置に備えられる同軸導波管の近辺を拡大して示す概略断面図である。図３は、図１に示すプラズマ処理装置に備えられるスロットアンテナ板を、図１中の矢印ＩＩＩの方向から見た図である。図４は、図１に示すプラズマ処理装置に備えられる同軸導波管を、図２中のＩＶ−ＩＶで切断した場合の断面図である。なお、図１および図２においては、紙面上下方向を装置の上下方向とする。また、本願明細書中、径方向とは、図４において、同軸導波管に含まれる内導体から外導体へ向かう方向を指す。
【００１７】
図１及び図２に示すプラズマ処理装置１１は、処理容器１２、ガス供給部１３、保持台１４、マイクロ波発生器１５、誘電体部材１６、アンテナ２０及び同軸導波管３１を備えている。
【００１８】
処理容器１２は、上部側が開口しており、その内部において被処理基板Ｗにプラズマ処理を行うための処理空間Ｓを画成している。処理容器１２は、保持台１４の下方側に位置する底部２１と、底部２１の外周部から上方向に延びる側壁２２とを含む。側壁２２は、円筒状である。処理容器１２の底部２１の径方向中央側には、排気用の排気孔２３が設けられている。処理容器１２の上部側は開口しており、処理容器１２の上部側に配置される誘電体部材１６、および誘電体部材１６と処理容器１２との間に介在するシール部材としてのＯリング２４によって、処理容器１２は密封可能に構成されている。誘電体部材１６は、処理空間Ｓに対向する対向面１６ａを有する。誘電体部材１６の材質は、誘電体である。誘電体部材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。
【００１９】
ガス供給部１３は、処理容器１２内にプラズマ励起用のガスおよびプラズマ処理用のガスを供給する。ガス供給部１３の一部は、側壁２２に埋め込まれるようにして設けられており、処理容器１２の外部から処理容器１２内の処理空間Ｓへガスを供給する。なお、ガス供給部１３の詳細な構成は、後述する。
【００２０】
保持台１４は、処理容器１２内に配置され、被処理基板Ｗを保持する。
【００２１】
マイクロ波発生器１５は、処理容器１２の外部に配置され、プラズマ励起用のマイクロ波を発生させる。また、第１の実施形態においては、プラズマ処理装置１１は、マイクロ波発生器１５に一方端部３８が接続される導波管３９と、マイクロ波のモードを変換するモード変換器４０とを含む。導波管３９は、横方向、具体的には、図１中の紙面左右方向に延びるように設けられている。なお、導波管３９としては、断面が円形状のものや断面が矩形状のものが使用される。
【００２２】
アンテナ２０は、誘電体部材１６の対向面１６ａとは反対側の面１６ｂ上に設けられ、
マイクロ波発生器１５によって発生されるマイクロ波に基づいて、誘電体部材１６を介してプラズマ生成用のマイクロ波を処理空間Ｓへ放射する。アンテナ２０は、スロットアンテナ板１８及び遅波板１９を有する。
【００２３】
スロットアンテナ板１８は、誘電体部材１６の対向面１６ａとは反対側の面１６ｂ上に配置され、マイクロ波を誘電体部材１６に放射する薄板状の部材である。スロットアンテナ板１８の板厚方向の両面は、それぞれ平らである。スロットアンテナ板１８には、図３に示すように、板厚方向に貫通する複数のスロット孔１７が設けられている。スロット孔１７は、２つの矩形状の開口部が一対となって、略Ｔ字状となるように配置されて構成されている。設けられたスロット孔１７は、内周側に配置される内周側スロット孔群２６ａと、外周側に配置される外周側スロット孔群２６ｂとに大別される。内周側スロット孔群２６ａは、図３中の点線で囲まれた範囲内に設けられた８個のスロット孔１７である。外周側スロット孔群２６ｂは、図３中の一点鎖線で囲まれた範囲内に設けられた１６個のスロット孔１７である。内周側スロット孔群２６ａにおいて、８個のスロット孔１７はそれぞれ、環状に等間隔に配置されている。外周側スロット孔群２６ｂにおいて、１６個のスロット孔１７はそれぞれ、環状に等間隔に配置されている。スロットアンテナ板１８は、径方向の中心２８を中心とした回転対称性を有し、例えば、中心２８を中心として４５°回転しても同じ形状となる。
【００２４】
遅波板１９は、スロットアンテナ板１８の上方側に配置され、マイクロ波を径方向に伝播する。遅波板１９の中央には、後述する同軸導波管３１に備えられる内導体３２を配置させるための開口が設けられている。開口の周囲を形成する遅波板１９の内径側の端部は、板厚方向に突出している。すなわち、遅波板１９は、内径側の端部から板厚方向に突出するリング状の遅波板突出部２７を備える。遅波板１９は、遅波板突出部２７が上側になるように取り付けられる。遅波板１９の材質は、誘電体である。遅波板１９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。遅波板１９の内部を伝播するマイクロ波の波長は、大気中を伝播するマイクロ波の波長よりも短くなる。
【００２５】
誘電体部材１６、スロットアンテナ板１８、および遅波板１９はいずれも、円板状である。プラズマ処理装置１１を製造する際には、誘電体部材１６の径方向の中心と、スロットアンテナ板１８の径方向の中心２８と、遅波板１９の径方向の中心とを、それぞれ一致するように製造される。こうすることにより、中心側から外径側に向かって伝播されるマイクロ波において、周方向におけるマイクロ波の伝播度合いを同じにして、誘電体部材１６の下方側に生じさせるプラズマの周方向における均一性を確保するようにしている。なお、ここでは、スロットアンテナ板１８の径方向の中心２８を基準とする。
【００２６】
同軸導波管３１は、アンテナ２０にマイクロ波を供給する導波管である。同軸導波管３１は、内導体３２及び外導体３３を含んでいる。内導体３２は、略丸棒状に形成されている。内導体３２の一方端部３５は、スロットアンテナ板１８の中心２８に接続される。外導体３３は、内導体３２と径方向の隙間３４を空けて内導体３２の外径側に設けられる。外導体３３は、略円筒状に形成される。すなわち、内導体３２の外周面３６と外導体３３の内周面３７とが対向するように内導体３２と外導体３３とを組み合わせて、同軸導波管３１が構成されている。同軸導波管３１は、図１中の紙面上下方向に延びるように設けられている。内導体３２および外導体３３はそれぞれ、別体で製造される。そして、内導体３２の径方向の中心と外導体３３の径方向の中心とを一致させるようにして組み合わされる。
【００２７】
マイクロ波発生器１５において発生させたマイクロ波は、導波管３９および同軸導波管３１を介して、アンテナ２０に伝播される。マイクロ波発生器１５において発生させるマイクロ波の周波数としては、例えば、２．４５ＧＨｚが選択される。
【００２８】
例えば、マイクロ波発生器１５で発生させたＴＥモードのマイクロ波は、導波管３９内を図１中の矢印Ａ１で示す紙面左方向に伝播し、モード変換器４０によりＴＥＭモードへ変換される。そして、ＴＥＭモードへ変換されたマイクロ波は、同軸導波管３１内を図１中の矢印Ａ２で示す紙面下方向へ伝播する。具体的には、隙間３４が形成される内導体３２と外導体３３との間、および内導体３２と冷却板突出部４７との間において、マイクロ波は伝播する。同軸導波管３１を伝播したマイクロ波は、遅波板１９内を径方向に伝播し、スロットアンテナ板１８に設けられた複数のスロット孔１７から誘電体部材１６に放射される。誘電体部材１６を透過したマイクロ波は、誘電体部材１６の直下に電界を生じさせ、処理容器１２内にプラズマを生成させる。
【００２９】
また、プラズマ処理装置１１は、側壁２２の開口側の上方端部の上方側に配置され、誘電体部材１６を上方側から押さえる誘電体板押さえリング４１と、誘電体板押さえリング４１の上方側に配置され、スロットアンテナ板１８等を上方側から押さえるアンテナ押さえ４２と、遅波板１９の上方側に配置され、遅波板１９等を冷却する冷却板４３と、アンテナ押さえ４２と冷却板４３との間に介在するように配置され、処理容器１２内外で電磁界を遮蔽する電磁遮蔽弾力体４４と、スロットアンテナ板１８の外周部を固定する外周固定リング４５と、スロットアンテナ板１８の中心を固定する中心固定板４６とを備える。
【００３０】
冷却板４３の中央には、図２に示すように、同軸導波管３１を配置させるための開口が設けられている。開口の周囲を形成する冷却板４３の内径側の端部は、板厚方向に突出している。すなわち、冷却板４３は、内径側の端部から板厚方向に突出するリング状の冷却板突出部４７を備える。冷却板４３は、冷却板突出部４７が上側になるように取り付けられる。
【００３１】
冷却板突出部４７の上方側には、円筒状の外導体３３が配置される。冷却板突出部４７の上方側端部と外導体３３の下方側端部とが当接する構成である。この場合、外導体３３の内周面３７と冷却板突出部４７の内周面５０とが連なって、内導体３２の外周面３６と外導体３３の内周面３７との径方向の距離、および内導体３２の外周面３６と冷却板突出部４７の内周面５０との径方向の距離が同じとなるように構成される。外導体３３の内周面３７と冷却板突出部４７の内周面５０とが連なることによって、冷却板突出部４７は、同軸導波管３１の一部として構成される。なお、上記した遅波板突出部２７の上方側には、内導体３２と外導体３３との間に形成される隙間３４が位置することとなる。
【００３２】
また、冷却板４３の外周部分には、誘電体部材１６側にリング状に突出する遅波板位置決め部４８が設けられている。遅波板１９は、遅波板位置決め部４８により径方向に位置決めされる。遅波板位置決め部４８が設けられた径方向の位置において、外周固定リング４５は、スロットアンテナ板１８を固定する。
【００３３】
なお、誘電体部材１６の上方側の面のうち、径方向の中央には、中心固定板４６を受け入れるように、誘電体部材１６の上方側の面から板厚を減ずるように凹んだ受け入れ凹部４９が設けられている。
【００３４】
また、図２及び図４に示すように、プラズマ処理装置１１は、内導体３２の外周面３６の一部と、径方向において内導体３２の外周面の一部に対向する対向部との径方向の距離を変更させる変更手段として、外導体３３側から内導体３２側へ向かって延出可能な複数のスタブ部材５１を備える。なお、本実施形態では、径方向において内導体３２の外周面の一部に対向する対向部は、冷却板突出部４７に相当する。
【００３５】
スタブ部材５１は、外導体３３側で支持され、径方向に延びるように設けられる棒状部５２と、棒状部５２の径方向の移動量を調整する移動量調整部材としてのねじ部５３とを含む。ねじ部５３は、棒状部５２の外径側端部に設けられている。
【００３６】
スタブ部材５１は、冷却板突出部４７に挿入されている。具体的には、冷却板突出部４７には、径方向に真直ぐに延びて貫通するねじ孔５４が設けられており、このねじ孔５４とねじ部５３とを螺合させるようにして、スタブ部材５１が冷却板突出部４７に挿入されている。すなわち、スタブ部材５１は、外導体３３側において、冷却板突出部４７に設けられたねじ孔５４に螺合されたねじ部５３によって、支持されている。
【００３７】
ねじ部５３を回転させることにより、棒状部５２を含むスタブ部材５１全体を径方向に移動させることができる。図２においては、スタブ部材５１は、紙面左右方向に移動可能である。また、その移動量は、ねじ部５３の回転量により調整される。
【００３８】
スタブ部材５１は、周方向に略等配となるように、内導体３２の周囲の冷却板突出部４７内に複数（図４では６個）設けられている。例えば、６個のスタブ部材が設けられる場合には、６個のスタブ部材５１は、周方向において隣り合うスタブ部材間の角度が、６０°間隔となるよう配置されている。
【００３９】
複数のスタブ部材５１はそれぞれ独立して、径方向に移動することができる。すなわち、各スタブ部材５１に含まれる棒状部５２の先端部５５の径方向の位置が、それぞれ個別に調整される。
【００４０】
次に、図１に示したガス供給部１３の詳細な構成について説明する。図５は、第１の実施形態におけるガス供給部及び処理容器の側壁の拡大断面図である。
【００４１】
図５に示すように、ガス供給部１３は、輸送孔１３−１と、輸送孔１３−１に連通される噴射孔１３−２とを有する。輸送孔１３−１は、処理容器１２の側壁２２の内部において処理空間Ｓに到達しない位置（以下「途中位置」という）までガスを輸送する。輸送孔１３−１は、先端に近づくほど直径が小さくなる先細り形状に形成されている。輸送孔１３−１が先細り形状に形成されることで、輸送孔１３−１によって処理容器１２の側壁２２の途中位置まで輸送されたガスの圧力は、増大する。
【００４２】
噴射孔１３−２は、輸送孔１３−１によって処理容器１２の側壁２２の途中位置まで輸送されたガスを処理空間Ｓへ噴射する。噴射孔１３−２は、輸送孔１３−１よりも直径が大きい。図５の例では、輸送孔１３−１のうち最も直径が小さくなる先端部分の直径をＤ１とし、噴射孔１３−２の直径をＤ２とすると、Ｄ１＞Ｄ２の関係が成立する。噴射孔１３−２の直径が輸送孔１３−１の直径よりも大きいため、輸送孔１３−１によって輸送されるガスの圧力と比較して、噴射孔１３−２から処理空間Ｓへ噴射されるガスの圧力は、低下する。そのため、噴射孔１３−２内の圧力又は噴射孔１３−２の近傍の圧力が過度に増大することが防がれる。
【００４３】
図６は、ガスの圧力と、放電を発生させる電界強度との関係を示す図である。図６の上側の曲線は、真空中のＡｒ（アルゴン）ガスの圧力と、放電を発生させる電界強度との関係を示す曲線である。図６の上側の曲線は、パッシェン曲線とも呼ばれる。図６の下側の曲線は、プラズマ中のＡｒガスの圧力と、放電を発生させる電界強度との関係を示す曲線である。なお、図６の下側の曲線は、図６の上側に示したパッシェン曲線から推測される曲線である。
【００４４】
図６の曲線から明らかなように、ガスの圧力が１〜１０Ｔｏｒｒである場合に、放電を発生させる電界強度が最低となる。すなわち、図６の曲線では、ガスの圧力が１〜１０Ｔｏｒｒである場合に、放電が発生する可能性が最も高まることを示している。発明者は、シミュレーションや実験等によってさらに鋭意検討を重ねた結果、噴射されるガスの圧力が１〜２Ｔｏｒｒである場合に、放電が実際に発生することが分かった。
【００４５】
図７及び図８は、第１の実施形態における噴射孔におけるガスの圧力と、処理容器１２の側壁の内部における位置との関係のシミュレーション結果の一例を示す図である。図７及び図８に示したグラフにおいて、横軸は、予め定められた基準位置から処理容器１２の側壁の内部における位置までの距離を示している。また、図７及び図８において、破線の位置は、処理容器１２の側壁２２の途中位置を示しており、破線よりも右側に存在する位置は、噴射孔１３−２に対応する位置を示している。
【００４６】
また、図７のシミュレーションでは、シミュレーション条件として、処理ガス：Ａｒ＝１１００ｓｃｃｍ、処理容器内の圧力：４００ｍＴｏｒｒが用いられた。また、図８のシミュレーションでは、シミュレーション条件として、処理ガス：Ａｒ＝１１００ｓｃｃｍ、処理容器内の圧力：７５０ｍＴｏｒｒが用いられた。
【００４７】
図７及び図８のシミュレーション結果から明らかなように、輸送孔１３−１によって処理容器１２の側壁２２の途中位置まで輸送されたガスを噴射孔１３−２に通流させることで、噴射孔１３−２内の圧力は、処理容器内の圧力まで低下する。すなわち、輸送孔１３−１の直径よりも直径が大きい噴射孔１３−２にガスを通流させることで、噴射孔１３−２から噴射されるガスの圧力を１Ｔｏｒｒよりも低い圧力まで低下させることができる。
【００４８】
図６の曲線と、図７及び図８のシミュレーション結果とから明らかなように、輸送孔１３−１よりも直径が大きい噴射孔１３−２から処理空間Ｓへガスを噴射することで、放電が発生し易い１〜２Ｔｏｒｒの範囲以外の範囲までガスの圧力を低下させることが可能である。言い換えると、輸送孔１３−１の直径よりも直径が大きい噴射孔１３−２から処理空間Ｓへガスを噴射することで、圧力の増大に起因した放電の発生を回避することが可能である。
【００４９】
図５の説明に戻る。噴射孔１３−２の直径Ｄ２は、所定の上限値よりも小さいことが好ましい。そして、所定の上限値は、以下の式（１）を用いて、決定されることが好ましい。
【００５０】
ａ＜Ｐｎｍ／（２πｆ（με）１／２）    ・・・  （１）
ただし、
ａ：噴射孔の半径（所定の上限値／２）
Ｐｎｍ：ベッセル関数
ｆ：マイクロ波の周波数
μ：透磁率
ε：誘電率
【００５１】
このように、噴射孔１３−２の直径Ｄ２を、式（１）で決定される所定の上限値よりも小さくすることにより、処理空間Ｓから噴射孔１３−２へ漏れ込むマイクロ波を抑制することが可能となる。
【００５２】
図９は、第１の実施形態における噴射孔の直径と、マイクロ波の漏洩率との関係のシミュレーション結果の一例を示す図である。図９において、「孔半径」は、噴射孔１３−２の直径Ｄ２に対応する噴射孔１３−２の半径を示している。また、「ＭＷ  ｌｅａｋ  ｒａｔｅ［％］」は、処理空間Ｓへ投入されたマイクロ波の強度に対する、噴射孔１３−２へ漏れ込んだマイクロ波の強度の比率である漏洩率を示している。
【００５３】
図９のシミュレーション結果から明らかなように、噴射孔１３−２の直径Ｄ２を所定の上限値よりも小さくすることで、マイクロ波の漏洩率が、１％未満に改善される。ここで、所定の上限値とは、上記式（１）で決定される所定の上限値である。すなわち、噴射孔１３−２の直径Ｄ２を、式（１）で決定される所定の上限値よりも小さくすることで、処理空間Ｓから噴射孔１３−２へ漏れ込むマイクロ波の増大を抑制することが可能となることが分かった。
【００５４】
以上、第１の実施形態のプラズマ処理装置１１によれば、輸送孔１３−１によって処理容器１２の側壁２２の途中位置までガスを輸送し、輸送孔１３−１よりも直径が大きい噴射孔１３−２によって処理空間Ｓへガスを噴射する。その結果、第１の実施形態によれば、放電が発生し易い圧力の範囲以外の範囲までガスの圧力を低下させることができるので、圧力の増大に起因した放電を発生させることなくガスを導入することができる。
【００５５】
また、第１の実施形態のプラズマ処理装置１１によれば、噴射孔１３−２の直径を所定の上限値よりも小さくしているので、処理空間Ｓから噴射孔１３−２へ漏れ込むマイクロ波の増大を抑制することができる。その結果、第１の実施形態によれば、噴射孔１３−２又は噴射孔１３−２の近傍の電界強度を低減することができるので、噴射孔１３−２又は噴射孔１３−２の近傍において放電が発生することを防止することができる。
【００５６】
（第２の実施形態）
図１０は、第２の実施形態におけるガス供給部、処理容器の側壁及び筒状誘電体の拡大断面図であり、図１１は、図１０に示したガス供給部、処理容器の側壁及び筒状誘電体を筒状誘電体の一端側から見た場合の正面図である。なお、以下に説明する点を除き、図１０及び図１１において、図５と同じ符号を付した構成は、図５における構成と同一又は同様の機能を有するため説明を省略する。
【００５７】
図１０及び図１１に示すように、第２の実施形態に係るプラズマ処理装置は、一端６１ａが処理空間Ｓへ露出された状態で、噴射孔１３−２の周囲を囲むように処理容器１２の側壁２２の側壁２２に埋設された筒状誘電体６１をさらに有する。筒状誘電体６１は、アンテナ２０によって処理空間Ｓへ放射されたマイクロ波を一端６１ａから、側壁２２へ埋め込まれている他端６１ｂへ導く。筒状誘電体６１によって他端６１ｂへ導かれたマイクロ波は、他端６１ｂで反射し、反射前のマイクロ波と打ち消し合う。これにより、処理空間Ｓから噴射孔１３−２へ漏れ込むマイクロ波の増大が抑制され、噴射孔１３−２又は噴射孔１３−２の近傍の電界強度が低減される。
【００５８】
筒状誘電体６１の内部を伝播するマイクロ波の波長をλとすると、筒状誘電体６１において一端６１ａから他端６１ｂまでの長さは、λ／５以上３λ／５以下であることが好ましい。このように、筒状誘電体６１において一端６１ａから他端６１ｂまでの長さをλ／５以上３λ／５以下とすることによって、他端６１ｂで反射したマイクロ波は、位相が反転されるので、誘電体に進入する前のマイクロ波を効率的に打ち消すことが可能となる。
【００５９】
図１２は、第２の実施形態における筒状誘電体の有無に応じた噴射孔の電界強度のシミュレーション結果の一例を示す図である。図１２に示したグラフにおいて、横軸は、処理空間Ｓの電子密度を示しており、縦軸は、筒状誘電体６１が存在しない場合の噴射孔１３−２の電界強度に対する、筒状誘電体６１が埋設された場合の噴射孔１３−２の電界強度の比を示している。
【００６０】
図１２のシミュレーション結果から明らかなように、筒状誘電体６１が埋設された場合、筒状誘電体６１が存在しない場合と比較して、噴射孔１３−２の電界強度を約７０％だけ改善させることができた。
【００６１】
以上、第２の実施形態のプラズマ処理装置によれば、処理容器１２の側壁２２の側壁２２に噴射孔１３−２の周囲を囲むように筒状誘電体６１を埋設しているので、処理空間Ｓから噴射孔１３−２へ漏れ込むマイクロ波の増大を抑制することができる。その結果、第２の実施形態によれば、噴射孔１３−２又は噴射孔１３−２の近傍の電界強度を低減することができるので、圧力の増大に起因した放電を発生させることなくガスを導入し、かつ、噴射孔１３−２又は噴射孔１３−２の近傍において放電が発生することをより効果的に防止することができる。
【００６２】
（第３の実施形態）
図１３は、第３の実施形態におけるガス供給部、処理容器の側壁及び板状誘電体の拡大断面図である。なお、以下に説明する点を除き、図１３において、図５と同じ符号を付した構成は、図５における構成と同一又は同様の機能を有するため説明を省略する。
【００６３】
図１３に示すように、第３の実施形態に係るプラズマ処理装置は、一端７１ａが処理空間Ｓへ露出された状態で、処理容器１２の側壁２２のうち噴射孔１３−２と誘電体部材１６とに挟まれた領域に埋設された板状誘電体７１をさらに有する。より具体的には、板状誘電体７１は、処理容器１２の側壁２２のうち噴射孔１３−２と誘電体部材１６とに挟まれた領域に側壁２２の周方向に沿って形成された凹部に、一端７１ａが処理空間Ｓへ露出された状態で、環状に埋め込まれている。板状誘電体７１は、アンテナ２０によって処理空間Ｓへ放射されたマイクロ波を一端７１ａから、側壁２２へ埋め込まれている他端７１ｂへ導く。板状誘電体７１によって他端７１ｂへ導かれたマイクロ波は、他端７１ｂで反射し、反射前のマイクロ波と打ち消し合う。これにより、処理空間Ｓから噴射孔１３−２へ漏れ込むマイクロ波の増大が抑制され、噴射孔１３−２又は噴射孔１３−２の近傍の電界強度が低減される。
【００６４】
板状誘電体７１の内部を伝播するマイクロ波の波長をλとすると、板状誘電体７１において一端７１ａから他端７１ｂまでの長さは、λ／５以上３λ／５以下であることが好ましい。このように、板状誘電体７１において一端７１ａから他端７１ｂまでの長さをλ／５以上３λ／５以下とすることによって、他端７１ｂで反射したマイクロ波は、位相が反転されるので、反射前のマイクロ波を効率的に打ち消すことが可能となる。
【００６５】
以上、第３の実施形態のプラズマ処理装置によれば、処理容器１２の側壁２２のうち噴射孔１３−２と誘電体部材１６とに挟まれた領域に板状誘電体７１を埋設しているので、処理空間Ｓから噴射孔１３−２へ漏れ込むマイクロ波の増大を抑制することができる。その結果、第３の実施形態によれば、噴射孔１３−２又は噴射孔１３−２の近傍の電界強度を低減することができるので、圧力の増大に起因した放電を発生させることなくガスを導入し、かつ、噴射孔１３−２又は噴射孔１３−２の近傍において放電が発生することをより効果的に防止することができる。
【００６６】
（第４の実施形態）
図１４は、第４の実施形態におけるガス供給部、処理容器の側壁及び板状導電体の拡大断面図である。なお、以下に説明する点を除き、図１４において、図５と同じ符号を付した構成は、図５における構成と同一又は同様の機能を有するため説明を省略する。
【００６７】
図１４に示すように、第４の実施形態に係るプラズマ処理装置は、処理容器１２の側壁２２のうち噴射孔１３−２と誘電体部材１６とに挟まれた領域から処理空間Ｓへ向けて突設された板状導電体８１をさらに有する。より具体的には、板状導電体８１は、処理容器１２の側壁２２のうち噴射孔１３−２と誘電体部材１６とに挟まれた領域から処理空間Ｓへ向けて環状に突設されている。板状導電体８１は、アンテナ２０によって処理空間Ｓへ放射されたマイクロ波を遮断する。これにより、処理空間Ｓから噴射孔１３−２へ漏れ込むマイクロ波の増大が抑制され、噴射孔１３−２又は噴射孔１３−２の近傍の電界強度が低減される。
【００６８】
図１５は、第３の実施形態における板状誘電体又は第４の実施形態における板状導電体の有無に応じた噴射孔の電界強度のシミュレーション結果の一例を示す図である。図１５において、「ＳＴＤ」は、板状誘電体７１及び板状導電体８１のいずれも存在しない場合の噴射孔１３−２の電界強度を示すグラフである。また、「Ｃｈｏｋｅ  ２」は、板状誘電体７１が埋設された場合の噴射孔１３−２の電界強度を示すグラフである。また、「Ｍｅｔａｌ  Ｂａｒ」は、板状導電体８１が突設された場合の噴射孔１３−２の電界強度を示すグラフである。また、図１５に示した各グラフにおいて、横軸は、処理空間Ｓの電子密度を示しており、縦軸は、電界強度を示している。また、図１５のシミュレーションでは、シミュレーション条件として、投入されるマイクロ波の電力：３ｋＷが用いられたものとする。
【００６９】
図１５のシミュレーション結果から明らかなように、板状誘電体７１が埋設された場合、板状誘電体７１及び板状導電体８１のいずれも存在しない場合と比較して、噴射孔１３−２の電界強度が低減された。
【００７０】
また、図１５のシミュレーション結果から明らかなように、板状導電体８１が突設された場合、板状誘電体７１が埋設された場合と比較して、噴射孔１３−２の電界強度が低減された。すなわち、板状導電体８１を突設することによって、噴射孔１３−２の電界強度を最も効率的に低減することができることが分かった。
【００７１】
以上、第４の実施形態のプラズマ処理装置によれば、処理容器１２の側壁２２のうち噴射孔１３−２と誘電体部材１６とに挟まれた領域から板状導電体８１を突設しているので、処理空間Ｓから噴射孔１３−２へ漏れ込むマイクロ波の増大を抑制することができる。その結果、第４の実施形態によれば、噴射孔１３−２又は噴射孔１３−２の近傍の電界強度を低減することができるので、圧力の増大に起因した放電を発生させることなくガスを導入し、かつ、噴射孔１３−２又は噴射孔１３−２の近傍において放電が発生することをより効果的に防止することができる。
【００７２】
なお、上記第１〜第４の実施形態では、噴射孔１３−２の直径Ｄ２が一定である例を示したが、開示技術はこれには限定されない。例えば、噴射孔１３−２の直径Ｄ２は、輸送孔１３−１から遠ざかるほど、大きくなるようにしてもよい。これにより、噴射孔１３−２からガスを円滑に噴射するとともに、放電が発生し易い圧力の範囲以外の範囲までガスの圧力を低下させることができるので、圧力の増大に起因した放電を発生させることなくガスを安定的に導入することができる。
【００７３】
また、上記第２の実施形態では、筒状誘電体６１は、輸送孔１３−１に連通された噴射孔１３−２の周囲を囲むように処理容器１２の側壁２２に埋設されるが、開示技術はこれには限定されない。例えば、輸送孔１３−１と噴射孔１３−２とを含む２段構造に代えて、１段の噴射孔のみが処理容器１２の側壁２２に形成される構造も採用され得る。このような構造では、筒状誘電体６１は、１段の噴射孔の周囲を囲むように処理容器１２の側壁２２に埋設されてもよい。これにより、１段の噴射孔のみが処理容器１２の側壁２２に形成される構造が採用される場合であっても、圧力の増大に起因した放電を発生させることなくガスを導入することができる。
【００７４】
また、上記第３の実施形態では、板状誘電体７１は、処理容器１２の側壁２２のうち輸送孔１３−１に連通された噴射孔１３−２と誘電体部材１６とに挟まれた領域に埋設されるが、開示技術はこれには限定されない。例えば、輸送孔１３−１と噴射孔１３−２とを含む２段構造に代えて、１段の噴射孔のみが処理容器１２の側壁２２に形成される構造も採用され得る。このような構造では、板状誘電体７１は、１段の噴射孔と誘電体部材１６とに挟まれた領域に埋設されてもよい。これにより、１段の噴射孔のみが処理容器１２の側壁２２に形成される構造が採用される場合であっても、圧力の増大に起因した放電を発生させることなくガスを導入することができる。
【００７５】
また、上記第４の実施形態では、板状導電体８１は、処理容器１２の側壁２２のうち噴射孔１３−２と誘電体部材１６とに挟まれた領域から処理空間Ｓへ向けて突設されるが、開示技術はこれには限定されない。例えば、輸送孔１３−１と噴射孔１３−２とを含む２段構造に代えて、１段の噴射孔のみが処理容器１２の側壁２２に形成される構造も採用され得る。このような構造では、板状導電体８１は、１段の噴射孔と誘電体部材１６とに挟まれた領域から処理空間Ｓへ向けて突設されてもよい。これにより、１段の噴射孔のみが処理容器１２の側壁２２に形成される構造が採用される場合であっても、圧力の増大に起因した放電を発生させることなくガスを導入することができる。
【００７６】
また、上記第２〜４の実施形態では、プラズマ処理装置は、筒状誘電体６１、板状誘電体７１又は板状導電体８１を別個に備えるが、開示技術はこれには限られない。例えば、プラズマ処理装置は、筒状誘電体６１、板状誘電体７１及び板状導電体８１のうち少なくともいずれか一つを備えていてもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１１  プラズマ処理装置
１２  処理容器
１３  ガス供給部
１３−１  輸送孔
１３−２  噴射孔
１４  保持台
１５  マイクロ波発生器
１６  誘電体部材
１６ａ  対向面
１６ｂ  面
１７  スロット孔
１８  スロットアンテナ板
１９  遅波板
２０  アンテナ
２１  底部
２２  側壁
２３  排気孔
２４  Ｏリング
２６ａ  内周側スロット孔群
２６ｂ  外周側スロット孔群
２７  遅波板突出部
２８  中心
３１  同軸導波管
３２  内導体
３３  外導体
３４  隙間
３５、３８  端部
３６  外周面
３７  内周面
３９  導波管
４０  モード変換器
４１  誘電体板押さえリング
４２  アンテナ押さえ
４３  冷却板
４４  電磁遮蔽弾力体
４５  外周固定リング
４６  中心固定板
４７  冷却板突出部
４８  遅波板位置決め部
４９  受け入れ凹部
５０  内周面
５１  スタブ部材
５２  棒状部
５３  ねじ部
５４  ねじ孔
５５  先端部
６１  筒状誘電体
６１ａ  一端
６１ｂ  他端
７１  板状誘電体
７１ａ  一端
７１ｂ  他端
８１  板状導電体
【図１】
0006501493.tif 000002
【図２】
0006501493.tif 000003
【図３】
0006501493.tif 000004
【図４】
0006501493.tif 000005
【図５】
0006501493.tif 000006
【図６】
0006501493.tif 000007
【図７】
0006501493.tif 000008
【図８】
0006501493.tif 000009
【図９】
0006501493.tif 000010
【図１０】
0006501493.tif 000011
【図１１】
0006501493.tif 000012
【図１２】
0006501493.tif 000013
【図１３】
0006501493.tif 000014
【図１４】
0006501493.tif 000015
【図１５】
0006501493.tif 000016