WO2011021607A1 - プラズマ処理装置および基板処理方法 - Google Patents

プラズマ処理装置および基板処理方法 Download PDF

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    • H05H1/463—Microwave discharges using antennas or applicators

Definitions

  • the present invention relates to a plasma processing apparatus and a substrate processing method, and more particularly to a plasma processing apparatus using a microwave as a plasma source and a substrate processing method performed using such a plasma processing apparatus.
  • Semiconductor devices such as LSI (Large Scale Integrated Circuit) are manufactured by subjecting a semiconductor substrate to processing such as etching, CVD (Chemical Vapor Deposition), and sputtering.
  • processing such as etching, CVD, and sputtering, there are processing methods using plasma as an energy supply source, that is, plasma etching, plasma CVD, plasma sputtering, and the like.
  • Patent Document 1 a technique related to a microwave plasma processing apparatus that uses a microwave when generating plasma is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-179477 (Patent Document 1).
  • a dummy load is connected to a cylindrical waveguide between a circular rectangular waveguide and a circular polarization converter.
  • the axis of this dummy load is configured to be separated from the reflector toward the circular polarization converter by a quarter wavelength L of the in-tube wavelength of the standing wave reflected by the microwave reflector. Yes.
  • the microwave reflected from the radial waveguide box is effectively absorbed by the dummy load.
  • FIG. 15 is an enlarged schematic sectional view showing a part of a conventional general plasma processing apparatus.
  • the vertical direction of the paper is the vertical direction of the apparatus.
  • a microwave is illustrated as an image at a predetermined location.
  • a plasma processing apparatus 101 includes a processing container that performs plasma processing on a substrate to be processed therein, a disk-shaped dielectric plate 102 that transmits microwaves into the processing container, and a thin disk.
  • a plurality of slot holes penetrating in the plate thickness direction and disposed above the dielectric plate 102 to radiate microwaves to the dielectric plate 102 103, a disk-shaped slow wave plate 104 disposed above the slot antenna plate 103 and propagating microwaves in the radial direction, and a microwave generator 105 disposed outside the processing vessel and generating microwaves
  • a microwave supply means 106 for supplying the microwave generated by the microwave generator 105 into the processing container.
  • the microwave supply means 106 is provided so as to extend in the vertical direction, and includes a coaxial waveguide 107 connected to the slot antenna plate 103.
  • the coaxial waveguide 107 includes a round bar-shaped inner conductor 108 and a cylindrical outer conductor 109 provided on the outer diameter side of the inner conductor 108 with a radial gap 110 between the inner conductor 108 and the inner conductor 108.
  • the radial center of the inner conductor 108 is the radial center of the slot antenna plate 103 from the viewpoint of ensuring uniformity in the circumferential direction of the plasma generated below the dielectric plate 102.
  • the outer conductor 109 is provided such that the radial center of the outer conductor 109 coincides with the radial center of the inner conductor 108.
  • the inner conductor 108 and the outer conductor 109 constituting the coaxial waveguide 107 are manufactured separately.
  • the inner conductor 108 and the outer conductor 109 manufactured separately are combined so that the radial center of the inner conductor 108 matches the radial center of the outer conductor 109.
  • the slot antenna plate 103 is incorporated into the plasma processing apparatus 101 such that the radial center of the slot antenna plate 103 coincides with the radial center of the inner conductor 108.
  • the center line indicating the radial center of the inner conductor 108 is indicated by a one-dot chain line 111
  • the center line indicating the radial center of the outer conductor 109 is indicated by a two-dot chain line 112.
  • the position between the radial center of the inner conductor 108 and the radial center of the outer conductor 109 is determined. Deviation occurs. This deviation is indicated by a length dimension X in FIG. 15, and is actually about 0.05 mm. Note that, from the viewpoint of easy understanding, the shift indicated by the length dimension X is exaggerated.
  • the distance of the radial gap 110 between the inner conductor 108 and the outer conductor 109 differs at the circumferential position of the coaxial waveguide 107. If it does so, the intensity
  • FIG. As a result, the intensity of the microwave propagated to the dielectric plate 102 becomes uneven in the circumferential direction, and the electromagnetic field distribution formed on the lower side of the dielectric plate 102 is biased. Such a bias in the electromagnetic field distribution causes non-uniformity in the circumferential direction of plasma generated in the processing container, and as a result, non-uniform processing in the surface of the substrate to be processed occurs.
  • An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of making the generated plasma uniform on the lower surface side of the dielectric plate.
  • Another object of the present invention is to provide a substrate processing method capable of making the processing in the surface of the substrate to be processed uniform.
  • the plasma processing apparatus has an opening on the upper side, a processing container that performs plasma processing on the substrate to be processed therein, a gas supply unit that supplies a gas for plasma processing into the processing container, and a processing container And a holding table for holding the substrate to be processed thereon, a microwave generator for generating microwaves for plasma excitation, and a processing container that is disposed so as to cover the opening of the processing container and sealing the processing container
  • a dielectric plate that transmits microwaves into the processing vessel; a slot antenna plate that is provided above the dielectric plate and that radiates microwaves to the dielectric plate; and a slot A slow wave plate that is disposed above the antenna plate and propagates the microwave in the radial direction, and a microwave that is generated by the microwave generator is supplied to the slot antenna plate.
  • the microwave supply means is a substantially cylindrical rod-shaped inner conductor whose one end is connected to the center of the slot antenna plate and a substantially cylindrical shape provided on the outer diameter side of the inner conductor with a radial gap between the inner conductor and the inner conductor.
  • the outer circumference of the inner conductor in the radial direction and part of the outer circumference of the inner conductor is adjusted by changing means that changes the radial distance to the part facing the part.
  • the plasma generated in the processing vessel is generated on the lower surface of the dielectric plate by eliminating the deviation in the circumferential direction of the electromagnetic field distribution formed on the dielectric plate due to the deviation between the center of the inner conductor and the center of the outer conductor. Can be uniform on the side. In this case, for example, it is possible to deal with a deviation in the circumferential direction of the electromagnetic field distribution caused by, for example, a mounting error of the slow wave plate. As a result, the processing within the surface of the substrate to be processed can be made uniform.
  • the changing means includes a stub member that can extend from the outer conductor side toward the inner conductor side.
  • the stub member includes a rod-shaped portion that is supported on the outer conductor side and is provided so as to extend in the radial direction, and a movement amount adjusting member that adjusts a movement amount of the rod-shaped portion in the radial direction.
  • a plurality of stub members may be provided at intervals in the direction in which the coaxial waveguide extends.
  • a plurality of stub members are provided at intervals in the circumferential direction.
  • the plurality of stub members are provided approximately equally in the circumferential direction.
  • the material of at least the portion of the stub member that can be located in the gap is a dielectric.
  • the distance between the upper end of the slow wave plate and the stub member is 10 mm or less.
  • the changing means can change the radial distance between a part of the outer peripheral surface of the inner conductor and a part facing the part to 4 mm or less.
  • the microwave generator includes a magnetron, an isolator, and a tuner.
  • the upper side is open, a processing container for performing plasma processing on the substrate to be processed therein, and a gas supply for supplying a gas for plasma processing into the processing container A substrate, a holding stand for holding a substrate to be processed thereon, a microwave generator for generating microwaves for plasma excitation, and a processing container disposed so as to cover the opening of the processing container A dielectric plate that seals the container and allows microwaves to pass through the processing container, and a plurality of slot holes are provided.
  • the slot is disposed above the dielectric plate and radiates microwaves to the dielectric plate.
  • a microwave supply means for supplying, and the microwave supply means has a substantially round bar-shaped inner conductor whose one end is connected to the center of the slot antenna plate and a radial gap between the inner conductor and the inner conductor.
  • a coaxial waveguide including a substantially cylindrical outer conductor provided on the outer diameter side, and a radial direction between a part of the outer peripheral surface of the inner conductor and a portion facing the part of the outer peripheral surface of the inner conductor in the radial direction.
  • a plasma processing apparatus having a changing means for changing the distance is prepared, a substrate to be processed is held on a holding table, a microwave is generated by a microwave generator, and a part of the outer peripheral surface of the inner conductor and the diameter are changed by the changing means.
  • the plasma generated on the lower surface of the dielectric plate is made uniform on the lower surface side of the dielectric plate by changing the radial distance with the facing portion facing a part of the outer peripheral surface of the inner conductor in the direction, and plasma on the substrate to be processed Process.
  • the processing within the surface of the substrate to be processed can be made uniform.
  • the outer circumference of the inner conductor in the radial direction and part of the outer circumference of the inner conductor is adjusted by changing means that changes the radial distance to the part facing the part of the surface.
  • the plasma generated in the processing vessel is generated on the lower surface of the dielectric plate by eliminating the deviation in the circumferential direction of the electromagnetic field distribution formed on the dielectric plate due to the deviation between the center of the inner conductor and the center of the outer conductor. Can be uniform on the side. In this case, for example, it is possible to deal with a deviation in the circumferential direction of the electromagnetic field distribution caused by, for example, a mounting error of the slow wave plate. As a result, the processing within the surface of the substrate to be processed can be made uniform.
  • the processing within the surface of the substrate to be processed can be made uniform.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the coaxial waveguide provided in the plasma processing apparatus shown in FIG. 1 cut along IV-IV in FIG. 2. It is a schematic sectional drawing at the time of cut
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a one-dimensional equivalent circuit of electric lines of force illustrated in FIG. 5. It is a schematic sectional drawing at the time of cut
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a one-dimensional equivalent circuit of electric lines of force illustrated in FIG. 7. It is sectional drawing of the coaxial waveguide provided in the plasma processing apparatus which concerns on one Embodiment of this invention, and provided six stub members, and shows the position of each stub member.
  • FIG. 17 It is a figure which shows the relative energy integral value in each direction of a dielectric material board, and shows the time of the distance of the front-end
  • FIG. 1 is a schematic sectional view showing a main part of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an enlarged vicinity of the coaxial waveguide provided in the plasma processing apparatus shown in FIG.
  • FIG. 3 is a view of the slot antenna plate provided in the plasma processing apparatus shown in FIG. 1 as viewed from the direction of arrow III in FIG. 4 is a cross-sectional view of the coaxial waveguide provided in the plasma processing apparatus shown in FIG. 1 cut along IV-IV in FIG.
  • the vertical direction of the paper is the vertical direction of the apparatus.
  • the radial direction refers to the direction from the inner conductor to the outer conductor included in the coaxial waveguide in FIG.
  • a plasma processing apparatus 11 is open on the upper side, and a processing container 12 that performs plasma processing on a substrate W to be processed therein, and a gas for plasma excitation in the processing container 12 And a gas supply unit 13 for supplying a gas for plasma processing, a holding base 14 that is disposed in the processing container 12 and holds the substrate W to be processed, and is disposed outside the processing container 12 for plasma excitation.
  • a microwave generator 15 for generating microwaves a dielectric plate 16 disposed so as to cover the opening of the processing container 12 to seal the processing container 12 and transmit microwaves into the processing container 12, and a plurality of dielectric plates 16
  • a slot antenna plate 18 which is disposed above the dielectric plate 16 and radiates microwaves to the dielectric plate 16, and a slot antenna plate.
  • a slow wave plate 19 that propagates the microwave in the radial direction
  • a microwave supply means 20 that supplies the microwave generated by the microwave generator 15 into the processing container 12, and a plasma treatment
  • a control unit (not shown) for controlling the entire apparatus 11.
  • the control unit controls process conditions for plasma processing the substrate W to be processed, such as a gas flow rate in the gas supply unit 13 and a pressure in the processing container 12.
  • the microwave generator 15 is indicated by a one-dot chain line in FIG.
  • the processing container 12 includes a bottom portion 21 located on the lower side of the holding table 14 and a side wall 22 extending upward from the outer peripheral portion of the bottom portion 21.
  • the side wall 22 is cylindrical.
  • An exhaust hole 23 for exhaust is provided on the center side in the radial direction of the bottom 21 of the processing container 12.
  • the upper side of the processing vessel 12 is open, and is provided by a dielectric plate 16 disposed on the upper side of the processing vessel 12 and an O-ring 24 as a seal member interposed between the dielectric plate 16 and the processing vessel 12.
  • the processing container 12 is configured to be sealable.
  • a part of the gas supply unit 13 described above is provided so as to be embedded in the side wall 22, and gas is supplied into the processing container 12 from the outside of the processing container 12.
  • the lower surface 25 of the dielectric plate 16 is flat.
  • the material of the dielectric plate 16 is a dielectric. Specific examples of the material of the dielectric plate 16 include quartz and alumina.
  • the both sides of the slot antenna plate 18 in the thickness direction are flat.
  • the slot antenna plate 18 is provided with a plurality of slot holes 17 penetrating in the plate thickness direction.
  • the slot hole 17 is configured by arranging a pair of two rectangular openings so as to be substantially T-shaped.
  • the provided slot holes 17 are roughly divided into an inner peripheral slot hole group 26a disposed on the inner peripheral side and an outer peripheral slot hole group 26b disposed on the outer peripheral side.
  • the inner peripheral side slot hole group 26a is eight slot holes 17 provided within a range surrounded by a dotted line in FIG.
  • the outer peripheral side slot hole group 26b is 16 slot holes 17 provided in a range surrounded by a one-dot chain line in FIG.
  • the eight slot holes 17 are annularly arranged at equal intervals.
  • the 16 slot holes 17 are annularly arranged at equal intervals.
  • the slot antenna plate 18 has rotational symmetry about the radial center 28, and, for example, has the same shape even when rotated 45 ° about the center 28.
  • the slow wave plate 19 In the center of the slow wave plate 19, an opening for arranging an inner conductor 32 provided in a coaxial waveguide 31 to be described later is provided. An end portion on the inner diameter side of the slow wave plate 19 that forms the periphery of the opening protrudes in the thickness direction. That is, the slow wave plate 19 includes a ring-shaped slow wave plate projecting portion 27 that projects in the thickness direction from the end on the inner diameter side. The slow wave plate 19 is attached so that the slow wave plate protrusion 27 is on the upper side.
  • the material of the slow wave plate 19 is a dielectric. Specific materials for the slow wave plate 19 include quartz and alumina. The wavelength of the microwave propagating inside the slow wave plate 19 is shorter than the wavelength of the microwave propagating in the atmosphere.
  • the dielectric plate 16, the slot antenna plate 18, and the slow wave plate 19 are all disk-shaped.
  • the radial center of the dielectric plate 16, the radial center 28 of the slot antenna plate 18, and the radial center of the slow wave plate 19 are made to coincide with each other. To be manufactured. By doing so, in the microwave propagated from the center side toward the outer diameter side, the propagation degree of the microwave in the circumferential direction is made the same, and the plasma generated in the lower side of the dielectric plate 16 is uniform in the circumferential direction. We are trying to ensure sex.
  • the radial center 28 of the slot antenna plate 18 is used as a reference.
  • the microwave supply means 20 includes an inner conductor 32 having a substantially round bar shape whose one end 35 is connected to the center 28 of the slot antenna plate 18, and an outer diameter of the inner conductor 32 by opening a radial gap 34 with the inner conductor 32.
  • a coaxial waveguide 31 including a substantially cylindrical outer conductor 33 provided on the side is provided. That is, the coaxial waveguide 31 is configured by combining the inner conductor 32 and the outer conductor 33 so that the outer peripheral surface 36 of the inner conductor 32 and the inner peripheral surface 37 of the outer conductor 33 face each other.
  • the coaxial waveguide 31 is provided so as to extend in the vertical direction of the drawing in FIG.
  • Each of the inner conductor 32 and the outer conductor 33 is manufactured separately. Then, the inner conductor 32 and the outer conductor 33 are combined so that the radial center of the inner conductor 32 coincides with the radial center of the outer conductor 33.
  • the microwave supply means 20 includes a waveguide 39 whose one end 38 is connected to the microwave generator 15 and a mode converter 40 for converting the mode of the microwave.
  • the waveguide 39 is provided so as to extend in the horizontal direction, specifically, in the left-right direction in FIG.
  • a waveguide having a circular cross section or a rectangular cross section is used as the waveguide 39.
  • FIG. 16 is a schematic diagram showing the configuration of the microwave generator 15.
  • the microwave generator 15 is provided on the most upstream side with a magnetron 29a that generates microwaves and on the downstream side of the magnetron 29a, and supplies the microwaves generated by the magnetron 29a to the downstream side.
  • the isolator 29b for removing the reflected wave reflected from the downstream side and the phase of the microwave when the microwave generated by the magnetron 29a is propagated downstream are arranged on the downstream side of the isolator 29b.
  • 4E tuner 29c as a matching unit for adjusting the frequency.
  • the direction in which the microwave is propagated is from upstream to downstream.
  • the magnetron 29a is positioned on the most upstream side, and is located downstream in the order of the isolator 29b and the 4E tuner 29c.
  • the 4E tuner 29c is provided in the microwave propagation direction and is disposed inside each of the four recesses 30a, 30b, 30c, 30d and the four recesses 30a to 30d that are recessed from the waveguide toward the outer diameter side. It is configured to include four movable short-circuit plates 30e, 30f, 30g, and 30h that are movable in the radial direction and shaped to cover the recesses 30a to 30d.
  • the radial direction here is the vertical direction in FIG.
  • the four movable short-circuit plates 30e to 30h are respectively moved in the radial direction, and the phase of the microwave propagating in the waveguide 39 is adjusted.
  • the left end 30i in FIG. 16 is connected to the end 38 in FIG.
  • the microwave generated in the microwave generator 15 is propagated into the processing container 12 through the waveguide 39 and the coaxial waveguide 31.
  • microwaves of TE mode which is generated by the microwave generator 15 propagates in the left direction in the drawing showing the the waveguide 39 by the arrow A 1 in FIG. 1, the mode converter 40 is converted into a TEM mode The Then, the microwave is converted into a TEM mode propagates through the coaxial waveguide 31 to the paper surface under the direction indicated by arrow A 2 in Fig. Specifically, the microwave propagates between the inner conductor 32 and the outer conductor 33 where the gap 34 is formed, and between the inner conductor 32 and the cooling plate protrusion 47.
  • the microwave propagated through the coaxial waveguide 31 propagates in the radial direction in the slow wave plate 19 and is radiated to the dielectric plate 16 from a plurality of slot holes 17 provided in the slot antenna plate 18.
  • the microwave transmitted through the dielectric plate 16 generates an electric field directly below the dielectric plate 16 and generates plasma in the processing container 12.
  • the plasma processing apparatus 11 is disposed on the upper side of the upper end portion on the opening side of the side wall 22, and on the upper side of the dielectric plate pressing ring 41 and the dielectric plate pressing ring 41 for pressing the dielectric plate 16 from the upper side.
  • An antenna holder 42 that holds the slot antenna plate 18 and the like from above, a cooling plate 43 that is arranged above the slow wave plate 19 and cools the slow wave plate 19, and the antenna holder 42 and cooling plate 43.
  • the electromagnetic shielding elastic body 44 that shields the electromagnetic field inside and outside the processing container 12, the outer peripheral fixing ring 45 that fixes the outer peripheral portion of the slot antenna plate 18, and the center of the slot antenna plate 18. And a center fixing plate 46 to be fixed.
  • An opening for arranging the coaxial waveguide 31 is provided in the center of the cooling plate 43.
  • An end portion on the inner diameter side of the cooling plate 43 forming the periphery of the opening protrudes in the plate thickness direction. That is, the cooling plate 43 includes a ring-shaped cooling plate protrusion 47 that protrudes in the plate thickness direction from the end portion on the inner diameter side. The cooling plate 43 is attached so that the cooling plate protrusion 47 is on the upper side.
  • a cylindrical outer conductor 33 is disposed above the cooling plate protrusion 47.
  • the upper end of the cooling plate protrusion 47 and the lower end of the outer conductor 33 are in contact with each other.
  • the inner circumferential surface 37 of the outer conductor 33 and the inner circumferential surface 50 of the cooling plate protrusion 47 are continuous, and the radial distance between the outer circumferential surface 36 of the inner conductor 32 and the inner circumferential surface 37 of the outer conductor 33, The radial distance between the outer peripheral surface 36 of the inner conductor 32 and the inner peripheral surface 50 of the cooling plate protrusion 47 is the same.
  • a gap 34 formed between the inner conductor 32 and the outer conductor 33 is positioned above the above-described slow wave plate protrusion 27.
  • a slow wave plate positioning portion 48 protruding in a ring shape on the dielectric plate 16 side is provided on the outer peripheral portion of the cooling plate 43.
  • the slow wave plate 19 is positioned in the radial direction by the slow wave plate positioning portion 48.
  • the outer peripheral fixing ring 45 fixes the slot antenna plate 18 at the radial position where the slow wave plate positioning portion 48 is provided.
  • a receiving recess that is recessed so as to reduce the plate thickness from the upper surface of the dielectric plate 16 so as to receive the center fixing plate 46 in the center in the radial direction. 49 is provided.
  • the microwave supply means 20 has a diameter of a part of the outer peripheral surface 36 of the inner conductor 32 and a facing part that opposes a part of the outer peripheral surface of the inner conductor 32 in the radial direction, here the cooling plate protrusion 47.
  • a stub member 51 that can extend from the outer conductor 33 side toward the inner conductor 32 side is provided.
  • the stub member 51 includes a rod-like portion 52 that is supported on the outer conductor 33 side and is provided so as to extend in the radial direction, and a screw portion 53 as a movement amount adjusting member that adjusts the movement amount of the rod-like portion 52 in the radial direction.
  • the threaded portion 53 is provided at the outer diameter side end of the rod-shaped portion 52.
  • the stub member 51 is attached to the cooling plate protrusion 47.
  • the cooling plate protruding portion 47 is provided with a screw hole 54 that extends straight through in the radial direction and penetrates the stub member so that the screw hole 54 and the screw portion 53 are screwed together.
  • 51 is attached to the cooling plate protrusion 47. That is, the stub member 51 is supported on the outer conductor 33 side by the screw portion 53 that is screwed into the screw hole 54 provided in the cooling plate protrusion 47.
  • the entire stub member 51 including the rod-like part 52 can be moved in the radial direction.
  • the stub member 51 is movable in the left-right direction on the paper surface. The amount of movement is adjusted by the amount of rotation of the screw portion 53.
  • a total of six stub members 51 are provided so as to be substantially equidistant in the circumferential direction (see FIG. 4). That is, the six stub members are arranged such that the angle between adjacent stub members in the circumferential direction is 60 °.
  • the six stub members 51 can move independently in the radial direction. That is, the radial position of the distal end portion 55 of the rod-like portion 52 included in each stub member 51 can be adjusted separately.
  • the outer circumference of the inner conductor in the radial direction and part of the outer circumference of the inner conductor is adjusted by changing means that changes the radial distance to the part facing the part of the surface.
  • the plasma generated in the processing vessel is generated on the lower surface of the dielectric plate by eliminating the deviation in the circumferential direction of the electromagnetic field distribution formed on the dielectric plate due to the deviation between the center of the inner conductor and the center of the outer conductor. Can be uniform on the side. In this case, for example, it is possible to deal with a deviation in the circumferential direction of the electromagnetic field distribution caused by, for example, a mounting error of the slow wave plate. As a result, the processing within the surface of the substrate to be processed can be made uniform.
  • the upper side is open, a processing container for performing plasma processing on the substrate to be processed in the inside, and a gas for supplying a plasma processing gas into the processing container
  • a supply unit, a holding base for holding a substrate to be processed, a microwave generator for generating a microwave for plasma excitation, and a processing container are arranged to cover the opening of the processing container.
  • a dielectric plate that seals the processing vessel and transmits microwaves into the processing vessel and a plurality of slot holes are provided, and is disposed above the dielectric plate to radiate microwaves to the dielectric plate.
  • a slot antenna plate a slow wave plate that is disposed above the slot antenna plate and propagates microwaves in the radial direction, and a microwave generated by the microwave generator
  • a microwave supply means for supplying to the plate, the microwave supply means having a radially round gap between an inner conductor and an inner conductor of a substantially round bar shape whose one end is connected to the center of the slot antenna plate.
  • a coaxial waveguide including a substantially cylindrical outer conductor provided on the outer diameter side of the conductor, and a diameter between a portion of the outer peripheral surface of the inner conductor and a portion facing the outer peripheral surface of the inner conductor in the radial direction.
  • a plasma processing apparatus having a changing means for changing the direction distance is prepared, a substrate to be processed is held on a holding table, a microwave is generated by a microwave generator, and a part of the outer peripheral surface of the inner conductor is generated by the changing means.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing lines of electric force in a conventional coaxial waveguide not provided with a stub member.
  • 6 is a conceptual diagram showing a one-dimensional equivalent circuit of the electric force lines shown in FIG. 5 on the dotted line shown in FIG.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing lines of electric force in the coaxial waveguide according to the present invention provided with a stub member.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram showing a one-dimensional equivalent circuit of the electric force lines shown in FIG. 7 on the dotted line shown in FIG.
  • the total number of lines of electric force described above is due to the power of the microwave. Further, from the viewpoint of easy understanding, only the inner conductor and the outer conductor included in the coaxial waveguide are shown.
  • the electric lines of force 64 extending from the inner conductor 62 toward the outer conductor 63 in the coaxial waveguide 61 are uniform in the circumferential direction. Also in the primary equivalent circuit 65, the capacitances of the left and right capacitors 66 and 67 are the same. Such electric lines of force 64 are generated when the radial center of the inner conductor 62 and the radial center of the outer conductor 63 substantially coincide with each other.
  • the radial center of the inner conductor 62 and the radial center of the outer conductor 63 deviate, the balance of the electric lines of force 64 described above is lost. As a result, the uniformity of the generated plasma in the circumferential direction is impaired.
  • the radial center of the inner conductor 62 and the radial center of the outer conductor 63 substantially coincide with each other. There is no choice but to reassemble. Specifically, the length dimension X indicating the deviation between the radial centers shown in FIG. 15 is at a level of 0.01 mm.
  • the radial center of the inner conductor 72 and the radial center of the outer conductor 73 are the same.
  • the distance of the radial direction of the stub member 74 is changed. If there is a portion with a short radial distance between the outer circumferential surface of the inner conductor 72 and another member, here, the stub member 74, the electric lines of force 75 are concentrated on that portion.
  • the capacitance of the right capacitor 78 is larger than that of the left capacitor 77 due to the influence of the stub member 74 indicated by hatching 79 in FIG. Therefore, the amount of radial movement of the stub member 74, specifically, the radial distance between the outer peripheral surface of the inner conductor 72 and the stub member 74 is changed, and the balance of the electric lines of force 75 in the circumferential direction is adjusted. This ensures the uniformity of the generated plasma in the circumferential direction.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the coaxial waveguide, showing the position of each stub member.
  • the cross section shown in FIG. 9 corresponds to a view obtained by rotating the cross section shown in FIG. 4 by 90 degrees counterclockwise.
  • 10, FIG. 11, FIG. 12 and FIG. 13 are diagrams showing relative energy integration values based on simulation results in each direction of the dielectric plate. Specifically, the numerical values in the radial direction in FIGS. 10 to 13 are obtained by dividing the dielectric plate into six regions in the circumferential direction, calculating the electric field intensity energy integrated value in each region, and calculating the electric field intensity energy integrated value in each region.
  • the slot holes are arranged using a rotationally symmetric model that has the same shape even when rotated by 60 °.
  • the rotational symmetry of the slot holes and the rotational symmetry of the stub member are not necessarily the same. It doesn't have to be the same.
  • FIG. 9 shows a case where the positions of all the stub members are the same, and serves as a reference.
  • FIG. 11 shows a case where the distance between the tip of the stub members numbered 1, 2, and 3 and the outer peripheral surface of the inner conductor is 6 mm.
  • FIG. 12 shows a case where the distance between the tip of the stub members of Nos.
  • FIG. 13 shows a case where the distance between the tip of the stub members numbered 1, 2, and 3 and the outer peripheral surface of the inner conductor is 2 mm.
  • the value of 1 ⁇ in FIG. 10 is 0.8%
  • the value of 1 ⁇ in FIG. 11 is 1.9%
  • the value of 1 ⁇ in FIG. 12 is 3.8%
  • 1 ⁇ in FIG. The value of is 7.6%.
  • (sigma) shows a standard deviation.
  • the relative energy integrated value in the dielectric plate is changed. It changes a lot.
  • the stub member is moved in the radial direction even when the radial center of the inner conductor is shifted from the radial center of the outer conductor during manufacturing and the relative energy integrated value is significantly different from that shown in FIG.
  • the relative energy integral value in each region can be adjusted. And even if it does not reassemble an inner conductor and an outer conductor, it can approximate to the reference
  • the stub member As a material of the stub member, it is preferable that at least a portion of the stub member that can be positioned in the gap is a dielectric. By doing so, the life of the stub member can be extended. Examples of the dielectric include quartz and alumina. Of course, the entire stub member may be made of metal.
  • the distance between the upper end of the slow wave plate and the stub member is preferably within 10 mm.
  • the axial distance L 1 between 57 be within 10 mm.
  • the plasma processing apparatus 11 having the above-described configuration is strongly influenced by the electromagnetic field intensity distribution in the lower region of the coaxial waveguide 31.
  • the distance L 1 is longer than 10 mm, the strength of the asymmetric with microwave in the circumferential direction is again symmetrical, i.e., there is a possibility that returning to the original. Therefore, with this configuration, the electromagnetic field distribution can be made more uniform in the circumferential direction more efficiently.
  • FIG. 14 is an enlarged schematic cross-sectional view showing the vicinity of the coaxial waveguide of the plasma processing apparatus in this case, and corresponds to FIG.
  • the cooling plate protrusion 83 of the cooling plate 82 provided in the plasma processing apparatus 81 according to another embodiment of the present invention is cooled so as to extend obliquely downward with the inner diameter side as the lower side.
  • a plurality of screw holes 84 penetrating a part of the plate protrusion 83 are provided.
  • the stub member 85 is attached so that it may extend in the diagonally downward direction.
  • the point at which the stub member 85 acts specifically, the tip portion of the stub member 85 can be brought closer to the slow wave plate 19.
  • the electromagnetic field distribution can be adjusted as close to the retardation plate 19 as possible. Therefore, by providing the stub member 85 so as to extend obliquely downward, the electromagnetic field distribution can be adjusted more effectively in the circumferential direction.
  • the stub member 85 and the slow wave plate 86 have a distance L between the front end portion 87 of the stub member 85 and the upper end portion 89 of the slow wave plate projection 88 when the stub member 85 is extended. 3 may be 10 mm or less.
  • the changing means may be configured such that a radial distance between a part of the outer peripheral surface of the inner conductor and a part facing the part can be changed to 4 mm or less. preferable.
  • the outer peripheral surface 36 of the inner conductor 32 capable of changing the radial distance L 2 between the tip portion 55 of the rod portion 52 provided in the stub member 51, to 4mm below Configure as follows. By doing so, plasma uniformity in the circumferential direction can be improved in a wider category.
  • the stub member is supported by the cooling plate protrusion, but is not limited thereto, and may be supported by an outer conductor. Specifically, a screw hole penetrating in the radial direction is provided in the outer conductor, and the stub member is attached so that the screw hole and the screw portion are screwed together. In this case, a facing portion that faces a part of the outer peripheral surface of the inner conductor becomes a part of the inner peripheral surface of the outer conductor.
  • the stub members are arranged at equal intervals having rotational symmetry.
  • the arrangement of the stub members may not be equal as long as it has rotational symmetry.
  • a total of six stub members are provided in the circumferential direction.
  • the number of stub members is not limited to this.
  • four or eight stub members may be provided as required.
  • a member is provided.
  • one stub member is provided in the extending direction of the coaxial waveguide, that is, in the same position in the vertical direction.
  • a plurality of coaxial waveguides may be provided at intervals in the extending direction.
  • the influence of the reflected wave by the stub seat is greatly reduced, the adjustment of the electromagnetic field is facilitated, and the electromagnetic field distribution is changed in the circumferential direction. Can be made more uniform.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view showing a part of the plasma processing apparatus in this case, which corresponds to FIG.
  • a plasma processing apparatus 91 according to still another embodiment of the present invention is provided with two stub member groups 92a and 92b in the vertical direction in FIG.
  • the first stub member group 92a as the electromagnetic field adjustment mechanism provided on the lower side is provided on the cooling plate protrusion 47 of the cooling plate 43, similarly to the case of being provided in the plasma processing apparatus 11 shown in FIG. ing.
  • Each stub member in the first stub member group 92a has the same configuration as the stub member provided in the plasma processing apparatus shown in FIG.
  • each stub member included in the first stub member group 92a can extend in the radial direction, extends straight in the radial direction, and is screwed into a screw hole provided in the cooling plate protrusion 47. It is a structure provided with the thread part and rod-shaped part which were provided in.
  • the second stub member group 92 b as the reflected wave compensation mechanism provided on the upper side is provided on the outer conductor 33 of the coaxial waveguide 31.
  • Each stub member provided in the second stub member group 92b has the same configuration as each stub member provided in the first stub member group 92a, can extend in the radial direction, and is straight in the radial direction. And a screw portion and a rod-like portion provided so as to be screwed into a screw hole provided in the outer conductor 33.
  • the first stub member group 92a is provided with six stub members substantially equally spaced in the circumferential direction as in the case shown in FIG.
  • the second stub member group 92b is also provided with six stub members that are substantially equally spaced in the circumferential direction.
  • the two stub member groups referred to here are a group of stub members composed of six stub members provided at intervals in the circumferential direction, and are provided at intervals in the vertical direction. It means that.
  • each stub member of the 1st stub member group 92a and the 2nd stub member group 92b is configured to be at the same position. That is, when viewed from above in FIG. 17, it looks as shown in FIG. 4, and each stub member in the first stub member group 92a and each stub member in the second stub member group 92b. It is configured so that and appear to overlap.
  • the coaxial waveguide 31 is configured to be a quarter of the in-tube wavelength.
  • each stub member provided in the first stub member group 92a and the microwave reflectance of each stub member provided in the second stub member group 92b are the same.
  • the material of each stub member provided in the first and second stub member groups 92a and 92b is, for example, alumina or metal.
  • the first stub member group 92a that functions as an electromagnetic field adjustment mechanism and the second stub member group 92b that functions as a reflected wave compensation mechanism can more efficiently uniformize the electromagnetic field distribution. can do.
  • FIG. 18 is a schematic cross-sectional view showing an enlarged vicinity of the coaxial waveguide 31 provided in the plasma processing apparatus 91 shown in FIG. From the viewpoint of easy understanding, FIG. 18 schematically shows the configuration of the first and second stub member groups 92a and 92b.
  • the incident wave C 1 incident from the upper side to the lower direction reaches the stub member provided in the first stub member group 92 a as the electromagnetic field adjustment mechanism, part is reflected upward as a reflected wave C 2.
  • the incident wave D 1 is after reaching the stub member provided in the second stub member group 92b as a reflection wave compensation mechanism, a portion is reflected upward as a reflected wave D 2.
  • interfering reflected waves C 2 to an amount corresponding time round-trip journey distance L 4 is delayed between the first stub member group 92a and the second stub member group 92b is a reflection wave D 2.
  • the first stub member group 92a and the second stub member group 92b are a quarter of the guide wavelength of the coaxial waveguide 31.
  • the first stub member group The reciprocating path of the distance between 92a and the second stub member group 92b is a half of the in-tube wavelength of the coaxial waveguide 31.
  • the phases of the respective reflected waves C 2 and D 2 are shifted by 180 degrees.
  • the reflectance in the stub member provided in the first stub member group 92a and the reflectance in the stub member provided in the second stub member group 92b are the same, the reflected waves C 2 and D 2 are exactly the same.
  • the electromagnetic fields can be adjusted with greatly reduced influence of the reflected wave. Therefore, the electromagnetic field can be supplied more efficiently and uniformly.
  • the 4E tuner 29c provided in the microwave generator 15 and including the movable short-circuit plates 30e to 30h is provided in the waveguide 39 and simply adjusts the phase of the microwave generated by the magnetron 29a.
  • the configuration of the member group 92b is greatly different.
  • the reflectance of the stub member provided in the first stub member group 92a and the reflectance of the stub member provided in the second stub member group 92b are set to be the same, but according to a specific embodiment.
  • the respective reflectances are 0.1 to 0.2, and the reflectance can be 0.03 or less as a total.
  • the incident wave C 1 above is smaller partially reflected by the stub member provided in the second stub member group 92b. Therefore, in consideration of this influence, the reflectance of the stub member provided in the first stub member group 92a and the reflectance of the stub member provided in the second stub member group 92b may be changed.
  • the vertical distance between the first stub member group and the second stub member group is set to one quarter of the in-tube wavelength of the coaxial waveguide.
  • the present invention is not limited to this, and may be an odd multiple of one-fourth of the guide wavelength of the coaxial waveguide.
  • the phase of each reflected wave can be shifted by 180 degrees, and the above-described effects can be achieved.
  • the influence of the reflected wave can be reduced even if it is slightly deviated from an odd multiple of 1/4 of the in-tube wavelength of the coaxial waveguide.
  • each stub member with which a 1st stub member group is equipped and the circumferential position of each stub member with which a 2nd stub member group is equipped
  • the present invention is not limited to this, and it may be slightly shifted in the circumferential direction.
  • the number of stub members provided in the first stub member group may be different from the number of stub members provided in the second stub member group.
  • the stub members included in the first and second stub member groups are provided so as to extend straight in the radial direction. You may decide to make the extending
  • the extending direction may be an obliquely downward direction, and both the first and second stub member groups may be used.
  • the extending direction may be a diagonally downward direction.
  • the stub member is used as the changing unit.
  • the changing unit is not limited to this, and another configuration may be used. That is, for example, on the inner peripheral surface of the outer conductor, a protrusion that can extend in the radial direction and can adjust the extension distance may be provided, and this may be used as the changing means. If the outer diameter surface of the outer conductor is recessed, the distance between the inner peripheral surface of the outer conductor and the outer peripheral surface of the inner conductor may be changed according to the recess.
  • the changing means is provided on the outer conductor side.
  • the changing means is not limited to this, and the changing means may be provided on the inner conductor side.
  • the changing means can extend the outer peripheral surface of the inner conductor toward the outer diameter side, that is, the direction in which the gap is formed, and the extension distance can be adjusted.
  • the configuration Such a configuration may be adopted.
  • the lower surface of the dielectric plate is flattened.
  • the present invention is not limited to this.
  • the inner side of the dielectric plate Alternatively, a concave portion that is recessed upward may be provided.
  • the plasma processing apparatus according to the present invention is effectively used when uniform processing is required within the surface of the substrate to be processed during plasma processing.

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Abstract

　プラズマ処理装置１１に備えられるマイクロ波供給手段２０は、内導体３２の外周面３６の一部と、径方向において内導体３２の外周面の一部に対向する対向部、ここでは冷却板突出部４７との径方向の距離を変更させる変更手段として、外導体３３側から内導体３２側へ向かって延出可能なスタブ部材５１を備える。スタブ部材５１は、外導体３３側で支持され、径方向に延びるように設けられる棒状部５２と、棒状部５２の径方向の移動量を調整する移動量調整部材としてのねじ部５３とを含む。

Description

プラズマ処理装置および基板処理方法
　この発明は、プラズマ処理装置および基板処理方法に関するものであり、特に、プラズマ源としてマイクロ波を用いたプラズマ処理装置およびこのようなプラズマ処理装置を用いて行う基板処理方法に関するものである。
　ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｃｉｒｃｕｉｔ）等の半導体装置は、半導体基板にエッチングやＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタリング等の処理を施して製造される。エッチングやＣＶＤ、スパッタリング等の処理については、そのエネルギー供給源としてプラズマを用いた処理方法、すなわち、プラズマエッチングやプラズマＣＶＤ、プラズマスパッタリング等がある。
　ここで、プラズマを発生させる際にマイクロ波を用いるマイクロ波プラズマ処理装置に関する技術が、特開２００６－１７９４７７号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１によると、円形矩形導波管と円偏波変換器との間の円筒導波管にダミーロードが接続されている。このダミーロードの軸線は、マイクロ波の反射体で反射される定在波の管内波長の１／４波長Ｌだけ、反射体から円偏波変換器の方向へ向かって離れているよう構成されている。これにより、ラジアル導波箱から反射してきたマイクロ波を、ダミーロードにより効果的に吸収することとしている。
特開２００６－１７９４７７号公報
　特許文献１に代表される従来の一般的なプラズマ処理装置の構成について、簡単に説明する。図１５は、従来における一般的なプラズマ処理装置の一部を拡大して示す概略断面図である。なお、図１５において、紙面上下方向を装置の上下方向とする。また、図１５中において、所定の箇所にマイクロ波をイメージとして図示している。
　図１５を参照して、プラズマ処理装置１０１は、その内部で被処理基板にプラズマ処理を行う処理容器と、処理容器内にマイクロ波を透過させる円板状の誘電体板１０２と、薄板円板状であって、板厚方向に貫通する複数のスロット孔（図示せず）が設けられており、誘電体板１０２の上方側に配置されてマイクロ波を誘電体板１０２に放射するスロットアンテナ板１０３と、スロットアンテナ板１０３の上方側に配置されて径方向にマイクロ波を伝播する円板状の遅波板１０４と、処理容器の外部に配置されてマイクロ波を発生させるマイクロ波発生器１０５と、マイクロ波発生器１０５により発生させたマイクロ波を処理容器内に供給するマイクロ波供給手段１０６とを備える。
　マイクロ波供給手段１０６は、上下方向に延びるように設けられており、スロットアンテナ板１０３に接続される同軸導波管１０７を含む。同軸導波管１０７は、丸棒状の内導体１０８、および内導体１０８と径方向のすき間１１０を開けて内導体１０８の外径側に設けられる円筒状の外導体１０９を備える。
　同軸導波管１０７については、誘電体板１０２の下方側に生成させるプラズマの周方向における均一性の確保の観点から、内導体１０８の径方向の中心が、スロットアンテナ板１０３の径方向の中心と一致するように接続される。また、外導体１０９については、外導体１０９の径方向の中心が、内導体１０８の径方向の中心と一致するように設けられる。
　このような構成を有するプラズマ処理装置１０１において、一般的に、同軸導波管１０７を構成する内導体１０８および外導体１０９は、それぞれ別体で製造される。そして、別体で製造された内導体１０８および外導体１０９は、内導体１０８の径方向の中心と外導体１０９の径方向の中心とが一致するように組み合わされる。その後、スロットアンテナ板１０３の径方向の中心と、内導体１０８の径方向の中心とを一致させるようにして、プラズマ処理装置１０１に組み込まれる。なお、図１５において、内導体１０８の径方向の中心を示す中心線を一点鎖線１１１で示し、外導体１０９の径方向の中心を示す中心線を二点鎖線１１２で示す。
　ここで、同軸導波管１０７の形成時、具体的には、内導体１０８と外導体１０９とを組み合わせる際に、内導体１０８の径方向の中心と外導体１０９の径方向の中心との位置のずれが生じてしまう。このずれは、図１５中の長さ寸法Ｘで示され、実際上、おおよそ０．０５ｍｍ程度である。なお、理解の容易の観点から、長さ寸法Ｘで示されるずれを、誇張して図示している。
　このずれが生じると、内導体１０８と外導体１０９との間の径方向のすき間１１０の距離が、同軸導波管１０７の周方向の位置において異なってしまうことになる。そうすると、同軸導波管１０７内を伝播するマイクロ波の強度が、同軸導波管１０７の周方向の位置において、異なってしまうこととなる。その結果、誘電体板１０２に伝播されるマイクロ波の強度が周方向に不均一となり、誘電体板１０２の下方側に形成される電磁界分布が偏ってしまう。このような電磁界分布の偏りは、処理容器内において発生させるプラズマの周方向における不均一を生じさせ、その結果、被処理基板の面内の処理の不均一を発生させてしまう。
　ここで、同軸導波管１０７の組み立て時において、プラズマの不均一を生じさせない程度に内導体１０８の中心と外導体１０９の中心とのずれを低減させることは、非常に困難であり、かつ、コスト増大の要因ともなる。遅波板、誘電体板の取り付けについても、同様である。
　この発明の目的は、発生させるプラズマを誘電体板の下面側において均一にすることができるプラズマ処理装置を提供することである。
　この発明の他の目的は、被処理基板の面内における処理を均一にすることができる基板処理方法を提供することである。
　この発明に係るプラズマ処理装置は、上部側が開口しており、その内部において被処理基板にプラズマ処理を行う処理容器と、処理容器内にプラズマ処理用のガスを供給するガス供給部と、処理容器内に配置され、その上に被処理基板を保持する保持台と、プラズマ励起用のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生器と、処理容器の開口を覆うように配置されて処理容器を密封すると共に、マイクロ波を処理容器内へ透過させる誘電体板と、複数のスロット孔が設けられており、誘電体板の上方側に配置され、マイクロ波を誘電体板に放射するスロットアンテナ板と、スロットアンテナ板の上方側に配置され、マイクロ波を径方向に伝播させる遅波板と、マイクロ波発生器により発生させたマイクロ波をスロットアンテナ板に供給するマイクロ波供給手段とを備える。マイクロ波供給手段は、一方端部がスロットアンテナ板の中心に接続される略丸棒状の内導体および内導体との径方向のすき間を開けて内導体の外径側に設けられる略円筒状の外導体を含む同軸導波管、および内導体の外周面の一部と径方向において内導体の外周面の一部に対向する対向部との径方向の距離を変更させる変更手段を備える。
　このようなプラズマ処理装置によると、製造時等において同軸導波管の内導体の中心と外導体の中心とがずれていても、内導体の外周面の一部と径方向において内導体の外周面の一部に対向する対向部との径方向の距離を変更させる変更手段により、内導体の外周面の一部と内導体の外周面の一部に対向する対向部との径方向の長さを調整して、同軸導波管を伝播するマイクロ波の強度を、周方向において非対称とすることができる。したがって、内導体の中心と外導体の中心とのずれに起因して誘電体板に形成される電磁界分布の周方向における偏りをなくして、処理容器内で発生させるプラズマを誘電体板の下面側において均一にすることができる。この場合、例えば、遅波板の取り付け誤差等に起因する電磁界分布の周方向における偏りにも対応することができる。その結果、被処理基板の面内における処理を均一にすることができる。
　好ましくは、変更手段は、外導体側から内導体側へ向かって延出可能なスタブ部材を含む。
　さらに好ましくは、スタブ部材は、外導体側で支持され、径方向に延びるように設けられる棒状部と、棒状部の径方向の移動量を調整する移動量調整部材とを含む。
　また、スタブ部材は、同軸導波管が延びる方向に間隔を開けて複数設けられるよう構成してもよい。
　さらに好ましくは、スタブ部材は、周方向に間隔を開けて複数設けられる。
　さらに好ましい一実施形態として、複数のスタブ部材は、周方向に略等配に設けられる。
　さらに好ましくは、スタブ部材のうち、少なくともすき間に位置可能な部分の材質は、誘電体である。
　さらに好ましい一実施形態として、同軸導波管における軸方向において、遅波板の上方側の端部とスタブ部材との距離は、１０ｍｍ以下である。
　さらに好ましい一実施形態として、変更手段は、内導体の外周面の一部と一部に対向する部分との径方向の距離を、４ｍｍ以下に変更可能である。
　さらに好ましくは、マイクロ波発生器は、マグネトロンと、アイソレータと、チューナとを含む。
　この発明の他の局面においては、基板処理方法は、上部側が開口しており、その内部において被処理基板にプラズマ処理を行う処理容器と、処理容器内にプラズマ処理用のガスを供給するガス供給部と、処理容器内に配置され、その上に被処理基板を保持する保持台と、プラズマ励起用のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生器と、処理容器の開口を覆うように配置されて処理容器を密封すると共に、マイクロ波を処理容器内へ透過させる誘電体板と、複数のスロット孔が設けられており、誘電体板の上方側に配置され、マイクロ波を誘電体板に放射するスロットアンテナ板と、スロットアンテナ板の上方側に配置され、マイクロ波を径方向に伝播させる遅波板と、マイクロ波発生器により発生させたマイクロ波をスロットアンテナ板に供給するマイクロ波供給手段とを備え、マイクロ波供給手段は、一方端部がスロットアンテナ板の中心に接続される略丸棒状の内導体および内導体との径方向のすき間を開けて内導体の外径側に設けられる略円筒状の外導体を含む同軸導波管、および内導体の外周面の一部と径方向において内導体の外周面の一部に対向する対向部との径方向の距離を変更させる変更手段を備えるプラズマ処理装置を準備し、保持台に被処理基板を保持させ、マイクロ波発生器によりマイクロ波を発生させ、変更手段により、内導体の外周面の一部と径方向において内導体の外周面の一部に対向する対向部との径方向の距離を変更させて、処理容器内で発生させるプラズマを誘電体板の下面側において均一にして、被処理基板に対するプラズマ処理を行う。
　このような基板処理方法によると、被処理基板の面内における処理を均一にすることができる。
　このようなプラズマ処理装置によると、製造時等において同軸導波管の内導体の中心と外導体の中心とがずれていても、内導体の外周面の一部と径方向において内導体の外周面の一部に対向する対向部との径方向の距離を変更させる変更手段により、内導体の外周面の一部と内導体の外周面の一部に対向する対向部との径方向の長さを調整して、同軸導波管を伝播するマイクロ波の強度を、周方向において非対称とすることができる。したがって、内導体の中心と外導体の中心とのずれに起因して誘電体板に形成される電磁界分布の周方向における偏りをなくして、処理容器内で発生させるプラズマを誘電体板の下面側において均一にすることができる。この場合、例えば、遅波板の取り付け誤差等に起因する電磁界分布の周方向における偏りにも対応することができる。その結果、被処理基板の面内における処理を均一にすることができる。
　また、このような基板処理方法によると、被処理基板の面内における処理を均一にすることができる。
この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。 図１に示すプラズマ処理装置に備えられる同軸導波管の近辺を拡大して示す概略断面図である。 図１に示すプラズマ処理装置に備えられるスロットアンテナ板を、図１中の矢印ＩＩＩの方向から見た図である。 図１に示すプラズマ処理装置に備えられる同軸導波管を、図２中のＩＶ－ＩＶで切断した場合の断面図である。 スタブ部材を設けていない場合の同軸導波管を軸に垂直な平面で切断した場合の概略断面図である。 図５に図示する電気力線の一次元等価回路を示す概略図である。 スタブ部材を設けた場合の同軸導波管を軸に垂直な平面で切断した場合の概略断面図である。 図７に図示する電気力線の一次元等価回路を示す概略図である。 この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置に備えられ、６個のスタブ部材を設けた同軸導波管の断面図であり、各スタブ部材の位置を示すものである。 誘電体板の各方向における相対エネルギー積分値を示す図であり、一部のスタブ部材の先端と内導体の外周面との距離が基準距離であるときを示す。 誘電体板の各方向における相対エネルギー積分値を示す図であり、一部のスタブ部材の先端と内導体の外周面との距離が６ｍｍであるときを示す。 誘電体板の各方向における相対エネルギー積分値を示す図であり、一部のスタブ部材の先端と内導体の外周面との距離が４ｍｍであるときを示す。 誘電体板の各方向における相対エネルギー積分値を示す図であり、一部のスタブ部材の先端と内導体の外周面との距離が２ｍｍであるときを示す。 この発明の他の実施形態に係るプラズマ処理装置に備えられる同軸導波管の近辺を拡大して示す概略断面図である。 従来における一般的なプラズマ処理装置に備えられる同軸導波管の近辺を拡大して示す概略断面図である。 マイクロ波発生器の構成を示す概略図である。 この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。 図１７に示すプラズマ処理装置に備えられる同軸導波管の近辺を拡大して示す概略断面図である。
　以下、この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。図２は、図１に示すプラズマ処理装置に備えられる同軸導波管の近辺を拡大して示す概略断面図である。図３は、図１に示すプラズマ処理装置に備えられるスロットアンテナ板を、図１中の矢印ＩＩＩの方向から見た図である。図４は、図１に示すプラズマ処理装置に備えられる同軸導波管を、図２中のＩＶ－ＩＶで切断した場合の断面図である。なお、図１および図２においては、紙面上下方向を装置の上下方向とする。また、本願明細書中、径方向とは、図４において、同軸導波管に含まれる内導体から外導体へ向かう方向を指す。
　図１～図４を参照して、プラズマ処理装置１１は、上部側が開口しており、その内部において被処理基板Ｗにプラズマ処理を行う処理容器１２と、処理容器１２内にプラズマ励起用のガスおよびプラズマ処理用のガスを供給するガス供給部１３と、処理容器１２内に配置され、その上に被処理基板Ｗを保持する保持台１４と、処理容器１２の外部に配置され、プラズマ励起用のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生器１５と、処理容器１２の開口を覆うように配置されて処理容器１２を密封すると共に、マイクロ波を処理容器１２内へ透過させる誘電体板１６と、複数のスロット孔１７が設けられており、誘電体板１６の上方側に配置され、マイクロ波を誘電体板１６に放射する薄板状のスロットアンテナ板１８と、スロットアンテナ板１８の上方側に配置され、マイクロ波を径方向に伝播する遅波板１９と、マイクロ波発生器１５により発生させたマイクロ波を処理容器１２内に供給するマイクロ波供給手段２０と、プラズマ処理装置１１全体を制御する制御部（図示せず）とを備える。制御部は、ガス供給部１３におけるガス流量、処理容器１２内の圧力等、被処理基板Ｗをプラズマ処理するためのプロセス条件を制御する。なお、マイクロ波発生器１５については、図１中の一点鎖線で示している。
　処理容器１２は、保持台１４の下方側に位置する底部２１と、底部２１の外周部から上方向に延びる側壁２２とを含む。側壁２２は、円筒状である。処理容器１２の底部２１の径方向中央側には、排気用の排気孔２３が設けられている。処理容器１２の上部側は開口しており、処理容器１２の上部側に配置される誘電体板１６、および誘電体板１６と処理容器１２との間に介在するシール部材としてのＯリング２４によって、処理容器１２は密封可能に構成されている。なお、上記したガス供給部１３の一部は、側壁２２に埋め込まれるようにして設けられており、処理容器１２の外部から処理容器１２内へガスを供給する。
　誘電体板１６の下方側の面２５は、平らである。誘電体板１６の材質は、誘電体である。誘電体板１６の具体的な材質としては、石英やアルミナ等が挙げられる。
　スロットアンテナ板１８の板厚方向の両面は、それぞれ平らである。スロットアンテナ板１８には、板厚方向に貫通する複数のスロット孔１７が設けられている。スロット孔１７は、２つの矩形状の開口部が一対となって、略Ｔ字状となるように配置されて構成されている。設けられたスロット孔１７は、内周側に配置される内周側スロット孔群２６ａと、外周側に配置される外周側スロット孔群２６ｂとに大別される。内周側スロット孔群２６ａは、図３中の点線で囲まれた範囲内に設けられた８個のスロット孔１７である。外周側スロット孔群２６ｂは、図３中の一点鎖線で囲まれた範囲内に設けられた１６個のスロット孔１７である。内周側スロット孔群２６ａにおいて、８個のスロット孔１７はそれぞれ、環状に等間隔に配置されている。外周側スロット孔群２６ｂにおいて、１６個のスロット孔１７はそれぞれ、環状に等間隔に配置されている。スロットアンテナ板１８は、径方向の中心２８を中心とした回転対称性を有し、例えば、中心２８を中心として４５°回転しても同じ形状となる。
　遅波板１９の中央には、後述する同軸導波管３１に備えられる内導体３２を配置させるための開口が設けられている。開口の周囲を形成する遅波板１９の内径側の端部は、板厚方向に突出している。すなわち、遅波板１９は、内径側の端部から板厚方向に突出するリング状の遅波板突出部２７を備える。遅波板１９は、遅波板突出部２７が上側になるように取り付けられる。遅波板１９の材質は、誘電体である。遅波板１９の具体的な材質としては、石英やアルミナ等が挙げられる。遅波板１９の内部を伝播するマイクロ波の波長は、大気中を伝播するマイクロ波の波長よりも短くなる。
　誘電体板１６、スロットアンテナ板１８、および遅波板１９はいずれも、円板状である。プラズマ処理装置１１を製造する際には、誘電体板１６の径方向の中心と、スロットアンテナ板１８の径方向の中心２８と、遅波板１９の径方向の中心とを、それぞれ一致するように製造される。こうすることにより、中心側から外径側に向かって伝播されるマイクロ波において、周方向におけるマイクロ波の伝播度合いを同じにして、誘電体板１６の下方側に生じさせるプラズマの周方向における均一性を確保するようにしている。なお、ここでは、スロットアンテナ板１８の径方向の中心２８を基準とする。
　マイクロ波供給手段２０は、一方端部３５がスロットアンテナ板１８の中心２８に接続される略丸棒状の内導体３２、および内導体３２と径方向のすき間３４を開けて内導体３２の外径側に設けられる略円筒状の外導体３３を含む同軸導波管３１を備える。すなわち、内導体３２の外周面３６と外導体３３の内周面３７とが対向するように内導体３２と外導体３３とを組み合わせて、同軸導波管３１が構成されている。同軸導波管３１は、図１中の紙面上下方向に延びるように設けられている。内導体３２および外導体３３はそれぞれ、別体で製造される。そして、内導体３２の径方向の中心と外導体３３の径方向の中心とを一致させるようにして組み合わされる。
　また、マイクロ波供給手段２０は、マイクロ波発生器１５に一方端部３８が接続される導波管３９と、マイクロ波のモードを変換するモード変換器４０とを含む。導波管３９は、横方向、具体的には、図１中の紙面左右方向に延びるように設けられている。なお、導波管３９としては、断面が円形状のものや断面が矩形状のものが使用される。
　ここで、マイクロ波発生器１５の詳細について簡単に説明すると、以下の通りである。図１６は、マイクロ波発生器１５の構成を示す概略図である。図１６を参照して、マイクロ波発生器１５は、最上流側においてマイクロ波を生成するマグネトロン２９ａと、マグネトロン２９ａの下流側に設けられており、マグネトロン２９ａで生成したマイクロ波を下流側に供給した際に、下流側から反射されてくる反射波を除去するアイソレータ２９ｂと、アイソレータ２９ｂの下流側に配置されており、マグネトロン２９ａで生成したマイクロ波を下流側に伝播する際のマイクロ波の位相を調整するマッチングユニットとしての４Ｅチューナ２９ｃとを備える。なお、ここでは、マイクロ波が伝播されていく方向を、上流から下流とするものである。すなわち、マグネトロン２９ａが最上流に位置することとなり、アイソレータ２９ｂ、４Ｅチューナ２９ｃの順に下流側となる。４Ｅチューナ２９ｃは、マイクロ波の伝播方向に設けられ、導波管から外径側に凹んだ４つの凹部３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄと、４つの凹部３０ａ～３０ｄのそれぞれの内部に配置され、径方向に可動可能であって、凹部３０ａ～３０ｄの蓋をするような形状の４つの可動短絡板３０ｅ、３０ｆ、３０ｇ、３０ｈとを含む構成である。ここでいう径方向とは、図１６における上下方向である。４つの可動短絡板３０ｅ～３０ｈをそれぞれ径方向に移動させ、導波管３９内を伝播させるマイクロ波の位相を調整する。図１６における左側の端部３０ｉが、図１における端部３８に接続されるものである。
　マイクロ波発生器１５において発生させたマイクロ波は、導波管３９および同軸導波管３１を介して、処理容器１２内に伝播される。マイクロ波発生器１５において発生させるマイクロ波の周波数としては、例えば、２．４５ＧＨｚが選択される。
　例えば、マイクロ波発生器１５で発生させたＴＥモードのマイクロ波は、導波管３９内を図１中の矢印Ａ１で示す紙面左方向に伝播し、モード変換器４０によりＴＥＭモードへ変換される。そして、ＴＥＭモードへ変換されたマイクロ波は、同軸導波管３１内を図１中の矢印Ａ２で示す紙面下方向へ伝播する。具体的には、すき間３４が形成される内導体３２と外導体３３との間、および内導体３２と冷却板突出部４７との間において、マイクロ波は伝播する。同軸導波管３１を伝播したマイクロ波は、遅波板１９内を径方向に伝播し、スロットアンテナ板１８に設けられた複数のスロット孔１７から誘電体板１６に放射される。誘電体板１６を透過したマイクロ波は、誘電体板１６の直下に電界を生じさせ、処理容器１２内にプラズマを生成させる。
　さらにプラズマ処理装置１１は、側壁２２の開口側の上方端部の上方側に配置され、誘電体板１６を上方側から押さえる誘電体板押さえリング４１と、誘電体板押さえリング４１の上方側に配置され、スロットアンテナ板１８等を上方側から押さえるアンテナ押さえ４２と、遅波板１９の上方側に配置され、遅波板１９等を冷却する冷却板４３と、アンテナ押さえ４２と冷却板４３との間に介在するように配置され、処理容器１２内外で電磁界を遮蔽する電磁遮蔽弾力体４４と、スロットアンテナ板１８の外周部を固定する外周固定リング４５と、スロットアンテナ板１８の中心を固定する中心固定板４６とを備える。
　冷却板４３の中央には、同軸導波管３１を配置させるための開口が設けられている。開口の周囲を形成する冷却板４３の内径側の端部は、板厚方向に突出している。すなわち、冷却板４３は、内径側の端部から板厚方向に突出するリング状の冷却板突出部４７を備える。冷却板４３は、冷却板突出部４７が上側になるように取り付けられる。
　冷却板突出部４７の上方側には、円筒状の外導体３３が配置される。冷却板突出部４７の上方側端部と外導体３３の下方側端部とが当接する構成である。この場合、外導体３３の内周面３７と冷却板突出部４７の内周面５０とが連なって、内導体３２の外周面３６と外導体３３の内周面３７との径方向の距離、および内導体３２の外周面３６と冷却板突出部４７の内周面５０との径方向の距離が同じとなるように構成される。なお、上記した遅波板突出部２７の上方側には、内導体３２と外導体３３との間に形成されるすき間３４が位置することとなる。
　また、冷却板４３の外周部分には、誘電体板１６側にリング状に突出する遅波板位置決め部４８が設けられている。遅波板１９は、遅波板位置決め部４８により径方向に位置決めされる。遅波板位置決め部４８が設けられた径方向の位置において、外周固定リング４５は、スロットアンテナ板１８を固定する。
　なお、誘電体板１６の上方側の面のうち、径方向の中央には、中心固定板４６を受け入れるように、誘電体板１６の上方側の面から板厚を減ずるように凹んだ受け入れ凹部４９が設けられている。
　ここで、マイクロ波供給手段２０は、内導体３２の外周面３６の一部と、径方向において内導体３２の外周面の一部に対向する対向部、ここでは冷却板突出部４７との径方向の距離を変更させる変更手段として、外導体３３側から内導体３２側へ向かって延出可能なスタブ部材５１を備える。
　スタブ部材５１は、外導体３３側で支持され、径方向に延びるように設けられる棒状部５２と、棒状部５２の径方向の移動量を調整する移動量調整部材としてのねじ部５３とを含む。ねじ部５３は、棒状部５２の外径側端部に設けられている。
　スタブ部材５１は、冷却板突出部４７に取り付けられている。具体的には、冷却板突出部４７には、径方向に真直ぐに延びて貫通するねじ孔５４が設けられており、このねじ孔５４とねじ部５３とを螺合させるようにして、スタブ部材５１が冷却板突出部４７に取り付けられている。すなわち、スタブ部材５１は、外導体３３側において、冷却板突出部４７に設けられたねじ孔５４に螺合されたねじ部５３によって、支持されている。
　ねじ部５３を回転させることにより、棒状部５２を含むスタブ部材５１全体を径方向に移動させることができる。図２においては、スタブ部材５１は、紙面左右方向に移動可能である。また、その移動量は、ねじ部５３の回転量により調整される。
　スタブ部材５１は、周方向に略等配となるように合計６個設けられている（図４参照）。すなわち、６個のスタブ部材は、周方向において隣り合うスタブ部材間の角度が、６０°間隔となるよう配置されている。
　６個のスタブ部材５１はそれぞれ独立して、径方向に移動することができる。すなわち、各スタブ部材５１に含まれる棒状部５２の先端部５５の径方向の位置を、それぞれ別個に調整することができる。
　このようなプラズマ処理装置によると、製造時等において同軸導波管の内導体の中心と外導体の中心とがずれていても、内導体の外周面の一部と径方向において内導体の外周面の一部に対向する対向部との径方向の距離を変更させる変更手段により、内導体の外周面の一部と内導体の外周面の一部に対向する対向部との径方向の長さを調整して、同軸導波管を伝播するマイクロ波の強度を、周方向において非対称とすることができる。したがって、内導体の中心と外導体の中心とのずれに起因して誘電体板に形成される電磁界分布の周方向における偏りをなくして、処理容器内で発生させるプラズマを誘電体板の下面側において均一にすることができる。この場合、例えば、遅波板の取り付け誤差等に起因する電磁界分布の周方向における偏りにも対応することができる。その結果、被処理基板の面内における処理を均一にすることができる。
　すなわち、この発明の一実施形態に係る基板処理方法は、上部側が開口しており、その内部において被処理基板にプラズマ処理を行う処理容器と、処理容器内にプラズマ処理用のガスを供給するガス供給部と、処理容器内に配置され、その上に被処理基板を保持する保持台と、プラズマ励起用のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生器と、処理容器の開口を覆うように配置されて処理容器を密封すると共に、マイクロ波を処理容器内へ透過させる誘電体板と、複数のスロット孔が設けられており、誘電体板の上方側に配置され、マイクロ波を誘電体板に放射するスロットアンテナ板と、スロットアンテナ板の上方側に配置され、マイクロ波を径方向に伝播させる遅波板と、マイクロ波発生器により発生させたマイクロ波をスロットアンテナ板に供給するマイクロ波供給手段とを備え、マイクロ波供給手段は、一方端部がスロットアンテナ板の中心に接続される略丸棒状の内導体および内導体との径方向のすき間を開けて内導体の外径側に設けられる略円筒状の外導体を含む同軸導波管、および内導体の外周面の一部と径方向において内導体の外周面の一部に対向する対向部との径方向の距離を変更させる変更手段を備えるプラズマ処理装置を準備し、保持台に被処理基板を保持させ、マイクロ波発生器によりマイクロ波を発生させ、変更手段により、内導体の外周面の一部と径方向において内導体の外周面の一部に対向する対向部との径方向の距離を変更させて、処理容器内で発生させるプラズマを誘電体板の下面側において均一にして、被処理基板に対するプラズマ処理を行う。
　ここで、本願発明の原理について説明する。図５は、スタブ部材が設けられていない従来の同軸導波管内における電気力線を示す模式図である。図６は、図５に示す点線上において、図５に示す電気力線の一次元等価回路を示す概念図である。図７は、スタブ部材を設けた本願発明に係る同軸導波管内における電気力線を示す模式図である。図８は、図７に示す点線上において、図７に示す電気力線の一次元等価回路を示す概念図である。なお、上記した電気力線の総本数は、マイクロ波のパワーに起因する。また、理解の容易の観点から、同軸導波管に含まれる内導体および外導体のみを示している。
　図５および図６を参照して、スタブ部材がない場合、同軸導波管６１内において、内導体６２から外導体６３に向かって延びる電気力線６４は、周方向において均一である。一次等価回路６５においても、左右のコンデンサ６６、６７の容量は同じとなる。このような電気力線６４は、内導体６２の径方向の中心と外導体６３の径方向の中心とがほぼ完全に一致した場合に発生するものである。
　ここで、内導体６２の径方向の中心と外導体６３の径方向の中心とがずれてしまうと、上記した電気力線６４のバランスが崩れてしまう。そうすると、結果として、発生させるプラズマの周方向における均一性が損なわれてしまうことになる。この場合、発生させるプラズマの周方向における均一性を確保するためには、図５に示すように、内導体６２の径方向の中心と外導体６３の径方向の中心とをほぼ完全に一致するよう、組み立て直すしかない。具体的には、上記した図１５に示す径方向の中心間のずれを示す長さ寸法Ｘが、０．０１ｍｍとなるレベルである。
　一方、図７および図８を参照して、スタブ部材が設けられている本願発明においては、同軸導波管７１において、内導体７２の径方向の中心と外導体７３の径方向の中心とがずれてしまった場合、スタブ部材７４の径方向の距離を変更する。電気力線７５は、内導体７２の外周面と他部材、ここではスタブ部材７４との径方向の距離の短い部分が存在すれば、その部分に集中する。そうすると、一次等価回路７６において、左側のコンデンサ７７に対し、右側のコンデンサ７８は、図８中のハッチング７９で示すスタブ部材７４の影響で、その容量が大きくなる。したがって、スタブ部材７４の径方向の移動量、具体的には、内導体７２の外周面とスタブ部材７４との径方向の距離を変更し、電気力線７５の周方向におけるバランスを調整して、発生させるプラズマの周方向における均一性を確保するものである。
　次に、スタブ部材と内導体との距離を変更した場合の影響について説明する。図９は、同軸導波管の断面図であり、各スタブ部材の位置を示すものである。なお、図９に示す断面は、図４に示す断面を左回りに９０度回転させた図に該当する。図１０、図１１、図１２および図１３はそれぞれ、誘電体板の各方向において、シミュレーション結果に基づく相対エネルギー積分値を示す図である。具体的には、図１０～図１３における径方向の数値は、誘電体板を周方向の６領域に分割し、各領域における電界強度エネルギー積分値を計算し、各領域の電界強度エネルギー積分値を、電界強度エネルギー積分値の６領域における平均値で除算した値である。なお、この計算では、スロット孔の配置は、６０°回転しても同じ形状となる回転対称性を有するモデルを用いたが、スロット孔の回転対称性とスタブ部材の回転対称性とは、必ずしも同じである必要はない。
　図９におけるスタブ部材に付された番号と、図１０～図１３における誘電体のエネルギー積分値の径方向の各軸に付された番号とは、同じ周方向の位置を示すものである。すなわち、図９に示す番号１のスタブ部材の位置は、周方向において同じ位置の誘電体板の領域を示すものである。図１０は、全てのスタブ部材の位置が同じである場合を示し、基準となるものである。図１１は、番号１、２、３のスタブ部材の先端部と内導体の外周面との距離が６ｍｍである場合を示す。図１２は、番号１、２、３のスタブ部材の先端部と内導体の外周面との距離が４ｍｍである場合を示す。図１３は、番号１、２、３のスタブ部材の先端部と内導体の外周面との距離が２ｍｍである場合を示す。また、周方向の均一性については、図１０における１σの値は０．８％、図１１における１σの値は１．９％、図１２における１σの値は３．８％、図１３における１σの値は７．６％である。なお、σは、標準偏差を示す。
　図９～図１３を参照して、スタブ部材の位置を変更すると、具体的には、棒状部の先端部と内導体の外周面との距離を変更すると、誘電体板における相対エネルギー積分値が大きく変わる。ここで、製造時において内導体の径方向の中心と外導体の径方向の中心とがずれ、相対エネルギー積分値が、図１０に示す場合と大きく異なっていても、スタブ部材を径方向に移動させて、各領域における相対エネルギー積分値を調整することができる。そして、内導体と外導体とを組み立てなおさなくても、図１０に示す基準に近づけることができる。すなわち、発生させるプラズマを誘電体板の下面側において均一にすることができる。
　なお、スタブ部材の材質としては、スタブ部材のうち、少なくともすき間に位置可能な部分の材質は、誘電体であることが好ましい。こうすることにより、スタブ部材の長寿命化を図ることができる。誘電体としては、例えば、石英やアルミナ等が挙げられる。もちろん、スタブ部材の全体について、メタルで構成することとしてもよい。
　また、同軸導波管における軸方向において、遅波板の上方側の端部とスタブ部材との距離は、１０ｍｍ以内であることが好ましい。具体的には、再び図２を参照して、図２に示す断面において、スタブ部材５１に備えられる棒状部５２の軸方向の中心線５６と、遅波板突出部４７の上方側の端部５７との軸方向の距離Ｌ１を、１０ｍｍ以内とする。上記した構成のプラズマ処理装置１１においては、同軸導波管３１の下方側領域における電磁界の強度分布の影響を強く受ける。ここで、距離Ｌ１が１０ｍｍよりも長くなると、周方向において非対称としたマイクロ波の強度が、再び対称、すなわち、元に戻ってしまうおそれがある。したがって、このように構成することにより、より効率的に電磁界分布を周方向において均一にすることができる。
　本実施例では、スタブ部材の延伸方向が水平方向、すなわち、スタブ部材が径方向に真直ぐに延びる例を示したが、図１４に示すように、スタブ部材の延伸方向が斜め下方向であってもよい。図１４は、この場合のプラズマ処理装置の同軸導波管の近辺を拡大して示す概略断面図であり、図２に相当する。図１４を参照して、この発明の他の実施形態に係るプラズマ処理装置８１に備えられる冷却板８２の冷却板突出部８３には、内径側を下側とした斜め下方向に延びるように冷却板突出部８３の一部を貫通する複数のねじ孔８４が設けられている。そして、各ねじ孔８４について、スタブ部材８５が斜め下方向に延伸するように取り付けられている。このように構成することにより、スタブ部材８５の作用するポイント、具体的には、スタブ部材８５の先端部分を遅波板１９に近づけるようにすることができる。電磁界分布の周方向の偏りをなくすためには、できるだけ遅波板１９に近い位置で調整できることが好ましい。したがって、スタブ部材８５を斜め下方向に延伸できるように設けることにより、より効果的に電磁界分布の周方向における調整を行うことができる。
　この場合、スタブ部材８５と遅波板８６とは、スタブ部材８５を延伸したときに、スタブ部材８５の先端部８７と遅波板突出部８８の上方側の端部８９との間の距離Ｌ３が、１０ｍｍ以下となるようにすればよい。なお、上記した構成のプラズマ処理装置において、変更手段は、内導体の外周面の一部と一部に対向する部分との径方向の距離を、４ｍｍ以下に変更可能であるよう構成することが好ましい。具体的には、図２を参照して、内導体３２の外周面３６と、スタブ部材５１に備えられる棒状部５２の先端部５５との径方向の距離Ｌ２を、４ｍｍ以下に変更可能なように構成する。こうすることにより、より広い範疇で周方向におけるプラズマの均一性を向上させることができる。
　また、上記の実施の形態においては、スタブ部材は、冷却板突出部で支持されることとしたが、これに限らず、外導体で支持される構成としてもよい。具体的には、外導体において、径方向に貫通するねじ孔を設け、このねじ孔とねじ部とを螺合させるようにしてスタブ部材を取り付けるようにする。この場合、内導体の外周面の一部に対向する対向部は、外導体の内周面の一部となる。
　なお、本実施例では、スタブ部材は、回転対称性を有する等間隔な配置としたが、回転対称性を有すれば、スタブ部材の配置は等間隔でなくともよい。
　また、上記の実施の形態においては、スタブ部材は、周方向に合計６個設けることとしたが、この個数に限られず、例えば、４個、８個等、必要に応じて任意の個数のスタブ部材が設けられる。
　なお、上記の実施の形態においては、同軸導波管の延びる方向に一つ、すなわち、上下方向の同じ位置に６個のスタブ部材を設けることとしたが、これに限らず、スタブ部材を、同軸導波管の延びる方向に間隔を開けて複数設けることとしてもよい。電磁界調整手段としてのスタブ部材を設けると、マイクロ波の一部が上記した棒状部によって上方向に反射する。ここで、反射波の電界強度を入射波の電界強度で除した値で示される反射率の分、パワーロスを生じるおそれがあると共に、この反射波における影響で、電磁界の調整が複雑になり、電磁界分布を均一にすることが困難になるおそれがある。そこで、同軸導波管の延びる方向に間隔を開けて複数スタブ部材を設けることにより、スタブ部座による反射波の影響を大きく低減し、電磁界の調整を容易にして、電磁界分布を周方向により均一にすることができる。
　これについて、具体的に説明する。図１７は、この場合におけるプラズマ処理装置の一部を示す断面図であり、図２に相当する断面である。図１７を参照して、この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置９１には、図１７における上下方向において、二つのスタブ部材群９２ａ、９２ｂが設けられている。下方側に設けられる電磁界調整機構としての第一のスタブ部材群９２ａは、図１に示すプラズマ処理装置１１に設けられる場合と同様に、冷却板４３のうちの冷却板突出部４７に設けられている。第一のスタブ部材群９２ａのうちの各スタブ部材は、図１に示すプラズマ処理装置に設けられるスタブ部材と同様の構成である。すなわち、第一のスタブ部材群９２ａに備えられる各スタブ部材は、径方向に延出可能であって、径方向に真直ぐに延び、冷却板突出部４７に設けられたねじ孔に螺合するように設けられたねじ部および棒状部を備える構成である。一方、上方側に設けられる反射波補償機構としての第二のスタブ部材群９２ｂは、同軸導波管３１のうちの外導体３３に設けられている。第二のスタブ部材群９２ｂに備えられる各スタブ部材についても、第一のスタブ部材群９２ａに備えられる各スタブ部材と同様の構成であり、径方向に延出可能であって、径方向に真直ぐに延び、外導体３３に設けられたねじ孔に螺合するように設けられたねじ部および棒状部を備える構成である。
　２つのスタブ部材群のうち、第一のスタブ部材群９２ａについては、図１に示す場合と同様にスタブ部材が周方向に略等配に６個設けられている。第二のスタブ部材群９２ｂについても、スタブ部材が周方向に略等配に６個設けられている。なお、ここでいう２つのスタブ部材群とは、周方向に間隔を空けて設けられた６個のスタブ部材から構成されるスタブ部材の群が、上下方向においてそれぞれ間隔を空けて設けられているという意味である。
　第一および第二のスタブ部材群９２ａ、９２ｂのうちの各スタブ部材が設けられる周方向の位置については、第一のスタブ部材群９２ａのうちの各スタブ部材と第二のスタブ部材群９２ｂのうちの各スタブ部材とが同じ位置となるように構成されている。すなわち、図１７における上方向から見た場合に、図４に示すように見え、第一のスタブ部材群９２ａのうちのそれぞれのスタブ部材と第二のスタブ部材群９２ｂのうちのそれぞれのスタブ部材とが重なって見えるように構成されている。また、第一のスタブ部材群９２ａと第二のスタブ部材群９２ｂとの上下方向の間隔、すなわち、第一のスタブ部材群９２ａと第二のスタブ部材群９２ｂの間の距離Ｌ４については、同軸導波管３１の管内波長の４分の１となるように構成されている。第一のスタブ部材群９２ａと第二のスタブ部材群９２ｂの間の距離Ｌ４は、図１７中の一点鎖線で示す第一のスタブ部材群９２ａにおける軸方向、すなわち、上下方向の中央の位置と、図１７中の二点鎖線で示す第二のスタブ部材群９２ｂにおける上下方向の中央の位置との間の距離である。また、第一のスタブ部材群９２ａに備えられる各スタブ部材におけるマイクロ波の反射率と、第二のスタブ部材群９２ｂに備えられる各スタブ部材におけるマイクロ波の反射率とが同じとなるように構成されている。第一および第二のスタブ部材群９２ａ、９２ｂに備えられる各スタブ部材の材質は、例えば、アルミナや金属等である。
　このように構成することにより、電磁界調整機構として作用する第一のスタブ部材群９２ａ、および反射波補償機構として作用する第二のスタブ部材群９２ｂにより、より効率的に電磁界分布を均一にすることができる。なお、図１および図２に示すプラズマ処理装置１１と同様の構成については、図１７および後述する図１８において同一の符号で示し、それらの説明を省略する。
　ここで、上記した図１７に示すプラズマ処理装置９１における原理について説明する。図１８は、図１７に示すプラズマ処理装置９１に備えられる同軸導波管３１の近辺を拡大して示す概略断面図である。なお、理解の容易の観点から、図１８において、第一および第二のスタブ部材群９２ａ、９２ｂの構成等を概略的に図示している。
　図１７および図１８を参照して、上側から下方向に向けて入射される入射波Ｃ１が電磁界調整機構としての第一のスタブ部材群９２ａに備えられるスタブ部材に到達した後に、その一部が反射波Ｃ２として上方向に反射する。また、入射波Ｄ１が反射波補償機構としての第二のスタブ部材群９２ｂに備えられるスタブ部材に到達した後に、その一部が反射波Ｄ２として上方向に反射する。ここで、第一のスタブ部材群９２ａと第二のスタブ部材群９２ｂの間の距離Ｌ４の往復の道のりの分だけ時間が遅れた反射波Ｃ２が、反射波Ｄ２と干渉する。この場合において、第一のスタブ部材群９２ａと第二のスタブ部材群９２ｂの間の距離Ｌ４は、同軸導波管３１の管内波長の４分の１であるため、第一のスタブ部材群９２ａと第二のスタブ部材群９２ｂの間の距離の往復の道のりは、同軸導波管３１の管内波長の２分の１となる。そうすると、それぞれの反射波Ｃ２、Ｄ２の位相が、１８０度ずれることになる。ここで、第一のスタブ部材群９２ａに備えられるスタブ部材における反射率と第二のスタブ部材群９２ｂに備えられるスタブ部材における反射率とが同じであるため、反射波Ｃ２、Ｄ２が丁度打ち消しあうこととなり、反射波の影響の大きく低減された電磁界調整が可能となる。したがって、より効率的に電磁界を均一に供給することができる。なお、上記したマイクロ波発生器１５に備えられ、可動短絡板３０ｅ～３０ｈを含む４Ｅチューナ２９ｃは、導波管３９に設けられ、マグネトロン２９ａにより発生させたマイクロ波の位相を単に調整するものであり、同軸導波管３１に設けられ、スタブ部材を備え、下流側に配置される第一のスタブ部材群９２ａから反射される反射波を打ち消すように反射波補償機構として作用する第二のスタブ部材群９２ｂとは、大きくその構成が異なるものである。
　ここで、第一のスタブ部材群９２ａに備えられるスタブ部材の反射率と第二のスタブ部材群９２ｂに備えられるスタブ部材の反射率とを同じにすることとしたが、具体的な実施形態によると、それぞれの反射率が０．１～０．２となり、トータルとして反射率を０．０３以下とすることができる。しかし、厳密には、上記の入射波Ｃ１は、第二のスタブ部材群９２ｂに備えられるスタブ部材により一部反射されて小さくなる。そこで、この影響を考慮して、第一のスタブ部材群９２ａに備えられるスタブ部材の反射率と、第二のスタブ部材群９２ｂに備えられるスタブ部材の反射率を変えることとしてもよい。
　なお、上記の図１７に示す実施の形態においては、第一のスタブ部材群と第二のスタブ部材群との上下方向の間隔は、同軸導波管の管内波長の４分の１とすることとしたが、これに限らず、同軸導波管の管内波長の４分の１の奇数倍としてもよい。こうすることによっても、それぞれの反射波の位相を１８０度ずらすことができ、上記した効果を奏することができる。また、同軸導波管の管内波長の４分の１の奇数倍よりも多少ずれていても、反射波の影響を低減することができる。
　また、上記の図１７に示す実施の形態においては、第一のスタブ部材群に備えられる各スタブ部材の周方向の位置と第二のスタブ部材郡に備えられる各スタブ部材の周方向の位置とを同じとすることとしたが、これに限らず、多少周方向にずれていても構わない。また、第一のスタブ部材群に備えられるスタブ部材の数と、第二のスタブ部材群に備えられるスタブ部材の数とを異ならせることとしてもよい。
　なお、上記の図１７に示す実施の形態においては、第一および第二のスタブ部材群に備えられる各スタブ部材について、径方向に真直ぐに延びるように設けることとしたが、これに限らず、各スタブ部材の延伸方向を斜め下方向とすることにしてもよい。この場合、第一および第二のスタブ部材群のうちのいずれか一方の群に備えられるスタブ部材において、延伸方向を斜め下方向としてもよいし、第一および第二のスタブ部材群の双方に備えられる各スタブ部材において、延伸方向を斜め下方向としてもよい。
　なお、上記の実施の形態においては、スタブ部材を変更手段とすることとしたが、これに限らず、変更手段は、他の構成であってもよい。すなわち、例えば、外導体の内周面において、径方向に延出可能であって、延出距離を調整可能な突起部を設け、これを変更手段とすることとしてもよい。また、外導体の外径面を凹ませれば、この凹みに応じて外導体の内周面と内導体の外周面との距離が変更される構成としてもよい。
　また、上記の実施の形態においては、外導体側に変更手段を設けることとしたが、これに限らず、内導体側に変更手段を設けることとしてもよい。具体的には、変更手段を、内導体側において、内導体の外周面を外径側、すなわち、すき間が形成されている方向に向かって延出可能であって、延出距離を調整可能な構成とする。このような構成としてもよい。
　また、上記の実施の形態においては、誘電体板の下方側の面を平らとしたが、これに限らず、例えば、誘電体板の下方側の面において、誘電体板の内方側、すなわち、上側に凹んだ凹部を設けることにしてもよい。
　以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
　この発明に係るプラズマ処理装置は、プラズマ処理する際に、被処理基板の面内において均一な処理が要求される場合に有効に利用される。
　１１，８１，９１　プラズマ処理装置、１２　処理容器、１３　ガス供給部、１４　保持台、１５マイクロ波発生器、１６　誘電体板、１７　スロット孔、１８　スロットアンテナ板、１９，８６　遅波板、２０　マイクロ波供給手段、２１　底部、２２　側壁、２３　排気孔、２４　Ｏリング、２５　面、２６ａ　内周側スロット孔群、２６ｂ　外周側スロット孔群、２７，８８　遅波板突出部、２８　中心、２９ａ　マグネトロン、２９ｂ　アイソレータ、２９ｃ　４Ｅチューナ、３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ　凹部、３０ｅ，３０ｆ，３０ｇ，３０ｈ　可動短絡板、３１，６１，７１　同軸導波管、３２，６２，７２　内導体、３３，６３，７３　外導体、３４　すき間、３０ｉ，３５，３８，５７，８９　端部、３６　外周面、３７，５０　内周面、３９　導波管、４０　モード変換器、４１　誘電体押さえリング、４２　アンテナ押さえ、４３，８２　冷却板、４４　電磁遮蔽弾力体、４５　外周固定リング、４６　中心固定板、４７，８３　冷却板突出部、４８　遅波板位置決め部、４９　受け入れ凹部、５１，７４，８５　スタブ部材、５２　棒状部、５３　ねじ部、５４，８４　ねじ孔、５５，８７　先端部、５６　中心線、６４，７５　電気力線、６５，７６　一次元等価回路、６６，６７，７７，７８　コンデンサ、７９　ハッチング、９２ａ，９２ｂ　スタブ部材群。

Claims (11)

  1. 上部側が開口しており、その内部において被処理基板にプラズマ処理を行う処理容器と、
    　前記処理容器内にプラズマ処理用のガスを供給するガス供給部と、
    　前記処理容器内に配置され、その上に前記被処理基板を保持する保持台と、
    　プラズマ励起用のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生器と、
    　前記処理容器の開口を覆うように配置されて前記処理容器を密封すると共に、マイクロ波を前記処理容器内へ透過させる誘電体板と、
    　複数のスロット孔が設けられており、前記誘電体板の上方側に配置され、マイクロ波を前記誘電体板に放射するスロットアンテナ板と、
    　前記スロットアンテナ板の上方側に配置され、マイクロ波を径方向に伝播させる遅波板と、
    　前記マイクロ波発生器により発生させたマイクロ波を前記スロットアンテナ板に供給するマイクロ波供給手段とを備え、
    　前記マイクロ波供給手段は、一方端部が前記スロットアンテナ板の中心に接続される略丸棒状の内導体および前記内導体との径方向のすき間を開けて前記内導体の外径側に設けられる略円筒状の外導体を含む同軸導波管、および前記内導体の外周面の一部と径方向において前記内導体の外周面の一部に対向する対向部との径方向の距離を変更させる変更手段を備える、プラズマ処理装置。
  2. 前記変更手段は、前記外導体側から前記内導体側へ向かって延出可能なスタブ部材を含む、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記スタブ部材は、前記外導体側で支持され、径方向に延びるように設けられる棒状部と、前記棒状部の径方向の移動量を調整する移動量調整部材とを含む、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記スタブ部材は、前記同軸導波管が延びる方向に間隔を開けて複数設けられる、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記スタブ部材は、周方向に間隔を開けて複数設けられる、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  6. 前記複数のスタブ部材は、周方向に略等配に設けられる、請求項５に記載のプラズマ処理装置。
  7. 前記スタブ部材のうち、少なくとも前記すき間に位置可能な部分の材質は、誘電体である、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  8. 前記同軸導波管における軸方向において、前記遅波板の上方側の端部と前記スタブ部材との距離は、１０ｍｍ以下である、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  9. 前記変更手段は、前記内導体の外周面の一部と前記一部に対向する対向部との径方向の距離を、４ｍｍ以下に変更可能である、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  10. 前記マイクロ波発生器は、マグネトロンと、アイソレータと、チューナとを含む、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  11. 上部側が開口しており、その内部において被処理基板にプラズマ処理を行う処理容器と、前記処理容器内にプラズマ処理用のガスを供給するガス供給部と、前記処理容器内に配置され、その上に前記被処理基板を保持する保持台と、プラズマ励起用のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生器と、前記処理容器の開口を覆うように配置されて前記処理容器を密封すると共に、マイクロ波を前記処理容器内へ透過させる誘電体板と、複数のスロット孔が設けられており、前記誘電体板の上方側に配置され、マイクロ波を前記誘電体板に放射するスロットアンテナ板と、前記スロットアンテナ板の上方側に配置され、マイクロ波を径方向に伝播させる遅波板と、前記マイクロ波発生器により発生させたマイクロ波を前記スロットアンテナ板に供給するマイクロ波供給手段とを備え、前記マイクロ波供給手段は、一方端部が前記スロットアンテナ板の中心に接続される略丸棒状の内導体および前記内導体との径方向のすき間を開けて前記内導体の外径側に設けられる略円筒状の外導体を含む同軸導波管、および前記内導体の外周面の一部と径方向において前記内導体の外周面の一部に対向する対向部との径方向の距離を変更させる変更手段を備えるプラズマ処理装置を準備し、
    　前記保持台に被処理基板を保持させ、
    　前記マイクロ波発生器によりマイクロ波を発生させ、
    　前記変更手段により、前記内導体の外周面の一部と径方向において前記内導体の外周面の一部に対向する対向部との径方向の距離を変更させて、前記処理容器内で発生させるプラズマを前記誘電体板の下面側において均一にして、前記被処理基板に対するプラズマ処理を行う、基板処理方法。
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