JP2013131320A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロ波を導入するための誘電体窓が損傷するのを防止することができるプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】プラズマ処理装置１０は、マイクロ波を伝播させる導波管１２と、該導波管１２に接続される処理チャンバ１１と、該処理チャンバ１１内に配され、基板Ｓを載置するステージ１４と、導波管１２及び処理チャンバ１１の間に介在し、導波管１２を伝播するマイクロ波を処理チャンバ１１の内部へ導入する誘電体窓１５とを備え、処理チャンバ１１は中心軸Ｃを有し、該中心軸に関して対称な半球形状を呈する。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロ波を用いてプラズマを生成するプラズマ処理装置に関する。

従来、処理ガスからプラズマを生成し、該プラズマによって基板に処理を施す数々のプラズマ処理装置が用いられている。例えば、平行に配置された２つの平板状電極に高周波電力を供給することによって高周波電界を生じさせ、該電界によって加速された電子と処理ガスとが様々な反応を起こすことでプラズマを生成し、該プラズマによって基板へプラズマ処理を施す平行平板型のプラズマ処理装置が一般に用いられている。また、高周波ではなくマイクロ波を用いるプラズマ処理装置も用いられている。

図１５は、マイクロ波を用いるプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。

図１５において、プラズマ処理装置１５０は、マイクロ波を導入するための開口部１５１を上部中心に有する真空チャンバ１５２と、該真空チャンバ１５２の内部に配置されて基板Ｓを載置する基板載置台１５３と、開口部１５１へマイクロ波を導入する導波管１５４と、該導波管１５４から真空チャンバ１５２の内部へマイクロ波を導入する誘電体窓１５５とを備える。

このプラズマ処理装置１５０では、真空チャンバ１５２の内部へ導入された処理ガスからマイクロ波によってプラズマが生成され、該プラズマ中のラジカルによって基板載置台１５３上の基板Ｓにおいて、例えば、ダイヤモンドを成長させる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−３１７９２号公報

真空チャンバ１５２の内部においてプラズマの電子密度が高まると、プラズマは誘電体窓１５５を透過したマイクロ波を遮断するようになる。これに加えて、高密度の不均一なプラズマ中では、電子プラズマ（角）周波数とマイクロ波周波数が一致する位置で、共鳴吸収が起こる。その結果、誘電体窓１５５の近傍で積極的にプラズマが生成される。比較的圧力の高い条件下でプラズマを生成すると処理ガスの温度が非常に高温となり、誘電体窓１５５を熱によって損傷させるおそれがあり、又、被処理体である基板Ｓ周辺に所望のプラズマを生成することができなくなるおそれがある。

本発明の目的は、マイクロ波を導入するための誘電体窓が損傷するのを防止し、且つ基板の周辺の所望の領域にプラズマを生成することができるプラズマ処理装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載のプラズマ処理装置は、マイクロ波を伝播させる導波管と、該導波管に接続されるプラズマ生成室と、該プラズマ生成室内に配され、基板を載置する載置台と、前記導波管及び前記プラズマ生成室の間に介在し、前記導波管を伝播する前記マイクロ波を前記プラズマ生成室の内部へ導入する誘電体窓とを備え、前記プラズマ生成室は中心軸を有し、該中心軸に関して対称な形状を呈することを特徴とする。

請求項２記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記プラズマ生成室は半球形状（半球状に近似する多面体形状や高次の関数で表される曲面で形成される空間形状を含む）を呈することを特徴とする。

請求項３記載のプラズマ処理装置は、請求項２記載のプラズマ処理装置において、前記プラズマ生成室は前記載置台と対向する部分が切除されていることを特徴とする。

請求項４記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記プラズマ生成室は円錐形状を呈することを特徴とする。

請求項５記載のプラズマ処理装置は、請求項４記載のプラズマ処理装置において、前記プラズマ生成室は前記載置台と対向する部分が切除されていることを特徴とする。

請求項６記載のプラズマ処理装置は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記プラズマ生成室に前記載置台と対向する突起部材が配置されていることを特徴とする。

請求項７記載のプラズマ処理装置は、請求項６記載のプラズマ処理装置において、前記突起部材は前記プラズマ生成室の中心軸からオフセットして配置されていることを特徴とする。

請求項８記載のプラズマ処理装置は、請求項６記載のプラズマ処理装置において、前記突起部材は移動可能に構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、マイクロ波が導入されるプラズマ生成室が中心軸に関して対称な形状を呈するので、プラズマ生成室内に存在する電磁波の境界条件となるプラズマ生成室の形状、例えば、半球形状の内径を適切に設定することにより、特定のモードの電磁波を励起できる。その結果、モードに応じた任意の領域で強電界領域を生じさせることができる。強電界領域は処理ガスからプラズマを生成する。したがって、誘電体窓から離れ且つ被処理体である基板の周辺の所望の領域において強電界領域を生じさせることにより、プラズマを誘電体窓から離れた領域で生成することができ、もって、誘電体窓がプラズマによって損傷するのを防止することができるとともに、基板周辺の所望の領域にプラズマを生成することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。 図１のプラズマ処理装置における局所的な断面図であり、図２（Ａ）は図１における処理チャンバ及びステージの間に形成されるマイクロ波の導入路の断面形状を示し、図２（Ｂ）は図１における導波管の断面形状を示す。 図１におけるプラズマ処理装置の変形例の構成を概略的に示す図であり、図３（Ａ）は第１の変形例を示し、図３（Ｂ）は第２の変形例を示す。 図１におけるプラズマ処理装置の変形例の構成を概略的に示す図であり、図４（Ａ）は第３の変形例を示し、図４（Ｂ）は第４の変形例を示し、図４（Ｃ）は第５の変形例を示す。 図１におけるプラズマ処理装置の第６の変形例の構成を概略的に示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。 図６におけるプラズマ処理装置の第１の変形例の構成を概略的に示す図である。 図６におけるプラズマ処理装置の変形例の構成を概略的に示す図であり、図８（Ａ）は第２の変形例を示し、図８（Ｂ）は第３の変形例を示す。 図１におけるプラズマ処理装置の変形例の構成を概略的に示す図であり、図９（Ａ）は第４の変形例を示し、図９（Ｂ）は第５の変形例を示す。 図３（Ａ）のプラズマ処理装置においてリフトテーブルの基板載置面からの高さを変更した場合の電界強度分布の計算結果を示す図であり、図１０（Ａ）はリフトテーブルの基板載置面からの高さを０ｃｍに設定した場合を示し、図１０（Ｂ）はリフトテーブルの基板載置面からの高さを２ｃｍに設定した場合を示し、図１０（Ｃ）はリフトテーブルの基板載置面からの高さを３ｃｍに設定した場合を示す。 図４（Ａ）のプラズマ処理装置におけるスタブの長さを変更した場合の電界強度分布の計算結果を示す図であり、図１１（Ａ）はスタブの長さを１ｃｍに設定した場合を示し、図１１（Ｂ）はスタブの長さを２ｃｍに設定した場合を示し、図１１（Ｃ）はスタブの長さを３ｃｍに設定した場合を示す。 図５のプラズマ処理装置において対向面と基板載置面との距離を変更した場合の電界強度分布の計算結果を示す図であり、図１２（Ａ）は対向面と基板載置面との距離を７ｃｍに設定した場合を示し、図１２（Ｂ）は対向面と基板載置面との距離を６ｃｍに設定した場合を示し、図１２（Ｃ）は対向面と基板載置面との距離を５ｃｍに設定した場合を示す。 図６のプラズマ処理装置において円錐形状内壁面の頂点とステージとの距離を変更した場合の電界強度分布の計算結果を示す図であり、図１３（Ａ）は円錐形状内壁面の頂点とステージとの距離を５ｃｍに設定した場合を示し、図１３（Ｂ）は円錐形状内壁面の頂点とステージとの距離を７．５ｃｍに設定した場合を示し、図１３（Ｃ）は円錐形状内壁面の頂点とステージとの距離を１０ｃｍに設定した場合を示す。 図７のプラズマ処理装置において対向面と基板載置面との距離を変更した場合の電界強度分布の計算結果を示す図であり、図１４（Ａ）は対向面と基板載置面との距離を７ｃｍに設定した場合を示し、図１４（Ｂ）は対向面と基板載置面との距離を６ｃｍに設定した場合を示し、図１４（Ｃ）は対向面と基板載置面との距離を５ｃｍに設定した場合を示す。 マイクロ波を用いるプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。

本発明者等は、上記目的を達成すべく鋭意研究を行った結果、プラズマ処理装置が、マイクロ波を伝播させる導波管と、該導波管に接続されるプラズマ生成室と、該プラズマ生成室内に配され、基板を載置する載置台と、導波管及びプラズマ生成室の間に介在し、導波管を伝播するマイクロ波をプラズマ生成室の内部へ導入する誘電体窓とを備え、プラズマ生成室は中心軸を有し、該中心軸に関して対称な形状を呈すれば、プラズマ生成室の形状、例えば半球形状の内径を適切に設定することにより、特定のモードの電磁波を励起でき、当該特定のモードに応じた任意の領域で強電界領域を生じさせることができ、もって、プラズマを誘電体窓から離れた領域であって、被処理体である基板周辺の所望の領域において生成することができ、その結果、誘電体窓がプラズマによって損傷するのを防止することができるとともに、基板周辺の所望の領域にプラズマを生成することができることを見出した。本発明は、上記研究の結果に基づいてなされたものである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

まず、本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置について説明する。

図１は、本実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。

図１において、プラズマ処理装置１０は基板Ｓにプラズマ処理を施す処理チャンバ１１（プラズマ生成室）と、マイクロ波ジェネレータ（図示しない）が発生させるマイクロ波を伝播させる導波管１２とを備える。

処理チャンバ１１は、基板Ｓを基板載置面１４ａに載置するステージ１４を内部に有し、排気管（図示しない）が連結される。排気管は真空ポンプや圧力制御バルブ（ともに図示しない）に接続され、真空ポンプや圧力制御バルブは処理チャンバ１１の内部の圧力を制御する。ステージ１４は内部にヒータや冷却機構（ともに図示しない）を有し、載置された基板Ｓを適切な温度に制御する。

導波管１２は、同軸管もしくは円形導波管が用いられ、円形導波管の場合、諸寸法が所定の周波数のマイクロ波、例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を最低次のモードで伝播できるように設定されている。

処理チャンバ１１は中心軸Ｃを有し、該中心軸Ｃに関して対称な形状を呈し、図中上端側は半球形状に形成され、図中下端側は円筒形状に形成されている。ステージ１４は円筒形状を呈し、処理チャンバ１１の内部において該処理チャンバ１１に対して同軸に配置される。処理チャンバ１１の半球形状内壁面１１ａとステージ１４の基板載置面１４ａはプラズマ生成空間Ｇを形成する。プラズマ生成空間Ｇへは図示しない処理ガス導入口から処理ガスが導入される。

また、処理チャンバ１１の内壁面及びステージ１４の側面の間には誘電体窓１５が配される（例えば、図２（Ａ）参照。）。さらに、処理チャンバ１１には図中下端の中心部において導波管１２が接続される。すなわち、導波管１２は処理チャンバ１１の中心軸Ｃ上に配置される。

プラズマ処理装置１０では、導波管１２を伝播するマイクロ波が誘電体窓１５によってプラズマ生成空間Ｇへ導入される。ここで、誘電体窓１５はプラズマ生成空間Ｇの外周に沿って該プラズマ発生空間Ｇに面する、すなわち、中心軸Ｃに関して対称的に該プラズマ発生空間Ｇに面するので、マイクロ波はプラズマ生成空間Ｇの中心に関して対称的に導入される。

また、プラズマ生成空間Ｇは処理チャンバ１１の半球形状内壁面１１ａとステージ１４の基板載置面１４ａとによって形成されるので、中心軸Ｃに関して対称な半球形状を呈する。これにより、その半径を適切に設定することによって特定のモードの電磁波を励起でき、結果として空間中の任意の領域、例えば、プラズマ生成空間Ｇの中心の上方において強電界領域を形成できる。当該強電界領域では、マイクロ波からプラズマ中の電子へのエネルギー移行量が大きいために電子温度が高くなり、十分なエネルギーを持つ電子が処理ガス中の原子や分子と衝突を繰り返すことで高密度のプラズマが局所的に生成される。すなわち、強電界領域では他の領域よりもプラズマの生成が積極的に起こるため、強電界領域では密度の高いプラズマＰが生じる。換言すれば、本実施の形態では磁界等を利用することなく、マイクロ波の導入のみで処理ガスからプラズマＰを任意の領域で生じさせる。

そして、プラズマ生成空間Ｇで生じたプラズマＰの一部はプラズマ生成空間Ｇに面するステージ１４の基板載置面１４ａに載置された基板Ｓに到達し、該基板Ｓにプラズマ処理を施す。例えば、プラズマ処理装置１０では、処理ガスとして、水素ガス、炭素含有ガス、例えば、メタンガス、プロパンガスやアセチレンガス、及び不純物含有ガス、例えば、ホスフィンガスやジボランガスを含む混合ガスを用い、プラズマ生成空間Ｇや処理チャンバ１１の内部の圧力を１０〜２００Ｔｏｒｒに維持し、基板Ｓをステージ１４によって７００〜１２００℃に加熱することにより、処理ガスから生じたプラズマＰ中のラジカルによって基板Ｓ上でダイヤモンドを成長させる。

図１のプラズマ処理装置１０によれば、マイクロ波が導入される処理チャンバ１１の上端側が中心軸Ｃに関して対称な半球形状を呈し、処理チャンバ１１内のプラズマ生成空間Ｇも中心軸Ｃに関して対称な半球形状を呈するので、その半径を適切に設定することによって特定のモードの電磁波を励起でき、該特定のモードに応じた任意の領域に強電界領域を生じさせることができ、もって、プラズマＰを誘電体窓１５から離れた領域で生成することができる。その結果、誘電体窓１５がプラズマＰの熱によって損傷するのを防止することができる。さらに、プラズマＰを誘電体窓１５から離れた領域で生成することより、誘電体窓１５の表面近傍に生じるシースにおける電位勾配を弱めることができ、もって、該シースによる誘電体窓１５への陽イオン等のスパッタを弱めることができる。

また、プラズマ生成空間Ｇが中心軸Ｃに関して対称な半球形状を呈するので、発生するプラズマＰも中心軸Ｃに関して対称に分布する。これにより、プラズマの一部偏在に起因する異常放電の発生を抑制することができる。

さらに、プラズマ処理装置１０では、マイクロ波が処理チャンバ１１の中心軸Ｃに関して対称的に導入されるので、特定モードの電磁波を励起するために必要な半径の設定、及び強電界領域が生じる位置の予測が容易となり、もって、プラズマＰの生成領域を容易に制御することができる。

また、プラズマ処理装置１０において処理チャンバ１１内のステージ１４における基板載置面１４ａの一部を、図３（Ａ）に示すように、図中上下方向に移動可能なリフトテーブル１４ｂとして構成してもよい。これにより、プラズマＰと基板Ｓとの距離を制御することができる。

さらに、図３（Ｂ）に示すように、処理チャンバ１１の側壁の一部をベローズ１１ｄで構成してもよい。この場合、ベローズ１１ｄを伸長させることによって処理チャンバ１１の半球形状を呈する上端側とステージ１４に載置された基板Ｓとの距離を変更することができるが、強電界領域は処理チャンバ１１の半球形状を呈する上端側に発生するため、結果としてプラズマＰと基板Ｓとの距離を制御することができる。

したがって、図３（Ａ）や図３（Ｂ）のプラズマ処理装置では、プラズマＰと基板Ｓとの距離を制御することによってプラズマＰを利用した成膜時には、基板Ｓにおける成膜速度や膜の厚さ分布を制御することができ、プラズマＰを利用したエッチング時には、基板Ｓにおけるエッチングレートや該エッチングレートの分布を制御することができる。

また、図４（Ａ）に示すように、処理チャンバ１１の半球形状内壁面１１ａにおいて中心軸Ｃに沿ってステージ１４と対向する突起部材（スタブ）１１ｃを設けてもよい。通常、プラズマは突起物の先端近傍において局所的に生成される。したがって、スタブ１１ｃの長さを調整することによってプラズマ生成空間ＧにおけるプラズマＰの生成領域を上下に関してより細かく制御することができる。スタブ１１ｃの先端近傍にプラズマＰを局所的に生成させるためには、少なくともスタブ１１ｃの先端がプラズマ生成空間Ｇに存在する必要があり、スタブ１１ｃを構成する材料は特に制限されないが、導電体、例えば、金属が好ましい。

なお、スタブ１１ｃは中心軸Ｃに沿って配置される必要はなく、図４（Ｂ）に示すように、中心軸Ｃからオフセットしてもよい。スタブ１１ｃが中心軸Ｃからオフセットしてもスタブ１１ｃの先端がプラズマ生成空間Ｇに存在する限り、該先端近傍にプラズマＰを局所的に生成させることができる。したがって、スタブ１１ｃの配置場所を調整することによってプラズマＰの生成場所を制御することができる。

さらに、スタブ１１ｃはプラズマ生成空間Ｇを移動可能に構成されてもよい。例えば、図４（Ｃ）に示すように、ステージ１４に対向しつつ中心軸Ｃを中心に円運動可能に構成されてもよい。この場合も、スタブ１１ｃの先端近傍でプラズマＰが局所的に生成されるため、スタブ１１ｃを移動させることによってプラズマＰを移動させることができる。これにより、基板Ｓの各所におけるプラズマＰへの暴露時間を制御することができ、もって、基板Ｓへ均一なプラズマ処理を施すことができる。

また、図５に示すように、処理チャンバ１１の上端側におけるステージ１４と対向する部分を切除して半球形状内壁面１１ａに平面状の対向面１１ｅを設けてもよい。この場合であっても、半球形状内壁面１１ａには曲面部分が一部に残るため、その曲面部分の半径を適切に設定することによって特定のモードの電磁波を励起でき、該特定のモードに応じた任意の領域にプラズマＰを生成することができる一方、対向面１１ｅは図１における半球形状内壁面１１ａの頂部よりもステージ１４の基板載置面１４ａに近づくため、生成されるプラズマＰを基板載置面１４ａに載置された基板Ｓに近づけることができ、もって、基板Ｓに施すプラズマ処理の効率を向上することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ処理装置について説明する。

本実施の形態は、その構成、作用が上述した第１の実施の形態と基本的に同じであるので、重複した構成、作用については説明を省略し、以下に異なる構成、作用についての説明を行う。

図６は、本実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。

図６において、プラズマ処理装置６０は基板Ｓにプラズマ処理を施す処理チャンバ６１（プラズマ生成室）と、導波管１２とを備える。

処理チャンバ６１は中心軸Ｃ_１を有し、該中心軸Ｃ_１に関して対称な形状を呈し、図中上端側は円錐形状に形成され、図中下端側は円筒形状に形成されている。ステージ１４は、処理チャンバ６１の内部において該処理チャンバ６１に対して同軸に配置される。処理チャンバ６１の上端側における円錐形状内壁面６１ａとステージ１４の基板載置面１４ａはプラズマ生成空間Ｇ_１を形成する。

また、処理チャンバ６１には図中下端の中心部において導波管１２が接続される。すなわち、導波管１２は処理チャンバ６１の中心軸Ｃ_１上に配置される。このプラズマ処理装置６０では、マイクロ波は誘電体窓１５を介してプラズマ生成空間Ｇ_１の中心に関して対称的に導入される。

プラズマ生成空間Ｇ_１は処理チャンバ６１の円錐形状内壁面６１ａとステージ１４の基板載置面１４ａとによって形成されるので、中心軸Ｃ_１に関して対称な円錐形状を呈する。当該円錐形状における円錐面の位置を適切に設定することによって特定のモードの電磁波を励起でき、該特定のモードに応じた任意の領域、例えば、プラズマ生成空間Ｇ_１の上部に局所的な強電界領域を生じさせ、プラズマＰ_１を生成する。そして、プラズマ生成空間Ｇ_１で生じたプラズマＰ_１の一部はプラズマ生成空間Ｇ_１に面する基板載置面１４ａに載置された基板Ｓに到達し、該基板Ｓにプラズマ処理を施す。

図６のプラズマ処理装置６０によれば、マイクロ波が導入される処理チャンバ６１の上端側が中心軸Ｃ_１に関して対称な円錐形状を呈し、処理チャンバ６１内のプラズマ生成空間Ｇ_１も中心軸Ｃ_１に関して対称な円錐形状を呈するので、当該円錐形状における円錐面の位置を適切に設定することによって特定のモードの電磁波を励起でき、該特定のモードに応じた任意の領域で強電界領域を生じさせることができ、もって、プラズマＰ_１を誘電体窓１５から離れた領域で生成することができる。さらに、誘電体窓１５の表面近傍に生じるシースにおける電位勾配を弱めることができ、もって、該シースによる誘電体窓１５への陽イオン等のスパッタを弱めることができる。

また、プラズマ生成空間Ｇ_１が中心軸Ｃ_１に関して対称な円錐形状を呈するので、発生するプラズマＰ_１も中心軸Ｃ_１に関して対称に分布する。これにより、プラズマの一部偏在に起因する異常放電の発生を抑制することができる。

また、図７に示すように、処理チャンバ６１の上端側におけるステージ１４と対向する部分を切除して円錐形状内壁面６１ａに平面状の対向面６１ｃを設けてもよい。この場合であっても、円錐形状内壁面６１ａには傾斜面が一部に残るため、当該傾斜面の位置を適切に設定することによって特定のモードの電磁波を励起でき、当該モードに応じた任意の領域でプラズマＰ_１を生成することができる一方、対向面６１ｃは図６における円錐形状内壁面６１ａの頂部よりもステージ１４の基板載置面１４ａに近づくため、生成されるプラズマＰ_１を基板載置面１４ａに載置された基板Ｓに近づけることができ、もって、基板Ｓに施すプラズマ処理の効率を向上することができる。

また、プラズマ処理装置６０において処理チャンバ６１内のステージ１４における基板載置面１４ａの一部を、図８（Ａ）に示すように、図中上下方向に移動可能なリフトテーブル１４ｂとして構成してもよい。これにより、プラズマＰ_１と基板Ｓとの距離を制御することができる。さらに、図８（Ｂ）に示すように、処理チャンバ６１の側壁の一部をベローズ６１ｄで構成してもよい。この場合も、ベローズ６１ｄを伸長させることによってプラズマＰ_１と基板Ｓとの距離を制御することができる。

なお、図４（Ａ）に示すプラズマ処理装置１０と同様に、プラズマ処理装置６０の処理チャンバ６１における円錐形状内壁面６１ａへ中心軸Ｃ_１に沿ってステージ１４と対向するスタブを設けてもよい。

以上、本発明について、上記各実施の形態を用いて説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではない。

上述した第１の実施の形態や第２の実施の形態において、プラズマ処理装置１０，６０のプラズマ発生空間Ｇ，Ｇ_１でモードに応じた強電界領域が任意の領域で生じることの主要因は、半球形状内壁面１１ａを有する処理チャンバ１１の上端側や円錐形状内壁面６１ａを有する処理チャンバ６１の上端側が、中心軸Ｃや中心軸Ｃ_１に関して対称な形状を呈し、その形状を調整することによって励起される電磁波のモードを特定できることにあると考えられる。したがって、プラズマ生成空間Ｇさえ適切な形状を呈していれば、プラズマ生成空間Ｇに対するマイクロ波の導入形態がどのようなものであろうとも、例えば、マイクロ波がプラズマ生成空間Ｇの中心に関して対称的に導入されていなくとも、プラズマ生成空間Ｇの任意の領域において概ね局所的な強電界領域を生じさせることができる。

以上の理由から、導波管１２の配置には自由度があり、例えば、図１のプラズマ処理装置１０のように導波管１２を処理チャンバ１１の中心軸Ｃ上に配置する必要はなく、図９（Ａ）に示すように、１つの導波管１２を処理チャンバ１１の中心軸Ｃからオフセットして配置してもよい。さらに、マイクロ波は誘電体窓１５を経てプラズマ生成空間Ｇへ導入する必要もない。例えば、図９（Ｂ）に示すように、導波管１２が処理チャンバ１１の上端側に直接取り付けられてもよい。

次に、本発明の実施例について説明する。

まず、ステージ１４におけるリフトテーブル１４ｂの上下動による局所的な強電界領域の発生形態への影響を検討するために、図３（Ａ）のプラズマ処理装置１０を想定して実施例１乃至実施例３の２次元モデルを作成し、実施例１ではリフトテーブル１４ｂの基板載置面１４ａからの高さを０ｃｍに設定し、実施例２ではリフトテーブル１４ｂの基板載置面１４ａからの高さを２ｃｍに設定し、実施例３ではリフトテーブル１４ｂの基板載置面１４ａからの高さを３ｃｍに設定した。

次いで、プラズマ生成空間Ｇ内にω＞ω_ｐｅを満たすｎ_ｅ＝１０^１６ｍ^−３の分布が一様な低密度のプラズマが既に存在し（ωはマイクロ波（角）周波数、ω_ｐｅは電子プラズマ（角）周波数、ｎ_ｅは電子密度を示す。）、且つ運動量移行衝突周波数ν_ｍはωに等しいと仮定した上で、ＣＯＭＳＯＬ社製の電磁界計算モジュールを用いて実施例１乃至実施例３における電界強度分布を計算し、その結果を図１０（Ａ）乃至図１０（Ｃ）に示した。なお、図１０（Ａ）は実施例１における電界強度分布を示し、図１０（Ｂ）は実施例２における電界強度分布を示し、図１０（Ｃ）は実施例３における電界強度分布を示す。

図１０（Ａ）乃至図１０（Ｃ）に示すように、リフトテーブル１４ｂの高さが違っていても、プラズマ生成空間Ｇが中心軸Ｃに関して対称な半球形状を呈すれば、局所的な強電界領域を生じさせることができることが分かった。これにより、プラズマ生成空間Ｇの形状が局所的な強電界領域の発生の主要因であることが推察された。また、リフトテーブル１４ｂを上下動させても局所的な強電界領域の位置が殆ど変わらないことも分かった。これにより、リフトテーブル１４ｂを上下動させるだけで所望の成膜速度やエッチングレートを容易に実現できることが分かった。

次に、スタブ１１ｃの長さの違いの局所的な強電界領域の発生形態への影響を検討するために、図４（Ａ）のプラズマ処理装置１０を想定して実施例４乃至実施例６の２次元モデルを作成し、実施例４ではスタブ１１ｃの長さを１ｃｍに設定し、実施例５ではスタブ１１ｃの長さを２ｃｍに設定し、実施例６ではスタブ１１ｃの長さを３ｃｍに設定した。

次いで、実施例１乃至実施例３と同じ条件で同じＣＯＭＳＯＬ社製の電磁界計算モジュールを用いて実施例４乃至実施例６における電界強度分布を計算し、その結果を図１１（Ａ）乃至図１１（Ｃ）に示した。なお、図１１（Ａ）は実施例４における電界強度分布を示し、図１１（Ｂ）は実施例５における電界強度分布を示し、図１１（Ｃ）は実施例６における電界強度分布を示す。

図１１（Ａ）乃至図１１（Ｃ）に示すように、スタブ１１ｃの長さを変えても該スタブ１１ｃの先端の位置に対応して強電界領域が局所的に生成されることが分かった。これにより、スタブ１１ｃの長さを変更することによってプラズマＰの生成領域を制御できることが分かった。

次に、対向面１１ｅを設けること、並びに対向面１１ｅと基板載置面１４ａとの距離の違いによる局所的な強電界領域の発生形態への影響を検討するために、図５のプラズマ処理装置１０を想定して実施例７乃至実施例９の２次元モデルを作成し、実施例７では対向面１１ｅと基板載置面１４ａとの距離を７ｃｍに設定し、実施例８では対向面１１ｅと基板載置面１４ａとの距離を６ｃｍに設定し、実施例９では対向面１１ｅと基板載置面１４ａとの距離を５ｃｍに設定した。

次いで、実施例１乃至実施例３と同じ条件で同じＣＯＭＳＯＬ社製の電磁界計算モジュールを用いて実施例７乃至実施例９における電界強度分布を計算し、その結果を図１２（Ａ）乃至図１２（Ｃ）に示した。なお、図１２（Ａ）は実施例７における電界強度分布を示し、図１２（Ｂ）は実施例８における電界強度分布を示し、図１２（Ｃ）は実施例９における電界強度分布を示す。

図１２（Ａ）乃至図１２（Ｃ）に示すように、対向面１１ｅを設けても強電界領域が局所的に生成されることが分かった。これにより、半球形状内壁面１１ａに曲面部分が一部に残れば、処理チャンバ１１の上端側が完全な半球形状を呈していなくてもプラズマ生成空間ＧにおいてプラズマＰを生成できることが分かった。また、対向面１１ｅと基板載置面１４ａとの距離を変えても強電界領域は対向面１１ｅの近傍に発生することが分かった。これにより、対向面１１ｅと基板載置面１４ａとの距離を変化させることによってプラズマＰと基板Ｓとの距離を制御できることも分かった。

次に、円錐形状内壁面６１ａの頂点とステージ１４との距離の違いによる局所的な強電界領域の発生形態への影響を検討するために、図６のプラズマ処理装置６０を想定して実施例１０乃至実施例１２の２次元モデルを作成し、実施例１０では円錐形状内壁面６１ａの頂点とステージ１４との距離を５ｃｍに設定し、実施例１１では円錐形状内壁面６１ａの頂点とステージ１４との距離を７．５ｃｍに設定し、実施例１２では円錐形状内壁面６１ａの頂点とステージ１４との距離を１０ｃｍに設定した。

次いで、実施例１乃至実施例３と同じ条件で同じＣＯＭＳＯＬ社製の電磁界計算モジュールを用いて実施例１０乃至実施例１２における電界強度分布を計算し、その結果を図１３（Ａ）乃至図１３（Ｃ）に示した。なお、図１３（Ａ）は実施例１０における電界強度分布を示し、図１３（Ｂ）は実施例１１における電界強度分布を示し、図１３（Ｃ）は実施例１２における電界強度分布を示す。

図１３（Ａ）乃至図１３（Ｃ）に示すように、円錐形状内壁面６１ａの頂点とステージ１４との距離が違っていても、プラズマ生成空間Ｇ_１が中心軸Ｃ_１に関して対称な円錐形状を呈すれば、局所的な強電界領域を生じさせることができることが分かった。これによっても、局所的な強電界領域の発生はプラズマ生成空間Ｇの形状が主要因であることが推察された。また、円錐形状内壁面６１ａの頂点とステージ１４との距離を変化させると局所的な強電界領域の発生領域も変化することが分かった。これにより、円錐形状内壁面６１ａの頂点とステージ１４との距離を変化させることによってプラズマＰ_１と基板Ｓとの距離を制御できることも分かった。

次に、対向面６１ｃを設けること、並びに対向面６１ｃと基板載置面１４ａとの距離の違いによる局所的な強電界領域の発生形態への影響を検討するために、図７のプラズマ処理装置６０を想定して実施例１３乃至実施例１５の２次元モデルを作成し、実施例１３では対向面６１ｃと基板載置面１４ａとの距離を７ｃｍに設定し、実施例１４では対向面６１ｃと基板載置面１４ａとの距離を６ｃｍに設定し、実施例１５では対向面６１ｃと基板載置面１４ａとの距離を５ｃｍに設定した。

次いで、実施例１乃至実施例３と同じ条件で同じＣＯＭＳＯＬ社製の電磁界計算モジュールを用いて実施例１３乃至実施例１５における電界強度分布を計算し、その結果を図１４（Ａ）乃至図１４（Ｃ）に示した。なお、図１４（Ａ）は実施例１３における電界強度分布を示し、図１４（Ｂ）は実施例１４における電界強度分布を示し、図１４（Ｃ）は実施例１５における電界強度分布を示す。

図１４（Ａ）乃至図１４（Ｃ）に示すように、対向面６１ｃを設けても強電界領域が局所的に生成されることが分かった。これにより、円錐形状内壁面６１ａに傾斜面が一部に残れば、処理チャンバ６１の上端側が完全な円錐形状を呈していなくてもプラズマ生成空間Ｇ_１においてプラズマＰ_１を生成できることが分かった。また、対向面６１ｃと基板載置面１４ａとの距離を変えても強電界領域は対向面６１ｃの近傍に発生することが分かった。これにより、対向面６１ｃと基板載置面１４ａとの距離を変化させることによってプラズマＰ_１と基板Ｓとの距離を制御できることも分かった。

Ｇ，Ｇ_１ プラズマ生成空間
Ｐ，Ｐ_１ プラズマ
Ｓ 基板
１０，６０ プラズマ処理装置
１１，６１ 処理チャンバ
１１ｃ スタブ
１１ｅ 対向面
１２ 導波管
１４ ステージ
１４ｃ リフトテーブル
１５ 誘電体窓

Claims (8)

1. マイクロ波を伝播させる導波管と、
   該導波管に接続されるプラズマ生成室と、
   該プラズマ生成室内に配され、基板を載置する載置台と、
   前記導波管及び前記プラズマ生成室の間に介在し、前記導波管を伝播する前記マイクロ波を前記プラズマ生成室の内部へ導入する誘電体窓とを備え、
   前記プラズマ生成室は中心軸を有し、該中心軸に関して対称な形状を呈することを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記プラズマ生成室は半球形状を呈することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
3. 前記プラズマ生成室は前記載置台と対向する部分が切除されていることを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理装置。
4. 前記プラズマ生成室は円錐形状を呈することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
5. 前記プラズマ生成室は前記載置台と対向する部分が切除されていることを特徴とする請求項４記載のプラズマ処理装置。
6. 前記プラズマ生成室に前記載置台と対向する突起部材が配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記突起部材は前記プラズマ生成室の中心軸からオフセットして配置されていることを特徴とする請求項６記載のプラズマ処理装置。
8. 前記突起部材は移動可能に構成されていることを特徴とする請求項６記載のプラズマ処理装置。