(57)【要約】      （修正有）【課題】熱による熱変形ひずみを低減しつつ、マイクロ波の特性変動を防止するスロット板を有するプラズマ装置の提供。【解決手段】マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段１と、マイクロ波発生手段１と反応器４ｂとの間に設けられ、複数のスロットが形成されており、マイクロ波の電界強度分布を試料１２の処理面に沿って概ね均一にするスロット板８と、スロット板８と反応器４ｂとの間に設けられ、マイクロ波の電界強度分布の均一性を保持またはさらに高める第１誘電体９と、マイクロ波により反応器内４ｂに発生するプラズマを用いて試料１２を処理する処理手段とから構成される。スロット板８の厚みは１ｍｍ以上とする。【選択図】      図２
2004235434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応器内の試料にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、
マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、
前記マイクロ波発生手段と前記反応器との間に設けられ、複数のスロットが形成されており、前記マイクロ波発生手段から発生したマイクロ波の電界強度分布を前記試料の処理面に沿って概ね均一にするスロット板と、
前記スロット板と前記反応器との間に設けられ、前記スロット板から供給されるマイクロ波の電界強度分布の均一性を保持またはさらに高める第１誘電体と、
前記マイクロ波により前記反応器内に発生するプラズマを用いて前記試料を処理する処理手段とを有し、
前記スロット板の厚みが１ｍｍ以上であるプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記マイクロ波発生手段と前記スロット板との間に、さらに第２誘電体が設けられている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記スロット板の厚みは３ｍｍ以上である、請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記スロット板の前記スロットは長方形状であり、前記スロットの長辺方向の長さＬ１は、下記式（１）を実質的に満たす請求項１または２に記載のプラズマ処理装置
Ｌ１≧（３／８）λＡ  …（１）
ここで、λＡ：前記スロット板に導入されるマイクロ波の波長。
【請求項５】
前記スロットの長辺方向の長さＬ１は、下記式（２）を実質的に満たす請求項４に記載のプラズマ処理装置
Ｌ１≧（１／２）λＡ  …（２）
ここで、λＡ：前記スロット板に導入されるマイクロ波の波長。
【請求項６】
前記スロットの長辺方向の長さＬ１は、実質的に、Ｌ１＝（１／２）λＡである、請求項５に記載のプラズマ処理装置
ここで、λＡ：前記スロット板に導入されるマイクロ波の波長。
【請求項７】
前記第１誘電体及び前記第２誘電体の前記試料の処理面に沿う断面が矩形状である、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記スロットは概ね同一サイズの同一形状で、概ね同一方向に沿って設けられており、隣接する前記スロットの中心間の距離Ｌ５は、実質的に、Ｌ５＝ｎＬ５λ２である、請求項７に記載のプラズマ処理装置
ここで、λ２：前記第２誘電体内のマイクロ波の波長
ｎＬ５：１以上の整数。
【請求項９】
前記スロットは概ね同一サイズの同一形状であり、前記スロット板に沿う互いに直交する軸のいずれかに関して線対称に配置され、かつ隣接するスロットの中心間の距離Ｌ６は、実質的に、Ｌ６＝ｎＬ６（λ２／２）である、請求項７に記載のプラズマ処理装置
ここで、λ２：前記第２誘電体内のマイクロ波の波長
ｎＬ６：１以上の整数。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波により発生したプラズマを利用するプラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣ（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）の形成には、マイクロ波（例えば、２．４５ＧＨｚ）を用いたプラズマ処理装置が用いられている。このマイクロ波を用いたプラズマ処理装置では、高い周波数を有するマイクロ波により高密度、かつ低電子温度のプラズマを得ることができる。よって、ゲート酸化膜等の薄膜への電気的破壊や物理的破壊の影響を抑えることができる。
さらに、近年、ＩＣの微細化及びウェハの大口径化が進み、それに伴い大口径な薄膜を均一に作成することが要求されている。そこで、このようなプラズマ装置には、マイクロ波を均一に誘電体に導入するためのスロット板が使用されている。スロット板を用いることでマイクロ波を均一化し、マイクロ波により発生するプラズマを均一化している。この均一化されたプラズマにより、ガスを均一に分離・励起し、均一な薄膜を形成している。スロット板には、マイクロ波の導入窓となる長方形状のスロットを形成する際に発生する突起や、スロット板の厚みによるマイクロ波の電解強度分布の乱れ等を防止するために薄い金属板が使用されている。この薄い金属板を使用する場合、薄い金属板から導入されるマイクロ波の結合度が大き過ぎると、火花や異常放電発生などの問題が発生する。そのため、スロット板のスロットの長辺方向の長さ（以下、スロット長）は、スロット板上部でのマイクロ波の波長の半分より十分に短く設定されている。
【０００３】
また、アンテナのスロットから誘電体にマイクロ波を導入する場合、アンテナ内を伝搬するマイクロ波の波長の半分より十分に短いスロット長のスロットから誘電体に導入するマイクロ波の電界強度を大きくするために、アンテナの厚みを薄くする技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−５０６１５号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、金属により形成された薄いスロット板やアンテナが使用されているため、プラズマ生成の際に発生する熱が放熱され難く、プラズマ装置内の温度が上昇し、スロット板が熱により変形しひずみが発生する。よって、スロットによりマイクロ波の透過率が変化する、マイクロ波の均一性が低下する等の特性が変動する問題が発生している。
そこで、本発明では、熱による熱変形ひずみを低減しつつ、マイクロ波の特性変動を防止するスロット板を有するプラズマ装置を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本願第１発明は、反応器内の試料にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、前記マイクロ波発生手段と前記反応器との間に設けられ、複数のスロットが形成されており、前記マイクロ波発生手段から発生したマイクロ波の電界強度分布を前記試料の処理面に沿って概ね均一にするスロット板と、前記スロット板と前記反応器との間に設けられ、前記スロット板から供給されるマイクロ波の電界強度分布の均一性を保持またはさらに高める第１誘電体と、前記マイクロ波により前記反応器内に発生するプラズマを用いて前記試料を処理する処理手段とを有し、前記スロット板の厚みが１ｍｍ以上であるプラズマ処理装置を提供する。
【０００７】
スロット板の厚みが１ｍｍ以上であると、プラズマを発生させる際等に生じる熱の放熱特性や剛性が向上し、かつスロットから導入されるマイクロ波が減少することで、火花や異常放電発生などの問題を低減することができ、マイクロ波を試料の処理面に沿って概ね均一に保ちやすい（以下、電界強度分布が概ね均一なマイクロ波を、均一なマイクロ波と称する。また、以下の“均一”とは“試料の処理面に沿う方向に概ね均一”をいうものとする）。
本願第２発明は、前記第１発明において、前記マイクロ波発生手段と前記スロット板との間に、さらに第２誘電体が設けられているプラズマ処理装置を提供する。
【０００８】
第２誘電体、スロット板、第１誘電体によりマイクロ波の不均一性を低減するため、マイクロ波を均一化し易い。
本願第３発明は、前記第１または第２発明において、前記スロット板の厚みは３ｍｍ以上であるプラズマ処理装置を提供する。
厚みが３ｍｍ以上のスロット板により放熱特性や剛性をさらに向上することができる。
本願第４発明は、前記第１または第２発明において、前記スロット板の前記スロットは長方形状であり、前記スロットの長辺方向の長さＬ１は、下記式（１）を実質的に満たすプラズマ処理装置を提供する。
【０００９】
Ｌ１≧（３／８）λＡ  …（１）
ここで、λＡ：前記スロット板に導入されるマイクロ波の波長である。
上記の構成により、スロット板の厚みが厚い場合でもスロットによるマイクロ波の減衰を防止し易く、スロット板を通過したマイクロ波と第１誘電体内のマイクロ波との結合度を良好にすることができる。
本願第５発明は、前記第４発明において、前記スロットの長辺方向の長さＬ１は、下記式（２）を実質的に満たすプラズマ処理装置を提供する。
Ｌ１≧（１／２）λＡ  …（２）
ここで、λＡ：前記スロット板に導入されるマイクロ波の波長である。
【００１０】
上記の構成により、スロット板の厚みが厚い場合でもスロットによるマイクロ波の減衰をさらに防止し、マイクロ波の透過特性を改善することができる。よって、スロット板を通過したマイクロ波と第１誘電体内のマイクロ波との結合度を良好にすることができる。
本願第６発明は、前記第５発明において、前記スロットの長辺方向の長さＬ１は、実質的に、Ｌ１＝（１／２）λＡであるプラズマ処理装置を提供する。ここで、λＡ：前記スロット板に導入されるマイクロ波の波長である。
【００１１】
上記の構成により、スロットの長辺方向の長さが、スロット板に導入されるマイクロ波の波長のほぼ共振長となる。よって、スロットの短辺方向の長さが狭い場合であってもマイクロ波の透過率を高めつつ、かつマイクロ波の分布を乱さずに高い結合度を得ることができる。また、スロットの長辺方向において隣接するスロットの中心間隔Ｌ２を実質的に、Ｌ２＝λＡとすると、各スロットから第１誘電体に導入されるマイクロ波の位相が揃うのでさらに好ましい。
本願第７発明は、前記第２発明において、前記第１誘電体及び前記第２誘電体の前記試料の処理面に沿う断面が矩形状であるプラズマ処理装置を提供する。
【００１２】
第１誘電体及び第２誘電体の試料の処理面に沿う断面を矩形状とすることで、マイクロ波の電界強度分布が試料の処理面に沿って全体として均一となる。その均一なマイクロ波により均一にプラズマが発生し、このプラズマにより励起・活性化されたガス分子によって均一な薄膜形成が可能となる。また、ガスの流量・組成比等のプロセス条件の変更やメンテナンス等によるプロセス条件の変化が生じても、マイクロ波が伝播する領域が矩形状であるためマイクロ波の電界強度分布が偏りにくい。よって、プロセスマージンを拡大することができる。
【００１３】
本願第８発明は、前記第７発明において、前記スロットは概ね同一サイズの同一形状で、概ね同一方向に沿って設けられており、隣接する前記スロットの中心間の距離Ｌ５は、実質的に、Ｌ５＝ｎＬ５λ２であるプラズマ処理装置を提供する。ここで、λ２：前記第２誘電体内のマイクロ波の波長、ｎＬ５：１以上の整数である。
第２誘電体内の波長λ２のマイクロ波が、各々の中心間の距離がλ２の整数倍であり、また同一サイズの長方形状で同一方向に沿って設けられたスロットから第１誘電体に導入されると、各々のスロットの中心位置における第１誘電体内でのマイクロ波の位相が揃うため、第１誘電体に導入されるマイクロ波と第１誘電体内を伝搬するマイクロ波との結合度を高めることができる。
【００１４】
本願第９発明は、前記第７発明において、前記スロットは概ね同一サイズの同一形状であり、前記スロット板に沿う互いに直交する軸のいずれかに関して線対称に配置され、かつ隣接するスロットの中心間の距離Ｌ６は、実質的に、Ｌ６＝ｎＬ６（λ２／２）であるプラズマ処理装置を提供する。ここで、λ２：前記第２誘電体内のマイクロ波の波長、ｎＬ６：１以上の整数である。
前記第８発明と同様に、第１誘電体に導入されるマイクロ波と第１誘電体内を伝搬するマイクロ波との結合度を高めることができ、さらにスロットの実装密度を高めることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
＜プラズマ処理装置＞
プラズマ処理装置は、マイクロ波発生器、処理室及び処理室上部のマイクロ波伝搬領域を有しており、以下のように処理が行われる。
マイクロ波発生器より発生したマイクロ波がマイクロ波伝搬領域を伝搬し、ガス雰囲気の処理室内に電界が形成される。この電界とガスとによりプラズマが発生し、プラズマにより生成された化学種により成膜、エッチング、気相洗浄等の処理が処理室内の試料に施される。
【００１６】
このようなプラズマを利用したプラズマ処理装置には、プラズマにより酸化・窒化を行う装置（以下、プラズマ酸窒化装置という）、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ）装置、プラズマエッチング装置、プラズマアッシング装置、プラズマ洗浄装置、プラズマアニール装置等がある。
以下に、本発明のプラズマ処理装置として、プラズマ酸窒化装置を例に挙げて説明する。
＜第１実施形態例＞
［構成］
図１は第１実施形態例に係るプラズマ酸窒化装置の外観、図２は図１のＡ−Ａ’を含む試料の処理面に垂直な方向における図１の装置の断面図、図３は図１に示すプラズマ酸窒化装置の要部の分解斜視図、図４（ａ）、（ｂ）はスロット板のスロット形状である。
【００１７】
第１実施形態例に係るプラズマ酸窒化装置は、マイクロ波発生器１、導波管２及びチャンバ４を有している。チャンバ４には、成膜ガス等のガスを導入するガス導入口５及びガスを排出するガス排出口６が取り付けられている。また、チャンバ４は、円筒形状のチャンバ蓋（以下、円形チャンバ蓋）４ａと円筒形状の処理室（以下、円形処理室）４ｂとを有している。円形処理室４ｂには、円形チャンバ蓋４ａと対向する位置に試料１２を載置するための試料台１１が設けられている。円形処理室４ｂの側面には、ガス導入口５から成膜ガス等のガスを円形処理室４ｂに供給するガス導入部１０が設けられている。一方、円形チャンバ蓋４ａには、上から順に共振器７、円筒形状のスロット板（円形スロット板）８及び円筒形状の封止誘電体（以下、円形封止誘電体）９が円形処理室４ｂの上部を覆うように設けられている。円形スロット板８には、図４（ａ）に示すように、長方形状のスロット８ａが放射状に設けられている。図４（ａ）に示すスロット８ａの短辺方向の長さＷ１は、長辺方向の長さＬ１よりも十分に短い。また、円形スロット板８としては、図４（ｂ）に示すラジアルラインスロットアンテナを使用しても良い。このとき、図４（ｂ）のスロット８ａ１の長辺方向の長さＬａ１とスロット８ａ２の長辺方向の長さＬａ２との合計は、Ｌ１＝Ｌａ１＋Ｌａ２で表されるものとする。また、チャンバ４上には、導波管２内に設けられた同軸アンテナ３が設けられている。
【００１８】
ここで、円形スロット板８の厚みｔは剛性や放熱特性の観点から１ｍｍ以上であると好ましい。円形スロット板８の厚みが１ｍｍ以上であると、プラズマを発生させる際等に生じる熱の放熱特性や剛性が向上し、かつスロット８ａから導入されるマイクロ波が減少することで、火花や異常放電発生などの問題を低減することができ、マイクロ波の均一性を保ちやすい。厚みｔが３ｍｍ以上であると、さらに前記の問題を低減することができるので好ましい。
また、スロット８ａの長辺方向のスロット長Ｌ１は、好ましくはＬ１≧（３／８）λ７、さらに好ましくはＬ１≧（１／２）λ７となるように設定する。ここで、λ７は共振器７内のマイクロ波の波長である。このようにスロット長Ｌ１を設定することで、スロット板の厚みｔが厚い場合でもスロット８ａによるマイクロ波の減衰を防止し易く、円形スロット板８を通過した共振器７内のマイクロ波と円形封止誘電体９内のマイクロ波との結合度を良好にすることができる。さらに好ましくはＬ１＝（１／２）λ７となるように設定する。このようにすることでスロット長Ｌ１が波長λ７のほぼ共振長となり、厚みｔが１ｍｍ以上の円形スロット板８であっても、またスロット８ａの短辺方向の長さＷ１が狭い場合であっても円形封止誘電体９へのマイクロ波の十分な透過率を得ることができ、円形スロット板８によるマイクロ波の減衰を防止することができる。また、マイクロ波の分布を乱さずに、共振器７から円形スロット板８を介して円形封止誘電体９に導入されるマイクロ波と円形封止誘電体９内のマイクロ波との高い結合度を得ることができる。よって、スロット板の変形や異常放電、マイクロ波の減衰等による不均一なマイクロ波の発生を低減しつつ、さらに高い結合度を得ることができる。そのため、効率よく均一なプラズマを発生させて大口径ウェハにおいて薄膜を均一に生成することができる。（以下、電界強度分布が概ね均一なマイクロ波を、均一なマイクロ波と称する。また、以下の“均一”とは“試料１２の処理面に沿う方向に概ね均一”をいうものとする）
また、図４に示す長辺方向の隣接するスロットの中心間隔Ｌ２を実質的に、Ｌ２＝λ７とすると、各スロット８ａから円形封止誘電体９に導入されるマイクロ波の位相が揃うのでさらに好ましい。さらに、スロット８ａ内部の比誘電率と円形封止誘電体９内の比誘電率とが同程度であれば、スロット８ａを通過する際のマイクロ波の反射を低減することができるので好ましい。
【００１９】
円形スロット板８の厚みｔと熱変形ひずみとの関係は、厚みｔと透過率との関係と相反関係にあるため、プラズマ酸窒化装置の特性に適応させて決定する必要がある。
さらに、円形スロット板８上部に円筒形状のアンテナ誘電体（以下、円形アンテナ誘電体）１５を設けると、円形アンテナ誘電体１５、円形スロット板８及び円形封止誘電体９により、円形封止誘電体９内のマイクロ波の電界強度分布がさらに均一化される。また、同軸アンテナ３のかわりに、スロットアンテナ、矩形導波管等その他のアンテナを設けても良い。また、上記の誘電体としては、石英、フッ素樹脂、ポリエチレン、ポリスチレン等の誘電損失の少ない物質が好ましい。誘電体は、真空、空気、ガス等比誘電率が“１”である場合を含む。また、誘電体の表面の少なくとも一部が導体で覆われている場合を含む。また、スロット板の材質としては、Ｃｕ、Ａｌ等の金属板が用いられる。
［処理］
このプラズマ酸窒化装置では、例えば以下のように成膜の処理が行われる。
【００２０】
まず、ガス排出口６より排気を行って、円形処理室４ｂ内を所定の真空度にし、ガス導入口５及びガス導入部１０を介して円形処理室４ｂ内にガスを導入する。次に、マイクロ波発生器１より発生したマイクロ波を、円形スロット板８を介して円形封止誘電体９に導入し、その電界強度分布を均一化する。そのマイクロ波を円形処理室４ｂ内に導入する。導入されたマイクロ波により発生したプラズマは、ガス分子を励起・活性化させ化学種を生成し、試料１２の表面に薄膜を形成する。
［実験結果］
次に円形スロット板８の厚みｔ及びスロット８ａのスロット長Ｌ１と透過率及び熱変形によるひずみとの関係を示す。図５は円形スロット板８の厚みｔと熱変形によるひずみとの関係を示す説明図である。図６はスロット長Ｌ１＝（１／４）λ７、（３／８）λ７、（１／２）λ７のスロットを有する円形スロット板８各々の厚みｔと透過率との関係を示す説明図である。
【００２１】
図５及び図６は、共振器７内の波長λ７が自由空間波長となる程度の寸法を有し、かつ石英で充填されている場合の実験結果である。
図５より円形スロット板８の厚みｔが１ｍｍ以上である場合、円形スロット板８の熱変形ひずみは約４０μｍ以上である。よって、厚みｔが１ｍｍ以上であると剛性を向上でき、かつ良好な放熱特性を得ることができるため、熱変形ひずみが円形スロット板８の厚みｔの１／１０以下と十分に小さくなり、熱変形によるマイクロ波への影響を低減できる。さらに、厚みｔが１≦ｔ≦３（ｍｍ）の範囲では、図５より熱変形ひずみが約２０μｍとなり、変形によるアンテナ特性の変動をさらに小さくできる。また、プラズマを発生させる際に生じる熱の放熱特性がさらに向上し、かつ火花や異常放電などの問題をさらに低減することができる。
【００２２】
図６より厚みｔが１ｍｍの各スロット長Ｌ１における透過率は、全て約８０％以上あり、剛性及び透過率ともに問題ない。特に、Ｌ１≧（３／８）λ７とすると、透過率が約９０％以上となりマイクロ波の透過率を向上できるので好ましい。また、厚みｔが１≦ｔ≦３（ｍｍ）の範囲では、Ｌ１≧（３／８）λ７とすると透過率は約７０％以上となり、Ｌ１≦（１／４）λ７の場合と比較してマイクロ波の透過率を十分に高めることができる。厚みｔが３ｍｍ以上においても同様に熱変形ひずみは約２０μｍ以下と小さく、さらにＬ１≧（３／８）λ７であると透過率の低下も抑制できる。例えば、厚みｔが５ｍｍの時、熱変形ひずみは約５μｍで、透過率は約５５％以上である。
＜第１実施例＞
以下の図７〜図１１を参照し、第１実施形態例に係るプラズマ酸窒化装置について、第１実施例を挙げてより具体的に説明する。図７は第１実施例のプラズマ酸窒化装置の外観、図８は図７のＢ−Ｂ’を含む図中Ｘ軸に垂直な図７の装置の断面図、図９は図７に示すプラズマ酸窒化装置の要部の分解斜視図、図１０はＨ面スロットアンテナのスロット形状、図１１は複数のスロット３６ａを有する矩形スロット板３６の斜視図である。
［全体構成］
本実施例に係るプラズマ酸窒化装置は、矩形導波管２０、Ｈ面スロットアンテナ３０及び試料１２の処理面に沿う断面が矩形状のチャンバ（以下、矩形チャンバ）２５を有している。また、矩形チャンバ２５には、試料１２の処理面に沿う断面が矩形状の処理室（以下、矩形処理室）２５ｂ及び矩形処理室２５ｂを覆う、試料１２の処理面に沿う断面が矩形状のチャンバ蓋（以下、矩形チャンバ蓋）２５ａが設けられている。
【００２３】
矩形チャンバ蓋２５ａは、図９に示すように、上から順にそれぞれ試料１２の処理面に沿う断面が矩形状のアンテナ誘電体（以下、矩形アンテナ誘電体）３４、試料１２の処理面に沿う断面が矩形状のスロット板（以下、矩形スロット板）３６及び試料１２の処理面に沿う断面が矩形状の封止誘電体（以下、矩形封止誘電体）３８を有している。
矩形スロット板３６には、長方形状のスロット３６ａが設けられている。スロット３６ａの長辺方向の長さＬ３は、Ｌ３＝（１／２）λ３４、短辺方向の長さＷ２は、長辺方向の長さＬ３よりも十分に短い。矩形スロット板の厚みｔは１ｍｍである。また、スロット３６ａは、図１１に示すように、隣接するスロット３６ａのスロットの中心間隔Ｌ４が実質的にＬ４＝λ３４となるように、かつ一方向に沿って設けられていると好ましい。ここで、λ３４は、矩形アンテナ誘電体３４内のマイクロ波の波長である。スロット３６ａは、矩形封止誘電体３８内でのマイクロ波分布に応じて、その傾斜角度を変更することもできる。つまり、試料１２の処理方法や装置の処理条件などに応じて矩形封止誘電体３８内でのマイクロ波のＸ方向の伝搬成分とＹ方向の伝搬成分との比を考慮し、スロット３６ａの傾斜角度を変更する。矩形アンテナ誘電体３４上には、Ｈ面スロットアンテナ３０が載置されており、このＨ面スロットアンテナ３０により矩形導波管２０から矩形アンテナ誘電体３４にマイクロ波が導入される。
【００２４】
Ｈ面スロットアンテナ３０は、上部３０ａ、側部３０ｂ及び底部３０ｃを有している。底部３０ｃ、つまりＨ面スロットアンテナ３０のＨ面には、図１０に示すようにＨ面スロットアンテナ３０の辺方向に沿って、長方形状のスロット３０ｄが形成されている。Ｈ面スロットアンテナ３０上部には矩形導波管２０が搭載されている。その他の以下に述べる構成以外は、前記第１実施形態例と同様である。
以下に、本実施例に係るプラズマ酸窒化装置の各部について詳細に説明する。
［矩形アンテナ誘電体］
矩形状に形成されている矩形アンテナ誘電体３４は、マイクロ波の電界強度分布を均一化する。また、矩形アンテナ誘電体３４は、矩形処理室２５ｂとの間に設けられた矩形スロット板３６により、矩形アンテナ誘電体３４内のマイクロ波と矩形処理室２５ｂ内のプラズマにより反射されたマイクロ波との結合が抑制されている。そのため、矩形アンテナ誘電体３４内を伝搬するマイクロ波はプラズマの影響を受けにくく、マイクロ波の電界強度分布を均一化し易い。
［矩形封止誘電体］
矩形封止誘電体３８は、矩形状に形成されており、矩形スロット板３６より導入されたマイクロ波の電界強度分布の均一性を保持したままあるいはさらに高め、矩形封止誘電体３８下方の矩形処理室２５ｂにプラズマを発生させるための電界を形成する。また、矩形封止誘電体３８は、真空状態の矩形処理室２５ｂを大気から隔離し、清浄空間に保つ。
［矩形スロット板］
矩形スロット板３６は、矩形アンテナ誘電体３４から導入されるマイクロ波の電界強度分布の均一性を、スロット３６ａにより保持したままあるいはさらに高める。矩形スロット板３６は、必ずしも試料１２の処理面に沿う断面が矩形状である必要はなく、矩形アンテナ誘電体３４、矩形封止誘電体３８及び矩形処理室２５ｂを覆う形状であれば良く、例えば円形状であっても良い。
【００２５】
また、スロット３６ａ内部の比誘電率と矩形アンテナ誘電体３４の比誘電率とが同程度であれば、スロット３６ａを通過する際のマイクロ波の反射を低減することができ、設計も容易となるのでより好ましい。
［矩形処理室］
矩形処理室２５ｂでは、矩形封止誘電体３８内のマイクロ波により電界が形成される。矩形封止誘電体３８から均一なマイクロ波が導入されているため、矩形処理室２５ｂ内では均一なプラズマが発生する。このプラズマにより励起・活性化されたガス分子によって、均一な薄膜が試料１２上に形成される。矩形処理室２５ｂは、その中で発生したプラズマによりマイクロ波が反射・吸収されるため通常マイクロ波が伝搬する領域ではない。よって、矩形処理室２５ｂの試料１２処理面に沿う方向の断面は必ずしも矩形状である必要はない。ただし、マイクロ波が完全に吸収されずに矩形処理室２５ｂ内を伝搬する場合もあるので、不均一なマイクロ波によりプラズマの均一性が乱されないように矩形処理室２５ｂの試料１２処理面に沿う断面を矩形状とするのが好ましい。このようにすることで、プラズマの均一性をさらに高め、より均一な薄膜を形成することができる。
［Ｈ面スロットアンテナ］
Ｈ面スロットアンテナ３０は、図１０に示すように底部３０ｃにＨ面スロットアンテナ３０の辺方向に沿って、一定間隔毎に長方形状スロット３０ｄを有している。よって、矩形アンテナ誘電体３４、矩形スロット板３６、矩形封止誘電体３８によりマイクロ波を均一化するとともに、マイクロ波の電界強度分布の均一性を高めるのに有効である。ここでは、アンテナとしてＨ面スロットアンテナを用いているが、Ｅ面スロットアンテナ、円形導波管、同軸導波管、スロット以外の結合素子等を使用することもできる。なかでも、断面が矩形状のスロットアンテナを使用した場合には、一点に大電力が集中することがなく、発熱・異常放電等の特性変動が生じにくい。また、スロットアンテナが矩形状であるため、矩形アンテナ誘電体３４に固定し易く特性変動が生じにくいため、均一なプラズマを発生させることができる。
【００２６】
Ｈ面スロットアンテナ３０は、少なくとも１カ所に設置すればよいが、大口径な試料を処理する大型な装置に対応させて、複数個設けたり、分岐させて誘電体にマイクロ波を導入するようにしても良い。このとき、偶数個設けるようにすると設計が容易で好ましい。さらに２ｎ（ｎは自然数）個設けるようにするとより好ましい。
［矩形チャンバ］
矩形チャンバ２５は、矩形アンテナ誘電体３４、矩形封止誘電体３８等にあわせて試料１２の処理面に沿う断面を矩形状に形成すると電気的・構造的な不整合が少なくなるので好ましい。
【００２７】
よって、プラズマ酸窒化装置の矩形アンテナ誘電体３４及び矩形封止誘電体３８の試料１２の処理面に沿う断面を矩形状とすることで、マイクロ波の電界強度分布が試料の処理面に沿って全体として均一となる。その均一なマイクロ波により均一にプラズマが発生し、このプラズマにより励起・活性化されたガス分子によって均一な薄膜形成が可能となる。また、ガスの流量・組成比等のプロセス条件の変更やメンテナンス等によるプロセス条件の変化が生じても、マイクロ波が伝播する領域が矩形状であるためマイクロ波の電界強度分布が偏りにくい。よって、プロセスマージンを拡大することができる。
【００２８】
また、矩形アンテナ誘電体３４、矩形スロット板３６及び矩形封止誘電体３８により、矩形封止誘電体３８内のマイクロ波の電界強度分布がさらに均一化されるため、マイクロ波の不均一性を低減でき、マイクロ波を均一化し易い。
上記の矩形アンテナ誘電体３４及び矩形封止誘電体３８において、均一化されたマイクロ波はプラズマにより減衰しうるため、必ずしも定在波条件を満たしている必要はなく、概ね均一な電界強度分布を有するマイクロ波であれば良い。ただし、定在波条件を満たしていれば多重反射によるうち消し合いが低減し、より均一にプラズマを発生させ易く、試料１２表面にさらに均一に薄膜が形成されるので好ましい。同様の理由により、矩形処理室２５ｂ、矩形スロット板３６、Ｈ面スロットアンテナ３０、矩形導波管２０もマイクロ波の定在波条件を満たしていると好ましい。
＜第２実施例＞
以下に、第１実施形態例に係るプラズマ酸窒化装置について、第２実施例を挙げて説明する。ただし、第２実施例に係るプラズマ酸窒化装置は、以下に記載の矩形スロット板３６のスロット形状以外については、第１実施例と同様の構成を有している。
【００２９】
図１２（ａ），（ｂ）は矩形スロット板のスロットの形状、図１３（ａ），（ｂ）は図１２（ａ），（ｂ）それぞれに示すスロット形状とアンテナ誘電体内を伝搬するＸ及びＹ方向のある時間におけるマイクロ波の波長との関係を示す説明図である。
図１２（ａ）では、長方形状のスロット３６ａが、概ね同一サイズ及び同一方向で複数設けられている。また、隣接するスロット３６ａの中心間の距離Ｌ５を、実質的に、Ｌ５＝ｎＬ５λ３４を満たすように設定する。ここで、λ３４は矩形アンテナ誘電体３４内のマイクロ波の波長、ｎＬ５は１以上の整数である。スロット３６ａは、矩形封止誘電体３８内でのマイクロ波分布に応じて、その傾斜角度を変更することもできる。つまり、試料１２の処理方法や装置の処理条件などに応じて矩形封止誘電体３８内でのマイクロ波のＸ方向の伝搬成分とＹ方向の伝搬成分との比を考慮し、スロット３６ａの傾斜角度を変更する。
【００３０】
図１３（ａ）に示す矩形アンテナ誘電体３４内を伝搬する波長λ３４のマイクロ波がスロット板３６に導入されると、図１３（ａ）の斜線部分のマイクロ波が各々のスロット３６ａから矩形封止誘電体３８に導入される。よって、各々のスロット３６ａの中心位置における矩形封止誘電体３８内でのマイクロ波の位相が揃うため、矩形封止誘電体３８に導入されるマイクロ波と矩形封止誘電体３８内を伝搬するマイクロ波との結合度を高めることができる。
一方、図１２（ｂ）では、長方形状のスロット３６ａが、概ね同一サイズで複数設けられており、前記スロット板に沿う互いに直交する軸のいずれかに関して線対称である。また、隣接するスロット３６ａの中心間の距離Ｌ６を、実質的に、Ｌ６＝ｎＬ６（λ３４／２）を満たすように設定する。ここで、λ３４は矩形アンテナ誘電体３４内のマイクロ波の波長、ｎＬ６は１以上の整数である。スロット３６ａの傾斜角度は前述の通りである。
【００３１】
図１３（ｂ）に示す矩形アンテナ誘電体３４内を伝搬する波長λ３４のマイクロ波がスロット板３６に導入されると、図１３（ｂ）の斜線部分のマイクロ波が各々のスロット３６ａから矩形封止誘電体３８に導入される。よって、前述と同様に、マイクロ波同士の干渉による損失を抑制しつつ、かつスロットの実装密度を高めることができ、より均一なプラズマの励起が可能となる。
［その他の実施形態例］
（Ａ）本発明は、シリコンプロセス以外の化合物、ＦＰＤ（Ｆｌａｔ  Ｐａｎｅｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）プロセス等に適用可能である。また、プラズマを用いないマイクロ波照射装置、マイクロ波加熱装置等にも適用可能である。
（Ｂ）前記実施例は、必要に応じて組み合わせて用いることができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明を用いれば、熱による熱変形ひずみを低減しつつ、マイクロ波の特性変動を防止するスロット板を有するプラズマ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態例に係るプラズマ酸窒化装置の外観図。
【図２】第１実施例に係るプラズマ酸窒化装置のＡ−Ａ’を含む試料の処理面に垂直な方向における図１の装置の断面図。
【図３】図１に示すプラズマ酸窒化装置の要部の分解斜視図。
【図４】（ａ）スロット板のスロット形状（１）。
（ｂ）スロット板のスロット形状（２）。
【図５】円形スロット板８の厚みｔと熱変形によるひずみとの関係を示す説明図。
【図６】３種類の各スロット長のスロットを有する円形スロット板８各々の厚みｔと透過率との関係を示す説明図。
【図７】第１実施例に係るプラズマ酸窒化装置の外観図。
【図８】図７のＢ−Ｂ’を含む図中Ｘ軸に垂直な図７の装置の断面図。
【図９】図７に示すプラズマ酸窒化装置の要部の分解斜視図。
【図１０】Ｈ面スロットアンテナのスロット形状。
【図１１】複数のスロット３６ａを有する矩形スロット板３６の斜視図。
【図１２】（ａ）矩形スロット板のスロットの形状（１）。
（ｂ）矩形スロット板のスロットの形状（２）。
【図１３】（ａ）図１２（ａ）のスロットとアンテナ誘電体内を伝搬するＸ及びＹ方向のマイクロ波の波長との関係を示す説明図。
（ｂ）図１２（ｂ）のスロットとアンテナ誘電体内を伝搬するＸ及びＹ方向のマイクロ波の波長との関係を示す説明図。
【符号の説明】
１  マイクロ波発生器
２  導波管
３  同軸アンテナ
４  チャンバ
４ａ  円形チャンバ蓋
４ｂ  円形処理室
７  共振器
８  円形スロット板
９  円形封止誘電体
１２  試料
２０  矩形導波管
２５  矩形チャンバ
２５ａ  矩形チャンバ蓋
２５ｂ  矩形処理室
３０  Ｈ面スロットアンテナ
３４  矩形アンテナ誘電体
３６  矩形スロット板
３８  矩形封止誘電体
【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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