特許 7378317 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】

(24)【登録日】2023-11-02

(45)【発行日】2023-11-13

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20231106BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20231106BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20231106BHJP

   C23C 16/50 20060101ALI20231106BHJP

   C23C 16/44 20060101ALI20231106BHJP

【ＦＩ】

H05H1/46 B

H01L21/302 101B

H01L21/31 C

C23C16/50

C23C16/44 B

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2020030327

(22)【出願日】2020-02-26

(65)【公開番号】P2021136114

(43)【公開日】2021-09-13

【審査請求日】2022-10-26

(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】北原 聡文

【審査官】藤本 加代子

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１８－５３３１９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０８４８４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０８６０９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－１９４５４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２３８５９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０７９８２９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｈ １／４６

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｃ２３Ｃ １６／５０

Ｃ２３Ｃ １６／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＶＨＦ帯以上の周波数の電磁波を処理容器内に導入し、ガスから発生したプラズマにより基板を処理するプラズマ処理装置であって、
前記処理容器の内部に設けられ、前記基板を載置する載置台と、
前記処理容器の内壁に面して形成され、前記電磁波を前記処理容器の内部に導入する電磁波導入部と、
前記電磁波が伝播する前記内壁に設けられる誘電体部材と、を有し、
前記誘電体部材の第１の部分は、前記内壁から前記載置台に向かって突出し、前記誘電体部材を厚さ方向に貫通する複数の排気孔を有し、複数の前記排気孔は、前記内壁から径方向に前記誘電体部材における電磁波の実効波長λｇの１／４以上離れた位置に形成され、
前記誘電体部材の第２の部分は、前記内壁の凹部又は段差部に挿入される、プラズマ処理装置。

【請求項2】

ＶＨＦ帯以上の周波数の電磁波を処理容器内に導入し、ガスから発生したプラズマにより基板を処理するプラズマ処理装置であって、
前記処理容器の内部に設けられ、前記基板を載置する載置台と、
前記処理容器の内壁に面して形成され、前記電磁波を前記処理容器の内部に導入する電磁波導入部と、
前記電磁波が伝播する前記内壁に設けられる誘電体部材と、を有し、
前記誘電体部材の第１の部分は、前記内壁から前記載置台に向かって突出し、前記誘電体部材を厚さ方向に貫通する複数の排気孔を有し、複数の前記排気孔は、前記内壁から径方向に５ｍｍ以上離れた位置に形成され、
前記誘電体部材の第２の部分は、前記内壁の凹部又は段差部に挿入される、プラズマ処理装置。

【請求項3】

前記誘電体部材は、前記内壁に対して９０°±３０°の角度以内に傾斜して前記載置台に向かって突出している、
請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。

【請求項4】

前記誘電体部材は、前記内壁から径方向に前記誘電体部材における電磁波の実効波長λｇの１／２以上突出している、
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】

前記誘電体部材は、前記内壁から径方向に５ｍｍ以上突出している、
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6】

前記誘電体部材の厚さは、前記誘電体部材における電磁波の実効波長λｇの１／２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】

前記誘電体部材の厚さは、５ｍｍ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8】

前記誘電体部材の下面は、前記処理容器の内部空間に露出する、
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】

前記誘電体部材の下面と、前記下面に対向する前記内壁の面との間隔は、５ｍｍ以上である、
請求項８に記載のプラズマ処理装置。

【請求項10】

前記誘電体部材の第２の部分の上面と、前記上面に対向する前記内壁の面との間隔は、０．５ｍｍ以下である、
請求項１～９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項11】

前記電磁波は、１００ＭＨｚ以上の周波数である、
請求項１～１０のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項12】

前記誘電体部材の第１の部分と前記載置台との間の空間は、排気路であり、
前記排気路に連通する前記誘電体部材の下方の排気空間からガスが排気されるように構成される、
請求項１～１１のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項13】

前記誘電体部材の下方の排気空間は、前記処理容器の側壁の外部に形成された排気路に連通し、
前記誘電体部材の下方の排気空間を介して前記排気路からガスが側方に排気されるように構成される、
請求項１２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】

本開示は、プラズマ処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

載置台とプラズマとの間で異常放電が生じることを防止することができるプラズマ処理装置が提案されている。例えば、特許文献１は、チャンバー内で載置台と対向するように設けられた上部電極と、チャンバー内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、チャンバー内を排気する排気機構と、載置台に高周波電力を供給し、載置台と上部電極との間の処理空間に処理ガスのプラズマを形成する電源とを有する。特許文献１では、プラズマから載置台側面への短絡経路を遮蔽するように載置台上の基板の側面の周囲を囲む部材を具備することが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００３－１００７２２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、ＶＨＦ帯以上の周波数の電磁波による異常放電を防止することができるプラズマ処理装置を提供する。

【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、ＶＨＦ帯以上の周波数の電磁波を処理容器内に導入し、ガスから発生したプラズマにより基板を処理するプラズマ処理装置であって、前記処理容器の内部に設けられ、前記基板を載置する載置台と、前記処理容器の内壁に面して形成され、前記電磁波を前記処理容器の内部に導入する電磁波導入部と、前記電磁波が伝播する前記内壁に設けられる誘電体部材と、を有し、前記誘電体部材の第１の部分は、前記内壁から前記載置台に向かって突出し、前記誘電体部材の第２の部分は、前記電磁波が伝播する前記内壁の凹部又は段差部に挿入される、プラズマ処理装置が提供される。

【発明の効果】

【0006】

一の側面によれば、ＶＨＦ帯以上の周波数の電磁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】

【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模式図。

【図2】一実施形態に係る誘電体部材の構成及び効果の一例を示す図。

【図3】一実施形態に係る誘電体部材の構成及び効果を説明するための図。

【図4】一実施形態に係る誘電体部材の他の例を示す図。

【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】

［プラズマ処理装置］
まず、実施形態に係るプラズマ処理装置１について、図１を参照しながら説明する。図１は、実施形態に係るプラズマ処理装置１を示す断面模式図である。図１に示すプラズマ処理装置１は、処理容器１０、載置台１２、上部電極１４、及び電磁波導入部２０を有する。

【0010】

処理容器１０は、略円筒形状を有し、鉛直方向に沿って延在している。処理容器１０の中心軸線は、鉛直方向に延びる軸線ＡＸである。処理容器１０は、アルミニウム又はアルミニウム合金といった導体から形成されている。処理容器１０の表面上には、耐腐食性を有する膜が形成されている。耐腐食性を有する膜は、例えば酸化アルミニウム又は酸化イットリウムといったセラミックスである。処理容器１０は、接地されている。

【0011】

載置台１２は、処理容器１０内に設けられている。載置台１２は、その上面に載置された基板Ｗを略水平に支持するように構成されている。載置台１２は、略円盤形状を有している。載置台１２の中心軸線は、軸線ＡＸに略一致している。

【0012】

上部電極１４は、処理容器１０内のプラズマ処理空間（以下、処理空間ＳＰという。）を介して載置台１２の上方に設けられている。上部電極１４の中心軸線は、軸線ＡＸに略一致している。上部電極１４は、略円盤形状を有している。上部電極１４は、プレート１８を有する。載置台１２とプレート１８とは対向する。

【0013】

プレート１８は、セラミックス等の誘電体から形成され、ＶＨＦ帯以上の周波数の電磁波を透過する。プレート１８の下面は処理空間ＳＰに露出し、プレート１８を透過した電磁波は処理空間ＳＰに放射される。上部電極１４は、さらに基台１９を有し、基台１９は、プレート１８の上部に設けられる。基台１９は、アルミニウム等の金属であってもよい。ただし、基台１９は金属に限られず、その他の導体材料で形成されてもよい。

【0014】

プレート１８の厚みは外周部が薄く、中央部が厚くなっている。これにより、電磁波による電界を処理空間ＳＰ内に均一に形成することができる。処理空間ＳＰに形成された電磁波の電界により、ガスが処理空間ＳＰ内で励起されて、当該ガスからプラズマが生成される。これにより、プラズマは、処理空間ＳＰ内で均一な密度分布で生成される。載置台１２上の基板Ｗには、プラズマからの化学種によって成膜、エッチング等の処理が施される。

【0015】

なお、プレート１８の少なくとも下面には、耐腐食性を有する膜が形成されていてもよい。耐腐食性を有する膜は、酸化イットリウム膜、オキシフッ化イットリウム及びフッ化イットリウムからなる群のうち少なくともいずれか一種を含むことができる。耐腐食性を有する膜は、その他のセラミックス材料を用いることもできる。

【0016】

処理容器１０の上方には、上部電極１４を囲む円筒部材２４が設けられている。円筒部材２４は、略円筒形状を有し、アルミニウム又はアルミニウム合金といった導体から形成されている。円筒部材２４の中心軸線は、軸線ＡＸに略一致している。円筒部材２４は、鉛直方向に延在している。円筒部材２４の下端面は、処理容器１０の上端面に接触する。処理容器１０は接地されている。したがって、円筒部材２４は、接地されている。円筒部材２４の上端には、基台１９の上面と共に導波通路ｒを構成する上壁部２２１が位置している。

【0017】

円筒部材２４の下面と処理容器１０の本体の上端面との間には、封止部材２５が介在している。封止部材２５は、弾性を有し、例えば、ゴム製のＯリングである。封止部材２５は、軸線ＡＸの周りで周方向に延在している。なお、導波路２０１の下面は、処理容器１０の本体の上端面で覆われることなく、導波路２０１と処理空間ＳＰと隔絶するリング状誘電体２１を介して処理空間ＳＰに面している。本明細書では、円筒部材２４と処理容器１０とを区別するが、円筒部材２４は、処理容器１０の内壁の一部である。導波路２０１の全部、または一部には、誘電物が埋め込まれていてもよい。

【0018】

かかる構成により、プラズマ処理装置１は、処理容器１０の内壁に面して形成され、ＶＨＦ帯以上の周波数の電磁波を処理容器１０の内部に導入する電磁波導入部２０を有する。電磁波導入部２０は、上部電極１４の上部から周縁部の外側に垂直に曲がる導波路２０１を有する。電磁波導入部２０は、導波路２０１の内部の導波通路ｒにＶＨＦ帯の電磁波を伝播させ、電磁波を処理空間ＳＰに導入する。なお、電磁波導入部２０は、図１に示すように電磁波導入部２０の端部から下側に電磁波を導入する構成に限られず、端部から平面視で処理空間ＳＰの中央に向かって内側に電磁波を導入する構成であってもよい。

【0019】

電磁波は、ＶＨＦ帯以上の周波数を有し、１００ＭＨｚ以上の周波数であることが好ましく、更に１５０ＭＨｚ以上の周波数であることが好ましい。電磁波は、ＶＨＦ帯の電磁波に限られず、マイクロ波帯の電磁波であってもよい。ただし、本明細書におけるマイクロ波帯の電磁波には、上限値が３ＧＨｚまでの周波数の電磁波が含まれる。

【0020】

電磁波導入部２０の内壁を構成する上部電極１４の上面には、電源３０が、整合器３２を介して電気的に接続されている。電源３０は、電磁波を発生する電源である。電源３０は、ＶＨＦ波を発生してもよいし、マイクロ波を発生してもよい。整合器３２は、電源３０から見た負荷側のインピーダンスを電源３０の出力インピーダンスに整合させるための整合回路を含んでいる。

【0021】

基台１９の下面とプレート１８との間には、ガス拡散用の空間２２５が画成されている。空間２２５には、配管４０が接続されている。配管４０には、ガス供給器４２が接続されている。ガス供給器４２は、基板Ｗの処理のために用いられる一つ以上のガス源を含む。また、ガス供給器４２は、一つ以上のガス源からのガスの流量をそれぞれ制御するための一つ以上の流量制御器を含む。

【0022】

配管４０は、空間２２５に延びている。電磁波導入部２０が提供する導波路２０１は、接地された導体によって構成され、配管４０も接地されているため、配管４０内でガスが励起されることが抑制される。空間２２５に供給されたガスは、プレート１８の複数のガス吐出孔１８ｈを介して、処理空間ＳＰに吐出される。電磁波は、電源３０から電磁波導入部２０の導波路２０１を介してプレート１８の外周側に伝播し、プレート１８を透過してプレート１８の下面から処理空間ＳＰに供給される。また、電磁波は、導波路２０１を介して処理容器１０の内壁１０ｄに沿って伝播し、処理空間ＳＰに供給される。処理空間ＳＰに供給されたガスは、導波路２０１から処理空間ＳＰに導入される電磁波の電界によりプラズマ化する。プラズマ処理装置１は、発生したプラズマにより基板Ｗを処理する。

【0023】

処理容器１０の内壁１０ｄ（側壁）には、載置台１２と略水平な位置に誘電体部材１３が設けられている。誘電体部材１３は、略環状の板状部材である。誘電体部材１３は、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）又は石英等の誘電体から形成されている。誘電体部材１３は、電磁波導入部２０から導入され、内壁１０ｄに沿って伝播する電磁波の表面波（進行波）を反射させるように内壁１０ｄから載置台に向かって突出するように構成されている。電磁波が伝播する内壁１０ｄの載置台１２と略同じ高さには段差部１０ｆが形成されている。

【0024】

誘電体部材１３は、位置Ａで外側に垂直に曲がる処理容器１０の内壁１０ｄ（段差部１０ｆ）の下面に沿って挿入されるように構成されている。誘電体部材１３の下面は、自由空間に開放されている。

【0025】

誘電体部材１３には、厚さ方向に貫通する複数の排気孔１３ｃが形成されている。複数の排気孔１３ｃは、誘電体部材１３の周方向に均等な間隔で配置されている。誘電体部材１３と載置台１２との間の空間は、排気路ｑになっている。処理空間ＳＰに供給されたガスは、複数の排気孔１３ｃ及び排気路ｑを通って、載置台１２の下方の排気空間ＥＸへ運ばれる。排気空間ＥＸは、処理容器１０の外部側壁に隣接して形成された排気機構１５内の排気通路１５ａに連通する。排気空間ＥＸに運ばれたガスは、排気空間ＥＸの外周側方に流れ、排気通路１５ａを介して排気通路１５ａの上方の、排気機構１５内に形成された排気路ＥＳに運ばれる。排気路ＥＳは、処理容器１０の側壁と排気機構１５の壁により画定され、環状に形成されている。

【0026】

排気路ＥＳに形成された排気口１５ｂには、排気装置が接続されている。排気装置は、圧力制御弁並びにターボ分子ポンプ及び／又はドライポンプといった真空ポンプを含んでいる。排気装置により、処理容器１０内のガスが排気される。

【0027】

これによれば、処理容器１０内のガスは、排気空間ＥＸへ下方に排気され、更に排気空間ＥＸから排気路ＥＳへ処理空間ＳＰの側方に排気される。これにより、排気経路中に異常放電が生じることを抑制しつつ、ガスを側方に排気することでプラズマ処理装置１を小型化できる。特に、図１に示す載置台が２つ又は４つ等複数配置され、複数枚の基板Ｗを同時に処理可能なプラズマ処理装置１では、ガスを側方に排気する排気機構１５を有するメリットは大きい。この場合、処理容器１０の下方へ排気するよりも装置を小型化でき、フットプリントを改善できる。ただし、処理容器１０の底壁に排気口を設けることで、排気空間ＥＸから下方へガスを排気してもよい。

【0028】

載置台１２には、図示しない静電チャック用の導電層と、ヒータ用の導電層とを有する。載置台１２は、下部電極として機能させるためのアルミニウムなどの導電体としてもよいが、一例としては、窒化アルミニウムといった絶縁体から形成されている。載置台１２は、略円盤形状を有している。載置台１２の導電層は、導電性を有する材料、例えばタングステンから形成されている。この導電層は、本体内に設けられている。直流電源からの直流電圧が、静電チャック用の導電層に印加されると、載置台１２と基板Ｗとの間で静電引力が発生する。発生した静電引力により、基板Ｗは、載置台１２に引き付けられ、載置台１２によって保持される。別の実施形態において、この導電層は、高周波電極であってもよい。この場合には、導電層には、電源が整合器を介して電気的に接続される。更に別の実施形態において、導電層は、接地される電極であってもよい。このような絶縁体に埋め込まれた導電層は、上部電極との間の電界を形成するための下部電極としても機能させることができる。

【0029】

［誘電体部材］
次に、実施形態に係る誘電体部材１３について、図２及び図３を参照しながら詳細に説明する。図２は、一実施形態に係る誘電体部材の構成及び効果の一例を示す図である。図３は、一実施形態に係る誘電体部材の構成及び効果を説明するための図である。

【0030】

図２（ａ）及び図３（ａ）は、比較例に係る誘電体部材１１３を示し、図２（ｂ）及び図３（ｂ）は、実施形態に係る誘電体部材１３を示す。図２（ａ）の比較例に係る誘電体部材１１３は、処理容器１０の内壁１０ｄから略垂直方向に載置台１２に向かって内壁１０ｄに沿って取り付けられている。かかる構造では、導波路２０１の導波通路ｒから内壁１０ｄに沿って伝播する電磁波は、誘電体部材１１３の上面１１３ｓで反射する。誘電体部材１１３の上面１１３ｓは、異なる誘電率を有する処理空間ＳＰの真空空間と誘電体部材１１３との境界であるため、電界が強くなる。これにより、載置台１２と誘電体部材１１３との間で異常放電が生じる場合がある。

【0031】

例えば、ＶＨＦ帯（３０Ｍ～３００ＭＨｚ）よりも低い周波数の高周波を処理容器１０内に導入した場合、高周波は、内壁１０ｄを伝播する表面波としての性質を有さず、載置台１２と上部電極１４との間でカップリングし、放電が発生する。このため、載置台１２と誘電体部材１１３との間で異常放電が発生する現象は生じ難い。

【0032】

一方、ＶＨＦ波及びマイクロ波の周波数帯の電磁波は、載置台１２と上部電極１４との間でカップリングが生じ難く、電磁波の表面波が処理容器１０の内壁１０ｄの面を伝播する。このため、内壁１０ｄに沿って伝播した電磁波によって載置台１２と誘電体部材１１３との間で異常放電が発生し易くなる。

【0033】

そこで、本実施形態に係るプラズマ処理装置１では、図２（ｂ）に示すように、誘電体部材１３は、内壁１０ｄの面に対して不連続面を有する。誘電体部材１３を処理容器１０の内壁１０ｄの段差部１０ｆに沿って配置する。つまり、誘電体部材１３の一部分は、載置台に向かって内壁１０ｄから突出し、他の部分は、電磁波が伝播する処理容器１０の内壁の段差部１０ｆに挿入される。図２（ｂ）の例では、誘電体部材１３の他の部分が、内壁１０ｄの段差部１０ｆの内面１０ｆ１に沿って挿入されている。

【0034】

次に、かかる構成の誘電体部材１３の作用について、図３（ａ）に示す比較例に係る誘電体部材１１３と比較しながら説明する。図３（ａ）及び（ｂ）に示す通り、電磁波の表面波は、処理容器１０の内壁１０ｄに形成されたシースＳｈ内を伝播する。このとき、電磁波の表面波は処理空間ＳＰでエネルギーを放出しながら、電磁波の伝播経路に配置された誘電体部材１１３及び誘電体部材１３まで到達する。到達した電磁波は、誘電体部材１１３の上面１１３ｓ及び誘電体部材１３の上面１３ｓにて反射し、一部が誘電体部材１１３及び誘電体部材１３の内部を透過する。

【0035】

処理空間ＳＰの誘電率と誘電体部材１１３の誘電率及び誘電体部材１３の誘電率とは異なるため、誘電体部材１１３の上面１１３ｓ及び誘電体部材１３の上面１３ｓでは、電磁波の電界が強くなる。例えば、誘電体部材１１３及び誘電体部材１３に替えて金属部材を配置すると、金属部材の上面で誘電体部材の場合よりも電磁波の電界がさらに強くなり処理空間ＳＰと金属部材との境界で異常放電が発生する。これに対して、誘電体部材１１３及び誘電体部材１３は、金属部材を配置した場合よりも処理空間ＳＰとの境界における電界は強くならない。

【0036】

誘電体部材１１３及び誘電体部材１３の内部を透過する電磁波の電界強度は、図３（ａ）及び（ｂ）に点線で模式的に示すように、位置Ａを中心として円弧状に誘電体部材１１３及び誘電体部材１３の内部を下に向かって弱くなる。

【0037】

図３（ａ）の誘電体部材１１３の配置では、誘電体部材１１３の内部の電磁波の電界は、位置Ａから左側へ広がりながら弱まっていく。一方、位置Ａから右側へ広がろうとする電磁波は、内壁１０ｄで反射する。その結果、位置Ａから左側へ伝播する電磁波と、位置Ａから右側へ伝播できずに反射する電磁波とにより、位置Ａから左側へ広がる電磁波の電界強度はある程度の強さを持つ。これにより、図３（ａ）に示すように誘電体部材１１３の側面１１３ｍ及び下面１１３ｒから自由空間へ漏れ出る電界は、矢印で示すようにある程度の強度となる。この結果、図２（ａ）及び図３（ａ）に示すように、誘電体部材１１３と載置台１２との間又は誘電体部材１１３の下方で電界が強くなり、異常放電が発生する場合がある。

【0038】

このように、本明細書でいう異常放電は、電磁波の伝播経路である処理容器１０の内壁１０ｄに配置された誘電体部材と載置台との間の空間及び誘電体部材の下方の空間で発生する異常放電のことをいう。特に、ＶＨＦ帯以上の周波数の電磁波では、処理容器１０の内壁１０ｄに沿って伝播する表面波の性質により、ＶＨＦ帯より低い周波数の高周波と比較して誘電体部材と載置台との間の空間及び誘電体部材の下方の空間で異常放電が発生し易い。

【0039】

そこで、図３（ｂ）に示す本実施形態に係る誘電体部材１３は、ＶＨＦ帯以上の周波数の電磁波をプラズマ処理装置１に導入する際、載置台１２等の近傍における異常放電を防止するように構成される。具体的には、本実施形態に係る誘電体部材１３は、内壁１０ｄの位置Ａから左側の第１の部分１３ａは、載置台１２に向かって内壁１０ｄから突出し、位置Ａから右側の第２の部分１３ｂは、内壁１０ｄの段差部１０ｆに沿って挿入される。誘電体部材１３の第２の部分１３ｂは、電磁波が伝播する内壁１０ｄの凹部（図４（ａ）の凹部１０ｇ参照）に挿入されてもよい。

【0040】

誘電体部材１３は、電磁波の伝播経路である処理容器１０の内壁１０ｄに対して略垂直方向、つまり略９０°に載置台１２に向かって突出することが好ましい。ただし、これに限られず、誘電体部材１３は、内壁１０ｄに対して９０°±３０°の角度以内に傾斜して突出してもよい。誘電体部材１３が、内壁１０ｄに対して９０°±３０°の角度よりも大きく傾斜すると、電磁波の表面波が伝播し易い角度の方へ伝播し、異常放電の発生のリスクが高まるため、これを回避するためである。

【0041】

電磁波の電界は、位置Ａにおいて最も強く、位置Ａから下に向かうほど左右へ広がりながら弱まる。その結果、第１の部分１３ａを左側へ伝播する電磁波と、第２の部分１３ｂを右側へ伝播する電磁波とが誘電体部材１３の内部を透過する間に電界強度は指数関数的に弱まる。これにより、図３（ｂ）に示すように誘電体部材１３の内側面１３ｍ及び下面１３ｒから漏れ出る電界は、矢印で示すように放電しない程に弱められる。この結果、図２（ｂ）及び図３（ｂ）に示すように、内壁１０ｄに沿って伝播した電磁波は、誘電体部材１３の上面１３ｓで大部分が反射され、更に誘電体部材１３を透過する電磁波は上記の通り弱められる。これにより、誘電体部材１３と載置台１２との間の空間や誘電体部材１３の下方において異常放電が生じることを防止できる。

【0042】

［誘電体部材の寸法］
次に、誘電体部材１３と載置台１２との間の空間や誘電体部材１３の下方において異常放電が生じることを防止するために好ましい誘電体部材１３の寸法について説明する。誘電体部材１３に入射する電磁波の実効波長をλ_０とすると、シースＳｈを伝播する電磁波の表面波（シース波）の波長λ_swは以下で示される。

【0043】

λ_sw＝λ_０／４０～λ_０／２０
また、誘電体部材１３における電磁波の実効波長λｇは、式（１）で示される。

【0044】

【数1】

ε_rは比誘電率である。

【0045】

誘電体部材１３の第１の部分１３ａは、内壁１０ｄから誘電体部材１３における電磁波の実効波長λｇの１／２以上突出していることが好ましい。つまり、図３（ｂ）に示す内壁１０ｄから誘電体部材１３の内側面１３ｍまでの径方向の幅Ｂ１は、誘電体部材１３における電磁波の実効波長λｇの１／２以上であることが好ましい。また、幅Ｂ１は、５ｍｍ以上であることが好ましい。

【0046】

１８０ＭＨｚのＶＨＦ波の電磁波の実効波長λ_０は約１６００ｍｍである。このとき、電磁波の表面波の波長λ_swは４０ｍｍ～８０ｍｍになる。式（１）から誘電体部材１３における電磁波の実効波長λｇは、１３ｍｍ～２６ｍｍになる。以上から、誘電体部材１３の幅Ｂ１は、６．５ｍｍ以上であることが更に好ましい。

【0047】

誘電体部材１３の第２の部分１３ｂは、内壁１０ｄから段差部１０ｆの内面１０ｆ１に沿って、誘電体部材１３における電磁波の実効波長λｇの１／４以上挿入されることが好ましい。つまり、図３（ｂ）に示す内壁１０ｄから誘電体部材１３の外側面１３ｎまでの径方向の幅Ｂ２は、誘電体部材１３における電磁波の実効波長λｇの１／４以上であることが好ましい。また、幅Ｂ２は、例えば、５ｍｍ以上であることが好ましい。

【0048】

誘電体部材１３の厚さｈは、誘電体部材１３における電磁波の実効波長λｇの１／２以上であることが好ましい。また、誘電体部材１３の厚さｈは、例えば、５ｍｍ以上であることが好ましい。

【0049】

内壁１０ｄの段差部１０ｆの内面１０ｆ１と、内面１０ｆ１に対向する誘電体部材１３の上面１３ｓとの間の隙間ΔＤは、０．５ｍｍ以下であることが好ましい。同様に、図４（ａ）に示す内壁１０ｄの凹部１０ｇの上面１０ｇ１と、上面１０ｇ１に対向する誘電体部材１３の上面１３ｓとの間の隙間ΔＤは、０．５ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、隙間ΔＤでプラズマが生成されることを防止することができる。これにより、誘電体部材１３の上面１３ｓで異常放電が生じることを防止できる。

【0050】

誘電体部材１３の第１の部分１３ａには、誘電体部材１３を厚さ方向に貫通する複数の排気孔１３ｃが形成されている。複数の排気孔１３ｃは、内壁１０ｄから径方向に誘電体部材１３における電磁波の実効波長λｇの１／４以上離れた位置に形成されている。つまり、図３（ｂ）に示す内壁１０ｄから排気孔１３ｃまでの距離Ｂ３は、誘電体部材１３における電磁波の実効波長λｇの１／４以上であることが好ましい。距離Ｂ３は、例えば、５ｍｍ以上であることが好ましい。これにより、排気孔１３ｃ内にて異常放電が発生することを防止できる。なお、排気孔１３ｃの直径φは、２～３ｍｍであってもよい。

【0051】

このように誘電体部材１３に排気孔１３ｃを設ける場合には、電界が最も集中する中心部の位置Ａから離れたところに形成することが好ましい。なお、誘電体部材１３の内側面１３ｍから下方に延在する凸部分は、排気経路を確保するためと、排気空間ＥＸへの反応生成物の進入と付着を防ぐためである。ただし、誘電体部材１３の内側面１３ｍから下方に延在する凸部分はなくてもよい。

【0052】

かかる構成では、電磁波の表面波が伝播する処理容器１０の内壁１０ｄに誘電体部材１３を配置して自由空間を仕切る。これにより、誘電体部材１３により電磁波の進行波を概ね反射させることができる。電磁波の一部は、誘電体部材１３の内部を透過するが、誘電体部材１３の内部の電界を指数関数的に減衰させることで異常放電を防止することができる。このように誘電体部材１３の下面１３ｒの下側の自由空間には放電が生じない程の弱い電界が放出される。

【0053】

ただし、誘電体部材１３の下面１３ｒと下面１３ｒに対向する内壁１０ｄの面との間の空間が狭いと、誘電体部材１３の下面１３ｒにて異常放電が生じる可能性がある。よって、誘電体部材１３の下面１３ｒは、処理容器１０の内部空間に露出するようにする。そして、誘電体部材１３の下面１３ｒと、下面１３ｒに対向する処理容器１０の内壁１０ｄの面との間隔は、５ｍｍ以上であることが好ましい。例えば、図４（ａ）に示すように、誘電体部材１３の第２の部分１３ｂが、電磁波が伝播する内壁１０ｄの凹部１０ｇに挿入されている場合、誘電体部材１３の下面１３ｒと、下面１３ｒに対向する内壁１０ｄの面との間隔Ｇは、５ｍｍ以上であることが好ましい。これにより、誘電体部材１３の下面１３ｒ下の自由空間にて異常放電が発生することを防止できる。凹部１０ｇの深さは、１５ｍｍ以上であることが好ましい。

【0054】

図４は、一実施形態に係る誘電体部材１３の構成例として許容できる構成（図４（ａ））と、許容できない構成（図４（ｂ）及び（ｃ））とを示す図である。図４は、シミュレーションの結果の一例である。図４（ａ）は、誘電体部材１３の厚さｈが７ｍｍ、間隔Ｇが５ｍｍの例を示す。誘電体部材１３の厚さが十分にあるため、誘電体部材１３の内部で電界の減衰が十分に起こる。かつ、誘電体部材１３の下面１３ｒと内壁１０ｄの面との間隔Ｇが十分にあるため、誘電体部材１３の下面１３ｒの下の自由空間にて異常放電が発生することを防止できる。

【0055】

図４（ｂ）は、誘電体部材１３の厚さｈが２ｍｍの場合の例を示す。誘電体部材１３の厚さが不十分なため、誘電体部材１３の内部において電界の減衰が不十分になり、誘電体部材１３の下面１３ｒ下の自由空間にて異常放電が発生している。

【0056】

図４（ｃ）は、誘電体部材１３の下面１３ｒと、下面１３ｒに対向する内壁１０ｄの面との間隔Ｇが１ｍｍの場合の例を示す。間隔Ｇが不十分なため、誘電体部材１３の下面１３ｒ下の自由空間に放出する電界により、凹部１０ｇの下面１３ｒに対向する金属面で電界強度が高くなり、異常放電が発生している。

【0057】

以上に説明したように、本実施形態に係るプラズマ処理装置１によれば、誘電体部材１３をＶＨＦ帯以上の周波数の電磁波の伝播経路に設けることで、異常放電を防止することができる。

【0058】

今回開示された一実施形態に係る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。上記の実施形態は、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。

【0059】

本開示のプラズマ処理装置は、radial line slot antenna、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のいずれのタイプの装置でも適用可能である。

【符号の説明】

【0060】

１…プラズマ処理装置、１０…処理容器、１２…載置台、１３…誘電体部材、１３ａ…誘電体部材の第１の部分、１３ｂ…誘電体部材の第２の部分、１３ｃ…排気孔、１４…上部電極、１５…排気機構、１８…プレート、１８ｈ…ガス吐出孔、２０…電磁波導入部、２１…リング状誘電体、３０…電源、３２…整合器、４０…配管、４２…ガス供給器、２０１…導波路、ｒ…導波通路、ＳＰ…処理空間、ＥＸ…排気空間、ＥＳ…排気路、Ｗ…基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】