(57)【要約】【解決課題】  高密度プラズマを高効率に生成し、かつ維持することができ、また、小型化が可能で、安価な構成にできるようにする。【解決手段】  導波管１４のスロットアンテナ２２から導出されたマイクロ波は、マイクロ波導入窓１８を介してチャンバー２０の内部に導入され、チャンバー２０においてプラズマが生成される。このプラズマの電子密度がマイクロ波の遮断密度以上になると、空洞を形成する円筒部材１６とマイクロ波導入窓１８とが協働して共振器３２を構成し、スロットアンテナ２２から導出されたマイクロ波からＴＭmnモードのマイクロ波を励振してチャンバー２０の内部に導入する。この励振されたＴＭmnモードのマイクロ波は、進行方向に電界成分を持ち、プラズマ密度勾配と平行方向の電束密度が一定となるため、プラズマの遮断密度近辺の電界が極めて大きくなり、高効率な電離が行われ、高密度プラズマが生成され、維持される。【選択図】  図１
2006127914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波導出アンテナが設けられると共に、導入されたマイクロ波を導波して該マイクロ波導出アンテナから導出する導波管と、
誘電体で構成されたマイクロ波導入窓が設けられると共に、真空排気装置によって内部が減圧可能で、かつガス供給装置から内部にガスが供給可能な処理室と、
前記導波管のマイクロ波導出アンテナが設けられた部分と前記処理室のマイクロ波導入窓との間に空洞を形成するように介在され、前記マイクロ波導入窓と協働して、前記処理室の内部に生成されたプラズマが前記マイクロ波の遮断密度以上になったときに、前記マイクロ波導出アンテナから導出されたマイクロ波から前記ＴＭmn（ｍ、ｎは整数）モードのマイクロ波を励振して前記処理室の内部に導入する共振器を構成する筒状部材と、
を含むマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記マイクロ波導出アンテナは、前記導波管内を導波するマイクロ波の進行方向と交差する方向に延びた複数のスロットで構成したスロットアンテナである請求項１記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項３】
前記複数のスロットを平行に配置した請求項２記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項４】
前記複数のスロットの間隔が徐々に広がるように配置した請求項２記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項５】
前記マイクロ波導出アンテナは、前記導波管内及び前記空洞に延びた導線である請求項１に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項６】
導入されたマイクロ波を導波して導出する同軸ケーブルと、
誘電体で構成されたマイクロ波導入窓が設けられると共に、真空排気装置によって内部が減圧可能で、かつガス供給装置から内部にガスが供給可能な処理室と、
前記同軸ケーブルの先端が底面を貫通して内部の空洞内に突出すると共に、開口部が前記処理室のマイクロ波導入窓によって閉鎖され、前記マイクロ波導入窓と協働して、前記処理室の内部に生成されたプラズマが前記マイクロ波の遮断密度以上になったときに、前記同軸ケーブルから導出されたマイクロ波から前記ＴＭmn（ｍ、ｎは整数）モードのマイクロ波を励振して前記処理室の内部に導入する共振器を構成する一端が開口した有底筒状部材と、
を含むマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項７】
前記空洞を、底面の半径をＲ、高さをＬgとする円柱状とすると共に、前記マイクロ波導入窓を、底面の半径をＲ、厚さをＬdとする円板状とし、以下の数式を満たすように、Ｒ、Ｌg、及びＬdを決定した請求項１〜６の何れか１項記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【数１】
2006127914.tif 000012
なお、ｋは自然数、λgは前記空洞を伝播するＴＭmnモードのマイクロ波の波長、λdは前記マイクロ導入窓を伝播するＴＭmnモードのマイクロ波の波長であり、λg、λdは以下の数式で表される。
【数２】
2006127914.tif 000013
ただし、ωはマイクロ波の角周波数、μgは空気の透磁率、εgは空気の誘電率、μdは前記マイクロ導入窓の透磁率、εdは前記マイクロ導入窓の誘電率、ｍ、ｎはモードを決定する整数、ｊはｍ次ベッセル関数のｎ番目の根であり、前記共振器のＴＭmnモードの遮断波長をλcとするとλc＝２πＲ／ｊmnである。
【請求項８】
前記空洞を、底面の各辺の長さをａ、ｂ、高さをＬgとする四角柱状とすると共に、前記マイクロ波導入窓を、底面の各辺の長さをａ、ｂ、厚さをＬdとする矩形板状とし、以下の式を満たすように、ａ、ｂ、Ｌg、及びＬdを決定した請求項１〜６の何れか１項記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【数３】
2006127914.tif 000014
なお、ｋは自然数、λgは前記空洞を伝播するＴＭmnモードのマイクロ波の波長、λdは前記マイクロ導入窓を伝播するＴＭmnモードのマイクロ波の波長であり、λg、λdは以下の数式で表される。
【数４】
2006127914.tif 000015
ただし、ωはマイクロ波の角周波数、μgは空気の透磁率、εgは空気の誘電率、μdは前記マイクロ導入窓の透磁率、εdは前記マイクロ導入窓の誘電率、ｍ、ｎはモードを決定する整数である。
【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係り、特に、半導体プロセスにおいてプラズマを用いた処理を施すのに好適なマイクロ波プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体プロセスにおいてプラズマを用いた処理が行われており、このプラズマを用いた処理には、低ガス圧、高密度、低電子温度、大面積かつ均一なプラズマの生成及び維持が要求されている。
【０００３】
均一なプラズマを生成するマイクロ波プラズマ処理装置として、スロットアンテナと石英窓との間に、横波でありマイクロ波の進行方向と直交する方向に電界成分を持つ円形ＴＥモードのマイクロ波の空洞共振器を設けて、コイルにより生成される磁場領域内にある処理室に均一なプラズマを生成するプラズマ処理装置が知られている（特許文献１）。
【特許文献１】特開平７−２６３１８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載のプラズマ処理装置では、磁場を使用しているため、磁場を生成するためのコイル及びその電源が必要となり、装置が大きくなり、コストが高くなってしまう。また、空洞共振器内で共振しているＴＥモードのマイクロ波が、横波であり進行方向に電界成分を持たないため、高効率に高密度プラズマを生成し、かつ維持することができない、という問題がある。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、高密度プラズマを高効率に生成し、かつ維持することができ、かつ安価な構成で小型化が可能なマイクロ波プラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために第１の発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置は、マイクロ波導出アンテナが設けられると共に、導入されたマイクロ波を導波して該マイクロ波導出アンテナから導出する導波管と、誘電体で構成されたマイクロ波導入窓が設けられると共に、真空排気装置によって内部が減圧可能で、かつガス供給装置から内部にガスが供給可能な処理室と、前記導波管のマイクロ波導出アンテナが設けられた部分と前記処理室のマイクロ波導入窓との間に空洞を形成するように介在され、前記マイクロ波導入窓と協働して、前記処理室の内部に生成されたプラズマが前記マイクロ波の遮断密度以上になったときに、前記マイクロ波導出アンテナから導出されたマイクロ波から前記ＴＭmn（ｍ、ｎは整数）モードのマイクロ波を励振して前記処理室の内部に導入する共振器を構成する筒状部材と、を含んで構成されている。
【０００７】
第１の発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置によれば、導入されたマイクロ波を導波する導波管のマイクロ波導出アンテナから導出されたマイクロ波は、マイクロ波導入窓を介して処理室の内部に導入され、処理室においてプラズマが生成される。
【０００８】
生成されたプラズマの電子密度が導入されたマイクロ波を遮断する遮断密度以上になると、マイクロ波導入窓内を伝播するマイクロ波が遮断密度の高密度プラズマによって反射される状況となり、マイクロ波導入窓と協働して筒状部材が共振器を構成し、この共振器によって、マイクロ波導出アンテナから導出されたマイクロ波からＴＭmnモードのマイクロ波を励振して処理室の内部に導入する。
【０００９】
このとき、共振器によって励振されたＴＭmnモードのマイクロ波は、進行方向に電界成分を持ち、プラズマ密度勾配と平行方向の電束密度（誘電率×電界）が一定となるため、プラズマの遮断密度近辺の電界が極めて大きくなり、この大きな電界により電子が加速され電離電圧を超える高エネルギー電子となり、高効率な電離が行われ、高密度プラズマが生成され、維持される。
【００１０】
従って、マイクロ波導入窓と筒状部材が協働して、マイクロ波からＴＭmnモードのマイクロ波を励振して処理室の内部に導入する共振器を構成することにより、プラズマの遮断密度近辺に大きな電界を作ることができ、高密度プラズマを高効率に生成し、かつ維持することができ、また、磁場を使用せずにプラズマを生成しているので、コイル及びその電源が不要なため、本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置は、小型化が可能となり、安価な構成とすることができる。
【００１１】
また、第１の発明に係るマイクロ波導出アンテナは、導波管内を導波するマイクロ波の進行方向と交差する方向に延びた複数のスロットで構成したスロットアンテナとすることができる。
【００１２】
さらに、この複数のスロットを平行に配置するか、又は、この複数のスロットの間隔が徐々に広がるように配置することができる。
【００１３】
また、第１の発明に係るマイクロ波導出アンテナは、導波管内及び空洞に延びた導線とすることができる。
【００１４】
第２の発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置は、導入されたマイクロ波を導波して導出する同軸ケーブルと、誘電体で構成されたマイクロ波導入窓が設けられると共に、真空排気装置によって内部が減圧可能で、かつガス供給装置から内部にガスが供給可能な処理室と、前記同軸ケーブルの先端が底面を貫通して内部の空洞内に突出すると共に、開口部が前記処理室のマイクロ波導入窓によって閉鎖され、前記マイクロ波導入窓と協働して、前記処理室の内部に生成されたプラズマが前記マイクロ波の遮断密度以上になったときに、前記同軸ケーブルから導出されたマイクロ波から前記ＴＭmn（ｍ、ｎは整数）モードのマイクロ波を励振して前記処理室の内部に導入する共振器を構成する一端が開口した有底筒状部材と、を含んで構成されている。
【００１５】
第２の発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置によれば、導入されたマイクロ波を導波する同軸ケーブルから導出されたマイクロ波は、マイクロ波導入窓を介して処理室の内部に導入され、処理室においてプラズマが生成される。
【００１６】
生成されたプラズマの電子密度が導入されたマイクロ波を遮断する遮断密度以上になると、マイクロ波導入窓と協働して有底筒状部材が共振器を構成し、この共振器によって、同軸ケーブルから導出されたマイクロ波からＴＭmnモードのマイクロ波を励振して処理室の内部に導入し、高効率な電離が行われ、高密度プラズマが生成され、維持される。
【００１７】
従って、マイクロ波導入窓と有底筒状部材とが協働して、マイクロ波からＴＭmnモードのマイクロ波を励振して処理室の内部に導入する共振器を構成することにより、高密度プラズマを高効率に生成し、かつ維持することができ、また、磁場を使用せずにプラズマを生成しているので、コイル及びその電源が不要なため、本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置は、小型化が可能となり、安価な構成とすることができる。
【００１８】
第１の発明及び第２の発明に係る空洞を、底面の半径をＲ、高さをＬgとする円柱状とすると共に、マイクロ波導入窓を、底面の半径をＲ、厚さをＬdとする円板状とし、以下の数式を満たすように、Ｒ、Ｌg、及びＬdを決定することができる。
【００１９】
【数５】
2006127914.tif 000003
なお、ｋは自然数、λgは空洞を伝播するマイクロ波の波長、λdはマイクロ導入窓を伝播するマイクロ波の波長であり、λg、λdは以下の数式で表される。
【００２０】
【数６】
2006127914.tif 000004
ただし、ωはマイクロ波の角周波数、μgは空気の透磁率、εgは空気の誘電率、μdはマイクロ導入窓の透磁率、εdはマイクロ導入窓の誘電率、ｍ、ｎはモードを決定する整数、ｊはｍ次ベッセル関数のｎ番目の根であり、共振器のＴＭmnモードの遮断波長をλcとするとλc＝２πＲ／ｊmnである。なお、遮断波長とは、共振器内を通ることができなくなる波長をいい、遮断波長以上の長い波長を持つＴＭmnモードのマイクロ波は共振器内を通ることができない。
【００２１】
この円柱状の空洞を形成する筒状部材又は有底筒状部材と円板状のマイクロ波導入窓とが協働して、マイクロ波導出アンテナ又は同軸ケーブルから導出されたマイクロ波からＴＭmnモードのマイクロ波をより励振することができ、プラズマ密度勾配と平行方向の電界が大きくなるため、高密度プラズマをさらに高効率に生成し、維持することができる。
【００２２】
また、第１の発明及び第２の発明に係る空洞を、底面の各辺の長さをａ、ｂ、高さをＬgとする四角柱状とすると共に、マイクロ波導入窓を、底面の各辺の長さをａ、ｂ、高さをＬdとする矩形板状とし、以下の数式を満たすように、ａ、ｂ、Ｌg、及びＬdを決定することができる。
【００２３】
【数７】
2006127914.tif 000005
【００２４】
【数８】
2006127914.tif 000006
この四角柱状の空洞を形成する筒状部材又は有底筒状部材と矩形板状のマイクロ波導入窓とが協働して、マイクロ波導出アンテナ又は同軸ケーブルから導出されたマイクロ波からＴＭmnモードのマイクロ波をより励振することができ、プラズマ密度勾配と平行方向の電界が大きくなるため、高密度プラズマをさらに高効率に生成し、維持することができる。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明したように、本発明のマイクロ波プラズマ処理装置によれば、筒状部材又は有底筒状部材とマイクロ波導入窓とが協働して構成する共振器によって、マイクロ波からＴＭmn（ｍ、ｎは整数）モードのマイクロ波を励振して処理室の内部に導入することにより、高密度プラズマを高効率に生成し、かつ維持することができ、また、小型化が可能となり、安価な構成とすることができる、という効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２７】
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１０は、マイクロ波を発信するマイクロ波発信装置１２と、マイクロ波発信装置１２により発信されたマイクロ波を導波する方形導波管１４とを備えている。方形導波管１４のマイクロ波発信装置１２側には、マイクロ波の負荷インピーダンスを整合させるためのＥＨチューナ１３と、マイクロ波のパワーを監視するためのパワーモニタ１５とが設けられており、  また、方形導波管１４の先端側の底面には、スロットアンテナ２２が設けられている。
【００２８】
方形導波管１４のスロットアンテナ２２が設けられた部分の直下には、図２に示すような内径が２Ｒで、高さがＬの円筒部材１６が設けられており、円筒部材１６の直下には、側壁の厚みが円筒部材１６の側壁の厚みより厚くなるように形成され、かつ上端が開口した円筒形のチャンバー２０が設けられている。また、円筒部材１６と、チャンバー２０の側壁によってできる段差の部分には、半径がＲ、厚さがＬdの円板状の石英により形成された誘電体で構成されたマイクロ波導入窓１８が配置されている。
【００２９】
また、チャンバー２０の側壁には、真空排気口２４とガス供給口２６とが設けられており、真空排気口２４は真空排気装置２８に接続されており、ガス供給口２６はＡｒ（アルゴン）ガスを供給するガス供給装置３０に接続されている。チャンバー２０の寸法は、例えば内径１３２ｍｍ、高さ１３９ｍｍである。
【００３０】
また、スロットアンテナ２２は、図３（Ａ）に示すように、方形導波管１４内を導波するマイクロ波の進行方向と直行する方向に延びた２つのスロットを平行に配置して構成されており、スロットアンテナ２２の各スロットは、例えば幅１０．０ｍｍ、高さ６１．２０ｍｍの長方形となっている。
【００３１】
円筒部材１６の空洞とマイクロ波導入窓１８とによって、マイクロ波のＴＭ波を選択的に励振する共振器３２を構成しており、円筒部材１６の空洞の長さ及びマイクロ波導入窓１８の厚さは、ＴＭ波を選択的に励振する長さである。励振するＴＭ波のモードをＴＭ11モードとすると、もしマイクロ波導入窓１８を考慮しない場合、その円筒部材１６の空洞の長さは最小でＴＭ11波の半波長の長さとなる。なお、円筒部材１６の空洞の長さはＴＭ11波の半波長の長さを正の整数倍した長さでもよい。
【００３２】
また、マイクロ波導入窓１８を考慮した場合には、以下の数式を満たすような円筒部材１６の空洞の長さＬgとする。
【００３３】
【数９】
2006127914.tif 000007
なお、λgは空洞内のマイクロ波の波長、λdはマイクロ波導入窓１８内のマイクロ波の波長、ｋは自然数であり、λg、λdは以下の数式で表される。
【００３４】
【数１０】
2006127914.tif 000008
ただし、ωはマイクロ波の角周波数、μgは空気の透磁率、εgは空気の誘電率、μdはマイクロ波導入窓１８の透磁率、εdはマイクロ波導入窓１８の誘電率、ｍ、ｎはモードを決定する整数、ｊはｍ次ベッセル関数のｎ番目の根であり、空洞のＴＭmnモードの遮断波長をλcとするとλc＝２πＲ／ｊmnである。
【００３５】
例えば、マイクロ波のモードがＴＭ11、Ｒ＝０．０８３ｍ、ｊ11＝３．８３２、Ｌd＝０．０１６ｍ、εd＝４．１εg、μd＝μg、ｆ＝２．４５ＧＨｚ、ω＝２πｆ、ｋ＝１とすると、上記の式より、λd＝０．０６７５ｍ、λg＝０．２８０８ｍとなり、円筒部材１６の空洞の長さはＬg＝０．０７３８ｍとなる。
【００３６】
次に、本発明の第１の実施の形態の作用について説明する。まず、チャンバー２０の内部を真空排気装置２８により減圧した後、ガス供給装置３０によりガス供給口２６からＡｒガスをチャンバー２０内に導入し、所望の圧力に調節する。
【００３７】
そして、マイクロ波発信装置１２から例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を方形導波管１４内に導入し、マイクロ波が方形導波管１４内を導波された後、このマイクロ波がスロットアンテナ２２より共振器３２内へ放射される。そして、この放射されたマイクロ波がマイクロ波導入窓１８を介してチャンバー２０内に放射され、このマイクロ波により、チャンバー２０内のマイクロ波導入窓１８の直下にプラズマが生成される。
【００３８】
この生成されたプラズマが導入されたマイクロ波の遮断密度以上のプラズマとなると、マイクロ波導入窓１８内を伝播するマイクロ波が高密度プラズマにより反射される状況となり、円筒部材１６の空洞とマイクロ波導入窓１８とを合わせた部分が導体で囲まれることになる。そして、この円筒部材１６の空洞とマイクロ波導入窓１８とから構成される共振器３２がマイクロ波から選択的にＴＭ波を励振する。
【００３９】
ここで、高密度プラズマ維持機構に関する共鳴吸収モデルでは、高密度プラズマ中にエバネセント波として進入したマイクロ波のなかで、プラズマ密度勾配と平行方向の電界が遮断密度近辺で電子プラズマ波を共鳴的に励振し、電子プラズマ波の高電界により高エネルギー電子が生成され、この高エネルギー電子により高効率な電離が起こり高密度プラズマを維持する。
【００４０】
共振器３２で励振されたＴＭ波は、遮断密度以上の高密度プラズマで反射され、プラズマ内を伝播できないが、エバネッセント波（指数関数的に減衰する波）としてプラズマ内に進入するような状況となり、上記の共鳴吸収モデルにおける「プラズマ密度勾配と平行方向の電界が遮断密度近辺」に存在する状況となる。そして、この状況において、プラズマ密度勾配と平行方向の電束密度（誘電率×電界）が一定となるため、プラズマの遮断密度近辺の電界がきわめて大きくなり、この大きな電界により、電子が加速され電離電圧を超える高エネルギー電子となり、高効率な電離が行われ、高密度プラズマが生成され、維持される。
【００４１】
次に、図４に円筒部材１６の空洞の長さとプラズマの平均電子密度との関係を示す。このプラズマの電子密度はマイクロ波干渉計を用いて測定され、測定位置はマイクロ波導入窓１８下面をＺ＝０ｍｍとしてＺ＝−６０ｍｍの位置で、プラズマ中心を通る水平方向の密度の平均値が測定されている。また、測定条件を以下の表１に示す。
【００４２】
【表１】
2006127914.tif 000009
空洞を設けることで空洞なしの場合に比べ、プラズマの電子密度を最大で５．２倍増加させることが可能となり、円筒部材１６の空洞の長さを上記の数式により求めた長さとすると、空洞なしの場合に比べて、プラズマの電子密度を約５倍に増加させることができる。プラズマの電子密度とプラズマのエネルギー吸収量とは比例関係にあり、ＴＭ波を励振することにより、マイクロ波のエネルギーが高効率にプラズマに吸収され、高効率に高密度プラズマが生成されている。
【００４３】
以上説明したように、第１の実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１０によれば、空洞を形成する円筒部材１６とマイクロ波導入窓１８とによって、マイクロ波からＴＭmn（ｍ、ｎは整数）モードのマイクロ波を励振してチャンバー２０の内部に導入する共振器を構成することにより、高密度プラズマ維持機構についての共鳴吸収モデルに該当する状況を作ることができ、高密度プラズマを高効率に生成し、かつ維持することができる。
【００４４】
また、この円筒部材１６の空洞の長さを、スロットアンテナ２２から導出されたマイクロ波からＴＭmnモードのマイクロ波を励振するのに好適な長さとすることにより、プラズマ密度勾配と平行方向の電界が大きくなるため、高密度プラズマをさらに高効率に生成し、かつ維持することができる。
【００４５】
また、チャンバー２０において磁場を使用していないため、磁場を生成するためのコイル及びその電源が不要となり、小型化が可能となり、安価な構成とすることができる。さらに、プラズマのイオンを処理対象となっている半導体へ正確に飛ばすことができ、半導体プロセスにおけるプラズマを用いた処理において、微細な加工処理を施すことができる。
【００４６】
次に、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態では、図５に示すように、方形導波管１４のスロットアンテナ２２が設けられた部分の直下に設けられている筒状部材５６の空洞の形状が四角柱状となっている点が第１の実施の形態と異なっている。筒状部材５６の空洞を四角柱状とすることにより、半導体プロセスのプラズマ処理において、矩形状のプラズマを生成することが可能となる。また、筒状部材５６の直下に設けられているチャンバーは四角筒状となっており、筒状部材と、チャンバーの側壁によってできる段差の部分に配置されているマイクロ波導入窓は矩形板状となっている。
【００４７】
また、筒状部材５６の空洞の長さ及びマイクロ波導入窓の厚さは、ＴＭ波を選択的に励振する長さであり、ａ、ｂを筒状部材５６の空洞の底面の各辺の長さとすると、以下の数式を満たすような筒状部材５６の空洞の長さＬg、及びマイクロ波導入窓の厚さＬdとなる。
【００４８】
【数１１】
2006127914.tif 000010
なお、λgは空洞内のマイクロ波の波長、λdはマイクロ波導入窓内のマイクロ波の波長、ｋは自然数であり、λg、λdは以下の数式で表される。
【００４９】
【数１２】
2006127914.tif 000011
例えば、マイクロ波のモードがＴＭ11、ａ＝ｂ＝０．２ｍ、Ｌd＝０．０１６ｍ、εd＝４．１εg、μd＝μg、ｆ＝２．４５ＧＨｚ、ω＝２πｆ、ｋ＝１とすると、上記の式より、λd＝０．０６１９１ｍ、λg＝０．１３５８５ｍとなり、筒状部材５６の空洞の長さはＬg＝０．０３３ｍとなる。
【００５０】
なお、その他のプラズマ処理装置の構造や作用については第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００５１】
以上説明したように、第２の実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１０によれば、四角状のプラズマを生成することができ、また、四角柱状の空洞を形成する筒状部材５６及び矩形板状のマイクロ波導入窓により、スロットアンテナから導出されたマイクロ波からＴＭmnモードのマイクロ波をより励振することができ、プラズマ密度勾配と平行方向の電界が大きくなるため、高密度プラズマをさらに高効率に生成し、かつ維持することができる。
【００５２】
次に、第３の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構成である部分については、同じ符号を付して説明を省略する。
【００５３】
第３の実施の形態では、図３（Ｂ）に示すように、方形導波管１４内を導波するマイクロ波の進行方向と交差する方向に延びた２つのスロットの間隔が徐々に広がるように２つのスロットをハの字型に配置したスロットアンテナ７０が方形導波管１４の底面に設けられている点が第１の実施の形態と異なっている。２つのスロットをハの字とすることにより、共振器内に放射されるマイクロ波の放射インピーダンスと方形導波管１４のマイクロ波の特性インピーダンスとがよりよく整合される。そして、図４に示すように、２つのスロットを平行に配置した場合に比べ、プラズマの平均電子密度が高くなる。なお、その他のプラズマ処理装置の構造や作用については第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００５４】
以上説明したように、第３の実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１０によれば、スロットアンテナ７０の２つのスロットをハの字型に配置することにより、高密度プラズマをより高効率に生成し、かつ維持することができる。
【００５５】
次に、第４の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構成である部分については、同じ符号を付して説明を省略する。
【００５６】
第４の実施の形態では、図６に示すように、方形導波管１４内及び筒状部材５６の空洞に延びた導線７２が方形導波管１４の底面を貫通するように設けられている点が第１の実施の形態と異なっている。方形導波管１４内の導線７２の長さは、例えば、方形導波管１４内のマイクロ波の波長の１／４であり、空洞に延びた導線７２の長さは、例えば、空洞内のマイクロ波の波長の１／４である。
【００５７】
マイクロ波発信装置１２からマイクロ波を方形導波管１４内に導入し、マイクロ波が方形導波管１４内を導波された後、このマイクロ波が導線７２より共振器３２内へ放射される。なお、その他のプラズマ処理装置の構造や作用については第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００５８】
以上説明したように、第４の実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１０によれば、導線７２により共振器３２内へマイクロ波を放射し、空洞を形成する円筒部材１６とマイクロ波導入窓１８とによって、マイクロ波からＴＭmnモードのマイクロ波を励振してチャンバー２０の内部に導入することにより、高密度プラズマ維持機構についての共鳴吸収モデルに該当する状況を作ることができ、高密度プラズマを高効率に生成し、かつ維持することができる。
【００５９】
次に、第５の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構成である部分については、同じ符号を付して説明を省略する。
【００６０】
第５の実施の形態では、図７に示すように、チャンバー２０の上に、開口部がマイクロ波導入窓１８によって閉鎖されている一端が開口された有底筒状部材７８が設けられており、マイクロ波発信装置１２から延びた同軸ケーブル７４が、有底筒状部材７８の底面を貫通するように設けられている。また、同軸ケーブル７４の導線７６が有底筒状部材７８の空洞内に延びており、この導線７６の長さは、例えば、空洞内のマイクロ波の波長の１／４となっている。
【００６１】
また、有底筒状部材７８の空洞とマイクロ波導入窓１８とによって、マイクロ波のＴＭ波を選択的に励振する共振器８０を構成しており、有底筒状部材７８の空洞の長さ及びマイクロ波導入窓１８の厚さは、ＴＭ波を選択的に励振する長さとなっている。
【００６２】
マイクロ波発信装置１２からマイクロ波を同軸ケーブル７４に導入し、マイクロ波が同軸ケーブル７４内を導波された後、このマイクロ波が導線７６より共振器８０内へ放射される。
【００６３】
その他のプラズマ処理装置の構造や作用については第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００６４】
以上説明したように、第５の実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１０によれば、同軸ケーブル７４の導線７６により共振器８０内へマイクロ波を放射し、空洞を形成する有底筒状部材７８とマイクロ波導入窓１８とによって、マイクロ波からＴＭmnモードのマイクロ波を励振してチャンバー２０の内部に導入することにより、高密度プラズマ維持機構についての共鳴吸収モデルに該当する状況を作ることができ、高密度プラズマを高効率に生成し、かつ維持することができる。
【００６５】
なお、マイクロ波発信装置１２から直接同軸ケーブル７４にマイクロ波を導入する場合を例に説明したが、図８に示すように、方形導波管１４を設け、また、方形導波管１４のマイクロ波発信装置１２側にＥＨチューナ１３とパワーモニタ１５とを設け、方形導波管１４の底面を貫通するように同軸ケーブル８２を設けてもよい。この場合に、方形導波管１４内に延びる同軸ケーブル８２の導線８４の長さは、例えば、方形導波管１４内のマイクロ波の波長の１／４とすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の全体構成を示す縦断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】（Ａ）本発明の第１の実施の形態に係るスロットアンテナの構成図、（Ｂ）本発明の第３の実施の形態に係るスロットアンテナの構成図である。
【図４】円筒部材の空洞の長さと、プラズマの平均電子密度の関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第２の実施の形態における図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の全体構成を示す縦断面図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の全体構成を示す縦断面図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置のもう一つの例の全体構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０   マイクロ波プラズマ処理装置
１２   マイクロ波発信装置
１４   方形導波管
１６   円筒部材
１８   マイクロ波導入窓
２０   チャンバー
２２、７０    スロットアンテナ
３２、７８    共振器
５６   筒状部材
７２、７６、８４  導線
７４、８２  同軸ケーブル
７８  有底筒状部材
【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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