(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気よりも減圧された雰囲気を維持可能な真空チャンバと、
ループ状共振器と、
供給導波管と、
前記供給導波管と前記ループ状共振器とを結合する方向性結合器と、
前記供給導波管の端部に設けられたダミーロードと、
を備え、
前記ループ状共振器は、前記供給導波管からマイクロ波が導入されることによりマイクロ波の進行波を共振可能とし、
前記方向性結合器は、前記供給導波管から前記ループ状共振器にマイクロ波を導入するための結合部を有し、
前記結合部により、前記供給導波管から前記ループ状共振器に導入されるマイクロ波の位相条件が、前記ダミーロードにおけるマイクロ波のパワーが最低となるようにされ、
かつ、前記ループ状共振器内を伝搬する前記進行波の減衰係数との関連において、結合係数が、前記進行波が前記ループ状共振器内を一周する間に生ずる損失分を補充できるようにされ、
前記ループ状共振器において共振したマイクロ波の一部を前記真空チャンバに導入してプラズマを生成すること、を特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】
前記ループ状共振器の管路長は、その内部を伝搬する前記進行波の波長の整数倍と実質的に等しいことを特徴とする請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項３】
前記ループ状共振器と前記真空チャンバとの間に、前記マイクロ波の進行波を前記真空チャンバ内に導入する開口が前記ループ状共振器の管路全周に亘って連続的に設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ発生装置。
【請求項４】
前記開口は、誘電体からなることを特徴とする請求項３記載のプラズマ発生装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載のプラズマ発生装置を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ発生装置及びプラズマ処理装置に関し、特に、真空チャンバ内で大面積且つ均一なプラズマを発生させることができるプラズマ発生装置及びこれを備えたエッチング装置などのプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマを利用したドライエッチング、アッシング、薄膜堆積あるいは表面改質などのプラズマ処理は、半導体製造装置や液晶ディスプレイ製造装置など、電子産業をはじめとした各種の産業分野において広く利用されている。
【０００３】
このようなプラズマ処理を行う装置の代表的なものして、マイクロ波によりプラズマを励起する「マイクロ波励起型」のプラズマ処理装置がある。
【０００４】
マイクロ波励起型のプラズマ処理装置には、いくつかの種類があり、その一例として、真空チャンバ内にプロセスガスを導入し、マイクロ波導波管から導かれたマイクロ波をマイクロ波透過窓や同軸アンテナなどを介してプロセスガスに照射することにより真空チャンバ内にプラズマを発生させるものがある。このようにしてプロセスガスから活性種を生成し、これを真空チャンバ内に配置された被処理物の表面に供給することによって、ドライエッチングやアッシングなどのプラズマ処理を施すことができる。
【０００５】
処理すべき半導体ウェーハや液晶ディスプレイ用ガラス基板は、年々大面積化が進められているため、これらをプラズマ処理するために大面積にわたって密度が高く且つ均一なプラズマ発生装置が必要とされている。
【０００６】
このような要求に対して、特許第２８８６７５２号公報や特開平９−３０６９００号公報には、真空チャンバの周囲に環状の導波管を配置した構成が開示されている。
【０００７】
図１０及び図１１は、特開平９−３０６９００号公報に開示された環状導波管を表す模式図である。同図の構成において、図示しない真空チャンバは、環状導波管５０３の中央に配置される。マイクロ波電源から導入されたマイクロ波５２３は、分配ブロック５２１で左右に２分配され、自由空間よりも長い管内波長をもって伝搬する。このように伝搬するマイクロ波は、管内波長の１／２または１／４毎に設置されたスロット５２２から漏れ波５２５として放出される。そして、この環状導波管の内側に配置された真空チャンバ内に、誘電体透過窓などを介して導入される。
【０００８】
図１２は、特許第２８８６７５２号公報に開示されているマイクロ波導入装置の要部を表す模式図である。すなわち、同図において１０１は円筒状導波管、１０２はマイクロ波を円筒状導波管１０１からプラズマ処理室へ導入するために該円筒状導波管１０１の内側側壁に形成された複数のスロット、１０３はマイクロ波を円筒状導波管１０１に導入するためのマイクロ波導入部である。
【０００９】
プラズマを生成する真空チャンバ（図示せず）は、この円筒状導波管の中央に設置され、導波管の内側側壁に設けられたスロット１０２からマイクロ波が導入される。
【００１０】
図１０乃至図１２に例示したような環状導波管を用いると、従来のアンテナ式のプラズマ発生装置などと比較して、より大面積に亘ってプラズマを生成できる点で有利である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１０乃至図１２に例示したいずれのプラズマ発生装置も、環状導波管の中に形成されるマイクロ波は定在的な波動場を有し、この波動場からの漏れ波を取り出すという発想に基づいている。これは、所定の間隔で設けられた複数の狭いスロット１０２、５２２からマイクロ波を取り出すという構成からも明らかである。
【００１２】
しかし、このような従来の構成の場合、環状導波管内に形成されるマイクロ波に定在波（standing wave）の強度分布に応じてプラズマの分布に不均一が生ずるという本質的な問題がある。
【００１３】
例えば、図１０乃至図１２に例示した構成の場合には、そのスロット１０２、５２２の位置に応じたプラズマの強弱が生じ、強度分布は不均一なものとなる。
【００１４】
より一般的に説明すると、定在波が形成される場合、その波動場の強度分布には、建設的干渉（constructive interference）及び相殺的干渉（destructive interference）による極大と極小とが形成される。そして、これに対応して、プラズマのイオン化率に極大と極小の分布が生ずるために、電子、イオンあるいは活性種（radical）を含むプラズマの密度あるいはフラックスにも、極大と極小とを有する空間分布が生ずることとなる。つまり、マイクロ波の伝搬方向に沿って、プラズマの強度が周期的に変化する不均一が生ずる。
【００１５】
このような定在波の発生を防ぐために、外部的な吸収手段を設けて、マイクロ波が境界（boundary）に到達する前に吸収するという方法も考えられる。すなわち、進行波に対して反射波が重畳されると定在波が形成されるので、この反射波を吸収除去することにより定在波の発生を抑制することが可能である。
【００１６】
しかし、定在波を防ぐ目的で反射波を吸収するためには、マイクロ波を非常に高い効率で吸収する電磁波吸収手段が必要とされ、このような吸収手段を設けると、その部分において、マイクロ波が形成する波動場の強度は漸減する。その結果として、結局、十分な強度のマイクロ波が得られず、また同時に、イオン化率あるいはプラズマの密度に不均一が生ずることとなる。
【００１７】
以上説明したように、現状においては、マイクロ波の伝搬方向に沿って均一な強度分布を有し、強度的にみても効率的なマイクロ波励起型のプラズマ発生装置は実現されていない。
【００１８】
本発明はかかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、大面積に亘って均一性の高いプラズマを効率良く形成することが可能なプラズマ発生装置及びこれを備えたプラズマ処理装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のプラズマ発生装置は、大気よりも減圧された雰囲気を維持可能な真空チャンバと、ループ状共振器と、供給導波管と、前記供給導波管と前記ループ状共振器とを結合する方向性結合器と、前記供給導波管の端部に設けられたダミーロードと、を備え、前記ループ状共振器は、前記供給導波管からマイクロ波が導入されることによりマイクロ波の進行波を共振可能とし、前記方向性結合器は、前記供給導波管から前記ループ状共振器にマイクロ波を導入するための結合部を有し、前記結合部により、前記供給導波管から前記ループ状共振器に導入されるマイクロ波の位相条件が、前記ダミーロードにおけるマイクロ波のパワーが最低となるようにされ、かつ、前記ループ状共振器内を伝搬する前記進行波の減衰係数との関連において、結合係数が、前記進行波が前記ループ状共振器内を一周する間に生ずる損失分を補充できるようにされ、前記ループ状共振器において共振したマイクロ波の一部を前記真空チャンバに導入してプラズマを生成することを特徴とする。
【００２０】
上記構成によれば、ループ状共振器において均一な分布を有するマイクロ波の進行波を共振させ、その均一で強力なマイクロ波を真空チャンバに導入することにより、均一で且つ密度の高い大面積のプラズマを生成することができる。
【００２２】
方向性結合器を用いることにより、ループ状共振器に進行波を確実に励起させることができる。
【００２３】
また、前記ループ状共振器の管路長は、その内部を伝搬する前記進行波の波長の整数倍と実質的に等しいものとすれば、ループ状共振器に励起された進行波を確実に共振させることができる。
【００２４】
また、前記ループ状共振器と前記真空チャンバとの間に、前記マイクロ波の進行波を前記真空チャンバ内に導入する開口が前記ループ状共振器の管路全周に亘って連続的に設ければ、ループ状共振器において共振形成した進行波の波動場が有する均一且つ強力なマイクロ波を均一に真空チャンバ内に導入することができ、均一で密度が高い大面積のプラズマを生成することができる。
【００２５】
また、前記開口は、誘電体からなるものとすれば、マイクロ波の透過率も高く、真空と大気圧との間の圧力差にも十分に耐えうる点で有利である。
【００２６】
一方、本発明のプラズマ処理装置は、上記のいずれかに記載のプラズマ発生装置を備えたことを特徴とし、均一で密度が高い大面積のプラズマが得られるために、大面積の半導体ウェーハや液晶ディスプレイ用基板などに対して、均一且つ迅速にエッチング、アッシング、薄膜堆積、表面改質あるいはプラズマドーピングなどのプラズマ処理を実施することができる。
【００２７】
すなわち、上記構成によれば、反射波を吸収するための外部的な吸収手段を設けることななく、効率的にマイクロ波の進行波を形成することができる。その結果として、マイクロ波の伝搬方向に沿った強度分布を均一にでき、さらには、イオン化率、電子、イオンあるいは活性種の密度の分布の均一性が改善された大面積の非磁化プラズマを形成することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、具体例を参照しつつ詳細に説明する。
【００２９】
図１は、本発明の実施の形態にかかるプラズマ発生装置の要部を概念的に表す模式図である。
【００３０】
本実施形態のプラズマ発生装置は、方向性結合器７によって結合されたループ状共振器１と供給導波管５とを有する。方向性結合器７は、入力ポート６と出力ポート８とを有する。入力ポート６から共振器１にマイクロ波成分１２が入力され、共振器１から出力ポート８にマイクロ波成分１１が出力される。
【００３１】
方向性結合器７は、ループ状共振器１を循環して伝搬しうる相反する２方向のうちのいずれかの方向の伝搬成分のみが励起されるように、供給導波管５とループ状共振器１とを結合する。つまり、マイクロ波パワーは、供給導波管５から方向性結合器７の入力ポート６を介してループ状共振器１に供給され、ループ状共振器１を一方向に循環する伝搬成分を励起する。そして、方向性結合器７の出力ポート８からの出力は、整合（マッチング）されたダミーロード（dummy load）９により吸収される。
【００３２】
より詳しく説明すると、方向性結合器７においては、供給導波管５を伝搬するマイクロ波成分１０と共振器１から出力されたマイクロ波成分１１との振幅が同じで位相が反転しており、同時に、供給導波管５から共振器１に入力されるマイクロ波成分１２と共振器１を伝搬するマイクロ波成分１３の位相が同一となるように位相条件が調節されている。このようなマッチングが形成されている場合、マイクロ波成分１０と１１とは逆相となり打ち消し合うため、ダミーロード９におけるマイクロ波のパワーは最低となり、供給導波管５における反射波は実質的に存在しない。
【００３３】
以上説明したように、方向性結合器７を介して共振器１を励起することにより、共振器１に一方向のマイクロ波成分のみが供給されて、進行波による波動場が形成される。換言すると、共振器１において、反射波の導入による定在波の形成を防ぐことができる。
【００３４】
さらに、本発明においては、このようにして導入された進行波が共振器１において共振する条件が満たされている。具体的には、ループ状共振器１は、その中を伝搬するマイクロ波進行波の管内波長の整数倍の長さを有する。この管内波長は、真空チャンバ２にマイクロ波を導入するための開口３や、放電空間において生成されるプラズマなどの条件に応じて適宜決定することができる。すなわち、共振器１は、真空チャンバ２に接続された状態でマイクロ波が共振する際の管内波長の整数倍の経路長を有し、マイクロ波が共振器１内を一周してその波の位相が変わらないようにすればよい。
【００３５】
そして、このような経路長を有する共振器１の内をマイクロ波が進行波として伝搬すると、共振が生じてその強度が高くなる。このような共振状態の進行波から真空チャンバ２内にマイクロ波を導入することより、均一で高い強度のプラズマを形成することができる。
【００３６】
本発明が奏するこのような作用効果は、図１０乃至図１２に例示したような従来の環状導波管を用いたプラズマ発生装置では得られないものである。例えば、図１０及び図１１に表した環状導波管５０３の場合、導波管に導入されたマイクロ波５２３は、入り口に設けられた分配ブロック５２１により左右に２分配され、互いに反対方向に進行する。従って、これら分配された波どうしが干渉して定在波が形成される。定在波が形成されるとその振幅の強弱に対応して、プラズマの強度にも不均一が生じてしまう。
【００３７】
また、図１２に例示した環状導波管１０１の場合も、導入部１０３から導入されたマイクロ波は、左右に分かれてそれぞれ反対方向に伝搬するため、進行波とはならない。より詳しく説明すると、この導波管１０１の場合、導入部１０３から導入されて左右に分かれたマイクロ波のうちで、図面に向かって左側（左回り）に進む波のほうが強度は高くなる。しかし、同図の構造であっても、左右に分かれる波の強度の差は僅かに過ぎない。
【００３８】
例えば、図１０及び図１１に表した導波管５０３の場合には、マイクロ波は、分配ブロック５２１によって左右にほぼ５０％：５０％の強度比で分配される。これに対して、図１２の導波管１０１の場合、導入部１０３から導入されたマイクロ波の左右の分配比はせいぜい６０％：４０％程度である。その結果として、環状導波管１０１内に定在波が形成され、マイクロ波の強度に不均一が生ずることとなる。つまり、本発明のように方向性結合器７を環状導波管の導入部に配置しないかぎり、環状導波管の中にマイクロ波の進行波の波動場を形成することは困難である。
【００３９】
本発明によれば、ループ状共振器１に対して、整合がとれた方向性結合器７を介してマイクロ波を供給することにより、反射波の影響を排除して、共振器１中に進行波によるマイクロ波の波動場を形成することができる。さらに、このようにして形成されるマイクロ波の進行波が共振するように、共振器１が構成されている。
【００４０】
供給導波管５から共振器１に対して入力されるマイクロ波成分１２は、いわば振り子式時計の「ばね」の役割を有する。すなわち、共振器１を伝搬する進行波のうちで真空チャンバに放出されてプラズマの形成に寄与した損失成分を補償する役割を有する。かくして、共振器１においては、常に一定の強度のマイクロ波の進行波による波動場が形成される。
【００４１】
図２は、本発明の実施の形態にかかるプラズマ発生装置の共振器の断面構造を例示する斜視図である。
【００４２】
すなわち、同図に例示した共振器の場合、真空チャンバ２の上面に共振器１が付設されている。そして、共振器１の内部に導波空間４が形成され、ここをマイクロ波の進行波が共振条件で伝搬する。そして、このマイクロ波の一部が開口３を介して真空チャンバ２に導入され、プラズマＰが生成され維持される。
【００４３】
なお、同図には、導波空間４として断面形状が略矩形状のものを例示したが、本発明はこれには限定されず、導波空間４の断面形状は、真空チャンバとの配置関係や、供給導波管５との接続関係あるいは、プラズマの分布などを考慮して円形、楕円形、半円形、多角形、その他対称あるいは非対称な不定形などとすることができる。
【００４４】
さて、本発明においては、共振器１の内部に共振進行波によるマイクロ波の均一な強度分布が形成される。そこで、このような均一なマイクロ波を放電空間に取り出すための開口（aperture）３が、共振器１の長手方向に連続的に設けられている。同図に例示した構造の場合、開口３の幅Ｗは共振器１の全周に亘って略均一とされている。このようにすれば、共振器１において形成される均一なマイクロ波の波動場を、その均一性を維持したまま真空チャンバ２内に取り込むことが容易となる。
【００４５】
但し、本発明はこれには限定されず、例えば、真空チャンバ２内におけるガス流や圧力分布などに応じて、導入するマイクロ波の強度に分布を設けたいような場合には、開口３の幅Ｗを場所毎に適宜変化させてもよい。
【００４６】
開口３の材料としては、マイクロ波を低損失に透過し、且つ、導波空間４と真空チャンバ２とを区画しつつチャンバ２の気密を維持できるものとする必要がある。このような材料としては、例えば、石英やアルミナあるいはサファイアなどの誘電体を挙げることができる。これらの誘電体は、マイクロ波に対する力率が低く、真空と大気圧との圧力差にも耐えうる機械的強度を有し、耐熱性も良好で、さらに、プラズマによりスパッタやエッチングされても、チャンバ内の被処理物を汚染する虞も低い。
【００４７】
ここで、本発明においては、開口３の幅Ｗは、共振器１内を伝搬する進行波の減衰係数（attenuation coefficient）を決定する要素となる。つまり、マイクロ波の進行波が共振器１を一周すると、その強度はｎ％だけ減衰する。この減衰した分は、真空チャンバ２内に導入されてプラズマの生成に寄与することとなる。本発明においては、開口３の幅Ｗを広くしたり狭くすることによって、この減衰量ｎを制御できる。本発明者の検討によれば、減衰量の最適値は、数％程度である。そして、共振器１を一周する間に吸収されたマイクロ波パワーは、方向性結合器７を介して外部から補充されることとなる。
【００４８】
また一方、本発明においてもうひとつの重要な数値として、方向性結合器７の結合係数（coupling coefficient）Ｃを挙げることができる。これは、簡単に言うと、供給導波管５内を方向性結合器７に向けて伝搬してくるマイクロ波の強度に対する、方向性結合器７から共振器１の進行波方向に導入されるマイクロ波の強度の比に対応する。従って、結合係数Ｃが大きいほど、共振器１内における進行方向に高い効率でマイクロ波が導入されることとなる。
【００４９】
結合係数Ｃを調節する方法としては、例えば、後述する各種の方向性結合器の形態のうちで、開口を有するものの場合、その開口のサイズや位置を調節する方法がある。もちろん、これ以外にも方向性結合器の形態に応じて各種の方法により結合係数Ｃを最適に調節することができる。
【００５０】
以上説明したように、方向性結合器７の構造や、共振器１からマイクロ波をチャンバ２内に導入する開口３の幅Ｗを調節することによって、結合係数Ｃや減衰係数ｎを制御し、マイクロ波が共振器１を一周する間に生ずる損失分が、方向性結合器７を介してちょうど補充されるように構成することができる。
【００５１】
以上説明したように、本発明によれば、共振条件を満たしたループ状の共振器１に対して方向性結合器７を介してマイクロ波を供給することにより、共振器１内において定在波の生成を抑制し、進行波による均一なマイクロ波分布を形成することができる。そして、これを連続的に形成された開口３を介して真空チャンバ２に導入することにより、均一な強度の大面積のプラズマを形成することが可能となる。
【００５２】
次に、本発明のプラズマ発生装置に用いることができる方向性結合器７の具体例のいくつかを紹介する。
【００５３】
図３は、単一孔により結合された方向性結合器を表す模式図である。すなわち、同図に例示したように、供給導波管５とループ状共振器１とがＨ面で重なって比較的小さい単一孔Ａにより結合されている構造を挙げることができる。このような場合、この単一孔Ａを介して供給導波管５から共振器１に漏れ出る電界によって共振器１が励振され、単一孔Ａの中心点に電気双極子が存在するのと同様の分布が形成される。一方、供給導波管５から共振器１に漏れ出る磁界によっても、単一孔Ａの中心点に磁気双極子が存在するのと同様の磁力線分布が形成される。これら電気双極子と磁気双極子とを重畳させた効果として、共振器１に沿って一方向のみに伝搬するマイクロ波が励起される。
【００５４】
図４は、ベーテ孔により結合された方向性結合器を表す模式図である。同図に例示したように、供給導波管５とループ状共振器１とがベーテ孔Ａを介して結合されている場合、供給導波管５のＴＥ１０モードの電界に比例し孔に垂直な電気双極子と、供給導波管５の磁界に比例し逆方向の磁気双極子が共振器１に形成される。これら電気双極子による波と磁気双極子による波とは、共振器１の一方向においては同位相であり相加わるが、逆方向においては逆位相となり差し引かれる。従って、孔の位置を調節することにより逆方向の波を零とすることができる。
【００５５】
図５は、２つの孔により結合された方向性結合器を表す模式図である。すなわち、側壁またはＨ面においてλｇ／４だけ離れた２つの小孔Ａ、Ｂによって、供給導波管５と共振器１とが結合されている。供給導波管５を進行する波が、これら２つの小孔を介して共振器１を励振する。このときに、２つの小孔を介してそれぞれ励振された波は、供給導波管５における波の進行方向と同方向においては同振幅、同位相で進むが、反対方向においては同振幅、逆位相となり、打ち消し合う。従って、共振器１には、一方向の波だけが励振される。
【００５６】
図６は、十字形スリットにより結合された方向性結合器を表す模式図である。すなわち、供給導波管５とループ状共振器１とを直交させ、その重なり合う面の対角線上に１つあるいは複数の十字形のスリットＳが形成されている。このようにスリットＳを設けると、電界による結合は無視できるほど小さく、磁界による結合が支配的となる。すると、供給導波管５のＨｔ、Ｈｚによりスリットの長軸上に磁気双極子が形成され、これによる共振器１の励振によって方向性が生ずる。
【００５７】
図７は、ループにより結合された方向性結合器を表す模式図である。すなわち、供給導波管５の導波管内に共振器１の同軸線路をループで結合したもので、導波管５から同軸線路１への結合は電界およびループを通過する磁界によって行われる。電界により励起された波は共振器１の両方向に同振幅、同位相で進む。一方、磁界よって誘起される電流はファラデーの電磁感応則により与えられ、共振器１の両方向に進む波は、同振幅だが逆位相となる。従って、これら電界による波と磁界よる波との結合が適当に行われると、共振器１を進む一方の波の出力は零となり、方向性が得られる。
【００５８】
以上図３乃至図７を参照しつつ、本発明において用いることができる方向性結合器の具体例を挙げた。しかし、本発明は、これら具体例を用いたものに限定されるものではない。例えば、これらの他にも供給導波管５と共振器１とを結合させてその共通壁にスロットを設けたものや、さらにそのスロットにモード調整用の導体棒（ポスト）を設けたもの、あるいはその他の各種の方向性結合器を用いても良く、共振器１の励振に方向性が得られるいずれのものを利用しても本発明の範囲に包含される。
【００５９】
次に、本発明のプラズマ発生装置の具体例について説明する。
【００６０】
図８は、本発明のプラズマ発生装置の第１の具体例を表す模式図である。すなわち、同図に例示した具体例の場合、略円筒状の真空チャンバ２の円周側壁にループ状共振器１が付設され、その管側壁に供給導波管５が方向性結合器７によって結合されている。図示しないマイクロ波電源から、例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波が供給導波管５に導入され、方向性結合器７によって、共振器１に一方向の進行波が励振され、且つこの進行波が共振される。その結果として、共振器１には、均一且つ連続的な進行波によるマイクロ波の波動場が形成される。
【００６１】
このようにして形成された均一かつ高い強度のマイクロ波は、誘電体などからなる開口３を介して真空チャンバ２に導入される。共振器１からマイクロ波を均一に真空チャンバ２に導入するため、開口３は、真空チャンバ２の周囲側壁に亘って連続的に形成されている。
【００６２】
このようにして真空チャンバ２に導入されたマイクロ波は、図示しない真空排気系及びガス導入系によりチャンバ内に形成されたガス雰囲気を活性化させ、電子、イオン、活性種などを含んだプラズマＰを生成する。
【００６３】
このようにして形成されたプラズマＰは、チャンバ２の下方あるいはチャンバ２と連結された処理室（図示せず）に設置された被処理物（図示せず）に与えられ、エッチング、アッシング、薄膜堆積、表面改質、プラズマドーピングなどのプラズマ処理を行うことができる。
【００６４】
本発明によれば、共振器１内に形成された共振進行波による連続的かつ高い強度のマイクロ波を連続的に形成された開口３からチャンバ２内に導入することにより、チャンバ２内において大面積で均一且つ密度の高いプラズマを形成するこが可能となる。その結果として、大面積の被処理物を均一で高速にプラズマ処理することが可能となる。
【００６５】
図９は、本発明のプラズマ発生装置の第２の具体例を表す模式図である。同図については、図１乃至図８に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６６】
本具体例の場合、略円筒状の真空チャンバ２の上面にループ状共振器１が付設され、その管上壁に供給導波管５が方向性結合器７によって結合されている。供給導波管５と共振器１とをこのような配置関係に結合しても、本発明の作用効果が得られる。
【００６７】
共振器１において形成された均一かつ高い強度のマイクロ波は、誘電体などからなる開口３を介して上方から真空チャンバ２に導入される。共振器１からマイクロ波を均一に真空チャンバ２に導入するため、開口３は、真空チャンバ２の上面に略円周状に連続的に形成されている。すなわち、真空チャンバ２には、上方から均一な略ドーナツ状のマイクロ波が導入され、これによりプラズマＰが形成される。
【００６８】
以上具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。
【００６９】
例えば、本発明において用いる供給導波管やループ状共振器、あるいは方向性結合器などの要素は、図示した形状、サイズのものには限定されず、その断面形状、壁面厚、開口の形状やサイズなどは適宜変更して同様の作用効果が得られ、本発明の範囲に包含される。
【００７０】
供給導波管は直管状である必要はなく、またループ状共振器も完全な円環状である必要はない。
【００７１】
また、真空チャンバの形状やサイズ、あるいは共振器との配置関係についても、図示したものには限定されず、プラズマ処理の内容や条件などを考慮して適宜決定することができる。また、共振器は真空チャンバの上面や側面でなく、下面に付設してもよく、または、これらを組み合わせてもよい。つまり、真空チャンバに複数の共振器を付設してもよい。このようにすれば、被処理物の形状やサイズに合わせて均一あるいは所定の密度分布を有する大面積のプラズマを形成することが可能となる。
【００７２】
さらにまた、上述した具体例においては、プラズマ生成部の要部構成のみ説明したが、本発明は、このようなプラズマ生成部を有する全てのプラズマ処理装置も包含し、例えば、エッチング装置、アッシング装置、薄膜堆積装置、表面処理装置、プラズマドーピング装置などとして実現したプラズマ処理装置のいずれもが本発明の範囲に包含される。
【００７３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、ループ状共振器においてマイクロ波の進行波を共振させ、そのマイクロ波の一部を前記真空チャンバに導入してプラズマを生成し、その均一で強力なマイクロ波をループ状共振器の管路の全周に亘って設けられた開口を介して真空チャンバに導入することにより、均一で且つ密度の高い大面積のプラズマを生成することができる。
【００７４】
その結果として、均一で密度が高い大面積のプラズマが得られ、大面積の半導体ウェーハや液晶ディスプレイ用基板などに対して、均一且つ迅速にエッチング、アッシング、薄膜堆積、表面改質あるいはプラズマドーピングなどのプラズマ処理を実施することができ、産業上のメリットは多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかるプラズマ発生装置の要部を概念的に表す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかるプラズマ発生装置の共振器の断面構造を例示する斜視図である。
【図３】単一孔により結合された方向性結合器を表す模式図である。
【図４】ベーテ孔により結合された方向性結合器を表す模式図である。
【図５】２つの孔により結合された方向性結合器を表す模式図である。
【図６】十字形スリットにより結合された方向性結合器を表す模式図である。
【図７】ループにより結合された方向性結合器を表す模式図である。
【図８】本発明のプラズマ発生装置の第１の具体例を表す模式図である。
【図９】本発明のプラズマ発生装置の第２の具体例を表す模式図である。
【図１０】従来のプラズマ発生装置における環状導波管を表す模式図である。
【図１１】従来のプラズマ発生装置における環状導波管を表す模式図である。
【図１２】従来のプラズマ発生装置における環状導波管を表す模式図である。
【符号の説明】
１ ループ状共振器
２ 真空チャンバ
３ 開口
４ 導波空間
５ 供給導波管
６ 入力ポート
７ 方向性結合器
８ 出力ポート
９ ダミーロード
１０、１１、１２、１３ マイクロ波成分
１０１ 円筒状導波管
１０２ スロット
５０３ 環状導波管
５２１ 分配ブロック
５２２ スロット
５２３ マイクロ波
【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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