微波等离子体处理装置的制作方法

本发明涉及一种微波等离子体处理装置。

背景技术：

已知如下一种等离子体处理装置：从微波导入部经由设置于顶壁的开口的透过窗向真空腔室内导入微波，通过利用该微波的功率使气体生成的等离子体的作用，对基板实施等离子体处理(例如参照专利文献1)。在该等离子体处理装置中，在开口的周围设置有使微波的传输衰减的扼止槽。扼止槽具有相对于等离子体的自由空间波长λ为大致λ/4的传输路径长度，抑制微波的传输。

专利文献1：日本特开2003-45848号公报

专利文献2：日本特开2004-319870号公报

专利文献3：日本特开2005-32805号公报

专利文献4：日本特开2009-99807号公报

专利文献5：日本特开2010-232493号公报

专利文献6：日本特开2016-225047号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

然而，在上述专利文献1中没有考虑以下内容：与被导入到真空腔室内的微波的传输路径长度相对应地设计槽的位置，使槽的形状最佳，由此使等离子体密度增加。

作为使等离子体密度增加的方法之一，有增大投入电力的方法，但在该情况下，需要准备最大输出电力大的等离子体源。另外，由于在进行等离子体处理时使用更多的电力，因此生产时的成本增加。因而，期望一种用于以不增大投入电力的方式使等离子体密度增加的等离子体处理装置的结构。

针对上述课题，本发明的一个方面提供一种具有能够使等离子体密度增加的构造的等离子体处理装置。

用于解决问题的方案

为了解决上述课题，根据一个方式，提供如下一种微波等离子体处理装置，其具备：微波供给部，其供给微波；微波辐射构件，其设置在处理容器的顶壁之上，对从所述微波供给部供给的微波进行辐射；以及微波透过构件，其包括电介质，设置为封闭所述顶壁的开口，并且使经由所述微波辐射构件而通过缝隙天线后的微波透过，其中，在将从所述顶壁的开口透过所述微波透过构件而在该顶壁的表面传输的微波的表面波的波长设为λsp时，在所述顶壁的比所述开口靠外侧的位置形成深度处于λsp/4±λsp/8的范围内的凹部。

发明的效果

根据一个方面，能够提供一种具有能够使等离子体密度增加的构造的等离子体处理装置。

附图说明

图1是示出一个实施方式所涉及的微波等离子体处理装置的一例的截面图。

图2是示出一个实施方式所涉及的顶壁的一例的图(图1的a-a截面)。

图3是示出一个实施方式所涉及的凹部的一例的图。

图4是示出一个实施方式所涉及的凹部和比较例的电场截止效率的一例的图。

图5是用于说明一个实施方式所涉及的凹部和比较例的电场截止效率的图。

图6是示出一个实施方式所涉及的凹部和比较例的电场截止效率的评价结果的一例的图。

图7是示出一个实施方式所涉及的凹部和比较例的电场截止效率的评价结果的一例的图。

图8是示出一个实施方式的变形例1所涉及的顶壁的一例的图(图1的a-a截面)。

图9是示出一个实施方式的变形例2所涉及的顶壁的一例的图(图1的a-a截面)。

图10是示出一个实施方式的变形例3所涉及的顶壁的凹部的一例的截面图。

图11是示出一个实施方式的变形例4所涉及的顶壁的凹部的一例的截面图。

图12是示出一个实施方式的变形例4所涉及的微波的表面波的波长λsp与等离子体的电子密度之间的关系的图。

图13是示出在推导微波的表面波的波长λsp与等离子体的电子密度之间的关系的计算中使用的系统的图。

附图标记说明

1：处理容器；2：微波等离子体源；3：控制部；10：盖体；11：载置台；14：高频偏置电源；22：气体供给源；30：微波输出部；40：微波传送部；43a：周缘微波导入机构；43b：中央微波导入机构；44：微波传送路径；50：微波辐射构件；52：外侧导体；53：内侧导体；54：芯；60：气体供给孔；62：气体导入部；70、70a、70b：凹部；70d：开口部；100：微波等离子体处理装置；122、132：缝隙；123、133：微波透过构件；u：处理空间。

具体实施方式

下面，参照附图来说明用于实施本发明的方式。此外，在本说明书和附图中，对实质上相同的结构标注相同的标记，由此省略重复的说明。

[微波等离子体处理装置]

首先，参照图1来说明本发明的一个实施方式所涉及的微波等离子体处理装置100。图1是示出本发明的一个实施方式所涉及的微波等离子体处理装置100的一例的截面图。微波等离子体处理装置100具有用于收容晶圆w的处理容器1。处理容器1的上部开口，该开口能够由盖体10进行开闭。由此，盖体10构成处理容器1的顶壁。

微波等离子体处理装置100通过在顶壁的表面传输的微波的表面波等离子体对半导体晶圆w(以下称作“晶圆w”)进行规定的等离子体处理。作为规定的等离子体处理，例如列举蚀刻处理、成膜处理、灰化处理等。

处理容器1为由铝或不锈钢等金属材料形成的大致圆筒状的容器，气密地构成且接地。在处理容器1与盖体10的接触面设置有支承环129，由此，处理容器1内被气密地密封。盖体10由铝等金属构成。

微波等离子体源2具有微波输出部30、微波传送部40以及微波辐射构件50。微波输出部30将微波分配到多个路径来输出。微波输出部30和微波传送部40为供给微波的微波供给部的一例。

微波传送部40对从微波输出部30输出的微波进行传送。设置于微波传送部40的周缘微波导入机构43a和中央微波导入机构43b具有将从放大器部42输出的微波导入微波辐射构件50的功能以及匹配阻抗的功能。微波辐射构件50设置在处理容器1的盖体10上。

在微波辐射构件50的下方，与六个周缘微波导入机构43a对应的六个微波透过构件123沿盖体10的圆周方向等间隔地配置(参照表示图1的a-a面的图2)。另外，与中央微波导入机构43b对应的一个微波透过构件133配置在盖体10的中央。微波透过构件123和微波透过构件133被埋入盖体10内，它们的下表面以圆形露出到处理室内。微波透过构件123、133的下表面位于比顶壁的表面靠缝隙122、132侧的位置处。

在周缘微波导入机构43a和中央微波导入机构43b中，筒状的外侧导体52和设置于其内侧的棒状的内侧导体53同轴状地配置，外侧导体52与内侧导体53之间成为微波传送路径44。

周缘微波导入机构43a和中央微波导入机构43b具有芯54和位于芯54的前端部的阻抗调整构件140。芯54由电介质形成，具有通过使芯54移动来使处理容器1内的负载(等离子体)的阻抗与微波输出部30中的微波电源的特性阻抗匹配的功能。阻抗调整构件140由电介质形成，通过其相对介电常数来调整微波传送路径44的阻抗。

微波辐射构件50由使微波透过的圆盘状的构件形成。在微波辐射构件50的下方，隔着形成于盖体10的缝隙122、132，以封闭盖体10的开口的方式设置有微波透过构件123、133。

微波透过构件123、133由电介质形成。微波辐射构件50在中央具有空间121、131，经由与空间121、131相连的缝隙122、132向微波透过构件123、133辐射微波。微波透过构件123、133具有作为用于在顶壁的表面均匀地形成微波的表面波等离子体的电介质窗的功能。

微波透过构件123、133与微波辐射构件50同样地，例如可以由石英、氧化铝(al2o3)等陶瓷、聚四氟乙烯等氟基树脂、聚酰亚胺系树脂形成。

微波辐射构件50由具有比真空的相对介电常数大的相对介电常数的电介质形成，例如由石英、氧化铝(al2o3)等陶瓷、聚四氟乙烯等氟基树脂、聚酰亚胺系树脂等形成。由此，具有使在微波辐射构件50内透过的微波的波长比在真空中传输的微波的波长短来减小包括缝隙122、132的天线形状的功能。

通过该结构，从微波输出部30输出且传送来的微波通过微波传送路径44而传输到微波辐射构件50，从微波辐射构件50辐射到处理容器1内。由此，向处理容器1内供给微波的电力。

此外，周缘微波导入机构43a和中央微波导入机构43b的个数不限于本实施方式所示的个数。例如，也可以仅设置一个中央微波导入机构43b，不设置周缘微波导入机构43a。也就是说，周缘微波导入机构43a的个数可以为零，也可以为一个或多个。

盖体10由铝等金属形成，在其内部形成有喷淋构造的气体导入部62。气体导入部62经由气体供给配管111而与气体供给源22连接。从气体供给源22供给气体，该气体经由气体供给配管111从气体导入部62的多个气体供给孔60被供给到处理容器1的内部。气体导入部62为从形成于处理容器1的顶壁的多个气体供给孔60供给气体的气体喷淋头的一例。作为气体的一例，例如列举ar气体、ar气体与n2气体的混合气体。

在处理容器1内设置有用于载置晶圆w的载置台11。载置台11被支承构件12支承，该支承构件12隔着绝缘构件12a立起设置于处理容器1的底部中央。作为构成载置台11和支承构件12的材料，例示出表面进行了铝阳极化处理(阳极氧化处理)的铝等金属、在内部具有高频用的电极的绝缘构件(陶瓷等)。可以在载置台11设置用于对晶圆w进行静电吸附的静电卡盘、温度控制机构、用于向晶圆w的背面供给热传递用的气体的气体流路等。

载置台11经由匹配器13而与高频偏置电源14连接。通过从高频偏置电源14向载置台11供给高频电力，来向晶圆w侧吸引等离子体中的离子。此外，根据等离子体处理的特性，也可以不设置高频偏置电源14。

在处理容器1的底部连接有排气管15，在该排气管15连接有包括真空泵的排气装置16。当使排气装置16工作时，对处理容器1内进行排气，由此，将处理容器1内快速减压到规定的真空度。在处理容器1的侧壁设置有用于进行晶圆w的搬入和搬出的搬入搬出口17以及将搬入搬出口17打开和关闭的闸阀18。

微波等离子体处理装置100的各部由控制部3进行控制。控制部3具有微处理器4、rom(readonlymemory：只读存储器)5、ram(randomaccessmemory：随机存取存储器)6。rom5、ram6中存储有微波等离子体处理装置100的工艺序列和作为控制参数的工艺制程。微型处理器4基于工艺序列和工艺制程来控制微波等离子体处理装置100的各部。另外，控制部3具有触摸面板7和显示器8，能够在按照工艺序列和工艺制程进行规定的控制时进行输入、结果的显示等。

在上述结构的微波等离子体处理装置100中进行等离子体处理时，首先，使晶圆w以保持在搬送臂上的状态从开口的闸阀18通过搬入搬出口17而载置于处理容器1内的载置台11。通过排气装置16将处理容器1的内部的压力保持为规定的真空度。使气体从气体导入部62以喷淋状导入处理容器1内。

通过微波辐射构件50、缝隙122、132以及微波透过构件123、133而辐射出的微波的表面波在顶壁的表面传输。于是，通过该表面波的电场使气体发生电离以及离解等，在顶壁的表面附近生成微波的表面波等离子体。使用该表面波等离子体在处理容器1的顶壁与载置台11之间的处理空间u内对晶圆w进行等离子体处理。

[凹部]

参照表示图1的a-a面的图2来继续说明上述结构的本实施方式所涉及的微波等离子体处理装置100的盖体10中的顶壁的表面(背面)。在顶壁的表面设置一个微波透过构件133，且在周边侧沿圆周方向等间隔地设置有六个微波透过构件123。各微波透过构件123从周边部的顶壁的开口露出，微波透过构件133从中央的顶壁的开口露出。在顶壁，以将使微波透过构件123、133露出的各顶壁的开口分别包围的方式呈环状地形成有七个凹部(槽)70。

各凹部70形成为：当将从顶壁的开口透过各个微波透过构件123、133而在顶壁的表面传输的微波的表面波的波长设为λsp时，各凹部70的深度形成为λsp/4、即大致5mm～7mm。但是，凹部70的深度不限于λsp/4，可以处于λsp/4±λsp/8的范围内。

另外，如图2所示，凹部70的内周侧的直径相对于顶壁的使微波透过构件123、133露出的开口的直径处于的范围内。只要凹部70的内周侧的直径处于的范围内即可，可以将环状的凹部70以同心圆状形成多个。

[凹部的评价]

接着，参照图3来说明凹部的评价结果的一例。图3的(a)和图3的(b)为比较例的一例，以将使微波透过构件123、133露出的各顶壁的开口分别包围的方式形成有环状的凸部71。图3的(a)的凸部71的从顶壁的表面起的高度为5mm，图3的(b)的凸部71的从表面起的高度为10mm。

图3的(c)为本实施方式的一例，作为凹部70的一例的深度为5mm的凹部70a、70b形成为双层的环状。

图3的(d)为本实施方式的一例，在深度为5mm的凹部70a、70b之间形成有凸部。凸部从凹部70a、70b的底部起突出10mm、也就是从顶壁的表面起突出5mm。

在上述结构中，在以下的工艺条件下生成了微波的表面波等离子体。

<工艺条件>

在图4中示出其结果。图4的(a)的曲线图示出在顶壁的表面传输的表面波等离子体的电场的状态的一例。横轴表示距顶壁的中央(曲线图的右端)的距离r(mm)，纵轴表示表面波等离子体的电场强度power(mw)。横轴的-70mm处的线为形成有凸部71或凹部70的位置。据此，相比于形成有图3的(a)的凸部71的情况“a”和形成有图3的(b)的凸部71的情况“b”，在形成有图3的(c)的凹部70的情况“c”和形成有图3的(d)的凹部70的情况“d”这两种情况下的比形成有凸部71或凹部70的位置靠外周侧的位置处的表面波等离子体的电场强度低。也就是说，相比于在顶壁的表面设置凸部的情况，通过在该顶壁的表面设置凹部能够提高表面波等离子体的电场的截止效率。还可知，相比于设置图3的(d)所示的凹部(中央的高度为10mm)的情况，通过设置图3的(c)所示的深度为5mm的凹部70使表面波等离子体的电场的截止效率变得更高。

根据以上的评价结果可知，优选以将使微波透过构件123、133露出的各顶壁的开口分别包围的方式形成深度为约5mm、即λsp/4的凹部。还可知，以将各顶壁的开口分别包围的方式设置有凸部时的表面波等离子体的电场的截止效率比设置有凹部时的该截止效率低。此外，从顶壁的开口传输到顶壁的表面的微波的表面波的波长λsp也就是在等离子体的表面流动的微波的表面波的波长，为真空中的等离子体的自由空间波长的1/10～1/20左右。

图4的(b)的曲线图示出在上述工艺条件下生成的等离子体的电子密度的一例。此外，等离子体的电子密度与等离子体密度的含义相同。

可知，在图4的(b)的曲线图中，关于横轴的比-70mm处的线靠内侧的位置的电子密度，“c”、即形成有图3的(c)的凹部70的情况下的等离子体的电子密度明显高于“a”(即形成有图3的(a)的凸部71的情况)、“b”(即形成有图3的(b)的凸部71的情况)以及“d”(即形成有图3的(d)的凹部70的情况)下的等离子体的电子密度。结果可知，通过以将各顶壁的开口分别包围的方式设置深度为5mm的凹部，能够使凹部的内侧的电力吸收效率增加，在图4的例子中能够增加与+200w相当的量。

参照图5来说明在将凹部的深度设计为5mm时表面波等离子体的电场的截止效率高的理由。图5的微波透过构件123的中心轴o的左侧表示形成有图3的(c)的凹部70a、70b的情况下的模型，中心轴o的右侧表示形成有图3的(d)的凹部70a、70b的情况下的模型。

在将中心轴o的左侧的区域b放大后得到的图5的中央的左侧的图中示意性地示出微波的表面波s传输的状态。在将中心轴的右侧的区域c放大后得到的图5的中央的右侧的图中示意性地示出微波的表面波s传输的状态。

区域b的放大图中所示的微波的表面波包括在顶壁的表面直行而不进入凹部70a、70b的内部的表面波sa以及在顶壁的表面以进入凹部70a、70b的内部的方式行进的表面波sb。

以进入凹部70a、70b的内部的方式行进的表面波sb在凹部70a、70b的内部传输，在底部发生反射而往复，与表面波sa合流。在合流点处，表面波sb的相位相对于表面波sa的相位偏移与在凹部70a、70b的内部往复时的距离λg/2(＝(λg/4)×2)相应的量。其结果是，如图5的左下方的表面波sa、sb所示，合流的表面波sa与表面波sb相互抵消。由此，在将凹部70a、70b的深度设计为5mm时，表面波等离子体的电场的截止效率变高，能够使凹部70a、70b的内侧的电力吸收效率提高，使等离子体密度增加。

另一方面，在区域c的放大图所示的微波的表面波中，以进入凹部70a、70b的内部的方式行进的表面波sb的相位相对于表面波sa的相位偏移与图3的(c)的情况下的相位的偏差+λg/2相应的量。图3的(c)的情况下的相位的偏差为λg/2，因此表面波sb的相位相对于表面波sa的相位偏移与λg相应的量。其结果是，如图5的右下方的表面波sa、sb所示，合流的表面波sa与表面波sb相互加强。

根据以上的理由，图3的(d)的凹部70a、70b针对微波的表面波等离子体的电场的截止效率比图3的(c)的凹部70a、70b针对微波的表面波等离子体的电场的截止效率低。其结果是，如图4的(a)所示，在横轴的比-70mm处的线靠外侧的位置，“d”的电场强度比“c”的电场强度高。由此，图4的(b)的“c”所示的电力吸收效率明显高于图4的(b)的“d”所示的电力吸收效率。结果可知，关于图3的(d)的凹部70a、70b，在凹部70a、70b的内部中难以使等离子体密度相比于在顶壁形成有图3的(c)的凹部70a、70b的情况下的等离子体密度增加。

根据以上，在本实施方式所涉及的微波等离子体处理装置100的顶壁的表面，在顶壁的开口的直径的外周侧以具有直径的范围内的直径的方式环状地形成深度为约5mm(即λg/4)的凹部70。凹部70的个数可以为一个，也可以为多个。但是，关于凹部70的个数，相比一个而言优选为多个，这是因为多个凹部70能够进一步提高电场截止效率。

此外，在本实施方式所涉及的微波等离子体处理装置100中，微波传送部40、微波辐射构件50、缝隙122、132、微波透过构件123、133各设置有七个，但也可以只设置有一个。在该情况下也是，以将一个微波透过构件的外周包围的方式设置一个凹部70。

[工艺条件(压力、气体种类)的变动和电场截止效率]

接着，参照图6和图7，将本实施方式所涉及的凹部的电场截止效率的评价结果的一例与比较例进行比较来进行说明。图6示出改变了压力和气体种类的工艺条件时的、在顶壁的表面传输的微波的表面波等离子体的电场强度的一例。图7示出改变了压力和气体种类的工艺条件时的等离子体的电子密度的一例。

根据图6可知，在顶壁的表面设置有深度5mm的凹部70时，在6pa、10pa、20pa的所有情况下都是，比形成有凹部70的-70mm处的线靠外侧的位置的电场强度较比较例(ref.)所示的未设置凹部时的电场强度低，具有凹部70带来的表面波的电场截止效率。另外，根据图7可知，当在顶壁的表面设置有深度5mm的凹部70时，在6pa、10pa、20pa的所有情况下都是，比形成有凹部70的-70mm处的线靠内侧的区域中的等离子体密度较比较例所示的未设置凹部的情况下的等离子密度增加了1.3倍～1.5倍左右。对此认为，通过设置深度5mm的凹部70，等离子体对微波的投入电力的吸收变好，针对所投入的电力，等离子体密度最大提高到1.5倍。关于ar气体的等离子体或者ar气体及n2气体的等离子体，这些结果是相同的。

此外，在处理容器内的压力处于5pa～50pa的范围内时，根据微波的频率，凹部70的深度的适当值发生变化，根据压力和气体种类，凹部70的位置的适当值发生变化。具体地说，在ar/n2的混合气体的情况下，压力越高，则凹部70的位置的适当值越靠内侧。另外，在ar气体的情况下，压力越低，则凹部70的位置的适当值越靠外侧。

[变形例]

最后，参照图8～图10来说明变形例所涉及的顶壁的凹部70。图8是示出本实施方式的变形例1所涉及的顶壁的一例的图(图1的a-a截面的一例)。图9是示出本实施方式的变形例2所涉及的顶壁的一例的图(图1的a-a截面的一例)。图10是示出本实施方式的变形例3所涉及的顶壁的凹部的一例的截面图。

(变形例1)

在图8所示的变形例1所涉及的凹部70中，根据在圆周方向上相邻的微波透过构件123的位置，在凹部70的相向的位置形成有两个开口部70d。开口部70d处于与顶壁的表面相同的高度位置处，是没有凹部70的部分。微波的表面波的一部分从开口部70d传输到比凹部70靠外周侧的位置。开口部70d的端部不限于“平行地形成”，优选以约30°～60°的角度的范围开口。

像这样，在各凹部70设置朝向在圆周方向上相邻的微波透过构件123侧敞开的两个开口部70d，由此使在顶壁传输的微波的表面波等离子体的一部分从开口部70d泄漏到凹部70的外侧。由此，能够防止相邻的微波透过构件123之间的等离子体密度下降，并且能够使比各凹部70靠内侧的区域内的等离子体密度增加。其结果是，能够使工艺性能提高。

(变形例2)

关于图9所示的变形例2所涉及的凹部70，以将使多个微波透过构件123、133露出的顶壁的开口的整体全部方式形成为环状且形成有一个。由此，也能够在凹部70的内侧使电力吸收效率提高，使等离子体密度增加。其结果是，能够使工艺性能提高。

(变形例3)

在图10的(a)所示的变形例3所涉及的凹部70中，侧壁70e以随着去向底部而向内侧倾斜的方式形成为锥形状。并且，也可以如图10的(b)所示那样，通过喷镀，利用氧化钇(y2o3)的保护膜70f对凹部70的内壁面进行涂覆。关于氧化钇的保护膜70f，不限于凹部70的侧面为锥形状的情况，也可以对垂直形状的凹部70的侧面和底面进行涂覆。由此，能够使凹部70中的耐等离子体性提高，防止微粒的产生。在图10的(a)和图10的(b)的所有情况下均优选凹部70的深度约为5mm。并且，在本实施方式和变形例1～3中形成的凹部70可以为正圆，也可以为椭圆。

如以上所说明的那样，在本实施方式的微波等离子体处理装置100中，在距顶壁的开口(微波的辐射区域、微波透过构件123、133的位置)规定距离的外侧，在顶壁形成深度为λg/4或λg/4±λg/8的凹部70。由此，通过凹部70能够提高微波的表面波等离子体的电场的截止效率，使凹部70的内侧的电力吸收效率提高，使等离子体密度增加。其结果是，能够使工艺性能提高。

(变形例4)

接着，参照图11来说明一个实施方式的变形例4所涉及的顶壁的凹部70。在变形例4中，在比被微波透过构件123、133封闭的盖体10的开口靠外侧的位置形成深度不同的两个以上的凹部，对于微波的表面波的波长λsp，这两个以上的凹部的等离子体的电子密度呈指数级变化。

在图11的(a)中，形成有深度不同的五个凹部70g、70h、70i、70j、70k，对于波长λsp，这五个凹部70g、70h、70i、70j、70的等离子体的电子密度呈指数级变化。在图11的(b)中，形成有深度不同的两个凹部70m、70n，对于波长λsp，这两个凹部70m、70n的等离子体的电子密度相呈指数级变化。将凹部70g、70h、70i、70j、70k和凹部70m、70n统称为凹部70。

图11的(a)所示的凹部70g、70h、70i、70j、70k形成于比盖体10的开口靠外侧的顶壁的背面。图11的(b)所示的凹部70m、70n形成于比开口靠外侧的顶壁的侧壁。图11的(a)和(b)也可以组合。

关于两个以上的凹部70的深度，优选为离盖体10的开口越近则深度越浅，离开口越远则深度越深。但是，也可以为离盖体10的开口越近则深度越深，离开口越远则深度越浅。另外，凹部70的数量不限定于此，为多个即可，可以为三个或四个，也可以为更多。另外，凹部70的间隔优选为约λsp/4且为等间隔，但不限于此。另外，变形例4所示的两个以上的凹部70能够与变形例1、变形例2及变形例3所示的凹部70的位置、形状组合应用。

由此，能够保持等离子体的电子密度高的状态，并且能够通过凹部70来切断微波的表面波(电磁波)。下面说明其理由。

图12是表示一个实施方式的变形例4所涉及的鞘层中的微波的表面波的波长λsp与等离子体的电子密度之间的关系的曲线图。横轴x表示等离子体的电子密度，纵轴y表示微波的表面波的波长λsp的1/4。在用虚线表示的工艺气体区域中，关于等离子体处理中使用的工艺气体，波长λsp/4与等离子体的电子密度大致呈线性关系。另外，在从上述的工艺气体区域起至等离子体处理中使用的氩气体为止的区域中也是，λsp/4与等离子体的电子密度大致呈线性关系。

根据该曲线图可知，等离子体的电子密度表示为针对波长λsp/4的对数函数，因此在工艺气体区域中，对于波长λsp/4，等离子体的电子密度呈指数级变化。也就是说，在工艺气体区域中，波长λsp取决于等离子体的电子密度且呈指数级变化。换言之，微波的表面波的波长λsp/4根据等离子体的电子密发生变化，因此优选凹部70形成为深度为与作为目标的等离子体的电子密度对应的波长λsp/4。

利用以上的等离子体特性，如图11的(a)和(b)所示那样设置根据等离子体的电子密度呈指数级变化的、深度不同的多个凹部70。由此，能够形成以与工艺条件对应的电子密度区域作为目标的多个凹部70。其结果是，能够保持等离子体的电子密度高的状态，并且能够通过凹部70来切断微波的表面波。

如以下那样推导图12的曲线图所示的微波的表面波的波长λsp与等离子体的电子密度之间的关系。图13示出在沿(y、z)方向设置的盖体10的下方形成有鞘层和等离子体来作为在用于推导微波的表面波的波长λsp与等离子体的电子密度之间的关系的计算中使用的系统的状态。当将鞘层的相对介电常数设为εr(＝1)、将等离子体的相对介电常数设为εp时，根据麦克斯韦方程式和电子的运动方程式推导出式(1)。

(εp/εr)×(α/β)tanh(αs)+1＝0···(1)

α表示鞘层中的x方向上的微波的波数。β表示等离子体中的x方向上的微波的波数。s表示鞘层的厚度。

用式(2)表示α，用式(3)表示β。

α²＝k²-(ω/c)²···(2)

β²＝k²-εp(ω/c)²···(3)

式(3)能够变形为以下的式(4)。

【数1】

γ为电子与中性粒子的碰撞频率，是根据系统的压力来确定的。ω为输入的频率的微波的角速度，c为光的速度。ωp为电子等离子体频率，为等离子体的电子密度的函数。

式(2)的k表示z方向上的鞘层中的微波的表面波的波数。式(4)的k表示z方向上的等离子体中的微波的表面波的波数。在图13所示的z方向上的鞘层与等离子体的接触面中，两者的波数一致，因此式(2)和式(4)的k的个数相同。

通过将由式(2)和式(4)定义的α和β代入式(1)中，推导出下式(5)。

λsp＝2π/re(k)···(5)

根据式(4)，等离子体中的微波的表面波的波数k与电子密度ωp之间的关系是相关联的，因此根据式(5)推导的微波的表面波的波长λsp与微波的表面波的波数k的关系式表示该表面波的波长λsp与电子密度ωp的关系。

通过以上可知，基于式(4)和式(5)推导出图12的曲线图，微波的表面波的波长λsp取决于等离子体的电子密度，根据等离子体的电子密度发生变化。

因而，形成与符合工艺条件的电子密度的区域对应的、深度呈指数级变化的多个凹部70，以使得与根据工艺条件区域的各种等离子体的电子密度发生变化的各种波长λsp的表面波对应地得到利用凹部70切断表面波的效果。由此，能够提高多个凹部70中的至少任一个凹部70成为与符合工艺条件的电子密度的区域对应的、深度约为λsp/4的槽的概率。换言之，通过形成深度呈指数级变化的多个凹部70，能够最大限度地发挥凹部70的提高微波的表面波等离子体的电场的截止效率这样的效果。由此，能够使凹部70的内侧的电力吸收效率提高，使等离子体密度增加。其结果是，能够使工艺性能提高。

以上通过上述实施方式和其变形例对微波等离子体处理装置进行了说明，但本发明所涉及的微波等离子体处理装置不限定为上述实施方式，在本发明的范围内能够进行各种变形和改进。上述多个实施方式所记载的事项能够在不矛盾的范围内进行组合。

在本说明书中，列举晶圆w进行了说明，但作为等离子体处理对象的被处理体不限于晶圆w，也可以为lcd(liquidcrystaldisplay：液晶显示器)、fpd(flatpaneldisplay：平板显示器)中使用的各种基板等。