特許 6914149 プラズマ処理装置

(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】6914149

(24)【登録日】2021年7月15日

(45)【発行日】2021年8月4日

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20210727BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20210727BHJP

   H01L 21/31 20060101ALN20210727BHJP

【ＦＩ】

   H05H1/46 B

   H01L21/302 101D

   !H01L21/31 C

【請求項の数】11

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2017-172147(P2017-172147)

(22)【出願日】2017年9月7日

(65)【公開番号】特開2019-46766(P2019-46766A)

(43)【公開日】2019年3月22日

【審査請求日】2020年5月8日

(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】池田 太郎

(72)【発明者】

【氏名】小松 智仁

(72)【発明者】

【氏名】中込 淳

【審査官】 中尾 太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−３２９７９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３３２３２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２５１６７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０６２５８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０８４８４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０３３８２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０４５５５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０４９６６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０１５４９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０２４１３１０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２００９／１０７７１８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｈ １／４６

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

マイクロ波を用いてガスをプラズマ化し、処理容器の内部にて被処理体を処理するプラズマ処理装置であって、
マイクロ波導入部からマイクロ波を導入し、表面にマイクロ波の表面波を伝搬させる前記処理容器のマイクロ波導入面と、
前記マイクロ波導入面と該マイクロ波導入面に隣接する前記処理容器の面との境界線から２ｍｍ以内に所定間隔で配置された複数のガス吐出孔と、を有し、
前記複数のガス吐出孔は、前記境界線に接して、または、前記マイクロ波導入面側に配置されている、プラズマ処理装置。

【請求項2】

前記複数のガス吐出孔は、前記マイクロ波導入部を囲むように設けられる、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項3】

前記マイクロ波導入面は、前記処理容器が有する天井壁の表面であり、
前マイクロ波導入面に隣接する前記処理容器の面は、前記処理容器が有する側壁の表面であり、
前記複数のガス吐出孔は、前記境界線から２ｍｍ以内にて前記天井壁を貫通する、
請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。

【請求項4】

前記所定間隔は、プラズマ中のマイクロ波の表面波波長λの１／４以下である、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項5】

前記複数のガス吐出孔の直径は、０．１ｍｍ〜１ｍｍである、
請求項１〜４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項6】

前記複数のガス吐出孔から導入されるガスの流速は、１０（ｍ／ｓ）以上である、
請求項１〜５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項7】

前記複数のガス吐出孔から導入されるガスの流速は、１００（ｍ／ｓ）以下である、
請求項６に記載のプラズマ処理装置。

【請求項8】

前記複数のガス吐出孔から導入されるガスは、不活性ガスである、
請求項１〜７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項9】

前記マイクロ波導入面には、絶縁膜がコーティングされている、
請求項１〜８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項10】

前記マイクロ波導入面を伝搬するマイクロ波の表面波は、前記複数のガス吐出孔から導入されるガスにより反射する、
請求項１〜９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項11】

前記複数のガス吐出孔が前記境界線に接していない場合、前記複数のガス吐出孔の外側の前記マイクロ波導入面又は該マイクロ波導入面に隣接する処理容器の面は、直線又は曲線状に傾斜する、
請求項１〜１０のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラズマ処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

マイクロ波プラズマ処理装置では、マイクロ波導入部から導入されたマイクロ波は、表面波となって処理容器のマイクロ波導入面に沿って伝搬する。例えば、マイクロ波が処理容器の天井壁から導入されると、マイクロ波の表面波は、処理容器の天井壁の表面をマイクロ波導入面として伝搬する。

【0003】

マイクロ波の表面波は、処理容器に供給される処理ガスをプラズマ化し、そのプラズマにより処理容器の内部に搬入したウェハに所定の処理が施される。処理ガスは、例えば、処理容器の天井壁又は側壁に設けられた複数のガス孔から処理容器の内部に供給される（例えば、特許文献１〜３を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００５−１９６９９４号公報

【特許文献2】特開２００８−２５１６７４号公報

【特許文献3】特開２０１６−１５４９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

マイクロ波導入面の端部は処理容器の側壁の表面と９０°をなし、角部となっている。また、天井壁や側壁の表面には段差や処理容器内に配置されたパーツの継ぎ目が形成される。角部、継ぎ目及び段差では、マイクロ波の表面波の電界が集中して異常放電が生じる場合がある。

【0006】

上記課題に対して、一側面では、本発明は、マイクロ波の表面波による異常放電を防止することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、一の態様によれば、マイクロ波を用いてガスをプラズマ化し、処理容器の内部にて被処理体を処理するプラズマ処理装置であって、
マイクロ波導入部からマイクロ波を導入し、表面にマイクロ波の表面波を伝搬させる前記処理容器のマイクロ波導入面と、
前記マイクロ波導入面と該マイクロ波導入面に隣接する前記処理容器の面との境界線から２ｍｍ以内に所定間隔で配置された複数のガス吐出孔と、を有し、
前記複数のガス吐出孔は、前記境界線に接して、または、前記マイクロ波導入面側に配置されている、プラズマ処理装置が提供される。

【発明の効果】

【0008】

一の側面によれば、マイクロ波の表面波による異常放電を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】一実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の一例を示す図。

【図2】一実施形態に係る天井壁の表面のガス吐出孔の配置の一例を示す図。

【図3】一実施形態に係るガス吐出孔におけるマイクロ波の表面波の反射を説明する図。

【図4】一実施形態に係るガス吐出孔のマスキングと電界の測定結果の一例を示す図。

【図5】一実施形態に係るガス吐出孔の変形例の一例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。

【0011】

［マイクロ波プラズマ処理装置］
図１は、本発明の一実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１００の断面図の一例を示す。マイクロ波プラズマ処理装置１００は、ウェハＷを収容する処理容器１を有する。マイクロ波プラズマ処理装置１００は、マイクロ波によって処理容器１側の表面に形成される表面波プラズマにより、半導体ウェハＷ（以下、「ウェハＷ」と称呼する）に対して所定のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置の一例である。所定のプラズマ処理としては、例えばエッチング処理または成膜処理が挙げられる。

【0012】

処理容器１は、気密に構成されたアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属材料からなる略円筒状の容器であり、接地されている。蓋体１０は、処理容器１の天井壁を構成する天板である。処理容器１と蓋体１０との接触面には支持リング１２９が設けられ、これにより、処理容器１内は気密にシールされる。蓋体１０は、金属から構成されている。

【0013】

マイクロ波プラズマ源２は、マイクロ波出力部３０とマイクロ波伝送部４０とマイクロ波放射部材５０とを有する。マイクロ波出力部３０は、複数経路に分配してマイクロ波を出力する。

【0014】

マイクロ波伝送部４０は、マイクロ波出力部３０から出力されたマイクロ波を伝送する。マイクロ波伝送部４０に設けられた周縁マイクロ波導入機構４３ａおよび中央マイクロ波導入機構４３ｂは、アンプ部４２から出力されたマイクロ波をマイクロ波放射部材５０に導入する機能およびインピーダンスを整合する機能を有する。

【0015】

マイクロ波放射部材５０では、６つの周縁マイクロ波導入機構４３ａに対応する６つの誘電体層１２３が、蓋体１０において円周方向に等間隔に配置されている。誘電体層１２３の下面は、処理容器１の内部に円形に露出する。また、中央マイクロ波導入機構４３ｂに対応する１つの誘電体層１３３が、蓋体１０の中央に配置されている。誘電体層１３３の下面は、処理容器１の内部に円形に露出する。

【0016】

周縁マイクロ波導入機構４３ａおよび中央マイクロ波導入機構４３ｂは、筒状の外側導体５２およびその中心に設けられた棒状の内側導体５３を同軸状に配置する。外側導体５２と内側導体５３の間には、マイクロ波電力が給電され、マイクロ波放射部材５０に向かってマイクロ波が伝搬するマイクロ波伝送路４４となっている。

【0017】

周縁マイクロ波導入機構４３ａおよび中央マイクロ波導入機構４３ｂには、スラグ５４と、その先端部に位置するインピーダンス調整部材１４０とが設けられている。スラグ５４を移動させることにより、処理容器１内の負荷（プラズマ）のインピーダンスをマイクロ波出力部３０におけるマイクロ波電源の特性インピーダンスに整合させる機能を有する。インピーダンス調整部材１４０は、誘電体で形成され、その比誘電率によりマイクロ波伝送路４４のインピーダンスを調整するようになっている。

【0018】

マイクロ波放射部材５０は、蓋体１０の内部に構成されている。マイクロ波出力部３０から出力され、マイクロ波伝送部４０から伝送されたマイクロ波は、マイクロ波放射部材５０から処理容器１内に放射される。

【0019】

マイクロ波放射部材５０は、誘電体天板１２１，１３１、スロット１２２，１３２及び誘電体層１２３，１３３を有する。誘電体天板１２１は、周縁マイクロ波導入機構４３ａに対応して蓋体１０の上部に配置され、誘電体天板１３１は、中央マイクロ波導入機構４３ｂに対応して蓋体１０の上部に配置されている。誘電体天板１２１，１３１は、マイクロ波を透過させる円盤状の誘電体から形成されている。誘電体天板１２１，１３１は、真空よりも大きい比誘電率を有しており、例えば、石英、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等のセラミックス、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂やポリイミド系樹脂により形成され得る。誘電体天板１２１，１３１は、比誘電率が真空よりも大きい材料で構成される。これにより、誘電体天板１２１，１３１内を透過するマイクロ波の波長を、真空中を伝搬するマイクロ波の波長よりも短くしてスロット１２２，１３２を含むアンテナを小さくする機能を有する。

【0020】

誘電体天板１２１，１３１の下には、蓋体１０に形成されたスロット１２２，１３２を介して誘電体層１２３，１３３が蓋体１０の開口に嵌め込まれている。誘電体層１２３、１３３は、天井壁の表面において均一にマイクロ波の表面波プラズマを形成するための誘電体窓としての機能を有する。すなわち、誘電体層１２３、１３３を含むマイクロ波放射部材５０は、マイクロ波を導入するマイクロ波導入部の一例である。誘電体層１２３、１３３は、誘電体天板１２１，１３１と同様、例えば、石英、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等のセラミックス、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂やポリイミド系樹脂により形成されてもよい。

【0021】

周縁マイクロ波導入機構４３ａおよび中央マイクロ波導入機構４３ｂの個数は、本実施形態に示す個数に限らない。例えば、１つの中央マイクロ波導入機構４３ｂのみを有し、周縁マイクロ波導入機構４３ａの個数は０であってもよい。周縁マイクロ波導入機構４３ａの個数は、１以上であってもよい。

【0022】

蓋体１０はアルミニウムなどの金属で形成され、シャワー構造のガス導入部６２が形成されている。ガス導入部６２には、ガス供給配管１１１を介してガス供給源２２が接続されている。ガスは、ガス供給源２２から供給され、ガス供給配管１１１を介してガス導入部６２の複数のガス供給孔６０から処理容器１の内部に供給される。ガス導入部６２は、処理容器１の天井壁に形成された複数のガス供給孔６０からガスを供給するガスシャワーヘッドの一例である。ガスの一例としては、例えばＡｒガス等のプラズマ生成用のガスや、例えばＯ_２ガスやＮ_２ガス等の高エネルギーで分解させたいガスが挙げられる。

【0023】

本実施形態には、処理容器１の天井壁の表面（天井面）と、処理容器１の側面との境界線に接して蓋体１０を貫通する複数のガス吐出孔６５が形成されている。複数のガス吐出孔６５は、Ａｒガス、Ｈｅガス等の不活性ガスを吐出する。吐出された不活性ガスは、側面に沿って処理容器１内を流れる。

【0024】

なお、処理容器１の天井壁の表面、すなわち蓋体１０の下面は、マイクロ波導入面の一例である。天井壁の表面に接する側壁の表面は、マイクロ波導入面に隣接する処理容器１の面の一例である。

【0025】

処理容器１内にはウェハＷを載置する載置台１１が設けられている。載置台１１は、処理容器１の底部中央に絶縁部材１２ａを介して立設された筒状の支持部材１２により支持されている。載置台１１および支持部材１２を構成する材料としては、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の金属や内部に高周波用の電極を有した絶縁部材（セラミックス等）が例示される。載置台１１には、ウェハＷを静電吸着するための静電チャック、温度制御機構、ウェハＷの裏面に熱伝達用のガスを供給するガス流路等が設けられてもよい。

【0026】

載置台１１には、整合器１３を介して高周波バイアス電源１４が電気的に接続されている。高周波バイアス電源１４から載置台１１に高周波電力が供給されることにより、ウェハＷ側にプラズマ中のイオンが引き込まれる。なお、高周波バイアス電源１４はプラズマ処理の特性によっては設けなくてもよい。

【0027】

処理容器１の底部には排気管１５が接続されており、この排気管１５には真空ポンプを含む排気装置１６が接続されている。排気装置１６を作動させると処理容器１内が排気され、これにより、処理容器１内が所定の真空度まで高速に減圧される。処理容器１の側壁には、ウェハＷの搬入出を行うための搬入出口１７と、搬入出口１７を開閉するゲートバルブ１８とが設けられている。

【0028】

マイクロ波プラズマ処理装置１００の各部は、制御装置３により制御される。制御装置３は、マイクロプロセッサ４、ＲＯＭ（Read Only Memory）５、ＲＡＭ（Random Access Memory）６を有している。ＲＯＭ５やＲＡＭ６にはマイクロ波プラズマ処理装置１００のプロセスシーケンス及び制御パラメータであるプロセスレシピが記憶されている。マイクロプロセッサ４は、プロセスシーケンス及びプロセスレシピに基づき、マイクロ波プラズマ処理装置１００の各部を制御する。また、制御装置３は、タッチパネル７及びディスプレイ８を有し、プロセスシーケンス及びプロセスレシピに従って所定の制御を行う際の入力や結果の表示等が可能になっている。

【0029】

かかる構成のマイクロ波プラズマ処理装置１００においてプラズマ処理を行う際には、まず、ウェハＷが、搬送アーム上に保持された状態で、開口したゲートバルブ１８から搬入出口１７を通り処理容器１内に搬入される。ゲートバルブ１８はウェハＷを搬入後に閉じられる。ウェハＷは、載置台１１の上方まで搬送されると、搬送アームからプッシャーピンに移され、プッシャーピンが降下することにより載置台１１に載置される。処理容器１の内部の圧力は、排気装置１６により所定の真空度に保持される。ガスがガス導入部６２からシャワー状に処理容器１内に導入される。周縁マイクロ波導入機構４３ａおよび中央マイクロ波導入機構４３ｂを介してマイクロ波放射部材５０から放射されたマイクロ波が天井壁の表面を伝搬する。マイクロ波の表面波の電界により、ガスが分解され、処理容器１側の天井面の近傍に生成された表面波プラズマによってウェハＷにプラズマ処理が施される。以下では、処理容器１の天井壁と載置台１１の間の空間を、プラズマ処理空間Ｕという。

【0030】

［ガス吐出孔の構成及び配置］
次に、本発明の一実施形態に係るガス吐出孔６５の構成及び配置の一例について、図２を参照しながら説明する。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図２に示すように、マイクロ波導入部の誘電体層１２３、１３３からマイクロ波が放射される。

【0031】

複数のガス吐出孔６５は、マイクロ波導入部の誘電体層１２３、１３３を囲むように、天井面と天井面に隣接する処理容器１の面（側面）との境界線Ｂ（図１を参照）に接して、円周方向に所定間隔で配置されている。これによれば、複数のガス吐出孔６５から吐出する不活性ガスが、処理容器１の側面に沿って円状に流れるため、処理装置１の境界線Ｂ付近にてガスの滞留が生じず、ガスの剥離が起きにくくなり、パーティクルの発生を防止できる。

【0032】

複数のガス吐出孔６５の円周方向の間隔Ｐは、プラズマ中のマイクロ波の表面波波長λの１／４以下になっている。プラズマ中のマイクロ波の表面波波長λは、真空中のマイクロ波の波長λ_０の約１／３程度である。マイクロ波プラズマプロセスで使用する波長λ_０は概ね１２０〜４８０ｍｍであるから、プラズマ中のマイクロ波の表面波波長λは概ね４０〜１６０ｍｍになる。よって、複数のガス吐出孔６５の間隔Ｐは、プラズマ中のマイクロ波の表面波波長λの１／４の１０〜４０ｍｍとなる。

【0033】

かかる構成により、本実施形態では、ガス吐出孔６５を、マイクロ波導入部よりも外側に配置することで、複数のガス吐出孔６５から吐出される不活性ガスにより、複数のガス吐出孔６５直下にてマイクロ波の表面波の伝搬を遮断することができる。

【0034】

その理由を説明すると、ガス吐出孔６５をマイクロ波の表面波の波長λよりも十分に小さい、例えば前記波長λの１／４以下の間隔で設けることで、複数のガス吐出孔６５から側面に沿って不活性ガスが流れたときに、マイクロ波の表面波から見ると複数のガス吐出孔６５直下が壁に見え、該表面波が複数のガス吐出孔６５にて反射するためである。これにより、マイクロ波の表面波を円周方向に配置された複数のガス吐出孔６５から外側に伝搬しないようにすることができる。

【0035】

図３を参照しながらより詳しく説明する。図３は、本実施形態に係るガス吐出孔６５におけるマイクロ波の表面波の反射状態を説明するための概念図である。ガス吐出孔６５から不活性ガスが吐出されると、ガス吐出孔６５直下のプラズマ密度は低くなり、ガス吐出孔６５直下のシースは、天井面のシースよりも厚くなる。その結果、ガス吐出孔６５直下では、インピーダンスが変化する。これにより、マイクロ波の表面波から見ると複数のガス吐出孔６５直下は壁に見え、ガス吐出孔６５直下の反射端Ｒにてマイクロ波の表面波が反射する。

【0036】

図４は、本実施形態に係るガス吐出孔６５のマスキングと電界の測定結果の一例を示す図である。リファレンス(reference)及びガスマスキング(Gas-masking)の例は、図４の下側に示すように、図２のマイクロ波導入部のうち、周縁マイクロ波導入機構４３ａに繋がるスロット１２２、誘電体層１２３が存在せず、中央マイクロ波導入機構４３ｂに繋がるスロット１３２を介して誘電体層１３３からマイクロ波が導入される。また、不活性ガスが、誘電体層１３３の周囲に配置されたガス吐出孔６５から供給される。ただし、リファレンス(reference)では、誘電体層１３３の周囲にて円周上に設けられたすべてのガス吐出孔６５から不活性ガスが導入されるのに対して、ガスマスキング(Gas-masking)では、誘電体層１３３の周囲に配置されたガス吐出孔６５のうち、測定方向に位置する左側の３つのガス吐出孔６５はテープによりマスクされている点である。よって、ガスマスキング例では、不活性ガスは、左側の３つのガス吐出孔６５以外のガス吐出孔６５から供給される。

【0037】

図４の上側のグラフの右端部は、誘電体層１３３の中心軸の位置であり、図４のグラフは、誘電体層１３３の中心軸からｘ軸の−方向（ｘ方向）にＲｍｍの位置のマイクロ波の表面波による電界の強度を測定した結果の一例である。

【0038】

図４のリファレンス(Reference)では、ガス吐出孔６５直下の反射端Ｒにて電界の強度が最も高くなっている。これによれば、ガス吐出孔６５から不活性ガスが吐出すると、ガス吐出孔６５直下のシースは、その他の天井面のシースよりも厚くなるため、ガス吐出孔６５直下でインピーダンスが変化するため、反射端Ｒにてマイクロ波の表面波が反射することがわかる。言い換えれば、電界の強度が最も高くなる位置が、シースの厚さが変化し、マイクロ波の表面波が反射する位置と考えられる。

【0039】

ただし、マイクロ波の表面波は、反射端Ｒにて全反射してはおらず、一部はガス吐出孔６５直下を通り、進行する。図３には、反射端Ｒにてマイクロ波の表面波が反射するとともに、表面波の一部がガス吐出孔６５直下を通り進行することが示されている。

【0040】

図４に戻り、ガスマスキング(Gas-masking)を行った場合では、リファレンスのような反射端Ｒは見られない。これは、左側の３つのガス吐出孔６５からは不活性ガスが導入されていないため、ガス吐出孔６５直下のシースは、天井面のシースの厚さと同じであり、インピーダンスが変化せず、ガス吐出孔６５直下にてマイクロ波の表面波は反射しないためであると考えられる。

【0041】

以上から、本実施形態では、複数のガス吐出孔６５を、天井面と天井面に隣接する処理容器１の側面との境界線Ｂに接して、プラズマ中のマイクロ波の表面波波長λの１／４の間隔で円周方向に配置する。これにより、天井面から側面に伝搬するマイクロ波の表面波を複数のガス吐出孔６５によって減衰させ、該表面波の伝搬を妨げることができる。これにより、処理容器１の境界線Ｂの角部や段差部や処理容器１内のパーツの繋ぎ目等にて異常放電が発生することを防止できる。

【0042】

複数のガス吐出孔６５の直径は、０．１ｍｍ〜１ｍｍの範囲に設定される。複数のガス吐出孔６５から吐出される不活性ガスの流速は、１０（ｍ／ｓ）以上であることが好ましい。ガスの流速が１０（ｍ／ｓ）よりも遅いと、ガス吐出孔６５直下のシースが厚くなり難く、インピーダンスの変化によるマイクロ波の表面波の反射が生じ難くなるためである。なお、複数のガス吐出孔６５から導入される不活性ガスの流速は、１００（ｍ／ｓ）以下であってもよい。

【0043】

なお、マイクロ波は、誘電体の内部を透過して伝搬する。よって、処理容器１の天井面及び側面には、アルミニウムの表面に絶縁膜がコーティングされていることが好ましい。例えば、処理容器１の天井面及び側面には、アルミニウム等の金属の表面にイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）やアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）の絶縁部材を溶射することで、マイクロ波の表面波が、処理容器１の天井面や側面を通り易いようにすることができる。これにより、複数のガス吐出孔６５の位置まではマイクロ波の表面波を伝搬し易くし、マイクロ波の表面波の電界によりプラズマの生成を促しながら、ガス吐出孔６５直下にてマイクロ波の表面波の伝搬を遮断することができる。これにより、マイクロ波の表面波の伝搬を制御し、異常放電の発生を抑制することができる。

【0044】

［ガス吐出孔の変形例］
次に、ガス吐出孔６５の変形例について、図５を参照しながら説明する。図５は、本実施形態に係るガス吐出孔６５の変形例の一例を示す図である。図５（ａ）の例では、複数のガス吐出孔６５は、天井面と側面との境界線Ｂに接して処理容器１の側壁を貫通する。この場合にも、複数のガス吐出孔６５は、当該境界線Ｂに接して処理容器１の側壁を円周方向に間隔Ｐで配置される。複数のガス吐出孔６５から不活性ガスが吐出すると、ガス吐出孔６５直下のシースは、その他の天井面のシースよりも厚くなり、インピーダンスが大きく変化する。これにより、天井面に沿って伝搬するマイクロ波の表面波の伝搬を遮断することができる。これにより、マイクロ波の表面波の伝搬を制御し、異常放電の発生を抑制することができる。

【0045】

また、これによれば、複数のガス吐出孔６５から吐出する不活性ガスが、処理容器１の天井面に沿って流れるため、境界線Ｂ及びその近傍にてガスの滞留が生じない。このため、ガスの剥離が起きにくくなり、パーティクルの発生を防止できる。

【0046】

図５（ｂ）及び図５（ｃ）の例では、ガス吐出孔６５は、天井面と側面との境界線Ｂから２ｍｍ以内で天井面又は側面に配置される。図５（ｂ）の例では、ガス吐出孔６５は、境界線Ｂから２ｍｍ以内で天井壁を貫通する。図５（ｃ）の例では、ガス吐出孔６５は、境界線Ｂから２ｍｍ以内で側壁を貫通する。

【0047】

ガス吐出孔６５の位置が、処理容器１の天井面又は側面から離れすぎると、天井面と側面との境界線Ｂの近傍でガスの滞留が生じ、ガスの剥離が起きやすくなり、パーティクルが発生する懸念がある。

【0048】

これに対して、図５（ｂ）及び図５（ｃ）の例では、天井面と側面との境界線Ｂから２ｍｍ以内の天井面又は側面にガス吐出孔６５が形成される。このように複数のガス吐出孔６５を境界線Ｂの近傍に所定間隔で設けることで、ガスの滞留が生じ難く、パーティクルの発生を防止できる。

【0049】

また、複数のガス吐出孔６５を境界線Ｂから２ｍｍ以内に配置するとしたのは、表皮深さと関係する。高周波電力の周波数が高くなるほど導電層の表面に電流が集中する現象を表皮効果といい、電流が流れる深さを表皮深さ（スキンデプス）という。

【0050】

表皮深さδは、（１）式により算出される。

【0051】

δ（ｍ）≒ｃ／ωｐｅ・・・（１）
ｃ（ｍ／ｓｅｃ）は、光の速さを示す。ωｐｅ（１／ｓｅｃ）は、電子プラズマ周波数を示す。ωは、角周波数（ｒａｄ／ｓｅｃ）を示す。ωｐは、プラズマ周波数（１／ｓｅｃ）を示す。プラズマ周波数ωｐは、概ね電子プラズマ周波数ωｐｅに等しい。

【0052】

（１）式に光の速さｃ及び電子プラズマ周波数ωｐｅを代入すると、本実施形態に係るマイクロ波処理装置１００では、表皮深さは約２ｍｍとなる。よって、複数のガス吐出孔６５の位置を境界線Ｂから２ｍｍ以内とすると、複数のガス吐出孔６５によってマイクロ波の表面波の伝播を遮断するとともに、表面波の電界の減衰効果を高め、境界線Ｂの角部等において、異常放電が発生することを防止できる。

【0053】

なお、図５（ｂ）に示すようにガス吐出孔６５が境界線Ｂに接していない場合、図５（ｄ）に示すように、ガス吐出孔６５の外側の天井面又は側面をテーパー状に傾斜させてもよい。また、例えば、複数のガス吐出孔６５の外側の天井面又は側面をお椀状に傾斜させてもよい。図５（ｃ）に示すようにガス吐出孔６５が側壁側に形成され、かつ、境界線Ｂに接していない場合においても、同様に、ガス吐出孔６５の外側の天井面又は側面を直線又は曲線状に傾斜させてもよい。複数のガス吐出孔６５の外側の天井面又は側面を直線又は曲線状に傾斜させることで、ガスの滞留を防ぐことができる。

【0054】

以上、プラズマ処理装置を上記実施形態により説明したが、本発明にかかるプラズマ処理装置は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の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、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

【0055】

本発明に係るプラズマ処理装置は、Radial Line Slot Antennaにも適用可能である。

【0056】

本明細書では、基板の一例として半導体ウェハＷを挙げて説明した。しかし、基板は、これに限らず、LCD(Liquid Crystal Display)、FPD(Flat Panel Display)に用いられる各種基板、ＣＤ基板、プリント基板等であっても良い。

【符号の説明】

【0057】

１ 処理容器
１ａ 誘電体窓部
２ マイクロ波プラズマ源
３ 制御装置
１０ 蓋体
１１ 載置台
２２ ガス供給源
３０ マイクロ波出力部
４０ マイクロ波伝送部
４３ａ 周縁マイクロ波導入機構
４３ｂ 中央マイクロ波導入機構
４４ マイクロ波伝送路
５０ マイクロ波放射部材
５２ 外側導体
５３ 内側導体
５４ スラグ
６０ ガス供給孔
６２ ガス導入部
６５ ガス吐出孔
１００ マイクロ波プラズマ処理装置
Ｕ プラズマ処理空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】