(57)【要約】  マイクロ波導入機構（４１）は、マイクロ波をチャンバ内に放射する平面アンテナ（８１）を有するアンテナ部（８０）と、インピーダンス整合させるためのチューナ（６０）と、アンテナ部（８０）の熱を放熱するための放熱機構（９０）とを具備し、チューナ（６０）は、筒状をなす外側導体（５２）と内側導体（５３）を有しマイクロ波伝送路の一部となる本体（５１）と、外側導体（５２）と内側導体（５３）の間に移動可能に設けられたスラグ（６１ａ，６１ｂ）と、スラグを移動させるスラグ駆動部（７０）とを有し、放熱機構（９０）は、入熱端がアンテナ部（８０）に位置し、アンテナ部（８０）の熱を入熱端から放熱端へ輸送するヒートパイプ（９１）と、放熱端に設けられた放熱部（９２）とを有する。
2012032942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ内にマイクロ波プラズマを形成するためのマイクロ波プラズマ源のマイクロ波出力部から出力されたマイクロ波を伝送するマイクロ波伝送路に設けられ、マイクロ波をチャンバ内に導入するマイクロ波導入機構であって、
前記マイクロ波伝送路を介してマイクロ波を前記チャンバ内に放射する平面アンテナを有するアンテナ部と、
前記マイクロ波伝送路に設けられ、前記マイクロ波伝送路のインピーダンスを調整するチューナと、
前記アンテナ部の熱を放熱するための放熱機構と
を具備し、
前記チューナは、
筒状をなす外側導体とその中に同軸的に設けられた筒状をなす内側導体とを有し、マイクロ波伝送路の一部となる本体と、
前記外側導体と前記内側導体の間に設けられ、内側導体の長手方向に沿って移動可能な、環状をなし、誘電体からなるスラグと、
前記スラグを移動させる駆動機構と
を有し、
前記放熱機構は、
入熱端と放熱端とを有し、前記入熱端が前記アンテナ部に位置し、前記アンテナ部の熱を前記入熱端から前記放熱端へ輸送するヒートパイプと、
前記ヒートパイプの前記放熱端に設けられ、前記放熱端の熱を放熱する放熱部と
を有するマイクロ波導入機構。
【請求項２】
前記ヒートパイプは、前記内側導体内に設けられている、請求項１に記載のマイクロ波導入機構。
【請求項３】
前記放熱部は、ヒートシンクまたは冷却部材からなる、請求項１に記載のマイクロ波導入機構。
【請求項４】
前記駆動機構は、駆動力を与える駆動部と、駆動部からの駆動力を前記スラグに伝達する駆動伝達部と、前記スラグの移動をガイドする駆動ガイド部と、前記スラグを前記駆動伝達部に保持する保持部とを有し、
前記駆動伝達部と、前記駆動ガイド部と、前記保持部が前記内側導体の内部に収容されている、請求項１に記載のマイクロ波導入機構。
【請求項５】
前記駆動機構は、前記スラグの内部に嵌め込まれ、前記内側導体の内周に接触した状態で前記内側導体の内部を滑り移動し、ねじ穴を有する滑り部材と、前記内側導体の内部に長手方向に沿って設けられ、前記スラグの前記滑り部材のねじ穴に螺合される螺棒からなるスラグ移動軸とを有し、前記スラグ移動軸と前記滑り部材とによりねじ機構からなる駆動伝達部が構成され、前記滑り部材と前記内側導体の内周面とにより滑りガイド機構からなる駆動ガイド部が構成され、前記滑り部材が前記保持部を構成し、前記駆動部は前記スラグ移動軸を回転させるモータを有し、前記モータにより前記スラグ移動軸を回転させることにより、前記滑り部材に保持された前記スラグが、前記滑り部材が前記内側導体の内周に滑りガイドされた状態で駆動される、請求項４に記載のマイクロ波導入機構。
【請求項６】
前記滑り部材は、滑り性を有する樹脂からなる、請求項５に記載のマイクロ波導入機構。
【請求項７】
前記滑り部材は、前記スラグに対し、固定用ねじにより固定されている、請求項５に記載のマイクロ波導入機構。
【請求項８】
前記滑り部材のねじ穴は、前記固定用ねじにより固定されている部位に対応する部分にねじが形成されていない、請求項７に記載のマイクロ波導入機構。
【請求項９】
前記滑り部材は、その両端部の外周に圧入用突起を有し、圧入により前記スラグに固定され、前記滑り部材のねじ穴は、前記圧入用突起に対応する部分にねじが形成されていない、請求項５に記載のマイクロ波導入機構。
【請求項１０】
前記ヒートパイプは、前記内側導体の内部に前記滑り部材を挿通するように設けられている、請求項５に記載のマイクロ波導入機構。
【請求項１１】
前記アンテナ部は前記チューナと一体的に構成されている、請求項１０に記載のマイクロ波導入機構。
【請求項１２】
マイクロ波を出力するマイクロ波出力部、出力されたマイクロ波を伝送するマイクロ波伝送路、および前記マイクロ波伝送路に設けられ伝送されたマイクロ波をチャンバ内に導入するマイクロ波導入機構を有し、前記チャンバ内にマイクロ波を導入して前記チャンバ内に供給されたガスをプラズマ化するマイクロ波プラズマ源であって、
前記マイクロ波導入機構は、前記マイクロ波伝送路を介してマイクロ波を前記チャンバ内に放射する平面アンテナを有するアンテナ部と、
前記マイクロ波伝送路に設けられ、前記マイクロ波伝送路のインピーダンスを調整するチューナと、
前記アンテナ部の熱を放熱するための放熱機構と
を具備し、
前記チューナは、
筒状をなす外側導体とその中に同軸的に設けられた筒状をなす内側導体とを有し、マイクロ波伝送路の一部となる本体と、
前記外側導体と前記内側導体の間に設けられ、内側導体の長手方向に沿って移動可能な、環状をなし、誘電体からなるスラグと、
前記スラグを移動させる駆動機構と
を有し、
前記放熱機構は、
入熱端と放熱端とを有し、前記入熱端が前記アンテナ部に位置し、前記アンテナ部の熱を前記入熱端から前記放熱端へ輸送するヒートパイプと、
前記ヒートパイプの前記放熱端に設けられ、前記放熱端の熱を放熱する放熱部とを有する、マイクロ波プラズマ源。
【請求項１３】
被処理基板を収容するチャンバと、
前記チャンバ内にガスを供給するガス供給機構と、
マイクロ波を生成するマイクロ波生成機構、出力されたマイクロ波を伝送するマイクロ波伝送路、および前記マイクロ波伝送路に設けられ伝送されたマイクロ波をチャンバ内に導入するマイクロ波導入機構を有し、前記チャンバ内にマイクロ波を導入して前記チャンバ内に供給されたガスをプラズマ化するマイクロ波プラズマ源と
を具備し、
前記チャンバ内の被処理基板に対してプラズマにより処理を施すマイクロ波プラズマ処理装置であって、
前記マイクロ波導入機構は、前記マイクロ波伝送路を介してマイクロ波を前記チャンバ内に放射する平面アンテナを有するアンテナ部と、
前記マイクロ波伝送路に設けられ、前記マイクロ波伝送路のインピーダンスを調整するチューナと、
前記アンテナ部の熱を放熱するための放熱機構と
を具備し、
前記チューナは、
筒状をなす外側導体とその中に同軸的に設けられた筒状をなす内側導体とを有し、マイクロ波伝送路の一部となる本体と、
前記外側導体と前記内側導体の間に設けられ、内側導体の長手方向に沿って移動可能な、環状をなし、誘電体からなるスラグと、
前記スラグを移動させる駆動機構と
を有し、
前記放熱機構は、
入熱端と放熱端とを有し、前記入熱端が前記アンテナ部に位置し、前記アンテナ部の熱を前記入熱端から前記放熱端へ輸送するヒートパイプと、
前記ヒートパイプの前記放熱端に設けられ、前記放熱端の熱を放熱する放熱部とを有する、マイクロ波プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理を行うチャンバ内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入機構、そのようなマイクロ波導入機構を用いたマイクロ波プラズマ源、およびマイクロ波プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスや液晶表示装置の製造工程においては、半導体ウエハやガラス基板といった被処理基板にエッチング処理や成膜処理等のプラズマ処理を施すために、プラズマエッチング装置やプラズマＣＶＤ成膜装置等のプラズマ処理装置が用いられる。【０００３】
近時、このようなプラズマ処理装置としては、高密度で低電子温度のプラズマを均一に形成することができるＲＬＳＡ（Radial  Line  Slot  Antenna）マイクロ波プラズマ処理装置が注目されている（例えば特許文献１）。【０００４】
ＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置は、チャンバの上部に所定のパターンで多数のスロットが形成された平面アンテナ（Radial  Line  Slot  Antenna）を設け、マイクロ波発生源から導かれたマイクロ波を、平面アンテナのスロットから放射させるとともに、その下に設けられた誘電体からなるマイクロ波透過板を介して真空に保持されたチャンバ内に放射し、このマイクロ波電界によりチャンバ内に導入されたガスをプラズマ化し、このように形成されたプラズマにより半導体ウエハ等の被処理体を処理するものである。【０００５】
また、マイクロ波を複数に分配し、上記平面アンテナを有する複数のアンテナモジュールを介してマイクロ波をチャンバ内に導きチャンバ内でマイクロ波を空間合成するマイクロ波プラズマ源を有するマイクロ波プラズマ処理装置も提案されている（特許文献２）。【０００６】
この種のマイクロ波プラズマ処理装置では、負荷（プラズマ）のインピーダンスのチューニングを行うため、インピーダンス整合部（チューナ）が必要とされる。このようなインピーダンス整合部としては、複数のスラグを有するスラグチューナを用いたものが知られている（特許文献３等）。【０００７】
スラグチューナは、管状の外部導体と外部導体内に設けられた内部導体とにより同軸状のマイクロ波伝送路が構成され、外部導体の内面と内部導体の外面との間の隙間内に内部導体の長手方向に沿って移動自在に少なくとも２つの誘電体からなるスラグが設けられたものであり、これらスラグを駆動機構により移動させることによりインピーダンスチューニングを行う。これによりコンパクトで低損失のチューナを実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１０９４５７号公報
【特許文献２】国際公開第２００８／０１３１１２号パンフレット
【特許文献３】特開２００３−３４７８０８号公報
【発明の概要】
【０００９】
ところで、このようなマイクロ波プラズマ源は、投入するマイクロ波電力が大きくなると、プラズマからの入熱およびマイクロ波の損失による熱によって、アンテナやマイクロ波透過板の温度が高くなり、その熱によりスラグチューナにおけるスラグの移動性に影響を与えることが懸念される。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、スラグの移動性に対する熱の影響を抑制することができるマイクロ波導入機構、マイクロ波プラズマ源、およびマイクロ波プラズマ装置を提供することにある。
【００１１】
本発明の第１の観点では、チャンバ内にマイクロ波プラズマを形成するためのマイクロ波プラズマ源のマイクロ波出力部から出力されたマイクロ波を伝送するマイクロ波伝送路に設けられ、マイクロ波をチャンバ内に導入するマイクロ波導入機構であって、前記マイクロ波伝送路を介してマイクロ波を前記チャンバ内に放射する平面アンテナを有するアンテナ部と、前記マイクロ波伝送路に設けられ、前記マイクロ波伝送路のインピーダンスを調整するチューナと、前記アンテナ部の熱を放熱するための放熱機構とを具備し、前記チューナは、筒状をなす外側導体とその中に同軸的に設けられた筒状をなす内側導体とを有し、マイクロ波伝送路の一部となる本体と、前記外側導体と前記内側導体の間に設けられ、内側導体の長手方向に沿って移動可能な、環状をなし、誘電体からなるスラグと、前記スラグを移動させる駆動機構とを有し、前記放熱機構は、入熱端と放熱端とを有し、前記入熱端が前記アンテナ部に位置し、前記アンテナ部の熱を前記入熱端から前記放熱端へ輸送するヒートパイプと、前記ヒートパイプの前記放熱端に設けられ、前記放熱端の熱を放熱する放熱部とを有する、マイクロ波導入機構を提供する。
【００１２】
上記第１の観点において、前記ヒートパイプは、前記内側導体内に設けられていることが好ましい。また、前記放熱部は、ヒートシンクまたは冷却部材からなることが好ましい。
【００１３】
また、前記駆動機構は、駆動力を与える駆動部と、駆動部からの駆動力を前記スラグに伝達する駆動伝達部と、前記スラグの移動をガイドする駆動ガイド部と、前記スラグを前記駆動伝達部に保持する保持部とを有し、前記駆動伝達部と、前記駆動ガイド部と、前記保持部が前記内側導体の内部に収容されているものとすることができる。この場合に、前記駆動機構は、前記スラグの内部に嵌め込まれ、前記内側導体の内周に接触した状態で前記内側導体の内部を滑り移動し、ねじ穴を有する滑り部材と、前記内側導体の内部に長手方向に沿って設けられ、前記スラグの前記滑り部材のねじ穴に螺合される螺棒からなるスラグ移動軸とを有し、前記スラグ移動軸と前記滑り部材とによりねじ機構からなる駆動伝達部が構成され、前記滑り部材と前記内側導体の内周面とにより滑りガイド機構からなる駆動ガイド部が構成され、前記滑り部材が前記保持部を構成し、前記駆動部は前記スラグ移動軸を回転させるモータを有し、前記モータにより前記スラグ移動軸を回転させることにより、前記滑り部材に保持された前記スラグが、前記滑り部材が前記内側導体の内周に滑りガイドされた状態で駆動される構成を有するものとすることができる。前記滑り部材としては、滑り性を有する樹脂からなるものであることが好ましい。
【００１４】
前記滑り部材は、前記スラグに対し、固定用ねじにより固定されている構成とすることができる。前記滑り部材のねじ穴は、前記固定用ねじにより固定されている部位に対応する部分にねじが形成されていないことが好ましい。前記滑り部材は、その両端部の外周に圧入用突起を有し、圧入により前記スラグに固定され、前記滑り部材のねじ穴は、前記圧入用突起に対応する部分にねじが形成されていない構成とすることができる。前記ヒートパイプは、前記内側導体の内部に前記滑り部材に挿通するように設けられていることが好ましい。
【００１５】
本発明の第２の観点によれば、マイクロ波を出力するマイクロ波出力部、出力されたマイクロ波を伝送するマイクロ波伝送路、および前記マイクロ波伝送路に設けられ伝送されたマイクロ波をチャンバ内に導入するマイクロ波導入機構を有し、前記チャンバ内にマイクロ波を導入して前記チャンバ内に供給されたガスをプラズマ化するマイクロ波プラズマ源であって、前記マイクロ波導入機構は、前記マイクロ波伝送路を介してマイクロ波を前記チャンバ内に放射する平面アンテナを有するアンテナ部と、前記マイクロ波伝送路に設けられ、前記マイクロ波伝送路のインピーダンスを調整するチューナと、前記アンテナ部の熱を放熱するための放熱機構とを具備し、前記チューナは、筒状をなす外側導体とその中に同軸的に設けられた筒状をなす内側導体とを有し、マイクロ波伝送路の一部となる本体と、前記外側導体と前記内側導体の間に設けられ、内側導体の長手方向に沿って移動可能な、環状をなし、誘電体からなるスラグと、前記スラグを移動させる駆動機構とを有し、前記放熱機構は、入熱端と放熱端とを有し、前記入熱端が前記アンテナ部に位置し、前記アンテナ部の熱を前記入熱端から前記放熱端へ輸送するヒートパイプと、前記ヒートパイプの前記放熱端に設けられ、前記放熱端の熱を放熱する放熱部とを有する、マイクロ波プラズマ源が提供される。
【００１６】
本発明の第３の観点によれば、被処理基板を収容するチャンバと、前記チャンバ内にガスを供給するガス供給機構と、マイクロ波を生成するマイクロ波生成機構、出力されたマイクロ波を伝送するマイクロ波伝送路、および前記マイクロ波伝送路に設けられ伝送されたマイクロ波をチャンバ内に導入するマイクロ波導入機構を有し、前記チャンバ内にマイクロ波を導入して前記チャンバ内に供給されたガスをプラズマ化するマイクロ波プラズマ源とを具備し、前記チャンバ内の被処理基板に対してプラズマにより処理を施すマイクロ波プラズマ処理装置であって、前記マイクロ波導入機構は、前記マイクロ波伝送路を介してマイクロ波を前記チャンバ内に放射する平面アンテナを有するアンテナ部と、前記マイクロ波伝送路に設けられ、前記マイクロ波伝送路のインピーダンスを調整するチューナと、前記アンテナ部の熱を放熱するための放熱機構と
を具備し、前記チューナは、筒状をなす外側導体とその中に同軸的に設けられた筒状をなす内側導体とを有し、マイクロ波伝送路の一部となる本体と、前記外側導体と前記内側導体の間に設けられ、内側導体の長手方向に沿って移動可能な、環状をなし、誘電体からなるスラグと、前記スラグを移動させる駆動機構と
を有し、前記放熱機構は、入熱端と放熱端とを有し、前記入熱端が前記アンテナ部に位置し、前記アンテナ部の熱を前記入熱端から前記放熱端へ輸送するヒートパイプと、前記ヒートパイプの前記放熱端に設けられ、前記放熱端の熱を放熱する放熱部とを有する、マイクロ波プラズマ処理装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係るマイクロ波導入機構を有するマイクロ波プラズマ源が搭載されたプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１のマイクロ波プラズマ源の構成を示す構成図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るマイクロ波導入機構を示す縦断面図である。
【図４】チューナの本体におけるスラグと滑り部材を示す水平断面図である。
【図５】チューナの本体における内側導体を示す斜視図である。
【図６】マイクロ波導入機構に搭載された平面アンテナを示す平面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るマイクロ波導入機構に用いられるヒートパイプの構造を示す模式図である。
【図８】滑り部材をスラグへ固定した状態を示す水平断面図である。
【図９】滑り部材をスラグへ固定した状態を示す断面図である。
【図１０】滑り部材とスラグの取り付け部を拡大して示す図である。
【図１１】滑り部材のスラグへの固定方法の他の例を示す断面図である。
【図１２】本発明の他の実施形態に係るマイクロ波導入機構を有するマイクロ波プラズマ源を示す構成図である。
【図１３】本発明の他の実施形態に係るマイクロ波導入機構を示す縦断面図である。
【図１４】図１３のＡＡ′線による横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るマイクロ波導入機構を有するマイクロ波プラズマ源が搭載されたプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図であり、図２は図１のマイクロ波プラズマ源の構成を示す構成図である。
【００１９】
プラズマ処理装置１００は、ウエハに対してプラズマ処理として例えばエッチング処理を施すプラズマエッチング装置として構成されており、気密に構成されたアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属材料からなる略円筒状の接地されたチャンバ１と、チャンバ１内にマイクロ波プラズマを形成するためのマイクロ波プラズマ源２とを有している。チャンバ１の上部には開口部１ａが形成されており、マイクロ波プラズマ源２はこの開口部１ａからチャンバ１の内部に臨むように設けられている。
【００２０】
チャンバ１内には被処理体であるウエハＷを水平に支持するためのサセプタ１１が、チャンバ１の底部中央に絶縁部材１２ａを介して立設された筒状の支持部材１２により支持された状態で設けられている。サセプタ１１および支持部材１２を構成する材料としては、表面をアルマイト処理（陽極酸化処理）したアルミニウム等が例示される。
【００２１】
また、図示はしていないが、サセプタ１１には、ウエハＷを静電吸着するための静電チャック、温度制御機構、ウエハＷの裏面に熱伝達用のガスを供給するガス流路、およびウエハＷを搬送するために昇降する昇降ピン等が設けられている。さらに、サセプタ１１には、整合器１３を介して高周波バイアス電源１４が電気的に接続されている。この高周波バイアス電源１４からサセプタ１１に高周波電力が供給されることにより、ウエハＷ側にプラズマ中のイオンが引き込まれる。
【００２２】
チャンバ１の底部には排気管１５が接続されており、この排気管１５には真空ポンプを含む排気装置１６が接続されている。そしてこの排気装置１６を作動させることによりチャンバ１内が排気され、チャンバ１内が所定の真空度まで高速に減圧することが可能となっている。また、チャンバ１の側壁には、ウエハＷの搬入出を行うための搬入出口１７と、この搬入出口１７を開閉するゲートバルブ１８とが設けられている。
【００２３】
チャンバ１内のサセプタ１１の上方位置には、プラズマエッチングのための処理ガスをウエハＷに向けて吐出するシャワープレート２０が水平に設けられている。このシャワープレート２０は、格子状に形成されたガス流路２１と、このガス流路２１に形成された多数のガス吐出孔２２とを有しており、格子状のガス流路２１の間は空間部２３となっている。このシャワープレート２０のガス流路２１にはチャンバ１の外側に延びる配管２４が接続されており、この配管２４には処理ガス供給源２５が接続されている。
【００２４】
一方、チャンバ１のシャワープレート２０の上方位置には、リング状のプラズマ生成ガス導入部材２６がチャンバ壁に沿って設けられており、このプラズマ生成ガス導入部材２６には内周に多数のガス吐出孔が設けられている。このプラズマ生成ガス導入部材２６には、プラズマ生成ガスを供給するプラズマ生成ガス供給源２７が配管２８を介して接続されている。プラズマ生成ガスとしてはＡｒガスなどが好適に用いられる。
【００２５】
プラズマ生成ガス導入部材２６からチャンバ１内に導入されたプラズマ生成ガスは、マイクロ波プラズマ源２からチャンバ１内に導入されたマイクロ波によりプラズマ化され、このようにして生成されたプラズマ、例えばＡｒプラズマがシャワープレート２０の空間部２３を通過しシャワープレート２０のガス吐出孔２２から吐出された処理ガスを励起し、処理ガスのプラズマを生成する。
【００２６】
マイクロ波プラズマ源２は、チャンバ１の上部に設けられた支持リング２９により支持されており、これらの間は気密にシールされている。図２に示すように、マイクロ波プラズマ源２は、複数経路に分配してマイクロ波を出力するマイクロ波出力部３０と、マイクロ波をチャンバ１に導くためのマイクロ波導入部４０と、マイクロ波出力部３０から出力したマイクロ波をマイクロ波導入部４０へ供給するマイクロ波供給部５０とを有している。マイクロ波出力部３０から出力されたマイクロ波はマイクロ波伝送路を伝送されてマイクロ波供給部５０およびマイクロ波導入部４０を経てチャンバ１内に導入される。
【００２７】
マイクロ波出力部３０は、電源部３１と、マイクロ波発振器３２と、発振されたマイクロ波を増幅するアンプ３３と、増幅されたマイクロ波を複数に分配する分配器３４とを有している。
【００２８】
マイクロ波発振器３２は、所定周波数（例えば、２．４５ＧＨｚ）のマイクロ波を例えばＰＬＬ発振させる。分配器３４では、マイクロ波の損失ができるだけ起こらないように、入力側と出力側のインピーダンス整合を取りながらアンプ３３で増幅されたマイクロ波を分配する。なお、マイクロ波の周波数としては、２．４５ＧＨｚの他に、８．３５ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ等を用いることができる。
【００２９】
マイクロ波供給部５０は、分配器３４で分配されたマイクロ波を主に増幅する複数のアンプ部４２を有する。アンプ部４２は、位相器４５と、可変ゲインアンプ４６と、ソリッドステートアンプを構成するメインアンプ４７と、アイソレータ４８とを有している。
【００３０】
位相器４５は、スラグチューナによりマイクロ波の位相を変化させることができるように構成されており、これを調整することにより放射特性を変調させることができる。例えば、各アンテナモジュール毎に位相を調整することにより指向性を制御してプラズマ分布を変化させることや、後述するように隣り合うアンテナモジュールにおいて９０°ずつ位相をずらすようにして円偏波を得ることができる。また、位相器４５は、アンプ内の部品間の遅延特性を調整し、チューナ内での空間合成を目的として使用することができる。ただし、このような放射特性の変調やアンプ内の部品間の遅延特性の調整が不要な場合には位相器４５は設ける必要はない。
【００３１】
可変ゲインアンプ４６は、メインアンプ４７へ入力するマイクロ波の電力レベルを調整し、個々のアンテナモジュールのばらつきを調整またはプラズマ強度を調整するためのアンプである。可変ゲインアンプ４６を各アンテナモジュール毎に変化させることによって、発生するプラズマに分布を生じさせることもできる。
【００３２】
ソリッドステートアンプを構成するメインアンプ４７は、例えば、入力整合回路と、半導体増幅素子と、出力整合回路と、高Ｑ共振回路とを有する構成とすることができる。
【００３３】
アイソレータ４８は、マイクロ波導入部４０で反射してメインアンプ４７に向かう反射マイクロ波を分離するものであり、サーキュレータとダミーロード（同軸終端器）とを有している。サーキュレータは、後述するアンテナ部８０で反射したマイクロ波をダミーロードへ導き、ダミーロードはサーキュレータによって導かれた反射マイクロ波を熱に変換する。
【００３４】
マイクロ波導入部４０は、図２に示すように、複数のマイクロ波導入機構４１を有している。そして、各マイクロ波導入機構４１には、それぞれ２つのアンプ部４２からマイクロ波電力が供給され、各マイクロ波導入機構４１は、これらを合成してチャンバ１内に放射する。
【００３５】
図３は、マイクロ波導入機構４１を示す断面図である。図３に示すように、マイクロ波導入機構４１は、チューナ６０とアンテナ部８０とを有しており、これらが一体的に構成されている。また、マイクロ波導入機構４１は、さらにアンテナ部８０の熱を放熱するための放熱機構９０を有している。チューナ６０は、マイクロ波伝送路のインピーダンスを調整して、チャンバ１内の負荷（プラズマ）のインピーダンスをマイクロ波出力部３０におけるマイクロ波電源の特性インピーダンスに整合させるものであり、筒状をなす外側導体５２と外側導体５２の中に同軸的に設けられた筒状をなす内側導体５３とを有するとともに、マイクロ波伝送路の一部となる本体５１を有している。そして、本体５１の基端側が給電・電力合成部５４となっている。また、チューナ６０は、給電・電力合成部５４の上に設けられたスラグ駆動部７０を有している。
【００３６】
給電・電力合成部５４は、外側導体５２の側面に設けられたマイクロ波電力を導入するための２つのマイクロ波電力導入ポート５５を有している。マイクロ波電力導入ポート５５には、アンプ部４２から増幅されたマイクロ波を供給するための同軸線路５６が接続されている。そして、同軸線路５６の内側導体５７の先端には、本体５１の外側導体５２の内部に向けて水平に伸びる給電アンテナ５８が接続されている。給電アンテナ５８は、その上下を石英等の誘電体からなる誘電体部材５９ａ，５９ｂによって挟まれている。そして２つの給電アンテナ５８からマイクロ波（電磁波）を放射することにより、外側導体５２と内側導体５３との間の空間に給電されるとともに、２つの給電アンテナ５８から放射されたマイクロ波電力が合成される。そして、給電・電力合成部５４で空間合成されたマイクロ波電力がアンテナ部８０に向かって伝播する。
【００３７】
本体５１の給電・電力合成部５４のアンテナ部８０側（下方側）には、誘電体からなり、円環状をなす２つのスラグ６１ａ，６１ｂが外側導体５２と内側導体５３との間を上下に移動可能に設けられている。これらスラグのうち、スラグ６１ａはスラグ駆動部７０側に設けられ、スラグ６１ｂはアンテナ部８０側に設けられている。また、内側導体５３の内部空間には、その長手方向（鉛直方向）に沿って例えば台形ネジが形成された螺棒からなるスラグ移動用の２本のスラグ移動軸６４ａ，６４ｂが設けられている。
【００３８】
スラグ６１ａ，６１ｂの内側には、滑り性を有する樹脂からなる滑り部材６３が嵌め込まれ、固定されている。図４に示すように、スラグ６１ａに嵌め込まれた滑り部材６３にはスラグ移動軸６４ａが螺合するねじ穴６５ａとスラグ移動軸６４ｂが挿通される通し穴６５ｂが設けられている。一方、スラグ６１ｂに嵌め込まれた滑り部材６３にも同様に、ねじ穴６５ａと通し穴６５ｂとが設けられている。ただし、スラグ６１ｂに嵌め込まれた滑り部材６３は、スラグ６１ａに嵌め込まれた滑り部材６３とは逆に、ねじ穴６５ａはスラグ移動軸６４ｂに螺合され、通し穴６５ｂにはスラグ移動軸６４ａが挿通されるようになっている。これによりスラグ移動軸６４ａを回転させることによりスラグ６１ａが昇降移動し、スラグ移動軸６４ｂを回転させることによりスラグ６１ｂが昇降移動する。すなわち、スラグ移動軸６４ａ，６４ｂと滑り部材６３とからなるねじ機構によりスラグ６１ａ，６１ｂが昇降移動される。
【００３９】
図４および図５に示すように、内側導体５３には長手方向に沿って等間隔に３つのスリット５３ａが形成されている。滑り部材６３は、これらスリット５３ａに対応するように３つの突出部６３ａが等間隔に設けられている。そして、これら突出部６３ａがスラグ６１ａ，６１ｂの内周に当接した状態で滑り部材６３がスラグ６１ａ，６１ｂの内部に嵌め込まれ、固定される。滑り部材６３の外周面は、内側導体５３の内周面と遊びなく接触するようになっており、スラグ移動軸６４ａ，６４ｂが回転されることにより、滑り部材６３が内側導体５３を滑って昇降するようになっている。すなわち内側導体５３の内周面がスラグ６１ａ，６１ｂの滑りガイドとして機能する。なお、スリット５３ａの幅は５ｍｍ以下とすることが好ましい。これにより、後述するように内側導体５３の内部へ漏洩するマイクロ波電力を実質的になくすことができ、マイクロ波電力の放射効率を高く維持することができる。
【００４０】
滑り部材６３を構成する樹脂材料としては、良好な滑り性を有し、加工が比較的容易な樹脂、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂（商品名：ベアリーＡＳ５０００（ＮＴＮ株式会社製））を好適なものとして挙げることができる。
【００４１】
図３に示すように、本体５１の上部には、上部開口を遮蔽するように遮蔽板６６が設けられている。そして、スラグ移動軸６４ａ，６４ｂは、この遮蔽板６６および後述する放熱機構９０の放熱部９２を貫通してスラグ駆動部７０に延びている。スラグ移動軸６４ａ，６４ｂと遮蔽板６６との間にはベアリング（図示せず）が設けられている。また、内側導体５３の下端には、導体からなる底板６７が設けられている。スラグ移動軸６４ａ，６４ｂの下端は、駆動時の振動を吸収するために、通常は開放端となっており、これらスラグ移動軸６４ａ，６４ｂの下端から２〜５ｍｍ程度離隔して底板６７が設けられている。なお、底板６７をスラグ移動軸６４ａ，６４ｂを軸支する軸受け部材として機能させてもよい。
【００４２】
スラグ駆動部７０は筐体７１を有し、スラグ移動軸６４ａおよび６４ｂは筐体７１内に延びており、スラグ移動軸６４ａおよび６４ｂの上端には、それぞれ歯車７２ａおよび７２ｂが取り付けられている。また、スラグ駆動部７０には、スラグ移動軸６４ａを回転させるモータ７３ａと、スラグ移動軸６４ｂを回転させるモータ７３ｂが設けられている。モータ７３ａの軸には歯車７４ａが取り付けられ、モータ７３ｂの軸には歯車７４ｂが取り付けられており、歯車７４ａが歯車７２ａに噛合し、歯車７４ｂが歯車７２ｂに噛合するようになっている。したがって、モータ７３ａにより歯車７４ａおよび７２ａを介してスラグ移動軸６４ａが回転され、モータ７３ｂにより歯車７４ｂおよび７２ｂを介してスラグ移動軸６４ｂが回転される。なお、モータ７３ａ，７３ｂは例えばステッピングモータである。
【００４３】
なお、スラグ移動軸６４ｂはスラグ移動軸６４ａよりも長く、より上方に達しており、したがって、歯車７２ａおよび７２ｂの位置が上下にオフセットしており、モータ７３ａおよび７３ｂも上下にオフセットしている。これにより、モータおよび歯車等の動力伝達機構のスペースを小さくすることができ、これらを収容する筐体７１を外側導体５２と同じ径にすることが可能となる。
【００４４】
モータ７３ａおよび７３ｂの上には、これらの出力軸に直結するように、それぞれスラグ６１ａおよび６１ｂの位置を検出するためのインクリメント型のエンコーダ７５ａおよび７５ｂが設けられている。
【００４５】
インクリメント型のエンコーダは、通常、移動方向と相対的な位置関係のみしか検知できないが、本実施形態ではこれにより、絶対的な位置を把握する。その手順は以下のようなものである。
【００４６】
まず、スラグ移動軸６４ａをゆっくり回転させてスラグ６１ａを一定速度でエンコーダ７５ａのカウンターを見ながら移動させる。スラグ６１ａがメカニカルストップ（図示せず）に到達すると、モータ７３ａは脱調し、停止する。停止したことは、エンコーダ７５ａのカウントが変化しないことで検知することができ、そのときのスラグ６１ａの位置、またはそこから所定パルス分オフセットした位置を原点とする。この原点位置を基準として原点からのパルス数をカウントすることによりスラグ６１ａの絶対的な位置を検知することができる。スラグ６１ｂも同様に原点を把握することにより絶対的な位置を検知することができる。これにより位置検出のためのセンサが不要となる。
【００４７】
スラグ６１ａおよび６１ｂの位置は、スラグコントローラ６８により制御される。具体的には、図示しないインピーダンス検出器により検出された入力端のインピーダンス値と、エンコーダ７５ａおよび７５ｂにより検知されたスラグ６１ａおよび６１ｂの位置情報に基づいて、スラグコントローラ６８がモータ７３ａおよび７３ｂに制御信号を送り、スラグ６１ａおよび６１ｂの位置を制御することにより、インピーダンスを調整するようになっている。スラグコントローラ６８は、終端が例えば５０Ωになるようにインピーダンス整合を実行させる。２つのスラグのうち一方のみを動かすと、スミスチャートの原点を通る軌跡を描き、両方同時に動かすと位相のみが回転する。
【００４８】
なお、スラグ移動軸６４ａ，６４ｂが台形ねじを有している場合にはバックラッシュによりスラグ６１ａおよび６１ｂの位置精度が低いおそれがあるが、そのような場合には、スラグ６１ａおよび６１ｂに例えばコイルスプリングにより付勢力を与えておけばバックラッシュの影響を解消することができる。
【００４９】
アンテナ部８０は、マイクロ波放射アンテナとして機能する、平面状をなしスロット８１ａを有する平面アンテナ８１を有している。また、アンテナ部８０は、平面アンテナ８１の上面に設けられた遅波材８２と、平面アンテナ８１のさらに先端側に設けられた、真空シールのための誘電体部材、例えば石英やセラミックス等からなる天板８３とを有している。遅波材８２の中心には導体からなる円柱部材８２ａが貫通して底板６７と平面アンテナ８１とを接続している。したがって、内側導体５３が底板６７および円柱部材８２ａを介して平面アンテナ８１に接続されている。なお、チューナ６０の本体５１を構成する外側導体５２の下端は平面アンテナ８１まで延びており、遅波材８２の周囲は外側導体５２で覆われている。また、平面アンテナ８１および天板８３の周囲は被覆導体８４で覆われている。
【００５０】
遅波材８２は、真空よりも大きい誘電率を有しており、例えば、石英、セラミックス、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂やポリイミド系樹脂により構成されており、真空中ではマイクロ波の波長が長くなることから、マイクロ波の波長を短くしてアンテナを小さくする機能を有している。遅波材８２は、その厚さによりマイクロ波の位相を調整することができ、平面アンテナ８１が定在波の「はら」になるようにその厚さを調整する。これにより、反射が最小で、平面アンテナ８１の放射エネルギーが最大となるようにすることができる。
【００５１】
そして、メインアンプ４７で増幅されたマイクロ波が内側導体５３と外側導体５２の周壁の間を通って平面アンテナ８１のスロット８１ａから天板８３を透過してチャンバ１内の空間に放射される。スロット８１ａは、図６に示すように扇形のものが好ましく、図示している２個、または４個設けることが好ましい。これにより、マイクロ波をＴＥＭモードで効率的に伝達させることができる。
【００５２】
本実施形態において、メインアンプ４７と、チューナ６０と、平面アンテナ８１とは近接配置している。そして、チューナ６０と平面アンテナ８１とは１／２波長内に存在する集中定数回路を構成しており、かつ平面アンテナ８１、遅波材８２、天板８３は合成抵抗が５０Ωに設定されているので、チューナ６０はプラズマ負荷に対して直接チューニングしていることになり、効率良くプラズマへエネルギーを伝達することができる。
【００５３】
放熱機構９０は、アンテナ部８０の熱を放熱する機能を有し、図３、４に示すように、チューナ６０の内側導体５３の内部に、その長手方向に沿って直線状に設けられた２本のヒートパイプ９１と、ヒートパイプ９１がアンテナ部８０から奪った熱を放熱する放熱部９２とを有する。
【００５４】
放熱部９２は、遮蔽板６６の上側に設けられており、例えばヒートシンクからなる。ヒートシンクはファンが内蔵されていてもよい。また、放熱部９２は、冷却水等の冷却媒体が循環するように構成された冷却部材で構成されていてもよい。
【００５５】
ヒートパイプ９１は、一端がアンテナ部８０に位置し、他端が遮蔽板６６を貫通して放熱部９２の内部に達しており、アンテナ部８０の熱を放熱部９２へ輸送する機能を有している。本実施形態では、ヒートパイプ９１の一端は底板６７を貫通して遅波材８２の中心に設けられた円柱部材８２ａの内部に達している。そして、ヒートパイプ９１のアンテナ部８０側の一端が入熱端、放熱部９２側の他端が放熱端となっている。
【００５６】
ヒートパイプ９１は、図７に示すように、両端を閉塞した筒状の金属、例えば銅または銅合金からなる外殻部材としてのコンテナ９４と、その内周壁に設けられた多孔質部材または網状部材からなるウィック９５とを有し、その中に水などの作動液が充填された密閉構造を有している。ウィック９５は毛細管現象を利用して作動液を移動させる機能を有している。ヒートパイプ９１は、内部に充填した作動液の蒸発現象と凝縮現象を利用して、一端から他端に大量の熱を容易に輸送する機能を有する。具体的には、プラズマからの入熱およびマイクロ波の損失により高温になったアンテナ部８０に配置されている入熱端では、アンテナ部８０からの入熱により作動液が蒸発し、蒸気流となって放熱部９２に配置されている放熱端へ高速移動し、蒸気流の熱が放熱端において放熱部９２と熱交換され、蒸気流が冷却されて凝縮液となる。凝縮液はウィック９５の毛細管現象により入熱端へ戻る。
【００５７】
図４に示すように、上記滑り部材６３には、ヒートパイプ９１が挿通される２つの挿通孔９３が形成されている。挿通孔９３はヒートパイプ９１が接触しない程度の大きさの直径を有している。ただし、ヒートパイプ９１と挿通孔９３の内周とが遊びなく接触するようになっていていてもよく、この場合には、ヒートパイプ９１を滑り部材６３のガイド部材として機能させることができる。
【００５８】
滑り部材６３は、図８〜１０に示すように、固定用ねじ１２０によりスラグ６１ａに固定されている。スラグ６１ｂに対しても同様に固定用ねじ１２０により固定されている。固定用ねじ１２０は、セラミックスや樹脂などの誘電体であり、好ましくはスラグ６１ａ（６１ｂ）と同じ組成の材料で構成されており、図８に示すように、３つの突出部６３ａに対応する位置に３本設けられている。この固定用ねじ１２０は、図９に示すように、スラグ６１ａの突出部６３ａに対応する位置に外側から内側へ貫通するように設けられたねじ穴１２１に螺合されており、３つの固定用ねじ１２０を締め付けることにより、それらの先端が滑り部材６３に当接し、滑り部材６３が均等に固定される。これにより、スラグ６１ａが熱の影響を受けても確実に滑り部材６３を保持することができる。固定用ねじ１２０は、外側導体５２に接触しないように、その頭部がスラグ６１ａ（６１ｂ）の外周面よりも奥まった位置になるように設けられる。なお、図８では便宜上、滑り部材６３内部の構造は省略している。
【００５９】
この場合に、ねじ穴６５ａに全てねじ（ねじ山およびねじ溝）が形成されていると、熱の影響を受けた場合に、固定用ねじ１２０による締め付け部分にかかる圧力によりスラグ移動軸６４ａの回転が阻止されてスラグ６１ａが動かなくなるおそれがある。このようなことを防止するには、図９に示すように、ねじ穴６５ａの固定用ねじ１２０で固定されている部位に対応する部分１３２（３本の固定用ねじ１２０の軸を含む平面とねじ穴６５ａが交差する部分を含む、固定用ねじ１２０の締め付けの影響を受ける部分）にねじを形成せず、他の部分１３１にねじを形成するようにすることが好ましい。
【００６０】
また、このように固定用ねじ１２０により滑り部材６３を固定することにより、熱変形等により、図１０に示すように、滑り部材６３とスラグ６１ａとの間に隙間１２２が形成されたとしても、ねじにより滑り部材６３とスラグ６１ａとを確実に固定することができる。
【００６１】
また、滑り部材６３は圧入によりスラグ６１ａ（６１ｂ）に固定することもできる。この場合には、図１１に示すように、滑り部材６３の突出部６３ａの軸方向両端部に、圧入用突起６３ｂを設け、滑り部材６３に押し込み圧力を加えてスラグ６１ａ内に圧入する。これにより、圧入用突起６３ｂからスラグ６１ａの内面にかかる圧力により滑り部材６３が固定される。
【００６２】
この場合に、ねじ穴６５ａに全てねじ（ねじ山およびねじ溝）が形成されていると、熱の影響を受けた場合に、圧入された滑り部材６３の圧入用突起６３ｂに及ぼされる圧力により、ねじ穴６５ａが変形してスラグ移動軸６４ａの回転が阻止されてスラグ６１ａが動かなくなるおそれがある。このようなことを防止するには、図１１に示すように、ねじ穴６５ａの圧入用突起６３ｂに対応する両端部１４２にねじを形成せず、他の部分１４１にねじを形成するようにすることが好ましい。
【００６３】
プラズマ処理装置１００における各構成部は、マイクロプロセッサを備えた制御部１１０により制御されるようになっている。制御部１１０はプラズマ処理装置１００のプロセスシーケンスおよび制御パラメータであるプロセスレシピを記憶した記憶部や、入力手段およびディスプレイ等を備えており、選択されたプロセスレシピに従ってプラズマ処理装置を制御するようになっている。
【００６４】
次に、以上のように構成されるプラズマ処理装置１００における動作について説明する。
まず、ウエハＷをチャンバ１内に搬入し、サセプタ１１上に載置する。そして、プラズマ生成ガス供給源２７から配管２８およびプラズマ生成ガス導入部材２６を介してチャンバ１内にプラズマ生成ガス、例えばＡｒガスを導入しつつ、マイクロ波プラズマ源２からマイクロ波をチャンバ１内に導入してプラズマを生成する。
【００６５】
このようにしてプラズマを生成した後、処理ガス、例えばＣｌ２ガス等のエッチングガスが処理ガス供給源２５から配管２４およびシャワープレート２０を介してチャンバ１内に吐出される。吐出された処理ガスは、シャワープレート２０の空間部２３を通過してきたプラズマにより励起されてプラズマ化またはラジカル化し、この処理ガスのプラズマまたはラジカルによりウエハＷにプラズマ処理、例えばエッチング処理が施される。
【００６６】
上記マイクロ波プラズマを生成するに際し、マイクロ波プラズマ源２では、マイクロ波出力部３０のマイクロ波発振器３２から発振されたマイクロ波はアンプ３３で増幅された後、分配器３４により複数に分配され、分配されたマイクロ波はマイクロ波供給部５０を経てマイクロ波導入部４０へ導かれる。マイクロ波導入部４０を構成する各マイクロ波導入機構４１が十分な出力を得るために、２つのアンプ部４２から同軸線路５６を介して給電・電力合成部５４に設けられた２つのマイクロ波電力導入ポート５５および給電アンテナ５８を経て本体５１内にマイクロ波電力が給電され、合成される。これにより、発熱を抑制しつつ、極めて簡易に電力合成を行うことができる。なお、一つのアンプ部４２からの電力で十分な場合は、上記の電力合成を省略することができる。また、同様のマイクロ波電力導入ポート５５を３つ以上設け、３つ以上のアンプ部４２からの電力を合成するようにしてもよい。
【００６７】
そして、マイクロ波導入機構４１のチューナ６０でインピーダンスが自動整合され、電力反射が実質的にない状態で、アンテナ部８０の平面アンテナ８１および天板８３を介してマイクロ波電力がチャンバ１内に放射される。
【００６８】
このように、複数に分配されたマイクロ波を、ソリッドステートアンプを構成するメインアンプ４７で個別に増幅し、平面アンテナ８１を用いて個別に放射した後にチャンバ１内で合成するので、大型のアイソレータや合成器が不要となる。
【００６９】
また、マイクロ波導入機構４１は、アンテナ部８０とチューナ６０とが本体５１内に設けられた構造となっているので、極めてコンパクトである。このため、マイクロ波プラズマ源２自体をコンパクト化することができる。さらに、メインアンプ４７、チューナ６０および平面アンテナ８１が近接して設けられ、特にチューナ６０と平面アンテナ８１とは集中定数回路として構成することができる。このため、平面アンテナ８１、遅波材８２、天板８３の合成抵抗を５０Ωに設計することにより、チューナ６０により高精度でプラズマ負荷をチューニングすることができる。また、チューナ６０は２つのスラグ６１ａ，６１ｂを移動するだけでインピーダンス整合を行うことができるスラグチューナを構成しているのでコンパクトで低損失である。
【００７０】
さらに、このようにチューナ６０と平面アンテナ８１とが近接し、集中定数回路を構成してかつ共振器として機能することにより、平面アンテナ８１に至るまでのインピーダンス不整合を高精度で解消することができ、実質的に不整合部分をプラズマ空間とすることができるので、チューナ６０により高精度のプラズマ制御が可能となる。
【００７１】
さらにまた、位相器４５により、各アンテナモジュールの位相を変化させることにより、マイクロ波の指向性制御を行うことができ、プラズマ等の分布の調整を容易に行うことができる。
【００７２】
また、チューナ６０において、インピーダンス整合するスラグ６１ａ，６１ｂを駆動するための駆動機構は、従来、チューナ６０の本体部分の外側に設けられ、モータ等の駆動部、ボールネジ等の駆動伝達部、ＬＭガイド等の駆動ガイド部、ブラケット等の保持部が必要であり、それ自体が大型であるとともに、保持部が移動するためのスリットを外側導体に設ける必要があり、このスリットから電磁波が漏れることを防止するために非常に大きなシールド機構が必要とされ、モータも大きなものが必要となって駆動機構やシールド機構を含めると大型なものとなっていた。これに対し、本実施形態では、駆動伝達部、駆動ガイド部、保持部に相当するものを内側導体５３の内部に設けたので、機械要素の重量およびモーメントを小さくすることができ、また外側導体５２に保持機構が移動するためのスリットを設ける必要がなく、電磁波漏洩を防止するためのシールド機構が不要となる。このため、スラグ６１ａ，６１ｂの駆動機構を従来よりも小型化することができ、ひいてはチューナ６０全体を小型化することができる。
【００７３】
また、スラグ６１ａ，６１ｂ自体に滑り性を有する樹脂からなる滑り部材６３が取り付けられ、この滑り部材６３のねじ穴６５ａにスラグ移動軸６４ａあるいは６４ｂを螺合させてねじ機構を構成し、モータ７３ａ，７３ｂによりスラグ移動軸６４ａ，６４ｂを回転させることにより、滑り部材６３の外周が内側導体５３の内周を滑るようにガイドされてスラグ６１ａ，６１ｂが移動するので、滑り部材６３およびスラグ移動軸６４ａ，６４ｂが駆動伝達機構、駆動ガイド機構、保持機構の３つの機能を兼ね備えることとなるので、駆動機構を著しくコンパクトにすることができ、チューナ６０を一層小型化することができる。
【００７４】
ところで、このようなプラズマ処理の際に、マイクロ波出力部３０から大電力密度のマイクロ波が投入されると、プラズマからの入熱およびマイクロ波の損失による熱により、アンテナ部８０、特に平面アンテナ８１および誘電体部材からなる天板８３の温度が非常に高くなる。放熱機構９０が存在しない構造では、アンテナ部８０の熱は内側導体５３にしか伝熱されないため、内側導体５３の温度が高くならざるを得ない。内側導体５３の温度が高くなると、内側導体５３の熱変形や、内側導体５３からの伝熱によるスラグ６１ａ，６１ｂの熱膨張などにより、内側導体５３に沿って移動するスラグ６１ａ、６１ｂの移動性を低下させてしまう。特に、本実施形態の場合には、滑り部材６３の外周面が内側導体５３の内周面と遊びなく接触するようになっているため、このような内側導体５３の熱変形等による影響が大きい。
【００７５】
本実施形態では、放熱機構９０を設け、ヒートパイプ９１によりアンテナ部８０の熱を放熱部９２に放熱するようにしたので、このような不都合が解消される。すなわち、ヒートパイプ９１は高温のアンテナ部８０に入熱端が配置され、遮蔽板６６の上面に設けられた放熱部９２に放熱端が配置されるように設けられているので、入熱端ではアンテナ部８０からの熱が入熱して作動液が蒸発し、蒸気流となって放熱部９２に配置されている放熱端へ高速移動し、蒸気流の熱が放熱端において放熱部９２と熱交換され、これにより冷却された蒸気流が凝縮液となる。したがって、大量の熱をアンテナ部８０から放熱部へ輸送することができる。このため、アンテナ部８０の熱が内側導体５３に伝熱することが抑制されて、内側導体５３の熱変形やスラグの熱膨張が抑制されるので、スラグ６１ａ，６１ｂの移動性に対する熱の影響を抑制してこれらの移動性を良好にすることができる。また、内側導体５３内部にヒートパイプ９１を設けることで、マイクロ波伝送路を伝送されるマイクロ波に影響を与えることなくアンテナ部８０の熱を放熱部９２へ伝達することができる。
【００７６】
また、滑り部材６３は、固定用ねじ１２０によりスラグ６１ａ（６１ｂ）に均等に固定されるので、スラグ６１ａが熱の影響を受け、例えば滑り部材６３の突出部６３ａとスラグ６１ａとの間に隙間ができるような場合でも確実に滑り部材６３を保持することができる。このとき、固定用ねじ１２０をスラグ６１ａ（６１ｂ）と組成の同じ材料を用いることにより熱膨張差を小さくすることができ、熱による影響を少なくすることができる。また、固定用ねじ１２０をスラグ６１ａ（６１ｂ）と組成の同じ材料を用いることにより、固定用ねじ１２０による誘電率の変動をほぼ無くすることができる。
【００７７】
また、スラグ移動軸６４ａが螺合されるねじ穴６５ａにおいて、固定用ねじ１２０に対応する部分１３２にねじを形成しないようにすることにより、熱の影響を受けた場合に、固定用ねじ１２０による締め付け部分にかかる圧力によりスラグ移動軸６４ａの回転が阻止されてスラグ６１ａが動かなくなる事態を防止することができる。
【００７８】
このように、固定用ねじ１２０により滑り部材６３を固定することにより、熱による影響を緩和することができるため、放熱機構９０を設けなくても熱によるスラグの移動性への影響を回避できる可能性がある。
【００７９】
滑り部材６３を圧入によりスラグ６１ａ（６１ｂ）に固定する場合には、ねじ穴６５ａの圧入用突起６３ｂに対応する両端部１４２にねじを形成しないことにより、熱の影響を受けた場合に、圧入された滑り部材６３の圧入用突起６３ｂに及ぼされる圧力によりスラグ移動軸６４ａの回転が阻止されてスラグ６１ａが動かなくなる事態を防止することができる。この場合にも、熱による影響を緩和することができるため、放熱機構９０を設けなくても熱によるスラグの移動性への影響を回避できる可能性がある。
【００８０】
さらに上記構成では、滑り部材６３に通し穴６５ｂを設け、ねじ穴６５ａに螺合されない方のスラグ移動軸をこの通し穴６５ｂに通すようにしたので、内側導体５３内にスラグ６１ａおよび６１ｂをそれぞれ駆動するための２つのスラグ移動軸６４ａおよび６４ｂを設けることができ、ねじ機構により２つのスラグ６１ａおよび６１ｂを独立して移動させることが可能となる。さらにまた、スラグ駆動部７０において、モータ７３ａおよび７３ｂ、ならびに動力伝達機構である歯車７２ａおよび７２ｂが上下にオフセットしているので、モータおよび歯車等の動力伝達機構のスペースを小さくすることができ、これらを収容する筐体７１を外側導体５２と同じ径にすることが可能となる。したがって、チューナ６０をより一層コンパクトにすることができる。
【００８１】
また、スラグ６１ａ，６１ｂは、滑り部材６３が内側導体５３を滑って移動することから移動の負荷が小さいため、スラグ移動軸６４ａ，６４ｂのねじは台形ねじでよく、安価なものとすることができる。この際に懸念されるねじのバックラッシュによる位置精度の低下の問題もコイルスプリング等の付勢手段を設けることにより解消される。
【００８２】
さらにまた、モータ７３ａ，７３ｂの出力軸に直結するようにインクリメント型のエンコーダ７５ａ，７５ｂを設けて、スラグ６１ａ，６１ｂの位置検出を行うので、従来用いていた位置検出のためのセンサが不要となり、システムが複雑になったり、センサ設置のスペース分大型化することを回避することができる。また、インクリメント型のエンコーダはアブソリュート型のエンコーダと比較して安価である。このため、コストを上げることなく小型で高精度のチューナを実現することができる。
【００８３】
さらにまた、内側導体５３には滑り部材６３の突出部６３ａが移動するためのスリット５３ａが設けられており、このスリット５３ａから内側導体５３の内部へマイクロ波電力が漏洩して電力ロスになる懸念があるが、スリット５３ａの幅を５ｍｍ以下とすることにより、内側導体５３の内部へ漏洩するマイクロ波電力を実質的になくすことができ、マイクロ波電力の放射効率を高く維持することができる。
【００８４】
次に、マイクロ波導入機構４１の他の実施形態について説明する。
上記実施形態では、マイクロ波導入機構４１に２つのマイクロ波電力導入ポート５５から導入されたマイクロ波を空間合成してアンテナ部８０へマイクロ波を伝播させた例を示したが、本実施形態では１箇所からマイクロ波を導入する例を示す。図１２は本発明の他の実施形態に係るマイクロ波導入機構を有するマイクロ波プラズマ源を示す構成図、図１３は本発明の他の実施形態に係るマイクロ波導入機構を示す縦断面図、図１４は図１３のＡＡ′線による横断面図である。なお、本実施形態において、従前の実施形態と同じものには同じ符号を付して説明を省略する。
【００８５】
本実施形態では、図１２に示すように、マイクロ波プラズマ源２は、マイクロ波供給部５０の一つのアンプ部４２で増幅されたマイクロ波が一つのマイクロ波導入機構４１に給電される。図１３に示すように、マイクロ波導入機構４１におけるチューナ６０の外側導体５２の基端側にマイクロ波を給電する給電機構１５４が設けられている。給電機構１５４は、外側導体５２の側面に設けられたマイクロ波電力を導入するためのマイクロ波電力導入ポート１５５を有している。マイクロ波電力導入ポート１５５には、アンプ部４２から増幅されたマイクロ波を供給するための給電線として、内側導体１５６ａおよび外側導体１５６ｂからなる同軸線路１５６が接続されている。そして、同軸線路１５６の内側導体１５６ａの先端には、外側導体５２の内部に向けて水平に伸びる給電アンテナ１６０が接続されている。
【００８６】
給電アンテナ１６０は、例えば、アルミニウム等の金属板を削り出し加工した後、テフロン（登録商標）等の誘電体部材の型にはめて形成される。反射板１５８から給電アンテナ１６０までの間には、反射波の実効波長を短くするためのテフロン（登録商標）等の誘電体からなる遅波材１５９が設けられている。なお、２．４５Ｇ等の周波数の高いマイクロ波を用いた場合には、遅波材１５９は設けなくてもよい。このとき、給電アンテナ１６０から放射される電磁波を反射板１５８で反射させることで、最大の電磁波を同軸構造の本体５１内に伝送させる。その場合、給電アンテナ１６０から反射板１５８までの距離を約λｇ／４の半波長倍に設定する。ただし、周波数の低いマイクロ波では、径方向の制約のため、これに当てはまらない場合もある。その場合には、給電アンテナ１６０より発生させる電磁波の腹を給電アンテナ１６０ではなく、給電アンテナ１６０の下方に誘起させるように、給電アンテナの形状を最適化することが好ましい。
【００８７】
給電アンテナ１６０は、図１４に示すように、マイクロ波電力導入ポート１５５において同軸線路１５６の内側導体１５６ａに接続され、電磁波が供給される第１の極１６２および供給された電磁波を放射する第２の極１６３を有するアンテナ本体１６１と、アンテナ本体１６１の両側から、内側導体５３の外側に沿って延び、リング状をなす反射部１６４とを有し、アンテナ本体１６１に入射された電磁波と反射部１６４で反射された電磁波とで定在波を形成するように構成されている。アンテナ本体１６１の第２の極１６３は内側導体５３に接触している。
【００８８】
給電アンテナ１６０がマイクロ波を放射することにより、外側導体５２と内側導体５３との間の空間にマイクロ波電力が給電される。そして、給電機構１５４に供給されたマイクロ波電力がアンテナ部８０に向かって伝播する。
【００８９】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、本発明の思想の範囲内において種々変形可能である。例えば、マイクロ波出力部３０の回路構成やマイクロ波導入部４０、メインアンプ４７の回路構成等は、上記実施形態に限定されるものではない。具体的には、平面アンテナから放射されるマイクロ波の指向性制御を行ったり円偏波にしたりする必要がない場合には、位相器は不要である。また、マイクロ波導入部４０は、必ずしも複数のマイクロ波導入機構４１で構成する必要はなく、マイクロ波導入機構４１は１個であってもよい。さらに、平面アンテナ８１のスロット８１ａとして扇形のもの２個または４個設けた場合について示したが、これに限らず、条件に応じて種々のスロットパターンを採用することが可能である。さらにまた、上記実施形態では、スラグを２つ設けた例を示したが、スラグの数は２つより多くてもよく、予めチューニング範囲が限定されている場合には１つでもよい。
【００９０】
さらに、上記実施形態ではスラグの駆動機構を、駆動部からの駆動力をスラグ６１ａ、６１ｂに伝達する駆動伝達部と、スラグの移動をガイドする駆動ガイド部と、スラグ６１ａ、６１ｂを前記駆動伝達部に保持する保持部とが内側導体５３の内部に収容された構成を有するものとした例について示したが、これに限らず、これらがチューナ６０の本体部分の外側に設けられた駆動機構を有するものであってもよい。また、上記実施形態では、スラグの駆動機構として、台形ネジを有するスラグ移動軸とこれに螺合する滑り部材とを組み合わせたねじ機構を有するものを用いたが、これに限るものではなく、ねじとして三角ねじ、角ねじ、鋸歯ねじ等を用いることもできる。また、スラグ移動軸と滑り部材が直接螺合するのではなくボールねじを用いてもよいし、駆動伝達機構として歯車機構やベルト機構等の他の機構を用いることもできる。また、駆動ガイド機構としては、滑り機構に限らず、ＬＭガイド等の他のガイドを用いることもできる。また、モータとスラグ移動軸との間の動力伝達を歯車機構で行ったが、これに限らず、ベルト機構等、他の機構で行ってもよい。
【００９１】
さらにまた、上記実施形態においては、放熱機構にヒートパイプを２本用いた例を示したが、これに限らず、ヒートパイプの本数はアンテナ部で発生する熱に応じて適宜選択すればよい。また、ヒートパイプの入熱端の位置は、アンテナ部の熱を有効に放熱することができれば、上記実施形態の位置に限るものではない。また、ヒートパイプは必ずしも内側導体に配置する必要はなく、また、放熱部の位置も上記実施形態に記載した位置に限るものではない。
【００９２】
さらにまた、上記実施形態においては、プラズマ処理装置としてエッチング処理装置を例示したが、これに限らず、成膜処理、酸窒化膜処理、アッシング処理等の他のプラズマ処理にも用いることができる。また、被処理基板は半導体ウエハに限定されず、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）用基板に代表されるＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）基板や、セラミックス基板等の他の基板であってもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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