JP2010277969A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理装置の給電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】矩形導波管を用いてマイクロ波を処理室に供給するプラズマ処理装置の電極構成及びその電極を用いた電磁波の給電方法を提供する。
【解決手段】マイクロ波プラズマ処理装置１００は、マイクロ波を出力するマイクロ波源４０と、マイクロ波を伝送させる矩形導波管３１と、２以上のスロットを含むスロット群３２ａｇが矩形導波管３１を伝送するマイクロ波の管内波長λｇ／２の整数倍毎に等間隔に形成された金属のスロットアンテナ３２と、を有し、矩形導波管３１を伝送したマイクロ波を前記等間隔に形成されたスロット群３２ａｇから処理室内に供給し、前記処理室の内壁を形成するスロットアンテナ３２の金属面に沿って伝搬させる。これにより、マイクロ波のエネルギーによってガスを励起させてプラズマを生成し、処理室内にて基板Ｇにプラズマ処理を施す。
【選択図】図６

Description

本発明は、ガスを励起させて被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置の電極構成及びその電極を用いた給電方法に関する。

マイクロ波プラズマ処理装置の外部には、マイクロ波源に連結され、マイクロ波源から出力されたマイクロ波を伝送させる伝送線路が組み立てられる。マイクロ波は、伝送線路を伝送され、マイクロ波プラズマ処理装置に設けられた電極から処理室内に供給される。供給されたマイクロ波は、表面波となって処理室の内面とプラズマとの境界を伝搬し、伝搬中にそのエネルギーの一部がプラズマの生成に使われる。

伝送線路を構成する導波管としては、同軸導波管と矩形導波管とに大別される。同軸導波管線路の場合、矩形導波管線路に比べて製造寸法の設計が伝送性能に大きく影響する。たとえば、特許文献１では、伝送線路として同軸導波管が使用されているが、同軸導波管線路に基板サイズに応じた分岐回路を設計する必要があり、設計公差が伝送性能に与える影響が大きい。

特開２００８−３０５７３６号公報

一方、矩形導波管では、マイクロ波は導波管内部を伝送するため、同軸導波管線路のように複雑な設計は不要であり、設計公差も伝送性能にほとんど影響を及ぼさない。また、矩形導波管では、伝送線路全体の構成がシンプルなため、製造、組立のみならずメンテナンスにおいても手間とコストを省くことができる。

また、矩形導波管では、マイクロ波を処理室内に供給するための電極をシンプルに構成することができる。さらに、電極の形状及び位置を適正化することにより、マイクロ波の電界強度の均一性を高め、処理室内に均一にエネルギーを供給することができる。

上記課題を解消するために、本発明は、矩形導波管を用いて電磁波を処理室に供給するプラズマ処理装置の電極構成及びその電極を用いた電磁波の給電方法を提供する。

すなわち、上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、電磁波のエネルギーによりガスを励起させてプラズマを生成し、処理室内にて被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、電磁波を出力する電磁波源と、前記電磁波源から出力された電磁波を伝送させる矩形導波管と、前記矩形導波管に隣接して設けられ、２以上のスロットを含むスロット群が前記矩形導波管を伝送する電磁波の管内波長λｇ／２の整数倍毎に等間隔に形成された金属のスロットアンテナと、を備え、前記矩形導波管を伝送した電磁波を前記等間隔に形成されたスロット群から前記処理室内に供給し、前記処理室の内壁を形成する前記スロットアンテナの金属面に沿って伝搬させるプラズマ処理装置が提供される。

かかる構成によれば、伝送線路を矩形導波管のみで構成し、同軸導波管線路を伝送線路に使用しない。よって、電磁波は矩形導波管の内部空間のみを伝送することになる。そのため、必要な回路設計は矩形導波管の内部空間のみとなり、マイクロ波を処理室内に供給するための電極部分をシンプルに構成することができる。

ここで、金属のスロットアンテナの電極部分では、２以上のスロットを含むスロット群が管内波長λｇ／２の整数倍毎に等間隔に複数形成される。これによれば、各スロット群の各スロットの位置では、矩形導波管の内部空間に形成される定在波の振幅の絶対値が等しい。これにより、各スロットから入り込み、処理室内に供給される電磁波の振幅の絶対値は等しくなる。この結果、各スロット群から処理室内に均等なエネルギーのマイクロ波を供給することができる。その結果、シンプルな電極構成でありながらマイクロ波のエネルギー配分を適正化し、均一なプラズマを生成することができる。

なお、以下では、金属面とプラズマとの境界面に沿って伝搬する表面波を、金属表面波（Ｍｅｔａｌ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅ）とも称呼する。一般に、プラズマの電子密度ｎ_ｅがカットオフ密度ｎ_ｃより大きい場合、マイクロ波は、プラズマ表面付近で反射され、処理室の内面を表面波として伝搬する。カットオフ密度ｎ_ｃは、表面波の周波数の２乗に比例する。よって、９１５ＭＨｚの周波数のマイクロ波を用いた場合には、２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波を用いた場合に対して電子密度ｎ_ｅが１／７程度でも安定したプラズマが得られる。たとえば９１５ＭＨｚの周波数では、表面付近の電子密度が１×１０^１１ｃｍ^−３程度の低密度プラズマでも金属表面波が処理室の内面の金属面を長く伝搬することがわかっている。これにより、プロセスウィンドウを飛躍的に広げることができ、各種プロセスを低ダメージでプラズマ処理することが可能となる。

前記スロットアンテナは、前記矩形導波管の長辺側の面に設けられていてもよい。

前記スロットアンテナには、２^ｎ（ｎ＝１，２，３）個のスロットを含むスロット群が前記管内波長λｇ／２の整数倍のピッチで形成されていてもよい。

前記スロット群では、スロットが点対称に配置されていてもよい。

前記スロット群では、スロットが２つずつ対向して配置されていてもよい。

前記複数のスロット群の各スロットの長手方向は、前記矩形導波管の長手方向に対して平行又は垂直であってもよい。

前記複数のスロット群の各スロットの長手方向は、前記矩形導波管の長手方向に対して任意の角度だけ傾けて形成されていてもよい。

前記スロット群では、対向するスロット間の距離がすべて等しくてもよい。

前記スロット群では、隣り合うスロット間の距離がすべて等しくてもよい。

前記スロット群の各スロットの内部をそれぞれ閉塞する２以上のスロット内誘電部材をさらに有していてもよい。

前記スロット内誘電部材の一端は、前記スロットアンテナの金属面より前記処理室側に突出していてもよい。

前記スロット内誘電部材の突出部分は、面取りされていてもよい。

前記スロット内誘電部材の突出部分は、少なくとも前記処理室の外側に向けて面取りされている部分と前記処理室の内側に向けて面取りされている部分とを有していてもよい。

前記処理室の外側に向けて面取りされている部分の面積は、前記処理室の内側に向けて面取りされている部分の面積より大きくてもよい。

上記課題を解決するために、本発明の他の観点によれば、プラズマ処理が施される処理室に電磁波を供給するプラズマ処理装置の給電方法であって、電磁波源から電磁波を出力するステップと、前記出力された電磁波を矩形導波管に伝送させるステップと、金属のスロットアンテナにおいて前記矩形導波管を伝送する電磁波の管内波長λｇ／２の整数倍毎に等間隔に形成された２以上のスロットを含むスロット群から前記矩形導波管を伝送した電磁波を処理室内に入射するステップと、前記入射した電磁波を前記処理室の内壁を形成する前記スロットアンテナの金属面に沿って伝搬させるステップと、を含むプラズマ処理装置の給電方法が提供される。

以上説明したように、本発明によれば、２以上のスロットを含むスロット群を、矩形導波管を伝送する電磁波の管内波長λｇ／２の整数倍毎のピッチで配置することにより、シンプルな電極構成でありながらマイクロ波のエネルギー配分を適正化し、均一なプラズマを生成することができる。

本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の縦断面図（図２の２−２断面）である。 同実施形態に係るプラズマ処理装置の天井面（図１の１−１断面）を示した図である。 同実施形態に係るスロットの形状と位置を示した図である。 矩形導波管壁面での磁界と電界の分布を示した図である。 同実施形態に係るプラズマ処理装置のマイクロ波の伝搬を説明するための図である。 同実施形態の変形例１に係るスロットの形状と位置を示した図である。 同実施形態の変形例２に係るスロットの形状と位置を示した図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

まず、本発明の一実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置について、図１及び図２を参酌しながら説明する。図１は、本実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の縦断面図（図２の２−２断面）である。図２は、マイクロ波プラズマ処理装置の天井面を示した図（図１の１−１断面）である。

本実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１００は、電磁波のエネルギーによりガスを励起させてプラズマを生成し、処理室内にて被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の一例である。プラズマ処理には、成膜処理やエッチング処理等、プラズマの作用により基板Ｇを微細加工する処理が含まれる。

（マイクロ波プラズマ処理装置の構成）
マイクロ波プラズマ処理装置１００は、処理容器１０と蓋体２０とを備えている。処理容器１０は、その上部が開口された有底立方体形状を有している。処理室Ｕは、処理容器１０と蓋体２０とにより画成されている。処理容器１０と蓋体２０との接面にはＯリング２１が設けられ。これにより処理室Ｕの気密が保持されている。処理容器１０および蓋体２０は、たとえば、アルミニウム等の金属からなり、電気的に接地されている。

処理容器１０の中央にはサセプタ１１（載置台）が設けられていて、サセプタ１１に基板Ｇを載置するようになっている。サセプタ１１は、たとえば窒化アルミニウムからなり、その内部には、給電部１１ａおよびヒータ１１ｂが設けられている。

給電部１１ａには、整合器１２ａ（たとえば、コンデンサ）を介して高周波電源１２ｂが接続されている。また、給電部１１ａには、コイル１３ａを介して高圧直流電源１３ｂが接続されている。整合器１２ａ、高周波電源１２ｂ、コイル１３ａおよび高圧直流電源１３ｂは、処理容器１０の外部に設けられている。また、高周波電源１２ｂおよび高圧直流電源１３ｂは、接地されている。

給電部１１ａは、高周波電源１２ｂから出力された高周波電力により処理容器１０の内部に所定のバイアス電圧を印加するようになっている。また、給電部１１ａは、高圧直流電源１３ｂから出力された直流電圧により基板Ｇを静電吸着するようになっている。

ヒータ１１ｂには、処理容器１０の外部に設けられた交流電源１４が接続されていて、交流電源１４から出力された交流電圧により基板Ｇを所定の温度に保持するようになっている。

処理容器１０の底面は筒状に開口され、その外部周縁にはベローズ１５の一端が装着されている。また、ベローズ１５の他端は昇降プレート１６に固着されている。このようにして、処理容器１０底面の開口部分は、ベローズ１５および昇降プレート１６により密閉されている。

サセプタ１１は、昇降プレート１６上に設置された筒体１７に支持されていて、昇降プレート１６および筒体１７と一体となって昇降し、これにより、サセプタ１１を処理プロセスに応じた高さに調整するようになっている。サセプタ１１の周囲には、処理室Ｕのガスの流れを好ましい状態に制御するためのバッフル板１８が設けられている。

処理容器１０の底部には、処理容器１０の外部に設けられた真空ポンプ（図示せず）が備えられている。真空ポンプは、ガス排出管１９を介して処理容器１０内のガスを排出することにより、処理室Ｕを所望の真空度まで減圧する。

蓋体２０には、６本の矩形導波管３１及びスロットアンテナ３２が設けられている。図２に示されているように、矩形導波管３１は蓋体２０の内部に平行に６本、並べて設けられている。矩形導波管３１はマイクロ波源４０から出力されたマイクロ波を伝送させる伝送線路である。本実施形態では、電磁波源から出力された電磁波を伝送させる伝送線路には、矩形導波管のみが用いられ、同軸導波管は用いられない。

図１に戻って、矩形導波管３１の内部は、フッ素樹脂（たとえばテフロン（登録商標））、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、石英等の誘電部材３３で充填されている。誘電部材３３により、λｇ_１＝λｃ／（ε_１）^１／２の式に従って各矩形導波管３１を伝送するマイクロ波の管内波長λｇ_１が制御される。ここで、λｃは自由空間の波長、ε_１は誘電部材３３の誘電率である。

各矩形導波管３１は、上部にて開口し、その開口には、可動部３４が昇降自在に挿入されている。可動部３４は、アルミニウムなどの非磁性体である導電性材料から形成されている。蓋体２０の外部であって各可動部３４の上面には、昇降機構３５がそれぞれ設けられていて、可動部３４を昇降移動させる。かかる構成により、矩形導波管３１は、誘電部材３３の上面までを限度として可動部３４を昇降移動させるにより、その高さを変更可能になっている。

スロットアンテナ３２は、矩形導波管３１の下部にて蓋体２０と一体となって構成されている。スロットアンテナ３２は、アルミニウムなどの非磁性体である金属から形成されている。スロットアンテナ３２には、各矩形導波管３１の下面にて、図２に示した４つのスロット３２ａ（開口）からなるスロット群３２ａｇが、たとえば、各矩形導波管３１を伝送するマイクロ波の管内波長λｇ_１／２の整数倍の長さ毎に等間隔に設けられている。

図１に示したように、各スロット３２ａの内部は、フッ素樹脂、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、石英などの誘電体で形成されたスロット内誘電部材３６により充填され、これによりスロット３２ａは閉塞されている。

製造時、スロット内誘電部材３６とスロットアンテナ３２とは、所定の温度で一体焼成される。これによれば、一体焼成により、スロット内誘電部材３６とスロットアンテナ３２とが隙間なく密着される。この結果、大気と連通した矩形導波管３１等と真空状態にある処理室内部とを遮断することができる。

図２に示したように、３つのマイクロ波源４０は、Ｙ分岐管４１（Ｙ分岐した矩形導波管）を介してそれぞれ２本の矩形導波管３１に連結されている。このようにして、３つのマイクロ波源４０から出力されたマイクロ波は、Ｙ分岐管４１にてＹ分岐しながら蓋体２０内の６つの矩形導波管３１に伝送される。矩形導波管３１を伝送されたマイクロ波は、スロット３２ａから入射され、複数のスロット内誘電部材３６を透過して処理室内に供給される。その際、スロット内誘電部材３６により、λｇ_２＝λｃ／（ε_２）^１／２の式に従って各スロット３２ａの管内波長λｇ_２が制御される。ここで、ε_２はスロット内誘電部材３６の誘電率である。スロット３２ａの形状及び位置については後程詳述する。

本実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１００では、スロットアンテナ３２の下面にマイクロ波の表面波を伝搬させるための誘電体が設けられていない。よって、図２に示した本装置の天井面では、スロットアンテナ３２の金属面が露出した状態である。スロット内誘電部材３６の端部は、スロット３２ａより処理室側に１ｍｍ〜５ｍｍ程度突出している。これにより、マイクロ波がスロット内誘電部材３６から放出されやすいようになっている。

図１に示したガス供給源４２は、ガスラインＬｉｎと連結している。ガスラインＬｉｎは、図２の天井面に示したように、等間隔に設けられた複数のガス導入管４３に連結している。ガス供給源４２から供給されたガスは、ガスラインＬｉｎを介してそれぞれのガス導入管４３に分流しながら、処理室内に導入される。

冷却水配管４４は、蓋体２０に埋設されていて、本装置の外部に配置された冷媒供給源４５に連結されている。冷媒供給源４５から供給された冷却水は、冷却水配管４４内を循環して冷媒供給源４５に戻ることにより、蓋体２０は、所望の温度に保たれるようになっている。

以上に説明した構成により、ガス供給源４２から供給されたガスは、入射されたマイクロ波の電界エネルギーにより励起し、これにより基板Ｇの上方にプラズマが生成され、基板Ｇ上にプラズマ処理が施される。

（スロットの形状及び位置）
次に、図２〜図５を参照しながら、スロットの形状及び位置について説明する。図２及び図３には、前述したように、４つのスロット３２ａ１〜３２ａ４からなるスロット群３２ａｇが、管内波長λｇ_１／２毎に等間隔に設けられている。

スロットアンテナ３２は、図３に示したように矩形導波管３１の長辺側の面に設けられる。このように矩形導波管３１の長辺側の面にスロット群３２ａｇを形成することにより、矩形導波管３１の本数を少なくすることができる。

矩形導波管の各面に発生する電界Ｅ及び磁界Ｈの分布について図４を参照しながら簡単に説明する。本実施形態では、矩形導波管３１の短辺側の面は天井面に垂直に設置される。矩形導波管３１の短辺側の面では、矩形導波管３１の長手方向に垂直に電界Ｅが生じ、電界Ｅに沿って電流が流れる。

一方、矩形導波管３１の長辺側の面は天井面に平行に設置される。矩形導波管の長辺側の面では、管内波長λｇ／２毎に環状の磁界パターンが発生し、環状の磁界パターンの外側から内側又は内側から外側に電界Ｅが生じ、電界Ｅに沿って電流が流れる。

以上に示した矩形導波管３１の長辺側の面の電界Ｅ及び磁界Ｈの分布に対して、スロット３２ａ１〜３２ａ４は、電界Ｅに対して垂直な位置に形成される。たとえば、図４では、磁場Ｈの同一輪状にてスロットの長手方向が電界Ｅに垂直になるように４つのスロット３２ａ１〜３２ａ４が形成される。

スロット群３２ａｇは、スロット３２ａ１とスロット３２ａ３、スロット３２ａ２とスロット３２ａ４が、２つずつ互いに対向した状態で口型に形成されている。スロット３２ａ１とスロット３２ａ３の長手方向は、矩形導波管３１の長手方向に対して垂直に形成され、スロット３２ａ２とスロット３２ａ４の長手方向は、矩形導波管３１の長手方向に対して平行に形成される。

各スロット群３２ａｇは、スロット３２ａ１〜３２ａ４の４つのスロットから形成され、管内波長λｇ_１／２のピッチで等間隔に配置されている。スロット３２ａ１〜３２ａ４は、隣り合うスロット間の距離がすべて等しい。また、１つのスロット群３２ａｇに含まれる４つのスロット３２ａ１〜３２ａ４は点対称に配置される。

図５の上部図は、図２の３−３断面を示している。図５に示したように、各スロット３２ａ１，スロット３２ａ３の位置では、矩形導波管３１の内部空間に形成されるマイクロ波の定在波の振幅の絶対値が等しい。図５に示されていないスロット３２ａ２，スロット３２ａ４も同様である。これにより、矩形導波管３１を伝送したマイクロ波のうち、各スロット３２ａ１〜３２ａ４から処理室内に供給されるマイクロ波の振幅の絶対値は等しくなる。よって、各スロット３２ａ１〜３２ａ４から供給されたマイクロ波の電界強度はほぼ同じ状態で、金属表面波ＭＳＷ（Ｍｅｔａｌ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅ）となってスロットアンテナ３２の金属面とプラズマとの境界面を伝搬する。伝搬中、均等に配分された電界エネルギーにより均一なプラズマを生成することができる。

（スロット内誘電部材の突出）
図５の上部図に示したスロット内誘電部材３６の突出部分Ｅｘを図５の下部図に拡大して示したように、本実施形態では、スロット内誘電部材３６の一端は、スロットアンテナ３２の下面（すなわち、処理室側に露出したスロットアンテナ３２の金属面）より処理室側に１ｍｍ〜５ｍｍ程度突出している。これにより、マイクロ波がスロット内誘電部材３６から放出されやすいようになっている。

（誘電体部材の面取り）
特に、スロット内誘電部材３６の突出部分は面取りされている。その面取り（Ｃ面：ｃｈａｍｆｅｒ）は、スロット内誘電部材３６の長手方向に沿って形成されている。Ｃ面は、少なくとも処理室の外側に向けて面取りされている部分ＯＣと処理室の内側に向けて面取りされている部分ＩＣとを有する。処理室の外側に向けて面取りされている部分ＯＣの面積は、処理室の内側に向けて面取りされている部分ＩＣの面積より大きく、内側の面取り部ＩＣの短手方向の幅０．２ｍｍに対して外側の面取り部ＯＣの短手方向の幅は５ｍｍである。面取り幅を前記の比率にすることにより、外側の面取り部分ＯＣから出力されるマイクロ波のエネルギーを、内側の面取り部分ＩＣから出力されるマイクロ波のエネルギーの約２倍に分配することができる。そして、以上の寸法に設計すれば、プラズマ密度分布の均一性を図ることができ、均一なプラズマを生成することができる。ことが、発明者の行ったシミュレーション結果によりわかっている。

以上に説明したように、本実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１００によれば、伝送線路を矩形導波管３１のみで構成し、同軸導波管線路を伝送線路に使用しない。よって、マイクロ波は矩形導波管３１の内部空間のみを伝送する。これにより、必要な回路設計は矩形導波管３１の内部空間のみとなり、設計公差が伝送性能に大きく影響せず、また、電極周りをシンプルに構成することができるため、伝送線路の製造、組み立て、メンテナンスにおいて利点がある。また、シンプルな電極構成でありながらマイクロ波のエネルギー配分を適正化し、均一なプラズマを生成することができる。

（マイクロ波の伝搬）

本実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１００では、スロットアンテナ３２の下面に誘電体はなく、スロットアンテナ３２の金属面が天井面に露出している。この場合、矩形導波管３１を伝送されたマイクロ波は、天井面に露出したスロットアンテナ３２の金属表面とプラズマ境界面に沿って伝搬する。伝搬中、マイクロ波の一部は、エバネッセント波としてプラズマに吸収され、プラズマの維持に使われる。

（金属表面波の伝搬と周波数との関係）
プラズマの誘電率は、ε_ｒ′−ｊε_ｒ″で表わされる。プラズマの誘電率には損失成分もあるため、プラズマの誘電率は複素数で表現される。プラズマの誘電率の絶対値ε_ｒ′は通常−１よりも小さい。プラズマの誘電率は、次式（１）で表される。

電子密度ｎ_ｅが次式（２）で表されるカットオフ密度ｎ_ｃより大きい場合、マイクロ波はプラズマ中を伝搬することができず、プラズマに入射されたマイクロ波は急速に減衰する。換言すれば、電子密度ｎ_ｅがカットオフ密度ｎ_ｃより大きい場合、マイクロ波は、プラズマ表面付近で反射され、処理室の内面を表面波として伝搬する。
n_c = ε₀ m_e ω²／e²・・・（２）
ここで、ωは金属表面波の周波数、ν_ｃは電子衝突周波数、ω_ｐｅは次式（３）で表される電子プラズマ周波数である。

ここで、ｅは素電荷、ｎ_ｅはプラズマの電子密度、ε_０は真空中の誘電率、ｍ_ｅは電子の質量である。

式（２）によれば、カットオフ密度ｎ_ｃは、金属表面波の周波数の２乗に比例する。これは、９１５ＭＨｚの周波数のマイクロ波を用いた場合には、２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波を用いた場合に対して電子密度ｎ_ｅが１／７程度でも安定したプラズマが得られることを示す。これにより、低エネルギーでもプラズマが生成され、ダメージの非常に小さいプロセスが可能になり、プロセスウィンドウを広くすることができる。たとえば９１５ＭＨｚの周波数では、表面付近の電子密度が１×１０^１１ｃｍ^−３程度の低密度プラズマでも金属表面波ＭＳＷが処理室の内面を長く伝搬する。

式（１）によれば、周波数を下げるとプラズマの誘電率の実部ε_ｒ′が負に大きくなり、プラズマインピーダンスが小さくなる。従って、プラズマにかかるマイクロ波電界がシースにかかるマイクロ波電界と比較して弱くなり、プラズマ中におけるマイクロ波の損失が小さくなるため、金属表面波ＭＳＷの減衰量が減少する。従って、金属表面波ＭＳＷの減衰量が少ない１〜２ＧＨｚ以下のマイクロ波を供給するとより好ましい。

ただし、各スロット３２ａ１〜３２ａ４から放出されたマイクロ波が処理容器１０の内壁（スロットアンテナ３２の金属面及び処理容器１０の金属側壁）に沿って基板Ｇの周辺まで伝搬してしまうと、処理容器１０内に生成されるプラズマが不均一になりプロセスの均一性が悪化したり、処理容器１０内に基板Ｇを搬入出させる際に開閉されるゲートバルブや、基板Ｇを載置させるサセプタ１１が劣化する等の弊害が生じる。

そこで、天井面を形成するスロットアンテナ３２の外周近傍の金属面には、略矩形状に溝５０が形成されている。溝５０は、処理容器１０の側壁近傍に該側壁から等間隔離れて設けられ、天井面に形成されたスロット３２ａとガス導入管３６の孔とを取り囲んでいる。これにより、溝５０は、金属表面波ＭＳＷの伝搬を抑制する。なお、溝５０は、スロットアンテナ３２の外周近傍の金属面以外の処理容器１０の内面に設けられていてもよい。また、溝５０の替わりに金属の突出を形成することにより金属表面波ＭＳＷの伝搬を抑制してもよいし、誘電体部材の突出を形成することにより金属表面波ＭＳＷの伝搬を抑制してもよい。

（変形例１）
次に、上記実施形態の変形例１について図６を参照しながら説明する。変形例１では、スロット３２ａ１〜３２ａ４の配置のみが上記実施形態と異なり、その他の構成は同じである。よって、ここでは、本変形例１に係る各スロットの配置について主に説明し、その他の構成については省略する。

図６に示したように、本変形例１では、複数のスロット３２ａ１〜３２ａ４の長手方向は、矩形導波管３１の長手方向に対して４５度傾けた位置にて、スロット３２ａ１とスロット３２ａ３、スロット３２ａ２とスロット３２ａ４が、それぞれ互いに対向して口型に形成されている。スロット３２ａ１とスロット３２ａ３の長手方向は、矩形導波管３１の長手方向に対して反時計回りに４５度傾けた位置に形成され、スロット３２ａ２とスロット３２ａ４の長手方向は、矩形導波管３１の長手方向に対して時計回りに４５度傾けた位置に形成される。

スロット３２ａ１及びスロット３２ａ３間の距離と、スロット３２ａ２及びスロット３２ａ４間の距離はすべて等しい。また、スロット３２ａ１〜３２ａ４は、隣り合うスロット間の距離がすべて等しい。１つのスロット群３２ａｇに含まれる４つのスロット３２ａ１〜３２ａ４は、点対称に配置される。スロット群３２ａｇは、管内波長λｇ／２のピッチで形成される。

本変形例１では、スロット３２ａ１〜３２ａ４を矩形導波管３１の長手方向に対して４５度傾けて配置したことにより、各スロット３２ａ１〜３２ａ４から処理室内に供給されるマイクロ波は、円偏波しながら処理室に供給される。円偏波の場合、発生する電磁界は回転しながらスロット３２ａ１〜３２ａ４から漏れ、処理容器１０の内部に伝わる。

これに加えて、本変形例１では、スロット３２ａ１〜３２ａ４は、矩形導波管３１の長手方向に対して４５度傾けて配置される。これにより、天井面を伝搬する金属表面波ＭＳＷは、矩形導波管３１の長手方向に対して斜め４５度の方向に向けて放射状に伝搬する。この結果、この結果、上記スロット内誘電部材３６の面取りの効果も併せて、処理室の天井面の角方向にも金属表面波ＭＳＷが伝搬しやすいため、より均一なプラズマを生成することができる。したがって、均一なプラズマを生成するためには、スロット３２ａ１〜３２ａ４を矩形導波管３１の長手方向に対して４５度傾けた方が、スロット３２ａ１〜３２ａ４を矩形導波管３１の長手方向に対して平行及び垂直に配置するより好ましい。

なお、矩形導波管３１の長手方向に対する複数のスロット３２ａ１〜３２ａ４の傾斜角は、４５度でなくてもよく、スロット３２ａ１とスロット３２ａ３の長手方向は、矩形導波管３１の長手方向に対して反時計回りにα度（０＜α＜９０）傾けた位置に形成され、スロット３２ａ２とスロット３２ａ４の長手方向は、矩形導波管３１の長手方向に対して時計回りにα度（０＜α＜９０）傾けた位置に形成されていればよい。

この場合にも、スロット３２ａ１〜３２ａ４を矩形導波管３１の長手方向に対して任意の角度だけ傾けて配置されているので、各スロット３２ａ１〜３２ａ４から処理室内に供給されるマイクロ波は、円偏波しながら処理室に供給される。

（変形例２）
次に、上記実施形態の変形例２について図７を参照しながら説明する。変形例２では、スロット３２ａの形状及び位置のみが上記実施形態と異なり、その他の構成は同じである。よって、ここでは、本変形例２に係る各スロットの配置について主に説明し、その他の構成については省略する。

本変形例２では、変形例１と同様に複数のスロット３２ａ１〜３２ａ４の長手方向は、矩形導波管３１の長手方向に対して４５度傾けて形成されている。これに加えて、変形例２では、スロット３２ａ１とスロット３２ａ４との間、スロット３２ａ２とスロット３２ａ３との間に矩形導波管３１の長手方向に対して垂直にスロット３２ａ５、３２ａ６が形成されている。また、スロット３２ａ１とスロット３２ａ２との間、スロット３２ａ３とスロット３２ａ４との間に矩形導波管３１の長手方向に対して平行にスロット３２ａ７、３２ａ８が形成されている。

かかる構成により、本変形例２では、各スロット３２ａ１〜３２ａ８から処理室内に供給されるマイクロ波は、金属表面波ＭＳＷとなって、矩形導波管３１の長手方向に対して斜め４５度方向、平行方向、垂直方向に放射状に伝搬する。この結果、処理室の天井面の多方向に向かって金属表面波ＭＳＷが伝搬することにより、より均一なプラズマを生成することができる。

（変形例３）
導波管の長辺側の面（Ｈ面）にスロット群を形成する替わりに、導波管の短辺側の面（Ｅ面）に長方形のスロットを複数形成する。スロットの間隔は管内波長λｇ／２の整数倍の長さになる。

以上に説明したように、上記実施形態及び各変形例に係るマイクロ波プラズマ処理装置１００によれば、２以上のスロットからなるスロット群３２ａｇを管内波長λｇ／２のピッチで点対称に配置することにより、シンプルな電極構成でありながらマイクロ波のエネルギー配分を適正化し、均一なプラズマを生成することができる。

上記実施形態において、各部の動作は互いに関連しており、互いの関連を考慮しながら、一連の動作及び一連の処理として置き換えることができる。これにより、プラズマ処理装置の実施形態を、プラズマ処理装置の給電方法の実施形態とすることができる。

これにより、プラズマ処理が施される処理室に電磁波を供給するプラズマ処理装置の給電方法であって、電磁波源から電磁波を出力するステップと、前記出力された電磁波を矩形導波管に伝送させるステップと、金属のスロットアンテナにおいて前記矩形導波管を伝送する電磁波の管内波長λｇ／２の整数倍毎に等間隔に形成された２以上のスロット群から前記矩形導波管を伝送した電磁波を入射するステップと、前記入射した電磁波を前記処理室の内壁を形成する前記スロットアンテナの金属面に沿って伝搬させるステップと、を含むプラズマ処理装置の給電方法を提供することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

たとえば、上記実施形態及び上記変形例では、４つ又は８つのスロットを含むスロット群の配置を例に挙げて説明したが、本発明に係るプラズマ処理装置に設けられるスロットアンテナには、２^ｎ（ｎは＝１，２，３）個のスロットが管内波長λｇ／２の整数倍のピッチで形成されていてもよい。この場合、前記２^ｎ（ｎ＝１，２，３）個のスロットは、２つずつ対向して形成される。

また、スロット群３２ａｇの管内波長λｇ／２のピッチはこれに限られず、管内波長λｇ／２の整数倍であればよい。特に、スロット群３２ａｇのピッチをλｇの整数倍とすることにより、各スロットから放出されるマイクロ波の位相と振幅を合わせることができ、各スロットから供給されるマイクロ波の電界エネルギーをより均等に配分することができる。

本発明に係るマイクロ波源４０から出力されるマイクロ波は、８９６ＭＨｚ、９１５ＭＨｚ、９２２ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚ等であってもよい。また、マイクロ波源４０は、プラズマを励起するための電磁波を出力する電磁波源の一例であり、１００ＭＨｚ以上の電磁波を出力する電磁波源であれば、マグネトロンや高周波電源も含まれる。

上記実施形態では、スロット内誘電部材の突出部分をＣ面に面取りしたり、傾斜面を設けたり、段差や凹凸を形成したりしたが、本発明に係るスロット内誘電部材の突出部分の形状は、これらの任意の組合せであってもよい。また、これらの組合せに加えて、本発明に係るスロット内誘電部材の突出部分に曲面を設けたり、シリンダ状に穴を設けたり、溝を設けたりしてもよい。また、本発明に係るスロット内郵電部材の突出部分の面取りは、処理室の外側に向かう角部及び処理室の内側に向かう角部だけでなく、その他の角部が面取りされていてもよい。

また、本発明に係るスロット内誘電部材とスロットアンテナは、スロット内誘電部材とスロットアンテナとを一体焼成する替わりに、スロット内誘電部材とスロットアンテナとの接触面にＯリング等の封止材を設けることにより、処理室内の気密を保持するようにしてもよい。

さらに、本発明では、スロット内部にスロット内誘電部材を設けた方が、マイクロ波の電界強度をコントロールできて好ましいが、必ずしもスロット内部にスロット内誘電部材を設けなくてもよい。

本発明に係るプラズマ処理装置は、上記実施形態に示した矩形状のマイクロ波プラズマ処理装置に限られず、スロットを用いて給電するプラズマ処理装置に用いることができる。たとえば、円筒状のＲＬＳＡプラズマ処理装置の場合、天井面に円盤状の誘電体窓を設ける必要はなく、誘電体窓のないラジアルラインスロットアンテナ（Ｒａｄｉａｌ Ｌｉｎｅ Ｓｌｏｔ Ａｎｔｅｎｎａ）を伝送したマイクロ波は、金属表面波となって天井の内壁を形成する金属面を伝搬する。

なお、基板Ｇ（ガラス基板）のサイズは、７２０ｍｍ×７２０ｍｍ以上であればよく、たとえば、Ｇ３基板サイズで７２０ｍｍ×７２０ｍｍ（チャンバ内の寸法：４００ｍｍ×５００ｍｍ）、Ｇ４．５基板サイズで７３０ｍｍ×９２０ｍｍ（チャンバ内の寸法：１０００ｍｍ×１１９０ｍｍ）、Ｇ５基板サイズで１１００ｍｍ×１３００ｍｍ（チャンバ内の寸法：１４７０ｍｍ×１５９０ｍｍ）である。上記大きさの処理室内に１〜８Ｗ／ｃｍ^２のパワーのマイクロ波が供給される。

１００ マイクロ波プラズマ処理装置
１０ 処理容器
２０ 蓋体
３１ 矩形導波管
３２ スロットアンテナ
３２ａ，３２ａ１〜３２ａ８ スロット
３６ スロット内誘電部材
４０ マイクロ波源
４３ ガス導入管
５０ 溝
ＭＳＷ 金属表面波

Claims (15)

1. 電磁波のエネルギーによりガスを励起させてプラズマを生成し、処理室内にて被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
   電磁波を出力する電磁波源と、
   前記電磁波源から出力された電磁波を伝送させる矩形導波管と、
   前記矩形導波管に隣接して設けられ、２以上のスロットを含むスロット群が前記矩形導波管を伝送する電磁波の管内波長λｇ／２の整数倍毎に等間隔に形成された金属のスロットアンテナと、を備え、
   前記矩形導波管を伝送した電磁波を前記等間隔に形成されたスロット群から前記処理室内に供給し、前記処理室の内壁を形成する前記スロットアンテナの金属面に沿って伝搬させるプラズマ処理装置。
2. 前記スロットアンテナは、前記矩形導波管の長辺側の面に設けられる請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記スロットアンテナには、２^ｎ（ｎ＝１，２，３）個のスロットを含むスロット群が前記管内波長λｇ／２の整数倍のピッチで形成される請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記スロット群では、スロットが点対称に配置される請求項３に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記スロット群では、スロットが２つずつ対向して配置される請求項３又は請求項４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
6. 前記複数のスロット群の各スロットの長手方向は、前記矩形導波管の長手方向に対して平行又は垂直である請求項１〜５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記複数のスロット群の各スロットの長手方向は、前記矩形導波管の長手方向に対して任意の角度だけ傾けて形成される請求項１〜５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記スロット群では、対向するスロット間の距離がすべて等しい請求項５〜７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記スロット群では、隣り合うスロット間の距離がすべて等しい請求項３〜８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
10. 前記スロット群の各スロットの内部をそれぞれ閉塞する２以上のスロット内誘電部材をさらに備える請求項１〜９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
11. 前記スロット内誘電部材の一端は、前記スロットアンテナの金属面より前記処理室側に突出している請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
12. 前記スロット内誘電部材の突出部分は、面取りされている請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
13. 前記スロット内誘電部材の突出部分は、少なくとも前記処理室の外側に向けて面取りされている部分と前記処理室の内側に向けて面取りされている部分とを有する請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
14. 前記処理室の外側に向けて面取りされている部分の面積は、前記処理室の内側に向けて面取りされている部分の面積より大きい請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
    プラズマ処理装置。
15. プラズマ処理が施される処理室に電磁波を供給するプラズマ処理装置の給電方法であって、
    電磁波源から電磁波を出力するステップと、
    前記出力された電磁波を矩形導波管に伝送させるステップと、
    金属のスロットアンテナにおいて前記矩形導波管を伝送する電磁波の管内波長λｇ／２の整数倍毎に等間隔に形成された２以上のスロットを含むスロット群から前記矩形導波管を伝送した電磁波を入射するステップと、
    前記入射した電磁波を前記処理室の内壁を形成する前記スロットアンテナの金属面に沿って伝搬させるステップと、を含むプラズマ処理装置の給電方法。