JP2002203844A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アンテナ内に均一なマイクロ波を形成し、処
理容器に均一なプラズマを生成できるプラズマ処理装置
を提供することである。 【解決手段】 このプラズマ処理装置は、処理容器５３
と、この処理容器５３内に設けられたウエハＷを保持す
るための載置台６１と、この載置台６１によって保持さ
れたウエハＷに対向して設けられた封止板５５と、この
封止板５５に設けられ、この封止板５５を通して処理容
器５３内にマイクロ波を導入する環状に形成された導波
管からなるアンテナであって、その環状の導波管によっ
て形成される環状の導波路を含む平面が前記封止板５５
に略平行になるように配設された環状アンテナ８１と、
この環状のアンテナ８１の外周に設けられた方向性結合
器７９と、この方向性結合器７９に接続された伝搬導波
管８１と、この伝搬導波管８１に接続されたマイクロ波
発振器８３とを有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波を用いたプ
ラズマ処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、処理容器の上面に環状の導波管か
らなるアンテナを設け、これによって処理容器内にマイ
クロ波を供給するプラズマ処理装置としては、例えば、
図２４に示すようなものが知られている。

【０００３】このプラズマ処理装置１１は、処理容器１
３を有しており、この処理容器１３の上面にはアンテナ
１５が載置されている。このアンテナ１５は、一端が閉
鎖された導波管が円形にカールされて配設されたもの
で、処理容器１３側には、スロット１７…が形成されて
いる。一方、このアンテナの他端には、マイクロ波発振
器１９が接続されている。

【０００４】このようなプラズマ処理装置１１におい
て、マイクロ波発生器１９から供給されたマイクロ波
は、アンテナ１５の終端部２１で反射され、導波管内に
定在波を形成する。そして、スロット１７…から下方の
処理容器１３に向かってマイクロ波を放出し、これによ
って処理容器内にプラズマを生成し処理を行う。

【０００５】一方、図２５に示すような、プラズマ処理
装置３１は、処理容器３３の側面外周に環状の導波管か
らなるアンテナ３５が巻き付けられ、このアンテナ３５
には、導波管３７を介してマイクロ波発振器３９が接続
されている。そして、マイクロ波発振器３９から供給さ
れたマイクロ波は、導波管３７とアンテナ３５の接続部
４１で左右に分割され、この分割されたマイクロ波は、
その後この接続部４１の反対側の部分４３で再び出会い
互いに反射してアンテナ内に定在波を形成する。そし
て、アンテナ３５の内周側に形成されたスロット４５…
から内側の処理容器３３に向かってマイクロ波を放出
し、これによって処理容器３３内にプラズマを生成し処
理を行う。

【０００６】また、図２６に示すプラズマ処理装置１２
１は、処理容器１２３の上面に円環状の導波管からなる
アンテナ１２５が設けられている。この円環状のアンテ
ナ１２５の処理容器１３側には、複数のスロット１２７
…が形成されている。また、この円環状のアンテナ１２
５の上面には、マイクロ波を供給する導波管１２９が垂
直に接続されている。そして、この導波管１２９とアン
テナ１２５との接合部には、凸稜１３１が設けられてい
る。そして、導波管１２９から伝搬してきたマイクロ波
は、凸稜１３１で２手に分かれた後、この接合部と反対
側で再び出会って互いに反射してアンテナ１２５内に定
在波を形成する。そして、このプラズマ処理装置１２１
にあっては、この定在波から処理容器１３に向かってマ
イクロ波を放出するようになっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記プ
ラズマ処理装置１１，３１、１２１にあっては、ともに
アンテナ内に定在波を形成するようにしているため、定
在波の腹と節の部分でマイクロ波の強度が異なる。この
ため、アンテナ内での腹と節の位置関係によって処理容
器内の電磁界強度が不均一になるという問題点があっ
た。また、定在波の腹の位置とアンテナに設けられたス
ロットとの位置がずれると処理容器内の電磁界の均一性
を維持できず、プラズマの生成が不均一になるという問
題点があった。

【０００８】本発明は、上記課題を解決するために成さ
れたものであって、アンテナ内に均一な高周波を形成
し、処理容器に均一なプラズマを生成できるプラズマ処
理装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、密閉さ
れた処理容器内に設けられ、被処理体を保持する保持手
段と、この保持手段に対向配置され、保持手段と対向す
る面に複数形成されたスロットを介して処理容器内に高
周波を導入する環状導波管と、この環状導波管に設けら
れ、環状導波管内に無端環状の進行波を形成する進行波
形成手段とを具備したことである。

【００１０】本発明の特徴は、処理容器は、有底筒状を
なし、さらに、処理容器の開口部に設けられ、処理容器
を気密に密閉するとともに、環状導波管からの高周波を
処理容器内部に透過させる誘電体窓を有していることで
ある。

【００１１】本発明の特徴は、有底筒状の処理容器と、
この処理容器内に設けられた被処理体を保持するための
保持手段と、処理容器の開口部に設けられ、この処理容
器を気密に密閉するとともに処理容器内部に高周波を透
過させる誘電体からなる誘電体窓と、環状に形成され、
誘電体窓を通して処理容器内に高周波を導入する環状導
波管であって、その環状導波路を含む平面が誘電体窓に
沿うように誘電体窓に設けられた環状導波管と、この環
状導波管に設けられ、この環状導波管内に無端環状の進
行波を形成する進行波形成手段とを具備したことであ
る。

【００１２】本発明の特徴は、進行波形成手段は、高周
波を供給する高周波発生器と、この高周波発生器に接続
され高周波発生器で発生した高周波を伝搬する伝搬導波
管と、この伝搬導波管と環状導波管との間に設けられて
伝搬導波管と環状導波管とを接続し、伝搬導波管内を伝
搬してきた高周波を環状導波管に進行波として供給する
方向性結合器とを有していることである。

【００１３】本発明の特徴は、環状導波管の周長は、そ
の環状導波管の管内波長の自然数倍であることである。

【００１４】本発明の特徴は、方向性結合器は、環状導
波管とこの環状導波管の接線方向に配設された伝搬導波
管とが共有する管壁に上記接線に垂直方向に形成された
スリットを有することである。

【００１５】本発明の特徴は、方向性結合器は、伝搬導
波管を形成する同軸導波管と、この同軸導波管と環状導
波管との接続位置から環状導波管に沿って管内波長の略
｛（２ｎ−１）／４｝（ｎは自然数）離間した位置で環
状導波管内に開口する分岐導波管とを有し、同軸導波管
の外導体は、環状導波管に形成された開口の周囲に接続
され、同軸導波管の内導体は、環状導波管に形成された
開口から環状導波管内を通り分岐導波管に接続されてい
ることである。なお、通常ｎ＝１とする。

【００１６】本発明の特徴は、進行波形成手段は、環状
導波管の周方向に離間した複数箇所に周方向に位相がず
れた高周波を供給する多位相高周波供給手段を有し、環
状導波管に周方向に位相がずれた高周波を供給すること
によって、環状導波管内に進行波を発生させることであ
る。

【００１７】本発明の特徴は、多位相高周波供給手段
は、ＴＥ１１モードの高周波を発生する高周波発生器
と、この高周波発生器に一端が接続された円筒導波管
と、この円筒導波管の中程に設けられ、円筒導波管内を
伝搬してきたＴＥ１１モードのマイクロ波を円筒導波管
の軸線廻りに回転させる円偏波変換器と、円筒導波管の
他端部の外周面の周方向に離間したそれぞれの位置に、
一端がそれぞれ接続されるとともに、環状導波管の周方
向に離間したそれぞれの位置に、他端がそれぞれ接続さ
れた複数の分岐導波管とを有していることである。

【００１８】本発明の特徴は、多位相高周波供給手段
は、導波管内にＴＥ１０モードの高周波を発生する高周
波発生器と、導波管に一端が接続されるとともに、環状
導波管の周方向に離間したそれぞれの位置に他端がそれ
ぞれ接続された複数の分岐導波管と、これら複数の分岐
導波管のそれぞれに設けられ、これら分岐導波管によっ
て複数に分割された高周波の位相を、これら分割された
高周波が環状導波管内に供給されたときに環状導波管内
に進行波を発生させるように調整する移相器とを有する
ことである。

【００１９】本発明の特徴は、環状導波管の周長は、そ
の環状導波管の管内波長の自然数倍であることである。

【００２０】本発明の特徴は、環状導波管へ高周波を供
給する導波管は、矩形導波管であることである。

【００２１】本発明の特徴は、環状導波管へ高周波を供
給する導波管は、同軸導波管であることである。

【００２２】本発明の特徴は、環状導波管によって囲ま
れた誘電体窓の部分に、ガスを処理容器に供給するガス
供給管の開口部が接続されていることである。

【００２３】本発明の特徴は、環状導波管によって囲ま
れた誘電体窓の部分に、保持手段に対向して配置された
対向電極が設けられていることである。

【００２４】本発明の特徴は、環状導波管によって囲ま
れた誘電体窓の部分に、ガスを前記処理容器に供給する
ガス供給管の先端部が設けられ、この先端部にガスを前
記処理容器ないに供給する開口部が形成され、このガス
供給管の先端部が、前記保持手段に対向する対向電極に
なされていることである。

【００２５】本発明の特徴は、対向電極はアースされて
いることである。

【００２６】本発明の特徴は、対向電極は高周波電源に
接続されていることである。

【００２７】本発明の特徴は、環状導波管は円環状であ
ることである。

【００２８】本発明の特徴は、環状導波管は矩形環状で
あることである。

【００２９】本発明の特徴は、環状導波管に沿ってそれ
ぞれ離間して配設され、環状導波管内のリアクタンスを
変化させるリアクタンス素子を複数有する位相調整手段
を具備したことである。

【００３０】本発明の特徴は、位相調整手段は、さら
に、高周波発生器の出力周波数に影響を与える要素の物
理量と、その物理量の下で環状導波管内に所定の高周波
を形成するリアクタンス素子のリアクタンスとを対応づ
けて記録する記録手段と、設定された物理量に対応する
リアクタンス素子のリアクタンスを記録手段から読み出
し、リアクタンス素子のリアクタンスを読み出した値と
なるように制御する制御手段とを有することである。

【００３１】本発明の特徴は、位相調整手段は、さら
に、環状導波管に導入される高周波の位相と環状導波管
内を伝搬する高周波の位相との差を検出する位相差検出
手段と、この位相差検出手段により検出された位相差に
基づきリアクタンス素子のリアクタンスを制御する制御
手段とを有することである。

【００３２】本発明の特徴は、リアクタンス素子は、環
状導波管内に突出する長さが変更自在なスタブであるこ
とである。

【００３３】本発明の特徴は、環状導波管を略同軸状に
複数設けるとともに、進行波形成手段により環状導波管
のそれぞれの内部に無端環状の進行波を形成することで
ある。

【００３４】本発明の特徴は、環状導波管へ供給される
高周波は２００ＭＨｚから３５ＧＨｚまでであることで
ある。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る処理装置の実
施の形態を図１ないし図２３を参照して説明する。

【００３６】図１（ａ）及び図２は、プラズマ処理装置
の第１の実施の形態を示す構成図である。図１（ａ）に
おいて、このプラズマ処理装置５１は、側壁や底部がア
ルミニウム等の導体により構成されて、全体が有底筒体
状に形成された処理容器５３を有している。この処理容
器５３の天井部は、開放されてこの部分にはＯリング等
のシール部材を介して真空圧に耐え得る厚みを有する封
止板５５が気密に設けられている。この封止板５５は、
耐熱性及びマイクロ波透過性を有すると共に誘電損失が
小さい、石英ガラス又はアルミナや窒化アルミ製セラミ
ック等の誘電体で形成されている。この封止板５５によ
って、処理容器５３内に処理空間５７が形成される。封
止板５５には、導電性金属を円形蓋状に成形してなるカ
バー部材５９が外嵌してあり、このカバー部材５９は処
理容器５３上に固定されている。

【００３７】この処理容器５３内には、上面に被処理体
としての半導体ウエハＷを載置する載置台（保持手段）
６１が収容される。この載置台６１は、アルミニウムか
らなり、処理容器５３内の底部に絶縁材を介して設置さ
れている。この載置台６１は給電線６３を介してマッチ
ングボックス６５及びバイアス用高周波電源６７に接続
されている。処理容器５３の側壁には、その処理容器５
３内に処理ガスを導入するための石英パイプ製のガス供
給ノズル６９が設けられている。また、処理容器５３の
底部には、図示されない真空ポンプに接続された排気口
７１が設けられており、必要に応じて処理容器５３内を
所定の圧力まで真空引きできるようになっている。

【００３８】一方、カバー部材５９の上面には、処理空
間５７にマイクロ波を導入するための環状アンテナ７３
が設けられている。この環状アンテナ７３は、断面矩形
状の導波管を無端円環状に形成したものであり、その環
状の導波管によって形成される環状の導波路を含む平面
が封止板５５に略平行になるように配設されている。こ
の環状アンテナ７３の処理空間５７側（すなわち、載置
台６１と対向する側）の管壁には、半径方向に延在する
スロット７５が周方向に離間して複数個形成されてい
る。また、このスロット７５に対応するカバー部材５９
の部分には、開口部７７が同様に形成されている。

【００３９】この環状アンテナ７３の外周面には、方向
性結合器７９を介して伝搬導波管８１が接線方向に接続
されている。この伝搬導波管８１の他端側には、マイク
ロ波発振器８３が接続されマイクロ波を供給するように
なっている。前記方向性結合器７９は、伝搬導波管８１
中をマイクロ波発振器８３から図中矢印Ａ方向に伝搬し
てきたマイクロ波を環状アンテナ７３内において矢印Ｂ
方向にのみ伝搬するものである。これによって、マイク
ロ波は、無端円環状の環状アンテナ７３内において、進
行波として一方向（矢印Ｂ方向）にのみ伝搬する。ま
た、伝搬導波管８１の方向性結合器７９の側の端部内側
には、マイクロ波吸収材８５が着脱可能に装着されてい
る。このマイクロ波吸収材８５は、伝搬導波管８１内を
矢印Ａ方向に進んできたマイクロ波が伝搬導波管８１の
端部で反射して定在波になるのを防止し、進行波を維持
するためのものである。なお、このマイクロ波吸収材を
マイクロ波反射材に替えることによって、進行波モード
を定在波モードに替えることも可能である。このような
構成において、上記環状アンテナ７３と方向性結合器７
９と伝搬導波管８１は、リング共振器７４を構成する
が、このリング共振器７４では、方向性結合器７９とし
て、結合度３ｄＢのいわゆるショートスロットハイブリ
ッドを用いるのがよい。また、複数の方向性結合器を前
記環状導波管の周方向に配置する場合は、前記環状導波
路内に一方向の進行波が形成されるように、隣合った各
方向性結合器間の導波路長と供給されるマイクロ波の位
相とを調整すればよい。

【００４０】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。まず、図示しないゲートバルブ
を介して半導体ウエハＷを搬送アームにより処理容器５
３内に収容し、ウエハＷを載置台６１の上面に載置す
る。そして、処理容器５３内を所定のプロセス圧力に維
持しつつ、ガス供給ノズル６９から処理ガスを流量制御
しつつ供給する。同時に、マイクロ波発振器８３から、
高周波として例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を処理
空間５７に導入してプラズマを発生させ処理を行う。ま
たこの場合、載置台６１にバイアス高周波電力を印加し
ておくことにより、載置台６１に負の電位を発生させる
ことができ、プラズマからのイオンの引出しを効率的に
行うことができる。

【００４１】このような構成において、マイクロ波発振
器８３から供給されたマイクロ波は、伝搬導波管８１内
を矢印Ａ方向に伝搬し、方向性結合器７９において環状
アンテナ７３内に供給される。ここで、マイクロ波発振
器８３から環状アンテナ７３に供給されるマイクロ波
は、２００ＭＨｚから３５ＧＨｚまでであることが望ま
しい。これは、２００ＭＨｚの波長は１．４７ｍであ
り、１波長の環状導波路を構成する場合、その直径が４
６．８ｃｍであるので、チャンバーの寸法から考慮し
て、構成可能な最大サイズと思われる。また、３５ＧＨ
ｚの波長は、８．４ｍｍであり、現在は板厚０．８ｍ
ｍ、開口幅２ｍｍ、間隔２ｍｍのスロットを用いている
ので、その様なスロットを形成する可能な最小の長さに
なる。ここで伝搬導波管８１と環状アンテナ７３との接
続部に方向性結合器７９が設けられているので、伝搬導
波管８１中を矢印Ａ方向に伝搬してきたマイクロ波は、
環状アンテナ７３中をＢ方向にのみ伝搬し、無端円環状
の環状アンテナ７３内を回転する進行波が生成される。
そして、この環状アンテナ７３内を進行波として伝搬す
るマイクロ波は、環状アンテナ７３に形成された多数の
スロット７５から処理容器５３内に放出される。ここ
で、環状アンテナ７３内を伝搬するマイクロ波は、定在
波ではなく無端環状の環状アンテナ内を回転する進行波
であるため、スロット７５から放出される電磁界は、環
状アンテナ７３の周方向に均一になる。従って、処理容
器５３内に極めて均一なプラズマを生成することがで
き、大口径のウエハに対してもその全域にわたって均一
な処理を施すことができる。

【００４２】このように本実施の形態にあっては、処理
容器５３と、この処理容器５３内に設けられたウエハＷ
を保持するための載置台６１と、この載置台６１によっ
て保持されたウエハＷに対向して設けられた封止板５５
と、この封止板５５に設けられ、この封止板５５を通し
て処理容器５３内にマイクロ波を導入する環状に形成さ
れた導波管からなるアンテナであって、その環状の導波
路を含む平面が前記封止板５５に略平行になるように配
設された環状アンテナ７３と、この環状アンテナ７３の
外周に設けられた方向性結合器７９と、この方向性結合
器７９に接続された伝搬導波管８１と、この伝搬導波管
８１に接続されたマイクロ波発振器８３とを有している
から、環状アンテナ７３内に無端環状の進行波を形成す
ることができ、従って、周方向に均一な電磁界を処理容
器５３内に放出することができる。このため、処理容器
５３内に均一なプラズマを生成することができ、大口径
ウエハであっても均一な処理を行うことができる。

【００４３】プラズマの生成条件を変えたいときは、環
状アンテナ７３のスロット７５が形成された面を封止板
５５に対して傾斜させ、両者のなす角度を変化させても
よい。例えば、チャンバー中心部のプラズマ生成を強く
する場合は、図１（ｂ）のように、スロット７５が形成
された面が中心部に向くようにする。逆に、チャンバー
の周辺部でプラズマの生成を強くする場合は、図１
（ｃ）のようにスロット７５が形成された面が周辺部に
向くようにすればよい。

【００４４】図３は、本発明の第２の実施の形態である
プラズマ処理装置１２１を示す図である。このプラズマ
処理装置１２１は、第１の実施の形態であるプラズマ処
理装置５１において、環状アンテナ７３に囲まれた封止
板５５の中央部にガス供給管１２３が設けられたもので
ある。このガス供給管は、その下部が漏斗状に拡径され
ており、下端部には多数のノズル１２５…が設けられて
いる。このように、このプラズマ処理装置１２１にあっ
ては、マイクロ波を処理容器５３に供給するアンテナ７
３が円環状であるため、その中央開口部にガス供給管１
２３を設けることができる。従って、反応性ガス等をウ
エハＷに対して均一に供給することができ、従ってガス
供給の不均一による処理のむらを防止することができ
る。

【００４５】図４は、本発明の第３の実施の形態である
プラズマ処理装置１３１を示す図である。このプラズマ
処理装置１３１は、第１の実施の形態であるプラズマ処
理装置５１において、環状アンテナ７３に囲まれた封止
板５５の中央部に、載置台６１に対向して対向電極１３
３が設けられたものである。この対向電極１３３は、ア
ースされており、このようにすることによって、載置台
６１と対向電極１３３との間に均一かつ強力な電界を形
成することができ、従ってプラズマからのイオンの引き
出しを効率的に行うことができるとともに均一な処理を
行うことができる。

【００４６】図５は、本発明の第４の実施の形態である
プラズマ処理装置１４１を示す図である。このプラズマ
処理装置１４１は、図４に示す第３の実施の形態である
プラズマ処理装置１３１において、対向電極１３３のア
ースを高周波電源１４３に替えたものである。このよう
に対向電極１３３を高周波電源１４３に接続することに
よって、載置台６１との間に所望の強力かつ均一な電界
を形成することができる。従って、プラズマからのイオ
ンの引き出しをさらに効率的に行うことができるととも
に均一な処理を行うことができる。

【００４７】図６は、本発明の第５の実施の形態を示す
図である。この図のプラズマ処理装置１５１は、上記第
３の実施の形態のガス供給管の下端部を対向電極とした
ものである。このガス供給管１５３は、筒状のガス供給
管本体１５５と、その下端部に接続された中空円盤状の
ノズル部１５７とを有している。このノズル部１５７の
下面には複数のノズル孔１５９…が形成されており、ま
たこのノズル部１５７は載置台６１と対向して配置され
ている。また、このガス供給管１５３は、導体からな
り、アース線を介して接地されている。このようなガス
供給管１５３において、ガス供給管本体１５５を通って
きた処理ガスは、ノズル部１５７で半径方向に広がり、
ノズル孔１５９から処理容器５３内に均一に供給され
る。また、このガス供給管は、アースされているので、
載置台６１に対向して対向電極としても作用する。ある
いは、ガス供給管は、途中で分離絶縁され、ノズル部に
高周波電源を接続してもよい。

【００４８】このように、このプラズマ処理装置１５１
にあっては、ガス供給管１５３が、処理ガスの供給機能
と、載置台に対する対向電極としての機能を有している
ので、反応性ガス等をウエハＷに対して均一に供給する
ことができるとともに、載置台６１と対向電極１５３と
の間に均一かつ強力な電界を形成することができ、従っ
て、均一なプラズマの生成を行うことができる。

【００４９】図７及び図８は、本発明の第６の実施の形
態を示す図である。この図のプラズマ処理装置９１は、
伝搬導波管８１が方向性結合器９３を介して円環状の環
状アンテナ７３の上面に接続されている点を除いて、図
１及び図２に示すプラズマ処理装置５１と同様である。

【００５０】このプラズマ処理装置９１においても、上
記プラズマ処理装置５１と同様の作用効果を奏する。

【００５１】図９は、方向性結合器９３の一構成例を示
す断面図である。この図に示す方向性結合器９３Ａは、
環状アンテナ７３とこの環状アンテナ７３の接線方向に
配設された伝搬導波管８１とが共有する管壁、すなわち
環状アンテナ７３の上面および伝搬導波管８１の下面
に、上記接線に垂直方向に延びる矩形のスリット９４を
形成したものである。スリット９４の上記接線方向の長
さＬにより、結合度を調整することができる。伝搬導波
管８１は矩形導波管で形成されており、スリット９４の
付近で湾曲し側面視Ｕ字形をなしている。

【００５２】マイクロ波発振器８３から伝搬導波管８１
中を図中矢印Ａ方向に伝搬してきたマイクロ波は、スリ
ット９４を介して環状アンテナ７３内に結合し、矢印Ｂ
方向に伝搬する。これにより無端円環状の環状アンテナ
７３内を回転する進行波が生成される。環状アンテナ７
３内を回転するマイクロ波の一部は、スリット９４を介
して伝搬導波路８１に結合するが、矢印Ｃ方向に進み、
伝搬導波管８１の端部に設けられたマイクロ波吸収材８
５により吸収されるので、矢印Ａの逆方向に伝搬するマ
イクロ波は極めて少ない。

【００５３】図１０は、方向性結合器９３の他の構成例
を示す断面図である。この図１０に示す方向性結合器９
３Ｂは、伝搬導波管８１が同軸導波管８１Ａで形成され
た場合に用いられる。同軸導波管８１Ａは、内導体８１
Ｂと外導体８１Ｃとが同軸に配設された導波管である。
環状アンテナ７３には開口９５が形成され、この開口９
５の周囲に同軸導波管８１Ａの外導体８１Ｃが接続され
ている。また、開口９５から環状アンテナ７３に沿って
その管内波長λg の略１／４（すなわち略λg/４）離間
した位置で環状アンテナ７３内に開口する分岐導波管９
６が配設されている。なお、開口９５と分岐導波管９６
の開口との間隔を、略｛（２ｎ−１）／４｝×λg （ｎ
は自然数）としてもよい。分岐導波管９６の終端にはマ
イクロ波吸収材９７が着脱可能に装着されている。同軸
導波管８１Ａの内導体Ｂは、開口９５から環状アンテナ
７３内を通り、分岐導波管９６内のマイクロ波吸収材９
７に接続されている。

【００５４】マイクロ波発振器８３から同軸導波管８１
Ａ中を図中矢印Ａ方向に伝搬してきたマイクロ波は、環
状アンテナ７３内に導入され、矢印Ｂ方向に伝搬する。
これにより無端円環状の環状アンテナ７３内を回転する
進行波が生成される。環状アンテナ７３内を回転するマ
イクロ波の一部は分岐導波管９７に結合し、同軸導波管
８１Ａにはほとんど結合しないので、同軸導波管８１Ａ
中を矢印Ａの逆方向に伝搬するマイクロ波は極めて少な
い。なお、分岐導波管９７に結合したマイクロ波は、マ
イクロ波吸収材８５により吸収される。なお、図２に示
した方向性結合器７９として、図９，図１０に示した方
向性結合器９３Ａ，９３Ｂと同様の構成のものを用いて
もよい。

【００５５】図１１は、本発明の第７の実施の形態を示
す図である。この図のプラズマ処理装置１０１では、処
理容器５３に設けられた円環状の環状アンテナ１１７
に、給電装置１０３が設けられている。この給電装置１
０３は、円筒導波管１０５を有している。この円筒導波
管１０５には、図示しないマイクロ波発振器が接続され
ており、このマイクロ波発振器は、ＴＥ１１モードのマ
イクロ波を供給するようになっている。この円筒導波管
１０５の中程には、円偏波変換器１０７が設けられてお
り、供給されてきたＴＥ１１モードのマイクロ波を、円
筒導波管１０５の軸線廻りに回転させるようになってい
る。円筒導波管１０５の下端部外周面には、軸線廻りに
互いに９０度の間隔をおいて第１ないし第４の分岐導波
管１０９，１１１，１１３，１１５がそれぞれ半径方向
外方に突出して接続されている。これら第１ないし第４
の分岐導波管１０９，１１１，１１３，１１５は、半径
方向外方に突出した後、それぞれ下方に屈曲して延在す
る。そして、これら第１ないし第４の分岐導波管は、円
環状の環状アンテナ１１７の周方向に９０度ずつ離間し
た位置にそれぞれ接続されいる。

【００５６】このような構成において、マイクロ波発振
器（図示せず）から円筒導波管１０５内を伝搬してきた
ＴＥ１１モードのマイクロ波は、円偏波変換器１０７に
到達する。この円偏波変換器１０７で、ＴＥ１１モード
のマイクロ波は、円筒導波管１０５の軸線廻りに回転せ
しめられ、円筒導波管１０５の下端部に達する。ここ
で、回転するＴＥ１１モードのマイクロ波は、第１から
第４の分岐導波管１０９，１１１，１１３，１１５へ進
入する。そして、マイクロ波は、それぞれの分岐導波管
１０９，１１１，１１３，１１５内を伝搬して環状アン
テナ１１７に進入する。ここで、円筒導波管１０５を伝
搬してきたマイクロ波は回転する円偏波であり、また第
１から第４の分岐導波管１０９，１１１，１１３，１１
５が、円筒導波管１０５の外周面に周方向に９０度ずつ
ずれて接続されていることから、それぞれの分岐導波管
に進入したマイクロ波はその位相が９０度ずつずれてい
ることになる。このため、第１から第４の分岐導波管１
０９，１１１，１１３，１１５から環状アンテナ１１７
に進入するそれぞれのマイクロ波の位相も９０度ずつず
れる。従って、環状アンテナ１１７内に進入したマイク
ロ波は、全体として、周方向に回転する進行波を形成す
る。このようにして、環状アンテナ１１７内に形成され
た回転する進行波は、その後アンテナ下面に形成された
スロット（図示せず）から処理容器５３内に均一に放出
され、均一なプラズマを形成する。

【００５７】このように本実施の形態にあっては、ＴＥ
１１モードのマイクロ波を発振するマイクロ波発振器
と、このマイクロ波発振器に接続された円筒導波管１０
５と、この円筒導波管１０５の中程に設けられＴＥ１１
モードのマイクロ波を回転させる円偏波変換器１０７
と、円筒導波管１０５の下端部外周に、軸線廻りに互い
に９０度の間隔をおいて接続された第１ないし第４の分
岐導波管１０９，１１１，１１３，１１５と、これらの
第１ないし第４の分岐導波管が周方向に９０度ずつ離間
して接続された環状アンテナ１１７と、この環状アンテ
ナ１１７が封止板に設けられた処理容器５３を有してい
るから、環状アンテナ１１７内に周方向に回転する進行
波を形成することができる。従って、処理容器５３内に
対して均一な電磁界を供給することができ、均一なプラ
ズマを生成することができる。このため、大口径のウエ
ハに対しても均一な処理を行うことができる。

【００５８】図１２ないし図１６は、本発明の第８実施
の形態を示すものであり、図１２はその斜視図、図１３
はその回路図を示している。これらの図において、プラ
ズマ処理装置１６１は、導波管１６３を有している。こ
の導波管１６３は、マイクロ波導入口１６５を有する第
１の矩形導波管１６７を有している。この第１の矩形導
波管１６７は、第１のマジックＴ１６９によって第２の
矩形導波管１７１と第３の矩形導波管１７３と、第１の
ダミーロード１７５に分岐されている。この第２の矩形
導波管１７１は、第２のマジックＴ１７７によって、第
４の矩形導波管１７９、第５の矩形導波管１８１と第２
のダミーロード１８３に分岐されている。一方、第３の
矩形導波管１７３も第３のマジックＴ１８５によって第
６の矩形導波管１８７、第７の矩形導波管１８９と第３
のダミーロード１９１に分岐されている。

【００５９】第４の矩形導波管１７９、第５の矩形導波
管１８１、第６の矩形導波管１８７、第７の矩形導波管
１８９のそれぞれの下端部１９３…は、直角に屈曲して
おり、図１４に示すように、同軸導波管１９５を介して
環状アンテナ１９７に接続されている。これら４つの矩
形導波管１７９，１８１，１８７，１８９の前記環状ア
ンテナ１９７に対する接続位置は、図１２、図１３に示
すように、周方向に９０度ずつ離間している。

【００６０】また、図１３に示すように、第４の矩形導
波管１７９、第５の矩形導波管１８１、第６の矩形導波
管１８７には、それぞれ、移相器１９９，２０１，２０
３が介装されている。これら移相器１９９，２０１，２
０３は、それぞれの導波管を伝搬するマイクロ波の位相
を所定量ずらすことによって、環状アンテナ１９７に到
達したときのそれぞれのマイクロ波の位相を順次ずら
し、全体として、環状アンテナ内に進行波が形成される
ようにするためのものである。

【００６１】このようなプラズマ処理装置１６１におい
て、ＴＥ１０モードのマイクロ波発生器（図示せず）か
らマイクロ波導入口に導入されたマイクロ波は、第１の
マジックＴ１６９で分岐され、さらに第２及び第３のマ
ジックＴ１７７，１８５で分岐され、最終的には４分岐
される。このうち、第４の矩形導波管１７９、第５の矩
形導波管１８１、第６の矩形導波管１８７を伝搬するマ
イクロ波は、それぞれ、移相器１９９，２０１，２０３
によってその位相を調整され、最終的に、環状アンテナ
１９７内に進行波を形成する。

【００６２】このように、このプラズマ処理装置１６１
にあっては、ＴＥ１０モードのマイクロ波を発生するマ
イクロ波発生器と、この発生器に一端が接続されるとと
もに、前記環状アンテナ１９７の周方向に離間したそれ
ぞれの位置に他端がそれぞれ接続された導波管１６３
と、この導波管の分岐導波管のそれぞれに設けられ、こ
れら分岐導波管によって複数に分割されたマイクロ波の
位相を、これら分割されたマイクロ波が環状アンテナ１
９７に供給されたときに前記環状アンテナ１９７内に進
行波を発生させるように調整する移相器１９９，２０
１，２０３を有しているから、環状アンテナ１９７から
処理容器に対して均一なマイクロ波を放出することがで
き、従って、処理容器内に均一なプラズマを生成するこ
とができる。

【００６３】なお、この第８実施の形態においては、第
４の矩形導波管１７９、第５の矩形導波管１８１、第６
の矩形導波管１８７、第７の矩形導波管１８９は、図１
４に示すように、同軸導波管１９５を介して環状アンテ
ナ１９７に接続されているが、これに限る必要はなく、
例えば、図１５に示すように、矩形導波管１７９等を直
接環状アンテナ１９７に接続し、接続部にバンプ２０５
を設け、環状アンテナ１９７にマイクロ波を導入するよ
うにしてもよい。

【００６４】また、上記第８実施の形態においては、３
つの移相器１９９，２０１，２０３を設けているが、こ
れに限る必要はなく、図１６に示すように、マジックＴ
の基本的な特性を考慮して、４分岐された導波管２１１
が環状アンテナ１９７に接続する配置を選択すれば、２
つの移相器２１３、２１５を設けるだけで目的を達成す
ることができる。

【００６５】なお、上記図１１に示す第７の実施の形
態、及び図１２に示す第８の実施の形態においては、複
数の導波管を環状導波管に接続し、多位相のマイクロ波
を供給することによって環状導波管内に進行波を形成し
ているが、これには、以下のような条件がある。

【００６６】図１７に示すように、環状導波管３０１
に、マイクロ波の供給口Ａ３０３及び供給口Ｂ３０５が
ある場合について考える。

【００６７】位相の基準は供給口Ａ３０３とし、ここで
は位相は０゜とする。供給口Ｂ３０５での位相遅れを−
θ_t とすると、逆に供給口Ｂ３０５が基準とすると供給
口Ａ３０３での位相はθ_t 進んでいる。また、供給口Ａ
とＢとの導波路長３０７をマイクロ波が伝搬する際の供
給口Ａ３０３での位相変化はθ_L とする。

【００６８】マイクロ波が供給口Ａから供給口Ｂ方向へ
伝搬するための条件は以下のとおりである。

【００６９】 −θ_t ＋θ_L ＝３６０°×Ｎ（ここでＮは、０又は自然数） θ_t ＋θ_L ＝１８０°×（２Ｍ＋１）（ここでＭは、０又は自然数） 上式より ２θ_L ＝３６０°×Ｎ＋１８０°×（２Ｍ＋１） θ_L ＝１８０°×Ｎ＋９０°×（２Ｍ＋１） ＝１８０°×（Ｍ＋Ｎ）＋９０° ・・・（１） これは、初期値９０°、差分１８０°の等差数列を構成
する。環状導波管上の各供給口の間隔は上記値のどれを
選んでもかまわない。

【００７０】また、例えば供給口Ａから供給されたマイ
クロ波が環状導波管内を伝搬して再び供給口Ａへ戻って
きたとき、位相が合致するためには、環状導波管の周長
は管内波長の自然数倍でなければならない。なお、ここ
でいう周長とは、図１８に示すように、環状導波管４０
１の断面の中心線４０３の長さをいう。

【００７１】環状導波管内に定在波状の波動を形成する
には、マイクロ波が供給口Ａ、供給口Ｂ間で双方向に伝
搬するための条件が必要である。すなわち、 −θ_t ＋θ_L ＝３６０°×Ｎ（ここでＮは０又は自然数） θ_t ＋θ_L ＝３６０°×Ｍ（ここでＭは０又は自然数） ２θ_L ＝３６０°×Ｋ（ここでＫは自然数） θ_L ＝１８０°×Ｋ ・・・（２） さらに、環状導波管の周長は、管内波長の自然数倍でな
ければならない。

【００７２】第７及び第８の実施の形態においては、マ
イクロ波の供給口を４個設ける例を示したが、環状導波
管内に進行波を形成するには（１）式の条件を満たし、
定在波を形成するには（２）式の条件を満たせばよいの
で、いずれの場合も供給口を２個以上の偶数個設ければ
所望の高周波を形成することができる。

【００７３】図１１に示したプラズマ処理装置１０１及
び図１２に示したプラズマ処理装置１６１では、マイク
ロ波発振器をクライストロン又はマグネトロンなどで構
成することができる。クライストロンは安定した出力が
得られるが高価である。これに対しマグネトロンは安価
であるが、出力電力や負荷などにより出力周波数が変化
しやすい。例えば環状導波管内に進行波を形成する場合
には上述した（１）式を満たす必要があるが、（１）式
をある周波数で満たすように環状導波管を設計しても、
周波数が変化すれば（１）式が満たされなくなり、環状
導波管内に所望の進行波を形成できなくなる。以下、マ
イクロ波発振器の出力周波数が変化しても、環状導波管
内に所望の高周波を形成することができる例を、本発明
の第９及び第１０の実施の形態として説明する。

【００７４】図１９及び図２０は、本発明の第９の実施
の形態を示す図である。なお図２０の一部には、図１９
におけるＸＸ−ＸＸ′線方向の断面が示されている。図
１９及び図２０に示すプラズマ処理装置５０１は、図１
１に示したプラズマ処理装置１０１に、環状アンテナ１
１７内を伝搬するマイクロ波の位相を調整する位相調整
装置５０３を設けたものである。この位相調整装置５０
３は、リアクタンス素子として作用する複数のスタブ５
１１Ａ，５１１Ｂ，５１１Ｃと、記録装置５１３と、入
力装置５１５と、制御装置５１７とから構成されてい
る。

【００７５】スタブ５１１Ａ，５１１Ｂ，５１１Ｃは、
環状アンテナ１１７の上面からその面に対して垂直方向
に環状アンテナ１１７内に突出する断面が円形の棒体か
らなる。棒体は金属製でも誘電体製でもよい。スタブ５
１１Ａ，５１１Ｂ，５１１Ｃは環状アンテナ１１７内に
突出する長さである突出長が変更自在に構成されてい
る。スタブ５１１Ａ，５１１Ｂ，５１１Ｃの突出長によ
りスタブ５１１Ａ，５１１Ｂ，５１１Ｃのリアクタンス
を変化させることができる。その結果、環状アンテナ１
１７内のリアクタンスを変化させ、環状アンテナ１１７
内を伝搬するマイクロ波の位相を変化させることができ
る。

【００７６】スタブ５１１Ａ，５１１Ｂ，５１１Ｃは、
環状アンテナ１１７を構成する環状の導波管の管軸に沿
って配設されている。スタブ５１１Ａとスタブ５１１Ｂ
との間隔およびスタブ５１１Ｂとスタブ５１１Ｃとの間
隔は、環状アンテナ１１７内における管内波長λg の１
／４の奇数倍（Ｊを自然数とすると、（２Ｊ−１）／４
×λg ）に設定されている。３本スタブの動作理論はよ
く知られているので、これらのスタブ５１１Ａ，５１１
Ｂ，５１１Ｃによりマイクロ波の反射を低減することが
できる。スタブ５１１Ａ，５１１Ｂ，５１１Ｃは３本１
組として、隣り合う２つの供給口の間（供給口１０９
Ａ，１１１Ａ間、供給口１１１Ａ，１１３Ａ間、供給口
１１３Ａ，１１５Ａ間、供給口１１５Ａ，１０９Ａ間）
にそれぞれ配置される。

【００７７】記録装置５１３は、マイクロ波発振器の出
力電力や、処理容器５３内に生成されるプラズマの負荷
など、マイクロ波発振器の出力周波数に影響を与える要
素の物理量と、その物理量の下で（１）式を成り立たせ
るスタブ５１１Ａ，５１１Ｂ，５１１Ｃのリアクタンス
を実現する突出長とを対応づけたデータベースを記録す
るものである。記録装置５１３はメモリなどにより構成
される。入力装置５１５は、上述したマイクロ波発振器
の出力周波数に影響を与える要素の物理量の設定値をオ
ペレータが入力するためのものであり、キーボード又は
タッチパネルなどにより構成される。制御装置５１７
は、スタブ５１１Ａ，５１１Ｂ，５１１Ｃ、記録装置５
１３及び入力装置５１５に接続され、入力装置５１５か
ら入力された設定値に対応するスタブ５１１Ａ，５１１
Ｂ，５１１Ｃの突出長を記録装置５１５から読み出し、
スタブ５１１Ａ，５１１Ｂ，５１１Ｃを駆動しその突出
長を読み出した値とするものであり、ＣＰＵ（central
processing unit ）などにより構成される。

【００７８】次に、プラズマ処理装置５０１の動作につ
いて説明する。ここでは、マイクロ波発振器は、出力電
力５ｋＷで出力周波数２．４５ＧＨｚとなるマグネトロ
ンで構成されているものとする。また、環状アンテナ１
１７は、２．４５ＧＨｚの周波数下で進行波ができるよ
うに形成されているものとする。すなわち、隣り合う２
つの供給口間を２．４５ＧＨｚのマイクロ波が伝搬した
ときの位相変化θ_L が１８０°×（Ｍ＋Ｎ）＋９０°と
なるように設計されている。

【００７９】まず、ＬＣＤ（liquid crystal desplay）
基板を処理対象とし、マイクロ波発振器の出力電力を５
ｋＷとした場合、マイクロ波発振器の出力電力５ｋＷを
設定値として入力装置５１５から入力する。設定値が入
力されると、制御装置５１７により、その設定値に対応
するスタブ５１１Ａ，５１１Ｂ，５１１Ｃの突出長を記
録装置５１３から読み出す。この場合は設計どおりであ
るから突出長は０であり、スタブ５１１Ａ，５１１Ｂ，
５１１Ｃは駆動しない。

【００８０】次に、半導体ウエハを処理対象とし、マイ
クロ波発振器の出力電力を２ｋＷとした場合、マイクロ
波発振器の出力電力２ｋＷを設定値として入力装置５１
５から入力する。設定値が入力されると、制御装置５１
７により、その設定値に対応するスタブ５１１Ａ，５１
１Ｂ，５１１Ｃの突出長を記録装置５１５から読み出
す。そしてスタブ５１１Ａ，５１１Ｂ，５１１Ｃを駆動
し、その突出長を読み出した値とする。マイクロ波発振
器の出力電力を２ｋＷに変更すると、出力周波数が数Ｍ
Ｈｚ若干低下し、隣り合う供給口間でのマイクロ波の位
相変化θ_L が小さくなるが、環状アンテナ１１７内に突
出するスタブ５１１Ａ，５１１Ｂ，５１１Ｃの作用でマ
イクロ波の位相を遅らせ位相変化θ_L を大きくすること
により、位相変化θ_L を１８０°×（Ｍ＋Ｎ）＋９０°
とすることができる。従って、マイクロ波発振器の出力
周波数が変化しても、（１）式を成立させ、環状アンテ
ナ１１７内に進行波を形成することができる。

【００８１】なお、図１９及び図２０では３本のスタブ
５１１Ａ，５１１Ｂ，５１１Ｃを１組とする例を示した
が、少なくとも２本のスタブを１組とし、環状アンテナ
１１７を構成する環状の導波管の管軸に沿ってそれぞれ
離間して配設することにより、環状アンテナ１１７内の
マイクロ波の位相を調整することが可能である。また、
リアクタンス素子として、一端が環状アンテナ１１７内
に開口し、他端が電気機能的にショートされた終端であ
り、開口から終端までの長さが変更自在な分岐導波管を
用いてもよい。

【００８２】図２１は、本発明の第１０の実施の形態を
示す図である。この図には、要部構成のみを示してい
る。また、図１９及び図２０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
２１に示すプラズマ処理装置５５１は、２つの方向性結
合器５６１，５６３と、位相差検出器５６５と、制御装
置５６７と、複数のスタブ５１１Ａ，５１１Ｂ，５１１
Ｃとから構成される位相調整装置５５３を有している。

【００８３】２つの方向性結合器５６１，５６３は、と
もに第１の分岐導波管１０９と環状アンテナ１１７との
接続部である供給口１０９Ａ付近に配置されている。た
だし、方向性結合器５６１は第１の分岐導波管１０９側
に配置され、第１の分岐導波管１０９から環状アンテナ
１１７内に導入されるマイクロ波の一部を取り出し、位
相差検出器５６５に供給する。また、方向性結合器５６
３は環状アンテナ１１７側に配置され、環状アンテナ１
１７内を図中矢印Ｅ方向に伝搬するマイクロ波の一部を
取り出し、位相差検出器５６５に供給する。方向性結合
器５６１，５６３の結合度は通常−数１０ｄＢ、例えば
−５０ｄＢ程度となっている。

【００８４】位相差検出器５６５は、入力された２つの
信号を位相検波し、２つの信号の位相差を検出し、制御
装置５６７に出力するものである。制御装置５６７は、
位相差検出器５６５により検出された位相差の値が１８
０°×（２Ｍ＋１）となるように、スタブ５１１Ａ，５
１１Ｂ，５１１Ｃの突出長を制御するものであり、ＣＰ
Ｕなどにより構成される。また、環状アンテナ１１７
は、図中矢印Ｄ方向に進行波が回転するように形成され
ている。すなわち、隣り合う２つの分岐導波管の供給口
間を所定周波数のマイクロ波が伝搬したときの位相変化
θ_L が１８０°×（Ｍ＋Ｎ）＋９０°となるように形成
されている。

【００８５】次に、プラズマ処理装置５５１の動作につ
いて説明する。第１ないし第４の分岐導波管１０９，１
１１，１１３，１１５から環状アンテナ１１７内にマイ
クロ波を導入する。このとき第４の分岐導波管１１５か
らは、第１の分岐導波管１０９より９０°遅れた位相で
マイクロ波を導入する。方向性結合器５６１により第１
の分岐導波管１０９から環状アンテナ１１７内に導入さ
れるマイクロ波の一部を取り出し、方向性結合器５６３
により環状アンテナ１１７内を矢印Ｅ方向に伝搬するマ
イクロ波の一部を取り出し、両者を位相差検出器５６５
に供給する。そして位相差検出器５６５で、２つの方向
性結合器５６１，５６３により取り出されたマイクロ波
の位相差を検出し、制御装置５６７により位相差の値が
１８０°×（２Ｍ＋１）となるようにスタブ５１１Ａ，
５１１Ｂ，５１１Ｃの突出長を制御する。

【００８６】ここでマイクロ波発振器の出力周波数が若
干小さくなっていると、供給口１１５Ａと１０９Ａとの
間をマイクロ波が矢印Ｅ方向に伝搬したときの位相変化
θ_Lが１８０°×（Ｍ＋Ｎ）＋９０°より若干小さくな
り、位相差検出器５６５で検出される位相差が１８０°
×（２Ｍ＋１）より若干小さくなる。よって、スタブ５
１１Ａ，５１１Ｂ，５１１Ｃの突出長を大きくし、マイ
クロ波の位相を遅らせ、位相変化θ_L を大きくする。こ
れにより、マイクロ波発振器の出力周波数が変化して
も、環状アンテナ１１７内に進行波を形成することがで
きる。

【００８７】なお、第９及び第１０の実施の形態におい
て、マイクロ波発振器の出力周波数が所定周波数よりも
大きくなった場合には、スタブ５１１Ａ，５１１Ｂ，５
１１Ｃの作用による位相遅れを３６０°より若干小さい
値とし、見かけの上で位相が進んだのと同等の状態にす
ることにより、環状アンテナ１１７内に進行波を形成す
ることができる。また、第９及び第１０の実施の形態に
おいて、環状アンテナ１１７内にスタブ５１１Ａ，５１
１Ｂ，５１１Ｃが突出した状態で、所定周波数に対し進
行波ができるように環状アンテナ１１７を形成してもよ
い。この場合、マイクロ波発振器の出力周波数が所定周
波数よりも大きくなった場合には、スタブ５１１Ａ，５
１１Ｂ，５１１Ｃの突出長を小さくし、マイクロ波の位
相遅れを小さくすることにより、環状アンテナ１１７内
に進行波を形成することができる。また、環状アンテナ
１１７内に進行波を形成する場合について説明したが、
定在波を形成する場合にも適用できる。また、マイクロ
波発振器の出力周波数が変化した場合に、環状アンテナ
１１７内を１周する前後でマイクロ波の位相が合致する
ように制御することもできる。

【００８８】また、図１２に示したプラズマ処理装置１
６１に位相調整装置５０３，５５３を設けても、同様の
効果を得ることができる。また、上述したプラズマ処理
装置５１，９１，１２１，１３１，１４１，１５１に位
相調整装置５０３，５５３を設け、マイクロ波発振器の
出力周波数が変化した場合に、環状アンテナ１１７内を
１周する前後でマイクロ波の位相が合致するように制御
することもできる。

【００８９】図２２は、本発明の第１１の実施の形態を
示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図であ
る。この図の処理装置６０１では、処理容器５３上に２
つの環状アンテナ６０３，６０５が設けられている。環
状アンテナ６０３，６０５はともに図１に示した環状ア
ンテナ７３と同様の構成を有し、断面矩形の導波管を無
端円環状に形成したものであるが、それぞれがなす円環
の半径が異なっている。より正確に言えば、環状アンテ
ナ６０３がなす円環の内径が、環状アンテナ６０５がな
す円環の外径とほぼ等しいか、それより大きい。ただ
し、環状アンテナ６０３，６０５の周長は、それぞれの
管内波長の自然数倍となっている。このような２つの環
状アンテナ６０３，６０５が、環状アンテナ６０３を外
側に、環状アンテナ６０５を内側にして、略同軸状に配
設されている。

【００９０】２つの環状アンテナ６０４，６０５には、
給電装置６０７が接続されている。この給電装置６０７
は、マイクロ波発振器に接続された円筒導波管６０９
と、円筒導波管６０９を伝搬するＴＥ１１モードのマイ
クロ波を円筒導波管６０９の軸線廻りに回転させ円偏波
にする円偏波変換器６１１とを有している。また、円偏
波変換器６１１の下側に、円筒導波管６０９と外側環状
アンテナ６０３とを接続する４本の外側用分岐導波管６
１３，６１５，６１７，６１９と、円筒導波管６０９と
内側環状アンテナ６０５とを接続する４本の内側用分岐
導波管６２３，６２５，６２７，６２９とが設けられて
いる。

【００９１】４本の外側用分岐導波管６１３，６１５，
６１７，６１９及び４本の内側用分岐導波管６２３，６
２５，６２７，６２９は、図１１に示した第１ないし第
４の分岐導波管１０９，１１１，１１３，１１５に対応
し、これらと同様に配設されている。すなわち、４本の
外側用分岐導波管６１３，６１５，６１７，６１９は、
円筒導波管６０９の外周面にその軸線廻りに９０度の角
度間隔をおいて接続されるとともに、外側環状アンテナ
６０３の周方向に９０度の角度間隔をおいて接続され
る。また、４本の内側用分岐導波管６１３，６１５，６
１７，６１９は、円筒導波管６０９の外周面にその軸線
廻りに９０度の角度間隔をおいて接続されるとともに、
内側環状アンテナ６０５の周方向に９０度の角度間隔を
おいて接続される。

【００９２】ただし、外側用分岐導波管６１３，６１
５，６１７，６１９と内側用分岐導波管６２３，６２
５，６２７，６２９とは、円筒導波管６０９に対し異な
る高さに接続されている。すなわち、円筒導波管６０９
に設けられた整合器６２１を挟んで、例えば外側用分岐
導波管６１３，６１５，６１７，６１９が上側に、内側
用分岐導波管６２３，６２５，６２７，６２９が下側に
接続される。このように両者を円筒導波管６０９の異な
る高さに接続することにより、円筒導波管６０９と分岐
導波管６１３，６１５，６１７，６１９，６２３，６２
５，６２７，６２９とを結合するための開口が同一面上
に形成されることによる円筒導波管６０９の強度低下を
防止することができる。また、両者の間に整合器６２１
を設けてインピーダンスの整合をとることにより、円筒
導波管６０９から２つの環状アンテナ６０３，６０５へ
のマイクロ波の供給効率を向上させることができる。な
お、円偏波変換器６１１の直下部に整合器を設けるよう
にしてもよい。

【００９３】このような構成とすることにより、２つの
環状アンテナ６０３，６０５のそれぞれの内部に周方向
に回転する進行波を形成することができる。従って、各
環状アンテナ６０３，６０５の配置、各環状アンテナ６
０３，６０５への給電電力などを調整することにより、
環状アンテナを１つだけ用いた場合と比較して、処理対
象に平行な面内で広範囲にわたり均一な電磁界を形成
し、均一なプラズマを生成することができる。よって、
例えば１ｍ×１ｍといった大面積のＬＣＤ基板が処理対
象であっても、その全域にわたり均一性のよいプラズマ
処理を施すことができる。ここで、環状アンテナ６０
３，６０５への給電電力は、円筒導波管６０９と分岐導
波管６１３，６１５，６１７，６１９，６２３，６２
５，６２７，６２９とを結合するための開口の形状や寸
法により、調整することができる。

【００９４】なお、外側用分岐導波管６１３，６１５，
６１７，６１９及び内側用分岐導波管６２３，６２５，
６２７，６２９の接続位置を調整するなどして、２つの
環状アンテナ６０３，６０５内でのマイクロ波の位相を
径方向で一致させてもよい。これにより処理容器５３内
における径方向の電界強度分布を均一にし、プラズマの
均一性を更に向上させることができる。また、円筒導波
管６０９の強度について考慮する必要がない場合には、
図２３に示す給電装置６０７Ａのように、外側用分岐導
波管６１３，６１５，６１７，６１９と内側用分岐導波
管６２３，６２５，６２７，６２９とを円筒導波管６０
９の同じ高さに接続してもよい。この場合、整合器６２
１を設ける必要はない。

【００９５】また、処理容器５３上に３つ以上の環状ア
ンテナ６０３，６０５を略同軸状に設けてもよい。これ
により、処理容器５３内のより広い範囲で均一なプラズ
マを生成し、より大面積の処理対象に対し均一性のよい
プラズマ処理を施すことができる。また、処理対象がＬ
ＣＤ基板の場合には、円環状の環状アンテナ６０３，６
０５に代えて、矩形環状の環状アンテナを用いるとよ
い。

【００９６】また、図１１及び図１２と同様に導波管と
移相器とを組み合わせたものを用いて、複数の環状アン
テナに給電するようにしてもよい。また、図９又は図１
０に示したような方向性結合器を用いて、複数の環状ア
ンテナに給電するようにしてもよい。

【００９７】また、本発明に係る装置は、エッチング、
アッシング、ＣＶＤ、膜改質等に用いることができる。

【００９８】なお、上記実施の形態においては、環状導
波管として、円環状のアンテナを採用しているが、これ
に限る必要はなく、矩形状、多角形状のアンテナであっ
てもよい。また、被処理体としても、半導体ウエハに限
らず、ＬＣＤなどのフラットパネルディスプレイ用基板
でもよい。

【００９９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にあって
は、有底筒状の処理容器と、この処理容器内に設けられ
た被処理体を保持するための保持手段と、処理容器の開
口部に設けられ、この処理容器を気密に密閉するととも
に処理容器内部に高周波を透過させる誘電体からなる誘
電体窓と、環状に形成され、誘電体窓を通して処理容器
内に高周波を導入する環状導波管であって、その環状導
波路を含む平面が誘電体窓に沿うように誘電体窓に設け
られた環状導波管と、この環状導波管に設けられ、この
環状導波管内に無端環状の進行波を形成する進行波形成
手段とを有しているから、環状の導波管内に回転する進
行波を形成することができ、このため処理容器内に均一
な電磁界を放出することができる。従って、処理容器に
均一なプラズマを生成することができ、被処理体に均一
な処理を施すことができる。

【０１００】また、本発明にあっては、環状導波管内の
リアクタンスを変化させるリアクタンス素子を複数有す
る位相調整手段を具備しているから、環状導波管内の高
周波の周波数が変化しても、高周波の位相を調整するこ
とにより、所望の進行波を形成することができる。

【０１０１】また、本発明にあっては、環状導波管を略
同軸状に複数設けるとともに、進行波形成手段により環
状導波管のそれぞれの内部に無端環状の進行波を形成す
ることにより、環状導波管を１つだけ設けた場合と比較
して、処理容器内の広範囲にわたって均一な電磁界を形
成し、均一なプラズマを生成することができる。よっ
て、大面積の処理対象に対しても、均一性のよいプラズ
マ処理を施すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のプラズマ処理装置の第１の実施の形
態を示す側断面図であって、（ａ）はその典型例、
（ｂ）はチャンバー中心部のプラズマを強くする場合の
装置、（ｃ）はチャンバーの外周部のプラズマを強くす
る場合の装置を示す図である。

【図２】 図１に示す処理装置の平面図。

【図３】 図１に示す処理装置において、環状導波管の
中央部にガス供給管を設けた第２の実施の形態を示す側
断面図。

【図４】 図１に示す処理装置において、環状導波管の
中央部に対向電極を設けこの対向電極をアースした第３
の実施の形態を示す側断面図。

【図５】 図１に示す処理装置において、環状導波管の
中央部に対向電極を設けこの対向電極を高周波電源に接
続した第４の実施形態を示す側断面図。

【図６】 図１に示す処理装置において、環状導波管の
中央部に対向電極としても機能するガス供給管を設けこ
のガス供給管をアースした第５の実施形態を示す側断面
図。

【図７】 図１に示す処理装置において、環状導波管の
上面に方向性結合器を介して伝搬導波管を接続した第６
の実施の形態を示す側断面図。

【図８】 図７に示す処理装置の平面図。

【図９】 図７に示す方向性結合器の一構成例を示す断
面図であって、（ａ）は図８におけるIX−IX′線方向の
断面を、（ｂ）は図９（ａ）におけるIXb−IXb′線方向
の断面を示している。

【図１０】 図７に示す方向性結合器の他の構成例を示
す断面図。

【図１１】 本発明の第７の実施の形態を示す斜視図。

【図１２】 本発明の第８の実施の形態を示す斜視図。

【図１３】 図１２に示す処理装置の回路図。

【図１４】 図１２に示す処理装置において分岐導波管
と環状アンテナとの接続部分を示す一部切り欠き断面
図。

【図１５】 図１４に示す分岐導波管と環状アンテナと
の接続部分の他の一例を示す断面図。

【図１６】 図１３に示す処理装置の回路の他の一例を
示す回路図。

【図１７】 環状導波管とマイクロ波の供給口との関係
を示す図。

【図１８】 環状導波管の周長を示す図。

【図１９】 本発明の第９の実施の形態を説明するため
の図。

【図２０】 図１９に示す位相調整装置の構成を示す
図。

【図２１】 本発明の第１０の実施の形態を説明するた
めの図。

【図２２】 本発明の第１１の実施の形態を示す図であ
って、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

【図２３】 図２２に示す処理装置の変形例を示す側面
図。

【図２４】 関連技術のプラズマ処理装置を示す平面
図。

【図２５】 関連技術のプラズマ処理装置を示す平断面
図。

【図２６】 関連技術のプラズマ処理装置を示す斜視
図。

【符号の説明】

５１…プラズマ処理装置、５３…処理容器、５５…封止
板、６１…載置台、６７…高周波電源、７３…環状アン
テナ、７９…方向性結合器、８１…伝搬導波管、８１Ａ
…同軸導波管、８１Ｂ…内導体、８１Ｃ…外導体、８３
…マイクロ波発振器、９１…プラズマ処理装置、９３，
９３Ａ，９３Ｂ…方向性結合器、９４…スリット、９５
…開口、９６…分岐導波管、１０１…プラズマ処理装
置、１０３…給電装置、１０５…円筒導波管、１０７…
円偏波変換器、１０９…第１の分岐導波管、１１１…第
２の分岐導波管、１１３…第３の分岐導波管、１１５…
第４の分岐導波管、１１７…環状アンテナ、１２１…プ
ラズマ処理装置、１２３…ガス供給管、１２５…ノズ
ル、１３１…プラズマ処理装置、１３３…対向電極、１
４１…プラズマ処理装置、１４３…高周波電源、１５１
…プラズマ処理装置、１５３…ガス供給管、１５７…ノ
ズル部、１６１…プラズマ処理装置、１７９…矩形導波
管、１８１…矩形導波管、１８７…矩形導波管、１８９
…矩形導波管、１９５…同軸導波管、１９７…環状アン
テナ、１９９…移相器、２０１…移相器、２０３…移相
器、２１３…移相器、２１５…移相器、５０１…プラズ
マ処理装置、５０３…位相調整器、５１１Ａ〜５１１Ｃ
…スタブ（リアクタンス素子）、５１３…記録装置、５
１７…制御装置、５５１…プラズマ処理装置、５５３…
位相調整器、５６５…位相差検出器、５６７…制御装
置、６０１，６０１Ａ…プラズマ処理装置、６０３，６
０５…環状アンテナ、Ｗ…半導体ウエハ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 篠原 己拔 神奈川県横浜市緑区中山町1119 日本高周 波株式会社内 Ｆターム(参考） 4G075 AA30 BA05 BC04 BC06 BC10 CA25 DA02 DA18 EB01 EB42 EE02 FC15 4K030 KA30 5F004 AA01 BA20 BB11 BB14 CA03

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】密閉された処理容器内に設けられ、被処理
   体を保持する保持手段と、 この保持手段に対向配置され、前記保持手段と対向する
   面に複数形成されたスロットを介して前記処理容器内に
   高周波を導入する環状導波管と、 この環状導波管に設けられ、前記環状導波管内に無端環
   状の進行波を形成する進行波形成手段と、を具備したこ
   とを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 【請求項２】前記処理容器は、有底筒状をなし、 さらに、前記処理容器の開口部に設けられ、前記処理容
   器を気密に密閉するとともに、前記環状導波管からの高
   周波を前記処理容器内部に透過させる誘電体窓を有して
   いることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装
   置。
3. 【請求項３】有底筒状の処理容器と、 この処理容器内に設けられ、被処理体を保持するための
   保持手段と、 前記処理容器の開口部に設けられ、前記処理容器を気密
   に密閉するとともに前記処理容器内部に高周波を透過さ
   せる誘電体からなる誘電体窓と、 環状に形成され、前記誘電体窓を通して前記処理容器内
   に高周波を導入する環状導波管であって、その環状導波
   路を含む平面が前記誘電体窓に沿うように前記誘電体窓
   に設けられた環状導波管と、 この環状導波管に設けられ、前記環状導波管内に無端環
   状の進行波を形成する進行波形成手段と、を具備したこ
   とを特徴とするプラズマ処理装置。
4. 【請求項４】前記進行波形成手段は、 高周波を供給する高周波発生器と、 この高周波発生器に接続され、前記高周波発生器で発生
   した高周波を伝搬する伝搬導波管と、 この伝搬導波管と前記環状導波管との間に設けられて前
   記伝搬導波管と前記環状導波管とを接続し、前記伝搬導
   波管内を伝搬してきた高周波を前記環状導波管に進行波
   として供給する方向性結合器と、を有していることを特
   徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のプラズマ
   処理装置。
5. 【請求項５】前記環状導波管の周長は、その環状導波管
   の管内波長の自然数倍であることを特徴とする請求項４
   に記載のプラズマ処理装置。
6. 【請求項６】前記方向性結合器は、前記環状導波管とこ
   の環状導波管の接線方向に配設された前記伝搬導波管と
   が共有する管壁に前記接線に垂直方向に形成されたスリ
   ットを有することを特徴とする請求項４記載のプラズマ
   処理装置。
7. 【請求項７】前記方向性結合器は、 前記伝搬導波管を形成する同軸導波管と、 この同軸導波管と前記環状導波管との接続位置から前記
   環状導波管に沿って管内波長の略｛（２ｎ−１）／４｝
   （ｎは自然数）離間した位置で前記環状導波管内に開口
   する分岐導波管とを有し、 前記同軸導波管の外導体は、前記環状導波管に形成され
   た開口の周囲に接続され、 前記同軸導波管の内導体は、前記環状導波管に形成され
   た開口から前記環状導波管内を通り前記分岐導波管に接
   続されていることを特徴とする請求項４記載のプラズマ
   処理装置。
8. 【請求項８】前記進行波形成手段は、前記環状導波管の
   周方向に離間した複数箇所に周方向に位相がずれた高周
   波を供給する多位相高周波供給手段を有し、前記環状導
   波管に周方向に位相がずれた高周波を供給することによ
   って、前記環状導波管内に進行波を発生させることを特
   徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のプラズマ
   処理装置。
9. 【請求項９】前記多位相高周波供給手段は、 高周波を発生する高周波発生器と、 この高周波発生器に一端が接続された円筒導波管と、 この円筒導波管の中程に設けられ、前記円筒導波管内を
   伝搬してきたＴＥ１１モードの高周波を前記円筒導波管
   の軸線廻りに回転させる円偏波変換器と、 前記円筒導波管の他端部の外周面の周方向に離間したそ
   れぞれの位置に、一端がそれぞれ接続されるとともに、
   前記環状導波管の周方向に離間したそれぞれの位置に、
   他端がそれぞれ接続された複数の分岐導波管と、を有し
   ていることを特徴とする請求項８に記載のプラズマ処理
   装置。
10. 【請求項１０】前記多位相高周波供給手段は、 導波管内にＴＥ１０モードの高周波を発生する高周波発
    生器と、 前記導波管に一端が接続されるとともに、前記環状導波
    管の周方向に離間したそれぞれの位置に他端がそれぞれ
    接続された複数の分岐導波管と、 これら複数の分岐導波管に設けられ、これら分岐導波管
    によって複数に分割された高周波の位相を、これら分割
    された高周波が前記環状導波管内に供給されたときに前
    記環状導波管内に進行波を発生させるように調整する移
    相器と、を有することを特徴とする請求項８に記載のプ
    ラズマ処理装置。
11. 【請求項１１】前記環状導波管の周長は、その環状導波
    管の管内波長の自然数倍であることを特徴とする請求項
    ９又は１０に記載のプラズマ処理装置。
12. 【請求項１２】前記環状導波管へ高周波を供給する導波
    管は、矩形導波管であることを特徴とする請求項９ない
    し１１のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
13. 【請求項１３】前記環状導波管へ高周波を供給する導波
    管は、同軸導波管であることを特徴とする請求項９ない
    し１１のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
14. 【請求項１４】前記環状導波管によって囲まれた前記誘
    電体窓の部分に、ガスを前記処理容器に供給するガス供
    給管の開口部が接続されていることを特徴とする請求項
    ２又は３に記載のプラズマ処理装置。
15. 【請求項１５】前記環状導波管によって囲まれた前記誘
    電体窓の部分に、前記保持手段に対向して配置された対
    向電極が設けられていることを特徴とする請求項２又は
    ３に記載のプラズマ処理装置。
16. 【請求項１６】前記環状導波管によって囲まれた前記誘
    電体窓の部分に、ガスを前記処理容器に供給するガス供
    給管の先端部が設けられ、この先端部にガスを前記処理
    容器内に供給する開口部が形成され、このガス供給管の
    先端部が、前記保持手段に対向する対向電極になされて
    いることを特徴とする請求項２又は３に記載のプラズマ
    処理装置。
17. 【請求項１７】前記対向電極は、アースされていること
    を特徴とする請求項１５又は１６に記載のプラズマ処理
    装置。
18. 【請求項１８】前記対向電極は、高周波電源に接続され
    ていることを特徴とする請求項１５又は１６に記載のプ
    ラズマ処理装置。
19. 【請求項１９】前記環状導波管は、円環状であることを
    特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のプラズ
    マ処理装置。
20. 【請求項２０】前記環状導波管は、矩形環状であること
    を特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のプラ
    ズマ処理装置。
21. 【請求項２１】前記環状導波管に沿ってそれぞれ離間し
    て配設され、前記環状導波管内のリアクタンスを変化さ
    せるリアクタンス素子を複数有する位相調整手段を具備
    したことを特徴とする請求項４、９及び１０のいずれか
    に記載のプラズマ処理装置。
22. 【請求項２２】前記位相調整手段は、さらに、 前記高周波発生器の出力周波数に影響を与える要素の物
    理量と、その物理量の下で前記環状導波管内に所定の高
    周波を形成する前記リアクタンス素子のリアクタンスと
    を対応づけて記録する記録手段と、 設定された物理量に対応する前記リアクタンス素子のリ
    アクタンスを前記記録手段から読み出し、前記リアクタ
    ンス素子のリアクタンスを読み出した値となるように制
    御する制御手段と、を有することを特徴とする請求項２
    １に記載のプラズマ処理装置。
23. 【請求項２３】前記位相調整手段は、さらに、 前記環状導波管に導入される高周波の位相と前記環状導
    波管内を伝搬する高周波の位相との差を検出する位相差
    検出手段と、 この位相差検出手段により検出された位相差に基づき前
    記リアクタンス素子のリアクタンスを制御する制御手段
    と、を有することを特徴とする請求項２１に記載のプラ
    ズマ処理装置。
24. 【請求項２４】前記リアクタンス素子は、前記環状導波
    管内に突出する長さが変更自在なスタブであることを特
    徴とする請求項２１ないし２３のいずれかに記載のプラ
    ズマ処理装置。
25. 【請求項２５】前記環状導波管を略同軸状に複数設ける
    とともに、前記進行波形成手段により前記環状導波管の
    それぞれの内部に無端環状の進行波を形成することを特
    徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のプラズマ
    処理装置。
26. 【請求項２６】前記環状導波管に供給される高周波は、
    ２００ＭＨｚから３５ＧＨｚまでであることを特徴とす
    る請求項１ないし２５のいずれかに記載のプラズマ処理
    装置。