(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波電源から伝送されたマイクロ波が給電され、マイクロ波を放射する平面アンテナへマイクロ波を伝送するとともに、負荷のインピーダンスを前記マイクロ波電源の特性インピーダンスに整合させるチューナであって、
マイクロ波が給電される給電部を有し、筒状をなす第１外側導体と筒状をなす第１内側導体からなる同軸伝送路を構成するとともに、前記第１外側導体と前記第１内側導体との間を移動する第１スラグを有し、かつ前記第１内側導体の内部に設けられた、前記第１スラグを移動させる第１スラグ移動軸を有する第１スラグ移動部と、
前記平面アンテナへマイクロ波を出力する出力端を有し、筒状をなす第２外側導体と筒状をなす第２内側導体からなる同軸伝送路を構成するとともに、前記第２外側導体と前記第２内側導体との間を移動する第２スラグを有し、かつ前記第２内側導体の内部に設けられた、前記第２スラグを移動させる第２スラグ移動軸を有する第２スラグ移動部と、
を具備し、
前記第１スラグ移動部の前記第１スラグの可動範囲、および前記第２スラグ移動部の前記第２スラグの可動範囲が、いずれもマイクロ波の１／２波長の長さであることを特徴とするチューナ。
【請求項２】
前記第１スラグ移動部と前記第２スラグ移動部との間に設けられた中間同軸伝送路をさらに具備し、前記第１スラグ移動部と、前記中間同軸伝送路と、前記第２スラグ移動部とは、一体となってマイクロ波伝送路を構成することを特徴とする請求項１に記載のチューナ。
【請求項３】
前記第１スラグ移動部と、前記中間同軸伝送路と、前記第２スラグ移動部とは直線状に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のチューナ。
【請求項４】
前記第１スラグ移動部および前記第２スラグ移動部は、前記中間同軸伝送路に対して垂直に設けられていることを特徴とする請求項３に記載のチューナ。
【請求項５】
前記第１スラグ移動部と前記第２スラグ移動部とは、前記中間同軸伝送路に対して垂直に接続されており、全体形状がπ状になるように配置されていることを特徴とする請求項４に記載のチューナ。
【請求項６】
チャンバ内にマイクロ波プラズマを形成してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に用いられるマイクロ波プラズマ源であって、
マイクロ波電源を有し、マイクロ波を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し前記チャンバ内に放射するためのマイクロ波供給部と
を具備し、
前記マイクロ波供給部は、
請求項１から請求項５のいずれかのチューナと、前記チューナからマイクロ波が伝送され、伝送されたマイクロ波を前記チャンバに向けて放射する平面アンテナを有するアンテナ部と
を備えることを特徴とするマイクロ波プラズマ源。
【請求項７】
前記マイクロ波出力部は、前記マイクロ波を複数に分配する分配器を有し、前記マイクロ波供給部は、分配されたマイクロ波を前記チャンバ内へ導く複数のアンテナモジュールを有しており、前記各アンテナモジュールは、前記チューナと前記アンテナ部とを有することを特徴とする請求項６に記載のマイクロ波プラズマ源。
【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おいてインピーダンスの自動整合を行うチューナおよびマイクロ波プラズマ源に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスや液晶表示装置の製造工程においては、半導体ウエハやガラス基板といった被処理基板にエッチング処理や成膜処理等のプラズマ処理を施すために、プラズマエッチング装置やプラズマＣＶＤ成膜装置等のプラズマ処理装置が用いられる。
【０００３】
近時、このようなプラズマ処理装置としては、高密度で低電子温度の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）。
【０００４】
ＲＬＳＡ（登録商標）マイクロ波プラズマ処理装置は、チャンバの上部に所定のパターンで多数のスロットが形成された平面アンテナを設け、マイクロ波発生源から導かれたマイクロ波を、平面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に導入されたガスをプラズマ化し、このように形成されたプラズマ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。
【０００５】
また、マイクロ波を複数に分配し、上記平面アンテナを有する複数のアンテナモジュールを介して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マイクロ波プラズマ源を有するマイクロ波プラズマ処理装置も提案されている（特許文献２）。
【０００６】
この種のマイクロ波プラズマ処理装置では、負荷（プラズマ）のインピーダンスの整合（チューニング）を行うため、チューナが必要とされる。チューナとしては、同軸伝送路内に一対のスラグを移動可能に設け、これらを移動させることによりインピーダンスを整合させるスラグチューナが知られている。そして、特許文献３には、スラグチューナにおいて、マイクロ波の管内波長をλとした場合に、一対のスラグを同間隔に保ったまま（１／２）λの長さ範囲内で移動させ、かつ一対のスラグの何れか一方を他方に対して（１／４）λの長さ範囲内で移動させるようにスラグの移動を制御して、一対のスラグのトータルの移動範囲が（３／４）λとコンパクトでありながら、スミスチャート上の全ての領域においてインピーダンス整合を行える技術が開示されている。
【０００７】
一方、特許文献４には、同軸伝送路の内側導体の内部に一対のスラグをそれぞれ移動させるための螺棒からなる２本のスラグ移動軸（リードスクリュー）を設け、これらのスラグ移動軸をモータによって回転させることによりスラグを移動させるようにした、極めてコンパクトなチューナが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【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】国際公開第２０１１／０４０３２８号パンフレット
【特許文献４】国際公開第２０１０／１１０２５６号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、マイクロ波を伝送する際には、ＴＥＭモード以外の高次モードが発生するとマイクロ波の伝搬特性が劣化してしまうため、高次モードにならないように、外側導体および内側導体の径を小さくする必要があり、必然的にスラグ移動軸として４ｍｍ程度の極めて細いものが必要になる。このため、一対のスラグのトータルの移動範囲として（３／４）λの長さを確保することが困難となる。特に、高パワーのマイクロ波を得るためにマイクロ波の周波数を１ＧＨｚ以下、例えば８６０ＭＨｚにすると、（３／４）λの長さが２６１ｍｍにもなり、細いスラグ移動軸でその長さを確保することは一層困難となる。
【００１０】
したがって、一対のスラグのトータルの移動範囲をλ／２にしているが、この場合は、整合できない範囲が生じてしまう。
【００１１】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、スラグ移動軸が細くても必要な整合範囲を確保することができるチューナおよびそのようなチューナを有するマイクロ波プラズマ源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】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点は、マイクロ波電源から伝送されたマイクロ波が給電され、マイクロ波を放射する平面アンテナへマイクロ波を伝送するとともに、負荷のインピーダンスを前記マイクロ波電源の特性インピーダンスに整合させるチューナであって、マイクロ波が給電される給電部を有し、筒状をなす第１外側導体と筒状をなす第１内側導体からなる同軸伝送路を構成するとともに、前記第１外側導体と前記第１内側導体との間を移動する第１スラグを有し、かつ前記第１内側導体の内部に設けられた、前記第１スラグを移動させる第１スラグ移動軸を有する第１スラグ移動部と、前記平面アンテナへマイクロ波を出力する出力端を有し、筒状をなす第２外側導体と筒状をなす第２内側導体からなる同軸伝送路を構成するとともに、前記第２外側導体と前記第２内側導体との間を移動する第２スラグを有し、かつ前記第２内側導体の内部に設けられた、前記第２スラグを移動させる第２スラグ移動軸を有する第２スラグ移動部と、を具備し、前記第１スラグ移動部の前記第１スラグの可動範囲、および前記第２スラグ移動部の前記第２スラグの可動範囲が、いずれもマイクロ波の１／２波長の長さであることを特徴とするチューナを提供する。
【００１３】
上記第１の観点のチューナにおいて、前記第１スラグ移動部と前記第２スラグ移動部との間に設けられた中間同軸伝送路をさらに具備し、前記第１スラグ移動部と、前記中間同軸伝送路と、前記第２スラグ移動部とは、一体となってマイクロ波伝送路を構成することができる。
【００１４】
前記第１スラグ移動部と、前記中間同軸伝送路と、前記第２スラグ移動部とは直線状に配置されるようにすることができる。
【００１５】
前記第１スラグ移動部および前記第２スラグ移動部は、前記中間同軸伝送路に対して垂直に設けることもできる。この場合に、前記第１スラグ移動部と前記第２スラグ移動部とは、前記中間同軸伝送路に対して垂直に接続されており、全体形状がπ状になるように配置されている構成とすることができる。
【００１６】
本発明の第２の観点は、チャンバ内にマイクロ波プラズマを形成してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に用いられるマイクロ波プラズマ源であって、マイクロ波電源を有し、マイクロ波を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し前記チャンバ内に放射するためのマイクロ波供給部とを具備し、前記マイクロ波供給部は、上記第１の観点のチューナと、前記チューナからマイクロ波が伝送され、伝送されたマイクロ波を前記チャンバに向けて放射する平面アンテナを有するアンテナ部とを備えることを特徴とするマイクロ波プラズマ源を提供する。
【００１７】
上記第２の観点のマイクロ波プラズマ源において、前記マイクロ波出力部は、前記マイクロ波を複数に分配する分配器を有し、前記マイクロ波供給部は、分配されたマイクロ波を前記チャンバ内へ導く複数のアンテナモジュールを有しており、前記各アンテナモジュールは、前記チューナと前記アンテナ部とを有する構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、いずれも同軸構造をなす、第１スラグ移動部と、第２スラグ移動部とを有し、かつ、第１スラグが第１内側導体内の第１スラグ移動軸により第１スラグ移動部内を移動し、第２スラグが第２内側導体内の第２スラグ移動軸により第２スラグ移動部を移動するようにし、第１スラグ移動部および第２スラグ移動部のスラグ可動範囲をλ／２にしたので、スラグ移動軸が細くても、スミスチャート上の全ての範囲でインピーダンス整合を行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施形態に用い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おけるマイクロ波プラズマ源の構成を示す構成図である。
【図３】図２のマイクロ波プラズマ源に用いるチューナの構造を示す断面図である。
【図４】図３のＡＡ′断面図である。
【図５】図３のＢＢ′断面図である。
【図６】図３のＣＣ′断面図である。
【図７】スミスチャート上の全ての点におけるインピーダンス整合を行うことができる従来構造のチューナの概略構成を示す断面図である。
【図８】インピーダンス整合を行える範囲がスミスチャートの一部の範囲となる従来構造のチューナの概略構成を示す断面図である。
【図９】図８のチューナにおけるスミスチャート上の整合可能範囲を示す図である。
【図１０】第１の実施形態におけるインピーダンス調整の際のスラグの可動範囲を説明するためのスミスチャートである。
【図１１】第２の実施形態においてマイクロ波プラズマ源に用いるチューナを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
＜第１の実施形態＞
（プラズマ処理装置）
図１は第１の実施形態に用い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おけるマイクロ波プラズマ源の構成を示す構成図である。
【００２２】
プラズマ処理装置１００は、ウエハに対してプラズマ処理として例えばエッチング処理を施すプラズマエッチング装置として構成されており、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内にマイクロ波プラズマを形成するためのマイクロ波プラズマ源２と、全体制御部３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。
【００２３】
チャンバ１内には被処理体であるウエハＷを水平に支持するためのサセプタ１１が、チャンバ１の底部中央に絶縁部材１２ａ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が例示される。
【００２４】
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。
【００２５】
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内が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。
【００２６】
チャンバ１内のサセプタ１１の上方位置には、プラズマエッチングのための処理ガスをウエハＷに向けて吐出するシャワープレート２０が水平に設けられている。このシャワープレート２０は、格子状に形成されたガス流路２１と、このガス流路２１に形成された多数のガス吐出孔２２とを有しており、格子状のガス流路２１の間は空間部２３となっている。このシャワープレート２０のガス流路２１にはチャンバ１の外側に延びる配管２４が接続されており、この配管２４には処理ガス供給源２５が接続されている。
【００２７】
一方、チャンバ１のシャワープレート２０の上方位置には、リング状のプラズマガス導入部材２６がチャンバ壁に沿って設けられており、このプラズマガス導入部材２６には内周に多数のガス吐出孔が設けられている。このプラズマガス導入部材２６には、プラズマガスを供給するプラズマガス供給源２７が配管２８を介して接続されている。プラズマ生成ガスとしてはＡｒガスなどが好適に用いられる。
【００２８】
プラズマガス導入部材２６からチャンバ１内に導入されたプラズマガスは、マイクロ波プラズマ源２からチャンバ１内に導入されたマイクロ波によりプラズマ化され、このＡｒプラズマがシャワープレート２０の空間部２３を通過しシャワープレート２０のガス吐出孔２２から吐出された処理ガスを励起し、処理ガスのプラズマを形成する。なお、プラズマ生成ガスと処理ガスとを同一の供給部材で供給してもよい。
【００２９】
チャンバ１の上部には支持リング２９を介して天板１１０が設けられており、マイクロ波プラズマ源２は天板１１０の上側に配置されている。
【００３０】
全体制御部３は、マイクロプロセッサからなるコントローラ（コンピュータ）を有しており、プラズマ処理装置１００における各構成部（マイクロ波プラズマ源２、高周波電源１４、ゲートバルブ１８、ガス供給源２５，２７等）を制御するようになっている。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プラズマ処理装置１００におけるプロセスを制御するようになっている。
【００３１】
（マイクロ波プラズマ源）
次に、マイクロ波プラズマ源２について説明する。
図２に示すように、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しチャンバ１内に放射するためのマイクロ波供給部４０とを有している。
【００３２】
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。
【００３３】
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、７００ＭＨｚから３ＧＨｚの範囲を用いることができる。
【００３４】
マイクロ波供給部４０は、分配器３４にて分配されたマイクロ波をチャンバ１内へ導く複数のアンテナモジュール４１を有している。各アンテナモジュール４１は、分配されたマイクロ波を主に増幅するアンプ部４２と、アンプ部４２で増幅されたマイクロ波のインピーダンス整合を行うチューナ４３と、チューナ４３の先端に設けられた平面スロットアンテナ１０１を有するアンテナ部４４とを有している。チューナ４３とアンテナ部４４とは一体的に設けられている。そして、各アンテナモジュール４１におけるアンテナ部４４からチャンバ１内へマイクロ波が放射されるようになっている。
【００３５】
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。
【００３６】
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、各アンテナモジュール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、隣り合うアンテナモジュールにおいて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を設ける必要はない。
【００３７】
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、個々のアンテナモジュールのばらつきを調整またはプラズマ強度調整の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。
【００３８】
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。
【００３９】
アイソレータ４９は、アンテナ部４４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、アンテナ部４４で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。
【００４０】
マイクロ波プラズマ源２の各構成部は、全体制御部３により制御されるようになっている。
【００４１】
（チューナ）
次に、チューナ４３について説明する。
図３は、チューナ４３を示す断面図である。
チューナ４３は、マイクロ波電源３１から伝送されたマイクロ波が給電され、マイクロ波を放射する平面スロットアンテナ１０１へマイクロ波を伝送するとともに、負荷のインピーダンスをマイクロ波電源３１の特性インピーダンスに整合させるものであり、２つのスラグによりインピーダンス整合を行うスラグチューナとして構成されている。図３に示すように、チューナ４３は、いずれも同軸構造をなす、第１スラグ移動部５１および第２スラグ移動部５２を有しており、さらに、これらの間に設けられた中間同軸伝送路５３を有している。これらは、上から、第１スラグ移動部５１、中間同軸伝送路５３、第２スラグ移動部５２の順に直線状に配置されており、一体となってマイクロ波伝送路を構成している。
【００４２】
第１スラグ移動部５１は、筒状をなす第１外側導体６１と、第１外側導体６１の中に同軸的に設けられた筒状をなす第１内側導体６２と、第１外側導体６１と第１内側導体６２との間の空間を上下に移動するアルミナ等の誘電体からなる第１スラグ６３と、給電機構６４とを有しており、給電機構６４からマイクロ波電力が給電される。
【００４３】
第１スラグ移動部５１の第１内側導体６２の内部空間には、その長手方向に沿って例えば台形ねじが形成された螺棒からなる第１スラグ６３移動用の第１スラグ移動軸６５が設けられている。第１スラグ移動軸６５の上部には、適宜の伝達機構を介して第１モータ６７が接続されている。
【００４４】
図３のＡＡ′断面図である図４に示すように、第１スラグ６３は、円環状をなし、その内側に滑り性を有する樹脂からなる第１滑り部材６６が嵌め込まれている。第１滑り部材６６は第１スラグ移動軸６５に螺合されている。第１内側導体６２には、長手方向に沿って等間隔に３つのスリット６２ａが形成されており、第１滑り部材６６は、これらスリット６２ａに対応するように３つの突出部６６ａが等間隔に設けられていて、これら突出部６６ａが第１スラグ６３の内周に当接した状態で第１滑り部材６６が第１スラグ６３の内部に嵌め込まれる。第１滑り部材６６の外周面は、第１内側導体６２の内周面と遊びなく接触するようになっており、第１スラグ移動軸６５が回転されることにより、第１滑り部材６６が第１内側導体６２を滑って昇降するようになっている。すなわち第１内側導体６２の内周面が第１スラグ６３の滑りガイドとして機能する。これにより、第１スラグ移動軸６５を第１モータ６７により回転させることにより、第１スラグ６３が上下に移動するようになっている。第１スラグ移動部５１内の第１スラグ６３の可動範囲は、マイクロ波の管内波長をλとするとλ／２である。第１スラグ移動軸６５の下端には底板６８が設けられている。第１スラグ移動軸６５と底板６８との間は駆動時の振動を吸収するために、２〜５ｍｍ程度離隔している。なお、底板６８を第１スラグ移動軸６５の軸受け部として機能させてもよい。
【００４５】
第２スラグ移動部５２は、筒状をなす第２外側導体７１と、第２外側導体７１の中に同軸的に設けられた筒状をなす第２内側導体７２と、第２外側導体７１と第２内側導体７２との間の空間を上下に移動するアルミナ等の誘電体からなる第２スラグ７３とを有しており、その下端がアンテナ部４４と接続されている。
【００４６】
第２スラグ移動部５２の第２内側導体７２の内部空間には、その長手方向に沿って例えば台形ねじが形成された螺棒からなる第２スラグ７３移動用の第２スラグ移動軸７５が設けられている。第２スラグ移動軸７５の上部には、適宜の伝達機構を介して第２モータ７７が接続されている。
【００４７】
図３のＢＢ′断面図である図５に示すように、第２スラグ７３も第１スラグ６３と同様円環状をなし、その内側に滑り性を有する樹脂からなる第２滑り部材７６が嵌め込まれている。第２滑り部材７６は第２スラグ移動軸７５に螺合されている。第２内側導体７２には、長手方向に沿って等間隔に３つのスリット７２ａが形成されており、第２滑り部材７６は、これらスリット７２ａに対応するように３つの突出部７６ａが等間隔に設けられていて、これら突出部７６ａが第２スラグ７３の内周に当接した状態で第２滑り部材７６が第２スラグ７３の内部に嵌め込まれる。第２滑り部材７６の外周面は、第２内側導体７２の内周面と遊びなく接触するようになっており、第２スラグ移動軸７５が回転されることにより、第２滑り部材７６が第２内側導体７２を滑って昇降するようになっている。すなわち第２内側導体７２の内周面が第２スラグ７３の滑りガイドとして機能する。これにより、第２スラグ移動軸７５を第２モータ７７により回転させることにより、第２スラグ７３が上下に移動するようになっている。第２スラグ移動部５２内の第２スラグ７３の可動範囲は、マイクロ波の管内波長をλとするとλ／２である。第２スラグ移動軸７５の下端には底板７８が設けられている。第２スラグ移動軸７５と底板７８との間は駆動時の振動を吸収するために、２〜５ｍｍ程度離隔している。なお、底板７８を第２スラグ移動軸７５の軸受け部として機能させてもよい。
【００４８】
給電機構６４は、第１スラグ移動部５１の第１外側導体６１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８１を有している。マイクロ波電力導入ポート８１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８２ａおよび外側導体８２ｂからなる同軸線路８２が接続されている。そして、同軸線路８２の内側導体８２ａの先端には、第１スラグ移動部５１の第１外側導体６１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。
【００４９】
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。第１スラグ移動部５１の上端面は反射板となっており、反射板から給電アンテナ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６９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６９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で反射させることで、最大の電磁波を同軸構造のチューナ４３内に伝送させる。
【００５０】
給電アンテナ９０は、図３のＣＣ′断面図である図６に示すように、マイクロ波電力導入ポート８１において同軸線路８２の内側導体８２ａ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を有するアンテナ本体９１と、アンテナ本体９１の両側から、第１スラグ移動部５１の第１内側導体６２の外側に沿って延び、リング状をなす反射部９４とを有し、アンテナ本体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。アンテナ本体９１の第２の極９３は第１内側導体６２に接触している。
【００５１】
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、第１スラグ移動部５１の第１外側導体６１と第１内側導体６２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６４から供給されたマイクロ波電力が、第１スラグ移動部５１の第１外側導体６１と第１内側導体６２との間の空間から、中間同軸伝送路５３の外側導体と内側導体との間の空間、および第２スラグ移動部５２の第２外側導体７１と第２内側導体７２との間の空間をアンテナ部４４に向けて伝播する。
【００５２】
第１スラグ６３および第２スラグ７３の位置は、スラグコントローラ７０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、適宜のセンサ（図示せず）により検知された第１スラグ６３および第２スラグ７３の位置情報に基づいて、スラグコントローラ７０が第１モータ６７および第２モータ７７に制御信号を送り、第１スラグ６３および第２スラグ７３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７０は、終端が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。
【００５３】
（アンテナ部）
アンテナ部４４については、図３にチューナと併せて記載されている。アンテナ部４４は、マイクロ波放射アンテナとして機能する、平面状をなしスロット１０１ａを有する平面スロットアンテナ１０１と、平面スロットアンテナ１０１の上面に設けられた遅波材１０２と、平面スロットアンテナ１０１の先端側に設けられた誘電体からなるマイクロ波透過板１０３とを有している。
【００５４】
スロット１０１ａの形状は、マイクロ波が効率良く放射されるように適宜設定される。スロット１０１ａには誘電体が挿入されていてもよい。
【００５５】
遅波材１０２の中心には導体からなる円柱部材１０２ａが貫通してチューナ４３における第２スラグ移動部５２の底板７８と平面スロットアンテナ１０１とを接続している。したがって、チューナ４３における第２スラグ移動部５２の第２内側導体７２が底板７８および円柱部材１０２ａを介して平面スロットアンテナ１０１に接続されている。
【００５６】
遅波材１０２およびマイクロ波透過板１０３は、真空よりも大きい誘電率を有する誘電体、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いる。真空中ではマイクロ波の波長が長くなることから、遅波材１０２およびマイクロ波透過板１０３をこのように真空よりも大きい誘電率を有する誘電体で構成することにより、マイクロ波の波長を短くしてアンテナを小さくすることができる。遅波材１０２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、マイクロ波透過板１０３と平面スロットアンテナ１０１の接合部が定在波の「はら」になるようにその厚さを調整する。これにより、反射が最小で、平面スロットアンテナ１０１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。
【００５７】
なお、第２スラグ移動部５２の第２外側導体７１が遅波材１０２の周囲まで延びて遅波材１０２の外側を覆うようになっている。また、平面スロットアンテナ１０１の周囲は被覆導体１０４により覆われている。
【００５８】
マイクロ波透過板１０３は、平面スロットアンテナ１０１に接するように設けられており、天板１１０に嵌め込まれている。そして、メインアンプ４８で増幅されたマイクロ波が同軸線路８２を通って給電機構６４によりチューナ４３に給電され、チューナ４３のマイクロ波伝送路を構成する第１スラグ移動部５１、中間同軸伝送路５３、第２スラグ移動部５２をＴＥＭモードで伝送されて平面スロットアンテナ１０１に至り、スロット１０１ａから放射され、マイクロ波透過板１０３を透過してチャンバ１内の空間に至り、表面波プラズマが形成される。
【００５９】
本実施形態において、メインアンプ４８と、チューナ４３と、平面スロットアンテナ１０１とは近接配置している。そして、チューナ４３と平面スロットアンテナ１０１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、かつ平面スロットアンテナ１０１、遅波板１０２、マイクロ波透過板１０３は合成抵抗が５０Ωに設定されているので、チューナ４３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。
【００６０】
（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。
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、プラズマ生成ガス供給源２７から配管２８およびプラズマ生成ガス導入部材２６を介してチャンバ１内にプラズマ生成ガス、例えばＡｒガスを導入しつつ、マイクロ波プラズマ源２からマイクロ波をチャンバ１内に放射して表面波プラズマを生成する。
【００６１】
そして、処理ガス供給源２５から配管２４およびシャワープレート２０を介してチャンバ１内に処理ガス、例えばＣｌ２ガス等のエッチングガスが吐出される。吐出された処理ガスは、シャワープレート２０の空間部２３を通過してきたプラズマにより励起されてプラズマ化し、この処理ガスのプラズマによりウエハＷにプラズマ処理、例えばエッチング処理が施される。
【００６２】
上記表面波プラズマを生成するに際し、マイクロ波プラズマ源２では、マイクロ波出力部３０のマイクロ波発振器３２から発振されたマイクロ波電力はアンプ３３で増幅された後、分配器３４により複数に分配され、分配されたマイクロ波電力はマイクロ波供給部４０へ導かれる。マイクロ波供給部４０においては、このように複数に分配されたマイクロ波電力が、ソリッドステートアンプを構成するメインアンプ４８で個別に増幅され、各チューナ４３に給電されて、マイクロ波がチューナ４３を伝送される。具体的には、同軸線路８２から給電機構６４を介して第１スラグ移動部５１に給電され、マイクロ波は、第１スラグ移動部５１から中間同軸伝送路５３、第２スラグ移動部５２と下方へ伝送される。その際に、チューナ４３の第１スラグ６３および第２スラグ７３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、チューナ４３からアンテナ部４４の遅波材１０２を経て平面スロットアンテナ１０１のスロット１０１ａから放射され、さらにマイクロ波透過板１０３を透過し、プラズマに接するマイクロ波透過板１０３の表面（下面）を伝送されて表面波を形成する。そして、各アンテナ部４４における電力がチャンバ１内で空間合成され、これによりチャンバ１内の空間に表面波プラズマが生成され、被処理体であるウエハＷがプラズマ処理される。
【００６３】
このように、複数に分配されたマイクロ波を、ソリッドステートアンプを構成するメインアンプ４８で個別に増幅し、複数のアンテナ部４４から個別にチャンバ１内に導入して表面波を形成後、これらを空間で合成するので、大型のアイソレータや合成器が不要となる。また、チューナ４３とアンテナ部４４とが一体となって設けられているのでコンパクトである。さらに、メインアンプ４８、チューナ４３および平面スロットアンテナ１０１が近接して設けられ、チューナ４３と平面スロットアンテナ１０１とは集中定数回路を構成し、かつ共振器として機能することにより、インピーダンス不整合が存在する平面スロットアンテナ取り付け部分においてチューナ４３によりプラズマを含めて高精度でチューニングすることができ、反射の影響を確実に解消することができる。
【００６４】
さらに、このようにチューナ４３と平面スロットアンテナ１０１とが近接し、集中定数回路を構成してかつ共振器として機能することにより、平面スロットアンテナ１０１に至るまでのインピーダンス不整合を高精度で解消することができ、実質的に不整合部分をプラズマ空間とすることができるので、チューナ４３により高精度のプラズマ制御が可能となる。
【００６５】
ところで、図７に示すように、従来のチューナ２００は、単一の同軸伝送路２０１の外側導体２０２および内側導体２０３の間を２つのスラグ２０４および２０５が移動する構成をとっている。そして、管内波長をλとした場合に、スラグ２０４と２０５を同時にλ／２の範囲内で移動させることにより、スミスチャート上のある点の反射係数の位相を３６０°変化させることができ、一方のスラグのみを他方のスラグに対してλ／４の範囲内で移動させることにより、スミスチャート上のある点を原点まで移動可能であり、これらを組み合わせることにより、スラグ２０４と２０５のトータルの可動範囲を（３／４）λとすることにより、スミスチャート上の全ての点におけるインピーダンス整合を行うことができる。
【００６６】
マイクロ波を伝送する際には、ＴＥＭモード以外の高次モードが発生するとマイクロ波の伝搬特性が劣化してしまうため、高次モードにならないように、外側導体２０２および内側導体２０３の径を小さくする必要があり、内側導体２０３内にスラグ移動軸を収容させる場合は、必然的にスラグ移動軸として４ｍｍ程度の極めて細いものが必要になる。このため、一対のスラグのトータルの移動範囲として（３／４）λの長さを確保することが困難となる。これを回避するために、図８に示すように、スラグ２０４と２０５のトータルの可動範囲をλ／２にすると、図９に示すように、インピーダンス整合を行える範囲がスミスチャートの一部の範囲となり、整合できない範囲が生じてしまう。
【００６７】
そこで、本実施形態では、チューナ４３を、いずれも同軸構造をなす、第１スラグ移動部５１と、第２スラグ移動部５２と、これらの間の中間同軸伝送路５３とを有し、これらが一体となってマイクロ波伝送路を構成するものとし、第１スラグ６３が第１内側導体６２内の第１スラグ移動軸６５により第１スラグ移動部５１内を移動し、第２スラグ７３が第２内側導体７２内の第２スラグ移動軸７５により第２スラグ移動部５２を移動するようにし、第１スラグ移動部５１および第２スラグ移動部５２のスラグ可動範囲をλ／２にした。これにより、スラグ移動軸が細くても、スミスチャート上の全ての範囲でインピーダンス整合を行うことができるようになる。
【００６８】
すなわち、図１０に示すように、例えば第１スラグ６３および第２スラグ７３を同時にλ／２の範囲内で移動させることにより、スミスチャート上のＡ点の反射係数の位相を、破線で示す円Ｂに示すように、３６０°変化させることができ、一方のスラグのみを他方に対してλ／２の範囲内で移動させることにより、原点およびＡ点を通る円Ｃを描かせることができるので、これらの組み合わせにより、スミスチャート上の全ての点においてインピーダンス整合を行うことができる。また、第１スラグ移動部５１および第２スラグ移動部５２のスラグ可動範囲がλ／２でよいので、スラグ移動軸が細くても問題が生じない。
【００６９】
また、このように、２つのスラグを別々の同軸伝送路内で移動させるようにすることにより、チューナ全体をより細くすることができる。これにより、より高誘電率の材料をスラグに使用することが可能となり、スラグをより薄いものとすることができる。
【００７０】
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態では、チューナの構造のみが第１の実施形態と異なっている。したがって、チューナの構成のみについて説明し、他は第１の実施形態と同じであるから説明を省略する。
【００７１】
（チューナ）
図１１は、第２の実施形態においてマイクロ波プラズマ源に用いるチューナを示す断面図である。
本実施形態におけるチューナ４３′は、２つのスラグによりインピーダンス整合を行うスラグチューナとして構成されており、第１の実施形態と同様の構造を有する第１スラグ移動部５１および第２スラグ移動部５２を有しており、さらに、これらの間に設けられた中間同軸伝送路５３′を有している。そして、第１スラグ移動部５１および第２スラグ移動部５２が、中間同軸伝送路５３′の側面に、中間同軸伝送路５３′に対して垂直に接続されている。より具体的には、中間同軸伝送路５３′は、その軸方向が水平になるように配置されており、第１スラグ移動部５１および第２スラグ移動部５２が、中間同軸伝送路５３′の側面の下部に、下方に延びるように接続され、全体がπ状をなしている。そして、第１スラグ移動部５１、中間同軸伝送路５３′、第２スラグ移動部５２は、一体となってマイクロ波伝送路を構成している。第１スラグ移動部５１は、第１の実施形態と同じ構造を有しているが、配置は異なり、給電機構６４が下になるように配置されている。
【００７２】
なお、第１スラグ移動部５１、第２スラグ移動部５２およびアンテナ部４４の構成は、第１の実施形態と同じであるから説明を省略する。
【００７３】
このようなチューナ４３′においては、第１スラグ移動部５１の下部の給電機構６４から給電されたマイクロ波は、第１スラグ移動部５１を上方に伝送されて中間同軸伝送路５３′に至り、中間同軸伝送路５３′では水平に伝送されて第２スラグ移動部５２に至り、第２スラグ移動部５２を下方に伝送される。その際に、第１の実施形態と同様、チューナ４３の第１スラグ６３および第２スラグ７３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、チューナ４３からアンテナ部４４の遅波材１０２を経て平面スロットアンテナ１０１のスロット１０１ａから放射され、さらにマイクロ波透過板１０３を透過し、プラズマに接するマイクロ波透過板１０３の表面（下面）を伝送されて表面波を形成する。そして、各アンテナ部４４における電力がチャンバ１内で空間合成され、これによりチャンバ１内の空間に表面波プラズマが生成され、被処理体であるウエハＷがプラズマ処理される。
【００７４】
このとき、第１の実施形態と同様、第１スラグ６３が第１内側導体６２内の第１スラグ移動軸６５により第１スラグ移動部５１内を移動し、第２スラグ７３が第２内側導体７２内の第２スラグ移動軸７５により第２スラグ移動部５２を移動するようにし、第１スラグ移動部５１および第２スラグ移動部５２のスラグ可動範囲をλ／２にしたので、スラグ移動軸が細くても、スミスチャート上の全ての範囲でインピーダンス整合を行うことができるようになる。また、第１スラグ移動部５１および第２スラグ移動部５２のスラグ可動範囲がλ／２でよいので、スラグ移動軸が細くても問題が生じない。
【００７５】
また、このような構造のスラグ４３′は、スラグ４３の他の効果を全て奏することができる他、高さをスラグ４３よりも低くすることができるメリットがあり、高さ方向に余裕がない場合等に有利である。
【００７６】
＜他の適用＞
なお、本発明は上記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。
【００７７】
例えば、第１スラグ移動部と中間同軸伝送路と第２スラグ移動軸との接続形態は、上記２つの実施形態に限定されるものではなく、また、第１スラグ移動部と第２スラグ移動部にスラグ移動軸を独立に設けることができれば、中間同軸伝送路は必ずしも設ける必要はない。
【００７８】
また、マイクロ波出力部３０の回路構成やマイクロ波供給部４０、メインアンプ４８の回路構成等は、上記実施形態に限定されるものではない。具体的には、平面スロットアンテナ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。
【００７９】
また、マイクロ波供給部４０は、必ずしも複数のアンテナモジュールで構成する必要はなく、アンテナモジュールは１個であってもよい。さらに、上記実施形態では、平面スロットアンテナのスロットの形状を明確には描いていないが、条件に応じて種々のスロットパターンを採用することが可能である。
【００８０】
さらにまた、上記実施形態においては、マイクロ波プラズマ源を適用するプラズマ処理装置としてエッチング処理装置を例示したが、これに限らず、成膜処理、酸窒化膜処理、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。
【符号の説明】
【００８１】
１；チャンバ
２；マイクロ波プラズマ源
１１；サセプタ
１２；支持部材
１６；排気装置
２０；シャワープレート
３０；マイクロ波出力部
４０；マイクロ波供給部
４１；アンテナモジュール
４２；アンプ部
４３，４３′；チューナ
４４；アンテナ部
５１；第１スラグ移動部
５２；第２スラグ移動部
５３、５３′；中間同軸伝送路
６１，７１；外側導体
６２，７２；内側導体
６３，７３；スラグ
６４；給電機構
６５，７５；スラグ移動軸
６７，７７；モータ
７０；スラグコントローラ
１００；プラズマ処理装置
１０１；平面スロットアンテナ
１１０；天板
Ｗ；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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