JP2016091603A - マイクロ波プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】誘電体の外周面と、処理容器の側壁との間に設けられた隙間のずれに起因したプラズマの均一性の低下を抑制するマイクロ波プラズマ処理装置の提供。
【解決手段】マイクロ波プラズマ処理装置は、上部に開口を有する処理容器と、前記処理容器内を気密に塞ぎ、前記処理容器内にマイクロ波を導入する誘電体窓２１と、凹部２４ａを形成し、誘電体窓２１の外周面を凹部２４ａに収容支持する支持部材２４と、誘電体窓２１上に設けられ、誘電体窓２１を介して前記処理容器内にマイクロ波を放射するスロットアンテナ板と、を備え、誘電体窓２１の外周面と、凹部２４ａの表面のうち外周面と対向する表面との間に、距離Ｌ１が５ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲内である隙間２１−１が設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明の種々の側面及び実施形態は、マイクロ波プラズマ処理装置に関するものである。

マイクロ波により励起されたプラズマを用いるマイクロ波プラズマ処理装置がある。マイクロ波プラズマ処理装置では、処理容器の開口が誘電体によって塞がれる。また、マイクロ波プラズマ処理装置では、均一なプラズマを発生するように最適に配列された複数のスロットを有する平面状のスロットアンテナ板が誘電体上に設けられる。マイクロ波プラズマ処理装置は、スロットアンテナ板からプラズマ励起用のマイクロ波を放射し、放射されたマイクロ波を誘電体を介して処理容器内へ導入する。

なお、誘電体を処理容器に取り付けるための構造として、処理容器の側壁の上端部にリット（蓋体)の機能を有する支持部材に形成された凹部に誘電体の外周面を収容支持する構造が知られている。

特開２０１０−２２５３９６号公報

しかしながら、上述した従来技術では、誘電体の外周側面と、処理容器の側壁との間に設けられた隙間のずれに起因してプラズマの均一性が低下するという問題がある。

開示するマイクロ波プラズマ処理装置は、１つの実施態様において、上部に開口を有する処理容器と、前記処理容器内を気密に塞ぎ、前記処理容器内にマイクロ波を導入する誘電体と、凹部を形成し、前記誘電体の外周面を前記凹部に収容支持する支持部材と、前記誘電体上に設けられ、前記誘電体を介して前記処理容器内にマイクロ波を放射するスロットアンテナ板と、を備え、前記誘電体の前記外周面と、前記凹部の表面のうち前記外周面と対向する表面との間に、距離が５ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲内である隙間が設けられた。

開示するマイクロ波プラズマ処理装置の１つの態様によれば、誘電体の外周面と、処理容器の側壁との間に設けられた隙間のずれに起因したプラズマの均一性の低下を抑制することができるという効果を奏する。

図１は、第１の実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の構成を概略的に示す概略断面図である。 図２は、図１に示すマイクロ波プラズマ処理装置に備えられるスロットアンテナ板を、板厚方向から見た図である。 図３は、第１の実施形態における誘電体窓、支持部材及び隙間を拡大して示す断面図である。 図４は、隙間の距離と、電子密度の分布の均一性との関係のシミュレーション結果の一例を示す図である。 図５は、隙間の距離のずれと、電子密度の均一性との関係のシミュレーション結果の一例を示す図である。 図６は、第２の実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の構成を概略的に示す概略断面図である。 図７は、第２の実施形態における誘電体窓、支持部材及び隙間を拡大して示す断面図である。 図８は、隙間の距離のずれと、電子密度の均一性との関係のシミュレーション結果の一例を示す図である。

開示するマイクロ波プラズマ処理装置は、１つの実施形態において、上部に開口を有する処理容器と、処理容器内を気密に塞ぎ、処理容器内にマイクロ波を導入する誘電体と、凹部を形成し、誘電体の外周面を凹部に収容支持する支持部材と、誘電体上に設けられ、誘電体を介して処理容器内にマイクロ波を放射するスロットアンテナ板と、を備え、誘電体の外周面と、凹部の表面のうち外周面と対向する表面との間に、距離が５ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲内である隙間が設けられた。

また、開示するマイクロ波プラズマ処理装置は、１つの実施形態において、隙間の距離は、７ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲内である。

また、開示するマイクロ波プラズマ処理装置は、１つの実施形態において、上部に開口を有する処理容器と、処理容器内を気密に塞ぎ、処理容器内にマイクロ波を導入する誘電体と、第１の凹部と、該第１の凹部内において窪む第２の凹部とを形成し、誘電体の外周面を第１の凹部に収容支持する支持部材と、誘電体上に設けられ、誘電体を介して処理容器内にマイクロ波を放射するスロットアンテナ板と、を備え、誘電体の外周面と、第１の凹部の表面のうち外周面と対向する表面との間に第１の隙間が設けられ、誘電体の外周面と、第２の凹部の表面のうち外周面と対向する表面との間に第２の隙間が設けられた。

また、開示するマイクロ波プラズマ処理装置は、１つの実施形態において、第２の隙間の距離は、５ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲内である。

また、開示するマイクロ波プラズマ処理装置は、１つの実施形態において、第２の隙間の距離は、７ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲内である。

また、開示するマイクロ波プラズマ処理装置は、１つの実施形態において、誘電体の厚み方向に沿った第２の凹部の幅は、誘電体の厚みの１／３以上に設定される。

また、開示するマイクロ波プラズマ処理装置は、１つの実施形態において、誘電体の厚みは、真空中を伝播する電磁波の波長をλとすると、λ/４以上λ/２未満である。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１１の構成を概略的に示す概略断面図である。図２は、図１に示すマイクロ波プラズマ処理装置１１に備えられるスロットアンテナ板２０を、板厚方向から見た図である。なお、理解の容易の観点から、部材のハッチングを一部省略している。

図１及び図２に示すように、マイクロ波プラズマ処理装置１１は、マイクロ波をプラズマ源とするプラズマ処理装置である。マイクロ波プラズマ処理装置１１は、その内部で被処理基板Ｗにプラズマ処理を行う処理空間を有する処理容器１２と、処理容器１２内にプラズマ処理用のプロセスガス等を供給するガス供給機構１３と、処理容器１２内に設けられ、その上に被処理基板Ｗを保持する保持台１４と、処理容器１２の外部に接続して設けられ、プラズマ励起用のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生器１５と、マイクロ波発生器１５により発生させたマイクロ波を処理容器１２内に導入する導波管１６および同軸導波管１７と、同軸導波管１７の下方端部に連結されており、同軸導波管１７によって導入されたマイクロ波を径方向に伝播する誘電体からなる遅波板１８と、遅波板１８の下方側に配置されており、遅波板１８によって伝播されたマイクロ波を放射するスロット１９を複数有するスロットアンテナ板２０と、スロットアンテナ板２０の下方側に配置されており、スロット１９から放射されたマイクロ波を処理容器１２内に透過させる誘電体窓２１と、マイクロ波プラズマ処理装置１１全体を制御する制御部（図示せず）とを備える。制御部は、ガス供給機構１３におけるガス流量、処理容器１２内の圧力等、被処理基板Ｗをプラズマ処理するためのプロセス条件を制御する。なお、理解の容易の観点から、図１において、スロット１９の開口形状を概略的に示している。

処理容器１２は、被処理基板Ｗを収容可能な構成となっている。処理容器１２は、保持台１４の下方側に位置する底部２２と、底部２２の外周から上方向に延びる側壁２３と含む。側壁２３は、円筒状である。処理容器１２の底部２２には、排気用の排気孔２５が設けられている。排気孔２５には、排気管２５ａを介して排気装置２５ｂが接続されている。排気装置２５ｂは、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有している。排気装置２５ｂにより、処理容器１２の内部を所望の真空度まで減圧することができる。

側壁２３の上端部は、開口を形成している。側壁２３の上端部には、誘電体窓２１を支持する支持部材２４が設けられている。支持部材２４は、側壁２３の上端部の一部を構成する。支持部材２４の内周側には、誘電体窓２１の外周面を収容するための凹部２４ａが形成されている。

支持部材２４は、誘電体窓２１の外周面が支持部材２４の凹部２４ａに収容された状態で側壁２３の上端部の開口を塞ぐように処理容器１２に気密に取り付けられている。誘電体窓２１の外周面と、支持部材２４の凹部２４ａの表面のうち誘電体窓２１の外周面と対向する表面との間には、隙間２１−１が設けられている。隙間２１−１の距離の好ましい範囲については、後述する。

誘電体窓２１と、支持部材２４の凹部２４ａとの間には、Ｏリング３１が介在している。誘電体窓２１は、Ｏリング３１を介して支持部材２４の凹部２４ａに収容支持される。誘電体窓２１及びＯリング３１によって、処理容器１２は、完全に密封される。

側壁２３には、開口部２３ａが形成される。開口部２３ａには、開口部２３ａを開閉するバルブ(ゲートバルブ)２６が設けられる。マイクロ波プラズマ処理装置１１は、ゲートバルブ２６を開にして被処理基板Ｗを搬出入する。

保持台１４は、円板状の被処理基板Ｗをその上に載置するようにして保持する。保持台１４には、ＲＦ（ｒａｄｉｏｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）バイアス用の高周波電源４３がマッチングユニット４４および給電棒４５を介して電気的に接続されている。このバイアス用高周波電源４３は、被処理基板Ｗに引き込むイオンのエネルギーを制御するのに適した一定の周波数、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波を後述する所定のパワーで出力する。マッチングユニット４４は、バイアス用高周波電源４３側のインピーダンスと、主に電極、プラズマ、処理容器１２といった負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合器を収容しており、この整合器の中に自己バイアス生成用のブロッキングコンデンサ(図なし)が含まれている。

保持台１４の上面には、静電チャック１４ａが設けられている。静電チャック１４ａは、被処理基板Ｗを静電吸着力で保持する。静電チャック１４ａは、絶縁膜１４ｂ及び電極１４ｃを含んでいる。電極１４ｃは、導電膜によって構成されており、絶縁膜１４ｂの内部に埋め込まれている。電極１４ｃには、直流電源１４ｄがスイッチ１４ｅ及び被覆線１４ｆを介して電気的に接続されている。静電チャック１４ａは、直流電源１４ｄから印加される直流電圧により発生するクーロン力を用いて、被処理基板Ｗを吸着保持することができる。

マイクロ波発生器１５は、中心導体(内導体)２９ａおよび外周導体(外導体)２９ｂから構成される同軸導波管１７およびモード変換器３０を介して、マイクロ波を導入する導波管(矩形導波管)１６の上流側に接続されている。同軸導波管１７を構成し、いずれも円筒状である中心導体２９ａおよび外周導体２９ｂは、径方向の中心を一致させ、中心導体２９ａの外径面と、外周導体２９ｂの内径面との間隔を開けるようにして、図１中の紙面上下方向に延びるようにして配置される。

スロットアンテナ板２０は、薄板状であって、例えば銅材にニッケルめっきした円板状である。スロットアンテナ板２０の板厚方向の両面は、それぞれ平らである。スロットアンテナ板２０には、板厚方向に貫通する複数のスロット１９が複数設けられている。スロット１９は、一方方向に長い第一のスロット１９ａと、第一のスロット１９ａと直交する方向に長い第二のスロット１９ｂとが、隣り合って一対となるように形成されている。具体的には、隣り合う２つのスロット１９ａ、１９ｂが一対となって、略ハ字状となるように配置されて構成されている。すなわち、スロットアンテナ板２０は、一方方向に延びる第一のスロット１９ａおよび一方方向に対して垂直な方向に延びる第二のスロット１９ｂから構成されるスロット対３２を有する構成である。なお、スロット対３２の一例については、図２中の点線で示す領域で図示している。スロットアンテナ板２０の径方向の中央には、貫通孔３３が設けられている。スロットアンテナ板２０は、径方向の中心を基準とした回転対称性を有する。

誘電体窓２１は、略円板状であって、所定の板厚を有する。誘電体窓２１は、たとえば石英やアルミナ等といった誘電体から構成されている。誘電体窓２１は、下側を処理容器１２の支持部材２４の上に載せて、スロットアンテナ板２０と共に固定部材(図示してない)で固定して取り付けられる。誘電体窓２１の径方向の中央には、板厚方向、すなわち、図１中の紙面上下方向に貫通する貫通孔３４が設けられている。貫通孔３４は、上側領域の径が下側領域の径よりも大きくなるように形成されている。誘電体窓２１のうち、マイクロ波プラズマ処理装置１１に備えられた際にプラズマを生成する側となる下面３５の径方向外側領域には、環状に連なり、誘電体窓２１の板厚方向内方側、ここでは、図１における紙面上方向に向かってテーパ状に凹む誘電体窓凹部３６が設けられている。また、誘電体窓凹部３６より内側にデンプル状の溝を複数設けても良い。

処理容器１２内には、ガス供給機構１３によりプラズマ処理用のプロセスガスが供給される。マイクロ波プラズマ処理装置１１においては、制御部により、被処理基板Ｗの温度が、例えば−２０℃〜２５０℃の範囲で処理に適した温度に設定される。マイクロ波発生器１５により発生させたマイクロ波は、同軸導波管１７を通って、遅波板１８に伝播され、スロットアンテナ板２０に設けられた複数のスロット１９から誘電体窓２１に放射される。誘電体窓２１を透過したマイクロ波は、誘電体窓２１の直下に電界を生じさせ、処理容器１２内にプラズマを生成させる。誘電体窓２１の直下で生成されたプラズマは、誘電体窓２１から離れる方向、すなわち、保持台１４に向かう方向に拡散していく。そして、拡散したプラズマによって、保持台１４に載置された被処理基板Ｗを含む領域に、プラズマ拡散領域が、形成される。被処理基板Ｗに対してプラズマエッチング等のプラズマ処理を行う。マイクロ波プラズマ処理装置１１において処理に供されるマイクロ波プラズマは、比較的に低電子温度例えば１．０eＶ程度のプラズマを生成することができるため、被処理基板Ｗへのプラズマダメージを低減させることができる。また、上記した構成のスロットアンテナ板２０および遅波板１８を含む構成を、ラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ：ＲａｄｉａｌＬｉｎｅ Ｓｌｏｔ Ａｎｔｅｎａ）と呼称する。また、この構成は、被処理体に低ダメージで均一なプラズマ処理が可能である。

次に、処理容器１２内にプラズマ処理用のプロセスガスを供給するガス供給機構１３の構成について説明する。ガス供給機構１３は、処理容器１２内の中央に配置され、被処理基板Ｗの中央領域に向かってプロセスガスを供給するガス供給口３７を有するセンターガス供給部材としてのインジェクター３８と、上記の中央領域とは異なる周縁領域から径方向内側に向けてプロセスガスを噴出させて、被処理基板Ｗにプロセスガスを供給するガス供給口３９を有するアウターガス流路４０とを含む。

センターガス供給部材は、同軸導波管１７を構成する中空状の中心導体２９ａの中空部分を、ガスの供給路としている。インジェクター３８は、誘電体窓２１の内方側に配置されている。具体的には、誘電体窓２１に設けられた貫通孔３４のうち、径の小さな下側領域は、インジェクター３８におけるガス供給口３７となり、径の大きな上側領域は、インジェクター３８を載置するようにして受け入れる受け入れ凹部４１となる。

アウターガス流路４０は、処理容器１２の側壁２３に形成された流路である。アウターガス流路４０は、導管４０ａを介してアウターガス供給源４０ｂに接続されている。アウターガス供給源４０ｂは、被処理基板Ｗを処理するための所定のプロセスガスを導管４０ａに供給する。

インジェクター３８およびアウターガス流路４０はそれぞれ、処理容器１２外から処理容器１２内にプラズマ処理用のプロセスガス等を供給する。すなわち、処理容器１２内に供給されるプロセスガスは、インジェクター３８によって被処理基板Ｗの中央領域に供給され、アウターガス流路４０によって被処理基板Ｗの周縁領域に供給される。上記の制御部によって、インジェクター３８およびアウターガス流路４０から供給されるプロセスガスの種類や流量比を制御することが可能となっている。

次に、誘電体窓２１の外周面と、支持部材２４の凹部２４ａの表面のうち誘電体窓２１の外周面と対向する表面との間に設けられた隙間２１−１の距離の好ましい範囲について説明する。図３は、第１の実施形態における誘電体窓、支持部材及び隙間を拡大して示す断面図である。

図３に示すように、誘電体窓２１の外周面と、支持部材２４の凹部２４ａの表面のうち誘電体窓２１の外周面と対向する表面との間に設けられた隙間２１−１の距離Ｌ１は、５ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、誘電体窓２１の下方で生成されるプラズマの電子密度の均一性が悪化することを抑制することが可能となる。

図４は、隙間２１−１の距離と、電子密度の均一性との関係のシミュレーション結果の一例を示す図である。図４において、横軸は、隙間２１−１の距離（ｍｍ）を示しており、縦軸は、被処理基板Ｗから５ｍｍだけ上方の位置における中心から１５０ｍｍの点の左右の電子密度の均一性（％）を示している。電子密度の均一性は、値が低いほど、均一性が良好であることを示している。

また、図４に示したシミュレーションで用いられるモデルは、図１に示したマイクロ波プラズマ処理装置１１に相当する２次元モデル（以下単に「２次元モデル」という）であるものとする。また、以下では、２次元モデルのうち、図１に示した左側の隙間２１−１の距離と、右側の隙間２１−１の距離とが等しい２次元モデルを「対称モデル」と呼ぶ。また、２次元モデルのうち、図１に示した左側の隙間２１−１の距離と、右側の隙間２１−１の距離とが異なる（１ｍｍずれている）２次元モデルを「非対称モデル」と呼ぶ。図４に示したグラフのうち、グラフ１０１は、対称モデルを用いて算出された電子密度の均一性を示しており、グラフ１０２は、非対称モデルを用いて算出された電子密度の均一性を示している。なお、図４に示したシミュレーションでは、圧力＝５０ｍＴ及び処理ガス＝Ａｒ（アルゴン）が条件として用いられたものとする。

また、図４では、グラフ１０２上の３点の各々に対応する電子密度の分布を示すコンター図を併せて示している。コンター図は、色が濃いほど、電子密度が高いことを示している。

図４のシミュレーション結果に示すように、対称モデルを用いて算出された電子密度の均一性と比較して、非対称モデルを用いて算出された電子密度の均一性の値が悪化する。すなわち、隙間２１−１の距離のずれに起因してプラズマの均一性が低下することが分かった。

また、図４のシミュレーション結果に示すように、隙間２１−１の距離が増大するほど、非対称モデルを用いて算出された電子密度の均一性の値が改善されることが分かった。

また、図４のシミュレーション結果に示すように、隙間２１−１の距離が増大するほど、対称モデルを用いて算出された電子密度の均一性と、非対称モデルを用いて算出された電子密度の均一性との差が狭くなった。すなわち、隙間２１−１の距離のずれが存在する場合であっても、隙間２１−１の距離を所定値以上に増大させることで、電子密度の均一性の低下を抑制することができることが分かった。発明者は、鋭意検討を重ねた結果、隙間２１−１の距離が５ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲内である場合、より好ましくは、７ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲内である場合に、電子密度の均一性の低下が、予め定められた許容スペック内に抑制されることが分かった。

図５は、隙間２１−１の距離のずれと、電子密度の分布の均一性との関係のシミュレーション結果の一例を示す図である。図５において、横軸は、図１に示した左側の隙間２１−１の距離と、右側の隙間２１−１の距離との間のずれ（ｍｍ）を示しており、縦軸は、被処理基板Ｗから５ｍｍだけ上方、中心から１５０ｍｍの点の左右の位置における電子密度の均一性（％）を示している。電子密度の分布の均一性は、値が低いほど、均一性が良好であることを示している。

また、図５に示したシミュレーションで用いられるモデルは、図１に示したマイクロ波プラズマ処理装置１１に相当する２次元モデル（以下単に「２次元モデル」という）であるものとする。図５に示したグラフのうち、グラフ２０１は、隙間２１−１の距離が５０ｍｍである２次元モデルを用いて算出された電子密度の均一性を示しており、グラフ２０２は、隙間２１−１の距離が１ｍｍである２次元モデルを用いて算出された電子密度の均一性を示している。なお、図５に示したシミュレーションでは、圧力＝５０ｍＴ及び処理ガス＝Ａｒ（アルゴン）が条件として用いられたものとする。

図５のシミュレーション結果に示すように、隙間２１−１の距離が１ｍｍである場合と比較して、隙間２１−１の距離が５０ｍｍである場合、電子密度の均一性の悪化が抑制された。

図４及び図５のシミュレーション結果から、隙間２１−１の距離が５ｍｍ以上１００ｍｍ以下である場合、より好ましくは、７ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲内である場合に、電子密度の均一性を、予め定められた許容スペック内に抑制することが可能となる。このため、本実施形態における隙間２１−１の距離は、５ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲であることが好ましく、７ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲内であることがより好ましい。

ここで、誘電体窓２１の外周面から隙間２１−１に放出されるマイクロ波は、隙間２１−１を伝播し、支持部材２４の凹部２４ａの表面のうち誘電体窓２１の外周面と対向する表面（誘電体の径内側）に反射し、反射波として誘電体窓２１の内部を伝播する。反射波は可能な限り０がベストであるが、部材、構成上等により発生する。隙間２１−１の距離が５ｍｍ未満である場合、隙間２１−１におけるマイクロ波の伝播距離が不十分であるため、マイクロ波の反射波の位相ずれが増大し反射波が増加する場合がある。マイクロ波の反射波の位相ずれが増大すると、誘電体窓２１の内部を伝播するマイクロ波の周対称性が損なわれる恐れがある。これに対して、本実施例のマイクロ波プラズマ処理装置１１では、隙間２１−１の距離が５ｍｍ以上である。そのため、隙間２１−１におけるマイクロ波の伝播距離を増大させることができる。これにより、マイクロ波の反射波の位相ずれを緩和することができ、誘電体窓２１の内部を伝播するマイクロ波の周対称性を向上することができる。

以上、第１の実施形態によれば、誘電体窓２１の外周面と、処理容器１２の側壁２３の上端部としての支持部材２４の凹部２４ａの表面のうち誘電体窓２１の外周面と対向する表面との間に、距離が５ｍｍ以上１００ｍｍ以下である隙間が設けられた。このため、第１の実施形態によれば、誘電体窓２１の外周面と、処理容器１２の側壁２３との間に設けられた隙間のずれに起因したプラズマの均一性の悪化を抑制することができる。

（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１１の構成を概略的に示す概略断面図である。図６において、図１と同じ符号を付した構成は、図１における構成と同一または同様の機能を有するため説明を省略する。

図６に示すように、側壁２３の上端部には、側壁２３の上端部の一部を構成する支持部材２４が設けられている。第２の実施形態における支持部材２４の内周側には、誘電体窓２１の外周面２１ａを収容するための凹部２４ａと、凹部２４ａ内において窪む凹部２４ｂが形成されている。つまり、支持部材２４の凹部２４ａの開口面が誘電体窓２１の外周面に対向するように形成される。

誘電体窓２１は、誘電体窓２１の外周面が支持部材２４の凹部２４ａに収容された状態で側壁２３の上端部の開口を塞ぐように処理容器１２に取り付けられている。誘電体窓２１の外周面と、支持部材２４の凹部２４ａの表面のうち誘電体窓２１の外周面と対向する表面との間には、隙間２１−１が設けられ、かつ、誘電体窓２１の外周面と、支持部材２４の凹部２４ｂの表面のうち誘電体窓２１の外周面と対向する表面との間には、隙間２１−２が設けられている。

ここで、隙間２１−１の距離及び隙間２１−２の距離の好ましい範囲について説明する。図７は、第２の実施形態における誘電体窓、支持部材及び隙間を拡大して示す断面図である。

図７に示すように、隙間２１−１の距離Ｌ２は、通常、相対応面との接触しない程度、例えば誘電体窓２１の径方向に沿った誘電体窓２１の熱膨張を吸収するための所定の距離に設定される。例えば、隙間２１−１の距離Ｌ２は、０．２５ｍｍに設定される。好ましくは、０．０１〜１．００ｍｍであり、より好ましくは、０．０１〜０．５ｍｍである。

また、隙間２１−２の距離Ｌ３は、５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、誘電体窓２１の下方で生成されるプラズマの電子密度の均一性が悪化することを抑制することが可能となる。

ここで、隙間２１−２の距離の好ましい範囲についてさらに詳細に説明する。図８は、隙間２１−２の距離のずれと、電子密度の分布の均一性との関係のシミュレーション結果の一例を示す図である。図８において、横軸は、図６に示した左側の隙間２１−２の距離と、右側の隙間２１−２の距離との間のずれ（ｍｍ）を示しており、縦軸は、被処理基板Ｗから５ｍｍだけ上方、中心から１５０ｍｍの点の左右の位置における電子密度の均一性（％）を示している。電子密度の均一性は、値が低いほど、均一性が良好であることを示している。

また、図８に示したシミュレーションで用いられるモデルは、図６に示したマイクロ波プラズマ処理装置１１に相当する２次元モデル（以下単に「２次元モデル」という）であるものとする。図８に示したグラフは、隙間２１−２の距離が７．８ｍｍである２次元モデルを用いて算出された電子密度の均一性を示している。なお、図８に示したシミュレーションでは、圧力＝５０ｍＴ及び処理ガス＝Ａｒ（アルゴン）が条件として用いられたものとする。

図８のシミュレーション結果に示すように、隙間２１−２の距離が７．８ｍｍである場合、隙間２１−２の距離のずれが存在する場合であっても、電子密度の均一性を２％以下に抑制することができることが分かった。発明者は、鋭意検討を重ねた結果、隙間２１−２の距離が５ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲内である場合、より好ましくは、７ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲内である場合に、電子密度の均一性の低下が、予め定められた許容スペック内に抑制されることが分かった。

ここで、誘電体窓２１の厚み方向に沿った凹部２４ｂの幅Ｗの好ましい範囲について説明する。マイクロ波が誘電体窓２１の中を伝播する場合の最適な誘電体窓２１の厚みは、λ/４以上λ/２未満が好ましい（ただし、λは、真空中を伝播する電磁波（マイクロ波）の波長である。）。より好ましくはλ／４±λ／８である。本実施形態では誘電体窓２１の厚みを４０ｍｍとした。依って、誘電体窓２１の厚み方向に沿った凹部２４ｂの幅（開口部の幅）Ｗは、誘電体窓２１の厚みのλ/４以上λ/２未満の１／３以上に設定されることが好ましい。より好ましくはλ／４±λ／８の１／３以上である。これにより、誘電体窓２１の厚み方向に沿ったマイクロ波の位相ずれを抑制することができる。

以上、第２の実施形態によれば、誘電体窓２１の外周面と、支持部材２４の凹部２４ｂの表面のうち誘電体窓２１の外周面と対向する表面との間に、距離が５ｍｍ以上１００ｍｍ以下、より好ましくは７ｍｍ以上５０ｍｍ以下である隙間が設けられた。このため、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、誘電体窓２１の外周面と、処理容器１２の側壁２３との間に設けられた隙間のずれに起因したプラズマの均一性の低下を抑制することができる。

なお、上記の実施形態においては、ＲＬＳＡを採用することとしたが、これに限らず、マイクロ波をプラズマ源とする種々のマイクロ波プラズマ処理装置に適用することもできる。

以上、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明したが、この発明は、図示した実施の形態のものに限定されない。図示した実施の形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

１１ マイクロ波プラズマ処理装置
１２ 処理容器
１３ ガス供給機構
１４ 保持台
１５ マイクロ波発生器
１９ スロット
１９ａ 第一のスロット
１９ｂ 第二のスロット
２０ スロットアンテナ板
２１ 誘電体窓
２１−１ 隙間
２１−２ 隙間
２２ 底部
２３ 側壁
２４ 支持部材
２４ａ 凹部
２４ｂ 凹部

Claims (7)

1. 上部に開口を有する処理容器と、
   前記処理容器内を気密に塞ぎ、前記処理容器内にマイクロ波を導入する誘電体と、
   凹部を形成し、前記誘電体の外周面を前記凹部に収容支持する支持部材と、
   前記誘電体上に設けられ、前記誘電体を介して前記処理容器内にマイクロ波を放射するスロットアンテナ板と、
   を備え、
   前記誘電体の前記外周面と、前記凹部の表面のうち前記外周面と対向する表面との間に、距離が５ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲内である隙間が設けられたことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
2. 前記隙間の距離は、７ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
3. 上部に開口を有する処理容器と、
   前記処理容器内を気密に塞ぎ、前記処理容器内にマイクロ波を導入する誘電体と、
   第１の凹部と、該第１の凹部内において窪む第２の凹部とを形成し、前記誘電体の外周面を前記第１の凹部に収容支持する支持部材と、
   前記誘電体上に設けられ、前記誘電体を介して前記処理容器内にマイクロ波を放射するスロットアンテナ板と、
   を備え、
   前記誘電体の前記外周面と、前記第１の凹部の表面のうち前記外周面と対向する表面との間に第１の隙間が設けられ、
   前記誘電体の前記外周面と、前記第２の凹部の表面のうち前記外周面と対向する表面との間に第２の隙間が設けられたことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
4. 前記第２の隙間の距離は、５ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲内であることを特徴とする請求項３に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
5. 前記第２の隙間の距離は、７ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲内であることを特徴とする請求項３又は４に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
6. 前記誘電体の厚み方向に沿った前記第２の凹部の幅は、前記誘電体の厚みの１／３以上に設定されることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一つに記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
7. 前記誘電体の厚みは、真空中を伝播する電磁波の波長をλとすると、λ/４以上λ/２未満であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のマイクロ波プラズマ処理装置。

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