(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理装置のチャンバ内にマイクロ波を放射して表面波プラズマを形成するマイクロ波プラズマ源であって、
前記チャンバの天壁に設けられ、前記チャンバ内にマイクロ波を放射する複数のマイクロ波放射機構と、
前記複数のマイクロ波放射機構のマイクロ波放射面から前記チャンバ内へマイクロ波を放射した際にプラズマが生成される領域となる前記マイクロ波放射面の直下の領域に設けられた、多数の孔を有し、接地電位に設定された導電性材料からなる多孔板と
を有し、
前記マイクロ波放射面と前記多孔板の上面との距離が２〜３０ｍｍの範囲内であり、
前記多孔板は、前記マイクロ波放射機構からマイクロ波が放射された際に、前記マイクロ波放射面の直下に形成される表面波を、前記マイクロ波放射面と前記多孔板とで囲まれた空間に閉じ込め、前記空間に生成されるプラズマの電力吸収効率を高く維持する機能を有し、
前記空間を、前記複数のマイクロ波放射機構のうち少なくとも一つのマイクロ波放射機構に対応する空間と、他のマイクロ波放射機構に対応する空間とに区画し、前記多孔板と電気的に導通する導電性材料からなる区画壁をさらに有することを特徴とするマイクロ波プラズマ源。
【請求項２】
前記空間の前記チャンバ側面に対応する部分に設けられた絶縁性被覆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源。
【請求項３】
前記多孔板の上面に絶縁性被覆を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマイクロ波プラズマ源。
【請求項４】
前記マイクロ波放射機構は、前記チャンバの天壁の中心部に一つ、周縁部に複数配置されており、前記区画壁は、前記空間を、前記中心部のマイクロ波放射機構に対応する空間と、前記周縁部のマイクロ波放射機構に対応する空間とに区画することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のマイクロ波プラズマ源。
【請求項５】
前記区画壁は、前記空間を、全てのマイクロ波放射機構に対応する空間に区画することを特徴とする請求項請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のマイクロ波プラズマ源。
【請求項６】
前記区画壁は、電界波形が通過しない大きさの多数の孔を有する多孔構造であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のマイクロ波プラズマ源。
【請求項７】
前記孔の孔径ｄは、マイクロ波の周波数をｆとすると、２．５８×１０９／ｆ以下であることを特徴とする請求項６に記載のマイクロ波プラズマ源。
【請求項８】
被処理基板を収容するチャンバと、
前記チャンバ内で被処理体を載置する載置台と、
前記チャンバ内にガスを供給するガス供給機構と、
前記チャンバ内にマイクロ波を放射して表面波プラズマを形成するマイクロ波プラズマ源と
を具備し、前記表面波プラズマにより被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
前記マイクロ波プラズマ源は、
前記チャンバの天壁に設けられ、前記チャンバ内にマイクロ波を放射する複数のマイクロ波放射機構と、
前記複数のマイクロ波放射機構のマイクロ波放射面から前記チャンバ内へマイクロ波を放射した際にプラズマが生成される領域となる前記マイクロ波放射面の直下の領域に設けられた、多数の孔を有し、接地電位に設定された導電性材料からなる多孔板と
を有し、
前記マイクロ波放射面と前記多孔板の上面との距離が２〜３０ｍｍの範囲内であり、
前記多孔板は、前記マイクロ波放射機構からマイクロ波が放射された際に、前記マイクロ波放射面の直下に形成される表面波を、前記マイクロ波放射面と前記多孔板とで囲まれた空間に閉じ込め、前記空間に生成されるプラズマの電力吸収効率を高く維持する機能を有し、
前記空間を、前記複数のマイクロ波放射機構のうち少なくとも一つのマイクロ波放射機構に対応する空間と、他のマイクロ波放射機構に対応する空間とに区画し、前記多孔板と電気的に導通する導電性材料からなる区画壁をさらに有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記空間の前記チャンバ側面に対応する部分に設けられた絶縁性被覆を有することを特徴とする請求項８に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記多孔板の上面に絶縁性被覆を有することを特徴とする請求項８または請求項９に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記マイクロ波放射機構は、前記チャンバの天壁の中心部に一つ、周縁部に複数配置されており、前記区画壁は、前記空間を、前記中心部のマイクロ波放射機構に対応する空間と、前記周縁部のマイクロ波放射機構に対応する空間とに区画することを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記区画壁は、前記空間を、全てのマイクロ波放射機構に対応する空間に区画することを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記区画壁は、電界波形が通過しない大きさの多数の孔を有する多孔構造であることを特徴とする請求項８から請求項１２のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記孔の孔径ｄは、マイクロ波の周波数をｆとすると、２．５８×１０９／ｆ以下であることを特徴とする請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記ガス供給機構は、前記チャンバの天壁に設けられた、第１のガスを導入する第１のガス導入部と、前記多孔板と前記載置台との間にプラズマ処理に用いる第２のガスを導入する第２のガス導入部とを有することを特徴とする請求項８から請求項１４のいずれか１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、マイクロ波プラズマ源およびそれを用い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が、近時、ＬＳＩの高集積化、高速化の要請からＬＳＩを構成する半導体素子のデザインルールが益々微細化され、また、半導体ウエハが大型化されており、それにともなって、プラズマ処理装置においてもこのような微細化および大型化に対応するものが求められている。
【０００３】
ところが、従来から多用されてきた平行平板型や誘導結合型のプラズマ処理装置では、大型の半導体ウエハを均一かつ高速にプラズマ処理することは困難である。
【０００４】
そこで、高密度で低電子温度の表面波プラズマを均一に形成することができるＲＬＳＡ（登録商標）マイクロ波プラズマ処理装置が注目されている（例えば特許文献１）。
【０００５】
ＲＬＳＡ（登録商標）マイクロ波プラズマ処理装置は、表面波プラズマを発生させるためのマイクロ波を放射するマイクロ波放射アンテナとしてチャンバの上部に所定のパターンで複数のスロットが形成された平面スロットアンテナであるラジアルラインスロットアンテナを設け、マイクロ波発生源から導かれたマイクロ波を、アンテナのスロットから放射させるとともに、その下に設けられた誘電体からなるマイクロ波透過板を介して真空に保持されたチャンバ内に放射し、このマイクロ波電界によりチャンバ内で表面波プラズマを生成し、これにより半導体ウエハ等の被処理体を処理するものである。
【０００６】
このようなＲＬＳＡ（登録商標）マイクロ波プラズマ装置において、プラズマ分布を調整する場合、スロット形状およびパターン等が異なる複数のアンテナを用意しておき、アンテナを交換する必要があり、極めて煩雑である。
【０００７】
これに対し、特許文献２には、マイクロ波を複数に分配し、上記のような平面アンテナとインピーダンス整合を行うチューナとを有しマイクロ波をチャンバ内に放射するマイクロ波放射機構を複数設け、それらから放射されたマイクロ波をチャンバ内に導いてチャンバ内で空間合成するプラズマ源が開示されている。
【０００８】
このように複数のマイクロ波放射機構を用いてマイクロ波を空間合成することにより、各マイクロ波放射機構から放射されるマイクロ波の位相や強度を個別に調整することができ、プラズマ分布の調整を比較的容易に行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−２９４５５０号公報
【特許文献２】国際公開第２００８／０１３１１２号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、特許文献２の技術のように、複数のマイクロ波放射機構からチャンバ内にマイクロ波を放射してマイクロ波を空間合成する場合、実際のプロセス条件において、異常放電が発生し、プラズマが安定しない現象が生じることがある。また、プラズマ着火性が低下し、着火電力が大きくなる場合もある。
【００１１】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、マイクロ波放射機構を複数有しても、広いプロセス条件で異常放電が発生し難く、プラズマ着火性が良好なマイクロ波プラズマ源およびそれを用いたプラズマ処理装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点は、プラズマ処理装置のチャンバ内にマイクロ波を放射して表面波プラズマを形成するマイクロ波プラズマ源であって、前記チャンバの天壁に設けられ、前記チャンバ内にマイクロ波を放射する複数のマイクロ波放射機構と、前記複数のマイクロ波放射機構のマイクロ波放射面から前記チャンバ内へマイクロ波を放射した際にプラズマが生成される領域となる前記マイクロ波放射面の直下の領域に設けられた、多数の孔を有し、接地電位に設定された導電性材料からなる多孔板とを有し、前記マイクロ波放射面と前記多孔板の上面との距離が２〜３０ｍｍの範囲内であり、前記多孔板は、前記マイクロ波放射機構からマイクロ波が放射された際に、前記マイクロ波放射面の直下に形成される表面波を、前記マイクロ波放射面と前記多孔板とで囲まれた空間に閉じ込め、前記空間に生成されるプラズマの電力吸収効率を高く維持する機能を有し、前記空間を、前記複数のマイクロ波放射機構のうち少なくとも一つのマイクロ波放射機構に対応する空間と、他のマイクロ波放射機構に対応する空間とに区画し、前記多孔板と電気的に導通する導電性材料からなる区画壁をさらに有することを特徴とするマイクロ波プラズマ源を提供する。
【００１３】
本発明の第２の観点は、被処理基板を収容するチャンバと、前記チャンバ内で被処理体を載置する載置台と、前記チャンバ内にガスを供給するガス供給機構と、前記チャンバ内にマイクロ波を放射して表面波プラズマを形成するマイクロ波プラズマ源とを具備し、前記表面波プラズマにより被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、前記マイクロ波プラズマ源は、前記チャンバの天壁に設けられ、前記チャンバ内にマイクロ波を放射する複数のマイクロ波放射機構と、前記複数のマイクロ波放射機構のマイクロ波放射面から前記チャンバ内へマイクロ波を放射した際にプラズマが生成される領域となる前記マイクロ波放射面の直下の領域に設けられた、多数の孔を有し、接地電位に設定された導電性材料からなる多孔板とを有し、前記マイクロ波放射面と前記多孔板の上面との距離が２〜３０ｍｍの範囲内であり、前記多孔板は、前記マイクロ波放射機構からマイクロ波が放射された際に、前記マイクロ波放射面の直下に形成される表面波を、前記マイクロ波放射面と前記多孔板とで囲まれた空間に閉じ込め、前記空間に生成されるプラズマの電力吸収効率を高く維持する機能を有し、前記空間を、前記複数のマイクロ波放射機構のうち少なくとも一つのマイクロ波放射機構に対応する空間と、他のマイクロ波放射機構に対応する空間とに区画し、前記多孔板と電気的に導通する導電性材料からなる区画壁をさらに有することを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。
【００１５】
前記空間の前記チャンバ側面に対応する部分に設けられた絶縁性被覆を有することが好ましい。また、前記多孔板の上面に絶縁性被覆を有することが好ましい。これらの絶縁性被覆はいずれか一つでも両方でもよい。
【００１７】
前記マイクロ波放射機構は、前記チャンバの天壁の中心部に一つ、周縁部に複数配置されており、前記区画壁は、前記空間を、前記中心部のマイクロ波放射機構に対応する空間と、前記周縁部のマイクロ波放射機構に対応する空間とに区画する構成をとることができる。また、前記区画壁は、前記空間を、全てのマイクロ波放射機構に対応する空間に区画するものであってもよい。さらに、前記区画壁は、電界波形が通過しない大きさの多数の孔を有する多孔構造であってもよい。この場合に、前記孔の孔径ｄは、マイクロ波の周波数をｆとすると、２．５８×１０９／ｆ以下であることが好ましい。
【００１８】
上記プラズマ処理装置において、前記ガス供給機構は、前記チャンバの天壁に設けられた、第１のガスを導入する第１のガス導入部と、前記多孔板と前記載置台との間にプラズマ処理に用いる第２のガスを導入する第２のガス導入部とを有する構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、マイクロ波放射面の直下の領域に接地電位に設定された多孔板を設けたので、マイクロ波放射機構からマイクロ波を放射した際に、マイクロ波放射面と多孔板とで形成される空間がプラズマが生成される領域となる。このとき、マイクロ波放射面直下に形成された表面波がマイクロ波放射面と多孔板とで形成される空間に閉じ込められる。このため、その空間中ではプラズマの電力吸収効率を高く維持することができる。したがって、マイクロ波放射面と多孔板とで形成される空間中で安定した放電が生じやすくなり、異常放電を生じ難くすることができる。また、このようにマイクロ波放射面と多孔板とで形成される空間に表面波を閉じ込めてプラズマの電力吸収効率を高く維持することにより、プラズマの着火電力を小さくしてプラズマの着火性を良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１のプラズマ処理装置に用いられるマイクロ波プラズマ源の構成を示すブロック図である。
【図３】図１のプラズマ処理装置に用いられるマイクロ波プラズマ源におけるマイクロ波放射機構の配置を模式的に示す平面図である。
【図４】図１のプラズマ処理装置のマイクロ波プラズマ源におけるマイクロ波放射板およびマイクロ波放射機構を示す断面図である。
【図５】電磁界シミュレーションにより求めたマイクロ波放射面からの距離Ｚと電界強度との関係を示す図である。
【図６】マイクロ波放射板の外周壁内側および多孔板の上面に絶縁性被覆を設けた状態を示す図である。
【図７】マイクロ波放射機構を示す断面図である。
【図８】マイクロ波放射機構の給電機構を示す図７のＡＡ′線による横断面図である。
【図９】マイクロ波放射機構におけるスラグと滑り部材を示す図７のＢＢ′線による横断面図である。
【図１０】多孔板を用いた図１に示すプラズマ処理装置と、多孔板なしのプラズマ処理装置を用い、マイクロ波パワーとチャンバ内の圧力を変化させて表面波プラズマを形成した場合の異常放電の有無を示した図であり、（ａ）は多孔板ありの場合、（ｂ）は多孔板なしの場合である。
【図１１】多孔板を用いた図１に示すプラズマ処理装置と、多孔板なしのプラズマ処理装置を用い、チャンバ内圧力を変化させた際の着火電力（プラズマが着火する電力）を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図１３】図１２のプラズマ処理装置のＣＣ′線による断面図である。
【図１４】区画壁を設けない図１のプラズマ処理装置および区画壁を設けた図１２のプラズマ処理装置を用いて、中心のマイクロ波放射機構のみをパワーオンにした場合および周縁の６本のマイクロ波放射機構のみをパワーオンにした場合についてチャンバ径方向の電子密度分布を評価した結果を示す図である。
【図１５】区画壁の他の配置を示す断面図である。
【図１６】マイクロ波放射機構の他の配置例を示す図である。
【図１７】図１６のマイクロ波放射機構に区画壁を設けた例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２２】
＜第１の実施形態＞
最初に第１の実施形態について説明する。
【００２３】
（プラズマ処理装置の構成）
図１は本発明の第１の実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図であり、図２は図１のプラズマ処理装置に用いられるマイクロ波プラズマ源の構成を示すブロック図、図３は図１のプラズマ処理装置に用いられるマイクロ波プラズマ源におけるマイクロ波放射機構の配置を模式的に示す平面図である。
【００２４】
プラズマ処理装置１００は、マイクロ波により表面波プラズマを形成してウエハに対して所定のプラズマ処理を行うものである。プラズマ処理としては、成膜処理またはエッチング処理が例示される。
【００２５】
プラズマ処理装置１００は、気密に構成されたアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属材料からなる略円筒状の接地されたチャンバ１と、チャンバ１内にマイクロ波を導入して表面波プラズマを形成するためのマイクロ波プラズマ源２とを有している。チャンバ１の上部には開口部１ａが形成されており、マイクロ波プラズマ源２はこの開口部１ａからチャンバ１の内部に臨むように設けられている。
【００２６】
また、プラズマ処理装置１００は、マイクロプロセッサを備えた全体制御部３を有している。全体制御部３は、プラズマ処理装置１００の各部を制御するようになっている。全体制御部３はプラズマ処理装置１００のプロセスシーケンスおよび制御パラメータであるプロセスレシピを記憶した記憶部や、入力手段およびディスプレイ等を備えており、選択されたプロセスレシピに従って所定の制御を行うことが可能である。
【００２７】
チャンバ１内には被処理体である半導体ウエハＷ（以下ウエハＷと記述する）を水平に支持するためのサセプタ（載置台）１１が、チャンバ１の底部中央に絶縁部材１２ａを介して立設された筒状の支持部材１２により支持された状態で設けられている。サセプタ１１および支持部材１２を構成する材料としては、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の金属や内部に高周波用の電極を有した絶縁性部材（セラミックス等）が例示される。
【００２８】
また、図示はしていないが、サセプタ１１には、ウエハＷを静電吸着するための静電チャック、温度制御機構、ウエハＷの裏面に熱伝達用のガスを供給するガス流路、およびウエハＷを搬送するために昇降する昇降ピン等が設けられている。さらに、サセプタ１１には、整合器１３を介して高周波バイアス電源１４が電気的に接続されている。この高周波バイアス電源１４からサセプタ１１に高周波電力が供給されることにより、ウエハＷ側にプラズマ中のイオンが引き込まれる。なお、高周波バイアス電源１４はプラズマ処理の特性によっては設けなくてもよい。この場合は、サセプタ１１としてＡｌＮのようなセラミックス等からなる絶縁性部材を用いても電極は不要である。
【００２９】
チャンバ１の底部には排気管１５が接続されており、この排気管１５には真空ポンプを含む排気装置１６が接続されている。そしてこの排気装置１６を作動させることによりチャンバ１内が排気され、チャンバ１内を所定の真空度まで高速に減圧することが可能となっている。また、チャンバ１の側壁には、ウエハＷの搬入出を行うための搬入出口１７と、この搬入出口１７を開閉するゲートバルブ１８とが設けられている。
【００３０】
マイクロ波プラズマ源２は、複数経路に分配してマイクロ波を出力するマイクロ波出力部３０と、マイクロ波出力部３０から出力されたマイクロ波を伝送しマイクロ波をチャンバ１内に放射するマイクロ波伝送・放射部４０と、チャンバ１の天壁を構成するとともにマイクロ波放射面を有するマイクロ波放射板５０と、マイクロ波放射板５０の直下位置に、マイクロ波放射板５０と対向するように設けられた多孔板１５１とを有する。多孔板１５１は導電性材料からなり、多数の孔１５１ａを有しており、チャンバ１の側壁に支持されるとともに接地されている。マイクロ波放射面となるマイクロ波放射板５０の下面と多孔板１５１の上面との間には後述するような微小な空間１５２が形成されている。
【００３１】
マイクロ波放射板５０には、シャワー構造の第１ガス導入部２１が設けられている。第１ガス導入部２１には、第１ガス供給源２２から、プラズマ生成用のガス、例えばＡｒガスや、高エネルギーで分解させたいガス、例えばＯ２ガスやＮ２ガス等の第１のガスが供給され、第１ガス導入部２１から第１のガスがチャンバ１内に導入されるようになっている。
【００３２】
また、チャンバ１内の多孔板１５１の下方でかつサセプタ１１の上方の位置には円環状をなす第２ガス導入部２３が設けられている。この第２ガス導入部２３には、第２ガス供給源２４から、成膜処理やエッチング処理等のプラズマ処理の際に、極力分解させずに供給したい処理ガス、例えばＳｉＨ４ガスやＣ５Ｆ８ガス等の第２の処理ガスが供給されるようになっている。第１ガス供給源２２および第２ガス供給源２４から供給されるガスとしては、プラズマ処理の内容に応じた種々のガスを用いることができる。
【００３３】
次に、マイクロ波プラズマ源２の詳細な構造について説明する。
マイクロ波プラズマ源２は、上述したように、マイクロ波出力部３０と、マイクロ波伝送・放射部４０と、マイクロ波放射板５０と、多孔板１５１とを有する。
【００３４】
図２に示すように、マイクロ波出力部３０は、マイクロ波電源３１と、マイクロ波発振器３２と、発振されたマイクロ波を増幅するアンプ３３と、増幅されたマイクロ波を複数に分配する分配器３４とを有している。
【００３５】
マイクロ波発振器３２は、所定周波数（例えば、８６０ＭＨｚ）のマイクロ波を例えばＰＬＬ発振させる。分配器３４では、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３３で増幅されたマイクロ波を分配する。なお、マイクロ波の周波数としては、８６０ＭＨｚの他に、９１５ＭＨｚ等、７００ＭＨｚから３ＧＨｚの範囲の種々の周波数を用いることができる。
【００３６】
マイクロ波伝送・放射部４０は、分配器３４にて分配されたマイクロ波を主に増幅する複数のアンプ部４２と、アンプ部４２に対応して設けられた複数のマイクロ波放射機構４３とを有する。図３に示すように、マイクロ波伝送・放射部４０は、アンプ部４２とマイクロ波放射機構４３とを７個ずつ有している。７個のマイクロ波導入機構４３は、周縁部に円周状に６個およびそれらの中心部に１個、円形をなすマイクロ波放射板５０に設けられている。
【００３７】
マイクロ波伝送・放射部４０のアンプ部４２は、図２に示すように、分配器３４にて分配されたマイクロ波を増幅して各マイクロ波放射機構４３に導く。アンプ部４２は、位相器４６と、可変ゲインアンプ４７と、ソリッドステートアンプを構成するメインアンプ４８と、アイソレータ４９とを有している。
【００３８】
位相器４６は、マイクロ波の位相を変化させることができるように構成されており、これを調整することにより放射特性を変調させることができる。例えば、マイクロ波放射機構毎に位相を調整することにより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。また、隣り合うマイクロ波放射機構において９０°ずつ位相をずらすようにして円偏波を得ることができる。また、位相器４６は、アンプ内の部品間の遅延特性を調整し、マイクロ波放射機構内での空間合成を目的として使用することができる。ただし、このような放射特性の変調やアンプ内の部品間の遅延特性の調整が不要な場合には位相器４６は設ける必要はない。
【００３９】
可変ゲインアンプ４７は、メインアンプ４８へ入力するマイクロ波の電力レベルを調整し、プラズマ強度調整するためのアンプである。可変ゲインアンプ４７を各アンテナモジュール毎に変化させることによって、発生するプラズマに分布を生じさせることもできる。
【００４０】
ソリッドステートアンプを構成するメインアンプ４８は、例えば、入力整合回路と、半導体増幅素子と、出力整合回路と、高Ｑ共振回路とを有する構成とすることができる。
【００４１】
アイソレータ４９は、後述するスロットアンテナで反射してメインアンプ４８に向かう反射マイクロ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、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反射マイクロ波を熱に変換する。
【００４２】
図４に示すように、マイクロ波放射機構４３はチューナ６０を有している。チューナ６０は、アンプ部４２から給電されたマイクロ波を伝送するとともにインピーダンスを整合する機能を有している。チューナ６０はマイクロ波放射板５０の上面に取り付けられている。
【００４３】
マイクロ波放射板５０は、金属製の本体部１２０を有しており、その上面および下面にそれぞれ、マイクロ波放射機構４３の一部を構成する遅波材１２１とマイクロ波透過部材１２２が嵌め込まれている。遅波材１２１およびマイクロ波透過部材１２２は誘電体からなり、円板状をなしており、各チューナ６０に対応する位置に設けられている。本体部１２０の遅波材１２１とマイクロ波透過部材１２２との間の部分にはスロット１２３が形成されており、マイクロ波放射機構４３の一部である平面状のスロットアンテナ１２４を構成している。
【００４４】
遅波材１２１は、真空よりも大きい誘電率を有しており、例えば、石英、セラミックス、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂やポリイミド系樹脂により構成されており、真空中ではマイクロ波の波長が長くなることから、マイクロ波の波長を短くしてアンテナを小さくする機能を有している。
【００４５】
マイクロ波透過部材１２２は、マイクロ波を透過する材料である誘電体材料で構成されており、周方向に均一な表面波プラズマを形成する機能を有している。マイクロ波透過部材１２２は、遅波材１２１と同様、例えば、石英、セラミックス、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂やポリイミド系樹脂により構成することができる。
【００４６】
スロット１２３は、図４に示すように、本体部１２０の遅波材１２１に接する上面位置からマイクロ波透過部材１２２に接する下面位置まで貫通して設けられており、所望のマイクロ波放射特性になるような形状、例えば円弧状や円周状をなしている。本体部１２０とマイクロ波透過部材１２２との間のスロット１２３の周囲部分は、シールリング（図示せず）によりシールされており、マイクロ波透過部材１２２がスロット１２３を覆って密閉し、真空シールとして機能する。
【００４７】
スロット１２３内は真空であってもよいが、誘電体が充填されていることが好ましい。スロット１２３に誘電体を充填することにより、マイクロ波の実効波長が短くなり、スロットの厚さを薄くすることができる。スロット１２３に充填する誘電体としては、例えば、石英、セラミックス、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂やポリイミド系樹脂を用いることができる。
【００４８】
マイクロ波放射板５０の本体部１２０には、上述した第１ガス導入部２１が設けられている。第１ガス導入部２１は、中心のマイクロ波放射機構４３の周囲に環状に設けられた内側ガス拡散空間１４１と、内側ガス拡散空間１４１の外側でかつ周辺のマイクロ波放射機構４３の配置領域の内側に環状に設けられた中間ガス拡散空間１４２と、周辺のマイクロ波放射機構４３の配置領域の外周部分に環状に設けられた外側ガス拡散空間１４３とが同心円状に形成されている。内側ガス拡散空間１４１の上面には、本体部１２０の上面から繋がるガス導入孔１４４が形成されており、内側ガス拡散空間１４１の下面には、本体部１２０の下面に至る複数のガス吐出孔１４５が形成されている。一方、中間ガス拡散空間１４２の上面には、本体部１２０の上面から繋がるガス導入孔１４６が形成されており、中間ガス拡散空間１４２の下面には、本体部１２０の下面に至る複数のガス吐出孔１４７が形成されている。さらに、外側ガス拡散空間１４３の上面には、本体部１２０の上面から繋がるガス導入孔１４８が形成されており、外側ガス拡散空間１４３の下面には、本体部１２０の下面に至る複数のガス吐出孔１４９が形成されている。ガス導入孔１４４、１４６および１４８には、第１ガス供給源２２からの第１のガスを供給するためのガス供給配管１１１が接続されている。
【００４９】
本体部１２０を構成する金属としては、アルミニウムや銅のような熱伝導率の高い金属が好ましい。
【００５０】
チューナ６０をＴＥＭ波として伝送されたマイクロ波は、マイクロ波放射板５０の内部に導入され、遅波材１２１を透過した後、スロットアンテナ１２４のスロット１２３に伝送されてＴＥ波にモード変換され、さらにマイクロ波透過部材１２２を透過してチャンバ１内に放射され、マイクロ波透過部材１２２の表面に表面波が形成される。この表面波により第１ガス導入部２１からチャンバ１内に導入された第１のガスがプラズマ化され、チャンバ１の空間に表面波プラズマが生成される。したがって、マイクロ波透過部材１２２の下面がマイクロ波放射面となる。マイクロ波放射板５０の本体部１２０の下面はマイクロ波透過部材１２２の下面と同一平面を形成しており、マイクロ波放射板５０の下面がマイクロ波放射面を有している。
【００５１】
このとき、マイクロ波放射面からマイクロ波が放射された際のチャンバ１内の電界強度は、マイクロ波放射面であるマイクロ波透過部材１２２の下面位置で最も大きく、マイクロ波放射面から離れるほど急激に小さくなる。すなわち、マイクロ波放射面を含むマイクロ波放射板５０の直下部分が、マイクロ波が放射されたときに高電界領域が形成される高電界形成領域となる。
【００５２】
マイクロ波放射板５０の直下に設けられた多孔板１５１は、このような高電界形成領域に配置されている。マイクロ波放射板５０は、マイクロ波放射面を含む下面の周囲に下方に延びるチャンバ１の側壁の一部を構成する外周壁を有しており、多孔板１５１はマイクロ波放射板５０の外周壁とチャンバ１の側壁部との間に取り付けられている。そして、マイクロ波放射板５０と多孔板１５１とで空間１５２が形成される。マイクロ波放射機構４３からマイクロ波が放射された際に空間１５２が高電界領域となり、空間１５２にプラズマが形成される。すなわち、空間１５２はプラズマ生成空間となる。
【００５３】
多孔板１５１は、接地電位に設定されており、マイクロ波放射機構４３のマイクロ波放射面からマイクロ波が放射された際にマイクロ波放射面の直下に形成される表面波を高電界領域となる空間１５２に閉じ込めてプラズマの電力吸収効率を高く維持する機能を有している。このように表面波を空間１５２に閉じ込めてプラズマの電力吸収効率を高く維持すことにより、その領域で安定した放電が生じやすくなり、異常放電を生じ難くすることができるとともに、プラズマの着火性を良好にすることができる。多孔板１５１を構成する導電性材料としては、アルミニウムや銅等の電気伝導性の良好な金属を好適に用いることができる。また、多孔板１５１の厚さは１０〜３０ｍｍ程度が好ましく、多孔板１５１の孔１５１ａの孔径は１０〜２０ｍｍ程度が好ましい。
【００５４】
多孔板１５１の上記機能を有効に発揮するためには、マイクロ波放射面から多孔板１５１の上面までの距離が２〜３０ｍｍが好ましく、２〜２０ｍｍがより好ましい。図５は、電磁界シミュレーションにより求めたマイクロ波放射面からの距離Ｚと電界強度との関係を示す図であるが、距離Ｚが３０ｍｍ以下、好ましくは２０ｍｍ以下の領域で高電界強度が得られることがわかる。一方、マイクロ波放射面から多孔板１５１の上面までの距離が近すぎても上記効果が有効に発揮されないおそれがあり、その点からマイクロ波放射面から多孔板１５１の上面までの距離の好ましい範囲を２ｍｍ以上とした。
【００５５】
プラズマ生成空間となる空間１５２は、マイクロ波放射面を含むマイクロ波放射板５０と多孔板１５１の上面とで囲まれているが、プラズマ生成空間の側面および底面の金属部分によりプラズマ中のラジカルが消失する可能性がある。このようなことを回避するためには、図６に示すように、プラズマ生成空間である空間１５２のチャンバ側面に対応するマイクロ波放射板５０の外周壁内側に絶縁性被覆１５３を設けること、および、プラズマ生成空間の下面を構成する多孔板１５１の上面に絶縁性被覆１５４を設けることが好ましい。絶縁性被覆１５３および１５４は、溶射等により形成された誘電体皮膜であってもよいし、石英板等の板状のものであってもよい。なお、図６に示すように絶縁性被覆１５３および１５４を両方設けてもよいが、これらのいずれか一方のみでもよい。
【００５６】
次に、マイクロ波放射機構の詳細な構成について説明する。
図７はマイクロ波放射機構４３を示す断面図、図８はマイクロ波放射機構４３の給電機構を示す図７のＡＡ′線による横断面図、図９はマイクロ波放射機構４３におけるスラグと滑り部材を示す図７のＢＢ′線による横断面図である。
【００５７】
上述したように、マイクロ波放射機構４３は、チューナ６０を有している。チューナ６０は、筒状の外側導体５２およびその中心に設けられた筒状の内側導体５３が同軸状に配置されてなるマイクロ波伝送路４４と、外側導体５２と内側導体５３との間を上下に移動する第１スラグ６１ａ、第２スラグ６１ｂとを有している。第１スラグ６１ａは上側に設けられ、第２スラグ６１ｂは下側に設けられている。そして、内側導体５３が給電側、外側導体５２が接地側となっている。外側導体５２および内側導体５３の上端は反射板５８となっており、下端はスロットアンテナ部１２４に接続されている。第１スラグ６１ａおよび第２スラグ６１ｂを移動させることにより、チャンバ１内の負荷（プラズマ）のインピーダンスをマイクロ波出力部３０におけるマイクロ波電源の特性インピーダンスに整合させる機能を有する。
【００５８】
マイクロ波伝送路４４の基端側には、アンプ部４２からのマイクロ波（電磁波）を給電する給電機構５４が設けられている。給電機構５４は、マイクロ波伝送路４４（外側導体５２）の側面に設けられたマイクロ波電力を導入するためのマイクロ波電力導入ポート５５を有している。マイクロ波電力導入ポート５５には、アンプ部４２から増幅されたマイクロ波を供給するための給電線として、内側導体５６ａおよび外側導体５６ｂからなる同軸線路５６が接続されている。そして、同軸線路５６の内側導体５６ａの先端には、外側導体５２の内部に向けて水平に伸びる給電アンテナ９０が接続されている。
【００５９】
給電アンテナ９０は、例えば、アルミニウム等の金属板を削り出し加工した後、テフロン（登録商標）等の誘電体部材の型にはめて形成される。反射板５８から給電アンテナ９０までの間には、反射波の実効波長を短くするためのテフロン（登録商標）等の誘電体からなる遅波材５９が設けられている。このとき、給電アンテナ９０から反射板５８までの距離を最適化し、給電アンテナ９０から放射される電磁波を反射板５８で反射させることで、最大の電磁波を同軸構造のマイクロ波伝送路４４内に伝送させる。
【００６０】
給電アンテナ９０は、図８に示すように、マイクロ波電力導入ポート５５において同軸線路５６の内側導体５６ａに接続され、電磁波が供給される第１の極９２および供給された電磁波を放射する第２の極９３を有するアンテナ体９１と、アンテナ体９１の両側から、内側導体５３の外側に沿って延び、リング状をなす反射部９４とを有し、アンテナ体９１に入射された電磁波と反射部９４で反射された電磁波とで定在波を形成するように構成されている。アンテナ体９１の第２の極９３は内側導体５３に接触している。
【００６１】
給電アンテナ９０からマイクロ波（電磁波）が放射されることにより、外側導体５２と内側導体５３との間の空間にマイクロ波電力が給電される。そして、給電機構５４からに供給されたマイクロ波電力がスロットアンテナ１２４に向かって伝播する。
【００６２】
内側導体５３の内部空間には、その長手方向に沿って例えば台形ネジが形成された螺棒からなるスラグ移動用の２本のスラグ移動軸６４ａ，６４ｂが設けられている。
【００６３】
図９に示すように、第１スラグ６１ａは、誘電体からなる円環状をなし、その内側に滑り性を有する樹脂からなる滑り部材６３が嵌め込まれている。滑り部材６３にはスラグ移動軸６４ａが螺合するねじ穴６５ａとスラグ移動軸６４ｂが挿通される通し穴６５ｂが設けられている。一方、第２スラグ６１ｂも同様に、ねじ穴６５ａと通し穴６５ｂとを有しているが、スラグ６１ａとは逆に、ねじ穴６５ａはスラグ移動軸６４ｂに螺合され、通し穴６５ｂにはスラグ移動軸６４ａが挿通されるようになっている。これによりスラグ移動軸６４ａを回転させることにより第１スラグ６１ａが昇降移動し、スラグ移動軸６４ｂを回転させることにより第２スラグ６１ｂが昇降移動する。すなわち、スラグ移動軸６４ａ，６４ｂと滑り部材６３とからなるねじ機構により第１スラグ６１ａおよび第２スラグ６１ｂが昇降移動される。
【００６４】
内側導体５３には長手方向に沿って等間隔に３つのスリット５３ａが形成されている。一方、滑り部材６３は、これらスリット５３ａに対応するように３つの突出部６３ａが等間隔に設けられている。そして、これら突出部６３ａが第１スラグ６１ａおよび第２スラグ６１ｂの内周に当接した状態で滑り部材６３が第１スラグ６１ａおよび第２スラグ６１ｂの内部に嵌め込まれる。滑り部材６３の外周面は、内側導体５３の内周面と遊びなく接触するようになっており、スラグ移動軸６４ａ，６４ｂが回転されることにより、滑り部材６３が内側導体５３を滑って昇降するようになっている。すなわち内側導体５３の内周面が第１スラグ６１ａおよび第２スラグ６１ｂの滑りガイドとして機能する。
【００６５】
上記スラグ移動軸６４ａ，６４ｂは、反射板５８を貫通してスラグ駆動部７０に延びている。スラグ移動軸６４ａ，６４ｂと反射板５８との間にはベアリング（図示せず）が設けられている。
【００６６】
スラグ駆動部７０は筐体７１を有し、スラグ移動軸６４ａおよび６４ｂは筐体７１内に延びており、スラグ移動軸６４ａおよび６４ｂの上端には、それぞれ歯車７２ａおよび７２ｂが取り付けられている。また、スラグ駆動部７０には、スラグ移動軸６４ａを回転させるモータ７３ａと、スラグ移動軸６４ｂを回転させるモータ７３ｂが設けられている。モータ７３ａの軸には歯車７４ａが取り付けられ、モータ７３ｂの軸には歯車７４ｂが取り付けられており、歯車７４ａが歯車７２ａに噛合し、歯車７４ｂが歯車７２ｂに噛合するようになっている。したがって、モータ７３ａにより歯車７４ａおよび７２ａを介してスラグ移動軸６４ａが回転され、モータ７３ｂにより歯車７４ｂおよび７２ｂを介してスラグ移動軸６４ｂが回転される。なお、モータ７３ａ，７３ｂとしては例えばステッピングモータが用いられる。
【００６７】
なお、スラグ移動軸６４ｂはスラグ移動軸６４ａよりも長く、より上方に達しており、したがって、歯車７２ａおよび７２ｂの位置が上下にオフセットしており、モータ７３ａおよび７３ｂも上下にオフセットしている。このため、モータおよび歯車等の動力伝達機構のスペースが小さくすることができる。モータ７３ａおよび７３ｂの上には、これらの出力軸に直結するように、それぞれスラグ６１ａおよび６１ｂの位置を検出するためのエンコーダ７５ａおよび７５ｂが設けられている。
【００６８】
第１スラグ６１ａおよび第２スラグ６１ｂの位置は、スラグコントローラ６８により制御される。具体的には、図示しないインピーダンス検出器により検出された入力端のインピーダンス値と、エンコーダ７５ａおよび７５ｂにより検知された第１スラグ６１ａおよび第２スラグ６１ｂの位置情報に基づいて、スラグコントローラ６８がモータ７３ａおよび７３ｂに制御信号を送り、第１スラグ６１ａおよび第２スラグ６１ｂの位置を制御することにより、インピーダンスを調整するようになっている。スラグコントローラ６８は、終端が５０Ωになるようにインピーダンス整合を実行させる。２つのスラグのうち一方のみを動かすと、スミスチャートの原点を通る軌跡を描き、両方同時に動かすと位相のみが回転する。
【００６９】
マイクロ波伝送路４４の先端部には、インピーダンス調整部材１４０が設けられている。インピーダンス調整部材１４０は、誘電体で構成することができ、その誘電率によりマイクロ波伝送路４４のインピーダンスを調整するようになっている。マイクロ波伝送路４４の先端の底板６７には円柱部材８２が設けられており、この円柱部材８２がスロットアンテナ部１２４に接続されている。遅波材１２１は、その厚さによりマイクロ波の位相を調整することができ、スロットアンテナ部１２４の上面（マイクロ波放射面）が定在波の「はら」になるようにその厚さが調整される。これにより、反射が最小で、マイクロ波の放射エネルギーが最大となるようにすることができる。
【００７０】
本実施形態において、メインアンプ４８と、チューナ６０と、スロットアンテナ部１２４とは近接配置している。そして、チューナ６０とスロットアンテナ部１２４とは１／２波長内に存在する集中定数回路を構成しており、かつスロットアンテナ部１２４および遅波材１２１は合成抵抗が５０Ωに設定されているので、チューナ６０はプラズマ負荷に対して直接チューニングしていることになり、効率良くプラズマへエネルギーを伝達することができる。
【００７１】
（プラズマ処理装置の動作）
次に、以上のように構成されるプラズマ処理装置１００における動作について説明する。
【００７２】
まず、ウエハＷをチャンバ１内に搬入し、サセプタ１１上に載置する。そして、第１ガス供給源２２からプラズマ生成ガス、例えばＡｒガスや、高エネルギーで分解させたい第１のガスをガス供給配管１１１およびマイクロ波放射板５０の第１ガス導入部２１を介してチャンバ１内へ吐出する。
【００７３】
具体的には、第１ガス供給源２２からガス供給配管１１１を介してプラズマ生成ガスや処理ガスを、ガス導入孔１４４、１４６および１４８を経て第１ガス導入部２１の内側ガス拡散空間１４１、中間ガス拡散空間１４２、および外側ガス拡散空間１４３に供給し、ガス吐出孔１４５、１４７および１４９からチャンバ１へ吐出する。
【００７４】
一方、マイクロ波プラズマ源２のマイクロ波出力部３０から出力されたマイクロ波は、分配器３４で分配された後、マイクロ波伝送・放射部４０の複数のアンプ部４２で増幅され、各マイクロ波放射機構４３に供給される。具体的には、各アンプ部４２からのマイクロ波は、給電機構５４を介してチューナ６０内に給電され、チューナ６０をＴＥＭ波として伝送され、伝送される過程でインピーダンス整合がなされる。そして、チューナ６０を伝送されたマイクロ波は、マイクロ波放射板５０の内部に導入され、遅波材１２１を透過した後、スロットアンテナ１２４のスロット１２３に伝送されてＴＥ波にモード変換され、さらにマイクロ波透過部材１２２を透過してマイクロ波透過部材１２２の下面のマイクロ波放射面からチャンバ１内に放射され、マイクロ波透過部材１２２の表面に表面波が形成される。
【００７５】
この表面波により第１ガス導入部２１からチャンバ１内に導入された第１のガスがプラズマ化され、チャンバ１の空間に表面波プラズマが生成される。このとき、マイクロ波放射面からマイクロ波が放射された際のチャンバ１内の電界強度は、マイクロ波放射面であるマイクロ波透過部材１２２の下面位置で最も大きく、マイクロ波放射面の直下部分に高電界領域が形成される。
【００７６】
ここで、多孔板１５１を設けずに、複数のマイクロ波放射機構からマイクロ波を放射してチャンバ１内に高電界領域が形成されると、チャンバ１内の側壁等で異常放電が発生し、プラズマが不安定になる場合があり、また、プラズマ着火性が不十分になる場合もある。
【００７７】
これに対して、本実施形態では、チャンバ１内において、マイクロ波放射面を有するマイクロ波放射板５０の直下の高電界形成領域に接地電位の多孔板１５１を設けたので、マイクロ波放射機構４３からマイクロ波を放射した際に、マイクロ波放射板５０と多孔板１５１とで形成される空間１５２が高電界領域となり、空間１５２にプラズマが生成される。このとき、マイクロ波放射面直下に形成された表面波が高電界領域である空間１５２に閉じ込められる。このため、空間１５２中ではプラズマの電力吸収効率を高く維持することができる。したがって、空間１５２中で安定した放電が生じやすくなり、異常放電を生じ難くすることができる。また、このように空間１５２に表面波を閉じ込めてプラズマの電力吸収効率を高く維持することにより、プラズマの着火電力を小さくしてプラズマの着火性を良好にすることができる。
【００７８】
このことを検証した結果を図１０および図１１に基づいて説明する。
図１０は、多孔板を用いた図１に示すプラズマ処理装置と、多孔板なしのプラズマ処理装置を用い、マイクロ波パワーとチャンバ内の圧力を変化させて表面波プラズマを形成した場合の異常放電の有無を示したものであり、（ａ）は多孔板ありの場合、（ｂ）は多孔板なしの場合である。マイクロ波パワーは、マイクロ波放射機構一本当たりのパワーを４００Ｗとし、マイクロ波を出力するマイクロ波放射機構の数を変化させることにより調節した。なお、図１０中の○は異常放電が発生しなかった場合、×は異常放電が発生した場合である。
【００７９】
図１０に示すように、多孔板がない場合は、低圧側および高パワー側で異常放電が発生しているのに対し、多孔板を設けることにより、いずれの条件でも異常放電が発生せず、安定したプラズマが生成されることがわかる。
【００８０】
また、図１１は、多孔板を用いた図１に示すプラズマ処理装置と、多孔板なしのプラズマ処理装置を用い、チャンバ内圧力を変化させた際の着火電力（プラズマが着火する電力）を示す図である。
【００８１】
図１１に示すように、多孔板を設けることにより着火電力を小さくすることができ、その効果は特に低圧側で大きいことがわかる。
【００８２】
このように高電界領域である空間１５２で生成された表面波プラズマは、多孔板１５１の孔１５１ａを通過して多孔板１５１の下方の領域に至る。多孔板１５１の下方の領域には、第２ガス供給源２４から極力分解せずに供給したい処理ガス等の第２のガスが第２ガス導入部２３を介して供給される。第２ガス導入部２３から吐出された第２のガスは、空間１５２から多孔板１５１を通過してきた第１のガスのプラズマにより励起される。このとき、第２のガス吐出位置はマイクロ波放射面から離れており、高電界領域である空間１５２よりも電界強度が低い位置であるため、第２のガスは不要な分解が抑制された状態で励起される。そして、励起された第２のガスによりウエハＷに所定のプラズマ処理、例えば成膜処理やエッチング処理が施される。
【００８３】
＜第２の実施形態＞
次に第２の実施形態について説明する。
図１２は本発明の第２の実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図であり、図１３は図１２のプラズマ処理装置のＣＣ′線による断面図である。
【００８４】
第２の実施形態では、高電界領域に形成されたプラズマ生成空間となる空間１５２において、中心のマイクロ波放射機構４３に対応する空間と周辺のマイクロ波放射機構４３に対応する空間とを区画する区画壁１６０を有する点のみが第１の実施形態と異なっており、他の構成は第１の実施形態と同様である。したがって、第１の実施形態と同じものについては同じ符号を付して説明を省略する。
【００８５】
第１の実施形態においては、多孔板１５１を介してウエハＷにプラズマを供給するため、複数のマイクロ波放射機構４３によるプラズマ密度の制御（例えば中心のプラズマ密度を低く、周縁のプラズマ密度を高くするような制御）が難しい。これに対し、本実施形態では、空間１５２を、中心のマイクロ波放射機構４３に対応する空間と周縁の６本のマイクロ波放射機構４３に対応する空間とに区画する導電性材料からなる区画壁１６０を多孔板１５１と電気的に導通した状態で設ける。これにより、中心のマイクロ波放射機構４３と、周縁の６本のマイクロ波放射機構４３とで別個に電界を形成して電界強度を制御することができるので、中心部と周縁部とでプラズマ密度の制御性を良好にすることができる。なお、区画壁１６０を構成する導電性材料としては、アルミニウムや銅等の電気伝導性の良好な金属を好適に用いることができる。
【００８６】
次に、以上のことを検証した結果を図１４に示す。
図１４は、区画壁を設けない図１のプラズマ処理装置および区画壁を設けた図１２のプラズマ処理装置を用いて、中心のマイクロ波放射機構のみをパワーオンにした場合および周縁の６本のマイクロ波放射機構のみをパワーオンにした場合についてチャンバ径方向の電子密度分布を評価した結果を示す図である。
【００８７】
図１４（ａ）に示すように、区画壁を設けない場合は、中心のマイクロ波放射機構のみをパワーオンにした際には、チャンバ中心部のみ電子密度が高くなっているが、周縁のマイクロ波放射機構のみをパワーオンにした際には、プラズマを生成させたくない中心部の電子密度が周縁部と同等となっており、電子密度を十分に制御できていないことがわかる。これに対して、図１４（ｂ）に示すように、区画壁を設けた場合は、中心のマイクロ波放射機構のみをパワーオンにした際および周縁のマイクロ波放射機構のみをパワーオンにした際のいずれも電子密度を制御できていることがわかる。
【００８８】
区画壁１６０は、メッシュ構造やパンチング構造等の多数の孔を設けた多孔構造であってもよい。区画壁１６０を多孔構造にすることにより、プラズマ生成ガス等の第１のガスを区画壁１６０で区画された一方側の空間から他方側の空間へ供給することができ、第１のガスがいずれかの空間だけにしか供給することができない制約がある場合でも空間１５２の全体でプラズマを生成することができるというメリットがある。
【００８９】
ここで、区画壁１６０を多孔構造にした場合に、上述した電界制御機能を有効に発揮するためには、区画壁１６０に形成される孔の孔径を電界波形が通過しない大きさにすることが好ましい。例えばマイクロ波の周波数を８６０ＭＨｚにした場合、波長λは３４９ｍｍであり、区画壁１６０付近の電界波形の１波長の長さ（λ′）は約２４ｍｍである。この電界波形が区画壁１６０の孔を通過せずに閉じ込められた状態になるためには、孔径がλ′／８以下であることが必要であるから、マイクロ波の周波数が８６０ＭＨｚである場合の透過しない孔径は、２４／８＝３ｍｍ以下ということになる。マイクロ波の周波数ｆと電界波形の波長λ′は反比例の関係（λ′∝１／ｆ）であるため、周波数を変数とした場合の区画壁１６０の孔の孔径ｄは、１／８６０ＭＨｚ：３ｍｍ＝１／ｆ：ｄの関係となり、周波数ｆを変数としたときのｄは、以下の（１）式のような一般式で表すことができる。
ｄ＝２．５８×１０９／ｆ  ・・・（１）
したがって、区画壁１６０を多孔構造とする際の孔径ｄは２．５８×１０９／ｆ以下であることが好ましい。
【００９０】
なお、上記例では、空間１５２のうち、中心のマイクロ波放射機構に対応する空間のみを周縁の６本のマイクロ波放射機構に対応する空間から区画するようにしたが、図１５に示すように、全てのマイクロ波放射機構４３に対応する空間を区画壁１６０で区画するようにしてもよい。
【００９１】
＜他の適用＞
以上、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記２つの実施形態に限定されることなく、本発明の思想の範囲内において種々変形可能である。
【００９２】
例えば、上記実施形態では、チャンバの中心に対応する部分に１本、周縁に対応する部分に６本のマイクロ波放射機構を設けた例を示したが、マイクロ波放射機構の数や配置は限定されず、マイクロ波放射機構を複数本設ける場合であれば本発明を適用することができる。マイクロ波放射機構の他の配置例としては、図１６（ａ）、（ｂ）に示すようなものを挙げることができる。また、マイクロ波放射機構が図１６（ａ）、（ｂ）のように配置される場合には、区画壁１６０を図１７（ａ）、（ｂ）に示すように配置することができる。
【００９３】
また、マイクロ波出力部やマイクロ波伝送・放射部の構成等は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、スロットアンテナ部から放射されるマイクロ波の指向性制御を行ったり円偏波にしたりする必要がない場合には、位相器は不要である。また、マイクロ波放射機構の構成も上記実施形態に限定されるものではない。
【００９４】
また、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。さらに、被処理体は半導体ウエハ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】
【００９５】
１；チャンバ
２；マイクロ波プラズマ源
３；全体制御部
１１；サセプタ
１２；支持部材
１５；排気管
１６；排気装置
１７；搬入出口
２１；第１ガス導入部
２２；第１ガス供給源
２３；第２ガス導入部
２４；第２ガス供給源
３０；マイクロ波出力部
３１；マイクロ波電源
３２；マイクロ波発振器
４０；マイクロ波伝送・放射部
４２；アンプ部
４３；マイクロ波放射機構
４４；マイクロ波伝送路
５０；マイクロ波放射板
５２；外側導体
５３；内側導体
５４；給電機構
５５；マイクロ波電力導入ポート
６０；チューナ
１００；プラズマ処理装置
１２１；遅波材
１２２；マイクロ波透過部材
１２３；スロット
１２４；スロットアンテナ部
１５１；多孔板
１５１ａ；孔
１５２；空間
１６０；区画壁
Ｗ；半導体ウエハ
【図１】
0006624833.tif 000002
【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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