(57)【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してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、マイクロ波電源から伝送されたマイクロ波が給電され、マイクロ波を放射する平面アンテナへマイクロ波を伝送するとともに、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スラグチューナであって、
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、その先端部に前記平面アンテナが取り付けられ、基端部にマイクロ波が給電されるマイクロ波伝送路と、
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、
前記マイクロ波伝送路の基端側に設けられ、前記スラグを移動させる駆動機構と
を具備し、
前記外側導体は、内筒をなす第１部材と外筒をなす第２部材との二重管構造であり、
前記第１部材と前記第２部材とは固定されておらず、前記内側導体と前記第１部材とは基端側において連結されており、前記第２部材の先端部および前記内側導体の先端部は、前記平面アンテナに接続されており、前記第１部材の先端と前記第２部材の先端とは分離し、前記第２部材の先端部は前記第１部材の先端側に突出しており、前記プラズマの熱で前記内側導体が加熱されて膨張した際に、前記第１部材はそれにともなって基端側に移動し、前記第２部材は前記内側導体とともに前記平面アンテナに拘束されることにより、前記第１部材の先端と前記第２部材の先端との間に間隙が形成され、
前記外側導体は、前記第１部材と前記第２部材との間にチョーク構造を有し、
前記チョーク構造は、前記外側導体の先端部から基端側に延びるλｇ／２（ただし、λｇはマイクロ波の実効波長である）の長さのチョーク溝を有し、前記チョーク溝の基端側端部を電流の定在波が腹となるショート状態とし、結果的に前記外側導体の前記先端部がショート状態となるようにしたことを特徴とするスラグチューナ。
【請求項２】
前記チョーク溝の前記先端部からλｇ／４の位置に、前記第１部材と前記第２部材とが合わさった部分が存在していることを特徴とする請求項１に記載のスラグチューナ。
【請求項３】
前記第１部材と前記第２部材とが合わさった部分に電磁シールド材を施すことを特徴とする請求項２に記載のスラグチューナ。
【請求項４】
前記チョーク溝に誘電体部材が埋め込ま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項に記載のスラグチューナ。
【請求項５】
前記第１部材と前記第２部材との間に滑り部材が介装されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のスラグチューナ。
【請求項６】
チャンバ内にマイクロ波プラズマを形成してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に用いられるマイクロ波プラズマ源であって、
マイクロ波を生成して出力するマイクロ波出力部と、前記マイクロ波出力部から出力されたマイクロ波を伝送し前記チャンバ内に放射するためのマイクロ波供給部とを具備し、
前記マイクロ波供給部は、請求項１から請求項５のいずれかのスラグチューナと、前記マイクロ波を放射する平面アンテナとを有するマイクロ波放射部を備えることを特徴とするマイクロ波プラズマ源。
【請求項７】
前記マイクロ波供給部は、前記マイクロ波放射部を複数有することを特徴とする請求項６に記載のマイクロ波プラズマ源。
【請求項８】
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、
請求項６または請求項７に記載のマイクロ波プラズマ源と
を具備し、
前記マイクロ波プラズマ源から前記チャンバ内に供給されたマイクロ波により前記ガス供給機構から供給されたガスをプラズマ化して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、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スラグチューナ、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、生成されるプラズマの電子温度が高いため微細素子にプラズマダメージが生じてしまい、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ラジアルラインスロットアンテナ（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、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で表面波プラズマを生成し、これ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】
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）。
【０００７】
特許文献２の技術では、各アンテナモジュールにおいて、平面状のスロットアンテナと負荷（プラズマ）のインピーダンスのチューニングを行うためスラグチューナを一体的に設けるとともにアンプを近接して設けているため、マイクロ波プラズマ源自体を著しくコンパクト化することができ、また、インピーダンス不整合が存在するアンテナ取り付け部分においてチューニングすることができるので、チューニングが高精度であり、反射の影響を確実に解消することができる。また、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、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ものであり、それ自体が極めてコンパクトで低損失である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−２９４５５０号公報
【特許文献２】国際公開第２００８／０１３１１２号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、このようなマイクロ波プラズマ処理装置は、プラズマの発光による熱やマイクロ波の損失による熱によって、チャンバ、アンテナ、マイクロ波透過板の温度が上昇し、これによってスラグチューナの温度も高くなる。従来は、スラグチューナの内側導体と外側導体とは一体的に設けられており、外側導体は冷却構造となっているが内側導体は構造上直接冷却することが難しいため、プラズマによる温度上昇によって内側導体と外側導体との間に熱膨張差による応力が生じ、内側導体が変形して、スラグの移動性に影響を与えたり、シール機能に支障をきたす等の懸念がある。
【００１０】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、プラズマの熱による悪影響を解消することができるスラグチューナ、ならびにそのようなスラグチューナ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課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、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してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、マイクロ波電源から伝送されたマイクロ波が給電され、マイクロ波を放射する平面アンテナへマイクロ波を伝送するとともに、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スラグチューナであって、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、その先端部に前記平面アンテナが取り付けられ、基端部にマイクロ波が給電されるマイクロ波伝送路と、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、前記マイクロ波伝送路の基端側に設けられ、前記スラグを移動させる駆動機構とを具備し、前記外側導体は、内筒をなす第１部材と外筒をなす第２部材との二重管構造であり、前記第１部材と前記第２部材とは固定されておらず、前記内側導体と前記第１部材とは基端側において連結されており、前記第２部材の先端部および前記内側導体の先端部は、前記平面アンテナに接続されており、前記第１部材の先端と前記第２部材の先端とは分離し、前記第２部材の先端部は前記第１部材の先端側に突出しており、前記プラズマの熱で前記内側導体が加熱されて膨張した際に、前記第１部材はそれにともなって基端側に移動し、前記第２部材は前記内側導体とともに前記平面アンテナに拘束されることにより、前記第１部材の先端と前記第２部材の先端との間に間隙が形成され、前記外側導体は、前記第１部材と前記第２部材との間にチョーク構造を有し、前記チョーク構造は、前記外側導体の先端部から基端側に延びるλｇ／２（ただし、λｇはマイクロ波の実効波長である）の長さのチョーク溝を有し、前記チョーク溝の基端側端部を電流の定在波が腹となるショート状態とし、結果的に前記外側導体の前記先端部がショート状態となるようにしたことを特徴とするスラグチューナを提供する。
【００１２】
上記第１の観点において、前記チョーク溝の前記先端部からλｇ／４の位置に、前記第１部材と前記第２部材とが合わさった部分が存在していることが好ましい。また、前記第１部材と前記第２部材とが合わさった部分に電磁シールド材を施すことがさらに好ましい。さらに、前記チョーク溝に誘電体部材が埋め込まれていることが好ましい。さらにまた、前記第１部材と前記第２部材との間に滑り部材を介装させることができる。
【００１３】
本発明の第２の観点では、チャンバ内にマイクロ波プラズマを形成してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に用いられるマイクロ波プラズマ源であって、マイクロ波を生成して出力するマイクロ波出力部と、前記マイクロ波出力部から出力されたマイクロ波を伝送し前記チャンバ内に放射するためのマイクロ波供給部とを具備し、前記マイクロ波供給部は、上記第１の観点のスラグチューナと、前記マイクロ波を放射する平面アンテナとを有するマイクロ波放射部を備え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】
上記第２の観点において、前記マイクロ波供給部は、前記マイクロ波放射部を複数有するものとすることができる。
【００１５】
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、上記第２の観点のマイクロ波プラズマ源とを具備し、前記マイクロ波プラズマ源から前記チャンバ内に供給されたマイクロ波により前記ガス供給機構から供給されたガスをプラズマ化して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】
【００１６】
本発明によれば、外側導体は、内筒をなす第１部材と外筒をなす第２部材との二重管構造とし、内側導体と第１部材とは基端側で連結されており、第１部材と第２部材とは固定されておらず、プラズマの熱で内側導体が加熱されて膨張した際に、第１部材の先端と第２部材の先端との間に間隙が形成されるようにしたので、内側導体と外側導体との熱膨張差による応力が緩和される。このため、内側導体の変形が生じず、スラグの移動性に影響を与えたり、シール機能に支障をきたしたりすることがない。この際に、内側導体の熱膨張により第１部材の先端と第２部材の先端との間の間隙が変化すると、電気抵抗が変化して伝送系が変化し、安定したプロセスが実現されないおそれがあるが、第１部材と第２部材との間にチョーク構造を形成し、チョーク溝を、外側導体の先端部から基端側に延びるλｇ／２の長さとし、チョーク溝の基端側端部を電流の定在波が腹となるショート状態とし、結果的に外側導体の先端部がショート状態となるようにしたので、先端部の間隙が変化しても、その部分の電気抵抗は変化しないので、一定の電流が流れ、伝送系が安定し、安定したプロセスを実現することができる。
【００１７】
また、外側導体の第１部材と第２部材とが合わさった部分は内側導体の熱膨張により間隙が生じ、電磁波の漏洩が懸念される部位であるが、チョーク溝の先端部からλｇ／４の位置にその合わさった部分が配置されるようにすれば、その位置は電流が０のオープンチョークとなるため、電流の延長線上にある変位電流は誘導されない。このためその部分に間隙があっても、その部分からの電磁波の漏洩を極めて効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係るスラグチューナを有するマイクロ波放射部が搭載されたマイクロ波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処理装置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】マイクロ波プラズマ源におけるマイクロ波供給部を模式的に示す平面図である。
【図４】マイクロ波プラズマ源におけるスラグチューナとアンテナ部からなるマイクロ波放射部を示す断面図である。
【図５】外側導体の先端部の状態を示す拡大図であり、（ａ）は常温の状態、（ｂ）はプラズマの熱が与えられた状態である。
【図６】スラグチューナにおけるスラグと滑り部材を示す図４のVI−VI線による横断面図である。
【図７】マイクロ波放射部の給電機構を示す図４のVII−VII線による横断面図である。
【図８】外側導体の第１部材と第２部材との間のチョーク構造を説明するための図である。
【図９】外側導体のチョーク溝に対応する部分の電流および電圧の定在波分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
＜マイクロ波プラズマ処理装置の構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るスラグチューナを有するマイクロ波放射部が搭載されたマイクロ波プラズマ処理装置の概略構成を示す断面図、図２は図１のマイクロ波プラズマ処理装置のマイクロ波プラズマ源の構成を示す構成図、図３はマイクロ波プラズマ源におけるマイクロ波供給部を模式的に示す平面図である。
【００２１】
マイクロ波プラズマ処理装置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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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内を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。
【００２５】
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。処理ガスとしては通常用いられるエッチングガスを用いることができる。
【００２６】
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。
【００２７】
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。なお、プラズマ生成ガスと処理ガスとを同一の供給部材で供給してもよい。
【００２８】
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により支持された天板１１０を有しており、支持リング２９と天板１１０との間は気密にシールされている。
【００２９】
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、マイクロ波出力部３０から出力されたマイクロ波を伝送しチャンバ１内に放射するためのマイクロ波供給部４０とを有している。
【００３０】
マイクロ波出力部３０は、マイクロ波電源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。
【００３１】
マイクロ波発振器３２は、所定周波数（例えば、８６０ＭＨｚ）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、８６０ＭＨｚの他に、７００ＭＨｚから３ＧＨｚの範囲を用いることができる。
【００３２】
マイクロ波供給部４０は、分配器３４にて分配されたマイクロ波をチャンバ１内へ導く複数のアンテナモジュール４１を有している。各アンテナモジュール４１は、分配されたマイクロ波を主に増幅するアンプ部４２と、マイクロ波放射部４３とを有している。そして、各アンテナモジュール４１におけるマイクロ波放射部４３のアンテナ部４５からチャンバ１内へマイクロ波が放射されるようになっている。図３に示すように、マイクロ波供給部４０は、アンテナモジュール４１を７個有しており、各アンテナモジュール４１のマイクロ波放射部４３が、円周状に６個およびその中心に１個、円形をなす天板１１０の上に配置されている。
【００３３】
天板１１０は、真空シールおよびマイクロ波透過板として機能し、金属製のフレーム１１０ａと、そのフレーム１１０ａに嵌め込まれ、マイクロ波放射部４３が配置されている部分に対応するように設けられた石英等の誘電体からなる誘電体部材１１０ｂとを有している（図１参照）。
【００３４】
アンプ部４２は、位相器４６と、可変ゲインアンプ４７と、ソリッドステートアンプを構成するメインアンプ４８と、アイソレータ４９とを有している。
【００３５】
位相器４６は、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ができる。また、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４６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４６を設ける必要はない。
【００３６】
可変ゲインアンプ４７は、メインアンプ４８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４７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。
【００３７】
ソリッドステートアンプを構成するメインアンプ４８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。
【００３８】
アイソレータ４９は、アンテナ部４５で反射してメインアンプ４８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。
【００３９】
次に、マイクロ波放射部４３について説明する。
図４に示すように、マイクロ波放射部４３は、マイクロ波を伝送するとともにインピーダンスを整合させるためのスラグチューナ６０と、スラグチューナ６０の先端側に設けられ、増幅されたマイクロ波をチャンバ１内に放射する平面スロットアンテナ８１を有するアンテナ部４５とを有している。そして、マイクロ波放射部４３からチャンバ１内に放射されたマイクロ波がチャンバ１内の空間で合成され、チャンバ１内で表面波プラズマが形成されるようになっている。
【００４０】
スラグチューナ６０は、筒状をなす外側導体５２および外側導体５２の中に同軸的に設けられた筒状をなす内側導体５３を有する同軸構造のマイクロ波伝送路４４と、外側導体５２と内側導体５３との間を上下に移動する２つのスラグ６１ａ，６１ｂと、スラグ駆動部７０とを有している。マイクロ波伝送路４４においては、内側導体５３が給電側、外側導体５２がアンテナ側に接続されており、先端部に平面スロットアンテナ８１が取り付けられ、基端部に後述する給電機構５４が設けられている。また、マイクロ波伝送路４４とスラグ駆動部７０との間には反射板５８が設けられている。
【００４１】
外側導体５２は、内側筒を構成する第１部材５２１と外側筒を構成する第２部材５２２とを有する２重管構造となっており、両者は固定されていない。また、第１部材５２１と内側導体５３とは、基端側で連結部材５７で連結されており、アンテナ部４５側は連結されていない。また、内側導体５３と第２部材５２２とに平面スロットアンテナ８１が固定されるようになっている。すなわち、内側導体５３と第２部材５２２は平面スロットアンテナ８１を介して連結されている。
【００４２】
図５（ａ）の拡大図に示すように、外側導体５２の先端部においては、第１部材５２１と第２部材５２２は分離している。そして、第２部材５２２の先端部には、第１部材５２１の先端部の下方に突出する突出部５２２ａを有しており、突出部５２２ａの上面には、誘電体部材５２３が取り付けられており、常温では誘電体部材５２３を介して第１部材５２１と突出部５２２ａとは接した状態となっている。
【００４３】
このように構成されることにより、プラズマが生成された際の熱により内側導体５３が膨張した際に、外側導体５２の第１部材５２１がそれにともなって基端側（上方）へ移動し、第２部材５２２は第１部材５２１に固定されていないので移動せず、図５（ｂ）に示すように、第１部材５２１の先端部と第２部材５２２の先端部に間隙５２７が形成される。このため、内側導体５３と外側導体５２との熱膨張差による応力が緩和される。第１部材５２１と第２部材５２２との間には、滑り性の良好な材料、例えばテフロン（登録商標）等の樹脂材料からなる滑り部材５２４が設けられている。この滑り部材５２４は、第１部材５２１が内側導体５３の熱膨張により基端側へ移動する際の滑りガイドとして機能する。
【００４４】
２つのスラグ６１ａ，６１ｂのうち、スラグ６１ａは給電側に設けられ、スラグ６１ｂはアンテナ部４５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。
【００４５】
図６に示すように、スラグ６１ａは、誘電体からなる円環状をなし、その内側に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。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は、スラグ６１ａと同様、ねじ穴６５ａと通し穴６５ｂとを有しているが、スラグ６１ａ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。
【００４６】
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。一方、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。
【００４７】
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）樹脂を好適なものとして挙げることができる。
【００４８】
上記スラグ移動軸６４ａ，６４ｂは、反射板５８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と反射板５８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開放端となっている。なお、この底板６７を軸受け部としてスラグ移動軸６４ａ，６４ｂの下端をこの軸受け部にて軸支させてもよい。
【００４９】
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。
【００５０】
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る。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
マイクロ波伝送路４４の基端部にはマイクロ波（電磁波）を給電する給電機構５４が設けられている。給電機構５４は、マイクロ波伝送路４４（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給電線として、内側導体５６ａおよび外側導体５６ｂからなる同軸線路５６が接続されている。そして、同軸線路５６の内側導体５６ａ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９０が接続されている。
【００５４】
給電アンテナ９０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５８から給電アンテナ９０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５９が設けられている。なお、２．４５ＧＨｚ等の周波数の高いマイクロ波を用いた場合には、遅波材５９は設けなくてもよい。このとき、給電アンテナ９０から反射板５８までの距離を最適化し、給電アンテナ９０から放射される電磁波を反射板５８で反射させることで、最大の電磁波を同軸構造のマイクロ波伝送路４４内に伝送させる。
【００５５】
給電アンテナ９０は、図７に示すように、マイクロ波電力導入ポート５５において同軸線路５６の内側導体５６ａに接続され、電磁波が供給される第１の極９２および供給された電磁波を放射する第２の極９３を有するアンテナ本体９１と、アンテナ本体９１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９４とを有し、アンテナ本体９１に入射された電磁波と反射部９４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９１の第２の極９３は内側導体５３に接触している。
【００５６】
給電アンテナ９０がマイクロ波（電磁波）を放射することにより、外側導体５２と内側導体５３との間の空間にマイクロ波電力が給電される。そして、給電機構５４に供給されたマイクロ波電力がアンテナ部４５に向かって伝播する。マイクロ波伝送路４４の外側導体５２および内側導体５３には定在波が形成される。
【００５７】
上述したように、外側導体５２の第１部材５２１の先端部と第２部材５２２の先端部の間隙により、プラズマによる内側導体５３の熱膨張の影響を緩和することができるが、その間隙の変化により電気抵抗が変化し、それによりプロセスが不安定になるおそれがある。そのため、マイクロ波伝送路４４が分布定数回路であることからその特性を応用して、図８に示すように、外側導体５２の第１部材５２１と第２部材５２２との間をチョーク構造としている。すなわち、先端部のＣ点とＣ点からλｇ／２の位置のＡ点との間に環状にチョーク溝５２５を形成し、Ａ点を電気的短絡（ショート）状態にしており、必然的にＣ点もショート状態となるようにしている。また、Ｃ点からλｇ／４の位置であるＢ点に、第１部材５２１と第２部材５２２とが合わさった部分５２６を対応させている。その結果、Ａ点からＢ点の間はチョーク溝５２５は第１部材５２１内に形成され、Ｂ点からＣ点の間はチョーク溝５２５は第１部材５２１と第２部材５２２との間に形成される。
【００５８】
具体的には、マイクロ波伝送路４４が分布定数回路となり、定在波が形成されることとなるので、Ａ点からＣ点までの間にチョーク溝５２５を形成して、定在波分布がＡ点において電流が腹および電圧が節となるように、すなわちショート状態となるようにチョーク溝５２５の長さを調整することができる。このときの電流と電圧の定在波分布は図９に示すようになり、Ａ点をショート状態とすることにより、Ａ点からλｇ／２の位置であるＣ点ではＡ点と同様、電流が腹および電圧が節となるショート状態であるため、外側導体５２の第１部材５２１の先端部と第２部材５２２の先端部の間隙長さが変化してもＣ点での電気抵抗（インピーダンス）は変化しない。また、Ａ点から位相がλｇ／４の位置のＢ点は、第１部材５２１と第２部材５２２とが合わさった部分５２６となっており、プラズマの熱により内側導体５３が膨張したときに間隙が生じるが、図９に示すように、Ａ点からλｇ／４の位置では電流が節および電圧が腹であり、電流がほぼ０となるオープンチョークとなるため、Ｂ点に間隙が生じても電流はほぼ流れず、電磁波の漏洩を極めて効果的に抑制することができる。
【００５９】
なお、λｇはマイクロ波の実効波長であり、
λｇ＝λ／εｓ１／２
と表すことができる。ただし、εｓはチョーク溝５２５の誘電率であり、λは空気中のマイクロ波の波長である。チョーク溝５２５が空間の場合には、λｇ＝λであるが、波長によってはチョーク構造の長さが長くなってしまうため、λｇを短くしてチョーク構造を短くする観点から、チョーク溝５２５に誘電体、例えばテフロン（登録商標）を充填することが好ましい。マイクロ波の周波数が８６０ＭＨｚの場合には、λ＝３４８．６ｍｍであるから、チョーク溝５２５が空間の場合はその長さ（λ／２）は１７４．３ｍｍであるが、テフロン（登録商標）を挿入した場合には、その誘電率が２．１であるから、実効波長λｇが２４０．６ｍｍとなり、チョーク溝５２５の長さを１２０．３ｍｍにすることができる。なお、チョーク溝５２５内にテフロン（登録商標）等を充填した場合には、チョーク溝５２５の下部の第１部材５２１と第２部材５２２との間の部分のテフロン（登録商標）等が滑り部材としても機能する。
【００６０】
アンテナ部４５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と、平面スロットアンテナ８１の上面に設けられた遅波材８２と、平面スロットアンテナ８１の先端側に設けられた天板１１０の誘電体部材１１０ｂとを有している。スロット８１ａの形状は、マイクロ波が効率良く放射されるように適宜設定される。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が底板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、遅波材８２の周囲は外側導体５２で覆われており、平面スロットアンテナ８１の周囲は被覆導体８４により覆われている。
【００６１】
遅波材８２および誘電体部材１１０ｂ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、天板１１０と平面スロットアンテナ８１の接合部が定在波の「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。
【００６２】
天板１１０の誘電体部材１１０ｂは平面スロットアンテナ８１に接するように設けられている。そして、メインアンプ４８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１１０の誘電体部材１１０ｂを透過してチャンバ１内の空間に放射され、表面波プラズマが形成される。
【００６３】
マイクロ波プラズマ処理装置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１２０により制御されるようになっている。制御部１２０はマイクロ波プラズマ処理装置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】
＜マイクロ波プラズマ処理装置の動作＞
次に、以上のように構成されるマイクロ波プラズマ処理装置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内に伝送して表面波プラズマを生成する。
【００６５】
そして、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内に処理ガス、例えばＣｌ２ガス等のエッチングガスが吐出される。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。
【００６６】
上記表面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電力はアンプ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電力はマイクロ波供給部４０へ導かれる。マイクロ波供給部４０においては、このように複数に分配されたマイクロ波電力が、ソリッドステートアンプを構成するメインアンプ４８で個別に増幅され、マイクロ波放射部４３に給電される。マイクロ波放射部４３ではスラグチューナ６０により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、マイクロ波がマイクロ波伝送路４４、遅波材８２を経てアンテナ部４５の平面スロットアンテナ８１のスロットから放射され、さらに天板１１０の誘電体部材１１０ｂを透過し、プラズマに接する誘電体部材１１０ｂの表面を伝送され、この表面波によりチャンバ１内の空間に表面波プラズマが生成され、これにより被処理体であるウエハＷがプラズマ処理される。
【００６７】
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４８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。また、マイクロ波放射部４３はスラグチューナ６０とアンテナ部４５が一体化されているため極めてコンパクトである。さらに、メインアンプ４８、スラグチューナ６０および平面スロットアンテナ８１が近接して設けられているため、スラグチューナ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。さらにまた、スラグチューナ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のでコンパクトで低損失であり、かつ、内側導体５３内に、スラグ６１ａ，６１ｂに動力を伝達するスラグ移動軸６４ａ，６４ｂと、スラグ６１ａ，６１ｂを支持するとともに内側導体５３内を昇降するガイド部材として機能する滑り部材６３が設けられているので、スラグ駆動機構も極めてコンパクトである。
【００６８】
ところで、このようなマイクロ波プラズマ処理を行う際に、マイクロ波出力部３０から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、チャンバ１、平面スロットアンテナ８１および天板１１０の誘電体部材１１０ｂの温度が非常に高くなり、これによってスラグチューナ６０の温度も高くなる。従来は、スラグチューナの内側導体と外側導体とは一体的に設けられており、外側導体は冷却構造となっているが内側導体は構造上直接冷却することが難しいため、プラズマによる温度上昇によって内側導体と外側導体との間に熱膨張差による応力が生じ、内側導体が変形して、スラグの移動性に影響を与えたり、シール機能に支障をきたす等の懸念があった。
【００６９】
これに対して、本実施形態では、外側導体５２を、内側筒を構成する第１部材５２１と外側筒を構成する第２部材５２２とを有する２重管構造とし、両者を固定せずに設け、第１部材５２１と内側導体５３とを基端側で連結部材５７により連結し、内側導体５３と第２部材５２２とに平面スロットアンテナ８１が固定されている。このため、プラズマが生成された際の熱により内側導体５３が膨張した際に、外側導体５２の第１部材５２１がそれにともなって基端側（上方）へ移動し、第２部材５２２は第１部材５２１に固定されていないので移動せず、図５（ｂ）に示すように、第１部材５２１の先端部と第２部材５２２の先端部に間隙が形成され、内側導体５３と外側導体５２との熱膨張差による応力が緩和される。このため、内側導体５３の変形が生じず、スラグ６１ａ，６１ｂの移動性に影響を与えたり、シール機能に支障をきたしたりすることがない。
【００７０】
しかしながら、内側導体５３および外側導体５２とも上下方向に電流が流れるため、内側導体５３が熱膨張することにより第１部材５２１の先端部と第２部材５２２の先端部の間隙が変化すると、電気抵抗が変化して伝送系が変化し、安定したプロセスが実現されないおそれがある。
【００７１】
そこで、本実施形態では、マイクロ波伝送路４４が分布定数回路であることから、その特性を利用して、外側導体５２の第１部材５２１と第２部材５２２との間をチョーク構造としてこのような不都合を解消する。
【００７２】
すなわち、マイクロ波伝送路４４が分布定数回路となり、定在波が形成されることとなるので、先端部のＣ点とＣ点からλｇ／２の位置のＡ点との間に環状にチョーク溝５２５を形成し、定在波分布がＡ点において電流が腹および電圧が節となるように、すなわちショート状態となるようにチョーク溝５２５の長さを調整する。これにより、Ａ点からλｇ／２の位置であるＣ点ではＡ点と同様、電流が腹および電圧が節となるショート状態であるため、外側導体５２の第１部材５２１の先端部と第２部材５２２の先端部の間隙長さが変化してもＣ点での電気抵抗（インピーダンス）は変化しない。このため一定の電流が流れ、伝送系が安定し、安定したプロセスを実現することができる。
【００７３】
また、外側導体５２の第１部材５２１と第２部材５２２とが合わさった部分５２６は内側導体５３の熱膨張により間隙が生じ、電磁波の漏洩が懸念される部位であるが、その部分に対応するＢ点はＡ点からλｇ／４の位置となり、電流が節および電圧が腹となってオープンチョークとなるため、電流が０となり、電流の延長線上にある変位電流は誘導されない。このためその部分に間隙があっても、その部分からの電磁波の漏洩を極めて効果的に抑制することができる。このことを確認するため、電磁シミュレーションを行った。ここでは、最大投入パワーを５００Ｗ、Ｂ点での合わさった部分の間隙を７ｍｍとした。その結果、５００Ｗの入力に対して漏洩が５０μＷとなり、問題のないレベルであることが確認された。なお、第１部材５２１と第２部材５２２とが合わさった部分５２６に電磁シールド材として金属スパイラルシールドを施すことにより、さらなる電磁シールド効果を期待することができる。
【００７４】
＜他の適用＞
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供給部４０、メインアンプ４８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、マイクロ波供給部４０は、必ずしも複数のマイクロ波放射部４３で構成する必要はなく、マイクロ波放射部４３は１個であってもよい。さらに、上記実施形態では、１つのチョーク溝を用いた場合を示したが、チョーク溝を二重（二段階）に設けてもよい。さらにまた、上記実施形態では、平面スロットアンテナ８１のスロット８１ａの形状を明確には描いていないが、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。
【００７５】
さらに、スラグの駆動機構についても上記実施形態に限るものではなく、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やスラグの移動をガイドする駆動ガイド部がマイクロ波伝送路４４の外部に設けられたものであってもよい。
【００７６】
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。
【符号の説明】
【００７７】
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
３０；マイクロ波出力部
３１；マイクロ波電源
３２；マイクロ波発振器
４０；マイクロ波供給部
４１；アンテナモジュール
４２；アンプ部
４３；マイクロ波放射部
４４；マイクロ波伝送路
４５；アンテナ部
５２；外側導体
５３；内側導体
５４；給電機構
５５；マイクロ波電力導入ポート
５６；同軸線路
５７；連結部材
５８；反射板
６０；スラグチューナ
８１；平面スロットアンテナ
８２；遅波材
１００；マイクロ波プラズマ処理装置
１１０；天板
１１０ｂ；誘電体部材
１２０；制御部
５２１；第１部材
５２２；第２部材
５２３；誘電体部材
５２４；滑り部材
５２５；チョーク溝
５２６；第１部材と第２部材とが合わさった部分
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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