JP2003045698A - プラズマ発生装置及びプラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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を目的とする。 【解決手段】 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（２）と、ループ状共振器（１）と、ル
ープ状共振器の管路の全周に亘って連続的に設けられた
開口（３）を備え、方向性結合器（７）を介して供給導
波管（５）から前記ループ状共振器（１）を励振するこ
とによって前記ループ状共振器にマイクロ波の進行波を
共振させ、前記共振したマイクロ波を前記開口（３）を
介して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を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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２８８６
７５２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９−３０６９
００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５２
１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５
２２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（co
nstructive interference）及び相殺的干渉（destructi
ve 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（boundar
y）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、を備え、前記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、前記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。

【００２１】ここで、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、をさ
らに備え、前記供給導波管から前記方向性結合器を介し
て前記ループ状共振器を励振することにより、前記ルー
プ状共振器において前記マイクロ波の進行波を形成する
ものとしてもよい。

【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１
０１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（attenuat
ion 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ＴＥ_１０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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ Ｆターム(参考） 4K030 KA30 4K057 DA16 DD01 DM02 DM29 DM31 DN01 5F004 AA01 AA16 BA20 BB11 BB32 BC08 BD01 BD04 5F045 AA09 BB02 EH03

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【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、 を備え、 前記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、 前記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。
2. 【請求項２】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、 をさらに備え、 前記供給導波管から前記方向性結合器を介して前記ルー
   プ状共振器を励振することにより、前記ループ状共振器
   において前記マイクロ波の進行波を形成することを特徴
   とする請求項１記載のプラズマ発生装置。
3. 【請求項３】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または２に記載のプラズマ発
   生装置。
4. 【請求項４】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１〜３の
   いずれか１つに記載のプラズマ発生装置。
5. 【請求項５】前記開口は、誘電体からなることを特徴と
   する請求項４記載のプラズマ発生装置。
6. 【請求項６】請求項１〜５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。