(57)【要約】      （修正有）【課題】装置機構の複雑化などを招くことなくパーティクルや金属汚染などの発生を抑えることのできるマイクロ波導入器、これを備えたプラズマ発生装置及びこれを備えたプラズマ処理装置を提供すること。【解決手段】プラズマを生成する空間を有するチャンバ３００に取り付けられるマイクロ波導入器は、チャンバ３００の壁面から前記プラズマを生成する空間に向けて突出する誘電体からなる導波体１００を備え、導波体１００は、マイクロ波を導入する導入部１００ａと、導入部１００ａから前記プラズマを生成する空間に向けて突出した伝搬部１００ｂと、前記プラズマを生成する空間にマイクロ波を放射させる放射部１００ｃと、伝搬部１００ｂと放射部１００ｃの間に設けられる結合部１００ｄとを有する。【選択図】図１
2006331725.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマを生成する空間を有するチャンバに取り付けられるマイクロ波導入器であって、
前記チャンバの壁面から前記プラズマを生成する空間に向けて突出する誘電体からなる導波体を備え、
前記導波体は、マイクロ波を導入する導入部と、前記導入部から前記プラズマを生成する空間に向けて突出した伝搬部と、前記プラズマを生成する空間にマイクロ波を放射させる放射部と、前記伝搬部と前記放射部の間に設けられる結合部と、を有することを特徴とするマイクロ波導入器。
【請求項２】
前記結合部は、前記伝搬部及び前記放射部よりも小なる断面を有することを特徴とする請求項１記載のマイクロ波導入器。
【請求項３】
前記結合部は、前記放射部から前記伝搬部に戻るマイクロ波の反射を阻害することを特徴とする請求項１記載のマイクロ波導入器。
【請求項４】
前記放射部は、前記マイクロ波を共振させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のマイクロ波導入器。
【請求項５】
前記結合部は、前記伝搬部に対して着脱自在とされたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のマイクロ波導入器。
【請求項６】
前記結合部は、前記放射部に対して着脱自在とされたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のマイクロ波導入器。
【請求項７】
チャンバと、
前記チャンバに取り付けられた請求項１〜４のいずれか１つに記載のマイクロ波導入器と、
を備え、
前記導波体を介して導入されるマイクロ波により前記プラズマを生成する空間においてプラズマを生成可能としたことを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項８】
前記チャンバの外側に設けられ、前記導波体にマイクロ波を導入する導波管をさらに備えたことを特徴とする請求項６記載のプラズマ発生装置。
【請求項９】
前記導波管の中心軸と、前記導波体の中心軸と、が略同軸とされたことを特徴とする請求項８記載のプラズマ発生装置。
【請求項１０】
複数の前記導波体と、
前記複数の導波体にマイクロ波を導入する複数の導波管と、
前記複数の導波管のそれぞれにマイクロ波を導入する環状共振器と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項７記載のプラズマ発生装置。
【請求項１１】
請求項７〜１０のいずれか１つに記載のプラズマ発生装置を備え、
前記生成された前記プラズマによって被処理物のプラズマ処理を実施可能としたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記プラズマ発生装置に対向するように前記被処理物を載置するステージと、
前記ステージに接続される高周波電源と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１１記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記チャンバの壁を冷却するための冷却手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１１または１２に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波導入器、プラズマ発生装置及びプラズマ処理装置に関し、特に、プラズマ発生室内部の金属汚染やパーティクルの発生を抑えることが可能なマイクロ波導入器、これを備えたプラズマ発生装置及びエッチング装置などのプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマを利用したドライプロセスは、半導体製造装置、金属部品の表面硬化、プラスチック部品の表面活性化、無薬剤殺菌など、幅広い技術分野において活用されている。例えば、半導体や液晶ディスプレイなどの製造に際しては、アッシング、ドライエッチング、薄膜堆積あるいは表面改質などの各種のプラズマ処理が用いられている。プラズマを利用したドライプロセスは、低コストで、高速であり、薬剤を用いないために環境汚染を低減できる点でも有利である。
【０００３】
このようなプラズマ処理を行う装置の代表的なものして、周波数が１００メガヘルツ〜数１０ギガヘルツのマイクロ波によりプラズマを励起する「マイクロ波励起型」のプラズマ処理装置がある（例えば、特許文献１及び２）。マイクロ波励起型のプラズマ源は、高周波プラズマ源などに比べてプラズマ電位が低いので、ダメージ無しのレジスト・アッシング（resist ashing）や、バイアス電圧を印加した異方性エッチングなどに広く使われる。
【０００４】
マイクロ波励起型のプラズマ処理装置においては、マイクロ波を減圧チャンバ内に導入する必要がある。マイクロ波を導入する構造として、最も広く採用されているものは、誘電体の窓を介して減圧チャンバの内部にマイクロ波を導入する構造である。
【０００５】
図９は、特許文献１に開示されているようなプラズマ処理装置の概念図である。  
すなわち、プラズマ処理装置は、減圧状態を保持できるチャンバ１０を備えている。チャンバ１０の底部には、チャンバ内を排気して減圧するための排気口が設けられ、真空ポンプなどの排気手段Ｅにより排気して減圧雰囲気を維持可能とされている。また、チャンバ１０の天井部分には、誘電体からなる窓３０が設けられている。窓３０の外側には、導波管２０が設けられ、スロット２０Ｓを介して窓３０にマイクロ波を照射可能とされている。図示しないマイクロ波発生装置から供給されたマイクロ波Ｍは、導波管２０からスロット２０Ｓ、窓３０を介してチャンバ１０の内部に導入される。一方、チャンバ１０の内部には、窓３０に対向するように被処理物Ｗを載置するためのステージ１６が設けられている。
【０００６】
次に、このプラズマ処理装置の動作について説明する。  
まず最初に、排気口に接続されている図示しない排気手段Ｅによりチャンバ１０内が所定の圧力になるまで減圧される。次に、図示しないガス導入口から処理ガス（例えば、酸素やフッ素含有ガスなど）がチャンバ１０内に導入される。マイクロ波発生装置（図示せず）により発生させたマイクロ波Ｍは、導波管２０を介して導かれ、スロット２０Ｓから窓３０を介してチャンバ１０の内部に放射される。このようにして放射されたマイクロ波Ｍにより、プラズマＰが励起される。
【０００７】
このようにして励起されたプラズマＰによって、チャンバ１０内の処理ガスが分解あるいは活性化されラジカルなどの活性種や分解種Ａが生成される。そして、この発生した活性種や分解種Ａにより、ステージ１６に載置された被処理物Ｗに所定のプラズマ処理が施される。
【０００８】
【特許文献１】特開平９−１４８０９７号公報
【特許文献１】特開２０００−１３３６４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、プラズマ発生装置においては、プラズマの均一性を上げることやプラズマの生成効率を上げることとともに、チャンバ内を清浄に保つことやコンタミネーション（汚染）の発生を防ぐことが極めて重要である。もし、パーティクルなどが発生し被処理物Ｗの表面に付着すると、被処理物上に形成される配線がショートしやすくなる等の障害を生じるからである。
【００１０】
チャンバ１０内を清浄に保つためには、チャンバ１０外からパーティクルなどを持ち込まないようにするとともに、チャンバ１０内でのパーティクルやコンタミネーションなどの発生を極力抑える必要がある。しかしながら、図９に例示したような構造のマイクロ波導入器では、プラズマＰは窓３０の直下部分のみならず、その周囲にも拡がって発生する。このため、窓３０の周囲のチャンバ１０の内壁部ＣがプラズマＰによりスパッタリングされ、パーティクルや金属汚染などが発生してしまうおそれがあった。
【００１１】
プラズマの発生を特定部分に限定するため、例えば、特許文献２には同軸線路によりチャンバの内部にマイクロ波を導入し、その先端に設けた供給部からマイクロ波を放出させる導入機構が開示されている。  
図１０は、このような導入機構を備えたプラズマ処理装置を例示する模式図である。  
すなわち、マイクロ波Ｍは、同軸線路１ａを介して、チャンバ１０内に設けられた供給部１ｂに供給される。供給部１ｂは、複数の導体板やストリップラインと誘電体とを組み合わせた複合構造を有し、マイクロ波Ｍをチャンバ１０内に放出させる。放出されたマイクロ波Ｍは、ガス導入口５から導入されたガスＧのプラズマを励起させる。
図１０に表した構造にすれば、プラズマをチャンバ１０の内壁から引き離すことができ、チャンバ内壁がスパッタリングされることにより発生するパーティクルや金属汚染を防止することができる。しかし、この場合、今度は、供給部１ｂにおいて誘電体を覆う導体（金属）がスパッタリングされパーティクルや金属汚染が発生してしまうという問題が生ずる。
【００１２】
一方、このようにして起こるパーティクルや金属汚染の発生を反応性を低減して防止すべく、チャンバ内壁を冷却液などで冷やす技術も提案されている。しかしながら、この方法によりチャンバ内壁のスパッタリングを完全に解消することは困難であり、また、このような冷却装置を設けることとすれば装置機構の複雑化、装置寸法の過大化、メンテナンスの負担の増大を招くという問題があった。
【００１３】
本発明は、以上の事情に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明は、装置機構の複雑化などを招くことなく、パーティクルや金属汚染などの発生を抑えることのできるマイクロ波導入器、これを備えたプラズマ発生装置及びこれを備えたプラズマ処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明の一態様によれば、
プラズマを生成する空間を有するチャンバに取り付けられるマイクロ波導入器であって、
前記チャンバの壁面から前記プラズマを生成する空間に向けて突出する誘電体からなる導波体を備え、
前記導波体は、マイクロ波を導入する導入部と、前記導入部から前記プラズマを生成する空間に向けて突出した伝搬部と、前記プラズマを生成する空間にマイクロ波を放射させる放射部と、前記伝搬部と前記放射部の間に設けられる結合部と、を有することを特徴とするマイクロ波導入器が提供される。
【００１５】
また、本発明の他の一態様によれば、
チャンバと、
前記チャンバに取り付けられた前記マイクロ波導入器と、
を備え、
前記導波体を介して導入されるマイクロ波により前記プラズマを生成する空間においてプラズマを生成可能としたことを特徴とするプラズマ発生装置が提供される。
【００１６】
また、本発明のさらに他の一態様によれば、
前記のプラズマ発生装置を備え、
前記生成された前記プラズマによって被処理物のプラズマ処理を実施可能としたことを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
【発明の効果】
【００１７】
以上詳述したように、本発明によれば、装置機構の複雑化などを招くことなくパーティクルや金属汚染などの発生を抑えることのできるマイクロ波導入器、これを備えたプラズマ発生装置及びこれを備えたプラズマ処理装置を提供することができ、産業上のメリットは多大である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、具体例を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の具体例にかかるマイクロ波導入器の要部基本構成を説明するための概念図である。すなわち、同図は、マイクロ波導入器を減圧プラズマ発生装置に取り付けた状態を例示する断面図である。  
このマイクロ波導入器は、導入部１００ａと、伝搬部１００ｂと、放射部１００ｃと、結合部１００ｄと、を有する導波体１００を備える。導波体１００（導入部１００ａ、伝搬部１００ｂ、放射部１００ｃ、結合部１００ｄ）は誘電体からなり、例えば石英（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、サファイヤ、窒化アルミ（ＡｌＮ）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）などにより構成されるがこれに限定されるものではなく、化学的に安定で耐熱性、耐食性に優れた絶縁材料であればよい。導波体１００は、プラズマを生成する空間８００に向けてチャンバ３００の壁面からチャンバ３００の内側（同図の右側）の減圧空間に向けて突出するように取り付けられる。この導波体１００には、チャンバ３００の外側から、導波管２００などを介してマイクロ波Ｍが導入される。図１に表した具体例の場合、導入部１００ａ、伝搬部１００ｂ、放射部１００ｃ、結合部１００ｄは、それぞれ円柱状であるが、これに限定されるものではなく任意の断面形状のものであってもよい。例えば、断面が三角形、四角形、多角形、楕円形、外形線が任意の直線や曲線で構成されたものなどの柱状体であってもよい。
【００１９】
チャンバ３００の内部（同図の右側）の減圧状態を維持するために、導入部１００ａには導入部１００ａよりも外径の大きい導波体根１１０が設けられ、Ｏリング３２０により気密を確保している。ただし、この導波体根１１０やＯリング３２０は本発明において必須ではなく、他の方法により気密を確保してもよい。
【００２０】
伝搬部１００ｂは、導入部１００ａからチャンバ３００の内部（同図の右側）のプラズマを生成する空間８００に向けて突出するように設けられている。放射部１００ｃは伝搬部１００ｂの先端側（導波管２００から遠い側）のプラズマを生成する空間８００に設けられ、結合部１００ｄにより伝搬部１００ｂと連結されている。
【００２１】
本具体例のマイクロ波導入器においては、導波体１００の中心軸Ｃ１と、導波管２００の中心軸Ｃ２と、がほぼ一致している。さらに、導入部１００ａの断面寸法は、導波管２００の内径に近いサイズにされている。このようにすると、導波管２００を伝搬したマイクロ波Ｍが導波体１００に入力される時の反射波の発生を抑制できる。その結果として、マイクロ波Ｍの損失を抑制し、高い効率でプラズマを生成できる。
【００２２】
次に、このマイクロ波導入器の動作について説明する。  
図１において、マイクロ波発生手段（図示しない）により発生させたマイクロ波Ｍは、導波管２００により導波体１００部分に導かれる。導波体１００部分に導かれたマイクロ波Ｍは、導入部１００ａに導入された後、伝搬部１００ｃから結合部１００ｄを通り放射部１００ｃに導入される。放射部１００ｃに導入されたマイクロ波Ｍは後述のように放射部１００ｃ部で共振し、その後、放射部１００ｃの外部に放出される。そして、この放出されたマイクロ波Ｍによりプラズマが生成される。
【００２３】
次に、伝搬部１００ｂについて説明する。  
伝搬部１００ｂは、導入部１００ａに導入されたマイクロ波Ｍを結合部１００ｄを介して放射部１００ｃに伝搬するためのものである。伝搬部１００ｂからのマイクロ波の漏れを少なくするためには、伝搬部１００ｂの断面寸法は小さい方が望ましい。ただし、放射部１００ｃ付近で発生するプラズマＰのスキン・デプス（skin depth）以上であることが必要であり、一般的には、伝搬部１００ｂの断面寸法１２０ｂは１センチメートル以上とされる。また、マイクロ波が伝搬部１００ｂにおいて共振しないような形状及びサイズとすることが望ましい。
【００２４】
次に、放射部１００ｃについて説明する。  
放射部１００ｃは、結合部１００ｄを介して導入されてくるマイクロ波ＭをプラズマＰに向けて放出するためのものである。一般的に、マイクロ波ＭとプラズマＰとの相互作用（interaction）を強くし、プラズマＰの生成効率を上げるためには、導波体のサイズを大きくすることが望ましい。そして、放射部１００ｃに導入されたマイクロ波を共振させることができれば、それだけ多くのエネルギーをプラズマに供給することができる。このためには、共振が起きるように、放射部１００ｃの断面寸法１２０ｃはマイクロ波Ｍの波長の整数倍であることがより望ましい。このようにすれば、放射部１００ｃにおいてマイクロ波ＭのＴＥモードあるいはＴＭモードのみが存在し、唯一のモードで共振させることができる。また、反射が起こっても結合部１００ｄや伝搬部１００ｂで吸収されるため、モードジャンプを抑制することができる。その結果として、常に安定したプラズマを連続的に維持することができる。
【００２５】
次に、結合部１００ｄについて説明する。  
結合部１００ｄは、伝搬部１００ｂと放射部１００ｃの間に設けられ、伝搬部１００ｂと放射部１００ｃとの間の結合を調整する役割を有する。つまり、結合部１００ｄは、伝搬部１００ｂと放射部１００ｃとを結合するとともに、放射部１００ｃから伝搬部１００ｂへ戻る反射波を制限し、放射部１００ｃ内で共振を生じさせる機能をも有している。このためには、結合部１００ｄの断面サイズ１２０ｄは、伝搬部の断面サイズ１２０ｂや放射部の断面サイズ１２０ｃよりも小さくすることが望ましい。そして、結合部１００ｄの長さや断面サイズを調節することにより、伝搬部１００ｂと放射部１００ｃとの結合を調節できる。  
結合部１００ｄから放射部１００ｃに導入されたマイクロ波の一部は反射波となって伝搬部１００ｂ側へ戻ろうとするが、結合部１００ｄにより伝搬部１００ｂ側へ戻るのが阻害される。そのため放射部１００ｃ内で進行波と反射波との干渉が起きる。ここで、前述のように放射部１００ｃの断面寸法１２０ｃをマイクロ波波長の整数倍としておけば放射部１００ｃ内で共振が起き、その分高いエネルギーをプラズマＰに供給することができる。また、反射波の伝搬部１００ｂ側への戻りが制限されるため、伝搬部１００ｂにおける定在波の発生がなく、伝搬部１００ｂからチャンバに放出されるマイクロ波も少なくなる。
【００２６】
本発明者は、結合部１００ｄの寸法に関して定量的な研究を行った。  
図２（ａ）は、結合部１００ｄの断面寸法と放射部１００ｃ付近の電界強度比及び共振周波数との関係を例示したグラフ図であり、同図（ｂ）は、このグラフ図に対応する寸法パラメータを表す断面図である。  
また、図３は、結合部１００ｄの長さ寸法と放射部１００ｃ付近の電界強度比及び共振周波数との関係を例示したグラフ図であり、同図（ｂ）は、このグラフ図に対応する寸法パラメータを表す断面図である。  
ここで、「電界強度比」とは、放射部１００ｃの付近での電界強度Ｅ１と、伝搬部１００ｂのチャンバ３００付近（チャンバ壁面から２０ｍｍ位）における電界強度Ｅ２と、の比Ｅ１／Ｅ２である。  
【００２７】
この測定においては、図２（ｂ）に表した寸法パラメータとして、直径Ａ＝４０ｍｍ、直径Ｂ＝１４０ｍｍ、Ｌ１＝４０ｍｍ、Ｌ２＝１０ｍｍ、Ｌ３＝２８ｍｍとした。また、導波体の材質は石英とし、マイクロ波周波数は２．４５ギガヘルツ、処理ガスは酸素、チャンバ内圧力は１５Ｐａ（パスカル）とした。
図２（ａ）から、結合部１００ｄの断面寸法を大きくするほど電界強度比が低下することがわかる。電界強度比が低下するということは、それだけマイクロ波のプラズマへの放射量が少なくなっていることを意味する。従って、電界強度比は高いほど望ましい。図２（ａ）からは、結合部１００ｄの直径Ｄを概ね２０ｍｍ以下にすると高い電界強度比が得られることがわかる。特に、結合部１００ｄの直径Ｄを５ミリメータ程度とすれば、電界強度比は最大となるのでより望ましいことがわかる。  
【００２８】
一方、図３（ａ）からは、結合部１００ｄの長さ寸法を長くするほど電界強度比が低下することがわかる。ただし、図２に関して前述した断面寸法の変化が与える影響よりも影響は少ない。図３（ａ）に表した結果によれば、結合部１００ｄの長さＬ２を概ね４０ｍｍ以下にすればよく、特に１０ｍｍ以下とすれば５ｍｍ付近で電界強度比が最大となるのでより望ましいことがわかる。なお、図３（ａ）のデータは、直径Ａ＝４０ｍｍ、直径Ｂ＝１４０ｍｍ、直径Ｄ＝１８ｍｍ、Ｌ１＝４０ｍｍ、Ｌ３＝２８ｍｍとし、導波体の材質は石英、マイクロ波周波数は２．４５ギガヘルツ、処理ガスは酸素、チャンバ内圧力は１５Ｐａとした場合のものである。
【００２９】
本発明の効果について、図４を参照しつつ説明する。  
図４は、結合部１００ｄと放射部１００ｃの各寸法を図３（ｂ）に関して前述した範囲に選択したときに生じるプラズマＰの分布を表す模式図である。すなわち、同図においては、プラズマの密度をコントラストで表し、濃いコントラストほどプラズマの密度が高いことを表す。なお、プラズマＰの分布は、導波体１００の中心軸Ｃ１に対してほぼ対称に現れるため、本図においては半分のみを表した。  
図４から明らかなように、プラズマＰは放射部１００ｃのほぼ全面に亘って励起されている。これに対して、結合部１００ｄ付近にも若干のプラズマが発生してはいるものの、導波体１００ｂの根本部分（チャンバの内壁に近い側）にはプラズマはほとんど発生していない。つまり、プラズマＰをチャンバ３００の壁面より引き離すことができ、チャンバ３００の壁がスパッタリングされることによる生じるパーティクルや金属汚染の発生を防ぐことができる。
【００３０】
本実施形態において、放射部１００ｃの付近において特に高い密度のプラズマＰが発生するのは、放射部１００ｃ内で共振が起こりマイクロ波の強度が上がるためである。なお、本発明では導波体１００部分には前述のように耐熱性、耐食性、耐化学性に優れた石英（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、サファイヤ、窒化アルミ（ＡｌＮ）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）などの誘電体を用いているため、これらがスパッタリングされてパーティクルや金属汚染が発生することはない。
【００３１】
前述のようにして一度決定した結合部１００ｄの断面寸法や長さ、放射部１００ｃの断面寸法も、プラズマ処理条件などが変われば多少変更せざるを得ない場合が生じる。本発明においては、このような場合に対処すべく、結合部１００ｄを着脱自在な構造とすることも可能である。  
図５は、結合部１００ｄを着脱自在な構造として具体例を表す模式図である。  
本具体例においては、伝搬部１００ｂの先端には雌ねじ部１０１ｂが設けられ、結合部１００ｄの先端には雌ねじ部１０１ｂとはまり合う雄ねじ部１０１ｃが設けられている。雄ねじ部１０１ｃの長さは雌ねじ部１０１ｂの深さより若干短くなっており、結合部１００ｄの先端（雄ねじ部１０１ｃ側）には、結合部１００ｄの雄ねじ部１０１ｃを伝搬部１００ｂの雌ねじ部１０１ｂにねじ込んだときに伝搬部１００ｂと放射部１００ｃが略直角となるようにするための肩部１０２が設けられている。
【００３２】
本発明においては、このような構成により結合部１００ｄを着脱自在としているため、処理条件などに合わせて最適な断面寸法や長さを持つ結合部１００ｄに簡単に交換することができる。なお、前述の構造は例示にすぎず、結合部１００ｄを着脱自在とするものはすべて本発明に包含される。例えば、結合部１００ｄの先端には雌ねじ部が伝搬部１００ｂの先端には雄ねじ部が設けられていてもよいし、結合部１００ｄの両先端に雄ねじ部があり放射部１００ｃとも着脱自在になっていてもよい。また、結合には摩擦力を使ったものでもよいし、分離位置も図５（ｂ）に例示したごとく伝搬部１００ｂの途中であってもよい。
【００３３】
このような構成にしておけばメンテナンスなどの際に部品交換が必要になったときでも、最小限の部分の交換ですむので経済的でもある。また、放射部１００ｃとも着脱自在としておけば、特定の処理条件において共振させるのに最適な寸法の放射部１００ｃを選んだり、より少ない単位での部品交換や処理条件に合わせて色々な組み合わせをすることもできる。
【００３４】
次に、本実施形態のマイクロ波導入器を用いたプラズマ発生装置及びプラズマ処理装置について説明する。  
図６は、本発明の実施の形態にかかるプラズマ処理装置の要部基本構成を例示する斜視一部断面図である。  
【００３５】
本具体例のプラズマ処理装置７００は、減圧状態でプラズマ処理を実施可能としたものであり、チャンバ３００と、これに取り付けられた複数の導波体１００と、を有する。導波体１００は、図１乃至図５に関して前述した本発明の実施の形態にかかるマイクロ波導入器の導波体である。これら導波体１００は、例えば、図６に例示したように、チャンバ３００の中心軸からみて同一円周上に等間隔に配置することができる。これら導波体１００のそれぞれには、導波管２００を介してマイクロ波Ｍが導入される。
【００３６】
一方、チャンバ３００は、図示しない排気手段によりその内部を減圧状態に維持可能とされている。ステージ４００の上に被処理物Ｗを載置し、図示しないガス導入系を介して、所定のガスを導入した状態で、マイクロ波Ｍをチャンバ内に導入することによりプラズマＰを生成する。このプラズマＰにより、ガスが適宜分解あるいは活性化され、ラジカルなどの活性種や分解種Ｒが被処理物Ｗに作用する。このようにして、エッチングやアッシング、堆積、表面改質、ドーピングなどの各種のプラズマ処理を実施できる。
【００３７】
本発明によれば、このようなプラズマ処理装置７００において、図１乃至図５に関して前述したマイクロ波導入器を設けることにより、チャンバ３００壁面から離れた位置にプラズマＰを発生させることができるため、パーティクルや金属汚染の発生が極めて少ない環境を得ることができる。
【００３８】
また、プラズマ処理装置７００には、ループ状共振器２１０を設けても良い。すなわち、図６において導入導波管２２０に矢印Ｍの方向から導入されたマイクロ波は、導入導波管２２０とループ状共振器２１０との間に設けられた結合部を介してループ状共振器２１０に導入される。ループ状共振器２１０は、マイクロ波がループ状に伝搬しながら共振するように設計されている。そして、ループ状共振器２１０内で共振するマイクロ波は、図示しない結合部を介して導波管２００に供給され、導波体１００を介してチャンバ３００の中に導入される。  
このようなループ状共振器２１０を設ければ、導入導波管２２０から導入されたマイクロ波Ｍを共振させることができるので、それだけ強力なマイクロ波Ｍを導波管２００を介して前述のマイクロ波導入器に送ることができる。
【００３９】
図７は、本実施形態のプラズマ処理装置の第２の具体例の要部基本構成を例示する模式断面図である。  
本具体例のプラズマ処理装置７１０も、基本的な構成は図６に関して前述したプラズマ処理装置と同様であるが、ステージ４００に高周波電源４１０が接続されている点が異なる。高周波電源４１０によってステージ４００に高周波バイアスをかけ、活性種や分解種Ｒを被処理物Ｗに対して引き込むことができる。そのため、活性種や分解種Ｒのチャンバ壁面側への移動がますます少なくなり、パーティクルや金属汚染の発生をさらに抑えることができる。
【００４０】
図８は、本実施形態のプラズマ処理装置の第３の具体例の要部基本構成を例示する模式断面図である。  
本具体例のプラズマ処理装置７２０も、基本的な構成は図６に関して前述したプラズマ処理装置と同様であるが、チャンバ壁面に冷却手段３３０を設けた点が異なる。すなわち、本具体例のプラズマ処理装置７２０では、冷却手段３３０によりチャンバ壁面の温度を下げることができる。そのため、チャンバ壁面と活性種や分解種Ｒとの反応が弱くなり、パーティクルや金属汚染の発生をさらに抑えることができる。ここで、本発明の効果により冷却手段３３０の冷却能力は、冷却手段のみによりパーティクルや金属汚染の発生を抑える場合に比べて大幅に低いものでも足りる。そのため、冷却手段３３０を設ける場合でも、プラズマ処理装置の機構の複雑化や装置寸法の過大化を抑えることができる。
【００４１】
図８では、冷却手段３３０をチャンバ天井部に設けた具体例を表したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、チャンバ側壁部や底部にも冷却手段を設けたり、これらのいずれか同士を適宜組み合わせてもよい。また、冷却手段３００を、チャンバ外壁面や内壁面に接触させるように設けてもよい。また、冷却手段３３０として冷却媒体を循環させるものを設ける代わりに、例えば、冷風をチャンバの外壁面に吹きかけたり、ペルチェ素子などで冷却するようにしたものであってもよい。
【００４２】
また、図６乃至図８に示した具体例の各要素を適宜組み合わせてプラズマ処理装置を構成することもできる。例えば、前述のループ状共振器２１０、高周波電源４１０、冷却手段３３０などを適宜組み合わせてもよい。
【００４３】
以上具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。
【００４４】
例えば、本発明は、減圧空間でプラズマを生成しプラズマ処理する減圧プラズマ発生装置及び減圧プラズマ処理装置には限定されず、大気圧空間でプラズマを生成しプラズマ処理する大気圧プラズマ発生装置及び大気圧プラズマ処理装置に用いても、同様の作用効果が得られ、これらも本発明の範囲に包含される。
【００４５】
また、本発明において用いる導波体１００、導波管２００、チャンバ３００やこれらに付設される要素は、図示した形状、サイズのものには限定されず、その断面形状、壁面厚、開口の形状やサイズ、材質などは本発明の範囲内において適宜変更して同様の作用効果が得られ、これらも本発明の範囲に包含される。
【００４６】
導波管は完全な方形である必要はなく、また同軸導入部や同軸変換部も完全な円筒状である必要はない。
【００４７】
また、チャンバ３００の形状やサイズ、あるいはその内部の配置関係についても、図示したものには限定されず、プラズマ処理の内容や条件などを考慮して適宜決定することができる。例えば、プラズマ発生部はプラズマ処理室の上面でなく、側面や下面に付設してもよく、または、これらを組み合わせてもよい。つまり、ひとつのチャンバに複数のプラズマ発生部を付設してもよい。このようにすれば、被処理物の形状やサイズに合わせて均一あるいは所定の密度分布を有する大面積のプラズマを形成することが可能となる。
【００４８】
さらにまた、上述した具体例においては、プラズマ発生装置及びプラズマ処理装置の要部構成のみ説明したが、本発明は、このようなプラズマ発生装置を有する全てのプラズマ処理装置を包含し、例えば、エッチング装置、アッシング装置、薄膜堆積装置、表面処理装置、プラズマドーピング装置などとして実現したプラズマ処理装置のいずれもが本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の具体例にかかるマイクロ波導入器の要部基本構成を説明するための概念図である。
【図２】結合部１００ｄの断面寸法と放射部１００ｃ付近の電界強度比の関係を例示する図である。
【図３】結合部１００ｄの長さ寸法と放射部１００ｃ付近の電界強度比の関係を例示する図である。
【図４】導波体１００付近のプラズマＰの分布を例示する図である。
【図５】結合部１００ｄ部分を着脱自在とした場合の構造を例示した図である。
【図６】本発明の実施の形態にかかるプラズマ処理装置の要部基本構成を例示するための概念図である。
【図７】ステージ４００に高周波電源４１０が接続されているプラズマ処理装置の要部基本構成を例示する概念図である。
【図８】チャンバ壁面に冷却手段３３０を備えているプラズマ処理装置の要部基本構成を例示する概念図である。
【図９】マイクロ波励起型のプラズマ処理装置の概念図である。
【図１０】導入機構を備えたプラズマ処理装置の概念図である。
【符号の説明】
【００５０】
１００    導波体
１００ａ  導入部
１００ｂ  伝搬部
１００ｃ    放射部
１００ｄ    結合部
１１０    導波体根
２００    導波管
３００    チャンバ
３２０    Ｏリング
４００    ステージ
Ｍ        マイクロ波
Ｐ        プラズマ
Ｒ        活性種や分解種
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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４】
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