JP5568608B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明の態様は、処理容器に導入された処理ガスをプラズマ化させて基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置に関する。

従来、各種の分野において、プラズマ処理装置が用いられている。特許文献１には、プラズマソースとして平行平板を用いたプラズマエッチング装置が開示されている。

近年、プラズマソースの一つとして、ラジアルラインスロットアンテナ（Ｒａｄｉａｌ ＬｉｎｅＳｌｏｔ Ａｎｔｅｎｎａ）を使用したプラズマエッチング装置が開発されている（特許文献２参照）。ラジアルラインスロットアンテナを使用したプラズマエッチング装置では、処理容器の誘電体窓の上に多数のスロットを有するスロットアンテナが設置される。スロットアンテナの多数のスロットから放射されたマイクロ波は、誘電体からなる誘電体窓を介して処理容器の処理空間に導入される。処理ガスはマイクロ波のエネルギーによってプラズマ化する。

特開２００８−４７６８７号公報 特開２０１０−１１８５４９号公報

しかしながら、従来のプラズマ処理装置では、プラズマ処理の特性を多様に変化させることができなかった。本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、プラズマ処理の特性を多様に変化させることが可能なプラズマ処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、第１のプラズマ処理装置は、マイクロ波のエネルギーを、処理容器の上部に配置された誘電体窓を介して処理容器内に供給して、ガス供給源から前記処理容器内に供給した処理ガスをプラズマ化して、前記処理容器の下部に配置された基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、前記ガス供給源から供給される処理ガスを、前記誘電体窓からの距離が異なる位置に導入する少なくとも第１及び第２のガス導入部を備え、前記第１のガス導入部は、前記誘電体窓の中央部に位置する中央導入口を有する中央導入部であり、前記第２のガス導入部は、前記基板上方の空間の周方向に沿って配列され、前記誘電体窓よりも下方に位置する複数の周辺導入口を有する周辺導入部であり、前記アンテナは、前記誘電体窓と、前記誘電体窓の一方面に設けられたスロット板と、を備え、前記誘電体窓の他方面は、環状の第１凹部に囲まれた平坦面と、前記平坦面の重心位置を囲むように、前記平坦面内に形成された複数の第２凹部と、を有し、前記スロット板の主表面に垂直な方向からみた場合、前記スロット板におけるそれぞれのスロット内に、それぞれの前記第２凹部の重心位置が重なって位置していることを特徴とする

第２のプラズマ処理装置においては、前記ガス供給源は、第１及び第２のガス源を有し、前記第１のガス導入部は、前記誘電体窓直下のプラズマ励起領域側に設けられ、前記第２のガス導入部は、前記基板直上のプラズマ拡散領域側に設けられ、前記プラズマ励起領域は電子温度が前記プラズマ拡散領域よりも高く、前記第１及び第２のガス導入部には、前記第１のガス源からガス供給が行われ、前記第１及び／又は第２のガス導入部には、前記第２のガス源からガス供給が行われ、前記基板におけるプラズマ処理の特性を変化させるよう、前記第１及び第２のガス導入部に供給されるガス量が変化可能とされている、ことを特徴とする。

上述のプラズマ処理装置においては、前記第１のガス導入部は、前記誘電体窓の中央部に位置する中央導入口を有する中央導入部であり、前記第２のガス導入部は、前記基板上方の空間の周方向に沿って配列され、前記誘電体窓よりも下方に位置する複数の周辺導入口を有する周辺導入部であることを特徴とする。

第３のプラズマ処理装置は、前記第１のガス導入部からガス供給するステップと、前記第２のガス導入部からガス供給するステップと、を所定周期で繰り返す制御を行うことを特徴とする。

第４のプラズマ処理装置は、共通ガス源に接続される共通ガスラインと、前記共通ガスラインに設けられ、前記共通ガスラインを、第１及び第２分岐共通ガスラインに分岐し、前記第１及び第２分岐共通ガスラインを流れるガスの流量の比率を調節可能なフロースプリッタと、添加ガス源と前記第１及び第２分岐共通ガスラインの少なくとも一方とを接続する添加ガスラインと、を備え、前記ガス供給源は、前記共通ガス源と、前記添加ガス源とを備えており、前記第１のガス導入部は、前記第１分岐共通ガスラインに接続され、前記基板の中央部の上方に位置する中央導入口を有する中央導入部であり、前記第２のガス導入部は、前記第２分岐共通ガスラインに接続され、前記基板上方の空間の周方向に沿って配列され、前記誘電体窓よりも下方に位置する複数の周辺導入口を有する周辺導入部であることを特徴とする。
第５のプラズマ処理装置は、共通ガス源に接続される共通ガスラインと、前記共通ガスラインに設けられ、前記共通ガスラインを、第１及び第２分岐共通ガスラインに分岐し、前記第１及び第２分岐共通ガスラインを流れるガスの流量の比率を調節可能なフロースプリッタと、前記第１分岐共通ガスラインに接続され、台に載置される前記基板の中央部の上方に位置する前記中央導入口を有する前記中央導入部と、前記第２分岐共通ガスラインに接続され前記基板上方の空間の周方向に沿って配列され、前記誘電体窓よりも下方に位置する複数の前記周辺導入口を有する前記周辺導入部と、添加ガス源と前記第１及び第２分岐共通ガスラインの少なくとも一方とを接続する添加ガスラインと、を備えることを特徴とする。

本発明のプラズマ処理装置によれば、プラズマ処理の特性を多様に変化させることができる。

本発明の一実施形態におけるプラズマ処理装置の縦断面図である。 ガス供給源の詳細構造を示すブロック図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 スロット板近傍の構造の分解斜視図である。 スロット板の平面図である。 誘電体窓の平面図である。 スロット板と誘電体窓を組み合わせたアンテナの平面図である。 誘電体窓の断面図である。 別のスロット板の平面図である。 別の誘電体窓の平面図である。 位置Ｘ（ｍｍ）と電子濃度Ｎｅ（／ｃｍ^３）との関係を示すグラフである。 位置（ｍｍ）とエッチングレートＥＲ（ｎｍ／ｍｉｎ）の関係を示すグラフである。 位置（ｍｍ）とエッチングレートＥＲ（ｎｍ／ｍｉｎ）の関係を示すグラフである。 スロット及び凹部近傍の斜視図（ａ）及び断面図（ｂ）である。 スロットと凹部の位置関係を示す図である。 改良された中央導入部を示す図である。

以下添付図面に基づいて本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。本明細書及び図面において実質的に同一の構成要素については同一の符号を付す。

図１は、本発明の一実施形態におけるプラズマ処理装置の縦断面図である。

プラズマ処理装置１は、円筒形状の処理容器２を備える。処理容器２の天井部は誘電体からなる誘電体窓（天板）１６で塞がれる。処理容器２は、例えばアルミニウムからなり、電気的に接地される。処理容器２の内壁面は、アルミナなどの絶縁性の保護膜２ｆで被覆されている。

処理容器２の下部である底部の中央には、基板としての半導体ウェハ（以下ウェハという）Ｗを載置するための台３が設けられる。台３の上面にウェハＷが保持される。台３は、例えばアルミナや窒化アルミナ等のセラミック材からなる。台３の内部には、ヒータ５が埋め込まれ、ウェハＷを所定温度に加熱できるようになっている。ヒータ５は、支柱内に配された配線を介してヒータ電源４に接続される。

台３の上面には、台３に載置されるウェハＷを静電吸着する静電チャックＣＫが設けられる。静電チャックＣＫには、整合器ＭＧを介してバイアス用の直流或いは高周波電力を印加するバイアス用電源ＢＶが接続される。

処理容器２の底部には、台３に載置されるウェハＷの表面よりも下方の排気口１１ａから処理ガスを排気する排気管１１が設けられる。排気管１１には、圧力制御弁ＰＣＶを介して、真空ポンプなどの排気装置１０が接続される。排気装置１０は、圧力制御弁ＰＣＶを介して、処理容器２の内部に連通している。圧力制御弁ＰＣＶ及び排気装置１０によって、処理容器２内の圧力が所定の圧力に調節される。

処理容器２の天井部には気密性を確保するためのＯリングなどのシール１５を介して誘電体窓１６が設けられる。誘電体窓１６は、例えば、石英、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、あるいは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの誘電体からなり、マイクロ波に対して透過性を有する。

誘電体窓１６の上面には、円板形状のスロット板２０が設けられる。スロット板２０は、導電性を有する材質、例えばＡｇ，Ａｕ等でメッキやコーティングされた銅からなる。スロット板２０には、例えば複数のＴ字形状やＬ文形状のスロット２１が同心円状に配列されている。

スロット板２０の上面には、マイクロ波の波長を圧縮するための誘電体板２５が配置される。誘電体板２５は、例えば、石英（ＳｉＯ_２）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、あるいは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの誘電体からなる。誘電体板２５は導電性のカバー２６で覆われる。カバー２６には円環状の熱媒流路２７が設けられる。この熱媒流路２７を流れる熱媒によってカバー２６及び誘電体板２５が所定の温度に調節される。２．４５ＧＨｚの波長のマイクロ波を例にとると、真空中の波長は約１２ｃｍであり、アルミナ製の誘電体窓１６中での波長は約３〜４ｃｍとなる。

カバー２６の中央には、マイクロ波を伝播する同軸導波管３０が接続される。同軸導波管３０は、内側導体３１と外側導体３２から構成される、内側導体３１は、誘電体板２５の中央を貫通してスロット板２０の中央に接続される。

同軸導波管３０には、モード変換器３７及び矩形導波管３６を介してマイクロ波発生器３５が接続される。マイクロ波は、２．４５ＧＨｚの他、８６０ＭＨｚ，９１５ＭＨｚや８．３５ＧＨｚなどのマイクロ波を用いることができる。

マイクロ波発生器３５が発生したマイクロ波は、マイクロ波導入路としての、矩形導波管３６、モード変換器３７、同軸導波管３０、及び誘電体板２５に伝播する。誘電体板２５に伝播したマイクロ波はスロット板２０の多数のスロット２１から誘電体窓１６を介して処理容器２内に供給される。マイクロ波によって誘電体窓１６の下方に電界が形成され、処理容器２内の処理ガスがプラズマ化する。

スロット板２０に接続される内側導体３１の下端は円錐台形状に形成される。これにより、同軸導波管３０から誘電体板２５及びスロット板２０にマイクロ波が効率よく損失なく伝播される。

ラジアルラインスロットアンテナによって生成されたマイクロ波プラズマの特徴は、誘電体窓１６直下（プラズマ励起領域と呼ばれる）で生成された比較的電子温度の高いエネルギーのプラズマが拡散し、ウェハＷ直上（拡散プラズマ領域）では約１〜２ｅＶ程度の低い電子温度のプラズマとなることにある。すなわち、平行平板等のプラズマとは異なり、プラズマの電子温度の分布が誘電体窓１６からの距離の関数として明確に生ずることに特徴がある。より詳細には、誘電体窓１６直下での数ｅＶ〜約１０ｅＶの電子温度が、ウェハＷ上では約１〜２ｅＶ程度に減衰する。ウェハＷの処理はプラズマの電子温度の低い領域（拡散プラズマ領域）で行なわれるため、ウェハＷへリセス等の大きなダメージを与えることがない。プラズマの電子温度の高い領域（プラズマ励起領域）へ処理ガスが供給されると、処理ガスは容易に励起され、解離される。一方、プラズマの電子温度の低い領域（プラズマ拡散領域）へ処理ガスが供給されると、プラズマ励起領域近傍へ供給された場合に比べ、解離の程度は抑えられる。

処理容器２の天井部の誘電体窓１６中央には、ウェハＷの中心部に処理ガスを導入する中央導入部５５が設けられる。同軸導波管３０の内側導体３１には、処理ガスの供給路５２が形成される。中央導入部５５は供給路５２に接続される。

中央導入部５５は、誘電体窓１６の中央に設けられた円筒形状の空間部４３（図８参照）に嵌め込まれる円柱形状のブロック５７と、同軸導波管３０の内側導体３１の下面とブロック５７の上面との間に適当な間隔を持って空けられたガス溜め部６０と、先端部にガス噴出用の開口５９を有する円柱状空間が連続したテーパ状の空間部１４３ａ（図８参照）から構成される。ブロック５７は、例えばアルミニウムなどの導電性材料からなり、電気的に接地されている。ブロック５７には上下方向に貫通する複数の中央導入口５８（図３参照）が形成される。

図３では、中央導入口５８が観察できるように、ガス噴出用の開口５９を実際よりも大きく示してある。なお、空間部１４３ａの形状は、テーパ状に限られるものではなく、単なる円柱形状でもよく、この場合には、ガス噴出用の開口５９の寸法は図３のように大きくなる。中央導入口５８の平面形状は、必要なコンダクタンス等を考慮して真円又は長孔に形成される。アルミニウム製のブロック５７は、陽極酸化被膜アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）等でコーティングされる。

内側導体３１を貫通する供給路５２からガス溜め部６０に供給された処理ガスは、ガス溜め部６０内を拡散した後、ブロック５７の複数の中央導入口５８から下方にかつウェハＷの中心部に向かって噴射される。

処理容器２の内部には、ウェハＷの上方の周辺を囲むように、ウェハＷの周辺部に処理ガスを供給するリング形状の周辺導入部６１が配置される。周辺導入部６１は、天井部に配置される中央導入口５８よりも下方であって、かつ台３に載置されたウェハＷよりも上方に配置される。周辺導入部６１は中空のパイプを環状にしたものであり、その内周側には周方向に一定の間隔を空けて複数の周辺導入口６２が空けられる。周辺導入口６２は、周辺導入部６１の中心に向かって処理ガスを噴射する。周辺導入部６１は、例えば、石英からなる。処理容器２の側面には、ステンレス製の供給路５３が貫通する。供給路５３は周辺導入部６１に接続される。供給路５３から周辺導入部６１の内部に供給された処理ガスは、周辺導入部６１の内部の空間を拡散した後、複数の周辺導入口６２から周辺導入部６１の内側に向かって噴射される。複数の周辺導入口６２から噴射された処理ガスはウェハＷの周辺上部に供給される。なお、リング形状の周辺導入部６１を設ける替わりに、処理容器２の内側面に複数の周辺導入口６２を形成してもよい。

図２は、ガス供給源の詳細構造を示すブロック図である。

処理容器２内に処理ガスを供給するガス供給源１００は、共通ガス源４１及び添加ガス源４２から構成される。共通ガス源４１及び添加ガス源４２は、プラズマエッチング処理、プラズマＣＶＤ処理に応じた処理ガスを供給する。

共通ガス源４１には共通ガスライン４５が接続されており、共通ガスライン４５はフロースプリッタ４４に接続されている。フロースプリッタ４４は、共通ガスライン４５に設けられ、共通ガスライン４５を、第１及び第２分岐共通ガスライン４６，４７に分岐する。フロースプリッタ４４は、第１及び第２分岐共通ガスライン４６，４７を流れるガスの流量の比率を調節可能である。ここで、第１分岐共通ガスライン４６は、供給路５２を介して中央導入部５５（図１参照）に接続されており、中央導入部５５に中央導入ガスＧｃを供給する。また、第２分岐共通ガスライン４７は、供給路５３を介して周辺導入部６１（図１参照）に接続されており、周辺導入部６１に周辺導入ガスＧｐを供給する。

添加ガス源４２は、添加ガスライン４８を介して、第２分岐共通ガスライン４７に接続されている。なお、添加ガス源４２は、添加ガスライン４８’を介して、第１分岐共通ガスライン４６に接続することもできる。また、添加ガス源４２は、添加ガスライン４８、４８’を介して、双方の分岐共通ガスライン４６、４７に接続してもよい。

共通ガス源４１は、複数のガスＧ_１１、Ｇ_１２、Ｇ_１３、Ｇ_１ｘを有しており、各ガスの流量を制御する流量制御バルブ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ、４１ｘが設けられている。流量制御バルブ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ、４１ｘに接続されるラインの前後には、ライン通路の開閉を行うバルブＶが設けられている。流量制御バルブ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ、４１ｘは、それぞれのバルブＶを介して、共通ガスライン４５に接続されている。

添加ガス源４２は、複数の添加ガスＧ_２１、Ｇ_２２、Ｇ_２３、Ｇ_２ｘを有しており、各ガスの流量を制御する流量制御バルブ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ、４２ｘが設けられている。流量制御バルブ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ、４２ｘに接続されるラインの前後には、ライン通路の開閉を行うバルブＶが設けられている。流量制御バルブ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ、４２ｘは、それぞれのバルブＶを介して、添加ガスライン４８に接続されている。

図１に示したコントローラＣＯＮＴは、ガス供給源における各種バルブＶと共に、流量制御バルブ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ、４１ｘ、４２ａ，４２ｂ，４２ｃ、４２ｘを制御し、最終的に分岐共通ガスライン４６，４７にそれぞれ流れるガスＧｃ、Ｇｐに含まれる特定ガスの分圧比を制御する。コントローラＣＯＮＴは、各ガスの流量を調節し、フロースプリッタ４４に供給される共通ガスのガス種毎の流量・分圧を決定している。この装置では、ウェハＷの中心部分に供給される中央導入ガスＧｃと、周辺部分に供給される周辺導入ガスＧｐのガス種毎の分圧やガス種自体を変化させることができるので、プラズマ処理の特性を多様に変化させることができる。

共通ガス源４１に用いられるガスＧ_１ｘとしては、希ガス（Ａｒなど）を用いることができるが、その他の添加ガスを用いることもできる。

また、ポリシリコン等のシリコン系の膜をエッチングするときは、添加ガスＧ_２１、Ｇ_２２、Ｇ_２３として、Ａｒガス、ＨＢｒガス（又はＣｌ_２ガス）、Ｏ_２ガスを供給し、ＳｉＯ_２等の酸化膜をエッチングするときは、添加ガスＧ_２１、Ｇ_２２、Ｇ_２３、Ｇ_２ｘとして、Ａｒガス、ＣＨＦ系ガス、ＣＦ系ガス、Ｏ_２ガスを供給し、ＳｉＮ等の窒化膜をエッチングするときは、添加ガスＧ_２１、Ｇ_２２、Ｇ_２３、Ｇ_２ｘとしてＡｒガス、ＣＦ系ガス、ＣＨＦ系ガス、Ｏ_２ガスを供給する。

なお、ＣＨＦ系ガスとしてはＣＨ_３（ＣＨ_２）_３ＣＨ_２Ｆ、ＣＨ_３（ＣＨ_２）_４ＣＨ_２Ｆ、ＣＨ_３（ＣＨ_２）_７ＣＨ_２Ｆ、ＣＨＣＨ_３Ｆ_２、ＣＨＦ_３、ＣＨ_３Ｆ及びＣＨ_２Ｆ_２などを挙げることができる。

ＣＦ系ガスとしては、Ｃ（ＣＦ_３）_４、Ｃ（Ｃ_２Ｆ_５）_４、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_２Ｆ_２、及びＣ_５Ｆ_８などを挙げることができるが、エッチングに適した解離種が得られるという観点から、Ｃ_５Ｆ_８が好ましい。

この装置では、共通ガス源４１と添加ガス源４２で同じ種類のガスを供給することもできるし、共通ガス源４１と添加ガス源４２とで違う種類のガスを供給することもできる。

エッチングガスの解離を抑制するためには、共通ガス源４１からプラズマ励起用ガスを供給し、添加ガス源４２からエッチングガスを供給してもよい。例えば、シリコン系の膜をエッチングするときは、共通ガス源４１からプラズマ励起用ガスとしてＡｒガスのみを供給し、添加ガス源４２からエッチングガスとしてＨＢｒガス、Ｏ_２ガスのみを供給する等である。

共通ガス源４１はさらに、Ｏ_２、ＳＦ_６等のクリーニングガスその他の共通ガスを供給する。

ここで、均一なプラズマの生成、面内均一なウェハＷの処理を目的とし、フロースプリッタ４４によって共通ガスの分岐比率を調節し、中央導入口５８（図３参照）及び周辺導入部６１（図１参照）からのガス導入量を調節する技術をＲＤＣ（Ｒａｄｉｃａｌ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）と呼ぶ。ＲＤＣは、中央導入口５８からのガス導入量と周辺導入部６１からのガス導入量との比により表わされる。中央導入部５５及び周辺導入部６１に導入するガス種が共通である場合が、一般的なＲＤＣである。最適なＲＤＣ値は、エッチング対象の膜種や種々の条件により実験的に決定される。一方、さらに添加ガスを中央導入部５５または周辺導入部６１へ供給するものを、ＡＲＤＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｒａｄｉｃａｌ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）と呼ぶ。

エッチング処理では、エッチングに従い副生成物（エッチングされた残渣や堆積物）が生成する。そのため、処理容器２内でのガス流れを改善し、副生成物の処理容器外への排出を促進するため、中央導入部５５からのガス導入と周辺導入部６１からのガス導入とを交互に行うことが検討されている。これは、ＲＤＣ値を時間的に切り替えることにより実現可能である。例えば、ウェハＷの中心部分に多くのガスを導入するステップと、周辺部に多くのガスを導入するステップを所定周期で繰り返し、気流を調節することによって、処理容器２から副生成物を掃き出すことにより均一なエッチングレートを達成しようとするものである。

図４は、スロット板近傍の構造の分解斜視図である。

誘電体窓１６の下面（凹部の設けられた面）は、処理容器２の側壁の一部を構成する環状部材１９の表面上に載せるようにしてプラズマ処理装置１１に取り付けられる。誘電体窓１６の上側の面上には、スロット板２０が設けられ、スロット板２０上に誘電体板２５が設けられる。誘電体窓１６、スロット板２０、及び誘電体板２５の平面形状は円形であって、これらの中心位置は、同軸（Ｚ軸）上に位置している。

なお、スロット板２０は様々なパターンを有するスロットを有しており、同図では、説明の明確化のため、スロット板２０にはスロットの記載を省略し、代わりに図５に記載している。

図５は、スロット板２０の平面図である。

スロット板２０は、薄板状であって、円板状である。スロット板２０の板厚方向の両面は、それぞれ平らである。スロット板２０には、板厚方向に貫通する複数のスロット１３２が複数設けられている。スロット１３２は、一方方向に長い第１スロット１３３と、第１スロット１３３と直交する方向に長い第２スロット１３４とが、隣り合って一対となるように形成されている。具体的には、隣り合う２つのスロット１３３、１３４が一対となって、中心部が途切れた略Ｌ字状となるように配置されて構成されている。すなわち、スロット板２０は、一方方向に延びる第１スロット１３３および一方方向に対して垂直な方向に延びる第２スロット１３４から構成されるスロット対１４０を有する構成である。なお、スロット対１４０の一例については、図５中の点線で示す領域で図示している。

この実施形態においては、第１スロット１３３の開口幅、すなわち、第１スロット１３３のうち、長手方向に延びる一方側の壁部１３０ａと長手方向に延びる他方側の壁部１３０ｂとの間の長さＷ_１は、１２ｍｍとなるように構成されている。一方、図５中の長さＷ_２ で示す第１スロット１３３の長手方向の長さ、すなわち、第１スロット１３３の長手方向の一方側の端部１３０ｃと第１スロット１３３の長手方向の他方側の端部１３０ｄとの間の長さＷ_２は、３５ｍｍとなるように構成されている。これらの幅Ｗ_１、Ｗ_２は±１０％の変更を許容することができるが、これ以外の範囲であっても、装置としては機能する。第１スロット１３３について、長手方向の長さに対する短手方向の長さの比Ｗ１／Ｗ２は、１２／３５＝０．３４であって、約１／３である。第１スロット１３３の開口形状と第２スロット１３４の開口形状とは、同じである。すなわち、第２スロット１３４は、第１スロット１３３を９０度回転させたものである。なお、スロットという長孔を構成するに際し、長さの比Ｗ１／Ｗ２については、１未満となる。

スロット対１４０は、内周側に配置される内周側スロット対群１３５と、外周側に配置される外周側スロット対群１３６とに大別される。内周側スロット対群１３５は、図５中の一点鎖線で示す仮想円の内側領域に設けられた７対のスロット対１４０である。外周側スロット対群１３６は、図５中の一点鎖線で示す仮想円の外側領域に設けられた２８対のスロット対１４０である。内周側スロット対群１３５において、７対のスロット対１４０はそれぞれ、周方向に等間隔に配置されている。

このように構成することにより、円形ディンプルからなる第２凹部が設けられた位置に対応する位置に、内周側スロット対群１３５に配置される７対のスロット対１４０の一方のスロットをそれぞれ配置して位置を合わせることができる。外周側スロット対群１３６において２８対のスロット対１４０はそれぞれ、周方向に等間隔に配置されている。スロット板２０の径方向の中央にも、貫通孔１３７が設けられている。

なお、外周側スロット対群１３６の外径側の領域には、スロット板２０の周方向の位置決めを容易にするために、板厚方向に貫通するようにして基準孔１３９が設けられている。すなわち、この基準孔１３９の位置を目印にして、処理容器２や誘電体窓１６に対するスロット板２０の周方向の位置決めを行なう。スロット板２０は、基準孔１３９を除いて、径方向の中心１３８を中心とした回転対称性を有する。

なお、外周側スロット対群１３６を構成する各スロット対は、スロット１３３’及び１３４’からなり、これらの位置及び構造は、これらが外周に位置している点を除いて、スロット１３３及び１３４の位置及び構造と同一である。

また、スロット板２０の構造について詳説すれば、スロット板２０の重心位置１３８から第１距離Ｒ１（円Ｒ１で示す）に位置する第１スロット群１３３と、重心位置１３８から第２距離Ｒ２（円Ｒ１で示す）に位置する第２スロット群１３４と、重心位置１３８から第３距離Ｒ３（円Ｒ３で示す）に位置する第３スロット群１３３’と、重心位置１３８から第４距離Ｒ４（円Ｒ４で示す）に位置する第４スロット群１３４’を備えている。

ここで、第１距離Ｒ１＜第２距離Ｒ２＜第３距離Ｒ３＜第４距離Ｒ４の関係を満たしている。対象となるスロット（１３３，１３４，１３３’，１３４’のいずれか）に向けてスロット板の重心位置１４８から延びた径（線分Ｒ）と、このスロットの長手方向の成す角度は、第１乃至第４スロット群１３３，１３４，１３３’，１３４’におけるそれぞれのスロット群毎に同一である。

スロット板２０の重心位置１３８から延びる同じ径（線分Ｒ）上に位置する第１スロット群のスロット１３３と、第２スロット群のスロット１３４は、異なる方向に延びており（本例では直交している）、スロット板２０の重心位置１３８から延びる同じ径（線分Ｒ）上に位置する第３スロット群のスロット１３３’と、第４スロット群のスロット１３４’は、異なる方向に延びている（本例では直交している）。第１スロット群のスロット１３３の数と第２スロット群のスロット１３４の数は、同一の数Ｎ１であり、第３スロット群のスロット１３３’の数と第４スロット群のスロット１３４’の数は、同一の数Ｎ２である。

ここで、Ｎ２はＮ１の整数倍であり、面内対称性の高いプラズマを発生することが可能である。

図６は、誘電体窓の平面図であり、図８は、誘電体窓の断面図である。

誘電体窓１６は、略円板状であって、所定の板厚を有する。誘電体窓１６は、誘電体で構成されており、誘電体窓１６の具体的な材質としては、石英やアルミナ等が挙げられる。誘電体窓１６の上面１５９上には、スロット板２０が設けられる。

誘電体窓１６の径方向の中央には、板厚方向、すなわち、紙面上下方向に貫通する貫通孔１４２が設けられている。貫通孔１４２のうち、下側領域は中央導入部５５におけるガス供給口となり、上側領域は、中央導入部５５のブロック５７が配置される凹部１４３となる。なお、誘電体窓１６の径方向の中心軸１４４ａを、図８中の一点鎖線で示す。

誘電体窓１６のうち、プラズマ処理装置に備えられた際にプラズマを生成する側となる下側の平坦面１４６の径方向外側領域には、環状に連なり、誘電体窓１６の板厚方向内方側に向かってテーパ状に凹む環状の第１凹部１４７が設けられている。平坦面１４６は、誘電体窓１６の径方向の中央領域に設けられている。この中央の平坦面１４６には、円形の第２凹部１５３ａ〜１５３ｇが周方向に沿って等間隔に形成されている。環状の第１凹部１４７は、平坦面１４６の外径領域から外径側に向かってテーパ状、具体的には、平坦面１４６に対して傾斜する内側テーパ面１４８、内側テーパ面１４８から外径側に向かって径方向に真直ぐ、すなわち、平坦面１４６と平行に延びる平坦な底面１４９、底面１４９から外径側に向かってテーパ状、具体的には、底面１４９に対して傾斜して延びる外側テーパ面１５０から構成されている。

テーパの角度、すなわち、例えば、底面１４９に対して内側テーパ面が延びる方向で規定される角度や底面１４９に対して外側テーパ面５０が延びる方向で規定される角度については、任意に定められ、この実施形態においては、周方向のいずれの位置においても同じように構成されている。内側テーパ面１４８、底面１４９、外側テーパ面１５０はそれぞれ滑らかな曲面で連なるように形成されている。なお、外側テーパ面１５０の外径領域は、外径側に向かって径方向に真直ぐ、すなわち、平坦面１４６と平行に延びる外周平面１５２が設けられている。この外周平面１５２が誘電体窓１６の支持面となる。

すなわち、誘電体窓１６は、外周平面１５２を環状部材１９（図４参照）の内径側領域において設けられた上部側の端面に載置するようにして、処理容器２に取り付けられる。

環状の第１凹部１４７により、誘電体窓１６の径方向外側領域において、誘電体窓１６の厚みを連続的に変化させる領域を形成して、プラズマを生成する種々のプロセス条件に適した誘電体窓１６の厚みを有する共振領域を形成することができる。そうすると、種々のプロセス条件に応じて、径方向外側領域におけるプラズマの高い安定性を確保することができる。

ここで、誘電体窓１６のうち、環状の第１凹部１４７の径方向内側領域には、平坦面１４６から板厚方向内方側に向かって凹む第２凹部１５３（１５３ａ〜１５３ｇ）が設けられている。第２凹部１５３の平面形状は円形であり、内側の側面は円筒面を構成し、底面は平坦である。円形は無限の角部を有する多角形であるので、第２凹部１５３の平面形状は、有限の角部を有する多角形とすることも可能であると考えられ、マイクロ波導入時において、凹部内においてプラズマが発生するものと考えられるが、平面形状が円形である場合には、中心からの形状の等価性が高いため、安定したプラズマが発生する。

第２凹部１５３は、この実施形態においては、合計７つ設けられており、内側のスロット対の数と同一である。７つの第２凹部１５３ａ、１５３ｂ、１５３ｃ、１５３ｄ、１５３ｅ、１５３ｆ、１５３ｇの形状はそれぞれ等しい。すなわち、第２凹部１５３ａ〜１５３ｇの凹み方やその大きさ、穴の径等については、それぞれ等しく構成されている。７つの第２凹部１５３ａ〜１５３ｇは、誘電体窓１６の径方向の重心１５６を中心として、回転対称性を有するように、それぞれ間隔を空けて配置されている。丸穴状の７つの第２凹部１５３ａ〜１５３ｆの中心１５７ａ、１５７ｂ、１５７ｃ、１５７ｄ、１５７ｅ、１５７ｆ、１５７ｇは、それぞれ、誘電体窓１６の板厚方向から見た場合に、誘電体窓１６の径方向の中心１５６を中心とした円１５８上に位置している。すなわち、誘電体窓１６を径方向の中心１５６を中心として、５１．４２度（＝３６０度／７）回転させた場合に、回転させる前と同じ形状となるよう構成されている。円１５８は、図４において、一点鎖線で示しており、円１５８の直径は１５４ｍｍ、第２凹部１５３ａ〜１５３ｇの直径は３０ｍｍである。

第２凹部１５３（１５３ａ〜１５３ｇ）の深さ、すなわち、図８中の長さＬ３で示す平坦面１４６と底面１５５との間の距離は、適切に定められ、この実施形態においては３２ｍｍとしている。凹部１５３の直径、及び、凹部１５３の底面から誘電体窓の上面までの距離は、これに導入されるマイクロ波の波長λｇの４分の１に設定される。なお、この実施形態においては、誘電体窓１６の直径は約４６０ｍｍである。なお、上記円１５８の直径、凹部１５３の直径、誘電体窓１６の直径、及び凹部１５３の深さは±１０％の変更を許容することもできるが、本装置が動作する条件はこれに限定されるものではなく、プラズマが凹部内に閉じ込められれば装置としては機能する。センターに近い凹部の直径や深さの値が大きくなると、センター側の方が周囲よりもプラズマ密度が大きくなるため、これらのバランスを調整することもできる。

この第２凹部１５３ａ〜１５３ｇにより、マイクロ波の電界を当該凹部内に集中させることができ、誘電体窓１６の径方向内側領域において、強固なモード固定を行なうことができる。この場合、プロセス条件が種々変更されても、径方向内側領域における強固なモード固定の領域を確保することができ、安定で均一なプラズマを発生させることができ、基板処理量の面内均一性を高めることが可能となる。特に、第２凹部１５３ａ〜１５３ｇは、回転対称性を有するため、誘電体窓１６の径方向内側領域において強固なモード固定の高い軸対称性を確保することができ、生成するプラズマにおいても、高い軸対称性を有する。

以上より、このような構成の誘電体窓１６は、広いプロセスマージンを有すると共に、生成するプラズマが高い軸対称性を有する。

図７は、スロット板と誘電体窓を組み合わせたアンテナの平面図である。同図は、図１におけるＺ軸に沿って、ラジアルラインスロットアンテナを下側から見た図である。

平面視において、外側のテーパ面１５０と第４スロット群（内側から４番目のスロット群）に属するスロット１３４’とは一部分が重なっている。また、環状の平坦な底面１４９と第３スロット群（内側から３番目のスロット群）に属するスロット１３３’とは重なっている。

また、平面視において、内側のテーパ面と第２スロット群（内側から２番目のスロット群）に属するスロット１３４とは重なっている。また、最も内側の第１スロット群に属するスロット１３３は、全て平坦面１４６上に位置している。更に、第２凹部１５３の重心位置は、スロット１３３と重複している。

図１４は、スロット１３３及び凹部１５３の近傍の斜視図（ａ）及び断面図（ｂ）である。

図１４（ａ）に示すように、凹部１５３の直上にスロット１３３が位置しており、マイクロ波導入時において、スロット１３３の幅方向に発生する電界によって、凹部１５３内にプラズマＰＳが発生する（図１４（ｂ））。

図１５は、スロットと第２凹部の位置関係を示す図である。

図１５（ａ）では、凹部１５３の重心Ｇ２の位置を、スロット１３３からの電界Ｅが選択的に導入される位置に設定した場合を示している。マイクロ波の導入によって、電界Ｅはスロット１３３，１３４の幅方向に発生する。本例では、スロット１３３の重心位置Ｇ１と第２凹部１５３の重心位置Ｇ２とが一致し、スロット１３３内に、第２凹部１５３の重心位置Ｇ２が重なって位置している。この場合は、第２凹部１５３にプラズマが確実に固定されるため、プラズマの揺らぎは少なく、各種の条件変化に対してもプラズマの面内変動が少なくなる。特に、凹部１５３の形成されている位置が中央の平坦面１４６（図７参照）上であるため、１つの凹部１５３周囲の面の等価性が高く、プラズマの固定度合いが高くなる。

一方、図１５（ｂ）では、凹部１５３の重心位置Ｇ２の位置を、双方のスロット１３３，１３４からの電界Ｅが導入される位置に設定した場合を示している。換言すれば、図１５（ｂ）においては、スロット１３３の重心位置Ｇ１と第２凹部１５３の重心Ｇ２とは離間し、スロット１３３内に、第２凹部１５３の重心位置Ｇ２が重なって位置していない場合を示している。この場合は、図１５（ａ）の場合よりも、凹部１５３内にマイクロ波が入りにくく、したがってプラズマ密度が下がり、プラズマの発生に揺らぎが生じる場合がある。

次に、別のスロット板について説明する。

図９は、別のスロット板の平面図である。

このスロット板は、上述のものよりもスロットの数を減少させ、スロット１６７の開口幅を狭くしたスロット板２０を板厚方向から見た図である。スロット１６７の開口幅、すなわち、スロット１６７のうち、長手方向に延びる一方側の壁部１６８ａと長手方向に延びる他方側の壁部１６８ｂとの間の長さＷ_３は、６ｍｍとなるように構成されている。この長さＷ_３は、上述のスロット板のスロット１３３の場合の長さＷ_１の約半分である。

一方、長さＷ_４で示すスロット１６７の長手方向の長さ、すなわち、スロット１６７の長手方向の一方側の端部１６８ｃとスロット１６７の長手方向の他方側の端部１６８ｄとの間の長さＷ_４は、５０ｍｍとなるように構成されている。この長さＷ_４は、上述のスロット板に設けられるスロット１３３の場合の長さＷ_２と同じである。スロット１６７について、長手方向の長さに対する短手方向の長さの比Ｗ_３／Ｗ_４は、６／５０であり、約１／８である。その他のスロットの構成等については、図５に示すスロット板２０と同様であるため、その説明を省略する。

ここで、スロットの開口形状については、幅広になるほど、導入されるマイクロ波の電界が低下するが、周方向のずれに強いものとなる。

スロットの開口幅が狭くなれば、それだけマイクロ波を強く放射することができるが、スロット板の取り付けにおけるスロットの位置が周方向にずれや、マイクロ波の伝播の乱れによって、マイクロ波の放射が極端に弱くなる場合がある。一方、スロットの開口幅が広くなれば、マイクロ波の放射は全体として弱くなるが、スロット板の取り付けにおける周方向のスロットの位置のずれや、マイクロ波の伝播の乱れに対応して、極端に弱くならずにマイクロ波を放射することができる。すなわち、プラズマの開口幅が広いほど、プラズマの安定性が高くなる。

図１０は、比較例に係る誘電体窓の平面図である。

比較例に係る誘電体窓１６は、平坦面１４６上に形成された第２凹部が存在しない。

図１１は、位置Ｘ（ｍｍ）と電子濃度Ｎｅ（／ｃｍ^３）との関係を示すグラフである。

グラフ内の実施例１は、図１に装置において、図７に示したアンテナを用い、これにマイクロ波（１０００Ｗ）を導入した場合のデータを示し、実施例２は、図７に示したアンテナを用い、これにマイクロ波（２０００Ｗ）を導入した場合のデータを示し、比較例は、図１０に示した誘電体窓１６に、図９のスロット板２０を組み合わせ、これにマイクロ波（１５００Ｗ）を導入した場合のデータを示している。中央導入部から、ＡｒとＯ_２を１：１の比率で導入し、処理容器内圧力を１０ｍ（Ｔｏｒｒ）＝１．３Ｐａに設定した。

いずれのデータの場合も、アンテナの中心からの位置Ｘが大きくなると、発生するプラズマの電子濃度Ｎｅ（／ｃｍ^３）が下がる傾向にあるが、実施例１，２の場合には、中央に近い領域では電子濃度はフラットであり、且つ、左右の対称性も比較例よりも高い。これは、環状の第１凹部のみならず、第２凹部にプラズマが良好に固定されることを間接的に示しており、上述の構造が、安定で均一なプラズマの発生に有効であることが確認された。

図１２は、位置（ｍｍ）とエッチングレートＥＲ（ｎｍ／ｍｉｎ）の関係を示すグラフである。エッチング対象物は、ＳｉＯ_２である。このグラフでは、Ｘ軸、Ｙ軸のほかに、これらとそれぞれ４５度を成す軸Ｖ軸、Ｗ軸を示している。

図１２（ａ）は、上記比較例のアンテナを用いた場合のデータを示している。処理容器内圧力１０ｍ（Ｔｏｒｒ）＝１．３Ｐａ、マイクロ波パワー２０００（Ｗ）、Ａｒ／Ｃ_５Ｆ_８の流量を６００／１０（ｓｃｃｍ）とし、Ａｒガスは中央導入部から２０％、周辺導入部から８０％を導入し、１０ｓｃｃｍのＣ_５Ｆ_８は周辺導入部から処理容器内に導入した。エッチングレートＥＲの平均は７１ｎｍ／ｍｉｎ、標準偏差Σは９．１％である。

図１２（ｂ）は、図７のアンテナを用いた場合のデータを示している。処理容器内圧力１．３Ｐａ、マイクロ波パワー２０００（Ｗ）、Ａｒ／Ｃ_５Ｆ_８の全体の流量を６００／１０（ｓｃｃｍ）とし、これらの混合ガスを２０％：８０％で分岐して、それぞれ中央導入部と周辺導入部から処理容器内に導入した。エッチングレートＥＲの平均は７０ｎｍ／ｍｉｎ、標準偏差Σは４．７％である。

図１２（ｃ）は、図７のアンテナを用いた場合のデータを示している。処理容器内圧力１．３Ｐａ、マイクロ波パワー２０００（Ｗ）、Ａｒ／Ｃ_５Ｆ_８の全体の流量を６００／１０（ｓｃｃｍ）とし、中心導入部からＡｒを１２２（ｓｃｃｍ）、周辺導入部からはＡｒ／Ｃ_５Ｆ_８を４７８／１０（ｓｃｃｍ）供給した。エッチングレートＥＲの平均は６９ｎｍ／ｍｉｎ、標準偏差Σは３．１％である。

図１３は、位置（ｍｍ）とエッチングレートＥＲ（ｎｍ／ｍｉｎ）の関係を示すグラフである。エッチング対象物は、ＳｉＮである。このグラフでは、Ｘ軸、Ｙ軸のほかに、これらとそれぞれ４５度を成す軸Ｖ軸、Ｗ軸を示している。

図１３（ａ）は、上記比較例のアンテナを用いた場合のデータを示している。処理容器内圧力１０ｍ（Ｔｏｒｒ）＝１．３Ｐａ、マイクロ波パワー２０００（Ｗ）、Ａｒ／Ｃ_５Ｆ_８の流量を６００／１０（ｓｃｃｍ）としている。Ａｒガスは中央導入部から２０％、周辺導入部から８０％を導入し、１０ｓｃｃｍのＣ_５Ｆ_８は周辺導入部から処理容器内に導入した。エッチングレートＥＲの平均は１１ｎｍ／ｍｉｎ、標準偏差Σは２９．１％である。ＳｉＯ_２のＳｉＮに対するエッチングの選択比は６．２３である。

図１３（ｂ）は、図７のアンテナを用いた場合のデータを示している。処理容器内圧力１．３Ｐａ、マイクロ波パワー２０００（Ｗ）、Ａｒ／Ｃ_５Ｆ_８の全体の流量を６００／１０（ｓｃｃｍ）とし、これらの混合ガスを２０％：８０％で分岐して、それぞれ中央導入部と周辺導入部から処理容器内に導入した。エッチングレートＥＲの平均は１３ｎｍ／ｍｉｎ、標準偏差Σは２４．６％である。ＳｉＯ_２のＳｉＮに対するエッチングの選択比は５．２８である。

図１３（ｃ）は、図７のアンテナを用いた場合のデータを示している。処理容器内圧力１．３Ｐａ、マイクロ波パワー２０００（Ｗ）、Ａｒ／Ｃ_５Ｆ_８の全体の流量を６００／１０（ｓｃｃｍ）とし、中心導入部からＡｒを１２２（ｓｃｃｍ）、周辺導入部からはＡｒ／Ｃ_５Ｆ_８を４７８／１０（ｓｃｃｍ）供給した。エッチングレートＥＲの平均は１１ｎｍ／ｍｉｎ、標準偏差Σは１６．５％である。ＳｉＯ_２のＳｉＮに対するエッチングの選択比は６．２８である。

以上のように、図７に示したアンテナを用いた場合、いずれの膜のエッチングにおいても、標準偏差Σを小さくすることができ、選択比の高いエッチングを行うことも可能である。また、エッチング対象の物質をシリコンや有機材料に変更した場合も、同様の結果が得られた。特に、ガス種として、Ｃ_５Ｆ_８を用いた場合、その解離状態を制御し、エッチングに適した種を得ることができるため、高精度でエッチングが可能となる。プラズマ処理装置における解離は、τ×Ｎｅ×（σ×ｖ）に依存する。τはプラズマ内への滞在時間（ｓｅｃ）、Ｎｅはプラズマの電子濃度（／ｃｍ^３）、σは解離断面積（ｃｍ^２）、ｖは電子速度（ｍ／ｓｅｃ）である。

なお、ｃ−Ｃ_４Ｆ_８とＬ−Ｃ_４Ｆ_８も解離過程が異なる。ｃ−Ｃ_４Ｆ_８は容易に分解して多くのラジカルと高分子重合物からなる膜を生成するが、Ｌ−Ｃ_４Ｆ_８は２つのＣＦ_３ＣＦに解離して、緻密な膜を形成する。ｃは環状、Ｌは直鎖状であることを示す。

以上、説明したように、上述のアンテナは、誘電体窓１６と、誘電体窓１６の一方面に設けられたスロット板２０とを備え、誘電体窓１６の他方面は、環状の第１凹部に囲まれた平坦面１４６と、平坦面１４６の重心位置を囲むように、平坦面１４６内に形成された複数の第２凹部１５３とを有している。また、スロット板２０の主表面に垂直な方向からみた場合、スロット板２０におけるそれぞれのスロット１３３内に、それぞれの第２凹部１５３の重心位置が重なって位置している。このアンテナを用いた場合、均一性の高いプラズマを発生させることができ、したがって、これを用いたプラズマ処理装置において、処理量の面内均一性を高くすることができる。このようなプラズマ処理装置は、エッチングのみならず、膜の堆積にも用いることができる。

また、上述のプラズマ処理方法は、共通ガス源は、希ガス（Ａｒ）を有しており、添加ガス源は、Ｃ_５Ｆ_８を有しており、マイクロ波発生器から、マイクロ波導入路を介して、スロット板にマイクロ波を供給して誘電体窓の他方面側にプラズマを発生させ、共通ガス源から、第１分岐共通ガスラインを介して、中央導入部に、希ガス（Ａｒ）を供給し、更に、添加ガス源から、第２分岐共通ガスラインを介して、周辺導入部に、Ｃ_５Ｆ_８を供給することで、台上の基板をエッチングするなどの処理している。このプラズマ処理方法は、表面処理量の面内均一性を高くすることができる。

なお、図１２（ｃ）、図１３（ｃ）に示す方法は、流量比を中心導入部と周辺導入部で変更しつつ、周辺導入部へ供給される添加ガス量を清書している。すなわち、これらのプラズマ処理を実現するプラズマ処理装置は、図１及び図２に示されるように、共通ガス源４１に接続される共通ガスライン４５と、共通ガスライン４５に設けられ、共通ガスライン４５を、第１及び第２分岐共通ガスライン４６，４７に分岐し、第１及び第２分岐共通ガスライン４６，４７を流れるガスの流量の比率を調節可能なフロースプリッタ４４と、第１分岐共通ガスライン４６，４７に接続され、台３に載置される基板の中央部の上方に位置する中央導入口を有する中央導入部５５と、第２分岐共通ガスライン４７に接続され基板上方の空間の周方向に沿って配列され、誘電体窓１６よりも下方に位置する複数の周辺導入口６２を有する周辺導入部６１と、添加ガス源４２と第１及び第２分岐共通ガスライン４６，４７の少なくとも一方とを接続する添加ガスライン４８（４８’）とを備えており、各ガスラインの流量を制御することにより、基板表面処理量の面内均一性を高くすることができる。

図１６は、改良された中央導入部を示す図であり、同図は、図１において点線Ａで囲まれた領域の改良部分を示している。

図１６に示すように、略円板状の誘電体窓１６には、軸線Ｘに沿って延びる貫通孔１６ａが形成されている。誘電体窓１６には、軸線Ｘ方向に沿って略一定の直径を有する貫通孔１６ａが形成されている。この貫通孔１６ａは、下方に向けてその径が小さくなるテーパ形状を有し得る。誘電体窓１６においては、貫通孔１６ａの上方に空間１６ｓが形成されている。空間１６ｓは、例えば、軸線Ｘ中心に延びる誘電体窓１６の内周面１６ｂ及び底面１６ｃによって画成される。また、誘電体窓１６には、空間１６ｓの下側周縁に連続する環状の溝１６ｇが形成されている。

ガスの供給路（配管部材）５２は、金属製の部材であり、例えば、ステンレス鋼によって構成される。供給路５２は、第１の部分５２ａ、第２の部分５２ｂ、及び第３の部分５２ｃを含んでいる。第１の部分５２ａは、軸線Ｘに沿って延在する管であり、内側導体３１の内孔の中に挿入されている。

第２の部分５２ｂは、第１の部分５２ａの下方において当該第１の部分５２ａに連続している。第２の部分５２ｂは、第１の部分５２ａの直径より大きい直径を有する。第２の部分５２ｂには、第１の部分５２ａの内孔に連続する孔が設けられている。この第２の部分５２ｂは、スロット板２０を内側導体３１の下端と当該第２の部分５２ｂの間に狭持している。

第３の部分５２ｃは、第２の部分５２ｂの下側周縁に連続して下方に延在しており、環形状を有している。第３の部分５２ｃの下端部分は、上述した溝１６ｇ内に収容されている。

インジェクタ２２Ａは、誘電体製であり、誘電体窓１６と一体成形され、又は、別部材として誘電体窓１６に接合される。インジェクタ２２Ａは、誘電体窓１６の中心部に位置し、実効的な領域が略円板形状を有している。インジェクタ２２Ａは、一体成形の場合には誘電体窓１６と同じ材料からなり、別部材を接合する場合も同一材料とすることができる。誘電体窓１６とインジェクタ２２Ａとが、一体形成されている場合、インジェクタ２２Ａと誘電体窓１６Ａの間の間隙の発生がより確実に防止される。インジェクタ２２Ａは、バルク誘電体材料から構成され得る。上記接合には、例えば、拡散接合が用いられ得る。インジェクタ２２Ａを構成する誘電体材料には、例えば、石英、Ｙ_２Ｏ_３といった材料を用いることができる。

インジェクタ２２Ａは、軸線Ｘに交差する方向に延在する二つの面２２ｂ及び２２ｃを含んでいる。面２２ｃは、面２２ｂと対向しており、処理空間Ｓ（図１参照）に面している。インジェクタ２２Ａには、面２２ｃと面２２ｂの間に延在する一以上の貫通孔２２ａが形成されている。このような形状を有するインジェクタ２２Ａは、例えば、誘電体窓１６を加工する際に、これを構成するバルク誘電体材料に対する機械加工を行なった後に、表面の破砕層をウェットエッチング等により除去することにより、製造され得る。破砕層の除去は、インジェクタ２２Ａをより化学的に安定的なものとし得る。

このインジェクタ２２Ａは、誘電体窓１６の内部の空間１６ｓ内に位置している。より具体的には、インジェクタ２２Ａは、供給路５２の第２の部分５２ｂの下面、及び、供給路５２の第３の部分５２ｃによって画成される部分空間内に配置される。

供給路５２からの処理ガスは、このインジェクタ２２Ａの貫通孔２２ａを通り、次いで、誘電体窓１６の貫通孔１６ａを通って、処理空間Ｓ内に供給される。即ち、インジェクタ２２Ａは、誘電体窓１６の孔１６ａと共に処理空間Ｓに処理ガスを供給するための経路を構成している。このように、インジェクタ２２Ａの内部には処理ガスが通されるが、インジェクタ２２Ａは、誘電体材料によって構成されているので、当該処理ガスに対して化学的に安定している。したがって、インジェクタ２２Ａからのパーティクルの発生が低減され得る。

プラズマ処理装置では、上記の供給路５２の第３の部分５２ｃがインジェクタ２２の周囲を覆う電界遮蔽部を構成している。この電界遮蔽部により、インジェクタ２２Ａの内部においてプラズマが発生し難くなっている。したがって、インジェクタ２２Ａからのパーティクルの発生が更に抑制され得る。

上述のように、インジェクタ２２Ａと誘電体窓１６とは一体化されているので、インジェクタ２２Ａと誘電体窓１６との間における間隙の発生を抑制し得る。これにより、処理空間Ｓ等から処理ガスが間隙を介して空間１６ｓに逆流してプラズマ処理装置の部品を汚染する事態を防止することができる。

また、一実施形態では、インジェクタ２２Ａに対する電界遮蔽部である第３の部分５２ｃが、供給路５２の一部として構成され得る。即ち、電界遮蔽部が、インジェクタ２２Ａへの処理ガスの配管と一体化され得る。これにより、電界遮蔽部の組立及び配置といった製造工程が簡易化される。

また、一実施形態においては、第３の部分５２ｃ、即ち電界遮蔽部は、インジェクタ２２Ａの面２２ｃよりも、軸線Ｘ方向において処理空間Ｓに近い位置まで延在し得る。これにより、インジェクタ２２Ａが配置された空間における電界強度が更に低減される。その結果、インジェクタ２２Ａの内部におけるプラズマの発生が更に抑制され、インジェクタ２２Ａからのパーティクルの発生が更に抑制される。

なお、電界遮蔽部の下端面、即ち、第３の部分５２ｃの下端面５２ｄとインジェクタ２２Ａの面２２ｃとの間の軸線Ｘ方向の距離ＧＡＰと、インジェクタ２２が配置された空間における電界強度との関係のシミュレーション結果、電界遮蔽部の下端面（５２ｄ）を、インジェクタ２２Ａの面２２ｃよりも下方に設けることで、電界強度を小さくして、インジェクタ２２Ａの内部におけるプラズマの発生を効果的に抑制し得ることが確認された。

また、ステンレス鋼などからなる供給路５２の第２の部分５２ｂの下面に、イットリア（酸化イットリウム(Ｙ_２Ｏ_３）)からなる保護層ＰＬ１を設けることができる。保護層ＰＬ１は、プラズマやガスから第２の部分５２ｂを保護しているが、パーティクル発生抑制や強度の増強の観点から、保護層ＰＬ１に特定の処理を施すことが好ましい。すなわち、酸素含有雰囲気中での金属イットリウム又はイットリアの溶射、或いは、減圧環境下でのイットリアの溶射より、第２の部分５２ｂの下面上に堆積したイットリアからなる保護層ＰＬ１に、電子ビームなどのエネルギー線を照射することで、保護層ＰＬ１が加熱されて溶融するため、冷却後に、これをアモルファス化することができる。これにより、保護層ＰＬ１が改質化され増強されることになる。この場合、保護層ＰＬ１の平坦性も高くなり、表面粒子間の隙間が埋まるので、表面積が小さくなり、ガス等に対する耐性が更に高くなる。

ラジアルラインスロットアンテナによって生成されたマイクロ波プラズマの特徴は、誘電体窓直下（プラズマ励起領域と称される）で生成された比較的電子温度の高い数ｅＶのプラズマが拡散し、誘電体窓より１００ｍｍ以上下方の基板直上（拡散プラズマ領域と称される）では約１〜２ｅＶ程度の低い電子温度となることにある。すなわち、プラズマの電子温度の分布が誘電体窓からの距離の関数として生ずることに特徴がある。

ラジアルラインスロットアンテナ型のプラズマエッチング装置においては、低電子温度領域にエッチングガスを供給し、エッチングガスの解離制御（プラズマ中のエッチング種の生成量の制御）を行い、これによりエッチング反応（エッチング種による基板の表面化学反応）を制御するので、エッチングの高精度化が図れると共に、基板にダメージを与えることが大幅に低減される。例えば、スペーサ形成工程におけるエッチングなど、設計寸法どおりにデバイスを作製できると共に、基板にリセス等のダメージが入るのを抑えることができる。

しかしながら、処理される基板の大型化に伴い、基板表面処理量の面内均一性の更なる改善が期待されている。例えば、特許文献２に記載のラジアルラインスロットアンテナを使用したエッチング装置においては、基板の面内でのエッチングレートやエッチング形状等を一定にするのが困難であり、エッチング処理を基板の面内で均一に行なうことが課題となっている。

基板表面処理量の面内均一性も改善することができるアンテナ、誘電体窓、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供するため、上述のアンテナは、誘電体窓と、前記誘電体窓の一方面に設けられたスロット板と、を備え、前記誘電体窓の他方面は、環状の第１凹部に囲まれた平坦面と、前記平坦面の重心位置を囲むように、前記平坦面内に形成された複数の第２凹部と、を有し、前記スロット板の主表面に垂直な方向からみた場合、前記スロット板におけるそれぞれのスロット内に、それぞれの前記第２凹部の重心位置が重なって位置していることを特徴とする。

このアンテナを用いた場合、面内均一性の高いプラズマを発生させることができ、したがって、これを用いたプラズマ処理装置において、基板表面処理量の面内均一性を高くすることができる。

上述のアンテナにおいては、前記スロット板は、前記スロット板の重心位置から第１距離に位置する第１スロット群と、前記スロット板の重心位置から第２距離に位置する第２スロット群と、前記スロット板の重心位置から第３距離に位置する第３スロット群と、前記スロット板の重心位置から第４距離に位置する第４スロット群と、を備え、第１距離＜第２距離＜第３距離＜第４距離の関係を満たし、対象となるスロットに向けて前記スロット板の重心位置から延びた径と、このスロットの長手方向の成す角度は、第１乃至第４スロット群におけるそれぞれのスロット群毎に同一であり、前記スロット板の重心位置から延びる同じ径上に位置する第１スロット群のスロットと、第２スロット群のスロットは、異なる方向に延びており、前記スロット板の重心位置から延びる同じ径上に位置する第３スロット群のスロットと、第４スロット群のスロットは、異なる方向に延びており、第１スロット群のスロット数と第２スロット群のスロット数は、同一の数Ｎ１であり、第３スロット群のスロット数と第４スロット群のスロット数は、同一で数Ｎ２であり、Ｎ２はＮ１の整数倍である、ことを特徴とする。

Ｎ２はＮ１の整数倍であり、面内対称性の高いプラズマを発生することが可能である。

上述のアンテナにおいては、前記第２凹部の平面形状は円形であることを特徴とする。

面形状が円形である場合には、中心からの形状の等価性が高いため、安定したプラズマが発生する。

上述のプラズマ処理装置は、上述のアンテナと、前記アンテナを内部に有する処理容器と、前記処理容器の内部に設けられ、前記誘電体窓の他方面に対向し、処理される基板が載せられる台と、マイクロ波発生器と前記スロット板とを接続するマイクロ波導入路と、を備えることを特徴とする。

上記アンテナを用いたプラズマ処理装置は、プラズマの均一性が高く、基板表面処理量の面内均一性を高くすることができる。

上述のプラズマ処理装置は、共通ガス源に接続される共通ガスラインと、前記共通ガスラインに設けられ、前記共通ガスラインを、第１及び第２分岐共通ガスラインに分岐し、前記第１及び第２分岐共通ガスラインを流れるガスの流量の比率を調節可能なフロースプリッタと、前記第１分岐共通ガスラインに接続され、台に載置される基板の中央部の上方に位置する中央導入口を有する中央導入部と、前記第２分岐共通ガスラインに接続され前記基板上方の空間の周方向に沿って配列され、前記誘電体窓よりも下方に位置する複数の周辺導入口を有する周辺導入部と、添加ガス源と前記第１及び第２分岐共通ガスラインの少なくとも一方とを接続する添加ガスラインと、を備えることを特徴とする。

各ガスラインの流量を制御することにより、基板表面処理量の面内均一性を高くすることができる。

上述のプラズマ処理方法は、上述のプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、前記共通ガス源は、希ガスを有しており、前記添加ガス源は、Ｃ_５Ｆ_８を有しており、前記マイクロ波発生器から、前記マイクロ波導入路を介して、前記スロット板にマイクロ波を供給して前記誘電体窓の他方面側にプラズマを発生させ、前記共通ガス源から、前記第１分岐共通ガスラインを介して、前記中央導入部に、希ガスを供給し、更に、前記添加ガス源から、前記第２分岐共通ガスラインを介して、前記周辺導入部に、Ｃ_５Ｆ_８を供給することで、前記台上の基板を処理することを特徴とする。

このプラズマ処理方法は、表面処理量の面内均一性を高くすることができる。

上述の誘電体窓は、スロット板が一方面上に設けられる誘電体窓であって、前記誘電体窓の他方面は、環状の第１凹部に囲まれた平坦面と、前記平坦面の重心位置を囲むように、前記平坦面内に形成された複数の第２凹部と、を有し、前記スロット板の主表面に垂直な方向からみた場合、前記スロット板におけるそれぞれのスロット内に、それぞれの前記第２凹部の重心位置が重なって位置しており、前記スロット板は、前記スロット板の重心位置から第１距離に位置する第１スロット群と、前記スロット板の重心位置から第２距離に位置する第２スロット群と、前記スロット板の重心位置から第３距離に位置する第３スロット群と、前記スロット板の重心位置から第４距離に位置する第４スロット群と、を備え、第１距離＜第２距離＜第３距離＜第４距離の関係を満たし、対象となるスロットに向けて前記スロット板の重心位置から延びた径と、このスロットの長手方向の成す角度は、第１乃至第４スロット群におけるそれぞれのスロット群毎に同一であり、前記スロット板の重心位置から延びる同じ径上に位置する第１スロット群のスロットと、第２スロット群のスロットは、異なる方向に延びており、前記スロット板の重心位置から延びる同じ径上に位置する第３スロット群のスロットと、第４スロット群のスロットは、異なる方向に延びており、第１スロット群のスロット数と第２スロット群のスロット数は、同一の数であり、第３スロット群のスロット数と第４スロット群のスロット数は、同一で数であることを特徴とする。

この誘電体窓は、上述のスロット板と組み合わせて用いることができる。

Ｗ…ウェハ（基板）、２…処理容器、３…台、１１ａ…排気口、１６…誘電体窓、２０…スロット板、２１…スロット、３５…マイクロ波発生器、４１…共通ガス源、４２…添加ガス源、４４…フロースプリッタ、４５…共通ガスライン、４６，４７…分岐共通ガスライン、４８…添加ガスライン、５５…中央導入部（第１のガス導入部）、５８…中央導入口、６１…周辺導入部（第２のガス導入部）、６２…周辺導入口。

Claims (5)

1. マイクロ波のエネルギーを、処理容器の上部に配置され誘電体窓を有するアンテナを介して前記処理容器内に供給して、ガス供給源から前記処理容器内に供給した処理ガスをプラズマ化して、前記処理容器の下部に配置された基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、
   前記ガス供給源から供給される処理ガスを、前記誘電体窓からの距離が異なる位置に導入する少なくとも第１及び第２のガス導入部を備え、
   前記第１のガス導入部は、前記誘電体窓の中央部に位置する中央導入口を有する中央導入部であり、
   前記第２のガス導入部は、前記基板上方の空間の周方向に沿って配列され、前記誘電体窓よりも下方に位置する複数の周辺導入口を有する周辺導入部であり、
   前記アンテナは、
   前記誘電体窓と、
   前記誘電体窓の一方面に設けられたスロット板と、
   を備え、
   前記誘電体窓の他方面は、
   環状の第１凹部に囲まれた平坦面と、
   前記平坦面の重心位置を囲むように、前記平坦面内に形成された複数の第２凹部と、
   を有し、
   前記スロット板の主表面に垂直な方向からみた場合、前記スロット板におけるそれぞれのスロット内に、それぞれの前記第２凹部の重心位置が重なって位置している、
   ことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記ガス供給源は、第１及び第２のガス源を有し、
   前記第１のガス導入部は、前記誘電体窓直下のプラズマ励起領域側に設けられ、
   前記第２のガス導入部は、前記基板直上のプラズマ拡散領域側に設けられ、
   前記プラズマ励起領域は電子温度が前記プラズマ拡散領域よりも高く、
   前記第１及び第２のガス導入部には、前記第１のガス源からガス供給が行われ、
   前記第１又は第２のガス導入部には、前記第２のガス源からガス供給が行われ、
   前記基板におけるプラズマ処理の特性を変化させるよう、前記第１及び第２のガス導入部に供給されるガス量が変化可能とされている、ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記第１のガス導入部からガス供給するステップと、前記第２のガス導入部からガス供給するステップと、を所定周期で繰り返す制御を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
4. 共通ガス源に接続される共通ガスラインと、
   前記共通ガスラインに設けられ、前記共通ガスラインを、第１及び第２分岐共通ガスラインに分岐し、前記第１及び第２分岐共通ガスラインを流れるガスの流量の比率を調節可能なフロースプリッタと、
   添加ガス源と前記第１及び第２分岐共通ガスラインの少なくとも一方とを接続する添加ガスラインと、
   を備え、
   前記ガス供給源は、前記共通ガス源と、前記添加ガス源とを備えており、
   前記第１のガス導入部は、前記第１分岐共通ガスラインに接続され、前記基板の中央部の上方に位置する前記中央導入口を有する前記中央導入部であり、
   前記第２のガス導入部は、前記第２分岐共通ガスラインに接続され、前記基板上方の空間の周方向に沿って配列され、前記誘電体窓よりも下方に位置する複数の前記周辺導入口を有する前記周辺導入部である、
   ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
5. 共通ガス源に接続される共通ガスラインと、
   前記共通ガスラインに設けられ、前記共通ガスラインを、第１及び第２分岐共通ガスラインに分岐し、前記第１及び第２分岐共通ガスラインを流れるガスの流量の比率を調節可能なフロースプリッタと、
   前記第１分岐共通ガスラインに接続され、台に載置される前記基板の中央部の上方に位置する前記中央導入口を有する前記中央導入部と、
   前記第２分岐共通ガスラインに接続され前記基板上方の空間の周方向に沿って配列され、前記誘電体窓よりも下方に位置する複数の前記周辺導入口を有する前記周辺導入部と、
   添加ガス源と前記第１及び第２分岐共通ガスラインの少なくとも一方とを接続する添加ガスラインと、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。

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