(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理装置のチャンバ内にマイクロ波を放射して表面波プラズマを形成す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するためのマイクロ波伝送部と、前記チャンバの天壁を構成し、前記マイクロ波伝送部から供給されたマイクロ波を前記チャンバ内に放射するためのマイクロ波放射部材とを具備し、
前記マイクロ波伝送部は、前記マイクロ波放射部材の上の前記チャンバ内の周縁部分に対応する周縁部に円周方向に沿って設けられた、前記マイクロ波放射部材にマイクロ波を導入する複数のマイクロ波導入機構を有し、
前記マイクロ波放射部材は、
金属製の本体部と、
前記本体部の前記マイクロ波導入機構の配置面近傍に、前記複数のマイクロ波導入機構の配置部分を含む円環状をなすマイクロ波導入機構配置領域に沿って全体形状が円環状になるように複数設けられた誘電体からなる遅波材と、
前記本体部のマイクロ波放射面に、前記マイクロ波導入機構配置領域に沿って設けられた円環状をなす誘電体からなるマイクロ波透過部材と、
前記遅波材と前記マイクロ波透過部材との間に設けられ、前記マイクロ波導入機構配置領域に沿って全体が円周状になるように複数設けられたマイクロ波放射用のスロットを有するスロットアンテナ部とを有し、
前記複数の遅波材は、隣り合うものが金属部材で分離された状態で配置され、前記マイクロ波導入機構の数の２倍の枚数であり、前記各マイクロ波導入機構に対応する位置から、両側に延びるように配置されていることを特徴とするマイクロ波プラズマ源。
【請求項２】
前記スロットは、円弧状をなし、前記マイクロ波導入機構配置領域に沿って一列に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波プラズマ源。
【請求項３】
前記マイクロ波放射部材は、前記チャンバ内にプラズマ処理に用いるガスを導入するガス導入部をさらに有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマイクロ波プラズマ源。
【請求項４】
前記マイクロ波放射部材は円板状をなし、その上の前記チャンバ内の中央部分に対応する中央部に配置された他のマイクロ波導入機構をさらに有し、前記マイクロ波放射部材の中央から前記チャンバ内の中央部にも表面波プラズマが生成されるように構成されたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のマイクロ波プラズマ源。
【請求項５】
前記マイクロ波放射部材の上面の、前記マイクロ波導入機構配置領域と前記他のマイクロ波導入機構が配置された領域の間の部分に、円環状の溝が形成されていることを特徴とする請求項４に記載のマイクロ波プラズマ源。
【請求項６】
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、
前記チャンバ内にマイクロ波を放射して表面波プラズマを形成するマイクロ波プラズマ源と
を具備し、前記表面波プラズマにより被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
前記マイクロ波プラズマ源は、
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するためのマイクロ波伝送部と、前記チャンバの天壁を構成し、前記マイクロ波伝送部から供給されたマイクロ波を前記チャンバ内に放射するためのマイクロ波放射部材とを備え、
前記マイクロ波伝送部は、前記マイクロ波放射部材の上の前記チャンバ内の周縁部分に対応する周縁部に円周方向に沿って設けられた、前記マイクロ波放射部材にマイクロ波を導入する複数のマイクロ波導入機構を有し、
前記マイクロ波放射部材は、
金属製の本体部と、
前記本体部の前記マイクロ波導入機構の配置面近傍に、前記複数のマイクロ波導入機構の配置部分を含む円環状をなすマイクロ波導入機構配置領域に沿って全体形状が円環状になるように複数設けられた誘電体からなる遅波材と、
前記本体部のマイクロ波放射面に、前記マイクロ波導入機構配置領域に沿って設けられた円環状をなす誘電体からなるマイクロ波透過部材と、
前記遅波材と前記マイクロ波透過部材との間に設けられ、前記マイクロ波導入機構配置領域に沿って全体が円周状になるように複数設けられたマイクロ波放射用のスロットを有するスロットアンテナ部とを有し、
前記複数の遅波材は、隣り合うものが金属部材で分離された状態で配置され、前記マイクロ波導入機構の数の２倍の枚数であり、前記各マイクロ波導入機構に対応する位置から、両側に延びるように配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記スロットは、円弧状をなし、前記マイクロ波導入機構配置領域に沿って一列に配置されていることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記ガス供給機構は、前記マイクロ波放射部材に設けられた、第１のガスを導入する第１のガス導入部を有することを特徴とする請求項６または請求項７に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記チャンバ内に被処理基板を載置する載置台が設けられ、前記ガス供給機構は、前記マイクロ波放射部材と前記載置台との間にプラズマ処理に用いる第２のガスを導入する第２のガス導入部を有することを特徴とする請求項８に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記マイクロ波放射部材は円板状をなし、その上の前記チャンバ内の中央部分に対応する中央部に配置された他のマイクロ波導入機構をさらに有し、前記マイクロ波放射部材の中央から前記チャンバ内の中央部にも表面波プラズマが生成されるように構成されたことを特徴とする請求項６から請求項９のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記マイクロ波放射部材の上面の、前記マイクロ波導入機構配置領域と前記他のマイクロ波導入機構が配置された領域の間の部分に、円環状の溝が形成されていることを特徴とする請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記マイクロ波放射部材は、前記チャンバ内の周縁部に対応する環状をなし、
前記プラズマ処理装置は、
被処理基板を載置する載置台と、
前記マイクロ波放射部材の内側部分に、前記チャンバ内にプラズマ処理に用いるガスをシャワー状に導入するシャワーヘッドと、
前記シャワーヘッドと前記載置台との間に高周波電界を形成する高周波電界形成機構と
をさらに具備し、
前記高周波電界形成機構により、前記チャンバ内に容量結合プラズマが形成されることを特徴とする請求項６または請求項７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、マイクロ波プラズマ源およびそれを用いた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、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表面波プラズマを均一に形成することができるＲＬＳＡ（登録商標）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（登録商標）マイクロ波プラズマ処理装置は、表面波プラズマを発生させるためのマイクロ波を放射するマイクロ波放射アンテナとしてチャンバの上部に所定のパターンで複数のスロットが形成された平面スロットアンテナであるラジアルラインスロットアンテナを設け、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】
このようなＲＬＳＡ（登録商標）マイクロ波プラズマ装置において、プラズマ分布を調整する場合、スロット形状およびパターン等が異なる複数のアンテナを用意しておき、アンテナを交換する必要があり、極めて煩雑である。
【０００７】
これに対し、特許文献２には、マイクロ波を複数に分配し、上記のような平面アンテナとインピーダンス整合を行うチューナとを有するマイクロ波導入機構を複数設け、それらから放射された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プラズマ源が開示されている。
【０００８】
このように複数のマイクロ波導入機構を用いてマイクロ波を空間合成することにより、各マイクロ波導入機構から導入されるマイクロ波の位相や強度を個別に調整することができ、プラズマ分布の調整を比較的容易に行うことができる。
【０００９】
また、特許文献３には、複数のマイクロ波導入機構の配置を工夫することにより、プラズマの分布の均一化を図ることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【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
【特許文献３】特開２０１２−２１６７４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、特許文献２、３では、チャンバの天壁にマイクロ波導入機構毎に誘電体からなるマイクロ波透過窓（マイクロ波透過部材）を設け、このマイクロ波透過窓を介してチャンバ内にマイクロ波を放射している。しかし、このような構成の場合、周方向にプラズマが十分に広がらず、均一なプラズマを得ようとすると、マイクロ波放射機構の数が多くならざるを得ない。
【００１２】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、マイクロ波放射部の数を少なくしても周方向のプラズマの均一性を高めることができるマイクロ波プラズマ源およびそれを用いた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】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点は、プラズマ処理装置のチャンバ内にマイクロ波を放射して表面波プラズマを形成す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するためのマイクロ波伝送部と、前記チャンバの天壁を構成し、前記マイクロ波伝送部から供給されたマイクロ波を前記チャンバ内に放射するためのマイクロ波放射部材とを具備し、前記マイクロ波伝送部は、前記マイクロ波放射部材の上の前記チャンバ内の周縁部分に対応する周縁部に円周方向に沿って設けられた、前記マイクロ波放射部材にマイクロ波を導入する複数のマイクロ波導入機構を有し、前記マイクロ波放射部材は、金属製の本体部と、前記本体部の前記マイクロ波導入機構の配置面近傍に、前記複数のマイクロ波導入機構の配置部分を含む円環状をなすマイクロ波導入機構配置領域に沿って全体形状が円環状になるように複数設けられた誘電体からなる遅波材と、前記本体部のマイクロ波放射面に、前記マイクロ波導入機構配置領域に沿って設けられた円環状をなす誘電体からなるマイクロ波透過部材と、前記遅波材と前記マイクロ波透過部材との間に設けられ、前記マイクロ波導入機構配置領域に沿って全体が円周状になるように複数設けられたマイクロ波放射用のスロットを有するスロットアンテナ部とを有し、前記複数の遅波材は、隣り合うものが金属部材で分離された状態で配置され、前記マイクロ波導入機構の数の２倍の枚数であり、前記各マイクロ波導入機構に対応する位置から、両側に延びるように配置されてい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】
本発明の第２の観点は、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、前記チャンバ内にマイクロ波を放射して表面波プラズマを形成するマイクロ波プラズマ源とを具備し、前記表面波プラズマにより被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、前記マイクロ波プラズマ源は、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するためのマイクロ波伝送部と、前記チャンバの天壁を構成し、前記マイクロ波伝送部から供給されたマイクロ波を前記チャンバ内に放射するためのマイクロ波放射部材とを備え、前記マイクロ波伝送部は、前記マイクロ波放射部材の上の前記チャンバ内の周縁部分に対応する周縁部に円周方向に沿って設けられた、前記マイクロ波放射部材にマイクロ波を導入する複数のマイクロ波導入機構を有し、前記マイクロ波放射部材は、金属製の本体部と、前記本体部の前記マイクロ波導入機構の配置面近傍に、前記複数のマイクロ波導入機構の配置部分を含む円環状をなすマイクロ波導入機構配置領域に沿って全体形状が円環状になるように複数設けられた誘電体からなる遅波材と、前記本体部のマイクロ波放射面に、前記マイクロ波導入機構配置領域に沿って設けられた円環状をなす誘電体からなるマイクロ波透過部材と、前記遅波材と前記マイクロ波透過部材との間に設けられ、前記マイクロ波導入機構配置領域に沿って全体が円周状になるように複数設けられたマイクロ波放射用のスロットを有するスロットアンテナ部とを有し、前記複数の遅波材は、隣り合うものが金属部材で分離された状態で配置され、前記マイクロ波導入機構の数の２倍の枚数であり、前記各マイクロ波導入機構に対応する位置から、両側に延びるように配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。
【００１５】
上記第１および第２の観点において、前記スロットは、円弧状をなし、前記マイクロ波導入機構配置領域に沿って一列に配置されている構成とすることができる。また、前記マイクロ波放射部材は円板状をなし、その上の前記チャンバ内の中央部分に対応する中央部に配置された他のマイクロ波導入機構をさらに有し、前記マイクロ波放射部材の中央から前記チャンバ内の中央部にも表面波プラズマが生成されるように構成することができる。この場合に、前記マイクロ波放射部材の上面の、前記マイクロ波導入機構配置領域と前記他のマイクロ波導入機構が配置された領域の間の部分に、円環状の溝が形成されている構成とすることができる。
【００１６】
上記第１の観点において、前記マイクロ波放射部材は、前記チャンバ内にプラズマ処理に用いるガスを導入するガス導入部をさらに有する構成とすることができる。
【００１７】
上記第２の観点において、前記ガス供給機構は、前記マイクロ波放射部材に設けられた、第１のガスを導入する第１のガス導入部を有する構成とすることができる。この場合に、前記チャンバ内に被処理基板を載置する載置台が設けられ、前記ガス供給機構は、前記マイクロ波放射部材と前記載置台との間にプラズマ処理に用いる第２のガスを導入する第２のガス導入部を有する構成とすることができる。
【００１８】
また、上記第２の観点において、前記マイクロ波放射部材は、前記チャンバ内の周縁部に対応する環状をなし、前記プラズマ処理装置は、被処理基板を載置する載置台と、前記マイクロ波放射部材の内側部分に、前記チャンバ内にプラズマ処理に用いるガスをシャワー状に導入するシャワーヘッドと、前記シャワーヘッドと前記載置台との間に高周波電界を形成する高周波電界形成機構とをさらに具備し、前記高周波電界形成機構により、前記チャンバ内に容量結合プラズマが形成される構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、複数のマイクロ波導入機構をマイクロ波放射部材の周方向に沿って配置し、マイクロ波放射部材の本体部のマイクロ波導入機構の配置面近傍に、円環状をなすマイクロ波導入機構配置領域に沿って全体形状が円環状になるように誘電体からなる遅波材を複数設け、複数の遅波材は、隣り合うものが金属部材で分離された状態で配置され、前記マイクロ波導入機構の数の２倍の枚数であり、各マイクロ波導入機構に対応する位置から、両側に延びるように配置されているので、マイクロ波導入機構を伝送されてきたマイクロ波は、金属部材で分離され、通常マイクロ波電界が大きくなるマイクロ波導入機構直下部分の電界強度が大きくならずに、その両側の遅波材に等分配される。これにより、周方向の電界強度が均一化される。そして、このようなマイクロ波が円周状をなすように設けられたスロットから放射され、さらに円環状に形成されたマイクロ波透過部材で円周状に広げられた状態となる。このため、マイクロ波透過部材直下ではマイクロ波導入機構配置領域に沿って均一なマイクロ波電界を形成することができ、チャンバ内に周方向に均一な表面波プラズマを形成することができる。また、このようにしてマイクロ波電力を周方向に広げることができるので、マイクロ波導入機構を少ない本数とすることができ、装置コストを低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る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のプラズマ処理装置に用いられるマイクロ波プラズマ源におけるマイクロ波導入機構を模式的に示す平面図である。
【図３】図１のプラズマ処理装置に用いられるマイクロ波プラズマ源の構成を示すブロック図である。
【図４】図１のプラズマ処理装置のマイクロ波プラズマ源におけるマイクロ波放射部材を示す断面図である。
【図５】マイクロ波放射部材の周縁部に設けられた遅波材の配置を示す平面図である。
【図６】マイクロ波放射部材の周縁部に設けられた遅波材によるマイクロ波電力の分配の様子を示す模式図である。
【図７】マイクロ波放射部材の周縁部におけるスロットの形状および配置を示す概略図である。
【図８】中心マイクロ波導入機構に対応するスロットの形状例を示す模式図である。
【図９】周縁マイクロ波導入機構を示す断面図である。
【図１０】周縁マイクロ波導入機構の給電機構を示す図９のＡＡ′線による横断面図である。
【図１１】周縁マイクロ波導入機構におけるスラグと滑り部材を示す図９のＢＢ′線による横断面図である。
【図１２】本発明の実施形態のマイクロ波プラズマ源によりチャンバ内にマイクロ波を導入した場合の電磁シミュレーション結果、および従来のマイクロ波導入機構を７本設けた従来例による電磁シミュレーション結果を示す図である。
【図１３】電磁界シミュレーションによるチャンバ内の径方向の電界強度を示す図である。
【図１４】本発明の他の実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
＜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のプラズマ処理装置に用いられるマイクロ波プラズマ源におけるマイクロ波導入機構の配置を模式的に示す平面図、図３は図１のプラズマ処理装置に用いられるマイクロ波プラズマ源の構成を示すブロック図である。
【００２３】
プラズマ処理装置１００は、マイクロ波により表面波プラズマを形成してウエハに対して所定のプラズマ処理を行うものである。プラズマ処理としては、成膜処理またはエッチング処理が例示される。
【００２４】
プラズマ処理装置１００は、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内にマイクロ波を導入して表面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。
【００２５】
また、プラズマ処理装置１００は、マイクロプロセッサを備えた全体制御部３を有している。全体制御部３は、プラズマ処理装置１００の各部を制御するようになっている。全体制御部３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所定の制御を行うことが可能である。
【００２６】
チャンバ１内には被処理体である半導体ウエハＷ（以下ウエハＷと記述する）を水平に支持するためのサセプタ（載置台）１１が、チャンバ１の底部中央に絶縁部材１２ａを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の金属や内部に高周波用の電極を有した絶縁性部材（セラミックス等）が例示される。
【００２７】
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。なお、高周波バイアス電源１４はプラズマ処理の特性によっては設けなくてもよい。この場合は、サセプタ１１としてＡｌＮのようなセラミックス等からなる絶縁性部材を用いも電極は不要である。
【００２８】
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。
【００２９】
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するマイクロ波伝送部４０と、チャンバ１の上部に設けられた支持リング２９に気密にシールされた状態で設けられ、マイクロ波伝送部４０から伝送されたマイクロ波をチャンバ１内に放射するための円板状をなすマイクロ波放射部材５０とを有する。マイクロ波放射部材５０は、チャンバ１の天壁を構成している。マイクロ波放射部材５０にはシャワー構造の第１ガス導入部２１が設けられており、第１ガス導入部２１には、第１ガス供給源２２から、プラズマ生成用のガス、例えばＡｒガスや、高エネルギーで分解させたいガス、例えばＯ２ガスやＮ２ガス等の第１のガスが供給されるようになっている。なお、マイクロ波放射部材５０を含むマイクロ波プラズマ源２の詳細な構造については後述する。
【００３０】
また、チャンバ１内のサセプタ１１とマイクロ波放射部材５０との間の位置には、シャワープレートとして構成される第２ガス導入部２３が水平に設けられている。この第２ガス導入部２３は、格子状に形成されたガス流路２４と、このガス流路２４に形成された多数のガス吐出孔２５とを有しており、格子状のガス流路２４の間は空間部２６となっている。この第２ガス導入部２３のガス流路２４にはチャンバ１の外側に延びるガス供給配管２７が接続されており、このガス供給配管２７には第２ガス供給源２８が接続されている。第２ガス供給源２８からは、成膜処理やエッチング処理等のプラズマ処理の際に、極力分解させずに供給したい処理ガス、例えばＳｉＨ４ガスやＣ５Ｆ８ガス等の第２の処理ガスが供給されるようになっている。
【００３１】
なお、第１ガス供給源２２および第２ガス供給源２８から供給されるガスとしては、プラズマ処理の内容に応じた種々のガスを用いることができる。
【００３２】
（マイクロ波プラズマ源）
マイクロ波プラズマ源２は、上述したように、マイクロ波出力部３０と、マイクロ波伝送部４０と、マイクロ波放射部材５０とを有する。
【００３３】
図３に示すように、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。
【００３４】
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、９１５ＭＨｚ等、７００ＭＨｚから３ＧＨｚの範囲の種々の周波数を用いることができる。
【００３５】
マイクロ波伝送部４０は、複数のアンプ部４２と、アンプ部４２に対応して設けられた周縁マイクロ波導入機構４３ａおよび中心マイクロ波導入機構４３ｂとを有する。図２にも示すように、周縁マイクロ波導入機構４３ａは、マイクロ波放射部材５０の周縁部の上に周方向に沿って等間隔に３つ設けられており、中心マイクロ波導入機構４３ｂはマイクロ波放射部材５０の中央部の上に一つ設けられている。
【００３６】
マイクロ波伝送部４０のアンプ部４２は、図３に示すように、分配器３４にて分配されたマイクロ波を各周縁マイクロ波導入機構４３ａおよび中心マイクロ波導入機構４３ｂに導く。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。
【００３７】
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、マイクロ波導入機構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、隣り合うマイクロ波導入機構において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は設ける必要はない。
【００３８】
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、プラズマ強度調整する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。
【００３９】
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。
【００４０】
アイソレータ４９は、後述するスロットアンテナ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、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。
【００４１】
周縁マイクロ波導入機構４３ａおよび中心マイクロ波導入機構４３ｂは、後述するように、アンプ部４２から出力されたマイクロ波をマイクロ波放射部材５０に導入する機能およびインピーダンスを整合する機能を有している。
【００４２】
（マイクロ波放射部材）
次に、マイクロ波プラズマ源２のマイクロ波放射部材５０についてより詳細に説明する。
図４はマイクロ波放射部材５０の主要部を示す断面図であり、図５はマイクロ波放射部材５０の周縁部表面における遅波材の配置を示す図であり、図６はマイクロ波放射部材５０の周縁部における平面スロットアンテナのスロットの配置を示す図である。
【００４３】
マイクロ波放射部材５０は、金属製の本体部１２０を有しており、周縁マイクロ波導入機構４３ａが配置される周縁部と、中心マイクロ波導入機構４３ｂが配置される中央部とを有している。そして、周縁部はウエハＷの周縁領域に対応し、中央部はウエハの中央領域に対応する。
【００４４】
本体部１２０周縁部の上部には、周縁マイクロ波導入機構４３ａの配置部分を含む円環状の周縁マイクロ波導入機構配置領域に沿って複数の遅波材１２１が嵌め込まれており、本体部１２０周縁部の下面には、周縁マイクロ波導入機構配置領域に沿って設けられた円環状をなす誘電体からなるマイクロ波透過部材１２２が嵌め込まれている。そして、複数の遅波材１２１とマイクロ波透過部材１２２との間にはスロットアンテナ部１２４が形成されている。
【００４５】
遅波材２１は、図５に示すように、円弧状をなし、周縁マイクロ波導入機構４３ａの２倍の数、すなわち６枚設けられ、全体が円環状をなすように配置されている。これら６枚の遅波材１２１は等間隔に設けられており、隣接する遅波材１２１の間は本体部１２０の一部をなす金属部材１２５で分離されている。
【００４６】
図６に示すように、周縁マイクロ波導入機構４３ａは、それぞれ２枚の遅波材１２１の間に跨るようにして配置されている。すなわち、６枚の遅波材１２１は、それぞれ３つの周縁マイクロ波導入機構４３ａに対応する位置から両側に延びるように配置されている。このように、周縁マイクロ波導入機構４３ａの直下位置には金属部材１２５が配置されているため、周縁マイクロ波導入機構４３ａを伝送されてきたマイクロ波電力は、金属部材１２５で分離され、その両側の遅波材１２１に等分配される。
【００４７】
遅波材１２１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。
【００４８】
マイクロ波透過部材１２２は、マイクロ波を透過する材料である誘電体材料で構成されており、周方向に均一な表面波プラズマを形成する機能を有している。マイクロ波透過部材１２２は、遅波材１２１と同様、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することができる。なお、マイクロ波透過部材１２２は、周方向に沿って複数に分割されていてもよい。
【００４９】
スロットアンテナ部１２４は、本体部１２０の一部をなし、平板状をなしている。スロットアンテナ部１２４は、周縁マイクロ波導入機構４３ａからＴＥＭ波として伝送されてきたマイクロ波をスロット１２３によりＴＥ波にモード変換し、マイクロ波透過部材１２２を経て、チャンバ１内に放射する。
【００５０】
スロット１２３は、図４に示すように、本体部１２０の遅波材１２１に接する上面位置からマイクロ波透過部材１２２に接する下面位置まで貫通して設けられており、周縁マイクロ波導入機構４３ａから伝送されてきたマイクロ波の放射特性を決定する。本体部１２０とマイクロ波透過部材１２２との間のスロット１２３の周囲部分は、シールリング（図示せず）によりシールされており、マイクロ波透過部材１２２がスロット１２３を覆って密閉し、真空シールとして機能する。スロット１２３の形状および配置によりアンテナ指向性が決定される。スロット１２３は円弧状をなし、電界が均一に分散されるように、円環状をなす周縁マイクロ波導入機構配置領域の周方向に沿って、全体形状が円周状をなすように設けられている。図７に示すように、本例では周縁マイクロ波導入機構配置領域に沿って１２個の円弧状のスロット１２３が一列に配置されている。
【００５１】
なお、スロット１２３は、遅波材１２１およびマイクロ波透過部材１２２の幅方向（径方向）中央に設けられているが、マイクロ波導入機構４３ａは、幅方向中央よりも内側に設けられている。これは、遅波材１２１の内周と外周の長さの違いを考慮して、内側と外側とで均等に電界を分散させるためである。
【００５２】
また、スロット１２３は、各遅波材１２１に対応して２つずつ設けられている。一つのスロット１２３の円周方向の長さは、λｇ／２が好ましい。ただし、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。ここで、εｓはスロットに充填される誘電体の誘電率であり、λは真空中のマイクロ波の波長である。
【００５３】
スロット１２３は、強い電界が均一に放射されるように設計されるが、本例のような円環状のマイクロ波透過部材１２２を配置した場合には、複数の表面波モードが出現する可能性があり、また、一つの周縁マイクロ波導入機構４３ａから他の周縁マイクロ波導入機構４３ａへマイクロ波が侵入するマイクロ波の干渉が生じる可能性がある。このため、スロット１２３の形状および配置を、電界強度およびその均一性のみならず、表面波モードの数および周縁マイクロ波導入機構４３ａ間でのマイクロ波の干渉を極力少なくすることも考慮して、遅波材１２１の材料やマイクロ波の周波数等の条件に応じて最適化する。
【００５４】
スロット１２３内は真空であってもよいが、誘電体が充填されていることが好ましい。スロット１２３に誘電体を充填することにより、マイクロ波の実効波長が短くなり、スロットの厚さを薄くすることができる。スロット１２３に充填する誘電体としては、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を用いることができる。
【００５５】
本例のスロット１２３の形状および配置は、遅波材１２１やマイクロ波透過部材１２２およびスロット１２３内の誘電体として誘電率が１０程度のアルミナを用い、マイクロ波の周波数を８６０ＭＨｚとして３００ｍｍウエハに対応する装置を実現する場合に好適なものであり、表面波モードの数を少なくすることができる。スロット１２３の個数や形状・配置は、遅波材１２１の材料やマイクロ波の周波数等の条件により適宜調整される。
【００５６】
一方、本体部１２０の中央部の上部には、中心マイクロ波導入機構４３ｂに対応する中心マイクロ波導入機構配置領域に円板状をなす遅波材１３１が嵌め込まれており、中央部の下面の遅波材１３１に対応する部分に円板状をなすマイクロ波透過部材１３２が嵌め込まれている。そして、遅波材１３１とマイクロ波透過部材１３２との間にはスロットアンテナ部１３４が形成されている。スロットアンテナ部１３４にはスロット１３３が形成されている。スロット１３３の形状や大きさは、モードジャンプが発生せず均一な電界強度が得られるように適宜調整される。例えば、スロット１３３は、図８に示すようにリング状に形成される。これにより、スロット間の継ぎ目が存在せず、均一な電界を形成することができ、モードジャンプも発生し難くなる。
【００５７】
スロット１３３内にもスロット１２３と同様、誘電体が充填されていることが好ましい。スロット１３３に充填される誘電体としては、スロット１２３に用いたものと同様のものを用いることができる。また、遅波材１３１およびマイクロ波透過部材１３２を構成する誘電体についても、上述した遅波材１２１およびマイクロ波透過部材１２２と同様のものを用いることができる。
【００５８】
本体部１２０の上面には、周縁マイクロ波導入機構配置領域と中心マイクロ波導入機構配置領域との間に、円環状の溝１２６が形成されている。これにより、周縁マイクロ波導入機構４３ａと中心マイクロ波導入機構４３ｂとの間のマイクロ波干渉およびモードジャンプを抑制することができる。
【００５９】
また、本体部１２０には、上述した第１ガス導入部２１が設けられている。第１ガス導入部２１は、周縁マイクロ波導入機構配置領域を有する周縁部と中心マイクロ波導入機構配置領域を有する中央部との間に環状をなし、同心状に形成された外側ガス拡散空間１４１と内側ガス拡散空間１４２とを有している。外側ガス拡散空間１４１の上面には、本体部１２０の上面から繋がるガス導入孔１４３が形成されており、外側ガス拡散空間１４１の下面には、本体部１２０の下面に至る複数のガス吐出孔１４４が形成されている。一方、内側ガス拡散空間１４２の上面には、本体部１２０の上面から繋がるガス導入孔１４５が形成されており、内側ガス拡散空間１４２の下面には、本体部１２０の下面に至る複数のガス吐出孔１４６が形成されている。ガス導入孔１４３および１４５には、第１ガス供給源２２からの第１のガスを供給するためのガス供給配管１１１が接続されている。
【００６０】
本体部１２０を構成する金属としては、アルミニウムや銅のような熱伝導率の高い金属が好ましい。
【００６１】
（マイクロ波導入機構）
次に、マイクロ波導入機構について詳細に説明する。
以下の説明では周縁マイクロ波導入機構４３ａについて説明する。図９は周縁マイクロ波導入機構４３ａを示す断面図、図１０は周縁マイクロ波導入機構４３ａの給電機構を示す図９のＡＡ′線による横断面図、図１１は周縁マイクロ波導入機構４３ａにおけるスラグと滑り部材を示す図９のＢＢ′線による横断面図である。
【００６２】
図９に示すように、周縁マイクロ波導入機構４３ａは、スラグチューナとして構成される導入機構本体６０と、スラグを駆動するスラグ駆動部７０とを有している。そして、マイクロ波は、導入機構本体６０から、マイクロ波放射部材５０の遅波材１２１、スロット１２３、マイクロ波透過部材１２２を経てチャンバ１内にマイクロ波が放射され、そのマイクロ波によりチャンバ１内で表面波プラズマを形成するようになっている。
【００６３】
導入機構本体６０は、筒状の外側導体５２およびその中心に設けられた棒状の内側導体５３が同軸状に配置されてなるマイクロ波伝送路４４と、外側導体５２と内側導体５３との間を上下に移動する第１スラグ６１ａ、第２スラグ６１ｂとを有している。第１スラグ６１ａは上側に設けられ、第２スラグ６１ｂは下側に設けられている。そして、内側導体５３が給電側、外側導体５２が接地側となっている。外側導体５２および内側導体５３の上端は反射板５８となっており、下端はスロットアンテナ部１２４に接続されている。第１スラグ６１ａおよび第２スラグ６１ｂを移動させることにより、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機能を有する。
【００６４】
マイクロ波伝送路４４の基端側にはマイクロ波（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。
【００６５】
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。
【００６６】
給電アンテナ９０は、図１０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を有するアンテナ体９１と、アンテナ体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。アンテナ体９１の第２の極９３は内側導体５３に接触している。
【００６７】
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マイクロ波放射部材５０に向かって伝播する。
【００６８】
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。
【００６９】
図１１に示すように、第１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、第２スラグ６１ｂも同様に、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第１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第２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第１スラグ６１ａおよび第２スラグ６１ｂが昇降移動される。
【００７０】
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が第１スラグ６１ａおよび第２スラグ６１ｂの内周に当接した状態で滑り部材６３が第１スラグ６１ａおよび第２スラグ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の内周面が第１スラグ６１ａおよび第２スラグ６１ｂの滑りガイドとして機能する。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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が小さく、筐体７１が外側導体５２と同じ径となっている。
【００７４】
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。
【００７５】
第１スラグ６１ａおよび第２スラグ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により検知された第１スラグ６１ａおよび第２スラグ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、第１スラグ６１ａおよび第２スラグ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。
【００７６】
マイクロ波伝送路４４の先端部には、インピーダンス調整部材１４０が設けられている。インピーダンス調整部材１４０は、誘電体で構成することができ、その誘電率によりマイクロ波伝送路４４のインピーダンスを調整するようになっている。マイクロ波伝送路４４の先端の底板６７には円柱部材８２が設けられており、この円柱部材８２がスロットアンテナ部１２４に接続されている。遅波材１２１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、スロットアンテナ部１２４の上面（マイクロ波放射面）が定在波の「はら」になるようにその厚さが調整される。これにより、反射が最小で、マイクロ波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。
【００７７】
本実施形態において、メインアンプ４８と、スラグチューナを構成する導入機構本体６０と、マイクロ波放射部材５０のスロットアンテナ部１２４とは近接配置している。そして、スラグチューナとスロットアンテナ部１２４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、かつスロットアンテナ部１２４および遅波材１２１は合成抵抗が５０Ωに設定されているので、スラグチューナ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。
【００７８】
なお、中心マイクロ波導入機構４３ｂは、遅波材１３１を介してスロットアンテナ部１３４にマイクロ波を伝送する他は上記周縁マイクロ波導入機構４３ａと同様に構成され、同様の機能を有する。
【００７９】
＜プラズマ処理装置の動作＞
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。
【００８０】
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、第１ガス供給源２２からプラズマ生成ガス、例えばＡｒガスや、高エネルギーで分解させたい第１のガスをガス供給配管１１１およびマイクロ波放射部材５０の第１ガス導入部２１を介してチャンバ１内へ吐出する。
【００８１】
具体的には、第１ガス供給源２２からガス供給配管１１１を介してプラズマ生成ガスや処理ガスを、ガス導入孔１４３および１４５を経て第１ガス導入部２１の外側ガス拡散空間１４１と内側ガス拡散空間１４２に供給し、ガス吐出孔１４４および１４６からチャンバ１へ吐出する。
【００８２】
一方、マイクロ波プラズマ源２のマイクロ波出力部３０から、マイクロ波伝送部４０の複数のアンプ部４２および複数のマイクロ波導入機構４３を伝送されてきたマイクロ波をマイクロ波放射部材５０を介してチャンバ１内に放射させ、マイクロ波放射部材５０の表面部分に高い電界エネルギーにより第１のガスをプラズマ化して表面波プラズマを生成する。
【００８３】
また、第２ガス供給源２８から極力分解せずに供給したい処理ガス等の第２のガスをガス供給配管２７および第２ガス導入部２３を介してチャンバ１内に吐出する。第２ガス導入部から吐出された第２のガスは、第１のガスのプラズマにより励起される。このとき、第２のガス吐出位置はマイクロ波放射部材５０の表面から離れたよりエネルギーが低い位置であるため、第２のガスは不要な分解が抑制された状態で励起される。そして、第１のガスおよび第２のガスのプラズマによりウエハＷにプラズマ処理、例えば成膜処理やエッチング処理を施す。
【００８４】
このとき、３本の周縁マイクロ波導入機構４３ａへは、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、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、アンプ部４２を経たマイクロ波電力が給電される。これら周縁マイクロ波導入機構４３ａに給電されたマイクロ波電力は、マイクロ波伝送路４４を伝送され、マイクロ波放射部材５０の周縁部に導入される。その際に、導入機構本体６０の第１スラグ６１ａおよび第２スラグ６１ｂ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導入され、導入されたマイクロ波は、遅波材１２１を透過し、スロットアンテナ部１２４のスロット１２３およびマイクロ波透過部材１２２を介してチャンバ１内に放射され、マイクロ波透過部材１２２および本体部１２０の下表面の対応部分に表面波が形成され、この表面波によりチャンバ１内のマイクロ波放射部材５０の直下部分に表面波プラズマが生成される。
【００８５】
このとき、円弧状の６枚の遅波材１２１が周縁マイクロ波導入機構配置領域に沿って全体が円環状をなすように配置され、これらが本体部１２０の一部をなす金属部材１２５で分離されており、周縁マイクロ波導入機構４３ａは、それぞれ２枚の遅波材１２１の間に跨るようにして配置されている。すなわち、６枚の遅波材１２１は、それぞれ３つの周縁マイクロ波導入機構４３ａに対応する位置から両側に延びるように配置されている。このように、周縁マイクロ波導入機構４３ａの直下位置には金属部材１２５が配置されているため、周縁マイクロ波導入機構４３ａを伝送されてきたマイクロ波は、金属部材１２５で分離され、通常マイクロ波電界が大きくなる周縁マイクロ波導入機構４３ａ直下部分の電界強度が大きくならずに、その両側の遅波材１２１に等分配される。これにより、周方向の電界強度が均一化される。そして、周縁マイクロ波導入機構配置領域に沿って全体形状が円周状をなすように設けられたスロット１２３からマイクロ波が放射され、かつスロット１２３を覆うように円環状にマイクロ波透過部材１２２が設けられているので、遅波材１２１で均一に分配されたマイクロ波電力を、スロット１２３で均一に放射し、さらにマイクロ波透過部材１２２で円周状に広げることができる。このため、マイクロ波透過部材１２２直下では周縁マイクロ波導入機構配置領域に沿って均一なマイクロ波電界を形成することができ、チャンバ１内に周方向に均一な表面波プラズマを形成することができる。また、このようにしてマイクロ波電力を周方向に広げることができるので、周縁マイクロ波導入機構４３ａを少ない本数とすることができ、装置コストを低減することが可能となる。
【００８６】
また、円周状に配置されたスロット１２３の個数や形状・配置等を調整することにより、表面波モードの数を少なくすることができ、スロットの個数や形状・配置を最適化することによりモード数を２つ、さらには１つにすることが可能である。このように表面波モードの数を低減することにより、モードジャンプが少ない安定したプラズマ処理を行うことができる。また、このようにスロット１２３の個数や形状・配置等を調整することにより、一つの周縁マイクロ波導入機構４３ａから他の周縁マイクロ波導入機構４３ａへマイクロ波が侵入するマイクロ波の干渉も抑制することができる。
【００８７】
さらに、本体部１２０の上面には、周縁マイクロ波導入機構配置領域と中心マイクロ波導入機構配置領域との間に、円環状の溝１２６が形成されているので、周縁マイクロ波導入機構４３ａと中心マイクロ波導入機構４３ｂとの間のマイクロ波干渉およびモードジャンプを抑制することができる。
【００８８】
さらにまた、マイクロ波放射部材５０の中央部には、中心マイクロ波導入機構４３ｂからマイクロ波が導入される。中心マイクロ波導入機構４３ｂから導入されたマイクロ波は、遅波材１３１を透過し、スロットアンテナ部１３４のスロット１３３およびマイクロ波透過部材１３２を介してチャンバ１内に放射され、チャンバ１内の中央部にも表面波プラズマが生成される。このため、チャンバ１内のウエハ配置領域全体に均一なプラズマを形成することができる。
【００８９】
さらにまた、マイクロ波放射部材５０に第１ガス導入部２１を設け、第１ガス供給源２２から第１のガスを、マイクロ波が放射されるチャンバ１の上面領域に供給するので、第１のガスを高いエネルギーで励起させ、ガスが分解した状態のプラズマを形成することができる。また、チャンバ１の天井部より低い位置に第２ガス導入部２３を設けて第２のガスを供給することにより、より低いエネルギーで第２のガスを分解させずにプラズマ化させることができる。これにより、要求されるプラズマ処理に応じて好ましいプラズマ状態を形成することができる。
【００９０】
＜シミュレーション結果＞
次に、本発明の効果を確認したシミュレーション結果について説明する。
図１２は、上記実施形態のマイクロ波プラズマ源によりチャンバ内にマイクロ波を導入した場合の電磁シミュレーション結果、および中心マイクロ波導入機構４３ｂ（遅波材１３１、スロット１３３およびマイクロ波透過部材１３２を含む）と同じ構造のマイクロ波導入機構を７本均等に設けてマイクロ波を導入した従来例の電磁シミュレーション結果を比較して示すものである。（ａ）に示す本実施形態の場合、電界強度が周縁マイクロ波導入機構の配置領域の周方向に沿って均一であるのに対し、（ｂ）に示す従来例では、マイクロ波導入機構の数が多いにも関わらず、周方向の電界強度の均一性は不十分なものであった。
【００９１】
図１３は、電磁界シミュレーションによるチャンバ内の径方向の電界強度を示す図である。この図から、周縁マイクロ波導入機構からマイクロ波が導入された周縁部のほうが中心マイクロ波導入機構からマイクロ波が導入された中央部よりも高い電界強度が得られ、着火性能が高いことが確認された。
【００９２】
＜他の実施形態＞
上記実施形態では、マイクロ波放射部材５０の中央部に中心マイクロ波導入機構４３ｂを設けて、チャンバ１内のウエハＷの中央領域に対応する部分にも表面波プラズマを生成させたが、本発明の主眼は周方向に均一なプラズマを生成することにあり、中央部の構成は上記実施形態に限定されない。本発明の他の実施形態では中央部に容量結合プラズマを形成する構成を有する。図１４は、本発明の他の実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
【００９３】
図１４に示すように、本実施形態のプラズマ装置１００′は、マイクロ波伝送部４０において、マイクロ波導入機構を３個の周縁マイクロ波導入機構４３ａのみとし、図１のマイクロ波放射部材５０の代わりに、周縁マイクロ波放射機構４３ａの配置領域を含む環状のマイクロ波放射部材５０′を設け、その内側の中央部分に、絶縁部材１５１を介してウエハＷとほぼ同等の大きさを有する導電性をなすシャワーヘッド１５０を設けている。シャワーヘッド１５０は、円板状に形成されたガス拡散空間１５２と、ガス拡散空間１５２からチャンバ１内に臨むように形成された多数のガス吐出孔１５３と、ガス導入孔１５４とを有している。ガス導入孔１５４にはガス供給配管１５８が接続され、ガス供給配管１５８にはガス供給源１５７が接続されている。シャワーヘッド１５０には、整合器１５５を介してプラズマ生成用の高周波電源１５６が電気的に接続されている。サセプタ１１は導電性部分を有しており、シャワーヘッド１５０の対向電極として機能する。ガス供給源１５７からガス供給配管１５８およびシャワーヘッド１５０を介してチャンバ１内にプラズマ処理に必要なガスを一括して供給し、この高周波電源１５６からシャワーヘッド１５０に高周波電力が供給されることにより、シャワーヘッド１５０とサセプタ１１の間に高周波電界が形成され、ウエハＷの直上の空間に容量結合プラズマが形成される。なお、図１４において、図１と同じものには同じ符号を付して説明を省略する。
【００９４】
このような構成のプラズマ処理装置１００′は、中央部分の構成が、ウエハに対してプラズマエッチングを行う平行平板型のプラズマエッチング装置と同様であるから、例えばウエハの周縁のプラズマ密度調整をマイクロ波を用いた表面波プラズマで行うプラズマエッチング装置として用いることができる。
【００９５】
＜他の適用＞
以上、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記２つの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、本発明の主眼は周縁部に均一なプラズマを生成することにあり、中央部の構成は上記２つの実施形態に限定されず、要求されるプラズマ分布によって種々の構成をとることができる。また、中央部にプラズマを生成する機構を設けないことも可能である。
【００９６】
また、上記実施形態では、マイクロ波放射部材５０の周縁部の上に周方向に沿って３つの周縁マイクロ波導入機構４３ａを設け、それに対応して各周縁マイクロ波導入機構４３ａに対応して２つずつ、合計６枚の遅波材１２１を設けた例を示したが、周縁マイクロ波導入機構４３ａの数は３つに限らず、２つ以上であればよく、また、遅波材１２１の数は周縁マイクロ波導入機構４３ａの２倍であればよく、これらの数は本発明の効果が得られるように適宜設定される。
【００９７】
さらに、マイクロ波出力部３０やマイクロ波伝送部４０の構成等は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、スロットアンテナ部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。
【００９８】
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成膜装置およびエッチング装置を例示したが、これに限らず、酸化処理および窒化処理を含む酸窒化膜形成処理、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。さらに、被処理体は半導体ウエハＷ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】
【００９９】
１；チャンバ
２；マイクロ波プラズマ源
３；全体制御部
１１；サセプタ
１２；支持部材
１５；排気管
１６；排気装置
１７；搬入出口
２１；第１ガス導入部
２２；第１ガス供給源
２３；第２ガス導入部
２８；第２ガス供給源
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；マイクロ波伝送部
４２；アンプ部
４３ａ；周縁マイクロ波導入機構
４３ｂ；中心マイクロ波導入機構
４４；マイクロ波伝送路
５０；マイクロ波放射部材
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
６０；導入機構本体
１００；プラズマ処理装置
１２１；遅波材
１２２；マイクロ波透過部材
１２３；スロット
１２４；スロットアンテナ部
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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【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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