(57)【要約】【課題】電磁波の伝播を抑制することでチャンバ内における異常放電の発生を抑えることを目的とする。【解決手段】ガスをチャンバ内に供給し、電磁波の電力によりガスからプラズマを生成し、保持台に保持された基板に所定のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、電磁波発生器から出力された電磁波を伝播させ、前記チャンバ内に透過させる誘電体窓と、前記誘電体窓を支持する支持部材と、前記誘電体窓に隣接する突出部を有し、前記支持部材が配置された空間とプラズマ生成空間とを仕切る仕切部材と、前記突出部により前記プラズマ生成空間に露出しないように、前記仕切部材と前記誘電体窓との間に配置される導電性部材と、を有するプラズマ処理装置が提供される。【選択図】図３
2016086099.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスをチャンバ内に供給し、電磁波の電力によりガスからプラズマを生成し、保持台に保持された基板に所定のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、
電磁波発生器から出力された電磁波を伝播させ、前記チャンバ内に透過させる誘電体窓と、
前記誘電体窓を支持する支持部材と、
前記誘電体窓に隣接する突出部を有し、前記支持部材が配置された空間とプラズマ生成空間とを仕切る仕切部材と、
前記突出部により前記プラズマ生成空間に露出しないように前記仕切部材と前記誘電体窓との間に配置される導電性部材と、
を有するプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記突出部と前記導電性部材との隙間は、
マルチパクター放電を起こさない距離である、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記仕切部材は、Ｌ字形状であり、Ｌ字形状の内側角部が前記導電性部材に近接する、
請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記仕切部材を設置し、前記支持部材の下方まで延在する設置部材を有する、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記導電性部材は、アルミニウム又はシリコンを含む、
請求項１〜４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記導電性部材は、グラウンドに接続されている、
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】
ガスをチャンバ内に供給し、電磁波の電力によりガスからプラズマを生成し、保持台に保持された基板に所定のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、
電磁波発生器から出力された電磁波を伝播させ、前記チャンバ内に透過させる誘電体窓と、
前記保持台の外縁側に配置されるフォーカスリングと、
前記フォーカスリングの表面及び裏面の少なくともいずれかに形成された導電性部材と、
を有するプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記導電性部材は、グラウンドに接続されている、
請求項７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、プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスをチャンバ内に供給し、高周波の電力によりガスからプラズマを生成し、保持台に保持された基板に所定のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、プラズマの生成を制御する方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
特許文献１は、バイアス用の高周波の電力を下部に印加したときに形成される高周波電流経路のうちウェハの外周付近における電流経路部分を対向電極のウェハ対向面に向かうように強制する電流経路矯正手段を有する。電流経路矯正手段としては、壁の近傍にて誘電体の下部に導電性部材を配置する例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１８５５４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、導電性部材は、電流経路を矯正することによりチャンバ内におけるプラズマの生成領域を制御し、ウェハのプラズマ処理の面内均一性を高めるために設けられ、チャンバ内での異常放電の抑制を考慮したものではない。
【０００６】
一方、チャンバ内において異常放電が起きると、チャンバにダメージを与え、チャンバの壁面からパーティクルが発生し、プラズマ処理時にウェハ上に飛散してウェハに形成された配線間をショートさせる等の影響を与える。
【０００７】
上記課題に対して、一側面では、本発明は、電磁波の伝播を抑制することでチャンバ内における異常放電の発生を抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、一の態様によれば、ガスをチャンバ内に供給し、電磁波の電力によりガスからプラズマを生成し、保持台に保持された基板に所定のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、電磁波発生器から出力された電磁波を伝播させ、前記チャンバ内に透過させる誘電体窓と、前記誘電体窓を支持する支持部材と、前記誘電体窓に隣接する突出部を有し、前記支持部材が配置された空間とプラズマ生成空間とを仕切る仕切部材と、前記突出部により前記プラズマ生成空間に露出しないように、前記仕切部材と前記誘電体窓との間に配置される導電性部材と、を有するプラズマ処理装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
一の側面によれば、電磁波の伝播を抑制することでチャンバ内における異常放電の発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態に係るプラズマ処理装置の縦断面の一例を示す図。
【図２】一実施形態に係るスロットアンテナ板の一例を示す図。
【図３】一実施形態に係る誘電体窓の外縁近傍の構成例を示す図。
【図４】一実施形態に係る金属プレートの材質とマルチパクター放電距離の一例を示す図。
【図５】一実施形態に係る片道移動回数とマルチパクター放電領域の一例を示す図。
【図６】一実施形態に係る二次電子放出の発生条件を説明するための図。
【図７】一実施形態に係るフォーカスリングの配置の一例を説明するための図。
【図８】一実施形態に係るフォーカスリングの配置の他の例を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
【００１２】
［プラズマ処理装置の全体構成］
まず、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置３１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、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置３１の全体構成を示す。本実施形態では、プラズマ処理装置３１の一例としてラジアルラインスロットアンテナを用いたプラズマ処理装置を挙げる。プラズマ処理装置３１の他の例として電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Ｒesonance Plasma）装置が挙げられる。プラズマ処理装置３１は、ガスをチャンバ内に供給し、電磁波の電力によりガスからプラズマを生成し、保持台３４に保持されたウェハＷに所定のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であればよい。
【００１３】
プラズマ処理装置３１は、その内部で半導体ウェハ（以下、「ウェハＷ」ともいう、）にエッチング等のプラズマ処理を行うチャンバ３２と、チャンバ３２内にガスを供給するガス供給部３３とを有する。
【００１４】
また、プラズマ処理装置３１は、マイクロ波を用いてチャンバ３２内にプラズマを発生させるプラズマ発生機構３９と、ウェハＷを保持する保持台３４にＲＦ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）バイアス用の高周波電力を供給する高周波電源５８とを有する。
【００１５】
保持台３４の外縁側には、リング状のフォーカスリング１１０が配置される。フォーカスリング１１０の表面はコーティング膜１１１で被覆されている。また、フォーカスリング１１０の裏面はコーティング膜１１２で被覆されている。なお、フォーカスリング１１０の表面及び裏面の少なくともいずれかがコーティング膜で被覆されていればよい。
【００１６】
また、プラズマ処理装置３１は、制御部２８により全体の動作を制御され。制御部２８は、ガス供給部３３におけるガス流量、チャンバ３２内の圧力、保持台３４に供給される高周波電力等のプラズマ処理装置３１の全体の制御を行う。
【００１７】
チャンバ３２は、陽極酸化処理（アルマイト処理）されたアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。チャンバ３２は、接地され、グラウンドに接続されている。チャンバ３２は、保持台３４の下方側に位置する底部４１と、底部４１の外周から上方向に延びる側壁４２とを含む。側壁４２は円筒状である。チャンバ３２の底部４１には、その一部を貫通するように排気用の排気孔４３が設けられている。
【００１８】
チャンバ３２の上部側は開口している。図１及び図１の領域Ａを拡大した図３に示すように、チャンバ３２の開口は、チャンバ３２の側壁４２の上部に配置される支持部材４４及び誘電体窓３６、及び誘電体窓３６と支持部材４４との間に介在するシール部材としてのＯリング４５によって密封されている。
【００１９】
誘電体窓３６の外縁は、支持部材４４により支持されている。支持部材４４は、アルミニウム等の金属から形成されている。支持部材４４は、チャンバ３２の上部開口の蓋体の一部を構成する。
【００２０】
誘電体窓３６の外縁の下部には、金属プレート１０２及び仕切部材１０３が設けられている。仕切部材１０３は、石英等の誘電体にて形成され、誘電体窓３６（またはチャンバ１０の内壁）に支持されている。設置部材１０１は、支持部材４４の下方まで延在し、支持部材４４が配置された空間Ｕにてパーティクルが生じたときの受け皿となって、パーティクルがプラズマ生成空間Ｐに飛散することを抑制する。仕切部材１０３と設置部材１０１との間にはわずかに空間が形成されている。
【００２１】
図１に戻り、ガス供給部３３は、ウェハＷの中央に向かってガスを導入する第１のガス供給部４６と、ウェハＷの外側からガスを導入する第２のガス供給部４７とを含む。第１のガス供給部４６においてガスを供給するガス供給孔３０は、誘電体窓３６の下面４８よりも内方側に後退した位置に設けられている。第１のガス供給部４６は、第１のガス供給部４６に接続されたガス供給系４９により流量等を調整しながらプラズマ励起用のガスをガス供給孔３０から供給する。第２のガス供給部４７は、側壁４２の上部側の一部において、チャンバ３２内にプラズマ励起用のガスを供給する複数のガス供給孔５０を設けることにより形成されている。複数のガス供給孔５０は、周方向に等しい間隔を開けて設けられている。
【００２２】
保持台３４には、高周波電源５８からのバイアス用の高周波電力がマッチングユニット５９を介して保持台３４内の電極に印加される。高周波電源５８は、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波を所定の電力（バイアスパワー）で出力可能である。マッチングユニット５９は、高周波電源５８側のインピーダンスと、主にプラズマ側（負荷側）のインピーダンスとの間で整合をとるための整合器を収容しており、この整合器の中に自己バイアス生成用のブロッキングコンデンサが含まれている。
【００２３】
保持台３４上には静電チャック３４ａが設けられている。静電チャック３４ａは、ウェハＷを吸着可能である。なお、保持台３４上に静電チャック３４ａが設けられていなくてもよい。その場合、ウェハＷは、保持台３４により保持される。
【００２４】
保持台３４は、底部４１の下方側から垂直上方に延びる絶縁性の筒状支持部５１に支持されている。排気孔４３は、筒状支持部５１の外周に沿ってチャンバ３２の底部４１の一部を貫通するように設けられている。排気孔４３の下方側には排気管を介して排気装置が接続されている。排気装置は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有している。排気装置により、チャンバ３２内を所定の圧力まで減圧することができる。
【００２５】
プラズマ発生機構３９はチャンバ３２外に設けられており、プラズマ励起用マイクロ波を発生させるマイクロ波発生器３５を含む。マイクロ波発生器３５は、電磁波発生器の一例であり、マイクロ波発生器３５から出力されるマイクロ波は電磁波の一例である。
【００２６】
また、プラズマ発生機構３９は、保持台３４と対向する位置に配置され、マイクロ波発生器３５から出力されたマイクロ波を伝播させ、チャンバ３２内に透過させる誘電体窓３６を含む。また、プラズマ発生機構３９には、誘電体窓３６の上方側に配置され、マイクロ波を誘電体窓３６に放射する複数のスロットが形成されたスロットアンテナ３７が含まれる。また、プラズマ発生機構３９は、スロットアンテナ３７の上方側に配置され、後述する同軸導波管５６から導入されたマイクロ波を径方向に伝播する誘電体部材３８を含んでもよい。
【００２７】
マッチング回路５３を有するマイクロ波発生器３５は、モード変換器５４および導波管５５を介して、マイクロ波を導入する同軸導波管５６に接続されている。例えば、マイクロ波発生器３５で発生させたＴＥモードのマイクロ波は、導波管５５を通り、モード変換器５４によりＴＥＭモードへ変換され、同軸導波管５６を伝播する。マイクロ波発生器３５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】
誘電体窓３６は概ね円板状であって石英やアルミナなどの誘電体で構成されている。誘電体窓３６の下面４８の一部には、導入されたマイクロ波による定在波の発生を容易にするためのテーパ状に凹んだ環状の凹部５７が設けられている。この凹部５７により、誘電体窓３６の下部側にマイクロ波によるプラズマを効率的に生成することができる。
【００２９】
スロットアンテナ３７は、薄板状であって、円板状である。複数のスロット４０については、図２に示すように、それぞれ所定の間隔を開けて直交するように２つのスロット４０が一対となるように設けられている。一対をなしたスロット４０が周方向に所定の間隔を開けて設けられている。また、径方向においても、複数の一対のスロット４０が所定の間隔を開けて設けられている。
【００３０】
図１に戻り、マイクロ波発生器３５により発生させたマイクロ波は、同軸導波管５６を通って伝播される。マイクロ波は、冷却ジャケット５２とスロットアンテナ３７との間に挟まれた領域を径方向外側に向かって放射状に広がり、スロットアンテナ３７に設けられた複数のスロット４０から誘電体窓３６に放射される。誘電体窓３６を透過したマイクロ波は、誘電体窓３６の直下に電界を生じさせ、チャンバ３２内にプラズマを生成させる。なお、冷却ジャケット５２の内部には冷媒を循環させる循環路６０が形成されている。
【００３１】
プラズマ処理装置３１においてマイクロ波プラズマを発生させた場合、誘電体窓３６の下面４８の直下、具体的には、誘電体窓３６の下面４８の数ｃｍ程度下に位置する領域においては、いわゆるプラズマ生成空間が形成される。そして、その鉛直方向下側に位置する領域には、プラズマ生成空間で生成されたプラズマが拡散するいわゆるプラズマ拡散領域が形成される。本実施形態では、プラズマ拡散領域を含めてプラズマ生成空間Ｐとして示し、仕切部材１０３により仕切られた支持部材４４側の空間Ｕと区別する。
【００３２】
制御部２８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit），ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を有し、ＲＡＭなどに記憶されたレシピに設定された手順に従い、エッチング等のプラズマ処理を制御する。なお、制御部２８の機能は、ソフトウエアを用いて実現されてもよく、ハードウエアを用いて実現されてもよい。
【００３３】
かかる構成のプラズマ処理装置３１においてエッチング等の所定のプラズマ処理を行う際には、まず、ウェハＷがチャンバ３２内に搬入され、保持台３４上の静電チャック３４ａに保持される。高周波電力によりガスからプラズマが生成され、生成されたプラズマによりウェハＷにエッチング等のプラズマ処理が行われる。プラズマ処理後、ウェハＷはチャンバ３２の外部に搬出される。
【００３４】
［誘電体窓の外縁で異常放電を抑制するための構成］
次に、図３を参照しながら誘電体窓３６の外縁で異常放電を抑制するための構成について説明する。図３の（ａ）は、本実施形態に係るプラズマ処理装置３１の誘電体窓３６の外縁近傍の構成の一例を示す。図３の（ｂ）は、プラズマ処理装置３１の誘電体窓３６の比較例を示す。
【００３５】
図３の（ａ）に示すように、本実施形態の誘電体窓３６の外周側の下面には、リング状の金属プレート１０２と仕切部材１０３とが設けられている。金属プレート１０２の上面は誘電体窓３６の下面と接触し、金属プレート１０２の下面は仕切部材１０３の上面と接触している。これにより、金属プレート１０２は、誘電体窓３６を透過するマイクロ波を反射するように機能する。
【００３６】
仕切部材１０３は、プラズマ生成空間Ｐと支持部材４４が配置された空間Ｕとを仕切る。仕切部材１０３は、突出部１０３ａを有する。突出部１０３ａは、金属プレート１０２をプラズマ生成空間Ｐに露出しないように、金属プレート１０２の内径側を覆い、上部が誘電体窓３６に隣接する。仕切部材１０３は、突出部１０３ａを介して誘電体窓３６と一体となって構成されてもよい。その場合、金属プレート１０２は、一体となった誘電体窓３６と仕切部材１０３との間に挿入され、突出部１０３ａに当接した状態で配置される。
【００３７】
図３の（ｂ）では、金属プレート１０２が設けられていないため、マイクロ波発生器３５から出力されたマイクロ波は誘電体窓３６を透過し、プラズマ生成空間Ｐに供給されると共に、支持部材４４が配置された空間Ｕにも入り込む。その結果、支持部材４４と誘電体窓３６の仕切部３６ａとの間にて異常放電が発生する。また、マイクロ波は、設置部材１０１と仕切部３６ａとの隙間を伝播して支持部材４４が配置された空間Ｕにも入り込む。これによっても支持部材４４が配置された空間Ｕにて異常放電が発生する。チャンバ３２内において異常放電が起きると、チャンバ３２にダメージを与え、チャンバ３２の壁面等からイットリアやアルミニウムのパーティクルが発生し、チャンバ３２内の金属汚染の原因になる。空間Ｕにおいて発生したパーティクルは、プラズマ生成空間Ｐに飛散し、プラズマ処理時にウェハＷ上に到達するとウェハＷに形成された配線間をショートさせる等の影響を与え、歩留まりを低下させる。
【００３８】
これに対して、本実施形態では、図３の（ａ）に示すように、金属プレート１０２がプラズマ生成空間Ｐと支持部材４４が配置された空間Ｕとの間に設けられる。これにより、誘電体窓３６を伝播するマイクロ波は、金属プレート１０２によって反射され、仕切部材１０３を透過できない。これにより、誘電体窓３６から空間Ｕに入り込むマイクロ波や、仕切部材１０３の下部を通って空間Ｕに入り込むマイクロ波を抑制し、支持部材４４が配置された空間Ｕにおいて発生する異常放電を抑制することができる。この結果、チャンバ３２やチャンバ３２内のパーツにダメージを与えることを防ぐことができる。これにより、歩留まりの低下を防ぎ、チャンバ３２やチャンバ３２内のパーツの製品寿命を向上させることができる。
【００３９】
本実施形態では、金属プレート１０２は、アルミニウムにより形成されている。金属プレート１０２は、仕切部材１０３と誘電体窓３６との間に配置される導電性部材の一例である。仕切部材１０３と誘電体窓３６との間に配置される導電性部材としては、金属の導電性部材及び非金属の導電体部材を用いることができる。金属の導電性部材としては、アルミニウム等の金属を用いることができる。非金属の導電性部材としては、シリコン、ゲルマニウム（Ｇｅ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、導電性プラスチック等を用いることができる。また、導電性部材は、溶射により形成されてもよい。例えば、導電性部材は、誘電体窓３６にアルミニウムやシリコン等を溶射して形成された溶射膜であってもよい。本実施形態の場合、アルミニウムを溶射することで、薄くて均一な金属プレート１０２を形成できる。
【００４０】
また、金属プレート１０２は、仕切部材１０３のプラズマ生成空間Ｐ側に形成されたリング状の突出部１０３ａによりプラズマ生成空間Ｐ側に露出しない構成となっている。金属プレート１０２をプラズマ生成空間Ｐに暴露すると、金属プレート１０２からの発塵によりチャンバ３２内を汚染する原因になる。よって、本実施形態では、仕切部材１０３の突出部１０３ａにより金属プレート１０２を直接プラズマ生成空間Ｐに露出しないことで、チャンバ３２内の金属汚染を防止することができる。
【００４１】
金属プレート１０２は、支持部材４４と接触している。これにより、金属プレート１０２は、支持部材４４及びチャンバ３２を介してグラウンドに接続される。この結果、金属プレート１０２が保持する電荷をグラウンド側に流し、金属プレート１０２と支持部材４４との電位差を０にすることで、ＤＣ放電の発生を防止できる。ただし、金属プレート１０２は、グラウンドに接続されなくてもよい。
【００４２】
仕切部材１０３は、Ｌ字形状に形成され、誘電体窓３６（またはチャンバ１０の内壁）に支持された状態で金属プレート１０を載置する。仕切部材１０３の内側角部１０３ｂは、金属プレート１０２に近接するように構成されている。異常放電は、とがった部分で生じ易い。よって、仕切部材１０３の内側角部１０３ｂを金属プレート１０２の下面に近接させる。マイクロ波は金属プレート１０２により反射されるために、仕切部材１０３の内側角部１０３ｂの電界は弱くなる。これにより、仕切部材１０３の内側角部１０３ｂへの電界集中による異常放電の発生を抑制できる。
【００４３】
支持部材４４の表面は、石英のコーティング膜で被覆されていてもよい。これにより、更に空間Ｕにおいて異常放電が発生することを更に抑制することができる。
【００４４】
［マルチパクター放電］
図４の下側に示すように、突出部１０３ａと金属プレート１０２との隙間の距離Ｄは、マルチパクター放電を起こさない距離に設計されている。ここで、マルチパクター放電とは、二次電子放出の繰り返しにより起きる電子雪崩現象をいう。
【００４５】
石英の誘電体窓３６と金属プレート１０２との隙間において、図４の表に示すようにマルチパクター放電が生じない距離Ｄが算出できる。
【００４６】
金属プレート１０２の材質がシリコン（Ｓｉ）の場合、マルチパクター放電が生じない距離Ｄは、０．６８ｍｍ未満となり、許容される隙間が小さくなる。金属プレート１０２の材質が石英（ＳｉＯ２）の場合、マルチパクター放電が生じない距離Ｄは、０．３９ｍｍ未満となり、更に許容される隙間が小さくなる。よって、金属プレート１０２がアルミニウムで形成されている場合、突出部１０３ａと金属プレート１０２とは最も広い隙間が許容され、突出部１０３ａと金属プレート１０２と隙間が１ｍｍ程度であっても放電は起きない。また、金属プレート１０２の材質がアルミニウムの場合、線膨張係数が他の材質よりも小さい。
【００４７】
以上から、金属プレート１０２は、シリコンで形成されることが好ましい。なお、金属プレート１０２がシリコンの場合、金属プレート１０２がアルミニウムの場合よりも金属プレート１０２においてマイクロ波の電力損失（パワーロス）が大きく、金属プレート１０２のシリコンがマイクロ波を吸収することがわかる。
【００４８】
［マルチパクター放電の原理］
次に、マルチパクター放電の原理について、図５を参照しながら説明する。前述したように、マルチパクター放電は、二次電子放出の繰り返しにより起きる。
【００４９】
（二次電子放出の繰り返し条件）
例えば、図５の（ａ）に示す誘電体の平板を電極として距離Ｄだけ離して対向させ、電極間に周波数ｆの電磁波（高周波、マイクロ波）を印加する。一方の電極面から放出された二次電子は電極が対向する空間でイオンに衝突せずに他方の電極面に入射する。そこでさらに二次電子雪放出が起こり、その繰り返しによって電子崩出（マルチパクター放電）が起こる。
【００５０】
電極間にＶ×ｓｉｎ（２πｆｔ＋θ）の電界がかかっているとすると、次式（１）が成り立つ。
【００５１】
【数１】
2016086099.tif 000003
ここで、ｔは時間、ｘは距離を示す。
【００５２】
式（１）を積分すると、式（２）が得られる。
【００５３】
【数２】
2016086099.tif 000004
式（２）をさらに積分すると、式（３）が得られる。
【００５４】
【数３】
2016086099.tif 000005
ｔ＝０のとき、ｘ＝０、ｄｘ／ｄｔ＝０、ｔ＝ＮＴ／２のとき、ｘ＝Ｄを適用し、式（３）を整理すると、次式（４）が成り立つ。ここで、Ｎは二次電子放出の回数を示す。例えば、図５の（ａ）に示すように、電子が電極の対向する面に一度入射し二次電子を放出させる場合には、二次電子放出の回数Ｎは「１」となり、電子がさらに電極の対向面に入射し二次電子を放出させる場合には、二次電子放出の回数Ｎは「２」となる。例えば、電子が電極の対向する面に５回入射した場合、二次電子放出の回数Ｎは「５」となる。ここでは、Ｎ／２周期（奇数）で電極の対向面に到達するとして計算を行う。つまり、ｔ＝（Ｎ／２）×Ｔ周期のとき、ｘ＝Ｄとなるとして計算を行う。
【００５５】
【数４】
2016086099.tif 000006
二次電子放出の繰り返しが起こるためには、マイクロ波がタイミング良く電極間の電界に働きかける必要がある。つまり、式（４）では、電極間の電界ＶはｆＤ（マイクロ波の周波数ｆ、電極間の距離Ｄ）の関数となっている。
【００５６】
図５の（ｂ）は、横軸にｆＤ、縦軸に電極間の電界Ｖを示すグラフである。図５の（ｂ）のグラフのマイクロ波の周波数ｆと電極間の距離Ｄとの積の取り得る範囲において二次電子放出が繰り返される条件は、式（４）から算出される電界の最大値Ｖg max 0と、電界の最小値Ｖg minとの間に電界Ｖを維持することである。よって、図５の（ｂ）に示すｆＤの取り得る範囲における電界の最大値Ｖg max 0と電界の最小値Ｖg minとで囲まれた領域が放電領域となる。
【００５７】
式（４）から算出される電界の最大値Ｖg max 0は式（５）にて定義される。また、式（４）から算出される電界の最小値Ｖg max 0は式（６）にて定義される。
【００５８】
【数５】
2016086099.tif 000007
【００５９】
【数６】
2016086099.tif 000008
ここで、Ｅ０は、発光エネルギーを示す。
【００６０】
図５の（ｃ）に示すように、発光エネルギーＥ０を１ｅＶとし、壁に当たるまでの電子の振動周期数とし、データのサンプリング周期ΔＤを０．００２５ｍｍ、高周波の周波数ｆを２．４５ＧＨｚとする。
【００６１】
二次電子放出の回数Ｎが１，３，５，７のときのマルチパクター放電領域は、式（５）及び式（６）から算出され、図５の（ｄ）に示すように、二次電子放出の回数Ｎ（奇数）が大きくなるほど電極の対向面における電圧の振幅Ｖは大きくなる。これによれば、２．５ｍｍのギャップ（距離Ｄ）を有する場合の電極間における放電が、マルチパクター放電によるものが支配的であるとする場合、電極の対向面における電圧の振幅Ｖは、約４００Ｖと推測できる。
【００６２】
（二次電子放出の発生条件）
次に、二次電子放出の発生条件を求める。ｔ＝０のとき、ｄｘ／ｄｔ＝０を適用し、式（２）を整理すると、次式（７）及び式（８）が成り立つ。
【００６３】
【数７】
2016086099.tif 000009
【００６４】
【数８】
2016086099.tif 000010
このとき、電圧の振幅Ｖ＝電圧の振幅の最大値Ｖg max 0を式（５）に代入すると、二次電子放出係数が１となる最小の発光エネルギーＥ１＜発光エネルギーの最大値Ｅｍａｘのとき、式（９）及び式（１０）が成り立つ。ここで、発光エネルギーＥ１は、入射電子数と放出する二次電子数とが一致するエネルギーであり、マルチパクター放電が発生する最小のエネルギーである。
【００６５】
【数９】
2016086099.tif 000011
【００６６】
【数１０】
2016086099.tif 000012
マルチパクター放電は、二次電子放出率が１以上になる領域でのみ発生する。対向する部材間の空間（ギャップ）があまりにも小さいとき、電子の電界による加速が不十分なため、マルチパクター放電は起きない。よって、マイクロ波が透過する誘電体窓３６と誘電体窓３６に隣接する部材間の距離はできるだけ小さくすることが好ましい。
【００６７】
図６の（ａ）及び図６の（ｂ）に示すように、二次電子放出率δが１となる発光エネルギーＥ１及び発光エネルギーＥ２に対して、Ｅ１＜Ｅ＜Ｅ２となるとき、発光エネルギーＥの二次電子放出率δが１以上でない場合、マルチパクター放電は発生しない。つまり、図６の（ｂ）に示すＥ１＜Ｅ＜Ｅ２を満たすＥの最大値Ｅｍａｘが１以下であればマルチパクター放電は発生しない。
【００６８】
二次電子放出率δは材料によって決定される。例えば、電極がアルミニウムで形成されている場合、二次電子放出率の最大値δｍａｘが１、発光エネルギーの最大値Ｅｍａｘが３００ｅＶになり、発光エネルギーＥ１の３００ｅＶ及び発光エネルギーＥ２の３００ｅＶと等しくなることがわかっている。これによれば、対向する電極がアルミニウムの場合、どんな入射エネルギーＥを有する電子であっても、二次電子放出率δが１以下であるため、マルチパクター放電は発生しないといえる。
【００６９】
二次電子放出率δが１に近似する場合、マルチパクター放電が発生する可能性は低いことがわかる。
【００７０】
また、例えば、対向する電極が石英で形成されている場合、二次電子放出率の最大値δｍａｘが２．１〜４、発光エネルギーの最大値Ｅｍａｘが４００ｅＶである。よって、電極が石英で形成されている場合、電極がアルミニウムやシリコンで形成されている場合よりもマルチパクター放電が発生する可能性は高いことがわかる。
【００７１】
［フォーカスリングでの異常放電を抑制するための構成］
次に、図７及び図８を参照しながらフォーカスリング１１０での異常放電を抑制するための構成について説明する。図７は、図１の領域Ｂを拡大したフォーカスリング１１０の構成の一例を示す。図８は、フォーカスリング１１０の構成の他の例を示す。
【００７２】
マイクロ波を用いてプラズマを生成するプラズマ処理装置３１では、図１に示すように、保持台３４上の静電チャック３４ａとフォーカスリング１１０との境界付近までマイクロ波が伝播する。これにより、静電チャック３４ａとフォーカスリング１１０との隙間で異常放電が起こり、プラズマ処理装置３１にダメージが与えられる。その結果、パーティクルが発生したり、プラズマ処理装置３１内のパーツの製品寿命が短くなったりする。よって、上述した誘電体窓３６の外縁における異常放電の抑制と同様に、静電チャック３４ａとフォーカスリング１１０との隙間における異常放電の発生を抑制することが好ましい。
【００７３】
そこで、図７に示すように、フォーカスリング１１０の表面及び裏面をコーティング膜１１１及びコーティング膜１１２により被覆することが好ましい。図８に示すように、フォーカスリング１１０の裏面のみをコーティング膜１１２で被覆してもよい。フォーカスリング１１０の表面のみをコーティング膜１１１で被覆してもよい。また、フォーカスリング１１０の表面及び裏面の少なくともいずれかだけでなく、フォーカスリング１１０の側面をコーティング膜で被覆してもよい。
【００７４】
コーティング膜１１１，１１２は、金属の導電性部材及び非金属の導電体部材を用いることができる。金属の導電性部材としては、アルミニウム等の金属を用いることができる。非金属の導電性部材としては、シリコン、ゲルマニウム（Ｇｅ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、導電性プラスチック等を用いることができる。また、コーティング膜１１１，１１２は、溶射により形成されてもよい。例えば、コーティング膜１１１，１１２は、フォーカスリング１１０にアルミニウムやシリコン等を溶射して形成された溶射膜であってもよい。本実施形態の場合、アルミニウムを溶射することで、薄くて均一なコーティング膜１１１，１１２を形成できる。
【００７５】
これにより、マイクロ波がコーティング膜１１１，１１２にて反射し、静電チャック３４ａとフォーカスリング１１０との隙間へマイクロ波が伝播することを遮断できる。これにより、静電チャック３４ａとフォーカスリング１１０との隙間にて異常放電が発生することを抑制できる。この結果、フォーカスリング１１０裏面におけるパーティクルの発生によるチャンバ３２内の金属汚染を防止できる。また、チャンバ３２内のパーツの製品寿命を長くすることができる。
【００７６】
さらに、図７及び図８に示すように、静電チャック３４ａを保持台３４に固定するねじ１１３を金属等の導電性部材で形成し、ねじ１１３をチャンバ３２に接続してもよい。これにより、コーティング膜１１２は、ねじ１１３及びチャンバ３２を介してグラウンドに接続される。この結果、コーティング膜１１２が保持する電荷をグラウンド側に流し、コーティング膜１１２と静電チャック３４ａとの電位差を０にすることで、ＤＣ放電の発生を防止できる。ただし、コーティング膜１１２は、グラウンドに接続されなくてもよい。
【００７７】
以上に説明したように、本実施形態にかかるプラズマ処理装置３１によれば、誘電体窓３６の外縁の下部に設けられたリング状の金属プレート１０２によってマイクロ波を反射することができる。これにより、誘電体窓３６の外縁近傍にて異常放電が発生することを防止できる。
【００７８】
また、本実施形態にかかるプラズマ処理装置３１によれば、フォーカスリング１１０の表面に設けられたコーティング膜１１１及び裏面に設けられたコーティング膜１１２の少なくともいずれかによってマイクロ波を反射することができる。これにより、フォーカスリング１１０と静電チャック３４ａとの隙間にて異常放電が発生することを防止できる。
【００７９】
以上、プラズマ処理装置を上記実施形態により説明したが、本発明にかかるプラズマ処理装置は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
【００８０】
たとえば、本発明にかかるプラズマ処理装置には、誘電体窓３６に設けられた金属プレート１０２と、フォーカスリング１１０の表面に設けられたコーティング膜１１１又は裏面に設けられたコーティング膜１１２との両方が設けられてもよいし、いずれか一方のみが設けられてもよい。
【００８１】
また、本発明にかかるプラズマ処理装置により処理される基板は、ウェハに限られず、例えば、フラットパネルディスプレイ（Flat Panel Display)用の大型基板、ＥＬ素子又は太陽電池用の基板であってもよい。
【符号の説明】
【００８２】
３１：プラズマ処理装置
３２：チャンバ
３３：ガス供給部
３４：保持台
３４ａ：静電チャック
３５：マイクロ波発生器
３６：誘電体窓
４４：支持部材
１０２：金属プレート
１０３：仕切り部材
１０３ａ：突出部
１１０：フォーカスリング
１１１，１１２：コーティング膜
１１３：ねじ
【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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