(57)【要約】  被処理体にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置は、被処理体を収容する処理容器と、前記処理容器の上部の開口部を封止するように設けられ、前記処理容器内にマイクロ波を透過させる誘電体窓と、前記誘電体窓の上面に設けられ、前記誘電体窓にマイクロ波を放射するための複数のスロットが形成されたスロット板と、を有し、前記誘電体窓の下面には、当該下面から下方に突起した突起部が前記スロットに対応する位置に設けられ、マイクロ波の波長λに対し、前記突起部の幅はλ／４±λ／８である。
2016098582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、
被処理体を収容する処理容器と、
前記処理容器の上部の開口部を封止するように設けられ、前記処理容器内にマイクロ波を透過させる誘電体窓と、
前記誘電体窓の上面に設けられ、前記誘電体窓にマイクロ波を放射するための複数のスロットが形成されたスロット板と、を有し、
前記誘電体窓の下面には、当該下面から下方に突起した突起部が前記スロットに対応する位置に設けられ、
マイクロ波の波長λに対し、前記突起部の幅はλ／４±λ／８である。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
前記誘電体窓の下面には、前記突起部が複数設けられている。
【請求項３】
被処理体にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、
被処理体を収容する処理容器と、
前記処理容器の上部の開口部を封止するように設けられ、前記処理容器内にマイクロ波を透過させる誘電体窓と、
前記誘電体窓の上面に設けられ、前記誘電体窓にマイクロ波を放射するための複数のスロットが形成されたスロット板と、を有し、
前記誘電体窓の下面には、当該下面から下方に突起した突起部が、マイクロ波の波長λに対し、前記突起部の中心と前記スロットの中心との距離がλ／２以下となる位置に設けられている。
【請求項４】
請求項３に記載のプラズマ処理装置において、
前記突起部の幅はλ／４±λ／８である。
【請求項５】
請求項３に記載のプラズマ処理装置において、
前記誘電体窓の下面には、前記突起部が複数設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１４年１２月１５日に日本国に出願された特願２０１４−２５３０３９号に基づき、優先権を主張し、その内容をここに援用する。【０００２】
本発明は、被処理体にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来、例えば半導体ウェハなどの被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置として、ラジアルラインスロットアンテナ（ｒａｄｉａｌ  ｌｉｎｅ  ｓｌｏｔ  ａｎｔｅｎｎａ）を用いたプラズマ処理装置が知られている。ラジアルラインスロットアンテナは、処理容器の天井面開口部に配置された誘電体窓の上部において、複数のスロットを有するスロット板の上部に遅波板を載置した状態で配置され、その中央部にて同軸導波管に接続されている。かかる構成により、マイクロ波発生器により発生されたマイクロ波は、同軸導波管を経由して、遅波板で径方向へ放射状に伝えられ、スロット板で円偏波を発生させた後、スロット板から誘電体窓を介して処理容器内に放射される。そして、このマイクロ波により処理容器内において低圧下で電子温度の低い高密度のプラズマを生成させることができ、生成されたプラズマによって、例えば成膜処理やエッチング処理などのプラズマ処理が行われる。【０００４】
マイクロ波を用いたプラズマ処理においては、いわゆるモードジャンプ（電子密度ジャンプともいう）が存在することが知られている。マイクロ波の定在波は特定のモードを持って分布しており、このモードは処理容器の寸法と電磁波の波長で定まる。また、定在波のモードは電子密度に依存するところがあり、マイクロ波の投入パワーを上げて電子密度を上げると、特定の電子密度を境にマイクロ波パワーの吸収が極端に上昇してモードが変化する現象が起きる。これがモードジャンプと呼ばれる現象で、ジャンプをする電子密度の前後で急激にマイクロ波の反射係数が小さくなる特徴がある。そして、このモードジャンプが起きると、プラズマ処理のレート変動が引き起こされる問題があった。【０００５】
そこで、特許文献１に記載されたプラズマ処理装置では、誘電体窓の処理容器側の表面に、突条からなる凹凸部を７．５〜３０ｍｍのピッチで周期的に形成することが提案されている。かかる場合、マイクロ波パワーの増加に伴い、なだらかに電子密度を上昇させて、モードジャンプを抑制することが図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】日本国特許第３７８７２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
プラズマ処理を均一に行うためには、処理容器内のプラズマ分布を均一にする必要があるが、当該プラズマ分布には周方向の偏りが生じる場合がある。そして、発明者らが鋭意検討した結果、プラズマ分布の周方向偏りの原因の一つには、プラズマからの反射波の影響があることが分かった。このプラズマからの反射波の影響については、後述において詳しく説明する。【０００８】
この点、上述した特許文献１に記載されたプラズマ処理装置では、プラズマからの反射波の影響を全く考慮していない。したがって、処理容器内のプラズマ分布に周方向の偏りが生じる場合があり、プラズマ処理に改善の余地があった。【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、プラズマ処理におけるプラズマ分布を均一にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するため、本発明は、被処理体にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、被処理体を収容する処理容器と、前記処理容器の上部の開口部を封止するように設けられ、前記処理容器内にマイクロ波を透過させる誘電体窓と、前記誘電体窓の上面に設けられ、前記誘電体窓にマイクロ波を放射するための複数のスロットが形成されたスロット板と、を有し、前記誘電体窓の下面には、当該下面から下方に突起した突起部が前記スロットに対応する位置に設けられ、マイクロ波の波長λに対し、前記突起部の幅はλ／４±λ／８である。【００１１】
発明者らは、矩形導波管型のパワースプリッタを用いてマイクロ波を分岐させる実験を行い、その結果からプラズマからの反射波がマイクロ波パワーの分配比率に乱れを生じさせるという知見を得た。ここで、本発明のスロット板において、周方向に複数配置されたスロットもまた周方向のパワー分配器であるとみなすことができるため、プラズマからの反射波によって各スロットの分配比率が乱され、プラズマ分布の周方向偏りを引き起こしていると推察される。かかる考察のもと、プラズマからスロットへの反射波を抑制する必要があることを見出した。【００１２】
そして、発明者らがさらに鋭意検討した結果、誘電体窓の下面においてスロットに対応する位置に、幅がλ／４±λ／８の突起部を設けることにより、プラズマへのマイクロ波パワーの吸収性を向上させることを見出した。かかる場合、プラズマからスロットへの反射波を抑制することができ、プラズマ分布の周方向偏りを抑制して均一にすることができる。【００１３】
また、本発明によれば、モードジャンプを抑制することもできる。発明者らが鋭意検討した結果、このモードジャンプも、プラズマ分布の周方向偏りの原因の一つであることを見出した。具体的には、例えばプラズマソース毎で微少な電子密度の偏りが存在する場合、マイクロ波の投入パワーを上げてモードジャンプが起きる電子密度帯に近づけると、電子密度が高いソースが先にジャンプして電力を多く消費してしまう。そして、電子密度が低いソースが遅れてジャンプする。そうすると、ソース間でプラズマ励起のタイミングにずれが生じ、プラズマ分布の周方向偏りを引き起こすことが分かった。【００１４】
本発明では、上述のようにマイクロ波パワーの吸収性を向上させているので、マイクロ波の反射係数が小さくなる。そうすると、電子密度の変化に対して、マイクロ波の反射係数が直線的に変化し、当該反射係数が急落するのを抑制することができるので、モードジャンプを抑制することができる。したがって、プラズマ分布の周方向偏りをさらに抑制することができる。【００１５】
別な観点による本発明は、被処理体にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、被処理体を収容する処理容器と、前記処理容器の上部の開口部を封止するように設けられ、前記処理容器内にマイクロ波を透過させる誘電体窓と、前記誘電体窓の上面に設けられ、前記誘電体窓にマイクロ波を放射するための複数のスロットが形成されたスロット板と、を有し、前記誘電体窓の下面には、当該下面から下方に突起した突起部が、マイクロ波の波長λに対し、前記突起部の中心と前記スロットの中心との距離がλ／２以下となる位置に設けられている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、プラズマ処理において、プラズマ分布の周方向偏りを抑制して均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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】スロット板の構成の概略を示す平面図である。
【図３】誘電体窓を下方から見た平面図である。
【図４】誘電体窓とスロット板の構成の概略を示す縦断面図である。
【図５】突起部とスロットの構成の概略を示す説明図である。
【図６】突起部の幅を変化させた場合のマイクロ波パワーの吸収性を示すグラフである。
【図７】突起部の間隔を変化させた場合のマイクロ波パワーの吸収性を示すグラフである。
【図８】突起部の高さを変化させた場合のマイクロ波パワーの吸収性を示すグラフである。
【図９】突起部の数を変化させた場合のマイクロ波パワーの吸収性を示すグラフである。
【図１０】他の実施の形態にかかるスロット板の構成の概略を示す平面図である。
【図１１】他の実施の形態にかかる誘電体窓とスロット板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誘電体窓とスロット板の構成の概略を示す縦断面図である。
【図１３】突起部とスロットの構成の概略を示す説明図である。
【図１４】突起部の配置を変化させた場合のマイクロ波パワーの吸収性を示すグラフである。
【図１５】突起部の配置を変化させた場合のマイクロ波パワーの吸収性を示すグラフである。
【図１６】突起部の配置を変化させた場合のマイクロ波パワーの吸収性を示すグラフである。
【図１７】突起部の配置を変化させた場合のマイクロ波パワーの吸収性を示すグラフである。
【図１８】突起部とスロットの構成の概略を示す説明図である。
【図１９】突起部の配置を変化させた場合のマイクロ波パワーの吸収性を示すグラフである。
【図２０】突起部の配置を変化させた場合のマイクロ波パワーの吸収性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかるプラズマ処理装置１の構成の概略を示す縦断面図である。プラズマ処理装置１は、被処理体としてのウェハＷの表面（上面）に対してプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｏｔｉｏｎ）処理を行う成膜装置である。なお、以下に示す実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１９】
プラズマ処理装置１は、図１に示すように処理容器１０を有している。処理容器１０は、天井面が開口した略円筒形状を有し、当該天井面開口部には後述するラジアルラインスロットアンテナ４０が配置されている。また、処理容器１０の側面にはウェハＷの搬入出口（図示せず）が形成され、当該搬入出口にはゲートバルブ（図示せず）が設けられている。そして、処理容器１０はその内部を密閉可能に構成されている。なお、処理容器１０にはアルミニウム又はステンレス鋼等の金属が用いられ、処理容器１０は電気的に接地されている。
【００２０】
処理容器１０内の底部には、ウェハＷを上面に載置させる円筒形状の載置台２０が設けられている。載置台２０には、例えばＡｌＮ等が用いられる。
【００２１】
載置台２０の内部には、静電チャック用の電極２１が設けられている。電極２１は、処理容器１０の外部に設けられた直流電源２２に接続されている。この直流電源２２により載置台２０の上面にジョンソン・ラーベック力を生じさせて、ウェハＷを載置台２０上に静電吸着することができる。
【００２２】
また、載置台２０の内部には、例えば冷却媒体を流通させる温度調節機構２３が設けられている。温度調節機構２３は、処理容器１０の外部に設けられ、冷却媒体の温度を調整する液温調節部２４に接続されている。そして、液温調節部２４によって冷媒媒体の温度が調節され、載置台２０の温度を制御でき、この結果、載置台２０上に載置されたウェハＷを所定の温度に維持できる。
【００２３】
なお、載置台２０には、ＲＦバイアス用の高周波電源（図示せず）が接続されていてもよい。高周波電源は、ウェハＷに引き込むイオンのエネルギーを制御するのに適した一定の周波数、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波を所定のパワーで出力する。
【００２４】
また、載置台２０には、当該載置台２０を厚み方向に貫通する貫通孔（図示せず）が例えば３箇所に形成されている。貫通孔には、後述する昇降ピン３１が挿通して設けられている。
【００２５】
載置台２０の下面には、当該載置台２０を支持する支持部材２５が設けられている。
【００２６】
載置台２０の下方には、載置台２０上に置かれたウェハＷを適宜昇降させる昇降機構３０が設けられている。昇降機構３０は、昇降ピン３１、プレート３２、支柱３３、及び昇降駆動部３４を有している。昇降ピン３１は、プレート３２の上面に例えば３本設けられ、載置台２０の上面に突出自在に構成されている。プレート３２は、処理容器１０の底面を貫通する支柱３３の上端に支持されている。支柱３３の下端には、処理容器１０の外部に配置された昇降駆動部３４が設けられている。この昇降駆動部３４の稼動により、載置台２０を貫通している３本の昇降ピン３１が昇降し、昇降ピン３１の上端が載置台２０の上面から上方に突出した状態と、昇降ピン３１の上端が載置台２０の内部に引き込まれた状態とに切り替えられる。
【００２７】
処理容器１０の天井面開口部には、プラズマ生成用のマイクロ波を供給するラジアルラインスロットアンテナ４０（ｒａｄｉａｌ  ｌｉｎｅ  ｓｌｏｔ  ａｎｔｅｎｎａ）が設けられている。ラジアルラインスロットアンテナ４０は、誘電体窓４１、スロット板４２、遅波板４３、及びシールド蓋体４４を有している。
【００２８】
誘電体窓４１は、例えばＯリング等のシール材（図示せず）を介して、処理容器１０の天井面開口部を封止するように設けられている。したがって、処理容器１０の内部は気密に保持される。誘電体窓４１には誘電体、例えば石英、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ等が用いられ、誘電体窓４１はマイクロ波を透過させる。なお、誘電体窓４１の詳細な構成の説明は後述する。
【００２９】
スロット板４２は、誘電体窓４１の上面であって、載置台２０と対向するように設けられている。スロット板４２には、導電性を有する材料、たとえば銅、アルミニウム、ニッケル等が用いられる。なお、スロット板４２の詳細な構成の説明は後述する。
【００３０】
遅波板４３は、スロット板４２の上面に設けられている。遅波板４３には低損失誘電体材料、例えば石英、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ等が用いられ、遅波板４３はマイクロ波の波長を短縮する。
【００３１】
シールド蓋体４４は、遅波板４３の上面において、遅波板４３とスロット板４２を覆うように設けられている。シールド蓋体４４の内部には、例えば冷却媒体を流通させる円環状の流路４５が複数設けられている。流路４５を流れる冷却媒体によって、誘電体窓４１、スロット板４２、遅波板４３、シールド蓋体４４が所定の温度に調節される。
【００３２】
シールド蓋体４４の中央部には同軸導波管５０が接続されている。同軸導波管５０は、内部導体５１と外部導体５２を有している。内部導体５１は、スロット板４２と接続されている。内部導体５１の下端部は円錐形に形成され、その径がスロット板４２側に向かって拡大するテーパ形状を有している。この下端部により、スロット板４２に対してマイクロ波を効率よく伝播するようになっている。
【００３３】
同軸導波管５０には、マイクロ波を所定の振動モードに変換するモード変換器５３、矩形導波管５４、マイクロ波を発生するマイクロ波発生器５５が同軸導波管５０側からこの順で接続されている。マイクロ波発生器５５は、所定周波数、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生させる。
【００３４】
かかる構成により、マイクロ波発生器５５により発生されたマイクロ波は、矩形導波管５４、モード変換器５３、同軸導波管５０を順次伝播し、ラジアルラインスロットアンテナ４０内に供給され、遅波板４３で圧縮され短波長化され、スロット板４２で円偏波を発生させた後、スロット板４２から誘電体窓４１を透過して処理容器１０内に放射される。このマイクロ波により処理容器１０内では処理ガスがプラズマ化し、このプラズマによりウェハＷのプラズマ処理が行われる。
【００３５】
処理容器１０内には、上シャワープレート６０と下シャワープレート６１が、載置台２０の上部に設けられている。これら上シャワープレート６０と下シャワープレート６１は、例えば石英管などからなる中空の管材で構成されている。上シャワープレート６０と下シャワープレート６１には、載置台２０上のウェハＷに対してガスを供給する複数の開口部（図示せず）が分布して設けられている。
【００３６】
上シャワープレート６０には、処理容器１０の外部に配置されたプラズマ生成ガス供給源６２が、配管６３を介して接続されている。プラズマ生成ガス供給源６２には、プラズマ生成用のガスとして例えばＡｒガスなどが貯留されている。このプラズマ生成ガス供給源６２から、配管６３を通じて、上シャワープレート６０内にプラズマ生成ガスが導入され、処理容器１０内に均一に分散された状態で、プラズマ生成ガスが供給される。
【００３７】
下シャワープレート６１には、処理容器１０の外部に配置された処理ガス供給源６４が、配管６５を介して接続されている。処理ガス供給源６４には、成膜される膜に応じた処理ガスが貯留されている。例えばウェハＷの表面にＳｉＮ膜を成膜する場合には、処理ガスとしてＴＳＡ（トリシリルアミン）、Ｎ２ガス、Ｈ２ガスなどが貯留され、ＳｉＯ２膜を成膜する場合には、ＴＥＯＳなどが貯留される。この処理ガス供給源６４から、配管６５を通じて、下シャワープレート６１内に処理ガスが導入され、処理容器１０内に均一に分散された状態で、処理ガスが供給される。
【００３８】
処理容器１０の底面には、処理容器１０の内部の雰囲気を減圧する減圧機構７０が設けられている。減圧機構７０は、例えば真空ポンプを備えた排気部７１が、排気管７２を介して処理容器１０の底面に接続された構成を有している。排気部７１は、処理容器１０内の雰囲気を排気して、所定の真空度まで減圧することができる。
【００３９】
次に、上述した誘電体窓４１とスロット板４２の詳細な構成についてそれぞれ説明する。
【００４０】
図２に示すようにスロット板４２は、略円盤形状を有している。スロット板４２には、マイクロ波を放射するための複数のスロット８０が形成されている。すなわち、スロット板４２はアンテナとして機能する。複数のスロット８０は、スロット板４２と同心円上に形成され、周方向に所定の間隔で配置されている。各スロット８０は、例えば長孔やスリットによって形成された２つのスロット孔８０ａ、８０ｂを有している。スロット孔８０ａとスロット孔８０ｂは、互いに交差又は直交する方向に延びて形成、配置されている。
【００４１】
図３及び図４に示すように誘電体窓４１は、下面が平坦な略円盤形状を有している。誘電体窓４１の下面には、当該下面から下方に突起した環状の突起部９０が複数、例えば４つ設けられている。複数の突起部９０は、スロット板４２と同心円上であって径方向に所定の間隔で設けられている。また、複数の突起部９０は、スロット板４２のスロット８０に対応する位置、すなわちスロット８０の下方に配置されている。図５に示すように各突起部９０の幅Ｂは、マイクロ波の波長λに対して、λ／４±λ／８である。
【００４２】
次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置１で行われるウェハＷのプラズマ処理について説明する。
【００４３】
先ず、処理容器１０内に搬入されたウェハＷは、昇降ピン３１によって載置台２０上に載置される。このとき、直流電源２２をオンにして載置台２０の電極２１に直流電圧を印可し、載置台２０によってウェハＷを吸着保持する。
【００４４】
その後、処理容器１０内を密閉した後、減圧機構７０によって、処理容器１０内の雰囲気を所定の圧力、例えば４００ｍＴｏｒｒ（＝５３Ｐａ）に減圧する。さらに、上シャワープレート６０から処理容器１０内にプラズマ生成ガスを供給すると共に、下シャワープレート６１から処理容器１０内にプラズマ成膜用の処理ガスを供給する。
【００４５】
このように処理容器１０内にプラズマ生成ガスと処理ガスが供給される際、マイクロ波発生器５５を作動させ、当該マイクロ波発生器５５において、例えば２．４５ＧＨｚの周波数で所定のパワーのマイクロ波を発生させる。そして、誘電体窓４１の下面に電界が発生し、プラズマ生成ガスがプラズマ化され、さらに処理ガスがプラズマ化されて、その際に発生した活性種によって、ウェハＷ上に成膜処理がなされる。こうして、ウェハＷの表面に所定の膜が形成される。
【００４６】
その後、所定の膜が成長し、ウェハＷに所定の膜厚の膜が形成されると、プラズマ生成ガス及び処理ガスの供給と、マイクロ波の照射とが停止される。その後、ウェハＷは処理容器１０から搬出されて、一連のプラズマ成膜処理が終了する。
【００４７】
以上の実施の形態によれば、誘電体窓４１の突起部９０の幅Ｂがλ／４±λ／８であるので、プラズマへのマイクロ波パワーの吸収性を向上させ、プラズマからスロットへの反射波を抑制することができる。
【００４８】
ここで、上述した突起部９０の幅Ｂによる効果について詳しく説明する。発明者らは、この効果を奏するための突起部９０の条件を探るため、プラズマ処理装置１を用いてシミュレーションを行った。本シミュレーションでは、図５に示す突起部９０の幅Ｂ、間隔Ｄ、高さＨについて効果の検証を行った。間隔Ｄは、隣接する突起部９０、９０間の距離である。なお、本シミュレーションにおいて、マイクロ波の波長λは４０ｍｍである。
【００４９】
本シミュレーションでは、評価対象であるマイクロ波パワーの吸収性の指標として、マイクロ波の反射係数の２乗Γ２を用いている。そして、電子密度を１ｅ＋１７〜１ｅ＋１８（／ｍ３）まで変化させた場合のΓ２の平均値を、本シミュレーションの代表値として使用した。具体的には、電子密度が１ｅ＋１７〜４ｅ＋１７（／ｍ３）の範囲ではパワーの吸収が大きくΓ２が変動しやすいので、０．３ｅ＋１７（／ｍ３）のステップ幅で計算した。また、電子密度が４ｅ＋１７〜１ｅ＋１８（／ｍ３）の範囲ではΓ２の変動が比較的小さいので、１ｅ＋１７（／ｍ３）のステップ幅で計算した。そして、これらΓ２の平均値を算出した結果、平均値は０．６であり、これをΓ２の代表値とした。したがって、本シミュレーションにおいてはΓ２が０．６より小さくなれば、マイクロ波パワーの吸収性が向上したことを示している。
【００５０】
１つ目の突起部９０の幅Ｂの検証結果について説明する。本シミュレーションの条件は次の通りである。誘電体窓４１の厚みは、１１ｍｍと１３ｍｍの２種類とした。突起部９０の数は４つとした。突起部９０の間隔Ｄは１０ｍｍで、高さＨは５ｍｍとした。そして、突起部９０の幅Ｂを５〜２０ｍｍの範囲で変更した。
【００５１】
本シミュレーションの結果を図６に示す。図６の横軸は突起部９０の幅Ｂを示し、縦軸はマイクロ波の反射係数の２乗Γ２を示している。図６を参照すると、誘電体窓４１の厚みが１１ｍｍと１３ｍｍのいずれの場合でも、幅Ｂが１０ｍｍ、すなわちλ／４において、Γ２は代表値よりも小さくなり、マイクロ波パワーの吸収性が最も良い。したがって、幅Ｂの最適値はλ／４であることが分かった。
【００５２】
なお、発明者らが鋭意検討したところ、突起部９０の幅Ｂが上記λ／４から±λ／８の範囲であれば、マイクロ波パワーの吸収性を向上させる十分な効果があることが分かった。すなわち、幅Ｂはλ／４±λ／８が適切である。
【００５３】
２つ目の突起部９０の間隔Ｄの検証結果について説明する。本シミュレーションの条件は次の通りである。誘電体窓４１の厚みは、１１ｍｍと１３ｍｍの２種類とした。突起部９０の数は４つとした。突起部９０の幅Ｂは１０ｍｍで、高さＨは５ｍｍとした。そして、突起部９０の間隔Ｄを５〜２０ｍｍの範囲で変更した。
【００５４】
本シミュレーションの結果を図７に示す。図７の横軸は突起部９０の間隔Ｄを示し、縦軸はマイクロ波の反射係数の２乗Γ２を示している。図７を参照すると、誘電体窓４１の厚みが１１ｍｍの場合は間隔Ｄの最適値が５ｍｍであるのに対し、誘電体窓４１の厚みが１３ｍｍの場合は間隔Ｄの最適値が１０ｍｍであった。したがって、間隔Ｄの最適値は少なくとも誘電体窓４１の厚みに依存し、特定の間隔Ｄで十分な効果が得られる普遍的な最適値はない。換言すれば、マイクロ波パワーの吸収性は突起部９０の間隔Ｄに依存するものではなく、突起部９０は等間隔に周期的に設けられていてもよいし、あるいは異なる間隔で非周期的に設けられていてもよい。上述した特許文献１に記載された発明では、突条からなる凹凸部を７．５〜３０ｍｍのピッチで周期的に形成することを必須要件としているのに対し、このように突起部９０の間隔Ｄが限定されず任意に設定可能であることは、本発明者らによって得られた新たな知見なのである。
【００５５】
３つ目の突起部９０の高さＨの検証結果について説明する。本シミュレーションの条件は次の通りである。誘電体窓４１の厚みは１１ｍｍとした。突起部９０の数は４つとした。突起部９０の幅Ｂは１０ｍｍで、間隔Ｄは１０ｍｍとした。そして、突起部９０の高さＨを０（ゼロ）〜２０ｍｍの範囲で変更した。
【００５６】
本シミュレーションの結果を図８に示す。図８の横軸は突起部９０の高さＨを示し、縦軸はマイクロ波の反射係数の２乗Γ２を示している。図８を参照すると、高さＨが５ｍｍまではマイクロ波パワーの吸収性は向上するが、高さＨが５ｍｍ以上はパワー吸収性は変化しない。したがって、高さＨについても、特定の高さＨで十分な効果が得られる普遍的な最適値はない。
【００５７】
以上のシミュレーションにより、プラズマへのマイクロ波パワーの吸収性を向上させ、プラズマからスロットへの反射波を抑制する効果を奏するための条件は、突起部９０の幅Ｂがλ／４±λ／８であることが分かった。そして、本実施の形態によれば、プラズマからスロット８０への反射波を抑制することができ、プラズマ分布の周方向偏りを抑制して均一にすることができる。
【００５８】
また、突起部９０の幅Ｂがλ／４±λ／８であれば、モードジャンプを抑制することもできる。すなわち、マイクロ波パワーの吸収性が向上すると、マイクロ波の反射係数が小さくなる。そして、電子密度の変化に対して、マイクロ波の反射係数が直線的に変化し、当該反射係数の急落を抑制することができるので、モードジャンプを抑制することができる。上述したようにモードジャンプもプラズマ分布の周方向偏りの原因の一つであるため、本実施の形態によれば、プラズマ分布の周方向偏りをさらに抑制することができる。
【００５９】
本実施の形態では、誘電体窓４１の下面に４つの突起部９０を設けたが、突起部９０の数はこれに限定されず、任意に設定できる。図９は、発明者らが突起部９０の数を変化させてシミュレーションを行った結果のグラフである。図９の横軸は突起部９０の数を示し、縦軸はマイクロ波の反射係数の２乗Γ２を示している。なお、本シミュレーションにおいて、誘電体窓４１の厚みを、１１ｍｍと１３ｍｍの２種類とした。突起部９０の幅Ｂを１０ｍｍ、間隔Ｄを１０ｍｍ、高さＨを５ｍｍとした。そして、突起部９０の数を１〜４個の範囲で変更した。
【００６０】
図９を参照すると、突起部９０の数が１つであっても、Γ２は代表値よりも小さい。このため、マイクロ波パワーの吸収性が向上して、プラズマ分布の周方向偏りを抑制できることが分かった。さらに、突起部９０の数が多い方が、その効果は大きくなることも分かった。
【００６１】
以上の実施の形態では、スロット板４２に複数のスロット８０が１つの円周上に形成されていたが、円周の数はこれに限定されず、任意に設定できる。例えば図１０に示すように複数のスロット８０の内側に、別の複数のスロット１００が形成されていてもよい。複数のスロット１００は、スロット板４２と同心円上に設けられ、周方向に所定の間隔で配置されている。各スロット１００は、スロット８０と同様に２つのスロット孔１００ａ、１００ｂを有している。
【００６２】
かかる場合、図１１に示すように誘電体窓４１の下面において、スロット１００に対応する位置、すなわちスロット１００の下方には、環状の突起部１１０が複数、例えば４つ設けられている。複数の突起部１１０は、スロット板４２と同心円上であって径方向に所定の間隔で設けられている。また、各突起部１１０の幅は、突起部９０と同様にマイクロ波の波長λに対して、λ／４±λ／８である。
【００６３】
本実施の形態においても、上記実施の形態の効果を享受でき、プラズマ分布の周方向偏りを抑制することができる。
【００６４】
なお、誘電体窓４１の下面において、突起部９０、１１０は、必ずしもすべてのスロット８０、１００に対応して設けられている必要はない。例えば図１２に示すようにスロット８０に対応する突起部９０のみ設け、スロット１００に対応する突起部１１０を省略してもよい。
【００６５】
また、以上の実施の形態では、スロット板４２に複数のスロット８０、１００が、スロット板４２の同心円上に形成されていたが、スロットの配置はこれに限定されず、任意に設定できる。例えばスロット板４２においてスロットは点在して形成されていてもよい。かかる場合、各スロットに対応する位置に、幅がλ／４±λ／８の突起部が形成される。
【００６６】
発明者らはさらに鋭意検討した結果、スロット８０に対する突起部９０の好適な配置を見出した。すなわち、図１３に示すように突起部９０の中心とスロット８０の中心との距離Ｓがλ／２以下となる位置に突起部９０を設けることにより、プラズマへのマイクロ波パワーの吸収性を向上させることを見出した。
【００６７】
この突起部９０の配置の効果について詳しく説明する。発明者らは、この効果を奏するための突起部９０の配置を探るため、プラズマ処理装置１を用いてシミュレーションを行った。本シミュレーションでは、評価対象であるマイクロ波パワーの吸収性の指標として、誘電体窓４１の下面に発生する電界の最大強度、すなわちスロット８０における電界強度を用いている。そして、電子密度を１ｅ＋１７〜１ｅ＋１８（／ｍ３）に変化させた場合の電界強度を計算した。なお、本シミュレーションにおいて、マイクロ波の波長λは４０ｍｍである。  
【００６８】
本シミュレーションの条件は次の通りである。誘電体窓４１の厚みは５ｍｍとした。スロット８０に対する突起部９０の数は１つとした。突起部９０の高さＨは５ｍｍとし、幅Ｂは５ｍｍと１０ｍｍの２種類とした。そして、距離Ｓを０ｍｍ、±５ｍｍ、±１０ｍｍ、±１５ｍｍ、±２０ｍｍに変更した。さらに比較例として、突起部９０がない場合（すなわち、誘電体窓４１の下面がフラットの場合）のシミュレーションも行った。なお、距離Ｓの“±”は、“＋”が誘電体窓４１の中心から離れる方向（図１３中の＋）を示し、“−”が誘電体窓４１の中心に近づく方向（図１３中の−）を示している。
【００６９】
図１４は突起部９０の幅Ｂが５ｍｍの場合において、当該突起部９０を“−”方向にシフトさせた場合のシミュレーション結果を示し、図１５は突起部９０の幅Ｂが５ｍｍの場合において、当該突起部９０を“＋”方向にシフトさせた場合のシミュレーション結果を示している。図１４及び図１５の横軸は電子密度を示し、縦軸は電界強度を示している。図１４及び図１５を参照すると、距離Ｓが２０ｍｍ以内、すなわちλ／２以内になる位置に突起部９０が設けられていると、突起部９０が設けない場合に比べて電界強度が大きくなる。このため、プラズマへのマイクロ波パワーの吸収性を向上させることができる。そして、距離Ｓが２０ｍｍより大きくなると、突起部９０が設けない場合と同等の電界強度となる。したがって、距離Ｓはλ／２以内が適切である。
【００７０】
また図１６は突起部９０の幅Ｂが１０ｍｍの場合において、当該突起部９０を“−”方向にシフトさせた場合のシミュレーション結果を示し、図１７は突起部９０の幅Ｂが１０ｍｍの場合において、当該突起部９０を“＋”方向にシフトさせた場合のシミュレーション結果を示している。図１６及び図１７の横軸は電子密度を示し、縦軸は電界強度を示している。かかる場合でも、距離Ｓが２０ｍｍ以内、すなわちλ／２以内になる位置に突起部９０が設けられていると、突起部９０が設けない場合に比べて電界強度が大きくなり、プラズマへのマイクロ波パワーの吸収性を向上させることができる。
【００７１】
以上のシミュレーションにより、突起部９０の中心とスロット８０の中心との距離Ｓがλ／２以下となる位置に突起部９０を設けることで、プラズマへのマイクロ波パワーの吸収性を向上させることができることが分かった。そして、プラズマからスロット８０への反射波を抑制することができ、さらにモードジャンプも抑制することができるので、プラズマ分布の周方向偏りを抑制して均一にすることができる。
【００７２】
しかも、突起部９０の幅Ｂが５ｍｍの場合と１０ｍｍの場合を比較すると、幅Ｂが１０ｍｍ、すなわちλ／４の場合の方が電界強度を大きくすることができる。したがって、距離Ｓがλ／２以下となる位置に突起部９０を設けつつ、当該突起部９０の幅をλ／４とすることで、プラズマへのマイクロ波パワーの吸収性をさらに向上させることができる。
【００７３】
なお、発明者らが鋭意検討したところ、突起部９０の幅Ｂが上記λ／４から±λ／８の範囲であれば、マイクロ波パワーの吸収性を向上させる十分な効果があることが分かった。すなわち、幅Ｂはλ／４±λ／８が適切である。
【００７４】
次に、図１８に示すようにスロット８０に対して突起部９０が複数、例えば３つ設けられた場合について説明する。３つの突起部９０のうち、真中の突起部９０はスロット８０の中心線上に設けられ（すなわち、距離Ｓが０ｍｍであり）、その両側に間隔Ｄをあけて突起部９０、９０が設けられている。
【００７５】
発明者らは、上記シミュレーションと同様に、電子密度を１ｅ＋１７〜１ｅ＋１８（／ｍ３）に変化させた場合の電界強度を計算した。本シミュレーションの条件は次の通りである。誘電体窓４１の厚みは５ｍｍとした。突起部９０の高さＨは５ｍｍとし、幅Ｂは５ｍｍと１０ｍｍの２種類とした。そして、間隔Ｄを２．５ｍｍ、５ｍｍ、７．５ｍｍ、１０ｍｍに変更した。さらに比較例として、突起部９０が１つの場合のシミュレーションも行った。
【００７６】
図１９は突起部９０の幅Ｂが５ｍｍの場合のシミュレーション結果を示し、図２０は突起部９０の幅Ｂが１０ｍｍの場合のシミュレーション結果を示している。図１９及び図２０の横軸は電子密度を示し、縦軸は電界強度を示している。図１９及び図２０を参照すると、突起部９０の幅Ｂが５ｍｍと１０ｍｍのいずれの場合でも、突起部９０の間隔Ｄを広げていくと、電界強度は突起部９０が１つしかない場合の電界強度に近づく。したがって、スロット８０に対して突起部９０が十分に遠ざけられて設けられていると、当該突起部９０は電界強度の向上に寄与しないことが分かった。  
【００７７】
また、以上の実施の形態では、本発明を成膜処理を行うプラズマ処理に適用していたが、本発明は、成膜処理以外の基板処理、例えばエッチング処理やスパッタリングを行うプラズマ処理にも適用できる。
【００７８】
また、本発明のプラズマ処理で処理される基板は、半導体ウェハ、有機ＥＬ基板、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）用の基板等のいずれのものであってもよい。
【００７９】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、請求の範囲に記載された思想の範疇内において、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、そ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】
【００８０】
１      プラズマ処理装置
１０    処理容器
４０    ラジアルラインスロットアンテナ
４１    誘電体窓
４２    スロット板
８０、１００  スロット
９０、１１０  突起部
Ｗ      ウェハ
【図１】
2016098582.tif 000003
【図２】
2016098582.tif 000004
【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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【国際調査報告】
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