WO2014017130A1 - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2014017130A1
WO2014017130A1 PCT/JP2013/061067 JP2013061067W WO2014017130A1 WO 2014017130 A1 WO2014017130 A1 WO 2014017130A1 JP 2013061067 W JP2013061067 W JP 2013061067W WO 2014017130 A1 WO2014017130 A1 WO 2014017130A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
plasma
waveguide
circle
antenna
processing apparatus
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2013/061067
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
野沢　俊久
俊彦 岩尾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Electron Ltd filed Critical Tokyo Electron Ltd
Priority to US14/416,441 priority Critical patent/US20150194290A1/en
Priority to KR20157000729A priority patent/KR20150036045A/ko
Publication of WO2014017130A1 publication Critical patent/WO2014017130A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H01J37/32211—Means for coupling power to the plasma
    • H01J37/3222—Antennas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/511—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using microwave discharges
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H01J37/32211—Means for coupling power to the plasma
    • H01J37/32229—Waveguides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32458—Vessel
    • H01J37/32522—Temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32715—Workpiece holder
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/332—Coating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/334—Etching
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H05H1/461—Microwave discharges
    • H05H1/463—Microwave discharges using antennas or applicators

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a plasma processing apparatus.
  • etching or film formation is performed on a substrate to be processed by exciting plasma of a processing gas.
  • Plasma can be excited by various methods such as a capacitive coupling method and an inductive coupling method, but a microwave capable of generating a plasma having a low electron temperature and a high density has attracted attention as a plasma excitation source. .
  • a plasma processing apparatus employing such a microwave as an excitation source is described in Patent Document 1.
  • the plasma processing apparatus described in Patent Document 1 includes a processing container, a stage, a processing gas supply unit, an antenna, and a microwave generator.
  • the processing container accommodates therein a stage on which the substrate to be processed is placed.
  • the antenna is provided above the stage. This antenna is called a radial line slot antenna and is connected to a microwave generator via a coaxial waveguide.
  • the antenna also includes a cooling jacket, a dielectric plate, a slot plate, and a dielectric window.
  • the dielectric plate has a substantially disk shape, and is sandwiched between the metal cooling jacket and the slot plate from above and below.
  • the slot plate is provided with a plurality of slot holes.
  • the supply unit includes a center gas supply unit and an outer gas supply unit.
  • the center gas supply unit supplies the processing gas from the center of the dielectric window.
  • the outer gas supply unit is provided in an annular shape between the dielectric window and the stage, and supplies the processing gas below the center gas supply unit.
  • microwaves from a microwave generator are supplied to an antenna via a coaxial waveguide.
  • the microwave propagates through the dielectric plate and propagates from the slot hole of the slot plate to the dielectric window.
  • the microwave propagated through the dielectric window is supplied into the processing container from the dielectric window, and excites plasma of the processing gas supplied from the supply unit.
  • the feature of the microwave plasma generated by the radial line slot antenna of the device described in Patent Document 1 is that it is generated directly under a dielectric window (called a plasma excitation region) and diffuses plasma with a relatively high electron temperature.
  • the plasma On the substrate to be processed placed on the stage, the plasma has a low electron temperature of about 1 to 2 eV. That is, unlike plasmas such as parallel plates, the electron temperature distribution of the plasma is clearly generated as a function of the distance from the dielectric window. More specifically, an electron temperature of several eV to about 10 eV immediately below the dielectric window is attenuated to about 1 to 2 eV on the substrate to be processed.
  • the substrate to be processed is not seriously damaged such as a recess.
  • the processing gas when the processing gas is supplied to a region where the plasma electron temperature is high (plasma excitation region), the processing gas is easily excited and dissociated.
  • the processing gas when the processing gas is supplied to a region where the plasma electron temperature is low (plasma diffusion region), the degree of dissociation can be suppressed as compared with the case where the processing gas is supplied to the vicinity of the plasma excitation region.
  • the plasma processing apparatus is required to reduce the variation in processing on the entire surface of the substrate to be processed. For this purpose, it is necessary to optimize the density distribution of the plasma generated in the processing vessel.
  • a plasma processing apparatus includes a processing container, an antenna, a microwave generator, and a stage.
  • the processing container defines a processing space.
  • the antenna is provided above the processing space and has a disk-shaped waveguide centered on a predetermined axis.
  • the microwave generator is connected to the antenna.
  • the stage is provided in the processing container, and faces the antenna through the processing space so as to intersect the predetermined axis.
  • the antenna includes a metal plate that defines the waveguide from below.
  • the metal plate is provided with a plurality of openings along a first circle centered on the predetermined axis and a second circle centered on the predetermined axis and having a larger diameter than the first circle. .
  • the antenna includes a plurality of dielectric protrusions extending into the processing space through the plurality of openings.
  • microwaves propagating from the waveguide through the plurality of openings of the metal plate concentrate on the plurality of protrusions extending into the processing container through the plurality of openings. Therefore, plasma generation positions are concentrated in the vicinity of the plurality of protrusions. Therefore, this plasma processing apparatus is excellent in controllability of the plasma generation position.
  • the plurality of protrusions are provided along concentric first and second circles. Therefore, this plasma processing apparatus can generate plasma at positions dispersed in the circumferential direction and the radial direction with respect to the predetermined axis.
  • the plasma processing apparatus may further include a plunger.
  • the plunger has a reflecting plate that faces the projecting portion passing through the opening provided along at least one of the first circle and the second circle among the plurality of projecting portions via the waveguide. The plunger can adjust the distance of the reflecting plate from the waveguide in the direction in which the predetermined axis extends.
  • the position of the peak of the standing wave in the waveguide can be adjusted relative to the position of the opening of the metal plate by adjusting the position of the reflecting plate of the plunger.
  • the ratio of the power of the microwave propagating to the protrusion provided along the first circle and the power of the microwave propagating to the protrusion provided along the second circle can be adjusted. It becomes possible. This makes it possible to adjust the plasma density distribution in the radial direction with respect to the predetermined axis.
  • the metal plate may be provided with a plurality of gas injection ports for supplying a processing gas to the processing space.
  • the processing gas can be supplied from above the stage.
  • the plurality of gas injection ports may be provided along at least two concentric circles centered on the predetermined axis. According to this embodiment, it is possible to adjust the flow rate distribution of the processing gas in the radial direction with respect to the predetermined axis.
  • the plasma processing apparatus may further include a cooling jacket provided on the waveguide and a heater for heating the metal plate.
  • a cooling jacket provided on the waveguide and a heater for heating the metal plate.
  • the plurality of protrusions may be configured by a rod-shaped dielectric extending in a direction in which the predetermined axis extends, and the plurality of protrusions include the first circle and the second circle.
  • the circles may be arranged so as to be axisymmetric with respect to a predetermined axis.
  • the plurality of protrusions have an arc shape in a cross section orthogonal to the predetermined axis, and the plurality of protrusions are predetermined in the first circle and the second circle. They may be arranged so as to be axially symmetric with respect to the axis. According to these embodiments, it is possible to make the plasma distribution in the circumferential direction uniform with respect to a predetermined axis.
  • a plasma processing apparatus with improved controllability of the generation position of plasma excited in a processing container by supplying microwaves from an antenna.
  • FIG. 1 It is sectional drawing which shows schematically the plasma processing apparatus which concerns on one Embodiment. It is the top view which looked at the antenna shown in FIG. 1 from the downward direction. It is sectional drawing which expands and shows the metal plate and several protrusion part of the antenna shown in FIG. It is the top view which looked at the antenna which concerns on another embodiment from the downward direction. It is sectional drawing which expands and shows the metal plate and several protrusion part of the antenna which concern on another embodiment. It is a perspective view which shows the structure of the plasma processing apparatus used for the experiment example. The image of the light emission state of the plasma of Experimental example 1 is shown. The image of the light emission state of the plasma of Experimental example 2 is shown. It is a figure which shows ratio of the electric field strength of the plasma processing apparatus shown in FIG. 6 calculated
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a plasma processing apparatus according to an embodiment.
  • a plasma processing apparatus 10 illustrated in FIG. 1 includes a processing container 12 and an antenna 14.
  • the processing container 12 defines a processing space S for accommodating the substrate to be processed W.
  • the processing container 12 may include a side wall 12a and a bottom 12b.
  • the side wall 12a has a substantially cylindrical shape extending in a direction in which a predetermined axis Z extends (hereinafter referred to as “axis Z direction”).
  • the bottom 12b is provided on the lower end side of the side wall 12a.
  • the bottom 12b is provided with an exhaust hole 12h for exhaust.
  • the upper end of the side wall 12a is open.
  • the upper end opening of the processing container 12 is closed by an antenna 14.
  • the plasma processing apparatus 10 further includes a stage 20 provided in the processing container 12.
  • the stage 20 is provided below the antenna 14 and faces the antenna 14 through the processing space S so as to intersect the axis Z.
  • the substrate to be processed W can be placed so that the center of the substrate to be processed W substantially coincides with the axis Z.
  • the stage 20 includes a table 20a and an electrostatic chuck 20b.
  • the base 20a is supported by a cylindrical support 46.
  • the cylindrical support portion 46 is made of an insulating material and extends vertically upward from the bottom portion 12b.
  • a conductive cylindrical support 48 is provided on the outer periphery of the cylindrical support 46.
  • the cylindrical support portion 48 extends vertically upward from the bottom portion 12 b of the processing container 12 along the outer periphery of the cylindrical support portion 46.
  • An annular exhaust path 50 is formed between the cylindrical support portion 48 and the side wall 12a.
  • An annular baffle plate 52 provided with a plurality of through holes is attached to the upper part of the exhaust passage 50.
  • the exhaust passage 50 is connected to an exhaust pipe 54 that provides an exhaust hole 12h, and an exhaust device 56b is connected to the exhaust pipe 54 via a pressure regulator 56a.
  • the exhaust device 56b has a vacuum pump such as a turbo molecular pump.
  • the pressure adjuster 56a adjusts the pressure in the processing container 12 by adjusting the exhaust amount of the exhaust device 56b.
  • the pressure regulator 56a and the exhaust device 56b can reduce the processing space S in the processing container 12 to a desired vacuum level. Further, the processing gas can be exhausted from the outer periphery of the stage 20 via the exhaust path 50 by operating the exhaust device 56b.
  • the stand 20a also serves as a high-frequency electrode.
  • a high frequency power source 58 for RF bias is electrically connected to the table 20a via a matching unit 60 and a power feeding rod 62.
  • the high frequency power supply 58 outputs a predetermined frequency suitable for controlling the energy of ions drawn into the substrate W to be processed, for example, high frequency power of 13.65 MHz at a predetermined power.
  • the matching unit 60 accommodates a matching unit for matching between the impedance on the high-frequency power source 58 side and the impedance on the load side such as electrodes, plasma, and the processing container 12.
  • This matching unit includes a blocking capacitor for generating a self-bias.
  • An electrostatic chuck 20b is provided on the upper surface of the table 20a.
  • the upper surface of the electrostatic chuck 20b constitutes a placement area for placing the substrate W to be processed.
  • the electrostatic chuck 20b holds the substrate to be processed W with an electrostatic attraction force.
  • a focus ring F surrounding the substrate to be processed W in an annular shape is provided on the outer side in the radial direction of the electrostatic chuck 20b.
  • the electrostatic chuck 20b includes an electrode 20d, an insulating film 20e, and an insulating film 20f.
  • the electrode 20d is made of a conductive film, and is provided between the insulating film 20e and the insulating film 20f.
  • a high-voltage DC power supply 64 is electrically connected to the electrode 20 d via a switch 66 and a covered wire 68.
  • the electrostatic chuck 20b can attract and hold the substrate W to be processed on its upper surface by a Coulomb force generated by a DC voltage applied from the DC power source 64.
  • An annular refrigerant chamber 20g extending in the circumferential direction is provided inside the table 20a.
  • a refrigerant having a predetermined temperature for example, cooling water
  • the processing temperature of the substrate W to be processed on the electrostatic chuck 20b can be controlled by the temperature of the refrigerant.
  • a heat transfer gas from the heat transfer gas supply unit for example, He gas, is supplied between the upper surface of the electrostatic chuck 20 b and the back surface of the substrate W to be processed via the gas supply pipe 74.
  • the plasma processing apparatus 10 may further include a heater HS, HCS, and HES as a temperature control mechanism.
  • the heater HS is provided in the side wall 12a and extends in an annular shape.
  • the heater HS may be provided at a position corresponding to the middle of the processing space S in the height direction (that is, the axis Z direction), for example.
  • the heater HCS is provided in the table 20a.
  • the heater HCS is provided below the central portion of the mounting area, that is, in an area intersecting the axis Z in the table 20a.
  • the heater HES is provided in the table 20a, and extends in an annular shape so as to surround the heater HCS.
  • the heater HES is provided below the outer edge portion of the mounting area described above.
  • the plasma processing apparatus 10 further includes a gas supply unit 24.
  • the gas supply unit 24 includes an annular pipe 24a, a pipe 24b, and a gas source 24c.
  • the annular tube 24a is provided in the processing container 12 so as to extend annularly about the axis Z at an intermediate position in the axis Z direction of the processing space S.
  • the annular tube 24a has a plurality of gas injection ports 24h opened toward the axis Z.
  • the plurality of gas injection ports 24h are arranged in an annular shape about the axis Z.
  • a pipe 24b is connected to the annular pipe 24a.
  • the pipe 24b extends to the outside of the processing container 12, and is connected to the gas source 24c.
  • the gas source 24c is a gas source of the processing gas, and supplies the processing gas to the pipe 24b by controlling the flow rate.
  • the gas source 24c may include, for example, an on-off valve and a mass flow controller.
  • the gas supply unit 24 introduces the processing gas into the processing space S toward the axis Z through the pipe 24b, the annular pipe 24a, and the gas injection port 24h.
  • the processing gas is appropriately selected depending on the processing performed on the target substrate W in the plasma processing apparatus 10.
  • the processing gas may include an etchant gas and / or an inert gas.
  • a raw material gas and / or an inert gas may be included.
  • the plasma processing apparatus 10 further includes an antenna 14, a coaxial waveguide 16, a microwave generator 28, a tuner 30, a waveguide 32, and a mode converter 34.
  • the microwave generator 28 generates a microwave having a frequency of 2.45 GHz, for example.
  • the microwave generator 28 is connected to the upper portion of the coaxial waveguide 16 via a tuner 30, a waveguide 32, and a mode converter 34.
  • the coaxial waveguide 16 extends along the axis Z that is the central axis thereof.
  • the coaxial waveguide 16 includes an outer conductor 16a and an inner conductor 16b.
  • the outer conductor 16a has a cylindrical shape extending in the axis Z direction.
  • the lower end of the outer conductor 16a can be electrically connected to the top of the cooling jacket 36 having a conductive surface.
  • the inner conductor 16b is provided inside the outer conductor 16a.
  • the inner conductor 16b has a substantially cylindrical shape extending along the axis Z.
  • the lower end of the inner conductor 16 b is connected to the metal plate 40 of the antenna 14.
  • the antenna 14 may be disposed in the upper end opening of the processing container 12.
  • the antenna 14 defines a substantially disk-shaped waveguide WG centered on the axis Z.
  • the antenna 14 may include a cooling jacket 36, a dielectric plate 38, a metal plate 40, and a plurality of protrusions 42 in one embodiment.
  • the cooling jacket 36 is provided on the waveguide WG.
  • the metal lower surface of the cooling jacket 36 defines the waveguide WG from above.
  • the metal plate 40 is a substantially disk-shaped metal member, and defines the waveguide WG from below.
  • a dielectric plate 38 is sandwiched between the cooling jacket 36 and the metal plate 40.
  • the dielectric plate 38 shortens the wavelength of the microwave and is made of, for example, quartz or alumina and has a substantially disk shape.
  • the dielectric plate 38 forms a waveguide WG between the cooling jacket 36 and the metal plate 40.
  • FIG. 2 is a plan view of the antenna shown in FIG. 1 viewed from below.
  • 3 is an enlarged cross-sectional view of the metal plate and the plurality of protrusions of the antenna shown in FIG. 1 and 3 show a cross section of the metal plate 40 taken along the line III-III in FIG.
  • the metal plate 40 is formed with a plurality of openings 40h penetrating the metal plate 40 in the axis Z direction.
  • Some of the plurality of openings 40h extend along the first circle CC1 with the axis Z as the center. That is, the plurality of openings 40h along the first circle CC1 have an arc-like and belt-like shape along the first circle CC1 as a planar shape in a plane orthogonal to the axis Z.
  • the other part of the plurality of openings 40h extends along the second circle CC2 having a diameter larger than the diameter of the first circle CC1 with the axis Z as the center. It is extended.
  • the plurality of openings 40h along the second circle CC2 have an arc-like and belt-like shape along the second circle CC2 as a planar shape in a plane orthogonal to the axis Z.
  • the plurality of openings 40h are provided symmetrically with respect to the axis Z.
  • the antenna 14 further includes a plurality of protrusions 42 extending to the processing space S through the plurality of openings 40h.
  • these protrusions 42 are in contact with the dielectric plate 38 at their upper ends and extend below the lower surface of the metal plate 40.
  • each of the plurality of projecting portions 42 has a planar shape following the corresponding opening among the plurality of openings 40 h as a cross-sectional shape in a plane orthogonal to the axis Z. That is, the projecting portion 42 passing through the opening 40h provided along the first circle CC1 has an arc-like and strip-like cross-sectional shape that follows the planar shape of the corresponding opening provided along the first circle CC1. is doing. Further, the projecting portion 42 passing through the opening 40h provided along the second circle CC2 has an arc-shaped and belt-like cross-sectional shape that follows the planar shape of the corresponding opening provided along the second circle CC2. is doing.
  • the plurality of protrusions 42 are made of a dielectric, and are made of, for example, quartz. Note that a film made of Y 2 O 3 or quartz may be provided on the lower surface of the metal plate 40, particularly on the region of the metal plate 40 facing the processing space S.
  • the microwave generated by the microwave generator 28 is guided through the tuner 30, the waveguide 32, the mode converter 34, and the coaxial waveguide 16. It propagates to the WG, that is, the dielectric plate 38.
  • the microwave propagated through the dielectric plate 38 becomes a standing wave in the waveguide WG.
  • the microwave leaks from the waveguide WG to the plurality of protrusions 42 that pass through the plurality of openings 40 h of the metal plate 40 and is supplied to the processing space S.
  • the microwave leaking from the metal plate 40 concentrates on the plurality of projecting portions 42 instead of the entire region below the metal plate 40.
  • the plasma generation position of the processing gas is concentrated in the vicinity of the plurality of protrusions 42. Therefore, the plasma processing apparatus 10 is excellent in controllability of the plasma generation position.
  • the plurality of projecting portions 42 are provided along concentric first and second circles, and are provided symmetrically about the axis Z. Therefore, in the plasma processing apparatus 10, the plasma generation position can be distributed in the radial direction with respect to the axis Z, and can be distributed in the circumferential direction on the axis Z. As a result, according to the plasma processing apparatus 10, the plasma density distribution in the circumferential direction and the radial direction with respect to the axis Z can be made uniform. Further, according to the plasma processing apparatus 10, not only can the plasma localization directly under the antenna 14 be generated when a large amount of processing gas is supplied directly under the antenna 14, but also in the supply of the processing gas with a medium to low flow rate, Optimal plasma density control can be realized.
  • the plasma processing apparatus 10 may further include a plurality of plungers 44.
  • Each of the plurality of plungers 44 includes a reflecting plate 44a and a position adjusting mechanism 44b.
  • the reflecting plates 44a of the plurality of plungers 44 are provided so as to face the plurality of protrusions 42 provided along the first circle CC1 via the waveguide WG. Yes.
  • the reflecting plate 44a of the plunger 44 is connected to a position adjusting mechanism 44b for adjusting the position in the axis Z direction.
  • the position of the peak of the standing wave in the waveguide WG can be adjusted by adjusting the position of the reflecting plate 44a using the position adjusting mechanism 44b.
  • the ratio of the power of the microwave that leaks to the protrusion 42 provided along the first circle CC1 and the power of the microwave that leaks to the protrusion 42 provided along the second circle CC1. Can be adjusted. This makes it possible to adjust the plasma density distribution in the radial direction with respect to the axis Z.
  • the plurality of plungers 44 may be provided such that the plurality of protrusions 42 provided along the second circle CC2 and the reflection plate 44a face each other, or all of the plungers 44 may be provided.
  • the protrusion 42 and the reflection plate 44a may be provided so as to face each other.
  • the metal plate 40 is provided with a plurality of gas injection ports 40 i for supplying a processing gas to the processing space S. These gas injection ports 40i are opened downward.
  • the plurality of gas injection ports 40i are arranged along two concentric circles centered on the axis Z.
  • the metal plate 40 is formed with an annular gas line 40b connected to the gas injection ports 40i arranged along the inner circle of the two concentric circles.
  • a gas line 40c extending toward the peripheral edge of the metal plate 40 is connected to the gas line 40b.
  • the gas line 40 c is connected to a port 40 d provided on the lower surface of the metal plate 40.
  • a gas source 25 is connected to the port 40d through a gas line provided in the side wall 12a of the processing container 12. Similar to the gas source 24c, the gas source 25 is a gas source of a processing gas, and is configured so that the flow rate of the processing gas can be controlled.
  • the metal plate 40 is formed with an annular gas line 40e connected to the gas injection ports 40i arranged along the outer circle of the two concentric circles.
  • a gas line 40f extending toward the peripheral edge of the metal plate 40 is connected to the gas line 40e.
  • the gas line 40 f is connected to a port 40 g provided on the lower surface of the metal plate 40.
  • a gas source 26 is connected to the port 40g via a gas line provided in the side wall 12a of the processing container 12.
  • the gas source 26 is a gas source of a processing gas, and is configured to be able to control the flow rate of the processing gas.
  • the processing gas is supplied from above the processing space S downward.
  • a plurality of gas injection ports 40i are provided.
  • the gas injection ports 40i are arranged along two concentric circles. Therefore, in the plasma processing apparatus 10, the processing gas can be supplied from above the processing space S toward the target substrate W, and the flow rate distribution of the processing gas in the radial direction with respect to the axis Z can be adjusted. Is possible.
  • the plurality of gas injection ports 40i may be arranged along three or more concentric circles.
  • a heater HT is provided on the cooling jacket 36.
  • the heater HT heats the metal plate 40 via the cooling jacket 36.
  • the antenna 14 can be cooled by the cooling jacket 36.
  • the plasma processing apparatus 10 has been described in detail.
  • the plasma processing apparatus 10 has the effect of excellent controllability of the plasma generation position. This effect is achieved at a high pressure such as 1 Torr (133.3 Pa) or more in the processing container 12. It is especially effective in some cases.
  • a high pressure such as 1 Torr (133.3 Pa) or more in the processing container 12. It is especially effective in some cases.
  • 1 Torr 133.3 Pa
  • the behavior of the flow of electrons and ions constituting the plasma in the processing vessel 12 can be expressed by the following transport equation.
  • the plasma does not contain negative ions.
  • ⁇ , ⁇ e , and ⁇ i indicate the fluxes of plasma, electrons, and ions, respectively
  • D is an ambipolar diffusion coefficient
  • n is a plasma density.
  • the ambipolar diffusion coefficient D can be expressed by the following equation (2).
  • mu e, mu i respectively, electrons are the mobility of ions, D e, the D i are each electron diffusion coefficient of ions.
  • the mobility and diffusion coefficient of the particle type s are expressed by the following equations (3) and (4), respectively.
  • Equation (3) and (4) q s is the charge amount of the particle type s
  • k B is the Boltzmann constant
  • T s is the temperature of the particle type s
  • m s is the mass of the particle type s
  • ⁇ sm is the particle type s. It is the collision frequency between and neutral particles. Assuming that all ions are monovalent cations, substituting (3) and (4) into (2), It becomes.
  • the pressure in the processing container 12 when the pressure in the processing container 12 is high and when the pressure is low, the same power microwave is input, and the generation amount of electrons and ions is equal. In case it is kept equal. Further, when the pressure in the processing container 12 increases, the collision frequency ⁇ sm between the particle type s and the neutral particles increases. From the equation (5), when the pressure in the processing container 12 increases, the ambipolar diffusion coefficient D Is smaller than the diffusion coefficient when the pressure in the processing container 12 is low. Therefore, from the relationship of the expression (1), in order to make the plasma flux ⁇ when the pressure in the processing container 12 is high equal to the plasma flux ⁇ when the pressure in the processing container 12 is low, it is strong. A plasma density gradient is required.
  • the frequency of electrons causing inelastic collisions increases, and the travel distance from the generation of electrons to the loss of energy due to inelastic collisions is shortened. For this reason, when the pressure in the processing container 12 increases, a phenomenon that the plasma is localized may occur even if the plasma is diffused in a wide region.
  • the plasma generation position is determined by the standing wave mode in the dielectric, and even if the microwave input position is defined by a slot plate, etc. It is difficult to obtain sufficient plasma generation position controllability.
  • the plasma processing apparatus 10 since the microwaves are concentrated on the plurality of protrusions 42 whose area in contact with the processing space S is limited, the plasma generation position is located near the protrusions 42 even under high pressure. It is possible to control. Therefore, the plasma processing apparatus 10 is excellent in controllability of the plasma generation position even under high pressure.
  • FIG. 4 is a plan view of an antenna according to another embodiment as viewed from below.
  • FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view showing a metal plate and a plurality of protrusions of an antenna according to another embodiment, and shows a cross section taken along the line VV of FIG.
  • a plurality of openings 40Ah are provided in the metal plate 40A of the antenna 14A shown in FIG.
  • the plurality of openings 40Ah are arranged along the concentric circles CC1 and CC2, and are provided symmetrically about the axis Z.
  • the plurality of openings 40Ah have a circular shape as a planar shape in a plane orthogonal to the axis Z.
  • the antenna 14A has a plurality of protrusions 42A that are rod-shaped, that is, cylindrical, that pass through the plurality of openings 40Ah. These projecting portions 42A are in contact with the dielectric plate 38 at their upper ends, and extend in the axis Z direction downward from the lower surface of the metal plate 40A.
  • the antenna 14 ⁇ / b> A having such a configuration has a plurality of cylindrical protrusions 42 ⁇ / b> A, but can exhibit the same effect as that exhibited by the antenna 14. Therefore, the plurality of protrusions may have any shape as long as they extend from the opening provided in the metal plate of the antenna to the lower side of the metal plate so as to contact the processing space S with a limited area.
  • FIG. 6 is a perspective view showing the configuration of the plasma processing apparatus used in the experimental example.
  • the plasma processing apparatus 100 shown in FIG. 6 includes four dielectric rods SP1 to SP4 at the top of the processing vessel 112.
  • the rods SP1 to SP4 have a diameter of 40 mm and a length of 353 mm, and are arranged in parallel to each other at 100 mm intervals. Further, as shown in FIG. 6, these rods are arranged in one direction in the order of rods SP1, SP3, SP2, and SP4.
  • the plasma processing apparatus 100 includes two rectangular waveguides 114 and 116.
  • the cross-sectional size of the rectangular waveguides 114 and 116 is 109.2 mm ⁇ 54.6 mm in conformity with the EIA standard WR-430.
  • the waveguides 114 and 116 extend in a direction orthogonal to the extending direction of the rods SP1 to SP4, and are provided so that the rods SP1 to SP4 are interposed therebetween.
  • the waveguide 114 has a plunger 118 at its reflective end, and the waveguide 116 has a plunger 120 at its reflective end.
  • rods SP1 and SP2 are located in the waveguide of the waveguide 114, and the other ends of the rods SP1 and SP2 are terminated before the waveguide of the waveguide 116. Specifically, one end of each of the rods SP1 and SP2 enters the waveguide 114 with a length of 30 mm. Further, one ends of the rods SP3 and SP4 are located in the waveguide of the waveguide 116, and the other ends of the rods SP3 and SP4 are terminated before the waveguide of the waveguide 114. Specifically, one end of each of the rods SP3 and SP4 enters the waveguide 116 with a length of 30 mm.
  • the plunger 122 has a reflecting plate 122a and a position adjusting mechanism 122b.
  • the reflecting plate 122a faces one end of the rod SP1 through the waveguide of the waveguide 114.
  • the position adjusting mechanism 122b has a function of adjusting the position of the reflecting plate 122a from one surface (indicated by reference numeral 114a) of the waveguide 114 that defines the waveguide.
  • the plunger 124 includes a reflecting plate 124a and a position adjusting mechanism 124b.
  • the reflection plate 124a is opposed to one end of the rod SP2 through the waveguide of the waveguide 114.
  • the position adjusting mechanism 124 b can adjust the position of the reflecting plate 124 a from the one surface 114 a of the waveguide 114.
  • plungers 126 and 128 are attached to the waveguide 116.
  • the plunger 126 has a reflecting plate 126a and a position adjusting mechanism 126b.
  • the reflection plate 126a is opposed to one end of the rod SP3 through the waveguide of the waveguide 116.
  • the position adjusting mechanism 126b can adjust the position of the reflector 126a from one surface (indicated by reference numeral 116a) of the waveguide 116 that defines the waveguide.
  • the plunger 128 has a reflecting plate 128a and a position adjusting mechanism 128b.
  • the reflection plate 128a is opposed to one end of the rod SP4 through the waveguide of the waveguide 116.
  • the position adjusting mechanism 128b can adjust the position of the reflecting plate 128a from the one surface 116a of the waveguide 116 that defines the waveguide.
  • the pressure in the processing container 112 was set to 100 mTorr (13.33 Pa), and in Experimental Example 2, the pressure in the processing container 112 was set to 1 Torr (133.3 Pa).
  • the distance between the reflector 118a of the plunger 118 and the axis line of the rod SP1 was 85 mm.
  • FIG. 7 shows an image of the plasma emission state of Experimental Example 1
  • FIG. 8 shows an image of the plasma emission state of Experimental Example 2.
  • images obtained by photographing the light emission state of the plasma under the set values of the distance d1 and the distance d2 are shown in a matrix in association with the set values of the distance d1 and the distance d2.
  • the relatively high luminance portion indicates the light emission of the plasma in the vicinity of the rods SP1 and SP2. Therefore, as a result of Experimental Example 1 and Experimental Example 2, it was confirmed that the plasma generation position can be controlled in the vicinity of the rods SP1 and SP2. From this, it is possible to concentrate the plasma generation position in the vicinity of the dielectric member by a configuration in which the dielectric member extending from the waveguide is in contact with the processing space in the processing container with a limited area. It was confirmed that it was possible.
  • distances d1 and d2 that is, the distance of the reflecting plate 122a from the waveguide of the waveguide 114, and the distance of the reflecting plate 124a from the waveguide of the waveguide 114 It was confirmed that the ratio of the brightness of the plasma in the vicinity of the rod SP1 and the brightness of the plasma in the vicinity of the rod SP2 changes relatively by adjusting the. Therefore, as a result of Experimental Examples 1 and 2, it was confirmed that the ratio of the plasma density in the vicinity of the rod SP1 and the plasma density in the vicinity of the rod SP2 can be adjusted by adjusting the distances d1 and d2.
  • the electric field strength of the plasma processing apparatus 100 was calculated by simulation with the same settings as in Experimental Example 1 and Experimental Example 2.
  • the distance d1 and the distance d2 were changed as parameters
  • the electric field strength P1 in the rod SP1 and the electric field strength P2 in the rod SP2 were calculated
  • P1 / (P1 + P2) was obtained as the ratio of the electric field strength.
  • FIG. 9 the horizontal axis represents the set value of the distance d1
  • the vertical axis represents the set value of the distance d2.
  • the ratio P1 / (P1 + P2) of the electric field intensity calculated under the setting value of the distance d1 and the setting value of the distance d2 is shown in association with the setting value of the distance d1 and the setting value of the distance d2. .
  • the portion indicating the ratio P1 / (P1 + P2) of the electric field strength of the same set values as the set values of the distance d1 and the distance d2 in the experimental examples 1 and 2 is circled.
  • the electric field intensity ratio P1 / (P1 + P2) in the portion surrounded by a circle in FIG. 9 is consistent with the plasma emission state of Experimental Examples 1 and 2.
  • the density distribution of plasma concentrated in the vicinity of a plurality of dielectric members is adjusted by adjusting the distance from the waveguide of the reflector of the plunger. It was confirmed that it can be adjusted.
  • the plurality of protrusions made of a dielectric are arranged along two concentric circles, that is, the first circle CC1 and the second circle CC2. It may be provided along the above concentric circles.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Plasma processing apparatus, 12 ... Processing container, 14 ... Antenna, 28 ... Microwave generator, 36 ... Cooling jacket, 38 ... Dielectric plate, 40 ... Metal plate, 40h ... Opening, 40i ... Gas injection port, 42 ... Projection, 44 ... plunger, 44a ... reflector, 44b ... position adjusting mechanism, CC1 ... first circle, CC2 ... second circle, HT ... heater, WG ... waveguide, Z ... axis, 14A ... antenna, 40A ... Metal plate, 40Ah ... Opening, 42A ... Projection.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

　一実施形態のプラズマ処理装置は、処理容器、アンテナ、マイクロ波発生器、及び、ステージを備えている。処理容器は、処理空間を画成している。アンテナは、処理空間の上方に設けられており、所定の軸線を中心とする円盤形状の導波路を有している。マイクロ波発生器は、アンテナに接続されている。ステージは、処理容器内に設けられており、前記所定の軸線と交差するよう処理空間を介してアンテナと対面している。アンテナは、前記導波路を下方から画成する金属板を含んでいる。この金属板には、前記所定の軸線を中心とする第１の円及び当該所定の軸線を中心とし第１の円よりも大径の第２の円に沿って複数の開口が設けられている。アンテナは、複数の開口を通って処理空間内に延び出した誘電体製の複数の突出部を含んでいる。

Description

プラズマ処理装置
　本発明の実施形態は、プラズマ処理装置に関するものである。
　半導体デバイスの製造プロセスにおいては、処理ガスのプラズマを励起させることにより、被処理基体に対するエッチングや成膜が行われる。プラズマは、容量結合方式、誘導結合方式といった種々の方式で励起させることができるが、プラズマの励起源として、低電子温度且つ高密度のプラズマを発生させることができるマイクロ波が注目されてきている。かかるマイクロ波を励起源として採用したプラズマ処理装置は、特許文献１に記載されている。
　特許文献１に記載されたプラズマ処理装置は、処理容器、ステージ、処理ガスの供給部、アンテナ、及び、マイクロ波発生器を備えている。処理容器は、被処理基体を載置するステージをその内部に収容している。アンテナは、ステージの上方に設けられている。このアンテナは、ラジアルラインスロットアンテナと称されるものであり、同軸導波管を介してマイクロ波発生器に接続されている。また、アンテナは、冷却ジャケット、誘電体板、スロット板、及び誘電体窓を含んでいる。誘電体板は、略円盤形状を有しており、上下方向から金属製の冷却ジャケットとスロット板との間に挟持されている。スロット板には、複数のスロット孔が設けられている。これらスロット孔は、同軸導波管の中心軸線を中心として周方向及び径方向に配列されている。このスロット板の直下には、略円盤形状の誘電体窓が設けられている。この誘電体窓は、処理容器の上部開口を閉じている。また、供給部は、センターガス供給部及びアウターガス供給部を含んでいる。センターガス供給部は、誘電体窓の中央から処理ガスを供給している。アウターガス供給部は、誘電体窓とステージとの間において環状に設けられており、センターガス供給部よりも下方において処理ガスを供給している。
　特許文献１に記載されたプラズマ処理装置では、マイクロ波発生器からのマイクロ波が同軸導波管を介してアンテナに供給される。マイクロ波は、誘電体板を伝播し、スロット板のスロット孔から誘電体窓に伝播する。誘電体窓を伝播したマイクロ波は、当該誘電体窓から処理容器内に供給され、供給部から供給される処理ガスのプラズマを励起させる。
国際公開第２０１１／１２５５２４号パンフレット
　特許文献１に記載された装置のラジアルラインスロットアンテナによって生成されるマイクロ波プラズマの特徴は、誘電体窓直下（プラズマ励起領域と呼ばれる）で生成され比較的電子温度の高いエネルギーのプラズマが拡散し、ステージ上に載置された被処理基体上では約１～２ｅＶ程度の低い電子温度のプラズマとなることにある。すなわち、平行平板等のプラズマとは異なり、プラズマの電子温度の分布が誘電体窓からの距離の関数として明確に生ずることに特徴がある。より詳細には、誘電体窓直下での数ｅＶ～約１０ｅＶの電子温度が、被処理基体上では約１～２ｅＶ程度に減衰する。したがって、被処理基体の処理はプラズマの電子温度の低い領域（拡散プラズマ領域）で行なわれるので、被処理基体へリセス等の大きなダメージを与えることがない。また、特許文献１に記載された装置では、プラズマの電子温度の高い領域（プラズマ励起領域）へ処理ガスが供給されると、処理ガスは容易に励起され、解離される。一方、プラズマの電子温度の低い領域（プラズマ拡散領域）へ処理ガスが供給されると、プラズマ励起領域近傍へ供給された場合に比べ、解離の程度は抑えられる。
　ところで、プラズマ処理装置には、被処理基体の全面に対する処理のバラツキを低減することが求められる。そのためには、処理容器内で発生させるプラズマの密度分布を最適化することが必要である。
　特許文献１に記載された装置では、誘電体窓中央、即ち、センターガス供給部からの処理ガスの大流量供給により、誘電体窓直下の領域、即ちプラズマの電子温度の高い領域（プラズマ励起領域）において、高密度なプラズマが形成されはするが、プラズマがスロット近傍に著しく局在化する現象が発生してしまう。これは、マイクロ波により与えられる電子の平均自由行程が短く、当該電子はスロット近傍のガス分子とのみ衝突するからであり、その結果、容易に励起され解離されるプラズマは、スロット近傍に局在化してしまうからである。このように、特許文献１に記載された装置では、局在化したプラズマの発生位置の制御が困難であり、ウエハ面上での適切なプラズマ密度制御が困難となってしまう。
　したがって、本技術分野においては、アンテナからマイクロ波を供給することにより処理容器内にプラズマを励起するプラズマ処理装置において、プラズマの発生位置の制御性を改善することが求められている。
　本発明の一側面に係るプラズマ処理装置は、処理容器、アンテナ、マイクロ波発生器、及び、ステージを備えている。処理容器は、処理空間を画成している。アンテナは、処理空間の上方に設けられており、所定の軸線を中心とする円盤形状の導波路を有している。マイクロ波発生器は、アンテナに接続されている。ステージは、処理容器内に設けられており、前記所定の軸線と交差するよう処理空間を介してアンテナと対面している。アンテナは、前記導波路を下方から画成する金属板を含んでいる。この金属板には、前記所定の軸線を中心とする第１の円及び当該所定の軸線を中心とし第１の円よりも大径の第２の円に沿って複数の開口が設けられている。アンテナは、複数の開口を通って処理空間内に延び出した誘電体製の複数の突出部を含んでいる。
　このプラズマ処理装置では、前記導波路から金属板の複数の開口を介して伝播するマイクロ波が、当該複数の開口を通って処理容器内に延び出した複数の突出部に集中する。したがって、プラズマの発生位置が複数の突出部の近傍に集中する。故に、このプラズマ処理装置は、プラズマの発生位置の制御性に優れている。また、複数の突出部は、同心の第１の円及び第２の円に沿って設けられている。したがって、このプラズマ処理装置は、前記所定の軸線に対して周方向及び径方向において分散させた位置においてプラズマを発生させることができる。
　一実施形態においては、プラズマ処理装置は、プランジャを更に備え得る。プランジャは、複数の突出部のうち、第１の円及び第２の円の少なくとも一方に沿って設けられた開口を通る突出部と前記導波路を介して対峙する反射板を有する。プランジャは、前記所定の軸線が延在する方向において前記導波路からの反射板の距離を調整可能である。
　この実施形態によれば、プランジャの反射板の位置を調整することにより、前記導波路における定在波のピークの位置を金属板の開口の位置に対して相対的に調整することができる。その結果、第１の円に沿って設けられた突出部に伝播するマイクロ波のパワーと、第２の円に沿って設けられた突出部に伝搬するマイクロ波のパワーの比を調整することが可能となる。これにより、前記所定の軸線に対して放射方向のプラズマの密度分布を調整することが可能となる。
　一実施形態においては、金属板には、処理空間に処理ガスを供給するための複数のガス噴射口が設けられていてもよい。この実施形態によれば、ステージの上方から処理ガスを供給することが可能となる。
　一実施形態においては、複数のガス噴射口は、前記所定の軸線を中心とする少なくとも二つの同心円に沿って設けられていてもよい。この実施形態によれば、前記所定の軸線に対して放射方向の処理ガスの流量分布を調整することが可能となる。
　一実施形態においては、プラズマ処理装置は、前記導波路の上に設けられた冷却ジャケットと、金属板を加熱するヒータと、を更に備えていてもよい。この実施形態によれば、冷却ジャケットによりアンテナを冷却することにより、アンテナ内の誘電体製の部品が熱応力により破壊することを抑制することが可能となる。また、ヒータによって金属板を加熱することにより、処理容器内で発生したイオン及びラジカル、並びに、処理の副生成物が金属板に再付着することを抑制することが可能となる。
　一実施形態においては、複数の突出部は、前記所定の軸線が延在する方向に延びる棒状の誘電体により構成されていてもよく、当該複数の突出部は、第１の円及び第２の円において所定の軸線に対して軸対称となるように配列されていてもよい。また、別の実施形態においては、複数の突出部は、前記所定の軸線に直交する断面において弧状の形状を有し、当該複数の突出部は、第１の円及び第２の円において所定の軸線に対して軸対称となるように配列されていてもよい。これら実施形態によれば、所定の軸線に対して周方向のプラズマの分布を均一化することが可能となる。
　以上説明したように、本発明の種々の側面及び実施形態によれば、アンテナからマイクロ波を供給することにより処理容器内に励起するプラズマの発生位置の制御性を改善したプラズマ処理装置が提供される。
一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す断面図である。 図１に示すアンテナを下方から見た平面図である。 図１に示すアンテナの金属板及び複数の突出部を拡大して示す断面図である。 別の実施形態に係るアンテナを下方から見た平面図である。 別の実施形態に係るアンテナの金属板及び複数の突出部を拡大して示す断面図である。 実験例に用いたプラズマ処理装置の構成を示す斜視図である。 実験例１のプラズマの発光状態の画像を示している。 実験例２のプラズマの発光状態の画像を示している。 シミュレーションによって求めた図６に示すプラズマ処理装置の電界強度の比を示す図である。
　以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
　図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す断面図である。図１に示すプラズマ処理装置１０は、処理容器１２及びアンテナ１４を備えている。処理容器１２は、被処理基体Ｗを収容するための処理空間Ｓを画成している。処理容器１２は、側壁１２ａ、及び底部１２ｂを含み得る。側壁１２ａは、所定の軸線Ｚが延びる方向（以下、「軸線Ｚ方向」という）に延在する略筒形状を有している。底部１２ｂは、側壁１２ａの下端側に設けられている。底部１２ｂには、排気用の排気孔１２ｈが設けられている。側壁１２ａの上端部は開口している。処理容器１２の上端部開口は、アンテナ１４によって閉じられている。
　プラズマ処理装置１０は、処理容器１２内に設けられたステージ２０を更に備えている。ステージ２０は、アンテナ１４の下方に設けられており、軸線Ｚに交差するように処理空間Ｓを介してアンテナ１４と対面している。ステージ２０上には、被処理基体Ｗの中心が軸線Ｚと略一致するように、被処理基体Ｗが載置され得る。一実施形態においては、ステージ２０は、台２０ａ、及び、静電チャック２０ｂを含んでいる。
　台２０ａは、筒状支持部４６に支持されている。筒状支持部４６は、絶縁性の材料で構成されており、底部１２ｂから垂直上方に延びている。また、筒状支持部４６の外周には、導電性の筒状支持部４８が設けられている。筒状支持部４８は、筒状支持部４６の外周に沿って処理容器１２の底部１２ｂから垂直上方に延びている。この筒状支持部４８と側壁１２ａとの間には、環状の排気路５０が形成されている。
　排気路５０の上部には、複数の貫通孔が設けられた環状のバッフル板５２が取り付けられている。排気路５０は、排気孔１２ｈを提供する排気管５４に接続しており、当該排気管５４には、圧力調整器５６ａを介して排気装置５６ｂが接続されている。排気装置５６ｂは、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有している。圧力調整器５６ａは、排気装置５６ｂの排気量を調整して、処理容器１２内の圧力を調整する。これら圧力調整器５６ａ及び排気装置５６ｂにより、処理容器１２内の処理空間Ｓを所望の真空度まで減圧することができる。また、排気装置５６ｂを動作させることにより、ステージ２０の外周から排気路５０を介して処理ガスを排気することができる。
　台２０ａは、高周波電極を兼ねている。台２０ａには、マッチングユニット６０及び給電棒６２を介して、ＲＦバイアス用の高周波電源５８が電気的に接続されている。高周波電源５８は、被処理基体Ｗに引き込むイオンのエネルギーを制御するのに適した一定の周波数、例えば、１３．６５ＭＨｚの高周波電力を所定のパワーで出力する。マッチングユニット６０は、高周波電源５８側のインピーダンスと、主に電極、プラズマ、処理容器１２といった負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合器を収容している。この整合器の中に自己バイアス生成用のブロッキングコンデンサが含まれている。
　台２０ａの上面には、静電チャック２０ｂが設けられている。一実施形態においては、静電チャック２０ｂの上面は、被処理基体Ｗを載置するための載置領域を構成している。この静電チャック２０ｂは、被処理基体Ｗを静電吸着力で保持する。静電チャック２０ｂの径方向外側には、被処理基体Ｗの周囲を環状に囲むフォーカスリングＦが設けられている。静電チャック２０ｂは、電極２０ｄ、絶縁膜２０ｅ、及び、絶縁膜２０ｆを含んでいる。電極２０ｄは、導電膜によって構成されており、絶縁膜２０ｅと絶縁膜２０ｆの間に設けられている。電極２０ｄには、高圧の直流電源６４がスイッチ６６及び被覆線６８を介して電気的に接続されている。静電チャック２０ｂは、直流電源６４から印加される直流電圧により発生するクーロン力によって、その上面に被処理基体Ｗを吸着保持することができる。
　台２０ａの内部には、周方向に延びる環状の冷媒室２０ｇが設けられている。この冷媒室２０ｇには、チラーユニットから配管７０，７２を介して所定の温度の冷媒、例えば、冷却水が循環供給される。静電チャック２０ｂ上の被処理基体Ｗの処理温度は、冷媒の温度によって制御され得る。さらに、伝熱ガス供給部からの伝熱ガス、例えば、Ｈｅガスがガス供給管７４を介して静電チャック２０ｂの上面と被処理基体Ｗの裏面との間に供給される。
　一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、温度制御機構として、ヒータＨＳ、ＨＣＳ、及び、ＨＥＳを更に備え得る。ヒータＨＳは、側壁１２ａ内に設けられており、環状に延在している。ヒータＨＳは、例えば、処理空間Ｓの高さ方向（即ち、軸線Ｚ方向）の中間に対応する位置に設けられ得る。ヒータＨＣＳは、台２０ａ内に設けられている。ヒータＨＣＳは、台２０ａ内において、上述した載置領域の中央部分の下方、即ち軸線Ｚに交差する領域に設けられている。また、ヒータＨＥＳは、台２０ａ内に設けられており、ヒータＨＣＳを囲むように環状に延在している。ヒータＨＥＳは、上述した載置領域の外縁部分の下方に設けられている。
　また、プラズマ処理装置１０は、ガス供給部２４を更に備えている。ガス供給部２４は、環状管２４ａ、配管２４ｂ、及びガス源２４ｃを含んでいる。環状管２４ａは、処理空間Ｓの軸線Ｚ方向の中間位置において軸線Ｚ中心に環状に延在するよう、処理容器１２内に設けられている。この環状管２４ａには、軸線Ｚに向けて開口された複数のガス噴射口２４ｈが形成されている。これら複数のガス噴射口２４ｈは、軸線Ｚ中心に環状に配列されている。この環状管２４ａには配管２４ｂが接続している。配管２４ｂは、処理容器１２の外部まで延びており、ガス源２４ｃに接続されている。ガス源２４ｃは、処理ガスのガス源であり、当該処理ガスを流量制御して配管２４ｂに供給する。ガス源２４ｃは、例えば、開閉弁及びマスフローコントローラを含み得る。
　かかるガス供給部２４は、配管２４ｂ、環状管２４ａ、及びガス噴射口２４ｈを介して、処理ガスを軸線Ｚに向けて処理空間Ｓ内に導入する。処理ガスは、プラズマ処理装置１０において被処理基体Ｗに対して行われる処理によって適宜選択されるものである。処理ガスは、例えば、被処理基体Ｗのエッチングを行う場合には、エッチャントガス及び／又は不活性ガス等を含み得る。或いは、被処理基体Ｗ上に成膜を行う場合には、原料ガス及び／又は不活性ガス等を含み得る。
　図１に示すように、プラズマ処理装置１０は、アンテナ１４と共に、同軸導波管１６、マイクロ波発生器２８、チューナ３０、導波管３２、及び、モード変換器３４を更に備えている。マイクロ波発生器２８は、例えば２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波を発生する。マイクロ波発生器２８は、チューナ３０、導波管３２、及びモード変換器３４を介して、同軸導波管１６の上部に接続されている。
　同軸導波管１６は、その中心軸線である軸線Ｚに沿って延在している。同軸導波管１６は、外側導体１６ａ及び内側導体１６ｂを含んでいる。外側導体１６ａは、軸線Ｚ方向に延びる筒形状を有している。外側導体１６ａの下端は、導電性の表面を有する冷却ジャケット３６の上部に電気的に接続され得る。内側導体１６ｂは、外側導体１６ａの内側に設けられている。内側導体１６ｂは、軸線Ｚに沿って延びる略円柱状の形状を有している。内側導体１６ｂの下端は、アンテナ１４の金属板４０に接続している。
　一実施形態においては、アンテナ１４は、処理容器１２の上端開口内に配置され得る。アンテナ１４は、軸線Ｚを中心とする略円盤形状の導波路ＷＧを画成している。このアンテナ１４は、一実施形態においては、冷却ジャケット３６、誘電体板３８、金属板４０、及び複数の突出部４２を含み得る。冷却ジャケット３６は、導波路ＷＧの上に設けられている。一実施形態においては、冷却ジャケット３６の金属製の下面が、導波路ＷＧを上方から画成している。金属板４０は、略円盤形状の金属製の部材であり、導波路ＷＧを下方から画成している。冷却ジャケット３６と金属板４０との間には、誘電体板３８が挟持されている。誘電体板３８は、マイクロ波の波長を短縮させるものであり、例えば、石英又はアルミナから構成されており、略円盤形状を有している。この誘電体板３８は、冷却ジャケット３６と金属板４０との間において、導波路ＷＧを構成している。
　以下、図１と共に、図２及び図３を参照する。図２は、図１に示すアンテナを下方から見た平面図である。図３は、図１に示すアンテナの金属板及び複数の突出部を拡大して示す断面図である。なお、図１及び図３には、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿ってとった金属板４０の断面が示されている。図１～図３に示すように、金属板４０には、当該金属板４０を軸線Ｚ方向に貫通する複数の開口４０ｈが形成されている。
　複数の開口４０ｈのうち一部（図２では、四つの開口４０ｈ）は、軸線Ｚを中心とする第１の円ＣＣ１に沿って延在している。即ち、第１の円ＣＣ１に沿った複数の開口４０ｈは、軸線Ｚに直交する面内での平面形状として第１の円ＣＣ１に沿った弧状且つ帯状の形状を有している。また、複数の開口４０ｈのうち他の一部（図２では、別の四つの開口４０ｈ）は、軸線Ｚを中心とし第１の円ＣＣ１の直径より大径の第２の円ＣＣ２に沿って延在している。即ち、第２の円ＣＣ２に沿った複数の開口４０ｈは、軸線Ｚに直交する面内での平面形状として第２の円ＣＣ２に沿った弧状且つ帯状の形状を有している。一実施形態においては、複数の開口４０ｈは、軸線Ｚに対して軸対称に設けられている。
　また、アンテナ１４は、これら複数の開口４０ｈを通って処理空間Ｓまで延び出した複数の突出部４２を更に含んでいる。これら突出部４２は、一実施形態においては、その上端において誘電体板３８に接しており、金属板４０の下面よりも下方まで延在している。
　また、複数の突出部４２の各々は、軸線Ｚに直交する面内での断面形状として、複数の開口４０ｈのうち対応の開口に倣った平面形状を有している。即ち、第１の円ＣＣ１に沿って設けられた開口４０ｈを通る突出部４２は、第１の円ＣＣ１に沿って設けられた対応の開口の平面形状に倣った弧状且つ帯状の断面形状を有している。また、第２の円ＣＣ２に沿って設けられた開口４０ｈを通る突出部４２は、第２の円ＣＣ２に沿って設けられた対応の開口の平面形状に倣った弧状且つ帯状の断面形状を有している。これら複数の突出部４２は、誘電体製であり、例えば、石英から構成されている。なお、金属板４０の下面、特に、処理空間Ｓに面する金属板４０の領域には、Ｙ２Ｏ３或いは石英製の膜が設けられていてもよい。
　かかる構成のアンテナ１４を有するプラズマ処理装置１０では、マイクロ波発生器２８によって発生されたマイクロ波は、チューナ３０、導波管３２、モード変換器３４及び同軸導波管１６を経由して導波路ＷＧ、即ち、誘電体板３８に伝播する。誘電体板３８を伝播したマイクロ波は、導波路ＷＧにおいて定在波となる。そして、マイクロ波は、導波路ＷＧから、金属板４０の複数の開口４０ｈを通る複数の突出部４２に漏れ出して、処理空間Ｓに供給される。このように、プラズマ処理装置１０では、金属板４０から漏れ出すマイクロ波が、金属板４０の下方の全領域ではなく、複数の突出部４２に集中する。その結果、処理ガスのプラズマの発生位置が、複数の突出部４２の近傍に集中する。したがって、プラズマ処理装置１０は、プラズマ発生位置の制御性に優れている。
　また、複数の突出部４２は、同心の第１の円及び第２の円に沿って設けられており、且つ、軸線Ｚに対して軸対称に設けられている。したがって、プラズマ処理装置１０では、プラズマの発生位置を、軸線Ｚに対して放射方向に分布させることができ、また、軸線Ｚに周方向に分布させることが可能である。その結果、プラズマ処理装置１０によれば、軸線Ｚに対して周方向及び放射方向におけるプラズマの密度分布を均一化することが可能となる。また、プラズマ処理装置１０によれば、処理ガスをアンテナ１４直下に大量供給するときによって生じ得るアンテナ１４直下のプラズマ局在化に対応できるだけでなく、中低流量の処理ガスの供給においても、より最適なプラズマ密度制御が実現できる。
　一実施形態においては、図１に示すように、プラズマ処理装置１０は、複数のプランジャ４４を更に備え得る。複数のプランジャ４４の各々は、反射板４４ａ及び位置調整機構４４ｂを含んでいる。図１に示す実施形態では、複数のプランジャ４４の反射板４４ａはそれぞれ、第１の円ＣＣ１に沿って設けられた複数の突出部４２と、導波路ＷＧを介して対峙するように設けられている。
　また、図１に示すように、プランジャ４４の反射板４４ａは、その軸線Ｚ方向における位置を調整するための位置調整機構４４ｂに接続されている。プラズマ処理装置１０では、位置調整機構４４ｂを用いて反射板４４ａの位置を調整することにより、導波路ＷＧにおける定在波のピークの位置を調整することができる。その結果、第１の円ＣＣ１に沿って設けられた突出部４２に漏れ出すマイクロ波のパワーと、第２の円ＣＣ１に沿って設けられた突出部４２に漏れ出すマイクロ波のパワーとの比を調整することが可能となる。これにより、軸線Ｚに対して放射方向のプラズマの密度分布を調整することが可能となる。
　なお、別の実施形態では、複数のプランジャ４４は、第２の円ＣＣ２に沿って設けられた複数の突出部４２と反射板４４ａが対峙するように設けられていてもよく、或いは、全ての突出部４２と反射板４４ａが対峙するように設けられていてもよい。
　再び図１～図３を参照する。一実施形態においては、金属板４０には、処理空間Ｓに処理ガスを供給するための複数のガス噴射口４０ｉが設けられている。これらガス噴射口４０ｉは、下方に向けて開口している。図１～図３に示す例では、複数のガス噴射口４０ｉは、軸線Ｚを中心とする二つの同心円に沿って配列されている。また、金属板４０には、二つの同心円のうち内側の円に沿って配列されたガス噴射口４０ｉに接続する環状のガスライン４０ｂが形成されている。ガスライン４０ｂには、金属板４０の周縁部に向けて延びるガスライン４０ｃが接続されている。ガスライン４０ｃは金属板４０の下面に設けられたポート４０ｄに接続している。このポート４０ｄには、処理容器１２の側壁１２ａ内に設けられたガスラインを介して、ガス源２５が接続されている。ガス源２５は、ガス源２４ｃと同様に、処理ガスのガス源であり、当該処理ガスの流量を制御可能なように構成されている。
　また、金属板４０には、二つの同心円のうち外側の円に沿って配列されたガス噴射口４０ｉに接続する環状のガスライン４０ｅが形成されている。ガスライン４０ｅには、金属板４０の周縁部に向けて延びるガスライン４０ｆが接続されている。ガスライン４０ｆは金属板４０の下面に設けられたポート４０ｇに接続している。このポート４０ｇには、処理容器１２の側壁１２ａ内に設けられたガスラインを介して、ガス源２６が接続されている。ガス源２６は、ガス源２４ｃと同様に、処理ガスのガス源であり、当該処理ガスの流量を制御可能なように構成されている。
　このプラズマ処理装置１０では、処理空間Ｓの高さ方向の中間位置において環状に配列された複数のガス噴射口２４ｈに加えて、処理空間Ｓの上から下方に向けて処理ガスを供給するための複数のガス噴射口４０ｉが設けられている。また、これらガス噴射口４０ｉは、二つの同心円に沿って配列されている。したがって、プラズマ処理装置１０では、処理空間Ｓの上方から被処理基体Ｗに向けて処理ガスを供給することができ、更に、軸線Ｚに対して放射方向の処理ガスの流量分布を調整することが可能である。なお、別の実施形態においては、複数のガス噴射口４０ｉは、三つ以上の同心円に沿って配列されていてもよい。
　再び図１を参照する。プラズマ処理装置１０では、図１に示すように、冷却ジャケット３６上にヒータＨＴが設けられている。このヒータＨＴは、冷却ジャケット３６を介して、金属板４０を加熱する。これにより、処理容器１２内で発生したイオン及びラジカル、並びに、処理の副生成物が金属板４０に再付着することを抑制することが可能となる。また、プラズマ処理装置１０では、冷却ジャケット３６によりアンテナ１４を冷却することも可能である。これにより、誘電体板３８や誘電体製の突出部４２が熱応力により破壊することを抑制することが可能である。
　以上、一実施形態に係るプラズマ処理装置１０について詳細してきた。上述したように、プラズマ処理装置１０は、プラズマの発生位置の制御性に優れるという効果を有しているが、この効果は、処理容器１２内の圧力が１Ｔｏｒｒ（１３３．３Ｐａ）以上といった高圧である場合に特に有効に発揮される。以下、この理由を説明する。
　下記の（１）式に示すように、処理容器１２内でのプラズマを構成する電子、イオンの流れの振る舞いは、下記の輸送方程式によって表わすことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  
ここで、プラズマは負イオンを含まないプラズマであるとする。（１）式において、Γ、Γｅ、Γiはそれぞれプラズマ、電子、イオンの流束を示しており、Ｄは両極性拡散係数であり、ｎは、プラズマ密度である。また、両極性拡散係数Ｄは、下記の（２）式で表わすことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
  
（２）式において、μｅ，μｉはそれぞれ、電子、イオンの移動度であり、Ｄｅ，Ｄｉはそれぞれ電子、イオンの拡散係数である。粒子種ｓの移動度、拡散係数はそれぞれ以下の（３）式、（４）式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
  
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
  
（３）、（４）式において、ｑｓは粒子種ｓの電荷量、ｋＢはボルツマン定数、Ｔｓは粒子種sの温度、ｍｓは粒子種sの質量、νｓｍは粒子種sと中性粒子との衝突周波数である。イオンはすべて１価の陽イオンであると仮定し、（２）式に（３）、（４）式を代入すると、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 となる。
　ここで、処理容器１２内の圧力が高い場合と低い場合の双方において同じパワーのマイクロ波が投入され、電子、イオンの生成量が等しいものとすると、プラズマの巨視的な流束Γは双方の場合において等しく保たれる。また、処理容器１２内の圧力が高くなると、粒子種ｓと中性粒子との衝突頻度νsmは大きくなり、（５）式から、処理容器１２内の圧力が高くなると、両極性拡散係数Ｄは、処理容器１２内の圧力が低い場合の拡散係数よりも小さくなる。したがって、（１）式の関係より、処理容器１２内の圧力が高い場合のプラズマの流束Γを、処理容器１２内の圧力が低い場合のプラズマの流束Γと等しくするためには、強いプラズマの密度勾配が必要となる。また、電子が励起衝突や電離衝突などの非弾性衝突を起こす頻度も高くなり、電子が生成されてから非弾性衝突によりエネルギーを失うまでの移動距離が短くなる。このために、処理容器１２内の圧力が高くなると、広い領域においてプラズマを拡散させようとしても、プラズマが局在化するという現象が生じ得る。また、マイクロ波が大面積平板誘電体を通して処理容器内でプラズマを発生させる場合、プラズマの発生位置は誘電体内の定在波モードにより決定され、スロット板などでマイクロ波投入位置を規定しても、十分なプラズマ発生位置制御性を得ることが難しい。
　一方、プラズマ処理装置１０では、処理空間Ｓに接する面積が制限された複数の突出部４２にマイクロ波を集中させているので、高い圧力下においても、プラズマの発生位置を突出部４２の近傍に制御することが可能である。よって、プラズマ処理装置１０は、高い圧力下においても、プラズマの発生位置の制御性に優れている。
　以下、図４及び図５を参照してアンテナの別の実施形態について説明する。図４は、別の実施形態に係るアンテナを下方から見た平面図である。図５は、別の実施形態に係るアンテナの金属板及び複数の突出部を拡大して示す断面図であり、図４のＶ－Ｖ線に沿った断面を示している。図４に示すアンテナ１４Ａの金属板４０Ａには、複数の開口４０Ａｈが設けられている。複数の開口４０Ａｈは、同心円ＣＣ１及びＣＣ２に沿って配列されており、軸線Ｚに対して軸対称に設けられている。複数の開口４０Ａｈは、金属板４０の開口４０ｈとは異なり、軸線Ｚに直交する面内での平面形状として円形の形状を有している。
　また、アンテナ１４Ａは、複数の開口４０Ａｈを通る棒状、即ち円柱形状の複数の突出部４２Ａを有している。これら突出部４２Ａは、その上端において誘電体板３８に接しており、金属板４０Ａの下面よりも下方まで軸線Ｚ方向に延在している。かかる構成のアンテナ１４Ａは、円柱形状の複数の突出部４２Ａを有しているが、アンテナ１４によって発揮される効果と同様の効果を発揮することができる。したがって、複数の突出部は、制限された面積で処理空間Ｓに接するよう、アンテナの金属板に設けられた開口から金属板の下方まで延びだしていれば、任意の形状を有し得る。
　以下、制限された面積で処理空間Ｓに接する誘電体にマイクロ波を集中させることにより、プラズマの発生位置を制御できることを検証した実験例１及び２、並びにシミュレーションについて説明する。図６は、実験例に用いたプラズマ処理装置の構成を示す斜視図である。
　図６に示すプラズマ処理装置１００は、処理容器１１２の上部に、四つの誘電体製のロッドＳＰ１～ＳＰ４を備えている。ロッドＳＰ１～ＳＰ４は、４０ｍｍの直径及び３５３ｍｍの長さを有し、１００ｍｍ間隔で互いに平行に配列されている。また、図６に示すように、これらロッドは、ロッドＳＰ１、ＳＰ３、ＳＰ２、ＳＰ４の順で一方向に配列されている。
　また、プラズマ処理装置１００は、二つの矩形導波管１１４及び１１６を備えている。矩形導波管１１４及び１１６の断面サイズは、ＥＩＡ規格ＷＲ－４３０準拠の１０９．２ｍｍｘ５４．６ｍｍである。導波管１１４及び１１６は、ロッドＳＰ１～ＳＰ４の延在方向と直交する方向に延在しており、それらの間にロッドＳＰ１～ＳＰ４が介在するように設けられている。導波管１１４は、その反射端にプランジャ１１８を有しており、導波管１１６は、その反射端にプランジャ１２０を有している。導波管１１４の導波路内には、ロッドＳＰ１及びＳＰ２の一端が位置しており、ロッドＳＰ１及びＳＰ２の他端は、導波管１１６の導波路の手前で終端している。具体的には、ロッドＳＰ１及びＳＰ２それぞれの一端は、３０ｍｍの長さで導波管１１４内に入り込んでいる。また、導波管１１６の導波路内には、ロッドＳＰ３及びＳＰ４の一端が位置しており、ロッドＳＰ３及びＳＰ４の他端は、導波管１１４の導波路の手前で終端している。具体的には、ロッドＳＰ３及びＳＰ４それぞれの一端は、３０ｍｍの長さで導波管１１６内に入り込んでいる。
　導波管１１４には、プランジャ１２２及び１２４が取り付けられている。プランジャ１２２は、反射板１２２ａ及び位置調整機構１２２ｂを有している。反射板１２２ａは、導波管１１４の導波路を介してロッドＳＰ１の一端に対峙している。位置調整機構１２２ｂは、導波路を画成する導波管１１４の一面（参照符号１１４ａで示す）からの反射板１２２ａの位置を調整する機能を有する。また、プランジャ１２４は、反射板１２４ａ及び位置調整機構１２４ｂを有している。反射板１２４ａは、導波管１１４の導波路を介してロッドＳＰ２の一端に対峙している。位置調整機構１２４ｂは、導波管１１４の一面１１４ａからの反射板１２４ａの位置を調整することができる。
　また、導波管１１６には、プランジャ１２６及び１２８が取り付けられている。プランジャ１２６は、反射板１２６ａ及び位置調整機構１２６ｂを有している。反射板１２６ａは、導波管１１６の導波路を介してロッドＳＰ３の一端に対峙している。位置調整機構１２６ｂは、導波路を画成する導波管１１６の一面（参照符号１１６ａで示す）からの反射板１２６ａの位置を調整することができる。また、プランジャ１２８は、反射板１２８ａ及び位置調整機構１２８ｂを有している。反射板１２８ａは、導波管１１６の導波路を介してロッドＳＰ４の一端に対峙している。位置調整機構１２８ｂは、導波路を画成する導波管１１６の一面１１６ａからの反射板１２８ａの位置を調整することができる。
　実験例１及び２では、上記構成を有するプラズマ処理装置１００の処理容器１１２内にＡｒガスを供給し、導波管１１４に周波数２．４５ＧＨｚ且つパワー１ｋＷのマイクロ波を供給した。また、実験例１及び２では、導波管１１４の一面１１４ａからの反射板１２２ａの距離ｄ１、及び、導波管１１４の一面１１４ａからの反射板１２４ａの距離ｄ２をパラメータとして変化させた。また、実験例１及び２では、ロッドＳＰ１とロッドＳＰ２の間の距離は、２００ｍｍに設定した。また、実験例１では、処理容器１１２内の圧力を１００ｍＴｏｒｒ（１３．３３Ｐａ）に設定し、実験例２では、処理容器１１２内の圧力を１Ｔｏｒｒ（１３３．３Ｐａ）に設定した。また、プランジャ１１８の反射板１１８ａと、ロッドＳＰ１の軸線との距離は８５ｍｍとした。
　そして、実験例１及び実験例２の双方において、ロッドＳＰ１及びＳＰ２の下方からプラズマの発光状態を撮影した。図７は、実験例１のプラズマの発光状態の画像を示している、図８は、実験例２のプラズマの発光状態の画像を示している。図７及び図８では、距離ｄ１及び距離ｄ２の設定値に対応づけて、当該距離ｄ１及び距離ｄ２の設定値の下でのプラズマの発光状態を撮影した画像がマトリクス状に示されている。
　図７及び図８に示す画像では、比較的に輝度の高い部分が、ロッドＳＰ１及びＳＰ２の近傍のプラズマの発光を示している。したがって、実験例１及び実験例２の結果、プラズマの発生位置をロッドＳＰ１及びＳＰ２の近傍に制御できることが確認された。このことから、導波路から延在する誘電体製の部材が制限された面積で処理容器内の処理空間に接する構成により、プラズマの発生位置を当該誘電体製の部材の近傍に集中させることができることが確認された。
　また、図７及び図８に示すように、距離ｄ１及びｄ２、即ち、導波管１１４の導波路からの反射板１２２ａの距離、及び、導波管１１４の導波路からの反射板１２４ａの距離を調整することにより、ロッドＳＰ１の近傍のプラズマの輝度とロッドＳＰ２の近傍のプラズマの輝度の比が相対的に変化することが確認された。したがって、実験例１及び２の結果、距離ｄ１及びｄ２を調整することにより、ロッドＳＰ１の近傍でのプラズマの密度とロッドＳＰ２の近傍でのプラズマの密度の比を調整できることが確認された。このことから、導波路から延在する誘電体製の複数の部材が制限された面積で処理容器内の処理空間に接する構成において、プランジャの反射板の導波路からの距離を調整することにより、誘電体製の部材の近傍に集中させたプラズマの密度分布を調整できることが確認された。
　また、シミュレーションにより、実験例１及び実験例２と同様の設定でプラズマ処理装置１００の電界強度を計算した。このシミュレーションでは、距離ｄ１及び距離ｄ２をパラメータとして変化させ、ロッドＳＰ１内の電界強度Ｐ１とロッドＳＰ２内の電界強度Ｐ２を計算し、Ｐ１／（Ｐ１＋Ｐ２）を電界強度の比として求めた。この結果を図９に示す。図９において、横軸は距離ｄ１の設定値を示しており、縦軸は距離ｄ２の設定値を示している。図９では、距離ｄ１の設定値と距離ｄ２の設定値に対応づけて、当該距離ｄ１の設定値と距離ｄ２の設定値の下で計算した電界強度の比Ｐ１／（Ｐ１＋Ｐ２）を示している。また、図９では、実験例１及び２の距離ｄ１及び距離ｄ２の設定値と同一の設定値の電界強度の比Ｐ１／（Ｐ１＋Ｐ２）を示す部分を円で囲んでいる。このシミュレーションの結果、図９の円で囲まれた部分の電界強度の比Ｐ１／（Ｐ１＋Ｐ２）は、実験例１及び２のプラズマの発光状態に整合していることが確認された。また、図９に示すように、このシミュレーションの結果からも、プランジャの反射板の導波路からの距離を調整することにより、誘電体製の複数の部材の近傍に集中させたプラズマの密度分布を調整できることが確認された。
　以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、上述した実施形態では、誘電体製の複数の突出部が二つの同心円、即ち第１の円ＣＣ１及び第２の円ＣＣ２に沿って配列されているが、複数の突出部は、三つ以上の同心円に沿って設けられていてもよい。
　１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、１４…アンテナ、２８…マイクロ波発生器、３６…冷却ジャケット、３８…誘電体板、４０…金属板、４０ｈ…開口、４０ｉ…ガス噴射口、４２…突出部、４４…プランジャ、４４ａ…反射板、４４ｂ…位置調整機構、ＣＣ１…第１の円、ＣＣ２…第２の円、ＨＴ…ヒータ、ＷＧ…導波路、Ｚ…軸線、１４Ａ…アンテナ、４０Ａ…金属板、４０Ａｈ…開口、４２Ａ…突出部。

Claims (7)

  1. 　処理空間を画成する処理容器と、
    　前記処理空間の上方に設けられたアンテナであり、所定の軸線を中心とする円盤形状の導波路を有する該アンテナと、
    　前記アンテナに接続されたマイクロ波発生器と、
    　前記処理容器内に設けられたステージであり、前記所定の軸線と交差するよう前記処理空間を介して前記アンテナと対面する該ステージと、
    を備え、
    　前記アンテナは、前記導波路を下方から画成する金属板を含み、
    　前記金属板には、前記所定の軸線を中心とする第１の円及び該所定の軸線を中心とし前記第１の円よりも大径の第２の円に沿って複数の開口が設けられており、
    　前記アンテナは、前記複数の開口を通って前記処理空間内に延び出した誘電体製の複数の突出部を含む、
    プラズマ処理装置。
  2. 　前記複数の突出部のうち、前記第１の円及び第２の円の少なくとも一方に沿って設けられた開口を通る突出部と前記導波路を介して対峙する反射板を有し、前記所定の軸線が延在する方向において前記導波路からの前記反射板の距離を調整可能なプランジャを更に備える、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 　前記金属板には、前記処理空間に処理ガスを供給するための複数のガス噴射口が設けられている、請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 　前記複数のガス噴射口は、前記所定の軸線を中心とする少なくとも二つの同心円に沿って設けられている、請求項１～３の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  5. 　前記導波路の上に設けられた冷却ジャケットと、
    　前記金属板を加熱するヒータと、
    を更に備える、請求項１～４の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  6. 　前記複数の突出部は、前記所定の軸線が延在する方向に延びる棒状の誘電体により構成されており、該複数の突出部は、前記第１の円及び前記第２の円において前記所定の軸線に対して軸対称となるように配列されている、請求項１～５の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  7. 　前記複数の突出部は、前記所定の軸線に直交する断面において弧状の形状を有し、該複数の突出部は、前記第１の円及び前記第２の円において前記所定の軸線に対して軸対称となるように配列されている、請求項１～５の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
PCT/JP2013/061067 2012-07-25 2013-04-12 プラズマ処理装置 Ceased WO2014017130A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/416,441 US20150194290A1 (en) 2012-07-25 2013-04-12 Plasma processing apparatus
KR20157000729A KR20150036045A (ko) 2012-07-25 2013-04-12 플라즈마 처리 장치

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012164833A JP2014026773A (ja) 2012-07-25 2012-07-25 プラズマ処理装置
JP2012-164833 2012-07-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014017130A1 true WO2014017130A1 (ja) 2014-01-30

Family

ID=49996949

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2013/061067 Ceased WO2014017130A1 (ja) 2012-07-25 2013-04-12 プラズマ処理装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20150194290A1 (ja)
JP (1) JP2014026773A (ja)
KR (1) KR20150036045A (ja)
TW (1) TW201419948A (ja)
WO (1) WO2014017130A1 (ja)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017004665A (ja) * 2015-06-08 2017-01-05 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
US20190151192A1 (en) 2016-05-19 2019-05-23 Yohachi Yamashita Ultrasonic irradiation apparatus and system, and ultrasonic irradiation method
JP6850636B2 (ja) * 2017-03-03 2021-03-31 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
JP6960813B2 (ja) * 2017-09-20 2021-11-05 東京エレクトロン株式会社 グラフェン構造体の形成方法および形成装置
JP7026498B2 (ja) * 2017-12-12 2022-02-28 東京エレクトロン株式会社 アンテナ及びプラズマ成膜装置
KR102267544B1 (ko) * 2018-01-05 2021-06-21 박상규 마이크로파 시스템
JP7221115B2 (ja) * 2019-04-03 2023-02-13 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置
JP2024067696A (ja) * 2022-11-07 2024-05-17 日新電機株式会社 プラズマ処理装置
US20250259819A1 (en) * 2024-02-08 2025-08-14 Tokyo Electron Limited Apparatus for plasma processing

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10134995A (ja) * 1996-10-28 1998-05-22 Toshiba Corp プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP2004186303A (ja) * 2002-12-02 2004-07-02 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置
JP2006040609A (ja) * 2004-07-23 2006-02-09 Naohisa Goto プラズマ処理装置および方法、並びにフラットパネルディスプレイ装置の製造方法
JP2007188722A (ja) * 2006-01-12 2007-07-26 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置
WO2010140526A1 (ja) * 2009-06-01 2010-12-09 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及びプラズマ処理装置の給電方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0264913B1 (en) * 1986-10-20 1994-06-22 Hitachi, Ltd. Plasma processing apparatus
JP2993675B2 (ja) * 1989-02-08 1999-12-20 株式会社日立製作所 プラズマ処理方法及びその装置
EP0688038B1 (en) * 1994-06-14 2001-12-19 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Microwave plasma processing system
JP4393844B2 (ja) * 2003-11-19 2010-01-06 東京エレクトロン株式会社 プラズマ成膜装置及びプラズマ成膜方法
KR20050079860A (ko) * 2004-02-07 2005-08-11 삼성전자주식회사 마이크로 웨이브 공급장치, 이를 이용한 플라즈마공정장치 및 플라즈마 공정방법
JP2006324551A (ja) * 2005-05-20 2006-11-30 Shibaura Mechatronics Corp プラズマ発生装置及びプラズマ処理装置
JP4944198B2 (ja) * 2007-06-11 2012-05-30 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置および処理方法
KR101196075B1 (ko) * 2007-09-28 2012-11-01 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 플라즈마 처리 장치
JP5222744B2 (ja) * 2009-01-21 2013-06-26 国立大学法人東北大学 プラズマ処理装置
JP2010277969A (ja) * 2009-06-01 2010-12-09 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置及びプラズマ処理装置の給電方法
US8415884B2 (en) * 2009-09-08 2013-04-09 Tokyo Electron Limited Stable surface wave plasma source

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10134995A (ja) * 1996-10-28 1998-05-22 Toshiba Corp プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP2004186303A (ja) * 2002-12-02 2004-07-02 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置
JP2006040609A (ja) * 2004-07-23 2006-02-09 Naohisa Goto プラズマ処理装置および方法、並びにフラットパネルディスプレイ装置の製造方法
JP2007188722A (ja) * 2006-01-12 2007-07-26 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置
WO2010140526A1 (ja) * 2009-06-01 2010-12-09 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及びプラズマ処理装置の給電方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150036045A (ko) 2015-04-07
US20150194290A1 (en) 2015-07-09
JP2014026773A (ja) 2014-02-06
TW201419948A (zh) 2014-05-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2014017130A1 (ja) プラズマ処理装置
JP5808697B2 (ja) ドライエッチング装置及びドライエッチング方法
JP5717888B2 (ja) プラズマ処理装置
US5938883A (en) Plasma processing apparatus
KR102523730B1 (ko) 이중 주파수 표면파 플라즈마 소스
KR101008746B1 (ko) 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법
US20040219737A1 (en) Method and apparatus for processing a workpiece with a plasma
JP5630667B2 (ja) 基板処理装置
JP7085828B2 (ja) プラズマ処理装置
JPH088095A (ja) プラズマ処理用高周波誘導プラズマ源装置
JP2012238845A (ja) プラズマ処理装置
JP5522887B2 (ja) プラズマ処理装置
JP3254069B2 (ja) プラズマ装置
KR20140103844A (ko) 플라즈마 처리 장치
US20140251541A1 (en) Plasma processing apparatus
JP2019110047A (ja) プラズマ処理装置
US10665428B2 (en) Plasma processing apparatus
JP4900768B2 (ja) プラズマ発生装置及びプラズマ処理装置
JP2019160519A (ja) アンテナ装置、および、プラズマ処理装置
JP2001015297A (ja) プラズマ装置
KR101434145B1 (ko) 멀티 레이저 스캐닝 라인을 갖는 유도 결합 플라즈마반응기
JP2920852B2 (ja) マイクロ波プラズマ装置
JP7760389B2 (ja) プラズマ処理装置
JP2016091603A (ja) マイクロ波プラズマ処理装置
JP5382958B2 (ja) プラズマ発生装置及びプラズマ処理装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13822615

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20157000729

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14416441

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13822615

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1