WO2007040110A1 - プラズマ処理装置と方法 - Google Patents

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WO2007040110A1
WO2007040110A1 PCT/JP2006/319138 JP2006319138W WO2007040110A1 WO 2007040110 A1 WO2007040110 A1 WO 2007040110A1 JP 2006319138 W JP2006319138 W JP 2006319138W WO 2007040110 A1 WO2007040110 A1 WO 2007040110A1
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WO
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dielectric
slot
recesses
plasma processing
plasma
Prior art date
Application number
PCT/JP2006/319138
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English (en)
French (fr)
Inventor
Takahiro Horiguchi
Shinsuke Oka
Masaki Hirayama
Original Assignee
Tokyo Electron Limited
Tohoku University
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Publication date
Application filed by Tokyo Electron Limited, Tohoku University filed Critical Tokyo Electron Limited
Priority to US12/088,440 priority Critical patent/US20090152243A1/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge

Definitions

  • the present invention relates to a plasma processing apparatus and method for generating plasma and performing a process such as film formation on a substrate.
  • an apparatus in which a plasma is generated in a processing chamber using a microwave and a CVD process or an etching process is performed on the LCD substrate.
  • a plasma processing apparatus one in which a plurality of waveguides are arranged in parallel above a processing chamber is known (for example, see Patent Documents 1 and 2).
  • a plurality of slots are opened at equal intervals on the lower surface of the waveguide, and a flat dielectric is provided along the lower surface of the waveguide.
  • microwaves are propagated on the surface of the dielectric through the slots, and the processing gas supplied into the processing chamber is turned into plasma by microwave energy (electromagnetic field).
  • a method in which irregularities are formed on the lower surface of the dielectric material see, for example, Patent Document 3).
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2004-200646
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-152876
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-142457
  • the processing apparatus has also become larger, and as a result, the dielectric disposed on the upper surface of the processing chamber has also increased in size.
  • the plasma generation intensity is easily different between the position close to the slot and the position away from the slot.
  • the dielectric is supported by a support member such as an aluminum beam.
  • a standing wave is generated due to the influence of the reflected wave reflected from the support member, and there is a problem that the plasma becomes non-uniform due to the swell of the large wave.
  • an object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus and method capable of generating plasma uniformly over the entire lower surface of a dielectric.
  • microwaves are propagated through a plurality of slots formed on the lower surface of the waveguide and propagated in a dielectric disposed on the upper surface of the processing chamber.
  • a plasma processing apparatus characterized in that a recess is formed, and the depth of the recess changes in accordance with the distance from the slot.
  • Recesses are formed on the lower surface of the dielectric at positions close to the slot and at positions away from the slot, and the depth of the recess formed at a position away from the slot.
  • the force may be deeper than the depth of the recess formed at a position close to the slot.
  • a plurality of dielectrics may be disposed on the upper surface of the processing chamber, and a plurality of recesses having different depths may be formed on the lower surface of each dielectric.
  • the dielectric is formed in a rectangle whose length in the longitudinal direction is longer than the wavelength of the microwave propagating in the dielectric and whose length in the width direction is shorter than the wavelength of the microwave propagating in the dielectric. May be.
  • the dielectric may be provided across two slots, and a deepest recess may be formed between the two slots. In that case, the depth of the recess located at the center may be the deepest between the two slots, or between the two slots and closest to the recess and the slot located at the center.
  • the depth of the concave portion between the concave portion located may be the deepest.
  • the depths of the recesses positioned at both ends are shallower than the depths of the recesses positioned between the slots. May be.
  • one or more gas injection ports for supplying a processing gas into the processing chamber may be provided around the plurality of dielectrics.
  • the gas injection port may be provided in a support member that supports the plurality of dielectrics.
  • one or more first gas injection ports for supplying a first processing gas into the processing chamber and a second processing gas for supplying the second processing gas into the processing chamber are provided around the plurality of dielectrics.
  • two or more second gas injection ports may be provided. In that case, one of the first injection port and the second injection port may be disposed below the other.
  • the microwave is propagated through the plurality of slots formed on the lower surface of the waveguide and propagates in the dielectric disposed on the upper surface of the processing chamber, and is formed on the dielectric surface.
  • a plasma processing method in which a processing gas supplied into a processing chamber is converted into plasma by electric field energy in a field to perform plasma processing on a substrate, wherein a plurality of recesses are formed on the lower surface of the dielectric, and the depths of these recesses are formed.
  • the plasma processing method is characterized by controlling the generation of plasma on the lower surface of the dielectric by varying the thickness.
  • an electric field substantially perpendicular to the inner surface of the recesses is generated by the energy of the microwave propagated in the dielectric.
  • the plasma can be efficiently generated in the vicinity thereof.
  • the plasma generation location can be stabilized.
  • the strength of the plasma generated by the position of the recesses arranged near the slot and the distance from the slot are increased. It is possible to equalize the intensity of the plasma generated at the positions of the concave portions arranged in this manner.
  • the electric field formed by the energy of the microwave propagated from the slot into the dielectric as the distance from the slot increases.
  • the strength becomes weaker.
  • the depth of the recess formed at a position away from the slot force is made deeper than the depth of the recess formed at a position close to the slot, and the area of the inner surface of the recess is positioned near the slot.
  • a plurality of dielectrics arranged on the upper surface of the processing chamber are longer than the wavelength of the microwave propagating in the dielectric, and the length in the width direction is longer than the wavelength of the microwave propagating in the dielectric.
  • the microwave propagation in the dielectric is always in single mode. Therefore, a stable plasma state can be generated without causing a mode jump even if the process conditions change.
  • the interval between the plurality of recesses arranged side by side along the longitudinal direction of the dielectric it is possible to limit surface waves and minimize the generation of standing waves.
  • the dielectric is not applied to the recesses located at both ends in the longitudinal direction of the dielectric.
  • the intensity of plasma increases due to the reflection of surface waves by the support member supporting the body. Therefore, among the plurality of recesses formed side by side along the longitudinal direction on the lower surface of the dielectric, the depths of the recesses located at both ends may be shallower than the depths of the recesses positioned inward of the slot. desirable.
  • a deepest recess may be formed between the two slots. Then, the microwaves emitted from each slot are efficiently consumed in the generation of microwaves at the deepest concave portion, and the microwave force propagated from each slot to the dielectric is guided again from each slot. The return to the tube is less likely to occur, and a cut-off phenomenon occurs to suppress the generation of reflected waves.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a bottom view of the lid.
  • FIG. 3 is a partially enlarged longitudinal sectional view of a lid.
  • FIG. 4 is an enlarged view of the dielectric viewed from below the lid.
  • FIG. 5 is a longitudinal section of the dielectric taken along the line X—X in FIG.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram of an embodiment in which a second gas injection port is disposed below the second injection port.
  • FIG. 7 is a longitudinal section of a dielectric substance taken along line XX in FIG. 4 according to another embodiment.
  • FIG. 6 is a vertical cross-sectional view of the dielectric taken along the line XX in FIG. 4 according to the embodiment.
  • FIG. 9 is an enlarged view of a dielectric material that is effective in the embodiment in which one dielectric material is disposed in one slot.
  • FIG. 10 is a longitudinal section of the dielectric taken along the line X—X in FIG.
  • FIG. 11 is a graph showing the simulation results of the example, and shows the maximum in the period in each recess when the depth of the recess adjacent to the inside just below the slot is changed to 4 mm, 6 mm, and 8 mm. It is the graph which showed the change of the average value of electric field strength about each recessed part.
  • FIG. 12 A graph showing the simulation results of the example, in the case where the depth of the recess adjacent to the inside just below the slot is changed to 4 mm, 6 mm, and 8 mm, in the period at the center of each recess. It is the graph which showed the change of the maximum electric field strength about each recessed part.
  • FIG. 13 is a graph showing a simulation result of the example, and shows the average value of the electric field strength of each concave portion and the uniformity of the electric field strength of each concave portion with respect to the depth of the concave portion adjacent to the inside just below the slot It is a graph.
  • FIG. 14 is a graph showing the simulation results of the example. The average value of the electric field strength at the center of each recess and the electric field strength at the center of each recess with respect to the depth of the recess adjacent to the inside just below the slot. It is a graph which shows the uniformity of.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of a plasma processing apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a bottom view of the lid 3 provided in the plasma processing apparatus 1.
  • FIG. 3 is a partially enlarged longitudinal sectional view of the lid 3.
  • the plasma processing apparatus 1 includes a bottomed cubic processing container 2 having an open top, and a lid 3 that closes the top of the processing container 2. By closing the top of the processing container 2 with a lid 3, a processing chamber 4, which is a sealed space, is formed inside the processing container 2.
  • the processing container 2 and the lid 3 are made of, for example, aluminum, and both are electrically grounded.
  • a susceptor 10 is provided as a mounting table for mounting, for example, a glass substrate (hereinafter referred to as “substrate”) G as a substrate.
  • the susceptor 10 is made of, for example, aluminum nitride, and the substrate G is electrostatically adsorbed inside the processing chamber 4 and the inside thereof.
  • a power supply unit 11 for applying a predetermined bias voltage to the unit and a heater 12 for heating the substrate G to a predetermined temperature are provided.
  • a high-frequency power supply 13 for bias application provided outside the processing chamber 4 is connected to the power supply unit 11 via a matching unit 14 provided with a capacitor and the like, and a high-voltage DC power supply 15 for electrostatic adsorption is connected. Connected via coil 16.
  • an AC power source 17 provided outside the processing chamber 4 is connected to the heater 12.
  • the susceptor 10 is supported on a lifting plate 20 provided below the processing chamber 4 via a cylindrical body 21, and moves up and down integrally with the lifting plate 20, thereby allowing the processing chamber 4 to move up and down.
  • the height of the susceptor 10 inside is adjusted.
  • the bellows 22 is mounted between the bottom surface of the processing container 2 and the elevating plate 20, the airtightness in the processing chamber 4 is maintained.
  • an exhaust port 23 is provided for exhausting the atmosphere in the processing chamber 4 by an exhaust device (not shown) such as a vacuum pump provided outside the processing chamber 4. ⁇ .
  • an exhaust device such as a vacuum pump provided outside the processing chamber 4.
  • a rectifying plate 24 is provided around the susceptor 10 for controlling the gas flow in the processing chamber 4 and controlling the state.
  • the lid 3 has a configuration in which a slot antenna 31 is integrally formed on the bottom surface of the lid body 30 and a plurality of tile-shaped dielectrics 32 are attached to the bottom surface of the slot antenna 31.
  • the lid body 30 and the slot antenna 31 are integrally formed of a conductive material such as aluminum and are electrically grounded.
  • an O-ring 33 disposed between the lower peripheral portion of the lid main body 30 and the upper surface of the processing container 2, and a later-described
  • the O-ring (not shown) arranged around each slot 70 to be closed keeps the airtightness in the processing chamber 4.
  • each rectangular waveguide 35 having a rectangular cross-sectional shape has six rectangular waveguides 35 extending in a straight line, and the respective rectangular waveguides 35 are arranged in parallel so as to be parallel to each other.
  • Each rectangular waveguide 35 is arranged so that the long side direction of the cross-sectional shape (rectangular shape) is perpendicular to the H plane and the short side direction is horizontal to the E plane. The arrangement of the long side direction and the short side direction depends on the mode.
  • Each rectangular waveguide 35 is filled with a dielectric member 36 such as fluorine resin (for example, Teflon (registered trademark)), A1203, quartz or the like. ing.
  • each microwave supply device 40 has, for example, 2.45 GHz.
  • the microwave force is introduced into each of the two rectangular waveguides 35 provided inside the lid main body 30.
  • a Y branch tube 41 for distributing and introducing microwaves to the two rectangular waveguides 35, respectively. Connected.
  • each rectangular waveguide 35 formed inside the lid main body 30 is opened on the upper surface of the lid main body 30, and each rectangular waveguide opened in this way.
  • An upper surface 45 is inserted into each rectangular waveguide 35 from above 35 so as to be movable up and down.
  • the lower surface of each rectangular waveguide 35 formed inside the lid body 30 constitutes a slot antenna 31 formed integrally with the lower surface of the lid body 30.
  • Each rectangular waveguide 35 is provided.
  • the upper surface 45 of the rectangular waveguide 35 is arranged in a cover body 50 attached so as to cover the upper surface of the lid body 30. Inside the cover body 50, a space having a sufficient height for raising and lowering the upper surface 45 of the rectangular waveguide 35 is formed. On the upper surface of the cover body 50, a pair of guide portions 51 and an elevating portion 52 disposed between the guide portions 51 are disposed, and the upper surface 45 of the rectangular waveguide 35 is formed by the guide portions 51 and the elevating portion 52.
  • An elevating mechanism 46 that moves up and down is constructed.
  • the upper surface 45 of the rectangular waveguide 35 is suspended from the upper surface of the cover body 50 via a guide rod 55 provided in each guide portion 51 and an elevating rod 56 provided in the elevating portion 52. ing. Stopper nuts 57 are attached to the lower ends of the guide rod 55 and the lifting rod 56, and these nuts 57 are engaged with holes 58 formed in the upper surface 45 of the rectangular waveguide 35. By doing so, the upper surface 45 of the rectangular waveguide 35 is supported within the cover body 50 without dropping.
  • the guide rod 55 provided in the guide part 51 is fixed to the upper surface of the cover body 50. It penetrates through the specified guide 60 and can slide in the guide 60 in the vertical direction.
  • an elevating rod 56 provided in the elevating part 52 passes through a plate 61 supported on the upper surface of the cover body 50 and a rotary handle 62 rotatably arranged on the plate 61.
  • a screw groove is formed on the outer peripheral surface of the elevating rod 56, and the screw groove is engaged with a screw hole formed in the center of the rotary handle 62.
  • the rotational position of the rotary handle 62 is changed by rotating the rotary handle 62, and accordingly, the engagement position of the rotary handle 62 with respect to the lift port 56 is changed.
  • the upper surface 45 can be moved up and down inside the cover body 50.
  • the upper surface 45 of the rectangular waveguide 35 can be lowered to a position in contact with the upper surface of the dielectric member 36. it can . Then, with the position in contact with the upper surface of the dielectric member 36 as the lower limit, the upper surface 45 of the rectangular waveguide 35 is moved up and down inside the cover body 50, so that the rectangular waveguide 62 can be rotated by the rotation operation of the rotary handle 62.
  • the height h of the upper surface 45 of the rectangular waveguide 35 relative to the lower surface of the tube 35 (the upper surface of the slot antenna 31) can be arbitrarily changed. Note that the height of the cover body 50 is sufficient when the upper surface 45 of the rectangular waveguide 35 is moved up and down according to the conditions of the plasma processing performed in the processing chamber 4 as described later. It is set so that it can be moved to height.
  • the upper surface 45 of the rectangular waveguide 35 is made of a conductive material such as aluminum, and a shield spiral 65 for electrically conducting the lid body 30 is formed on the peripheral surface of the upper surface 45. It is attached. For example, gold plating is applied to the surface of the shield spiral 65 in order to reduce electric resistance. Therefore, the entire inner wall surface of the rectangular waveguide 35 is composed of conductive members that are electrically connected to each other so that current flows smoothly without discharging along the entire inner wall surface of the rectangular waveguide 35. Constructed.
  • a plurality of slots 70 as through holes are arranged at equal intervals along the longitudinal direction of each rectangular waveguide 35 on the lower surface of each rectangular waveguide 35 constituting the slot antenna 31.
  • Slot 70 force at a certain point
  • the bottom surface of the lid body 30 (slot antenna 31) is uniformly distributed.
  • the intervals between the slots 70 are the initial values when the center axes of slots 70 adjacent to each other in the longitudinal direction of each rectangular waveguide 35 are, for example, g, / 2 (g, 2.45 GHz. (Wavelength in the waveguide of the microwave at the time of setting).
  • the slots 70 arranged uniformly distributed throughout the slot antenna 31 are filled with dielectric members 71 such as fluorine resin, A1203, and quartz, respectively.
  • dielectric members 71 such as fluorine resin, A1203, and quartz, respectively.
  • a plurality of dielectrics 32 attached to the lower surface of the slot antenna 31 as described above are disposed below the slots 70, respectively.
  • Each dielectric 32 has a rectangular flat plate shape and is made of a dielectric material such as quartz glass, A1N, A1203, sapphire, SiN, or ceramics.
  • each dielectric 32 straddles two rectangular waveguides 35 connected to one microwave supply device 40 via a Y branch tube 41. Each is arranged. As described above, a total of six rectangular waveguides 35 are arranged in parallel inside the lid body 30, and each dielectric 32 corresponds to two rectangular waveguides 35 each. Are arranged in three rows.
  • each rectangular waveguide 35 slot antenna 31
  • 12 slots 70 are arranged in series, and the dielectrics 32 are adjacent to each other.
  • a beam 75 formed in a lattice shape is provided to support these 39 dielectrics 32 in a state of being arranged in 13 by 3 rows.
  • FIG. 4 is an enlarged view of the dielectric 32 as viewed from below the lid 3.
  • FIG. 5 is a longitudinal section of the dielectric 32 taken along the line X—X in FIG.
  • the beam 75 is disposed so as to surround the periphery of each dielectric 32, and is supported in a state where each dielectric 32 is in close contact with the lower surface of the slot antenna 31. I have it.
  • the beam 75 is made of a conductive material such as aluminum, and is electrically grounded together with the slot antenna 31 and the lid main body 30.
  • the periphery of each dielectric 32 is supported by the beam 75, so that most of the lower surface of each dielectric 32 is exposed in the processing chamber 4.
  • each dielectric 32 and each slot 70 is sealed using a sealing member such as an O-ring (not shown).
  • a sealing member such as an O-ring (not shown).
  • the force that microwaves are introduced under atmospheric pressure.In this way, the gap between each dielectric 32 and each slot 70 is sealed. Therefore, the airtightness in the processing chamber 4 is maintained.
  • Each dielectric 32 has a length L in the longitudinal direction longer than the wavelength ⁇ g of the microwave propagating in the dielectric, and a length M in the width direction propagating in the dielectric. It is formed in a rectangular shape shorter than g. For example, when a microwave of 2.45 GHz is generated by the microwave supply device 40, the wavelength g of the microwave propagating through the dielectric is about 60 mm. Therefore, the length L in the longitudinal direction of each dielectric 32 is set longer than 60 mm, for example, 188 mm. Further, the length M in the width direction of each dielectric 32 is set shorter than 60 mm, for example, 40 mm.
  • each dielectric 32 In addition, irregularities are formed on the lower surface of each dielectric 32. That is, in this embodiment, on the lower surface of each dielectric 32 formed in a rectangle, along the longitudinal direction, there are seven four-sided 80a, 80b, 80c, 80d, 80e, 80f, 80g forces ⁇ directly lj They are lined up in a row and are beaten!
  • Each of the recesses 80a to 80g has a substantially rectangular shape that is substantially equal in plan view. Further, the inner surface of each of the recesses 80a to 80g is a substantially vertical wall surface 81.
  • each dielectric 32 includes two rectangular waveguides 35 adjacent to each other (two rectangular waveguides connected to the same microwave supply device 40 via the Y branch pipe 41). 35) The force that can be attached across the slots 70 of each of the slots 70.
  • the recesses 80a to 80g the recess 80d at the center is formed by the slot 70 of one rectangular waveguide 35 and the other rectangular waveguide 35.
  • the recesses 80a to 80c are located on the slot 70 side of one of the rectangular waveguides 35 with the recess 80d in the middle of the slot 70 in between, and the other rectangular waveguide 35.
  • Recesses 80e to 80g are located on the slot 70 side of the.
  • the central recess 80b is located immediately below the slot 70 of the rectangular waveguide 35, and the recesses 80a and 80c are disposed on both sides thereof.
  • the central recess 80f is located directly below the slot 70 of the other rectangular waveguide 35 and on both sides thereof.
  • a recess 80e and a recess 80g are arranged.
  • the depth d of each of the recesses 80a to 80g is configured such that a part or all of the depths d of the recesses 80a to 80g that are not all the same depth are different. That is, the depth d of each of the recesses 80 a to 80 g is basically set to become deeper as the distance from the slot 70 increases. Specifically, based on the embodiment shown in FIG. 5, the depth d of the recesses 80b and 80f closest to the slot 70 is the shallowest, and the depth d of the recess 80d farthest from the slot 70 is the lowest. It ’s deep.
  • the recesses 80a and 80c and the recesses 80e and 80g located on both sides of the recesses 80b and 80f directly below the slot 70 are the depths d of the recesses 80b and 80f immediately below the slot 70 and the depth of the recess 80d farthest from the slot 70 force.
  • the middle depth of d becomes d! /, Ru.
  • the relationship between the depths d of the recesses 80a to 80g is such that the depth d of the recesses 80b and 80f closest to the slot 70 ⁇ the recesses 80a and 80g positioned at both ends in the longitudinal direction of the dielectric 32.
  • Depth d is the depth of recess 80c, 80e located inside slot 70, and depth d of recess 80d furthest from slot 70 is!
  • the thickness tl of the dielectric 32 at the position of the recess 80a and the recess 80g, the thickness t2 of the dielectric 32 at the position of the recess 80b and the recess 80f, and the dielectric at the position of the recess 80c and the recess 80e As will be described later, the thickness t3 of 32 is such that when microwaves propagate through the dielectric 32, the microwaves propagate at the positions of the recesses 80a to 80c and the microwaves at the positions of the recesses 80e to 80g. Each thickness is set to a thickness that does not substantially impede wave propagation.
  • the thickness t4 of the dielectric 32 at the position causes a so-called cut-off at the position of the recess 80d when the microwave propagates inside the dielectric 32, and the thickness t4 at the position of the recess 80d. Therefore, the thickness is set so as not to propagate microwaves. As a result, the propagation of microwaves at the positions of the concave portions 80a to 80c arranged on the slot 70 side of one rectangular waveguide 35 and the concave portion 80e arranged on the slot 70 side of the other rectangular waveguide 35 is performed.
  • Gas injection ports 85 for supplying a processing gas into the processing chamber 4 around each dielectric 22 are provided on the lower surface of the beam 75 supporting each dielectric 32, respectively.
  • the gas injection ports 85 are formed at a plurality of locations so as to surround the periphery of each dielectric 22, so that the gas injection ports 85 are uniformly distributed over the entire upper surface of the processing chamber 4.
  • a gas pipe 90 for supplying a processing gas and a cooling water pipe 91 for supplying cooling water are provided inside the lid main body 30.
  • the gas pipe 90 communicates with each gas injection port 85 provided on the lower surface of the beam 75.
  • a processing gas supply source 95 arranged outside the processing chamber 4 is connected to the gas pipe 90.
  • an argon gas supply source 100, a silane gas supply source 101 as a film forming gas, and a hydrogen gas supply source 102 are prepared as a processing gas supply source 95, and a valve 100a, 101a, 102a, and a mass flow converter are provided. It is connected to the gas pipe 90 via rollers 100b, 101b, 102b, and nozzles 100c, 101c, 102c.
  • the processing gas supplied from the processing gas supply source 95 to the gas pipe 90 is injected into the processing chamber 4 from the gas injection port 85.
  • a cooling water supply source 105 disposed outside the processing chamber 4 is connected to the cooling water pipe 91.
  • the cooling water is circulated and supplied from the cooling water supply source 105 to the cooling water pipe 91, so that the lid body 30 is maintained at a predetermined temperature.
  • the substrate G is placed on the susceptor 10 in the processing chamber 4 and the gas pipe from the processing gas supply source 95 is placed. 90, while supplying a predetermined processing gas such as argon gas Z silane gas Z hydrogen mixed gas into the processing chamber 4 through the gas injection port 85, and exhausting from the exhaust port 23 to set the processing chamber 4 at a predetermined pressure To do.
  • a predetermined processing gas such as argon gas Z silane gas Z hydrogen mixed gas
  • the processing gas is evenly supplied to the entire surface of the substrate G placed on the susceptor 10 by ejecting the processing gas from the gas injection ports 85 distributed over the entire lower surface of the lid body 30. can do.
  • the substrate G is heated to a predetermined temperature by the heater 12.
  • 2.45 GHz microwave power generated by the microwave supply device 40 shown in FIG. 2 is introduced into each rectangular waveguide 35 via the Y branch pipe 41, and each dielectric is passed through each slot 70. 32 Propagate through.
  • the microwaves introduced into the rectangular waveguide 35 are propagated from the slots 70 to the dielectrics 32 as described above, if the size of the slot 70 is not sufficient, the microwaves will be transmitted to the rectangular waveguide 35. Will no longer enter slot 70.
  • each slot 70 is filled with a dielectric member 71 having a dielectric constant higher than that of air such as fluorine resin, A1203, quartz or the like. Therefore, even if the slot 70 does not have a sufficient size, the presence of the dielectric member 71 is similar to the slot 70 that is apparently large enough to allow microwaves to enter. It will perform its function. As a result, the microwaves introduced into the rectangular waveguide 35 can be reliably propagated from the slots 70 to the dielectrics 32.
  • a dielectric member 71 having a dielectric constant higher than that of air such as fluorine resin, A1203, quartz or the like. Therefore, even if the slot 70 does not have a sufficient size, the presence of the dielectric member 71 is similar to the slot 70 that is apparently large enough to allow microwaves to enter. It will perform its function. As a result, the microwaves introduced into the rectangular waveguide 35 can be reliably propagated from the slots 70 to the dielectrics 32.
  • the length of the slot 70 in the longitudinal direction of the rectangular waveguide 35 is a
  • the wavelength of the microwave propagating in the rectangular waveguide 35 is obtained
  • the slot 70 is arranged in the slot 70.
  • the dielectric constant of the dielectric member 71 is ⁇
  • a dielectric that satisfies X g / ⁇ 2a may be selected.
  • fluorine resin, A1203, and quartz when the dielectric member 71 made of A1203 having the largest dielectric constant is placed in the slot 70, the microphone mouth wave can propagate most from the slot 70 to the dielectric 32. It will be possible.
  • the dielectric member 71 disposed in the slot 70 is made of a material having a different dielectric constant, so that the slot 70 is changed to the dielectric 32.
  • Propagation microphone The amount of mouth wave can be controlled.
  • an electromagnetic field is formed in the processing chamber 4 on the surface of each dielectric 32 by the energy of the microwave propagated in each dielectric 32, and the processing capacity is generated by the electric field energy.
  • Amorphous silicon film is formed on the surface of the substrate G by converting the processing gas in the vessel 2 into plasma.
  • the recesses 80a to 80g are formed on the lower surface of each dielectric 32, the energy of the microwave propagated through the dielectric 32 is propagated to the inner surface (wall surface 81) of these recesses 80a to 80g.
  • An electric field substantially perpendicular to the wall surface 81 can be formed by the microwave energy, and plasma can be generated efficiently in the vicinity thereof. In addition, plasma generation locations can be stabilized.
  • the depths d of the plurality of recesses 80a to 80g formed on the lower surface of each dielectric 32 are made different from each other. That is, when the microwave propagating from the slot 70 through the dielectric 32 enters the processing chamber 4, the strength of the electric field formed by the microwave energy on the surface of the dielectric 32 becomes weaker as the distance from the slot 70 increases.
  • the depth d of each of the recesses 80a to 80g is basically set so as to become deeper as the distance from the slot 70 increases.
  • the field emission area is increased by the reduced amount even when the electric field strength decreases with the distance from the slot 70.
  • an electric field can be formed on almost the entire inner surface (wall surface 81) having a large area, and plasma can be generated efficiently.
  • the depth of ⁇ 80a, 80c, 80d, 80e, 80g formed at a position away from the slot 70 force is greater than the depth of recess 80b, 80f formed at a position closer to slot 70, respectively.
  • the decrease in electric field strength can be compensated, and plasma can be generated almost uniformly over the entire lower surface of the dielectric 32.
  • the microwave propagated from the slot 70 to the dielectric 32 is propagated to the end in the longitudinal direction of the dielectric 32, and then reflected by the beam 75 arranged so as to surround the periphery of the dielectric 32. It becomes a standing wave and propagates again to the positions of the recesses 80a and 80g at both ends.
  • the intensity of the plasma generated by this standing wave increases, but the depth d of the concave portions 80a and 80g at both ends has such a standing wave. Therefore, the plasma intensity is almost uniform even at both ends of the dielectric 32.
  • the intensity of plasma generation partially increases due to the reflected wave reflected by the beam 75 supporting the dielectric 32, You can avoid the situation.
  • the force by which the microwaves propagate through each dielectric 32 from the two slots 70 is also propagated by the recess 80d provided at the center of each dielectric 32. Interference between the generated microwaves is prevented. That is, as described above with reference to FIGS. 4 and 5, the microwaves exiting from the slot 70 of one of the rectangular waveguides 35 propagate through the dielectric 32 at the positions of the recesses 80a to 80c, and the recesses 80a to 80c. An electric field is formed on the inner surface (wall surface 81) of 80c, and plasma is generated in the vicinity.
  • the microwave emitted from the slot 70 of one of the rectangular waveguides 35 propagates inside the dielectric 32 at the positions of the recesses 80a to 80c, but is cut off at the position of the recess 80d. It is not propagated to the position of 80e-80g.
  • the microwave emitted from the slot 70 of the other rectangular waveguide 35 propagates through the dielectric 32 at the positions of the recesses 80e to 80g and reaches the inner surface (wall surface 81) of the recesses 80e to 80g. An electric field is formed and plasma is generated in the vicinity thereof.
  • the microwave emitted from the slot 70 of the other rectangular waveguide 35 propagates through the dielectric 32 at the positions of the recesses 80e to 80g, but is cut off at the position of the recess 80d. It is not propagated to the position of a ⁇ 80c. In this way, the microwaves emitted from the slots 70 are efficiently consumed for plasma generation on the surface of the dielectric 32 (inner side surfaces of the recesses 80a to 80c and the recesses 80e to 80g). Further, the microwave force propagating from each slot 70 to the dielectric 32 is less likely to return again into the rectangular waveguide 35, and the generation of reflected waves is suppressed.
  • the processing chamber 4 for example, a low electron temperature of 0.7 eV to 2. OeV and a high density plasma of 1011 to 101 3 cm ⁇ 3 cause little damage to the substrate G! A film is made.
  • the pressure in the processing chamber 4 is 5 to 100 Pa, preferably 10 to 60 Pa, and the temperature of the substrate G [Hot! / Standing, 200 to 450 ° C, preferably A temperature of 250 ° C to 380 ° C is suitable.
  • the size of the processing chamber 4 is suitably G3 or more.
  • the power output of the microwave supply device is 1 to 4WZcm2, preferably 3WZcm2.
  • the power of the microwave feeder If the output is lWZcm2 or more, the plasma is ignited and the plasma can be generated relatively stably. If the power output of the microwave supply device is less than lWZcm2, the plasma will not ignite or the generation of the plasma will become very unstable, making the process unstable and uneven, making it impractical.
  • the conditions of such plasma processing performed in the processing chamber 4 are appropriately set according to the type of processing.
  • the wavelength of the microwaves in-tube wavelength g
  • the impedance in the processing chamber 4 for plasma generation is changed by changing the plasma processing conditions, the wavelength of the microwaves (in-tube wavelength g) propagating in each rectangular waveguide 35 changes accordingly.
  • the impedance changes depending on the conditions of the plasma processing, and thereby the wavelength in the tube If ⁇ g changes, the distance between slots 70 ( ⁇ g'Z2) will not match the distance half the actual guide wavelength ⁇ g.
  • the microwaves cannot be efficiently propagated from the plurality of slots 70 arranged along the longitudinal direction of each rectangular waveguide 35 to each dielectric 32 on the upper surface of the processing chamber 4.
  • the impedance varies depending on the conditions of the plasma processing performed in the processing chamber 4 such as the gas type, pressure, power output of the microwave supply device, and the like.
  • the changed guide wavelength g is corrected by moving the upper surface 45 of each rectangular waveguide 35 up and down relative to the lower surface (the upper surface of the slot antenna 31). That is, when the actual in-tube wavelength ⁇ g is shortened due to the plasma processing conditions in the processing chamber 4, the upper surface 45 of the rectangular waveguide 35 is rotated by rotating the rotating handle 62 of the lifting mechanism 46.
  • the cover body 50 is lowered inside.
  • the wavelength g in the tube changes to become longer, and the interval between the slots (g'Z2) and the actual tube
  • the gap between the crest and trough positions of the wavelength g can be eliminated, and the crest and trough portions of the guide wavelength can be matched with the positions of the slots 70.
  • the upper surface 45 of the rectangular waveguide 35 is rotated by rotating the rotary handle 62 of the elevating mechanism 46. Is raised inside the cover body 50.
  • the guide wavelength g changes so as to shorten, and the slot spacing ( ⁇ g ′ Z2) and the actual guide wavelength ⁇ g This eliminates the gap between the crest and trough position intervals, so that the crest and trough portions of the guide wavelength g can be made to coincide with the positions of each slot 70.
  • the upper surface 45 of the rectangular waveguide 35 is moved up and down relative to the lower surface (the upper surface of the slot antenna 31), and the height h of the upper surface 45 relative to the lower surface of each rectangular waveguide 35 is arbitrarily set.
  • the in-tube wavelength g of the microwave By changing the in-tube wavelength g of the microwave, the position interval between the crest and trough portions of the actual in-tube wavelength ⁇ g can be freely matched to the position of each slot 70.
  • microwaves can be efficiently propagated from the plurality of slots 70 formed on the lower surface of the rectangular waveguide 35 to the dielectrics 32 on the upper surface of the processing chamber 4.
  • a uniform electromagnetic field can be formed, and a uniform plasma treatment can be performed on the entire surface of the substrate G.
  • each of the dielectrics 32 is reduced in size and weight by attaching a plurality of tile-shaped dielectrics 32 to the upper surface of the processing chamber 4. can do. For this reason, the plasma processing apparatus 1 can be manufactured easily and at low cost, and the ability to cope with an increase in the size of the substrate G can be improved.
  • each dielectric 32 has a slot 70, and the area of each dielectric 32—the area of each dielectric 32—is remarkably small, and the recesses 80a to 80g are formed on its lower surface. A plasma wave can be efficiently generated on the entire lower surface of each dielectric 32 by uniformly propagating the microphone mouth wave inside the dielectric 32. Therefore, uniform plasma processing can be performed throughout the processing chamber 4.
  • the horizontal width of the dielectric 32 is set to 40 mm, for example, so that generation of a standing wave can be suppressed.
  • the depth of the recesses 80a and 80g disposed at both ends of the lower surface of the dielectric 32 is The depth of the recesses 80b and 80f located immediately below the slot 70 is preferably about the same.
  • the influence of the surface wave at the longitudinal end of the dielectric 32 can be reduced by adjusting the interval between the plurality of recesses 80a to 80g arranged side by side on the lower surface of the dielectric 32.
  • the process window can be widened and stable plasma processing can be performed.
  • the beam 75 (support member) that supports the dielectric 32 can be made thin, most of the lower surface of each dielectric 32 is exposed in the processing chamber 4, and an electromagnetic field is formed in the processing chamber 4. At this time, the beam 75 hardly disturbs, a uniform electromagnetic field can be formed over the entire upper portion of the substrate G, and a uniform plasma can be generated in the processing chamber 4.
  • a gas injection port 85 that supplies a processing gas to the beam 75 that supports the dielectric 32 may be provided. Further, as described in this embodiment, if the beam 75 is made of a metal such as aluminum, the gas injection port 85 and the like can be easily processed.
  • the raising / lowering mechanism 46 for raising / lowering the upper surface 45 of the rectangular waveguide 35 is not required to be composed of the guide part 51 and the raising / lowering part 52 as shown in the figure.
  • the upper surface 45 of the waveguide 35 may be raised and lowered.
  • the upper surface 45 of the rectangular waveguide 35 is raised and lowered.
  • the rectangular waveguide 35 is also lowered by lowering the lower surface of the rectangular waveguide 35 (slot antenna 31). It is also conceivable to change the height h of the upper surface 45 with respect to the lower surface (slot antenna 31).
  • each rectangular waveguide 35 may be a cavity.
  • Square wave guide In the case where the dielectric member 36 is disposed inside the tube 35, the wavelength in the tube can be shortened compared to the case where the inside of the rectangular waveguide 35 is hollow. As a result, the interval between the slots 70 arranged side by side along the longitudinal direction of the rectangular waveguide 35 can be shortened, so that the number of slots 70 can be increased accordingly. As a result, the dielectric 32 can be further strengthened to further increase the number of installed elements, and the dielectric 32 can be reduced in size and weight, and uniform plasma treatment can be achieved throughout the processing chamber 4. Further improvement can be achieved.
  • the dielectric constant in the rectangular waveguide 35 is a value between the dielectric constant of the dielectric member 36 and the dielectric constant of air existing in the upper part of the rectangular waveguide 35.
  • the dielectric member 36 has a dielectric constant relatively close to that of air and fluorine resin (the dielectric constant of air is approximately 1, and the dielectric constant of fluorine resin is approximately 2)
  • the upper part of the rectangular waveguide 35 is used.
  • A1203 dielectric constant of A1203 is approximately 9
  • the rectangular waveguide 35 can be reduced. The effect of the size of the cavity formed in the upper part can be increased.
  • Ar gas supplied from, for example, an argon gas supply source 100 as the first processing gas is supplied into the processing chamber 4 around the dielectrics 22 as 1 or 2 or more.
  • the first gas injection port 120 on the upper side and the film forming gas supplied from, for example, the silane gas supply source 101 and the hydrogen gas supply source 102 as the second processing gas are supplied into the processing chamber 4 1 or 2 or more.
  • the second gas injection ports 121 may be provided separately.
  • the pipe 122 is attached to the lower surface of the beam 75 supporting the dielectric 22 by a support member 123 in parallel with the lower surface of the beam 75 at an appropriate distance.
  • the first gas injection port 120 is opened in the side surface of the support member 123 in the vicinity of the lower surface of the dielectric 22, and Ar gas supplied from the argon gas supply source 100 passes through the beam 75 and the inside of the support member 123 to the first.
  • the gas is supplied from the gas injection port 120 to the processing chamber 4.
  • the second gas injection port 121 is opened on the lower surface of the pipe 122, and the film forming gas supplied with force from the silane gas supply source 101 and the hydrogen gas supply source 102 passes through the beam 75, the support member 123, and the inside of the pipe 122.
  • the gas is supplied into the processing chamber 4 from the second gas injection port 121.
  • the second gas injection port 121 that supplies the film forming gas is disposed below the first gas injection port 120 that supplies the Ar gas.
  • Ar gas can be supplied near the lower surface, and a film forming gas can be supplied at a position away from the lower surface of the dielectric 22.
  • plasma can be generated with a relatively strong electric field against an inert Ar gas, and an electric field weaker than that can be generated against an active film-forming gas.
  • the silane gas as a film forming gas is dissociated as a precursor (precursor) to SiH3 radicals, and is not excessively dissociated to SiH2 radicals. become.
  • the depth d of the plurality of recesses formed on the lower surface of the dielectric 32 is not required to be the same depth.
  • the depths d of the plurality of recesses may be all different.
  • the depth d of some of the plurality of recesses may be different.
  • the recess 80d at the center is deepest, and the remaining recesses 80a to 80c and the recesses 80e to 80g Are all considered to have a similar depth d.
  • the thickness tl of the dielectric 32 at the positions of the recesses 80a to 80c and the recesses 80e to 80g is set to a thickness that does not substantially prevent the propagation of microwaves. Is done.
  • the thickness t2 of the dielectric 32 at the position of the recess 80d is set to a thickness that does not substantially propagate the microwave.
  • the relationship between the depths d of the respective recesses 80a to 80g is the depth d of the recesses 80b and 80f closest to the slot 70 ⁇ both ends of the dielectric 32 in the longitudinal direction.
  • the depth d of the recesses 80a and 80g at both ends in the longitudinal direction of the dielectric 32 is set to the depth d of the recesses 80b and 80f directly below the slot 70.
  • the recess 80d located at the center between the slots 70 is deepest on the lower surface of the dielectric 32 attached so as to straddle between the two slots 70.
  • the recesses 8 Oc and 80e which are not located at the center may be formed deepest. That is, in the embodiment shown in FIG. 8, among the three recesses 80c, 80d, and 80e cleaved between the two slots 70, the recesses 80b and 80f directly below the slot 70 are adjacent to each other.
  • the depth d of the concave portions 80c and 80e arranged in this manner is configured to be deeper than the depth d of the concave portion 80d located in the center between the slots 70.
  • the relationship between the depths d of the recesses 80a to 80g is such that the depths of the recesses 80b and 80f closest to the slot 70 are d and the depths of the recesses 80a and 80g located at both longitudinal ends of the dielectric 32.
  • the distance from the slot 70 that is farthest from the slot 70 is the depth of 80d d ⁇ the inside of the slot 70.
  • the intensity of the electric field formed by the microwave energy on the surface of the dielectric 32 when the microwave propagated from the slot 70 through the dielectric 32 enters the processing chamber 4 is: The force that weakens as the distance from the slot 70 increases.
  • the electric energy of the microwaves propagated from both the two slots 70 is superimposed to form an electric field. For this reason, even when the electric field intensity decreases with the distance from the slot 70, the energy of the microwaves propagated from the two slots 70 is added to compensate for the decrease in the electric field intensity.
  • the depth d of the concave portion 80d located in the center is made shallower than the depth d of the concave portions 80c and 80e located inward of the slot 70.
  • Plasma can be generated almost uniformly on the entire bottom surface of 32.
  • the number of concave portions provided on the lower surface of the dielectric 32, the shape and arrangement of the concave portions are arbitrary.
  • One recess may be formed on the lower surface of the dielectric 32, or a plurality of recesses may be formed on the lower surface of the dielectric 32 as described in the illustrated example.
  • the depth of the recess is changed in accordance with the distance from the slot 70, and the depth of the recess increases as the distance from the slot 70 increases. Good.
  • the bottom surface of dielectric 32 When forming a number of recesses, the shape of each recess may be different.
  • a concave portion may be formed on the lower surface of the dielectric 32 by providing a convex portion on the lower surface of the dielectric 32.
  • a concave portion is provided on the lower surface of the dielectric 32 to form a wall surface that is substantially perpendicular to the lower surface of the dielectric material 32, a substantially vertical electric field is formed by the energy of the microwave propagated on the vertical wall surface. Therefore, plasma can be generated efficiently in the vicinity, and the plasma generation location can be stabilized.
  • the dielectric 32 is mounted so as to straddle between the two slots 70.
  • the number of dielectrics and slots is the same, and one piece is provided for each slot 70.
  • the dielectrics 32 may be arranged one by one. Even when force is applied, one or a plurality of recesses may be formed on the lower surface of the dielectric, and the depth of the recesses may be changed according to the distance from the slot. In this case as well, when one recess is formed on the lower surface of the dielectric, the depth of the recess is changed in accordance with the distance from the slot 70 so that the depth of the recess increases as the distance from the slot 70 increases. What is necessary is just to comprise.
  • the depth force of the recesses formed at a position away from the slot 70 is deeper than the depth of the recesses formed at a position close to the slot 70. You can do it.
  • the recess 80d at the center is located directly below the slot 70 of the rectangular waveguide 35, and the recesses 80a to 80c and the recesses 80e to 80e 80g is arranged.
  • the depth d of the recess 80d closest to the slot 70 is the shallowest, and the depth d of the recesses 80a to 80c and the depth d of the recesses 80e to 80g become deeper as the distance from the slot 70 increases.
  • the depths d of the recesses 80a and 80g located at both ends in the longitudinal direction of the dielectric 32 are located inward in consideration of the influence of standing waves generated at both ends in the longitudinal direction of the dielectric 32. You may form shallower than the depth d of a recessed part (for example, recessed part 80b, 80f).
  • the long side direction of the cross-sectional shape (rectangular shape) of each rectangular waveguide 35 may be arranged so that the long side direction is horizontal on the E plane and the short side direction is vertical on the H plane.
  • the long side direction of the cross-sectional shape (rectangular shape) of the rectangular waveguide 35 is perpendicular to the H plane and the short side direction is horizontal to the E plane, Since the gaps between the rectangular waveguides 35 can be widened, for example, the arrangement of the gas pipes 90 and the cooling water pipes 91 is quick, and the number of the rectangular waveguides 35 can be easily increased.
  • the shape of the slot 70 formed in the slot antenna 31 can be various shapes, for example, a slit shape.
  • a so-called radial line slot antenna in which spirals are arranged concentrically can be configured.
  • the shape of the dielectric 32 may not be a rectangle, but may be a square, a triangle, an arbitrary polygon, a disk, an ellipse, or the like.
  • the dielectrics 32 may have the same shape or different shapes.
  • amorphous silicon film formation As an example of plasma processing, description has been given of performing amorphous silicon film formation as an example of plasma processing.
  • the present invention is not limited to amorphous silicon film formation, but also oxide film formation, polysilicon film formation, Silane ammonia treatment, silane hydrogen treatment, oxide film treatment, silane oxygen treatment, and other CVD treatments can be applied to etching treatments.
  • the maximum electric field strength in each of the recesses 80a to 80g has the smallest variation when the depth d of the recesses 80c and 80e located inside the slot 70 is 6 mm. As a result, the plasma can be generated almost uniformly on the entire lower surface of the dielectric 32.
  • the depth d of the recesses 80c and 80e located inside the slot 70 is changed in the range of 4 to 8 mm, and the electric field strength of each recess 80a to 80g with respect to the depth d of the recesses 80c and 80e.
  • Average (Av erage) and uniformity (Unif (%;)) were obtained.
  • FIGS. 13 and 14 were obtained.
  • the average electric field strength (Average) and uniformity (Unif (%)) of each recess 80a to 80g were obtained from the maximum electric field strength (Complex MagE) during the period of each recess 80a to 80g. .
  • Complex MagE maximum electric field strength
  • the present invention can be applied to, for example, CVD processing and etching processing.

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Abstract

【課題】誘電体の下面全体に均一にプラズマを生成させることができるプラズマ処理装置と方法を提供する。 【解決手段】マイクロ波を導波管３５の下面３１に複数形成されたスロット７０に通して処理室４の上面に配置された誘電体３２中に伝播させ、誘電体表面で形成させた電磁界での電界エネルギーにより処理室４内に供給された処理ガスをプラズマ化させて、基板Ｇにプラズマ処理を施すプラズマ処理装置１であって、誘電体３２の下面に深さの異なる複数の凹部８０ａ～８０ｇが形成されている。各凹部８０ａ～８０ｇの深さを異ならせることにより、誘電体３２の下面におけるプラズマの生成を制御する。

Description

明 細 書
プラズマ処理装置と方法
技術分野
[0001] 本発明は、プラズマを生成して基板に対して成膜などの処理を施すプラズマ処理 装置と方法に関する。
背景技術
[0002] 例えば LCD装置などの製造工程においては、マイクロ波を利用して処理室内にプ ラズマを生成させ、 LCD基板に対して CVD処理やエッチング処理等を施す装置が 用いられている。力かるプラズマ処理装置として、処理室の上方に複数本の導波管 を平行に並べたものが知られている（例えば、特許文献 1、 2参照)。この導波管の下 面には複数のスロットが等間隔に並べて開口され、さらに、導波管の下面に沿って平 板状の誘電体が設けられる。そして、スロットを通じて誘電体の表面にマイクロ波を伝 播させ、処理室内に供給された処理ガスをマイクロ波のエネルギ（電磁界）によって プラズマ化させる構成となっている。また、誘電体下面で生成されるプラズマを均一 化させるために、誘電体の下面に凹凸を形成したものが開示されている（例えば、特 許文献 3参照)。
特許文献 1：特開 2004— 200646号公報
特許文献 2 :特開 2004— 152876号公報
特許文献 3 :特開 2003— 142457号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] ところで、基板などの大型化に伴って処理装置も大きくなつてきており、それにより、 処理室の上面に配置される誘電体も大型化している。し力しながら、力 うに大型化 した誘電体の下面全体に、均一なプラズマを生成させるのは甚だ困難であり、安定し たプラズマ処理が有効にできて ヽな 、のが現状である。特に誘電体の下面にお!ヽて 、スロットに近い位置とスロットから離れた位置では、プラズマの生成強度が異なりや すい。また、誘電体を例えばアルミニウム製の梁などの支持部材によって支持してい るが、誘電体の周辺部では、支持部材から反射した反射波の影響で定在波が発生し 、大きな波のうねりからプラズマの不均一が生ずるといった問題を生じている。
[0004] 従って本発明の目的は、誘電体の下面全体に均一にプラズマを生成させることが できるプラズマ処理装置と方法を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0005] 上記課題を解決するため、本発明によれば、マイクロ波を導波管の下面に複数形 成されたスロットに通して処理室の上面に配置された誘電体中に伝播させ、誘電体 表面で形成させた電磁界での電界エネルギーにより処理室内に供給された処理ガス をプラズマ化させて、基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、前記誘 電体の下面に 1または複数の凹部が形成され、該凹部の深さがスロットからの距離に 応じて変化していることを特徴とする、プラズマ処理装置が提供される。
[0006] 前記誘電体の下面にお!、て、前記スロットに近 、位置と、前記スロットから離れた位 置とに凹部がそれぞれ形成され、前記スロットから離れた位置に形成された凹部の深 さ力 前記スロットに近い位置に形成された凹部の深さよりも深くなつていても良い。
[0007] 前記処理室の上面に、複数の誘電体が配置され、各誘電体の下面に深さの異なる 複数の凹部がそれぞれ形成されていても良い。その場合、前記誘電体が、長手方向 の長さが誘電体中を伝播するマイクロ波の波長よりも長ぐ幅方向の長さが誘電体中 を伝播するマイクロ波の波長よりも短い長方形に形成されていても良い。また、前記 誘電体が 2つのスロットに跨って設けられ、それら 2つのスロットの間に、最も深さの深 い凹部が形成されていても良い。その場合、前記 2つのスロットの間において、中央 に位置する凹部の深さが最も深くなつていても良いし、前記 2つのスロットの間におい て、中央に位置している凹部とスロットに最も近く位置している凹部との間にある凹部 の深さが最も深くなつていても良い。また、前記誘電体の下面において、長手方向に 沿って並べて形成された複数の凹部のうち、両端に位置する凹部の深さは、前記ス ロットの間に位置する凹部の深さよりも浅くなつていても良い。
[0008] また、前記複数の誘電体の周囲に、処理室内に処理ガスを供給する 1または 2以上 のガス噴射口をそれぞれ設けても良い。その場合、前記複数の誘電体を支持する支 持部材に、前記ガス噴射口を設けても良い。 [0009] また、前記複数の誘電体の周囲に、処理室内に第 1の処理ガスを供給する 1または 2以上の第 1のガス噴射口と、処理室内に第 2の処理ガスを供給する 1または 2以上 の第 2のガス噴射口をそれぞれ設けても良い。その場合、前記第 1の噴射口と第 2の 噴射口の一方を他方よりも下方に配置しても良い。
[0010] また本発明によれば、マイクロ波を導波管の下面に複数形成されたスロットに通し て処理室の上面に配置された誘電体中に伝播させ、誘電体表面で形成させた電磁 界での電界エネルギーにより処理室内に供給された処理ガスをプラズマ化させて、 基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、前記誘電体の下面に複数 の凹部を形成し、それら凹部の深さを異ならせることにより、誘電体の下面における プラズマの生成を制御することを特徴とする、プラズマ処理方法が提供される。
発明の効果
[0011] 本発明によれば、誘電体の下面に複数の凹部を形成したことにより、誘電体中を伝 播したマイクロ波のエネルギーによって、それら凹部の内側面に対してほぼ垂直の電 界を形成させ、その近傍でプラズマを効率良く生成させることができる。また、プラズ マの生成箇所も安定させることができる。この場合、誘電体の下面に形成した複数の 凹部の深さを互いに異ならせることにより、スロットの近くに配置された凹部の位置に ぉ 、て生成されるプラズマの強度と、スロットから遠くに離れて配置された凹部の位置 において生成されるプラズマの強度を等しくさせることが可能となる。例えば誘電体の 下面において、スロットに近い位置と、スロットから離れた位置とに凹部が形成されて いる場合、スロットから離れるに従ってスロットから誘電体中に伝播されたマイクロ波の エネルギーで形成される電界強度が弱くなつていく。かかる事情を考慮し、スロット力 ら離れた位置に形成された凹部の深さを、スロットに近い位置に形成された凹部の深 さよりも深くして、凹部の内側面の面積をスロットに近い位置に形成された凹部の内 側面の面積よりも広くすることにより、スロットからの距離に伴う電界強度低下をなくす ことが可能となる。
[0012] また、処理室の上面に配置した複数の誘電体を、誘電体中を伝播するマイクロ波の 波長よりも長ぐ幅方向の長さが誘電体中を伝播するマイクロ波の波長よりも短い長 方形に形成することにより、誘電体中のマイクロ波の伝播を常にシングルモードにさ せ、プロセス条件が変化してもモードジャンプを生じさせず、安定したプラズマ状態を 生成することができる。一方、誘電体中を伝播するマイクロ波の波長よりも長い誘電 体の長手方向の端部においては、誘電体の長手方向に沿って並べて配置された複 数の凹部の間隔を調整することにより、表面波を制限し、定在波の発生を最小限に 抑制することが可能となる。
[0013] なお、このように長方形に形成された誘電体の長手方向に沿って複数の凹部を並 ベて配置した場合は、誘電体の長手方向の両端に位置する凹部に対しては、誘電 体を支持している支持部材での表面波の反射によりプラズマの強度が大きくなる。そ こで、誘電体の下面において長手方向に沿って並べて形成された複数の凹部のうち 、両端に位置する凹部の深さは、スロットの内方に位置する凹部の深さよりも浅くする ことが望ましい。
[0014] また、誘電体が 2つのスロットに跨って設けられているような場合は、それら 2つのス ロットの間に、最も深さの深い凹部が形成されていても良い。そうすれば、各スロットか ら出たマイクロ波は、最も深さの深い凹部の位置において効率良くマイクロ波の発生 に消費され、各スロットから誘電体に伝播したマイクロ波力 各スロットから再び導波 管内に再び戻ることも少なくなり、カットオフ現象が生じて反射波の発生が抑制される 図面の簡単な説明
[0015] [図 1]本発明の実施の形態に力かるプラズマ処理装置の概略的な構成を示した縦断 面図である。
[図 2]蓋体の下面図である。
[図 3]蓋体の部分拡大縦断面図である。
[図 4]蓋体の下方から見た誘電体の拡大図である。
[図 5]図 4中の X—X線における誘電体の縦断面である。
[図 6]第 2のガス噴射口を第 2の噴射口よりも下方に配置した実施の形態の説明図で ある。
[図 7]別の実施の形態に係る図 4中の X—X線における誘電体の縦断面である。
[図 8]2つのスロットの間において、中央に位置していない凹部の深さを最も深くした 実施の形態に係る図 4中の X—X線における誘電体の縦断面である。
[図 9]一つのスロットに一枚の誘電体を配置させた実施の形態に力かる誘電体の拡 大図である。
[図 10]図 9中の X—X線における誘電体の縦断面である。
[図 11]実施例のシミュレーション結果を示すグラフであり、スロット真下の内方に隣接 する凹部の深さを 4mm、 6mm、 8mmに変化させた場合についての、各凹部内での 周期中の最大電界強度の平均値の変化を各凹部について示したグラフである。
[図 12]実施例のシミュレーション結果を示すグラフであり、スロット真下の内方に隣接 する凹部の深さを 4mm、 6mm、 8mmに変化させた場合についての、各凹部の中心 での周期中の最大電界強度の変化を各凹部について示したグラフである。
[図 13]実施例のシミュレーション結果を示すグラフであり、スロット真下の内方に隣接 する凹部の深さに対する、各凹部の電界強度の平均値と、各凹部の電界強度の均 一性を示すグラフである。
[図 14]実施例のシミュレーション結果を示すグラフであり、スロット真下の内方に隣接 する凹部の深さに対する、各凹部の中心での電界強度の平均値と、各凹部の中心で の電界強度の均一性を示すグラフである。
符号の説明
G 基板
1 プラズマ処理装置
2 処理容器
3 蓋体
4 処理室
10 サセプタ
11 給電部
12 ヒータ
13 高周波電源
14 整合器
15 高圧直流電源 =3ィノレ
交流電源 昇降プレート 筒体
ベローズ 排気口
整流板
蓋本体
スロットアンテナ 誘電体
oリング
方形導波管 誘電部材 マイクロ波供給装置
Y分岐管 上面
昇降機構 カバー体 ガイド部
昇降部
ガイドロッド、 昇降ロッド ナット
孔部
ガイド
プレート 回転ハンドノレ スロット 71 誘電部材
75 梁
80a, 80b、 80c、 80d、 80e、 80f、 80g 凹部
81 壁面
85 ガス噴射口
90 ガス配管
91 冷却水配管
95 処理ガス供給源
100 アルゴンガス供給源
101 シランガス供給源
102 水素ガス供給源
105 冷却水供給源
発明を実施するための最良の形態
[0017] 以下、本発明の実施の形態を、プラズマ処理の一例である CVD (chemical vapo r deposition)処理を行うプラズマ処理装置 1に基づいて説明する。なお、本明細 書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、 同一の符号を付することにより重複説明を省略する。図 1は、本発明の実施の形態に 力かるプラズマ処理装置 1の概略的な構成を示した縦断面図である。図 2は、このプ ラズマ処理装置 1が備える蓋体 3の下面図である。図 3は、蓋体 3の部分拡大縦断面 図である。
[0018] このプラズマ処理装置 1は、上部が開口した有底立方体形状の処理容器 2と、この 処理容器 2の上方を塞ぐ蓋体 3を備えて ヽる。処理容器 2の上方を蓋体 3で塞ぐこと により、処理容器 2の内部には密閉空間である処理室 4が形成されている。これら処 理容器 2と蓋体 3は例えばアルミニウム力 なり、いずれも電気的に接地された状態 になっている。
[0019] 処理室 4の内部には、基板として例えばガラス基板 (以下「基板」という） Gを載置す るための載置台としてのサセプタ 10が設けられている。このサセプタ 10は例えば窒 化アルミニウム力 なり、その内部には、基板 Gを静電吸着すると共に処理室 4の内 部に所定のバイアス電圧を印加させるための給電部 11と、基板 Gを所定の温度にカロ 熱するヒータ 12が設けられている。給電部 11には、処理室 4の外部に設けられたバ ィァス印加用の高周波電源 13がコンデンサなどを備えた整合器 14を介して接続さ れると共に、静電吸着用の高圧直流電源 15がコイル 16を介して接続されている。ヒ ータ 12には、同様に処理室 4の外部に設けられた交流電源 17が接続されて 、る。
[0020] サセプタ 10は、処理室 4の外部下方に設けられた昇降プレート 20の上に、筒体 21 を介して支持されており、昇降プレート 20と一体的に昇降することによって、処理室 4 内におけるサセプタ 10の高さが調整される。但し、処理容器 2の底面と昇降プレート 20との間には、ベローズ 22が装着してあるので、処理室 4内の気密性は保持されて いる。
[0021] 処理容器 2の底部には、処理室 4の外部に設けられた真空ポンプなどの排気装置（ 図示せず）によって処理室 4内の雰囲気を排気するための排気口 23が設けられて ヽ る。また、処理室 4内においてサセプタ 10の周囲には、処理室 4内におけるガスの流 れを好ま 、状態に制御するための整流板 24が設けられて 、る。
[0022] 蓋体 3は、蓋本体 30の下面にスロットアンテナ 31を一体的に形成し、更にスロットァ ンテナ 31の下面に、複数枚のタイル状の誘電体 32を取り付けた構成である。蓋本体 30及びスロットアンテナ 31は、例えばアルミニウムなどの導電性材料で一体的に構 成され、電気的に接地状態である。図 1に示すように処理容器 2の上方を蓋体 3によ つて塞いだ状態では、蓋本体 30の下面周辺部と処理容器 2の上面との間に配置さ れた Oリング 33と、後述する各スロット 70の周りに配置された Oリング（図示せず）によ つて、処理室 4内の気密性が保持されている。
[0023] 蓋本体 30の内部には、断面形状が矩形状の方形導波管 35が複数本水平に配置 されている。この実施の形態では、何れも直線上に延びる 6本の方形導波管 35を有 しており、各方形導波管 35同士が互いに平行となるように並列に配置されている。各 方形導波管 35の断面形状 (矩形状)の長辺方向が H面で垂直となり、短辺方向が E 面で水平となるように配置されている。なお、長辺方向と短辺方向をどのように配置 するかは、モードによって変る。また各方形導波管 35の内部は、例えばフッ素榭脂（ 例えばテフロン (登録商標））、 A1203、石英などの誘電部材 36がそれぞれ充填され ている。
[0024] 処理室 4の外部には、図 2に示されるように、この実施の形態では 3つのマイクロ波 供給装置 40が設けられており、各マイクロ波供給装置 40からは、例えば 2. 45GHz のマイクロ波力 蓋本体 30の内部に設けられた 2本ずつの方形導波管 35に対してそ れぞれ導入されるようになって 、る。各マイクロ波供給装置 40と 2本ずつの各方形導 波管 35との間には、 2本の方形導波管 35に対してマイクロ波を分配して導入させる ための Y分岐管 41がそれぞれ接続してある。
[0025] 図 1に示されるように、蓋本体 30の内部に形成された各方形導波管 35の上部は蓋 本体 30の上面において開口しており、そのように開口した各方形導波管 35の上方 から、各方形導波管 35内に上面 45が昇降自在に挿入されている。一方、蓋本体 30 の内部に形成された各方形導波管 35の下面は、蓋本体 30の下面に一体的に形成 されたスロットアンテナ 31を構成している。蓋本体 30の上方には、方形導波管 35の 上面 45を、水平な姿勢を保ったまま方形導波管 35の下面 (スロットアンテナ 31の上 面）に対して昇降移動させる昇降機構 46が、各方形導波管 35毎に設けられている。
[0026] 図 3に示すように、方形導波管 35の上面 45は、蓋本体 30の上面を覆うように取付 けられたカバー体 50内に配置される。カバー体 50の内部には、方形導波管 35の上 面 45を昇降させるために充分な高さを持った空間が形成されている。カバー体 50の 上面には、一対のガイド部 51とガイド部 51同士の間に配置された昇降部 52が配置 されており、これらガイド部 51と昇降部 52によって方形導波管 35の上面 45を昇降移 動させる昇降機構 46が構成されて ヽる。
[0027] 方形導波管 35の上面 45は、各ガイド部 51に設けられたガイドロッド 55と、昇降部 5 2に設けられた昇降ロッド 56を介して、カバー体 50の上面から吊下げられている。こ れらガイドロッド 55と昇降ロッド 56の下端には、ストッパー用のナット 57が取付けてあ り、これらナット 57を方形導波管 35の上面 45の内部に形成された孔部 58に係合さ せることにより、カバー体 50の内部において、方形導波管 35の上面 45を落下させず に支持している。
[0028] これらガイドロッド 55と昇降ロッド 56の上端は、カバー体 50の上面を貫通し、上方 に突出している。ガイド部 51に設けられたガイドロッド 55は、カバー体 50の上面に固 定されたガイド 60内を貫通し、ガイド 60内にぉ 、て垂直方向にスライド移動できるよ うになつている。一方、昇降部 52に設けられた昇降ロッド 56は、カバー体 50の上面 に支持されたプレート 61と、このプレート 61の上に回転自在に配置された回転ハンド ル 62を貫通している。昇降ロッド 56の外周面にはネジ溝が形成してあり、該ネジ溝を 回転ノヽンドル 62の中心に形成したネジ孔に係合させた構成になつて 、る。
[0029] 力かる昇降機構 46にあっては、回転ノヽンドル 62を回転操作することにより、昇降口 ッド 56に対する回転ノヽンドル 62の係合位置が変わり、それに伴って、方形導波管 35 の上面 45をカバー体 50の内部において昇降移動させることができる。なお、かかる 昇降移動をする際には、ガイド部 51に設けられたガイドロッド 55がガイド 60内を垂直 方向にスライド移動するので、方形導波管 35の上面 45は常に水平姿勢に保たれ、 方形導波管 35の上面 45と下面 (スロットアンテナ 31の上面）は常に平行となる。
[0030] 上述のように、方形導波管 35の内部には誘電部材 36が充填されているので、方形 導波管 35の上面 45は、誘電部材 36の上面に接する位置まで下降することができる 。そして、このように誘電部材 36の上面に接する位置を下限として、方形導波管 35 の上面 45をカバー体 50の内部で昇降移動させることにより、回転ノヽンドル 62の回転 操作で、方形導波管 35の下面 (スロットアンテナ 31の上面）に対する方形導波管 35 の上面 45の高さ hを任意に変えることが可能である。なお、カバー体 50の高さは、後 述するように処理室 4内で行われるプラズマ処理の条件に応じて方形導波管 35の上 面 45を昇降移動させる際に、上面 45を充分な高さにまで移動させることができるよう に設定される。
[0031] 方形導波管 35の上面 45は、例えばアルミニウムなどの導電性材料力 なり、上面 4 5の周面部には、蓋本体 30に対して電気的に導通させるためのシールドスパイラル 6 5が取り付けてある。このシールドスパイラル 65の表面には、電気抵抗下げるために 例えば金メッキが施されている。したがって、方形導波管 35の内壁面全体は互いに 電気的に導通した導電性部材で構成されており、方形導波管 35の内壁面全体に沿 つて放電せずに電流が円滑に流れるように構成されて ヽる。
[0032] スロットアンテナ 31を構成する各方形導波管 35の下面には、透孔としての複数の スロット 70が、各方形導波管 35の長手方向に沿って等間隔に配置されている。この 実施の形態では、各方形導波管 35毎に 13個ずつ（G5相当）のスロット 70が、それ ぞれ直列に並べて設けられており、スロットアンテナ 31全体で、 13個 X 6列 = 78箇 所のスロット 70力 蓋本体 30の下面 (スロットアンテナ 31)全体に均一に分布して配 置されている。各スロット 70同士の間隔は、各方形導波管 35の長手方向において互 いに隣接するスロット 70間が中心軸同士で例えばえ g，/2 ( g，は、 2. 45GHzとし た場合の初期設定時のマイクロ波の導波管内波長）となるように設定される。
[0033] このようにスロットアンテナ 31の全体に均一に分布して配置された各スロット 70の内 部には、例えばフッ素榭脂、 A1203、石英などの誘電部材 71がそれぞれ充填されて いる。また、これら各スロット 70の下方には、上述のようにスロットアンテナ 31の下面 に取付けられた複数枚の誘電体 32がそれぞれ配置されて ヽる。各誘電体 32は長方 形の平板状をなしており、例えば石英ガラス、 A1N、 A1203、サファイア、 SiN、セラミ ックス等の誘電材料で構成される。
[0034] 図 2に示されるように、各誘電体 32は、一つのマイクロ波供給装置 40に対して Y分 岐管 41を介して接続された 2本の方形導波管 35を跨ぐようにそれぞれ配置される。 前述のように、蓋本体 30の内部には全部で 6本の方形導波管 35が平行に配置され ており、各誘電体 32は、それぞれ 2本ずつの方形導波管 35に対応するように、 3列 に配置されている。
[0035] また前述のように、各方形導波管 35の下面 (スロットアンテナ 31)には、それぞれ 1 2個ずつのスロット 70が直列に並べて配置されており、各誘電体 32は、互いに隣接 する 2本の方形導波管 35 (Y分岐管 41を介して同じマイクロ波供給装置 40に接続さ れた 2本の方形導波管 35)の各スロット 70同士間を跨ぐように取り付けられている。こ れにより、スロットアンテナ 31の下面には、全部で 13個 X 3列 = 39枚の誘電体 32が 取り付けられている。スロットアンテナ 31の下面には、これら 39枚の誘電体 32を 13 個 X 3列に配列された状態で支持するための、格子状に形成された梁 75が設けられ ている。
[0036] ここで、図 4は、蓋体 3の下方から見た誘電体 32の拡大図である。図 5は、図 4中の X— X線における誘電体 32の縦断面である。梁 75は、各誘電体 32の周囲を囲むよう に配置されており、各誘電体 32をスロットアンテナ 31の下面に密着させた状態で支 持している。梁 75は、例えばアルミニウムなどの導電性材料カゝらなり、スロットアンテ ナ 31および蓋本体 30と共に電気的に接地された状態になっている。この梁 75によ つて各誘電体 32の周囲を支持することにより、各誘電体 32の下面の大部分を処理 室 4内に露出させた状態にさせている。
[0037] 各誘電体 32と各スロット 70の間は、 Oリング（図示せず)などのシール部材を用いて 、封止された状態となっている。蓋本体 30の内部に形成された各方形導波管 35に 対しては、例えば大気圧の状態でマイクロ波が導入される力 このように各誘電体 32 と各スロット 70の間がそれぞれ封止されているので、処理室 4内の気密性が保持され ている。
[0038] 各誘電体 32は、長手方向の長さ Lが誘電体中を伝播するマイクロ波の波長 λ gより も長ぐ幅方向の長さ Mが誘電体中を伝播するマイクロ波の波長え gよりも短い長方 形に形成されている。マイクロ波供給装置 40で例えば 2. 45GHzのマイクロ波を発 生させた場合、誘電体中を伝播するマイクロ波の波長え gは約 60mmとなる。このた め、各誘電体 32の長手方向の長さ Lは、 60mmよりも長く、例えば 188mmに設定さ れる。また、各誘電体 32の幅方向の長さ Mは、 60mmよりも短く、例えば 40mmに設 定される。
[0039] また、各誘電体 32の下面には、凹凸が形成されている。即ち、この実施の形態では 、長方形に形成された各誘電体 32の下面において、その長手方向に沿って 7個の 四咅 80a、 80b、 80c、 80d、 80e、 80f、 80g力 ^直歹 ljに並べて酉己置されて!ヽる。これら 各凹部 80a〜80gは、平面視ではいずれもほぼ等しい略長方形状をなしている。ま た、各凹部 80a〜80gの内側面は、ほぼ垂直な壁面 81になっている。
[0040] 前述のように、各誘電体 32は、互いに隣接する 2本の方形導波管 35 (Y分岐管 41 を介して同じマイクロ波供給装置 40に接続された 2本の方形導波管 35)の各スロット 70同士間を跨ぐように取り付けられる力 各凹部 80a〜80gの中で、中央にある凹部 80dは、一方の方形導波管 35のスロット 70と、他方の方形導波管 35のスロット 70の ほぼ中間に位置し、この中央にある凹部 80dを挟んで、一方の方形導波管 35のスロ ット 70の側に凹部 80a〜80cが位置し、他方の方形導波管 35のスロット 70の側に凹 部 80e〜80gが位置している。そして、一方の方形導波管 35のスロット 70の側にお いては、凹部 80a〜80cの中で、中央の凹部 80bがー方の方形導波管 35のスロット 70の真下に位置し、その両側に凹部 80aと凹部 80cが配置されている。同様に、他 方の方形導波管 35のスロット 70の側においては、凹部 80e〜80g中で、中央の凹部 80fが他方の方形導波管 35のスロット 70の真下に位置し、その両側に凹部 80eと凹 部 80gが配置されている。
[0041] 各凹部 80a〜80gの深さ dについては、全てが同じ深さではなぐ凹部 80a〜80g の深さの一部もしくは、全部の深さ dが異なるように構成されている。即ち、各凹部 80 a〜80gの深さ dは、基本的には、スロット 70から離れるに従って深くなるように設定さ れている。図 5に示した実施の形態に基いて具体的に説明すると、スロット 70に最も 近い凹部 80b、 80fの深さ dが最も浅くなつており、スロット 70から最も遠い凹部 80d の深さ dが最も深くなつている。そして、スロット 70真下の凹部 80b、 80fの両側に位 置する凹部 80a、 80c及び凹部 80e、 80gは、スロット 70真下の凹部 80b、 80fの深さ dとスロット 70力ら最も遠い凹部 80dの深さ dの中間の深さ dとなって!/、る。
[0042] 但し、誘電体 32の長手方向両端に位置する凹部 80a、 80gと 2つのスロット 70の内 方に位置して ヽる四咅 80c、 80eに関しては、これら四咅 80a、 80gと四咅 80c、 80e は、スロット 70からの距離は同じであったとしても、誘電体 32の長手方向両端に位置 する凹部 80a、 80gにおいては、後述するように、誘電体 32の長手方向の両端で発 生した定在波の影響で、発生するプラズマの強度が大きくなる。そこで、これら両端 の凹部 80a、 80gの深さ dは、スロッ卜 70の内方に位置する凹部 80c、 80eの深さ dより も浅くなつている。従って、この実施の形態では、各凹部 80a〜80gの深さ dの関係は 、スロット 70に最も近い凹部 80b、 80fの深さ d<誘電体 32の長手方向両端に位置 する凹部 80a、 80gの深さ dくスロッ卜 70の内方に位置する凹部 80c、 80eの深さ dく スロット 70から最も遠い凹部 80dの深さ dとなって!/ヽる。
[0043] 凹部 80aと凹部 80gの位置での誘電体 32の厚さ tlと、凹部 80bと凹部 80fの位置 での誘電体 32の厚さ t2と、凹部 80cと凹部 80eの位置での誘電体 32の厚さ t3は、い ずれも後述するように誘電体 32の内部をマイクロ波が伝播する際に、凹部 80a〜80 cの位置におけるマイクロ波の伝播と、凹部 80e〜80gの位置におけるマイクロ波の 伝播を、それぞれ実質的に妨げない厚さに設定される。これに対して、凹部 80dの位 置での誘電体 32の厚さ t4は、後述するように誘電体 32の内部をマイクロ波が伝播す る際に、凹部 80dの位置においてはいわゆるカットオフを生じさせ、凹部 80dの位置 では実質的にマイクロ波を伝播させない厚さに設定される。これにより、一方の方形 導波管 35のスロット 70の側に配置された凹部 80a〜80cの位置におけるマイクロ波 の伝播と、他方の方形導波管 35のスロット 70の側に配置された凹部 80e〜80gの位 置におけるマイクロ波の伝播力 凹部 80dの位置でカットオフされて、お互いに干渉 し合わず、一方の方形導波管 35のスロット 70から出たマイクロ波と、他方の方形導波 管 35のスロット 70から出たマイクロ波の干渉が防止されている。
[0044] 各誘電体 32を支持している梁 75の下面には、各誘電体 22の周囲において処理室 4内に処理ガスを供給するためのガス噴射口 85がそれぞれ設けられて 、る。ガス噴 射口 85は、各誘電体 22毎にその周囲を囲むように複数箇所に形成されることにより 、処理室 4の上面全体にガス噴射口 85が均一に分布して配置されている。
[0045] 図 1に示すように、蓋本体 30内部には処理ガス供給用のガス配管 90と、冷却水供 給用の冷却水配管 91が設けられている。ガス配管 90は、梁 75の下面に設けられた 各ガス噴射口 85に連通している。
[0046] ガス配管 90には、処理室 4の外部に配置された処理ガス供給源 95が接続されてい る。この実施の形態では、処理ガス供給源 95として、アルゴンガス供給源 100、成膜 ガスとしてのシランガス供給源 101および水素ガス供給源 102が用意され、各々バル ブ 100a、 101a, 102a,マスフローコン卜ローラ 100b、 101b, 102b,ノ レブ 100c、 101c, 102cを介して、ガス配管 90に接続されている。これにより、処理ガス供給源 9 5からガス配管 90に供給された処理ガスが、ガス噴射口 85から処理室 4内に噴射さ れるようになっている。
[0047] 冷却水配管 91には、処理室 4の外部に配置された冷却水供給源 105が接続され ている。冷却水供給源 105から冷却水配管 91に冷却水が循環供給されることにより 、蓋本体 30は所定の温度に保たれている。
[0048] さて、以上のように構成された本発明の実施の形態に力かるプラズマ処理装置 1に おいて、例えばアモルファスシリコン成膜する場合について説明する。処理する際に は、処理室 4内のサセプタ 10上に基板 Gを載置し、処理ガス供給源 95からガス配管 90、ガス噴射口 85を経て所定の処理ガス、例えばアルゴンガス Zシランガス Z水素 の混合ガスを処理室 4内に供給しつつ、排気口 23から排気して処理室 4内を所定の 圧力に設定する。この場合、蓋本体 30の下面全体に分布して配置されているガス噴 射口 85から処理ガスを噴き出すことにより、サセプタ 10上に載置された基板 Gの表 面全体に処理ガスを満遍なく供給することができる。
[0049] そして、このように処理ガスを処理室 4内に供給する一方で、ヒータ 12によって基板 Gを所定の温度に加熱する。また、図 2に示したマイクロ波供給装置 40で発生させた 例えば 2. 45GHzのマイクロ波力 Y分岐管 41を経て各方形導波管 35に導入され、 それぞれの各スロット 70を通じて、各誘電体 32中を伝播していく。なお、このように方 形導波管 35に導入されたマイクロ波を各スロット 70から各誘電体 32に伝播させる場 合、スロット 70の大きさが充分でないと、マイクロ波が方形導波管 35からスロット 70内 に入り込まなくなってしまう。し力しながら、この実施の形態では、各スロット 70内に例 えばフッ素榭脂、 A1203、石英などといった空気よりも誘電率の高い誘電部材 71が 充填されている。このため、スロット 70が十分な大きさを有していなくても、誘電部材 7 1の存在によって、見かけ上はマイクロ波を入り込ませるのに十分な大きさを有してい るスロット 70と同様な機能を果すことになる。これにより、方形導波管 35に導入された マイクロ波を各スロット 70から各誘電体 32に確実に伝播させることができる。
[0050] この場合、方形導波管 35の長手方向におけるスロット 70の長さを a、方形導波管 3 5内を伝播するマイクロ波の波長（管内波長）をえ、スロット 70内に配置する誘電部材 71の誘電率を εとすれば、 X g/ ε≤ 2aとなるような誘電体を選択すれば良い。 例えばフッ素榭脂、 A1203、石英について言えば、誘電率の最も大きい A1203から なる誘電部材 71をスロット 70内に配置した場合が、スロット 70から誘電体 32にマイク 口波を最も多く伝播させることができることとなる。また、方形導波管 35の長手方向に おける長さ aが同じスロット 70についても、スロット 70内に配置する誘電部材 71として 誘電率の異なるものを使用することにより、スロット 70から誘電体 32に伝播するマイク 口波の量を制御できるようになる。
[0051] こうして、各誘電体 32中に伝播させたマイクロ波のエネルギーによって、各誘電体 3 2の表面において処理室 4内に電磁界が形成され、電界エネルギーによって処理容 器 2内の前記処理ガスをプラズマ化することにより、基板 G上の表面に対して、ァモル ファスシリコン成膜が行われる。この場合、各誘電体 32の下面に凹部 80a〜80gが形 成されているので、誘電体 32中を伝播したマイクロ波のエネルギーによって、これら 凹部 80a〜80gの内側面（壁面 81)に伝播されたマイクロ波のエネルギーによって壁 面 81に対してほぼ垂直の電界を形成させ、その近傍でプラズマを効率良く発生させ ることができる。また、プラズマの生成箇所も安定させることができる。
[0052] また、各誘電体 32の下面に形成された複数の凹部 80a〜80gの深さ dを互いに異 ならせていることにより、各誘電体 32の下面全体においてほぼ均一にプラズマを生 成させることができる。即ち、スロット 70から誘電体 32中を伝播したマイクロ波が処理 室 4内に入る際に誘電体 32の表面でマイクロ波のエネルギーで形成される電界の強 度は、スロット 70から離れるに従って弱くなつていく力 図 5に示した形態にあっては 、各凹部 80a〜80gの深さ dが、基本的には、スロット 70から離れるに従って深くなる ように設定されている。そのため、スロット 70から離れた位置にある凹部ほど内側面（ 壁面 81)の面積がそれだけ大きくなるので、スロット 70からの距離に伴って電界強度 が低下した状態でも、低下した分電界放出面積を大きくし、面積を大きい内側面 (壁 面 81)のほぼ全体で電界を形成させ、プラズマを効率良く生成させることができる。こ のように、スロッ卜 70力ら離れた位置に形成された 咅 80a、 80c、 80d、 80e、 80gの 深さが、スロット 70に近い位置に形成された凹部 80b、 80fの深さよりもそれぞれ深く なっていることにより、電界強度の低下を補って、誘電体 32の下面全体においてほ ぼ均一にプラズマを生成させることができる。
[0053] 一方、スロット 70から誘電体 32に伝播したマイクロ波は、誘電体 32の長手方向端 部まで伝播した後、誘電体 32の周囲を囲むように配置された梁 75で反射され、定在 波となって、再び両端の凹部 80a、 80gの位置に伝播する。このように、両端の凹部 8 0a、 80gの位置では、この定在波によって生成されるプラズマの強度が大きくなるが 、これら両端の凹部 80a、 80gの深さ dは、そのような定在波の影響を考慮した分浅く なっているので、誘電体 32の両端部においても、ほぼ均一なプラズマ強度が得られ る。また、これら両端の凹部 80a、 80gの位置において、誘電体 32を支持する梁 75 力 反射した反射波の影響を受けてプラズマの生成強度が部分的に上昇するといつ た事態も回避できるようになる。
[0054] なお、上述したように、各誘電体 32中に 2つのスロット 70からマイクロ波がそれぞれ 伝播していく力 各誘電体 32の中央に設けられた凹部 80dにより、 2つのスロット 70 力も伝播されたマイクロ波同士の干渉が防がれる。即ち、先に図 4、 5で説明したよう に、一方の方形導波管 35のスロット 70から出たマイクロ波は、凹部 80a〜80cの位置 において誘電体 32内部を伝播して、凹部 80a〜80cの内側面（壁面 81)にて電界を 形成させ、その近傍でプラズマを生成させる。この場合、一方の方形導波管 35のスロ ット 70から出たマイクロ波は、凹部 80a〜80cの位置において誘電体 32内部を伝播 するが、凹部 80dの位置でカットオフされるので、凹部 80e〜80gの位置までは伝播 されない。また同様に、他方の方形導波管 35のスロット 70から出たマイクロ波は、凹 部 80e〜80gの位置において誘電体 32内部を伝播して、凹部 80e〜80gの内側面（ 壁面 81)にて電界を形成させ、その近傍でプラズマを発生させる。この場合、他方の 方形導波管 35のスロット 70から出たマイクロ波は、凹部 80e〜80gの位置において 誘電体 32内部を伝播するが、凹部 80dの位置でカットオフされることにより、凹部 80 a〜80cの位置までは伝播されない。こうして、各スロット 70から出たマイクロ波は、誘 電体 32の表面（凹部 80a〜80cおよび凹部 80e〜80gの各内側面）において効率良 くプラズマの生成に消費されることとなる。また、各スロット 70から誘電体 32に伝播し たマイクロ波力 スロット 70から再び方形導波管 35内に再び戻ることも少なくなり、反 射波の発生が抑制される。
[0055] なお、処理室 4の内部では、例えば 0. 7eV〜2. OeVの低電子温度、 1011〜101 3cm— 3の高密度プラズマによって、基板 Gへのダメージの少な!/、均一な成膜が行 われる。アモルファスシリコン成膜の条件は、例えば処理室 4内の圧力については、 5 〜100Pa、好ましく ίま 10〜60Pa、基板 Gの温度【こつ!/ヽて ίま、 200〜450°C、好まし くは 250°C〜380°Cが適当である。また、処理室 4の大きさは、 G3以上が適当であり 、例えば、 G4. 5 (基板 Gの寸法： 730mmX 920mm、処理室 4の内部寸法： 1000 mm X 1190mm)、 G5 (基板 Gの寸法： 1100mm X 1300mm、処理室 4の内部寸 法： 1470mm X I 590mm)であり、マイクロ波供給装置のパワーの出力については、 l〜4WZcm2、好ましくは 3WZcm2が適当である。マイクロ波供給装置のパワーの 出力が lWZcm2以上であれば、プラズマが着火し、比較的安定してプラズマを発 生させることができる。マイクロ波供給装置のパワーの出力が lWZcm2未満では、 プラズマの着火がしなかったり、プラズマの発生が非常に不安定になり、プロセスが 不安定、不均一となって実用的でなくなってしまう。
[0056] ここで、処理室 4内で行われるこのようなプラズマ処理の条件（例えばガス種、圧力 、マイクロ波供給装置のパワー出力等）は、処理の種類などによって適宜設定される 力 一方で、プラズマ処理の条件を変えることによってプラズマ発生に対する処理室 4内のインピーダンスを変更すると、それに伴って各方形導波管 35内を伝播するマイ クロ波の波長 (管内波長え g)も変化する性質がある。一方で、上述したように各方形 導波管 35毎にスロット 70が所定の間隔（ λ g' /2)で設けられて 、るため、プラズマ 処理の条件によってインピーダンスが変わり、それによつて管内波長 λ gが変化する と、スロット 70同士の間隔（ λ g' Z2)と、実際の管内波長 λ gの半分の距離とがー致 しなくなつてしまう。その結果、各方形導波管 35の長手方向に沿って並べられた複数 の各スロット 70から処理室 4上面の各誘電体 32に効率良くマイクロ波を伝播できなく なってしまう。
[0057] そこで本発明の実施の形態にあっては、例えばガス種、圧力、マイクロ波供給装置 のパワー出力等といった処理室 4内で行われるプラズマ処理の条件によってインピー ダンスが変わり、それによつて変化した管内波長え gを、各方形導波管 35の上面 45 を下面 (スロットアンテナ 31の上面）に対して昇降移動させることにより、修正する。即 ち、処理室 4内のプラズマ処理条件によって実際の管内波長 λ gが短くなつた場合は 、昇降機構 46の回転ノヽンドル 62を回転操作することにより、方形導波管 35の上面 4 5をカバー体 50の内部において下降させる。このように、各方形導波管 35の下面に 対する上面 45の高さ hを下げると、管内波長え gが長くなるように変化し、スロット同士 の間隔（ g'Z2)と、実際の管内波長え gの山部分と谷部分の位置間隔との間のず れを解消して、管内波長え gの山部分と谷部分を各スロット 70の位置に一致させるこ とができるようになる。また逆に、処理室 4内のプラズマ処理条件によって実際の管内 波長 λ gが長くなつた場合は、昇降機構 46の回転ノヽンドル 62を回転操作することに より、方形導波管 35の上面 45をカバー体 50の内部において上昇させる。このように 、各方形導波管 35の下面に対する上面 45の高さ hを上げると、管内波長え gが短く なるように変化し、スロット同士の間隔（ λ g' Z2)と、実際の管内波長 λ gの山部分と 谷部分の位置間隔との間のずれを解消して、管内波長え gの山部分と谷部分を各ス ロット 70の位置に一致させることができるようになる。
[0058] このように、方形導波管 35の上面 45を下面 (スロットアンテナ 31の上面）に対して 昇降移動させて、各方形導波管 35の下面に対する上面 45の高さ hを任意に変え、 マイクロ波の管内波長え gを変化させることにより、実際の管内波長 λ gの山部分と谷 部分の位置間隔を各スロット 70の位置に自在に一致させることができる。その結果、 方形導波管 35の下面に形成した複数の各スロット 70から処理室 4上面の各誘電体 3 2に効率良くマイクロ波を伝播させることができるようになり、基板 Gの上方全体に均 一な電磁界を形成でき、基板 Gの表面全体に均一なプラズマ処理を行うことが可能 になる。マイクロ波の管内波長え gを変化させることにより、プラズマ処理の条件毎に スロット 70同士の間隔を変化させる必要がなくなるので、設備コストを低減でき、更に 、同じ処理室 4内で種類の異なるプラズマ処理を連続して行うことも可能となる。
[0059] 加えて、この実施の形態のプラズマ処理装置 1によれば、処理室 4の上面にタイル 状の誘電体 32を複数枚取り付けていることにより、各誘電体 32を小型化かつ軽量化 することができる。このため、プラズマ処理装置 1の製造も容易かつ低コストとなり、基 板 Gの大面化に対しての対応力を向上させることができる。また、各誘電体 32毎にス ロット 70がそれぞれ設けてあり、し力も各誘電体 32—つ一つの面積は著しく小さぐ かつ、その下面には凹部 80a〜80gが形成されているので、各誘電体 32の内部にマ イク口波を均一に伝播させて、各誘電体 32の下面全体でプラズマを効率良く生成さ せることができる。そのため、処理室 4内の全体で均一なプラズマ処理を行うことがで きる。
[0060] また、この実施の形態で示したように、誘電体 32を長方形に構成し、誘電体 32の 横幅を例えば 40mmとして誘電体中を伝播するマイクロ波の波長 λ g=約 60mmより も狭くし、誘電体 32の長手方向の長さを例えば 188mmとして誘電体中を伝播する マイクロ波の波長 λ g=約 60mmよりも長くすることにより、表面波を誘電体 32の長手 方向にのみ伝播させる構成とすることができる。その場合、誘電体 32の長手方向の 両端部では表面波の反射による反射波と進行波との干渉により定在波が発生する。 誘電体 32の幅方向の両縁部では、誘電体 32の横幅を例えば 40mmとしているため 、定在波の発生を押さえることができるようになる。また、誘電体 32の長手方向の両 端部で発生する定在波による影響をなるベく抑制するためには、誘電体 32の下面両 端部に配置される凹部 80a、 80gの深さは、スロット 70の真下に位置する凹部 80b、 80fの深さと同程度が好ましい。また、誘電体 32の長手方向の端部における表面波 の影響は、誘電体 32の下面に並べて配置された複数の凹部 80a〜80gの間隔を調 整することによつても小さくなり、その結果、誘電体 32の長手方向端部でも定在波の 発生を最小限に抑制することが可能となる。その結果、プロセスウィンドウを広くするこ とができ、安定したプラズマ処理が可能となる。また、誘電体 32を支持する梁 75 (支 持部材)も細くできるので、各誘電体 32の下面の大部分が処理室 4内に露出すること となり、処理室 4内に電磁界を形成させる際に梁 75がほとんど邪魔とならず、基板 G の上方全体に均一な電磁界を形成でき、処理室 4内に均一なプラズマを生成できる ようになる。
[0061] また、この実施の形態のプラズマ処理装置 1のように誘電体 32を支持する梁 75に 処理ガスを供給するガス噴射口 85を設けても良い。また、この実施の形態で説明し たように、梁 75を例えばアルミニウムなどの金属で構成すれば、ガス噴射口 85等の 加工が容易である。
[0062] 以上、本発明の好ましい実施の形態の一例を説明したが、本発明はここに示した 形態に限定されない。例えば、方形導波管 35の上面 45を昇降させる昇降機構 46は 、図示のようなガイド部 51と昇降部 52で構成されるものでなくても良ぐシリンダーや その他の駆動機構を用いて方形導波管 35の上面 45を昇降させるものであっても良 い。また、図示の形態では、方形導波管 35の上面 45を昇降させる形態を説明したが 、方形導波管 35の下面 (スロットアンテナ 31)を下降させることによつても、方形導波 管 35の下面 (スロットアンテナ 31)に対する上面 45の高さ hを変更することも考えられ る。
[0063] また、各方形導波管 35の内部に、フッ素榭脂、 A1203、石英等の誘電部材 36を 配置した例を説明したが、各方形導波管 35の内部は空洞でも良い。なお、方形導波 管 35の内部に誘電部材 36を配置した場合は、方形導波管 35の内部を空洞とした 場合に比べ、管内波長えを短くすることができる。これにより、方形導波管 35の長手 方向に沿って並べて配置される各スロット 70同士の間隔も短くできるので、それだけ スロット 70の数も増やすことができる。それによつて、誘電体 32を更に細力べして、設 置枚数を更に増やすことができ、誘電体 32の小型化かつ軽量化、処理室 4内全体 での均一なプラズマ処理と 、つた効果を更に向上させることができる。
[0064] なお、方形導波管 35内に誘電部材 36を配置した場合、方形導波管 35内の上部 は、上面 45が昇降移動するために部分的に空洞となる。その場合、方形導波管 35 内の誘電率は、誘電部材 36の誘電率と、方形導波管 35内の上部に存在する空気 の誘電率との間の値となる。例えば誘電部材 36として誘電率が空気と比較的近 、フ ッ素榭脂 (空気の誘電率は約 1、フッ素榭脂の誘電率は約 2)を用いれば、方形導波 管 35内の上部に形成される空洞の大きさの影響を少なくすることができ、逆に例えば 誘電部材 36として誘電率が空気と大きく異なる A1203 (A1203の誘電率は約 9)を 用いれば、方形導波管 35内の上部に形成される空洞の大きさの影響を大きくするこ とがでさる。
[0065] また、図 6に示すように、各誘電体 22の周囲において、第 1の処理ガスとして例えば アルゴンガス供給源 100から供給された Arガスを処理室 4内に供給する 1または 2以 上の第 1のガス噴射口 120と、第 2の処理ガスとして例えばシランガス供給源 101お よび水素ガス供給源 102から力 供給された成膜ガスを処理室 4内に供給する 1また は 2以上の第 2のガス噴射口 121をそれぞれ別に設けても良い。図示の例では、誘 電体 22を支持している梁 75の下面力も適当な距離をあけて、梁 75の下面と平行に パイプ 122を支持部材 123によって取り付けている。そして、第 1のガス噴射口 120を 誘電体 22の下面近傍において支持部材 123の側面に開口させ、アルゴンガス供給 源 100から供給された Arガスを、梁 75および支持部材 123の内部を通して第 1のガ ス噴射口 120から処理室 4内に供給する。また、第 2のガス噴射口 121をパイプ 122 の下面に開口させ、シランガス供給源 101および水素ガス供給源 102から力も供給 された成膜ガスを、梁 75、支持部材 123およびパイプ 122の内部を通して第 2のガス 噴射口 121から処理室 4内に供給する。 [0066] 力かる構成によれば、成膜ガスを供給する第 2のガス噴射口 121を、 Arガスを供給 する第 1のガス噴射口 120よりも下方に配置したことにより、誘電体 22の下面近傍で Arガスを供給し、誘電体 22の下面から下方に離れた位置で成膜ガスを供給すること ができる。これにより、誘電体 22の下面近傍においては、不活性な Arガスに対して 比較的強い電界でプラズマを生成させることができるとともに、活性な成膜ガスに対し ては、それよりも弱い電界と Arプラズマでプラズマを発生させることができるので、成 膜ガスとしてのシランガスがプリカーサ一（前駆体）として SiH3ラジカルまで解離され 、 SiH2ラジカルまでは過剰解離されな 、と 、つた作用効果を享受できるようになる。
[0067] また、誘電体 32の下面に形成される複数の凹部の深さ dは、全てが同じ深さではな ければ良ぐ例えば、複数の凹部の深さ dが全部異なっていても良いし、あるいは、複 数の凹部のうち、一部の凹部の深さ dが異なっていても良い。例えば、図 7に示すよう に、誘電体 32の下面に設けられた 7つの凹部 80a〜80gのうち、中央にある凹部 80 dをもっとも深くして、残りの凹部 80a〜80cと凹部 80e〜80gをいずれも同程度の深 さ dに構成とすることち考免られる。
[0068] この図 7に示す実施の形態では、凹部 80a〜80cと凹部 80e〜80gの位置での誘 電体 32の厚さ tlは、マイクロ波の伝播を実質的に妨げない厚さに設定される。これ に対して、凹部 80dの位置での誘電体 32の厚さ t2は、マイクロ波を実質的に伝播さ せない厚さに設定される。これにより、先と同様に、一方の方形導波管 35のスロット 7 0の側に配置された凹部 80a〜80cの位置におけるマイクロ波の伝播と、他方の方形 導波管 35のスロット 70の側に配置された凹部 80e〜80gの位置におけるマイクロ波 の伝播が、凹部 80dの位置でカットオフされて、お互いに干渉し合わなくなる。
[0069] なお、図 5に示した実施の形態では、各凹部 80a〜80gの深さ dの関係を、スロット 7 0に最も近い凹部 80b、 80fの深さ d<誘電体 32の長手方向両端に位置する凹部 80 a、 80gの深さ d<スロッ卜 70の内方に位置する 咅 80c、 80eの深さ d<スロッ卜 70力 ら最も遠い凹部 80dの深さ dとした例を説明した力 誘電体 32の長手方向の両端で 発生する定在波の影響を考慮し、誘電体 32の長手方向両端の凹部 80a、 80gの深 さ dを、スロット 70真下の凹部 80b、 80fの深さ dとほぼ同程度にすることも考えられる 。これら四咅 80a、 80gの深さ dと四咅 80b、 80fの大 /J、関係は、誘電体 32中を伝播 するマイクロ波の減衰度および誘電体 32の長手方向両端で発生する定在波の影響 等を検討して適宜決定すれば良 ヽ。
[0070] また、図 5、 7に示した実施の形態では、 2つのスロット 70の間を跨ぐように取り付け られた誘電体 32の下面において、スロット 70間の中央に位置する凹部 80dをもっとも 深くした例を示した力 2つのスロット 70の間において、中央に位置していない凹部 8 Oc、 80eの深さを最も深く形成しても良い。即ち、図 8に示す実施の形態では、 2つの スロッ卜 70の間に开滅された 3つの凹部 80c、 80d、 80eのうち、スロッ卜 70真下の凹 部 80b、 80fの内方に隣接して配置された凹部 80c、 80eの深さ dが、スロット 70間の 中央に位置する凹部 80dの深さ dよりも深く構成されている。この実施の形態では、各 凹部 80a〜80gの深さ dの関係は、スロット 70に最も近い凹部 80b、 80fの深さ dく誘 電体 32の長手方向両端に位置する凹部 80a、 80gの深さ dくスロット 70から最も遠 ヽ四咅 80dの深さ d<スロッ卜 70の内方【こ位置する四咅 80c、 80eの深さ dとなって!/ヽ る。
[0071] 力かる構成によれば、スロット 70から誘電体 32中を伝播したマイクロ波が処理室 4 内に入る際に誘電体 32の表面でマイクロ波のエネルギーで形成される電界の強度 は、スロット 70から離れるに従って弱くなつていく力 スロット 70間の中央に位置する 凹部 80dにおいては、 2つのスロット 70の両方から伝播してきたマイクロ波のエネルギ 一が重畳して電界が形成される。このため、スロット 70からの距離に伴って電界強度 が低下した状態でも、 2つのスロット 70から伝播してきたマイクロ波のエネルギーが加 算され、電界強度の低下が補われることになる。このように、 2つのスロット 70の間に おいて、中央に位置する凹部 80dの深さ dをスロット 70の内方に位置する凹部 80c、 80eの深さ dよりも浅くすることにより、誘電体 32の下面全体においてほぼ均一にプラ ズマを生成させることができるようになる。
[0072] また、誘電体 32の下面に設ける凹部の数や凹部の形状、配置は任意である。誘電 体 32の下面に 1つの凹部を形成しても良いし、図示の例で説明したように、誘電体 3 2の下面に複数の凹部を形成しても良い。誘電体 32の下面に 1つの凹部を形成する 場合は、当該凹部の深さをスロット 70からの距離に応じて変化させ、凹部の深さがス ロット 70から離れるほど深くなるように構成すればよい。また、誘電体 32の下面に複 数の凹部を形成する場合、各凹部の形状が異なっていても良い。また、誘電体 32の 下面に凸部を設けることで、誘電体 32の下面に凹部が形成されるようにしても良い。 いずれにしても、誘電体 32の下面に凹部を設けて、誘電体 32の下面にほぼ垂直な 壁面を形成すれば、当該垂直な壁面に伝播されたマイクロ波のエネルギーによって ほぼ垂直の電界を形成させ、その近傍でプラズマを効率良く生成させることができ、 プラズマの生成箇所も安定させることができる。
[0073] また、図示の形態では、誘電体 32が 2つのスロット 70の間を跨ぐように取り付けられ た例を示したが、誘電体とスロットの数を同じにし、各スロット 70ごとに一枚ずつ誘電 体 32を配置させても良い。力かる場合も、誘電体の下面に 1または複数の凹部を形 成し、該凹部の深さがスロットからの距離に応じて変化するように構成すればよい。こ の場合も、誘電体の下面に 1つの凹部を形成する場合は、当該凹部の深さをスロット 70からの距離に応じて変化させ、凹部の深さがスロット 70から離れるほど深くなるよう に構成すればよい。また、誘電体の下面に複数の凹部を形成する場合は、スロット 7 0から離れた位置に形成された凹部の深さ力 スロット 70に近い位置に形成された凹 部の深さよりも深くなる関係にすれば良い。例えば図 9、 10に示すように、各凹部 80a 〜80gの中で、中央にある凹部 80dが方形導波管 35のスロット 70の真下に位置し、 その両側に凹部 80a〜80cと凹部 80e〜80gが配置されている。この場合、スロット 7 0に最も近い凹部 80dの深さ dが最も浅くなつており、凹部 80a〜80cの深さ dと凹部 8 0e〜80gの深さ dは、スロット 70から離れるに従って深くなるように設定されている。な お、誘電体 32の長手方向両端に位置する凹部 80a、 80gの深さ dは、誘電体 32の長 手方向の両端で発生する定在波の影響を考慮して、内方に位置する凹部 (例えば 凹部 80b、 80f)の深さ dよりも浅く形成しても良い。
[0074] また、各方形導波管 35の断面形状 (矩形状)の長辺方向が E面で水平となり、短辺 方向が H面で垂直となるように配置しても良い。なお、図示した実施の形態のうように 方形導波管 35の断面形状 (矩形状)の長辺方向を H面で垂直とし、短辺方向を E面 で水平とするように配置すれば、各方形導波管 35同士の隙間を広くできるので、例 えばガス配管 90や冷却水配管 91の配置がしゃすぐまた、方形導波管 35の本数を 更に増やしやすい。 [0075] スロットアンテナ 31に形成されるスロット 70の形状は、種々の形状とすることができ、 例えばスリット形状などでも良い。また、複数のスロット 70を直線上に配置する他、渦 卷状ゃ同心円状に配置したいわゆるラジアルラインスロットアンテナを構成することも できる。また、誘電体 32の形状は長方形でなくても良ぐ例えば正方形、三角形、任 意の多角形、円板、楕円等としても良い。また、各誘電体 32同士は互いに同じ形状 でも、異なる形状でも良い。
[0076] 以上の実施の形態では、プラズマ処理の一例であるアモルファスシリコン成膜を行 うものについて説明したが、本発明は、アモルファスシリコン成膜の他、酸化膜成膜、 ポリシリコン成膜、シランアンモニア処理、シラン水素処理、酸化膜処理、シラン酸素 処理、その他の CVD処理の他、エッチング処理にも適用できる。
実施例
[0077] 図 8で説明した実施の形態のように、 2つのスロット 70の間に形成された 3つの凹部 80c、 80d、 80eのうち、スロッ卜 70真下の凹部 80b、 80fの内方に隣接して配置され た凹部 80c、 80eの深さ dを、スロット 70間の中央に位置する凹部 80dの深さ dよりも 深く構成した誘電体 32について、各凹部 80a〜80gの深さ dに対する電界強度分布 の依存性をシミュレーションした。この実施例では、誘電体 32の長手方向両端に位 置する四咅 80a、 80gの深さ d=4mm、スロット 70【こ最も近!ヽ四咅 80b、 80fの深さ d = 2. 5mm、スロット 70間の中央に位置する凹部 80dの深さ d= 5mmとし、スロット 70 の内方に位置する凹部 80c、 80eの深さ dを 4mm、 6mm, 8mmに変化させた。電界 強度を比較するために、各凹部 80a〜80g内での周期中の最大電界強度 (Comple X MagE)の平均値と、各凹部 80a〜80gの中心での周期中の最大電界強度（Com plex MagE)をそれぞれ求めたところ図 11 (最大電界強度の平均値）、図 10 (最大 電界強度）を得た。その結果、図 11、 12に示すように、各凹部 80a〜80g内の最大 電界強度は、スロット 70の内方に位置する凹部 80c、 80eの深さ dを 6mmとしたとき に最もばらつきが小さくなり、誘電体 32の下面全体においてほぼ均一にプラズマを 生成させることができて 、た。
[0078] また、スロット 70の内方に位置する凹部 80c、 80eの深さ dを 4〜8mmの範囲で変 化させ、凹部 80c、 80eの深さ dに対する、各凹部 80a〜80gの電界強度平均値 (Av erage)と均一性 (Unif (%；) )を調べた結果、図 13、図 14を得た。なお、図 13では、 各凹部 80a〜80gの電界強度平均値 (Average)と均一性 (Unif (%) )は、各凹部 8 0a〜80gの周期中の最大電界強度（Complex MagE)から求めた。また、図 14で は、各凹部 80a〜80gの電界強度平均値 (Average)と均一性 (Unif (%) )は、各凹 部 80a〜80gの中心での周期中の最大電界強度（Complex MagE)から求めた。 また、均一性 (Unif (%) ) = (各凹部 80a〜80gの電界強度の最大値—最小値) Z( 2 X電界強度平均値）とした。その結果、図 13、 14に示すように、各凹部 80a〜80g 内の最大電界強度は、スロット 70の内方に位置する凹部 80c、 80eの深さ dを 6mmと したときに最も均一性が小さくなり、誘電体 32の下面全体においてほぼ均一にプラズ マを生成させることができて 、た。
産業上の利用可能性
本発明は、例えば CVD処理、エッチング処理に適用できる。

Claims

請求の範囲
[1] 基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
マイクロ波を導波管の下面に複数形成されたスロットに通して処理室の上面に配置 された誘電体中に伝播させ、誘電体表面で形成させた電磁界での電界エネルギー により処理室内に供給された処理ガスをプラズマ化させるように構成され、 前記誘電体の下面に 1または複数の凹部が形成され、該凹部の深さがスロットから の距離に応じて変化して 、ることを特徴とする、プラズマ処理装置。
[2] 前記処理室の上面に、複数の誘電体が配置され、各誘電体の下面に 1または複数 の凹部がそれぞれ形成されていることを特徴とする、請求項 1のプラズマ処理装置。
[3] 前記誘電体の下面にお!、て、前記スロットに近 、位置と、前記スロットから離れた位 置とに凹部がそれぞれ形成され、前記スロットから離れた位置に形成された凹部の深 さ力 前記スロットに近い位置に形成された凹部の深さよりも深くなつていることを特 徴とする、請求項 1のプラズマ処理装置。
[4] 前記誘電体が、長手方向の長さが誘電体中を伝播するマイクロ波の波長よりも長ぐ 幅方向の長さが誘電体中を伝播するマイクロ波の波長よりも短い長方形に形成され て 、ることを特徴とする、請求項 3のプラズマ処理装置。
[5] 前記誘電体の下面において、長手方向に沿って複数の凹部が並べて形成されてい ることを特徴とする、請求項 4のプラズマ処理装置。
[6] 前記誘電体が 2つのスロットに跨って設けられ、それら 2つのスロットの間に、最も深さ の深い凹部が形成されていることを特徴とする、請求項 5のプラズマ処理装置。
[7] 前記 2つのスロットの間において、中央に位置する凹部の深さが最も深いことを特徴 とする、請求項 6のプラズマ処理装置。
[8] 前記 2つのスロットの間において、中央に位置している凹部とスロットに最も近く位置 している凹部との間にある凹部の深さが最も深いことを特徴とする、請求項 6のプラズ マ処理装置。
[9] 前記誘電体の下面において、長手方向に沿って並べて形成された複数の凹部のう ち、両端に位置する凹部の深さは、前記スロットの内方に位置する凹部の深さよりも 浅いことを特徴とする、請求項 6のプラズマ処理装置。
[10] 前記複数の誘電体の周囲に、処理室内に処理ガスを供給する 1または 2以上のガス 噴射口をそれぞれ設けたことを特徴とする、請求項 2のプラズマ処理装置。
[11] 前記複数の誘電体を支持する支持部材に、前記ガス噴射口を設けたことを特徴とす る、請求項 10のプラズマ処理装置。
[12] 前記複数の誘電体の周囲に、処理室内に第 1の処理ガスを供給する 1または 2以上 の第 1のガス噴射口と、処理室内に第 2の処理ガスを供給する 1または 2以上の第 2 のガス噴射口をそれぞれ設けたことを特徴とする、請求項 2のプラズマ処理装置。
[13] 前記第 1の噴射口と第 2の噴射口の一方を他方よりも下方に配置したことを特徴とす る、請求項 12のプラズマ処理装置。
[14] 基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、
マイクロ波を導波管の下面に複数形成されたスロットに通して処理室の上面に配置 された誘電体中に伝播させ、誘電体表面で形成させた電磁界での電界エネルギー により処理室内に供給された処理ガスをプラズマ化させて、基板にプラズマ処理を施 すに際し、
前記誘電体の下面に複数の凹部を形成し、それら凹部の深さを異ならせることによ り、誘電体の下面におけるプラズマの生成を制御することを特徴とする、プラズマ処 理方法。
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