特許 6046052 プラズマ発生用アンテナ、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6046052

(24)【登録日】2016年11月25日

(45)【発行日】2016年12月14日

(54)【発明の名称】プラズマ発生用アンテナ、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20161206BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20161206BHJP

【ＦＩ】

   H05H1/46 B

   H01L21/302 101D

【請求項の数】16

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2013-549225(P2013-549225)

(86)(22)【出願日】2012年12月5日

(86)【国際出願番号】JP2012081570

(87)【国際公開番号】WO2013089007

(87)【国際公開日】20130620

【審査請求日】2015年8月21日

(31)【優先権主張番号】61/576,042

(32)【優先日】2011年12月15日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】特願2011-271435(P2011-271435)

(32)【優先日】2011年12月12日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】小松 智仁

(72)【発明者】

【氏名】池田 太郎

(72)【発明者】

【氏名】河西 繁

【審査官】 藤本 加代子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２７７９７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２０５９２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／０９００５８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｈ １／４６

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

同軸導波管を伝送されたマイクロ波を処理容器内に放射し、前記処理容器内の金属面に伝搬させてガスをプラズマ化し、表面波プラズマを生成するためのプラズマ発生用アンテナであって、
前記プラズマ発生用アンテナ内にガスを流すガス経路と、
前記ガス経路に連通し、前記ガス経路を通過したガスを前記処理容器内に導入する複数のガス孔と、
前記ガス経路と分離した状態で前記ガス経路を貫通し、前記同軸導波管を介して遅波板を透過したマイクロ波を通して前記処理容器内に放射する複数のスロットと、を備え、
隣接するスロット間は、前記ガス経路を貫通する部分の第１の間隔が前記処理容器内のプラズマ生成空間へ開口する部分の第２の間隔よりも広くなっていることを特徴とするプラズマ発生用アンテナ。

【請求項2】

前記複数のスロットは、前記ガス経路を貫通する導波路にて段差を有していることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生用アンテナ。

【請求項3】

前記複数のスロットは、前記ガス経路と前記複数のガス孔の境界面で前記段差を有していることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ発生用アンテナ。

【請求項4】

前記複数のスロットは、その長手方向が円周方向に位置するように配置され、
隣接するスロット間は、径方向に所定の間隔を設けてオーバーラップし、
前記オーバーラップしたスロット間の所定の間隔は、前記ガス経路を貫通する部分の第１の間隔が前記プラズマ生成空間へ開口する部分にてオーバーラップした第２の間隔よりも広くなっていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生用アンテナ。

【請求項5】

前記ガスは、前記円周方向に配置された複数のスロットの外周側から、前記第１の間隔でオーバーラップするスロット間の前記ガス経路の領域を通って該複数のスロットの内周側に供給される請求項４に記載のプラズマ発生用アンテナ。

【請求項6】

前記隣接するスロット間のオーバーラップ部分の外周側のスロットと内周側のスロットの位置関係と、右側のスロットと左側のスロットの位置関係とはすべてのスロットにおいて同じ関係であることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ発生用アンテナ。

【請求項7】

前記複数のスロットは、円周方向に均等に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生用アンテナ。

【請求項8】

前記複数のスロットは、前記プラズマ発生用アンテナの中心軸に対して対称に配置されていることを特徴とする請求項７に記載のプラズマ発生用アンテナ。

【請求項9】

前記複数のスロットの円周方向のピッチは、ｎ（λｇ／２）−δ（ｎは１以上の整数、λｇは管内波長、δは微調整成分（０を含む））であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生用アンテナ。

【請求項10】

前記複数のスロットの円周方向の長さは、ｎ（λｇ／２）−δ（ｎは１以上の整数、λｇは管内波長、δは微調整成分（０を含む））であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生用アンテナ。

【請求項11】

前記オーバーラップ部分のスロット間隔は、前記ガス経路と前記複数のガス孔の境界面の段差により、前記ガス経路側の第１の間隔が前記複数のガス孔側の第２の間隔よりも広くなっていることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ発生用アンテナ。

【請求項12】

各スロットは円周方向に向かって左外側部、中央部及び右外側部の３つの部分からなり、隣接するスロットは、前記中央部以外がオーバーラップすることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ発生用アンテナ。

【請求項13】

前記オーバーラップしているスロット間の所定の間隔は、前記ガス経路側の第１の間隔において５ｍｍ〜１５ｍｍであることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ発生用アンテナ。

【請求項14】

前記複数のスロットは、誘電体で充填されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生用アンテナ。

【請求項15】

ガスを供給するガス供給源と、
マイクロ波パワーを出力するマイクロ波出力部と、
前記マイクロ波出力部から出力されたマイクロ波から表面波プラズマを生成するためのプラズマ発生用アンテナと、を備え、
前記プラズマ発生用アンテナは、
前記プラズマ発生用アンテナ内にガスを流すガス経路と、
前記ガス経路に連通し、前記ガス経路を通過したガスを処理容器内に導入する複数のガス孔と、
前記ガス経路と分離した状態で前記ガス経路を貫通し、同軸導波管を介して遅波板を透過したマイクロ波を通して前記処理容器内に放射する複数のスロットと、を有し、
隣接するスロット間は、前記ガス経路を貫通する部分の第１の間隔が前記処理容器内のプラズマ生成空間へ開口する部分の第２の間隔よりも広くなっていることを特徴とするプラズマ処理装置。

【請求項16】

表面波プラズマを生成するためのプラズマ発生用アンテナを備えるプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、
前記プラズマ発生用アンテナは、
前記プラズマ発生用アンテナ内にガスを流すガス経路と、
前記ガス経路に連通し、前記ガス経路を通過したガスを処理容器内に導入する複数のガス孔と、
前記ガス経路と分離した状態で前記ガス経路を貫通し、同軸導波管を介して遅波板を透過したマイクロ波を通して前記処理容器内に放射する複数のスロットと、を有し、
隣接するスロット間は、前記ガス経路を貫通する部分の第１の間隔が前記処理容器内のプラズマ生成空間へ開口する部分の第２の間隔よりも広くなっており、
ガスを、前記複数のスロットの外周側から前記第１の間隔のスロット間の前記ガス経路の領域を通って該複数のスロットの内周側に導入し、
マイクロ波を前記複数のスロットから前記処理容器内に放射し、前記処理容器内の金属面に前記マイクロ波の表面波を伝搬させ、前記導入したガスをプラズマ化することを特徴とするプラズマ処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラズマ発生用アンテナ、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

プラズマ処理は、半導体デバイスの製造に不可欠な技術である。近年、ＬＳＩの高集積化及び高速化の要請から、ＬＳＩを構成する半導体素子の更なる微細加工が求められている。ところが、容量結合型プラズマ処理装置や誘導結合型プラズマ処理装置では、生成されるプラズマの電子温度が高い。また、プラズマ密度が高い領域が限定される。このため、半導体素子の更なる微細加工の要求に応じたプラズマ処理を実現することは難しかった。

【0003】

従って、このような微細加工を実現するためには、低電子温度かつ高プラズマ密度のプラズマを生成することが必要になる。これに対して、特許文献１には、マイクロ波出力部から出力されたマイクロ波によりガスをプラズマ化して低電子温度かつ高プラズマ密度のプラズマを生成し、生成されたプラズマを用いて被処理体を微細加工する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０−７４１５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１では、マイクロ波とガスとは異なる位置から供給される。つまり、特許文献１では、マイクロ波は天井面から放射されるのに対し、ガスはチャンバ内の天井面とサセプタとの間の空間に設けられた格子状のガスシャワープレートから導入される。このように、ガスをマイクロ波の放射位置より下方の、天井面とサセプタの間の空間から供給すると、ガスの流れを制御することが難しく、良好なプラズマ制御が難しかった。

【0006】

また、格子状のガスシャワープレートは石英から形成されているため、マイクロ波はガスシャワープレート内を透過する。このため、シャワーヘッド内に設けられたガス孔でガスがプラズマ化し、ガス孔で放電が生じてマイクロ波パワーを損失したり、異常放電が生じたりするという課題があった。

【0007】

上記課題に対して、本発明は、ガス及びマイクロ波を供給可能な、プラズマ発生用アンテナ、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、同軸導波管を伝送されたマイクロ波を処理容器内に放射し、前記処理容器内の金属面に伝搬させてガスをプラズマ化し、表面波プラズマを生成するためのプラズマ発生用アンテナであって、前記プラズマ発生用アンテナ内にガスを流すガス経路と、前記ガス経路に連通し、前記ガス経路を通過したガスを前記処理容器内に導入する複数のガス孔と、前記ガス経路と分離した状態で前記ガス経路を貫通し、前記同軸導波管を介して遅波板を透過したマイクロ波を通して前記処理容器内に放射する複数のスロットと、を備え、隣接するスロット間は、前記ガス経路を貫通する部分の第１の間隔が前記処理容器内のプラズマ生成空間へ開口する部分の第２の間隔よりも広くなっていることを特徴とするプラズマ発生用アンテナが提供される。

【0009】

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、ガスを供給するガス供給源と、マイクロ波パワーを出力するマイクロ波出力部と、前記マイクロ波出力部から出力されたマイクロ波から表面波プラズマを生成するためのプラズマ発生用アンテナと、を備え、前記プラズマ発生用アンテナは、前記プラズマ発生用アンテナ内にガスを流すガス経路と、前記ガス経路に連通し、前記ガス経路を通過したガスを処理容器内に導入する複数のガス孔と、前記ガス経路と分離した状態で前記ガス経路を貫通し、前記同軸導波管を介して遅波板を透過したマイクロ波を通して前記処理容器内に放射する複数のスロットと、を有し、隣接するスロット間は、前記ガス経路を貫通する部分の第１の間隔が前記処理容器内のプラズマ生成空間へ開口する部分の第２の間隔よりも広くなっていることを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。

【0010】

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、表面波プラズマを生成するためのプラズマ発生用アンテナを備えるプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、前記プラズマ発生用アンテナは、前記プラズマ発生用アンテナ内にガスを流すガス経路と、前記ガス経路に連通し、前記ガス経路を通過したガスを処理容器内に導入する複数のガス孔と、前記ガス経路と分離した状態で前記ガス経路を貫通し、前記同軸導波管を介して遅波板を透過したマイクロ波を通して前記処理容器内に放射する複数のスロットと、を有し、隣接するスロット間は、前記ガス経路を貫通する部分の第１の間隔が前記処理容器内のプラズマ生成空間へ開口する部分の第２の間隔よりも広くなっており、ガスを、前記複数のスロットの外周側から前記第１の間隔のスロット間の前記ガス経路の領域を通って該複数のスロットの内周側に導入し、マイクロ波を前記複数のスロットから前記処理容器内に放射し、前記処理容器内の金属面に前記マイクロ波の表面波を伝搬させ、前記導入したガスをプラズマ化することを特徴とするプラズマ処理方法が提供される。

【発明の効果】

【0011】

以上説明したように、本発明によれば、ガス及びマイクロ波を供給可能な、プラズマ発生用アンテナ、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】一実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成図。

【図2】一実施形態に係るプラズマ発生用アンテナの概略構成図。

【図3】一実施形態に係るプラズマ発生用アンテナの下面図。

【図4】一実施形態に係るマイクロ波出力部とマイクロ波伝送機構の構成図。

【図5】一実施形態に係る複数のスロットの配置を示した図。

【図6】一実施形態に係る複数のスロットの配置と電界強度分布の均一性を説明するための図。

【図7】一実施形態に係るプラズマ処理装置の天井面から供給されるガス流量を説明するための図。

【図8】一実施形態に係るスロットの配置とガスの流れを説明するための図。

【図9】一実施形態に係る２つのプラズマ発生用アンテナを示した図。

【図10】図９のスロットの段差部分を拡大した図。

【図11】一実施形態の変形例に係る複数のスロットの配置を示した図。

【図12】一実施形態の変形例１に係るプラズマ発生用アンテナの概略構成図。

【図13】一実施形態の変形例２に係るプラズマ発生用アンテナの概略構成図。

【図14】一実施形態の変形例３に係るプラズマ発生用アンテナの概略構成図。

【図15】一実施形態の変形例に係るプラズマ処理装置の概略構成図。

【図16】一実施形態の変形例に係るマイクロ波出力部とマイクロ波伝送機構の構成図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

【0014】

［プラズマ処理装置の概略構成］
まず、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置１０の概略構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置１０の概略構成を示した縦断面図である。

【0015】

本実施形態では、半導体ウエハＷ（以下、ウエハＷと称呼する。）にプラズマ処理の一例としてエッチング処理を施すエッチング装置を例に挙げてプラズマ処理装置１０を説明する。プラズマ処理装置１０は、気密に保持された処理室にてウエハＷをプラズマ処理する処理容器１００を有する。処理容器１００は円筒状で、例えばアルミニウム等の金属から形成されている。処理容器１００は接地されている。

【0016】

処理容器１００の底部には、ウエハＷを載置する載置台１０５が設けられている。載置台１０５は、支持部材１１５により支持され、絶縁体１１０を介して処理容器１００の底部に設置されている。これにより、載置台１０５は電気的に浮いた状態となっている。載置台１０５及び支持部材１１５の材料としては、表面をアルマイト処理（陽極酸化処理）したアルミニウム等が挙げられる。

【0017】

載置台１０５には、整合器１２０を介してバイアス用の高周波電源１２５が接続されている。高周波電源１２５は、載置台１０５にバイアス用の高周波電力を印加し、これにより、ウエハＷ側にプラズマ中のイオンを引き込むようになっている。なお、図示していないが、載置台１０５には、ウエハＷを静電吸着するための静電チャック、温度制御機構、ウエハＷの裏面に熱伝達用のガスを供給するためのガス流路、ウエハＷを搬送する際に昇降する昇降ピン等が設けられている。

【0018】

処理容器１００の底部には排気口１３０が設けられている。排気口１３０には、真空ポンプを含む排気装置１３５が接続されている。排気装置１３５を作動させると、処理容器１００内が排気され、所望の真空度まで減圧される。処理容器１００の側壁には、ウエハＷの搬入及び搬出のためのゲートバルブ１４５が設けられている。

【0019】

処理容器１００の天井部の蓋体１５０には、同一面内からガスの導入とマイクロ波の供給が可能なプラズマ発生用アンテナ２００（以下、アンテナ２００と称呼する。）が設けられている。アンテナ２００の上部には、マイクロ波を伝送するマイクロ波伝送機構４００が連結されている。

【0020】

マイクロ波伝送機構４００は、アンテナモジュール４１０とマイクロ波導入機構４５０とを有している。マイクロ波出力部３００から出力されたマイクロ波は、アンテナモジュール４１０を介してマイクロ波導入機構４５０からアンテナ２００に伝送されるようになっている。

【0021】

（アンテナの構成）
ここで、本実施形態に係るマイクロ波導入機構４５０及びアンテナ２００の構成について、図２を参照しながら説明する。図２は、本実施形態に係るマイクロ波導入機構４５０及びアンテナ２００の拡大図（左半分）である。

【0022】

マイクロ波導入機構４５０は、マイクロ波を伝送する同軸構造の導波管（以下、同軸導波管４５５と称呼する。）を有している。同軸導波管４５５は、筒状の外部導体４５５ａ及び同軸に設けられた内部導体４５５ｂを有している。同軸導波管４５５は、内部導体４５５ｂが給電側、外部導体４５５ａが接地側となっている。同軸導波管４５５の下端には、遅波板４８０を介してアンテナ２００が設けられている。遅波板４８０は、円板状の誘電部材から形成されている。マイクロ波は、同軸導波管４５５を伝送し、遅波板４８０を透過し、アンテナ２００へと導かれる。

【0023】

同軸導波管４５５には、チューナ４７０が設けられている。チューナ４７０は、２つのスラグ４７０ａを有し、スラグチューナを構成している。スラグ４７０ａは、円板状であり誘電体で形成されている。スラグ４７０ａは、内部導体４５５ｂと外部導体４５５ａとの間に円環状に設けられている。チューナ４７０は、図１に示した制御装置５００からの指令に基づき図示しないアクチュエータによりスラグ４７０ａを上下動させることによって、インピーダンスを調整するようになっている。制御装置５００は、例えば同軸導波管４５５の終端で５０Ωの特性インピーダンスになるようにインピーダンスを調整し、これにより、マイクロ波の出力を最大限に制御する。

【0024】

アンテナ２００は、シャワーヘッド（ガスシャワーヘッド）２１０及びシャワーヘッド２１０に直流電流を流すＤＣ供給機構２５０を有する。シャワーヘッド２１０は、遅波板４８０の下面に隣接して設けられている。シャワーヘッド２１０は、円板状であり、アルミニウムや銅等の電気伝導率が高い導電体から形成されている。シャワーヘッド２１０は、処理容器１００内のプラズマ空間Ｕ側に露出し、シャワーヘッド２１０下面に表面波を伝搬させる。

【0025】

シャワーヘッド２１０は、ガス経路２２５と、ガス経路２２５に連通する複数のガス孔２１５と、ガス経路２２５及び複数のガス孔２１５と分離した位置にてマイクロ波を通す複数のスロット２２０を有する。複数のスロット２２０は、同軸導波管４５５を介して遅波板４８０を透過したマイクロ波を通し、処理容器１００内に放射する。複数のスロット２２０は、ガス経路２２５を貫通する導波路にて段差を有している。本実施形態では、複数のスロット２２０は、ガス経路２２５と複数のガス孔２１５の境界面であるシャワーヘッド２１０の下部部材６０５の上面６０５ｃにて段差ＢＵを有している。以下では、ガス経路を貫通する部分の隣接するスロット間の間隔を「間隔ＷＡ」（第１の間隔に相当）で示し、処理容器１００内のプラズマ生成空間へ開口する部分の間隔を「間隔ＷＢ」（第２の間隔に相当）で示す。隣接するスロット２２０間は、ガス経路２２５を貫通する部分の間隔ＷＡが処理容器１００内のプラズマ生成空間Ｕへ開口する部分の間隔ＷＢよりも広くなっている。

【0026】

ガス経路２２５は、複数のスロット２２０と分離して設けられ、アンテナ２００内にガスを流す空間を形成する。複数のガス孔２１５は、ガス経路２２５に連通し、ガス経路２２５を通過したガスを処理容器１００内に導入する。シャワーヘッド２１０のプラズマ側に露出した面は、例えば耐プラズマ性の高いアルミナＡｌ_２Ｏ_３や酸化イットリウムＹ_２Ｏ_３の溶射皮膜２９０で覆われ、導体面がプラズマ空間側に露出しないようになっている。溶射皮膜２９０には、複数のスロット２２０及び複数のガス孔２１５に連通する開口が形成される。

【0027】

遅波板４８０とシャワーヘッド２１０との接触面にはＯリング４８５、４９５が設けられ、大気側に配置されたマイクロ波伝送機構４００からシャワーヘッド２１０及び処理容器１００内を真空シールする。これにより、スロット２２０、ガス経路２２５、ガス孔２１５及び処理容器１００内を真空状態に保つことができる。

【0028】

図１の制御装置５００は、アンテナ２００に印加するＤＣ電圧やプラズマプロセスを制御する。制御装置５００は、制御部５０５、記憶部５１０を有している。制御部５０５は、記憶部５１０に記憶されたレシピに従い、プロセス毎にマイクロ波から出力するパワーやアンテナ２００に印加する電圧を制御する。なお、制御装置５００への指令は、専用の制御デバイスあるいはプログラムを実行するＣＰＵ（図示せず）により実行される。プロセス条件を設定したレシピは、ＲＯＭや不揮発メモリ（ともに図示せず）に予め記憶されていて、ＣＰＵがこれらのメモリからレシピの条件を読み出し実行する。

【0029】

本実施形態のように、シャワーヘッド２１０が導電体にて形成されている場合、シャワーヘッド２１０にＤＣ電圧を印加できる。具体的には、制御部５０５の指令に従い、ＤＣ電源２５５から出力されたＤＣ電圧は、ＤＣ印加機構２５０に供給される。ＤＣ印加機構２５０は、ＤＣ電極２６０、絶縁部材２６５及び絶縁シート２７０を有する。ＤＣ電極２６０は、筒状の導電体２６０ａを有し、導電体２６０ａを介してシャワーヘッド２１０に電気的に接続され、これにより、シャワーヘッド２１０にＤＣ電圧を印加する。ＤＣ電極２６０は、導電体２６０ａの下端に設けられた図示しない絶縁ソケットによりシャワーヘッド２１０にネジ止めされている。

【0030】

ＤＣ電極２６０は、同軸導波管４５５の外部導体４５５ａ及び蓋体１５０に近接している。そのため、ＤＣ電極２６０と外部導体４５５ａ、及びＤＣ電極２６０と蓋体１５０を電気的に絶縁する必要がある。そこで、ＤＣ電極２６０を絶縁部材２６５で覆い、ＤＣ電極２６０と外部導体４５５ａ、及びＤＣ電極２６０と蓋体１５０を絶縁する。更にシャワーヘッド２１０と蓋体１５０との間に絶縁シート２７０を挟む。このようにして、ＤＣ電極２６０と外部導体４５５ａ、及びＤＣ電極２６０と蓋体１５０を電気的に絶縁することにより、ＤＣ電圧がシャワーヘッド２１０のみに印加される。これにより、ＤＣ電圧のかかる部材をできるだけ少なくすることができる。

【0031】

以上のように、本実施形態では、シャワーヘッド２１０にＤＣ電圧を印加しながら、同一のシャワーヘッド２１０にマイクロ波を印加することができるため、プラズマ処理装置１０を多様なプロセスに適用できる。例えば、マイクロ波が印加されると、シャワーヘッド２１０の表面に表面波が伝搬する。このとき、シャワーヘッド２１０の表面にはシース領域が発生し、シース中を表面波が伝搬する。ＤＣ電圧は、そのシースの厚さを制御する。例えば、ＤＣ電圧をシャワーヘッド２１０に印加するとシースを厚く制御することができ、その結果、シャワーヘッド２１０の表面を伝搬する表面波の伝搬距離を長くすることができる。このようにＤＣ電圧の制御によりプラズマシース電圧を操作することによって、表面波の伝搬距離を制御し、プラズマの電子密度分布、イオン密度分布、ラジカル密度分布を最適化することができる。

【0032】

なお、シャワーヘッド２１０が絶縁体で形成されている場合、ＤＣ電圧をシャワーヘッド２１０に印加することはできない。その場合にはＲＦ電圧を印加することにより、上述したＤＣ電圧をかけた場合と同様の効果を得ることができる。

【0033】

以上に説明したように、図１及び図２に示した本実施形態に係るプラズマ処理装置１０によれば、同軸導波管４５５から導入されたマイクロ波は、遅波板４８０を透過し、シャワーヘッド２１０の複数のスロット２２０を通って処理容器１００内へ放射される。そのとき、シャワーヘッド２１０の表面にはプラズマシースを境界条件として分散関係で特徴付けられる波長をもった定在波の金属表面波が発生し、表面波プラズマに吸収される。ガス供給源６００から供給されたガスは、ガス供給管６０２を介して、複数のスロット２２０と分離してアンテナ２００内に設けられたガス経路２２５に通され、複数のガス孔２１５から処理容器１００内に導入される。複数のスロット２２０の開口と複数のガス孔２１５の開口とは同一面内に形成されている。よって、ガスとマイクロ波は同じ天井面から供給される。これにより、ガスの流れを容易に制御し、マイクロ波の表面波により良好なプラズマ制御が可能となり、低電子温度かつ高プラズマ密度のプラズマが生成される。生成された表面波プラズマは、ウエハＷ上へのエッチング処理に使われる。表面波プラズマは低電子温度であるため、ウエハＷはダメージを受けにくく、また、高プラズマ密度であるため処理速度が速くなる。また、シャワーヘッド２１０が導電体で形成されているため、反応性エッチング等のプロセスを実行することができる。

【0034】

通常の表面波プラズマの場合、アンテナ２００は誘電体で形成され、誘電体を機械加工してシャワーヘッドを製作する。この場合、マイクロ波は誘電体を透過するため、その内部でガスがプラズマ化し、放電を生じる可能性が高い。よって、通常の表面波プラズマではシャワーヘッド構造を採用することは困難であった。例えば、アルゴンプラズマにおいて、シャワーヘッド空間内に１０ｍｍの空間が空いている場合、約１２０ボルトの電圧をシャワーヘッド内にかけると、圧力が１Ｔｏｒr（１３３Ｐａ）のシャワーヘッド内部で異常放電が発生する可能性は高くなる。

【0035】

これに対して、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０は、シャワーヘッド２１０が導電体で形成されている。このため、シャワーヘッド２１０内部にマイクロ波は進入できない。よって、シャワーヘッド２１０内でガスがプラズマ化しないため、シャワーヘッド２１０内部で放電現象は生じない。また、本実施形態に係るシャワーヘッド２１０では、ガスの経路とマイクロ波の経路とは完全に分離されているため、ガスとマイクロ波とはシャワーヘッド２１０内で接触することはなく、処理容器１００内に入って初めて接触する。そのため、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０を用いれば、ガス孔２１５で放電が生じてマイクロ波パワーを損失したり、異常放電が生じたりすることを回避できる。

【0036】

図２に拡大して示したように、複数のスロット２２０は、ガスの供給経路であるガス経路２２５及び複数のガス孔２１５と分離した位置に設けられている。複数のスロット２２０は、上部２２２にてシャワーヘッド２１０の上部を縦方向に貫通し、ガス経路２２５と分離した状態でガス経路２２５を貫通し、更に段差部ＢＵを有しながら下部２２１にて下部部材６０５を縦方向に貫通する。このようにして、スロット２２０は導波路を形成する。また、スロット２２０の一端部は遅波板４８０に隣接し、他端部は処理容器内に形成されたプラズマ空間Ｕ側に開口している。

【0037】

図３の上部図は、マイクロ波導入機構４５０及びアンテナ２００を示し、図３の下部図は、図３の上部図のＡ−Ａ断面を示す。複数のスロット２２０は、その長手方向が円周方向に位置するように配置されている。隣接するスロット２２０間は、径方向に所定の間隔を設けてオーバーラップする。ここでは、４つのスロット２２０ａ〜２２０ｄが円周方向に均等に配置されている。スロットの数は４つに限らず、２つ以上であればいくつであってもよい。複数のスロット２２０は、アンテナ２００の中心軸Ｏに対して対称に配置されている。

【0038】

シャワーヘッド２１０には、図示しない冷却路が設けられ、シャワーヘッド２１０を冷却する。シャワーヘッド２１０は電気伝導率が高い導電体であり、また、スロットを複数に分割して形成しているため、マイクロ波の伝送経路であって加熱され易い複数のスロット２２０からの熱をスロット２２０間から効率よく処理容器１００本体側へと逃すことができる。なお、スロット形状については、後程詳述する。

【0039】

ガス孔２１５は、円周方向に形成された複数のスロット２２０の内側及び外側に均等に複数形成されている。これにより、複数のガス孔２１５から導入されるガスを、同一面内に位置する複数のスロット２２０から供給されるマイクロ波パワーによりプラズマ化する。これによって、プラズマを均一に生成することができる。

【0040】

（マイクロ波出力部及びマイクロ波伝送機構）
次に、マイクロ波出力部３００及びマイクロ波伝送機構４００の構成について、図４を参照しながら説明する。図４の左側はマイクロ波出力部３００の構成を示し、図４の右側はマイクロ波伝送機構４００の構成を示す。

【0041】

マイクロ波出力部３００は、マイクロ波電源３０５、マイクロ波発振器３１０、アンプ３１５及び分配器３２０を有する。マイクロ波電源３０５は、８．３５ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ、２．４５ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ、又はそれ以下の周波数のマイクロ波を出力する。マイクロ波発振器３１０は、例えば、２．４５ＧＨｚの所定周波数のマイクロ波をＰＬＬ発振させる。アンプ３１５は、発振されたマイクロ波を増幅する。分配器３２０は、増幅されたマイクロ波を複数に分配する。分配器３２０は、マイクロ波ができるだけ損失せずに伝送されるように入力側と出力側のインピーダンス整合を取りながら、アンプ３１５で増幅されたマイクロ波を分配する。分配されたマイクロ波は、各アンテナモジュール４１０に伝送される。本実施形態では、アンテナモジュール４１０は７つ設けられている。

【0042】

アンテナモジュール４１０は、位相器４１２、可変ゲインアンプ４１４、メインアンプ４１６、アイソレータ４１８を有し、マイクロ波出力部３００から出力されたマイクロ波をマイクロ波導入機構４５０に伝送する。

【0043】

マイクロ波は、各アンテナモジュール４１０に接続された同軸導波管４５５から処理容器１００内に放射され、その内部でマイクロ波を空間合成する。アイソレータ４１８は小型のものでよく、メインアンプ４１６に隣接して設けることができる。

【0044】

位相器４１２は、スラグチューナ（チューナ４７０）によりマイクロ波の位相を変化させるように構成され、これを調整することにより放射特性を変調させる。例えば、アンテナモジュール４１０毎に位相を調整することにより、指向性を制御してプラズマ分布を変化させることや、隣接するアンテナモジュール４１０において９０°毎に位相をずらすようにして円偏波を得ることができる。なお、このような放射特性の変調が不要な場合には位相器を設けなくてもよい。

【0045】

可変ゲインアンプ４１４は、メインアンプ４１６へ入力するマイクロ波の電力レベルを調整し、個々のアンテナモジュール４１０のバラつきの調整やプラズマ強度の調整を行う。可変ゲインアンプ４１４をアンテナモジュール４１０毎に変化させることにより、発生するプラズマに分布を生じさせることもできる。

【0046】

メインアンプ４１６は、ソリッドステートアンプを構成する。ソリッドステートアンプは、図示しない入力整合回路、半導体増幅素子、出力整合回路及び高Ｑ共振回路を有することも可能である。

【0047】

アイソレータ４１８は、アンテナ２００で反射してメインアンプ４１６に向かうマイクロ波の反射波を分離するものであり、サーキュレータとダミーロード（同軸終端器）とを有している。サーキュレータは、アンテナ２００で反射したマイクロ波をダミーロードへ導き、ダミーロードはサーキュレータによって導かれたマイクロ波の反射波を熱に変換する。このようにしてアンテナモジュール４１０から出力されたマイクロ波は、マイクロ波導入機構４５０に伝送され、アンテナ２００に導かれる。

【0048】

［スロット形状］
次に、図５及び図６を参照しながら、スロット形状と電界強度分布について説明する。本実施形態では、図５に示したように、４つのスロット２２０ａ〜２２０ｄが円周方向に均等に配置されている。これらのスロット２２０ａ〜２２０ｄは、すべて同一形状であり、円周方向に細長い形状に形成されている。また、本実施形態では、４つのスロット２２０ａ〜２２０ｄは、アンテナ２００の中心軸Ｏに対して対称に配置されている。

【0049】

４つのスロット２２０ａ〜２２０ｄの円周方向の長さは、（λｇ／２）−δであり、スロット２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄの中心位置ＰＡ、ＰＢ，ＰＣ、ＰＤにマイクロ波の電界強度のピークがくるように設計されている。ただし、スロット２２０の円周方向の長さは、（λｇ／２）−δに限らず、ｎ（λｇ／２）−δ（ｎは１以上の整数）であればよく、この長さであれば、スロット２２０の円周方向の長さはスロット毎に異なっていてもよい。

【0050】

なお、λｇは管内波長（実効的な波長）であり、δは、微調整成分（０を含む）である。管内波長λｇは、λ_０／√ε_ｒで示される。λ_０は、自由空間における波長、ε_ｒは、誘電部材の誘電率である。例えば、スロット内に充填される誘電部材が石英の場合、管内波長λｇは、λ_０／√３．７８で示される値となる。スロット内は、石英に限らず、アルミナＡｌ_２Ｏ_３やテフロン（登録商標）等で充填されてもよい。

【0051】

隣接するスロット２２０間は、径方向に所定の間隔を設けてオーバーラップしている。また、隣接するスロット２２０間は各スロット２２０の両側にてオーバーラップして設けられている。これにより、周方向にスロット２２０のない部分が生じないようにし、周方向の放射特性が均一になるように設計されている。スロットはすべて同じ形状である。ここではスロット２２０ａを例に挙げて説明すると、スロット２２０ａは、円周方向に向かって左外側部２２０ａ１、中央部２２０ａ２及び右外側部２２０ａ３と３つの部分からなり、左外側部２２０ａ１は、所定の間隔を設けて隣接スロット２２０ｄの右外側部とオーバーラップしている。ここでは、スロット２２０ａの左外側部２２０ａ１が外周側、スロット２２０ｄの右外側部が内周側に位置する。同様に、スロット２２０ａの右外側部２２０ａ３は、所定の間隔を設けてスロット２２０ｂの左外側部とオーバーラップしている。ここでは、スロット２２０ａの右外側部２２０ａ３が内周側、スロット２２０ｂの左外側部が外周側に位置する。スロット２２０ａの中央部２２０ａ２はオーバーラップしていない。左外側部２２０ａ１、中央部２２０ａ２及び右外側部２２０ａ３は円周上の約４５°の角度に形成される。

【0052】

左外側部２２０ａ１及び右外側部２２０ａ３は概ね扇型である。一方、スロット２２０ａの中央部２２０ａ２は直線形状を有し、中央部ＰＡを中心として外周側に位置する左外側部２２０ａ１と内周側に位置する右外側部２２０ａ３とを斜めに結ぶようになっている。

【0053】

スロット２２０ｂに示したように左外側部２２０ｂ１、中央部２２０ｂ２及び右外側部２２０ｂ３の円周方向の長さは、（λｇ／６）−δ_１、（λｇ／６）−δ_２、（λｇ／６）−δ_３であり、ほぼ均等な長さを有している。なお、δ_１、δ_２、δ_３は、微調整成分（０を含む）である。隣接するスロット間のオーバーラップ部分は等しい方が電界強度の分布が均一になるため、δ_１とδ_３とは等しい方が好ましい。なお、図６では、説明を簡単にするために、δ_１、δ_２、δ_３で示した微調整成分を０とする。

【0054】

スロット２２０ａ〜２２０ｄは、その内周が、アンテナ２００の中心から（λｇ／４）＋δ’の位置になるように形成されている。δ’は、経方向の電界強度分布を均一にするために微調整する微調整成分（０を含む）である。なお、中心からスロット内周までの長さは、λｇ／４に限られず、λｇ／４の整数倍に微調整成分（０を含む）を加えたものであればよい。

【0055】

図５に示したスロットの形状及び配置によれば、図６に示したように、スロット２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄの中心位置ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤの位置にマイクロ波のパワー（電界強度）のピークがくるように設計されている。すなわち、複数のスロットの円周方向のピッチは、λｇ／２に設計されている。また、本実施形態におけるスロットの長さは、λｇ／２であるから各スロットの両端部の電界強度は０となる。そうすると、中央部では電界強度が強く、左外側部及び右外側部では電界強度が弱くなる。よって、両外側部では隣接するスロットをオーバーラップさせる。これによりスロットの両側において放射されるマイクロ波のパワーを大きくすることができる。この結果、中央部と両外側部において電界強度分布を均一にすることができる。また、隣接するスロット２２０間のオーバーラップ部分の外周側のスロットと内周側のスロットの位置関係と、右側のスロットと左側のスロットの位置関係とは、前記複数のスロットのすべてにおいて同じ関係になっている。例えば、時計回りに見ると、すべてのスロットにおいて、右側のスロットが左側のスロットの外周側に位置するようにオーバーラップする。

【0056】

かかるスロット形状及び配置により、円周方向及び径方向の電界強度の分布の均一性を図ることができる。これにより、期待通りのマイクロ波の放射特性及び放射均一性を実現することができる。

【0057】

［ガス経路］
次に、上記のように配置された複数のスロット２２０に対するガス経路の最適化について説明する。シャワーヘッド２１０では、プラズマを均一に生成するためにガス流速の均一性が求められる。しかしながら、シャワーヘッド２１０にスロット２２０と分離してガス経路を設ける場合、スロット２２０の配置によりガスの通り道に制約が生じる、特に、総ガス流量の大きいプロセスにおいては、シャワーヘッド２１０の構造上ガス流速の均一性が損なわれる場合がある。たとえば、パターンを形成し、それをマスクにして下層の膜を酸素系エッチングガスでエッチングし、トレンチを形成する場合、処理容器内の圧力８０ｍＴｏｒｒ（１０．６Ｐａ）、ガス種及びガス流量Ｃ_４Ｆ_８／Ａｒ／Ｎ_２／Ｏ_２＝３０／１２００／７０／２３ｓｃｃｍのプロセスでは、ガスの総流量は約１４００ｓｃｃｍにもなる。このようなプロセスにおいても、本実施形態では、図１のＢ−Ｂ断面である図７に示したように、プラズマ処理装置１０に配置された７つのアンテナ２００の下面ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇに均一に開口されたガス孔（図３のＡ−Ａ断面図に図示されたガス孔２１５参照）から最大で約１４００ｓｃｃｍのガスを、ガス流速の均一性を保ちながら処理容器１００内に導入しなければならない。ここで、ガス流速の均一性を向上させるために、スロット角度や位置を変えてしまうと、ガス流速は向上するものの、マイクロ波の放射特性及び放射均一性が損なわれてしまう。

【0058】

本実施形態の場合、図８に示したように、ガス供給管６０２に接続されたガス導入口６０２ａは、スロット２２０の外周側に配置される。このように、マイクロ波の漏洩のリスクを減らすためにガス導入口６０２ａはスロット２２０の内周側に設けず、外周側に設けている。よって、ガスは、スロット２２０の外周側からスロット間のオーバーラップ部分に設けられた所定の間隔を通ってスロット２２０内部まで運ばれ、スロット２２０内部のガス孔２１５から処理容器１００内に導入される。従って、オーバーラップ部分において、ガスの通り道が狭くなる。そのような場合であっても、本実施形態では、総流量が約１４００ｓｃｃｍのガスをスロット２２０内のガス孔２１５までスムーズに流し、処理容器１００に均一に導入するように、ガス流速の均一性を損なわないシャワーヘッド２１０構造を提案する。

【0059】

［スロットの段差］
すなわち、本実施形態に係るシャワーヘッド２１０は、導波路も兼ねているスロット２２０に段差を設け、ガスコンダクタンスの増大とマイクロ波の放射特性の均一性の維持とを両立する構造を有する。図９及び図１０に、２つの異なるプラズマ発生用アンテナを示す。図９及び図１０の左側のプラズマ発生用アンテナ９００（以下、アンテナ９００と称呼する。）では、ガス経路を貫通するスロット９２０の間隔は、プラズマ生成空間へ開口する部分の間隔ＷＢと同じである。一方、図９及び図１０の右側のアンテナ２００では、ガス経路を貫通するスロット２２０の間隔ＷＡが、プラズマ生成空間へ開口する部分の間隔ＷＢより広い。なお、アンテナ２００，９００のプラズマ生成空間へ開口する部分の間隔、及びアンテナ９００のガス経路を貫通するスロット９２０の間隔はすべて同一間隔であるため、間隔ＷＢと同一名称をつける。

【0060】

以上の２つのアンテナ２００，９００について、図９及び図１０を参照しながら説明する。

【0061】

マイクロ波のプラズマへの放射特性はプラズマと接するスロット形状（つまり、図５に示したスロット形状及び配置）のみで決まり、それに至る導波路の形状には依存しない。つまり、処理容器内のプラズマ生成空間Ｕへ開口する部分のスロット形状やスロット間の間隔ＷＢを変えなければマイクロ波の伝送特性は損なわれない。そして、マイクロ波の伝送特性が損なわれなければ、スロット２２０にて形成される導波路の形状、構造を設計上変更することができる。そこで、アンテナ９００，２００では、シャワーヘッドの下部部材９０５、６０５に形成されたスロット９２１、２２１の形状及び配置は同じであり、プラズマ生成空間への開口部分の間隔ＷＢも同じである。これにより、処理容器１００内に放射されるマイクロ波の放射特性及び放射均一性を維持することができる。

【0062】

一方、ガスコンダクタンスを増大させるために、導波路の形状、構造を次のように変更する。すなわち、アンテナ９００では、複数のスロット９２０は、ガス経路９９５ａ、９９５ｂ、９９５ｃと複数のガス孔９１５との境界面で段差を有しない。よって、アンテナ９００では、ガス経路を貫通した隣接するスロット９２０の間隔ＷＢ（ガス経路９９５ｂの幅）は、プラズマ生成空間へ開口する部分の間隔ＷＢと同じ間隔である。

【0063】

これに対して、アンテナ２００では、複数のスロット２２０は、ガス経路２２５ａ、２２５ｂ、２２５ｃと複数のガス孔２１５との境界面で段差を有する。これにより、アンテナ２００では、ガス経路を貫通した隣接するスロット２２０の間隔ＷＡを開口部分の間隔ＷＢよりも広く形成することができる。

【0064】

図１０は、図９のスロットの段差部分を拡大した図である。図１０を参照すると、アンテナ９００では、各スロット９２０ａ、９２０ｂは垂直方向に段差を有することなくシャワーヘッドの下部部材９０５を貫通する。一方、アンテナ２００では、スロット２２０ａ、２２０ｂは、ガス経路２２５ａ、２２５ｂ、２２５ｃと複数のガス孔２１５の境界面で段差ＢＵを有している。つまり、オーバーラップ部分の内周側に位置するスロット（ここでは、スロット２２０ｂ）は、段差によりシャワーヘッドの下部部材６０５にて外周側に突出し、オーバーラップ部分の外周側に位置するスロット（ここでは、スロット２２０ａ）は、段差によりシャワーヘッドの下部部材６０５にて内周側に入り込む。

【0065】

このようにしてガス経路２２５と複数のガス孔２１５の境界面の段差により、オーバーラップ部分のスロット間隔のうち、ガス経路に設けられたスロット２２０ａ、２２０ｂ間の間隔ＷＡ（ガス経路２２５ｂの幅）は、スロット２２０ａ、２２０ｂの開口部分の間隔ＷＢ（複数のガス孔２１５側の幅）より広くなる。これにより、図９及び図１０に示したアンテナ２００のガス経路２２５ｂの間隔ＷＡをアンテナ９００のガス経路９９５ｂの間隔ＷＢよりも広くすることができ、ガスコンダクタンスを増大させることができる。この結果、ガス流速の均一性を高めることができる。

【0066】

特に、ガスは、図８に示したように複数のスロット２２０の外周側に設けられたガス導入口６０２ａから供給され、複数のスロット２２０の外周側のガス経路２２５ａの領域から、間隔ＷＡでオーバーラップするスロット２２０間のガス経路２２５ｂの領域を通って複数のスロット２２０の内周側のガス経路２２５ｃの領域に供給される。このため、スロット２２０がオーバーラップしている部分では、ガス経路が狭くなり、構造的にガスの流れが悪くなる。しかしながら、スロット２２０をオーバーラップさせる形状や開口部分の間隔ＷＢは、マイクロ波の放射特性を良好にするために必要な形状及び間隔である。

【0067】

よって、本実施形態のように段差ＢＵを設けて、ガス経路２２５ｂの間隔ＷＡをスロットの開口部における間隔ＷＢより広くすることにより、スロット２２０がオーバーラップしている部分でのガス経路２２５ｂのガスコンダクタンスを増大させ、図８及び図１０に示したようにガス流量Ｆ１＞ガス流量Ｆ２とし、複数のスロット２２０の外周側のガス経路２２５ａの領域からガス経路２２５ｂを経て、内周側のガス経路２２５ｃの領域にスムーズにガスを供給する効果は大きい。なお、ガス孔２１５は差圧をつけるために、上部の径が１〜１．５ｍｍ、下部の径が０．５ｍｍ程度となっている。

【0068】

発明者らは、電磁界シミュレーション解析を行ったところ、スロットの導波路が段差形状になったにも関わらず、マイクロ波放射特性が維持され、かつ、ガス流速の均一性が高まったことを証明することができた。

【0069】

オーバーラップ部分のスロット間の高さ、幅（間隔）については、本実施形態ではスロット２２０に段差を設けることにより、間隔を広げてガス経路を広くした。しかし、ガス経路を広くする場合、高さ方向Ｈを広げることも考えられる。しかしながら、高さ方向Ｈを広げるのは、マイクロ波のパワーが減衰するため避けたほうがよい。たとえば、高さＨが１．２倍になると表面積は１．４４倍になりマイクロ波のパワーを約５０％ロスすることになる。

【0070】

特に、本実施形態では、マイクロ波のモードはＴＥ１０であり、スロットを通りやすいモードである。それでもなお、ガス経路を高さ方向Ｈを広げた場合、マイクロ波の伝送経路が長くなるためマイクロ波のパワーが減衰する。ＴＥ１０より高次のモードのマイクロ波では、さらにマイクロ波のパワーの減衰量は大きくなる。この結果、処理室内に放射されるマイクロ波のパワーは弱まってしまう。以上から、高さ方向Ｈを広げることは避けるべきである。

【0071】

また、段差部分ＢＵでは、スロットの横方向の幅の１／２弱の段差まで許容され、マイクロ波の伝送特性を損なわない。すなわち、段差により最も狭くなった部分のスロット幅は１〜２ｍｍであってもよい。段差部分以外のスロット幅は３〜５ｍｍである。

【0072】

かかる構成のシャワーヘッド２１０によれば、ガスコンダクタンスの増大とマイクロ波の放射特性の均一性の維持とを両立することができる。

【0073】

（スロットの変形例）
図１１に一実施形態の変形例に係る複数のスロットの配置を示す。本変形例では、スロットの個数が６つである点が、上記実施形態と異なる。この場合においても、６つのスロット２２０ａ〜２２０ｆの円周方向の長さは、λｇ／２−δであり、スロット２２０ａ〜２２０ｆの中心位置にマイクロ波の電界強度のピークがくるように設計される。ただし、スロット２２０の円周方向の長さは、λｇ／２−δに限らず、ｎ（λｇ／２）−δ（ｎは１以上の整数）であればよい。なお、δは、微調整成分（０を含む）である。

【0074】

隣接するスロット２２０間は、径方向に所定の間隔を設けてオーバーラップしている。隣接するスロット２２０間は各スロット２２０の両側にてオーバーラップしている。スロットはすべて同じ形状である。たとえば、スロット２２０ｃは、中心軸からみて左外側部２２０ｃ１、中央部２２０ｃ２及び右外側部２２０ｃ３と３つの部分からなり、左外側部２２０ｃ１は、所定の間隔を設けてスロット２２０ｂの右外側部とオーバーラップしている。ここでは、スロット２２０ｃの左外側部２２０ｃ１が内周側、スロット２２０ｂの右外側部が外周側に位置する。同様に、スロット２２０ｃの右外側部２２０ｃ３は、所定の間隔を設けてスロット２２０ｄの左外側部とオーバーラップしている。ここでは、スロット２２０ｃの右外側部２２０ｃ３が外周側、スロット２２０ｄの左外側部が内周側に位置する。スロット２２０ｃの中央部２２０ｃ２はオーバーラップしていない。

【0075】

スロット２２０の左外側部、中央部及び右外側部の円周方向の長さは、λｇ／６−δ_２、λｇ／６−δ_１、λｇ／６−δ_３であり、ほぼ均等な長さを有している。なお、δ_１、δ_２、δ_３は、微調整成分（０を含む）である。左外側部、右外側部は扇型であり、左外側部と右外側部とは中央部によって斜めに直線上に結ばれている。

【0076】

［アンテナの変形例］
最後に一実施形態の変形例１〜３に係るアンテナ２００について、図１２〜図１４を参照しながら説明する。

【0077】

（アンテナの変形例１）
まず、一実施形態の変形例１に係るアンテナ２００について、図１２を参照しながら説明する。図１２に示した変形例１に係るアンテナ２００は、上記実施形態に係るアンテナ２００に替えて本実施形態に係るプラズマ処理装置１０に適用され得る。

【0078】

図１２に示したアンテナ２００では、複数のスロット２２０には誘電部材８００が充填されている。誘電部材８００としては、石英等を用いることができる。これにより、スロット２２０内にプラズマが進入することを防ぐことができる。これにより、異常放電を回避するとともに、プラズマの均一性を高めることができる。更に、スロット２２０内の誘電部材８００により、スロット内を通るマイクロ波の管内波長λｇ（実効的な波長）を短くすることができる。これにより、シャワーヘッド２１０の厚さを薄くすることができる。

【0079】

また、変形例１に係るアンテナ２００では、例えばアルミニウムで形成されたシャワーヘッド２１０のプラズマ空間への露出面（下面）には、シリコンの天板７００がネジ止めされている。これにより、プラズマによりダメージを受けた天板７００を適宜交換することができ、シャワーヘッド２１０の寿命を延ばすことができる。天板７００には、複数のスロット２２０及び複数のガス孔２１５に連通する開口が形成され、スロット２２０と連通する開口には、スロット２２０と同様に誘電部材８００が充填される。

【0080】

（アンテナの変形例２）
次に、一実施形態の変形例２に係るアンテナ２００について、図１３を参照しながら説明する。図１３に示した変形例２に係るアンテナ２００では、シャワーヘッド２１０がシリコンで形成されている。変形例２に係るアンテナ２００は、上記実施形態に係るアンテナ２００に替えて本実施形態に係るプラズマ処理装置１０に適用され得る。また、変形例２に係るアンテナ２００では、シャワーヘッド２１０に溶射皮膜を形成することや、天板７００を設けることなく、図１３に示したようにシャワーヘッド２１０のシリコン表面をそのままプラズマ空間に露出してもよい。

【0081】

なお、アンテナの変形例１，２の場合にも、シャワーヘッド２１０のＤＣ電圧を印加しながら、マイクロ波を放射することができ、これにより、多様なプロセスを実行することができる。

【0082】

（アンテナの変形例３）
次に、一実施形態の変形例３に係るアンテナ２００について、図１４を参照しながら説明する。図１４に示した変形例３に係るアンテナ２００では、ガス経路が２系統設けられている。変形例３に係るアンテナ２００も、上記実施形態に係るアンテナ２００に替えて本実施形態に係るプラズマ処理装置１０に適用され得る。変形例３の場合、シャワーヘッド２１０のガス経路２２５は、ガス経路２２５ａ及びガス経路２２５ｂに分離されている。所望のガス１は、ガス供給源６００（図１参照）から出力され、ガス経路２２５ａを通って複数のガス孔２１５に入り、ガス孔２１５から処理容器１００内に導入される。所望のガス２もまた、ガス供給源６００（図１参照）から出力され、ガス経路２２５ｂを通って所望のガス１が通過したガス孔２１５とは別の複数のガス孔２１５に入り、ガス孔２１５から処理容器１００内に導入される。これにより、隣接するガス孔２１５から異なる種類のガスを交互に導入することができる。これによれば、２系統のガスの流れを制御することができ、処理容器内の空間にて２種類以上のガスを反応させることができる（ポストミックス）。なお、ガス経路は２系統に限らず、３種類以上のガスを混合せずに別々に供給可能な３系統以上のガス経路に分かれていてもよい。

【0083】

以上に説明したように、本実施形態及び複数の変形例に係るアンテナ２００及びそのアンテナ２００を用いたプラズマ処理装置１０によれば、ガス及びマイクロ波を同一面内から供給することができる。具体的には、アンテナ２００の放射特性を損なうことなく、ガスのコンダクタンスを増加させ、ガスの流速の均一性を高めることができる。これにより、多様なプロセス条件においても均一なプラズマを生成し、多様なプロセスを実行することができる。

【0084】

なお、オーバーラップ部分のスロットの間隔は、ガス経路側（すなわち、図１０の間隔ＷＡ）において５ｍｍ〜１５ｍｍであってもよい。

【0085】

また、マイクロ波の伝送特性を損なわなければ、導波路の段差は、テーパ形状であってもよい。

【0086】

また、ガス孔２１５は均等に配置されていなくてもよい。例えば、スロット２２０の外周側とスロット２２０の内周側のガス経路２２５の差圧に応じて、スロット２２０の外周側に配置されたガス孔２１５の径を、スロット２２０の内周側に配置されたガス孔２１５の径より小さく形成してもよい。

【0087】

また、スロット２２０の外周側とスロット２２０の内周側のガス経路２２５の差圧に応じて、スロット２２０の外周側に配置されたガス孔２１５の数を、スロット２２０の内周側に配置されたガス孔２１５の数より少なくしてもよい。

【0088】

また、いわゆるポストミックスにより、２種類のガスをスロット２２０の外周側に配置されたガス孔２１５と内周側に配置されたガス孔２１５とから別々に導入する場合には、外周側に配置されたガス孔２１５のガス流速と内周側に配置されたガス孔２１５のガス流速とを変えるようにして、各ガスを別々に制御してもよい。

【0089】

＜おわりに＞
以上、添付図面を参照しながら本発明のプラズマ発生用アンテナ、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法について好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明のプラズマ発生用アンテナ、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法の技術的範囲はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明のプラズマ発生用アンテナ、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法の技術的範囲に属するものと了解される。また、上記実施形態及び変形例が複数存在する場合、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

【0090】

たとえば、本発明に係るプラズマ処理装置は、図１５に示したようにアンテナ２００を１つ有してもよい。図１５は、一実施形態の変形例に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す。この場合においても、スロットに段差を設けることにより、アンテナ２００の放射特性を損なうことなく、ガスのコンダクタンスを増加させ、ガスの流速の均一性を高めることができる。これにより、多様なプロセス条件においても均一なプラズマを生成し、多様なプロセスを実行することができる。

【0091】

また、本発明に係るプラズマ処理装置のアンテナ２００の数は、いくつであってもよい。例えば、図１６は、一実施形態の変形例に係るマイクロ波出力部とマイクロ波伝送機構の構成を示す。本発明に係るプラズマ処理装置のアンテナ２００が１つの場合、図１６のようにマイクロ波出力部３００内に分配器３２０を設ける必要はない。また、マイクロ波伝送機構４００内のアンテナモジュール４１０は１つあればよい。

【0092】

また、本発明に係るプラズマ処理装置に供給されるパワーは、マイクロ波に限られず、１００ＭＨｚのＲＦ帯から３ＧＨｚのマイクロ波帯の電磁波であればよい。

【0093】

また、本発明に係るプラズマ処理装置で実行可能なプラズマプロセスはエッチングプロセスに限られず、成膜、アッシング、スパッタリング等、いかなるプロセスでもよい。

【0094】

前記複数のスロットは、前記ガス経路を貫通する導波路にて前記段差を有してもよい。

【0095】

前記複数のスロットは、前記ガス経路と前記複数のガス孔の境界面で段差を有してもよい。

【0096】

前記複数のスロットは、誘電体で充填されてもよい。

【0097】

前記複数のスロットは、その長手方向が円周方向に位置するように配置され、隣接するスロット間は、径方向に所定の間隔を設けてオーバーラップし、前記オーバーラップしたスロット間の所定の間隔は、前記ガス経路を貫通する部分の第１の間隔が前記プラズマ生成空間へ開口する部分にてオーバーラップした第２の間隔よりも広くなっていてもよい。

【0098】

前記ガスは、前記円周方向に配置された複数のスロットの外周側から、前記第１の間隔でオーバーラップするスロット間の前記ガス経路の領域を通って該複数のスロットの内周側に供給されてもよい。

【0099】

前記隣接するスロット間のオーバーラップ部分の外周側のスロットと内周側のスロットの位置関係と、右側のスロットと左側のスロットの位置関係とはすべてのスロットにおいて同じ関係であってもよい。

【0100】

前記複数のスロットは、円周方向に均等に配置されてもよい。

【0101】

前記複数のスロットは、前記プラズマ発生用アンテナの中心軸に対して対称に配置されてもよい。

【0102】

前記複数のスロットの円周方向のピッチは、ｎ（λｇ／２）−δ（ｎは１以上の整数）であってもよい。

【0103】

前記複数のスロットの円周方向の長さは、ｎ（λｇ／２）−δ（ｎは１以上の整数）であってもよい。

【0104】

前記オーバーラップ部分のスロット間隔は、前記ガス経路と前記複数のガス孔の境界面の段差により、前記ガス経路側の第１の間隔が前記複数のガス孔側の第２の間隔よりも広くなってもよい。

【0105】

各スロットは円周方向に向かって左外側部、中央部及び右外側部の３つの部分からなり、隣接するスロットは、前記中央部以外がオーバーラップしてもよい。

【0106】

前記オーバーラップしているスロット間の所定の間隔は、前記ガス経路側の第１の間隔において５ｍｍ〜１５ｍｍであってもよい。

【0107】

本国際出願は、２０１１年１２月１２日に出願された日本国特許出願２０１１−２７１４３５号に基づく優先権及び２０１１年１２月１５日に出願された米国仮出願６１／５７６０４２号に基づく優先権を主張するものであり、その全内容を本国際出願に援用する。

【符号の説明】

【0108】

１０ プラズマ処理装置
１００ 処理容器
２００ プラズマ生成用アンテナ
２１０ シャワーヘッド
２１５ ガス孔
２２０ スロット
２２５ ガス経路
２５０ ＤＣ印加機構
３００ マイクロ波出力部
４００ マイクロ波伝送機構
４５０ マイクロ波導入機構
４５５ 同軸導波管
４８０ 遅波板
５００ 制御装置
６００ ガス供給源
６０５ シャワーヘッドの下部部材
８００ 誘電部材
ＢＵ スロット段差

【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】