(57)【要約】【課題】同軸管を用いたマイクロ波の伝送線路を提供する。【解決手段】プラズマ処理装置１０では、マイクロ波源９００から分岐導波管９０５を介して同軸管６００に伝送させたマイクロ波を分岐板６１０により複数のマイクロ波に分配させて複数の同軸管の内部導体３１５ａに伝送させる。各同軸管の内部導体３１５ａを伝送したマイクロ波は、各内部導体３１５ａと連結された各誘電体板３０５から処理容器１００の内部に放出される。放出されたマイクロ波により処理容器１００に導入された処理ガスを励起させて基板Ｇに所望のプラズマ処理を施す。複数の誘電体板３０５を用いることにより、大面積化に対応して拡張性が高く、かつ伝送線路に同軸管を用いることにより、伝送線路のコンパクトな設計と低周波数のマイクロ波の供給との両立を図ることができる。【選択図】図１
2008153053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波によりガスを励起させて被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、
処理容器と、
電磁波を出力する電磁波源と、
前記電磁波源から出力された電磁波を伝送させる伝送線路と、
前記処理容器の内壁に設けられ、電磁波を透過させて前記処理容器の内部に放出する複数の誘電体板と、
前記複数の誘電体板に隣接または近接し、電磁波を前記複数の誘電体板に伝送させる複数の導体棒と、
前記伝送線路を伝送した電磁波を複数の電磁波に分配させて前記複数の導体棒に伝送させる分岐部と、を備え、
各誘電体板には１または２以上の導体棒が隣接または近接しているプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記伝送線路は、第１の同軸管を含み、
前記分岐部は、前記第１の同軸管の内部導体と導体棒とをそれぞれ連結する分岐部材である請求項１に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記伝送線路は、第１の同軸管を含み、
前記分岐部は、内部に前記第１の同軸管の内部導体と前記複数の導体棒とが挿入された分配導波管である請求項１に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記複数の導体棒は、互いに略平行な状態にて、前記第１の同軸管の内部導体の中心軸に対して同一円周上に等間隔に配置される請求項２に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記複数の導体棒は、互いに略平行な状態にて、前記第１の同軸管の内部導体の中心軸に対して点対称な位置に配置される請求項２に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記分岐部は、
前記複数の誘電体板に略平行に設けられ、前記伝送線路と前記複数の導体棒とを連結する第２の同軸管の内部導体である請求項１に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記伝送線路は、第１の同軸管または導波管である請求項６に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記複数の導体棒は、互いに略平行な状態にて、前記第２の同軸管の内部導体に等間隔に接続される請求項６に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記複数の誘電体板のピッチは、前記第２の同軸管を伝送する電磁波の管内波長λｇ、整数ｎ１（ｎ１は１以上）に対して、概ねｎ１×λｇ／２になるように設計される請求項６に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記処理容器の蓋部と前記各導体棒とを短絡させる短絡部を備え、
前記分岐部材と各導体棒とが連結した位置から前記短絡部までの長さは、前記各導体棒を伝送する電磁波の波長λｇに対して、概ねλｇ／４に設計される請求項２に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記処理容器の蓋部と前記各導体棒とを短絡させる短絡部を備え、
前記第２の同軸管の内部導体と各導体棒とが連結した位置から前記短絡部までの長さは、前記各導体棒を伝送する電磁波の波長λｇに対して、概ねλｇ／４に設計される請求項６に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記処理容器の蓋部と前記各導体棒とを短絡させる短絡部を備え、
前記処理容器の蓋部の端部は、前記分配導波管の長手方向の端部、または前記分配導波管の両端にてＬ字状に形成された端部のいずれかを含み、
前記各導体棒から前記処理容器の蓋部の端部までの長さは、前記分配導波管を伝送する電磁波の管内波長λｇに対して、概ねλｇ／４に設計される請求項３に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記処理容器の蓋部と前記第２の同軸管の内部導体とを短絡させる短絡部を備え、
前記第２の同軸管の内部導体と各導体棒とが連結した位置から前記短絡部までの長さは、前記第２の同軸管を伝送する電磁波の管内波長λｇに対して、概ねλｇ／４に設計される請求項６に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記分岐部の分岐部分には、インピーダンスの整合をとるための誘電体が設けられている請求項２に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記伝送線路は、複数の第１の同軸管を含み、
前記複数の第１の同軸管の各々は前記分岐部を介して前記複数の導体棒に電磁波を伝送させるように構成され、
前記伝送線路は、さらに、前記複数の誘電体板に略平行に配置された少なくとも一つの第３の同軸管を含み、
前記複数の第１の同軸管の内部導体は、前記第３の同軸管の内部導体に連結している請求項１に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１６】
前記第３の同軸管の内部導体に連結された前記複数の第１の同軸管の内部導体は、前記第３の同軸管を伝送する電磁波の管内波長λｇ、整数ｎ２（ｎ２は１以上）に対して、概ねｎ２×λｇ／２の間隔にて配置されている請求項１５に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１７】
前記伝送線路は、前記第３の同軸管を複数本含むとともに、さらに複数の第４の同軸管を含み、
前記第４の同軸管の各々の内部導体は、前記第３の同軸管の各々の内部導体に接続して、
前記複数の第１の同軸管の内部導体の上層に位置し、かつ前記複数の第４の同軸管の内部導体は、整数ｎ２（ｎ２は１以上）に対して、概ねｎ２×λｇ／２の間隔にて配置される請求項１５に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１８】
前記電磁波源には、２分岐を１回以上繰り返すトーナメント式の構造を有する分岐導波管が連結される請求項１に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１９】
前記分岐導波管の分岐部分は、Ｔ分岐またはＹ分岐の構造を有している請求項１８に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項２０】
前記分岐導波管は、前記電磁波源との連結部分から前記分岐導波管の各分岐端部までの長さが等しい請求項１８に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項２１】
前記ｎ１またはｎ２の値は、１または２のいずれかである請求項９に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項２２】
前記第２の同軸管の内部導体には、その内部にて冷媒流路が設けられている請求項６に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項２３】
前記第３の同軸管の内部導体には、その内部にて冷媒流路が設けられている請求項１５に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項２４】
前記第２または第３の同軸管の内部導体は、外側のパイプと内側のパイプとからなる請求項２２に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項２５】
前記内側のパイプの内部に冷媒を流す請求項２２に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項２６】
前記第２または第３の同軸管の内部導体は２以上に分断され、分断された２以上の第２または第３の同軸管の内部導体はコネクタにより連結されている請求項６に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項２７】
前記コネクタは、前記外側のパイプに設けられている請求項２６に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項２８】
前記コネクタの近傍に、前記第２または第３の同軸管の内部導体を保持する保持部を設ける請求項２６に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項２９】
前記複数の導体棒と前記第２の同軸管の内部導体との連結部分は、前記第２の同軸管の長手方向に摺動可能に係合している請求項６に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項３０】
前記複数の導体棒は、前記短絡部にて前記処理容器の蓋部に対して摺動可能に係合している請求項１０に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項３１】
前記電磁波源は、周波数が１ＧＨｚ以下の電磁波を出力する請求項１に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項３２】
周波数が１ＧＨｚ以下の電磁波をプラズマ処理装置に供給可能な給電装置であって、
電磁波を出力する電磁波源と、
前記電磁波源から出力された電磁波を伝送させる伝送線路と、
前記処理容器の内壁に設けられた複数の誘電体板に隣接または近接し、電磁波を前記複数の誘電体板に伝送させる複数の導体棒と、
前記伝送線路を伝送した電磁波を複数の電磁波に分配させて前記複数の導体棒に伝送させる分岐部とを備え、
各誘電体板には１または２以上の導体棒が隣接または近接している給電装置。
【請求項３３】
周波数が１ＧＨｚ以下の電磁波を電磁波源から出力し、
前記電磁波源から出力された電磁波を伝送線路に伝送させ、
前記伝送線路を伝送した電磁波を分岐部により複数の電磁波に分配させて複数の導体棒に伝送させ、
各誘電体板に隣接または近接している１または２以上の導体棒から前記各誘電体板を介して電磁波を前記処理容器内に放出し、
前記放出された電磁波により前記処理容器に導入された処理ガスを励起させて被処理体に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の使用方法。
【請求項３４】
周波数が１ＧＨｚ以下の電磁波を電磁波源から出力し、
前記電磁波源から出力された電磁波を伝送線路に伝送させ、
前記伝送線路を伝送した電磁波を分岐部により複数の電磁波に分配させて複数の導体棒に伝送させ、
各誘電体板に隣接または近接している１または２以上の導体棒から前記各誘電体板を介して電磁波を前記処理容器内に放出し、
前記放出された電磁波により前記処理容器に導入されたクリーニングガスを励起させてプラズマ処理装置をクリーニングするプラズマ処理装置のクリーニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波によりガスを励起させて被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置に関し、特に、同軸管を用いた電磁波の伝送線路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、プラズマ処理装置に電磁波を供給する伝送線路として、導波管や同軸管が用いられている（たとえば、特許文献１を参照。）。特許文献１では、同軸管を伝送したマイクロ波は、ラジアルラインスロットアンテナに設けられたライン状のスロットに通され、大面積の誘電体プレートを透過して処理室内に供給される。【０００３】
処理室内に供給されたマイクロ波は、プラズマの電子密度nｅがカットオフ密度nｃ（より厳密には、表面波共鳴密度nｓ）よりも高い場合、プラズマ内に入り込むことができず、表面波となって誘電体板とプラズマとの間を伝搬する。【０００４】
表面波は、一般に、複数のモードの重ね合わせで表現される。一方、表面波のモードは、プラズマ密度に対して離散的である。よって、マルチモードから生成された表面波からは、処理に適しない不均一なプラズマが生成される可能性がある。【０００５】
しかしながら、大面積の誘電体プレートにマイクロ波を透過させると、誘電体プレートを伝搬中、マイクロ波のモードを制御できず、マルチモードとなる。近年の被処理体の大面積化から、誘電体プレートもますます大面積になっている今日の状況では、誘電体プレートを透過した多数のモードのマイクロ波の表面波により、不均一なプラズマが生成される可能性はより高くなっている。【０００６】
このため、誘電体プレートを複数の誘電体板に分け、各誘電体板の面積を小さくすることにより、各誘電体板にマイクロ波を透過させたときのマイクロ波の伝搬モードを少なくし、これにより、プラズマを均一に生成する方法が考えられる。【０００７】
この場合、多数の誘電体板にマイクロ波を伝送させるためには、伝送線路を多分岐させる必要がある。その一例としては、たとえば、導波管を分岐させることによりマイクロ波を分配しながら伝送させる方法がある（たとえば、特許文献２、３を参照。）。【０００８】
【特許文献１】特開平１１−２９７６７２号公報
【特許文献２】特開２００４−２００６４６号公報
【特許文献３】特開２００５−２６８６５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、多分岐により処理容器の上方に設置される伝送線路が複雑かつ巨大になると保守作業の妨げとなる。特に、マイクロ波の周波数を２．４５ＧＨｚより小さくすれば、マイクロ波の周波数の２乗に比例するカットオフ密度ｎｃを飛躍的に小さくすることができる一方、マイクロ波の波長が長くなるため、導波管のサイズが大きくなってしまう。【００１０】
たとえば、マイクロ波の周波数を９１５ＭＨｚとした場合、使用される導波管の断面積は、２４７．７ｍｍ×１２３．８ｍｍとなる。これは、マイクロ波の伝送に２．４５ＧＨｚに対応した導波管を使用したときの約５倍の断面積であり、このように大きな導波管を小型のプラズマ処理装置の上方にコンパクトにまとめて設置することは難しい。したがって、低周波マイクロ波を伝送させることができるように、同軸管を用いて多分岐する伝送線路をコンパクトに設計する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、電磁波によりガスを励起させて被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、処理容器と、電磁波を出力する電磁波源と、前記電磁波源から出力された電磁波を伝送させる伝送線路と、前記処理容器の内壁に設けられ、電磁波を透過させて前記処理容器の内部に放出する複数の誘電体板と、前記複数の誘電体板に隣接または近接し、電磁波を前記複数の誘電体板に伝送させる複数の導体棒と、前記伝送線路を伝送した電磁波を複数の電磁波に分配させて前記複数の導体棒に伝送させる分岐部と、を備え、各誘電体板には１または２以上の導体棒が隣接または近接しているプラズマ処理装置が提供される。【００１２】
これによれば、電磁波源から伝送線路に伝送された電磁波は、分岐部により複数の電磁波に分配されて複数の導体棒に伝送される。各誘電体板には１または２以上の導体棒が隣接または近接している。各導体棒は、それぞれが隣接または近接している誘電体板に電磁波を伝え、各誘電体板から処理容器内に電磁波が供給される。【００１３】
このように電磁波の伝送に導体棒を使用することにより、低周波の電磁波の供給を可能としつつ、シンプルかつコンパクトな伝送線路を設計することができる。この結果、保守作業を容易にすることができる。また、複数の誘電体板を用いて電磁波を伝搬させるため、大面積の１枚の誘電体板の場合より伝搬モードを容易に制御することができ、より均一なプラズマを生成することができる。【００１４】
前記伝送線路は、第１の同軸管を含み、前記分岐部は、前記第１の同軸管の内部導体と導体棒とをそれぞれ連結する分岐部材であってもよい。また、前記伝送線路は、第１の同軸管を含み、前記分岐部は、内部に前記第１の同軸管の内部導体と前記複数の導体棒とが挿入された分配導波管であってもよい。【００１５】
このとき、前記複数の導体棒は、互いに略平行な状態にて前記第１の同軸管の内部導体の中心軸に対して同一円周上に等間隔に配置されていてもよく、互いに略平行な状態にて前記第１の同軸管の内部導体の中心軸に対して点対称な位置に配置されていてもよい。【００１６】
これによれば、導体棒は、第１の同軸管の内部導体に対して対称的に配置される。これにより、第１の同軸管の内部導体を通って複数の導体棒に分配して伝送させる電磁波の位相および電力をコントロールすることができる。【００１７】
また、前記分岐部は、前記複数の誘電体板に略平行に設けられ、前記伝送線路と前記複数の導体棒とを連結する第２の同軸管の内部導体であってもよい。このとき、前記伝送線路は、第１の同軸管または導波管であってもよい。【００１８】
これによれば、第２の同軸管の内部導体を分岐部とすることにより、伝送線路を伝送した電磁波を第２の同軸管の内部導体を介して複数の導体棒に分配することができる。【００１９】
前記複数の導体棒は、互いに略平行な状態にて、前記第２の同軸管の内部導体に等間隔に接続されていてもよい。前記複数の誘電体板のピッチは、前記第２の同軸管を伝送する電磁波の管内波長λｇ、整数ｎ１（ｎ１は１以上）に対して、概ねｎ１×λｇ／２になるように設計されていてもよい。【００２０】
前記第２の同軸管を伝送する電磁波の管内波長λｇ、整数ｎ１（ｎ１は１以上）に対して、前記複数の誘電体板のピッチを整数ｎ２（ｎ２は１以上）に対して、概ねｎ１×λｇ／２にすることにより、各分岐位置において分配される電磁波の位相の同期を取りながら、その電力を均等に分配して電磁波を伝送させることができる。【００２１】
前記処理容器の蓋部と前記各導体棒とを短絡させる短絡部を備え、前記分岐部材と各導体棒とが連結した位置から前記短絡部までの長さは、前記各導体棒を伝送する電磁波の波長λｇに対して、概ねλｇ／４になるように設計してもよい。【００２２】
前記処理容器の蓋部と前記各導体棒とを短絡させる短絡部を備え、前記第２の同軸管の内部導体と各導体棒とが連結した位置から前記短絡部までの長さは、前記各導体棒を伝送する電磁波の波長λｇに対して、概ねλｇ／４に設計されていてもよい。【００２３】
同様に、前記処理容器の蓋部と前記各導体棒とを短絡させる短絡部を備え、前記処理容器の蓋部の端部は、前記分配導波管の長手方向の端部、または前記分配導波管の両端にてＬ字状に形成された端部のいずれかを含み、前記各導体棒から前記処理容器の蓋部の端部までの長さは、前記分配導波管を伝送する電磁波の管内波長λｇに対して、概ねλｇ／４に設計されていてもよい。【００２４】
同様に、前記処理容器の蓋部と前記第２の同軸管の内部導体とを短絡させる短絡部を備え、前記第２の同軸管の内部導体と各導体棒とが連結した位置から前記短絡部までの長さは、前記第２の同軸管を伝送する電磁波の管内波長λｇに対して、概ねλｇ／４に設計されていてもよい。【００２５】
たとえば、図３の左側に示したように、位置Ｄｐにマイクロ波のピーク（腹）を合わせると、短絡部５２０でのマイクロ波の電力は０（節）になる。短絡部と位置Ｄｐ間は、一端を短絡された分布定数線路とみなすことができる。このように、一端が短絡された長さがλｇ／４の分布定数線路は、もう一端から見るとインピーダンスがほぼ無限大に見えるので、マイクロ波の伝送にとって位置Ｄｐから短絡部までの部分は存在しないに等しいものとなり、伝送線路の設計が容易になる。【００２６】
前記分岐部の分岐部分には、インピーダンスの整合をとるための誘電体が設けられていてもよい。伝送線路における反射を抑制して、効率よく電磁波を伝送させるためである。【００２７】
前記伝送線路は、複数の第１の同軸管を含み、記複数の第１の同軸管の各々は前記分岐部を介して前記複数の導体棒に電磁波を伝送させるように構成され、前記伝送線路は、さらに、前記複数の誘電体板に略平行に配置された少なくとも一つの第３の同軸管を含み、前記複数の第１の同軸管の内部導体は、前記第３の同軸管の内部導体に連結していてもよい。【００２８】
前記第３の同軸管の内部導体に連結された前記複数の第１の同軸管の内部導体は、前記第３の同軸管を伝送する電磁波の管内波長λｇ、整数ｎ２（ｎ２は１以上）に対して、概ねｎ２×λｇ／２の間隔にて配置されていてもよい。【００２９】
前記伝送線路は、前記第３の同軸管を複数本含むとともに、さらに複数の第４の同軸管を含み、前記第４の同軸管の各々の内部導体は、前記第３の同軸管の各々の内部導体に接続して、前記複数の第１の同軸管の内部導体の上層に位置し、かつ前記複数の第４の同軸管の内部導体は、整数ｎ２（ｎ２は１以上）に対して、概ねｎ２×λｇ／２の間隔にて配置されていてもよい。【００３０】
これらによれば、所定の規則性を持って第１〜第４の同軸管を階層的に連結および分岐させることができる。これにより、各分岐位置において電磁波の位相の同期を取り、かつその電力を均等に分配しながら電磁波を伝送させることができる。【００３１】
ｎ１およびｎ２の値は、１または２であるほうが好ましい。ｎ１、ｎ２の値が大きくなると、電磁波の伝送距離が長くなるため、位相の同期および電力の分配にバラツキが生じ、電磁波を均等に分配しながら伝送させることが難しくなるためである。また、ｎ１、ｎ２の値が大きくなると、伝送線路周りが複雑かつ巨大化し、保守作業が困難になるからである。なお、ｎ１、ｎ２の値が１の場合、第２の同軸管の内部導体間の間隔はλｇ／２になる。この場合、高周波電磁波を供給するより、低周波電磁波を供給したほうがよい。高周波電磁波を供給すると、電磁波の管内波長λｇが小さくなるため、第２の同軸管の内部導体間の間隔が狭くなり、誘電体の枚数が多くなり、コスト高になる。【００３２】
前記電磁波源には、２分岐を１回以上繰り返すトーナメント式の構造を有する分岐導波管が連結されていてもよい。前記分岐導波管の分岐部分は、Ｔ分岐であってもよく、Ｙ分岐であってもよい。【００３３】
これによれば、トーナメント式に複数に分岐された分岐導波管の分岐端部にて複数の同軸管の内部導体または任意の導波管を連結することができる。また、これにより、分岐導波管の入り口から各分岐端部までの長さを等しくすることができる。これによれば、位相を同期させかつ電力を均一に分配しながら電磁波を伝送させることができる。【００３４】
前記第２の同軸管の内部導体には、その内部にて冷媒流路が設けられていてもよい。また、前記第３の同軸管の内部導体には、その内部にて冷媒流路が設けられていてもよい。【００３５】
前記第２または第３の同軸管の内部導体は、外側のパイプと内側のパイプとからなる２重構造を有していてもよい。【００３６】
また、第２または第３の同軸管の内部導体は、２以上に分断され、分断された２以上の第２または第３の同軸管の内部導体は、コネクタにより連結されていてもよい。さらに、前記コネクタは、前記外側のパイプに設けられていてもよい。これによれば、パイプを電気的に接触させるとともに、熱膨張や熱収縮に応じてパイプにストレスがかからないように、コネクタにより熱膨張や熱収縮を吸収することができる。【００３７】
また、パイプを二重構造にし、かつコネクタを設けたことにより、外側のパイプが、内側のパイプに影響を与えることなく横方向にスライドする。これにより、伝送線路の熱膨張または熱収縮に起因する歪みをよりストレスなくコネクタにより吸収することができる。【００３８】
このとき、前記内側のパイプの内部に冷媒を流すことにより、熱伝導によってより効果的に内部導体（パイプ）を冷却することができる。また、前記コネクタの近傍に、前記第２または第３の同軸管を保持する保持部を設けることにより、外部のパイプの中央に内部のパイプが配置されるように、位置決めすることができる。【００３９】
前記複数の導体棒と前記第２の同軸管の内部導体との連結部分は、前記第２の同軸管の長手方向に摺動可能に係合していてもよい。また、前記複数の導体棒は、前記短絡部にて前記処理容器の蓋部に対して摺動可能に係合していてもよい。これによれば、熱応力に応じてこれらの導体棒や内部導体が摺動することにより、伝送線路にストレスがかかることを回避することができる。【００４０】
前記電磁波源は、周波数が１ＧＨｚ以下の電磁波を出力するようにしてもよい。これによれば、カットオフ密度を低くすることができる。これにより、プロセスウィンドウを広くすることができ、一つの装置でさまざまなプロセスを実現することができる。【００４１】
上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、周波数が１ＧＨｚ以下の電磁波をプラズマ処理装置に供給可能な給電装置であって、電磁波を出力する電磁波源と、前記電磁波源から出力された電磁波を伝送させる伝送線路と、前記処理容器の内壁に設けられた複数の誘電体板に隣接または近接し、電磁波を前記複数の誘電体板に伝送させる複数の導体棒と、前記伝送線路を伝送した電磁波を複数の電磁波に分配させて前記複数の導体棒に伝送させる分岐部とを備え、各誘電体板には１または２以上の導体棒が隣接または近接している給電装置が提供される。【００４２】
これによれば、１ＧＨｚ以下の電磁波に対してはそのサイズが電磁波の波長に依存しない同軸管を伝送線路に使用することにより、低周波の電磁波の供給を可能としながらも、低周波の電磁波を供給する際の伝送経路の大型化を解消して、シンプルかつコンパクトな伝送線路を設計することができる。【００４３】
また、上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、周波数が１ＧＨｚ以下の電磁波を電磁波源から出力し、前記電磁波源から出力された電磁波を伝送線路に伝送させ、前記伝送線路を伝送した電磁波を分岐部により複数の電磁波に分配させて複数の導体棒に伝送させ、各誘電体板に隣接または近接している１または２以上の導体棒から前記各誘電体板を介して電磁波を前記処理容器内に放出し、前記放出された電磁波により前記処理容器に導入された処理ガスを励起させて被処理体に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の使用方法が提供される。【００４４】
また、上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、周波数が１ＧＨｚ以下の電磁波を電磁波源から出力し、前記電磁波源から出力された電磁波を伝送線路に伝送させ、前記伝送線路を伝送した電磁波を分岐部により複数の電磁波に分配させて複数の導体棒に伝送させ、各誘電体板に隣接または近接している１または２以上の導体棒から前記各誘電体板を介して電磁波を前記処理容器内に放出し、前記放出された電磁波により前記処理容器に導入されたクリーニングガスを励起させてプラズマ処理装置をクリーニングするプラズマ処理装置のクリーニング方法が提供される。【００４５】
これらによれば、周波数が１ＧＨｚ以下の電磁波をプラズマ処理装置に供給することにより、電磁波の周波数の２乗に比例するカットオフ密度ｎｃを飛躍的に小さくすることができ、プロセスウィンドウが広がって、一つの装置でさまざまなプロセスを実現することができる。【００４６】
たとえば、１ＧＨｚ以下の周波数の電磁波を用いることにより、２．４５ＧＨｚの周波数の電磁波のある程度のパワーでは単一ガスの状態で表面波が広がらず、均一で安定したプラズマを励起できなかったＦ系単一ガスであっても均一で安定したプラズマを励起させることができる。これにより、実用的な電磁波のパワーを用いてクリーニングガスを励起させ、これにより生成されたプラズマによってプラズマ処理装置の内部をクリーニングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるプラズマ処理装置のＸ−Ｚ面にて切断した縦断面図である。
【図２】同実施形態にかかるプラズマ処理装置の天井面を示した図である。
【図３】同実施形態にかかる分岐板近傍を拡大した断面図である。
【図４】同実施形態にかかるプラズマ処理装置をＹ−Ｚ面にて切断した縦断面図の上部を示す図である。
【図５】同実施形態にかかる分岐同軸管を拡大した断面図である。
【図６】同実施形態にかかるトーナメント式の導波管を説明するための図である。
【図７】図３の断面Ｃ−Ｃを示した図である。
【図８】本発明の第２実施形態にかかるプラズマ処理装置の縦断面図である。
【図９】図８の断面Ｘ−Ｘを示した図である。
【図１０】図８の断面Ｆ−Ｆを示した図である。
【図１１】本発明の第２実施形態の変形例にかかるプラズマ処理装置の縦断面図である。
【図１２】図１１の断面Ｇ−Ｇを示した図である。
【図１３】本発明の第３実施形態にかかるプラズマ処理装置の縦断面図である。
【図１４】図１３の断面Ｐ−Ｐを示した図である。
【図１５】図１３の断面Ｕ−Ｕを示した図である。
【図１６】第３実施形態の変形例にかかるプラズマ処理装置の縦断面図である。
【図１７】第３実施形態の変形例にかかるプラズマ処理装置の縦断面図である。
【図１８】分岐同軸管の一部を拡大した図およびその断面図である。
【図１９】本発明の第４実施形態にかかるプラズマ処理装置の縦断面図である。
【図２０】図１９の断面Ｖ−Ｖを示した図である。
【図２１】図１９の断面Ｗ−Ｗを示した図である。
【図２２】変形例にかかるプラズマ処理装置の縦断面図である。
【図２３】図２２の断面ｚ−ｚを示した図である。
【図２４】マイクロ波の電力密度とプラズマの電子密度との関係を示すグラフである。
【図２５】分岐導波管の変形例を示した図である。
【図２６】図２５の１−１断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０                プラズマ処理装置
１００              処理容器
２００              容器本体
２０５，４１５ａ，４１５ｂ，５３０  Ｏリング
３００              蓋体
３００ｄ            蓋部
３０５              誘電体板
３１５              同軸管
３１５ａ            内部導体
４１０，６１５，６３０  誘電体
５００              固定機構
５２０、６４０      短絡部
５２５              リング状の誘電体
５３５              クッションリング
６００、６２０      同軸管
６００ａ、６２０ａ、６７０ａ  内部導体
６０５              同軸導波管変換器
６３５              留め具
６７０              分岐同軸管
６１０              分岐板
６４５，６６５      コネクタ
９００              マイクロ波源
９０５              分岐導波管
９１０              分配導波管
Ｕ                  処理室
【発明を実施するための形態】
【００４９】
（第１実施形態）
以下に添付図面を参照しながら、まず、本発明の第１実施形態にかかるプラズマ処理装置について、本装置の縦断面を模式的に示した図１（図２の断面Ｏ−Ｏ）および処理容器の天井面を示した図２を参照しながら説明する。なお、以下の説明及び添付図面において、同一の構成及び機能を有する構成要素については、同一符号を付することにより重複説明を省略する。
【００５０】
（プラズマ処理装置の構成）
プラズマ処理装置１０は、その内部にてガラス基板（以下、「基板Ｇ」という。）をプラズマ処理するための処理容器１００を有している。処理容器１００は、容器本体２００と蓋体３００とから構成される。容器本体２００は、その上部が開口された有底立方体形状を有していて、その開口は蓋体３００により閉塞されている。容器本体２００と蓋体３００との接触面にはＯリング２０５が設けられていて、これにより容器本体２００と蓋体３００とが密閉され、処理室Ｕが形成される。容器本体２００および蓋体３００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。
【００５１】
処理容器１００の内部には、基板Ｇを載置するためのサセプタ１０５（ステージ）が設けられている。サセプタ１０５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１１０およびヒータ１１５が設けられている。
【００５２】
給電部１１０には、整合器１２０（たとえば、コンデンサ）を介して高周波電源１２５が接続される。また、給電部１１０には、コイル１３０を介して高圧直流電源１３５が接続される。整合器１２０、高周波電源１２５、コイル１３０および高圧直流電源１３５は、処理容器１００の外部に設けられている。また、高周波電源１２５および高圧直流電源１３５は接地されている。
【００５３】
給電部１１０は、高周波電源１２５から出力された高周波電力により処理容器１００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１１０は、高圧直流電源１３５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。
【００５４】
ヒータ１１５には、処理容器１００の外部に設けられた交流電源１４０が接続されていて、交流電源１４０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。サセプタ１０５は、支持体１４５に支持されていて、その周囲には処理室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１５０が設けられている。
【００５５】
処理容器１００の底部にはガス排出管１５５が設けられていて、処理容器１００の外部に設けられた真空ポンプ（図示せず）を用いてガス排出管１５５から処理容器１００内のガスが排出されることにより、処理室Ｕは所望の真空度まで減圧される。
【００５６】
蓋体３００には、複数の誘電体板３０５、複数の金属電極３１０および複数の同軸管の内部導体３１５ａが設けられている。図２を参照すると、誘電体板３０５は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）により形成された、１４８ｍｍ×１４８ｍｍの略正方形のプレートが分岐同軸管６７０の管内波長をλｇ（９１５ＭＨｚにおいて３２８ｍｍ）としたとき、λｇ／２の整数倍（ここでは１倍）の等間隔にて縦横に配置されている。これにより、２２４枚（＝１４×１６）の誘電体板３０５が、２２７７．４ｍｍ×２６０５ｍｍの処理容器１００の天井面に均等に配置される。
【００５７】
このように、誘電体板３０５は対称性のよい形状をしているため、１枚の誘電体板３０５の中で均一なプラズマを生じやすい。また、複数の誘電体板３０５がλｇ／２の整数倍の等間隔に配置されることにより、同軸管の内部導体３１５ａを用いてマイクロ波を導入する場合、均一なプラズマを生成することができる。
【００５８】
再び図１に戻ると、蓋体３００の金属面には、図１に示した溝３００ａが切られていて導体表面波の伝搬を抑制するようになっている。なお、導体表面波とは、金属面とプラズマとの間を伝搬する波をいう。
【００５９】
誘電体板３０５を貫通した内部導体３１５ａの先端には金属電極３１０が基板Ｇ側に露出するように設けられていて、内部導体３１５ａおよび金属電極３１０によって誘電体板３０５を保持するようになっている。金属電極３１０の基板側の面には、誘電体カバー３２０が設けられ、電界の集中を防止するようになっている。
【００６０】
図２の断面Ａ−Ａ’−Ａを示した図３を参照しながらさらに説明を続ける。同軸管３１５は、筒状の内部導体（軸部）３１５ａと外部導体３１５ｂとから構成されていて、金属(好ましくは銅)により形成されている。蓋体３００と内部導体３１５ａとの間には、リング状の誘電体４１０と誘電体４１０の両側面にて処理室Ｕの内部を真空シールするＯリング４１５ａ、４１５ｂが設けられている。
【００６１】
内部導体３１５ａは、蓋部３００ｄを貫いて処理容器１００の外部に突出している。内部導体３１５ａは、連結部５１０、バネ部材５１５および短絡部５２０からなる固定機構５００により、バネ部材５１５の弾性力を用いて処理容器１００の外側に向かって吊り上げられている。なお、蓋部３００ｄは、蓋体３００の上面にて蓋体３００と外部導体３１５ｂと一体化している部分をいう。
【００６２】
内部導体３１５ａの貫通部分に設けられた短絡部は、同軸管３１５の内部導体３１５ａと蓋部３００ｄとを電気的に短絡させるようになっている。短絡部５２０は、シールドスパイラルから構成され、内部導体３１５ａを上下に摺動可能に設けられている。なお、短絡部５２０に、金属ブラシを用いることもできる。
【００６３】
このように、短絡部５２０を設けたことにより、プラズマから金属電極３２０に流入した熱を内部導体３１５ａおよび短絡部を通して効率よく蓋に逃がすことができるため、内部導体３１５ａの加熱を抑制し内部導体３１５ａに隣接したＯリング４１５ａ、４１５ｂの劣化を防ぐことができる。また、短絡部５２０は、内部導体３１５ａを通してバネ部材５１５にマイクロ波が伝わることを防止するため、バネ部材５１５周辺での異常放電や電力損失が発生しない。さらに、短絡部５２０は、内部導体３１５ａの軸ぶれを防ぎ、しっかりと保持することができる。
【００６４】
なお、短絡部５２０にて蓋部３００ｄと内部導体３１５ａとの間、および後述する誘電体６１５と蓋部３００ｄとの間をＯリング(図示せず)にて真空シールし、蓋部３００ｄ内の空間に不活性ガスを充填することにより、大気中の不純物が処理室内に混入することを防ぐことができる。
【００６５】
図１の冷媒供給源７００は、冷媒配管７０５に接続されていて、冷媒供給源７００から供給された冷媒が冷媒配管７０５内を循環して再び冷媒供給源７００に戻ることにより、処理容器１００を所望の温度に保つようになっている。
【００６６】
ガス供給源８００は、ガスライン８０５を介して、図３に示した内部導体３１５ａ内のガス流路から処理室内に導入される。
【００６７】
２台のマイクロ波源９００から出力された、１２０ｋＷ（＝６０ｋＷ×２（２Ｗ／ｃｍ２））のマイクロ波は、分岐導波管９０５、８つの同軸導波管変換器６０５、８つの同軸管６２０、図１の背面方向に平行に位置する８本の分岐同軸管６７０(図２，４参照)に７本ずつ連結された同軸管６００、分岐板６１０および同軸管３１５を伝送し、複数の誘電体板３０５を透過して処理室内に供給される。処理室Ｕに放出されたマイクロ波は、ガス供給源８００から供給された処理ガスを励起させ、これにより生成されたプラズマを用いて基板Ｇ上に所望のプラズマ処理が実行される。
【００６８】
なお、分岐導波管９０５、同軸管６００、６２０、６７０、３１５は、伝送線路の一例である。より具体的には、同軸管６００は、第１の同軸管の一例であり、同軸管３１５の内部導体３１５ａは、導体棒の一例である。また、分岐板６１０は、第１の同軸管と導体棒との間に設けられた分岐部材の一例である。分岐部材は、板状である必要はなく、たとえば棒状であってもよい。
【００６９】
＜伝送線路＞
以上に説明したプラズマ処理装置１０では、１ＧＨｚ以下の低周波のマイクロ波を処理容器１００に供給することを可能にするとともに、処理容器１００の上方をシンプルな構造とするように伝送線路が設計される。つぎに、本実施形態にかかる伝送線路についてより詳しく説明する
【００７０】
（分岐同軸管）
図２の断面Ｂ−Ｂ（図１と断面が９０度異なる）にて本装置を切断し、その上部のみを示した図４を参照すると、同軸管６２０と複数の同軸管６００とは、分岐同軸管６７０により連結されている。分岐同軸管６７０は、複数の誘電体板３０５に略平行に配置された第２の同軸管（平行同軸管）の一例であり、同軸管６００，６２０は、複数の誘電体板３０５に略垂直に配置された１または２以上の垂直同軸管の一例である。
【００７１】
分岐同軸管６７０の内部導体６７０ａには、７本の同軸管６００の内部導体６００ａが、概ねｎ１×λｇ／２（ここでは、ｎ１＝２）のピッチで連結されている。内部導体６００ａのピッチを分岐同軸管６７０を伝送するマイクロ波の管内波長λｇに対して、概ねλｇ／２の整数倍にすることにより、内部導体６００ａに均等に電力を配分することができる。さらに、図２に示したように、分岐同軸管６７０のピッチは、同軸管６００のピッチと等しいλｇとなっている。これにより、同軸管６００および分岐板６１０を介して内部導体３１５ａに連結された誘電体板３０５は、処理容器１００の天井面全面に縦横にλg／２の間隔で吊り下げられる。この結果、誘電体板の縦横の寸法が等しくなり、表面波伝搬モードの対称性がよくなることから、誘電体板面内におけるプラズマの均一性を確保しやすい。
【００７２】
図４の分岐同軸管６７０をさらに拡大して示した図５を参照すると、内部導体６７０ａは、その両端にて内部導体６７０ａの軸方向の位置を決める留め具６３５により外枠（蓋部３００ｄ）に固定されるとともに、その貫通部分には分岐同軸管６７０の内部導体６７０ａと外枠（蓋部３００ｄ）とを電気的に短絡させる短絡部６４０が設けられている。
【００７３】
図５の下部には、右側に内部導体６７０ａ，６００ａとの連結部分が拡大され、左側に図５の断面Ｈ−Ｈが示されている。分岐同軸管６７０の内部導体６７０ａは、円筒状のコネクタ６４５に接続されている。コネクタ６４５の内側表面には、２本のシールドスパイラル６５０ａ、６５０ｂが設けられていて、これにより、内部導体６７０ａは横方向に摺動可能になっている。熱応力に応じて内部導体６７０ａが摺動することにより、伝送線路にストレスがかかることを回避することができる。
【００７４】
（冷却機構）
内部導体６７０ａの内部には、冷媒を流すための通路６５５が貫通している。冷媒供給源７００から供給された冷媒は、冷媒配管７０５に連結された通路６５５を循環する。冷却機構は、内部導体３１５ａの内部に設けられてもよく、これにより、内部導体６７０ａや内部導体３１５ａが過度に加熱されることを防ぐようになっている。また、内部導体３１５ａには、内部導体３１５ａを保持する保持部６６０が設けられている。保持部６６０は、保持部はリング状に形成され、テフロン(登録商標）から形成されている。
【００７５】
（分岐導波管）
マイクロ波を発生させるマグネトロンは、通常、導波管と連結されること、数１０ｋＷ程度の大きな電力をマイクロ波源から直接同軸管に出力すると同軸管の内部にて放電が生じ、内部が加熱するおそれがあること、マイクロ波の波長が短くなると、大電力用の径の大きな同軸管では伝送モードや整合の点でマイクロ波の伝送に困難が生じてくることから、マイクロ波源には導波管が連結されるのが一般的である。
【００７６】
そこで、本実施形態にかかるプラズマ処理装置１０では、複数段の分岐線路のうち大電力のマイクロ波を伝送させるマイクロ波源に近い部分には、分岐導波管９０５を用いている。
【００７７】
図６に示したように、分岐導波管９０５は、トーナメント式に２分岐（Ｔ分岐）を１回以上繰り返し（ここでは３回）、その分岐端部にて８つの同軸導波管変換器６０５を介して同軸管６２０に連結される。分岐導波管９０５の上層９０５ａ、中層９０５ｂ、下層９０５ｃにおける導波管間の間隔は、分岐先の同軸管の管内波長をλｇとしたとき、４λｇ（＝８×λｇ／２）、２λｇ（＝４×λｇ／２）、λｇ（＝２×λｇ／２）となっていて、管内波長λｇ、整数ｍに対してすべてｍ×λｇ／２の長さに統一されている。ただし、分岐導波管９０５は、トーナメント式に分岐していなくても、分岐部分を有していればよい。
【００７８】
これにより、マイクロ波源９００から分岐端部までのマイクロ波の伝送距離は同じになる。この結果、分配されたマイクロ波の位相の同期をとりながら、マイクロ波の電力を８つの同軸管６２０に均等に分配することができる。
【００７９】
なお、分岐導波管９０５は、平行同軸管の内部導体、垂直同軸管の内部導体または任意の導波管のいずれかに接続することができる。
【００８０】
図１に示した同軸導波管変換器６０５は、分岐導波管９０５を伝送したマイクロ波を、同軸管６２０に伝送させる。同軸管６２０は、分岐同軸管６７０を介して複数の同軸管６００と連結し、さらに分岐板６１０につながっている。
【００８１】
（分岐板）
図３の断面Ｃ−Ｃを示した図７を参照すると、分岐板６１０は、内部導体６００ａとの連結位置Ｂｐを中心として十字状に形成されている。分岐板６１０は、銅などの金属により形成される。分岐板６１０は、４つの端部（位置Ｄｐ）にてそれぞれ同軸管３１５の内部導体３１５ａに連結される。
【００８２】
また、分岐板６１０は、２以上の内部導体３１５ａを連結するように構成される必要があるが、必ずしも十字状に形成される必要はなく、たとえば、同軸管６００の中心軸に対して同一円周上に等間隔に内部導体３１５ａを配置するように形成されてもよい。また、同軸管６００の中心軸に対して点対称な位置に内部導体３１５ａを配置するように形成されてもよい。
【００８３】
（誘電体：インピーダンス整合）
図３に示した位置Ｂｐの上下には、テフロン（登録商標）にて形成された誘電体６１５が設けられている。誘電体６１５は、分岐板６１０を支えるとともにインピーダンス整合を取るために設けられている。これにより、分岐板６１０と内部導体６００ａとの連結部分にて急激にインピーダンスが変化することを防止することができる。この結果、伝送線路において反射が発生することを抑制し、効率よくマイクロ波を伝送させることができる。
【００８４】
（短絡部）
分岐板６１０と内部導体３１５ａとの接続位置Ｄｐと短絡部５２０との間隔は、マイクロ波の管内波長λｇに対して、λｇ／４になるように設計されている。図３の左側に示したように、位置Ｄｐにマイクロ波のピーク（腹）を合わせると、短絡部５２０でのマイクロ波の電力は０（節）になる。短絡部５２０と位置Ｄｐ間は、一端を短絡された分布定数線路とみなすことができる。このように、一端が短絡された長さがλｇ／４の分布定数線路は、もう一端から見るとインピーダンスがほぼ無限大に見えるので、マイクロ波の伝送にとって位置Ｄｐから短絡部５２０までの部分は存在しないに等しいものとなり、伝送線路の設計が容易になる。
【００８５】
ただし、位置Ｄｐから短絡部５２０までの長さは、λｇ／４を基準として設計されればよい。すなわち、上記長さは、λｇ／４より短くなった場合には、伝送線路にＣ成分が付加されたことと等価であり、λｇ／４より長くなった場合には、伝送線路にＬ成分が付加されたことと等価であることを考慮して、設計されていればよい。
【００８６】
同軸管６００に伝送されたマイクロ波は、分岐板６１０により複数のマイクロ波に分配されて複数の内部導体３１５ａに伝送され、さらに複数の誘電体板３０５にそれぞれ伝えられる。これにより、天井面に均等に配置された２２４枚の誘電体板３０５から処理容器内に均等な電力のマイクロ波が供給される。
【００８７】
以上に説明した本実施形態にかかるプラズマ処理装置によれば、低周波のマイクロ波の供給を可能としながらも、低周波のマイクロ波を供給する際の伝送線路の大型化を解消して、シンプルかつコンパクトな伝送線路を設計することができ、メンテナンスを容易にすることができる。また、比較的小面積の複数の誘電体板から処理容器内にマイクロ波を供給して、マルチモードのマイクロ波の発生を抑制することにより、均一なプラズマを生成することができる。
【００８８】
（第２実施形態）
つぎに、第２実施形態にかかるプラズマ処理装置１０について図８〜１０を参照しながら説明する。図８のＸ−Ｘ断面を図９に示す。図８は、図９のＹ−Ｙ面にて切断した図である。図８に示したように第２実施形態にかかるプラズマ処理装置１０では、分岐部（分配導波管９１０）のみが存在し、同軸管分岐および導波管分岐がない点で第１実施形態にかかるプラズマ処理装置１０と異なる。よって、以下では、第２実施形態にかかるプラズマ処理装置１０の分配導波管９１０について説明する。本実施形態の分配導波管９１０は、分岐部の一例である。
【００８９】
蓋体３００の上部には、蓋部３００ｄと一体になって分配導波管９１０が配設されている。分配導波管９１０は、略直方体の形状を有した中空の導波管であり、分配導波管９１０の内部には大気が充填されている。本実施形態では、図９に示したように、略正方形の誘電体板３０５が、４枚等間隔に配置されている。
【００９０】
分配導波管９１０の内部空間には、図８の断面Ｆ−Ｆを示した図１０にて表されるように、その内部中央に同軸管の内部導体６００ａが挿入され、同軸管６００の中心軸に対して点対称な位置に内部導体３１５ａが４つ挿入されている。分配導波管９１０の端部の電界強度は弱いため、内部導体３１５ａが端部の近くに配置されるとマイクロ波が同軸管３１５にうまく伝送されない。このため、内部導体３１５ａが電界定在波の腹の位置に配置されるよう、分配導波管９１０の端部と内部導体３１５ａ中心軸間の距離は、分配導波管９１０内の管内波長をλｇとしたときλｇ／４に等しくなっている。なお、必ずしもλｇ／４でなくてもかまわない。
【００９１】
このように構成された本実施形態にかかるプラズマ処理装置では、マイクロ波源９００から出力されたマイクロ波が、導波管９５０（分岐なし）、同軸管６００から分配導波管９１０に伝送され、内部導体６００ａから内部導体３１５ａに伝送していく。
【００９２】
図７に示したように、本実施形態においても、４つの内部導体３１５ａは、内部導体６００ａに対して点対称に設けられる。このような対称性により、分配導波管９１０を伝送するマイクロ波は、位相の同期を取り、かつその電力を均等に分配しながら各内部導体３１５ａへ伝送していく。
【００９３】
以上に説明した第２実施形態にかかるプラズマ処理装置によれば、対称分岐（分岐部）として分配導波管９１０を用いることにより、分岐板６１０を設けることなく同軸管６００から内部導体３１５ａに均等にマイクロ波を伝送させることができる。
【００９４】
なお、第２実施形態にかかるプラズマ処理装置１０は、誘電体板３０５や金属電極３１０の形状が異なる点、誘電体カバー３２０が存在しない点、各誘電体板３０５を囲む溝３００ａの他にすべての誘電体板を囲む溝３００ｂが設けられている点、誘電体板３０５および金属電極３１０が回転することを防止するための係止部４２５が設けられている点において第１実施形態にかかるプラズマ処理装置１０と異なる。このように、誘電体板３０５や金属電極３１０の形状や誘電体カバー３２０の有無などは、種々の構成をとることができる。
【００９５】
本実施形態においては、４枚の矩形の誘電体が縦横に配列されているが、誘電体の形状や配列はこの限りではない。例えば、複数枚の扇形の誘電体板を同心円状、またはリング状に配列してもよい。
【００９６】
（第２実施形態の変形例）
つぎに、第２実施形態の変形例にかかるプラズマ処理装置１０について、図１１、図１２を参照しながら説明する。第２実施形態の変形例では、内部導体６００ａが蓋部３００ｄに電気的に接続されていない点および分配導波管９１０の端部空間Ｓが蓋体３００に溝を設けることにより形成される点において第２実施形態と異なる。よって、この相違点を中心に第２実施形態の変形例にかかるプラズマ処理装置１０について説明する。
【００９７】
本変形例では、誘電体６３０は、フッ素樹脂（たとえばテフロン（登録商標））、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、石英などにより形成され、マイクロ波の反射を抑えるために、形状が最適化されている。このようにして、マイクロ波の伝送損失を抑えつつ、各分岐位置Ｄｐにおいてマイクロ波の位相の同期を取りながら、マイクロ波を各内部導体３１５ａに均等に分配して伝送させることができる。
【００９８】
分配導波管９１０の端部の電界強度は弱いため、内部導体３１５ａが端部の近くに配置されるとマイクロ波が同軸管３１５にうまく伝送しない。このため、内部導体３１５ａが電界定在波の腹の位置に配置されるよう、分配導波管９１０の端部（空間Ｓの端部）と内部導体３１５ａ中心軸間の距離は、分配導波管９１０内の管内波長をλｇとしたときλｇ／４に等しくなっている。なお、必ずしもλｇ／４でなくてもかまわない。
【００９９】
空間Ｓを蓋体３００の内部に設ける代わりに、分配導波管９１０の端部を処理容器１００の外側に向けて突出させて空間Ｓを形成するようにしてもよい。また、空間Ｓは、図１１の断面Ｇ−Ｇである図１２に示したように蓋体３００に設けられた複数の溝であってもよいし、各内部導体３１５ａを囲む一つの溝であってもよい。なお、図１１の断面Ｘ−Ｘは、第２実施形態と同様図９である。
【０１００】
以上に説明した変形例にかかるプラズマ処理装置１０によれば、分配導波管９１０および誘電体６３０を用いることにより、分岐板６１０を設けることなく内部導体６００ａから内部導体３１５ａにマイクロ波を伝送させることができる。また、空間Ｓを蓋体３００の内部に設けることにより、分配導波管９１０をよりコンパクトに設計することができる。この結果、処理容器１００の上方をよりシンプルに設計することができる。
【０１０１】
（第３実施形態）
つぎに、第３実施形態にかかるプラズマ処理装置１０について、図１３〜図１５を参照しながら説明する。第３実施形態にかかるプラズマ処理装置１０では、第１実施形態の分岐板６１０（分岐部）がないこととバネ部材の種類が異なること以外はほぼ第１実施形態にかかるプラズマ処理装置１０と同じである。
【０１０２】
図１３および図１３の断面Ｐ−Ｐである図１４に示したように、本実施形態では、複数の内部導体３１５ａが、分岐同軸管６７０の管内波長λｇの１／２のピッチで分岐同軸管６７０の内部導体６７０ａに直接連結している。また、分岐導波管９０５には、図１３の断面Ｕ−Ｕを示した図１５のＹ分岐が用いられている。
【０１０３】
分岐同軸管６７０の内部導体６７０ａには、４本の内部導体３１５ａが、概ねｎ１×λｇ／２（ここでは、ｎ１＝１）の間隔で吊り下げられる。本実施形態においては、分岐同軸管６７０のピッチを同軸管３１５のピッチと等しくすることにより、誘電体板の縦横の寸法が等しくなり、表面波伝搬モードの対称性がよくなることから、誘電体板面内におけるプラズマの均一性を確保しやすい。
【０１０４】
内部導体３１５ａには、上部内部導体３１５ａ１と下部内部導体３１５ａ２とを連結するコネクタ６６５が設けられている。これにより、上部内部導体３１５ａ１と下部内部導体３１５ａ２とを電気的に接続させながら、熱膨張や熱収縮に応じて内部導体３１５ａにストレスがかからないように、コネクタ６６５により熱膨張や熱収縮を吸収する。
【０１０５】
以上に説明した第３実施形態にかかるプラズマ処理装置によれば、４本の内部導体３１５ａを直線上に等間隔に分岐同軸管の内部導体６７０ａに連結させることにより、分岐板６１０を設けることなく分岐同軸管の内部導体６７０ａから内部導体３１５ａにマイクロ波を伝送させることができる。
【０１０６】
なお、誘電体板３０５は、第１実施形態で用いたバネ部材の代わりにＯリング５３０を用いて吊り上げられている。具体的には、内部導体３１５ａを貫通したリング状の誘電体５２５は、蓋体３００と内部導体３１５ａとの間の空間を塞ぐように設けられ、リング状誘電体５２５の外周側下部には、内部導体３１５ａを吊り上げるためにＯリング５３０が設けられている。また、リング状誘電体５２５の内周側上部には、内部導体３１５ａが吊り上げられたときに内部導体３１５ａにかかる局所的な力を緩衝するためにクッションリング５３５が設けられている。
【０１０７】
（第３実施形態の変形例）
なお、第３実施形態の変形例としては、つぎの変形例１〜３が挙げられる。
【０１０８】
（変形例１）
図１６に示した第３実施形態の変形例１にかかるプラズマ処理装置１０では、垂直同軸管の有無と、導波管分岐の設置方向が第３実施形態と異なる。すなわち、本変形例では、垂直同軸管がなく、分岐導波管９０５が分岐同軸管６７０の端部にて内部導体６７０ａに連結している。
【０１０９】
この場合にも、同軸管３１５のピッチは、概ねｎ１×λｇ／２に保たれ、各々の同軸管３１５に均等にマイクロ波電力が分配されるようになっている。
【０１１０】
（変形例２）
図１７に示した第３実施形態の変形例２においても、垂直同軸管はなく、分岐導波管９０５が分岐同軸管６７０の中央にて内部導体６７０ａに連結している。
【０１１１】
この場合にも、同軸管３１５のピッチは、概ねｎ１×λｇ／２に保たれる。このように、本変形例においても、伝送線路は、マイクロ波の位相の同期と、端部での反射が良好に制御されるように設計される。これにより、電力を均等に分配しながら、複数の誘電体板３０５にマイクロ波を伝送させることができる。
【０１１２】
（変形例３）
図１８の右側に第３実施形態の変形例３の分岐同軸管６７０を拡大して示すとともに、左側に図１８の断面Ｉ−Ｉを示したように、変形例３にかかる分岐同軸管６７０の内部導体は、外側のパイプ６７０ｂと内側のパイプ６７０ｃとから形成される。内側のパイプ６７０ｃの内部には、冷媒を通すための通路６５５が設けられている。また、外側のパイプ６７０ｂには、分岐同軸管６７０の中心軸上に内部導体が配置されるよう保持部６６０が設けられている。
【０１１３】
内側のパイプ６７０ｃは、外側のパイプ６７０ｂの内周に面して設けられている。外側のパイプ６７０ｂは複数に分断され、コネクタ６６５により接続されている。すなわち、外側のパイプ６７０ｂのパイプ６７０ｂ１の凹部に、パイプ６７０ｂ２の凸部を連結することにより、分断されたパイプを電気的に接触させるとともに、熱膨張や熱収縮に応じてパイプにストレスがかからないように、コネクタ６６５により熱膨張や熱収縮を吸収することができる。
【０１１４】
本変形例によれば、パイプを二重構造にするとともにコネクタ６６５を設けたことにより、外側のパイプ６７０ｂは、内側のパイプ６７０ｃに影響を与えることなく横方向にスライドし、熱膨張または熱収縮に起因する伝送線路へのストレスをコネクタ６６５により吸収することができる。また、内側のパイプ６７０ｃの内部に冷媒を流すことにより、熱伝導によって効果的に内部導体（パイプ）を冷却することができる。
【０１１５】
（第４実施形態）
つぎに、第４実施形態にかかるプラズマ処理装置１０について、図１９〜２１を参照しながら説明する。第４実施形態にかかるプラズマ処理装置１０は、第１実施形態の分岐部を分岐板６１０に代えて分配導波管９１０を用いた点だけが異なる。
【０１１６】
本実施形態にかかるプラズマ処理装置１０でも、図１９の断面Ｖ−Ｖを示した図２０に示したように、誘電体板３０５は対称性のよい形状をしているため、１枚の誘電体板３０５の中で均一なプラズマを生じやすい。また、図１９の断面Ｗ−Ｗを示した図２１を参照すると、複数の誘電体板３０５がλｇ／２の整数倍の等間隔に配置されることにより、同軸管の内部導体３１５ａを用いてマイクロ波を導入する場合、均一なプラズマを生成することができる。
【０１１７】
なお、本実施形態にかかる分岐同軸管６７０は、前記複数の誘電体板３０５に略平行に配置された第３の同軸管の一例である。伝送線路は、第３の同軸管を複数本含むとともに、さらに複数の第４の同軸管を含み、第４の同軸管の各々の内部導体は、第３の同軸管の各々の内部導体に接続し、複数の第１の同軸管の内部導体の上層に位置し、かつ複数の第４の同軸管の内部導体は、整数ｎ２（ｎ２は１以上）に対して、概ねｎ２×λｇ／２の間隔にて配置されていてもよい。
【０１１８】
これにより、同軸管同士または導波管と同軸管とを用いて階層的に分岐した伝送線路を構築することができる。これにより、マイクロ波を均等に６４枚の誘電体板３０５に伝送させることができる。
【０１１９】
本実施形態によれば、処理容器１００の天井面全面に均等に配置された多数枚の誘電体板３０５から、マイクロ波を均一に処理室Ｕに供給することができ、これにより、均一なプラズマを生成することができる。
【０１２０】
以上に説明した各実施形態によれば、処理容器１００の上部近傍をシンプルに設計することができる。また、低周波のマイクロ波を用いて種々のプラズマ処理を実行することができる。
【０１２１】
なお、ｎ１、ｎ２は、１または２が望ましい。ｎ１、ｎ２の値が大きくなると、マイクロ波の伝送距離が長くなるため、位相の同期および電力の分配にバラツキが生じ、マイクロ波を均等に分配しながら伝送させることが難しくなるためである。また、ｎ１、ｎ２の値が大きくなると、伝送線路周りが複雑かつ巨大化し、保守作業が困難になるからである。なお、ｎ１、ｎ２の値が１の場合、第２の同軸管の内部導体間の間隔はλｇ／２になる。この場合、高周波マイクロ波を供給するより、低周波マイクロ波を供給したほうがよい。高周波マイクロ波を供給すると、マイクロ波の管内波長λｇが小さくなるため、第２の同軸管の内部導体間の間隔が狭くなり、誘電体の枚数が多くなり、コスト高になるためである。
【０１２２】
また、以上に説明した各実施形態では、各同軸管の内部導体は、熱伝導率および電気伝導率が高い銅により形成されていることが好ましい。これによれば、マイクロ波やプラズマから同軸管の内部導体に加えられた熱を効率的に逃がすとともに、マイクロ波を良好に伝送させることができる。
【０１２３】
また、前述したように、内部導体３１５ａは、複数の誘電体板３０５に隣接または近接し、マイクロ波を複数の誘電体板３０５に伝送させる導体棒の一例であるが、導体棒は、誘電体板３０５に電磁的に接続するとともに機械的に連結していてもよい。また、導体棒は、図２２（図２２の断面Ｚ−Ｚを図２３に示す）に示したように複数の誘電体板３０５に隣接していてもよく、図示していないが、複数の誘電体板３０５に近接していて、電磁的には接続されているが機械的には連結されていない状態であってもよい。また、導体棒は、板状であっても、テーパー状であってもよい。
【０１２４】
特に、機械的較差や熱膨張により発生した制御されない隙間は、装置の電気的特性を悪くするのに対し、このように導体棒を誘電体板３０５に近接させることにより、導体棒と誘電体板３０５との間に制御された隙間を設けた場合には、装置の電気的特性を変えることなくマイクロ波を効率的に誘電体板３０５に伝送させることができる。
【０１２５】
図２５に分岐導波管９０５の変形例を示す。変形例に係る分岐導波管９０５は、トーナメント方式の２×２×２分岐が、平面状に構成されている。マイクロ波源９００に対して、両側に対称的に導波管が分岐している。平面状に構成されているため、分岐導波管の厚さ（図２５の紙面に垂直方向の長さ）が薄く、装置上に容易に載置することができる。
【０１２６】
図２６には、図２５の１−１断面が示されている。本変形例の分岐導波管９０５では、８つの同軸導波管変換器６０５を介して同軸管６２０が分岐導波管９０５に連結される際、分岐導波管９０５と同軸管６２０の内部導体６２０ａとの接続部分をテーパー状に形成しただけでなく、分岐導波管９０５と外部導体６２０ｂとの接続部分もテーパー状に形成している。マイクロ波の反射を抑えるためである。
【０１２７】
上記実施形態において、各部の動作はお互いに関連しており、互いの関連を考慮しながら、一連の動作として置き換えることができる。そして、このように置き換えることにより、プラズマ処理装置の発明の実施形態を、プラズマ処理装置の使用方法やプラズマ処理装置のクリーニング方法の実施形態とすることができる。
【０１２８】
（周波数の限定）
上記各実施形態にかかるプラズマ処理装置１０を用いて、周波数が１ＧＨｚ以下のマイクロ波をマイクロ波源９００から出力することにより、良好なプラズマ処理を実現できる。その理由を以下に説明する。
【０１２９】
化学反応により基板表面に薄膜を堆積させるプラズマＣＶＤプロセスでは、基板表面だけでなく、処理容器内面にも膜が付着する。処理容器内面に付着した膜が剥がれ落ちて基板に付着すると、歩留まりを悪化させる。さらに、処理容器内面に付着した膜から発生した不純物ガスが薄膜に取り込まれ、膜質を悪化させることがある。よって、高品質プロセスを行うためには、チャンバ内面を定期的にクリーニングしなければならない。
【０１３０】
シリコン酸化膜やシリコン窒化膜のクリーニングには、Ｆラジカルが良く用いられる。Ｆラジカルは、これらの膜を高速にエッチングする。Ｆラジカルは、ＮＦ３やＳＦ６等のＦを含むガスでプラズマを励起し、ガス分子を分解することにより生成される。ＦとＯとを含む混合ガスでプラズマを励起すると、ＦやＯがプラズマ中の電子と再結合するため、プラズマ中の電子密度が低下する。特に、すべての物質の中で電気陰性度がもっとも大きなＦを含むガスでプラズマを励起すると、電子密度が著しく低下する。
【０１３１】
これを証明するために、発明者は、マイクロ波周波数２．４５ＧＨｚ、マイクロ波電力密度１．６Ｗ／ｃｍ−２、圧力１３．３Ｐａの条件でプラズマを生成して電子密度を計測した。その結果、電子密度は、Ａｒガスの場合には２．３×１０１２ｃｍ−３であったのに対し、ＮＦ３ガスの場合にはそれより一桁以上小さい６．３×１０１０ｃｍ−３であった。
【０１３２】
図２４に示したように、マイクロ波の電力密度を増加させると、プラズマ中の電子密度が増加する。具体的には、電力密度を１．６Ｗ／ｃｍ２から２．４Ｗ／ｃｍ２にすると、プラズマ中の電子密度は６．３×１０１０ｃｍ−３から１．４×１０１１ｃｍ−３まで増加する。
【０１３３】
一方、２．５Ｗ／ｃｍ２以上のマイクロ波を印加すると、誘電体板が加熱して割れたり各部で異常放電する危険性が高まるし、不経済であるため、ＮＦ３ガスでは実用上１．４×１０１１ｃｍ−３以上の電子密度にすることは困難である。すなわち、電子密度が極めて低いＮＦ３ガスでも均一で安定なプラズマを生成するためには、表面波共鳴密度ｎｓが、１．４×１０１１ｃｍ−３以下でなければならない。
【０１３４】
表面波共鳴密度ｎｓは、誘電体板とプラズマとの間を表面波が伝搬可能な最低の電子密度を表し、電子密度が表面波共鳴密度ｎｓよりも小さいと、表面波が伝搬しないため極めて不均一なプラズマしか励起することができない。表面波共鳴密度ｎｓは、式（１）のカットオフ密度ｎｃと式（２）にて示される比例関係がある。
ｎｃ＝ε０ｍｅω２／ｅ２・・・（１）
ｎｓ＝ｎｃ（１＋εｒ）・・・・（２）
ここで、ε０は真空の誘電率、ｍｅは電子の質量、ωはマイクロ波角周波数、ｅは電気素量、εｒは誘電体板の比誘電率である。
【０１３５】
上記式（１）（２）より、表面波共鳴密度ｎｓは、マイクロ波周波数の二乗に比例することが分かる。よって、低い周波数を選択した方が、より低い電子密度でも表面波が伝搬し均一なプラズマが得られる。たとえば、マイクロ波周波数を１／２にすると、１／４の電子密度でも均一なプラズマが得られることになり、マイクロ波周波数の低減はプロセスウィンドウの拡大に極めて有効である。
【０１３６】
表面波共鳴密度ｎｓが、ＮＦ３ガスを用いた場合の実用的な電子密度である１．４×１０１１ｃｍ−３と等しくなる周波数は１ＧＨｚである。すなわち、マイクロ波の周波数として１ＧＨｚ以下を選択すると、どんなガスを用いても実用的な電力密度で均一なプラズマを励起することができる。
【０１３７】
以上から、たとえば、周波数が１ＧＨｚ以下のマイクロ波をマイクロ波源９００から出力することにより、マイクロ波源９００から出力されたマイクロ波を伝送線路（たとえば、同軸管６００）に伝送させ、伝送線路を伝送したマイクロ波を分岐部（たとえば、分岐板６１０や分配導波管９１０）により複数のマイクロ波に分配させて複数の導体棒に伝送させ、各誘電体板に隣接または近接している１または２以上の導体棒から前記各誘電体板を介してマイクロ波を前記処理容器内に放出し、放出されたマイクロ波により処理容器に導入された処理ガスを励起させることにより、被処理体（たとえば、基板Ｇ）に良好なプラズマ処理を施すことができる。
【０１３８】
特に、たとえば、各実施形態にかかるプラズマ処理装置１０のマイクロ波源９００から周波数が１ＧＨｚ以下のマイクロ波を出力することにより、マイクロ波源９００から出力されたマイクロ波を伝送線路に伝送させ、伝送線路を伝送したマイクロ波を分岐部により複数のマイクロ波に分配させて複数の導体棒に伝送させ、各誘電体板に隣接または近接している１または２以上の導体棒から前記各誘電体板を介してマイクロ波を前記処理容器内に放出し、放出されたマイクロ波により処理容器に導入されたクリーニングガスを励起させることにより、単一クリーニングガスであってもプラズマ処理装置を良好にクリーニングすることができる。
【０１３９】
なお、各実施形態にかかるプラズマ処理装置１０の伝送線路のみを、周波数が１ＧＨｚ以下のマイクロ波をプラズマ処理装置に供給可能な給電装置であって、周波数が１ＧＨｚ以下のマイクロ波をプラズマ処理装置に供給可能な給電装置であって、マイクロ波を出力するマイクロ波源と、前記マイクロ波源から出力されたマイクロ波を伝送させる伝送線路と、前記処理容器の内壁に設けられた複数の誘電体板に隣接または近接し、マイクロ波を前記複数の誘電体板に伝送させる複数の導体棒と、前記伝送線路を伝送したマイクロ波を複数のマイクロ波に分配させて前記複数の導体棒に伝送させる分岐部とを備え、各誘電体板には１または２以上の導体棒が隣接または近接している給電装置として構成することも可能である。
【０１４０】
なお、上記実施形態では、９１５ＭＨｚのマイクロ波を出力するマイクロ波源９００を挙げたが、８９６ＭＨｚ、９２２ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を出力するマイクロ波源であってもよい。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発生する電磁波源に相当する。
【０１４１】
以上、添付図面を参照しながら本発明の一実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、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、そ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。
【０１４２】
たとえば、本発明にかかるプラズマ処理装置は、上記実施形態に限定されず、たとえば、平行同軸管と垂直同軸管を隣接する同軸管同士の間隔を概ねｎ×λｇ／２（ｎは１以上の整数）という規則性に基づき連結し、端部においてはλｇ／４という規則性に基づき終端させることにより、マイクロ波をロスなく均等に伝送する伝送線路であって、縦横無尽に多分岐する伝送線路を階層的に構築することができる。
【０１４３】
また、たとえば、本発明にかかるプラズマ処理装置は、大面積のガラス基板、円形のシリコンウエハや角型のＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を処理することもできる。
【０１４４】
また、本発明にかかるプラズマ処理装置では、成膜処理、拡散処理、エッチング処理、アッシング処理などのあらゆるプラズマ処理を実行することができる。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【国際調査報告】
2008153053.tif 000029
2008153053.tif 000030
2008153053.tif 000031
2008153053.tif 000032