WO2002058441A1

WO2002058441A1 - Dispositif plasma et procede de generation de plasma

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Publication number: WO2002058441A1
Application number: PCT/JP2002/000323
Authority: WO
Inventors: Makoto Ando; Masaharu Takahashi; Nobuo Ishii
Original assignee: Tokyo Electron Limited
Priority date: 2001-01-18
Filing date: 2002-01-18
Publication date: 2002-07-25
Also published as: US7243610B2; KR100549678B1; KR20040062870A; JP2002289398A; US20040095074A1; EP1361782A4; JP3625197B2; EP1361782A1

Description

明細書プラズマ装置およぴプラズマ生成方法発明の背景

本発明は、スロットアンテナを用いて処理容器内に供給した電磁界によりプラズマを生成するプラズマ装置およびプラズマ生成方法に関する。

半導体装置やフラットパネルディスプレイの製造において、酸化膜の形成や半導体層の結晶成長、エッチング、またアツシングなどの処理を行うために、プラズマ装置が多用されている。これらのプラズマ装置の中に、スロットアンテナを用いて処理容器内に高周波電磁界を供給し、その電磁界により高密度プラズマを発生させる高周波プラズマ装置がある。この高周波プラズマ装置は、プラズマガスの圧力が比較的低くても安定してプラズマを生成することができるという特色がある。

このようなプラズマ装置を用いて各種処理を行う際には、半導体基板等の処理面上におけるプラズマの二次元的な分布（以下「面内分布」という）を均一にする必要がある。

スロットアンテナを用いて均一な面内分布を有するプラズマを生成する方法として、高周波電源から給電される高周波電磁界を回転電磁界に変換し、円偏波になされた回転高周波電磁界をスロットアンテナに供給することが考えられている。図 2 1は、従来の高周波プラズマ装置の一構成例を示す図である。この図 2 1 においては、従来の高周波プラズマ装置の一部構成について縦断面構造が示されている。

従来のプラズマ装置は、上部が開口した有底円筒形の処理容器 1 1 1と、この処理容器 1 1 1の上部開口を塞ぐ誘電体板 1 1 3と、この誘電体板 1 1 3の上に配置され、処理容器 1 1 1内に高周波電磁界を放射するラジアルアンテナ 1 3 0 とを備えている。

この処理容器 1 1 1の底部には基板台 1 2 2が固定され、この基板台 1 2 2の載置面に被処理体である基板 1 2 1が配置される。また、処理容器 1 1 1の底部には、真空排気用の排気口 1 1 6が設けられ、処理容器 1 1 1の側壁には、ブラズマガスおよびプロセスガス供給用のノズル 1 1 7が設けられている。

誘電体板 1 1 3は、石英ガラス等からなり、処理容器 1 1 1との間に Oリングなどのシール部材（図示せず）を介在させることにより、処理容器 1 1 1内のプラズマが外部に漏れないようにしている。

また、ラジアルアンテナ 1 3 0は、スロットアンテナの一種であり、ラジアル導波路 1 3 3を形成する互いに平行な 2枚の円形導体板 1 3 1， 1 3 2と、これらの導体板 1 3 1 , 1 3 2の外周部を接続する導体リング 1 3 4とから構成されている。ラジアル導波路 1 3 3の上面となる導体板 1 3 2の中心部には、高周波電磁界をラジア^/アンテナ 1 3 0内に導入する導入口 1 3 5が形成されている。ラジアル導波路 1 3 3の下面となる導体板 1 3 1には、ラジアル導波路 1 3 3内を伝搬する電磁界 Fを誘電体板 1 1 3を介して処理容器 1 1 1内に放射するスロット 1 3 6が周方向に複数形成されて、ラジアルアンテナ 1 3 0のアンテナ面を形成している。さらに、ラジアルアンテナ 1 3 0および誘電体板 1 1 3の外周は環状のシールド材 1 1 2によって覆われ、電磁界が外部に漏れない構造になっている。

従来のプラズマ装置においては、次のような構成をとることによって、ラジアルアンテナ 1 3 0に回転電磁界を供給していた。

すなわち、従来のプラズマ装置は、回転電磁界を供給するために、高周波電磁界を発生する高周波発生器 1 4 5と、高周波発生器 1 4 5から出力される高周波電磁界を導く矩形導波管 1 4 3と、矩形導波管と円筒導波管とを接続するための矩形 ·円筒変換器 1 4 7と、直線偏波の高周波電磁界を回転電磁界に変換する円偏波変換器 1 4 6とを備えていた。

ここで円偏波変換器 1 4 6としては、例えば、図 2 2 ( c ) に示すように円筒導波管の内壁に対向する導体製の円柱状突起 1 4 6 Aを軸方向に 1組または複数組設けたものが用いられる。これら円柱状突起 1 4 6 Aは、矩形 '円筒変換器 1 4 7より入力される T E 11モードの電磁界の電界の主方向に対して 4 5 ° をなす方向に配置され、複数組の場合には軸方向に; / 4 ( λは伝搬する電磁波の管内波長）の間隔で設けられて、この TE11モードの高周波電磁界をその電界の主方向が円筒導波管の軸線を中心に回転する回転電磁界に変換する。

このような構成を有する従来のプラズマ装置において回転電磁界が供給される仕 IEみを図 22を参照して説明すると次のようになる。なお、図 22は、矩形導波管 143、矩形 ·円筒変換器 147、円偏波変換器 146の内部を伝搬する電磁界の様子を模式的に表す図である。ここで図 22 (a) は、図 21に示した矩形導波管 143を伝搬する電磁界の A— A' における電界の様子、図 22 (b) 、 (e) 、（f ) は、矩形 ·円筒変換器 147の出口 B— B' における電界の様子、図 22 (c) 、（d) 、（g) は、円偏波変換器 146を伝搬する電磁界の電界と回転の方向を示す。

高周波発生器 145より T E10モードで矩形導波管 143を伝搬した高周波電磁界（図 22 (a) ) は、矩形 ·円筒変換器 147によって TE11モードに変換され (図 22 (b) ) 円偏波変換器の 146の円筒導波管に導入される。そして円偏波変換器 146を伝搬しながら回転電磁界に変換され（図 22 (c) ) 、導体板 1 32の中心部に形成された導入口 1 35よりラジアルアンテナ 1 30内に供給される。

しかしながら、ラジアルアンテナ 1 30に供給された回転電磁界の一部はラジアル導波路 133の端部に位置する導体リング 134によって反射され、その反射された回転電磁界が同じ向きに回転しながら円偏波変換器 146内を逆向きに伝搬する（図 22 (d) ) 。そして、この反射電磁界は矩形 '円筒変換器 147 において固定端の反射を行い（図 22 (e) 、（f ) ) 、今度は逆方向に回転する回転電磁界となって円偏波変換器 146内を伝搬し（図 22 (g) ) 、ラジアルアンテナ 130に供給されることとなる。

その結果、ラジアルアンテナ 1 30には位相および回転の向きが互いに異なる回転電磁界が混在した状態で供給されることとなり、そのときの高周波電磁界の偏波は、図 23に示すような楕円となる。すると、処理容器内で生成されるブラズマの面内分布の均一性が低下して、特に周縁部でのプラズマ処理にむらが生じることとなる。

このように円偏波変換器 146で変換した回転電磁界をラジアルアンテナ 13 0に供給しただけでは、ラジアルアンテナ 1 3 0からの反射電磁界の影響により、プラズマ分布の面内均一性を得ることが困難であった。発明の概要

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、プラズマ分布の面内均一性を改善することにある。

このような目的を達成するために、本発明にかかるプラズマ装置は、給電部を介して供給される高周波電磁界を処理容器内に供給するスロットアンテナを備えたプラズマ装置であって、前記給電部は、共振器を構成するとともに給電される高周波電磁界を回転電磁界に変換して前記スロットアンテナに供給するキヤビティを有することを特徴とする。本発明においては、キヤビティ内において回転電磁界が共振しながらスロットアンテナ内に円偏波になされた回転高周波電磁界が供給される。

このプラズマ装置は、スロットアンテナ内におけるキヤビティの開口部の周囲に設けられキヤビティの内径と同じ内径を有するリング部材を備えていてもよい。このリング部材の厚みと幅を調節することによって、キヤビティ内で共振する高周波電磁界のうち、スロットアンテナ内に供給される高周波電磁界の割合を調節することができる。

本発明にかかるプラズマ装置の第 1の構成例として、上記キヤビティは、高周波電磁界を給電する同軸導波管の外部導体と接続された円形導体部材と、一端がこの円形導体部材と接続され他端が前記スロットァンテナ内に開口した円筒導体部材とから形成されるとともに、前記円形導体部材の中心からその径方向に離間した位置に設けられ前記同軸導波管の内部導体と一端が接続された給電ピンと、この給電ピンと前記円形導体の中心を挾んで所定の角度をなす位置に設けられ一端が前記円形導体部材と接続された摂動ピンとを備えることを特徴とする。このような構成においては、同軸導波管を介して給電される高周波電磁界は、給電ピンと摂動ピンとの相互作用によつて回転磁界に変換され、キヤビティ内で共振しながらスロットアンテナ内に供給される。

ここで給電ピンの他端は、開放状態になっていてもよいし、スロットアンテナを構成するスロットが形成されたアンテナ面に接続されていてもよい。給電ピンの他端がアンテナ面に接続されている場合、その給電ピンの他端に、アンテナ面側に広がる円錐台状の導電部材が設けられていてもよい。このような形状をした導体部材を用いることにより、キヤビティ内で共振する高周波電磁界をスロットアンテナ内に導入し易くすることができる。

摂動ピンの他端もまた、開放状態になっていてもよいし、アンテナ面に接続されていてもよい。また、円筒導体部材に接続されていてもよい。

また、給電ピンの他端が、円筒導体部材に接続されていてもよい。この場合、摂動ピンの他端は、スロットアンテナを構成するスロットが形成されたアンテナ面に接続されていてもよいし、円筒導体部材に接続されていてもよい。

本発明にかかるプラズマ装置の第 2の構成例として、上記キヤビティは、高周波電磁界を給電する同軸導波管の外部導体と接続された円形導体部材と、一端がこの円形導体部材と接続され他端が前記スロットアンテナ内に開口した円筒導体部材と、この円筒導体部材の側壁内部に対向配置された導電部材とから形成されるとともに、前記円形導体部材の中心からその径方向に離間した位置に設けられ同軸導波管の内部導体と一端が接続された給電ピンを備えることを特徴とする。このような構成において、キヤビティは、前記円筒導体部材の側壁内部に対向配置された導電部材によって、その円筒導体部材の軸に垂直な断面が互いに対向する切り欠き部を有するように形成される。その結果、同軸導波管を介して給電される高周波電磁界はキヤビティ内で回転電磁界に変換され、共振しながらスロットアンテナ内に供給される。

ここで前記円筒導体部材の側壁内部に対向配置された導電部材は、この円筒導体部材の一端から他端まで延在していてもよレ、。

また、導電部材は、円筒導体部材の軸方向の長さが、高周波電磁界の波長の略

1 Z 4であってもよい。この場合、導電部材と給電ピンとの平行部分の長さが上記高周波電磁界の波長の略 1 / 4となり、キヤビティ内に良好な回転電磁界を得られる。

また、導電部材は、スロットアンテナの側の端部が、スロープ状に成形されていてもよい。このように成形することにより、キヤビティ内において導電部材が存在する領域と存在しない領域とのィンピーダンスの変化を緩やかにして、 2つの領域の境界での高周波電磁界の反射を抑制することができる。

導電部材の端部をスロープ状に成形する場合、その端部を除く本体は、円筒導体部材の軸方向の長さが、高周波電磁界の波長の略 1ノ 4であってもよい。これにより、キヤビティ内に良好な回転電磁界を得られる。

また、給電ピンの他端は、スロットアンテナを構成するスロットが形成されたアンテナ面に接続されていてもよいし、円形導体部材から円筒導体部材の軸方向に高周波電磁界の波長の略 1 Z 4離れた位置で導体部材に接続されていてもよい。なお、円筒導体部材の側壁内部に設けられる導電部材として、互いに対向する 1組または複数組の導体製の円柱状突起を軸方向に設けてもよい。

本発明にかかるプラズマ装置の第 3の構成例として、上記キヤビティは、高周波電磁界を給電する同軸導波管の外部導体と接続された楕円形導体部材と、一端がこの楕円形導体部材と接続され他端が前記スロットアンテナ内に開口し、断面が楕円形状の筒状導体部材とから形成されるとともに、前記楕円形導体部材の中心からその径方向に離間しかつその長径および短径と所定の角度をなす位置に設けられ前記同軸導波管の内部導体と接続された給電ピンとを備えることを特徴とする。このような構成において、同軸導波管を介して給電される高周波電磁界は、楕円形の断面を有するキヤビティ内で回転電磁界に変換され、共振しながらスロットアンテナ内に供給される。

ここで給電ピンの他端は、スロットアンテナを構成するスロットが形成されたアンテナ面に接続されていてもよし、円形導体部材から円筒導体部材の軸方向に高周波電磁界の波長の略 1 Z 4離れた位置で導体部材に接続されていてもよレ、。本発明にかかるプラズマ装置の第 4の構成例として、上記キヤビティは、高周波電磁界を給電する第 1、第 2の同軸導波管の外部導体と接続された円形導体部材と、一端がこの円形導体部材と接続され他端が前記スロットアンテナ内に開口した円筒導体部材とから形成されるとともに、前記円形導体部材の中心からその径方向に離間した位置に設けられ前記第 1の同軸導波管の内部導体と接続された第 1の給電ピンと、この第 1の給電ピンと前記円形導体の中心を挟んで所定の角度をなす位置に設けられ前記第 2の同軸導波管の内部導体と接続された第 2の給電ピンとを備えることを特徴とする。このような構成において、第 1、第 2の給電ピンに位相の異なる高周波電磁界を給電することによつて回転電磁界が生成され、この回転電磁界がキヤビティ内で共振しながらスロットアンテナ内に供給される。

ここで第 1 , 第 2の給電ピンのそれぞれの他端は、スロットアンテナを構成するスロットが形成されたアンテナ面に接続されていてもよいし、円形導体部材から円筒導体部材の軸方向に高周波電磁界の波長の略 1 Z 4離れた位置で導体部材に接続されていてもよい。

本発明にかかるプラズマ装置の第 5の構成例として、上記キヤビティは、高周波電磁界を給電する少なくとも 1本の同軸導波管の外部導体と接続された円形導体部材と、一端がこの円形導体部材と接続され他端がスロットアンテナ内に開口した円筒導体部材とから形成されるとともに、少なくとも 1本の同軸導波管より給電された高周波電磁界を回転電磁界としてキヤビティ内に放射するパッチアンテナを備え、このパッチアンテナは、円形導体部材と、この円形導体部材と所定の間隔をもって対向配置され少なくとも 1本の同軸導波管の内部導体と接続された導体板とを含むことを特徴とする。このような構成において、同軸導波管を介して給電される高周波電磁界は、パッチアンテナによって回転電磁界としてキヤビティ内に放射され、共振しながらスロットアンテナ内に供給される。

さらに、本発明にかかるプラズマ装置の第 6の構成例として、上記キヤビティは、高周波電磁界を給電する矩形導波管の一側面または終端面と、一端がこの矩形導波管の一側面または終端面と接続され他端がスロットアンテナ内に開口した円筒導体部材とから形成され、上記矩形導波管の一側面または終端面には、高周波電磁界を回転電磁界としてキヤビティ内に放射する複数のスロットが形成されていることを特徴とする。このような構成において、矩形導波管を介して給電される高周波電磁界は、その矩形導波管の一側面または終端面に形成された複数のスロットによって回転電磁界としてキヤビティ内に放射され、共振しながらスロットアンテナ内に供給される。

ここで複数のスロットは、互いの中点で交差する 2本のスロットであってもよい。この 2本のスロットによって構成されるスロットをクロススロットと呼ぶ。また複数のスロットは、互いに離間して配置された互いに略垂直な方向にのびる 2本のスロットであってもよい。この 2本のスロットによって構成されるスロットをハの字スロットと呼ぶ。

また、本発明にかかるプラズマ生成方法は、高周波電磁界をスロットアンテナに供給し、このスロットアンテナから処理容器內に供給することによってプラズマを生成するプラズマ生成方法であって、共振器を構成するキヤビティに高周波電磁界を給電し、この高周波電磁界を回転電磁界に変換するとともに前記キヤビティ内で共振させながら、回転電磁界に変換された高周波電磁界を前記スロットアンテナに供給することを特徴とする。この方法においては、回転電磁界を共振させながらスロットアンテナに供給することによって、スロットアンテナに供給される高周波電磁界を円偏波になされた回転電磁界とすることができる。

本発明にかかるプラズマ生成方法の第 1の構成例は、共振器を構成するキヤビティ内に給電ピンと摂動ピンを設けることによって、同軸導波管を介して給電された高周波電磁界を回転電磁界に変換しかつキヤビティ内で共振させるものである。

また、本発明にかかるプラズマ生成方法の第 2の構成例は、高周波電磁界の伝搬方向に垂直な断面が互いに対向する切り欠きを有するキヤビティに同軸導波管を介して高周波電磁界を給電することにより、これを回転電磁界に変換しかつキャビティ内で共振させるものである。

また、本発明にかかるプラズマ生成方法の第 3の構成例は、高周波電磁界の伝搬方向に垂直な断面が楕円形状のキヤビティに同軸導波管を介して高周波電磁界を給電することにより、これを回転電磁界に変換しかつキヤビティ内で共振させるものである。

また、本発明にかかるプラズマ生成方法の第 4の構成例は、共振器を構成するキヤビティに第 1、第 2の同軸導波管を介して互いに位相が 9 0 ° 異なる高周波電磁界を給電することによって、回転電磁界を生成しかつキヤビティ内で共振させるものである。

また、本発明にかかるプラズマ生成方法の第 5の構成例は、同軸導波管を介し

-ナに高周波電磁界を給電することにより、キヤビティ内に回転電磁界を生成するものである。

さらに、本発明にかかるプラズマ生成方法の第 6の構成例は、矩形導波管より給電された高周波電磁界を、その矩形導波管の一側面または終端面に形成された複数のスロットからキヤビティ内に放射することにより、回転電磁界を生成するものである。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の第 1の実施例にかかるプラズマ装置を説明する図である。図 2は、本発明の第 1の実施例にかかるプラズマ装置の給電部を説明する図である。

図 3は、本発明の第 1の実施例にかかるプラズマ装置の給電部における電界分布を説明する図である。

図 4は、本発明の第 2の実施例にかかるプラズマ装置の給電部を説明する図である。

図 5は、本発明の第 2の実施例にかかるプラズマ装置の給電部の作用効果を説明する図である。

図 6は、本発明の第 2の実施例にかかるプラズマ装置の給電部の変形例を説明する図である。

図 7は、本発明の第 2の実施例にかかるプラズマ装置の給電部の変形例を説明する図である。

図 8は、本発明の第 3の実施例にかかるプラズマ装置の給電部を説明する図である。

図 9は、本発明の第 3の実施例にかかるプラズマ装置の給電部の変形例を説明する図である。

図 1 0は、本発明の第 3の実施例にかかるプラズマ装置の給電部の変形例を説明する図である。

図 1 1は、本発明の第 4の実施例にかかるプラズマ装置の給電部を説明する図である。

図 1 2は、本発明の第 5の実施例にかかるプラズマ装置の給電部を説明する図である。

図 1 3は、本発明の第 6の実施例にかかるプラズマ装置の給電部を説明する図である。

図 1 4は、本発明の第 7の実施例にかかるプラズマ装置の給電部を説明する図である。

図 1 5は、本発明の第 8の実施例にかかるプラズマ装置の給電部を説明する図である。

図 1 6は、本発明の第 8の実施例にかかるプラズマ装置に用いられるクロススロットの設計例を説明する図である。

図 1 7は、本発明の第 8の実施例にかかるプラズマ装置の給電部の変形例を説明する図である。

図 1 8は、本発明の第 8の実施例にかかるプラズマ装置に用いられるスロットの他の例を説明する図である。

図 1 9は、スロットの形状を示す平面図である。

図 2 0は、本発明で使用可能なラジアルアンテナの構成例を説明する図である。図 2 1は、従来のプラズマ装置を説明する図である。

図 2 2は、従来のプラズマ装置における電磁界のモードを説明する図である。図 2 3は、従来のプラズマ装置におけるプラズマの面内分布を示す模式図である。実施例の詳細な説明

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図 1乃至図 3は、本発明の第 1の実施例にかかるプラズマ装置を説明する図である。

このプラズマ装置は、図 1 ( a ) に示すように、上部が開口した有底円筒形の処理容器 1 1と、この処理容器 1 1の上部開口を塞ぐ誘電体板 1 3と、この誘電体板 1 3の上に配置され、処理容器 1 1内に高周波電磁界を放射（またはリーク）するラジアルアンテナ 3 0と、ラジアルアンテナ 3 0および誘電体板 1 3の外周を覆うシールド材 1 2とを備えている。なお、処理容器 1 1と誘電体板 1 3 との間には Oリングなどのシール部材 1 4を介在させ、処理容器 1 1内の真空を保つとともにプラズマが外部に漏れないようにしている。

この処理容器 1 1の内部には、被処理体である基板 2 1を載置する基板台 2 2 が昇降軸 2 3を介して昇降可能に設けられている。この基板台 2 2は、マツチングボックス 2 5を介してバイアス用高周波電源 2 6と電気的に接続されている。なお、処理容器 1 1の気密性を保っため、基板台 2 2底面と処理容器 1 1底面に設けられた絶縁体板 1 5とに結合されたべローズ 2 4が昇降軸 2 3の周囲に設けられている。

この処理容器 1 1には、さらに、真空排気用の排気口 1 6とプラズマガスおよびプロセスガス供給用のノズル 1 7が設けられている。

一方、ラジアルアンテナ 3 0は、ラジアル導波路 3 3を形成する互いに平行な 2枚の円形導体板 3 1 , 3 2と、これらの導体板 3 1 , 3 2の外周部を接続する導体リング 3 4とから構成されている。

ここで図 1 ( a ) に示すプラズマ装置の I b— I b ' 線における断面図を図 1 ( b ) に示す。ラジアル導波路 3 3の下面となる導体板 3 1には、例えば図 1 ( b ) に示すように、スロット 3 6が周方向に複数形成され、ラジアルアンテナ 3 0のアンテナ面を形成している。

また、ラジアル導波路 3 3の上面となる導体板 3 2の中心部には、後述する給電部が設けられている。

図 1 ( a ) に示すように、高周波発生器 4 5において発生した高周波電磁界は、マッチング回路 4 4を介して矩形導波管 4 3を伝搬し、矩形 ·同軸変換器 4 2において T E 10モードから T EMモードに変換され、同軸導波管 4 1を介してラジアルアンテナ 3 0の給電部に給電される。

本実施例においてこの給電部は、高周波電磁界を給電する同軸導波管 4 1の外部導体 4 1 Aと接続された円形導体部材 5 1 Aと、一端がこの円形導体部材 5 1 Aと接続され、他端がラジアルアンテナ 3 0内に開口した円筒導体部材 5 1 Bとから形成されるキヤビティ 3 5と、このキヤビティ 3 5内に設けられ、一端が同軸導波管 4 1の内部導体 4 1 Bと接続され他端が開放状態となっている給電ピン 5 2と、一端が円形導体部材 5 1 Aと接続され他端が開放状態となっている摂動ピン 53とからなる。給電ピン 52と摂動ピン 53は、同軸導波管 41を介して供給される電磁界を回転電磁界に変換する。なお、図 1 (c) は、図 1 (a) の I c - I c ' 線における断面図である。

このキヤビティ 35は、ラジアルアンテナ 30の導体板 3 1とともに共振器を構成し、キヤビティ 35内で共振する高周波電磁界の一部がラジアル導波路 33 に供給される。

ラジアルアンテナ 30の導体板 32の中央に設けられたキヤビティ 35の開口部の周囲には、円筒導体部材 51 Bの内径（すなわちキヤビティ 35の内径）と同じ内径を有するリング部材 54が配設されている。このリング部材 54の厚みと幅を調節することによって、キヤビティ 35内で共振する高周波電磁界のうち、ラジアル導波路 33に供給される高周波電磁界の割合を調節することができる。なお、キヤビティ 35に供給された電磁界のうち、共振してキヤビティ 35内に残る電磁界のエネルギーをキヤビティ 35からラジアル導波路 33に供給される電磁界のエネルギーで割った値は「Q値」と呼ばれる。

図 2を参照して、このような給電部の構成を詳述する。

図 2 (a) は、側面から見た場合の給電部を表す模式図、図 2 (b) は、給電ピン 52と摂動ピン 53の配置を示す模式図である。

本実施例においては、高周波発生器 45より 2. 45 GHzの高周波電磁界を給電するものとすると、円筒形のキヤビティ 35の中心軸（以下「中心軸」という）から円筒導体部材 51 Bの内面までの距離（以下、「キヤビティの半径」という） aを、約 7. 3〜7. 5 cm、円形導体部材 5 1 Aとラジアルアンテナ 3 0の円形導体板 31との距離（以下、「キヤビティの深さ」という） dを、約 3. 6 cmとすることができる。なお、このときのラジアルアンテナ 30の直径は約 48 cm、導体板 31, 32間の距離である高さ hは 1. 5〜1. 6 cmである。円筒導体部材 5 1 Bとともにキヤビティ 35を形成するリング部材 54の幅 c は約 3. 1 cmであり、これは電磁波の波長の約 1/4に相当する。

また、同軸導波管 41の内部導体 41 Bと接続された給電ピン 52の長さ 1丄を 1. 75〜2. 6 c m、摂動ピン 53の長さ 1₂ を 1. 75〜 2. 1 cmとすることができる。このとき、給電ピン 52を摂動ピン 53よりも若干長めに設計するとよい。

なお、ピン 52， 53を長くし、または、キヤビティ 35を深くすると、キヤビティ 35の Q値は大きくなり、ラジアル導波路 33に供給される電磁界の割合を小さくすることができる。プラズマ装置としての用途には Q値は約 30が目安となる。

一方、給電ピン 52と摂動ピン 53は、図 2 (b) に示すように、ともに円形導体部材 51 Aの中心軸から b i =b 2 =約 3. 6 cmの位置に、その中心を挟んで 45° の奇数倍、例えば φ = 135° の角度をなすように配置されている。これによつて、同軸導波管 4 1を介して給電される高周波電磁界は、キヤビティ 35内において ΤΜモードの回転電磁界に変換される。

ここで示した給電部の寸法は反射係数（VS) を重視して設計した結果得られたものであり、これに限定されないことは言うまでもない。例えば回転電磁界の軸比を重視する場合には、図 2において、 a=約 7. 3 cm、 d =約 3. 5 cm, c =約 2. 6 cm, t =約 1. O cm, 1 i = 1₂ =約 1. 5 c m、 b i =約 4. 3 cm、 b₂ =約 4. 4 cmの位置に、 φ = 11 5° とするとよレヽ。

図 3を参照すると、給電ピン 52と摂動ピン 53によって回転電磁界を生成する仕組みは次のように説明することができる。

仮に摂動ピン 53が無ければ、給電ピン 52によって生じる電界は図 3に示す Ε (点線）のようになり、回転電磁界を得ることはできない。

これに対し、摂動ピン 53を設けた場合には、上記電界 Εのうち、摂動ピン 5 3方向の成分 E1 は、給電ピン 52と摂動ピン 53との間の容量成分の影響により、位相が遅れる。この位相遅れが 90° となるように給電ピン 52、摂動ピン 53の長さを調整することにより、 TM11モードの回転電磁界を得ることができる。

したがって、このようなプラズマ装置において、高周波発生器 45より発生した高周波電磁界は、同軸導波管 41を介して上記キヤビティ 35に給電され、給電ピン 52と摂動ピン 53とによって回転電磁界に変換されると同時に、上記キャビティ 35において共振しながら、その一部がラジアルアンテナ 30のラジアル導波路 33に供給される。ラジアルアンテナ 30内に供給された高周波電磁界は、ラジアル導波路 3 3を伝搬し、このラジアル導波路 3 3内を伝搬する電磁界 Fがこれらのスロット 3 6から処理容器 1 1内に放射（またはリーク）され、ノズル 1 7を通じて処理容器 1 1内に導入されるプラズマガスを電離させてプラズマ Sを生成する。

このときキヤビティ 3 5において回転電磁界は共振しているので、キヤビティ 3 5内の回転電磁界がラジアル導波路 3 3に供給される。したがって、給電ピン 5 2と摂動ピン 5 3によって高周波電磁界を円偏波に変換することによって、ラジアルアンテナ 3 0から良好な円偏波高周波電磁界を処理容器 1 1内に放射（またはリーク）し、生成されるプラズマ Sの面内分布の均一性を向上させることができる。

本実施例では、一端が同軸導波管 4 1の内部導体 4 1 Bに接続された給電ピン 5 2の他端（先端）を開放状態とし電圧モードで電磁界を励起するため、給電ピン 5 2の先端において電圧振幅が最大となる。このため、数 k W〜数十 k Wという高電力で給電する場合には、給電ピン 5 2の先端と、摂動ピン 5 3の先端、キャビティ 3 5の円筒導体部材 5 1 Bまたはラジアルアンテナ 3 0の導体板 3 1との間で放電が起きないように、給電部を設計することが望ましい。放電を抑制するには、給電ピン 5 2の先端から摂動ピン 5 3の先端、円筒導体部材 5 1 Bまたは導体板 3 1までの距離を大きくすればよく、例えば給電ピン 5 2と摂動ピン 5 3については、両者を異なる長さとしてもよい。

次に本発明の第 2の実施例について、図 4を参照して説明する。なお、第 1の実施例と共通する部材については同一の符号を用い、その説明を省略する。上述した第 1の実施例では、キヤビティ 3 5内に設けられた給電ピン 5 2の先端が開放状態となっているのに対し、この第 2の実施例にかかるプラズマ装置では、給電ピン 5 2 Aの先端が短絡状態となっている。すなわち、図 4に示すように、給電ピン 5 2 Aの一端は同軸導波管 4 1の内部導体 4 1 Bに接続され、先端をなす他端はラジアルアンテナ 3 0めアンテナ面である導体板 3 1と接続され、短絡状態となっている。

キヤビティ 3 5の円形導体部材 5 1 Aとラジアルアンテナ 3 0の導体板 3 1との距離であるキヤビティ 3 5の深さ dは； L 2程度とする。先端が導体板 3 1に接続された給電ピン 52 Aの長さ 1 i はキヤビティ 35の深さ dと等しいから、 /2程度となる。ここに; Lは高周波電磁界の波長であり、周波数が 2. 45 G Hzの高周波電磁界を用いる場合、（1= 1 =約 6 cmである。

このような構成としたことによるキヤビティ 35内における励振原理を、図 5 を参照して説明する。図 5 (a) は、側面から見た場合の給電部を表す模式図、図 5 (b) は、給電ピン 52 A上における電流分布を示す概念図、図 5 (c) は、給電ピン 52 A上における電圧分布を示す概念図である。

給電ピン 52 Aの先端をラジアルアンテナ 30の導体板 3 1に接続して短絡状態とすると、図 5 (b) に示すように、給電ピン 52 Aの先端において電流振幅が最大となり、電流と電圧とは位相が 90° ずれるので、給電ピン 52Aの先端における電圧振幅は 0 (ゼロ）となる。また、給電ピン 52 Aの長さ I t はえ/ 2程度であるので、給電ピン 52 A上における電圧分布は図 5 (c) に示すようになり、電圧振幅が最大となる位置は、キヤビティ 35の深さ dの中央周辺となり、その交流電界でキヤビティ 35内の電磁界が励振される。

一方、摂動ピン 53は、給電ピン 52によって励振される電界 Eのうち、摂動ピン 53方向の成分 E1 の位相遅れが 90° となるような長さを有していればよく、その長さ 1₂ は例えばノ4程度であればよい。周波数が 2. 45 GHzの高周波電磁界を用いる場合、 1₂ =約 3 cmである。このような長さとすることにより、キヤビティ 35内に励振された高周波電磁界を良好な TM11モードの回転電磁界に変換することができる。

このような構成とすることにより、次のような効果が得られる。例えば周波数が 2. 45 GHzの高周波電磁界を用い、摂動ピン 53の長さ 1₂ を； Lノ 4とすると、キヤビティ 35の深さ d=約 6 cmに対し、摂動ピン 53の長さ 1₂ =約 3 cmとなり、摂動ピン 53の先端からアンテナ面である導体板 31までの間隔を 3 cm程度確保することができる。これにより、両者の間隔が短い場合に生じる放電を緩和することができる。

また、図 6 (a) に示すように、ラジアルアンテナ 30の導体板 31に接続された給電ピン 52 Aの先端に、導電部材 37を設けてもよい。この導電部材 37 は、導体板 31との接続面を底面とし、導体板 31側に広がる円錐台状をしている。このような形状をした導体部材 3 7を用いるにより、キヤビティ 3 5内で共振する高周波電磁界をラジアル導波路 3 3に導入し易くすることができる。なお、導電部材 3 7は給電ピン 5 2 Aの延長線に対して対称である必要はない。すなわち、給電ピン 5 2 Aの延長線に対する導電部材 3 7の側面の傾斜角は、その側面が対向する導体板 3 2との距離が小さいほど大きくしてもよい。図 6 ( a ) で言えば、導電部材 3 7の左側側面の傾斜角を右側側面の傾斜角より大きくしてもよレ、。

また、図 6 ( a ) に示すように、一端が円形導体部材 5 1 Aに接続された摂動ピン 5 3 Aの他端を、給電ピン 5 2 Aと同様に、ラジアルアンテナ 3 0の導体板 3 1に接続してもよい。これにより、摂動ピン 5 3 Aと導体板 3 1との間で放電が生じることを防止できる。

また、給電ピン 5 2 Aの先端を円筒導体部材 5 1 Bに接続してもよい。具体的には図 7に示すように、給電ピン 5 2 Aは同軸導波管 4 1の内部導体 4 1 Bとの接続点から円筒導体部材 5 1 Bの軸方向にのび、直角に曲がり円筒導体部材 5 1 Bの内壁面に対して垂直に接続される。このようにしても給電ピン 5 2 Aからの放電を抑制できる。この場合、摂動ピンの先端は開放状態としてもよいし、ラジアルアンテナ 3 0の導体板 3 1に接続してもよいし、図 7に示すように円筒導体部材 5 1 Bに接続してもよい。ここで、給電ピン 5 2 Aと摂動ピンとの平行部分の長さを； 1 / 4程度とすることにより、キヤビティ 5 3に良好な回転電磁界を生成することができる。

また、給電ピンの先端を開放状態またはラジアルアンテナ 3 0の導体板 3 1に接続した状態で、摂動ピン 5 3 Aを円筒導体部材 5 1 Bに接続してもよレ、。

次に本発明の第 3の実施例について、図 8を参照して説明する。なお、第 1の実施例と共通する部材については同一の符号を用い、その説明を省略する。

上述した第 1の実施例は、給電部を構成するキヤビティ 3 5内に摂動ピン 5 3 を設けたのに対し、この第 3の実施例にかかるプラズマ装置は、キヤビティ 3 5 力高周波電磁界を給電する同軸導波管 4 1の外部導体 4 1 Aと接続された円形導体部材 5 1 Aと、一端がこの円形導体部材 5 1 Aと接続され他端がラジアルアンテナ 3 0内に開口した円筒導体部材 5 1 Bと、この円筒導体部材 5 1 Bの側壁内部に対向配置された導電部材 6 1 A, 6 1 Bとから形成されるとともに、同軸導波管 4 1の内部導体 4 1 Bと接続された給電ピン 5 2が、円形導体部材 5 1 A の中心からその径方向に離間した位置に設けられている。

導電部材 6 1 A， 6 I Bは、図 8 ( b ) に示すように、一端がキヤビティ 3 5 の一端面を形成する円形導体部材 5 1 Aに接続され、かつ円筒導体部材 5 1 Bの軸方向に延在する。導電部材 6 1 A, 6 1 Bの Villa— Villa 線方向の断面形状は、図 8 ( a ) に示すように、円筒導体部材 5 1 Bの側壁内部にならう円弧と、その円弧を結ぶ弦とからなる。

その結果、この第 3の実施例においては、円筒導体部材 5 1 Bの側壁内部に導電部材 6 1 A， 6 1 Bを対向配置したことによって、キヤビティ 3 5の中心軸に垂直な断面が切り欠き部を有することとなる。すなわち、キヤビティ 3 5の断面は、切り欠き部を結ぶ方向（以下「切り欠き方向」という）力切り欠き方向と直交する方向よりも短くなつている。したがって、キヤビティ 3 5の切り欠き方向の容量は相対的に増大する。

なお、このような断面形状を有するキヤビティ 3 5を形成するために、本実施例においては、円筒導体部材 5 1 Bに上述したような断面形状を有する導電部材 6 1 A, 6 1 B設け、電気的に接続するようにしたが、これを鍚造により一体成形してもよい。

一方、これらキヤビティ 3 5の断面の切り欠き部と給電ピン 5 2とは、図 8に示すように、給電ピン 5 2と中心軸（円形導体部材 5 1 Aの中心）とを通る直線と、切り欠き方向とが約 4 5 ° の角度をなす位置関係にある。

このようにキヤビティ 3 5と給電ピン 5 2を設けることによって、給電ピン 5 2によって生じる電界 Eのうち、切り欠き方向成分 E 1 は、相対的に大きくなつた容量の影響により位相が遅れる。したがって、切り欠き方向と直交する成分 E 2 との位相差が 9 0 ° となるように切り欠き部の大きさおよび給電ピン 5 2の位置を設定することにより、 T E 11モードの回転電磁界を得ることができる。上述したような給電部を有するプラズマ装置においては、高周波発生器 4 5より発生した高周波電磁界は、同軸導波管 4 1を介して上記キヤビティ 3 5に給電される。給電された高周波電磁界は、給電ピン 5 2と、中心軸に垂直な断面が互いに対向する 1対の切り欠き部を有するキヤビティ 3 5とによって回転電磁界に変換されると同時に、上記キヤビティ 3 5において共振しながらその一部がラジアルアンテナ 3 0のラジアル導波路 3 3に供給される。ラジアルアンテナ 3 0内に供給された高周波電磁界は、ラジアル導波路 3 3を伝搬し、このラジアル導波路 3 3内を伝搬する電磁界 Fがこれらのスロット 3 6から処理容器 1 1内に放射 (またはリーク）され、ノズル 1 7を通じて処理容器 1 1内に導入されるプラズマガスを電離させてプラズマ Sを生成する。

このとき、キヤビティ 3 5において共振している回転電磁界がラジアル導波路 3 3に供給される。したがって、キヤビティ 3 5内において高周波電磁界を円偏波に変換することによって、ラジアルアンテナ 3 0から良好な円偏波高周波電磁界を処理容器 1 1内に放射（またはリーク）し、生成されるプラズマ Sの面内分布の均一性を向上させることができる。

この第 3の実施例において、給電ピン 5 2によって生じる電界 Eのうち切り欠き方向成分 E 1 と、それと直交する方向成分 E 2 との位相差を 9 0 ° とし、良好な回転電磁界を得るためには、キヤビティ 3 5に設けられる導体部材 6 1 A， 6 1 Bと給電ピン 5 2との平行部分の長さ 1 ₃ を; L / 4程度とするとよい。したがつて、図 9 ( a ) に示すように、給電ピン 5 2 Aをラジアルアンテナ 3 0の導体板 3 1に接続させる場合には、導体部材 6 1 C， 6 I Dの長さ（円筒導体部材 5 I Bの軸方向の長さ）を 1 ₃ =ぇ 4程度とするとよい。また、導電部材 6 1 Α, 6 1 Βを円筒導体部材 5 1 Βの一端から他端まで延在させる場合には、給電ピン 5 2 Αにおける導電部材 6 1 Α, 6 1 Bと平行な部分の長さを 1 ₃ = λ / 4程度とするとよい。この場合、図 9 ( b ) に示すように、円形導体部材 5 1 Aから 1 3 =ぇ/ 4の位置で給電ピン 5 2 Aを直角に折り曲げ、その先端を導電部材 6 1 Aに対して垂直に接続するようにしてもよい。これにより、給電ピンの先端が開放状態の場合に生じる放電を抑制することができる。

また、図 1 0に示すように、導電部材 6 I E , 6 1 Fのラジアルアンテナ 3 0 側の端部がスロープ状に成形されていてもよい。この場合、キヤビティ 3 5の中心軸に対して垂直な方向から見たキヤビティ 3 5の断面形状は、ラジアル導波路 3 3との接続部分にテーパーを有する形状となる。このようにすることにより、 3 5内において導電部材が存在する領域と存在しない領域（

一ダンスの変化を緩やかにして、 2つの領域の境界での高周波電磁界の反射を抑制することができる。導電部材 6 1 E , 6 1 Fの端部をスロープ状に成形する場合でも、その端部を除く本体部分の長さを 1 ₃ = λ / 4程度とすることにより、良好な回転電磁界を得ることができる。

なお、この第 3の実施例では、円筒導体部材 5 1 Βの内壁面にその一端から軸方向に延在する導電部材 6 1 Α〜6 1 Fを設けて、キヤビティ 3 5の断面に切り欠き部を持たせ、すなわち切り欠き方向の距離を短くするものとして説明したが、導電部材として円筒導体部材 5 1 Βの内壁面に互いに対向する 1組または複数組の導体製の円柱状突起を軸方向に設けてもよい。

次に図 1 1を参照して、第 4の実施例について説明する。

第 4の実施例にかかるプラズマ装置は、給電部を形成するキヤビティ 3 5の中心軸に垂直な断面を楕円形に形成したものである。

具体的には、上記キヤビティ 3 5は、高周波電磁界を給電する同軸導波管 4 1 の外部導体 4 1 Αと接続された楕円形導体部材と、一端がこの楕円形導体部材と接続され他端がラジアルアンテナ 3 0内に開口し、断面が楕円形状の筒状導体部材 5 1 B ' とから形成されている。このとき、筒状導体部材 5 1 B ' と同じ内面形状を有するリング部材 5 4をラジアルアンテナ 3 0の導体板 3 2の中央に設けられたキヤビティ 3 5の開口部の周囲に設けてもよい。

この第 4の実施例において、給電ピン 5 2は、楕円形導体部材の中心からその径方向に離間しかつその楕円の長径およぴ短径からそれぞれ 4 5 ° の角度をなす位置に配置されている。

その結果、給電ピン 5 2によって生じる電界 Eのうち、楕円の短径方向成分 E 1 は、相対的に大きくなつた容量の影響により位相が遅れる。したがって、長径方向成分 E 2 との位相差が 9 0 ° となるようにキヤビティ 3 5の断面形状おょぴ給電ピン 5 2の位置を設定することにより、 T E 11モードの回転電磁界を得ることができる。

このような給電部を有するプラズマ装置において、同軸導波管 4 1を介して上記キヤビティ 3 5に給電された高周波電磁界は、給電ピン 5 2と上記楕円形状の断面を有するキヤビティ 3 5とによって回転電磁界に変換されると同時に、上記キヤビティ 3 5において共振しながらその一部がラジアルアンテナ 3 0のラジアル導波路 3 3に供給される。

したがって、上述した第 1、第 3の実施例と同様に、キヤビティ 3 5内において高周波電磁界を円偏波に変換することによって、ラジアルアンテナ 3 0から良好な円偏波高周波電磁界を処理容器 1 1内に放射（またはリーク）し、生成されるプラズマ Sの面内分布の均一性を向上させることができる。

なお、キヤビティ 3 5の深さおょぴリング部材 5 4の厚み等を調整することにより、キヤビティ 3 5内で共振する高周波電磁界のうち、ラジアル導波路 3 3に供給される高周波電磁界の割合、すなわち Q値を調節することができる。

次に第 5の実施例について、図 1 2を参照して説明する。

この第 5の実施例にかかるプラズマ装置は、円形導体部材 5 1 Aと円筒導体部材 5 1 Bとから形成されるキヤビティ 3 5に 2本の同軸導波管を介して 2点給電するものである。

本実施例においては、図 1 2に示すように、円形導体部材 5 1 Aに、第 1、第 2の同軸導波管の内部導体と接続された第 1、第 2の給電ピン 5 2 A, 5 2 Bが円形導体部材 5 1 Aの中心軸からその径方向に離間した位置に設けられており、これら 2つの給電ピン 5 2 A, 5 2 Bの位置は、中心軸に対して直角をなしている。

そして、第 1、第 2の同軸導波管から位相が互いに 9 0 ° 異なる高周波電磁界を給電することにより、キヤビティ 3 5内に T E 11モードの回転電磁界が生成される。

なお、 9 0 ° の位相差を持たせるためには、位相変換回路を用いてもよいが、伝搬電磁界の波長の 1 / 4だけ長さの異なる 2つの同軸導波管に同位相の高周波電磁界を供給してもよい。

このような給電部を有するプラズマ装置において、上述したような 2点給電を行うことによって、 2つの同軸導波管から給電される高周波電磁界が回転電磁界に変換されると同時に、上記キヤビティ 3 5において共振しながらその一部がラ

-ナ 3 0のラジアル導波路 3 3に供給される。したがって、上述した第 1〜第 3の実施例と同様に、キヤビティ 35内において高周波電磁界を円偏波に変換することによって、ラジアルアンテナ 30から良好な円偏波高周波電磁界を処理容器 1 1内に放射（またはリーク）し、生成されるプラズマ Sの面内分布の均一性を向上させることができる。

このとき、キヤビティ 35の深さおよびリング部材 54の厚み等を調整することにより、キヤビティ 35内で共振する高周波電磁界のうち、ラジアル導波路 3 3に供給される高周波電磁界の割合、すなわち Q値を調節することができることは、上述した他の実施例と同様である。

次に第 6の実施例について、図 1 3を参照して説明する。

この第 ₆の実施例にかかるプラズマ装置は、円形導体部材 5 1 Aと円筒導体部材 5 1 Bとから形成されるキヤビティ 35内に、パッチアンテナ給電により回転電磁界を生成するものである。

このパッチアンテナ給電に用いるパッチアンテナ 7 1は、図 13 (a) に示すように、接地された円形導体部材 51 Aと、この円形導体部材 51 Aの下面に配置された誘電体板 72と、この誘電体板 72を介して円形導体部材 51 Aに対向配置された導体板 73とから構成されている。円形導体部材 5 1 Aには 2本の同軸導波管 41, 47の外部導体 41 A, 47 A (外部導体 47 Aは図示せず）が接続され、導体板 73には 2本の同軸導波管 41， 47の内部導体 41 B， 47 B (内部導体 47 Bは図示せず）が接続されている。また、導体板 73の中心を接地電位に固定するために、導体板 73の中心を導体柱で円形導体部材 51 Aに接続してもよい。円形導体部材 51 A、導体板 73および導体柱は、銅又は了ルミニゥムなどにより形成され、誘電体板 72はセラミックなどにより形成される。図 1 3 (b) は、導体板 73を Xlllb— Xlllb' 線方向から見たときの平面図である。この図 1 3 (b) に示すように、導体板 73の平面形状は、一辺がおよそ; L_glZ2の正方形をしている。 _glは、円形導体部材 51 Aと導体板 73との間を伝播する高周波電磁界の波長を意味している。

座標系の原点 Oを導体板 73の中心に設定し、導体板 73の各辺と平行に X軸， y軸を設定すると、 2本の同軸導波管 41, 47の内部導体 41 B, 47Bは、導体板 73上の原点 Oから略等距離にある X軸， y軸上の二点に接続されている。この二点を給電点 P , Qと呼ぶ。

このような構成のパッチアンテナ 7 1に対して、二本の同軸導波管 4 1， 4 7 から等振幅かつ位相が互いに 9 0 ° 異なる高周波電磁界を給電することにより、キヤビティ 3 5内に T E 11モードの回転電磁界を生成することができる。その原理は次のとおりである。

導体板 7 3の X軸方向の長さは 2であるから、一方の同軸導波管 4 1より給電点 Pに供給された電流は X軸方向で共振し、導体板 7 3の y軸に平行な二辺から' X軸に平行な直線偏波が放射される。また、導体板 7 3の y軸方向の長さも； L _{g l} Z 2であるから、他方の同軸導波管 4 7より給電点 Qに供給された電流は y軸方向で共振し、導体板 7 3の X軸に平行な二辺から y軸に平行な直線偏波が放射される。 2本の同軸導波管 4 1， 4 7による給電位相は互いに 9 0 ° 異なるので、放射される 2つの直線偏波の位相も互いに 9 0 ° 異なっている。し力も両者は振幅が等しく、空間的に直交しているので、円偏波となり、キヤビティ 3 5 内に回転電磁界が生成される。

このようにして生成された回転電磁界は、キヤビティ 3 5において共振しながら、その一部がラジアルアンテナ 3 0のラジアル導波路 3 3に供給される。したがって、上述した他の実施例と同様に、ラジアルアンテナ 3 0から良好な円偏波高周波電磁界を処理容器 1 1内に放射（またはリーク）し、生成されるプラズマ Sの面内分布の均一性を向上させることができる。

このとき、キヤビティ 3 5の深さおよびリング部材 5 4の厚み等を調整することにより、キヤビティ 3 5内で共振する高周波電磁界のうち、ラジアル導波路 3 3に供給される高周波電磁界の割合、すなわち Q値を調節することができることは、上述した他の実施例と同様である。

なお、パッチアンテナ 7 1への給電位相差を 9 0 ° とするためには、位相変換回路を用いてもよいが、伝搬電磁界の波長の 1 / 4だけ長さの異なる 2つの同軸導波管に同位相の高周波電磁界を供給するようにしてもよい。

また、パッチアンテナ 7 1が有する導体板 7 3の平面形状は、図 1 3 ( b ) に示した正方形の他、円形などの 9 0 ° 回転対称形状（導体板 7 3をその中心の周りに 9 0 ° 回転させたときに重なる形状）であってもよい。ただし、円形の場合には、直径をおよそ 1.17X ;L_gl/2とするとよい。さらに言えば、導体板 73の平面形状は、長方形など、その中心からみた直交する 2方向の長さが異なる形状であってもよい。この場合、 2つの給電点 P， Qにおける給電位相の差を 90° とはせず、上記 2方向の長さによって調整する。

次に第 7の実施例について、図 14を参照して説明する。なお、第 6の実施例と共通する部材については同一の符号を用い、その説明を省略する。

第 6の実施例は、 2本の同軸導波管 41, 47を用いた二点給電のパッチアンテナ 71を用いているのに対し、この第 7の実施例は、 1本の同軸導波管 41を用いた一点給電のパッチアンテナ 75を用いている。

このパッチアンテナ 75は、図 14 (a) に示すように、接地された円形導体部材 5 1Aと、この円形導体部材 5 1 Aの下面に配置された誘電体板 72と、この誘電体板 72を介して円形導体部材 51 Aに対向配置された導体板 76とから構成されている。円形導体部材 5 1 Aには同軸導波管 41の外部導体 41 Aが接続され、導体板 73には同軸導波管 4 1の内部導体 41 Bが接続されている。図 14 (b) は、導体板 76を XlVb— XIV! 線方向から見たときの平面図である。この図 14 (b) に示すように、導体板 76の平面形状は、円 76Aの周縁領域の一部を切り欠いた形状をしている。より詳しく言うと、円周と y軸とが交差する付近の 2領域を矩形状に切り欠いた形状をしている。切り欠き面積は円 76 Aの面積の 3%程度とするとよレ、。ここでは、導体板 76の X軸方向の長さを 1.17 X Xg /2とし、 y軸方向の長さを 1.17 Xえ _gl/2— 2 dとする。

同軸導波管 41の内部導体 41 Bは、 X軸， y軸と 45° の角度で交差する直線上の一点に接続されている。この点を給電点 Vと呼ぶ。

同軸導波管 41より導体板 76の給電点 Vに供給された電流は、 X軸方向および y軸方向にそれぞれ独立に流れる。このとき、 y軸方向の長さは 1.17X ;t_glZ 2よりも 2 dだけ短いので、電磁界がみた誘電率が大きくなり、 y軸方向を流れる電流の位相が遅れる。この位相遅れが 90° となるように 2 dの値と切り欠き部の長さを設定することにより、パッチアンテナ 75より円偏波が放射され、キャビティ 35内に TE 11モードの回転電磁界が生成される。

このようにして生成された回転電磁界は、キヤビティ 35において共振しながら、その一部がラジアルアンテナ 3 0のラジアル導波路 3 3に供給される。

したがって、上述した第 6の実施例と同様に、ラジアルアンテナ 3 0から良好な円偏波高周波電磁界を処理容器 1 1内に放射（またはリーク）し、生成されるプラズマ Sの面内分布の均一性を向上させることができる。

なお、導体板 7 6の平面形状は図 1 4 ( b ) に示した形状に限られるものではなく、少なくとも導体板 7 6の中心からみた直交する二方向の長さが異なる形状であればよい。したがって、例えば楕円形であってもよいし、長辺の長さがおよそ; L _{g l}/ 2であり、短辺の長さがおよそえ _{g l}Z 2未満である矩形であってもよい。次に第 8の実施例について、図 1 5を参照して説明する。

この第 8の実施例にかかるプラズマ装置は、円形導体部材 5 1 Aと円筒導体部材 5 1 Bとから形成されるキヤビティ 3 5内に、 T E 10モードの矩形導波管 8 1 を用いたスロット給電により回転電磁界を生成するものである。

このスロット給電に用いる矩形導波管 8 1の E面（管内の電界に垂直な側面）にはクロススロット 8 2が开成されている。このクロススロット 8 2は、互いに長さが異なる 2本のスロットが互いの中心で交差した構成をしている。これら 2 本のスロットそれぞれの中心、すなわちクロススロット 8 2の中心は、 E面の略中心軸上にある。

クロススロット 8 2を構成する 2本のスロットは、 2 . 4 5 G H zに対する周波数特性が相対的に 5 5 ° 〜7 0 ° 程度異なるように各スロットの長さが調整され、各スロットによる放射電界の振幅が等しくなるように各スロットの角度が調整される。

矩形導波管 8 1の終端 8 3は金属で閉じられているので、クロススロット 8 2 による放射電磁界の振幅が最大となるように、クロススロット 8 2はその中心が矩形導波管 8 1の終端 8 3から略； l g₂/ 2だけ離れた位置に配置される。； L g₂とは、矩形導波管 8 1内を伝搬する高周波電磁界の波長である。

クロススロット 8 2の設計例を図 1 6に示す。なお、この図 1 6は、矩形導波管 8 1の E面を XVI— XVI' 線方向から見た平面図である。

図 1 6 ( a ) に示すクロススロット 8 2 Aでは、それを構成する 2本のスロットは互いに略直角に交差し、また矩形導波管 8 1の E面の中心軸に対して略 4 5 ° 傾斜している。各スロットの長さは、それぞれ 5. 57 cm、 6. 06 c mである。

また、図 16 (b) に示すクロススロット 82Bでは、それを構成する 2本のスロットは互いに略 107° で交差し、また矩形導波管 8 1の E面の中心軸に対して略 36. 5° 傾斜している。各スロットの長さは、それぞれ 5. 32 cm, 7. 26 c mである。

このようなクロススロット 82 A, 82 Bを矩形導波管 81の E面に形成することにより、 2. 45 GH zの周波数に対して軸比が極めて小さい TE 11モードの円偏波が得られる。

この第 8の実施例では、図 1 5に示すように、クロススロット 82が形成された矩形導波管 81の E面が、キヤビティ 35の一端面を形成する円形導体部材 5 1 Aに接合され、クロススロット 82はその中心がキヤビティ 35の中心軸と一致するように配置されている。また、円形導体部材 5 1 Aには少なくともクロススロット 82と対向する領域が開口され、矩形導波管 81を伝搬する高周波電磁界がキヤビティ 35内に放射されるようになっている。

なお、クロススロット 82の中心とキヤビティ 35の中心軸とは、必ずしも一致しなくてもよい。また、円筒導体部材 5 1 Bの一端を矩形導波管 81の E面で塞ぎ、この矩形導波管 81の E面の一部で円形導体部材 5 1 Aを構成してもよい。このようなプラズマ装置において、高周波発生器 45より発生した高周波電磁界は矩形導波管 81を伝搬し、 E面に形成されたクロススロット 82よりキヤビティ 35内に放射される。キヤビティ 35内に放射された高周波電磁界は TE 11 モードの円偏波となり、回転電磁界が生成される。この回転電磁界は、キヤビティ 35内を共振しながら、その一部がラジアルアンテナ 30のラジアル導波路 3 3に供給される。

したがって、上述した他の実施例と同様に、ラジアルアンテナ 30から良好な円偏波高周波電磁界を処理容器 1 1内に放射（またはリーク）し、生成されるプラズマ Sの面内分布の均一性を向上させることができる。

図 1 7 (a) に示すように、 TE 10モードの矩形導波管 84の終端面にクロススロット 85を設けてスロット給電を行ってもよい。この矩形導波管 84の終端面に形成されるクロススロット 85の構成は、 E面に形成されるクロススロット 82の構成と概ね同じである。すなわち、クロススロット 85は、互いの中心で交差する 2本のスロットから構成され、これら 2本のスロットは、 2. 45GH zに対する周波数特性が相対的に 55° 〜70° 程度異なるように調整され、その長さが互いに異なっている。ただし、クロススロット 85の中心は、矩形導波管 84の終端面の略中心に配置される。

クロススロット 85の設計例を図 1 7 (b) に示す。なお、この図 1 7 (b) は、矩形導波管 84の終端面を XVIIb— XVIII 線方向から見た平面図である。図 1 7 (b) に示すクロススロット 85 Aでは、それを構成する 2本のスロットは互いに略直角に交差し、また矩形導波管 84の中心部に生成される仮想的な電界線に対して略 45° 傾斜している。各スロットの長さは、それぞれ 5. 57 c m、 6. 06 cmである。このようなクロススロット 85 Aを矩形導波管 84の終端面に形成することにより、 2. 45 GH zの周波数に対して軸比が極めて小さい TE11モードの円偏波が得られる。

したがって、矩形導波管 84の終端面に形成されたクロススロット 85より高周波電磁界を給電することにより、キヤビティ 35内に回転電磁界を生成することができる。よって、矩形導波管 81の E面に形成されたクロススロット 82より給電した場合と同様に、処理容器 1 1内に生成されるプラズマ Sの面内分布の均一性を向上させることができる。

この第 8の実施例では、クロススロット 82, 85によるスロット給電の例を示したが、図 18に示すように、互いに垂直な方向の 2本のスロット 8 7 A， 8 7 Bを離間した位置に配置した所謂ハの字スロットを用いてス口ット給電を行つてもよい。

また、クロススロット 82, 85またはハの字スロットを構成するスロットの平面形状は、図 1 9 (a) に示すような矩形であってもよいし、図 1 9 (b) に示すような平行二直線の両端を円弧などの曲線でつないだ形状であってもよい。スロットの長さ Lとは、図 19 (a) では矩形の長辺の長さであり、図 1 9 (b) では対向する二曲線の間隔が最大となる位置の長さである。

なお、図 1 5, 図 1 7に示すように、矩形導波管 8 1, 84において、クロススロット 8 2、 8 5が形成されている部分と高周波発生器 4 5との間に、マッチング回路 4 4を配置してもよい。これにより、プラズマ負荷からの反射電力を高周波発生器 4 5へ返すことなく再度負荷側へ戻し、効率よくプラズマへ電力供給することができる。

以上の本発明の実施例で用いるラジアルアンテナ 3 0は、スロット面を構成する導体板 3 1が平板状であるが、図 2 0に示すラジアルアンテナ 3 O Aのように、スロット面を構成する導体板 3 1 Aが円錐面状をしていてもよい。円錐面状をしたスロット面から放射（またはリーク）される電磁界は、平板状をした誘電体板 1 3によって規定されるプラズマ面に対して斜め方向から入射されることになる。このため、プラズマによる電磁界の吸収効率が向上するので、アンテナ面とプラズマ面との間に存在する定在波を弱め、プラズマ分布の均一性を向上させることができる。

なお、ラジアルアンテナ 3 O Aのアンテナ面を構成する導体板 3 1 Aは、円錐面状以外の凸形状であってもよい。その凸形状は上に凸であっても、下に凸であつてもよい。また、キヤビティ 3 5の一端面を形成する円形導体部材 5 1 Aは、ラジアルアンテナ 3 O Aの導体板 3 1 Aにならつた凸形状をしていてもよい。以上のように、上述した実施例によれば、給電部に共振器を構成するキヤビティを設け、このキヤビティに給電される高周波電磁界を回転電磁界に変換すると同時に、この回転電磁界を前記キヤビティにおいて共振させながらその一部をスロットアンテナ内に供給するので、このキヤビティ内で回転電磁界を円偏波とすることによって、前記スロットアンテナに円偏波になされた回転電磁界を供給することができ、これによつて生成されるプラズマの面内分布の均一性を向上させることができる。産業上の利用可能性

本発明は、エッチングや C V D、アツシングなどのプラズマを用いる処理に利用することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 給電部を介して供給される高周波電磁界を処理容器内に供給するスロットァンテナを備えたプラズマ装置であって、

前記給電部は、

共振器を構成するとともに給電される高周波電磁界を回転電磁界に変換して前記スロットァンテナに供給するキャビティを有することを特徴とするプラズマ装

2 . 請求の範囲第 1項に記載されたプラズマ装置において、

前記スロットアンテナ内における前記キヤビティの開口部の周囲に設けられ前記キヤビティの内径と同じ内径を有するリング部材を備えることを特徴とするプラズマ装置。

3 . 請求の範囲第 1項に記載されたプラズマ装置において、

前記キヤビティは、

高周波電磁界を給電する同軸導波管の外部導体と接続された円形導体部材と、一端がこの円形導体部材と接続され他端が前記スロットアンテナ内に開口した円筒導体部材とから形成されるとともに、

前記円形導体部材の中心からその径方向に離間した位置に設けられ前記同軸導波管の内部導体と一端が接続された給電ピンと、

この給電ピンと前記円形導体の中心を挟んで所定の角度をなす位置に設けられ一端が前記円形導体部材と接続された摂動ピンと

を備えることを特徴とするプラズマ装置。

4 . 請求の範囲第 3項に記載されたプラズマ装置において、

前記給電ピンの他端は、開放状態になっていることを特徴とするプラズマ装置。

5 . 請求の範囲第 3項に記載されたプラズマ装置において、

前記給電ピンの他端は、前記スロットアンテナを構成するスロットが形成されたァンテナ面に接続されていることを特徴とするプラズマ装置。

6 . 請求の範囲第 5項に記載されたプラズマ装置において、

前記給電ピンの他端には、前記アンテナ面側に広がる円錐台状の導電部材が設けられていることを特徵とするプラズマ装置。

7 . 請求の範囲第 5項に記載されたプラズマ装置において、

前記摂動ピンの他端は、前記アンテナ面に接続されていることを特徴とするプラズマ装置。 -

8 . 請求の範囲第 5項に記載されたプラズマ装置において、

前記摂動ピンの他端は、前記円筒導体部材に接続されていることを特徴とするプラズマ装置。

9 . 請求の範囲第 3項に記載されたプラズマ装置において、

前記給電ピンの他端は、前記円筒導体部材に接続されていることを特徴とするプラズマ装置。

1 0 . 請求の範囲第 9項に記載されたプラズマ装置において、

前記摂動ピンの他端は、前記スロットアンテナを構成するスロットが形成されたアンテナ面または前記円筒導体部材に接続されていることを特徴とするプラズ

1 1 . 請求の範囲第 1項に記載されたプラズマ装置において、

前記キヤビティは、

高周波電磁界を給電する同軸導波管の外部導体と接続された円形導体部材と、 —端がこの円形導体部材と接続され他端が前記スロットアンテナ内に開口した円筒導体部材と、

この円筒導体部材の側壁内部に対向配置された導電部材とから形成されるとともに、

前記円形導体部材の中心からその径方向に離間した位置に設けられ同軸導波管の内部導体と一端が接続された給電ピンを備える

ことを特徴とするプラズマ装置。

1 2 . 請求の範囲第 1 1項に記載されたプラズマ装置において、

前記導電部材は、前記円筒導体部材の軸方向の長さが前記高周波電磁界の波長の略 1 Z 4であることを特徴とするプラズマ装置。

1 3 . 請求の範囲第 1 1項に記載されたプラズマ装置において、

前記導電部材は、前記スロットアンテナの側の端部が、スロープ状に成形されていることを特徴とするブラズマ装置。

1 4 . 請求の範囲第 1 3項に記載されたプラズマ装置において、

前記導電部材の前記端部を除く本体は、前記円筒導体部材の軸方向の長さが前記高周波電磁界の波長の略 1 Z 4であることを特徴とするブラズマ装置。

1 5 . 請求の範囲第 1 1項に記載されたプラズマ装置において、

前記給電ピンの他端は、前記スロットアンテナを構成するスロットが形成されたアンテナ面に接続されていることを特徴とするプラズマ装置。

1 6 . 請求の範囲第 1 1項に記載されたプラズマ装置において、

前記給電ピンの他端は、前記円形導体部材から前記円筒導体部材の軸方向に前記高周波電磁界の波長の略 1 Z 4離れた位置で前記導体部材に接続されていることを特徴とするブラズマ装置。

1 7 . 請求の範囲第 1項に記載されたプラズマ装置において、前記キヤビティは、

高周波電磁界を給電する同軸導波管の外部導体と接続された楕円形導体部材と、一端がこの楕円形導体部材と接続され他端が前記スロットァンテナ内に開口し、断面が楕円形状の筒状導体部材とから形成されるとともに、

前記楕円形導体部材の中心からその径方向に離間しかつその長径および短径と所定の角度をなす位置に設けられ前記同軸導波管の内部導体と接続された給電ピンと

を備えることを特徴とするプラズマ装置。

1 8 . 請求の範囲第 1項に記載されたプラズマ装置において、

前記キヤビティは、

高周波電磁界を給電する第 1、第 2の同軸導波管の外部導体と接続された円形導体部材と、

一端がこの円形導体部材と接続され他端が前記スロットアンテナ内に開口した円筒導体部材とから形成されるとともに、

前記円形導体部材の中心からその径方向に離間した位置に設けられ前記第 1の同軸導波管の内部導体と接続された第 1の給電ピンと、

この第 1の給電ピンと前記円形導体の中心を挟んで所定の角度をなす位置に設けられ前記第 2の同軸導波管の内部導体と接続された第 2の給電ピンと

を備えることを特徴とするプラズマ装置。

1 9 . 請求の範囲第 1項に記載されたプラズマ装置において、

前記キヤビティは、

高周波電磁界を給電する少なくとも 1本の同軸導波管の外部導体と接続された円形導体部材と、

前記少なくとも 1本の同軸導波管より給電された前記高周波電磁界を前記回転電磁界として前記キヤビティ内に放射するパッチアンテナを備え、このパッチアンテナは、

前記円形導体部材と、

この円形導体部材と所定の間隔をもって対向配置され前記少なくとも 1本の同軸導波管の内部導体と接続された導体板と

を含むことを特徴とするプラズマ装置。

2 0 . 請求の範囲第 1項に記載されたプラズマ装置において、

前記キヤビティは、

高周波電磁界を給電する矩形導波管の一側面または終端面と、

一端がこの矩形導波管の一側面または終端面と接続され他端が前記スロットァンテナ内に開口した円筒導体部材とから形成され、

前記矩形導波管の一側面または終端面には、前記高周波電磁界を前記回転電磁界として前記キヤビティ内に放射する複数のスロットが形成されていることを特徴とするプラズマ装置。

2 1 . 請求の範囲第 2 0項に記載されたプラズマ装置において、

前記複数のスロットは、互いの中点で交差する 2本のスロットであることを特徴とするプラズマ装置。

2 2 . 請求の範囲第 2 0項に記載されたプラズマ装置において、

前記複数のスロットは、互いに離間して配置された互いに略垂直な方向にのびる 2本のスロットであることを特徴とするプラズマ装置。

2 3 . 高周波電磁界をスロットアンテナに供給し、このスロットアンテナから処理容器内に供給することによってプラズマを生成するプラズマ生成方法であって、共振器を構成するキヤビティに高周波電磁界を給電し、この高周波電磁界を回転電磁界に変換するとともに、前記キヤビティ内で共振させながら回転電磁界に変換された高周波電磁界を前記スロットァンテナに供給することを特徴とするプラズマ生成方法。

2 4 . 請求の範囲第 2 3項に記載されたプラズマ生成方法において、同軸導波管の外部導体と接続された円形導体部材と、一端がこの円形導体部材と接続され他端がスロットアンテナ内に開口した円筒導体部材とから前記キヤビティを形成し、

このキヤビティ内に前記同軸導波管の内部導体と接続された給電ピンを前記円形導体部材の中心からその径方向に離間した位置に設けるとともに、

この給電ピンと前記円形導体の中心を挟んで所定の角度をなす位置に前記円形導体部材と接続された摂動ピンを設け、

前記同軸導波管を介して前記キヤビティに高周波電磁界を給電し、

この高周波電磁界を前記給電ピンと前記摂動ピンとによって回転電磁界に変換すると同時に、前記キヤビティにおいて共振させながら回転電磁界に変換された高周波電磁界を前記スロットアンテナに供給し、

このスロットアンテナから処理容器内に供給することによってプラズマを生成することを特徴とするプラズマ生成方法。

2 5 . 請求の範囲第 2 3項に記載されたプラズマ生成方法において、

同軸導波管の外部導体と接続された円形導体部材と、一端がこの円形導体部材と接続され他端が前記スロットアンテナ内に開口した円筒導体部材と、この円筒導体部材の側壁内部に対向配置された導電部材とから、この円筒導体部材の軸に垂直な断面が互いに対向する 1対の切り欠き部を有する前記キヤビティを形成し、このキヤビティ内に前記同軸導波管の内部導体と接続された給電ピンを前記円形導体部材の中心からその径方向に離間し、かつ前記キヤビティの断面の前記切り欠き部の中心線から離間した位置に設け、

この高周波電磁界を前記給電ピンと前記切り欠き部を有する前記キヤビティによつて回転電磁界に変換すると同時に、前記キヤビティにおいて共振させながら回転電磁界に変換された高周波電磁界を前記スロットアンテナに供給し、

2 6 . 請求の範囲第 2 3項に記載されたプラズマ生成方法において、

同軸導波管の外部導体と接続された楕円形導体部材と、一端がこの楕円形導体部材と接続され他端が前記スロットアンテナ内に開口し、断面が楕円形状の筒状導体部材とから前記キヤビティを形成し、

このキヤビティ内に前記同軸導波管の内部導体と接続された給電ピンを前記楕円形導体部材の中心から離間しかつその長径および短径と所定の角度をなす位置に設け、

この高周波電磁界を前記給電ピンと前記楕円形状の断面を有するキヤビティとによって回転電磁界に変換すると同時に、前記キヤビティにおいて共振させながら回転電磁界に変換された高周波電磁界を前記スロットアンテナに供給し、このスロットアンテナから処理容器内に供給することによってプラズマを生成することを特徴とするプラズマ生成方法。

2 7 . 請求の範囲第 2 3項に記載されたプラズマ生成方法において、

第 1、第 2の同軸導波管の外部導体と接続された円形導体部材と、一端がこの円形導体部材と接続され他端がスロットアンテナ内に開口した円筒導体部材とから前記キヤビティを形成し、

このキヤビティ内に前記第 1の同軸導波管の内部導体と接続された第 1の給電ピンを前記円形導体部材の中心からその径方向に離間した位置に設けるとともに、前記第 2の同軸導波管の内部導体と接続された第 2の給電ピンを前記第 1の給電ピンと前記円形導体の中心を挟んで所定の角度をなす位置に設け、

前記第 1、第 2の同軸導波管を介して前記キヤビティに互いに位相が 9 0 ° 異なる高周波電磁界を給電し、

これらの同軸導波管から給電される高周波電磁界を回転電磁界に変換すると同時に、前記キヤビティにおいて共振させながら回転電磁界に変換された高周波電磁界を前記スロットアンテナに供給し、このスロットアンテナから処理容器内に供給することによってプラズマを生成することを特徴とするブラズマ生成方法。

2 8 . 請求の範囲第 2 3項に記載されたプラズマ生成方法において、

少なくとも 1本の同軸導波管の外部導体と接続された円形導体部材と、一端がこの円形導体部材と接続され他端がスロットァンテナ内に開口した円筒導体部材とから前記キャビティを形成し、

このキヤビティ内に前記少なくとも 1本の同軸導波管の内部導体と接続された導体板を前記円形導体部材と所定の間隔をもつて対向配置し、前記導体板と前記円形導体部材とを含むパッチアンテナを構成し、

前記少なくとも 1本の同軸導波管を介して前記パッチアンテナに高周波電磁界を給電して、前記キヤビティに回転電磁界を生成し、

前記キヤビティにおいて共振させながら回転電磁界に変換された高周波電磁界を前記ス口ットアンテナに供給し、

このスロットアンテナから処理容器内に供給することによってプラズマを生成することを特@：とするプラズマ生成方法。

2 9 . 請求の範囲第 2 3項に記載されたプラズマ生成方法において、

高周波電磁界を給電する矩形導波管の一側面または終端面と、一端がこの矩形導波管の一側面または終端面と接続され他端が前記スロットアンテナ内に開口した円筒導体部材とから前記キヤビティを形成し、

前記矩形導波管より給電された高周波電磁界を前記一側面または終端面に形成された複数のスロットより前記キャビティに放射することにより回転電磁界を生成し、

前記キヤビティにおいて共振させながら回転電磁界に変換された高周波電磁界を前記スロットアンテナに供給し、

このスロットアンテナから処理容器内に供給することによってプラズマを生成することを特^ [とするブラズマ生成方法。