(57)【要約】【課題】マイクロ波を用いたプラズマ処理装置において、プラズマ処理の均一性を向上する。【解決手段】内部が減圧排気される処理室１１４と、処理室１１４内に設けられ被処理基板１０９が配置される基板電極１１０と、処理室１１４内にプラズマ発生用電磁波によりプラズマを発生させるプラズマ発生装置と、処理室内に処理ガスを供給する供給系と、処理室内を排気するための真空排気系とを有するプラズマ処理装置において、直線状導波管２０１、正方形導波管２０２、円形導波管２０３を介して、直線状導波管２０４に分岐するプラズマ発生用電磁波の振幅と位相差を制御して、リング状空洞共振器２０９内に進行波を励振する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が減圧排気される処理室と、
前記処理室内に設けられ被処理基板が配置される基板電極と、
前記処理室内にプラズマ発生用電磁波によりプラズマを発生させるプラズマ発生装置と、
前記処理室内に処理ガスを供給する供給系と、
前記処理室内を排気するための真空排気系と、を有するプラズマ処理装置において、
前記プラズマ発生用電磁波の導入経路と同心に設置されたリング状空洞共振器を備え、
前記リング状空洞共振器内の電磁波の振幅と位相差を調整して右方向又は左方向の進行波を励振することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
前記リング状空洞共振器が放射状に形成した複数の直線状の導波管と円弧状の導波管を接続して環状に形成され、前記リング状空洞共振器内の電磁波の振幅と位相差を調整して前記リング状空洞共振器内に右方向又は左方向の進行波を励振することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載のプラズマ処理装置において、
前記リング状共振器内の前記プラズマ発生用電磁波の振幅と位相差の調整において、前記複数の直線状の導波管内に配置された誘電体板の位置調整により位相を制御することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項２に記載のプラズマ処理装置において、
前記リング状共振器内の前記プラズマ発生用電磁波の振幅と位相差の調整において、放射状に形成した前記複数の直線状の導波管の幅を異なる値に設定して位相を調整することに特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項２に記載のプラズマ処理装置において、
前記プラズマ発生用電磁波の導入経路が、方形導波管、正方形導波管及び円形導波管を接続して形成され、前記円形導波管の下部に配置されたテーパ状部材により前記放射状に形成した複数の直線状の導波管に前記プラズマ発生用電磁波を分岐することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
前記進行波の励振に複数の給電点に位相差を持つ電磁波を供給して行うことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
前記リング状空洞共振器が放射状に形成した複数の直線状の導波管と半円状の導波管と複数の直線状の導波管を接続して長円形状に形成され、前記リング状空洞共振器内の電磁波の振幅と位相差を調整して前記リング状空洞共振器内に右方向又は左方向の進行波を励振することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】
内部が減圧排気される処理室と、
前記処理室内に設けられ被処理基板が配置される基板電極と、
前記処理室内にプラズマ発生用電磁波によりプラズマを発生させるプラズマ発生装置と、
前記処理室内に処理ガスを供給する供給系と、
前記処理室内を排気するための真空排気系と、を有するプラズマ処理装置において、
前記プラズマ発生用電磁波の導入経路と同心に設置されたリング状空洞共振器を備え、
前記リング状空洞共振器が半円状の導波管と複数の直線状の導波管を接続して長円形状に形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項９】
請求項８記載のプラズマ処理装置において、
前記進行波の励振を複数の給電点に位相差を持つ電磁波を供給して行うことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１０】
請求項８記載のプラズマ処理装置において、
前記リング状空洞共振器が放射状に形成した複数の直線状の導波管と円弧状の導波管を接続して長円形状に形成され、前記リング状空洞共振器内の電磁波の振幅と位相差を調整して前記リング状空洞共振器内に右方向又は左方向の進行波を励振することを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は被処理基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体メモリやロジックＬＳＩ等の半導体装置の製造に用いられる基板は、生産性向上等のために大径化する傾向にあり、最先端の半導体メモリ等の半導体装置では直径３００ｍｍのシリコン基板を用いることが主流となっている。さらに直径４５０ｍｍと巨大なシリコン基板が必要との意見もあり、基板大径化の傾向は続くと考えられる。これらの半導体装置の製造工程でプラズマ処理装置が用いられるが、被処理基板上に均一なプラズマ処理を施す必要があり、被処理基板の大径化に伴う技術的な難易度は増す傾向にある。
【０００３】
被処理基板上で均一なプラズマ処理を施すには、当然ながら被処理基板付近でのプラズマの密度や温度などのプラズマ特性の分布が重要であり、プラズマ分布をプラズマ処理均一化の観点から最適化する技術が重要となっている。
【０００４】
マイクロ波電力によりプラズマを発生させるプラズマ処理装置は、低圧力下でも高密度のプラズマを生成でき、また、静磁界との併用でプラズマの分布を静磁界分布調整で容易に制御できる等の特徴を持ち、前記半導体装置の製造等に広く用いられている。前述の基板大径化の傾向に対応してマイクロ波プラズマ処理装置においても、プラズマ分布の制御が重要である。
【０００５】
しかし、マイクロ波は波長が数ｃｍから十数ｃｍ程度と短く波長と同等オーダーの寸法でマイクロ波の分布が変わりやすく、広い範囲で均一なプラズマ処理を得るべくマイクロ波の分布を最適化することが困難となる傾向にある。
【０００６】
マイクロ波を用いてプラズマを発生させるプラズマ源において、例えば下記の従来技術がある。特許文献１には、プラズマ発生用のマイクロ波を処理室内に放射するため、方形導波管をリング状に配置した空洞共振器を用いた例が開示されている。該空洞共振器のプラズマ処理室側にはスロットアンテナが配置され、プラズマ処理室に効率よくマイクロ波電力を放射してプラズマを発生させることが出来る。リング状の空洞共振器を励振するために方形導波管を接続してマイクロ波を供給する構造としている。
【０００７】
特許文献２では、従来技術１におけるリング状空洞共振器を励振するために同軸線路をリング状空洞共振器と同軸に配置して励振することで空洞共振器内電磁界の偏りを低減している。
【０００８】
最初に、図１１において、特許文献２に記載されている従来例のエッチング装置について簡単に説明する。
【０００９】
高周波電源１１７により発生した電磁波が導波管１１９により、アイソレータ１２１，自動整合機１２０を介して同軸導波管変換器１１８で同軸線路１０１に伝送される。高周波電源１１７として発振周波数２．４５ＧＨｚのマグネトロンを用いた。さらに同軸線路１０１中を電磁波は伝送され、導体１０２と誘電体板１０３からなる分岐回路１１１により複数の短い同軸線路１０４に分岐されてリング状の空洞共振器１０５にもたらされる。
【００１０】
リング状の空洞共振器１０５の下部には放射状に複数のスロット１０６が設けられ、誘電体窓１０７、シャワープレート１０８を介して処理室１１４に放射される。誘電体窓１０７およびシャワープレート１０８の材質としては石英を用いた。シャワープレート１０８は誘電体窓１０７とシャワープレート１０８の間の微小な間隙を介して図示しない処理ガスの供給系から供給される処理ガスを処理室１１４内にシャワー状に供給できるように図示しない微小なガス供給孔が多数設けられている。
【００１１】
また、処理室１１４には図示しない真空排気系が接続され、処理室１１４内を真空排気すると共に、処理室１１４内を処理に適した所定の圧力に保持する働きをもつ。処理室１１４内には被処理基板１０９を戴置するための基板電極１１０が設置されている。基板電極１１０にはバイアス電源１１５が自動整合機１１６を介して接続され、被処理基板１０９にバイアス電位を与えることができる。バイアス電源１１５の周波数としては４００ｋＨｚのものを用いた。
【００１２】
処理室１１４の周囲には静磁界の発生手段１１２が設けられ、処理室１１４内に静磁界を加えることができる。処理室１１４内に電子サイクロトロン共鳴となる静磁界（周波数２．４５ＧＨｚの場合、０．０８７５テスラ）を発生させることで、高真空域でもプラズマの発生を容易にし、広い圧力範囲でのプラズマ処理を可能にすることができる。また静磁界の分布を調整することで、前記電子サイクロトロン共鳴を起こす位置やプラズマの拡散を制御して、プラズマの分布を調整することができる。
【００１３】
また、リング状の空洞共振器１０５のリングの内側にも静磁界の発生手段１１３が設けられ、静磁界の制御可能な範囲を拡大することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平９−２７０３８６号公報
【特許文献２】特開２００７−３５４１１号公報
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】中島将光著、マイクロ波工学、森北出版
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
特許文献１，２の従来技術において、リング状空洞共振器内の電磁界は電界定在波を形成する。図１２にリング状空洞共振器内の電界強度分布の一例を示す。電界の高い部分と低い部分を等高線状に示している。図１２の例では電界の定在波が形成され、８箇所の電界強度の強い腹部、電界強度の弱い節部がある。これらの腹節の位置は固定されており、プラズマ処理室内にも空洞共振器内の電界強度腹節に対応した電界強度の強弱が発生する問題点があることがわかった。
【００１７】
そのため、処理室１０４内に発生するプラズマも不均一となる。この不均一により真空処理室を気密に保持しつつマイクロ波を透過させる誘電体窓部のプラズマによる削れが局所的に大きくなる、あるいは、被処理基板に施すプラズマ処理の均一性に悪影響を与える、等の不具合が生じる場合があることがわかった。
【００１８】
本発明が解決しようとする第１の課題は、リング状空洞共振器内に生ずる定在波に起因する不均一を解決することである。
【００１９】
また、特許文献２の従来技術において、リング状空洞共振器の励振に同軸線路を用いていたが、高出力のマイクロ波電力を投入する場合に同軸線路が加熱される問題点があることがわかった。
【００２０】
本発明が解決しようとする第２の課題は、高出力のマイクロ波電力投入を可能とするように、特許文献２の従来技術を改良したプラズマ処理装置を提供することである。
【００２１】
本発明が解決しようとする第３の課題は、種々の被処理基板形状への対応である。特許文献１，２の従来技術では、リング状空洞共振器を用いており、被処理基板が円形の場合のプラズマ処理に適している。しかし、近年、液晶ディスプレイ等製造の分野で長方形の被処理基板を用いる場合があり、この分野でも生産性向上を主目的に基板の大型化が進んでいる。これらの非円盤状の基板に対しても均一なプラズマ処理を行うことが求められている。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
第１の課題に対して、リング状空洞共振器内に電磁波を励振する場所を複数準備し、位相を最適化してリング状共振器内に定在波でなく進行波を励振することで、本発明の第１の課題は解決できる。
【００２３】
第２の課題に対して、リング状空洞共振器の励振に同軸線路に代えて、円形導波管と方形導波管からなる構造を用いることで、第２の課題は解決できる。
【００２４】
第３の課題に対して、空洞共振器を直線状の方形導波管と円弧状の方形導波管を組合せて構成することで、プラズマ生成領域の配置自由度を高めて、被処理基板の大型化に対応することが出来る。
【００２５】
本発明のプラズマ処理装置は、内部が減圧排気される処理室と、前記処理室内に設けられ被処理基板が配置される基板電極と、前記処理室内にプラズマ発生用電磁波によりプラズマを発生させるプラズマ発生装置と、前記処理室内に処理ガスを供給する供給系と、前記処理室内を排気するための真空排気系と、を有するプラズマ処理装置であって、前記プラズマ発生用電磁波の導入経路と同心に設置されたリング状空洞共振器を備え、前記リング状空洞共振器内の電磁波の振幅と位相差を調整して右方向又は左方向の進行波を励振することを特徴とする。
【００２６】
本発明のプラズマ処理装置は、更に、前記リング状空洞共振器が放射状に形成した複数の直線状の導波管と円弧状の導波管を接続して環状に形成され、前記リング状空洞共振器内の電磁波の振幅と位相差を調整して前記リング状空洞共振器内に右方向又は左方向の進行波を励振することを特徴とする。
【００２７】
本発明のプラズマ処理装置は、更に、前記リング状共振器内の前記プラズマ発生用電磁波の振幅と位相差の調整において、前記複数の直線状の導波管内に配置された誘電体板の位置調整により位相を制御することを特徴とする。
【００２８】
本発明のプラズマ処理装置は、更に、前記リング状共振器内の前記プラズマ発生用電磁波の振幅と位相差の調整において、放射状に形成した前記複数の直線状の導波管の幅を異なる値に設定して位相を調整することに特徴とする。
【００２９】
本発明のプラズマ処理装置は、更に、前記進行波の励振に複数の給電点に位相差を持つ電磁波を供給して行うことを特徴とする。
【００３０】
本発明のプラズマ処理装置は、更に、前記リング状空洞共振器が放射状に形成した複数の直線状の導波管と半円状の導波管と複数の直線状の導波管を接続して長円形状に形成され、前記リング状空洞共振器内の電磁波の振幅と位相差を調整して前記リング状空洞共振器内に右方向又は左方向の進行波を励振することを特徴とする。
【００３１】
本発明のプラズマ処理装置は、更に、前記プラズマ発生用電磁波の導入経路が、方形導波管、正方形導波管及び円形導波管を接続して形成され、前記円形導波管の下部に配置されたテーパ状部材により前記放射状に形成した複数の直線状の導波管に前記プラズマ発生用電磁波を分岐することを特徴とする。
【００３２】
また、本発明のプラズマ処理装置は、内部が減圧排気される処理室と、前記処理室内に設けられ被処理基板が配置される基板電極と、前記処理室内にプラズマ発生用電磁波によりプラズマを発生させるプラズマ発生装置と、前記処理室内に処理ガスを供給する供給系と、前記処理室内を排気するための真空排気系と、を有するプラズマ処理装置であって、前記プラズマ発生用電磁波の導入経路と同心に設置されたリング状空洞共振器を備え、前記リング状空洞共振器が半円状の導波管と複数の直線状の導波管を接続して長円形状に形成されていることを特徴とする。
【００３３】
また、本発明のプラズマ処理装置は、更に、前記進行波の励振を複数の給電点に位相差を持つ電磁波を供給して行うことを特徴とする。
【００３４】
また、本発明のプラズマ処理装置は、更に、前記リング状空洞共振器が放射状に形成した複数の直線状の導波管と円弧状の導波管を接続して長円形状に形成され、前記リング状空洞共振器内の電磁波の振幅と位相差を調整して前記リング状空洞共振器内に右方向又は左方向の進行波を励振することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、リング状空洞共振器内に進行波を励振することで、定在波に起因するプラズマ密度の空間的な変動を防止でき、均一なプラズマ処理を可能とする効果がある。
【００３６】
また、空洞共振器の励振に円形導波管と方形導波管を主要素とする立体回路系を用いることで、同軸線路を用いた励振系に比べ、マイクロ波電力損失の低減や耐電圧向上による高出力の投入を可能とする効果がある。
【００３７】
また、本発明の適用により空洞共振器の形状自由度が高まる効果があるため、大型の処理基板に対する均一なプラズマ処理が容易に行えるほか、処理基板の形状に応じたプラズマ発生領域を設定できるため、プラズマ発生用のマイクロ波電力有効利用や、装置寸法を必要最低限の大きさに小型化できる効果がある。
【００３８】
その他、従来技術に比べて、プラズマ密度分布の均一化が図れ、被処理基板に施すプラズマ処理の面内均一性が向上する他、マイクロ波導入窓のプラズマ不均一に起因する局所的な消耗を防止することが出来る。また高出力のマイクロ波を投入可能となり、最適なプロセス条件を探索する範囲を拡大することができる。またマイクロ波電力の損失も減るためエネルギー消費を減らす効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は本発明の実施例１のエッチング装置の説明図である。
【図２】図２は方形導波管と円形導波管ＴＭ０１モードへの変換器を示す斜視図である。
【図３】図３は２点の給電点で線路内に進行波を励振する概念の説明図である。
【図４】図４は円形導波管ＴＭ０１モードから複数の方形導波管に分岐する回路を示す斜視図である。
【図５】図５は移相器を示す断面図であり、（ａ）は方形導波管のマイクロ波の伝送方向に垂直な断面、（ｂ）は方形導波管のマイクロ波の伝送方向に平行な断面を示している。
【図６】図６は方形導波管とリング状空洞共振器の接続関係を示す説明図である。
【図７】図７は方形導波管とリング状空洞共振器の接続関係を示す他の説明図である。
【図８】図８は円状の空洞共振器と内部の電界強度分布を示す図である。
【図９】図９は長円状の空洞共振器と内部の電界強度分布を示す図である。
【図１０】図１０は本発明の実施例２のエッチング装置の説明図である。
【図１１】図１１は従来例のマイクロ波を用いたエッチング装置の構成の概略図である。
【図１２】図１２は従来例のリング状空洞共振器内部の電界強度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、図１から図１０を用いて、本発明にかかる一実施例として本発明を用いたプラズマエッチング装置を説明する。
【００４１】
上述したように、図１１に示される従来例のエッチング装置では、高周波電源１１７により発生した電磁波が導波管１１９によりアイソレータ１２１、自動整合機１２０を介して同軸導波管変換器１１８で同軸線路１０１に伝送される。高周波電源１１７として発振周波数２．４５ＧＨｚのマグネトロンを用いた。さらに同軸線路１０１中を電磁波は伝送され、導体１０２と誘電体板１０３からなる分岐回路１１１により複数の短い同軸線路１０４に分岐されてリング状の空洞共振器１０５にもたらされる。
【００４２】
リング状の空洞共振器１０５の下部には放射状に複数のスロット１０６が設けられ、誘電体窓１０７、シャワープレート１０８を介して処理室１１４に放射される。誘電体窓１０７およびシャワープレート１０８の材質としては石英を用いた。シャワープレート１０８は誘電体窓１０７とシャワープレート１０８の間の微小な間隙を介して図示しない処理ガスの供給系から供給される処理ガスを処理室１１４内にシャワー状に供給できるように図示しない微小なガス供給孔が多数設けられている。
【００４３】
また、処理室１１４には図示しない真空排気系が接続され、処理室１１４内を真空排気すると共に、処理室内を処理に適した所定の圧力に保持する働きをもつ。処理室１１４内には被処理基板１０９を戴置するための基板電極１１０が設置されている。基板電極１１０にはバイアス電源１１５が自動整合機１１６を介して接続され、被処理基板１０９にバイアス電位を与えることができる。バイアス電源１１５の周波数としては４００ｋＨｚのものを用いられている。
【００４４】
処理室１１４の周囲には静磁界の発生手段１１２が設けられ、処理室１１４内に静磁界を加えることができる。処理室１１４内に電子サイクロトロン共鳴となる静磁界（周波数２．４５ＧＨｚの場合、０．０８７５テスラ）を発生させることで、高真空域でもプラズマの発生を容易にし、広い圧力範囲でのプラズマ処理を可能にすることができる。また静磁界の分布を調整することで、前記電子サイクロトロン共鳴を起こす位置やプラズマの拡散を制御して、プラズマの分布を調整することができる。
【００４５】
また、リング状の空洞共振器１０５のリングの内側にも静磁界の発生手段１１３が設けられ、静磁界の制御可能な範囲を拡大することができる。
【００４６】
上述のように図１１に示すエッチング装置には、以下の課題があった。
［課題１］高出力投入時に同軸導波管部が発熱する場合がある。
［課題２］空洞共振器内に生じる電界定在波のパターンに対応したエッチング速度の不均一が生じる場合がある。
【００４７】
課題１に対応してリング状空洞共振器の励振構造を見直した。最初に同軸導波管を円形導波管に置き換える構造を検討した。検討にあたり、同軸線路、円形導波管、方形導波管など公知のマイクロ波伝送線路の特性を上記の非特許文献１により確認した。
【００４８】
同軸導波管の基本モードは中心軸から放射状の電界を持っており、円形導波管のＴＭ０１モードと類似であることが知られている。また同様に円形導波管のＴＭ０１モードは方形導波管のＴＭ１１モードと類似である。
【００４９】
そこで、同軸導波管をＴＭ０１モードで動作する円形導波管に置き換えることにした。同軸線路は内部導体表面に多くの電流が流れ、内部導体の表面抵抗に起因する損失がある。
【００５０】
一方、円形導波管では内部導体が無く、同軸線路に比べて電力損失が小さい傾向がある。図２に、方形導波管からＴＭ０１モードで動作する円形導波管への変換器の構造を検討した結果を示す。
【００５１】
図２に示すように、方形導波管２０１はＷＲＪ−２規格（断面が１０９．２ｍｍ×５４．６ｍｍ）のものを用いた。断面が正方形となる導波管２０２で方形導波管２０１のＴＭ１１モードに変換し、さらに円形導波管２０３に接続して円形導波管２０３のＴＭ０１モードに変換することとした。
【００５２】
円形導波管２０３の最低次の伝送モードはＴＥ１１モード、次いでＴＭ０１モード、次いでＴＥ２１モードであることが知られている。円形導波管２０３の直径として、ＴＭ０１モードは透過するが、ＴＥ２１モードは透過しない直径１１０ｍｍとすることでＴＭ０１モード以上の高次モードが混在することを防止した。
【００５３】
以上の検討から、方形導波管２０１、正方形導波管２０２、及び円形導波管２０３の接続関係を図２の様に決定した。さらに正方形導波管２０２の全長と断面の一辺の長さ（断面形状）、正方形導波管２０２と方形導波管２０１の接続位置をパラメータにマイクロ波電磁界をシミュレーションすることで形状最適化を実施した。
【００５４】
最適化の基準として方形導波管２０１の入力ポートから投入した入射電力の円形導波管２０３の出力ポートに円形導波管のＴＭ０１モードとして出力される電力（以降、電力透過率と称す）を基準とした。
【００５５】
マイクロ波電磁界のシミュレーションは、マックスウェルの方程式を有限要素法により数値的に解くことで行った。その結果、正方形導波管２０２の断面の一辺の長さは１０９．２ｍｍと方形導波管２０１断面の長辺と同じ長さとし、正方形導波管２０２の全長は方形導波管ＴＭ１１モードの１波長相当の２００．６ｍｍ、方形導波管２０１は正方形導波管２０２の中央に接続することで電力透過率が極大となることがわかった。
【００５６】
以上、方形導波管２０１から円形導波管２０３のＴＭ０１モードへの変換器の検討例を示したが、変換効率が高く、耐圧に問題なければ、他の形式の変換器を用いることも可能である。
【００５７】
次に、課題２に対応する改善策を検討した。一般に、導波管中で互いに逆方向に進行する波が重畳すると、特定の場所に電界強度の腹節を持つ定在波が出来ることが知られている。両者の波の電力または振幅が同じであれば、節の位置で電界は常にゼロとなる。電力が異なれば定在波の大きさは減り、一方が無いと定在波は消える。そのため定在波の形成を防止するには、導波管中を互いに逆向きに進行する波のいずれか一方を無くすことが有効である。
【００５８】
リング状空洞共振器の場合は、リング内を右回りと左回りに伝播する波の重畳により定在波が発生する。図１２に示す従来例の特許文献２によるリング状共振器の励振方法では、各励振点で右回りと左回りの波が同時に励振されるため、強い定在波が励振されることになる。
【００５９】
図１２にリング状共振器内の電界定在波のパターンを例示する。電界の大きさを等高線分布で表示している。図１２の例ではリング内に４波長分の波が入っており、対応する８つの腹部、節部があることがわかる。
【００６０】
右回りまたは左回りの進行波を消すために、２つの給電点で位相差を持って給電することを検討した。図３を用いて概念的に説明する。
【００６１】
線路１に線路Ａ、線路Ｂがそれぞれ給電点Ａ、給電点Ｂで接続しているとする。線路Ａから給電点Ａを介して線路１に送る波は左に進行する波（左Ａ波と記載）と右に進行する波（右Ａ波と記載）に分かれる。同様に線路Ｂから送る波は給電点Ｂを通り、右方向に進行する波（右Ｂ波）、左方向に進行する波（左Ｂ波）となる。
【００６２】
例えば、右方向の進行波のみを線路１に励振する場合には、左Ａ波と左Ｂ波が互いに打ち消しあい、右Ａ波と右Ｂ波が打ち消しあわない様にすればよい。２つの波が打ち消しあうには、振幅が同じで位相差を＋１８０度または−１８０度とすればよい。給電点Ａでの左Ｂ波の位相は、左Ｂ波が給電点Ｂから給電点Ａに至るまでに生じる位相変化と元の給電点Ｂに供給される時点の位相の和となる。
【００６３】
給電点Ｂから給電点Ａに至るまでに生じる位相変化は、線路１内での１波長あたり３６０度となるので、比例関係から容易に算出できる。以上より給電点Ａで左Ａ波に対する左Ｂ波の位相差を±１８０度に調整して左方向の進行波を打ち消すことが出来る。
【００６４】
例えば、給電点Ａに位相０度で波を供給し、給電点Ａと給電点Ｂの距離を線路１の波長基準で１／４波長とし、給電点Ｂでの位相を９０度とした場合を考える。この場合、給電点Ａにて左Ｂ波の位相は１８０度となり、振幅が同じであれば左Ａ波を打ち消す。一方、給電点Ｂでの右Ａ波は位相９０度となり右Ｂ波の位相９０度と同じとなり互いに打ち消しあうことは無い。
【００６５】
以上、２つの給電点Ａ、Ｂにより、左方向の進行波を打ち消す場合を説明したが、右方向の進行波を打ち消すことも、同様に振幅と位相差を調整することで可能となる。また給電点が３つ以上の場合も同様に右方向、左方向のいずれか一方の進行波を打ち消すことが可能である。３つ以上の同方向に進行する波が互いに打ち消しあうよう調整する場合、各波を２つのグループに分け、各グループの重畳した波を考えることで、最終的に波が２つの場合に帰着させることが出来る。
【００６６】
位相差を与える方法として、経路長差を用いる方法を例示したが、他の公知の方法を用いても良い。例えば方形導波管の最低次モードであるＴＥ１１モードの管内波長は長辺の長さに依存することが知られており、この方法により管内波長を変えて位相差を与えても良い。また誘電体を装荷することでも管内波長の調整は可能であるし、線路内に不連続部を設けて位相差を設けることも出来る。
【００６７】
次に、円形導波管ＴＭ０１モードから分岐する立体回路について検討した。検討の結果を図４に示す。図４は円形導波管２０３から４つの方形導波管２０４、２０５、２０６、２０７に分岐する分岐回路の斜視図である。
【００６８】
円形導波管２０３の上側ポートから円形導波管ＴＭ０１モードのマイクロ波が入射する。円形導波管２０３の底部にはテーパ状部材２０８が設けられマイクロ波を効率よく各方形導波管２０４、２０５、２０６、２０７に分岐することが出来る。本立体回路の材質はマイクロ波に対する損失を小さくするため銅やアルミニウムなど導電率の高い金属とすることが望ましい。さらに損失を低減するためにマイクロ波の通る内面をさらに導電率の高い材料として例えば銀でメッキしても良い。本実施例ではアルミニウム製とした。
【００６９】
方形導波管２０４と２０７および方形導波管２０５と２０６は互いにその中心軸を１８０度異なる一直線上に配置した。円形導波管２０３のＴＭ０１モードはその電磁界が周方向に変化しないため、円形導波管２０３の中心軸に対する方形導波管２０４、２０５、２０６、２０７の配置方向には自由度が高い。即ち方形導波管２０４、２０５、２０６、２０７の方向を変えて配置してもマイクロ波電力の分岐比はほとんど変化しない。  方形導波管２０４、２０５、２０６、２０７は方形導波管の最低次モードであるＴＥ１１モードのみが透過するサイズとした。
【００７０】
以上の構成を最適化するためにマイクロ波電磁界シミュレーションを行った。シミュレーションは、基本方程式であるマックスウェルの方程式を有限要素法により解くことで実施した。テーパ状部材２０８の高さと底面の径を調整することで、円形導波管２０３の入力ポートに入射した電力が少ない反射で各方形導波管に均等に分配されることを確認した。以上、出力導波管が４個の場合を説明したが、他の個数についても同様である。
【００７１】
前述の様に、リング状共振器内に進行波を励振するには、複数の励振箇所に所望の位相差を持つ波を与える必要がある。図４に示す分岐回路の出力側方形導波管に適用できる位相を制御するための移相器について検討した。
【００７２】
方形導波管内に設置できる移相器については、非特許文献１に記載の公知の構造を用いた。図５に構造の概略を示す。図５の（ａ）は方形導波管２０４〜２０７のマイクロ波の伝送方向に垂直な断面、図５の（ｂ）はマイクロ波の伝送方向に平行な断面を示す。
【００７３】
方形導波管２０４〜２０７の内部に支持棒２１０を備えた誘電体板２１１を装荷している。支持棒２１０により図５の（ａ）におけるＸ軸方向の誘電体板２１１の位置を調整することが出来る。一般に誘電体中で電磁波は誘電率に応じて波長が短縮することが知られている。また方形導波管２０４〜２０７の最低次モードであるＴＥ１１モードでは図５の（ａ）におけるＸ軸方向に電界の大きさが変化し、導波管２０４〜２０７の中央で最大、管壁でゼロとなることが知られている。
【００７４】
従って、誘電体板２１１の位置を調整すると、方形導波管２０４〜２０７内部の電磁界に与える影響が変化し、誘電体板２１１が管壁近傍にあるとき波長短縮効果は小さく、導波管中央にあるとき波長短縮効果は最大となる。方形導波管２０４〜２０７中の波長が変化すると、出力端での波の位相が波長に応じて変化する。従って誘電体板２１１の位置調整により位相を制御することが出来る。
【００７５】
本実施例では、誘電体板２１１の材質としてアルミナセラミックを用いた。また支持棒２１０の材質として同様にアルミナセラミックを用いたが、反射波の影響が少ない場合には金属製としても良い。また誘電体板２１１の形状として、図５の（ｂ）に示すように平行四辺形のものを用いた。この平行四辺形の形状とすることで、電磁波の進行方向に対する等価的な誘電率の急変を防止できるため、誘電体板２１１による反射波を低減することが出来る。ただしこの反射波の影響が小さい場合には、長方形としても良い。
【００７６】
図５に示す例では、支持棒２１０は導波管の対向する管壁も貫通した例を示しているが、必ずしも貫通する必要は無い。支持棒２１０を貫通させることで誘電体板２１１の位置を安定させる効果があるが、支持棒２１０によるマイクロ波電力反射の影響も大きくなる。また、支持棒２１０の長さをおよそ半分にして導波管壁の片側のみ貫通するようにしても良い。
【００７７】
図１２に示す従来例のリング状空洞共振器では、全周の３６０度中に４波長分が入っており、１波長の経路は９０度となることがわかる。図３における線路１がリング状空洞共振器に相当する。リング状空洞共振器に複数の給電点を設け、給電点に供給する波の位相を調整することで、リング状空洞共振器内の定在波を無くし、右回りまたは左回りの進行波とすることが出来る。
【００７８】
本実施例では給電点の間隔を６７．５度とした。経路差として３／４波長に相当する角度で、給電点間の伝播による位相差は２７０度となる。従って各給電点には−９０度の位相差の波を供給すれば、トータルの位相差が１８０度となり、図３を用いて説明したようにリング状共振器内に進行波を励振することが出来る。
【００７９】
図６にリング状空洞共振器２０９と励振用方形導波管２０４〜２０７の接続関係を示す。各方形導波管２０４〜２０７の中心軸を一点鎖線で示す。給電点をリング状共振器内面と方形導波管の中心軸の交点と定義した。
【００８０】
図６に示すように方形導波管２０４と２０５の中心軸は６７．５度の角度を持って交差するよう配置した。各方形導波管２０４〜２０７には可動の位相調整用誘電体板２１１が装荷されており、各方形導波管２０４〜２０７の出力端でのマイクロ波の位相を調整できる。
【００８１】
方形導波管２０４と方形導波管２０５の位相差を−９０度に調整すれば、リング状空洞共振器内に進行波を励振することが出来る。方形導波管２０４と２０７、また方形導波管２０５と２０６は互いに１８０度異なる方向を向いている。９０度がリング状空洞共振器内の１波長に相当するので、これら２組の方形導波管はそれぞれ２波長異なる位置を励振することになる。進行波を励振するのに必要最低限の給電点数に対し、増加させることで、リング状空洞共振器内の電界分布をより均一化することが出来る。
【００８２】
図７にリング状空洞共振器と励振用方形導波管の他の例を示す。図６に示す例と異なる点のみを説明する。図６に示す例では、既に説明したように、各励振用方形導波管２０４〜２０７の中に位相調整用の誘電体板２１１が設置され、その誘電体板２１１の位置により各方形導波管２０４〜２０７の出力の位相調整を行うことができた。
【００８３】
一方、図７に示す他の例では、位相調整は方形導波管の幅（ｄ，Ｄ）により行っている。図６に示す例と比べ、細かい調整は困難であるが、構造が単純となる利点がある。方形導波管の最低次モードであるＴＥ１１モードの波長は方形導波管幅（ｄ，Ｄ）により決まることが広く知られており、非特許文献１にも記載されている。導波管幅（ｄ，Ｄ）を調整して所望の位相差を与えることが出来る。
【実施例１】
【００８４】
図１は本発明の実施例１のエッチング装置の説明図である。図１は、図１１に示す特許文献２の従来技術を改良した結果を示している。
【００８５】
共通する部分の説明を省略する。図１１の同軸導波管変換器１１８に替えて、図２に示す円形ＴＭ０１モード変換器を用いた。これにより、図１１の同軸導波管１０１を円形導波管２０３に置き換えた。円形導波管２０３は、図２にて説明したように円形導波管ＴＭ０１モードより高次のモードを伝送しない直径となっている。
【００８６】
図１１の分岐回路１１１に替えて、図５に示す分岐回路を用いた。分岐回路の方形導波管２０４〜２０８中には、図５に示す移相器を図６のように用いた。図５に示す移相器に替えて図７で説明した様に異なる幅を持つ方形導波管２０４〜２０８を用いて位相を調整しても良い。
【００８７】
さらに図１０に示すようにリング状空洞共振器１０５、放射状スロット１０６の下部に空洞部１００１を設けても良い。空洞部１００１の高さを変えてマイクロ波の整合状態を調整し安定したプラズマ生成を可能とするほか、放射状スロット１０６と誘電体窓１０７の距離を離すことによりスロット直下で強くなるマイクロ波電磁界の分布を緩和することが出来る。
【００８８】
また図１、図１０に示す例では、静磁界の発生手段１１２を設けた例を示しているが、電子サイクロトロン共鳴現象や静磁界分布調整によるプラズマ分布調整効果が不要な場合は省略しても良い。静磁界発生手段の省略により、装置の製造コスト低減や、消費電力低減の効果がある。
【００８９】
図８は円状の空洞共振器と内部の電界強度分布を示す図である。本実施例では、円状のリング状空洞共振器２０９内に右回りの進行波または左周りの進行波を励振することにより、図１２の従来例のリング状空洞共振器２０９内に発生する電界定在波の腹部と節部によるマイクロ波電磁界の分布の不均一性が緩和される。
【実施例２】
【００９０】
次に、第３の課題である、種々の基板形状への対応に関して説明する。被処理基板の大型化に対応して基板に均一なプラズマ処理を施すには、基板寸法に応じた範囲で均一なプラズマを生成する必要がある。特許文献１、特許文献２ではリング状空洞共振器のリング径を被処理基板の径に対応して調整することで、プラズマの生成範囲を調整でき、大型化に対応できる。ただし、空洞共振器の形状がリング状であるため、例えば被処理基板が長方形など円形でない形状の場合に対応しにくい問題があった。
【００９１】
この課題に対し、図９に示すようにリング状空洞共振器２０９の一部に直線部を追加した長円状の空洞共振器を用いることが出来る。リング状空洞共振器を半円上に２分割し、間に長さが半波長の整数倍で幅がリング状空洞共振器と滑らかに接続する寸法となる直線状導波管を接続することで、図９に示す長円形状のリング状空洞共振器２０９を構成することが出来る。図９には空洞共振器内の電界強度分布もあわせて示す。
【００９２】
図１１と同様に等高線分布により電界強度分布を示している。図３で説明した方法により、図示のように、長円状の空洞共振器内に右回りの進行波あるいは左回りの進行波を励振することも可能であるが、長円状の空洞共振器内で定在波を励振した状態で処理の均一性などに問題が生じない場合は、定在波を用いても良い。追加する方形導波管の長さは半波長の整数倍の自由度があり、被処理基板の寸法に合わせて自由に選択できる。
【００９３】
同様に、リング状空洞共振器を４分割して間に直線状導波管を接続することで、略長方形状の空洞共振器を構成することが出来る。同様の手順でさらに複雑な配置の空洞共振器を構成することも可能である。
【００９４】
本発明は図１〜図１０に示すプラズマエッチング装置に限定されるものではなく、他のプラズマ発生方法によるプラズマエッチング装置にも適用可能である。また、その他のプラズマ処理として例えばプラズマＣＶＤ、プラズマアッシングにも適用可能である。
【符号の説明】
【００９５】
１０１  同軸線路
１０２  導体
１０３  誘電体板
１０４  同軸線路
１０５  リング状空洞共振器
１０６  放射状に複数のスロット
１０７  誘電体窓
１０８  シャワープレート
１０９  被処理基板
１１０  基板電極
１１１  分岐回路
１１２  静磁界の発生手段
１１３  静磁界の発生手段
１１４  処理室
１１５  バイアス電源
１１６  自動整合機
１１７  高周波電源
１１８  同軸導波管変換器
１１９  導波管
１２０  自動整合機
１２１  アイソレータ
２０１  方形導波管
２０２  正方形導波管
２０３  円形導波管
２０４  方形導波管
２０５  方形導波管
２０６  方形導波管
２０７  方形導波管
２０８  テーパ状部材
２０９  リング状空洞共振器
２１０  支持棒
２１１  可動の位相調整用誘電体板
１００１  空洞部
【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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