JP2007266085A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】誘電体の表面に形成される凹凸の形状および配置を最適化すること。
【解決手段】マイクロ波プラズマ処理装置１００は，導波管２２にマイクロ波を伝播させ，Ｔ字型のスロット２３ａから漏れ出したマイクロ波を誘電体２４に透過させ，マイクロ波の電界エネルギーにより処理ガスをプラズマ化させて，基板Ｗをプラズマ処理する。マイクロ波を透過させる誘電体２４には，処理容器１０の天上部に露出した表面にて一定のピッチでシリンダ形状の凹部２４ａが周期的に形成される。発明者らがシミュレーションした結果，電界の広がりを効果的に抑制するためには，ピッチを３０×ε^１／２以下にすればよいことがわかった。すなわち，上記ピッチで凹部２４ａを誘電体２４の下面に設けることにより，定在波の電界のバラツキを抑止して，プラズマをより均一に生成させることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は，誘電体を透過したマイクロ波により処理ガスをプラズマ化させて，被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置に関する。より詳しくは，プラズマ処理装置に設けられた誘電体の形状に関する。

従来から，マイクロ波を導波管に伝播させ，スロットを介して誘電体を透過させることにより，誘電体底面にて表面波を生じさせ，この表面波の電界エネルギーによって処理ガスをプラズマ化させる表面波プラズマ処理装置（ＳＷＰ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅ Ｐｌａｓｍａ）が提案されている。

この装置では，発生した表面波が誘電体底面を伝播し，誘電体の端部にて反射することにより定在波が生じる。このようにして発生した定在波の電界強度は，定在波の腹では強く，節では弱くなる。このため，生成されたプラズマが不均一になる。昨今では，基板の大面積化に応じた誘電体の大面積化が著しいために，定在波により生じる電界強度のバラツキは以前に比べ非常に大きくなっており，この結果，生成されるプラズマの不均一の程度も非常に大きくなっている。

そこで，定在波による電界強度のバラツキを抑制し，プラズマをより均一に生成するために，誘電体に凹凸を設けた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。）。このプラズマ処理装置では，誘電体の底面に設けられた凹凸により表面波の伝播を抑制することによって，定在波の発生を抑止し，これにより，電界強度のバラツキを抑え，プラズマが均一に生成される。

特開２００３−１４２４５７号公報

しかし，特許文献１には，誘電体の表面に形成された凹凸のピッチは一定であっても一定でなくてもよいと記載されており，いずれの場合であっても同様な効果を有すると認識されている。一方，表面波プラズマ処理装置において，前述したように，近年の著しい誘電体の大面積化に鑑みれば，誘電体の表面に形成された凹凸の形状および配置方法は，均一なプラズマを生成することができるか否かに直結し，被処理体をプラズマ処理する際の精度を決定づける根幹部分となっている。このため，凹部または凸部が，誘電体の表面の最適位置に形成される必要がある。

そこで，本発明は，上記問題に鑑みてなされたものであり，本発明の目的とするところは，誘電体の表面に形成される凹凸の配置を最適化する，新規かつ改良されたプラズマ処理装置を提供することにある。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，マイクロ波を伝播させる導波部と，上記導波部を伝播したマイクロ波を透過させる誘電体と，上記誘電体を透過したマイクロ波により処理ガスをプラズマ化させて被処理体をプラズマ処理する処理容器と，を備えるプラズマ処理装置が提供される。そして，このプラズマ処理装置の誘電体には，上記処理容器側に露出した表面にて，一定の間隔で凹部または凸部が周期的に形成されている。

これによれば，表面波が，処理容器側に露出した誘電体の底面を伝播して，一定の間隔で周期的に誘電体に形成された凹部または凸部を伝播するとき，表面波は，その凹凸にてエネルギーを損失する。これにより，電界の広がりが抑制され，定在波が起こりにくくなる。換言すれば，電界の広がりが抑えられることにより，定在波によって生じる電界強度のバラツキを効果的に小さくすることができる。この結果，プラズマを均一に生成することができる。

上記誘電体には，上記処理容器側の表面にて，３０×ε^１／２（ε：誘電体の誘電率）以下の一定の間隔で凹部または凸部が周期的に形成されていてもよい。

また，上記誘電体には，上記一定の間隔で凹部または凸部が一次元または二次元に点在するようにしてもよい。

また，上記誘電体には，シリンダ形状または略半円柱形状の凹部が形成されるようにしてもよい。

さらに，上記誘電体の凹部は，半径１０ｍｍ，深さ１０ｍｍのシリンダ形状であってもよく，半径５ｍｍの略半円柱形状であってもよい。また，上記誘電体は，石英またはアルミナから形成されていてもよい。

以上説明したように本発明によれば，誘電体の表面に形成される凹凸の配置を最適化した，新規かつ改良されたプラズマ処理装置を提供することができる。

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。また，本明細書中１ｍＴｏｒｒは（１０^−３×１０１３２５／７６０）Ｐａ，１ｓｃｃｍは（１０^−６／６０）ｍ^３／ｓｅｃとする。

（第１実施形態）
まず，本発明の第１実施形態にかかるプラズマ処理装置について，図１を参照しながら説明する。なお，以下の説明では，Ａｒガス，ＣＦ_４ガスおよびＯ_２ガスの混合ガスを用いたアッシング処理を例に挙げて本実施形態にかかるプラズマ処理装置について説明する。ただし，本発明にかかるプラズマ処理装置は，アッシング処理の他に，ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）処理やエッチング処理などのプロセスに適用可能である。

（プラズマ処理装置の構成）
図１は，マイクロ波プラズマ処理装置１００をｘｙ面に垂直な面にて切断した断面図である。マイクロ波プラズマ処理装置１００は，プラズマ処理装置の一例である。

マイクロ波プラズマ処理装置１００は，処理容器１０と蓋体２０とからなる筐体を有している。処理容器１０は，上部が開口した有底直方体形状を有していて，接地されている。処理容器１０は，たとえば，アルミニウム（Ａｌ）などの金属から形成されている。処理容器１０の内部には，略中央にて，たとえば，ガラス基板Ｗ（以下，「基板Ｗ」ともいう。）を載置する載置台であるサセプタ１１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形成されている。

サセプタ１１の内部には，給電部１１ａおよびヒータ１１ｂが設けられている。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て，高周波電源１２ｂおよび高圧直流電源１３ｂは，接地されている。

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させ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Ｗを静電吸着するようになっている。

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Ｗを所定の温度に保持するようになっている。

処理容器１０の底面は筒状に開口され，開口された外周近傍にてベローズ１５の一端が処理容器１０の外部に向かって装着されている。ベローズ１５の他端には，昇降プレート１６が固着されている。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。

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。

サセプタ１１の周囲には，処理容器１０内のガスの流れを好ましい状態に制御するための整流板１８が設けられている。また，処理容器１０の底面には，図示しない真空ポンプに接続されるガス排出管１９が設けられていて，真空ポンプにより処理容器１０内を所望の真空度まで排気するようになっている。

蓋体２０は，処理容器１０の上方にて処理容器１０を密閉するように配設されている。蓋体２０は，処理容器１０と同様に，たとえば，アルミニウム（Ａｌ）などの金属から形成されている。また，蓋体２０は，処理容器１０と同様に接地されている。

蓋体２０には，蓋本体２１，導波管２２，スロットアンテナ２３および誘電体２４が設けられている。処理容器１０と蓋体２０とは，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置されたＯリング２５により，気密性が保持されるように固定されている。また，蓋本体２１の下方には，導波管２２が形成されている。

導波管２２は，それぞれの軸方向に垂直な断面の形状が矩形状である矩形導波管により形成されていて，マイクロ波発生器３３（図３参照）に接続されている。スロットアンテナ２３は，導波管２２の下部に設けられていて，たとえば，アルミニウム（Ａｌ）などの金属から形成されている。スロットアンテナ２３には，図４に１つのみ示したスロット２３ａ（開口）が複数設けられている。

図２に示したように，スロット２３ａは，二つのスロット２３ａ１，２３ａ２から形成されている。各スロット２３ａ１，２３ａ２は，その長手方向がマイクロ波の進行方向に対して左右にそれぞれ４５°の傾きを持ちながら，わずかに離れた位置にて略Ｔ字状に配置されている。

たとえば，マイクロ波が円偏波である場合，導波管２２内を伝搬するマイクロ波により導波管２２内にて発生する電磁界は回転する。このように，電磁界は回転しながら略Ｔ字型スロット２３ａから漏れ，誘電体２４を透過して処理容器１０の内部に伝わるようになっている。なお，導波管２２およびスロットアンテナ２３は，マイクロ波を伝播させる導波部に相当する。

再び図１に戻ると，スロットアンテナ２３の下部には，誘電体２４が密着して設けられている。誘電体２４は，マイクロ波を透過するように，たとえば，石英，アルミナ（酸化アルミニウム：Ａｌ_２Ｏ_３）などから形成されている。

天井部に露出した誘電体２４を処理容器１０側から見上げた状態を図３に示したように，処理容器１０側に露出した誘電体２４には，処理容器１０側の表面にて，一定の間隔でシリンダ形状の凹部２４ａが周期的に形成されていて，その周縁にて金属の梁２９により支持されている。金属の梁２９には，図１に示した複数のガス導入管３０が貫通している。

処理ガス供給源３２は，バルブ３２ａ１，３２ａ３，３２ｂ１，３２ｂ３，３２ｃ１，３２ｃ３，マスフローコントローラ３２ａ２，３２ｂ２，３２ｃ２，Ａｒガス供給源３２ａ４，ＣＦ_４ガス供給源３２ｂ４およびＯ_２ガス供給源３２ｃ４から構成されている。

処理ガス供給源３２は，各バルブの開閉を制御することにより，Ａｒガス，ＣＦ_４ガスおよびＯ_２ガスの混合ガスを流路３１から処理容器１０内に供給するようになっている。また，各マスフローコントローラは，それぞれが供給する処理ガスの流量を制御することにより混合ガスを所望の濃度に調整する。このようにして，処理ガス供給源３２から供給された混合ガスは，複数のガス導入管３０を通って金属の梁２９から誘電体２４下方に向かって噴射される。

このような構成により，マイクロ波プラズマ処理装置１００は，マイクロ波発生器３３から出力された，たとえば，２，４５ＧＨｚのマイクロ波を，導波管２２を介してスロットアンテナ２３に伝播させ，スロットアンテナ２３にＴ字型に切られたスロット２３ａを通して誘電体２４に伝播させる。このようにして，マイクロ波プラズマ処理装置１００は，スロットアンテナ２３から漏れるマイクロ波の電界を用いてプラズマを発生させ，このプラズマにより処理容器１０に配置された基板Ｗをアッシングするようになっている。

（シミュレーションモデル）
＜凹部の形状：シリンダ形状＞
つぎに，誘電体２４に形成される凹部の配置の最適化を図るために，発明者らが実行したシミュレーションについて説明する。本実施形態のシミュレーションモデルでは，図４に示したように，長手方向の長さ６５３ｍｍ，短手方向の長さ１５０ｍｍ，厚さ２０ｍｍの誘電体２４が用いられる。また，誘電体２４の上面中央には一本の導波管２２が配設されている。導波管２２下部の略中央には，Ｔ字型のスロット２３ａが１つまたは２つ（図４では１つ）設けられている。

また，図４の１−１面にて誘電体２４を切断した断面図である図５に示したように，誘電体２４の底面（処理容器側の表面）には，シリンダ形状の凹部２４ａが複数形成されている。シリンダ形状の凹部２４ａは，半径１０ｍｍ，深さ１０ｍｍの円柱状であり，ｘ軸方向およびｙ軸方向に向かって（二次元的に）一定のピッチで周期的に設けられている。

なお，シリンダ形状の凹部２４ａは，誘電体２４の表面に一定のピッチで周期的に設けられていれば，ｘ軸方向およびｙ軸方向の両方に二次元に点在するように配置されていてもよく（図３参照），ｘ軸方向またはｙ軸方向の一方に一次元に点在するように配置されていてもよい。

＜プロセス条件＞
このシミュレーションモデルでは，Ａｒガスの流量を５００ｓｃｃｍ，ＣＦ_４ガスの流量を２００〜２５０ｓｃｃｍ，Ｏ_２ガスの流量を２５０〜３００ｓｃｃｍに設定した。また，処理容器１０内の圧力を３０〜７０ｍｔｏｒｒに設定し，処理容器１０内に投入されるマイクロ波のパワーを５０００Ｗに設定した。さらに，処理容器１０内の温度を４０〜４５℃に設定した。また，本実施形態では，誘電体２４はアルミナから構成されることとした。

＜ピッチ＞
このシミュレーションモデルでは，シリンダ形状の凹部２４ａの中心（シリンダの断面の円の中心）から，ｘ軸方向またはｙ軸方向に平行して隣接するシリンダ形状の凹部２４ａの中心までの距離を横方向ピッチおよび縦方向ピッチとする。なお，ｘ軸またはｙ軸に平行に一列に配置されたシリンダ形状の凹部２４ａ群とその隣りにて各軸に一列に配置されたシリンダ形状の凹部２４ａ群とは半ピッチの間隔で段違いになっている（図３参照）。

発明者らは，横方向ピッチおよび縦方向ピッチを５０ｍｍ〜１２０ｍｍまで，いずれのピッチも同じ長さだけ変化させながら，各ピッチにおける誘電体２４底面の電界強度Ｅの分布を計算し，算出された電界強度Ｅの分布によって誘電体２４に形成するの凹部のピッチ（横方向ピッチおよび縦方向ピッチ）の最適値を求めるシミュレーションを行った。

より具体的には，発明者らは，予め，凹部を有さない平板誘電体４０の底面近傍の電界強度Ｅの分布を比較例としてシミュレーションにより算出した。図６では，この比較例のシミュレーション結果をｒｅｆ（ｆｌａｔ）として示した。その上で，各ピッチ（５０ｍｍ，６０ｍｍ，７０ｍｍ，８０ｍｍ，９０ｍｍ，１００ｍｍ，１２０ｍｍ）でシリンダ形状の凹部２４ａを設けた誘電体２４における電界強度Ｅの分布を算出し，それらを比較することによりピッチの最適値を求めた。

（シミュレーション結果）
つぎに，図６を参照しながらシミュレーション結果について考察する。図６は，図４にて誘電体の略中央に設けられたスロット２３ａの位置を中心に，誘電体２４の長手方向の位置を横軸に示し，各位置での電界強度Ｅを縦軸に示している。図６の各曲線をみると，平板誘電体４０（ｒｅｆ（ｆｌａｔ）にて示した曲線）の場合，その電界強度Ｅは，Ｔ字型のスロット２３ａ下部近傍部分でピークになるとともに，平板誘電体４０の端部になるほど低くなるが，端部においても０．４程度の高い値をとっている。

つぎに，凹部２４ａを有する誘電体２４の場合のシミュレーション結果について考察する。シリンダ形状の凹部２４ａのピッチが１２０ｍｍの場合（Ｐ（１２０）にて示した曲線）およびピッチが１００ｍｍの場合（Ｐ（１００）にて示した曲線），その電界強度Ｅは，Ｔ字型のスロット２３ａ下部近傍部分でピークになるとともに，裾部分にて平板誘電体４０より小さいものの０．２程度の高い値をとっている。

しかし，ピッチが５０ｍｍ，６０ｍｍ，７０ｍｍ，８０ｍｍ，９０ｍｍの各場合（Ｐ（５０），Ｐ（６０），Ｐ（７０），Ｐ（８０），Ｐ（９０）にて示した曲線），電界強度Ｅの広がりは，位置が０．４および０．７付近にて明らかに収束している。すなわち，これらのピッチに配置されたシリンダ形状の凹部２４ａを有する誘電体２４の場合には，平板誘電体４０の場合に比べピーク位置からの電界強度Ｅの広がりは明らかに小さいことがわかる。

これは，Ｔ字型のスロット２３ａを通過したマイクロ波が表面波となって処理容器１０側に露出した誘電体２４の底面を伝播し，一定の間隔で周期的に誘電体２４に形成されたシリンダ形状の凹部２４ａを伝播するとき，表面波は，その凹部２４ａにてエネルギーを損失する。これにより，電界の広がりが抑制され，定在波が起こりにくくなる。換言すれば，電界の広がりが抑えられることにより，定在波によって生じる電界強度のバラツキを効果的に小さくすることができる。この結果，プラズマを均一に生成することができる。

特に，発明者らが実行したシミュレーションの結果によれば，凹部２４ａがシリンダ形状であって，誘電体２４がアルミナの場合，前述したように，９０ｍｍ以下のピッチで誘電体２４に凹部２４ａを周期的に設けると，電界の広がりが抑制され，定在波の発生を抑止する効果が非常に高くなることがわかった。これにより，発明者らは，定在波により生じる電界エネルギーのバラツキを効果的に小さくして，プラズマをより均一に生成するためには，シリンダ形状の凹部２４ａを点在させるピッチを，９０ｍｍ以下にする必要があることをつきとめた。

なお，上記シミュレーションでは，発明者らは，１つのＴ字型のスロット２３ａから漏れ出したマイクロ波のみをエネルギー源として図６の電界強度Ｅの分布を導き出した。一方，図３に示したように，実際のマイクロ波プラズマ処理装置１００のスロットは多数存在する。このため，Ｔ字型のスロット２３ａが１つであるか複数であるかにより，シリンダ形状の凹部２４ａを配置するときのピッチの最適値が異なってくるのではないかという疑義が生じる。そこで，発明者らは，Ｔ字型スロット２３ａが１つの場合と２つの場合について結果に違いが生じるのか否かについてもシミュレーションを行った。

図７は，（ａ）誘電体２４の中央にＴ字型のスロット２３ａ１を１つ設けた場合，（ｂ）誘電体２４の中央より少し上部にＴ字型のスロット２３ａ２を１つ設けた場合，（ｃ）スロット２３ａ１およびスロット２３ａ２を設けた場合，のシミュレーション結果を示している。また，（ｄ）は，（ａ）および（ｂ）により算出されたシミュレーション結果を重ね合わせたものである。

この結果によれば，（ｃ）の場合の電界強度Ｅは，（ａ）および（ｂ）の結果を足し合わせた（ｄ）の場合の電界強度Ｅにほぼ近い値になっていることがわかる。これにより，１つのＴ字型のスロット２３ａを用いた場合のシミュレーションモデルとして得られたシミュレーション結果を複数のＴ字型のスロット２３ａを用いた場合のシミュレーションモデルとして得られたシミュレーション結果として拡張することができることがわかった。

（第１実施形態の変形例）
つぎに，第１実施形態の変形例について説明する。本変形例では，誘電体２４が石英から構成されている点で，誘電体２４がアルミナから構成されている第１実施形態と構成上異なる。この場合，発明者らは，シリンダ形状の凹部２４ａのｘ軸方向のピッチ（横方向ピッチ）およびｙ軸方向のピッチ（縦方向ピッチ）を５０ｍｍ〜８０ｍｍまで，いずれのピッチも同じ長さだけ変化させてシミュレーションを行った。そのときのシミュレーション結果を図８に示す。

（シミュレーション結果）
シミュレーション結果を見ると，シリンダ形状の凹部２４ａのピッチが８０ｍｍの場合，電界強度Ｅの分布は，平板誘電体４０の場合に類似している。しかし，ピッチが５０ｍｍ，６０ｍｍ，７０ｍｍの場合，電界強度Ｅは，位置が０．４および０．７付近にて明らかに収束しており，平板誘電体４０の場合のように電界強度Ｅが広がっていない。

これにより，本変形例にかかるマイクロ波プラズマ処理装置１００によれば，誘電体２４が石英の場合，７０ｍｍ以下のピッチで凹部２４ａを設けることにより，電界の広がりを抑制し，定在波によって生じる電界強度のバラツキを効果的に小さくすることによって，プラズマをより均一に生成することができることがわかった。

（第２実施形態）
つぎに，本発明の第２実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置１００について説明する。本実施形態では，誘電体２４に設けられる凹部２４ａが半円柱形状の溝である点で，凹部２４ａがシリンダ形状である第１実施形態と構成上異なる。したがって，この点を中心に本実施形態について説明する。

処理容器１０の天井部を表した図９に示したように，誘電体２４には，処理容器１０側の表面にて，一定の間隔で半円柱形状の溝２４ｂ（半円柱形状の凹部）が周期的に形成（すなわち，格子状に形成）されている。

（シミュレーションモデル）
＜凹部の形状：半円柱形状の溝＞
このシミュレーションモデルでは，図１０に示したように，溝２４ｂは，半径５ｍｍの半円柱状に形成され，一定の間隔（ピッチ）で横方向および縦方向に平行に配置されている。半円柱形状の溝２４ｂのｘ軸方向のピッチ（横方向ピッチ）およびｙ軸方向のピッチ（縦方向ピッチ）を５０ｍｍ〜１００ｍｍまで，いずれのピッチも同じ長さだけ変化させることにより，発明者らは，各ピッチにおける誘電体２４底面の電界強度Ｅの分布を算出し，算出された電界強度Ｅの分布によって誘電体２４に配置するの溝２４ｂのピッチの最適値を求めた。

なお，このシミュレーションモデルでは，ガスの流量，処理容器内の圧力，マイクロ波のパワー，処理容器内の温度は第１実施形態の場合と同様であるが，導波管２２と誘電体２４との位置関係が，第１実施形態の場合と比べて９０度ずれている。

具体的には，発明者らは，予めシミュレーションにより算出された平板誘電体４０の底面の電界強度Ｅの分布（ｒｅｆ）と，半円柱形状の溝２４ｂを有する誘電体２４の各ピッチ（５０ｍｍ，６０ｍｍ，７０ｍｍ，８０ｍｍ，９０ｍｍ，１００ｍｍ）における電界強度Ｅの分布と，を比較することにより溝間のピッチの最適値を求めた。そのシミュレーション結果を図１１に示す。

（シミュレーション結果）
図１１によれば，溝２４ｂのピッチが９０ｍｍおよび１００ｍｍの場合，電界強度Ｅの広がりは，平板誘電体４０（ｒｅｆ）の場合と類似する。しかし，ピッチが５０ｍｍ，６０ｍｍ，７０ｍｍ，８０ｍｍの場合には，電界強度Ｅの広がりは，位置が０．３および０．７付近にて収束しており，平板誘電体４０の場合より明らかに小さい。

この結果，誘電体に半円柱形状の溝２４ｂが設けられ，かつ，誘電体２４がアルミナの場合，８０ｍｍ以下のピッチで誘電体２４に溝２４ｂを周期的に設けると，電界の広がりが抑制され，定在波により生じる電界強度のバラツキを効果的に小さくして，プラズマをより均一に生成することができることを導き出した。

（第２実施形態の変形例）
つぎに，第２実施形態の変形例について説明する。本変形例では，誘電体２４が石英から構成されている点で，誘電体２４がアルミナから構成されている第２実施形態と構成上異なる。この場合，発明者らは，溝２４ｂのｘ軸方向のピッチ（横方向ピッチ）およびｙ軸方向のピッチ（縦方向ピッチ）を３０ｍｍ〜６０ｍｍまで，いずれのピッチも同じ長さだけ変化させてシミュレーションを行った。この場合のシミュレーション結果を図１２に示す。

（シミュレーション結果）
シミュレーション結果を見ると，溝２４ｂのピッチが６０ｍｍの場合，電界強度Ｅの分布は，平板誘電体４０（ｒｅｆ）の場合に類似している。しかし，ピッチが３０ｍｍ，４０ｍｍ，５０ｍｍの場合，電界強度Ｅは，位置が０．４および０．６付近にて明らかに収束しており，平板誘電体４０（ｒｅｆ）の場合のように広がっていない。

これにより，本変形例にかかるマイクロ波プラズマ処理装置１００によれば，凹凸部が半円柱形状の溝２４ｂであって，誘電体２４が石英の場合，５０ｍｍ以下のピッチで誘電体２４下面に溝２４ｂを設けることにより，電界の広がりが抑制され，定在波により生じる電界強度のバラツキを効果的に小さくして，プラズマをより均一に生成することができることがわかった。

（結論）
上に説明した各実施形態および各変形例のまとめを図１３に示した。図１３には，シリンダ形状の凹部２４ａが，石英からなる誘電体２４に形成された場合（第１実施形態の変形例），シリンダ形状の凹部２４ａが，アルミナからなる誘電体２４に形成された場合（第１実施形態），半円柱形状の溝２４ｂが石英からなる誘電体２４に形成された場合（第２実施形態の変形例），半円柱形状の溝２４ｂがアルミナからなる誘電体２４に形成された場合（第２実施形態）の４つの場合について，誘電率εとピッチとの関係が示されている。

これにより，発明者らは，誘電率εが大きくなると，とりえるピッチが大きくなり，誘電率εが小さくなると，とりえるピッチも小さくなることがわかった。また，具体的なピッチの値は，各実施形態および各変形例にてシミュレーションした結果得られたピッチ／ε^１／２の値のほぼ平均値となる「３０」の値から，誘電率εと定数「３０」とを用いて，次の式（１）にて示せることがわかった。
ピッチ≦３０×ε^１／２・・・（１）

この結果，誘電体２４の処理容器１０側の表面に，３０×ε^１／２（ε：誘電体の誘電率）以下の一定の間隔で凹部を周期的に形成すると，電界の広がりが抑制され，定在波の発生を効率よく抑え，プラズマをより均一に生成することができると結論付けた。

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。

たとえば，上記の説明では，誘電体２４にシリンダ形状，または半円柱形状の凹部を設けたが，本発明にかかるプラズマ処理装置では，これに限られず，誘電体２４にシリンダ形状の凸部や半円柱形状の凸部を設けてもよく，凹凸を混在させて設けてもよい。また，誘電体２４に設ける凹凸は，シリンダ形状，または半円柱状に限られず，他の形状であってもよい。

また，上記の説明では，スロット２３ａがＴ字型に設けられたが，スロット２３ａの形状および配置位置はこれに限られず，マイクロ波のモードに合わせた位置にマイクロ波のモードに合わせた形状でスロットを切ることができる。

本発明は，誘電体の表面に形成される凹凸の形状および配置を最適化した，新規かつ改良されたプラズマ処理装置に適用可能である。

各実施形態にかかるプラズマ処理装置を示す断面図である。 各実施形態にかかるスロットの形状および配置位置を示した図である。 第１実施形態にかかる天井部に露出した誘電体を説明するための図である。 同実施形態にかかるシミュレーションモデルを説明するための斜視図である。 同実施形態にかかるシミュレーションモデルの誘電体の断面図である。 同実施形態にかかるシミュレーション結果を示した図である。 スロットが単数および複数の場合のシミュレーション結果を示した図である。 第１実施形態の変形例にかかるシミュレーション結果を示した図である。 第２実施形態にかかる誘電体に形成された凹部を説明するための図である。 同実施形態にかかるシミュレーションモデルの誘電体の断面図である。 同実施形態にかかるシミュレーション結果を示した図である。 第２実施形態の変形例にかかるシミュレーション結果を示した図である。 各実施形態および各変形例のシミュレーション結果のまとめを示した図である。

符号の説明

１０ 処理容器
１１ サセプタ
２０ 蓋体
２２ 導波管
２３ スロットアンテナ
２３ａ スロット
２４ 誘電体
２４ａ 凹部
２４ｂ 溝
３０ ガス導入管
３２ ガス供給源
４０ 平板誘電体
１００ マイクロ波プラズマ処理装置

Claims (7)

1. マイクロ波を伝播させる導波部と，前記導波部を伝播したマイクロ波を透過させる誘電体と，前記誘電体を透過したマイクロ波により処理ガスをプラズマ化させて被処理体をプラズマ処理する処理容器と，を備えるプラズマ処理装置であって，
   前記誘電体には，
   前記処理容器側に露出した表面にて，一定の間隔で凹部または凸部が周期的に形成され，
   前記一定の間隔の上限値は，
   前記誘電体の誘電率εに比例することを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記誘電体には，
   前記処理容器側の表面にて，３０×ε^１／２以下の一定の間隔で凹部または凸部が周期的に形成されることを特徴とする請求項１に記載されたプラズマ処理装置。
3. 前記誘電体には，
   前記一定の間隔で凹部または凸部が一次元または二次元に点在することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
4. 前記誘電体には，
   シリンダ形状または半円柱形状の凹部が形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
5. 前記誘電体の凹部は，
   半径１０ｍｍ，深さ１０ｍｍのシリンダ形状であることを特徴とする請求項４に記載されたプラズマ処理装置。
6. 前記誘電体の凹部は，
   半径５ｍｍの半円柱形状であることを特徴とする請求項４に記載されたプラズマ処理装置。
7. 前記誘電体は，
   石英またはアルミナから形成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。

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