JP2005268763A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 マイクロ波を利用したプラズマ処理装置において，透過窓を支持する支持部と該透過窓との接点近傍で，強い電界，高密度プラズマが発生するの抑え，処理の質の向上を図る。
【解決手段】 マイクロ波の供給によって発生したプラズマによって，処理容器２内のウエハＷに対して処理を施すプラズマ処理装置において，透過窓２０はその下面中央領域に，透過窓２０と同じ材質の垂下部２１を有している。垂下部２１の外周面２１ａと，支持部６から続く側壁内面５ａとの間は，０．５〜１０ｍｍ，より好ましくは０．５〜５ｍｍのギャップ長を有する隙間ｄが形成されている。接点Ｃでの強い電界，プラズマの発生が抑制され，スパッタされた粒子やラジカル等がウエハＷに到達する量も抑えられる。
【選択図】 図３

Description

本発明は，プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関するものである。

従来からマイクロ波を利用して処理容器内でプラズマを発生させ，処理容器内の基板に対して，例えばＣＶＤ処理やエッチング処理など処理を施すプラズマ処理が提案されている。

従来のこの種のマイクロ波を利用したプラズマ処理装置は，処理容器の上部開口部を気密に覆う誘電体，例えば石英やセラミックスからなる平板状の透過窓を有しており，この透過窓は，処理容器においては透過窓の周縁部を支持する支持部によって支持されている。前記透過窓の上面には，例えばスロットアンテナと呼ばれる，スロットや穴が多数形成された金属板を設けられている。そして，マイクロ波を前記誘電体の上方に供給し，前記スロットや穴からリークさせたマイクロ波によって透過窓下方に電界を発生させて，処理容器内に導入した処理ガスをプラズマ化させて，所定のプラズマ処理を行うようになっている（特許文献１参照）。

しかしながら，前記したようなマイクロ波励起によるプラズマ発生方式では，透過窓内に強い電磁界定在波が形成され，特に透過窓と当該透過窓を支持する支持部との接点（例えば支持部の処理容器内側周縁部）で強い電界によるエネルギーが高いプラズマが形成される傾向にある（ここでは「エッジ効果」と言う）。その理由は，誘電体に近いところでは，マイクロ波電界が強いためプラズマの電子温度が高くなり，その領域に物質面があると電位差が高くなって当該面に対するイオンの照射エネルギーが高くなるからである。

その結果，前記接点近傍の部材がプラズマによってスパッタされて，被処理体である基板に付着し，被処理体の処理レートに不均一さが生じたり，処理の質が劣化するおそれがある。また前記接点近傍では，透過窓のその他の部分で発生するプラズマの質（例えばラジカル密度，プラズマ密度，電子温度）に差異を生じ，処理の不均一さを招くおそれがある。このような現象は，高速処理を行うために電力を大きくした場合には，より顕著になる。

特開２００２−２９９２４０号公報

本発明は，かかる点に鑑みてなされたものであり，透過窓を支持する支持部と該透過窓との接点近傍での強い電界，プラズマの発生に起因する前記したような弊害を抑制することを目的としている。

前記目的を達成するため，本発明のプラズマ処理装置は，処理容器の上部開口部を気密に覆う誘電体からなる透過窓と，前記処理容器において前記透過窓の周縁部を支持する支持部とを有し，前記透過窓は中央領域に透過窓と同じ材質の垂下部を有し，当該垂下部の外周面と，前記支持部から続く処理容器の側壁内面との間は，所定距離以上の隙間が形成されていることを特徴としている。

かかる特徴を有する本発明のプラズマ処理装置によれば，透過窓における下方に突出した垂下部の外周面が，一種の遮蔽壁の機能を果たし，支持部の処理容器内側周縁部近傍での強い電界，プラズマによってスパッタされた粒子やラジカル等が被処理体に到達する量を抑えることができる。しかも透過窓と支持部との接触部分より内側，すなわち垂下部の外周面には，強いインピーダンス変更点が生ずるので，透過窓内部から外へ向かって伝播するマイクロ波は，そこで反射するので，支持部の処理容器内側周縁部での電界集中が緩和され，支持部の処理容器内側周縁部での強電界，高密度プラズマの発生自体を抑止できる。

なお前記所定距離は０．５〜１０ｍｍ，より好ましくは０．５〜５ｍｍであること，すなわち垂下部の外周面と，支持部又は支持部から続く処理容器の側壁内面との間は，０．５〜１０ｍｍ，より好ましくは０．５〜５ｍｍ離れていることがよい。同空間が狭いと下記に詳述するように，垂下部外周面と支持部から続く処理容器の側壁内面との間で強い電界が生じてしまい，前記したような従来技術の問題を改善することが難しくなる。また逆に離れすぎてしまうと，垂下部による遮蔽効果が失われる。

発明者らによれば，異常放電の原因となる透過窓と支持部材間の接点近傍の強い電界における下方に突出した垂下部の外周面が，一種の遮蔽壁の機能を果たし，支持部の処理容器内側周縁部近傍での強い電界を抑制するため，当該接点近傍にプラズマが入り込んで到達するようにすれば，このプラズマがチャージアップを中和するなどして，強い電界の発生を抑制することができる。ここでプラズマが微小な隙間に存在するためには，少なくともシースを形成するだけの空間が存在することが必要である。

マイクロ波プラズマの場合には，電子密度は１×１０^１０／ｃｍ^３〜１×１０^１２ｃｍ^３になるので，図１に示したように，シースは０．２ｍｍ弱となる。なおこのときのプラズマは，アルゴンプラズマである。シースは垂下部側と支持部材側との双方に形成される必要があるので，隙間の幅は最低でも０．４ｍｍ必要になる。そして製作，組みつけの際の誤差を考慮すると，隙間の所定距離は結局０．５ｍｍ以上の長さが必要となる。

また他方隙間の長さの上限については，長すぎるとすなわち隙間が大きすぎると，結局垂下部がないのと同じ状態になり，プラズマの電子温度が高くなる。したがって，垂下部の外周面と，支持部又は支持部から続く処理容器の側壁内面との間の隙間は，０．５〜１０ｍｍ，より好ましくは０．５〜５ｍｍ離れていることがよい。

前記垂下部の外周面は，下方に向かうにつれて次第に前記隙間が大きくなるテーパ面であってもよい。このように外周面をテーパ状に成形することにより，既述したマイクロ波の反射の度合いを緩和させることができ，反射を過度にした場合に懸念される，被処理体上方でのプラズマ密度の不均一を防止することができる。

前記垂下部の中心側領域に，凹部が形成されていてもよい。それによって，透過窓の垂下部外側には，相対的に凸部が形成されることになり，それによって，前記凹部と凸部の各下面側に発生する電界の強度に相異をつけることができ，被処理体上方でのプラズマ密度の制御を行うことができる。

かかる場合も，前記凹部を形成する側壁は，凹部の中心側に向けて傾斜したテーパ面であってもよい。これによって，マイクロ波の反射の度合いを調整して，さらに微細なプラズマ密度の制御を行うことができる。

垂下部については，その幅がλ／４を超えると（λはマイクロ波が透過窓中を伝播する際の波長），垂下部内に進入しやすくなり，垂下部と支持部との間に生ずる電界が強くなるおそれがある。したがって，マイクロ波の透過窓中の波長をλとしたとき，前記垂下部の幅はλ／４以下であることが好ましい。

また前記した垂下部の遮蔽壁の機能を鑑みると，前記垂下部の垂直方向の長さをＬ，隙間における前記所定距離をＤとしたとき，Ｌ／Ｄが３以上であることが好ましい。また前記垂下部の垂直方向の長さは２０ｍｍ以上，好ましくは３０ｍｍ以上がよい。

前記支持部又は支持部から続く側壁における処理容器内に面した各表面の少なくともいずれかには，Ｙ_２Ｏ_３（イットリア）がコーティングされていてもよい。これによって，支持部を構成する材質が直接スパッタされて，そのコンタミネーションが発生することを防止できる。またＹ_２Ｏ_３（イットリア）がコーティングは，支持部，支持部から続く側壁において処理容器内でプラズマに曝される部分になされることが好ましい。

また本発明の別な観点によれば，本発明のプラズマ処理装置は，処理容器の上部開口部を気密に覆う誘電体からなる透過窓と，前記処理容器において前記透過窓の周縁部を支持する支持部とを有し，前記支持部の下方には，前記透過窓下面との間に所定距離以上の隙間をおいて前記処理容器内に突出するひさし部が設けられたことを特徴としている。

このように前記支持部の下方には，前記透過窓下面との間に所定距離以上の隙間をおいて前記処理容器内に突出するひさし部を設けても，当該ひさし部が前記した遮蔽壁の機能を果たし，支持部の処理容器内側周縁部近傍での強い電界を抑制し，プラズマによるスパッタリングが抑制されて，粒子やラジカル等が被処理体に到達する量を抑えることができ，また支持部の処理容器内側周縁部での電界集中が緩和され，支持部の処理容器内側周縁部での強電界，高密度プラズマの発生自体を抑止できる。
かかる場合も，前記所定距離は，０．５ｍｍ〜１０ｍｍ，好ましくは０．５ｍｍ〜５ｍｍがよい。

本発明のプラズマ処理方法は，処理容器の上部開口部を気密に覆う誘電体からなる透過窓と，前記処理容器において前記透過窓の周縁部を支持する支持部とを有し，前記透過窓は透過窓と同じ材質の垂下部を中央領域に有し，当該垂下部の外周面と前記支持部から続く処理容器の側壁内面との間には隙間が形成されたプラズマ処理装置を用い，当該隙間を調整することで，前記透過窓周辺部での電界の強度を制御することを特徴としている。

既述したように，当該垂下部の外周面と前記支持部から続く処理容器の側壁内面との間の隙間の長さを調節することで，その近傍の電界強度を調節することが可能であり，それによって透過窓を支持する支持部と該透過窓との接点近傍での強い電界，プラズマの発生に起因する前記したようなエッジ効果の弊害を抑えることができる。

またさらに別な観点によれば，本発明のプラズマ処理方法は，前記プラズマ処理装置は，処理容器の上部開口部を気密に覆う誘電体からなる透過窓と，前記処理容器において前記透過窓の周縁部を支持する支持部とを有し，前記透過窓は透過窓と同じ材質の垂下部を中央領域に有し，当該垂下部の外周面と前記支持部から続く処理容器の側壁内面との間には隙間が形成され，前記外周面は，下方に向かうにつれて次第に前記隙間が大きくなるテーパ面であるプラズマ処理装置を用い，このテーパ面のテーパ角度を調整することで，前記透過窓周辺部での電界の強度を制御することを特徴としている。

そのようにこのように外周面をテーパ状に成形することにより，既述したマイクロ波の反射の度合いを緩和させることができ，透過窓と当該透過窓を支持する支持部との接点（例えば支持部の処理容器内側周縁部）での電界の強度を制御して，前記したエッジ効果の弊害を抑えることができる。

本発明によれば，透過窓を支持する支持部と該透過窓との接触部近傍での強い電界，プラズマの発生に起因した，前記接触部近傍の部材がプラズマによってスパッタされて，被処理体である基板に付着したり，被処理体の処理レートに不均一さが生じたり，処理の質が劣化することを抑えることができる。

以下，本発明の実施の形態について説明する。図２は，本実施の形態にかかるプラズマ処理装置１の縦断面の様子を示しており，このプラズマ処理装置１は例えばアルミニウムからなる，上部が開口した有底円筒状の処理容器２を備えている。処理容器２は接地されている。この処理容器２の底部には，基板として例えば半導体ウエハ（以下ウエハという）Ｗを載置するためのサセプタ３が設けられている。このサセプタ３は例えばアルミニウムからなり，処理容器２の外部に設けられた交流電源４から，バイアス用の高周波が供給されるようになっている。

処理容器２の底部には，真空ポンプなどの排気装置１１によって処理容器２内の雰囲気を排気するための排気管１２が設けられている。また処理容器２の側壁には，処理ガス供給源（図示せず）からの処理ガスを供給するための，例えばガスノズルのようなガス導入部１３が設けられている。

処理容器２の上部開口には，気密性を確保するためのＯリングなどのシール材１４を介して，たとえば石英からなる透過窓２０が設けられている。石英に代えて，他の誘電体材料，たとえばＡｌＮ，サファイヤ等のセラミックスを使用してもよい。この透過窓２０によって，処理容器２内に，処理空間Ｓが形成される。透過窓２０は，平面形態が円形である。

透過窓２０の上方には，アンテナ部材，例えば円板状のスロットアンテナ３０が設けられており，さらにこのスロットアンテナ３０の上面には遅波板３１，遅波板３１を覆うアンテナカバー３２が設けられている。スロットアンテナ３０は，導電性を有する材質，たとえばＡｇ，Ａｕ等がメッキされた銅の薄い円板からなり，多数のスリット３３が，例えば渦巻状や同心円状に整列して形成されている。

アンテナカバー３２には同軸導波管３５が接続されており，この同軸導波管３５は，内側導体３５ａと外管３５ｂとによって構成されている。内側導体３５ａは，スロットアンテナ３０と接続されている。内側導体３５ａのスロットアンテナ３０側は円錐形を有し，効率よくスロットアンテナ３０に対してマイクロ波を伝播するようになっている。同軸導波管３５は，マイクロ波供給装置３６で発生させた，たとえば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を，負荷整合器３７，同軸導波管３５，遅波板３１，スロットアンテナ３０を介して，透過窓２０に伝搬させる。そしてそのエネルギーによって透過窓２０の下面に電界が形成されて，ガス導入部１３によって処理容器２内に供給された処理ガスをプラズマ化し，サセプタ３上のウエハＷに対して，所定のプラズマ処理，例えば成膜処理やエッチング処理等が行われる。

透過窓２０の形状，及びその支持状態は次のようになっている。すなわち，透過窓２０は，その下面側の中央領域，つまり少なくとも基板と対向する面に，下方に突出した一様な厚さの垂下部２１を有する形状を有している。処理容器２の側壁５の上方内側に形成された段部による支持部６の上面に，透過窓２０の周縁部２０ａを含む周辺部が支持されて，透過窓２０自体は支持されている。そして垂下部２１の外周面２１ａと，前記支持部６から続く処理容器２の側壁内面５ａとの間には，図２にも示したように，隙間ｄが形成されている。隙間ｄの長さは０．５ｍｍ〜１０ｍｍ，好ましくは０．５ｍｍ〜５ｍｍに設定されている。その結果，図３に示したように支持部６と透過窓２０の接点Ｃは，サセプタ３上のウエハＷ上からは直接視野に入らないようになっている。なお垂下部２１外周面２１ａと，透過窓２０において支持部６によって支持される部分の角部Ｍ，並びに垂下部２１の外周面と垂下部２１の下面との境目の角部Ｎは，いずれも曲面によって構成されている。

本実施の形態にかかるプラズマ処理装置１は以上の構成を有しており，プラズマ処理する際には，処理容器２内のサセプタ３上にウエハＷを載置し，ガス導入部１３から所定の処理ガスを処理容器２内に供給しつつ，排気管１２から排気することで，処理空間Ｓ内を所定の圧力にする。そして交流電源４によってウエハＷにバイアス高周波を印加すると共に，マイクロ波供給装置３６によってマイクロ波を発生させて，透過窓２０を介してマイクロ波を処理容器２内に導入して透過窓２０の下方に電界を発生させることで，処理空間Ｓ内の前記処理ガスがプラズマ化され，処理ガスの種類等を選択することで，ウエハＷに対して所定のプラズマ処理，例えばエッチング処理，アッシング処理，成膜処理等の各種のプラズマ処理が実施できる。

そして本実施の形態にかかるプラズマ処理装置１においては，透過窓２０の中央領域に透過窓２０と同じ材質の垂下部２１を有し，支持部６と透過窓２０の接点Ｃは，サセプタ３上のウエハＷ上からは直接視野に入らないようになっているから，垂下部２１が遮蔽壁の機能を果たし，接点Ｃ近傍での強い電界やプラズマによってスパッタされた粒子やラジカル等が，ウエハＷに到達する量を抑えることができる。この垂下部２１の存在により，垂下部２１の外周面２１ａには，強いインピーダンス変更点が生ずるので，透過窓２０を介して導入されるマイクロ波は，そこで反射するので，接点Ｃでの電界集中が緩和されその近傍での強電界，高密度プラズマの発生自体が抑制されている。

また垂下部２１の外周面２１ａと，支持部６から続く側壁内面５ａとの間には，０．５ｍｍ〜１０ｍｍ，より好ましくは０．５ｍｍ〜５ｍｍの厚さの隙間ｄが形成されているので，当該隙間ｄに強い電界が生じてしまうこともない。またこの隙間ｄの大きさ（長さ）を調節することで，電界の集中度を制御することができ，結果的に透過窓２０下方の空間でのプラズマ密度の制御を行うことができる。また垂下部２１外周面２１ａと，透過窓２０において支持部６によって支持される部分の角部Ｍ，並びに垂下部２１の外周面と垂下部２１の下面との境目の角部Ｎは，いずれも曲面によって構成されているので，当該部分付近での電界の集中も阻止されている。

以上のように，本実施の形態にかかるプラズマ処理装置１によれば，前記した支持部６と透過窓２０との接点Ｃ近傍の部材がプラズマによってスパッタされて，被処理体であるウエハＷに付着したり，ウエハＷの処理レートに不均一さが生じたりするおそれはなく，処理の質が劣化することがないものである。また隙間ｄの大きさを調節することにより，プラズマ密度の制御をも実施することができる。

前記プラズマ処理装置１においては，透過窓２０の垂下部２１の外周面２１ａは，垂直な面，すなわち側壁５の内面５ａと平行な面で形成されていたが，図４に示したように，垂下部２１の外周面２１ａが，下方に向かうにつれて次第に隙間ｄが大きくなるようなテーパ面で形成してもよい。そうすると，外周面２１ａと側壁内面５ａとの織りなす角度，つまりテーパ角度θを調整することで，透過窓２０内の周辺部におけるマイクロ波の反射の度合いを緩和させることができ，さらに透過窓２０の周辺部での電界集中度を制御して，当該周辺部でのプラズマ密度を制御することができる。

さらに別な変形例として図５に示した透過窓２０を提案することができる。この透過窓２０は，垂下部２１の中心側領域に，凹部２２が形成されたものである。そして凹部２２を形成する透過窓２０における凹部２２に面した側壁２３は，凹部２２の中心側に向けて傾斜したテーパ面として形成されている。

かかる構成により，透過窓２０の垂下部２１外側には，相対的に凸部２４が形成されることになり，それによって，凹部２２と凸部２４の各下面側に発生する電界の強度に相異をつけることができ，ウエハＷの上方でのプラズマ密度の制御を行うことができる。しかも側壁２３はテーパ面であるから，マイクロ波の反射の度合いを該側壁２３の部分でさらに調整することができ，より一層微細でかつ複雑なプラズマ密度の制御を行うことができ，プラズマの均一性が向上できる。

前記実施の形態によれば，透過窓２０に垂下部２１を設けることで接点Ｃでの電界の集中による弊害を防止するようにしていたが，図６に示したように，支持部６の下方における側壁５の内側に，透過窓２０下面との間に所定距離以上の隙間ｅをおいて，処理容器２内に突出するひさし部２５を設けてもよい。かかる場合，接点Ｃがひさし部２５によって遮られ，ウエハＷ上から接点Ｃが直接視野に入らないように，ひさし部２５の長さ，ｅの大きさ（長さ）が設定されるのが好ましい。但し隙間ｅ自体の大きさは，０．５ｍｍ〜１０ｍｍ，より好ましくは０．５ｍｍ〜５ｍｍがよい。

これによって，ひさし部２５が前記したような遮蔽壁の機能を果たし，接点Ｃ近傍での強い電界を抑制し，プラズマによるスパッタリングを抑制して，粒子やラジカル等がウエハＷに到達する量を抑えることができ，また支持部の処理容器内側周縁部での電界集中が緩和され，支持部の処理容器内側周縁部での強電界，高密度プラズマの発生自体を抑止できる。

なお垂下部２１の垂直方向の長さについては，図７の例に即していえば，垂下部２１の垂直方向の長さＬは，２０ｍｍ以上，より好ましくは３０ｍｍ以上がよい。この図７のように，垂下部２１の凹部２２側の側壁２３は，既述したようなテーパ面でなくともよく，図７のような垂直面でもよい。

図８に示したのは，マイクロ波プラズマにおける透過窓２０からの距離（横軸）と電子温度，図９は同じく電子密度との関係を示す測定グラフである。この結果からわかるように，透過窓２０からの距離は，１０ｍｍ以下で特に電子温度が高く，また１０〜２０ｍｍでも低圧になると，電子温度が比較的高いので，より好ましくは２０ｍｍまで設定することが好ましい。

さらにまた図７に示したように，前記支持部６や，支持部６から続く側壁内面５ａにおける処理容器内２に面した各表面の少なくともいずれかに，耐プラズマ性の優れたＹ_２Ｏ_３（イットリア）のコーティング部４１が形成されていてもよい。コーティング部４１は，プラズマ溶射，ＣＶＤ，スパッタリング，イオングレーティング方法で形成されているのがよい。これによってプラズマによる支持部６におけるスパッタリング耐性が向上する。なお図７中４２は，Ｏリングなどのシール部材である。

なおＹ_２Ｏ_３（イットリア）のコーティング部４１は，支持部６から少なくとも処理容器２の内側に面している表面において，透過窓２０との実効的接触面のうち，実効的接線から少なくとも０．５ｍｍ以上離れたところから被覆していることが好ましい。ただし，実効的接触面とコーティング部４１と透過窓２０は物理的に非接触であり，その隙間は０．２ｍｍより小さいこと，より好ましくは０．０５ｍｍ以下であることが好ましい。

垂下部２１を持たず，また支持部６がＡｌで構成されている処理容器について，発明者らが実際に実験した結果，支持部６の表面にＹ_２Ｏ_３がコーティングされていない場合と，コーティングされている場合とでは，次のような結果が得られた。
Ｙ_２Ｏ_３がコーティングされていない場合には，コンタミネーションの元素はＡｌであり，その量は４００×１０^１０／ｃｍ^２であった。これに対し，Ｙ_２Ｏ_３がコーティングされている場合には，コンタミネーションの元素はＡｌは検出されず，Ｙであり，その量は２８×１０^１０／ｃｍ^２であった。Ｙ_２Ｏ_３は耐プラズマ性が良いので，メタルコンタミネーションの量としては一桁減少している。

また垂下部２１の効果について，コンタミネーションの量からみた評価についても調べると，次のようになった。すなわち図７の構造例から垂下部２１を持たない場合では，Ａｌのコンタミネーションの量は１６×１０^１０／ｃｍ^２であり，Ｙのコンタミネーションの量は２８×１０^１０／ｃｍ^２あったが，図７のように垂下部２１を有する場合には，ギャップ長Ｄを２ｍｍにしたとき，Ａｌのコンタミネーションの量は７．５×１０^１０／ｃｍ^２であり，Ｙのコンタミネーションの量は０．６１×１０^１０／ｃｍ^２あった。なおいずれもアルゴンプラズマを発生させた場合で，処理圧力は６．６５Ｐａ（５ｍＴｏｒｒ）である。
このようにコンタミネーションの点からみても，垂下部２１を設けた場合には，その発生量が著しく低減していることが確認できる。

なお図７に示した例では，支持部６は，処理容器２の側壁５から処理容器２の内側へと突出した形態をとっているが，かかる形態であっても，既述した本発明の各効果は何ら変わらない。

垂下部の幅については，図７に即して説明すると，その幅Ｍがλ／４を超えると（λはマイクロ波が透過窓中を伝播する際の波長），透過窓２０から垂下部２１内に進入しやすくなり，垂下部２１と支持部６との間に生ずる電界が強くなるおそれがあるので，垂下部２１の幅Ｍはλ／４以下であることが好ましい。

また垂下部２１の遮蔽壁としての機能を鑑みると，隙間ｄと垂下部の長さとの関係は，図７に即して説明すると，隙間ｄにおける所定距離（ギャップ長）をＤ，垂下部２１の垂直方向の長さをＬとしたとき，Ｌ／Ｄが３以上であることが好ましい。

図４に示した透過窓２０を有するプラズマ処理装置１を用いて酸化膜の形成処理を行った場合のウエハＷ上のセンターからエッジにかけての電子密度の分布測定を行った結果を，従来技術，すなわち垂下部２１を持たず一様な厚さの透過窓２０の周辺部が支持部６で支持されている構成のプラズマ処理装置の場合と比較して，図１０に示した。

処理の条件は，処理ガスとして流量比が，Ａｒ／Ｏ_２／Ｈ_２＝５００／５／５（ｓｃｃｍ）の混合ガスを使用し，処理容器２内の圧力は１３３Ｐａ，マイクロ波のパワーは４５００Ｗである。

図１０のグラフに示したように，従来技術ではウエハＷの中心部での電子密度が相対的に低下し，酸化膜形成レートの均一性（ウエハ面内での均一性）が３．５％であった。これは，エッジ効果がプラズマ密度に影響していると考えられる。これに対し，図４に示した透過窓２０を有するプラズマ処理装置１を用いて処理を行った場合には，ウエハＷの中心部での電子密度が低下することはなく，また酸化膜形成レートの均一性も１．８％であった。これはエッジ効果が抑制された結果，マイクロ波のパワーのロス分が減少し，結果的に全体としてプラズマ密度が向上し，それによって周辺に対する中心部分のプラズマ密度が改善されたためである。したがって，本発明の方が，エッジ効果が抑制されて，均一な処理が行えたことがわかる。

本発明は，誘電体からなる透過窓を支持する支持部を処理容器内に有するプラズマ処理装置の処理の均一性に有用である。

電子密度とシース長との関係を示すグラフである。 実施の形態にかかるプラズマ処理装置の縦断面図である。 図１のプラズマ処理装置の透過窓付近を示す縦断面図である。 垂下部の外周面がテーパ面である透過窓付近の縦断面図である。 垂下部の中央に凹部を有する透過窓付近の縦断面図である。 処理容器の側壁内側にひさし部を有するプラズマ処理装置の透過窓付近を示す縦断面図である。 他の実施の形態における透過窓と支持部接点近傍の拡大断面図である。 ギャップ長と電子温度との関係を示すグラフである。 ギャップ長と電子密度との関係を示すグラフである。 酸化膜形成処理における実施の形態と従来技術とのウエハ上の電子密度の分布を示すグラフである。

符号の説明

１ プラズマ処理装置
２ 処理容器
３ サセプタ
５ 側壁
５ａ 側壁内面
６ 支持部
２０ 透過窓
２１ 垂下部
２１ａ 外周面
Ｃ 接点
ｄ，ｅ 隙間
Ｗ ウエハ

Claims (15)

1. マイクロ波の供給によって発生したプラズマによって，処理容器内の基板に対して処理を施すプラズマ処理装置であって，
   処理容器の上部開口部を気密に覆う誘電体からなる透過窓と，
   前記処理容器において前記透過窓の周縁部を支持する支持部とを有し，
   前記透過窓は中央領域に透過窓と同じ材質の垂下部を有し，当該垂下部の外周面と，前記支持部又は支持部から続く処理容器の側壁内面との間は，所定距離以上の隙間が形成されていることを特徴とする，プラズマ処理装置。
2. 前記所定距離は，０．５〜１０ｍｍであることを特徴とする，請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記所定距離は，０．５〜５ｍｍであることを特徴とする，請求項１に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記垂下部の外周面は，下方に向かうにつれて次第に前記隙間が大きくなるテーパ面であることを特徴とする，請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
5. 前記垂下部の中心側領域に，凹部が形成されていることを特徴とする，請求項１〜４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
6. 前記凹部を形成する側壁は，凹部の中心側に向けて傾斜したテーパ面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。
7. マイクロ波の透過窓中の波長をλとしたとき，前記垂下部の幅はλ／４以下であることを特徴とする，請求項５又は６に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記垂下部の垂直方向の長さをＬ，前記所定距離をＤとしたとき，Ｌ／Ｄは３以上であることを特徴とする，請求項１〜７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
9. 前記垂下部の垂直方向の長さは２０ｍｍ以上であることを特徴とする，請求項１〜８のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
10. 前記支持部又は支持部から続く側壁における処理容器内に面した各表面の少なくともいずれかには，Ｙ_２Ｏ_３（イットリア）がコーティングされていることを特徴とする，請求項１〜９のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
11. マイクロ波の供給によって発生したプラズマによって，処理容器内の基板に対して処理を施すプラズマ処理装置であって，
    処理容器の上部開口部を気密に覆う誘電体からなる透過窓と，
    前記処理容器において前記透過窓の周縁部を支持する支持部とを有し，
    前記支持部の下方には，前記透過窓下面との間に所定距離以上の隙間をおいて前記処理容器内に突出するひさし部が設けられたことを特徴とする，プラズマ処理装置。
12. 前記所定距離は，０．５〜１０ｍｍであることを特徴とする，請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
13. 前記所定距離は，０．５〜５ｍｍであることを特徴とする，請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
14. マイクロ波の供給によって発生したプラズマによって，処理容器内の基板に対して処理を施すプラズマ処理装置を用いた処理方法であって，前記プラズマ処理装置は，処理容器の上部開口部を気密に覆う誘電体からなる透過窓と，前記処理容器において前記透過窓の周縁部を支持する支持部とを有し，
    前記透過窓は中央領域に透過窓と同じ材質の垂下部を有し，当該垂下部の外周面と前記支持部から続く処理容器の側壁内面との間には隙間が形成されており，
    当該隙間の大きさを調整することで，前記透過窓周辺部での電界の強度を制御することを特徴とする，プラズマ処理方法。
15. 前記垂下部の外周面は，下方に向かうにつれて次第に前記隙間が大きくなるテーパ面であり，
    前記隙間の大きさの調整に代えて，当該テーパ面のテーパ角度を調整することで，前記透過窓周辺部での電界の強度を制御することを特徴とする，請求項１４に記載のプラズマ処理方法。

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