JP2018116836A - アンテナ、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマ処理中の誘電体窓の温度とプラズマ処理が行われていないときの誘電体窓の温度との差異を抑制しつつ、プラズマ処理中の誘電体窓の冷却の不均一性を抑制する。
【解決手段】一態様に係るアンテナは、第１の面及び第２の面を有する誘電体窓であり、第２の面は、環状の凹面、及び、凹面に囲まれた平坦面とを有する、該誘電体窓と、スロット板と、誘電体板と、互いに対向する上面及び下面を有する金属製の伝熱部材と、冷却ジャケットと、ヒータと、を備え、上面は、複数の第１の領域及び第２の領域を含み、冷却ジャケットは、複数の第１の領域上に搭載されており、第２の領域は、複数の第１の領域よりも下面の側に窪んでおり、ヒータは、第２の領域上に搭載されており、複数の第１の領域の各々は、中心軸線に平行な方向から見て、少なくとも部分的に平坦面と重なる位置に設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、アンテナ、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。

半導体デバイスといった電子デバイスの製造においては、被処理体に対するプラズマ処理、例えば、被処理体をエッチングする処理が行われる。プラズマ処理では、チャンバ内においてプラズマ源から供給されるエネルギーにより処理ガスが励起される。このようなプラズマ処理に用いるプラズマ処理装置として、近年、ラジアルラインスロットアンテナ（Ｒａｄｉａｌ Ｌｉｎｅ Ｓｌｏｔ Ａｎｔｅｎｎａ）を有するプラズマ処理装置が開発されている（特許文献１参照）。

特許文献１に記載されたプラズマ処理装置は、チャンバ本体、ステージ、マイクロ波発生器及びアンテナを備えている。このアンテナは、誘電体窓、スロット板及び冷却ジャケットを含むアンテナを含んでいる。誘電体窓は、石英から構成されており、ステージの上方に設けられている。誘電体窓の上にはスロット板が設置されている。スロット板には、第１のスロット群及び第２のスロット群が形成されている。第１のスロット群は、スロット板の中心軸線の周方向に沿って配列された複数のスロット対から構成されている。第２のスロット群は、第１のスロット群の外側において、スロット板の中心軸線に対する周方向に沿って配列された複数のスロット対から構成されている。第１のスロット群の内側には、略渦巻き状のヒータが配置されている。第１のスロット群と第２のスロット群との間、及び、第２のスロット群の外側には、環状のヒータがそれぞれ配置されている。スロット板上には、誘電体板を介して冷却ジャケットが設置されている。冷却ジャケットの内部には、冷媒用の流路が形成されている。特許文献１に記載のプラズマ処理装置は、マイクロ波発生器によって発生されるマイクロ波をアンテナに供給する。アンテナは、マイクロ波発生器からのマイクロ波に基づいて、プラズマ生成用のマイクロ波を放射する。

ところで、被処理体のプラズマ処理中には、プラズマからの入熱によって誘電体窓が加熱される。したがって、同一ロットに属する複数の被処理体を順にプラズマ処理する場合、当該同一ロットの最初の被処理体を処理するときの誘電体窓の温度と、２番目以降の被処理体を処理するときの誘電体窓の温度との間に差異が生じることがある。誘電体窓の温度に差異が生じると、同一ロット内で被処理体の加工の程度にばらつきが生じる。これに対し、特許文献１に記載の装置では、プラズマ処理が行われていないときにヒータを用いて誘電体窓を加熱することで、同一ロットに属する被処理体の加工の程度にばらつきが生じることを抑制している。

特開２０１３−２４３２１８号公報

上記のように、特許文献１では、プラズマ処理が行われていないときに、ヒータによって誘電体窓が加熱される。一方、プラズマ処理中には、誘電体窓の温度を所定の温度に保つために、冷却ジャケットを用いて誘電体窓を冷却することが考えられる。しかしながら、ヒータが形成された位置では冷却ジャケットと誘電体窓との間の熱抵抗が大きくなるので、誘電体窓の冷却が不均一になるおそれがある。

したがって、本技術分野では、プラズマ処理中の誘電体窓の温度とプラズマ処理が行われていないときの誘電体窓の温度との差異を抑制しつつ、プラズマ処理中の誘電体窓の冷却の不均一性を抑制することが要請されている。

一態様に係るアンテナは、第１の面及び該第１の面と反対側で延在する第２の面を有する誘電体窓であり、第２の面は、中心軸線周りに延在し且つ第１の面側に窪んだ環状の凹面、及び、凹面に囲まれた平坦面とを有する、該誘電体窓と、第１の面上に設けられたスロット板と、スロット板上に設けられた誘電体板と、互いに対向する上面及び下面を有する金属製の伝熱部材であり、該下面とスロット板との間に誘電体板を挟持する、該伝熱部材と、伝熱部材上に設けられた冷却ジャケットと、伝熱部材と冷却ジャケットとの間に設けられたヒータと、を備え、上面は、複数の第１の領域及び第２の領域を含み、冷却ジャケットは、複数の第１の領域上に搭載されており、第２の領域は、複数の第１の領域よりも下面の側に窪んでおり、ヒータは、第２の領域上に搭載されており、複数の第１の領域の各々は、中心軸線に平行な方向から見て、少なくとも部分的に平坦面と重なる位置に設けられている。

一態様に係るアンテナでは、ヒータを用いて誘電体窓を加熱することで、誘電体窓の温度が低下することを抑制することができる。したがって、このアンテナがマイクロ波の導入機構としてプラズマ処理装置に搭載された場合には、プラズマ処理中の誘電体窓の温度とプラズマ処理が行われていないときの誘電体窓の温度との差異を抑制することができる。

一方、プラズマ処理中には、冷却ジャケットによって誘電体窓が冷却される。ここで、平坦面が形成された位置での誘電体窓の第１の面と第２の面との間の最大の厚みは、凹面が形成された位置での誘電体窓の第１の面と第２の面との間の最大の厚みよりも大きい。誘電体窓のうち厚みの大きな部分は、厚みの小さな部分に比べて温度が変化しにくい。したがって、誘電体窓に対し均一に冷却を行うと、誘電体窓のうち厚みの大きな部分、即ち平坦面が形成された部分の温度が低下しにくいので、誘電体窓の温度分布が不均一になるおそれがある。これに対し、一態様に係るアンテナでは、複数の第１の領域の各々が、中心軸線の方向から見て、少なくとも部分的に平坦面と重なっている。この複数の第１の領域上には冷却ジャケットが搭載されているので、一態様に係るアンテナでは、誘電体窓のうち平坦面が形成された部分が効率的に冷却される。よって、一態様に係るアンテナでは、プラズマ処理中の誘電体窓の冷却の不均一性を抑制することができる。

一実施形態では、凹面は、底面と、底面と平坦面とを接続する内側傾斜面であり、平坦面に近づくほど第１の面から離れるように傾斜する該内側傾斜面と、底面から外側に延び、誘電体窓の外縁に近づくほど第１の面から離れるように傾斜する外側傾斜面と、を含み、スロット板には、中心軸線に対して周方向に配列された複数のスロット孔が形成されており、複数のスロット孔の各々は、中心軸線に平行な方向から見て、内側傾斜面と重なる位置に形成されていてもよい。

一実施形態では、第１の面は、中心軸線に平行な方向から見て、複数のスロット孔を囲むように延在する２つの環状の溝を画成し、２つの環状の溝の各々の内部には、環状の導体が設けられていてもよい。複数のスロットを囲むように延在する環状の導体を配置することによって、複数のスロット孔の直下に電界を集中させることができる。

一実施形態では、第１の面は、中心軸線の方向から見て、複数のスロット孔の各々を囲む複数の溝を画成し、複数の溝の各々の内部には、導体が設けられていてもよい。複数のスロット孔の各々を囲むように導体を配置することによって、複数のスロット孔の直下に電界を集中させることができる。

一実施形態では、複数の第１の領域は、中心軸線に対する周方向に沿って配列され、複数の第１の領域の各々は、中心軸線に平行な方向から見て、平坦面及び内側傾斜面と重なる位置に設けられていてもよい。複数のスロット孔の直下には電界が集中するので、内側傾斜面に対するプラズマからの入熱は大きくなる。これに対し、一実施形態では、複数の第１の領域の各々が、中心軸線に平行な方向から見て、平坦面及び内側傾斜面と重なる位置に設けられていているので、平坦面及び内側傾斜面を効率的に冷却することができる。よって、一態様に係るアンテナによれば、プラズマ処理中の誘電体窓の冷却の不均一性を抑制することができる。

一実施形態では、上面は第３の領域を更に含み、冷却ジャケットは、複数の第１の領域及び第３の領域上に搭載されており、第３の領域は、中心軸線に平行な方向から見て、外側傾斜面と重なる位置に形成されていてもよい。外側傾斜面が形成された位置での誘電体窓の第１の面と第２の面との間の最大の厚みは底面が形成された位置での誘電体窓の第１の面と第２の面との間の最大の厚みよりも大きい。これに対し、一実施形態に係るアンテナでは、第３の領域が、軸線に平行な方向から見て、外側傾斜面と重なる位置に形成されていることによって、誘電体窓のうち外側傾斜面が形成された部分を効率的に冷却することができる。よって、プラズマ処理中の誘電体窓の冷却の不均一性をより抑制することができる。

一態様に係るプラズマ処理装置は、チャンバを提供するチャンバ本体と、チャンバ内に処理ガスを供給するガス供給部と、チャンバ内に設けられたステージと、ステージの上方に設けられた、上記アンテナと、アンテナに接続されたマイクロ波発生器と、を備える。

一態様では、上記プラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法が提供される。このプラズマ処理方法は、ヒータを用いて誘電体窓を加熱する工程と、ヒータによる誘電体窓の加熱を停止した後に、冷却ジャケットを用いて誘電体窓を冷却しながら被処理体をプラズマ処理する工程と、を含む。一態様に係るプラズマ処理方法では、プラズマ処理中の誘電体窓の温度とプラズマ処理が行われていないときの誘電体窓の温度との差異を抑制しつつ、プラズマ処理中の誘電体窓の冷却の不均一性を抑制することができる。

本発明の一態様及び種々の実施形態によれば、プラズマ処理中の誘電体窓の温度とプラズマ処理が行われていないときの誘電体窓の温度との差異を抑制しつつ、プラズマ処理中の誘電体窓の冷却の不均一性を抑制することができる。

一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す断面図である。 一実施形態に係るアンテナを概略的に示す断面図である。 図２に示すスロット板を上方から見た平面図である。 図２に示す伝熱部材を上方から見た平面図である。 一実施形態に係るプラズマ処理方法を示すフローチャートである。 別の実施形態に係るスロット板を上方から見た平面図である。

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととし、同一又は相当の部分に対する重複した説明は省略する。また、各図面の寸法比率は、必ずしも実際の寸法比率とは一致していない。

図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。図１に示すプラズマ処理装置１０は、チャンバ本体１２、ステージ１４、マイクロ波発生器１６及びアンテナ１８を備えている。

チャンバ本体１２は、その内部にチャンバＣを提供している。チャンバ本体１２は、側壁１２ａ、及び、底部１２ｂを含み得る。側壁１２ａは、軸線Ｚ方向に延在する略筒形状を有している。この軸線Ｚは、アンテナ１８の中心軸線に一致している。底部１２ｂは、側壁１２ａの下端側に設けられている。底部１２ｂには、排気用の排気孔１２ｈが設けられている。また、チャンバ本体１２の側壁１２ａには被処理体Ｗの搬入出口１２ｇが設けられており、この搬入出口１２ｇはゲートバルブ１３により開閉可能となっている。側壁１２ａの上端部は開口している。

ステージ１４は、チャンバＣ内の下部に配置されている。ステージ１４上には、被処理体Ｗが支持される。ステージ１４は、台１４ａ、フォーカスリング１４ｂ、及び、静電チャック１４ｃを含み得る。

台１４ａは、筒状支持部４８によって支持されている。筒状支持部４８は、絶縁性の材料で構成されており、底部１２ｂから垂直上方に延びている。また、筒状支持部４８の外周には、導電性の筒状支持部５０が設けられている。筒状支持部５０は、筒状支持部４８の外周に沿ってチャンバ本体１２の底部１２ｂから垂直上方に延びている。この筒状支持部５０と側壁１２ａとの間には、環状の排気路５１が形成されている。

排気路５１の上部には、複数の貫通孔が設けられた環状のバッフル板５２が取り付けられている。排気孔１２ｈの下部には排気管５４を介して排気装置５６が接続されている。排気装置５６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５６により、チャンバ本体１２内の処理空間Ｓを所望の真空度まで減圧することができる。

台１４ａは、高周波電極を兼ねている。台１４ａには、マッチングユニット６０及び給電棒６２を介して、ＲＦバイアス用の高周波電源５８が電気的に接続されている。高周波電源５８は、被処理体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、１３．６５ＭＨｚの高周波電力を所定のパワーで出力する。マッチングユニット６０は、高周波電源５８側のインピーダンスと、主に電極、プラズマ、チャンバ本体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いる。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が含まれている。

台１４ａの上面には、静電チャック１４ｃが設けられている。静電チャック１４ｃは、被処理体Ｗを静電吸着力で保持する。静電チャック１４ｃの径方向外側には、被処理体Ｗの周囲を環状に囲むフォーカスリング１４ｂが設けられている。静電チャック１４ｃは、電極１４ｄ、絶縁膜１４ｅ、及び、絶縁膜１４ｆを含んでいる。電極１４ｄは、導電膜によって構成されており、絶縁膜１４ｅと絶縁膜１４ｆの間に設けられている。電極１４ｄには、高圧の直流電源６４がスイッチ６６および被覆線６８を介して電気的に接続されている。静電チャック１４ｃは、直流電源６４より印加される直流電圧により発生するクーロン力によって、被処理体Ｗを吸着保持することができる。

台１４ａの内部には、周方向に延びる環状の冷媒室１４ｇが設けられている。この冷媒室１４ｇには、チラーユニット（図示せず）より配管７０，７２を介して所定の温度の冷媒、例えば、冷却水が循環供給される。冷媒が循環することによって、台１４ａ及び静電チャック１４ｃは所定の温度に制御される。また、静電チャック１４ｃの上面と被処理体Ｗの裏面との間には、例えば、Ｈｅガスがガス供給管７４を介して供給される。

マイクロ波発生器１６は、例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生する。一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、チューナ２２、導波管２４、モード変換器２６、及び同軸導波管２８を更に備えている。

マイクロ波発生器１６は、チューナ２２を介して導波管２４に接続されている。導波管２４は、例えば、矩形導波管である。導波管２４は、モード変換器２６に接続されており、当該モード変換器２６は、同軸導波管２８の上端に接続されている。

同軸導波管２８は、軸線Ｚに沿って延びている。この同軸導波管２８は、外側導体２８ａ及び内側導体２８ｂを含んでいる。外側導体２８ａは、軸線Ｚ方向に延びる略円筒形状を有している。内側導体２８ｂは、外側導体２８ａの内部に設けられている。この内側導体２８ｂは、軸線Ｚに沿って延びる略円筒形状を有している。

マイクロ波発生器１６によって発生されたマイクロ波は、チューナ２２及び導波管２４を介してモード変換器２６に導波される。モード変換器２６は、マイクロ波のモードを変換して、モード変換後のマイクロ波を同軸導波管２８に供給する。同軸導波管２８からのマイクロ波は、アンテナ１８に供給される。

アンテナ１８は、マイクロ波発生器１６によって発生されるマイクロ波に基づいて、プラズマ生成用のマイクロ波を放射する。アンテナ１８は、誘電体窓２０、スロット板３０、誘電体板３２、伝熱部材３４及び冷却ジャケット３６を含む。アンテナ１８の詳細については、後述する。

一実施形態においては、同軸導波管２８の内側導体２８ｂの内孔には、導管３８が通っている。導管３８は、軸線Ｚに沿って延在しており、ガス供給系３９に接続されている。

ガス供給系３９は、導管３８に被処理体Ｗを処理するための処理ガスを供給する。ガス供給系３９は、ガス源３９ａ、弁３９ｂ、及び流量制御器３９ｃを含み得る。ガス源３９ａは、処理ガスのガス源である。弁３９ｂは、ガス源３９ａからの処理ガスの供給及び供給停止を切り替える。流量制御器３９ｃは、例えば、マスフローコントローラであり、ガス源３９ａからの処理ガスの流量を調整する。

一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、ガス供給部４２を更に備え得る。ガス供給部４２は、ステージ１４とアンテナ１８との間において、軸線Ｚの周囲からガスを処理空間Ｓに供給する。ガス供給部４２は、導管４２ａを含み得る。導管４２ａは、アンテナ１８とステージ１４との間において軸線Ｚを中心に環状に延在している。導管４２ａには、複数のガス供給孔４２ｂが形成されている。複数のガス供給孔４２ｂは、環状に配列されており、軸線Ｚに向けて開口しており、導管４２ａに供給されたガスを、軸線Ｚに向けて供給する。このガス供給部４２は、導管４２ｃを介して、ガス供給系４３に接続されている。

ガス供給系４３は、ガス供給部４２に被処理体Ｗを処理するための処理ガスを供給する。ガス供給系４３は、ガス源４３ａ、弁４３ｂ、及び流量制御器４３ｃを含み得る。ガス源４３ａは、処理ガスのガス源である。弁４３ｂは、ガス源４３ａからの処理ガスの供給及び供給停止を切り替える。流量制御器４３ｃは、例えば、マスフローコントローラであり、ガス源４３ａからの処理ガスの流量を調整する。

以下、図１及び図２を参照して、アンテナ１８についてより詳細に説明する。図２は、一実施形態のアンテナ１８を概略的に示す断面図である。上記のように、アンテナ１８は、誘電体窓２０、スロット板３０、誘電体板３２、伝熱部材３４及び冷却ジャケット３６を含んでいる。

誘電体窓２０は、軸線Ｚ方向において、処理空間Ｓを介してステージ１４と対面するように側壁１２ａの上端部に支持されている。側壁１２ａの上端部開口は、この誘電体窓２０によって閉じられている。誘電体窓２０は、略円板形状を有しており、例えばセラミックスによって構成されている。誘電体窓２０と側壁１２ａの上端部との間にはＯリング２１が介在し得る。このＯリング２１により、チャンバ本体１２の密閉がより確実なものとなる。

この誘電体窓２０は、第１の面２０ａ及び第２の面２０ｂを含んでいる。第２の面２０ｂは、第１の面２０ａの反対側で延在しており、処理空間Ｓに露出している。

一実施形態では、誘電体窓２０の第１の面２０ａは、径方向の中央領域において、第２の面２０ｂ側に窪む凹面８０を画成し得る。凹面８０は、第１の底面８０ａ及び第２の底面８０ｂを含んでいる。第１の底面８０ａは、その中心が軸線Ｚと一致する円形の平面形状を有している。この第１の底面８０ａと第２の面２０ｂとの間には、誘電体窓２０を貫通する貫通孔２０ｈが形成されている。この貫通孔２０ｈは、軸線Ｚに沿って延在している。第２の底面８０ｂは、軸線Ｚに平行な方向から見て、第１の底面８０ａを取り囲む円環形状を有している。この第２の底面８０ｂは、第１の底面８０ａよりも第２の面２０ｂ側に位置している。したがって、第１の底面８０ａと第２の底面８０ｂとの間には段差が形成されている。この凹面８０は、収容空間２０ｓを画成している。

収容空間２０ｓには、インジェクタ４０が収容されている。インジェクタ４０は、導管３８からのガスを誘電体窓２０に形成された貫通孔２０ｈに供給する機能を有する。インジェクタ４０は、例えば、アルミニウム又はステンレスから構成されている。インジェクタ４０は、本体部４０ａ及び側部４０ｂを含み得る。本体部４０ａ及び側部４０ｂは、一体的に形成され得る。本体部４０ａは、その中心軸線が軸線Ｚに一致する略円柱形状を有し、第１の底面８０ａ上に設けられている。本体部４０ａには、軸線Ｚ方向に沿って延在する貫通孔４０ｈが形成されている。この貫通孔４０ｈは、導管３８及び貫通孔２０ｈに連通している。側部４０ｂは、軸線Ｚを中心とする環状をなしており、第２の底面８０ｂ上に設けられている。この側部４０ｂは、本体部４０ａを囲むように当該本体部４０ａの外周面に連続している。側部４０ｂは、誘電体窓２０の外縁から中心領域に向けて当該誘電体窓２０の内部を伝搬するマイクロ波を遮蔽する機能を有する。

インジェクタ４０の内部には、チョーク８６が設けられている。図１及び図２に示す実施形態では、プラズマ処理装置１０は、複数のチョーク８６、具体的には３つのチョーク８６を備えている。チョーク８６は、軸線Ｚを中心とする環状をなしており、例えば石英、セラミックスといった誘電体によって構成されている。一実施形態では、チョーク８６は、誘電体窓２０と同じ材料から構成されていてもよい。このチョーク８６は、誘電体窓２０の周縁領域から中心領域に伝播するマイクロ波を抑制する機能を有している。

チョーク８６は、貫通孔２０ｈを囲むように側部４０ｂの内部に設けられている。一実施形態では、チョーク８６は、その一端面が側部４０ｂの下面から露出した状態で、側部４０ｂ内に埋め込まれている。チョーク８６の一端面は、誘電体窓２０の第２の底面８０ｂに接している。チョーク８６の一端面と他端面との間の長さ、即ち軸線Ｚに平行な方向におけるチョーク８６の長さは、誘電体窓２０を伝播するマイクロ波の波長の約１／４に設定されている。

チョーク８６は、誘電体窓２０の内部を伝播するマイクロ波、即ち入射波の一部を第２の底面８０ｂに接する一端面からスロット板３０側に位置する他端面に伝播する。入射波の一部は、チョーク８６の他端面で反射され、誘電体窓２０に反射波として戻される。チョーク８６は、当該誘電体窓２０を伝播するマイクロ波の波長の約１／４の長さを有している。したがって、チョーク８６は、入射波に対して略半波長分の位相差を有する反射波を誘電体窓２０に戻す。プラズマ処理装置１０では、この反射波が入射波と干渉することによって、入射波が減衰するか又は打ち消される。したがって、一実施形態のアンテナ１８では、誘電体窓２０の貫通孔２０ｈでの電界強度を低減することができ、その結果、貫通孔２０ｈ内で異常放電が生じることを防止することができる。

また、一実施形態では、誘電体窓２０の第１の面２０ａは、２つの環状の溝８２ａ,８２ｂを更に画成していてもよい。これらの溝８２ａ,８２ｂは、軸線Ｚに平行な方向から見て、軸線Ｚを中心とする同心円状をなしている。溝８２ａ,８２ｂの内部には、円環状の２つの導体８４ａ及び８４ｂがそれぞれ設けられている。導体８４ａ及び８４ｂは、例えば金属製であり、スロット板３０と電気的に接続されている。なお、導体８４ａ及び８４ｂは、スロット板３０と一体的に形成されていてもよい。

一実施形態では、誘電体窓２０の第２の面２０ｂは、平坦面４４、凹面４５及び外縁面４６を含み得る。平坦面４４は、アンテナ１８の中心軸線、即ち軸線Ｚに直交する平坦な面であり、第２の面２０ｂの径方向の中央領域に設けられている。凹面４５は、軸線Ｚに平行な方向から見て環状に延在しており、その中心軸線は軸線Ｚに一致している。この凹面４５は、平坦面４４を囲むように形成されている。外縁面４６は、凹面４５と同軸の環状をなしており、凹面４５の径方向外側に設けられている。この外縁面４６は、第２の面２０ｂの外縁を構成している。

凹面４５は、底面４５ａ、内側傾斜面４５ｂ及び外側傾斜面４５ｃを含んでいる。底面４５ａは、軸線Ｚに対して垂直な平坦面であり、第１の面２０ａと対向している。内側傾斜面４５ｂは、底面４５ａと平坦面４４とを接続している。この内側傾斜面４５ｂは、底面４５ａから平坦面４４に近づくにつれて、第１の面２０ａから離れるように傾斜している。外側傾斜面４５ｃは、底面４５ａと外縁面４６とを接続している。この外側傾斜面４５ｃは、底面４５ａから外縁面４６に近づくにつれて、第１の面２０ａから離れるように傾斜している。

誘電体窓２０の第１の面２０ａ上には、スロット板３０が設けられている。一実施形態においては、スロット板３０は、ラジアルラインスロットアンテナを構成するスロット板であり得る。スロット板３０は、導電性を有する金属製の円板から構成される。図３は、一実施形態に係るスロット板３０を上方から見た平面図である。

図３に示すように、スロット板３０には、複数のスロット孔３０ａ及び複数のスロット孔３０ｂが形成されている。複数のスロット孔３０ａは、軸線Ｚを中心とする半径ｒ１を有する円Ｃ１に沿って配列されている。複数のスロット孔３０ａの各々は、円Ｃ１に沿って延びる長孔形状を有している。一実施形態では、この円Ｃ１の半径ｒ１は、軸線Ｚから平坦面４４と内側傾斜面４５ｂとの間の境界までの径方向の距離よりも大きく、軸線Ｚから底面４５ａと内側傾斜面４５ｂとの間の境界までの径方向の距離よりも小さい。即ち、図２に示すように、複数のスロット孔３０ａの各々は、軸線Ｚの径方向から見て、内側傾斜面４５ｂに重なる位置に形成されている。

複数のスロット孔３０ｂは、軸線Ｚを中心とする円Ｃ２に沿って配列されている。この円Ｃ２は、円Ｃ１の半径ｒ１よりも大きな半径ｒ２を有している。複数のスロット孔３０ｂの各々は、円Ｃ２に沿って延びる長孔形状を有している。この円Ｃ２の半径ｒ２は、軸線Ｚから底面４５ａと外側傾斜面４５ｃとの間の境界までの径方向の距離よりも大きく、軸線Ｚから外側傾斜面４５ｃと外縁面４６との間の境界までの径方向の距離よりも小さい。即ち、図２に示すように、複数のスロット孔３０ｂの各々は、軸線Ｚの径方向から見て、外側傾斜面４５ｃに重なる位置に形成され得る。

一実施形態では、図３に示すように、第１の面２０ａに形成された２つの環状の溝８２ａ,８２ｂは、軸線Ｚに平行な方向から見て、複数のスロット孔３０ａを囲むように延在していてもよい。即ち、これらの溝８２ａ,８２ｂ内にそれぞれ設けられた２つの導体８４ａ及び８４ｂは、複数のスロット孔３０ａの径方向内側の縁部の及び径方向外側の縁部に沿ってそれぞれ延在する。このように２つの導体８４ａ及び８４ｂは、複数のスロット孔３０ａの下方において、当該複数のスロット孔３０ａを挟み込むように配置されている。このように２つの導体８４ａ及び８４ｂを配置することによって、複数のスロット孔３０ａの直下に電界を集中させることができる。

図２を再び参照する。スロット板３０上には、誘電体板３２が設けられている。誘電体板３２は、例えば石英又はアルミナ製であり、略円板形状を有している。誘電体板３２は、マイクロ波の波長を短縮させる機能を有している。

誘電体板３２上には、伝熱部材３４が設けられている。伝熱部材３４は、アルミニウム等の高い熱伝導率を有する金属から構成され、軸線Ｚを中心とする円形の平面形状を有している。伝熱部材３４は、互いに対向する上面３４ａ及び下面３４ｂを含んでいる。伝熱部材３４は、その下面３４ｂとスロット板３０との間に誘電体板３２を挟持している。伝熱部材３４の上面３４ａ上には、冷却ジャケット３６が設けられている。

冷却ジャケット３６の表面は、導電性を有し得る。冷却ジャケット３６内には、冷媒用の流路３６ａが形成されている。この流路３６ａには、チラーユニットより所定の温度の冷媒、例えば、冷却水が循環供給される。冷媒が循環することによって、伝熱部材３４、誘電体板３２及びスロット板３０を介して誘電体窓２０が冷却される。この冷却ジャケット３６の上部表面には、外側導体２８ａの下端が電気的に接続されている。また、内側導体２８ｂの下端は、冷却ジャケット３６及び誘電体板３２の中央部分に形成された孔を通って、スロット板３０に電気的に接続されている。同軸導波管２８からのマイクロ波は、誘電体板３２に伝播され、スロット板３０のスロットから誘電体窓２０を介して、処理空間Ｓ内に導入される。

図２及び図４を参照して、伝熱部材３４について詳細に説明する。図４は、伝熱部材３４を上方から見た平面図である。伝熱部材３４の上面３４ａは、複数の第１の領域Ｒ１、第２の領域Ｒ２及び第３の領域Ｒ３を含んでいる。一実施形態では、図４に示すように、伝熱部材３４の複数の第１の領域Ｒ１は、それぞれ円形の平面形状を有しており、軸線Ｚに対する周方向に沿って配列され得る。図２に示すように、複数の第１の領域Ｒ１上には、冷却ジャケット３６が搭載されている。即ち、第１の領域Ｒ１は、冷却ジャケット３６の下面に接触し得る。ここで、軸線Ｚと複数の第１の領域Ｒ１との間の径方向における最短距離ｄ１は、軸線Ｚから平坦面４４と内側傾斜面４５ｂとの間の境界までの径方向の距離よりも小さく設定されている。即ち、複数の第１の領域Ｒ１の各々は、軸線Ｚに平行な方向から見て、少なくとも部分的に平坦面４４と重なる位置に設けられている。また、一実施形態では、軸線Ｚと複数の第１の領域Ｒ１との間の径方向における最大距離ｄ２は、軸線Ｚから平坦面４４と内側傾斜面４５ｂとの間の境界までの径方向の距離よりも大きく、軸線Ｚから内側傾斜面４５ｂと底面４５ａとの間の境界までの径方向の距離よりも小さく設定され得る。即ち、複数の第１の領域Ｒ１の各々は、軸線Ｚに平行な方向から見て、平坦面４４及び内側傾斜面４５ｂと重なる位置に設けられ得る。

第３の領域Ｒ３は、軸線Ｚを中心とする環状の平面形状を有しており、上面３４ａの外縁に沿って延在し得る。図２に示すように、第３の領域Ｒ３上には、冷却ジャケット３６が搭載されている。即ち、第３の領域Ｒ３は、冷却ジャケット３６の下面に接触し得る。軸線Ｚと第３の領域Ｒ３との間の径方向における最短距離ｄ３は、軸線Ｚから底面４５ａと外側傾斜面４５ｃとの間の境界までの径方向の距離よりも大きく設定されている。また、軸線Ｚと第３の領域Ｒ３との間の径方向における最大距離ｄ４は、軸線Ｚから外側傾斜面４５ｃと外縁面４６との境界までの径方向の距離よりも小さく設定されている。即ち、第３の領域Ｒ３は、軸線Ｚに平行な方向から見て、外側傾斜面４５ｃと重なる位置に設けられている。

図４に示すように、第２の領域Ｒ２は、上面３４ａのうち複数の第１の領域Ｒ１及び第３の領域Ｒ３を除く位置に設けられている。第２の領域Ｒ２は、複数の第１の領域Ｒ１及び第３の領域Ｒ３よりも下面３４ｂ側に位置している。即ち、第２の領域Ｒ２は、複数の第１の領域Ｒ１及び第３の領域Ｒ３よりも下面３４ｂ側に窪んでおり、冷却ジャケット３６と離間している。

アンテナ１８は、ヒータＨＴを更に備えている。ヒータＨＴは、伝熱部材３４と冷却ジャケット３６との間に設けられている。具体的に、ヒータＨＴは、図４に示すように、第２の領域Ｒ２上に当該第２の領域Ｒ２の略全域を覆うように設けられている。即ち、第２の領域Ｒ２上には、ヒータＨＴが搭載されている。ヒータＨＴは、端子Ｔを介して、ヒータ電源ＨＰに電気的に接続されている。ヒータＨＴは、ヒータ電源ＨＰから供給された電力によって熱を発生する。ヒータＨＴにおいて発生した熱は、伝熱部材３４、誘電体板３２及びスロット板３０を介して誘電体窓２０に伝わり、誘電体窓２０を加熱する。

なお、図２に示すように、ヒータＨＴと冷却ジャケット３６との間には、部材８８が設けられていてもよい。部材８８は、当該部材８８と上面３４ａの第２の領域Ｒ２との間でヒータＨＴを挟持する。部材８８は、例えばアルミニウムといった金属から構成されている。部材８８の上面は、第１の領域Ｒ１及び第３の領域Ｒ３と共に、冷却ジャケット３６の支持面を提供する。

一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、制御部Ｃｎｔを更に備え得る。制御部Ｃｎｔは、プロセッサ、記憶部等を備えるコンピュータ装置等から構成されている。制御部Ｃｎｔは、記憶部に記憶されたプログラムに従って種々の制御信号を出力することができる。制御部Ｃｎｔからの種々の制御信号は、マイクロ波発生器１６、排気装置５６、弁３９ｂ、流量制御器３９ｃ、弁４３ｂ、流量制御器４３ｃ及びヒータ電源ＨＰに与えられる。より具体的には、制御部Ｃｎｔは、マイクロ波発生器１６を動作状態に設定するための制御信号を当該マイクロ波発生器１６に出力する。また、制御部Ｃｎｔは、弁３９ｂ及び弁４３ｂが開かれるよう当該弁３９ｂ及び弁４３ｂのそれぞれに制御信号を与える。さらに、制御部Ｃｎｔは、ガス源３９ａからのガスの流量を所定の流量に調整するよう流量制御器３９ｃに制御信号を与え、ガス源４３ａからのガスの流量を所定の流量に調整するよう流量制御器４３ｃに制御信号を与える。また更に、制御部Ｃｎｔは、排気装置５６の排気量を調整するための制御信号を当該排気装置５６に出力する。また更に、制御部Ｃｎｔは、ヒータＨＴの発熱量を制御するために、ヒータ電源ＨＰがヒータＨＴに印加する電力を調整するための制御信号をヒータ電源ＨＰに出力する。

一実施形態のプラズマ処理装置１０では、プラズマ処理が行われていないときには、ヒータ電源ＨＰからヒータＨＴに電力が印加される。電力の印加によってヒータＨＴで生じた熱は、伝熱部材３４、誘電体板３２及びスロット板３０を介して誘電体窓２０に伝わり、誘電体窓２０を加熱する。これにより、プラズマ処理が行われていないときに誘電体窓２０の温度が低下することが抑制される。よって、プラズマ処理中の誘電体窓２０の温度とプラズマ処理が行われていないときの誘電体窓２０の温度との差異が抑制される。

一方、プラズマ処理装置１０では、プラズマ処理中には、冷却ジャケット３６によって誘電体窓２０が冷却される。ここで、平坦面４４が形成された位置での誘電体窓２０の最大の厚みは、板厚は凹面４５が形成された位置での誘電体窓２０の最大の厚みよりも大きい。このため、誘電体窓２０のうち軸線Ｚと平行な方向から見て平坦面４４と重なる部分は、軸線Ｚと平行な方向から見て凹面３５と重なる部分よりも温度が変化しにくい。また、プラズマ処理装置１０では、導体８４ａ,８４ｂの影響により複数のスロット孔３０ａの直下に電界が集中する。このため、内側傾斜面４５ｂには、プラズマからの入熱が大きくなる。したがって、誘電体窓２０に対し均一に冷却を行うと、軸線Ｚと平行な方向から見て、誘電体窓２０のうち平坦面４４及び内側傾斜面４５ｂと重なる部分の温度が他の部分の温度よりも高くなり、誘電体窓２０の温度分布が不均一になるおそれがある。これに対し、プラズマ処理装置１０では、複数の第１の領域Ｒ１の各々の上に、冷却ジャケット３６が搭載されているので、誘電体窓２０のうち複数の第１の領域Ｒ１の下方にある領域、即ち、軸線Ｚと平行な方向から見て、平坦面４４及び内側傾斜面４５ｂと重なる領域が効率的に冷却される。よって、アンテナ１８によれば、プラズマ処理中の誘電体窓２０の冷却の不均一性を抑制することができる。

また、プラズマ処理装置１０では、複数のスロット孔３０ｂの直下にも電界が集中するので、プラズマから外側傾斜面４５ｃに対する入熱は大きい。これに対し、プラズマ処理装置１０では、複数の第３の領域Ｒ３の各々の上に、冷却ジャケット３６が搭載されているので、誘電体窓２０のうち複数の第３の領域Ｒ３の下方にある部分、即ち、軸線Ｚと平行な方向から見て外側傾斜面４５ｃと重なる部分が効率的に冷却される。よって、プラズマ処理中の誘電体窓２０の冷却の不均一性をより抑制することができる。

次に、上述したプラズマ処理装置１０を用いた一実施形態のプラズマ処理方法について説明する。図５は、一実施形態のプラズマ処理方法を示す流れ図である。図５に示すプラズマ処理方法の各工程は、例えば制御部Ｃｎｔが、プラズマ処理装置１０の各部に制御信号を送出することによって実行される。一実施形態のプラズマ処理方法では、図５に示すように、まず工程ＳＴ１において、ヒータＨＴによって、誘電体窓２０が加熱される。この加熱は、被処理体Ｗのプラズマ処理が開始される前に実行される。

工程ＳＴ１において、誘電体窓２０が所定の温度になるまで加熱された後又は誘電体窓２０の加熱時間が所定の時間に達した後に、工程ＳＴ２が行われる。工程ＳＴ２では、ヒータＨＴによる誘電体窓２０の加熱が停止される。なお、工程ＳＴ２は、後述する工程ＳＴ３と工程ＳＴ４との間で行われてもよい。

次いで、工程ＳＴ３が行われる。工程ＳＴ３では、搬入出口１２ｇから被処理体ＷがチャンバＣ内に搬入され、当該被処理体Ｗが静電チャック１４ｃ上に載置される。次いで、工程ＳＴ４が行われる。工程ＳＴ４では、冷却ジャケット３６によって誘電体窓２０が冷却されながら、被処理体Ｗがプラズマ処理される。この際、誘電体窓２０のうち複数の第１の領域Ｒ１の下方にある領域、即ち、軸線Ｚと平行な方向から見て、平坦面４４及び内側傾斜面４５ｂと重なる領域が効率的に冷却される。次いで、工程ＳＴ５が行われる。工程ＳＴ５では、搬入出口１２ｇから被処理体Ｗが搬出される。

次いで、工程ＳＴ６が行われる。工程ＳＴ６では、所定数の被処理体Ｗのプラズマ処理が終了したか否かが判断される。所定数の被処理体Ｗのプラズマ処理が終了していない場合には、所定数の被処理体Ｗのプラズマ処理が終了するまで、工程ＳＴ３〜工程ＳＴ５が繰り返し実行される。一方、所定数の被処理体Ｗのプラズマ処理が終了している場合には、一実施形態のプラズマ処理方法を終了する。

以上、実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、図３に示す実施形態では、誘電体窓２０の第１の面２０ａに、軸線Ｚに平行な方向から見て、複数のスロット孔３０ａを囲むように延在する２つの環状の溝８２ａ,８２ｂが画成され、２つの環状の溝８２ａ,８２ｂの各々の内部に環状の導体８４ａ,８４ｂが設けられている。しかしながら、一実施形態では、図６に示すように、誘電体窓２０の第１の面２０ａに、軸線Ｚの方向から見て、複数のスロット孔３０ａの各々を囲むように複数の溝９０が画成され、これら複数の溝の各々の内部に導体９２が設けられていてもよい。アンテナ１８は、これら複数の導体９２を備えることにより、複数のスロット孔３０ａの直下に電界を集中させることができる。

また、上記実施形態では、伝熱部材３４の上面３４ａは、複数の第１の領域Ｒ１、第２の領域Ｒ２及び第３の領域Ｒ３を含んでいるが、上面３４ａは、少なくとも複数の第１の領域Ｒ１及び第２の領域Ｒ２を含んでいればよく、第３の領域Ｒ３は含まなくてもよい。例えば、第２の領域Ｒ２が、第３の領域Ｒ３の位置、即ち上面３４ａの外縁まで広がっていてもよい。

１０…プラズマ処理装置、１２…チャンバ本体、１２ａ…側壁、１２ｂ…底部、１２ｇ…搬入出口、１２ｈ…排気孔、１３…ゲートバルブ、１４…ステージ、１６…マイクロ波発生器、１８…アンテナ、２０…誘電体窓、２０ａ…第１の面、２０ｂ…第２の面、３０…スロット板、３０ａ，３０ｂ…スロット孔、３２…誘電体板、３４…伝熱部材、３４ａ…上面、３４ｂ…下面、３６…冷却ジャケット、３６ａ…流路、３９…ガス供給系、４０…インジェクタ、４３…ガス供給系、４４…平坦面、４５…凹面、４５ａ…底面、４５ｂ…内側傾斜面、４５ｃ…外側傾斜面、４６…外縁面、８２ａ，８２ｂ,９０…溝、８４ａ，８４ｂ，９２…導体、８６…チョーク、Ｃ１，Ｃ２…円、Ｃｎｔ…制御部、ＨＴ…ヒータ、Ｒ１…第１の領域、Ｒ２…第２の領域、Ｒ３…第３の領域、Ｓ…処理空間、Ｗ…被処理体、Ｚ…軸線。

Claims (8)

1. 第１の面及び該第１の面と反対側で延在する第２の面を有する誘電体窓であり、前記第２の面は、中心軸線周りに延在し且つ前記第１の面側に窪んだ環状の凹面、及び、前記凹面に囲まれた平坦面とを有する、該誘電体窓と、
   前記第１の面上に設けられたスロット板と、
   前記スロット板上に設けられた誘電体板と、
   互いに対向する上面及び下面を有する金属製の伝熱部材であり、該下面と前記スロット板との間に前記誘電体板を挟持する、該伝熱部材と、
   前記伝熱部材上に設けられた冷却ジャケットと、
   前記伝熱部材と前記冷却ジャケットとの間に設けられたヒータと、
   を備え、
   前記上面は、複数の第１の領域及び第２の領域を含み、
   前記冷却ジャケットは、前記複数の第１の領域上に搭載されており、
   前記第２の領域は、前記複数の第１の領域よりも前記下面の側に窪んでおり、
   前記ヒータは、前記第２の領域上に搭載されており、
   前記複数の第１の領域の各々は、前記中心軸線に平行な方向から見て、少なくとも部分的に前記平坦面と重なる位置に設けられている、アンテナ。
2. 前記凹面は、底面と、前記底面と前記平坦面とを接続する内側傾斜面であり、前記平坦面に近づくほど前記第１の面から離れるように傾斜する該内側傾斜面と、前記底面から外側に延び、前記誘電体窓の外縁に近づくほど前記第１の面から離れるように傾斜する外側傾斜面と、を含み、
   前記スロット板には、前記中心軸線に対して周方向に配列された複数のスロット孔が形成されており、前記複数のスロット孔の各々は、前記中心軸線に平行な方向から見て、前記内側傾斜面と重なる位置に形成されている、請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記第１の面は、前記中心軸線に平行な方向から見て、前記複数のスロット孔を囲むように延在する２つの環状の溝を画成し、前記２つの環状の溝の各々の内部には、環状の導体が設けられている、請求項２に記載のアンテナ。
4. 前記第１の面は、前記中心軸線の方向から見て、前記複数のスロット孔の各々を囲む複数の溝を画成し、前記複数の溝の各々の内部には、導体が設けられている、請求項２に記載のアンテナ。
5. 前記複数の第１の領域は、前記中心軸線に対する周方向に沿って配列され、前記複数の第１の領域の各々は、前記中心軸線に平行な方向から見て、前記平坦面及び前記内側傾斜面と重なる位置に設けられている、請求項２〜４の何れか一項に記載のアンテナ。
6. 前記上面は第３の領域を更に含み、
   前記冷却ジャケットは、前記複数の第１の領域及び前記第３の領域上に搭載されており、
   前記第３の領域は、前記中心軸線に平行な方向から見て、前記外側傾斜面と重なる位置に形成されている、請求項２〜５の何れか一項に記載のアンテナ。
7. チャンバを提供するチャンバ本体と、
   前記チャンバ内に処理ガスを供給するガス供給部と、
   前記チャンバ内に設けられたステージと、
   前記ステージの上方に設けられた、請求項１〜６の何れか一項に記載のアンテナと、
   前記アンテナに接続されたマイクロ波発生器と、
   を備える、プラズマ処理装置。
8. 請求項７に記載のプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、
   前記ヒータを用いて前記誘電体窓を加熱する工程と、
   前記ヒータによる前記誘電体窓の加熱を停止した後に、前記冷却ジャケットを用いて前記誘電体窓を冷却しながら被処理体をプラズマ処理する工程と、
   を含む、プラズマ処理方法。

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