(57)【要約】【課題】プラズマ処理におけるプラズマ分布を均一にする。【解決手段】プラズマ処理装置１は、ウェハＷを収容する処理容器１０と、処理容器１０の上部の開口部を封止するように設けられ、処理容器１０内にマイクロ波を透過させる誘電体窓４１と、を有する。少なくともマイクロ波パワーを集中させる必要がある所定位置において、誘電体窓４１の厚みは、マイクロ波の波長λに対して３λ／８以下であり、誘電体窓４１の下面の前記所定位置には、当該下面から下方に突起した突起部９０が設けられている。【選択図】図１
2017004665.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、を有し、
少なくともマイクロ波パワーを集中させる所定位置において、前記誘電体窓の厚みは、マイクロ波の波長λに対して３λ／８以下であり、
前記誘電体窓の下面の前記所定位置には、当該下面から下方に突起した突起部が設けられていることを特徴とする、プラズマ処理装置。
【請求項２】
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をさらに有し、
前記所定位置は前記スロットに対応する位置を含むことを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記所定位置は、前記スロットに対応する位置以外において、前記誘電体窓の面内で電子密度が最大となる位置を含むことを特徴とする、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記突起部の幅はλ／８〜３λ／８であることを特徴とする、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】
前記突起部の高さはλ／１６以上であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一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、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】
【０００２】
従来、例えば半導体ウェハなどの被処理体に対し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がその上部に遅波板を載置した状態で配置され、さらに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。
【０００３】
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。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、周期的な凹凸部の存在により、電子密度と共鳴する表面波の発生を防止し、マイクロ波パワーの大小による電子密度の極端な変化の無いプラズマを発生させる。そして、処理容器内に安定したプラズマを発生させることが図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】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】
【０００５】
しかしながら、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（プラズマ界面）からの反射波の影響があることが分かった。このため、周方向の偏りを抑制するためには反射波を抑制すること、すなわちプラズマへのマイクロ波パワーの吸収効率を向上させる必要がある。
【０００６】
一方、マイクロ波パワーの吸収効率が高くても、誘電体窓の下面において所望の位置にマイクロ波パワーが集中しない場合がある。例えば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では、スロット板に形成された複数のスロット（スロットパターン）によってプラズマ分布の制御を図っているが、スロット下にマイクロ波パワーが集中しない場合がある。かかる場合、プラズマ分布が均一にならないため、マイクロ波パワーの分布を制御する必要がある。
【０００７】
このように処理容器内のプラズマ分布を均一にするためには、マイクロ波パワーの吸収効率化と分布制御を両立する必要がある。しかしながら、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、マイクロ波パワーの吸収効率（反射波抑制）と分布制御は全く考慮されていない。したがって、プラズマ処理に改善の余地があった。
【０００８】
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】
【０００９】
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、を有し、少なくともマイクロ波パワーを集中させる所定位置において、前記誘電体窓の厚みは、マイクロ波の波長λに対して３λ／８以下であり、前記誘電体窓の下面の前記所定位置には、当該下面から下方に突起した突起部が設けられていることを特徴としている。
【００１０】
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、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、上述したように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。
【００１１】
なお、プラズマ分布を均一にするために、プラズマへのマイクロ波パワーを集中させる必要がある位置は、上述したスロット位置以外にも存在する場合がある。この場合でも、当該所定位置への反射波を抑制する必要がある。
【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前記所定位置に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効率が向上することを見出した。かかる場合、プラズマから所定位置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】
また発明者らは、少なくとも前記所定位置において誘電体窓の厚みを３λ／８以下にすることにより、マイクロ波パワーが所定位置（例えばスロット位置）に集中することを見出した。かかる場合、マイクロ波パワーの分布を制御することができる。
【００１４】
以上のように本発明によれば、マイクロ波パワーの吸収効率化と分布制御を実現でき、プラズマ分布を均一にすることができる。なお、これら突起部と誘電体窓の厚みの規定によってマイクロ波パワーの吸収効率化と分布制御を実現できる具体的な理由は、後述において説明する。
【００１５】
前記プラズマ処理装置は、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をさらに有し、前記所定位置は前記スロットに対応する位置を含んでいてもよい。さらに、前記所定位置は、前記スロットに対応する位置以外において、前記誘電体窓の面内で電子密度が最大となる位置を含んでいてもよい。
【００１６】
前記突起部の幅はλ／８〜３λ／８であってもよい。また、前記突起部の高さはλ／１６以上であってもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、プラズマ処理において、マイクロ波パワーの吸収効率を向上させつつ、マイクロ波パワーの分布を制御することができ、プラズマ分布を均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【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】シミュレーションで用いられる３つの誘電体窓のモデルを示し、（ａ）は第１のモデルを示し、（ｂ）は第２のモデルを示し、（ｃ）は第３のモデルを示す。
【図６】電子密度を変化させた場合のマイクロ波パワーの吸収効率を示すグラフである。
【図７】誘電体窓の厚みを変化させた場合のマイクロ波パワーの吸収効率を示すグラフである。
【図８】電子密度を変化させた場合のマイクロ波パワー分布の制御性を示すグラフであり、（ａ）は第１のモデルを用いた場合を示し、（ｂ）は第２のモデルを用いた場合を示し、（ｃ）は第３のモデルを用いた場合を示す。
【図９】電子密度１ｅ＋１７における電界分布を示し、（ａ）は第１のモデルを用いた場合を示し、（ｂ）は第２のモデルを用いた場合を示す。
【図１０】誘電体窓の厚みを変化させた場合のマイクロ波パワー分布の制御性を示すグラフである。
【図１１】シミュレーション結果をまとめたグラフである。
【図１２】突起部とスロットの構成の概略を示す説明図である。
【図１３】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効率を示すグラフである。
【図１４】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効率を示すグラフである。
【図１５】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１６】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１７】処理容器内の圧力を変化させた場合の電子密度分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。本実施の形態では、プラズマ処理装置１が、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場合を例にして説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また、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。
【００２０】
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にはアルミニウムや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。
【００２１】
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。
【００２２】
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により電極２１に電圧を印加することで、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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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側からマイクロ波発生器５５に向けて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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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の厚みＴは、マイクロ波の波長λに対して、３λ／８以下である。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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
以上の実施の形態によれば、誘電体窓４１の下面においてスロット８０の下方に突起部９０が設けられているので、マイクロ波パワーの吸収効率を向上させ、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る。また、誘電体窓４１の厚みＴが３λ／８以下であるので、スロット８０の下方にマイクロ波パワーを集中させることができる。このようにマイクロ波パワーの吸収効率化と分布制御の両立を実現して、プラズマ分布を均一にすることができる。
【００４９】
ここで、上述した突起部９０と誘電体窓４１の厚みＴの規定による効果について説明する。発明者らは、図５に示す３つの誘電体窓のモデルを用いてシミュレーションを行った。図５（ａ）は第１のモデル（Ｆｌａｔ）を示し、誘電体窓４１ａの下面には突起部が設けられていない。図５（ｂ）は第２のモデル（ＣＲＧ１）を示し、誘電体窓４１ｂの下面には突起部９０ａが設けられている。突起部９０ａの幅Ｂは５ｍｍ、間隔Ｐは５ｍｍ、高さＨは５ｍｍである。図５（ｃ）は第３のモデル（ＣＲＧ２）に示し、誘電体窓４１ｃの下面には突起部９０ｂが設けられている。突起部９０ｂの幅Ｂは５ｍｍ、間隔Ｐは１０ｍｍ、高さＨは５ｍｍである。なお、間隔Ｐは、隣接する突起部９０、９０間の距離である。また、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。
【００５０】
先ず、突起部９０の効果について検証する。図６は、その検証結果を示している。図６の横軸は電子密度を示し、縦軸はマイクロ波の反射係数の２乗Γ２を示す。縦軸の電子密度は１ｅ＋１７〜１ｅ＋１８（／ｍ３）の範囲において、そのステップ幅が対数スケール上で等間隔になるよう設定され、また４ｅ＋１７（／ｍ３）以上の範囲では、パワー吸収が安定するためステップ幅は２倍に設定した。縦軸のΓ２はマイクロ波パワーの吸収効率の指標であり、この値が小さい場合、吸収効率が高い。
【００５１】
図６を参照すると、誘電体窓４１の下面に突起部が設けられてない第１のモデルと比較して、誘電体窓４１の下面に突起部９０が設けられた第２のモデルと第３のモデルの方が、Γ２が小さくなる。すなわち、誘電体窓４１に突起部９０が設けられていると、プラズマへのマイクロ波パワーの吸収効率が高く、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る。
【００５２】
次に、誘電体窓４１の厚みＴの規定の効果について検証する。図７は、電子密度が１ｅ＋１７〜１ｅ＋１８（／ｍ３）の２０点についてΓ２を平均した値を、誘電体窓４１の厚みＴごとにプロットしたものである。図７の横軸は誘電体窓４１の厚みを示し、縦軸はΓ２を示す。
【００５３】
図７を参照すると、第１のモデル〜第３のモデルのいずれも、誘電体窓４１の厚みＴが大きくなると、Γ２が小さくなる。すなわち、誘電体窓４１の厚みＴが大きい方が、ラジアルラインスロットアンテナ４０全体としてのプラズマへのマイクロ波パワーの伝送が良く、反射波を抑制することができる。これは、スロット８０の下方以外の領域でマイクロ波パワーの吸収が生じているためである。
【００５４】
図７の結果に対し、さらに検証を行う。図８は、プラズマへの全体のマイクロ波パワーＰｆに対する、スロット８０近傍でのマイクロ波パワーの吸収量Ｐｓｌ（Ｐｓｌｏｔ）の割合Ｐｓｌ／Ｐｆを、誘電体窓４１の厚みＴごとにプロットしたものである。図８の横軸は電子密度を示し、縦軸はＰｓｌ／Ｐｆを示す。なお、Ｐｓｌ／Ｐｆについては、その値が大きい方が、マイクロ波パワーがスロット８０の下方に集中していることを示している。
【００５５】
本検証において、スロット８０近傍の領域であるＰｓｌの範囲は、径方向に誘電体窓４１の径の４０％とし、軸対象面積で誘電体窓４１の面積の５６％とした。また、誘電体窓４１の厚みＴを７ｍｍ、１１ｍｍ、１５ｍｍ、１９ｍｍとした。そして、図８（ａ）は第１のモデルを用いた検証結果を示し、図８（ｂ）は第２のモデルを用いた検証結果を示し、図８（ｃ）は第３のモデルを用いた検証結果を示す。
【００５６】
図８を参照すると、第１のモデル〜第３のモデルのいずれも、誘電体窓４１の厚みＴが大きくなると、Ｐｓｌ／Ｐｆが小さくなり、スロット８０の下方でのマイクロ波パワーの集中度合いが小さくなる。
【００５７】
図９は、上述した図８の結果の一例として、電子密度１ｅ＋１７における電界分布を示す。図９（ａ）は第１のモデルを用いた場合の電界分布を示し、図８（ｂ）は第２のモデルを用いた場合の電界分布を示す。
【００５８】
図９を参照すると、第１のモデルと第２のモデルのいずれにおいても、誘電体窓４１の厚みＴが小さい場合、強電界はスロット８０の下方に限定される。一方、誘電体窓４１の厚みＴが大きい場合、スロット８０の下方に限らず、誘電体窓４１の広い領域で強電界が発生する。以上の図８及び図９の結果から、プラズマ分布を制御するためには、誘電体窓４１の形状に関わらず、その厚みＴを規定する必要がある。
【００５９】
そこで、プラズマ分布を制御するために必要な誘電体窓４１の厚みＴを探るべく、さらに検証を行う。図１０は、電子密度が１ｅ＋１７〜１ｅ＋１８（／ｍ３）の２０点についてＰｓｌ／Ｐｆを平均した値を、誘電体窓４１の厚みＴごとにプロットしたものである。図１０の横軸は誘電体窓４１の厚みを示し、縦軸はＰｓｌ／Ｐｆの平均値を示す。
【００６０】
ここで、上述したように本シミュレーションでは、誘電体窓４１の面積に対し、スロット８０近傍の領域（Ｐｓｌの範囲）が占める面積は５６％としている。そうすると、マイクロ波パワーのうち５６％がスロット８０の下方に流れていれば、すなわちＰｓｌ／Ｐｆが５６％より大きければ、マイクロ波パワー（電界）がスロット８０の下方に集中していると判断できる。
【００６１】
図１０を参照すると、誘電体窓４１の厚みＴが１５ｍｍ以下、すなわち３λ／８以下であれば、Ｐｓｌ／Ｐｆが５６％より大きくなる。したがって、誘電体窓４１の厚みＴが３λ／８以下であれば、スロット８０の下方にマイクロ波パワーを集中させることができる。
【００６２】
以上の検証結果のまとめを図１１を用いて説明する。図１１は、１−Γ２（横軸）とＰｓｌ／Ｐｆの平均値（縦軸）の相関を示している。１−Γ２が大きいほどマイクロ波パワーの吸収効率がよく、Ｐｓｌ／Ｐｆが大きいほどマイクロ波パワーがスロット８０の下方に集中する。すなわち、図１１のグラフにおいて右上に行くほど、プラズマ分布を均一に制御することができる。そして、図１１中の一点鎖線で囲った条件、すなわち厚みＴが３λ／８以下の誘電体窓４１の下面に突起部９０を設けた条件では、マイクロ波パワーの吸収効率化と分布制御の両立を実現して、プラズマ分布を均一にすることができる。
【００６３】
また、このようにマイクロ波パワーの吸収効率を向上させることにより、いわゆるモードジャンプを抑制することもできる。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。
【００６４】
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。
【００６５】
本実施の形態では、上述のようにマイクロ波パワーの吸収効率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。
【００６６】
次に、突起部９０の好ましい形状について、具体的には図１２に示す突起部９０の幅Ｂと高さＨの好ましい条件について説明する。発明者らは、図１２に示す誘電体窓４１を用いてシミュレーションを行った。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。
【００６７】
１つ目の突起部９０の幅Ｂの好ましい条件について説明する。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Ｐは幅Ｂ＋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。
【００６８】
図１３は、本シミュレーション結果を示している。図１３の横軸は突起部９０の幅Ｂを示し、縦軸はΓ２を示している。図１３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は最も小さくなり、マイクロ波パワーの吸収効率が最も良い。したがって、幅Ｂの最適値はλ／４であることが分かった。
【００６９】
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効率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、突起部９０の幅Ｂはλ／８〜３λ／８が好ましい。
【００７０】
２つ目の突起部９０の高さＨの好ましい条件について説明する。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Ｐは２０ｍｍ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。
【００７１】
図１４は、本シミュレーション結果を示している。図１４の横軸は突起部９０の高さＨを示し、縦軸はΓ２を示している。図１４を参照すると、高さＨが２．５ｍｍ以上、すなわちλ／１６以上であればマイクロ波パワーの吸収効率は十分に向上する。したがって、突起部９０の高さＨはλ／１６以上が好ましい。
【００７２】
なお、以上の実施の形態では、誘電体窓４１の全体の厚みＴを３λ／８以下としていたが、例えばスロット８０の下方など、マイクロ波パワーを集中させる必要がある位置の誘電体窓４１の厚みのみを３λ／８以下としてもよい。
【００７３】
また、以上の実施の形態では、誘電体窓４１の下面において突起部９０はスロット８０に対応する位置に設けられ、複数のスロット８０は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１５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。
【００７４】
かかる場合、図１５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る。
【００７５】
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突起部が設けられる。
【００７６】
また、以上の実施の形態では、誘電体窓４１の下面において突起部９０はスロット８０に対応する位置に設けられていたが、スロット８０に対応する位置以外にも設けてもよい。突起部９０は、マイクロ波パワーを集中させる必要がある位置に設けられればよい。例えば処理ガス等のプロセス条件に応じて、誘電体窓４１の面内で電子密度分布が変わる場合があり、突起部９０は、この電子密度が最大となる位置に設けられてもよい。
【００７７】
また、例えば処理容器１０内の圧力に応じて、突起部９０を設ける位置は変わる。発明者らは、処理容器１０内の圧力を、高圧の１００ｍＴｏｒｒ（＝１３Ｐａ）と低圧の２０ｍＴｏｒｒ（＝２．６Ｐａ）に変化させて実験を行った。その結果を図１７に示す。図１７を参照すると、１００ｍＴｏｒｒの場合、電子密度のピークはスロット８０の下方であり、突起部９０はスロット８０の下方に設けられる。一方、２０ｍＴｏｒｒの場合、電子密度のピークは、誘電体窓４１の中央部であり、２つのスロット８０、８０の間であった。かかる場合、突起部９０は、誘電体窓４１の中央部に設けられ、すなわちスロット８０に対応する位置以外に設けられる。したがって、処理容器１０内が高圧であれば、スロット８０の下方のみに設け、低圧であれば、スロット８０に対応する位置以外にも設けるようにしてもよい。
【００７８】
また、以上の実施の形態では、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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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、特許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】
【００８２】
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】
2017004665.tif 000003
【図２】
2017004665.tif 000004
【図３】
2017004665.tif 000005
【図４】
2017004665.tif 000006
【図５】
2017004665.tif 000007
【図１２】
2017004665.tif 000008
【図１３】
2017004665.tif 000009
【図１４】
2017004665.tif 000010
【図１５】
2017004665.tif 000011
【図１６】
2017004665.tif 000012
【図１７】
2017004665.tif 000013
【図６】
2017004665.tif 000014
【図７】
2017004665.tif 000015
【図８】
2017004665.tif 000016
【図９】
2017004665.tif 000017
【図１０】
2017004665.tif 000018
【図１１】
2017004665.tif 000019