JP2003133232A - マイクロ波プラズマ処理装置、マイクロ波プラズマ処理方法及びマイクロ波給電装置 - Google Patents
マイクロ波プラズマ処理装置、マイクロ波プラズマ処理方法及びマイクロ波給電装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 マイクロ波発生器から供給されるマイクロ波
を、導波管からアンテナ部材に効率よく供給することが
できるマイクロ波プラズマ処理装置、プラズマ処理方法
及びマイクロ波給電装置を提供することを課題とする。 【解決手段】 マイクロ波発生器２４により発生したマ
イクロ波を導波管２２により伝播する。導波管２２は、
遅波板１８に対向した管壁２２ｂマイクロ波出力用の単
一のマイクロ波放射開口２２ａを有する。マイクロ波放
射開口２２ａから射出したマイクロ波を、遅波板１８に
より波長短縮し、アンテナ部材１７に設けられた多数の
スリット対３０により処理容器１２内の空間に放射す
る。
を、導波管からアンテナ部材に効率よく供給することが
できるマイクロ波プラズマ処理装置、プラズマ処理方法
及びマイクロ波給電装置を提供することを課題とする。 【解決手段】 マイクロ波発生器２４により発生したマ
イクロ波を導波管２２により伝播する。導波管２２は、
遅波板１８に対向した管壁２２ｂマイクロ波出力用の単
一のマイクロ波放射開口２２ａを有する。マイクロ波放
射開口２２ａから射出したマイクロ波を、遅波板１８に
より波長短縮し、アンテナ部材１７に設けられた多数の
スリット対３０により処理容器１２内の空間に放射す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はプラズマ処理装置に
係り、特にマイクロ波によりプラズマを発生させて半導
体ウェハ等にプラズマ処理を施すマイクロ波プラズマ処
理装置に関する。
係り、特にマイクロ波によりプラズマを発生させて半導
体ウェハ等にプラズマ処理を施すマイクロ波プラズマ処
理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体製品の高密度化及び高微細
化に伴い、半導体製品の製造工程において、成膜、エッ
チング、アッシング等の処理のためにプラズマ処理装置
が使用されている。特に、マイクロ波を用いてプラズマ
を発生させるマイクロ波プラズマ処理装置は、０．１〜
数１０ｍＴｏｒｒ程度の比較的圧力が低い高真空状態で
も安定してプラズマを発生させることができる。このた
め、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用いたマイク
ロ波プラズマ処理装置が注目されている。
化に伴い、半導体製品の製造工程において、成膜、エッ
チング、アッシング等の処理のためにプラズマ処理装置
が使用されている。特に、マイクロ波を用いてプラズマ
を発生させるマイクロ波プラズマ処理装置は、０．１〜
数１０ｍＴｏｒｒ程度の比較的圧力が低い高真空状態で
も安定してプラズマを発生させることができる。このた
め、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用いたマイク
ロ波プラズマ処理装置が注目されている。
【０００３】マイクロ波プラズマ処理装置では、一般的
に、真空引き可能になされた処理容器の天井部にマイク
ロ波を透過する誘電体板が設けられ、誘電体板の上に円
板状の平坦なアンテナ部材（マイクロ波放射部材）が取
り付けられている。
に、真空引き可能になされた処理容器の天井部にマイク
ロ波を透過する誘電体板が設けられ、誘電体板の上に円
板状の平坦なアンテナ部材（マイクロ波放射部材）が取
り付けられている。
【０００４】また、アンテナ部材の上には、遅波板が取
り付けられる。遅波板は所定の誘電率を有しており、マ
イクロ波発生器から供給されるマイクロ波の波長を所定
の率で短縮する。アンテナ部材には多数の貫通孔（スロ
ット）が形成されており、アンテナ部材にその中心から
供給されて放射方向に伝播するマイクロ波を、スロット
を介して処理容器内に導入する。遅波板によりアンテナ
部材に供給するマイクロ波の波長を短縮することによ
り、アンテナ部材に形成するスロットを小さくでき、そ
の結果、より多くのスロットをアンテナ部材に配置して
プラズマ密度の均一性を向上させることができる。
り付けられる。遅波板は所定の誘電率を有しており、マ
イクロ波発生器から供給されるマイクロ波の波長を所定
の率で短縮する。アンテナ部材には多数の貫通孔（スロ
ット）が形成されており、アンテナ部材にその中心から
供給されて放射方向に伝播するマイクロ波を、スロット
を介して処理容器内に導入する。遅波板によりアンテナ
部材に供給するマイクロ波の波長を短縮することによ
り、アンテナ部材に形成するスロットを小さくでき、そ
の結果、より多くのスロットをアンテナ部材に配置して
プラズマ密度の均一性を向上させることができる。
【０００５】以上のような構成のマイクロ波プラズマ処
理装置において、アンテナ部材から誘電体板を介して処
理容器内に導入されたマイクロ波により処理ガスのプラ
ズマが生成され、処理容器内に載置された半導体ウェハ
に対してプラズマ処理が施される。
理装置において、アンテナ部材から誘電体板を介して処
理容器内に導入されたマイクロ波により処理ガスのプラ
ズマが生成され、処理容器内に載置された半導体ウェハ
に対してプラズマ処理が施される。
【０００６】遅波板及びアンテナ部材を介して処理容器
に導入するマイクロ波は、マグネトロン等のマイクロ波
発生器から供給される。マイクロ波発生器により発生し
たマイクロ波は、導波管を通じて遅波板あるいはアンテ
ナ部材に供給される。導波管により伝播したマイクロ波
は、遅波板あるいはアンテナ部材の中央部分に供給さ
れ、中央部分から放射方向に伝播しながら最終的に処理
容器の処理空間に均一に放射されることが好ましい。こ
のように、マイクロ波を遅波板あるいはアンテナ部材の
中央部分に供給するには、一般的に同軸導波管が用いら
れる。すなわち、マイクロ波発生器により発生したマイ
クロ波は、まず、例えば矩形断面を有する導波管に供給
されて遅波板あるいはアンテナ部材の中央付近まで伝播
され、内導体及び外導体よりなる同軸導波管を介して遅
波板あるいはアンテナ部材の中央部分に供給される。
に導入するマイクロ波は、マグネトロン等のマイクロ波
発生器から供給される。マイクロ波発生器により発生し
たマイクロ波は、導波管を通じて遅波板あるいはアンテ
ナ部材に供給される。導波管により伝播したマイクロ波
は、遅波板あるいはアンテナ部材の中央部分に供給さ
れ、中央部分から放射方向に伝播しながら最終的に処理
容器の処理空間に均一に放射されることが好ましい。こ
のように、マイクロ波を遅波板あるいはアンテナ部材の
中央部分に供給するには、一般的に同軸導波管が用いら
れる。すなわち、マイクロ波発生器により発生したマイ
クロ波は、まず、例えば矩形断面を有する導波管に供給
されて遅波板あるいはアンテナ部材の中央付近まで伝播
され、内導体及び外導体よりなる同軸導波管を介して遅
波板あるいはアンテナ部材の中央部分に供給される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】マイクロ波を遅波板あ
るいはアンテナ部材の中央部分に供給する同軸導波管
は、例えば内導体及び外導体よりなり、内導体は直径１
７ｍｍ程度の細い管である。同軸導波管を介してアンテ
ナ部材に大電力を投入する場合、同軸導波管の内導体近
傍に非常に強い電界が発生し、内導体内は加熱され高温
となる。すなわち、マイクロ波の一部が熱になるため、
供給するマイクロ波の損失（導体損失）が増大し、電力
供給効率が悪化するという問題がある。また、同軸導波
管を冷却装置で覆って冷却する必要があるため、装置が
大型化し装置の製造コストが上昇する。
るいはアンテナ部材の中央部分に供給する同軸導波管
は、例えば内導体及び外導体よりなり、内導体は直径１
７ｍｍ程度の細い管である。同軸導波管を介してアンテ
ナ部材に大電力を投入する場合、同軸導波管の内導体近
傍に非常に強い電界が発生し、内導体内は加熱され高温
となる。すなわち、マイクロ波の一部が熱になるため、
供給するマイクロ波の損失（導体損失）が増大し、電力
供給効率が悪化するという問題がある。また、同軸導波
管を冷却装置で覆って冷却する必要があるため、装置が
大型化し装置の製造コストが上昇する。
【０００８】また、内導体近傍に非常に強い電界が発生
するため、内導体近傍で異常放電が発生するおそれがあ
る。異常放電が発生すると、内導体近傍の遅波板が破損
してしまうこともある。
するため、内導体近傍で異常放電が発生するおそれがあ
る。異常放電が発生すると、内導体近傍の遅波板が破損
してしまうこともある。
【０００９】例えば、同軸導波管の内導体は、アンテナ
部材の中央に密着した状態で接続する必要があり、内導
体の端面にネジ穴を形成しておき、内導体の端面がアン
テナ部材に接触した状態で、遅波板を貫通したネジを内
導体のネジ穴にねじ込むことにより、内導体をアンテナ
部材に接続している。しかし、このようなネジ止めによ
る接続では、内導体の端面をアンテナ部材の表面に完全
に密着することは難しく、僅かな間隙があるとその部分
で異常放電が発生してしまう。
部材の中央に密着した状態で接続する必要があり、内導
体の端面にネジ穴を形成しておき、内導体の端面がアン
テナ部材に接触した状態で、遅波板を貫通したネジを内
導体のネジ穴にねじ込むことにより、内導体をアンテナ
部材に接続している。しかし、このようなネジ止めによ
る接続では、内導体の端面をアンテナ部材の表面に完全
に密着することは難しく、僅かな間隙があるとその部分
で異常放電が発生してしまう。
【００１０】また、上述のようなネジ止め接続では、誘
電体板とアンテナ部材（スロットアンテナ）との接合部
分にネジ頭が存在する。このため、例えば、アンテナ部
材の表面から突出したネジ頭を収容する凹部を誘電体板
の中央部分に形成する必要がある。したがって、遅波板
とアンテナ部材とをその中央部分で密着することが難し
く、この凹部付近で異常放電が発生するという問題があ
る。
電体板とアンテナ部材（スロットアンテナ）との接合部
分にネジ頭が存在する。このため、例えば、アンテナ部
材の表面から突出したネジ頭を収容する凹部を誘電体板
の中央部分に形成する必要がある。したがって、遅波板
とアンテナ部材とをその中央部分で密着することが難し
く、この凹部付近で異常放電が発生するという問題があ
る。
【００１１】また、アンテナ部材又は遅波板と誘電体よ
りなる天板との間に、熱伝導を高めるためにヘリウム
（Ｈｅ）ガスを封入する場合がある。この場合、同軸導
波管の内導体の外周にＯリングを設けて誘電体天板との
でシールを行うが、Ｏリングが強いマイクロ波に曝され
て劣化し損傷してしまうという問題もある。
りなる天板との間に、熱伝導を高めるためにヘリウム
（Ｈｅ）ガスを封入する場合がある。この場合、同軸導
波管の内導体の外周にＯリングを設けて誘電体天板との
でシールを行うが、Ｏリングが強いマイクロ波に曝され
て劣化し損傷してしまうという問題もある。
【００１２】ここで、導波管とアンテナ部材との間に空
胴共振器を設け、空胴共振器からマイクロ波を処理容器
に導入することが提案されている。特許第２５６９０１
９号公報は、導波管に空胴共振器を設けてマイクロ波を
増幅し、空胴共振器の底面に形成されたスロットから増
幅したマイクロ波を処理容器に導入する技術を開示して
いる。この特許公報に開示された空洞共振器は、処理容
器に面した底面全体からマイクロ波を放射するように、
底面全体に多数のスロットが形成される。したがって、
マイクロ波を中央部分から放射状に伝播してから処理容
器の処理空間に対して放射するものではない。また、各
スロットの長さは供給されるマイクロ波の波長に従って
決められ、たとえば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用い
た場合はスロットの長さをマイクロ波の１／２波長であ
る６０ｍｍ以上とすることが好ましい。したがって、マ
イクロ波を中央部分から放射状に伝播し、多数の小さな
スロットから処理空間に向かって均一に放射するという
効果は得られない。このように、特許第２５６９０１９
号公報に開示された空洞共振器を有するマイクロ波供給
機構（給電機構）は、多数の小さなスロットを介してマ
イクロ波を処理容器に均一に供給するアンテナ部材（ス
ロットアンテナ）に適用することはできなかった。
胴共振器を設け、空胴共振器からマイクロ波を処理容器
に導入することが提案されている。特許第２５６９０１
９号公報は、導波管に空胴共振器を設けてマイクロ波を
増幅し、空胴共振器の底面に形成されたスロットから増
幅したマイクロ波を処理容器に導入する技術を開示して
いる。この特許公報に開示された空洞共振器は、処理容
器に面した底面全体からマイクロ波を放射するように、
底面全体に多数のスロットが形成される。したがって、
マイクロ波を中央部分から放射状に伝播してから処理容
器の処理空間に対して放射するものではない。また、各
スロットの長さは供給されるマイクロ波の波長に従って
決められ、たとえば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用い
た場合はスロットの長さをマイクロ波の１／２波長であ
る６０ｍｍ以上とすることが好ましい。したがって、マ
イクロ波を中央部分から放射状に伝播し、多数の小さな
スロットから処理空間に向かって均一に放射するという
効果は得られない。このように、特許第２５６９０１９
号公報に開示された空洞共振器を有するマイクロ波供給
機構（給電機構）は、多数の小さなスロットを介してマ
イクロ波を処理容器に均一に供給するアンテナ部材（ス
ロットアンテナ）に適用することはできなかった。
【００１３】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、マイクロ波発生器から供給されるマイクロ波を、
導波管からアンテナ部材に効率よく供給することができ
るマイクロ波プラズマ処理装置、マイクロ波プラズマ処
理方法及びマイクロ波給電装置を提供することを目的と
する。
あり、マイクロ波発生器から供給されるマイクロ波を、
導波管からアンテナ部材に効率よく供給することができ
るマイクロ波プラズマ処理装置、マイクロ波プラズマ処
理方法及びマイクロ波給電装置を提供することを目的と
する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴
とするものである。
めに本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴
とするものである。
【００１５】請求項１記載の発明は、被処理基体にプラ
ズマ処理を施すマイクロ波プラズマ処理装置であって、
該被処理基体が載置される載置台が内部に設けられた処
理容器と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、
該マイクロ波発生器により発生したマイクロ波を伝播す
る第１の導波管と、該遅波板により波長短縮されたマイ
クロ波を前記処理容器内の空間に放射するマイクロ波放
射部材とを有し、前記第１の導波管は、前記マイクロ波
放射部材の中央部分に相当する位置に、マイクロ波出力
用の単一の第１のマイクロ波射出開口を有することを特
徴とするものである。
ズマ処理を施すマイクロ波プラズマ処理装置であって、
該被処理基体が載置される載置台が内部に設けられた処
理容器と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、
該マイクロ波発生器により発生したマイクロ波を伝播す
る第１の導波管と、該遅波板により波長短縮されたマイ
クロ波を前記処理容器内の空間に放射するマイクロ波放
射部材とを有し、前記第１の導波管は、前記マイクロ波
放射部材の中央部分に相当する位置に、マイクロ波出力
用の単一の第１のマイクロ波射出開口を有することを特
徴とするものである。
【００１６】請求項２記載の発明は、請求項１記載のマ
イクロ波プラズマ処理装置であって、前記第１の導波管
は矩形状の断面を有する矩形導波管であることを特徴と
するものである。
イクロ波プラズマ処理装置であって、前記第１の導波管
は矩形状の断面を有する矩形導波管であることを特徴と
するものである。
【００１７】請求項３記載の発明は、請求項２記載のマ
イクロ波プラズマ処理装置であって、前記矩形導波管の
断面の長辺の長さは、前記矩形導波管内におけるマイク
ロ波波長の１／２であることを特徴とするものである。
イクロ波プラズマ処理装置であって、前記矩形導波管の
断面の長辺の長さは、前記矩形導波管内におけるマイク
ロ波波長の１／２であることを特徴とするものである。
【００１８】請求項４記載の発明は、請求項２又は３記
載のマイクロ波プラズマ処理装置であって、前記矩形導
波管の前記第１のマイクロ波射出開口は、前記矩形導波
管の断面の長辺に相当する面に形成されることを特徴と
するものである。
載のマイクロ波プラズマ処理装置であって、前記矩形導
波管の前記第１のマイクロ波射出開口は、前記矩形導波
管の断面の長辺に相当する面に形成されることを特徴と
するものである。
【００１９】請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の
うちいずれか一項記載のマイクロ波プラズマ処理装置で
あって、前記第１の導波管は前記第１のマイクロ波射出
開口を中心にして複数の方向に延在することを特徴とす
るものである。
うちいずれか一項記載のマイクロ波プラズマ処理装置で
あって、前記第１の導波管は前記第１のマイクロ波射出
開口を中心にして複数の方向に延在することを特徴とす
るものである。
【００２０】請求項６記載の発明は、請求項５記載のマ
イクロ波プラズマ処理装置であって、前記第１の導波管
は直線状であり、前記第１のマイクロ波射出開口を中心
にして対称に延在することを特徴とするものである。
イクロ波プラズマ処理装置であって、前記第１の導波管
は直線状であり、前記第１のマイクロ波射出開口を中心
にして対称に延在することを特徴とするものである。
【００２１】請求項７記載の発明は、請求項１乃至６の
うちいずれか一項記載のマイクロ波プラズマ処理装置で
あって、前記第１の導波管と前記マイクロ波放射部材と
の間に第２の導波管が設けられ、前記第２の導波管の軸
方向は前記第１の導波管の軸方向に対して垂直であり、
前記第１のマイクロ波射出開口を介して前記第１の導波
管から前記第２の導波管にマイクロ波が供給され、前記
第２の導波管の底部に設けられた単一の第２のマイクロ
波射出開口から前記マイクロ波放射部材にマイクロ波が
導入されることを特徴とするものである。
うちいずれか一項記載のマイクロ波プラズマ処理装置で
あって、前記第１の導波管と前記マイクロ波放射部材と
の間に第２の導波管が設けられ、前記第２の導波管の軸
方向は前記第１の導波管の軸方向に対して垂直であり、
前記第１のマイクロ波射出開口を介して前記第１の導波
管から前記第２の導波管にマイクロ波が供給され、前記
第２の導波管の底部に設けられた単一の第２のマイクロ
波射出開口から前記マイクロ波放射部材にマイクロ波が
導入されることを特徴とするものである。
【００２２】請求項８記載の発明は、請求項７記載のマ
イクロ波プラズマ処理装置であって、前記第２の導波管
は円形断面を有する円形導波管であることを特徴とする
ものである。
イクロ波プラズマ処理装置であって、前記第２の導波管
は円形断面を有する円形導波管であることを特徴とする
ものである。
【００２３】請求項９記載の発明は、請求項８記載のマ
イクロ波プラズマ処理装置であって、前記円形導波管の
長さは前記第１の導波管におけるマイクロ波波長のｎ／
２倍（ｎは整数）であり、前記円形導波管は円筒空洞共
振器を形成することを特徴とするものである。
イクロ波プラズマ処理装置であって、前記円形導波管の
長さは前記第１の導波管におけるマイクロ波波長のｎ／
２倍（ｎは整数）であり、前記円形導波管は円筒空洞共
振器を形成することを特徴とするものである。
【００２４】請求項１０記載の発明は、請求項１乃至９
のうちいずれか一項記載のマイクロ波プラズマ処理装置
であって、前記マイクロ波放射部材は、供給されるマイ
クロ波の波長を短縮する遅波板を含むことを特徴とする
ものである。
のうちいずれか一項記載のマイクロ波プラズマ処理装置
であって、前記マイクロ波放射部材は、供給されるマイ
クロ波の波長を短縮する遅波板を含むことを特徴とする
ものである。
【００２５】請求項１１記載の発明は、請求項１乃至１
０のうちいずれか一項記載のマイクロ波プラズマ処理装
置であって、前記マイクロ波放射部材は、厚み方向に貫
通した多数のスロットを有することを特徴とするもので
ある。
０のうちいずれか一項記載のマイクロ波プラズマ処理装
置であって、前記マイクロ波放射部材は、厚み方向に貫
通した多数のスロットを有することを特徴とするもので
ある。
【００２６】請求項１２記載の発明は、請求項１１記載
のマイクロ波プラズマ処理装置であって、前記マイクロ
波放射部材のスロットは、螺旋状又は複数の円周状に配
列されたことを特徴とするものである。
のマイクロ波プラズマ処理装置であって、前記マイクロ
波放射部材のスロットは、螺旋状又は複数の円周状に配
列されたことを特徴とするものである。
【００２７】請求項１３記載の発明は、請求項１２記載
のマイクロ波プラズマ処理装置であって、前記マイクロ
波放射部材のスロットは、Ｔ字状に配置された２つのス
ロットよりなるスロット対を構成することを特徴とする
ものである。
のマイクロ波プラズマ処理装置であって、前記マイクロ
波放射部材のスロットは、Ｔ字状に配置された２つのス
ロットよりなるスロット対を構成することを特徴とする
ものである。
【００２８】請求項１４記載の発明は、被処理基体にプ
ラズマ処理を施すマイクロ波プラズマ処理方法であっ
て、該被処理基体を処理容器内の載置台に載置し、マイ
クロ波発生器によりマイクロ波を発生し、該マイクロ波
発生器により発生したマイクロ波を第１の導波管により
伝播し、該第１の導波管から供給されるマイクロ波を、
単一の第１のマイクロ波射出開口から射出し、該第１の
導波管から射出されたマイクロ波をマイクロ波放射部材
により前記処理容器内の空間に放射し、放射されたマイ
クロ波によりプラズマを生成して、前記被処理基体にプ
ラズマ処理を施すことを特徴とするものである。
ラズマ処理を施すマイクロ波プラズマ処理方法であっ
て、該被処理基体を処理容器内の載置台に載置し、マイ
クロ波発生器によりマイクロ波を発生し、該マイクロ波
発生器により発生したマイクロ波を第１の導波管により
伝播し、該第１の導波管から供給されるマイクロ波を、
単一の第１のマイクロ波射出開口から射出し、該第１の
導波管から射出されたマイクロ波をマイクロ波放射部材
により前記処理容器内の空間に放射し、放射されたマイ
クロ波によりプラズマを生成して、前記被処理基体にプ
ラズマ処理を施すことを特徴とするものである。
【００２９】請求項１５記載の発明は、請求項１４記載
のマイクロ波プラズマ処理方法であって、前記第１の導
波管は前記第１のマイクロ波射出開口を中心にして複数
の方向に延在し、前記第１のマイクロ波射出開口に対し
て同位相のマイクロ波を複数の方向から伝播することを
特徴とするものである。
のマイクロ波プラズマ処理方法であって、前記第１の導
波管は前記第１のマイクロ波射出開口を中心にして複数
の方向に延在し、前記第１のマイクロ波射出開口に対し
て同位相のマイクロ波を複数の方向から伝播することを
特徴とするものである。
【００３０】請求項１６記載の発明は、請求項１５記載
のマイクロ波プラズマ処理方法であって、前記第１の導
波管は直線状であり、前記第１のマイクロ波射出開口を
中心にして両側から同位相のマイクロ波を供給すること
を特徴とするものである。
のマイクロ波プラズマ処理方法であって、前記第１の導
波管は直線状であり、前記第１のマイクロ波射出開口を
中心にして両側から同位相のマイクロ波を供給すること
を特徴とするものである。
【００３１】請求項１７記載の発明は、請求項１４乃至
１６のうちいずれか一項記載のマイクロ波プラズマ処理
方法であって、前記第１の導波管と前記マイクロ波放射
部材との間に第２の導波管が設けられ、前記第２の導波
管の軸方向は前記第１の導波管の軸方向に対して垂直で
あり、前記第１のマイクロ波射出開口を介して前記第１
の導波管から前記第２の導波管にマイクロ波を供給し、
前記第２の導波管の底部に設けられた単一の第２のマイ
クロ波射出開口から前記マイクロ波放射部材にマイクロ
波を導入することを特徴とするものである。
１６のうちいずれか一項記載のマイクロ波プラズマ処理
方法であって、前記第１の導波管と前記マイクロ波放射
部材との間に第２の導波管が設けられ、前記第２の導波
管の軸方向は前記第１の導波管の軸方向に対して垂直で
あり、前記第１のマイクロ波射出開口を介して前記第１
の導波管から前記第２の導波管にマイクロ波を供給し、
前記第２の導波管の底部に設けられた単一の第２のマイ
クロ波射出開口から前記マイクロ波放射部材にマイクロ
波を導入することを特徴とするものである。
【００３２】請求項１８記載の発明は、請求項１４乃至
１７のうちいずれか一項記載のマイクロ波プラズマ処理
方法であって、前記第２の導波管を空洞共振器として形
成し、前記第１のマイクロ波射出開口から供給されたマ
イクロ波を全て前記第２のマイクロ波射出開口から前記
マイクロ波放射部材に導入することを特徴とするもので
ある。
１７のうちいずれか一項記載のマイクロ波プラズマ処理
方法であって、前記第２の導波管を空洞共振器として形
成し、前記第１のマイクロ波射出開口から供給されたマ
イクロ波を全て前記第２のマイクロ波射出開口から前記
マイクロ波放射部材に導入することを特徴とするもので
ある。
【００３３】請求項１９記載の発明は、マイクロ波を処
理チャンバに供給するためのマイクロ波給電装置であっ
て、マイクロ波発生器からのマイクロ波を伝播し、該マ
イクロ波を射出する第１のマイクロ波射出開口を有する
第１の導波管と、中央部分から供給されたマイクロ波
を、その供給方向とは垂直の放射方向に伝播し、多数の
スロットを介して前記処理チャンバに導入するマイクロ
波放射部材とを有することを特徴とするものである。
理チャンバに供給するためのマイクロ波給電装置であっ
て、マイクロ波発生器からのマイクロ波を伝播し、該マ
イクロ波を射出する第１のマイクロ波射出開口を有する
第１の導波管と、中央部分から供給されたマイクロ波
を、その供給方向とは垂直の放射方向に伝播し、多数の
スロットを介して前記処理チャンバに導入するマイクロ
波放射部材とを有することを特徴とするものである。
【００３４】請求項２０記載の発明は、請求項１９記載
のマイクロ波給電装置であって、前記第１の導波管は矩
形状の断面を有する矩形導波管であることを特徴とする
ものである。
のマイクロ波給電装置であって、前記第１の導波管は矩
形状の断面を有する矩形導波管であることを特徴とする
ものである。
【００３５】請求項２１記載の発明は、請求項２０記載
のマイクロ波給電装置であって、前記矩形導波管の断面
の長辺の長さは、前記矩形導波管内におけるマイクロ波
波長の１／２であることを特徴とするものである。
のマイクロ波給電装置であって、前記矩形導波管の断面
の長辺の長さは、前記矩形導波管内におけるマイクロ波
波長の１／２であることを特徴とするものである。
【００３６】請求項２２記載の発明は、請求項２０又は
２１記載のマイクロ波給電装置であって、前記矩形導波
管の前記第１のマイクロ波射出開口は、前記矩形導波管
の断面の長辺に相当する面に形成されることを特徴とす
るものである。
２１記載のマイクロ波給電装置であって、前記矩形導波
管の前記第１のマイクロ波射出開口は、前記矩形導波管
の断面の長辺に相当する面に形成されることを特徴とす
るものである。
【００３７】請求項２３記載の発明は、請求項１９乃至
２２のうちいずれか一項記載のマイクロ波給電装置であ
って、前記第１の導波管は前記第１のマイクロ波射出開
口を中心にして複数の方向に延在することを特徴とする
ものである。
２２のうちいずれか一項記載のマイクロ波給電装置であ
って、前記第１の導波管は前記第１のマイクロ波射出開
口を中心にして複数の方向に延在することを特徴とする
ものである。
【００３８】請求項２４記載の発明は、請求項２３記載
のマイクロ波給電装置であって、前記第１の導波管は直
線状であり、前記第１のマイクロ波射出開口を中心にし
て対称に延在することを特徴とするものである。
のマイクロ波給電装置であって、前記第１の導波管は直
線状であり、前記第１のマイクロ波射出開口を中心にし
て対称に延在することを特徴とするものである。
【００３９】請求項２５記載の発明は、請求項１９乃至
２４のうちいずれか一項記載のマイクロ波給電装置であ
って、前記第１の導波管と前記マイクロ波放射部材との
間に第２の導波管が設けられ、前記第２の導波管の軸方
向は前記第１の導波管の軸方向に対して垂直であり、前
記第１のマイクロ波射出開口を介して前記第１の導波管
から前記第２の導波管にマイクロ波が供給され、前記第
２の導波管の底部に設けられた単一の第２のマイクロ波
射出開口から前記マイクロ波放射部材にマイクロ波が導
入されることを特徴とするものである。
２４のうちいずれか一項記載のマイクロ波給電装置であ
って、前記第１の導波管と前記マイクロ波放射部材との
間に第２の導波管が設けられ、前記第２の導波管の軸方
向は前記第１の導波管の軸方向に対して垂直であり、前
記第１のマイクロ波射出開口を介して前記第１の導波管
から前記第２の導波管にマイクロ波が供給され、前記第
２の導波管の底部に設けられた単一の第２のマイクロ波
射出開口から前記マイクロ波放射部材にマイクロ波が導
入されることを特徴とするものである。
【００４０】請求項２６記載の発明は、請求項２５記載
のマイクロ波給電装置であって、前記第２の導波管は円
形断面を有する円形導波管であることを特徴とするもの
である。
のマイクロ波給電装置であって、前記第２の導波管は円
形断面を有する円形導波管であることを特徴とするもの
である。
【００４１】請求項２７記載の発明は、請求項２６記載
のマイクロ波給電装置であって、前記円形導波管の長さ
は前記第１の導波管におけるマイクロ波波長のｎ／２倍
（ｎは整数）であり、前記円形導波管は円筒空洞共振器
を形成することを特徴とするものである。
のマイクロ波給電装置であって、前記円形導波管の長さ
は前記第１の導波管におけるマイクロ波波長のｎ／２倍
（ｎは整数）であり、前記円形導波管は円筒空洞共振器
を形成することを特徴とするものである。
【００４２】請求項２８記載の発明は、請求項１９乃至
２８のうちいずれか一項記載のマイクロ波給電装置であ
って、前記マイクロ波放射部材は、供給されるマイクロ
波の波長を短縮する遅波板を含むことを特徴とするもの
である。
２８のうちいずれか一項記載のマイクロ波給電装置であ
って、前記マイクロ波放射部材は、供給されるマイクロ
波の波長を短縮する遅波板を含むことを特徴とするもの
である。
【００４３】請求項２９記載の発明は、請求項１９乃至
２８のうちいずれか一項記載のマイクロ波給電装置であ
って、前記マイクロ波放射部材は、厚み方向に貫通した
多数のスロットを有することを特徴とするものである。
２８のうちいずれか一項記載のマイクロ波給電装置であ
って、前記マイクロ波放射部材は、厚み方向に貫通した
多数のスロットを有することを特徴とするものである。
【００４４】請求項３０記載の発明は、請求項２９記載
のマイクロ波給電装置であって、前記マイクロ波放射部
材のスロットは、螺旋状又は複数の円周状に配列された
ことを特徴とするものである。
のマイクロ波給電装置であって、前記マイクロ波放射部
材のスロットは、螺旋状又は複数の円周状に配列された
ことを特徴とするものである。
【００４５】請求項３１記載の発明は、請求項２９記載
のマイクロ波給電装置であって、前記マイクロ波放射部
材のスロットは、Ｔ字状に配置された２つのスロットよ
りなるスロット対を構成することを特徴とするものであ
る。
のマイクロ波給電装置であって、前記マイクロ波放射部
材のスロットは、Ｔ字状に配置された２つのスロットよ
りなるスロット対を構成することを特徴とするものであ
る。
【００４６】上述の発明によれば、第１の導波管に設け
られた単一の第１のマイクロ波放射開口を介してマイク
ロ波がマイクロ波放射部材の中央部分から供給された
め、マイクロ波放射部材の中央部分からマイクロ波を放
射状に伝播することができる。したがって、マイクロ波
放射部材に形成された多数のスロットにより効率的にマ
イクロ波を処理容器に均一に放射することができ、均一
なプラズマを生成することができる。したがって、上述
の発明によれば、同軸導波管を用いないでマイクロ波放
射部材にマイクロ波を供給することができるため、同軸
導波管の内導体における電力損失がなく、電力供給効率
を向上することができる。また、マイクロ波が集中する
可能性のある部分が少なくなり、給電部分において不要
な放電が起こり難く、大きな電力をマイクロ波放射部材
に供給することができる。さらに、同軸導波管の内導体
を接続するためのネジ接続部が不要となるため、マイク
ロ波放射部材の形状が簡素化され、容易に製造すること
ができる。さらに、マイクロ波放射部材の形状が簡素化
されることにより、導電ガスとしてヘリウム等を封入す
る機構を容易に構成することができる。
られた単一の第１のマイクロ波放射開口を介してマイク
ロ波がマイクロ波放射部材の中央部分から供給された
め、マイクロ波放射部材の中央部分からマイクロ波を放
射状に伝播することができる。したがって、マイクロ波
放射部材に形成された多数のスロットにより効率的にマ
イクロ波を処理容器に均一に放射することができ、均一
なプラズマを生成することができる。したがって、上述
の発明によれば、同軸導波管を用いないでマイクロ波放
射部材にマイクロ波を供給することができるため、同軸
導波管の内導体における電力損失がなく、電力供給効率
を向上することができる。また、マイクロ波が集中する
可能性のある部分が少なくなり、給電部分において不要
な放電が起こり難く、大きな電力をマイクロ波放射部材
に供給することができる。さらに、同軸導波管の内導体
を接続するためのネジ接続部が不要となるため、マイク
ロ波放射部材の形状が簡素化され、容易に製造すること
ができる。さらに、マイクロ波放射部材の形状が簡素化
されることにより、導電ガスとしてヘリウム等を封入す
る機構を容易に構成することができる。
【００４７】また、第１の導波管とマイクロ波放射部材
との間に第２の導波管を設けて空洞共振器を構成した場
合、空洞共振器に供給されるマイクロ波の反射が防止さ
れマイクロ波のほとんど全てが第２のマイクロ波射出開
口からマイクロ波放射部材に導入される。したがって、
同軸導波管による電力供給のように接続部において放電
が発生するおそれがなく、また発熱による電力損失を伴
わずに、効率的に大電力を供給することができる。
との間に第２の導波管を設けて空洞共振器を構成した場
合、空洞共振器に供給されるマイクロ波の反射が防止さ
れマイクロ波のほとんど全てが第２のマイクロ波射出開
口からマイクロ波放射部材に導入される。したがって、
同軸導波管による電力供給のように接続部において放電
が発生するおそれがなく、また発熱による電力損失を伴
わずに、効率的に大電力を供給することができる。
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面と共に説明する。図１は本発明の第１実施例によ
るマイクロ波プラズマ処理装置の概略構成を示す断面図
である。
て図面と共に説明する。図１は本発明の第１実施例によ
るマイクロ波プラズマ処理装置の概略構成を示す断面図
である。
【００４８】本発明の第１実施例によるマイクロ波プラ
ズマ処理装置は、図１に示すように、処理容器１２内に
おいて半導体ウェハＷにプラズマＣＶＤ処理を施すプラ
ズマＣＶＤ装置１０である。なお、本発明はプラズマＣ
ＶＤ処理に限ることなく、プラズマアッシング、プラズ
マエッチング、プラズマ酸化・酸窒化・窒化等のプラズ
マ処理を行う装置にも適用することができる。
ズマ処理装置は、図１に示すように、処理容器１２内に
おいて半導体ウェハＷにプラズマＣＶＤ処理を施すプラ
ズマＣＶＤ装置１０である。なお、本発明はプラズマＣ
ＶＤ処理に限ることなく、プラズマアッシング、プラズ
マエッチング、プラズマ酸化・酸窒化・窒化等のプラズ
マ処理を行う装置にも適用することができる。
【００４９】被処理基体である半導体ウェハＷは、処理
容器１２内の載置台１４上に載置される。処理容器１２
には、ガス源（図示せず）から供給管１６を通じてプラ
ズマ処理用ガスが供給される。一方、処理容器１２の底
部には真空ポンプ（図示せず）に接続された排気口１２
ａが設けら、処理容器内を所定の真空圧力に維持するよ
うに構成されている。
容器１２内の載置台１４上に載置される。処理容器１２
には、ガス源（図示せず）から供給管１６を通じてプラ
ズマ処理用ガスが供給される。一方、処理容器１２の底
部には真空ポンプ（図示せず）に接続された排気口１２
ａが設けら、処理容器内を所定の真空圧力に維持するよ
うに構成されている。
【００５０】次に、図１に加えて図２も参照しながら、
処理容器１２にマイクロ波を導入するためのマイクロ波
給電装置の構成について説明する。図２は図１に示すプ
ラズマＣＶＤ装置１０において処理容器１２にマイクロ
波を導入する部分であるマイクロ波給電装置２０を示す
断面斜視図である。
処理容器１２にマイクロ波を導入するためのマイクロ波
給電装置の構成について説明する。図２は図１に示すプ
ラズマＣＶＤ装置１０において処理容器１２にマイクロ
波を導入する部分であるマイクロ波給電装置２０を示す
断面斜視図である。
【００５１】処理容器１２の天井部は開口されており、
マイクロ波放射部材としてのアンテナ部材（スロット
板）１７と遅波板１８とよりなるマイクロ波放射部材１
９が誘電体板１５を介して開口に気密に取り付けられ
る。遅波板１８は、アンテナ部材１７に供給するマイク
ロ波の波長を短縮する部材であり、アンテナ部材１７に
形成されるスロットの長さ及び間隔を減少するために設
けられる。
マイクロ波放射部材としてのアンテナ部材（スロット
板）１７と遅波板１８とよりなるマイクロ波放射部材１
９が誘電体板１５を介して開口に気密に取り付けられ
る。遅波板１８は、アンテナ部材１７に供給するマイク
ロ波の波長を短縮する部材であり、アンテナ部材１７に
形成されるスロットの長さ及び間隔を減少するために設
けられる。
【００５２】遅波板１８の上には、矩形状の断面を有す
る矩形導波管（第１の導波管）２２が設けられる。矩形
導波管２２の一端には、マグネトロン等よりなるマイク
ロ波発生器２４が設けられる。マイクロ波発生器２４に
より発生した、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波は、
矩形導波管２２内を伝播し、導矩形波管２２の他端側に
形成されたマイクロ波射出開口２２ａからマイクロ波放
射部材１９に供給される。本実施例において、マイクロ
波射出開口２２ａは、矩形導波管２２の断面の長辺に相
当する管壁２２ｂに設けられた円形の開口であり、その
下に位置するアンテナ部材１８の中央に相当する位置に
配置される。
る矩形導波管（第１の導波管）２２が設けられる。矩形
導波管２２の一端には、マグネトロン等よりなるマイク
ロ波発生器２４が設けられる。マイクロ波発生器２４に
より発生した、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波は、
矩形導波管２２内を伝播し、導矩形波管２２の他端側に
形成されたマイクロ波射出開口２２ａからマイクロ波放
射部材１９に供給される。本実施例において、マイクロ
波射出開口２２ａは、矩形導波管２２の断面の長辺に相
当する管壁２２ｂに設けられた円形の開口であり、その
下に位置するアンテナ部材１８の中央に相当する位置に
配置される。
【００５３】図３はアンテナ部材１７の一例を示す平面
図である。図３に示すアンテナ部材１７には、スロット
３０Ａと３０Ｂとよりなる多数のスロット対３０が形成
されている。図３に示す例では、スロット対３０は複数
の同心円に沿って配列されているが、螺旋状に配置した
り、非同心円状に配置することとしてもよい。
図である。図３に示すアンテナ部材１７には、スロット
３０Ａと３０Ｂとよりなる多数のスロット対３０が形成
されている。図３に示す例では、スロット対３０は複数
の同心円に沿って配列されているが、螺旋状に配置した
り、非同心円状に配置することとしてもよい。
【００５４】図４は図３に示すスロット対の構成を示す
図である。スロット３０Ａ及び３０Ｂの各々は、中央部
が膨らんだ細長い楕円形状である。スロット３０Ｂの長
手方向はスロット３０Ａの長手方向と９０度の角度をな
し、スロット３０Ｂの一端がスロット３０Ａの中央に近
接してＴ字状となるように配置される。スロット３０Ｂ
の中央とアンテナ部材１７の中心Ｏとを結ぶ線は、スロ
ット３０Ｂの長手方向に対して４５度の角度をなす。ま
た、スロット３０Ａの中央からアンテナ部材１７の中心
Ｏまでの距離ＬＡと、スロット３０Ｂの中央からアンテ
ナ部材１７の中心Ｏまでの距離ＬＢとの差（ＬＡ−Ｌ
Ｂ）は、遅波板２０により短縮されたマイクロ波の波長
λの四分の一である（（ＬＡ−ＬＢ）＝λ／４）。
図である。スロット３０Ａ及び３０Ｂの各々は、中央部
が膨らんだ細長い楕円形状である。スロット３０Ｂの長
手方向はスロット３０Ａの長手方向と９０度の角度をな
し、スロット３０Ｂの一端がスロット３０Ａの中央に近
接してＴ字状となるように配置される。スロット３０Ｂ
の中央とアンテナ部材１７の中心Ｏとを結ぶ線は、スロ
ット３０Ｂの長手方向に対して４５度の角度をなす。ま
た、スロット３０Ａの中央からアンテナ部材１７の中心
Ｏまでの距離ＬＡと、スロット３０Ｂの中央からアンテ
ナ部材１７の中心Ｏまでの距離ＬＢとの差（ＬＡ−Ｌ
Ｂ）は、遅波板２０により短縮されたマイクロ波の波長
λの四分の一である（（ＬＡ−ＬＢ）＝λ／４）。
【００５５】以上のような構成のスロット対３０を有す
るアンテナ部材１７に対して、その中央からマイクロ波
が放射状に伝播すると、スロット対３０により円偏波の
電界が生じ、マイクロ波は効率よく処理容器１２の処理
空間に向かって均一に放射される。
るアンテナ部材１７に対して、その中央からマイクロ波
が放射状に伝播すると、スロット対３０により円偏波の
電界が生じ、マイクロ波は効率よく処理容器１２の処理
空間に向かって均一に放射される。
【００５６】なお、アンテナ部材１７に形成するスロッ
トは、必ずしもスロット対を構成する必要はない。ま
た、スロットの各々は細長い楕円形状に限ることなく、
例えば円形、三角形、正方形、長方形、あるいはその他
の多角形であってもよい。ただし、多角形の場合は角部
に滑らかな丸みを持たせることにより、電界の集中を防
止して異常放電を防止することが好ましい。
トは、必ずしもスロット対を構成する必要はない。ま
た、スロットの各々は細長い楕円形状に限ることなく、
例えば円形、三角形、正方形、長方形、あるいはその他
の多角形であってもよい。ただし、多角形の場合は角部
に滑らかな丸みを持たせることにより、電界の集中を防
止して異常放電を防止することが好ましい。
【００５７】上述のようにマイクロ波を放射状に伝播す
るアンテナ部材１７において、マイクロ波は、図５に示
すように、ラジアル線路内で同心円状の磁界分布を有す
るＴＥＭモードに従って伝播する。したがって、矩形導
波管２２からアンテナ部材１７（遅波板１８）に供給す
るマイクロ波の磁界分布をなるべく同心円状の磁界分布
とすることが好ましい。
るアンテナ部材１７において、マイクロ波は、図５に示
すように、ラジアル線路内で同心円状の磁界分布を有す
るＴＥＭモードに従って伝播する。したがって、矩形導
波管２２からアンテナ部材１７（遅波板１８）に供給す
るマイクロ波の磁界分布をなるべく同心円状の磁界分布
とすることが好ましい。
【００５８】そこで、本実施例では、矩形導波管２２内
を伝播するマイクロ波の磁界がなるべく円形に近い磁界
分布となるように矩形導波管２２の各寸法を調整してい
る。
を伝播するマイクロ波の磁界がなるべく円形に近い磁界
分布となるように矩形導波管２２の各寸法を調整してい
る。
【００５９】図６は、矩形導波管２２にけるマイクロ波
の伝播モードを示す図である。図６（ａ）は矩形導波管
２２のマイクロ波の進行方向に垂直な断面における電気
力線を示し、図６（ｂ）は矩形導波管２２のマイクロ波
の進行方向に平行な断面における電気力線を示す。ま
た、図６（ｃ）は電気力線に垂直な面内に発生する磁力
線を示す。なお、図６（ａ）に示す断面において、長辺
の長さをａとし、短辺の長さをｂとする。
の伝播モードを示す図である。図６（ａ）は矩形導波管
２２のマイクロ波の進行方向に垂直な断面における電気
力線を示し、図６（ｂ）は矩形導波管２２のマイクロ波
の進行方向に平行な断面における電気力線を示す。ま
た、図６（ｃ）は電気力線に垂直な面内に発生する磁力
線を示す。なお、図６（ａ）に示す断面において、長辺
の長さをａとし、短辺の長さをｂとする。
【００６０】図６に示す矩形導波管におけるマイクロ波
の伝播モードはＴＥ１０モードであり、図６（ｃ）に示
すように、矩形導波管の断面の長辺ａと管内波長λｇの
１／２の寸法で画成される領域内で形成される磁界がマ
イクロ波の進行方向（ｘ方向）に進むこととなる。図６
（ｃ）に示す磁界分布を、図５に示す磁界分布に近似さ
せるには、図７に示すように、λｇ／２を長辺ａに等し
くして（すなわちλｇ＝２ａとする）正方形の領域に磁
界を形成すればよいことがわかる。
の伝播モードはＴＥ１０モードであり、図６（ｃ）に示
すように、矩形導波管の断面の長辺ａと管内波長λｇの
１／２の寸法で画成される領域内で形成される磁界がマ
イクロ波の進行方向（ｘ方向）に進むこととなる。図６
（ｃ）に示す磁界分布を、図５に示す磁界分布に近似さ
せるには、図７に示すように、λｇ／２を長辺ａに等し
くして（すなわちλｇ＝２ａとする）正方形の領域に磁
界を形成すればよいことがわかる。
【００６１】管内波長λｇは、自由空間内のマイクロ波
の波長をλとすると、 λｇ＝λ／［１−（λ／２ａ）２］１／２ で表すことができる。したがって、この式にλｇ＝２ａ
を代入して最適な長辺ａの長さを求めることができる。
このようにして、波長２.４５ＧＨｚのマイクロ波に対
する最適な長辺ａの長さを計算するとａ＝８６．６ｍｍ
となる。
の波長をλとすると、 λｇ＝λ／［１−（λ／２ａ）２］１／２ で表すことができる。したがって、この式にλｇ＝２ａ
を代入して最適な長辺ａの長さを求めることができる。
このようにして、波長２.４５ＧＨｚのマイクロ波に対
する最適な長辺ａの長さを計算するとａ＝８６．６ｍｍ
となる。
【００６２】図８は矩形導波管２２とマイクロ波射出開
口２２ａの各寸法の最適値を計算した結果を示す図であ
る。導波管２２の断面の長辺ａは上述のように８６．６
ｍｍとし、短辺ｂは４０ｍｍとした。また、マイクロ波
射出開口２２ａの直径Ｄを６４ｍｍとした。
口２２ａの各寸法の最適値を計算した結果を示す図であ
る。導波管２２の断面の長辺ａは上述のように８６．６
ｍｍとし、短辺ｂは４０ｍｍとした。また、マイクロ波
射出開口２２ａの直径Ｄを６４ｍｍとした。
【００６３】遅波板１８と導波管２２の内部との距離ｈ
は６ｍｍとし、遅波板１８の一部はマイクロ波射出開口
２２ａ内に突出するものとし、遅波板１８の直径は１８
０ｍｍ、厚みは４ｍｍとした。なお、遅波板１８の直径
は１８０ｍｍ以上であっても、以下に示す結果は変わら
ない。また、遅波板１８の誘電率εｒは１０．１とし
た。ここで、マイクロ波射出開口２２ａの中心から矩形
導波管２２の端部からの距離ｌを変化させてマイクロ波
射出開口２２ａから投入されるマイクロ波の反射特性に
ついて調査した。
は６ｍｍとし、遅波板１８の一部はマイクロ波射出開口
２２ａ内に突出するものとし、遅波板１８の直径は１８
０ｍｍ、厚みは４ｍｍとした。なお、遅波板１８の直径
は１８０ｍｍ以上であっても、以下に示す結果は変わら
ない。また、遅波板１８の誘電率εｒは１０．１とし
た。ここで、マイクロ波射出開口２２ａの中心から矩形
導波管２２の端部からの距離ｌを変化させてマイクロ波
射出開口２２ａから投入されるマイクロ波の反射特性に
ついて調査した。
【００６４】図９は距離ｌを変化させた場合のマイクロ
波の反射率をシミュレーションした結果を示すグラフで
ある。図９のグラフから、マイクロ波の周波数が２．４
５ＧＨｚの場合には、距離ｌが４９ｍｍのときに反射率
が最小となることが分かる。
波の反射率をシミュレーションした結果を示すグラフで
ある。図９のグラフから、マイクロ波の周波数が２．４
５ＧＨｚの場合には、距離ｌが４９ｍｍのときに反射率
が最小となることが分かる。
【００６５】以上の如く、マイクロ波の周波数を２．４
５ＧＨｚとした場合の導波管２２の各部の寸法は、断面
の長辺ａが８６．６ｍｍ、短辺ｂが４０ｍｍ、マイクロ
波放射開口２２ａの直径Ｄが６４ｍｍ、マイクロ波放射
開口２２ａの厚さ（長さ）ｈが６ｍｍのときには、給電
部の反射率は−２０ｄＢ以下であり、給電部におけるマ
イクロ波の反射は１％以内に抑えることができる。した
がって、効率的にマイクロ波を矩形導波管２２からマイ
クロ波放射部材１９に効率的に導入することができる。
５ＧＨｚとした場合の導波管２２の各部の寸法は、断面
の長辺ａが８６．６ｍｍ、短辺ｂが４０ｍｍ、マイクロ
波放射開口２２ａの直径Ｄが６４ｍｍ、マイクロ波放射
開口２２ａの厚さ（長さ）ｈが６ｍｍのときには、給電
部の反射率は−２０ｄＢ以下であり、給電部におけるマ
イクロ波の反射は１％以内に抑えることができる。した
がって、効率的にマイクロ波を矩形導波管２２からマイ
クロ波放射部材１９に効率的に導入することができる。
【００６６】以上のような構成のプラズマＣＶＤ装置１
０において、マイクロ波発生器２４により発生したマイ
クロ波は、導波管２２内を伝播し、マイクロ波射出開口
２２ａを介して遅波板１８に導入される。遅波板１８の
中央部分に導入されたマイクロ波は、遅波板１８により
波長が短縮されながら、放射方向に伝播し、アンテナ部
材１７に設けられた多数のスロット対３０により処理容
器１２内の処理空間に向けて放射される。したがって、
処理空間において均一なプラズマが生成され、半導体ウ
ェハＷに均一なプラズマ処理を施すことができる。
０において、マイクロ波発生器２４により発生したマイ
クロ波は、導波管２２内を伝播し、マイクロ波射出開口
２２ａを介して遅波板１８に導入される。遅波板１８の
中央部分に導入されたマイクロ波は、遅波板１８により
波長が短縮されながら、放射方向に伝播し、アンテナ部
材１７に設けられた多数のスロット対３０により処理容
器１２内の処理空間に向けて放射される。したがって、
処理空間において均一なプラズマが生成され、半導体ウ
ェハＷに均一なプラズマ処理を施すことができる。
【００６７】以上のように、本実施例によるプラズマＣ
ＶＤ装置１０では、同軸導波管を用いないで、矩形導波
管２２から直接マイクロ波射出開口２２ａを介してマイ
クロ波放射部材１９に大電力を投入することができる。
したがって、同軸導波管の内導体によるマイクロ波の損
失（導体損失）が無く、電力供給効率が悪化することは
無い。したがって、装置を大型化することなく、装置の
製造コストを低減することができる。
ＶＤ装置１０では、同軸導波管を用いないで、矩形導波
管２２から直接マイクロ波射出開口２２ａを介してマイ
クロ波放射部材１９に大電力を投入することができる。
したがって、同軸導波管の内導体によるマイクロ波の損
失（導体損失）が無く、電力供給効率が悪化することは
無い。したがって、装置を大型化することなく、装置の
製造コストを低減することができる。
【００６８】また、同軸導波管の内導体が不要なため、
内導体近傍で異常放電が発生するおそれがある異常放電
を防止することができる。したがって、例えば遅波板を
介してアンテナ部材にマイクロ波を供給していた場合、
異常放電の衝撃による遅波板の破損を防止することがで
きる。
内導体近傍で異常放電が発生するおそれがある異常放電
を防止することができる。したがって、例えば遅波板を
介してアンテナ部材にマイクロ波を供給していた場合、
異常放電の衝撃による遅波板の破損を防止することがで
きる。
【００６９】また、同軸導波管の内導体を接続するため
のネジ接続が不要なため、ネジ接続に伴う構造が不要と
なり、内導体とアンテナ部材との間に生じる間隙を排除
することができる。したがって、このような間隙で生じ
る異常放電を防止することができる。
のネジ接続が不要なため、ネジ接続に伴う構造が不要と
なり、内導体とアンテナ部材との間に生じる間隙を排除
することができる。したがって、このような間隙で生じ
る異常放電を防止することができる。
【００７０】また、従来の同軸導波管を用いた場合、上
述のようなネジ止め接続では、遅波板とアンテナ部材
（スロットアンテナ）との接合部分にネジ頭を収容する
凹部をアンテナ部材の中央部分に形成する必要はなくな
る。したがって、遅波板とアンテナ部材とを全面にわた
って密着することができ、遅波板とアンテナ部材との間
で異常放電が発生するという問題が解消される。
述のようなネジ止め接続では、遅波板とアンテナ部材
（スロットアンテナ）との接合部分にネジ頭を収容する
凹部をアンテナ部材の中央部分に形成する必要はなくな
る。したがって、遅波板とアンテナ部材とを全面にわた
って密着することができ、遅波板とアンテナ部材との間
で異常放電が発生するという問題が解消される。
【００７１】さらに、アンテナ部材又は遅波板と誘電体
よりなる天板との間に、熱伝導を高めるためにヘリウム
（Ｈｅ）ガスを封入する場合がある。この場合、本実施
例では同軸導波管を用いないので、同軸導波管を用いた
場合のように内導体の外周にＯリングを設けてシールを
行う必要はなく、マイクロ波によるＯリングの劣化とい
たった問題が発生することはない。
よりなる天板との間に、熱伝導を高めるためにヘリウム
（Ｈｅ）ガスを封入する場合がある。この場合、本実施
例では同軸導波管を用いないので、同軸導波管を用いた
場合のように内導体の外周にＯリングを設けてシールを
行う必要はなく、マイクロ波によるＯリングの劣化とい
たった問題が発生することはない。
【００７２】次に、本発明の第２実施例について説明す
る。本発明の第２実施例によるマイクロ波プラズマ処理
装置は、図１に示すプラズマＣＶＤ装置と基本構造は同
じであり、マイクロ波給電装置のみ異なるため、ここで
は、マイクロ波給電装置についてのみ説明する。
る。本発明の第２実施例によるマイクロ波プラズマ処理
装置は、図１に示すプラズマＣＶＤ装置と基本構造は同
じであり、マイクロ波給電装置のみ異なるため、ここで
は、マイクロ波給電装置についてのみ説明する。
【００７３】まず、上述の第１実施例によるプラズマＣ
ＶＤ装置のマイクロ波給電装置２０によりマイクロ波放
射部材に導入されるマイクロ波の対称性について説明す
る。
ＶＤ装置のマイクロ波給電装置２０によりマイクロ波放
射部材に導入されるマイクロ波の対称性について説明す
る。
【００７４】マイクロ波給電装置２０では、マイクロ波
射出開口２２ａの片側から伝播してきたマイクロ波は、
マイクロ波射出開口２２ａにおいてその伝播方向が垂直
方向に変えられ、遅波板１８に向けて射出される。この
際、マイクロ波射出開口２２ａにおいて、マイクロ波が
伝播してくる方向の電界強度が、反対側における電界強
度より高くなり、マイクロ波のパワーが偏って不均一に
なる。
射出開口２２ａの片側から伝播してきたマイクロ波は、
マイクロ波射出開口２２ａにおいてその伝播方向が垂直
方向に変えられ、遅波板１８に向けて射出される。この
際、マイクロ波射出開口２２ａにおいて、マイクロ波が
伝播してくる方向の電界強度が、反対側における電界強
度より高くなり、マイクロ波のパワーが偏って不均一に
なる。
【００７５】図１０はマイクロ波射出開口２２ａの円周
方向の電界強度分布を示すグラフであり、縦軸は電界強
度を表し、横軸は方位角を表す。図１０のグラフにおい
て、図８（ａ）に示すように、方位角０．５πにおける
マイクロ波射出開口２２ａの端部（入射側）がマイクロ
波の進行方向に一致し、マイクロ波発生器２４に一番近
い位置となる。また、方位角１．５πにおけるマイクロ
波射出開口２２ａの端部（終端側）がマイクロ波の進行
方向に一致し、マイクロ波発生器２４から一番遠い位置
となる。図１０から分かるように、方位角０．５πにお
けるマイクロ波射出開口２２ａの入射側端部付近におい
て電界強度は大きくなり、一方、方位角１．５πにおけ
るマイクロ波射出開口２２ａの終端側端部付近において
電界強度が小さくなる。
方向の電界強度分布を示すグラフであり、縦軸は電界強
度を表し、横軸は方位角を表す。図１０のグラフにおい
て、図８（ａ）に示すように、方位角０．５πにおける
マイクロ波射出開口２２ａの端部（入射側）がマイクロ
波の進行方向に一致し、マイクロ波発生器２４に一番近
い位置となる。また、方位角１．５πにおけるマイクロ
波射出開口２２ａの端部（終端側）がマイクロ波の進行
方向に一致し、マイクロ波発生器２４から一番遠い位置
となる。図１０から分かるように、方位角０．５πにお
けるマイクロ波射出開口２２ａの入射側端部付近におい
て電界強度は大きくなり、一方、方位角１．５πにおけ
るマイクロ波射出開口２２ａの終端側端部付近において
電界強度が小さくなる。
【００７６】このようにマイクロ波射出開口２２ａにお
ける電界強度に偏り（非対称性）が発生すると、アンテ
ナ部材１７中を放射方向に伝播するマイクロ波も同様に
強度に偏りが発生し、処理チャンバに向けて放射するマ
イクロ波の強度が一様ではなくなってしまう。
ける電界強度に偏り（非対称性）が発生すると、アンテ
ナ部材１７中を放射方向に伝播するマイクロ波も同様に
強度に偏りが発生し、処理チャンバに向けて放射するマ
イクロ波の強度が一様ではなくなってしまう。
【００７７】そこで、本実施例では、このようなマイク
ロ波の非対称性を解消するために、矩形導波管の形状を
マイクロ波射出開口に関して対称として、マイクロ波射
出開口の両側からマイクロ波を供給することとしたもの
である。
ロ波の非対称性を解消するために、矩形導波管の形状を
マイクロ波射出開口に関して対称として、マイクロ波射
出開口の両側からマイクロ波を供給することとしたもの
である。
【００７８】図１１は本発明の第２実施例によるプラズ
マＣＶＤ装置におけるマイクロ波給電装置４０を示す断
面斜視図である。図１１に示すように、マイクロ波給電
装置４０における矩形導波管４２は、その管壁４２ｂに
単一のマイクロ波射出開口４２ａが形成されており、マ
イクロ波射出開口４２ａからマイクロ波放射部材１９に
対してマイクロ波が射出される。矩形導波管４２は、マ
イクロ波射出開口４２ａの両側に延在しており、マイク
ロ波射出開口４２ａに関して対称な形状となっている。
マＣＶＤ装置におけるマイクロ波給電装置４０を示す断
面斜視図である。図１１に示すように、マイクロ波給電
装置４０における矩形導波管４２は、その管壁４２ｂに
単一のマイクロ波射出開口４２ａが形成されており、マ
イクロ波射出開口４２ａからマイクロ波放射部材１９に
対してマイクロ波が射出される。矩形導波管４２は、マ
イクロ波射出開口４２ａの両側に延在しており、マイク
ロ波射出開口４２ａに関して対称な形状となっている。
【００７９】以上のような構成のマイクロ波給電装置４
０において、矩形導波管４２の両端からマイクロ波を伝
播して、マイクロ波射出開口４２ａから射出する。すな
わち、マイクロ波は、マイクロ波射出開口４２ａの両側
から伝播してマイクロ波射出開口４２ａに到達する。こ
の際、マイクロ波射出開口４２ａの位置において両側か
ら伝播してくるマイクロ波の位相が同一となるように伝
播するマイクロ波の位相を制御する。例えば、同一のマ
イクロ波発生装置から射出されるマイクロ波を分岐管で
分岐し、左右対称な経路を通ってマイクロ波射出開口４
２ａに到達するように導波管を構成すれば、同位相のマ
イクロ波を左右両側からマイクロ波射出開口４２ａに供
給することができる。
０において、矩形導波管４２の両端からマイクロ波を伝
播して、マイクロ波射出開口４２ａから射出する。すな
わち、マイクロ波は、マイクロ波射出開口４２ａの両側
から伝播してマイクロ波射出開口４２ａに到達する。こ
の際、マイクロ波射出開口４２ａの位置において両側か
ら伝播してくるマイクロ波の位相が同一となるように伝
播するマイクロ波の位相を制御する。例えば、同一のマ
イクロ波発生装置から射出されるマイクロ波を分岐管で
分岐し、左右対称な経路を通ってマイクロ波射出開口４
２ａに到達するように導波管を構成すれば、同位相のマ
イクロ波を左右両側からマイクロ波射出開口４２ａに供
給することができる。
【００８０】したがって、図１１において、右側から伝
播してきたマイクロ波のマイクロ波射出開口４２ａにお
ける入射側の電界強度と、左側から伝播してきたマイク
ロ波のマイクロ波射出開口４２ａにおける終端側の電界
強度とは相殺され、同様に右側から伝播してきたマイク
ロ波のマイクロ波射出開口４２ａにおける終端側の電界
強度と、左側から伝播してきたマイクロ波のマイクロ波
射出開口４２ａにおける入射側の電界強度とは相殺され
る。これにより、マイクロ波射出開口４２ａから射出さ
れるマイクロ波の電界強度は方位角に依存せずに均一と
なり、対称な電界のマイクロ波をマイクロ波放射部材１
９に対して射出することができる。
播してきたマイクロ波のマイクロ波射出開口４２ａにお
ける入射側の電界強度と、左側から伝播してきたマイク
ロ波のマイクロ波射出開口４２ａにおける終端側の電界
強度とは相殺され、同様に右側から伝播してきたマイク
ロ波のマイクロ波射出開口４２ａにおける終端側の電界
強度と、左側から伝播してきたマイクロ波のマイクロ波
射出開口４２ａにおける入射側の電界強度とは相殺され
る。これにより、マイクロ波射出開口４２ａから射出さ
れるマイクロ波の電界強度は方位角に依存せずに均一と
なり、対称な電界のマイクロ波をマイクロ波放射部材１
９に対して射出することができる。
【００８１】上述の実施例では、マイクロ波射出開口４
２ａの左右２方向に対して直線的に矩形導波管４２が延
在する構成であるが、マイクロ波射出開口４２ａを中心
として互いに垂直な４方向に延在するような十字型の矩
形導波管とすることもできる。また、マイクロ波射出開
口４２ａに関して複数の方向からマイクロ波を供給する
ことにより、意識的にマイクロ波の強度分布を変化させ
ることもできる。
２ａの左右２方向に対して直線的に矩形導波管４２が延
在する構成であるが、マイクロ波射出開口４２ａを中心
として互いに垂直な４方向に延在するような十字型の矩
形導波管とすることもできる。また、マイクロ波射出開
口４２ａに関して複数の方向からマイクロ波を供給する
ことにより、意識的にマイクロ波の強度分布を変化させ
ることもできる。
【００８２】また、本実施例ではマイクロ波射出開口に
対してマイクロ波を複数の方向から供給することによ
り、マイクロ波射出開口から射出されるマイクロ波の電
界の非対称性を補正することとしたが、上述の第１実施
例におけるマイクロ波給電装置２０のように一方からの
みマイクロ波を供給した場合、マイクロ波射出開口を円
形ではなく、例えば楕円形や卵型の楕円形とすることに
より、マイクロ波の偏りを無くすことができる。
対してマイクロ波を複数の方向から供給することによ
り、マイクロ波射出開口から射出されるマイクロ波の電
界の非対称性を補正することとしたが、上述の第１実施
例におけるマイクロ波給電装置２０のように一方からの
みマイクロ波を供給した場合、マイクロ波射出開口を円
形ではなく、例えば楕円形や卵型の楕円形とすることに
より、マイクロ波の偏りを無くすことができる。
【００８３】次に、本発明の第３実施例について説明す
る。本発明の第３実施例によるマイクロ波プラズマ処理
装置は、図１に示すプラズマＣＶＤ装置と基本構造は同
じであり、マイクロ波給電装置のみ異なるため、ここで
は、マイクロ波給電装置についてのみ説明する。
る。本発明の第３実施例によるマイクロ波プラズマ処理
装置は、図１に示すプラズマＣＶＤ装置と基本構造は同
じであり、マイクロ波給電装置のみ異なるため、ここで
は、マイクロ波給電装置についてのみ説明する。
【００８４】上述の第２実施例においては、マイクロ波
を左右２方向から供給してマイクロ波の強度分布の偏り
を防止しているが、本実施例においては、矩形導波管
（第１の導波管）とマイクロ波放射部材との間に断面円
形の円形導波管（第２の導波管）を設けることにより、
電界強度分布に偏りのないマイクロ波をマイクロ波放射
部材に供給する。
を左右２方向から供給してマイクロ波の強度分布の偏り
を防止しているが、本実施例においては、矩形導波管
（第１の導波管）とマイクロ波放射部材との間に断面円
形の円形導波管（第２の導波管）を設けることにより、
電界強度分布に偏りのないマイクロ波をマイクロ波放射
部材に供給する。
【００８５】図１２は本発明の第３実施例によるマイク
ロ波プラズマ処理装置におけるマイクロ波給電装置５０
を示す断面斜視図である。
ロ波プラズマ処理装置におけるマイクロ波給電装置５０
を示す断面斜視図である。
【００８６】図１２に示すように、本実施例によるマイ
クロ波給電装置５０は、矩形導波管５２とマイクロ波放
射部材１９との間に円形導波管５４が設けられている。
矩形導波管５２の間壁５２には、マイクロ波射出開口
（第１のマイクロ波射出開口）５２ａが形成されてお
り、矩形導波管５２内を伝播してきたマイクロ波は、マ
イクロ波射出開口５２ａを介して円形導波管５４に導入
される。そして、マイクロ波は円形導波管の底部５４ｂ
に形成されたマイクロ波射出開口（第２のマイクロ波射
出開口）５４ａからマイクロ波放射部材１９へと射出さ
れる。このように、本実施例では、矩形導波管５２の軸
方向（マイクロ波の進行方向）と円形導波管５４の軸方
向（マイクロ波の進行方向）は垂直である。
クロ波給電装置５０は、矩形導波管５２とマイクロ波放
射部材１９との間に円形導波管５４が設けられている。
矩形導波管５２の間壁５２には、マイクロ波射出開口
（第１のマイクロ波射出開口）５２ａが形成されてお
り、矩形導波管５２内を伝播してきたマイクロ波は、マ
イクロ波射出開口５２ａを介して円形導波管５４に導入
される。そして、マイクロ波は円形導波管の底部５４ｂ
に形成されたマイクロ波射出開口（第２のマイクロ波射
出開口）５４ａからマイクロ波放射部材１９へと射出さ
れる。このように、本実施例では、矩形導波管５２の軸
方向（マイクロ波の進行方向）と円形導波管５４の軸方
向（マイクロ波の進行方向）は垂直である。
【００８７】ここで、円形導波管内におけるマイクロ波
の伝播モードは、図１３に示すように矩形導波管内の磁
力線の形が近いＴＭ０１モードである。すなわち、図１
３（ａ）における磁気力線は同心円状であり、図５に示
すマイクロ波放射部材１９におけるマイクロ波の伝播モ
ードであるＴＥＭモードに近く、円形導波管の円形断面
内で一様な分布となっている。したがって、円形導波管
５４から円形のマイクロ波射出開口５４ａを介してマイ
クロ波放射部材１９へとマイクロ波を供給すれば、一様
な電界分布でマイクロ波を供給することができ、マイク
ロ波放射部材１９からマイクロ波を均一に処理チャンバ
に放射することができる。
の伝播モードは、図１３に示すように矩形導波管内の磁
力線の形が近いＴＭ０１モードである。すなわち、図１
３（ａ）における磁気力線は同心円状であり、図５に示
すマイクロ波放射部材１９におけるマイクロ波の伝播モ
ードであるＴＥＭモードに近く、円形導波管の円形断面
内で一様な分布となっている。したがって、円形導波管
５４から円形のマイクロ波射出開口５４ａを介してマイ
クロ波放射部材１９へとマイクロ波を供給すれば、一様
な電界分布でマイクロ波を供給することができ、マイク
ロ波放射部材１９からマイクロ波を均一に処理チャンバ
に放射することができる。
【００８８】ここで、円形導波管５４の長さ、すなわ
ち、矩形導波管５２のマイクロ波射出開口５２ａの出口
からマイクロ波射出開口５４ａまでの距離を、管内波長
λｇのｎ／２倍とすることにより、円形導波管５４は空
洞共振器として作用する。プラズマ処理装置の寸法や伝
播損失を考慮すると、矩形導波管５２のマイクロ波射出
開口５２ａの出口からマイクロ波射出開口５４ａまでの
距離は、管内波長λｇの１／２倍とすることが好ましい
い。この場合、円形導波管５４からの反射を低減するこ
とができるので、効率的にマイクロ波をアンテナ部材１
９に供給することができる。
ち、矩形導波管５２のマイクロ波射出開口５２ａの出口
からマイクロ波射出開口５４ａまでの距離を、管内波長
λｇのｎ／２倍とすることにより、円形導波管５４は空
洞共振器として作用する。プラズマ処理装置の寸法や伝
播損失を考慮すると、矩形導波管５２のマイクロ波射出
開口５２ａの出口からマイクロ波射出開口５４ａまでの
距離は、管内波長λｇの１／２倍とすることが好ましい
い。この場合、円形導波管５４からの反射を低減するこ
とができるので、効率的にマイクロ波をアンテナ部材１
９に供給することができる。
【００８９】図１４は円形導波管５４を空洞共振器とし
た場合の、図１２に示すマイクロ波給電装置５０の各部
の最適寸法を計算した結果を示す図である。図１４
（ａ）は矩形導波管５２の平面図であり、図１４（ｂ）
はマイクロ波給電装置５０の側面図である。
た場合の、図１２に示すマイクロ波給電装置５０の各部
の最適寸法を計算した結果を示す図である。図１４
（ａ）は矩形導波管５２の平面図であり、図１４（ｂ）
はマイクロ波給電装置５０の側面図である。
【００９０】本実施例では、矩形導波管５２の矩形断面
の長辺の寸法は、上述の第１実施例と同様に８６．６ｍ
ｍとし、短辺の寸法は２５ｍｍとした。また、矩形導波
管５２のマイクロ波射出開口５２ａの直径Ｄ０は８４ｍ
ｍとした。また、本実施例における遅波板１８の寸法
は、上述の第１実施例における遅波板１８の寸法と同様
に、厚みを４ｍｍとし、外形を１８０ｍｍとした。な
お、外形を１８０ｍｍ以上にしても以下に示す結果は変
わらない。さらに、円形導波管５４と遅波板１８との接
続部分の寸法は、上述の第１実施例における矩形導波管
２２と遅波板１８との接続部分の寸法と同じように設定
した。すなわち、円形導波管５４のマイクロ波射出開口
５４ａの直径Ｄ１は６４ｍｍ、マイクロ波射出開口５４
ａの高さ（長さ）ｈ１は６ｍｍとした。
の長辺の寸法は、上述の第１実施例と同様に８６．６ｍ
ｍとし、短辺の寸法は２５ｍｍとした。また、矩形導波
管５２のマイクロ波射出開口５２ａの直径Ｄ０は８４ｍ
ｍとした。また、本実施例における遅波板１８の寸法
は、上述の第１実施例における遅波板１８の寸法と同様
に、厚みを４ｍｍとし、外形を１８０ｍｍとした。な
お、外形を１８０ｍｍ以上にしても以下に示す結果は変
わらない。さらに、円形導波管５４と遅波板１８との接
続部分の寸法は、上述の第１実施例における矩形導波管
２２と遅波板１８との接続部分の寸法と同じように設定
した。すなわち、円形導波管５４のマイクロ波射出開口
５４ａの直径Ｄ１は６４ｍｍ、マイクロ波射出開口５４
ａの高さ（長さ）ｈ１は６ｍｍとした。
【００９１】以上の寸法に基づいて計算した結果、円形
導波管５４の直径を１５０ｍｍとし、円形導波管の長さ
を７８．４ｍｍとし、矩形導波管５２のマイクロ波射出
開口５２ａの中心から矩形導波管５２の端面までの距離
ｌを５７ｍｍとすることにより低反射率で効率のよいマ
イクロ波給電を達成することができた。
導波管５４の直径を１５０ｍｍとし、円形導波管の長さ
を７８．４ｍｍとし、矩形導波管５２のマイクロ波射出
開口５２ａの中心から矩形導波管５２の端面までの距離
ｌを５７ｍｍとすることにより低反射率で効率のよいマ
イクロ波給電を達成することができた。
【００９２】図１５は本実施例によるマイクロ波給電装
置の各寸法を上述の寸法に設定して、マイクロ波の電界
分布を計算した結果を示すグラフである。図１５のグラ
フから、マイクロ波の電界強度はどの方位でも略一様に
なっていることがわかる。
置の各寸法を上述の寸法に設定して、マイクロ波の電界
分布を計算した結果を示すグラフである。図１５のグラ
フから、マイクロ波の電界強度はどの方位でも略一様に
なっていることがわかる。
【００９３】したがって、本実施例によるマイクロ波給
電装置によれば、一様な電界強度のマイクロ波をマイク
ロ波放射部材１９に供給することができ、その結果一様
な強度のマイクロ波を処理容器１２に放射することがで
きる。これにより、処理容器内のウェハＷの全面に渡っ
て一様なプラズマ処理を施すことができ、高品質のプラ
ズマ処理を達成することができる。
電装置によれば、一様な電界強度のマイクロ波をマイク
ロ波放射部材１９に供給することができ、その結果一様
な強度のマイクロ波を処理容器１２に放射することがで
きる。これにより、処理容器内のウェハＷの全面に渡っ
て一様なプラズマ処理を施すことができ、高品質のプラ
ズマ処理を達成することができる。
【００９４】また、マイクロ波放射部材１９に対して同
軸導波管を用いないでマイクロ波を供給することができ
るため、上述の第１及び第２実施例と同様に電力損失の
少ない効率的なマイクロ波の供給を達成することができ
る。
軸導波管を用いないでマイクロ波を供給することができ
るため、上述の第１及び第２実施例と同様に電力損失の
少ない効率的なマイクロ波の供給を達成することができ
る。
【００９５】なお、図１２に示す矩形導波管５２の内部
には、仕切り板５６が設けられている。仕切り板５６
は、マイクロ波射出開口５２ａから戻ってきた反射波を
再度マイクロ波射出開口５２ａにもどすためにて設けら
れるものである。
には、仕切り板５６が設けられている。仕切り板５６
は、マイクロ波射出開口５２ａから戻ってきた反射波を
再度マイクロ波射出開口５２ａにもどすためにて設けら
れるものである。
【００９６】また、矩形導波管から円形導波管にマイク
ロ波を導入するための変換器あるいそのような構造は、
周知のものを用いることができ、上述の実施例の構造に
限定されるものではない。
ロ波を導入するための変換器あるいそのような構造は、
周知のものを用いることができ、上述の実施例の構造に
限定されるものではない。
【発明の効果】上述の如く本発明によれば、同軸導波管
を用いないでマイクロ波放射部材にマイクロ波を供給す
ることができる。このため、同軸導波管の内導体におけ
る電力損失がなく、電力供給効率を向上することができ
る。また、マイクロ波が集中する可能性のある部分が少
なくなり、給電部分において不要な放電が起こり難く、
大きな電力をマイクロ波放射部材に供給することができ
る。さらに、同軸導波管の内導体を接続するためのネジ
接続部が不要となるため、マイクロ波放射部材の形状が
簡素化され、容易に製造することができる。さらに、マ
イクロ波放射部材の形状が簡素化されることにより、導
電ガスとしてヘリウム等を封入する機構を容易に構成す
ることができる。
を用いないでマイクロ波放射部材にマイクロ波を供給す
ることができる。このため、同軸導波管の内導体におけ
る電力損失がなく、電力供給効率を向上することができ
る。また、マイクロ波が集中する可能性のある部分が少
なくなり、給電部分において不要な放電が起こり難く、
大きな電力をマイクロ波放射部材に供給することができ
る。さらに、同軸導波管の内導体を接続するためのネジ
接続部が不要となるため、マイクロ波放射部材の形状が
簡素化され、容易に製造することができる。さらに、マ
イクロ波放射部材の形状が簡素化されることにより、導
電ガスとしてヘリウム等を封入する機構を容易に構成す
ることができる。
【図１】本発明の第１の実施例によるマイクロ波プラズ
マ処理装置の概略構成を示す断面図である。
マ処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１に示すマイクロ波プラズマ処理装置におい
て処理容器にマイクロ波を導入する部分であるマイクロ
波給電装置を示す断面斜視図である。
て処理容器にマイクロ波を導入する部分であるマイクロ
波給電装置を示す断面斜視図である。
【図３】図３は図２に示すアンテナ部材の一例を示す平
面図である。
面図である。
【図４】図３に示すスロット対の構成を示す図である。
【図５】マイクロ波放射部材におけるマイクロ波の伝播
モードを示す図である。
モードを示す図である。
【図６】矩形導波管にけるマイクロ波の伝播モードを示
す図である。
す図である。
【図７】矩形導波管内を伝播するマイクロ波による磁界
を示す図である。
を示す図である。
【図８】矩形導波管とマイクロ波射出開口の各部の最適
寸法を計算した結果を示す図である。
寸法を計算した結果を示す図である。
【図９】マイクロ波射出開口におけるマイクロ波の反射
率をシミュレーションした結果を示すグラフである。
率をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図１０】マイクロ波射出開口の円周方向の電界強度分
布を示すグラフである。
布を示すグラフである。
【図１１】本発明の第２実施例によるマイクロ波プラズ
マ処理装置におけるマイクロ波給電装置を示す断面斜視
図である。
マ処理装置におけるマイクロ波給電装置を示す断面斜視
図である。
【図１２】本発明の第３実施例によるマイクロ波プラズ
マ処理装置におけるマイクロ波給電装置を示す断面斜視
図である。
マ処理装置におけるマイクロ波給電装置を示す断面斜視
図である。
【図１３】円形導波管におけるマイクロ波の伝播モード
を説明するための図である。
を説明するための図である。
【図１４】円形導波管を空洞共振器とした場合の、図１
２に示すマイクロ波給電装置の各部の最適寸法を計算し
た結果を示す図である。
２に示すマイクロ波給電装置の各部の最適寸法を計算し
た結果を示す図である。
【図１５】本は発明の第３実施例におけるマイクロ波射
出開口の円周方向の電界強度分布を示すグラフである。
出開口の円周方向の電界強度分布を示すグラフである。
１０ プラズマＣＶＤ装置
１２ 処理容器
１２ａ 排気口
１４ 載置台
１５ 誘電体板
１６ 供給管
１７ アンテナ部材
１８ 遅波板
１９ マイクロ波放射部材
２０，４０，５０ マイクロ波給電装置
２２，４２，５２ 矩形導波管
２２ａ，４２ａ，５２ａ，５４ａ マイクロ波射出開口
２２ｂ，４２ｂ，５２ｂ 管壁
２４ マイクロ波発生器
３０ スロット対
３０Ａ，３０Ｂ スロット
５４ 円形導波管
５４ａ 底部
５６ 仕切り板
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 後藤 尚久
東京都八王子市城山手２−８−１
(72)発明者 大見 忠弘
宮城県仙台市青葉区米ヶ袋２−１−17−
301
(72)発明者 平山 昌樹
宮城県仙台市青葉区荒巻字青葉05 東北大
学大学院工学研究科電子工学専攻内
(72)発明者 後藤 哲也
宮城県仙台市青葉区荒巻字青葉05 東北大
学大学院工学研究科電子工学専攻内
Ｆターム(参考） 4G075 AA24 AA30 AA62 BA05 BB02
BC01 BC04 BC06 CA26 CA47
EB21
4K030 CA04 FA01 JA01 JA18 KA30
KA41
5F004 AA01 BA20 BB14 BD01
5F045 AA08 DP04 EH03 EH11
Claims (31)
- 【請求項１】 被処理基体にプラズマ処理を施すマイク
ロ波プラズマ処理装置であって、 該被処理基体が載置される載置台が内部に設けられた処
理容器と、 マイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、 該マイクロ波発生器により発生したマイクロ波を伝播す
る第１の導波管と、 該遅波板により波長短縮されたマイクロ波を前記処理容
器内の空間に放射するマイクロ波放射部材とを有し、 前記第１の導波管は、前記マイクロ波放射部材の中央部
分に相当する位置に、マイクロ波出力用の単一の第１の
マイクロ波射出開口を有することを特徴とするマイクロ
波プラズマ処理装置。 - 【請求項２】 請求項１記載のマイクロ波プラズマ処理
装置であって、 前記第１の導波管は矩形状の断面を有する矩形導波管で
あることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。 - 【請求項３】 請求項２記載のマイクロ波プラズマ処理
装置であって、 前記矩形導波管の断面の長辺の長さは、前記矩形導波管
内におけるマイクロ波波長の１／２であることを特徴と
するマイクロ波プラズマ処理装置。 - 【請求項４】 請求項２又は３記載のマイクロ波プラズ
マ処理装置であって、 前記矩形導波管の前記第１のマイクロ波射出開口は、前
記矩形導波管の断面の長辺に相当する面に形成されるこ
とを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。 - 【請求項５】 請求項１乃至４のうちいずれか一項記載
のマイクロ波プラズマ処理装置であって、 前記第１の導波管は前記第１のマイクロ波射出開口を中
心にして複数の方向に延在することを特徴とするマイク
ロ波プラズマ処理装置。 - 【請求項６】 請求項５記載のマイクロ波プラズマ処理
装置であって、 前記第１の導波管は直線状であり、前記第１のマイクロ
波射出開口を中心にして対称に延在することを特徴とす
るマイクロ波プラズマ処理装置。 - 【請求項７】 請求項１乃至６のうちいずれか一項記載
のマイクロ波プラズマ処理装置であって、 前記第１の導波管と前記マイクロ波放射部材との間に第
２の導波管が設けられ、前記第２の導波管の軸方向は前
記第１の導波管の軸方向に対して垂直であり、前記第１
のマイクロ波射出開口を介して前記第１の導波管から前
記第２の導波管にマイクロ波が供給され、前記第２の導
波管の底部に設けられた単一の第２のマイクロ波射出開
口から前記マイクロ波放射部材にマイクロ波が導入され
ることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。 - 【請求項８】 請求項７記載のマイクロ波プラズマ処理
装置であって、 前記第２の導波管は円形断面を有する円形導波管である
ことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。 - 【請求項９】 請求項８記載のマイクロ波プラズマ処理
装置であって、 前記円形導波管の長さは前記第１の導波管におけるマイ
クロ波波長のｎ／２倍（ｎは整数）であり、前記円形導
波管は円筒空洞共振器を形成することを特徴とするマイ
クロ波プラズマ処理装置。 - 【請求項１０】 請求項１乃至９のうちいずれか一項記
載のマイクロ波プラズマ処理装置であって、 前記マイクロ波放射部材は、供給されるマイクロ波の波
長を短縮する遅波板を含むことを特徴とするマイクロ波
プラズマ処理装置。 - 【請求項１１】 請求項１乃至１０のうちいずれか一項
記載のマイクロ波プラズマ処理装置であって、 前記マイクロ波放射部材は、厚み方向に貫通した多数の
スロットを有することを特徴とするマイクロ波プラズマ
処理装置。 - 【請求項１２】 請求項１１記載のマイクロ波プラズマ
処理装置であって、 前記マイクロ波放射部材のスロットは、螺旋状又は複数
の円周状に配列されたことを特徴とするマイクロ波プラ
ズマ処理装置。 - 【請求項１３】 請求項１２記載のマイクロ波プラズマ
処理装置であって、 前記マイクロ波放射部材のスロットは、Ｔ字状に配置さ
れた２つのスロットよりなるスロット対を構成すること
を特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。 - 【請求項１４】 被処理基体にプラズマ処理を施すマイ
クロ波プラズマ処理方法であって、 該被処理基体を処理容器内の載置台に載置し、 マイクロ波発生器によりマイクロ波を発生し、 該マイクロ波発生器により発生したマイクロ波を第１の
導波管により伝播し、 該第１の導波管から供給されるマイクロ波を、単一の第
１のマイクロ波射出開口から射出し、 該第１の導波管から射出されたマイクロ波をマイクロ波
放射部材により前記処理容器内の空間に放射し、 放射されたマイクロ波によりプラズマを生成して、前記
被処理基体にプラズマ処理を施すことを特徴とするマイ
クロ波プラズマ処理方法。 - 【請求項１５】 請求項１４記載のマイクロ波プラズマ
処理方法であって、 前記第１の導波管は前記第１のマイクロ波射出開口を中
心にして複数の方向に延在し、前記第１のマイクロ波射
出開口に対して同位相のマイクロ波を複数の方向から伝
播することを特徴とするマイクロ波プラズマ処理方法。 - 【請求項１６】 請求項１５記載のマイクロ波プラズマ
処理方法であって、 前記第１の導波管は直線状であり、前記第１のマイクロ
波射出開口を中心にして両側から同位相のマイクロ波を
供給することを特徴とするマイクロ波プラズマ処理方
法。 - 【請求項１７】 請求項１４乃至１６のうちいずれか一
項記載のマイクロ波プラズマ処理方法であって、 前記第１の導波管と前記マイクロ波放射部材との間に第
２の導波管が設けられ、前記第２の導波管の軸方向は前
記第１の導波管の軸方向に対して垂直であり、前記第１
のマイクロ波射出開口を介して前記第１の導波管から前
記第２の導波管にマイクロ波を供給し、前記第２の導波
管の底部に設けられた単一の第２のマイクロ波射出開口
から前記マイクロ波放射部材にマイクロ波を導入するこ
とを特徴とするマイクロ波プラズマ処理方法。 - 【請求項１８】 請求項１４乃至１７のうちいずれか一
項記載のマイクロ波プラズマ処理方法であって、 前記第２の導波管を空洞共振器として形成し、前記第１
のマイクロ波射出開口から供給されたマイクロ波を全て
前記第２のマイクロ波射出開口から前記マイクロ波放射
部材に導入することを特徴とするマイクロ波プラズマ処
理方法。 - 【請求項１９】 マイクロ波を処理チャンバに供給する
ためのマイクロ波給電装置であって、 マイクロ波発生器からのマイクロ波を伝播し、該マイク
ロ波を射出する第１のマイクロ波射出開口を有する第１
の導波管と、 中央部分から供給されたマイクロ波を、その供給方向と
は垂直の放射方向に伝播し、多数のスロットを介して前
記処理チャンバに導入するマイクロ波放射部材とを有す
ることを特徴とするマイクロ波給電装置。 - 【請求項２０】 請求項１９記載のマイクロ波給電装置
であって、 前記第１の導波管は矩形状の断面を有する矩形導波管で
あることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。 - 【請求項２１】 請求項２０記載のマイクロ波給電装置
であって、 前記矩形導波管の断面の長辺の長さは、前記矩形導波管
内におけるマイクロ波波長の１／２であることを特徴と
するマイクロ波給電装置。 - 【請求項２２】 請求項２０又は２１記載のマイクロ波
給電装置であって、 前記矩形導波管の前記第１のマイクロ波射出開口は、前
記矩形導波管の断面の長辺に相当する面に形成されるこ
とを特徴とするマイクロ波給電装置。 - 【請求項２３】 請求項１９乃至２２のうちいずれか一
項記載のマイクロ波給電装置であって、 前記第１の導波管は前記第１のマイクロ波射出開口を中
心にして複数の方向に延在することを特徴とするマイク
ロ波給電装置。 - 【請求項２４】 請求項２３記載のマイクロ波給電装置
であって、 前記第１の導波管は直線状であり、前記第１のマイクロ
波射出開口を中心にして対称に延在することを特徴とす
るマイクロ波給電装置。 - 【請求項２５】 請求項１９乃至２４のうちいずれか一
項記載のマイクロ波給電装置であって、 前記第１の導波管と前記マイクロ波放射部材との間に第
２の導波管が設けられ、前記第２の導波管の軸方向は前
記第１の導波管の軸方向に対して垂直であり、前記第１
のマイクロ波射出開口を介して前記第１の導波管から前
記第２の導波管にマイクロ波が供給され、前記第２の導
波管の底部に設けられた単一の第２のマイクロ波射出開
口から前記マイクロ波放射部材にマイクロ波が導入され
ることを特徴とするマイクロ波給電装置。 - 【請求項２６】 請求項２５記載のマイクロ波給電装置
であって、 前記第２の導波管は円形断面を有する円形導波管である
ことを特徴とするマイクロ波給電装置。 - 【請求項２７】 請求項２６記載のマイクロ波給電装置
であって、 前記円形導波管の長さは前記第１の導波管におけるマイ
クロ波波長のｎ／２倍（ｎは整数）であり、前記円形導
波管は円筒空洞共振器を形成することを特徴とするマイ
クロ波給電装置。 - 【請求項２８】 請求項１９乃至２８のうちいずれか一
項記載のマイクロ波給電装置であって、 前記マイクロ波放射部材は、供給されるマイクロ波の波
長を短縮する遅波板を含むことを特徴とするマイクロ波
給電装置。 - 【請求項２９】 請求項１９乃至２８のうちいずれか一
項記載のマイクロ波給電装置であって、 前記マイクロ波放射部材は、厚み方向に貫通した多数の
スロットを有することを特徴とするマイクロ波給電装
置。 - 【請求項３０】 請求項２９記載のマイクロ波給電装置
であって、 前記マイクロ波放射部材のスロットは、螺旋状又は複数
の円周状に配列されたことを特徴とするマイクロ波給電
装置。 - 【請求項３１】 請求項２９記載のマイクロ波給電装置
であって、 前記マイクロ波放射部材のスロットは、Ｔ字状に配置さ
れた２つのスロットよりなるスロット対を構成すること
を特徴とするマイクロ波給電装置。
Priority Applications (6)
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|---|---|---|---|
| JP2001322529A JP4183934B2 (ja) | 2001-10-19 | 2001-10-19 | マイクロ波プラズマ処理装置、マイクロ波プラズマ処理方法及びマイクロ波給電装置 |
| TW091124076A TWI293341B (ja) | 2001-10-19 | 2002-10-18 | |
| US10/450,149 US7325511B2 (en) | 2001-10-19 | 2002-10-18 | Microwave plasma processing apparatus, microwave processing method and microwave feeding apparatus |
| PCT/JP2002/010847 WO2003036700A1 (fr) | 2001-10-19 | 2002-10-18 | Dispositif et procede de traitement au plasma par micro-ondes, et dispositif d'alimentation micro-ondes |
| EP02775374.8A EP1439571B1 (en) | 2001-10-19 | 2002-10-18 | Device and method for microwave plasma processing and microwave power supply device |
| KR1020037010658A KR100566357B1 (ko) | 2001-10-19 | 2002-10-18 | 마이크로파 플라즈마 처리 장치, 마이크로파 플라즈마처리 방법 및 마이크로파 급전 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001322529A JP4183934B2 (ja) | 2001-10-19 | 2001-10-19 | マイクロ波プラズマ処理装置、マイクロ波プラズマ処理方法及びマイクロ波給電装置 |
Publications (2)
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|---|---|
| JP2003133232A true JP2003133232A (ja) | 2003-05-09 |
| JP4183934B2 JP4183934B2 (ja) | 2008-11-19 |
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|---|---|---|---|
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| EP (1) | EP1439571B1 (ja) |
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| TW (1) | TWI293341B (ja) |
| WO (1) | WO2003036700A1 (ja) |
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