プラズマ処理装置
【課題】 スタブ導波管を備えたスロットアンテナ方式のマイクロ波プラズマ処理装置において、スタブ導波管の直下の電界強度を高めることにより、スロットアンテナ付近の電界分布を効果的に調節し、スロットアンテナ全体に均一な電界分布を形成させる。
【解決手段】 プラズマ処理装置１００は、偏平導波管を構成する平面アンテナ板３１の上に形成される電界分布を調整する第２の導波管としてのスタブ４３Ａを備えている。スタブ４３Ａは、導電性のカバー部材３４に設けられている。スタブ４３Ａは、平面アンテナ板３１の最外周に配列されたスロット対を構成するスロット３２と上下に重なるように配置されている。透過板２８の下面には、スタブ４３Ａと上下に重なるように環状溝２８ｂが設けられている。
【解決手段】 プラズマ処理装置１００は、偏平導波管を構成する平面アンテナ板３１の上に形成される電界分布を調整する第２の導波管としてのスタブ４３Ａを備えている。スタブ４３Ａは、導電性のカバー部材３４に設けられている。スタブ４３Ａは、平面アンテナ板３１の最外周に配列されたスロット対を構成するスロット３２と上下に重なるように配置されている。透過板２８の下面には、スタブ４３Ａと上下に重なるように環状溝２８ｂが設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のスロットを有する平面アンテナにより処理容器内にマイクロ波を導くことにより発生させたプラズマによって被処理体を処理するプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハなどの被処理体に対し、酸化処理や窒化処理などのプラズマ処理を行うプラズマ処理装置として、スロットアンテナを用い、処理容器内に例えば周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導入してプラズマを生成させる方式のプラズマ処理装置が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２）。このようなマイクロ波プラズマ処理装置では、高いプラズマ密度を持つプラズマを生成させることにより、処理容器内で表面波プラズマを形成することが可能である。
【０００３】
上記スロットアンテナ方式のプラズマ処理装置では、同一仕様の装置を同一の条件で稼動させても、装置間でプラズマ分布に多少の差が生じる。また、プラズマ処理装置で行なわれる処理の条件を変更しようとすると、処理容器内でのプラズマが不安定または不均一になりやすい。変更後の条件でプラズマを安定化させるには、スロットアンテナのスロットの配置や形状を変更しなければならず、プロセス毎に大掛かりな装置改変が必要になってしまうという問題があった。また、特に大型の半導体ウエハなどの基板を処理する場合に、処理容器内でプラズマが不安定または不均一になると、基板の面内で処理結果に不均一が生じやすくなる。
【０００４】
特許文献３では、電子サイクロトロン共振（ＥＣＲ）方式のマイクロ波プラズマ処理装置においてマイクロ波電力をプラズマ形成部の周辺近傍に均一に分布させる目的で、マイクロ波電源に結合された同軸線に沿って所定間隔でスタブを配設する提案がなされている。また、特許文献４では、１００ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚの高周波電力を用いるプラズマ処理装置において、放射状のロッドを有するアンテナ容器の上面に、このアンテナ容器の上面とロッドとの間で容量を形成しかつ共振状態を作るスタブを配置する技術が提案されている。
【０００５】
また、特許文献５および特許文献６では、マイクロ波プラズマ処理装置において、低い圧力から高い圧力に亘って安定したプラズマを生成させる目的で、マイクロ波透過板の下面にテーパ状の凸部または凹部を設け、プラズマ生成条件に応じた最適な共振領域を形成させるようにした技術が提案されている。さらに、特許文献７では、プラズマ中のイオン分布を制御して面内均一性の高いプラズマ処理を実現する目的で、マイクロ波透過板のマイクロ波透過面の被処理体の周縁部に対応する部分に凹凸状部を設け、マイクロ波透過板内の半径方向に定在波が形成されることを抑制する技術が提案されている。
【０００６】
本発明者らは、スロットアンテナ方式のマイクロ波プラズマ処理装置において、プラズマ処理を均一に行う目的で、スロットアンテナ全体に均一な電界分布を形成させてプラズマを均一化するために、スロットアンテナにおける電界分布を調節するスタブ導波管を設けることを提案した（特願２００７−２５４２７０号）。この特願２００７−２５４２７０号で提案されたスタブ導波管による電界分布の調節機能を十分効果的に発揮させるには、スタブ導波管の直下の電界を十分に強くしておくことが有効であると考えられる。しかし、特願２００７−２５４２７０号では、スタブ導波管の直下の電界強度を高めるための方法について検討されておらず、改良の余地が残されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２６０５９４号公報
【特許文献２】特開２００１−２２３１７１号公報
【特許文献３】特表２０００−５１４５９５号公報
【特許文献４】特開平１１−２９７４９４号公報
【特許文献５】特開２００５−１００９３１号公報
【特許文献６】特開２００８−１８２１０２号公報
【特許文献７】特開２００８−３１１４３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、スタブ導波管を備えたスロットアンテナ方式のマイクロ波プラズマ処理装置において、スタブ導波管の直下の電界強度を高めることによりスロットアンテナ付近の電界分布を効果的に調節し、スロットアンテナ全体に均一な電界分布を形成させることであり、さらにこれをもって当該プラズマ処理装置内で生成するプラズマを均一化し、処理の均一性を高めることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るプラズマ処理装置は、
被処理体を収容する真空引き可能な処理容器と、
被処理体を支持する支持面を有し、前記処理容器内で被処理体を載置する載置台と、
前記載置台の支持面に対して向かい合う対向面を有し、前記処理容器の上部の開口に気密に装着されてプラズマ発生用のマイクロ波を透過させる透過板と、
導電性材料からなる平板状基材を貫通して形成された複数のスロットを有して前記透過板よりも上方に配置され、マイクロ波を前記処理容器内に導入する平面アンテナと、
前記平面アンテナを上方から覆う導電性のカバー部材と、
前記導電性のカバー部材の中央部を貫通して設けられ、マイクロ波発生源からのマイクロ波を前記平面アンテナへ供給する第１の導波管と、
前記第１の導波管の周囲に配置され、前記平板状基材の上面に対して直交する方向に導波路を形成して前記平面アンテナにおける電界分布を調節する第２の導波管と、
を備え、
前記透過板の前記対向面において、前記第２の導波管と上下に重なり合う径方向の位置に、前記対向面の中央部分よりも前記載置台の支持面との距離が遠くなる凹部を設けている。
【００１０】
本発明のプラズマ処理装置において、前記凹部は、前記載置台との対向面に形成された環状の溝であり、該環状の溝の周方向における少なくとも一部分において、前記第２の導波管と上下に重なることが好ましい。
【００１１】
また、本発明のプラズマ処理装置において、前記第２の導波管は、前記導電性のカバー部材に装着された導電性の中空状部材を有しており、該中空状部材は前記第２の導波管の導波路の少なくとも一部分を構成していることが好ましい。
【００１２】
また、本発明のプラズマ処理装置において、前記導電性のカバー部材は、前記平板状基材の上面に対して直交する方向に貫通した貫通開口部を有しており、該貫通開口部は前記第２の導波管の導波路の少なくとも一部分を構成していることが好ましい。
【００１３】
また、本発明のプラズマ処理装置において、前記第２の導波管の上端部が閉塞されていることが好ましい。この場合、前記第２の導波管は、導波路の長さを可変に調整する可動体を有していることが好ましい。
【００１４】
また、本発明のプラズマ処理装置において、前記導電性のカバー部材は、前記平板状基材の上面側に向けて開口する非貫通の開口部を有しており、該非貫通の開口部は前記第２の導波管の導波路を構成していることが好ましい。
【００１５】
また、本発明のプラズマ処理装置において、前記凹部は、前記載置台の支持面に対して平行な第１の壁面と、前記第１の壁面を間に挟むように、前記透過板の径方向において内側に形成された第２の壁面および外側に形成された第３の壁面を有しており、該第３の壁面と前記対向面との境界が、前記カバー部材の径方向における前記第２の導波管の外周側の端部と上下に一致することが好ましい。
【００１６】
また、本発明のプラズマ処理装置において、前記第２の導波管が、少なくとも一つの前記スロットの上方に配置されていることが好ましい。
【００１７】
また、本発明のプラズマ処理装置において、前記スロットが、前記平板状基材においてスロット対をなして同心円状に配列されており、前記第２の導波管が、前記スロット対のうちの少なくとも一方のスロットの上方に配置されていることが好ましい。
【００１８】
また、本発明のプラズマ処理装置において、前記スロットが、前記平板状基材においてスロット対をなして同心円状に配列されており、前記第２の導波管が、最外周のスロット対のうちの径方向に外側のスロットの開口の中心の上方に配置されていてもよいし、あるいは、最外周のスロット対のうちの径方向に内側のスロットの開口の中心の上方に配置されていてもよい。これらの場合において、前記第２の導波管の中心が、前記スロットの開口の中心を結ぶ円弧上に位置することが好ましく、さらに、前記第２の導波管の中心が、前記スロットの開口の中心に重なるように位置することがより好ましい。
【００１９】
また、本発明のプラズマ処理装置において、前記第２の導波管と前記スロットの開口全体とが、上下に重なるように位置することが好ましい。
【００２０】
また、本発明のプラズマ処理装置において、前記平面アンテナの上に、前記平面アンテナへ供給されるマイクロ波の波長を調整する遅波板をさらに備えていてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、複数のスロットを有する平面アンテナを備えたプラズマ処理装置において、平面アンテナの上面に対して直交する方向に導波路を形成して平面アンテナにおける電界分布を調節する第２の導波管を設けるとともに、該第２の導波管と上下に重なり合う位置で透過板の下面（載置台の支持面に向かい合う対向面）に凹部を設けたので、第２の導波管の下方の電界を強めて第２の導波管による電界強度の調節を効果的に行い、平面アンテナにおける電界強度を均一化することができる。その結果、処理容器内でプラズマを安定して生成できるとともに、プラズマ分布を均一にすることができる。従って、被処理体が大型基板である場合でも面内において均一な処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１のプラズマ処理装置における平面アンテナ板の構造を示す図面である。
【図３】図１のプラズマ処理装置の制御系統の概略構成を示すブロック図である。
【図４】図１の要部を拡大した断面図である。
【図５】透過板の断面図である。
【図６】透過板の下面の構造を示す図面である。
【図７】環状溝とスロットとスタブとの位置関係を説明する図面である。
【図８】スタブの構成例を示すプラズマ処理装置の要部断面図である。
【図９】スタブの別の構成例を示すプラズマ処理装置の要部断面図である。
【図１０】スタブのさらに別の構成例を示すプラズマ処理装置の要部断面図である。
【図１１】スタブの他の構成例を示すプラズマ処理装置の要部断面図である。
【図１２】スタブのさらに他の構成例を示すプラズマ処理装置の要部断面図である。
【図１３】スロットおよび環状溝に対するスタブの配置位置を説明する図面である。
【図１４】スロットおよび環状溝に対するスタブの配置位置の別の例を説明する図面である。
【図１５】スロットおよび環状溝に対するスタブの配置位置のさらに別の例を説明する図面である。
【図１６】平面アンテナ板に対するスタブの配置個数を説明する図面である。
【図１７】平面アンテナ板に対するスタブの配置個数の別の例を説明する図面である。
【図１８】平面アンテナ板に対するスタブの配置個数のさらに別の例を説明する図面である。
【図１９】平面アンテナ板に対するスタブの配置例を説明する図面である。
【図２０】平面アンテナ板に対するスタブの配置の別の例を説明する図面である。
【図２１】平面アンテナ板に対するスタブの配置のさらに別の例を説明する図面である。
【図２２】プラズマ処理装置におけるスタブとスロットと環状溝の位置関係を示す平面図である。
【図２３】シミュレーション実験の結果を示す図である。
【図２４】成膜実験の結果を示す図である。
【図２５】スロットおよび環状溝に対するスタブの配置位置の変形例を説明する図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置１００の概略構成を模式的に示す断面図である。図２は、図１のプラズマ処理装置１００の平面アンテナを示す平面図である。図３は、図１のプラズマ処理装置１００における制御系統の概略構成例を示す図面である。
【００２４】
プラズマ処理装置１００は、複数のスロット状の孔を有する平面アンテナ、特にＲＬＳＡ（Ｒａｄｉａｌ Ｌｉｎｅ Ｓｌｏｔ Ａｎｔｅｎｎａ；ラジアルラインスロットアンテナ）にて処理容器内にマイクロ波を導入してプラズマを発生させることにより、高密度かつ低電子温度のマイクロ波励起プラズマを発生させ得るプラズマ処理装置として構成されている。プラズマ処理装置１００では、１×１０１０〜５×１０１２／ｃｍ３のプラズマ密度で、かつ０．７〜２ｅＶの低電子温度を有するプラズマによる処理が可能である。従って、プラズマ処理装置１００は、各種半導体装置の製造過程において好適に利用できるものである。
【００２５】
プラズマ処理装置１００は、主要な構成として、気密に構成された処理容器１と、処理容器１内にガスを供給するガス供給装置１８と、処理容器１内を減圧排気するための排気機構としての排気装置２４と、処理容器１の上部に設けられ、処理容器１内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入機構２７と、これらプラズマ処理装置１００の各構成部を制御する制御手段としての制御部５０と、を備えている。なお、ガス供給装置１８、排気装置２４およびマイクロ波導入機構２７は、処理容器１内でプラズマを生成させるプラズマ生成手段を構成している。
【００２６】
処理容器１は、容器本体１Ａと、後述する排気容器１１およびプレート１３を有している。容器本体１Ａは、接地された略円筒状の容器である。なお、容器本体１Ａは角筒形状に形成してもよい。容器本体１Ａは、アルミニウム等の材質からなり、底壁１ａと側壁１ｂとを有している。
【００２７】
処理容器１の内部は、被処理体であるシリコンウエハ（以下、単に「ウエハ」と記す）Ｗを水平に支持するための載置台２が設けられている。載置台２は、熱伝導性の高い材質例えばＡｌＮ等のセラミックスにより構成されている。この載置台２は、排気容器１１の底部中央から上方に延びる円筒状の支持部材３により支持されている。支持部材３は、例えばＡｌＮ等のセラミックスにより構成されている。
【００２８】
また、載置台２には、その表面全域を覆うカバー４ａが設けられている。カバー４ａは、例えば石英、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＮ等の材質で形成されている。カバー４ａの上面は、ウエハＷを支持する支持面２ａとなっている。この支持面２ａには、ウエハＷの位置決めを行うためのガイド４ｂが設けられている。ガイド４ｂは、例えば石英、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＮ等の材質で形成された環状部材である。なお、カバー４ａを設けない場合は、載置台２の上面が支持面２ａとなる。
【００２９】
また、載置台２には、温度調節機構としての抵抗加熱型のヒータ５が埋め込まれている。このヒータ５は、ヒータ電源５ａから給電されることにより載置台２を加熱して、その熱で被処理基板であるウエハＷを均一に加熱する。
【００３０】
また、載置台２には、熱電対（ＴＣ）６が配備されている。この熱電対６によって温度計測を行うことにより、ウエハＷの冷却もしくは加熱温度を例えば室温から９００℃までの範囲で制御可能となっている。
【００３１】
また、載置台２には、ウエハＷを支持して昇降させるためのウエハ支持ピン（図示せず）が設けられている。各ウエハ支持ピンは、載置台２の支持面２ａに対して突没可能に設けられている。
【００３２】
容器本体１Ａの内周には、石英からなる円筒状のライナー７が設けられている。また、載置台２の外周側には、処理容器１内を均一排気するため、多数の排気孔８ａを有する石英製のバッフルプレート８が環状に設けられている。このバッフルプレート８は、複数の支柱９により支持されている。
【００３３】
容器本体１Ａの底壁１ａの略中央部には、円形の開口部１０が形成されている。底壁１ａにはこの開口部１０と連通し、下方に向けて突出する排気容器１１が設けられている。この排気容器１１には、排気管１２が接続されており、この排気管１２を介して排気装置２４に接続されている。
【００３４】
容器本体１Ａの上端には、処理容器１を開閉させる蓋体（リッド）としての機能を有し、開口部が形成された金属製のプレート１３が配置されている。プレート１３の内周下部は、内側（処理容器内空間）へ向けて突出し、環状の支持部１３ａを形成している。
【００３５】
容器本体１Ａの側壁１ｂには、環状をなすガス導入部１５が設けられている。このガス導入部１５は、図示しない配管を介して酸素含有ガスやプラズマ励起用ガスを供給するガス供給装置１８に接続されている。なお、ガス導入部１５はノズル状またはシャワー状に設けてもよい。
【００３６】
また、容器本体１Ａの側壁１ｂには、プラズマ処理装置１００と、これに隣接する搬送室（図示せず）との間でウエハＷの搬入出を行うための搬入出口１６と、この搬入出口１６を開閉するゲートバルブ１７とが設けられている。
【００３７】
ガス供給装置１８は、例えばプラズマ形成用のＡｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｈｅ等の希ガスや、酸化処理における酸素ガス、窒化処理における窒素ガスなどの処理ガス、ＣＶＤ処理における原料ガス、さらに、処理容器内雰囲気を置換する際に用いるＮ２、Ａｒ等のパージガス、処理容器１内をクリーニングする際に用いるＣｌＦ３、ＮＦ３等のクリーニングガス等を供給するガス供給源（図示せず）を有している。各ガス供給源は、図示しないマスフローコントローラおよび開閉バルブを備え、供給されるガスの切替えや流量等の制御が出来るようになっている。
【００３８】
排気装置２４は、例えばターボ分子ポンプなどの高速真空ポンプを備えている。前記のように、排気装置２４は、排気管１２を介して処理容器１の排気容器１１に接続されている。処理容器１内のガスは、排気容器１１内の空間１１ａへ均一に流れ、さらに空間１１ａから排気装置２４を作動させることにより、排気管１２を介して外部へ排気される。これにより、処理容器１内を例えば０．１３３Ｐａまで高速に減圧することが可能となっている。
【００３９】
次に、マイクロ波導入機構２７の構成について説明する。マイクロ波導入機構２７は、主要な構成として、透過板２８、平面アンテナ板３１、遅波板３３、導電性のカバー部材３４、第１の導波管としての導波管３７、マッチング回路３８およびマイクロ波発生装置３９を備えている。また、本実施の形態に係るプラズマ処理装置１００においては、マイクロ波導入機構２７に、平面アンテナ板３１とカバー部材３４とによって形成される偏平導波管内の電界分布を調整する第２の導波管としてのスタブ４３Ａを少なくとも１個以上（図１では２個を例示）備えている。
【００４０】
透過板２８は、処理容器１の上部の開口部に気密に装着されてプラズマ発生用のマイクロ波を透過させる。具体的には、透過板２８は、プレート１３において内周側に張り出した支持部１３ａ上に配備されている。透過板２８は、誘電体、例えば石英やＡｌ２Ｏ３、ＡｌＮ等のセラミックスから構成されている。この透過板２８と支持部１３ａとの間は、シール部材２９を介して気密にシールされている。したがって、処理容器１内は気密に保持される。
【００４１】
透過板２８は、載置台２の支持面２ａと対向する対向面２８ａを有している。この対向面２８ａは、凹部としての環状溝２８ｂを有している。透過板２８の詳細な構造については、後述する。
【００４２】
平面アンテナ板３１は、透過板２８の上方において、載置台２と平行に設けられている。平面アンテナ板３１は、円板状をなしている。なお、平面アンテナ板３１の形状は、円板状に限らず、例えば四角板状でもよい。この平面アンテナ板３１は、プレート１３の上端に係止されている。
【００４３】
平面アンテナ板３１は、例えば図２に示したように、基材３１ａと、この基材３１ａにおいて所定のパターンで貫通して形成された多数のスロット３２とを有している。基材３１ａは、例えば表面が金または銀メッキされた銅板またはアルミニウム板により構成されている。個々のスロット３２は、細長い形状をなしている。また、スロット３２は、その長手方向が異なるように配置された二つのスロット３２が対をなして同心円状に配列されている。すなわち、基材３１ａの径方向に対してその長手方向が所定の第１の角度をなすスロット３２ａと、その長手方向が所定の第２の角度をなすスロット３２ｂとが１組になって対をなし、さらに複数のスロット対が基材３１ａの周方向に同心円状に１列以上、好ましくは複数の列をなして配置されている。図２においては、同心円状に形成された隣接するスロット対どうしの間隔をΔｒで示している。なお、間隔Δｒは、スロット対の配置により適宜調整することができる。
【００４４】
なお、図２に示した平面アンテナ板３１のスロット３２の配置や個数、配置間隔、配置角度などは、あくまでも例示である。スロット３２の長さや配列間隔は、マイクロ波の波長（λｇ）に応じて決定することができる。例えば、スロット３２の間隔は、波長がλｇ／４からλｇとなるように配置することが好ましい。なお、スロット３２の形状は、円形状、円弧状等の他の形状であってもよい。さらに、スロット３２の配置形態は特に限定されず、同心円状のほか、例えば、螺旋状、放射状等に配置することもできる。なお、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどのフラットパネルディスプレイ用の基板を処理対象とする場合には、複数のスロットを直線状や四角い螺旋状に配列することもできる。
【００４５】
偏平導波管を構成する平面アンテナ板３１とカバー部材３４との間には、真空よりも大きい誘電率を有する材料からなる遅波板３３が設けられている。遅波板３３は平面アンテナ板３１を覆うように配置されている。遅波板３３の材料としては、例えば、石英、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、ポリイミド樹脂などを挙げることができる。この遅波板３３は、真空中ではマイクロ波の波長が長くなることから、マイクロ波の波長を短くしてプラズマを調整する機能を有している。
【００４６】
なお、平面アンテナ板３１と透過板２８との間、また、遅波板３３と平面アンテナ板３１との間は、それぞれ接触させても離間させてもよいが、接触させることが好ましい。
【００４７】
処理容器１の上部には、これら平面アンテナ板３１および遅波板３３を覆うように、導波路を形成する機能も有するカバー部材３４が設けられている。カバー部材３４は、例えばアルミニウムやステンレス鋼等の金属材料によって形成されている。プレート１３の上端とカバー部材３４とは、マイクロ波が外部へ漏えいしないように導電性を有するスパイラルシールドリングなどのシール部材３５によりシールされている。また、カバー部材３４には、冷却水流路３４ａが形成されている。この冷却水流路３４ａに冷却水を通流させることにより、カバー部材３４、遅波板３３、平面アンテナ板３１および透過板２８を冷却できるようになっている。この冷却機構により、カバー部材３４、遅波板３３、平面アンテナ板３１、透過板２８およびプレート１３がプラズマの熱により変形・破損することが防止される。
【００４８】
カバー部材３４の上壁（天井部）の中央には、開口部３６が形成されており、この開口部３６を貫通して導波管３７の下端が挿入されている。導波管３７の他端側には、マッチング回路３８を介してマイクロ波を発生するマイクロ波発生装置３９が接続されている。この導波管３７は、本発明における「第１の導波管」である。
【００４９】
導波管３７は、上記カバー部材３４の開口部３６から上方へ延出する断面円形状の同軸導波管３７ａと、この同軸導波管３７ａの上端部にモード変換器４０を介して接続された水平方向に延びる矩形導波管３７ｂとを有している。モード変換器４０は、矩形導波管３７ｂ内をＴＥモードで伝搬するマイクロ波をＴＥＭモードに変換する機能を有している。
【００５０】
同軸導波管３７ａの中心には内導体４１が延在している。この内導体４１は、その下端部において平面アンテナ板３１の中心に接続固定されている。このような構造により、マイクロ波は、同軸導波管３７ａの内導体４１を介して偏平導波管の一部分を構成する平面アンテナ板３１へ放射状に効率よく均一に伝搬される。
【００５１】
スタブ４３Ａは、平板状基材である基材３１ａの上面に対して直交する方向に導波路を形成する「第２の導波管」である。スタブ４３Ａは、水平断面が矩形をなす中空管状部材４３ａを備えた方形導波管である。スタブ４３Ａは、例えばアルミニウムやステンレス鋼等の金属材料によって形成されている。スタブ４３Ａは、カバー部材３４の外周部において、基材３１ａの上面に対して垂直な方向に導波路が形成されるように設けられている。スタブ４３Ａの下部は、カバー部材３４を貫通して設けられた開口３４ｂにより構成されている。つまり、スタブ４３Ａでは、中空管状部材４３ａの空洞部分と、カバー部材３４の開口３４ｂとが位置合わせされて鉛直方向に導波路を形成している。スタブ４３Ａの上部はカバー部材３４の上面から突出して設けられている。本実施の形態のプラズマ処理装置１００における第２の導波管（スタブ４３Ａ等）の形状、配置、配設数などに関しては、後に詳述する。なお、スタブ４３Ａ以外の、第２の導波管の種々の変形例についても後述するが、それらを総称して「スタブ４３」と表記する場合がある。
【００５２】
以上のような構成のマイクロ波導入機構２７により、マイクロ波発生装置３９で発生したマイクロ波が導波管３７を介して平面アンテナ板３１へ伝搬され、スロット３２および透過板２８を介して処理容器１内に導入されるようになっている。なお、マイクロ波の周波数としては、例えば２．４５ＧＨｚが好ましく用いられ、他に８．３５ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ、９１５ＭＨｚ等を用いることもできる。
【００５３】
プラズマ処理装置１００の各構成部は、制御部５０に接続されて制御される構成となっている。制御部５０は、図３に示したように、ＣＰＵを備えたコンピュータであるプロセスコントローラ５１と、このプロセスコントローラ５１に接続されたユーザーインターフェース５２および記憶部５３を備えている。プロセスコントローラ５１は、プラズマ処理装置１００において、例えば温度、ガス流量、圧力、マイクロ波出力などのプロセス条件に関係する各構成部（例えば、ヒータ電源５ａ、ガス供給装置１８、排気装置２４、マイクロ波発生装置３９など）に接続され、これらを統括して制御する制御手段である。
【００５４】
ユーザーインターフェース５２は、工程管理者がプラズマ処理装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマ処理装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を有している。また、記憶部５３には、プラズマ処理装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ５１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記録されたレシピが保存されている。
【００５５】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース５２からの指示等にて任意のレシピを記憶部５３から呼び出してプロセスコントローラ５１に実行させることで、プロセスコントローラ５１の制御下、プラズマ処理装置１００の処理容器１内で所望の処理が行われる。また、前記制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリ、ＤＶＤなどに格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
【００５６】
このように構成されたプラズマ処理装置１００では、８００℃以下（特に、室温から５００℃程度）の低温で下地膜等へのダメージフリーなプラズマ処理を行うことができる。また、プラズマ処理装置１００は、プラズマの均一性に優れていることから、プロセスの均一性を実現できる。
【００５７】
次に、本実施の形態に係るプラズマ処理装置１００を用いたプラズマ処理の手順の一例について説明する。ここでは、処理ガスとして酸素を含有するガスを用い、ウエハ表面をプラズマ酸化処理する場合を例に挙げる。まず、例えばユーザーインターフェース５２から、プラズマ処理装置１００でプラズマ酸化処理を行うように指令が入力される。この指令を受けて、プロセスコントローラ５１は、記憶部５３に保存されたレシピを読み出す。そして、レシピに基づく条件でプラズマ酸化処理が実行されるように、プロセスコントローラ５１からプラズマ処理装置１００の各エンドデバイス例えばガス供給装置１８、排気装置２４、マイクロ波発生装置３９、ヒータ電源５ａなどへ制御信号が送出される。
【００５８】
そして、図示しないゲートバルブを開にして搬入出口からウエハＷを処理容器１内に搬入し、載置台２上に載置する。次に、処理容器１内を減圧排気しながら、ガス供給装置１８から、不活性ガスおよび酸素含有ガスを所定の流量でそれぞれガス導入部１５を介して処理容器１内に導入する。さらに、排気量およびガス供給量を調整して処理容器１内を所定の圧力に調節する。
【００５９】
次に、マイクロ波発生装置３９のパワーをオン（入）にして、マイクロ波を発生させる。そして、発生した所定周波数例えば２．４５ＭＨｚのマイクロ波は、マッチング回路３８を介して矩形導波管３７ｂに導かれ、同軸導波管３７ａを通過し、さらに偏平導波管を構成する平面アンテナ板３１に供給される。マイクロ波は、矩形導波管３７ｂ内ではＴＥモードで伝搬し、このＴＥモードのマイクロ波はモード変換器４０でＴＥＭモードに変換されて、同軸導波管３７ａ内を平面アンテナ板３１に向けて伝搬されていく。そして、マイクロ波は、平面アンテナ板３１を貫通して形成された孔であるスロット３２から透過板２８を介して処理容器１内（ウエハＷの上方空間）に放射される。
【００６０】
平面アンテナ板３１から透過板２８を経て処理容器１内に放射されたマイクロ波により、処理容器１内で電磁界が形成され、不活性ガスおよび酸素含有ガスがそれぞれプラズマ化する。このマイクロ波励起プラズマは、マイクロ波が平面アンテナ板３１の多数のスロット３２から放射されることにより、略１×１０１０〜５×１０１２／ｃｍ３の高密度で、かつウエハＷ近傍では、略１．５ｅＶ以下の低電子温度のプラズマとなる。このようにして形成されるマイクロ波励起高密度プラズマは、下地膜へのイオン等によるプラズマダメージが少ないものである。そして、プラズマ中の活性種例えばラジカルやイオンの作用によりウエハＷのシリコン表面が酸化されてシリコン酸化膜ＳｉＯ２の薄膜が形成される。
【００６１】
プロセスコントローラ５１からプラズマ処理を終了させる制御信号が送出されると、マイクロ波発生装置３９のパワーがオフ（切）にされ、プラズマ酸化処理が終了する。次に、ガス供給装置１８からの処理ガスの供給を停止して処理容器１内を真空排気する。そして、ウエハＷを処理容器１内から搬出し、１枚のウエハＷに対するプラズマ処理が終了する。
【００６２】
次に、本実施の形態のプラズマ処理装置１００におけるスタブ４３Ａの詳細な構成について、図４を参照しながら説明する。図４は、図１のプラズマ処理装置１００のスタブ４３Ａを含む部分を拡大して示す要部断面図である。本実施の形態では、第２の導波管として、有効高さを変更できる複数（例えば２〜４個）のスタブ４３Ａが設けられている。スタブ４３Ａは、カバー部材３４に装着された中空管状部材４３ａと、中空管状部材４３ａの内部に設けられた可動体４３ｂと、可動体４３ｂに連結されたハンドル４３ｃと、可動体４３ｂとハンドル４３ｃを連結するシャフト４３ｄとを備えている。また、本実施の形態では、スタブ４３Ａの導波路は、可動体４３ｂによって内部空間の高さが規定された中空管状部材４３ａと、カバー部材３４に設けられた開口部３４ｂとにより構成される。可動体４３ｂは、ハンドル４３ｃを回転させることにより、例えばボルト／ナット構造（詳細な構造は図示せず）により、上下方向に移動することができる。可動体４３ｂを上下動させることにより実質的なスタブ高さ（Ｈ）を変更することが可能であり、スタブ４３Ａの有効管長さを最適な範囲に設定することができる。
【００６３】
スタブ４３Ａの高さＨ（つまり、導波路の長さ）は、可動体４３ｂによって規定される中空管状部材４３ａの高さと、カバー部材３４の厚みとの合計である。この高さＨは、スタブ４３Ａ内でマイクロ波による定在波が発生するようにスタブ４３Ａ内に伝搬するマイクロ波の管内波長λｇ（＝１５４ｍｍ）に対し、λｇ以下の範囲となるように調整することが好ましく、例えばλｇ／４（＝３８ｍｍ）、λｇ／２（＝７７ｍｍ）、３λｇ／４（＝１１５．５ｍｍ）等となる高さに設定することができる。また、スタブ４３Ａの横断面の面積も、スタブ４３Ａ内に伝搬するマイクロ波の波長λｇに応じて設定できる。
【００６４】
プラズマ処理装置１００のように、可動式の蓋部（可動体４３ｂ）を備えたスタブ４３Ａを用いることによって、スタブ４３Ａの有効管長さを任意に変化させることができるので、スタブ４３Ａの高さＨを実質的に可変に調節することができる。そして、スタブ４３Ａの高さＨを可変に調節することによって、透過板２８における電界強度を容易に制御できる。従って、プラズマの均一性を高め、さらにウエハ面内での処理の均一性を向上させる観点で有利である。なお、可動体４３ｂを上下に変位させる機構としては、特に制限はなく、ボルト／ナット構造に限らず任意の機構を採用することができる。
【００６５】
以上のように、本実施の形態のプラズマ処理装置１００では、スタブ４３Ａを設け、必要に応じてその高さを調節することにより、プラズマ処理のウエハ面内における均一性を向上させることができる。このようなスタブ４３Ａによる効果を最大限に引き出すため、本実施の形態のプラズマ処理装置１００では、透過板２８の下面に環状溝２８ｂを設けている。
【００６６】
次に、環状溝２８ｂを有する透過板２８の詳細な形状について図５および６を参照しながら説明する。図５は、透過板２８の断面図であり、図６は、透過板２８の下面（載置台２との対向面）を示す図面である。透過板２８の下面（載置台２の支持面２ａと対向する対向面２８ａ）には、環状溝２８ｂが形成されている。また、透過板２８の対向面２８ａの環状溝２８ｂより外周側には、凸状壁２８ｃが対向面２８ａに対してほぼ垂直に立設されている。透過板２８の対向面２８ａにおいて、環状溝２８ｂおよび凸状壁２８ｃを除く部分は、載置台２の支持面２ａとほぼ平行に形成された中央領域２８ａ１と、周縁領域２８ａ２とを有している。中央領域２８ａ１は、環状溝２８ｂによって周縁領域２８ａ２と隔てられている。載置台２の支持面２ａを基準として、中央領域２８ａ１は周縁領域２８ａ２よりも高い位置に形成されている。つまり、透過板２８の中央部分は、周縁部分よりも薄く形成され、載置台２の載置面２ａとの距離（ギャップ）が大きくなっている。
【００６７】
環状溝２８ｂは、その断面が載置台２に対して拡開した形状を有している。環状溝２８ｂは、載置台２に平行な第１の壁面２０１と、透過板２８の径方向において第１の壁面２０１を間に挟むように、その内側に形成された第２の壁面２０２およびその外側に形成された第３の壁面２０３を有している。そして、第２の壁面２０２および第３の壁面２０３は、それぞれ、透過板２８の下面である対向面２８ａに対して垂直ではなく、所定の角度で傾斜して設けられている。すなわち、第２の壁面２０２は、中央領域２８ａ１の表面に対して角度α１（例えば３５°〜５５°）をなし、第３の壁面２０３は、周縁領域２８ａ２の表面に対して角度α２（例えば５０°〜７０°）をなしている。第１の壁面２０１は、中央領域２８ａ１および周縁領域２８ａ２の表面に対して平行である。載置台２の支持面２ａを基準として、第１の壁面２０１は、対向面２８ａの中央領域２８ａ１よりも、さらに高い位置に形成されている。つまり、環状溝２８ｂの第１の壁面２０１の部分は、透過板２８の中央部分よりも、さらに薄く形成され、載置台２の載置面２ａとの距離（ギャップ）が最も大きくなっている。環状溝２８ｂの幅Ｌは、少なくともスタブ４３Ａの径方向の幅よりも広く、かつ平面アンテナ板３１の径方向に、スロット３２が１つ以上入るように設定することが好ましく、好ましくは２つ以上入るように設定することがより好ましい。
【００６８】
次に、環状溝２８ｂとスタブ４３Ａとの位置関係について、図４および図７を参照して説明する。図４および図７においては、環状溝２８ｂとスロット３２との位置関係を明らかにするため、透過板２８の周縁領域２８ａ２と環状溝２８ｂの第３の壁面２０３との境界である環状溝２８ｂの外周端をＣ１、第３の壁面２０３と第１の壁面２０１との境界をＣ２、第１の壁面２０１と第２の壁面２０２との境界をＣ３、第２の壁面２０２と中央領域２８ａ１との境界である環状溝２８ｂの内周端をＣ４の符号でそれぞれ示している。環状溝２８ｂは、透過板２８の径方向においてスタブ４３Ａと上下に重なり合う位置に形成されている。つまり、カバー部材３４の上方から透視した場合に、スタブ４３Ａと透過板２８の環状溝２８ｂは、重なっている。本実施の形態のプラズマ処理装置１００では、第３の壁面２０３と透過板２８の周縁領域２８ａ２との境界（つまり、第３の壁面２０３の外周端部Ｃ１）が、第２の導波管としてのスタブ４３Ａの外周側の端部と上下に一致するように位置合わせされている。上記のとおり、環状溝２８ｂの幅Ｌ（Ｃ１〜Ｃ４の幅と同じ）は、スタブ４３Ａの径方向の幅よりも広いので、このような位置合わせを行うことにより、スタブ４３Ａと環状溝２８ｂとが上下に重なり合う配置となる。さらに、スタブ４３Ａと環状溝２８ｂは、平面アンテナ板３１の１つ以上のスロットとも上下に重なり合う配置となる。
【００６９】
本実施の形態では、環状溝２８ｂの好ましい配置として、図７に示したようにスタブ４３Ａおよび透過板２８の環状溝２８ｂにおける第３の壁面２０３（Ｃ１〜Ｃ２間）が、ともに平面アンテナ板３１の最外周のスロット対（スロット３２ａ，３２ｂ）のうち、内側のスロット３２ｂと上下に重なるように配置されている。この場合、スタブ４３Ａは、平面アンテナ板３１の基材３１ａにおいて周方向に配列される複数のスロット３２ｂのうち、少なくとも一つと重なればよい。さらに、本実施の形態では、透過板２８の環状溝２８ｂにおける第２の壁面２０２（図７のＣ３〜Ｃ４間）が、平面アンテナ板３１の最外周から２番目のスロット対（スロット３２ｅ，３２ｆ）のうち、外側のスロット３２ｅと上下に重なるように配置されている。
【００７０】
以上のように、スタブ４３Ａと透過板２８の環状溝２８ｂの位置を上下に重ねることにより、環状溝２８ｂによって透過板２８の下方の電界分布を透過板２８の径方向に中央付近から周縁部へ広げ、スタブ４３Ａの直下に電界を集中させることができるため、スタブ４３Ａによる電界強度の調節が効果的に行われ、処理容器１内で均一なプラズマを発生させることができる。
【００７１】
透過板２８において、凸状壁２８ｃは、下方に向けて環状に突出しており、支持部１３ａの内周面をカバーするように配置されている。凸状壁２８ｃによって、支持部１３ａとプラズマとの接触を防止して、プラズマによって支持部１３ａがスパッタリングされてダメージを受けたり、パーティクルが発生したりすることが防止される。
【００７２】
次に、図８〜図１２を参照して第２の導波管としてのスタブの変形例について説明する。図８に例示した態様のスタブ４３Ｂでは、カバー部材３４の外周部において、スタブ４３Ｂを構成する水平断面が矩形の中空管状部材４３ａの下部が、カバー部材３４に設けられた開口部３４ｂに挿入されている。中空ブロック状をなす中空管状部材４３ａは、カバー部材３４を貫通して遅波板３３の上面まで達している。なお、中空管状部材４３の下端は遅波材３３に当接していても、離間していてもよい。また、図８では、スタブ４３Ｂの上部がカバー部材３４の上面から突出して設けられているが、突出していなくてもよい。
【００７３】
図８に示したスタブ４３Ｂのように、上部を蓋体４４によって閉塞して非開放状態としてもよいが、例えば図９に示したスタブ４３Ｃのように、上部を開放状態としてもよい。ただし、プラズマへのマイクロ波の吸収率を大きくし、導波管３７へのマイクロ波の反射を抑制するためには、図８に示したスタブ４３Ｂのように上部を閉塞することが好ましい。なお、スタブ４３の上部を閉塞する手段としては蓋体４４に限らず、例えば一体成形で上部を塞いでもよい。
【００７４】
図１０から図１２に、スタブ４３のさらに別の構成例を示した。図１０に例示した態様のスタブ４３Ｄでは、その上部は、水平断面が矩形の中空管状部材４３ａにより構成され、その下部がカバー部材３４に形成された矩形の開口３４ｂにより構成された態様を示している。中空管状部材４３ａは、例えば螺子などの図示しない任意の固定手段により、カバー部材３４の上面に装着されている。図１０に示したスタブ４３Ｄにおいては、中空管状部材４３ａの空洞部分と、カバー部材３４の開口３４ｂとが位置合わせされて鉛直方向に導波路を形成している。なお、図１０に示したスタブ４３Ｄにおいても、蓋体４４の配備は任意である。
【００７５】
図１１に例示した態様のスタブ４３Ｅは、カバー部材３４に形成された矩形の開口３４ｂのみによって鉛直方向に導波路が形成されている。従って、スタブ４３Ｅの高さＨは、カバー部材３４の厚みに一致する。なお、図１１に示したスタブ４３Ｅにおいても、蓋体４４の配備は任意である。
【００７６】
図１２に例示した態様のスタブ４３Ｆは、カバー部材３４の下面に形成された凹部３４ｃにより鉛直方向に導波路が形成されている。凹部３４ｃは、カバー部材３４の下方に配置された遅波板３３に向けて矩形に開口している。図１２に示したスタブ４３Ｆにおいては、スタブ４３Ｆの高さＨは、カバー部材３４の厚みよりも小さい範囲で形成される。
【００７７】
本実施形態のプラズマ処理装置１００では、処理容器１内でプラズマを均一に生成させ、ウエハＷの中央部と周縁部付近での処理の均一性を確保するため、平面アンテナ板３１の周縁部近傍の上方にスタブ４３を配設するとともに、透過板２８のマイクロ波透過領域の外側に環状溝２８ｂを設けた。前記のとおり、マイクロ波発生装置３９で発生したマイクロ波は、同軸導波管３７ａの内導体４１を介して平面アンテナ板３１の中央部に供給され、平面アンテナ板３１とカバー部材３４とによって構成される導波路（偏平導波管）を放射状に伝搬していく。マイクロ波は、導波路を伝搬する距離が長くなるに従い、反射波が大きくなり、定在波が減衰する。このため、偏平導波管内においてマイクロ波により生じる電界は、同軸導波管３７ａの内導体４１の下端部に接続されてマイクロ波が偏平導波管内に導入される部位である平面アンテナ板３１の中央部で強くなり、平面アンテナ板３１の周縁部近傍では弱くなる傾向がある。このように平面アンテナ板３１上の電界分布が不均一になると、導波管３７への反射係数が大きくなり、プラズマへのマイクロ波の吸収効率が低下する。つまり、処理容器１内に導入するマイクロ波の実効パワーが小さくなり、パワー損失が大きくなる。その結果、処理容器１内で生成するプラズマが不均一になる。特に、大径のウエハＷを処理対象とすべく処理容器１を大型化すると、この問題が顕在化して容器本体１Ａの側壁１ｂ近傍のプラズマ密度が低下してウエハＷの面内で均一な処理を行うことが困難になってしまう。
【００７８】
このような観点から、処理容器１内にマイクロ波を効率良く供給し、均一なプラズマを生成させるためには、スタブ４３を平面アンテナ板３１の外周部（つまり周縁部近傍）の上方に配設し、平面アンテナ板３１上の電界分布を均一に近づけることが好ましい。特に、スタブ４３を平面アンテナ板３１の外周部に形成されたスロット３２の上方に配設することにより、スタブ４３を他の場所に配置する場合に比べて、スタブ４３内へマイクロ波が導入されやすくなる。そして、スタブ４３によって不均一なマイクロ波（反射波など）が吸収されることにより、平面アンテナ板３１上で均一な電界強度分布を形成することができる。また、偏平導波管の中央から入射したマイクロ波（入射波）が、放射状に平面アンテナ板３１の径外方向に伝播する際に、偏平導波管の外周部でマイクロ波の反射（反射波）が発生しないようにすることができる。さらに、プラズマ処理装置１００では、スタブ４３の下方に位置合わせされた環状溝２８ｂを有する透過板２８との組み合わせによって、スタブ４３による上記作用効果が最大限に発揮され、ウエハＷの面内で均一なプラズマ処理が実現できる。
【００７９】
次に、図１３から図２１を参照してスタブ４３の配置について説明する。まず、スタブ４３とスロット３２との配置を決める際の前提となる、スタブ４３の電界調節機能を十分に発揮させるための基本的な条件を説明する。スタブ４３は、中空管状のスタブ４３の空洞部分が平面アンテナ板３１の外周部に形成されたスロット３２の開口に重なるように配置することが好ましい。また、スタブ４３の空洞部分が、平面アンテナ板３１の外周部に形成されたスロット３２の開口の中心（以下、単に「スロット３２の中心」と記す）の上方に位置するようにスタブ４３を配置することがより好ましい。また、平面アンテナ板３１の外周部に形成されたスロット３２の中心を周方向に結ぶ円弧上に、スタブ４３の開口の中心（以下、単に「スタブ４３の中心」と記す）を位置させることが好ましい。特に、スタブ４３の中心が、平面アンテナ板３１の周縁部近傍のスロット３２の中心と重なるようにスタブ４３を配置することがより好ましい。また、スタブ４３の空洞部分とスロット３２の開口全体とが上下に重なるようにスタブ４３を配置することが望ましい。なお、スタブ４３の空洞部分は、平面アンテナ板３１の基材３１ａにおいて周方向に配列される複数のスロット３２のうち、少なくとも一つと重なればよい。
【００８０】
図１３から図１５は、平面アンテナ板３１の径方向におけるスタブ４３の配設位置の好ましい例を示している。図１３から図１５は、平面アンテナ板３１において最外周に配列されたスロット対（スロット３２ａおよびスロット３２ｂ）の位置に対するスタブ４３の配置を示す説明図である。各図において、スタブ４３の位置を仮想線で示し、環状溝２８ｂの外周端Ｃ１および内周端Ｃ４を点線で示した。
【００８１】
図１３は、平面アンテナ板３１の外周部において、最外周に配列されたスロット対を構成する内側のスロット３２ｂの中心Ｏ３２ｂを周方向に結ぶ円弧Ｒ３２ｂ上にスタブ４３の中心Ｏｓが位置するようスタブ４３が配置された例を示している。図１３では、特にスロット３２ｂの中心Ｏ３２ｂに、スタブ４３の中心Ｏｓが重なるように位置合わせして配置されている。なお、図１３では、スタブ４３と重なる範囲内に、１個のスロット３２ｂの全体が入る構成例を示しているが、これに限らず、スタブ４３と重なる範囲内に複数のスロット３２ｂの全体が入る（例えば、２つのスロット３２ｂがスタブ４３と重なる範囲内に入る）ように構成してもよい。また、スロット３２ｂとスタブ４３との相対的な大きさによって、スタブ４３と重なる範囲内にスロット３２ｂの一部分が入る（例えば、スロット３２ｂが部分的にスタブ４３に重なる）ように構成してもよい。
【００８２】
また、図１４は、平面アンテナ板３１の外周部において、最外周に配列されたスロット対を構成する外側のスロット３２ａの中心Ｏ３２ａを周方向に結ぶ円弧Ｒ３２ａ上にスタブ４３の中心Ｏｓが位置するように、スタブ４３を配置した例を示している。図１４では、特にスロット３２ａの中心Ｏ３２ａに、スタブ４３の中心Ｏｓが重なるように位置合わせしている。なお、図１４では、スタブ４３と重なる範囲内に、１個のスロット３２ａの全体が入る構成例を示しているが、これに限らず、スタブ４３と重なる範囲内に複数のスロット３２ａの全体が入る（例えば、２つのスロット３２ａがスタブ４３と重なる範囲内に入る）ように構成してもよい。また、スロット３２ａとスタブ４３との相対的な大きさによって、スタブ４３と重なる範囲内にスロット３２ａの一部分のみが入る（例えば、スロット３２ａが部分的にスタブ４３に重なる）ように構成してもよい。
【００８３】
前記のとおり、同軸導波管３７ａから平面アンテナ板３１の中心に伝搬されたマイクロ波により、平面アンテナ板３１の基材３１ａ上に生じた表面電流は、平面アンテナ板３１の径外方向へ向かって流れるが、途中でスロット３２により遮られるため、スロット３２の縁に電荷が誘起される。この電荷は、新たなマイクロ波の発生源となる。電荷はスロット３２の長手方向の中央部付近に蓄積されやすいため、スロット３２の中心には電界が集中しやすい。図１３および図１４に示した例では、スロット３２ａ，３２ｂの中心Ｏ３２ａ，Ｏ３２ｂの真上にスタブ４３を配置して、スロット３２の中心Ｏ３２ａ，Ｏ３２ｂ付近での電界の集中を抑制した。
【００８４】
図１３または図１４に示したように、平面アンテナ板３１の最外周に配列されたスロット対を構成するスロット３２ａまたは３２ｂの中心Ｏ３２ａもしくはＯ３２ｂに、スタブ４３の中心Ｏｓが重なるようにスタブ４３を配置することによって、遅波板３３を挟んで下方のスロット３２と上方のスタブ４３とが上下に重なる。図１３または図１４では、特に、スタブ４３の空洞部分とスロット３２の開口全体とが上下に重なるようにスタブ４３を配置することが望ましい。以上のようなスタブ４３の配置によって、スロット３２付近の電界を上方へ広げることができる。これにより、平面アンテナ板３１上での電界の集中や偏在が効果的に抑えられる。このように、スロット３２ａ，３２ｂの中心Ｏ３２ａ，Ｏ３２ｂに、スタブ４３の中心Ｏｓが重なるようにスタブ４３を配置することによって、平面アンテナ板３１より下方の処理容器１内空間側の電界分布を均一に調整し、処理容器１内のプラズマの均一化を図ることが可能になる。なお、スタブ４３の中心Ｏｓが、周方向において隣接する２つのスロット対の間に配置されるようにしてもよい。
【００８５】
なお、図１３および図１４に示した例において、最外周のスロット対を構成するスロット３２ａまたはスロット３２ｂの中心Ｏ３２ａ，Ｏ３２ｂは、平面アンテナ板３１の中心ＯＡから、内側のスロット対を構成するスロット３２ｃ，３２ｄ（図１３〜図１４では一対のみ図示するが、一対とは限らない）の中心Ｏ３２ｃ、Ｏ３２ｄを通る直線Ｘの延長線上に位置させている。
【００８６】
図１５は、平面アンテナ板３１の最外周に配列されたスロット対を構成するスロット３２ａおよびスロット３２ｂの長手方向に直交する方向に、各スロット３２ａ，３２ｂの中心から、それぞれ垂線を引いた場合の交点Ｉに、スタブ４３の中心Ｏｓを位置合わせした例を示している。つまり、スタブ４３の中心Ｏｓを、交点Ｉに重ね、交点Ｉの上方にスタブ４３が位置するようにスタブ４３を配置している。なお、平面アンテナ板３１の周方向に交点Ｉを結ぶ円弧ＲＩ上の任意の位置に、スタブ４３の中心Ｏｓが位置するようにしてもよい。例えば、スタブ４３の中心Ｏｓが、周方向において隣接する２つのスロット対の間に配置されるようにしてもよい。また、図１５では、スタブ４３と重なる範囲内に、１対のスロット３２ａ，３２ｂのほぼ全体が入る構成例を示しているが、これに限らず、スタブ４３と重なる範囲内に、さらに多くのスロットが入るように構成してもよいし、複数のスロット対のそれぞれ一部分が入るように構成してもよい。
【００８７】
図１３から図１５に例示したいずれの態様でも、環状溝２８ｂは、スタブ４３と上下に重なり合うように配置されている。
【００８８】
次に、図１６〜図２１を参照しながら、スタブ４３の設置数について説明する。図１６は中空ブロック状のスタブ４３を１つ配設した状態、図１７は中空ブロック状のスタブ４３を２つ配設した状態、図１８は中空ブロック状のスタブ４３を３つ配設した状態を、それぞれ平面アンテナ板３１に重ねて図示している。図１９から図２１は、スタブ４３を２個配置する場合の変形例である。なお、図１６〜図２１では、スタブ４３は導波路をなす開口の内壁面の輪郭として描いている。また、平面アンテナ板３１のスロット３２は、一部のみ図示し、説明に不要なスロット３２は図示を省略している。さらに、各図には、透過板２８における環状溝２８ｂの位置（外周端Ｃ１および内周端Ｃ４）も破線で示している。スタブ４３は、図１７および図１８に示したように、２つ以上配設することが好ましい。特に、図１７に示したように、平面アンテナ板３１の中心ＯＡを挟んでその径方向に、２個以上のスタブ４３を点対称に配置することが好ましい。平面アンテナ板３１の径方向に２個以上のスタブ４３を対称に配置することにより、平面アンテナ板３１付近の電界分布を均一にする効果が最も高くなる。スタブ４３を必要以上に多数配置しても、電界の分布を均一にする効果の向上が得られるとは限らず、逆に低下させてしまう場合がある。また、スタブ４３を必要以上に多数配置することは、プラズマ処理装置１００の部品点数を増加させ、装置コストを上昇させる要因になる。従って、スタブ４３の配置個数は、２〜６個が好ましく、２〜４個がより好ましい。
【００８９】
また、マイクロ波は、同軸導波管３７ａの内導体４１から平面アンテナ板３１の中心ＯＡ付近に導入され、平面アンテナ板３１とカバー部材３４によって形成される導波路を径外方向に円偏波となって伝搬し、径外方向に配列されたスロット３２に沿って放射状に表面電流を生じさせる。このことから、平面アンテナ板３１の中心から同心円状にスロット対が配列される場合には、スロット３２が径外方向になす列に沿ってスタブ４３を配置することが好ましい。例えば図１６〜図１８では、平面アンテナ板３１の中心ＯＡから、スロット３２ｃ，３２ｄからなる内周側のスロット対（１対のみ図示するが一対とは限らない）を通り、スロット３２ａ，３２ｂからなる最外周のスロット対を結ぶＸ−Ｘ線によって、内周側から最外周へスロット３２が径外方向へなす列を示している。一方、図１６〜図１８に示したＹ−Ｙ線は、平面アンテナ板３１の中心ＯＡから、内側のスロット対（スロット３２ｃ，３２ｄ）は通らずに、最外周のスロット対（スロット３２ａ，３２ｂ）を結ぶ直線である。スタブ４３は、Ｘ−Ｘ線上またはＹ−Ｙ線上のどちらに配置してもよいが、上記理由によりＸ−Ｘ線上に配置することが好ましい。例えばＹ−Ｙ線上に重ねて２つのスタブ４３を配置した場合に対して、図１７に示したようにＸ−Ｘ線上に重ねて２つのスタブ４３を配置した場合を比較すると、Ｘ−Ｘ線上に２つのスタブ４３を対向配置することがより好ましい。
【００９０】
図１６から図１８に示した例では、最外周のスロット対のうち、内側のスロット３２ｂの上方に中空ブロック状のスタブ４３を重ねて配置した。しかし、例えば図１９に示したように、最外周のスロット対を構成するスロット３２ａおよびスロット３２ｂの中間位置の上方にスタブ４３を配置してもよい。また、例えば図２０に示したように、最外周のスロット対のうち、外側のスロット３２ａの上方にスタブ４３を配置してもよい。さらに、例えば図２１に示したように、対向する２つのスタブ４３のうち、片方を最外周のスロット対の内側のスロット３２ｂの上方に配置し、もう片方を、中心ＯＡを挟んで反対側に位置する最外周のスロット対の外側のスロット３２ａの上方に配置してもよい。なお、図１９から図２１では、平面アンテナ板３１の径方向に２個のスタブ４３を対称に配置する場合を例に挙げたが、１個のスタブ４３を配置する場合（図１６参照）、３個以上のスタブ４３を配置する場合（図１８参照）も同様の配置の仕方が可能である。
【００９１】
図１６から図２１に例示したいずれの態様でも、環状溝２８ｂは、スタブ４３と上下に重なり合うように配置されている。図１６から図２１では、環状溝２８ｂの外周端Ｃ１（つまり、第３の壁面２０３の立ち上り部分の角）は、スタブ４３Ａの外周側の端部を結ぶ円と上下に位置合わせされている。ただし、環状溝２８ｂとスタブ４３とが上下に重なり合っていればよいので、例えば環状溝２８ｂの外周端Ｃ１をスタブ４３の外周端よりも径外方向に位置させてもよい。一方、環状溝２８ｂの内周端Ｃ４（つまり、第２の壁面２０２の立ち上り部分の角）は、スタブ４３Ａの内周側の端部を結ぶ円よりも内側に入るようにすることが好ましく、さらに、最外周のスロット対の内側のスロット３２ｂの内周側の端部を結ぶ円よりも内側に入るようにすることがより好ましい。
【００９２】
次に、図１に示したプラズマ処理装置１００と同様の構成のプラズマ処理装置を用い、スタブ４３Ａの高さを変化させて、処理容器１内のプラズマと透過板２８との界面での電界分布の変化をシミュレーションにより検証した。まず、このシミュレーション実験におけるスタブ４３Ａと、平面アンテナ板３１のスロット３２と、透過板２８の環状溝２８ｂとの配置の設定について図２２を参照して説明する。
【００９３】
図２２に示したように、平面アンテナ板３１の基材３１ａには、外周部に２４対のスロット対、中央部に８対のスロット対が形成されている。基材３１ａは、その外周部と中央部との間にスロット３２が形成されていない中間部分を有する。スタブ４３Ａは、所定の直径のピッチ円上に９０度間隔で配置されている。図２２には、スタブ４３Ａの内壁面の輪郭が示されている。平面視において、平面アンテナ板３１の外周部のスロット対（３２ａ、３２ｂ）のうちの内側のスロット（３２ｂ）の中心を結ぶ円周上に、４つのスタブのそれぞれの中心が重なるようにスタブ４３Ａが配置されている。また、内周部のスロット対（３２ｃ、３２ｄ）の各スロットの中心と、外周部のスロット対（３２ａ、３２ｂ）のうちの外側のスロット（３２ａ）の中心を径外方向に結ぶ線上に、４つの各スタブ４３Ａの中心が重なり、かつ、外周部のスロット対（３２ａ、３２ｂ）のうちの内側の少なくとも１つのスロット（３２ｂ）が、各スタブ４３Ａの内側に入るように、スタブ４３Ａとスロットが配置されている。環状溝２８ｂの位置は、その外周端Ｃ１および内周端Ｃ４を破線で示したとおりであり、環状溝２８ｂがスタブ４３と上下に重なり合うように、環状溝２８ｂの外周端Ｃ１が、スタブ４３Ａの外周側の端部を結ぶ円に対して上下に位置合わせされている。
【００９４】
シミュレーション条件は、以下のとおりである。
使用ソフトウエア：ＣＯＭＳＯＬ（商品名；ＣＯＭＳＯＬ社製）
スタブ：スタブ４３Ａの高さは、５０ｍｍ、７０ｍｍおよび９０ｍｍに設定した。なお、比較のためにスタブ４３Ａを設けない場合のシミュレーションも行った。
透過板：環状溝２８ｂを設けたもの（本発明）と、下面（載置台の支持面との対向面）が全体的に凹状に湾曲したアーチ形状のもの（従来例）とを比較した。
【００９５】
シミュレーション実験の結果を図２３に示した。なお、図２３の各マップ上では、上下左右の各位置に９０°の間隔でスタブ４３Ａが配置されている設定である（図２２を参照）。図２３の原図はカラーで色分けされるとともに各色の濃淡によって電界の強弱を示しているが、ここでは白黒で示すため、黒色の部分は概ね電界が強く、白色の部分は概ね電界が弱いとの前提で大まかな傾向を読み取る目的でのみ本データは使用される。スタブ４３Ａと透過板２８の環状溝２８ｂが上下に重なるように配置した本発明の場合には、透過板２８の周縁部にまで電界が強い部分が分布しているとともに、スタブ４３Ａの高さを５０ｍｍ〜９０ｍｍの範囲で変化させることによって、当該周縁部を含む透過板全体でプラズマとの界面における電界強度を効果的に変化させることが出来た。一方、アーチ形状の透過板を使用した従来例の場合は、透過板２８の中央部に電界の強い部分が集中しており、スタブ４３Ａの高さを変化させても、電界の強い部分は中央付近に集中したまま大きな変化は見られなかった。
【００９６】
以上の結果から、スタブ４３Ａと透過板２８の環状溝２８ｂを上下に重なるように配置することにより、透過板２８直下で電界が強い部分を透過板２８の径外方向に周縁部まで広げることができるため、スタブ４３Ａによる電界強度の調節機能を有効に発揮できることが確認できた。
【００９７】
次に、図１に示したプラズマ処理装置１００と同様の構成のプラズマ処理装置を用いてシリコンウエハに対してプラズマ窒化処理を行った。このプラズマ窒化処理の際に、スタブ４３Ａの高さを変化させて、成膜された窒化珪素膜のウエハ面内の膜厚分布をエリプソメーターで測定することにより、ウエハ面内でのプラズマ窒化処理の均一性を評価した。この実験におけるスタブ４３Ａと、平面アンテナ板３１のスロット対（３２ａ，３２ｂ）と、透過板２８の環状溝２８ｂとの配置の設定は、図２２と同様である。その結果を図２４に示した。なお、スタブ４３Ａは、図２４の各マップ中の上下左右の各位置に９０°の間隔で配置されている（図２２を参照）。また、スタブ４３Ａの高さは、７０ｍｍ、８０ｍｍ、９０ｍｍおよび１００ｍｍの設定で４か所同時に変化させた。
【００９８】
プロセス条件は以下の通りである。
Ａｒガス流量：１０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｎ２ガス流量：２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
プロセス圧力：４０Ｐａ（３００ｍＴｏｒｒ）
マイクロ波出力：１８００Ｗ
載置台温度：４００℃
【００９９】
図２４に示したマップにおいては、窒化珪素膜の膜厚が平均値付近の領域を「０」とし、それよりも相対的に膜厚が大きい領域を膜厚に応じて「＋１、＋２、・・・」、それよりも相対的に膜厚が小さい領域を膜厚に応じて「−１、−２、・・・」という値を付けて表現している。この結果から、スタブ４３Ａと透過板２８の環状溝２８ｂが上下に重なるように配置した本発明の場合には、スタブ４３Ａの高さを変化させることによって、ウエハの中央部と周縁部における膜厚を大きく変化させることが出来た。一方、アーチ形状の透過板を使用した従来例の場合は、スタブ４３Ａの高さを変化させても、膜厚が厚い部分はシリコンウエハの面内の中央付近に集中したままであり、膜厚を変化させる効果は小さかった。
【０１００】
以上の実験結果に示したように、スタブ４３Ａと透過板２８の環状溝２８ｂを上下に重なるように配置することにより、透過板２８直下で電界が強い部分を透過板２８の径外方向に周縁部まで広げることができた。従って、透過板２８に環状溝２８ｂを設けることによってプラズマ処理装置の内部でプラズマを均一化させるスタブ４３Ａの効果を最大限に引き出し、プラズマ窒化処理などのプラズマ処理におけるウエハ面内での処理の均一性を向上させ得ることが確認できた。
【０１０１】
以上、本発明の実施形態を述べたが、本発明は上記実施形態に制約されることはなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、平面アンテナ板３１の径方向に対してスタブ４３の長手方向が直交するように配置したが、これに限るものではない。例えば図２５に示したように、スロット３２の長手方向とスタブ４３の長手方向が一致するように、スタブ４３を配置してもよい。この場合も、透過板２８の環状溝２８ｂとスタブ４３とは上下に重なるように配置される。また、スタブ４３は、平面アンテナ板３１の最外周のスロット対を構成するスロット３２ａ，３２ｂの上に限らず、例えば異常に電界が強い場所であれば、平面アンテナ板３１のどの位置のスロットの上に配置してもよい。
【０１０２】
また、スタブ４３の水平断面の形状は、矩形に限定されるものではなく、例えば正方形でもよいし、円形（楕円を含む）でもよい。さらに、同軸導波管３７ａを囲むように、スタブ４３を円環状に連続した形状で形成してもよい。
【０１０３】
また、本発明のスタブ４３を備えたプラズマ処理装置は、例えばプラズマ酸化処理装置、プラズマ窒化処理装置やプラズマＣＶＤ処理装置、プラズマエッチング処理装置、プラズマアッシング処理装置などに適用できる。さらに、本発明のスタブ４３を備えたプラズマ処理装置は、被処理体として半導体ウエハを処理する場合に限らず、例えば液晶ディスプレイ装置や有機ＥＬディスプレイ装置などのフラットパネルディスプレイ装置用の基板を被処理体とするプラズマ処理装置にも適用できる。
【符号の説明】
【０１０４】
１…処理容器、２…載置台、３…支持部材、５…ヒータ、１２…排気管、１５…ガス導入部、１８…ガス供給装置、２４…排気装置、２７…マイクロ波導入機構、２８…透過板、２８ａ…対向面、２８ｂ…環状溝（凹部）、２８ｃ…凸状壁、２９…シール部材、３１…平面アンテナ板、３２…スロット、３７…導波管、３７ａ…同軸導波管、３７ｂ…矩形導波管、３９…マイクロ波発生装置、４３Ａ…スタブ、５０…制御部、５１…プロセスコントローラ、５２…ユーザーインターフェース、５３…記憶部、１００…プラズマ処理装置、Ｗ…半導体ウエハ（基板）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のスロットを有する平面アンテナにより処理容器内にマイクロ波を導くことにより発生させたプラズマによって被処理体を処理するプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハなどの被処理体に対し、酸化処理や窒化処理などのプラズマ処理を行うプラズマ処理装置として、スロットアンテナを用い、処理容器内に例えば周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導入してプラズマを生成させる方式のプラズマ処理装置が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２）。このようなマイクロ波プラズマ処理装置では、高いプラズマ密度を持つプラズマを生成させることにより、処理容器内で表面波プラズマを形成することが可能である。
【０００３】
上記スロットアンテナ方式のプラズマ処理装置では、同一仕様の装置を同一の条件で稼動させても、装置間でプラズマ分布に多少の差が生じる。また、プラズマ処理装置で行なわれる処理の条件を変更しようとすると、処理容器内でのプラズマが不安定または不均一になりやすい。変更後の条件でプラズマを安定化させるには、スロットアンテナのスロットの配置や形状を変更しなければならず、プロセス毎に大掛かりな装置改変が必要になってしまうという問題があった。また、特に大型の半導体ウエハなどの基板を処理する場合に、処理容器内でプラズマが不安定または不均一になると、基板の面内で処理結果に不均一が生じやすくなる。
【０００４】
特許文献３では、電子サイクロトロン共振（ＥＣＲ）方式のマイクロ波プラズマ処理装置においてマイクロ波電力をプラズマ形成部の周辺近傍に均一に分布させる目的で、マイクロ波電源に結合された同軸線に沿って所定間隔でスタブを配設する提案がなされている。また、特許文献４では、１００ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚの高周波電力を用いるプラズマ処理装置において、放射状のロッドを有するアンテナ容器の上面に、このアンテナ容器の上面とロッドとの間で容量を形成しかつ共振状態を作るスタブを配置する技術が提案されている。
【０００５】
また、特許文献５および特許文献６では、マイクロ波プラズマ処理装置において、低い圧力から高い圧力に亘って安定したプラズマを生成させる目的で、マイクロ波透過板の下面にテーパ状の凸部または凹部を設け、プラズマ生成条件に応じた最適な共振領域を形成させるようにした技術が提案されている。さらに、特許文献７では、プラズマ中のイオン分布を制御して面内均一性の高いプラズマ処理を実現する目的で、マイクロ波透過板のマイクロ波透過面の被処理体の周縁部に対応する部分に凹凸状部を設け、マイクロ波透過板内の半径方向に定在波が形成されることを抑制する技術が提案されている。
【０００６】
本発明者らは、スロットアンテナ方式のマイクロ波プラズマ処理装置において、プラズマ処理を均一に行う目的で、スロットアンテナ全体に均一な電界分布を形成させてプラズマを均一化するために、スロットアンテナにおける電界分布を調節するスタブ導波管を設けることを提案した（特願２００７−２５４２７０号）。この特願２００７−２５４２７０号で提案されたスタブ導波管による電界分布の調節機能を十分効果的に発揮させるには、スタブ導波管の直下の電界を十分に強くしておくことが有効であると考えられる。しかし、特願２００７−２５４２７０号では、スタブ導波管の直下の電界強度を高めるための方法について検討されておらず、改良の余地が残されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２６０５９４号公報
【特許文献２】特開２００１−２２３１７１号公報
【特許文献３】特表２０００−５１４５９５号公報
【特許文献４】特開平１１−２９７４９４号公報
【特許文献５】特開２００５−１００９３１号公報
【特許文献６】特開２００８−１８２１０２号公報
【特許文献７】特開２００８−３１１４３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、スタブ導波管を備えたスロットアンテナ方式のマイクロ波プラズマ処理装置において、スタブ導波管の直下の電界強度を高めることによりスロットアンテナ付近の電界分布を効果的に調節し、スロットアンテナ全体に均一な電界分布を形成させることであり、さらにこれをもって当該プラズマ処理装置内で生成するプラズマを均一化し、処理の均一性を高めることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るプラズマ処理装置は、
被処理体を収容する真空引き可能な処理容器と、
被処理体を支持する支持面を有し、前記処理容器内で被処理体を載置する載置台と、
前記載置台の支持面に対して向かい合う対向面を有し、前記処理容器の上部の開口に気密に装着されてプラズマ発生用のマイクロ波を透過させる透過板と、
導電性材料からなる平板状基材を貫通して形成された複数のスロットを有して前記透過板よりも上方に配置され、マイクロ波を前記処理容器内に導入する平面アンテナと、
前記平面アンテナを上方から覆う導電性のカバー部材と、
前記導電性のカバー部材の中央部を貫通して設けられ、マイクロ波発生源からのマイクロ波を前記平面アンテナへ供給する第１の導波管と、
前記第１の導波管の周囲に配置され、前記平板状基材の上面に対して直交する方向に導波路を形成して前記平面アンテナにおける電界分布を調節する第２の導波管と、
を備え、
前記透過板の前記対向面において、前記第２の導波管と上下に重なり合う径方向の位置に、前記対向面の中央部分よりも前記載置台の支持面との距離が遠くなる凹部を設けている。
【００１０】
本発明のプラズマ処理装置において、前記凹部は、前記載置台との対向面に形成された環状の溝であり、該環状の溝の周方向における少なくとも一部分において、前記第２の導波管と上下に重なることが好ましい。
【００１１】
また、本発明のプラズマ処理装置において、前記第２の導波管は、前記導電性のカバー部材に装着された導電性の中空状部材を有しており、該中空状部材は前記第２の導波管の導波路の少なくとも一部分を構成していることが好ましい。
【００１２】
また、本発明のプラズマ処理装置において、前記導電性のカバー部材は、前記平板状基材の上面に対して直交する方向に貫通した貫通開口部を有しており、該貫通開口部は前記第２の導波管の導波路の少なくとも一部分を構成していることが好ましい。
【００１３】
また、本発明のプラズマ処理装置において、前記第２の導波管の上端部が閉塞されていることが好ましい。この場合、前記第２の導波管は、導波路の長さを可変に調整する可動体を有していることが好ましい。
【００１４】
また、本発明のプラズマ処理装置において、前記導電性のカバー部材は、前記平板状基材の上面側に向けて開口する非貫通の開口部を有しており、該非貫通の開口部は前記第２の導波管の導波路を構成していることが好ましい。
【００１５】
また、本発明のプラズマ処理装置において、前記凹部は、前記載置台の支持面に対して平行な第１の壁面と、前記第１の壁面を間に挟むように、前記透過板の径方向において内側に形成された第２の壁面および外側に形成された第３の壁面を有しており、該第３の壁面と前記対向面との境界が、前記カバー部材の径方向における前記第２の導波管の外周側の端部と上下に一致することが好ましい。
【００１６】
また、本発明のプラズマ処理装置において、前記第２の導波管が、少なくとも一つの前記スロットの上方に配置されていることが好ましい。
【００１７】
また、本発明のプラズマ処理装置において、前記スロットが、前記平板状基材においてスロット対をなして同心円状に配列されており、前記第２の導波管が、前記スロット対のうちの少なくとも一方のスロットの上方に配置されていることが好ましい。
【００１８】
また、本発明のプラズマ処理装置において、前記スロットが、前記平板状基材においてスロット対をなして同心円状に配列されており、前記第２の導波管が、最外周のスロット対のうちの径方向に外側のスロットの開口の中心の上方に配置されていてもよいし、あるいは、最外周のスロット対のうちの径方向に内側のスロットの開口の中心の上方に配置されていてもよい。これらの場合において、前記第２の導波管の中心が、前記スロットの開口の中心を結ぶ円弧上に位置することが好ましく、さらに、前記第２の導波管の中心が、前記スロットの開口の中心に重なるように位置することがより好ましい。
【００１９】
また、本発明のプラズマ処理装置において、前記第２の導波管と前記スロットの開口全体とが、上下に重なるように位置することが好ましい。
【００２０】
また、本発明のプラズマ処理装置において、前記平面アンテナの上に、前記平面アンテナへ供給されるマイクロ波の波長を調整する遅波板をさらに備えていてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、複数のスロットを有する平面アンテナを備えたプラズマ処理装置において、平面アンテナの上面に対して直交する方向に導波路を形成して平面アンテナにおける電界分布を調節する第２の導波管を設けるとともに、該第２の導波管と上下に重なり合う位置で透過板の下面（載置台の支持面に向かい合う対向面）に凹部を設けたので、第２の導波管の下方の電界を強めて第２の導波管による電界強度の調節を効果的に行い、平面アンテナにおける電界強度を均一化することができる。その結果、処理容器内でプラズマを安定して生成できるとともに、プラズマ分布を均一にすることができる。従って、被処理体が大型基板である場合でも面内において均一な処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１のプラズマ処理装置における平面アンテナ板の構造を示す図面である。
【図３】図１のプラズマ処理装置の制御系統の概略構成を示すブロック図である。
【図４】図１の要部を拡大した断面図である。
【図５】透過板の断面図である。
【図６】透過板の下面の構造を示す図面である。
【図７】環状溝とスロットとスタブとの位置関係を説明する図面である。
【図８】スタブの構成例を示すプラズマ処理装置の要部断面図である。
【図９】スタブの別の構成例を示すプラズマ処理装置の要部断面図である。
【図１０】スタブのさらに別の構成例を示すプラズマ処理装置の要部断面図である。
【図１１】スタブの他の構成例を示すプラズマ処理装置の要部断面図である。
【図１２】スタブのさらに他の構成例を示すプラズマ処理装置の要部断面図である。
【図１３】スロットおよび環状溝に対するスタブの配置位置を説明する図面である。
【図１４】スロットおよび環状溝に対するスタブの配置位置の別の例を説明する図面である。
【図１５】スロットおよび環状溝に対するスタブの配置位置のさらに別の例を説明する図面である。
【図１６】平面アンテナ板に対するスタブの配置個数を説明する図面である。
【図１７】平面アンテナ板に対するスタブの配置個数の別の例を説明する図面である。
【図１８】平面アンテナ板に対するスタブの配置個数のさらに別の例を説明する図面である。
【図１９】平面アンテナ板に対するスタブの配置例を説明する図面である。
【図２０】平面アンテナ板に対するスタブの配置の別の例を説明する図面である。
【図２１】平面アンテナ板に対するスタブの配置のさらに別の例を説明する図面である。
【図２２】プラズマ処理装置におけるスタブとスロットと環状溝の位置関係を示す平面図である。
【図２３】シミュレーション実験の結果を示す図である。
【図２４】成膜実験の結果を示す図である。
【図２５】スロットおよび環状溝に対するスタブの配置位置の変形例を説明する図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置１００の概略構成を模式的に示す断面図である。図２は、図１のプラズマ処理装置１００の平面アンテナを示す平面図である。図３は、図１のプラズマ処理装置１００における制御系統の概略構成例を示す図面である。
【００２４】
プラズマ処理装置１００は、複数のスロット状の孔を有する平面アンテナ、特にＲＬＳＡ（Ｒａｄｉａｌ Ｌｉｎｅ Ｓｌｏｔ Ａｎｔｅｎｎａ；ラジアルラインスロットアンテナ）にて処理容器内にマイクロ波を導入してプラズマを発生させることにより、高密度かつ低電子温度のマイクロ波励起プラズマを発生させ得るプラズマ処理装置として構成されている。プラズマ処理装置１００では、１×１０１０〜５×１０１２／ｃｍ３のプラズマ密度で、かつ０．７〜２ｅＶの低電子温度を有するプラズマによる処理が可能である。従って、プラズマ処理装置１００は、各種半導体装置の製造過程において好適に利用できるものである。
【００２５】
プラズマ処理装置１００は、主要な構成として、気密に構成された処理容器１と、処理容器１内にガスを供給するガス供給装置１８と、処理容器１内を減圧排気するための排気機構としての排気装置２４と、処理容器１の上部に設けられ、処理容器１内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入機構２７と、これらプラズマ処理装置１００の各構成部を制御する制御手段としての制御部５０と、を備えている。なお、ガス供給装置１８、排気装置２４およびマイクロ波導入機構２７は、処理容器１内でプラズマを生成させるプラズマ生成手段を構成している。
【００２６】
処理容器１は、容器本体１Ａと、後述する排気容器１１およびプレート１３を有している。容器本体１Ａは、接地された略円筒状の容器である。なお、容器本体１Ａは角筒形状に形成してもよい。容器本体１Ａは、アルミニウム等の材質からなり、底壁１ａと側壁１ｂとを有している。
【００２７】
処理容器１の内部は、被処理体であるシリコンウエハ（以下、単に「ウエハ」と記す）Ｗを水平に支持するための載置台２が設けられている。載置台２は、熱伝導性の高い材質例えばＡｌＮ等のセラミックスにより構成されている。この載置台２は、排気容器１１の底部中央から上方に延びる円筒状の支持部材３により支持されている。支持部材３は、例えばＡｌＮ等のセラミックスにより構成されている。
【００２８】
また、載置台２には、その表面全域を覆うカバー４ａが設けられている。カバー４ａは、例えば石英、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＮ等の材質で形成されている。カバー４ａの上面は、ウエハＷを支持する支持面２ａとなっている。この支持面２ａには、ウエハＷの位置決めを行うためのガイド４ｂが設けられている。ガイド４ｂは、例えば石英、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＮ等の材質で形成された環状部材である。なお、カバー４ａを設けない場合は、載置台２の上面が支持面２ａとなる。
【００２９】
また、載置台２には、温度調節機構としての抵抗加熱型のヒータ５が埋め込まれている。このヒータ５は、ヒータ電源５ａから給電されることにより載置台２を加熱して、その熱で被処理基板であるウエハＷを均一に加熱する。
【００３０】
また、載置台２には、熱電対（ＴＣ）６が配備されている。この熱電対６によって温度計測を行うことにより、ウエハＷの冷却もしくは加熱温度を例えば室温から９００℃までの範囲で制御可能となっている。
【００３１】
また、載置台２には、ウエハＷを支持して昇降させるためのウエハ支持ピン（図示せず）が設けられている。各ウエハ支持ピンは、載置台２の支持面２ａに対して突没可能に設けられている。
【００３２】
容器本体１Ａの内周には、石英からなる円筒状のライナー７が設けられている。また、載置台２の外周側には、処理容器１内を均一排気するため、多数の排気孔８ａを有する石英製のバッフルプレート８が環状に設けられている。このバッフルプレート８は、複数の支柱９により支持されている。
【００３３】
容器本体１Ａの底壁１ａの略中央部には、円形の開口部１０が形成されている。底壁１ａにはこの開口部１０と連通し、下方に向けて突出する排気容器１１が設けられている。この排気容器１１には、排気管１２が接続されており、この排気管１２を介して排気装置２４に接続されている。
【００３４】
容器本体１Ａの上端には、処理容器１を開閉させる蓋体（リッド）としての機能を有し、開口部が形成された金属製のプレート１３が配置されている。プレート１３の内周下部は、内側（処理容器内空間）へ向けて突出し、環状の支持部１３ａを形成している。
【００３５】
容器本体１Ａの側壁１ｂには、環状をなすガス導入部１５が設けられている。このガス導入部１５は、図示しない配管を介して酸素含有ガスやプラズマ励起用ガスを供給するガス供給装置１８に接続されている。なお、ガス導入部１５はノズル状またはシャワー状に設けてもよい。
【００３６】
また、容器本体１Ａの側壁１ｂには、プラズマ処理装置１００と、これに隣接する搬送室（図示せず）との間でウエハＷの搬入出を行うための搬入出口１６と、この搬入出口１６を開閉するゲートバルブ１７とが設けられている。
【００３７】
ガス供給装置１８は、例えばプラズマ形成用のＡｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｈｅ等の希ガスや、酸化処理における酸素ガス、窒化処理における窒素ガスなどの処理ガス、ＣＶＤ処理における原料ガス、さらに、処理容器内雰囲気を置換する際に用いるＮ２、Ａｒ等のパージガス、処理容器１内をクリーニングする際に用いるＣｌＦ３、ＮＦ３等のクリーニングガス等を供給するガス供給源（図示せず）を有している。各ガス供給源は、図示しないマスフローコントローラおよび開閉バルブを備え、供給されるガスの切替えや流量等の制御が出来るようになっている。
【００３８】
排気装置２４は、例えばターボ分子ポンプなどの高速真空ポンプを備えている。前記のように、排気装置２４は、排気管１２を介して処理容器１の排気容器１１に接続されている。処理容器１内のガスは、排気容器１１内の空間１１ａへ均一に流れ、さらに空間１１ａから排気装置２４を作動させることにより、排気管１２を介して外部へ排気される。これにより、処理容器１内を例えば０．１３３Ｐａまで高速に減圧することが可能となっている。
【００３９】
次に、マイクロ波導入機構２７の構成について説明する。マイクロ波導入機構２７は、主要な構成として、透過板２８、平面アンテナ板３１、遅波板３３、導電性のカバー部材３４、第１の導波管としての導波管３７、マッチング回路３８およびマイクロ波発生装置３９を備えている。また、本実施の形態に係るプラズマ処理装置１００においては、マイクロ波導入機構２７に、平面アンテナ板３１とカバー部材３４とによって形成される偏平導波管内の電界分布を調整する第２の導波管としてのスタブ４３Ａを少なくとも１個以上（図１では２個を例示）備えている。
【００４０】
透過板２８は、処理容器１の上部の開口部に気密に装着されてプラズマ発生用のマイクロ波を透過させる。具体的には、透過板２８は、プレート１３において内周側に張り出した支持部１３ａ上に配備されている。透過板２８は、誘電体、例えば石英やＡｌ２Ｏ３、ＡｌＮ等のセラミックスから構成されている。この透過板２８と支持部１３ａとの間は、シール部材２９を介して気密にシールされている。したがって、処理容器１内は気密に保持される。
【００４１】
透過板２８は、載置台２の支持面２ａと対向する対向面２８ａを有している。この対向面２８ａは、凹部としての環状溝２８ｂを有している。透過板２８の詳細な構造については、後述する。
【００４２】
平面アンテナ板３１は、透過板２８の上方において、載置台２と平行に設けられている。平面アンテナ板３１は、円板状をなしている。なお、平面アンテナ板３１の形状は、円板状に限らず、例えば四角板状でもよい。この平面アンテナ板３１は、プレート１３の上端に係止されている。
【００４３】
平面アンテナ板３１は、例えば図２に示したように、基材３１ａと、この基材３１ａにおいて所定のパターンで貫通して形成された多数のスロット３２とを有している。基材３１ａは、例えば表面が金または銀メッキされた銅板またはアルミニウム板により構成されている。個々のスロット３２は、細長い形状をなしている。また、スロット３２は、その長手方向が異なるように配置された二つのスロット３２が対をなして同心円状に配列されている。すなわち、基材３１ａの径方向に対してその長手方向が所定の第１の角度をなすスロット３２ａと、その長手方向が所定の第２の角度をなすスロット３２ｂとが１組になって対をなし、さらに複数のスロット対が基材３１ａの周方向に同心円状に１列以上、好ましくは複数の列をなして配置されている。図２においては、同心円状に形成された隣接するスロット対どうしの間隔をΔｒで示している。なお、間隔Δｒは、スロット対の配置により適宜調整することができる。
【００４４】
なお、図２に示した平面アンテナ板３１のスロット３２の配置や個数、配置間隔、配置角度などは、あくまでも例示である。スロット３２の長さや配列間隔は、マイクロ波の波長（λｇ）に応じて決定することができる。例えば、スロット３２の間隔は、波長がλｇ／４からλｇとなるように配置することが好ましい。なお、スロット３２の形状は、円形状、円弧状等の他の形状であってもよい。さらに、スロット３２の配置形態は特に限定されず、同心円状のほか、例えば、螺旋状、放射状等に配置することもできる。なお、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどのフラットパネルディスプレイ用の基板を処理対象とする場合には、複数のスロットを直線状や四角い螺旋状に配列することもできる。
【００４５】
偏平導波管を構成する平面アンテナ板３１とカバー部材３４との間には、真空よりも大きい誘電率を有する材料からなる遅波板３３が設けられている。遅波板３３は平面アンテナ板３１を覆うように配置されている。遅波板３３の材料としては、例えば、石英、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、ポリイミド樹脂などを挙げることができる。この遅波板３３は、真空中ではマイクロ波の波長が長くなることから、マイクロ波の波長を短くしてプラズマを調整する機能を有している。
【００４６】
なお、平面アンテナ板３１と透過板２８との間、また、遅波板３３と平面アンテナ板３１との間は、それぞれ接触させても離間させてもよいが、接触させることが好ましい。
【００４７】
処理容器１の上部には、これら平面アンテナ板３１および遅波板３３を覆うように、導波路を形成する機能も有するカバー部材３４が設けられている。カバー部材３４は、例えばアルミニウムやステンレス鋼等の金属材料によって形成されている。プレート１３の上端とカバー部材３４とは、マイクロ波が外部へ漏えいしないように導電性を有するスパイラルシールドリングなどのシール部材３５によりシールされている。また、カバー部材３４には、冷却水流路３４ａが形成されている。この冷却水流路３４ａに冷却水を通流させることにより、カバー部材３４、遅波板３３、平面アンテナ板３１および透過板２８を冷却できるようになっている。この冷却機構により、カバー部材３４、遅波板３３、平面アンテナ板３１、透過板２８およびプレート１３がプラズマの熱により変形・破損することが防止される。
【００４８】
カバー部材３４の上壁（天井部）の中央には、開口部３６が形成されており、この開口部３６を貫通して導波管３７の下端が挿入されている。導波管３７の他端側には、マッチング回路３８を介してマイクロ波を発生するマイクロ波発生装置３９が接続されている。この導波管３７は、本発明における「第１の導波管」である。
【００４９】
導波管３７は、上記カバー部材３４の開口部３６から上方へ延出する断面円形状の同軸導波管３７ａと、この同軸導波管３７ａの上端部にモード変換器４０を介して接続された水平方向に延びる矩形導波管３７ｂとを有している。モード変換器４０は、矩形導波管３７ｂ内をＴＥモードで伝搬するマイクロ波をＴＥＭモードに変換する機能を有している。
【００５０】
同軸導波管３７ａの中心には内導体４１が延在している。この内導体４１は、その下端部において平面アンテナ板３１の中心に接続固定されている。このような構造により、マイクロ波は、同軸導波管３７ａの内導体４１を介して偏平導波管の一部分を構成する平面アンテナ板３１へ放射状に効率よく均一に伝搬される。
【００５１】
スタブ４３Ａは、平板状基材である基材３１ａの上面に対して直交する方向に導波路を形成する「第２の導波管」である。スタブ４３Ａは、水平断面が矩形をなす中空管状部材４３ａを備えた方形導波管である。スタブ４３Ａは、例えばアルミニウムやステンレス鋼等の金属材料によって形成されている。スタブ４３Ａは、カバー部材３４の外周部において、基材３１ａの上面に対して垂直な方向に導波路が形成されるように設けられている。スタブ４３Ａの下部は、カバー部材３４を貫通して設けられた開口３４ｂにより構成されている。つまり、スタブ４３Ａでは、中空管状部材４３ａの空洞部分と、カバー部材３４の開口３４ｂとが位置合わせされて鉛直方向に導波路を形成している。スタブ４３Ａの上部はカバー部材３４の上面から突出して設けられている。本実施の形態のプラズマ処理装置１００における第２の導波管（スタブ４３Ａ等）の形状、配置、配設数などに関しては、後に詳述する。なお、スタブ４３Ａ以外の、第２の導波管の種々の変形例についても後述するが、それらを総称して「スタブ４３」と表記する場合がある。
【００５２】
以上のような構成のマイクロ波導入機構２７により、マイクロ波発生装置３９で発生したマイクロ波が導波管３７を介して平面アンテナ板３１へ伝搬され、スロット３２および透過板２８を介して処理容器１内に導入されるようになっている。なお、マイクロ波の周波数としては、例えば２．４５ＧＨｚが好ましく用いられ、他に８．３５ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ、９１５ＭＨｚ等を用いることもできる。
【００５３】
プラズマ処理装置１００の各構成部は、制御部５０に接続されて制御される構成となっている。制御部５０は、図３に示したように、ＣＰＵを備えたコンピュータであるプロセスコントローラ５１と、このプロセスコントローラ５１に接続されたユーザーインターフェース５２および記憶部５３を備えている。プロセスコントローラ５１は、プラズマ処理装置１００において、例えば温度、ガス流量、圧力、マイクロ波出力などのプロセス条件に関係する各構成部（例えば、ヒータ電源５ａ、ガス供給装置１８、排気装置２４、マイクロ波発生装置３９など）に接続され、これらを統括して制御する制御手段である。
【００５４】
ユーザーインターフェース５２は、工程管理者がプラズマ処理装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマ処理装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を有している。また、記憶部５３には、プラズマ処理装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ５１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記録されたレシピが保存されている。
【００５５】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース５２からの指示等にて任意のレシピを記憶部５３から呼び出してプロセスコントローラ５１に実行させることで、プロセスコントローラ５１の制御下、プラズマ処理装置１００の処理容器１内で所望の処理が行われる。また、前記制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリ、ＤＶＤなどに格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
【００５６】
このように構成されたプラズマ処理装置１００では、８００℃以下（特に、室温から５００℃程度）の低温で下地膜等へのダメージフリーなプラズマ処理を行うことができる。また、プラズマ処理装置１００は、プラズマの均一性に優れていることから、プロセスの均一性を実現できる。
【００５７】
次に、本実施の形態に係るプラズマ処理装置１００を用いたプラズマ処理の手順の一例について説明する。ここでは、処理ガスとして酸素を含有するガスを用い、ウエハ表面をプラズマ酸化処理する場合を例に挙げる。まず、例えばユーザーインターフェース５２から、プラズマ処理装置１００でプラズマ酸化処理を行うように指令が入力される。この指令を受けて、プロセスコントローラ５１は、記憶部５３に保存されたレシピを読み出す。そして、レシピに基づく条件でプラズマ酸化処理が実行されるように、プロセスコントローラ５１からプラズマ処理装置１００の各エンドデバイス例えばガス供給装置１８、排気装置２４、マイクロ波発生装置３９、ヒータ電源５ａなどへ制御信号が送出される。
【００５８】
そして、図示しないゲートバルブを開にして搬入出口からウエハＷを処理容器１内に搬入し、載置台２上に載置する。次に、処理容器１内を減圧排気しながら、ガス供給装置１８から、不活性ガスおよび酸素含有ガスを所定の流量でそれぞれガス導入部１５を介して処理容器１内に導入する。さらに、排気量およびガス供給量を調整して処理容器１内を所定の圧力に調節する。
【００５９】
次に、マイクロ波発生装置３９のパワーをオン（入）にして、マイクロ波を発生させる。そして、発生した所定周波数例えば２．４５ＭＨｚのマイクロ波は、マッチング回路３８を介して矩形導波管３７ｂに導かれ、同軸導波管３７ａを通過し、さらに偏平導波管を構成する平面アンテナ板３１に供給される。マイクロ波は、矩形導波管３７ｂ内ではＴＥモードで伝搬し、このＴＥモードのマイクロ波はモード変換器４０でＴＥＭモードに変換されて、同軸導波管３７ａ内を平面アンテナ板３１に向けて伝搬されていく。そして、マイクロ波は、平面アンテナ板３１を貫通して形成された孔であるスロット３２から透過板２８を介して処理容器１内（ウエハＷの上方空間）に放射される。
【００６０】
平面アンテナ板３１から透過板２８を経て処理容器１内に放射されたマイクロ波により、処理容器１内で電磁界が形成され、不活性ガスおよび酸素含有ガスがそれぞれプラズマ化する。このマイクロ波励起プラズマは、マイクロ波が平面アンテナ板３１の多数のスロット３２から放射されることにより、略１×１０１０〜５×１０１２／ｃｍ３の高密度で、かつウエハＷ近傍では、略１．５ｅＶ以下の低電子温度のプラズマとなる。このようにして形成されるマイクロ波励起高密度プラズマは、下地膜へのイオン等によるプラズマダメージが少ないものである。そして、プラズマ中の活性種例えばラジカルやイオンの作用によりウエハＷのシリコン表面が酸化されてシリコン酸化膜ＳｉＯ２の薄膜が形成される。
【００６１】
プロセスコントローラ５１からプラズマ処理を終了させる制御信号が送出されると、マイクロ波発生装置３９のパワーがオフ（切）にされ、プラズマ酸化処理が終了する。次に、ガス供給装置１８からの処理ガスの供給を停止して処理容器１内を真空排気する。そして、ウエハＷを処理容器１内から搬出し、１枚のウエハＷに対するプラズマ処理が終了する。
【００６２】
次に、本実施の形態のプラズマ処理装置１００におけるスタブ４３Ａの詳細な構成について、図４を参照しながら説明する。図４は、図１のプラズマ処理装置１００のスタブ４３Ａを含む部分を拡大して示す要部断面図である。本実施の形態では、第２の導波管として、有効高さを変更できる複数（例えば２〜４個）のスタブ４３Ａが設けられている。スタブ４３Ａは、カバー部材３４に装着された中空管状部材４３ａと、中空管状部材４３ａの内部に設けられた可動体４３ｂと、可動体４３ｂに連結されたハンドル４３ｃと、可動体４３ｂとハンドル４３ｃを連結するシャフト４３ｄとを備えている。また、本実施の形態では、スタブ４３Ａの導波路は、可動体４３ｂによって内部空間の高さが規定された中空管状部材４３ａと、カバー部材３４に設けられた開口部３４ｂとにより構成される。可動体４３ｂは、ハンドル４３ｃを回転させることにより、例えばボルト／ナット構造（詳細な構造は図示せず）により、上下方向に移動することができる。可動体４３ｂを上下動させることにより実質的なスタブ高さ（Ｈ）を変更することが可能であり、スタブ４３Ａの有効管長さを最適な範囲に設定することができる。
【００６３】
スタブ４３Ａの高さＨ（つまり、導波路の長さ）は、可動体４３ｂによって規定される中空管状部材４３ａの高さと、カバー部材３４の厚みとの合計である。この高さＨは、スタブ４３Ａ内でマイクロ波による定在波が発生するようにスタブ４３Ａ内に伝搬するマイクロ波の管内波長λｇ（＝１５４ｍｍ）に対し、λｇ以下の範囲となるように調整することが好ましく、例えばλｇ／４（＝３８ｍｍ）、λｇ／２（＝７７ｍｍ）、３λｇ／４（＝１１５．５ｍｍ）等となる高さに設定することができる。また、スタブ４３Ａの横断面の面積も、スタブ４３Ａ内に伝搬するマイクロ波の波長λｇに応じて設定できる。
【００６４】
プラズマ処理装置１００のように、可動式の蓋部（可動体４３ｂ）を備えたスタブ４３Ａを用いることによって、スタブ４３Ａの有効管長さを任意に変化させることができるので、スタブ４３Ａの高さＨを実質的に可変に調節することができる。そして、スタブ４３Ａの高さＨを可変に調節することによって、透過板２８における電界強度を容易に制御できる。従って、プラズマの均一性を高め、さらにウエハ面内での処理の均一性を向上させる観点で有利である。なお、可動体４３ｂを上下に変位させる機構としては、特に制限はなく、ボルト／ナット構造に限らず任意の機構を採用することができる。
【００６５】
以上のように、本実施の形態のプラズマ処理装置１００では、スタブ４３Ａを設け、必要に応じてその高さを調節することにより、プラズマ処理のウエハ面内における均一性を向上させることができる。このようなスタブ４３Ａによる効果を最大限に引き出すため、本実施の形態のプラズマ処理装置１００では、透過板２８の下面に環状溝２８ｂを設けている。
【００６６】
次に、環状溝２８ｂを有する透過板２８の詳細な形状について図５および６を参照しながら説明する。図５は、透過板２８の断面図であり、図６は、透過板２８の下面（載置台２との対向面）を示す図面である。透過板２８の下面（載置台２の支持面２ａと対向する対向面２８ａ）には、環状溝２８ｂが形成されている。また、透過板２８の対向面２８ａの環状溝２８ｂより外周側には、凸状壁２８ｃが対向面２８ａに対してほぼ垂直に立設されている。透過板２８の対向面２８ａにおいて、環状溝２８ｂおよび凸状壁２８ｃを除く部分は、載置台２の支持面２ａとほぼ平行に形成された中央領域２８ａ１と、周縁領域２８ａ２とを有している。中央領域２８ａ１は、環状溝２８ｂによって周縁領域２８ａ２と隔てられている。載置台２の支持面２ａを基準として、中央領域２８ａ１は周縁領域２８ａ２よりも高い位置に形成されている。つまり、透過板２８の中央部分は、周縁部分よりも薄く形成され、載置台２の載置面２ａとの距離（ギャップ）が大きくなっている。
【００６７】
環状溝２８ｂは、その断面が載置台２に対して拡開した形状を有している。環状溝２８ｂは、載置台２に平行な第１の壁面２０１と、透過板２８の径方向において第１の壁面２０１を間に挟むように、その内側に形成された第２の壁面２０２およびその外側に形成された第３の壁面２０３を有している。そして、第２の壁面２０２および第３の壁面２０３は、それぞれ、透過板２８の下面である対向面２８ａに対して垂直ではなく、所定の角度で傾斜して設けられている。すなわち、第２の壁面２０２は、中央領域２８ａ１の表面に対して角度α１（例えば３５°〜５５°）をなし、第３の壁面２０３は、周縁領域２８ａ２の表面に対して角度α２（例えば５０°〜７０°）をなしている。第１の壁面２０１は、中央領域２８ａ１および周縁領域２８ａ２の表面に対して平行である。載置台２の支持面２ａを基準として、第１の壁面２０１は、対向面２８ａの中央領域２８ａ１よりも、さらに高い位置に形成されている。つまり、環状溝２８ｂの第１の壁面２０１の部分は、透過板２８の中央部分よりも、さらに薄く形成され、載置台２の載置面２ａとの距離（ギャップ）が最も大きくなっている。環状溝２８ｂの幅Ｌは、少なくともスタブ４３Ａの径方向の幅よりも広く、かつ平面アンテナ板３１の径方向に、スロット３２が１つ以上入るように設定することが好ましく、好ましくは２つ以上入るように設定することがより好ましい。
【００６８】
次に、環状溝２８ｂとスタブ４３Ａとの位置関係について、図４および図７を参照して説明する。図４および図７においては、環状溝２８ｂとスロット３２との位置関係を明らかにするため、透過板２８の周縁領域２８ａ２と環状溝２８ｂの第３の壁面２０３との境界である環状溝２８ｂの外周端をＣ１、第３の壁面２０３と第１の壁面２０１との境界をＣ２、第１の壁面２０１と第２の壁面２０２との境界をＣ３、第２の壁面２０２と中央領域２８ａ１との境界である環状溝２８ｂの内周端をＣ４の符号でそれぞれ示している。環状溝２８ｂは、透過板２８の径方向においてスタブ４３Ａと上下に重なり合う位置に形成されている。つまり、カバー部材３４の上方から透視した場合に、スタブ４３Ａと透過板２８の環状溝２８ｂは、重なっている。本実施の形態のプラズマ処理装置１００では、第３の壁面２０３と透過板２８の周縁領域２８ａ２との境界（つまり、第３の壁面２０３の外周端部Ｃ１）が、第２の導波管としてのスタブ４３Ａの外周側の端部と上下に一致するように位置合わせされている。上記のとおり、環状溝２８ｂの幅Ｌ（Ｃ１〜Ｃ４の幅と同じ）は、スタブ４３Ａの径方向の幅よりも広いので、このような位置合わせを行うことにより、スタブ４３Ａと環状溝２８ｂとが上下に重なり合う配置となる。さらに、スタブ４３Ａと環状溝２８ｂは、平面アンテナ板３１の１つ以上のスロットとも上下に重なり合う配置となる。
【００６９】
本実施の形態では、環状溝２８ｂの好ましい配置として、図７に示したようにスタブ４３Ａおよび透過板２８の環状溝２８ｂにおける第３の壁面２０３（Ｃ１〜Ｃ２間）が、ともに平面アンテナ板３１の最外周のスロット対（スロット３２ａ，３２ｂ）のうち、内側のスロット３２ｂと上下に重なるように配置されている。この場合、スタブ４３Ａは、平面アンテナ板３１の基材３１ａにおいて周方向に配列される複数のスロット３２ｂのうち、少なくとも一つと重なればよい。さらに、本実施の形態では、透過板２８の環状溝２８ｂにおける第２の壁面２０２（図７のＣ３〜Ｃ４間）が、平面アンテナ板３１の最外周から２番目のスロット対（スロット３２ｅ，３２ｆ）のうち、外側のスロット３２ｅと上下に重なるように配置されている。
【００７０】
以上のように、スタブ４３Ａと透過板２８の環状溝２８ｂの位置を上下に重ねることにより、環状溝２８ｂによって透過板２８の下方の電界分布を透過板２８の径方向に中央付近から周縁部へ広げ、スタブ４３Ａの直下に電界を集中させることができるため、スタブ４３Ａによる電界強度の調節が効果的に行われ、処理容器１内で均一なプラズマを発生させることができる。
【００７１】
透過板２８において、凸状壁２８ｃは、下方に向けて環状に突出しており、支持部１３ａの内周面をカバーするように配置されている。凸状壁２８ｃによって、支持部１３ａとプラズマとの接触を防止して、プラズマによって支持部１３ａがスパッタリングされてダメージを受けたり、パーティクルが発生したりすることが防止される。
【００７２】
次に、図８〜図１２を参照して第２の導波管としてのスタブの変形例について説明する。図８に例示した態様のスタブ４３Ｂでは、カバー部材３４の外周部において、スタブ４３Ｂを構成する水平断面が矩形の中空管状部材４３ａの下部が、カバー部材３４に設けられた開口部３４ｂに挿入されている。中空ブロック状をなす中空管状部材４３ａは、カバー部材３４を貫通して遅波板３３の上面まで達している。なお、中空管状部材４３の下端は遅波材３３に当接していても、離間していてもよい。また、図８では、スタブ４３Ｂの上部がカバー部材３４の上面から突出して設けられているが、突出していなくてもよい。
【００７３】
図８に示したスタブ４３Ｂのように、上部を蓋体４４によって閉塞して非開放状態としてもよいが、例えば図９に示したスタブ４３Ｃのように、上部を開放状態としてもよい。ただし、プラズマへのマイクロ波の吸収率を大きくし、導波管３７へのマイクロ波の反射を抑制するためには、図８に示したスタブ４３Ｂのように上部を閉塞することが好ましい。なお、スタブ４３の上部を閉塞する手段としては蓋体４４に限らず、例えば一体成形で上部を塞いでもよい。
【００７４】
図１０から図１２に、スタブ４３のさらに別の構成例を示した。図１０に例示した態様のスタブ４３Ｄでは、その上部は、水平断面が矩形の中空管状部材４３ａにより構成され、その下部がカバー部材３４に形成された矩形の開口３４ｂにより構成された態様を示している。中空管状部材４３ａは、例えば螺子などの図示しない任意の固定手段により、カバー部材３４の上面に装着されている。図１０に示したスタブ４３Ｄにおいては、中空管状部材４３ａの空洞部分と、カバー部材３４の開口３４ｂとが位置合わせされて鉛直方向に導波路を形成している。なお、図１０に示したスタブ４３Ｄにおいても、蓋体４４の配備は任意である。
【００７５】
図１１に例示した態様のスタブ４３Ｅは、カバー部材３４に形成された矩形の開口３４ｂのみによって鉛直方向に導波路が形成されている。従って、スタブ４３Ｅの高さＨは、カバー部材３４の厚みに一致する。なお、図１１に示したスタブ４３Ｅにおいても、蓋体４４の配備は任意である。
【００７６】
図１２に例示した態様のスタブ４３Ｆは、カバー部材３４の下面に形成された凹部３４ｃにより鉛直方向に導波路が形成されている。凹部３４ｃは、カバー部材３４の下方に配置された遅波板３３に向けて矩形に開口している。図１２に示したスタブ４３Ｆにおいては、スタブ４３Ｆの高さＨは、カバー部材３４の厚みよりも小さい範囲で形成される。
【００７７】
本実施形態のプラズマ処理装置１００では、処理容器１内でプラズマを均一に生成させ、ウエハＷの中央部と周縁部付近での処理の均一性を確保するため、平面アンテナ板３１の周縁部近傍の上方にスタブ４３を配設するとともに、透過板２８のマイクロ波透過領域の外側に環状溝２８ｂを設けた。前記のとおり、マイクロ波発生装置３９で発生したマイクロ波は、同軸導波管３７ａの内導体４１を介して平面アンテナ板３１の中央部に供給され、平面アンテナ板３１とカバー部材３４とによって構成される導波路（偏平導波管）を放射状に伝搬していく。マイクロ波は、導波路を伝搬する距離が長くなるに従い、反射波が大きくなり、定在波が減衰する。このため、偏平導波管内においてマイクロ波により生じる電界は、同軸導波管３７ａの内導体４１の下端部に接続されてマイクロ波が偏平導波管内に導入される部位である平面アンテナ板３１の中央部で強くなり、平面アンテナ板３１の周縁部近傍では弱くなる傾向がある。このように平面アンテナ板３１上の電界分布が不均一になると、導波管３７への反射係数が大きくなり、プラズマへのマイクロ波の吸収効率が低下する。つまり、処理容器１内に導入するマイクロ波の実効パワーが小さくなり、パワー損失が大きくなる。その結果、処理容器１内で生成するプラズマが不均一になる。特に、大径のウエハＷを処理対象とすべく処理容器１を大型化すると、この問題が顕在化して容器本体１Ａの側壁１ｂ近傍のプラズマ密度が低下してウエハＷの面内で均一な処理を行うことが困難になってしまう。
【００７８】
このような観点から、処理容器１内にマイクロ波を効率良く供給し、均一なプラズマを生成させるためには、スタブ４３を平面アンテナ板３１の外周部（つまり周縁部近傍）の上方に配設し、平面アンテナ板３１上の電界分布を均一に近づけることが好ましい。特に、スタブ４３を平面アンテナ板３１の外周部に形成されたスロット３２の上方に配設することにより、スタブ４３を他の場所に配置する場合に比べて、スタブ４３内へマイクロ波が導入されやすくなる。そして、スタブ４３によって不均一なマイクロ波（反射波など）が吸収されることにより、平面アンテナ板３１上で均一な電界強度分布を形成することができる。また、偏平導波管の中央から入射したマイクロ波（入射波）が、放射状に平面アンテナ板３１の径外方向に伝播する際に、偏平導波管の外周部でマイクロ波の反射（反射波）が発生しないようにすることができる。さらに、プラズマ処理装置１００では、スタブ４３の下方に位置合わせされた環状溝２８ｂを有する透過板２８との組み合わせによって、スタブ４３による上記作用効果が最大限に発揮され、ウエハＷの面内で均一なプラズマ処理が実現できる。
【００７９】
次に、図１３から図２１を参照してスタブ４３の配置について説明する。まず、スタブ４３とスロット３２との配置を決める際の前提となる、スタブ４３の電界調節機能を十分に発揮させるための基本的な条件を説明する。スタブ４３は、中空管状のスタブ４３の空洞部分が平面アンテナ板３１の外周部に形成されたスロット３２の開口に重なるように配置することが好ましい。また、スタブ４３の空洞部分が、平面アンテナ板３１の外周部に形成されたスロット３２の開口の中心（以下、単に「スロット３２の中心」と記す）の上方に位置するようにスタブ４３を配置することがより好ましい。また、平面アンテナ板３１の外周部に形成されたスロット３２の中心を周方向に結ぶ円弧上に、スタブ４３の開口の中心（以下、単に「スタブ４３の中心」と記す）を位置させることが好ましい。特に、スタブ４３の中心が、平面アンテナ板３１の周縁部近傍のスロット３２の中心と重なるようにスタブ４３を配置することがより好ましい。また、スタブ４３の空洞部分とスロット３２の開口全体とが上下に重なるようにスタブ４３を配置することが望ましい。なお、スタブ４３の空洞部分は、平面アンテナ板３１の基材３１ａにおいて周方向に配列される複数のスロット３２のうち、少なくとも一つと重なればよい。
【００８０】
図１３から図１５は、平面アンテナ板３１の径方向におけるスタブ４３の配設位置の好ましい例を示している。図１３から図１５は、平面アンテナ板３１において最外周に配列されたスロット対（スロット３２ａおよびスロット３２ｂ）の位置に対するスタブ４３の配置を示す説明図である。各図において、スタブ４３の位置を仮想線で示し、環状溝２８ｂの外周端Ｃ１および内周端Ｃ４を点線で示した。
【００８１】
図１３は、平面アンテナ板３１の外周部において、最外周に配列されたスロット対を構成する内側のスロット３２ｂの中心Ｏ３２ｂを周方向に結ぶ円弧Ｒ３２ｂ上にスタブ４３の中心Ｏｓが位置するようスタブ４３が配置された例を示している。図１３では、特にスロット３２ｂの中心Ｏ３２ｂに、スタブ４３の中心Ｏｓが重なるように位置合わせして配置されている。なお、図１３では、スタブ４３と重なる範囲内に、１個のスロット３２ｂの全体が入る構成例を示しているが、これに限らず、スタブ４３と重なる範囲内に複数のスロット３２ｂの全体が入る（例えば、２つのスロット３２ｂがスタブ４３と重なる範囲内に入る）ように構成してもよい。また、スロット３２ｂとスタブ４３との相対的な大きさによって、スタブ４３と重なる範囲内にスロット３２ｂの一部分が入る（例えば、スロット３２ｂが部分的にスタブ４３に重なる）ように構成してもよい。
【００８２】
また、図１４は、平面アンテナ板３１の外周部において、最外周に配列されたスロット対を構成する外側のスロット３２ａの中心Ｏ３２ａを周方向に結ぶ円弧Ｒ３２ａ上にスタブ４３の中心Ｏｓが位置するように、スタブ４３を配置した例を示している。図１４では、特にスロット３２ａの中心Ｏ３２ａに、スタブ４３の中心Ｏｓが重なるように位置合わせしている。なお、図１４では、スタブ４３と重なる範囲内に、１個のスロット３２ａの全体が入る構成例を示しているが、これに限らず、スタブ４３と重なる範囲内に複数のスロット３２ａの全体が入る（例えば、２つのスロット３２ａがスタブ４３と重なる範囲内に入る）ように構成してもよい。また、スロット３２ａとスタブ４３との相対的な大きさによって、スタブ４３と重なる範囲内にスロット３２ａの一部分のみが入る（例えば、スロット３２ａが部分的にスタブ４３に重なる）ように構成してもよい。
【００８３】
前記のとおり、同軸導波管３７ａから平面アンテナ板３１の中心に伝搬されたマイクロ波により、平面アンテナ板３１の基材３１ａ上に生じた表面電流は、平面アンテナ板３１の径外方向へ向かって流れるが、途中でスロット３２により遮られるため、スロット３２の縁に電荷が誘起される。この電荷は、新たなマイクロ波の発生源となる。電荷はスロット３２の長手方向の中央部付近に蓄積されやすいため、スロット３２の中心には電界が集中しやすい。図１３および図１４に示した例では、スロット３２ａ，３２ｂの中心Ｏ３２ａ，Ｏ３２ｂの真上にスタブ４３を配置して、スロット３２の中心Ｏ３２ａ，Ｏ３２ｂ付近での電界の集中を抑制した。
【００８４】
図１３または図１４に示したように、平面アンテナ板３１の最外周に配列されたスロット対を構成するスロット３２ａまたは３２ｂの中心Ｏ３２ａもしくはＯ３２ｂに、スタブ４３の中心Ｏｓが重なるようにスタブ４３を配置することによって、遅波板３３を挟んで下方のスロット３２と上方のスタブ４３とが上下に重なる。図１３または図１４では、特に、スタブ４３の空洞部分とスロット３２の開口全体とが上下に重なるようにスタブ４３を配置することが望ましい。以上のようなスタブ４３の配置によって、スロット３２付近の電界を上方へ広げることができる。これにより、平面アンテナ板３１上での電界の集中や偏在が効果的に抑えられる。このように、スロット３２ａ，３２ｂの中心Ｏ３２ａ，Ｏ３２ｂに、スタブ４３の中心Ｏｓが重なるようにスタブ４３を配置することによって、平面アンテナ板３１より下方の処理容器１内空間側の電界分布を均一に調整し、処理容器１内のプラズマの均一化を図ることが可能になる。なお、スタブ４３の中心Ｏｓが、周方向において隣接する２つのスロット対の間に配置されるようにしてもよい。
【００８５】
なお、図１３および図１４に示した例において、最外周のスロット対を構成するスロット３２ａまたはスロット３２ｂの中心Ｏ３２ａ，Ｏ３２ｂは、平面アンテナ板３１の中心ＯＡから、内側のスロット対を構成するスロット３２ｃ，３２ｄ（図１３〜図１４では一対のみ図示するが、一対とは限らない）の中心Ｏ３２ｃ、Ｏ３２ｄを通る直線Ｘの延長線上に位置させている。
【００８６】
図１５は、平面アンテナ板３１の最外周に配列されたスロット対を構成するスロット３２ａおよびスロット３２ｂの長手方向に直交する方向に、各スロット３２ａ，３２ｂの中心から、それぞれ垂線を引いた場合の交点Ｉに、スタブ４３の中心Ｏｓを位置合わせした例を示している。つまり、スタブ４３の中心Ｏｓを、交点Ｉに重ね、交点Ｉの上方にスタブ４３が位置するようにスタブ４３を配置している。なお、平面アンテナ板３１の周方向に交点Ｉを結ぶ円弧ＲＩ上の任意の位置に、スタブ４３の中心Ｏｓが位置するようにしてもよい。例えば、スタブ４３の中心Ｏｓが、周方向において隣接する２つのスロット対の間に配置されるようにしてもよい。また、図１５では、スタブ４３と重なる範囲内に、１対のスロット３２ａ，３２ｂのほぼ全体が入る構成例を示しているが、これに限らず、スタブ４３と重なる範囲内に、さらに多くのスロットが入るように構成してもよいし、複数のスロット対のそれぞれ一部分が入るように構成してもよい。
【００８７】
図１３から図１５に例示したいずれの態様でも、環状溝２８ｂは、スタブ４３と上下に重なり合うように配置されている。
【００８８】
次に、図１６〜図２１を参照しながら、スタブ４３の設置数について説明する。図１６は中空ブロック状のスタブ４３を１つ配設した状態、図１７は中空ブロック状のスタブ４３を２つ配設した状態、図１８は中空ブロック状のスタブ４３を３つ配設した状態を、それぞれ平面アンテナ板３１に重ねて図示している。図１９から図２１は、スタブ４３を２個配置する場合の変形例である。なお、図１６〜図２１では、スタブ４３は導波路をなす開口の内壁面の輪郭として描いている。また、平面アンテナ板３１のスロット３２は、一部のみ図示し、説明に不要なスロット３２は図示を省略している。さらに、各図には、透過板２８における環状溝２８ｂの位置（外周端Ｃ１および内周端Ｃ４）も破線で示している。スタブ４３は、図１７および図１８に示したように、２つ以上配設することが好ましい。特に、図１７に示したように、平面アンテナ板３１の中心ＯＡを挟んでその径方向に、２個以上のスタブ４３を点対称に配置することが好ましい。平面アンテナ板３１の径方向に２個以上のスタブ４３を対称に配置することにより、平面アンテナ板３１付近の電界分布を均一にする効果が最も高くなる。スタブ４３を必要以上に多数配置しても、電界の分布を均一にする効果の向上が得られるとは限らず、逆に低下させてしまう場合がある。また、スタブ４３を必要以上に多数配置することは、プラズマ処理装置１００の部品点数を増加させ、装置コストを上昇させる要因になる。従って、スタブ４３の配置個数は、２〜６個が好ましく、２〜４個がより好ましい。
【００８９】
また、マイクロ波は、同軸導波管３７ａの内導体４１から平面アンテナ板３１の中心ＯＡ付近に導入され、平面アンテナ板３１とカバー部材３４によって形成される導波路を径外方向に円偏波となって伝搬し、径外方向に配列されたスロット３２に沿って放射状に表面電流を生じさせる。このことから、平面アンテナ板３１の中心から同心円状にスロット対が配列される場合には、スロット３２が径外方向になす列に沿ってスタブ４３を配置することが好ましい。例えば図１６〜図１８では、平面アンテナ板３１の中心ＯＡから、スロット３２ｃ，３２ｄからなる内周側のスロット対（１対のみ図示するが一対とは限らない）を通り、スロット３２ａ，３２ｂからなる最外周のスロット対を結ぶＸ−Ｘ線によって、内周側から最外周へスロット３２が径外方向へなす列を示している。一方、図１６〜図１８に示したＹ−Ｙ線は、平面アンテナ板３１の中心ＯＡから、内側のスロット対（スロット３２ｃ，３２ｄ）は通らずに、最外周のスロット対（スロット３２ａ，３２ｂ）を結ぶ直線である。スタブ４３は、Ｘ−Ｘ線上またはＹ−Ｙ線上のどちらに配置してもよいが、上記理由によりＸ−Ｘ線上に配置することが好ましい。例えばＹ−Ｙ線上に重ねて２つのスタブ４３を配置した場合に対して、図１７に示したようにＸ−Ｘ線上に重ねて２つのスタブ４３を配置した場合を比較すると、Ｘ−Ｘ線上に２つのスタブ４３を対向配置することがより好ましい。
【００９０】
図１６から図１８に示した例では、最外周のスロット対のうち、内側のスロット３２ｂの上方に中空ブロック状のスタブ４３を重ねて配置した。しかし、例えば図１９に示したように、最外周のスロット対を構成するスロット３２ａおよびスロット３２ｂの中間位置の上方にスタブ４３を配置してもよい。また、例えば図２０に示したように、最外周のスロット対のうち、外側のスロット３２ａの上方にスタブ４３を配置してもよい。さらに、例えば図２１に示したように、対向する２つのスタブ４３のうち、片方を最外周のスロット対の内側のスロット３２ｂの上方に配置し、もう片方を、中心ＯＡを挟んで反対側に位置する最外周のスロット対の外側のスロット３２ａの上方に配置してもよい。なお、図１９から図２１では、平面アンテナ板３１の径方向に２個のスタブ４３を対称に配置する場合を例に挙げたが、１個のスタブ４３を配置する場合（図１６参照）、３個以上のスタブ４３を配置する場合（図１８参照）も同様の配置の仕方が可能である。
【００９１】
図１６から図２１に例示したいずれの態様でも、環状溝２８ｂは、スタブ４３と上下に重なり合うように配置されている。図１６から図２１では、環状溝２８ｂの外周端Ｃ１（つまり、第３の壁面２０３の立ち上り部分の角）は、スタブ４３Ａの外周側の端部を結ぶ円と上下に位置合わせされている。ただし、環状溝２８ｂとスタブ４３とが上下に重なり合っていればよいので、例えば環状溝２８ｂの外周端Ｃ１をスタブ４３の外周端よりも径外方向に位置させてもよい。一方、環状溝２８ｂの内周端Ｃ４（つまり、第２の壁面２０２の立ち上り部分の角）は、スタブ４３Ａの内周側の端部を結ぶ円よりも内側に入るようにすることが好ましく、さらに、最外周のスロット対の内側のスロット３２ｂの内周側の端部を結ぶ円よりも内側に入るようにすることがより好ましい。
【００９２】
次に、図１に示したプラズマ処理装置１００と同様の構成のプラズマ処理装置を用い、スタブ４３Ａの高さを変化させて、処理容器１内のプラズマと透過板２８との界面での電界分布の変化をシミュレーションにより検証した。まず、このシミュレーション実験におけるスタブ４３Ａと、平面アンテナ板３１のスロット３２と、透過板２８の環状溝２８ｂとの配置の設定について図２２を参照して説明する。
【００９３】
図２２に示したように、平面アンテナ板３１の基材３１ａには、外周部に２４対のスロット対、中央部に８対のスロット対が形成されている。基材３１ａは、その外周部と中央部との間にスロット３２が形成されていない中間部分を有する。スタブ４３Ａは、所定の直径のピッチ円上に９０度間隔で配置されている。図２２には、スタブ４３Ａの内壁面の輪郭が示されている。平面視において、平面アンテナ板３１の外周部のスロット対（３２ａ、３２ｂ）のうちの内側のスロット（３２ｂ）の中心を結ぶ円周上に、４つのスタブのそれぞれの中心が重なるようにスタブ４３Ａが配置されている。また、内周部のスロット対（３２ｃ、３２ｄ）の各スロットの中心と、外周部のスロット対（３２ａ、３２ｂ）のうちの外側のスロット（３２ａ）の中心を径外方向に結ぶ線上に、４つの各スタブ４３Ａの中心が重なり、かつ、外周部のスロット対（３２ａ、３２ｂ）のうちの内側の少なくとも１つのスロット（３２ｂ）が、各スタブ４３Ａの内側に入るように、スタブ４３Ａとスロットが配置されている。環状溝２８ｂの位置は、その外周端Ｃ１および内周端Ｃ４を破線で示したとおりであり、環状溝２８ｂがスタブ４３と上下に重なり合うように、環状溝２８ｂの外周端Ｃ１が、スタブ４３Ａの外周側の端部を結ぶ円に対して上下に位置合わせされている。
【００９４】
シミュレーション条件は、以下のとおりである。
使用ソフトウエア：ＣＯＭＳＯＬ（商品名；ＣＯＭＳＯＬ社製）
スタブ：スタブ４３Ａの高さは、５０ｍｍ、７０ｍｍおよび９０ｍｍに設定した。なお、比較のためにスタブ４３Ａを設けない場合のシミュレーションも行った。
透過板：環状溝２８ｂを設けたもの（本発明）と、下面（載置台の支持面との対向面）が全体的に凹状に湾曲したアーチ形状のもの（従来例）とを比較した。
【００９５】
シミュレーション実験の結果を図２３に示した。なお、図２３の各マップ上では、上下左右の各位置に９０°の間隔でスタブ４３Ａが配置されている設定である（図２２を参照）。図２３の原図はカラーで色分けされるとともに各色の濃淡によって電界の強弱を示しているが、ここでは白黒で示すため、黒色の部分は概ね電界が強く、白色の部分は概ね電界が弱いとの前提で大まかな傾向を読み取る目的でのみ本データは使用される。スタブ４３Ａと透過板２８の環状溝２８ｂが上下に重なるように配置した本発明の場合には、透過板２８の周縁部にまで電界が強い部分が分布しているとともに、スタブ４３Ａの高さを５０ｍｍ〜９０ｍｍの範囲で変化させることによって、当該周縁部を含む透過板全体でプラズマとの界面における電界強度を効果的に変化させることが出来た。一方、アーチ形状の透過板を使用した従来例の場合は、透過板２８の中央部に電界の強い部分が集中しており、スタブ４３Ａの高さを変化させても、電界の強い部分は中央付近に集中したまま大きな変化は見られなかった。
【００９６】
以上の結果から、スタブ４３Ａと透過板２８の環状溝２８ｂを上下に重なるように配置することにより、透過板２８直下で電界が強い部分を透過板２８の径外方向に周縁部まで広げることができるため、スタブ４３Ａによる電界強度の調節機能を有効に発揮できることが確認できた。
【００９７】
次に、図１に示したプラズマ処理装置１００と同様の構成のプラズマ処理装置を用いてシリコンウエハに対してプラズマ窒化処理を行った。このプラズマ窒化処理の際に、スタブ４３Ａの高さを変化させて、成膜された窒化珪素膜のウエハ面内の膜厚分布をエリプソメーターで測定することにより、ウエハ面内でのプラズマ窒化処理の均一性を評価した。この実験におけるスタブ４３Ａと、平面アンテナ板３１のスロット対（３２ａ，３２ｂ）と、透過板２８の環状溝２８ｂとの配置の設定は、図２２と同様である。その結果を図２４に示した。なお、スタブ４３Ａは、図２４の各マップ中の上下左右の各位置に９０°の間隔で配置されている（図２２を参照）。また、スタブ４３Ａの高さは、７０ｍｍ、８０ｍｍ、９０ｍｍおよび１００ｍｍの設定で４か所同時に変化させた。
【００９８】
プロセス条件は以下の通りである。
Ａｒガス流量：１０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｎ２ガス流量：２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
プロセス圧力：４０Ｐａ（３００ｍＴｏｒｒ）
マイクロ波出力：１８００Ｗ
載置台温度：４００℃
【００９９】
図２４に示したマップにおいては、窒化珪素膜の膜厚が平均値付近の領域を「０」とし、それよりも相対的に膜厚が大きい領域を膜厚に応じて「＋１、＋２、・・・」、それよりも相対的に膜厚が小さい領域を膜厚に応じて「−１、−２、・・・」という値を付けて表現している。この結果から、スタブ４３Ａと透過板２８の環状溝２８ｂが上下に重なるように配置した本発明の場合には、スタブ４３Ａの高さを変化させることによって、ウエハの中央部と周縁部における膜厚を大きく変化させることが出来た。一方、アーチ形状の透過板を使用した従来例の場合は、スタブ４３Ａの高さを変化させても、膜厚が厚い部分はシリコンウエハの面内の中央付近に集中したままであり、膜厚を変化させる効果は小さかった。
【０１００】
以上の実験結果に示したように、スタブ４３Ａと透過板２８の環状溝２８ｂを上下に重なるように配置することにより、透過板２８直下で電界が強い部分を透過板２８の径外方向に周縁部まで広げることができた。従って、透過板２８に環状溝２８ｂを設けることによってプラズマ処理装置の内部でプラズマを均一化させるスタブ４３Ａの効果を最大限に引き出し、プラズマ窒化処理などのプラズマ処理におけるウエハ面内での処理の均一性を向上させ得ることが確認できた。
【０１０１】
以上、本発明の実施形態を述べたが、本発明は上記実施形態に制約されることはなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、平面アンテナ板３１の径方向に対してスタブ４３の長手方向が直交するように配置したが、これに限るものではない。例えば図２５に示したように、スロット３２の長手方向とスタブ４３の長手方向が一致するように、スタブ４３を配置してもよい。この場合も、透過板２８の環状溝２８ｂとスタブ４３とは上下に重なるように配置される。また、スタブ４３は、平面アンテナ板３１の最外周のスロット対を構成するスロット３２ａ，３２ｂの上に限らず、例えば異常に電界が強い場所であれば、平面アンテナ板３１のどの位置のスロットの上に配置してもよい。
【０１０２】
また、スタブ４３の水平断面の形状は、矩形に限定されるものではなく、例えば正方形でもよいし、円形（楕円を含む）でもよい。さらに、同軸導波管３７ａを囲むように、スタブ４３を円環状に連続した形状で形成してもよい。
【０１０３】
また、本発明のスタブ４３を備えたプラズマ処理装置は、例えばプラズマ酸化処理装置、プラズマ窒化処理装置やプラズマＣＶＤ処理装置、プラズマエッチング処理装置、プラズマアッシング処理装置などに適用できる。さらに、本発明のスタブ４３を備えたプラズマ処理装置は、被処理体として半導体ウエハを処理する場合に限らず、例えば液晶ディスプレイ装置や有機ＥＬディスプレイ装置などのフラットパネルディスプレイ装置用の基板を被処理体とするプラズマ処理装置にも適用できる。
【符号の説明】
【０１０４】
１…処理容器、２…載置台、３…支持部材、５…ヒータ、１２…排気管、１５…ガス導入部、１８…ガス供給装置、２４…排気装置、２７…マイクロ波導入機構、２８…透過板、２８ａ…対向面、２８ｂ…環状溝（凹部）、２８ｃ…凸状壁、２９…シール部材、３１…平面アンテナ板、３２…スロット、３７…導波管、３７ａ…同軸導波管、３７ｂ…矩形導波管、３９…マイクロ波発生装置、４３Ａ…スタブ、５０…制御部、５１…プロセスコントローラ、５２…ユーザーインターフェース、５３…記憶部、１００…プラズマ処理装置、Ｗ…半導体ウエハ（基板）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体を収容する真空引き可能な処理容器と、
被処理体を支持する支持面を有し、前記処理容器内で被処理体を載置する載置台と、
前記載置台の支持面に対して向かい合う対向面を有し、前記処理容器の上部の開口に気密に装着されてプラズマ発生用のマイクロ波を透過させる透過板と、
導電性材料からなる平板状基材を貫通して形成された複数のスロットを有して前記透過板よりも上方に配置され、マイクロ波を前記処理容器内に導入する平面アンテナと、
前記平面アンテナを上方から覆う導電性のカバー部材と、
前記導電性のカバー部材の中央部を貫通して設けられ、マイクロ波発生源からのマイクロ波を前記平面アンテナへ供給する第１の導波管と、
前記第１の導波管の周囲に配置され、前記平板状基材の上面に対して直交する方向に導波路を形成して前記平面アンテナにおける電界分布を調節する第２の導波管と、
を備え、
前記透過板の前記対向面において、前記第２の導波管と上下に重なり合う径方向の位置に、前記対向面の中央部分よりも前記載置台の支持面との距離が遠くなる凹部を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記凹部は、前記載置台との対向面に形成された環状の溝であり、該環状の溝の周方向における少なくとも一部分において、前記第２の導波管と上下に重なることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記第２の導波管は、前記導電性のカバー部材に装着された導電性の中空状部材を有しており、該中空状部材は前記第２の導波管の導波路の少なくとも一部分を構成していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記導電性のカバー部材は、前記平板状基材の上面に対して直交する方向に貫通した貫通開口部を有しており、該貫通開口部は前記第２の導波管の導波路の少なくとも一部分を構成していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記第２の導波管の上端部が閉塞されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記第２の導波管は、導波路の長さを可変に調整する可動体を有していることを特徴とする請求項５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記導電性のカバー部材は、前記平板状基材の上面側に向けて開口する非貫通の開口部を有しており、該非貫通の開口部は前記第２の導波管の導波路を構成していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記凹部は、前記載置台の支持面に対して平行な第１の壁面と、前記第１の壁面を間に挟むように、前記透過板の径方向において内側に形成された第２の壁面および外側に形成された第３の壁面を有しており、該第３の壁面と前記対向面との境界が、前記カバー部材の径方向における前記第２の導波管の外周側の端部と上下に一致することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記第２の導波管が、少なくとも一つの前記スロットの上方に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記スロットが、前記平板状基材においてスロット対をなして同心円状に配列されており、前記第２の導波管が、前記スロット対のうちの少なくとも一方のスロットの上方に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記スロットが、前記平板状基材においてスロット対をなして同心円状に配列されており、前記第２の導波管が、最外周のスロット対のうちの径方向に外側のスロットの開口の中心の上方に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記スロットが、前記平板状基材においてスロット対をなして同心円状に配列されており、前記第２の導波管が、最外周のスロット対のうちの径方向に内側のスロットの開口の中心の上方に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記第２の導波管の中心が、前記スロットの開口の中心を結ぶ円弧上に位置することを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記第２の導波管の中心が、前記スロットの開口の中心に重なるように位置することを特徴とする請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記第２の導波管と前記スロットの開口全体とが、上下に重なるように位置することを特徴とする請求項９から請求項１４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１６】
前記平面アンテナの上に、前記平面アンテナへ供給されるマイクロ波の波長を調整する遅波板をさらに備えたことを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１】
被処理体を収容する真空引き可能な処理容器と、
被処理体を支持する支持面を有し、前記処理容器内で被処理体を載置する載置台と、
前記載置台の支持面に対して向かい合う対向面を有し、前記処理容器の上部の開口に気密に装着されてプラズマ発生用のマイクロ波を透過させる透過板と、
導電性材料からなる平板状基材を貫通して形成された複数のスロットを有して前記透過板よりも上方に配置され、マイクロ波を前記処理容器内に導入する平面アンテナと、
前記平面アンテナを上方から覆う導電性のカバー部材と、
前記導電性のカバー部材の中央部を貫通して設けられ、マイクロ波発生源からのマイクロ波を前記平面アンテナへ供給する第１の導波管と、
前記第１の導波管の周囲に配置され、前記平板状基材の上面に対して直交する方向に導波路を形成して前記平面アンテナにおける電界分布を調節する第２の導波管と、
を備え、
前記透過板の前記対向面において、前記第２の導波管と上下に重なり合う径方向の位置に、前記対向面の中央部分よりも前記載置台の支持面との距離が遠くなる凹部を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記凹部は、前記載置台との対向面に形成された環状の溝であり、該環状の溝の周方向における少なくとも一部分において、前記第２の導波管と上下に重なることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記第２の導波管は、前記導電性のカバー部材に装着された導電性の中空状部材を有しており、該中空状部材は前記第２の導波管の導波路の少なくとも一部分を構成していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記導電性のカバー部材は、前記平板状基材の上面に対して直交する方向に貫通した貫通開口部を有しており、該貫通開口部は前記第２の導波管の導波路の少なくとも一部分を構成していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記第２の導波管の上端部が閉塞されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記第２の導波管は、導波路の長さを可変に調整する可動体を有していることを特徴とする請求項５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記導電性のカバー部材は、前記平板状基材の上面側に向けて開口する非貫通の開口部を有しており、該非貫通の開口部は前記第２の導波管の導波路を構成していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記凹部は、前記載置台の支持面に対して平行な第１の壁面と、前記第１の壁面を間に挟むように、前記透過板の径方向において内側に形成された第２の壁面および外側に形成された第３の壁面を有しており、該第３の壁面と前記対向面との境界が、前記カバー部材の径方向における前記第２の導波管の外周側の端部と上下に一致することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記第２の導波管が、少なくとも一つの前記スロットの上方に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記スロットが、前記平板状基材においてスロット対をなして同心円状に配列されており、前記第２の導波管が、前記スロット対のうちの少なくとも一方のスロットの上方に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記スロットが、前記平板状基材においてスロット対をなして同心円状に配列されており、前記第２の導波管が、最外周のスロット対のうちの径方向に外側のスロットの開口の中心の上方に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記スロットが、前記平板状基材においてスロット対をなして同心円状に配列されており、前記第２の導波管が、最外周のスロット対のうちの径方向に内側のスロットの開口の中心の上方に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記第２の導波管の中心が、前記スロットの開口の中心を結ぶ円弧上に位置することを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記第２の導波管の中心が、前記スロットの開口の中心に重なるように位置することを特徴とする請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記第２の導波管と前記スロットの開口全体とが、上下に重なるように位置することを特徴とする請求項９から請求項１４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１６】
前記平面アンテナの上に、前記平面アンテナへ供給されるマイクロ波の波長を調整する遅波板をさらに備えたことを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２０１０−２３２４９３（Ｐ２０１０−２３２４９３Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７９５３１（Ｐ２００９−７９５３１）
【出願日】平成２１年３月２７日（２００９．３．２７）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２７日（２００９．３．２７）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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