JP2019160519A - アンテナ装置、および、プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】誘電体窓の表面に窪みを設けることなく比較的に高密度のプラズマを局所的に生成する電磁波を処理容器内に導入し得るアンテナ装置を提供する。【解決手段】一実施形態に係るアンテナ装置は、電磁波を放射する。このアンテナ装置において、誘電体窓は前記第１導波管の下壁に接しており第１導波管は誘電体窓と第２導波管との間に設けられており第２導波管の管軸に交差する方向に延びており、第１導波管内の分散部は電磁波を第１導波管内において分散し、同軸変換部は分散部によって分散された電磁波の進行を誘電体窓の側に向け、誘電体窓の表面は凹凸を有してない。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、アンテナ装置に関するものである。

成膜、エッチング等を半導体ウエハに行うプラズマ処理装置は、ＲＬＳＡ（Radial Line Slot Antenna）等の各種のアンテナを用いて、ウエハが収容された処理容器内にプラズマを発生させ得る（特許文献１〜特許文献７）。特許文献１には、同軸管を用いたマイクロ波の伝送線路を提供することを目的とした技術が開示されている。

特許文献２には、処理ガス導入部の効率化とプラズマ密度分布の均一性および制御性の向上とを実現し得る高密度および低電子温度のプラズマ生成に係る技術が開示されている。特許文献３には、基板表面処理量の面内均一性の改善を実現し得るアンテナ、誘電体窓、プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に係る技術が開示されている。

特許文献４には、低温ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法によって形成された窒化珪素膜のエッチング耐性を向上させ得る技術が開示されている。特許文献５には、投入パワーに対する放射電界強度を向上させてプラズマ安定性を改善し得るアンテナおよびプラズマ処理装置に係る技術が開示されている。

特許文献６には、円偏波給電を行なうプラズマ処理装置の動作の安定化と連続稼動時間の増加とを実現し得る技術が開示されている。特許文献７には、プラズマの面内均一性を改善可能な誘電体窓、アンテナおよびプラズマ処理装置に係る技術が開示されている。

再表２００８−１５３０５３号公報 特開２００８−２５１６６０号公報 特開２０１３−１６４４３号公報 特開２０１２−２１６６３１号公報 特開２０１４−０７５２３４号公報 特開２００３−１８８１５２号公報 特開２０１５−１３０３２５号公報

比較的に高密度のプラズマを局所的に生成する場合には、プラズマ処理装置の処理容器内にマイクロ波等の電磁波を導入する誘電体窓の表面に電磁波を収集し得る複数の窪みを設けることがある。これにより、窪みの内側に強電界が形成されることによって、効果的に局所的なプラズマが生成可能となる。しかし、誘電体窓の表面に窪み等の凹凸が設けられていると、誘電体窓お表面に対しコーティング膜等を設ける場合には、誘電体窓の表面において均一にコーティング膜等を形成することが窪み等の凹凸の存在によって困難となり得る。また、窪みの内側に高密度なプラズマが生成されるため、特に凹凸の角部のコーティング膜がプラズマによって削られやすい。したがって、誘電体窓の表面に窪みを設けることなく、比較的に高密度のプラズマを局所的に生成する電磁波を処理容器内に導入し得るアンテナ装置が望まれている。

一態様においては、電磁波を放射するアンテナ装置が開示されている。このアンテナ装置は、第１導波管、第２導波管、第３導波管、誘電体窓ＤＬ、第１内側導体を備えており、第２導波管は、第１導波管の上壁に接続されており、第１導波管に連通しており、誘電体窓は、前記第１導波管の下壁に接しており、第１導波管は、誘電体窓と第２導波管との間に設けられており、第２導波管の管軸に交差する方向に延びており、分散部、同軸変換部を備えており、第１内側導体は、第１導波管内から第３導波管内に亘って管軸の方向に沿って延びており、第１内側導体の第１端は、第３導波管の開口端を介して誘電体窓に接しており、第１内側導体の第２端は、上壁に接しており、分散部は、第１導波管内において管軸上且つ下壁上に配置されており、第２導波管によって管軸に沿って導波された電磁波を第１導波管内において管軸に交差する方向に分散し、同軸変換部は、第１導波管内において第１内側導体に含まれており、分散部によって分散され第１内側導体に至った電磁波の進行を誘電体窓の側に向け、第３導波管は、誘電体窓の側において下壁に接続されており、第１導波管に連通しており、開口端は、誘電体窓に接続されており、誘電体窓は、第１導波管に接している裏面と、裏面の反対側に配置されている表面とを備えており、表面は、管軸に交差する方向に延在し、凹凸を有さない。

上記の構成によれば、分散部、同軸変換部、第１内側導体によって電磁波が誘電体窓の平坦な表面から局所的に放射し得る。

一実施形態では、開口端から上壁までの第１内側導体の長さは、予め設定された基準長の奇数倍の値であり、基準長は、第２導波管に導入され第２導波管内を伝搬する電磁波の波長の１／４の値である。従って、比較的に高い強度の電磁波が開口端から放射され得る。

表面は、平坦な形状、裏面から離れる向きに突出しており凹凸を有さない形状、および、裏面に向かう方向に窪んでおり凹凸を有さない形状の何れかの形状を有し得る。または、表面は、裏面から離れる向きに突出しており凹凸を有さない曲面形状、および、裏面に向かう方向に窪んでおり凹凸を有さない曲面形状の何れかの形状を有し得る。このような表面の種々の形状の何れにおいても、表面のうち第３導波管の開口端に対向する箇所には、凹凸が設けられていない。

一実施形態では、第２内側導体を更に備えており、第２内側導体は、管軸上に配置されており、第２導波管内から第１導波管内に亘って延在している。このように、第２導波管内において第２導波管の管軸上に第２内側導体が配置されているので、第２導波管内において電磁波の導波が良好に行える。

一実施形態では、第２内側導体の内部には、外部のガス供給システムに接続されるガスラインが設けられており、ガスラインは、第２内側導体および誘電体窓を貫通し、表面上の空間に連通している。このように、ガスラインによって、誘電体窓の表面から表面上の空間Ｓｐ内への好適なガスの供給が可能となる。

一実施形態では、第１内側導体の内部には、外部のチラーユニットに接続される冷媒管が設けられている。このように、チラーユニットから冷媒管を介して第１内側導体に供給（循環）される冷媒によって、同軸変換部を含む第１内側導体が好適な温度に至るまで冷却され得ることが可能となる。第１内側導体および同軸変換部に電磁波が伝搬される際、第１内側導体および同軸変換部が加熱されても、第１内側導体および同軸変換部の温度を一定に保つことが可能となるので、同軸変換部における電磁波の進行方向の変換、および、内側導体に沿った電磁波の導波が、安定して良好に実現され得る。

一実施形態では、下壁の内部または下壁と誘電体窓との間には、外部のヒータ電源に接続されるヒータが設けられている。このように、ヒータによって、分配導波管等の各導波管の温度および誘電体窓の温度を好適な温度に至るまで昇温することができる。プラズマが生成されるとプラズマからの入熱によって、誘電体窓の温度と分配導波管等の各導波管の温度とが上昇するが、予めヒータによって加熱されることによって、プラズマ生成前と生成中における各導波管の温度変化が低減され得るので、分配導波管等の各導波管内における電磁波の導波が良好に行われ、安定したプラズマが生成できる。

一実施形態では、誘電体窓の平坦な表面には、保護膜が設けられている。このように、保護膜が平坦な表面に設けられるので、保護膜は、表面に亘って、均一な膜厚でコンフォーマルに容易に形成され得る。

一実施形態では、誘電体窓において、裏面と表面との間の距離は、開口端と表面との間の距離よりも長い場合があり得る。この場合、誘電体窓は、裏面において、第３導波管を収容する凹部を備えている。

一実施形態では、誘電体窓において、裏面と表面との間の距離は、開口端と表面との間の距離と同程度（同等）であり得る。この場合、下壁の厚みは上壁の厚みと同程度（同等）である、または、下壁の厚みは上壁の厚みよりも厚い。

以上説明したように、誘電体窓の表面に窪みを設けることなく、比較的に高密度のプラズマを局所的に生成する電磁波を処理容器内に導入し得るアンテナ装置が提供される。

図１は、一実施形態に係るアンテナ装置の構成を概略的に例示する断面図である。 図２は、図１に示すアンテナ装置の構成を説明するための図である。 図３は、図１に示すアンテナ装置の内側導体の位置を例示する図である。 図４は、図１に示すアンテナ装置が用いられているプラズマ処理装置の構成を概略的に例示する断面図である。 図５は、一実施形態に係るアンテナ装置の他の構成を概略的に例示する断面図である。 図６は、一実施形態に係るアンテナ装置の他の構成を概略的に例示する断面図である。 図７は、一実施形態に係るアンテナ装置の他の構成を概略的に例示する断面図である。 図８は、一実施形態に係るアンテナ装置の他の構成を概略的に例示する断面図である。 図９は、一実施形態に係るアンテナ装置の他の構成を概略的に例示する断面図である。 図１０は、誘電体窓の表面の形状のバリエーションを例示する図であり、（ａ）部、（ｂ）部、（ｃ）部を備え、（ａ）部には誘電体窓の断面が示され、（ｂ）には裏面側から見た誘電体窓が示され、（ｃ）部には表面側から見た誘電体窓が示されている。 図１１は、誘電体窓の表面の形状のバリエーションを例示する図であり、（ａ）部、（ｂ）部、（ｃ）部を備え、（ａ）部には誘電体窓の断面が示され、（ｂ）には裏面側から見た誘電体窓が示され、（ｃ）部には表面側から見た誘電体窓が示されている。 図１２は、誘電体窓の表面の形状のバリエーションを例示する図であり、（ａ）部、（ｂ）部、（ｃ）部を備え、（ａ）部には誘電体窓の断面が示され、（ｂ）には裏面側から見た誘電体窓が示され、（ｃ）部には表面側から見た誘電体窓が示されている。 図１３は、誘電体窓の表面の形状のバリエーションを例示する図であり、（ａ）部、（ｂ）部、（ｃ）部を備え、（ａ）部には誘電体窓の断面が示され、（ｂ）には裏面側から見た誘電体窓が示され、（ｃ）部には表面側から見た誘電体窓が示されている。 図１４は、誘電体窓の表面の形状のバリエーションを例示する図であり、（ａ）部、（ｂ）部、（ｃ）部を備え、（ａ）部には誘電体窓の断面が示され、（ｂ）には裏面側から見た誘電体窓が示され、（ｃ）部には表面側から見た誘電体窓が示されている。

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一または相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

（第１の実施形態）
図１〜図３を参照して、一実施形態に係るアンテナ装置ＭＷＳについて説明する。図１は、一実施形態に係るアンテナ装置ＭＷＳの構成を概略的に例示する断面図である。図２は、図１に示すアンテナ装置ＭＷＳの構成を説明するための図である。図３は、図１に示すアンテナ装置ＭＷＳの内側導体ＣＢ１の位置を例示する図である。

図１に示すように、アンテナ装置ＭＷＳは、放電領域ＤＣＥ等に電磁波を放射する。アンテナ装置ＭＷＳが放射する電磁波は、後述する図４に示す電磁波生成システム３８から供給され、例えばＴＥ１０ｍｏｄｅの電磁波（マイクロ波）であり得る。

アンテナ装置ＭＷＳは、分配導波管ＭＰ１（第１導波管）、同軸導波管ＭＣ２（第２導波管）、同軸導波管ＭＣ１（第３導波管）、誘電体窓ＤＬ、内側導体ＣＢ１（第１内側導体）を備えている。分配導波管ＭＰ１、同軸導波管ＭＣ２、同軸導波管ＭＣ１、内側導体ＣＢ１のそれぞれの材料は、何れも導電性を有する金属を含む。

分配導波管ＭＰ１は、誘電体窓ＤＬと同軸導波管ＭＣ２との間に設けられている。分配導波管ＭＰ１は、同軸導波管ＭＣ２の管軸ＴＡに交差する方向に延びている。分配導波管ＭＰ１は、上壁ＵＷと下壁ＬＷと側壁ＳＷとを備える。

上壁ＵＷと下壁ＬＷとは、互いに対向している。側壁ＳＷは、上壁ＵＷの縁と下壁ＬＷの縁とを接続している。分配導波管ＭＰ１の管内空間ＳＰ１は、上壁ＵＷと下壁ＬＷと側壁ＳＷとによって画定されている。

分配導波管ＭＰ１は、分散部ＤＥを備えている。分散部ＤＥは、分配導波管ＭＰ１内において同軸導波管ＭＣ２の管軸ＴＡ上且つ下壁ＬＷ上に配置されている。分散部ＤＥは、同軸導波管ＭＣ２によって管軸ＴＡに沿って導波された電磁波を、分配導波管ＭＰ１内において管軸ＴＡに交差する方向に分散し得る。より具体的に、分散部ＤＥは、図２に示すように、同軸導波管ＭＣ２によって管軸ＴＡに沿って導波された電磁波の進行方向ＷＭｂを、分配導波管ＭＰ１内において管軸ＴＡに交差する進行方向ＷＭｃ（分散部ＤＥから内側導体ＣＢ１、分配導波管ＭＰ１の側壁ＳＷに向かう方向）に変える。

分散部ＤＥは、金属製の部分を含み、この部分は、例えば円錐（または円錐台）等の形状を備えている。分散部ＤＥは、後述の内側導体ＣＢ２に含まれ得る。

同軸導波管ＭＣ１は、誘電体窓ＤＬの側において下壁ＬＷに接続されている。同軸導波管ＭＣ１は、分配導波管ＭＰ１に連通している。より具体的に、同軸導波管ＭＣ１の管内空間ＳＰ２は、分配導波管ＭＰ１の管内空間ＳＰ１に連通している。同軸導波管ＭＣ１は、開口端ＥＤを備える。開口端ＥＤは、誘電体窓ＤＬに接続されている。

内側導体ＣＢ１は、分配導波管ＭＰ１内から同軸導波管ＭＣ１内に亘って管軸ＴＡの方向に沿って延びている。内側導体ＣＢ１は、端ＥＧ１（第１端）、端ＥＧ２（第２端）を備える。端ＥＧ１は、開口端ＥＤを介して誘電体窓ＤＬに接している。端ＥＧ２は、上壁ＵＷに接している。

分配導波管ＭＰ１は、同軸変換部ＣＰ１を備えている。同軸変換部ＣＰ１は、分配導波管ＭＰ１内において内側導体ＣＢ１に含まれている。同軸変換部ＣＰ１は、分散部ＤＥによって分散され内側導体ＣＢ１に至った電磁波の進行を、誘電体窓ＤＬの側に向け得る。より具体的に、同軸変換部ＣＰ１は、図２に示すように、分散部ＤＥによって分散され内側導体ＣＢ１に至った電磁波の進行方向ＷＭｃを、内側導体ＣＢ１に沿って同軸導波管ＭＣ１の開口端ＥＤに向かう進行方向ＷＭｄに変える。

同軸導波管ＭＣ２は、分配導波管ＭＰ１の上壁ＵＷに接続されている。同軸導波管ＭＣ２は、分配導波管ＭＰ１に連通している。より具体的に、同軸導波管ＭＣ２の管内空間ＳＰ３は、分配導波管ＭＰ１の管内空間ＳＰ１に連通している。

同軸導波管ＭＣ２は、仮想的に管軸ＴＡを備えている。管軸ＴＡは、同軸導波管ＭＣ２の断面の概ね中心を通る。同軸導波管ＭＣ２は、管軸ＴＡに沿って延びている。

誘電体窓ＤＬは、分配導波管ＭＰ１の下壁ＬＷに接している。誘電体窓ＤＬは、同軸導波管ＭＣ２の管軸ＴＡに交差する方向に、分配導波管ＭＰ１に沿って延びている。誘電体窓ＤＬの材料は、例えば石英（ＳｉＯ_２）、セラミック（Ａｌ_２Ｏ_３）であり得る。

誘電体窓ＤＬは、表面ＦＣ１、裏面ＦＣ２を備える。表面ＦＣ１は、裏面ＦＣ２の反対側に配置されている。裏面ＦＣ２は、分配導波管ＭＰ１に接している。表面ＦＣ１は、管軸ＴＡに交差する方向に延在している。表面ＦＣ１は、平坦な形状を備えている。表面ＦＣ１には、電磁波を局所化するような構成、例えば、窪み（ディンプル）等の構成は、設けられていない。

開口端ＥＤから上壁ＵＷまでの内側導体ＣＢ１の長さＬｃｂは、予め設定された基準長の奇数倍の値である。当該基準長は、同軸導波管ＭＣ２に導入され、同軸導波管ＭＣ２を伝搬する電磁波の波長の１／４の値であり得る。例えば、当該電磁波の波長をλｇとし、ｎを１以上の整数とすると、Ｌｃｂ＝（λｇ／４）×（２×ｎ＋１）となる。

誘電体窓ＤＬにおいて裏面ＦＣ２と表面ＦＣ１との間の距離（誘電体窓ＤＬの厚みＴＨ１）が開口端ＥＤと表面ＦＣ１との間の距離（誘電体窓ＤＬのうち同軸導波管ＭＣ１に接している部分の厚みＴＨ２）よりも長い（ＴＨ１＞ＴＨ２）、または、誘電体窓ＤＬにおいて裏面ＦＣ２と表面ＦＣ１との間の距離（厚みＴＨ１）が開口端ＥＤと表面ＦＣ１との間の距離（厚みＴＨ２）と同程度（ＴＨ１＝ＴＨ２）である。ＴＨ１＞ＴＨ２の場合、誘電体窓ＤＬは、裏面ＦＣ２において、同軸導波管ＭＣ１を収容する凹部ＤＰを備えている。または、ＴＨ１＝ＴＨ２の場合、下壁ＬＷの厚みＴＨ３が上壁ＵＷの厚みと同程度ある、または、下壁ＬＷの厚みＴＨ３が上壁ＵＷの厚みよりも厚い。

アンテナ装置ＭＷＳは、内側導体ＣＢ２（第２内側導体）を更に備えている。内側導体ＣＢ２は、同軸導波管ＭＣ２の管軸ＴＡ上に配置されており、同軸導波管ＭＣ２内から分配導波管ＭＰ１内に亘って延在している。内側導体ＣＢ２は、同軸導波管ＭＣ２の断面からみて、同軸導波管ＭＣ２の概ね中心に配置されている。内側導体ＣＢ２の材料は、導電性を有する金属を含む。内側導体ＣＢ２の材料は、例えば、銀メッキが施されたアルミニウムが用いられ得るが、最表面の表皮深度（skin depth）より厚い箇所には低抵抗材料が用いられ得る。

内側導体ＣＢ２は、分散部ＤＥを含む。すなわち、内側導体ＣＢ２は、分配導波管ＭＰ１の下壁ＬＷに接続されている。内側導体ＣＢ２は、下壁ＬＷから下壁ＬＷの上方に向けて延びており、同軸導波管ＭＣ２を貫通している。

同軸導波管ＭＣ２上には、導入導波管ＭＰ２が設けられている。導入導波管ＭＰ２は、同軸導波管ＭＣ２の端部に接続されており、同軸導波管ＭＣ２に連通している。より具体的に、導入導波管ＭＰ２の管内空間ＳＰ４は、同軸導波管ＭＣ２の管内空間ＳＰ３に連通している。

内側導体ＣＢ２は、導入導波管ＭＰ２の内壁に接続されている。内側導体ＣＢ２は、導入導波管ＭＰ２の内壁から当該内壁上を同軸導波管ＭＣ２に向けて延びている。内側導体ＣＢ２は、さらに、同軸導波管ＭＣ２内を同軸導波管ＭＣ２の管軸ＴＡに沿って延びて同軸導波管ＭＣ２を貫通している。内側導体ＣＢ２は、分配導波管ＭＰ１の下壁ＬＷに接続される。

導入導波管ＭＰ２は、同軸変換部ＣＰ２を備えている。同軸変換部ＣＰ２は、導入導波管ＭＰ２内において内側導体ＣＢ２に含まれている。同軸変換部ＣＰ２は、電磁波生成システム３８からの電磁波の進行を同軸導波管ＭＣ２の管軸ＴＡに沿う方向に向け得る。より具体的に、同軸変換部ＣＰ２は、図２に示すように、電磁波の進行方向ＷＭａを、管軸ＴＡに沿った進行方向ＷＭｂに変える。

一実施形態において、分配導波管ＭＰ１および誘電体窓ＤＬのそれぞれの平面形状（同軸導波管ＭＣ２の管軸ＴＡの方向からみた分配導波管ＭＰ１および誘電体窓ＤＬのそれぞれの形状）は、概ね円形であり得る。アンテナ装置ＭＷＳは、一実施形態において、複数の同軸導波管ＭＣ１、複数の内側導体ＣＢ１を備える。複数の同軸導波管ＭＣ１、複数の内側導体ＣＢ１は、図３に示すように、誘電体窓ＤＬの表面ＦＣ１の側から見て、仮想ラインＣＬ上に、概ね等間隔に配置されている。仮想ラインＣＬは、同軸導波管ＭＣ２の管軸ＴＡを中心とした同心円である。

分配導波管ＭＰ１の側壁ＳＷから同軸導波管ＭＣ１の管軸ＴＡ１（換言すれば、内側導体ＣＢ１の中心軸）までの距離Ｌ１は、予め設定された基準長である。当該基準長は、同軸導波管ＭＣ２に導入され、同軸導波管ＭＣ２内を伝搬する電磁波の波長の１／４の値であり得る。例えば、当該電磁波の波長をλｇとすると、距離Ｌ１＝λｇ／４となる。これによって側壁ＳＷに節が形成される定在波の腹の位置に同軸導波管ＭＣ１の管軸ＴＡ１（内側導体ＣＢ１の中心軸）が配置されているので、効率的に同軸変換が可能となる。

次に、図４を参照して、図１に示すアンテナ装置ＭＷＳが設けられているプラズマ処理装置１００の構成を説明する。

プラズマ処理装置１００は、主要な構成として、気密に構成された処理容器１２と、処理容器１２内にガスを供給するガス供給システムＧＡと、排気装置５６を備え処理容器１２内を減圧排気するための排気装置と、電磁波（マイクロ波）を生成する電磁波生成システム３８と、処理容器１２の上部に設けられ処理容器１２内に電磁波生成システム３８によって生成された電磁波を導入するアンテナ装置ＭＷＳとを備える。

プラズマ処理装置１００は、上記したガス供給システムＧＡと排気装置とアンテナ装置ＭＷＳとを含むプラズマ処理装置１００の各構成部を制御する制御部５０を備えている。

電磁波生成システム３８は、例えばＴＥ１０ｍｏｄｅの電磁波（マイクロ波）を生成し、当該電磁波をアンテナ装置ＭＷＳに供給する。

処理容器１２は、接地された略円筒状の容器である。処理容器１２は、角筒形状の容器により形成してもよい。処理容器１２は、アルミニウム等の金属、または、アルミニウム等の金属の合金を有する底壁１ａと側壁１ｂとを有している。

処理容器１２の側壁１ｂには、プラズマ処理装置１００とプラズマ処理装置１００に隣接する真空側搬送室（図示せず）との間においてウエハＷの搬入出を行うための搬入出口１６と、搬入出口１６を開閉するゲートバルブＧ１とが設けられている。

以上のような構成のアンテナ装置ＭＷＳにより、電磁波生成システム３８で発生したマイクロ波が導入導波管ＭＰ２、分配導波管ＭＰ１、内側導体ＣＢ１、誘電体窓ＤＬ等を介して処理容器１２内に導入されるようになっている。なお、マイクロ波の周波数としては、例えばＴＥ１０ＭＯＤＥのマイクロ波が用いられ得る。

処理容器１２は、ウエハＷにプラズマ処理を行うための空間Ｓｐを画成している。処理容器１２は、側壁１ｂ、および、底壁１ａを含み得る。側壁１ｂは、管軸ＴＡ方向（すなわち、管軸ＴＡの延在方向）に延在する略筒形状を有している。底壁１ａは、側壁１ｂの下端側に設けられている。底壁１ａには、排気用の排気孔１２ｈが設けられている。側壁１ｂの上端部は開口している。側壁１ｂの上端部開口は、誘電体窓ＤＬによって閉じられている。

プラズマ処理装置１００は、導管４２を更に備えている。導管４２は、ステージ１４と誘電体窓ＤＬとの間において、管軸ＴＡの周囲からガスを空間Ｓｐに供給する。導管４２は、誘電体窓ＤＬとステージ１４との間において管軸ＴＡを中心に環状に延在している。導管４２には、複数のガス供給孔４２ｂが形成されている。複数のガス供給孔４２ｂは、環状に配列されており、管軸ＴＡに向けて開口しており、導管４２に供給されたガスを管軸ＴＡに向けて供給する。導管４２は、導管４６を介して、ガス供給部Ｇ５、ガス供給部Ｇ６、ガス供給部Ｇ７、ガス供給部Ｇ８に接続されている。

ガス供給システムＧＡは、ガス供給部Ｇ５、ガス供給部Ｇ６、ガス供給部Ｇ７、ガス供給部Ｇ８を備える。ガス供給部Ｇ５は、予め設定された処理ガスを導管４２に供給する。ガス供給部Ｇ５は、ガス源Ｇ５ａ、弁Ｇ５ｂ、および流量制御器Ｇ５ｃを含み得る。ガス供給部Ｇ６は、予め設定された処理ガスを導管４２に供給する。ガス供給部Ｇ６は、ガス源Ｇ６ａ、弁Ｇ６ｂ、および流量制御器Ｇ６ｃを含み得る。ガス供給部Ｇ７は、予め設定された処理ガスを導管４２に供給する。ガス供給部Ｇ７は、ガス源Ｇ７ａ、弁Ｇ７ｂ、および流量制御器Ｇ７ｃを含み得る。ガス供給部Ｇ８は、予め設定された処理ガスを導管４２に供給する。ガス供給部Ｇ８は、ガス源Ｇ８ａ、弁Ｇ８ｂ、および流量制御器Ｇ８ｃを含み得る。

ステージ１４は、管軸ＴＡ方向において誘電体窓ＤＬと対面するように設けられている。このステージ１４は、誘電体窓ＤＬと当該ステージ１４との間に空間Ｓｐを挟むように設けられている。ステージ１４上には、ウエハＷが載置される。ステージ１４は、台１４ａ、静電チャック１５、および、フォーカスリング１７を含み得る。

台１４ａは、筒状支持部４８によって支持されている。筒状支持部４８は、絶縁性の材料を有しており、底壁１ａから垂直上方に延びている。筒状支持部４８の外周には、導電性の筒状支持部５３が設けられている。筒状支持部５３は、筒状支持部４８の外周に沿って処理容器１２の底壁１ａから垂直上方に延びている。筒状支持部５３と側壁１ｂとの間には、環状の排気路５５が形成されている。

排気路５５の上部には、複数の貫通孔が設けられた環状のバッフル板５２が取り付けられている。排気孔１２ｈの下部には、排気管５４を介して排気装置５６が接続されている。排気装置５６は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有している。排気装置５６により、処理容器１２内の空間Ｓｐを所望の真空度まで減圧することができる。

台１４ａは、高周波電極を兼ねている。台１４ａには、マッチングユニット６０および給電棒６２を介して、ＲＦバイアス用の高周波電源５８が電気的に接続されている。高周波電源５８は、ウエハＷに引き込むイオンのエネルギーを制御するのに適した一定の周波数、例えば、１３．６５[ＭＨｚ]の高周波電力を所定のパワーで出力する。マッチングユニット６０は、高周波電源５８側のインピーダンスと、主に電極、プラズマ、処理容器１２といった負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合器を収容している。この整合器の中に自己バイアス生成用のブロッキングコンデンサが含まれている。

台１４ａの上面には、ウエハＷを保持するための保持部材である静電チャック１５が設けられている。静電チャック１５は、ウエハＷを静電吸着力で保持する。静電チャック１５の径方向外側には、ウエハＷの周囲および静電チャック１５の周囲を環状に囲むフォーカスリング１７が設けられている。

静電チャック１５は、電極１５ｄ、絶縁膜１５ｅ、および、絶縁膜１５ｆを含んでいる。電極１５ｄは、導電膜によって構成されており、絶縁膜１５ｅと絶縁膜１５ｆとの間に設けられている。電極１５ｄには、スイッチ６６および被覆線６８を介して高圧の直流電源６４が電気的に接続されている。静電チャック１５は、直流電源６４から印加される直流電圧により発生するクーロン力によって、ウエハＷを保持することができる。

台１４ａの内部には、周方向に延びる環状の冷媒室１４ｇが設けられている。冷媒室１４ｇには、チラーユニットから、配管７０、配管７２を介して所定の温度の冷媒、例えば、冷却水が循環供給される。この冷媒の温度によって静電チャック１５上のウエハＷの処理温度を制御できる。プラズマ処理装置１００では、伝熱ガス、例えば、Ｈｅガスがガス供給管７４を介して静電チャック１５の上面とウエハＷの裏面との間に供給される。

以上説明したように、第１の実施形態においては、分散部ＤＥ、同軸変換部ＣＰ１、内側導体ＣＢ１によって電磁波が誘電体窓ＤＬの平坦な表面ＦＣ１から、図１に示す放電領域ＤＣＥ等のように局所的に放射し得る。

また、開口端ＥＤから上壁ＵＷまでの内側導体ＣＢ１の長さＬｃｂは、予め設定された基準長の奇数倍の値であり、基準長は、同軸導波管ＭＣ２に導入され、同軸導波管ＭＣ２内を伝搬する電磁波の波長の１／４の値である。従って、比較的に高い強度の電磁波が開口端ＥＤから放射され得る。

また、同軸導波管ＭＣ２内において管軸ＴＡ上に内側導体ＣＢ２が配置されているので、同軸導波管ＭＣ２内において電磁波の導波が良好に行える。

（第２の実施形態）
図５を参照して、一実施形態に係るアンテナ装置ＭＷＳの他の構成について説明する。図５は、一実施形態に係るアンテナ装置ＭＷＳの他の構成を概略的に例示する断面図である。図５に示すアンテナ装置ＭＷＳは、図１に示すアンテナ装置ＭＷＳに対し、ガスライン２０ａおよびチョーク構造ＣＨが加えられた構成を備える。内側導体ＣＢ２の内部には、外部のガス供給システムＧＡに接続されるガスライン２０ａが設けられている。ガスライン２０ａは、内側導体ＣＢ２および誘電体窓ＤＬを貫通し、表面ＦＣ１上の空間Ｓｐに連通している。ガスライン２０ａは、同軸変換部ＣＰ２から内側導体ＣＢ２を貫通して誘電体窓ＤＬに至り、さらに、誘電体窓ＤＬを貫通して誘電体窓ＤＬの表面ＦＣ１に至る。ガス供給システムＧＡから供給されるガスは、ガスライン２０ａを介して、誘電体窓ＤＬの表面ＦＣ１上から空間Ｓｐ内に供給され得る。また、チョーク構造ＣＨは誘電体窓ＤＬ内に設けられている。チョーク構造ＣＨは、誘電体窓ＤＬの表面ＦＣ１から見て、分散部ＤＥを囲むように配置されている。チョーク構造ＣＨは、誘電体窓ＤＬの裏面ＦＣ２に設けられており、裏面ＦＣ２において裏面ＦＣ２の上方からみて窪んでいる箇所であり、下壁ＬＷに嵌合している。

このように、第２の実施形態においては、ガスライン２０ａによって、誘電体窓ＤＬの表面ＦＣ１から表面ＦＣ１上の空間Ｓｐ内への好適なガスの供給が可能となる。

（第３の実施形態）
図６を参照して、一実施形態に係るアンテナ装置ＭＷＳの他の構成について説明する。図６は、一実施形態に係るアンテナ装置ＭＷＳの他の構成を概略的に例示する断面図である。図６に示すアンテナ装置ＭＷＳは、図１に示すアンテナ装置ＭＷＳに冷媒管ＣＭが加えられた構成を備える。内側導体ＣＢ１の内部には、外部のチラーユニットＣＵに接続される冷媒管ＣＭが設けられている。

このように、第３の実施形態においては、チラーユニットＣＵから冷媒管ＣＭを介して内側導体ＣＢ１に供給（循環）される冷媒によって、同軸変換部ＣＰ１を含む内側導体ＣＢ１が好適な温度に至るまで冷却され得ることが可能となる。内側導体ＣＢ１や同軸変換部ＣＰ１に電磁波が伝搬される際、内側導体ＣＢ１や同軸変換部ＣＰ１が加熱されても、内側導体ＣＢ１や同軸変換部ＣＰ１の温度を一定に保つことが可能となるので、同軸変換部ＣＰ１における電磁波の進行方向の変換、および、内側導体ＣＢ１に沿った電磁波の導波が、安定して良好に実現され得る。

（第４の実施形態）
図７を参照して、一実施形態に係るアンテナ装置ＭＷＳの他の構成について説明する。図７は、一実施形態に係るアンテナ装置ＭＷＳの他の構成を概略的に例示する断面図である。図７に示すアンテナ装置ＭＷＳは、図１に示すアンテナ装置ＭＷＳにヒータ５１が加えられた構成を備える。下壁ＬＷの内部には、外部のヒータ電源５１ａに接続されるヒータ５１が設けられている。

このように、第４の実施形態においては、ヒータ５１によって、分配導波管ＭＰ１等の各導波管の温度および誘電体窓ＤＬの温度を好適な温度に至るまで昇温することができる。プラズマが生成されるとプラズマからの入熱によって、誘電体窓ＤＬの温度、分配導波管ＭＰ１等の各導波管の温度が上昇するが、ヒータ５１によって予め加熱されることによって、プラズマ生成前と生成中における各導波管の温度変化が低減され得るので、分配導波管ＭＰ１等の各導波管内における電磁波の導波が良好に行われ、安定したプラズマが生成できる。

なお、ヒータ５１は、図７に示すように下壁ＬＷの内部に設けられてもよいが、これに限定されるものでなく、下壁ＬＷと誘電体窓ＤＬとの間に設けられてもよい。

（第５の実施形態）
図８を参照して、一実施形態に係るアンテナ装置ＭＷＳの他の構成について説明する。図８は、一実施形態に係るアンテナ装置ＭＷＳの他の構成を概略的に例示する断面図である。図８に示すアンテナ装置ＭＷＳは、図１に示すアンテナ装置ＭＷＳに保護膜ＴＤが加えられた構成を備える。誘電体窓ＤＬの平坦な表面ＦＣ１には、保護膜ＴＤが設けられている。保護膜ＴＤの材料は、プラズマ耐性を有する材料であり、例えば、Ｙ_２Ｏ_３、ＹＦ_３、Ｓｉ、ＳｉＯ_２であり得る。

このように、第５の実施形態においては、保護膜ＴＤが平坦な表面ＦＣ１に設けられるので、保護膜ＴＤは、表面ＦＣ１に亘って、均一な膜厚でコンフォーマルに容易に形成され得る。

（第６の実施形態）
図９を参照して、一実施形態に係るアンテナ装置ＭＷＳの他の構成について説明する。図９は、一実施形態に係るアンテナ装置ＭＷＳの他の構成を概略的に例示する断面図である。図９に示すアンテナ装置ＭＷＳは、図１に示すアンテナ装置ＭＷＳにおいて内側導体ＣＢ２（同軸変換部ＣＰ２を含む）および導入導波管ＭＰ２を設けない構成を備える。同軸導波管ＭＣ２の管内空間ＳＰ３には、内側導体ＣＢ２が配置されていない。分配導波管ＭＰ１の管内空間ＳＰ１には、下壁ＬＷ上且つ同軸導波管ＭＣ２の管軸ＴＡ上において、円錐（または円錐台）等の形状の分散部ＤＥが配置されている。

このように、第６の実施形態においては、内側導体ＣＢ２および導入導波管ＭＰ２を用いないので、アンテナ装置ＭＷＳの形状および構造がより簡略化され、よって、アンテナ装置ＭＷＳの製造およびプラズマ処理装置１００に対する取り付けが、容易に行われ得る。

以上説明した第１〜第６の実施形態のそれぞれの構成は、可能な限り、互いに様々に組み合わせ得る。例えば、第１の実施形態の構成に対し、第２〜第５の実施形態の構成の何れかまたは全てを加えることが可能である。また、第１の実施形態の構成に替えて第６の実施形態の構成を用いた場合に、更に、第２〜第５の実施形態の構成の何れかまたは全てを加えることが可能である。

第１〜第６の実施形態では、誘電体窓ＤＬの表面ＦＣ１が平坦であるものを用いることによって、誘電体窓ＤＬの表面ＦＣ１に保護膜ＴＤ等のコーティング膜を形成する等、誘電体窓ＤＬの表面ＦＣ１に対するコーティングが容易となるが、コーティングが容易になる形状であれば、誘電体窓ＤＬの表面ＦＣ１が平坦となっている上記した形状に限定されるものではない。このような平坦な形状の表面ＦＣ１は図１０の（ａ）部、図１０の（ｂ）部、図１０の（ｃ）部に示されているが、凹凸を有さない形状であればよく、例えば図１１〜図１４のそれぞれに示す形状の表面ＦＣ１が用いられ得る。

図１１の（ａ）部、図１１の（ｂ）部、図１１の（ｃ）部に示す表面ＦＣ１の形状は、凹凸を有さない形状の一例であり、誘電体窓ＤＬの裏面ＦＣ２から離れる向きに突出している曲面形状である。

図１２の（ａ）部、図１２の（ｂ）部、図１２の（ｃ）部に示す表面ＦＣ１の形状は、凹凸を有さない形状の一例であり、誘電体窓ＤＬの裏面ＦＣ２に向かう方向に窪んでいる曲面形状である。

図１３の（ａ）部、図１３の（ｂ）部、図１３の（ｃ）部に示す表面ＦＣ１の形状は、凹凸を有さない形状の一例であり、誘電体窓ＤＬの裏面ＦＣ２から離れる向きに突出している形状であり、換言すればテーパ形状ということもできる。この表面ＦＣ１の突出箇所は、当該突出箇所の基端から頂点に向けて延びる複数の四角形が繋ぎ合わされて構成されている。

図１４の（ａ）部、図１４の（ｂ）部、図１４の（ｃ）部に示す表面ＦＣ１の形状は、凹凸を有さない形状の一例であり、誘電体窓ＤＬの裏面ＦＣ２に向かって窪んでいる形状である。この表面ＦＣ１の窪み箇所は、当該窪みの最も深い底部に向けて延びる複数の四角形が繋ぎ合わされて構成されている。

本実施形態において、表面ＦＣ１の形状の上記の様々なバリエーションにおいて、何れも、表面ＦＣ１のうち同軸導波管ＭＣ１の開口端ＥＤに対向する箇所には、凹凸が設けられていない。

以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。

１００…プラズマ処理装置、１２…処理容器、１２ｈ…排気孔、１４…ステージ、１４ｇ…冷媒室、１４ａ…台、１５…静電チャック、１５ｄ…電極、１５ｅ…絶縁膜、１５ｆ…絶縁膜、１６…搬入出口、１７…フォーカスリング、１ａ…底壁、１ｂ…側壁、２０ａ…ガスライン、３８…電磁波生成システム、４２…導管、４２ｂ…ガス供給孔、４６…導管、４８…筒状支持部、５０…制御部、５１…ヒータ、５１ａ…ヒータ電源、５２…バッフル板、５３…筒状支持部、５４…排気管、５５…排気路、５６…排気装置、５８…高周波電源、６０…マッチングユニット、６２…給電棒、６４…直流電源、６６…スイッチ、６８…被覆線、７０…配管、７２…配管、７４…ガス供給管、ＣＢ１…内側導体、ＣＢ２…内側導体、ＣＨ…チョーク構造、ＣＬ…仮想ライン、ＣＭ…冷媒管、ＣＰ１…同軸変換部、ＣＰ２…同軸変換部、ＣＵ…チラーユニット、ＤＣＥ…放電領域、ＤＥ…分散部、ＤＬ…誘電体窓、ＤＰ…凹部、ＥＤ…開口端、ＥＧ１…端、ＥＧ２…端、ＦＣ１…表面、ＦＣ２…裏面、Ｇ１…ゲートバルブ、Ｇ５…ガス供給部、Ｇ５ａ…ガス源、Ｇ５ｂ…弁、Ｇ５ｃ…流量制御器、Ｇ６…ガス供給部、Ｇ６ａ…ガス源、Ｇ６ｂ…弁、Ｇ６ｃ…流量制御器、Ｇ７…ガス供給部、Ｇ７ａ…ガス源、Ｇ７ｂ…弁、Ｇ７ｃ…流量制御器、Ｇ８…ガス供給部、Ｇ８ａ…ガス源、Ｇ８ｂ…弁、Ｇ８ｃ…流量制御器、ＧＡ…ガス供給システム、Ｌ１…距離、Ｌｃｂ…長さ、ＬＷ…下壁、ＭＣ１…同軸導波管、ＭＣ２…同軸導波管、ＭＰ１…分配導波管、ＭＰ２…導入導波管、ＭＷＳ…アンテナ装置、Ｓｐ…空間、ＳＰ１…管内空間、ＳＰ２…管内空間、ＳＰ３…管内空間、ＳＰ４…管内空間、ＳＷ…側壁、ＴＡ…管軸、ＴＡ１…管軸、ＴＤ…保護膜、ＴＨ１…厚み、ＴＨ２…厚み、ＴＨ３…厚み、ＵＷ…上壁、Ｗ…ウエハ、ＷＭａ…進行方向、ＷＭｂ…進行方向、ＷＭｃ…進行方向、ＷＭｄ…進行方向。

図１３の（ａ）部、図１３の（ｂ）部、図１３の（ｃ）部に示す表面ＦＣ１の形状は、凹凸を有さない形状の一例であり、誘電体窓ＤＬの裏面ＦＣ２に向かう方向に窪んでいる曲面形状である。

図１２の（ａ）部、図１２の（ｂ）部、図１２の（ｃ）部に示す表面ＦＣ１の形状は、凹凸を有さない形状の一例であり、誘電体窓ＤＬの裏面ＦＣ２から離れる向きに突出している形状であり、換言すればテーパ形状ということもできる。この表面ＦＣ１の突出箇所は、当該突出箇所の基端から頂点に向けて延びる複数の四角形が繋ぎ合わされて構成されている。

本発明の実施形態は、アンテナ装置、および、プラズマ処理装置に関するものである。

図１に示すように、アンテナ装置ＭＷＳは、放電領域ＤＣＥ等に電磁波を放射する。アンテナ装置ＭＷＳが放射する電磁波は、後述する図４に示す電磁波生成システム３８から供給され得る。

電磁波生成システム３８は、電磁波（マイクロ波）を生成し、当該電磁波をアンテナ装置ＭＷＳに供給する。

以上のような構成のアンテナ装置ＭＷＳにより、電磁波生成システム３８で発生したマイクロ波が導入導波管ＭＰ２、分配導波管ＭＰ１、内側導体ＣＢ１、誘電体窓ＤＬ等を介して処理容器１２内に導入されるようになっている。

Claims (16)

1. 電磁波を放射するアンテナ装置であって、
   第１導波管、第２導波管、第３導波管、誘電体窓、第１内側導体を備えており、
   前記第２導波管は、前記第１導波管の上壁に接続されており、該第１導波管に連通しており、
   前記誘電体窓は、前記第１導波管の下壁に接しており、
   前記第１導波管は、前記誘電体窓と前記第２導波管との間に設けられており、該第２導波管の管軸に交差する方向に延びており、分散部、同軸変換部を備えており、
   前記第１内側導体は、前記第１導波管内から前記第３導波管内に亘って前記管軸の方向に沿って延びており、
   前記第１内側導体の第１端は、前記第３導波管の開口端を介して前記誘電体窓に接しており、
   前記第１内側導体の第２端は、前記上壁に接しており、
   前記分散部は、前記第１導波管内において前記管軸上且つ前記下壁上に配置されており、前記第２導波管によって該管軸に沿って導波された電磁波を該第１導波管内において該管軸に交差する方向に分散し、
   前記同軸変換部は、前記第１導波管内において前記第１内側導体に含まれており、前記分散部によって分散され該第１内側導体に至った電磁波の進行を前記誘電体窓の側に向け、
   前記第３導波管は、前記誘電体窓の側において前記下壁に接続されており、前記第１導波管に連通しており、
   前記開口端は、前記誘電体窓に接続されており、
   前記誘電体窓は、前記第１導波管に接している裏面と、該裏面の反対側に配置されている表面とを備えており、
   前記表面は、前記管軸に交差する方向に延在し、凹凸を有していない、
   アンテナ装置。
2. 前記開口端から前記上壁までの前記第１内側導体の長さは、予め設定された基準長の奇数倍の値であり、
   前記基準長は、前記第２導波管に導入され該第２導波管内を伝搬する電磁波の波長の１／４の値である、
   請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記表面は、平坦な形状を有している、
   請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記表面は、前記裏面から離れる向きに突出しており凹凸を有さない形状、および、前記裏面に向かう方向に窪んでおり凹凸を有さない形状の何れかの形状を有する、
   請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置。
5. 前記表面の形状は、曲面形状である、
   請求項４に記載のアンテナ装置。
6. 前記表面のうち前記第３導波管の開口端に対向する箇所には、凹凸が設けられていない、
   請求項１〜５の何れか一項に記載のアンテナ装置。
7. 第２内側導体を更に備えており、
   第２内側導体は、前記管軸上に配置されており、前記第２導波管内から前記第１導波管内に亘って延在している、
   請求項１〜６の何れか一項に記載のアンテナ装置。
8. 前記第２内側導体の内部には、外部のガス供給システムに接続されるガスラインが設けられており、
   前記ガスラインは、前記第２内側導体および前記誘電体窓を貫通し、前記表面上の空間に連通している、
   請求項７に記載のアンテナ装置。
9. 前記第１内側導体の内部には、外部のチラーユニットに接続される冷媒管が設けられている、
   請求項１〜８の何れか一項に記載のアンテナ装置。
10. 前記下壁の内部または該下壁と前記誘電体窓との間には、外部のヒータ電源に接続されるヒータが設けられている、
    請求項１〜９の何れか一項に記載のアンテナ装置。
11. 前記誘電体窓の平坦な前記表面には、保護膜が設けられている、
    請求項１〜１０の何れか一項に記載のアンテナ装置。
12. 前記誘電体窓において、前記裏面と前記表面との間の距離は、前記開口端と該表面との間の距離よりも長い、
    請求項１〜１１の何れか一項に記載のアンテナ装置。
13. 前記誘電体窓は、前記裏面において、前記第３導波管を収容する凹部を備えている、
    請求項１２に記載のアンテナ装置。
14. 前記誘電体窓において、前記裏面と前記表面との間の距離は、前記開口端と該表面との間の距離と同程度である、
    請求項１〜１１の何れか一項に記載のアンテナ装置。
15. 前記下壁の厚みは、前記上壁の厚みと同程度である、
    請求項１４に記載のアンテナ装置。
16. 前記下壁の厚みは、前記上壁の厚みよりも厚い、
    請求項１４に記載のアンテナ装置。

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