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JP4252220B2 - Plasma processing equipment - Google Patents

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JP4252220B2
JP4252220B2 JP2001007021A JP2001007021A JP4252220B2 JP 4252220 B2 JP4252220 B2 JP 4252220B2 JP 2001007021 A JP2001007021 A JP 2001007021A JP 2001007021 A JP2001007021 A JP 2001007021A JP 4252220 B2 JP4252220 B2 JP 4252220B2
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JP
Japan
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microwave
antenna member
planar antenna
plasma
slow wave
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俊明 本郷
哲 大沢
忠弘 大見
昌樹 平山
尚久 後藤
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Tokyo Electron Ltd
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Tokyo Electron Ltd
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等に対してマイクロ波により生じたプラズマを作用させて処理を施す際に使用されるプラズマ処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体製品の高密度化及び高微細化に伴い半導体製品の製造工程において、成膜、エッチング、アッシング等の処理のためにプラズマ処理装置が使用される場合があり、特に、0.1mTorr(13.3mPa)〜数10mTorr(数Pa)程度の比較的圧力が低い高真空状態でも安定してプラズマを立てることができることからマイクロ波を用いて、或いはマイクロ波とリング状のコイルからの磁場とを組み合わせて高密度プラズマを発生させるマイクロ波プラズマ装置が使用される傾向にある。
このようなプラズマ処理装置は、特開平3−191073号公報、特開平5−343334号公報や本出願人による特開平9−181052号公報等に開示されている。ここで、マイクロ波を用いた一般的なプラズマ処理装置を図7を参照して概略的に説明する。図7は従来の一般的なプラズマ処理装置を示す構成図である。
【0003】
図7において、このプラズマ処理装置2は、真空引き可能になされた処理容器4内に半導体ウエハWを載置する載置台6を設けており、この載置台6に対向する天井部にマイクロ波を透過する例えば円板状の窒化アルミ等よりなる絶縁板8を気密に設けている。
そして、この絶縁板8の上面に厚さ数mm程度の円板状の平面アンテナ部材10と、必要に応じてこの平面アンテナ部材10の半径方向におけるマイクロ波の波長を短縮するための例えば誘電体よりなる遅波材12を設置している。この遅波材12の上方には、内部に冷却水を流す冷却水流路14が形成された天井冷却ジャケット16が設けられており、遅波材12等を冷却するようになっている。そして、アンテナ部材10には多数の略円形の貫通孔よりなるマイクロ波放射孔18が形成されている。このマイクロ波放射孔18は一般的には、同心円状に配置されたり、或いは螺旋状に配置されている。そして、平面アンテナ部材10の中心部に同軸導波管20の内部ケーブル22を接続して図示しないマイクロ波発生器より発生した、例えば2.45GHzのマイクロ波を導くようになっている。そして、マイクロ波をアンテナ部材10の半径方向へ放射状に伝播させつつアンテナ部材10に設けたマイクロ波放射孔18からマイクロ波を放出させてこれを絶縁板8に透過させて、下方の処理容器4内へマイクロ波を導入し、このマイクロ波により処理容器4内にプラズマを立てて半導体ウエハにエッチングや成膜などの所定のプラズマ処理を施すようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記平面アンテナ部材10は、電気的に導電性の良好な銅などを使用し、このマイクロ波放射孔18の寸法や配列ピッチ等は、計算上においてアンテナ部材10の中心部からその周辺部へ放射状に伝播するマイクロ波がアンテナ外周端にて反射して戻らないように設計されてはいるが、実際には、遅波材12の実際の誘電率が設計値と異なる等の理由から、最外周のマイクロ波放射孔18にマイクロ波が伝播した時点で全てのマイクロ波が下方向へ放射されてしまうのではなく、その一部のマイクロ波がアンテナ部材外周端で反射してアンテナ中心部に戻ってくることは避けられない。
このため、反射波がアンテナ部材10の中心部で集中してアンテナ部材10の中心部の近傍のマイクロ波の電界及びこれに付随する処理空間Sの中心部のプラズマ密度は、それぞれの周辺部よりも高くなる傾向にあり、この結果、半導体ウエハWの中心部近傍のプラズマ処理がその周辺部よりも促進されてしまい、プラズマ処理の面内均一性を十分に高く維持することができなくなる場合が生ずる、といった問題があった。
【0005】
そして、このようなマイクロ波の反射波の問題は、平面アンテナ部材10のみならず、遅波材12においても、程度の差こそあれ、同様に発生している。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、主に平面アンテナ部材を平面方向へ伝播する反射波の悪影響を大幅に抑制することができるプラズマ処理装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1に規定する発明は、天井部が開口されて内部が真空引き可能になされた処理容器と、前記処理容器の天井部の開口に気密に装着された絶縁板と、被処理体を載置するために前記処理容器内に設けられた載置台と、前記絶縁板の上方に設けられて所定のピッチで形成された複数のマイクロ波放射孔からプラズマ発生用のマイクロ波を前記絶縁板を透過させて前記処理容器内へ導入する平面アンテナ部材と、前記平面アンテナ部材の上方に設けられて前記マイクロ波の波長を短縮するための遅波材と、前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス供給手段とを有するプラズマ処理装置において、前記遅波材と前記平面アンテナ部材の外周部に、前記遅波材の周縁部と前記平面アンテナ部材の周縁部とに接すると共にその接する面が傾斜されたテーパ面、又は断面円弧状の面、又は凹凸形状の面に形成されて、不要なマイクロ波を吸収するためのマイクロ波吸収材を設けるように構成したものである。
これによれば、平面アンテナ部材や遅波材を放射状に伝播して下方向へ放射(透過)されずに残留したマイクロ波をマイクロ波吸収材により吸収することができるので、これがアンテナ部材の中心方向へ向かって反射することがなくなり、これにより反射波の悪影響を大幅に抑制することが可能となる。従って、被処理体に対するプラズマ処理の面内均一性を向上させることが可能となる。
【0007】
請求項2に規定する発明は、天井部が開口されて内部が真空引き可能になされた処理容器と、前記処理容器の天井部の開口に気密に装着された絶縁板と、被処理体を載置するために前記処理容器内に設けられた載置台と、前記絶縁板の上方に設けられて所定のピッチで形成された複数のマイクロ波放射孔からプラズマ発生用のマイクロ波を前記絶縁板を透過させて前記処理容器内へ導入する平面アンテナ部材と、前記平面アンテナ部材の上方に設けられて前記マイクロ波の波長を短縮するための遅波材と、前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス供給手段とを有するプラズマ処理装置において、前記遅波材の周縁部と前記平面アンテナ部材の周縁部とに接すると共に、前記遅波材の上方において平面的に広がらせて、不要なマイクロ波を吸収するためのマイクロ波吸収材を設けるように構成したものである。
この場合、例えば請求項3に規定するように、前記マイクロ波吸収材は、マイクロ波に対して誘電損失の大きな材料よりなる。
【0008】
また、例えば請求項4に規定するように、前記マイクロ波吸収材は、フェライト系の材質を含む。
また、例えば請求項5に規定するように、前記マイクロ波吸収材は、液体よりなる。
この場合、例えば請求項6に規定するように、前記マイクロ波吸収材の一部には、前記遅波材及び前記平面アンテナ部材に対して平面的に伝播してくるマイクロ波を、前記遅波材の上方において平面的に広がる前記マイクロ波吸収材へ反射させるためのマイクロ波反射面が形成されている。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の係るプラズマ処理装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図1は本発明に係るプラズマ処理装置の一例を示す構成図、図2は図1に示すプラズマ処理装置のマイクロ波吸収材の近傍を示す拡大断面図である。
本実施例においてはプラズマ処理装置をプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)処理に適用した場合について説明する。図示するようにこのプラズマ処理装置30は、例えば側壁や底部がアルミニウム等の導体により構成されて、全体が筒体状に成形された処理容器32を有しており、内部は密閉された処理空間Sとして構成されている。
【0010】
この処理容器32内には、上面に被処理体としての例えば半導体ウエハWを載置する載置台34が収容される。この載置台34は、例えばアルマイト処理したアルミニウム等により凸状に平坦になされた略円柱状に形成されており、この下部は同じくアルミニウム等により円柱状になされた支持台36により支持されると共にこの支持台36は処理容器32内の底部に絶縁材38を介して設置されている。
上記載置台34の上面には、ここにウエハを保持するための静電チャック或いはクランプ機構(図示せず)が設けられ、この載置台34は給電線40を介してマッチングボックス42及び例えば13.56MHzのバイアス用高周波電源44に接続されている。尚、このバイアス用高周波電源44を設けない場合もある。
【0011】
上記載置台34を支持する支持台36には、プラズマ処理時のウエハを冷却するための冷却水等を流す冷却ジャケット46が設けられる。尚、必要に応じてこの載置台34中に加熱用ヒータを設けてもよい。
上記処理容器32の側壁には、ガス供給手段として、容器内にプラズマ用ガス、例えばアルゴンガスを供給する石英パイプ製のプラズマガス供給ノズル48や処理ガス、例えばデポジションガスを導入するための例えば石英パイプ製の処理ガス供給ノズル50が設けられ、これらのノズル48、50はそれぞれガス供給路52、54によりマスフローコントローラ56、58及び開閉弁60、62を介してそれぞれプラズマガス源64及び処理ガス源66に接続されている。処理ガスとしてのデポジションガスは、SiH 、O 、N ガス等を用いることが
できる。
【0012】
また、容器側壁の外側には、この内部に対してウエハを搬入・搬出する時に開閉するゲートバルブ68が設けられると共に、この側壁を冷却する冷却ジャケット69が設けられる。また、容器底部には、排気口70が設けられると共に、この排気口70には図示されない真空ポンプが介接された排気路72が接続されており、必要に応じて処理容器32内を所定の圧力まで真空引きできるようになっている。
そして、処理容器32の天井部は開口されて、ここに例えばAlNなどのセラミック材よりなるマイクロ波に対しては透過性を有する厚さが20mm程度の絶縁板74がOリング等のシール部材76を介して気密に設けられる。
【0013】
そして、この絶縁板74の上面に円板状の平面アンテナ部材78と高誘電率特性を有する遅波材80とが設けられる。具体的にはこの平面アンテナ部材78は、上記処理容器32と一体的に成形されている中空円筒状容器よりなる導波箱82の底板として構成され、前記処理容器32内の上記載置台34に対向させて設けられる。
この導波箱82及び上記処理容器32は共に接地されると共に、この導波箱82の上部の中心には、同軸導波管84の外管84Aが接続され、内部の内部ケーブル84Bは、上記遅波材80の中心の貫通孔86を通って上記平面アンテナ部材78の中心部に接続される。そして、この同軸導波管84は、モード変換器88及び導波管90を介して例えば2.45GHzのマイクロ波発生器92に接続されており、上記平面アンテナ部材78へマイクロ波を伝播するようになっている。この周波数は2.45GHzに限定されず、他の周波数、例えば8.35GHzを用いてもよい。この導波管としては、断面円形或いは矩形の導波管や同軸導波管を用いることができる。上記導波箱82の上部には、内部に冷却水を流す冷却水流路94が形成された天井冷却ジャケット96が設けられており、上記遅波材80等を冷却するようになっている。そして、上記導波箱82内であって、平面アンテナ部材78の上面には、上記高誘電率特性を有する遅波材80を設けて、この波長短縮効果により、マイクロ波の管内波長を短くしている。この遅波材80としては、例えば窒化アルミ等を用いることができる。
【0014】
また、上記平面アンテナ部材78は、8インチサイズのウエハ対応の場合には、例えば直径が30〜40mm、厚みが1〜数mm、例えば5mmの導電性材料よりなる円板、例えば表面が銀メッキされた銅板或いはアルミ板よりなり、この円板には例えば円形の貫通孔よりなる多数のマイクロ波放射孔98が、アンテナ部材78に略均等に配置させて設けられている。このマイクロ波放射孔98の配置形態は、特に限定されず、例えば同心円状、螺旋状、或いは放射状に配置させてもよい。また、マイクロ波放射孔98の形状は円形に限定されず、例えば長溝のスリット形状等でもよく、また、このスリット形状の放射孔をハの字状に配列させるようにしてもよい。
【0015】
そして、上記遅波材80と上記平面アンテナ部材78の外周部に、本発明の特徴とするマイクロ波吸収材100が設けられている。具体的には、このマイクロ波吸収材100は、マイクロ波に対して誘電損失の大きな材料、例えばフェライト系の材質を合成ゴム等に混入しているフェライト混入ゴムよりなる。このマイクロ波吸収材100は、円形の導電箱82の天井部周囲に沿うようにリング状になされると共に、その断面形状は三角形状になっている。そして、このマイクロ波吸収材100の断面三角形のテーパ面を接触面100Aとし、これを遅波材80の周縁部である外周端のテーパ面80Aと平面アンテナ部材78の周縁部とに面接触させた状態で配置しており、上記平面アンテナ部材78及び遅波材80の平面方向にそれぞれの外周端まで伝播してくる不要なマイクロ波を吸収し得るようになっている。
【0016】
次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置を用いて行なわれる処理方法について説明する。
まず、ゲートバルブ68を介して半導体ウエハWを搬送アーム(図示せず)により処理容器32内に収容し、リフタピン(図示せず)を上下動させることによりウエハWを載置台34の上面の載置面に載置する。
そして、処理容器32内を所定のプロセス圧力、例えば0.01〜数Paの範囲内に維持して、プラズマガス供給ノズル48から例えばアルゴンガスを流量制御しつつ供給すると共に処理ガス供給ノズル50から例えばSiH 、O 、N
等のデポジションガスを流量制御しつつ供給する。同時にマイクロ波発生器9
2からのマイクロ波を、導波管90及び同軸導波管84を介して平面アンテナ部材78に供給して処理空間Sに、遅波材80によって波長が短くされたマイクロ波を導入し、これによりプラズマを発生させて所定のプラズマ処理、例えばプラズマCVDによる成膜処理を行う。
【0017】
ここで、平面アンテナ部材78をその中心部より放射状にマイクロ波が伝播する時、大部分のマイクロ波は、多段に形成したマイクロ波放射孔98から下方へ放射されてしまうが、図2に示すように一部のマイクロ波M1は下方へ放射されることなく、そのまま平面アンテナ部材78の外周端にまで至ることになる。
ここで、従来装置にあっては、このアンテナ外周端まで伝播するマイクロ波M1が端面で反射すると、この反射波が平面アンテナ部材78の中央部近傍に集中して相乗すると、この部分におけるマイクロ波の電界が異常に大きくなっていたが、本実施例の場合には、平面アンテナ部材78の外周端に誘電損失の大きいマイクロ波吸収材100を配置しているので、アンテナ部材78の中心部から半径方向へ伝播して外周端に到達するマイクロ波M1は、このマイクロ波吸収材100によって誘電損失として吸収されて熱になり、略消滅することになる。
このようなマイクロ波吸収材100によるマイクロ波の吸収作用は、平面アンテナ部材78の全周において発生することになり、結果的に、平面アンテナ部材78の中心部に戻ってくる反射波を略ゼロにすることが可能となる。
【0018】
このため、マイクロ波及びその電界が平面アンテナ部材78の中心部の近傍に集中することがなくなり、この結果、処理空間Sにおけるプラズマ密度の面内均一性及び半導体ウエハWに対するプラズマ処理の面内均一性を大幅に向上させることが可能となる。
同様にして、このようなマイクロ波吸収材100によるマイクロ波の吸収作用は、図2に示すように、遅波材80に対してその中心部より平面方向に放射状に伝播してその外周端まで到達するマイクロ波M2に対しても生じ、このマイクロ波M2はこの遅波材80の外周端に設けたマイクロ波吸収材100によってほとんど吸収されてしまい、反射することがない。従って、この点よりも遅波材80の中心部近傍にマイクロ波が集中することがなくなり、プラズマ密度の面内均一性及び半導体ウエハWに対するプラズマ処理の面内均一性を一層向上させることが可能となる。
【0019】
また、ここでは、遅波材80や平面アンテナ部材78の外周端が接するマイクロ波吸収材100の面は、それぞれの平面方向に対して傾斜されたテーパ面100Aとなっているので、すなわちマイクロ波の伝播方向に対して直角ではなく、ある程度のテーパ角θを有しているので、万一、マイクロ波がマイクロ波吸収材100により完全に吸収されることなく一部が反射されたとしても、その反対方向は遅波材80や平面アンテナ部材78の中心方向に向かうことはないので、この点よりも反射波による悪影響を防止することが可能となる。
尚、上記実施例においては、平面アンテナ部材78や遅波材80に対するマイクロ波吸収材100の接触面100Aをテーパ状としたが、これに限定されず、図3(A)に示すようにこの接触面100Aをマイクロ波の伝播方向に対して垂直となる垂直面に形成してもよいし、図3(B)に示すように、この接触面100Aを断面円弧状の面となるように形成してもよいし、更には、図3(C)に示すように、断面が複数の三角形状となるような凹凸形状の面となるように形成してもよい。
【0020】
また、上記実施例では、遅波材80や平面アンテナ部材78の外周部のみにマイクロ波吸収材100を設けたが、よりマイクロ波の吸収を確実にさせるために、マイクロ波吸収材100を遅波材80の上方にまで延在させるようにしてもよい。
図4は、このように形成した本発明のプラズマ処理装置の変形例を示す構成図、図5は図4中の一部を示す拡大図である。
図4及び図5に示すように、ここではマイクロ波吸収材100を、図1にて示した構造と同様に遅波材80の周縁部(外周端)と平面アンテナ部材78の周縁部とに接して設けると共に、それを上方向へ180度折り返して、このマイクロ波吸収材100を遅波材80の上方の略全面にまで亘って延在させている。この場合、遅波材80の上面とこの遅波材80の上方に位置するマイクロ波吸収材100との間には、例えば銅のような導電性材料よりなる円板状のマイクロ波案内板102が介在されており、その中心部は、上記同軸導波管84の外管84Aへ接続されている。
【0021】
また、このマイクロ波吸収材100の上方への折れ曲がり部の外周端には、開き角が略90度になされた一対のマイクロ波反射面100B、100Cが形成されており、このマイクロ波反射面100B、100Cに沿うように導波箱82の内面も成形されている。
この実施例によれば、図5にも示すように、平面アンテナ部材78の平面を放射状に伝播してこの外周端まで到達したマイクロ波や、遅波材80の平面を放射状に伝播してこの外周端まで到達したマイクロ波は、共にマイクロ波吸収材100内に伝播し、この吸収材100内を吸収により減衰しつつ、図5中において矢印104に示すように、マイクロ波吸収材100の一対のマイクロ波反射面100B、100Cにて順次反射して、遅波材80の上方に位置するマイクロ波吸収材100まで至ることになる。
【0022】
このように、結果的に、マイクロ波吸収材100中におけるマイクロ波の伝播経路が長くなったと同様な構造になるので、このマイクロ波を完全に吸収して反射波をより確実になくすことが可能となる。すなわち、図1に示した構造の実施例よりも、マイクロ波吸収材100中におけるマイクロ波の伝播経路を長くした分だけ、そのマイクロ波の吸収効率を一層向上させることが可能となる。
また、ここではマイクロ波吸収材100として、固体の材料を用いたが、これに限定されず、図6に示すように、図5中に示したマイクロ波吸収材100を取り外して、ここに密閉空間110を形成するために、遅波材80の周縁部において、これと平面アンテナ部材78及びマイクロ波案内板102との間に、それぞれOリング等のシール部材106、108を環状に介在させる。
そして、この密閉空間110の一端に液体導入口112を設けると共に、反対側の他端に液体排出口114を設け、この密閉空間110内にマイクロ波吸収材として液体、例えば冷却水116を流すようにしてもよい。
【0023】
これによれば、マイクロ波吸収材として作用する冷却水116によりマイクロ波を吸収できるのみならず、この近傍の冷却も行うことができ、場合によっては、例えば導波箱82の上部に設けた天井冷却ジャケット96を設けないで省略することも可能となる。
また、この冷却水116を温度調整しつつ循環使用すれば、遅波材80や平面アンテナ部材78も最適な温度に維持することが可能となる。
尚、本実施例では、固体のマイクロ波吸収材として合成ゴムにフェライト系の材質を混入させたものを用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されずにマイクロ波の吸収効率が高い材料ならばどのようなものでもよく、例えば合成ゴムにカーボニールを混入したもの等も用いることができる。
また、本実施例では、半導体ウエハに成膜処理する場合を例にとって説明したが、これに限定されず、プラズマエッチング処理、プラズマアッシング処理等の他のプラズマ処理にも適用することができる。
また、被処理体としても半導体ウエハに限定されず、ガラス基板、LCD基板等に対しても適用することができる。
【0024】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のプラズマ処理装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
本発明によれば、平面アンテナ部材や遅波材を放射状に伝播して下方向へ放射(透過)されずに残留したマイクロ波をマイクロ波吸収材により吸収することができるので、これがアンテナ部材の中心方向へ向かって反射することがなくなり、これにより反射波の悪影響を大幅に抑制することができる。従って、被処理体に対するプラズマ処理の面内均一性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るプラズマ処理装置の一例を示す構成図である。
【図2】図1に示すプラズマ処理装置のマイクロ波吸収材の近傍を示す拡大断面図である。
【図3】マイクロ波吸収材ほ変形例を示す部分拡大断面図である。
【図4】本発明のプラズマ処理装置の変形例を示す構成図である。
【図5】図4中の一部を示す拡大図である。
【図6】本発明のプラズマ処理装置の変形例を示す図である。
【図7】従来の一般的なプラズマ処理装置を示す構成図である。
【符号の説明】
30 プラズマ処理装置
32 処理容器
34 載置台
48,50 ノズル(ガス供給手段)
74 絶縁板
78 平面アンテナ部材
80 遅波材
92 マイクロ波発生器
98 マイクロ波放射孔
100 マイクロ波吸収材
100A 接触面(テーパ面)
100B,100C マイクロ波反射面
116 冷却水(マイクロ波吸収材)
W 半導体ウエハ(被処理体)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma processing apparatus used when processing is performed by applying plasma generated by microwaves to a semiconductor wafer or the like.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the increase in the density and miniaturization of semiconductor products, plasma processing apparatuses may be used for processes such as film formation, etching, and ashing in the manufacturing process of semiconductor products, and in particular, 0.1 mTorr ( 13.3 mPa) to several tens of mTorr (several Pa) of a relatively low pressure and a high vacuum state, it is possible to stably generate a plasma. Therefore, using microwaves, or a magnetic field from a microwave and a ring coil There is a tendency to use a microwave plasma apparatus that generates a high-density plasma by combining them.
Such a plasma processing apparatus is disclosed in JP-A-3-191073, JP-A-5-343334, JP-A-9-181052 by the present applicant, and the like. Here, a general plasma processing apparatus using a microwave will be schematically described with reference to FIG. FIG. 7 is a block diagram showing a conventional general plasma processing apparatus.
[0003]
In FIG. 7, the plasma processing apparatus 2 includes a mounting table 6 on which a semiconductor wafer W is mounted in a processing container 4 that can be evacuated, and microwaves are applied to a ceiling portion facing the mounting table 6. A transparent insulating plate 8 made of, for example, disk-shaped aluminum nitride is provided in an airtight manner.
A disk-shaped planar antenna member 10 having a thickness of about several millimeters on the upper surface of the insulating plate 8 and, for example, a dielectric for shortening the wavelength of the microwave in the radial direction of the planar antenna member 10 as necessary. The slow wave material 12 which consists of is installed. Above the slow wave material 12, a ceiling cooling jacket 16 in which a cooling water flow path 14 for flowing cooling water is formed is provided so as to cool the slow wave material 12 and the like. The antenna member 10 is formed with microwave radiation holes 18 made up of a number of substantially circular through holes. The microwave radiation holes 18 are generally arranged concentrically or spirally. Then, an internal cable 22 of the coaxial waveguide 20 is connected to the central portion of the planar antenna member 10 to guide, for example, 2.45 GHz microwave generated from a microwave generator (not shown). Then, the microwaves are emitted from the microwave radiation holes 18 provided in the antenna member 10 while propagating the microwaves radially in the radial direction of the antenna member 10, and are transmitted through the insulating plate 8. A microwave is introduced into the chamber, and plasma is generated in the processing chamber 4 by the microwave to perform a predetermined plasma process such as etching or film formation on the semiconductor wafer.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the planar antenna member 10 uses copper or the like having good electrical conductivity, and the dimensions and arrangement pitch of the microwave radiation holes 18 are calculated from the central portion of the antenna member 10 to the periphery thereof. Although the microwave that propagates radially to the antenna is designed so that it does not reflect and return at the outer peripheral edge of the antenna, in reality, the actual dielectric constant of the slow wave material 12 is different from the design value. When the microwave propagates to the outermost microwave radiation hole 18, not all of the microwave is radiated downward, but a part of the microwave is reflected at the outer peripheral edge of the antenna member and the center of the antenna It is inevitable to come back to.
For this reason, the reflected waves are concentrated in the central portion of the antenna member 10, and the microwave electric field in the vicinity of the central portion of the antenna member 10 and the plasma density in the central portion of the processing space S associated therewith are from the respective peripheral portions. As a result, the plasma processing in the vicinity of the central portion of the semiconductor wafer W is promoted more than the peripheral portion, and the in-plane uniformity of the plasma processing cannot be maintained sufficiently high. There was a problem that it occurred.
[0005]
Such a problem of the reflected wave of the microwave occurs not only in the planar antenna member 10 but also in the slow wave material 12 to some extent.
The present invention has been devised to pay attention to the above problems and to effectively solve them. An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus that can largely suppress the adverse effect of reflected waves propagating mainly in a planar direction through a planar antenna member.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The invention defined in claim 1 is provided with a processing container in which a ceiling portion is opened and the inside thereof is made evacuable, an insulating plate mounted in an airtight manner on the opening of the ceiling portion of the processing container, and an object to be processed. A microwave for plasma generation from a plurality of microwave radiation holes formed at a predetermined pitch above the insulating plate and a mounting table provided in the processing vessel for placing the insulating plate on the insulating plate; A planar antenna member that is transmitted and introduced into the processing container, a slow wave material that is provided above the planar antenna member to reduce the wavelength of the microwave, and a predetermined gas is introduced into the processing container in the plasma processing apparatus and a gas supply means for, on the outer periphery of the planar antenna member and the retardation member, its surface in contact with that contact to the periphery of the planar antenna member and the peripheral edge portion of the wave retardation member Slope Tapered surface has, or arcuate cross-section of the surface, or formed on a surface of irregular shape, which is constituted so as to provide a microwave absorbing material for absorbing unnecessary microwave.
According to this, since the microwave that has propagated radially through the planar antenna member and the slow wave material and is not radiated (transmitted) downward can be absorbed by the microwave absorber, this is the center of the antenna member. Reflection in the direction is eliminated, thereby making it possible to significantly suppress the adverse effect of the reflected wave. Therefore, it is possible to improve the in-plane uniformity of the plasma processing for the object to be processed.
[0007]
The invention defined in claim 2 is provided with a processing container in which a ceiling portion is opened and the inside is made evacuable, an insulating plate that is airtightly attached to the opening of the ceiling portion of the processing container, and an object to be processed. A microwave for plasma generation from a plurality of microwave radiation holes formed at a predetermined pitch above the insulating plate and a mounting table provided in the processing vessel for placing the insulating plate on the insulating plate; A planar antenna member that is transmitted and introduced into the processing container, a slow wave material that is provided above the planar antenna member to reduce the wavelength of the microwave, and a predetermined gas is introduced into the processing container In the plasma processing apparatus having the gas supply means, the unnecessary microwaves are in contact with the peripheral portion of the slow wave member and the peripheral portion of the planar antenna member, and are spread in a plane above the slow wave member. The Those configured to provide a microwave absorbing material to yield.
In this case, for example, as defined in claim 3, the microwave absorber is made of a material having a large dielectric loss with respect to the microwave.
[0008]
For example, as defined in claim 4, the microwave absorbing material includes a ferrite-based material.
For example, as defined in claim 5, the microwave absorber is made of a liquid.
In this case, for example, as defined in claim 6, a microwave propagating in a plane with respect to the slow wave material and the planar antenna member is introduced into a part of the microwave absorber. A microwave reflecting surface is formed to reflect the microwave absorbing material spreading in a plane above the material.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a plasma processing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a plasma processing apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing the vicinity of a microwave absorber of the plasma processing apparatus shown in FIG.
In this embodiment, a case where the plasma processing apparatus is applied to a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) process will be described. As shown in the figure, this plasma processing apparatus 30 has a processing vessel 32 whose side walls and bottom are made of a conductor such as aluminum and formed entirely in a cylindrical shape, and the processing space is sealed inside. S is configured.
[0010]
In the processing container 32, a mounting table 34 on which, for example, a semiconductor wafer W as a target object is mounted is accommodated on the upper surface. The mounting table 34 is formed in a substantially cylindrical shape which is made convex and flat, for example, by anodized aluminum or the like, and its lower part is supported by a support table 36 which is also formed in a column shape by aluminum or the like. The support base 36 is installed at the bottom of the processing container 32 via an insulating material 38.
An electrostatic chuck or a clamping mechanism (not shown) for holding the wafer is provided on the upper surface of the mounting table 34. The mounting table 34 is connected to the matching box 42 and the 13. It is connected to a high frequency power supply 44 for bias of 56 MHz. In some cases, the bias high-frequency power supply 44 is not provided.
[0011]
The support table 36 that supports the mounting table 34 is provided with a cooling jacket 46 for flowing cooling water or the like for cooling the wafer during plasma processing. In addition, you may provide the heater for heating in this mounting base 34 as needed.
For example, a plasma gas supply nozzle 48 made of quartz pipe for supplying a plasma gas, for example, argon gas, or a processing gas, for example, a deposition gas, is introduced into the side wall of the processing container 32 as gas supply means. A processing gas supply nozzle 50 made of quartz pipe is provided, and these nozzles 48 and 50 are respectively connected to a plasma gas source 64 and a processing gas by gas supply passages 52 and 54 via mass flow controllers 56 and 58 and on-off valves 60 and 62, respectively. Connected to source 66. SiH 4 , O 2 , N 2 gas or the like can be used as the deposition gas as the processing gas.
[0012]
A gate valve 68 that opens and closes when a wafer is loaded into and unloaded from the inside of the container side wall is provided outside the container side wall, and a cooling jacket 69 that cools the side wall is provided. In addition, an exhaust port 70 is provided at the bottom of the container, and an exhaust path 72 connected to a vacuum pump (not shown) is connected to the exhaust port 70, and a predetermined interior of the processing container 32 is provided as necessary. Vacuum can be drawn to pressure.
The ceiling portion of the processing vessel 32 is opened, and an insulating plate 74 having a thickness of about 20 mm that is permeable to microwaves made of a ceramic material such as AlN is used as a sealing member 76 such as an O-ring. It is provided airtight via.
[0013]
A disc-shaped planar antenna member 78 and a slow wave member 80 having a high dielectric constant characteristic are provided on the upper surface of the insulating plate 74. Specifically, the planar antenna member 78 is configured as a bottom plate of a waveguide box 82 formed of a hollow cylindrical container that is integrally formed with the processing container 32, and is mounted on the mounting table 34 in the processing container 32. It is provided to face each other.
The waveguide box 82 and the processing container 32 are both grounded, and the outer tube 84A of the coaxial waveguide 84 is connected to the center of the upper portion of the waveguide box 82. The slow wave member 80 is connected to the central portion of the planar antenna member 78 through a through hole 86 at the center. The coaxial waveguide 84 is connected to a microwave generator 92 of 2.45 GHz, for example, via a mode converter 88 and a waveguide 90 so that the microwave is propagated to the planar antenna member 78. It has become. This frequency is not limited to 2.45 GHz, and other frequencies such as 8.35 GHz may be used. As this waveguide, a waveguide having a circular or rectangular cross section or a coaxial waveguide can be used. A ceiling cooling jacket 96 in which a cooling water flow path 94 for flowing cooling water is formed is provided in the upper part of the waveguide box 82 so as to cool the slow wave material 80 and the like. In the waveguide box 82, the upper surface of the planar antenna member 78 is provided with the slow wave material 80 having the high dielectric constant characteristics, and due to this wavelength shortening effect, the in-tube wavelength of the microwave is shortened. ing. As the slow wave material 80, for example, aluminum nitride or the like can be used.
[0014]
Further, the planar antenna member 78 is, for example, a disk made of a conductive material having a diameter of 30 to 40 mm and a thickness of 1 to several mm, for example, 5 mm, for example, silver-plated on the surface when it is compatible with an 8-inch wafer. A large number of microwave radiation holes 98 made of, for example, circular through-holes are provided on the antenna member 78 so as to be substantially evenly arranged. The arrangement form of the microwave radiation holes 98 is not particularly limited. For example, the microwave radiation holes 98 may be arranged concentrically, spirally, or radially. The shape of the microwave radiation hole 98 is not limited to a circle, and may be, for example, a slit having a long groove, or the slit-shaped radiation holes may be arranged in a square shape.
[0015]
A microwave absorbing material 100 that is a feature of the present invention is provided on the outer periphery of the slow wave material 80 and the planar antenna member 78. Specifically, the microwave absorbing material 100 is made of a material having a large dielectric loss with respect to the microwave, for example, a ferrite-mixed rubber in which a ferrite material is mixed in a synthetic rubber or the like. The microwave absorber 100 is formed in a ring shape along the periphery of the ceiling portion of the circular conductive box 82, and the cross-sectional shape thereof is a triangular shape. Then, the tapered surface having a triangular cross section of the microwave absorbing material 100 is used as a contact surface 100 A, and this is brought into surface contact with the tapered surface 80 A at the outer peripheral end which is the peripheral portion of the slow wave material 80 and the peripheral portion of the planar antenna member 78. In this state, unnecessary microwaves propagating to the respective outer peripheral ends in the planar direction of the planar antenna member 78 and the slow wave member 80 can be absorbed.
[0016]
Next, a processing method performed using the plasma processing apparatus configured as described above will be described.
First, the semiconductor wafer W is accommodated in the processing container 32 by the transfer arm (not shown) via the gate valve 68, and the wafer W is mounted on the upper surface of the mounting table 34 by moving the lifter pins (not shown) up and down. Place on the surface.
Then, while maintaining the inside of the processing container 32 within a predetermined process pressure, for example, within a range of 0.01 to several Pa, for example, argon gas is supplied from the plasma gas supply nozzle 48 while controlling the flow rate, and from the processing gas supply nozzle 50. For example, SiH 4 , O 2 , N
A deposition gas such as 2 is supplied while controlling the flow rate. At the same time microwave generator 9
2 is supplied to the planar antenna member 78 through the waveguide 90 and the coaxial waveguide 84, and the microwave whose wavelength is shortened by the slow wave material 80 is introduced into the processing space S. The plasma is generated by the above, and a predetermined plasma process, for example, a film forming process by plasma CVD is performed.
[0017]
Here, when the microwave propagates radially from the central portion of the planar antenna member 78, most of the microwave is radiated downward from the microwave radiation holes 98 formed in multiple stages, as shown in FIG. Thus, a part of the microwaves M1 does not radiate downward and reaches the outer peripheral end of the planar antenna member 78 as it is.
Here, in the conventional apparatus, when the microwave M1 propagating to the outer peripheral end of the antenna is reflected by the end face, the reflected wave concentrates in the vicinity of the central portion of the planar antenna member 78 and synergizes therewith. However, in the present embodiment, since the microwave absorbing material 100 having a large dielectric loss is disposed at the outer peripheral end of the planar antenna member 78, the central portion of the antenna member 78 is used. The microwave M1 that propagates in the radial direction and reaches the outer peripheral end is absorbed as a dielectric loss by the microwave absorber 100 and becomes heat, and is almost extinguished.
Such microwave absorbing action by the microwave absorbing material 100 occurs around the entire circumference of the planar antenna member 78, and as a result, the reflected wave returning to the center of the planar antenna member 78 is substantially zero. It becomes possible to.
[0018]
For this reason, the microwave and its electric field do not concentrate in the vicinity of the central portion of the planar antenna member 78. As a result, in-plane uniformity of the plasma density in the processing space S and in-plane uniformity of the plasma processing for the semiconductor wafer W are achieved. It is possible to greatly improve the performance.
Similarly, as shown in FIG. 2, the microwave absorbing action of such a microwave absorbing material 100 propagates radially from the center portion to the slow wave material 80 in the plane direction to the outer peripheral end. The microwave M2 that arrives also occurs, and the microwave M2 is almost absorbed by the microwave absorber 100 provided at the outer peripheral end of the slow wave member 80 and is not reflected. Therefore, the microwave is not concentrated near the center of the slow wave material 80 than this point, and it is possible to further improve the in-plane uniformity of the plasma density and the in-plane uniformity of the plasma processing for the semiconductor wafer W. It becomes.
[0019]
Further, here, the surface of the microwave absorbing material 100 with which the outer peripheral ends of the slow wave member 80 and the planar antenna member 78 are in contact with each other is a tapered surface 100A inclined with respect to the respective planar directions. Since it has a certain taper angle θ rather than perpendicular to the propagation direction, even if a part of the microwave is reflected by the microwave absorber 100 without being completely absorbed, Since the opposite direction does not go to the center direction of the slow wave member 80 and the planar antenna member 78, it is possible to prevent the adverse effect due to the reflected wave than this point.
In the above embodiment, the contact surface 100A of the microwave absorbing material 100 with respect to the planar antenna member 78 and the slow wave material 80 is tapered, but the present invention is not limited to this, as shown in FIG. The contact surface 100A may be formed as a vertical surface that is perpendicular to the propagation direction of the microwave, or as shown in FIG. 3B, the contact surface 100A is formed as a surface having an arcuate cross section. Alternatively, as shown in FIG. 3C, it may be formed so as to have a concavo-convex surface having a cross section of a plurality of triangles.
[0020]
In the above embodiment, the microwave absorbing material 100 is provided only on the outer periphery of the slow wave member 80 and the planar antenna member 78. However, in order to make microwave absorption more reliable, the microwave absorbing material 100 is delayed. You may make it extend even above the corrugated material 80. FIG.
FIG. 4 is a block diagram showing a modified example of the plasma processing apparatus of the present invention formed as described above, and FIG. 5 is an enlarged view showing a part of FIG.
As shown in FIGS. 4 and 5, here, the microwave absorbing material 100 is applied to the peripheral portion (outer peripheral end) of the slow wave member 80 and the peripheral portion of the planar antenna member 78 in the same manner as the structure shown in FIG. 1. In addition to being provided in contact with each other, the microwave absorbing material 100 is extended over substantially the entire surface above the slow wave material 80 by folding it 180 degrees upward. In this case, a disc-shaped microwave guide plate 102 made of a conductive material such as copper is provided between the upper surface of the slow wave member 80 and the microwave absorber 100 positioned above the slow wave member 80. The central part is connected to the outer tube 84A of the coaxial waveguide 84.
[0021]
A pair of microwave reflecting surfaces 100B and 100C having an opening angle of approximately 90 degrees are formed at the outer peripheral end of the upward bent portion of the microwave absorbing material 100, and the microwave reflecting surface 100B. , The inner surface of the wave guide box 82 is also formed along 100C.
According to this embodiment, as shown in FIG. 5 as well, the microwaves that have propagated radially through the plane of the planar antenna member 78 and reached the outer peripheral edge, and the planes of the slow wave material 80 are propagated radially. The microwaves that have reached the outer peripheral edge are both propagated in the microwave absorber 100 and attenuated in the absorber 100 due to absorption, and a pair of microwave absorbers 100 as indicated by arrows 104 in FIG. Are sequentially reflected by the microwave reflecting surfaces 100B and 100C to reach the microwave absorbing material 100 located above the slow wave material 80.
[0022]
Thus, as a result, since the microwave propagation path in the microwave absorbing material 100 becomes the same structure as that of the microwave absorbing material 100, it is possible to completely absorb this microwave and eliminate the reflected wave more reliably. It becomes. That is, as compared with the embodiment having the structure shown in FIG. 1, the microwave absorption efficiency can be further improved by the length of the microwave propagation path in the microwave absorber 100.
Further, although a solid material is used here as the microwave absorber 100, the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. 6, the microwave absorber 100 shown in FIG. 5 is removed and sealed here. In order to form the space 110, seal members 106, 108 such as O-rings are interposed in an annular shape at the peripheral portion of the slow wave member 80, between the flat antenna member 78 and the microwave guide plate 102.
A liquid introduction port 112 is provided at one end of the sealed space 110 and a liquid discharge port 114 is provided at the other end on the opposite side so that a liquid, for example, cooling water 116 is allowed to flow as a microwave absorber in the sealed space 110. It may be.
[0023]
According to this, not only can the microwaves be absorbed by the cooling water 116 acting as the microwave absorber, but also the vicinity can be cooled. In some cases, for example, the ceiling provided on the top of the waveguide box 82 It is also possible to omit the cooling jacket 96 without providing it.
Further, if the cooling water 116 is circulated and used while adjusting the temperature, the slow wave member 80 and the planar antenna member 78 can be maintained at an optimum temperature.
In this embodiment, a case where a synthetic rubber mixed with a ferritic material is used as an example of a solid microwave absorbing material. However, the present invention is not limited to this, and microwave absorption efficiency is high. Any material may be used, and for example, synthetic rubber mixed with carbonyl can be used.
In this embodiment, the case where the film formation process is performed on the semiconductor wafer has been described as an example. However, the present invention is not limited thereto, and the present invention can be applied to other plasma processes such as a plasma etching process and a plasma ashing process.
Further, the object to be processed is not limited to a semiconductor wafer, and can be applied to a glass substrate, an LCD substrate, and the like.
[0024]
【The invention's effect】
As described above, according to the plasma processing apparatus of the present invention, the following excellent operational effects can be exhibited.
According to the present invention, the microwave that remains without being radiated (transmitted) downward by propagating the planar antenna member or the slow wave material radially can be absorbed by the microwave absorbing material. There is no reflection toward the central direction, and the adverse effect of the reflected wave can be greatly suppressed. Therefore, the in-plane uniformity of the plasma processing for the object to be processed can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a plasma processing apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing the vicinity of a microwave absorber of the plasma processing apparatus shown in FIG.
FIG. 3 is a partial enlarged cross-sectional view showing a modification of the microwave absorber.
FIG. 4 is a configuration diagram showing a modification of the plasma processing apparatus of the present invention.
FIG. 5 is an enlarged view showing a part of FIG. 4;
FIG. 6 is a view showing a modification of the plasma processing apparatus of the present invention.
FIG. 7 is a configuration diagram showing a conventional general plasma processing apparatus.
[Explanation of symbols]
30 Plasma processing apparatus 32 Processing container 34 Mounting table 48, 50 Nozzle (gas supply means)
74 Insulating plate 78 Planar antenna member 80 Slow wave material 92 Microwave generator 98 Microwave radiation hole 100 Microwave absorber 100A Contact surface (taper surface)
100B, 100C Microwave reflecting surface 116 Cooling water (microwave absorber)
W Semiconductor wafer (object to be processed)

Claims (6)

天井部が開口されて内部が真空引き可能になされた処理容器と、前記処理容器の天井部の開口に気密に装着された絶縁板と、被処理体を載置するために前記処理容器内に設けられた載置台と、前記絶縁板の上方に設けられて所定のピッチで形成された複数のマイクロ波放射孔からプラズマ発生用のマイクロ波を前記絶縁板を透過させて前記処理容器内へ導入する平面アンテナ部材と、前記平面アンテナ部材の上方に設けられて前記マイクロ波の波長を短縮するための遅波材と、前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス供給手段とを有するプラズマ処理装置において、
前記遅波材と前記平面アンテナ部材の外周部に、前記遅波材の周縁部と前記平面アンテナ部材の周縁部とに接すると共にその接する面が傾斜されたテーパ面、又は断面円弧状の面、又は凹凸形状の面に形成されて、不要なマイクロ波を吸収するためのマイクロ波吸収材を設けるように構成したことを特徴とするプラズマ処理装置。
A processing container in which the ceiling is opened and the inside can be evacuated, an insulating plate that is airtightly attached to the opening of the ceiling of the processing container, and the processing container for placing the object to be processed Microwaves for plasma generation are introduced into the processing vessel through the insulating plate from the mounting table provided and a plurality of microwave radiation holes provided at a predetermined pitch above the insulating plate. A planar antenna member, a slow wave material provided above the planar antenna member for reducing the wavelength of the microwave, and a gas supply means for introducing a predetermined gas into the processing vessel In the device
The outer periphery of the planar antenna member and the retardation member, the tapered surface that contact the surface is inclined as well as against to the peripheral edge portion of the planar antenna member and the peripheral edge portion of the retardation member, or an arc-shaped cross section of the surface Or a plasma processing apparatus, characterized in that a microwave absorbing material for absorbing unnecessary microwaves is provided on an uneven surface .
天井部が開口されて内部が真空引き可能になされた処理容器と、前記処理容器の天井部の開口に気密に装着された絶縁板と、被処理体を載置するために前記処理容器内に設けられた載置台と、前記絶縁板の上方に設けられて所定のピッチで形成された複数のマイクロ波放射孔からプラズマ発生用のマイクロ波を前記絶縁板を透過させて前記処理容器内へ導入する平面アンテナ部材と、前記平面アンテナ部材の上方に設けられて前記マイクロ波の波長を短縮するための遅波材と、前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス供給手段とを有するプラズマ処理装置において、
前記遅波材の周縁部と前記平面アンテナ部材の周縁部とに接すると共に、前記遅波材の上方において平面的に広がらせて、不要なマイクロ波を吸収するためのマイクロ波吸収材を設けるように構成したことを特徴とするプラズマ処理装置。
A processing container in which the ceiling is opened and the inside can be evacuated, an insulating plate that is airtightly attached to the opening of the ceiling of the processing container, and the processing container for placing the object to be processed Microwaves for plasma generation are introduced into the processing vessel through the insulating plate from the mounting table provided and a plurality of microwave radiation holes provided at a predetermined pitch above the insulating plate. plasma with a planar antenna member, a retardation member for shortening the wavelength of the microwaves disposed above the planar antenna member, and a gas supply means for introducing a predetermined gas into the processing barbers vessel to In the processing device,
A microwave absorbing material is provided that is in contact with the peripheral edge of the slow wave material and the peripheral edge of the planar antenna member, and spreads in a plane above the slow wave material to absorb unnecessary microwaves. A plasma processing apparatus characterized by comprising:
前記マイクロ波吸収材は、マイクロ波に対して誘電損失の大きな材料よりなることを特徴とする請求項1または2記載のプラズマ処理装置。  The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the microwave absorbing material is made of a material having a large dielectric loss with respect to the microwave. 前記マイクロ波吸収材は、フェライト系の材質を含むことを特徴とする請求項3記載のプラズマ処理装置。  The plasma processing apparatus according to claim 3, wherein the microwave absorber includes a ferrite material. 前記マイクロ波吸収材は、液体よりなることを特徴とする請求項3記載のプラズマ処理装置。  The plasma processing apparatus according to claim 3, wherein the microwave absorbing material is made of a liquid. 前記マイクロ波吸収材の一部には、前記遅波材及び前記平面アンテナ部材に対して平面的に伝播してくるマイクロ波を、前記遅波材の上方において平面的に広がる前記マイクロ波吸収材へ反射させるためのマイクロ波反射面が形成されていることを特徴とする請求項2乃至5のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。  The microwave absorbing material that spreads in a plane above the slow wave material in a part of the microwave absorbent material, the microwave propagating in a plane with respect to the slow wave material and the planar antenna member. The plasma processing apparatus according to claim 2, wherein a microwave reflecting surface for reflecting light is formed.
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