JP2007018923A - 処理装置および処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】処理容器の内部に均一に電磁波を入射させることができる処理装置を提供する。
【解決手段】電磁波を発生させるマグネトロン４０と、マグネトロン４０によって発生された電磁波を伝播させる第１の導波管２１と、複数のスロット２４を有し、長手方向が互いに平行となるように並べて設けられた複数の第２の導波管２２と、内部にスロット２４から放射された電磁波が入射される真空容器１０とを備える。スロット２４から真空容器１０の内部に入射された電磁波によってプラズマを生成させ、このプラズマによって処理を行う。第２の導波管２２は、夫々、スロット２４が設けられた壁と対向する壁で第１の導波管２１と結合されている。第１の導波管２１は、その長手方向の中央部にマグネトロン４０から電磁波が供給される給電部３２を有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）や金属酸化物半導体素子（ＭＯＳ素子）のような半導体素子、半導体集積回路装置のような半導体装置、或いは、液晶表示装置のような表示装置の製造プロセスに適用される処理装置および処理方法に関する。

半導体装置や液晶表示装置等の製造プロセスにおいて、膜堆積、表面改質、あるいはエッチング等のプラズマ処理を施すために用いられるプラズマ処理装置としては、同心円状或いは渦巻き状に形成された複数のスロットを有する円形の平面アンテナ部材を備えたものが知られている。このプラズマ処理装置では、マイクロ波発生器にて発生したマイクロ波が同軸導波管内を伝播して平面アンテナ部材に到達し、この平面アンテナ部材の中心部から放射状に周辺部に伝搬される間に、スリット間に静電界が生じるように構成されている。これにより、平面アンテナ部材直下、すなわち、処理空間上部に電界が形成されるため、この静電場によりエッチングガスが励起されてプラズマ化する（例えば、特許文献１参照）。

また、プラズマ処理装置としては、矩形状の導波管のＨ面に配された２つのスロットから、誘電体窓を介してチャンバ内にマイクロ波が供給されるように構成されたものが知られている。このプラズマ処理装置では、反射面に近いほど、スロットの幅が狭くなるように形成されている。また、スロットは、導波管の反射面に向かって狭くなるように、階段状あるいはテーパ状に形成されている（例えば、特許文献２参照）。

さらに、プラズマ処理装置としては、複数の矩形状の導波管を等間隔に平行に配設したものが知られている。各導波管には、その先端側に向かって結合係数を順次大きくした結合孔が設けられている。真空容器には、各結合孔に対応して分割形成した複数の誘電体窓が設けられている（例えば、特許文献３参照）。

また、プラズマ処理装置としては、マイクロ波がマイクロ波導波管を介して板状の誘電体電路に導入されるように構成されたものが知られている。誘電体電路は、マイクロ波導波管に挿入されている導入部と、矩形部と、導入部と矩形部とを結ぶ整合部とを有している。このプラズマ処理装置では、マイクロ波は、整合部から導入され、仕切り板と矩形部とにより形成される導波管相当部分を通り、マイクロ波導入口から反応室に導かれる（例えば、特許文献４参照）。

さらに、プラズマ処理装置としては、マイクロ波発振器から供給されたマイクロ波が、複数の分岐路を有するマイクロ波分配器を通って、複数の誘電体線路に分配されるように構成されたものが知られている。誘電体線路は、分岐路の先端から延びる複数の矩形板で構成されており、複数の矩形板の間は導電体板で仕切られている（例えば、特許文献５参照）。

なお、本願発明者らは、電磁波源と結合する電磁波分配用導波管の電界面又は磁界面から垂直方向に分岐するように、複数の電磁波放射用導波管を互いに平行に並べて配置したプラズマ処理装置を提案している（例えば、非特許文献１及び非特許文献２参照）。
特開平９−０６３７９３号公報 特許第２８５７０９０号公報 特開２００２−２８０１９６公報 特開平１１−４５７９９号公報 特開平１１−１１１４９３号公報 第４９回応用物理学関係連合講演会 講演予稿集１２８頁 （２００２年３月） ＥＳＣＡＭＰＩＧ１６＆ＩＣＲＰ５ 予稿集３２１頁 （２００２年７月１４日〜１８日）

ところで、プラズマ処理装置としては、被処理体を均一にプラズマ処理するために、処理容器の内部に均一に電磁波を入射させることができるものが求められている。

本発明は、このような事情にもとづいてなされたもので、処理容器の内部に均一に電磁波を入射させることができる処理装置および処理方法を提供することを目的とする。

本発明の一形態にかかる処理装置は、電磁波を発生させる発振器と、前記発振器によって発生された電磁波を伝播させる第１の導波管と、この第１の導波管を伝播した電磁波が入射するように結合され、複数のスロットを有し、長手方向が互いに平行となるように並べて設けられた複数の第２の導波管と、内部に前記スロットから放射された電磁波が入射される処理容器とを具備し、前記スロットから前記処理容器の内部に入射された電磁波によってプラズマを生成させ、被処理基板を処理する処理装置であって、前記第２の導波管は、夫々、前記スロットが設けられた壁と対向する壁で前記第１の導波管と結合されており、前記第１の導波管は、この第１の導波管内電磁波の放射領域での中央部に前記発振器から電磁波が供給される給電部を有している。

本発明の一形態にかかる処理装置によれば、第１の導波管は、その長手方向の中央部に発振器から電磁波が供給される給電部を有している。また、第２の導波管は、夫々、スロットが設けられた壁と対向する壁で第１の導波管と結合されている。電磁波が供給される給電部とこの給電部から最も離れた位置に設けられる第２の導波管との距離を短くすることができる。したがって、処理容器の内部により均一に電磁波を供給することができる。

本発明によれば、処理容器の内部に均一に電磁波を入射させることができる処理装置および処理方法を得ることができる。

以下、本発明の第１の実施形態を、図１乃至図４を参照して説明する。この実施形態は、電磁波例えばマイクロ波を第１の導波管のマイクロ波放射領域の中央部に放射し、第１の導波管からマイクロ波を第２の導波管のマイクロ波放射領域の中央部に放射するようにして処理容器内に均一なマイクロ波を放射するようにしたことである。

本実施形態の処理装置１は、処理容器としての例えば真空容器１０と、均一な電磁波例えばマイクロ波を放射するアンテナ部２０とを備えている。

真空容器１０は、外壁としての上壁１１ａ、底壁１１ｂ、及び、上壁１１ａの周縁と底壁１１ｂの周縁とを繋ぐ筒状例えば角筒状周壁１１ｃを有して、内部を真空状態或いはその近傍にまで減圧することが可能な強度に形成されている。上壁１１ａ、底壁１１ｂ、及び周壁１１ｃを形成する材料としては、例えばアルミニウム等の金属材料を用いることができる。

この真空容器１０は、均一なマイクロ波が導入される誘電体窓と、プラズマ処理を施すためのガスを真空容器１０内に導入するガス導入系としてのガス導入部１２と、真空容器１０内のガスを排出するガス排出系としてのガス排出部１３とを有している。ガス導入部１２には、ガスシリンダ（図示せず）が着脱自在に取付けられるようになっている。ガス排出部１３は、例えばターボ分子ポンプのような真空排気装置（図示せず）と連通している。真空容器１０の内部には、被処理体としての矩形状の被処理基板１００を支持する基板支持台１４が設けられている。基板支持台１４には、被処理基板１００を所定の温度に保つための加熱手段（例えば、ヒーター）を設けてもよい。

真空容器１０の上壁１１ａは、真空容器１０の一つの壁を構成し、且つ電磁波を透過させる部材例えば、誘電体部材により構成されている。したがって、誘電体部材の上壁１１ａは、真空容器１０の内部を真空状態或いはその近傍にまで減圧することが可能な強度に形成されている。上壁１１ａを形成する誘電体材料としては、例えば合成石英やアルミナを用いることができる。

詳しくは、上壁１１ａは、周壁１１Cの上端に位置する角筒状開口部１６に気密に嵌合されている。上壁１１ａは、開口部１６に嵌合させることで、該開口部１６を気密に閉塞させている。以下、誘電体部材からなる上壁１１ａは、誘電体窓と言う。

上壁１１ａの側面と開口部１６の内壁面との間には、封止機構が設けられている。封止機構は、例えば、開口部１６を規定する内面（梁の周面）にその周方向に沿って夫々設けられた溝（図示せず）と、この溝に沿って夫々設けられたシール部材としての例えばＯ−リング１７とを有して構成されている。このような封止機構により、開口部１６の内壁面と誘電体窓１５との間が気密にシールされている。

次に、処理容器内に均一なマイクロ波を放射するアンテナ部２０の構成を具体的に説明する。アンテナ部２０は、例えば直線状第１の導波管２１（例えば、矩形導波管）と、複数の例えば直線状第２の導波管２２（例えば、矩形導波管）とを有している。第２の導波管２２は、この各第２の導波管２２のマイクロ波放射領域の中央部に第１の導波管２１からマイクロ波が入射するように第１の導波管２１と結合されている。各第２の導波管２２は、真空容器１０の上面を被うようにその長手方向が互いに平行となるように並べて配列
されている。換え言すれば、第２の導波管２２列は、広範囲に均一な電磁波を放射し、均一なプラズマを発生させるために第１の導波管２１から各第２の導波管２２のマイクロ波放射領域の中央部にマイクロ波を放射する。

第２の導波管２２列は、例えば互いに隣り合うもの同士が接触するように配置されている。なお、第２の導波管２２は、広範囲に均一な電磁波を放射し、均一なプラズマを発生させる配列であれば所定の間隔をもって配置してもよい。

本実施形態の処理装置１では、第２の導波管２２は、断面矩形状の内面のうちの長辺方向を水平方向と平行にした姿勢で、その長手方向が互いに平行となるように並べて配置されている。したがって、第２の導波管２２の両側面が電界面（Ｅ面）、上下面が磁界面（Ｈ面）となる。第２の導波管２２は、夫々、その下面、すなわち、Ｈ面（Ｅ面と垂直な面）に、電磁波放射部としての複数のスロット２４が設けられている。各第２の導波管２２に設けられたスロット２４のうち、互いに隣り合うスロット２４は、第２の導波管２２の幅方向の一側寄りに設けられた状態と他側寄りに設けられた状態とに交互に設けられている。なお、各スロット２４は、電磁波がアンテナ部２０から真空容器１０内に均一に放射されるように、その寸法や間隔、配列パターンなどを設計するとよい。この実施例のスロット２４の配列パターンは、千鳥状に配列されている。

各第２の導波管２２は、夫々、その上面、すなわち、Ｈ面（Ｅ面と垂直な面）において、第１の導波管２１と夫々結合されている。言い換えると、各第２の導波管２２は、夫々、スロット２３が設けられた壁と対向する壁に同一形状に一体的に形成されたスロット２３を介して第１の導波管２１が結合されている。

本実施形態の処理装置１では、各第２の導波管２２は、夫々、その長手方向の中央部で第１の導波管２１と結合されている。また、第１の導波管２１と各第２の導波管２２とは、夫々、交叉例えば直交し且つ重なるように配置されている。アンテナ部２０は、真空容器１０内に電磁波を放射するスロット２４が誘電体窓１５と対向するように設けられている。

第１の導波管２１は、その長手方向の中央部に、発振器３０から電磁波が供給される給電部３２が設けられている。本実施形態の処理装置１では、発振器３０の出射端は、給電部３２を介して第１の導波管２１に結合されている。発振器３０としては、マイクロ波電力を出力する例えば、マグネトロン４０を用いることができる。

図４は、マグネトロン４０の一例を示している。マグネトロン４０は、陽極部４１、陰極部４２、アンテナ４６、放熱部４７、ケーシング５６、及び、磁気回路部（図示せず）等を備えている。陽極部４１は、円筒部材４８の内側にベイン４４を並べることにより、例えば、２．４５ＧＨｚで共振する空間を形成している。ベイン４４は、ストラップリング４５を１つおきに接続している。ベイン４４とストラップリング４５との寸法を調整することにより、共振周波数をマッチングさせている。

陰極部４２は、フィラメント４９及びフィラメント端子５０を有している。フィラメント端子５０の両端（図では、一方のフィラメント端子のみ図示）に電圧をかけてフィラメント４９を点灯させることで、フィラメント４９から電子を放出させている。フィラメント端子５０の両端には、電子を遮蔽するためのエンドシールド（図示せず）が設けられている。なお、図中符号５７はコンデンサー、符号５８はフィルターケースを示している。このようなマグネトロン４０では、ペイン４４とフィラメント４９とエンドシールドとによって囲まれた空間が作用空間５２となる。この作用空間５２では、フィラメント４９から放出された電子がサイクロイド運動を起こす。

磁気回路部は、一対の永久磁石５３を有している。これら永久磁石５３によって、作用空間５２に陰極軸と平行な磁力が形成される。陽極部４１は、磁気回路部に、電気的に同電位となるように接続されている。アンテナ部２０（第１の導波管２１）に設けた状態では、陽極部４１は、アンテナ部２０と同じ電位となるため、したがって、陽極部４１と陰極部４２との間にかける電圧は、陽極部４１を０電位とするとともに、陰極部４２にマイナスの電圧を与える。

アンテナ４６は、アンテナリード５４とセラミックドーム５５とを有している。アンテナリード５４は、ペイン４４の端面に接続されている。これにより、発振された電磁波が、アンテナリード５４に結合し、セラミックドーム５５を突き抜けて放射伝播する。

マグネトロン４０（マグネトロン４０のアンテナ４６）と第１の導波管２１との結合は、例えば、プローブによる結合とされている。図３に示すように、マグネトロン４０は、チューブマウントによって取付けられている。なお、発振器３０と第１の導波管２１との結合は、ループコイルによる結合であってもよい。ループコイルの場合、マグネトロンはＥ面に設けられる。

ところで、第１の導波管２１と第２の導波管２２とを直交させると磁界の結合が無くなるが、カップリングが可能となる。カップリング方法の一例としては、第１の導波管２１と第２の導波管２２との結合部分に、電磁波の伝播方向に対して互いに異なる方向に傾くように形成されたスロット（ハの字型スロット）２３を設ける方法が挙げられる。この場合、第２の導波管２２の数は偶数とすると、発振器を第1の導波管２１の中央に配置することができるため、均等給電の設計が容易になる。

矩形導波管の基本モード（ＴＥ_１０）では、
（λ／２）×ｎ …（１）
の周期で、Ｈ面の中央部の電界強度が最大になる。なお、λは、管内波長であり、矩形導波管の断面矩形状の内面のうちの長辺の長さの２倍より小さく、ｎは自然数である。

すなわち、本実施形態の処理装置では、第１の導波管２１には、給電部３２から（１）式で示される位置に電界強度のピークが発生する。図５中矢印Ｚ１は、第１の導波管２１中における磁界の向きを示している。したがって、アンテナ部２０は、第１の導波管２１において、電界強度が最大となる部分に、各第２の導波管２２が配置される（第１の導波管２１と各第２の導波管２２との結合部分が設けられる）ように設計するとよい。

このように設計することにより、第１の導波管２１内をその両端側に向かって進行した電磁波は、スロット２３を通して各第２の導波管２２に伝達されるため、第１の導波管２１と各第２の導波管２２との結合部分には、図５中矢印Ｚ２で示すような向きの磁界が発生することとなる。また、各第２の導波管２２には、図５中矢印Ｚ３で示すような円偏波向きの磁界が発生することとなる。そして、電磁波は、第２の導波管２２の中央部から、その両端側に向けて伝播され、その途中で、各スロット２４から誘電体窓１５に向けて放射され、真空容器１０の内部に入射する。

第１の導波管２１と各第２の導波管２２との結合部分に、電磁波の伝播方向に対して互いに異なる方向に傾くようにスロット２３を形成することにより、各第２の導波管に同相励振を行なっている。そして、各スロット２４から真空容器１０の内部に電磁波を入射させることができる。

この処理装置１では、以下のようにして、被処理体としての被処理基板１００をプラズマ処理する。真空容器１０の内部の気体を所定の真空度に達するまで外部に排出する。真空容器１０の内部にプラズマを発生させるための所定のガスを導入する。マグネトロン４０を稼動させ、電磁波を発生させる。マグネトロン４０で発生された電磁波は、第１の導波管２１の中央部から、その両端側に向けて伝播され、その途中で、各スロット２３から各第２の導波管２２に電磁波が入射される。そして、第２の導波管２２の中央部から、その両端側に向けて伝播され、その途中で、各スロット２４から誘電体窓１５に向けて電磁波が放射される。すなわち、誘電体窓１５の内面が電磁波入射面Ｆとなる。

誘電体窓１５を介して、真空容器１０の内部に電磁波入射面Ｆから電磁波を入射させると、真空容器１０内のガスが励振されてプラズマが生じ、電磁波入射面Ｆ近傍のプラズマ内の電子密度が増加する。電磁波入射面Ｆ近傍のプラズマ内の電子密度が増加していくと、電磁波はプラズマ内を伝播することが困難になり、このプラズマ内で減衰する。したがって、電磁波入射面Ｆから離れた領域には電磁波が届かなくなり、ガスが電磁波によって励振される領域は、電磁波入射面Ｆの近傍に限られるようになる。この状態は、真空容器１０の誘電体窓１５内壁面近傍には、表面波プラズマが生じている状態である。

表面波プラズマが生じている状態では、被処理基板１００の表面近傍に生じるシースの電界が小さい。そのため、被処理基板１００へのイオンの入射エネルギーが低く、イオンによる被処理基板１００の損傷が少ない。

表面波プラズマが発生する領域の境界は、電磁波入射面Ｆ（ここでは誘電体窓１５の内面）と真空容器１０の内部空間との界面である。また、表面波プラズマが発生している状態において、プラズマのエネルギーが高い領域は、表皮厚さによって知ることができる。表皮厚さは、電磁波入射面Ｆから電磁波の電界が１／ｅに減衰する位置までの距離を示しており、その値は電磁波の入射面近傍の電子密度に依存する。

つまり、表面波プラズマが発生している状態において、電磁波入射面Ｆからの距離が表皮厚さよりも小さい領域では、高密度のプラズマが発生している。また、電磁波入射面Ｆからの距離が表皮厚さよりも大きい領域（表皮厚さを外れた領域）では、電磁波は高密度のプラズマ（表面波プラズマ）によって遮蔽されて到達しない。したがって、この処理装置１では、プラズマは、電磁波入射面Ｆ即ち誘電体窓１５内壁面の近傍の全域に広がる。そのため、真空容器１０の内部に均一にプラズマを生成させることができる。しかも、電磁波入射面Ｆからの距離が表皮厚さよりも大きい領域に被処理基板１００を配置することで、被処理基板１００に与えられるイオン損傷を抑止することができる。

以上のように、本実施形態の処理装置１は、電磁波を発生させる発振器３０と、この発振器３０によって発生された電磁波を伝播させる第１の導波管２１と、複数のスロット２４を有し、長手方向が互いに平行となるように並べて設けられた複数の第２の導波管２２と、内部にスロット２４から放射された電磁波が入射される真空容器１０とを備えている。この処理装置１では、スロット２４から真空容器１０の内部に入射された電磁波によってプラズマを生成させ、このプラズマによって処理を行う。第２の導波管２２は、夫々の中央部に、スロット２４が設けられた壁と対向する壁で第１の導波管２１と結合されており、第１の導波管２１は、その長手方向の中央部に発振器３０から電磁波が供給される給電部３２を有している。そのため、電磁波が供給される給電部３２とこの給電部３２から最も離れた位置に設けられる第２の導波管２２との距離を短くすることができる。したがって、真空容器１０の内部に、より均一に電磁波を供給することができる。

しかも、第２の導波管２２は、夫々、その長手方向の中央部で第１の導波管２１と結合されている。すなわち、本実施形態の処理装置１では、アンテナ部２０の中心に給電部３２が設けられている。

このようにすることにより、電磁波が供給される給電部３２と各第２の導波管２２に設けられた最も遠いスロット２４との間の距離を短くすることができる。したがって、本実施形態の処理装置１によれば、真空容器１０の内部により均一に電磁波を入射させることができる。

第１の導波管２１の電磁波放射領域の中央部例えば長手方向の中央部に給電部３２を設けるとともに、各第２の導波管２２の電磁波放射領域の中央部例えば長手方向の中央部で第１の導波管２１と結合させることで、電磁波の伝送経路を短くすることができる。このように構成することにより、真空容器１０内において生成されたプラズマがアンテナ部２０に与える影響を低減させることができる。

また、本実施形態の処理装置１では、発振器３０は、第１の導波管２１に設けられている。しかも、本実施形態の処理装置１では、発振器３０として、マグネトロン４０を用いている。したがって、本実施形態の処理装置１によれば、簡単な構成で処理装置１を構成することができる。

なお、本実施形態では、真空容器１０の上壁１１ａに、アンテナ部２０全体と対向するように１枚の板状の誘電体窓１５を設けたが、誘電体窓１５は、領域分割し例えば各第２の導波管２２と夫々対向するように設けてもよい。この場合、真空容器１０の上壁１１ａのうち、各第２の導波管２２毎に夫々対向する位置に、複数の開口部１６を設けるとともに、これら開口部１６に、細長形状の誘電体窓１５を嵌合させることができる。この場合も、上壁１１ａと各誘電体窓１５との間に、上述したような封止機構を設けるのが好ましい。この実施例によれば、誘電体窓１５の厚さは、薄く形成することができる。

上述したように、誘電体窓１５は、真空容器１０の内部を真空状態或いはその近傍にまで減圧することが可能な強度に形成する必要がある。各第２の導波管２２と夫々対向する位置に誘電体窓１５を設ける場合、１枚板からなる誘電体窓１５を設ける場合と比べて、誘電体窓１５を薄くすることができる。誘電体窓１５を薄くできることは、電磁波の透過率を高くすることができる。

以下、本発明の第２の実施形態を、図６及び図７を参照して説明する。

本実施形態のプラズマ処理では、第１の導波管２１と各第２の導波管２２とが結合器によって結合されている。例えば、本実施形態のプラズマ処理では、第１の導波管２１と各第２の導波管２２との結合部分に結合孔２５が夫々設けられている。この構成では、両者の交差する角度を９０°としているが、この角度を変化させ、結合量を制御するものが、当業者にはベーテ孔形の方向性結合器として知られている。

図６及び図７中矢印Ｚ４は、第１の導波管２１と各第２の導波管２２との電界結合により生じた磁力線、矢印Ｚ５は、第２の導波管２２を伝播する電磁波の磁力線を示している。図７中矢印Ｚ６は、電磁波の伝播方向を示している。

上述のように構成することにより、マグネトロン４０で発生された電磁波は、第１の導波管２１の中央部から、その両端側に向けて伝播され、その途中で、各スロット２４から各第２の導波管２２に電磁波が入射される。そして、図７中矢印Ｚ６で示すように、電磁波は、第２の導波管２２の中央部から、その両端側に向けて伝播され、その途中で、各スロット２４から誘電体窓１５に向けて放射される。

このように、第１の導波管２１と各第２の導波管２２との結合部分に、結合孔２５を設けることにより、複数の第２の導波管２２の各スロット２４から真空容器１０の内部に電磁波を入射させることができる。

なお、他の構成は図示しない部分も含めて、上述した第１の実施形態の処理装置１と同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。本実施形態の処理装置１によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

以下、本発明の第３の実施形態を、図８及び図９を参照して説明する。

本実施形態の処理では、第１の導波管２１と各第２の導波管２２とがプローブ２６によって結合されている。なお、第１の導波管２１と各第２の導波管２２との結合は、ループコイルによる結合であってもよい。第１の導波管２１と各第２の導波管２２との結合部分に、プローブ２６やループコイルを設けることにより、第１の導波管２１と各第２の導波管２２とを基本モード（ＴＥ１０）で結合することができる。

したがって、マグネトロン４０で発生された電磁波は、第１の導波管２１の中央部から、その両端側に向けて伝播され、その途中で、プローブ２６を介して、各第２の導波管２２に電磁波が分配される。そして、図８及び図９に矢印Ｚ７で示すように、電磁波は、第２の導波管２２の中央部から、その両端側に向けて伝播され、その途中で、各スロット２４から誘電体窓１５に向けて放射される。

なお、他の構成は図示しない部分も含めて、上述した第１の実施形態の処理装置１と同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。本実施形態の処理装置１によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

以下、本発明の第４の実施形態を、図１０を参照して説明する。

本実施形態の処理では、第１の導波管２１と各第２の導波管２２とが結合器によって結合されている。例えば、本実施形態のプラズマ処理では、第１の導波管２１と各第２の導波管２２との結合部分の四隅に十字形の結合孔２７が夫々設けられている。この構成は、当業者には十字形方向性結合器として知られている。

以下、図１１を参照して、十字形方向性結合器について簡単に説明する。

ポートＰ１から入射した進行波は、一定比でポートＰ３及びポートＰ４に伝達され、ポートＰ３には伝達されない。また、ポートＰ２から入射した進行波は、一定比でポートＰ１及びポートＰ３に伝達され、ポートＰ４には伝達されない。

十字形方向性結合器では、ポートＰ１及びポートＰ２を有する下部導波管（本実施形態では第２の導波管２２）が、ポートＰ３及びポートＰ４を有する上部矩形導波管（本実施形態では第１の導波管２１）と直交するように構成される。下部矩形導波管と上部矩形導波管とを直交させた場合、これらを十字形孔Ｈ１，Ｈ２によって結合させると、電界結合を低減させ、方向性を良くする効果がある。この場合、電磁波の伝送方向は、十字形の孔の部分において決定される。

ところで、矩形導波管の基本モード（ＴＥ１０）では、Ｅ面寄りの位置に磁界の円偏波が発生する。したがって、十字形孔Ｈ１，Ｈ２の部分での磁界結合により、下部矩形導波管及び上部矩形導波管の双方において、同方向の磁界を有する円偏波が発生することとなる。図１１中矢印９は、円偏波の向きを示している。この円偏波の向きは電磁波の伝送方向を決定するため、十字形孔Ｈ１，Ｈ２を設けることにより、ポートＰ１から入射した電磁波は、図１１中矢印１０で示すように、ポートＰ４の方向のみに伝送される。

なお、下部矩形導波管と上部矩形導波管とが重なる部分に、十字形孔Ｈ１を設けることにより、十字形方向性結合器を構成することができるが、前記十字形孔Ｈ１と対角となる位置に十字形孔Ｈ２を設けることにより、結合量を増やすことができる。十字形孔Ｈ１及び十字形孔Ｈ２の位置は、十字形孔Ｈ１を通り、上部矩形導波管と平行な直線と、十字形孔Ｈ２を通り、上部矩形導波管と平行な直線との距離がλｇ／４となるように設定するのが好ましい。ここで、λｇは、管内波長と呼ばれるものであり、断面矩形状の内面のうちの長辺の長さｗと、自由空間を伝播する電磁波の波長λ_０とから、下記の式で表すことができる。

λｇ＝λ_０／（１−（λ_０／２ｗ）^２）^０．５ …（２）
上記十字形の方向性結合器を、第１の導波管２１から各第２の導波管２２に同一の電磁波の電力が分配されるように設計する。つまり、発振器３０によって発振されたからの電磁波を、第１の導波管２１から各第２の導波管２２１に、電磁波の電力が同一になるように分配する。言い換えると、電磁波の電力を各第２の導波管２２１に１／Ｎ（Ｎは導波管数）になるように分割すればよい。

本実施形態の処理装置１では、第１の導波管２１と各第２の導波管２２との結合部分の四隅に十字形の結合孔２７を設けている。そのため、マグネトロン４０で発生された電磁波は、第１の導波管２１の中央部から、その両端側に向けて伝播され、その途中で、十字形の結合孔２７から各第２の導波管２２に電磁波が入射される。そして、図１０中矢印Ｚ８で示すように、電磁波は、第２の導波管２２の中央部から、その両端側に向けて逆位相で伝播され、その途中で、各スロット２４から誘電体窓１５に向けて放射される。

なお、他の構成は図示しない部分も含めて、上述した第１の実施形態の処理装置１と同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。本実施形態の処理装置１によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本発明の処理装置１は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲において種々に実施することができる。

ガスを処理容器（真空容器１０）の内部に導入するためのガス導入系（ガス導入部１２）は、誘電体部材１５（誘電体窓１５）と一体化に形成してもよい。また、上記第１乃至第６の実施形態の処理装置１では、ガスを処理容器（真空容器１０）に導入させるガス導入系（ガス導入部１２）を１系統としているが、本発明の処理装置１では、ガスを処理容器（真空容器１０）に導入させるガス導入系を複数系統設けてもよい。ガス導入系は、被処理体に対する処理（例えば、膜堆積（成膜）、表面改質、エッチング、酸化等）や、使用するガスの数や種類等によって、任意に選択することができる。

被処理体としては、例えば、ガラス基板、石英ガラス基板、セラミックス基板、樹脂基板、又は、シリコンウエハ等の基板を用いることができる。また、被処理体としては、上述のような基板上に、単結晶シリコン、レーザ結晶化や固相結晶化等により形成した多結晶シリコン、微結晶シリコン、又は、アモルファスシリコン等の半導体層が形成されたものを用いてもよい。さらに、被処理体としては、上述のような基板上に、半導体層と絶縁膜とを順不同で積層させたものや、上述のような基板上に、半導体層と絶縁膜とが順不同で積層されてなる部分を有する回路素子や回路素子の一部を形成したもの等を用いてもよい。

上記実施形態では、第１の導波管の電磁波放射領域の中央部に発振器からの電磁波を放射するように構成した実施形態について説明したが、処理容器１０内に均一な電磁波を放射する手段であればよく、発振器３０と第１の導波管２１との結合は、第１の導波管２１の中央部でなくてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る処理装置を示す上面図。 図１中II−II線に沿って切断して示す断面図。 図１に示す処理装置にマグネトロンを取付けた状態を示す断面図。 マグネトロンの一例を示す断面図。 図１に示す処理装置が備えるアンテナ部の下面図。 本発明の第２の実施形態に係る処理装置が備えるアンテナ部の下面図。 図６中VII-VII線に沿って切断して示す断面図。 本発明の第３の実施形態に係る処理装置が備えるアンテナ部の下面図。 図８中IX-IX線に沿って切断して示す断面図。 本発明の第４の実施形態に係る処理装置が備えるアンテナ部の下面図。 図１０の処理装置が備えるアンテナ部の第１の導波管と第２の導波管の結合を説明する図。

符号の説明

１…処理装置１０…真空容器（処理容器）、 ２１…第１の導波管、 ２２…第２の導波管、 ２４…スロット、 ３０…発振器、 ３２…給電部、 ４０…マグネトロン

Claims (5)

1. 電磁波を発生させる発振器と、
   前記発振器によって発生された電磁波を伝播させる第１の導波管と、
   この第１の導波管を伝播した電磁波が入射するように結合され、
   複数のスロットを有し、長手方向が互いに平行となるように並べて設けられた複数の第２の導波管と、
   内部に前記スロットから放射された電磁波が入射される処理容器と、を具備し、
   前記スロットから前記処理容器の内部に入射された電磁波によってプラズマを生成させ、被処理基板を処理する処理装置であって、
   前記第２の導波管は、夫々、前記スロットが設けられた壁と対向する壁で前記第１の導波管と結合されており、
   前記第１の導波管は、この第１の導波管内電磁波の放射領域での中央部に前記発振器から電磁波が供給される給電部を有していることを特徴とする処理装置。
2. 前記発振器は、前記第１の導波管に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
3. 前記各第２の導波管は、夫々、この第２の導波管内電磁波の放射領域での中央部で前記第１の導波管と結合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の処理装置。
4. 前記発振器は、マグネトロンであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の処理装置。
5. 電磁波を発生させる発振器と、
   前記発振器によって発生された電磁波を伝播させる第１の導波管と、
   この第１の導波管を伝播した電磁波が入射するように結合され、
   複数のスロットを有し、長手方向が互いに平行となるように並べて設けられた複数の第２の導波管と、
   内部に前記スロットから放射された電磁波が入射される処理容器とを具備してなる処理装置により前記処理容器内に搬入された前記被処理基板を処理する方法であって、
   前記発振器から発生された電磁波を前記第１の導波管の電磁波放射領域の中央部に放射する工程と、
   前記第１の導波管を伝播した電磁波を各第２の導波管の電磁波放射領域の中央部に放射する工程と、
   前記各第２の導波管を伝播した電磁波を前記真空容器内に放射して前記被処理基板を処理する工程と
   を有していることを特徴とする処理方法。

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