(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体を収容する処理容器内に収容され、この処理容器内に高周波電磁界を供給するスロットアンテナと、このスロットアンテナに高周波電磁界を供給する給電部とを備えたプラズマ処理装置であって、
前記給電部は、
一端が前記スロットアンテナに対して開口する円筒導波管と、
この円筒導波管の他端に接続された矩形導波管と、
この矩形導波管に設けられ、前記高周波電磁界をその進行方向に対し垂直な面内で回転する回転電磁界として前記円筒導波管内に供給する円偏波アンテナと
を少なくとも有し、
前記矩形導波管は、前記円筒導波管の前記他端に一側面が接続され、
前記円偏波アンテナは、前記矩形導波管の一側面において前記円筒導波管内に開口した１つまたは複数のスロットから構成され、
前記スロットは、互いの長さが異なり、互いの中心で交差する２本のスロットである
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
処理容器内に磁界を形成する磁界発生部と、前記処理容器内に高周波電磁界を供給する給電部とを備え、電子サイクロトロン共鳴により加熱された電子を用いてプラズマを生成するプラズマ処理装置であって、
前記給電部は、
一端が前記処理容器に対して開口する円筒導波管と、
この円筒導波管の他端に接続された矩形導波管と、
この矩形導波管に設けられ、前記高周波電磁界をその進行方向に対し垂直な面内で回転する回転電磁界として前記円筒導波管内に供給する円偏波アンテナと
を少なくとも有し、
前記矩形導波管は、前記円筒導波管の前記他端に一側面が接続され、
前記円偏波アンテナは、前記矩形導波管の一側面において前記円筒導波管内に開口した１つまたは複数のスロットから構成され、
前記スロットは、互いの長さが異なり、互いの中心で交差する２本のスロットである
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載されたプラズマ処理装置において、
前記矩形導波管の前記一側面は、Ｅ面であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
被処理体を収容する処理容器内に収容され、この処理容器内に高周波電磁界を供給するスロットアンテナと、このスロットアンテナに高周波電磁界を供給する給電部とを備えたプラズマ処理装置であって、
前記給電部は、
一端が前記スロットアンテナに対して開口する円筒導波管と、
この円筒導波管の他端に接続された矩形導波管と、
この矩形導波管に設けられ、前記高周波電磁界をその進行方向に対し垂直な面内で回転する回転電磁界として前記円筒導波管内に供給する円偏波アンテナと
を少なくとも有し、
前記給電部は、前記円筒導波管の前記他端に、終端面が接続された矩形導波管を更に有し、
前記円偏波アンテナは、前記矩形導波管の終端面において前記円筒導波管内に開口した１つまたは複数のスロットから構成され、
前記スロットは、互いの長さが異なり、互いの中心で交差する２本のスロットである
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
処理容器内に磁界を形成する磁界発生部と、前記処理容器内に高周波電磁界を供給する給電部とを備え、電子サイクロトロン共鳴により加熱された電子を用いてプラズマを生成するプラズマ処理装置であって、
前記給電部は、
一端が前記処理容器に対して開口する円筒導波管と、
この円筒導波管の他端に接続された矩形導波管と、
この矩形導波管に設けられ、前記高周波電磁界をその進行方向に対し垂直な面内で回転する回転電磁界として前記円筒導波管内に供給する円偏波アンテナと
を少なくとも有し、
前記給電部は、前記円筒導波管の前記他端に、終端面が接続された矩形導波管を更に有し、
前記円偏波アンテナは、前記矩形導波管の終端面において前記円筒導波管内に開口した１つまたは複数のスロットから構成され、
前記スロットは、互いの長さが異なり、互いの中心で交差する２本のスロットである
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
被処理体を収容する処理容器内に収容され、この処理容器内に高周波電磁界を供給するスロットアンテナと、このスロットアンテナに高周波電磁界を供給する給電部とを備えたプラズマ処理装置であって、
前記給電部は、
一端が前記スロットアンテナに対して開口する円筒導波管と、
この円筒導波管の他端に接続された矩形導波管と、
この矩形導波管に設けられ、前記高周波電磁界をその進行方向に対し垂直な面内で回転する回転電磁界として前記円筒導波管内に供給する円偏波アンテナと
を少なくとも有し、
前記スロットアンテナには、互いの長さが異なる２本のスロットが互いの中心で交差するクロススロットが複数形成されている
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ処理装置およびプラズマ生成方法に関する。
具体的には、本発明は、スロットアンテナを用いて処理容器内に供給した電磁界によりプラズマを生成するプラズマ処理装置およびプラズマ生成方法に関する。
また、本発明は、電子サイクロトロン共鳴（electron-cyclotron-resonance：ＥＣＲ）により加熱された電子を用いてプラズマを生成するプラズマ処理装置およびプラズマ生成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置やフラットパネルディスプレイの製造において、酸化膜の形成や半導体層の結晶成長、エッチング、またアッシングなどの処理を行うために、プラズマ処理装置が多用されている。これらのプラズマ処理装置の一つに、スロットアンテナを用いて処理容器内に高周波電磁界を供給し、その電磁界の作用により処理容器内のガスを電離および解離させてプラズマを生成する高周波プラズマ処理装置がある。この高周波プラズマ処理装置は、低圧力で高密度のプラズマを生成できるので、効率のよいプラズマ処理が可能である。
【０００３】
高周波プラズマ処理装置には、円筒導波管を介してスロットアンテナに円偏波給電する方式がある。円偏波とは、その電界ベクトルが進行方向に対して垂直な面内で、１周期で１回転する回転電界であるような電磁波をいう。したがって円偏波給電により、スロットアンテナの電界強度分布は、時間平均で円偏波の進行方向の軸に対して軸対称な分布となる。このためスロットアンテナから処理容器内に時間平均で軸対称な分布の高周波電磁界を供給し、その電磁界の作用により均一性のよいプラズマを生成することが可能となる。
【０００４】
図１５は、円偏波給電方式を採用するプラズマ処理装置の給電部の従来構成を示す図である。この給電部は、スロットアンテナの一種であるラジアルラインスロットアンテナ（以下、ＲＬＳＡと略記する）５３０に円偏波給電するものであり、ＲＬＳＡ５３０内に一端が開口する円筒導波管５４１と、この円筒導波管５４１の他端に接続された矩形円筒変換器５９２と、この矩形円筒変換器５９２に一端が接続された矩形導波管５４２と、この矩形導波管５４２の他端に接続された高周波発生器５４３と、円筒導波管５４１に設けられた円偏波変換器５９１とを有している。
【０００５】
円偏波変換器５９１としては、図１６（ａ）に示すように、円筒導波管５４１の内壁に互いに対向する金属製の円柱状スタブ５９１Ａ，５９１Ｂを１対または複数対設けたものが用いられる。対をなすスタブ５９１Ａ，５９１Ｂは、矩形円筒変換器５９２から入力されるＴＥ11モードの高周波電磁界の電界の主方向に対して４５°をなす方向に配置され、複数対設けられる場合には円筒導波管５４１の軸方向にλg／４（λgは、円筒導波管５４１の管内波長）の間隔で配置されて、このＴＥ11モードの高周波電磁界をその電界の主方向が円筒導波管５４１の軸線を中心に回転する回転電磁界に変換する。
【０００６】
また、円偏波変換器５９１として、図１６（ｂ）に示すように、円筒導波管５４１の軸線に対して垂直に棒状誘電体５９１Ｃを１個または複数個設けたものも用いられる。棒状誘電体５９１Ｃもまた、矩形円筒変換器５９２から入力されるＴＥ11モードの高周波電磁界の電界の主方向および円筒導波管５４１の軸方向に対し、スタブ５９１Ａ，５９１Ｂと同様の方向および間隔で配置され、ＴＥ11モードの高周波電磁界を回転電磁界に変換する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、大電力を投入した場合、図１６（ａ）に示した金属製のスタブ５９１Ａ，５９１Ｂを用いた円偏波変換器５９１では、スタブ５９１Ａ，５９１Ｂの先端に電界が集中し、異常放電が生じやすく、放電後のプラズマ処理装置の動作が安定しないという問題があった。
また、図１６（ｂ）に示した棒状誘電体５９１Ｃを用いた円偏波変換器５９１は、棒状誘電体５９１Ｃの発熱により破損しやすいので、長時間の連続稼動に耐えられないという問題があった。
これらの問題は、導波路（円筒導波管５４１）中に円偏波変換器５９１を設けた場合に生じるので、上述した高周波プラズマ処理装置のみならず、処理容器内に円偏波給電するＥＣＲプラズマ処理装置においても同様に生じる問題であった。
【０００８】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、円偏波給電を行なうプラズマ処理装置の動作の安定化を図ることにある。
また、他の目的は、円偏波給電を行なうプラズマ処理装置の連続稼動時間をのばすことにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明のプラズマ処理装置は、被処理体を載置する載置台が収容された処理容器内に高周波電磁界を供給するスロットアンテナと、このスロットアンテナに高周波電磁界を供給する給電部とを備えたプラズマ処理装置であって、給電部は、一端がスロットアンテナに対して開口する円筒導波管と、この円筒導波管の他端に設けられ、高周波電磁界をその進行方向に対し垂直な面内で回転する回転電磁界として供給する円偏波アンテナとを少なくとも有することを特徴とする。
また、本発明のプラズマ処理装置は、処理容器内に磁界を形成する磁界発生部と、処理容器内に高周波電磁界を供給する給電部とを備え、電子サイクロトロン共鳴により加熱された電子を用いてプラズマを生成するプラズマ処理装置であって、給電部は、一端が処理容器に対して開口する円筒導波管と、この円筒導波管の他端に設けられ、高周波電磁界をその進行方向に対し垂直な面内で回転する回転電磁界として供給する円偏波アンテナとを少なくとも有することを特徴とする。
これらのプラズマ処理装置は、給電部が高周波電磁界を回転電磁界として供給する円偏波アンテナを有しているので、円筒導波管内の高周波電磁界を回転電磁界に変換するための円偏波変換器を設ける必要がない。
【００１０】
これらのプラズマ処理装置において、給電部は、円筒導波管の他端に一側面が接続された矩形導波管を更に有し、円偏波アンテナは、矩形導波管の一側面において円筒導波管内に開口した１つまたは複数のスロットからなる構成としてもよい。ここで、矩形導波管の一側面は、Ｅ面であってもよい。ここで、Ｅ面とは、矩形導波管において仮想電気力線が放／入射する面を意味する。
また、上述したプラズマ処理装置において、給電部は、円筒導波管の他端に、終端面が接続された矩形導波管を更に有し、円偏波アンテナは、矩形導波管の終端面において円筒導波管内に開口した１つまたは複数のスロットからなる構成としてもよい。
ここで、スロットは、互いの長さが異なり、互いの中心で交差する２本のスロットであってもよい。また、スロットは、互いに離間して配置され、互いに略垂直な方向に延びる２本のスロットであってもよい。
【００１１】
また、上述したプラズマ処理装置において、給電部は、内導体とその周囲に同軸に配設された外導体とからなり、円偏波アンテナに高周波電磁界を給電する少なくとも１本の同軸導波管を更に有し、円偏波アンテナは、円筒導波管の他端を閉塞し、同軸導波管の外導体に接続された第１の導体板と、円筒導波管内で第１の導体板に対し離間して対向配置され、同軸導波管の内導体に接続された第２の導体板とを有するパッチアンテナである構成としてもよい。
【００１２】
また、上述したプラズマ処理装置において、スロットアンテナには、円偏波を放射するスロットが形成されていてもよい。スロットアンテナから処理容器内に円偏波を放射することにより、処理容器内の電界強度分布を時間平均で軸対称な分布とすることができる。
例えば、スロットアンテナには、互いの長さが異なる２本のスロットが互いの中心で交差するクロススロットが複数形成されていてもよい。クロススロットは、それを構成する２本のスロットが交差する点で円偏波が得られるので、設計どおりの円偏波が容易に得られる。
【００１３】
また、上述したプラズマ処理装置において、スロットアンテナは、載置台に対向配置され、スロットが複数形成された第３の導体板と、この第３の導体板に対向配置され、円筒導波管の一端が接続される開口を有する第４の導体板と、第３の導体板上に配置され、第４の導体板の開口に向かって突出するバンプとを有する構成としてもよい。バンプを設けることにより円筒導波管からスロットアンテナへのインピーダンス変化を緩和することができる。
【００１４】
また、本発明のプラズマ生成方法は、高周波電磁界をスロットアンテナに供給し、このスロットアンテナから処理容器内に供給することにより、処理容器内にプラズマを生成するプラズマ生成方法であって、円筒導波管内に高周波電磁界をその進行方向に対し垂直な面内で回転する回転電磁界として供給し、円筒導波管からスロットアンテナに供給することを特徴とする。
また、本発明のプラズマ生成方法は、処理容器内に磁界を形成すると共に高周波電磁界を供給し、電子サイクロトロン共鳴により加熱された電子を用いてプラズマを生成するプラズマ生成方法であって、円筒導波管内に高周波電磁界をその進行方向に対し垂直な面内で回転する回転電磁界として供給し、円筒導波管から処理容器内に供給することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、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。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態である高周波プラズマ処理装置の構成を示す図である。このプラズマ処理装置は、半導体やＬＣＤなどの基板（被処理体）Ｗを収容しこの基板Ｗに対してプラズマ処理を施す処理容器１１と、この処理容器１１内に高周波電磁界Ｆを供給しその作用により処理容器１１内にプラズマＰを生成するスロットアンテナの一種であるＲＬＳＡ３０と、このＲＬＳＡ３０に高周波電磁界を円偏波給電する給電部４０とを有している。
【００１６】
処理容器１１は、上部が開口した有底円筒形をしている。この処理容器１１の底面中央部には絶縁板２１を介して載置台２２が固定されている。この載置台２２の上面に基板Ｗが配置される。
処理容器１１の底面周縁部には、真空排気用の排気口１２が設けられている。処理容器１１の側壁には、処理容器１１内にガスを導入するためのガス導入用ノズル１３が設けられている。例えばこのプラズマ処理装置がエッチング装置として用いられる場合、ノズル１３からＡｒなどのプラズマガスと、ＣＦ4などのエッチングガスとが導入される。
【００１７】
処理容器１１の上部開口は、そこから高周波電磁界Ｆを導入しつつ、プラズマＰを外部に漏らさないように、誘電体板１４で閉塞されている。なお、処理容器１１の側壁上面と誘電体板１４との間にＯリングなどのシール部材１５を介在させ、処理容器１１内の気密性を確保している。
誘電体板１４の上にＲＬＳＡ３０が配設されている。誘電体板１４およびＲＬＳＡ３０の外周は、処理容器１１の側壁上に環状に配置されたシールド材１６によって覆われ、高周波電磁界Ｆが外部に漏れない構造になっている。
【００１８】
ＲＬＳＡ３０は、ラジアル導波路３３を形成する対向配置された２つの円形導体板３１，３２と、これら２つの導体板３１，３２の外周部を接続してシールドする導体リング３４とから構成されている。
ラジアル導波路３３の上面となる導体板（第４の導体板）３２の中心部には、円形の開口３５が形成され、この開口３５を介して給電部４０からラジアル導波路３３内に高周波電磁界が導入される。ラジアル導波路３３の下面となる導体板（第３の導体板）３１には、ラジアル導波路３３内を伝搬する高周波電磁界Ｆを処理容器１１内に供給するスロット３６が複数形成されている。
【００１９】
ラジアル導波路３３内には、アルミナなど比誘電率が１より大きい誘電体からなる遅波材３７が配置されている。遅波材３７によりラジアル導波路３３の管内波長λg1が短くなるので、導体板３１の半径方向に配置するスロット３６を増やし、高周波電磁界Ｆの供給効率を向上させることができる。なお、遅波材３７は必ずしも必要ではなく、装着しなくてもよい。
また、導体板３１の中心部には、金属または誘電体で形成されたバンプ３８が設けられている。このバンプ３８は、導体板３２の開口３５に向かって突出する略円錐形に形成された部材である。バンプ３８により、供給部４０からラジアル導波路３３へのインピーダンスの変化を緩やかにし、供給部４０とラジアル導波路３３との接続部での高周波電磁界の反射を低減することができる。
【００２０】
給電部４０は、ＲＬＳＡ３０の開口３５に一端が接続された円筒導波管４１と、この円筒導波管４１の他端にクロススロット５１を介して接続された一端が閉じられた矩形導波管４２と、この矩形導波管４２の他端に接続された高周波発生器４３と、矩形導波管４２に設けられた負荷整合器４４とを有している。
高周波発生器４３は、周波数が１ＧＨｚ〜十数ＧＨｚの範囲内の所定周波数の高周波電磁界を発生させ、出力するものである。なお、高周波発生器４３は、マイクロ波帯およびそれより低い周波数帯を含む高周波を出力するものであってもよい。以下では２．４５ＧＨｚの高周波電磁界を出力するものとして説明を続ける。
【００２１】
負荷整合器４４は、電源（高周波発生器４３）側と負荷（ＲＬＳＡ３０）側とのインピーダンスの整合をとるものである。インピーダンス整合をとることにより、高周波発生器４３からＲＬＳＡ３０に高周波電磁界を効率よく供給することができる。なお、負荷整合器４４を矩形導波管４２に設ける代わりに、円筒導波管４１に設けてもよい。
クロススロット５１は、円筒導波管４１に高周波電磁界を円偏波として、すなわち進行方向に対し垂直な面内で１周期で１回転する回転電磁界として供給する円偏波アンテナとして作用する。以下、図１および図２を参照し、クロススロット５１の構成について、詳しく説明する。図２は、クロススロット５１の構成例を示す平面図であり、矩形導波管４２のＥ面をII−II′線方向から見た図である。
【００２２】
図２（ａ）に示すクロススロット５１は、矩形導波管４２のＥ面における円筒導波管４１との接続部分に形成されている。このクロススロット５１は、互いに長さが異なる２本のスロットが互いの中心で交差した構成をしている。これら２本のスロットそれぞれの中心、すなわちクロススロット５１の中心は、Ｅ面の略中心軸上にある。また、矩形導波管４２の終端４２Ａは金属で閉じられており、この終端４２Ａから略λg2／２だけ離れた位置にクロススロット５１の中心が配置される。λg2は、矩形導波管４２内の管内波長である。この位置にクロススロット５１を配置することにより、クロススロット５１による放射電界の振幅を最大にすることができる。
【００２３】
クロススロット５１を構成する２本のスロットは、２．４５ＧＨｚに対する周波数特性が相対的に５５゜〜７０゜程度異なり、各スロットによる放射電界の振幅が等しくなるように、各スロットの長さおよび角度が調整される。
具体的には、２本のスロットの長さを、それぞれ５．５７ｃｍ、６．０６ｃｍとすると共に、その２本のスロットを互いに略直角に交差させ、矩形導波管４２のＥ面の中心軸に対して略４５゜傾斜するように配置することができる。
また、図２（ｂ）に示すように、２本のスロットの長さを、それぞれ５．３２ｃｍ、７．２６ｃｍとすると共に、その２本のスロットを互いに略１０７゜の角度で交差させ、矩形導波管４２のＥ面の中心軸に対して略３６．５゜傾斜するように配置してもよい。
【００２４】
このようなクロススロット５１を矩形導波管４２のＥ面に形成することにより、２．４５ＧＨｚの周波数に対して軸比が極めて１に近いＴＥ11モードの円偏波が得られる。ここに軸比とは、円偏波の円形断面上の電界強度分布（時間平均）における最大値と最小値との比をいう。
【００２５】
次に、図１に示したプラズマ処理装置の動作について説明する。
高周波発生器４３で発生した高周波電磁界は、矩形導波管４２をＴＥ10モードで伝搬し、Ｅ面に形成されたクロススロット５１から円筒導波管４１内に放射される。円筒導波管４１内に放射された高周波電磁界はＴＥ11モードの円偏波となり、回転電磁界が生成される。この回転電磁界が、円筒導波管４１から開口３５を介してＲＬＳＡ３０内に導入されることにより、ＲＬＳＡ３０に対して円偏波給電が行われる。
ＲＬＳＡ３０に導入された高周波電磁界は、ＲＬＳＡ３０に複数形成されたスロット３６から誘電体板１４を介して処理容器１１内に供給される。処理容器１１内に供給された高周波電磁界は、ノズル１３を通じて処理容器１１内に導入されたプラズマガスを電離させてプラズマＰを生成し、基板４に対する処理が行われる。
【００２６】
このように、図１に示したプラズマ処理装置は、矩形導波管４２のＥ面に形成されたクロススロット５１により、高周波電磁界を円筒導波管４１内に回転電磁界として供給することができるので、円筒導波管５４１内の高周波電磁界を回転電磁界に変換するために従来用いられていた円偏波変換器５９１が不要となる。したがって、円偏波変換器５９１がもたらした問題を解消し、円偏波給電を行なってプラズマＰを生成する動作を安定化させると共に、長時間の連続稼動を可能にすることができる。
また、円偏波変換器５９１だけでなく、矩形円筒変換器５９２も不要となるので、部品点数を削減し、プラズマ処理装置の製造コストを低減することができる。
【００２７】
（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態である高周波プラズマ処理装置の一部の構成を示す図である。この図には、給電部の構成を示しているが、図１と同一部分または相当部分を同一符号で示しており、その説明を適宜省略する。
図１に示した給電部４０では、クロススロット５１が矩形導波管４２のＥ面に形成されているのに対し、この図３に示した給電部４０Ａでは、クロススロット５３が矩形導波管４５の終端面に形成されている点で異なっている。以下、図３および図４を参照し、この相違点を中心に説明する。
【００２８】
図４は、矩形導波管４５の終端面に形成されるクロススロット５３の構成例を示す平面図であり、矩形導波管４５の終端面をIV−IV′線方向から見た図である。クロススロット５３の構成は、Ｅ面に形成されるクロススロット５１の構成と概ね同じである。すなわち、クロススロット５３は、互いに長さが異なる２本のスロットが互いの中心で交差した構成をし、これら２本のスロットは、２．４５ＧＨｚに対する周波数特性が相対的に５５゜〜７０゜程度異なり、各スロットによる放射電界の振幅が等しくなるように調整されている。具体的には、２本のスロットの長さを、それぞれ５．５７ｃｍ、６．０６ｃｍとすると共に、その２本のスロットを互いに略直角に交差させ、矩形導波管４５の中心部に生成される仮想的な電界線に対して略４５゜傾斜するように配置することができる。ただし、クロススロット５３の中心は、矩形導波管４５の終端面の略中心に配置される。
【００２９】
このようなクロススロット５３を矩形導波管４５の終端面に形成することにより、２．４５ＧＨｚの周波数に対して軸比が極めて１に近いＴＥ11モードの円偏波が得られる。
したがって、図３に示した給電部４０Ａは、矩形導波管４５の終端面に形成されたクロススロット５３により、高周波電磁界を円筒導波管４１内に回転電磁界として供給することができるので、図１に示した給電部４０と同じく円偏波変換器５９１が不要となり、その結果、円偏波給電を行なってプラズマＰを生成する動作を安定化させると共に、長時間の連続稼動を可能にすることができる。
【００３０】
なお、本発明の第１，第２の実施の形態では、クロススロット５１，５３を用いる例を示したが、図５に示すように、互いに略垂直な方向の２本のスロット５５Ａ，５５Ｂを離間して配置した所謂ハの字スロットを用いて円筒導波管４１に円偏波を供給するようにしてもよい。ハの字スロットは、一方のスロット５５Ａの延長線が、他方のスロット５５Ｂ上またはその延長線上で交差するものであればよい。
また、クロススロット５１，５３またはハの字スロットを構成するスロットの平面形状は、図６（ａ）に示すような矩形であってもよいし、図６（ｂ）に示すような平行な二直線の両端を円弧などの曲線でつないだ形状であってもよい。スロットの長さＬとは、図６（ａ）では矩形の長辺の長さであり、図６（ｂ）では平行な二直線の長さである。
【００３１】
（第３の実施の形態）
図７は、本発明の第３の実施の形態である高周波プラズマ処理装置の一部の構成を示す図である。この図には、給電部の構成を示しているが、図１と同一部分または相当部分を同一符号で示しており、その説明を適宜省略する。
図７に示した給電部は、パッチアンテナ７１を用いて高周波電磁界を円筒導波管４１内に回転電磁界として供給するものである。パッチアンテナ７１は、円筒導波管４１の他端を閉じる接地された円形導体板４１Ａと、この円形導体板４１Ａの下面に配置された誘電体板７２と、この誘電体板７２を介して円形導体板４１Ａに対向配置された導体板７３とから構成されている。以下では、円形導体板４１Ａと導体板７３との混同を避けるため、前者を地板４１Ａ、後者を共振器７３と呼ぶ。
【００３２】
地板４１Ａには、２本の同軸導波管６１，６２の外部導体６１Ａ，６２Ａ（外部導体６２Ａは図示せず）が接続され、共振器７３には、２本の同軸導波管６１，６２の内部導体６１Ｂ，６２Ｂ（内部導体６２Ｂは図示せず）が接続されている。共振器７３の中心を接地電位に固定するために、共振器７３の中心を導体柱で地板４１Ａに接続してもよい。地板４１Ａ、共振器７３および導体柱は、銅又はアルミニウムなどにより形成され、誘電体板７２はセラミックなどにより形成される。
【００３３】
図８は、共振器７３をVIII−VIII′線方向から見たときの平面図である。共振器７３の平面形状は、一辺が略λg3／２の正方形をしている。λg3は、地板４１Ａと共振器７３との間を伝播する高周波電磁界の波長である。
共振器７３の中心を座標系の原点Ｏとし、共振器７３の各辺と平行にｘ軸，ｙ軸を設定すると、２本の同軸導波管６１，６２の内部導体６１Ｂ，６２Ｂは、共振器７３上の原点Ｏから略等距離にあるｘ軸，ｙ軸上の２点に接続される。この２点を給電点Ｓ，Ｔと呼ぶ。
【００３４】
このような構成のパッチアンテナ７１に対して、２本の同軸導波管６１，６２から等振幅かつ位相が互いに９０゜異なる高周波電磁界を給電することにより、円筒導波管４１内にＴＥ11モードの回転電磁界を生成することができる。その原理は次のとおりである。
共振器７３のｘ軸方向の長さはλg3／２であるから、一方の同軸導波管６１より給電点Ｓに供給された電流はｘ軸方向で共振し、共振器７３のｙ軸に平行な二辺からｘ軸に平行な直線偏波が放射される。また、共振器７３のｙ軸方向の長さもλg3／２であるから、他方の同軸導波管６２より給電点Ｔに供給された電流はｙ軸方向で共振し、共振器７３のｘ軸に平行な二辺からｙ軸に平行な直線偏波が放射される。２本の同軸導波管６１，６２による給電位相は互いに９０゜異なるので、放射される２つの直線偏波の位相も互いに９０゜異なっている。しかも両者は振幅が等しく、空間的に直交しているので、円偏波となり、円筒導波管４１に回転電磁界が生成される。
【００３５】
このように、図７に示した給電部は、パッチアンテナ７１により高周波電磁界を円筒導波管４１内に回転電磁界として供給することができるので、図１に示した給電部４０と同じく円偏波変換器５９１が不要となり、その結果、円偏波給電を行なってプラズマＰを生成する動作を安定化させると共に、長時間の連続稼動を可能にすることができる。
【００３６】
なお、パッチアンテナ７１への給電位相の差を９０°とするには、移相器を用いてもよいが、互いの電気長が９０°異なる２つの同軸導波管に同位相の高周波電磁界を供給するようにしてもよい。
また、パッチアンテナ７１が有する共振器７３の平面形状は、図８に示した正方形の他、円形などの９０°回転対称形状（共振器７３をその面内で９０゜回転させたときに重なる形状）であってもよい。ただし、円形の場合には、直径を略1.17×λg3／２とするとよい。さらにまた、共振器７３の平面形状は、長方形など、その中心からみた直交する２方向の長さが異なる形状であってもよい。この場合、２つの給電点Ｓ，Ｔにおける給電位相の差を９０°とはせず、上記２方向の長さによって調整する。
【００３７】
（第４の実施の形態）
図９は、本発明の第４の実施の形態である高周波プラズマ処理装置の一部の構成を示す図である。この図には、給電部の構成を示しているが、図１および図７と同一部分または相当部分を同一符号で示しており、その説明を適宜省略する。図７に示した給電部は、２本の同軸導波管６１，６２を用いた二点給電のパッチアンテナ７１を用いているのに対し、この図９に示した給電部、１本の同軸導波管６１を用いた一点給電のパッチアンテナ７５を用いている点で異なっている。以下、この相違点を中心に説明する。
【００３８】
パッチアンテナ７５は、円筒導波管４１の他端を閉じる接地された円形導体板４１Ａと、この円形導体板４１Ａの下面に配置された誘電体板７２と、この誘電体板７２を介して円形導体板４１Ａに対向配置された導体板７６とから構成されている。以下では、円形導体板４１Ａと導体板７６との混同を避けるため、前者を地板４１Ａ、後者を共振器７６と呼ぶ。地板４１Ａには同軸導波管６１の外部導体６１Ａが接続され、共振器７６には同軸導波管６１の内部導体６１Ｂが接続されている。
【００３９】
図１０は、共振器７６をＸ−Ｘ′線方向から見たときの平面図である。この図に示すように、共振器７６の平面形状は、円７６Ａの周縁領域の一部を切り欠いた形状をしている。より詳しく言うと、円周とｙ軸とが交差する付近の２領域を矩形状に切り欠いた形状をしている。切り欠き面積は円７６Ａの面積の３％程度とするとよい。ここでは、共振器７６のｘ軸方向の長さを略1.17×λg3／２とし、ｙ軸方向の長さを略1.17×λg3／２−２ｄとする。
同軸導波管６１の内部導体６１Ｂは、ｘ軸，ｙ軸と４５゜の角度で交差する直線上の一点に接続されている。この点を給電点Ｕと呼ぶ。
【００４０】
同軸導波管６１より共振器７６の給電点Ｕに供給された電流は、ｘ軸方向およびｙ軸方向にそれぞれ独立に流れる。このとき、ｙ軸方向の長さは1.17×λg3／２よりも２ｄだけ短いので、電磁界からみた誘電率が大きくなり、ｙ軸方向を流れる電流の位相が遅れる。この位相遅れが９０゜となるように２ｄの値と切り欠き部の長さが設定されれば、パッチアンテナ７５から円偏波が放射され、円筒導波管４１内にＴＥ11モードの回転電磁界が生成される。
このように、図９に示した給電部は、パッチアンテナ７５により高周波電磁界を円筒導波管４１内に回転電磁界として供給することができるので、図１または図７に示した給電部と同じく円偏波変換器５９１が不要となり、その結果、円偏波給電を行なってプラズマＰを生成する動作を安定化させると共に、長時間の連続稼動を可能にすることができる。
【００４１】
なお、共振器７６の平面形状は図１０に示した形状に限られるものではなく、少なくとも共振器７６の中心からみた直交する二方向の長さが異なる形状であればよい。したがって、例えば楕円形であってもよいし、長辺の長さがおよそλg3／２であり、短辺の長さがおよそλg3／２未満である矩形であってもよい。
【００４２】
（第５の実施の形態）
図１１は、本発明の第５の実施の形態である高周波プラズマ処理装置の一部の構成を示す図である。この図には、ＲＬＳＡのスロット配置を示しているが、図１と同一部分または相当部分を同一符号で示しており、その説明を適宜省略する。
【００４３】
本発明の第１〜第４の実施の形態では、処理容器１１内に高周波電磁界Ｆを供給するスロットアンテナとしてＲＬＳＡ３０を用いているが、クロススロット３６Ａを配置したＲＬＳＡ３０Ａを用いてもよい。クロススロット３６Ａの構成は、図１，図２に示した給電部４０で用いられるクロススロット５１と同様でよい。すなわち、クロススロット３６Ａは、互いに長さが異なる２本のスロットが互いの中心で交差した構成をしている。ただし、遅波材３７の作用でＲＬＳＡ３０Ａの管内波長λg1が矩形導波管４２の管内波長λg2より短いので、それに応じてクロススロット３６Ａの寸法も小さくなっている。
【００４４】
図１１に示したＲＬＳＡ３０Ａでは、このようなクロススロット３６Ａが、スロット面を構成する導体板３１上に同心円上に複数配置されている。同心円の間隔（内側の円と外側の円との半径の差）は、ＲＬＳＡ３０Ａの管内波長λg2と等しくてもよいが、これに限定されるものではない。なお、クロススロット３６Ａが渦巻線上に複数配置されていてもよい。渦巻線の間隔（渦巻線上を１回転したときの半径方向の変位）も、上記同心円の間隔と同様である。
クロススロット３６Ａには、それを構成する２本のスロットが交差する点で円偏波が得られるので、設計どおりの円偏波が容易に得られるという特徴がある。よって、このようなクロススロット３６Ａを複数配置したＲＬＳＡ３０Ａを用いることにより、処理容器１１内に円偏波を設計どおりに放射することができる。これにより、処理容器１１内の電界強度分布を時間平均で軸対称な分布とし、その電磁界の作用により均一性のよいプラズマＰを生成することができる。
【００４５】
なお、ＲＬＳＡ３０，３０Ａは、スロット面を構成する導体板３１が平板状であるが、図１２および図１３（ａ）に示すＲＬＳＡ３０Ｂのように、スロット面を構成する導体板３１Ａが円錐面状をしていてもよい。円錐面状をしたスロット面から放射（またはリーク）される高周波電磁界Ｆは、平板状をした誘電体板１４によって規定されるプラズマ面に対して斜め方向から入射されることになる。このため、プラズマＰによる高周波電磁界Ｆの吸収効率が向上するので、アンテナ面とプラズマ面との間に存在する定在波を弱め、プラズマ分布の均一性を向上させることができる。
なお、ＲＬＳＡ３０Ｂのアンテナ面を構成する導体板３１Ａは、上に凸の円錐面状をしているが、図１３（ｂ）に示すように下に凸の円錐面状をした導体板３１Ｂを用いることもできる。また、導体板３１Ａ，３１Ｂは、円錐面状以外の凸形状であってもよい。
【００４６】
（第６の実施の形態）
本発明は上述した高周波プラズマ処理装置だけでなく、ＥＣＲプラズマ処理装置にも適用することができる。図１４は、本発明の第６の実施の形態であるＥＣＲプラズマ処理装置の一構成例を示す図である。図１４において、図１および図２と同一部分または相当部分を同一符号で示しており、その説明を適宜省略する。
【００４７】
図１４に示すＥＣＲプラズマ処理装置は、プラズマが生成されるプラズマ室１１１Ａと、プラズマＣＶＤなどの処理が行われる反応室１１１Ｂとからなる処理容器１１１を有している。
プラズマ室１１１Ａの外周には、プラズマ室１１１Ａ内に磁束密度Ｂが８７．５ｍＴの磁界を形成する主電磁コイル１８１が設けられている。プラズマ室１１１Ａの上端には、誘電体板１１４を介して給電部１４０が接続され、この給電部１４０から電子サイクロトロン振動数（プラズマ中の電子が磁力線を中心に回転運動するときの振動数）２．４５ＧＨｚと同じ振動数の高周波電磁界Ｆが供給される。
【００４８】
プラズマ室１１１Ａと連通する反応室１１１Ｂの内部には、半導体やＬＣＤなどの基板（被処理体）Ｗを上面に載置する載置台１２２が収容されている。また、反応室１１１Ｂの底面の下には、補助電磁コイル１８２が設けられている。主電磁コイル１８１と補助電磁コイル１８２とからなる磁界発生器により、反応室１１１Ｂ内にミラー磁界ＭＭが形成される。
また、プラズマ室１１１Ａの上部には、例えばＮ2 などのプラズマガスを供給するノズル１１３Ａが設けられ、反応室１１１Ｂの上部には、例えばＳｉＨ4 などの反応性ガスを供給するノズル１１３Ｂが設けられている。さらに、反応室１１１Ｂの下部には、真空ポンプに連通する排気口１１２が設けられている。
【００４９】
このような構成において、プラズマ室１１１Ａ内に磁束密度Ｂが８７．５ｍＴの磁界を形成するとともに、振動数が２．４５ＧＨｚの高周波電磁界Ｆを導入すると、電子サイクロトロン共鳴が起こり、高周波電磁界Ｆのエネルギーが電子に効率よく移行し電子が加熱される。このようにして高周波電磁界Ｆで加熱された電子により、プラズマ室１１１Ａ内のＮ2 の電離が続けられ、プラズマが生成される。
【００５０】
一方、給電部１４０は、図１に示した給電部４０と同様の構成を有している。すわなち給電部１４０は、誘電体板１１４を介してプラズマ室１１１Ａの上端に一端が接続された円筒導波管４１と、この円筒導波管４１の他端にクロススロット５１を介して接続された矩形導波管４２と、この矩形導波管４２の他端に接続された高周波発生器４３と、矩形導波管４２に設けられた負荷整合器４４とを有している。なお、給電部１４０として、図３、図７または図９に示した給電部を用いてもよい。
【００５１】
これらの給電部では、円筒導波管４１内に高周波電磁界を回転電磁界として供給することができるので、円筒導波管５４１内の高周波電磁界を回転電磁界に変換するために従来用いられていた円偏波変換器５９１が不要となる。したがって、円偏波変換器５９１がもたらした問題を解消し、円偏波給電を行なってプラズマを生成する動作を安定化させると共に、長時間の連続稼動を可能にすることができる。
また、円偏波変換器５９１だけでなく、矩形円筒変換器５９２も不要となるので、部品点数を削減し、プラズマ処理装置の製造コストを低減することができる。
【００５２】
なお、本発明のプラズマ処理装置は、エッチング装置、ＣＶＤ装置、アッシング装置などに利用することができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、スロットアンテナに高周波電磁界を供給する給電部が、スロットアンテナに対して開口する円筒導波管と、この円筒導波管に高周波電磁界を回転電磁界として供給する円偏波アンテナとを有している。このため、円筒導波管内の高周波電磁界を回転電磁界に変換するための円偏波変換器を設ける必要がない。したがって、円偏波変換器がもたらした問題を解消し、円偏波給電を行なってプラズマを生成する動作を安定化させると共に、長時間の連続稼動を可能にすることができる。
【００５４】
また、スロットアンテナから処理容器内に円偏波を放射する場合、スロットアンテナにクロススロットを複数形成することにより、円偏波を設計どおりに放射することができる。これにより、処理容器内の電界強度分布を時間平均で軸対称な分布とし、その電磁界の作用により均一性のよいプラズマを生成することができる。
また、スロットアンテナにバンプを設けることにより、円筒導波管からスロットアンテナへのインピーダンス変化を緩和し、円筒導波管とスロットアンテナとの接続部での高周波電磁界の反射を低減することができる。これにより、処理容器内に効率よく高周波電磁界を供給し、プラズマの生成効率を向上させることができる。
【００５５】
また、本発明では、処理容器内にＥＣＲ条件を満たす高周波電磁界を供給する給電部が、処理容器に対して開口する円筒導波管と、この円筒導波管に高周波電磁界を回転電磁界として供給する円偏波アンテナとを有している場合には、円筒導波管内の高周波電磁界を回転電磁界に変換するための円偏波変換器を設ける必要がない。したがって、円偏波変換器がもたらした問題を解消し、円偏波給電を行なってプラズマを生成する動作を安定化させると共に、長時間の連続稼動を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態である高周波プラズマ処理装置の構成を示す図である。
【図２】  給電部が有するクロススロットの構成例を示す平面図である。
【図３】  本発明の第２の実施の形態である高周波プラズマ処理装置の一部の構成を示す図である。
【図４】  給電部が有するクロススロットの構成例を示す平面図である。
【図５】  クロススロットに代替可能なハの字スロットの配置を示す図である。
【図６】  スロットの形状を示す平面図である。
【図７】  本発明の第３の実施の形態である高周波プラズマ処理装置の一部の構成を示す図である。
【図８】  給電部が有するパッチアンテナの共振器の平面図である。
【図９】  本発明の第４の実施の形態である高周波プラズマ処理装置の一部の構成を示す図である。
【図１０】  給電部が有するパッチアンテナの共振器の平面図である。
【図１１】  本発明の第５の実施の形態である高周波プラズマ処理装置の一部の構成を示す図である。
【図１２】  本発明で使用可能なラジアルラインスロットアンテナの構成を示す断面図である。
【図１３】  図１２に示したラジアルラインスロットアンテナのスロット面の構成を示す斜視図である。
【図１４】  本発明の第６の実施の形態であるＥＣＲプラズマ処理装置の一構成例を示す図である。
【図１５】  円偏波給電方式を採用するプラズマ処理装置の給電部の従来構成を示す図である。
【図１６】  円偏波変換器の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１１…処理容器、３０…ラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ）、３１…円形導体板（第３の導体板）、３２…円形導体板（第４の導体板）、３５…開口、３６…スロット、３６Ａ…クロススロット、３８…バンプ、４０，４０Ａ，１４０…給電部、４１…円筒導波管、４１Ａ…地板（第１の導体板）、４２，４５…矩形導波管、５１，５３…クロススロット（円偏波アンテナ）、５５Ａ，５５Ｂ…スロット、６１…同軸導波管、６１Ａ…外導体、６１Ｂ…内導体、７１…パッチアンテナ（円偏波アンテナ）、７３…共振器（第２の導体板）、１１１…容器、１８１，１８２…電磁コイル（磁界発生部）、Ｆ…高周波電磁界。
【図１】
0004209612.tif 000002
【図２】
0004209612.tif 000003
【図３】
0004209612.tif 000004
【図４】
0004209612.tif 000005
【図５】
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【図６】
0004209612.tif 000007
【図７】
0004209612.tif 000008
【図８】
0004209612.tif 000009
【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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