(57)【要約】【課題】エネルギー効率のよいプラズマ処理装置の製造コストを抑制する。【解決手段】処理容器に高周波電磁界を供給する高周波発生源３０を、高周波電磁界を生成する高周波発振器１１と、この高周波発振器１１よりも出力電力が低くかつ発振周波数が安定した基準発振器３４と、この基準発振器３４により生成された基準信号を高周波発振器１１に導く導波管３１とから構成する。基準信号が高周波発振器１１に注入されると、高周波発振器１１の発振周波数が基準信号の周波数に引き寄せられ固定される。したがって、高周波発生源３０と処理容器との間に設けられる負荷整合器を基準信号の周波数を基に設計することにより、負荷整合を正確に行い、エネルギー効率を向上させることができる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波発生源よりの高周波電磁界を導く第１の導波路と、この第１の導波路により導かれた前記高周波電磁界が供給されてプラズマが生成される容器と、この容器内に配置され前記プラズマを用いた処理がなされる被処理体が載置される載置台とを備えたプラズマ処理装置において、
前記高周波発生源は、
前記高周波電磁界を生成する高周波発振器と、
この高周波発振器よりも出力電力が低くかつ発振周波数が安定した基準発振器と、
この基準発振器により生成された基準信号を前記高周波発振器に導く第２の導波路と
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載されたプラズマ処理装置において、
前記高周波発生源は、前記高周波発振器により生成された前記高周波電磁界を減衰させるアッテネータを備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載されたプラズマ処理装置において、
前記高周波発生源は、
前記基準信号が注入される前記高周波発振器を複数備え、
更に、これらの高周波発振器により生成された前記高周波電磁界を合成し、前記第１の導波路に出力する合成器を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載されたプラズマ処理装置において、
前記高周波発生源は、前記高周波発振器を複数備え、これら複数の高周波発振器は出力電力が小さい順にカスケードに接続され、初段の高周波発振器には前記基準信号が注入され、その他の高周波発振器にはその前段の高周波発振器により生成された高周波電磁界が注入され、最終段の高周波発振器により生成された高周波電磁界が前記第１の導波路に出力されることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載されたプラズマ処理装置において、
前記高周波発生源は、前記高周波発生源からの高周波電磁界を前記第１の導波路へ送るとともに前記第１の導波路からの高周波電磁界をダミーロードへ送る素子を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載されたプラズマ処理装置において、
前記第１の導波路の軸線方向に対して垂直に接続されかつ一端が前記第１の導波路内に開口するとともに他端が電気機能的にショートされた分岐導波管を複数備え、これらの分岐導波管は、前記第１の導波路の軸線方向に前記基準信号の周波数に基づく所定の間隔で配設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】
請求項１〜６のいずれか１項に記載されたプラズマ処理装置において、
前記第１の導波路に接続され、前記第１の導波路により導かれた前記高周波電磁界を前記容器内に供給するアンテナを備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載されたプラズマ処理装置において、
前記容器内に磁界を形成する磁界発生器を備え、電子サイクロトロン共鳴により加熱された電子を用いてプラズマを生成することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項９】
高周波発振器により生成された高周波電磁界を導波管を介して容器内に供給してプラズマを生成し、このプラズマを用いて前記容器内に配置された被処理体に対し処理を行うプラズマ処理方法において、
前記高周波発振器よりも出力電力が低くかつ発振周波数が安定した基準発振器を用意し、この基準発振器により生成された基準信号を前記高周波発振器に注入し、前記高周波発振器の発振周波数を前記基準信号の周波数に固定することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１０】
請求項９に記載されたプラズマ処理方法において、
前記高周波発振器により生成された前記高周波電磁界をアッテネータにより減衰させて前記導波管に出力することを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関し、より詳しくは高周波電磁界を用いてプラズマを生成し、半導体やＬＣＤ（ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｄｅｓｐｌａｙ）、有機ＥＬ（ｅｌｅｃｔｒｏ  ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  ｐａｎｅｌ）などの被処理体を処理するプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置やフラットパネルディスプレイの製造において、酸化膜の形成や半導体層の結晶成長、エッチング、またアッシングなどの処理を行うために、プラズマ処理装置が多用されている。このプラズマ処理装置の一つに、処理容器内に高周波電磁界を供給することにより、処理容器内のガスを電離または解離させてプラズマを生成する高周波プラズマ処理装置がある。この高周波プラズマ処理装置は、低圧力で高密度のプラズマを生成できるので、効率のよいプラズマ処理が可能である。
【０００３】
図１２は、従来の高周波プラズマ処理装置の全体構成を示す図である。このプラズマ処理装置は、上部が開口した有底円筒形の処理容器１を有している。この処理容器１の底面中央部には、絶縁板２を介して載置台３が固定されている。この載置台３の上面に、被処理体として例えば半導体やＬＣＤなどの基板４が配置される。処理容器１の底面周縁部には、真空排気用の排気口５が設けられている。処理容器１の側壁には、処理容器１内にガスを導入するガス導入用ノズル６が設けられている。例えばプラズマ処理装置がエッチング装置として用いられる場合には、ノズル６からＡｒなどのプラズマガスと、ＣＦ４  などのエッチングガスとが導入される。
【０００４】
処理容器１の上部開口は、そこから高周波電磁界を導入しつつ、処理容器１内で生成されるプラズマＰを外部に漏らさないように、誘電体板７で閉塞されている。なお、処理容器１の側壁上面と誘電体板７との間にＯリングなどのシール部材８を介在させ、処理容器１内の気密性を確保している。
誘電体板７の上には、処理容器１内に高周波電磁界を供給する電磁界供給装置の例えばラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ）１５が配設されている。このＲＬＳＡ１５は、誘電体板７によって処理容器１から隔離され、プラズマＰから保護されている。誘電体板７およびＲＬＳＡ１５の外周は、処理容器１の側壁上に環状に配置されたシールド材９によって覆われ、ＲＬＳＡ１５から処理容器１内に供給される高周波電磁界が外部に漏れない構造になっている。
【０００５】
電磁界供給装置は、所定周波数の高周波電磁界を生成する高周波発振器１１と、伝送モードがＴＥ１０の矩形導波管１２と、伝送モードをＴＥ１０からＴＥ１１に変換する矩形円筒変換器１３と、伝送モードがＴＥ１１の円筒導波管１４と、上述したＲＬＳＡ１５とを有している。
ここで、ＲＬＳＡ１５は、ラジアル導波路２１を形成する互いに平行な２枚の円形導体板２２，２３と、これら２枚の導体板２２，２３の外周部を接続してシールドする導体リング２４とを有する。ラジアル導波路２１の上面となる導体板２２の中心部には、円筒導波管１４に接続される開口２５が形成され、この開口２５からラジアル導波路２１内に高周波電磁界が導入される。ラジアル導波路２１の下面となる導体板２３には、ラジアル導波路２１内を伝搬する高周波電磁界を誘電体板７を介して処理容器１内に供給するスロット２６が複数形成されている。
【０００６】
導体板２３上の中心部にはバンプ２７が設けられている。バンプ２７は導体板２２の開口２５に向かって突出する略円錐状に形成され、その先端は球面状に丸められている。バンプ２７は導体または誘電体のいずれで形成してもよい。このバンプ２７により、円筒導波管１４からラジアル導波路２１へのインピーダンスの変化を緩やかにし、円筒導波管１４とラジアル導波路２１との結合部での高周波電磁界の反射を抑制することができる。
【０００７】
このような構成のプラズマ処理装置において、高周波発振器１１を駆動して高周波電磁界を発生させると、この高周波電磁界は矩形導波管１２、矩形円筒変換器１３および円筒導波管１４を介して、ＲＬＳＡ１５のラジアル導波路２１に導入される。そして、ラジアル導波路２１の中心部から周縁部へ向かって放射状に伝搬しつつ、ラジアル導波路２１の下面に複数形成されたスロット２６から徐々に処理容器１内に供給される。処理容器１内では、供給された高周波電磁界により、ノズル６から導入されたプラズマガスが電離または解離してプラズマＰが生成され、基板４に対する処理が行われる。
【０００８】
ここで、電源側から見た負荷側のインピーダンスは、プラズマガスが電離または解離してプラズマＰが生成される前後で変化する。このため、プラズマ生成前に電源と負荷とのインピーダンスの整合がとれていたとしても、プラズマ生成により負荷のインピーダンスが変化すると整合がとれなくなり、処理容器１内に効率よく高周波電磁界を供給できなくなる。そこで、電源側と負荷側とのインピーダンスの整合を自動的に行う自動整合装置が提案された。
【０００９】
図１３は、この自動整合装置の一構成例を示すブロック図である。この自動整合装置は、円筒導波管１４に設けられた負荷整合器１６と、この負荷整合器１６の駆動装置１７と、同じく円筒導波管１４に設けられた検波器１８と、この検波器１８の出力信号に基づき負荷整合器１６の駆動装置１７を制御する制御装置１９とから構成されている。
【００１０】
図１４は、負荷整合器１６および検波器１８を説明するための図であり、これらが設けられている円筒導波管１４の軸線（Ｚ）を含む断面構成を示している。負荷整合器１６は、円筒導波管１４の内壁面から半径方向に突出する複数のスタブから構成されている。より詳しくは、円筒導波管１４の軸線（Ｚ）方向に略λｇ／４の間隔で配設された３本のスタブ７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃと、これら３本のスタブ７１Ａ〜７１Ｃに対向して配設された３本のスタブ７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃとから構成されている。ここで、λｇ  は円筒導波管１４を伝搬する高周波電磁界の管内波長である。スタブは断面が円形の金属棒からなり、円筒導波管１４の内壁面から半径方向に突出する長さである突出長によりスタブのリアクタンスが変化し、それに応じて円筒導波管１４内のリアクタンスが変化する。スタブの突出長は、負荷整合器１６の駆動装置１７により自在に変更できるようになっている。
【００１１】
検波器１８は、円筒導波管１４の内壁面から半径方向に突出する複数のプローブから構成されている。より詳しくは、円筒導波管１４の軸線（Ｚ）方向に略λｇ／８の間隔で配設された３本のプローブ８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃから構成されている。検波器１８は、各プローブが取り出した円筒導波管１４内の高周波電磁界の電力を２乗検波し、その結果を制御装置１９に出力する。
【００１２】
制御装置１９は、検波器１８の出力信号から負荷側のインピーダンスを計算し、電源側と負荷側とのインピーダンス整合条件を満たすようなスタブの突出長を求める。そして、その結果に基づき負荷整合器１６の駆動装置１７を制御してスタブの突出長を調整し、電源側と負荷側とのインピーダンスの整合をとる。
これにより、プラズマＰの生成により負荷側のインピーダンスが変化したとしても、それに応じたインピーダンス整合が可能となり、処理容器１内に効率よく高周波電磁界を供給することができる（例えば、特許文献１参照）。
【００１３】
【特許文献１】
国際公開第０１／７６３２９号パンフレット
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のプラズマ処理装置では、高周波発振器１１として安価なマグネトロンがよく用いられている。しかし、マグネトロンには次のような欠点がある。
第１の欠点は、発振周波数分布に広がりがあり、同じ条件下で運転していても時間とともに中心周波数ｆＣ  にぶれが生じることである。例えば図１５（ａ）に示すように、中心周波数ｆＣ  が２．４５ＧＨｚのときに、発振周波数分布が±数１０ＭＨｚ程度の広がりをもつ場合がある。
第２の欠点は、中心周波数ｆＣ  が出力電力に応じて変化することである。例えば図１５（ｂ）に示すように、マグネトロンの出力電力が１．５ＫＷのときに中心周波数ｆＣ  が２．４５ＧＨｚであっても、出力電力を３ＫＷにすると中心周波数ｆＣ  が２．４６〜２．４７ＧＨｚに変化する場合がある。
【００１５】
高周波発振器１１の発振周波数分布に広がりがあると、高周波電磁界は中心周波数ｆＣ  と異なる周波数成分を含むことになり、中心周波数ｆＣ  に対応する円筒導波管１４の管内波長λｇ  とは異なる波長成分λ１  を含むことにもなる。その上、長時間の運転または出力電力を変えることにより中心周波数がｆＣ  から変化すると、それに応じて円筒導波管１４の管内波長成分の分布も変化するため、λｇ  とは異なる波長成分λ１  が増加することになる。
一方、上述した自動整合装置は、高周波発振器１１の中心周波数ｆＣ  に対応する円筒導波管１４の管内波長λｇ  を基準にして設計される。すなわち、自動整合装置の検波器１８のプローブおよび負荷整合器１６のスタブがそれぞれ略λｇ／８間隔および略λｇ／４間隔で円筒導波管１４に配設されたときに、正確な検出結果に基づいた適切な制御を行い、インピーダンス整合をとることができる。
【００１６】
しかし、λｇ  とは異なる波長成分λ１  に対しては、検波器１８のプローブ間隔および負荷整合器１６のスタブ間隔はそれぞれλ１／８またはλ１／４とはならない。このため、検波器１６は誤差を含んだ検出結果を出力し、制御装置１９はこの誤差を含んだ検出結果を基づきかつ負荷整合器１６のスタブ間隔をλ１／４としてインピーダンス整合条件を求め、その演算結果を基に各スタブの突出長を調整することになり、インピーダンス整合を正確に行うことができなくなる。
したがって、発振周波数分布に広がりがありかつ周波数の安定性が悪いマグネトロンを高周波発振器１１として用いると、高周波電磁界の管内波長がλｇ  とは異なる波長成分λ１  が支配的となる場合もあるため、自動整合装置を用いてもインピーダンス整合を正確に行うことができず、高周波電磁界を処理容器１内に効率よく供給できなくなるという問題があった。
【００１７】
このような課題の解決策として、高周波発振器１１としてマグネトロンよりも周波数帯幅が狭く周波数安定性のよい発振器を用いることが考えられる。このような発振器の例として高出力のトランジスタ発振器やクライストロンなどを挙げることができる。しかし、これらの発振器はマグネトロンと比較して格段に高価であるので、これらの発振器を高周波発振器１１として用いると、プラズマ処理装置を廉価で提供できなくなってしまう。
【００１８】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、エネルギー効率のよいプラズマ処理装置の製造コストを抑制することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明のプラズマ処理装置は、高周波発生源よりの高周波電磁界を導く第１の導波路と、この第１の導波路により導かれた高周波電磁界が供給されてプラズマが生成される容器と、この容器内に配置されプラズマを用いた処理がなされる被処理体が載置される載置台とを備え、高周波発生源が、高周波電磁界を生成する高周波発振器と、この高周波発振器よりも出力電力が低くかつ発振周波数が安定した基準発振器と、この基準発振器により生成された基準信号を高周波発振器に導く第２の導波路とを備えたことを特徴とする。基準発振器により生成された基準信号は、第２の導波路を通り、高周波発振器に注入される。
高周波発振器の中心周波数ｆＣ  に近い周波数をもった基準信号を高周波発振器に注入することにより、マグネトロンなどの高周波発振器の発振周波数は基準信号の周波数に引き寄せられ固定される。このとき、高周波発振器の発振周波数分布に広がりがあったとしても、発振周波数が基準信号の周波数に固定されることにより、発振周波数の周波数帯幅は狭くなる。また、周波数が安定した基準信号を用いることにより、高周波発振器の発振周波数も安定化する。
なお、基準信号の周波数をｆ、高周波発振器に注入される基準信号の電力をＰｉ  、高周波発振器の出力電力をＰｏ  、高周波発振器の外部Ｑ値をＱＥ  とすると、上述した方法により基準信号の周波数ｆに固定可能な高周波発振器の発振周波数の周波数幅（以下、周波数固定幅という）Δｆは（１）式で表される。
Δｆ／ｆ＝２／ＱＥ・（Ｐｉ／Ｐｏ）１／２          ・・・・・（１）
また、第１の導波路は、導波管（例えば、矩形導波管、円筒導波管または同軸導波管、またはこれらを直列に接続した導波管）または導波線（例えば、同軸ケーブル）、またはこれらを直列に接続した導波路により構成される。第２の導波路もまた、導波管（例えば、矩形導波管、円筒導波管または同軸導波管）または導波線（例えば、同軸ケーブル）、またはこれらを直列に接続した導波路により構成される。
【００２０】
ここで、高周波発振器がマグネトロンで構成される場合のように、高周波発振器の出力電力Ｐｏ  を変化させると、それに応じて中心周波数ｆＣ  が変化することがある。このため、高周波発振器の出力電力Ｐｏ  がある値のときは周波数の固定が可能であったとしても、出力電力Ｐｏ  を変化させた結果、高周波発振器本来の中心周波数ｆＣ  と基準信号の周波数との差が広がって周波数固定幅Δｆを超え、周波数の固定が不可能となることがある。
そこで、予め高周波発振器の出力電力を十分大きくとった上で、高周波発生器により生成された高周波電磁界を減衰させるアッテネータを備えた構成としてもよい。この構成において、アッテネータの減衰量を変化させることにより、高周波発生源の出力電力が変化するので、高周波発振器の出力電力を変化させる必要がなくなる。
【００２１】
また、所望の電力を供給するに当たり、高周波発生源を、基準信号が注入される複数の高周波発振器と、これらの高周波発振器により生成された高周波電磁界を合成し第１の導波路に出力する合成器とを備えた構成としてもよい。このように複数の高周波発振器の出力電力を合成することにより、低出力発振器を複数用いて高出力発振器を１個用いたのと同等の出力電力が得られる。高周波発振器として低出力発振器を用いることにより、低出力の基準発振器を用いても、（１）式においてＰｉ／Ｐｏ  を大きくし、周波数固定幅Δｆを広くとれるので、高周波発振器の中心周波数が多少変動しても周波数固定を維持することができる。
【００２２】
または、高周波発生源を、出力電力が小さい順にカスケードに接続された複数の高周波発振器からなり、初段の高周波発振器には基準信号が注入され、その他の高周波発振器にはその前段の高周波発振器により生成された高周波電磁界が注入され、最終段の高周波発振器により生成された高周波電磁界が第１の導波路に出力される構成としてもよい。すべての高周波発振器の中心周波数が基準信号の周波数に近い場合、すべての高周波発振器の発振周波数が連鎖的に基準信号の周波数に固定される。なお、複数段で発振周波数の固定を行うことにより、（１）式において各段でＰｉ／Ｐｏ  を大きくし、周波数固定幅Δｆを広くとれるので、各段の高周波発振器の中心周波数が多少変動しても周波数固定を維持することができる。
【００２３】
また、高周波発生源に、高周波発振器からの高周波電磁界を第１の導波路へ送るとともに第１の導波路からの高周波電磁界をダミーロードへ送る素子を設けてもよい。この素子としては、サーキュレータを用いてもよい。
また、第１の導波路の軸線方向に対して垂直に接続されかつ一端が第１の導波路内に開口するとともに他端が電気機能的にショートされた分岐導波管を複数備え、これらの分岐導波管が第１の導波路の軸線方向に基準信号の周波数に基づく所定の間隔で配設された負荷整合器を設けてもよい。分岐導波管は第１の導波路内に突出する構成を有しないので、対向する分岐導波管の間で放電が起きることはない。
【００２４】
上述した発明を、第１の導波路に接続され第１の導波路により導かれた高周波電磁界を容器内に供給するアンテナを備えた高周波プラズマ処理装置に適用してもよい。
また、容器内に磁界を形成する磁界発生器を備え、電子サイクロトロン共鳴により加熱された電子を用いてプラズマを生成するＥＣＲプラズマ処理装置に適用してもよい。
【００２５】
また、本発明のプラズマ処理方法は、高周波発振器よりも出力電力が低くかつ発振周波数が安定した基準発振器を用意し、この基準発振器により生成された基準信号を高周波発振器に注入して高周波発振器の発振周波数を基準信号の周波数に固定し、この状態で高周波発振器により生成された高周波電磁界を導波管を介して容器内に供給してプラズマを生成し、このプラズマを用いて容器内に配置された被処理体に対し処理を行うことを特徴とする。
ここで、高周波発振器により生成された高周波電磁界をアッテネータにより減衰させてから、導波管を介して容器内に供給するようにしてもよい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の図面において、図１２〜図１４に示した構成要素に相当する構成要素については図１２〜図１４と同一符号で示し、適宜その説明を省略する。
【００２７】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置の全体構成を示す図である。この図では、電磁界供給装置の一部の構成を機能ブロックで示している。
図１に示すプラズマ処理装置は、被処理体としての基板４が載置される載置台３と、この載置台３を収容する処理容器１と、この処理容器１内に高周波電磁界を供給する電磁界供給装置とを有し、処理容器１内に供給された高周波電磁界によりプラズマＰを生成し、生成されたプラズマＰを用いて基板４に対し所定の処理を施すものである。
【００２８】
ここで、電磁界供給装置は、高周波発生源３０と、この高周波発生源３０に接続された矩形導波管１２と、この矩形導波管１２に接続された矩形円筒変換器１３と、この矩形円筒変換器１３に接続された円筒導波管１４と、この円筒導波管１４に接続されるとともに載置台３に対向配置されたＲＬＳＡ１５とを有している。円筒導波管１４には検波器１８と負荷整合器１６が上から順に設置されている。矩形円筒変換器１３と検波器１８との間に円偏波変換器２０を設置して、電磁界を回転モードとしてもよい。なお、矩形導波管１２と矩形円筒変換器１３と円筒導波管１４とから第１の導波路が構成される。
【００２９】
図２は、高周波発生源３０の一構成例を概念的に示す図である。この図に示す高周波発生源３０は、高周波発振器１１と、そのランチャ３１と、３端子サーキュレータ３２と、矩形導波管３３と、基準発振器３４と、３端子サーキュレータ３５と、ダミーロード３６とを有している。
ここで、高周波発振器１１は、例えば０．９ＧＨｚ〜十数ＧＨｚの範囲内の所定周波数の高周波電磁界を生成する発振器であり、マグネトロンなどで構成される。なお、０．９ＧＨｚ以下の高周波電磁界を生成する発振器を用いてもよい。
高周波発振器１１はランチャ３１の上に配設されている。このランチャ３１は、一端がショートされた矩形導波管（第２の導波路）からなる。高周波発振器１１のプローブ１１Ａがランチャ３１の内部に突出し、このプローブ１１Ａから高周波電磁界が放射される。
【００３０】
ランチャ３１の他端には、３端子サーキュレータ３２の第１端子が接続されている。サーキュレータ３２の第２端子には矩形導波管３３の一端が、第３端子には基準発振器３４がそれぞれ接続されている。
さらに、矩形導波管３３の他端には、３端子サーキュレータ３５の第１端子が接続されている。サーキュレータ３５の第２端子には図１に示した矩形導波管１２が、第３端子にはダミーロード３６がそれぞれ接続されている。
サーキュレータ３２，３５はともに、第１端子からの入力電力を第２端子へ、第２端子からの入力電力を第３端子へ、第３端子からの入力電力を第１端子へそれぞれ無損失で伝送する受動素子である。
【００３１】
また、基準発振器３４には、高周波発振器１１よりも出力電力が低くかつ発振周波数が安定した発振器が用いられる。高周波発振器１１の出力電力が１ＫＷの場合には、例えば出力電力が１０Ｗ程度の誘電体発振器（ＤＲＯ）を用いることができる。発振器の価格はその出力電力に応じて高くなるので、基準発振器３４の出力電力は低いほどよい。また、基準発振器３４で生成される基準信号の周波数は、高周波発振器１１の発振周波数を固定する所望の周波数に設定される。例えば、高周波発振器１１の発振周波数を２．４５ＧＨｚに固定する場合には、その２．４５ＧＨｚの基準信号が用いられる。
また、ダミーロード３６の端部には、電磁界吸収材３７が配設されている。この電磁界吸収材３７としては、例えば水を貯留したコーン形状のものなどが用いられる。
【００３２】
このような構成の高周波発生源３０では、高周波発振器１１のプローブ１１Ａからランチャ３１内に放射された高周波電磁界は、サーキュレータ３２により矩形導波管３３へ送られ、さらにサーキュレータ３５により図１に示した矩形導波管１２へ送られ、矩形円筒変換器１３および円筒導波管１４を介してＲＬＳＡ１５へ供給される。
一方、基準発振器３４で生成された基準信号は、サーキュレータ３２によりランチャ３１に送られ、プローブ１１Ａから高周波発振器１１に注入される。
【００３３】
基準信号が高周波発振器１１に注入されると、高周波発振器１１の中心周波数ｆＣ  が基準信号の周波数に近い場合には、高周波発振器１１の発振周波数が基準信号の周波数に引き寄せられ固定される。これにより、図１５（ａ）に示したように高周波発振器１１の発振周波数分布に広がりがあっても、発振周波数が基準信号の周波数に収束し、発振周波数の周波数帯幅が狭くなる。また、基準信号は周波数安定性がよいので、その基準信号に高周波発振器１１の発振周波数を固定することにより、高周波発振器１１の発振周波数も安定化する。この結果、高周波発振器１１の発振周波数のうち、基準信号の周波数と異なる周波数成分が低減される。
【００３４】
ここで、基準信号の周波数をｆ、高周波発振器１１に注入される基準信号の電力をＰｉ  、高周波発振器１１の出力電力をＰｏ  、高周波発振器１１の外部Ｑ値をＱＥ  とすると、上述した方法により基準信号の周波数ｆに固定可能な高周波発振器１１の発振周波数の周波数幅（以下、周波数固定幅という）Δｆは（２）式で表される。
Δｆ／ｆ＝２／ＱＥ・（Ｐｉ／Ｐｏ）１／２          ・・・・・（２）
したがって、高周波発振器１１本来の中心周波数ｆＣ  と基準信号の周波数との差が周波数固定幅Δｆを超えないような高周波発振器１１を選択する必要がある。
【００３５】
なお、ＲＬＳＡ１５から反射してきた高周波電磁界は、サーキュレータ３５によりダミーロード３６へ送られ、電磁界吸収材３７に吸収される。したがって、ＲＬＳＡ１５から反射してきた高周波電磁界が、サーキュレータ３２により基準発振器３４へ送られて基準発振器３４が誤動作することを防止できる。なお、サーキュレータ３５とダミーロード３６とからなる構成は、円筒導波管１４に設けてもよい。
【００３６】
本実施の形態もまた、図１３に示したような負荷整合器１６、その駆動装置１７、検波器１８および制御装置１９からなる自動整合装置を有している。ただし、この自動整合装置は基準信号の周波数を基に設計される。より具体的説明すると、自動整合装置の検波器１８および負荷整合器１６として図１４と同様の構成のものを用いる場合には、基準信号の周波数に対応する円筒導波管１４の管内波長λｇ  に対し、検波器１８のプローブおよび負荷整合器１６のスタブがそれぞれ例えば略λｇ／８間隔および略λｇ／４間隔で円筒導波管１４の軸線（Ｚ）方向に配設される。なお、検波器１８のプローブはλｇ×Ｎ／２（Ｎは自然数）以外の間隔で３本以上設けられればよい。また、負荷整合器１６のスタブは略λｇ／８または略λｇ／４間隔で設けられることが望ましい。
【００３７】
上述したように、高周波発振器１１の発振周波数を基準信号の周波数に固定することにより、高周波発振器１１の発振周波数のうち基準信号の周波数と異なる周波数成分が低減される。よって、自動整合装置を基準信号の周波数を基に設計することにより、電源すなわち高周波発振器１１側と負荷すなわちプラズマＰ側とのインピーダンスの整合を正確に行うことができる。これにより、プラズマＰが生成された処理容器１内に効率よく高周波電磁界を供給でき、プラズマ処理装置のエネルギー効率を向上させることができる。
【００３８】
一方、高出力のマグネトロンなどから構成される高周波発振器１１の発振周波数を基準発振器３４を用いて所定の周波数に固定することにより、高出力のトランジスタ発振器などの高価な発振器で高周波発振器１１を構成する必要がなくなる。周波数安定性のよいＤＲＯなどの発振器であっても、出力電力が例えば１０Ｗ程度と低いものは安価であるので、このような安価な発振器を基準発振器３４として用いることにより、プラズマ処理装置の製造コストを抑制しつつ、エネルギー効率の向上という上述した効果を得ることができる。
【００３９】
本実施の形態では、高周波発生源３０からの高周波電磁界を処理容器１に導く第１の導波路が矩形導波管１２と矩形円筒変換器１３と円筒導波管１４とから構成される例を示したが、高周波発生源３０からの高周波電磁界を同軸ケーブルなどの導波線のみで処理容器１に導くようにしてもよいし、高周波発生源３０から途中まで同軸ケーブルなどの導波線で導き、そのあと処理容器１まで同軸導波管などの導波管で導くようにしてもよい。すなわち、第１の導波路は、導波管または導波線、またはこれらを直列に接続した導波路により構成される。
また、基準発振器３４からの基準信号を高周波発振器１１に導く第２の導波路が矩形導波管ならなるランチャ３１で構成される例を示したが、第２の導波路もまた、導波管の他、同軸ケーブルなどの導波線で構成されてもよい。
【００４０】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ処理装置は、発振周波数が安定でかつ出力電力が可変の高周波発生源を備えたものである。
【００４１】
図２に示した高周波発生源３０の出力電力を変えるには、高周波発振器１１の出力電力Ｐｏ  を変えればよい。しかし、高周波発振器１１がマグネトロンなどで構成される場合には、図３に示すように、出力電力Ｐｏ  を変えるとそれに応じて中心周波数ｆＣ  が変化してしまう。また、（２）式から分かるように、高周波発振器１１に注入される基準信号の周波数ｆおよび電力Ｐｉ  が一定の場合、高周波発振器１１の出力電力Ｐｏ  が大きくなると、基準信号の周波数ｆに固定可能な高周波発振器の発振周波数の周波数幅（周波数固定幅）Δｆは小さくなる。このため、図３に示すように、高周波発振器１１の出力電力Ｐｏ  がＰｏ１のときは周波数の固定が可能であったとしても、出力電力Ｐｏ  を変化させてＰｏ１より大きいＰｏ２とした結果、高周波発振器１の本来の中心周波数ｆＣ  と基準信号の周波数ｆとの差が広がって周波数固定幅Δｆを超え、発振周波数の固定が不可能となり、発振周波数が不安定となる場合がある。そこで、発振周波数が安定でかつ出力電力が可変の高周波発生源について説明する。
【００４２】
図４は、この高周波発生源の構成を示す図である。この図では、図１に示した構成要素に相当する構成要素については、図１と同一符号で示している。
図４に示す高周波発生源３０Ａでは、出力電力が十分大きい高周波発振器１１が用いられるとともに、サーキュレータ３５の第２端子に減衰量が可変のアッテネータ５０の入力端子が接続されている。アッテネータ５０の出力端子には、図１に示した矩形導波管１２が接続される。
アッテネータ５０の減衰量を変化させることにより、その減衰量に応じて矩形導波管１２へ出力される高周波電磁界の電力が変化する。この際、高周波発振器１１の出力電力を変化させる必要がないので、周波数固定幅Δｆは変わらず、発振周波数の固定が維持される。したがって、高周波発生源３０Ａによれば、発振周波数が安定した状態で、出力電力を変化させることができる。
【００４３】
図５および図６は、アッテネータ５０の構成例を示す図である。図５に示す抵抗体挿入型アッテネータ５１は、矩形導波管５２に板状の抵抗体５３を挿入したものである。抵抗体５３は矩形導波管５２のＥ面（電界に平行な狭い管壁）と平行に配置された状態で、Ｅ面を貫通する支持棒５４に取り付けられている。矩形導波管５２内の電界強度はＥ面から垂直な方向に離れるにしたがって強くなるので、その方向に支持棒５４を動かし、抵抗体５３とＥ面との距離を変えることにより、矩形導波管５２を通過する高周波電磁界の減衰量を変えることができる。
【００４４】
一方、図６に示すＴ分岐分配型アッテネータ６１は、矩形導波管６３の側壁に矩形導波管６２の一端が接続されるとともに、この矩形導波管６２の中心軸に対して対称に２つの分岐導波管６４，６５のそれぞれの一端が接続され、さらに矩形導波管６３の一端にダミーロード６６が接続された構成を有している。矩形導波管６２の中心軸と分岐導波管６４，６５の中心軸との間隔はλｇ／４となっている。分岐導波管６４，６５のそれぞれの他端はショート板６４Ａ，６５Ａにより電気機能的にショートされている。この２つのショート板６４Ａ，６５Ａを分岐導波管６４，６５の軸線方向にλｇ／４の間隔を保持したまま分岐導波管６４，６５内を摺動させると、矩形導波管６２の他端から入力された高周波電磁界が矩形導波管６３の一端または他端に分岐される割合が変化する。よって、矩形導波管６３の他端から出力される高周波電磁界の減衰量を変えることができる。
【００４５】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係るプラズマ処理装置は、低価格で実現できる、高出力かつ周波数安定性のよい高周波発生源を備えたものである。
（２）式から分かるように、高周波発振器に注入される基準信号の電力Ｐｉ  に対して高周波発振器の出力電力Ｐｏ  が大きいほど、基準信号の周波数ｆに固定可能な高周波発振器の発振周波数の周波数幅（周波数固定幅）Δｆは狭くなる。したがって、低出力の基準発振器を用いて高出力の高周波発振器の発振周波数を固定する場合には、高出力の高周波発振器の中心周波数ｆＣ  が少し変動しただけで周波数固定が維持できなくなり、安定した周波数固定が不可能になる。一方、高出力の基準発振器を用いて高出力の高周波発振器の発振周波数を固定すれば、安定した周波数固定が可能であるが、基準発振器として用いられるＤＲＯなどは高出力のものとなると格段に高価になる。そこで、高出力の基準発振器を用いない、高出力かつ周波数安定性のよい高周波発生源について説明する。
【００４６】
図７は、この高周波発生源の構成を示す図である。この図では、図１および図４に示した構成要素に相当する構成要素については、図１および図４と同一符号で示している。
図７に示す高周波発生源３０Ｂは、マグネトロンなどからなる高周波発振器を複数有している。これらの高周波発振器１１Ａ，１１Ｂ，・・・，１１Ｃはすべて、基準発振器３４で生成される基準信号の注入により、この基準信号の周波数に発振周波数が固定される。高周波発振器１１Ａ〜１１Ｃのそれぞれで生成された高周波電磁界は合成器３８により合成された後、図１に示した矩形導波管１２に出力される。
【００４７】
このように複数の高周波発振器１１Ａ〜１１Ｃを設け、それぞれの出力電力を合成することにより、低出力発振器を複数用いて高出力発振器を１個用いたのと同等の出力電力が得られる。高周波発振器１１Ａ〜１１Ｃとして低出力発振器を用いることにより、基準発振器３４として低出力発振器を用いても周波数固定幅Δｆを広くとれるので、高周波発振器１１Ａ〜１１Ｃの中心周波数が多少変動しても周波数固定を維持することができ、安定した周波数固定が可能となる。したがって、高出力かつ周波数安定性のよい高周波発生源を実現するために、高価な高出力の基準発振器を用いる必要がないので、高周波発生源およびそれが用いられるプラズマ処理装置の製造コストを抑制することができる。
【００４８】
なお、複数の高周波発振器１１Ａ〜１１Ｃを設けたとしも、これらすべてを常時稼動させる必要はない。例えば、高周波発振器１１Ａ〜１１Ｃのそれぞれの出力電力が１ＫＷであり、１．９ＫＷの電力供給を行う場合には、２個の高周波発振器１１Ａ，１１Ｂのみを稼動させるとともに、他の高周波発振器を停止させ、アッテネータ５０を調整して出力電力を２．０ＫＷから１．９ＫＷに減衰させる。これにより停止させた高周波発振器の電力消費が削減されるので、高出力の高周波発振器を１個用いるよりもランニングコストが安くなる。
【００４９】
また、基準発振器３４は複数の高周波発振器に対して共通に設けられてもよいし、高周波発振器１１Ａ〜１１Ｃのぞれぞれに個別に設けられてもよい。また、高周波発振器１１Ａ〜１１Ｃの出力電力はすべて同じであっても、異なっていてもよい。また、サーキュレータ３５とダミーロード３６とからなる構成は、複数の高周波発振器に対して共通に設けられてもよいし、高周波発振器１１Ａ〜１１Ｃのぞれぞれに個別に設けられてもよい。
【００５０】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態に係るプラズマ処理装置は、低価格で実現できる高出力かつ周波数安定性のよい高周波発生源を備えたものである。
図８は、この高周波発生源の構成を示す図である。この図では、図１および図４に示した構成要素に相当する構成要素については、図１および図４と同一符号で示している。
【００５１】
図８に示す高周波発生源３０Ｃは、マグネトロンなどからなる高周波発振器を複数有している。これらの高周波発振器１１Ｄ，１１Ｅ，・・・，１１Ｆはそれぞれ出力電力が異なり、出力電力が小さい順にカスケードに接続さている。すなわち、初段の高周波発振器１１Ｄの出力電力をＰｏＤ、２段目の高周波発振器１１Ｅの出力電力をＰｏＥ、最終段の高周波発振器１１Ｆの出力電力をＰｏＦとすると、
ＰｏＤ＜ＰｏＥ＜・・・＜ＰｏＦ
となる。初段の高周波発振器１１Ｄには基準発振器３４が接続され、この基準発振器３４で生成される基準信号が注入される。その他の高周波発振器にはその前段の高周波発振器により生成された高周波電磁界が注入される。最終段の高周波発振器１１Ｆには、矩形導波管３３、サーキュレータ３５およびアッテネータ５０を介して図１に示した矩形導波管１２が接続される。
【００５２】
高周波発振器１１Ｄ〜１１Ｆのすべての中心周波数が基準信号の周波数に近い場合、初段の高周波発振器１１Ｄの発振周波数は、基準信号の注入によりこの基準信号の周波数に固定される。また、高周波発振器１１Ｄの後段の高周波発振器１１Ｅの発振周波数は、高周波発振器１１Ｄで生成された高周波電磁界の注入により、この高周波電磁界の周波数すなわち基準信号の周波数に固定される。このように高周波発振器１１Ｄ〜１１Ｆのすべての発振周波数が連鎖的に基準信号の周波数に固定される。
【００５３】
このように、複数の高周波発振器１１Ｄ〜１１Ｆを出力電力が小さい順にカスケードに接続し、複数段で発振周波数の固定を行うことにより、各段での周波数固定幅Δｆを広くとれるので、各段の高周波発振器の中心周波数が多少変動しても周波数固定を維持することができる。よって、低出力の基準発振器３４を用いて高出力の高周波発振器１１Ｆの発振周波数を固定する場合にも、安定した周波数固定が可能となる。したがって、高出力かつ周波数安定性のよい高周波発生源を実現するために、高価な高出力の基準発振器を用いる必要がないので、高周波発生源およびそれが用いられるプラズマ処理装置の製造コストを抑制することができる。
【００５４】
（第５の実施の形態）
本発明は上述した高周波プラズマ処理装置だけでなく、電子サイクロトロン共鳴（ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ−ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：ＥＣＲ）プラズマ処理装置にも適用することができる。図９は、本発明が適用されたＥＣＲプラズマ処理装置の一構成例を示す図である。この図では、図１に示した構成要素に相当する構成要素については、図１と同一符号で示している。
【００５５】
図９に示すＥＣＲプラズマ処理装置は、プラズマが生成されるプラズマ室１０１Ａと、プラズマＣＶＤなどの処理が行われる反応室１０１Ｂとからなる容器１０１を有している。
プラズマ室１０１Ａの外周には、プラズマ室１０１Ａ内に磁束密度Ｂが８７．５ｍＴの磁場を形成する主電磁コイル１９１が設けられている。プラズマ室１０１Ａの上端には、誘電体板１０７を介して円筒導波管１４の一端が接続され、この円筒導波管１４から電子サイクロトロン振動数（プラズマ中の電子が磁力線を中心に回転運動するときの振動数）２．４５ＧＨｚと同じ周波数の高周波電磁界Ｆが供給される。
【００５６】
プラズマ室１０１Ａと連通する反応室１０１Ｂの内部には、被処理体であるＳｉ基板４が上面に配置される載置台１０３が収容されている。また、反応室１０１Ｂの底面の下には、補助電磁コイル１９２が設けられている。主電磁コイル１９１と補助電磁コイル１９２とからなる磁界発生器により、反応室１０１Ｂ内にミラー磁場ＭＭが形成される。
また、プラズマ室１０１Ａの上部には、例えばＮ２  などのプラズマガスを供給するノズル１０６Ａが設けられ、反応室１０１Ｂの上部には、例えばＳｉＨ４  などの反応性ガスを供給するノズル１０６Ｂが設けられている。さらに、反応室１０１Ｂの下部には、真空ポンプに連通する排気口１０５が設けられている。
【００５７】
このような構成において、プラズマ室１０１Ａ内に磁束密度Ｂが８７．５ｍＴの磁場を形成するとともに、振動数が２．４５ＧＨｚの高周波電磁界Ｆを導入すると、電子サイクロトロン共鳴が起こり、高周波電磁界Ｆのエネルギーが電子に効率よく移行し電子が加熱される。このようにして高周波電磁界Ｆで加熱された電子により、プラズマ室１０１Ａ内のＮ２  の電離または解離が続き、プラズマが生成される。
【００５８】
一方、プラズマ室１０１Ａに一端が接続される円筒導波管１４の他端には、矩形円筒変換器１３および矩形導波管１２を介して高周波発生源３０が接続されている。この高周波発生源３０は、図２に示したのと同様のものである。また、図１３に示したような負荷整合器１６、その駆動装置１７、検波器１８および制御装置１９からなる自動整合装置も設けられている。円偏波変換器２０が設けられていてもよい。
このように発振周波数が固定される高周波発生源３０を用いることにより、自動整合装置によりインピーダンス整合を正確に行うことができる。これにより、プラズマ室１０１Ａ内に効率よく高周波電磁界を供給でき、プラズマ処理装置のエネルギー効率を向上させることができる。
また、上述したように、高周波発生源３０には高価な高出力発振器が不要であるので、エネルギー効率のよいプラズマ処理装置の製造コストを抑制することができる。
なお、高周波発生源３０に代えて、図４，図７，図８に示した高周波発生源３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃを用いてもよい。
【００５９】
（第６の実施の形態）
本発明のプラズマ処理装置で使用可能な負荷整合器１６は、図１４に示した複数のスタブ７１Ａ〜７１Ｃ，７２Ａ〜７２Ｃからなるものに限定されない。図１０は、負荷整合器１６の他の構成例を示す図である。
図１０に示す負荷整合器１６は、円筒導波管１４の軸線（Ｚ）方向に対して垂直に接続された複数の分岐導波管から構成されている。より詳しくは、円筒導波管１４の軸線（Ｚ）方向に等間隔に配設された３本の分岐導波管２７１Ａ〜２７１Ｃと、これら３本の分岐導波管２７１Ａ〜２７１Ｃにそれぞれ対向して配設された３本の分岐導波管２７２Ａ〜２７２Ｃとから構成されている。
分岐導波管２７１Ａ〜２７１Ｃ，２７２Ａ〜２７２Ｃには、その導波管の軸線に垂直な断面が矩形の矩形導波管、断面が円形の円筒導波管、断面が楕円形の導波管、断面が矩形の角を丸めた形状の導波管、中央部にリッジが設けられたリッジ導波管を用いることができる。
【００６０】
各分岐導波管２７１Ａ〜２７１Ｃ，２７２Ａ〜２７２Ｃは、一端が円筒導波管１４内に開口し、他端がショート板２７５により電気機能的にショートされている。このショート板２７５は、図１１（ａ）に示すように上下両端が直角に折曲されて側面視コの字形をなし、折曲された部分（以下、折曲部分という）２７５Ａが円筒導波管１４の開口端とは反対側に向かうように分岐導波管２７１Ａ〜２７４Ｃに挿入される。ショート板２７５の折曲部分２７５Ａの長さを略λｇ／４とし絶縁シートを張り付けて所謂チョーク構造とすると、ショート板２７５の位置における高周波電磁界の反射を確実にしながら、可動性をもたせることができる。
【００６１】
ショート板２７５は、分岐導波管２７１Ａ〜２７１Ｃ，２７２Ａ〜２７２Ｃの軸線方向に延びる棒２７６の先端に取り付けられている。この棒２７６を負荷整合器１６の駆動装置で分岐導波管２７１Ａ〜２７１Ｃ，２７２Ａ〜２７２Ｃの軸線方向に平行移動させることにより、ショート板２７５を分岐導波管２７１Ａ〜２７１Ｃ，２７２Ａ〜２７２Ｃ内で自在に摺動させることができる。
分岐導波管２７１Ａ〜２７１Ｃ，２７２Ａ〜２７２Ｃのリアクタンスは、その一端から他端までの長さを管内波長λｇ  で割った値である電気長に応じて変化する。よって、分岐導波管２７１Ａ〜２７１Ｃ，２７２Ａ〜２７２Ｃの他端をなすショート板２７５を摺動させて電気長を変化させることにより、分岐導波管２７１Ａ〜２７１Ｃ，２７２Ａ〜２７２Ｃのリアクタンスを、−（マイナス）の十分大きい値から０（ゼロ）を介して＋（プラス）の十分大きい値まで変化させることができる。
【００６２】
分岐導波管２７１Ａ〜２７１Ｃ，２７２Ａ〜２７２Ｃのそれぞれの円筒導波管１４の軸線（Ｚ）方向の間隔はλｇ／４とする。したがって、上述したように分岐導波管２７１Ａ〜２７１Ｃ，２７２Ａ〜２７２Ｃのリアクタンスを０（ゼロ）から＋／−の十分大きい値まで変化させることにより、負荷整合器１６の整合域をスミスチャート全域とすることができる。分岐導波管２７１Ａ〜２７１Ｃ等の間隔をλｇ／８としても、同様に整合域をスミスチャート全域とすることができる。これにより負荷であるプラズマからの反射が大きい場合でも、全位相でインピーダンス整合が可能となる。
また、分岐導波管２７１Ａ〜２７１Ｃ，２７２Ａ〜２７２Ｃは、スタブ７１Ａ〜７１Ｃ，７２Ａ〜７２Ｃのような円筒導波管１４内に突出する構成を有しないので、負荷であるプラズマからの反射が大きくても、対向する分岐導波管２７１Ａ〜２７１Ｃと分岐導波管２７２Ａ〜２７２Ｃとの間で放電が起きることはない。
【００６３】
なお、分岐導波管２７１Ａ〜２７１Ｃのみでも、整合域をスミスチャート全域とし、全位相でインピーダンス整合をとることは可能である。
また、円筒導波管１４の軸線（Ｚ）方向に配設される分岐導波管を３本以上とした場合にも、その間隔をλｇ／４またはλｇ／８とすることにより、全位相でインピーダンス整合をとることができる。
【００６４】
また、軸線（Ｚ）方向に配設される分岐導波管の間隔が等しくなくても、全位相でのインピーダンス整合は可能である。例えば分岐導波管２７１Ａと２７１Ｂとの間隔をλｇ／４とし、分岐導波管２７１Ｂと２７１Ｃとの間隔をλｇ／８としてもよい。
一方、軸線（Ｚ）方向に配設される分岐導波管を２本とすると、または円筒導波管１４の軸線（Ｚ）方向に配設される分岐導波管の間隔をλｇ×Ｎ／２，λｇ／４，λｇ／８を除く値とすると、整合域は狭くなるが、このような構成であっても条件によっては利用可能である。
【００６５】
以上では、自動整合装置の負荷整合器１６および検波器１８を円筒導波管１４に設ける例を示したが、矩形導波管１２に設けるようにしてもよい。
なお、本発明のプラズマ処理装置は、エッチング装置、ＣＶＤ装置、アッシング装置などに利用することができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、プラズマ生成に用いられる高周波電磁界を生成する高周波発振器よりも出力電力が低くかつ発振周波数が安定した基準発振器を用意し、この基準発振器により生成された基準信号を高周波発振器に注入し、高周波発振器の発振周波数を基準信号の周波数に固定する。これにより、高周波発振器の周波数帯幅が狭くなりかつ発振周波数が安定化するので、基準信号の周波数と異なる周波数成分が低減される。よって、高周波発振器で生成された高周波電磁界をプラズマが生成される容器へ導く導波管に設けられる自動整合装置を基準信号の周波数を基に設計することにより、インピーダンス整合を正確に行い、エネルギー効率を向上させることができる。
また、周波数安定性のよい発振器であっても出力電力が低いものは安価であるので、このような安価な発振器を基準発振器として用いることにより、エネルギー効率のよいプラズマ処理装置の製造コストを抑制することができる。
【００６７】
また、本発明では、高周波発振器で生成された高周波電磁界をアッテネータで減衰させてプラズマが生成される容器内に供給する。これにより、容器内への供給電力を変化させることができる。この際、高周波発振器の出力電力を変化させる必要がないので、出力電力の変化に応じた中心周波数の変化により、発振周波数の固定が維持できなくなることを防止できる。
【００６８】
また、本発明では、基準信号が注入される複数の高周波発振器により生成された高周波電磁界を合成し、プラズマが生成される容器に供給する。
また、本発明では、複数の高周波発振器を出力電力が小さい順にカスケードに接続し、初段の高周波発振器には基準信号を注入し、その他の高周波発振器にはその前段の高周波発振器により生成された高周波電磁界を注入し、最終段の高周波発振器により生成された高周波電磁界をプラズマが生成される容器に供給する。
このような構成をとることにより、高出力かつ周波数安定性のよい高周波発生源を実現するために、基準発振器として高価な高出力発振器を用いる必要がなくなるので、プラズマ処理装置の製造コストを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置の全体構成を示す図である。
【図２】高周波発生源の一構成例を概念的に示す図である。
【図３】マグネトロンの出力特性と周波数固定幅を示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ処理装置の要部構成を示す図である。
【図５】アッテネータの一構成例を示す図である。
【図６】アッテネータの他の構成例を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係るプラズマ処理装置の要部構成を示す図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態に係るプラズマ処理装置の要部構成を示す図である。
【図９】本発明の第５の実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す図である。
【図１０】負荷整合器の他の構成例を示す図である。
【図１１】分岐導波管のショート板の構成を示す斜視図である。
【図１２】従来の高周波プラズマ処理装置の全体構成を示す図である。
【図１３】自動整合装置の一構成例を示すブロック図である。
【図１４】負荷整合器および検波器を説明するための図である。
【図１５】マグネトロンの出力特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１…処理容器、２…絶縁板、３，１０３…載置台、４…基板（被処理体）、５，１０５…排気口、６，１０６Ａ，１０６Ｂ…ガス導入用ノズル、７，１０７…誘電体板、８…シール部材、９…シールド材、１１，１１Ａ〜１１Ｆ…高周波発振器、１１Ａ，７１Ａ〜７１Ｃ，７２Ａ〜７２Ｃ，８１Ａ〜８１Ｃ、１２…矩形導波管、１３…矩形円筒変換器、１４…円筒導波管、１５…ラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ）、１６…負荷整合器、１７…駆動装置、１８…検波器、１９…制御装置、２０…円偏波変換器、２１…ラジアル導波路、２２，２３…円形導体板、２４…リング部材、２５…開口、２６…スロット、２７…バンプ、３０，３０Ａ…高周波発生源、３１…ランチャ、３２，３５，３５Ａ〜３５Ｃ…３端子サーキュレータ、３３…矩形導波管、３４…基準発振器、３６，３６Ａ〜３６Ｃ…ダミーロード、３７…電磁界吸収材、３８…合成器、５０…アッテネータ、１０１…容器、１０１Ａ…プラズマ室、１０１Ｂ…反応室、１９１，１９２…電磁コイル、２７１Ａ〜２７１Ｃ，２７２Ａ〜２７２Ｃ…分岐導波管、２７５…ショート板、７２５Ａ…折曲部分、２７６…棒、Ｆ…高周波電磁界、ＭＭ…ミラー磁場。
【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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【図１５】
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