(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ生成用のマイクロ波を供給するマイクロ波供給装置であって、
第１端及び第２端を有し、該第１端と該第２端との間で延在する導波管と、
第１ポート、前記第１端に結合された第２ポート、及び、前記第２端に結合された第３ポートを有し、入力端からのマイクロ波を前記第１ポートから前記第２ポートに伝搬し、前記第３ポートに受けたマイクロ波を前記第１ポートから前記入力端の側に戻すサーキュレータと、
前記入力端と前記サーキュレータの前記第１ポートとの間に設けられており、前記第１ポートから前記入力端の側に戻されるマイクロ波の一部を前記サーキュレータの前記第１ポートに反射する整合器と、
を備え、
前記導波管は、互いに対面する第１の壁及び第２の壁、並びに、前記第１の壁及び前記第２の壁に交差し、且つ、互いに対面する第３の壁及び第４の壁を含む矩形導波管を含み、
前記第１の壁には、前記導波管内のマイクロ波の伝搬方向に沿って延びるスロット孔が形成されており、該スロット孔は、前記第３の壁の側に偏倚した領域に設けられており、
前記導波管は、該導波管内に設けられた第１のリッジ部を含み、
前記第１のリッジ部は、直方体形状を有し、前記第１の壁から離間し且つ前記スロット孔に対面し、前記第２の壁及び前記第３の壁に接し、前記第４の壁から離間している、
マイクロ波供給装置。
【請求項２】
前記第３の壁と前記第４の壁が対面する方向における前記第１のリッジ部の幅は、１８ｍｍより大きく、５２ｍｍより小さい、請求項１に記載のマイクロ波供給装置。
【請求項３】
前記第１の壁と前記第２の壁が対面する方向における前記第１のリッジ部の高さは、７．５ｍｍより大きく、該方向における導波管の高さより小さい、請求項１又は２に記載のマイクロ波供給装置。
【請求項４】
前記伝搬方向における前記第１のリッジ部の両端に連続して設けられた第２のリッジ部を更に備え、
前記第２のリッジ部は、直方体形状を有し、前記第１の壁から離間し、前記第２の壁及び前記第３の壁に接し、前記第４の壁から離間しており、
前記第１の壁と前記第２のリッジ部との間の間隙の長さは、前記第１の壁と前記第１のリッジ部との間の間隙の長さよりも大きい、
請求項１〜３の何れか一項に記載のマイクロ波供給装置。
【請求項５】
前記第１の壁と前記第２の壁が対面する方向における前記第２のリッジ部の高さは、１４ｍｍ以上１８ｍｍ以下である、請求項４に記載のマイクロ波供給装置。
【請求項６】
プラズマ生成用の処理ガスを前記導波管内に導入するためのガス供給孔を更に備える、請求項１〜５の何れか一項に記載のマイクロ波供給装置。
【請求項７】
マイクロ波を発生し、該マイクロ波を前記入力端に供給するマイクロ波発生器を更に備える、請求項１〜６の何れか一項に記載のマイクロ波供給装置。
【請求項８】
請求項７に記載のマイクロ波供給装置と、
前記スロット孔に処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理ガスのプラズマにより被加工物を処理するためのチャンバを提供するチャンバ本体と、
を備えるプラズマ処理装置。
【請求項９】
請求項８に記載のプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、
前記チャンバ内に被加工物を収容する工程と、
前記ガス供給部から供給される前記処理ガスのプラズマにより被加工物を処理する工程と、
を含むプラズマ処理方法。
【請求項１０】
前記処理ガスは、分子性ガスを含み、該処理ガスの全流量に対する該分子性ガスの流量の比が０．２以上１以下である、請求項９に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１１】
前記分子性ガスは窒素ガスである、請求項１０に記載のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、マイクロ波供給装置、プラズマ処理装置、及び、プラズマ処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被加工物の処理においては、マイクロ波によって処理ガスのプラズマを生成する装置が用いられている。このような装置の一例は、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された装置は、導波管、サーキュレータ、及び、整合器を備えている。
【０００３】
導波管は、第１端及び第２端を有している。サーキュレータは第１ポート、第２ポート、及び、第３ポートを有している。第２ポートは導波管の第１端に結合されており、第３ポートは導波管の第２端に接続されている。整合器は、マイクロ波の入力端とサーキュレータの第１ポートとの間に設けられている。また、導波管には、マイクロ波の伝搬方向に延びるスロット孔が形成されている。この装置では、入力端からのマイクロ波が、第１ポートから第２ポートに伝搬され、さらに、第２ポートに伝搬されたマイクロ波が導波管の第１端から第２端に伝搬される。導波管の第２端に伝搬されたマイクロ波は、サーキュレータの第３ポートから第１ポートを介して整合器に戻される。整合器に戻されたマイクロ波の一部は、当該整合器によって反射されて、サーキュレータの第１ポートに伝搬される。この装置では、導波管内において定在波の発生が抑制される。即ち、プラズマの生成のために、導波管内において進行波が生成される。また、入力端から供給されるマイクロ波と整合器から反射されたマイクロ波が導波管に供給されるので、スロット孔におけるマイクロ波のパワー密度が高くなる。この装置では、スロット孔に供給される処理ガスがマイクロ波によって励起されて、プラズマが生成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１７５０５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された装置では、スロット孔においてより安定的にプラズマを生成するために、スロット孔におけるマイクロ波のパワー密度を更に高めることが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一態様においては、プラズマ生成用のマイクロ波を伝搬するマイクロ波供給装置が提供される。このマイクロ波供給装置は、導波管、サーキュレータ、及び、整合器を備える。導波管は、第１端及び第２端を有し、第１端と第２端との間で延在している。サーキュレータは、第１ポート、第２ポート、及び、第３ポートを有する。第２ポートは導波管の第１端に結合されており、第３ポートは導波管の第２端に結合されている。サーキュレータは、入力端からのマイクロ波を第１ポートから第２ポートに伝搬し、第３ポートに受けたマイクロ波を第１ポートから入力端の側に戻すように構成されている。整合器は、入力端とサーキュレータの第１ポートとの間に設けられている。整合器は、第１ポートから入力端の側に戻されるマイクロ波の一部をサーキュレータの第１ポートに反射するよう構成されている。導波管は、互いに対面する第１の壁及び第２の壁、並びに、第１の壁及び第２の壁に交差し、且つ、互いに対面する第３の壁及び第４の壁を含む矩形導波管を含む。第１の壁には、導波管内のマイクロ波の伝搬方向に沿って延びるスロット孔が形成されている。このスロット孔は、第３の壁の側に偏倚した領域に設けられている。導波管は、当該導波管内に設けられた第１のリッジ部を含む。第１のリッジ部は、直方体形状を有する。第１のリッジ部は、第１の壁から離間し且つスロット孔に対面し、第２の壁及び第３の壁に接し、第４の壁から離間している。
【０００７】
第１の壁における電流密度は、第１の壁の中央よりも第１の壁の縁部に近い位置において高い。一態様に係るマイクロ波供給装置では、第３の壁の側に偏倚した領域にスロット孔が形成されているので、スロット孔が形成されている領域における電流密度が高くなる。したがって、スロット孔におけるマイクロ波のパワー密度が高められる。また、かかるスロット孔に対面するように第１のリッジ部が設けられている。この第１のリッジ部は、第１の壁から離間し且つスロット孔に対面し、第２の壁及び第３の壁に接し、第４の壁から離間している。この第１のリッジ部によれば、第１の壁と第２の壁が対面する方向においてスロット孔に連続する空間の長さが短くなる。したがって、スロット孔におけるマイクロ波のパワー密度が更に高められる。
【０００８】
一実施形態では、第３の壁と第４の壁が対面する方向における第１のリッジ部の幅は、１８ｍｍより大きく、５２ｍｍより小さい。一実施形態では、第１の壁と第２の壁が対面する方向における第１のリッジ部の高さは、７．５ｍｍより大きく、当該方向における導波管の高さより小さい。
【０００９】
一実施形態では、マイクロ波供給装置は、上記伝搬方向における第１のリッジ部の両端に連続して設けられた第２のリッジ部を更に備える。第２のリッジ部は、直方体形状を有する。第２のリッジ部は、第１の壁から離間し、第２の壁及び第３の壁に接し、第４の壁から離間している。第１の壁と第２のリッジ部との間の間隙の長さは、第１の壁と第１のリッジ部との間の間隙の長さよりも大きい。この第２のリッジ部によれば、第１のリッジ部の両端におけるマイクロ波の反射が抑制される。
【００１０】
一実施形態では、第１の壁と第２の壁が対面する方向における第２のリッジ部の高さは、１４ｍｍ以上１８ｍｍ以下である。
【００１１】
一実施形態では、マイクロ波供給装置は、プラズマ生成用の処理ガスを前記導波管内に導入するためのガス供給孔を更に備える。一実施形態では、マイクロ波供給装置は、マイクロ波を発生し、該マイクロ波を入力端に供給するマイクロ波発生器を更に備える。
【００１２】
別の態様においては、プラズマ処理装置が提供される。このプラズマ処理装置は、上述のマイクロ波供給装置、スロット孔に処理ガスを供給するガス供給部、及び、処理ガスのプラズマにより被加工物を処理するためのチャンバを提供するチャンバ本体を備える。
【００１３】
更に別の態様においては、上述のプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法が提供される。このプラズマ処理方法は、チャンバ内に被加工物を収容する工程と、ガス供給部から供給される処理ガスのプラズマにより被加工物を処理する工程と、を含む。一実施形態では、処理ガスは、分子性ガスを含み、処理ガスの全流量に対する分子性ガスの流量の比が０．２以上１以下である。一実施形態では、分子性ガスは窒素ガスである。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、導波管に形成されたスロット孔におけるマイクロ波のパワー密度が高められる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一実施形態に係るマイクロ波供給装置を示す平面図である。
【図２】スロット孔が形成されている部分における導波管の斜視図である。
【図３】スロット孔が形成されている部分における導波管の平面図である。
【図４】第１のリッジ部及び第２のリッジ部の斜視図である。
【図５】一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。
【図６】第１のシミュレーションの結果を示すグラフである。
【図７】第２のシミュレーションの結果を示すグラフである。
【図８】第３のシミュレーションの結果を示すグラフである。
【図９】図９の（ａ）は、マイクロ波のパワーを２．０ｋＷに設定したときのプラズマの発光を示す画像であり、図９の（ｂ）は、マイクロ波のパワーを２．５ｋＷに設定したときのプラズマの発光を示す画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
【００１７】
まず、一実施形態に係るマイクロ波供給装置１０について説明する。図１は、一実施形態に係るマイクロ波供給装置を概略的に示す平面図である。図１に示すマイクロ波供給装置１０は、プラズマ生成用のマイクロ波供給装置であり、導波管１２、整合器１４、及び、サーキュレータ１６を備えている。一実施形態においては、マイクロ波供給装置１０は、複数の導波管１８１〜１８４、マイクロ波発生器２０、アイソレータ２２、方向性結合器２４、及び、方向性結合器２６を更に備え得る。
【００１８】
複数の導波管１８１〜１８４は、中空構造を有する導波管であり、例えば、矩形導波管である。複数の導波管１８１〜１８４は、例えば銅、アルミニウム、鉄、ステンレス等の金属、又は、これらの合金から形成され得る。複数の導波管１８１〜１８４それぞれの内部の圧力は、大気圧に設定され得る。複数の導波管１８１〜１８４のうち導波管１８１の一端は、入力端１８１ａである。
【００１９】
マイクロ波発生器２０は、導波管１８１の一端、即ち、入力端１８１ａに結合されている。マイクロ波発生器２０は、マイクロ波を発生し、当該マイクロ波を導波管１８１に供給する。このマイクロ波の周波数は、例えば約２．４５ＧＨｚである。導波管１８１の入力端１８１ａに供給されたマイクロ波は、当該導波管１８１の他端１８１ｂに向けて伝搬される。一実施形態では、マイクロ波発生器２０は、連続波であるマイクロ波を発生し得る。また、マイクロ波発生器２０は、パルス発振機能を備えており、パルス状のマイクロ波を発生してもよい。マイクロ波発生器２０は、後述する制御部Ｃｏｎｔに接続され、制御部Ｃｏｎｔからの制御信号に応じて、マイクロ波のパワーを調整する。また、マイクロ波発生器２０は、パルス状のマイクロ波を発生する場合には、制御部Ｃｏｎｔからの制御信号に応じて、パルスの周波数及びデューティー比を調整する。マイクロ波発生器２０により発生されるパルス状のマイクロ波は、矩形波又は正弦波の何れであってもよい。
【００２０】
アイソレータ２２は、導波管１８１の他端１８１ｂと導波管１８２の一端１８２ａとの間に設けられている。アイソレータ２２は、第１ポート２２ａ、第２ポート２２ｂ、及び、第３ポート２２ｃを有している。第１ポート２２ａは、マイクロ波発生器２０からのマイクロ波を導波管１８１を介して受けるポートである。アイソレータ２２は、第１ポート２２ａに受けたマイクロ波を、第２ポート２２ｂから出力する。また、アイソレータ２２は、導波管１８２から第２ポート２２ｂに受けたマイクロ波を第３ポート２２ｃから出力する。第３ポート２２ｃには、ダミー負荷２８が接続されている。ダミー負荷２８に供給されたマイクロ波は当該ダミー負荷において消費される。例えば、ダミー負荷２８はマイクロ波を熱に変換する。かかるアイソレータ２２は、マイクロ波発生器２０に戻される反射波を抑制する。
【００２１】
方向性結合器２４は、導波管１８２の他端１８２ｂと導波管１８３の一端１８３ａとの間に設けられている。方向性結合器２４は、アイソレータ２２の第２ポート２２ｂから導波管１８２を介して伝搬するマイクロ波を通過させ、整合器１４の側から導波管１８３を介して伝搬するマイクロ波を遮断する。この方向性結合器２４によって、反射波が打ち消され、導波管１８１〜１８４内で定在波が発生することが抑制される。
【００２２】
整合器１４は、導波管１８３の他端１８３ｂと導波管１８４の一端１８４ａとの間に設けられている。整合器１４は、例えば、ＥＨチューナであり得る。ＥＨチューナは、Ｅチューナ部及びＨチューナ部を有する。ＥＨチューナは、導波管１８３と導波管１８４との間の導波路内でのＥチューナ部及びＨチューナ部それぞれのプランジャの突出量を調整する。これにより、ＥＨチューナはインピーダンスを調整する。マイクロ波供給装置１０の動作時には、ＥＨチューナのプランジャの突出量が調整される。この整合器１４は、導波管１８４の他端１８４ｂから戻されるマイクロ波の一部をサーキュレータ１６に向けて反射する。なお、整合器１４は、ＥＨチューナの代わりに、４Ｅチューナ、スタブチューナといった別のチューナを有していてもよい。
【００２３】
サーキュレータ１６は、第１ポート１６ａ、第２ポート１６ｂ、及び、第３ポート１６ｃを有している。第１ポート１６ａは、導波管１８４の他端１８４ｂに結合されている。第２ポート１６ｂは、導波管１２の第１端１２ａに結合されている。サーキュレータ１６の第３ポートは、導波管１２の第２端１２ｂに結合されている。サーキュレータ１６は、入力端１８１ａからのマイクロ波を第１ポート１６ａから第２ポート１６ｂに伝搬する。また、サーキュレータ１６は、第３ポート１６ｃに受けたマイクロ波を第１ポート１６ａから入力端１８１ａの側に戻すように構成されている。
【００２４】
導波管１２は、中空構造を有する導波管であり、例えば、矩形導波管である。導波管１２の幅ＧＷ（Ｙ方向に沿って対面する内面間の幅。図２参照）は、例えば、９６ｍｍである。導波管１２の高さ（Ｚ方向に沿って対面する内面間の幅。図２参照）は、例えば、２７ｍｍである。導波管１２は、上述の第１端１２ａ及び第２端１２ｂを有している。導波管１２は、例えば銅、アルミニウム、鉄、ステンレス等の金属、又は、これらの合金から形成され得る。この導波管１２内の圧力は、大気圧に設定され得る。なお、導波管１２、サーキュレータ１６、及び、整合器１４を含む導波構造は、ループ状の導波路を提供している。
【００２５】
導波管１２の途中には、方向性結合器２６が設けられている。方向性結合器２６は、第１端１２ａから第２端１２ｂに向けて伝搬されるマイクロ波を通過させ、第２端１２ｂから第１端１２ａに向けて伝搬されるマイクロ波を遮断する。
【００２６】
一実施形態では、導波管１２には、ガス供給孔１２ｈが形成されている。ガス供給孔１２ｈは、後述するガス供給部からの処理ガスを受けて、当該処理ガスを導波管１２内に導入するための孔である。ガス供給孔１２ｈに供給された処理ガスは、導波管１２内を通って、スロット孔１２ｓに供給される。一実施形態では、二つのガス供給孔１２ｈが導波管１２に形成されている。二つのガス供給孔１２ｈとスロット孔１２ｓとの距離は、互いに略等しくてもよい。この場合には、二つのガス供給孔１２ｈからの処理ガスをスロット孔１２ｓに均一に流すことができる。なお、ガス供給孔１２ｈの個数は、１以上の任意の個数であり得る。
【００２７】
導波管１２は、一方向に延びる部分を含んでおり、当該部分には、スロット孔１２ｓが形成されている。図２は、スロット孔１２ｓが形成されている部分における導波管１２の斜視図である。図３は、スロット孔１２ｓが形成されている部分における導波管１２の平面図である。図２に示すように、スロット孔１２ｓが形成されている部分において、導波管１２は、第１の壁１２１、第２の壁１２２、第３の壁１２３、及び、第４の壁１２４を含んでいる。第１の壁１２１及び第２の壁１２２は、互いに対面している。第３の壁１２３及び第４の壁１２４は、第１の壁１２１及び第２の壁１２２に交差又は略直交しており、互いに対面している。
【００２８】
スロット孔１２ｓは、第１の壁１２１に形成されており、当該第１の壁１２１を貫通している。スロット孔１２ｓは、マイクロ波の伝搬方向（Ｘ方向）に沿って延びる長孔形状を有している。スロット孔１２ｓのＸ方向における長さＳＬは、例えば、３００ｍｍである。また、スロット孔１２ｓの幅（Ｙ方向の幅）は、例えば、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの幅である。
【００２９】
スロット孔１２ｓは、第３の壁１２３の側に偏倚した領域に形成されている。即ち、スロット孔１２ｓは、第１の壁１２１の中心に対して第３の壁１２３の側に偏倚した位置に形成されている。第３の壁１２３の内面とスロット孔１２ｓの中心線ＣＬとの間の距離ＳＰは、例えば８ｍｍである。
【００３０】
マイクロ波が導波管１２内を伝搬するときの第１の壁１２１における電流密度は、当該第１の壁１２１の中央よりも第１の壁１２１の縁部に近い位置において高い。スロット孔１２ｓは、第３の壁１２３の側に偏倚した領域に形成されているので、スロット孔１２ｓが形成されている領域における電流密度が高くなる。したがって、スロット孔１２ｓにおけるマイクロ波のパワー密度は高くなる。
【００３１】
スロット孔１２ｓが形成されている部分における導波管１２の内部には、第１のリッジ部４０が設けられている。一実施形態では、導波管１２の内部には、二つの第２のリッジ部４２が更に設けられている。第１のリッジ部４０は、導波管１２を構成する金属材料と同様の金属材料から形成されている。例えば、第１のリッジ部４０は、アルミニウムから形成される。第１のリッジ部４０は、銅、鉄、ステンレス等の金属、又は、これらの合金から形成されていてもよい。第２のリッジ部４２も、金属材料から形成されている。第２のリッジ部４２は、望ましくは、第１のリッジ部４０を構成する金属材料と同様の金属材料から形成される。
【００３２】
図４は、第１のリッジ部及び第２のリッジ部の斜視図である。以下、図２と共に図４を参照する。第１のリッジ部４０は、Ｘ方向において長尺の直方体形状を有している。第１のリッジ部４０のＸ方向における長さＲＡＬは、例えば、４００ｍｍである。第１のリッジ部４０は、第１の壁１２１の内面から離間しており、スロット孔１２ｓに面している。第１のリッジ部４０は、第２の壁１２２及び第３の壁１２３に接している。また、第１のリッジ部４０は、第４の壁１２４の内面から離間している。即ち、第１のリッジ部４０は、第２の壁１２２と第３の壁１２３とが交差する隅部に沿って設けられている。
【００３３】
第１のリッジ部４０によれば、第１の壁１２１と第２の壁１２２が対面する方向（Ｚ方向）においてスロット孔１２ｓに連続する導波管１２内の空間の長さが短くなる。したがって、スロット孔１２ｓにおけるマイクロ波のパワー密度が更に高められる。
【００３４】
一実施形態において、第３の壁１２３と前記第４の壁１２４が対面する方向（Ｙ方向）における第１のリッジ部４０の幅ＲＡＷは、１８ｍｍより大きく、５２ｍｍよりも小さい。かかる幅ＲＡＷを有する第１のリッジ部４０によれば、幅ＲＡＷが導波管１２の幅ＧＷと同一の場合のスロット孔１２ｓにおけるマイクロ波のパワー密度よりも高いパワー密度が得られる。
【００３５】
一実施形態において、第１の壁１２１と前記第２の壁１２２が対面する方向（Ｚ方向）における第１のリッジ部４０の高さＲＡＨは、７．５ｍｍよりも大きく、導波管１２の高さＧＨよりも小さい。例えば、第１のリッジ部４０の高さＲＡＨは、２７ｍｍより小さい。かかる高さＲＡＨを有する第１のリッジ部４０によれば、スロット孔１２ｓにおいてマイクロ波のパワー密度が更に高められる。
【００３６】
二つの第２のリッジ部４２の各々は直方体形状を有している。二つの第２のリッジ部４２はそれぞれ、第１のリッジ部４０のＸ方向における両端に連続して設けられている。二つの第２のリッジ部４２の幅は、第１のリッジ部４０の幅ＲＡＷと略同一である。二つの第２のリッジ部４２の各々と第１の壁１２１との間の間隙の長さは、第１のリッジ部４０と第１の壁１２１との間の間隙の長さよりも大きい。これら第２のリッジ部４２のＺ方向における高さは、例えば１４ｍｍ以上１８ｍｍ以下の範囲から選択される。これら第２のリッジ部４２によれば、第１のリッジ部４０の両端におけるマイクロ波の反射が抑制される。
【００３７】
再び図１を参照する。一実施形態では、マイクロ波供給装置１０は、導波管１２内に隔壁ＰＷを備え得る。隔壁ＰＷは、石英、セラミック、ポリテトラフルオロエチレン等の誘電体から形成される。隔壁ＰＷは、導波管１２内に供給された処理ガスがマイクロ波発生器２０に進入することを防止する。一方、隔壁ＰＷは、マイクロ波発生器２０からのマイクロ波の通過を許容する。図１に示す例では、隔壁ＰＷの個数は二つである。一方の隔壁ＰＷはスロット孔１２ｓに対して一方側に設けられており、他方の隔壁ＰＷはスロット孔１２ｓに対して他方側に設けられている。また、上述の二つのガス供給孔１２ｈのうち一方は、スロット孔１２ｓと一方の隔壁ＰＷとの間に設けられており、二つのガス供給孔１２ｈのうち他方は、スロット孔１２ｓと他方の隔壁ＰＷとの間に設けられている。
【００３８】
マイクロ波供給装置１０では、マイクロ波発生器２０によって発生されたマイクロ波が、複数の導波管１８１〜１８４を介してサーキュレータ１６の第１ポート２２ａに入力される。第１ポート２２ａに入力されたマイクロ波は、サーキュレータ１６の第２ポート２２ｂに結合された導波管１２の第１端１２ａに入力される。第１端１２ａに入力されたマイクロ波は、導波管１２内において第１端１２ａから第２端１２ｂに向けて伝搬する。第２端１２ｂに至ったマイクロ波は、第２端１２ｂに結合されたサーキュレータ１６の第３ポート１６ｃ及び第１ポート１６ａを介して整合器１４に戻される。整合器１４は、戻されたマイクロ波の一部を反射し、当該マイクロ波の一部をサーキュレータ１６の第１ポート１６ａに戻す。このマイクロ波供給装置１０では、導波管１２内での反射波の発生が抑制されており、進行波が導波管１２内において伝搬する。この進行波がスロット孔１２ｓにおいて処理ガスを励起させる。これにより、スロット孔１２ｓ内においてプラズマが生成される。上述したように、マイクロ波供給装置１０では、スロット孔１２ｓ内において高いマイクロ波のパワー密度が得られるので、スロット孔１２ｓ内にわたって、安定的にプラズマを生成することが可能である。例えば、分子性ガスといった安定したガスを高い濃度で含む処理ガスを用いても、スロット孔１２ｓ内にわたって安定的にプラズマを生成することが可能である。
【００３９】
以下、一実施形態に係るプラズマ処理装置について説明する。図５は、一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。図５においては、プラズマ処理装置の一部が破断して示されている。図５に示すプラズマ処理装置１００は、上述したマイクロ波供給装置１０を備えている。このプラズマ処理装置１００は、大気圧環境下において、被加工物Ｗにプラズマ処理を適用することができる。また、プラズマ処理装置１００は、減圧環境下において、被加工物Ｗにプラズマ処理を適用することもできる。
【００４０】
プラズマ処理装置１００は、ガス供給部１１０及びチャンバ本体１２０を更に備えている。ガス供給部１１０は、一以上のガス源、一以上のバルブ、及び、一以上の流量制御器を有し得る。ガス供給部１１０は、一以上のガス源からの処理ガスをフロースプリッタＦＳ及びガス供給孔１２ｈを介して導波管１２内に供給する。フロースプリッタＦＳは、ガス供給部１１０から供給される処理ガスを、後述する制御部Ｃｏｎｔ等により設定された分配比で、二つのガス供給孔１２ｈに分配する。
【００４１】
チャンバ本体１２０は、その内部空間をチャンバ１２０ｃとして提供している。チャンバ本体１２０は、側壁１２０ａ及び底壁１２０ｂを含み得る。側壁１２０ａは、略円筒形状を有しており、鉛直方向に延在している。底壁１２０ｂは、側壁１２０ａの下端側に設けられている。底壁１２０ｂには、排気孔１３６ａを有する排気管１３６が取り付けられている。排気管１３６は、排気装置１３８に接続されている。排気装置１３８は、後述する制御部Ｃｏｎｔにより制御され、チャンバ１２０ｃから排気される気体の流量を調整して、チャンバ１２０ｃの圧力を調整する。排気装置１３８は、ドライポンプといった真空ポンプを有している。この排気装置１３８により、チャンバ１２０ｃの圧力が所望の圧力、例えば、常圧又は減圧状態になるように調整される。なお、排気装置１３８が、排気管及び弁を介して導波管１２と接続され、導波管１２内の圧力が調整されてもよい。
【００４２】
チャンバ１２０ｃ内にはステージ１３２が設けられている。ステージ１３２上には、被加工物Ｗが載置される。一実施形態では、ステージ１３２の内部に、加熱素子であるヒータ１３４が設けられてもよい。ヒータ１３４は、ヒータ電源１３５に接続されており、ヒータ電源１３５から供給される電力により熱を発生して、ステージ１３２を加熱し得る。ヒータ電源１３５は、後述する制御部Ｃｏｎｔにより制御され、ヒータ１３４に供給する電力を調整し、ヒータ１３４の発熱量を調整する。
【００４３】
チャンバ本体１２０の上端は開口している。チャンバ本体１２０の上端には、被加工物Ｗにスロット孔１２ｓが対面するように、導波管１２が配置されている。
【００４４】
一実施形態において、プラズマ処理装置１００は、当該プラズマ処理装置１００の各部の制御を実行する制御部Ｃｏｎｔを備え得る。制御部Ｃｏｎｔは、マイクロ波発生器２０によるマイクロ波の供給及び供給の停止、並びに、マイクロ波パワー、パルスの周波数、デューティー比等の制御、処理ガスの流量の制御、フロースプリッタＦＳによる分配比の制御、排気装置１３８の制御、ヒータ電源１３５の制御等を実行する。この制御部Ｃｏｎｔは、例えば、プログラム可能なコンピュータ装置であり得る。
【００４５】
次に、上述のプラズマ処理装置１００を用いたプラズマ処理方法について説明する。このプラズマ処理方法では、第１の工程において、チャンバ１２０ｃ内に被加工物Ｗが収容される。被加工物Ｗは、ステージ１３２上に載置される。
【００４６】
続く第２の工程において、ガス供給部１１０から供給される処理ガスのプラズマがマイクロ波供給装置１０によって生成される。そして、このプラズマからのイオン及び／又はラジカルによって、被加工物Ｗが処理される。
【００４７】
一実施形態では、処理ガスは、分子性ガスを含み得る。処理ガスの全流量に対する分子性ガスの流量の比は０．２以上１以下であり得る。分子性ガスは、窒素ガス又は酸素ガスであり得る。しかしながら、他の分子性ガスが用いられてもよい。処理ガスは、分子性ガスの他に、アルゴンガス、ヘリウムガスといった希ガスを更に含んでいてもよい。
【００４８】
上述したようにマイクロ波供給装置１０によれば、スロット孔１２ｓにおけるマイクロ波のパワー密度が向上される。したがって、分子性ガスを含む処理ガスを用いても、スロット孔１２ｓ内において安定的にプラズマを生成することが可能である。このプラズマ処理方法によれば、例えば窒素ガスを分子性ガスとして用いる場合に、被加工物Ｗの窒化処理を行うことができる。
【００４９】
以下、マイクロ波供給装置１０の評価のために行った電磁界シミュレーションについて説明する。
【００５０】
第１のシミュレーションでは、第１のリッジ部４０の幅ＲＡＷをパラメータとして種々に変更しつつ、スロット孔１２ｓ内の磁場強度を求めた。第１のシミュレーションにおける条件を以下に示す。
＜第１のシミュレーションの条件＞
導波管１２の幅ＧＷ：９６ｍｍ
導波管１２の高さＧＨ：２７ｍｍ
第１のリッジ部４０の高さＲＡＨ：１３．５ｍｍ
第１のリッジ部４０の長さＲＡＬ：４００ｍｍ
スロット孔１２ｓの形成位置（距離ＳＰ）：８ｍｍ
スロット孔１２ｓの長さＳＬ：３００ｍｍ
スロット孔１２ｓの幅ＳＷ：０．１ｍｍ
マイクロ波の周波数：２．４５ＧＨｚ
マイクロ波のパワー：２．５ｋＷ
マイクロ波のモード：連続波
【００５１】
図６は、第１のシミュレーションの結果を示すグラフである。図６において横軸は、第１のリッジ部４０の幅ＲＡＷを示しており、縦軸は、スロット孔１２ｓにおける磁場強度の平均値を示している。また、図６に示す一点鎖線は、第１のリッジ部４０及び第２のリッジ部４２が設けられていない場合のスロット孔１２ｓにおける磁場強度の平均値を示している。また、図６に示す点線は、幅ＲＡＷが導波管１２の幅ＧＷと同一である場合のスロット孔１２ｓにおける磁場強度の平均値を示している。
【００５２】
図６に示すように、第１のリッジ部４０の幅ＲＡＷが１８ｍｍより大きく、５２ｍｍより小さい場合には、スロット孔１２ｓにおける磁場強度が、幅ＲＡＷが導波管１２の幅ＧＷと同一である場合のスロット孔１２ｓにおける磁場強度よりも大きくなることが確認された。即ち、第１のリッジ部４０の幅ＲＡＷが１８ｍｍより大きく、５２ｍｍより小さい場合には、スロット孔１２ｓにおけるマイクロ波のパワー密度がより高くなることが確認された。
【００５３】
次に、第２のシミュレーションについて説明する。第２のシミュレーションでは、第１のリッジ部４０の高さＲＡＨをパラメータとして種々に変更しつつ、スロット孔１２ｓ内の磁場強度を求めた。第２のシミュレーションにおける条件を以下に示す。
＜第２のシミュレーションの条件＞
導波管１２の幅ＧＷ：９６ｍｍ
導波管１２の高さＧＨ：２７ｍｍ
第１のリッジ部４０の幅ＲＡＷ：３２ｍｍ
第１のリッジ部４０の長さＲＡＬ：４００ｍｍ
スロット孔１２ｓの形成位置（距離ＳＰ）：８ｍｍ
スロット孔１２ｓの長さＳＬ：３００ｍｍ
スロット孔１２ｓの幅ＳＷ：０．１ｍｍ
マイクロ波の周波数：２．４５ＧＨｚ
マイクロ波のパワー：２．５ｋＷ
マイクロ波のモード：連続波
【００５４】
図７は、第２のシミュレーションの結果を示すグラフである。図７において横軸は、第１のリッジ部４０の高さＲＡＨを示しており、縦軸は、スロット孔１２ｓにおける磁場強度の平均値を示している。また、図７に示す一点鎖線は、第１のリッジ部４０及び第２のリッジ部４２が設けられていない場合のスロット孔１２ｓにおける磁場強度の平均値を示している。また、図７に示す点線は、幅ＲＡＷが導波管１２の幅ＧＷと同一であり、且つ、高さＲＡＨが１３．５ｍｍの場合のスロット孔１２ｓにおける磁場強度の平均値を示している。
【００５５】
図７に示すように、第１のリッジ部４０の高さＲＡＨが７．５ｍｍより大きい場合には、幅ＲＡＷが導波管１２の幅ＧＷと同一であり、且つ、高さＲＡＨが１３．５ｍｍの場合のスロット孔１２ｓにおける磁場強度よりも高い磁場強度が得られることが確認された。即ち、第１のリッジ部４０の高さＲＡＨが７．５ｍｍよりも大きい場合には、スロット孔１２ｓにおけるマイクロ波のパワー密度がより高くなることが確認された。
【００５６】
次に、第３のシミュレーションについて説明する。第３のシミュレーションでは、第２のリッジ部４２の高さＲＢＨをパラメータとして種々に変更しつつ、Ｓ１１パラメータを求めた。第３のシミュレーションにおける条件を以下に示す。
＜第３のシミュレーションの条件＞
導波管１２の幅ＧＷ：９６ｍｍ
導波管１２の高さＧＨ：２７ｍｍ
第１のリッジ部４０の幅ＲＡＷ：３２ｍｍ
第１のリッジ部４０の高さＲＡＨ：１３．５ｍｍ
第１のリッジ部４０の長さＲＡＬ：４００ｍｍ
スロット孔１２ｓの形成位置（距離ＳＰ）：８ｍｍ
スロット孔１２ｓの長さＳＬ：３００ｍｍ
スロット孔１２ｓの幅ＳＷ：０．１ｍｍ
第２のリッジ部の長さＲＢＬ：３９．５ｍｍ
マイクロ波の周波数：２．４５ＧＨｚ
マイクロ波のパワー：２．５ｋＷ
マイクロ波のモード：連続波
【００５７】
図８は、第３のシミュレーションの結果を示すグラフである。図８において横軸は、第２のリッジ部４２の高さＲＢＨを示しており、縦軸は、Ｓ１１パラメータを示している。
図８に示すように、第２のリッジ部４２の高さＲＢＨが１４ｍｍ以上１８ｍｍ以下である場合には、Ｓ１１パラメータが０．１以下となった。即ち、第２のリッジ部４２の高さＲＢＨが１４ｍｍ以上１８ｍｍ以下である場合には、第１のリッジ部４０の両端におけるマイクロ波の反射が大きく抑制されることが確認された。
【００５８】
以下、マイクロ波供給装置１０の評価のために行った実験について説明する。この実験では、マイクロ波供給装置１０の導波管１２内に２ｓｌｍの窒素ガスを供給し、スロット孔１２ｓにおけるプラズマの発光を撮影した。なお、プラズマの発光の撮影においては、露光時間を２０ｍｓに設定した。実験における条件は以下の通りである。
＜実験の条件＞
導波管１２の幅ＧＷ：９６ｍｍ
導波管１２の高さＧＨ：２７ｍｍ
第１のリッジ部４０の幅ＲＡＷ：３２ｍｍ
第１のリッジ部４０の高さＲＡＨ：１３．５ｍｍ
第１のリッジ部４０の長さＲＡＬ：４００ｍｍ
スロット孔１２ｓの形成位置（距離ＳＰ）：８ｍｍ
スロット孔１２ｓの長さＳＬ：３００ｍｍ
スロット孔１２ｓの幅ＳＷ：０．１ｍｍ
第２のリッジ部の長さＲＢＬ：４０ｍｍ
第２のリッジ部の高さＲＢＨ：２２ｍｍ
マイクロ波の周波数：２．４５ＧＨｚ
マイクロ波のパワー：２．０ｋＷ及び２．５ｋＷ
マイクロ波のモード：連続波
【００５９】
図９の（ａ）に、マイクロ波のパワーを２．０ｋＷに設定したときのプラズマの発光を示す画像を示し、図９の（ｂ）に、マイクロ波のパワーを２．５ｋＷに設定したときのプラズマの発光を示す画像を示す。図９の（ａ）及び図９の（ｂ）に示すように、マイクロ波供給装置１０によれば、分子性ガスである窒素ガスを用いても、マイクロ波のパワーに依存せずに、スロット孔１２ｓにわたって安定的にプラズマを発生させることが可能であることが確認された。
【００６０】
以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、導波管１２内には誘電体が設けられていてもよい。この誘電体は、導波管１２の第１のリッジ部４０と第４の壁１２４との間、且つ、第１の壁１２１と第２の壁１２２との間で延在する。かかる誘電体により、スロット孔１２ｓにおけるマイクロ波の密度を更に高めることが可能となる。
【符号の説明】
【００６１】
１０…マイクロ波供給装置、１２…導波管、１２ａ…第１端、１２ｂ…第２端、１２ｓ…スロット孔、１２ｈ…ガス供給孔、１２１…第１の壁、１２２…第２の壁、１２３…第３の壁、１２４…第４の壁、１２ｓ…スロット孔、１４…整合器、１６…サーキュレータ、１６ａ…第１ポート、１６ｂ…第２ポート、１６ｃ…第３ポート、１８１ａ…入力端、２０…マイクロ波発生器、４０…第１のリッジ部、４２…第２のリッジ部、１００…プラズマ処理装置、１１０…ガス供給部、１２０…チャンバ本体。
【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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