WO2022202432A1 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

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WO2022202432A1
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top plate
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electromagnetic
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太郎 池田
光利 芦田
英紀 鎌田
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東京エレクトロン株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method.
  • a stage on which a substrate is placed in a chamber, a plurality of electromagnetic wave radiating means for radiating a plurality of electromagnetic waves from a plurality of radiating sections, and a stage disposed between the plurality of radiating sections and the stage A plasma processing method performed in a plasma processing apparatus having a dielectric window is disclosed.
  • the plasma processing method comprises the steps of: controlling phases of a plurality of electromagnetic waves radiated from a plurality of electromagnetic wave radiating means; irradiating and treating the substrate with a localized plasma generated between the dielectric window and the stage.
  • the present disclosure provides a technology capable of eliminating interference of electromagnetic waves radiated from a plurality of electromagnetic wave emitting ports with each electromagnetic wave emitting port.
  • a processing container configured to perform plasma processing on a substrate to be processed; and a conductor plate supporting the dielectric top plate and having an electromagnetic wave emission port for radiating electromagnetic waves to the dielectric top plate, wherein the electromagnetic wave emission port is long in plan view. It is a rectangle having sides and short sides, and there are four electromagnetic wave emission openings, and the long sides of the four electromagnetic wave emission openings are the longest among the four sides of the dielectric top plate forming the quadrangle.
  • a plasma processing apparatus is provided in which the long sides of the electromagnetic wave radiation ports that are parallel to adjacent sides and have the long sides in the same direction are arranged so as not to overlap in the same direction.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view showing the configuration of a processing container and an electromagnetic radiation port according to the embodiment;
  • FIG. 2 is a side view of a processing container and an electromagnetic radiation port according to the embodiment;
  • FIG. 4 is a diagram showing electromagnetic field vectors of microwaves radiated from the electromagnetic wave radiation port according to the embodiment;
  • FIG. 2 is a schematic perspective view showing the configuration of a processing container and an electromagnetic radiation port according to the embodiment;
  • FIG. 2 is a side view of a processing container and an electromagnetic radiation port according to the embodiment;
  • FIG. 4 is a diagram showing electromagnetic field vectors of microwaves radiated from the electromagnetic wave radiation port according to the embodiment;
  • FIG. 5 is a diagram showing electromagnetic field vectors of microwaves radiated from the electromagnetic wave radiation port according to the embodiment; 4 is an S matrix showing the degree of interference of microwaves radiated from the electromagnetic wave radiation port according to the embodiment; 5 is a graph showing the relationship between the thickness of the first portion of the processing container and microwave interference according to the embodiment. 5 is a graph showing the relationship between the thickness of the dielectric top plate and the interference of microwaves according to the embodiment; 5 is a graph showing the relationship between the length of the electromagnetic wave radiation port, the thickness of the dielectric top plate, and the interference of microwaves according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a simulation result of phases of microwaves radiated from an electromagnetic radiation port and electric field distribution in plasma according to the embodiment; 4 is a flowchart showing an example of a plasma processing method ST1 according to the embodiment;
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a microwave plasma processing apparatus 1 according to an embodiment.
  • the microwave plasma processing apparatus 1 forms a desired film on a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as "substrate” or "wafer”) W, which is an example of a substrate to be processed, by plasma generated by microwaves.
  • substrate semiconductor wafer
  • a microwave plasma processing apparatus 1 includes a processing container 2 (vacuum container) that houses a substrate W, a microwave introduction device 3 that introduces microwaves into the processing container 2, and a gas supply unit that supplies gas into the processing container 2. It has a unit 4 and an exhaust device 5 for evacuating the inside of the processing container 2 under reduced pressure. Furthermore, the microwave plasma processing apparatus 1 has a control section 50 that controls each constituent section of the microwave plasma processing apparatus 1 .
  • the processing container 2 is made of a metal material such as aluminum, aluminum alloy, stainless steel, or the like.
  • the upper portion of the processing container 2 is open, and the upper opening is closed by a dielectric top plate 15 .
  • the dielectric top plate 15 is made of a dielectric such as alumina (Al 2 O 3 ).
  • the dielectric top plate 15 is fitted into a recess formed in the lower surface of the conductor plate 11 and supported from the sides of the conductor plate 11 . Thereby, the internal space U of the processing container 2 is kept airtight.
  • the configuration of the conductor plate 11 that supports the dielectric top plate 15 may be an integral body, or may be a structure in which several parts are combined.
  • a substrate supporting part 16 for supporting the substrate W is arranged in the processing container 2 .
  • the upper portion of the processing container 2 immediately below the dielectric top plate 15 is rectangular parallelepiped, and the lower portion of the processing container 2 is columnar.
  • the portion above the stepped portion of the processing container 2 will be referred to as a first portion 12 of the processing container 2
  • the portion below the stepped portion of the processing container 2 will be referred to as a second portion 13 of the processing container 2 .
  • the conductor plate 11 is made of a metal material such as aluminum, aluminum alloy, stainless steel, or the like.
  • a waveguide 14 having a rectangular cross section is formed inside the conductor plate 11 . Although three waveguides 14 are shown in FIG. 1 , four waveguides 14 are formed in the conductor plate 11 .
  • the lower end of the waveguide 14 serves as a slot-shaped electromagnetic radiation port T that opens in the dielectric top plate 15 .
  • the microwave introduction device 3 is provided on the conductor plate 11 on the processing container 2 , and introduces microwaves (electromagnetic waves) from the microwave introduction device 3 into the processing container 2 through the electromagnetic wave emission port T.
  • the microwave introduction device 3 has four microwave units 30 (three are shown in FIG. 1) for introducing microwaves into the processing container 2 and an oscillator 31 connected to the four microwave units 30 .
  • the oscillator 31 outputs microwaves for generating plasma from the gas in the processing chamber 2 to process the substrate W.
  • FIG. 1 The microwave introduction device 3 has four microwave units 30 (three are shown in FIG. 1) for introducing microwaves into the processing container 2 and an oscillator 31 connected to the four microwave units 30 .
  • the oscillator 31 outputs microwaves for generating plasma from the gas in the processing chamber 2 to process the substrate W.
  • the microwave output from the oscillator 31 is branched into 4 and propagated by the 4 microwave units 30 . All four microwave units 30 have the same configuration. Therefore, the configuration of one microwave unit 30 will be described below.
  • the microwave unit 30 has a phase shifter 32, an amplifier 33, a circulator 34, a tuner 35, and a mode converter 36 provided in the middle of the waveguide.
  • a phase shifter 32, an amplifier 33, a circulator 34, and a tuner 35 are provided in this order from the upper end of the waveguide.
  • the phase shifter 32 controls the phase of the microwave output from the oscillator 31.
  • the electric field distribution of the plasma generated in the processing space U can be controlled by the electric field energy of the phase-controlled microwave.
  • the amplifier 33 amplifies the microwave power output from the phase shifter 32 .
  • the circulator 34 constitutes an isolator that separates reflected waves from the processing vessel 2 . That is, the circulator 34 guides the reflected wave from the processing vessel 2 to a dummy load (not shown) and separates the reflected wave.
  • the tuner 35 matches the impedance between the oscillator 31 and the processing container 2 . Impedance matching by the tuner 35 is performed based on the detection result of the reflected wave from the load side (plasma side) in a detector (not shown).
  • the mode converter 36 converts the microwave mode into a specific mode and radiates microwaves in the specific mode.
  • the specific mode is a mode in which mode jumps and the like are unlikely to occur, and maintains a stable plasma state.
  • the microwave converted into the specific mode propagates through the waveguide 14 formed in the conductor plate 11 and is radiated from the electromagnetic radiation port T to the dielectric top plate 15 .
  • the microwaves pass through the dielectric top plate 15 and are introduced into the processing container 2 .
  • the microwave plasma processing apparatus 1 further has a gas supply section 4 that supplies gas into the processing container 2 .
  • the gas supply section 4 includes a gas supply source 40 and a gas supply line 41 .
  • a processing gas supplied from a gas supply source 40 is supplied to the processing space U from the side wall of the processing container 2 via a gas supply line 41 .
  • the processing gas is turned into plasma by microwaves introduced into the processing container 2 from the microwave introduction device 3 . As a result, plasma processing such as desired film formation is performed on the circular substrate W within the processing chamber 2 .
  • An exhaust pipe 17 is connected to an exhaust port provided at the bottom of the processing container 2 , and an exhaust device 5 is connected to the exhaust pipe 17 .
  • the evacuation device 5 has a vacuum pump such as a dry pump. By operating the vacuum pump of the evacuation device 5, the processing space U is evacuated.
  • Control unit 50 is typically a computer.
  • the control unit 50 has a controller 51 having a CPU and a storage unit 52 connected to the controller 51 .
  • the storage unit 52 stores control programs (software) for realizing various types of processing such as plasma processing executed in the microwave plasma processing apparatus 1 under the control of the controller 51, recipes in which process condition data are recorded, and the like. Saved.
  • FIG. 2A is a schematic perspective view showing the processing container 2 and the electromagnetic radiation port T according to the embodiment.
  • FIG. 2B is a side view of the processing container 2 and the electromagnetic radiation port T according to the embodiment.
  • 2A and 2B omit the illustration of the conductor plate 11 covering the side and top portions of the dielectric top plate 15 for convenience of explanation.
  • the dielectric top plate 15 is covered with the metal of the conductor plate 11, and four electromagnetic wave radiation openings T are opened toward the dielectric top plate 15.
  • FIG. 2A is a schematic perspective view showing the processing container 2 and the electromagnetic radiation port T according to the embodiment.
  • FIG. 2B is a side view of the processing container 2 and the electromagnetic radiation port T according to the embodiment.
  • 2A and 2B omit the illustration of the conductor plate 11 covering the side and top portions of the dielectric top plate 15 for convenience of explanation.
  • the dielectric top plate 15 is covered with the metal of the conductor plate 11, and four electromagnetic wave radiation openings T are opened toward the dielectric top plate 15.
  • the dielectric top plate 15 is quadrangular in plan view.
  • the shape of the inner wall of the processing container 2 in plan view differs between the first portion 12 and the second portion 13 directly below the dielectric top plate 15 .
  • the first portion 12 is square and the second portion 13 is circular.
  • the shape of the inner wall of the first portion 12 in plan view is the same as the shape of the dielectric top plate 15 in plan view.
  • the shape of the inner wall of the first portion 12 in plan view is not limited to this, and may be smaller than the shape of the dielectric top plate 15 in plan view.
  • Each of the four sides of the first portion 12 in plan view is parallel to each of the four sides of the dielectric top plate 15 in plan view.
  • the substrate W is arranged in the space inside the second portion 13 of the processing container 2 and has a shape (circular shape) similar to the inner wall of the second portion 13 in plan view.
  • the electromagnetic wave radiation opening T is a rectangle having long sides and short sides in a plan view, and there are four of them.
  • the four electromagnetic radiation openings T have the same shape.
  • Microwaves are guided from an oscillator 31 to the four electromagnetic wave radiation openings T through microwave units 30 each including four phase shifters 32 corresponding to each of them.
  • the four electromagnetic radiation openings T serve as four ports for propagating microwaves to the dielectric top plate 15 .
  • the four electromagnetic wave emission openings T are defined as port 1 electromagnetic wave emission port T (P1), port 2 electromagnetic wave emission port T (P2), port 3 electromagnetic wave emission port T (P3), and port 4 electromagnetic wave emission port T. (P4).
  • the four electromagnetic wave emitting ports T are arranged such that the long sides of each electromagnetic wave emitting port T are parallel to the closest sides of the four sides of the dielectric top plate 15, and the long sides are oriented in the same direction.
  • the long sides of a certain electromagnetic wave radiation port T are configured so as not to overlap each other in the same direction.
  • the long side of the electromagnetic wave emitting port T(P1) of the port 1 is parallel to the side 15a to which the long side of the electromagnetic wave emitting port T(P1) is closest among the four sides 15a to 15d of the dielectric top plate 15. are arranged as
  • the electromagnetic radiation opening T(P2) of the port 2 is arranged such that its long side is parallel to the closest side 15b.
  • the electromagnetic radiation opening T(P3) of the port 3 is arranged such that its long side is parallel to the closest side 15c.
  • the electromagnetic radiation opening T(P4) of the port 4 is arranged such that its long side is parallel to the closest side 15d.
  • the long sides of the electromagnetic wave emitting port T (P1) and the electromagnetic wave emitting port T (P3) whose long sides are in the same direction (X direction) do not overlap in the X direction. That is, the distance XD in the X direction between the right end of the electromagnetic wave emitting port T(P1) and the left end of the electromagnetic wave emitting port T(P3) is greater than zero.
  • the long sides of the electromagnetic wave emitting port T (P2) and the electromagnetic wave emitting port T (P4) whose long sides are in the same direction (Y direction) do not overlap in the Y direction. That is, the distance in the Y direction between the lower end of the electromagnetic wave emitting port T(P2) and the upper end of the electromagnetic wave emitting port T(P4) is greater than zero.
  • the long side directions of adjacent electromagnetic wave emitting openings T among the four electromagnetic wave emitting openings T are perpendicular to each other.
  • the long side directions of the electromagnetic wave emitting port T(P1) of the port 1 and the adjacent electromagnetic wave emitting ports T(P2) and T(P4) are perpendicular to each other.
  • the long side directions of the electromagnetic wave emitting opening T(P2) of the port 2 and the adjacent electromagnetic wave emitting openings T(P1) and T(P3) are perpendicular to each other. The same is true for others.
  • the strength of the electric field in the electric field diffusion portion directly below the dielectric top plate 15 (for example, the electromagnetic field vector 100 of the microwave in the electric field diffusion portion radiated from below the electromagnetic wave radiation port T in FIG. 4) is generated, and the electric field diffusion portion It becomes difficult to obtain a uniform plasma distribution in the plasma space near the . Therefore, if the gap between the substrate supporting portion 16 and the dielectric top plate 15 is narrowed, the uniformity of the plasma deteriorates, so it is difficult to narrow the gap. Therefore, in the present disclosure, a method of obtaining uniform plasma even when the gap is narrowed by controlling the distribution of microwaves by phase control by the phase shifter 32 is devised.
  • the microwave plasma processing apparatus 1 has a slot antenna having four electromagnetic radiation openings T, a rectangular parallelepiped dielectric top plate 15 and a vacuum processing container 2. Microwaves are made to enter the top plate 15 at the same time. Microwaves are synthesized in the dielectric top plate 15 to create a desired standing wave pattern (electric field pattern) of the microwaves inside the dielectric top plate 15 . Various electric field patterns can be created by changing the phases of the microwaves incident from the four electromagnetic radiation openings T for the electric field pattern created inside the dielectric top plate 15 . In addition, in the present disclosure, since microwaves are synthesized in the dielectric top plate 15, the wavelength of the microwaves can be shortened, standing waves are easily formed in the dielectric top plate 15, and fine electric field distribution control is possible.
  • the microwaves are synthesized in the dielectric top plate 15, there is only one reflection point (boundary between the dielectric top plate 15 and the processing space U) for the microwaves incident from the four electromagnetic wave radiation openings T. can be Based on this electric field pattern, an electric field pattern obtained by time-averaging the standing wave of the microwave is obtained. homogenize.
  • a standing wave is intentionally generated in the dielectric top plate 15, and the position of the standing wave generated by changing the phase of the electromagnetic wave emitted from the four electromagnetic wave emission openings T with the lapse of time. (Positions of antinodes and nodes) are moved with time to achieve in-plane uniformity of plasma processing to the substrate W.
  • interference between the slot antennas indicated by the four electromagnetic radiation ports T may become a problem.
  • Interference means that electromagnetic waves radiated from other slot antennas flow into the own slot antenna. If there is interference between the four electromagnetic wave radiation openings T of the microwave, the microwave itself will not be absorbed by the plasma and will be wasted. Therefore, how to eliminate the mutual interference between the slot antennas is important.
  • the total power for the number of antennas may flow into its own antenna.
  • the power that flows into its own antenna as reflected power is normally assumed to be twice the maximum power of its own antenna (total reflection), and if the above interference power flows, there is a risk of damaging the equipment. Therefore, in the present disclosure, by utilizing the radiation directivity of the slot antenna shown as the four electromagnetic wave radiation openings T, the four electromagnetic radiation openings T are designed so that there is no electromagnetic wave interference.
  • the connection dimension between the dielectric top plate 15 and the processing container 2 is important.
  • the microwave plasma processing apparatus 1 of the present disclosure has an apparatus structure having four electromagnetic wave radiation ports T arranged so that the long side directions of the slot antenna are perpendicular to each other in order to prevent interference due to electromagnetic waves flowing into the antenna.
  • the microwave plasma processing apparatus 1 of the present disclosure has an apparatus structure having a rectangular parallelepiped dielectric top plate 15 with sides parallel or perpendicular to the four slot antennas.
  • the first portion 12 of the rectangular parallelepiped processing container 2 which is the same as or smaller than the dielectric top plate 15 is arranged directly under the dielectric top plate 15. . This eliminates interference between the four slot antennas and improves the utilization efficiency of the supplied power.
  • the arrangement and interference of the electromagnetic wave radiation port T functioning as a slot antenna that radiates microwaves will be described below with reference to FIG.
  • the symbol O in FIG. 3 represents the center of the substrate W and the second portion 13 of the processing vessel 2, and is also common to the center of the dielectric top plate 15 in the present disclosure. Note that the center of the substrate W and the center of the dielectric top plate 15 do not necessarily have to overlap.
  • electromagnetic radiation ports T(P1) to T(P4) are arranged at four-fold symmetrical positions around the Z-axis passing through symbol O.
  • the ratio of the length in the long side direction to the length in the short side direction of the four electromagnetic radiation ports T(P1) to T(P4) is preferably 3.5 to 4.0. With this ratio, the directivity of the microwaves radiated from the electromagnetic radiation ports T(P1) to T(P4) into the processing container 2 is changed in the direction perpendicular to the long sides of the electromagnetic radiation ports T(P1) to T(P4) ( direction parallel to the short side). In other words, when the ratio of the length in the long side direction to the short side direction of the electromagnetic wave emission ports T(P1) to T(P4) is smaller than 3.5 to 4.0, each electromagnetic wave emission port T extends from the processing container. The microwave radiated inside 2 tends to be directed in a direction parallel to the long side of the electromagnetic wave radiation port T.
  • FIG. 3 is a plan view showing an enlarged electromagnetic wave radiation port T.
  • FIG. As indicated by the length of the arrow in “A” of FIG. 3, the electromagnetic field vector 100, which indicates the dominant directivity of microwaves at the electromagnetic wave emission port T, is perpendicular to its long side. . Therefore, among the electromagnetic wave emitting ports T(P1) to T(P4), as shown in FIG. An electromagnetic field vector 100 indicating the polarity is directed toward sides 15a and 15c as indicated by solid arrows.
  • the microwaves emitted from the electromagnetic wave emitting port T (P1) travel in a direction perpendicular to the long side and are reflected in opposite directions by the two sides 15a and 15c. be. These sides 15a and 15c are provided parallel to the long sides of the electromagnetic radiation port T(P1). Therefore, the electromagnetic field vector 101 indicating the directivity of the reflected wave of the electromagnetic field vector 100 is in the opposite direction to the electromagnetic field vector 100 indicating the directivity of the traveling wave. There is almost no scattering in the direction toward In addition, the long sides of the electromagnetic wave emitting port T(P1) and the electromagnetic wave emitting port T(P3) do not overlap in the same direction. That is, distance XD is greater than zero.
  • the electromagnetic field vector 100 generated with respect to the long side of the electromagnetic wave emitting port T(P1) and the electromagnetic field vector 101 indicating the directivity of the reflected wave are scattered toward the electromagnetic wave emitting port T(P3). almost none.
  • the traveling wave of the microwave having directivity emitted from one electromagnetic wave emitting port T and its reflected wave are prevented from entering another electromagnetic wave emitting port T, that is, from interfering with each other, and the microwave power is supplied. can improve the utilization efficiency of
  • the electromagnetic wave emitting port T(P1) has been taken as an example above
  • the electromagnetic wave emitting port T(P2), T(P3), and T(P4) also have the electromagnetic wave emitting port T and the side 15a of the dielectric top plate 15, respectively. 15d are arranged so that the above relationship is established.
  • FIG. 5 shows an example of an S-matrix expression indicating the degree of interference of microwaves radiated from the electromagnetic radiation ports T(P1) to T(P4) according to the embodiment.
  • the number x written at the beginning of the subscript of S xy indicates the output port (electromagnetic wave emission port T at the output destination), and the subsequent number y indicates the input port (electromagnetic wave emission port T at the input source).
  • the output port indicates the output port (electromagnetic wave emission port T at the output destination)
  • the subsequent number y indicates the input port (electromagnetic wave emission port T at the input source).
  • S11 does not input anything from the electromagnetic wave emitting ports T(P2) to T(P4) and receives a signal from the electromagnetic wave emitting port T(P1), how far toward the electromagnetic wave emitting port T(P1) side It shows the characteristic of whether it reflects and returns.
  • S 11 is a reflected microwave wave (electromagnetic 1 shows the properties of the field vector 101).
  • S12 does not input anything from the electromagnetic wave emitting ports T(P1), T(P3), T(P4), and when a signal is input from the electromagnetic wave emitting port T(P2), the electromagnetic wave emitting port T It shows the characteristics of how much is output to the (P1) side.
  • a 1 to a 4 and b 1 to b 4 are power vectors.
  • a 1 , a 2 , a 3 , and a 4 are power vectors of microwaves input to the four ports of the electromagnetic radiation ports T(P1) to T(P4).
  • b 1 , b 2 , b 3 , and b 4 are power vectors of microwaves output from the four ports of the electromagnetic radiation ports T(P1) to T(P4).
  • a1 is the power vector of the microwave input from the electromagnetic radiation port T(P1).
  • b1 is the power vector of the microwave output from the electromagnetic radiation port T(P1).
  • the S-parameters are complex numbers, and a 1 to a 4 and b 1 to b 4 are also represented by complex numbers.
  • the power vector b1 of the microwave output from the electromagnetic radiation port T(P1) is obtained by the following equation.
  • b1 S11 * a1 + S12 *a2+ S13 * a3 + S14 * a4
  • the fact that a portion of microwaves input from one electromagnetic wave emitting port T is output from another electromagnetic wave emitting port T is called interference.
  • the electromagnetic wave emitting ports T(P1) to T(P4) are arranged with four-fold symmetry, and from the symmetry of the system in which the electromagnetic wave emitting ports T(P1) to T(P4) are arranged, the first row in FIG.
  • the S parameters on both sides of the diagonal component can be replaced with the same parameter, as shown in the second row of the S matrix. For example, S21 replaces S12 , S31 replaces S13 , S32 replaces S23 , S41 replaces S14 , S42 replaces S24 , S43 replaces S 34 can be replaced.
  • the diagonal component parameters S ii (S 11 , S 22 , S 33 , S 44 ) of the S matrix are also preferably small, for example, 0.2 or less. However, it may be a value larger than the parameter S ij other than the diagonal elements of the S matrix. In that case, tuning can be performed to reduce the interference component of the diagonal component.
  • An example of the analysis result of the S matrix is shown in relation to the simulation result of the interference of the electromagnetic radiation ports T(P1) to T(P4) when the microwave of 860 MHz is radiated from the oscillator 31 of the microwave plasma processing apparatus 1 of FIG. 5 in the S matrix on the third row.
  • the values of the diagonal component parameters S ii are smaller than 0.2.
  • the parameter Sij other than the diagonal component is 0.08 or less.
  • the parameters Sij other than the diagonal components have values smaller than 0.1, indicating that almost no interference occurs.
  • the inner wall of the second portion 13 of the processing vessel 2 is circular. If the rectangular dielectric top plate 15 is directly placed on the circular processing container 2, the S parameter will deteriorate and the interference will increase.
  • the microwaves radiated from the electromagnetic radiation port T (P1) travel in a direction perpendicular to its long side, and are separated by two sides 15a and 15c in the direction opposite to the traveling direction. are reflected respectively. These sides 15a and 15c are provided parallel to the long sides of the electromagnetic radiation port T(P1). Therefore, the electromagnetic field vector 101 indicating the directivity of the reflected wave of the electromagnetic field vector 100 is opposite to the direction of the electromagnetic field vector 100 indicating the directivity of the traveling wave. There is almost no scattering in the direction toward P4).
  • the circular processing vessel 2 (second portion 13) is directly placed directly under the dielectric top plate 15, the lower surface of the dielectric top plate 15 is in contact with the plasma.
  • a relatively large electromagnetic wave exists in the vicinity of (for example, several tens of millimeters).
  • the inner wall of the circular processing container 2 is not provided parallel to the long side of the electromagnetic radiation port T(P1). Therefore, when the microwave propagating directly under or near the dielectric top plate 15 is reflected by the inner wall of the circular processing container 2, the direction in which the reflected wave travels is not necessarily the opposite direction to the traveling wave. , resulting in electromagnetic field vectors that reflect in different directions. This electromagnetic field vector reflecting in different directions gives rise to interference.
  • the first portion 12 of the processing vessel 2 which is a rectangular parallelepiped similar to or smaller than the dielectric top plate 15, is provided directly below the dielectric top plate 15, the first portion 12 of the processing vessel 2, which is a rectangular parallelepiped similar to or smaller than the dielectric top plate 15, is provided directly below the dielectric top plate 15, the first portion 12 of the processing vessel 2, which is a rectangular parallelepiped similar to or smaller than the dielectric top plate 15, is provided directly below the dielectric top plate 15, the first portion 12 of the processing vessel 2, which is a rectangular parallelepiped similar to or smaller than the dielectric top plate 15, is provided directly below the dielectric top plate 15, the first portion 12 of the processing vessel 2, which is a rectangular parallelepiped similar to or smaller than the dielectric top plate 15, is provided directly below the dielectric top plate 15, the first portion 12 of the processing vessel 2, which is a rectangular parallelepiped similar to or smaller than the dielectric top plate 15, is provided directly below the dielectric top plate 15, the first portion 12 of the processing vessel 2, which is a rectangular parallelepiped similar to
  • the thickness of the first portion 12 of the processing container 2 directly below the dielectric top plate 15 is preferably 20 mm or more. That is, the processing container 2 is shaped like a rectangular parallelepiped to a height of about 20 mm from directly below the dielectric top plate 15 where the plasma absorbs the electromagnetic field vector.
  • FIG. 6 is a graph of simulation results showing an example of the relationship between the thickness of the first portion 12 of the processing container 2 and microwave interference according to the embodiment.
  • the horizontal axis in FIG. 6 indicates the thickness E of the first portion 12 (see the first portion 12 in FIG. 2B), and the vertical axis indicates the S-parameter.
  • S11 is the electromagnetic wave emitting port T (P1)
  • S21 is the electromagnetic wave emitting port T (P2)
  • S31 is the electromagnetic wave emitting port T (P3)
  • S41 is the S parameter corresponding to the electromagnetic wave emitting port T (P4).
  • the values of S11, S21, S31, and S41 increase as the thickness of the first portion 12 decreases.
  • the values of S21, S31, and S41 are smaller than 0.1 and about 0.05, and the value of S11 is also about 0.2. From the above, it can be seen that the interference between the electromagnetic wave emitting ports T can be substantially eliminated by setting the thickness of the first portion 12 immediately below the dielectric top plate 15 to 20 mm or more.
  • the second portion 13 of the processing container 2 does not have to be a rectangular parallelepiped.
  • the substrate W is plasma-processed in the second portion 13 of the processing vessel 2 . Therefore, considering the symmetry of the gas flow and the controllability of the plasma so that the substrate W is uniformly processed, the inner wall of the second portion 13 of the processing chamber 2 has the same circular shape as the substrate W, It is preferably arranged concentrically with respect to the substrate W.
  • the inner wall of the second portion 13 in plan view may not be circular, and may be square like the first portion 12, for example.
  • FIG. 7 is a graph of simulation results showing an example of the relationship between the thickness of the dielectric top plate 15 and the interference of microwaves according to the embodiment. It is a simulation result when a microwave of 860 MHz is radiated from the oscillator 31 of the microwave plasma processing apparatus 1 of FIG. 1, the horizontal axis of FIG. The vertical axis indicates S parameters.
  • the free space wavelength is ⁇ 0
  • the relative dielectric constant of the dielectric top plate 15 is ⁇ r .
  • the free space wavelength ⁇ 0 is the wavelength of the incident electromagnetic wave when a dielectric with a dielectric constant of 1 is placed in free space.
  • the effective wavelength ⁇ g of the incident electromagnetic wave is about 50 mm to about 62 mm when alumina having a dielectric constant ⁇ r of 9.8 is used for the dielectric top plate 15 . That is, when the thickness D of the dielectric top plate 15 is in the range of about 50 mm to about 62 mm, which is ⁇ g/2 ⁇ g/20, there is little interference, and 56 mm is the least interference, which is a preferable result.
  • the electromagnetic wave emitting port T (P1) corresponding to S11 and the electromagnetic wave emitting port T (P3) corresponding to S31 because they are arranged parallel to each other in the long side direction. Recognize.
  • the electromagnetic wave emitting port T (P2) corresponding to S21 and the electromagnetic wave emitting port T (P4) corresponding to S41 are the electromagnetic wave emitting port T (P1) and the electromagnetic wave emitting port T (P3) which can be treated in the same position. ), and S21 and S41 are 0.1 or less regardless of the value of the thickness D of the dielectric top plate 15 . Therefore, it is important to determine the thickness D of the dielectric top plate 15 so as not to cause interference.
  • the thickness D of the dielectric top plate 15 is the thickness in which all S parameter values of S11, S21, S31, and S41 are small, that is, ⁇ g/2 ⁇ g/20 with respect to the effective wavelength ⁇ g of the microwave. is preferred.
  • FIG. 8 is a graph of simulation results showing an example of the relationship between the length of the electromagnetic wave radiation port T and the thickness of the dielectric top plate 15 and microwave interference according to the embodiment.
  • the simulation conditions are the same as the simulation conditions for obtaining the results of FIG. 7, and as shown in FIGS. Only changed.
  • the horizontal axis of FIGS. 8A to 8C indicates the thickness D of the dielectric top plate 15, and the vertical axis indicates the S parameter.
  • the thickness D with which all the S parameter values of S11, S21, S31, and S41 are small is such that the length of the electromagnetic radiation opening T (slot) in the long side direction is (a) 60 mm, (b) 70 mm, (c) Both 80 mm were about 50 mm to about 62 mm.
  • the thickness D of the dielectric top plate 15 that is appropriate for preventing interference does not depend on the length of the electromagnetic radiation opening T (slot) in the long side direction.
  • FIG. 9 shows the electric field distribution in the plasma on the lower surface of the dielectric top plate 15 when microwaves of 500 W are radiated from each of the electromagnetic radiation ports T(P1) to T(P4).
  • FIG. 9 shows an example of an electric field pattern on the lower surface of the dielectric top plate 15 produced when the phase of the microwave input to each of the electromagnetic radiation ports T(P1)-T(P4) is changed.
  • the electric field distribution in the plasma shows a distribution with the same tendency as this electric field distribution.
  • the electric field distribution in the plasma spreads due to the diffusion distribution while being restricted by the electric field distribution on the lower surface of the dielectric top plate 15 , so that the electric field distribution is more uniform than the electric field distribution on the lower surface of the dielectric top plate 15 .
  • the phase of the microwave input to each electromagnetic radiation port T(P1) to T(P4) is changed.
  • the electric field in the plasma on the wafer indicated by the dotted line circles in FIG. It can be controlled to concentrate on (d)).
  • the phases of the microwaves incident from the electromagnetic radiation ports T(P1), T(P2), T(P3), and T(P4) are 0°, 180°, 0°, By controlling the angle to 180°, the electric field in the plasma on the wafer can be concentrated toward the center.
  • each phase shifter 32 connected to each electromagnetic wave emitting port T(P1) to T(P4) can freely change the phase of the microwave emitted from each electromagnetic wave emitting port T(P1) to T(P4), Optimize. Thereby, uniform plasma can be generated under various process conditions.
  • the control unit 50 refers to the storage unit 52 and freely changes and optimizes the phases of the microwaves incident from the electromagnetic radiation ports T(P1) to T(P4).
  • the control unit 50 obtains a desired electric field distribution in the plasma by performing phase control of the microwaves incident from the electromagnetic radiation ports T(P1) to T(P4) so as to combine the simulation results of the electric field distribution. be able to.
  • the electric field distribution in the plasma is monitored with a sensor, and the data of the electric field distribution in the plasma is machine-learned as input data, and fed back to the phase control of each electromagnetic wave emission port T(P1) to T(P4) in real time. good too.
  • FIG. 10 is a flow chart showing an example of the plasma processing method ST1 according to the embodiment.
  • a table that associates the electric field distribution in the plasma with the phase of each port of the electromagnetic radiation ports T(P1) to T(P4) is stored in the storage unit 52 .
  • control unit 50 refers to the table stored in the storage unit 52 (step S1), and selects the electromagnetic wave emission openings T(P1) to T(P4) that can obtain a desired electric field distribution in the plasma. specifies the phase control of each port of (step S2). Next, the control unit 50 controls the phase of the microwave output from each port so that it becomes the phase of each port specified using each phase shifter 32 (step S3). After that, this process is terminated.
  • steps S2 and S3 may be repeated in order to control a combination such as concentrating the electric field distribution in FIG. 9 on the center side and then concentrating it on the outer peripheral side.
  • a desired electric field distribution in the plasma can be obtained by continuously controlling the phases of the electromagnetic wave emission ports T(P1) to T(P4).
  • the plasma processing apparatus and the plasma processing method of the present embodiment it is possible to eliminate interference of electromagnetic waves emitted from a plurality of electromagnetic wave emitting ports with each electromagnetic wave emitting port.
  • microwave plasma processing apparatus 2 processing vessel 3 microwave introducing apparatus 11 conductor plate 12 processing vessel first portion 13 processing vessel second portion 15 dielectric top plate 30 microwave unit 32 phase shifter 50 control section T electromagnetic radiation port

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Abstract

被処理基板に対してプラズマ処理が実行されるように構成された処理容器と、平面視で四角形であり、前記処理容器の上部開口を閉塞するように設けられた誘電体天板と、前記誘電体天板を支持し、前記誘電体天板へ電磁波を放射する電磁波放射口を有する導体板と、を有し、前記電磁波放射口は、平面視で長辺と短辺とを有する長方形であり、前記電磁波放射口は４つ存在し、４つの前記電磁波放射口の前記長辺が、前記四角形を構成する前記誘電体天板の４つの辺のうち最も近接する辺と各々平行であり、かつ、前記長辺が同一方向にある前記電磁波放射口の長辺同士が前記同一方向において重ならないように配置される、プラズマ処理装置が提供される。

Description

プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
　本開示は、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
　例えば、特許文献１は、チャンバ内にて基板を載置するステージと、複数の電磁波を複数の放射部から放射する複数の電磁波放射手段と、複数の放射部とステージとの間に配置される誘電体窓とを有するプラズマ処理装置にて実行するプラズマ処理方法を開示する。プラズマ処理方法は、複数の電磁波放射手段から放射する複数の電磁波のそれぞれの位相を制御する工程と、位相を制御された複数の電磁波のそれぞれを、対応する複数の放射部のそれぞれからチャンバ内に放射する工程と、誘電体窓とステージとの間に生成された局所プラズマにより基板を処理する工程とを有する。
特開２０２０－１７０６４３号公報
　本開示は、複数の電磁波放射口から放射される電磁波の各電磁波放射口への干渉をなくすことができる技術を提供する。
　本開示の一の態様によれば、被処理基板に対してプラズマ処理が実行されるように構成された処理容器と、平面視で四角形であり、前記処理容器の上部開口を閉塞するように設けられた誘電体天板と、前記誘電体天板を支持し、前記誘電体天板へ電磁波を放射する電磁波放射口を有する導体板と、を有し、前記電磁波放射口は、平面視で長辺と短辺とを有する長方形であり、前記電磁波放射口は４つ存在し、４つの前記電磁波放射口の前記長辺が、前記四角形を構成する前記誘電体天板の４つの辺のうち最も近接する辺と各々平行であり、かつ、前記長辺が同一方向にある前記電磁波放射口の長辺同士が前記同一方向において重ならないように配置される、プラズマ処理装置が提供される。
　一の側面によれば、複数の電磁波放射口から放射される電磁波の各電磁波放射口への干渉をなくすことができる。
実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置を示す断面模式図。 実施形態に係る処理容器と電磁波放射口の構成を示す斜視模式図。 実施形態に係る処理容器と電磁波放射口を側面視した図。 実施形態に係る電磁波放射口から放射するマイクロ波の電磁界ベクトルを示す図。 実施形態に係る電磁波放射口から放射するマイクロ波の電磁界ベクトルを示す図。 実施形態に係る電磁波放射口から放射するマイクロ波の干渉度合を示すＳ行列。 実施形態に係る処理容器の第１部分の厚さとマイクロ波の干渉の関係を示すグラフ。 実施形態に係る誘電体天板の厚さとマイクロ波の干渉の関係を示すグラフ。 実施形態に係る電磁波放射口の長さ及び誘電体天板の厚さとマイクロ波の干渉の関係を示すグラフ。 実施形態に係る電磁波放射口から放射するマイクロ波の位相とプラズマ中の電界分布のシミュレーション結果の一例を示す図。 実施形態に係るプラズマ処理方法ＳＴ１の一例を示すフローチャート。
　以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
　［マイクロ波プラズマ処理装置］
　まず、本開示のプラズマ処理装置の一例であるマイクロ波プラズマ処理装置１の概略の構成について、図１を参照して説明する。図１は、実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１を示す断面模式図である。マイクロ波プラズマ処理装置１は、被処理基板の一例である半導体ウエハ（以下、単に「基板」又は「ウエハ」と記す。）Ｗに対してマイクロ波によるプラズマにより所望の膜を形成する。
　マイクロ波プラズマ処理装置１は、基板Ｗを収容する処理容器２（真空容器）と、処理容器２内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入装置３と、処理容器２内にガスを供給するガス供給部４と、処理容器２内を減圧排気する排気装置５とを有する。更にマイクロ波プラズマ処理装置１は、これらマイクロ波プラズマ処理装置１の各構成部を制御する制御部５０を有する。
　処理容器２は金属材料によって形成され、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス等が用いられる。処理容器２の上部は開口し、その上部開口は誘電体天板１５により閉塞されている。誘電体天板１５は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の誘電体によって形成されている。誘電体天板１５は、導体板１１の下面に形成された凹部に嵌め込まれ、導体板１１の側方から支持されている。これにより、処理容器２の内部空間Ｕが気密に保持される。なお、誘電体天板１５を支持する導体板１１の構成は、一体物であってもよく、また、いくつかのパーツを組み合わせた構造体であってもよい。処理容器２内には、基板Ｗを支持する基板支持部１６が配置されている。誘電体天板１５直下の処理容器２の上部部分は直方体であり、処理容器２の下部部分は円柱状である。以下、処理容器２の段差部から上部部分を処理容器２の第１部分１２といい、処理容器２の段差部から下部部分を処理容器２の第２部分１３という。
　導体板１１は金属材料によって形成され、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス等が用いられる。導体板１１の内部には断面が矩形状の導波路１４が形成されている。図１では、導波路１４が３つ示されているが、導体板１１には導波路１４が４つ形成されている。
　導波路１４の下端は、誘電体天板１５に開口するスロット形状の電磁波放射口Ｔとなっている。マイクロ波導入装置３は、処理容器２上の導体板１１の上に設けられ、マイクロ波導入装置３からのマイクロ波（電磁波）を電磁波放射口Ｔから処理容器２内に導入する。
　マイクロ波導入装置３は、マイクロ波を処理容器２に導入する４つのマイクロ波ユニット３０（図１では３つ表示）と、４つのマイクロ波ユニット３０に接続された発振器３１とを有する。発振器３１は、基板Ｗを処理するために処理容器２内のガスからプラズマを生成するためのマイクロ波を出力する。
　発振器３１から出力されたマイクロ波は４分岐し、４つのマイクロ波ユニット３０によって伝播される。４つのマイクロ波ユニット３０の構成は全て同一である。よって、以下では、一つのマイクロ波ユニット３０の構成について説明する。マイクロ波ユニット３０は、導波路の途中に設けられた位相器３２、増幅器３３、サーキュレーター３４、チューナー３５、及びモード変換器３６を有する。位相器３２、増幅器３３、サーキュレーター３４、チューナー３５は、導波路の上端部側からこの順に設けられている。
　位相器３２は、発振器３１から出力されたマイクロ波の位相を制御する。位相制御されたマイクロ波の電界エネルギーにより処理空間Ｕにおいて生成されるプラズマの電界分布を制御できる。
　増幅器３３は、位相器３２から出力されたマイクロ波の電力を増幅する。サーキュレーター３４は、処理容器２からの反射波を分離するアイソレータを構成する。すなわち、サーキュレーター３４は、処理容器２からの反射波をダミーロード（図示せず）に導き、反射波を分離する。
　チューナー３５は、発振器３１と処理容器２との間のインピーダンスを整合する。チューナー３５によるインピーダンス整合は、検出器（図示せず）における負荷側（プラズマ側）からの反射波の検出結果に基づいて行われる。
　モード変換器３６は、マイクロ波のモードを特定のモードに変換し、特定のモードでマイクロ波を放射する。特定のモードは、モードジャンプ等が生じ難いモードであり、安定したプラズマ状態を維持する。特定のモードに変換されたマイクロ波は、導体板１１内に形成された導波路１４を伝播し、電磁波放射口Ｔから誘電体天板１５へ放射される。マイクロ波は、誘電体天板１５を透過し、処理容器２内に導入される。
　マイクロ波プラズマ処理装置１は、更に、処理容器２内にガスを供給するガス供給部４を有する。ガス供給部４は、ガス供給源４０及びガス供給ライン４１を含む。ガス供給源４０から供給された処理ガスは、ガス供給ライン４１を介して処理容器２の側壁から処理空間Ｕに供給される。処理ガスは、マイクロ波導入装置３から処理容器２内に導入されたマイクロ波によりプラズマ化する。これにより、処理容器２内にて、円形の基板Ｗに対して所望の成膜等のプラズマ処理が実行される。
　処理容器２の底部に設けられた排気口には排気管１７が接続され、排気管１７には排気装置５が接続されている。排気装置５は、ドライポンプ等の真空ポンプを有している。排気装置５の真空ポンプを作動させることにより、処理空間Ｕが減圧排気される。
　マイクロ波プラズマ処理装置１の各構成部は、それぞれ制御部５０に接続されて、制御部５０によって制御される。制御部５０は、典型的にはコンピュータである。制御部５０は、ＣＰＵを備えたコントローラ５１と、コントローラ５１に接続された記憶部５２とを有する。記憶部５２には、マイクロ波プラズマ処理装置１で実行されるプラズマ処理等の各種処理をコントローラ５１の制御によって実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や、プロセス条件データが記録されたレシピ等が保存されている。
　［電磁波放射口Ｔの配置］
　次に、電磁波放射口Ｔの配置について、図２Ａ及び図２Ｂを参照しながら説明する。図２Ａは、実施形態に係る処理容器２と電磁波放射口Ｔを示す斜視模式図である。図２Ｂは、実施形態に係る処理容器２と電磁波放射口Ｔを側面視した図である。なお、図２Ａ及び図２Ｂでは、説明の便宜のため、誘電体天板１５の側部及び上部を覆う導体板１１の図示を省略している。実際には、図２Ｂに点線で示すように、誘電体天板１５は導体板１１の金属で覆われており、４つの電磁波放射口Ｔが誘電体天板１５に向けて開口している。
　図２Ａに示すように、誘電体天板１５は平面視で四角形である。処理容器２の平面視の内壁形状は、誘電体天板１５の直下の第１部分１２と第２部分１３とで異なる。処理容器２の平面視の内壁形状は、第１部分１２が四角形であり、第２部１３分が円形である。図２Ａの例では、第１部分１２の平面視の内壁形状は、誘電体天板１５の平面視の形状と同じである。ただし、これに限らず、第１部分１２の平面視の内壁形状は、誘電体天板１５の平面視の形状よりも小さくてもよい。第１部分１２を平面視したときの４つの辺のそれぞれは、誘電体天板１５を平面視したときの４つの辺のそれぞれと平行である。基板Ｗは、処理容器２の第２部分１３内の空間に配置され、平面視で第２部分１３の内壁と相似の形状（円形）を有する。
　電磁波放射口Ｔは、平面視で長辺と短辺とを有する長方形であり、４つ存在する。４つの電磁波放射口Ｔは、同一形状である。４つの電磁波放射口Ｔには、それぞれに対応する４つの位相器３２を含むマイクロ波ユニット３０を介して発振器３１からマイクロ波が導波される。４つの電磁波放射口Ｔは、マイクロ波を誘電体天板１５に伝播させる４つのポートとなっている。以下では、４つの電磁波放射口Ｔをポート１の電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）、ポート２の電磁波放射口Ｔ（Ｐ２）、ポート３の電磁波放射口Ｔ（Ｐ３）、ポート４の電磁波放射口Ｔ（Ｐ４）として示す。
　４つの電磁波放射口Ｔは、各電磁波放射口Ｔの長辺が誘電体天板１５の４つの辺のうち最も近接する辺と各々平行となるように配置され、かつ、長辺が同一方向にある電磁波放射口Ｔの長辺同士が前記同一方向において重ならないように構成されている。
　誘電体天板１５を平面視した図３を参照して具体的に説明する。ポート１の電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）の長辺は、誘電体天板１５の４つの辺１５ａ～１５ｄの内、電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）の長辺が最も近接する辺１５ａと平行となるように配置されている。ポート２の電磁波放射口Ｔ（Ｐ２）は、その長辺が最も近接する辺１５ｂと平行となるように配置されている。ポート３の電磁波放射口Ｔ（Ｐ３）は、その長辺が最も近接する辺１５ｃと平行となるように配置されている。ポート４の電磁波放射口Ｔ（Ｐ４）は、その長辺が最も近接する辺１５ｄと平行となるように配置されている。
　加えて、長辺が同一方向（Ｘ方向）にある電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）及び電磁波放射口Ｔ（Ｐ３）の長辺同士がＸ方向において重ならない。つまり、電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）の右端と電磁波放射口Ｔ（Ｐ３）の左端とのＸ方向の距離ＸＤは０よりも大きい。同様に、長辺が同一方向（Ｙ方向）にある電磁波放射口Ｔ（Ｐ２）及び電磁波放射口Ｔ（Ｐ４）の長辺同士がＹ方向において重ならない。つまり、電磁波放射口Ｔ（Ｐ２）の下端と電磁波放射口Ｔ（Ｐ４）の上端とのＹ方向の距離は０よりも大きい。
　また、４つの電磁波放射口Ｔの内隣り合う電磁波放射口Ｔの長辺方向は互いに垂直である。ポート１の電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）と、隣り合う電磁波放射口Ｔ（Ｐ２）及びＴ（Ｐ４）との長辺方向は互いに垂直である。ポート２の電磁波放射口Ｔ（Ｐ２）と、隣り合う電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）及びＴ（Ｐ３）との長辺方向は互いに垂直である。他も同様である。
　［電磁波放射口Ｔの配置と干渉］
　高品質の膜を成膜する上で、高密度のラジカルを生成することが好ましい。高密度のラジカルを生成するには、（１）基板支持部１６と誘電体天板１５とのギャップを狭くすること、及び（２）プラズマの生成に高周波のエネルギーを用いることが有効であり、本開示のように周波数においてマイクロ波帯を使うことが好ましい。しかし、マイクロ波は波長が短く、誘電体天板１５内で定在波が発生し、定在波の腹で電界エネルギーが強くなり、定在波の節で電界エネルギーが弱くなる。このため、誘電体天板１５直下の電界拡散部の電界（例えば、図４の電磁波放射口Ｔ下から放射する電界拡散部におけるマイクロ波の電磁界ベクトル１００）に強弱が生じ、その電界拡散部の近傍のプラズマ空間で均一なプラズマ分布を得ることが困難となる。それゆえ、基板支持部１６と誘電体天板１５とのギャップを狭くするとプラズマの均一性が悪くなるため、ギャップを狭くすることは難しかった。そこで、本開示では、位相器３２による位相制御によりマイクロ波の分布を制御することでギャップを狭くした場合にも均一なプラズマを得る方法を考案した。
　具体的には、マイクロ波プラズマ処理装置１は、４つの電磁波放射口Ｔを有するスロットアンテナ、直方体の誘電体天板１５及び真空の処理容器２を有し、４つの電磁波放射口Ｔから誘電体天板１５へマイクロ波を同時に入射させる。誘電体天板１５内にてマイクロ波の合成を行い、所望のマイクロ波の定在波パターン（電界パターン）を誘電体天板１５の内部で作る。この誘電体天板１５の内部で作る電界のパターンは、４つの電磁波放射口Ｔから入射するマイクロ波の位相を変えることでさまざまな電界パターンを作成できる。また、本開示では、誘電体天板１５中でマイクロ波の合成を行うため、マイクロ波の波長を短くでき、誘電体天板１５内で定在波が形成されやすく、きめ細かい電界分布制御が可能になる。また、誘電体天板１５中でマイクロ波の合成を行うため、４つの電磁波放射口Ｔから入射されるマイクロ波の反射箇所を１つ（誘電体天板１５と処理空間Ｕとの境界）のみにできる。この電界パターンに基づきマイクロ波の定在波を時間平均した電界パターンを求め、求めた時間平均した電界パターンから誘電体天板１５の下、つまり、定在波の下にできるプラズマを最終的に均一化する。言い換えると、誘電体天板１５の中に意図的に定在波を発生させ、４つの電磁波放射口Ｔから放射される電磁波の位相を時間経過とともに変化させることで発生させた定在波の位置（腹および節の位置）を時間とともに移動させ、基板Ｗへのプラズマ処理の面内均一化を図っている。
　この場合、４つの電磁波放射口Ｔで示すスロットアンテナ間の干渉が問題となる場合がある。干渉とは、自身のスロットアンテナに他のスロットアンテナより放射された電磁波が流入することを意味する。マイクロ波の４つの電磁波放射口Ｔ間に干渉があると、マイクロ波自体がプラズマに吸収されず、無駄になるため、いかにスロットアンテナ間の相互干渉をなくすかが重要になる。
　また、このような電磁波干渉が起きると、自身のアンテナのインピーダンス整合が取れなくなるばかりでなく、最大で、アンテナ本数分の合計電力が自身のアンテナに流入する可能性が出てくる。自身のアンテナに反射電力として流入する電力は通常自身のアンテナの最大電力の２倍を想定しており（全反射）、上記干渉電力が流入した場合には機器の破損を招くおそれがある。そこで、本開示においては、４つの電磁波放射口Ｔとして示すスロットアンテナの放射指向性を利用して、４つの電磁波放射口Ｔの電磁波干渉が無いように設計されている。スロットアンテナ間の干渉を無くすためには、４つの電磁波放射口Ｔの配置、４つの電磁波放射口Ｔと誘電体天板１５との位置関係、誘電体天板１５の形状、処理容器２の形状、誘電体天板１５と処理容器２の接続寸法が重要である。
　そこで、本開示のマイクロ波プラズマ処理装置１は、アンテナに流入する電磁波による干渉防止のためにスロットアンテナの長辺方向が互いに垂直になるように配置された４つの電磁波放射口Ｔを有する装置構造を有する。
　加えて、本開示のマイクロ波プラズマ処理装置１は、４つのスロットアンテナに平行または垂直な辺をもつ直方体形状の誘電体天板１５を持つ装置構造を有する。更にその装置構造において、誘電体天板１５と同じもしくは誘電体天板１５よりも小さい直方体形状の処理容器２の第１部分１２を、その誘電体天板１５の直下に配置した装置構造を有する。これにより、４つのスロットアンテナ間の干渉を無くし、供給電力の利用効率を向上させることができる。以下、マイクロ波を放射するスロットアンテナとして機能する電磁波放射口Ｔの配置と干渉について、図３を参照しながら説明する。
　図３の符号Ｏは基板Ｗ及び処理容器２の第２部分１３の中心を表し、かつ、本開示では、誘電体天板１５の中心とも共通している。なお、基板Ｗの中心と誘電体天板１５の中心とは必ずしも重ならなくてもよい。
　図３に示したように、本開示では、符号Ｏを通るＺ軸の周りを４回対称の位置に電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）～Ｔ（Ｐ４）が配置されている。ここで、「ｎ回対称」とは、図形を特徴付ける対称性の一群であり、ｎを２以上の整数とし、Ｚ軸の周りを（３６０°／ｎ）回転させると自らと重なる性質をｎ回対称という。つまり、電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）～Ｔ（Ｐ４）は、符号Ｏの周りを９０°（＝３６０°／４）°回転させると自らと重なる位置に配置されている。
　４つの電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）～Ｔ（Ｐ４）の短辺方向の長さに対する長辺方向の長さの比率は、３．５～４．０であることが好ましい。係る比率により電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）～Ｔ（Ｐ４）から処理容器２内に放射されるマイクロ波の指向性を電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）～Ｔ（Ｐ４）の長辺と垂直な方向（短辺と平行な方向）に強めることができる。換言すれば、電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）～Ｔ（Ｐ４）の短辺方向に対する長辺方向の長さの比率が３．５～４．０よりも小さくなると、各電磁波放射口Ｔから処理容器２内に放射されるマイクロ波が電磁波放射口Ｔの長辺と平行な方向に向かいやすくなる。
　図３の「Ａ」は、一つの電磁波放射口Ｔを拡大して示す平面図である。図３の「Ａ」に矢印の長さの長短で示すように、電磁波放射口Ｔにおいてマイクロ波について支配的な指向性を示す電磁界ベクトル１００は、その長辺に対して垂直な方向である。よって、電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）～Ｔ（Ｐ４）のうち、図３に代表例として電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）から放射されるマイクロ波の電磁界ベクトル１００を示すように、支配的な指向性を示す電磁界ベクトル１００は実線の矢印で示す通り辺１５ａ、１５ｃに向かう。
　このように、例えば、電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）から放射されるマイクロ波は、大部分がその長辺に対して垂直な方向へ進行し、２つの辺１５ａ、１５ｃで逆方向にそれぞれ反射される。これらの辺１５ａ、１５ｃは、電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）の長辺に対して平行に設けられている。このため、電磁界ベクトル１００の反射波の指向性を示す電磁界ベクトル１０１は、進行波の指向性を示す電磁界ベクトル１００と逆向きになり、電磁波放射口Ｔ（Ｐ２）、Ｔ（Ｐ４）へ向かう方向へ散乱することは殆どない。加えて、電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）と電磁波放射口Ｔ（Ｐ３）との長辺同士が同一方向において重ならない。つまり、距離ＸＤは０よりも大きい。よって、電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）の長辺に対して生成する電磁界ベクトル１００及びその反射波の指向性を示す電磁界ベクトル１０１は、電磁波放射口Ｔ（Ｐ３）へ向かう方向へ散乱することは殆どない。係る構成により、４つの電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）～Ｔ（Ｐ４）から出力されるマイクロ波の相互の干渉を回避できる。すなわち、本開示では、図３に示す４つの電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）～Ｔ（Ｐ４）の形状及び配置と、誘電体天板１５の形状及び４つの辺１５ａ～１５ｄの位置とを組み合わせることによって、一の電磁波放射口Ｔから放射される指向性を有するマイクロ波の進行波やその反射波が、他の電磁波放射口Ｔへ進入すること、つまり干渉することをなくし、マイクロ波の供給電力の利用効率を向上させることができる。
　以上、電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）を例に挙げたが、電磁波放射口Ｔ（Ｐ２）、Ｔ（Ｐ３）、Ｔ（Ｐ４）についても、それぞれ電磁波放射口Ｔ及び誘電体天板１５の辺１５ａ～１５ｄとの間で上記関係が成立するように配置されている。
　[Ｓ行列]
　次に、以上のように配置された４つの電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）～Ｔ（Ｐ４）に対するＳ行列の解析結果について図５を参照しながら説明する。図５は、実施形態に係る電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）～Ｔ（Ｐ４）から放射するマイクロ波の干渉度合を示すＳ行列の式の一例を示す。
　Ｓ行列において、Ｓｘｙの添え字の最初に書かれた数字ｘが出力ポート(出力先の電磁波放射口Ｔ)を示し、後の数字ｙが入力ポート(入力元の電磁波放射口Ｔ)を示す。例えばＳ１１は、電磁波放射口Ｔ（Ｐ２）～Ｔ（Ｐ４）からは何も入力せず、電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）から信号を入力したときに、電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）側へどれくらい反射して戻ってくるかという特性を示す。言い換えれば、Ｓ１１は、電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）から入力したマイクロ波の進行波（電磁界ベクトル１００）に対して電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）へ反射してくるマイクロ波の反射波（電磁界ベクトル１０１）の特性を示す。同様にＳ１２は、電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）、Ｔ（Ｐ３）、Ｔ（Ｐ４）からは何も入力せず、電磁波放射口Ｔ（Ｐ２）から信号を入力したときに、電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）側へどれくらい出力されるかという特性を示す。
　ａ１～ａ４、ｂ１～ｂ４は、電力ベクトルである。ａ１、ａ２、ａ３、ａ４は、電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）～Ｔ（Ｐ４）の４つの各ポートに入力するマイクロ波の電力ベクトルである。ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４は、電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）～Ｔ（Ｐ４）の４つの各ポートから出力されるマイクロ波の電力ベクトルである。例えばａ１は電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）から入力されるマイクロ波の電力ベクトルである。ｂ１は電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）から出力されるマイクロ波の電力ベクトルである。Ｓパラメータは複素数であり、ａ１～ａ４、ｂ１～ｂ４も複素数で表される。
　例えば、電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）から出力されるマイクロ波の電力ベクトルｂ１は、以下の式で求められる。
ｂ１＝Ｓ１１×ａ１＋Ｓ１２×ａ２＋Ｓ１３×ａ３＋Ｓ１４×ａ４
　前述したように、一つの電磁波放射口Ｔから入力したマイクロ波の一部が別の電磁波放射口Ｔから出力されることを干渉という。例えば、ｂ１の値にａ２、ａ３、ａ４の少なくともいずれかの項が含まれるとき、電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）と、電磁波放射口Ｔ（Ｐ２）～Ｔ（Ｐ４）の少なくともいずれかとの間に干渉があるといえる。よって、電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）と、電磁波放射口Ｔ（Ｐ２）～Ｔ（Ｐ４）との間に干渉がない場合、ｂ１の値にａ２、ａ３、ａ４の項は含まれない。つまり、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４が０であればｂ１＝Ｓ１１×ａ１となり、干渉はない。
　よって、図５のＳ行列の対角成分（Ｓ１１、Ｓ２２、Ｓ３３、Ｓ４４）以外のパラメータＳｉｊ（ｉ≠ｊ）が０又は０よりも小さいとき、４つの電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）～Ｔ（Ｐ４）間において干渉がないといえる。なお、電力ベクトルの２乗の絶対値がマイクロ波の電力（パワー）になる。よって、前記干渉は、Ｓパラメータの２乗でマイクロ波の供給電力の利用効率の低下に影響を及ぼす。
　したがって、電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）～Ｔ（Ｐ４）間において干渉をなくすことが供給電力の有効利用を図るために重要である。電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）～Ｔ（Ｐ４）は４回対称に配置されており、電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）～Ｔ（Ｐ４）が配置された系の対称性から図５の１行目のＳ行列は、２行目のＳ行列に示すように、対角成分の両側のＳパラメータを同一パラメータに置き替えることができる。例えば、Ｓ２１はＳ１２に置き替え、Ｓ３１はＳ１３に置き替え、Ｓ３２はＳ２３に置き替え、Ｓ４１はＳ１４に置き替え、Ｓ４２はＳ２４に置き替え、Ｓ４３はＳ３４に置き替えることができる。
　なお、Ｓ行列の対角成分のパラメータＳｉｉ（Ｓ１１、Ｓ２２、Ｓ３３、Ｓ４４）についても値が小さい方が好ましく、例えば０．２以下であることが好ましい。ただし、Ｓ行列の対角成分以外のパラメータＳｉｊよりも大きい値でもよい。その場合、チューニングして対角成分の干渉成分を小さくすることができる。
　図１のマイクロ波プラズマ処理装置１の発振器３１から８６０ＭＨｚのマイクロ波を放射したときの電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）～Ｔ（Ｐ４）の干渉のシミュレーション結果に関し、Ｓ行列の解析結果の一例を図５の３行目のＳ行列に示す。この例では、対角成分のパラメータＳｉｉ（Ｓ１１、Ｓ２２、Ｓ３３、Ｓ４４）の値が０．２よりも小さい。また、対角成分以外のパラメータＳｉｊが０．０８以下である。特に、対角成分以外のパラメータＳｉｊが０．１よりも小さい値となっており、干渉がほぼ生じていないことを示す。
　[処理容器の形状]
　次に、処理容器２の形状と干渉について説明する。処理容器２の第２部分１３の内壁は円形である。円形の処理容器２の上に矩形状の誘電体天板１５を直接配置すると、Ｓパラメータが悪化してしまい、干渉が大きくなってしまう。
　図３に示すように、電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）から放射されるマイクロ波は、大部分がその長辺に対して垂直な方向へ進行し、２つの辺１５ａ、１５ｃによって進行方向と逆方向にそれぞれ反射される。これらの辺１５ａ、１５ｃは、電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）の長辺に対して平行に設けられている。このため、電磁界ベクトル１００の反射波の指向性を示す電磁界ベクトル１０１は、進行波の指向性を示す電磁界ベクトル１００の向きと逆向きになり、電磁波放射口Ｔ（Ｐ２）、Ｔ（Ｐ４）へ向かう方向へ散乱することは殆どない。
　これに対して、誘電体天板１５の直下に円形の処理容器２（第２部分１３）を直接配置すると、誘電体天板１５の下はプラズマに接していて、誘電体天板１５の下面の近傍（例えば数１０ｍｍ）は比較的大きい電磁波が存在する。円形の処理容器２の内壁は、電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）の長辺に対して平行に設けられていない。このため、誘電体天板１５の直下又はその近傍にて伝播するマイクロ波が円形の処理容器２の内壁によって反射する際、反射波が進行する方向が進行波に対して必ずしも逆方向にならず、様々な方向に反射する電磁界ベクトルが生じる。この様々な方向に反射する電磁界ベクトルは干渉を生じさせる。
　そこで、誘電体天板１５の直下には誘電体天板１５と同じ直方体又はそれよりも小さい相似形の直方体である処理容器２の第１部分１２を設ける。これにより、誘電体天板１５の直下又はその近傍にて伝播するマイクロ波の大部分が進行波に対して逆方向に反射され、反射波の指向性を示す電磁界ベクトル１０１は進行波の指向性を示す電磁界ベクトル１００の逆向きになる。これにより、他の電磁波放射口Ｔへ向かう方向へマイクロ波が散乱し、干渉を起こすことを防止できる。
　誘電体天板１５の直下である処理容器２の第１部分１２の厚さは、２０ｍｍ以上であることが好ましい。つまり、プラズマが電磁界ベクトルを吸収する誘電体天板１５の直下から２０ｍｍ程度の高さまで処理容器２を直方体の形状にする。
　図６は、実施形態に係る処理容器２の第１部分１２の厚さとマイクロ波の干渉の関係の一例を示すシミュレーション結果のグラフである。図６の横軸は第１部分１２の厚さＥ（図２Ｂの第１部分１２を参照）を示し、縦軸はＳパラメータを示す。Ｓ１１は電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）、Ｓ２１は電磁波放射口Ｔ（Ｐ２）、Ｓ３１は電磁波放射口Ｔ（Ｐ３）、Ｓ４１は電磁波放射口Ｔ（Ｐ４）に対応するＳパラメータである。
　シミュレーション結果から、第１部分１２の厚さＥが２０ｍｍ未満では、第１部分１２の厚さが薄くなるほどＳ１１、Ｓ２１、Ｓ３１、Ｓ４１の値が大きくなることがわかる。第１部分１２の厚さが２０ｍｍ以上では、Ｓ２１、Ｓ３１、Ｓ４１の値が０．１よりも小さく約０．０５程度であり、Ｓ１１の値も０．２程度である。以上から、誘電体天板１５の直下の第１部分１２の厚さを２０ｍｍ以上にすることで、電磁波放射口Ｔ間の干渉をほぼなくすことができることがわかる。
　一方、処理容器２の第２部分１３には電界はほとんど存在しない。このため、処理容器２の第２部分１３は直方体にしなくてよい。処理容器２の第２部分１３では基板Ｗにプラズマ処理が施される。よって、基板Ｗ上に均一な処理が行われるようにガス流れ等の対称性及びプラズマの制御性を考慮すると、処理容器２の第２部分１３の内壁は、基板Ｗと同じ円形であって、基板Ｗに対して同心円状に配置されることが好ましい。ただし、平面視の第２部分１３の内壁は円形でなくてもよく、例えば第１部分１２と同じ方形でもよい。
　[誘電体天板の厚さ]
　本開示のマイクロ波プラズマ処理装置１では、位相が制御された４つの電磁波を、４つの電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）～Ｔ（Ｐ４）から同時に入射し、誘電体天板１５内で４つのマイクロ波を合成する。よって、誘電体天板１５の厚さによってもＳパラメータが変化し、電磁波放射口Ｔ間の干渉の有無に関係する。
　図７は、実施形態に係る誘電体天板１５の厚さとマイクロ波の干渉の関係の一例を示すシミュレーション結果のグラフである。図１のマイクロ波プラズマ処理装置１の発振器３１から８６０ＭＨｚのマイクロ波を放射したときのシミュレーション結果であり、図７の横軸は誘電体天板１５の厚さＤ（図２Ａ参照）を示し、縦軸はＳパラメータを示す。
　Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１、Ｓ４１のすべてのＳパラメータの値が小さい厚さＤは、干渉がほとんど生じない誘電体天板１５の厚さである。図７のシミュレーション結果から、干渉が生じないために適切な誘電体天板１５の厚さＤは、電磁波放射口Ｔから入射する入射電磁波（マイクロ波）の実効波長λｇ／２±λｇ／２０となる。なお、実効波長λｇは以下の式（１）から求められる。
λｇ＝λ０／√εｒ・・・（１）
　上記式（１）において自由空間波長をλ０とし、誘電体天板１５の比誘電率をεｒとする。自由空間波長λ０は、自由空間の中に比誘電率が１の誘電体を配置したときの入射電磁波の波長である。式（１）から入射電磁波の実効波長λｇは、誘電体天板１５に比誘電率εｒが９．８のアルミナを用いた場合、約５０ｍｍ～約６２ｍｍとなる。つまり、誘電体天板１５の厚さＤがλｇ／２±λｇ／２０となる約５０ｍｍ～約６２ｍｍの範囲であれば干渉がほとんどなく、５６ｍｍが最も干渉がなく好ましい結果となっている。
　また、グラフに示すシミュレーション結果から、Ｓ１１に対応する電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）とＳ３１に対応する電磁波放射口Ｔ（Ｐ３）とは長辺方向が平行に配置されているため干渉し易いことがわかる。これに対して、Ｓ２１に対応する電磁波放射口Ｔ（Ｐ２）及びＳ４１に対応する電磁波放射口Ｔ（Ｐ４）は、電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）及び位置的に同様に扱える電磁波放射口Ｔ（Ｐ３）と干渉し難く、誘電体天板１５の厚さＤの値に関わらずＳ２１及びＳ４１は０．１以下となっている。よって、干渉が生じないように誘電体天板１５の厚さＤを決定することが重要になる。つまり、誘電体天板１５の厚さＤは、Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１、Ｓ４１のすべてのＳパラメータの値が小さい厚さ、すなわち、マイクロ波の実効波長λｇに対してλｇ／２±λｇ／２０の範囲が好ましい。
　図８は、実施形態に係る電磁波放射口Ｔの長さ及び誘電体天板１５の厚さとマイクロ波の干渉の関係の一例を示すシミュレーション結果のグラフである。シミュレーション条件は、図７の結果を得るためのシミュレーション条件と同じであり、図８（ａ）～（ｃ）に示すように電磁波放射口Ｔ（図８ではスロットと表記）の長辺方向の長さのみ変化させた。図７と同様に図８（ａ）～（ｃ）の横軸は誘電体天板１５の厚さＤを示し、縦軸はＳパラメータを示す。
　この結果、Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１、Ｓ４１のすべてのＳパラメータの値が小さい厚さＤは、電磁波放射口Ｔ（スロット）の長辺方向の長さが、（ａ）６０ｍｍ、（ｂ）７０ｍｍ、（ｃ）８０ｍｍのいずれも約５０ｍｍ～約６２ｍｍであった。つまり、干渉が生じないために適切な誘電体天板１５の厚さＤは、電磁波放射口Ｔ（スロット）の長辺方向の長さに依存しないことがわかる。
　［プラズマ中の電界分布］
　図９を用いて、プラズマ中の電界分布の制御の一例について説明する。図９は、各電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）～Ｔ（Ｐ４）からそれぞれ５００Ｗのマイクロ波を放射したときの誘電体天板１５の下面のプラズマにおける電界分布を示す。図９は、各電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）～Ｔ（Ｐ４）に入力されるマイクロ波の位相を変化させたときに作られる誘電体天板１５の下面における電界パターンの一例である。
　プラズマ中の電界分布は、この電界分布と同様の傾向の分布を示す。ただし、プラズマ中の電界分布は、誘電体天板１５の下面における電界分布に拘束されながら拡散分布により広がるので、誘電体天板１５の下面の電界分布よりは均一な分布となる。
　図９（ａ）～（ｄ）のＰ１～Ｐ４に示すように、各電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）～Ｔ（Ｐ４）に入力するマイクロ波の位相を変化させる。これにより、図９に点線の円で示すウエハ上のプラズマ中の電界を中心側（図９（ｂ））、外周側（図９（ｃ））、中間位置（図９（ａ）、図９（ｄ））に集中させるように制御できる。例えば、図９（ｂ）では、電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）、Ｔ（Ｐ２）、Ｔ（Ｐ３）、Ｔ（Ｐ４）のそれぞれから入射するマイクロ波の位相を０°、１８０°、０°、１８０°に制御することで、ウエハ上のプラズマ中の電界を中心側に集中させることができる。
　以上から、各電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）～Ｔ（Ｐ４）にそれぞれ繋がる各位相器３２により各電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）～Ｔ（Ｐ４）から放射するマイクロ波の位相を自在に変化させ、最適化する。これにより、様々なプロセス条件において均一なプラズマを生成することができる。
　また、図９（ａ）～（ｄ）を一例とする電界分布のシミュレーション結果を、多数のプロセス条件に応じて予め収集し、制御部５０が有する記憶部５２に記憶しておく。これにより、実際のプロセスにおいて、制御部５０が、記憶部５２を参照して各電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）～Ｔ（Ｐ４）から入射するマイクロ波の位相を自在に変化させ、最適化する。このとき、制御部５０は、電界分布のシミュレーション結果を組み合わせるように電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）～Ｔ（Ｐ４）から入射するマイクロ波の位相制御を行うことで所望のプラズマ中の電界分布を得ることができる。更に、プラズマ中の電界分布をセンサで監視し、プラズマ中の電界分布のデータを入力データとして機械学習させてリアルタイムに各電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）～Ｔ（Ｐ４）の位相制御にフィードバックしてもよい。
　［プラズマ処理方法］
　図１０は、実施形態に係るプラズマ処理方法ＳＴ１の一例を示すフローチャートである。プラズマ処理方法ＳＴ１が開始される前にプラズマ中の電界分布と電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）～Ｔ（Ｐ４）の各ポートの位相と、を対応付けたテーブルを記憶部５２に記憶しておく。
　本処理が開始されると、制御部５０は、記憶部５２に記憶したテーブルを参照し（ステップＳ１）、所望のプラズマ中の電界分布を得られる電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）～Ｔ（Ｐ４）の各ポートの位相制御を特定する（ステップＳ２）。次に、制御部５０は、各ポートから出力するマイクロ波の位相を、各位相器３２を用いて特定した各ポートの位相になるように制御する（ステップＳ３）。その後、本処理を終了する。
　なお、図９の電界分布を中心側に集中させてから外周側に集中される等の組み合わせの制御を行うために、ステップＳ２、Ｓ３を繰り返し行ってもよい。これにより、電磁波放射口Ｔ（Ｐ１）～Ｔ（Ｐ４）の位相制御を連続的に行うことで所望のプラズマ中の電界分布を得ることができる。
　以上に説明したように、本実施形態のプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法によれば、複数の電磁波放射口から放射される電磁波の各電磁波放射口への干渉をなくすことができる。
　今回開示された実施形態に係るプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
　本願は、日本特許庁に２０２１年３月２６日に出願された基礎出願２０２１－０５３３１１号の優先権を主張するものであり、その全内容を参照によりここに援用する。
１　　　　　マイクロ波プラズマ処理装置
２　　　　　処理容器
３　　　　　マイクロ波導入装置
１１　　　　導体板
１２　　　　処理容器の第１部分
１３　　　　処理容器の第２部分
１５　　　　誘電体天板
３０　　　　マイクロ波ユニット
３２　　　　位相器
５０　　　　制御部
Ｔ　　　　　電磁波放射口

Claims (13)

  1. 　被処理基板に対してプラズマ処理が実行されるように構成された処理容器と、
    　平面視で四角形であり、前記処理容器の上部開口を閉塞するように設けられた誘電体天板と、
    　前記誘電体天板を支持し、前記誘電体天板へ電磁波を放射する電磁波放射口を有する導体板と、を有し、
    　前記電磁波放射口は、平面視で長辺と短辺とを有する長方形であり、前記電磁波放射口は４つ存在し、
    　４つの前記電磁波放射口の前記長辺が、前記四角形を構成する前記誘電体天板の４つの辺のうち最も近接する辺と各々平行であり、かつ、前記長辺が同一方向にある前記電磁波放射口の長辺同士が前記同一方向において重ならないように配置される、プラズマ処理装置。
  2. 　４つの前記電磁波放射口には、それぞれ位相器を介して発振器から電磁波が導波される、
    　請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 　前記処理容器の平面視の内壁形状は、前記誘電体天板の直下の第１部分と前記第１部分の下の第２部分とで異なる、
    　請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 　前記処理容器の平面視の前記内壁形状は、前記第１部分が四角形であり、前記第２部分が円形である、
    　請求項３に記載のプラズマ処理装置。
  5. 　前記第１部分の厚さは、２０ｍｍ以上である、
    　請求項３又は４に記載のプラズマ処理装置。
  6. 　前記第１部分の平面視の内壁形状は、前記誘電体天板の平面視の形状と同じであり、前記誘電体天板の平面視の大きさと同じ又は小さい、
    　請求項３～５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  7. 　前記誘電体天板の厚さは、前記電磁波放射口から入射する電磁波の実効波長λｇに対してλｇ／２±λｇ／２０の範囲である、
    　請求項１～６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  8. 　４つの前記電磁波放射口の内隣り合う電磁波放射口の長辺方向は互いに垂直である、
    　請求項１～７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  9. 　４つの前記電磁波放射口から位相が制御された４つの電磁波を同時に入射し、前記誘電体天板の内部にて前記４つの電磁波を合成する、
    　請求項１～８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  10. 　４つの前記電磁波放射口は、同一形状である、
    　請求項１～９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  11. 　４つの前記電磁波放射口の短辺方向に対する長辺方向の長さの比率は、３．５～４．０である、
    　請求項１～１０のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  12. 　被処理基板に対してプラズマ処理が実行されるように構成された処理容器と、平面視で四角形であり、前記処理容器の上部開口を閉塞するように設けられた誘電体天板と、前記誘電体天板を支持し、前記誘電体天板へ電磁波を放射する電磁波放射口を有する導体板とを有するプラズマ処理装置において被処理基板をプラズマ処理する方法であって、
    　前記電磁波放射口は平面視で長辺と短辺とを有する長方形であり、前記電磁波放射口は４つ存在し、４つの前記電磁波放射口の前記長辺が、前記四角形を構成する前記誘電体天板の４つの辺のうち最も近接する辺と各々平行であり、かつ、前記長辺が同一方向にある前記電磁波放射口の長辺同士が前記同一方向において重ならないように配置されたプラズマ処理装置において、
    　前記処理容器内に被処理基板を準備する工程と、
    　４つの前記電磁波放射口から放射する電磁波の位相を制御する工程と、
    　前記４つの前記電磁波放射口から放射される電磁波により生成されたプラズマによって被処理基板を処理する工程と、
    　を含む工程を実行するプラズマ処理方法。
  13. 　前記位相を制御する工程は、
    　４つの前記電磁波放射口から放射する電磁波の位相とプラズマ中の電界分布との関係を示す情報を予め記憶した記憶部を参照して、４つの前記電磁波放射口から放射する電磁波の位相を制御する、
    　請求項１２に記載のプラズマ処理方法。
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