JP5851899B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

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Description

本発明の種々の側面及び実施形態は、プラズマ処理装置に関するものである。
プラズマ処理装置には、下記特許文献１に記載されたものがある。特許文献１に記載されたプラズマ処理装置は、処理容器、マイクロ波発生器、同軸導波管、アンテナ、誘電体窓、ガス導入手段、保持部、及び、プラズマ遮蔽部を備えている。
アンテナは、マイクロ波発生器によって発生されるマイクロ波を同軸導波管を介して受け、マイクロ波を誘電体窓を通して、処理容器内部に導入する。また、ガス導入手段は、処理容器内に処理ガスを導入する。ガス導入手段は、リング状の中央部ガスノズル部を含んでいる。
特許文献１のプラズマ処理装置では、アンテナによって与えられたマイクロ波により処理容器内に処理ガスのプラズマが励起され、保持部に保持された被処理基体が当該処理ガスのプラズマによって処理される。また、特許文献１のプラズマ処理装置では、被処理基体の処理速度を均一化するために、プラズマ遮蔽部が中周部に設けられている。
特開２００８−１２４４２４号公報
特許文献１のガス導入手段は、リング状の中央部ガスノズル部を含んでいる。特許文献１には、このリング状の中央部ガスノズル部は極力小さくする必要があると記載されている。また、特許文献１には、被処理基体の周辺部における処理速度が当該被処理基体の中央の領域の処理速度より大きくなることを防止するために、プラズマ遮蔽部を中周部に設けることが記載されている。
一方、本願発明者は、プラズマ処理装置について研究を重ねた結果、被処理基体の中央部分の処理速度は、被処理基体の周辺部分における処理速度より大きくなり得ることを見出している。
したがって、プラズマ処理装置では、被処理基体の中央部分の処理速度を低減させることが求められている。
本発明の一側面に係るプラズマ処理装置は、処理容器、ガス供給部、マイクロ波発生器、アンテナ、同軸導波管、保持部、誘電体窓、及び誘電体棒を備えている。ガス供給部は、処理容器内に処理ガスを供給する。マイクロ波発生器は、マイクロ波を発生する。アンテナは、プラズマ励起用のマイクロ波を処理容器内に導入する。同軸導波管は、マイクロ波発生器とアンテナとの間に設けられている。保持部は、被処理基体を保持するものであり、同軸導波管の中心軸線が延びる方向においてアンテナと対向配置されている。誘電体窓は、アンテナと保持部との間に設けられており、アンテナからのマイクロ波を処理容器内に透過する。誘電体棒は、保持部と誘電体窓との間の領域において同軸導波管の中心軸線に沿って設けられている。
このプラズマ処理装置では、誘電体棒が処理容器内の中央領域に設けられている。中央領域とは、保持部と誘電体窓との間の領域であって同軸導波管の中心軸線に沿った領域である。誘電体棒は、中央領域におけるプラズマを遮蔽し得る。したがって、このプラズマ処理装置によれば、中央領域におけるプラズマの密度を低減させることが可能である。その結果、被処理基体の中央部分における処理速度を低減することが可能である。
一実施形態においては、誘電体棒の保持部側の先端と保持部との間の距離は９５ｍｍ以下であってもよい。誘電体棒の先端と保持部との間の距離が９５ｍｍ以下になると、保持部の直上における中心軸線付近のプラズマの密度がより効果的に低減され得る。
一実施形態においては、誘電体棒の半径は６０ｍｍ以上であってもよい。かかる半径の誘電体棒を用いることにより、保持部の直上における中心軸線付近のプラズマの密度が効果的に低減され得る。
一実施形態においては、ガス供給部は、アンテナの側から保持部の側に中心軸線に沿って処理ガスを供給してもよく、誘電体棒には、中心軸線方向に延び、ガス供給部からの処理ガスが通る一以上の孔が形成されていてもよい。この形態によれば、中心軸線に沿って誘電体棒の孔を介して処理ガスが処理容器内に導入され得る。また、一実施形態においては、孔を画成する誘電体棒の内面には、金属膜が設けられていてもよい。この形態によれば、誘電体棒の内面によって画成される孔の内部におけるプラズマの発生が防止され得る。
本発明の別の一側面に係るプラズマ処理装置は、上述した一側面に係るプラズマ処理装置の誘電体棒に代えて、誘電体製の円板を備えている。この円板は、保持部と誘電体窓との間の領域において上記中心軸線に交差する面に沿って設けられている。このプラズマ処理装置においても、誘電体製の円板が中央領域におけるプラズマを遮蔽し得る。したがって、このプラズマ処理装置によれば、中央領域におけるプラズマの密度を低減させることが可能である。
一実施形態においては、円板と保持部との間の距離は９５ｍｍ以下であってもよい。誘電体棒の先端と保持部との間の距離が９５ｍｍ以下になると、保持部の直上における中心軸線付近のプラズマの密度がより効果的に低減され得る。
一実施形態においては、円板の半径は６０ｍｍ以上であってもよい。かかる半径の円板を用いることにより、保持部の直上における中心軸線付近のプラズマの密度が効果的に低減され得る。
一実施形態においては、円板は誘電体棒によって支持され得る。この誘電体棒は、中心軸線に沿って設けられており、当該円板より小径であり得る。この誘電体棒にも、上記中心軸線方向に延び、ガス供給部からの処理ガスが通る一以上の孔が形成されていてもよい。また、当該孔を画成する誘電体棒の内面に金属膜が設けられていてもよい。
一実施形態においては、ガス供給部は、アンテナの側から保持部の側に中心軸線に沿って処理ガスを供給し、円板には中心軸線に沿って延びる孔が形成されていてもよい。即ち、円板は、環状板であってもよい。この形態によれば、中心軸線に沿って供給されるガスが円板の孔を介して流れることが可能であり、且つ、当該孔が存在しても円板によって中央領域のプラズマの密度が低減され得る。
また、一実施形態においては、プラズマ処理装置は、中心軸線の周りに環状に設けられたガス管であって、複数のガス噴射孔が設けられた当該ガス管を更に備え、円板は、ガス管に支持されていてもよい。一実施形態においては、中心軸線に対して放射方向に延びる支持棒によって、円板とガス管とが結合され得る。
一実施形態においては、保持部とガス管との中心軸線方向における距離は、円板と保持部との間の距離より短くてもよい。この実施形態によれば、中心軸線に向かう方向にガス管のガス噴射孔から噴射され、その後に上方に向かうガスの流れが、円板によって下方に向かう流れに変更され得る。この処理ガスの流れにより、被処理基体の中心とエッジとの間の領域、即ち、中間領域、又は被処理基体のエッジにおける処理速度が、当該被処理基体の中心における処理速度に近付けられる。その結果、被処理基体の径方向における形状バラツキが、低減され得る。一実施形態においては、円板は、メッシュ状の円板であってもよい。即ち、円板には、複数のメッシュ孔（貫通孔）が設けられていてもよい。この実施形態によれば、メッシュ孔のサイズを適宜設定することにより、ガス管のガス噴射孔から噴射されて上方へ向かい円板によって下方に向かう流れに変更されるガスの量を調整することが可能である。
また、一実施形態においては、支持棒の太さは５ｍｍ以下であってもよい。かかる太さの支持棒が用いられることにより、支持棒がプラズマの分布に与える影響が比較的小さくなり得る。
一実施形態においては、ガス管は、中心軸線方向において円板の直下に設けられていてもよい。ガス管のガス噴射孔は、下方に向いていてもよく、中心軸線に向かう方向に向いていてもよく、或いは、斜め下方向に向いていてもよい。また、ガス管は、円板の外縁に沿って設けられており円板の下面に接合されていてもよい。これら実施形態によれば、径方向における当該被処理基体の処理速度のバラツキを低減するよう、環状に設けられたガス管からのガスの噴射方向を設定することが可能となり得る。
一実施形態においては、ガス管は略矩形の断面を有するガス管であってもよい。また、一実施形態においては、ガス管の断面の幅であり前記中心軸線に平行な方向及び当該中心軸線に直交する方向のうち一方における該断面の幅は、ガス管の断面の幅であり前記中心軸線に平行な方向及び当該中心軸線に直交する方向のうち他方における該断面の幅よりも大きくてもよい。かかるガス管によれば、ガス管の製造コストの増加を抑えつつ、ガス管内の圧力損失を低減することが可能となる。
以上説明したように、本発明の種々の側面及び実施形態によれば、被処理基体の中央部分の処理速度を低減させることが可能なプラズマ処理装置が提供される。
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。 図１に示す誘電体窓と誘電体棒の拡大断面図である。 シミュレーションによって求めた径方向における電子密度分布を示すグラフである。 シミュレーションによって求めた径方向における電子密度分布を示すグラフである。 シミュレーションによって求めた径方向におけるプラズマの分布を示すグラフである。 別の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。 図６に示す誘電体窓と誘電体製の円板の拡大断面図である。 シミュレーションによって求めた径方向におけるプラズマの分布を示すグラフである。 シミュレーションによって求めた径方向におけるプラズマの分布を示すグラフである。 シミュレーションによって求めた径方向におけるプラズマの分布を示すグラフである。 更に別の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。 図１１に示すプラズマ処理装置の要部を示す破断斜視図である。 シミュレーションによって求めた径方向におけるプラズマの分布を示すグラフである。 シミュレーションによって求めた径方向におけるプラズマの分布を示すグラフである。 シミュレーションによって求めた径方向におけるプラズマの分布を示すグラフである。 周方向の電子密度の均一性の評価値の算出方法を説明するための図である。 評価実験用の生産物を概略的に示す図である。 別の実施形態の円板を示す図である。 シミュレーションによって求めた径方向におけるプラズマの分布を示すグラフである。 更に別の実施形態に係るプラズマ処理装置の要部を示す破断斜視図である。 図２０に示すプラズマ処理装置に適用可能なガス管の構成を概略的に示す断面図である。 図２０に示すプラズマ処理装置に適用可能なガス管の構成を概略的に示す断面図である。
以下、図面を参照して本発明の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する。
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断面図である。図１に示すプラズマ処理装置１０は、処理容器１２、ガス供給部１４、マイクロ波発生器１６、アンテナ１８、同軸導波管２０、保持部２２、誘電体窓２４、及び、誘電体棒２６を備えている。
処理容器１２は、被処理基体Ｗにプラズマ処理を行うための空間を画成している。処理容器１２は、側壁１２ａ、及び、底部１２ｂを含み得る。側壁１２ａは、中心軸線Ｘ方向に延在する略筒形状を有している。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。側壁１２ａの上端部は開口している。側壁１２ａの上端部開口は、誘電体窓２４によって閉じられている。この誘電体窓２４と側壁１２ａの上端部との間にはＯリング２８が介在していてもよい。このＯリング２８により、処理容器１２の密閉がより確実なものとなる。
マイクロ波発生器１６は、例えば２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波を発生する。マイクロ波発生器１６は、チューナー１６ａを有している。マイクロ波発生器１６は、導波管３０及びモード変換器３２を介して、同軸導波管２０の上部に接続されている。同軸導波管２０は、中心軸線Ｘに沿って延びている。同軸導波管２０は、外側導体２０ａ及び内側導体２０ｂを含んでいる。外側導体２０ａは、中心軸線Ｘ方向に延びる筒形状を有している。外側導体２０ａの下端は、冷却ジャケット３４の上部に電気的に接続され得る。内側導体２０ｂは、外側導体２０ａの内側に設けられている。内側導体２０ｂは、中心軸線Ｘに沿って延びている。内側導体２０ｂの下端は、アンテナ１８のスロット板１８ｂに接続している。
アンテナ１８は、誘電体板１８ａ及びスロット板１８ｂを含んでいる。誘電体板１８ａは、略円板形状を有している。誘電体板１８ａは、例えば、石英又はアルミナから構成され得る。誘電体板１８ａは、スロット板１８ｂと冷却ジャケット３４の下面の間に狭持されている。アンテナ１８は、したがって、誘電体板１８ａ、スロット板１８ｂ、及び、冷却ジャケット３４の下面によって構成され得る。
スロット板１８ｂは、複数のスロット対が形成された略円板状の金属板である。一実施形態においては、アンテナ１８は、ラジアルラインスロットアンテナであり得る。即ち、スロット板１８ｂには、互いに交差又は直交する方向に延びる二つのスロット孔をそれぞれ含む複数のスロット対が、径方向に所定の間隔で配置され、また、周方向に所定の間隔で配置され得る。マイクロ波発生器１６により発生されたマイクロ波は、同軸導波管２０を通って、誘電体板１８ａに伝播され、スロット板１８ｂのスロット孔から誘電体窓２４に導入される。
誘電体窓２４は、略円板形状を有しており、例えば、石英又はアルミナから構成されている。誘電体窓２４は、スロット板１８ｂの直下に設けられている。誘電体窓２４は、アンテナ１８から受けたマイクロ波を透過して、処理空間内に導入する。これにより、誘電体窓２４の直下に電界が発生し、処理空間内にプラズマが発生する。このように、プラズマ処理装置１０によれば、磁場を加えずにマイクロ波を用いてプラズマを発生させることが可能である。
一実施形態においては、誘電体窓２４の下面は、凹部２４ａを画成し得る。凹部２４ａは、中心軸線Ｘ周りに環状に設けられており、テーパ形状を有している。この凹部２４ａは、導入されたマイクロ波による定在波の発生を促進するために設けられており、マイクロ波によるプラズマを効率的に生成することに寄与し得る。
プラズマ処理装置１０では、ガス供給部１４によって中心軸線Ｘ方向に処理空間内に処理ガスが供給される。一実施形態においては、ガス供給部１４は、内側導体２０ｂの内孔２０ｃ、及び、誘電体窓２４の孔２４ｂによって構成されている。即ち、筒状の導体である内側導体２０ｂが、ガス供給部１４の一部を画成し得る。また、孔２４ｂを画成する誘電体窓２４が、ガス供給部１４の他の一部を画成し得る。
図１に示すように、内側導体２０ｂの内孔２０ｃには、ガス供給系４０からのガスを受けて、当該ガスを誘電体窓２４の孔２４ｂに供給する。ガス供給系４０は、マスフローコントローラといった流量制御器４０ａ及び開閉弁４０ｂから構成され得る。孔２４ｂに供給されたガスは、後述するように、誘電体棒２６を介して処理空間に供給される。
一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、別のガス供給部４２を更に備え得る。ガス供給部４２は、ガス管４２ａを含む。ガス管４２ａは、誘電体窓２４と保持部２２との間において中心軸線Ｘ周りに、環状に延在している。ガス管４２ａには、中心軸線Ｘに向かう方向にガスを噴射する複数のガス噴射孔４２ｂが設けられている。このガス供給部４２は、ガス供給系４４に接続されている。
ガス供給系４４は、ガス管４４ａ、開閉弁４４ｂ、及び、マスフローコントローラといった流量制御器４４ｃを含んでいる。ガス供給部４２のガス管４２ａには、流量制御器４４ｃ、開閉弁４４ｂ、及びガス管４４ａを介して、処理ガスが供給される。なお、ガス管４４ａは、処理容器１２の側壁１２ａを貫通している。ガス供給部４２のガス管４２ａは、当該ガス管４４ａを介して、側壁１２ａに支持され得る。
保持部２２は、中心軸線Ｘ方向において、アンテナ１８に対向するように処理空間内に設けられている。この保持部２２は、被処理基体Ｗを保持する。一実施形態においては、保持部２２は、保持台２２ａ、フォーカスリング２２ｂ、及び、静電チャック２２ｃを含み得る。
保持台２２ａは、筒状支持部４６に支持されている。筒状支持部４６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４６の外周には、導電性の筒状支持部４８が設けられている。筒状支持部４８は、筒状支持部４６の外周に沿って処理容器１２の底部１２ｂから垂直上方に延びている。この筒状支持部４６と側壁１２ａとの間には、環状の排気路５０が形成されている。
排気路５０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、処理容器１２内の処理空間を所望の真空度まで減圧することができる。
保持台２２ａは、高周波電極を兼ねている。保持台２２ａ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、被処理基体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、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。
保持台２２ａの上面には、静電チャック２２ｃが設けられている。静電チャック２２ｃは、被処理基体Ｗを静電吸着力で保持する。静電チャック２２ｃの径方向外側には、被処理基体Ｗの周囲を環状に囲むフォーカスリング２２ｂが設けられている。静電チャック２２ｃは、電極２２ｄ、絶縁膜２２ｅ、及び、絶縁膜２２ｆを含んでいる。電極２２ｄは、導電膜によって構成されており、絶縁膜２２ｅと絶縁膜２２ｆの間に設けられている。電極２２ｄ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２２ｃ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、被処理基体Ｗを吸着保持することができる。
保持台２２ａの内部には、周方向に延びる環状の冷媒室２２ｇが設けられている。この冷媒室２２ｇ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。冷媒の温度によって静電チャック２２ｃ上の被処理基体Ｗの処理温度を制御できる。さらに、伝熱ガス供給部（図示せず）からの伝熱ガス、例えば、Ｈｅガスがガス供給管７４を介して静電チャック２２ｃの上面と被処理基体Ｗの裏面との間に供給される。
以下、図１及び図２を参照する。図２は、図１に示す誘電体窓と誘電体棒の拡大断面図である。誘電体棒２６は、略円柱状の誘電体製の部材であり、中心軸線Ｘに沿って設けられている。誘電体棒２６は、例えば、石英又はアルミナから構成され得る。
一実施形態においては、誘電体棒２６は、誘電体窓２４によって支持されている。より詳細には、上述した孔２４ｂを画成する面として、誘電体窓２４は、上側から順に面２４ｃ、面２４ｄ、及び、面２４ｅを含んでいる。面２４ｃによって画成される孔の直径は、面２４ｄによって画成される孔の直径より大きく、面２４ｄによって画成される孔の直径は、面２４ｅによって画成される孔の直径より大きい。
誘電体棒２６は、上側から順に第１の部分２６ａ及び第２の部分２６ｂを有している。第１の部分２６ａは、面２４ｄによって画成される孔と実質的に同一の直径を有している。また、第２の部分２６ｂは、面２４ｅによって画成される孔と実質的に同一の直径を有している。第２の部分２６ｂは、面２４ｅによって画成される孔を通過して、処理空間に延びている。誘電体棒２６は、第１の部分２６ａの下面が面２４ｄと面２４ｅとの間の段差面に当接することによって、誘電体窓２４によって支持される。また、第１の部分２６ａ及び第２の部分２６ｂによって、誘電体窓２４によって画成される孔２４ｂが処理容器１２内の処理空間から隔離される。一実施形態においては、第１の部分２６ａの下面と面２４ｄと面２４ｅとの間の段差面との間にＯリング２７が設けられていてもよい。
誘電体棒２６の第２の部分２６ｂは、処理空間内の中央領域においてプラズマを遮蔽している。この中央領域とは、誘電体窓２４と保持部２２との間の領域であって、中心軸線Ｘに沿った領域である。中央領域に存在する誘電体棒２６は、当該中央領域においてプラズマを遮蔽する。したがって、中心軸線Ｘに交差する部分での被処理基体Ｗの処理速度が低減される。
誘電体棒２６の第２の部分２６ｂの半径は６０ｍｍ以上であってもよい。６０ｍｍ以上の半径を有する誘電体棒２６によって、保持部２２の直上における中心軸線Ｘ付近のプラズマの密度が効果的に低減され得る。また、誘電体棒２６の先端（下端）と保持部２２の上面との間の距離（ギャップ）は、９５ｍｍ以下であってもよい。かかるギャップによって、保持部２２の直上における中心軸線Ｘ付近のプラズマの密度がより効果的に低減され得る。
一実施形態においては、図２に示すように、誘電体棒２６には、中心軸線Ｘ方向に延びる一以上の孔２６ｈが形成されていてもよい。孔２６ｈは、誘電体窓２４によって画成された孔２４ｂと処理容器１２内の処理空間とを接続する。これにより、ガス供給部１４からのガスは、誘電体棒２６を介して処理空間内に供給される。一実施形態においては、孔２６ｈを画成する誘電体棒２６の内面に膜２６ｆが形成されていてもよい。膜２６ｆは、例えば金（Ａｕ）製の金属膜を含み得る。この膜２６ｆにより、孔２６ｈにおけるプラズマの発生が防止される。なお、膜２６ｆは接地電位に接続されていてもよい。また、誘電体棒２６の外面には、膜が形成されていてもよく、当該膜は、プラズマ耐性を有するＹ２Ｏ３膜であってもよい。
以下、図１のプラズマ処理装置１０のシミュレーション結果について説明する。図３及び図４は、シミュレーションによって求めた径方向における電子密度分布を示すグラフである。図３及び図４に示すシミュレーション結果Ｓ１〜Ｓ１２の特性は、プラズマ処理装置１０のパラメータをシミュレーションにより種々に変更して求めた電子密度の径方向分布である。これら電子密度の径方向分布は、保持部２２の５ｍｍ上において求めたものである。図３及び図４における横軸は、中心軸線Ｘからの径方向の距離ｄを示しており、縦軸は、中心軸線Ｘから１５ｃｍの距離での電子密度により規格化した電子密度Ｎｅを示している。
図３に示す特性は、アルゴン（Ａｒ）を処理ガスとして用い、処理容器１２内部での圧力を２０ｍＴｏｒｒ（２．６６６Ｐａ）として得たものである。また、図４に示す特性は、アルゴン（Ａｒ）を処理ガスとして用い、処理容器１２内部での圧力を１００ｍＴｏｒｒ（１３．３３Ｐａ）として得たものである。図３及び図４に示す特性の何れも、保持部２２の上面と誘電体窓２４の下面との間のギャップを２４５ｍｍに設定して求めた。図３及び図４に関連するシミュレーションにおけるその他のパラメータは以下の通りである。
比較例１及び２：誘電体棒無し
Ｓ１及びＳ７：誘電体棒２６の直径６０ｍｍ、処理空間内での誘電体棒２６の長さ２００ｍｍ
Ｓ２及びＳ８：誘電体棒２６の直径６０ｍｍ、処理空間内の誘電体棒２６の長さ１５０ｍｍ
Ｓ３及びＳ９：誘電体棒２６の直径６０ｍｍ、処理空間内の誘電体棒２６の長さ１００ｍｍ
Ｓ４及びＳ１０：誘電体棒２６の直径１２０ｍｍ、処理空間内の誘電体棒２６の長さ２００ｍｍ
Ｓ５及びＳ１１：誘電体棒２６の直径１２０ｍｍ、処理空間内の誘電体棒２６の長さ１５０ｍｍ
Ｓ６及びＳ１２：誘電体棒２６の直径１２０ｍｍ、処理空間内の誘電体棒２６の長さ１００ｍｍ
なお、処理空間内での誘電体棒２６の長さとは、誘電体窓２４の下方において延在している誘電体棒２６の長さである。
図３を参照すると、処理容器１２内の処理空間が比較的低圧である場合には、シミュレーション結果Ｓ１〜Ｓ６の何れの誘電体棒２６を用いても、中心軸線Ｘ付近の電子密度を比較例１よりも低減することが可能であることが確認される。また、誘電体棒２６の直径を１２０ｍｍ以上（即ち、半径を６０ｍｍ以上）とすることにより、中心軸線Ｘ付近の電子密度を効果的に低減することが可能であることが確認される。また、処理空間内の誘電体棒２６の長さを１５０ｍｍ以上とすること、即ち、誘電体棒２６の先端（下端）と保持部２２の上面との間のギャップ長を９５ｍｍ以下とすることにより、中心軸線Ｘ付近の電子密度をより効果的に低減することが可能であることが確認される。
また、図４を参照すると、処理容器１２内の処理空間が比較的高圧である場合には、シミュレーション結果Ｓ７、Ｓ８、Ｓ１０、Ｓ１１のパラメータの誘電体棒２６を用いることにより、中心軸線Ｘ付近の電子密度を比較例２より低減することが可能であることが確認される。換言すると、処理容器１２内の処理空間が比較的高圧である場合には、処理空間内の誘電体棒２６の長さを１５０ｍｍ以上とすること、即ち、誘電体棒２６の先端（下端）と保持部２２の上面との間のギャップ長を９５ｍｍ以下とすることにより、中心軸線Ｘ付近の電子密度を低減することが可能である。
次に、図５を参照する。図５は、シミュレーションによって求めた径方向におけるプラズマの分布を示すグラフである。図５に示すシミュレーション結果Ｓ１３及びＳ１４の特性は、プラズマ処理装置１０のパラメータをシミュレーションにより種々に変更して得た保持部２２の５ｍｍ上における電子密度の径方向分布（図５の（ａ））、Ｆ（フッ素）密度の径方向分布（図５の（ｂ））、及びＣＦ３ ＋密度の径方向分布（図５の（ｃ））である。
図５においては、横軸は中心軸線Ｘからの径方向の距離ｄを示している。図５の（ａ）における縦軸は、中心軸線Ｘから１５ｃｍの距離での電子密度により規格化した電子密度Ｎｅを示しており、図５の（ｂ）における縦軸は、中心軸線Ｘから１５ｃｍの距離でのフッ素の密度により規格化したフッ素の密度を示しており、図５の（ｃ）における縦軸は、中心軸線Ｘから１５ｃｍの距離でのＣＦ３ ＋の密度により規格化したＣＦ３ ＋の密度を示している。
図５に示す特性は、アルゴン（Ａｒ）及びＣＨＦ３を処理ガスとして用い、処理容器１２内部での圧力を２０ｍＴｏｒｒとして得たものである。また、ＡｒとＣＨＦ３の流量比は５００：２５に設定し、保持部２２の上面と誘電体窓２４の下面との間のギャップは２４５ｍｍに設定した。図５に関連するシミュレーションのその他のパラメータは以下の通りである。
比較例３：誘電体棒なし
Ｓ１３：誘電体棒２６の直径６０ｍｍ、処理空間内の誘電体棒２６の長さ１００ｍｍ
Ｓ１４：誘電体棒２６の直径１２０ｍｍ、処理空間内の誘電体棒２６の長さ１００ｍｍ
図５を参照すると、シミュレーション結果Ｓ１３及び１４の何れの誘電体棒２６を用いても、中心軸線Ｘ付近のプラズマの密度を比較例３よりも低減することが可能であることが確認される。
以下、別の実施形態に係るプラズマ処理装置について説明する。図６は、別の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。以下、図６に示すプラズマ処理装置１０Ａについて、プラズマ処理装置１０と異なる点を説明する。
プラズマ処理装置１０Ａは、誘電体棒２６に代えて円板８０を備えている。円板８０は、石英又はアルミナといった誘電体から構成されており、略円板形状を有している。円板８０は、誘電体窓２４と保持部２２の間の処理空間内において中心軸線Ｘに交差する面に沿って設けられている。即ち、プラズマ処理装置１０Ａにおいては、誘電体製の円板８０が中央領域に設けられている。この円板８０によって、中央領域におけるプラズマが遮蔽される。したがって、中心軸線Ｘに交差する部分での被処理基体Ｗの処理速度が低減される。
円板８０の半径は６０ｍｍ以上であってもよい。６０ｍｍ以上の半径を有する誘電体製の円板８０によって、保持部２２の直上における中心軸線Ｘ付近のプラズマの密度が効果的に低減され得る。また、円板８０の下面と保持部２２の上面との間の距離（ギャップ）は、９５ｍｍ以下であってもよい。かかるギャップによって、保持部２２の直上における中心軸線Ｘ付近のプラズマの密度がより効果的に低減され得る。
図７は、図６に示す誘電体窓と誘電体製の円板の拡大断面図である。一実施形態においては、図７に示すように、円板８０は、誘電体棒８２を介して、誘電体窓２４に支持され得る。なお、誘電体棒８２は、例えば、石英又はアルミナ等から構成され得る。
誘電体棒８２は、上側から順に第１の部分８２ａ及び第２の部分８２ｂを含んでいる。第１の部分８２ａは、面２４ｄによって画成される孔と実質的に同一の直径を有している。また、第２の部分８２ｂは、面２４ｅによって画成される部分と実質的に同一の直径を有している。第１の部分８２ａの下面が面２４ｄと面２４ｅとの間の段差面に当接することによって、誘電体棒８２は誘電体窓２４によって支持される。また、第１の部分８２ａ及び第２の部分８２ｂによって、誘電体窓２４によって画成される孔２４ｂが処理空間から隔離される。一実施形態においては、第１の部分８２ａの下面と面２４ｄと面２４ｅとの間の段差面との間にＯリング２７が設けられていてもよい。
第２の部分８２ａは、その下端部分に、小径部８２ｃを含んでいる。小径部８２ｃの直径は、第２の部分８２ａのうち中心軸線Ｘ方向における両側の部分の直径より小さくなっている。一方、円板８０の中央には、中心軸線Ｘ方向に孔が設けられている。この孔の上側部分は、当該孔の下側部分よりも小さな直径を有しており、円板８０の凸部８０ａにより画成されている。この凸部８０ａは、誘電体棒８２の小径部８２ｃに嵌合する。これによって、円板８０は、誘電体棒８２を介して、誘電体窓２４に支持され得る。
また、一実施形態においては、誘電体棒８２には、中心軸線Ｘ方向に延びる複数の孔８２ｈが形成されていてもよい。孔８２ｈは、誘電体窓２４によって提供される孔２４ｂと処理空間とを接続する。これにより、ガス供給部１４からのガスは、誘電体棒８２を介して処理容器１２内の処理空間に供給される。一実施形態においては、孔８２ｈを画成する誘電体棒８２の内面に膜８２ｆが形成されていてもよい。膜８２ｆは、Ａｕ（金）といった金属膜を含み得る。この膜８２ｆにより、孔８２ｈにおけるプラズマの発生が防止される。なお、膜８２ｆは接地電位に接続されていてもよい。また、誘電体棒８２の外面には、膜が形成されていてもよく、当該膜は、プラズマ耐性を有するＹ２Ｏ３膜であってもよい。
以下、図８〜１０を参照して、図６のプラズマ処理装置１０Ａのシミュレーション結果について説明する。図８〜１０は、シミュレーションによって求めた径方向におけるプラズマの分布を示すグラフである。図８〜図１０に示すシミュレーション結果Ｓ１５〜Ｓ１９の特性は、プラズマ処理装置１０Ａのパラメータをシミュレーションにより種々に変更して得た保持部２２の５ｍｍ上における電子密度の径方向分布（図８）、Ｆ（フッ素）密度の径方向分布（図９）、及びＣＦ３ ＋密度の径方向分布（図１０）である。
図８〜図１０においては、横軸は中心軸線Ｘからの径方向の距離ｄを示している。図８における縦軸は、中心軸線Ｘから１５ｃｍの距離での電子密度により規格化した電子密度Ｎｅを示しており、図９における縦軸は、中心軸線Ｘから１５ｃｍの距離でのフッ素の密度により規格化したフッ素の密度を示しており、図１０における縦軸は、中心軸線Ｘから１５ｃｍの距離でのＣＦ３ ＋の密度により規格化したＣＦ３ ＋の密度を示している。
図８〜図１０に示すシミュレーション結果は、アルゴン（Ａｒ）及びＣＨＦ３を処理ガスとして用い、処理容器１２内部での圧力を２０ｍＴｏｒｒとして得たものである。また、ＡｒとＣＨＦ３の流量比は５００：２５に設定し、保持部２２の上面と誘電体窓２４の下面との間のギャップは２４５ｍｍに設定した。図８〜図１０に関連するその他のパラメータは以下の通りである。
Ｓ１５：円板８０の直径１２０ｍｍ、誘電体窓２４の下面から円板８０の下面までの距離１５０ｍｍ
Ｓ１６：円板８０の直径１２０ｍｍ、誘電体窓２４の下面から円板８０の下面までの距離２００ｍｍ
Ｓ１７：円板８０の直径２００ｍｍ、誘電体窓２４の下面から円板８０の下面までの距離１５０ｍｍ
Ｓ１８：円板８０の直径２００ｍｍ、誘電体窓２４の下面から円板８０の下面までの距離１００ｍｍ
Ｓ１９：円板８０の直径１２０ｍｍ、誘電体窓２４の下面から円板８０の下面までの距離１００ｍｍ
図８〜図１０を参照すると、シミュレーション結果Ｓ１４とＳ１９、即ち、直径１２０ｍｍで第３の部分の長さが１００ｍｍの誘電体棒２６を用いた場合のシミュレーション結果（Ｓ１４）と、直径１２０ｍｍで誘電体窓２４の下面からその下面までの距離が１００ｍｍの円板８０を用いた場合のシミュレーション結果（Ｓ１９）とでは、略同等の特性が得られることが確認される。このことは、誘電体棒２６の第３の部分の直径と同一の直径を有する円板８０を、当該誘電体棒２６の先端と同位置に下面が位置するように設けることで、円板８０でも誘電体棒２６と同様のプラズマ遮蔽効果が得られることを示している。したがって、より少ない誘電体材料で構成し得る円板８０を用いることで、誘電体棒２６と同等のプラズマ遮蔽効果を得ることが可能である。
また、図８〜図１０によれば、シミュレーション結果Ｓ１５〜Ｓ１９の何れの円板８０を用いても、中心軸線Ｘ付近のプラズマの密度を比較例３よりも低減させることが可能であることが確認される。また、円板８０の直径を１２０ｃｍ以上とすることにより、中心軸線Ｘ付近の電子密度を効果的に低減することが可能であることが確認される。また、円板８０の下面と誘電体窓２４の下面の距離を１５０ｍｍ以上とすることにより、即ち、円板８０の下面と保持部２２の上面との間のギャップ長を９５ｍｍ以下とすることにより、中心軸線Ｘ付近の電子密度をより効果的に低減することが可能であることが確認される。
以下、更に別の実施形態に係るプラズマ処理装置について説明する。図１１は、更に別の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。図１２は、図１１に示すプラズマ処理装置の要部を示す破断斜視図である。以下、図１１及び図１２に示すプラズマ処理装置１０Ｂについて、プラズマ処理装置１０Ａと異なる点を説明する。
プラズマ処理装置１０Ｂは、円板８０に代えて、円板９０を備えている。円板９０は、誘電体から構成されており、略円板形状を有している。円板９０は、例えば、石英又はアルミナ等から構成され得る。円板９０は、誘電体窓２４と保持部２２の間の処理空間内において中心軸線Ｘに交差する面に沿って設けられている。即ち、円板９０も、円板８０と同様に、中央領域に設けられている。したがって、この円板９０によって、中央領域におけるプラズマが遮蔽される。その結果、中心軸線Ｘに交差する部分での被処理基体Ｗの処理速度が低減される。
円板９０の半径は６０ｍｍ以上であってもよい。６０ｍｍ以上の半径を有する誘電体製の円板９０によって、保持部２２の直上における中心軸線Ｘ付近のプラズマの密度が効果的に低減され得る。また、円板９０の下面と保持部２２の上面との間の距離（ギャップ）は、９５ｍｍ以下であってもよい。かかるギャップによって、保持部２２の直上における中心軸線Ｘ付近のプラズマの密度がより効果的に低減され得る。
一実施形態においては、円板９０は、誘電体製の複数の支持棒９２によってガス管４２ａに支持され得る。複数の支持棒９２は、中心軸線Ｘに対して放射方向に延在している。複数の支持棒９２は、円板９０の縁部とガス管４２ａとに結合し得る。複数の支持棒９２は、周方向において互いに等間隔に設けられてもよい。このように、中心軸線Ｘ方向に延びる誘電体棒を用いずに、円板９０を支持することが可能である。なお、支持棒９２は、例えば、石英又はアルミナ等から構成され得る。
支持棒９２の本数は、円板９０を支持可能であれば限定されるものではなく、例えば、２本以上の支持棒が用いられえる。一実施形態においては、支持棒９２の本数は、４本以上であり得る。４本以上の支持棒９２によって円板９０を支持することにより、保持部２２の直上における周方向のプラズマ密度の分布をより均一なものとすることが可能となる。また、一実施形態においては、支持棒９２の本数は、８本以上であり得る。８本以上の支持棒９２によって円板９０を支持することにより、保持部２２の直上における周方向のプラズマ密度の分布を更により均一なものとすることが可能となる。また、一実施形態においては、支持棒９２の太さは５ｍｍ以下であってもよい。５ｍｍ以下の支持棒９２を用いることにより、保持部２２の直上における周方向のプラズマ密度の分布をより均一なものとすることが可能となる。
プラズマ処理装置１０Ｂは、インジェクターベース９４を更に備え得る。インジェクターベース９４は、孔２４ｂ内において誘電体窓２４の下面よりも誘電体板１８ａ側に後退した位置に配置されている。インジェクターベース９４と誘電体窓２４との間にはＯリングといったシーリング部材が設けられ得る。このインジェクターベース９４は、アルマイト処理を施したアルミニウムやＹ２Ｏ３（イットリア）コートアルミニウム等により構成され得る。なお、インジェクターベース９４は、接地電位に接続されていてもよい。
インジェクターベース９４には、内側導体２０ｂの内孔２０ｃに連続する孔９４ｈが設けられている。プラズマ処理装置１０Ｂのガス供給部１４Ｂは、内側導体２０ｂの内孔２０ｃ、インジェクターベース９４の孔９４ｈ、及び、誘電体窓２４の孔２４ｂによって構成され得る。即ち、プラズマ処理装置１０Ｂのガス供給部１４Ｂは、内側導体２０ｂ、インジェクターベース９４、及び、誘電体窓２４によって画成され得る。
また、一実施形態においては、円板９０には、中心軸線Ｘに沿って延びる孔９０ｈが形成されていてもよい。即ち、円板９０は環状板であってもよい。孔９０ｈは、ガス供給部１４から中心軸線Ｘ方向に導入されるガスを通すことができる。この孔９０ｈの直径は、６０ｍｍ以下であり得る。６０ｍｍ以下の孔９０ｈを有する円板９０によれば、中央領域のプラズマ遮蔽効果の劣化が抑制され得る。
一実施形態においては、ガス管４２ａと保持部２２との間の軸線Ｘ方向の距離は、円板９０と保持部２２との間の軸線Ｘ方向の距離より、短くなっている。即ち、軸線Ｘ方向において、ガス管４２ａは、円板９０より下方に設けられている。また、ガス管４２ａからは、径方向、即ち、中心軸線Ｘに直交する方向において円板９０の外周縁よりも外側からガスが、中心軸線Ｘに向かう方向に噴射され得る。
ガス管４２ａの複数のガス噴射孔４２ｂから噴射されるガスは、当該複数のガス噴射孔４２ｂから中心軸線Ｘに向かう方向に流れた後、上方へ向かう流れと下方へ向かう流れに分散される。円板９０によれば、上方へ向かうガスの流れを下方へ向かう流れに変更することができる。この処理ガスの流れにより、被処理基体Ｗの中心とエッジとの間の領域、即ち、中間領域、又は被処理基体Ｗのエッジにおける処理速度が、当該被処理基体Ｗの中心における処理速度に近付けられる。その結果、被処理基体Ｗの径方向における形状バラツキが低減され得る。
以下、図１３〜１５を参照して、図１１のプラズマ処理装置１０Ｂのシミュレーション結果について説明する。図１３〜１５は、シミュレーションによって求めた径方向におけるプラズマの分布を示すグラフである。図１３〜図１５に示すシミュレーション結果ＳＳ２１〜Ｓ２３の特性は、プラズマ処理装置１０Ｂのパラメータをシミュレーションにより種々に変更して得た保持部２２の５ｍｍ上における電子密度の径方向分布（図１３）、Ｆ（フッ素）密度の径方向分布（図１４）、及びＣＦ３ ＋密度の径方向分布（図１５）である。
図１３〜図１５においては、横軸は中心軸線Ｘからの径方向の距離ｄを示している。図１３における縦軸は、電子密度Ｎｅ［ｍ−３］を示しており、図１４における縦軸は、中心軸線Ｘから１５ｃｍの距離でのフッ素の密度により規格化したフッ素の密度を示しており、図１５における縦軸は、中心軸線Ｘから１５ｃｍの距離でのＣＦ３ ＋の密度により規格化したＣＦ３ ＋の密度を示している。
図１３〜図１５に示すシミュレーション結果は、アルゴン（Ａｒ）及びＣＨＦ３を処理ガスとして用い、処理容器１２内部での圧力を２０ｍＴｏｒｒとして得たものである。また、ＡｒとＣＨＦ３の流量比は５００：２５に設定し、保持部２２の上面と誘電体窓２４の下面との間のギャップは２４５ｍｍに設定した。図１３〜図１５に関連するその他のパラメータは以下の通りである。
Ｓ２０：円板９０の直径１２０ｍｍ、孔９０ｈなし、誘電体窓２４の下面から円板９０の下面までの距離１５０ｍｍ、支持棒９２なし
Ｓ２１：円板９０の直径２００ｍｍ、孔９０ｈなし、誘電体窓２４の下面から円板９０の下面までの距離１５０ｍｍ、支持棒９２なし
Ｓ２２：円板９０の直径２００ｍｍ、孔９０ｈの直径６０ｍｍ、誘電体窓２４の下面から円板９０の下面までの距離１５０ｍｍ、支持棒９２なし
Ｓ２３：円板９０の直径２００ｍｍ、孔９０ｈの直径１００ｍｍ、誘電体窓２４の下面から円板９０の下面までの距離１５０ｍｍ、支持棒９２なし
図１３の（ａ）、図１４の（ａ）、及び図１５の（ａ）に示すシミュレーション結果Ｓ２０とＳ１５とを比較し、シミュレーション結果Ｓ２１とＳ１７を比較すれば明らかなように、誘電体棒８２により支持された円板８０と誘電体棒８２を用いずに配置された円板９０とでは、同様のプラズマ遮蔽効果が得られている。誘電体棒８２を用いずに支持することが可能な円板９０は作成が容易であるので、プラズマ処理装置１０Ｂはより低コストで所望のプラズマ遮蔽効果を得ることができる。
また、図１３〜図１５を参照すると、シミュレーション結果Ｓ２１〜Ｓ２３の何れの円板９０を用いても、中心軸線Ｘ付近のプラズマの密度を比較例３よりも低減することが可能であることが確認される。また、円板９０の直径を１２０ｍｍ以上とすることにより、中心軸線Ｘ付近の電子密度を効果的に低減することが可能であることが確認される。また、円板９０の下面と誘電体窓２４の下面の距離を１５０ｍｍ以上とすることにより、即ち、円板９０の下面と保持部２２の上面との間のギャップ長を９５ｍｍ以下とすることにより、中心軸線Ｘ付近の電子密度を効果的に低減することが可能であることが確認される。また、図１３の（ｂ）、図１４の（ｂ）及び図１５の（ｂ）によれば、孔９０ｈの直径を６０ｍｍ以下とすることで、円板９０による中央領域のプラズマ遮蔽効果の劣化を抑制することが可能であることが確認される。
以下、支持棒９２の影響を調査するために行ったシミュレーション結果について説明する。このシミュレーション結果は、アルゴン（Ａｒ）及びＣＨＦ３を処理ガスとして用い、処理容器１２内部での圧力を２０ｍＴｏｒｒとして得た。また、ＡｒとＣＨＦ３の流量比は５００：２５に設定し、保持部２２の上面と誘電体窓２４の下面との間のギャップは２４５ｍｍに設定した。また、円板９０の直径を１２０ｍｍに設定し、孔９０ｈは無いものとし、誘電体窓２４の下面から円板９０の下面までの距離を１５０ｍｍに設定した。そして、シミュレーション結果Ｓ２４として、周方向に等間隔に設けた４本の支持棒９２の太さを５ｍｍに設定して、図１６に示す線Ｌ１及びＬ２上の電子密度分布を求めた。また、シミュレーション結果Ｓ２５として、周方向に等間隔に設けた４本の支持棒９２の太さを１０ｍｍに設定して、線Ｌ１及びＬ２上の電子密度分布を求めた。なお、線Ｌ１は、支持棒９２の直下且つ保持部２２の５ｍｍ上において径方向に延びる直線であり、線Ｌ２は、隣り合う支持棒９２の中間の直下且つ保持部２２の５ｍｍ上において径方向に延びる直線である。
これらのシミュレーション結果Ｓ２４及びＳ２５に基づき、周方向の電子密度の均一性を下記（１）式により評価した。下式（１）により求められる評価値Ｕは、その絶対値が小さい程、周方向の電子密度の均一性が高いことを表し得る。
Ｕ＝（Ｐ−Ｑ）／（Ｐ＋Ｑ）×１００ …（１）
Ｐ：線Ｌ２において求めた電子密度のうち中心軸線Ｘから１５ｃｍの間の位置における最大の電子密度
Ｑ：線Ｌ１において求めた電子密度のうち中心軸線Ｘから１５ｃｍの間の位置における最小の電子密度
シミュレーション結果Ｓ２４に基づき式（１）により導出した評価値Ｕは３．３７であり、シミュレーション結果Ｓ２５に基づき式（１）により導出した評価値Ｕは７．６１であった。この結果によれば、支持棒９２の太さ５ｍｍ以下であれば、周方向のプラズマの分布をより均一にすることが可能であることが確認される。
また、シミュレーション結果Ｓ２６、Ｓ２７、Ｓ２８として、シミュレーション結果Ｓ２４と同条件で支持棒９２の本数のみを４本、８本、１６本に設定して、線Ｌ１及び線Ｌ２上の電子密度の分布を求めた。シミュレーション結果Ｓ２６に基づき式（１）により導出した評価値Ｕは３．３９であり、シミュレーション結果Ｓ２７に基づき式（１）により導出した評価値Ｕは１．０５であり、シミュレーション結果Ｓ２８に基づき式（１）により導出した評価値Ｕは−０．０８であった。この結果によれば、支持棒９２の本数が４本以上である場合に、周方向のプラズマの分布をより均一にすることが可能であることが確認される。また、支持棒９２の本数を８本以上とすることで、周方向のプラズマの分布を更により均一にすることが可能であることが確認される。
以下、図１７を参照して図１１のプラズマ処理装置１０Ｂを用いて行なった実験Ｅ１及びＥ２について説明する。図１７は、評価実験用の生産物を概略的に示す図である。図１７に示す生産物Ｐ１０は、フィン型ＦＥＴの複数のゲートをエッチングにより作成することにより得られるものである。生産物Ｐ１０は、Ｓｉ製の基板Ｐ１２の一主面に、エッチング停止層として機能するＳｉＯ２製の層Ｐ１４を有している。また、層Ｐ１４上には、略直方体形状のフィンＰ１６が設けられている。フィンＰ１６は、後にソース領域、ドレイン領域、及びチャンネル領域となる部分である。生産物Ｐ１０は、フィンＰ１４のチャンネル領域を覆うようにＳｉ製の複数のゲートＰ１８を有している。複数のゲートＰ１８の上面には、ＳｉＮ製の層Ｐ２０がそれぞれ設けられている。層Ｐ２０は、ゲートＰ１８をエッチングにより形成する際にエッチングマスクとして用いられるものである。
このような、生産物Ｐ１０のゲートＰ１８は、Ｓｉ半導体層を層Ｐ１４及びフィンＰ１６上に形成し、次いで、当該Ｓｉ半導体層上に層Ｐ２０をパターニングし、層Ｐ２０をマスクとして用いて当該Ｓｉ半導体層をエッチングすることにより、形成することができる。
実験Ｅ１及びＥ２においては、図１１に示すプラズマ処理装置１０Ｂを用いて、生産物Ｐ１０のゲートＰ１８を作成した。実験Ｅ１及びＥ２では、ゲートＰ１８の高さ、ゲートＰ１８の幅、及び、隣接するゲートＰ１８間のギャップの設定値をそれぞれ、２００ｎｍ、３０ｎｍ、３０ｎｍとし、被処理基体Ｗの直径は、３００ｍｍとした。また、実験Ｅ１及びＥ２では、処理容器１２内の圧力を１００ｍＴｏｒｒとし、マイクロ波発生器１６から２５００Ｗの電力で周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を供給し、高周波電源５８から１５０ＷのＲＦバイアスを与え、流量１０００ｓｃｃｍのアルゴン（Ａｒ）、流量８００ｓｃｃｍのＨＢｒ、及び、流量１０ｓｃｃｍのＯ２を含む処理ガスをガス供給部１４及びガス供給部４２から供給した。実験Ｅ１及びＥ２のその他の条件は以下の通りである。
＜Ｅ１＞
流量比（ガス供給部１４の流量：ガス供給部の４２の流量） ６０：４０
円板９０の直径 １５０ｍｍ
孔９０ｈの直径 ６０ｍｍ
誘電体窓２４の下面から円板９０の下面までの距離 １５０ｍｍ
保持部２２の上面と誘電体窓２４の下面との間のギャップ ２４５ｍｍ
支持棒９２の本数：８本
支持棒９２の太さ：５ｍｍ
エッチング時間：８０秒
＜Ｅ２＞
流量比（ガス供給部１４の流量：ガス供給部の４２の流量） ６５：３５
円板９０の直径 ２００ｍｍ
孔９０ｈの直径 ６０ｍｍ
誘電体窓２４の下面から円板９０の下面までの距離 １５０ｍｍ
保持部２２の上面と誘電体窓２４の下面との間のギャップ ２４５ｍｍ
支持棒９２の本数 ８本
支持棒９２の太さ ５ｍｍ
エッチング時間 １００秒
また、比較実験ＳＥ１として、円板９０を有していない点においてプラズマ処理装置１０Ｂと異なるプラズマ処理装置を用いて、生産物Ｐ１０を作成した。以下に、比較実験ＳＥ１に関して、実験Ｅ１及びＥ２とは異なる条件を示す。
Ｏ２の流量 １４ｓｃｃｍ
流量比（ガス供給部１４の流量：ガス供給部の４２の流量） ７０：３０
エッチング時間 ６５秒
実験Ｅ１及びＥ２並びに比較実験ＳＥ１により作成した生産物Ｐ１０のＳＥＭ画像を得て、当該ＳＥＭ画像において、被処理基体Ｗの中心部分に形成したゲートＰ１８の層Ｐ１４近傍での幅（以下、「中央ゲート幅」という）、及び、被処理基体Ｗのエッジ部分に形成したゲートＰ１８の層Ｐ１４近傍での幅（以下、「エッジゲート幅」という）を計測した。その結果、実験Ｅ１により得られた生産物Ｐ１０においては、中央ゲート幅とエッジゲート幅との差が０．５ｎｍであった。また、実験Ｅ２により得られた生産物Ｐ１０においては、中央ゲート幅とエッジゲート幅との差が１．８ｎｍであった。一方、比較実験ＳＥ１により得られた生産物Ｐ１０においては、中央ゲート幅とエッジゲート幅との差が４．５ｎｍであった。以上の結果から、プラズマ処理装置１０Ｂによれば、径方向における被処理基体Ｗの形状バラツキが低減されることが確認される。
以下、更に別の実施形態について説明する。図１８は、別の実施形態の円板を示す図である。プラズマ処理装置１０Ｂにおいては、円板９０に代えて、図１８に示すような円板９０Ａが、用いられていてもよい。円板９０Ａは、メッシュ状の誘電体製の円板である。即ち、円板９０Ａには、複数のメッシュ孔が形成されている。一実施形態においては、図１８に示すように、円板９０Ａの中心部分に、円板９０と同様に孔９０ｈが設けられていてもよい。即ち、円板９０Ａは、メッシュ状の環状板であってもよい。一実施形態においては、円板９０Ａに形成されたメッシュ孔は、平面矩形形状の孔であってもよい。即ち、円板９０Ａは直交する二方向に延びる誘電体製の複数の格子を含んでおり、これら格子によってメッシュ孔が画成されていてもよい。かかる円板９０Ａによれば、中心軸線Ｘ付近の電子密度を低減することが可能である。また、メッシュ孔のサイズを適宜設定することにより、ガス管４２ａのガス噴射孔４２ｂから噴射されて上方に向かい下方に向かう流れへと変更されるガスの量を調整することが可能である。
以下、図１９を参照して、円板９０Ａを用いたプラズマ処理装置１０Ｂについてのシミュレーション結果Ｓ２９及びＳ３０について説明する。図１９は、円板９０Ａを有するプラズマ処理装置１０Ｂのパラメータをシミュレーションにより種々に変更して得た保持部２２の５ｍｍ上における電子密度の径方向分布を示している。図１９においては、横軸は中心軸線Ｘからの径方向の距離ｄを示しており、縦軸は、電子密度Ｎｅ［ｍ−３］を示している。図１９に示すシミュレーション結果Ｓ２９及びＳ３０は、アルゴン（Ａｒ）を処理ガスとして用い、処理容器１２内部での圧力を２０ｍＴｏｒｒとして得たものである。また、保持部２２の上面と誘電体窓２４の下面との間のギャップは２４５ｍｍに設定した。図１８に関連するその他のパラメータは以下の通りである。
＜Ｓ２９＞
円板９０Ａの直径：２００ｍｍ、孔９０ｈ：なし、誘電体窓２４の下面から円板９０Ａの下面までの距離：１５０ｍｍ、支持棒９２：なし、格子の幅（ｗ１）：５ｍｍ、矩形のメッシュ孔のサイズ（ｗ２×ｗ３）：１４．５ｍｍ×１４．５ｍｍ
＜Ｓ３０＞
円板９０Ａの直径：２００ｍｍ、孔９０ｈ：なし、誘電体窓２４の下面から円板９０Ａの下面までの距離：１５０ｍｍ、支持棒９２：なし、格子の幅（ｗ１）：５ｍｍ、矩形のメッシュ孔のサイズ（ｗ２×ｗ３）：２７．５ｍｍ×２７．５ｍｍ
図１９を参照すれば明らかなように、メッシュ状の円板９０Ａを用いた場合にも、中心軸線Ｘ付近の電子密度を低減することが可能であることが確認される。即ち、径方向において比較的均一なプラズマ密度の分布が得られることが確認される。
以下、更に別の実施形態について説明する。図２０は、更に別の実施形態に係るプラズマ処理装置の要部を示す破断斜視図である。図２０に示すプラズマ処理装置１０Ｃは、ガス管４２ａに代えて、ガス管４２Ｃを備えている点において、プラズマ処理装置１０Ｂと異なっている。ガス管４２Ｃは、中心軸線Ｘ方向において、円板９０の直下に設けられている。ガス管４２Ｃは、ガス管４２ａと同様に中心軸線Ｘの周りに環状に設けられている。ガス管４２Ｃは、複数のガス噴射孔４２ｂを有している（図２１を参照）。ガス管４２Ｃは、石英といった誘電体製であり得る。
図２１は、図２０に示すプラズマ処理装置に適用可能なガス管の構成を概略的に示す断面図である。図２１の（ａ）〜（ｃ）のそれぞれおいては、軸線Ｘに平行な断面におけるガス管４２Ｃの種々の構成が示されている。図２１の（ａ）〜（ｃ）に示すように、一実施形態においては、ガス管４２Ｃは、円板９０の外縁に沿って当該円板９０の下面に接合されていてもよい。ガス管４２Ｃは、円板９０に接合されていない状態においては、上方に開口した断面形状を有し得る。即ち、ガス管４２Ｃと円板９０とによって、環状の処理ガスの経路が画成され得る。また、別の実施形態においては、ガス管４２Ｃは、円板９０の外縁と中心の間の領域において当該円板９０の下面に接合されていてもよい。
図２１の（ａ）に示すように、ガス管４２Ｃの複数のガス噴射孔４２ｂは、下方に向けて開口していてもよい。即ち、複数のガス噴射孔４２ｂは、下方に向けて処理ガスを噴射してもよい。また、図２１の（ｂ）に示すように、ガス管４２Ｃの複数のガス噴射孔４２ｂは、軸線Ｘに向けて開口していてもよい。即ち、複数のガス噴射孔４２ｂは、軸線Ｘに向けて処理ガスを噴射してもよい。また、図２１の（ｃ）に示すように、ガス管４２Ｃの複数のガス噴射孔４２ｂは、斜め下方に向けて開口していてもよい。即ち、複数のガス噴射孔４２ｂは、斜め下方に処理ガスを噴射してもよい。
プラズマ処理装置１０Ｃによれば、円板９０による効果に加えて、ガス管４２Ｃからのガスの噴射方向を適宜設定することにより、被処理基体Ｗの任意の位置におけるガスの供給量を調整することができる。例えば、被処理基体Ｗの径方向における中間領域（即ち、被処理基体Ｗの中心とエッジとの間の領域）又はエッジに対するガスの供給量を増加させることが可能である。その結果、被処理基体Ｗの径方向の処理速度のバラツキを低減させることが可能となり、被処理基体Ｗの径方向の形状バラツキを低減することが可能となる。
以下、図２２を参照する。図２２は、図２０に示すプラズマ処理装置に適用可能なガス管の構成を概略的に示す断面図である。プラズマ処理装置１０Ｃには、図２１に示すガス管に代えて、図２２に示すガス管を用いることが可能である。図２１に示したガス管４２Ｃの断面は略正方形状であったが、図２２の（ａ）に示すガス管４２Ｃは、軸線Ｘに直交する方向、即ち軸線Ｘに対して放射方向における当該ガス管４２Ｃの断面の幅が、軸線Ｘに平行な方向における当該ガス管４２Ｃの断面の幅よりも大きい略矩形の断面形状のガス管として構成されている。ガス管４４ａからガス管４２Ｃに供給されたガスの圧力は、当該ガス管４２Ｃ内を流れる間に降下し得る。しかしながら、軸線Ｘに対して放射方向にガス管４２Ｃの断面の幅を大きくすることにより、ガス管４２Ｃの製造コストの増加を抑えつつ、ガス管４２Ｃ内での圧力損失を低減することが可能となる。その結果、図２２の（ａ）に示すガス管４２Ｃによれば、複数のガス噴射孔４２ｂから噴射されるガスの量のバラツキを低減することが可能となる。
なお、図２２の（ｂ）に示すように、軸線Ｘに平行な方向におけるガス管４２Ｃの断面の幅が、軸線Ｘに直交する方向におけるガス管４２Ｃの断面の幅よりも大きくなっていてもよい。また、図２２に示したガス管４２Ｃに設けられるガス噴射孔４２ｂは、図２１の（ｂ）及び（ｃ）に示したように、軸線Ｘに向けて開口していてもよく、また、斜め下方に向けて開口していてもよい。
以上、種々の実施形態について説明してきたが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、上述したシミュレーションではエッチング用のガスを処理ガスとして用いていた。しかしながら、本発明のプラズマ処理装置は、プラズマＣＶＤ（化学気相成長）装置にも適用され得る。
１０，１０Ａ，１０Ｂ…プラズマ処理装置、１２…処理容器、１４…ガス供給部、１６…マイクロ波発生器、１８…アンテナ、１８ａ…誘電体板、１８ｂ…スロット板、２０…同軸導波管、２２…保持部、２４…誘電体窓、２６…誘電体棒、４２…ガス供給部、４２ａ…ガス管。

Claims (19)

  1. 処理容器と、
    前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給部と、
    マイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、
    プラズマ励起用のマイクロ波を前記処理容器内に導入するアンテナと、
    前記マイクロ波発生器と前記アンテナとの間に設けられた同軸導波管と、
    前記同軸導波管の中心軸線が延びる方向において前記アンテナと対向配置された保持部であって、被処理基体を保持する該保持部と、
    前記アンテナと前記保持部との間に設けられた誘電体窓であって前記アンテナからのマイクロ波を前記処理容器内に透過する該誘電体窓と、
    前記保持部と前記誘電体窓との間の領域において前記中心軸線に沿って設けられた誘電体棒と、
    を備え、
    前記ガス供給部は、前記アンテナの側から前記保持部の側に前記中心軸線に沿って前記処理ガスを供給し、
    前記誘電体棒には、前記中心軸線方向に延び、前記ガス供給部からの処理ガスが通る一以上の孔が形成されており、
    前記一以上の孔を画成する前記誘電体棒の内面には、金属膜が設けられている、
    プラズマ処理装置。
  2. 前記誘電体棒の前記保持部側の先端と前記保持部との間の距離が９５ｍｍ以下である、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記誘電体棒の半径が６０ｍｍ以上である、請求項１又は２項に記載のプラズマ処理装置。
  4. 処理容器と、
    前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給部と、
    マイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、
    プラズマ励起用のマイクロ波を前記処理容器内に与えるアンテナと、
    前記マイクロ波発生器と前記アンテナとの間に設けられた同軸導波管と、
    前記同軸導波管の中心軸線が延びる方向において前記アンテナと対向配置された保持部であって、被処理基体を保持する該保持部と、
    前記アンテナと前記保持部との間に設けられた誘電体窓であって前記アンテナからのマイクロ波を前記処理容器内に透過する該誘電体窓と、
    前記保持部と前記誘電体窓との間の領域において前記中心軸線に交差する面に沿って設けられた誘電体製の円板と、
    を備え、
    前記円板は前記中心軸線に沿って設けられた該円板より小径の誘電体棒によって支持されている、プラズマ処理装置。
  5. 前記ガス供給部は、前記アンテナの側から前記保持部の側に前記中心軸線に沿って前記処理ガスを供給し、
    前記誘電体棒には、前記中心軸線方向に延び、前記ガス供給部からの処理ガスが通る一以上の孔が形成されている、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
  6. 前記孔を画成する前記誘電体棒の内面には、金属膜が設けられている、請求項５に記載のプラズマ処理装置。
  7. 処理容器と、
    前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給部と、
    マイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、
    プラズマ励起用のマイクロ波を前記処理容器内に与えるアンテナと、
    前記マイクロ波発生器と前記アンテナとの間に設けられた同軸導波管と、
    前記同軸導波管の中心軸線が延びる方向において前記アンテナと対向配置された保持部であって、被処理基体を保持する該保持部と、
    前記アンテナと前記保持部との間に設けられた誘電体窓であって前記アンテナからのマイクロ波を前記処理容器内に透過する該誘電体窓と、
    前記保持部と前記誘電体窓との間の領域において前記中心軸線に交差する面に沿って設けられた誘電体製の円板と、
    を備え、
    前記ガス供給部は、前記アンテナの側から前記保持部の側に前記中心軸線に沿って前記処理ガスを供給し、
    前記円板には、前記中心軸線に沿って延びる孔が形成されている、
    プラズマ処理装置。
  8. 前記円板に形成された前記孔の直径は６０ｍｍ以下である、請求項７に記載のプラズマ処理装置。
  9. 前記円板は、メッシュ状の円板である、請求項７又は８に記載のプラズマ処理装置。
  10. 前記中心軸線の周りに環状に設けられたガス管であって、複数のガス噴射孔が設けられた該ガス管を更に備え、
    前記円板は、前記ガス管に支持されている、
    請求項７〜９の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  11. 処理容器と、
    前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給部と、
    マイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、
    プラズマ励起用のマイクロ波を前記処理容器内に与えるアンテナと、
    前記マイクロ波発生器と前記アンテナとの間に設けられた同軸導波管と、
    前記同軸導波管の中心軸線が延びる方向において前記アンテナと対向配置された保持部であって、被処理基体を保持する該保持部と、
    前記アンテナと前記保持部との間に設けられた誘電体窓であって前記アンテナからのマイクロ波を前記処理容器内に透過する該誘電体窓と、
    前記保持部と前記誘電体窓との間の領域において前記中心軸線に交差する面に沿って設けられた誘電体製の円板と、
    前記中心軸線の周りに環状に設けられたガス管であって、複数のガス噴射孔が設けられた該ガス管と、
    を備え、
    前記円板は、前記ガス管に支持されている、
    プラズマ処理装置。
  12. 前記中心軸線に対して放射方向に延び、前記ガス管と前記円板とに結合する誘電体製の複数の支持棒を更に含む、請求項１０又は１１に記載のプラズマ処理装置。
  13. 前記複数の支持棒の太さが５ｍｍ以下である、請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
  14. 前記ガス管は、前記中心軸線方向において前記円板の直下に設けられている、請求項１０又は１１に記載のプラズマ処理装置。
  15. 前記ガス管は、前記円板の外縁に沿って設けられており、前記円板の下面に接合されている、請求項１４に記載のプラズマ処理装置。
  16. 前記ガス管の前記複数のガス噴射孔は、下方にガスを噴射するように形成されている、請求項１４又は１５に記載のプラズマ処理装置。
  17. 前記ガス管の断面の幅であり前記中心軸線に平行な方向及び該中心軸線に直交する方向のうち一方における該断面の幅は、前記ガス管の断面の幅であり前記中心軸線に平行な方向及び該中心軸線に直交する方向のうち他方における該断面の幅よりも大きい、請求項１０〜１６の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  18. 前記円板と前記保持部との間の距離が９５ｍｍ以下である、請求項４〜１７の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  19. 前記円板の半径が６０ｍｍ以上である、請求項４〜１８の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
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