WO2013094716A1 - プラズマ生成装置及びプラズマ処理装置 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a plasma generation apparatus and a plasma processing apparatus that generate plasma using microwaves.
  • a number of plasma processing apparatuses that generate plasma from a processing gas and perform processing on the substrate by the plasma have been used.
  • a high-frequency electric field is generated by supplying high-frequency power to two flat electrodes arranged in parallel, and plasma is generated by various reactions between electrons accelerated by the electric field and the processing gas.
  • a parallel plate type plasma processing apparatus for performing plasma processing on a substrate with the plasma is generally used.
  • plasma processing apparatuses using microwaves instead of high frequencies are also used.
  • FIG. 31 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a plasma processing apparatus using microwaves.
  • a plasma processing apparatus 450 includes a vacuum chamber 452 having an opening 451 for introducing a microwave at the upper center, and a substrate mounting table 453 disposed inside the vacuum chamber 452 for mounting a substrate S. And a waveguide 454 for introducing microwaves into the opening 451 and a dielectric window 455 for introducing microwaves from the waveguide 454 into the vacuum chamber 452.
  • plasma is generated by microwaves from the processing gas introduced into the vacuum chamber 452, and, for example, diamond is grown on the substrate S on the substrate mounting table 453 by radicals in the plasma (for example, see Patent Document 1).
  • the plasma cuts off the microwave transmitted through the dielectric window 455.
  • resonance absorption occurs at a position where the electron plasma (angular) frequency matches the microwave frequency.
  • plasma is actively generated in the vicinity of the dielectric window 455. If plasma is generated under relatively high pressure conditions, the temperature of the processing gas becomes very high, and the dielectric window 455 may be damaged by heat, and a desired plasma is generated around the substrate S that is the object to be processed. In some cases, it cannot be generated.
  • An object of the present invention is to provide a plasma generation apparatus and a plasma processing apparatus capable of preventing a dielectric window for introducing a microwave from being damaged and generating plasma in a desired region around a substrate. It is in.
  • a waveguide for propagating microwaves a plasma generation chamber connected to the waveguide, the waveguide and the plasma generation
  • a plasma generation apparatus comprising: a dielectric window interposed between chambers for introducing the microwave propagating through the waveguide into the plasma generation chamber.
  • the plasma generation chamber has a spherical shape (including a polyhedral shape approximating a spherical shape and a spatial shape formed by a curved surface represented by a higher-order function) and accommodates a substrate.
  • the plasma generation chamber is disposed adjacent to the processing chamber, and the inside of the plasma generation chamber communicates with the inside of the processing chamber.
  • the waveguide is preferably arranged symmetrically with respect to the central axis of the plasma generation chamber.
  • the plasma generation chamber has a hemispherical curved surface that is concentrically opposed to the hemispherical curved surface at a predetermined interval. It is preferable to include a hemispherical curved space portion sandwiched between hollow hemispherical inner curved surfaces having a diameter larger than that of the inner diameter.
  • the plasma generation chamber is disposed adjacent to a processing chamber containing a substrate, and the inside of the plasma generation chamber communicates with the inside of the processing chamber.
  • the waveguide is preferably arranged symmetrically with respect to the central axis of the plasma generation chamber.
  • a waveguide for propagating microwaves, a plasma generation chamber connected to the waveguide, and the plasma generation chamber are arranged.
  • a mounting table for mounting a substrate; and a dielectric window interposed between the waveguide and the plasma generation chamber for introducing the microwave propagating through the waveguide into the plasma generation chamber.
  • the plasma generation chamber has a central axis and has a symmetrical shape with respect to the central axis.
  • the plasma generation chamber preferably has a hemispherical shape.
  • the plasma generation chamber is preferably cut away at a portion facing the mounting table.
  • the plasma generation chamber preferably has a conical shape.
  • the plasma generation chamber is preferably cut away at a portion facing the mounting table.
  • a protruding member facing the mounting table is disposed in the plasma generation chamber.
  • the protruding member is disposed offset from a central axis of the plasma generation chamber.
  • the protruding member is preferably configured to be movable.
  • the apparatus includes a processing chamber that accommodates a substrate, and a plasma generation device that is disposed adjacent to the processing chamber.
  • a waveguide for propagating microwaves, a plasma generation chamber connected to the waveguide, and interposed between the waveguide and the plasma generation chamber, the microwave propagating through the waveguide is there is provided a plasma processing apparatus having a dielectric window introduced into the inside of the plasma generation chamber, wherein the inside of the plasma generation chamber communicates with the inside of the processing chamber.
  • the plasma generation chamber preferably has a spherical shape.
  • the plasma generation chamber has a hemispherical curved surface and the hemispherical curved surface that is concentrically opposed to the hemispherical curved surface at a predetermined interval. It is preferable to have a hemispherical curved space sandwiched between hollow hemispherical inner curved surfaces having a diameter larger than the diameter.
  • the plasma generation chamber into which the microwave is introduced has a spherical shape
  • the radius of the plasma generation chamber that is a boundary condition of the electromagnetic wave existing in the plasma generation chamber can excite electromagnetic waves.
  • a strong electric field region can be generated in any region corresponding to the mode.
  • the strong electric field region generates plasma from the processing gas. Therefore, by generating a strong electric field region in a desired region around the substrate, which is the object to be processed, away from the dielectric window, plasma can be generated in a region away from the dielectric window. Can be prevented from being damaged by the plasma, and plasma can be generated in a desired region around the substrate.
  • the plasma generation chamber into which the microwave is introduced is concentrically opposed to the hemispherical curved surface and the hemispherical curved surface at a predetermined interval. Since it has a hemispherical curved space part sandwiched by a hollow hemispherical inner curved surface whose diameter is larger than the hemispherical diameter, the inner and outer diameters of the hemispherical curved space part that serve as boundary conditions for electromagnetic waves By appropriately setting, an electromagnetic wave of a specific mode can be excited. As a result, a strong electric field region can be generated in an arbitrary region corresponding to the mode. The strong electric field region generates plasma from the processing gas.
  • plasma can be generated in a region away from the dielectric window. Can be prevented from being damaged by plasma, and plasma can be generated in a desired region around the substrate.
  • the shape of the plasma generation chamber serving as a boundary condition of the electromagnetic wave existing in the plasma generation chamber for example, a hemispherical shape
  • the inner diameter By appropriately setting the inner diameter, it is possible to excite an electromagnetic wave of a specific mode.
  • a strong electric field region can be generated in any region corresponding to the mode.
  • the strong electric field region generates plasma from the processing gas. Therefore, by generating a strong electric field region in a desired region around the substrate, which is the object to be processed, away from the dielectric window, plasma can be generated in a region away from the dielectric window. Can be prevented from being damaged by the plasma, and plasma can be generated in a desired region around the substrate.
  • FIG. 2 is a local cross-sectional view of the plasma processing apparatus of FIG. 1 and shows a cross-sectional shape of a waveguide.
  • FIG. 2 is a local cross-sectional view of the plasma processing apparatus of FIG. 1, showing a cross-sectional shape of a microwave introduction path formed between a cylindrical container and a columnar member. It is a figure which shows schematically the structure of the 1st modification of the plasma generation unit in FIG. It is a figure which shows schematically the structure of the 2nd modification of the plasma generation unit in FIG.
  • FIG. 8 is a local cross-sectional view of the plasma processing apparatus of FIG. 7, showing a cross-sectional shape of a dielectric window formed between a cylindrical container and a columnar member.
  • FIG. 8 is a local cross-sectional view of the plasma processing apparatus of FIG. 7 and shows a cross-sectional shape of a waveguide.
  • FIG. 7 It is a figure which shows schematically the structure of the modification of the plasma processing apparatus in FIG. 7, and is a figure which shows a 1st modification. It is a figure which shows schematically the structure of the modification of the plasma processing apparatus in FIG. 7, and is a figure which shows a 2nd modification. It is a figure which shows schematically the structure of the modification of the plasma processing apparatus in FIG. 7, and is a figure which shows the 3rd modification. It is a figure which shows schematically the structure of another modification of the plasma processing apparatus in FIG. 7, and is a figure which shows a 4th modification. It is a figure which shows schematically the structure of another modification of the plasma processing apparatus in FIG. 7, and is a figure which shows a 5th modification.
  • FIG. 11 It is sectional drawing which shows schematically the structure of the plasma processing apparatus provided with the plasma production apparatus based on the 3rd Embodiment of this invention. It is a figure which shows roughly the structure of the modification of the plasma processing apparatus in FIG. 11, and is a figure which shows a 1st modification. It is a figure which shows schematically the structure of the modification of the plasma processing apparatus in FIG. 11, and is a figure which shows a 2nd modification. It is a figure which shows schematically the structure of the modification of the plasma processing apparatus in FIG. 11, and is a figure which shows the 3rd modification. It is a figure which shows notionally the structure of the plasma generator in the plasma processing apparatus of FIG.
  • FIG. 11 It is a figure which shows the result of calculation of the electric field strength distribution at the time of integrating plasma generation space and a processing chamber, and is a figure which shows the case of FIG. 11 with which plasma generation space and a processing chamber were integrated. It is a figure which shows the result of the calculation of the electric field strength distribution at the time of integrating a plasma generation space and a processing chamber, and the case where a dent of 2 cm depth is provided on the stage in FIG. 11 and a substrate is arranged on the dent.
  • FIG. It is a figure which shows the result of the calculation of the electric field strength distribution at the time of integrating a plasma generation space and a processing chamber, and the case where a dent of 3 cm depth is provided on the stage in FIG.
  • FIG. It is a figure which shows the result of the calculation of the electric field strength distribution at the time of connecting a plasma generation space and a processing chamber, and is a figure which shows the case of FIG. 7 which connected a plasma generation space and a processing chamber. It is a figure which shows the result of the calculation of the electric field strength distribution at the time of connecting plasma generation space and a processing chamber, and shows the case where the clearance gap from the upper end of a chamber to the surface of a stage is set to 2.5 cm in FIG. FIG.
  • FIG. 18 is a local cross-sectional view of the plasma processing apparatus of FIG. 17, showing a cross-sectional shape of a microwave introduction path formed between the processing chamber and the stage.
  • FIG. 18 is a local cross-sectional view of the plasma processing apparatus of FIG. 17 and shows a cross-sectional shape of a waveguide.
  • FIG. 17 It is a figure which shows schematically the structure of the 6th modification of the plasma processing apparatus in FIG. It is sectional drawing which shows roughly the structure of the plasma processing apparatus which concerns on the 5th Embodiment of this invention. It is a figure which shows schematically the structure of the 1st modification of the plasma processing apparatus in FIG. It is a figure which shows schematically the structure of the modification of the plasma processing apparatus in FIG. 22, and is a figure which shows the 2nd modification. It is a figure which shows roughly the structure of the modification of the plasma processing apparatus in FIG. 22, and is a figure which shows the 3rd modification. It is a figure which shows roughly the structure of the modification of the plasma processing apparatus in FIG. 17, and is a figure which shows the 7th modification.
  • FIG. 17 It is a figure which shows roughly the structure of the modification of the plasma processing apparatus in FIG. 17, and is a figure which shows the 8th modification. It is a figure which shows the calculation result of the electric field strength distribution at the time of changing the height from the board
  • FIG. It is a figure which shows the calculation result of the electric field strength distribution at the time of changing the height from the board
  • FIG. 20A It is a figure which shows the calculation result of electric field strength distribution at the time of changing the height from the board
  • FIG. 20A It is a figure which shows the calculation result of electric field strength distribution at the time of changing the length of the stub in the plasma processing apparatus of FIG. 20A, and is a figure which shows the case where the length of a stub is set to 1 cm.
  • FIG. 21 When the distance of an opposing surface and a board
  • FIG. It is a figure which shows the calculation result of electric field strength distribution at the time of changing the distance of the vertex of a cone-shaped inner wall surface, and a stage in the plasma processing apparatus of FIG. It is a figure which shows the case where it sets to. It is a figure which shows the calculation result of the electric field strength distribution at the time of changing the distance of the vertex of a cone-shaped inner wall surface and a stage in the plasma processing apparatus of FIG. 22, and sets the distance of the vertex of a cone-shaped inner wall surface and a stage to 10 cm.
  • FIG. It is a figure which shows the calculation result of electric field strength distribution at the time of changing the distance of an opposing surface and a substrate mounting surface in the plasma processing apparatus of FIG.
  • FIG. 23 shows the case where the distance of an opposing surface and a substrate mounting surface is set to 7 cm FIG. It is a figure which shows the calculation result of electric field strength distribution at the time of changing the distance of an opposing surface and a substrate mounting surface in the plasma processing apparatus of FIG. 23, and the case where the distance of an opposing surface and a substrate mounting surface is set to 6 cm FIG. It is a figure which shows the calculation result of electric field strength distribution at the time of changing the distance of an opposing surface and a substrate mounting surface in the plasma processing apparatus of FIG. 23, and when the distance of an opposing surface and a substrate mounting surface is set to 5 cm FIG. It is sectional drawing which shows roughly the structure of the plasma processing apparatus using a microwave.
  • a plasma generating apparatus propagates a microwave, a spherical plasma generating chamber connected to the waveguide, a waveguide,
  • a dielectric window interposed between the tube and the plasma generation chamber and introducing the microwave propagating through the waveguide into the plasma generation chamber
  • a specific mode of electromagnetic waves can be excited, and a strong electric field region can be generated in an arbitrary region corresponding to the specific mode, so that the plasma is separated from the dielectric window and the desired region around the substrate to be processed
  • the dielectric window can be prevented from being damaged by the plasma, and the plasma can be generated in a desired region around the substrate.
  • the present invention has been made based on the results of the above research.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a plasma processing apparatus including a plasma generation apparatus according to the first embodiment.
  • the plasma processing apparatus 110 includes a processing chamber 111 (processing chamber) that performs plasma processing on the substrate S, and a plasma generation unit 112 (plasma generation apparatus) disposed adjacent to the processing chamber 111.
  • a processing chamber 111 processing chamber
  • a plasma generation unit 112 plasma generation apparatus
  • the processing chamber 111 has a stage 113 on which the substrate S is placed, and an exhaust pipe 114 is connected thereto.
  • the exhaust pipe 114 is connected to a vacuum pump and a pressure control valve (both not shown), and the vacuum pump and the pressure control valve control the pressure inside the processing chamber 111.
  • the stage 113 has a heater and a cooling mechanism (both not shown) inside, and keeps the mounted substrate S at an appropriate temperature.
  • the plasma generation unit 112 includes a waveguide 115 that propagates microwaves generated by a microwave generator (not shown), a plasma generation chamber 116 (plasma generation chamber) connected to the waveguide 115, and a waveguide. 115 and a dielectric window 117 interposed between the plasma generation chamber 116.
  • the waveguide 115 is formed of a coaxial tube (see FIG. 2A) or a circular waveguide.
  • microwaves having various dimensions of predetermined frequencies for example, microwaves of 2.45 GHz are the lowest order. It is set to be able to propagate in the mode.
  • the plasma generation chamber 116 includes a cylindrical container 116a whose lower end in the figure is formed in a hemispherical shape, and a columnar member 116b whose lower end in the figure is formed in a hemispherical recess 116e.
  • the cylindrical member 116b is coaxially accommodated inside the cylindrical container 116a, and the concave portion 116e at the lower end of the cylindrical member 116b and the inner wall surface 116d at the lower end of the cylindrical container 116a are formed into a spherical plasma generation space G (inside the plasma generation chamber).
  • a dielectric window 117 is disposed between the inner side surface of the cylindrical container 116a and the side surface of the columnar member 116b, and the gap between the upper inner wall surface of the cylindrical container 116a and the upper end of the columnar member 116b. (See, for example, FIG. 2B).
  • a processing gas is introduced into the plasma generation space G from a processing gas inlet (not shown).
  • a part of the lower end of the cylindrical container 116a is opened so that the plasma generation space G communicates with the inside of the processing chamber 111.
  • a waveguide 115 is connected to the center of the upper surface of the cylindrical container 116a. That is, the waveguide 115 is disposed on the central axis of the cylindrical container 116a.
  • the microwave propagating through the waveguide 115 is introduced into the plasma generation space G through the dielectric window 117.
  • the dielectric window 117 faces the plasma generation space G along the outer periphery of the plasma generation space G, that is, faces the plasma generation space G symmetrically with respect to the central axis of the plasma generation space G.
  • the wave is introduced symmetrically with respect to the central axis of the plasma generation space G.
  • the plasma generation space G has a spherical shape, an electromagnetic wave of a specific mode can be excited by appropriately setting the radius thereof, and as a result, in an arbitrary region in the space, for example, above the center of the plasma generation space G A strong electric field region can be formed.
  • the strong electric field region the amount of energy transferred from the microwave to the electrons in the plasma is large, so the electron temperature is high, and electrons with sufficient energy repeatedly collide with atoms and molecules in the process gas, resulting in high density.
  • Plasma is generated locally. That is, in the strong electric field region, plasma is more actively generated than in other regions, so that the plasma P having a high density is generated in the region where the strong electric field is generated.
  • the plasma P is generated from the processing gas in an arbitrary region only by introducing the microwave without using a magnetic field or the like.
  • the plasma generation space G of the plasma generation chamber 116 and the inside of the processing chamber 111 communicate with each other, a part of the plasma P generated in the plasma generation space G is applied to the substrate S placed on the stage 113 of the processing chamber 111.
  • the substrate S is subjected to plasma treatment.
  • hydrogen gas, carbon-containing gas such as methane gas, propane gas or acetylene gas, and impurity-containing gas such as phosphine gas or diborane gas are used as the processing gas.
  • the pressure in the plasma generation space G and the processing chamber 111 is maintained at 10 to 200 Torr.
  • diamond is grown on the substrate S by radicals in the plasma P generated from the processing gas by heating the substrate S to 700 to 1200 ° C. by the stage 13.
  • the plasma generation space G of the plasma generation chamber 116 into which microwaves are introduced has a spherical shape, electromagnetic waves of a specific mode can be excited by appropriately setting the radius.
  • a strong electric field region can be generated in an arbitrary region corresponding to the specific mode, and thus the plasma P can be generated in a region away from the dielectric window 117.
  • the dielectric window 117 can be prevented from being damaged by the plasma P.
  • microwaves are introduced symmetrically with respect to the central axis of the plasma generation space G. Therefore, it becomes easy to set a radius necessary for exciting an electromagnetic wave of a specific mode and to predict a region where a strong electric field region is generated, so that the region of the generated plasma P can be easily controlled.
  • a strong electric field region corresponding to the mode is generated in an arbitrary region by the plasma generation space G of the plasma processing apparatus 110.
  • the main factor is that the inner wall surface 116d at the lower end of the cylindrical container 116a and the concave portion 116e at the lower end of the columnar member 116b have a hemispherical shape, which is a microwave boundary condition, and the electromagnetic wave excited by adjusting the radius thereof. It is considered that the mode can be specified. Therefore, it is sufficient that even the plasma generation space G has a spherical shape. For example, even if the microwave is introduced into the plasma generation space G symmetrically with respect to the central axis of the plasma generation space G, a strong local electric field is generated in an arbitrary region of the plasma generation space G. An area can be created.
  • one waveguide 115 may be arranged offset from the central axis of the cylindrical container 116a as shown in FIG. 3A, and a plurality of, for example, two conductors as shown in FIG. 3B.
  • the wave tube 115 may be disposed offset from the central axis of the cylindrical container 116a.
  • a plasma generation unit 112 has a spherical plasma generation chamber 118 and a plurality of, for example, two, attached to the plasma generation chamber 118 to face the center of the plasma generation chamber 118 A waveguide 115a may be provided.
  • the plasma generation unit 112 includes a spherical plasma generation chamber 118 and one waveguide 115a attached to the plasma generation chamber 118 so as to be directed to the center of the plasma generation chamber 118. You may prepare.
  • the plasma generation chamber 118 has a spherical shape. Therefore, a strong local electric field region can be generated in an arbitrary region inside the plasma generation chamber 118.
  • the waveguides 115 and 115a are symmetrically arranged with respect to the central axis of the cylindrical container 116a and the central axis of the plasma generation chamber 118. It is preferable to arrange. As a result, microwaves can be introduced symmetrically with respect to each central axis into the plasma generation space G and the plasma generation chamber 118, and the plasma P generation region can be easily controlled.
  • the plasma processing apparatus 110 may be configured such that the stage 113 in the processing chamber 111 is movable in the vertical direction in the figure. Thereby, the distance between the plasma P and the substrate S can be controlled, and therefore, the film formation speed and the film thickness distribution on the substrate S can be controlled during film formation using the plasma P. Further, at the time of etching using the plasma P, the etching rate in the substrate S and the distribution of the etching rate can be controlled.
  • the cylindrical container 116a is extended downward in the figure, so that the plasma generation space G is not a spherical shape, but is constituted by a cylindrical space and hemispherical spaces located above and below the cylindrical space. May be. Even in this case, the inner wall surface 116d at the lower end of the cylindrical container 116a and the concave portion 116e at the lower end of the columnar member 116b have a hemispherical shape.
  • a strong electric field region can be generated in a specific region. As a result, a local strong electric field region can be generated in an arbitrary region in the plasma generation space G.
  • the plasma generation space G is spherical, but the plasma generation space G is configured by a polyhedron shape approximating a spherical shape or a space shape formed by a curved surface represented by a higher-order function. Also good.
  • Example 1 the radius of the plasma generation space G was set to 5.5 cm, and in Example 2, the radius of the plasma generation space G was set to 8 cm.
  • a low-density plasma with a uniform distribution of n e 10 16 m ⁇ 3 that satisfies ⁇ > ⁇ pe already exists in the plasma generation space G ( ⁇ is a microwave (angular) frequency, and ⁇ pe is an electron plasma (angular) frequency, n e represents the electron density.), and the momentum transfer collision frequency ⁇ m is on the assumption that equal to omega, examples using an electromagnetic field calculation module manufactured by COMSOL Inc. 1 and example 2
  • the electric field strength distribution in Fig. 5 was calculated, and the results are shown in Figs. 5A shows the electric field strength distribution in Example 1, and FIG. 5B shows the electric field strength distribution in Example 2.
  • Example 3 the stage 113 is not provided, and in Example 4, the distance from the stage 113 to the upper inner surface of the processing chamber 111 is set to 2 cm. In Example 5, the distance from the stage 113 to the upper inner surface of the processing chamber 111 was set to 1.5 cm.
  • FIGS. 6A to 6C show the electric field strength distribution in Examples 3 to 5 under the same conditions as in Examples 1 and 2, and the results are shown in FIGS. 6A to 6C.
  • 6A shows the electric field strength distribution in Example 3
  • FIG. 6B shows the electric field strength distribution in Example 4
  • FIG. 6C shows the electric field strength distribution in Example 5.
  • a local strong electric field region can be generated if the plasma generation space G has a spherical shape. I understood. This also suggests that the generation of the local strong electric field region is mainly caused by the shape of the plasma generation space G. It was also found that the local strong electric field region hardly changed even when the stage 113 was moved up and down. As a result, it is expected that a desired film forming rate and etching rate can be easily realized simply by moving the stage 113 up and down.
  • the present inventors have a waveguide in which the plasma generation apparatus propagates microwaves, and a hemispherical curved space connected to the waveguide. If a plasma generation chamber and a dielectric window that is interposed between the waveguide and the plasma generation chamber and introduces the microwave propagating through the waveguide into the plasma generation chamber are provided, the boundary condition of the electromagnetic wave is obtained.
  • electromagnetic waves of a specific mode can be excited, and a strong electric field region can be generated in an arbitrary region corresponding to the specific mode.
  • the present invention has been made based on the results of the above research.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a plasma processing apparatus provided with the plasma generation apparatus according to the second embodiment.
  • the plasma processing apparatus 210 includes a processing chamber 211 (processing chamber) that performs plasma processing on the substrate S, and a plasma generation unit 212 (plasma generation apparatus) disposed adjacent to the processing chamber 211.
  • the processing chamber 211 has a stage 213 on which the substrate S is placed, and an exhaust pipe 214 is connected thereto.
  • the exhaust pipe 214 is connected to a vacuum pump and a pressure control valve (both not shown), and the vacuum pump and the pressure control valve control the pressure inside the processing chamber 211.
  • the stage 213 includes a heater and a cooling mechanism (both not shown) inside, and controls the mounted substrate S so as to have an appropriate temperature.
  • the plasma generation unit 212 includes a waveguide 215 that propagates microwaves generated by a microwave generator (not shown), a plasma generation chamber 216 (plasma generation chamber) connected to the waveguide 215, and a waveguide. 215 and a dielectric window 217 interposed between the plasma generation chamber 216.
  • the waveguide 215 includes a coaxial tube (see FIG. 8B) or a circular waveguide.
  • microwaves having various dimensions of predetermined frequencies for example, microwaves of 2.45 GHz are the lowest order. It is set to be able to propagate in mode.
  • the plasma generation chamber 216 is sandwiched between a cylindrical container 216 a having a hemispherical lower end in the drawing and a columnar member 216 b having a hemispherical convex portion 216 e having a lower end in the drawing. It has a hemispherical curved space. That is, the columnar member 216b is coaxially accommodated in the cylindrical container 216a, and a plasma generation space G (as a hemispherical curved space portion is formed by the convex portion 216e at the lower end of the cylindrical member 216b and the inner wall surface 216d at the lower end of the cylindrical container 216a. The inside of the plasma generation chamber) is formed. In addition, a dielectric window 217 is disposed in the gap between the inner side surface of the cylindrical container 216a and the side surface of the columnar member 216b (see, for example, FIG. 8A).
  • the hemispherical curved space portion is concentrically opposed to the hemispherical curved surface (216e) and the hemispherical curved surface (216e) at a predetermined interval.
  • a processing gas is introduced from a processing gas inlet (not shown) into the plasma generation space G as the plasma generation chamber 216.
  • a part of the lower end of the cylindrical container 216a is opened so that the plasma generation space G communicates with the inside of the processing chamber 211.
  • a waveguide 215 is connected to the center of the upper surface of the cylindrical container 216a. That is, the waveguide 215 is disposed on the central axis of the cylindrical container 216a.
  • the microwave propagating through the waveguide 215 is introduced into the plasma introduction path 216c by the dielectric window 217, and the microwave introduced into the plasma introduction path 216c is further introduced into the plasma generation space G.
  • the microwave introduction path 216 c is formed symmetrically with respect to the central axis of the plasma generation space G, the microwave is introduced symmetrically with respect to the central axis of the plasma generation space G.
  • the plasma generation space G has a hemispherically curved space portion
  • an electromagnetic wave of a specific mode can be excited by appropriately setting the inner and outer diameters of the hemispherically curved space portion, and as a result, an arbitrary region in the space, for example, A strong electric field region can be formed at the center of the plasma generation space G.
  • the strong electric field region the amount of energy transfer from microwaves to electrons is large, so the electron temperature is high, and electrons with sufficient energy repeatedly collide with atoms and molecules in the processing gas, so that a high-density plasma is localized. Generated automatically.
  • the plasma P is generated from the processing gas only by introducing the microwave without using a magnetic field or the like.
  • the plasma processing apparatus 210 uses a mixed gas containing hydrogen gas, carbon-containing gas, for example, methane gas, propane gas, acetylene gas, and impurity-containing gas, for example, phosphine gas or diborane gas, as the processing gas.
  • G and the pressure inside the processing chamber 211 are maintained at 10 to 200 Torr, and the substrate S is heated to 700 to 1200 ° C. by the stage 213, so that the radicals in the plasma P generated from the processing gas cause the diamond on the substrate S. Grow.
  • the plasma processing apparatus 210 of FIG. 7 since the plasma generation space G as the plasma generation chamber 216 into which the microwave is introduced has the hemispherical curved space portion, the inner diameter and the outer diameter of the hemispherical curved space portion are set.
  • an electromagnetic wave of a specific mode can be excited, a strong electric field region can be generated in an arbitrary region corresponding to the specific mode, and the plasma P can be generated in a region away from the dielectric window 217. Can be generated.
  • the dielectric window 17 can be prevented from being damaged by the plasma P.
  • the microwaves are introduced symmetrically with respect to the central axis of the plasma generation space G, the inner diameter and outer diameter of the hemispherical curved space necessary for exciting the electromagnetic wave of a specific mode are obtained. Appropriate setting and prediction of the region where the strong electric field region is generated can be facilitated, so that the region of the generated plasma P can be easily controlled.
  • the inner wall surface 216d at the lower end of the cylindrical container 216a which is a microwave boundary condition, has a hemispherical shape, it is possible to specify the electromagnetic wave mode by the inner and outer diameters of the hemispherical curved space. It is considered that this is a main factor that a local strong electric field region corresponding to the mode is generated in the space G. Therefore, as long as the plasma generation space G has a hemispherical curved space portion, for example, the microwave is introduced into the plasma generation space G regardless of the form of microwave introduction. Even if it is not introduced symmetrically with respect to, a strong local electric field region can be generated in an arbitrary region of the plasma generation space G.
  • one waveguide 215 may be disposed offset from the central axis of the cylindrical container 216a, and a plurality of, for example, two waveguides as shown in FIG. 9B. 215 may be arranged offset from the central axis of the cylindrical container 216a. Further, as shown in FIG. 9C, one waveguide 215 may be arranged on the side surface of the cylindrical container 216a.
  • the plasma generation unit 212 shown in FIGS. 9A to 9C since the plasma generation space G has a hemispherical curved space portion, a substantially strong local electric field region is generated in an arbitrary region inside the plasma generation space G. Can do.
  • the waveguides 215 are arranged symmetrically with respect to the central axis of the cylindrical container 216a. As a result, microwaves can be introduced symmetrically with respect to the central axis of the plasma generation space G, and the region of the generated plasma P can be easily controlled.
  • the stage 213 in the processing chamber 211 may be configured to be movable in the vertical direction in the drawing as shown in FIG. 10A.
  • the distance between the plasma P and the substrate S can be controlled, and therefore, the film formation speed and the film thickness distribution on the substrate S can be controlled during film formation using the plasma P.
  • the etching rate in the substrate S and the distribution of the etching rate can be controlled at the time of etching using the plasma P.
  • the inner volume of the plasma generation space G can be increased by expanding the space between the convex portion 216e at the lower end of the columnar member 216b and the inner wall surface 216d at the lower end of the cylindrical container 216a.
  • the inner wall surface 216d at the lower end of the cylindrical container 216a has a hemispherical surface and these serve as boundary conditions, it is expected that a standing wave can be formed, and the shape of the hemispherical curved space portion is adjusted.
  • a local strong electric field region can be generated in the plasma generation space G.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a plasma processing apparatus including a plasma generation apparatus according to a third embodiment of the present invention.
  • a processing chamber processing chamber for performing plasma processing on a substrate S and a plasma generation space G of the plasma generation apparatus are integrated.
  • a plasma processing apparatus 220 has a cylindrical container 226a having a hemispherical upper end in the drawing, and an upper plane (stage) 226e in which the hemispherical convex portion at the upper end in the drawing is horizontally cut. And a cylindrical member 226b.
  • the columnar member 226b is coaxially accommodated in the cylindrical container 226a, and a hemispherical space is formed between the stage 226e of the columnar member 226b and the inner wall surface 226d at the upper end of the cylindrical container 226a.
  • This hemispherical space portion is an integration of a plasma generation space G consisting of a hemispherical curved space portion and a processing chamber 221 consisting of a hemispherical space portion corresponding to a convex portion cut out from the cylindrical member 226b. is there.
  • a dielectric window 227 is disposed between the inner side surface of the cylindrical container 226a and the side surface of the columnar member 226b.
  • a processing gas is introduced from a processing gas introduction port (not shown) into a plasma generation space G integrated with a processing chamber 221 for performing plasma processing.
  • the cylindrical container 226a has an opening 226f at the center of the lower end, and a waveguide 225 is connected to the opening 226f.
  • the microwave propagating through the waveguide 225 is introduced into the introduction path 226 c through the dielectric window 227, and the microwave introduced into the introduction path 226 c is further introduced into the plasma generation space G. Since the introduction path 226 c is arranged symmetrically with respect to the central axis of the plasma generation space G, the microwave is introduced symmetrically with respect to the center of the plasma generation space G.
  • the plasma generation space G includes a hemispherical curved space portion
  • an electromagnetic wave of a specific mode can be excited by appropriately setting the inner diameter and the outer diameter of the hemispherical curved space portion. For example, a local strong electric field region is generated in the center of the plasma generation space G.
  • the plasma generation space G and the processing chamber 221 are integrated, a part of the plasma P generated in the plasma generation space G reaches the substrate S placed on the stage 226e of the processing chamber 221, As in the embodiment of FIG. 7, the substrate S is subjected to plasma treatment.
  • the processing chamber (processing chamber) 221 for performing plasma processing on the substrate S and the plasma generation space G in the plasma generation apparatus are integrated, and the plasma generation space G is hemispherically curved. Since the space portion is provided, a strong electric field region can be generated in an arbitrary region of the plasma generation space G, and thus the plasma P can be generated in a region away from the dielectric window 227. As a result, the dielectric window 227 can be prevented from being damaged by the plasma P.
  • FIG. 12A to FIG. 12C are diagrams showing modifications of the plasma processing apparatus according to the third embodiment.
  • the arrangement of the waveguide 225 has a degree of freedom.
  • one waveguide 225 is replaced with a cylindrical container 226a.
  • a plurality of, for example, two waveguides 225 may be offset from the central axis of the cylindrical container 226a.
  • one waveguide 225 may be disposed on the side surface of the cylindrical container 226a.
  • the inner wall surface 226d at the upper end of the cylindrical container 226a is a hemispherical surface, they become electromagnetic wave boundary conditions, and as a result, a local strong electric field region can be generated in the plasma generation space G. it is conceivable that.
  • Example 6 the cylindrical member 226b in the plasma processing apparatus 220 (see FIG. 11).
  • the two-dimensional model of Example 6 and Example 7 is created assuming a plasma generation unit in which the upper end of the projection is convex and the stage 226e is not provided.
  • the outer hemisphere in the plasma generation space G is created. The radius was set to 10 cm, the radius of the inner hemisphere was set to 4 cm, and in Example 7, the radius of the outer hemisphere in the plasma generation space G was set to 10 cm, and the radius of the inner hemisphere was set to 8 cm.
  • a local strong electric field region can be generated. I understood. It has also been found that if the shape of the plasma generation space G is changed, the shape of the generated local strong electric field region is changed. Accordingly, it was inferred that the generation of the local strong electric field region is mainly caused by the shape of the plasma generation space G.
  • FIG. 8 to 10 were created assuming the plasma processing apparatus 220 of FIG.
  • a stage 226e is provided at the upper end of the cylindrical member 226b, and a recess is provided in the stage 226e in order to investigate the influence of the gap between the plasma P and the substrate S.
  • the substrate S is mounted from the surface of the stage 226e. The depth to the bottom of the recess to be placed was set to 2 cm, and in Example 10, the depth from the surface of the stage 226e to the bottom of the recess to place the substrate S was set to 3 cm.
  • FIGS. 15A to 15C show the electric field strength distribution in Example 8
  • FIG. 15B shows the electric field strength distribution in Example 9
  • FIG. 15C shows the electric field strength distribution in Example 10.
  • Example 11 the processing chamber 211 (processing chamber) is connected to the outside (lower side in the figure) of the plasma generation space G in the plasma generation apparatus 210 (see FIG. 7).
  • Examples 12 and 13 are In order to investigate the influence of the gap between the plasma P and the substrate S in the plasma processing apparatus of FIG. 7, the stage 213 of FIG. The interval was set to 2.5 cm, and in Example 13, the gap from the upper end of the chamber 211 to the surface of the stage 213 was set to 1.5 cm.
  • FIGS. 16A to 16C show the electric field strength distribution in Example 11
  • FIG. 16B shows the electric field strength distribution in Example 12
  • FIG. 16C shows the electric field strength distribution in Example 13.
  • a local strong electric field region can be generated. I understood that. This also suggests that the generation of the local strong electric field region is mainly caused by the shape of the plasma generation space G. It was also found that even if the stage 213 was moved up and down, the region of the local strong electric field region hardly changed. Thus, there is a possibility that a desired film formation rate and etching rate can be easily realized simply by moving the stage 213 up and down.
  • the plasma processing apparatus includes a waveguide for propagating microwaves, a plasma generation chamber connected to the waveguide, A dielectric table disposed in the plasma generation chamber, interposed between the mounting table on which the substrate is mounted, and the waveguide and the plasma generation chamber, and introduces a microwave propagating through the waveguide into the plasma generation chamber.
  • the plasma generation chamber has a central axis and exhibits a symmetrical shape with respect to the central axis, an electromagnetic wave of a specific mode can be obtained by appropriately setting the shape of the plasma generation chamber, for example, the inner diameter of a hemispherical shape.
  • a strong electric field region can be generated in an arbitrary region corresponding to the specific mode, so that the plasma is separated from the dielectric window, and a desired region around the substrate to be processed can be obtained.
  • Generate in region Bets can be, as a result, found that it is possible that it is possible to prevent the dielectric window is damaged by the plasma, to generate a plasma in a desired region of the periphery of the substrate.
  • the present invention has been made based on the results of the above research.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the plasma processing apparatus according to the present embodiment.
  • the plasma processing apparatus 310 includes a processing chamber 311 (plasma generation chamber) for performing plasma processing on the substrate S, and a waveguide 312 for propagating microwaves generated by a microwave generator (not shown).
  • a processing chamber 311 plasma generation chamber
  • a waveguide 312 for propagating microwaves generated by a microwave generator (not shown).
  • the processing chamber 311 includes therein a stage 314 for placing the substrate S on the substrate placement surface 314a, and is connected to an exhaust pipe (not shown).
  • the exhaust pipe is connected to a vacuum pump and a pressure control valve (both not shown), and the vacuum pump and the pressure control valve control the pressure inside the processing chamber 311.
  • the stage 314 has a heater and a cooling mechanism (both not shown) inside, and controls the placed substrate S to an appropriate temperature.
  • a coaxial tube or a circular waveguide is used as the waveguide 312.
  • microwaves having various dimensions, for example, microwaves of 2.45 GHz can be propagated in the lowest mode. Is set to
  • the processing chamber 311 has a central axis C and has a symmetrical shape with respect to the central axis C.
  • the upper end side in the figure is formed in a hemispherical shape, and the lower end side in the figure is formed in a cylindrical shape.
  • the stage 314 has a cylindrical shape and is disposed coaxially with the processing chamber 311 inside the processing chamber 311.
  • the hemispherical inner wall surface 311a of the processing chamber 311 and the substrate placement surface 314a of the stage 314 form a plasma generation space G.
  • a processing gas is introduced into the plasma generation space G from a processing gas introduction port (not shown).
  • a dielectric window 315 is disposed between the inner wall surface of the processing chamber 311 and the side surface of the stage 314 (see, for example, FIG. 18A).
  • a waveguide 312 is connected to the processing chamber 311 at the center at the lower end in the figure. That is, the waveguide 312 is disposed on the central axis C of the processing chamber 311.
  • the microwave propagating through the waveguide 312 is introduced into the plasma generation space G through the dielectric window 315.
  • the dielectric window 315 faces the plasma generation space G along the outer periphery of the plasma generation space G, that is, faces the plasma generation space G symmetrically with respect to the central axis C, so that the microwaves generate plasma. It is introduced symmetrically with respect to the center of the space G.
  • the plasma generation space G is formed by the hemispherical inner wall surface 311a of the processing chamber 311 and the substrate placement surface 314a of the stage 314, it exhibits a symmetrical hemispherical shape with respect to the central axis C.
  • an electromagnetic wave of a specific mode can be excited by appropriately setting the radius, and as a result, a strong electric field region can be formed in an arbitrary region in the space, for example, above the center of the plasma generation space G.
  • the strong electric field region the amount of energy transferred from the microwave to the electrons in the plasma is large, so the electron temperature is high, and electrons with sufficient energy repeatedly collide with atoms and molecules in the process gas, resulting in high density. Plasma is generated locally.
  • plasma is more actively generated in the strong electric field region than in the other regions, and thus the plasma P having a high density is generated in the strong electric field region.
  • the plasma P is generated from the processing gas in an arbitrary region only by introducing the microwave without using a magnetic field or the like.
  • the plasma processing apparatus 310 uses a mixed gas containing hydrogen gas, carbon-containing gas such as methane gas, propane gas or acetylene gas, and impurity-containing gas such as phosphine gas or diborane gas as the processing gas, G and the internal pressure of the processing chamber 311 are maintained at 10 to 200 Torr, and the substrate S is heated to 700 to 1200 ° C. by the stage 314, whereby diamond is generated on the substrate S by radicals in the plasma P generated from the processing gas. Grow.
  • the upper end side of the processing chamber 311 into which microwaves are introduced has a hemispherical shape symmetric with respect to the central axis C, and the plasma generation space G in the processing chamber 311 is also symmetric with respect to the central axis C. Since it exhibits a hemispherical shape, an electromagnetic wave of a specific mode can be excited by appropriately setting the radius thereof, and a strong electric field region can be generated in an arbitrary region corresponding to the specific mode. It can be generated in a region away from the dielectric window 315. As a result, the dielectric window 315 can be prevented from being damaged by the heat of the plasma P.
  • the potential gradient in the sheath near the surface of the dielectric window 315 can be weakened, so that the positive potential to the dielectric window 315 by the sheath can be reduced. Sputtering of ions or the like can be weakened.
  • the plasma generation space G has a hemispherical shape that is symmetric with respect to the central axis C, the generated plasma P is also distributed symmetrically with respect to the central axis C. Thereby, generation
  • the microwaves are introduced symmetrically with respect to the central axis C of the processing chamber 311, the setting of the radius necessary for exciting the electromagnetic wave of the specific mode and the position where the strong electric field region is generated. Prediction becomes easy, so that the generation region of the plasma P can be easily controlled.
  • a part of the substrate mounting surface 314a in the stage 314 in the processing chamber 311 may be configured as a lift table 314c that can move in the vertical direction in the drawing as shown in FIG. 19A. Thereby, the distance between the plasma P and the substrate S can be controlled.
  • a part of the side wall of the processing chamber 311 may be constituted by a bellows 311d.
  • the bellows 311d by extending the bellows 311d, the distance between the upper end side of the processing chamber 311 having the hemispherical shape and the substrate S placed on the stage 314 can be changed, but the strong electric field region is the hemisphere of the processing chamber 311. As a result, the distance between the plasma P and the substrate S can be controlled.
  • the film formation speed and the film thickness distribution on the substrate S are controlled during the film formation using the plasma P by controlling the distance between the plasma P and the substrate S.
  • the etching rate in the substrate S and the distribution of the etching rate can be controlled.
  • a protrusion member (stub) 311c facing the stage 314 along the central axis C may be provided on the hemispherical inner wall surface 311a of the processing chamber 311.
  • a protrusion member (stub) 311c facing the stage 314 along the central axis C may be provided on the hemispherical inner wall surface 311a of the processing chamber 311.
  • plasma is generated locally near the tip of the protrusion. Therefore, by adjusting the length of the stub 311c, the generation region of the plasma P in the plasma generation space G can be controlled more precisely in the vertical direction.
  • the material constituting the stub 311c is not particularly limited. For example, a metal is preferable.
  • the stub 311c is not necessarily arranged along the central axis C, and may be offset from the central axis C as shown in FIG. 20B. Even if the stub 311c is offset from the central axis C, the plasma P can be locally generated in the vicinity of the tip as long as the tip of the stub 311c exists in the plasma generation space G. Accordingly, the generation location of the plasma P can be controlled by adjusting the arrangement location of the stub 311c.
  • the stub 311c may be configured to be movable in the plasma generation space G.
  • it may be configured to be capable of circular movement about the central axis C while facing the stage 314.
  • the plasma P since the plasma P is locally generated near the tip of the stub 311c, the plasma P can be moved by moving the stub 311c.
  • the exposure time to the plasma P at various locations on the substrate S can be controlled, so that uniform plasma treatment can be performed on the substrate S.
  • a portion facing the stage 314 on the upper end side of the processing chamber 311 may be cut out to provide a flat opposing surface 311e on the hemispherical inner wall surface 311a.
  • a curved surface portion remains in a part of the hemispherical inner wall surface 311a, an electromagnetic wave of a specific mode can be excited by appropriately setting the radius of the curved surface portion, and according to the specific mode.
  • the facing surface 311e is closer to the substrate placement surface 314a of the stage 314 than the top of the hemispherical inner wall surface 311a in FIG. It is possible to approach the substrate S placed on the placement surface 314a, so that the efficiency of the plasma treatment performed on the substrate S can be improved.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the plasma processing apparatus according to the present embodiment.
  • the plasma processing apparatus 360 includes a processing chamber 361 (plasma generating chamber) that performs plasma processing on the substrate S, and a waveguide 312.
  • the processing chamber 361 has a central axis C1, has a symmetrical shape with respect to the central axis C1, and has an upper end side formed in a conical shape in the drawing and a lower end side formed in a cylindrical shape in the drawing.
  • the stage 314 is disposed coaxially with the processing chamber 361 inside the processing chamber 361.
  • the conical inner wall surface 361a on the upper end side of the processing chamber 361 and the substrate placement surface 314a of the stage 314 form a plasma generation space G1.
  • a waveguide 312 is connected to the processing chamber 361 at the center at the lower end in the figure. That is, the waveguide 312 is disposed on the central axis C1 of the processing chamber 361.
  • the microwave is introduced symmetrically with respect to the center of the plasma generation space G1 through the dielectric window 315.
  • the plasma generation space G1 is formed by the conical inner wall surface 361a of the processing chamber 361 and the substrate placement surface 314a of the stage 314, the plasma generation space G1 has a symmetrical conical shape with respect to the central axis C1.
  • An electromagnetic wave of a specific mode can be excited by appropriately setting the position of the conical surface in the conical shape, and an arbitrary region corresponding to the specific mode, for example, a local strong electric field region above the plasma generation space G1 To generate plasma P1.
  • a part of the plasma P1 generated in the plasma generation space G1 reaches the substrate S placed on the substrate placement surface 314a facing the plasma generation space G1, and plasma treatment is performed on the substrate S.
  • the upper end side of the processing chamber 361 into which microwaves are introduced has a conical shape symmetrical with respect to the central axis C1, and the plasma generation space G1 in the processing chamber 361 is also symmetrical with respect to the central axis C1. Since it exhibits a conical shape, it is possible to excite an electromagnetic wave of a specific mode by appropriately setting the position of the conical surface in the conical shape, and to generate a strong electric field region in an arbitrary region according to the specific mode. Thus, the plasma P1 can be generated in a region away from the dielectric window 315. Furthermore, the potential gradient in the sheath generated in the vicinity of the surface of the dielectric window 315 can be weakened, so that the sputtering of cations or the like on the dielectric window 315 by the sheath can be weakened.
  • the plasma generation space G1 has a conical shape which is symmetric with respect to the central axis C1
  • the generated plasma P1 is also distributed symmetrically with respect to the central axis C1.
  • a portion facing the stage 314 on the upper end side of the processing chamber 361 may be cut out to provide a flat opposing surface 361c on the conical inner wall surface 361a.
  • the inclined surface remains in part on the conical inner wall surface 361a, an electromagnetic wave of a specific mode can be excited by appropriately setting the position of the inclined surface, and an arbitrary mode corresponding to the mode can be excited.
  • the plasma P1 can be generated in the region of FIG. 22, the opposing surface 361c is closer to the substrate mounting surface 314a of the stage 314 than the top of the conical inner wall surface 361a in FIG. It can be brought close to the substrate S placed on the surface 314a, and thus the efficiency of the plasma treatment performed on the substrate S can be improved.
  • a part of the substrate mounting surface 314a on the stage 314 in the processing chamber 361 may be configured as a lift table 314c movable in the vertical direction in the drawing as shown in FIG. 24A. Thereby, the distance between the plasma P1 and the substrate S can be controlled.
  • a part of the side wall of the processing chamber 361 may be constituted by a bellows 361d. Also in this case, the distance between the plasma P1 and the substrate S can be controlled by extending the bellows 361d.
  • a stub facing the stage 314 along the central axis C1 may be provided on the conical inner wall surface 361a in the processing chamber 361 of the plasma processing apparatus 360.
  • the main factor that the strong electric field region corresponding to the mode is generated in an arbitrary region in the plasma generation spaces G and G1 of the plasma processing apparatuses 310 and 360 is as follows.
  • the upper end side of the processing chamber 311 having the hemispherical inner wall surface 311a and the upper end side of the processing chamber 361 having the conical inner wall surface 361a are symmetrical with respect to the central axis C and the central axis C1, and are excited by adjusting the shape. It is considered that the electromagnetic wave mode to be specified can be specified.
  • the microwave is symmetrical with respect to the center of the plasma generation space G regardless of the form of microwave introduction to the plasma generation space G. Even if it is not introduced into the region, a strong local electric field region can be generated in an arbitrary region of the plasma generation space G.
  • the waveguide 312 may be arranged offset from the central axis C of the processing chamber 311. Further, the microwave does not need to be introduced into the plasma generation space G through the dielectric window 315.
  • the waveguide 312 may be directly attached to the upper end side of the processing chamber 311.
  • the height of the lift table 314c from the substrate placement surface 314a is set to 0 cm.
  • the height of the lift table 314c from the substrate placement surface 314a is set to 2 cm.
  • the height of the lift table 314c from the substrate placement surface 314a was set to 3 cm.
  • Example 17 the length of the stub 311c was set to 1 cm
  • Example 18 the length of the stub 311c was set to 2 cm
  • Example 19 the length of the stub 311c was set to 3 cm.
  • FIG. 27A to FIG. 27C calculate the electric field strength distributions in Examples 17 to 19 using the same COMSOL electromagnetic field calculation module under the same conditions as in Examples 14 to 16, and the results. Is shown. 27A shows the electric field strength distribution in Example 17, FIG. 27B shows the electric field strength distribution in Example 18, and FIG. 27C shows the electric field strength distribution in Example 19.
  • Example 20 to Example 22 The two-dimensional model of Example 20 to Example 22 is created assuming 310, the distance between the facing surface 311e and the substrate mounting surface 314a is set to 7 cm in Example 20, and the facing surface 311e is set in Example 21. The distance from the substrate placement surface 314a was set to 6 cm, and in Example 22, the distance between the facing surface 311e and the substrate placement surface 314a was set to 5 cm.
  • FIGS. 28A to 28C show the electric field strength distributions in Examples 20 to 22 using the same COMSOL electromagnetic field calculation module under the same conditions as in Examples 14 to 16, and the results. Is shown. 28A shows the electric field strength distribution in Example 20, FIG. 28B shows the electric field strength distribution in Example 21, and FIG. 28C shows the electric field strength distribution in Example 22.
  • Example 23 the distance between the apex of the conical inner wall surface 361a and the stage 314 is set to 5 cm, and in Example 24, the distance between the apex of the conical inner wall surface 361a and the stage 314 is set to 7.5 cm. 25, the distance between the apex of the conical inner wall surface 361a and the stage 314 was set to 10 cm.
  • FIGS. 29A to 29C show the electric field strength distributions in Examples 23 to 25 using the same COMSOL electromagnetic field calculation module under the same conditions as in Examples 14 to 16, and the results. Is shown. 29A shows the electric field strength distribution in Example 23, FIG. 29B shows the electric field strength distribution in Example 24, and FIG. 29C shows the electric field strength distribution in Example 25.
  • the plasma processing apparatus of FIG. 360 the two-dimensional model of Example 26 thru
  • the distance from the substrate placement surface 314a was set to 6 cm, and in Example 28, the distance between the facing surface 361c and the substrate placement surface 314a was set to 5 cm.
  • FIG. 30A to FIG. 30C show the electric field strength distributions in Examples 26 to 28 using the same COMSOL electromagnetic field calculation module under the same conditions as in Examples 14 to 16, and the results. Is shown. 30A shows the electric field strength distribution in Example 26, FIG. 30B shows the electric field strength distribution in Example 27, and FIG. 30C shows the electric field strength distribution in Example 28.
  • FIGS. 30A to 30C it was found that a strong electric field region was locally generated even when the facing surface 361c was provided. As a result, it was found that if the inclined surface remains in part on the conical inner wall surface 361a, the plasma P1 can be generated in the plasma generation space G1 even if the upper end side of the processing chamber 361 does not exhibit a complete conical shape. Further, it was found that the strong electric field region is generated in the vicinity of the opposing surface 361c even if the distance between the opposing surface 361c and the substrate mounting surface 314a is changed. Thereby, it was also found that the distance between the plasma P1 and the substrate S can be controlled by changing the distance between the facing surface 361c and the substrate placement surface 314a.

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Abstract

　マイクロ波を導入するための誘電体窓が損傷するのを防止することができるプラズマ処理装置を提供する。プラズマ処理装置１１０は、基板Ｓを収容する処理チャンバ１１１と、該処理チャンバ１１１に隣接して配置されるプラズマ生成ユニット１１２とを備え、該プラズマ生成ユニット１１２は、マイクロ波を伝播させる導波管１１５と、該導波管１１５に接続されたプラズマ生成チャンバ１１６と、導波管１１５及びプラズマ生成チャンバ１１６の間に介在し、導波管１１５が伝播するマイクロ波をプラズマ生成チャンバ１１６の内部へ導入する誘電体窓１１７とを有し、プラズマ生成チャンバ１１６の内部空間であるプラズマ発生空間Ｇは球状を呈し、処理チャンバ１１１の内部と連通する。

Description

プラズマ生成装置及びプラズマ処理装置
　本発明は、マイクロ波を用いてプラズマを生成するプラズマ生成装置及びプラズマ処理装置に関する。
　従来、処理ガスからプラズマを生成し、該プラズマによって基板に処理を施す数々のプラズマ処理装置が用いられている。例えば、平行に配置された２つの平板状電極に高周波電力を供給することによって高周波電界を生じさせ、該電界によって加速された電子と処理ガスとが様々な反応を起こすことでプラズマを生成し、該プラズマによって基板へプラズマ処理を施す平行平板型のプラズマ処理装置が一般に用いられている。また、高周波ではなくマイクロ波を用いるプラズマ処理装置も用いられている。
　図３１は、マイクロ波を用いるプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
　図３１において、プラズマ処理装置４５０は、マイクロ波を導入するための開口部４５１を上部中心に有する真空チャンバ４５２と、該真空チャンバ４５２の内部に配置されて基板Ｓを載置する基板載置台４５３と、開口部４５１へマイクロ波を導入する導波管４５４と、該導波管４５４から真空チャンバ４５２の内部へマイクロ波を導入する誘電体窓４５５とを備える。
　このプラズマ処理装置４５０では、真空チャンバ４５２の内部へ導入された処理ガスからマイクロ波によってプラズマが生成され、該プラズマ中のラジカルによって基板載置台４５３上の基板Ｓにおいて、例えば、ダイヤモンドを成長させる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−３１７９２号公報
　真空チャンバ４５２の内部においてプラズマの電子密度が高まると、プラズマは誘電体窓４５５を透過したマイクロ波を遮断するようになる。これに加えて、高密度の不均一なプラズマ中では、電子プラズマ（角）周波数とマイクロ波周波数が一致する位置で、共鳴吸収が起こる。その結果、誘電体窓４５５の近傍において積極的にプラズマが生成される。比較的圧力の高い条件下でプラズマを生成すると処理ガスの温度が非常に高温となり、誘電体窓４５５を熱によって損傷させる場合があり、又、被処理体である基板Ｓ周辺に所望のプラズマを生成することができなくなる場合がある。
　本発明の目的は、マイクロ波を導入するための誘電体窓が損傷するのを防止し、且つ基板周辺の所望の領域にプラズマを生成することができるプラズマ生成装置及びプラズマ処理装置を提供することにある。
　上記目的を達成するために、本発明の第１の態様によれば、マイクロ波を伝播させる導波管と、該導波管に接続されたプラズマ生成室と、前記導波管及び前記プラズマ生成室の間に介在し、前記導波管が伝播する前記マイクロ波を前記プラズマ生成室の内部へ導入する誘電体窓とを備えることを特徴とするプラズマ生成装置が提供される。
　本発明の第１の態様において、前記プラズマ生成室は、球状（球状に近似する多面体形状や高次の関数によって表される曲面で形成される空間形状を含む。）を呈し、基板を収容する処理室に隣接して配置され、前記プラズマ生成室の内部は前記処理室の内部と連通することが好ましい。
　本発明の第１の態様において、前記導波管は前記プラズマ生成室の中心軸に関して対称的に配置されることが好ましい。
　本発明の第１の態様において、前記プラズマ生成室は、半球体状の湾曲表面と、該半球体状の湾曲表面とは所定の間隔を隔てて、同心状に対向配置された前記半球体状の径よりも径が大きい中空半球体状の内側湾曲面とによって挟まれた半球状湾曲空間部を備えていることが好ましい。
　本発明の第１の態様において、前記プラズマ生成室は基板を収容する処理室に隣接して配置され、前記プラズマ生成室の内部は前記処理室の内部と連通していることが好ましい。
　本発明の第１の態様において、前記導波管は前記プラズマ生成室の中心軸に関して対称的に配置されていることが好ましい。
　上記目的を達成するために、本発明の第２の態様によれば、マイクロ波を伝播させる導波管と、該導波管に接続されるプラズマ生成室と、該プラズマ生成室内に配され、基板を載置する載置台と、前記導波管及び前記プラズマ生成室の間に介在し、前記導波管を伝播する前記マイクロ波を前記プラズマ生成室の内部へ導入する誘電体窓とを備え、前記プラズマ生成室は中心軸を有し、該中心軸に関して対称な形状を呈することを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
　本発明の第２の態様において、前記プラズマ生成室は半球形状を呈することが好ましい。
　本発明の第２の態様において、前記プラズマ生成室は前記載置台と対向する部分が切除されていることが好ましい。
　本発明の第２の態様において、前記プラズマ生成室は円錐形状を呈することが好ましい。
　本発明の第２の態様において、前記プラズマ生成室は前記載置台と対向する部分が切除されていることが好ましい。
　本発明の第２の態様において、前記プラズマ生成室に前記載置台と対向する突起部材が配置されていることが好ましい。
　本発明の第２の態様において、前記突起部材は前記プラズマ生成室の中心軸からオフセットして配置されていることが好ましい。
　本発明の第２の態様において、前記突起部材は移動可能に構成されていることが好ましい。
　上記目的を達成するために、本発明の第３の態様によれば、基板を収容する処理室と、該処理室に隣接して配置されるプラズマ生成装置とを備え、該プラズマ生成装置は、マイクロ波を伝播させる導波管と、該導波管に接続されたプラズマ生成室と、前記導波管及び前記プラズマ生成室の間に介在し、前記導波管が伝播する前記マイクロ波を前記プラズマ生成室の内部へ導入する誘電体窓とを有し、前記プラズマ生成室の内部は前記処理室の内部と連通することを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
　本発明の第３の態様において、前記プラズマ生成室は、球状を呈していることが好ましい。
　本発明の第３の態様において、前記プラズマ生成室は、半球体状の湾曲表面と、該半球体状の湾曲表面とは所定の間隔を隔てて同心状に対向配置された前記半球体状の径よりも径が大きい中空半球体状の内側湾曲面とによって挟まれた半球状湾曲空間部を備えていることが好ましい。
　本発明によれば、マイクロ波が導入されるプラズマ生成室が球状を呈するので、プラズマ生成室内に存在する電磁波の境界条件となるプラズマ生成室の半径を適切に設定することにより、特定のモードの電磁波を励起できる。その結果、モードに応じた任意の領域において強電界領域を生じさせることができる。強電界領域は処理ガスからプラズマを生成する。したがって、誘電体窓から離れ且つ被処理体である基板周辺の所望の領域において強電界領域を生じさせることにより、プラズマを誘電体窓から離れた領域において生成することができ、もって、誘電体窓がプラズマによって損傷するのを防止することができるとともに、基板周辺の所望の領域にプラズマを生成することができる。
　また、本発明によれば、マイクロ波が導入されるプラズマ生成室が、半球体状の湾曲表面と、該半球体状の湾曲表面とは所定の間隔を隔てて、同心状に対向配置された半球体状の径よりも径が大きい中空半球体状の内側湾曲面とによって挟まれた半球状湾曲空間部を備えているので、電磁波の境界条件となる半球状湾曲空間部の内径及び外径を適切に設定することで、特定のモードの電磁波を励起できる。その結果、モードに応じた任意の領域で強電界領域を生じさせることができる。強電界領域は処理ガスからプラズマを生成する。したがって、誘電体窓から離れ且つ被処理体である基板周辺の所望の領域において強電界領域を生じさせることにより、プラズマを誘電体窓から離れた領域で生成することができ、もって、誘電体窓がプラズマによって損傷するのを防止することができ、更に基板周辺の所望の領域にプラズマを生成することができる。
　また、本発明によれば、マイクロ波が導入されるプラズマ生成室が中心軸に関して対称な形状を呈するので、プラズマ生成室内に存在する電磁波の境界条件となるプラズマ生成室の形状、例えば、半球形状の内径を適切に設定することにより、特定のモードの電磁波を励起できる。その結果、モードに応じた任意の領域において強電界領域を生じさせることができる。強電界領域は処理ガスからプラズマを生成する。したがって、誘電体窓から離れ且つ被処理体である基板周辺の所望の領域において強電界領域を生じさせることにより、プラズマを誘電体窓から離れた領域において生成することができ、もって、誘電体窓がプラズマによって損傷するのを防止することができるとともに、基板周辺の所望の領域にプラズマを生成することができる。
本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ生成装置を備えるプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。 図１のプラズマ処理装置における局所的な断面図であり、導波管の断面形状を示す図である。 図１のプラズマ処理装置における局所的な断面図であり、円筒容器及び円柱部材の間に形成されるマイクロ波の導入路の断面形状を示す図である。 図１におけるプラズマ生成ユニットの第１の変形例の構成を概略的に示す図である。 図１におけるプラズマ生成ユニットの第２の変形例の構成を概略的に示す図である。 図１におけるプラズマ生成ユニットの第３の変形例の構成を概略的に示す図である。 図１におけるプラズマ生成ユニットの第４の変形例の構成を概略的に示す図である。 図１におけるプラズマ生成ユニットの変形例の構成を概略的に示す図であり、第５の変形例を示す図である。 図１におけるプラズマ生成ユニットの変形例の構成を概略的に示す図であり、第６の変形例を示す図である。 図１におけるプラズマ発生空間の半径を変更した場合の電界強度分布の計算結果を示す図であり、プラズマ発生空間の半径が５．５ｃｍの場合を示す図である。 図１におけるプラズマ発生空間の半径を変更した場合の電界強度分布の計算結果を示す図であり、プラズマ発生空間の半径が８ｃｍの場合を示す図である。 図１におけるプラズマ発生空間を処理チャンバの内部と連通させた場合の電界強度分布の計算結果を示す図であり、ステージを設けない場合を示す図である。 図１におけるプラズマ発生空間を処理チャンバの内部と連通させた場合の電界強度分布の計算結果を示す図であり、ステージから処理チャンバの上内面までの距離を２ｃｍに設定した場合を示す図である。 図１におけるプラズマ発生空間を処理チャンバの内部と連通させた場合の電界強度分布の計算結果を示す図であり、ステージから処理チャンバの上内面までの距離を１．５ｃｍに設定した場合を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ生成装置を備えるプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。 図７のプラズマ処理装置における局所的な断面図であり、円筒状容器及び円柱状部材の間に形成される誘電体窓の断面形状を示す図である。 図７のプラズマ処理装置における局所的な断面図であり、導波管の断面形状を示す図である。 図７におけるプラズマ処理装置の変形例の構成を概略的に示す図であり、第１の変形例を示す図である。 図７におけるプラズマ処理装置の変形例の構成を概略的に示す図であり、第２の変形例を示す図である。 図７におけるプラズマ処理装置の変形例の構成を概略的に示す図であり、第３の変形例を示す図である。 図７におけるプラズマ処理装置の別の変形例の構成を概略的に示す図であり、第４の変形例を示す図である。 図７におけるプラズマ処理装置の別の変形例の構成を概略的に示す図であり、第５の変形例を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係る、プラズマ生成装置を備えるプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。 図１１におけるプラズマ処理装置の変形例の構成を概略的に示す図であり、第１の変形例を示す図である。 図１１におけるプラズマ処理装置の変形例の構成を概略的に示す図であり、第２の変形例を示す図である。 図１１におけるプラズマ処理装置の変形例の構成を概略的に示す図であり、第３の変形例を示す図である。 図１１のプラズマ処理装置におけるプラズマ生成装置の構成を概念的に示す図であって、具体的実施例に供するプラズマ生成装置の基本的な構造を示す図である。 図１３におけるプラズマ発生空間の内側半径を変更した場合の電界強度分布の計算結果を示す図であり、プラズマ発生空間の外側半径が１０ｃｍ、内側半径が４ｃｍの場合を示す図である。 図１３におけるプラズマ発生空間の内側半径を変更した場合の電界強度分布の計算結果を示す図であり、プラズマ発生空間の外側半径が１０ｃｍ、内側半径が８ｃｍの場合を示す図である。 プラズマ発生空間と処理チャンバとを一体化させた場合の電界強度分布の計算の結果を示す図であり、プラズマ発生空間と処理チャンバとを一体化させた図１１の場合を示す図である。 プラズマ発生空間と処理チャンバとを一体化させた場合の電界強度分布の計算の結果を示す図であり、図１１におけるステージに深さ２ｃｍの窪みを設け、当該窪み上に基板を配置した場合を示す図である。 プラズマ発生空間と処理チャンバとを一体化させた場合の電界強度分布の計算の結果を示す図であり、図１１におけるステージに深さ３ｃｍの窪みを設け、当該窪み上に基板を配置した場合を示す図である。 プラズマ発生空間と処理チャンバとを連結させた場合の電界強度分布の計算の結果を示す図であり、プラズマ発生空間と処理チャンバとを連結させた図７の場合を示す図である。 プラズマ発生空間と処理チャンバとを連結させた場合の電界強度分布の計算の結果を示す図であり、図７において、チャンバの上端からステージの表面までの隙間を２．５ｃｍに設定した場合を示す図である。 プラズマ発生空間と処理チャンバとを連結させた場合の電界強度分布の計算の結果を示す図であり、図７において、チャンバの上端からステージの表面までの隙間を１．５ｃｍに設定した場合を示す図である。 本発明の第４の実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。 図１７のプラズマ処理装置における局所的な断面図であり、処理チャンバ及びステージの間に形成されるマイクロ波の導入路の断面形状を示す図である。 図１７のプラズマ処理装置における局所的な断面図であり、導波管の断面形状を示す図である。 図１７におけるプラズマ処理装置の変形例の構成を概略的に示す図であり、第１の変形例を示す図である。 図１７におけるプラズマ処理装置の変形例の構成を概略的に示す図であり、第２の変形例を示す図である。 図１７におけるプラズマ処理装置の変形例の構成を概略的に示す図であり、第３の変形例を示す図である。 図１７におけるプラズマ処理装置の変形例の構成を概略的に示す図であり、第４の変形例を示す図である。 図１７におけるプラズマ処理装置の変形例の構成を概略的に示す図であり、第５の変形例を示す図である。 図１７におけるプラズマ処理装置の第６の変形例の構成を概略的に示す図である。 本発明の第５の実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。 図２２におけるプラズマ処理装置の第１の変形例の構成を概略的に示す図である。 図２２におけるプラズマ処理装置の変形例の構成を概略的に示す図であり、第２の変形例を示す図である。 図２２におけるプラズマ処理装置の変形例の構成を概略的に示す図であり、第３の変形例を示す図である。 図１７におけるプラズマ処理装置の変形例の構成を概略的に示す図であり、第７の変形例を示す図である。 図１７におけるプラズマ処理装置の変形例の構成を概略的に示す図であり、第８の変形例を示す図である。 図１９Ａのプラズマ処理装置においてリフトテーブルの基板載置面からの高さを変更した場合の電界強度分布の計算結果を示す図であり、リフトテーブルの基板載置面からの高さを０ｃｍに設定した場合を示す図である。 図１９Ａのプラズマ処理装置においてリフトテーブルの基板載置面からの高さを変更した場合の電界強度分布の計算結果を示す図であり、リフトテーブルの基板載置面からの高さを２ｃｍに設定した場合を示す図である。 図１９Ａのプラズマ処理装置においてリフトテーブルの基板載置面からの高さを変更した場合の電界強度分布の計算結果を示す図であり、リフトテーブルの基板載置面からの高さを３ｃｍに設定した場合を示す図である。 図２０Ａのプラズマ処理装置におけるスタブの長さを変更した場合の電界強度分布の計算結果を示す図であり、スタブの長さを１ｃｍに設定した場合を示す図である。 図２０Ａのプラズマ処理装置におけるスタブの長さを変更した場合の電界強度分布の計算結果を示す図であり、スタブの長さを２ｃｍに設定した場合を示す図である。 図２０Ａのプラズマ処理装置におけるスタブの長さを変更した場合の電界強度分布の計算結果を示す図であり、スタブの長さを３ｃｍに設定した場合を示す図である。 図２１のプラズマ処理装置において対向面と基板載置面との距離を変更した場合の電界強度分布の計算結果を示す図であり、対向面と基板載置面との距離を７ｃｍに設定した場合を示す図である。 図２１のプラズマ処理装置において対向面と基板載置面との距離を変更した場合の電界強度分布の計算結果を示す図であり、対向面と基板載置面との距離を６ｃｍに設定した場合を示す図である。 図２１のプラズマ処理装置において対向面と基板載置面との距離を変更した場合の電界強度分布の計算結果を示す図であり、対向面と基板載置面との距離を５ｃｍに設定した場合を示す図である。 図２２のプラズマ処理装置において円錐形状内壁面の頂点とステージとの距離を変更した場合の電界強度分布の計算結果を示す図であり、円錐形状内壁面の頂点とステージとの距離を５ｃｍに設定した場合を示す図である。 図２２のプラズマ処理装置において円錐形状内壁面の頂点とステージとの距離を変更した場合の電界強度分布の計算結果を示す図であり、円錐形状内壁面の頂点とステージとの距離を７．５ｃｍに設定した場合を示す図である。 図２２のプラズマ処理装置において円錐形状内壁面の頂点とステージとの距離を変更した場合の電界強度分布の計算結果を示す図であり、円錐形状内壁面の頂点とステージとの距離を１０ｃｍに設定した場合を示す図である。 図２３のプラズマ処理装置において対向面と基板載置面との距離を変更した場合の電界強度分布の計算結果を示す図であり、対向面と基板載置面との距離を７ｃｍに設定した場合を示す図である。 図２３のプラズマ処理装置において対向面と基板載置面との距離を変更した場合の電界強度分布の計算結果を示す図であり、対向面と基板載置面との距離を６ｃｍに設定した場合を示す図である。 図２３のプラズマ処理装置において対向面と基板載置面との距離を変更した場合の電界強度分布の計算結果を示す図であり、対向面と基板載置面との距離を５ｃｍに設定した場合を示す図である。 マイクロ波を用いるプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
　本発明者等は、上記目的を達成すべく鋭意研究を行った結果、プラズマ生成装置がマイクロ波を伝播させる導波管と、該導波管に接続された球状のプラズマ生成室と、導波管及びプラズマ生成室の間に介在し、導波管が伝播するマイクロ波をプラズマ生成室の内部へ導入する誘電体窓とを備えれば、プラズマ生成室の半径を適切に設定することで、特定のモードの電磁波を励起でき、該特定モードに応じた任意の領域において強電界領域を生じさせることができ、もって、プラズマを誘電体窓から離し且つ被処理体である基板周辺の所望の領域において生成することができ、その結果、誘電体窓がプラズマによって損傷するのを防止することができるとともに、基板周辺の所望の領域にプラズマを生成することができることを見出した。
　本発明は、上記研究の結果に基づいてなされたものである。
　以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
　図１は、第１の本実施の形態に係るプラズマ生成装置を備えるプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
　図１において、プラズマ処理装置１１０は、基板Ｓにプラズマ処理を施す処理チャンバ１１１（処理室）と、該処理チャンバ１１１に隣接して配置されるプラズマ生成ユニット１１２（プラズマ生成装置）とを備える。
　処理チャンバ１１１は、基板Ｓを載置するステージ１１３を内部に有し、排気管１１４が連結される。排気管１１４は真空ポンプや圧力制御バルブ（ともに図示しない）に接続され、真空ポンプや圧力制御バルブは処理チャンバ１１１の内部の圧力を制御する。ステージ１１３は内部にヒータや冷却機構（ともに図示しない）を有し、載置された基板Ｓを適切な温度に保つ。
　プラズマ生成ユニット１１２は、マイクロ波ジェネレータ（図示しない）が発生させるマイクロ波を伝播させる導波管１１５と、該導波管１１５に接続されたプラズマ生成チャンバ１１６（プラズマ生成室）と、導波管１１５及びプラズマ生成チャンバ１１６の間に介在する誘電体窓１１７とを有する。
　導波管１１５は、同軸管（図２Ａ参照）、若しくは円形導波管からなり、円形導波管の場合、諸寸法が所定の周波数のマイクロ波、例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を最低次のモードにおいて伝播できるように設定されている。
　プラズマ生成チャンバ１１６は図中における下端が半球状に形成された円筒容器１１６ａと、図中における下端が半球状の凹部１１６ｅに形成された円柱部材１１６ｂとを有する。円柱部材１１６ｂは円筒容器１１６ａの内部に同軸に収容され、円柱部材１１６ｂの下端の凹部１１６ｅと、円筒容器１１６ａの下端の内壁面１１６ｄとは、球状のプラズマ発生空間Ｇ（プラズマ生成室の内部）を形成する。また、円筒容器１１６ａの内側面、及び円柱部材１１６ｂの側面の間、並びに、円筒容器１１６ａの上端の内壁面、及び円柱部材１１６ｂの上端の間の隙間には、誘電体窓１１７が配される（例えば、図２Ｂ参照）。
　プラズマ生成チャンバ１１６では、プラズマ発生空間Ｇへ図示しない処理ガス導入口から処理ガスが導入される。また、円筒容器１１６ａの下端の一部が、開放されてプラズマ発生空間Ｇと処理チャンバ１１１の内部とが連通する。さらに、円筒容器１１６ａの上面中心には導波管１１５が接続される。すなわち、導波管１１５は円筒容器１１６ａの中心軸上に配置される。
　プラズマ生成ユニット１１２では、導波管１１５を伝播するマイクロ波が誘電体窓１１７によってプラズマ発生空間Ｇへ導入される。ここで、誘電体窓１１７はプラズマ発生空間Ｇの外周に沿って該プラズマ発生空間Ｇに面する、すなわち、プラズマ発生空間Ｇの中心軸に関して対称的に該プラズマ発生空間Ｇに面するので、マイクロ波はプラズマ発生空間Ｇの中心軸に関して対称的に導入される。
　また、プラズマ発生空間Ｇは球状を呈するので、その半径を適切に設定することによって特定のモードの電磁波を励起でき、結果として空間中の任意の領域、例えば、プラズマ発生空間Ｇの中心の上方において、強電界領域を形成できる。当該強電界領域では、マイクロ波からプラズマ中の電子へのエネルギー移行量が大きいために電子温度が高くなり、十分なエネルギーを持つ電子が処理ガス中の原子や分子と衝突を繰り返すことで高密度のプラズマが局所的に生成される。すなわち、強電界領域では他の領域よりもプラズマの生成が積極的に起こるため、強電界が生じた領域では密度の高いプラズマＰが生じる。換言すれば、本実施の形態では磁界等を利用することなく、マイクロ波の導入のみによって、処理ガスからプラズマＰを任意の領域において生じさせる。
　ここで、プラズマ生成チャンバ１１６のプラズマ発生空間Ｇと処理チャンバ１１１の内部は連通するため、プラズマ発生空間Ｇにおいて生じたプラズマＰの一部は処理チャンバ１１１のステージ１１３に載置された基板Ｓに到達し、該基板Ｓにプラズマ処理を施す。例えば、プラズマ処理装置１１０では、処理ガスとして、水素ガス、炭素含有ガス、例えば、メタンガス、プロパンガスやアセチレンガス、及び不純物含有ガス、例えば、ホスフィンガスやジボランガスを含む混合ガスを用いる。例えば、プラズマ処理装置１１０では、プラズマ発生空間Ｇや処理チャンバ１１１の内部の圧力を１０~２００Ｔｏｒｒに維持する。例えば、プラズマ処理装置１１０では、基板Ｓをステージ１３によって７００~１２００℃に加熱することにより、処理ガスから生じたプラズマＰ中のラジカルによって基板Ｓ上でダイヤモンドを成長させる。
　図１のプラズマ処理装置１１０によれば、マイクロ波が導入されるプラズマ生成チャンバ１１６のプラズマ発生空間Ｇが球状を呈するので、その半径を適切に設定することによって特定のモードの電磁波を励起できる。該特定のモードに応じた任意の領域において強電界領域を生じさせることができ、もって、プラズマＰを誘電体窓１１７から離れた領域において生成することができる。その結果、誘電体窓１１７がプラズマＰによって損傷するのを防止することができる。
　プラズマ処理装置１１０では、マイクロ波がプラズマ発生空間Ｇの中心軸に関して対称的に導入される。よって、特定のモードの電磁波を、励起するために必要な半径の設定、及び強電界領域が生じる領域の予測が容易となり、もって、生成されるプラズマＰの領域を容易に制御することができる。
　本実施の形態において、プラズマ処理装置１１０のプラズマ発生空間Ｇによって、モードに応じた強電界領域が任意の領域において生じる。その主要因は、マイクロ波の境界条件となる、円筒容器１１６ａの下端の内壁面１１６ｄや、円柱部材１１６ｂの下端の凹部１１６ｅが半球状を呈し、その半径を調整することによって励起される電磁波のモードを特定できることにあると考えられる。したがって、プラズマ発生空間Ｇさえ球状を呈していればよい。プラズマ発生空間Ｇに対するマイクロ波の導入形態が、例えば、マイクロ波がプラズマ発生空間Ｇの中心軸に関して対称的に導入されていなくとも、プラズマ発生空間Ｇの任意の領域において、概ね局所的な強電界領域を生じさせることができる。
　以上の理由から、導波管１１５の配置には自由度があり、図１のプラズマ処理装置１１０のように、導波管１１５を円筒容器１１６ａの中心軸上に配置する必要はない。例えば、１つの導波管１１５は、図３Ａに示すように、円筒容器１１６ａの中心軸からオフセットして配置してもよく、また、図３Ｂに示すように、複数の、例えば、２つの導波管１１５を円筒容器１１６ａの中心軸からオフセットして配置してもよい。
　さらに、マイクロ波は、必ずしも誘電体窓１１７を経てプラズマ発生空間Ｇへ導入する必要もない。例えば、図３Ｃに示すように、プラズマ生成ユニット１１２が、球状のプラズマ生成チャンバ１１８と、該プラズマ生成チャンバ１１８の中心を指向するようにプラズマ生成チャンバ１１８へ取り付けられた複数の、例えば、２つの導波管１１５ａを備えてもよい。または、図３Ｄに示すように、プラズマ生成ユニット１１２が、球状のプラズマ生成チャンバ１１８と、該プラズマ生成チャンバ１１８の中心を指向するようにプラズマ生成チャンバ１１８へ取り付けられた１つの導波管１１５ａを備えてもよい。図３Ｃや図３Ｄに示すプラズマ生成ユニット１１２においても、プラズマ生成チャンバ１１８が球状を呈するため、プラズマ生成チャンバ１１８の、内部の任意の領域において概ね局所的な強電界領域を生じさせることができる。
　また、複数の導波管１１５，１１５ａを備える図３Ｂや図３Ｃのプラズマ生成ユニット１１２は、各導波管１１５，１１５ａを円筒容器１１６ａの中心軸やプラズマ生成チャンバ１１８の中心軸に関して対称的に配置するのが好ましい。これにより、結果的にプラズマ発生空間Ｇやプラズマ生成チャンバ１１８の内部へ各中心軸に関して対称的にマイクロ波を導入することができ、プラズマＰの生成領域を容易に制御することができる。
　また、図４Ａに示すように、プラズマ処理装置１１０は、処理チャンバ１１１内のステージ１１３を、図中上下方向に移動可能に構成してもよい。これにより、プラズマＰと基板Ｓとの距離を制御することができ、もって、プラズマＰを利用した成膜時には、基板Ｓにおける成膜速度や膜の厚さ分布を制御することができる。また、プラズマＰを利用したエッチング時には、基板Ｓにおけるエッチングレートや該エッチングレートの分布を制御することができる。
　さらに、図４Ｂに示すように、円筒容器１１６ａを図中下方へ延伸してプラズマ発生空間Ｇを球状ではなく、円筒状空間と該円筒状空間の上下にそれぞれ位置する半球状の空間によって構成してもよい。この場合であっても、円筒容器１１６ａの下端の内壁面１１６ｄや、円柱部材１１６ｂの下端の凹部１１６ｅが半球状を呈するため、これらの半径や円筒状空間の高さを適切に設定することによって特定の領域に強電界領域を生じさせることができる。その結果、プラズマ発生空間Ｇにおいて任意の領域において局所的な強電界領域を生じさせることができる。
　以上、本発明について、上記実施の形態を用いて説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
　上記実施の形態では、プラズマ発生空間Ｇが球状であったが、該プラズマ発生空間Ｇは球状に近似する多面体形状や、高次の関数で表される曲面で形成される空間形状によって構成されてもよい。
　次に、本発明の実施例について説明する。
　まず、プラズマ発生空間Ｇの形状の違いの局所的な強電界領域の発生形態への影響を検討するために、図１のプラズマ生成ユニット１１２を想定して実施例１及び実施例２の２次元モデルを作成し、実施例１ではプラズマ発生空間Ｇの半径を５．５ｃｍに設定し、実施例２ではプラズマ発生空間Ｇの半径を８ｃｍに設定した。
　次いで、プラズマ発生空間Ｇ内にω＞ωｐｅを満たすｎｅ＝１０１６ｍ−３の分布が一様な低密度のプラズマが既に存在し（ωはマイクロ波（角）周波数、ωｐｅは電子プラズマ（角）周波数、ｎｅは電子密度を示す。）、且つ運動量移行衝突周波数νｍはωに等しいと仮定した上で、ＣＯＭＳＯＬ社製の電磁界計算モジュールを用いて実施例１及び実施例２における電界強度分布を計算し、その結果を図５Ａ及び図５Ｂに示した。なお、図５Ａは実施例１における電界強度分布を示し、図５Ｂは実施例２における電界強度分布を示す。
　図５Ａ及び図５Ｂに示すように、プラズマ発生空間Ｇの形状が異なっていても、プラズマ発生空間Ｇが球形を呈すれば、局所的な強電界領域を生じさせることができることが分かった。また、プラズマ発生空間Ｇの形状を変更すれば、生じる局所的な強電界領域の形状が変わることも分かった。これにより、局所的な強電界領域の発生はプラズマ発生空間Ｇの形状が主要因であることが推察された。
　次に、プラズマ発生空間Ｇを処理チャンバ１１１の内部と連通させた場合の局所的な強電界領域の発生形態への影響を検討するために、図１のプラズマ生成ユニット１１２及び処理チャンバ１１１を想定して実施例３乃至実施例５の２次元モデルを作成し、実施例３ではステージ１１３を設けず、実施例４ではステージ１１３から処理チャンバ１１１の上内面までの距離を２ｃｍに設定し、実施例５ではステージ１１３から処理チャンバ１１１の上内面までの距離を１．５ｃｍに設定した。
　次いで、実施例１及び２と同じ条件で同じＣＯＭＳＯＬ社製の電磁界計算モジュールを用いて実施例３乃至実施例５における電界強度分布を計算し、その結果を図６Ａ乃至図６Ｃに示した。なお、図６Ａは実施例３における電界強度分布を示し、図６Ｂは実施例４における電界強度分布を示し、図６Ｃは実施例５における電界強度分布を示す。
　図６Ａ乃至図６Ｃに示すように、プラズマ発生空間Ｇを処理チャンバ１１１の内部と連通させても、プラズマ発生空間Ｇが球形を呈すれば、局所的な強電界領域を生じさせることができることが分かった。これによっても、局所的な強電界領域の発生はプラズマ発生空間Ｇの形状が主要因であることが推察された。また、ステージ１１３を上下動させても局所的な強電界領域の領域が殆ど変わらないことも分かった。これにより、ステージ１１３を上下動させるだけで所望の成膜速度やエッチングレートを容易に実現できることが予想される。
　また、本発明者等は、上記目的を達成すべく鋭意研究を行った結果、プラズマ生成装置がマイクロ波を伝播させる導波管と、該導波管に接続された半球状湾曲空間部を有するプラズマ生成室と、導波管及びプラズマ生成室の間に介在し、導波管を伝播するマイクロ波をプラズマ生成室の内部へ導入する誘電体窓とを備えれば、電磁波の境界条件となる半球状湾曲空間部の内径及び外径を適切に設定することで、特定のモードの電磁波を励起でき、該特定モードに応じた任意の領域で強電界領域を生じさせることができ、もって、プラズマを誘電体窓から離し、且つ被処理体である基板周辺の所望の領域において生成することができ、その結果、誘電体窓がプラズマによって損傷するのを防止することができること及び基板周辺の所望の領域にプラズマを生成することができることを見出した。
　本発明は、上記研究の結果に基づいてなされたものである。
　以下、本発明の第２の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
　図７は、第２の実施の形態に係るプラズマ生成装置を備えるプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
　図７において、プラズマ処理装置２１０は、基板Ｓにプラズマ処理を施す処理チャンバ２１１（処理室）と、該処理チャンバ２１１に隣接して配置されるプラズマ生成ユニット２１２（プラズマ生成装置）とを備える。
　処理チャンバ２１１は、基板Ｓを載置するステージ２１３を内部に有し、排気管２１４が連結されている。排気管２１４は真空ポンプや圧力制御バルブ（ともに図示しない）に接続され、真空ポンプや圧力制御バルブは処理チャンバ２１１の内部の圧力を制御する。ステージ２１３は内部にヒータや冷却機構（ともに図示しない）を有し、載置された基板Ｓを適切な温度になるように制御する。
　プラズマ生成ユニット２１２は、マイクロ波ジェネレータ（図示しない）が発生させるマイクロ波を伝播させる導波管２１５と、該導波管２１５に接続されたプラズマ生成チャンバ２１６（プラズマ生成室）と、導波管２１５及びプラズマ生成チャンバ２１６の間に介在する誘電体窓２１７とを有する。
　導波管２１５は、同軸管（図８Ｂ参照）もしくは円形導波管からなり、円形導波管の場合、諸寸法が所定の周波数のマイクロ波、例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を最低次のモードで伝播できるように設定されている。
　図７に戻り、プラズマ生成チャンバ２１６は、図中における下端が半球状に形成された円筒容器２１６ａと、図中における下端が半球状の凸部２１６ｅに形成された円柱部材２１６ｂとで挟まれた半球状湾曲空間部を有する。すなわち、円柱部材２１６ｂは円筒容器２１６ａの内部に同軸で収容され、円柱部材２１６ｂの下端の凸部２１６ｅと円筒容器２１６ａの下端の内壁面２１６ｄとで半球状湾曲空間部としてのプラズマ発生空間Ｇ（プラズマ生成室の内部）を形成する。また、円筒容器２１６ａの内側面と円柱部材２１６ｂの側面の隙間には、誘電体窓２１７が配されている（例えば、図８Ａ参照）。
　本実施の形態において、半球状湾曲空間部とは、半球体状の湾曲表面（２１６ｅ）と、該半球体状の湾曲表面（２１６ｅ）とは所定の間隔を隔てて同心状に対向配置された当該半球体状の径よりも径が大きい中空半球体状の内側湾曲面（２１６ｄ）とによって挟まれた空間部をいう。
　プラズマ生成チャンバ２１６としてのプラズマ発生空間Ｇへ図示しない処理ガス導入口から処理ガスが導入される。また、円筒容器２１６ａの下端の一部が開放されてプラズマ発生空間Ｇと処理チャンバ２１１の内部とが連通している。さらに、円筒容器２１６ａの上面中心には導波管２１５が接続されている。すなわち、導波管２１５は円筒容器２１６ａの中心軸上に配置されている。
　プラズマ生成ユニット２１２では、導波管２１５を伝播するマイクロ波が誘電体窓２１７によってプラズマ導入路２１６ｃに導入され、該プラズマ導入路２１６ｃに導入されたマイクロ波はさらにプラズマ発生空間Ｇへ導入される。ここで、プラズマ導入路２１６ｃはプラズマ発生空間Ｇの中心軸に関して対称的に形成されているので、マイクロ波はプラズマ発生空間Ｇの中心軸に関して対称的に導入される。
　プラズマ発生空間Ｇは半球状湾曲空間部を有するので、半球状湾曲空間部の内径及び外径を適切に設定することによって特定のモードの電磁波を励起でき、結果として空間中の任意の領域、例えば、プラズマ発生空間Ｇの中心において強電界領域を形成できる。当該強電界領域では、マイクロ波から電子へのエネルギー移行量が大きいため電子温度が高くなり、十分なエネルギーを持つ電子が処理ガス中の原子や分子と衝突を繰り返すことで高密度のプラズマが局所的に生成される。すなわち、強電界領域では他の領域よりもプラズマの生成が積極的に起こるため、強電界が生じた領域では密度の高いプラズマＰが生じる。換言すれば、本実施の形態では磁界等を利用することなく、マイクロ波の導入のみで処理ガスからプラズマＰを生じさせる。
　ここで、プラズマ生成チャンバ２１６としてのプラズマ発生空間Ｇと処理チャンバ２１１の内部は連通しているので、プラズマ発生空間Ｇで生じたプラズマＰの一部は処理チャンバ２１１のステージ２１３に載置された基板Ｓに到達し、該基板Ｓにプラズマ処理を施す。例えば、プラズマ処理装置２１０では、処理ガスとして、水素ガス、炭素含有ガス、例えば、メタンガス、プロパンガスやアセチレンガス、及び不純物含有ガス、例えば、ホスフィンガスやジボランガスを含む混合ガスを用い、プラズマ発生空間Ｇや処理チャンバ２１１の内部の圧力を１０~２００Ｔｏｒｒに維持し、基板Ｓをステージ２１３によって７００~１２００℃に加熱することにより、処理ガスから生じたプラズマＰ中のラジカルによって基板Ｓ上でダイヤモンドを成長させる。
　図７のプラズマ処理装置２１０によれば、マイクロ波が導入されるプラズマ生成チャンバ２１６としてのプラズマ発生空間Ｇが半球状湾曲空間部を備えているので、半球状湾曲空間部の内径及び外径を適切に設定することにより特定のモードの電磁波を励起でき、該特定のモードに応じた任意の領域に強電界領域を生じさせることができ、もって、プラズマＰを誘電体窓２１７から離れた領域で生成することができる。その結果、誘電体窓１７がプラズマＰによって損傷するのを防止することができる。
　また、プラズマ処理装置２１０では、マイクロ波がプラズマ発生空間Ｇの中心軸に関して対称的に導入されるので、特定のモードの電磁波を励起するために必要な半球状湾曲空間部の内径及び外径の適切な設定、及び強電界領域が生じる領域の予測が容易となり、もって、生成されるプラズマＰの領域を容易に制御することができる。
　プラズマ処理装置２１０において、マイクロ波の境界条件となる円筒容器２１６ａの下端の内壁面２１６ｄが半球状を呈するため、半球状湾曲空間部の内径及び外径により電磁波のモードを特定できることが、プラズマ発生空間Ｇにおいてモードに応じた局所的な強電界領域が生じることの主要因であると考えられる。したがって、プラズマ発生空間Ｇさえ半球状湾曲空間部を有していれば、プラズマ発生空間Ｇに対するマイクロ波の導入形態がどのようなものであろうとも、例えば、マイクロ波がプラズマ発生空間Ｇの中心に関して対称的に導入されていなくとも、プラズマ発生空間Ｇの任意の領域において概ね局所的な強電界領域を生じさせることができる。
　以上の理由から、導波管２１５の配置には自由度があり、図７のプラズマ処理装置２１０のように、導波管２１５を円筒容器２１６ａの中心軸上に配置する必要はない。例えば、図９Ａに示すように、１つの導波管２１５を円筒容器２１６ａの中心軸からオフセットして配置してもよく、また、図９Ｂに示すように、複数、例えば、２つの導波管２１５を円筒容器２１６ａの中心軸からオフセットして配置してもよい。また、図９Ｃに示すように、１つの導波管２１５を円筒容器２１６ａの側面に配置してもよい。
　図９Ａ~図９Ｃに示すプラズマ生成ユニット２１２においても、プラズマ発生空間Ｇが半球状湾曲空間部を有するため、プラズマ発生空間Ｇの内部の任意の領域において概ね局所的な強電界領域を生じさせることができる。
　また、図９Ｂのプラズマ生成ユニット２１２のように複数の導波管２１５を備える場合には、各導波管２１５を円筒容器２１６ａの中心軸に関して対称的に配置するのが好ましい。これにより、結果的にプラズマ発生空間Ｇの中心軸に関して対称的にマイクロ波を導入することができ、生成されるプラズマＰの領域を容易に制御することができる。
　また、プラズマ処理装置２１０において処理チャンバ２１１内のステージ２１３を、図１０Ａに示すように、図中上下方向に移動可能に構成してもよい。これにより、プラズマＰと基板Ｓとの距離を制御することができ、もって、プラズマＰを利用した成膜時には、基板Ｓにおける成膜速度や膜の厚さ分布を制御することができる。また、プラズマＰを利用したエッチング時には、基板Ｓにおけるエッチングレートや該エッチングレートの分布を制御することができると考えられる。
　さらに、図１０Ｂに示すように、円柱部材２１６ｂの下端の凸部２１６ｅと、円筒容器２１６ａの下端の内壁面２１６ｄとの間を広げることによって、プラズマ発生空間Ｇの内容積を大きくすることもできる。この場合であっても、円筒容器２１６ａの下端の内壁面２１６ｄが半球面を呈し、それらが境界条件となるため、定在波を形成できると予想され、半球状湾曲空間部の形状を調整することで、プラズマ発生空間Ｇにおいて局所的な強電界領域を生じさせることができると考えられる。
　図１１は、本発明の第３の実施の形態に係る、プラズマ生成装置を備えるプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。このプラズマ処理装置は、基板Ｓにプラズマ処理を施す処理チャンバ（処理室）と、プラズマ生成装置のプラズマ発生空間Ｇとを一体化させたものである。
　図１１において、プラズマ処理装置２２０は、図中における上端が半球状に形成された円筒容器２２６ａと、図中における上端の半球状の凸部が水平に切除された上部平面（ステージ）２２６ｅを有する円柱部材２２６ｂとを備えている。円柱部材２２６ｂは円筒容器２２６ａの内部に同軸で収容され、円柱部材２２６ｂのステージ２２６ｅと円筒容器２２６ａの上端の内壁面２２６ｄとの間に半球状の空間部が形成されている。この半球状の空間部は、半球状湾曲空間部からなるプラズマ発生空間Ｇと円柱部材２２６ｂから切除された凸部に相当する半球状の空間部からなる処理チャンバ２２１とが一体化されたものである。また、円筒容器２２６ａの内側面及び円柱部材２２６ｂの側面の間には誘電体窓２２７が配置されている。
　プラズマ処理装置２２０では、プラズマ処理を施す処理チャンバ２２１と一体化されたプラズマ発生空間Ｇへ図示しない処理ガス導入口から処理ガスが導入される。円筒容器２２６ａは下端の中心部において開口部２２６ｆを有し、該開口部２２６ｆには導波管２２５が連結されている。
　プラズマ処理装置２２０では、導波管２２５を伝播するマイクロ波が誘電体窓２２７によって導入路２２６ｃに導入され、該導入路２２６ｃに導入されたマイクロ波はさらにプラズマ発生空間Ｇへ導入される。導入路２２６ｃはプラズマ発生空間Ｇの中心軸に関して対称的に配置されているので、マイクロ波はプラズマ発生空間Ｇの中心に関して対称的に導入される。
　プラズマ発生空間Ｇは半球状湾曲空間部を備えているので、半球状湾曲空間部の内径及び外径を適切に設定することにより特定のモードの電磁波を励起でき、該特定のモードに応じた任意の領域、例えば、プラズマ発生空間Ｇの中心において局所的な強電界領域を生じさせる。
　ここで、プラズマ発生空間Ｇと処理チャンバ２２１とが一体化されているので、プラズマ発生空間Ｇで生じたプラズマＰの一部は処理チャンバ２２１のステージ２２６ｅに載置された基板Ｓに到達し、図７の実施の形態と同様、基板Ｓにプラズマ処理を施す。
　図１１のプラズマ処理装置２２０によれば、基板Ｓにプラズマ処理を施す処理チャンバ（処理室）２２１と、プラズマ生成装置におけるプラズマ発生空間Ｇとを一体化すると共に、プラズマ発生空間Ｇを半球状湾曲空間部を有するものとしたので、プラズマ発生空間Ｇの任意の領域で強電界領域を生じさせることができ、もって、プラズマＰを誘電体窓２２７から離れた領域で生成することができる。その結果、誘電体窓２２７がプラズマＰによって損傷するのを防止することができる。
　図１２Ａ~図１２Ｃは、上記第３の実施の形態に係るプラズマ処理装置の変形例を示す図である。本実施の形態においては、図７に記載した実施の形態と同様、導波管２２５の配置には自由度があり、例えば、図１２Ａに示すように、１つの導波管２２５を円筒容器２２６ａの中心軸からオフセットして配置してもよく、また、図１２Ｂに示すように、複数、例えば、２つの導波管２２５を円筒容器２２６ａの中心軸からオフセットして配置してもよい。また、図１２Ｃに示すように、１つの導波管２２５を円筒容器２２６ａの側面に配置してもよい。
　この場合であっても、円筒容器２２６ａの上端の内壁面２２６ｄが半球面であるために、それらが電磁波の境界条件となり、その結果、プラズマ発生空間Ｇにおいて局所的な強電界領域を生じさせられると考えられる。
　以上、本発明について、第２の実施の形態及び第３の実施の形態を用いて説明したが、本発明は上記第２の実施の形態及び第３の実施の形態に限定されるものではない。
［実施例］
　次に、本発明の実施例について説明する。
　まず、プラズマ発生空間Ｇの形状の違いによる局所的な強電界領域の発生形態への影響を検討するために、図１３に示したように、プラズマ処理装置２２０（図１１参照）における円柱部材２２６ｂの上端が凸部形状であり、ステージ２２６ｅが設けられていないプラズマ生成ユニットを想定して実施例６及び実施例７の２次元モデルを作成し、実施例６ではプラズマ発生空間Ｇにおける外側半球の半径を１０ｃｍ、内側半球の半径を４ｃｍに設定し、実施例７ではプラズマ発生空間Ｇにおける外側半球の半径を１０ｃｍ、内側半球の半径を８ｃｍに設定した。
　次いで、プラズマ発生空間Ｇ内にω＞ωｐｅを満たすｎｅ＝１０１６ｍ−３の分布が一様な低密度のプラズマが既に存在し（ωはマイクロ波（角）周波数、ωｐｅは電子プラズマ（角）周波数、ｎｅは電子密度を示す。）、且つ運動量移行衝突周波数νｍはωに等しいと仮定した上で、ＣＯＭＳＯＬ社製の電磁界計算モジュールを用いて実施例６及び実施例７における電界強度分布を計算し、その結果を図１４Ａ及び図１４Ｂに示した。なお、図１４Ａは実施例６における電界強度分布を示し、図１４Ｂは実施例７における電界強度分布を示す。
　図１４Ａ及び図１４Ｂに示すように、プラズマ発生空間Ｇの形状が異なっていても、プラズマ発生空間Ｇが半球状湾曲空間部を備えていれば、局所的な強電界領域を生じさせられることが分かった。また、プラズマ発生空間Ｇの形状を変更すれば、生じる局所的な強電界領域の形状が変わることも分かった。これにより、局所的な強電界領域の発生はプラズマ発生空間Ｇの形状が主要因であることが推察された。
　次に、プラズマ発生空間Ｇの内側に処理チャンバを設けてプラズマ発生空間Ｇと処理チャンバとを一体化させた場合の局所的な強電界領域の発生形態への影響を検討するために、図１１のプラズマ処理装置２２０を想定して実施例８乃至実施例１０の２次元モデルを作成した。実施例８では円柱部材２２６ｂの上端にステージ２２６ｅを設け、また、プラズマＰと基板Ｓとの隙間の影響を調べるべくステージ２２６ｅに窪みを設け、実施例９はステージ２２６ｅの表面から基板Ｓが載置される窪みの底部までの深さを２ｃｍに設定し、実施例１０ではステージ２２６ｅの表面から基板Ｓが載置される窪み底部までの深さを３ｃｍに設定した。
　次いで、実施例６及び７と同じ条件で同じＣＯＭＳＯＬ社製の電磁界計算モジュールを用いて実施例８乃至実施例１０における電界強度分布を計算し、その結果を図１５Ａ乃至図１５Ｃに示した。なお、図１５Ａは実施例８における電界強度分布を示し、図１５Ｂは実施例９における電界強度分布を示し、図１５Ｃは実施例１０における電界強度分布を示す。
　図１５Ａ乃至図１５Ｃに示すように、プラズマ発生空間Ｇと処理チャンバ２２１とを一体化させても、プラズマ発生空間Ｇが半球状湾曲空間部を有すれば、局所的な強電界領域を生じさせることができるのが分かった。これによっても、局所的な強電界領域の発生はプラズマ発生空間Ｇの形状が主要因であることが推察された。また、ステージ２２６ｅを上下動させても局所的な強電界領域の領域が殆ど変わらないことも分かった。これにより、ステージ２２６ｅを上下動させるだけで所望の成膜速度やエッチングレートを容易に実現できる可能性がある。
　次に、プラズマ発生空間Ｇの外側湾曲部に処理チャンバを連結した場合の局所的な強電界領域の発生形態への影響を検討するために、図７のプラズマ処理装置２１０を想定して実施例１１乃至実施例１３の２次元モデルを作成した。
　実施例１１では、プラズマ生成装置２１０におけるプラズマ発生空間Ｇの外側（図中下側）に処理チャンバ２１１（処理室）を連結させたものであり（図７参照）、実施例１２及び１３は、図７のプラズマ処理装置におけるプラズマＰと基板Ｓとの間の隙間の影響を調べるべく、図７のステージ２１３を上下駆動自在に設け、実施例１２はチャンバ２１１の上端からステージ２１３の表面までの間隔を２．５ｃｍに設定し、実施例１３ではチャンバ２１１の上端からステージ２１３の表面までの隙間を１．５ｃｍに設定した。
　次いで、実施例６~１０と同じ条件で同じＣＯＭＳＯＬ社製の電磁界計算モジュールを用いて実施例１１乃至実施例１３における電界強度分布を計算し、その結果を図１６Ａ乃至図１６Ｃに示した。なお、図１６Ａは実施例１１における電界強度分布を示し、図１６Ｂは実施例１２における電界強度分布を示し、図１６Ｃは実施例１３における電界強度分布を示す。
　図１６Ａ乃至図１６Ｃに示すように、プラズマ発生空間Ｇと処理チャンバ２１１とを連通させても、プラズマ発生空間Ｇが半球状湾曲空間部を有すれば、局所的な強電界領域を生じさせられることが分かった。これによっても、局所的な強電界領域の発生はプラズマ発生空間Ｇの形状が主要因であることが推察された。また、ステージ２１３を上下動させても局所的な強電界領域の領域が殆ど変わらないことも分かった。これにより、ステージ２１３を上下動させるだけで所望の成膜速度やエッチングレートを容易に実現できる可能性がある。
　さらにまた、本発明者等は、上記目的を達成すべく鋭意研究を行った結果、プラズマ処理装置が、マイクロ波を伝播させる導波管と、該導波管に接続されるプラズマ生成室と、該プラズマ生成室内に配され、基板を載置する載置台と、導波管及びプラズマ生成室の間に介在し、導波管を伝播するマイクロ波をプラズマ生成室の内部へ導入する誘電体窓とを備え、プラズマ生成室は中心軸を有し、該中心軸に関して対称な形状を呈すれば、プラズマ生成室の形状、例えば半球形状の内径を適切に設定することにより、特定のモードの電磁波を励起でき、当該特定のモードに応じた任意の領域で強電界領域を生じさせることができ、もって、プラズマを誘電体窓から離れた領域であって、被処理体である基板周辺の所望の領域において生成することができ、その結果、誘電体窓がプラズマによって損傷するのを防止することができるとともに、基板周辺の所望の領域にプラズマを生成することができることを見出した。本発明は、上記研究の結果に基づいてなされたものである。
　以下、本発明の第４の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
　まず、本発明の第４の実施の形態に係るプラズマ処理装置について説明する。
　図１７は、本実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
　図１７において、プラズマ処理装置３１０は基板Ｓにプラズマ処理を施す処理チャンバ３１１（プラズマ生成室）と、マイクロ波ジェネレータ（図示しない）が発生させるマイクロ波を伝播させる導波管３１２とを備える。
　処理チャンバ３１１は、基板Ｓを基板載置面３１４ａに載置するステージ３１４を内部に有し、排気管（図示しない）が連結される。排気管は真空ポンプや圧力制御バルブ（ともに図示しない）に接続され、真空ポンプや圧力制御バルブは処理チャンバ３１１の内部の圧力を制御する。ステージ３１４は内部にヒータや冷却機構（ともに図示しない）を有し、載置された基板Ｓを適切な温度に制御する。
　導波管３１２は、同軸管もしくは円形導波管が用いられ、円形導波管の場合、諸寸法が所定の周波数のマイクロ波、例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を最低次のモードで伝播できるように設定されている。
　処理チャンバ３１１は中心軸Ｃを有し、該中心軸Ｃに関して対称な形状を呈し、図中上端側は半球形状に形成され、図中下端側は円筒形状に形成されている。ステージ３１４は円筒形状を呈し、処理チャンバ３１１の内部において該処理チャンバ３１１に対して同軸に配置される。処理チャンバ３１１の半球形状内壁面３１１ａとステージ３１４の基板載置面３１４ａはプラズマ生成空間Ｇを形成する。プラズマ生成空間Ｇへは図示しない処理ガス導入口から処理ガスが導入される。
　また、処理チャンバ３１１の内壁面及びステージ３１４の側面の間には誘電体窓３１５が配される（例えば、図１８Ａ参照）。さらに、処理チャンバ３１１には図中下端の中心部において導波管３１２が接続される。すなわち、導波管３１２は処理チャンバ３１１の中心軸Ｃ上に配置される。
　プラズマ処理装置３１０では、導波管３１２を伝播するマイクロ波が誘電体窓３１５によってプラズマ生成空間Ｇへ導入される。ここで、誘電体窓３１５はプラズマ生成空間Ｇの外周に沿って該プラズマ発生空間Ｇに面する、すなわち、中心軸Ｃに関して対称的に該プラズマ発生空間Ｇに面するので、マイクロ波はプラズマ生成空間Ｇの中心に関して対称的に導入される。
　また、プラズマ生成空間Ｇは処理チャンバ３１１の半球形状内壁面３１１ａとステージ３１４の基板載置面３１４ａとによって形成されるので、中心軸Ｃに関して対称な半球形状を呈する。これにより、その半径を適切に設定することによって特定のモードの電磁波を励起でき、結果として空間中の任意の領域、例えば、プラズマ生成空間Ｇの中心の上方において強電界領域を形成できる。当該強電界領域では、マイクロ波からプラズマ中の電子へのエネルギー移行量が大きいために電子温度が高くなり、十分なエネルギーを持つ電子が処理ガス中の原子や分子と衝突を繰り返すことで高密度のプラズマが局所的に生成される。すなわち、強電界領域では他の領域よりもプラズマの生成が積極的に起こるため、強電界領域では密度の高いプラズマＰが生じる。換言すれば、本実施の形態では磁界等を利用することなく、マイクロ波の導入のみで処理ガスからプラズマＰを任意の領域で生じさせる。
　そして、プラズマ生成空間Ｇで生じたプラズマＰの一部はプラズマ生成空間Ｇに面するステージ３１４の基板載置面３１４ａに載置された基板Ｓに到達し、該基板Ｓにプラズマ処理を施す。例えば、プラズマ処理装置３１０では、処理ガスとして、水素ガス、炭素含有ガス、例えば、メタンガス、プロパンガスやアセチレンガス、及び不純物含有ガス、例えば、ホスフィンガスやジボランガスを含む混合ガスを用い、プラズマ生成空間Ｇや処理チャンバ３１１の内部の圧力を１０~２００Ｔｏｒｒに維持し、基板Ｓをステージ３１４によって７００~１２００℃に加熱することにより、処理ガスから生じたプラズマＰ中のラジカルによって基板Ｓ上でダイヤモンドを成長させる。
　図１７のプラズマ処理装置３１０によれば、マイクロ波が導入される処理チャンバ３１１の上端側が中心軸Ｃに関して対称な半球形状を呈し、処理チャンバ３１１内のプラズマ生成空間Ｇも中心軸Ｃに関して対称な半球形状を呈するので、その半径を適切に設定することによって特定のモードの電磁波を励起でき、該特定のモードに応じた任意の領域に強電界領域を生じさせることができ、もって、プラズマＰを誘電体窓３１５から離れた領域で生成することができる。その結果、誘電体窓３１５がプラズマＰの熱によって損傷するのを防止することができる。さらに、プラズマＰを誘電体窓３１５から離れた領域で生成することより、誘電体窓３１５の表面近傍に生じるシースにおける電位勾配を弱めることができ、もって、該シースによる誘電体窓３１５への陽イオン等のスパッタを弱めることができる。
　また、プラズマ生成空間Ｇが中心軸Ｃに関して対称な半球形状を呈するので、発生するプラズマＰも中心軸Ｃに関して対称に分布する。これにより、プラズマの一部偏在に起因する異常放電の発生を抑制することができる。
　さらに、プラズマ処理装置３１０では、マイクロ波が処理チャンバ３１１の中心軸Ｃに関して対称的に導入されるので、特定モードの電磁波を励起するために必要な半径の設定、及び強電界領域が生じる位置の予測が容易となり、もって、プラズマＰの生成領域を容易に制御することができる。
　また、プラズマ処理装置３１０において処理チャンバ３１１内のステージ３１４における基板載置面３１４ａの一部を、図１９Ａに示すように、図中上下方向に移動可能なリフトテーブル３１４ｃとして構成してもよい。これにより、プラズマＰと基板Ｓとの距離を制御することができる。
　さらに、図１９Ｂに示すように、処理チャンバ３１１の側壁の一部をベローズ３１１ｄで構成してもよい。この場合、ベローズ３１１ｄを伸長させることによって処理チャンバ３１１の半球形状を呈する上端側とステージ３１４に載置された基板Ｓとの距離を変更することができるが、強電界領域は処理チャンバ３１１の半球形状を呈する上端側に発生するため、結果としてプラズマＰと基板Ｓとの距離を制御することができる。
　したがって、図１９Ａや図１９Ｂのプラズマ処理装置では、プラズマＰと基板Ｓとの距離を制御することによってプラズマＰを利用した成膜時には、基板Ｓにおける成膜速度や膜の厚さ分布を制御することができ、プラズマＰを利用したエッチング時には、基板Ｓにおけるエッチングレートや該エッチングレートの分布を制御することができる。
　また、図２０Ａに示すように、処理チャンバ３１１の半球形状内壁面３１１ａにおいて中心軸Ｃに沿ってステージ３１４と対向する突起部材（スタブ）３１１ｃを設けてもよい。通常、プラズマは突起物の先端近傍において局所的に生成される。したがって、スタブ３１１ｃの長さを調整することによってプラズマ生成空間ＧにおけるプラズマＰの生成領域を上下に関してより細かく制御することができる。スタブ３１１ｃの先端近傍にプラズマＰを局所的に生成させるためには、少なくともスタブ３１１ｃの先端がプラズマ生成空間Ｇに存在する必要があり、スタブ３１１ｃを構成する材料は特に制限されないが、導電体、例えば、金属が好ましい。
　なお、スタブ３１１ｃは中心軸Ｃに沿って配置される必要はなく、図２０Ｂに示すように、中心軸Ｃからオフセットしてもよい。スタブ３１１ｃが中心軸Ｃからオフセットしてもスタブ３１１ｃの先端がプラズマ生成空間Ｇに存在する限り、該先端近傍にプラズマＰを局所的に生成させることができる。したがって、スタブ３１１ｃの配置場所を調整することによってプラズマＰの生成場所を制御することができる。
　さらに、スタブ３１１ｃはプラズマ生成空間Ｇを移動可能に構成されてもよい。例えば、図２０Ｃに示すように、ステージ３１４に対向しつつ中心軸Ｃを中心に円運動可能に構成されてもよい。この場合も、スタブ３１１ｃの先端近傍でプラズマＰが局所的に生成されるため、スタブ３１１ｃを移動させることによってプラズマＰを移動させることができる。これにより、基板Ｓの各所におけるプラズマＰへの暴露時間を制御することができ、もって、基板Ｓへ均一なプラズマ処理を施すことができる。
　また、図２１に示すように、処理チャンバ３１１の上端側におけるステージ３１４と対向する部分を切除して半球形状内壁面３１１ａに平面状の対向面３１１ｅを設けてもよい。この場合であっても、半球形状内壁面３１１ａには曲面部分が一部に残るため、その曲面部分の半径を適切に設定することによって特定のモードの電磁波を励起でき、該特定のモードに応じた任意の領域にプラズマＰを生成することができる一方、対向面３１１ｅは図１７における半球形状内壁面３１１ａの頂部よりもステージ３１４の基板載置面３１４ａに近づくため、生成されるプラズマＰを基板載置面３１４ａに載置された基板Ｓに近づけることができ、もって、基板Ｓに施すプラズマ処理の効率を向上することができる。
　次に、本発明の第５の実施の形態に係るプラズマ処理装置について説明する。
　本実施の形態は、その構成、作用が上述した第４の実施の形態と基本的に同じであるので、重複した構成、作用については説明を省略し、以下に異なる構成、作用についての説明を行う。
　図２２は、本実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
　図２２において、プラズマ処理装置３６０は基板Ｓにプラズマ処理を施す処理チャンバ３６１（プラズマ生成室）と、導波管３１２とを備える。
　処理チャンバ３６１は中心軸Ｃ１を有し、該中心軸Ｃ１に関して対称な形状を呈し、図中上端側は円錐形状に形成され、図中下端側は円筒形状に形成されている。ステージ３１４は、処理チャンバ３６１の内部において該処理チャンバ３６１に対して同軸に配置される。処理チャンバ３６１の上端側における円錐形状内壁面３６１ａとステージ３１４の基板載置面３１４ａはプラズマ生成空間Ｇ１を形成する。
　また、処理チャンバ３６１には図中下端の中心部において導波管３１２が接続される。すなわち、導波管３１２は処理チャンバ３６１の中心軸Ｃ１上に配置される。このプラズマ処理装置３６０では、マイクロ波は誘電体窓３１５を介してプラズマ生成空間Ｇ１の中心に関して対称的に導入される。
　プラズマ生成空間Ｇ１は処理チャンバ３６１の円錐形状内壁面３６１ａとステージ３１４の基板載置面３１４ａとによって形成されるので、中心軸Ｃ１に関して対称な円錐形状を呈する。当該円錐形状における円錐面の位置を適切に設定することによって特定のモードの電磁波を励起でき、該特定のモードに応じた任意の領域、例えば、プラズマ生成空間Ｇ１の上部に局所的な強電界領域を生じさせ、プラズマＰ１を生成する。そして、プラズマ生成空間Ｇ１で生じたプラズマＰ１の一部はプラズマ生成空間Ｇ１に面する基板載置面３１４ａに載置された基板Ｓに到達し、該基板Ｓにプラズマ処理を施す。
　図２２のプラズマ処理装置３６０によれば、マイクロ波が導入される処理チャンバ３６１の上端側が中心軸Ｃ１に関して対称な円錐形状を呈し、処理チャンバ３６１内のプラズマ生成空間Ｇ１も中心軸Ｃ１に関して対称な円錐形状を呈するので、当該円錐形状における円錐面の位置を適切に設定することによって特定のモードの電磁波を励起でき、該特定のモードに応じた任意の領域で強電界領域を生じさせることができ、もって、プラズマＰ１を誘電体窓３１５から離れた領域で生成することができる。さらに、誘電体窓３１５の表面近傍に生じるシースにおける電位勾配を弱めることができ、もって、該シースによる誘電体窓３１５への陽イオン等のスパッタを弱めることができる。
　また、プラズマ生成空間Ｇ１が中心軸Ｃ１に関して対称な円錐形状を呈するので、発生するプラズマＰ１も中心軸Ｃ１に関して対称に分布する。これにより、プラズマの一部偏在に起因する異常放電の発生を抑制することができる。
　また、図２３に示すように、処理チャンバ３６１の上端側におけるステージ３１４と対向する部分を切除して円錐形状内壁面３６１ａに平面状の対向面３６１ｃを設けてもよい。この場合であっても、円錐形状内壁面３６１ａには傾斜面が一部に残るため、当該傾斜面の位置を適切に設定することによって特定のモードの電磁波を励起でき、当該モードに応じた任意の領域でプラズマＰ１を生成することができる一方、対向面３６１ｃは図２２における円錐形状内壁面３６１ａの頂部よりもステージ３１４の基板載置面３１４ａに近づくため、生成されるプラズマＰ１を基板載置面３１４ａに載置された基板Ｓに近づけることができ、もって、基板Ｓに施すプラズマ処理の効率を向上することができる。
　また、プラズマ処理装置３６０において処理チャンバ３６１内のステージ３１４における基板載置面３１４ａの一部を、図２４Ａに示すように、図中上下方向に移動可能なリフトテーブル３１４ｃとして構成してもよい。これにより、プラズマＰ１と基板Ｓとの距離を制御することができる。さらに、図２４Ｂに示すように、処理チャンバ３６１の側壁の一部をベローズ３６１ｄで構成してもよい。この場合も、ベローズ３６１ｄを伸長させることによってプラズマＰ１と基板Ｓとの距離を制御することができる。
　なお、図２０Ａに示すプラズマ処理装置３１０と同様に、プラズマ処理装置３６０の処理チャンバ３６１における円錐形状内壁面３６１ａへ中心軸Ｃ１に沿ってステージ３１４と対向するスタブを設けてもよい。
　以上、本発明について、上記各実施の形態を用いて説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではない。
　上述した第４の実施の形態や第５の実施の形態において、プラズマ処理装置３１０，３６０のプラズマ発生空間Ｇ，Ｇ１でモードに応じた強電界領域が任意の領域で生じることの主要因は、半球形状内壁面３１１ａを有する処理チャンバ３１１の上端側や円錐形状内壁面３６１ａを有する処理チャンバ３６１の上端側が、中心軸Ｃや中心軸Ｃ１に関して対称な形状を呈し、その形状を調整することによって励起される電磁波のモードを特定できることにあると考えられる。したがって、プラズマ生成空間Ｇさえ適切な形状を呈していれば、プラズマ生成空間Ｇに対するマイクロ波の導入形態がどのようなものであろうとも、例えば、マイクロ波がプラズマ生成空間Ｇの中心に関して対称的に導入されていなくとも、プラズマ生成空間Ｇの任意の領域において概ね局所的な強電界領域を生じさせることができる。
　以上の理由から、導波管３１２の配置には自由度があり、例えば、図１７のプラズマ処理装置３１０のように導波管３１２を処理チャンバ３１１の中心軸Ｃ上に配置する必要はなく、図２５Ａに示すように、１つの導波管３１２を処理チャンバ３１１の中心軸Ｃからオフセットして配置してもよい。さらに、マイクロ波は誘電体窓３１５を経てプラズマ生成空間Ｇへ導入する必要もない。例えば、図２５Ｂに示すように、導波管３１２が処理チャンバ３１１の上端側に直接取り付けられてもよい。
［実施例］
　次に、本発明の実施例について説明する。
　まず、ステージ３１４におけるリフトテーブル３１４ｃの上下動による局所的な強電界領域の発生形態への影響を検討するために、図１９Ａのプラズマ処理装置３１０を想定して実施例１４乃至実施例１６の２次元モデルを作成し、実施例１４ではリフトテーブル３１４ｃの基板載置面３１４ａからの高さを０ｃｍに設定し、実施例１５ではリフトテーブル３１４ｃの基板載置面３１４ａからの高さを２ｃｍに設定し、実施例１６ではリフトテーブル３１４ｃの基板載置面３１４ａからの高さを３ｃｍに設定した。
　次いで、プラズマ生成空間Ｇ内にω＞ωｐｅを満たすｎｅ＝１０１６ｍ−３の分布が一様な低密度のプラズマが既に存在し（ωはマイクロ波（角）周波数、ωｐｅは電子プラズマ（角）周波数、ｎｅは電子密度を示す。）、且つ運動量移行衝突周波数νｍはωに等しいと仮定した上で、ＣＯＭＳＯＬ社製の電磁界計算モジュールを用いて実施例１４乃至実施例１６における電界強度分布を計算し、その結果を図２６Ａ乃至図２６Ｃに示した。なお、図２６Ａは実施例１４における電界強度分布を示し、図２６Ｂは実施例１５における電界強度分布を示し、図２６Ｃは実施例１６における電界強度分布を示す。
　図２６Ａ乃至図２６Ｃに示すように、リフトテーブル３１４ｃの高さが違っていても、プラズマ生成空間Ｇが中心軸Ｃに関して対称な半球形状を呈すれば、局所的な強電界領域を生じさせることができることが分かった。これにより、プラズマ生成空間Ｇの形状が、局所的な強電界領域の発生の主要因であることが推察された。また、リフトテーブル３１４ｃを上下動させても局所的な強電界領域の位置が殆ど変わらないことも分かった。これにより、リフトテーブル３１４ｃを上下動させるだけで所望の成膜速度やエッチングレートを容易に実現できることが分かった。
　次に、スタブ３１１ｃの長さの違いの局所的な強電界領域の発生形態への影響を検討するために、図２０Ａのプラズマ処理装置３１０を想定して実施例１７乃至実施例１９の２次元モデルを作成し、実施例１７ではスタブ３１１ｃの長さを１ｃｍに設定し、実施例１８ではスタブ３１１ｃの長さを２ｃｍに設定し、実施例１９ではスタブ３１１ｃの長さを３ｃｍに設定した。
　次いで、図２７Ａ乃至図２７Ｃは、実施例１７乃至実施例１９における電界強度分布を、実施例１４乃至実施例１６と同じ条件で同じＣＯＭＳＯＬ社製の電磁界計算モジュールを用いて計算し、その結果を示したものである。なお、図２７Ａは実施例１７における電界強度分布を示し、図２７Ｂは実施例１８における電界強度分布を示し、図２７Ｃは実施例１９における電界強度分布を示す。
　図２７Ａ乃至図２７Ｃに示すように、スタブ３１１ｃの長さを変えても、該スタブ３１１ｃの先端の位置に対応して、強電界領域が局所的に生成されることが分かった。これにより、スタブ３１１ｃの長さを変更することによってプラズマＰの生成領域を制御できることが分かった。
　次に、対向面３１１ｅを設けること、並びに対向面３１１ｅと基板載置面３１４ａとの距離の違いによる局所的な強電界領域の発生形態への影響を検討するために、図２１のプラズマ処理装置３１０を想定して実施例２０乃至実施例２２の２次元モデルを作成し、実施例２０では対向面３１１ｅと基板載置面３１４ａとの距離を７ｃｍに設定し、実施例２１では対向面３１１ｅと基板載置面３１４ａとの距離を６ｃｍに設定し、実施例２２では対向面３１１ｅと基板載置面３１４ａとの距離を５ｃｍに設定した。
　次いで、図２８Ａ乃至図２８Ｃは、実施例２０乃至実施例２２における電界強度分布を、実施例１４乃至実施例１６と同じ条件で同じＣＯＭＳＯＬ社製の電磁界計算モジュールを用いて計算し、その結果を示したものである。なお、図２８Ａは実施例２０における電界強度分布を示し、図２８Ｂは実施例２１における電界強度分布を示し、図２８Ｃは実施例２２における電界強度分布を示す。
　図２８Ａ乃至図２８Ｃに示すように、対向面３１１ｅを設けても強電界領域が局所的に生成されることが分かった。これにより、半球形状内壁面３１１ａに曲面部分が一部に残れば、処理チャンバ３１１の上端側が完全な半球形状を呈していなくてもプラズマ生成空間ＧにおいてプラズマＰを生成できることが分かった。また、対向面３１１ｅと基板載置面３１４ａとの距離を変えても強電界領域は対向面３１１ｅの近傍に発生することが分かった。これにより、プラズマＰと基板Ｓとの距離は、対向面３１１ｅと基板載置面３１４ａとの距離を変化させることによって、制御できることも分かった。
　次に、円錐形状内壁面３６１ａの頂点と、ステージ３１４との距離の違いによる局所的な強電界領域の発生形態への影響を検討するために、図２２のプラズマ処理装置３６０を想定し、そして、実施例２３乃至実施例２５の２次元モデルを作成する。実施例２３では円錐形状内壁面３６１ａの頂点とステージ３１４との距離を５ｃｍに設定し、実施例２４では円錐形状内壁面３６１ａの頂点とステージ３１４との距離を７．５ｃｍに設定し、実施例２５では円錐形状内壁面３６１ａの頂点とステージ３１４との距離を１０ｃｍに設定した。
　次いで、図２９Ａ乃至図２９Ｃは、実施例２３乃至実施例２５における電界強度分布を、実施例１４乃至実施例１６と同じ条件で同じＣＯＭＳＯＬ社製の電磁界計算モジュールを用いて計算し、その結果を示したものである。なお、図２９Ａは実施例２３における電界強度分布を示し、図２９Ｂは実施例２４における電界強度分布を示し、図２９Ｃは実施例２５における電界強度分布を示す。
　図２９Ａ乃至図２９Ｃに示すように、円錐形状内壁面３６１ａの頂点とステージ３１４との距離が違っていても、プラズマ生成空間Ｇ１が中心軸Ｃ１に関して対称な円錐形状を呈すれば、局所的な強電界領域を生じさせることができることが分かった。これによっても、局所的な強電界領域の発生はプラズマ生成空間Ｇの形状が主要因であることが推察された。また、円錐形状内壁面３６１ａの頂点とステージ３１４との距離を変化させると局所的な強電界領域の発生領域も変化することが分かった。これにより、プラズマＰ１と基板Ｓとの距離は、円錐形状内壁面３６１ａの頂点とステージ３１４との距離を変化させることによって、制御できることも分かった。
　次に、対向面３６１ｃを設けること、並びに対向面３６１ｃと基板載置面３１４ａとの距離の違いによる局所的な強電界領域の発生形態への影響を検討するために、図２３のプラズマ処理装置３６０を想定して実施例２６乃至実施例２８の２次元モデルを作成し、実施例２６では対向面３６１ｃと基板載置面３１４ａとの距離を７ｃｍに設定し、実施例２７では対向面３６１ｃと基板載置面３１４ａとの距離を６ｃｍに設定し、実施例２８では対向面３６１ｃと基板載置面３１４ａとの距離を５ｃｍに設定した。
　次いで、図３０Ａ乃至図３０Ｃは、実施例２６乃至実施例２８における電界強度分布を、実施例１４乃至実施例１６と同じ条件で同じＣＯＭＳＯＬ社製の電磁界計算モジュールを用いて計算し、その結果を示したものである。なお、図３０Ａは実施例２６における電界強度分布を示し、図３０Ｂは実施例２７における電界強度分布を示し、図３０Ｃは実施例２８における電界強度分布を示す。
　図３０Ａ乃至図３０Ｃに示すように、対向面３６１ｃを設けても強電界領域が局所的に生成されることが分かった。これにより、円錐形状内壁面３６１ａに傾斜面が一部に残れば、処理チャンバ３６１の上端側が完全な円錐形状を呈していなくてもプラズマ生成空間Ｇ１においてプラズマＰ１を生成できることが分かった。また、対向面３６１ｃと基板載置面３１４ａとの距離を変えても強電界領域は対向面３６１ｃの近傍に発生することが分かった。これにより、プラズマＰ１と基板Ｓとの距離は、対向面３６１ｃと基板載置面３１４ａとの距離を変化させることによって、制御できることも分かった。
　本願は、２０１１年１２月１９日に出願された日本出願第２０１１−２７６９６５号、２０１１年１２月２０日に出願された日本出願第２０１１−２７８４３６号及び２０１１年１２月２６日に出願された日本出願第２０１１−２８３１３２号に基づく優先権を主張するものであり、当該日本出願に記載された全内容を本出願に援用する。
Ｇ，Ｇ１　プラズマ発生空間
Ｐ，Ｐ１　プラズマ
Ｓ　基板
１１０　プラズマ処理装置
１１１　処理チャンバ
１１２　プラズマ生成ユニット
１１３　ステージ
１１５　導波管
１１６　プラズマ生成チャンバ
１１７　誘電体窓
２１０、２２０　プラズマ処理装置
２１１、２２１　処理チャンバ
２１２　プラズマ生成ユニット
２１３、２２６ｅ　ステージ
２１５、２２５　導波管
２１６、２２６　プラズマ生成チャンバ
２１７、２２７　誘電体窓
３１０，３６０　プラズマ処理装置
３１１，３６１　処理チャンバ
３１１ｃ　スタブ
３１１ｅ　対向面
３１２　導波管
３１４　ステージ
３１４ｃ　リフトテーブル
３１５　誘電体窓

Claims (17)

  1. 　マイクロ波を伝播させる導波管と、
    　該導波管に接続されたプラズマ生成室と、
    　前記導波管及び前記プラズマ生成室の間に介在し、前記導波管が伝播する前記マイクロ波を前記プラズマ生成室の内部へ導入する誘電体窓とを備えることを特徴とするプラズマ生成装置。
  2. 　前記プラズマ生成室は、球状を呈し、基板を収容する処理室に隣接して配置され、前記プラズマ生成室の内部は、前記処理室の内部と連通することを特徴とする請求項１記載のプラズマ生成装置。
  3. 　前記導波管は前記プラズマ生成室の中心軸に関して対称的に配置されることを特徴とする請求項１記載のプラズマ生成装置。
  4. 　前記プラズマ生成室は、半球体状の湾曲表面と、該半球体状の湾曲表面とは、所定の間隔を隔てて同心状に対向配置された前記半球体状の径よりも、径が大きい中空半球体状の内側湾曲面とによって挟まれた半球状湾曲空間部を備えていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ生成装置。
  5. 　前記プラズマ生成室は基板を収容する処理室に隣接して配置され、前記プラズマ生成室の内部は、前記処理室の内部と連通していることを特徴とする請求項４記載のプラズマ生成装置。
  6. 　前記導波管は前記プラズマ生成室の中心軸に関して対称的に配置されていることを特徴とする請求項４記載のプラズマ生成装置。
  7. 　マイクロ波を伝播させる導波管と、
    　該導波管に接続されるプラズマ生成室と、
    　該プラズマ生成室内に配され、基板を載置する載置台と、
    　前記導波管及び前記プラズマ生成室の間に介在し、前記導波管を伝播する前記マイクロ波を前記プラズマ生成室の内部へ導入する誘電体窓とを備え、
    　前記プラズマ生成室は中心軸を有し、該中心軸に関して対称な形状を呈することを特徴とするプラズマ処理装置。
  8. 　前記プラズマ生成室は半球形状を呈することを特徴とする請求項７記載のプラズマ処理装置。
  9. 　前記プラズマ生成室は前記載置台と対向する部分が切除されていることを特徴とする請求項８記載のプラズマ処理装置。
  10. 　前記プラズマ生成室は円錐形状を呈することを特徴とする請求項７記載のプラズマ処理装置。
  11. 　前記プラズマ生成室は前記載置台と対向する部分が切除されていることを特徴とする請求項１０記載のプラズマ処理装置。
  12. 　前記プラズマ生成室に前記載置台と対向する突起部材が配置されていることを特徴とする請求項７記載のプラズマ処理装置。
  13. 　前記突起部材は前記プラズマ生成室の中心軸からオフセットして配置されていることを特徴とする請求項１２記載のプラズマ処理装置。
  14. 　前記突起部材は移動可能に構成されていることを特徴とする請求項１２記載のプラズマ処理装置。
  15. 　基板を収容する処理室と、
    　該処理室に隣接して配置されるプラズマ生成装置とを備え、
    　該プラズマ生成装置は、マイクロ波を伝播させる導波管と、該導波管に接続されたプラズマ生成室と、前記導波管及び前記プラズマ生成室の間に介在し、前記導波管が伝播する前記マイクロ波を前記プラズマ生成室の内部へ導入する誘電体窓とを有し、
    　前記プラズマ生成室の内部は前記処理室の内部と連通することを特徴とするプラズマ処理装置。
  16. 　前記プラズマ生成室は、球状を呈していることを特徴とする請求項１５記載のプラズマ処理装置。
  17. 　前記プラズマ生成室は、半球体状の湾曲表面と、該半球体状の湾曲表面とは、所定の間隔を隔てて同心状に対向配置された前記半球体状の径よりも、径が大きい中空半球体状の内側湾曲面とによって挟まれた半球状湾曲空間部を備えていることを特徴とする請求項１５記載のプラズマ処理装置。
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