(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波によりプラズマ状態にされた反応ガスを用いて基板全面同時にプラズマプロセスを行なうプラズマプロセス装置であって、
内部に前記基板を保持した状態で前記基板表面に対向する主壁および前記基板側部を取囲む側壁を有し、かつ内部にてプラズマプロセスを行なうための容器と、
前記主壁に設けられることにより前記容器内部に面し、かつ前記容器内部にマイクロ波を導入するマトリクス状に並べた複数のマイクロ波導入窓とを備え、
前記複数のマイクロ波導入窓のうち前記側壁との位置関係において等価な位置関係にある少なくとも２つのマイクロ波導入窓には実質的に同一電力のマイクロ波を投入し、かつ非等価な位置関係にある少なくとも２つのマイクロ波導入窓には異なる電力のマイクロ波を投入する構成を有する、プラズマプロセス装置。
【請求項２】
前記容器内に生成されるプラズマを等価的な並列の集中定数回路負荷として表わしたとき、前記等価な位置関係にある少なくとも２つのマイクロ波導入窓から導入されたマイクロ波により生成されるプラズマの負荷インピーダンスが実質的に同じである、請求項１に記載のプラズマプロセス装置。
【請求項３】
マイクロ波を伝送するためのマイクロ波導波管をさらに備え、
前記等価な位置関係にある少なくとも２つの前記マイクロ波導入窓の各々に、１つの前記マイクロ波導波管が分岐して接続されている、請求項１に記載のプラズマプロセス装置。
【請求項４】
マイクロ波を発振するためのマイクロ波発振源をさらに備え、
前記マイクロ波導波管には、１つの前記マイクロ波発振源が接続されている、請求項３に記載のプラズマプロセス装置。
【請求項５】
マイクロ波を伝送するためのマイクロ波導波管と、
マイクロ波の減衰量を調整可能な減衰器とをさらに備え、
前記非等価な位置関係にある少なくとも２つの前記マイクロ波導入窓の各々に、１つの前記マイクロ波導波管が分岐して接続されており、
マイクロ波導波管の分岐された各部分には前記減衰器が各々接続されている、請求項１に記載のプラズマプロセス装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマプロセス装置に関し、より特定的には、たとえば半導体や液晶表示素子の製造などに使用されるプラズマプロセス装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体や液晶表示素子の製造に使用されるプラズマプロセス装置として、容量結合型と称されるように処理室内部に対となる電極を配置し、これらの電極にプラズマ励起手段として１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給するものが一般的であった。このとき、プロセス対象物は一方の電極上に配置される。プロセス対象物が導電性の場合には、容量結合型でも直流電力でプラズマを励起することが可能である。
【０００３】
近年、より高度で生産性のよいデバイス製造技術を目指して、いわゆる「高密度プラズマ」を励起することのできるプラズマ源を搭載したプラズマプロセス装置の開発が盛んに行なわれてきている。これらには各種の原理に基づいたプラズマ励起手段が採用されるが、マイクロ波を用いる方法も有力な手段である。マイクロ波を用いる場合には、先述のように高密度プラズマが得られることの他に、少なくともプラズマ励起に必要な電力を投入するための電極を処理室内部に設置する必要がない。このため、電極材料に関係する不純物混入がないことや、励起されたプラズマ自体のポテンシャルが容量結合型のプラズマに比べて低いために、プロセス対象物表面へのエネルギ粒子流入の制御範囲が広がるという利点がある。
【０００４】
ところが、従来は比較的大面積の領域で均一なプロセスを施すことが可能なプラズマ状態を生成することが困難であり、この問題点を解決するために各種の提案がなされてきている。
【０００５】
上記提案の１つとして、特開平１１−１１１４９３号公報に開示された技術がある。図１６および図１７は、上記公報に開示されたプラズマプロセス装置の模式的縦断面図および横断面図である。
【０００６】
図１６および図１７を参照して、この公報に開示されたプラズマプロセス装置は、反応容器１０１と、マイクロ波導入窓１０２と、ステージ１０７と、誘電体線路１１１と、マイクロ波分配器１１３と、マイクロ波導波管１１４と、マイクロ波発振器１１５とを主に有している。
【０００７】
金属製の反応容器１０１の内部は反応室１２０を構成しており、その上部はマイクロ波導入窓１０２により気密状態に封止されている。この処理室１２０内には、被処理物である半導体基板１０８を載置するためのステージ１０７が配設されており、このステージ１０７には高周波電源が接続されている。マイクロ波導入窓１０２の上方には、所定間隔（エアーギャップ１１２）を隔てて、４つに分割された誘電体線路１１１が設けられている。各誘電体線路１１１の周囲は金属板１１６にて覆われている。各誘電体線路１１１の側方には、マイクロ波分配器１１３を介してマイクロ波導波管１１４が連結されており、その先端にはマイクロ波発振器１１５が取付けられている。
【０００８】
この装置の動作においては、まず反応室１２０内が所要の真空度、圧力に設定された後、ガス供給管から反応ガスが供給される。次いで、マイクロ波発振器１１５においてマイクロ波が発振され、導波管１１４を介してマイクロ波分配器１１３へ導入される。
【０００９】
そしてマイクロ波分配器１１３にてマイクロ波は調整されて、４つの各誘電体線路１１１に同位相および同電力で導入される。誘電体線路１１１に導入されたマイクロ波は、エアーギャップ１１２を介してマイクロ波導入窓１０２から反応室１２０内へ導かれる。このマイクロ波の導入により、反応室１２０内にプラズマが生成され、ステージ１０７上の基板１０８表面に対してプラズマ処理（エッチング処理）がなされる。
【００１０】
なお、上記以外に、比較的大面積の領域で均一なプラズマプロセスを行なう技術を開示した文献としては、たとえば特開平８−３１６１９８号公報、特公平７−１０５３８５号公報、特許公報第２６４１４５０号などがある。
【００１１】
特開平８−３１６１９８号公報は、１つのマイクロ波発振器から発振されたマイクロ波を複数の誘電体層に分岐させた後、反応室に導入するプラズマプロセス装置を開示している。
【００１２】
また特公平７−１０５３８５号公報は、プロセスチャンバの上部に複数の導波管を接続し、各導波管にマイクロ波発振器を接続することで、複数のマイクロ波を独立に制御するプラズマプロセス装置を開示している。
【００１３】
また特許公報第２６４１４５０号に開示されたプラズマプロセス装置は、上記特公平７−１０５３８５号公報に記載のプラズマプロセス装置とプラズマ励起方式が異なるのみで、各導波管にそれぞれ一式のマイクロ波発振器が必要な点で同じである。
【００１４】
なお、マイクロ波という場合、一般には周波数１〜３０ＧＨｚの電磁波をいうことが多いが、ＶＨＦ帯（３０〜３００ＭＨｚ）、ＵＨＦ帯（０．３〜３ＧＨｚ）やミリ波帯（３０〜３００ＧＨｚ）も工学的取扱いは同様であり、これらの周波数帯の電磁波を総称してマイクロ波と本願ではいうこととする。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の各公報に記載された技術には、それぞれ以下に示す問題点があった。
【００１６】
まず図１６および図１７に示す特開平１１−１１１４９３号公報のプラズマプロセス装置では、４分割された誘電体線路１１１に同位相、同電力のマイクロ波が導入される。しかし、マイクロ波導入窓１０２の反応容器１０１の側壁１０１ｂに近い領域ＳＡと遠い領域ＳＢとでは、電位状態やプラズマ中の粒子生成・消滅の様相が異なる。これにより、領域ＳＡおよび領域ＳＢ直下のプラズマの負荷インピーダンスがそれぞれ異なり、プラズマプロセスを均一に行なうことができないという問題点がある。
【００１７】
また、特開平８−３１６１９８号公報のプラズマプロセス装置では、誘電体層が２分割されているだけであるため、大面積の基板を処理する場合に、その基板を均一に処理することが困難である。また、誘電体層の分割数を増やした場合でも、特開平１１−１１１４９３号公報と同様、各部の負荷インピーダンスが異なり、プラズマプロセスを均一に行なうことができないという問題点がある。
【００１８】
また特公平７−１０５３８５号公報および特許公報第２６４１４５０号では、各導波管に対して１台ずつマイクロ波発振器が必要となる。一般に出力の小さい発振器を複数台用意するよりも、等価な大出力の発振器１台の方がコスト的に有利である。したがって、上記２つの公報のプラズマプロセス装置ではコスト的に不利であり、さらに大面積の基板に対応させるにはコスト的に一層不利になるという問題がある。
【００１９】
それゆえ、本発明の目的は、反応室内に生成されるプラズマの負荷インピーダンスが各部で異なる場合にも均一なプラズマプロセスを実現できる、コスト的に有利なプラズマプロセス装置を提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明のプラズマプロセス装置は、マイクロ波によりプラズマ状態にされた反応ガスを用いて基板全面同時にプラズマプロセスを行なうものであって、容器と、複数のマイクロ波導入窓とを備えている。容器は、内部に基板を保持した状態で基板表面に対向する主壁および基板側部を取囲む側壁を有し、かつ内部にてプラズマプロセスを行なうものである。複数のマイクロ波導入窓は、主壁に設けられることにより容器内部に面し、かつ容器内部にマイクロ波を導入し、マトリクス状に並べられる。複数のマイクロ波導入窓のうち側壁との位置関係において等価な位置関係にある少なくとも２つのマイクロ波導入窓には実質的に同一電力のマイクロ波が投入され、かつ非等価な位置関係にある少なくとも２つのマイクロ波導入窓には異なる電力のマイクロ波が投入される。
【００２１】
本発明のプラズマプロセス装置では、非等価な位置関係にあるマイクロ波導入窓に異なる電力のマイクロ波が投入される。これにより、それらの直下のプラズマの負荷インピーダンスが異なる場合でも、それらの直下のプラズマの状態を略同一に制御することができる。
【００２２】
また、等価な位置関係にあるマイクロ波導入窓では、それらの直下のプラズマの負荷インピーダンスが実質的に同じである。このため、これらのマイクロ波導入窓に同一電力のマイクロ波を投入することで、それらの直下のプラズマ状態を略同一に制御することができる。
【００２３】
これにより、容器内全体におけるプラズマ状態を均一にすることができるため、大面積基板に対しても均一なプラズマプロセスを施すことができる。
【００２４】
また、等価な位置関係にあるマイクロ波導入窓には、大出力のマイクロ波発振器１台によりマイクロ波を導入することができるため、コスト的にも有利である。
【００２５】
上記のプラズマプロセス装置において好ましくは、容器内に生成されるプラズマを等価的な並列の集中定数回路負荷として表わしたとき、等価な位置関係にある少なくとも２つのマイクロ波導入窓から導入されたマイクロ波により生成されるプラズマの負荷インピーダンスが実質的に同じである。
【００２６】
このように処理室内に生じるプラズマの負荷インピーダンスまで考慮して、マイクロ波を投入することにより、より一層均一なプラズマプロセスが可能となる。
【００２７】
上記のプラズマプロセス装置において好ましくは、マイクロ波を伝送するマイクロ波導波管がさらに備えられている。等価な位置関係にある少なくとも２つのマイクロ波導入窓の各々に、１つのマイクロ波導波管が分岐して接続されている。
【００２８】
この１つのマイクロ波導波管に１つのマイクロ波発振源を接続することにより、大出力のマイクロ波発振源１台で等価な位置関係にあるマイクロ波導入窓の各々にマイクロ波を導入することが可能となる。
【００２９】
上記のプラズマプロセス装置において好ましくは、マイクロ波を発振するためのマイクロ波発振源がさらに備えられている。マイクロ波導波管には、１つのマイクロ波発振源が接続されている。
【００３０】
これにより、コスト的に有利なプラズマプロセス装置を得ることができる。
上記のプラズマプロセス装置において好ましくは、マイクロ波を伝送するためのマイクロ波導波管と、マイクロ波の減衰量を調整可能な減衰器とがさらに備えられている。非等価な位置関係にある少なくとも２つのマイクロ波導入窓の各々に、１つのマイクロ波導波管が分岐して接続されている。マイクロ波導波管の分岐された各部分には減衰器が接続されている。
【００３１】
これにより、非等価な位置関係にあるマイクロ波導入窓の各々にも、１台の大出力のマイクロ波発振器でマイクロ波を投入することができるため、より一層コスト的に有利なプラズマプロセス装置を得ることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
【００３３】
（実施の形態１）
図１および図２は、本発明の実施の形態１におけるプラズマプロセス装置の構成を概略的に示す断面図であり、図３は図１の矢印Ａ方向から見たマイクロ波導入窓の配置の様子を示す図である。
【００３４】
なお、図１は図３の５１−５１線に沿う断面に対応し、図２は図３の５２−５２線に沿う断面に対応する。
【００３５】
主に図１および図２を参照して、本実施の形態のプラズマプロセス装置は、反応容器１と、マイクロ波導入窓２ａ、２ｂと、導波管３ａ、３ｂと、整合器４ａ、４ｂと、アイソレータ５ａ、５ｂと、マイクロ波発振器６ａ、６ｂと、基板ホルダ７とを主に有している。
【００３６】
金属などの導電体よりなる反応容器１の内部は処理室１０を構成している。反応容器１の上壁１ａはたとえば４つの開口部を有しており、その開口部の各々には処理室１０に面するようにマイクロ波導入窓２ａ、２ｂが取付けられている。
【００３７】
主に図３を参照して、両側の２つのマイクロ波導入窓２ａ、２ａ同士は、反応容器１の側壁１ｂとの位置関係において互いに等価な位置関係を有している。また中央側の２つのマイクロ波導入窓２ｂ、２ｂ同士は側壁１ｂとの位置関係において互いに等価な位置関係を有している。またマイクロ波導入窓２ａと２ｂとは側壁１ｂとの位置関係において互いに非等価な位置関係を有している。
【００３８】
本願において「等価な位置関係」とは、マイクロ波導入窓の側壁１ｂとの対向長さ（ＷA、ＷBおよびＷC）および対向間隔（ＬA、ＬBおよびＬC）が略同一になる位置関係である。このような対向長さや対向間隔が略同一であれば、反応容器１の上壁面１ａにおいて点対称もしくは線対称に配置されているマイクロ波導入窓も「等価な位置関係」にあるマイクロ波導入窓に含まれる。
【００３９】
主に図１を参照して、マイクロ波導入窓２ａ、２ｂと反応容器１との間はＯリング９などによりシールされており、これにより処理室１０内部の気密が保持されている。処理室１０内部は、真空ポンプ（図示せず）により排気され、真空状態が保持されている。
【００４０】
側壁１ｂとの位置関係において互いに等価な位置関係にあるマイクロ波導入窓２ａ、２ａには、１つの導波管３ａが分岐して接続されている。また側壁１ｂとの位置関係において互いに等価な位置関係にあるマイクロ波導入窓２ｂ、２ｂには、１つの導波管３ｂが分岐して接続されている。この導波管３ａ、３ｂの各々には整合器４ａ、４ｂ、アイソレータ５ａ、５ｂを介してマイクロ波発振器６ａ、６ｂの各々が接続されている。これにより、互いに等価な位置関係にあるマイクロ波導入窓２ａおよび２ａ（または２ｂおよび２ｂ）には同一の電力のマイクロ波が投入でき、非等価な位置関係にあるマイクロ波導入窓２ａおよび２ｂには異なる電力のマイクロ波が投入できる。
【００４１】
処理室１０内には、反応容器１の上壁１ａと対向するように基板８を保持可能な基板ホルダ７が設置されている。反応容器１は接地状態とされるのが通常であり、基板ホルダ７には高周波や直流のバイアスが印加される。
【００４２】
なお、処理室１０内に反応ガスを供給するためのガス供給管などの図示は説明の便宜上省略されている。
【００４３】
次に、マイクロ波導入窓の幾何学的配置とプラズマの負荷インピーダンスとの関係について言及する。
【００４４】
図４は、比較的小さな反応容器でマイクロ波導入用の導波管を１つとした場合の構成を示す図である。図４を参照して、反応容器１の上部には開口部があり、シール９を介してマイクロ波導入窓２が装着してある。マイクロ波導入窓２の上部にはマイクロ波を伝送する導波管３が接続されている。なお、導波管３には、図示しない整合器やアイソレータやマイクロ波発振器が接続されている。
【００４５】
反応容器１内部は、図示しない排気装置とバルブ系とを操作することにより一旦所定の圧力まで排気された後、ガス導入路を通じて放電ガスを適宜導入してプラズマ生成圧力に調整される。反応容器１内部の圧力は排気速度（量）とガス導入速度（量）との釣合いで決定する。
【００４６】
反応容器１の内部がプラズマ生成圧力に調整された状態でマイクロ波がマイクロ波導入窓２を通して反応容器１内部に投入されると、反応容器１内部にプラズマが生成される。このとき、プラズマ内部で電離したイオンや電子が反応容器１の壁面に突入することで消費されつつ、また新たな電離も行なわれることでプラズマは維持される。
【００４７】
イオンや電子が反応容器１の壁面に突入するに際しては、その振る舞いに対して反応容器１の壁面の電位は重要な役割を持っている。すなわち、壁面の電位が正であればイオンは退けられ、電子が突入しやすくなる。壁面の電位が負であれば、その逆である。
【００４８】
プラズマそのものは電子とイオンとの質量差に基づいて常に反応容器１の壁面に対して正の電位を持っている。反応容器１の壁面は導電体であって接地されるのが通常である。基板８を保持する基板ホルダ７などの基板保持機構には高周波や直流のバイアスが印加されることもある。ところが、マイクロ波導入窓２は電気的には絶縁体であって直流を流すことができないため、定常状態では表面電荷を得た状態であり、正味の電荷の出入りはなくなる。すなわち、導電体である反応容器１の壁面とマイクロ波導入窓２の表面とは電位が異なる。したがって、生成されたプラズマ内部の荷電粒子（電子やイオン）から見て電位の異なる壁が存在することになる。これにより、マイクロ波導入窓２の直下と周辺部の側壁１ｂに近い領域とでは、プラズマ内部での荷電粒子の平衡状態の異なる場合が出てくる。
【００４９】
たとえば、図４に示すようにプラズマ生成領域が小さく、マイクロ波導入窓２直下の領域から見ても接地電位の側壁１ｂを見込む割合が大きければ、プラズマ生成領域の端部と中央部とでプロセス上問題となるようなプラズマ状態の差は出てこない。このため、図４に示すプラズマプロセス装置において生成されるプラズマは、図５に示すようにプラズマ全体においてほぼ均等な負荷インピーダンスＺを有するとみなせる。なお、図中の記号Ｓは電源系を示しており、この電源系Ｓはマイクロ波発振器、アイソレータ、整合器などを包含するものである。
【００５０】
ところが、図６に示すようにプラズマ生成領域が大面積になると、プラズマの端部では接地電位の側壁１ｂが近傍にあるため電子が失われる確率が高くなるが、中央部ではマイクロ波導入窓２しか近くにないため電子は失われにくい。よって、マイクロ波をマイクロ波導入窓２から投入すると、平衡状態においてプラズマの端部と中央部とでプラズマの密度に差ができる。このため、大面積のプラズマを等価的に並列の集中定数回路負荷として表わすと、図７に示すようにプラズマの中央部での負荷インピーダンスＺ11は端部の負荷インピーダンスＺ12と異なることになる。
【００５１】
このようにプラズマの中央部と端部とで負荷インピーダンスが異なる場合には、上述したようにプラズマの密度に差が生じているため、均一なプラズマプロセスを施すことができない。
【００５２】
そこで、図８に示すようにプラズマ生成領域を複数に分割（つまり、マイクロ波導入窓を複数に分割）し、それぞれにマイクロ波を投入することが考えられる。しかし、このようにプラズマ生成領域が分割されたとしても、マイクロ波導入窓２ａ直下のプラズマとマイクロ波導入窓２ｃ直下のプラズマとにおける負荷インピーダンスに差がある状況は大きくは変化しない。また負荷インピーダンスが異なると、マイクロ波の終端での反射率が異なり、整合器から負荷側での定在波状態が複雑となる。このため、分割されたマイクロ波導入窓２ａ，２ｃに単純に同一電力のマイクロ波を投入しても、プラズマのインピーダンスの差を補償することはできず、結果としてプラズマプロセスが不均一となる。
【００５３】
そこで、本発明は、図８に示すようにプラズマ生成領域を複数に分割した上で、側壁１ｂに対して互いに非等価な位置関係にあるマイクロ波導入窓２ａおよび２ｂには異なる電力のマイクロ波を投入する構成とされる。つまり、図９に示すように負荷インピーダンスＺ11，Ｚ12が異なる部分上のマイクロ波導入窓に異なる電源系Ｓ１、Ｓ２により異なる電力のマイクロ波が独立に投入される。また負荷インピーダンスＺ12が同じとなる部分上のマイクロ波導入窓には、同一の電源系Ｓ１が接続される。
【００５４】
次に、本実施の形態のプラズマプロセス装置を等価回路として考えた場合について説明する。
【００５５】
図１０は、図１〜図３に示すプラズマプロセス装置の等価回路構成を示す図である。図１０を参照して、この等価回路構成は、２つの電源系Ｓ１とＳ２とを有している。電源系Ｓ１は、図１に示す整合器４ａ、アイソレータ５ａ、マイクロ波発振器６ａなどを包含するものであり、電源系Ｓ２は整合器４ｂ、アイソレータ５ｂ、マイクロ波発振器６ｂを包含するものである。この電源系Ｓ１には２つの等しい負荷Ｚ11が並列に接続されており、電源系Ｓ２にも２つの等しい負荷Ｚ12が並列に接続されている。なお、負荷Ｚ11と負荷Ｚ12は異なるものである。
【００５６】
負荷Ｚ11は、図１においてマイクロ波導入窓２ａ直下のプラズマの負荷インピーダンスである。また負荷Ｚ12は、図１においてマイクロ波導入窓２ｂ直下のプラズマの負荷インピーダンスである。このため、負荷Ｚ11はマイクロ波導入窓２ａの個数に対応して２つあり、負荷Ｚ12はマイクロ波導入窓２ｂの個数に対応して２つある。
【００５７】
本実施の形態では、等価回路的に見てプラズマ負荷インピーダンスが異なる回路には異なる電源系が接続されて異なる電力のマイクロ波が投入される。また等価回路的に見てプラズマ負荷インピーダンスが同一の回路には同一の電源系が接続されて同一電力のマイクロ波が投入される。
【００５８】
ところで、図１において導波管３ａ、３ｂが分岐した後のマイクロ波伝送路は伝送路インピーダンスを有しており、この伝送路インピーダンスは、プラズマ負荷インピーダンスを含むものである。しかし、伝送路インピーダンスを変動させる要因はプラズマ負荷インピーダンスだけではなく、たとえば以下のものも伝送路インピーダンスを変動させる。
【００５９】
（１）  伝送路内に配置した誘電体の誘電率がマイクロ波電界強度に対して非線形応答する可能性がある。
【００６０】
（２）  伝送路内に配置した誘電体に温度変化があったときに誘電率が変化する可能性がある。
【００６１】
（３）  反応容器壁の温度が変化したときにその表面ガス吸着確率が変化し処理室内のガス組成が微妙に変化する可能性がある。
【００６２】
（４）  投入電力が異なるとプラズマ密度（ガスの電離具合）が変化し、それによりプラズマ中へのマイクロ波伝搬形態が変化する可能性がある。
【００６３】
上記（１）、（２）は伝送路材料に関することであり、線形領域での動作とすることや、各部の温度制御により対応することができる。また（３）も反応容器壁の温度を制御することにより対応することができる。また（４）については、マイクロ波導入窓の反応容器の側壁に対する幾何学的配置と（１）〜（３）とを揃えれば、マイクロ波伝搬形態が変化する場合には等価な領域のプラズマ状態も同じ変化をするため問題はない。
【００６４】
現実には、導波管から成る伝送路の組み立て状態の調整が重要である。
このように他の要因を制御することで、互いに等価な位置関係にあるマイクロ波導入窓を含む各回路の伝送路インピーダンスを同一にすることができる。そして、伝送路インピーダンスが同じとなる回路には同一の電源系を接続して同一電力のマイクロ波を投入し、伝送路インピーダンスが異なる回路には異なる電源系を接続して異なる電力のマイクロ波を投入することで均一なプラズマを生成することができる。
【００６５】
次に、本実施の形態のプラズマプロセス装置をＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置として用いた場合の動作について説明する。
【００６６】
反応容器１内部が予め真空ポンプなどを用いて真空状態に保持される。マイクロ波発振器６ａ、６ｂから発せられたマイクロ波は、アイソレータ５ａ、５ｂと整合器４ａ、４ｂとを介して導波管３ａ、３ｂの各々に導かれた後、マイクロ波導入窓２ａ、２ｂの各々から反応容器１内に投入される。この際、マイクロ波導入窓２ａと２ｂとの直下における負荷インピーダンスを考慮して、マイクロ波導入窓２ａと２ｂとに投入されるマイクロ波の電力が個別に調整される。
【００６７】
一方、所要の原料ガスは、ガス供給管から反応容器１内へ供給される。
反応ガスが反応容器１内に導入されると、マイクロ波により全体に均一なプラズマが生成され、これにより基板ホルダ７上の基板８表面に対して均一な成膜が行なわれる。
【００６８】
本実施の形態では、図１に示すように反応容器１の側壁１ｂとの位置関係において互いに等価な位置関係にあるマイクロ波導入窓２ａおよび２ａ（またはマイクロ波導入窓２ｂおよび２ｂ）に同一電力のマイクロ波が導入され、かつ非等価な位置関係にあるマイクロ波導入窓２ａおよび２ｂには異なる電力のマイクロ波が独立に投入される。これにより、処理室１０内に生成されるプラズマを全体的に均一にすることができる。これにより、大面積の基板にも、均一なプラズマプロセスを施すことが可能となる。
【００６９】
また、等価な位置関係にあるマイクロ波導入窓２ａには、１台のマイクロ波発振器６ａまたは６ｂによりマイクロ波を投入することができるため、コスト的に有利な構成とすることができる。
【００７０】
なお、本実施の形態では、マイクロ波導入窓を４つに分割した、いわゆる分割モード（１，４）の場合について説明したが、本発明は、分割数が３以上のもの（つまり分割モード（１，ｎ）でｎ≧３）であればいかなるものにも適用することができる。
【００７１】
（実施の形態２）
図１１は、本発明の実施の形態２におけるプラズマプロセス装置でのマイクロ波導入窓の配置状態を示す図であり、実施の形態１における図３に対応するものである。また図１２は、本発明の実施の形態２におけるプラズマプロセス装置の導波管伝送回路の構成を示す概略斜視図である。
【００７２】
なお、図１１の５３−５３線に沿う断面は図１に示す構成に対応し、５４−５４線に沿う断面は図２に示す構成に対応する。
【００７３】
図１１および図１２を参照して、本実施の形態は、反応容器１の上面１ａにおいてマイクロ波導入窓が１２分割された構成を有している点において実施の形態１と異なる。
【００７４】
反応容器１の上面１ａの四隅の領域に配置された４つのマイクロ波導入窓２ａは、反応容器１の側壁１ｂに対して互いに等価な位置関係にある。また４つのマイクロ波導入窓２ｂも互いに等価な位置関係にあり、２つのマイクロ波導入窓２ｃも互いに等価な位置関係にあり、また２つのマイクロ波導入窓２ｄも互いに等価な位置関係にある。そして、マイクロ波導入窓２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは互いに非等価な位置関係にある。
【００７５】
主に図１２を参照して、四隅に配置された４つのマイクロ波導入窓２ａのうちの２つには導波管３ａを通じて電源系Ｓ１−１が接続されており、残りの２つには導波管３ａを通じて電源系Ｓ１−２が接続されている。４つのマイクロ波導入窓２ｂには導波管３ｂを通じて１つの電源系Ｓ２が接続されている。２つのマイクロ波導入窓２ｃには導波管３ｃを通じて１つの電源系Ｓ３が接続されている。２つのマイクロ波導入窓２ｄには導波管３ｄを通じて１つの電源系Ｓ４が接続されている。
【００７６】
なお、電源系Ｓ１−１と電源系Ｓ１−２とは、同一のマイクロ波を発振するものである。また電源系Ｓ１−１と電源系Ｓ１−２とは、構成の便宜上、２つに分けているだけであり、１つに統一されることが装置構成上およびコスト上好ましい。つまり、四隅にある４つのマイクロ波導入窓２ａのすべてが導波管３ａを通じて１つの電源系に接続されることが好ましい。
【００７７】
このように、本実施の形態では、互いに非等価な位置関係にあるマイクロ波導入窓には異なる電力のマイクロ波が投入され、かつ互いに等価な位置関係にあるマイクロ波導入窓には同一電力のマイクロ波が投入されるよう構成されている。
【００７８】
なお、これ以外の構成については、上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７９】
次に、本実施の形態におけるプラズマプロセス装置の等価回路構成について説明する。
【００８０】
図１３は、図１２に示すプラズマプロセス装置においてマイクロ波導入窓２ｂを伝送路とするマイクロ波の等価回路構成を示す図である。図１３を参照して、マイクロ波導入窓２ｂ同士は互いに等価な位置関係にあるため、その直下のプラズマの負荷インピーダンスＺ11は実質的に同じとなる。このようにプラズマ負荷インピーダンスＺ11が実質的に同じとなる各マイクロ波導入窓２ｂに、同一電力のマイクロ波が単一の電源系Ｓ２により投入される。
【００８１】
また、他のマイクロ波導入窓２ａ、２ｃ、２ｄに関する等価回路構成は、図１０に示した構成とほぼ同じであるため、その説明は省略する。
【００８２】
また、互いに非等価な位置関係にあるマイクロ波導入窓では、その直下のプラズマの負荷インピーダンスが異なるため、異なる電源系により異なる電力のマイクロ波が投入される。
【００８３】
なお、同一の電源系に接続される各回路においては実施の形態１で説明した伝送路インピーダンスを変動させる他の要素（１）〜（４）などを同一に制御することで各伝送路インピーダンスが実質的に同じとなっていることが必要である。
【００８４】
本実施の形態においても、反応容器１の側壁１ｂに対して等価な位置関係にあるマイクロ波導入窓には同一電力のマイクロ波が投入され、かつ非等価な位置関係にあるマイクロ波導入窓には異なる電力のマイクロ波が投入される。このため、上述した実施の形態１と同様、処理室内に生成されるプラズマを全体的に均一にすることができ、均一なプラズマプロセスを施すことが可能となる。
【００８５】
また等価な位置関係にあるマイクロ波導入窓には、１つの電源系を接続すれば足りるため、コスト的に有利である。
【００８６】
なお、本実施の形態では、マイクロ波導入窓を１２分割した分割モード（３，４）の場合について説明したが、本発明は、分割数が１２以外のもの（つまり分割モード（ｍ，ｎ））に適用することもできる。
【００８７】
（実施の形態３）
図１４は、本発明の実施の形態３におけるプラズマプロセス装置の構成を図１に対応した断面で示す断面図である。また図１５は、本発明の実施の形態３におけるプラズマプロセス装置の構成を図２に対応する断面で示す断面図である。
【００８８】
図１４および図１５を参照して、本実施の形態のプラズマプロセス装置では、反応容器１の側壁１ｂとの位置関係において互いに非等価な位置関係にあるマイクロ波導入窓２ａおよび２ｂが同一のマイクロ波発振器６に接続されている点において実施の形態１と異なる。このように非等価な位置関係にあるマイクロ波導入窓を単一のマイクロ波発振器６に接続した場合、分岐部に可変減衰器１１を設ける必要がある。この可変減衰器１１は、マイクロ波の減衰量を調整するものである。可変減衰器１１により、非等価な位置関係に配置されたマイクロ波導入窓２ａおよび２ｂに異なる電力のマイクロ波を投入することが可能となる。
【００８９】
なお、これ以外の構成については、上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００９０】
本実施の形態においては、非等価な位置関係に配置されたマイクロ波導入窓２ａおよび２ｂが１つのマイクロ波発振器６に接続されている。このため、実施の形態１の構成と比較して、さらに装置の簡略化を図ることができ、コスト的に有利な構成とすることができる。
【００９１】
また、可変減衰器１１により非等価な位置関係にあるマイクロ波導入窓２ａおよび２ｂに異なる電力のマイクロ波を投入することができる。このため、処理室１０内に生成されるプラズマ全体を均一にすることができ、均一なプラズマプロセスを施すことが可能となる。
【００９２】
なお、本実施の形態は、分割モード（１，ｎ）の場合について説明したが、実施の形態２に示すように分割モード（ｍ，ｎ）の場合にも適用することができる。
【００９３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のプラズマプロセス装置では、処理室の側壁面との位置関係において非等価な位置関係にあるマイクロ波導入窓には、異なる電力のマイクロ波が投入される。これにより、各マイクロ波導入窓直下のプラズマの負荷インピーダンスが異なる場合でも、処理室内に生成されるプラズマの全体を均一にすることができる。これにより、均一なプラズマプロセスを施すことが可能となる。
【００９５】
また等価な位置関係にあるマイクロ波導入窓には、大出力のマイクロ波発振器１台によりマイクロ波を導入することができるため、装置の簡略化を図ることができ、コスト的にも有利な構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１におけるプラズマプロセス装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】  本発明の実施の形態１におけるプラズマプロセス装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図３】  図１の矢印Ａ方向から見たマイクロ波導入窓の配置状態を示す図である。
【図４】  比較的小さな反応容器で１つのマイクロ波導入用導波管伝送回路とした場合の構成を示す概略断面図である。
【図５】  図４に示すプラズマプロセス装置におけるプラズマの負荷インピーダンスを説明するための図である。
【図６】  比較的大きな反応容器で１つのマイクロ波導入用導波管伝送回路とした構成を示す概略断面図である。
【図７】  図６のプラズマプロセス装置におけるプラズマの負荷インピーダンスを説明するための図である。
【図８】  比較的大きな反応容器において、マイクロ波導入用導波管伝送回路を複数とした場合の構成を示す概略断面図である。
【図９】  図７に示すプラズマプロセス装置のプラズマの負荷インピーダンスおよび電源系を示す図である。
【図１０】  本発明の実施の形態１におけるプラズマプロセス装置の等価回路図である。
【図１１】  本発明の実施の形態２におけるプラズマプロセス装置の図３に対応する図である。
【図１２】  本発明の実施の形態２におけるプラズマプロセス装置の導波管伝送回路の構成を示す斜視図である。
【図１３】  本発明の実施の形態２におけるプラズマプロセス装置の等価回路構成を示す図である。
【図１４】  本発明の実施の形態３におけるプラズマプロセス装置の構成を図１に対応する断面で示す図である。
【図１５】  本発明の実施の形態３におけるプラズマプロセス装置の構成を図２に対応する断面で示す図である。
【図１６】  特開平１１−１１１４９３号公報に開示されたプラズマプロセス装置を示す模式的縦断面図である。
【図１７】  特開平１１−１１１４９３号公報に開示されたプラズマプロセス装置を示す模式的横断面図である。
【符号の説明】
１  反応容器、１ａ  上壁、１ｂ  側壁、２ａ、２ｂ  マイクロ波導入窓、３ａ、３ｂ  導波管、４ａ、４ｂ  整合器、５ａ、５ｂ  アイソレータ、６ａ、６ｂ  マイクロ波発振器、７  基板ホルダ、８  基板、９  シール、１０  処理室。
【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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