(57)【要約】【課題】誘電体板の被処理体側の表面の形状をガス種に応じて適正化する。【解決手段】マイクロ波プラズマ処理装置１００は、天井面に複数の誘電体板３１を有する。誘電体板３１の下面には、７つの凹部が形成されている。誘電体板内部の定在波の状態は、誘電体内部の電界エネルギーの分布を示し、プラズマからの反射波ｒｐに応じて変化する。プラズマからの反射波ｒｐは、ガス種に応じて変化し、プラズマの誘電率εｒおよび誘電正接Ｔδによって表すことができる。よって、各誘電体板内部の定在波は、ガス種によって変化し、その状態は、プラズマの誘電率εｒおよび誘電正接Ｔδから推定することができる。このようにして推定された結果に基づき、電界エネルギーの強い領域から弱い領域にエネルギーが伝わるように、誘電体板３１の下面の凹部の間の凸部を平坦化する。【選択図】図４
2009194173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にてプラズマが励起される処理容器と、
前記処理容器内にプラズマを励起するために必要なマイクロ波を供給するマイクロ波源と、
前記処理容器の内側に面し、前記マイクロ波源から供給されたマイクロ波を前記処理容器内に伝播させる複数の誘電体板と、を備え、
前記複数の誘電体板の各誘電体板には、前記各誘電体板の被処理体に対向する面に２以上の凹部または凸部が形成され、
さらに、プラズマからの反射波に応じて予測される前記各誘電体板内部の電界エネルギーの分布に基づき、前記各誘電体板の被処理体に対向する面の表面を電界エネルギーの強い領域から弱い領域にエネルギーが伝わるように、前記各誘電体板の被処理体に対向する面に形成された２以上の凹部または凸部の少なくとも一部を平坦化するマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記プラズマからの反射波に応じた各誘電体板内部の電界エネルギーの分布は、所望のガスを励起させたときに生じるプラズマの誘電率およびプラズマの誘電正接から予測される請求項１に記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項３】
前記各誘電体板の被処理体に対向する面に形成された２以上の凹部または凸部のうち、前記電界エネルギーの強い領域から弱い領域に変化する領域に形成された凹部または凸部の少なくとも一部を平坦化する請求項１または２のいずれかに記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項４】
前記電界エネルギーの強い領域から弱い領域に変化する領域に形成された凹部または凸部のすべてを平坦化する請求項３に記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項５】
前記電界エネルギーの強い領域から弱い領域に変化する領域に形成された凹部または凸部の一部を平坦化する請求項３に記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項６】
前記電界エネルギーの強い領域から弱い領域に変化する領域に形成された凹部または凸部の中央部を平坦化する請求項５に記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項７】
前記電界エネルギーの強い領域から弱い領域に変化する領域に形成された凹部または凸部の両端部を平坦化する請求項５に記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項８】
前記マイクロ波プラズマ処理装置は、前記マイクロ波源から供給されたマイクロ波を１または２以上の導波管に伝播させ、複数のスロットに通し、前記複数の誘電体板に伝播させて前記処理容器内に供給する請求項１〜７のいずれかに記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項９】
前記マイクロ波プラズマ処理装置は、前記マイクロ波源から供給されたマイクロ波を１または２以上の導体棒に伝播させ、さらに前記導体棒に隣接または近接した前記複数の誘電体板に伝播させて前記処理容器内に供給する請求項１〜７のいずれかに記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波を用いてプラズマを生成し、被処理体上にプラズマ処理を施すマイクロ波プラズマ処理装置に関する。特に、処理容器内にマイクロ波を投入するために、マイクロ波を透過させる誘電体板の表面形状に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマを用いて被処理体に成膜処理やエッチング処理を施すプラズマ処理装置の一つとしてマイクロ波プラズマ処理装置が提案されている。この装置で使用されるマイクロ波は、マイクロ波源から出力され、矩形導波管または同軸導波管を伝播し、プラズマ処理装置の天井面に設けられた誘電体板を透過して処理容器内に投入される。投入されたマイクロ波の電界エネルギーは、ガスを励起するために消費され、これにより低温度かつ高密度なプラズマが生成される。低温かつ高密度なプラズマを用いれば、被処理体上を精度良く微細加工することができ、プロセスウィンドウを広げることができる。
【０００３】
近年のマイクロ波プラズマ処理装置の開発では、基板の大型化への対応が大きな課題の一つとなっている。すなわち、基板の大型化に伴いマイクロ波プラズマ処理装置が大型化しても、基板上に均一なプラズマを安定して生成し、これにより、基板全体に良質なプラズマ処理を実行することが可能なプラズマ処理装置が要求されている。しかしながら、装置の大型化に伴って装置の天井面に配置する誘電体板を大面積化すると、誘電体板の下面全体に均一に表面波の定在波をたてることが難しく、誘電体板下面のマイクロ波の電界エネルギーに強弱が生じ、エネルギーが強い部分に生成されるプラズマの密度が弱い部分に生成されるプラズマの密度より高くなって、均一なプラズマを生成することが難しくなる。
【０００４】
これに対して、処理容器の天井面に大面積の一枚の誘電体を設置する代わりに、複数枚の誘電体板の各誘電体を金属の梁により仕切り、均等な間隔で天井面に設置したマイクロ波プラズマ処理装置が提案されている（たとえば、特許文献１を参照。）。これによれば、誘電体板の下面にて生成される表面波は金属の梁を越えて隣接する誘電体板まで伝搬することができない。このようにして誘電体板の下面を伝搬する表面波の定在波の発生を抑制することにより、各誘電体板下面に供給されるマイクロ波の電界エネルギーを均等な強さにし、大面積の基板の上方全体に均一なプラズマを安定的に生成することができる。
【０００５】
たとえば、上記マイクロ波プラズマ処理装置では、図４の上部に誘電体板３１の下面（上）および断面（下）を示したように、各誘電体板３１の下面に複数の凹部が形成される。誘電体板下面から処理容器内に放出されるマイクロ波の電界エネルギーの強度は、給電点からの距離に左右されるとともに凹部の側面で強くなる傾向がある。これらを考慮して各凹部の深さを異ならせることにより、誘電体板３１の下面から放出されるマイクロ波の電界エネルギーの強度を均一にすることができる。これにより、大型化した基板の上方全体に均一なプラズマが広がるように安定してプラズマを生成することができる。
【特許文献１】特開２００７−１０３５１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、誘電体板３１の内部の電界エネルギーの分布および誘電体板３１の下面から放出されるマイクロ波の電界エネルギーはプラズマの状態に応じて変化し、プラズマの状態はガス種により変化する。よって、誘電体板３１の内部及び下面におけるマイクロ波の電界エネルギーの分布は、ガス種によって変化することになる。したがって、ガス種によって、誘電体板３１の下面に形成された凹凸の形状を最適化しないと、所望のガス種に対して誘電体板の内部及び下面にてマイクロ波の電界エネルギーの強度を均一にすることができない場合が生じる。
【０００７】
たとえば、図４に示した誘電体板３１の内部の定在波ＳＴは、誘電体内部のマイクロ波の電界エネルギーの分布を示し、その状態は、給電点Ｐの位置、誘電体板３１の材質、寸法、誘電率だけでなく、マイクロ波の入射波μ、誘電体板３１を支持する梁２６からの反射波ｒｂおよびプラズマからの反射波ｒｐにより画定される。
【０００８】
これらの要因のうち、プラズマからの反射波以外の値は設計段階で確定し、その後に変動しない。一方、プラズマからの反射波ｒｐはプラズマの状態によって変動する。よって、誘電体板３１の内部の定在波ＳＴの状態は、プラズマからの反射波ｒｐに応じて変動する。
【０００９】
前述したように、プラズマの状態（プラズマのインピーダンス）は、ガス種により変化し、プラズマの誘電率εｒおよび誘電正接Ｔδによって表すことができる。以上から、誘電体板３１の内部のエネルギー分布はガス種によって変動し、そのエネルギー分布の違いは、プラズマの誘電率εｒおよび誘電正接Ｔδによって予測可能であることがわかる。
【００１０】
よって、ガス種によって誘電体板３１内部のエネルギー分布が異なることを考慮して、基準のガスに対して誘電体板下面の凹凸が適正化されている場合、ガス種にあわせて誘電体板下面の凹凸を最適化し、誘電体板３１内部を均一なエネルギー分布にする必要がある。
【００１１】
上記課題を解消するために、本発明は、誘電体板の被処理体側の表面形状をガス種に応じて適正化したマイクロ波プラズマ処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
すなわち、上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、内部にてプラズマが励起される処理容器と、前記処理容器内にプラズマを励起するために必要なマイクロ波を供給するマイクロ波源と、前記処理容器の内側に面し、前記マイクロ波源から供給されたマイクロ波を前記処理容器内に伝播させる複数の誘電体板と、を備えたマイクロ波プラズマ処理装置が提供される。
【００１３】
前記マイクロ波プラズマ処理装置に設けられた各誘電体板の被処理体に対向する面には、２以上の凹部または凸部が形成される。その凹凸は、プラズマからの反射波に応じて予測される前記各誘電体板内部の電界エネルギーの分布に基づき、前記各誘電体板の被処理体に対向する面の表面を電界エネルギーの強い領域から弱い領域にエネルギーが伝わるように形成される。
【００１４】
前述したように、誘電体板の内部の定在波の状態はプラズマからの反射波により変動する。プラズマからの反射波は、プラズマの状態によって変動する。プラズマの状態は、ガス種によって変化し、プラズマの誘電率εｒおよび誘電正接Ｔδによって表すことができる。つまり、誘電体板の内部の定在波はガス種により変化し、その状態は、所望のガスを励起させたときに生じるプラズマの誘電率εｒおよびプラズマの誘電正接Ｔδから予測することができる。
【００１５】
そこで、本発明にかかる誘電体板では、まず、基準となるガスに対応して基準となる２以上の凹部または凸部が形成され、その基準の凹凸に対して、実際のプロセスに用いるガス種に応じた加工（適正化、カスタマイズ）が施される。
【００１６】
具体的には、ガス種に応じて予め定められたプラズマの誘電率εｒおよび誘電正接Ｔδによって誘電体板の内部の定在波の状態、すなわち、誘電体板の内部の電界エネルギーの分布を予測し、予測した電界エネルギーの分布に基づき誘電体板の下面にて電界エネルギーの強い領域から弱い領域にエネルギーが伝わるように、各誘電体板表面の基準凹凸が平坦化される。
【００１７】
たとえば、誘電体板内部の中心部分の電界エネルギーが両端部分の電界エネルギーより強い場合、図４の上部に示したように基準となる凹凸の両端の凸部Ｆを、図４の下部に示したように削り落として平坦化する。この結果、削り落として平坦化した凹部Ｈ１２、Ｈ６７をマイクロ波の表面波ＳＷが電界エネルギーの強い方から弱い方に向かって伝搬する。これにより、誘電体下部の外側に向かって電界エネルギーＥが伝わる。この結果、誘電体内部においても誘電体の外側の電界エネルギーが高まり、図４の下部に示したように、誘電体板の内部の定在波ＳＴの状態が均一になり（すなわち、誘電体板内部の電界エネルギーが均一になり）、所望のガス種を使用するプロセスにおいて、均一なプラズマを生成することができる。
【００１８】
前記各誘電体板の被処理体に対向する面に形成された２以上の凹凸の平坦化方法としては、電界エネルギーの強い領域から弱い領域に変化する領域に形成された凹部または凸部の少なくとも一部を平坦化してもよい。
【００１９】
たとえば、図４に示したように、電界エネルギーの強い領域と弱い領域との間にある凸部Ｆをすべて削って完全にフラットしてもよく、図７（ａ）および図７（ｂ）に示したように、凸部の中央部ＦＣまたは凸部の両端部ＦＥのみをフラットにしてもよい。
【００２０】
凸部の一部をフラットにした場合、凸部のすべてをフラットにした場合に比べて表面波ＳＷの伝播効率が下がるため、電界エネルギーの強い領域から弱い領域へ適度に電界エネルギーＥを伝えることができる。ただし、凹部の側面近傍には電界が集中しやすいという傾向があることから、凸部の両端部ＦＥをフラットにするほうが、凸部の中心部ＦＣをフラットにするより伝播効率は上がる。
【００２１】
さらに、図７（ｃ）に示したように、誘電体板３１の内部の電界エネルギーの分布に応じて、凸部のすべての平坦化と一部の平坦化を組み合わせてもよい。これによっても、誘電体板の下面にて表面波ＳＷを所望の程度に伝播させることができる。
【００２２】
前記マイクロ波プラズマ処理装置は、前記マイクロ波源から供給されたマイクロ波を１または２以上の導波管に伝播させ、前記導波管に隣接された複数のスロットに通し、前記複数のスロットに隣接した前記複数の誘電体板に伝播させて前記処理容器内に供給するように構成された装置であってもよい。
【００２３】
また、前記マイクロ波プラズマ処理装置は、前記マイクロ波源から供給されたマイクロ波を１または２以上の導体棒に伝播させ、さらに前記導体棒に隣接または近接した前記複数の誘電体板に伝播させて前記処理容器内に供給するように構成された装置であってもよい。
【発明の効果】
【００２４】
以上に説明したように、本発明によれば、マイクロ波プラズマ処理装置の処理容器の内側に面して設けられた誘電体板の形状をガス種によって適正化することにより、所望のガス種に応じてプラズマを均一に生成することができる。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明及び添付図面において、同一の構成及び機能を有する構成要素については、同一符号を付することにより、重複説明を省略する。
【００２６】
（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置の構成について、図１および図２を参照しながら説明する。図１は本装置をｙ軸に垂直な方向に切断した縦断面図を模式的に示し、図２は同装置の天井面を示す。以下の説明では、本実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置を用いてＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学蒸着薄膜成膜法）処理により、アモルファスシリコン膜を形成する工程を例に挙げて説明する。
【００２７】
（マイクロ波プラズマ処理装置の構成）
マイクロ波プラズマ処理装置１００は、処理容器１０と蓋体２０とを備えている。処理容器１０は、その上部が開口された有底立方体形状を有している。処理容器１０と蓋体２０とは、蓋体２０（蓋本体２１）の下面外周部と処理容器１０の上面外周部との間に配設されたＯリング３２により密閉されていて、これにより、プラズマ処理を行う処理室Ｕが形成される。処理容器１０および蓋体２０は、たとえば、アルミニウム等の金属からなり、電気的に接地されている。
【００２８】
処理容器１０には、その内部にてガラス基板（以下「基板」という）Ｇを載置するためのサセプタ１１（載置台）が設けられている。サセプタ１１は、たとえば窒化アルミニウムからなり、その内部には、給電部１１ａおよびヒータ１１ｂが設けられている。
【００２９】
給電部１１ａには、整合器１２ａ（たとえば、コンデンサ）を介して高周波電源１２ｂが接続されている。また、給電部１１ａには、コイル１３ａを介して高圧直流電源１３ｂが接続されている。整合器１２ａ、高周波電源１２ｂ、コイル１３ａおよび高圧直流電源１３ｂは、処理容器１０の外部に設けられている。また、高周波電源１２ｂおよび高圧直流電源１３ｂは、接地されている。
【００３０】
給電部１１ａは、高周波電源１２ｂから出力された高周波電力により処理容器１０の内部に所定のバイアス電圧を印加するようになっている。また、給電部１１ａは、高圧直流電源１３ｂから出力された直流電圧により基板Ｇを静電吸着するようになっている。
【００３１】
ヒータ１１ｂには、処理容器１０の外部に設けられた交流電源１４が接続されていて、交流電源１４から出力された交流電圧により基板Ｇを所定の温度に保持するようになっている。
【００３２】
処理容器１０の底面は筒状に開口され、その底面周縁にはベローズ１５の一端が装着されている。また、ベローズ１５の他端は昇降プレート１６に固着されている。このようにして、処理容器１０底面の開口部分は、ベローズ１５および昇降プレート１６により密閉されている。
【００３３】
サセプタ１１は、昇降プレート１６上に配置された筒体１７に支持されていて、昇降プレート１６および筒体１７と一体となって昇降する。これにより、サセプタ１１は、処理プロセスに応じた高さに調整されるようになっている。また、サセプタ１１の周囲には、処理室Ｕのガスの流れを好ましい状態に制御するためのバッフル板１８が設けられている。
【００３４】
処理容器１０の底部には、処理容器１０の外部に設けられた真空ポンプ（図示せず）が備えられている。真空ポンプは、ガス排出管１９を介して処理容器１０内からガスを排出することにより、処理室Ｕを所望の真空度まで減圧するようになっている。
【００３５】
蓋体２０には、蓋本体２１、６本の導波管３３、スロットアンテナ３０、および、複数枚の誘電体板３１が設けられている。６本の導波管３３は、その断面形状が矩形状であり、蓋本体２１の内部にて平行に並んで設けられている。その内部は、フッ素樹脂（たとえばテフロン（登録商標））、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、石英などの誘電部材３４で充填されていて、その誘電部材３４により、λｇ１＝λｃ／（ε１）１／２の式に従って各導波管３３の管内波長λｇ１が制御される。ここで、λｃは自由空間の波長、ε１は誘電部材３４の誘電率である。
【００３６】
各導波管３３は、上部にて開口し、その開口には、可動部３５が昇降自在に挿入されている。可動部３５は、アルミニウムなどの非磁性体である導電性材料から形成されている。
【００３７】
蓋本体２１の外部であって、各可動部３５の上面には、昇降機構３６がそれぞれ設けられていて、可動部３５を昇降移動させるようになっている。かかる構成により、誘電部材３４の上面を限度として、可動部３５を昇降移動させるにより、導波管３３は、その高さを任意に変えることができる。
【００３８】
スロットアンテナ３０は、蓋本体２１の下方にて蓋本体２１と一体的に形成されている。スロットアンテナ３０は、アルミニウムなどの非磁性体である金属から形成されている。スロットアンテナ３０には、各導波管３３の下面にて、図２に示した１３個のスロット３７（開口）が、それぞれ直列に配置されている。各スロット３７の内部には、フッ素樹脂、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、石英などの誘電部材が充填されていて、その誘電部材により、λｇ２＝λｃ／（ε２）１／２の式に従って各スロット３７の管内波長λｇ２が制御される。ここで、λｃは自由空間の波長、ε２はスロット３７内部の誘電部材の誘電率である。
【００３９】
（誘電体板）
誘電体板３１は、図２に示したように、処理容器１０の内側に面して均等に３９枚設置されている。各誘電体板３１はタイル状に形成され、１３枚の誘電体板３１が、２本の導波管３３を跨ぐように同じピッチで３列に設けられている。６本の導波管３３は、２本ずつ組となってＹ分岐管４１を介して３つのマイクロ波源４０にそれぞれ接続されている。各誘電体板３１は、２つのスロット３７と隣接する。これにより、６本の導波管３３、複数のスロット３７および複数の誘電体板３１から構成されるマイクロ波の伝播経路が構築される。
【００４０】
以上の構成により、スロットアンテナ３０の下面には、全部で３９枚（＝１３枚×３列）の誘電体板３１が取り付けられる。なお、各導波管３３の下面に形成されるスロット３７の個数は任意であり、たとえば、各導波管３３の下面にそれぞれ１２個ずつのスロット３７を設け、スロットアンテナ３０の下面に全部で３６枚（＝１２枚×３列）の誘電体板３１を配設させてもよい。
【００４１】
各誘電体板３１には、図１および図３に示したように基板Ｇと対向する面にて凹凸が形成されている。処理容器内に放出されるマイクロ波の電界エネルギーの強度は、給電点の位置に左右されるとともに誘電体板３１の下面に形成された凹部の側面で強くなる。このため、各凹部の深さは、これらを考慮して異なる値に設定されている。なお、誘電体板３１の下面の凹凸の適正化については後述する。
【００４２】
スロットアンテナ３０の下面には、図１および図２に示したように、３９枚の誘電体板３１を支持するために格子状に形成された梁２６が設けられている。梁２６は、アルミニウムなどの非磁性体にて形成されている。
【００４３】
図３に示したように、ガスノズル２７、２８は、梁２６から垂れ下がる状態で梁２６に固定されている。ガスノズル２７は、キノコ型のねじであって金属により形成されている。ガスノズル２７の内部には、中空のガス通路が設けられている。アルゴンガスは、ガスノズル２７のガス孔Ａから誘電体板３１の直下に横向きに吹き出される。
【００４４】
ガスノズル２８は、外形が棒状（筒状）のねじであって金属により形成されている。ガスノズル２８の内部には、中空のガス通路が設けられている。シランガスおよび水素ガスは、ガスノズル２８のガス孔Ｂからアルゴンガスが吹き出される位置より下方にて下向きに吹き出される。
【００４５】
再び図１に戻って説明を続ける。処理ガス供給源４３は、複数のバルブ（バルブ４３ａ１、４３ａ３、４３ｂ１、４３ｂ３、４３ｂ５、４３ｂ７）、複数のマスフローコントローラ（マスフローコントローラ４３ａ２、４３ｂ２、４３ｂ６）、アルゴンガス供給源４３ａ４、シランガス供給源４３ｂ４および水素ガス供給源４３ｂ８から構成されている。
【００４６】
処理ガス供給源４３は、各バルブの開閉および各マスフローコントローラの開度をそれぞれ制御することにより、所望の濃度のアルゴンガス、シランガスおよび水素ガスを処理容器１０内にそれぞれ供給する。
【００４７】
ガス通路２９ａは、梁２６の内部を貫通し、ガスノズル２７のガス通路と連結している。これにより、アルゴンガス供給源４３ａ４からガス孔Ａまで一本の管で連通した状態となる。ガス通路２９ｂもまた、梁２６の内部を貫通し、ガスノズル２８のガス通路と連結される。これにより、シランガス供給源４３ｂ４および水素ガス供給源４３ｂ８からガス孔Ｂまで一本の管で連通した状態となる。
【００４８】
冷却水配管４４には、マイクロ波プラズマ処理装置１００の外部に配置された冷却水供給源４５が接続されていて、冷却水供給源４５から供給された冷却水が冷却水配管４４内を循環して冷却水供給源４５に戻ることにより、蓋本体２１は、所望の温度に保たれるようになっている。
【００４９】
以上に説明した構成により、図２に示した３つのマイクロ波源４０から出力された、たとえば、２．４５ＧＨｚ×３のマイクロ波により、まず、誘電体板３１の直下に吹き出されたアルゴンガスが励起し、各誘電体板３１の直下でプラズマ化する。
【００５０】
アルゴンガスがプラズマ着火した後、アルゴンガスより下側に吹き出されたシランガスおよび水素ガスは、アルゴンガスのプラズマ化にある程度のエネルギーを消費して弱められた電界エネルギーにより、良質の膜を形成するためのプリカーサー（前駆体）であるＳｉＨ３ラジカルまで解離し、ＳｉＨ２ラジカルまでは解離されない。この結果、ＳｉＨ３ラジカルの作用により良質なアモルファスシリコン膜を成膜することができる。
【００５１】
（誘電体板の下面形状の最適化）
つぎに、誘電体板３１の下面に設けられた凹凸の最適化について図４を参照しながら詳細に説明する。
【００５２】
図４の上部には、基準となるガスとしてアルゴンガスを取り上げ、アルゴンガスからプラズマを生成する際、誘電体板３１の下面の電界エネルギーの強さが均一になるように誘電体板３１の下面の凹凸形状を定めた誘電体板３１の下面（上）および断面（下）が図示されている。
【００５３】
プロセスに応じてアルゴンガス以外のガスを使用する場合、基準となる凹凸を誘電体板内部の定在波ＳＴの状態に応じて最適化する必要がある。よって、まず、誘電体板内部の定在波ＳＴについて説明する。
【００５４】
誘電体板内部の定在波ＳＴの状態は、誘電体内部のマイクロ波の電界エネルギーの分布を示し、給電点Ｐの位置、誘電体板３１の材質、寸法、誘電率だけでなく、マイクロ波源からの入射波μ、誘電体板３１を支持する梁２６からの反射波ｒｂ、およびプラズマからの反射波ｒｐにより画定される。
【００５５】
これらの要因のうち、プラズマからの反射波以外の値は設計段階で確定し、その後に変動しない。一方、プラズマからの反射波ｒｐはプラズマの状態によって変化する。よって、誘電体板３１の内部の定在波ＳＴの状態は、プラズマからの反射波ｒｐ（プラズマのインピーダンス）に応じて変化し、その他の要因ではほとんど変化しないと考えてよい。
【００５６】
ここで、プラズマからの反射波ｒｐは、ガス種によって変化する。よって、誘電体板内部の定在波ＳＴは、ガス種によって変動し、その状態変化は、プラズマの誘電率εｒおよび誘電正接Ｔδによって予測可能であるといえる。
【００５７】
ガス種の変化に応じた誘電体板内部の定在波ＳＴの状態変化は、実際のプロセスに用いるガス種に応じて誘電体板３１の下面の凹凸を適正化（カスタマイズ）する場合の指標となる。
【００５８】
図４の上部に示したように、基準ガス（アルゴンガス）に対して凹凸が最適化された誘電体板３１を、基準ガス以外のガス種を用いたプロセスに使用すると、基準ガスとそれ以外のガスとでは、誘電体板３１の内部の定在波ＳＴの状態の違いにより、たとえば、誘電体板３１の両端部分の電界エネルギーが誘電体板３１の中心部分の電界エネルギーよりも低くなってしまい、不均一なエネルギー状態になってしまう場合がある。この場合、誘電体板３１の両端では、プラズマの生成に充分なエネルギーが与えられない。このため、誘電体板３１の両端下方に生成されるプラズマ密度は、誘電体板３１の中心下方に生成されるプラズマ密度より低くなる。
【００５９】
そこで、本実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置１００では、ガス種に応じて予め定められたプラズマの誘電率εｒおよび誘電正接Ｔδに基づき、誘電体板３１内部の定在波ＳＴの状態を予測し、予測された定在波ＳＴ（すなわち、誘電体板３１の内部の電界エネルギーの分布）に基づき、電界エネルギーの強い領域から弱い領域にエネルギーが伝わるように、基準となる凹凸が加工（平坦化）される。
【００６０】
具体的には、誘電体板内部の中心部分の電界エネルギーが両端部分の電界エネルギーより強い場合、図４の上部に示したように基準となる凹凸の両端の凸部Ｆを、図４の下部に示したように削り落として平坦化する。この結果、削り落として平坦化した凹部Ｈ１２、Ｈ６７をマイクロ波の表面波ＳＷが電界エネルギーの強い方から弱い方に向かって伝搬する。これにより、誘電体下部の外側に向かって電界エネルギーＥが伝わる。この結果、誘電体内部においても誘電体の外側の電界エネルギーが高まり、図４の下部に示したように、誘電体板の内部の定在波ＳＴの状態が均一になり（すなわち、誘電体板内部の電界エネルギーが均一になり）、所望のガス種を使用するプロセスにおいて、均一なプラズマを生成することができる。
【００６１】
実際、発明者は、ガス種に応じて誘電体板３１の凹凸を適正化することにより、プラズマの均一性にどのような効果が得られるかをシミュレーションにより確認した。シミュレーションでは、所望の実ガスとして「水素（Ｈ２）ガス、シラン（ＳｉＨ４）ガス」を想定した。なお、アルゴンガスのプラズマの誘電率εｒは−２００、誘電正接Ｔδは−０．１である。また、実ガスのプラズマの誘電率εｒは、−１００〜−１（最適値  −９０）、誘電正接Ｔδは、−０．３〜−０．０５（最適値  −０．０５）である。
【００６２】
まず、図５（ａ）に斜視図、断面図および下面図を示したように、アルゴンガス用に最適化された誘電体板３１の形状を使用して、実ガスからプラズマを生成するシミュレーションを行った。シミュレーション結果を、図６（ａ）に示す。
【００６３】
これによれば、誘電体板３１下面の両端に凸部Ｆが存在する場合、誘電体板３１はアルゴンガス用に最適化されているため、実ガスのプラズマ化には適さず、誘電体板３１の両端にて定在波ＳＴの振幅が小さくなった。すなわち、アルゴンガス用に凹凸形状が最適化された誘電体板３１を用いて実ガスからプラズマを生成すると、誘電体板３１の両端のマイクロ波の電界強度が誘電体板３１の中央のマイクロ波の電界強度に比べて低くなることが分かった。この結果から、発明者は、アルゴンガス用に最適化された誘電体板３１を実ガスのプラズマ化に使用すると、誘電体板３１の両端近傍では、誘電体板３１の中央部分に比べてプラズマ密度が低くなり、プラズマの均一性が保てないことがわかった。
【００６４】
そこで、発明者は、図５（ａ）に示した基準となる誘電体板３１をカスタマイズすることとした。発明者は、実ガスのプラズマの誘電率εｒ（たとえば、−９０）、誘電正接Ｔδ（たとえば、−０．０５）と、アルゴンガスのプラズマの誘電率εｒ−２００、誘電正接Ｔδ−０．１との違いから、アルゴンガス用の誘電体板３１下面の凹凸形状のうち、どの部分をフラットにけずればよいかを予め算出しておいた。発明者は、この内容に基づき、図５（ｂ）に示したように両端の凸部Ｆをけずってフラットにし、アルゴンガス用の誘電体板３１を実ガス用の誘電体板３１にカスタマイズした。そして、発明者は、実ガス用の誘電体板３１を使用して、実ガスからプラズマを生成するシミュレーションを行った。シミュレーション結果を、図６（ｂ）に示す。
【００６５】
これによれば、両端の凸部Ｆを削った誘電体板３１は、実ガス用に最適化されているため、実ガスのプラズマ化に最もよく対応し、誘電体板３１の内部全体において定在波ＳＴの振幅が一定になっていた。これは、誘電体板３１の内部全体において電界エネルギーに弱い部分がなく、誘電体板３１の内部全体に充分にエネルギーが行き渡っている状態となっていた。発明者は、この結果を次のように考察した。すなわち、両端の凸部Ｆを削って平坦化した誘電体板３１下面の凹部をマイクロ波の表面波が電界エネルギーの強い方から弱い方に向かって伝搬した。これにより、誘電体下部の外側に向かって電界エネルギーＥが伝わった。この結果、誘電体内部においても誘電体の外側の電界エネルギーが高まり、図６の下部に示したように、誘電体板３１の内部の定在波ＳＴの状態が均一になり（すなわち、誘電体板内部の電界エネルギーが均一になり）、所望のガス種を使用するプロセスにおいて、均一なプラズマを生成することができた。
【００６６】
このようにして、発明者は、アルゴンガス用に凹凸形状が最適化された誘電体板３１を実ガス用にさらに最適化すれば、プラズマの均一性が高まることを証明した。発明者は、その理由を次のように考えた。ガス種が変わるとプラズマの誘電率εｒと誘電正接Ｔδとは変化する。プラズマの誘電率εｒは、プラズマにおける分極の状態を表し、プラズマの誘電正接Ｔδは、ガスを励起させることにより生成されたプラズマ中の抵抗による電荷の損失の状態を表している。つまり、ガス種が変わるとプラズマの誘電率εｒやプラズマの誘電正接Ｔδが変化するということは、ガス種が変わるとプラズマ内部の電荷の状態が変化するということである。よって、ガス種が変わるとこれに応じてプラズマからの反射波ｒｐの大きさが変化することになる。この結果、誘電体板内部の定在波の状態、すなわち、誘電体内部の電界エネルギーの分布の状態が不均一になると考察した。この考察から、誘電体板３１の最適化は、所望のガス種に対して、均一なプラズマを安定的に生成するために非常に有用であると結論付けた。
【００６７】
以上に説明したように、本実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置１００によれば、プロセスに使われるガス種に合わせて最適化された誘電体板３１を装着することにより、誘電体板３１の下面から放出される電界エネルギーの強度を均一にすることができ、この結果、均一なプラズマを生成することができる。
【００６８】
（変形例）
図４では、隣接する凹部間の凸部Ｆをすべて平坦化した。しかし、必ずしも凸部のすべてを平坦化する必要はなく、たとえば、図７（ａ）または図７（ｂ）に示したように、凸部の中央部ＦＣまたは両端部ＦＥなど、凸部の一部を平坦化してもよい。これによれば、凸部のすべてを平坦化した場合に比べて表面波ＳＷの伝播効率が下がるため、電界エネルギーの強い領域から弱い領域へ適度に電界エネルギーを伝えることができる。ただし、凹部の側面近傍には電界が集中しやすいという傾向があることから、図７（ｂ）の凸部の両端部ＦＥをフラットにするほうが、図７（ａ）の凸部の中心部ＦＣをフラットにするより高い電界エネルギーを伝えることができる。
【００６９】
さらに、図７（ｃ）に示したように、誘電体内部の電界エネルギーの強弱の程度によって、凸部のすべての平坦化と一部の平坦化とを組み合わせてもよい。これによっても、表面波ＳＷを所望の程度に伝播させることができ、プラズマを均一に生成することができる。
【００７０】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、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。
【００７１】
たとえば、本発明にかかる誘電体板の適正化では、凸部を削ることにより平坦化したが、これに限られず、凹部を埋めることにより平坦化してもよい。
【００７２】
また、本発明にかかるマイクロ波プラズマ処理装置は、ＣＶＤ、エッチング処理、アッシング処理など、プラズマにより被処理体を微細加工する各種プロセスを実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置の縦断面図である。
【図２】同実施形態にかかる装置の天井面を示した図である。
【図３】図１の誘電体板近傍を拡大した図である。
【図４】誘電体板下面の形状の最適化を説明するための図である。
【図５】シミュレーションモデル（図５（ａ）は基準の形状、図５（ｂ）は適正化された形状）を示した図である。
【図６】シミュレーションの結果（図６（ａ）は基準の形状の場合、図６（ｂ）は適正化された形状の場合）を示した図である。
【図７】図７（ａ）〜図７（ｃ）は誘電体板下面の形状の変形例を示した図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０              処理容器
１１              サセプタ
２０              蓋体
２１              蓋本体
２６              梁
２７、２８        ガスノズル
３０              スロットアンテナ
３１              誘電体板
３２              Ｏリング
３３              導波管
３７              スロット
４０              マイクロ波源
４３              ガス供給源
４３ａ４          アルゴンガス供給源
４３ｂ４          シランガス供給源
４３ｂ８          水素ガス供給源
１００            マイクロ波プラズマ処理装置
Ｕ                処理室
Ｇ                基板
【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７】
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【図６】
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