WO2011125524A1 - プラズマ処理装置用誘電体窓、プラズマ処理装置、およびプラズマ処理装置用誘電体窓の取り付け方法 - Google Patents

プラズマ処理装置用誘電体窓、プラズマ処理装置、およびプラズマ処理装置用誘電体窓の取り付け方法 Download PDF

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plasma
slot
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弥 吉川
松本　直樹
吉川　潤
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    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P50/00—Etching of wafers, substrates or parts of devices
    • H10P50/20—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H10P50/24—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching of semiconductor materials
    • H10P50/242—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching of semiconductor materials of Group IV materials

Definitions

  • the present invention relates to a dielectric window for a plasma processing apparatus (hereinafter sometimes simply referred to as a “dielectric window”), a plasma processing apparatus, and a method for attaching a dielectric window for a plasma processing apparatus.
  • a dielectric window for a plasma processing apparatus that is plate-shaped and propagates microwaves, a plasma processing apparatus having such a dielectric window for a plasma processing apparatus, and a method for attaching such a dielectric window for a plasma processing apparatus It is about.
  • Semiconductor elements such as LSI (Large Scale Integrated Circuit) and MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistors perform etching, CVD (Chemical Vapor Deposition), sputtering, etc. on a semiconductor substrate (wafer) to be processed. Manufactured.
  • 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 relating to a microwave plasma processing apparatus that uses a microwave when generating plasma is disclosed in WO2009 / 101927A1 (Patent Document 1).
  • the microwave plasma processing apparatus is provided with a top plate (dielectric window) for propagating microwaves.
  • the concave portion where the microwave is resonantly absorbed on the side surface and the microwave propagates in a single mode is formed on the top plate (dielectric window).
  • the top plate On the surface of the plasma generation side.
  • the plasma processing apparatus plasma processing is performed under various process conditions in accordance with processing contents, characteristics required for the substrate to be processed, and the like.
  • a wide process margin and high axial symmetry of the generated plasma are required.
  • the process margin changes the process conditions of the plasma processing equipment, such as the pressure inside the processing vessel of the plasma processing equipment, the power of the microwave, the type of gas and the partial pressure and flow ratio when using multiple types of gases. Even in such a case, it means that plasma can be stably generated and plasma treatment can be performed, and such a process margin is desired to be as wide as possible.
  • the generated plasma is required to have high axial symmetry. That is, it is desired that the generated plasma has good symmetry about the center of the dielectric window and the center of the slot antenna plate.
  • An object of the present invention is to provide a dielectric window for a plasma processing apparatus, which has a wide process margin and the generated plasma has high axial symmetry.
  • Another object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus which has a wide process margin and can improve processing uniformity. Still another object of the present invention is to easily attach a dielectric window for a plasma processing apparatus having a wide process margin and having a high axial symmetry to a plasma processing apparatus. It is to provide a method of attaching a dielectric window for a plasma processing apparatus.
  • the dielectric window for a plasma processing apparatus is provided in a plasma processing apparatus using a microwave as a plasma source, has a substantially disc shape, and propagates the microwave.
  • a radially outer region on the surface that generates plasma when the plasma processing apparatus is provided is connected in a ring shape, and is within the thickness direction of the dielectric window for the plasma processing apparatus.
  • a first dielectric window recess recessed in a tapered shape toward the side is provided.
  • a plurality of second dielectric window recesses that are recessed from the surface on the plasma generation side toward the inner side in the plate thickness direction of the dielectric window for the plasma processing apparatus in the radially inner region of the first dielectric window recess Is provided.
  • the plurality of second dielectric window recesses are arranged at intervals in the circumferential direction so as to have rotational symmetry about the radial center of the dielectric window for the plasma processing apparatus.
  • the tapered annular first dielectric window concave portion forms a region in which the thickness of the dielectric window is continuously changed, and the plasma Resonant regions having dielectric window thicknesses suitable for various process conditions that produce the can be formed. Then, high stability of plasma in the radially outer region can be ensured according to various process conditions. Further, in the radially inner region of the dielectric window, strong mode fixing can be performed by the second dielectric window recess. Then, even if the process conditions are changed variously, it is possible to secure a strong mode-fixed region in the radially inner region.
  • the dielectric window for a plasma processing apparatus having such a configuration has a wide process margin and the generated plasma has high axial symmetry.
  • the second dielectric window recess has a shape that is recessed straight from the surface on the plasma generating side toward the inner side in the plate thickness direction of the dielectric window for the plasma processing apparatus.
  • the second dielectric window recess has a round hole shape when viewed from the thickness direction of the dielectric window for the plasma processing apparatus.
  • the center of each of the plurality of round hole-shaped second dielectric window recesses is the diameter of the dielectric window for the plasma processing apparatus when viewed from the thickness direction of the dielectric window for the plasma processing apparatus. It is on a circle centered on the center of direction.
  • the dielectric window for the plasma processing apparatus is configured to include a position adjusting mechanism that adjusts the circumferential position of the dielectric window for the plasma processing apparatus when the dielectric window for the plasma processing apparatus is attached to the plasma processing apparatus. May be.
  • the position adjusting mechanism includes a dielectric window scale provided in a radially outer region of the first dielectric window recess.
  • a plasma processing apparatus is a plasma processing apparatus using a microwave as a plasma source.
  • the plasma processing apparatus is substantially disk-shaped and includes a dielectric window for a plasma processing apparatus that propagates microwaves.
  • the plasma processing apparatus dielectric window plate is formed in a ring shape in the radially outer region of the surface that generates plasma when the plasma processing apparatus is provided.
  • a first dielectric window recess that is recessed in a tapered shape toward the inner side in the thickness direction is provided.
  • a plurality of second dielectrics that are recessed from the surface on the plasma generating side toward the inner side in the plate thickness direction of the dielectric window for the plasma processing apparatus A window recess is provided.
  • the plurality of second dielectric window recesses are arranged at intervals in the circumferential direction so as to have rotational symmetry about the radial center of the dielectric window for the plasma processing apparatus.
  • Such a plasma processing apparatus has a wide process margin and can improve the processing uniformity.
  • it has a substantially disc shape, and is provided with a plurality of slots penetrating in the plate thickness direction, and is disposed above the dielectric window for the plasma processing apparatus, and microwaves are passed through the dielectric window for the plasma processing apparatus.
  • a slot antenna plate that radiates toward.
  • the slot antenna plate is located on the center side of the slot antenna plate, and has a plurality of slot pairs including a first slot extending in one direction and a second slot extending in a direction perpendicular to the one direction,
  • the first slot hole may be provided so that at least a part thereof overlaps the second dielectric window recess.
  • the slot antenna plate has a plurality of slot pairs each composed of a first slot extending in one direction and a second slot extending in a direction perpendicular to the one direction.
  • the slot antenna plate is preferably provided so as to be located in a region where the longitudinal width region of the first slot and the longitudinal width region of the second slot overlap. .
  • the slot antenna plate has a plurality of slot pairs each including a first slot extending in one direction and a second slot extending in a direction perpendicular to the one direction, and a plurality of second dielectric window recesses. It is preferable that a plurality of slot pairs are respectively provided at positions corresponding to the positions where.
  • the plasma processing apparatus when the dielectric window for the plasma processing apparatus is attached to the plasma processing apparatus, the plasma processing apparatus includes a position adjusting mechanism that adjusts a position in the circumferential direction of the dielectric window for the plasma processing apparatus. The relative position in the circumferential direction between the dielectric window for use and the slot antenna plate is adjusted.
  • the ratio of the length in the short direction to the length in the longitudinal direction of the slot is preferably 1 ⁇ 4 or more and less than one.
  • a method for attaching a dielectric window for a plasma processing apparatus is provided in a plasma processing apparatus using a microwave as a plasma source, is substantially disk-shaped, and propagates microwaves.
  • This is a method of attaching a dielectric window for a plasma processing apparatus.
  • the dielectric window for the plasma processing apparatus is formed in a ring shape in the radially outer region of the surface that generates plasma when the plasma processing apparatus is equipped with the dielectric window for the plasma processing apparatus.
  • a first dielectric window recess recessed in a tapered shape toward the inner side in the plate thickness direction of the dielectric window for plasma is generated, and plasma is generated in a radially inner region of the first dielectric window recess
  • the device dielectric windows are arranged at intervals in the circumferential direction so as to have rotational symmetry about the radial center of the device dielectric window.
  • the plasma processing apparatus has a substantially disk shape, and is provided with a plurality of slots penetrating in the thickness direction.
  • the plasma processing apparatus is disposed above the dielectric window for the plasma processing apparatus, and microwaves are passed through the dielectric for the plasma processing apparatus.
  • a slot antenna plate radiating toward the body window is provided.
  • the dielectric window for the plasma processing apparatus is provided with a dielectric window scale for adjusting the position in the circumferential direction
  • the slot antenna plate is provided with a mark serving as a reference for the position in the circumferential direction.
  • the circumferential positional relationship between the dielectric window for the plasma processing apparatus and the slot antenna plate is adjusted using the dielectric window scale and marks.
  • a region in which the thickness of the dielectric window is continuously changed by the tapered annular first dielectric window recess in the radially outer region of the dielectric window can be formed to form a resonant region having a dielectric window thickness suitable for various process conditions for generating plasma. Then, high stability of plasma in the radially outer region can be ensured according to various process conditions. Further, in the radially inner region of the dielectric window, strong mode fixing can be performed by the second dielectric window recess. Then, even if the process conditions are changed variously, it is possible to secure a strong mode-fixed region in the radially inner region.
  • the dielectric window for a plasma processing apparatus having such a configuration has a wide process margin and the generated plasma has high axial symmetry.
  • FIG. 3 It is a schematic sectional drawing which shows roughly the structure of the plasma processing apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. It is the figure which looked at the slot antenna board with which the plasma processing apparatus which concerns on one Embodiment of this invention is equipped from the plate
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing a configuration of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view of the slot antenna plate provided in the plasma processing apparatus shown in FIG. 1 as viewed from the thickness direction.
  • a plasma processing apparatus 11 is a microwave plasma processing apparatus using a microwave as a plasma source.
  • the plasma processing apparatus 11 includes a processing container 12 having a processing space for performing plasma processing on the substrate W to be processed therein, a gas supply unit 13 for supplying a gas for plasma processing into the processing container 12, and the processing container 12.
  • a holding table 14 for holding the substrate W to be processed, a microwave generator 15 provided outside the processing container 12 for generating microwaves for plasma excitation, and a microwave generator 15.
  • 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 opening shape of the slot 32 is schematically shown in FIG.
  • the processing container 12 is disposed so as to be placed on the bottom 19a located below the holding table 14, the side wall 19b extending upward from the outer periphery of the bottom 19a, and the upper side of the side wall 19b. And an annular member 19c on which the body window 41 can be placed.
  • the side wall 19b is cylindrical.
  • An exhaust hole 20 for exhaust is provided on the radial center side of the bottom 19 a of the processing container 12.
  • the upper side of the processing container 12 is opened, and a dielectric window 41 disposed on the upper side of the processing container 12, and the dielectric window 41 and the processing container 12, specifically, an annular member constituting the processing container 12
  • the processing container 12 is configured to be hermetically sealed by an O-ring 21 serving as a sealing member interposed between the processing container 12 and 19c.
  • a high frequency power source for RF (radio frequency) bias is electrically connected to the holding table 14 via a matching unit and a power feed rod (both not shown).
  • This high frequency power source outputs a certain frequency suitable for controlling the energy of ions drawn into the substrate W to be processed, for example, a high frequency of 13.56 MHz with a predetermined power.
  • the matching unit accommodates a matching unit for matching between the impedance on the high-frequency power source side and the impedance on the load side such as an electrode, plasma, and the processing vessel 12, and a blocking capacitor is included in the matching unit. It is included.
  • the gas supply unit 13 includes a center gas supply unit 24 having a gas supply port 23 for supplying gas toward the center of the substrate to be processed W, and an annular hollow member 27, and is directed radially inward. And an outer gas supply unit 26 having a gas supply port 25 for supplying gas.
  • the gas supply port 23 of the center gas supply unit 24 is provided so as to open a central region in the radial direction of the disk-shaped dielectric window 41.
  • the center gas supply unit 24 uses a hollow portion of the hollow center conductor 22a constituting the coaxial waveguide 17 as a gas supply path.
  • the center gas supply unit 24 includes an injector unit 45 that is accommodated in the dielectric window 41 and that supplies gas so as to be ejected into the processing container 12.
  • the hollow member 27 constituting the outer gas supply unit 26 is supported in the processing container 12 by a plurality of support members 28 extending straight from the inner wall surface of the side wall 19b in the radial direction.
  • the inner diameter dimension of the hollow member 27 is configured to be slightly larger than the outer diameter dimension of the substrate W to be processed.
  • the hollow portion of the hollow member 27 is configured to have a substantially rectangular cross section.
  • the hollow member 27 is arranged on the upper side of the holding table 14 so as to avoid the region directly above the substrate W to be processed.
  • a plurality of gas supply ports 25 of the outer gas supply unit 26 are provided so that the inner wall surface of the annular hollow member 27 is opened in a round hole shape.
  • the plurality of gas supply ports 25 are provided so as to be substantially evenly spaced at a predetermined interval.
  • Each of the center gas supply unit 24 and the outer gas supply unit 26 supplies plasma processing gas and the like from outside the processing container 12 into the processing container 12.
  • the flow directions of the gases supplied from the gas supply ports 23 and 25 are indicated by arrows F 1 and F 2 in FIG.
  • the flow rate ratio of gas supplied from the center gas supply unit 24 and the outer gas supply unit 26 and the type of gas can be arbitrarily selected.
  • different types of gas can be selected from the center gas supply unit 24 and the outer gas supply unit 26. It is of course possible to supply gas from each of the gas supply units 26 or supply gas into the processing vessel 12 only from the outer gas supply unit 26 without supplying any gas from the center gas supply unit 24. It is.
  • the gas supply unit 13 includes the center gas supply unit 24 and the outer gas supply unit 26 as described above, so that the processing uniformity in the radial direction can be finely adjusted.
  • the flow rate ratio between the center gas supply unit 24 and the outer gas supply unit 26 the flow rate ratio of the gas supplied from the outer gas supply unit 26 can be increased to promote the plasma processing in the end region and to finely adjust the processing uniformity.
  • the microwave generator 15 having the tuner 29 is connected to the upstream side of the waveguide 16 into which the microwave is introduced through the coaxial waveguide 17 and the mode converter 30 that are constituted by the center conductor 22a and the outer conductor 22b.
  • the central conductor 22a and the outer conductor 22b which constitute the coaxial waveguide 17 and are both cylindrical, have the same radial center, and the distance between the outer diameter surface of the center conductor 22a and the inner diameter surface of the outer conductor 22b.
  • a TE mode microwave generated by the microwave generator 15 passes through the waveguide 16, is converted to a TEM mode by the mode converter 30, and propagates through the coaxial waveguide 17.
  • the slot antenna plate 31 has a thin plate shape and a disk shape. Both surfaces of the slot antenna plate 31 in the thickness direction are flat.
  • the slot antenna plate 31 is provided with a plurality of slots 32 penetrating in the thickness direction.
  • the slot 32 is formed such that a first slot 33 that is long in one direction and a second slot 34 that is long in a direction perpendicular to the first slot 33 are adjacent to each other.
  • two adjacent slots 33 and 34 are paired and arranged so as to be substantially C-shaped. That is, the slot antenna plate 31 has a slot pair 40 including a first slot 33 extending in one direction and a second slot 34 extending in a direction perpendicular to the one direction.
  • An example of the slot pair 40 is indicated by a region indicated by a dotted line in FIG.
  • the opening width of the first slot 33 that is, between the wall portion 30 a on one side extending in the longitudinal direction and the wall portion 30 b on the other side extending in the longitudinal direction in the first slot 33.
  • the length W 1 is configured to be approximately 12 mm.
  • the length in the longitudinal direction of the first slot 33 indicated by the length W 2 in FIG. 2 that is, the longitudinal direction of one end 30 c in the longitudinal direction of the first slot 33 and the first slot 33.
  • the length W 2 between the other side of the end portion 30d of the is configured to be approximately 50 mm.
  • the ratio W 1 / W 2 of the length in the lateral direction to the length in the longitudinal direction is 12/50, which is about 1/4.
  • the opening shape of the first slot 33 and the opening shape of the second slot 34 are the same. That is, the second slot 34 has a shape in which the first slot 33 is inclined by 90 degrees. It should be noted that the length ratio W 1 / W 2 is less than 1 when configuring the slot as a slot.
  • the provided slot pair 40 is roughly divided into an inner peripheral slot pair group 35 disposed on the inner peripheral side and an outer peripheral slot pair group 36 disposed on the outer peripheral side.
  • the inner peripheral side slot pair group 35 is seven pairs of slots 40 provided in an inner region of an imaginary circle indicated by a one-dot chain line in FIG.
  • the outer peripheral side slot pair group 36 is 28 pairs of slots 40 provided in an outer region of an imaginary circle indicated by a one-dot chain line in FIG.
  • the seven slot pairs 40 are arranged at equal intervals in the circumferential direction.
  • the seven slot pairs 40 arranged in the inner circumferential slot pair group 35 can be provided at positions corresponding to positions where the second dielectric window recess described later is provided. it can.
  • the 28 slot pairs 40 are arranged at equal intervals in the circumferential direction.
  • a through-hole 37 is also provided in the radial center of the slot antenna plate 31.
  • a reference hole 39 is provided in the outer diameter side region of the outer peripheral side slot pair group 36 so as to penetrate in the thickness direction in order to facilitate positioning of the slot antenna plate 31 in the circumferential direction. That is, using the position of the reference hole 39 as a mark, the circumferential positioning of the slot antenna plate 31 with respect to the processing container 12 and the dielectric window 41 is performed.
  • the slot antenna plate 31 has rotational symmetry about the radial center 38 except for the reference hole 39.
  • Microwaves generated by the microwave generator 15 are propagated to the dielectric plate 18 through the coaxial waveguide 17 and radiated to the dielectric window 41 from the plurality of slots 32 provided in the slot antenna plate 31.
  • the microwave transmitted through the dielectric window 41 generates an electric field immediately below the dielectric window 41 and generates plasma in the processing container 12.
  • the plasma generated immediately below the dielectric window 41 diffuses in a direction away from the dielectric window 41, that is, in a direction toward the holding table 14.
  • plasma processing such as plasma etching processing is performed on the substrate W to be processed in the plasma diffusion region including the substrate to be processed which is formed by the diffused plasma and is placed on the holding table 14.
  • the microwave plasma to be processed in the plasma processing apparatus 11 is generated by a radial line slot antenna (RLSA) including the slot antenna plate 31 and the dielectric window 41 having the above-described configuration.
  • RLSA radial line slot antenna
  • FIG. 3 is a sectional view of a dielectric window 41 according to an embodiment of the present invention, and corresponds to the section shown in FIG. 4 is a view of the dielectric window 41 shown in FIG. 3 as viewed from the lower side, that is, from the direction of the arrow IV in FIG.
  • FIG. 5 is a view of the dielectric window 41 shown in FIG. 3 as viewed from the upper side, that is, the direction opposite to the direction of the arrow IV in FIG.
  • FIG. 6 is a side view of the dielectric window 41 shown in FIG. 3 viewed from the side.
  • the III-III cross section in FIG. 4 corresponds to FIG.
  • a dielectric window 41 according to an embodiment of the present invention has a substantially disc shape and has a predetermined thickness.
  • the dielectric window 41 is made of a dielectric, and specific examples of the material of the dielectric window 41 include quartz and alumina.
  • the dielectric window 41 is attached to and provided in the plasma processing apparatus 11 such that the lower side in FIG. 3 is placed on the annular member 19c constituting a part of the side wall 19b of the processing container 12.
  • a through-hole 42 is provided that penetrates in the plate thickness direction, that is, in the vertical direction on the paper surface in FIG.
  • the lower region serves as the gas supply port 23 in the center gas supply unit 24, and the upper region serves as the receiving recess 43 that receives the injector unit 45 constituting the center gas supply unit 24.
  • the radial center 44 of the dielectric window 41 is indicated by a one-dot chain line in FIG.
  • the radially outer region of the lower surface 46 which is the side that generates plasma when the plasma processing apparatus 11 is provided, is connected in an annular shape, and the dielectric window 41 has an inner side in the plate thickness direction,
  • a first dielectric window recess 47 that is recessed in a taper shape in the upward direction in FIG. 3 is provided.
  • the lower surface 46 is provided in the central region in the radial direction of the dielectric window 41, and is flat, that is, extends straight in the radial direction, except for regions where second dielectric window recesses 53a to 53g described later are provided. It consists of a plane.
  • the first dielectric window concave portion 47 is tapered from the outer diameter region of the lower surface 46 toward the outer diameter side, specifically, an inner tapered surface extending obliquely upward with respect to the lower surface 46 in FIG. 48, straight from the inner tapered surface 48 toward the outer diameter side in the radial direction, that is, a flat surface 49 extending in parallel with the lower surface 46, and a tapered shape from the flat surface 49 toward the outer diameter side.
  • 3 is composed of an outer tapered surface 50 extending obliquely downward in the drawing.
  • the angle of the taper that is, for example, the angle defined in the direction in which the inner tapered surface extends with respect to the plane 49 and the angle defined in the direction in which the outer tapered surface 50 extends with respect to the plane 49 are arbitrarily determined, In this embodiment, it is configured similarly at any position in the circumferential direction.
  • the inner tapered surface 48, the flat surface 49, and the outer tapered surface 50 are formed so as to be continuous with smooth curved surfaces.
  • the outer diameter area of the outer tapered surface 50 is provided with a flat surface 52 that extends straight in the radial direction toward the outer diameter side, that is, parallel to the lower surface 46. This plane 52 becomes a support surface of the dielectric window 41.
  • the dielectric window 41 is attached to the plasma processing apparatus 11 such that the flat surface 52 is placed on the upper end surface 19d provided in the inner diameter side region of the annular member 19c.
  • the end face 19d is provided with an O-ring receiving recess 19e that is recessed downward in the drawing in FIG. 1 so that the above-described O-ring 21 can be disposed.
  • a region where the first dielectric window recess 47 is provided is indicated by a dotted line.
  • the first dielectric window recess 47 forms a region in which the thickness of the dielectric window 41 is continuously changed in the radially outer region of the dielectric window 41, and is suitable for various process conditions for generating plasma.
  • a resonant region having the thickness of the dielectric window 41 can be formed. Then, high stability of plasma in the radially outer region can be ensured according to various process conditions.
  • a second dielectric window recess 53a is provided in the dielectric window 41.
  • the second dielectric window recess 53a has a shape that is recessed straight from the lower surface 46 in the upward direction of the drawing in FIG.
  • the second dielectric window recess 53a has a round hole shape when viewed from the lower side of the drawing in FIG.
  • the second dielectric window recess 53a is straight in the radial direction at the upper end of the cylindrical surface 54, that is, parallel to the lower surface 46, at the upper end portion of the cylindrical surface 54. It is comprised from the plane 55 extended in this.
  • a total of seven second dielectric window recesses 53a are provided.
  • the seven second dielectric window recesses 53a, 53b, 53c, 53d, 53e, 53f, and 53g have the same shape. That is, the second dielectric window recesses 53a to 53g are equally configured in terms of how they are recessed, their sizes, hole diameters, and the like.
  • the seven second dielectric window recesses 53a to 53g are arranged at intervals so as to have rotational symmetry about the radial center 56 of the dielectric window 41.
  • the centers 57a, 57b, 57c, 57d, 57e, 57f, and 57g of the seven round hole-shaped second dielectric window recesses 53a to 53f are respectively viewed from the thickness direction of the dielectric window 41.
  • the dielectric window 41 lies on a circle 58 centered on the radial center 56. That is, when the dielectric window 41 is rotated 51.42 degrees, which is 360 degrees / 7 around the radial center 56, it is configured to have the same shape as before rotation.
  • the circle 58 is indicated by a one-dot chain line in FIG. Incidentally, in this embodiment, PCD of a circle 58 shown by the length L 1 in FIG.
  • the diameter of the second dielectric window recesses 53a to 53g is about ⁇ 30 mm.
  • recess of the second dielectric window recess 53a i.e., the thickness direction of the distance between the lower surface 46 and a plane 55 shown by the length L 3 in FIG. 3 is defined arbitrarily, in this embodiment , About 32 mm.
  • the diameter of the dielectric window 41 is about 458 mm.
  • the second dielectric window recesses 53a to 53g can concentrate the electric field of the microwave and can perform strong mode fixing in the radially inner region of the dielectric window 41. Then, even if the process conditions are changed variously, it is possible to secure a strong mode-fixed region in the radially inner region. Since the seven second dielectric window recesses 53a to 53g have rotational symmetry, it is possible to ensure strong mode-fixing high axial symmetry in the radially inner region of the dielectric window 41, and to generate plasma Also has high axial symmetry.
  • the dielectric window 41 having such a configuration has a wide process margin and the generated plasma has high axial symmetry.
  • the width of the process margin can be dealt with by changing the size and position of the second dielectric window recess according to the required width of the process margin.
  • the uniformity of the radial processing is described as the phenomenon that the center side in the radial direction of the substrate to be processed is a center-first phenomenon in which the etching process is faster than the outer side in the radial direction, so-called end side, and vice versa.
  • edge first a phenomenon called edge first that the etching process is slower on the center side in the radial direction than on the outside in the radial direction, this can be dealt with by changing the size and position of the second dielectric window recess.
  • the process conditions can be adjusted to reduce the phenomenon of center first or edge first, and the influence can be reduced. That is, the wide process margin and the uniformity of processing in the circumferential direction required as the configuration of the plasma processing apparatus according to one embodiment of the present invention described above are ensured, the process conditions are adjusted, and the processing uniformity in the radial direction is adjusted. Can be improved. This point will be described later.
  • the dielectric window 41 is provided with a dielectric window scale 60 on the upper surface 59 of the dielectric window 41 as a position adjusting mechanism for adjusting the circumferential position of the dielectric window 41.
  • the dielectric window scales 60 are written at equal intervals in the circumferential direction.
  • the dielectric window scale 60 is provided in a region that is not covered by the slot antenna plate 31 when the slot antenna plate 31 is disposed on the dielectric window 41. Specifically, it is provided in the outer diameter side region of the first dielectric window recess 47. Providing such a dielectric window scale 60 makes it easy to position the dielectric window 41 in the circumferential direction. From the viewpoint of easy understanding, a part of the dielectric window scale 60 is not shown in FIG.
  • FIG. 7 is a view showing a state in which the slot antenna plate 31 and the dielectric window 41 are attached.
  • FIG. 7 corresponds to a state in which the slot antenna plate 31 is placed on the upper side of the dielectric window 41.
  • the dielectric position is determined by the circumferential positions of second dielectric window recesses 53a to 53g provided in dielectric window 41 and the slot 32 of slot antenna plate 31 provided in slot antenna plate 31.
  • the intensity distribution in the circumferential direction of the electric field in the body window 41 changes, and the intensity of the generated plasma changes accordingly.
  • the electric field depends on whether or not the region in which the second dielectric window recesses 53a to 53g are provided overlaps the region in which the slot 32 is provided in the thickness direction.
  • the intensity distribution in the circumferential direction changes greatly.
  • the second dielectric window recesses 53a to 53g when viewed from the thickness direction, have a width 65a and a width of the first slot 33 in the slot antenna plate 31 in the longitudinal direction. It is preferable that the second slot 34 is provided so as to be located in a region 65c overlapping with a region 65b having a width in the longitudinal direction.
  • the second dielectric window recesses 53a to 53g are located in the region 65c, in addition to a state where the second dielectric window recesses 53a to 53g are completely covered in the region 65c, and a part of the region 65c. This includes a state in which a part of the second dielectric window recesses 53a to 53g overlaps.
  • the microwave can be sufficiently supplied to the inside of the second dielectric window recesses 53a to 53g.
  • the seven slot pairs 40 arranged in the inner peripheral slot pair group 35 are respectively provided at positions corresponding to the positions where the second dielectric window recesses 53a to 53g are provided. Therefore, microwaves can be efficiently supplied to the inside of the second dielectric window recesses 53a to 53g.
  • the regions 65a, 65b, and 65c are indicated by different hatchings.
  • the dielectric window 41 When the dielectric window 41 is attached to the plasma processing apparatus 11, the positional relationship in the circumferential direction between the second dielectric window recesses 53 a to 53 g provided in the dielectric window 41 and the slot 32 provided in the slot antenna plate 31. And the dielectric window 41 is attached to the plasma processing apparatus 11.
  • a dielectric window scale 60 for adjusting the circumferential position of the dielectric window 41 and a reference hole 39 as a mark serving as a reference for the circumferential position provided in the slot antenna plate 31 are used.
  • a virtual line 62 indicated by a one-dot chain line connecting the center 61 and the center of the reference hole 39, and the center 61 and the outermost periphery are provided.
  • the dielectric window 41 is rotated with respect to the slot antenna plate 31 so as to obtain the required angle ⁇ to obtain the required angle ⁇ .
  • the circumferential position can be adjusted more easily. That is, the second dielectric window recesses 53a to 53g provided in the dielectric window 41 cannot be seen from the upper side, that is, the slot antenna plate 31, and the periphery of the dielectric window 41 is seen from the upper side. Although positioning in the direction is difficult, according to such a configuration, the circumferential position of the dielectric window 41 with respect to the slot antenna plate 31 can be more easily achieved using the dielectric window scale 60 and the reference hole 39. Can be adjusted.
  • the position adjustment mechanism that adjusts the circumferential position of the dielectric window 41 includes a rotation mechanism that allows the dielectric window 41 to rotate in the circumferential direction, and includes the position of the reference hole 39 and the dielectric window scale.
  • the scale of 60 may be detected by a sensor, and the dielectric window 41 may be rotated so that the angle ⁇ input to the control unit becomes the angle ⁇ .
  • the plasma processing apparatus is provided with the slot antenna plate having the shape shown in FIG. 2.
  • the present invention is not limited to this.
  • the number of slots and the arrangement state thereof are changed. There may be.
  • the arrangement and number of slots in the inner slot pair group are the same, but the slots in the outer slot pair group are changed from 28 pairs to 26 pairs as in the slot antenna plate 66 shown in FIG. It can also be applied to those arranged in a uniform arrangement.
  • 8 is a view of the slot antenna plate 66 in which the number of slots is reduced as compared with the slot antenna plate shown in FIG.
  • the opening width of the slot 67 i.e., of the slots 67, the length W 3 between the other side of the wall portion 68b extending wall portion 68a and the longitudinal direction of one side extending in the longitudinal direction, It is comprised so that it may be set to about 6 mm.
  • the length W 3 being approximately half the length W 1 in the case of a slot 33 provided in the slot antenna plate shown in FIG.
  • the slot 67 shown by the length W 4 in FIG longitudinal length i.e., the longitudinal direction of the other side of the end portion 68d of the end portion 68c and the slot 67 on one side of the longitudinal slot 67 the length W 4 between is configured to be approximately 50 mm.
  • the length W 4 is the same as the length W 2 in the case of a slot 33 provided in the slot antenna plate shown in FIG.
  • the ratio of the length in the short direction to the length in the short direction W 3 / W 4 is 6/50, which is about 1/8.
  • Other configurations of the slots are the same as those of the slot antenna plate 31 shown in FIG.
  • the opening shape of the slot becomes wider, the power of the introduced microwave decreases, but it becomes more resistant to circumferential displacement. That is, if the slot opening width becomes narrower, microwaves can be radiated more strongly, but the position of the slot in the mounting of the slot antenna plate is shifted in the circumferential direction, and the microwave propagation is disturbed. The radiation may be extremely weak. On the other hand, if the slot opening width is widened, the microwave radiation is weakened as a whole. However, in response to the displacement of the slot position in the circumferential direction in mounting the slot antenna plate and the disturbance of the microwave propagation, It is possible to radiate microwaves without becoming weak.
  • FIG. 9 is a photograph showing a state in which plasma is generated in the first plasma processing apparatus.
  • FIG. 10 is a photograph showing a state in which plasma is generated in the plasma processing apparatus 11 having the above-described configuration.
  • 9 and 10 are images of the dielectric window taken from the thickness direction.
  • the first plasma processing apparatus includes a slot antenna plate shown in FIG. 2 and a dielectric window provided with only the first dielectric window recess.
  • the pressure in the processing vessel is 100 (mTorr)
  • the microwave power is 1000 (W)
  • the supplied gas is argon (Ar) gas and oxygen (O 2 ) gas
  • Ar / O 2 The flow rate is 300/500 (sccm).
  • the first plasma processing apparatus in the radially outer region, it is possible to confirm strong light emission of plasma formed at substantially equal intervals in the circumferential direction. However, no strong plasma emission can be confirmed in the radially inner region.
  • the plasma processing apparatus according to one embodiment of the present invention it is possible to confirm strong light emission of plasma formed at substantially equal intervals in the circumferential direction in the radially outer region. Furthermore, in the radially inner region, it is possible to confirm the strong light emission of seven plasmas in the region corresponding to the second dielectric window recess.
  • FIG. 11 is a graph showing the relationship between the electron density of the generated plasma and the distance from the center of the substrate W to be processed.
  • the vertical axis represents the electron density (cm ⁇ 3 ) of plasma
  • the horizontal axis represents the distance (mm) from the center O of the substrate W to be processed.
  • PAP Pulsma Absorption Probe
  • the measurement was performed in the range of about ⁇ 240 mm to +100 mm.
  • gas supply gas supply from the center gas supply unit is not performed, and gas supply is performed only from the outer gas supply unit.
  • the open diamonds are the plasma processing apparatus shown in FIG. 1, and the processing vessel internal pressure is 50 (mTorr), the microwave power is 1500 (W), and the flow rate of Ar / O 2 is 500/300 (sccm).
  • the white square is the plasma processing apparatus shown in FIG. 1, and the processing vessel internal pressure is 50 (mTorr), the microwave power is 2000 (W), and the flow rate of Ar / O 2 is 200/600 (sccm).
  • the black triangle is the first plasma processing apparatus that emits plasma as shown in FIG. 9, and the processing vessel pressure 50 (mTorr), the microwave power 1500 (W), and the flow rate of Ar / O 2
  • the black circle is the first plasma processing apparatus that emits plasma as shown in FIG. 9, and the pressure inside the processing vessel is 50 (mTorr). Black wave power 2000 (W), shows a case where the flow rate of Ar / O 2 and 200/600 (sccm).
  • the peak of the electron density is around ⁇ 150 to ⁇ 130 mm, and the shape of the graph is concave toward the center of the substrate to be processed, that is, toward the distance of 0 mm.
  • a decrease in electron density is observed near the central region of the substrate to be processed.
  • the plasma processing apparatus shown in FIG. 1 there is no decrease in the electron density in the vicinity of the center as in the first plasma processing apparatus, and the electron density is almost equal in the central region from ⁇ 100 mm. I can grasp.
  • FIGS. 12 and 13 are views showing the processing state of the substrate to be processed when the etching process is performed by another plasma processing apparatus.
  • FIG. 12 uses the first plasma processing apparatus described above, specifically, the slot antenna plate shown in FIG. 2 and the dielectric window provided with only the first dielectric window recess. This is the case of a plasma processing apparatus.
  • FIG. 13 shows the second plasma processing apparatus, specifically, the slot antenna plate shown in FIG. 8 and the dielectric window provided with only the first dielectric window recess. This is the case of a plasma processing apparatus.
  • FIG. 14 is a diagram showing a processing state of the substrate to be processed when the etching process is performed by the plasma processing apparatus shown in FIG.
  • the degree of density of the image indicates the degree of processing. That is, the region having the same image density is the region having the same etching depth.
  • FIG. 15 is a graph showing the relationship between the etching depth and the distance from the center of the substrate to be processed when etching is performed by the first plasma processing apparatus.
  • FIG. 16 is a graph showing the relationship between the etching depth and the distance from the center of the substrate to be processed when etching is performed with the second plasma processing apparatus.
  • FIG. 17 is a graph showing the relationship between the etching depth and the distance from the center of the substrate to be processed when etching is performed by the plasma processing apparatus shown in FIG. 15 to 17, the vertical axis represents the etching depth ( ⁇ ), and the horizontal axis represents the distance (mm) from the center of the substrate to be processed.
  • ⁇ the etching depth
  • mm distance
  • black circles are measured at the position of the X axis passing through the center of the substrate to be processed and extending in the left-right direction of the substrate to be processed shown in FIGS. 12 to 14, and the black triangle is
  • the Y axis is an axis extending in the vertical direction of the substrate to be processed shown in FIGS. 12 to 14.
  • the negative distance is lower than the center of the substrate to be processed shown in FIGS. It becomes the area of.
  • the negative distance is a region on the left side from the center of the substrate to be processed shown in FIGS. Further, as process conditions, the processing vessel internal pressure is 20 (mTorr), the microwave power is 2000 (W), the RF bias is 80 (W), and the flow rate of Ar / CHF 3 / O 2 is 450/50/2 (sccm). Yes.
  • the etching depth unevenness that is, the difference in the degree of processing in the surface is large. Particularly in the circumferential direction, the variation in the etching depth distribution is large.
  • the unevenness of the etching depth is small, and the variation in the distribution of the etching depth in the circumferential direction is small. It has become.
  • FIG. 18 shows a case of the same device configuration as shown in FIG. 13
  • FIG. 19 shows a case of the same device configuration as shown in FIG. 14
  • FIG. 20 shows the same case as shown in FIG.
  • FIG. 21 shows a case of an apparatus configuration similar to that shown in FIG. 18 to 21, it can be understood that the tendency is the same as that shown in FIGS.
  • FIG. 22 is a graph showing the relationship between the bias factor and the process conditions.
  • the vertical axis represents the bias factor (%) value
  • the horizontal axis represents the process conditions.
  • the leftmost is the case of the second plasma processing apparatus including the slot antenna shown in FIG. 8 and the dielectric window provided with only the first dielectric window recess
  • the middle is 1 is a case of a first plasma processing apparatus including a slot antenna shown in FIG. 2 and a dielectric window provided with only a first dielectric window recess
  • the rightmost side relates to one embodiment of the present invention shown in FIG. This is the case of a plasma processing apparatus.
  • the bias factor is calculated for each position where the diameter is increased by 25 mm from the center of the substrate to be processed to a point of 150 mm in the direction of the edge of the substrate to be processed, and at the position of about 152 mm which is the outermost periphery. It is a value obtained by integrating the circumferential uniformity (%).
  • An example of a specific calculation method is a graph in the middle of the second process condition, that is, a first antenna including a slot antenna shown in FIG. 2 and a dielectric window provided with only a first dielectric window recess.
  • the uniformity in the circumferential direction at the position of 25 mm is about 2%, the uniformity in the circumferential direction at the position of 50 mm is about 6%, and the uniformity in the circumferential direction at the position of 75 mm is about 8%, 100 mm.
  • the uniformity is about 13%, and the bias factor is about 64.5%, which is the sum of each.
  • the bias factor the smaller the value itself, the smaller the difference in the degree of processing at the circumferential position. Therefore, the value is preferably small. Further, in order to ensure a wide process margin, it is preferable that the difference between the values is small between the process conditions. That is, even if the bias factor value is small in one process condition, it is not preferable that the bias factor value is large in another process condition. In other words, from the viewpoint of improving the robustness of the plasma processing apparatus while considering the processing uniformity in the circumferential direction, that is, from the viewpoint of reducing the influence on the processing uniformity even if the process conditions are changed, It is sufficient that the bias factor value itself is small and the difference between the bias factor values in each process condition is small.
  • the process conditions indicated by the horizontal axis in FIG. 22 were performed in six patterns from the first process condition to the sixth process condition.
  • the contents of each process condition are shown in Table 1.
  • the first and second process conditions show an example of an organic film etching process
  • the third to sixth process conditions show an example of an oxide film etching process.
  • the value of the bias factor is small under any process condition, and is about 17 at the maximum in the sixth process condition. It is.
  • the values of the third process condition and the sixth process condition are large, each about 60.
  • the values of the second process condition and the third process condition are large, each about 55. That is, the plasma processing apparatus according to the embodiment of the present invention is excellent also from the viewpoint of improving the robustness of the plasma processing apparatus.
  • the pressure is relatively high at 150 mTorr, and in each case there is little difference in bias factor.
  • the pressure is relatively low, 20-40 mTorr. Under such a low pressure condition, the plasma tends to be slightly biased.
  • a relatively wide slot is provided in addition to the structure of the dielectric window. Therefore, it is considered that the uniformity of the microwave radiation in the circumferential direction is made higher and the robustness is improved.
  • FIG. 23 is a sectional view showing a dielectric window according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 24 is a sectional view showing a dielectric window according to still another embodiment of the present invention.
  • the cross section shown in FIGS. 23 and 24 corresponds to the cross section shown in FIG.
  • a dielectric window 71 according to another embodiment of the present invention is provided with a first dielectric window recess 72 and a plate having a tapered shape that are continuous in an annular shape, similarly to dielectric window 41 shown in FIG.
  • a second dielectric window recess 73 having a shape recessed straight in the thickness direction is provided.
  • the PCD described above is the same for the second dielectric window recess 73, but the second of the dielectric window 41 shown in FIG. Their size is smaller than that of the dielectric window recesses 53a to 53g. In this embodiment, it corresponds to the length L 2 in FIG.
  • a dielectric window 76 according to still another embodiment of the present invention has a tapered first dielectric window concave portion that is continuous in an annular shape, like dielectric window 41 shown in FIG. 77 and a second dielectric window recess 78 having a shape that is recessed straight in the thickness direction.
  • the second dielectric window recess 78 has the same size in comparison with the structure of the dielectric window 41 shown in FIG. 3, but the second dielectric window recess 78 of the dielectric window 41 shown in FIG.
  • the dielectric window recesses 53a to 53g are provided on the inner diameter side. In this embodiment, it corresponds to the length L 1 in FIG. 4, for the PCD shown by the length L 5 in FIG. 24, is set to 140 mm.
  • Table 2 shows the flow rate of gas in the dielectric window shown in FIG. 3, the dielectric window shown in FIG. 23, the dielectric window shown in FIG. 24, and the dielectric window provided with only the first dielectric window recess. It is a table
  • the slot antenna plate 31 is the same as that shown in FIG.
  • a circle mark indicates a state where the plasma is stable
  • a triangle mark indicates a hunting state, that is, a state where the matching is not achieved in the microwave matching unit, and a state where the plasma is not stable.
  • the microwave reflection value exceeds the interlock value provided in the plasma processing apparatus, and the process is stopped.
  • “MW” indicates microwaves, which are evaluated at 2000 W, 2500 W, and 3000 W, respectively.
  • the uppermost row in Table 2 indicates the flow rate (sccm) of each gas of Ar / HBr.
  • the evaluation in Table 2 is based on the plasma processing apparatus having the dielectric window shown in FIG. 3 from the top, the plasma processing apparatus having the dielectric window shown in FIG. 24, the plasma processing apparatus having the dielectric window shown in FIG.
  • the plasma processing apparatus is shown in the order of the dielectric window provided with only the dielectric window recess.
  • the left side in each process condition is the stability of the plasma on the side where the microwave is generated, that is, near the position where the so-called dielectric window is provided, and the right side is the RF bias side, so-called holding. This is the stability of the plasma in the region close to the position where the table is provided.
  • FIGS. 25 and 26 are graphs showing the relationship between the etching depth and the distance from the center of the substrate to be processed when etching is performed by the plasma processing apparatus having the dielectric window shown in FIGS. 3 and 23.
  • the process condition is the fifth process condition shown in Table 1 above
  • the process condition is the sixth process condition shown in Table 1 above.
  • the white diamond is the value in the Y-axis direction when the dielectric window shown in FIG. 23 is used
  • the white square is the X-axis direction when the dielectric window shown in FIG. 23 is used.
  • the black triangle indicates the value in the Y-axis direction when the dielectric window shown in FIG. 3 is used
  • the black circle indicates the value in the X-axis direction when the dielectric window shown in FIG. 3 is used.
  • the shape of the graph when the dielectric window shown in FIG. 23 is used is flatter in the horizontal direction than the shape of the graph when the dielectric window shown in FIG. 3 is used. It has a shape. That is, in order to suppress the tendency of center first, it is preferable to use a dielectric window shown in FIG. That is, from the viewpoint of improving the uniformity of the radial processing described above, the use of the dielectric window shown in FIG. 23 improves the center-first tendency in processing at least in the fifth and sixth process conditions described above. The impact of becoming a center first can be reduced. As described above, if the gas supply unit includes the center gas supply unit and the outer gas supply unit, the gas flow rate ratio is adjusted to finely adjust the processing uniformity in the radial direction, that is, Here, the center-first trend can be further improved.
  • the present invention is not limited to this, and the required process margin width and slot antenna to be used, such as six or eight.
  • the number, size, and radial position are arbitrarily determined according to the configuration of the plate. Furthermore, it is good also as providing in multiple radial directions. That is, the configuration may be such that the center of the second dielectric window recess is disposed on two concentric circles whose radial centers coincide.
  • the shape of the second dielectric window recess is a round hole.
  • the shape is not limited to this, and may be, for example, a long hole or an ellipse that is long in the circumferential direction or the radial direction. .
  • it may be a polygonal shape such as a quadrangular shape or a triangular shape.
  • the second dielectric window recess is provided so as to be recessed straight, the present invention is not limited thereto, and for example, the second dielectric window recess may be configured to include a surface extending so as to form a tapered surface. However, a curved surface may be included.
  • the etching process has been described.
  • the present invention can be applied to the case where CVD process, plasma oxidation, plasma nitridation, and plasma doping are performed.
  • RLSA is adopted.
  • the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to various microwave plasma processing apparatuses using a microwave as a plasma source.
  • the dielectric window for a plasma processing apparatus and the plasma processing apparatus according to the present invention have a wide process margin and are effectively used when processing uniformity at low pressure is required.
  • the method for attaching a dielectric window for a plasma processing apparatus according to the present invention is effectively used when easy and reliable attachment of the dielectric window as described above is required.
  • 11 plasma processing apparatus 12 processing vessel, 13 gas supply unit, 14 holding base, 15 microwave generator, 16 waveguide, 17 coaxial waveguide, 18 dielectric plate, 19a bottom, 19b side wall, 19c annular member, 19d end face, 19e O-ring receiving recess, 20 exhaust hole, 21 O-ring, 22a center conductor, 22b outer conductor, 23, 25 gas supply port, 24 center gas supply unit, 26 outer gas supply unit, 27 hollow member, 28 Support member, 29 tuner, 30 mode converter, 30a, 30b, 68a, 68b wall, 30c, 30d, 68c, 68d end, 31, 66 slot antenna plate, 32, 33, 34, 67 slot, 35 inner circumference Side slot pair group, 36 outer peripheral side slot pair group, 37, 42 through hole, 3 , 44, 56, 57a, 57b, 57c, 57d, 57e, 57f, 57g, 61 center, 39 reference hole, 40 slot pair, 41, 71, 76 dielectric window, 43 receiving recess

Landscapes

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Abstract

　プラズマ処理装置用誘電体窓４１のうち、プラズマを生成する側の面の径方向外側領域には、環状に連なり、誘電体窓４１の板厚方向内方側に向かってテーパ状に凹む第一の誘電体窓凹部４７が設けられている。第一の誘電体窓凹部４７の径方向内側領域には、プラズマを生成する側の面から誘電体窓４１の板厚方向内方側に向かって凹む複数の第二の誘電体窓凹部５３ａ～５３ｇが設けられている。複数の第二の誘電体窓凹部５３ａ～５３ｇは、誘電体窓４１の径方向の中心５６を中心として回転対称性を有するように、それぞれ周方向に間隔を空けて配置されている。

Description

プラズマ処理装置用誘電体窓、プラズマ処理装置、およびプラズマ処理装置用誘電体窓の取り付け方法
　この発明は、プラズマ処理装置用誘電体窓（以下、単に「誘電体窓」ということもある）、プラズマ処理装置、およびプラズマ処理装置用誘電体窓の取り付け方法に関するものであり、特に、略円板状であって、マイクロ波を伝播するプラズマ処理装置用誘電体窓、およびこのようなプラズマ処理装置用誘電体窓を備えるプラズマ処理装置、およびこのようなプラズマ処理装置用誘電体窓の取り付け方法に関するものである。
　ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｃｉｒｃｕｉｔ）やＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタ等の半導体素子は、被処理基板となる半導体基板（ウェハ）に対して、エッチングやＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタリング等の処理を施して製造される。エッチングやＣＶＤ、スパッタリング等の処理については、そのエネルギー供給源としてプラズマを用いた処理方法、すなわち、プラズマエッチングやプラズマＣＶＤ、プラズマスパッタリング等がある。
　ここで、プラズマ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、ＷＯ２００９／１０１９２７Ａ１（特許文献１）に開示されている。特許文献１によると、マイクロ波プラズマ処理装置には、マイクロ波を伝播する天板（誘電体窓）が設けられている。そして、円周方向の伝播の不均一性を改善するために、マイクロ波をその側面で共鳴吸収し、かつマイクロ波がその内部で単一のモードで伝播する凹部を、天板（誘電体窓）のプラズマ発生側の面に設けることとしている。
ＷＯ２００９／１０１９２７Ａ１
　プラズマ処理装置においては、処理内容や被処理基板に要求される特性等に応じ、種々のプロセス条件においてプラズマ処理が施される。ここで、プラズマ処理装置においては、広いプロセスマージンおよび生成するプラズマの高い軸対称性が要求される。プロセスマージンとは、プラズマ処理装置の処理容器内の圧力、マイクロ波のパワー、ガスの種類や複数種類のガスを用いた場合のそれぞれの分圧や流量比等、プラズマ処理装置のプロセス条件が変更された場合でも、安定してプラズマを生成し、プラズマ処理を行うことができることをいい、このようなプロセスマージンができるだけ広いことが望まれる。また、プラズマ処理においては、被処理基板の面内における処理の度合いを均一にすることが好ましい。具体的には、例えば、周方向における被処理基板の処理のムラをできるだけなくすことが望ましい。このような被処理基板の処理の均一性を確保するためには、生成するプラズマについて、高い軸対称性を備えることが要求される。すなわち、生成されるプラズマにおいて、誘電体窓の中心やスロットアンテナ板の中心を軸とした対称性が良好であることが望まれる。
　しかし、上記した特許文献１に示すプラズマ処理装置の構成や、従来における平らな誘電体窓を備えるプラズマ処理装置の構成では、広いプロセスマージン、かつ、プラズマの均一性の双方の要求を具備することはできなかった。このような状況下において、例えば、スロットの数の異なる複数のスロットアンテナ板を準備し、これらをプロセス条件の変更に合わせて交換することにより、対応することができる。しかし、プロセス条件を変更する毎に、スロットアンテナ板の交換等の作業が生じると、作業が煩雑になってしまい、好ましくない。また、複数の形状の異なるスロットアンテナ板を準備する必要もあり、コスト面からも不利である。
　この発明の目的は、広いプロセスマージンを有すると共に、生成するプラズマが高い軸対称性を有するプラズマ処理装置用誘電体窓を提供することである。
　この発明の他の目的は、広いプロセスマージンを有すると共に、処理の均一性を向上させ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。　この発明のさらに他の目的は、広いプロセスマージンを有すると共に、生成するプラズマが高い軸対称性を有するプラズマ処理装置用誘電体窓をプラズマ処理装置に取り付けるに際に、容易に取り付けることが可能なプラズマ処理装置用誘電体窓の取り付け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用誘電体窓は、マイクロ波をプラズマ源とするプラズマ処理装置に備えられ、略円板状であり、マイクロ波を伝播する。プラズマ処理装置用誘電体窓のうち、プラズマ処理装置に備えられた際にプラズマを生成する側の面の径方向外側領域には、環状に連なり、プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向内方側に向かってテーパ状に凹む第一の誘電体窓凹部が設けられている。第一の誘電体窓凹部の径方向内側領域には、プラズマを生成する側の面からプラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向内方側に向かって凹む複数の第二の誘電体窓凹部が設けられている。複数の第二の誘電体窓凹部は、プラズマ処理装置用誘電体窓の径方向の中心を中心として回転対称性を有するように、それぞれ周方向に間隔を空けて配置されている。
　このように構成することにより、誘電体窓の径方向外側領域において、テーパ状の環状の第一の誘電体窓凹部により、誘電体窓の厚みを連続的に変化させる領域を形成して、プラズマを生成する種々のプロセス条件に適した誘電体窓の厚みを有する共振領域を形成することができる。そうすると、種々のプロセス条件に応じて、径方向外側領域におけるプラズマの高い安定性を確保することができる。また、誘電体窓の径方向内側領域においては、第二の誘電体窓凹部により、強固なモード固定を行なうことができる。そうすると、プロセス条件が種々変更されても、径方向内側領域における強固なモード固定の領域を確保することができる。複数の第二の誘電体窓凹部は、回転対称性を有するため、誘電体窓の径方向内側領域において強固なモード固定の高い軸対称性を確保することができ、生成するプラズマにおいても、高い軸対称性を有する。したがって、このような構成のプラズマ処理装置用誘電体窓は、広いプロセスマージンを有すると共に、生成するプラズマが高い軸対称性を有する。
　好ましくは、第二の誘電体窓凹部は、プラズマを生成する側の面からプラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向内方側に向かって、真直ぐに凹んだ形状である。
　さらに好ましくは、第二の誘電体窓凹部は、プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向から見た場合に、丸穴状である。
　好ましい一実施形態として、丸穴状の複数の第二の誘電体窓凹部の中心はそれぞれ、プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向から見た場合に、プラズマ処理装置用誘電体窓の径方向の中心を中心とした円上にある。
　また、プラズマ処理装置用誘電体窓は、プラズマ処理装置用誘電体窓をプラズマ処理装置に取り付ける際に、プラズマ処理装置用誘電体窓の周方向の位置を調整する位置調整機構を備えるよう構成してもよい。
　好ましくは、位置調整機構は、第一の誘電体窓凹部の径方向外側領域に設けられた誘電体窓目盛りを含む。
　この発明の他の局面において、この発明に係るプラズマ処理装置は、マイクロ波をプラズマ源とするプラズマ処理装置である。また、プラズマ処理装置は、略円板状であり、マイクロ波を伝播するプラズマ処理装置用誘電体窓を備える。ここで、プラズマ処理装置用誘電体窓のうち、プラズマ処理装置に備えられた際にプラズマを生成する側の面の径方向外側領域には、環状に連なり、プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向内方側に向かってテーパ状に凹む第一の誘電体窓凹部が設けられている。また、第一の誘電体窓凹部の径方向内側領域には、プラズマを生成する側の面からプラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向内方側に向かって凹む複数の第二の誘電体窓凹部が設けられている。複数の第二の誘電体窓凹部は、プラズマ処理装置用誘電体窓の径方向の中心を中心として回転対称性を有するように、それぞれ周方向に間隔を空けて配置されている。
　このようなプラズマ処理装置によると、広いプロセスマージンを有すると共に、処理の均一性を向上させることができる。
　好ましくは、略円板状であって、板厚方向に貫通する複数のスロットが設けられており、プラズマ処理装置用誘電体窓の上方側に配置され、マイクロ波をプラズマ処理装置用誘電体窓に向かって放射するスロットアンテナ板を備える。
　スロットアンテナ板は、スロットアンテナ板の中心部側に位置し、一方方向に延びる第一のスロットおよび一方方向に対して垂直な方向に延びる第二のスロットから構成されるスロット対を複数有し、第一のスロット孔は、少なくとも一部が第二の誘電体窓凹部と重なるように設けられていてもよい。
　なお、スロットアンテナ板は、一方方向に延びる第一のスロットおよび一方方向に対して垂直な方向に延びる第二のスロットから構成されるスロット対を複数有し、第二の誘電体窓凹部は、板厚方向から見た場合に、スロットアンテナ板における第一のスロットの長手方向の幅の領域と第二のスロットの長手方向の幅の領域とが重なる領域に位置するように設けられることが好ましい。
　また、スロットアンテナ板は、一方方向に延びる第一のスロットおよび一方方向に対して垂直な方向に延びる第二のスロットから構成されるスロット対を複数有し、複数の第二の誘電体窓凹部が設けられた位置に対応する位置に、複数のスロット対がそれぞれ設けられることが好ましい。
　さらに好ましくは、プラズマ処理装置用誘電体窓をプラズマ処理装置に取り付けた際に、プラズマ処理装置用誘電体窓の周方向の位置を調整する位置調整機構を備え、位置調整機構は、プラズマ処理装置用誘電体窓とスロットアンテナ板との周方向の相対的な位置を調整する。
　なお、スロットの長手方向の長さに対する短手方向の長さの比は、１／４以上１未満であることが好ましい。
　この発明のさらに他の局面において、この発明に係るプラズマ処理装置用誘電体窓の取り付け方法は、マイクロ波をプラズマ源とするプラズマ処理装置に備えられ、略円板状であり、マイクロ波を伝播するプラズマ処理装置用誘電体窓の取り付け方法である。プラズマ処理装置用誘電体窓は、プラズマ処理装置用誘電体窓のうち、プラズマ処理装置に備えられた際にプラズマを生成する側の面の径方向外側領域には、環状に連なり、プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向内方側に向かってテーパ状に凹む第一の誘電体窓凹部が設けられており、第一の誘電体窓凹部の径方向内側領域には、プラズマを生成する側の面からプラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向内方側に向かって凹む複数の第二の誘電体窓凹部が設けられており、複数の第二の誘電体窓凹部は、プラズマ処理装置用誘電体窓の径方向の中心を中心として回転対称性を有するように、それぞれ周方向に間隔を空けて配置されている。プラズマ処理装置は、略円板状であって、板厚方向に貫通する複数のスロットが設けられており、プラズマ処理装置用誘電体窓の上方側に配置され、マイクロ波をプラズマ処理装置用誘電体窓に向かって放射するスロットアンテナ板を備える。ここで、プラズマ処理装置用誘電体窓をプラズマ処理装置に取り付けるに際し、プラズマ処理装置用誘電体窓に設けられた第二の誘電体窓凹部と、スロットアンテナ板に設けられたスロットとの周方向の位置関係を調整して、プラズマ処理装置用誘電体窓をプラズマ処理装置に取り付ける。
　このようなプラズマ処理装置用誘電体窓の取り付け方法によれば、より容易に周方向の位置決めを行なって、プラズマ処理装置用誘電体窓を取り付けることができる。
　好ましくは、プラズマ処理装置用誘電体窓には、周方向の位置を調整するための誘電体窓目盛りが設けられており、スロットアンテナ板には、周方向の位置の基準となる目印が設けられており、誘電体窓目盛りおよび目印を用いて、プラズマ処理装置用誘電体窓とスロットアンテナ板との周方向の位置関係を調整する。
　このようなプラズマ処理装置用誘電体窓によると、誘電体窓の径方向外側領域において、テーパ状の環状の第一の誘電体窓凹部により、誘電体窓の厚みを連続的に変化させる領域を形成して、プラズマを生成する種々のプロセス条件に適した誘電体窓の厚みを有する共振領域を形成することができる。そうすると、種々のプロセス条件に応じて、径方向外側領域におけるプラズマの高い安定性を確保することができる。また、誘電体窓の径方向内側領域においては、第二の誘電体窓凹部により、強固なモード固定を行なうことができる。そうすると、プロセス条件が種々変更されても、径方向内側領域における強固なモード固定の領域を確保することができる。複数の第二の誘電体窓凹部は、回転対称性を有するため、誘電体窓の径方向内側領域において強固なモード固定の高い軸対称性を確保することができ、生成するプラズマにおいても、高い軸対称性を有する。したがって、このような構成のプラズマ処理装置用誘電体窓は、広いプロセスマージンを有すると共に、生成するプラズマが高い軸対称性を有する。
　また、このようなプラズマ処理装置によると、広いプロセスマージンを有すると共に、処理の均一性を向上させることができる。
　また、このようなプラズマ処理装置用誘電体窓の取り付け方法によると、より容易に周方向の位置決めを行なって、プラズマ処理装置用誘電体窓を取り付けることができる。
この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を概略的に示す概略断面図である。 この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置に備えられるスロットアンテナ板を板厚方向から見た図である。 図１に示すプラズマ処理装置に備えられる誘電体窓の断面図である。 図３に示す誘電体窓を、図３中の矢印ＩＶの方向から見た図である。 図３に示す誘電体窓を、図３中の矢印ＩＶの方向と逆の方向から見た図である。 図３に示す誘電体窓を、横側から見た側面図である。 スロットアンテナ板と誘電体窓との取り付け状態を示す図である。 図２に示すスロットアンテナ板よりもスロットの数を減少させたスロットアンテナ板を板厚方向から見た図である。 第一のプラズマ処理装置において、プラズマを生成した状態を示す写真である。 図１に示すプラズマ処理装置において、プラズマを生成した状態を示す写真である。 生成されたプラズマの電子密度と被処理基板Ｗの中心からの距離との関係を示すグラフである。 マイクロ波パワー２０００（Ｗ）等の条件下において、第一のプラズマ処理装置でエッチング処理を行った際の被処理基板の処理状態を示す図である。 マイクロ波パワー２０００（Ｗ）等の条件下において、第二のプラズマ処理装置でエッチング処理を行った際の被処理基板の処理状態を示す図である。 マイクロ波パワー２０００（Ｗ）等の条件下において、図１に示すプラズマ処理装置でエッチング処理を行った際の被処理基板の処理状態を示す図である。 マイクロ波パワー２０００（Ｗ）等の条件下において、第一のプラズマ処理装置でエッチング処理を行った際のエッチング深さと被処理基板の中心からの距離との関係を示すグラフである。 マイクロ波パワー２０００（Ｗ）等の条件下において、第二のプラズマ処理装置でエッチング処理を行った際のエッチング深さと被処理基板の中心からの距離との関係を示すグラフである。 マイクロ波パワー２０００（Ｗ）等の条件下において、図１に示すプラズマ処理装置でエッチング処理を行った際のエッチング深さと被処理基板の中心からの距離との関係を示すグラフである。 マイクロ波パワー３０００（Ｗ）等の条件下において、第二のプラズマ処理装置でエッチング処理を行った際の被処理基板の処理状態を示す図である。 マイクロ波パワー３０００（Ｗ）等の条件下において、図１に示すプラズマ処理装置でエッチング処理を行った際の被処理基板の処理状態を示す図である。 マイクロ波パワー３０００（Ｗ）等の条件下において、第二のプラズマ処理装置でエッチング処理を行った際のエッチング深さと被処理基板の中心からの距離との関係を示すグラフである。 マイクロ波パワー３０００（Ｗ）等の条件下において、図１に示すプラズマ処理装置でエッチング処理を行った際のエッチング深さと被処理基板の中心からの距離との関係を示すグラフである。 偏りファクターとプロセス条件との関係を示すグラフである。 この発明の他の実施形態に係る誘電体窓を示す断面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る誘電体窓を示す断面図である。 第５のプロセス条件で、図３および図２３に示す誘電体窓を備えるプラズマ処理装置でエッチング処理を行った際のエッチング深さと被処理基板の中心からの距離との関係を示すグラフである。 第６のプロセス条件で、図３および図２３に示す誘電体窓を備えるプラズマ処理装置でエッチング処理を行った際のエッチング深さと被処理基板の中心からの距離との関係を示すグラフである。
　以下、この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。まず、この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成について説明する。図１は、この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を概略的に示す概略断面図である。図２は、図１に示すプラズマ処理装置に備えられるスロットアンテナ板を、板厚方向から見た図である。
　図１および図２を参照して、この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置１１は、マイクロ波をプラズマ源とするマイクロ波プラズマ処理装置である。プラズマ処理装置１１は、その内部で被処理基板Ｗにプラズマ処理を行う処理空間を有する処理容器１２と、処理容器１２内にプラズマ処理用のガス等を供給するガス供給部１３と、処理容器１２内に設けられ、その上に被処理基板Ｗを保持する保持台１４と、処理容器１２の外部に設けられ、プラズマ励起用のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生器１５と、マイクロ波発生器１５により発生させたマイクロ波を処理容器１２内に導入する導波管１６および同軸導波管１７と、同軸導波管１７の下方端部に連結されており、同軸導波管１７によって導入されたマイクロ波を径方向に伝播する誘電体板１８と、誘電体板１８の下方側に配置されており、誘電体板１８によって伝播されたマイクロ波を放射するスロット３２を複数有するスロットアンテナ板３１と、スロットアンテナ板３１の下方側に配置されており、スロット３２から放射されたマイクロ波を径方向に伝播すると共に処理容器１２内に透過させる誘電体窓４１と、プラズマ処理装置１１全体を制御する制御部（図示せず）とを備える。制御部は、ガス供給部１３におけるガス流量、処理容器１２内の圧力等、被処理基板Ｗをプラズマ処理するためのプロセス条件を制御する。なお、理解の容易の観点から、図１において、スロット３２の開口形状を概略的に示している。
　処理容器１２は、保持台１４の下方側に位置する底部１９ａと、底部１９ａの外周から上方向に延びる側壁１９ｂと、側壁１９ｂの上方側に載置するようにして配置され、その上に誘電体窓４１を載置可能な環状部材１９ｃとを含む。側壁１９ｂは、円筒状である。処理容器１２の底部１９ａの径方向の中央側には、排気用の排気孔２０が設けられている。処理容器１２の上部側は開口しており、処理容器１２の上部側に配置される誘電体窓４１、および誘電体窓４１と処理容器１２、具体的には、処理容器１２を構成する環状部材１９ｃとの間に介在するシール部材としてのＯリング２１によって、処理容器１２は密封可能に構成されている。
　保持台１４には、ＲＦ（ｒａｄｉｏ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）バイアス用の高周波電源がマッチングユニットおよび給電棒（いずれも図示せず）を介して電気的に接続されている。この高周波電源は、被処理基板Ｗに引き込むイオンのエネルギーを制御するのに適した一定の周波数、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波を所定のパワーで出力する。マッチングユニットは、高周波電源側のインピーダンスと、主に電極、プラズマ、処理容器１２といった負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合器を収容しており、この整合器の中にブロッキングコンデンサが含まれている。
　ガス供給部１３は、被処理基板Ｗの中央に向かってガスを供給するガス供給口２３を有するセンターガス供給部２４と、円環状の中空状部材２７から構成されており、径方向内側に向かってガスを供給するガス供給口２５を有するアウターガス供給部２６とを含む。
　センターガス供給部２４のガス供給口２３は、円板状の誘電体窓４１の径方向の中心領域を開口するようにして設けられている。センターガス供給部２４は、同軸導波管１７を構成する中空状の中心導体２２ａの中空部分を、ガスの供給路としている。センターガス供給部２４は、誘電体窓４１に収容され、処理容器１２内にガスを噴出するようにして供給するインジェクター部４５を備える。
　アウターガス供給部２６を構成する中空状部材２７は、処理容器１２内において、側壁１９ｂの内壁面から径方向に真直ぐに延びる複数の支持部材２８により支持されている。中空状部材２７の内径寸法は、被処理基板Ｗの外径寸法よりもやや大きく構成されている。中空状部材２７の中空部分については、その断面略矩形状となるように構成されている。中空状部材２７は、保持台１４の上方側において、被処理基板Ｗの真上領域を避けるようにして配置されている。アウターガス供給部２６のガス供給口２５は、円環状の中空状部材２７のうち、内側の壁面を丸穴状に開口するようにして複数設けられている。複数のガス供給口２５は、所定の間隔を空けて、略等配となるように設けられている。
　センターガス供給部２４およびアウターガス供給部２６はそれぞれ、処理容器１２外から処理容器１２内にプラズマ処理用のガス等を供給する。ガス供給口２３、２５から供給されるガスのそれぞれの流れ方向については、図１中の矢印Ｆ１およびＦ２で図示している。なお、センターガス供給部２４およびアウターガス供給部２６から供給されるガスの流量比やガスの種類については、任意に選択が可能であり、例えば、異なる種類のガスをセンターガス供給部２４およびアウターガス供給部２６のそれぞれから供給することや、センターガス供給部２４からのガスの供給を全く無しにして、アウターガス供給部２６からのみ処理容器１２内にガスを供給するということも、もちろん可能である。なお、ガス供給部１３が、このようなセンターガス供給部２４およびアウターガス供給部２６を備える構成とすることにより、径方向における処理の均一性の微調整を図ることができる。具体的には、例えば、被処理基板Ｗの端部領域の処理が被処理基板Ｗの中央領域の処理に比べて不十分である場合、センターガス供給部２４およびアウターガス供給部２６の流量比において、アウターガス供給部２６から供給されるガスの流量比を多くして、端部領域のプラズマ処理の促進を図り、処理の均一性の微調整を図ることができる。
　チューナー２９を有するマイクロ波発生器１５は、中心導体２２ａおよび外周導体２２ｂから構成される同軸導波管１７およびモード変換器３０を介して、マイクロ波を導入する導波管１６の上流側に接続されている。同軸導波管１７を構成し、いずれも円筒状である中心導体２２ａおよび外周導体２２ｂは、径方向の中心を一致させ、中心導体２２ａの外径面と、外周導体２２ｂの内径面との間隔を開けるようにして、図３中の紙面上下方向に延びるようにして配置される。例えば、マイクロ波発生器１５で発生させたＴＥモードのマイクロ波は、導波管１６を通り、モード変換器３０によりＴＥＭモードへ変換され、同軸導波管１７を伝播する。マイクロ波発生器１５において発生させるマイクロ波の周波数としては、例えば、２．４５ＧＨｚが選択される。
　ここで、上記したスロットアンテナ板３１の具体的な構成について説明する。スロットアンテナ板３１は、薄板状であって、円板状である。スロットアンテナ板３１の板厚方向の両面は、それぞれ平らである。スロットアンテナ板３１には、板厚方向に貫通する複数のスロット３２が複数設けられている。スロット３２は、一方方向に長い第一のスロット３３と、第一のスロット３３と直交する方向に長い第二のスロット３４とが、隣り合って一対となるように形成されている。具体的には、隣り合う２つのスロット３３、３４が一対となって、略ハ字状となるように配置されて構成されている。すなわち、スロットアンテナ板３１は、一方方向に延びる第一のスロット３３および一方方向に対して垂直な方向に延びる第二のスロット３４から構成されるスロット対４０を有する構成である。なお、スロット対４０の一例については、図２中の点線で示す領域で図示している。
　この実施形態においては、第一のスロット３３の開口幅、すなわち、第一のスロット３３のうち、長手方向に延びる一方側の壁部３０ａと長手方向に延びる他方側の壁部３０ｂとの間の長さＷ１は、約１２ｍｍとなるように構成されている。一方、図２中の長さＷ２で示す第一のスロット３３の長手方向の長さ、すなわち、第一のスロット３３の長手方向の一方側の端部３０ｃと第一のスロット３３の長手方向の他方側の端部３０ｄとの間の長さＷ２は、約５０ｍｍとなるように構成されている。第一のスロット３３について、長手方向の長さに対する短手方向の長さの比Ｗ１／Ｗ２は、１２／５０であり、約１／４である。第一のスロット３３の開口形状と第二のスロット３４の開口形状とは、同じである。すなわち、第二のスロット３４は、第一のスロット３３を９０度傾けた形状である。なお、スロットという長孔を構成するに際し、長さの比Ｗ１／Ｗ２については、１未満となる。
　設けられたスロット対４０は、内周側に配置される内周側スロット対群３５と、外周側に配置される外周側スロット対群３６とに大別される。内周側スロット対群３５は、図２中の一点鎖線で示す仮想円の内側領域に設けられた７対のスロット対４０である。外周側スロット対群３６は、図２中の一点鎖線で示す仮想円の外側領域に設けられた２８対のスロット対４０である。内周側スロット対群３５において、７対のスロット対４０はそれぞれ、周方向に等間隔に配置されている。このように構成することにより、後述する第二の誘電体窓凹部が設けられた位置に対応する位置に、内周側スロット対群３５に配置される７対のスロット対４０をそれぞれ設けることができる。外周側スロット対群３６において、２８対のスロット対４０はそれぞれ、周方向に等間隔に配置されている。スロットアンテナ板３１の径方向の中央にも、貫通孔３７が設けられている。
　なお、外周側スロット対群３６の外径側の領域には、スロットアンテナ板３１の周方向の位置決めを容易にするために、板厚方向に貫通するようにして基準孔３９が設けられている。すなわち、この基準孔３９の位置を目印にして、処理容器１２や誘電体窓４１に対するスロットアンテナ板３１の周方向の位置決めを行なう。スロットアンテナ板３１は、基準孔３９を除いて、径方向の中心３８を中心とした回転対称性を有する。
　マイクロ波発生器１５により発生させたマイクロ波は、同軸導波管１７を通って、誘電体板１８に伝播され、スロットアンテナ板３１に設けられた複数のスロット３２から誘電体窓４１に放射される。誘電体窓４１を透過したマイクロ波は、誘電体窓４１の直下に電界を生じさせ、処理容器１２内にプラズマを生成させる。誘電体窓４１の直下で生成されたプラズマは、誘電体窓４１から離れる方向、すなわち、保持台１４に向かう方向に拡散していく。そして、拡散したプラズマで形成され、保持台１４に載置された被処理基板を含むプラズマ拡散領域で、被処理基板Ｗに対するプラズマエッチング処理等のプラズマ処理を行う。プラズマ処理装置１１において処理に供されるマイクロ波プラズマは、上記した構成のスロットアンテナ板３１および誘電体窓４１を含むラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ：Ｒａｄｉａｌ　Ｌｉｎｅ　Ｓｌｏｔ　Ａｎｔｅｎａ）により生成されている。
　次に、この発明の一実施形態に係る誘電体窓４１の構成について、具体的に説明する。図３は、この発明の一実施形態に係る誘電体窓４１の断面図であり、図１に示す断面に相当する。図４は、図３に示す誘電体窓４１を、下側、すなわち、図３中の矢印ＩＶの方向から見た図である。図５は、図３に示す誘電体窓４１を、上側、すなわち、図３中の矢印ＩＶの方向と逆の方向から見た図である。図６は、図３に示す誘電体窓４１を、横側から見た側面図である。図４中のＩＩＩ－ＩＩＩ断面が、図３に相当する。
　図１～図６を参照して、この発明の一実施形態に係る誘電体窓４１は、略円板状であって、所定の板厚を有する。誘電体窓４１は、誘電体で構成されており、誘電体窓４１の具体的な材質としては、石英やアルミナ等が挙げられる。誘電体窓４１は、図３における下側を処理容器１２の側壁１９ｂの一部を構成する環状部材１９ｃの上に載せるようにしてプラズマ処理装置１１に取り付けられ、備えられる。
　誘電体窓４１の径方向の中央には、板厚方向、すなわち、図３中の紙面上下方向に貫通する貫通孔４２が設けられている。貫通孔４２のうち、下側領域は、センターガス供給部２４におけるガス供給口２３となり、上側領域は、センターガス供給部２４を構成するインジェクター部４５を受け入れる受け入れ凹部４３となる。なお、誘電体窓４１の径方向の中心４４を、図３中の一点鎖線で示す。
　誘電体窓４１のうち、プラズマ処理装置１１に備えられた際にプラズマを生成する側となる下面４６の径方向外側領域には、環状に連なり、誘電体窓４１の板厚方向内方側、ここでは、図３における紙面上方向に向かってテーパ状に凹む第一の誘電体窓凹部４７が設けられている。下面４６は、誘電体窓４１の径方向の中央領域に設けられており、後述する第二の誘電体窓凹部５３ａ～５３ｇが設けられる領域を除いて、平ら、すなわち、径方向に真直ぐに延びる平面で構成されている。第一の誘電体窓凹部４７は、下面４６の外径領域から外径側に向かってテーパ状、具体的には、下面４６に対して図３における紙面上方向に傾斜して延びる内側テーパ面４８、内側テーパ面４８から外径側に向かって径方向に真直ぐ、すなわち、下面４６と平行に延びる平面４９、平面４９から外径側に向かってテーパ状、具体的には、下面４６に対して図３における紙面下方向に傾斜して延びる外側テーパ面５０から構成されている。テーパの角度、すなわち、例えば、平面４９に対して内側テーパ面が延びる方向で規定される角度や平面４９に対して外側テーパ面５０が延びる方向で規定される角度については、任意に定められ、この実施形態においては、周方向のいずれの位置においても同じように構成されている。内側テーパ面４８、平面４９、外側テーパ面５０はそれぞれ滑らかな曲面で連なるように形成されている。なお、外側テーパ面５０の外径領域は、外径側に向かって径方向に真直ぐ、すなわち、下面４６と平行に延びる平面５２が設けられている。この平面５２が誘電体窓４１の支持面となる。すなわち、誘電体窓４１は、平面５２を環状部材１９ｃの内径側領域において設けられた上部側の端面１９ｄに載置するようにして、プラズマ処理装置１１に取り付けられる。なお、端面１９ｄには、上記したＯリング２１を配置可能なように、図１における紙面下方向に凹むＯリング受け入れ凹部１９ｅが設けられている。また、理解の容易の観点から、図４において、第一の誘電体窓凹部４７が設けられる領域を、点線で示している。
　この第一の誘電体窓凹部４７により、誘電体窓４１の径方向外側領域において、誘電体窓４１の厚みを連続的に変化させる領域を形成して、プラズマを生成する種々のプロセス条件に適した誘電体窓４１の厚みを有する共振領域を形成することができる。そうすると、種々のプロセス条件に応じて、径方向外側領域におけるプラズマの高い安定性を確保することができる。
　ここで、誘電体窓４１のうち、第一の誘電体窓凹部４７の径方向内側領域には、下面４６から板厚方向内方側、ここでは、図３における紙面上方向に向かって凹む第二の誘電体窓凹部５３ａが設けられている。第二の誘電体窓凹部５３ａは、下面４６から図３における紙面上方向に向かって真直ぐに凹んだ形状である。第二の誘電体窓凹部５３ａは、誘電体窓４１の板厚方向から見た場合、ここでは、図３における紙面下方向から見た場合に、丸穴状である。すなわち、第二の誘電体窓凹部５３ａは、下面４６から図３における紙面上方向に真直ぐに延びる円筒面５４と、円筒面５４の上側端部において、径方向に真直ぐ、すなわち、下面４６と平行に延びる平面５５とから構成されている。
　第二の誘電体窓凹部５３ａは、この実施形態においては、合計７つ設けられている。７つの第二の誘電体窓凹部５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ、５３ｅ、５３ｆ、５３ｇの形状はそれぞれ等しい。すなわち、第二の誘電体窓凹部５３ａ～５３ｇの凹み方やその大きさ、穴の径等については、それぞれ等しく構成されている。７つの第二の誘電体窓凹部５３ａ～５３ｇは、誘電体窓４１の径方向の中心５６を中心として、回転対称性を有するように、それぞれ間隔を空けて配置されている。この場合、丸穴状の７つの第二の誘電体窓凹部５３ａ～５３ｆの中心５７ａ、５７ｂ、５７ｃ、５７ｄ、５７ｅ、５７ｆ、５７ｇはそれぞれ、誘電体窓４１の板厚方向から見た場合に、誘電体窓４１の径方向の中心５６を中心とした円５８上にあるように構成されている。すなわち、誘電体窓４１を径方向の中心５６を中心として３６０度／７である５１．４２度回転させた場合に、回転させる前と同じ形状となるよう構成されている。円５８は、図４において、一点鎖線で示している。なお、この実施形態において、図４中の長さＬ１で示す円５８のＰＣＤ（Ｐｉｔｃｈ　Ｃｉｒｃｌｅ　Ｄｉａｍｅｔｅｒ）、すなわち、ピッチ円の径は、約１５４ｍｍとし、図４中の長さＬ２で示す第二の誘電体窓凹部５３ａ～５３ｇの径は、約φ３０ｍｍとしている。また、第二の誘電体窓凹部５３ａの凹み量、すなわち、図３中の長さＬ３で示す下面４６と平面５５との板厚方向の間隔は、任意に定められ、この実施形態においては、約３２ｍｍとしている。なお、この実施形態においては、誘電体窓４１の径は、約４５８ｍｍとしている。
　この第二の誘電体窓凹部５３ａ～５３ｇにより、マイクロ波の電界を集中させることができ、誘電体窓４１の径方向内側領域において、強固なモード固定を行なうことができる。そうすると、プロセス条件が種々変更されても、径方向内側領域における強固なモード固定の領域を確保することができる。７つの第二の誘電体窓凹部５３ａ～５３ｇは、回転対称性を有するため、誘電体窓４１の径方向内側領域において強固なモード固定の高い軸対称性を確保することができ、生成するプラズマにおいても、高い軸対称性を有する。
　以上より、このような構成の誘電体窓４１は、広いプロセスマージンを有すると共に、生成するプラズマが高い軸対称性を有する。
　なお、プロセスマージンの広さについては、要求されるプロセスマージンの広さに応じて、第二の誘電体窓凹部の大きさやその位置を変更することにより、対応することができる。また、径方向の処理の均一性について述べると、被処理基板において径方向の中心側が径方向の外側、いわゆる端部側よりもエッチング処理の早いセンターファーストという現象、およびその逆の現象であって、径方向の中心側が径方向の外側よりもエッチング処理の遅いエッジファーストという現象があるが、第二の誘電体窓凹部の大きさやその位置を変更することにより、対応することができる。一方、上記したこの発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成とし、プロセス条件を調整して、センターファーストやエッジファーストとなる現象を低減させ、その影響を小さくすることもできる。すなわち、上記したこの発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成として要求される広いプロセスマージンおよび周方向の処理の均一性を確保し、プロセス条件を調整して、径方向の処理の均一性を向上させることができるものである。この点については、後述する。
　ここで、誘電体窓４１には、誘電体窓４１の周方向の位置を調整する位置調整機構として、誘電体窓４１の上面５９において、誘電体窓目盛り６０が設けられている。誘電体窓目盛り６０は、周方向に等間隔を空けて記されている。この誘電体窓目盛り６０は、誘電体窓４１の上にスロットアンテナ板３１を配置させた際に、スロットアンテナ板３１に覆われない領域に設けられている。具体的には、第一の誘電体窓凹部４７の外径側領域に設けられている。このような誘電体窓目盛り６０を設けることにより、誘電体窓４１の周方向の位置決めを行なうことが容易になる。なお、理解の容易の観点から、図５においては、誘電体窓目盛り６０の一部の図示を省略している。
　次に、この誘電体窓４１の取り付け方法について、説明する。図７は、スロットアンテナ板３１と誘電体窓４１との取り付け状態を示す図である。図７は、誘電体窓４１の上側に、スロットアンテナ板３１を載置した状態に相当する。図７を参照して、誘電体窓４１に設けられた第二の誘電体窓凹部５３ａ～５３ｇの周方向の位置、およびスロットアンテナ板３１に設けられたスロットアンテナ板３１のスロット３２により、誘電体窓４１における電界の周方向の強度分布が変わり、それに応じて生成されるプラズマの強度も変化する。特に、内径側領域においては、第二の誘電体窓凹部５３ａ～５３ｇが設けられた領域と、スロット３２が設けられた領域とが板厚方向に重なるか否か、またはその重なり具合によって、電界の周方向の強度分布が大きく変化する。
　例えば、図７に示すように、第二の誘電体窓凹部５３ａ～５３ｇは、板厚方向から見た場合に、スロットアンテナ板３１における第一のスロット３３の長手方向の幅の領域６５ａと第二のスロット３４の長手方向の幅の領域６５ｂとが重なる領域６５ｃに位置するように設けられることが好ましい。ここで、領域６５ｃに第二の誘電体窓凹部５３ａ～５３ｇが位置するとは、領域６５ｃ内に完全に第二の誘電体窓凹部５３ａ～５３ｇが覆われる状態の他、領域６５ｃの一部と第二の誘電体窓凹部５３ａ～５３ｇの一部とが重なり合う状態をも含むものである。このような領域６５ｃは、マイクロ波の電界強度が強い領域であるので、第二の誘電体窓凹部５３ａ～５３ｇの内部へ十分にマイクロ波を供給することができる。また、この場合、第二の誘電体窓凹部５３ａ～５３ｇが設けられた位置に対応する位置に、内周側スロット対群３５内に配置される７対のスロット対４０をそれぞれ位置させるよう設けることができるので、効率的に第二の誘電体窓凹部５３ａ～５３ｇの内部へマイクロ波を供給することができる。なお、図７において、領域６５ａ、６５ｂ、６５ｃをそれぞれ異なるハッチングで示している。
　誘電体窓４１をプラズマ処理装置１１に取り付けるに際し、誘電体窓４１に設けられた第二の誘電体窓凹部５３ａ～５３ｇと、スロットアンテナ板３１に設けられたスロット３２との周方向の位置関係を調整して、誘電体窓４１をプラズマ処理装置１１に取り付ける。ここで、誘電体窓４１の周方向の位置を調整するための誘電体窓目盛り６０、およびスロットアンテナ板３１に設けられた周方向の位置の基準となる目印としての基準孔３９を利用する。具体的には、スロットアンテナ板３１および誘電体窓４１の中心を中心６１として、中心６１と基準孔３９の中心を結ぶ一点鎖線で示される仮想線６２と、中心６１と最外周に設けられた任意のスロット３２の周方向端部６４とを結ぶ二点鎖線で示される仮想線６３とのなす角度θを、予め求められた角度θと形成される電界の強度分布との関係に基づいて、要求される角度θとなるようにスロットアンテナ板３１に対して誘電体窓４１を回転させ、要求される角度θとする。
　こうすることにより、より容易に、周方向の位置を調整することができる。すなわち、誘電体窓４１に設けられた第二の誘電体窓凹部５３ａ～５３ｇは、上方側、すなわち、スロットアンテナ板３１からは見ることができず、上方側から見ながら誘電体窓４１の周方向の位置決めを行なうことは困難であるが、このような構成によれば、誘電体窓目盛り６０および基準孔３９を用いて、より容易にスロットアンテナ板３１に対する誘電体窓４１の周方向の位置を調整することができる。
　ここで、スロットアンテナ板３１に対する誘電体窓４１の周方向の位置決めの調整においては、上記したプラズマ処理装置１１に設けられた制御部により自動で行なってもよい。すなわち、例えば、誘電体窓４１の周方向の位置を調整する位置調整機構は、誘電体窓４１の周方向への回転を可能とする回転機構を含み、基準孔３９の位置や誘電体窓目盛り６０の目盛りをセンサによって検出し、制御部に入力された角度θとなるよう誘電体窓４１を回転させる構成としてもよい。
　なお、上記の実施の形態においては、プラズマ処理装置において、図２に示す形状のスロットアンテナ板を備えることとしたが、これに限らず、例えば、スロットの数やその配置状態を変更したものであってもよい。例えば、内周側スロット対群のスロットの配置および数は同じであるが、図８で示すスロットアンテナ板６６のように、外周側スロット対群のスロットを２８対から２６対に変更し、略等配に配置させたものについても適用可能である。なお、図８は、図２に示すスロットアンテナ板よりもスロットの数を減少させ、スロット６７の開口幅を狭くしたスロットアンテナ板６６を板厚方向から見た図である。この実施形態においては、スロット６７の開口幅、すなわち、スロット６７のうち、長手方向に延びる一方側の壁部６８ａと長手方向に延びる他方側の壁部６８ｂとの間の長さＷ３は、約６ｍｍとなるように構成されている。この長さＷ３は、図２に示すスロットアンテナ板に設けられるスロット３３の場合の長さＷ１の約半分である。一方、図８中の長さＷ４で示すスロット６７の長手方向の長さ、すなわち、スロット６７の長手方向の一方側の端部６８ｃとスロット６７の長手方向の他方側の端部６８ｄとの間の長さＷ４は、約５０ｍｍとなるように構成されている。この長さＷ４は、図２に示すスロットアンテナ板に設けられるスロット３３の場合の長さＷ２と同等である。スロット６７について、長手方向の長さに対する短手方向の長さの比Ｗ３／Ｗ４は、６／５０であり、約１／８である。その他のスロットの構成等については、図２で示すスロットアンテナ板３１と同様であるため、その説明を省略する。
　ここで、スロットの開口形状については、幅広になるほど、導入されるマイクロ波のパワーが低下するが、周方向のずれに強いものとなる。すなわち、スロットの開口幅が狭くなれば、それだけマイクロ波を強く放射することができるが、スロットアンテナ板の取り付けにおけるスロットの位置が周方向にずれや、マイクロ波の伝播の乱れによって、マイクロ波の放射が極端に弱くなる場合がある。一方、スロットの開口幅が広くなれば、マイクロ波の放射は全体として弱くなるが、スロットアンテナ板の取り付けにおける周方向のスロットの位置のずれや、マイクロ波の伝播の乱れに対応して、極端に弱くならずにマイクロ波を放射することができる。
　次に、プラズマ処理装置におけるプラズマの生成状態について説明する。図９は、第一のプラズマ処理装置において、プラズマを生成した状態を示す写真である。図１０は、上記した構成のプラズマ処理装置１１において、プラズマを生成した状態を示す写真である。図９および図１０は、誘電体窓を板厚方向から撮影したものである。ここで、第一のプラズマ処理装置とは、図２に示すスロットアンテナ板、および第一の誘電体窓凹部のみが設けられた誘電体窓を備える構成である。また、プロセス条件としては、処理容器内の圧力を１００（ｍＴｏｒｒ）、マイクロ波パワーを１０００（Ｗ）、供給するガスをアルゴン（Ａｒ）ガスおよび酸素（Ｏ２）ガスとし、Ａｒ／Ｏ２の流量を、３００／５００（ｓｃｃｍ）としている。
　図９を参照して、第一のプラズマ処理装置では、径方向外側領域においては、周方向に略等間隔で形成されたプラズマの強発光を確認することができる。しかし、径方向内側領域において、プラズマの強発光を全く確認できない。これに対し、図１０を参照して、この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置では、径方向外側領域において、周方向に略等間隔で形成されたプラズマの強発光を確認することができ、さらに、径方向内側領域において、第二の誘電体窓凹部に該当する領域における７つのプラズマの強発光を確認することができる。
　次に、プラズマ処理装置におけるプラズマの電子密度の状態について説明する。図１１は、生成されたプラズマの電子密度と被処理基板Ｗの中心からの距離との関係を示すグラフである。図１１において、縦軸は、プラズマの電子密度（ｃｍ－３）を示し、横軸は、被処理基板Ｗの中心Ｏからの距離（ｍｍ）を示す。なお、電子密度の計測においては、ＰＡＰ（Ｐｌａｓｍａ　Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　Ｐｒｏｂｅ：プラズマ振動プローブ）を用いた。ＰＡＰを用いて計測した処理容器内の高さ方向の位置については、図１において上記した平面５２である支持面を基準として下方向に１００ｍｍの位置としている。測定は、－２４０ｍｍ付近から＋１００ｍｍの範囲で行なった。また、ガスの供給については、センターガス供給部からのガス供給は行なわず、アウターガス供給部のみからのガス供給としている。
　なお、図１１において、白抜き菱形は、図１に示すプラズマ処理装置で、処理容器内圧力５０（ｍＴｏｒｒ）、マイクロ波パワー１５００（Ｗ）、Ａｒ／Ｏ２の流量を５００／３００（ｓｃｃｍ）とした場合を示し、白抜き四角は、図１に示すプラズマ処理装置で、処理容器内圧力５０（ｍＴｏｒｒ）、マイクロ波パワー２０００（Ｗ）、Ａｒ／Ｏ２の流量を２００／６００（ｓｃｃｍ）とした場合を示し、黒三角は、図９に示されるプラズマ発光である第一のプラズマ処理装置で、処理容器内圧力５０（ｍＴｏｒｒ）、マイクロ波パワー１５００（Ｗ）、Ａｒ／Ｏ２の流量を５００／３００（ｓｃｃｍ）とした場合を示し、黒丸は、図９に示されるプラズマ発光である第一のプラズマ処理装置で、処理容器内圧力５０（ｍＴｏｒｒ）、マイクロ波パワー２０００（Ｗ）、Ａｒ／Ｏ２の流量を２００／６００（ｓｃｃｍ）とした場合を示す。
　図１１を参照して、第一のプラズマ処理装置の場合、－１５０～－１３０ｍｍ辺りを電子密度のピークとし、被処理基板の中央付近、すなわち、距離０ｍｍ付近に向かって、グラフの形状が凹んでおり、被処理基板の中央領域付近において電子密度の低下が見られる。これに対し、図１に示すプラズマ処理装置の場合、第一のプラズマ処理装置のような中央付近における電子密度の低下は見られず、－１００ｍｍから中央領域においては、電子密度がほぼ等しいことが把握できる。
　次に、上記した構成のプラズマ処理装置１１と、他のプラズマ処理装置との処理の程度の差について説明する。図１２および図１３は、他のプラズマ処理装置でエッチング処理を行った際の被処理基板の処理状態を示す図である。図１２は、上記した第一のプラズマ処理装置、具体的には、スロットアンテナ板として図２に示すものを用い、誘電体窓として第一の誘電体窓凹部のみが設けられたものを用いたプラズマ処理装置の場合である。図１３は、第二のプラズマ処理装置、具体的には、スロットアンテナ板として、図８に示すものを用い、誘電体窓として、第一の誘電体窓凹部のみが設けられたものを用いたプラズマ処理装置の場合である。図１４は、図１に示すプラズマ処理装置でエッチング処理を行った際の被処理基板の処理状態を示す図である。図１２～図１４において、画像の濃度の濃淡度合いが、処理の度合いを示している。すなわち、画像の濃度の同じ領域が、エッチング深さの同じ領域であることを示す。
　図１５は、第一のプラズマ処理装置でエッチング処理を行った際のエッチング深さと被処理基板の中心からの距離との関係を示すグラフである。図１６は、第二のプラズマ処理装置でエッチング処理を行った際のエッチング深さと被処理基板の中心からの距離との関係を示すグラフである。図１７は、図１に示すプラズマ処理装置でエッチング処理を行った際のエッチング深さと被処理基板の中心からの距離との関係を示すグラフである。図１５～図１７において、縦軸は、エッチング深さ（Å）を示し、横軸は、被処理基板の中心からの距離（ｍｍ）を示す。また、図１５～図１７において、黒丸は、被処理基板の中心を通り、図１２～図１４に示す被処理基板の左右方向に延びるＸ軸の位置で測定した場合であり、黒三角は、被処理基板の中心を通り、Ｘ軸に直交するＹ軸の位置で測定した場合である。すなわち、Ｙ軸は、図１２～図１４に示す被処理基板の上下方向に延びる軸であり、Ｙ軸においては、マイナスの距離は、図１２～図１４に示す被処理基板の中心から下側の領域となる。なお、Ｘ軸においては、マイナスの距離は、図１２～図１４に示す被処理基板の中心から左側の領域となる。また、プロセス条件としては、処理容器内圧力２０（ｍＴｏｒｒ）、マイクロ波パワー２０００（Ｗ）、ＲＦバイアス８０（Ｗ）、Ａｒ／ＣＨＦ３／Ｏ２の流量を４５０／５０／２（ｓｃｃｍ）としている。
　図１２、図１３、図１５、図１６を参照して、他のプラズマ処理装置の場合、エッチング深さのムラ、すなわち、面内における処理の程度の差が大きい。特に周方向においては、そのエッチング深さの分布のばらつきが大きい。これに対し、図１４および図１７を参照して、この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の場合、エッチング深さのムラは小さく、周方向のエッチング深さの分布のばらつきは小さいものとなっている。
　また、プロセス条件を変更したものについても検討を行なった。具体的には、処理容器内圧力２０（ｍＴｏｒｒ）、マイクロ波パワー３０００（Ｗ）、ＲＦバイアス２００（Ｗ）、Ａｒ／ＣＦ４の流量を５００／１００（ｓｃｃｍ）とした場合について、図１８～図２１に示す。図１８は、図１３に示す場合と同様の装置構成の場合であり、図１９は、図１４に示す場合と同様の装置構成の場合であり、図２０は、図１６に示す場合と同様の装置構成の場合であり、図２１は、図１７に示す場合と同様の装置構成の場合である。図１８～図２１を参照しても、図１２～図１７に示す場合と同様の傾向となっていることが把握できる。
　図２２は、偏りファクターとプロセス条件との関係を示すグラフである。縦軸は、偏りファクター（％）の値を示し、横軸は、プロセス条件を示す。図２２に示す棒グラフにおいて、最も左側が、図８に示すスロットアンテナ、および第一の誘電体窓凹部のみを設けた誘電体窓を備える第二のプラズマ処理装置の場合であり、真中が、図２に示すスロットアンテナ、および第一の誘電体窓凹部のみを設けた誘電体窓を備える第一のプラズマ処理装置の場合であり、最も右側が、図１に示すこの発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の場合である。
　ここで、偏りファクターとは、被処理基板の中心から被処理基板の端部方向に１５０ｍｍの点まで、径を２５ｍｍずつ大きくした位置毎、そして最外周部分である約１５２ｍｍの位置において、それぞれ算出した周方向の均一性（％）を積算した値である。具体的な算出方法の一例を挙げると、第二のプロセス条件における真中のグラフ、すなわち、図２に示すスロットアンテナ、および第一の誘電体窓凹部のみを設けた誘電体窓を備える第一のプラズマ処理装置の場合について、２５ｍｍの位置における周方向の均一性が約２％、５０ｍｍの位置における周方向の均一性が約６％、７５ｍｍの位置における周方向の均一性が約８％、１００ｍｍの位置における周方向の均一性が約１１％、１２５ｍｍの位置における周方向の均一性が約１１．５％、１５０ｍｍの位置における周方向の均一性が約１３％、１５２ｍｍの位置における周方向の均一性が約１３％であり、偏りファクターは、それぞれを足し合わせた値である約６４．５％となる。
　偏りファクターについては、その値自体が小さいほど、周方向の位置における処理の程度の差が小さいことを示すので、その値が小さいことが好ましい。また、プロセスマージンを広く確保するため、各プロセス条件間においても、その値の差が小さいことが好ましい。すなわち、ある一つのプロセス条件で偏りファクターの値が小さくても、他のプロセス条件で偏りファクターの値が大きいことは好ましくない。つまり、周方向における処理の均一性を考慮しながら、プラズマ処理装置のロバスト性向上、すなわち、プロセス条件を変更しても、処理の均一性に対する影響を小さくすることができるという観点からみれば、偏りファクターの値自体が小さく、かつ、各プロセス条件における偏りファクターの値の差が小さければよい。ここで、図２２中の横軸で示すプロセス条件については、第１のプロセス条件～第６のプロセス条件まで、６つのパターンで行なった。各プロセス条件の内容を、表１に示す。なお、第１および第２のプロセス条件は、有機膜のエッチング処理の一例を示すものであり、第３～第６のプロセス条件は、酸化膜のエッチング処理の一例を示すものである。
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　図２２および表１を参照して、この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置においては、いずれのプロセス条件においても、偏りファクターの値が小さく、最大でも第６のプロセス条件における１７程度の値である。一方、第二のプラズマ処理装置においては、偏りファクターの値が小さいプロセス条件があるものの、第３のプロセス条件および第６のプロセス条件については、その値が大きく、それぞれ６０程度となっている。第一のプラズマ処理装置においても、偏りファクターの値が小さいプロセス条件があるものの、第２のプロセス条件および第３のプロセス条件については、その値が大きく、それぞれ５５程度となっている。つまり、プラズマ処理装置のロバスト性向上の観点からも、この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置は優れている。
　これについては、以下のことが考えられる。第一のプロセス条件については、圧力が１５０ｍＴｏｒｒと比較的高圧であり、それぞれの場合について、偏りファクターの差はほとんど見られない。しかし、第二～第六のプロセス条件については、圧力が２０～４０ｍＴｏｒｒと比較的低圧である。このような低圧の条件下においては、ややプラズマが偏りやすい傾向にあるが、この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置においては、上記した誘電体窓の構造に加え、比較的幅の広いスロットを有するスロットアンテナ板を備える構成であるため、マイクロ波の放射の周方向の均一性をより高くして、ロバスト性の向上に寄与していると考えられる。すなわち、スロットの長手方向の長さに対する短手方向の長さの比を、１／４以上とすることにより、低圧条件下においても周方向のずれに対応して、処理の均一性を確保することができ、さらにプラズマ処理装置のロバスト性を向上することができる。
　なお、誘電体窓の形状としては、図３に示す形状に限られず、例えば、図２３および図２４に示す形状であってもよい。図２３は、この発明の他の実施形態に係る誘電体窓を示す断面図である。図２４は、この発明のさらに他の実施形態に係る誘電体窓を示す断面図である。図２３および図２４に示す断面は、図３に示す断面に相当する。
　図２３を参照して、この発明の他の実施形態に係る誘電体窓７１は、図３に示す誘電体窓４１と同様に、環状に連なるテーパ状の第一の誘電体窓凹部７２および板厚方向に真直ぐに凹んだ形状の第二の誘電体窓凹部７３が設けられている。ここで、図３に示す誘電体窓４１との構造の対比において、第二の誘電体窓凹部７３については、上記したＰＣＤは同じであるが、図３に示す誘電体窓４１の第二の誘電体窓凹部５３ａ～５３ｇよりも、それらの大きさが小さく設けられている。この実施形態においては、図４における長さＬ２に相当し、図２３中の長さＬ４で示す第二の誘電体窓凹部７３の径は、φ２０ｍｍとしている。また、図２４を参照して、この発明のさらに他の実施形態に係る誘電体窓７６は、図３に示す誘電体窓４１と同様に、環状に連なるテーパ状の第一の誘電体窓凹部７７および板厚方向に真直ぐに凹んだ形状の第二の誘電体窓凹部７８が設けられている。ここで、第二の誘電体窓凹部７８については、図３に示す誘電体窓４１との構造の対比において、それらの大きさは同じであるが、図３に示す誘電体窓４１の第二の誘電体窓凹部５３ａ～５３ｇよりも、内径側に設けられている。この実施形態においては、図４における長さＬ１に相当し、図２４中の長さＬ５で示すＰＣＤについては、１４０ｍｍとしている。
　次に、他のプラズマ処理装置およびこの発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置において、プラズマの安定性について評価を行った。表２は、図３に示す誘電体窓、図２３に示す誘電体窓、図２４に示す誘電体窓、および第一の誘電体窓凹部のみが設けられた誘電体窓において、ガスの流量を変更した場合のプラズマの安定性を示す表である。なお、スロットアンテナ板３１については、いずれも図２に示したものを用いている。表２中、丸印は、プラズマが安定している状態を示し、三角印は、ハンチング状態、すなわち、マイクロ波のマッチングユニットにおいて整合がとれない状態で、安定しない状態を示し、×印は、マイクロ波の反射値がプラズマ処理装置に設けられたインターロック値を上回り、プロセス停止した状態を示す。また、「ＭＷ」はマイクロ波を示し、それぞれ２０００Ｗ，２５００Ｗ、３０００Ｗで評価している。また、表２中の最上段は、Ａｒ／ＨＢｒのそれぞれのガスの流量（ｓｃｃｍ）を示している。表２における評価は、上段から図３に示す誘電体窓を備えるプラズマ処理装置、図２４に示す誘電体窓を備えるプラズマ処理装置、図２３に示す誘電体窓を備えるプラズマ処理装置、第一の誘電体窓凹部のみが設けられた誘電体窓を備えるプラズマ処理装置の順に表記している。表２において、評価中、各プロセス条件における左側は、マイクロ波が発生する側、いわゆる誘電体窓が設けられた位置に近い領域におけるプラズマの安定性であり、右側は、ＲＦバイアス側、いわゆる保持台が設けられた位置に近い領域におけるプラズマの安定性である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２を参照して、Ａｒ／ＨＢｒにおいて、ＨＢｒの流量比が相対的に高くなった場合、プラズマが不安定となる傾向となるが、表２の最下段で示す従来の誘電体窓においては、ＨＢｒガスの流量が８００（ｓｃｃｍ）以上の場合、安定するプラズマのプロセス条件は、全くない。これに対し、図２４に示す誘電体窓の場合、ＨＢｒガスの流量が８００（ｓｃｃｍ）以上の場合マイクロ波のパワーを高くすれば、安定したプラズマを多くのプロセス条件で生成することができる。さらに、図２３に示す誘電体窓の場合、ＨＢｒの流量比が相対的に高くなった場合、さらに、プラズマの安定するプロセス条件が多くなる。さらに、図３に示す誘電体窓の場合、一部のプロセス条件を除き、ほとんどのプロセス条件において安定したプラズマを生成することができる。すなわち、上記した条件によると、表２によると、図２３に示す誘電体窓、図２４に示す誘電体窓、図３に示す誘電体窓の順に、より広いプロセスマージンを確保することができる。
　ここで、図３および図２３に示す各誘電体窓において、エッチング深さの評価を行なった。図２５および図２６は、図３および図２３に示す誘電体窓を備えるプラズマ処理装置でエッチング処理を行った際のエッチング深さと被処理基板の中心からの距離との関係を示すグラフである。図２５に示す場合において、プロセス条件としては、上記した表１に示す第５のプロセス条件とし、図２６に示す場合において、プロセス条件としては、上記した表１に示す第６のプロセス条件としている。図２５および図２６中、白抜き菱形は、図２３に示す誘電体窓を用いた場合のＹ軸方向の値、白抜き四角は、図２３に示す誘電体窓を用いた場合のＸ軸方向の値、黒三角は、図３に示す誘電体窓を用いた場合のＹ軸方向の値、黒丸は、図３に示す誘電体窓を用いた場合のＸ軸方向の値を示す。
　図２５および図２６を参照して、図２３に示す誘電体窓を用いた場合のグラフの形状は、図３に示す誘電体窓を用いた場合のグラフの形状よりも、横方向にフラットな形状となっている。すなわち、センターファーストの傾向を抑制するためには、図２３に示す誘電体窓を用いるのがよい。すなわち、上記した径方向の処理の均一性向上の観点から、図２３に示す誘電体窓を用いれば、少なくとも上記した第５および第６のプロセス条件において、処理におけるセンターファーストの傾向を改善して、センターファーストとなる影響を低減することができる。なお、上記したように、ガス供給部が、センターガス供給部およびアウターガス供給部を備える構成とすれば、ガスの流量比を調整して、径方向における処理の均一性の微調整、すなわち、ここでは、センターファーストの傾向のさらなる改善を図ることができる。
　なお、上記の実施の形態においては、第二の誘電体窓凹部を合計７個設けることとしたが、これに限らず、６個や８個等、要求されるプロセスマージンの幅や用いるスロットアンテナ板の構成に応じて、その数や大きさ、径方向の位置が任意に定められる。さらには、径方向に複数設けることとしてもよい。すなわち、径方向の中心が一致する２つの同心円上に、第二の誘電体窓凹部の中心が配置されるような構成であってもよい。
　また、上記の実施の形態においては、第二の誘電体窓凹部の形状を、丸穴状としたが、これに限らず、例えば、周方向や径方向に長い長孔や楕円形状としてもよい。さらには、四角形状や三角形状等、多角形状であっても構わない。さらには、第二の誘電体窓凹部は、真直ぐに凹むようにして設けることとしたが、これに限らず、例えば、テーパ面を構成するように傾斜するように延びる面を含むよう構成してもよいし、曲面を含むようにしてもよい。
　なお、上記の実施の形態においては、エッチング処理について述べたが、ＣＶＤ処理、プラズマ酸化、プラズマ窒化、プラズマドーピングを行う場合においても、適用されるものである。
　また、上記の実施の形態においては、ＲＬＳＡを採用することとしたが、これに限らず、マイクロ波をプラズマ源とする種々のマイクロ波プラズマ処理装置に適用することもできる。
　以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
　この発明に係るプラズマ処理装置用誘電体窓およびプラズマ処理装置は、広いプロセスマージンを有すると共に、低圧時における処理の均一性が要求される場合に、有効に利用される。
　また、この発明に係るプラズマ処理装置用誘電体窓の取り付け方法は、上記したような誘電体窓の容易かつ確実な取り付けが要求される場合に、有効に利用される。
　１１　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　導波管、１７　同軸導波管、１８　誘電体板、１９ａ　底部、１９ｂ　側壁、１９ｃ　環状部材、１９ｄ　端面、１９ｅ　Ｏリング受け入れ凹部、２０　排気孔、２１　Ｏリング、２２ａ　中心導体、２２ｂ　外周導体、２３，２５　ガス供給口、２４　センターガス供給部、２６　アウターガス供給部、２７　中空状部材、２８　支持部材、２９　チューナー、３０　モード変換器、３０ａ，３０ｂ，６８ａ，６８ｂ　壁部、３０ｃ，３０ｄ，６８ｃ，６８ｄ　端部、３１，６６　スロットアンテナ板、３２，３３，３４，６７　スロット、３５　内周側スロット対群、３６　外周側スロット対群、３７，４２　貫通孔、３８，４４，５６，５７ａ，５７ｂ，５７ｃ，５７ｄ，５７ｅ，５７ｆ，５７ｇ，６１　中心、３９　基準孔、４０　スロット対、４１，７１，７６　誘電体窓、４３　受け入れ凹部、４５　インジェクター部、４６　下面、４７，７２，７７　第一の誘電体窓凹部、４８　内側テーパ面、４９，５２，５５　平面、５０　外側テーパ面、５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄ，５３ｅ，５３ｆ，５３ｇ，７３，７８　第二の誘電体窓凹部、５４　円筒面、５８　円、５９　上面、６０　誘電体窓目盛り、６２，６３　仮想線、６４　周方向端部、６５ａ，６５ｂ，６５ｃ　領域。

Claims (15)

  1. マイクロ波をプラズマ源とするプラズマ処理装置であって、
    　略円板状であり、前記マイクロ波を伝播するプラズマ処理装置用誘電体窓を備え、
    　前記プラズマ処理装置用誘電体窓のうち、前記プラズマ処理装置に備えられた際にプラズマを生成する側の面の径方向外側領域には、環状に連なり、前記プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向内方側に向かってテーパ状に凹む第一の誘電体窓凹部が設けられており、
    　前記第一の誘電体窓凹部の径方向内側領域には、前記プラズマを生成する側の面から前記プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向内方側に向かって凹む複数の第二の誘電体窓凹部が設けられており、
    　複数の前記第二の誘電体窓凹部は、前記プラズマ処理装置用誘電体窓の径方向の中心を中心として回転対称性を有するように、それぞれ周方向に間隔を空けて配置されている、プラズマ処理装置。
  2. 略円板状であって、板厚方向に貫通する複数のスロットが設けられており、前記プラズマ処理装置用誘電体窓の上方側に配置され、前記マイクロ波を前記プラズマ処理装置用誘電体窓に向かって放射するスロットアンテナ板を備える、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記スロットアンテナ板は、前記スロットアンテナ板の中心部側に位置し、一方方向に延びる第一のスロットおよび前記一方方向に対して垂直な方向に延びる第二のスロットから構成されるスロット対を複数有し、
    　前記第一のスロット孔は、少なくとも一部が前記第二の誘電体窓凹部と重なるように設けられる、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記スロットアンテナ板は、一方方向に延びる第一のスロットおよび前記一方方向に対して垂直な方向に延びる第二のスロットから構成されるスロット対を複数有し、
    　前記第二の誘電体窓凹部は、板厚方向から見た場合に、前記スロットアンテナ板における前記第一のスロットの長手方向の幅の領域と前記第二のスロットの長手方向の幅の領域とが重なる領域に位置するように設けられる、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記スロットアンテナ板は、一方方向に延びる第一のスロットおよび前記一方方向に対して垂直な方向に延びる第二のスロットから構成されるスロット対を複数有し、
    　複数の前記第二の誘電体窓凹部が設けられた位置に対応する位置に、複数の前記スロット対がそれぞれ設けられる、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  6. 前記プラズマ処理装置用誘電体窓を前記プラズマ処理装置に取り付けた際に、前記プラズマ処理装置用誘電体窓の周方向の位置を調整する位置調整機構を備え、
    　前記位置調整機構は、前記プラズマ処理装置用誘電体窓と前記スロットアンテナ板との周方向の相対的な位置を調整する、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  7. 前記スロットの長手方向の長さに対する短手方向の長さの比は、１／４以上１未満である、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  8. マイクロ波をプラズマ源とするプラズマ処理装置に備えられ、略円板状であり、前記マイクロ波を伝播するプラズマ処理装置用誘電体窓であって、
    　前記プラズマ処理装置用誘電体窓のうち、前記プラズマ処理装置に備えられた際にプラズマを生成する側の面の径方向外側領域には、環状に連なり、前記プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向内方側に向かってテーパ状に凹む第一の誘電体窓凹部が設けられており、
    　前記第一の誘電体窓凹部の径方向内側領域には、前記プラズマを生成する側の面から前記プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向内方側に向かって凹む複数の第二の誘電体窓凹部が設けられており、
    　複数の前記第二の誘電体窓凹部は、前記プラズマ処理装置用誘電体窓の径方向の中心を中心として回転対称性を有するように、それぞれ周方向に間隔を空けて配置されている、プラズマ処理装置用誘電体窓。
  9. 前記第二の誘電体窓凹部は、前記プラズマを生成する側の面から前記プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向内方側に向かって、真直ぐに凹んだ形状である、請求項８に記載のプラズマ処理装置用誘電体窓。
  10. 前記第二の誘電体窓凹部は、前記プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向から見た場合に、丸穴状である、請求項８に記載のプラズマ処理装置用誘電体窓。
  11. 丸穴状の複数の前記第二の誘電体窓凹部の中心はそれぞれ、前記プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向から見た場合に、前記プラズマ処理装置用誘電体窓の径方向の中心を中心とした円上にある、請求項１０に記載のプラズマ処理装置用誘電体窓。
  12. 前記プラズマ処理装置用誘電体窓を前記プラズマ処理装置に取り付ける際に、前記プラズマ処理装置用誘電体窓の周方向の位置を調整する位置調整機構を備える、請求項８に記載のプラズマ処理装置用誘電体窓。
  13. 前記位置調整機構は、前記第一の誘電体窓凹部の径方向外側領域に設けられた誘電体窓目盛りを含む、請求項１２に記載のプラズマ処理装置用誘電体窓。
  14. マイクロ波をプラズマ源とするプラズマ処理装置に備えられ、略円板状であり、前記マイクロ波を伝播するプラズマ処理装置用誘電体窓の取り付け方法であって、
    　前記プラズマ処理装置用誘電体窓は、前記プラズマ処理装置用誘電体窓のうち、前記プラズマ処理装置に備えられた際にプラズマを生成する側の面の径方向外側領域には、環状に連なり、前記プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向内方側に向かってテーパ状に凹む第一の誘電体窓凹部が設けられており、前記第一の誘電体窓凹部の径方向内側領域には、前記プラズマを生成する側の面から前記プラズマ処理装置用誘電体窓の板厚方向内方側に向かって凹む複数の第二の誘電体窓凹部が設けられており、複数の前記第二の誘電体窓凹部は、前記プラズマ処理装置用誘電体窓の径方向の中心を中心として回転対称性を有するように、それぞれ周方向に間隔を空けて配置されており、
    　前記プラズマ処理装置は、略円板状であって、板厚方向に貫通する複数のスロットが設けられており、前記プラズマ処理装置用誘電体窓の上方側に配置され、前記マイクロ波を前記プラズマ処理装置用誘電体窓に向かって放射するスロットアンテナ板を備え、
    　前記プラズマ処理装置用誘電体窓を前記プラズマ処理装置に取り付けるに際し、前記プラズマ処理装置用誘電体窓に設けられた第二の誘電体窓凹部と、前記スロットアンテナ板に設けられたスロットとの周方向の位置関係を調整して、前記プラズマ処理装置用誘電体窓を前記プラズマ処理装置に取り付ける、プラズマ処理装置用誘電体窓の取り付け方法。
  15. 前記プラズマ処理装置用誘電体窓には、周方向の位置を調整するための誘電体窓目盛りが設けられており、
    　前記スロットアンテナ板には、周方向の位置の基準となる目印が設けられており、　前記誘電体窓目盛りおよび前記目印を用いて、前記プラズマ処理装置用誘電体窓と前記スロットアンテナ板との周方向の位置関係を調整する、請求項１４に記載のプラズマ処理装置用誘電体窓の取り付け方法。
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