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微波 等离子体处理装置

阅读：274发布：2020-05-12

专利汇可以提供微波等离子体处理装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种微波等离子体处理装置，其中，对用于形成等离子体的微波进行放射的平面天线(31)，在其表面以同心状被分为中央区域(31a)、外周区域(31c)、中央区域和外周区域的中间区域(31b)的情况下，朝向各异的微波放射孔(32)的对以同心圆状在中央区域(31a)以及所述外周区域(31c)配列多个，在中间区域(31b)上不形成微波放射孔，微波透过板(28)在其微波放射面上形成有凹部(28a)。，下面是微波等离子体处理装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种微波等离子体处理装置，通过微波形成处理气体的等离子体，通过该等离子体对被处理体实施等离子体处理，其特征在于，包括：
收容有被处理体的腔室；
在所述腔室内载置被处理体的载置台；
产生微波的微波产生源；
将由微波产生源产生的微波向所述腔室进行引导的导波管；
将被导入到所述导波管的微波向所述腔室进行放射的、由导体构成的平面天线；
构成所述腔室的顶壁，使通过所述平面天线的微波放射孔的微波透过的、由电介质构成的微波透过板；和
向所述腔室内供给处理气体的处理气体供给部，
所述平面天线具有一方向上长的多个微波放射孔，在使所述平面天线的表面呈同心状地分为中央区域、外周区域和中央区域与外周区域的中间区域的情况下，朝向各异的所述微波放射孔的对以同心圆状在所述中央区域和所述外周区域配列有多个，在所述中间区域不形成微波放射孔，
所述微波透过板在其微波放射面上形成有凹部。
2.如权利要求1所述的微波等离子体处理装置，其特征在于：
所述成对的微波放射孔形成为，其长度方向的一端接近，另一端扩开。
3.如权利要求2所述的微波等离子体处理装置，其特征在于：
构成所述微波放射孔的对的各微波放射孔的长度方向彼此所成的角度为80～100°。
4.如权利要求1所述的微波等离子体处理装置，其特征在于：
形成在所述中央区域的微波透过孔的长度方向的长度比形成在所述外周区域上的微波透过孔的长度方向的长度短。
5.如权利要求1所述的微波等离子体处理装置，其特征在于：
所述凹部形成在与载置于所述载置台上的被处理体对应的部分。
6.如权利要求5所述的微波等离子体处理装置，其特征在于：
所述微波透过板呈截面拱状。
7.如权利要求6所述的微波等离子体处理装置，其特征在于：
与所述微波透过板的所述凹部对应的部分是平坦的。
8.如权利要求1所述的微波等离子体处理装置，其特征在于：
所述微波透过板的微波放射面在其周缘部具有向下方突出的呈环状的突出部。
9.一种微波等离子体处理装置，该微波等离子体处理装置通过微波形成处理气体的等离子体，通过该等离子体对被处理体实施等离子体处理，其特征在于，包括：
收容有被处理体的腔室；
在所述腔室内载置被处理体的载置台；
产生微波的微波产生源；
将由微波产生源产生的微波向所述腔室进行引导的导波管；
将被导入到所述导波管的微波向所述腔室放射的、由导体构成的平面天线；
构成所述腔室的顶壁，使通过所述平面天线的微波放射孔的微波透过的、由电介质构成的微波透过板；和
向所述腔室内供给处理气体的处理气体供给部，
所述平面天线具有一方向上长的多个微波放射孔，在使所述平面天线的表面呈同心状地分为中央区域、外周区域和中央区域与外周区域的中间区域的情况下，朝向各异的所述微波放射孔的对以同心圆状在所述中央区域和所述外周区域配列有多个，在所述中间区域不形成微波放射孔，
所述微波透过板在其微波放射面上形成为凹凸状。
10.如权利要求9所述的微波等离子体处理装置，其特征在于：
所述成对的微波放射孔形成为，其长度方向的一端接近，另一端扩开。
11.如权利要求10所述的微波等离子体处理装置，其特征在于：
构成所述微波放射孔的对的各微波放射孔的长度方向彼此所成的角度为90°。
12.如权利要求9所述的微波等离子体处理装置，其特征在于：
形成在所述中央区域的微波透过孔的长度方向的长度比形成在所述外周区域的微波透过孔的长度方向的长度短。
13.如权利要求9所述的微波等离子体处理装置，其特征在于：
所述微波透过板的微波放射面以同心状交替形成凸部和凹部。
14.如权利要求9所述的微波等离子体处理装置，其特征在于：
所述微波透过板的微波放射面在其周缘部具有向下方突出的呈环状的突出部。

说明书全文

微波 等离子体处理装置

技术领域

[0001] 本发明涉及进行氧化处理或氮化处理等的等离子体处理的微波等离子体处理装置。

背景技术

[0002] 等离子体处理是半导体设备的制造中不可缺少的技术，近来，由于要求LSI的高集成、高速化，构成LSI的半导体元件的设计规则日渐微细化，另外，半导体晶片也变得大型化，随之，即使在等离子体处理装置中也要求其能够应对这种微细化以及大型化。

[0003] 不过，在以往多用的平行平板型以及电感耦合型等离子体处理装置中，由于电子温度较高，因此，在微细元件中会生成等离子体损坏，另外，由于被限定了等离子体密度较高的区域，因此，对大型的半导体晶片进行均匀且高速的等离子体处理比较困难。

[0004] 因此，一种能以高密度均匀地形成低电子温度的等离子体的RLSA(Radial Line Slot Antenna(径向线缝隙天线))微波等离子体处理装置受到关注(例如，国际公开第2004/008519号手册)。

[0005] RLSA微波等离子体处理装置是如下的装置，在腔室的上部以规定的图案设有形成有多条狭缝(缝隙)的平面天线(Radial LineSlot Antenna)，使从微波产生源导出的微波从平面天线的狭缝(放射孔)放射，并且经由设在其下的由电介质构成的微波透过板向被保持成真空的腔室内放射，对通过该微波电场被导入腔室内的气体进行等离子体化，通过这样形成的等离子体对半导体晶片等的被处理体进行处理。

[0006] 在该RLSA微波等离子体处理装置中，在天线正下方的广阔区域范围内能够实现高的等离子体密度，能够在短时间内进行均匀的等离子体处理。另外，由于形成有低电子温度等离子体，因此，元件的损坏较小。

[0007] 研究利用这种低损坏且均匀性高的优点，向氧化处理以及氮化处理等各种处理的适用。

[0008] 在这样的微波等离子体处理装置中，将由微波发生装置产生的微波经由导波管导向形成有多条狭缝(放射孔)的平面天线。而且，从平面天线的中心部向周边部传播微波，在该过程中，从多条狭缝透过由电介质构成的微波透过板向腔室内放射圆偏波的微波。通过由该被放射的微波生成的电磁场，生成导入到腔室内的气体的等离子体。

[0009] 因此，在所述文献中，为了得到均匀的等离子体，以基本均匀的方式形成平面天线的狭缝，且微波透过板形成为平坦，但是，由于微波在从平面天线的中心部向周边部传播的同时从狭缝透过由电介质构成的微波透过板向腔室内放射，因此，由于微波透过由电介质构成的微波透过板时产生的反射波等的影响，微波不会被均匀地导入腔室内，例如中央部的电场强度会变得比周边部高等，电场强度会变得不均匀，存在得不到所要求的等离子体的均匀性的情况。另外，微波的效率也不充分。

发明内容

[0010] 本发明的目的在于提供一种微波等离子体处理装置，其能够均匀地放射微波，能够形成均匀性高的等离子体，并且，能够高效地导入微波功率。

[0011] 根据本发明的第一观点，提供一种微波等离子体处理装置，通过微波形成处理气体的等离子体，并通过该等离子体在被处理体上实施等离子体处理，具有：收容有被处理体的腔室；在所述腔室内载置被处理体的载置台；产生微波的微波产生源；将由微波产生源产生的微波向所述腔室引导的导波管；将被导入所述导波管的微波向所述腔室放射的、由导体构成的平面天线；构成所述腔室的顶壁，且使通过所述平面天线的微波放射孔的微波透过的、由电介质构成的微波透过板；向所述腔室内供给处理气体的处理气体供给部，所述平面天线具有一方向上长的多个微波放射孔，在使其表面呈同心状地分为中央区域、外周区域、中央区域和外周区域的中间区域的情况下，朝向各异的所述微波放射孔的对以同心圆状在所述中央区域以及所述外周区域配列多个，在所述中间区域上不形成微波放射孔，所述微波透过板在其微波放射面上形成有凹部。

[0012] 在所述第一观点中，所述凹部优选形成在与被载置于所述载置台上的被处理体对应的部分上。另外，所述微波透过板优选呈截面拱状。而且，优选与所述微波透过板的所述凹部对应的部分是平坦的。

[0013] 根据本发明的第二观点，提供一种微波等离子体处理装置，通过微波形成处理气体的等离子体，并通过该等离子体在被处理体上实施等离子体处理，具有：收容有被处理体的腔室；在所述腔室内载置被处理体的载置台；产生微波的微波产生源；将由微波产生源产生的微波向所述腔室引导的导波管；将被导入所述导波管的微波向所述腔室放射的、由导体构成的平面天线；构成所述腔室的顶壁，且使通过所述平面天线的微波放射孔的微波透过的、由电介质构成的微波透过板；向所述腔室内供给处理气体的处理气体供给部，所述平面天线具有一方向上长的多个微波放射孔，在使其表面呈同心状地分为中央区域、外周区域、中央区域和外周区域的中间区域的情况下，朝向各异的所述微波放射孔的对以同心圆状在所述中央区域以及所述外周区域配列多个，在所述中间区域上不形成微波放射孔，所述微波透过板在其微波放射面上形成为凹凸状。

[0014] 在所述第二观点中，所述微波透过板的微波放射面以同心状交替形成凸部和凹部。

[0015] 在所述第一以及第二观点中，所述成对的微波放射孔优选形成为其长度方向的一端接近，另一端扩开。该情况下，优选构成所述微波放射孔的对的各微波放射孔的长度方向彼此所成的角度为80～100°。另外，优选形成在所述中央区域的微波透过孔的长度方向的长度比形成在所述外周区域的微波透过孔的长度方向的长度短。而且，所述微波透过板的微波放射面能够构成为在其周缘部具有向下方突出的呈环状的突出部。

[0016] 根据本发明，使放射微波的平面天线构成如下：在使其表面疑以同心状分为中央区域、外周区域以及中央区域和外周区域的中间区域的情况下，朝向相互各异的微波放射孔的对以同心圆状在所述中央区域以及所述外周区域配列多个，在所述中间区域不形成微波放射孔，并且，使微波透过板的微波放射面构成为形成有凹部或形成为凹凸状，因此，在微波透过板中，微波从中心部向周边部传播，并从微波放射孔透过微波透过板，在使微波向腔室内放射时，使驻波以及反射波极少，从而能够有效且均匀进行放射，能够形成均匀性高的等离子体。附图说明

[0017] 图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的微波等离子体处理装置的概要剖视图。

[0018] 图2是表示使用图1所示的微波等离子体处理装置的平面天线的构造的图。

[0019] 图3A是表示形成在微波透过板上的凹部的其它的构造例的剖视图。

[0020] 图3B是表示形成在微波透过板上的凹部的其它的构造例的剖视图。

[0021] 图3C是表示形成在微波透过板上的凹部的其它的构造例的剖视图。

[0022] 图3D是表示形成在微波透过板上的凹部的其它的构造例的剖视图。

[0023] 图3E是表示形成在微波透过板上的凹部的其它的构造例的剖视图。

[0024] 图4是表示本发明的其它的实施方式所涉及的微波等离子体处理装置的气体供给系统的局部的图。

[0025] 图5A是表示求出图6A的电场强度分布的位置的图。

[0026] 图5B是表示求出图6B的电场强度分布的位置的图。

[0027] 图6A是表示使用截面拱状(arch)的微波透过板时的拱部下表面的电场强度分布的图。

[0028] 图6B是表示使用平坦形状的微波透过板的情况下的其下表面的电场强度分布的图。

[0029] 图7A是表示求出图8A的电场强度分布的位置的图。

[0030] 图7B是表示求出图8B的电场强度分布的位置的图。

[0031] 图8A是表示使用截面拱状的微波透过板时的从微波透过板的上面往下30mm位置的部分的电场强度分布的图。

[0032] 图8B是表示使用平坦形状的微波透过板时的从微波透过板的上面往下30mm位置的部分的电场强度分布的图。

[0033] 图9是表示作为微波透过板使用平坦形状部件的情况下的各微波功率中的氧化等离子体的电子密度分布的图。

[0034] 图10是表示作为微波透过板使用截面拱状部件的情况下的各微波功率中的氧化等离子体的电子密度分布的图。

[0035] 图11是表示作为微波透过板使用平坦形状部件的情况下的各微波功率中的氮化等离子体的电子密度分布的图。

[0036] 图12是表示作为微波透过板使用截面拱状部件的情况下的各微波功率中的氮化等离子体的电子密度分布的图。

[0037] 图13是表示本发明的另外其它的实施方式的微波等离子体处理装置的局部剖视图。

[0038] 图14是图13的微波透过板的仰视图。

[0039] 图15是表示本发明的另外其它的实施方式的微波等离子体处理装置的局部剖视图。

具体实施方式

[0040] 以下，边参照附图，边对本发明的实施方式进行说明。

[0041] 图1是示意地表示本发明的一个实施方式的微波等离子体处理装置的剖视图。该等离子体处理装置，通过具有多条狭缝的平面天线，尤其通过RLSA(Radial Line Slot Antenna；径向线狭缝(缝隙)天线)向处理室内导入微波并产生等离子体，由此，构成能够产生高密度且低电子温度的微波等离子体的RLSA微波等离子体处理装置。

[0042] 该等离子体处理装置100构成为气密性，具有接地的大致圆筒状的腔室1。在腔室1的底壁1a的大致中央部形成有圆形的开口部10，在底壁1a上形成有与该开口部10连通且向下方突出的排气室11。

[0043] 在腔室1内设置有基座(载置台)2，该基座2由AlN等陶瓷构成，用于水平支承作为被处理基板的半导体晶片(以下，记作“晶片”)W。该基座2由支承部件3所支承，该支承部件3为从排气室11的底部中央向上方延伸的圆筒状，且由AlN等陶瓷构成。在基座2的外缘部设置有用于引导晶片W的引导环4。另外，在基座2内埋设有电阻加热型的加热器5，该加热器5通过从加热器电源6被供电而对基座2进行加热，从而通过该热量，对作为被处理体的晶片W进行加热。此时，例如处理温度能够被控制在从室温到800℃的范围内。此外，在腔室1的内周设有由杂质较少的高纯度的石英构成的圆筒状的衬垫7。通过该衬垫7防止金属等的污染，并能够形成清洁的环境。另外，为了对腔室1内进行均匀排气，在基座
2的外周侧设有环状的遮护板8，该遮护板8由杂质较少的高纯度的石英构成，具有多个排气孔8a，该遮护板8通过多个支柱9支承。

[0044] 在基座2上，用于支承晶片W并使其升降的晶片支承销(未图示)能够相对于基座2的表面突出(伸出)、回缩(退回)地设置。

[0045] 在腔室1的侧壁上设置有呈环状的气体导入部件15，均匀地形成有气体放射孔。在该气体导入部件15上连接有气体供给部16。气体导入部件可以配置成淋浴状(喷淋状、喷头状)。该气体供给部16具有例如Ar气体供给源17、O2气体供给源18、H2气体供给源
19，这些气体分别经由气体线路20到达气体导入部件15，从气体导入部件15的气体放射孔均匀地导入腔室1内。在各气体线路20上，设有质量流量控制器21以及其前后的开闭阀22。此外，除了Ar气体，作为其它的稀有气体，还可以使用例如Kr、He、Ne、Xe等气体，另外，还可以如后述那样不包含稀有气体。

[0046] 在所述排气室11的侧面连接有排气管23，在该排气管23上连接有包含高速真空泵的排气装置24。而且，通过使该排气装置24进行动作，腔室1内的气体被均匀地向排气室11的空间11a内排出，并经由排气管23进行排气。由此，能够使腔室1内高速地减压到规定的真空度，例如0.133Pa。

[0047] 在腔室1的侧壁设置有：在与和等离子体处理装置100相邻的搬运室(未图示)之间用于进行晶片W的搬进搬出的搬入搬出口25；和对该搬入搬出口25进行开闭的闸门阀26。

[0048] 腔室1的上部成为开口部，在该开口部上以沿周缘部向腔室1内突出的方式设置有环状的盖部(lid)27，其突出部分成为支承部27a。由电介质，例如石英或Al2O3、AlN等陶瓷构成，并使后述的从平面天线31的微波放射孔32(狭缝)放射的圆偏波的微波透过的微波透过板28经由密封部件29气密地设置在该支承部27上。由此，腔室1内被保持成气密。微波透过该微波透过板28向腔室1内放射，在腔室1内产生电磁场。该微波透过板28在其下表面的微波放射面的中央部形成有凹部28a。而且，凹部28a的形状为截面拱状，凹部
28a的直径比晶片W的直径大，而且，凹部28a的与晶片W对应的部分为平坦形状。此时的与凹部28a对应的部分的微波透过板28的厚度优选为1/4×λg(λg：微波的管内波长)以下。例如在微波为2.45GHz的情况下，优选为10～30mm(1/10×λg～1/4×λg)。另外，凹部28的高度优选为15～25mm(1/8×λg～1/5×λg)。

[0049] 在微波透过板28的上方，以与基座2相对的方式，设置有圆板状的平面天线31。该平面天线31卡定在腔室1的侧壁上端。平面天线31具有比微波透过板28稍大的直径，是由厚度为0.1～几mm(例如1mm)的导电性材料，例如表面被镀银或镀金的铜或铝或Ni构成的圆板，多个微波放射孔32(狭缝)以规定的图案贯通地形成。

[0050] 具体来说，如图2所示，微波放射孔32具有在一个方向上长的形状，朝向各异的两个微波放射孔32成对，从该对微波放射孔32来放射圆偏波的微波。而且，在将平面天线31的面以同心状分成中央区域31a、外周区域31c、和中央区域与外周区域的中间区域31b的情况下，这样的微波放射孔32的对在中央区域31a以及外周区域31c中以同心圆状配列有多个，在中间区域31b不形成微波放射孔32。在使中央区域31a的内侧的微波放射孔32的中心点和平面天线31的中心的距离为1时，优选外侧区域的内侧的微波放射孔32的中心点和平面天线31的中心的距离为2～4，最优选为2.58。

[0051] 成对的微波放射孔32形成为其长度方向的一端相接近，另一端扩开(张开)，在图2中，长度方向彼此所成的角度为90°左右。该角度优选为80～100°，更优选85～95°。
另外，微波放射孔32在图2中相对于从平面天线31的中心通过其长度方向中心的线具有接近45°的角度。该角度优选40～50°。而且，形成在中央区域31a的微波放射孔32的长度方向的长度比形成在外周区域31c的微波放射孔32的长度方向的长度短。另外，外周区域31c以及中央区域31a的微波放射孔32的对都以等间隔形成。在该例中，微波放射孔
32的对在外周区域31c设置24个，在中央区域31a设置6个。不过，这些个数没有特别限定，可以根据要求的特性决定。

[0052] 关于所述微波透过板28的凹部28a和微波放射孔32的位置关系，优选凹部28a与形成在外周区域31c的微波放射孔32的对中的内侧的微波透过孔32的至少一部分相涉及。由此，能够提高与微波透过板28的凹部28a对应的部分的下表面中的电场强度。

[0053] 在该平面天线31的上表面，设置有由具有比真空大的介电常数的例如石英、聚四氟乙烯、聚酰亚胺等树脂构成的慢波件(波减速结构、慢波结构)33。该慢波件33，由于在真空中微波的波长变长，因此，具有缩短微波的波长并调整等离子体的功能。此外，平面天线31和微波透过板28之间，另外，慢波件33和平面天线31之间分别粘合(密接)地配置，不过也可以分离地配置。通过平面天线31的狭缝32的配置和慢波件33能够抑制反射波，能够提高微波导入效率。

[0054] 在腔室1的上表面，以覆盖这些平面天线31和慢波件33的方式设置有例如由铝或不锈钢、铜等金属材料构成的具有导波管功能的罩部件34。腔室1的上表面和罩部件34通过密封部件35被密封。在罩部件34上形成有冷却水流路34a，在该冷却水流路34a中流通冷却水，由此，对罩部件34、慢波件33、平面天线31、微波透过板28进行冷却。由此，能够防止微波透过板28、平面天线32、慢波件33、罩部件34因等离子体被加热而导致变形以及破损。此外，罩部件34接地。

[0055] 在罩部件34的上壁的中央形成有开口部36，在该开口部上连接有导波管37。在该导波管37的端部，经由匹配回路38连接有微波发生装置39。由此，由微波发生装置39产生的例如频率2.45GHz的微波经由导波管37向所述平面天线31传运。此外，作为微波的频率，能够使用8.35GHz、1.98GHz等。

[0056] 导波管37包括从所述罩部件34的开口部36向上方延伸的截面圆形的同轴导波管37a；和在该同轴导波管37a的上端部经由模式变换器40连接的在水平方向上延伸的矩形导波管37b。矩形导波管37b和同轴导波管37a之间的模式变换器40具有将在矩形导波管37b内以TE模式传播的微波变换成TEM模式的功能。在同轴导波管37a的中心延伸有不锈钢(SUS)、铜、铝等金属制的内导体41，该内导体41的下端部被插入到形成在平面天线31的中心的孔31d中，并从相反侧通过螺纹被连接固定。由此，微波经由同轴导波管37a的内导体41被向由平面天线31和罩部件34形成的扁平导波管均匀有效地传播，并从平面天线31的微波透过孔32透过微波透过板28均匀地向腔室1内放射。

[0057] 微波等离子体处理装置100的各构成部分被连接在具有微处理器(计算机)的过程控制器50上而被控制。在过程控制器50中连接有用户界面51和存储部52，其中，用户界面51由操作者为了对等离子体处理装置100进行管理而进行指令的输入操作等的键盘以及使等离子体处理装置100的运转状况可视化地进行显示的显示器等构成；存储部52存储有方案(recipe)，该方案即用于通过过程控制器50的控制实现由等离子体处理装置100执行的各种处理的控制程序以及根据处理条件用于在等离子体处理装置100的各构成部分中执行处理的程序。方案被存储在存储部52中的存储介质中。存储介质可以为硬盘或半导体存储器，也可以为CDROM、DVD、闪存等可移动的存储器。另外，还可以从其它的装置，例如经由专用线路将方案进行适当传送。

[0058] 而且，根据需要，通过来自用户界面51的指示等，将任意的方案从存储部52调出并使其在过程控制器50中执行，由此，在过程控制器50的控制下，能够在等离子体处理装置100中进行所希望的处理。

[0059] 下面，对根据这样构成的等离子体处理装置100进行等离子体氧化处理的动作进行说明。

[0060] 首先，打开闸门阀26，从搬入搬出口25将应进行氧化处理的晶片W搬入到腔室1内，并载置在基座2上。

[0061] 然后，从气体供给系统16的Ar气体供给源17以及O2气体供给源18以规定的流量并经由气体导入部件15向腔室1内导入Ar气体以及O2气体，维持在规定的处理压力。腔室1内的处理压力，例如为6.7～677Pa的范围。另外，处理气体中的氧气的比例(流量比即体积比)为0.1～100％。处理气体的流量，例如，Ar气体：0～5000mL/min，O2气体：
1～1000mL/min。

[0062] 另外，除了来自Ar气体供给源17以及O2气体供给源18的Ar气体以及O2气体以外，还能够以规定比率从H2气体供给源19导入H2气体。通过供给H2气体，能够提高等离子体氧化处理中的氧化比率。这是因为，通过供给H2气体生成OH自由基，其有助于提高氧化比率。该情况下，H2的比例相对于处理气体整体的量优选为0.1～10％。H2气体的流量优选为1～500mL/min(sccm)。

[0063] 此外，处理温度能够在200～800℃的范围，优选400～600℃。

[0064] 接下来，将来自微波发生装置39的微波经由匹配回路38导向导波管37。微波依次通过矩形导波管37b、模式变换器40以及同轴导波管37a被供给到平面天线31。微波在矩形导波管37b内以TE模式传运，该TE模式的微波被模式变换器40变换成TEM模式，并在同轴导波管37a内向由平面天线31和罩部件34构成的扁平导波管传运，从而从平面天线31的微波放射孔32的对作为圆偏波被放射，并透过微波透过板28向腔室1内的晶片W2
的上方空间放射。此时，微波发生装置39的功率优选为0.5～5kW(0.2～2.5W/cm)。

[0065] 通过从平面天线板31经由微波透过板28向腔室1内放射的微波而在腔室1内形成电磁场，Ar气体、O2气体等被等离子体化，通过该等离子体对晶片W的硅表面进行氧化。该微波等离子体，通过从平面天线板31的多数的微波放射孔32放射微波，成为大致10 12 3
1×10 ～5×10 /cm 或以上的高密度的等离子体，其电子温度降低到0.5～2eV左右，在晶片附近降低到1.1eV以下。即，由于为低电子温度的等离子体，因此，因等离子体中的离子等而导致氧化膜的损坏减小，具有能够形成高质量的硅氧化膜的优点。

[0066] 但是，微波在平面天线31中从中心部向周边部传播，在该过程中，圆偏波的微波从多个狭缝32透过由电介质构成的微波透过板38向腔室1内放射，但是，在透过由电介质构成的微波透过板28时，由于产生反射波等的影响，微波不能均匀地被导入腔室内，例如中央部部分变得比周边部的电场强度高等，电介质内部的电场强度变得不均匀，因此，产生不能够得到所要求的等离子体的均匀性的情况，不一定能够进行均匀的等离子体处理。因此，氧化膜的膜厚均匀性变为5％前后。

[0067] 因此，在本实施方式中，作为平面天线31，如图2所示，在将平面天线31的表面同心状地分为中央区域31a、外周区域31c、和这些中央区域与外周区域的中间区域31b的情况下，放射圆偏波的微波的微波放射孔32的对在中央区域31a以及外周区域31c中呈同心圆状配列有多个，在中间区域31b不形成微波放射孔32。由此，微波从微波透过板28的中心部向周边部传播，在从微波放射孔32放射时，能够均匀地放射。另外，由于在微波透过板28的微波放射面上形成有凹部28a，因此，微波透过板28的中央部的厚度变薄，能够抑制反射波的生成并有效地放射微波，并且，能够将来自平面天线31的狭缝32的均匀的微波在保持其均匀性的状态下放射。因此，增大微波透过板28的微波放射面的电场强度且能够使其变得均匀，能够提高等离子体强度的面内均匀性。尤其，在本实施方式的情况下，凹部28a的形状为截面拱状，凹部28a的直径比晶片W的直径大，并且，与凹部28a的晶片W对应的部分成为平坦形状，所以，在与晶片W对应的部分上均匀地形成有电场，而且，从晶片W的侧方也供给有电场。因此，晶片W面内的电场强度的均匀性较高。

[0068] 另外，形成在平面天线31上的微波放射孔32的对形成为其各微波放射孔32的长度方向的一端接近，而另一端扩开，因此，能够得到将微波功率高效且均匀地向腔室1内导入的效果。另外，使这些长度方向彼此之间所成的角度为80～100°，优选为85～95°，例如通过形成为90°左右，能够进一步提高导入腔室1内的微波的功率效率以及均匀性。另外，微波放射孔32相对于从平面天线31的中心通过其长度方向中心的线成接近45°的角度，由此，同样地，能够进一步提高被导入腔室1内的微波的功率效率以及均匀性。而且，形成在中央区域31a的微波放射孔32的长度方向的长度形成得比形成在外周区域31c的微波放射孔32的长度方向的长度短，由此，同样地能够进一步提高微波的功率效率以及均匀性。

[0069] 此外，在所述实施方式中，微波透过板28的凹部28a为截面拱状，但不限于此，能够采用图3A那样的截面山形的凹部28b、图3B那样的截面梯形的凹部28c、图3C那样的截面矩形的凹部28d、图3D那样的具有切断(台阶)形状的凹部28e、图3E那样的圆顶状的凹部28f等各种形状。不过，如图1那样的微波透过板28效果最好。

[0070] 下面，对本发明的其它的实施方式进行说明。

[0071] 在之前的实施方式中，对进行氧化处理的微波等离子体处理装置进行了说明，不过，在本实施方式中，取代氧化处理而进行氮化处理。图4是表示本实施方式的微波等离子体处理装置的气体供给系统的局部的图，如图4所示，在本实施方式中，取代气体供给系统16，使用具有Ar气体供给源17′、N2气体供给源18′的气体供给系统16′，将Ar气体以及N2气体向腔室1内供给的同时，同样地形成氮气的微波等离子体从而进行氮化处理，除此以外的结构与图1相同。作为此时的氮化处理的条件，例如，能够列举出温度为300～800℃、腔室1内的压力为1.3～133Pa、Ar气体流量为0～5000mL/min，N2气体流量为1～
1000mL/min。

[0072] 下面，对模拟结果进行说明。这里，示出了微波等离子体处理装置的模拟结果，其中，在微波等离子体处理装置中，作为平面天线，使用图2所示的平面天线，作为微波透过板使用平坦形状以及图1的截面拱状的微波透过板。此时的条件如下。此外，模拟是在以10 3
下条件下进行的：等离子体的电子密度在微波透过板的下表面附近为5～9×10 /cm，从
12 3
微波透过板的上表面往下66.5mm的位置的等离子体的电子密度为1×10 /cm。

[0073] 边界条件：完全导体

[0074] 微波频率：2.45G

[0075] 输入功率：2000W

[0076] 微波透过板：SiO2

[0077] 介电常数：SiO2＝4.2，空气＝1.0

[0078] 腔室内压力：13.3Pa(100mTorr)

[0079] 温度：500℃

[0080] 首先，在该条件下供给微波并从微波透过板放射微波，对此时的微波透过板的下表面电场强度进行了模拟。

[0081] 在使用图1的截面拱状的微波透过板的情况下，如图5A所示，求出由沿微波透过板的拱部的下表面的L1线所示的面的电场强度分布，在使用平坦形状的微波透过板的情况下，如图5B所示，求出微波透过板的下表面(L2线)的电场强度分布。将其结果分别在图6A、图6B中表示。在为截面拱状的微波透过板的情况下，如图6A所示，与作为微波放射面的下表面的晶片W对应的凹部中的电场强度较高且均匀，而与此相比，在为平坦形状的微波透过板的情况下，如图6B所示，作为微波放射面的下表面，包含与晶片对应的部分的整体部分的电场强度较低且不均匀。

[0082] 其次，模拟微波透过板的高度方向的电场强度。

[0083] 在使用图1的截面拱状的微波透过板的情况下，如图7A所示，求出从微波透过板的上表面往下30mm位置的部分的电场强度分布，在使用平坦形状的微波透过板的情况下，如图7B所示，求出从微波透过板的上表面往下30mm位置的部分的电场强度分布。并将其结果分别表示在图8A、图8B中。在为截面拱状的微波透过板的情况下，如图8A所示，整体来说电场强度较高且均匀性也高，但是，在为平坦形状的微波透过板的情况下，如图8B所示，电场强度高的部分斑杂地存在，电场强度以及均匀性都较低。这是由于在微波透过作为电介质的微波透过板的内部时，存在产生反射波的部分。

[0084] 下面，从模拟结果求出功率平衡。其结果为，在使用截面拱状的微波透过板的情况下，在全部2000W的功率中，进入腔室的功率为1344W，被等离子体吸收的功率为1301W，反射为656W。另一方面，在使用平坦形状的微波透过板的情况下，在全部2000W的功率中，进入腔室的为234W，被等离子体吸收的为216W，反射为1766W。从其结果可知，在本发明的情况下能够极有效地供给微波。

[0085] 下面，对实际形成等离子体，进行氧化处理的结进行说明。

[0086] 这里，作为平面天线使用图2所示的部件，作为微波透过板使用平坦形状的以及图1的截面拱状的部件，通过分别使用上述部件的微波等离子体处理装置，首先实际形成氧化等离子体并求出等离子体中的电子密度的分布。作为条件，使腔室内压力为133Pa(1Torr)、使Ar气体流量为1500mL/min(sccm)、使O2气体流量为150mL/min(sccm)，使微波功率变化为2000W、3000W、4000W。将此时的电子密度分布表示在图9以及图10中。
如这些图所示可知，相比于使用平坦形状的微波透过板，使用截面拱状的微波透过板的情况下等离子体中的电子密度的均匀性较高。

[0087] 下面，通过同样的装置，实际进行氧化处理。作为条件，使腔室内压力为266Pa(2Torr)、使Ar气体流量为2000mL/min(sccm)、使O2气体流量为200mL/min(sccm)、使微波功率变换为2000W、3000W、4000W、使基座温度为400℃并进行30sec的氧化处理，求出氧化膜的面内膜厚分布。

[0088] 在使用平坦形状的微波透过板的情况下，在2000W的情况下平均膜厚为1.22nm，标准离差为3.39％，3000W的情况下平均膜厚为1.34nm，标准离差为2.27％，相对于此，在使用截面拱状的图1的微波透过板的情况下，在2000W的情况下平均膜厚为1.16nm，标准离差为0.90％，在3000W的情况下平均膜厚为1.26％，标准离差为1.02％，通过图2的天线和截面拱状的微波透过板的组合，能够确认晶片面内的氧化膜的膜厚分布变得较小。

[0089] 其次，对实际形成等离子体，并进行氮化处理的结果进行说明。

[0090] 这里同样地，采用作为平面天线使用图2所示的部件且作为微波透过板使用平坦形状的以及图1的截面拱状的部件的微波等离子体处理装置。首先，实际形成氮化等离子体并求出等离子体中的电子密度的分布。作为条件，使腔室内压力为6.7Pa(50mTorr)、使Ar气体流量为1000mL/min(sccm)、使N2气体流量为40mL/min(sccm)，使微波功率变化为600W、800W、1000W、1500W、2000W。将此时的电子密度分布表示在图11以及图12中。如这些图所示，由于在为氮化等离子体的情况下在低压状态下进行等离子体生成，因此，分布与在作为较高的压力的氧化等离子体的情况下不同，但是，还是可以确认，在为平坦形状的微波透过板时，等离子体的电子密度分布存在变得不均匀的倾向，在使用截面拱状的微波透过板的情况下等离子体中的电子密度的均匀性较高。

[0091] 下面，通过同样的装置，实际进行氮化处理。条件与所述的条件相同，使腔室内压力为6.7Pa(50mTorr)、使Ar气体流量为1000mL/min(sccm)、使N2气体流量为40mL/min(sccm)，使微波功率变化为600W、800W、1000W、1500W、2000W、使基座温度为250℃，进行30sec的氮化处理，求出氮化膜的面内膜厚分布。

[0092] 在使用平坦形状的微波透过板的情况下，在800W时，氮化膜的膜厚变得最均匀，平均膜厚为1.74nm，标准离差为1.25％，与此相比，在使用截面拱状的图1的微波透过板的情况下，在1500W时，氮化膜的膜厚变得最均匀，平均膜厚为2.02nm，标准离差为0.62％。由此可知，通过图2的天线和截面拱状的微波透过板的组合，晶片面内的氮化膜的膜厚分布变小。

[0093] 下面，对本发明的另外其它的实施方式进行说明。

[0094] 图13是表示本发明的另外其它的实施方式的微波等离子体处理装置的局部剖视图。如图13所示，这里，作为微波透过板28，使用其下表面的微波透过面形成为凹凸状的部件。具体地，如图14的仰视图所示，凸部28g和凹部28h交替地形成为同心圆状。

[0095] 通过这样的结构，能够有效防止在微波透过板28的面内方向上形成驻波，即使通过这样的凹凸状的微波透过板28，也能够提高放射的微波的均匀性，且能够高效地放射微波。

[0096] 此外，凸部以及凹部的配列不一定限定于同心圆状，还能够适用其它各种配列。

[0097] 下面，对本发明的另外其它的实施例进行说明。

[0098] 图15是表示本发明的另外其它的实施方式的微波等离子体处理装置的局部剖视图。如图15所示，这里，作为微波透过板28，使用在其外侧端部形成有从微波放射面向下方突出的环状的突出部28i的部件。

[0099] 通过这样的结构，能够通过突出部28i进一步阻止在腔室1内生成的等离子体向外侧扩散，能够有效防止支承部27等部件的损伤以及异常放电等。

[0100] 此外，本发明不限于所述实施方式，能够进行各种变形。例如，在所述实施方式中，对将本发明适用于氧化处理以及氮化处理的情况进行了表示，但是，不限于此，还能够将本发明适用于其它的表面。另外，不限于这样的表面处理，还适用于蚀刻、抗蚀剂灰化以及CVD等其它的等离子体处理中。另外，在所述实施方式中，作为被处理体，以使用半导体晶片的情况为例进行了说明，但是不限于此，当然还能够适用于平坦面板显示器(FPD)基板等其它的被处理体。

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