WO2011087094A1 - 電磁波給電機構およびマイクロ波導入機構 - Google Patents

電磁波給電機構およびマイクロ波導入機構 Download PDF

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WO2011087094A1
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antenna
wave
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microwave
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池田　太郎
長田　勇輝
河西　繁
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東京エレクトロン株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an electromagnetic wave feeding mechanism and a microwave introduction mechanism.
  • plasma processing such as a plasma etching apparatus or a plasma CVD film forming apparatus is performed in order to perform a plasma process such as an etching process or a film forming process on a target substrate such as a semiconductor wafer or a glass substrate.
  • a device is used.
  • an RLSA Random Line Slot Antenna microwave plasma processing apparatus capable of uniformly forming a high-density, low-electron-temperature surface wave plasma has been attracting attention (for example, a special feature). No. 2007-109457).
  • the RLSA microwave plasma processing apparatus is provided with a planar antenna (Radial Line Slot Antenna) in which slots are formed in a predetermined pattern at the top of the chamber, and the microwave guided from a microwave source through a coaxial waveguide Are radiated into the chamber from the slot of the planar antenna, and the gas introduced into the chamber by the microwave electric field is turned into plasma, and the object to be processed such as a semiconductor wafer is subjected to plasma processing.
  • a planar antenna Ring Line Slot Antenna
  • the microwave guided from a microwave source through a coaxial waveguide Are radiated into the chamber from the slot of the planar antenna, and the gas introduced into the chamber by the microwave electric field is turned into plasma, and the object to be processed such as a semiconductor wafer is subjected to plasma processing.
  • the microwaves are distributed to a plurality of parts, amplified by a solid-state amplifier, and the microwaves are introduced into the chamber through a plurality of antenna modules each having a waveguide having a coaxial structure and a planar antenna having slots as described above.
  • a microwave plasma processing apparatus having a microwave plasma source for spatially synthesizing microwaves in a guiding chamber has also been proposed (International Publication No. WO 2008/013112).
  • a feeding port is usually provided on an extension of the axis of the waveguide having a coaxial structure. Installed and powered from there.
  • An object of the present invention is to provide an electromagnetic wave feeding mechanism capable of effectively feeding electromagnetic wave power to a waveguide having a coaxial structure even when electromagnetic wave power cannot be fed from an extension line of the axis of the waveguide having the coaxial structure, and such electromagnetic wave feeding.
  • An object is to provide a microwave introduction mechanism using the mechanism.
  • an electromagnetic wave power supply mechanism that supplies electromagnetic power to a waveguide having a coaxial structure, the power introduction being provided at a side portion of the waveguide having the coaxial structure and connected to a power supply line.
  • a power supply antenna connected to the power supply line and radiating electromagnetic wave power inside the waveguide, the power supply antenna including a first pole connected to the power supply line;
  • An antenna body having a second pole in contact with the inner conductor, and a reflecting portion extending from both sides of the antenna body along the outside of the inner conductor and formed in a ring shape, and is incident on the antenna body
  • a standing wave is formed by the reflected electromagnetic wave and the electromagnetic wave reflected by the reflecting portion, and electromagnetic wave power propagates through the waveguide by a chain action of an induced magnetic field and an induced electric field generated by the standing wave.
  • Electromagnetic power feeding Structure is provided.
  • the first aspect further includes a reflector provided on the side opposite to the feeding direction of the waveguide, and the electromagnetic wave power supplied from the feeding antenna is reflected by the reflector and propagates through the waveguide. be able to.
  • a microwave introduction mechanism used for a surface wave plasma source for forming surface wave plasma in a chamber, the waveguide having a coaxial structure, and the waveguide having the coaxial structure.
  • a power introduction port connected to a power supply line, a power supply antenna connected to the power supply line and radiating electromagnetic power into the waveguide, and a microwave supplied to the waveguide
  • An antenna unit having a microwave radiation antenna that radiates into the chamber, wherein the feed antenna includes a first pole connected to the feed line and a second pole contacting the inner conductor of the waveguide
  • a microwave introduction mechanism is provided in which a standing wave is formed by reflected electromagnetic waves, and electromagnetic power propagates through the waveguide by a chain action of an induced magnetic field and an induced electric field generated by the standing waves.
  • the directional coupling is provided in the waveguide and extracts a current based on any of an incident wave directed to the chamber and a reflected wave returning by reflection among the microwaves passing through the waveguide.
  • an incident wave reflected wave monitor having a detector and a detector for detecting the current taken out by the directional coupler.
  • the directional coupler includes a pair of slits formed in the outer conductor of the coaxial waveguide, a plate-like conductor provided in the slit, and a pair of currents that flow through the plate-like conductor.
  • a tuner that is provided between the power introduction port and the antenna unit and matches the impedance of a load in the chamber to a characteristic impedance of a microwave power source mounted on the surface wave plasma source, The tuner is provided between the outer conductor and the inner conductor, and has an annular slag made of a dielectric material that can move along the longitudinal direction of the inner conductor.
  • the directional coupler includes the power directional coupler. It can be set as the structure provided between the introduction port and the said slug, or / and between the said slug and the said antenna part.
  • FIG. 1 It is sectional drawing which shows schematic structure of the surface wave plasma processing apparatus which has a microwave introduction mechanism with which the electromagnetic wave electric power feeding mechanism which concerns on one Embodiment of this invention was applied.
  • FIG. 1 It is a schematic diagram which shows the structural example for introduce
  • FIG. 14A It is a figure which expands and shows a part of reflected wave of FIG. 14A. It is a figure which shows the relationship between the distance D of an incident wave and a reflected wave, and a monitor current at the time of using the conventional incident wave reflected wave monitor. It is a figure which shows the relationship between the distance D at the time of using the conventional incident wave reflected wave monitor, and an attenuation factor.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a surface wave plasma processing apparatus having a microwave introduction mechanism to which an electromagnetic wave feeding mechanism according to an embodiment of the present invention is applied
  • FIG. 2 is a microwave as a surface wave plasma source. It is a block diagram which shows the structure of the microwave plasma source which has an introduction mechanism.
  • the surface wave plasma processing apparatus 100 is configured as a plasma etching apparatus that performs, for example, an etching process as a plasma process on a wafer, and is grounded in a substantially cylindrical shape made of an airtight metal material such as aluminum or stainless steel.
  • An opening 1 a is formed in the upper part of the chamber 1, and the microwave plasma source 2 is provided so as to face the inside of the chamber 1 from the opening 1 a.
  • a susceptor 11 for horizontally supporting a wafer W which is an object to be processed
  • a cylindrical support member 12 erected at the center of the bottom of the chamber 1 via an insulating member 12a Is provided.
  • Examples of the material constituting the susceptor 11 and the support member 12 include aluminum whose surface is anodized (anodized).
  • the susceptor 11 includes an electrostatic chuck for electrostatically attracting the wafer W, a temperature control mechanism, a gas flow path for supplying heat transfer gas to the back surface of the wafer W, and the wafer.
  • a high frequency bias power supply 14 is electrically connected to the susceptor 11 via a matching unit 13. By supplying high frequency power from the high frequency bias power source 14 to the susceptor 11, ions in the plasma are attracted to the wafer W side.
  • An exhaust pipe 15 is connected to the bottom of the chamber 1, and an exhaust device 16 including a vacuum pump is connected to the exhaust pipe 15. Then, by operating the exhaust device 16, the inside of the chamber 1 is exhausted, and the inside of the chamber 1 can be decompressed at a high speed to a predetermined degree of vacuum. Further, on the side wall of the chamber 1, a loading / unloading port 17 for loading / unloading the wafer W and a gate valve 18 for opening / closing the loading / unloading port 17 are provided.
  • a shower plate 20 that discharges a processing gas for plasma etching toward the wafer W is provided horizontally.
  • the shower plate 20 has a gas flow path 21 formed in a lattice shape and a large number of gas discharge holes 22 formed in the gas flow path 21. It is a space part 23.
  • a pipe 24 extending outside the chamber 1 is connected to the gas flow path 21 of the shower plate 20, and a processing gas supply source 25 is connected to the pipe 24.
  • a ring-shaped plasma gas introduction member 26 is provided along the chamber wall above the shower plate 20 of the chamber 1, and the plasma gas introduction member 26 has a number of gas discharge holes on the inner periphery. Is provided.
  • a plasma gas supply source 27 for supplying plasma gas is connected to the plasma gas introduction member 26 via a pipe 28. Ar gas or the like is preferably used as the plasma generating gas.
  • the plasma gas introduced into the chamber 1 from the plasma gas introduction member 26 is turned into plasma by the microwave introduced into the chamber 1 from the microwave plasma source 2, and this plasma passes through the space 23 of the shower plate 20.
  • the processing gas discharged from the gas discharge hole 22 of the shower plate 20 is excited to form plasma of the processing gas.
  • the microwave plasma source 2 is supported by a support ring 29 provided at the upper part of the chamber 1, and the space between them is hermetically sealed. As shown in FIG. 2, the microwave plasma source 2 includes a microwave output unit 30 that distributes the microwaves to a plurality of paths and outputs microwaves, and transmits the microwaves output from the microwave output unit 30 to enter the chamber 1. And a microwave supply unit 40 for radiating.
  • the microwave output unit 30 includes a power supply unit 31, a microwave oscillator 32, an amplifier 33 that amplifies the oscillated microwave, and a distributor 34 that distributes the amplified microwave into a plurality of parts.
  • the microwave oscillator 32 causes, for example, a PLL oscillation of a microwave having a predetermined frequency (for example, 915 MHz).
  • the distributor 34 distributes the microwave amplified by the amplifier 33 while matching the impedance between the input side and the output side so that the loss of the microwave does not occur as much as possible.
  • the microwave frequency in the range of 700 MHz to 3 GHz can be used.
  • the microwave supply unit 40 includes a plurality of amplifier units 42 that mainly amplifies the microwaves distributed by the distributor 34, and a microwave introduction mechanism 41 connected to each of the plurality of amplifier units 42. .
  • the amplifier unit 42 includes a phase shifter 45, a variable gain amplifier 46, a main amplifier 47 constituting a solid state amplifier, and an isolator 48.
  • the phase shifter 45 is configured to be able to change the phase of the microwave, and by adjusting this, the radiation characteristic can be modulated. For example, by adjusting the phase for each antenna module, the directivity is controlled to change the plasma distribution, and the circular polarization is obtained by shifting the phase by 90 ° between adjacent antenna modules as will be described later. be able to.
  • the phase shifter 45 can be used for the purpose of spatial synthesis in the tuner by adjusting the delay characteristics between the components in the amplifier. However, the phase shifter 45 need not be provided when such modulation of radiation characteristics and adjustment of delay characteristics between components in the amplifier are not required.
  • the variable gain amplifier 46 is an amplifier for adjusting the power level of the microwave input to the main amplifier 47, adjusting the variation of individual antenna modules, or adjusting the plasma intensity. By changing the variable gain amplifier 46 for each antenna module, the generated plasma can be distributed.
  • the main amplifier 47 constituting the solid state amplifier can be configured to include, for example, an input matching circuit, a semiconductor amplifying element, an output matching circuit, and a high Q resonance circuit.
  • the isolator 48 separates reflected microwaves reflected by the microwave introduction mechanism 41 and directed to the main amplifier 47, and has a circulator and a dummy load (coaxial terminator).
  • the circulator guides the microwave reflected by the antenna unit 43 of the microwave introduction mechanism 41 described later to the dummy load, and the dummy load converts the reflected microwave guided by the circulator into heat.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the microwave introduction mechanism 41
  • FIG. 4 is a transverse sectional view showing a power feeding mechanism of the microwave introduction mechanism 41.
  • the microwave introduction mechanism 41 includes a coaxial waveguide 44 that transmits a microwave, and an antenna unit 43 that radiates the microwave transmitted through the waveguide 44 into the chamber 1.
  • the microwaves radiated from the microwave introduction mechanism 41 into the chamber 1 are combined in the space in the chamber 1, and surface wave plasma is formed in the chamber 1.
  • the waveguide 44 is configured by coaxially arranging a cylindrical outer conductor 52 and a rod-shaped inner conductor 53 provided at the center thereof, and an antenna portion 43 is provided at the tip of the waveguide 44.
  • the inner conductor 53 is a power supply side
  • the outer conductor 52 is a ground side.
  • the upper end of the outer conductor 52 and the inner conductor 53 is a reflection plate 58.
  • a feeding mechanism 54 that feeds microwaves (electromagnetic waves) is provided on the proximal end side of the waveguide 44.
  • the power feeding mechanism 54 has a microwave power introduction port 55 for introducing microwave power provided on a side surface of the waveguide 44 (outer conductor 52).
  • a coaxial line 56 including an inner conductor 56 a and an outer conductor 56 b is connected to the microwave power introduction port 55 as a feed line for supplying the microwave amplified from the amplifier unit 42.
  • a feeding antenna 90 extending horizontally toward the inside of the outer conductor 52 is connected to the tip of the inner conductor 56 a of the coaxial line 56.
  • the feeding antenna 90 is formed as a microstrip line on a PCB substrate which is a printed circuit board, for example.
  • a slow wave material 59 made of a dielectric material such as Teflon (registered trademark) for shortening the effective wavelength of the reflected wave is provided between the reflector 58 and the feeding antenna 90. In the case of using a microwave with a high frequency such as 2.45G, the slow wave material 59 may not be provided.
  • the electromagnetic wave radiated from the power feeding antenna 90 is reflected by the reflection plate 58, so that the maximum electromagnetic wave is transmitted into the waveguide 44 having the coaxial structure. In that case, the distance from the feeding antenna 90 to the reflector 58 is set to a half wavelength multiple of about ⁇ g / 4.
  • the feeding antenna 90 is connected to the inner conductor 56a of the coaxial line 56 at the microwave power introduction port 55, and the first pole 92 to which microwaves (electromagnetic waves) are supplied and the supplied microwaves.
  • the antenna body 91 has a second pole 93 that radiates (electromagnetic waves), and a reflecting portion 94 that extends from both sides of the antenna body 91 along the outside of the inner conductor 53 and forms a ring shape.
  • the standing electromagnetic wave is formed by the electromagnetic wave incident on the electromagnetic wave and the electromagnetic wave reflected by the reflecting portion 94.
  • the second pole 93 of the antenna body 91 is in contact with the inner conductor 53 of the waveguide 44.
  • the microwave power is fed into the space between the outer conductor 52 and the inner conductor 53 by the feed antenna 90 radiating microwaves (electromagnetic waves). Then, the microwave power supplied to the power feeding mechanism 54 propagates toward the antenna unit 43.
  • a tuner 60 is provided in the waveguide 44.
  • the tuner 60 matches the impedance of the load (plasma) in the chamber 1 with the characteristic impedance of the microwave power source in the microwave output unit 30, and moves up and down between the outer conductor 52 and the inner conductor 53 2.
  • Two slags 61a and 61b, and a slag driving unit 70 provided on the outer side (upper side) of the reflection plate 58.
  • the slag 61a is provided on the slag drive unit 70 side, and the slag 61b is provided on the antenna unit 43 side. Further, in the inner space of the inner conductor 53, two slag moving shafts 64a and 64b for slag movement are provided along a longitudinal direction of the inner conductor 53.
  • the slag 61a has an annular shape made of a dielectric, and a sliding member 63 made of a resin having slipperiness is fitted inside the slag 61a.
  • the sliding member 63 is provided with a screw hole 65a into which the slag moving shaft 64a is screwed and a through hole 65b into which the slag moving shaft 64b is inserted.
  • the slag 61b has a screw hole 65a and a through hole 65b as in the case of the slag 61a.
  • the screw hole 65a is screwed to the slag moving shaft 64b and is connected to the through hole 65b. The slag moving shaft 64a is inserted.
  • the slag 61a moves up and down by rotating the slag movement shaft 64a
  • the slag 61b moves up and down by rotating the slag movement shaft 64b. That is, the slugs 61a and 61b are moved up and down by a screw mechanism including the slug moving shafts 64a and 64b and the sliding member 63.
  • the inner conductor 53 has three slits 53a formed at equal intervals along the longitudinal direction.
  • the sliding member 63 is provided with three protrusions 63a at equal intervals so as to correspond to the slits 53a. Then, the sliding member 63 is fitted into the slags 61a and 61b in a state where the protruding portions 63a are in contact with the inner circumferences of the slags 61a and 61b.
  • the outer peripheral surface of the sliding member 63 comes into contact with the inner peripheral surface of the inner conductor 53 without play, and the sliding member 63 slides up and down the inner conductor 53 by rotating the slug movement shafts 64a and 64b. It is supposed to be.
  • the inner peripheral surface of the inner conductor 53 functions as a sliding guide for the slugs 61a and 61b.
  • the width of the slit 53a is preferably 5 mm or less.
  • a resin material constituting the sliding member 63 a resin having good sliding property and relatively easy to process, for example, a polyphenylene sulfide (PPS) resin can be mentioned as a suitable material.
  • PPS polyphenylene sulfide
  • the slag moving shafts 64 a and 64 b extend through the reflecting plate 58 to the slag driving unit 70.
  • a bearing (not shown) is provided between the slug moving shafts 64a and 64b and the reflection plate 58. Further, a bearing portion 67 made of a conductor is provided at the lower end of the inner conductor 53, and the lower ends of the slag movement shafts 64 a and 64 b are pivotally supported by the bearing portion 67.
  • the slag drive unit 70 has a casing 71, slag moving shafts 64a and 64b extend into the casing 71, and gears 72a and 72b are attached to the upper ends of the slag moving shafts 64a and 64b, respectively.
  • the slag drive unit 70 is provided with a motor 73a that rotates the slag movement shaft 64a and a motor 73b that rotates the slag movement shaft 64b.
  • a gear 74a is attached to the shaft of the motor 73a, and a gear 74b is attached to the shaft of the motor 73b.
  • the gear 74a meshes with the gear 72a, and the gear 74b meshes with the gear 72b.
  • the slag movement shaft 64a is rotated by the motor 73a via the gears 74a and 72a
  • the slag movement shaft 64b is rotated by the motor 73b via the gears 74b and 72b.
  • the motors 73a and 73b are, for example, stepping motors.
  • the slag moving shaft 64b is longer than the slag moving shaft 64a and reaches the upper side. Therefore, the positions of the gears 72a and 72b are vertically offset, and the motors 73a and 73b are also vertically offset. Thereby, the space of a power transmission mechanism such as a motor and gears can be reduced, and the casing 71 that accommodates them can have the same diameter as the outer conductor 52.
  • increment type encoders 75a and 75b for detecting the positions of the slugs 61a and 61b are provided so as to be directly connected to these output shafts.
  • the absolute position is determined by the following procedure. First, the slag moving shaft 64a is slowly rotated to move the slag 61a at a constant speed while looking at the counter of the encoder 75a. When the slag 61a reaches a mechanical stop (not shown), the motor 73a steps out and stops.
  • Stopping can be detected by the fact that the count of the encoder 75a does not change, and the position of the slug 61a at that time or the position offset by a predetermined pulse from that position is used as the origin.
  • the absolute position of the slag 61a can be detected by counting the number of pulses from the origin with this origin position as a reference.
  • the slag 61b can detect the absolute position by grasping the origin.
  • the positions of the slags 61a and 61b are controlled by the slag controller 68.
  • the slag controller 68 controls the motors 73a and 73b based on the impedance value of the input end detected by an impedance detector (not shown) and the positional information of the slags 61a and 61b detected by the encoders 75a and 75b.
  • the impedance is adjusted by sending a signal and controlling the positions of the slugs 61a and 61b.
  • the slug controller 68 performs impedance matching so that the termination is, for example, 50 ⁇ . When only one of the two slugs is moved, a trajectory passing through the origin of the Smith chart is drawn, and when both are moved simultaneously, only the phase rotates.
  • the antenna unit 43 has a planar slot antenna 81 that functions as a microwave radiation antenna and has a planar shape and has a slot 81a.
  • the antenna unit 43 includes a slow wave material 82 provided on the upper surface of the planar slot antenna 81.
  • a cylindrical member 82 a made of a conductor passes through the center of the slow wave member 82 to connect the bearing portion 67 and the planar slot antenna 81. Therefore, the inner conductor 53 is connected to the planar slot antenna 81 via the bearing portion 67 and the cylindrical member 82a.
  • the lower end of the outer conductor 52 extends between the planar slot antennas 81, and the periphery of the slow wave material 82 is covered with the outer conductor 52.
  • the periphery of the planar slot antenna 81 and a top plate 83 to be described later is covered with a covered conductor 84.
  • the slow wave material 82 has a dielectric constant larger than that of vacuum, and is made of, for example, fluorine resin or polyimide resin such as quartz, ceramics, polytetrafluoroethylene, etc. Therefore, the antenna has a function of shortening the wavelength of the microwave to make the antenna smaller.
  • the slow wave material 82 can adjust the phase of the microwave depending on the thickness thereof, and the thickness thereof is adjusted so that the planar slot antenna 81 becomes a “wave” of a standing wave. Thereby, reflection can be minimized and the radiation energy of the planar slot antenna 81 can be maximized.
  • a dielectric member for vacuum sealing for example, a top plate 83 made of quartz, ceramics, or the like is disposed on the tip end side of the planar slot antenna 81. Then, the microwave amplified by the main amplifier 47 passes between the peripheral walls of the inner conductor 53 and the outer conductor 52, passes through the top plate 83 from the slot 81 a of the planar slot antenna 81, and is radiated to the space in the chamber 1. .
  • the slot 81a is preferably a sector as shown in FIG. 7, and it is preferable to provide two or four slots as shown. Thereby, a microwave can be efficiently transmitted in TEM mode.
  • the main amplifier 47, the tuner 60, and the planar slot antenna 81 are arranged close to each other.
  • the tuner 60 and the planar slot antenna 81 constitute a lumped constant circuit existing within a half wavelength, and the combined resistance of the planar slot antenna 81, the slow wave material 82, and the top plate 83 is set to 50 ⁇ . Therefore, the tuner 60 is directly tuned with respect to the plasma load, and can efficiently transmit energy to the plasma.
  • the control unit 110 includes a storage unit that stores a process sequence of the surface wave plasma processing apparatus 100 and a process recipe that is a control parameter, an input unit, a display, and the like, and controls the plasma processing apparatus according to the selected process recipe. It has become.
  • the operation in the surface wave plasma processing apparatus 100 configured as described above will be described.
  • the wafer W is loaded into the chamber 1 and placed on the susceptor 11.
  • a plasma gas for example, Ar gas
  • a microwave is introduced into the chamber 1 from the microwave plasma source 2.
  • a surface wave plasma is generated.
  • a processing gas for example, an etching gas such as Cl 2 gas is discharged from the processing gas supply source 25 into the chamber 1 through the pipe 24 and the shower plate 20.
  • the discharged processing gas is excited by plasma that has passed through the space 23 of the shower plate 20 to be converted into plasma, and plasma processing, for example, etching processing is performed on the wafer W by the plasma of the processing gas.
  • the microwave power oscillated from the microwave oscillator 32 of the microwave output unit 30 is amplified by the amplifier 33 and then distributed to a plurality by the distributor 34.
  • the distributed microwave power is guided to the microwave supply unit 40.
  • the microwave power distributed in plural is individually amplified by the main amplifier 47 constituting the solid-state amplifier, and is supplied to the waveguide 44 of the microwave introduction mechanism 41, so that the tuner
  • the impedance is automatically matched at 60 and is radiated into the chamber 1 via the planar slot antenna 81 and the top plate 83 of the antenna unit 43 in a state where there is substantially no power reflection, and is spatially synthesized.
  • the slag driving unit 70 is provided in the portion corresponding to the extension line of the axis of the waveguide 44 having the coaxial structure, the microwave power supply to the waveguide 44 is normally performed. It cannot be performed on the extension of the axis of the waveguide 44.
  • the microwave power introduction port 55 provided on the side surface of the waveguide 44 and the inner conductor 56a of the feeding coaxial line 56 connected to the microwave power introduction port 55 are connected to the inside of the waveguide 44.
  • a feeding mechanism 54 having a feeding antenna 90 that radiates electromagnetic waves is provided.
  • the microwave (electromagnetic wave) propagating from the coaxial line 56 reaches the first pole 92 of the feeding antenna 90 at the microwave power introduction port 55, the microwave (electromagnetic wave) is generated along the antenna body 91. Propagating and radiating microwaves (electromagnetic waves) from the second pole 93 at the tip of the antenna body 91. Further, the microwave (electromagnetic wave) propagating through the antenna main body 91 is reflected by the reflecting portion 94 and is combined with the incident wave to generate a standing wave. When a standing wave is generated at the position where the feed antenna 90 is disposed, an induced magnetic field is generated along the outer wall of the inner conductor 53, and an induced electric field is generated by being induced thereby. By these chain actions, microwaves (electromagnetic waves) propagate in the waveguide 44 and are guided to the antenna unit 43.
  • the microwave (electromagnetic wave) power can be supplied to the waveguide 44.
  • a microwave power introduction port 55 that is a power introduction port provided on the side surface of the waveguide 44 and a coaxial line 56 that is a feed line connected to the microwave power introduction port 55 are guided.
  • a feed mechanism 54 having a feed antenna 90 that radiates microwave power (electromagnetic power) is provided inside the waveguide 44, and the feed antenna 90 is connected to an inner conductor 56a of a coaxial line 56 as a feed line.
  • An antenna body 91 having a pole 92 and a second pole 93 in contact with the inner conductor 53 of the waveguide 44, and a reflection formed in a ring shape along the outside of the inner conductor 53, extending from both sides of the antenna body 91.
  • a standing wave is formed by the microwave (electromagnetic wave) incident on the antenna body 91 and the microwave (electromagnetic wave) reflected by the reflecting portion,
  • the electromagnetic wave power is propagated through the waveguide by the chain action of the induced magnetic field and the induced electric field generated by the standing wave, so that even when the electromagnetic wave power cannot be fed from the extension of the axis of the coaxial waveguide, Electromagnetic power can be supplied to the waveguide.
  • the maximum microwave (electromagnetic wave) power can be transmitted to the coaxially structured waveguide 44 by reflecting the microwave (electromagnetic wave) radiated from the feeding antenna 90 by the reflection plate 58.
  • the distance from the feeding antenna 90 to the reflection plate 58 may be set to be approximately half the wavelength of ⁇ g / 4 in order to effectively combine the reflected wave.
  • the antinode of the electromagnetic wave generated from the power feeding antenna 90 is not the power feeding antenna 90 but the power feeding.
  • the distance from the feeding antenna to the reflector can be reduced.
  • the effective wavelength can be shortened by providing a slow wave material 59 made of a dielectric such as Teflon (registered trademark) between the feeding antenna 90 and the reflector 58. It is valid.
  • the diameter of the outer conductor 52 of the waveguide 44 is 45 mm
  • the distance from the reflector 58 to the feeding antenna 90 is 32.3 mm
  • the effective wavelength is shortened there.
  • a slow wave material 59 made of Teflon (registered trademark) was provided.
  • a microwave having a frequency of 915 MHz was introduced from the coaxial line 56 through the feeding antenna 90. In this way, a microwave having a sufficient power can be supplied from one place by a microwave having a low frequency.
  • the microwave can be efficiently obtained.
  • the antinode of the electromagnetic wave transmitted from the feed antenna 90 is generated above the feed antenna 90 by about ⁇ g / 8, and the effective wavelength in the slow wave material 59 is about ⁇ g / 8.
  • the length from the antinode of the electromagnetic wave to the reflector 58 is about ⁇ g / 4.
  • the microwaves distributed in plural are individually amplified by the main amplifier 47 constituting the solid-state amplifier, individually radiated using the planar slot antenna 81, and then synthesized in the chamber 1, so that the large size No isolator or synthesizer is required.
  • the microwave introduction mechanism 41 is extremely compact because the antenna unit 43 and the tuner 60 are integrated. For this reason, the microwave plasma source 2 itself can be made compact.
  • the main amplifier 47, the tuner 60 and the planar slot antenna 81 are provided close to each other.
  • the tuner 60 and the planar slot antenna 81 can be configured as a lumped constant circuit, and the planar slot antenna 81 and the slow wave member 82 are provided.
  • the tuner 60 can tune the plasma load with high accuracy.
  • the tuner 60 constitutes a slag tuner that can perform impedance matching only by moving the two slags 61a and 61b, the tuner 60 is compact and has low loss.
  • the tuner 60 and the planar slot antenna 81 are close to each other, constitute a lumped constant circuit, and function as a resonator, thereby eliminating the impedance mismatch up to the planar slot antenna 81 with high accuracy.
  • the non-matching portion can be made a plasma space substantially, the tuner 60 enables high-precision plasma control.
  • the directivity of the microwave can be controlled, and the distribution of plasma or the like can be easily adjusted.
  • the parts corresponding to the drive transmission part, the drive guide part, and the holding part are provided inside the inner conductor 53, the weight and moment of the machine elements are reduced as compared with the case where they are provided outside the outer conductor 52.
  • the drive mechanism of the slugs 61a and 61b can be made smaller than before, and the microwave introduction mechanism 41 can be made smaller.
  • a sliding member 63 made of a resin having slipperiness is attached to the slags 61a, 61b themselves, and a screw mechanism is configured by screwing the slag moving shaft 64a or 64b into the screw hole 65a of the sliding member 63 to constitute a motor 73a.
  • 73b rotate the slag moving shafts 64a, 64b so that the outer periphery of the sliding member 63 is guided so as to slide along the inner periphery of the inner conductor 53, so that the slags 61a, 61b move. Since 64a and 64b have three functions of a drive transmission mechanism, a drive guide mechanism, and a holding mechanism, the drive mechanism can be remarkably compact, and the tuner 60 can be further downsized.
  • the through hole 65b is provided in the sliding member 63, and the slag moving shaft that is not screwed into the screw hole 65a is passed through the through hole 65b, the slags 61a and 61b are driven in the inner conductor 53, respectively.
  • the two slag moving shafts 64a and 64b can be provided, and the two slags 61a and 61b can be independently moved by the screw mechanism.
  • the motors 73a and 73b and the gears 72a and 72b which are power transmission mechanisms, are vertically offset, so the space for the power transmission mechanism such as the motor and gears can be reduced.
  • the casing 71 that accommodates them can have the same diameter as the outer conductor 52. Therefore, the tuner 60 can be made more compact.
  • the incremental encoders 75a and 75b are provided so as to be directly connected to the output shafts of the motors 73a and 73b and the positions of the slugs 61a and 61b are detected, a conventionally used sensor for position detection becomes unnecessary. It is inexpensive because there is no need to use an expensive absolute encoder.
  • the incident wave reflected wave monitor monitors an incident wave guided from the microwave supply unit 40 to the chamber 1 and a reflected wave returning to the microwave supply unit 40 by reflection without contributing to plasma generation. Usually, it is provided in a plasma processing apparatus using a microwave. As shown in FIG. 10, in the present embodiment, the incident wave reflected wave monitor 120 includes a directional coupler 121 that can extract a current from either the incident wave or the reflected wave, and a directional characteristic. It has a detector 122 for detecting the current taken out by the coupler 121.
  • the directional coupler used in the incident wave reflection wave monitor is generally connected as an independent member when the apparatus is completed.
  • the number of members increases. This is against the demand for downsizing.
  • the directional coupler is provided in the microwave waveguide and can also be provided in the waveguide 44 of the microwave introduction mechanism 41. Therefore, in the present embodiment, the directional coupler 121 is incorporated into the microwave introduction mechanism 41 and integrated to eliminate the above-described disadvantage.
  • the directional coupler 121 includes a slit 124 formed in the outer conductor 52 of the microwave introduction mechanism 41 and a rectangular having a length of about ⁇ g / 4 provided in the slit 124.
  • a plate-like conductor 125 having a shape, two conductive pins 126a and 126b connected to the vicinity of both ends in the length direction of the plate-like conductor 125 and extending outward of the outer conductor 52, and between these conductive pins 126a and 126b
  • a regulator 127 made of a conductor provided so that the position of the plate-like conductor 125 can be adjusted by screws.
  • An induced magnetic field is formed by incident waves and reflected waves transmitted through the waveguide 44, and a current generated by the induced magnetic field flows through the plate-like conductor 125.
  • the current caused by the incident wave is canceled by the magnetic field generated by the periodic electric field formed in the plate conductor 125 and the regulator 127 so that the current caused by the reflected wave flows mainly.
  • the current caused by the reflected wave is canceled by the magnetic field generated by the periodic electric field formed on the plate-like conductor 125 and the regulator 127, and the current mainly caused by the incident wave flows.
  • the current caused by the reflected wave is canceled by the magnetic field generated by the periodic electric field formed on the plate-like conductor 125 and the regulator 127, and the current mainly caused by the incident wave flows.
  • the current flowing through the plate-like conductor 125 is taken out by the conductive pins 126a and 126b, and the current is detected by the detector 122.
  • the current value detected by the detector 122 is converted into a voltage signal and sent to the control unit 110.
  • the control unit 110 By monitoring the reflected wave, the reflected power from the plasma can be detected. Similarly, the incident power actually input to the plasma can be detected by monitoring the incident wave. Further, by calculating the signals of the incident wave and the reflected wave, the value and phase of the reflection coefficient can be calculated, and this is sent to the control unit 110 and fed back to the slag controller 68 to perform impedance matching. . Note that when the reflection coefficient calculated by the detector 122 exceeds a predetermined value / predetermined time, the control unit 110 can send an output stop signal to the microwave oscillator 32 to stop the supply of the microwave.
  • the directional coupler 121 When monitoring the incident wave, as shown in FIG. 10, the directional coupler 121 is provided in a portion between the microwave power introduction port 55 of the outer conductor 52 and the slug 61a, so that the disturbance factor is small. Impedance matching can be performed in the situation.
  • the directional coupler 121 may be at the position shown in FIG. 10, but by providing it between the slag 61b and the antenna unit 43, the reflection from the plasma is directly performed. Since it can be monitored, the reflected wave can be detected with high accuracy.
  • a directional coupler for monitoring an incident wave may be provided at the position shown in FIG. 10, and a directional coupler for monitoring a reflected wave may be provided between the slag 61 b and the antenna unit 43.
  • the adjuster 127 can adjust the distance D from the plate conductor with a screw from the outside in order to cancel the mounting error and the design error of the incident wave reflected wave monitor, but conventionally the adjustment width is narrow. That is, there is a disadvantage that the attenuation rate is small.
  • the slit 124 ′ formed in the outer conductor has a length and width substantially corresponding to the plate-like conductor 125 ′. It has been found that this is caused by insufficient coupling between the induced magnetic field and the regulator 127 '.
  • the slit 124 has a shape that is widened so that the portion facing the adjuster 127 corresponds to the adjuster 127.
  • the number of coupling portions between the induced magnetic field and the regulator 127 can be increased, and the fluctuation range of the induced current due to the adjustment of the distance D by the regulator 127 can be increased, so that the adjustment width by the regulator 127 can be widened.
  • the width of the slit 124 is too wide, the leakage current increases, which is not preferable. Therefore, it is necessary that the portion of the slit 124 corresponding to the adjuster 127 does not become too large.
  • FIGS. 13A to 13D show the results of using the incident wave reflected wave monitor according to the present embodiment of FIG. 12B.
  • FIG. 13A shows the relationship between the phase of the incident wave and the reflected wave and the current value
  • FIG. 13A is an enlarged view showing a part of the reflected wave
  • FIG. 13C is a view showing the relationship between the distance D between the incident wave and the reflected wave and the monitor current
  • FIG. 13A shows the relationship between the phase of the incident wave and the reflected wave and the current value
  • FIG. 13C is a view showing the relationship between the distance D between the incident wave and the reflected wave and the monitor current
  • FIG. 13D is a view showing the relationship between the distance D and the attenuation rate.
  • 14A to 14D show the results of using the conventional incident wave reflected wave monitor of FIG. 12A
  • FIG. 14A shows the relationship between the phase of the incident wave and reflected wave
  • FIG. 14B shows the result of FIG. 14A
  • FIG. 14C is a diagram illustrating a relationship between the distance D between the incident wave and the reflected wave and the monitor current
  • FIG. 14D is a diagram illustrating the relationship between the distance D and the attenuation rate.
  • A is the current value of the incident wave
  • B is the current value of the reflected wave.
  • the attenuation rate ⁇ is expressed by the following equation.
  • ⁇ ⁇ 20 log (I A / I B )
  • the fluctuation range of the attenuation ratio when the distance D between the adjuster 127 and the plate-like conductor 125 is changed is larger than the conventional case, and the adjustment range by the adjuster is increased. Was confirmed to spread significantly.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified within the scope of the idea of the present invention.
  • the circuit configuration of the microwave output unit 30, the circuit configuration of the microwave supply unit 40, the main amplifier 47, and the like are not limited to the above embodiment.
  • the microwave supply unit 40 is not necessarily configured by a plurality of microwave introduction mechanisms 41, and the number of microwave introduction mechanisms 41 may be one.
  • the present invention is not limited to this, and various slot patterns can be adopted depending on conditions.
  • the etching processing apparatus is exemplified as the plasma processing apparatus.
  • the present invention is not limited to this and can be used for other plasma processing such as film formation processing, oxynitride film processing, and ashing processing.
  • the substrate to be processed is not limited to a semiconductor wafer, and may be another substrate such as an FPD (flat panel display) substrate typified by an LCD (liquid crystal display) substrate or a ceramic substrate.

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Abstract

　同軸構造の導波路（４４）の側部に設けられ、給電線としての同軸線路（５６）が接続されるマイクロ波電力導入ポート（５５）と、同軸線路（５６）に接続され、導波路（４４）の内部に電磁波電力を放射する給電アンテナ（９０）とを具備する。給電アンテナ（９０）は、同軸線路（５６）に接続された第１の極（９２）と、導波路（４４）の内側導体（５３）に接触する第２の極（９３）とを有するアンテナ本体（９１）と、前記アンテナ本体（９１）の両側から延びリング状に形成された反射部（９４）とを有する。

Description

電磁波給電機構およびマイクロ波導入機構
　本発明は、電磁波給電機構およびマイクロ波導入機構に関する。
　半導体デバイスや液晶表示装置の製造工程においては、半導体ウエハやガラス基板といった被処理基板にエッチング処理や成膜処理等のプラズマ処理を施すために、プラズマエッチング装置やプラズマＣＶＤ成膜装置等のプラズマ処理装置が用いられる。
　近時、このようなプラズマ処理装置としては、高密度で低電子温度の表面波プラズマを均一に形成することができるＲＬＳＡ（Radial　Line　Slot　Antenna）マイクロ波プラズマ処理装置が注目されている（例えば特開２００７－１０９４５７号公報）。
　ＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置は、チャンバの上部に所定のパターンでスロットが形成された平面アンテナ（Radial　Line　Slot　Antenna）を設け、マイクロ波発生源から同軸構造の導波路を通って導かれたマイクロ波を、平面アンテナのスロットからチャンバ内に放射し、マイクロ波電界によりチャンバ内に導入されたガスをプラズマ化し、半導体ウエハ等の被処理体をプラズマ処理するものである。
また、マイクロ波を複数に分配し、ソリッドステートアンプで増幅し、同軸構造の導波路と上述のようなスロットが形成された平面アンテナとを有する複数のアンテナモジュールを介してマイクロ波をチャンバ内に導きチャンバ内でマイクロ波を空間合成するマイクロ波プラズマ源を有するマイクロ波プラズマ処理装置も提案されている（国際公開第２００８／０１３１１２号パンフレット）。
　マイクロ波電力のような電磁波電力を同軸構造の導波路に給電するためには、上記特許文献２にも記載されているように、通常、同軸構造の導波路の軸の延長線上に給電ポートを設け、そこから給電している。
　しかし、装置の設計上、同軸構造の導波路の軸の延長線上に対応する部分に駆動機構や他の部材を配したい場合もあり、そのような場合に有効な給電方式は存在しない。
　本発明の目的は、同軸構造の導波路の軸の延長線上から電磁波電力を給電できない場合でも、同軸構造の導波路に有効に電磁波電力を給電することができる電磁波給電機構およびそのような電磁波給電機構を用いたマイクロ波導入機構を提供することにある。
　本発明の第１の観点によれば、同軸構造の導波路へ電磁波電力を供給する電磁波給電機構であって、前記同軸構造の導波路の側部に設けられ、給電線が接続される電力導入ポートと、前記給電線に接続され、前記導波路の内部に電磁波電力を放射する給電アンテナとを具備し、前記給電アンテナは、前記給電線に接続された第１の極と、前記導波路の内側導体に接触する第２の極とを有するアンテナ本体と、前記アンテナ本体の両側から前記内側導体の外側に沿って延び、リング状に形成された反射部とを有し、前記アンテナ本体に入射された電磁波と前記反射部で反射された電磁波とで定在波を形成し、その定在波により発生する誘導磁界および誘導電界の連鎖作用により電磁波電力が前記導波路を伝播することを特徴とする電磁波給電機構が提供される。
　上記第１の観点において、前記導波路の給電方向と反対側に設けられた反射板をさらに有し、前記給電アンテナから供給された電磁波電力を前記反射板で反射させて前記導波路を伝播させることができる。また、前記反射板と前記給電アンテナとの間に設けられた遅波材をさらに有するようにし、電磁波の実効波長を短くすることもできる。
　本発明の第２の観点によれば、チャンバ内に表面波プラズマを形成するための表面波プラズマ源に用いるマイクロ波導入機構であって、同軸構造をなす導波路と、前記同軸構造の導波路の側部に設けられ、給電線が接続される電力導入ポートと、前記給電線に接続され、前記導波路の内部に電磁波電力を放射する給電アンテナと、前記導波路に供給されたマイクロ波を前記チャンバ内に放射するマイクロ波放射アンテナを有するアンテナ部とを具備し、前記給電アンテナは、前記給電線に接続された第１の極と、前記導波路の内側導体に接触する第２の極とを有するアンテナ本体と、前記アンテナ本体の両側から前記内側導体の外側に沿って延び、リング状に形成された反射部とを有し、前記アンテナ本体に入射された電磁波と前記反射部で反射された電磁波とで定在波を形成し、その定在波により発生する誘導磁界および誘導電界の連鎖作用により電磁波電力が前記導波路を伝播することを特徴とするマイクロ波導入機構が提供される。
　上記第２の観点において、前記導波路に設けられ、前記導波路を通るマイクロ波のうち、前記チャンバに向かう入射波と、反射により戻ってくる反射波のいずれかに基づく電流を取り出す方向性結合器と、前記方向性結合器が取り出した電流を検出する検出器とを有する入射波反射波モニターをさらに具備する構成とすることができる。この場合に、前記方向性結合器は、前記同軸構造の導波路の外側導体に形成されたスリットと、前記スリット内に設けられた板状導体と、前記板状導体に流れる電流を取り出す一対の導電ピンと、前記外側導体の外側に前記板状導体に対向するように、かつ前記板状導体との距離を調節可能に設けられた導電体からなる調整器とを有し、前記スリットは、前記調整器に対向する部分が前記調整器に対応するように広がった形状をなすことが好ましい。また、前記電力導入ポートと前記アンテナ部との間に設けられ、前記チャンバ内の負荷のインピーダンスを前記表面波プラズマ源に搭載されたマイクロ波電源の特性インピーダンスに整合させるチューナをさらに具備し、前記チューナは、前記外側導体と前記内側導体の間に設けられ、内側導体の長手方向に沿って移動可能な、環状をなし、誘電体からなるスラグを有し、前記方向性結合器は、前記電力導入ポートと前記スラグとの間、または／および前記スラグと前記アンテナ部の間に設けられている構成とすることができる。
本発明の一実施形態に係る電磁波給電機構が適用されたマイクロ波導入機構を有する表面波プラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。 図１のマイクロ波導入機構を有するマイクロ波プラズマ源の構成を示す構成図である。 図１のマイクロ波導入機構を示す断面図である。 マイクロ波導入機構の給電機構を示す横断面図である。 チューナの本体におけるスラグと滑り部材を示す平面図である。 チューナの本体における内側導体を示す斜視図である。 マイクロ波導入機構に搭載された平面スロットアンテナを示す平面図である。 本発明の電磁波給電機構の一例として周波数が９１５ＭＨｚのマイクロ波を導入するための構成例を示す模式図である。 図８の電磁波給電機構を用いた場合の電磁界解析の結果を示す図である。 入射波反射波モニターを搭載したマイクロ波導入機構を示す断面図である。 入射波反射波モニターに用いられる方向性結合器の構造を模式的に示す断面図である。 従来の方向性結合器を模式的に示す正面図である。 図１１の方向性結合器を模式的に示す正面図である。 実施形態に係る入射波反射波モニターを用いた場合における入射波および反射波の位相と電流値の関係を示す図である。 図１３Ａの反射波の一部を拡大して示す図である。 実施形態に係る入射波反射波モニターを用いた場合における入射波および反射波の距離Ｄとモニター電流の関係を示す図である。 実施形態に係る入射波反射波モニターを用いた場合における距離Ｄと減衰率との関係を示す図である。 従来の入射波反射波モニターを用いた場合における入射波および反射波の位相と電流値の関係を示す図である。 図１４Ａの反射波の一部を拡大して示す図である。 従来の入射波反射波モニターを用いた場合における入射波および反射波の距離Ｄとモニター電流の関係を示す図である。 従来の入射波反射波モニターを用いた場合における距離Ｄと減衰率との関係を示す図である。
　以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
　＜表面波プラズマ処理装置の構成＞
　図１は、本発明の一実施形態に係る電磁波給電機構が適用されたマイクロ波導入機構を有する表面波プラズマ処理装置の概略構成を示す断面図であり、図２は表面波プラズマ源としてマイクロ波導入機構を有するマイクロ波プラズマ源の構成を示す構成図である。
　表面波プラズマ処理装置１００は、ウエハに対してプラズマ処理として例えばエッチング処理を施すプラズマエッチング装置として構成されており、気密に構成されたアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属材料からなる略円筒状の接地されたチャンバ１と、チャンバ１内にマイクロ波プラズマを形成するためのマイクロ波プラズマ源２とを有している。チャンバ１の上部には開口部１ａが形成されており、マイクロ波プラズマ源２はこの開口部１ａからチャンバ１の内部に臨むように設けられている。
　チャンバ１内には被処理体であるウエハＷを水平に支持するためのサセプタ１１が、チャンバ１の底部中央に絶縁部材１２ａを介して立設された筒状の支持部材１２により支持された状態で設けられている。サセプタ１１および支持部材１２を構成する材料としては、表面をアルマイト処理（陽極酸化処理）したアルミニウム等が例示される。
　また、図示はしていないが、サセプタ１１には、ウエハＷを静電吸着するための静電チャック、温度制御機構、ウエハＷの裏面に熱伝達用のガスを供給するガス流路、およびウエハＷを搬送するために昇降する昇降ピン等が設けられている。さらに、サセプタ１１には、整合器１３を介して高周波バイアス電源１４が電気的に接続されている。この高周波バイアス電源１４からサセプタ１１に高周波電力が供給されることにより、ウエハＷ側にプラズマ中のイオンが引き込まれる。
　チャンバ１の底部には排気管１５が接続されており、この排気管１５には真空ポンプを含む排気装置１６が接続されている。そしてこの排気装置１６を作動させることによりチャンバ１内が排気され、チャンバ１内が所定の真空度まで高速に減圧することが可能となっている。また、チャンバ１の側壁には、ウエハＷの搬入出を行うための搬入出口１７と、この搬入出口１７を開閉するゲートバルブ１８とが設けられている。
　チャンバ１内のサセプタ１１の上方位置には、プラズマエッチングのための処理ガスをウエハＷに向けて吐出するシャワープレート２０が水平に設けられている。このシャワープレート２０は、格子状に形成されたガス流路２１と、このガス流路２１に形成された多数のガス吐出孔２２とを有しており、格子状のガス流路２１の間は空間部２３となっている。このシャワープレート２０のガス流路２１にはチャンバ１の外側に延びる配管２４が接続されており、この配管２４には処理ガス供給源２５が接続されている。
　一方、チャンバ１のシャワープレート２０の上方位置には、リング状のプラズマガス導入部材２６がチャンバ壁に沿って設けられており、このプラズマガス導入部材２６には内周に多数のガス吐出孔が設けられている。このプラズマガス導入部材２６には、プラズマガスを供給するプラズマガス供給源２７が配管２８を介して接続されている。プラズマ生成ガスとしてはＡｒガスなどが好適に用いられる。
　プラズマガス導入部材２６からチャンバ１内に導入されたプラズマガスは、マイクロ波プラズマ源２からチャンバ１内に導入されたマイクロ波によりプラズマ化され、このプラズマがシャワープレート２０の空間部２３を通過しシャワープレート２０のガス吐出孔２２から吐出された処理ガスを励起し、処理ガスのプラズマを形成する。
　マイクロ波プラズマ源２は、チャンバ１の上部に設けられた支持リング２９により支持されており、これらの間は気密にシールされている。図２に示すように、マイクロ波プラズマ源２は、複数経路に分配してマイクロ波を出力するマイクロ波出力部３０と、マイクロ波出力部３０から出力されたマイクロ波を伝送しチャンバ１内に放射するためのマイクロ波供給部４０とを有している。
　マイクロ波出力部３０は、電源部３１と、マイクロ波発振器３２と、発振されたマイクロ波を増幅するアンプ３３と、増幅されたマイクロ波を複数に分配する分配器３４とを有している。
　マイクロ波発振器３２は、所定周波数（例えば、９１５ＭＨｚ）のマイクロ波を例えばＰＬＬ発振させる。分配器３４では、マイクロ波の損失ができるだけ起こらないように、入力側と出力側のインピーダンス整合を取りながらアンプ３３で増幅されたマイクロ波を分配する。なお、マイクロ波の周波数としては、９１５ＭＨｚの他に、７００ＭＨｚから３ＧＨｚの範囲のものを用いることができる。
　マイクロ波供給部４０は、分配器３４で分配されたマイクロ波を主に増幅する複数のアンプ部４２と、複数のアンプ部４２のそれぞれに接続されたマイクロ波導入機構４１とを有している。
　アンプ部４２は、位相器４５と、可変ゲインアンプ４６と、ソリッドステートアンプを構成するメインアンプ４７と、アイソレータ４８とを有している。
　位相器４５は、マイクロ波の位相を変化させることができるように構成されており、これを調整することにより放射特性を変調させることができる。例えば、各アンテナモジュール毎に位相を調整することにより指向性を制御してプラズマ分布を変化させることや、後述するように隣り合うアンテナモジュールにおいて９０°ずつ位相をずらすようにして円偏波を得ることができる。また、位相器４５は、アンプ内の部品間の遅延特性を調整し、チューナ内での空間合成を目的として使用することができる。ただし、このような放射特性の変調やアンプ内の部品間の遅延特性の調整が不要な場合には位相器４５は設ける必要はない。
　可変ゲインアンプ４６は、メインアンプ４７へ入力するマイクロ波の電力レベルを調整し、個々のアンテナモジュールのばらつきを調整またはプラズマ強度調整のためのアンプである。可変ゲインアンプ４６を各アンテナモジュール毎に変化させることによって、発生するプラズマに分布を生じさせることもできる。
　ソリッドステートアンプを構成するメインアンプ４７は、例えば、入力整合回路と、半導体増幅素子と、出力整合回路と、高Ｑ共振回路とを有する構成とすることができる。
　アイソレータ４８は、マイクロ波導入機構４１で反射してメインアンプ４７に向かう反射マイクロ波を分離するものであり、サーキュレータとダミーロード（同軸終端器）とを有している。サーキュレータは、後述するマイクロ波導入機構４１のアンテナ部４３で反射したマイクロ波をダミーロードへ導き、ダミーロードはサーキュレータによって導かれた反射マイクロ波を熱に変換する。
　次に、マイクロ波導入機構４１について詳細に説明する。
　図３はマイクロ波導入機構４１の縦断面図、図４はマイクロ波導入機構４１の給電機構を示す横断面図である。マイクロ波導入機構４１は、マイクロ波を伝送する同軸構造の導波路４４と、導波路４４を伝送されたマイクロ波をチャンバ１内に放射するアンテナ部４３とを有している。そして、マイクロ波導入機構４１からチャンバ１内に放射されたマイクロ波がチャンバ１内の空間で合成され、チャンバ１内で表面波プラズマが形成されるようになっている。
　導波路４４は、筒状の外側導体５２およびその中心に設けられた棒状の内側導体５３が同軸状に配置されて構成されており、導波路４４の先端にアンテナ部４３が設けられている。導波路４４は、内側導体５３が給電側、外側導体５２が接地側となっている。外側導体５２および内側導体５３の上端は反射板５８となっている。
　導波路４４の基端側にはマイクロ波（電磁波）を給電する給電機構５４が設けられている。給電機構５４は、導波路４４（外側導体５２）の側面に設けられたマイクロ波電力を導入するためのマイクロ波電力導入ポート５５を有している。マイクロ波電力導入ポート５５には、アンプ部４２から増幅されたマイクロ波を供給するための給電線として、内側導体５６ａおよび外側導体５６ｂからなる同軸線路５６が接続されている。そして、同軸線路５６の内側導体５６ａの先端には、外側導体５２の内部に向けて水平に伸びる給電アンテナ９０が接続されている。
　給電アンテナ９０は、例えば、プリント基板であるＰＣＢ基板上にマイクロストリップラインとして形成される。反射板５８から給電アンテナ９０までの間には、反射波の実効波長を短くするためのテフロン（登録商標）等の誘電体からなる遅波材５９が設けられている。なお、２．４５Ｇ等の周波数の高いマイクロ波を用いた場合には、遅波材５９は設けなくてもよい。このとき、給電アンテナ９０から放射される電磁波を反射板５８で反射させることで、最大の電磁波を同軸構造の導波路４４内に電送させる。その場合、給電アンテナ９０から反射板５８までの距離を約λｇ／４の半波長倍に設定する。ただし、周波数の低いマイクロ波では、径方向の制約のため、これに当てはまらない場合もある。この場合は、アンテナから反射板５８までの距離を約λｇ／４の半波長倍に設定しても電磁波を伝送することができない。その場合には、給電アンテナ９０より発生させる電磁波の腹を給電アンテナ９０ではなく、給電アンテナ９０の下方に誘起させるように、給電アンテナの形状を最適化することが好ましい。
　給電アンテナ９０は、図４に示すように、マイクロ波電力導入ポート５５において同軸線路５６の内側導体５６ａに接続され、マイクロ波（電磁波）が供給される第１の極９２および供給されたマイクロ波（電磁波）を放射する第２の極９３を有するアンテナ本体９１と、アンテナ本体９１の両側から、内側導体５３の外側に沿って延び、リング状をなす反射部９４とを有し、アンテナ本体９１に入射された電磁波と反射部９４で反射された電磁波とで定在波を形成するように構成されている。アンテナ本体９１の第２の極９３は導波路４４の内側導体５３に接触している。
　給電アンテナ９０がマイクロ波（電磁波）を放射することにより、外側導体５２と内側導体５３との間の空間にマイクロ波電力が給電される。そして、給電機構５４に供給されたマイクロ波電力がアンテナ部４３に向かって伝播する。
　また、導波路４４にはチューナ６０が設けられている。チューナ６０は、チャンバ１内の負荷（プラズマ）のインピーダンスをマイクロ波出力部３０におけるマイクロ波電源の特性インピーダンスに整合させるものであり、外側導体５２と内側導体５３との間を上下に移動する２つのスラグ６１ａ，６１ｂと、反射板５８の外側（上側）に設けられたスラグ駆動部７０とを有している。
　これらスラグのうち、スラグ６１ａはスラグ駆動部７０側に設けられ、スラグ６１ｂはアンテナ部４３側に設けられている。また、内側導体５３の内部空間には、その長手方向に沿って例えば台形ネジが形成された螺棒からなるスラグ移動用の２本のスラグ移動軸６４ａ，６４ｂが設けられている。
　スラグ６１ａは、図５に示すように、誘電体からなる円環状をなし、その内側に滑り性を有する樹脂からなる滑り部材６３が嵌め込まれている。滑り部材６３にはスラグ移動軸６４ａが螺合するねじ穴６５ａとスラグ移動軸６４ｂが挿通される通し穴６５ｂが設けられている。一方、スラグ６１ｂは、スラグ６１ａと同様、ねじ穴６５ａと通し穴６５ｂとを有しているが、スラグ６１ａとは逆に、ねじ穴６５ａはスラグ移動軸６４ｂに螺合され、通し穴６５ｂにはスラグ移動軸６４ａが挿通されるようになっている。これによりスラグ移動軸６４ａを回転させることによりスラグ６１ａが昇降移動し、スラグ移動軸６４ｂを回転させることによりスラグ６１ｂが昇降移動する。すなわち、スラグ移動軸６４ａ，６４ｂと滑り部材６３とからなるねじ機構によりスラグ６１ａ，６１ｂが昇降移動される。
　図６に示すように、内側導体５３には長手方向に沿って等間隔に３つのスリット５３ａが形成されている。一方、滑り部材６３は、これらスリット５３ａに対応するように３つの突出部６３ａが等間隔に設けられている。そして、これら突出部６３ａがスラグ６１ａ，６１ｂの内周に当接した状態で滑り部材６３がスラグ６１ａ，６１ｂの内部に嵌め込まれる。滑り部材６３の外周面は、内側導体５３の内周面と遊びなく接触するようになっており、スラグ移動軸６４ａ，６４ｂが回転されることにより、滑り部材６３が内側導体５３を滑って昇降するようになっている。すなわち内側導体５３の内周面がスラグ６１ａ，６１ｂの滑りガイドとして機能する。なお、スリット５３ａの幅は５ｍｍ以下とすることが好ましい。これにより、後述するように内側導体５３の内部へ漏洩するマイクロ波電力を実質的になくすことができ、マイクロ波電力の放射効率を高く維持することができる。
滑り部材６３を構成する樹脂材料としては、良好な滑り性を有し、加工が比較的容易な樹脂、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂を好適なものとして挙げることができる。
　上記スラグ移動軸６４ａ，６４ｂは、反射板５８を貫通してスラグ駆動部７０に延びている。スラグ移動軸６４ａ，６４ｂと反射板５８との間にはベアリング（図示せず）が設けられている。また、内側導体５３の下端には、導体からなる軸受け部６７が設けられており、スラグ移動軸６４ａ，６４ｂの下端はこの軸受け部６７に軸支されている。
　スラグ駆動部７０は筐体７１を有し、スラグ移動軸６４ａおよび６４ｂは筐体７１内に延びており、スラグ移動軸６４ａおよび６４ｂの上端には、それぞれ歯車７２ａおよび７２ｂが取り付けられている。また、スラグ駆動部７０には、スラグ移動軸６４ａを回転させるモータ７３ａと、スラグ移動軸６４ｂを回転させるモータ７３ｂが設けられている。モータ７３ａの軸には歯車７４ａが取り付けられ、モータ７３ｂの軸には歯車７４ｂが取り付けられており、歯車７４ａが歯車７２ａに噛合し、歯車７４ｂが歯車７２ｂに噛合するようになっている。したがって、モータ７３ａにより歯車７４ａおよび７２ａを介してスラグ移動軸６４ａが回転され、モータ７３ｂにより歯車７４ｂおよび７２ｂを介してスラグ移動軸６４ｂが回転される。なお、モータ７３ａ，７３ｂは例えばステッピングモータである。
　なお、スラグ移動軸６４ｂはスラグ移動軸６４ａよりも長く、より上方に達しており、したがって、歯車７２ａおよび７２ｂの位置が上下にオフセットしており、モータ７３ａおよび７３ｂも上下にオフセットしている。これにより、モータおよび歯車等の動力伝達機構のスペースを小さくすることができ、これらを収容する筐体７１を外側導体５２と同じ径にすることが可能となる。
　モータ７３ａおよび７３ｂの上には、これらの出力軸に直結するように、それぞれスラグ６１ａおよび６１ｂの位置を検出するためのインクリメント型のエンコーダ７５ａおよび７５ｂが設けられている。インクリメント型のエンコーダを用いて、以下の手順で絶対的な位置を把握する。まず、スラグ移動軸６４ａをゆっくり回転させてスラグ６１ａを一定速度でエンコーダ７５ａのカウンターを見ながら移動させる。スラグ６１ａがメカニカルストップ（図示せず）に到達すると、モータ７３ａは脱調し、停止する。停止したことは、エンコーダ７５ａのカウントが変化しないことで検知することができ、そのときのスラグ６１ａの位置、またはそこから所定パルス分オフセットした位置を原点とする。この原点位置を基準として原点からのパルス数をカウントすることによりスラグ６１ａの絶対的な位置を検知することができる。スラグ６１ｂも同様に原点を把握することにより絶対的な位置を検知することができる。
　スラグ６１ａおよび６１ｂの位置は、スラグコントローラ６８により制御される。具体的には、図示しないインピーダンス検出器により検出された入力端のインピーダンス値と、エンコーダ７５ａおよび７５ｂにより検知されたスラグ６１ａおよび６１ｂの位置情報に基づいて、スラグコントローラ６８がモータ７３ａおよび７３ｂに制御信号を送り、スラグ６１ａおよび６１ｂの位置を制御することにより、インピーダンスを調整するようになっている。スラグコントローラ６８は、終端が例えば５０Ωになるようにインピーダンス整合を実行させる。２つのスラグのうち一方のみを動かすと、スミスチャートの原点を通る軌跡を描き、両方同時に動かすと位相のみが回転する。
　アンテナ部４３は、マイクロ波放射アンテナとして機能する、平面状をなしスロット８１ａを有する平面スロットアンテナ８１を有している。アンテナ部４３は、平面スロットアンテナ８１の上面に設けられた遅波材８２を有している。遅波材８２の中心には導体からなる円柱部材８２ａが貫通して軸受け部６７と平面スロットアンテナ８１とを接続している。したがって、内側導体５３が軸受け部６７および円柱部材８２ａを介して平面スロットアンテナ８１に接続されている。なお、外側導体５２の下端は平面スロットアンテナ８１間で延びており、遅波材８２の周囲は外側導体５２で覆われている。また、平面スロットアンテナ８１および後述する天板８３の周囲は被覆導体８４で覆われている。
　遅波材８２は、真空よりも大きい誘電率を有しており、例えば、石英、セラミックス、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂やポリイミド系樹脂により構成されており、真空中ではマイクロ波の波長が長くなることから、マイクロ波の波長を短くしてアンテナを小さくする機能を有している。遅波材８２は、その厚さによりマイクロ波の位相を調整することができ、平面スロットアンテナ８１が定在波の「はら」になるようにその厚さを調整する。これにより、反射が最小で、平面スロットアンテナ８１の放射エネルギーが最大となるようにすることができる。
　また、平面スロットアンテナ８１のさらに先端側には、真空シールのための誘電体部材、例えば石英やセラミックス等からなる天板８３が配置されている。そして、メインアンプ４７で増幅されたマイクロ波が内側導体５３と外側導体５２の周壁の間を通って平面スロットアンテナ８１のスロット８１ａから天板８３を透過してチャンバ１内の空間に放射される。スロット８１ａは、図７に示すように扇形のものが好ましく、図示している２個、または４個設けることが好ましい。これにより、マイクロ波をＴＥＭモードで効率的に伝達させることができる。
　本実施形態において、メインアンプ４７と、チューナ６０と、平面スロットアンテナ８１とは近接配置している。そして、チューナ６０と平面スロットアンテナ８１とは１／２波長内に存在する集中定数回路を構成しており、かつ平面スロットアンテナ８１、遅波材８２、天板８３は合成抵抗が５０Ωに設定されているので、チューナ６０はプラズマ負荷に対して直接チューニングしていることになり、効率良くプラズマへエネルギーを伝達することができる。
　表面波プラズマ処理装置１００における各構成部は、マイクロプロセッサを備えた制御部１１０により制御されるようになっている。制御部１１０は表面波プラズマ処理装置１００のプロセスシーケンスおよび制御パラメータであるプロセスレシピを記憶した記憶部や、入力手段およびディスプレイ等を備えており、選択されたプロセスレシピに従ってプラズマ処理装置を制御するようになっている。
　＜表面波プラズマ処理装置の動作＞
　次に、以上のように構成される表面波プラズマ処理装置１００における動作について説明する。
　まず、ウエハＷをチャンバ１内に搬入し、サセプタ１１上に載置する。そして、プラズマガス供給源２７から配管２８およびプラズマガス導入部材２６を介してチャンバ１内にプラズマガス、例えばＡｒガスを導入しつつ、マイクロ波プラズマ源２からマイクロ波をチャンバ１内に導入して表面波プラズマを生成する。
　このようにして表面波プラズマを生成した後、処理ガス、例えばＣｌ２ガス等のエッチングガスが処理ガス供給源２５から配管２４およびシャワープレート２０を介してチャンバ１内に吐出される。吐出された処理ガスは、シャワープレート２０の空間部２３を通過してきたプラズマにより励起されてプラズマ化し、この処理ガスのプラズマによりウエハＷにプラズマ処理、例えばエッチング処理が施される。
　上記表面波プラズマを生成するに際し、マイクロ波プラズマ源２では、マイクロ波出力部３０のマイクロ波発振器３２から発振されたマイクロ波電力はアンプ３３で増幅された後、分配器３４により複数に分配され、分配されたマイクロ波電力はマイクロ波供給部４０へ導かれる。マイクロ波供給部４０においては、このように複数に分配されたマイクロ波電力は、ソリッドステートアンプを構成するメインアンプ４７で個別に増幅され、マイクロ波導入機構４１の導波路４４に給電され、チューナ６０でインピーダンスが自動整合され、電力反射が実質的にない状態で、アンテナ部４３の平面スロットアンテナ８１および天板８３を介してチャンバ１内に放射されて空間合成される。
　このとき、同軸構造の導波路４４の軸の延長線上に対応する部分には、スラグ駆動部７０が設けられているから、導波路４４へのマイクロ波電力の給電は、通常行われている導波路４４の軸の延長線上から行うことはできない。
　そこで、本実施形態では、導波路４４の側面に設けられたマイクロ波電力導入ポート５５と、マイクロ波電力導入ポート５５に接続された給電用の同軸線路５６の内側導体５６ａから導波路４４の内部に電磁波を放射する給電アンテナ９０とを有する給電機構５４を設けた。
　この場合に、同軸線路５６から伝播してきたマイクロ波（電磁波）が、マイクロ波電力導入ポート５５において給電アンテナ９０の第１の極９２に到達すると、アンテナ本体９１に沿ってマイクロ波（電磁波）が伝播して行き、アンテナ本体９１の先端の第２の極９３からマイクロ波（電磁波）を放射する。また、アンテナ本体９１を伝播するマイクロ波（電磁波）が反射部９４で反射し、それが入射波と合成されることにより定在波を発生させる。給電アンテナ９０の配置位置で定在波が発生すると、内側導体５３の外壁に沿って誘導磁界が生じ、それに誘導されて誘導電界が発生する。これらの連鎖作用により、マイクロ波（電磁波）が導波路４４内を伝播し、アンテナ部４３へ導かれる。
　このようにして、同軸構造の導波路４４の軸の延長線上からマイクロ波（電磁波）電力を給電できない場合でも、導波路４４にマイクロ波（電磁波）電力を給電することができる。
　すなわち、本実施形態によれば、導波路４４の側面に設けられた電力導入ポートであるマイクロ波電力導入ポート５５と、マイクロ波電力導入ポート５５に接続された給電線としての同軸線路５６から導波路４４の内部にマイクロ波電力（電磁波電力）を放射する給電アンテナ９０とを有する給電機構５４を設け、給電アンテナ９０を、給電線としての同軸線路５６の内側導体５６ａに接続された第１の極９２と、導波路４４の内側導体５３に接触する第２の極９３とを有するアンテナ本体９１と、アンテナ本体９１の両側から延び、内側導体５３の外側に沿ってリング状に形成された反射部９４とを有する構造とし、アンテナ本体９１に入射されたマイクロ波（電磁波）と反射部で反射されたマイクロ波（電磁波）とで定在波を形成し、その定在波により発生する誘導磁界および誘導電界の連鎖作用により電磁波電力が前記導波路を伝播するようにしたので、同軸構造の導波路の軸の延長線上から電磁波電力を給電できない場合でも、導波路に電磁波電力を給電することができる。
　このとき、給電アンテナ９０の第２の極９３が導波路４４の内側導体５３に接しており、また、反射部９４がリング状をなしているので、継ぎ目がなく、継ぎ目で強電界が発生することがない。このため、マイクロ波（電磁波）電力を効率良くかつ均一に供給することができる。
　また、導波路４４において、給電アンテナ９０から放射されるマイクロ波（電磁波）を反射板５８で反射させることで最大のマイクロ波（電磁波）電力を同軸構造の導波路４４に伝送することができるが、その場合、反射波との合成を効果的に行うために給電アンテナ９０から反射板５８までの距離が約λｇ／４の半波長倍になるようにすればよい。
　ただし、周波数の低いマイクロ波では、径方向の制約のため、これに当てはまらない場合もあるがこのような場合には、例えば、給電アンテナ９０より発生させる電磁波の腹を給電アンテナ９０ではなく、給電アンテナ９０の下方に誘起させるように、給電アンテナの形状を最適化することで給電アンテナから反射板までの距離を縮めることができる。また、マイクロ波の周波数が低い場合には、給電アンテナ９０と反射板５８との間にテフロン（登録商標）等の誘電体からなる遅波材５９を設けることにより、実効波長を短くすることが有効である。
　一例を示すと、図８に示すように、導波路４４の外側導体５２の直径が４５ｍｍで反射板５８から給電アンテナ９０までの距離を３２．３ｍｍとし、実効波長を短くするために、そこにテフロン（登録商標）製の遅波材５９を設けた。そして、同軸線路５６から給電アンテナ９０を介して周波数が９１５ＭＨｚのマイクロ波を導入した。このように低い周波数のマイクロ波により１箇所から十分な電力のマイクロ波を給電することができる。
　電磁界解析の結果、図９に示すように、このように周波数が低い場合、給電アンテナ９０から反射板５８までの距離が約λｇ／４の半波長倍になるようにしても効率良くマイクロ波を伝送することができないが、この例では、給電アンテナ９０から伝送する電磁波の腹が給電アンテナ９０より約λｇ／８上部に発生しており、遅波材５９中の実効波長は約λｇ／８となっており、電磁波の腹から反射板５８までの長さが約λｇ／４となっている。これにより反射板５８での反射が最大となり、最大の電力が導波路４４に伝送されることとなる。
　本実施形態では、複数に分配されたマイクロ波を、ソリッドステートアンプを構成するメインアンプ４７で個別に増幅し、平面スロットアンテナ８１を用いて個別に放射した後にチャンバ１内で合成するので、大型のアイソレータや合成器が不要となる。
　また、マイクロ波導入機構４１は、アンテナ部４３とチューナ６０とが一体となっているので、極めてコンパクトである。このため、マイクロ波プラズマ源２自体をコンパクト化することができる。さらに、メインアンプ４７、チューナ６０および平面スロットアンテナ８１が近接して設けられ、特にチューナ６０と平面スロットアンテナ８１とは集中定数回路として構成することができ、かつ平面スロットアンテナ８１、遅波材８２、天板８３の合成抵抗を５０Ωに設計することにより、チューナ６０により高精度でプラズマ負荷をチューニングすることができる。また、チューナ６０は２つのスラグ６１ａ，６１ｂを移動するだけでインピーダンス整合を行うことができるスラグチューナを構成しているのでコンパクトで低損失である。
　さらに、このようにチューナ６０と平面スロットアンテナ８１とが近接し、集中定数回路を構成してかつ共振器として機能することにより、平面スロットアンテナ８１に至るまでのインピーダンス不整合を高精度で解消することができ、実質的に不整合部分をプラズマ空間とすることができるので、チューナ６０により高精度のプラズマ制御が可能となる。
　さらにまた、位相器４５により、各アンテナモジュールの位相を変化させることにより、マイクロ波の指向性制御を行うことができ、プラズマ等の分布の調整を容易に行うことができる。
　さらにまた、駆動伝達部、駆動ガイド部、保持部に相当するものを内側導体５３の内部に設けたので、これらを外側導体５２の外部に設ける場合と比較して機械要素の重量およびモーメントを小さくすることができ、また外側導体５２に保持機構が移動するためのスリットを設ける必要がなく、電磁波漏洩を防止するためのシールド機構が不要となる。このため、スラグ６１ａ，６１ｂの駆動機構を従来よりも小型化することができ、マイクロ波導入機構４１を小型化することができる。
　また、スラグ６１ａ，６１ｂ自体に滑り性を有する樹脂からなる滑り部材６３が取り付けられ、この滑り部材６３のねじ穴６５ａにスラグ移動軸６４ａあるいは６４ｂを螺合させてねじ機構を構成し、モータ７３ａ，７３ｂによりスラグ移動軸６４ａ，６４ｂを回転させることにより、滑り部材６３の外周が内側導体５３の内周を滑るようにガイドされてスラグ６１ａ，６１ｂが移動するので、滑り部材６３およびスラグ移動軸６４ａ，６４ｂが駆動伝達機構、駆動ガイド機構、保持機構の３つの機能を兼ね備えることとなり、駆動機構を著しくコンパクトにすることができ、チューナ６０を一層小型化することができる。
　さらに、滑り部材６３に通し穴６５ｂを設け、ねじ穴６５ａに螺合されない方のスラグ移動軸をこの通し穴６５ｂに通すようにしたので、内側導体５３内にスラグ６１ａおよび６１ｂをそれぞれ駆動するための２つのスラグ移動軸６４ａおよび６４ｂを設けることができ、ねじ機構により２つのスラグ６１ａおよび６１ｂを独立して移動させることが可能となる。さらにまた、スラグ駆動部７０において、モータ７３ａおよび７３ｂ、ならびに動力伝達機構である歯車７２ａおよび７２ｂが上下にオフセットしているので、モータおよび歯車等の動力伝達機構のスペースを小さくすることができ、これらを収容する筐体７１を外側導体５２と同じ径にすることが可能となる。したがって、チューナ６０をより一層コンパクトにすることができる。
　さらにまた、モータ７３ａ，７３ｂの出力軸に直結するようにインクリメント型のエンコーダ７５ａ，７５ｂを設けて、スラグ６１ａ，６１ｂの位置検出を行うので、従来用いていた位置検出のためのセンサが不要となり、高価なアブソリュート型エンコーダを用いる必要もないので安価である。
　＜入射波反射波モニターを設けた実施形態＞
　次に、入射波反射波モニターを設けた実施形態について説明する。
　入射波反射波モニターは、マイクロ波供給部４０からチャンバ１に導かれる入射波と、プラズマ発生に寄与することなく反射によりマイクロ波供給部４０に戻ってくる反射波とをモニターするものであり、通常、マイクロ波を用いたプラズマ処理装置には設けられている。図１０に示すように、本実施形態においては、入射波反射波モニター１２０は、入射波と反射波のいずれか一方のマイクロ波による電流を取り出すことが可能な方向性結合器１２１と、方向性結合器１２１が取り出した電流を検出する検出器１２２とを有している。
　このような入射波反射波モニターに用いられる方向性結合器は、従来、独立した部材として、装置完成時に連結されるのが一般的であったが、その場合には、部材の点数が多くなり小型化の要請に反するものとなる。一方、方向性結合器はマイクロ波の導波路に設けられるものであり、マイクロ波導入機構４１の導波路４４にも設けることができる。そこで、本実施形態では、方向性結合器１２１をマイクロ波導入機構４１に組み込んで一体化し、上記不都合を解消している。
　方向性結合器１２１の具体的な構成を図１１を参照して説明する。図１１に示すように、方向性結合器１２１は、マイクロ波導入機構４１の外側導体５２に形成されたスリット１２４と、このスリット１２４内に設けられた、約λｇ／４の長さを有する矩形状の板状導体１２５と、板状導体１２５の長さ方向の両端部近傍にそれぞれ接続され、外側導体５２の外方に延びる２つの導電ピン１２６ａ，１２６ｂと、これら導電ピン１２６ａ，１２６ｂの間に板状導体１２５に対してねじにより位置調節可能に設けられた導電体からなる調整器１２７とを有している。そして、導波路４４を伝送される入射波および反射波によって誘導磁界が形成され、その誘導磁界により生じた電流が板状導体１２５に流れる。反射波を検出する場合には、板状導体１２５と調整器１２７に形成される周期的な電界によって生じる磁界で、入射波による電流をキャンセルするようにし、主に反射波による電流が流れるようにする。一方、入射波を検出する場合には、板状導体１２５と調整器１２７に形成される周期的な電界によって生じる磁界で、反射波による電流をキャンセルするようにし、主に入射波による電流が流れるようにする。
　板状導体１２５に流れる電流は導電ピン１２６ａ，１２６ｂで取り出され、その電流が検出器１２２で検出される。検出器１２２で検出された電流値は、電圧信号に変換されて制御部１１０に送られる。反射波をモニターすることにより、プラズマからの反射電力を検出することができる。同様に、入射波をモニターすることにより、実際にプラズマへ入力されている入射電力を検出することができる。さらに、入射波と反射波の信号を演算することで、反射係数の値と位相とを算出することができ、これを制御部１１０へ送り、スラグコントローラ６８へフィードバックすることで、インピーダンスマッチングを行う。なお、検出器１２２で算出される反射係数が所定値・所定時間以上になった場合に、制御部１１０はマイクロ波発振器３２に出力停止信号を送り、マイクロ波の供給を停止することができる。
　入射波をモニターする場合には、図１０に示すように、方向性結合器１２１を、外側導体５２のマイクロ波電力導入ポート５５とスラグ６１ａとの間の部分に設けることにより、外乱要因の少ない状況でインピーダンスマッチングを行うことができる。一方、反射波のモニターの場合には、方向性結合器１２１が図１０の位置であってもよいが、スラグ６１ｂとアンテナ部４３との間に設けることにより、プラズマからの反射を直接的にモニターすることができるので、高精度で反射波を検出することができる。図１０の位置に入射波モニター用の方向性結合器を設け、スラグ６１ｂとアンテナ部４３との間に反射波モニター用の方向性結合器を設けるようにしてもよい。
　ところで、調整器１２７は、入射波反射波モニターの取り付け誤差や設計誤差を相殺するために、板状導体との距離Ｄを外部からねじにより調整可能となっているが、従来は調整幅が狭い、すなわち減衰率（attenuation　rate）が小さいという不都合があった。その理由を検討した結果、図１２Ａに示すように、従来の方向性結合器１２１′は、外側導体に形成されるスリット１２４′が、板状導体１２５′とほぼ対応する長さおよび幅を有しており、誘導磁界と調整器１２７′との間の結合が十分とれないことに起因していることが判明した。
　そこで、本実施形態では、図１２Ｂに示すように、スリット１２４を、調整器１２７に対向する部分が調整器１２７に対応するように広がった形状をなすようにした。これにより、誘導磁界と調整器１２７との結合部を増やすことができ、調整器１２７による距離Ｄの調整による誘導電流の変動幅を大きくして、調整器１２７による調整幅を広げることが可能となる。ただし、スリット１２４の幅を広げすぎると漏れ電流が多くなり好ましくないので、スリット１２４の調整器１２７に対応する部分は大きくなりすぎないことが必要である。
　実際に、本実施形態の入射波反射波モニターと従来の入射波反射波モニターを導波路に取り付け、導波路に１０００Ｗのマイクロ波を入力した際の入射波および反射波によるモニター電流および減衰率を測定した。図１３Ａ～１３Ｄは図１２Ｂの本実施形態に係る入射波反射波モニターを用いた結果を示すものであり、図１３Ａは入射波および反射波の位相と電流値の関係を示す図、図１３Ｂは図１３Ａの反射波の一部を拡大して示す図、図１３Ｃは入射波および反射波の距離Ｄとモニター電流の関係を示す図、図１３Ｄは距離Ｄと減衰率との関係を示す図である。図１４Ａ～１４Ｄは図１２Ａの従来の入射波反射波モニターを用いた結果を示すものであり、図１４Ａは入射波および反射波の位相と電流値の関係を示す図、図１４Ｂは図１４Ａの反射波の一部を拡大して示す図、図１４Ｃは入射波および反射波の距離Ｄとモニター電流の関係を示す図、図１４Ｄは距離Ｄと減衰率との関係を示す図である。これらの図において、Ａは入射波の電流値であり、Ｂは反射波の電流値である。また、Ａの電流値をＩＡ、Ｂの電流値をＩＢと表したとき、減衰率γは以下の式で示される。
　　　γ＝－２０ｌｏｇ（ＩＡ／ＩＢ）
　これらの図に示すように、本実施形態の場合には、従来よりも調整器１２７と板状導体１２５との距離Ｄを変更したときにおける減衰比の変動幅が大きくなり、調整器による調整幅が著しく広がることが確認された。
　＜他の適用＞
　なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、本発明の思想の範囲内において種々変形可能である。例えば、マイクロ波出力部３０の回路構成やマイクロ波供給部４０、メインアンプ４７の回路構成等は、上記実施形態に限定されるものではない。具体的には、平面スロットアンテナから放射されるマイクロ波の指向性制御を行ったり円偏波にしたりする必要がない場合には、位相器は不要である。また、マイクロ波供給部４０は、必ずしも複数のマイクロ波導入機構４１で構成する必要はなく、マイクロ波導入機構４１は１個であってもよい。さらに、平面スロットアンテナ８１のスロット８１ａとして扇形のもの２個または４個設けた場合について示したが、これに限らず、条件に応じて種々のスロットパターンを採用することが可能である。
　さらに、上記実施形態においては、プラズマ処理装置としてエッチング処理装置を例示したが、これに限らず、成膜処理、酸窒化膜処理、アッシング処理等の他のプラズマ処理にも用いることができる。また、被処理基板は半導体ウエハに限定されず、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）用基板に代表されるＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）基板や、セラミックス基板等の他の基板であってもよい。

Claims (9)

  1. 　同軸構造の導波路へ電磁波電力を供給する電磁波給電機構であって、
    　前記同軸構造の導波路の側部に設けられ、給電線が接続される電力導入ポートと、
    　前記給電線に接続され、前記導波路の内部に電磁波電力を放射する給電アンテナと
    を具備し、
    　前記給電アンテナは、前記給電線に接続された第１の極と、前記導波路の内側導体に接触する第２の極とを有するアンテナ本体と、前記アンテナ本体の両側から前記内側導体の外側に沿って延び、リング状に形成された反射部とを有し、
    　前記アンテナ本体に入射された電磁波と前記反射部で反射された電磁波とで定在波を形成し、その定在波により発生する誘導磁界および誘導電界の連鎖作用により電磁波電力が前記導波路を伝播する、電磁波給電機構。
  2. 　前記導波路の給電方向と反対側に設けられた反射板をさらに有し、前記給電アンテナから供給された電磁波電力を前記反射板で反射させて前記導波路を伝播させる、請求項１に記載の電磁波給電機構。
  3. 　前記反射板と前記給電アンテナとの間に設けられた遅波材をさらに有し、電磁波の実効波長を短くする、請求項２に記載の電磁波給電機構。
  4. 　チャンバ内に表面波プラズマを形成するための表面波プラズマ源に用いるマイクロ波導入機構であって、
    　同軸構造をなす導波路と、
    　前記同軸構造の導波路の側部に設けられ、前記同軸線路が接続される電力導入ポートと、
    　前記同軸線路の内側導体に接続され、前記導波路の内部に電磁波電力を放射する給電アンテナと、
    　前記導波路に供給されたマイクロ波を前記チャンバ内に放射するマイクロ波放射アンテナを有するアンテナ部と
    を具備し、
    　前記給電アンテナは、前記給電線に接続された第１の極と、前記導波路の内側導体に接触する第２の極とを有するアンテナ本体と、前記アンテナ本体の両側から前記内側導体の外側に沿って延び、リング状に形成された反射部とを有し、
    　前記アンテナ本体に入射された電磁波と前記反射部で反射された電磁波とで定在波を形成し、その定在波により発生する誘導磁界および誘導電界の連鎖作用により電磁波電力が前記導波路を伝播する、マイクロ波導入機構。
  5. 　前記導波路の給電方向と反対側に設けられた反射板をさらに有し、前記給電アンテナから供給された電磁波電力を前記反射板で反射させて前記導波路を伝播させる、請求項４に記載のマイクロ波導入機構。
  6. 　前記反射板と前記給電アンテナとの間に設けられた遅波材をさらに有し、電磁波の実効波長を短くする、請求項５に記載のマイクロ波導入機構。
  7. 　前記導波路に設けられ、前記導波路を通るマイクロ波のうち、前記チャンバに向かう入射波と、反射により戻ってくる反射波のいずれかに基づく電流を取り出す方向性結合器と、前記方向性結合器が取り出した電流を検出する検出器とを有する入射波反射波モニターをさらに具備する、請求項４に記載のマイクロ波導入機構。
  8. 　前記方向性結合器は、前記同軸構造の導波路の外側導体に形成されたスリットと、前記スリット内に設けられた板状導体と、前記板状導体に流れる電流を取り出す一対の導電ピンと、前記外側導体の外側に前記板状導体に対向するように、かつ前記板状導体との距離を調節可能に設けられた導電体からなる調整器とを有し、前記スリットは、前記調整器に対向する部分が前記調整器に対応するように広がった形状をなす、請求項７に記載のマイクロ波導入機構。
  9. 　前記電力導入ポートと前記アンテナ部との間に設けられ、前記チャンバ内の負荷のインピーダンスを前記表面波プラズマ源に搭載されたマイクロ波電源の特性インピーダンスに整合させるチューナをさらに具備し、前記チューナは、前記外側導体と前記内側導体の間に設けられ、内側導体の長手方向に沿って移動可能な、環状をなし、誘電体からなるスラグを有し、前記方向性結合器は、前記電力導入ポートと前記スラグとの間、または／および前記スラグと前記アンテナ部の間に設けられている、請求項７に記載のマイクロ波導入機構。
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