WO2014054443A1 - アンテナ及びプラズマ処理装置 - Google Patents

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WO2014054443A1
WO2014054443A1 PCT/JP2013/075524 JP2013075524W WO2014054443A1 WO 2014054443 A1 WO2014054443 A1 WO 2014054443A1 JP 2013075524 W JP2013075524 W JP 2013075524W WO 2014054443 A1 WO2014054443 A1 WO 2014054443A1
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slot
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plate
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gravity
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PCT/JP2013/075524
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松本　直樹
紘司 小山
吉川　潤
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東京エレクトロン株式会社
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    • 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
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    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/3213—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer
    • H01L21/32133—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only
    • H01L21/32135—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only
    • H01L21/32136—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only using plasmas
    • H01L21/32137—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only using plasmas of silicon-containing layers
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    • H05H1/4645—Radiofrequency discharges
    • H05H1/4652—Radiofrequency discharges using inductive coupling means, e.g. coils

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to an antenna and a plasma processing apparatus.
  • a plasma etching apparatus using a radial line slot antenna (Radial Line Slot Antenna) is known (for example, see Patent Document 1).
  • a disk-shaped slot antenna having a large number of slots is installed on a dielectric window of a processing container.
  • a large number of slots constitute a plurality of slot pairs composed of two slots for microwave radiation directed in different directions.
  • the plurality of slot pairs are arranged in a double annular shape (that is, concentric circles) around the center of gravity of the slot antenna.
  • the microwave is incident on the position of the center of gravity of the slot antenna, radiates radially, and is radiated from the slot.
  • Microwaves radiated from a number of slots of the slot antenna are introduced into the processing space of the processing container through a dielectric window made of a dielectric.
  • the processing gas is turned into plasma by microwave energy.
  • a characteristic of microwave plasma generated by a radial line slot antenna is that a plasma with a relatively high electron temperature of several eV generated just below the dielectric window (called plasma excitation region) diffuses, When the substrate is directly below the substrate 100 mm or more (called a diffusion plasma region), the electron temperature is as low as about 1 to 2 eV. That is, the electron temperature distribution of the plasma is generated as a function of the distance from the dielectric window.
  • an etching gas is supplied to a low electron temperature region, and the dissociation of the etching gas is controlled (control of the amount of etching species generated in the plasma).
  • the surface chemical reaction of the substrate) is controlled, so that the etching accuracy can be improved and the damage to the substrate is greatly reduced.
  • a device can be manufactured according to the design dimensions such as etching in a spacer forming step, and damage such as a recess can be suppressed from entering the substrate.
  • the antenna according to one aspect of the present invention includes a dielectric window and a slot plate.
  • the slot plate is provided on one surface of the dielectric window.
  • the slot plate has a plurality of slot pairs composed of two slots.
  • the plurality of slot pairs are arranged concentrically around the position of the center of gravity of the slot plate.
  • Each slot pair is provided at a position where the axes extending from the center of gravity of the slot plate toward each slot pair do not overlap.
  • Microwaves are incident on the center of gravity of the slot plate and diverge radially. If each slot pair is arranged at a position where axes extending from the center of gravity of the slot plate toward each slot pair overlap, that is, each slot pair overlaps when viewed radially outward from the center of gravity of the slot plate. In this case, since microwaves are first emitted from the slot pair close to the center of gravity position, microwaves with low electric field strength are present in other slot pairs arranged on the axis extending from the center of gravity position toward the slot pair. Propagates. For this reason, microwaves with low electric field strength are emitted from other slot pairs.
  • each slot pair arranged concentrically is provided at a position where axes extending from the center of gravity of the slot plate toward each slot pair do not overlap. That is, by not providing other slot pairs on the axis extending from the center of gravity position of the slot plate toward the slot pair, slot pairs having low microwave radiation efficiency with respect to the input power can be eliminated. Therefore, it is possible to relatively improve the distribution of the input power to the other slot pairs. Therefore, the radiation electric field strength with respect to the input power is improved, and the plasma stability can be improved.
  • the slot plate may have a first slot group, a second slot group, a third slot group, and a fourth slot group.
  • the first slot group is located at a first distance from the gravity center position of the slot plate.
  • the second slot group is located at a second distance from the center of gravity of the slot plate.
  • the third slot group is located at a third distance from the center of gravity of the slot plate.
  • the fourth slot group is located at a fourth distance from the center of gravity of the slot plate.
  • the slot of the first slot group and the slot of the second slot group are paired together to form a plurality of slot pairs, and the slot of the third slot group and the slot of the fourth slot group are paired together to form a plurality of slot pairs.
  • the slots of the second slot group are located on a first axis extending from the center of gravity of the slot plate toward the slots of the first slot group.
  • the slots of the fourth slot group are located on the second axis extending from the center of gravity of the slot plate toward the slots of the third slot group.
  • Each slot is arranged so that the first axis and the second axis do not overlap.
  • the number of slots in the first slot group and the number of slots in the second slot group are the same number N1
  • the number of slots in the third slot group and the number of slots in the fourth slot group are the same number N2.
  • N2 may be an integer multiple of N1.
  • the slot width of the first slot group and the slot width of the second slot group are the same, the slot width of the third slot group and the slot width of the fourth slot group are the same, and the first slot group
  • the slot width of the group and the slot width of the second slot group may be larger than the slot width of the third slot group and the slot width of the fourth slot group.
  • the diameter extending from the center of gravity of the slot plate toward the target slot and the angle formed by the longitudinal direction of the slot are the same for each slot group in the first to fourth slot groups. May be.
  • the slots of the first slot group located on the same diameter extending from the center of gravity of the slot plate and the slots of the second slot group extend in different directions and are located on the same diameter extending from the center of gravity of the slot plate.
  • the third slot group slot and the fourth slot group slot may extend in different directions.
  • the other surface of the dielectric window includes a flat surface surrounded by the annular first concave portion, and a plurality of second concave portions formed in the flat surface so as to surround the center of gravity of the flat surface; You may have. Further, when viewed from the direction perpendicular to the main surface of the slot plate, the center of gravity of each second recess may overlap and be located in each slot in the slot plate. When configured in this manner, the in-plane uniformity can be further improved.
  • the planar shape of the second recess may be circular.
  • the surface shape is a circle, since the equivalence of the shape from the center is high, stable plasma is generated.
  • a plasma processing apparatus includes an antenna, a processing container, a table, and a microwave introduction path.
  • the antenna includes a dielectric window and a slot plate.
  • the slot plate is provided on one surface of the dielectric window.
  • the slot plate has a plurality of slot pairs composed of two slots.
  • the plurality of slot pairs are arranged concentrically around the position of the center of gravity of the slot plate.
  • Each slot pair is provided at a position where the axes extending from the center of gravity of the slot plate toward each slot pair do not overlap.
  • the processing container has an antenna inside.
  • the platform is provided inside the processing container, and faces the other surface of the dielectric window, on which a substrate to be processed is placed.
  • the microwave introduction path connects the microwave generator and the slot plate.
  • the plasma processing apparatus has the same effect as the antenna described above.
  • an antenna and a plasma processing apparatus are provided that can improve the plasma stability by improving the radiation electric field strength with respect to the input power.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 1. It is a disassembled perspective view of the structure near a slot plate. It is a top view of a slot plate. It is a top view of a dielectric material window. It is a top view of the antenna which combined the slot plate and the dielectric material window. It is sectional drawing of a dielectric material window. It is the perspective view and sectional drawing of a slot and a recessed part vicinity. It is a figure which shows the positional relationship of a slot and a recessed part.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the plasma processing apparatus 1 includes a cylindrical processing container 2.
  • the ceiling of the processing container 2 is closed with a dielectric window (top plate) 16 made of a dielectric.
  • the processing container 2 is made of, for example, aluminum and is electrically grounded.
  • the inner wall surface of the processing container 2 is covered with an insulating protective film 2f such as alumina.
  • a table 3 for mounting a semiconductor wafer (hereinafter referred to as a wafer) W as a substrate is provided in the center of the bottom of the processing container 2.
  • a wafer W is held on the upper surface of the table 3.
  • the table 3 is made of a ceramic material such as alumina or alumina nitride.
  • a heater 5 is embedded inside the table 3 so that the wafer W can be heated to a predetermined temperature.
  • the heater 5 is connected to the heater power supply 4 through wiring arranged in the support column.
  • An electrostatic chuck CK that electrostatically attracts the wafer W placed on the table 3 is provided on the upper surface of the table 3.
  • the electrostatic chuck CK is connected to a bias power source BV for applying a bias direct current or high frequency power (RF power) via a matching unit MG.
  • an exhaust pipe 11 for exhausting the processing gas from an exhaust port 11 a below the surface of the wafer W placed on the table 3 is provided.
  • An exhaust device 10 such as a vacuum pump is connected to the exhaust pipe 11 via a pressure control valve PCV.
  • the exhaust device 10 communicates with the inside of the processing container 2 via the pressure control valve PCV.
  • the pressure in the processing container 2 is adjusted to a predetermined pressure by the pressure control valve PCV and the exhaust device 10.
  • a dielectric window 16 is provided on the ceiling of the processing container 2 via a seal 15 such as an O-ring for ensuring airtightness.
  • the dielectric window 16 is made of a dielectric material such as quartz, alumina (Al 2 O 3 ), or aluminum nitride (AlN), and is permeable to microwaves.
  • a disk-shaped slot plate 20 is provided on the upper surface of the dielectric window 16.
  • the slot plate 20 is made of a conductive material, for example, copper plated or coated with Ag, Au or the like.
  • a plurality of T-shaped or L-slot shaped slots 21 are arranged concentrically.
  • a dielectric plate 25 for compressing the wavelength of the microwave is disposed on the upper surface of the slot plate 20.
  • the dielectric plate 25 is made of a dielectric such as quartz (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), or aluminum nitride (AlN).
  • the dielectric plate 25 is covered with a conductive cover 26.
  • An annular heat medium passage 27 is provided in the cover 26. The cover 26 and the dielectric plate 25 are adjusted to a predetermined temperature by the heat medium flowing through the heat medium flow path 27. Taking a microwave having a wavelength of 2.45 GHz as an example, the wavelength in vacuum is about 12 cm, and the wavelength in the dielectric window 16 made of alumina is about 3 to 4 cm.
  • a coaxial waveguide 30 that propagates microwaves is connected to the center of the cover 26.
  • the coaxial waveguide 30 includes an inner conductor 31 and an outer conductor 32, and the inner conductor 31 passes through the center of the dielectric plate 25 and is connected to the center of the slot plate 20.
  • a microwave generator 35 is connected to the coaxial waveguide 30 via a mode converter 37 and a rectangular waveguide 36.
  • microwaves such as 860 MHz, 915 MHz, and 8.35 GHz can be used as the microwave.
  • the microwave generated by the microwave generator 35 propagates to the rectangular waveguide 36, the mode converter 37, the coaxial waveguide 30, and the dielectric plate 25 as a microwave introduction path.
  • the microwave propagated to the dielectric plate 25 is supplied into the processing container 2 through the dielectric window 16 from the multiple slots 21 of the slot plate 20.
  • An electric field is formed below the dielectric window 16 by the microwave, and the processing gas in the processing container 2 is turned into plasma.
  • the lower end of the inner conductor 31 connected to the slot plate 20 is formed in a truncated cone shape. Thereby, the microwave is efficiently propagated from the coaxial waveguide 30 to the dielectric plate 25 and the slot plate 20 without loss.
  • the characteristics of the microwave plasma generated by the radial line slot antenna is that a plasma having a relatively high electron temperature generated just below the dielectric window 16 (called a plasma excitation region) diffuses and directly above the wafer W (diffuse plasma). In the region), the plasma has a low electron temperature of about 1 to 2 eV. That is, unlike plasma of a parallel plate or the like, the plasma electron temperature distribution is clearly generated as a function of the distance from the dielectric window 16. More specifically, an electron temperature of several eV to about 10 eV immediately below the dielectric window 16 is attenuated to about 1 to 2 eV on the wafer W.
  • the wafer W Since the processing of the wafer W is performed in a region where the electron temperature of plasma is low (diffusion plasma region), the wafer W is not seriously damaged such as a recess.
  • 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 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.
  • a central introduction part 55 for introducing a processing gas into the central part of the wafer W is provided in the center of the dielectric window 16 on the ceiling of the processing container 2.
  • a processing gas supply path 52 is formed in the inner conductor 31 of the coaxial waveguide 30.
  • the central introduction part 55 is connected to the supply path 52.
  • the center introducing portion 55 includes a columnar block 57 that is fitted into a cylindrical space portion 43 (see FIG. 8) provided at the center of the dielectric window 16, a lower surface of the inner conductor 31 of the coaxial waveguide 30, and a block A tapered space 143a (see FIG. 8) in which a gas reservoir 60 spaced at an appropriate interval from the upper surface of 57 and a cylindrical space having a gas ejection opening 59 at the tip are continuous.
  • Consists of The block 57 is made of a conductive material such as aluminum and is electrically grounded.
  • the block 57 is formed with a plurality of central introduction ports 58 (see FIG. 3) penetrating in the vertical direction.
  • the gas ejection opening 59 is shown larger than the actual size so that the central inlet 58 can be observed.
  • the shape of the space portion 143a is not limited to the tapered shape, and may be a simple cylindrical shape. In this case, the size of the gas ejection opening 59 is increased as shown in FIG.
  • the planar shape of the central introduction port 58 is formed in a perfect circle or a long hole in consideration of necessary conductance and the like.
  • the aluminum block 57 is coated with anodized alumina (Al 2 O 3 ), yttria (Y 2 O 3 ), or the like.
  • the processing gas supplied from the supply path 52 penetrating the inner conductor 31 to the gas reservoir 60 diffuses in the gas reservoir 60, and then downwards from the plurality of central inlets 58 of the block 57 and at the center of the wafer W. It is jetted toward.
  • a ring-shaped peripheral introducing portion 61 for supplying a processing gas to the peripheral portion of the wafer W is disposed so as to surround the periphery above the wafer W.
  • the peripheral introduction part 61 is arranged below the central introduction port 58 arranged on the ceiling part and above the wafer W placed on the table 3.
  • the peripheral introduction portion 61 is a hollow pipe formed in an annular shape, and a plurality of peripheral introduction ports 62 are opened at a certain interval in the circumferential direction on the inner peripheral side thereof.
  • the peripheral inlet 62 injects the processing gas toward the center of the peripheral inlet 61.
  • the peripheral introduction part 61 is made of quartz, for example.
  • a supply path 53 made of stainless steel penetrates the side surface of the processing container 2.
  • the supply path 53 is connected to the peripheral introduction part 61.
  • the processing gas supplied from the supply path 53 to the inside of the peripheral introduction part 61 diffuses in the space inside the peripheral introduction part 61 and is then injected from the plurality of peripheral introduction ports 62 toward the inside of the peripheral introduction part 61. .
  • the processing gas sprayed from the plurality of peripheral introduction ports 62 is supplied to the upper periphery of the wafer W.
  • a plurality of peripheral introduction ports 62 may be formed on the inner surface of the processing container 2.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the detailed structure of the gas supply source.
  • a gas supply source 100 that supplies a processing gas into the processing container 2 includes a common gas source 41 and an additive gas source 42.
  • the common gas source 41 and the additive gas source 42 supply process gases corresponding to the plasma etching process and the plasma CVD process.
  • a common gas line 45 is connected to the common gas source 41, and the common gas line 45 is connected to the flow splitter 44.
  • the flow splitter 44 is provided in the common gas line 45 and branches the common gas line 45 into first and second branch common gas lines 46 and 47.
  • the flow splitter 44 can adjust the ratio of the flow rate of the gas flowing through the first and second branch common gas lines 46 and 47.
  • the first branch common gas line 46 is connected to the central introduction part 55 (see FIG. 1) via the supply path 52, and supplies the central introduction gas Gc to the central introduction part 55.
  • the second branch common gas line 47 is connected to the peripheral introduction part 61 (see FIG. 1) via the supply path 53, and supplies the peripheral introduction gas Gp to the peripheral introduction part 61.
  • the additive gas source 42 is connected to the second branch common gas line 47 via the additive gas line 48.
  • the additive gas source 42 can also be connected to the first branch common gas line 46 via the additive gas line 48 '.
  • the additive gas source 42 may be connected to both branch common gas lines 46 and 47 via additive gas lines 48 and 48 ′.
  • the common gas source 41 includes a plurality of gases G11, G12, G13, and G1x, and is provided with flow rate control valves 41a, 41b, 41c, and 41x that control the flow rates of the respective gases. Valves V that open and close the line passage are provided before and after the lines connected to the flow control valves 41a, 41b, 41c, and 41x.
  • the flow control valves 41a, 41b, 41c, and 41x are connected to the common gas line 45 through the respective valves V.
  • the additive gas source 42 has a plurality of additive gases G21, G22, G23, and G2x, and is provided with flow control valves 42a, 42b, 42c, and 42x for controlling the flow rate of each gas. Valves V for opening and closing the line passage are provided before and after the lines connected to the flow control valves 42a, 42b, 42c, and 42x.
  • the flow control valves 42a, 42b, 42c, and 42x are connected to the additive gas line 48 via the respective valves V.
  • the controller CONT shown in FIG. 1 controls the flow rate control valves 41a, 41b, 41c, 41x, 42a, 42b, 42c, 42x together with various valves V in the gas supply source, and finally the branch common gas lines 46, 47.
  • the partial pressure ratio of the specific gas contained in the gases Gc and Gp flowing in the gas is controlled.
  • the controller CONT adjusts the flow rate of each gas, and determines the flow rate and partial pressure of each common gas type supplied to the flow splitter 44.
  • the partial pressure for each gas type of the central introduction gas Gc supplied to the central portion of the wafer W and the peripheral introduction gas Gp supplied to the peripheral portion and the gas type itself can be changed. Various characteristics can be changed.
  • a rare gas Ar or the like
  • other additive gases can also be used.
  • Ar gas, HBr gas (or Cl 2 gas), and O 2 gas are supplied as additive gases G21, G22, and G23, and an oxide film such as SiO 2 is supplied.
  • Ar gas, CHF-based gas, CF-based gas, and O 2 gas are supplied as additive gases G21, G22, G23, and G2x.
  • Ar gas, CF gas, CHF gas, and O 2 gas are supplied as G22, G23, and G2x.
  • CHF-based gas CH 3 (CH 2) 3 CH 2 F, CH 3 (CH 2) 4 CH 2 F, CH 3 (CH 2) 7 CH 2 F, CHCH 3 F 2, CHF 3, CH 3 Examples thereof include F and CH 2 F 2 .
  • Examples of the CF-based gas include C (CF 3 ) 4 , C (C 2 F 5 ) 4 , C 4 F 8 , C 2 F 2 , and C 5 F 8 , but dissociation suitable for etching. From the viewpoint of obtaining seeds, C 5 F 8 is preferable.
  • the common gas source 41 and the additive gas source 42 can supply the same type of gas, and the common gas source 41 and the additive gas source 42 can supply different types of gas.
  • the plasma excitation gas may be supplied from the common gas source 41 and the etching gas may be supplied from the additive gas source 42.
  • the plasma excitation gas may be supplied from the common gas source 41 and the etching gas may be supplied from the additive gas source 42.
  • the common gas source 41 further supplies a cleaning gas such as O 2 and SF 6 and other common gases.
  • the gas contains a so-called negative gas.
  • the negative gas refers to a gas having an electron attachment cross section with an electron energy of 10 eV or less.
  • HBr, SF 6 and the like can be mentioned.
  • the branch ratio of the common gas is adjusted by the flow splitter 44, and the central inlet 58 (see FIG. 3) and the peripheral inlet 61 (see FIG. 3).
  • the technique for adjusting the gas introduction amount from 1) is referred to as RDC (Radial Distribution Control).
  • RDC is represented by the ratio between the amount of gas introduced from the central inlet 58 and the amount of gas introduced from the peripheral inlet 61.
  • a common RDC is a case where the gas types introduced into the central introduction portion 55 and the peripheral introduction portion 61 are common. The optimum RDC value is experimentally determined depending on the type of film to be etched and various conditions.
  • ARDC Advanced Radial Distribution Control
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of the structure near the slot plate.
  • the lower surface of the dielectric window 16 (the surface provided with the recesses) is attached to the plasma processing apparatus 1 so as to be placed on the surface of the annular member 19 constituting a part of the side wall of the processing container 2.
  • a slot plate 20 is provided on the upper surface of the dielectric window 16, and a dielectric plate 25 is provided on the slot plate 20.
  • the planar shapes of the dielectric window 16, the slot plate 20, and the dielectric plate 25 are circular, and their center positions are located on the same axis (Z axis).
  • the slot plate 20 has slots having various patterns. In the figure, for the sake of clarity of explanation, the slot plate 20 omits the description of the slot, and instead is shown in FIG. .
  • FIG. 5 is a plan view of the slot plate 20.
  • the slot plate 20 has a thin plate shape and a disk shape. Both surfaces of the slot plate 20 in the thickness direction are flat.
  • the slot plate 20 is provided with a plurality of slots penetrating in the plate thickness direction.
  • the slot is formed such that a first slot 133 that is long in one direction and a second slot 134 that is long in a direction perpendicular to the first slot 133 are adjacent to each other.
  • two adjacent slots 133 and 134 are paired and arranged so as to be substantially L-shaped with the center portion interrupted.
  • the slot plate 20 has a configuration including a slot pair 140 including a first slot 133 extending in one direction and a second slot 134 extending in a direction perpendicular to the one direction.
  • the third slot 133 'and the fourth slot 134' constitute a slot 140 '. Note that an example of the slot pair 140, 140 'is shown in the region indicated by the dotted line in FIG.
  • the slot pairs are roughly classified into an inner peripheral slot pair group 135 disposed on the inner peripheral side and an outer peripheral slot pair group 136 disposed on the outer peripheral side.
  • the inner peripheral slot pair group 135 is seven slot pairs 140 provided in the inner region of the imaginary circle indicated by the alternate long and short dash line in FIG.
  • the outer peripheral side slot pair group 136 is 14 pairs of slots 140 ′ provided in an outer region of an imaginary circle indicated by a one-dot chain line in FIG. 5.
  • the slot pairs 140 and 140 ′ are arranged concentrically so as to surround the center (center of gravity position) 138 of the slot plate 20.
  • the seven slot pairs 140 are arranged at equal intervals in the circumferential direction.
  • one slot of the seven pairs of slots 140 arranged in the inner circumferential slot pair group 135 is arranged at a position corresponding to the position where the second concave portion made of circular dimples is provided. Can be aligned.
  • the outer peripheral side slot pair group 136 is arranged so as not to overlap the inner peripheral side slot pair group 135 when viewed radially outward from the radial center 138 of the slot plate 20. Therefore, in the outer peripheral side slot pair group 136, the two slot pairs 140 'are grouped, and the groups are arranged at equal intervals in the circumferential direction.
  • the opening width of the first slot 133 that is, the length between the wall portion 130a on one side extending in the longitudinal direction and the wall portion 130b on the other side extending in the longitudinal direction in the first slot 133.
  • W 1 is configured such that the 14 mm.
  • the longitudinal length of the first slot 133 shown by the length W 2 in FIG. 5, i.e., the longitudinal direction of the other side in the longitudinal direction of one side of the end portion 130c and the first slot 133 of the first slot 133 the length W 2 between the end 130d of is configured such that the 35 mm.
  • the width W 1 and the length W 2 can be allowed to be changed by ⁇ 10%, but even if they are outside this range, they function as an apparatus.
  • the opening shape of the first slot 133 and the opening shape of the second slot 134 are the same. That is, the second slot 134 is obtained by rotating the first slot 133 by 90 degrees. It should be noted that the length ratio W 1 / W 2 is less than 1 when configuring the slot as a slot.
  • the opening width W 3 of the fourth slot 134 ′ is smaller than the opening width W 1 of the first slot 133.
  • the opening width W 1 of the first slot 133 is larger than the opening width W 3 of the fourth slot 134 '.
  • the opening width W 3 of the fourth slot 133 ' is configured so as for example a 10 mm.
  • the length in the longitudinal direction of the fourth slot 134 ′ indicated by the length W 4 in FIG. 5 is the same as the length W 2 of the first slot 133.
  • the width W 3 and the length W 4 can be allowed to be changed by ⁇ 10%, but even if they are outside this range, they function as an apparatus.
  • the opening shape of the fourth slot 134 ′ and the opening shape of the third slot 133 ′ are the same. That is, the third slot 133 ′ is obtained by rotating the fourth slot 134 ′ by 90 degrees. It should be noted that the length ratio W 3 / W 4 is less than 1 when configuring the slot as a slot.
  • a through hole 137 is also provided in the radial center of the slot plate 20.
  • a reference hole 139 is provided in a region on the outer diameter side of the outer peripheral slot pair group 136 so as to penetrate in the plate thickness direction so as to facilitate positioning of the slot plate 20 in the circumferential direction. That is, using the position of the reference hole 139 as a mark, the slot plate 20 is positioned in the circumferential direction with respect to the processing container 2 and the dielectric window 16.
  • the slot plate 20 has rotational symmetry about the radial center 138 except for the reference hole 139.
  • the structure of the slot plate 20 will be described in detail.
  • the first slot group 133 located at a first distance K1 (indicated by a circle K1) from the gravity center position 138 of the slot plate 20 and the second distance K2 (circle) from the gravity center position 138.
  • first distance K1 ⁇ the second distance K2 ⁇ the third distance K3 ⁇ the fourth distance K4 is satisfied.
  • An axis (first axis R1, second axis R2 or R3) extending from the gravity center position 138 of the slot plate toward the target slot (any one of 133, 134, 133 ′, 134 ′), and the length of the slot
  • the angle formed by the direction is the same for each slot group in the first to fourth slot groups 133, 134, 133 ′, 134 ′.
  • the slot 133 of the first slot group and the slot 134 of the second slot group located on the same diameter (first axis R1) extending from the gravity center position 138 of the slot plate 20 extend in different directions (in this example, orthogonal)
  • the slot 133 ′ of the third slot group and the slot 134 ′ of the fourth slot group located on the same diameter (second axis R2 or R3) extending from the gravity center position 138 of the slot plate 20 are in different directions. (In this example, they are orthogonal).
  • the slots (133, 134, 133 ', 134') are arranged so that the axis R1 and the axis R2 or the axis R1 and the axis R3 do not overlap each other.
  • the angle formed between the axis R1 and the axis R2 or between the axis R1 and the axis R3 is 10 ° or more.
  • FIG. 6 is a plan view of the dielectric window
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the dielectric window.
  • the dielectric window 16 is substantially disc-shaped and has a predetermined plate thickness.
  • the dielectric window 16 is made of a dielectric, and specific examples of the material of the dielectric window 16 include quartz and alumina.
  • a slot plate 20 is provided on the upper surface 159 of the dielectric window 16.
  • a through-hole 142 is provided that penetrates in the plate thickness direction, that is, the vertical direction of the drawing.
  • the lower region serves as a gas supply port in the central introduction portion 55
  • the upper region serves as a recess 143 in which the block 57 of the central introduction portion 55 is disposed.
  • the radial center axis 144a of the dielectric window 16 is indicated by a one-dot chain line in FIG.
  • a radially outer region of the lower flat surface 146 which is a side that generates plasma when the plasma processing apparatus is provided, is connected in a ring shape, and the dielectric window 16 has an inner thickness direction.
  • An annular first concave portion 147 that is recessed in a tapered shape toward the side is provided.
  • the flat surface 146 is provided in the central region in the radial direction of the dielectric window 16.
  • circular second concave portions 153a to 153g are formed at equal intervals along the circumferential direction.
  • the angle of the taper that is, for example, the angle defined in the direction in which the inner tapered surface extends with respect to the bottom surface 149 and the angle defined in the direction in which the outer tapered surface 50 extends with respect to the bottom surface 149 are arbitrarily determined. In this embodiment, it is configured similarly at any position in the circumferential direction.
  • the inner tapered surface 148, the bottom surface 149, and the outer tapered surface 150 are formed so as to be connected with smooth curved surfaces.
  • the outer diameter region of the outer tapered surface 150 is provided with an outer peripheral plane 152 that extends straight in the radial direction toward the outer diameter side, that is, parallel to the flat surface 146.
  • the outer peripheral plane 152 serves as a support surface for the dielectric window 16.
  • the dielectric window 16 is attached to the processing container 2 such that the outer peripheral plane 152 is placed on the upper end surface provided in the inner diameter side region of the annular member 19 (see FIG. 4).
  • An annular first recess 147 forms a region in which the thickness of the dielectric window 16 is continuously changed in a radially outer region of the dielectric window 16, so that the dielectric is suitable for various process conditions for generating plasma.
  • a resonant region having the thickness of the window 16 can be formed. Then, high stability of plasma in the radially outer region can be ensured according to various process conditions.
  • a second recess 153 (153 a to 153 g) that is recessed from the flat surface 146 toward the inner side in the plate thickness direction is provided in the radially inner region of the annular first recess 147.
  • the planar shape of the second recess 153 is circular, the inner side surface forms a cylindrical surface, and the bottom surface is flat. Since the circular shape is a polygon having infinite corners, the planar shape of the second recess 153 can be considered to be a polygon having finite corners. However, when the planar shape is circular, since the equivalence of the shape from the center is high, stable plasma is generated.
  • a total of seven second recesses 153 are provided, which is the same as the number of inner slot pairs.
  • the seven second recesses 153a, 153b, 153c, 153d, 153e, 153f, and 153g have the same shape. That is, the recesses of the second recesses 153a to 153g, the sizes thereof, the diameters of the holes, and the like are configured equally.
  • the seven second recesses 153a to 153g are arranged at intervals so as to have rotational symmetry about the radial center of gravity 156 of the dielectric window 16.
  • the circle 158 is indicated by a one-dot chain line in FIG. 4, and the circle 158 has a diameter of 154 mm, and the second recesses 153a to 153g have a diameter of 30 mm.
  • the depth of the second recess 153 (153a to 153g), that is, the distance between the flat surface 146 and the bottom surface 155 indicated by the length L3 in FIG. 8 is appropriately determined, and is 32 mm in this embodiment. .
  • the diameter of the concave portion 153 and the distance from the bottom surface of the concave portion 153 to the upper surface of the dielectric window are set to 1 ⁇ 4 of the wavelength ⁇ g of the microwave introduced into the concave portion. In this embodiment, the diameter of the dielectric window 16 is about 460 mm.
  • the diameter of the circle 158, the diameter of the recess 153, the diameter of the dielectric window 16, and the depth of the recess 153 can be allowed to be changed by ⁇ 10%, the conditions under which the apparatus operates are limited to this. However, if the plasma is confined in the recess, the device functions. When the value of the diameter and depth of the concave portion close to the center is increased, the plasma density is larger on the center side than on the periphery, so that the balance between them can be adjusted.
  • the second concave portions 153a to 153g can concentrate the microwave electric field in the concave portion, and can perform strong mode fixing in the radially inner region of the dielectric window 16. In this case, even if the process conditions are variously changed, a strong mode-fixed region in the radially inner region can be secured, a stable and uniform plasma can be generated, and the in-plane uniformity of the substrate throughput Can be increased.
  • the second recesses 153a to 153g have rotational symmetry, it is possible to ensure high axial symmetry with strong mode fixing in the radially inner region of the dielectric window 16, and high plasma generation is also possible. Has axial symmetry.
  • the dielectric window 16 having such a configuration has a wide process margin and the generated plasma has high axial symmetry.
  • FIG. 7 is a plan view of an antenna 70 in which the slot plate 20 and the dielectric window 16 are combined.
  • This figure is a view of the radial line slot antenna as viewed from below along the Z-axis in FIG.
  • a portion of the outer tapered surface 150 and the slot 134 'belonging to the fourth slot group (fourth slot group from the inner side) partially overlap.
  • the annular flat bottom surface 149 and the slot 133 'belonging to the third slot group (third slot group from the inside) overlap.
  • the inner tapered surface and the slot 134 belonging to the second slot group overlap. Further, all the slots 133 belonging to the innermost first slot group are located on the flat surface 146. Furthermore, the center of gravity of the second recess 153 overlaps with the slot 133.
  • FIG. 9 is a perspective view (A) and a cross-sectional view (B) in the vicinity of the slot 133 and the recess 153.
  • the slot 133 is located immediately above the recess 153, and plasma PS is generated in the recess 153 by the electric field generated in the width direction of the slot 133 when the microwave is introduced (see FIG. 9A).
  • FIG. 9B shows that
  • FIG. 10 is a diagram showing the positional relationship between the slot and the second recess.
  • FIG. 10A shows a case where the position of the center of gravity G2 of the recess 153 is set to a position where the electric field E from the slot 133 is selectively introduced. By introducing the microwave, the electric field E is generated in the width direction of the slots 133 and 134.
  • the gravity center position G1 of the slot 133 and the gravity center position G2 of the second recess 153 coincide with each other, and the gravity center position G2 of the second recess 153 overlaps with the slot 133.
  • the plasma is securely fixed to the second recess 153, the plasma fluctuation is small, and the in-plane fluctuation of the plasma is small even when various conditions change.
  • the position where the recess 153 is formed is on the central flat surface 146 (see FIG. 7), the equivalence of the surface around one recess 153 is high, and the degree of plasma fixation is increased.
  • FIG. 10B shows a case where the position of the center of gravity G2 of the recess 153 is set to a position where the electric field E from both slots 133 and 134 is introduced.
  • the gravity center position G1 of the slot 133 and the gravity center G2 of the second recess 153 are separated from each other, and the gravity center position G2 of the second recess 153 overlaps the slot 133. Shows no case. In this case, microwaves are less likely to enter the recess 153 than in the case of FIG. 10A, and thus the plasma density is lowered, and fluctuations may occur in the generation of plasma.
  • FIG. 11 is a plan view of a slot plate of a comparative example.
  • the slot pairs 240 and 240 ′ are arranged concentrically so as to surround the center (center of gravity position) 238 of the slot plate 20.
  • the inner peripheral slot pair group arranged on the inner peripheral side is seven slot pairs 240.
  • the group of outer peripheral side slot pairs arranged on the outer peripheral side is 28 slot pairs 240 ′.
  • the opening width of the slot 167 constituting the slot pair 240 that is, the length W 5 between the wall 168 a on one side extending in the longitudinal direction and the wall 168 b on the other side extending in the longitudinal direction of the slot 167 is: It is configured to be 6 mm.
  • the length W 5 is about half the length W 1 in the case of the slot 133 of the slot plate of the above.
  • the length in the longitudinal direction of the slot 167 indicated by the length W 6 that is, the length between the end portion 168 c on one side in the longitudinal direction of the slot 167 and the end portion 168 d on the other side in the longitudinal direction of the slot 167.
  • W 6 is configured so as to be 35mm.
  • the length W 6 being the same as the length W 2 in the case of a slot 133 provided on the slot plate of the above.
  • FIG. 12 is a plan view of a dielectric window according to a comparative example.
  • the dielectric window 16 according to the comparative example does not include the second recess formed on the flat surface 146.
  • the slot pairs 240 and 240 ′ are aligned at positions where the axes R 4 extending from the center of gravity position 138 of the slot plate 20 toward the slot pairs 240 and 240 ′ overlap (match). Position). That is, the slot pairs 240 and 240 'overlap each other when viewed radially outward from the center of gravity position 238 of the slot plate.
  • the microwave incident on the gravity center position 238 of the slot plate 20 is first emitted from the slot pair 240 close to the gravity center position 238, it is on the axis R 4 extending from the gravity center position 238 toward the slot pair 240.
  • a microwave having a weak electric field intensity propagates to the other slot pair 240 ′ arranged. For this reason, microwaves with low electric field strength are emitted from the other slot pairs 240 '.
  • the slot pairs 140 and 140 ′ arranged concentrically are connected to the slot pairs 140 and 140 from the center of gravity position 138 of the slot plate 20.
  • the negative gas has an electron attachment cross section at an electron energy of 10 eV or less, the negative gas tends to be negatively ionized by attaching electrons in the plasma diffusion region. That is, in plasma processing using a negative gas, electrons and negative ions exist simultaneously as negative charges in the plasma. Therefore, since loss occurs when electrons are attached by the negative gas, it is necessary to increase the number of electrons generated so as to compensate at least the loss in order to maintain the stability of the plasma. For this reason, in plasma processing using a negative gas, an improvement in electric field strength is required as compared with other gases.
  • the radiation electric field strength with respect to the input power can be improved, so that the plasma stability can be improved even when a negative gas is used. it can.
  • an etching process with a low damage can be expected from an intermediate pressure (for example, 50 mTorr (6.5 Pa)) to a high pressure at which negative ions are likely to be generated.
  • the slot width W 1 of the first slot group and the second slot group is larger than the slot width W 3 of the third slot group and the fourth slot group. It has been enlarged.
  • the opening shape of the slot the greater the width, the lower the electric field of the introduced microwave.
  • the microwave can be radiated more strongly. Therefore, the radiated electric field strength of the first slot group and the second slot group near the gravity center position 138 of the slot plate 20 is larger than the radiated electric field strength of the third slot group and the fourth slot group far from the gravity center position 138 of the slot plate 20. Can be weakened. Since the microwave is attenuated by propagation, the above-described configuration can be used to make the radiated electric field intensity of the microwave uniform in the plane and generate plasma with high in-plane uniformity.
  • the antenna 70 and the plasma processing apparatus 1 when viewed from the direction perpendicular to the main surface of the slot plate 20, the second recesses 153 of the respective second recesses 153 in the respective slots 133 of the slot plate 20 Since the positions of the center of gravity overlap each other, plasma with high uniformity can be generated, and the in-plane uniformity of the processing amount can be increased.
  • Such a plasma processing apparatus 1 can be used not only for etching but also for film deposition.
  • Example 1 An antenna having an antenna plate shown in FIG. 5 and a dielectric window shown in FIG. 6 was used. Comparative Example 1: An antenna including the antenna plate shown in FIG. 11 and the dielectric window shown in FIG. 12 was used.
  • electric field strength simulation was performed. The case where all the microwaves were transmitted and the case where they were totally reflected were simulated. The results are shown in FIG. FIG. 13 is a view of the radial line slot antenna as viewed from below along the Z axis in FIG. 1, and the electric field intensity distribution is shown in monotone. In the figure, the white portion has the strongest electric field strength, and the black portion has the weakest electric field strength. As shown in FIG. 13, Example 1 has more white areas and wider than Comparative Example 1, and the antenna according to the present embodiment can improve the radiated electric field strength with respect to the input power. confirmed.
  • Example 2 (Confirmation of improved plasma stability) (Example 2)
  • the plasma processing apparatus 1 including the antenna plate shown in FIG. 5 and the antenna 70 having the dielectric window shown in FIG. 6 is subjected to microwaves and RF is applied to generate plasma, and the pressure is further changed to improve stability. Evaluated. When the pressure was increased from 40 mTorr (5.2 Pa) to 200 mTorr (26 Pa), and when the pressure was decreased from 200 mTorr (26 Pa) to 40 mTorr (5.2 Pa), the plasma stability was evaluated.
  • Ar / HBr was used as a model example in the case of etching a silicon-based film such as polysilicon. As gas conditions, three patterns were prepared.
  • the first gas condition is Ar / HBr of 1000 (sccm) / 600 (sccm).
  • the second gas condition is Ar / HBr of 800 (sccm) / 800 (sccm).
  • the third gas condition is Ar / HBr of 600 (sccm) / 1000 (sccm).
  • HBr is a negative gas.
  • the microwave power (microwave generator 35) was 3000 W
  • the RF power (bias power supply BV) was 150 W.
  • Plasma stability is evaluated by classifying the plasma generated under the above conditions into four categories: Stable, Unstable, RF-hunting, and Relatively-unstable. It was done by doing. These categorization decisions are shown in FIG. As shown in FIG. 14A, the time-dependent microwave power reflection is constant (within a predetermined threshold range with respect to the reference value), and the time-dependent RF power reflection is constant ( When the value was within a predetermined threshold range with respect to the reference value, it was set as Stable. As shown in FIG.
  • time-dependent microwave power reflection is not constant (out of a predetermined threshold range with respect to the reference value), and time-dependent RF power reflection is When it was not constant (out of a predetermined threshold range with respect to the reference value), it was set as Unstable.
  • time-dependent microwave power reflection is constant (within a predetermined threshold range with respect to the reference value), and the time-dependent RF power reflection is not constant. In the case of being out of a predetermined threshold range with respect to the reference value, RF-hunting was set. As shown in FIG.
  • Example 3 when comparing the experimental result of Example 2 with the experimental result of Comparative Example 2, it was confirmed that the plasma of Example 2 was more stable.
  • Comparative Example 2 when negative gas is used, plasma becomes unstable in the intermediate pressure range (50 mTorr (6.5 Pa)), whereas in Example 2, negative gas is used. Even so, it was confirmed that the stability of the plasma was improved in the intermediate pressure range.
  • Example 3 The microwave power was 2000W. Other conditions are the same as those in the second embodiment.
  • Comparative Example 3 The microwave power was 2000W. Other conditions are the same as those in Comparative Example 2.
  • Example 3 and Comparative Example 3 were evaluated by the evaluation method described above. The results are shown in FIG.
  • Example 3 As shown in FIG. 16, when the experimental results of Example 3 and the experimental results of Comparative Example 3 were compared, it was confirmed that the plasma of Example 3 was more stable. Further, in Comparative Example 3, when negative gas was used, many conditions were found in which the plasma became unstable above the medium pressure range (50 mTorr (6.5 Pa) or higher), whereas in Example 3, Even when a negative gas was used, it was confirmed that the stability of the plasma was improved over the intermediate pressure range.
  • Example 4 As the processing gas, SF 6 / O 2 was used as a model example in the case of cleaning the apparatus.
  • gas conditions three patterns were prepared. The first gas condition is that SF 6 / O 2 is 50 (sccm) / 150 (sccm).
  • the second gas condition is SF 6 / O 2 of 100 (sccm) / 100 (sccm).
  • the third gas condition is SF 6 / O 2 of 150 (sccm) / 50 (sccm).
  • SF 6 is a negative gas.
  • the RF power was 0W. Other conditions are the same as those in the second embodiment.
  • SF 6 / O 2 was used as a model example in the case of cleaning the apparatus.
  • the first gas condition is that SF 6 / O 2 is 50 (sccm) / 150 (sccm).
  • the second gas condition is SF 6 / O 2 of 100 (sccm) / 100 (sccm).
  • the third gas condition is SF 6 / O 2 of 150 (sccm) / 50 (sccm).
  • SF 6 is a negative gas.
  • the RF power was 0W.
  • Other conditions are the same as those in Comparative Example 2.
  • Example 4 and Comparative Example 4 were evaluated by the evaluation method described above. The results are shown in FIG.
  • Example 4 As shown in FIG. 17, when the experimental result of Example 4 and the experimental result of Comparative Example 4 were compared, it was confirmed that the plasma of Example 4 was more stable. Further, in Comparative Example 4, when negative gas was used, many conditions were found in which the plasma became unstable above the medium pressure range (50 mTorr (6.5 Pa) or higher), whereas in Example 4, Even when a negative gas was used, it was confirmed that the stability of the plasma was improved over the intermediate pressure range.
  • Example 5 In order to confirm the stability of the plasma discharge when a predetermined period has elapsed from the time of ignition, time-dependent emission intensity was obtained.
  • the processing conditions are as follows. [Ar ignition] Microwave power: 2000W Pressure: 100 Torr (13 Pa) Gas flow rate Ar gas: 500sccm Processing time: 8 sec [Cleaning process] Microwave power: 3000W Pressure: 20 Torr (2.6 Pa) Gas flow rate SF 6 gas: 100 sccm O 2 gas: 100 sccm Processing time: 30 sec That is, the conditions were that ignition was performed with Ar, and then negative gas plasma was generated.
  • FIG. 18 shows the results.
  • 18A shows the time dependence of Ar emission intensity
  • FIG. 18B shows the time dependence of O emission intensity
  • FIG. 18C shows the time dependence of F emission intensity. is there.
  • FIG. 18 when transition is made from plasma emission by Ar to plasma emission by O or F (for example, around 20 seconds), normally, O plasma and F plasma disappear once, and then O plasma is emitted. Since plasma and F plasma are generated, the light emission intensity becomes zero around 20 seconds.
  • FIG. 18 it was confirmed that the plasma discharge was not temporarily interrupted even when transitioning to plasma emission by O or F. That is, in Example 5, it was confirmed that the stability of plasma was improved even when a negative gas was used.
  • Example 6 In order to confirm the stability of the plasma discharge when a predetermined period has elapsed from the time of ignition, a time-dependent emission intensity was obtained. As processing conditions, the power of the microwave was 2500 W. Others were the same as Example 5.
  • FIG. 19 shows the result.
  • 19A shows the time dependence of the Ar emission intensity
  • FIG. 19B shows the time dependence of the O emission intensity
  • FIG. 19C shows the time dependence of the F emission intensity. is there.
  • FIG. 19 shows the stability of plasma was improved even when a negative gas was used.
  • W ... wafer (substrate), 1 ... plasma processing apparatus, 2 ... processing vessel, 3 ... stand, 11a ... exhaust port, 16 ... dielectric window, 20 ... slot plate, 21 ... slot, 35 ... microwave generator, 41 ... Common gas source, 42 ... Additive gas source, 44 ... Flow splitter, 45 ... Common gas line, 46, 47 ... Branch common gas line, 48 ... Additive gas line, 55 ... Central inlet, 58 ... Central inlet, 61 ... periphery introduction part, 62 ... periphery introduction port.

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Abstract

　このアンテナは、誘電体窓１６と、誘電体窓１６の一方面に設けられたスロット板２０とを備えている。スロット板２０は、２つのスロットからなるスロット対を複数有する。複数のスロット対は、スロット板２０の重心位置を中心として同心円状に配置されている。各スロット対は、スロット板２０の重心位置から各スロット対に向けて延びた軸線が重ならない位置に設けられている。

Description

アンテナ及びプラズマ処理装置
　本発明の実施形態は、アンテナ及びプラズマ処理装置に関するものである。
　従来、ラジアルラインスロットアンテナ（Ｒａｄｉａｌ　ＬｉｎｅＳｌｏｔ　Ａｎｔｅｎｎａ）を使用したプラズマエッチング装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。該プラズマエッチング装置では、処理容器の誘電体窓の上に多数のスロットを有する円板状のスロットアンテナが設置される。多数のスロットは、互いに異なる方向に向けられた２つの長溝状のマイクロ波放射用のスロットよりなるスロット対を複数構成している。複数のスロット対は、スロットアンテナの重心位置を中心として二重の円環状（すなわち同心円状）に配置されている。マイクロ波は、スロットアンテナの重心位置に入射され、放射状に発散し、スロットから放射される。スロットアンテナの多数のスロットから放射されたマイクロ波は、誘電体からなる誘電体窓を介して処理容器の処理空間に導入される。処理ガスはマイクロ波のエネルギーによってプラズマ化する。
　ラジアルラインスロットアンテナによって生成された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称される）で生成された比較的電子温度の高い数ｅＶのプラズマが拡散し、誘電体窓より１００ｍｍ以上下方の基板直上（拡散プラズマ領域と称される）では約１～２ｅＶ程度の低い電子温度となることにある。すなわち、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生ずることに特徴がある。
　ラジアルラインスロットアンテナ型のプラズマエッチング装置においては、低電子温度領域にエッチングガスを供給し、エッチングガスの解離制御（プラズマ中のエッチング種の生成量の制御）を行い、これによりエッチング反応（エッチング種による基板の表面化学反応）を制御するので、エッチングの高精度化が図れると共に、基板にダメージを与えることが大幅に低減される。例えば、スペーサ形成工程におけるエッチングなど、設計寸法どおりにデバイスを作製できると共に、基板にリセス等のダメージが入るのを抑えることができる。
特開２００７－３１１６６８号公報
　しかしながら、プロセスの多様化・複雑化に伴い、プラズマ安定性の更なる改善が期待されている。例えば、特許文献１に記載のラジアルラインスロットアンテナを使用したエッチング装置にあっては、処理ガスとしてプラズマ拡散領域で電子を付着させて負イオン化する負性ガスを用いた場合には放射電界強度が低下するため、プラズマ安定性を確保するために、圧力やマイクロ波の電力を調整する必要がある。
　本技術分野では、投入パワーに対する放射電界強度を向上させてプラズマ安定性を改善することができるアンテナ及びプラズマ処理装置が望まれている。
　本発明の一側面に係るアンテナは、誘電体窓及びスロット板を備える。スロット板は、誘電体窓の一方面に設けられる。スロット板は、２つのスロットからなるスロット対を複数有する。前記複数のスロット対は、スロット板の重心位置を中心として同心円状に配置されている。各スロット対は、スロット板の重心位置から各スロット対に向けて延びた軸線が重ならない位置に設けられている。
　マイクロ波は、スロット板の重心位置に入射され放射状に発散する。仮に、各スロット対が、スロット板の重心位置から各スロット対に向けて延びた軸線が重なる位置に配置された場合、すなわち、スロット板の重心位置から径方向外側にみて各スロット対が重なっている場合には、最初に重心位置に近いスロット対でマイクロ波が放出されるため、重心位置から該スロット対に向けて延びる軸線上に配置された他のスロット対には電界強度が弱いマイクロ波が伝搬する。このため、他のスロット対からは電界強度の弱いマイクロ波が放出される。一方、上記アンテナでは、同心円状に配置された各スロット対は、スロット板の重心位置から各スロット対に向けて延びた軸線が重ならない位置に設けられている。すなわち、スロット板の重心位置から該スロット対に向けて延びる軸線上には、他のスロット対を設けないようにすることで、投入パワーに対するマイクロ波放射効率の低いスロット対を排除することができるので、相対的に他のスロット対に対する投入パワーの分配を向上させることが可能となる。よって、投入パワーに対する放射電界強度が向上し、プラズマ安定性を改善することができる。
　一実施形態では、スロット板は、第１スロット群、第２スロット群、第３スロット群及び第４スロット群を有していてもよい。第１スロット群は、スロット板の重心位置から第１距離に位置する。第２スロット群は、スロット板の重心位置から第２距離に位置する。第３スロット群は、スロット板の重心位置から第３距離に位置する。第４スロット群は、スロット板の重心位置から第４距離に位置する。これらの距離は、第１距離＜第２距離＜第３距離＜第４距離の関係を満たす。第１スロット群のスロット及び第２スロット群のスロットが互いに組となり複数のスロット対を形成するとともに、第３スロット群のスロット及び第４スロット群のスロットが互いに組となり複数のスロット対を形成している。第２スロット群のスロットは、スロット板の重心から第１スロット群のスロットに向けて延びた第１軸線上に位置する。第４スロット群のスロットは、スロット板の重心から第３スロット群のスロットに向けて延びた第２軸線上に位置する。そして、第１軸線と第２軸線とが重ならないように各スロットが配置されている。
　このように構成した場合、投入パワーに対するマイクロ波放射効率の低いスロットを排除することができるので、相対的に他のスロットに対する投入パワーの分配を向上させることが可能となる。よって、投入パワーに対する放射電界強度が向上し、プラズマ安定性を改善することができる。
　一実施形態では、第１スロット群のスロット数と第２スロット群のスロット数は、同一の数Ｎ１であり、第３スロット群のスロット数と第４スロット群のスロット数は、同一の数Ｎ２であり、Ｎ２はＮ１の整数倍であってもよい。このように構成した場合、面内対称性の高いプラズマを発生することができる。
　一実施形態では、第１スロット群のスロット幅と第２スロット群のスロット幅は、同一であり、第３スロット群のスロット幅と第４スロット群のスロット幅は、同一であり、第１スロット群のスロット幅と第２スロット群のスロット幅は、第３スロット群のスロット幅及び第４スロット群のスロット幅よりも大きくてもよい。このように構成した場合、スロット板の重心位置に近い第１スロット群及び第２スロット群の放射電界強度を、スロット板の重心位置に遠い第３スロット群及び第４スロット群の放射電界強度よりも弱くすることができる。マイクロ波は伝搬により減衰するため、上記構成を採用することで、マイクロ波の放射電界強度が面内で均一化され、面内均一性の高いプラズマを発生することができる。
　一実施形態では、対象となるスロットに向けてスロット板の重心位置から延びた径と、このスロットの長手方向の成す角度は、第１乃至第４スロット群におけるそれぞれのスロット群毎に同一であってもよい。また、スロット板の重心位置から延びる同じ径上に位置する第１スロット群のスロットと、第２スロット群のスロットは、異なる方向に延びており、スロット板の重心位置から延びる同じ径上に位置する第３スロット群のスロットと、第４スロット群のスロットは、異なる方向に延びていてもよい。このように構成した場合、スロット対を構成する２つのスロットでの反射が打ち消し合うため、マイクロ波の放射電界強度の均一性を向上させることができる。
　一実施形態では、誘電体窓の他方面は、環状の第１凹部に囲まれた平坦面と、平坦面の重心位置を囲むように、平坦面内に形成された複数の第２凹部と、を有していてもよい。また、スロット板の主表面に垂直な方向からみた場合、スロット板におけるそれぞれのスロット内に、それぞれの第２凹部の重心位置が重なって位置していてもよい。このように構成した場合、面内均一性を一層向上させることができる。
　一実施形態では、第２凹部の平面形状は円形であってもよい。面形状が円形である場合には、中心からの形状の等価性が高いため、安定したプラズマが発生する。
　本発明の他の側面に係るプラズマ処理装置は、アンテナ、処理容器、台及びマイクロ波導入路を備える。アンテナは、誘電体窓及びスロット板を備える。スロット板は、誘電体窓の一方面に設けられる。スロット板は、２つのスロットからなるスロット対を複数有する。前記複数のスロット対は、スロット板の重心位置を中心として同心円状に配置されている。各スロット対は、スロット板の重心位置から各スロット対に向けて延びた軸線が重ならない位置に設けられている。処理容器は、アンテナを内部に有する。台は、処理容器の内部に設けられ、誘電体窓の他方面に対向し、処理される基板が載せられる。マイクロ波導入路は、マイクロ波発生器とスロット板とを接続する。
　該プラズマ処理装置によれば、上述したアンテナと同様の効果を奏する。
　以上説明したように、本発明の種々の一側面及び実施形態によれば、投入パワーに対する放射電界強度を向上させてプラズマ安定性を改善することができるアンテナ及びプラズマ処理装置が提供される。
本発明の一実施形態におけるプラズマ処理装置の縦断面図である。 ガス供給源の詳細構造を示すブロック図である。 図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。 スロット板近傍の構造の分解斜視図である。 スロット板の平面図である。 誘電体窓の平面図である。 スロット板と誘電体窓を組み合わせたアンテナの平面図である。 誘電体窓の断面図である。 スロット及び凹部近傍の斜視図及び断面図である。 スロットと凹部の位置関係を示す図である。 比較例のスロット板の平面図である。 比較例の誘電体窓の平面図である。 実施例及び比較例における入射波及び点火電界のシミュレーション結果である。 マイクロ波及びＲＦの安定性に関する説明図である。 実施例及び比較例におけるマイクロ波及びＲＦの安定性評価の実験結果である。 実施例及び比較例におけるマイクロ波及びＲＦの安定性評価の実験結果である。 実施例及び比較例におけるマイクロ波及びＲＦの安定性評価の実験結果である。 実施例における放電安定性評価の実験結果である。 実施例における放電安定性評価の実験結果である。
　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、本発明の一実施形態におけるプラズマ処理装置の縦断面図である。プラズマ処理装置１は、円筒形状の処理容器２を備える。処理容器２の天井部は誘電体からなる誘電体窓（天板）１６で塞がれる。処理容器２は、例えばアルミニウムからなり、電気的に接地される。処理容器２の内壁面は、アルミナなどの絶縁性の保護膜２ｆで被覆されている。
　処理容器２の底部の中央には、基板としての半導体ウェハ（以下ウェハという）Ｗを載置するための台３が設けられる。台３の上面にウェハＷが保持される。台３は、例えばアルミナや窒化アルミナ等のセラミック材からなる。台３の内部には、ヒータ５が埋め込まれ、ウェハＷを所定温度に加熱できるようになっている。ヒータ５は、支柱内に配された配線を介してヒータ電源４に接続される。
　台３の上面には、台３に載置されるウェハＷを静電吸着する静電チャックＣＫが設けられる。静電チャックＣＫには、整合器ＭＧを介してバイアス用の直流或いは高周波電力（ＲＦパワー）を印加するバイアス用電源ＢＶが接続される。
　処理容器２の底部には、台３に載置されるウェハＷの表面よりも下方の排気口１１ａから処理ガスを排気する排気管１１が設けられる。排気管１１には、圧力制御弁ＰＣＶを介して、真空ポンプなどの排気装置１０が接続される。排気装置１０は、圧力制御弁ＰＣＶを介して、処理容器２の内部に連通している。圧力制御弁ＰＣＶ及び排気装置１０によって、処理容器２内の圧力が所定の圧力に調節される。
　処理容器２の天井部には気密性を確保するためのＯリングなどのシール１５を介して誘電体窓１６が設けられる。誘電体窓１６は、例えば、石英、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、あるいは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの誘電体からなり、マイクロ波に対して透過性を有する。
　誘電体窓１６の上面には、円板形状のスロット板２０が設けられる。スロット板２０は、導電性を有する材質、例えばＡｇ，Ａｕ等でメッキやコーティングされた銅からなる。スロット板２０には、例えば複数のＴ字形状やＬ文形状のスロット２１が同心円状に配列されている。
　スロット板２０の上面には、マイクロ波の波長を圧縮するための誘電体板２５が配置される。誘電体板２５は、例えば、石英（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、あるいは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの誘電体からなる。誘電体板２５は導電性のカバー２６で覆われる。カバー２６には円環状の熱媒流路２７が設けられる。この熱媒流路２７を流れる熱媒によってカバー２６及び誘電体板２５が所定の温度に調節される。２．４５ＧＨｚの波長のマイクロ波を例にとると、真空中の波長は約１２ｃｍであり、アルミナ製の誘電体窓１６中での波長は約３～４ｃｍとなる。
　カバー２６の中央には、マイクロ波を伝播する同軸導波管３０が接続される。同軸導波管３０は、内側導体３１と外側導体３２から構成される、内側導体３１は、誘電体板２５の中央を貫通してスロット板２０の中央に接続される。
　同軸導波管３０には、モード変換器３７及び矩形導波管３６を介してマイクロ波発生器３５が接続される。マイクロ波は、２．４５ＧＨｚの他、８６０ＭＨｚ，９１５ＭＨｚや８．３５ＧＨｚなどのマイクロ波を用いることができる。
　マイクロ波発生器３５が発生したマイクロ波は、マイクロ波導入路としての、矩形導波管３６、モード変換器３７、同軸導波管３０、及び誘電体板２５に伝播する。誘電体板２５に伝播したマイクロ波はスロット板２０の多数のスロット２１から誘電体窓１６を介して処理容器２内に供給される。マイクロ波によって誘電体窓１６の下方に電界が形成され、処理容器２内の処理ガスがプラズマ化する。
　スロット板２０に接続される内側導体３１の下端は円錐台形状に形成される。これにより、同軸導波管３０から誘電体板２５及びスロット板２０にマイクロ波が効率よく損失なく伝播される。
　ラジアルラインスロットアンテナによって生成されたマイクロ波プラズマの特徴は、誘電体窓１６直下（プラズマ励起領域と呼ばれる）で生成された比較的電子温度の高いエネルギーのプラズマが拡散し、ウェハＷ直上（拡散プラズマ領域）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１６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１６直下での数ｅＶ～約１０ｅＶの電子温度が、ウェハＷ上では約１～２ｅＶ程度に減衰する。ウェハＷ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）で行なわれるため、ウェハＷへリセス等の大きなダメージを与えることがない。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。
　処理容器２の天井部の誘電体窓１６中央には、ウェハＷの中心部に処理ガスを導入する中央導入部５５が設けられる。同軸導波管３０の内側導体３１には、処理ガスの供給路５２が形成される。中央導入部５５は供給路５２に接続される。
　中央導入部５５は、誘電体窓１６の中央に設けられた円筒形状の空間部４３（図８参照）に嵌め込まれる円柱形状のブロック５７と、同軸導波管３０の内側導体３１の下面とブロック５７の上面との間に適当な間隔を持って空けられたガス溜め部６０と、先端部にガス噴出用の開口５９を有する円柱状空間が連続したテーパ状の空間部１４３ａ（図８参照）から構成される。ブロック５７は、例えばアルミニウムなどの導電性材料からなり、電気的に接地されている。ブロック５７には上下方向に貫通する複数の中央導入口５８（図３参照）が形成される。
　図３では、中央導入口５８が観察できるように、ガス噴出用の開口５９を実際よりも大きく示してある。なお、空間部１４３ａの形状は、テーパ状に限られるものではなく、単なる円柱形状でもよく、この場合には、ガス噴出用の開口５９の寸法は図３のように大きくなる。中央導入口５８の平面形状は、必要なコンダクタンス等を考慮して真円又は長孔に形成される。アルミニウム製のブロック５７は、陽極酸化被膜アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）等でコーティングされる。
　内側導体３１を貫通する供給路５２からガス溜め部６０に供給された処理ガスは、ガス溜め部６０内を拡散した後、ブロック５７の複数の中央導入口５８から下方にかつウェハＷの中心部に向かって噴射される。
　処理容器２の内部には、ウェハＷの上方の周辺を囲むように、ウェハＷの周辺部に処理ガスを供給するリング形状の周辺導入部６１が配置される。周辺導入部６１は、天井部に配置される中央導入口５８よりも下方であって、かつ台３に載置されたウェハＷよりも上方に配置される。周辺導入部６１は中空のパイプを環状にしたものであり、その内周側には周方向に一定の間隔を空けて複数の周辺導入口６２が空けられる。周辺導入口６２は、周辺導入部６１の中心に向かって処理ガスを噴射する。周辺導入部６１は、例えば、石英からなる。処理容器２の側面には、ステンレス製の供給路５３が貫通する。供給路５３は周辺導入部６１に接続される。供給路５３から周辺導入部６１の内部に供給された処理ガスは、周辺導入部６１の内部の空間を拡散した後、複数の周辺導入口６２から周辺導入部６１の内側に向かって噴射される。複数の周辺導入口６２から噴射された処理ガスはウェハＷの周辺上部に供給される。なお、リング形状の周辺導入部６１を設ける替わりに、処理容器２の内側面に複数の周辺導入口６２を形成してもよい。
　図２は、ガス供給源の詳細構造を示すブロック図である。処理容器２内に処理ガスを供給するガス供給源１００は、共通ガス源４１及び添加ガス源４２から構成される。共通ガス源４１及び添加ガス源４２は、プラズマエッチング処理、プラズマＣＶＤ処理に応じた処理ガスを供給する。
　共通ガス源４１には共通ガスライン４５が接続されており、共通ガスライン４５はフロースプリッタ４４に接続されている。フロースプリッタ４４は、共通ガスライン４５に設けられ、共通ガスライン４５を、第１及び第２分岐共通ガスライン４６，４７に分岐する。フロースプリッタ４４は、第１及び第２分岐共通ガスライン４６，４７を流れるガスの流量の比率を調節可能である。ここで、第１分岐共通ガスライン４６は、供給路５２を介して中央導入部５５（図１参照）に接続されており、中央導入部５５に中央導入ガスＧｃを供給する。また、第２分岐共通ガスライン４７は、供給路５３を介して周辺導入部６１（図１参照）に接続されており、周辺導入部６１に周辺導入ガスＧｐを供給する。
　添加ガス源４２は、添加ガスライン４８を介して、第２分岐共通ガスライン４７に接続されている。なお、添加ガス源４２は、添加ガスライン４８’を介して、第１分岐共通ガスライン４６に接続することもできる。また、添加ガス源４２は、添加ガスライン４８、４８’を介して、双方の分岐共通ガスライン４６、４７に接続してもよい。
　共通ガス源４１は、複数のガスＧ１１、Ｇ１２、Ｇ１３、Ｇ１ｘを有しており、各ガスの流量を制御する流量制御バルブ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ、４１ｘが設けられている。流量制御バルブ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ、４１ｘに接続されるラインの前後には、ライン通路の開閉を行うバルブＶが設けられている。流量制御バルブ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ、４１ｘは、それぞれのバルブＶを介して、共通ガスライン４５に接続されている。
　添加ガス源４２は、複数の添加ガスＧ２１、Ｇ２２、Ｇ２３、Ｇ２ｘを有しており、各ガスの流量を制御する流量制御バルブ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ、４２ｘが設けられている。流量制御バルブ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ、４２ｘに接続されるラインの前後には、ライン通路の開閉を行うバルブＶが設けられている。流量制御バルブ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ、４２ｘは、それぞれのバルブＶを介して、添加ガスライン４８に接続されている。
　図１に示したコントローラＣＯＮＴは、ガス供給源における各種バルブＶと共に、流量制御バルブ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ、４１ｘ、４２ａ，４２ｂ，４２ｃ、４２ｘを制御し、最終的に分岐共通ガスライン４６，４７にそれぞれ流れるガスＧｃ、Ｇｐに含まれる特定ガスの分圧比を制御する。コントローラＣＯＮＴは、各ガスの流量を調節し、フロースプリッタ４４に供給される共通ガスのガス種毎の流量・分圧を決定している。この装置では、ウェハＷの中心部分に供給される中央導入ガスＧｃと、周辺部分に供給される周辺導入ガスＧｐのガス種毎の分圧やガス種自体を変化させることができるので、プラズマ処理の特性を多様に変化させることができる。
　共通ガス源４１に用いられるガスＧ１ｘとしては、希ガス（Ａｒなど）を用いることができるが、その他の添加ガスを用いることもできる。また、ポリシリコン等のシリコン系の膜をエッチングするときは、添加ガスＧ２１、Ｇ２２、Ｇ２３として、Ａｒガス、ＨＢｒガス（又はＣｌ２ガス）、Ｏ２ガスを供給し、ＳｉＯ２等の酸化膜をエッチングするときは、添加ガスＧ２１、Ｇ２２、Ｇ２３、Ｇ２ｘとして、Ａｒガス、ＣＨＦ系ガス、ＣＦ系ガス、Ｏ２ガスを供給し、ＳｉＮ等の窒化膜をエッチングするときは、添加ガスＧ２１、Ｇ２２、Ｇ２３、Ｇ２ｘとしてＡｒガス、ＣＦ系ガス、ＣＨＦ系ガス、Ｏ２ガスを供給する。
　なお、ＣＨＦ系ガスとしてはＣＨ３（ＣＨ２）３ＣＨ２Ｆ、ＣＨ３（ＣＨ２）４ＣＨ２Ｆ、ＣＨ３（ＣＨ２）７ＣＨ２Ｆ、ＣＨＣＨ３Ｆ２、ＣＨＦ３、ＣＨ３Ｆ及びＣＨ２Ｆ２などを挙げることができる。
　ＣＦ系ガスとしては、Ｃ（ＣＦ３）４、Ｃ（Ｃ２Ｆ５）４、Ｃ４Ｆ８、Ｃ２Ｆ２、及びＣ５Ｆ８などを挙げることができるが、エッチングに適した解離種が得られるという観点から、Ｃ５Ｆ８が好ましい。
　この装置では、共通ガス源４１と添加ガス源４２で同じ種類のガスを供給することもできるし、共通ガス源４１と添加ガス源４２とで違う種類のガスを供給することもできる。
　エッチングガスの解離を抑制するためには、共通ガス源４１からプラズマ励起用ガスを供給し、添加ガス源４２からエッチングガスを供給してもよい。例えば、シリコン系の膜をエッチングするときは、共通ガス源４１からプラズマ励起用ガスとしてＡｒガスのみを供給し、添加ガス源４２からエッチングガスとしてＨＢｒガス、Ｏ２ガスのみを供給する等である。
　共通ガス源４１はさらに、Ｏ２、ＳＦ６等のクリーニングガスその他の共通ガスを供給する。
　上記ガスには、いわゆる負性ガスが含まれている。負性ガスとは、電子エネルギーが１０ｅＶ以下で電子付着断面積を有するガスのことをいう。例えば、ＨＢｒやＳＦ６等が挙げられる。
　ここで、均一なプラズマの生成、面内均一なウェハＷの処理を目的とし、フロースプリッタ４４によって共通ガスの分岐比率を調節し、中央導入口５８（図３参照）及び周辺導入部６１（図１参照）からのガス導入量を調節する技術をＲＤＣ（Ｒａｄｉｃａｌ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）と呼ぶ。ＲＤＣは、中央導入口５８からのガス導入量と周辺導入部６１からのガス導入量との比により表わされる。中央導入部５５及び周辺導入部６１に導入するガス種が共通である場合が、一般的なＲＤＣである。最適なＲＤＣ値は、エッチング対象の膜種や種々の条件により実験的に決定される。一方、さらに添加ガスを中央導入部５５または周辺導入部６１へ供給するものを、ＡＲＤＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｒａｄｉｃａｌ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）と呼ぶ。
　エッチング処理では、エッチングに従い副生成物（エッチングされた残渣や堆積物）が生成する。そのため、処理容器２内でのガス流れを改善し、副生成物の処理容器外への排出を促進するため、中央導入部５５からのガス導入と周辺導入部６１からのガス導入とを交互に行うことが検討されている。これは、ＲＤＣ値を時間的に切り替えることにより実現可能である。例えば、ウェハＷの中心部分に多くのガスを導入するステップと、周辺部に多くのガスを導入するステップを所定周期で繰り返し、気流を調節することによって、処理容器２から副生成物を掃き出すことにより均一なエッチングレートを達成しようとするものである。
　図４は、スロット板近傍の構造の分解斜視図である。誘電体窓１６の下面（凹部の設けられた面）は、処理容器２の側壁の一部を構成する環状部材１９の表面上に載せるようにしてプラズマ処理装置１に取り付けられる。誘電体窓１６の上側の面上には、スロット板２０が設けられ、スロット板２０上に誘電体板２５が設けられる。誘電体窓１６、スロット板２０、及び誘電体板２５の平面形状は円形であって、これらの中心位置は、同軸（Ｚ軸）上に位置している。
　なお、スロット板２０は様々なパターンを有するスロットを有しており、同図では、説明の明確化のため、スロット板２０にはスロットの記載を省略し、代わりに図５に記載している。
　図５は、スロット板２０の平面図である。スロット板２０は、薄板状であって、円板状である。スロット板２０の板厚方向の両面は、それぞれ平らである。スロット板２０には、板厚方向に貫通する複数のスロットが複数設けられている。スロットは、一方方向に長い第１スロット１３３と、第１スロット１３３と直交する方向に長い第２スロット１３４とが、隣り合って一対となるように形成されている。具体的には、隣り合う２つのスロット１３３、１３４が一対となって、中心部が途切れた略Ｌ字状となるように配置されて構成されている。すなわち、スロット板２０は、一方方向に延びる第１スロット１３３および一方方向に対して垂直な方向に延びる第２スロット１３４から構成されるスロット対１４０を有する構成である。同様に、第３スロット１３３’及び第４スロット１３４’からスロット１４０’が構成されている。なお、スロット対１４０,１４０’の一例については、図５中の点線で示す領域で図示している。
　スロット対は、内周側に配置される内周側スロット対群１３５と、外周側に配置される外周側スロット対群１３６とに大別される。内周側スロット対群１３５は、図５中の一点鎖線で示す仮想円の内側領域に設けられた７対のスロット対１４０である。外周側スロット対群１３６は、図５中の一点鎖線で示す仮想円の外側領域に設けられた１４対のスロット対１４０’である。このように、スロット対１４０,１４０’はスロット板２０の中心（重心位置）１３８を囲むように同心円状に配置されている。
　内周側スロット対群１３５において、７対のスロット対１４０はそれぞれ、周方向に等間隔に配置されている。このように構成することにより、円形ディンプルからなる第２凹部が設けられた位置に対応する位置に、内周側スロット対群１３５に配置される７対のスロット対１４０の一方のスロットをそれぞれ配置して位置を合わせることができる。一方、外周側スロット対群１３６は、スロット板２０の径方向の中心１３８から径方向外側にみて、内周側スロット対群１３５と重ならないように配置されている。このため、外周側スロット対群１３６は、２つのスロット対１４０’を組として、該組がそれぞれ、周方向に等間隔に配置されている。
　この実施形態においては、第１スロット１３３の開口幅、すなわち、第１スロット１３３のうち、長手方向に延びる一方側の壁部１３０ａと長手方向に延びる他方側の壁部１３０ｂとの間の長さＷ１は、１４ｍｍとなるように構成されている。一方、図５中の長さＷ２で示す第１スロット１３３の長手方向の長さ、すなわち、第１スロット１３３の長手方向の一方側の端部１３０ｃと第１スロット１３３の長手方向の他方側の端部１３０ｄとの間の長さＷ２は、３５ｍｍとなるように構成されている。幅Ｗ１、長さＷ２は±１０％の変更を許容することができるが、これ以外の範囲であっても、装置としては機能する。第１スロット１３３について、長手方向の長さに対する短手方向の長さの比Ｗ１／Ｗ２は、１４／３５＝０．４である。第１スロット１３３の開口形状と第２スロット１３４の開口形状とは、同じである。すなわち、第２スロット１３４は、第１スロット１３３を９０度回転させたものである。なお、スロットという長孔を構成するに際し、長さの比Ｗ１／Ｗ２については、１未満となる。
　一方、第４スロット１３４’の開口幅Ｗ３は、第１スロット１３３の開口幅Ｗ１よりも小さく形成されている。言い換えれば、第１スロット１３３の開口幅Ｗ１は、第４スロット１３４’の開口幅Ｗ３よりも大きく形成されている。ここでは、第４スロット１３３’の開口幅Ｗ３は、例えば１０ｍｍとなるように構成されている。図５中の長さＷ４で示す第４スロット１３４’の長手方向の長さは、第１スロット１３３の長さＷ２と同一である。幅Ｗ３、長さＷ４は±１０％の変更を許容することができるが、これ以外の範囲であっても、装置としては機能する。第４スロット１３４’について、長手方向の長さに対する短手方向の長さの比Ｗ３／Ｗ４は、１０／３５＝約０．２９である。第４スロット１３４’の開口形状と第３スロット１３３’の開口形状とは、同じである。すなわち、第３スロット１３３’は、第４スロット１３４’を９０度回転させたものである。なお、スロットという長孔を構成するに際し、長さの比Ｗ３／Ｗ４については、１未満となる。
　スロット板２０の径方向の中央にも、貫通孔１３７が設けられている。なお、外周側スロット対群１３６の外径側の領域には、スロット板２０の周方向の位置決めを容易にするために、板厚方向に貫通するようにして基準孔１３９が設けられている。すなわち、この基準孔１３９の位置を目印にして、処理容器２や誘電体窓１６に対するスロット板２０の周方向の位置決めを行なう。スロット板２０は、基準孔１３９を除いて、径方向の中心１３８を中心とした回転対称性を有する。
　また、スロット板２０の構造について詳説すれば、スロット板２０の重心位置１３８から第１距離Ｋ１（円Ｋ１で示す）に位置する第１スロット群１３３と、重心位置１３８から第２距離Ｋ２（円Ｋ２で示す）に位置する第２スロット群１３４と、重心位置１３８から第３距離Ｋ３（円Ｋ３で示す）に位置する第３スロット群１３３’と、重心位置１３８から第４距離Ｋ４（円Ｋ４で示す）に位置する第４スロット群１３４’を備えている。
　ここで、第１距離Ｋ１＜第２距離Ｋ２＜第３距離Ｋ３＜第４距離Ｋ４の関係を満たしている。対象となるスロット（１３３，１３４，１３３’，１３４’のいずれか）に向けてスロット板の重心位置１３８から延びた軸線（第１軸線Ｒ１、第２軸線Ｒ２又はＲ３）と、このスロットの長手方向の成す角度は、第１乃至第４スロット群１３３，１３４，１３３’，１３４’におけるそれぞれのスロット群毎に同一である。
　スロット板２０の重心位置１３８から延びる同じ径（第１軸線Ｒ１）上に位置する第１スロット群のスロット１３３と、第２スロット群のスロット１３４は、異なる方向に延びており（本例では直交している）、スロット板２０の重心位置１３８から延びる同じ径（第２軸線Ｒ２又はＲ３）上に位置する第３スロット群のスロット１３３’と、第４スロット群のスロット１３４’は、異なる方向に延びている（本例では直交している）。ここで、軸線Ｒ１と軸線Ｒ２、又は、軸線Ｒ１と軸線Ｒ３は、互いに重ならないようにスロット（１３３，１３４，１３３’，１３４’）が配置されている。例えば、軸線Ｒ１と軸線Ｒ２、又は、軸線Ｒ１と軸線Ｒ３は、なす角度が１０°以上とされている。このように構成することで、投入パワーに対するマイクロ波放射効率の低いスロットを排除して配置することができるので、相対的に他のスロットに対する投入パワーの分配を向上させることが可能となる。よって、投入パワーに対する放射電界強度が向上し、プラズマ安定性を改善することができる。
　第１スロット群のスロット１３３の数と第２スロット群のスロット１３４の数は、同一の数Ｎ１であり、第３スロット群のスロット１３３’の数と第４スロット群のスロット１３４’の数は、同一の数Ｎ２である。ここで、Ｎ２はＮ１の整数倍であり、面内対称性の高いプラズマを発生することが可能である。
　図６は、誘電体窓の平面図であり、図８は、誘電体窓の断面図である。誘電体窓１６は、略円板状であって、所定の板厚を有する。誘電体窓１６は、誘電体で構成されており、誘電体窓１６の具体的な材質としては、石英やアルミナ等が挙げられる。誘電体窓１６の上面１５９上には、スロット板２０が設けられる。
　誘電体窓１６の径方向の中央には、板厚方向、すなわち、紙面上下方向に貫通する貫通孔１４２が設けられている。貫通孔１４２のうち、下側領域は中央導入部５５におけるガス供給口となり、上側領域は、中央導入部５５のブロック５７が配置される凹部１４３となる。なお、誘電体窓１６の径方向の中心軸１４４ａを、図８中の一点鎖線で示す。
　誘電体窓１６のうち、プラズマ処理装置に備えられた際にプラズマを生成する側となる下側の平坦面１４６の径方向外側領域には、環状に連なり、誘電体窓１６の板厚方向内方側に向かってテーパ状に凹む環状の第１凹部１４７が設けられている。平坦面１４６は、誘電体窓１６の径方向の中央領域に設けられている。この中央の平坦面１４６には、円形の第２凹部１５３ａ～１５３ｇが周方向に沿って等間隔に形成されている。環状の第１凹部１４７は、平坦面１４６の外径領域から外径側に向かってテーパ状、具体的には、平坦面１４６に対して傾斜する内側テーパ面１４８、内側テーパ面１４８から外径側に向かって径方向に真直ぐ、すなわち、平坦面１４６と平行に延びる平坦な底面１４９、底面１４９から外径側に向かってテーパ状、具体的には、底面１４９に対して傾斜して延びる外側テーパ面１５０から構成されている。
　テーパの角度、すなわち、例えば、底面１４９に対して内側テーパ面が延びる方向で規定される角度や底面１４９に対して外側テーパ面５０が延びる方向で規定される角度については、任意に定められ、この実施形態においては、周方向のいずれの位置においても同じように構成されている。内側テーパ面１４８、底面１４９、外側テーパ面１５０はそれぞれ滑らかな曲面で連なるように形成されている。なお、外側テーパ面１５０の外径領域は、外径側に向かって径方向に真直ぐ、すなわち、平坦面１４６と平行に延びる外周平面１５２が設けられている。この外周平面１５２が誘電体窓１６の支持面となる。
　すなわち、誘電体窓１６は、外周平面１５２を環状部材１９（図４参照）の内径側領域において設けられた上部側の端面に載置するようにして、処理容器２に取り付けられる。
　環状の第１凹部１４７により、誘電体窓１６の径方向外側領域において、誘電体窓１６の厚みを連続的に変化させる領域を形成して、プラズマを生成する種々のプロセス条件に適した誘電体窓１６の厚みを有する共振領域を形成することができる。そうすると、種々のプロセス条件に応じて、径方向外側領域におけるプラズマの高い安定性を確保することができる。
　ここで、誘電体窓１６のうち、環状の第１凹部１４７の径方向内側領域には、平坦面１４６から板厚方向内方側に向かって凹む第２凹部１５３（１５３ａ～１５３ｇ）が設けられている。第２凹部１５３の平面形状は円形であり、内側の側面は円筒面を構成し、底面は平坦である。円形は無限の角部を有する多角形であるので、第２凹部１５３の平面形状は、有限の角部を有する多角形とすることも可能であると考えられ、マイクロ波導入時において、凹部内においてプラズマが発生するものと考えられるが、平面形状が円形である場合には、中心からの形状の等価性が高いため、安定したプラズマが発生する。
　第２凹部１５３は、この実施形態においては、合計７つ設けられており、内側のスロット対の数と同一である。７つの第２凹部１５３ａ、１５３ｂ、１５３ｃ、１５３ｄ、１５３ｅ、１５３ｆ、１５３ｇの形状はそれぞれ等しい。すなわち、第２凹部１５３ａ～１５３ｇの凹み方やその大きさ、穴の径等については、それぞれ等しく構成されている。７つの第２凹部１５３ａ～１５３ｇは、誘電体窓１６の径方向の重心１５６を中心として、回転対称性を有するように、それぞれ間隔を空けて配置されている。丸穴状の７つの第２凹部１５３ａ～１５３ｆの中心１５７ａ、１５７ｂ、１５７ｃ、１５７ｄ、１５７ｅ、１５７ｆ、１５７ｇは、それぞれ、誘電体窓１６の板厚方向から見た場合に、誘電体窓１６の径方向の中心１５６を中心とした円１５８上に位置している。すなわち、誘電体窓１６を径方向の中心１５６を中心として、５１．４２度（＝３６０度／７）回転させた場合に、回転させる前と同じ形状となるよう構成されている。円１５８は、図４において、一点鎖線で示しており、円１５８の直径は１５４ｍｍ、第２凹部１５３ａ～１５３ｇの直径は３０ｍｍである。
　第２凹部１５３（１５３ａ～１５３ｇ）の深さ、すなわち、図８中の長さＬ３で示す平坦面１４６と底面１５５との間の距離は、適切に定められ、この実施形態においては３２ｍｍとしている。凹部１５３の直径、及び、凹部１５３の底面から誘電体窓の上面までの距離は、これに導入されるマイクロ波の波長λｇの４分の１に設定される。なお、この実施形態においては、誘電体窓１６の直径は約４６０ｍｍである。なお、上記円１５８の直径、凹部１５３の直径、誘電体窓１６の直径、及び凹部１５３の深さは±１０％の変更を許容することもできるが、本装置が動作する条件はこれに限定されるものではなく、プラズマが凹部内に閉じ込められれば装置としては機能する。センターに近い凹部の直径や深さの値が大きくなると、センター側の方が周囲よりもプラズマ密度が大きくなるため、これらのバランスを調整することもできる。
　この第２凹部１５３ａ～１５３ｇにより、マイクロ波の電界を当該凹部内に集中させることができ、誘電体窓１６の径方向内側領域において、強固なモード固定を行なうことができる。この場合、プロセス条件が種々変更されても、径方向内側領域における強固なモード固定の領域を確保することができ、安定で均一なプラズマを発生させることができ、基板処理量の面内均一性を高めることが可能となる。特に、第２凹部１５３ａ～１５３ｇは、回転対称性を有するため、誘電体窓１６の径方向内側領域において強固なモード固定の高い軸対称性を確保することができ、生成するプラズマにおいても、高い軸対称性を有する。
　以上より、このような構成の誘電体窓１６は、広いプロセスマージンを有すると共に、生成するプラズマが高い軸対称性を有する。
　図７は、スロット板２０と誘電体窓１６を組み合わせたアンテナ７０の平面図である。同図は、図１におけるＺ軸に沿って、ラジアルラインスロットアンテナを下側から見た図である。平面視において、外側のテーパ面１５０と第４スロット群（内側から４番目のスロット群）に属するスロット１３４’とは一部分が重なっている。また、環状の平坦な底面１４９と第３スロット群（内側から３番目のスロット群）に属するスロット１３３’とは重なっている。
　また、平面視において、内側のテーパ面と第２スロット群（内側から２番目のスロット群）に属するスロット１３４とは重なっている。また、最も内側の第１スロット群に属するスロット１３３は、全て平坦面１４６上に位置している。更に、第２凹部１５３の重心位置は、スロット１３３と重複している。
　図９は、スロット１３３及び凹部１５３の近傍の斜視図（Ａ）及び断面図（Ｂ）である。図９（Ａ）に示すように、凹部１５３の直上にスロット１３３が位置しており、マイクロ波導入時において、スロット１３３の幅方向に発生する電界によって、凹部１５３内にプラズマＰＳが発生する（図９（Ｂ））。
　図１０は、スロットと第２凹部の位置関係を示す図である。図１０（Ａ）では、凹部１５３の重心Ｇ２の位置を、スロット１３３からの電界Ｅが選択的に導入される位置に設定した場合を示している。マイクロ波の導入によって、電界Ｅはスロット１３３，１３４の幅方向に発生する。本例では、スロット１３３の重心位置Ｇ１と第２凹部１５３の重心位置Ｇ２とが一致し、スロット１３３内に、第２凹部１５３の重心位置Ｇ２が重なって位置している。この場合は、第２凹部１５３にプラズマが確実に固定されるため、プラズマの揺らぎは少なく、各種の条件変化に対してもプラズマの面内変動が少なくなる。特に、凹部１５３の形成されている位置が中央の平坦面１４６（図７参照）上であるため、１つの凹部１５３周囲の面の等価性が高く、プラズマの固定度合いが高くなる。
　一方、図１０（Ｂ）では、凹部１５３の重心位置Ｇ２の位置を、双方のスロット１３３，１３４からの電界Ｅが導入される位置に設定した場合を示している。換言すれば、図１０（Ｂ）においては、スロット１３３の重心位置Ｇ１と第２凹部１５３の重心Ｇ２とは離間し、スロット１３３内に、第２凹部１５３の重心位置Ｇ２が重なって位置していない場合を示している。この場合は、図１０（Ａ）の場合よりも、凹部１５３内にマイクロ波が入りにくく、したがってプラズマ密度が下がり、プラズマの発生に揺らぎが生じる場合がある。
　ここで、本実施形態に係るアンテナ７０及びプラズマ処理装置１の作用効果を説明すべく、比較例のアンテナについて概説する。
　図１１は、比較例のスロット板の平面図である。このスロット板２０では、スロット対２４０,２４０’がスロット板２０の中心（重心位置）２３８を囲むように同心円状に配置されている。内周側に配置される内周側スロット対群は、７対のスロット対２４０である。外周側に配置される外周側スロット対群は、２８対のスロット対２４０’である。スロット対２４０を構成するスロット１６７の開口幅、すなわち、スロット１６７のうち、長手方向に延びる一方側の壁部１６８ａと長手方向に延びる他方側の壁部１６８ｂとの間の長さＷ５は、６ｍｍとなるように構成されている。この長さＷ５は、上述のスロット板のスロット１３３の場合の長さＷ１の約半分である。一方、長さＷ６で示すスロット１６７の長手方向の長さ、すなわち、スロット１６７の長手方向の一方側の端部１６８ｃとスロット１６７の長手方向の他方側の端部１６８ｄとの間の長さＷ６は、３５ｍｍとなるように構成されている。この長さＷ６は、上述のスロット板に設けられるスロット１３３の場合の長さＷ２と同じである。スロット１６７について、長手方向の長さに対する短手方向の長さの比Ｗ５／Ｗ６は、６／３５＝約０．１７である。その他のスロットの構成等については、図５に示すスロット板２０と同様であるため、その説明を省略する。図１２は、比較例に係る誘電体窓の平面図である。比較例に係る誘電体窓１６は、平坦面１４６上に形成された第２凹部が存在しない。
　また、図１１に示すように、比較例では、各スロット対２４０,２４０’が、スロット板２０の重心位置１３８から各スロット対２４０,２４０’に向けて延びた軸線Ｒ４が重なる位置（一致する位置）に配置されている。すなわち、スロット板の重心位置２３８から径方向外側にみて各スロット対２４０,２４０’が重なっている。この場合、スロット板２０の重心位置２３８に入射されたマイクロ波は、最初に重心位置２３８に近いスロット対２４０で放出されるため、重心位置２３８から該スロット対２４０に向けて延びる軸線Ｒ４上に配置された他のスロット対２４０’には電界強度が弱いマイクロ波が伝搬する。このため、他のスロット対２４０’からは電界強度の弱いマイクロ波が放出される。
　これに対して、本実施形態に係るアンテナ７０及びプラズマ処理装置１によれば、同心円状に配置された各スロット対１４０,１４０’は、スロット板２０の重心位置１３８から各スロット対１４０,１４０’に向けて延びた軸線Ｒ１,Ｒ２,Ｒ３が重ならない位置に設けられている。すなわち、スロット板２０の重心位置１３８から該スロット対１４０に向けて延びる軸線Ｒ１上には、他のスロット対を設けないようにすることで、投入パワーに対するマイクロ波放射効率の低いスロット対を排除することができるので、相対的に他のスロット対に対する投入パワーの分配を向上させることが可能となる。よって、投入パワーに対する放射電界強度が向上する。また、投入パワーに対する放射電界強度を向上させることで、シート状の高密度プラズマを天板直下で生成することができるため、プラズマ安定性を改善することができる。その結果、プラズマが安定する圧力範囲が広がるため、プロセス領域の拡大が期待できる。
　上記のとおり、負性ガスは、電子エネルギーが１０ｅＶ以下で電子付着断面積を有するため、プラズマ拡散領域で電子を付着させて負イオン化しやすい傾向にある。すなわち、負性ガスを用いたプラズマ処理では、プラズマ中に負のチャージとして電子と負イオンが同時に存在することになる。よって、負性ガスにより電子が付着されるとロスが発生するため、プラズマの安定性を保つためには、少なくとも該ロスを補うように生成する電子を増加させる必要がある。このため、負性ガスによるプラズマ処理では、他のガスに比べて電界強度の向上が要求されている。本実施形態に係るアンテナ７０及びプラズマ処理装置１によれば、投入パワーに対する放射電界強度を向上させることができるので、負性ガスを用いた場合であっても、プラズマ安定性を改善することができる。特に、負イオンが発生しやすい中圧（例えば５０ｍＴｏｒｒ（６．５Ｐａ））～高圧において、低ダメージでのエッチングプロセス等が期待できる。
　また、本実施形態に係るアンテナ７０及びプラズマ処理装置１によれば、第１スロット群及び第２スロット群のスロット幅Ｗ１は、第３スロット群及び第４スロット群のスロット幅Ｗ３よりも大きくされている。スロットの開口形状については、幅広になるほど、導入されるマイクロ波の電界が低下する。また、スロットの開口幅が狭くなれば、それだけマイクロ波を強く放射することができる。よって、スロット板２０の重心位置１３８に近い第１スロット群及び第２スロット群の放射電界強度を、スロット板２０の重心位置１３８に遠い第３スロット群及び第４スロット群の放射電界強度よりも弱くすることができる。マイクロ波は伝搬により減衰するため、上記構成を採用することで、マイクロ波の放射電界強度が面内で均一化され、面内均一性の高いプラズマを発生することができる。
　さらに、本実施形態に係るアンテナ７０及びプラズマ処理装置１によれば、スロット板２０の主表面に垂直な方向からみた場合、スロット板２０におけるそれぞれのスロット１３３内に、それぞれの第２凹部１５３の重心位置が重なって位置しているため、均一性の高いプラズマを発生させることができ、処理量の面内均一性を高くすることができる。このようなプラズマ処理装置１は、エッチングのみならず、膜の堆積にも用いることができる。
　以上、種々の実施形態について説明したが、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、上記実施形態では同心円としてスロット対が２重の円環状に配置される例を説明したが、３重以上の円環状に配置される場合であってもよい。
　以下、上記効果を説明すべく本発明者が実施した実施例及び比較例について述べる。
（電界強度向上の確認）
実施例１：図５に示すアンテナ板及び図６に示す誘電体窓を備えるアンテナを用いた。
比較例１：図１１に示すアンテナ板及び図１２に示す誘電体窓を備えるアンテナを用いた。
実施例１及び比較例１について、電界強度のシミュレーションを行った。マイクロ波が全て透過した場合と全反射した場合とをそれぞれシミュレーションした。結果を図１３に示す。図１３では、図１におけるＺ軸に沿って、ラジアルラインスロットアンテナを下側から見た図であって、電界強度の分布をモノトーンで示している。図中、白い部分は電界強度が最も強く、黒い部分は電界強度が最も弱い部分である。図１３に示すように、実施例１は、比較例１に比べて、白い領域が多く、かつ広範になっており、本実施形態に係るアンテナによって投入パワーに対する放射電界強度が向上されることが確認された。
（プラズマ安定性の改善の確認）
（実施例２）
図５に示すアンテナ板及び図６に示す誘電体窓を有するアンテナ７０を備えるプラズマ処理装置１に、マイクロ波を投入するとともにＲＦを印加してプラズマを生成し、さらに圧力を変化させて安定性を評価した。
圧力は、４０ｍＴｏｒｒ（５．２Ｐａ）から２００ｍＴｏｒｒ（２６Ｐａ）まで増加させた場合、２００ｍＴｏｒｒ（２６Ｐａ）から４０ｍＴｏｒｒ（５．２Ｐａ）まで減少させた場合の２パターンについて、プラズマ安定性の評価を行った。
処理ガスは、ポリシリコン等のシリコン系の膜をエッチングする場合をモデル例として、Ａｒ／ＨＢｒを用いた。ガス条件としては、３パターン用意した。第１のガス条件は、Ａｒ／ＨＢｒが１０００（ｓｃｃｍ）／６００（ｓｃｃｍ）である。第２のガス条件は、Ａｒ／ＨＢｒが８００（ｓｃｃｍ）／８００（ｓｃｃｍ）である。第３のガス条件は、Ａｒ／ＨＢｒが６００（ｓｃｃｍ）／１０００（ｓｃｃｍ）である。ＨＢｒは負性ガスである。
なお、マイクロ波パワー（マイクロ波発生器３５）は３０００Ｗとし、ＲＦパワー（バイアス用電源ＢＶ）は１５０Ｗとした。
（比較例２）
図１１に示すアンテナ板及び図１２に示す誘電体窓を有するアンテナを備えるプラズマ処理装置に、マイクロ波を投入するとともにＲＦを印加してプラズマを生成し、さらに圧力を変化させて安定性を評価した。圧力及びガスの条件は実施例２と同一である。
（評価方法）
プラズマの安定性の評価は、上記条件で生成したプラズマを、Ｓｔａｂｌｅ（安定）、Ｕｎｓｔａｂｌｅ（不安定）、ＲＦ－ｈｕｎｔｉｎｇ（ＲＦ乱調）、Ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ－ｕｎｓｔａｂｌｅ（比較的不安定）の４つのカテゴリに分類することで行った。これらのカテゴリ分けの判断について、図１４に示す。図１４の（Ａ）に示すように、時間に依存したマイクロ波の電力反射が一定（基準値に対して所定の閾値範囲内）であり、かつ、時間に依存したＲＦの電力反射が一定（基準値に対して所定の閾値範囲内）である場合には、Ｓｔａｂｌｅとした。図１４の（Ｂ）に示すように、時間に依存したマイクロ波の電力反射が一定でなく（基準値に対して所定の閾値範囲外となる）、かつ、時間に依存したＲＦの電力反射が一定でない（基準値に対して所定の閾値範囲外となる）場合には、Ｕｎｓｔａｂｌｅとした。図１４の（Ｃ）に示すように、時間に依存したマイクロ波の電力反射が一定（基準値に対して所定の閾値範囲内）であり、かつ、時間に依存したＲＦの電力反射が一定でない（基準値に対して所定の閾値範囲外となる）場合には、ＲＦ－ｈｕｎｔｉｎｇとした。図１４の（Ｄ）に示すように、時間に依存したマイクロ波の電力反射がピーク値を有する場合（瞬間的に基準値に対して所定の閾値範囲外となる）、又は、時間に依存したＲＦの電力反射がピーク値を有する場合（瞬間的に基準値に対して所定の閾値範囲外となる）には、Ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ－ｕｎｓｔａｂｌｅとした。結果を図１５に示す。
　図１５に示すように、実施例２の実験結果と比較例２の実験結果とを対比すると、実施例２の方がプラズマが安定していることが確認された。また、比較例２では、負性ガスを用いた場合、中圧力範囲（５０ｍＴｏｒｒ（６．５Ｐａ））でプラズマが不安定になるのに対して、実施例２では、負性ガスを用いた場合であっても中圧力範囲においてプラズマの安定性が改善されていることが確認された。
（実施例３）
マイクロ波パワーを２０００Ｗとした。その他の条件は、実施例２と同一である。
（比較例３）
マイクロ波パワーを２０００Ｗとした。その他の条件は、比較例２と同一である。
実施例３及び比較例３について、上述した評価方法で評価した。結果を図１６に示す。
　図１６に示すように、実施例３の実験結果と比較例３の実験結果とを対比すると、実施例３の方がプラズマが安定していることが確認された。また、比較例３では、負性ガスを用いた場合、中圧力範囲以上（５０ｍＴｏｒｒ（６．５Ｐａ）以上）でプラズマが不安定になる条件が多く確認されたのに対して、実施例３では、負性ガスを用いた場合であっても中圧力範囲以上においてプラズマの安定性が改善されていることが確認された。
（実施例４）
処理ガスは、装置のクリーニング処理をする場合をモデル例として、ＳＦ６／Ｏ２を用いた。ガス条件としては、３パターン用意した。第１のガス条件は、ＳＦ６／Ｏ２が５０（ｓｃｃｍ）／１５０（ｓｃｃｍ）である。第２のガス条件は、ＳＦ６／Ｏ２が１００（ｓｃｃｍ）／１００（ｓｃｃｍ）である。第３のガス条件は、ＳＦ６／Ｏ２が１５０（ｓｃｃｍ）／５０（ｓｃｃｍ）である。ＳＦ６は負性ガスである。
なお、ＲＦパワーは０Ｗとした。その他の条件は、実施例２と同一である。
（比較例４）
処理ガスは、装置のクリーニング処理をする場合をモデル例として、ＳＦ６／Ｏ２を用いた。ガス条件としては、３パターン用意した。第１のガス条件は、ＳＦ６／Ｏ２が５０（ｓｃｃｍ）／１５０（ｓｃｃｍ）である。第２のガス条件は、ＳＦ６／Ｏ２が１００（ｓｃｃｍ）／１００（ｓｃｃｍ）である。第３のガス条件は、ＳＦ６／Ｏ２が１５０（ｓｃｃｍ）／５０（ｓｃｃｍ）である。ＳＦ６は負性ガスである。
なお、ＲＦパワーは０Ｗとした。その他の条件は、比較例２と同一である。
実施例４及び比較例４について、上述した評価方法で評価した。結果を図１７に示す。
　図１７に示すように、実施例４の実験結果と比較例４の実験結果とを対比すると、実施例４の方がプラズマが安定していることが確認された。また、比較例４では、負性ガスを用いた場合、中圧力範囲以上（５０ｍＴｏｒｒ（６．５Ｐａ）以上）でプラズマが不安定になる条件が多く確認されたのに対して、実施例４では、負性ガスを用いた場合であっても中圧力範囲以上においてプラズマの安定性が改善されていることが確認された。
（プラズマ放電の安定性の確認）
（実施例５）
イグニッション時から所定期間経過したときのプラズマ放電の安定性を確認すべく、時間に依存した発光強度を取得した。処理条件は以下の通りである。
［Ａｒイグニッション］
マイクロ波の電力：２０００Ｗ
圧力：１００Ｔｏｒｒ（１３Ｐａ）
ガスの流量
　Ａｒガス：５００ｓｃｃｍ
　処理時間：８ｓｅｃ
［クリーニング処理］
マイクロ波の電力：３０００Ｗ
圧力：２０Ｔｏｒｒ（２．６Ｐａ）
ガスの流量
　ＳＦ６ガス：１００ｓｃｃｍ
　Ｏ２ガス：１００ｓｃｃｍ
　処理時間：３０ｓｅｃ
すなわち、Ａｒでイグニッションを行い、その後、負性ガスのプラズマを生成するという条件とした。
　図１８に結果を示す。図１８の（Ａ）はＡｒの発光強度の時間依存性、図１８の（Ｂ）はＯの発光強度の時間依存性、図１８の（Ｃ）はＦの発光強度の時間依存性の結果である。図１８に示すように、Ａｒによるプラズマの発光から、Ｏ又はＦによるプラズマの発光に遷移するとき（例えば、２０秒付近）、通常であればＯプラズマやＦプラズマが一旦消失して、その後ＯプラズマやＦプラズマが発生することになるため、２０秒付近で発光強度がゼロになる。これに対して、図１８に示すように、Ｏ又はＦによるプラズマの発光に遷移するときであってもプラズマ放電が一時的に中断されることがないことが確認された。すなわち、実施例５では、負性ガスを用いた場合であってもプラズマの安定性が改善されていることが確認された。
（実施例６）
　イグニッション時から所定期間経過したときのプラズマ放電の安定性を確認すべく、時間に依存した発光強度を取得した。処理条件として、マイクロ波の電力を２５００Ｗとした。その他は実施例５と同一とした。
　図１９に結果を示す。図１９の（Ａ）はＡｒの発光強度の時間依存性、図１９の（Ｂ）はＯの発光強度の時間依存性、図１９の（Ｃ）はＦの発光強度の時間依存性の結果である。図１９に示すように、図１８と同様に、負性ガスを用いた場合であってもプラズマの安定性が改善されていることが確認された。
　Ｗ…ウェハ（基板）、１…プラズマ処理装置、２…処理容器、３…台、１１ａ…排気口、１６…誘電体窓、２０…スロット板、２１…スロット、３５…マイクロ波発生器、４１…共通ガス源、４２…添加ガス源、４４…フロースプリッタ、４５…共通ガスライン、４６，４７…分岐共通ガスライン、４８…添加ガスライン、５５…中央導入部、５８…中央導入口、６１…周辺導入部、６２…周辺導入口。

Claims (8)

  1. 　誘電体窓及び前記誘電体窓の一方面に設けられたスロット板を備えたアンテナであって、
    　前記スロット板は、２つのスロットからなるスロット対を複数有し、
    　前記複数のスロット対は、前記スロット板の重心位置を中心として同心円状に配置されており、
    　各スロット対は、前記スロット板の重心位置から各スロット対に向けて延びた軸線が重ならない位置に設けられている、
    アンテナ。
  2. 　前記スロット板は、
    　前記スロット板の重心位置から第１距離に位置する第１スロット群と、
    　前記スロット板の重心位置から第２距離に位置する第２スロット群と、
    　前記スロット板の重心位置から第３距離に位置する第３スロット群と、
    　前記スロット板の重心位置から第４距離に位置する第４スロット群と、を有し、
    　第１距離＜第２距離＜第３距離＜第４距離の関係を満たし、
    　前記第１スロット群のスロット及び前記第２スロット群のスロットが互いに組となり複数のスロット対を形成するとともに、前記第３スロット群のスロット及び前記第４スロット群のスロットが互いに組となり複数のスロット対を形成し、
    　前記第２スロット群のスロットは、前記スロット板の重心位置から前記第１スロット群のスロットに向けて延びた第１軸線上に位置し、
    　前記第４スロット群のスロットは、前記スロット板の重心位置から前記第３スロット群のスロットに向けて延びた第２軸線上に位置し、
    　前記第１軸線と前記第２軸線とが重ならないように各スロットが配置されている、
    請求項１に記載のアンテナ。
  3. 　前記第１スロット群のスロット数と前記第２スロット群のスロット数は、同一の数Ｎ１であり、
    　前記第３スロット群のスロット数と前記第４スロット群のスロット数は、同一の数Ｎ２であり、
    　Ｎ２はＮ１の整数倍である請求項２に記載のアンテナ。
  4. 　前記第１スロット群のスロット幅と前記第２スロット群のスロット幅は、同一であり、
    　前記第３スロット群のスロット幅と前記第４スロット群のスロット幅は、同一であり、
    　前記第１スロット群のスロット幅と前記第２スロット群のスロット幅は、前記第３スロット群のスロット幅及び前記第４スロット群のスロット幅よりも大きい請求項２又は３に記載のアンテナ。
  5. 　対象となるスロットに向けて前記スロット板の重心位置から延びた径と、このスロットの長手方向の成す角度は、第１乃至第４スロット群におけるそれぞれのスロット群毎に同一であり、
    　前記スロット板の重心位置から延びる同じ径上に位置する第１スロット群のスロットと、第２スロット群のスロットは、異なる方向に延びており、
    　前記スロット板の重心位置から延びる同じ径上に位置する第３スロット群のスロットと、第４スロット群のスロットは、異なる方向に延びている請求項２～４の何れか一項に記載のアンテナ。
  6. 　前記誘電体窓の他方面は、
    　環状の第１凹部に囲まれた平坦面と、
    　前記平坦面の重心位置を囲むように、前記平坦面内に形成された複数の第２凹部と、を有し、
    　前記スロット板の主表面に垂直な方向からみた場合、前記スロット板におけるそれぞれのスロット内に、それぞれの前記第２凹部の重心位置が重なって位置している請求項１～５の何れか一項に記載のアンテナ。
  7. 　前記第２凹部の平面形状は円形である請求項６に記載のアンテナ。
  8. 　誘電体窓及び前記誘電体窓の一方面に設けられたスロット板を有するアンテナと、
    　前記アンテナを内部に有する処理容器と、
    　前記処理容器の内部に設けられ、前記誘電体窓の他方面に対向し、処理される基板が載せられる台と、
    　マイクロ波発生器と前記スロット板とを接続するマイクロ波導入路と、
    を備え、
    　前記スロット板は、２つのスロットからなるスロット対を複数有し、
    　前記複数のスロット対は、前記スロット板の重心位置を中心として同心円状に配置されており、
    　各スロット対は、前記スロット板の重心位置から各スロット対に向けて延びた軸線が重ならない位置に設けられている、
    プラズマ処理装置。
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