(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波電源からマイクロ波プラズマ処理を行うチャンバへマイクロ波を伝送するマイクロ波伝送路に設けられ、前記チャンバ内の負荷のインピーダンスを前記マイクロ波電源の特性インピーダンスに整合させるチューナであって、
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
を具備し、
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、チューナ。
【請求項２】
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、前記滑り部材により前記保持部が構成され、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１に記載のチューナ。
【請求項３】
前記滑り部材は、滑り性を有する樹脂からなる、請求項２に記載のチューナ。
【請求項４】
前記スラグを少なくとも２つ有し、前記スラグ移動軸と前記モータとを、前記スラグに対応して少なくとも２つ有し、前記滑り部材には、他のスラグのスラグ移動軸が挿通される通し穴が形成されている、請求項２に記載のチューナ。
【請求項５】
前記少なくとも２つのモータは、前記スラグの移動方向に沿ってオフセット配置されている、請求項４に記載のチューナ。
【請求項６】
前記モータの出力軸に設けられた、前記スラグの位置を検知するためのインクリメント型のエンコーダをさらに有し、前記スラグを移動させてメカニカルストップへ到達させることによりモータが停止し、前記エンコーダのカウントが変化しないことを検出することにより前記スラグの原点位置を求め、そこを基準として前記スラグの位置を検知する、請求項２に記載のチューナ。
【請求項７】
前記内側導体は、前記滑り部材と前記スラグとの連結部が移動するためのスリットを有し、前記スリットの幅は５ｍｍ以下である、請求項２に記載のチューナ。
【請求項８】
マイクロ波電源と、前記マイクロ波電源から基板に対してプラズマ処理を行うチャンバへマイクロ波を伝送するマイクロ波伝送路と、前記マイクロ波伝送路に設けられ、前記チャンバ内の負荷のインピーダンスを前記マイクロ波電源の特性インピーダンスに整合させるチューナと、前記マイクロ波を前記チャンバに放射させてプラズマを生成させるアンテナ部とを具備し、
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
を備え、
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、マイクロ波プラズマ源。
【請求項９】
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、前記滑り部材により前記保持部が構成され、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８に記載のマイクロ波プラズマ源。
【請求項１０】
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８に記載のマイクロ波プラズマ源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波プラズマ処理装置においてインピーダンスの自動整合を行うチューナおよびマイクロ波プラズマ源に関する。
【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（例えば特開２００７−１０９４５７号公報）。【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（国際公開第２００８／０１３１１２号パンフレット）。【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（特開２００３−３４７８０８号公報等）。【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。【０００８】
このようなチューナにおいては、スラグを移動させるための駆動機構は外部導体の外側に設けられる。駆動機構としては、モータ等の駆動部、ボールネジ等の駆動伝達機構、ＬＭガイド等の駆動ガイド機構が用いられ、例えば、スラグにブラケットを取り付け、このブラケットを駆動伝達機構であるボールネジに接合し、モータによりボールネジを回転させて、ブラケットをＬＭガイドにガイドさせてスラグを移動させるものが一般的に用いられる。【０００９】
ところで、スラグの駆動機構として上述したようなものを用いる場合には、外部導体にブラケットが移動するためのスリットを設ける必要があり、このスリットから電磁波が漏れることへの対応として非常に大きなシールド機構が必要とされる。また、このように大きなシールド機構を必要とすることに加え、このような駆動機構が外部導体の外側に設けられると、機械要素の重量およびモーメントが増大し、大きなモータが必要とされる。このため、駆動機構を加味するとチューナの小型化には自ずと限界がある。
【発明の概要】
【００１０】
本発明の目的は、従来よりも小型化が可能なインピーダンス整合のためのチューナおよびそれを用いたマイクロ波プラズマ源を提供することにある。
【００１１】
本発明の第１の観点によれば、マイクロ波電源からマイクロ波プラズマ処理を行うチャンバへマイクロ波を伝送するマイクロ波伝送路に設けられ、前記チャンバ内の負荷のインピーダンスを前記マイクロ波電源の特性インピーダンスに整合させるチューナであって、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具備し、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チューナが提供される。
【００１２】
本発明の第２の観点によれば、マイクロ波電源と、前記マイクロ波電源から基板に対してプラズマ処理を行うチャンバへマイクロ波を伝送するマイクロ波伝送路と、前記マイクロ波伝送路に設けられ、前記チャンバ内の負荷のインピーダンスを前記マイクロ波電源の特性インピーダンスに整合させるチューナと、前記マイクロ波を前記チャンバに放射させてプラズマを生成させるアンテナ部とを具備し、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備え、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、マイクロ波プラズマ源が提供される。
【００１３】
上記第１および第２の観点において、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、前記滑り部材により前記保持部が構成され、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ことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るチューナ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】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平面図である。
【図５】チューナの本体における内側導体の一部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スロットアンテナを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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チューナ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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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調整の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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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、これらが合成されて放射されるようになっている。
【００３２】
マイクロ波導入機構４１は、２つのアンプ部４２からのマイクロ波電力が給電され、これらを合成してチャンバ１内に放射するものである。
【００３３】
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とを有している。チューナ６０は、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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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を有する平面スロットアンテナ８１を有している。アンテナ部８０は、平面スロットアンテナ８１の上面に設けられた遅波材８２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が貫通して軸受け部６７と平面スロットアンテナ８１とを接続している。したがって、内側導体５３が軸受け部６７および円柱部材８２ａを介して平面スロットアンテナ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の下端は平面スロットアンテナ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、平面スロットアンテナ８１および天板８３の周囲は被覆導体８４で覆われている。
【００４８】
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、平面スロットアンテナ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、平面スロットアンテナ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。
【００４９】
また、平面スロットアンテナ８１のさらに先端側には、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が配置されている。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スロットアンテナ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。
【００５０】
本実施形態において、メインアンプ４７と、チューナ６０と、平面スロットアンテナ８１とは近接配置している。そして、チューナ６０と平面スロットアンテナ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、かつ平面スロットアンテナ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。
【００５１】
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９０により制御されるようになっている。制御部９０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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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の平面スロットアンテナ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。
【００５６】
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、平面スロットアンテナ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。
【００５７】
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および平面スロットアンテナ８１が近接して設けられ、特にチューナ６０と平面スロットアンテナ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、平面スロットアンテナ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。
【００５８】
さらに、このようにチューナ６０と平面スロットアンテナ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、平面スロットアンテナ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。
【００５９】
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。
【００６０】
ところで、チューナ６０の本体部分は上述したようにコンパクトなものであるが、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化を回避することはできなかった。
【００６１】
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、これらを外側導体５２の外部に設ける場合と比較して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。
【００６２】
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。
【００６３】
さらに、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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
このことをシミュレーション結果に基づいて説明する。ここでは、有限要素法を用いた電磁波解析を用いて、種々のスリット幅の内側導体を用いた場合の、入力したマイクロ波電力のロスを求めた。なお、このシミュレーションにおいては、マイクロ波導入ポートは１箇所とした。スリット幅が０ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍ、６．６ｍｍ、１０ｍｍ、１３．３ｍｍと変化させ、ＳパラメータＳ１１を把握した。Ｓ１１はマイクロ波導入ポートから電磁波を入力したときの反射を示すものであり、この値が０の場合には反射によるロスが０、この値が１の場合には全部反射することを示す。その結果、Ｓ１１は、スリット幅が０ｍｍのとき０．０８７、３ｍｍのとき０．０８７、５ｍｍのとき０．０８３となり、スリット幅が５ｍｍまではＳ１１が０．１以下であって反射によるロスがほとんどないことが確認された。これに対し、スリット幅が６．６ｍｍではＳ１１＝０．１０３、スリット幅１０．０ｍｍではＳ１１＝０．１６２、スリット幅１３．３ｍｍではＳ１１＝０．２５８となり、スリット幅が５ｍｍを超えることにより急激に反射によるロスが大きくなっていくことが確認された。この結果から、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ることが示された。
【００６８】
以上のように本実施形態によれば、スラグ６１ａ、６１ｂを移動させる駆動機構が、駆動力を与える駆動部（モータ７３ａ、７３ｂ等）と、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の内部に収容されているので、これらを外側導体５２の外部に設ける場合と比較して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、ひいてはチューナ全体を小型化することができる。
【００６９】
また、駆動機構は、各スラグ６１ａ、６１ｂの内部に嵌め込まれ、内側導体５３の内周に接触した状態で内側導体５３の内部を滑り移動し、ねじ穴を有する滑り部材６３と、内側導体５３の内部に長手方向に沿って設けられ、各スラグ６１ａ、６１ｂの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６４ａ、６４ｂとを有しており、移動軸６４ａ、６４ｂと滑り部材６３とによりねじ機構からなる駆動伝達部が構成され、滑り部材６３と内側導体５３の内周面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、滑り部材６３により保持部が構成されるようにしたので、内側導体の内部に設けるのは滑り部材６３およびスラグ移動軸６４ａ、６４ｂのみであり、これらが駆動伝達機構、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り、駆動機構を著しくコンパクトにすることができ、チューナを一層小型化することができる。
【００７０】
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、平面スロット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、平面スロットアンテナ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。
【００７１】
さらに、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。
【００７２】
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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