特開 2024-175447 リモートプラズマ装置及びプラズマ処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024175447

(43)【公開日】2024-12-18

(54)【発明の名称】リモートプラズマ装置及びプラズマ処理装置

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20241211BHJP

   C23C 16/511 20060101ALI20241211BHJP

【ＦＩ】

H05H1/46 B

C23C16/511

【審査請求】未請求

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023093239

(22)【出願日】2023-06-06

(71)【出願人】

【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】鎌田 英紀

(72)【発明者】

【氏名】加藤 健太

【テーマコード（参考）】

2G084

4K030

【Ｆターム（参考）】

2G084AA05

2G084BB35

2G084CC06

2G084CC14

2G084CC33

2G084DD04

2G084DD19

2G084DD38

2G084DD42

2G084DD55

2G084FF02

2G084FF04

2G084FF15

2G084FF38

2G084FF39

4K030AA13

4K030FA02

4K030KA30

4K030KA46

(57)【要約】

【課題】リモートプラズマ装置の小型化を図る。
【解決手段】金属製の筐体と、前記筐体内を満たすように設けられた誘電体と、前記筐体に設けられ、前記筐体内にガスを供給するガス供給口と、前記筐体に設けられ、前記筐体内から前記ガスを排出するガス排出口と、前記誘電体に形成され、前記ガス供給口と前記ガス排出口とを繋ぐガスラインと、前記筐体に設けられ、前記筐体内に電磁波を供給し、前記ガスライン内にプラズマを生成するように構成される電磁波供給部と、を有するリモートプラズマ装置が提供される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属製の筐体と、
前記筐体内を満たすように設けられた誘電体と、
前記筐体に設けられ、前記筐体内にガスを供給するガス供給口と、
前記筐体に設けられ、前記筐体内から前記ガスを排出するガス排出口と、
前記誘電体に形成され、前記ガス供給口と前記ガス排出口とを繋ぐガスラインと、
前記筐体に設けられ、前記筐体内に電磁波を供給し、前記ガスライン内にプラズマを生成するように構成される電磁波供給部と、
を有するリモートプラズマ装置。

【請求項2】

前記誘電体に前記ガスラインと平行に形成された金属製の反射アンテナを有する、
請求項１に記載のリモートプラズマ装置。

【請求項3】

前記筐体の内形は、円筒形状の側面の一部に平面を有する欠損円筒形状である、
請求項１に記載のリモートプラズマ装置。

【請求項4】

前記誘電体は、前記電磁波供給部が供給する周波数の前記電磁波と共振する構造を有する、
請求項１～３のいずれか１項に記載のリモートプラズマ装置。

【請求項5】

前記誘電体の直径φは、前記誘電体内の管内波長をλｇとしたとき、φ＝λｇ／２＋δであり、０≦δ≦λｇ／２０である、
請求項１～３のいずれか１項に記載のリモートプラズマ装置。

【請求項6】

前記誘電体の長さＬは、前記誘電体内の管内波長をλｇとしたとき、Ｌ＝λｇ／２＋δ'であり、０≦δ'≦λｇ／１０である、
請求項１～３のいずれか１項に記載のリモートプラズマ装置。

【請求項7】

前記反射アンテナの長さｄは、前記誘電体の管内波長をλｇとしたとき、ｄ＝λｇ／２＋δ''であり、－λｇ／１０≦δ''≦０である、
請求項２に記載のリモートプラズマ装置。

【請求項8】

前記反射アンテナの長さｄは、前記誘電体の長さＬ以下である、
請求項７に記載のリモートプラズマ装置。

【請求項9】

前記ガスラインは、前記誘電体の中心軸の位置に設けられている、
請求項１～３のいずれか１項に記載のリモートプラズマ装置。

【請求項10】

前記電磁波供給部は、前記電磁波を前記筐体内にスロットアンテナを介して供給する、
請求項１～３のいずれか１項に記載のリモートプラズマ装置。

【請求項11】

前記電磁波供給部は、くし歯型共振器を有し、前記くし歯型共振器及び前記スロットアンテナを介して前記電磁波を前記筐体内に供給する、
請求項１０に記載のリモートプラズマ装置。

【請求項12】

前記スロットアンテナは、前記誘電体に形成された平面に沿って設けられている、
請求項１０に記載のリモートプラズマ装置。

【請求項13】

前記誘電体に前記ガスラインと平行に形成された金属製の反射アンテナは、前記ガスラインを挟んで前記スロットアンテナの反対側に設けられている、
請求項１０に記載のリモートプラズマ装置。

【請求項14】

前記電磁波供給部は、前記電磁波として３００ＭＨｚ～３ＴＨｚの周波数のマイクロ波を供給する、
請求項１～３のいずれか１項に記載のリモートプラズマ装置。

【請求項15】

前記反射アンテナは、前記ガスラインに向けて突出する突出部を含む、
請求項２に記載のリモートプラズマ装置。

【請求項16】

プラズマ処理チャンバと、
前記プラズマ処理チャンバ内に設けられ、被処理基板が載置される載置台と、
前記プラズマ処理チャンバ内にガスの活性種を供給するように構成される、前記請求項１～３のいずれか１項に記載のリモートプラズマ装置と、
を有するプラズマ処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、リモートプラズマ装置及びプラズマ処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１は、誘導結合型のリモートプラズマユニットを具備したプラズマ処理装置を提案する。リモートプラズマユニットは、誘導結合型のプラズマ源であり、プラズマ処理装置の処理空間の上方においてプラズマ生成空間を画成している。リモートプラズマユニットは、プラズマ生成空間を囲むようにコイルを有し、コイルには、高周波電力を供給する高周波電源が接続されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４－４９５２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、リモートプラズマ装置の小型化を図ることができる技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一の態様によれば、金属製の筐体と、前記筐体内を満たすように設けられた誘電体と、前記筐体に設けられ、前記筐体内にガスを供給するガス供給口と、前記筐体に設けられ、前記筐体内から前記ガスを排出するガス排出口と、前記誘電体に形成され、前記ガス供給口と前記ガス排出口とを繋ぐガスラインと、前記筐体に設けられ、前記筐体内に電磁波を供給し、前記ガスライン内にプラズマを生成するように構成される電磁波供給部と、を有するリモートプラズマ装置が提供される。

【発明の効果】

【0006】

一の側面によれば、リモートプラズマ装置の小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】一実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す断面構成図。

【図2】一実施形態に係るリモートプラズマ装置の一例を示す断面斜視図。

【図3】一実施形態に係るリモートプラズマ装置の横断面及び縦断面を示す図。

【図4】一実施形態に係るアンテナインピーダンスの周波数特性の一例を示す図。

【図5】一実施形態に係る着火時の誘電体内の電界の一例を示す図。

【図6】一実施形態に係る反射アンテナの長さと電界強度との関係の一例を示す図。

【図7】一実施形態に係る反射アンテナの変形例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

【0009】

本明細書において平行、直角、直交、水平、垂直、上下、左右などの方向には、実施形態の効果を損なわないほどのずれが許容される。

【0010】

［ＩＣＰプラズマを用いたプラズマ源］
プラズマ処理装置において、特にリモートソースで用いる小型で効率の良いリモートプラズマ装置（プラズマ源）が求められている。効率よくプラズマを生成するためには、管内波長をλｇとして、λｇ／２の空間が必要である。ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）では、コイルに供給する高周波の周波数が最大でも２７ＭＨｚ程度と低いため、管内波長λｇがある程度大きくなる。このため、ＩＣＰを用いた場合、装置が構造的に大きくなり、リモートプラズマ装置の小型化は難しい。

【0011】

これに対して、当該コイルに２７ＭＨｚよりも高い周波数のマイクロ波を供給する。ωＬ（ω：角周波数（ω＝２πｆ（ｆ：周波数））、Ｌ：コイルのインダクタンス）で表されるインピーダンスは、周波数ｆが高くなると高くなり、コイルにかかる電圧が高くなるため、コイル周辺の誘電体がイオンで叩かれて損傷する。従って、ＩＣＰのコイルに周波数が高いマイクロ波を供給することはできない。

【0012】

リモートプラズマ装置自体の寸法が大きくなると、リモートプラズマ装置をプラズマ処理装置の所定のスペースへ組み込むことができないことがある。加えて、リモートプラズマ装置の製造コストも高くなってしまう傾向がある。

【0013】

そこで、本実施形態では、周波数の高いマイクロ波を使用することによりリモートプラズマ装置の小型化を図る。これにより、プラズマ処理装置に組み込みやすいリモートプラズマ装置を提案する。以下、図１～図３を参照しながら、本実施形態に係るリモートプラズマ装置を組み込んだプラズマ処理装置について説明する。

【0014】

［プラズマ処理装置］
図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置１００の縦断面の一例を示す断面構成図である。図２は、一実施形態に係るリモートプラズマ装置１の一例を示す断面斜視図である。図３は、一実施形態に係るリモートプラズマ装置１の横断面（図２（ｂ）のＡ－Ａ切断面）及び縦断面を示す図である。

【0015】

プラズマ処理装置１００は、リモートプラズマ装置１とプラズマ処理チャンバ２とを有する。リモートプラズマ装置１は、金属製の筐体１０と誘電体１１とガスライン１２ｃと電磁波供給部１３とを有する。

【0016】

金属製の筐体１０は、例えばアルミニウム等の金属（導体）から形成されている。図２（ａ）に示すように、筐体１０の外形は矩形状である。

【0017】

誘電体１１は、筐体１０内を満たすように設けられている。誘電体１１は、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）から形成されている。筐体１０の一面１０ａの内形は略半円筒形状をした欠損円筒形状である。したがって、図２（ａ）の筐体１０を便宜的に除いて示した図２（ｂ）及び図２（ｂ）をＡ－Ａ面で切断し、図２（ｂ）と天地を逆転させた図３（ａ）に示すように、筐体１０内を満たすように設けられた誘電体１１は、欠損円筒形状である。誘電体１１は、円筒形状の側面１１ａの一部が欠損した平面１１ｂを有する。

【0018】

ガスライン１２ｃは、図１～図３に示す誘電体１１の中心軸ａｘの位置（誘電体１１の断面を円形と仮定した際の中心位置）に設けられている。筐体１０は、筐体１０内にガスを供給するガス供給口１０ｂと、筐体１０内からガスを排出するガス排出口１０ｃとを有する。

【0019】

図１～図３に示すように、上部ガス供給管１２ｕ、下部ガス供給管１２ｄ及びガスライン１２ｃが誘電体１１の中心軸ａｘの位置に設けられる。上部ガス供給管１２ｕは、ガス供給部１６に接続されている。上部ガス供給管１２ｕは筐体１０に形成されたガス供給口１０ｂに嵌合する。下部ガス供給管１２ｄは筐体１０に形成されたガス排出口１０ｃに嵌合する。ガスライン１２ｃは、誘電体１１により形成され、ガスライン１２ｃは、誘電体１１を貫通し、ガス供給口１０ｂとガス排出口１０ｃとを繋ぐ。つまり、ガスライン１２ｃは、誘電体１１を貫通する貫通口１１ｃである。上部ガス供給管１２ｕ、下部ガス供給管１２ｄ及びガスライン１２ｃの内部は真空であり、後述するようにガスライン１２ｃ内においてプラズマが生成される。すなわち、ガスライン１２ｃの内部は、プラズマ生成空間となっている。

【0020】

電磁波供給部１３は、筐体１０に設けられ、筐体１０内に電磁波を供給し、ガスライン１２ｃ内にプラズマを生成するように構成される。本実施形態では、電磁波供給部１３は、電磁波の一例として８６０ＭＨｚのマイクロ波を供給する。

【0021】

スロットアンテナ１４は、筐体１０内の誘電体１１に形成された平面１１ｂに沿って設けられている。図１に示すように、スロットアンテナ１４は、筐体１０内の円盤形状の石英部材１５と誘電体１１との間に設けられた金属製の薄板であり、リング状のスロット１４ａ（空間）を有し、スロット１４ａからマイクロ波を放射する。スロット１４ａから放射されたマイクロ波は、誘電体１１内を透過してガスライン１２ｃ内に供給される。これにより、ガス供給部１６から出力され、ガス供給口１０ｂから導入されたガスは、マイクロ波のエネルギーにより分解され、ガスライン１２ｃ内にてプラズマが生成される。スロットアンテナ１４をガスライン１２ｃの近傍に配置することにより、ガスライン１２ｃ内のプラズマ生成空間において効率的にプラズマを生成することができる。

【0022】

電磁波供給部１３は、誘電体１１の平面１１ｂ側の筐体１０の一面に設けられており、マイクロ波出力部１７と共振器１８とを有する。マイクロ波出力部１７は、マイクロ波を出力する。共振器１８は、マイクロ波出力部１７から出力されたマイクロ波をスロットアンテナ１４に導く。マイクロ波出力部１７は、マイクロ波発振器を有している。マイクロ波発振器は、マグネトロン型であってもよく、ソリッドステート型であってもよい。マイクロ波発振器によって生成されるマイクロ波の周波数は、例えば３００ＭＨｚ～３ＴＨｚの周波数である。一例として、マイクロ波出力部１７は、マグネトロン型のマイクロ波発振器により、８６０ＭＨｚのマイクロ波を出力する。なお、マイクロ波出力部１７は、ＵＨＦ（Ultra High Frequency）帯の電磁波を発振する発振器であってもよい。

【0023】

導波管１９は、外導体１９ａと内導体１９ｂとを含む同軸構造を有し、外導体１９ａと内導体１９ｂとの間は、ＰＴＦＥ（Poly Tetra Fluoro Ethylene：ポリテトラフルオロエチレン）等の誘電体により充填されている。共振器１８は、導波管１９を介してマイクロ波出力部１７と接続され、給電部２０を介してスロットアンテナ１４と接続される。

【0024】

共振器１８は、筐体１０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１７の出力インピーダンスに整合させる機能を有する。なお、マイクロ波出力部１７と給電部２０との間において、モード変換機構は共振器１８がその機能を有するので省略されている。導波管１９は、マイクロ波出力部１７から出力されたマイクロ波を共振器１８に導く。給電部２０は、スロットアンテナ１４の中心に接続される。マイクロ波出力部１７から出力されたマイクロ波は、共振器１８および給電部２０を介してスロットアンテナ１４のスロット１４ａ及び誘電体１１を介してガスライン１２ｃ内のプラズマ生成空間に放射される。

【0025】

外導体１９ａの一部は、共振器１８の筐体であり、接地されたプラズマ処理チャンバ２とともにグランド電位となる。外導体１９ａは円筒形状であり、共振器１８の側面１９ａ１には入力ポートＰ１が形成される。外導体１９ａには、入力ポートＰ１が形成された側寄りの円筒の端部に出力ポートＰ２が形成され、他方の端部１９ａ２は円筒を閉じるように円盤形状に形成される。端部１９ａ２の中心には、グランドフィン２１を図１における左右方向に動かすための棒状部２２を保持している。

【0026】

グランドフィン２１は、アルミニウムや銅等の導体で形成される。グランドフィン２１は、複数のフィン２３と棒状部２２とを有する。複数のフィン２３は、例えば同心円の円柱形状と円筒形状である。なお、複数のフィン２３は、図１に示す断面ではくし歯型である。

【0027】

共振器１８の筐体の内部には、複数のフィン２４が設けられる。複数のフィン２４は、三重の円筒形状のマルチポールアンテナである。なお、複数のフィン２４は、図１に示す断面ではくし歯型である。

【0028】

フィン２４の側面には、内導体１９ｂが接続される。出力ポートＰ２の近傍には、筐体１０の一部をくり抜いて嵌め込まれたアルミナのリング部材２５及び導体の給電部２０が配置されている。すなわち、入力ポートＰ１の内導体１９ｂと、出力ポートＰ２の内導体１９ｂと、フィン２４とによって、共振器１８の筐体から絶縁される給電ライン２６が形成される。

【0029】

なお、複数のフィン２４の先端部は、ＰＴＦＥ等の誘電体で覆われている。グランドフィン２１はスライド可能であり、グランドフィン２１が最も深くフィン２４側へ挿入された場合であっても、フィン２４と接触しないようになっている。グランドフィン２１のフィン２３は、フィン２４への挿入量が変更される際に、ＰＴＦＥ等の誘電体に沿って移動される。このように、グランドフィン２１の挿入量を変更して共振空間の寸法を変更することで、共振器１８を通過する周波数（共振周波数）を変更することができる。

【0030】

以上から、共振器１８は、対向する断面がくし歯型のフィン２３、２４を有するくし歯型共振器である。電磁波供給部１３は、くし歯型共振器を有し、くし歯型共振器及びスロットアンテナ１４を介して電磁波を筐体１０内に供給してもよい。電磁波供給部１３にくし歯型共振器を設けることにより、リモートプラズマ装置１をより小型化することができる。ただし、電磁波供給部１３は、くし歯型共振器を有しなくてもよい。また、スロットアンテナ１４を有しなくてもよい。すなわち、電磁波供給部１３は、導波管１９を介して筐体１０内にマイクロ波を供給してもよい。

【0031】

リモートプラズマ装置１のガスライン１２ｃ内で生成されたプラズマに含まれる処理ガスの活性種は、下部ガス供給管１２ｄを通り、プラズマ処理チャンバ２内に供給される。プラズマ処理装置１００は、プラズマ処理チャンバ２内にて被処理基板Ｗに熱処理を施す熱ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置であってもよい。被処理基板Ｗはプラズマ処理チャンバ２内の載置台３０に載置されている。プラズマ処理チャンバ２の中心軸は、リモートプラズマ装置１の中心軸ａｘに一致する。

【0032】

プラズマ処理チャンバ２は、チャンバ本体３１を含んでいる。チャンバ本体３１は円筒形状を有しており、上部が開口し、側壁及び底部を提供している。チャンバ本体３１は、アルミニウム等の金属から形成されている。チャンバ本体３１は、接地されている。チャンバ本体３１の側壁は、通路３２を提供している。被処理基板Ｗは、プラズマ処理チャンバ２の内部と外部との間で搬送されるときに、通路３２を通過する。通路３２は、ゲートバルブ３３によって開閉可能である。ゲートバルブ３３は、チャンバ本体３１の側壁に沿って設けられている。

【0033】

プラズマ処理チャンバ２は、上壁３４を含む。上壁３４は、アルミニウム等の金属から形成されている。上壁３４は、チャンバ本体３１上部の開口を閉じている。上壁３４は、チャンバ本体３１と共に接地されている。

【0034】

プラズマ処理チャンバ２の底部は、排気口３５を提供している。排気口３５は、排気装置３６に接続されている。排気装置３６は、自動圧力制御弁のような圧力制御器及びターボ分子ポンプのような真空ポンプを含んでいる。

【0035】

プラズマ処理チャンバ２は、載置台３０に対向してシャワーヘッド３７を有する。シャワーヘッド３７は、アルミニウム等の金属から形成されている。シャワーヘッド３７は、円盤形状を有しており、ガス拡散室３８とガス拡散室３８に連通する複数のガス孔３９とを有する。これにより、リモートプラズマ装置１から供給された処理ガスの活性種が、ガス拡散室３８及び複数のガス孔３９を介してシャワーヘッド３７と載置台３０との間の処理空間に導入される。

【0036】

載置台３０には、インピーダンス整合回路４０を介して高周波電源４１が接続されている。インピーダンス整合回路４０は、高周波電源４１の負荷のインピーダンスを、高周波電源４１の出力インピーダンスに整合させるように構成される。高周波電源４１から供給される高周波の周波数は、マイクロ波の周波数よりも低い周波数の高周波である。高周波の周波数は例えば１３．５６ＭＨｚであってもよい。なお、高周波電源４１から供給される高周波は、シャワーヘッド３７に供給されてもよい。

【0037】

本実施形態に係るプラズマ処理装置１００では、リモートプラズマ装置１が小型であるため、既存のプラズマ処理チャンバ２に容易に組み込むことができる。リモートプラズマ装置１は、処理ガスを熱処理時よりも少し活性化させ、その活性種をプラズマ処理チャンバ２へ供給する。つまり、リモートプラズマ装置１は、プラズマ処理チャンバ２内に、程よく分解された処理ガスの活性種を供給することができる。これにより、プラズマ処理チャンバ２内において、処理ガスを熱処理よりも少し活性化させて被処理基板Ｗを処理することが可能となる。

【0038】

被処理基板Ｗを熱処理する場合、プラズマ処理チャンバ２内の処理空間に供給されたガスを熱エネルギーで活性化し、分解する。例えば、ＳｉＮ膜やＴｉＮ膜の成膜にＮＨ_３（アンモニア）ガスを使うとき、ＮＨ_３ガスをガスライン１２ｃに供給すると。ガスライン１２ｃ内でＮＨ_３ガスから少し活性化させたＮＨ_２等の活性種が生成され、プラズマ処理チャンバ２に供給される。このようにしてリモートプラズマ装置１を用いてＮＨ_３の解離状態を制御し、解離しすぎていない活性種をプラズマ処理チャンバ２に供給することにより、質の良い還元剤としてのアンモニアを供給することができる。これにより、高密度なプラズマ中のイオンの叩き込み等なく、被処理基板Ｗの温度が低い状態で良質な膜を形成することができる。

【0039】

このように、リモートプラズマ装置１を用いることによりＮＨ_３ガス等の還元剤を活性化するとき還元ガスは分解しすぎない。還元ガスを分解しすぎると反応性が良くなり過ぎて、活性種が途中で反応し、膜に形成されたホールやトレンチまで届きにくくなる。

【0040】

本実施形態に係るプラズマ処理装置１００では、リモートプラズマ装置１にて所望のガスを分解しすぎず、適度に分解し、被処理基板Ｗの熱処理時に使用するようにプラズマ処理チャンバ２内に供給する。これにより、被処理基板Ｗの温度を低温に制御し、良質な膜を成膜することができる。また、高周波電源４１のようにマイクロ波の周波数よりも低い周波数の高周波であっても十分に解離させることが可能な状態で還元剤をプラズマ処理チャンバ２内へ供給することができる。

【0041】

制御部９０は、本開示において述べられる種々の工程をプラズマ処理装置１００に実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部９０は、ここで述べられる種々の工程を実行するようにプラズマ処理装置１００の各要素を制御するように構成され得る。一実施形態において、制御部９０の一部又は全てがプラズマ処理装置１００に含まれてもよい。制御部９０は、処理部９１、記憶部９２及び通信インターフェース９３を含んでもよい。制御部９０は、例えばコンピュータにより実現される。処理部９１は、記憶部９２からプログラムを読み出し、読み出されたプログラムを実行することにより種々の制御動作を行うように構成され得る。このプログラムは、予め記憶部９２に格納されていてもよく、必要なときに、媒体を介して取得されてもよい。取得されたプログラムは、記憶部９２に格納され、処理部９１によって記憶部９２から読み出されて実行される。媒体は、コンピュータに読み取り可能な種々の記憶媒体であってもよく、通信インターフェース９３に接続されている通信回線であってもよい。処理部９１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であってもよい。記憶部９２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェース９３は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信回線を介してプラズマ処理装置１００との間で通信してもよい。

【0042】

［誘電体共振部］
誘電体１１は、電磁波供給部１３が供給する周波数のマイクロ波と共振する共振部（以下、「誘電体共振部」という。）として機能する。図４を用いて誘電体共振部（誘電体１１）の周波数特性のシミュレーション結果について説明する。図４は、一実施形態に係る誘電体共振部の周波数特性の一例を示す図である。

【0043】

図４に示すグラフＥは、ガスライン１２ｃ内のプラズマ負荷（プラズマ）も含めたアンテナインピーダンスの周波数特性を反射係数で示したものである。反射係数が最も小さくなる周波数（共振周波数）は、８６０ＭＨｚである。これは、８６０ＭＨｚのマイクロ波を供給した場合、誘電体１１内は共振しているのでインピーダンスが非常に高い状態になっており、負荷であるプラズマのインピーダンスが多少変化しても、その変化による全体のインピーダンスへの影響が少ないことを示している。

【0044】

このように、スロットアンテナ１４の近傍に誘電体共振部（誘電体１１）を設けることにより、効率よくエネルギーをガスライン１２ｃ内のプラズマに伝えることができる構造になっている。また、誘電体共振部（誘電体１１）により、リモートプラズマ装置１を高効率かつ小型化することができる。

【0045】

誘電体共振部（誘電体１１）の直径φ（図３（ａ）参照）は、誘電体１１での管内波長をλｇとしたとき、φ＝λｇ／２＋δであってもよい。このとき、０≦δ≦λｇ／２０であり、λｇ／２と同一又はややずれた数値となる。

【0046】

誘電体共振部（誘電体１１）の形状のような純粋な円形導波管ではない円形導波管においては自由空間とは異なり、波長が長くなる。今回採用する共振モードはＴＥ０１１モードで円形導波管の基本モードである。基本モードにおける遮断波長λｃは、λｃ＝３．４１２５ａ、ａは誘電体共振部（誘電体１１）の半径（ａ＝φ／２）である。

【0047】

よって、ａ＝４．５ｃｍのとき、λｃ＝１５．３５ｃｍとなる。これにより、誘電体共振部（誘電体１１）の管内波長λｇは、式（１）で示される。

【0048】

【数1】

ここで、式（１）の波長λは、比誘電率ε_ｒが８．８のＡｌＮから形成されている誘電体１１内における８６０ＭＨｚのマイクロ波の波長である。よって、８６０ＭＨｚにおいて円筒直径φおよび長さが管内半波長（管内波長の半分）、すなわち、λｇ／２＝１８．３／２≒９．２ｃｍの円筒形状の誘電体共振部（誘電体１１）を作製すれば効率よくマイクロ波電力をプラズマへ吸収させることができる。

【0049】

ただし、今回のように円筒形状の誘電体共振部（誘電体１１）の一部を平坦化し且つ後述する着火促進のための金属製の反射アンテナ（導電体）をガスライン１２ｃ（プラズマ生成空間）の近傍を設けた構造においては管内波長は、やや長くなる。それゆえ、誘電体共振部（誘電体１１）の直径φの好ましい寸法は、φ＝λｇ／２＋δ、０≦δ≦λｇ／２０であり、λｇ／２と同一又はやや長い数値となる。

【0050】

誘電体共振部（誘電体１１）の長さＬ（図３（ｂ）参照）は、誘電体１１の管内波長をλｇとしたとき、Ｌ＝λｇ／２＋δ'であってもよく、０≦δ'≦λｇ／１０である。誘電体共振部（誘電体１１）の長さＬの好ましい寸法は式（２）で示される。

【0051】

Ｌ＝λｇ／２＋δ'・・・式（２）
誘電体共振部（誘電体１１）の長さＬの代表寸法はδ'＝λｇ／１０程度である。よって、長さＬは、λｇ／２と同一又はやや長い数値となる。

【0052】

［反射アンテナ］
図１～図３に示すように、リモートプラズマ装置１は、更に誘電体１１内にガスライン１２ｃと平行に形成された金属棒の反射アンテナ２８を有する。反射アンテナ２８は、ガスライン１２ｃを挟んでスロットアンテナ１４の反対側に設けられている。図３（ａ）に示すように、反射アンテナ２８の断面は真円である。ただし、反射アンテナ２８の断面は真円に限らず、板状、四角柱等の他の形状でもよい。

【0053】

ガスライン１２ｃ（プラズマ生成空間）の中心軸ａｘと平行な位置に反射アンテナ２８を配置する。図５は、一実施形態に係る着火時の誘電体１１内の電界シミュレーションの結果の一例を示す図である。図５（ａ）はガスライン１２ｃと平行な位置に反射アンテナ２８が配置されている場合、図５（ｂ）は反射アンテナ２８が配置されていない場合の、着火時の誘電体１１内の電界の状態を示す。

【0054】

図５（ａ）に示すように、スロットアンテナ１４のスロット１４ａから放射されるマイクロ波の電界ベクトルは、反射アンテナ２８にて反射し、スロット１４ａから放射されるマイクロ波と強め合う。これにより、同位相のマイクロ波をガスライン１２ｃに供給することができる。これにより、効率よくプラズマ生成空間へマイクロ波電力を供給でき、ガスライン１２ｃ内での着火を促進することができる。

【0055】

これに対して、図５（ｂ）に示すように、反射アンテナ２８を配置しない場合、ガスライン１２ｃ内の電界は、図５（ａ）に示す反射アンテナ２８を配置した場合のガスライン１２ｃ内の電界よりも低くなっている。なお、反射アンテナ２８を反射した電界の減衰を減らすために、反射アンテナ２８の配置は、可能な限りガスライン１２ｃの近傍に配置することが好ましい。反射アンテナ２８は、ガスライン１２ｃから２～３ｍｍ程度の位置まで近づけることができる。反射アンテナ２８は、ガスライン１２ｃに平行であることが好ましいが、平行でなくてもよい。

【0056】

反射アンテナ２８の長さｄ（図６（ａ）参照）について、図６（ｂ）のグラフを参照しながら説明する。図６（ｂ）は、一実施形態に係る反射アンテナ２８の長さと電界強度との関係のシミュレーション結果の一例を示す図である。

【0057】

本シミュレーションでは、反射アンテナ２８の径方向の太さは考慮せずに無視できるとし、反射アンテナ２８の長さと電界強度との関係を求めている。シミュレーション条件としては、図１に示すプラズマ処理装置１００に８６０ＭＨｚのマイクロ波を供給する。図６（ｂ）の横軸は反射アンテナ２８の長さｄ（ｍｍ）を示し、縦軸は規格化電界強度を示す。規格化電界強度は、ガスライン１２ｃの右端から左端までの各断面の電界の最大値を示す。図６（ｂ）に示すように、反射アンテナ２８の長さｄが概ね８０ｍｍで最大電界になった。

【0058】

よって、反射アンテナ２８の長さｄの好ましい寸法は式（３）で示される。

【0059】

ｄ＝８０ｍｍ＝λｇ／２＋δ''・・・式（３）
－λｇ／１０≦δ''≦０である。よって、反射アンテナ２８の長さｄは、λｇ／２と同一又はやや短い数値となる。従って、反射アンテナ２８の長さｄは、誘電体共振部（誘電体１１）の長さＬ（図３（ｂ）参照）以下である。

【0060】

［反射アンテナの変形例］
図７を参照しながら、反射アンテナ２８の変形例について説明する。図７は、一実施形態に係る反射アンテナ２８の変形例を示す図である。図７の反射アンテナ２８は、誘電体１１にガスライン１２ｃと平行に形成された反射アンテナ２８の本体２８ａからガスライン１２ｃに向けて突出する突出部２９を含む。

【0061】

反射アンテナ２８の突出部２９は、導体の棒状部材２９ａと棒状部材２９ａの先端の頭部２９ｂとを有している。

【0062】

反射アンテナ２８に突出部２９を設けることにより、スロットアンテナ１４から放射されるマイクロ波の電界ベクトルは、突出部２９にて反射し、スロット１４ａから放射されるマイクロ波と強め合い、同位相のマイクロ波をガスライン１２ｃに供給できる。これにより、効率よくプラズマ生成空間へマイクロ波電力を供給でき、ガスライン１２ｃ内での着火を促進することができる。

【0063】

以上に説明したように、本実施形態に係るリモートプラズマ装置１によれば、マイクロ波は波長が短いためにリモートプラズマ装置１の小型化が可能である。さらに、ガスライン１２ｃが形成される誘電体１１を誘電体共振部として機能させ、その周辺部に着火促進構造を具備する反射アンテナ２８を備えることで、電力伝達効率の良い、且つ着火性能が高い、リモートプラズマ装置１の作製が可能となる。具体的には、電磁波供給部１３に欠損円筒形状の誘電体１１を直付けした構造として、効率よくプラズマへのエネルギー伝達を行える構造とし、加えて着火促進のため、反射アンテナ２８をガスライン１２ｃ内のプラズマ生成空間近傍に設置した構造とする。

【0064】

ガスライン１２ｃが形成される誘電体１１に共振構造を採用することで、ガスライン１２ｃ内のプラズマ生成空間において効率よくプラズマを生成することができる。さらに従来のマイクロ波プラズマ源では、誘電体とチャンバ開口の金属部境界での電界集中により、プロセス条件によってはコーティング損傷等の可能性があった。これに対して、本実施形態に係るリモートプラズマ装置１によれば、誘電体１１に直接形成されたガスライン１２ｃの円筒空間内でプラズマを生成することで、その損傷懸念を解消することができる。プラズマ着火に関しては、反射アンテナ２８におけるマイクロ波の反射放射を利用し、着火性を促進することが可能である。

【0065】

また、リモートプラズマ装置１自体の寸法が小型化したことにより、リモートプラズマ装置１をプラズマ処理装置１００の所定のスペースへ組み込むことができる。これにより、プラズマ処理装置１００に適用可能なリモートプラズマ装置１に制約が生じない。加えて、リモートプラズマ装置１の製造コストを下げることができる。

【0066】

以上に開示された実施形態は、例えば、以下の態様を含む。

【0067】

（付記１）
金属製の筐体と、
前記筐体内を満たすように設けられた誘電体と、
前記筐体に設けられ、前記筐体内にガスを供給するガス供給口と、
前記筐体に設けられ、前記筐体内から前記ガスを排出するガス排出口と、
前記誘電体に形成され、前記ガス供給口と前記ガス排出口とを繋ぐガスラインと、
前記筐体に設けられ、前記筐体内に電磁波を供給し、前記ガスライン内にプラズマを生成するように構成される電磁波供給部と、
を有するリモートプラズマ装置。
（付記２）
前記誘電体に前記ガスラインと平行に形成された金属製の反射アンテナを有する、
付記１に記載のリモートプラズマ装置。
（付記３）
前記筐体の内形は、円筒形状の側面の一部に平面を有する欠損円筒形状である、
付記１又は２に記載のリモートプラズマ装置。
（付記４）
前記誘電体は、前記電磁波供給部が供給する周波数の前記電磁波と共振する構造を有する、
付記１～３のいずれか１項に記載のリモートプラズマ装置。
（付記５）
前記誘電体の直径φは、前記誘電体内の管内波長をλｇとしたとき、φ＝λｇ／２＋δであり、０≦δ≦λｇ／２０である、
付記１～４のいずれか１項に記載のリモートプラズマ装置。
（付記６）
前記誘電体の長さＬは、前記誘電体内の管内波長をλｇとしたとき、Ｌ＝λｇ／２＋δ'であり、０≦δ'≦λｇ／１０である、
付記１～５のいずれか１項に記載のリモートプラズマ装置。
（付記７）
前記反射アンテナの長さｄは、前記誘電体の管内波長をλｇとしたとき、ｄ＝λｇ／２＋δ''であり、－λｇ／１０≦δ''≦０である、
付記２に記載のリモートプラズマ装置。
（付記８）
前記反射アンテナの長さｄは、前記誘電体の長さＬ以下である、
付記７に記載のリモートプラズマ装置。
（付記９）
前記ガスラインは、前記誘電体の中心軸の位置に設けられている、
付記１～８のいずれか１項に記載のリモートプラズマ装置。
（付記１０）
前記電磁波供給部は、前記電磁波を前記筐体内にスロットアンテナを介して供給する、
付記１～９のいずれか１項に記載のリモートプラズマ装置。
（付記１１）
前記電磁波供給部は、くし歯型共振器を有し、前記くし歯型共振器及び前記スロットアンテナを介して前記電磁波を前記筐体内に供給する、
付記１０に記載のリモートプラズマ装置。
（付記１２）
前記スロットアンテナは、前記誘電体に形成された平面に沿って設けられている、
付記１０又は１１に記載のリモートプラズマ装置。
（付記１３）
前記誘電体に前記ガスラインと平行に形成された金属製の反射アンテナは、前記ガスラインを挟んで前記スロットアンテナの反対側に設けられている、
付記１０に記載のリモートプラズマ装置。
（付記１４）
前記電磁波供給部は、前記電磁波として３００ＭＨｚ～３ＴＨｚの周波数のマイクロ波を供給する、
付記１～１３のいずれか１項に記載のリモートプラズマ装置。
（付記１５）
前記反射アンテナは、前記ガスラインに向けて突出する突出部を含む、
付記２に記載のリモートプラズマ装置。
（付記１６）
プラズマ処理チャンバと、
前記プラズマ処理チャンバ内に設けられ、被処理基板が載置される載置台と、
前記プラズマ処理チャンバ内にガスの活性種を供給するように構成される、前記請求項１～３のいずれか１項に記載のリモートプラズマ装置と、
を有するプラズマ処理装置。

【0068】

今回開示された実施形態に係るリモートプラズマ装置及びプラズマ処理装置は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

【符号の説明】

【0069】

１ リモートプラズマ装置
２ プラズマ処理チャンバ
１０ 筐体
１１ 誘電体
１２ｃ ガスライン
１３ 電磁波供給部
１４ スロットアンテナ
１８ 共振器
２８ 反射アンテナ
９０ 制御部
１００ プラズマ処理装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】