(57)【要約】【課題】遅波部材の給電部の形状を簡素化して加工時の寸法精度を向上させ、給電部における隙間の発生を抑制したマイクロ波導入装置を提供する。【解決手段】マイクロ波発生器１１４と、マイクロ波放射用のスロット９６が形成された平面アンテナ部材９４と、マイクロ波発生器の発生したマイクロ波を平面アンテナ部材へ伝搬させる導波管１０８と、平面アンテナ部材に重ねて設けられると共に中心部に導波管からの給電を行う凸状の給電部１００が形成されて、伝搬してくるマイクロ波の波長を短縮させる平板状の遅波部材９８と、を有するマイクロ波導入装置において、導波管は、中心導体１０８Ａと外側導体１０８Ｂとよりなる同軸導波管１０８を有し、中心導体は給電部に形成された貫通孔を通って平面アンテナ部材の中心部に接続されると共に、凸状の給電部の側壁は遅波部材の平面方向に対して実質的に垂直方向へ起立させて形成されている。【選択図】図１
2007335346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、
マイクロ波放射用のスロットが形成された平面アンテナ部材と、
前記マイクロ波発生器の発生したマイクロ波を前記平面アンテナ部材へ伝搬させる導波管と、
前記平面アンテナ部材に重ねて設けられると共に中心部に前記導波管からの給電を行う凸状の給電部が形成されて、伝搬してくる前記マイクロ波の波長を短縮させる平板状の遅波部材と、
を有するマイクロ波導入装置において、
前記導波管は、中心導体と外側導体とよりなる同軸導波管を有し、前記中心導体は前記給電部に形成された貫通孔を通って前記平面アンテナ部材の中心部に接続されると共に、前記凸状の給電部の側壁は前記遅波部材の平面方向に対して実質的に垂直方向へ起立させて形成されていることを特徴とするマイクロ波導入装置。
【請求項２】
前記遅波部材は、誘電体よりなることを特徴とする請求項１記載のマイクロ波導入装置。
【請求項３】
前記凸状の給電部の前記遅波部材の上面からの高さは６．５〜１３．０ｍｍの範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１又は２記載のマイクロ波導入装置。
【請求項４】
前記遅波材はアルミナよりなり、前記凸状の給電部の高さは６．５〜８．５ｍｍの範囲内に設定されていることを特徴とする請求項３記載のマイクロ波導入装置。
【請求項５】
前記遅波材は石英よりなり、前記凸状の給電部の高さは１１〜１３ｍｍの範囲内に設定されていることを特徴とする請求項３記載のマイクロ波導入装置。
【請求項６】
前記遅波部材は導電性材料よりなる導波箱で覆われていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のマイクロ波導入装置。
【請求項７】
前記導波箱には、前記遅波部材を冷却するための冷却手段が設けられることを特徴とする請求項６記載のマイクロ波導入装置。
【請求項８】
前記マイクロ波は、２．４５ＧＨｚ又は８．３５ＧＨｚであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のマイクロ波導入装置。
【請求項９】
天井部が開口されて内部が真空引き可能になされた処理容器と、
被処理体を載置するために前記処理容器内に設けた載置台と、
前記天井部の開口に気密に装着されてマイクロ波を透過する誘電体よりなる天板と、
前記処理容器内へ必要な処理ガスを導入するガス導入手段と、
前記処理容器内へマイクロ波を導入するために前記天板側に設けられた請求項１乃至８のいずれかに記載のマイクロ波導入装置と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記天板と前記遅波部材とは同一材料よりなることを特徴とする請求項９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、半導体ウエハ等に対してマイクロ波により生じたプラズマを作用させて処理を施す際に使用されるマイクロ波導入装置及びプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体製品の高密度化及び高微細化に伴い半導体製品の製造工程において、成膜、エッチング、アッシング等の各種処理のためにプラズマ処理装置が多用される場合があり、特に、０．１ｍＴｏｒｒ（１３．３ｍＰａ）〜数Ｔｏｒｒ（数百Ｐａ）程度の比較的圧力が低い高真空状態でも安定してプラズマを立てることができることからマイクロ波を用いて、高密度プラズマを発生させるマイクロ波プラズマ装置が使用される傾向にある。
このようなプラズマ処理装置は、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４等に開示されている。ここで、マイクロ波を用いた一般的なプラズマ処理装置を図６〜図８を参照して概略的に説明する。図６は従来の一般的なプラズマ処理装置を示す概略構成図、図７は平面アンテナ部材と遅波部材の中心部を示す拡大図、図８は遅波部材の中心部を示す斜視図である。
【０００３】
図６において、このプラズマ処理装置２は、真空引き可能になされた処理容器４内に半導体ウエハＷを載置する載置台６を設けており、この載置台６に対向する天井部にマイクロ波を透過する円板状のアルミナや窒化アルミや石英等よりなる天板８を気密に設けている。そして処理容器４の側壁には、容器内へ所定のガスを導入するためのガス導入手段として例えばガスノズル１０が設けられていると共に、ウエハＷの搬出入用の開口部１２が設けられ、この開口部１２には、これを気密に開閉するゲートバルブＧが設けられる。また処理容器４の底部には、排気口１４が設けられており、この排気口１４には図示しない真空排気系が接続されて、上述のように処理容器４内を真空引きできるようになっている。
【０００４】
そして、上記天板８の上側に、上記処理容器４内にプラズマ形成用のマイクロ波を導入するマイクロ波導入装置１６が設けられる。具体的には、このマイクロ波導入装置１６は、上記天板８の上面に設けられた厚さ数ｍｍ程度の例えば銅板よりなる円板状の平面アンテナ部材１８と、この平面アンテナ部材１８の半径方向におけるマイクロ波の波長を短縮するための例えば誘電体よりなる遅波部材２０とを有している。そして、平面アンテナ部材１８には多数の、例えば長溝状の貫通孔よりなるマイクロ波放射用のスロット２２が形成されている。このスロット２２は一般的には、同心円状に配置されたり、或いは渦巻状に配置されている。そして、図７及び図８にも示すように、上記遅波部材２０の上面中央部を凸状に上方へ突出させて斜面が円錐状のテーパ面となるように截頭円錐状の給電部２６を設け、この給電部２６に貫通孔２８を形成してある。
【０００５】
そして、同軸導波管２４の中心導体２４Ａを上記貫通孔２８に通して平面アンテナ部材１８に接続し、また同軸導波管２４の外側導体２４Ｂを、上記遅波部材２０の全体を覆う導波箱３０の中央部に接続するようになっている。そして、マイクロ波発生器３２より発生した、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波をモード変換器３４にて所定の振動モードへ変換した後に平面アンテナ部材１８や遅波部材２０へ導くようになっている。そして、マイクロ波をアンテナ部材１８の半径方向へ放射状に伝搬させつつ平面アンテナ部材１８に設けた各スロット２２からマイクロ波を放射させてこれを天板８に透過させて、下方の処理容器４内へマイクロ波を導入し、このマイクロ波により処理容器４内の処理空間Ｓにプラズマを立てて半導体ウエハＷにエッチングや成膜などの所定のプラズマ処理を施すようになっている。また上記導波箱３０の上面には、マイクロ波の誘電損失で加熱された遅波部材２０を冷却する冷却器３６が設けられている。
【０００６】
【特許文献１】特開平３−１９１０７３号公報
【特許文献２】特開平５−３４３３３４号公報
【特許文献３】特開平９−１８１０５２号公報
【特許文献４】特開２００３−３３２３２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、この種のマイクロ波導入装置１６では、マイクロ波の伝搬効率を可能な限り高めるために、周知のように反射波をできるだけ抑制することが要請される。そのため、上記同軸導波管２４の下端部から、給電部２６を介して平面アンテナ部材１８や遅波部材２０へマイクロ波が伝搬する際にも、マイクロ波の反射を抑制するためにこの部分における特性インピーダンスの変化をできるだけ滑らかに変化させるのが好ましい。そのため、上述したように遅波部材２０の中央部の凸状の給電部２６を、その側面２６Ａがテーパ面となる截頭円錐形状として、特性インピーダンスができるだけ滑らかに減少して行くように設定している。この結果、例えば同軸導波管２４の特性インピーダンスは５０Ωであり、給電部２６と同軸導波管２４との境界部分で１５．９Ω、これより周辺部に行くに従って例えば７．４Ω、１．５Ωのように順次滑らかに減少するようになっている。
【０００８】
しかしながら、上記遅波部材２０の材料である誘電体の石英やセラミック、例えば窒化アルミやアルミナは非常に硬くて且つ脆く、加工精度を高くするのが非常に困難である。例えば上記遅波部材２０の厚さや給電部２６の高さＨ０は、共に３〜１０ｍｍ程度であるが、硬い材料のテーパ加工の加工精度を上げるのはかなり難しく、この給電部２６の側面２６Ａのテーパ加工の研磨時の加工精度は、せいぜい±０．５ｍｍ程度であって、加工寸法に比較的大きなバラツキが発生していた。そのため、図７に示すように、上記給電部２６のテーパ状の側面２６Ａと、導波箱３０の内面との間にある寸法以上の隙間３８が発生することは避けられなかった。
【０００９】
このため、この隙間３８の部分にマイクロ波の電界の集中が生じて異常放電が発生したり、この隙間３８に起因して平面アンテナ部材１８における電界分布の対称性が崩れたりする、という問題があった。
また、上記隙間３８が変則的に発生することで、設計通りの特性インピーダンスに設定することが困難になって、この部分におけるマイクロ波の反射率が大きくなってしまう、という問題があった。
【００１０】
また更には、上記隙間３８のために、この遅波部材２０の給電部２６が、冷却器３６を設けた導波箱３０の内壁面から離れてしまって、この間の熱伝導性が不良となり、この結果、給電部２６の近傍の冷却効率が低下してしまう、といった問題もあった。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、遅波部材の給電部の形状を簡素化することによって加工時の寸法精度を向上させ、これによって種々の問題点の発生原因となっていた給電部における隙間の発生を抑制することが可能なマイクロ波導入装置及びプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係る発明は、マイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、マイクロ波放射用のスロットが形成された平面アンテナ部材と、前記マイクロ波発生器の発生したマイクロ波を前記平面アンテナ部材へ伝搬させる導波管と、前記平面アンテナ部材に重ねて設けられると共に中心部に前記導波管からの給電を行う凸状の給電部が形成されて、伝搬してくる前記マイクロ波の波長を短縮させる平板状の遅波部材と、を有するマイクロ波導入装置において、前記導波管は、中心導体と外側導体とよりなる同軸導波管を有し、前記中心導体は前記給電部に形成された貫通孔を通って前記平面アンテナ部材の中心部に接続されると共に、前記凸状の給電部の側壁は前記遅波部材の平面方向に対して実質的に垂直方向へ起立させて形成されていることを特徴とするマイクロ波導入装置である。
【００１２】
このように、導波管からの給電を行う凸状の給電部の側壁を遅波部材の平面方向に対して実質的に垂直方向へ起立させて直角になるように形成するようにしたので、研磨等の加工が行い易くなって加工時の寸法精度を向上させることができる。
従って、給電部とこれを覆う導波箱や導波管の内径との間に隙間が発生することを抑制できるので、この部分に異常放電が発生することを防止できるのみならず、平面アンテナ部材における電界分布の対称性が崩れるのを防止することができる。
また、上述のように隙間の発生を抑制できるので、設計通りの特性インピーダンスに設定してマイクロ波の反射率を抑制することができる。
【００１３】
この場合、例えば請求項２に記載するように、前記遅波部材は、誘電体よりなる。
また例えば請求項３に記載するように、前記凸状の給電部の前記遅波部材の上面からの高さは６．５〜１３．０ｍｍの範囲内に設定されている。
また例えば請求項４に記載するように、前記遅波材はアルミナよりなり、前記凸状の給電部の高さは６．５〜８．５ｍｍの範囲内に設定されている。
また例えば請求項５に記載するように、前記遅波材は石英よりなり、前記凸状の給電部の高さは１１〜１３ｍｍの範囲内に設定されている。
また例えば請求項６に記載するように、前記遅波部材は導電性材料よりなる導波箱で覆われている。
【００１４】
また例えば請求項７に記載するように、前記導波箱には、前記遅波部材を冷却するための冷却手段が設けられる。
このように、冷却手段を設けた場合には、冷却手段を設けた導波管の内壁面や導波箱の内壁面と給電部との間の隙間を抑制することができるので、この部分の熱伝導性が改善されて、給電部の冷却効率を向上させることができる。
また例えば請求項８に記載するように、前記マイクロ波は、２．４５ＧＨｚ又は８．３５ＧＨｚである。
【００１５】
請求項９に係る発明は、天井部が開口されて内部が真空引き可能になされた処理容器と、被処理体を載置するために前記処理容器内に設けた載置台と、前記天井部の開口に気密に装着されてマイクロ波を透過する誘電体よりなる天板と、前記処理容器内へ必要な処理ガスを導入するガス導入手段と、前記処理容器内へマイクロ波を導入するために前記天板側に設けられた上記いずれかに記載のマイクロ波導入装置と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置である。
この場合、例えば請求項１０に記載するように、前記天板と前記遅波部材とは同一材料よりなる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るマイクロ波導入装置及びプラズマ処理装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
導波管からの給電を行う凸状の給電部の側壁を遅波部材の平面方向に対して実質的に垂直方向へ起立させて直角になるように形成するようにしたので、研磨等の加工が行い易くなって加工時の寸法精度を向上させることができる。
従って、給電部とこれを覆う導波箱や導波管の内径との間に隙間が発生することを抑制できるので、この部分に異常放電が発生することを防止できるのみならず、平面アンテナ部材における電界分布の対称性が崩れるのを防止することができる。
また、上述のように隙間の発生を抑制できるので、設計通りの特性インピーダンスに設定してマイクロ波の反射率を抑制することができる。
【００１７】
特に請求項７に係る発明によれば、冷却手段を設けた場合には、冷却手段を設けた導波管の内壁面や導波箱の内壁面と給電部との間の隙間を抑制することができるので、この部分の熱伝導性が改善されて、給電部の冷却効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明に係るマイクロ波導入装置及びプラズマ処理装置の一実施例の形態について添付図面を参照して説明する。
図１は本発明に係るマイクロ波導入装置を用いたプラズマ処理装置の一例を示す構成図、図２は本発明のマイクロ波導入装置における平面アンテナ部材と遅波部材の中心部を示す拡大図、図３は遅波部材の中心部を示す斜視図である。
【００１９】
図示するように、プラズマ処理装置４２は、例えば側壁や底部がアルミニウム等の導体により構成されて、全体が筒体状に成形された処理容器４４を有しており、内部は密閉された例えば円形の処理空間Ｓとして構成されて、この処理空間Ｓにプラズマが形成される。この処理容器４４自体は接地されている。
【００２０】
この処理容器４４内には、上面に被処理体としての例えば半導体ウエハＷを載置する載置台４６が収容される。この載置台４６は、例えばアルマイト処理したアルミニウム等により平坦になされた略円板状に形成されており、例えばアルミニウム等よりなる支柱４８を介して容器底部より起立されている。
この処理容器４４の側壁には、この内部に対してウエハＷを搬入・搬出する時に用いる被処理体搬出入用の搬出入口５０が設けられ、この搬出入口５０には密閉状態で開閉するゲートバルブ５２が設けられている。
【００２１】
またこの処理容器４４には、この中へ必要な処理ガスを導入するためのガス導入手段５４が設けられている。このガス導入手段５４は、ここでは例えば処理容器４４の側壁を貫通してなるガスノズル５４Ａを有しており、このガスノズル５４Ａより必要な処理ガスを流量制御しつつ必要に応じて供給できるようになっている。尚、このガスノズル５４Ａは複数本設けて異なるガス種を導入できるようにしてもよいし、シャワーヘッド状に処理容器４４の天井部に設けるようにしてもよい。
【００２２】
また、容器底部には、排気口５６が設けられると共に、この排気口５６には、圧力制御弁５８及び真空ポンプ６０が順次介接された排気路６２が接続されており、必要に応じて処理容器４４内を所定の圧力まで真空引きできるようになっている。
【００２３】
また、上記載置台４６の下方には、ウエハＷの搬出入時にこれを昇降させる複数、例えば３本の昇降ピン６４（図１においては２本のみ記す）が設けられており、この昇降ピン６４は、伸縮可能なベローズ６６を介して容器底部を貫通して設けた昇降ロッド６８により昇降される。また上記載置台４６には、上記昇降ピン６４を挿通させるためのピン挿通孔７０が形成されている。上記載置台４６の全体は耐熱材料、例えばアルミナ等のセラミックにより構成されており、このセラミック中に加熱手段７２が設けられる。この加熱手段７２は、載置台４６の略全域に亘って埋め込まれた例えば薄板状の抵抗加熱ヒータよりなり、この加熱手段７２は、支柱４８内を通る配線７４を介してヒータ電源７６に接続されている。
【００２４】
また、この載置台４６の上面側には、内部に例えば網目状に配設された導体線７８を有する薄い静電チャック８０が設けられており、この載置台４６上、詳しくはこの静電チャック８０上に載置されるウエハＷを静電吸着力により吸着できるようになっている。そして、この静電チャック８０の上記導体線７８は、上記静電吸着力を発揮するために配線８２を介して直流電源８４に接続されている。またこの配線８２には、必要時に例えば１３．５６ＭＨｚのバイアス用の高周波電力を上記静電チャック８０の導体線７８へ印加するためにバイアス用高周波電源８６が接続されている。尚、処理の態様によっては、このバイアス用高周波電源８６は設けられない。
【００２５】
そして、処理容器４４の天井部は開口されて、ここに例えば石英やセラミック、例えばアルミナ（Ａｌ２ Ｏ３ ）や窒化アルミ（ＡｌＮ）等の誘電体よりなるマイクロ波に対しては透過性を有する天板８８がＯリング等のシール部材９０を介して気密に設けられる。この天板８８の厚さは耐圧性を考慮して例えば２０ｍｍ程度に設定される。
【００２６】
そして、この天板８８の上面側に本発明に係るマイクロ波導入装置９２が設けられる。具体的には、このマイクロ波導入装置９２は、上記天板８８の上面に接して設けられ、この処理容器４４内へマイクロ波を導入するための平面アンテナ部材９４を有している。上記平面アンテナ部材９４は、大きさが３００ｍｍサイズのウエハ対応の場合には、例えば直径が４００〜５００ｍｍ、厚みが１〜数ｍｍの導電性材料よりなる、例えば表面が銀メッキされた銅板或いはアルミ板よりなり、この円板には、例えば長溝状の貫通孔よりなる多数のマイクロ波放射用のスロット９６が形成されている。このスロット９６の配置形態は、特に限定されず、例えば同心円状、渦巻状、或いは放射状に配置させてもよいし、アンテナ部材全面に均一になるように分布させてもよい。この平面アンテナ部材９４は、いわゆるＲＬＳＡ（Ｒａｄｉａｌ  Ｌｉｎｅ  Ｓｌｏｔ  Ａｎｔｅｎｎａ）方式のアンテナ構造となっており、これにより、高密度で低電子エネルギーのプラズマが得られる。
【００２７】
また、この平面アンテナ部材９４上に接して、例えば石英やセラミック、例えばアルミナや窒化アルミ等の誘電体等よりなる平板状の遅波部材９８が設けられている。この遅波部材９８は、マイクロ波の波長を短縮するために高誘電率特性を有している。この遅波部材９８は、薄板円板状に成形されて平面アンテナ部材９４の上面の略全面に亘って設けられ、その上面の中央部には、上方へ凸状に突出させて形成した給電部１００が形成されている（図３参照）。この給電部１００は、所定の高さＨ１に設定され、その側壁１００Ａが従来の給電部（図８参照）のようにテーパ面として形成されておらず、図３に示すように、遅波部材９８の平面方向に対して実質的に垂直方向へ起立された状態で形成されている。
【００２８】
すなわち、この側壁１００Ａは遅波部材９８の上面に対して直角になされており、研磨加工等が行い易い形状となっている。上記給電部１００の遅波部材９８の上面からの高さＨ１は、遅波部材９８を構成する材料に依存するが、マイクロ波の反射率を抑制するためには、例えば６．５〜１３．０ｍｍの範囲内に設定するのがよい。
そして、この凸状の給電部１００の中心部には、これを上下方向へ貫通する貫通孔１０２が形成されており、この貫通孔１０２の下部の部分は末広がり状に拡径されている。この遅波部材９８の材料は、マイクロ波の波長短絡効果を考慮すると、上記天板８８と同じ材料を用いるのがよい。
【００２９】
そして、この遅波部材９８の上面及び側面を全部覆うようにして導体製の中空円筒状容器よりなる導波箱１０４が設けられている。上記平面アンテナ部材９４は、この導波箱１０４の底板として構成される。この導波箱１０４の上部には、これを冷却するために冷媒を流す冷却手段として冷却ジャケット１０６が設けられる。
【００３０】
この導波箱１０４及び平面アンテナ部材９４の周辺部は共に処理容器４４に導通される。そして上記給電部１００には、同軸導波管１０８が接続されている。具体的には、この同軸導波管１０８は、中心導体１０８Ａと、この周囲に所定の間隙を隔てて配置される断面円形の外側導体１０８Ｂとよりなり、上記導波箱１０４の上部の中心には、上記断面円形状の外側導体１０８Ｂが接続され、内側の中心導体１０８Ａは、上記遅波部材９８の中心の貫通孔１０２を通って上記平面アンテナ部材９４の中心部に接続される。
【００３１】
この際、上記凸状の給電部１００の側壁１００Ａは外側導体１０８Ｂの内壁面に寸法精度良く密に接した状態で装着されている。そして、この同軸導波管１０８は、モード変換器１１０及び矩形導波管１１２を介してマッチング（図示せず）を有する例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波発生器１１４に接続されており、上記平面アンテナ部材９４や遅波部材９８へマイクロ波を伝搬するようになっている。この周波数は２．４５ＧＨｚに限定されず、他の周波数、例えば８．３５ＧＨｚを用いてもよい。
【００３２】
そして、このように形成されたプラズマ処理装置４２の全体の動作は、例えばマイクロコンピュータ等よりなる制御手段１１６により制御されるようになっており、この動作を行うコンピュータのプログラムはフレキシブルディスクやＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）やフラッシュメモリ等の記憶媒体１１８に記憶されている。具体的には、この制御手段１１６からの指令により、各ガスの供給や流量制御、マイクロ波や高周波の供給や電力制御、プロセス温度やプロセス圧力の制御等が行われる。
【００３３】
次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置４２を用いて行なわれる処理方法の一例について説明する。
まず、ゲートバルブ５２を開いて被処理体用の搬出入口５０を介して半導体ウエハＷを搬送アーム（図示せず）により処理容器４４内に収容し、昇降ピン６４を上下動させることによりウエハＷを載置台４６の上面の載置面に載置し、そして、このウエハＷを静電チャック８０により静電吸着する。このウエハＷは、必要な場合は加熱手段７２により所定のプロセス温度に維持され、図示しないガス源より供給した所定のガスを流量制御しつつガス導入手段５４のガスノズル５４Ａより処理容器４４内へ供給し、圧力制御弁５８を制御して処理容器４４内を所定のプロセス圧力に維持する。
【００３４】
これと同時に、マイクロ波導入装置９２のマイクロ波発生器１１４を駆動することにより、このマイクロ波発生器１１４にて発生したマイクロ波を、矩形導波管１１２及び同軸導波管１０８を介して給電部１００より平面アンテナ部材９４と遅波部材９８とに供給して遅波部材９８によって波長が短くなされたマイクロ波を、天板８８に透過させて処理空間Ｓに導入し、これにより処理空間Ｓにプラズマを発生させてプラズマを用いた所定の処理を行う。
【００３５】
ここで、上記同軸導波管１０８の下端部からのマイクロ波の伝搬についてより詳しく説明すると、同軸導波管１０８を伝搬してきたマイクロ波は、この遅波部材９８の中央部に設けた凸状の給電部１００を通って、遅波部材９８及び平面アンテナ部材９４の周辺部に向かって放射状に伝搬して行き、その伝搬途中で各スロット９６より下方の処理空間Ｓに向けてマイクロ波が放射されて容器内へ導入されることになる。
【００３６】
この際、上記凸状の給電部１００は、この加工が容易なようにその側壁が遅波部材９８の上面に対して実質的に直角になされているので、この給電部１００を形成するための研磨加工等において寸法精度を高くすることができる。例えばテーパ面を有する従来の給電部１００（図８においては２６）の精度は±０．５ｍｍ程度であったが、本発明の場合には±０．１ｍｍ程度まで小さくすることができた。従って、図２や図３に示すように、この凸状の給電部１００は、同軸導波管１０８の外側導体１０８Ｂの下端部側に寸法精度良く嵌合されることになり、給電部１００の側壁１００Ａと同軸導波管１０８の外側導体１０８Ｂの内壁面との間には、図７に示す従来装置と異なってほとんど隙間が発生することがなく、この隙間の発生を抑制することができる。
【００３７】
換言すれば、同軸導波管１０８からの給電を行う凸状の給電部１００の側壁を遅波部材９８の平面方向に対して実質的に垂直方向へ起立させて直角になるように形成するようにしたので、研磨等の加工が行い易くなって加工時の寸法精度を向上させることができる。
従って、給電部１００とこれを覆う導波箱１０４や同軸導波管１０８の内径との間に隙間が発生することを抑制できるので、この部分に異常放電が発生することを防止できるのみならず、平面アンテナ部材９４における電界分布の対称性が崩れるのを防止することができる。
【００３８】
また、上述のように隙間の発生を抑制できるので、設計通りの特性インピーダンスに設定してマイクロ波の反射率を抑制することができる。
更には、冷却手段１０６を設けた場合には、冷却手段１０６を設けた同軸導波管１０８の内壁面や導波箱の内壁面と給電部１００との間の隙間を抑制することができるので、この部分の熱伝導性が改善されて、給電部の冷却効率を向上させることができる。
【００３９】
また、本発明では、給電部１００の側壁１００Ａを遅波部材９８の表面から直角に起立させるように形成しているので、側壁がテーパ面となっている従来の給電部２６（図７及び図８参照）と比較して特性インピーダンスの変化が急激過ぎて、マイクロ波の反射率が大きくなる恐れが生ずるが、給電部１００の高さＨ１を最適化することにより、マイクロ波の反射率も小さくすることができる。
【００４０】
この最適化された高さＨ１は、遅波部材９８及び給電部１００の材料が比誘電率９．８程度のアルミナの場合には、６．５〜８．５ｍｍ程度の範囲内であり、比誘電率が３．８程度の石英の場合には１１．０〜１３．０ｍｍ程度の範囲内である。このように給電部１００の高さＨ１を最適化することによりマイクロ波の反射率を抑制して、これを５％以下にすることができる。
【００４１】
＜特性インピーダンスの変化と反射率＞
ここで本発明に係るマイクロ波導入装置の遅波部材９８における特性インピーダンスの変化を求め、反射率に対する給電部の高さの最適化を行ったので、その検討結果について説明する。図４は特性インピーダンスを求める時の遅波部材の中心部における各部の寸法を模式的に示す図、図５は遅波部材の給電部の高さとマイクロ波の反射率との関係を示すグラフである。ここではマイクロ波の周波数は２．４５ＧＨｚに設定しているが、この周波数は特には限定されない。
【００４２】
図４（Ａ）は従来の遅波部材の給電部を示し、図４（Ｂ）は本発明の遅波部材の給電部を示している。ここでは遅波部材の材料は、共に比誘電率が９．８のアルミナを用い、その厚さｄをそれぞれ４ｍｍに設定している。各給電部の貫通孔の半径ｄ１は８．４５ｍｍ、給電部の半径ｄ２は１９．４ｍｍにそれぞれ設定されている。また、図４（Ａ）に示す給電部の高さＨ０は６ｍｍに設定し、図４（Ｂ）に示す給電部の高さＨ１は８ｍｍに設定している。そして、同軸導波管の特性インピーダンスは５０Ωに設定されている。
【００４３】
ここで特性インピーダンスＺは次の式で与えられる。
Ｚ＝Ｖ／Ｉ＝６０ｄ／（ｒ√ε）
ｒ：遅波部材の中心からの距離
ε：比誘電率
この結果、特性インピーダンスは、図４（Ａ）に示す従来の遅波部材の場合には、同軸導波管と給電部との境界で１５．９Ω、給電部の途中のテーパ部分で７．４Ω、給電部の終端の上下方向の部分で１．５Ωであった。また、この時のマイクロ波の反射率は４．５％程度であった。
【００４４】
これに対して、図４（Ｂ）に示す本発明の場合には、特性インピーダンスは、同軸導波管と給電部との境界で１５．９Ω、給電部の終端と斜め方向の部分で１０Ω、給電部の終端と上下方向の部分で３．９５Ωであった。この時のマイクロ波の反射率は３．６％程度であり、従来装置の４．５％よりも大幅に抑制できることを確認することができた。
【００４５】
ここで、図４（Ｂ）に示す本発明に係る遅波部材９８において、給電部１００の高さＨ１に対するマイクロ波の反射率の依存性について検討した。その結果を、図５（Ａ）に示す。図５（Ａ）に示すように、ここでは高さＨ１を６〜９ｍｍまで変化させており、反射率は下に凸状の特性曲線を描いている。そして、高さＨ１が８ｍｍの時に反射率が３．５程度となって最低値を示している。そして、反射率の上限値を５％とすると、高さＨ１が６．５〜８．５ｍｍの範囲が最適な範囲であることを確認することができた。より好ましくは、反射率を４％以下にするには、高さＨ１を７．０〜８．１ｍｍの範囲内に設定するのが好ましいことを確認することができた。
【００４６】
上述のように、給電部１００の高さＨ１を８ｍｍに設定した遅波部材を用いてプラズマ処理装置について実際に発生したプラズマの状態を検証したところ、マイクロ波のパワーを１０００〜３５００ワットに変化させ、また容器内圧力を５０〜２００ｍＴｏｒｒの範囲内で変化させても、プラズマを安定的に形成できることを目視により確認することができた。
【００４７】
また上記したと同様な検討について、材料をアルミナから石英に代えて行った。この時の給電部の高さＨ１と反射率との関係を図５（Ｂ）に示す。尚、石英よりなる遅波部材の厚さｄは７ｍｍ、この石英の比誘電率εは３．８である。
図５（Ｂ）から明らかなように、マイクロ波の反射率５％以下を維持するには、高さＨ１を１１．０〜１３．０ｍｍの範囲内に設定するのが好ましいことを確認することができた。尚、窒化アルミ（ＡｌＮ）の比誘電率は８．０程度なので、上記アルミナと略同じであり、窒化アルミに対してもアルミナで求めた上記寸法を適用することができる。
【００４８】
尚、上記プラズマ処理装置の構成は単に一例を示したに過ぎず、これに限定されない。また、遅波部材９８の材質や比誘電率は、単に一例を示したに過ぎず、これらに限定されない。特に、給電部１００の高さＨ１は使用する材料の比誘電率に対応させて最適化するのは勿論である。
また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係るマイクロ波導入装置を用いたプラズマ処理装置の一例を示す構成図である。
【図２】本発明のマイクロ波導入装置における平面アンテナ部材と遅波部材の中心部を示す拡大図である。
【図３】遅波部材の中心部を示す斜視図である。
【図４】特性インピーダンスを求める時の遅波部材の中心部における各部の寸法を模式的に示す図である。
【図５】遅波部材の給電部の高さとマイクロ波の反射率との関係を示すグラフである。
【図６】従来の一般的なプラズマ処理装置を示す概略構成図である。
【図７】平面アンテナ部材と遅波部材の中心部を示す拡大図である。
【図８】遅波部材の中心部を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５０】
４２  プラズマ処理装置
４４  処理容器
４６  載置台
５４  バス導入手段
８８  天板
９２  マイクロ波導入手段
９４  平面アンテナ部材
９６  スロット
９８  遅波部材
１００  給電部
１００Ａ  側面
１０２  貫通孔
１０４  導波箱
１０６  冷却ジャケット（冷却手段）
１０８  同軸導波管
１０８Ａ  中心導体
１０８Ｂ  外側導体
１１２  矩形導波管
１１４  マイクロ波発生器
Ｗ  半導体ウエハ（被処理体）
【図１】
2007335346.tif 000003
【図２】
2007335346.tif 000004
【図３】
2007335346.tif 000005
【図４】
2007335346.tif 000006
【図５】
2007335346.tif 000007
【図６】
2007335346.tif 000008
【図７】
2007335346.tif 000009
【図８】
2007335346.tif 000010