JP5527490B2 - プラズマ処理装置用誘電体窓、およびプラズマ処理装置 - Google Patents

Description

この発明は、プラズマ処理装置用誘電体窓（以下、単に「誘電体窓」という場合がある）、およびプラズマ処理装置に関するものである。

ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）やＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタ等の半導体素子は、被処理基板となる半導体基板（ウェハ）に対して、エッチングやＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタリング等の処理を施して製造される。エッチングやＣＶＤ、スパッタリング等の処理については、そのエネルギー供給源としてプラズマを用いた処理方法、すなわち、プラズマエッチングやプラズマＣＶＤ、プラズマスパッタリング等がある。

ここで、プラズマ処理を行うプラズマ処理装置に関する技術が、特開２００７−１８４２５９号公報（特許文献１）、およびＷＯ２００９／１０１９２７号公報（特許文献２）に開示されている。

特開２００７−１８４２５９号公報 ＷＯ２００９／１０１９２７号公報

特許文献１によると、マイクロ波プラズマ処理装置において、マイクロ波をその側面で共鳴吸収し、マイクロ波がその内部で単一のモードで伝播する凹部をプラズマ発生側の面に備える天板を備えることとしている。この凹部の形状については、図３Ａ、図３Ｂ、図６Ａ、および図６Ｂを参照すると、円柱形や半球形、円錐形となっている。

特許文献２によると、プラズマ生成装置において、マイクロ波導入管に沿って伝達させるマイクロ波を、誘電体板を通して放電容器の内部に導き、放電容器の内部でプラズマを発生させることとしている。そして、誘電体板の放電容器側には、ホロー放電を起こすためのホロー状穴部が複数設けられている。このホロー状穴部の形状については、特許文献２の図２（ｂ）や図３（ａ）、図３（ｂ）を参照すると、誘電体板の放電容器側から、円筒状にくり抜いた形状をしている。

ここで、上記した特許文献１や特許文献２に開示の誘電体板では、プロセス条件、特に高圧環境下によっては、誘電体板の下部領域において生成されるプラズマの偏りが生じるおそれがある。また、このようなプラズマの不均一が生じると、プラズマのいわゆる薄い領域側から、マイクロ波が被処理基板の周辺へ伝播するおそれがある。被処理基板の処理の精度の向上の観点からすると、被処理基板の周辺へマイクロ波が伝播する現象は、好ましくない。

この発明の目的は、生成されるプラズマの均一性を向上することができるプラズマ処理装置用誘電体窓を提供することである。

また、この発明の他の目的は、被処理基板の処理の均一性を向上することができるプラズマ処理装置を提供することである。

この発明に係るプラズマ処理装置用誘電体窓は、マイクロ波をプラズマ源とするプラズマ処理装置に備えられ、円板状であり、マイクロ波を伝播する。プラズマ処理装置用誘電体窓のうち、プラズマ処理装置に備えられた際にプラズマを生成する側の下面には、開口が下面側となり、プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向の内方側に向かって凹む凹部が設けられている。凹部は、プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向に垂直な方向に延びる底面と、底面の周縁から凹部の開口側に向かってプラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向に延びる側面と、側面の開口側の周縁から凹部の開口側に向かってプラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向に対して傾斜して延びる傾斜面とから構成される。

このように構成することにより、誘電体窓の下部領域に生成されるプラズマの偏りが生じるおそれを低減することができる。したがって、生成されるプラズマの均一性を向上することができる。

また、凹部は、複数設けられていてもよい。こうすることにより、生成されるプラズマの均一性をさらに向上することができる。

また、複数の凹部は、同心円状に設けられていてもよい。こうすることにより、径方向において、生成されるプラズマの均一性をさらに向上することができる。

また、設けられた複数の凹部は、プラズマ処理装置用誘電体窓を板厚方向から見た場合に、プラズマ処理装置用誘電体窓の中心を中心として、回転対称性を有するよう構成してもよい。こうすることにより、周方向において、生成されるプラズマの均一性をさらに向上することができる。

また、凹部を含み、プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向に延びる面でプラズマ処理装置用誘電体窓を切断した場合の断面において、下面と傾斜面とのなす角度は、４０°〜６０°であるよう構成してもよい。こうすることにより、より確実に、生成されるプラズマの均一性を向上することができる。

また、傾斜面は、曲面を含んでもよい。

この発明の他の局面において、プラズマ処理装置は、マイクロ波をプラズマ源とするプラズマ処理装置であって、円板状であって、マイクロ波を伝播するプラズマ処理装置用誘電体窓を備える。プラズマ処理装置用誘電体窓のうち、プラズマ処理装置に備えられた際にプラズマを生成する側の下面には、開口が下面側となり、プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向の内方側に向かって凹む凹部が設けられている。凹部は、プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向に垂直な方向に延びる底面と、底面の周縁から凹部の開口側に向かって、プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向に延びる側面と、側面の開口側の周縁から凹部の開口側に向かって、プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向に対して傾斜して延びる傾斜面とから構成される。

このような構成のプラズマ処理装置は、生成されるプラズマの均一性を向上することができるプラズマ処理装置用誘電体窓を備えるため、被処理基板の処理の均一性を向上することができる。

また、円板状であって、板厚方向に貫通する複数のスロットが設けられており、プラズマ処理装置用誘電体の上方側に配置され、マイクロ波をプラズマ処理装置用誘電体に向かって放射するスロットアンテナ板を備える。

この発明のさらに他の局面において、プラズマ処理装置用誘電体窓は、マイクロ波をプラズマ源とするプラズマ処理装置に備えられ、円板状であり、マイクロ波を伝播する。プラズマ処理装置用誘電体窓のうち、プラズマ処理装置に備えられた際にプラズマを生成する側の下面には、開口が下面側となり、プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向の内方側に向かって凹む凹部が設けられている。凹部は、プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向に垂直な方向に延びる底面と、底面の周縁から凹部の開口側に向かってプラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向に延びる側面と、側面の開口側の周縁から凹部の開口側に向かってプラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向に対して傾斜して延びる傾斜面とから構成されている。底面と側面との間、側面と傾斜面との間、および傾斜面と下面との間のうちの少なくともいずれか一つは、曲面で連なっている。

この発明のさらに他の局面において、プラズマ処理装置用誘電体窓は、マイクロ波をプラズマ源とするプラズマ処理装置に備えられ、円板状であり、マイクロ波を伝播する。プラズマ処理装置用誘電体窓のうち、プラズマ処理装置に備えられた際にプラズマを生成する側の下面には、開口が下面側となり、プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向の内方側に向かって凹む凹部が設けられている。凹部は、プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向に垂直な方向に延びる底面と、底面の周縁から凹部の開口側に向かってプラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向に延びる側面と、側面の開口側の周縁から凹部の開口側に向かってプラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向に対して傾斜して延びる傾斜面とから構成されている。凹部は、長穴状に凹んだ形状である。

このような構成のプラズマ処理装置用誘電体窓によれば、誘電体窓の下部領域に生成されるプラズマの偏りが生じるおそれを低減することができる。したがって、生成されるプラズマの均一性を向上することができる。

また、このようなプラズマ処理装置によれば、生成されるプラズマの均一性を向上することができるプラズマ処理装置用誘電体窓を備えるため、被処理基板の処理の均一性を向上することができる。

この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置用誘電体を備える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。 この発明の一実施形態に係る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。 この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置用誘電体窓を、板厚方向から見た図である。 この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置用誘電体窓の一部を、凹部を含み、プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向に延びる面で切断した場合の断面図である。 下面が平らであって凹部が設けられていないプラズマ処理装置用誘電体窓において、マイクロ波を導入した場合の電界強度の分布を示すシミュレーション結果である。 図５に示すシミュレーション結果を、所定の領域毎に分割して示した図である。 この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置用誘電体窓において、マイクロ波を導入した場合の電界強度の分布を示すシミュレーション結果である。 図５に示すシミュレーション結果を、所定の領域毎に分割して示した図である。 この発明の他の実施形態に係るプラズマ処理装置用誘電体窓を、凹部を含み、プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向に延びる面で切断した場合の断面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置用誘電体窓の一部を、凹部を含み、プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向に延びる面で切断した場合の断面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置用誘電体窓の一部を、凹部を含み、プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向に延びる面で切断した場合の断面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置用誘電体窓の一部を、下面側から見た図である。 この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置用誘電体窓の一部を、下面側から見た図である。

以下、この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。まず、この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成について説明する。図１は、この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置用誘電体窓を備える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、この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置用誘電体窓を、板厚方向から見た図である。図４は、この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置用誘電体窓の一部を、後述する凹部を含み、プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向に延びる面で切断した場合の断面図である。なお、図１は、プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向に延びる面で切断した場合の断面に相当する。また、図３は、プラズマ処理装置用誘電体窓を、下側、すなわち、図１中の矢印ＩＩＩの方向から見た図に相当する。

図１〜図４を参照して、この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置１１は、マイクロ波をプラズマ源とするマイクロ波プラズマ処理装置である。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ガス等を供給するガス供給部１３と、処理容器１２内に設けられ、その上に被処理基板Ｗを載置するようにして支持する支持台１４と、処理容器１２の外部に設けられ、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部材１８と、誘電体部材１８の下方側に配置されており、誘電体部材１８によって伝播されたマイクロ波を放射するスロット３２を複数有するスロットアンテナ板３１と、スロットアンテナ板３１の下方側に配置されており、スロット３２から放射されたマイクロ波を径方向に伝播すると共に処理容器１２内に透過させる誘電体窓４１と、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、ガス供給部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３２の開口形状を概略的に示している。

処理容器１２は、支持台１４の下方側に位置する底部１９ａと、底部１９ａの外周から上方向に延びる側壁１９ｂと、側壁１９ｂの上方側に載置するようにして配置され、その上に誘電体窓４１を載置可能な環状部材１９ｃとを含む。側壁１９ｂは、円筒状である。処理容器１２の底部１９ａの径方向の中央側には、排気用の排気孔２０が設けられている。処理容器１２の上部側は開口しており、端面１９ｄの上に載置され、処理容器１２の上部側に配置される誘電体窓４１、および誘電体窓４１と処理容器１２、具体的には、Ｏリング受け入れ凹部１９ｅに嵌め込まれ、処理容器１２を構成する環状部材１９ｃとの間に介在するシール部材としてのＯリング２１によって、処理容器１２は密封可能に構成されている。

支持台１４には、ＲＦ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）バイアス用の高周波電源がマッチングユニットおよび給電棒（いずれも図示せず）を介して電気的に接続されている。この高周波電源は、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の高周波を所定のパワーで出力する。マッチングユニットは、高周波電源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が含まれている。

ガス供給部１３は、被処理基板Ｗの中央に向かってガスを供給するガス供給口２３を有するセンターガス供給部２４と、円環状の中空状部材２７から構成されており、径方向内側に向かってガスを供給するガス供給口２５を有するアウターガス供給部２６とを含む。

センターガス供給部２４のガス供給口２３は、円板状の誘電体窓４１の径方向の中心領域を開口するようにして設けられている。センターガス供給部２４は、同軸導波管１７を構成する中空状の中心導体２２ａの中空部分を、ガスの供給路としている。センターガス供給部２４は、誘電体窓４１に収容され、処理容器１２内にガスを噴出するようにして供給するインジェクター部４５を備える。

アウターガス供給部２６を構成する中空状部材２７は、処理容器１２内において、側壁１９ｂの内壁面から径方向に真直ぐに延びる複数の支持部材２８により支持されている。中空状部材２７の内径寸法は、被処理基板Ｗの外径寸法よりもやや大きく構成されている。中空状部材２７の中空部分については、その断面略矩形状となるように構成されている。中空状部材２７は、支持台１４の上方側において、被処理基板Ｗの真上領域を避けるようにして配置されている。アウターガス供給部２６のガス供給口２５は、円環状の中空状部材２７のうち、内側の壁面を丸穴状に開口するようにして複数設けられている。複数のガス供給口２５は、所定の間隔を空けて、略等配となるように設けられている。

センターガス供給部２４およびアウターガス供給部２６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ガス等を供給する。ガス供給口２３、２５から供給されるガスのそれぞれの流れ方向については、図１中の矢印Ｆ_１およびＦ_２で図示している。なお、センターガス供給部２４およびアウターガス供給部２６から供給されるガスの流量比やガスの種類については、任意に選択が可能であり、例えば、異なる種類のガスをセンターガス供給部２４およびアウターガス供給部２６のそれぞれから供給することや、センターガス供給部２４からのガスの供給を全く無しにして、アウターガス供給部２６からのみ処理容器１２内にガスを供給するということも、もちろん可能である。なお、ガス供給部１３が、このようなセンターガス供給部２４およびアウターガス供給部２６を備える構成とすることにより、径方向における処理の均一性の微調整を図ることができる。具体的には、例えば、被処理基板Ｗの端部領域の処理が被処理基板Ｗの中央領域の処理に比べて不十分である場合、センターガス供給部２４およびアウターガス供給部２６の流量比において、アウターガス供給部２６から供給されるガスの流量比を多くして、端部領域のプラズマ処理の促進を図り、処理の均一性の微調整を図ることができる。

マッチング２９を有するマイクロ波発生器１５は、中心導体２２ａおよび外周導体２２ｂ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２２ａおよび外周導体２２ｂは、径方向の中心を一致させ、中心導体２２ａの外径面と、外周導体２２ｂ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。例えば、マイクロ波発生器１５で発生させたＴＥモードのマイクロ波は、導波管１６を通り、モード変換器３０によりＴＥＭモードへ変換され、同軸導波管１７を伝播する。マイクロ波発生器１５において発生させるマイクロ波の周波数としては、例えば、２．４５ＧＨｚが選択される。

ここで、上記したスロットアンテナ板３１の具体的な構成について説明する。スロットアンテナ板３１は、薄板状であって、円板状である。スロットアンテナ板３１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３１には、板厚方向に貫通する複数のスロット３２、３３が複数設けられている。スロット３２、３３については、一方向に長い第一のスロット３２と、第一のスロット３２と直交する方向に長い第二のスロット３３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３２、３３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３１は、一方向に延びる第一のスロット３２および一方向に対して垂直な方向に延びる第二のスロット３３から構成されるスロット対３４を有する構成である。なお、スロット対３４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。

なお、スロットアンテナ板３１の径方向の中央には、貫通孔３７が設けられている。また、スロットアンテナ板３１は、径方向の中心３８を中心とした回転対称性を有する。

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、誘電体部材１８に伝播され、スロットアンテナ板３１に設けられた複数のスロット３２、３３から誘電体窓４１に放射される。誘電体窓４１を透過したマイクロ波は、誘電体窓４１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４１の直下で生成されたプラズマは、誘電体窓４１から離れる方向、すなわち、支持台１４に向かう方向に拡散していく。そして、拡散したプラズマで形成され、支持台１４に載置された被処理基板を含むプラズマ拡散領域で、被処理基板Ｗに対するプラズマエッチング処理等のプラズマ処理を行う。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、上記した構成のスロットアンテナ板３１および誘電体窓４１を含むラジアルラインスロットアンテナ（Ｒａｄｉａｌ Ｌｉｎｅ Ｓｌｏｔ Ａｎｔｅｎｎａ）により生成されている。

次に、この発明の一実施形態に係る誘電体窓４１の構成について、具体的に説明する。この発明の一実施形態に係る誘電体窓４１は、略円板状であって、所定の板厚を有する。誘電体窓４１は、誘電体で構成されており、誘電体窓４１の具体的な材質としては、石英やアルミナ等が挙げられる。誘電体窓４１は、図３における下側を処理容器１２の側壁１９ｂの一部を構成する環状部材１９ｃの上に載せるようにしてプラズマ処理装置１１に取り付けられ、備えられる。

誘電体窓４１の径方向の中央には、板厚方向、すなわち、図３中の紙面上下方向に貫通する貫通孔４２が設けられている。貫通孔４２のうち、下側領域は、センターガス供給部２４におけるガス供給口２３となり、上側領域は、センターガス供給部２４を構成するインジェクター部４５を受け入れる受け入れ凹部４３となる。なお、誘電体窓４１の径方向の中心は、中心４４で示される。

ここで、誘電体窓４１のうち、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４６には、開口が下面４６側となり、誘電体窓４１の板厚方向の内方側に向かって凹む凹部４７が設けられている。凹部４７は、それぞれ所定の間隔を開けて複数設けられている。この実施形態においては、３０個の凹部４７が設けられている。所定の間隔について、具体的な例としては、誘電体窓４１の材質を石英とした場合、波長が約６０ｍｍであるため、波長の半分である３０ｍｍ程度が採用され、誘電体窓４１の材質をアルミナとした場合、波長が約４０ｍｍであるため、波長の半分である２０ｍｍ程度が採用される。ここでいう間隔とは、隣り合う凹部４７において、後述する側面５３同士の間隔であり、図４中の長さＬ_３で示される長さである。

複数の凹部４７は、同心円状に設けられている。具体的には、複数の凹部４７は、最も内径側に位置する同心の６個の凹部４７群、６個の凹部４７群の外径側に位置する８個の同心の凹部４７群、および８個の同心の凹部４７群のさらに外径側に位置する１６個の同心の凹部４７群から構成されている。これら複数の凹部４７は、誘電体窓４１の中心４４を中心として、誘電体窓４１を板厚方向、この場合、下面４６側から見た場合に、回転対称性を有する。すなわち、複数の凹部４７が設けられた誘電体窓４１は、下面４６から見た場合に、回転対称性を有する形状であり、誘電体窓４１の中心４４を中心として３６０°を除いて所定の角度回転させた場合に、同じ形状となる。下面４６のうち、凹部４７が設けられていない領域については、平らな面、すなわち、誘電体窓４１の板厚方向に垂直な方向に延びる面で構成されている。

次に、凹部４７の形状について説明する。凹部４７は、上記したように、誘電体窓４１の下面４６から誘電体窓の板厚方向の内方側、具体的には、図４で示す矢印ＩＶの方向に向かって凹んだ形状である。

凹部４７は、誘電体窓４１の板厚方向に垂直な方向に延びる底面５１と、底面５１の周縁５２から凹部４７の開口側に向かって誘電体窓４１の板厚方向に延びる側面５３と、側面５３の開口側の周縁５４から凹部４７の開口側に向かって誘電体窓４１の板厚方向に対して傾斜して延びる傾斜面５５とから構成される。底面５１は、丸円状の面となり、側面５３は、円筒の外側の面となる。傾斜面５５は、円錐の外側の面の一部となる。傾斜面５５の開口側の周縁５６は、下面４６に位置する。傾斜面５５は、底面５１および側面５３側から開口が広がるように設けられている。底面５１は、図４中の紙面左右方向に真直ぐに延びる線で示され、側面５３は、図４中の紙面上下方向に真直ぐに延びる２つの線で示される。また、傾斜面５５は、図４においては、傾斜して真直ぐに延びる２つの線で示される。図４は、底面５１の中心を通る面で切断した場合を示しており、底面５１の中心５９を中心として、凹部４７は、図４に示すように左右対称の形状である。下面４６から傾斜面５５と側面５３との境界である周縁５４までの板厚方向の長さＬ_１は、周縁５４から底面５１と側面５３との境界である周縁５２までの板厚方向の長さＬ_２と、ほぼ等しく構成されている。なお、誘電体窓４１の板厚は、例えば、５０ｍｍが採用される。また、下面４６と傾斜面５５とのなす角度θ_１については、この実施形態においては、６０°である。なお、その他の凹部４７の形状についても同様であるため、それらの説明を省略する。

このように構成することにより、誘電体窓４１の下部領域に生成されるプラズマの偏りが生じるおそれを低減することができる。したがって、生成されるプラズマの均一性を向上することができる。また、このような誘電体窓４１を備えるプラズマ処理装置１１によれば、被処理基板Ｗの処理の均一性を向上することができる。

この場合、凹部は、複数設けられていているため、生成されるプラズマの均一性をさらに向上することができる。

また、複数の凹部は、同心円状に設けられているため、径方向において、生成されるプラズマの均一性をさらに向上することができる。

また、設けられた複数の凹部は、プラズマ処理装置用誘電体窓を板厚方向から見た場合に、プラズマ処理装置用誘電体窓の中心を中心として、回転対称性を有するよう構成しているため、周方向において、生成されるプラズマの均一性をさらに向上することができる。

上記構成の誘電体窓４１によってプラズマの偏りが生じるおそれを低減することができるメカニズムについては、以下のように考えられる。すなわち、例えば、高圧条件下において、プロセス時間の短縮化を図る観点から、高いエネルギーのマイクロ波を導入し、生成するプラズマの密度を高くする場合がある。このような状況下において、底面５１および側面５３によって囲まれる円筒状となる領域５７については、主にこの領域５７内においてマイクロ波の共鳴吸収が発生し、強いプラズマを生成させる空間となる。そして、領域５７の開口側となる傾斜面５５によって囲まれる円錐状の先端を切り取った形状となる領域５８については、上記した底面５１および側面５３によって囲まれる領域５７で吸収しきれないマイクロ波の再吸収や傾斜面５５によるマイクロ波の反射が行われる空間となる。傾斜面５５によるマイクロ波の反射については、板厚方向に垂直な方向、すなわち、図４中の紙面左右方向における強い定在波、特に誘電体窓４１の下面４６付近での強い定在波の発生を抑えるものである。この傾斜面５５および傾斜面５５によって囲まれる領域５８の空間を設けることにより、誘電体窓４１の下部領域において生成されるプラズマの偏り、およびプラズマの不均一に起因するマイクロ波の処理容器１２内への漏れを抑制すると考えられる。

ここで、下面が平らであって、凹部が設けられていない誘電体窓および図３等に示す本願発明の一実施形態に係る誘電体窓において、マイクロ波を導入した場合の電界強度のシミュレーションにおける分布を示す。図５は、下面が平らであって凹部が設けられていないプラズマ処理装置用誘電体窓において、マイクロ波を導入した場合の電界強度の分布を示すシミュレーション結果である。図６は、図５に示すシミュレーション結果を、所定の領域毎に分割して示した図である。図７は、この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置用誘電体窓において、マイクロ波を導入した場合の電界強度の分布を示すシミュレーション結果である。図８は、図７に示すシミュレーション結果を、所定の領域毎に分割して示した図である。図６および図８においては、それぞれ図５および図７に示すシミュレーション結果を、５段階の電界強度で大まかな領域に表したものである。領域６１ａが最も電界強度が高い領域を示し、領域６１ｂ、領域６１ｃ、領域６１ｄの順に示す領域の電界強度が低くなり、領域６１ｅが最も電界強度が低い領域を示すものである。図５においては、誘電体窓６２および誘電体窓６２の直下の空間６３を図示している。図７においては、本願発明の一実施形態に係る凹部６６が設けられた誘電体窓６４および誘電体窓６４の直下の空間６５を図示している。

図５〜図８を参照して、下面が平らであって凹部が設けられていない誘電体窓６２については、誘電体窓６２の内部において、多数の電界強度の高い領域が発生し、電界強度の強い領域が誘電体窓６２の直下の空間６３にまで及んでいる。これに対し、本願発明の一実施形態に係る凹部６６が設けられた誘電体窓６４については、凹部６６が設けられた位置の上側に電界強度の高い領域が集中し、誘電体窓６４の内部のその他の領域においては、比較的電界強度が低くなっている。また、誘電体窓６４の直下の空間６５については、電界強度の高い領域はほとんどない。

以上より、このような構成のプラズマ処理装置用誘電体窓によれば、誘電体窓の下部領域に生成されるプラズマの偏りが生じるおそれを低減することができる。したがって、生成されるプラズマの均一性を向上することができる。

なお、上記の実施の形態においては、下面と傾斜面とのなす角度を６０°とすることにしたが、これに限らず、例えば、下面と傾斜面とのなす角度について、４０°〜６０°のものが採用される。図９は、この発明の他の実施形態に係る下面と傾斜面とのなす角度を４５°とした場合を示す。図９を参照して、誘電体窓７１の凹部７２を構成する傾斜面７３と下面７４とのなす角度θ_２は、４５°である。このような構成とすれば、より確実に、生成されるプラズマの均一性を向上することができる。

また、上記の実施の形態においては、傾斜面は、下面に対して傾斜して真直ぐに延びることとしたが、これに限らず、下面に対して傾斜して真直ぐに延びず、傾斜面を曲面とする構成としてもよい。すなわち、図４等に示す断面において、傾斜面を示す線が所定の曲率を有するなだらかな線で構成されることとしてもよい。さらには、傾斜して真直ぐに延びる線となだらかな線とで構成されることとしてもよい。

なお、図４、図９に示す実施形態においては、傾斜面は傾斜して真直ぐに延びる線で構成することとしたが、これに限らず、いわゆる傾斜面をＲ面形状としてもよい。また、傾斜面と他の面との連なる部分において、曲面を構成することとしてもよい。また底面と側面についても、曲面で連なる構成としてもよい。図１０は、この場合におけるプラズマ処理装置用誘電体窓の一部を、凹部を含み、プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向に延びる面で切断した場合の断面図である。図１０は、図４、図９に対応する図である。図１０を参照して、この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置用誘電体窓８１ａに設けられた凹部８２ａは、上記したように、誘電体窓８１ａの下面８３ａから誘電体窓８１ａの板厚方向の内方側に向かって凹んだ形状である。

凹部８２ａは、半球面状の底面８４ａと、誘電体窓８１ａの板厚方向に延びる側面８５ａと、側面８５ａの開口側から凹部８２ａの開口側に向かって誘電体窓８１ａの板厚方向に対して傾斜して延びるＲ面形状の傾斜面８６ａとから構成される。底面８４ａは、頂部８７ａを中心として半球面状である。誘電体窓８１ａの最も内方側に半球面状の頂部８７ａが位置することになる。側面８５ａは、円筒の外側の面となる。傾斜面８６ａは、側面８５ａの開口側の端部８８ａと曲面で連なった形状である。また、傾斜面８６ａは、下面８３ａと曲面で連なった形状である。すなわち、傾斜面８６ａは、側面８５ａおよび下面８３ａにおいて、なだらかに連なるように構成されている。このような構成としてもよい。

このような構成によれば、凹部８２ａを構成する面において、いわゆる角部を有しない構成となるため、角部における局部的な電界集中のおそれを緩和することができる。そうすると、誘電体窓８１ａの長寿命化等を図ることができる。なお、具体的な寸法としては、図１０中の長さＬ_４で示される誘電体板８１ａの板厚を３０ｍｍとした場合、図１０中の長さＬ_５で示される下面８３ａから頂部８７ａまでの凹部８２ａの板厚方向の長さとして、１５ｍｍが選択される。また、半球面状の底面８４ａとしては、Ｒ１５ｍｍが選択され、曲面状の傾斜面８６ａとしては、Ｒ７．５ｍｍが選択される。なお、その他の凹部８２ａの形状については、上記した凹部４７と同様であるため、それらの説明を省略する。

また、凹部の形状について、以下のような構成としてもよい。図１１は、この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置用誘電体窓８１ｂの一部を、凹部を含み、プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向に延びる面で切断した場合の断面図である。図１１は、図４、図９、図１０に対応する図である。図１１を参照して、この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置用誘電体窓８１ｂに設けられた凹部８２ｂは、上記したように、誘電体窓８１ｂの下面８３ｂから誘電体窓８１ｂの板厚方向の内方側に向かって凹んだ形状である。

凹部８２ｂは、誘電体窓８１ｂの板厚方向に垂直な方向に延びる底面８４ｂと、底面８４ｂの開口側の周縁から凹部８２ｂの開口側に向かって誘電体窓８１ｂの板厚方向に延びる側面８５ｂと、側面８５ｂの開口側の周縁から凹部８２ｂの開口側に向かって誘電体窓８１ｂの板厚方向に対して傾斜して延びる傾斜面８６ｂとから構成される。底面８４ｂは、丸円状の面となり、側面８５ｂは、円筒の外側の面となる。傾斜面８６ｂは、円錐の外側の面の一部となる。

ここで、底面８４ｂの周縁において、底面８４ｂと側面８５ｂとは、曲面８７ｂで連なるように構成されている。また、側面８５ｂの開口側の周縁において、側面８５ｂと傾斜面８６ｂとは、曲面８７ｃで連なるように構成されている。また、傾斜面８６ｂの開口側の周縁において、傾斜面８６ｂと下面８３ｂとは、曲面８７ｄで連なるように構成されている。すなわち、底面８４ｂから側面８５ｂ、傾斜面８６ｂを経て、下面８３ｂに至る凹部８２ｂを形成する面において、全ての面がなだらかに連なるように構成されている。なお、その他の凹部８２ｂの形状については、上記した凹部４７と同様であるため、それらの説明を省略する。このような構成としてもよい。このような構成によっても、凹部８２ｂにおいて、いわゆる角部を有しない構成となる。したがって、角部における局部的な電界集中のおそれを緩和することができ、誘電体窓８１ｂの長寿命化等を図ることができる。

また、上記の実施の形態においては、底面と側面との間、側面と傾斜面との間、および傾斜面と下面との間のいずれもが、曲面で連なっている構成としたが、これに限らず、底面と側面との間、側面と傾斜面との間、および傾斜面と下面との間のうちの少なくともいずれか一つが曲面で連なっている構成としてもよい。

すなわち、この発明のさらに他の局面において、プラズマ処理装置用誘電体窓は、マイクロ波をプラズマ源とするプラズマ処理装置に備えられ、円板状であり、マイクロ波を伝播する。プラズマ処理装置用誘電体窓のうち、プラズマ処理装置に備えられた際にプラズマを生成する側の下面には、開口が下面側となり、プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向の内方側に向かって凹む凹部が設けられている。凹部は、プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向に垂直な方向に延びる底面と、底面の周縁から凹部の開口側に向かってプラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向に延びる側面と、側面の開口側の周縁から凹部の開口側に向かってプラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向に対して傾斜して延びる傾斜面とから構成されている。底面と側面との間、側面と傾斜面との間、および傾斜面と下面との間のうちの少なくともいずれか一つは、曲面で連なっている。

なお、上記の実施の形態においては、凹部は、左右対称の形状としたが、これに限らず、左右非対称であってもよい。また、求められる条件や性能等によっては、同心円状に設けなくともよく、さらには、回転対称性を有しない構成であってもよい。

具体的には、例えば、凹部の形状として、長穴状に凹んだ形状が選択される。図１２は、この場合の誘電体窓８１ｃの一部を、下面側から見た図である。図１２を参照して、この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置用誘電体窓８１ｃのうち、プラズマ処理装置に備えられた際にプラズマを生成する側となる下面８３ｃには、開口が下面８３ｃ側となり、誘電体窓８１ｃの板厚方向の内方側に向かって凹む凹部８２ｃが設けられている。

凹部８２ｃは、誘電体窓８１ｃの板厚方向に垂直な方向に延びる底面８４ｃと、底面８４ｃの周縁から凹部８２ｃの開口側に向かって誘電体窓８１ｃの板厚方向に延びる側面８５ｃと、側面８５ｃの開口側の周縁から凹部８２ｃの開口側に向かって誘電体窓８１ｃの板厚方向に対して傾斜して延びる傾斜面８６ｃとから構成される。底面８４ｃは、長径を図１２中の長さＬ_６で示し、短径を図１２中の長さＬ_７で示す長穴状の面となり、側面８５ｃは、横長の円筒の外側の面となる。傾斜面８６ｃは、円錐を横長にした形状の外側の面の一部となる。傾斜面８６ｃの開口側の周縁は、下面８３ｃに位置する。傾斜面８６ｃは、底面８４ｃおよび側面８５ｃ側から開口が広がるように設けられている。凹部８２ｃは、放射状に長手方向が位置するように設けられている。凹部８２ｃは、円周方向に所定の間隔を開けて、複数設けられている。なお、その他の凹部８２ｃの形状については、上記した凹部４７と同様であるため、それらの説明を省略する。

また、以下のような構成としてもよい。図１３は、この場合の誘電体窓８１ｃの一部を、下面側から見た図である。図１３を参照して、この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置用誘電体窓８１ｄのうち、プラズマ処理装置に備えられた際にプラズマを生成する側となる下面８３ｄには、開口が下面８３ｄ側となり、誘電体窓８１ｄの板厚方向の内方側に向かって凹む凹部８２ｄが設けられている。

凹部８２ｄは、誘電体窓８１ｄの板厚方向に垂直な方向に延びる底面８４ｄと、底面８４ｄの周縁から凹部８２ｄの開口側に向かって誘電体窓８１ｄの板厚方向に延びる側面８５ｄと、側面８５ｄの開口側の周縁から凹部８２ｄの開口側に向かって誘電体窓８１ｄの板厚方向に対して傾斜して延びる傾斜面８６ｄとから構成される。底面８４ｄは、長径を図１３中の長さＬ_８で示し、短径を図１３中の長さＬ_９で示す長穴状の面となり、側面８５ｄは、横長の円筒の外側の面となる。傾斜面８６ｄは、円錐を横長にした形状の外側の面の一部となる。傾斜面８６ｄの開口側の周縁は、下面８３ｄに位置する。傾斜面８６ｄは、底面８４ｄおよび側面８５ｄ側から開口が広がるように設けられている。

凹部８２ｄは、図１３中の一点鎖線で示す放射状に延びる仮想線８８ｄに向かって傾斜して長手方向が位置するように設けられている。凹部８２ｄは、円周方向に所定の間隔を開けて、複数設けられている。複数の凹部８２ｄは、同じ方向に傾斜して設けられている。この傾斜の角度については、スロットアンテナ板を板厚方向に配置させたときに、開口したスロットと長手方向が垂直な方向となる位置関係となるように設けられている。なお、その他の凹部８２ｄの形状については、上記した凹部４７と同様であるため、それらの説明を省略する。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、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 プラズマ処理装置、１２ 処理容器、１３ ガス供給部、１４ 支持台、１５ マイクロ波発生器、１６ 導波管、１７ 同軸導波管、１８ 誘電体部材、１９ａ 底部、１９ｂ 側壁、１９ｃ 環状部材、１９ｄ 端面、１９ｅ Ｏリング受け入れ凹部、２０ 排気孔、２１ Ｏリング、２２ａ 中心導体、２２ｂ 外周導体、２３，２５ ガス供給口、２４ センターガス供給部、２６ アウターガス供給部、２７ 中空状部材、２８ 支持部材、２９ マッチング、３０ モード変換器、３１ スロットアンテナ板、３２，３３ スロット、３４ スロット対、３７，４２ 貫通孔、３８，４４，５９ 中心、４１，６２，６４，７１，８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄ、 誘電体窓、４３ 受け入れ凹部、４５ インジェクター部、４６，７４，８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ 下面、４７，６６，７２，８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄ 凹部、５１，８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄ 底面、５２，５４，５６ 周縁、５３，８５ａ，８５ｂ，８５ｃ，８５ｄ 側面、５５，７３，８６ａ，８６ｂ，８６ｃ，８６ｄ 傾斜面、５７，５８，６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ，６１ｅ 領域、６３，６５ 空間、８７ａ 頂部、８７ｂ，８７ｃ，８７ｄ 曲面、８８ａ 端部、８８ｄ 仮想線。

Claims (10)

1. マイクロ波をプラズマ源とするプラズマ処理装置に備えられ、円板状であり、前記マイクロ波を伝播するプラズマ処理装置用誘電体窓であって、
   前記プラズマ処理装置用誘電体窓のうち、前記プラズマ処理装置に備えられた際にプラズマを生成する側の下面には、開口が前記下面側となり、前記プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向の内方側に向かって凹む凹部が設けられており、
   前記凹部は、前記プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向に垂直な方向に延びる底面と、前記底面の周縁から前記凹部の開口側に向かって前記プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向に延びる側面と、前記側面の開口側の周縁から前記凹部の開口側に向かって前記プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向に対して傾斜して延びる傾斜面とから構成される、プラズマ処理装置用誘電体窓。
2. 前記凹部は、複数設けられている、請求項１に記載のプラズマ処理装置用誘電体窓。
3. 複数の前記凹部は、同心円状に設けられている、請求項２に記載のプラズマ処理装置用誘電体窓。
4. 設けられた複数の前記凹部は、前記プラズマ処理装置用誘電体窓を板厚方向から見た場合に、前記プラズマ処理装置用誘電体窓の中心を中心として、回転対称性を有する、請求項２または３に記載のプラズマ処理装置用誘電体窓。
5. 前記凹部を含み、前記プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向に延びる面で前記プラズマ処理装置用誘電体窓を切断した場合の断面において、前記下面と前記傾斜面とのなす角度は、４０°〜６０°である、請求項１〜４のいずれかに記載のプラズマ処理装置用誘電体窓。
6. 前記傾斜面は、曲面を含む、請求項１〜５のいずれかに記載のプラズマ処理装置用誘電体窓。
7. マイクロ波をプラズマ源とするプラズマ処理装置であって、
   円板状であって、前記マイクロ波を伝播するプラズマ処理装置用誘電体窓を備え、
   前記プラズマ処理装置用誘電体窓のうち、前記プラズマ処理装置に備えられた際にプラズマを生成する側の下面には、開口が前記下面側となり、前記プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向の内方側に向かって凹む凹部が設けられており、
   前記凹部は、前記プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向に垂直な方向に延びる底面と、前記底面の周縁から前記凹部の開口側に向かって前記プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向に延びる側面と、前記側面の開口側の周縁から前記凹部の開口側に向かって前記プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向に対して傾斜して延びる傾斜面とから構成される、プラズマ処理装置。
8. 円板状であって、板厚方向に貫通する複数のスロットが設けられており、前記プラズマ処理装置用誘電体の上方側に配置され、前記マイクロ波を前記プラズマ処理装置用誘電体に向かって放射するスロットアンテナ板を備える、請求項７に記載のプラズマ処理装置。
9. マイクロ波をプラズマ源とするプラズマ処理装置に備えられ、円板状であり、前記マイクロ波を伝播するプラズマ処理装置用誘電体窓であって、
   前記プラズマ処理装置用誘電体窓のうち、前記プラズマ処理装置に備えられた際にプラズマを生成する側の下面には、開口が前記下面側となり、前記プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向の内方側に向かって凹む凹部が設けられており、
   前記凹部は、前記プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向に垂直な方向に延びる底面と、前記底面の周縁から前記凹部の開口側に向かって前記プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向に延びる側面と、前記側面の開口側の周縁から前記凹部の開口側に向かって前記プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向に対して傾斜して延びる傾斜面とから構成されており、
   前記底面と前記側面との間、前記側面と前記傾斜面との間、および前記傾斜面と前記下面との間のうちの少なくともいずれか一つは、曲面で連なっている、プラズマ処理装置用誘電体窓。
10. マイクロ波をプラズマ源とするプラズマ処理装置に備えられ、円板状であり、前記マイクロ波を伝播するプラズマ処理装置用誘電体窓であって、
    前記プラズマ処理装置用誘電体窓のうち、前記プラズマ処理装置に備えられた際にプラズマを生成する側の下面には、開口が前記下面側となり、前記プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向の内方側に向かって凹む凹部が設けられており、
    前記凹部は、前記プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向に垂直な方向に延びる底面と、前記底面の周縁から前記凹部の開口側に向かって前記プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向に延びる側面と、前記側面の開口側の周縁から前記凹部の開口側に向かって前記プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向に対して傾斜して延びる傾斜面とから構成されており、
    前記凹部は、長穴状に凹んだ形状である、プラズマ処理装置用誘電体窓。