(57)【要約】【課題】伝送線路に矩形導波管を用いて所望の形状で所望の位置に配置された電極からマイクロ波を処理室に供給する。【解決手段】マイクロ波プラズマ処理装置１００は、マイクロ波を出力するマイクロ波源４０と、マイクロ波源に連結された給電用導波管３０と、給電用導波管３０と連結され、内部空間が給電用導波管３０の内部空間と連通する複数の放射用導波管３１と、複数の放射用導波管３１に隣接して設けられ、２以上の放射用スロット３２ａを含むスロット群３２ａｇが放射用導波管３１を伝送するマイクロ波の管内波長λｇ／２の整数倍毎に等間隔に形成された複数の金属のスロットアンテナ３２と、を有し、給電用導波管３０から複数の放射用導波管３１に伝送したマイクロ波をスロット群３２ａｇに通して処理室内に供給し、処理室の内壁を形成するスロットアンテナ３２の金属面に沿って伝搬させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波のエネルギーによりガスを励起させてプラズマを生成し、処理室内にて被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
電磁波を出力する電磁波源と、
前記電磁波源に連結された給電用導波管と、
前記給電用導波管に連結され、内部空間が前記給電用導波管の内部空間と連通する複数の放射用導波管と、
前記複数の放射用導波管に隣接して設けられ、２以上の放射用スロットを含むスロット群が前記複数の放射用導波管を伝送する電磁波の管内波長λｇ／２の整数倍毎に等間隔に形成された複数の金属のスロットアンテナと、を備え、
前記給電用導波管から前記複数の放射用導波管に伝送した電磁波を前記等間隔に形成されたスロット群に通して前記処理室内に供給し、前記処理室の内壁を形成する前記スロットアンテナの金属面に沿って伝搬させるプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記給電用導波管と前記複数の放射用導波管とは、互いの長辺側の面にて隣接し、該隣接した長辺側の面にて前記給電用導波管と前記複数の放射用導波管との内部空間を連通する複数の給電用スロットが形成されている請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記スロットアンテナのスロット群は、前記放射用導波管の前記給電用スロットが形成された面又は前記給電用スロットが形成された面と対向する面のいずれかに形成される請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記複数の給電用スロットは、前記給電用導波管の長手方向及び前記各放射用導波管の長手方向に対して傾斜して形成されている請求項３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記隣り合う給電用スロットは、前記各放射用導波管の長手方向に対して逆向きに同じ角度だけ傾斜して形成されている請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記給電用導波管は、前記複数の放射用導波管の端部近傍にて前記複数の放射用導波管と垂直に隣接する請求項１〜５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
２本の前記給電用導波管を有し、
前記２本の給電用導波管のそれぞれは、前記複数の放射用導波管の両端部近傍にて前記複数の放射用導波管と垂直に隣接する請求項１〜５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記給電用導波管は、前記複数の放射用導波管の中央にて前記複数の放射用導波管と垂直に隣接する請求項１〜５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記スロットアンテナの各スロット群には、２ｎ（ｎ＝１，２，３）個のスロットが形成され、
前記複数のスロット群に形成されたすべてのスロットは、前記放射用導波管の長手方向に対して平行又は垂直に形成されるか、又は、前記放射用導波管の長手方向に対して傾けて形成される請求項１〜８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記スロット群の各スロットの内部をそれぞれ閉塞する２以上のスロット内誘電部材をさらに備える請求項１〜９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記スロット内誘電部材の一端は、前記スロットアンテナの金属面より前記処理室側に突出している請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記スロット内誘電部材の突出部分は、面取りされている請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
プラズマ処理が施される処理室に電磁波を供給するプラズマ処理装置の給電方法であって、
電磁波源から電磁波を出力するステップと、
前記出力された電磁波を、前記電磁波源に連結された給電用導波管に伝送させるステップと、
前記給電用導波管を伝送した電磁波を、前記給電用導波管に連結された複数の放射用導波管に伝送させるステップと、
前記複数の放射用導波管を伝送した電磁波を、金属のスロットアンテナにおいて前記放射用導波管を伝送する電磁波の管内波長λｇ／２の整数倍毎に等間隔に形成された２以上のスロットを含むスロット群から処理室内に入射するステップと、
前記入射された電磁波を前記処理室の内壁を形成する前記スロットアンテナの金属面に沿って伝搬させるステップと、を含むプラズマ処理装置の給電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置に電磁波を供給するための伝送線路及びその伝送線路を用いた給電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理装置の外部には、マイクロ波等の電磁波を伝送させる伝送線路が組み立てられている。伝送線路は、電磁波源とプラズマ処理装置を連結する。電磁波源から出力された電磁波は、伝送線路を伝送され、プラズマ処理装置に設けられた電極から処理室内に供給される。供給されたマイクロ波は、表面波となって処理室の内面とプラズマとの境界を伝搬し、伝搬中にそのエネルギーの一部がプラズマの生成に使われる。
【０００３】
伝送線路には、主に同軸導波管と矩形導波管とが使用される。特許文献１では、伝送線路として同軸導波管が使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３０５７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、同軸導波管による給電の場合、矩形導波管に比べて製造寸法の設計が伝送性能に大きく影響する。図１１に示したように、複数の同軸導波管９０を連結させて伝送線路を構成した場合、基板サイズ（チャンバ９２のサイズ）に応じて伝送線路に多数の分岐回路９０ａを設計する必要がありそもそも設計が難しく、設計公差が伝送性能に与える影響が大きくなってしまう。
【０００６】
この結果、同軸導波管線路のインピーダンス調整が複雑になり、電磁波が多分岐しながら伝送され、各電極９４から処理室内に供給される際、各電極９４に供給される電磁波の電界強度が不均一になり、プラズマの均一な生成が妨げられる。また、同軸導波管では、図１１のように伝送線路全体の構成が複雑なため、製造、組立のみならずメンテナンスにおいても手間がかかると同時にコスト高となる。
【０００７】
上記課題を解消するために、本発明は、伝送線路に給電用導波管及び放射用導波管を用いることにより電磁波を処理室に供給するプラズマ処理装置及びその伝送線路を用いたプラズマ処理装置への給電方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、電磁波のエネルギーによりガスを励起させてプラズマを生成し、処理室内にて被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、電磁波を出力する電磁波源と、前記電磁波源に連結された給電用導波管と、前記給電用導波管に連結され、内部空間が前記給電用導波管の内部空間と連通する複数の放射用導波管と、前記複数の放射用導波管に隣接して設けられ、２以上の放射用スロットを含むスロット群が前記放射用導波管を伝送する電磁波の管内波長λｇ／２の整数倍毎に等間隔に形成された複数の金属のスロットアンテナと、を有し、前記給電用導波管から前記複数の放射用導波管に伝送した電磁波を前記等間隔に形成されたスロット群に通して前記処理室内に供給し、前記処理室の内壁を形成する前記スロットアンテナの金属面に沿って伝搬させるプラズマ処理装置が提供される。
【０００９】
かかる構成によれば、給電用導波管を伝送された電磁波は、複数の放射用導波管のそれぞれに分配されて各放射用導波管を伝送し、金属のスロットアンテナにおいて電磁波の管内波長λｇ／２の整数倍毎に等間隔に形成されたスロット群に通され、処理室内に供給される。供給された電磁波は、処理室の内壁を形成するスロットアンテナの金属面とプラズマとの境界面を表面波となって伝搬する。伝搬中、表面波の一部はエバネッセント波としてプラズマに吸収され、その電界エネルギーはプラズマの生成及び維持に使われる。以下では、スロットアンテナの金属面とプラズマとの境界面に沿って伝搬する表面波を、金属表面波（Ｍｅｔａｌ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｗａｖｅ）とも称呼する。スロット内には、処理室の真空を導波管の大気から封じ切るためのスロット内誘電部材とＯリングとを有していてもよい。これにより、マイクロ波は、スロット内誘電部材を透過して所望の真空状態に保持された処理室内に供給される。
【００１０】
これによれば、伝送線路に矩形導波管（給電用導波管および放射用導波管）のみを用い、同軸導波管を用いない。矩形導波管では、電磁波は矩形状の導波管の内部を伝送するため、同軸導波管のように複雑な設計は不要であり、設計公差が伝送性能に及ぼす影響は同軸導波管に比べて小さい。この結果、電磁波が複数の放射用導波管に多分岐しながら伝送され、天井面に等ピッチで設けられた複数のスロット群を通って処理室に供給される際、各電極から放出される電磁波の電界強度が均一になり、均一なプラズマを生成することができる。また、伝送線路をすべて矩形導波管で構成したことにより、同軸導波管に比べてハイパワーな給電を実現できる。さらに、矩形導波管では、同軸導波管に比べて伝送線路全体をシンプルに構成できるため、製造、組立のみならずメンテナンスにおいても手間を省きコストを安くすることができる。
【００１１】
前記給電用導波管と前記複数の放射用導波管とは、互いの長辺側の面にて隣接し、該隣接した面にて前記給電用導波管と前記複数の放射用導波管との内部空間を連通する複数の給電用スロットが形成されていてもよい。
【００１２】
前記スロットアンテナのスロット群は、前記放射用導波管の前記給電用スロットが形成された面又は前記給電用スロットが形成された面と対向する面のいずれかに形成されていてもよい。
【００１３】
前記複数の給電用スロットは、前記給電用導波管の長手方向及び前記各放射用導波管の長手方向に対して傾斜して形成されていてもよい。
【００１４】
前記隣り合う給電用スロットは、前記各放射用導波管の長手方向に対して逆向きに同じ角度だけ傾斜して形成されていてもよい。
【００１５】
前記給電用導波管は、前記複数の放射用導波管の端部近傍にて前記複数の放射用導波管と垂直に隣接していてもよい。
【００１６】
２本の前記給電用導波管を有し、前記２本の給電用導波管のそれぞれは、前記複数の放射用導波管の両端部近傍にて前記複数の放射用導波管と垂直に隣接していてもよい。
【００１７】
前記給電用導波管は、前記複数の放射用導波管の中央にて前記複数の放射用導波管と垂直に隣接していてもよい。
【００１８】
前記スロットアンテナの各スロット群には、２ｎ（ｎ＝１，２，３）個のスロットが形成され、前記複数のスロット群に形成されたすべてのスロットは、前記放射用導波管の長手方向に対して平行又は垂直に形成されるか、又は、前記放射用導波管の長手方向に対して傾けて形成されていてもよい。
【００１９】
スロット内誘電部材の一端は、前記スロットアンテナの金属面より前記処理室側に突出していてもよい。
【００２０】
前記スロット内誘電部材の突出部分は、面取りされていてもよい。
【００２１】
上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、プラズマ処理が施される処理室に電磁波を供給するプラズマ処理装置の給電方法であって、電磁波源から電磁波を出力するステップと、前記出力された電磁波を、前記電磁波源に連結された給電用導波管に伝送させるステップと、前記給電用導波管を伝送した電磁波を、前記給電用導波管に連結された複数の放射用導波管に伝送させるステップと、前記複数の放射用導波管を伝送した電磁波を、金属のスロットアンテナにおいて前記放射用導波管を伝送する電磁波の管内波長λｇ／２の整数倍毎に等間隔に形成された２以上のスロットを含むスロット群から処理室内に入射するステップと、前記入射された電磁波を前記処理室の内壁を形成する前記スロットアンテナの金属面に沿って伝搬させるステップと、を含むプラズマ処理装置の給電方法が提供される。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように、本発明によれば、伝送線路に給電用導波管及び放射用導波管を用いることにより伝送線路全体をシンプルに構成し、各電極から放出される電磁波の電界強度を均一にすることによって、均一なプラズマを安定して生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１〜第３実施形態に係るプラズマ処理装置の縦断面図（図２の２−２断面）である。
【図２】第１実施形態に係る伝送線路を含むプラズマ処理装置の天井面（図１の１−１断面）を示した図である。
【図３】第１実施形態に係る伝送線路の連結部分を拡大した斜視図である。
【図４】第１実施形態に係る伝送線路でのマイクロ波の伝送を説明するための図である。
【図５】図５（ａ）（ｂ）は、第１実施形態に係る伝送線路でのマイクロ波の伝搬とそのエネルギーの分配を説明するための図である。
【図６】第１実施形態の変形例１に係る伝送線路でのマイクロ波の伝送状態を説明するための図である。
【図７】第１実施形態の変形例２に係る伝送線路を含むプラズマ処理装置の天井面を示した図である。
【図８】第１実施形態の変形例３に係る伝送線路を含むプラズマ処理装置の天井面を示した図である。
【図９】第２実施形態に係る伝送線路の連結部分を拡大した斜視図である。
【図１０】第３実施形態に係る伝送線路の連結部分を拡大した斜視図である。
【図１１】同軸導波管を用いた伝送線路の従来例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２５】
＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置について、図１及び図２を参酌しながら説明する。図１は、本実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の縦断面図（図２の２−２断面）である。図２は、マイクロ波プラズマ処理装置の天井面を示した図（図１の１−１断面）である。
【００２６】
本実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１００は、電磁波のエネルギーによりガスを励起させてプラズマを生成し、処理室内にて被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の一例である。プラズマ処理には、成膜処理やエッチング処理等、プラズマの作用により基板Ｇを微細加工する処理が含まれる。
【００２７】
（マイクロ波プラズマ処理装置の構成）
マイクロ波プラズマ処理装置１００は、処理容器１０と蓋体２０とを備えている。処理容器１０は、その上部が開口された有底立方体形状を有している。処理室Ｕは、処理容器１０と蓋体２０とにより画成されている。処理容器１０と蓋体２０との接面にはＯリング２１が設けられ。これにより処理室Ｕの気密が保持されている。処理容器１０および蓋体２０は、たとえば、アルミニウム等の金属からなり、電気的に接地されている。
【００２８】
処理容器１０の中央にはサセプタ１１（載置台）が設けられていて、サセプタ１１に基板Ｇを載置するようになっている。サセプタ１１は、たとえば窒化アルミニウムからなり、その内部には、給電部１１ａおよびヒータ１１ｂが設けられている。
【００２９】
給電部１１ａには、整合器１２ａ（たとえば、コンデンサ）を介して高周波電源１２ｂが接続されている。また、給電部１１ａには、コイル１３ａを介して高圧直流電源１３ｂが接続されている。高周波電源１２ｂおよび高圧直流電源１３ｂは、接地されている。
【００３０】
給電部１１ａは、高周波電源１２ｂから出力された高周波電力により処理容器１０の内部に所定のバイアス電圧を印加するようになっている。また、給電部１１ａは、高圧直流電源１３ｂから出力された直流電圧により基板Ｇを静電吸着するようになっている。ヒータ１１ｂには、処理容器１０の外部に設けられた交流電源１４が接続されていて、交流電源１４から出力された交流電圧により基板Ｇを所定の温度に保持するようになっている。
【００３１】
処理容器１０の底面は筒状に開口され、その外部周縁にはベローズ１５の一端が装着されている。また、ベローズ１５の他端は昇降プレート１６に固着されている。このようにして、処理容器１０底面の開口部分は、ベローズ１５および昇降プレート１６により密閉されている。
【００３２】
サセプタ１１は、昇降プレート１６上に設置された筒体１７に支持されていて、昇降プレート１６および筒体１７と一体となって昇降し、これにより、サセプタ１１を処理プロセスに応じた高さに調整するようになっている。サセプタ１１の周囲には、処理室Ｕのガスの流れを好ましい状態に制御するためのバッフル板１８が設けられている。
【００３３】
処理容器１０の底部には、処理容器１０の外部に設けられた真空ポンプ（図示せず）が備えられている。真空ポンプは、ガス排出管１９を介して処理容器１０内のガスを排出することにより、処理室Ｕを所望の真空度まで減圧する。
【００３４】
図２に示したように、蓋体２０の内部には、マイクロ波源４０に直結した給電用導波管３０、給電用導波管３０に連結された６本の放射用導波管３１及びスロットアンテナ３２（図１参照）が埋設されている。
【００３５】
給電用導波管３０は、複数の放射用導波管３１の端部近傍にて各放射用導波管３１と垂直に連結されている。６本の放射用導波管３１は、均等な間隔で並べて設けられている。１本の給電用導波管３０及び６本の放射用導波管３１はマイクロ波源４０から出力されたマイクロ波を伝送させる伝送線路であり、矩形導波管のみから構成され、同軸導波管を用いない。なお、給電用導波管３０及び放射用導波管３１の本数は、これに限られない。
【００３６】
図１に戻って、放射用導波管３１の内部は、フッ素樹脂（たとえばテフロン（登録商標））、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、石英等の誘電部材３３で充填されている。誘電部材３３により、λｇ１＝λｃ／（ε１）１／２の式に従って各放射用導波管３１を伝送するマイクロ波の管内波長λｇ１が制御される。ここで、λｃは自由空間の波長、ε１は誘電部材３３の誘電率である。
【００３７】
スロットアンテナ３２は、放射用導波管３１の下部にて蓋体２０と一体となって構成されている。スロットアンテナ３２は、アルミニウムなどの非磁性体である金属から形成されている。スロットアンテナ３２には、各放射用導波管３１の下面にて、図２に示した４つの放射用スロット３２ａ（開口）からなるスロット群３２ａｇが形成されている。隣接するスロット群３２ａｇは等間隔に配置されている。そのピッチは、各放射用導波管３１を伝送するマイクロ波の管内波長λｇ１／２の整数倍の長さであればよい。本実施形態では、スロット群３２ａｇのピッチはλｇ１／２である。
【００３８】
図１に示したように、各放射用スロット３２ａの内部は、フッ素樹脂、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、石英などの誘電体で形成されたスロット内誘電部材３６により充填され、これにより放射用スロット３２ａは閉塞されている。製造時、スロット内誘電部材３６とスロットアンテナ３２とは、所定の温度で一体焼成される。これによれば、一体焼成により、スロット内誘電部材３６とスロットアンテナ３２とが隙間なく密着される。この結果、大気と連通した放射用導波管３１等と真空状態にある処理室内部とを遮断することができる。
【００３９】
図３に給電用導波管３０と放射用導波管３１の連結部分の斜視図を示す。給電用導波管３０と６本の放射用導波管とは、互いの長辺側の面（Ｈ面）にて隣接し、垂直に連結されている。該隣接した面には、給電用導波管３０及び放射用導波管３１の内部空間を連通する給電用スロット３０ａが放射用導波管３１毎に形成されている。給電用スロット３０ａのそれぞれは、給電用導波管３０の長手方向及び各放射用導波管３１の長手方向に対して４５度傾斜して形成されている。隣り合う給電用スロット３０ａは、各放射用導波管３１の長手方向に対して逆向きに同じ角度だけ傾斜している。ただし、給電用スロット３０ａの傾斜角度は４５度に限られず、マイクロ波のエネルギーを均等に分配するような円偏波を生じさせる角度であれば任意の角度にすることができる。なお、スロットアンテナ３２にも、放射用導波管３１の長辺側の面に放射用スロット３２ａが設けられている。
【００４０】
かかる構成により、マイクロ波は、給電用導波管３０を伝送され、各給電用スロット３０ａに通され、分岐しながら６本の放射用導波管３１を伝送され、各放射用導波管３１に設けられた複数のスロット群３２ａｇの放射用スロット３２ａから入射され、複数のスロット内誘電部材３６を透過して処理室内に供給される。その際、スロット内誘電部材３６により、λｇ２＝λｃ／（ε２）１／２の式に従って各放射用スロット３２ａを伝送するマイクロ波の管内波長λｇ２が制御される。ここで、ε２はスロット内誘電部材３６の誘電率である。
【００４１】
本実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１００では、スロットアンテナ３２の下面にマイクロ波の表面波を伝搬させるための誘電体が設けられていない。よって、図２に示した本装置の天井面では、スロットアンテナ３２の金属面が露出した状態である。よって、処理室内に供給されたマイクロ波は、金属表面波となって処理室の内壁を形成するスロットアンテナ３２の金属面に沿って伝搬する。スロット内誘電部材３６の端部は、放射用スロット３２ａより処理室側に１ｍｍ〜５ｍｍ程度突出している。これにより、マイクロ波がスロット内誘電部材３６から放出されやすいようになっている。
【００４２】
図１に示したガス供給源４２は、ガスラインＬｉｎと連結している。ガスラインＬｉｎは、図２の天井面に示したように、等間隔に設けられた複数のガス導入管４３に連結している。ガス供給源４２から供給されたガスは、ガスラインＬｉｎを介してそれぞれのガス導入管４３に分流しながら、処理室内に導入される。
【００４３】
冷却水配管４４は、蓋体２０に埋設されていて、冷媒供給源４５に連結されている。冷媒供給源４５から供給された冷却水は、冷却水配管４４内を循環して冷媒供給源４５に戻ることにより、蓋体２０は、所望の温度に保たれるようになっている。
【００４４】
以上に説明した構成により、ガス供給源４２から供給されたガスは、入射されたマイクロ波の電界エネルギーにより励起し、これにより基板Ｇの上方にプラズマが生成され、基板Ｇ上にプラズマ処理が施される。
【００４５】
（マイクロ波の伝送／伝搬）
次に、図４及び図５を参照しながら、伝送線路でのマイクロ波の伝送について説明する。図４は、給電用導波管３０及び放射用導波管３１におけるマイクロ波の伝送を示し、図５（ａ）（ｂ）は、スロットアンテナ近傍におけるマイクロ波の伝搬を示している。
【００４６】
前述したように、給電用導波管３０は、６本の放射用導波管３１の端部近傍にて各放射用導波管３１と密着して連結し、長辺側の面（Ｈ面）に４５度の角度で互いに傾いた給電用スロット３０ａで結合されている。このように放射用導波管３１の長辺側の面にスロット３２ａを形成することにより、短辺側の面にスロットを形成するより１本の放射用導波管３１に形成できるスロット３２ａの数を多くすることができる。これにより、必要な放射用導波管３１の本数を減らすことができる。
【００４７】
一般に、矩形導波管の短辺側の面では、矩形導波管の長手方向に垂直に電界Ｅが生じており、電界Ｅに沿って電流が流れる。一方、矩形導波管の長辺側の面では、管内波長λｇ／２毎に環状の磁界パターンが発生し、環状の磁界パターンの外側から内側又は内側から外側に電界Ｅが生じ、電界Ｅに沿って電流が流れる。
【００４８】
図４には、給電用導波管３０の内部をマイクロ波が伝送する際に、給電用導波管３０に生じる電界と磁界の一状態が破線と実線で表されている。マイクロ波の電流が給電用スロット３０ａに通されるときに生じる電界は給電用スロット３０ａの長手方向に垂直になる。一方、このとき生じる磁界は、すべて給電用導波管３０の導体表面に平行になり、磁界と電界とは常に直交しながら相互に作用する。よって、マイクロ波の電流が給電用スロット３０ａに通されるときに生じる磁界は給電用スロット３０ａの長手方向に平行になり、給電用スロット３０ａに平行な成分の磁力線が給電用スロット３０ａを通り抜けることができる。図４では、給電用スロット３０ａを通り抜けた磁力線が実線で示されている。
【００４９】
給電用スロット３０ａが傾いているため、マイクロ波は円偏波しながら給電用スロット３０ａを通り抜ける。このため、給電用スロット３０ａを通り抜けたばかりの磁力線は、斜め方向の楕円である。しかし、その後、マイクロ波が放射用導波管３１を紙面の右方向に伝送すると、磁力線は傾きのない円状又は楕円状になる。これは、放射用導波管３１には基本モードの磁力線のみが伝わるからである。
【００５０】
図５の上部図は、図２の３−３断面を示している。図５に示したように、放射用導波管３１では、λｇ／２のピッチでスロット群３２ａｇが切られているため、複数のスロット群３２ａｇの各放射用スロット３２ａの位置では、放射用導波管３１の内部空間に形成されるマイクロ波の定在波の振幅の絶対値が等しい。これにより、放射用導波管３１を伝送したマイクロ波のうち、各放射用スロット３２ａから処理室内に供給されるマイクロ波の振幅の絶対値は等しくなる。よって、各放射用スロット３２ａから供給されたマイクロ波の電界強度はほぼ同じ状態で、金属表面波ＭＳＷ（Ｍｅｔａｌ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｗａｖｅ）となってスロットアンテナ３２の金属面とプラズマとの境界面を伝搬する。伝搬中、均等に配分された金属表面波ＭＳＷの電界エネルギーにより、天井面の近傍にて均一なプラズマが生成される。
【００５１】
（金属表面波の伝搬と周波数との関係）
プラズマの誘電率（εｒ′−ｊεｒ″）は、次式（１）で表される。
【数１】
2010277971.tif 000003
【００５２】
また、プラズマにマイクロ波を入射したときの伝搬特性は、次式（２）にて表される。
【数２】
2010277971.tif 000004
ここで、ｋは波数、ｋ０は真空中の波数、ωは金属表面波の周波数、νｃは電子衝突周波数、ωｐｅは次式（３）で表される電子プラズマ周波数である。
【００５３】
【数３】
2010277971.tif 000005
ここで、ｅは素電荷、ｎｅはプラズマの電子密度、ε０は真空中の誘電率、ｍｅは電子の質量である。
【００５４】
マイクロ波の電界強度Ｅがプラズマの境界面での電界強度Ｅ０の１／ｅに減衰するまでに進入した距離が進入長δである。進入長δは、次式（４）で表される。
δ＝−１／Ｉｍ（ｋ）・・・（４）
ｋは波数である。
【００５５】
電子密度ｎｅが次式（５）で表されるカットオフ密度ｎｃより大きい場合、マイクロ波は、プラズマ表面付近で反射され、処理室の内面を表面波として伝搬する。
nc = ε0 me ω2／e2・・・（５）
【００５６】
式（５）によれば、低周波１〜２ＧＨｚ程度のマイクロ波を供給すると、処理室に供給されたマイクロ波は、天井面に露出したスロットアンテナ３２の金属表面とプラズマ境界面に沿って伝搬しやすくなる。
【００５７】
なお、本実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１００では、図１及び図２に示したように、天井面を形成するスロットアンテナ３２の外周近傍の金属面に略矩形状の溝５０が形成され、溝５０にて金属表面波ＭＳＷの伝搬を阻害し、必要以上に金属表面波ＭＳＷが伝搬しないようにする。
【００５８】
（スロット内誘電部材の突出）
図５の上部図の部分Ｅｘを図５の下部図に拡大して示したように、本実施形態では、スロット内誘電部材３６の一端は、スロットアンテナ３２の下面（すなわち、処理室側に露出したスロットアンテナ３２の金属面）より処理室側に１ｍｍ〜５ｍｍ程度突出している。これにより、マイクロ波がスロット内誘電部材３６から放出されやすいようになっている。また、スロット内誘電部材３６の突出部分は面取りされている。内側の面取り部ＩＣの短手方向の幅０．２ｍｍに対して外側の面取り部ＯＣの短手方向の幅は５ｍｍである。発明者が行ったシミュレーションによれば、これにより、外側の面取り部分ＯＣから出力されるマイクロ波のエネルギーを、内側の面取り部分ＩＣから出力されるマイクロ波のエネルギーの約２倍に分配することができる。この結果、均一なプラズマを生成することができる。
【００５９】
以上に説明したように、本実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１００によれば、伝送線路を矩形導波管（給電用導波管３０及び放射用導波管３１）のみで構成し、同軸導波管線路を伝送線路に使用しない。これによれば、マイクロ波は矩形導波管の内部空間のみを伝送する。これにより、必要な回路設計は矩形導波管の内部空間のみとなり、同軸導波管のように複雑な設計は不要であり、設計公差が伝送性能に及ぼす影響を同軸導波管に比べて小さくすることができる。この結果、複数のスロット群を通って処理室に供給されるマイクロ波の電界強度を均一にすることができ、均一なプラズマを生成することができる。また、伝送線路や電極周りをシンプルに構成することができるため、伝送線路の製造、組み立て、メンテナンスにおいて利点がある。また、同軸導波管に比べてハイパワーな給電も実現可能である。
【００６０】
（第１実施形態の変形例１）
次に、図６を参照しながら、第１実施形態の変形例１に係るマイクロ波プラズマ処理装置１００の伝送線路について説明する。変形例１では、スロット群３２ａｇを形成する４つの放射用スロット３２ａは、放射用導波管３１の長手方向に対して４５度傾けた位置にて、２つずつ互いに対向してひし形に形成されている。放射用スロット３２ａをこのように傾けて配置したことにより、各放射用スロット３２ａから処理室内に供給されるマイクロ波は円偏波しながら処理室に供給される。円偏波の場合、発生する電磁界は回転しながら４つの放射用スロット３２ａから漏れ、より均一に処理容器１０の内部に伝わる。
【００６１】
また、放射用スロット３２ａ１〜３２ａ４を放射用導波管３１の長手方向に対して４５度傾けて配置したことにより、天井面を伝搬する金属表面波ＭＳＷは、放射用導波管３１の長手方向に対して斜め４５度の方向に向けて放射状に伝搬する。この結果、上記スロット内誘電部材３６の面取りの効果も併せて、処理室の天井面の角方向にも金属表面波ＭＳＷが伝搬しやすいため、より均一なプラズマを生成することができる。
【００６２】
（第１実施形態の変形例２）
次に、第１実施形態の変形例２に係るマイクロ波プラズマ処理装置１００の伝送線路について説明する。図７に変形例２に係る伝送線路を示す。変形例２では、６本の放射用導波管３１の両端部近傍に２本の給電用導波管３０が垂直に連結されている。各給電用導波管３０にはそれぞれマイクロ波源４０が連結されている。各給電用導波管３０に一つのマイクロ波源４０を連結させることによりコストを低減させるようにしてもよい。放射用導波管３１の両側に設けられた給電用スロット３０ａは、逆向きに同角度傾斜している。これにより、マイクロ波は、各放射用導波管３１の両端側から同じ振幅で各放射用導波管３１に伝送される。これによれば、装置の大型化に伴い放射用導波管３１の長手方向が長くなった場合にも、スロット群３２ａｇのそれぞれからマイクロ波をより均等に処理室内に供給することができる。この結果、大型基板上の広範囲に、より均一なプラズマを生成することができる。
【００６３】
（第１実施形態の変形例３）
次に、第１実施形態の変形例３に係るマイクロ波プラズマ処理装置１００の伝送線路について説明する。図８に変形例３に係る伝送線路を示す。変形例３では、６本の放射用導波管３１の中央部に１本の給電用導波管３０が垂直に連結されている。給電用導波管３０にはマイクロ波源４０が連結されている。これにより、マイクロ波は、各放射用導波管３１の中央側から各放射用導波管３１の両端部に向かって同じ振幅で伝送される。これにより、装置の大型化に伴い放射用導波管３１の長手方向が長くなった場合にも、スロット群３２ａｇのそれぞれからマイクロ波をより均等に処理室内に供給することができ、より均一なプラズマを生成することができる。
【００６４】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１００の伝送線路について簡単に説明する。図９に第２実施形態に係る伝送線路を示す。第２実施形態では、３つのマイクロ波源４０は、Ｙ分岐管４１（Ｙ分岐した給電用導波管）を介してそれぞれ２本の放射用導波管３１にそれぞれ連結されている。４つの放射用スロット３２ａは、放射用導波管３１の長手方向に対して４５度傾けた位置にてひし形に形成されている。もちろん、各スロット群３２ａｇの各放射用スロット３２ａは、第１実施形態で示したように放射用導波管の長手方向に対して平行又は垂直であってもよい。
【００６５】
これにより、マイクロ波は、Ｙ分岐管４１にてＹ分岐しながら蓋体２０内の６つの放射用導波管３１に伝送される。放射用導波管３１を伝送されたマイクロ波は、放射用スロット３２ａから入射され、処理室内に供給される。これによっても、均等に供給されたマイクロ波の電界エネルギーにより、均一なプラズマを生成することができる。ただし、本実施形態の場合には、第１実施形態に比べて伝送線路が大型化する傾向がある。
【００６６】
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１００の伝送線路について説明する。図１０に第３実施形態に係る伝送線路を示す。第３実施形態では、１つのマイクロ波源４０は、給電用導波管５２にてπ分岐して６本の放射用導波管３１にそれぞれ連結されている。放射用導波管３１に形成されたスロット群３２ａｇは、第２実施形態の場合と同様である。もちろん、各スロット群３２ａｇの各放射用スロット３２ａ、放射用導波管の長手方向に対して平行又は垂直であってもよい。
【００６７】
これにより、マイクロ波は、給電用導波管５２にてπ分岐しながら６つの放射用導波管３１に伝送される。放射用導波管３１を伝送されたマイクロ波は、放射用スロット３２ａから入射され、処理室内に供給される。これによっても、均等に供給されたマイクロ波の電界エネルギーにより、均一なプラズマを生成することができる。ただし、本実施形態の場合には、第１実施形態に比べて伝送線路が大型化する傾向がある。
【００６８】
以上に説明したように、各実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１００によれば、伝送線路に矩形導波管のみを用いる。これにより、インピーダンス調整を複雑にせず、天井面に均等に配置された放射用スロットから同エネルギーのマイクロ波を処理室内に放出することができる。この結果、均一なプラズマを生成することができる。
【００６９】
なお、以上の説明では、導波管の長辺側の面（Ｈ面）にスロット群を形成したが、導波管の短辺側の面（Ｅ面）に長方形のスロットを形成してもよい。スロットの間隔は管内波長λｇ／２の整数倍の長さとなる。
【００７０】
上記実施形態において、各部の動作は互いに関連しており、互いの関連を考慮しながら、一連の動作及び一連の処理として置き換えることができる。これにより、プラズマ処理装置の実施形態を、プラズマ処理装置の給電方法の実施形態とすることができる。
【００７１】
これにより、プラズマ処理が施される処理室に電磁波を供給するプラズマ処理装置の給電方法であって、電磁波源から電磁波を出力するステップと、前記出力された電磁波を、前記電磁波源に連結された給電用導波管に伝送させるステップと、前記給電用導波管を伝送した電磁波を、前記給電用導波管に連結された複数の放射用導波管に伝送させるステップと、前記複数の放射用導波管を伝送した電磁波を、金属のスロットアンテナにおいて前記放射用導波管を伝送する電磁波の管内波長λｇ／２の整数倍毎に等間隔に形成された２以上のスロットを含むスロット群から処理室内に入射するステップと、前記入射した電磁波を前記処理室の内壁を形成する前記スロットアンテナの金属面に沿って伝搬させるステップと、を含むプラズマ処理装置の給電方法を提供することができる。
【００７２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００７３】
たとえば、スロットアンテナのスロット群は、放射用導波管の給電用スロットが形成された長辺側の面と同面に形成されていてもよく、前記給電用スロットが形成された長辺側の面と対向する面（長辺側の面）に形成されていてもよい。
【００７４】
また、たとえば、Ｙ分岐やπ分岐する給電用導波管は、各放射用導波管の一端に連結されていてもよく、複数の放射用導波管の両端に連結されていてもよい。
【００７５】
また、本発明に係るスロット内誘電部材とスロットアンテナは、スロット内誘電部材とスロットアンテナを一体焼成する替わりに、スロット内誘電部材とスロットアンテナの接触面にＯリング等の封止材を設けることにより、処理室内の気密を保持するようにしてもよい。
【００７６】
本発明に係るマイクロ波源から出力されるマイクロ波は、８９６ＭＨｚ、９１５ＭＨｚ、９２２ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚ等であってもよい。また、マイクロ波源は、プラズマを励起するための電磁波を出力する電磁波源の一例であり、１００ＭＨｚ以上の電磁波を出力する電磁波源であれば、マグネトロンや高周波電源も含まれる。
【００７７】
なお、基板Ｇ（ガラス基板）のサイズは、７２０ｍｍ×７２０ｍｍ以上であればよく、たとえば、Ｇ３基板サイズで７２０ｍｍ×７２０ｍｍ（チャンバ内の寸法：４００ｍｍ×５００ｍｍ）、Ｇ４．５基板サイズで７３０ｍｍ×９２０ｍｍ（チャンバ内の寸法：１０００ｍｍ×１１９０ｍｍ）、Ｇ５基板サイズで１１００ｍｍ×１３００ｍｍ（チャンバ内の寸法：１４７０ｍｍ×１５９０ｍｍ）である。上記大きさの処理室内に１〜８Ｗ／ｃｍ２のパワーのマイクロ波が供給される。
【００７８】
また、本発明では、スロット内部にスロット内誘電部材を設けた方が、マイクロ波の電界強度をコントロールできて好ましいが、必ずしもスロット内部にスロット内誘電部材を設けなくてもよい。
【００７９】
本発明に係るプラズマ処理装置は、上記実施形態に示したマイクロ波プラズマ処理装置に限られず、矩形状導波管及びスロットを用いて給電するプラズマ処理装置全般に用いることができる。
【符号の説明】
【００８０】
１００      マイクロ波プラズマ処理装置
１０        処理容器
２０        蓋体
３０、５２  給電用導波管
３０ａ      給電用スロット
３１        放射用導波管
３２        スロットアンテナ
３２ａ      放射用スロット
３２ａｇ    スロット群
３６        スロット内誘電部材
４０        マイクロ波源
４１        Ｙ分岐管
４３        ガス導入管
５０        溝
ＭＳＷ      金属表面波
【図１】
2010277971.tif 000006
【図２】
2010277971.tif 000007
【図３】
2010277971.tif 000008
【図４】
2010277971.tif 000009
【図５】
2010277971.tif 000010
【図６】
2010277971.tif 000011
【図７】
2010277971.tif 000012
【図８】
2010277971.tif 000013
【図９】
2010277971.tif 000014
【図１０】
2010277971.tif 000015
【図１１】
2010277971.tif 000016