JP6695705B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

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Description

本発明の種々の側面及び実施形態は、プラズマ処理装置に関するものである。
半導体の製造プロセスでは、薄膜の堆積又はエッチング等を目的としたプラズマ処理を実行するプラズマ処理装置が広く用いられている。プラズマ処理装置としては、例えば薄膜の堆積処理を行うプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置や、エッチング処理を行うプラズマエッチング装置が挙げられる。
近年のプラズマ処理においては、マイクロ波による処理ガスの励起を利用したプラズマ処理装置が用いられることがある。このプラズマ処理装置は、マイクロ波発生器によって発生されたプラズマ励起用のマイクロ波を、複数のスロットが形成されたスロット板を用いて放射する。また、プラズマ処理装置は、スロット板とプラズマ処理空間との間に設けられた誘電体によって、複数のスロットから放射されたプラズマ励起用のマイクロ波をプラズマ処理空間へ導入する。
ところで、このようなプラズマ処理装置においては、プラズマを効率的に生成するために、誘電体のプラズマ処理空間側の表面における電界を増大させることが有効である。この点、誘電体のプラズマ処理空間側の表面にテーパ状に凹む凹部を設け、この凹部によりマイクロ波に応じた電界を集中させる技術が提案されている。
特開２０１５−１８８０６１号公報
しかしながら、上述した従来の技術では、誘電体表面の電界を増大させることができるものの、誘電体のプラズマ処理空間側の表面に設けられた凹部の厚みが他の部分の厚みよりも小さくなるため、誘電体の強度が低下する恐れがある。誘電体の強度の低下は、誘電体の破損の要因となり、好ましくない。このため、誘電体の強度を維持しつつ誘電体表面の電界を増大させることが望まれていた。
開示するプラズマ処理装置は、１つの実施態様において、処理空間を画成する処理容器と、プラズマ励起用のマイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、前記処理空間に対向する対向面を有する誘電体と、前記誘電体の前記対向面とは反対側の面上に設けられ、前記誘電体を介して前記マイクロ波を前記処理空間へ放射する複数のスロットが形成されたスロット板と、前記誘電体の前記対向面上に設けられ、各前記スロットから放射された前記マイクロ波に応じた電界を集中させる導体パターンとを備える。
開示するプラズマ処理装置の１つの態様によれば、誘電体の強度を維持しつつ誘電体表面の電界を増大させることができるという効果を奏する。
図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を概略的に示す図である。 図２は、一実施形態に係るスロット板の平面図である。 図３は、導体パターンとスロット板の各スロットとの間の位置関係の一例を説明するための図である。 図４は、図３に示した導体パターン周囲における電界強度の分布のシミュレーション結果の一例を示す図である。 図５は、一実施形態に係る導体パターンの拡大平面図である。 図６は、導体パターンの各部分の長さと、プラズマの電子密度と、プラズマに対するマイクロ波の吸収効率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。 図７は、変形例１に係る導体パターンの拡大平面図である。 図８は、図７に示した導体パターン周囲における電界強度の分布のシミュレーション結果の一例を示す図である。 図９は、変形例２に係る導体パターンの拡大平面図である。 図１０は、図９に示した導体パターン周囲における電界強度の分布のシミュレーション結果の一例を示す図である。
以下、図面を参照して本願の開示するプラズマ処理装置の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を付すこととする。
図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を概略的に示す図である。図１に示すプラズマ処理装置１０は、マイクロ波および平板スロットアンテナを用いて励起される表面波プラズマの下で、たとえばプラズマＣＶＤ、プラズマＡＬＤ、プラズマエッチング等のプラズマ処理を行う装置である。プラズマ処理装置１０は、チャンバ（処理容器）１２、マイクロ波発生器１４、アンテナ１５、誘電体窓１８及びステージ２０を有している。また、プラズマ処理装置１０は、温度制御機構として、ヒータＨＴ、ＨＳ、ＨＣＳおよびＨＥＳを更に備える。
チャンバ１２は、被処理体（たとえば半導体ウエハ）Ｗを収容し、プラズマを生成する処理空間Ｓを画成している。チャンバ１２は、アルミニウムまたはステンレス鋼等の金属製である。チャンバ１２は、接地されている。チャンバ１２は、側壁１２ａ、底部１２ｂおよび天井部１２ｃを有している。側壁１２ａは、略円筒状に形成されている。底部１２ｂは、側壁１２ａの下端側に設けられている。底部１２ｂには、排気用の排気孔１２ｈが設けられている。側壁１２ａの上端部は開口している。側壁１２ａの上端部開口は、誘電体窓１８によって閉じられている。誘電体窓１８は、側壁１２ａの上端部と天井部１２ｃとの間に狭持されている。誘電体窓１８は、処理空間Ｓに対向する対向面１８ａを有する。誘電体窓１８と側壁１２ａの上端部との間には封止部材２６が介在していてもよい。封止部材２６は、たとえばＯリングであり、チャンバ１２の密閉に寄与する。
ステージ２０は、誘電体窓１８の下方に設けられている。ステージ２０は、サセプタ（載置台）２０ａおよび静電チャック２０ｂを含んでいる。
サセプタ２０ａは、筒状支持部４６に支持されている。筒状支持部４６は、絶縁性の材料で構成されており、底部１２ｂから垂直上方に延びている。また、筒状支持部４６の外周には、導電性の筒状支持部４８が設けられている。筒状支持部４８は、筒状支持部４６の外周に沿ってチャンバ１２の底部１２ｂから垂直上方に延びている。この筒状支持部４８と側壁１２ａとの間には、環状の排気路５０が形成されている。
排気路５０の上部には、複数の貫通孔が設けられた環状のバッフル板５２が取り付けられている。排気路５０は、１つまたは複数の排気孔１２ｈを提供する排気管５４に接続されている。この排気管５４には、圧力調整器５５を介して排気装置５６が接続されている。排気装置５６は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有している。圧力調整器５５は、排気装置５６の排気量を調整して、チャンバ１２内の圧力を調整する。圧力調整器５５および排気装置５６により、チャンバ１２内の処理空間Ｓを所望の真空度まで減圧することができる。また、排気装置５６を動作させることにより、ステージ２０の周りから排気路５０を介してガスを排気装置５６へ排出することができる。
サセプタ２０ａは、たとえばアルミニウム等の導体からなり、高周波電極を兼ねている。サセプタ２０ａには、マッチングユニット６０および給電棒６２を介して、ＲＦバイアス用の高周波電源５８が電気的に接続されている。高周波電源５８は、被処理体Ｗに入射するイオンのエネルギーを制御するのに適した一定の周波数たとえば１３．６５ＭＨｚの高周波を所定のパワーで出力する。マッチングユニット６０は、高周波電源５８側のインピーダンスと、主にチャンバ１２内のプラズマおよび高周波電極（サセプタ）等を含む負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合器を収容している。
サセプタ２０ａの上面には静電チャック２０ｂが設けられている。静電チャック２０ｂの上面は、被処理体Ｗを載置するための載置領域を構成している。静電チャック２０ｂは、被処理体Ｗを静電吸着力で保持する。静電チャック２０ｂの径方向外側には、被処理体Ｗの周囲を環状に囲むフォーカスリングＦが設けられている。静電チャック２０ｂは、電極２０ｄ、絶縁膜２０ｅおよび絶縁膜２０ｆを有している。電極２０ｄは、導電膜によって構成されており、絶縁膜２０ｅと絶縁膜２０ｆの間に設けられている。電極２０ｄには、高圧の直流電源６４がスイッチ６６および被覆線６８を介して電気的に接続されている。静電チャック２０ｂは、直流電源６４から印加される直流電圧により発生する静電気力によって、その上面に被処理体Ｗを吸着保持することができる。
サセプタ２０ａの内部には、周方向に延びる環状の冷媒室２０ｇが設けられている。この冷媒室２０ｇには、チラーユニット（図示せず）から配管７０，７２を介して所定の温度の冷媒たとえば冷却水ｗｃが循環供給される。静電チャック２０ｂ上の被処理体Ｗの処理温度は、冷却水ｗｃの温度によって制御され得る。さらに、伝熱ガス供給部（図示せず）からの伝熱ガスたとえばＨｅガスが、ガス供給管７４を介して静電チャック２０ｂの上面と被処理体Ｗの裏面との間に供給される。
ヒータＨＴは、天井部１２ｃ内に設けられ、アンテナ１５を囲むように環状に延在している。ヒータＨＳは、誘電体窓１８とステージ２０との間の高さ位置で側壁１２ａの中に設けられ、環状に延在している。ヒータＨＣＳは、サセプタ２０ａの内部に設けられ、被処理体Ｗの中心部と対向するようになっている。ヒータＨＥＳは、ヒータＨＣＳを囲むようにサセプタ２０ａの内部に環状に設けられ、被処理体Ｗの周辺部と対向するようになっている。
マイクロ波発生器１４は、たとえば２．４５ＧＨｚの周波数を有するプラズマ励起用のマイクロ波を設定されたパワーで発生する。また、プラズマ処理装置１０は、同軸導波管１６、チューナ３０、導波管３２およびモード変換器３４を有している。マイクロ波発生器１４は、チューナ３０、導波管３２およびモード変換器３４を介して、同軸導波管１６の上部に接続されている。
同軸導波管１６は、チャンバ１２の中心軸線に沿って同軸に延在する円筒状または管状の外側導体１６ａおよび内側導体１６ｂを有している。外側導体１６ａの下端は、導電性の表面を有する冷却ジャケット４０の上部に電気的に接続されている。内側導体１６ｂは、外側導体１６ａの内側に設けられている。内側導体１６ｂの下端は、コネクタ９２を介してアンテナ１５のスロット板３６に接続している。
マイクロ波発生器１４によって発生されたマイクロ波は、チューナ３０及び導波管３２を介してモード変換器３４に導波される。モード変換器３４は、マイクロ波のモードを変換して、モード変換後のマイクロ波を同軸導波管１６に供給する。同軸導波管１６からのマイクロ波は、アンテナ１５に供給される。
アンテナ１５は、マイクロ波発生器１４によって発生されるマイクロ波を放射する。アンテナ１５は、スロット板３６、誘電体板３８および冷却ジャケット４０を有する。アンテナ１５は、誘電体窓１８の対向面１８ａとは反対側の面１８ｂ上に設けられ、マイクロ波発生器１４によって発生されるマイクロ波を、誘電体窓１８を介して処理空間Ｓへ放射する。
スロット板３６は、誘電体窓１８の対向面１８ａとは反対側の面１８ｂ上に、誘電体窓１８と互いに板面を合わせて配置される。スロット板３６は、導電性を有する金属等の導体製であり、略円板状に形成される。スロット板３６は、図２に示すように、ラジアルラインスロットアンテナを構成するスロット板である。図２は、一実施形態に係るスロット板の平面図である。図２に示すように、スロット板３６には、複数のスロット３６ａが形成されている。各スロット３６ａは、互いに交差又は直交する方向に延びる長孔であるスロット３６ｂとスロット３６ｃとを含んでいる。複数のスロット３６ａは、径方向に所定の間隔で配置されており、また、周方向に所定の間隔で配置されている。
誘電体板３８は、マイクロ波の波長を短縮させるものであり、略円板形状を有している。誘電体板３８は、たとえば、石英またはアルミナから構成される。誘電体板３８は、スロット板３６と冷却ジャケット４０の下面の間に狭持されている。冷却ジャケット４０の表面は、導電性を有する。冷却ジャケット４０は、内部に冷媒が通流可能な流路が形成されており、冷媒の通流により誘電体板３８及びスロット板３６を冷却する。冷却ジャケット４０の上部表面には、同軸導波管１６の外側導体１６ａの下端が電気的に接続されている。
同軸導波管１６からのマイクロ波は、誘電体板３８に伝播され、スロット板３６のスロット３６ａから誘電体窓１８を介して、処理空間Ｓ内に放射される。誘電体窓１８は、略円板形状を有し、例えば石英やアルミナ等の誘電体によって構成される。誘電体窓１８は、アンテナ１５と処理空間Ｓとの間に設けられており、一実施形態においては、アンテナ１５の直下に設けられている。
図１を再び参照する。図１に示すように、誘電体窓１８の対向面１８ａ上には、導体パターン１９が設けられている。導体パターン１９は、スロット板３６の各スロット３６ａから放射されたマイクロ波に応じた電界を集中させる。
ここで、導体パターン１９とスロット板３６の各スロット３６ａとの間の位置関係について説明する。図３は、導体パターンとスロット板の各スロットとの間の位置関係の一例を説明するための図である。なお、図３は、誘電体窓１８の対向面１８ａとは反対側の面１８ｂ上にスロット板３６が配置された状態を示す平面図であって、誘電体窓１８を対向面１８ａ側から見た平面図である。
図３に示すように、導体パターン１９は、誘電体窓１８の対向面１８ａにおいて、対向面１８ａに垂直な方向からみた場合に複数のスロット３６ａとそれぞれ重なる複数の領域１８ｃの各々に設けられている。
なお、図３の例では、導体パターン１９は、複数の領域１８ｃの各々に設けられる場合を示したが、導体パターン１９は、必ずしも複数の領域１８ｃの各々に設けられなくても良い。すなわち、導体パターン１９は、複数の領域１８ｃのうち、少なくともいずれか一つの領域１８ｃに設けられても良い。
図４は、図３に示した導体パターン周囲における電界強度の分布のシミュレーション結果の一例を示す図である。なお、シミュレーションでは、１つのスロット３６ａに投入されるマイクロ波として、１Ｗのマイクロ波が用いられたものとする。
図４のシミュレーション結果から明らかなように、図３に示した導体パターン１９の周囲の電界強度は、５×１０３（Ｖ／ｍ）以上となり、予め定められた許容スペックを満たすものであった。すなわち、誘電体窓１８の対向面１８ａにおいて、対向面１８ａに垂直な方向からみた場合に複数のスロット３６ａとそれぞれ重なる複数の領域１８ｃの各々に導体パターン１９を設けることにより、各スロット３６ａから放射されたマイクロ波に応じた電界が導体パターン１９の周囲に集中することが確認された。
一実施形態のように誘電体窓１８の対向面１８ａ上に導体パターン１９を設けることにより、マイクロ波に応じた電界を導体パターン１９の周囲に集中させることができる。このため、一実施形態によれば、誘電体窓１８の対向面１８ａに凹部等を設けることなく、誘電体窓１８の対向面１８ａの電界を増大させることができる。その結果、一実施形態によれば、誘電体窓１８の強度を維持しつつ誘電体窓１８表面の電界を増大させることができ、プラズマを効率的に生成することができる。
図１を再び参照する。プラズマ処理装置１０は、この装置で実施されるプラズマプロセスに用いる全ての処理ガスを提供する処理ガス供給部８０を備えるとともに、処理ガス供給部８０より提供される処理ガスをチャンバ１２内に導入するためのガス導入機構として、３系統のガスライン、すなわち誘電体窓１８にガス流路およびガス噴出口を設ける天井ガスライン（第１のガス導入部）８２と、異なる高さ位置でチャンバ１２の側壁１２ａにガス流路およびガス噴出口を設ける下部側壁ガスライン（第２のガス導入部）８４および上部側壁ガスライン（第３のガス導入部）８６を備えている。
天井ガスライン８２は、同軸導波管１６の内側導体１６ｂに、その中を軸方向に貫通する中空のガス流路８８を設けている。内側導体１６ｂの上端に処理ガス供給部８０からの第１ガス供給管９０が接続され、第１ガス供給管９０と同軸導波管１６のガス流路８８は連通している。第１ガス供給管９０には電磁弁（開閉弁）９１が設けられている。
内側導体１６ｂの下端には、コネクタ９２が接続されている。このコネクタ９２は、導体たとえば銅、アルミニウム、ステンレスあるいはそれらの合金からなり、誘電体窓１８の上面に形成されている円筒形の凹所１８ｄに収容されている。コネクタ９２の中心部には、同軸導波管１６のガス流路８８と連通する貫通孔またはガス流路９２ａが形成されている。
誘電体窓１８の下面（つまり、対向面１８ａ）の中心部には、チャンバ１２内の処理空間Ｓに臨む１個または複数個の天井ガス噴出口９４が形成されている。さらに、誘電体窓１８の中心部には、その上面の凹所１８ｄの底面つまりコネクタ９２のガス流路９２ａの下端から天井ガス噴出口９４に通じるガス流路つまり誘電体窓ガス流路９６が形成されている。誘電体窓ガス流路９６および天井ガス噴出口９４がインジェクタを構成する。
処理ガス供給部８０より天井ガスライン８２に送出される処理ガスは、第１ガス供給管９０、同軸導波管１６のガス流路８８、コネクタ９２のガス流路９２ａおよび誘電体窓ガス流路９６を順に流れて、終端の天井ガス噴出口９４からステージ２０の中心部に向かって下方に噴射されるようになっている。
下部側壁ガスライン８４は、誘電体窓１８とステージ２０との中間の高さ位置でチャンバ１２の側壁１２ａの内部に環状に形成された下部バッファ室（マニホールド）１００と、周回方向に等間隔で下部バッファ室１００から処理空間Ｓに臨む多数（たとえば２４個）の下部側壁ガス噴出口１０２と、処理ガス供給部８０から下部バッファ室１００まで延びる第２ガス供給管１０４とを有している。第２ガス供給管１０４には電磁弁（開閉弁）１０６が設けられている。
処理ガス供給部８０より下部側壁ガスライン８４に送出される処理ガスは、第２ガス供給管１０４および側壁１２ａ内部の下部バッファ室１００を順に流れて、終端の下部側壁ガス噴出口１０２よりステージ２０の周辺部に向かって略水平または斜め下向きに噴射されるようになっている。
上部側壁ガスライン８６は、誘電体窓１８に近い高さ位置でチャンバ１２の側壁１２ａの内部に環状に形成された上部バッファ室（マニホールド）１０８と、周回方向に等間隔で上部バッファ室１０８から処理空間Ｓに臨む多数（たとえば３６個）の上部側壁ガス噴出口１１０と、処理ガス供給部８０から上部バッファ室１０８まで延びる第３ガス供給管１１２とを有している。第３ガス供給管１１２には電磁弁１１４が設けられている。
処理ガス供給部８０より上部側壁ガスライン８６に送出される処理ガスは、第３ガス供給管１１２および側壁１２ａ内部の上部バッファ室１０８を順に流れ、終端の上部側壁ガス噴出口１１０より誘電体窓１８の下面に沿って略水平に噴射されるようになっている。
また、プラズマ処理装置１０は、上記のようなガス導入機構、特に天井ガスライン８２を備える構成と併せて、天井ガスライン８２の第１ガス供給管９０と排気部（５５，５６）とを繋ぐバイパス排気ライン１１６を備えている。図示の構成例では、チャンバ１２の排気孔１２ｈと圧力調整器５５との間の排気路５０にバイパス排気ライン１１６の出口（下端）を接続している。しかし、圧力調整器５５と排気装置５６との間の排気路にバイパス排気ライン１１６の出口を接続してもよい。バイパス排気ライン１１６にはノーマルクローズ式の電磁弁（開閉弁）１１８が設けられる。また、天井ガスライン８２において電磁弁９１の下流側内の圧力、たとえば第１ガス供給管９０内の圧力を計測する圧力センサ１２０も備わっている。
また、プラズマ処理装置１０は、プラズマ処理装置１０の各構成要素を制御するための制御部１２２を備える。制御部１２２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の制御装置、メモリ等の記憶装置、入出力装置等を備えるコンピュータであってもよい。制御部１２２は、メモリに記憶された制御プログラムに従ってＣＰＵが動作することにより、プラズマ処理装置１０の各構成要素を制御する。
制御部１２２は、例えば、圧力調整器５５、排気装置５６、高周波電源５８、マッチングユニット６０、静電チャック２０ｂ用のスイッチ６６、マイクロ波発生器１４、処理ガス供給部８０、各ガスライン８２，８４，８６の電磁弁９１，１０６，１１４、バイパス排気ライン１１６の電磁弁１１８、ヒータＨＴ〜ＨＥＳ、伝熱ガス供給部、チラーユニット等の個々の動作および装置全体の動作を制御する。また、制御部１２２は、マン・マシン・インタフェース用のタッチパネル（図示せず）およびこのプラズマ処理装置の諸動作を規定する各種プログラムや設定値等のデータを格納する記憶装置（図示せず）等とも接続されており、各種センサ類からの出力信号、特に圧力センサ１２０からの出力信号（圧力測定値信号）ＭＳPを受け取るようになっている。
このように構成されたプラズマ処理装置１０では、インジェクタを介して、誘電体窓１８の天井ガス噴出口９４から処理空間Ｓ内に処理ガスが供給される。また、天井ガス噴出口９４よりも下方において、下部側壁ガス噴出口１０２及び上部側壁ガス噴出口１１０から処理ガスが供給される。さらに、アンテナ１５から誘電体窓１８を介して処理空間Ｓにマイクロ波が導入される。これにより、処理空間Ｓにおいてプラズマが発生する。
次に、導体パターン１９の形状について説明する。図５は、一実施形態に係る導体パターンの拡大平面図である。図５に示すように、導体パターン１９は、十字状に形成される。言い換えると、導体パターン１９の一部は、矩形状に形成される。一実施形態では、導体パターン１９は、矩形状に形成された第１の部分１９ａと、矩形状に形成され、第１の部分１９ａに交差する第２の部分１９ｂとを有する。一実施形態では、第１の部分１９ａの長さＬ１と、第２の部分１９ｂの長さＬ２とは同一である。
ここで、導体パターン１９の各部分の長さの好ましい範囲について説明する。図６は、導体パターンの各部分の長さと、プラズマの電子密度と、プラズマに対するマイクロ波の吸収効率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。図６において、横軸は、処理空間Ｓにおいて発生したプラズマの電子密度（／ｍ３）を示している。また、図６において、縦軸は、１−Γ２（Γ：マイクロ波の反射係数＝反射波電圧／進行波電圧）を示している。なお、図６では、１−Γ２は、プラズマに対するマイクロ波の吸収効率であり、１−Γ２の値が高いほどプラズマに吸収されるマイクロ波の電力が大きいことを示している。
また、図６において、グラフ２０１は、導体パターン１９の第１の部分１９ａの長さ及び第２の部分１９ｂの長さが共に１０ｍｍである場合のマイクロ波の吸収効率を示すグラフである。また、グラフ２０２は、導体パターン１９の第１の部分１９ａの長さ及び第２の部分１９ｂの長さが共に２０ｍｍである場合のマイクロ波の吸収効率を示すグラフである。また、グラフ２０３は、導体パターン１９の第１の部分１９ａの長さ及び第２の部分１９ｂの長さが共に３０ｍｍである場合のマイクロ波の吸収効率を示すグラフである。また、グラフ２０４は、誘電体窓１８の対向面１８ａ上に導体パターン１９が存在しない場合のマイクロ波の吸収効率を示すグラフである。
また、図６に示したシミュレーションにおける誘電体窓１８は、アルミナによって構成されるものとする。
図６に示すように、導体パターン１９の第１の部分１９ａの長さ及び第２の部分１９ｂの長さが共に２０ｍｍである場合、マイクロ波の吸収効率の最大値が最も高く、導体パターン１９の第１の部分１９ａの長さ及び第２の部分１９ｂの長さを２０ｍｍから増加又は減少させることにより、マイクロ波の吸収効率の最大値が低下する。発明者は、さらに鋭意検討を重ねた結果、導体パターン１９の第１の部分１９ａの長さ及び第２の部分１９ｂの長さが１５ｍｍ以上２５ｍｍ以下の範囲内である場合、マイクロ波の吸収効率の最大値が、予め定められた許容スペック内に維持されることが分かった。ここで、誘電体窓１８がアルミナ製である場合、誘電体窓１８の内部を伝播するマイクロ波の波長が４０ｍｍであるので、誘電体窓１８の内部を伝播するマイクロ波の波長の１／２が２０ｍｍに相当する。すなわち、図６のシミュレーション結果から、誘電体窓１８の内部を伝播するマイクロ波の波長がλであるとすると、導体パターン１９の第１の部分１９ａの長さ及び第２の部分１９ｂの長さが３λ／８以上５λ／８以下の範囲内であれば、マイクロ波の吸収効率の最大値が、予め定められた許容スペック内に維持されることが分かった。したがって、誘電体窓１８の内部を伝播するマイクロ波の波長がλであるとすると、導体パターン１９の第１の部分１９ａの長さ及び第２の部分１９ｂの長さは、３λ／８以上５λ／８以下の範囲内であることが好ましい。
また、導体パターン１９の第１の部分１９ａの長さ及び第２の部分１９ｂの長さは、誘電体窓１８の内部を伝播するマイクロ波に共振する長さであることがより好ましい。すなわち、誘電体窓１８の内部を伝播するマイクロ波の波長がλであるとすると、導体パターン１９の第１の部分１９ａの長さ及び第２の部分１９ｂの長さは、λ／２であることがより好ましい。導体パターン１９とマイクロ波とが共振することにより、導体パターン１９の周囲に集中する電界が増大するので、マイクロ波の吸収効率の最大値をさらに向上することが可能となる。
以上説明してきたように、一実施形態のプラズマ処理装置１０によれば、誘電体窓１８の対向面１８ａ上に導体パターン１９を設けることにより、マイクロ波に応じた電界を導体パターン１９の周囲に集中させることができる。このため、一実施形態によれば、誘電体窓１８の対向面１８ａに凹部等を設けることなく、誘電体窓１８の対向面１８ａの電界を増大させることができる。その結果、一実施形態によれば、誘電体窓１８の強度を維持しつつ誘電体窓１８表面の電界を増大させることができ、プラズマを効率的に生成することができる。
なお、上記実施形態において、導体パターン１９の一部が矩形状に形成されたが、導体パターン１９の形状はこれに限られない。以下、導体パターン１９の変形例について説明する。
図７は、変形例１に係る導体パターンの拡大平面図である。例えば、図７に示すように、導体パターン１９の全体が矩形状に形成されても良い。この場合、導体パターン１９の長さＬ３は、３λ／８以上５λ／８以下の範囲内であることが好ましい。
図８は、図７に示した導体パターン周囲における電界強度の分布のシミュレーション結果の一例を示す図である。図８のシミュレーション結果から明らかなように、図７に示した導体パターン１９の周囲の電界強度は、５×１０３（Ｖ／ｍ）以上となり、予め定められた許容スペックを満たすものであった。すなわち、導体パターン１９の全体が矩形状に形成される場合であっても、マイクロ波に応じた電界が導体パターン１９の周囲に集中することが確認された。
図９は、変形例２に係る導体パターンの拡大平面図である。例えば、図９に示すように、導体パターン１９の全体がＣ字形状に形成されても良い。
図１０は、図９に示した導体パターン周囲における電界強度の分布のシミュレーション結果の一例を示す図である。図１０のシミュレーション結果から明らかなように、図９に示した導体パターン１９の周囲の電界強度は、５×１０３（Ｖ／ｍ）以上となり、予め定められた許容スペックを満たすものであった。すなわち、導体パターン１９の全体が矩形状に形成される場合であっても、マイクロ波に応じた電界が導体パターン１９の周囲に集中することが確認された。
また、上記実施形態において、導体パターン１９上には、導体パターン１９をプラズマから保護するための保護膜が形成されても良い。保護膜としては、例えば、イットリウム含有物質による膜が用いられる。イットリウム含有物質は、例えば、Ｙ２Ｏ３等である。
１０ プラズマ処理装置
１２ チャンバ
１４ マイクロ波発生器
１５ アンテナ
１８ 誘電体窓
１８ａ 対向面
１８ｂ 面
１８ｃ 領域
１９ 導体パターン
１９ａ 第１の部分
１９ｂ 第２の部分
２０ ステージ
３６ スロット板
３６ａ スロット

Claims (5)

  1. 処理空間を画成する処理容器と、
    プラズマ励起用のマイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、
    前記処理空間に対向する対向面を有する誘電体と、
    前記誘電体の前記対向面とは反対側の面上に設けられ、前記誘電体を介して前記マイクロ波を前記処理空間へ放射する複数のスロットが形成されたスロット板と、
    前記誘電体の前記対向面上に設けられ、各前記スロットから放射された前記マイクロ波に応じた電界を集中させる導体パターンと
    を備え、
    前記導体パターンは、前記誘電体の前記対向面において、当該対向面に垂直な方向から見た場合に前記複数のスロットとそれぞれ重なる複数の領域のうち、少なくともいずれか一つの領域に設けられることを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 前記導体パターンの少なくとも一部は、矩形状に形成され、
    前記導体パターンの少なくとも一部の長さは、前記誘電体の内部を伝播する前記マイクロ波の波長がλであるとすると、３λ／８以上５λ／８以下の範囲内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。
  3. 前記導体パターンの少なくとも一部の長さは、前記マイクロ波に共振する長さであることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記導体パターンの少なくとも一部の長さは、λ／２であることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記導体パターン上には、前記導体パターンをプラズマから保護するための保護膜が形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
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