(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体を収容する真空引き可能な処理容器と、
前記処理容器の上部の開口に気密に装着され、プラズマ発生用のマイクロ波を透過させる透過板と、
前記透過板の上面に接するか若しくは近接して配置され、マイクロ波を前記処理容器内に導入する平面アンテナであって、導電性材料からなる平板状基材を有し、当該平板状基材を貫通する複数のスロットが形成されている、平面アンテナと、
前記平面アンテナを上方から覆う導電性部材と、
前記導電性部材を貫通して設けられ、マイクロ波発生源からのマイクロ波を前記平面アンテナへ供給する第１の導波管と、
前記平面アンテナにおける電界分布を調節する少なくとも１つの第２の導波管と、
を備え、
前記複数のスロットは、それぞれが２つのスロットからなる複数のスロット対をなし、
前記複数のスロット対は、同心円状に配列されており、
前記第２の導波管が、最外周に位置するある１つのスロット対を構成する２つのスロットのうちの径方向内側にあるスロットの中心の上方に配置され、平面視で、前記第２の導波管の中心が、最外周に位置する各スロット対のうちの径方向内側にあるスロットの中心を結ぶ円弧上に位置していることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
被処理体を収容する真空引き可能な処理容器と、
前記処理容器の上部の開口に気密に装着され、プラズマ発生用のマイクロ波を透過させる透過板と、
前記透過板の上面に接するか若しくは近接して配置され、マイクロ波を前記処理容器内に導入する平面アンテナであって、導電性材料からなる平板状基材を有し、当該平板状基材を貫通する複数のスロットが形成されている、平面アンテナと、
前記平面アンテナを上方から覆う導電性部材と、
前記導電性部材を貫通して設けられ、マイクロ波発生源からのマイクロ波を前記平面アンテナへ供給する第１の導波管と、
前記平面アンテナにおける電界分布を調節する少なくとも１つの第２の導波管と、
を備え、
前記複数のスロットは、それぞれが２つのスロットからなる複数のスロット対をなし、
前記複数のスロット対は、同心円状に配列されており、
平面視で、前記第２の導波管の中心が、最外周に位置するある１つのスロット対を構成する２つのスロットのうちの径方向内側にあるスロットの中心と一致していることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
被処理体を収容する真空引き可能な処理容器と、
前記処理容器の上部の開口に気密に装着され、プラズマ発生用のマイクロ波を透過させる透過板と、
前記透過板の上面に接するか若しくは近接して配置され、マイクロ波を前記処理容器内に導入する平面アンテナであって、導電性材料からなる平板状基材を有し、当該平板状基材を貫通する複数のスロットが形成されている、平面アンテナと、
前記平面アンテナを上方から覆う導電性部材と、
前記導電性部材を貫通して設けられ、マイクロ波発生源からのマイクロ波を前記平面アンテナへ供給する第１の導波管と、
前記平面アンテナにおける電界分布を調節する少なくとも１つの第２の導波管と、
を備え、
前記複数のスロットは、それぞれが２つのスロットからなる複数のスロット対をなし、
前記複数のスロット対は、同心円状に配列されており、
前記第２の導波管が、最外周に位置するある１つのスロット対を構成する２つのスロットのうちの径方向外側にあるスロットの中心の上方に配置され、平面視で、前記第２の導波管の中心が、最外周に位置する各スロット対のうちの径方向外側にあるスロットの中心を結ぶ円弧上に位置していることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
被処理体を収容する真空引き可能な処理容器と、
前記処理容器の上部の開口に気密に装着され、プラズマ発生用のマイクロ波を透過させる透過板と、
前記透過板の上面に接するか若しくは近接して配置され、マイクロ波を前記処理容器内に導入する平面アンテナであって、導電性材料からなる平板状基材を有し、当該平板状基材を貫通する複数のスロットが形成されている、平面アンテナと、
前記平面アンテナを上方から覆う導電性部材と、
前記導電性部材を貫通して設けられ、マイクロ波発生源からのマイクロ波を前記平面アンテナへ供給する第１の導波管と、
前記平面アンテナにおける電界分布を調節する少なくとも１つの第２の導波管と、
を備え、
前記複数のスロットは、それぞれが２つのスロットからなる複数のスロット対をなし、
前記複数のスロット対は、同心円状に配列されており、
平面視で、前記第２の導波管の中心が、最外周に位置するある１つのスロット対を構成する２つのスロットのうちの径方向外側にあるスロットの中心と一致していることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
被処理体を収容する真空引き可能な処理容器と、
前記処理容器の上部の開口に気密に装着され、プラズマ発生用のマイクロ波を透過させる透過板と、
前記透過板の上面に接するか若しくは近接して配置され、マイクロ波を前記処理容器内に導入する平面アンテナであって、導電性材料からなる平板状基材を有し、当該平板状基材を貫通する複数のスロットが形成されている、平面アンテナと、
前記平面アンテナを上方から覆う導電性部材と、
前記導電性部材を貫通して設けられ、マイクロ波発生源からのマイクロ波を前記平面アンテナへ供給する第１の導波管と、
前記平面アンテナにおける電界分布を調節する水平断面が矩形をなす中空ブロック状の複数の第２の導波管と、
を備えていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記第２の導波管の上端部が閉塞されていることを特徴とする請求項５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記複数のスロットは、それぞれが２つのスロットからなる複数のスロット対をなし、
前記複数のスロット対は、同心円状に配列されており、
前記第２の導波管が、ある１つのスロット対を構成する２つのスロットのうちの少なくとも１つの上方に配置されていることを特徴とする請求項５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
平面視で、ある１つのスロット対を構成する２つのスロットのうちの少なくとも１つのスロットの開口の全領域が、前記第２の導波管の内部空間の領域に完全に包含されていることを特徴とする請求項７に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記第２の導波管の数が２つ〜４つの範囲内であることを特徴とする請求項５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記複数の第２の導波管のうちの少なくとも２つが、前記平面アンテナの中心を挟んでその径方向に対称に配置されていることを特徴とする請求項９に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記複数の第２の導波管がそれぞれ、前記平面アンテナの中心から径方向外側に延び、かつ前記複数のスロットのうちの複数のスロットを結ぶ線の上方に配置されていることを特徴とする請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記平面アンテナの上に、前記平面アンテナへ供給されるマイクロ波の波長を調整する遅波板をさらに備えたことを特徴とする請求項５から１１のうち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、複数のスロットを有する平面アンテナにより処理容器内にマイクロ波を導くことにより発生させたプラズマによって被処理体を処理するプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハなどの被処理体に対し、酸化処理や窒化処理などのプラズマ処理を行うプラズマ処理装置として、スロットアンテナを用い、処理容器内に例えば周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導入してプラズマを生成させる方式のプラズマ処理装置が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２）。このようなマイクロ波プラズマ処理装置では、高いプラズマ密度を持つプラズマを生成させることにより、処理容器内で表面波プラズマを形成することが可能である。
【０００３】
上記スロットアンテナ方式のプラズマ処理装置では、同一仕様の装置を同一の条件で稼動させても、装置間でプラズマ分布に多少の差が生じる。また、スロットアンテナにおけるスロットの配置、マイクロ波透過板や遅波材の形状、材質の違いなどがある場合、反射波が生成してマイクロ波パワーの損失が生じたりするという問題がある。また、プラズマ処理装置で行なわれる処理の条件を変更しようとすると、処理容器内でのプラズマが不安定または不均一になりやすい。変更後の条件でプラズマを安定化させるには、スロットアンテナのスロットの配置や形状、マイクロ波透過板の形状などを変更しなければならず、プロセス毎に大掛かりな装置改変が必要になってしまうという問題があった。また、特に大型の半導体ウエハなどの基板を処理する場合に、処理容器内でプラズマが不安定または不均一になると、基板の面内で処理結果に不均一が生じやすくなる。
【０００４】
マイクロ波電力をプラズマ形成部の周辺近傍に均一に分布させる目的で、電子サイクロトロン共振（ＥＣＲ）方式のマイクロ波プラズマ処理装置において、マイクロ波電源に結合された同軸線に沿って所定間隔でスタブを配設する提案がなされている（例えば、特許文献３）。また、１００ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚの高周波電力を用いるプラズマ処理装置において、放射状のロッドを有するアンテナ容器の上面に、このアンテナ容器の上面とロッドとの間で容量を形成しかつ共振状態を作るスタブを配置する技術も提案されている（例えば、特許文献４）。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２６０５９４号公報
【特許文献２】特開２００１−２２３１７１号公報
【特許文献３】特表２０００−５１４５９５号公報
【特許文献４】特開平１１−２９７４９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献３および特許文献４に記載されたプラズマ処理装置は、いずれもスロットアンテナ方式のプラズマ処理装置ではない。このようにスロットアンテナ方式のマイクロ波プラズマ処理装置において、スロットの形状や配置を変更せずに、スタブのようにマイクロ波による電磁界を調節する部材によってプラズマの均一性を確保する技術については、これまで十分な検討がなされていなかった。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、スロットアンテナ方式のマイクロ波プラズマ処理装置において、スロットアンテナ付近の電界分布を制御し、スロットアンテナ全体に均一な電界分布を形成することにより、生成するプラズマを均一に制御することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の観点に係るプラズマ処理装置は、
被処理体を収容する真空引き可能な処理容器と、
前記処理容器の上部の開口に気密に装着され、プラズマ発生用のマイクロ波を透過させる透過板と、
導電性材料からなる平板状基材を貫通して形成された複数のスロットを有して前記透過板の上に配置され、マイクロ波を前記処理容器内に導入する平面アンテナと、
前記平面アンテナを上方から覆う導電性のカバー部材と、
前記導電性のカバー部材を貫通して設けられ、マイクロ波発生源からのマイクロ波を前記平面アンテナへ供給する第１の導波管と、
前記平面アンテナにおける電界分布を調節する第２の導波管と、
を備えている。
【０００９】
本発明に係るプラズマ処理装置は、前記導電性のカバー部材に挿入された内部に空洞を有する中空状部材により、前記第２の導波管の一部分または全体が構成されていてもよい。
【００１０】
また、本発明に係るプラズマ処理装置は、前記導電性のカバー部材を貫通する開口部によって前記第２の導波管の一部分または全体が構成されていてもよい。
【００１１】
また、本発明に係るプラズマ処理装置は、前記導電性のカバー部材に形成された凹部によって前記第２の導波管の一部分または全体が構成されていてもよい。
【００１２】
また、本発明に係るプラズマ処理装置は、前記第２の導波管の上端が閉塞されていてもよい。
【００１３】
また、本発明に係るプラズマ処理装置は、前記第２の導波管が、前記スロットの少なくとも一つの上方に配置されていてもよい。
【００１４】
また、本発明に係るプラズマ処理装置は、前記スロットが、前記平板状基材においてスロット対をなして同心円状に配列されており、前記第２の導波管が、前記スロット対のうちの少なくとも一方のスロットの上方に配置されていてもよい。
【００１５】
また、本発明に係るプラズマ処理装置は、前記スロットが、前記平板状基材においてスロット対をなして同心円状に配列されており、前記第２の導波管が、最外周のスロット対のうちの径方向に外側のスロットの開口の中心の上方に配置されていてもよい。
【００１６】
また、本発明に係るプラズマ処理装置は、前記スロットが、前記平板状基材においてスロット対をなして同心円状に配列されており、前記第２の導波管が、最外周のスロット対のうちの径方向に内側のスロットの開口の中心の上方に配置されていてもよい。
【００１７】
また、本発明に係るプラズマ処理装置は、前記第２の導波管の中心が、前記スロットの開口の中心を結ぶ円弧上に位置していてもよい。
【００１８】
また、本発明に係るプラズマ処理装置は、前記第２の導波管の中心が、前記スロットの開口の中心に重なるように位置していてもよい。
【００１９】
また、本発明のプラズマ処理装置は、前記第２の導波管と前記スロットの開口全体とが、上下に重なるように位置していてもよい。
【００２０】
また、本発明のプラズマ処理装置は、前記平面アンテナの上に、前記平面アンテナへ供給されるマイクロ波の波長を調整する遅波板をさらに備えていてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、複数のスロットを有する平面アンテナを備えたプラズマ処理装置において、平面アンテナにより構成される偏平導波管に、平面アンテナにおける電界分布を調節する第２の導波管を設けたことにより、平面アンテナにおける電界強度を均一化することができる。その結果、第１の導波管へのマイクロ波の反射係数（反射波）が抑制され、処理容器内に生成されるプラズマに対するマイクロ波の吸収効率を高めることができる。換言すれば、マイクロ波パワーの損失を低減し、実効パワー効率を改善できる。そして、処理容器内でプラズマを安定して生成できるとともに、プラズマ分布を均一にすることができる。従って、被処理体が大型基板である場合でも面内において均一な処理を行うことができる、という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置１００の概略構成を模式的に示す断面図である。図２は、図１のプラズマ処理装置１００の平面アンテナを示す平面図である。図３は、図１のプラズマ処理装置１００の上面の概略構成を示す斜視図である。図４は、図１のプラズマ処理装置１００にける制御系統の概略構成例を示す図面である。
【００２３】
プラズマ処理装置１００は、複数のスロット状の孔を有する平面アンテナ、特にＲＬＳＡ（Ｒａｄｉａｌ Ｌｉｎｅ Ｓｌｏｔ Ａｎｔｅｎｎａ；ラジアルラインスロットアンテナ）にて処理容器内にマイクロ波を導入してプラズマを発生させることにより、高密度かつ低電子温度のマイクロ波励起プラズマを発生させ得るプラズマ処理装置として構成されている。プラズマ処理装置１００では、１×１０１０〜５×１０１２／ｃｍ３のプラズマ密度で、かつ０．７〜２ｅＶの低電子温度を有するプラズマによる処理が可能である。従って、プラズマ処理装置１００は、各種半導体装置の製造過程において好適に利用できるものである。
【００２４】
プラズマ処理装置１００は、主要な構成として、気密に構成された処理容器１と、処理容器１内にガスを供給するガス供給機構１８と、処理容器１内を減圧排気するための排気機構としての排気装置２４と、処理容器１の上部に設けられ、処理容器１内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入機構２７と、これらプラズマ処理装置１００の各構成部を制御する制御手段としての制御部５０と、を備えている。なお、ガス供給機構１８、排気装置２４およびマイクロ波導入機構２７は、処理容器１内でプラズマを生成させるプラズマ生成手段を構成している。
【００２５】
処理容器１は、接地された略円筒状の容器である。なお、処理容器１は角筒形状に形成してもよい。処理容器１は、アルミニウム等の材質からなる底壁１ａと側壁１ｂとを有している。
【００２６】
処理容器１の内部は、被処理体であるシリコンウエハ（以下、単に「ウエハ」と記す）Ｗを水平に支持するための載置台２が設けられている。載置台２は、熱伝導性の高い材質例えばＡｌＮ等のセラミックスにより構成されている。この載置台２は、排気室１１の底部中央から上方に延びる円筒状の支持部材３により支持されている。支持部材３は、例えばＡｌＮ等のセラミックスにより構成されている。
【００２７】
また、載置台２には、その外縁部をカバーし、ウエハＷをガイドするためのカバーリング４が設けられている。このカバーリング４は、例えば石英、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＮ等の材質で構成された環状部材である。
【００２８】
また、載置台２には、温度調節機構としての抵抗加熱型のヒータ５が埋め込まれている。このヒータ５は、ヒータ電源５ａから給電されることにより載置台２を加熱して、その熱で被処理基板であるウエハＷを均一に加熱する。
【００２９】
また、載置台２には、熱電対（ＴＣ）６が配備されている。この熱電対６によって温度計測を行うことにより、ウエハＷの加熱温度を例えば室温から９００℃までの範囲で制御可能となっている。
【００３０】
また、載置台２には、ウエハＷを支持して昇降させるためのウエハ支持ピン（図示せず）が設けられている。各ウエハ支持ピンは、載置台２の表面に対して突没可能に設けられている。
【００３１】
処理容器１の内周には、石英からなる円筒状のライナー７が設けられている。また、載置台２の外周側には、処理容器１内を均一排気するため、多数の排気孔８ａを有する石英製のバッフルプレート８が環状に設けられている。このバッフルプレート８は、複数の支柱９により支持されている。
【００３２】
処理容器１の底壁１ａの略中央部には、円形の開口部１０が形成されている。底壁１ａにはこの開口部１０と連通し、下方に向けて突出する排気室１１が設けられている。この排気室１１には、排気管１２が接続されており、この排気管１２を介して排気装置２４に接続されている。
【００３３】
処理容器１の上端には、処理容器１を開閉させる蓋体（リッド）としての機能を有し、開口部が形成された金属製のプレート１３が配置されている。プレート１３の内周下部は、内側（処理容器内空間）へ向けて突出し、環状の支持部１３ａを形成している。
【００３４】
処理容器１の側壁１ｂには、環状をなすガス導入部１５が設けられている。このガス導入部１５は、酸素含有ガスやプラズマ励起用ガスを供給するガス供給機構１８に接続されている。なお、ガス導入部１５はノズル状またはシャワー状に設けてもよい。
【００３５】
また、処理容器１の側壁１ｂには、プラズマ処理装置１００と、これに隣接する搬送室（図示せず）との間でウエハＷの搬入出を行うための搬入出口１６と、この搬入出口１６を開閉するゲートバルブ１７とが設けられている。
【００３６】
ガス供給機構１８は、例えばプラズマ形成用のＡｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｈｅ等の希ガスや、酸化処理における酸素ガス、窒化処理における窒素ガスなどの処理ガス、ＣＶＤ処理における原料ガス、さらに、処理容器内雰囲気を置換する際に用いるＮ２、Ａｒ等のパージガス、処理容器１内をクリーニングする際に用いるＣｌＦ３、ＮＦ３等のクリーニングガス等を供給するガス供給源（図示せず）を有している。各ガス供給源は、図示しないマスフローコントローラおよび開閉バルブを備え、供給されるガスの切替えや流量等の制御が出来るようになっている。
【００３７】
排気機構としての排気装置２４は、例えばターボ分子ポンプなどの高速真空ポンプを備えている。前記のように、排気装置２４は、排気管１２を介して処理容器１の排気室１１に接続されている。処理容器１内のガスは、排気室１１の空間１１ａ内へ均一に流れ、さらに空間１１ａから排気装置２４を作動させることにより、排気管１２を介して外部へ排気される。これにより、処理容器１内を例えば０．１３３Ｐａまで高速に減圧することが可能となっている。
【００３８】
次に、マイクロ波導入機構２７の構成について説明する。マイクロ波導入機構２７は、主要な構成として、透過板２８、平面アンテナ板３１、遅波板３３、導電性のカバー部材３４、第１の導波管としての導波管３７、マッチング回路３８およびマイクロ波発生装置３９を備えている。また、本実施の形態に係るプラズマ処理装置１００においては、マイクロ波導入機構２７に、平面アンテナ板３１とカバー部材３４とによって形成される偏平導波管内の電界分布を調整する第２の導波管としてのスタブ４３を少なくとも１個以上（図１および図３では２個を例示）備えている。
【００３９】
マイクロ波を透過させる透過板２８は、プレート１３において内周側に張り出した支持部１３ａ上に配備されている。透過板２８は、誘電体、例えば石英やＡｌ２Ｏ３、ＡｌＮ等のセラミックスから構成されている。この透過板２８と支持部１３ａとの間は、シール部材２９を介して気密にシールされている。したがって、処理容器１内は気密に保持される。
【００４０】
平面アンテナ板３１は、透過板２８の上方において、載置台２と対向するように設けられている。平面アンテナ板３１は、円板状をなしている。なお、平面アンテナ板３１の形状は、円板状に限らず、例えば四角板状でもよい。この平面アンテナ板３１は、プレート１３の上端に係止されている。
【００４１】
平面アンテナ板３１は、例えば図２に示したように、基材３１ａと、この基材３１ａにおいて所定のパターンで貫通して形成された多数のスロット３２とを有している。基材３１ａは、例えば表面が金または銀メッキされた銅板またはアルミニウム板により構成されている。個々のスロット３２は、細長い形状をなしている。また、スロット３２は、その長手方向が異なるように配置された二つのスロット３２が対をなして同心円状に配列されている。すなわち、基材３１ａの径方向に対してその長手方向が所定の第１の角度をなすスロット３２ａと、その長手方向が所定の第２の角度をなすスロット３２ｂとが１組になって対をなし、さらに複数のスロット対が基材３１ａの周方向に同心円状に１列以上、好ましくは複数の列をなして配置されている。図２においては、同心円状に形成された隣接するスロット対どうしの間隔をΔｒで示している。なお、間隔Δｒは、スロット対の配置により適宜調整することができる。
【００４２】
なお、図２に示した平面アンテナ板３１のスロット３２の配置や個数、配置間隔、配置角度などは、あくまでも例示である。スロット３２の長さや配列間隔は、マイクロ波の波長（λｇ）に応じて決定することができる。例えば、スロット３２の間隔は、波長がλｇ／４からλｇとなるように配置することが好ましい。なお、スロット３２の形状は、円形状、円弧状等の他の形状であってもよい。さらに、スロット３２の配置形態は特に限定されず、同心円状のほか、例えば、螺旋状、放射状等に配置することもできる。なお、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどのフラットパネルディスプレイ用の基板を処理対象とする場合には、複数のスロットを直線状や四角い螺旋状に配列することもできる。
【００４３】
偏平導波管を構成する平面アンテナ板３１とカバー部材３４との間には、真空よりも大きい誘電率を有する材料からなる遅波板３３が設けられている。遅波板３３は平面アンテナ板３１を覆うように配置されている。遅波板３３の材料としては、例えば、石英、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、ポリイミド樹脂などを挙げることができる。この遅波板３３は、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プラズマを調整する機能を有している。
【００４４】
なお、平面アンテナ板３１と透過板２８との間、また、遅波板３３と平面アンテナ板３１との間は、それぞれ接触させても離間させてもよいが、接触させることが好ましい。
【００４５】
処理容器１の上部には、これら平面アンテナ板３１および遅波板３３を覆うように、導波路を形成する機能も有するカバー部材３４が設けられている。カバー部材３４は、例えばアルミニウムやステンレス鋼等の金属材料によって形成されている。プレート１３の上端とカバー部材３４とは、マイクロ波が外部へ漏えいしないように導電性を有するスパイラルシールドリングなどのシール部材３５によりシールされている。また、カバー部材３４には、冷却水流路３４ａが形成されている。この冷却水流路３４ａに冷却水を通流させることにより、カバー部材３４、遅波板３３、平面アンテナ板３１および透過板２８を冷却できるようになっている。この冷却機構により、カバー部材３４、遅波板３３、平面アンテナ板３１、透過板２８およびプレート１３がプラズマの熱により変形・破損することが防止される。なお、カバー部材３４は接地されている。
【００４６】
カバー部材３４の上壁（天井部）の中央には、開口部３６が形成されており、この開口部３６には導波管３７の下端が接続されている。導波管３７の他端側には、マッチング回路３８を介してマイクロ波を発生するマイクロ波発生装置３９が接続されている。
【００４７】
導波管３７は、上記カバー部材３４の開口部３６から上方へ延出する断面円形状の同軸導波管３７ａと、この同軸導波管３７ａの上端部にモード変換器４０を介して接続された水平方向に延びる矩形導波管３７ｂとを有している。モード変換器４０は、矩形導波管３７ｂ内をＴＥモードで伝搬するマイクロ波をＴＥＭモードに変換する機能を有している。
【００４８】
同軸導波管３７ａの中心には内導体４１が延在している。この内導体４１は、その下端部において平面アンテナ板３１の中心に接続固定されている。このような構造により、マイクロ波は、同軸導波管３７ａの内導体４１を介して偏平導波管の一部分を構成する平面アンテナ板３１へ放射状に効率よく均一に伝搬される。
【００４９】
スタブ４３は、図３にも示したように、断面視矩形をなす中空管状部材による方形導波管である。スタブ４３は、例えばアルミニウムやステンレス鋼等の金属材料によって形成されている。スタブ４３は、カバー部材３４の外周部において垂直方向に設けられている。スタブ４３の下部は、カバー部材３４に挿入され、カバー部材３４を貫通している。スタブ４３の上部はカバー部材３４の上面から突出して設けられている。なお、本実施の形態のプラズマ処理装置１００におけるスタブ４３の形状、配置、配設数などに関しては、後に詳述する。
【００５０】
以上のような構成のマイクロ波導入機構２７により、マイクロ波発生装置３９で発生したマイクロ波が導波管３７を介して平面アンテナ板３１へ伝搬され、スロット３２および透過板２８を介して処理容器１内に導入されるようになっている。なお、マイクロ波の周波数としては、例えば２．４５ＧＨｚが好ましく用いられ、他に８．３５ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ等を用いることもできる。
【００５１】
プラズマ処理装置１００の各構成部は、制御部５０に接続されて制御される構成となっている。制御部５０は、図４に示したように、ＣＰＵを備えたコンピューターであるプロセスコントローラ５１と、このプロセスコントローラ５１に接続されたユーザーインターフェース５２および記憶部５３を備えている。プロセスコントローラ５１は、プラズマ処理装置１００において、例えば温度、ガス流量、圧力、マイクロ波出力などのプロセス条件に関係する各構成部（例えば、ヒータ電源５ａ、ガス供給機構１８、排気装置２４、マイクロ波発生装置３９など）に接続され、これらを統括して制御する制御手段である。
【００５２】
ユーザーインターフェース５２は、工程管理者がプラズマ処理装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマ処理装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を有している。また、記憶部５３には、プラズマ処理装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ５１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記録されたレシピが保存されている。
【００５３】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース５２からの指示等にて任意のレシピを記憶部５３から呼び出してプロセスコントローラ５１に実行させることで、プロセスコントローラ５１の制御下、プラズマ処理装置１００の処理容器１内で所望の処理が行われる。また、前記制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリ、ＤＶＤなどに格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
【００５４】
このように構成されたプラズマ処理装置１００では、８００℃以下（特に、室温から５００℃程度）の低温で下地膜等へのダメージフリーなプラズマ処理を行うことができる。また、プラズマ処理装置１００は、プラズマの均一性に優れていることから、プロセスの均一性を実現できる。
【００５５】
次に、本実施の形態に係るプラズマ処理装置１００を用いたプラズマ処理の手順の一例について説明する。ここでは、処理ガスとして酸素を含有するガスを用い、ウエハ表面をプラズマ酸化処理する場合を例に挙げる。
まず、例えばユーザーインターフェース５２から、プラズマ処理装置１００でプラズマ酸化処理を行うように指令が入力される。この指令を受けて、プロセスコントローラ５１は、記憶部５３に保存されたレシピを読み出す。そして、レシピに基づく条件でプラズマ酸化処理が実行されるように、プロセスコントローラ５１からプラズマ処理装置１００の各エンドデバイス例えばガス供給機構１８、排気装置２４、マイクロ波発生装置３９、ヒータ電源５ａなどへ制御信号が送出される。
【００５６】
そして、図示しないゲートバルブを開にして搬入出口からウエハＷを処理容器１内に搬入し、載置台２上に載置する。次に、処理容器１内を減圧排気しながら、ガス供給機構１８から、不活性ガスおよび酸素含有ガスを所定の流量でそれぞれガス導入部１５を介して処理容器１内に導入する。さらに、排気量およびガス供給量を調整して処理容器１内を所定の圧力に調節する。
【００５７】
次に、マイクロ波発生装置３９のパワーをオン（入）にして、マイクロ波を発生させる。そして、発生した所定周波数例えば２．４５ＭＨｚのマイクロ波は、マッチング回路３８を介して矩形導波管３７ｂに導かれる。矩形導波管３７ｂに導かれたマイクロ波は、同軸導波管３７ａを通過し、偏平導波管を構成する平面アンテナ板３１に供給される。つまり、マイクロ波は、矩形導波管３７ｂ内ではＴＥモードで伝搬し、このＴＥモードのマイクロ波はモード変換器４０でＴＥＭモードに変換されて、同軸導波管３７ａ内を平面アンテナ板３１に向けて伝搬されていく。そして、マイクロ波は、平面アンテナ板３１を貫通して形成された孔であるスロット３２から透過板２８を介して処理容器１内（ウエハＷの上方空間）に放射される。この際のマイクロ波出力は、透過板２８の１ｃｍ２あたりのパワー密度として０．４１〜４．１９Ｗ／ｃｍ２の範囲内とすることが好ましい。マイクロ波出力は、例えば５００〜５０００Ｗの範囲内から目的に応じて上記範囲内のパワー密度になるように選択することができる。
【００５８】
平面アンテナ板３１から透過板２８を経て処理容器１に放射されたマイクロ波により、処理容器１内で電磁界が形成され、不活性ガスおよび酸素含有ガスがそれぞれプラズマ化する。このマイクロ波励起プラズマは、マイクロ波が平面アンテナ板３１の多数のスロット３２から放射されることにより、略１×１０１０〜５×１０１２／ｃｍ３の高密度で、かつウエハＷ近傍では、略１．５ｅＶ以下の低電子温度のプラズマとなる。このようにして形成されるマイクロ波励起高密度プラズマは、下地膜へのイオン等によるプラズマダメージが少ないものである。そして、プラズマ中の活性種例えばラジカルやイオンの作用によりウエハＷのシリコン表面が酸化されてシリコン酸化膜ＳｉＯ２の薄膜が形成される。
【００５９】
プロセスコントローラ５１からプラズマ処理を終了させる制御信号が送出されると、マイクロ波発生装置３９のパワーがオフ（切）にされ、プラズマ酸化処理が終了する。次に、ガス供給機構１８からの処理ガスの供給を停止して処理容器１内を真空排気する。そして、ウエハＷを処理容器１内から搬出し、１枚のウエハＷに対するプラズマ処理が終了する。
【００６０】
次に、本実施の形態のプラズマ処理装置１００におけるスタブ４３の詳細な構成について説明する。図５に示したように、本実施の形態においてはカバー部材３４の外周部において、スタブ４３を構成する断面矩形の中空管状部材４３ａの下部が、カバー部材３４に設けられた開口部３４ｂに挿入されている。中空ブロック状をなす中空管状部材４３ａは、カバー部材３４を貫通して遅波板３３の上面まで達している。なお、中空管状部材４３の下端は遅波材３３に当接していても、離間していてもよい。
【００６１】
また、図５では、スタブ４３の上部がカバー部材３４の上面から突出して設けられているが、突出していなくてもよい。スタブ４３の高さＨ（つまり、導波路の長さ）は、スタブ４３内でマイクロ波による定在波が発生するようにスタブ４３内に伝搬するマイクロ波の管内波長λｇ（＝１５４ｍｍ）に対し、λｇ以下の範囲となるように調整することが好ましく、例えばλｇ／４（＝３８ｍｍ）、λｇ／２（＝７７ｍｍ）、３λｇ／４（＝１１５．５ｍｍ）等となる高さに設定することができる。また、スタブ４３の横断面の面積も、スタブ４３内に伝搬するマイクロ波の波長λｇに応じて設定できる。
【００６２】
スタブ４３の上部は、図５に示したように、蓋体４４によって閉塞されて非開放状態としてもよいが、例えば図６に示したように、開口を有する開放状態としてもよい。プラズマへのマイクロ波の吸収率を大きくし、導波管３７へのマイクロ波の反射を抑制するためには、図５に示したようにスタブ４３の上部を閉塞することが好ましい。なお、スタブ４３の上部を閉塞する手段としては蓋体４４に限らず、例えば一体成形で上部を塞いでもよい。
【００６３】
また、スタブ４３の上部を閉塞する場合、図５に示したような蓋体４４に変えて、可動式の蓋部（可動体）を有する構成としてもよい（図示省略）。可動式の蓋部を用いることによって、スタブ４３の有効管長さを任意に変化させることができるので、スタブ４３の高さを実質的に可変に調節することができる。そして、スタブ４３の高さを可変に調節することによって、後記実験例に示したように、透過板２８における電界強度を容易に制御できる。従って、プラズマの均一性を高め、さらにウエハ面内での処理の均一性を向上させる観点で可動式の蓋部を用いることが有利である。なお、蓋部を上下に可動にする機構としては、特に制限はなく、例えば蓋部を上下動させて位置決めできる螺子機構（図２７を参照）など任意の機構を採用することができる。
【００６４】
図７から図９に、スタブ４３の別の構成例を示した。図７は、スタブ４３の上部が断面矩形の中空管状部材４３ａにより構成され、スタブ４３の下部がカバー部材３４に形成された矩形の開口３４ｂにより構成された態様を示している。中空管状部材４３ａは、例えば螺子などの図示しない任意の固定手段により、カバー部材３４の上面に装着されている。図７に示したスタブ４３においては、中空管状部材４３ａの空洞部分と、カバー部材３４の開口３４ｂとが位置合わせされて鉛直方向に導波路を形成している。なお、図７に示したスタブ４３においても、蓋体４４の配備は任意である。
【００６５】
図８は、カバー部材３４に形成された矩形の開口３４ｂにより構成されたスタブ４３の態様を示している。図８に示したスタブ４３においては、カバー部材３４の開口３４ｂのみによって鉛直方向に導波路が形成されている。従って、スタブ４３の高さＨは、カバー部材３４の厚みに一致する。なお、図８に示したスタブ４３においても、蓋体４４の配備は任意である。
【００６６】
図９は、カバー部材３４の下面に形成された凹部３４ｃにより構成されたスタブ４３の態様を示している。凹部３４ｃは、カバー部材３４の下方に配置された遅波板３３に向けて開口をなしている。図９に示したスタブ４３においては、カバー部材３４の凹部３４ｃのみによって鉛直方向に導波路が形成されている。従って、スタブ４３の高さＨは、カバー部材３４の厚みよりも小さい。
【００６７】
本実施形態のプラズマ処理装置１００では、処理容器１内でプラズマを均一に生成させ、ウエハＷの中央部と周縁部付近での処理の均一性を確保するため、平面アンテナ板３１の周縁部近傍の上方にスタブ４３を配設した。前記のとおり、マイクロ波発生装置３９で発生したマイクロ波は、同軸導波管３７ａを介して平面アンテナ板３１の中央部に供給され、平面アンテナ板３１とカバー部材３４とによって構成される放射状の導波路（偏平導波管）を伝搬していく。マイクロ波は、導波路を伝搬する距離が長くなるに従い、反射波が大きくなり、定在波が減衰する。このため、偏平導波管内においてマイクロ波により生じる電界は、同軸導波管３７ａの下端部を介してマイクロ波が偏平導波管内に導入される部位である平面アンテナ板３１の中央部で強くなり、平面アンテナ板３１の周縁部近傍では弱くなる傾向がある。このように平面アンテナ板３１上の電界分布が不均一になると、導波管３７への反射係数が大きくなり、プラズマへのマイクロ波の吸収効率が低下する。つまり、処理容器１内に導入するマイクロ波の実効パワーが小さくなり、パワー損失が大きくなる。その結果、処理容器１内で生成するプラズマが不均一になる。特に、大径のウエハＷを処理対象とすべく処理容器１を大型化すると、この問題が顕在化して処理容器１の側壁１ｂ近傍のプラズマ密度が低下してウエハＷの面内で均一な処理を行うことが困難になってしまう。
【００６８】
このような観点から、処理容器１内にマイクロ波を効率良く供給し、均一なプラズマを生成させるためには、スタブ４３を平面アンテナ板３１の外周部（つまり周縁部近傍）の上方に配設し、平面アンテナ板３１上の電界分布を均一に近づけることが好ましい。特に、スタブ４３を平面アンテナ板３１の外周部に形成されたスロット３２の上方に配設することにより、スタブ４３を他の場所に配置する場合に比べて、スタブ４３内へマイクロ波が導入されやすくなる。そして、スタブ４３によって不均一なマイクロ波（反射波や定在波）が吸収されることにより、平面アンテナ板３１上で均一な電界強度分布を形成することができる。また、偏平導波管の中央から入射したマイクロ波（入射波）が、放射状に平面アンテナ板３１の径外方向に伝播する際に、偏平導波管の外周部でマイクロ波の反射（反射波）が発生しないようにすることができる。
【００６９】
本実施の形態では、中空管状のスタブ４３の空洞部分が、平面アンテナ板３１の外周部に形成されたスロット３２の開口に重なるように、スタブ４３を配置することが好ましい。さらに、スタブ４３の空洞部分が、平面アンテナ板３１の外周部に形成されたスロット３２の開口面の中心（以下、単に「スロット３２の中心」と記す）の上方に位置するようにスタブ４３を配置することがより好ましい。また、平面アンテナ板３１の外周部に形成されたスロット３２の中心を周方向に結ぶ円弧上に、スタブ４３の開口面の中心（以下、単に「スタブ４３の中心」と記す）を位置させることが好ましい。特に、スタブ４３の中心が、平面アンテナ板３１の周縁部近傍のスロット３２の中心と重なるようにスタブ４３を配置することがより好ましい。また、スタブ４３の空洞部分とスロット３２の開口全体とが上下に重なるようにスタブ４３を配置することが望ましい。
【００７０】
次に、図１０から図１２を参照して、平面アンテナ板３１の径方向におけるスタブ４３の配設位置の好ましい例について説明する。図１０から図１２は、平面アンテナ板３１において最外周に配列されたスロット対（スロット３２ａおよびスロット３２ｂ）の位置に対するスタブ４３の配置を示す説明図である。各図において、スタブ４３は仮想線で示した。
【００７１】
スタブ４３は、平面アンテナ板３１において最外周に配列されたスロット対のうち、外側のスロット３２ａの外周側の端部と、内側のスロット３２ｂの内周側の端部との間に、スタブ４３の中心Ｏｓが位置するように配置することが好ましい。つまり、最外周のスロット対うちの外側にある複数のスロット３２ａの長手方向の外側端を結び、平面アンテナ板３１の中心ＯＡを中心とする第１の仮想円と、最外周のスロット対うちの内側にある複数のスロット３２ｂの長手方向の内側端を結び、平面アンテナ板３１の中心ＯＡを中心とする第２の仮想円と、により囲まれた環状の領域内に、スタブ４３の中心Ｏｓが位置し、かつ、平面視で、少なくとも１つのスロットの少なくとも一部がスタブ４３と重なるように、スタブ４３を配置することが好ましい。
【００７２】
図１０は、平面アンテナ板３１の外周部において、最外周に配列されたスロット対を構成する内側のスロット３２ｂの中心Ｏ３２ｂを周方向に結ぶ円弧Ｒ３２ｂ上にスタブ４３の中心Ｏｓが位置するようスタブ４３が配置された例を示している。図１０では、特にスロット３２ｂの中心Ｏ３２ｂに、スタブ４３の中心Ｏｓが重なるように位置合わせして配置されている。なお、図１０では、スタブ４３と重なる範囲内に、１個のスロット３２ｂの全体が入る構成例を示しているが、これに限らず、スタブ４３と重なる範囲内に複数のスロット３２ｂの全体が入る（例えば、２つのスロット３２ｂがスタブ４３と重なる範囲内に入る）ように構成してもよい。また、スロット３２ｂとスタブ４３との相対的な大きさによって、スタブ４３と重なる範囲内にスロット３２ｂの一部分が入る（例えば、スロット３２ｂが部分的にスタブ４３に重なる）ように構成してもよい。
【００７３】
また、図１１は、平面アンテナ板３１の外周部において、最外周に配列されたスロット対を構成する外側のスロット３２ａの中心Ｏ３２ａを周方向に結ぶ円弧Ｒ３２ａ上にスタブ４３の中心Ｏｓが位置するように、スタブ４３を配置した例を示している。図１１では、特にスロット３２ａの中心Ｏ３２ａに、スタブ４３の中心Ｏｓが重なるように位置合わせしている。なお、図１１では、スタブ４３と重なる範囲内に、１個のスロット３２ａの全体が入る構成例を示しているが、これに限らず、スタブ４３と重なる範囲内に複数のスロット３２ａの全体が入る（例えば、２つのスロット３２ａがスタブ４３と重なる範囲内に入る）ように構成してもよい。また、スロット３２ａとスタブ４３との相対的な大きさによって、スタブ４３と重なる範囲内にスロット３２ａの一部分のみが入る（例えば、スロット３２ａが部分的にスタブ４３に重なる）ように構成してもよい。
【００７４】
前記のとおり、同軸導波管３７ａから平面アンテナ板３１の中心に伝搬されたマイクロ波により、平面アンテナ板３１の基材３１ａ上に生じた表面電流は、平面アンテナ板３１の径外方向へ向かって流れるが、途中でスロット３２により遮られるため、スロット３２の縁に電荷が誘起される。この電荷は、新たなマイクロ波の発生源となる。電荷はスロット３２の長手方向の中央部付近に蓄積されやすいため、スロット３２の中心には電界が集中しやすい。図１０および図１１に示した例では、スロット３２ａ，３２ｂの中心Ｏ３２ａ，Ｏ３２ｂの真上にスタブ４３を配置して、スロット３２の中心Ｏ３２ａ，Ｏ３２ｂ付近での電界の集中を抑制した。
【００７５】
図１０または図１１に示したように、平面アンテナ板３１の最外周に配列されたスロット対を構成するスロット３２ａまたは３２ｂの中心Ｏ３２ａもしくはＯ３２ｂに、スタブ４３の中心Ｏｓが重なるようにスタブ４３を配置することによって、遅波板３３を挟んで下方のスロット３２と上方のスタブ４３とを上下に対向させることができる。図１０または図１１では、特に、スタブ４３の空洞部分とスロット３２の開口全体とが上下に重なるようにスタブ４３を配置することが望ましい。以上のようなスタブ４３の配置によって、スロット３２付近の電界を上方へ広げることができる。これにより、平面アンテナ板３１上での電界の集中や偏在が効果的に抑えられる。このように、スロット３２ａ，３２ｂの中心Ｏ３２ａ，Ｏ３２ｂに、スタブ４３の中心Ｏｓが重なるようにスタブ４３を配置することによって、平面アンテナ板３１より下方の処理容器１内空間側の電界分布を均一に調整し、処理容器１内のプラズマの均一化を図ることが可能になる。なお、スタブ４３の中心Ｏｓが、周方向において隣接する２つのスロット対の間に配置されるようにしてもよい。
【００７６】
なお、図１０および図１１に示した例において、最外周のスロット対を構成するスロット３２ａまたはスロット３２ｂの中心Ｏ３２ａ，Ｏ３２ｂは、平面アンテナ板３１の中心ＯＡから、内側のスロット対を構成するスロット３２ｃ，３２ｄ（図１０〜図１２では一対のみ図示するが、一対とは限らない）の中心Ｏ３２ｃ、Ｏ３２ｄを通る直線Ｘの延長線上に位置させている。
【００７７】
図１２は、平面アンテナ板３１の最外周に配列されたスロット対を構成するスロット３２ａおよびスロット３２ｂの長手方向に直交する方向に、各スロット３２ａ，３２ｂの中心から、それぞれ垂線を引いた場合の交点Ｉに、スタブ４３の中心Ｏｓを位置合わせした例を示している。つまり、スタブ４３の中心Ｏｓを、交点Ｉに重ね、交点Ｉの上方にスタブ４３が位置するようにスタブ４３を配置している。なお、平面アンテナ板３１の周方向に交点Ｉを結ぶ円弧ＲＩ上の任意の位置に、スタブ４３の中心Ｏｓが位置するようにしてもよい。例えば、スタブ４３の中心Ｏｓが、周方向において隣接する２つのスロット対の間に配置されるようにしてもよい。また、図１２では、スタブ４３と重なる範囲内に、１対のスロット３２ａ，３２ｂのほぼ全体が入る構成例を示しているが、これに限らず、スタブ４３と重なる範囲内に、さらに多くのスロットが入るように構成してもよいし、複数のスロット対のそれぞれ一部分が入るように構成してもよい。
【００７８】
次に、図１０〜図１２に例示した平面アンテナ板３１の径方向におけるスタブ４３の三通りの配置について、プラズマ処理装置１００の処理容器１に供給されるマイクロ波パワーおよび電界分布に与える影響をシミュレーションにより検証した。その結果を表１に示した。
【００７９】
＜シミュレーション条件１＞
シミュレーション条件は、以下のとおりである。
使用ソフトウエア：ＣＯＭＳＯＬ（商品名；ＣＯＭＳＯＬ社製）
径方向の配置：図１３に模式的に示したように、円環状のスタブ４３を想定した。円環上のスタブ４３の幅Ｄの半分（Ｄ／２）の位置を結ぶ円弧が、図１０に示した円弧Ｒ３２ｂの上、図１２に示した円弧ＲＩの上、および、図１１に示した円弧Ｒ３２ａの上にそれぞれ位置するように設定した。各円弧の半径（平面アンテナ板３１の中心ＯＡを通る鉛直軸から水平方向の距離）は、例えば、円弧Ｒ３２ｂが１８４ｍｍ、円弧ＲＩが２００ｍｍおよび円弧Ｒ３２ａが２１５ｍｍとした。
スタブ：円環状のスタブ４３の上部が閉塞したものと開口したものについて、それぞれ遅波板３３の上面から鉛直方向に１１５．５ｍｍ（３λ／４）の高さに設定した。
境界条件：完全導体
プラズマの電子密度：透過板２８から１ｃｍ下方に離れた位置で１×１０１２・ｃｍ−３に達し、それより下方でこの電子密度が維持されるように設定した。
誘電率：４．２（ＳｉＯ２）、１．０（空気）に設定した。
圧力：１３．３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）に設定した。
温度：５００℃に設定した。
透過板：石英製アーチ形状に設定した。
平面アンテナ板：２つのスロットがハの字形（Ｌ字形）に対をなしてスロット対を形成し、このスロット対が同心円状に、内・外２回り配列された構造のものに設定した。
【００８０】
シミュレーションでは、図１３に示したように、マイクロ波発生装置３９から導波管３７へ供給されるマイクロ波のパワー（供給パワー）ＰＳ、同軸導波管３７ａから処理容器１内に導入される正味のマイクロ波のパワー（導入パワー）ＰＩ、スタブ４３から外部へ放出されるマイクロ波のパワー（放出パワー）ＰＯ、透過板２８を介して、処理容器１内に生成するプラズマに吸収される（使用される）マイクロ波のパワー（吸収パワー）ＰＡ、スタブ４３の壁面などで失われるマイクロ波のパワー（損失パワー）ＰＬ、同軸導波管３７ａへ反射されるマイクロ波のパワー（反射パワー）ＰＲについて、供給パワーＰＳを２０００Ｗに設定して各パワーのバランスを計算した。なお、ＰＬ＝ＰＩ−ＰＯ−ＰＡとして、またＰＲ＝ＰＳ−ＰＩとして計算した。
【００８１】
表１中の「配置Ｄ１」は、図１０に示した位置に対応するもので、平面アンテナ板３１の中心ＯＡからスロット３２ｂの中心Ｏ３２ｂまでの距離（１８４ｍｍ）に、円環上のスタブ４３の半径が一致するように位置合わせした。「配置Ｄ２」は、図１２に示した位置に対応するもので、平面アンテナ板３１の中心ＯＡから交点Ｉまでの距離（２００ｍｍ）に、円環上のスタブ４３の半径が一致するように位置合わせした。「配置Ｄ３」は、図１１に示した位置に対応するもので、平面アンテナ板３１の中心ＯＡからスロット３２ａの中心Ｏ３２ａまでの距離（２１５ｍｍ）に、円環上のスタブ４３の半径が一致するように位置合わせした。なお、比較のため、スタブ４３を設けない場合についても同様の条件でシミュレーションを行った。
【００８２】
【表１】
0005066502.tif 000002
【００８３】
表１から、スタブ４３を設けない場合に比べて、スタブ４３を設けた配置Ｄ１〜Ｄ３では、上部が閉塞した場合および開放した場合の両方とも総じて吸収パワーＰＡが大きく、反射パワーＰＲが小さいことが判明した。従って、スタブ４３を設けたことにより、スタブ４３を設けない場合に比べ、導波管内の反射波が抑制され、処理容器１内へ効率よくマイクロ波を供給できることが示された。
【００８４】
また、スタブ４３の上部が閉塞されている場合と開放されている場合とを比較すると、後者（開放されている場合）では放出パワーＰＯが大きく、前者（閉塞されている場合）に比べて吸収パワーＰＡが小さいことが判明した。従って、スタブ４３の上部を閉塞状態とすることにより、処理容器１内へ効率よくマイクロ波を供給できることが示された。
【００８５】
以上の結果を受け、スタブ４３の上部が閉塞状態であることを前提にスタブ４３の配置を検討した。表１では、吸収パワーＰＡは、配置Ｄ１が７００Ｗと最も大きく、次いで配置Ｄ３が６７５Ｗで大きかった。一方、配置Ｄ２は、吸収パワーＰＡが３０７Ｗにとどまった。
【００８６】
導波管３７内へ反射されるマイクロ波の反射パワーＰＲについては、配置Ｄ１が１２７８Ｗと最も小さく、次いで配置Ｄ３が１３０４Ｗであったのに対し、配置Ｄ２は１６６７Ｗであり、配置Ｄ１や配置Ｄ３に比べて反射波の生成が多かった。
【００８７】
また、スタブ４３横断面（下端から０．５ｍｍ上方の位置）、遅波板３３の上面、遅波板３３の中央横断面（厚さ×１／２の位置）、平面アンテナ板３１の中央横断面（厚さ×１／２の位置）、透過板２８の横断面（上端から９ｍｍ下方の位置）、透過板２８の下面（平坦な部分）、透過板２８（曲面部分を含む）と処理容器１内空間との界面、および、透過板２８の下面から０．５ｍｍ下方の処理容器１内における電界分布をそれぞれ画像化して解析した。その結果、例えば平面アンテナ板３１の中央横断面の電界分布は、配置Ｄ２では内周側のスロット対の周囲に電界の強い領域が偏在していたのに対し、配置Ｄ１と配置Ｄ３では、平面アンテナ板３１の内周側のスロット対の周囲だけでなく、外周側のスロット対の近傍の領域も含めて平面アンテナ板３１全体に一様に強い電界が広がっていた（結果は図示省略）。他の部位についての電界分布のシミュレーション結果も同様の傾向を示した。また、電界が強い部分は、平面アンテナ板３１の中心ＯＡから内周側のスロット対を通り、外周側のスロット対へと径外方向に放射状に形成される傾向があることが判明した。
【００８８】
以上のシミュレーション結果から、偏平導波管を構成する平面アンテナ板３１上に発生する電界分布を調節するスタブ４３を設けることにより、処理容器１内へ効率よくマイクロ波を供給できることが示された。
【００８９】
また、スタブ４３の上部を閉塞状態にしておくことにより、上部を開放した場合に比べて、処理容器１内へ効率よくマイクロ波を供給できることが示された。
【００９０】
また、環状のスタブ４３の空洞部分が、最外周のスロット対に重なるように配置することが好ましく、最外周のスロット対のうちの外側のスロット３２ａまたは内側のスロット３２ｂに重なるように配置することがより好ましいことが示された。特に、スタブ４３を配設する場所として、平面アンテナ板３１の最外周のスロット対の内側のスロット３２ｂの中心Ｏ３２ｂに、スタブ４３の中心Ｏｓを位置合わせした配置Ｄ１（図１０参照）が最も好ましく、次いで最外周のスロット対の外側のスロット３２ａの中心Ｏ３２ａに、スタブ４３の中心Ｏｓを位置合わせした配置Ｄ３（図１１参照）が好ましいことが明らかになった。
【００９１】
次に、図１４〜図１９を参照しながら、スタブ４３の設置数について説明する。
図１４は中空ブロック状のスタブ４３を１つ配設した状態、図１５は中空ブロック状のスタブ４３を２つ配設した状態、図１６は中空ブロック状のスタブ４３を３つ配設した状態を、それぞれ平面アンテナ板３１に重ねて図示している。図１７から図１９は、図１５に示したスタブ４３を２個配置する場合の変形例である。なお、図１４〜図１９では、平面アンテナ板３１のスロット３２は、一部のみ図示し、説明に不要なスロット３２は図示を省略している。スタブ４３は、図１５および図１６に示したように、２つ以上配設することが好ましい。特に、図１５に示したように、平面アンテナ板３１の中心ＯＡを挟んでその径方向に、２個のスタブ４３を点対称に配置することが好ましい。平面アンテナ板３１の径方向に２個のスタブ４３を対称に配置することにより、平面アンテナ板３１付近の電界分布を均一にする効果が最も高くなる。スタブ４３を必要以上に多数配置しても、電界の分布を均一にする効果の向上が得られるとは限らず、逆に低下させてしまう場合がある。また、スタブ４３を必要以上に多数配置することは、プラズマ処理装置１００の部品点数を増加させ、装置コストを上昇させる要因になる。従って、スタブ４３の配置個数は、２〜６個が好ましく、２〜４個がより好ましい。
【００９２】
また、マイクロ波は、同軸導波管３７ａから平面アンテナ板３１の中心ＯＡ付近に導入され、平面アンテナ板３１とカバー部材３４によって形成される導波路を径外方向に円偏波となって伝搬し、径外方向に配列されたスロット３２に沿って放射状に表面電流を生じさせる。このことから、平面アンテナ板３１の中心から同心円状にスロット対が配列される場合には、スロット３２が径外方向になす列に沿ってスタブ４３を配置することが好ましい。例えば図１４〜図１６では、平面アンテナ板３１の中心ＯＡから、スロット３２ｃ，３２ｄからなる内周側のスロット対（１対のみ図示するが一対とは限らない）を通り、スロット３２ａ，３２ｂからなる最外周のスロット対を結ぶＸ−Ｘ線によって、内周側から最外周へスロット３２が径外方向へなす列を示している。一方、図１４〜図１６に示したＹ−Ｙ線は、平面アンテナ板３１の中心ＯＡから、内側のスロット対（スロット３２ｃ，３２ｄ）は通らずに、最外周のスロット対（スロット３２ａ，３２ｂ）を結ぶ直線である。スタブ４３は、Ｘ−Ｘ線上またはＹ−Ｙ線上のどちらに配置してもよいが、Ｘ−Ｘ線上に配置することが好ましい。例えばＹ−Ｙ線上に重ねて２つのスタブ４３を配置した場合に対して、図１５に示したようにＸ−Ｘ線上に重ねて２つのスタブ４３を配置した場合を比較すると、Ｘ−Ｘ線上に２つのスタブ４３を対向配置することがより好ましい。
【００９３】
次に、図１４〜図１６に例示したスタブ４３の三通りの配置について、プラズマ処理装置１００の処理容器１に供給されるマイクロ波パワーおよび電界に与える影響をシミュレーションにより検討した。その結果を表２に示した。
【００９４】
＜シミュレーション条件２＞
シミュレーション条件は、以下のとおりである。
径方向の配置：中空ブロック状のスタブ４３の中心が、平面アンテナ板３１の最外周のスロット対における内側のスロット３２ｂの中心Ｏ３２ｂと上下に重なるようにスタブ４３を１個、２個、または３個配置する設定にした（図１０、配置Ｄ１参照）。
スタブ：上部が閉塞した断面視矩形で、長手方向の長さ１００ｍｍ、幅３５ｍｍ、遅波板の上面からの高さ１１５．５ｍｍ（３λ／４）に設定した。上記以外の条件は、シミュレーション条件１と同じであるため、説明を省略する。
【００９５】
シミュレーションでは、導入パワーＰＩ、吸収パワーＰＡ、損失パワーＰＬ、反射パワーＰＲについて、供給パワーＰＳを２０００Ｗに設定して各パワーのバランスを計算した（図１３参照）。なお、ＰＬ＝ＰＩ−ＰＡにより、またＰＲ＝ＰＳ−ＰＩにより算出した。
【００９６】
表２中の「設置数Ｎ１」は、１個のスタブ４３を図１４に示した位置に配設したものである。「設置数Ｎ２」は、２個のスタブ４３を図１５に示した互いに対向する位置に配設したものである。「設置数Ｎ３」は、３個のスタブ４３を図１６に示した周方向に１２０°ずつ離した位置に配設したものである。なお、比較のため、スタブ４３を設けない場合についてのシミュレーション結果を再掲載した。
【００９７】
【表２】
0005066502.tif 000003
【００９８】
表２では、吸収パワーＰＡは、設置数Ｎ２が１５５９Ｗと最も大きく、次いで設置数Ｎ３が８８２Ｗで大きかった。一方、設置数Ｎ１では、吸収パワーＰＡが３８２Ｗであり、スタブ４３を設けた場合では最も低かった。反射パワーＰＲについては、設置数Ｎ２が３８９Ｗと最も小さく、次いで設置数Ｎ３が１１５７Ｗであったのに対し、設置数Ｎ１は１５８９Ｗであり、設置数Ｎ１や設置数Ｎ３に比べて劣る結果となった。
【００９９】
また、スタブ４３横断面（下端から０．５ｍｍ上方の位置）、遅波板３３の上面、遅波板３３の中央横断面（厚さ×１／２の位置）、平面アンテナ板３１の中央横断面（厚さ×１／２の位置）、透過板２８の横断面（上端から９ｍｍ下方の位置）、透過板２８の下面（平坦な部分）、および透過板２８（曲面部分を含む）と処理容器１内空間との界面における電界分布をそれぞれ画像化して解析したところ、設置数Ｎ２と設置数Ｎ３は、設置数Ｎ１に比べて電界がより均一に分布していることが確認された（結果は図示省略）。
【０１００】
以上のシミュレーション結果から、スタブ４３を配設する個数としては、１個よりも複数例えば２個または３個が好ましいことが判明した。また、表１の結果と比較すると、円環状にスタブ４３を設けるよりも、中空ブロック状のスタブ４３を２個以上周方向に独立して設けた方が、吸収パワーＰＡが格段に大きくなることが判明した。従って、偏平導波管を構成する平面アンテナ板３１の上方に、スタブ４３を２個以上設けることにより、平面アンテナ板３１上に発生する電界分布が均一に調節され、処理容器１内へ効率よくマイクロ波を供給できることが示された。
【０１０１】
図１４から図１６に示した例では、最外周のスロット対のうち、内側のスロット３２ｂの上方に中空ブロック状のスタブ４３を重ねて配置した。しかし、例えば図１７に示したように、最外周のスロット対を構成するスロット３２ａおよびスロット３２ｂの中間位置の上方にスタブ４３を配置してもよい。また、例えば図１８に示したように、最外周のスロット対のうち、外側のスロット３２ａの上方にスタブ４３を配置してもよい。さらに、例えば図１９に示したように、対向する２つのスタブ４３のうち、片方を最外周のスロット対の内側のスロット３２ｂの上方に配置し、もう片方を、中心ＯＡを挟んで反対側に位置する最外周のスロット対の外側のスロット３２ａの上方に配置してもよい。なお、図１７から図１９では、平面アンテナ板３１の径方向に２個のスタブ４３を対称に配置する場合を例に挙げたが、１個のスタブ４３を配置する場合（図１４参照）、３個のスタブ４３を配置する場合（図１６参照）も同様の配置の仕方が可能である。
【０１０２】
次に、スタブ４３の配置と個数が、処理容器１内に供給されるマイクロ波パワーおよび電界に与える影響をシミュレーションによりさらに詳細に検討した。その結果を表３に示した。
【０１０３】
＜シミュレーション条件３＞
シミュレーション条件は、以下のとおりである。
周方向の配置：図２０〜図２６に示したように、７通りの配置・個数でスタブ４３を配置し、シミュレーションを行った。図２０〜図２６では、平面アンテナ板３１に対するスタブ４３の配置を簡略化して模式的に示した。各図では、スロット３２は図示を省略し、平面アンテナ板３１の中心ＯＡから、内周側のスロット対のスロット３２ｃ，３２ｄと最外周のスロット対のスロット３２ａ，３２ｂを結ぶ線分Ｘ−Ｘによりスロット３２の径方向の配列を示した。
径方向の配置：スタブ４３の中心が、平面アンテナ板３１の最外周のスロット対における内側のスロット３２ｂの中心Ｏ３２ｂに重なるように設定した（図１０、配置Ｄ１参照）。
上記以外の条件は、シミュレーション条件２と同じであるため、説明を省略する。
【０１０４】
シミュレーションでは、導入パワーＰＩ、吸収パワーＰＡ、損失パワーＰＬ、反射パワーＰＲについて、供給パワーＰＳを２０００Ｗに設定して各パワーのーバランスを計算した。なお、ＰＬ＝ＰＩ−ＰＡにより、またＰＲ＝ＰＳ−ＰＩにより算出した。
【０１０５】
表３中の「配置Ｃ１」では、図２０に示したように、２個のスタブ４３をＸ−Ｘ線上の互いに対向する位置に配設した。「配置Ｃ２」では、図２１に示したように、２個のスタブ４３を平面アンテナ板３１の中心ＯＡに対して非対称に配設した。なお、２個のスタブ４３は周方向に１２０°離れた位置に配置されている。「配置Ｃ３」では、図２２に示したように、３個のスタブ４３を非対称な位置に配設した。３個のスタブ４３のうち、２個のスタブ４３は、配置Ｃ１と同様にＸ−Ｘ線上に互いに対向して配置されているが、残りの１個のスタブ４３は６０°の角度をずらした別のＸ−Ｘ線上に１個のみ配置されている。「配置Ｃ４」は、図２３に示したように、４個のスタブ４３を２本のＸ−Ｘ線上に別個に配設した。これら２本のＸ−Ｘ線は、６０°の角度をなして平面アンテナ板３１の中心ＯＡで交差している。「配置Ｃ５」は、図２４に示したように、４個のスタブ４３を周方向に９０°ずつ位置をずらして配設した。４個のスタブ４３は、Ｘ−Ｘ線上から外れた位置（図１４〜図１９に示したＹ−Ｙ線上）に対向して配置されている。「配置Ｃ６」は、図２５に示したように、２個のスタブ４３をＸ−Ｘ線上から外れた位置（図１４〜図１９に示したＹ−Ｙ線上）で径方向に対向して配設したものである。「配置Ｃ７」は、図２６に示したように、６個のスタブ４３を周方向に６０°ずつ位置をずらしたＸ−Ｘ線上に均等に配設した。なお、比較のため、スタブ４３を設けない場合についてのシミュレーション結果も再掲載した。
【０１０６】
【表３】
0005066502.tif 000004
【０１０７】
表３から、配置Ｃ１から配置Ｃ７のいずれの配置でも、スタブ４３を配置しない場合に比べて良好な結果であった。吸収パワーＰＡは、配置Ｃ３（図２２）が１６０５Ｗと最も大きく、次いで配置Ｃ１（図２０）が１５５９Ｗとほぼ同等の値であった。また、配置Ｃ５（図２４）、配置Ｃ６（図２５）についても、配置Ｃ３、配置Ｃ１に次いで吸収パワーＰＡが大きかった。一方、配置Ｃ２、配置Ｃ４、配置Ｃ７は、配置Ｃ１、配置Ｃ３、配置Ｃ５および配置Ｃ６よりも吸収パワーＰＡが小さかった。２個のスタブ４３を、平面アンテナ板３１の中心を挟んで径方向に非対称に配置した配置Ｃ２（図２１）は、吸収パワーＰＡが小さく、最も低い結果となった。また、４個のスタブ４３を周方向に６０°ずらして配置した配置Ｃ４（図２３）、６個のスタブ４３を周方向に配置した配置Ｃ７（図２６）も、吸収パワーＰＡが小さく期待した効果は得られなかった。
【０１０８】
反射パワーＰＲについては、配置Ｃ１、配置Ｃ３、配置Ｃ５および配置Ｃ６がほぼ同等で小さく良好であった。これに対して、配置Ｃ２、配置Ｃ４および配置Ｃ７は、反射パワーＰＲが配置Ｃ１、配置Ｃ３、配置Ｃ５および配置Ｃ６に比べて大きく、反射率が高かった。
【０１０９】
スタブ４３を同じ個数配置した場合において、２個のスタブ４３を配設した配置Ｃ１と配置Ｃ６の比較では、平面アンテナ板３１の中心ＯＡから、内周側のスロット対と、外周側のスロット対とを径外方向に結ぶＸ−Ｘ線上にスタブ４３を配置した配置Ｃ１は、平面アンテナ板３１の中心ＯＡから、内周側のスロット対の位置は通らず、外周側のスロット対のみを通るＹ−Ｙ線上にスタブ４３を配置した配置Ｃ６よりも良好な結果が得られた。また、４個のスタブ４３を配設した配置Ｃ４と配置Ｃ５との比較では、平面アンテナ板３１の周方向に均等にスタブ４３を配置した配置Ｃ５の方が格段に優れていた。
【０１１０】
また、スタブ４３横断面（下端から０．５ｍｍ上方の位置）、遅波板３３の上面、遅波板３３の中央横断面（厚さ×１／２の位置）、平面アンテナ板３１の中央横断面（厚さ×１／２の位置）、透過板２８の横断面（上端から９ｍｍ下方の位置）、および、透過板２８（曲面部分を含む）と処理容器１内空間との界面における電界分布をそれぞれ画像化して解析したところ、配置Ｃ３、配置Ｃ１が最も電界が均一に分布しており、次いで配置Ｃ５、配置Ｃ６が良好な電界分布であることが確認された（結果は図示省略）。
【０１１１】
以上のシミュレーション結果から、スタブ４３を配設する位置としては、平面アンテナ板３１の中心ＯＡから、内周側のスロット対と、外周側のスロット対とを径外方向に結ぶ線（Ｘ−Ｘ線）に重なる位置に、中心ＯＡを挟んで対称に配置することが好ましいことがわかる。しかし、この規則に基づき配置をした場合でも、スタブ４３の設置数が多くなると、逆にプラズマへのマイクロ波の吸収効率が低下することが示された。従って、スタブ４３の設置個数は２〜４個の範囲内が好ましいことが判明した。
【０１１２】
次に、プラズマ処理装置１００にガスを導入してプラズマを生成したときの状態をシミュレーションした。シミュレーション条件は以下のとおりである。
＜シミュレーション条件４＞
径方向の配置：円環状のスタブ４３を想定し、スタブ４３の幅Ｄ（３０ｍｍ）の半分（Ｄ／２）を結ぶ円弧の位置が、平面アンテナ板３１の中心ＯＡを通る鉛直軸から水平方向に１８４ｍｍとなるように設定した（図１３参照）。
スタブ：円環状のスタブ４３の上部が閉塞したものについて、遅波板３３の上面から１１５．５ｍｍ（３λ／４）の高さに設定した。
【０１１３】
上記シミュレーション条件４で、透過板２８を介して処理容器１内のプラズマに吸収されるマイクロ波のパワー（吸収パワー）ＰＡは、スタブ４３を設けなかった場合が６４１Ｗであったのに対し、スタブ４３を設けた場合は１３７３Ｗであり、大幅に改善された。
【０１１４】
また、処理容器１内におけるプラズマの電子密度と電子温度の分布を画像化したところ、スタブ４３を設けた場合には、スタブ４３を設けなかった場合に比べて、プラズマの電子温度および電子密度の両方が、透過板２８の直下で、低電子温度および高電子密度の状態を維持しつつ、平面アンテナ板３１の径方向に、より広範囲に均一に広がっていることが確認された。
【０１１５】
また、処理容器１内におけるＮラジカルとＮイオンの分布を画像化したところ、スタブ４３を設けた場合には、スタブ４３を設けなかった場合に比べてＮラジカル、Ｎイオンともに透過板２８の直下で、平面アンテナ板３１の径方向により広範囲まで均一に広がっていることが確認された。
【０１１６】
上記のシミュレーション結果から、スタブ４３を設けることにより、処理容器１内でプラズマを均一化できることが確認された。
【０１１７】
スタブの高さを調節することにより処理の面内均一性を向上させることができるということを立証する実験を行った。実験方法およびその結果について以下に記述する。
【０１１８】
まず、実験に用いたプラズマ処理装置の構成について図２７を参照して説明する。図２７に示すプラズマ処理装置は、図１に示すプラズマ処理装置に対して以下の点のみが異なる。まず、透過板２８の下面中心に突起２８ａが設けられている。また、カバーリング４に代えて、載置台２表面全域を覆うカバー４ａが設けられており、ウエハＷの位置決めは、カバー４ａの上面に設けられたガイド４ｂにより行われる。スタブ４３に代えて、有効スタブ高さを変更できる４つのスタブ４３Ａが設けられている。スタブ４３Ａの内部には、可動体４３ａが設けられており、可動体４３ａは、ハンドル４３ｂを回転させることにより、ボルト／ナット構造（詳細な構造は図示せず）により、上下方向に移動することができる。可動体４３ａは、スタブ４３の蓋体４４と同様にスタブの有効管長さを決定するため、可動体４３ａを上下動させることにより実質的なスタブ高さ（Ｈ）を変更することができる。
【０１１９】
図２８に示すように、平面アンテナ板３１の基材３１ａには、外周部に２４対のスロット対、中央部に８対のスロット対が形成されている。基材３１ａは、その外周部と中央部との間にスロット３２が形成されていない中間部分を有する。スタブ４３Ａは、所定の直径のピッチ円上に９０度間隔で配置されている。図２８には、スタブ４３Ａの内壁面の輪郭が示されている。平面視において、平面アンテナ板３１の外周部のスロット対（３２ａ、３２ｂ）のうちの内側のスロット（３２ｂ）の中心を結ぶ円周上に、４つのスタブのそれぞれの中心が重なるようにスタブ４３Ａとスロットが配置されている。また、内周部のスロット対（３２ｃ、３２ｄ）の各スロットの中心と、外周部のスロット対（３２ａ、３２ｂ）のうちの外側のスロット（３２ａ）の中心を径外方向に結ぶ線上に、４つの各スタブ４３Ａの中心が重なり、かつ、外周部のスロット対（３２ａ、３２ｂ）のうちの内側の少なくとも１つのスロット（３２ｂ）が、各スタブ４３Ａの内側に入るように、スタブ４３Ａとスロットが配置されている。
【０１２０】
図２９のグラフは、マイクロ波周波数が２．４５ＧＨｚのときの、スタブ高さＨと、スタブの下方における天板（透過板２８）の電界強度との関係を示している。この図２９から、スタブ高さＨが２０〜６０ｍｍの範囲内で、スタブ高さＨが高くなるほど電界強度が小さくなり、かつ、スタブ高さＨの変化に対する電界強度の変化が比較的緩やかになっていることがわかる。従って、スタブ高さＨを２０〜６０ｍｍの範囲で変動させることが、電界分布の微調整に適している。
【０１２１】
なお、図２９には示されていないが、電界強度はスタブ高さＨがλ／２（λは管内波長）変化するたびに周期的に変動する。
【０１２２】
［第１の実験］
実験にあたっては、表面に厚さ３０オングストロームのＳｉＯ２熱酸化膜が形成された半導体ウエハを準備した。このウエハに対して図２７および図２８を参照して説明したマイクロ波プラズマ処理装置を用いてプラズマ窒化処理を施した。
【０１２３】
第１の実験におけるプロセス条件は以下の通りである。
Ａｒガス流量：１０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｎ２ガス流量：２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
プロセス圧力：２５Ｐａ
マイクロ波出力：１９００Ｗ（０．９７Ｗ／ｃｍ２）
ウエハ温度：５００℃
プロセス時間：５０ｓｅｃ
【０１２４】
まず、４つのスタブの高さを全て４０ｍｍ（すなわち２０〜６０ｍｍの中央値）とし、プラズマ窒化処理を行った。処理済のウエハ表面の２５箇所において、ＸＰＳ（Ｘ−ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）により、窒素濃度を測定した。その結果を、図３０の表の左欄（「初期」）に示す。この表において、上段には各位置のスタブの高さが示されており、中段にはウエハ上の窒素濃度分布を示すマップが示されており、下段には処理の面内均一性の指標であるσ／ＡＶＥ（すなわち窒素濃度の標準偏差／窒素濃度の平均値）と、Ｒａｎｇｅ／２ＡＶＥ［すなわち、（窒素濃度の最大値−窒素濃度の最小値）／窒素濃度の平均値×２］が示されている。なお、スタブの位置とは、「１」がマップ中の紙面に向かって上、「２」がマップ中の紙面に向かって左、「３」がマップ中の紙面に向かって下、「４」がマップ中の紙面に向かって右の各位置を意味している（図２８もあわせて参照）。中段のマップにおいては、窒素濃度が平均値付近の領域を「０」、それより窒素濃度が高い領域の濃度レベルに応じて「＋１、＋２、・・・」、それより窒素濃度が低い領域の濃度レベルに応じて「−１、−２、・・・」という値を付けている。
【０１２５】
窒素濃度が低い領域に対応する位置のスタブの高さを低くし、窒素濃度が高い領域に対応する位置のスタブの高さを高くするという基本的方針に従い、ＳＴＥＰ１〜３に示すように各位置のスタブの高さを変更しながらトライアンドエラーによって窒素濃度の面内均一性を高めていく過程が図３０の表に示されている。この表によれば、スタブの高さを変更することにより電界強度分布を変化させて、窒素濃度分布を変化させることができるということが分かる。この第１の実験においては、図３０のＳＴＥＰ１〜３に示されるように、位置１のスタブ高さを４０ｍｍから５０ｍｍに増加させ、位置２のスタブ高さを４０ｍｍから２５ｍｍに減少させることにより、満足できる面内均一性が確保できた。
【０１２６】
［第２の実験］
次に、第１の実験と同じプラズマ処理装置を用い、下記に示す別のプロセス条件により第２の実験を行った。
【０１２７】
第２の実験におけるプロセス条件は以下の通りである。
Ａｒガス流量：７５０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｎ２ガス流量：２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
プロセス圧力：２５Ｐａ
マイクロ波出力：２０００Ｗ（０．９７Ｗ／ｃｍ２）
ウエハ温度：５００℃
プロセス時間：５０ｓｅｃ
【０１２８】
その結果を、図３１に示す。図３１の（ａ）は初期、そして（ｂ）は調整終了時の窒素濃度分布をそれぞれ示すマップである。調整の中間過程の説明は省略する。初期におけるスタブ高さは、全ての位置１，２，３，４において３０ｍｍであり、このときのσ／ＡＶＥは１．０２、Ｒａｎｇｅ／２ＡＶＥは１．９９であった。これに対して、スタブ高さを位置１で４５ｍｍ、位置２で２０ｍｍ、位置３で２０ｍｍ、そして位置４で４５ｍｍと変更した結果、σ／ＡＶＥは０．４３、Ｒａｎｇｅ／２ＡＶＥは１．０３となり、面内均一性の大幅な向上が確認された。第１および第２の実験より、プロセス条件が異なっても、スタブ高さを変更することにより電界強度分布を変化させて、窒素濃度分布を変化させることができるということが確認できた。
【０１２９】
なお、上記実験結果から、プロセス条件として、例えば圧力、マイクロ波パワー等の条件が大きく変化した場合においても、スタブ高さを変更することにより電界強度分布を変化させて、ウエハＷの面内における窒素濃度分布を均一化できることが理解される。また、スロット配置が異なる場合、天板（透過板２８）の形状が異なる場合、チャンバー間機差がある場合等においても、上記実験例と同様に、スタブ高さを調整することにより、電界強度を調整し、ウエハＷの面内において均一な処理を実現することができる。
【０１３０】
以上、本発明の実施形態を述べたが、本発明は上記実施形態に制約されることはなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、平面アンテナ板３１の径方向に対してスタブ４３の長手方向が直交するように配置したが、これに限るものではない。また、例えば図３２に示したように、スロット３２の長手方向とスタブ４３の長手方向が一致するように、スタブ４３を配置してもよい。また、スタブ４３は、平面アンテナ板３１の最外周のスロット対を構成するスロット３２ａ，３２ｂの上に限らず、例えば異常に電界が強い場所であれば、平面アンテナ板３１のどの位置のスロットの上に配置してもよい。
【０１３１】
また、スタブ４３の水平断面の形状は、矩形に限定されるものではなく、例えば正方形でもよいし、円形（楕円を含む）でもよい。さらに、同軸導波管３７ａを囲むように、スタブ４３を円環状に連続した形状で形成してもよい。
【０１３２】
また、本発明のスタブ４３を備えたプラズマ処理装置は、例えばプラズマ酸化処理装置、プラズマ窒化処理装置やプラズマＣＶＤ処理装置、プラズマエッチング処理装置、プラズマアッシング処理装置などに適用できる。さらに、本発明のスタブ４３を備えたプラズマ処理装置は、被処理体として半導体ウエハを処理する場合に限らず、例えば液晶ディスプレイ装置や有機ＥＬディスプレイ装置などのフラットパネルディスプレイ装置用の基板を被処理体とするプラズマ処理装置にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１３３】
【図１】本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す概略断面図である。
【図２】図１のプラズマ処理装置における平面アンテナ板の構造を示す図面である。
【図３】図１のプラズマ処理装置の上部の構成を示す要部斜視図である。
【図４】図１のプラズマ処理装置の制御系統の概略構成を示すブロック図である。
【図５】スタブの構成例を示す図１のプラズマ処理装置の上部の要部断面図である。
【図６】スタブの別の構成例を示すプラズマ処理装置の上部の要部断面図である。
【図７】スタブのさらに別の構成例を示すプラズマ処理装置の上部の要部断面図である。
【図８】スタブのさらに別の構成例を示すプラズマ処理装置の上部の要部断面図である。
【図９】スタブのさらに別の構成例を示すプラズマ処理装置の上部の要部断面図である。
【図１０】スロットに対するスタブの配置位置を説明する図面である。
【図１１】スロットに対するスタブの配置位置の別の例を説明する図面である。
【図１２】スロットに対するスタブの配置位置のさらに別の例を説明する図面である。
【図１３】シミュレーションにおけるマイクロ波のパワーバランスの説明に供する図面である。
【図１４】平面アンテナ板に対するスタブの配置個数を説明する図面である。
【図１５】平面アンテナ板に対するスタブの配置個数の別の例を説明する図面である。
【図１６】平面アンテナ板に対するスタブの配置個数のさらに別の例を説明する図面である。
【図１７】平面アンテナ板に対するスタブの配置例を説明する図面である。
【図１８】平面アンテナ板に対するスタブの配置の別の例を説明する図面である。
【図１９】平面アンテナ板に対するスタブの配置のさらに別の例を説明する図面である。
【図２０】シミュレーションにおけるスタブの配置位置と個数を説明する図面である。
【図２１】シミュレーションにおけるスタブの配置位置と個数を説明する図面である。
【図２２】シミュレーションにおけるスタブの配置位置と個数を説明する図面である。
【図２３】シミュレーションにおけるスタブの配置位置と個数を説明する図面である。
【図２４】シミュレーションにおけるスタブの配置位置と個数を説明する図面である。
【図２５】シミュレーションにおけるスタブの配置位置と個数を説明する図面である。
【図２６】シミュレーションにおけるスタブの配置位置と個数を説明する図面である。
【図２７】実験に用いたプラズマ処理装置の構成を示す概略断面図である。
【図２８】実験に用いたプラズマ処理装置におけるスタブとスロットの位置関係を示す平面図である。
【図２９】スタブ高さと天板部の電界強度との関係を示すグラフ図面である。
【図３０】第１の実験の結果を示す図表である。
【図３１】第２の実験の結果を示す図である。
【図３２】スロットに対するスタブの配置位置の変形例を説明する図面である。
【符号の説明】
【０１３４】
１…処理容器、２…載置台、３…支持部材、５…ヒータ、１２…排気管、１５…ガス導入部、１８…ガス供給機構、１９ａ…不活性ガス供給源、１９ｂ…酸素含有ガス供給源、２４…排気装置、２７…マイクロ波導入機構、２８…透過板、２９…シール部材、３１…平面アンテナ板、３２…スロット、３７…導波管、３７ａ…同軸導波管、３７ｂ…矩形導波管、３９…マイクロ波発生装置、４３…スタブ、５０…制御部、５１…プロセスコントローラ、５２…ユーザーインターフェース、５３…記憶部、１００…プラズマ処理装置、Ｗ…半導体ウエハ（基板）
【図１】
0005066502.tif 000005
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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