(57)【要約】【課題】導波管を用いることにより大電力を投入でき、均一性の良いプラズマで、角型大面積の基板を処理することができ、しかも構造が簡単なプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供する。【解決手段】プラズマ処理装置は、電磁波を出力する電磁波源３と、この電磁波源３から出力された電磁波を分配するための電磁波分配用導波管部１７と、この電磁波分配用導波管部１７と夫々結合され、同一平面上に設けられた複数の導波管１と、各導波管１に設けられた複数のスロット２と、各スロット２に対向して設けられた少なくとも１つの電磁波放射窓４と、この電磁波放射窓４より放射された電磁波によりプラズマを発生させるための真空容器５とを備える。電磁波分配用導波管部１７は、複数の導波管１上に配置されている。【選択図】    図１
2005044793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を出力する電磁波源と、
この電磁波源から出力された電磁波を分配するための電磁波分配用導波管部と、
この電磁波分配用導波管部と夫々結合され、同一平面上に設けられた複数の導波管と、
各導波管に設けられた複数のスロットと、
各スロットに対向して設けられた少なくとも１つの電磁波放射窓と、
この電磁波放射窓より放射された電磁波によりプラズマを発生させるための真空容器とを具備し、
前記電磁波分配用導波管部は、前記複数の導波管上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２】
電磁波を出力する電磁波源と、
この電磁波源から出力された電磁波を分配するための電磁波分配用導波管部と、
電界面およびこの電界面と直交する磁界面を有し、同一平面上に設けられた複数の導波管と、
各導波管に設けられた複数のスロットと、
各スロットに対向して設けられた少なくとも１つの電磁波放射窓と、
この電磁波放射窓より放射された電磁波によりプラズマを発生させるための真空容器とを具備し、
前記複数の導波管は、電磁波伝播方向に同じ長さを有しており、
前記電磁波分配用導波管部は、前記複数の導波管上に配置され、各導波管とその磁界面で結合されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
電磁波を出力する電磁波源と、
この電磁波源から出力された電磁波を分配するための電磁波分配用導波管部と、
この電磁波分配用導波管部と夫々結合され、互いに平行且つ同一平面上に設けられた複数の導波管と、
各導波管に設けられた複数のスロットと、
各スロットに対向して設けられた少なくとも１つの電磁波放射窓と、
この電磁波放射窓より放射された電磁波によりプラズマを発生させるための真空容器とを具備し、
前記複数の導波管は、電磁波伝播方向に同じ長さを有しており、
前記電磁波分配用導波管部は、各導波管部と夫々直交するように前記複数の導波管上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４】
電磁波を出力する電磁波源と、
この電磁波源から出力された電磁波を分配するための電磁波分配用導波管部と、
この電磁波分配用導波管部と夫々結合され、同一面上に設けられた複数の導波管と、
各導波管に設けられた複数のスロットと、
各スロットに対向して設けられた少なくとも１つの電磁波放射窓と、
この電磁波放射窓より放射された電磁波によりプラズマを発生させるための真空容器とを具備し、
前記電磁波分配用導波管部は、前記複数の導波管上に配置されており、
前記電磁波分配用導波管部と各導波管とが十字型方向性結合器を介して結合されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
電磁波を出力する電磁波源と、
この電磁波源から出力された電磁波を分配するための電磁波分配用導波管部と、
この電磁波分配用導波管部と夫々結合され、同一平面上に設けられた複数の導波管と、
各導波管に設けられた複数のスロットと、
各スロットに対向して設けられた少なくとも１つの電磁波放射窓と、
この電磁波放射窓より放射された電磁波によりプラズマを発生させるための真空容器とを具備し、
前記電磁波分配用導波管部は、前記複数の導波管上に配置されており、
各導波管の電磁波進行方向と反対方向の端部に、電磁波吸収体が設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
電磁波を出力する電磁波源と、
この電磁波源から出力された電磁波を分配するための電磁波分配用導波管部と、
この電磁波分配用導波管部と夫々結合され、同一平面上に設けられた複数の導波管と、
各導波管に設けられた複数のスロットと、
各スロットに対向して設けられた少なくとも１つの電磁波放射窓と、
この電磁波放射窓より放射された電磁波によりプラズマを発生させるための真空容器とを具備し、
前記電磁波分配用導波管部は、前記複数の導波管上に配置されており、
互いに隣り合う導波管の内面間の距離は、前記導波管の並列方向の内面間幅よりも短くなるように設定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】
前記電磁波分配用導波管部と各導波管とは、前記電磁波分配用導波管部と各導波管とが重なる部分に設けた円形の結合孔を介して結合されていることを特徴とする請求項１、２、３又は６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記電磁波分配用導波管部と各導波管とは、前記電磁波分配用導波管部に対して交互に逆方向に傾斜する長方形状の結合孔を介して結合されていることを特徴とする請求項１、２、３又は６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記長方形状の結合孔は、前記電磁波分配用導波管部に対して交互に±４５°傾斜していることを特徴とする請求項８記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
各導波管は、前記電磁波分配用導波管部から２方向に分岐していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記電磁波分配用導波管部から各導波管に、電磁波の電力が同一になるように該電磁波を分配することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記スロットは、プラズマ処理が施される全域のわたって均一に分布されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記電磁波放射窓は、２つ以上のスロットと対向させて、前記真空容器に設けられており、前記電磁波放射窓と前記真空容器との間で真空が保持されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記真空容器は、内面を有する少なくとも１つの梁体を有しており、
前記電磁波放射窓は、前記梁体によって支持されており、
前記梁体の内面は、誘電体部材で被われていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１５】
互いに隣接する複数の前記電磁波源の周波数が異なることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１６】
前記電磁波源の周波数が２．４５ＧＨｚであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１７】
前記真空容器内で行うプラズマ処理が、プラズマ酸化と、プラズマ成膜と、プラズマエッチングとのうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１８】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置を用いて、真空状態でプラズマ酸化およびプラズマ成膜とを行うとともに、前記プラズマ酸化と前記プラズマ成膜とを、真空を破らずに連続して行うことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１９】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置を用いて、プラズマ酸化と、プラズマ成膜と、プラズマエッチングとのうちの少なくとも１つを行うことを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に係り、特に大型の角型基板に対して、プラズマ処理を施す場合に好適なプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置や液晶表示装置等の製造プロセスにおいて、膜堆積、表面改質、あるいはエッチング等のプラズマ処理を施すためには、平行平板型の高周波プラズマ処理装置や、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマ処理装置などが用いられている。  
平行平板型プラズマ処理装置では、プラズマ密度が低く、電子温度が高い。また、ＥＣＲプラズマ処理装置では、プラズマ励起に直流磁場が必要であるため、大面積の処理が困難であるという問題を抱えている。  
近年、プラズマ励起に磁場が不要であり、高密度でかつ電子温度が低いプラズマが生成し得るプラズマ処理装置が提案されている。  
以下、そのような装置について説明する。
【０００３】
従来知られているプラズマ処理装置の第１の例としては、以下のような装置がある。この装置は、矩形導波管のＨ面（マイクロ波の電界方向に垂直な面）に設けられ、導波管アンテナを構成する２つのスロットから、電磁波放射窓を介して真空容器内にマイクロ波電力を供給することにより、該真空容器内にプラズマを生成させる。各スロットは、幅が矩形導波管の反射面に向かって狭くなるように、階段状あるいはテーパ状に変化した形状を有する（例えば、下記特許文献１参照）。  
最近、半導体装置や液晶表示装置を製造するために用いるプラズマ処理装置においては、基板サイズの拡大に伴って、装置の大型化が進んできている。特に液晶表示装置の製造には、１メートル角程度の基板を処理することが可能な装置が必要である。１メートル角の基板は、半導体装置の製造に用いる直径３００ｍｍの基板の約１０倍の面積を有する。  
上記プラズマ処理には、モノシランガス、酸素ガス、水素ガス、塩素ガスという反応性ガスが原料ガスとして利用されている。これらのガスのプラズマ中には、多くの負イオン（Ｏ−、Ｈ−、Ｃｌ−等）が存在しており、これらの振る舞いを考慮に入れた製造設備および製造方法が求められている。
【０００４】
従来知られているプラズマ処理装置の第２の例としては、以下のような装置がある。この装置は、電磁波が、上部から２つの第１の導波管を通じて、スロットを有する複数の第２の導波管に分配され、複数の第２の導波管に夫々対応して設けられた誘電体からなる複数の電磁波放射窓を通して真空容器内に導かれ、該真空容器内においてプラズマを発生させる（例えば、下記特許文献２参照）。
【０００５】
従来知られているプラズマ処理装置の第３の例としては、以下のような装置がある。この装置は、電磁波が、１つの上部導波管を通じて、複数の区画壁により形成された複数の下部導波管に分配され、これら下部導波管に設けられたスロットから、電磁波放射窓を通して真空容器内に導かれ、該真空容器内においてプラズマを発生させる（例えば、下記特許文献３参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−６３７９３号公報
【特許文献２】特開２００１−１９２８４０公報
【特許文献３】特開平９−１８１０５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来のプラズマ装置には、夫々、以下に示すような課題がある。  
上述した第１の例のプラズマ処理装置のように、矩形導波管を伝播させたマイクロ波を２つのスロットから放射する装置では、生成されたプラズマが負イオンを多く含む反応性プラズマである場合、プラズマの両極性拡散係数が小さくなる。そのため、プラズマがマイクロ波の放射されているスロット近傍に偏り易いという問題がある。この問題は、プラズマの圧力が高い場合には、なおいっそう深刻化する。したがって、この装置では、負イオンが生成されやすい酸素、水素および塩素等を含むガスを原料としたプラズマ処理を、大面積を有する基板に施すことが困難である。特に、プラズマの圧力が高い場合には、さらに困難である。さらにこの装置では、プラズマ処理する基板の処理面に対し、導波管アンテナを構成するスロットの分布が局在している。そのため、真空容器内におけるプラズマ密度が不均一となり易い。
【０００８】
上述した第２の例のプラズマ処理装置では、電磁波が、上部から、複数の導波管系（複数の第１の導波管と複数の第２の導波管とからなる系）を通じて真空容器に供給される。そのため、導波管系が複雑であり、装置の占有体積が増加するとともに装置価格が高くなり易いという課題がある。
【０００９】
上述した第３の例のプラズマ処理装置では、円形基板に対応するように、複数の第２の導波管の長さを夫々異ならせている。そのため、第１の導波管から各第２の導波管に均一に電磁波を分配することが困難である。また、この装置は、円形基板に対応するように構成されているため、角型基板の処理にはあまり適さない。さらにこの装置では、上部導波管と各下部導波管とが、各結合部において、方向性結合器を用いることなく、連通されている。したがって、このプラズマ処理装置では、上部導波管から各下部導波管に、均一に電磁波を分配することが困難である。  
本発明は、導波管を用いることにより大電力を投入でき、均一性の良いプラズマで、角型大面積の基板を処理することができ、しかも構造が簡単なプラズマ処理装置、およびそれを用いたプラズマ処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様に係わるプラズマ処理装置は、電磁波を出力する電磁波源と、この電磁波源から出力された電磁波を分配するための電磁波分配用導波管部と、この電磁波分配用導波管部と夫々結合され、同一平面上に設けられた複数の導波管と、各導波管に設けられた複数のスロットと、各スロットに対向して設けられた少なくとも１つの電磁波放射窓と、この電磁波放射窓より放射された電磁波によりプラズマを発生させるための真空容器とを具備し、前記電磁波分配用導波管部は、前記複数の導波管上に配置されている。  
このような構成とすることにより、大電力を投入でき、均一性の良いプラズマで、角型大面積基板を処理することができる。しかも、構造が簡単なプラズマ処理装置を提供することができる。
【００１１】
本発明の第２の態様に係わるプラズマ処理装置は、電磁波を出力する電磁波源と、この電磁波源から出力された電磁波を分配するための電磁波分配用導波管部と、電界面およびこの電界面と直交する磁界面を有し、同一平面上に設けられた複数の導波管と、各導波管に設けられた複数のスロットと、各スロットに対向して設けられた少なくとも１つの電磁波放射窓と、この電磁波放射窓より放射された電磁波によりプラズマを発生させるための真空容器とを具備し、前記複数の導波管は、電磁波伝播方向に同じ長さを有しており、前記電磁波分配用導波管部は、前記複数の導波管上に配置され、各導波管とその磁界面で結合されている。  
このような構成とすることにより、大電力を投入でき、均一性の良いプラズマで、角型大面積基板を処理することができる。しかも、構造が簡単なプラズマ処理装置を提供することができる。
【００１２】
本発明の第３の態様に係わるプラズマ処理装置は、電磁波を出力する電磁波源と、この電磁波源から出力された電磁波を分配するための電磁波分配用導波管部と、この電磁波分配用導波管部と夫々結合され、互いに平行且つ同一平面上に設けられた複数の導波管と、各導波管に設けられた複数のスロットと、各スロットに対向して設けられた少なくとも１つの電磁波放射窓と、この電磁波放射窓より放射された電磁波によりプラズマを発生させるための真空容器とを具備し、前記複数の導波管は、電磁波伝播方向に同じ長さを有しており、前記電磁波分配用導波管部は、各導波管部と夫々直交するように前記複数の導波管上に配置されている。  
このような構成とすることにより、大電力を投入でき、均一性の良いプラズマで、角型大面積基板を処理することができる。しかも、構造が簡単なプラズマ処理装置を提供することができる。
【００１３】
本発明の第４の態様に係わるプラズマ処理装置は、電磁波を出力する電磁波源と、この電磁波源から出力された電磁波を分配するための電磁波分配用導波管部と、この電磁波分配用導波管部と夫々結合され、同一面上に設けられた複数の導波管と、各導波管に設けられた複数のスロットと、各スロットに対向して設けられた少なくとも１つの電磁波放射窓と、この電磁波放射窓より放射された電磁波によりプラズマを発生させるための真空容器とを具備し、前記電磁波分配用導波管部は、前記複数の導波管上に配置されており、前記電磁波分配用導波管部と各導波管とが十字型方向性結合器を介して結合されている。  
このような構成とすることにより、大電力を投入でき、均一性の良いプラズマで、角型大面積基板を処理することができる。しかも、構造が簡単なプラズマ処理装置を提供することができる。さらに、電磁波分配用導波管部と各導波管とが十字型方向性結合器を介して結合されているため、各導波管に分配された電磁波を、一方向に進行させることができる。
【００１４】
本発明の第５の態様に係わるプラズマ処理装置は、電磁波を出力する電磁波源と、この電磁波源から出力された電磁波を分配するための電磁波分配用導波管部と、この電磁波分配用導波管部と夫々結合され、同一平面上に設けられた複数の導波管と、各導波管に設けられた複数のスロットと、各スロットに対向して設けられた少なくとも１つの電磁波放射窓と、この電磁波放射窓より放射された電磁波によりプラズマを発生させるための真空容器とを具備し、前記電磁波分配用導波管部は、前記複数の導波管上に配置されており、各導波管の電磁波進行方向と反対方向の端部に、電磁波吸収体が設けられている。  
このような構成とすることにより、大電力を投入でき、均一性の良いプラズマで、角型大面積基板を処理することができる。しかも、構造が簡単なプラズマ処理装置を提供できる。さらに、各導波管の電磁波進行方向と反対方向の端部に電磁波吸収体が設けられているため、各導波管に分配された電磁波を、一方向に進行させることができる。
【００１５】
本発明の第６の態様に係わるプラズマ処理装置は、電磁波を出力する電磁波源と、この電磁波源から出力された電磁波を分配するための電磁波分配用導波管部と、この電磁波分配用導波管部と夫々結合され、同一平面上に設けられた複数の導波管と、各導波管に設けられた複数のスロットと、各スロットに対向して設けられた少なくとも１つの電磁波放射窓と、この電磁波放射窓より放射された電磁波によりプラズマを発生させるための真空容器とを具備し、前記電磁波分配用導波管部は、前記複数の導波管上に配置されており、互いに隣り合う導波管の内面間の距離は、前記導波管の並列方向の内面間幅よりも短くなるように設定されている。  
このような構成とすることにより、大電力を投入でき、均一性の良いプラズマで、角型大面積基板を処理することができる。しかも、構造が簡単なプラズマ処理装置を提供できる。さらに、互いに隣り合う導波管の内面間の距離が、導波管の並列方向の内面間幅よりも短くなるように設定されているため、フットプリントが小さく、プラズマ密度が均一なプラズマ処理装置を提供することができる。
【００１６】
上述のように、前記電磁波分配用導波管部と各導波管とは、十字型方向性結合器を介して結合させてもよい。各導波管の電磁波進行方向と反対方向の端部に、電磁波吸収体を設けてもよい。また、前記電磁波分配用導波管部と各導波管とは、これらが重なる部分に設けられた円形の結合孔を介して結合させてもよい。さらに、前記電磁波分配用導波管部と各導波管とは、電磁波分配用導波管部に対して交互に逆方向に傾斜する長方形状の結合孔を介して結合させてもよい。  
これらのような構成とすることにより、各導波管に分配された電磁波を、一方向に進行させることができる。
【００１７】
前記電磁波分配用導波管部と各導波管とを上記長方形状の結合孔を介して結合させる場合、上記長方形状の結合孔は、電磁波分配用導波管部に対して交互に±４５°傾斜するように配置するのが好ましい。  
このような構成とすることにより、電磁波を各導波管により良好に分配することができる。しかも、各導波管に分配された電磁波を一方向に進行させることができる。
【００１８】
前記各導波管は、電磁波分配用導波管部から夫々２方向に分岐させるようにしてもよい。  
このような構成により、大面積基板を処理することができ、フットプリントが小さく、プラズマ密度が均一なプラズマ処理装置を提供することができる。
【００１９】
前記プラズマ処理装置は、前記電磁波分配用導波管部から各導波管に、電磁波の電力が同一になるように電磁波を分配するように構成するのが好ましい。  
このようにすることにより、電磁波を真空容器の内部に均一に放射できる。そのため、真空容器内おいて、均一なプラズマを生成させることができる。
【００２０】
前記スロットは、プラズマ処理が施される全域にわたって均一に分布させるのが好ましい。  
このような構成とすることにより、大面積の基板を均一なプラズマ密度で処理することができる。
【００２１】
前記電磁波放射窓は、２つ以上のスロットと対向させて前記真空容器に設けるのが好ましい。このとき、電磁波放射窓と真空容器との間で真空が保持されているのが好ましい。
【００２２】
このような構成とすることにより、真空容器の壁（例えば天板）等の加工費を削減できる。したがって、装置価格を低減させることができる。また、複数の電磁波放射窓を設ける場合、個々の電磁波放射窓の厚さを薄くすることができる。したがって、大面積の基板を均一なプラズマ密度で処理することができる。
【００２３】
前記電磁波放射窓は、真空容器に設けられた少なくとも１つの梁体に支持させるのが好ましい。このとき、梁体の内面は、誘電体部材で被うのが好ましい。  
梁体の内面を誘電体部材で被うことにより、前記真空容器内において電磁波を拡げることができる。したがって、このような構成とすることにより、該誘電体部材を設けない場合と比べ、真空容器の内部においてより均一性の良いプラズマを形成することができる。
【００２４】
互いに隣接する複数の電磁波源は、周波数を異ならせるのが好ましい。  
１つの電磁波源の最大出力には限界があるが、複数の電磁波源を用いることにより、大電力化が可能となる。また、マイクロ波源のような電磁波源を複数台使用すると、プラズマどうしの干渉が起こるが、互いに隣接する電磁波源の周波数を異ならせることにより、プラズマどうしの干渉を抑止することができる。
【００２５】
前記電磁波源の周波数は、２．４５ＧＨｚとするのが好ましい。  
電磁波源（マイクロ波源）の周波数としては、２．４５ＧＨｚが現在標準となっており、安価であり、種類も豊富である。
【００２６】
前記真空容器内で行うプラズマ処理は、プラズマ酸化と、プラズマ成膜と、プラズマエッチングとのうちの少なくとも１つとすることができる。  
このようにすることにより、フットプリントが小さく、プラズマ密度が均一なプラズマ処理装置を用いて、プラズマ酸化と、プラズマ成膜と、プラズマエッチングとのうちの少なくとも１つのプラズマ処理を行うことができる。
【００２７】
本発明の第８の態様に係わるプラズマ処理方法は、上述のようなプラズマ処理装置を用いて、真空状態でプラズマ酸化およびプラズマ成膜とを行うとともに、前記プラズマ酸化と前記プラズマ成膜とを、真空を破らずに連続して行う。  
上述のようなプラズマ処理装置において発生するプラズマは、高電子密度で電子温度が低くかつ均一性が良い。そのため、本発明の第８の態様に係わるプラズマ方法によれば、非常に良好なプラズマ酸化およびプラズマ成膜を行うことができる。また、真空を破らずに連続してプラズマ酸化とプラズマ成膜とを行うことができる。したがって、プラズマ密度が均一な状態の下で、汚染の少ない膜を形成することができる。
【００２８】
本発明の第９の態様に係わるプラズマ処理方法は、上述のようなプラズマ処理装置を用いて、プラズマ酸化と、プラズマ成膜と、プラズマエッチングとのうちの少なくとも１つを行う。  
上述のようなプラズマ処理装置において発生するプラズマは、高電子密度で電子温度が低くかつ均一性が良い。そのため、本発明の第９の態様に係わるプラズマ方法によれば、非常に良好なプラズマ酸化と、プラズマ成膜と、プラズマエッチングとのうちの少なくとも１つのプラズマ処理を行うことができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、大電力を投入でき、均一性の良いプラズマで、角型大面積基板を処理することができ、しかも構造が簡単なプラズマ処理装置を提供することができる。また、本発明のプラズマ処理装置を用いることにより、発生するプラズマは、高電子密度で電子温度が低くかつ均一性が良いため、非常に良好なプラズマ酸化、プラズマエッチング、プラズマ成膜のプラズマ処理方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。  
第１の実施の形態
図１は、本発明の第１の実施の形態に係わるプラズマ処理装置を概略的に示す断面図、図２は、図１のプラズマ処理装置の上面図、図３は、図２中１Ｃ−１Ｃ線に沿って切断して示す断面図（電磁波分配用導波管部および導波管の一部分を示す拡大断面図）、図４は、電磁波の進行方向と円偏波回転の向きを模式的に示す図である。
【００３１】
図中符号１は、後述する真空容器５に電磁波を放射するための複数の導波管を示している。これら導波管１としては、例えば矩形導波管（方形導波管）を用いることができる。これら導波管１は、同形状に形成されており、夫々の両端の位置を揃えた状態で、同一平面上に互いに平行に配置されている。符号２は、導波管アンテナを構成する複数のスロットを示している。これらスロット２は、各導波管１に夫々複数個ずつ設けられている。符号３は、電磁波源である例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を出力するマイクロ波源を示している。符号４は、石英、ガラス、セラミック等の誘電体からなる少なくとも１つ例えば複数の電磁波放射窓（電磁波導入窓）を示している。各電磁波放射窓４は、各導波管１と夫々対向するように配置されている。すなわち、各電磁波放射窓４は、各導波管１に設けられた複数のスロット２と対向している。符号５は、上記真空容器を示している。この真空容器５は、その内部に、処理ガスを電磁波により励起させてプラズマを発生させるための処理室５ａ（図１）を有している。上記電磁波放射窓４は、上記真空容器５を構成する壁の一部をなしている。符号６は、上記真空容器５の処理室５ａ内に処理ガスを供給するためのガス導入口を示している。符号７は、上記真空容器５の処理室５ａ内のガスを排出するためのガス排出口を示している。上記真空容器５には、処理ガス（原料ガス）を導入するためのガス導入口６と、導入されたガスを排気するためのガス排出口７とが接続されている。符号８は、プラズマ処理される被処理基板を示している。符号９は、被処理基板８を支持する基板支持台を示している。この基板支持台９は、被処理基板８を載置可能な支持面９ａを有している。基板支持台９の支持面９ａは、前記電磁波放射窓４と対向しており、プラズマ処理が施される処理領域を有している。前記スロット２は、この処理領域の全域に対応するように均一に分布している。符号１１は、電磁波放射窓４を支持するための少なくとも１つ例えば複数の梁体を示している。上記梁体１１は、上記真空容器５を構成する壁の一部をなしている。電磁波放射窓４と真空容器５の壁との間、すなわち、電磁波放射窓４と梁体１１との間は、真空が保持されている。符号１７は、各矩形導波管１にマイクロ波源３から発せられた電磁波（マイクロ波）を分配する電磁波分配用導波管部を示している。この電磁波分配用導波管部１７は、複数の矩形導波管１上に、これらを跨るように設けられている。
【００３２】
図５は、図１のプラズマ処理装置の電磁波放射窓４の近傍を示す断面図、図６は、本発明の第１の実施の形態に係る別のプラズマ処理装置の電磁波放射窓４の近傍を示す断面図、図７は、図１のプラズマ処理装置が備えるマイクロ波源３の内部構造を示す側面図、図８および図９は、十字型方向性結合器を説明するための図、図１０は、図１のプラズマ処理装置の十字型方向性結合器近傍における電磁波の進行方向と円偏波回転の向きを示す図である。
【００３３】
図７に示すように、マイクロ波源３は、発振部３１と、パワーモニタ３２と、整合器としてのＥ−Ｈチューナ３３とを備えている。発振部３１は、発振器としてのマグネトロン３１ａと、アイソレータ３１ｂとを備えている。アイソレータ３１ｂは、反射波からマグネトロン３１ａを保護するためのものである。発振部３１は、図示しない液冷式の冷却装置によって冷却されている。なお、図７中の矢印Ｅ１およびＥ２は、冷却水の流れを示している。パワーモニタ３２は、進行波および反射波をモニタリングするものである。なお、図７中の矢印Ｇ１は、進行波の電力値、矢印Ｇ２は、反射波の電力値が出力されることを示している。Ｅ−Ｈチューナ３３は、反射波を低減させるためのものである。
【００３４】
図１に示すように、各導波管１は、断面の長辺方向を水平方向と平行にした姿勢で、真空容器５の上方に、互いに隣接するように並べて配置されている。したがって、各導波管１の両側面が電界面（Ｅ面）、上下面が磁界面（Ｈ面）となる。各導波管１は、その上面、すなわち、磁界面（Ｈ面）（電界面（Ｅ面）に垂直な面）において、電磁波分配用導波管部１７と結合されている。この実施の形態では、電磁波分配用導波管部１７もまた、断面の長辺方向を水平方向と平行にした姿勢で配置されている。したがって、電磁波分配用導波管部１７と各導波管１とは、電磁波分配用導波管部１７の磁界面（Ｈ面）と各導波管１の磁界面（Ｈ面）とで結合している。電磁波分配用導波管部１７は、これら導波管１の一端に寄せて、これら導波管１と夫々直交するように配置されている。
【００３５】
また、電磁波分配用導波管部１７と各導波管１は、夫々、直交しかつ重なって配置されるとともに、結合孔部１８（図２）により結合されている。詳しくは、電磁波分配用導波管部１７、導波管１（単数）、および、結合孔部１８（単数）により、１つの方向性結合器が構成されている。このような方向性結合器が、電磁波分配用導波管部１７と各導波管１との結合部分に夫々構成されている。これら方向性結合器は、電磁波分配用導波管部１７に沿って一方向に進行する電磁波の一部を取り出し、それを各導波管１に夫々移して一方向に進行させることができる。この実施の形態では、電磁波分配用導波管部１７と各導波管１を夫々直交させた場合を例示しており、結合孔部１８（単数）は、例えば２個の十字形孔で構成されている。この構成は、当業者には十字型方向性結合器として知られているものである。
【００３６】
図２に示すように、電磁波が矢印Ｂの方向に進行する（図２における左側から図２における右側に進行する）と、矩形導波管の基本モード（ＴＥ１０）では、電磁波分配用導波管部１７の管壁の内面からほぼλ／４のところに磁界の円偏波が発生する。なお、λは、電磁波分配用導波管部１７の管壁の長い方の内面間の幅（距離）ｗ１７（図３参照）と等しい。なお、図２、図３、および図４において、符号２２は円偏波回転の向きを示している。また、図４において、符号２３は電磁波の進行方向を示している。
【００３７】
図２や、図２中の１Ｃ−１Ｃ断面を表す図３に示すように、円偏波の回転方向２２と電磁波の進行方向２３とは右ねじの関係になっている。なお、図４では、円偏波の進行方向を、右上がりの矢印として模式的に示しているが、円偏波の進行方向は、紙面に対して垂直な方向である。電磁波分配用導波管部１７中を矢印Ｂの方向に進行した電磁波は、結合孔部１８を通して各導波管１に伝達されるため、各導波管１にもまた、上述のような円偏波が発生することとなる。したがって、電磁波（この実施の形態ではマイクロ波）は、各導波管１中において、矢印Ｃの方向（図２および図３における下方から図２および図３における上方）には進むが、矢印Ｄの方向（図２および図３における上方から図２および図３における下方）には進まない。つまり、電磁波分配用導波管部１７と各導波管１を夫々直交させた場合、十字型方向性結合器を用いると、電磁波分配用導波管部１７から各導波管１に電磁波を夫々分配し、一方向に進行させることができる。つまり、マイクロ波源３の発振器３１ａ（図７）にて発振されたマイクロ波は、電磁波分配用導波管部１７を伝播し、結合孔部１８により導波管１に分配、伝送され、導波管アンテナを構成するスロット２から電磁波放射窓４を介して真空容器５内に放射される。
【００３８】
以下、方向性結合器について簡単に補足説明をする。方向性結合器では、図８および図９に示すように、ポートＰ１から入射した進行波は、一定比でポートＰ２およびポートＰ４に伝達され、ポートＰ３には伝達されない。また、ポートＰ２から入射した進行波は、一定比でポートＰ１およびポートＰ３に伝達され、ポートＰ４には伝達されない。
【００３９】
十字型方向性結合器では、図１０に示すように、ポートＰ１およびポートＰ２を有する下部矩形導波管４１が、ポートＰ３およびポートＰ４を有する上部矩形導波管４２と直交するように構成される。前記下部矩形導波管４１と前記上部矩形導波管４２とが直交する場合、これらを十字形孔によって結合させると、電界結合を低減させ、方向性を良くする効果がある。この場合、電磁波の伝送方向は、十字形孔の部分において決定される。
【００４０】
ところで、矩形導波管（方形導波管）の基本モードでは、図１０に示すように、側面（Ｅ面）寄りの位置に磁界の円偏波が発生する。したがって、十字形孔の部分での磁界結合により、下部矩形導波管４１および上部矩形導波管４２の双方において、同方向の磁界を有する円偏波が発生することとなる。この円偏波の向きは電磁波の伝送方向を決定するため、十字形孔Ｐ１を設けることにより、ポートＰ１から入射した電磁波をポートＰ４の方向のみに伝送させることができる。
【００４１】
なお、十字形孔Ｐ１を設けることにより、十字型方向性結合器を構成することができるが、結合部分（下部矩形導波管４１と上部矩形導波管４２とが重なる部分）の十字形孔Ｐ１と対角となる位置に十字形孔Ｐ２を設けることにより、結合量を増やすことができる。十字形孔Ｐ１および十字形孔Ｐ２の位置は、十字形孔Ｐ１を通り、上部矩形導波管４２と平行な直線と、十字形孔Ｐ２を通り、上部矩形導波管４２と平行な直線との距離がλｇ／４となるように設定するのが好ましい。ここで、λｇは、管内波長と呼ばれるものであり、電磁波分配用導波管部１７の管壁の長い方の内面間（内面間の幅）ｗ１７（図３参照）と、自由空間を伝播する電磁波の波長λ０とから、下記の式で表すことができる。  
λｇ＝λ０／（１−（λ０／２ｗ１７）２）０．５
上記十字型方向性結合器を、電磁波分配用導波管部１７から各導波管１に同一の電磁波の電力が分配されるように設計する。つまり、マイクロ波源３からの電磁波を、電磁波分配用導波管部１７から複数の導波管１に、電磁波の電力が同一になるように分配する。言い換えると、電磁波の電力を各導波管１に１／Ｎ（Ｎは導波管数）になるように分割すればよい。結合孔部１８は、１以上の十字形孔の他、１以上の円形状の結合孔や、１以上の長方形状の結合孔等を有するようにしてもよい。また、電磁波が各導波管１のスロット２から均一に放射されるように、各スロット２の寸法や間隔を設計する。このような設計により、電磁波を真空容器５内に均一に放射でき、非常に均一なプラズマを生成できる。また、図２に示すように、複数の導波管１の電磁波進行方向の端部（先端部）とは反対側の端部に無反射終端器１９を設けるとよい。このようにすることにより、スロット２の寸法等のずれがあっても対応できる。しかも、装置の設計の自由度が向上するという長所がある。
【００４２】
この無反射終端器１９は、例えば電磁波吸収体を導波管１の中心線上に沿って電磁波の電界面に対して平行に設置することで構成されている。この電磁波吸収体を設けると、その表面にうず電流が流れ、損失が増大するため、伝播する電磁波のエネルギーを減衰できる。電磁波吸収体の最終端とは反対側の端部（電磁波入射側の端部）は、導波管１の特性インピーダンスとの整合を取るため、傾斜が設けてある。この電磁波吸収体としては、ガラス、磁器などの絶縁物の表面に炭素皮膜を焼き付けたもの等が用いられる。
【００４３】
電磁波分配用導波管部１７と複数の導波管１とが同一平面上にある１層型と呼ばれる方式に比較し、この実施の形態のように電磁波分配用導波管部１７と多数の導波管１とが重なった構造の多層型は、十字型方向性結合器を含む結合器の設計指針が確立しているため、結合器およびスロット２の設計が容易である。図５や図６に示すように、電磁波放射窓４と梁体１１との間は、Ｏ−リング１２０によって気密を保持するのが好ましい。また、各導波管１の電磁波伝播方向の長さをほぼ同じ長さとすることにより、角型基板に対応できる。また、スロット２は、上述のような方向性結合器により各導波管１に分配された電磁波を真空容器５内に均一に放射するように設計を行うのが好ましい。この実施の形態のように、複数の導波管１の各々の長さをほぼ同じ長さとすると、方向性結合器およびスロット２の設計が行いやすいことも特長である。また、方向性結合器を設けた場合は、結合度を変化させることにより、複数の導波管の長さが同一でなくても設計しやすい。
【００４４】
電磁波分配用導波管部１７と各導波管１とは、前述のように、夫々、電磁波分配用導波管部１７の磁界面（Ｈ面）と各導波管１の磁界面（Ｈ面）とで結合している。この実施の形態のように、電磁波分配用導波管部１７および各導波管１が矩形導波管である場合、夫々の幅が長い方の導波管面で結合しているといえる。  
例えば、電磁波放射窓４の幅ｗ４（図２）は、１０ｃｍ程度に設定されているとともに、スロット２の幅ｗ２は、それより数ｍｍ小さく設定されている。電磁波放射窓４を複数設けて、電磁波放射窓４の幅ｗ４を狭く設定すると、下記のように、電磁波放射窓４の厚さを薄くでき、電磁波の損失を小さくできるとともに、大型基板に対応する大型プラズマ処理装置を提供することが可能となる。
【００４５】
各導波管１は、真空容器５の上方に設けられている。電磁波分配用導波管部１７は、各導波管１の上方に設けられている。互いに隣り合う導波管１は、各導波管１の内面間の距離が導波管１の長い方の内径の幅以内で近接して同一平面上に設けられている。すなわち、互いに隣り合う導波管１の内面間の距離は、導波管１の並列方向の内面間幅よりも短くなるように設定されている。
【００４６】
真空容器５内を低圧力にすると、電磁波放射窓４には、ほぼ大気圧と、ほぼ真空に近い圧力とのガス圧力差、つまり、約１ｋｇ／ｃｍ２の力がかかる。このため、電磁波放射窓４の厚さを、この力に耐え得るような厚さにする必要がある。
【００４７】
下記表１に示すように、電磁波放射窓４を例えば直径３００ｍｍの円形状あるいは２５０ｍｍ角の矩形状の合成石英板で形成すると、該電磁波放射窓４の厚さは約３０ｍｍ必要になる。電磁波放射窓４の厚さが厚くなると、電磁波の損失が大きくなる。ましてや、１ｍ角程度の大型基板に対応するプラズマ処理装置の場合では、電磁波放射窓４の厚さが厚くなり過ぎ、実現不可能である。このため、この実施の形態では、８ｃｍ×５５ｃｍの電磁波放射窓４を６個設け、６個の電磁波放射窓４と真空容器５との間で真空が保持されているようにしている。このため、電磁波放射窓４の厚さは、３０ｍｍ程度とすることが可能となる。
【００４８】
【表１】
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この実施の形態のプラズマ処理装置では、矩形導波管１が複数あり（ここでは６本を図示）、これらの矩形導波管１と重なり、かつ電磁波を分配する導波管部、すなわち、電磁波分配用導波管部１７を有している。また、この実施の形態では、複数の電磁波放射窓４と真空容器５との間で真空が保持されている例を示している。
【００４９】
この実施の形態にあっては、矩形導波管１の複数のスロット２に対応して複数の電磁波放射窓４を設けている。このようにすることにより、複数のスロット２と対向するように１つの電磁波放射窓を設けた場合と比べて、１つ１つの電磁波放射窓４の面積を小さくすることができる。すなわち、１つ１つの電磁波放射窓４の厚さを薄くすることができる。したがって、大型のプラズマ処理装置を実現でき、大面積の基板８を均一なプラズマ密度で処理することができる。基板サイズが小さい場合は、複数の矩形導波管１に対して、１枚の電磁波放射窓４で対応することも可能である。
【００５０】
この実施の形態のように、真空容器５に誘電体からなる複数の電磁波放射窓４を設けた場合、これら電磁波放射窓４を支える梁体１１が必要となる。これら梁体１１は、通常は金属からなる。しかしながら、金属からなる梁体１１でプラズマ中の電子等が消滅すると、プラズマが梁体１１部分（梁体１１の内面）に拡がりにくくなるおそれがある。このため、真空容器５を構成する少なくとも梁体１１の内面を誘電体部材１２で被うのが好ましく、このようにすることにより、プラズマを梁体１１部分にも拡がりやすくできる。
【００５１】
さらに、各電磁波放射窓４は、夫々、複数のスロット２と対向するように真空容器５に設けられている。このようにすることにより、真空容器５の天板の加工費を低減でき、装置価格を低減することができる。また、スロット２は、プラズマ処理する基板８の全面積に渡りほぼ均一に分布させている。１つの電磁波放射窓４が複数の（ここでは１本の矩形導波管１当り９個を図示）スロット２に共通して対応するように設計されている。本実施の形態のプラズマ処理装置では、このような電磁波放射窓４を複数個（ここでは６個）備えている。
【００５２】
なお、図５に示すように、各導波管１と梁体１１との間には、若干の隙間が設けられていてもよい。また、図６に示すように、各導波管１と梁体１１とは、溶接等により気密に接合させてもよい。
【００５３】
また、矩形導波管１どうしを接して配置しているため、スロット２をプラズマ処理する全面積に渡り均一に分布させることが容易にできる。したがって、大面積の基板８を均一なプラズマ密度で処理することができる。なお、本発明において、複数の矩形導波管１どうしを接して配置するという技術思想には、矩形導波管１どうしを数ｃｍ離す程度のことは当然含まれる。また、導波管１として矩形導波管を用いたが、本発明は導波管は矩形に制限されない。１台の電磁波源、ここではマイクロ波源３から、電磁波分配用導波管部１７を通じて複数の矩形導波管１へ電磁波を供給している。そのため、すべての矩形導波管１において周波数を同一とすることができ、均一なエネルギー密度を放射するようなアンテナを設計しやすい。また、複数の電磁波源を用いると、電磁波の干渉を考慮して設計する必要がある。
【００５４】
また、矩形導波管１に電磁波を供給するマイクロ波源３が１台であり、マイクロ波源３の周波数は２．４５ＧＨｚである。マイクロ波源３の周波数としては、２．４５ＧＨｚのものが量産され、現在、標準となっており、安価であり、種類も豊富である。  
なお、この実施の形態のプラズマ処理装置では、プラズマ処理として、プラズマ酸化と、プラズマ成膜と、プラズマエッチングと、プラズマアッシングとのうちの少なくとも１つのプラズマ処理を行うことが可能である。また、このプラズマ処理装置を用いることにより、角型大面積の基板のプラズマ処理ができる。また、このプラズマ処理装置で生成されるプラズマは、高電子密度で電子温度が低く、かつ均一性が良い。そのため、このプラズマ処理装置を用いることで、非常に良好なプラズマ処理方法、例えば、プラズマ酸化と、プラズマエッチングと、プラズマ成膜とのうちの少なくとも１つのプラズマ処理方法を提供できる。
【００５５】
第２の実施の形態
図１１は、本発明の第２の実施の形態のプラズマ処理装置の断面図、図１２は、図１１のプラズマ処理装置の上面図である。  
前記第１の実施の形態のプラズマ処理装置においては、複数の矩形導波管１は、互いに接するように配置されている。第２の実施の形態のプラズマ処理装置では、矩形導波管１の内面間幅（導波管１の並列方向と平行な方向の内面間の幅）ｗ１（図１１）を９ｃｍ、隣り合う矩形導波管１の内面間の距離ｄ１を７ｃｍとしている。この矩形導波管１の間隔ｄ１は、電磁波がスロット２から電磁波放射窓４を通して真空容器５内に均一に放射されるように設定するのが好ましい。導波管１の間隔ｄ１を変化させて発生させたプラズマの発光状態を、真空容器５の下面に設置したＣＣＤカメラで観察した。この実験によると、隣り合う導波管１の内面間の距離ｄ１が導波管１の内面間幅ｗ１以内で近接して配置された場合、真空容器５内に均一にプラズマが発生した。この結果から、隣り合う導波管１の内面間の距離ｄ１は、導波管１の内面間幅ｗ１よりも小さく設定するのが好ましいことがわかった。
【００５６】
第３の実施の形態
図１３は、本発明の第３の実施の形態のプラズマ処理装置の断面図、図１４は、図１３の上面図である。  
前記第１の実施の形態のプラズマ処理装置は、電磁波分配用導波管部１７と各導波管１を直交させ、電磁波分配用導波管部１７と各導波管１とを、２個の十字形孔を有する結合孔部１８によって結合させる構成を有している。この構成は、当業者には十字型方向性結合器として知られている。これに対し、第３の実施の形態のプラズマ処理装置は、図１４に示すように、電磁波分配用導波管部１７と各導波管１とが重なる中央部に、円形の結合孔２０を設け、該結合孔２０を介して、電磁波分配用導波管部１７と各導波管１とを結合させる構成を有している。この構成は、当業者にはベーテ孔形の方向性結合器として知られている。この実施の形態では、電磁波分配用導波管部１７と各導波管１とがほぼ直交している（図１４参照）が、電磁波分配用導波管部１７と各導波管１とのなす角度θは、０＜θ＜９０となるようにしてもよい。ベーテ孔形の方向性結合器の設計法として当業者には知られているように、この角度θの大きさに応じて結合度および方向性を決めることができる。このように結合器を設けた場合は、結合度を変化させることにより、複数の導波管の長さが同一でなくても設計が行いやすい。
【００５７】
第４の実施の形態
図１５は、本発明の第４の実施の形態のプラズマ処理装置の断面図、図１６は、図１５の上面図である。  
電磁波分配用導波管部１７と各導波管１とは、導波管１が配置されている平面と平行な平面上に配置され、電磁波分配用導波管部１７に対して交互に逆方向に傾斜する長方形状の結合孔２１を介して結合されている。長方形状の結合孔２１は、電磁波分配用導波管部１７に対して交互に±４５°傾斜している。  
言い換えると、電磁波分配用導波管部１７と各導波管１とが重なる中央部には、電磁波分配用導波管部１７に対して交互に逆方向に、約４５°の角度で傾斜した長い形状の結合孔、例えば長方形の結合孔２１が設けられている。電磁波分配用導波管部１７と各導波管１とは、該結合孔２１を介して結合されている。このようにすることにより、電磁波分配用導波管部１７の内部には、図１６に破線の楕円で示すような磁力線ができる。電流が長方形の結合孔２１を横切る時、結合孔２１に直角方向の電界が発生する。これに対し、磁界は全て導体表面に平行になり、磁界と電流はつねに直交している。従って、磁力線で考えると、結合孔２１に平行な成分の磁力線が結合孔２１を通り抜けることができる。結合孔２１を出たばかりの磁力線は、結合孔２１が傾いているため、斜め方向の楕円である。しかし、導波管１を伝播すると、清浄な楕円になる。
【００５８】
第５の実施の形態
図１７は、本発明の第５の実施の形態のプラズマ処理装置の上面図である。  
マイクロ波源３の最大出力が十分な場合は、前記第１の実施の形態のプラズマ処理装置のように、１台のマイクロ波源３でマイクロ波を供給すればよい。しかしながら、１台のマイクロ波源３の出力では、プラズマ処理面積が制限される。すなわち、１台のマイクロ波源３の最大出力には限界があるため、この実施の形態のプラズマ処理装置では、複数台のマイクロ波源３を備えている。複数台のマイクロ波源３からマイクロ波を供給することにより、大電力化が可能となり、大面積を処理できるプラズマ処理装置が実現可能となる。  
この実施の形態のプラズマ処理装置のように、４台のマイクロ波源３を備えさせることにより、４倍の面積に対応できる。例えば、１０ｋＷの電磁波源を１台用いる場合、１００ｃｍ×１２０ｃｍの基板サイズまで可能である。これに対し、１０ｋＷの電磁波源３を４台にすることにより、マイクロ波源３が１台の場合に比較し、４倍の面積に対応できる。例えば、１０ｋＷの電磁波源を４台用いる場合、２００ｃｍ×２４０ｃｍの基板サイズまで対応可能となる。  
複数台のマイクロ波源３を使用する場合、複数台のマイクロ波源３からのマイクロ波が互いに影響を及ぼし合い、プラズマ特性が変化し、プラズマの安定性が低下することがある。このため、複数台のマイクロ波源３を用いる場合は、互いに隣接するマイクロ波源３の周波数が異なるように設定するとよい。このようにすることにより、マイクロ波源３の影響を軽減し、異なるマイクロ波源３から発せられる電磁波同士の干渉を防ぎ、プラズマの安定性を増すことができる。  
さらに、上述のようにマイクロ波源としては、周波数が２．４５ＧＨｚのものが量産されている。したがって、マイクロ波源３の周波数を２．４５ＧＨｚとすることにより、プラズマ処理装置を安価に製造できる。２．４５ＧＨｚのマイクロ波源３においても、わずかには周波数を変更することが可能であり、隣接するマイクロ波源３の周波数が異なるように設定することが可能である。
【００５９】
第６の実施の形態
図１８は、本発明の第６の実施の形態のプラズマ処理装置の断面図、図１９は、図１８の上面図である。  
第６の実施の形態のプラズマ処理装置は、互いに平行かつ隣接して配置された一対の電磁波分配用導波管部１７を備えている。一方の電磁波分配用導波管部１７に対し、これと直交し一方向に延びる複数の導波管１を設けている。同様に、他方の電磁波分配用導波管部１７に対し、これと直交し他方向に延びる複数の導波管１を設けている。この実施の形態では、一方向に延びる各導波管１と、他方向に延びる各導波管１とは、夫々、一直線上に位置するように配置されている。  
マイクロ波源３の発振器３１ａにて発振されたマイクロ波は、互いに平行かつ隣接して配置された一対の電磁波分配用導波管部１７により伝送された電磁波は、一方向に延びる各導波管１と、他方向に延びる各導波管１とに分配される。そして、導波管アンテナを構成するスロット２から電磁波放射窓４を介して真空容器５内に放射される。各導波管１は、一対の電磁波分配用導波管部１７に重なり、かつ両方向にほぼ直角に分岐している。電磁波分配用導波管部１７と導波管１とが重なる部分に対応する領域には、スロット２を設けなくてもよいが、図示のように、電磁波分配用導波管部１７と導波管１とが重なる部分に対応する領域にスロット２を設けた方が、真空容器５内においてプラズマが均一に発生する。  
この実施の形態のプラズマ処理装置では、一対の電磁波分配用導波管部１７を設け、電磁波を２方向に分配させる必要があるが、前記第１、第２、第３の実施の形態と比較して、各導波管１の長さを短くすることができるため、導波管１の長さ方向のプラズマの均一性が取りやすい。
【００６０】
第７の実施の形態
図２０は、本発明の第７の実施の形態のプラズマ処理装置の上面図である。  
第７の実施の形態のプラズマ処理装置は、前記第６の実施の形態のプラズマ処理装置において、マイクロ波源３を４台としたものである。このようにすることにより、マイクロ波源３が１台の場合に比較し、４倍の面積に対応したものである。例えば、１０ｋＷの電磁波源を４台用いる場合、２００ｃｍ×２４０ｃｍの基板サイズまで対応可能となる。
【００６１】
以上説明した第１〜第７の実施の形態では、電磁波源は主にマイクロ波源を用いて説明したが、電磁波源はマイクロ波源に限定されるものではない。また、電磁波分配用導波管部１７として、直線状の導波管を用いて説明したが、電磁波分配用導波管部１７は、直線状の導波管に限定されるものではない。また、導波管１も矩形導波管に限定されない。また、導波管が２層に重なった２層型で説明したが、３層、４層等の多層型としてもよい。
【００６２】
第８の実施の形態
次に、上記実施の形態で説明したプラズマ処理装置を使用して、ガラス基板上に液晶表示装置用の多結晶シリコン（ポリＳｉ）薄膜トランジスタ（Poly−Ｓｉ ＴＦＴ）を形成する製作工程を説明する。  
まず、ポリＳｉ薄膜トランジスタの位置付け、およびゲート絶縁膜の要求仕様について述べる。  
低温ポリＳｉ薄膜トランジスタは、一般に、アモルファス薄膜トランジスタ（ａ−Ｓｉ ＴＦＴ）より電気的特性が高く、液晶表示装置用ガラス基板上に種々の電子回路を形成できるとされている。この低温ポリＳｉ ＴＦＴの鍵となる技術の１つがゲート絶縁膜の形成である。このため、ゲート絶縁膜の成膜技術が切望されている。
【００６３】
低温ポリＳｉ ＴＦＴ用のゲート絶縁膜と集積回路用のゲート絶縁膜は同様の用途に用いられているが、要求仕様はまったく異なる。まず、プロセス温度であるが、集積回路用のゲート絶縁膜が９５０℃以上であるのに対し、低温ポリＳｉ ＴＦＴ用のゲート絶縁膜では、ガラスやプラスチックを用いたいため、６００℃以下にする必要がある。また、基板面積は、集積回路が、直径３０ｃｍの集積回路用単結晶Ｓｉウエハ等を使用するのに対し、低温ポリＳｉ ＴＦＴでは、約７０ｃｍ×９０ｃｍ以上のガラス基板等を用いる。すなわち、低温ポリＳｉ ＴＦＴと集積回路とでは、現状でも基板面積が約９倍以上も異なる。しかも、将来的には、低温ポリＳｉ ＴＦＴは、さらに大きな面積を有する基板に形成することが望まれている。
【００６４】
表面凹凸については、以下のような差異がある。集積回路用単結晶Ｓｉウエハでは、原子的に平坦にすることが可能であり、将来の目標は０．１ｎｍとなっている。これに対し、低温ポリＳｉ ＴＦＴでは、溶けたＳｉが液相から核を始点として固体に変わって結晶成長するときに体積が膨張し、結晶粒同士がぶつかった粒界で盛り上がる。したがって、低温ポリＳｉでは、約５０ｎｍの突起が形成される。また、チャネル部の島状のポリＳｉの段差は５０ｎｍ〜２００ｎｍである。このため、低温ポリＳｉ ＴＦＴ用として、この突起を十分カバーできるゲート絶縁膜の開発が必要である。
【００６５】
次に、ゲート絶縁膜の電気的欠陥密度の要求仕様の差異について述べる。単一素子の面積は、集積回路、例えばＰＣプロセッサが１．５ｃｍ２であるのに対し、１５インチ液晶ディスプレイでは９００ｃｍ２である。すなわち、１５インチ液晶ディスプレイでは、ＰＣプロセッサに対して、電気的欠陥密度の要求仕様が６００倍である。トランジスタの中心部であるチャネル面積は、集積回路用で０．１４μｍ×０．１４μｍに対し、最小ＴＦＴ１．０μｍ×１．０μｍである。周辺回路では、さらに大きなチャネル面積を有するＴＦＴもあり、集積回路が有するチャネル面積と比べて約１００倍程度となることがある。液晶画面内のＴＦＴの数は、ＵＸＧＡで１６００×１２００×３＝５７６万個ある。取り込む回路によっても異なるが、ＴＦＴ基板に取り込む周辺集積回路に含まれるトタンジスタの数は、数百万個のオーダーと思われる。このため、周辺回路を含んだシステムパネルに含まれるトランジスタの合計数は、周辺集積回路に比較して数倍である。これらのことより、単一素子内のチャネル面積の合計は、低温ポリＳｉ ＴＦＴの場合、集積回路と比較しておよそ数百倍と予測される。つまり、ＴＦＴ単一パネルの良品率を集積回路単一チツプと同等にするには、ゲート絶縁膜の電気的欠陥密度を数百分の１にする必要がある。
【００６６】
以上説明したように、低温ポリＳｉ ＴＦＴの場合は集積回路の場合と異なり、下記の要求仕様を満たす、低温ポリＳｉ ＴＦＴに適した絶縁膜形成技術の開発が不可欠である。  
（１）６００℃以下の低温で形成可能である。  
（２）大面積、かつ大きな凹凸を均一性よくカバーできる。  
（３）電気的欠陥密度を大幅に改善できる。  
（４）良好なＳｉ／ＳｉＯ２界面を形成可能である。  
このため、角型大面積基板に、高密度・低損傷なプラズマを用いて、酸化、成膜およびエッチングを行うことができるプラズマ処理装置が望まれている。
【００６７】
次に、上記実施の形態のプラズマ処理装置を用いて、ガラス基板上に形成する液晶表示用の多結晶シリコン薄膜トランジスタ（Poly−Ｓｉ ＴＦＴ）の製作工程を説明する。  
図２１、図２２、および図２３は、本発明のプラズマ処理方法を液晶表示装置用のｎチャンネル型、ｐチャンネル型の多結晶シリコン薄膜トランジスタの製造に適用した場合のプロセスフロー図、図２４（Ａ）〜図２４（Ｅ）は、各プロセスにおける素子断面図である。
【００６８】
ガラス基板２００（図９（Ａ）〜図９（Ｅ）参照）としては、大きさ７００ｍｍ×６００ｍｍ×１．１ｍｍのガラス板を用いた。  
図２４（Ａ）に示すように、洗浄したガラス基板２００上に、ＴＥＯＳガスを用い、ＰＥ−ＣＶＤ法（プラズマＣＶＤ法）により厚さ２００ｎｍの酸化シリコン膜（ＳｉＯ２膜）をベースコート膜２０１として形成した（図２１のＳ１）。  
その後、ＳｉＨ４およびＨ２ガスを用い、ＰＥ−ＣＶＤ法によりアモルファスシリコン膜を厚さ５０ｎｍ成膜した（図２１のＳ２）。  
このアモルファスシリコン膜は、５〜１５原子％の水素を含むため、そのままレーザーを照射すると、水素が気体となり、急激に体積膨張して、膜が吹き飛ぶ。このため、アモルファスシリコン膜を形成したガラス基板２００を、水素の結合が切れる３５０℃以上で、約１時間保って水素を逃がした（図２１のＳ３）。  
その後、キセノンクロライド（ＸｅＣｌ）エキシマレーザー光源から波長３０８ｎｍのパルス光（６７０ｍＪ／パルス）を、光学系により０．８ｍｍ×１３０ｍｍに成形して３６０ｍＪ／ｃｍ２の強度で、前記ガラス基板２００上のアモルファスシリコン膜に照射した。アモルファスシリコンは、レーザー光を吸収して溶融し、液相になった後、温度が下がり固化し、多結晶シリコンが得られた。レーザー光は２００Ｈｚのパルスであり、溶融と固化は１パルスの時間内で終わる。このため、レーザー照射により、１パルス毎に溶融＋固化を繰り返すことになる。ガラス基板２００を移動させながらレーザー照射することにより、大面積を結晶化できる。特性のバラツキを抑えるため、個々のレーザー光の照射領域を９５〜９７．５％重ね合わせて照射した（図２１のＳ４）。  
この多結晶シリコン層を、フォトリソグラフィー工程（図２１のＳ５）、エッチング工程（図２１のＳ６）により、図２４（Ａ）に示すように、ソース、チャネル、ドレインに対応する島状多結晶シリコン層２１６にパターニングし、ｎチャネルＴＦＴ領域２０２、ｐチャネルＴＦＴ領域２０３、画素部ＴＦＴ領域２０４を形成した（ここまで、図２４（Ａ））。
【００６９】
この後、Poly−Ｓｉ ＴＦＴの最も重要な工程、すなわち、チャネル領域上に形成される絶縁膜との界面の処理方法、および、絶縁膜の形成方法について説明する（図２１のＳ７）。  
プラズマ処理装置としては、第１の実施の形態に示した図１の装置を用いた。  
上記のベースコート膜２０１（図２４（Ａ））上に島状多結晶シリコン層２１６を持つガラス基板２００を、温度を３５０℃にした基板支持台９にセットした。  
その後、反応室にＡｒガスと酸素ガスをＡｒ／（Ａｒ＋Ｏ２）＝９５％の比率で混合したガスを導入し、８０Ｐａに保つ。その後、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源から５ｋＷの電力を投入し、酸素プラズマを立てて、プラズマ酸化を行う。  
酸素プラズマでは、酸素ガスを反応性の高い酸素原子活性種に分解する。この酸素原子活性種により島状多結晶シリコン層２１６が酸化され、ゲート絶縁膜２０５（図２４（Ｂ）に示す第１の絶縁膜）となるＳｉＯ２からなる光酸化膜が形成される。３分間で、膜厚約３ｎｍの第１ゲート絶縁膜２０５（第１の絶縁膜）を形成することができた（図２１のＳ８）。  
次に、プラズマ酸化用のガスを排気後、連続してＳｉＯ２を成膜するため、基板温度３５０℃のまま、ＴＥＯＳガス流量を３０ｓｃｃｍ、酸素ガス流量を７５００ｓｃｃｍ、成膜室５ａ内の圧力を２６７Ｐａ（２Ｔｏｒｒ）、マイクロ波電源電力を４５０Ｗとした。プラズマＣＶＤ法により、第１のゲート絶縁膜２０５上にＳｉＯ２膜からなる第２ゲート絶縁膜２０６（第２の絶縁膜）を成膜した。２分間で膜厚３０ｎｍの第２ゲート絶縁膜２０６を成膜することができた（図２１のＳ９）。  
プラズマ酸化工程（図２１のＳ８）および高密度・低損傷なプラズマＣＶＤ法による第１ゲート絶縁膜２０５の成膜工程（図２１のＳ９）を、連続して真空中で、しかも生産性を落とさずに行なうことができる。これにより、半導体（島状多結晶シリコン層２１６）と第１ゲート絶縁膜２０５との界面を良好な状態とすることができるとともに、厚くて実用に耐える絶縁膜を速く形成することができる。
【００７０】
この後は、従来と同じ工程によりPoly−Ｓｉ ＴＦＴを形成した。  
まず、ガラス基板２００を基板温度３５０℃で、２時間、窒素ガス中でのアニールにより、ＳｉＯ２膜からなる第１ゲート絶縁膜２０５の高密度化を行なう（図２１のＳ１０）。高密度化処理で、ＳｉＯ２膜の密度が高くなり、リーク電流、耐圧が向上する。  
その後、スパッタ法によりＴｉをバリア金属として１００ｎｍ成膜した後、同様にスパッタ法によりＡｌを膜厚４００ｎｍ成膜した（図２１のＳ１１）。このＡｌからなる金属層を、フォトリソグラフィー法（図２１のＳ１２）によりパターニングを行い（図２１のＳ１３）、図２４（Ｃ）に示すように、ゲート電極２０７を形成した。  
その後、フォトリソグラフィー工程でｐチャネルＴＦＴ２５０のみをフォトレジスト（図示せず）で覆った（図２１のＳ１４）。次に、イオンドーピング法により、ゲート電極２０７をマスクとして、燐を８０ｋｅＶで６×１０１５／ｃｍ２で、ｎチャネルＴＦＴ２６０のｎ＋ソース・ドレインコンタクト部２０９にドープした（図２１のＳ１５）。
【００７１】
その後、フォトリソグラフィー工程でｎチャネルＴＦＴ領域２０２および画素部ＴＦＴ領域２０４のｎチャネルＴＦＴ２６０をフォトレジストで覆った（図２２のＳ１６）。イオンドーピング法により、ゲート電極２０７をマスクとして、ボロンを６０ｋｅＶ、１×１０１６／ｃｍ２で、ｐチャネルＴＦＴ領域２０３（図２４（Ａ））のｐチャネルＴＦＴ２５０（図２４（Ｃ））のＰ＋ソース・ドレインコンタクト部２１０にドープした（図２２のＳ１７）。  
その後、ガラス基板２００を基板温度３５０℃で２時間アニールし、イオンドープした燐とボロンを活性化した（図２２のＳ１８）。そして、ＴＥＯＳガスを用いたプラズマＣＶＤ法でＳｉＯ２からなる層間絶縁膜２０８を成膜した（図２２のＳ１９）（図２４（Ｃ））。
【００７２】
次に、第２ゲート絶縁膜２０６、層間絶縁膜２０８に、フォトリソグラフィー工程（図２２のＳ２０）およびエッチング工程（図２２のＳ２１）で、ｎ＋ソース・ドレインコンタクト部２０９およびＰ＋ソース・ドレインコンタクト部２１０へのコンタクトホールを図２４（Ｄ）に示すようにパターニングした。そして、Ｔｉをバリア金属（図示せず）として膜厚１００ｎｍスパッタした後、Ａｌを膜厚４００ｎｍスパッタし（図２２のＳ２２）、フォトリソグラフィー法（図２２のＳ２３）およびエッチング工程（図２２のＳ２４）によりソース電極２１３、ドレイン電極２１２をパターニングした（図２４（Ｄ））。
【００７３】
更に、図２４（Ｅ）に示すように、プラズマＣＶＤ法でＳｉＯ２膜からなる保護膜２１１を膜厚３００ｎｍ成膜した（図２２のＳ２５）。画素部ＴＦＴ領域２０４（図２４（Ａ））のｎチャネルＴＦＴ２６０（図２４（Ｃ））のドレイン電極２１２に、ＩＴＯからなる画素電極２１４（後述する）との接続用のコンタクトホールを、フォトリソグラフィー工程（図２２のＳ２６）およびエッチング工程（図２３のＳ２７）で、パターニングした。  
この後、枚様式マルチチャンバスパッタ装置内で、基板温度３５０℃、Ｈ２ガス流量を１０００ｓｃｃｍ、ガス圧を１７３Ｐａ（１．３Ｔｏｒｒ）、ＲＦ電源電力を４５０Ｗで、３分間、水素プラズマ処理を行った（図２３のＳ２８）。  
その後、別の反応室に移動させ、ＩＴＯを１５０ｎｍ成膜した（図２３のＳ２９）。ＩＴＯを画素電極２１４としてフォトリソグラフィー工程（図２３のＳ３０）およびエッチング工程（図２３のＳ３１）でパターニングすることにより、ＴＦＴ基板２１５を完成させた（図２４（Ｅ））。その後、基板検査を行なった（図２３のＳ３２）。
【００７４】
このＴＦＴ基板２１５およびカラーフィルタが形成されたガラス基板（図示せず）に対し、ポリイミドを塗布し、ラビングした後、これらの基板を貼り合わせた。その後、この貼り合わせた基板を、各パネルに分断した。  
これらのパネルを真空槽に入れ、皿に入れた液晶の中にパネルの注入口を浸し、槽に空気を導入することにより、その圧力で液晶をパネルに注入した。その後、注入口を樹脂で封止することにより、液晶パネルを完成させた（図２３のＳ３３）。  
その後、偏向板の貼り付け、周辺回路、バックライト、ベゼル等の取り付けにより、液晶モジュールを完成させた（図２３のＳ３４）。  
この液晶モジュールは、パソコン、モニター、テレビ、携帯端末等に使用できる。
【００７５】
プラズマ酸化膜が無く、通常のプラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ２を成膜した場合、ＴＦＴの閾値電圧は、１．９Ｖ±０．８Ｖであった。これに対し、この実施の形態において形成されるＴＦＴでは、閾値電圧は、１．５Ｖ±０．６Ｖに改善された。これは、多結晶シリコン膜中にシリコン酸化膜とシリコン膜の界面が形成されるとともに、シリコン酸化膜と多結晶シリコン（島状多結晶シリコン層２１６）の良好な界面特性が得られるためであると考えられる。また、絶縁膜バルク特性が改善されるためであると考えられる。また、この実施の形態において形成されるＴＦＴでは、閾値電圧のバラツキが減少した。このため、液晶モジュールの良品率が大きく向上した。また、プラズマ酸化膜と、高密度・低損傷なプラズマＣＶＤ膜との積層構造により、カバレッジが良好なゲート絶縁膜が得られる。しかも、ＣＶＤ膜の特性が良好である。そのため、ゲート絶縁膜の膜厚を３０ｎｍ程度とすることができた。従来のＴＦＴのゲート絶縁膜が８０〜１００ｎｍ程度であることから、この実施の形態において形成されるＴＦＴでは、従来のＴＦＴと比べて、ゲート絶縁膜を約１／３程度に薄くでき、オン電流を約３倍に向上できた。  
また、ガラス基板上にＳｉ単結晶ウエハ（Ｐ型、８〜１２Ω・ｃｍ、直径１５０ｍｍ、（１００））を置き、第８の実施の形態と同じ方法でゲート絶縁膜を形成した。その後、アルミニウムを、直径１ｍｍの穴を設けたマスクを介して、抵抗加熱蒸着した。その後、９６％の窒素ガスと４％の水素ガスの混合ガス中で、４００℃、３０分焼成した。このＭＯＳ構造素子を用いて、界面準位密度を測定したところ、３×１０１０ｃｍ−２ｅＶ−１と、熱酸化膜と同等の良好な界面特性が得られた。
【００７６】
本発明による上記第１〜第８の実施の形態によれば、上述のように、ガラスを基板とする液晶ディスプレイパネルが備える低温ポリＳｉ ＴＦＴの形成において非常に有効なプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供することができる。すなわち、チャネル形成用単結晶Ｓｉ層と良好な界面特性を有する薄いゲート絶縁膜をプラズマ酸化により形成する場合に非常に有効なプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供することができる。
【００７７】
また、以上説明した第１〜第８の実施の形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施の形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００７８】
以上のように、本発明によれば、大型の角型被処理基板に対して、膜堆積、表面改質、あるいはエッチング等のプラズマ処理を施す可能であり、しかも、プラズマ密度が均一なプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供できる。特に、液晶ディスプレイ、ＥＬ、プラズマディスプレイ等の各種ディスプレイの製造に利用して好適である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【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を概略的に示す断面図である。
【図２】図１のプラズマ処理装置の上面図である。
【図３】電磁波の方向を示すため、図２のプラズマ処理装置を１Ｃ−１Ｃ線に沿って切断した断面図である。
【図４】図１のプラズマ処理装置の電磁波の進行方向と円偏波回転の向きを示す図である。
【図５】図１のプラズマ処理装置の電磁波放射窓近傍を示す断面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る別のプラズマ処理装置の電磁波放射窓近傍を示す断面図である。
【図７】図１のプラズマ処理装置が備えるマイクロ波源の内部構造を示す側面図である。
【図８】十字型方向性結合器を説明するための図である。
【図９】十字型方向性結合器を説明するための図である。
【図１０】図１のプラズマ処理装置の十字型方向性結合器近傍における電磁波の進行方向と円偏波回転の向きを示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係わるプラズマ処理装置を概略的に示す断面図である。
【図１２】図１１のプラズマ処理装置の上面図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態に係わるプラズマ処理装置を概略的に示す断面図である。
【図１４】図１３のプラズマ処理装置の上面図である。
【図１５】本発明の第４の実施の形態に係わるプラズマ処理装置を概略的に示す断面図である。
【図１６】図１５のプラズマ処理装置の上面図である。
【図１７】本発明の第５の実施の形態に係わるプラズマ処理装置の上面図である。
【図１８】本発明の第６の実施の形態に係わるプラズマ処理装置を概略的に示す断面図である。
【図１９】図１８のプラズマ処理装置の上面図である。
【図２０】本発明の第７の実施の形態に係わるプラズマ処理装置の上面図である。
【図２１】本発明の第８の実施の形態に係わるプラズマ処理方法を液晶表示装置用のｎチャンネル型、ｐチャンネル型の多結晶シリコン薄膜トランジスタの製造に適用した場合のプロセスフロー図である。
【図２２】本発明の第８の実施の形態に係わるプラズマ処理方法を液晶表示装置用のｎチャンネル型、ｐチャンネル型の多結晶シリコン薄膜トランジスタの製造に適用した場合のプロセスフロー図である。
【図２３】本発明の第８の実施の形態に係わるプラズマ処理方法を液晶表示装置用のｎチャンネル型、ｐチャンネル型の多結晶シリコン薄膜トランジスタの製造に適用した場合のプロセスフロー図である。
【図２４】本発明の第８の実施の形態に係わるプラズマ処理方法を用いて、多結晶シリコン薄膜トランジスタの製造する場合の各プロセスにおける素子断面図である。
【符号の説明】
【００８０】
１…導波管、  ２…スロット、  ３…電磁波源、  ４…電磁波放射窓、  ５…真空容器、  １７…電磁波分配用導波管
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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