(57)【要約】【課題】大口径アンテナを用いた場合であっても、アンテナおよび負荷部分（プラズマ）への電力伝達効率が高く、電力供給の均一性の高いマイクロ波導入機構を提供すること。【解決手段】マイクロ波導入機構４３は、マイクロ波をチャンバ１内に放射する平面アンテナ５４を有するアンテナ部４５と、平面アンテナ５４に接続され、平面アンテナ５４へマイクロ波を導く同軸管５０と、同軸管５０に設けられた、インピーダンス調整を行うチューナ部４４とを具備し、平面アンテナ５４は、その面に、λｇ／４＋δの整数倍の間隔で同心的に描いた複数の仮想円上にそれぞれ同じ長さで均等に２以上形成された円弧状をなす複数のスロット５４ａを有し、スロット５４ａは同じ開口角度Ｂで重なるように設けられている。【選択図】図５
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【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に用いられ、マイクロ波出力部から出力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であって、
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、
前記平面アンテナに接続され、前記平面アンテナへマイクロ波を導く、同軸構造をなすマイクロ波伝送部材と、
前記マイクロ波伝送部材に設けられた、インピーダンス調整を行うインピーダンス調整部と
を具備し、
前記インピーダンス調整部は、前記マイクロ波伝送部材に沿って移動可能な一対の誘電体からなるスラグを有し、
前記平面アンテナは、その面に、λｇ／４＋δ（ただし、λｇはマイクロ波の実効波長であり、δは０≦δ≦０．０５λｇの範囲を満たす値である）の整数倍の間隔で同心的に複数の仮想円を描いた場合に、各仮想円上に同じ長さで均等にｎ個（ｎは２以上）形成されたマイクロ波を放射する円弧状をなす複数のスロットを有し、前記スロットは、最内側の仮想円から最外側の仮想円まで同じ開口角度で重なるように設けられていることを特徴とするマイクロ波導入機構。
【請求項２】
前記アンテナ部は、前記アンテナから放射されたマイクロ波を透過する誘電体からなる天板と、前記アンテナの天板とは反対側に設けられ、前記アンテナに到達するマイクロ波の波長を短くする誘電体からなる遅波材とを有することを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波導入機構。
【請求項３】
前記マイクロ波伝送部材は、ＴＥ波、ＴＭ波が伝送せず、ＴＥＭ波のみが伝送されるサイズに調整されたマイクロ波伝送路を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマイクロ波導入機構。
【請求項４】
前記マイクロ波伝送部材は、前記平面アンテナに接続され、筒状または棒状をなす内側導体と、該内側導体の外側に同軸状に設けられた筒状をなす外側導体とを有し、これら内側導体と外側導体との間に前記マイクロ波伝送路が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のマイクロ波導入機構。
【請求項５】
前記内側導体と前記平面アンテナとの接続部分に設けられた、電力を拡散する電力拡散部材をさらに具備することを特徴とする請求項４に記載のマイクロ波導入機構。
【請求項６】
前記平面アンテナは、ＴＭ０１波の誘導磁界の相互誘導作用により中心部から外周部へ電磁波が伝達されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のマイクロ波導入機構。
【請求項７】
前記インピーダンス調整部と前記アンテナとは共振器として機能することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のマイクロ波導入機構。
【請求項８】
マイクロ波を生成するマイクロ波生成機構および生成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として、請求項１から請求項７のいずれかに記載のものを用いることを特徴とするマイクロ波プラズマ源。
【請求項９】
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および生成されたマイクロ波を前記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として、請求項１から請求項６のいずれかに記載のものを用いることを特徴と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】
プラズマ処理は、半導体デバイスの製造に不可欠な技術であるが、近時、ＬＳＩの高集積化、高速化の要請からＬＳＩを構成する半導体素子のデザインルールが益々微細化され、また、半導体ウエハが大型化されており、それにともなって、プラズマ処理装置においてもこのような微細化および大型化に対応するものが求められている。
【０００３】
ところが、従来から多用されてきた平行平板型や誘導結合型のプラズマ処理装置では、電子温度が高いため微細素子にプラズマダメージを生じてしまい、また、プラズマ密度の高い領域が限定されるため、大型の半導体ウエハを均一かつ高速にプラズマ処理することは困難である。
【０００４】
そこで、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）。
【０００５】
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。
【０００６】
従来のＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置はマグネトロンによりマイクロ波を発生させており、その出力口は方形導波管形状になっている。一方、スロットアンテナにマイクロ波を伝送するためには、その形状により同軸導波管へモード変換する必要がある。このため、マグネトロンとアンテナ部との間にモード変換器等のパーツが介在されている。また、ＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置は、負荷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）が必要とされるが、インピーダンス整合部を取り付けるためには、ある程度の長さ・幅が必要であり、同軸導波管に比べて単位長さあたりの電力損失を少なくできる方形導波管インピーダンス整合部を設けている。このため、アンテナ部とインピーダンス整合部との間にモード変換器等のパーツが介在されている。
【０００７】
このような構造においては、インピーダンス整合時に、アンテナとインピーダンス整合部との間に定在波が立ち、それによってアンテナ−インピーダンス整合部間で電力消失が生じてしまう。その大きさは、アンテナとインピーダンス整合部の長さに比例するため、その長さを極力短くすることが電力損失を最小限にするための必要条件となる。従来の構成の場合、アンテナとインピーダンス整合部との間にモード変換器等のパーツが介在されているため、必然的にその長さが長くなってしまう。特に、近時、上述したような半導体ウエハの大口径化に対応して、大口径のアンテナが用いられており、このような電力消失による影響が大きいものとなる。すなわち、アンテナ−インピーダンス整合部間で電力消失が生じると、本来電力が供給されるべきアンテナおよび負荷部分（プラズマ）への電力伝達効率が落ち、大口径のアンテナから十分な電力を供給することが困難となる。また、大口径アンテナの場合、アンテナ自体も必ずしも効率よくプラズマ生成空間へ電力を供給することができるわけではなく、また、均一性も十分とはいえない。また、アンテナ−インピーダンス整合部間での電力消失にともない、その部分で大きな発熱が発生するため、それを十分に冷却する冷却機構が必要となってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−２９４５５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、大口径アンテナを用いた場合であっても、アンテナおよび負荷部分（プラズマ）への電力伝達効率が高く、電力供給の均一性の高いマイクロ波導入機構、それ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を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、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に用いられ、マイクロ波出力部から出力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であって、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、前記平面アンテナに接続され、前記平面アンテナへマイクロ波を導く、同軸構造をなすマイクロ波伝送部材と、前記マイクロ波伝送部材に設けられた、インピーダンス調整を行うインピーダンス調整部とを具備し、前記インピーダンス調整部は、前記マイクロ波伝送部材に沿って移動可能な一対の誘電体からなるスラグを有し、前記平面アンテナは、その面に、λｇ／４＋δ（ただし、λｇはマイクロ波の実効波長であり、δは０≦δ≦０．０５λｇの範囲を満たす値である）の整数倍の間隔で同心的に複数の仮想円を描いた場合に、各仮想円上に同じ長さで均等にｎ個（ｎは２以上）形成されたマイクロ波を放射する円弧状をなす複数のスロットを有し、前記スロットは、最内側の仮想円から最外側の仮想円まで同じ開口角度で重なるように設けられていることを特徴とするマイクロ波導入機構を提供する。
【００１１】
上記第１の観点において、前記アンテナ部は、前記アンテナから放射されたマイクロ波を透過する誘電体からなる天板と、前記アンテナの天板とは反対側に設けられ、前記アンテナに到達するマイクロ波の波長を短くする誘電体からなる遅波材とを有することが好ましい。また、前記マイクロ波伝送部材は、ＴＥ波、ＴＭ波が伝送せず、ＴＥＭ波のみが伝送されるサイズに調整されたマイクロ波伝送路を有することが好ましい。この場合に、前記マイクロ波伝送部材は、前記平面アンテナに接続され、筒状または棒状をなす内側導体と、該内側導体の外側に同軸状に設けられた筒状をなす外側導体とを有し、これら内側導体と外側導体との間に前記マイクロ波伝送路が形成されている構成とすることができる。
【００１２】
さらに、前記内側導体と前記平面アンテナとの接続部分に設けられた、電力を拡散する電力拡散部材をさらに具備することが好ましい。さらにまた、前記平面アンテナは、ＴＭ０１波の誘導磁界の相互誘導作用により中心部から外周部へ電磁波が伝達されるようにすることが好ましい。さらにまた、前記チューナと前記アンテナとは共振器として機能することが好ましい。
【００１３】
本発明の第２の観点では、マイクロ波を生成するマイクロ波生成機構および生成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として、上記第１の観点のものを用いることを特徴とするマイクロ波プラズマ源を提供する。
【００１４】
本発明の第３の観点では、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および生成されたマイクロ波を前記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として、上記第１の観点のものを用いることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、平面アンテナに接続されたマイクロ波伝送部材にインピーダンス整合をとるためのインピーダンス調整部を設けるようにして、平面アンテナとチューナとを他の部材を介在させずに近接させたので、平面アンテナとインピーダンス整合部間での電力消失を少なくすることができる。また、平面アンテナは、その面に、λｇ／４＋δ（ただし、λｇはマイクロ波の実効波長であり、δは０≦δ≦０．０５λｇの範囲を満たす値である）の整数倍の間隔で同心的に複数の仮想円を描いた場合に、各仮想円上に同じ長さで均等にｎ個（ｎは２以上）形成されたマイクロ波を放射する円弧状をなす複数のスロットを有し、これらスロットを、最内側の仮想円から最外側の仮想円まで同じ開口角度で重なるように設けたので、スロットで反射する反射波が定在波を強めるように作用することができ、平面アンテナの電力放射効率を高いものとすることができる。また、電界強度の均一性も高くすることができる。
【００１６】
また、内側導体と前記平面アンテナとの接続部分に電力拡散部材を設けることにより、電界強度を分散させることができ、電界強度の均一性を一層高くすることができる。さらに、前記平面アンテナをＴＭ０１波の誘導磁界の相互誘導作用により中心部から外周部へ電磁波が伝達するようにすることにより、原理的にいくらでも平面アンテナの大口径化が可能となる。
【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。
【図２】図１のマイクロ波プラズマ源の構成を示す構成図。
【図３】メインアンプの回路構成の例を示す図。
【図４】図１のマイクロ波プラズマ処理装置におけるマイクロ波導入機構を示す断面図。
【図５】図４のマイクロ波導入機構における平面アンテナを示す平面図。
【図６】平面アンテナのマイクロ波伝達態様を説明するための模式図。
【図７】平面アンテナに形成される定在波を強める原理を説明するための模式図。
【図８】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断面図。
【図９】本発明のマイクロ波導入機構における具体的な設計例を示す模式図。
【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は本実施形態に係る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。このプラズマガス導入部材２６には、プラズマガスを供給するプラズマガス供給源２７が配管２８を介して接続されている。プラズマガスとしてはＡｒガス等の希ガスが好適に用いられる。
【００２５】
プラズマガス導入部材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形成する。
【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、マイクロ波を出力するマイクロ波出力部３０と、マイクロ波出力部３０から出力されたマイクロ波をチャンバ１に導き、チャンバ１内に放射するためのアンテナユニット４０とを有している。
【００２７】
マイクロ波出力部３０は、図２に示すように、電源部３１と、マイクロ波発振器３２を有している。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。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。
【００２８】
アンテナユニット４０は、マイクロ波を主に増幅するアンプ部４２と、マイクロ波導入機構４３とを有している。また、マイクロ波導入機構４３は、インピーダンスを整合させるためのチューナを有するチューナ部４４と、増幅されたマイクロ波をチャンバ１内に放射するアンテナ部４５とを有している。なお、アンテナ部４５の上側は、導体カバー２９ａに覆われている。
【００２９】
アンプ部４２は、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】
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、プラズマ強度を調整するためのアンプである。
【００３１】
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、図３に示すように、入力整合回路６１と、半導体増幅素子６２と、出力整合回路６３と、高Ｑ共振回路６４とを有する構成とすることができる。半導体増幅素子６２としては、Ｅ級動作が可能となる、ＧａＡｓＨＥＭＴ、ＧａＮＨＥＭＴ、ＬＤ−ＭＯＳを用いることができる。特に、半導体増幅素子６２として、ＧａＮＨＥＭＴを用いた場合には、可変ゲインアンプは一定値になり、Ｅ級動作アンプの電源電圧を可変とし、パワー制御を行う。
【００３２】
アイソレータ４８は、アンテナ部４５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、アンテナ部４５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。
【００３３】
次に、マイクロ波導入機構４３について、図４を参照しながら詳細に説明する。図４に示すように、このマイクロ波導入機構４３はチューナ部４４とアンテナ部４５を有している。
【００３４】
チューナ部４４は、マイクロ波が伝送されるマイクロ波伝送部材として機能する、内側導体５１および外側導体５２からなる同軸管５０を有しており、この同軸管５０にスライド可能に誘電体からなる２つのスラグ５３が設けられている。内側導体５１は筒状または棒状をなし、外側導体５２は内側導体５１を包摂する筒状をなしている。また、スラグ５３は、板状をなし、かつ中心に内側導体が挿通される孔を有する円環状をなしている。そして、コントローラ６０からの指令に基づいてアクチュエータ５９によりこれらスラグ５３を上下動させ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。コントローラ６０は、終端が例えば５０Ωになるようにインピーダンス調整を実行させる。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。すなわち、チューナ部４４はスラグチューナを構成している。
【００３５】
また、マイクロ波伝送部材を構成する同軸管５０においては、内側導体５１と外側導体５２の間がマイクロ波伝送路となっており、マイクロ波の伝送路のサイズとカットオフ波長との関係に基づき、このマイクロ波伝送路は、ＴＥ波、ＴＭ波が伝送せず、ＴＥＭ波のみが伝送されるサイズに調整される。
【００３６】
アンテナ部４５は、平面状をなしその面にマイクロ波を放射する複数のスロット５４ａが形成された平面アンテナ５４を有しており、上記内側導体５１はこの平面アンテナ５４の中心部に接続されている。また、アンテナ部４５は、平面アンテナ５４の上面に設けられた遅波材５５と、平面アンテナ５４の下面に設けられた誘電体材料からなる天板５６とを有している。遅波材５５、天板５６、および平面アンテナ５４で電磁波放射源を構成し、それによりプラズマ中に電磁波を放射する。プラズマはその状態により特定のインピーダンスを持ち、それにより電磁波放射源から放射された電磁波の一部は反射されアンテナ内に戻される。このとき、チューナ部４４を調整し、チューナ部４４とプラズマとの間で共振が生じるようにすることで、反射によるエネルギー損失をなくし、最大限の電磁波エネルギーをプラズマへ吸収させることができる。
【００３７】
平面アンテナ５４は、図５に示すように、複数のスロット５４ａが、λｇ／４＋δ（ただし、λｇはマイクロ波の実効波長であり、δは０≦δ≦０．０５λｇの範囲を満たす値である）の整数倍（ｍ倍）、例えば３×（λｇ／４＋δ）の間隔で同心的に複数（図では４つ）の仮想円Ａを描いた場合に、各仮想円上に同じ長さで均等に円弧状に４個形成されている。ただし、各仮想円上のスロット５４ａの数は均等に配置されていれば４個に限らず、２以上の整数であればよい。また、これらマイクロ波放射用のスロット５４ａは、最内側の仮想円から最外側の仮想円まで同じ開口角度Ｂで重なるように設けられている。ここで開口角度とは、同心円の中心、つまり平面アンテナ５４の中心からスロット５４ａの２つの端部に引いた２つの直線のなす角度をいう。図示の例では、全てのスロット５４ａの開口角度Ｂは８３．６°であり、スロット５４ａの総数は４×４＝１６個である。
【００３８】
また、平面アンテナ５４では、図６に示すように、ＴＭ０１波の誘導磁界の相互誘導作用により中心部から外周部へマイクロ波（電磁波）が伝達される。すなわち、中心部に形成された磁界Ｍに基づき、相互誘導作用により次々と外側に誘導磁界Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３……が形成され、マイクロ波が伝達される。
【００３９】
上記遅波材５５は、平面アンテナ５４の上面に設けられ、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いる。この遅波材５５は、真空中におけるマイクロ波の波長よりもその波長を短くしてプラズマを調整する機能を有している。遅波材５５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５４が定在波の「はら」になるようにその厚さを調整する。
【００４０】
上記天板５６は平面アンテナ５４の下面に設けられており、真空シールとしての機能およびマイクロ波を放射させる機能を有している。この天板５６は誘電体材料、例えば石英やセラミックス等からなる。
【００４１】
したがって、メインアンプ４７で増幅されたマイクロ波（電磁波）が内側導体５１と外側導体５２の間のマイクロ波伝送路をＴＥＭ波として伝送され、ＴＭ０１波の誘導磁界の相互誘導作用により平面アンテナ５４の中心部から外周部へ伝達され、平面アンテナ５４のスロット５４ａから天板５６を透過してチャンバ１内の空間に放射される。なお、メインアンプ４７と、チューナ部４４と、平面アンテナ５４とは近接配置しており、チューナ部４４と平面アンテナ５４とは１／２波長内に存在する集中定数回路を構成している。
【００４２】
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７０により制御されるようになっている。制御部７０は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。
【００４３】
次に、以上のように構成されるプラズマ処理装置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、プラズマガス供給源２７から配管２８およびプラズマガス導入部材２６を介してチャンバ１内にプラズマガス、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形成する。
【００４４】
次いで、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し、このように形成された処理ガスのプラズマによりウエハＷにプラズマ処理、例えばエッチング処理が施される。
【００４５】
この場合に、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が、アンテナユニット４０のメインアンプ４７で増幅され、マイクロ波導入機構４３のチューナ部４４でチューニングされ、アンテナ部４５の平面アンテナ５４を介してチャンバ１内に放射される。
【００４６】
この場合に、平面アンテナ５４に接続されたマイクロ波伝送路にインピーダンス整合をとるためのスラグ５３を設け、平面アンテナ５４とスラグチューナを構成するチューナ部４４とを他の部材を介在させずに近接させたので、平面アンテナ５４とチューナ部４４間での電力消失を少なくすることができる。
【００４７】
また、平面アンテナ５４は、その面に、λｇ／４＋δ（ただし、λｇはマイクロ波の実効波長であり、δは０≦δ≦０．０５λｇの範囲を満たす値である）の整数倍の間隔で同心的に複数の仮想円Ａ（図５参照）を描いた場合に、各仮想円上に同じ長さで均等に４個（２以上の整数個）形成されたマイクロ波を放射する円弧状をなす複数のスロット５４ａを有し、これらスロット５４ａを、最内側の仮想円から最外側の仮想円まで同じ開口角度Ｂで重なるように設けたので、スロット５４ａで反射する反射波が定在波を強めるように作用し、平面アンテナの電力放射効率を高いものとすることができ、電界強度の均一性も高くすることができる。
【００４８】
すなわち、平面アンテナ５４を伝達するマイクロ波は、スロット５４ａの間隔がλｇ／４＋δの整数倍であれば、スロット５４ａで反射した反射波が、平面アンテナ５４を伝送されている入射波を強めるように作用し、図７に示すように、これらが合成された定在波は振幅が大きいものとなって、電力放射効率を高いものとすることができる。また、スロット５４ａは、各仮想円上に同じ長さで均等に設け、かつこれらスロット５４ａを、最内側の仮想円から最外側の仮想円まで同じ開口角度で重なるように設けたので、スロットの配置を均等にすることができ、電界強度の均一性も良好なものとなる。
【００４９】
さらに、遅波材５５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５４が定在波の「はら」になるようにその厚さを調整するので、反射が最小で、平面アンテナ５４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。
【００５０】
さらにまた、平面アンテナ５４をＴＭ０１波の誘導磁界の相互誘導作用により中心部から外周部へ電磁波が伝達するようにするので、原理的にいくらでも平面アンテナの大口径化が可能となる。すなわち、図６に示すように、スロット５４ａにＴＭ０１波による相互誘導作用により、まず、中心部に形成された磁界Ｍの外側に逆向きの誘導磁界Ｍ１が生成され、さらに磁界Ｍ１の外側に逆向きの誘導磁界Ｍ２が生成され、さらに同様にして次々と外側に誘導磁界Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５……が生成され、マイクロ波が伝達されるので平面アンテナ５４の大口径化に対応することができる。
【００５１】
さらにまた、マイクロ波伝送部材を構成する同軸管５０においては、内側導体５１と外側導体５２の間のマイクロ波伝送路を、ＴＥ波、ＴＭ波が伝送せず、ＴＥＭ波のみが伝送されるサイズに調整するので、インピーダンス調整を容易に行うことができる。つまり、１回の整合動作においては、ＴＥ波、ＴＭ波、ＴＥＭ波のうちの１つのモードでしか整合をとることができないため、マイクロ波としてＴＥ波、ＴＭ波、ＴＥＭ波のうちの２つ以上が混在している場合、１回の整合動作で整合をとることが困難となるが、このようにＴＥＭ波のみを伝送するようにすることにより、１回の整合動作でインピーダンス整合を行うことができる。
【００５２】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。
上述の実施形態のように、チューナ部４４の同軸管５０を構成する内側導体５１と平面アンテナ５４とを単純に接続した場合には、平面アンテナ５４の中央部における電界強度が他の部分の電界強度よりも大きくなってしまうおそれがある。
【００５３】
そこで、本実施形態では、図８に示すように、内側導体５１と平面アンテナ５４の接合部に円板状をなす電力拡散部材５７を設け、このような平面アンテナ５４の中央部の電界強度を外側へ分散させて、電界強度の面内分布の均一性をより一層高めることができる。
【００５４】
この電力拡散部材５７は、良導体で構成されており、電力拡散            の作用により、平面アンテナ５４の中央部において電界強度が高くなることを防止することができる。
【００５５】
次に、本発明のマイクロ波導入機構における具体的な設計例について図９を参照して説明する。
ここでは、３００ｍｍウエハを対象にした設計例を示す。まず、マイクロ波としては周波数が２．４５ＧＨｚのものを用い、遅波材５５としては石英（誘電率３．８８）を用いている。したがって、実効波長λｇは６２ｍｍである。
【００５６】
また、マイクロ波伝送部材である同軸管５０の内側導体５１の外径は１９．５ｍｍ、外側導体５２の内径は４５ｍｍである。したがって、マイクロ波伝送路の幅は、１２．７５ｍｍとなって、ＴＥＭ波のみが伝送するようになる。
【００５７】
平面アンテナ５４としては、直径が３４０ｍｍで厚さ１３．２ｍｍの銅製円板を用いる。スロット５４ａは同心状に４重に形成され、これらスロットの間隔（仮想円の間隔）は３×（λｇ／４＋０．０１λｇ）＝４８．８２５ｍｍとなる。また、スロット５４ａの開口角度Ｂは８３．６°であり、スロット５４ａの幅は６．７５ｍｍである。
【００５８】
遅波材５５としては、直径が４５２ｍｍで厚さが２５．４ｍｍの円板を用いる。また、天板５６としては、遅波材と同様の石英製で直径が４５２ｍｍで厚さが１０ｍｍの円板を用いる。さらに、電力拡散部材としては、直径が５１．０ｍｍで厚さが９．５ｍｍの円板を用いる。
【００５９】
以上のような設計のマイクロ波導入機構のマイクロ波放射をシミュレートしたところ、電磁波電解強度がアンテナ表面およびその直下で均一に発生しているという結果となった。
【００６０】
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の回路構成やアンテナユニット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。
【００６１】
さらに、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Ｗ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。
【符号の説明】
【００６２】
１；チャンバ
２；マイクロ波プラズマ源
１１；サセプタ
１２；支持部材
１５；排気管
１６；排気装置
１７；搬入出口
２０；シャワープレート
２１；ガス流路
２２；ガス吐出孔
２３；空間部
２５；処理ガス供給源
２６；プラズマガス導入部材
２７；プラズマガス供給源
３０；マイクロ波出力部
３２；マイクロ波発振器
４０；アンテナユニット
４２；アンプ部
４３；マイクロ波導入機構
４４；チューナ部
４５；アンテナ部
４６；可変ゲインアンプ
４７；メインアンプ
４８；アイソレータ
５０；同軸管（マイクロ波伝送部材）
５１；内側導体
５２；外側導体
５３；スラグ
５４；平面アンテナ
５４ａ；スロット
５５；遅波材
５６；天板
５７；電力拡散部材
５９；アクチュエータ
６０；コントローラ
７０；制御部
１００；プラズマ処理装置
Ｗ；半導体ウエハ
【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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