天线及等离子体处理装置

摘要

本发明提供一种天线及等离子体处理装置。本发明的天线具备电介质窗及设置于电介质窗的一个面的缝隙板，该天线中，将缝隙板上各缝隙(S)的宽度方向的中央位置并且长度方向的中央位置作为基准位置(g)时，各缝隙(S)的基准位置(g)位于以重心(G0)为中心的虚拟圆上，连结各缝隙(S)的基准位置(g)与这些缝隙所属的虚拟点(G1)的线段从虚拟点(G1)以放射状存在，且相邻的这些线段之间的角度(β1～β4)相等，并且，基准位置(g)上的各缝隙(S)的长度方向与该缝隙(S)所属的上述线段所成的角度(θ1～θ4)相等。

权利要求

1.一种天线，其具备电介质窗及设置于所述电介质窗的一个面的缝隙板，该天线的特征在于，

在所述电介质窗设有多个凹部，所述缝隙板上，在包围所述缝隙板的中央的虚拟圆上设定多个虚拟点，并设定包围各虚拟点的周围的虚拟环状线，将沿各虚拟环状线配置4个以上的缝隙而成的集合作为缝隙组时，

在各缝隙组中，

在从所述缝隙板的厚度方向观察的情况下，各个所述凹部的重心与作为所述缝隙组各自的重心的各个所述虚拟点的位置一致，将各缝隙的宽度方向的中央位置并且长度方向的中央位置作为基准位置时，各缝隙的所述基准位置位于所述虚拟环状线上，连结各缝隙的所述基准位置与这些缝隙所属的所述虚拟点的线段从所述虚拟点以放射状存在，且相邻的这些线段之间的角度相等，并且，所述基准位置上的各缝隙的长度方向与该缝隙所属的所述线段所成的角度相等，且在将该角度设为θ时，满足45°＜θ≤90°。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述缝隙的形状为使长度方向的朝向不变而以直线状延伸的形状。

3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述缝隙的形状为长方形或长孔形状。

4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述缝隙的形状为圆弧形状。

5.一种等离子体处理装置，其具备：权利要求1所述的天线；

处理容器，安装有所述天线；

工作台，设置于所述处理容器的内部且与所述电介质窗对置并载置待处理的基板；及微波产生器，向所述天线供给微波。

6.一种等离子体处理装置，其具备：权利要求2所述的天线；

处理容器，安装有所述天线；

工作台，设置于所述处理容器的内部且与所述电介质窗对置并载置待处理的基板；及微波产生器，向所述天线供给微波。

7.一种等离子体处理装置，其具备：权利要求3所述的天线；

处理容器，安装有所述天线；

工作台，设置于所述处理容器的内部且与所述电介质窗对置并载置待处理的基板；及微波产生器，向所述天线供给微波。

8.一种等离子体处理装置，其具备：权利要求4所述的天线；

处理容器，安装有所述天线；

工作台，设置于所述处理容器的内部且与所述电介质窗对置并载置待处理的基板；及微波产生器，向所述天线供给微波。

说明书

天线及等离子体处理装置

技术领域

[0001] 本发明的方式涉及一种天线及等离子体处理装置。

背景技术

[0002] 现有的等离子体处理装置例如记载于专利文献1及专利文献2。这些等离子体处理装置为使用了径向线缝隙天线的蚀刻装置。天线具备缝隙板和电介质窗，若向天线照射微
波，则从电介质窗向处理容器内放射微波。接受到该微波的能量的气体进行等离子体化，并
产生等离子体。

[0003] 专利文献1：日本特开2015‑130325号公报

[0004] 专利文献2：日本特开2014‑075234号公报

发明内容

[0005] 然而，使用现有的天线来产生等离子体时，有时因等离子体的负荷变动等从天线放射的微波的放射强度和位置变得不稳定。本发明是鉴于这种课题而完成的，其目的在于
提供一种能够提高等离子体的稳定性的天线及处理装置。

[0006] 本申请发明人等经过深入研究之后发现，等离子体的稳定性依赖于微波所形成的驻波的位置和缝隙板的表面电流，通过使缝隙板上的缝隙的位置及方向满足规定条件，能
够大幅提高其稳定性。

[0007] 第1方式所涉及的天线具备电介质窗及设置于所述电介质窗的一个面的缝隙板，该天线的特征在于，所述缝隙板上，在包围所述缝隙板的中央的虚拟圆上设定多个虚拟点，
并设定包围各虚拟点的周围的虚拟环状线，将沿各虚拟环状线配置4个以上的缝隙而成的
集合作为缝隙组时，在各缝隙组中，将各缝隙的宽度方向的中央位置并且长度方向的中央
位置作为基准位置时，各缝隙的所述基准位置位于所述虚拟环状线上，连结各缝隙的所述
基准位置与这些缝隙所属的所述虚拟点的线段从所述虚拟点以放射状存在，且相邻的这些
线段之间的角度相等，并且，所述基准位置上的各缝隙的长度方向与该缝隙所属的所述线
段所成的角度相等。

[0008] 根据上述天线，4个以上的缝隙如上所述各向同性地配置，在这种缝隙配置中，来自缝隙的放射电场非常稳定。因此，即使等离子体的负荷变动，也能够稳定地产生等离子
体。

[0009] 尤其，经由同轴的波导而导入到缝隙板的中央部的微波从中央部以放射状向周缘部传播，但在各缝隙的位置产生驻波并集中能量，从而容易产生等离子体。包围特定的虚拟
点的4个以上的缝隙组的基准位置相对于该虚拟点具有旋转对称性，在各缝隙的周围，振幅
基准位置受到限制的放射电场的驻波相互稳定地重合，从而放射电场稳固地稳定。这种稳
定的放射电场位于以包围缝隙板的中央的方式配置成圆状的虚拟点上，因此在缝隙板的面
内，在各个缝隙组的周围稳定地产生等离子体。

[0010] 第2方式所涉及的天线的特征在于，所述缝隙的形状为使长度方向的朝向不变而以直线状延伸的形状。

[0011] 作为缝隙的形状可以有很多种，只要是长度方向的朝向不发生变化的形状，则具有容易形成缝隙并且容易控制放射电场的振幅的朝向的优点。

[0012] 第3方式所涉及的天线的特征在于，所述缝隙的形状为长方形或长孔形状。长度方向的朝向不发生变化的代表性形状为长方形，长方形的角部作为空间形状，具有高频分量，
因此可以设为使角部变圆的长孔形状。该情况下，能够抑制由高频分量引起的干扰性的放
射电场的产生。

[0013] 第4方式所涉及的天线的特征在于，所述缝隙的形状为圆弧形状。这种形状容易控制所产生的电场。

[0014] 使用了上述方式中任一个天线的等离子体处理装置具备：天线；处理容器，安装有所述天线；工作台，设置于所述处理容器的内部且与所述电介质窗对置并载置待处理的基
板；及微波产生器，向所述天线供给微波。

[0015] 该等离子体处理装置与上述天线同样能够产生稳定性高的等离子体，因此能够对作为处理对象的基板进行稳定的处理。

[0016] 根据本发明的天线及等离子体处理装置，能够提高等离子体的稳定性。

附图说明

[0017] 图1为等离子体处理装置的示意图。

[0018] 图2A为缝隙板的俯视图，图2B为B‑B箭头剖视图。

[0019] 图3为用于说明缝隙板上的图案的俯视图。

[0020] 图4为用于说明1个缝隙组的图案的图。

[0021] 图5为用于说明1个缝隙组的图案的图。

[0022] 图6A为表示比较例1的缝隙组的图案的图，图6B为表示比较例2的缝隙组的图案的图，图6C为表示实施例1的缝隙组的图案的图。

[0023] 图7为表示各种条件下的电场分布的图。

[0024] 图8A为表示实施例1中的各种条件下的电场分布的图，图8B为表示比较例1中的各种条件下的电场分布的图。

[0025] 图9A为一例所涉及的电介质窗的立体图，图9B为电介质窗的纵剖视图。

[0026] 图10A为另一例所涉及的电介质窗的立体图，图10B为电介质窗的纵剖视图。

[0027] 图11为用于说明第2凹部与缝隙的关系的俯视图。

[0028] 图12为表示电场分布的一例的图。

[0029] 图13A、图13B、图13C、图13D、图13E、图13F、图13G、图13H、图13I、图13J、图13K分别为表示1个缝隙组的图案例的图。

[0030] 图14A、图14B、图14C、图14D、图14E分别为表示1个缝隙的图案例的图。

[0031] 图15为包括缝隙板的图案的简易模型的立体图。

具体实施方式

[0032] 以下，对实施方式所涉及的电介质窗、天线及等离子体处理装置进行说明。对于相同要件使用相同符号并省略重复说明。

[0033] 图1为等离子体处理装置的示意图。将上下方向作为Z轴方向，将与Z轴垂直的方向作为X轴方向，将与X轴及Z轴均垂直的方向作为Y轴方向。

[0034] 等离子体处理装置1具备圆筒形状的处理容器2。处理容器2的顶部被由电介质构成的电介质窗16(顶板)堵住。处理容器2例如由铝构成且电性接地。处理容器2的内壁面被
氧化铝等绝缘性的保护膜包覆。

[0035] 在处理容器2的底部的中央设置有用于载置作为基板的半导体晶圆(以下称为晶圆)W的工作台3。在工作台3的上表面保持晶圆W。工作台3例如由氧化铝或氮化铝等陶瓷材
料构成。在工作台3的内部埋入有连接于电源的加热器(未图示)，能够将晶圆W加热至规定
温度。

[0036] 在工作台3的上表面设置有将载置于工作台3的晶圆W进行静电吸附的静电卡盘CK。在静电卡盘CK连接有经由整合器施加偏置用的直流或高频功率(RF功率)的偏置用电
源。

[0037] 在处理容器2的底部设置有从相比载置于工作台3的晶圆W的表面更靠下方的排气口排出处理气体的排气管，在排气管连接有真空泵等排气装置10。通过排气装置10，处理容
器2内的压力被调节为规定的压力。

[0038] 在处理容器2的顶部经由用于确保气密性的O型环等密封件设置有电介质窗16。电介质窗16例如由石英、氧化铝(Al2O3)或氮化铝(AlN)等的电介质构成，对微波具有透射性。

[0039] 在电介质窗16的上表面设置有圆板形状的缝隙板20。缝隙板20由具有导电性的材质例如利用Ag、Au等进行电镀或涂覆的铜构成。在缝隙板20，多个缝隙组以包围其中央的方
式排列成圆状。缝隙组的数较多时，也能够将缝隙组配置成同心圆状。

[0040] 在缝隙板20的上表面配置有用于压缩微波的波长的电介质板(慢波板)25。电介质板25例如由石英(SiO2)、氧化铝(Al2O3)或氮化铝(AlN)等的电介质构成。电介质板25被导电
性的罩体26覆盖。在罩体26设置有圆环状的载热体流路，通过在该载热体流路中流动的载
热体，罩体26及电介质板25被调节为规定的温度。以2.45GHz的波长的微波为例，真空中的
波长约为12cm，氧化铝制的电介质窗16中的波长约为3～4cm。

[0041] 在罩体26的中央连接有传播微波的同轴波导管(未图示)，同轴波导管由内侧导体与外侧导体构成。内侧导体贯穿电介质板25的中央而与缝隙板20的中央连接。在该同轴波
导管经由模式转换器及矩形波导管连接有微波产生器35。微波除了2.45GHz之外，能够使用
860MHz、915MHz或8.35GHz等微波。

[0042] 微波产生器35所产生的微波MW经由作为微波导入通道的矩形波导管、模式转换器、同轴波导管传播至电介质板25。传播至电介质板25的微波MW从缝隙板20的多个缝隙经
由电介质窗16供给至处理容器2内。通过微波在电介质窗16的下方形成电场，处理容器2内
的处理气体进行等离子体化。即，若从微波产生器35向天线供给微波MW，则产生等离子体。

[0043] 与缝隙板20连接的上述内侧导体的下端形成为圆锥台形状，微波从同轴波导管向电介质板25及缝隙板20以有效且无损失的方式传播。

[0044] 通过径向线隙缝天线生成的微波等离子体的特征在于，在电介质窗16正下方的区域PSM(等离子体激发区域)生成的电子温度比较高的能量的等离子体如大大的箭头所示向
下方扩散，并在晶圆W正上方的区域(扩散等离子体区域)成为约1～2eV左右的较低的电子
温度的等离子体。即，其特征在于，与平行平板等的等离子体不同，等离子体的电子温度的
分布作为距电介质窗16的距离的函数而明确地产生。更详细而言，在电介质窗16正下方的
区域的几eV～约10eV的电子温度在晶圆W正上方的区域衰减至约1～2eV左右。晶圆W的处理
在等离子体的电子温度较低的区域(扩散等离子体区域)进行，因此不会对晶圆W造成凹陷
等巨大的损害。若向等离子体的电子温度较高的区域(等离子体激发区域)供给处理气体，
则处理气体容易激发而解离。另一方面，若向等离子体的电子温度较低的区域(等离子体扩
散区域)供给处理气体，则与向等离子体激发区域附近供给的情况相比，解离程度得到抑
制。

[0045] 在处理容器2的顶部的电介质窗16中央设置有向晶圆W的中心部导入处理气体的中央导入部55(参考图10B)，该中央导入部与处理气体的供给通道连接。处理气体的供给通
道为上述同轴波导管的内侧导体内的供给通道。

[0046] 该中央导入部具备：圆柱形状的块体(未图示)，嵌入于在电介质窗16的中央设置的圆筒形状的空间部143(参考图10B)；及锥状的空间部143a(参考图10B)，在前端部连续着
具有气体喷出用的开口的圆柱状空间。该块体例如由铝等导电性材料构成且电性接地。铝
制的块体能够用阳极氧化覆膜氧化铝(Al2O3)、氧化钇(Y2O3)等进行涂覆。在块体形成有沿
上下方向贯穿的多个中央导入口58，在块体的上表面与同轴波导管的内侧导体的下表面之
间存在间隙(气体储存部)。该中央导入口58的平面形状因考虑到必要的电导率等而形成为
正圆或长孔。

[0047] 另外，空间部143a的形状并不限于锥状，也可以是普通的圆柱形状。

[0048] 供给至上述块体上的气体储存部的处理气体在气体储存部内扩散之后，从设置于块体的多个中央导入口朝向下方并且晶圆W的中心部喷射。

[0049] 在处理容器2的内部也能够以包围晶圆W的上方的周边的方式配置向晶圆W的周边部供给处理气体的环形状的周边导入部。周边导入部比配置于顶部的中央导入口58更靠下
方，并且配置于载置于工作台3的晶圆W更靠上方。周边导入部将中空的管配置成环状而成，
在处理容器2的内周侧沿周方向隔着一定间隔间隔出多个周边导入口62。周边导入口62朝
向环状的周边导入部的中心喷射处理气体。周边导入部例如由石英构成。在处理容器2的侧
面贯穿不锈钢制的供给通道，该供给通道与周边导入部的周边导入口62连接。从供给通道
供给至周边导入部的处理气体从该多个周边导入口62朝向周边导入部的内侧喷射。从多个
周边导入口62喷射的处理气体供给至晶圆W的周边上部。另外，也可以不设置环形状的周边
导入部，取而代之在处理容器2的内侧面形成多个周边导入口62。

[0050] 从气体供给源100向上述中央导入口58及周边导入口62供给处理气体。气体供给源100由通用气体源及添加气体源构成，供给与等离子体蚀刻处理和等离子体CVD处理等各
种处理相应的处理气体。若将来自多个气体源的气体的流量利用设置于各供给通道的流量
控制阀控制而混合，则能够制作出目标处理气体。这些流量控制阀能够通过控制装置CONT
来控制。另外，控制装置CONT为计算机，其还能够控制微波产生器35的启动和晶圆W的加热、
基于排气装置10的排气处理等。

[0051] 来自通用气体源及添加气体源的处理气体以与目的相应的适当的比例混合，并供给至各中央导入口58及周边导入口62。

[0052] 例如，作为被用作通用气体源的气体，能够使用稀有气体(Ar等)，也能够使用其他添加气体。并且，蚀刻多晶硅等硅类的膜时，作为添加气体供给Ar气体、HBr气体(或Cl2气
体)、O2气体，在蚀刻SiO2等氧化膜时，作为添加气体供给Ar气体、CHF类气体、CF类气体、O2气
体，在蚀刻SiN等氮化膜时，作为添加气体供给Ar气体、CF类气体、CHF类气体、O2气体。

[0053] 另外，作为CHF类气体能够列举CH3(CH2)3CH2F、CH3(CH2)4CH2F、CH3(CH2)7CH2F、CHCH3F2、CHF3、CH3F及CH2F2等。

[0054] 作为CF类气体能够列举C(CF3)4、C(C2F5)4、C4F8、C2F2及C5F8等，从可获得适合蚀刻的解离种类的观点考虑，优选C5F8。

[0055] 向中央导入口58供给中央导入气体Gc，向周边导入口62供给周边导入气体Gp。供给至晶圆W的中心部分的中央导入气体Gc与供给至周边部分的周边导入气体Gp的气体，能
够改变每种气体的分压和气体种类本身，也能够各式各样地改变等离子体处理的特性。能
够以通用气体源和添加气体源供给同一种类的气体，也能够以通用气体源和添加气体源供
给不同种类的气体。

[0056] 为了抑制蚀刻气体的解离，可以从通用气体源供给等离子体激发用气体，从添加气体源供给蚀刻气体。例如为在蚀刻硅类的膜时，从通用气体源作为等离子体激发用气体
仅供给Ar气体，从添加气体源作为蚀刻气体仅供给HBr气体、O2气体等。通用气体源还能够
供给O2、SF6等洁净气体或其他通用气体。并且，上述气体中可以含有所谓的负性气体。负性
气体是指电子能量为10eV以下且具有电子附着截面积的气体。例如可以列举HBr和SF6等。

[0057] 另外，将以生成均匀的等离子体及进行面内均匀的晶圆W的处理为目的通过分流器调节通用气体的分支比率，调节来自中央导入口58及周边导入口62的气体导入量的技术
称为RDC(自由基分布控制，(Radical Distribution Control))。RDC以来自中央导入口58
的气体导入量与来自周边导入口62的气体导入量之比来表示。从中央导入口58及周边导入
口62供给至腔室内部的气体种类通用的情况为一般的RDC。最佳的RDC值按照蚀刻对象的膜
种和各种条件通过实验被确定，从而能够实现均匀的蚀刻速度。

[0058] 如上所述，实施方式所涉及的天线具备电介质窗16及设置于电介质窗16的一个面(与处理容器相反侧的面)的缝隙板20。另外，图1所示的等离子体处理装置中，除缝隙板20
以外的结构为一般性结构，能够采用各种方式。接着，对构成天线的缝隙板20进行说明。

[0059] 图2A为缝隙板的俯视图(XY平面)，图2B为B‑B箭头剖视图(XZ剖面)。

[0060] 缝隙板20由圆形的导电体构成，在其中心设置有用于贯穿上述处理气体供给用的管的贯穿孔137。并且，在贯穿孔137的周围以圆状配置有缝隙组SG1～SG6，缝隙组SG1～SG6
以贯穿孔137为中心具有旋转对称性。因为产生对绕Z轴旋转的旋转角依赖性较少的等离子
体。另外，虽然根据位置而旋转角不同，但各缝隙组SG1～SG6的图案相同。

[0061] 另外，为了轻松进行缝隙板20的周方向的定位，在缝隙板20的周缘部的区域以沿板厚方向贯穿的方式设置有基准孔139。即，以该基准孔139的位置为标记，进行相对于处理
容器2和电介质窗16的缝隙板20的周方向的定位。缝隙板20作为整体除了基准孔139之外具
有以贯穿孔137的重心位置为中心的旋转对称性。该图2A及图2B中，1个缝隙组具备4个缝隙
(贯穿孔)，但缝隙数也可以是4个以上。并且，1个缝隙组中的缝隙数优选为8个以下。

[0062] 图3为用于说明缝隙板上的图案的俯视图(XY平面)。

[0063] 定义1个缝隙组时，首先在缝隙板20上，包围缝隙板20的中央(图2A所示的贯穿孔137的重心G0)的虚拟圆(第1虚拟圆C1)上设定多个虚拟点(G1～G6)。设定包围各虚拟点(G1
～G6)的周围的虚拟环状线(第2虚拟圆C2)，将沿各虚拟环状线配置4个以上的缝隙S(参考
图4)而成的集合分别作为缝隙组SG1～SG6。

[0064] 虚拟点G1～G6在重心G0的周围以等间隔配置。即，连结重心G0和虚拟点G6的线段与连结重心G0和虚拟点G1的线段形成角度α1(锐角)。同样地，连结重心G0和虚拟点G1的线
段与连结重心G0和虚拟点G2的线段形成角度α2(锐角)。连结重心G0和虚拟点G2的线段与连
结重心G0和虚拟点G3的线段形成角度α3(锐角)。连结重心G0和虚拟点G3的线段与连结重心
G0和虚拟点G4的线段形成角度α4(锐角)。连结重心G0和虚拟点G4的线段与连结重心G0和虚
拟点G5的线段形成角度α5(锐角)。连结重心G0和虚拟点G5的线段与连结重心G0和虚拟点G6
的线段形成角度α6(锐角)。在此，α1＝α2＝α3＝α4＝α5＝α6，α1+α2+α3+α4+α5+α6＝360°。缝
隙组的图案相对于重心G0具有旋转对称性，但各缝隙组的形状相同。因此，仅以1个缝隙组
为代表进行说明。

[0065] 另外，将缝隙组的数设为X，将第1虚拟圆C1的半径设为r，将圆周率设为π，将微波的波长设为λ时，优选以成为2πr/X＝λ×整数的方式设定。其理由在于为确保周方向上的驻
波的连续性。

[0066] 图4为用于说明1个缝隙组的图案的图。

[0067] 如该图4所示，上述缝隙图案在各个缝隙组中，将各缝隙S的宽度方向的中央位置并且长度方向的中央位置作为基准位置g(缝隙的重心)时，各缝隙S的基准位置g位于虚拟
环状线(第2虚拟圆C2)上，连结各缝隙S的基准位置g与这些缝隙S所属的虚拟点(G1)的线段
从虚拟点(G1)以放射状存在，相邻的这些线段之间的角度(β1、β2、β3、β4)相等，但也可以允
许5％左右的误差。并且，基准位置g上的各缝隙S的长度方向与该缝隙S所属的所述线段所
成的角度相等，但也可以允许5％左右的误差。若将该角度(90°以下)如图13(G)所示设为θ
1、θ2、θ3、θ4，则在图4中为θ1＝θ2＝θ3＝θ4＝90°，但也可以允许5％左右的误差。另外，45°
＜θ1、45°＜θ2、45°＜θ3、45°＜θ4。并且，将各缝隙组进行上下或左右颠倒的图案也发挥相
同的作用。

[0068] 图5为用于说明1个缝隙组的图案的图。

[0069] 根据该天线，4个以上的缝隙S各向同性地配置，在这种缝隙配置中，来自缝隙S的放射电场非常稳定。缝隙S的长度方向的尺寸L、宽度方向的尺寸W满足L＞W。沿缝隙S的宽度
方向的电场E在第2虚拟圆C2的中央部稳定地重合，并形成不易移动的高电场区域P。等离子
体对应高电场区域P而产生，因此即使等离子体的负荷发生变动，也能够稳定地产生等离子
体。

[0070] 尤其，经由同轴的波导导入至缝隙板的中央部的微波从中央部以放射状向周缘部传播，但由于在各缝隙S的位置产生驻波而能量集中，因此容易产生等离子体。包围特定的
虚拟点G1的4个以上的缝隙组的基准位置g相对于该虚拟点G1具有旋转对称性，在各缝隙S
的周围振幅基准位置受到限制的放射电场的驻波相互稳定地重合，从而放射电场稳固地稳
定。这种稳定的放射电场位于以包围缝隙板的中央的方式配置成圆状的虚拟点(图3所示的
虚拟点G0)上，因此在缝隙板20的面内，在各个缝隙组的周围稳定地产生等离子体。

[0071] 另外，该图5中为便于理解，将缝隙从重心G1稍微隔开表示，但第2虚拟圆C2的半径0.5
优选为L/2 。由此，认为形成相邻的缝隙彼此的间隔重合的缝隙，从而能够生成稳定的放
射电场。

[0072] 接着，为了验证效果对比较例与实施例进行了对比。

[0073] 图6A为表示比较例1的缝隙组的图案的图，图6B为表示比较例2的缝隙组的图案的图，图6C为表示实施例1的缝隙组的图案的图。

[0074] 图6A为比较例1的图案，仅具备图5所示的实施例1的图案(图6C)的上部的2个缝隙。图6B为比较例2的图案，其为将图5所示的实施例1的图案(图6C)的下部的2个缝隙上下
颠倒的图案。

[0075] 为了查看图6A～图6C的图案中的电场分布，制作了如图15所示的简易的模型。上述等离子体处理装置中，在电介质窗上配置有金属制的缝隙板，在缝隙板上配置有电介质
板(慢波板)。因此，简易的模型中，如图15所示作为电介质窗准备厚度15mm的Al2O3(氧化铝)
的板，作为慢波板准备由厚度7mm的Al2O3(氧化铝)构成的波导，且在该波导的下表面配置薄
的缝隙板，从而准备了带有缝隙的波导。因此，该模型中缝隙板夹在电介质窗与模拟了慢波
板的波导之间。

[0076] 图7为简易地模拟图6A～图6C所示的缝隙组的图案中的电场分布来进行计算时的构成图和结果。图7中，颜色越深则表示电场越强。

[0077] 从具有图6A～图6C所示的图案的波导的一端输入TE10模式的微波(功率1W)，并计算出电介质窗的底面(下表面)的电场强度分布。此时，缝隙的长度L＝17mm、宽度W＝6mm，使
用上述简易的模型的实施例1中，虚拟圆C2的半径为12mm。

[0078] 微波的位置1为微波的振幅的波腹位于各缝隙组的重心位置附近的情况，微波的位置3为微波的振幅的波节位于各缝隙组的重心位置附近的情况，微波的位置2为微波的振
幅的波腹及波节的位置的中间位置位于各缝隙组的重心位置附近的情况。认为当微波的传
播出现波动时，处于位置1～位置3的状态，但可知与比较例1及比较例2相比，实施例1的情
况下电场强度高的区域相对于位置1～位置3的变动不易变化。如此，可知在实施例1的情况
下，相对于微波的传播的波动，电场强度分布的鲁棒性高，随之等离子体产生区域的变动也
少。

[0079] 接着，对旋转了1个缝隙组的情况的电场强度分布的变化进行了确认。

[0080] 图8A(实施例1)及图8B(比较例1)为表示各种条件下的电场分布(模拟)的图，缝隙组的旋转角度以外的条件与上述相同，微波的状态采用了上述位置1。该图8A及图8B中同
理，颜色越深则表示电场越强。

[0081] 在比较例1的缝隙图案的情况下，将旋转角度改变至0°～75°时，电场强度高的区域的位置发生变动，但实施例1中几乎不发生变动，并在缝隙组的重心的附近定位。如此，可
确认到即使在将1个缝隙组以重心G1(参考图5)为中心旋转的情况下，等离子体的产生位置
也几乎不变。

[0082] 接着，对电介质窗16的例子进行说明。

[0083] 图9A为一例所涉及的电介质窗的立体图，图9B为电介质窗的纵剖视图。另外，图9A中，为了可看到凹部的结构，将电介质窗上下颠倒而示出。

[0084] 电介质窗16为大致圆板状，并具有规定的板厚。电介质窗16由电介质构成，作为电介质窗16的具体材质，可以列举石英和氧化铝等。在电介质窗16的上表面159上设置有缝隙
板20。

[0085] 在电介质窗16的径向的中央设置有沿板厚方向即纸面上下方向贯穿的贯穿孔。贯穿孔中，下侧区域成为中央导入部55中的气体供给口，上侧区域成为供中央导入部55的块
体配置的凹部143。另外，电介质窗16的径向的中心轴144a(与重心G0一致)用图9B中的单点
划线表示。

[0086] 电介质窗16中，在设置于等离子体处理装置时成为生成等离子体的一侧的下侧的扁平面146的径向外侧区域设置有以环状连续且朝向电介质窗16的板厚方向内侧凹陷成锥
状的环状的第1凹部147。扁平面146设置于电介质窗16的径向的中央区域。

[0087] 环状的第1凹部147从扁平面146的外径区域朝向外径侧由以锥状具体而言为相对于扁平面146倾斜的内侧锥面148、从内侧锥面148朝向外径侧沿径向笔直即与扁平面146平
行地延伸的扁平的底面149、从底面149朝向外径侧以锥状具体而言为相对于底面149倾斜
延伸的外侧锥面150构成。

[0088] 关于锥的角度即例如内侧锥面相对于底面149延伸的方向上规定的角度和外侧锥面150相对于底面149延伸的方向上规定的角度可任意确定，在该实施方式中，在周方向的
任意位置都构成为相同。内侧锥面148、底面149、外侧锥面150分别以平滑的曲面相连的方
式形成。另外，在外侧锥面150的外径区域设置有朝向外径侧沿径向笔直即与扁平面146平
行地延伸的外周平面152。

[0089] 该外周平面152成为电介质窗16的支承面，而堵住处理容器2的开口端面。即，电介质窗16以将外周平面152载置于圆筒形状的处理容器2的上部侧的开口端面上的方式安装
于处理容器2。

[0090] 通过环状的第1凹部147，在电介质窗16的径向外侧区域形成使电介质窗16的厚度连续变化的区域，从而能够形成具有适合生成等离子体的各种工序条件的电介质窗16的厚
度的谐振区域。由此，能够根据各种工序条件确保径向外侧区域中的等离子体的稳定性。

[0091] 图10A为另一例所涉及的电介质窗的立体图，图10B为电介质窗的纵剖视图。

[0092] 图10A及图10B的结构与图9A及图9B所示的结构的不同点在于，圆形的第2凹部153(153a～153f)沿周方向等间隔形成于第1凹部147的底面149，其他结构与图9A及图9B相同。

[0093] 如上所述，电介质窗16中，在环状的第1凹部147的底面设置有朝向板厚方向内侧凹陷的第2凹部153(153a～153f)。第2凹部153的平面形状为圆形，内侧的侧面构成圆筒面，
底面为扁平。圆形为具有无限的角部的多角形，因此认为第2凹部153的平面形状也能够设
为具有有限的角部的多角形，认为导入微波时在凹部内产生等离子体，但平面形状为圆形
时，从中心开始的形状的等价性高，因此产生稳定的等离子体。

[0094] 第2凹部153在该实施方式中总计设置有6个，与外侧的缝隙组(参考图2A)的数相同。6个第2凹部153a、153b、153c、153d、153e、153f的形状分别相等。即，关于第2凹部153a～
153f的凹陷方式和其大小、孔径等分别构成为相等。6个第2凹部153a～153f以将电介质窗
16的径向的重心(图10B中的中心轴144a的位置)作为中心具有旋转对称性的方式分别隔开
间隔配置。圆孔状的6个第2凹部153a～153f各自的重心(设为Q)从电介质窗16的板厚方向
观察时，位于以电介质窗16的径向的中心(中心轴144a)为中心的圆上。即，构成为，将电介
质窗16以径向的中心(中心轴144a)为中心在XY平面内旋转60度(＝360度/6)时，成为与旋
转前相同的形状。

[0095] 通过该各第2凹部153的所有重心的圆的直径在该实施方式中约为143mm，第2凹部153的直径为50mm，以第1凹部147的底面为基准的第2凹部153的深度为10mm。并且，以第1凹
部147的扁平面146为基准的深度L3被适当地设定，在该实施方式中为32mm。

[0096] 第2凹部153的直径及从第2凹部153的底面至电介质窗163的上表面的距离例如被设定为导入到该第2凹部中的微波的波长λg的四分之一。另外，在该实施方式中，电介质窗
16的直径约为460mm。另外，上述数值能够允许±10％的变更，本装置运行的条件并不限定
于此，只要是可在凹部内锁住等离子体则可发挥装置的功能。

[0097] 电介质窗16中等离子体密度往往在中央付近变高，本实施方式中，避开中央而在周边设置第2凹部153，因此能够比中心附近增加周边的等离子体密度，因此能够使面内的
等离子体密度变得均匀。

[0098] 通过该第2凹部153a～153f，往往在该凹部内集中微波的电场，因此从缝隙板的厚度方向观察时，通过使上述缝隙组的重心位置(例：G1)与电介质窗的第2凹部的重心(Q)一
致，从而能够在电介质窗16的径向的周边区域进行非常稳固的模式固定。该情况下，即使工
序条件发生各种变更，也能够确保径向的周边区域中的稳固的模式固定的区域，从而能够
稳定地产生均匀的等离子体，且能够提高基板处理量的面内均匀性。尤其，第2凹部153a～
153f具有旋转对称性，因此能够在电介质窗16的径向内侧区域确保稳固的模式固定的较高
的轴对称性，所生成的等离子体中也具有较高的轴对称性。

[0099] 通过以上结构，这种结构的电介质窗16具有广泛的工序余量(process margin)，并且所生成的等离子体具有较高的轴对称性。

[0100] 图11为用于说明第2凹部与缝隙的关系的俯视图(XY平面)。

[0101] 从缝隙板的厚度方向(Z轴方向)观察时，上述缝隙组的重心位置(G1～G6)与电介质窗的第2凹部153a～153f的重心(Q)一致。通过该结构，伴随实施方式的缝隙结构与由电
介质窗的第2凹部带来的电场集中效果的协同效应，可获得电场进一步变高的效果。

[0102] 图12为表示电场分布的一例(模拟)的图。另外，将第2凹部的数设为6个，将缝隙组的数也设为6个，使它们的重心位置一致。另外，各缝隙组中另标记了成为表示各自的中心
的标记的十字线。

[0103] 该图12表示作为一例在等离子体的电子密度为5×1017m‑3时的电介质窗下表面的电场强度分布。第2凹部所在的区域内，高电场的区域是固定的，因此根据此产生等离子体。
17 ‑3 17 ‑3 17 ‑3
将等离子体的电子密度在1×10 m ～9×10 m 之间每次改变1×10 m 来测定了电场分
布，确认到高电场的区域不移动，稳定地停留在第2凹部内。

[0104] 接着，对1个缝隙组的图案进行说明。

[0105] 图13A、图13B、图13C、图13D、图13E、图13F、图13G、图13H、图13I、图13J、图13K分别为表示1个缝隙组的图案例的图。粗线表示缝隙，单点划线表示上述第2虚拟圆(C2)。

[0106] 图13A为在上述实施方式中说明的缝隙组的图案的例子。

[0107] 图13B为具有沿第2虚拟圆上的4个缝隙但各缝隙的平面形状为圆弧(曲率半径与第2虚拟圆相同)的例子。

[0108] 图13C为具有沿第2虚拟圆上的4个缝隙但各缝隙的平面形状为梯型的例子。

[0109] 图13D为在上述实施方式中说明的缝隙组的图案的中心具有圆径的贯穿孔(黑色圆的区域)的例子。

[0110] 图13E为具有沿第2虚拟圆上的4个缝隙但各缝隙的平面形状为圆弧(曲率半径大于第2虚拟圆)的例子。

[0111] 图13F具有沿第2虚拟圆上的4个缝隙但各缝隙的平面形状为圆弧(曲率半径小于第2虚拟圆)的例子。

[0112] 图13G如上所述，具有沿第2虚拟圆上的4个缝隙但各缝隙的长边方向与缝隙的基准位置上的第2虚拟圆的切线方向不同的例子。

[0113] 图13H为将图13A中的第2虚拟圆设为虚拟椭圆(椭圆的长轴＞短轴)，并具有沿该虚拟椭圆的4个缝隙的例子。

[0114] 图13I为具有沿第2虚拟圆上的5个缝隙但各缝隙的平面形状为圆弧(曲率半径与第2虚拟圆相同)的例子。

[0115] 图13J为将图13A的缝隙组的图案中的缝隙数设为5个的例子。

[0116] 图13K为将图13A的缝隙组的图案中的缝隙数设为6个的例子。

[0117] 接着，对1个缝隙的图案进行说明。

[0118] 图14A、图14B、图14C、图14D、图14E分别为表示1个缝隙的图案例的图。

[0119] 如图14A所示，上述实施例1中的缝隙S的形状(参考图5)设为了长孔形状。即，缝隙S的形状为以长度方向的朝向不变的方式直线状延伸的形状。作为缝隙的形状，可以考虑各
种形状，只要是长度方向的朝向不变的形状，则具有容易形成缝隙并且容易控制放射电场
的振幅的朝向的优点。

[0120] 如图14B所示，只要缝隙S的形状为长方形，则容易产生宽度方向的电场，但长方形的角部作为空间形状具有高频分量，因此如图14A所示将角部磨圆的长孔形状产生更稳定
的电场。

[0121] 总而言之，上述天线中，缝隙的形状优选为长方形或长孔形状，为长孔形状时，能够抑制因高频分量引起的干扰性的放射电场的产生。

[0122] 作为缝隙的形状，能够如图14C所示设为平行四边形，也能够如图14D所示设为梯型，还能够如图14E所示设为圆弧形状(弧状的环)。无论何种形状，都容易控制所产生的电
场。另外，优选各缝隙的长度方向的尺寸L相对于微波的波长λ满足以下条件(L≤(3λ/2))。
因为超过该条件而L较大时，有时微波的波腹的位置在缝隙内存在多个，而不易控制放射电
场。确定缝隙板的开口率时能够适当地变更各缝隙的宽度方向的尺寸W。

[0123] 并且，图14A的缝隙形状中作为具体例列举了L/W＝30mm/11mm、32mm/7mm、26mm/0.5
9mm、20mm/12mm、24mm/15mm等。另外，如上所述，第2虚拟圆C2的半径优选为L/2 。并且，上
述例中，1个缝隙组中，缝隙形状相同，但不同组之间，缝隙形状或大小可以不同。并且，缝隙
的角部除了带有圆的形状以外也能够设为锥形状。角部具有曲率半径时，其曲率半径能够
设为W/2。

[0124] 以上，如上所述，使用了具有上述任一种缝隙板及电介质窗的天线的等离子体处理装置具备：天线；处理容器2，安装有天线；工作台，设置于处理容器2的内部并与电介质窗
对置并载置待处理的基板；及微波产生器，向天线供给微波。该等离子体处理装置能够与上
述天线相同地产生稳定性高的等离子体，因此能够对作为处理对象的基板进行稳定的处
理。

[0125] 另外，若缝隙宽度变窄，则该缝隙所形成的驻波的最大电场强度往往变强。若电场强度变强，则表示在该部分的等离子体生成的概率进一步变高，此处的等离子体生成概率
变高，表明最终其他部分的等离子体生成得到抑制。即，不易引起模式的切换，牵涉等离子
体的稳定性的提高及失火的抑制。

[0126] 认为从微波产生器根据需要使用模式转换器、同轴波导管向天线供给的微波从天线的中心部分以放射状朝向天线外周部直线传播，并从缝隙部向正下方的等离子体空间进
行传播，但实际上传播方向根据工序条件而变动。现有技术中，朝向缝隙正下方的传播模式
根据驻波的波节和/波腹与缝隙的位置关系、非直线的微波的传播成分而变化，并不稳定，
但上述实施方式中，即使各种条件发生变动，也能够稳定地控制放射电场及等离子体。