WO2013132911A1 - スラグチューナ、それを用いたマイクロ波プラズマ源、およびマイクロ波プラズマ処理装置 - Google Patents

スラグチューナ、それを用いたマイクロ波プラズマ源、およびマイクロ波プラズマ処理装置 Download PDF

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WO2013132911A1
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microwave
outer conductor
plasma
chamber
conductor
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PCT/JP2013/051532
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河西　繁
池田　太郎
智仁 小松
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東京エレクトロン株式会社
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    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
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    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
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    • H05H1/461—Microwave discharges
    • H05H1/463—Microwave discharges using antennas or applicators

Definitions

  • the present invention relates to a slag tuner that performs automatic impedance matching in a microwave plasma processing apparatus, a microwave plasma source using the slag tuner, and a microwave plasma processing apparatus.
  • Plasma processing is an indispensable technology for the manufacture of semiconductor devices. Recently, the design rules of semiconductor elements constituting LSIs have been increasingly miniaturized due to the demand for higher integration and higher speed of LSIs, and semiconductor wafers Along with this, there is a demand for plasma processing apparatuses that can cope with such miniaturization and enlargement.
  • an RLSA Random Line Slot Slot Antenna microwave plasma processing apparatus capable of uniformly forming a high-density and low electron temperature plasma has attracted attention (for example, Patent Document 1).
  • the RLSA microwave plasma processing apparatus is provided with a radial line slot antenna (Radial Line Slot Antenna) in which a number of slots are formed in a predetermined pattern at the upper part of the chamber, and the microwave guided from the microwave generation source is transmitted to the antenna. This is radiated from the slot and radiated into a vacuum chamber through a microwave transmission plate made of a dielectric material provided under the slot, and a surface wave plasma is generated in the chamber by this microwave electric field. Thus, a target object such as a semiconductor wafer is processed.
  • a radial line slot antenna Ring Line Slot Antenna
  • a flat slot antenna and a slag tuner are integrally provided to tune the impedance of a load (plasma) and an amplifier is provided close to each other. Since the source itself can be remarkably compacted and can be tuned at the antenna mounting portion where impedance mismatch exists, tuning is highly accurate and the influence of reflection can be surely eliminated.
  • the slag tuner has a coaxial microwave transmission path constituted by a tubular outer conductor and an inner conductor provided in the outer conductor, and the slag tuner has an inner space in the gap between the inner surface of the outer conductor and the outer surface of the inner conductor.
  • a slag composed of at least two dielectrics is provided so as to be movable along the longitudinal direction of the conductor. Impedance tuning is performed by moving these slags by a driving mechanism, which itself is extremely compact and has low loss. .
  • the temperature of the chamber, the antenna, and the microwave transmission plate rises due to the heat generated by the plasma emission and the heat generated by the loss of the microwave, thereby increasing the temperature of the slag tuner.
  • the inner conductor and outer conductor of the slag tuner are provided integrally, and the outer conductor has a cooling structure, but the inner conductor is difficult to cool directly because of its structure, so the inner temperature is increased by the plasma.
  • stress due to a difference in thermal expansion is generated between the conductor and the outer conductor, the inner conductor is deformed, and the mobility of the slag is affected or the sealing function is hindered.
  • an object of the present invention is to provide a slag tuner that can eliminate the adverse effects of plasma heat, and a microwave plasma source and a microwave plasma processing apparatus using such a slag tuner.
  • the microwave transmitted from the microwave output unit is fed and radiates the microwave.
  • a slag tuner that transmits microwaves to a planar antenna that matches the impedance of the load in the chamber with the characteristic impedance of the microwave power source, and is provided coaxially within the cylindrical outer conductor.
  • a microwave transmission path to which the planar antenna is attached at the distal end thereof, and microwaves are fed to the proximal end portion, and provided between the outer conductor and the inner conductor.
  • the outer conductor has a double tube structure of a first member forming an inner cylinder and a second member forming an outer cylinder, and the inner conductor and the first member are connected at a proximal end side.
  • the first member and the second member are not fixed, and when the inner conductor is heated and expanded by the heat of the microwave plasma, the tip of the first member and the second member.
  • the outer conductor has a choke structure between the first member and the second member, and the choke structure extends from the tip of the outer conductor.
  • a mating portion of the first member and the second member is disposed at a position of ⁇ g / 4 from the tip portion of the choke groove. More preferably, an electromagnetic shield material is interposed in the mating portion. Furthermore, it is preferable that a dielectric member is embedded in the choke groove. Furthermore, a sliding member can be interposed between the first member and the second member.
  • a microwave plasma source used in a plasma processing apparatus for performing plasma processing by forming microwave plasma in a chamber, wherein the microwave output generates and outputs a microwave.
  • a microwave supply unit for transmitting the microwave output from the microwave output unit and radiating the microwave into the chamber. The microwave supply unit radiates the microwave into the chamber.
  • the microwave transmitted from the microwave output unit is fed to transmit the microwave to the planar antenna that radiates the microwave, and the impedance of the load in the chamber is the characteristic impedance of the microwave power source
  • a microwave radiating portion having a slag tuner matched to the slag tuner, the slag tuner having a cylindrical shape
  • a microwave transmission line having an outer conductor formed therein and a cylindrical inner conductor provided coaxially therein, the planar antenna being attached to a distal end portion thereof, and a microwave being fed to a proximal end portion;
  • the outer conductor has a double tube structure of a first member that forms an inner cylinder and a second member that forms an outer cylinder, and the inner conductor and the first member are connected at the base end side, and the first conductor The member and the second member are not fixed, and
  • a gap is formed, and the outer conductor is the first member.
  • a choke structure is provided between the second member and the choke structure, and the choke structure has a length of ⁇ g / 2 (where ⁇ g is an effective wavelength of the microwave) extending from the distal end portion of the outer conductor to the proximal end side.
  • a choke groove, and a base end side end portion of the choke groove is in a short state in which a standing wave of current is antinode, and as a result, the tip portion of the outer conductor is in a short state.
  • a wave plasma source is provided.
  • a chamber that accommodates a substrate to be processed, a gas supply mechanism that supplies gas into the chamber, and a microwave plasma source for forming microwave plasma in the chamber;
  • the microwave plasma source includes: a microwave output unit that generates and outputs a microwave; and a microwave supply that transmits the microwave output from the microwave output unit and radiates the microwave into the chamber.
  • the microwave supply unit includes a planar antenna that radiates the microwave into the chamber, and a microwave that is supplied with the microwave transmitted from the microwave output unit and radiates the microwave to the planar antenna.
  • a slurry that transmits waves and matches the impedance of the load in the chamber to the characteristic impedance of the microwave power source.
  • a microwave radiating portion having a tuner, and the slag tuner has a cylindrical outer conductor and a cylindrical inner conductor provided coaxially therein, and the flat surface at the tip thereof
  • An antenna is attached, a microwave transmission path to which a microwave is fed to the base end portion, and provided between the outer conductor and the inner conductor, and is movable along the longitudinal direction of the inner conductor, and has an annular shape
  • a slag made of a dielectric, and a drive mechanism for moving the slag wherein the outer conductor has a double tube structure of a first member forming an inner cylinder and a second member forming an outer cylinder, The conductor and the first member are connected at the base end side, the first member and the second member are not fixed, and the inner conductor is heated and expanded by the heat of the microwave plasma.
  • the tip of the first member and the second member has a choke structure between the first member and the second member, and the choke structure extends from the tip of the outer conductor. It has a choke groove having a length of ⁇ g / 2 (where ⁇ g is an effective wavelength of the microwave) extending to the base end side, and a standing wave of current becomes antinode at the base end side end portion of the choke groove.
  • ⁇ g is an effective wavelength of the microwave
  • the tip of the outer conductor is short-circuited, and the gas supplied from the gas supply mechanism is converted into plasma by the microwave supplied from the microwave plasma source into the chamber.
  • a microwave plasma processing apparatus for processing a substrate to be processed in the chamber by plasma.
  • the microwave supply unit may include a plurality of the microwave radiation units.
  • FIG. 1 It is sectional drawing which shows schematic structure of the microwave plasma processing apparatus by which the microwave radiation
  • FIG. 1 It is a block diagram which shows the structure of the microwave plasma source of the microwave plasma processing apparatus of FIG. It is a top view which shows typically the microwave supply part in a microwave plasma source.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line VI-VI in FIG. 4 showing slag and sliding members in the slag tuner.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line VII-VII in FIG. 4 showing a power feeding mechanism of the microwave radiation unit. It is a figure for demonstrating the choke structure between the 1st member and 2nd member of an outer side conductor. It is a figure which shows the standing wave distribution of the electric current and voltage of the part corresponding to the choke groove
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a microwave plasma processing apparatus on which a microwave radiating unit having a slag tuner according to an embodiment of the present invention is mounted, and FIG. 2 shows a micro of the microwave plasma processing apparatus of FIG.
  • FIG. 3 is a plan view schematically showing a microwave supply unit in the microwave plasma source.
  • the microwave plasma processing apparatus 100 is configured as a plasma etching apparatus that performs, for example, an etching process on a wafer as a plasma process, 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.
  • an exhaust device 16 including a vacuum pump is connected to the exhaust pipe 15.
  • 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.
  • 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 on the side wall of the chamber 1.
  • 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 processing gas a commonly used etching gas can be used.
  • a ring-shaped plasma generation gas introduction member 26 is provided along the chamber wall at a position above the shower plate 20 of the chamber 1. A hole is provided.
  • a plasma generation gas supply source 27 that supplies the plasma generation gas is connected to the plasma generation gas introduction member 26 via a pipe 28. Ar gas or the like is preferably used as the plasma generating gas.
  • the plasma generation gas introduced into the chamber 1 from the plasma generation gas introduction member 26 is turned into plasma by the microwave introduced into the chamber 1 from the microwave plasma source 2, and the plasma thus generated, for example, Ar
  • the plasma passes through the space 23 of the shower plate 20 and excites the processing gas discharged from the gas discharge holes 22 of the shower plate 20 to generate plasma of the processing gas.
  • the plasma generation gas and the processing gas may be supplied by the same supply member.
  • the microwave plasma source 2 has a top plate 110 supported by a support ring 29 provided at the top of the chamber 1, and the space between the support ring 29 and the top plate 110 is hermetically sealed.
  • 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 microwave power source 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, 860 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.
  • a frequency of the microwave a range from 700 MHz to 3 GHz can be used in addition to 860 MHz.
  • the microwave supply unit 40 has a plurality of antenna modules 41 that guide the microwaves distributed by the distributor 34 into the chamber 1.
  • Each antenna module 41 includes an amplifier unit 42 that mainly amplifies the distributed microwave and a microwave radiating unit 43.
  • a microwave is radiated into the chamber 1 from the antenna unit 45 of the microwave radiating unit 43 in each antenna module 41.
  • the microwave supply unit 40 includes seven antenna modules 41, and six microwave radiating units 43 of each antenna module 41 are arranged circumferentially and one at the center thereof. It arrange
  • the top plate 110 functions as a vacuum seal and a microwave transmission plate, and is fitted to the metal frame 110a and the portion where the microwave radiating portion 43 is disposed and is fitted in the frame 110a.
  • a dielectric member 110b made of a dielectric such as (see FIG. 1).
  • the amplifier unit 42 includes a phase shifter 46, a variable gain amplifier 47, a main amplifier 48 constituting a solid state amplifier, and an isolator 49.
  • the phase shifter 46 is configured to change the phase of the microwave, and by adjusting this, the radiation characteristic can be modulated.
  • the plasma distribution can be changed by controlling the directivity by adjusting the phase for each antenna module.
  • circularly polarized waves can be obtained by shifting the phase by 90 ° between adjacent antenna modules.
  • the phase shifter 46 can be used for the purpose of spatial synthesis in the tuner by adjusting the delay characteristics between components in the amplifier. However, the phase shifter 46 does not need to be provided when such modulation of the radiation characteristics and adjustment of the delay characteristics between the components in the amplifier are unnecessary.
  • the variable gain amplifier 47 is an amplifier for adjusting the power level of the microwave input to the main amplifier 48, adjusting the variation of individual antenna modules, or adjusting the plasma intensity. By changing the variable gain amplifier 47 for each antenna module, the generated plasma can be distributed.
  • the main amplifier 48 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 49 separates the reflected microwaves reflected by the antenna unit 45 and directed to the main amplifier 48, and includes a circulator and a dummy load (coaxial terminator).
  • the circulator guides the microwave reflected by the antenna unit 45 to the dummy load, and the dummy load converts the reflected microwave guided by the circulator into heat.
  • the microwave radiating unit 43 is provided on the distal end side of the slag tuner 60 for transmitting the microwave and matching the impedance, and the amplified microwaves in the chamber 1.
  • the antenna unit 45 includes a planar slot antenna 81 that radiates to the antenna. Then, the microwaves radiated from the microwave radiating unit 43 into the chamber 1 are combined in the space in the chamber 1, and surface wave plasma is formed in the chamber 1.
  • the slag tuner 60 includes a coaxial microwave transmission path 44 having a cylindrical outer conductor 52 and a cylindrical inner conductor 53 provided coaxially in the outer conductor 52, and the outer conductor 52 and the inner conductor.
  • Two slags 61 a and 61 b that move up and down between the slag 53 and the slag driving unit 70 are provided.
  • the inner conductor 53 is connected to the power supply side and the outer conductor 52 is connected to the antenna side, a planar slot antenna 81 is attached to the distal end portion, and a power supply mechanism 54 described later is provided at the proximal end portion.
  • a reflector 58 is provided between the microwave transmission path 44 and the slag drive unit 70.
  • the outer conductor 52 has a double-pipe structure having a first member 521 constituting the inner cylinder and a second member 522 constituting the outer cylinder, and both are not fixed. Moreover, the 1st member 521 and the inner side conductor 53 are connected by the connection member 57 by the base end side, and the antenna part 45 side is not connected. Further, the planar slot antenna 81 is fixed to the inner conductor 53 and the second member 522. That is, the inner conductor 53 and the second member 522 are connected via the planar slot antenna 81.
  • the first member 521 and the second member 522 are separated at the tip of the outer conductor 52.
  • the leading end portion of the second member 522 has a projecting portion 522a projecting below the leading end portion of the first member 521, and a dielectric member 523 is attached to the upper surface of the projecting portion 522a.
  • the first member 521 and the protruding portion 522a are in contact with each other through the dielectric member 523.
  • a sliding member 524 made of a material having good sliding property, for example, a resin material such as Teflon (registered trademark) is provided.
  • the sliding member 524 functions as a sliding guide when the first member 521 moves to the proximal end side due to thermal expansion of the inner conductor 53.
  • the slag 61a is provided on the power feeding side, and the slag 61b is provided on the antenna unit 45 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 moving shafts 64a and 64b are formed by screw rods having trapezoidal screws, for example.
  • 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 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. That is, the inner peripheral surface of the inner conductor 53 functions as a sliding guide for the slugs 61a and 61b.
  • 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.
  • a bottom plate 67 made of a conductor is provided at the lower end of the inner conductor 53.
  • the lower ends of the slug movement shafts 64a and 64b are open ends to absorb vibration during driving.
  • the bottom plate 67 may be used as a bearing portion, and the lower ends of the slag moving shafts 64a and 64b may be supported by the bearing portion.
  • 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 offset vertically, and the motors 73a and 73b are also offset vertically. In addition, the space for the power transmission mechanism such as the motor and gears can be reduced.
  • 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 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.
  • a power feeding mechanism 54 that feeds microwaves (electromagnetic waves) is provided at the base end of the microwave transmission path 44.
  • the power feeding mechanism 54 has a microwave power introduction port 55 for introducing microwave power provided on a side surface of the microwave transmission path 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 feed antenna 90 is formed by, for example, cutting a metal plate such as aluminum and then fitting it into a dielectric member such as Teflon (registered trademark).
  • 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. Note that when a microwave with a high frequency such as 2.45 GHz is used, the slow wave material 59 may not be provided.
  • the distance from the feeding antenna 90 to the reflecting plate 58 is optimized, and the electromagnetic wave radiated from the feeding antenna 90 is reflected by the reflecting plate 58 to transmit the maximum electromagnetic wave into the microwave transmission path 44 having the coaxial structure.
  • 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 the electromagnetic wave is supplied and the second electromagnetic wave to radiate the supplied electromagnetic wave.
  • the antenna main body 91 having the pole 93 and the reflection part 94 extending from both sides of the antenna main body 91 along the outside of the inner conductor 53 to form a ring shape, and the electromagnetic wave incident on the antenna main body 91 and the reflection part A standing wave is formed by the electromagnetic wave reflected at 94.
  • the second pole 93 of the antenna body 91 is in contact with the inner conductor 53.
  • 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 45. Standing waves are formed on the outer conductor 52 and the inner conductor 53 of the microwave transmission path 44.
  • the microwave transmission path 44 is a distributed constant circuit, its characteristics are applied to form a choke structure between the first member 521 and the second member 522 of the outer conductor 52 as shown in FIG. . That is, a choke groove 525 is formed in an annular shape between point C at the tip and point A at a position ⁇ g / 2 from point C, and point A is in an electrical short-circuit state. The dots are also short-circuited.
  • the matching portion 526 of the first member 521 and the second member 522 is made to correspond to the B point which is a position of ⁇ g / 4 from the C point.
  • the choke groove 525 is formed in the first member 521 between the points A and B, and the choke groove 525 is formed between the first member 521 and the second member 522 between the points B and C. Is done.
  • a choke groove 525 is formed between the point A and the point C so that the standing wave distribution is
  • the length of the choke groove 525 can be adjusted so that the current becomes an antinode and the voltage becomes a node at point A, that is, a short state is achieved.
  • the standing wave distribution of current and voltage at this time is as shown in FIG. 9.
  • the electrical resistance (impedance) at point C Does not change.
  • a point B at a position where the phase is ⁇ g / 4 from the point A is a joining portion 526 of the first member 521 and the second member 522, and the gap is formed when the inner conductor 53 expands due to the heat of the plasma.
  • the current is a node and the voltage is antinode at the position of ⁇ g / 4 from the point A and the current becomes almost zero, an open choke is generated even if a gap occurs at the point B. Almost does not flow, and leakage of electromagnetic waves can be suppressed very effectively.
  • ⁇ s is the dielectric constant of the choke groove 525
  • ⁇ is the wavelength of the microwave in the air.
  • the choke groove 525 has a dielectric. It is preferred to fill the body, for example Teflon.
  • the length ( ⁇ / 2) is 174.3 mm, but Teflon (registered trademark) is used.
  • the effective wavelength ⁇ g is 240.6 mm, and the length of the choke groove 525 can be 120.3 mm.
  • Teflon (registered trademark) or the like is filled in the choke groove 525, the Teflon (registered trademark) in the portion between the first member 521 and the second member 522 below the choke groove 525 is a sliding member. Also works.
  • the antenna unit 45 is a planar slot antenna 81 that functions as a microwave radiating antenna and has a slot 81a, a slow wave member 82 provided on the upper surface of the planar slot antenna 81, and the distal end side of the planar slot antenna 81. And a dielectric member 110b of the top plate 110 provided on the top plate 110.
  • the shape of the slot 81a is appropriately set so that microwaves are efficiently emitted.
  • a cylindrical member 82 a made of a conductor passes through the center of the slow wave member 82 to connect the bottom plate 67 and the planar slot antenna 81. Therefore, the inner conductor 53 is connected to the planar slot antenna 81 via the bottom plate 67 and the cylindrical member 82a.
  • the periphery of the slow wave material 82 is covered with the outer conductor 52, and the periphery of the planar slot antenna 81 is covered with the covered conductor 84.
  • the slow wave material 82 and the dielectric member 110b have a dielectric constant larger than that of vacuum, and are made of, for example, fluorine resin such as quartz, ceramics, polytetrafluoroethylene, or polyimide resin. This is because the microwave wavelength becomes longer in vacuum, so the dielectric constant is increased to shorten the microwave wavelength and the antenna is made 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 junction between the top plate 110 and the planar slot antenna 81 becomes a “wave” of standing waves. . Thereby, reflection can be minimized and the radiation energy of the planar slot antenna 81 can be maximized.
  • the dielectric member 110 b of the top plate 110 is provided in contact with the planar slot antenna 81. Then, the microwave amplified by the main amplifier 48 passes between the peripheral walls of the inner conductor 53 and the outer conductor 52, passes through the dielectric member 110 b of the top plate 110 from the slot 81 a of the planar slot antenna 81, and enters the chamber 1. Radiated into space, surface wave plasma is formed.
  • the control unit 120 includes a storage unit storing a process sequence of the microwave 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 wafer W is loaded into the chamber 1 and placed on the susceptor 11. Then, while introducing a plasma generation gas, for example, Ar gas, from the plasma generation gas supply source 27 through the pipe 28 and the plasma generation gas introduction member 26 into the chamber 1, microwaves from the microwave plasma source 2 are introduced into the chamber 1. Transmits to generate surface wave plasma.
  • a plasma generation gas for example, Ar gas
  • 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 plurality of microwave powers distributed in this way are individually amplified by the main amplifier 48 constituting the solid state amplifier and supplied to the microwave radiating unit 43.
  • the impedance is automatically matched by the slag tuner 60, and the microwave passes through the microwave transmission path 44 and the slow wave material 82 in a state where there is substantially no power reflection.
  • the microwaves distributed in plural are individually amplified by the main amplifier 48 constituting the solid-state amplifier, and individually radiated using the planar slot antenna 81, they are synthesized in the chamber 1, so that a large size No isolator or synthesizer is required.
  • the microwave radiating unit 43 is extremely compact because the slag tuner 60 and the antenna unit 45 are integrated. Further, since the main amplifier 48, the slag tuner 60, and the planar slot antenna 81 are provided close to each other, the plasma load can be tuned with high accuracy by the slag tuner 60.
  • the slag tuner 60 can perform impedance matching only by moving the two slags 61a and 61b, the slag tuner 60 is compact and has low loss, and transmits power to the slags 61a and 61b in the inner conductor 53. Since the slag moving shafts 64a and 64b and the sliding member 63 that supports the slags 61a and 61b and functions as a guide member that moves up and down in the inner conductor 53 are provided, the slag driving mechanism is also extremely compact.
  • the chamber 1 When such microwave plasma processing is performed, when microwaves are input from the microwave output unit 30, the chamber 1, the planar slot antenna 81, and the heat are generated by heat input from the plasma and the loss of the microwaves.
  • the temperature of the dielectric member 110b of the top plate 110 becomes very high, and thus the temperature of the slag tuner 60 also becomes high.
  • the inner conductor and the outer conductor of the slag tuner are integrally provided, and the outer conductor has a cooling structure.
  • the inner conductor is difficult to cool directly due to its structure, the temperature rise caused by the plasma causes stress due to the difference in thermal expansion between the inner conductor and the outer conductor, which deforms the inner conductor and affects the slag mobility. There was a concern such as giving a hindrance to the seal function.
  • the outer conductor 52 has a double tube structure having a first member 521 that constitutes the inner cylinder and a second member 522 that constitutes the outer cylinder, and is provided without fixing both.
  • the first member 521 and the inner conductor 53 are connected by the connecting member 57 at the base end side, and the planar slot antenna 81 is fixed to the inner conductor 53 and the second member 522.
  • the first member 521 of the outer conductor 52 moves to the base end side (upward) along with the first member 521.
  • the second member 522 that is not fixed to does not move. As a result, as shown in FIG.
  • a gap is formed between the distal end portion of the first member 521 and the distal end portion of the second member 522, and the stress due to the difference in thermal expansion between the inner conductor 53 and the outer conductor 52 is relieved. Therefore, the inner conductor 53 is not deformed, and the mobility of the slugs 61a and 61b is not affected, and the sealing function is not hindered.
  • the microwave transmission path 44 is a distributed constant circuit
  • a choke structure is provided between the first member 521 and the second member 522 of the outer conductor 52 by using the characteristics. This eliminates such inconvenience.
  • the choke groove is annularly formed between the point C at the tip and the point A at a position ⁇ g / 2 from the point C. 525 is formed, and the length of the choke groove 525 is adjusted so that the current becomes an antinode and the voltage becomes a node at the point A of the standing wave distribution, that is, a short state is obtained.
  • the current is antinode and the voltage becomes a node.
  • the tip of the first member 521 of the outer conductor 52 and the second portion Even if the gap length at the tip of the member 522 changes, the electrical resistance (impedance) at point C does not change. For this reason, a constant current flows, the transmission system is stabilized, and a stable process can be realized.
  • the joint portion 526 of the first member 521 and the second member 522 of the outer conductor 52 is a portion where a gap is generated due to thermal expansion of the inner conductor 53 and there is a concern about leakage of electromagnetic waves.
  • the point is at a position of ⁇ g / 4 from the point A, the current becomes a node and the voltage becomes an antinode and becomes an open choke. Therefore, the current becomes 0, and the displacement current on the extension line of the current is not induced. For this reason, even if there is a gap in that portion, leakage of electromagnetic waves from that portion can be suppressed extremely effectively.
  • the outer conductor has a double tube structure of the first member forming the inner cylinder and the second member forming the outer cylinder, and the inner conductor and the first member are on the proximal end side.
  • the first member and the second member are not fixed, and when the inner conductor is heated and expanded by the heat of the plasma, the gap between the tip of the first member and the tip of the second member Since the gap is formed in the gap, the stress due to the difference in thermal expansion between the inner conductor and the outer conductor is relieved. For this reason, the inner conductor is not deformed, and the mobility of the slag is not affected, and the sealing function is not hindered.
  • the gap between the tip of the first member and the tip of the second member changes due to the thermal expansion of the inner conductor, the electrical resistance changes, the transmission system changes, and a stable process may not be realized.
  • a choke structure is formed between the first member and the second member, the choke groove has a length of ⁇ g / 2 extending from the front end portion of the outer conductor to the base end side, and the base end side end portion of the choke groove.
  • the joint portion between the first member and the second member of the outer conductor is a part where a gap is generated due to thermal expansion of the inner conductor and there is a concern about leakage of electromagnetic waves, but at a position of ⁇ g / 4 from the tip of the choke groove. If the mating portion is arranged at the position, the position becomes an open choke with no current, so that the displacement current on the extension line of the current is not induced. For this reason, even if there is a gap in that portion, leakage of electromagnetic waves from that portion can be suppressed extremely effectively.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made 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 48, and the like are not limited to the above embodiment.
  • the microwave supply part 40 does not necessarily need to be comprised with the some microwave radiation
  • the choke groove may be provided in double (two stages).
  • the shape of the slot 81a of the planar slot antenna 81 is not clearly drawn, but various slot patterns can be adopted depending on conditions. Furthermore, although the example which provided two slags in the said embodiment was shown, the number of slags may be more than two and one may be sufficient when the tuning range is previously limited.
  • the slag drive mechanism is not limited to the above embodiment, and the drive transmission unit that transmits the driving force from the drive unit to the slags 61 a and 61 b and the drive guide unit that guides the movement of the slag are the microwave transmission paths 44. It may be provided outside.
  • 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

　スラグチューナ（６０）は、同軸状の外側導体（５２）と内側導体（５３）とを有し、先端部に平面アンテナ（８１）が取り付けられるマイクロ波伝送路（４４）と、内側導体（５３）に沿って移動可能なスラグ（６１ａ，６１ｂ）とを具備する。外側導体（５２）は、内筒をなす第１部材（５２１）と外筒をなす第２部材（５２２）との二重管構造であり、プラズマの熱で内側導体（５３）が膨張した際に、第１部材（５２１）の先端と第２部材（５２２）の先端との間に間隙が形成されるようにする。外側導体（５２）は、第１部材（５２１）と第２部材（５２２）との間に、外側導体（５２）の先端部から基端側に延びるλｇ／２の長さのチョーク溝（５２５）を有するチョーク構造を有し、チョーク溝（５２５）の基端側端部をショート状態とし、結果的に外側導体（５２）の先端部がショート状態となるようにする。

Description

スラグチューナ、それを用いたマイクロ波プラズマ源、およびマイクロ波プラズマ処理装置
　本発明は、マイクロ波プラズマ処理装置においてインピーダンスの自動整合を行うスラグチューナ、それを用いたマイクロ波プラズマ源、およびマイクロ波プラズマ処理装置に関する。
　プラズマ処理は、半導体デバイスの製造に不可欠な技術であるが、近時、ＬＳＩの高集積化、高速化の要請からＬＳＩを構成する半導体素子のデザインルールが益々微細化され、また、半導体ウエハが大型化されており、それにともなって、プラズマ処理装置においてもこのような微細化および大型化に対応するものが求められている。
　ところが、従来から多用されてきた平行平板型や誘導結合型のプラズマ処理装置では、生成されるプラズマの電子温度が高いため微細素子にプラズマダメージが生じてしまい、また、プラズマ密度の高い領域が限定されるため、大型の半導体ウエハを均一かつ高速にプラズマ処理することは困難である。
　そこで、高密度で低電子温度の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（例えば特許文献１）。
　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多数のスロットが形成されたラジアルラインスロットアンテナ（Radial Line Slot Antenna）を設け、マイクロ波発生源から導かれたマイクロ波を、アンテナのスロットから放射させるとともに、その下に設けられた誘電体からなるマイクロ波透過板を介して真空に保持されたチャンバ内に放射し、このマイクロ波電界によりチャンバ内で表面波プラズマを生成し、これにより半導体ウエハ等の被処理体を処理するものである。
　また、マイクロ波を複数に分配し、上記平面アンテナ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（特許文献２）。
　特許文献２の技術では、各アンテナモジュールにおいて、平面状のスロットアンテナと負荷（プラズマ）のインピーダンスのチューニングを行うためスラグチューナを一体的に設けるとともにアンプを近接して設けているため、マイクロ波プラズマ源自体を著しくコンパクト化することができ、また、インピーダンス不整合が存在するアンテナ取り付け部分においてチューニングすることができるので、チューニングが高精度であり、反射の影響を確実に解消することができる。また、スラグチューナは、管状の外部導体と外部導体内に設けられた内部導体とにより同軸状のマイクロ波伝送路が構成され、外部導体の内面と内部導体の外面との間の隙間内に内部導体の長手方向に沿って移動自在に少なくとも２つの誘電体からなるスラグが設けられ、これらスラグを駆動機構により移動させることによりインピーダンスチューニングを行うものであり、それ自体が極めてコンパクトで低損失である。
特開２０００－２９４５５０号公報 国際公開第２００８／０１３１１２号パンフレット
　ところで、このようなマイクロ波プラズマ処理装置は、プラズマの発光による熱やマイクロ波の損失による熱によって、チャンバ、アンテナ、マイクロ波透過板の温度が上昇し、これによってスラグチューナの温度も高くなる。従来は、スラグチューナの内側導体と外側導体とは一体的に設けられており、外側導体は冷却構造となっているが内側導体は構造上直接冷却することが難しいため、プラズマによる温度上昇によって内側導体と外側導体との間に熱膨張差による応力が生じ、内側導体が変形して、スラグの移動性に影響を与えたり、シール機能に支障をきたす等の懸念がある。
　したがって、本発明の目的は、プラズマの熱による悪影響を解消することができるスラグチューナ、ならびにそのようなスラグチューナを用いたマイクロ波プラズマ源およびマイクロ波プラズマ処理装置を提供することにある。
　すなわち、本発明の第１の観点によれば、チャンバ内にマイクロ波プラズマを形成してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、マイクロ波出力部から伝送されたマイクロ波が給電され、マイクロ波を放射する平面アンテナへマイクロ波を伝送するとともに、前記チャンバ内の負荷のインピーダンスを前記マイクロ波電源の特性インピーダンスに整合させるスラグチューナであって、筒状をなす外側導体とその中に同軸的に設けられた筒状をなす内側導体とを有し、その先端部に前記平面アンテナが取り付けられ、基端部にマイクロ波が給電されるマイクロ波伝送路と、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と、前記スラグを移動させる駆動機構とを具備し、前記外側導体は、内筒をなす第１部材と外筒をなす第２部材との二重管構造であり、前記内側導体と前記第１部材とは基端側で連結されており、前記第１部材と前記第２部材とは固定されておらず、前記マイクロ波プラズマの熱で前記内側導体が加熱されて膨張した際に、前記第１部材の先端と前記第２部材の先端との間に間隙が形成されるようにされ、前記外側導体は、前記第１部材と前記第２部材との間にチョーク構造を有し、前記チョーク構造は、前記外側導体の先端部から基端側に延びるλｇ／２（ただし、λｇはマイクロ波の実効波長である）の長さのチョーク溝を有し、前記チョーク溝の基端側端部を電流の定在波が腹となるショート状態とし、結果的に前記外側導体の前記先端部がショート状態となるようにした、スラグチューナが提供される。
　上記第１の観点において、前記チョーク溝の前記先端部からλｇ／４の位置に、前記第１部材と前記第２部材との合わせ部が配置されることが好ましい。また、前記合わせ部に電磁シールド材を介在させることがさらに好ましい。さらに、前記チョーク溝に誘電体部材が埋め込まれていることが好ましい。さらにまた、前記第１部材と前記第２部材との間に滑り部材を介装させることができる。
　本発明の第２の観点によれば、チャンバ内にマイクロ波プラズマを形成してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に用いられるマイクロ波プラズマ源であって、マイクロ波を生成して出力するマイクロ波出力部と、前記マイクロ波出力部から出力されたマイクロ波を伝送し前記チャンバ内に放射するためのマイクロ波供給部とを具備し、前記マイクロ波供給部は、前記マイクロ波を前記チャンバ内へ放射する平面アンテナと、前記マイクロ波出力部から伝送されたマイクロ波が給電され、マイクロ波を放射する平面アンテナへマイクロ波を伝送するとともに、前記チャンバ内の負荷のインピーダンスを前記マイクロ波電源の特性インピーダンスに整合させるスラグチューナとを有するマイクロ波放射部を備え、前記スラグチューナは、筒状をなす外側導体とその中に同軸的に設けられた筒状をなす内側導体とを有し、その先端部に前記平面アンテナが取り付けられ、基端部にマイクロ波が給電されるマイクロ波伝送路と、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と、前記スラグを移動させる駆動機構とを有し、前記外側導体は、内筒をなす第１部材と外筒をなす第２部材との二重管構造であり、前記内側導体と前記第１部材とは基端側で連結されており、前記第１部材と前記第２部材とは固定されておらず、前記マイクロ波プラズマの熱で前記内側導体が加熱されて膨張した際に、前記第１部材の先端と前記第２部材の先端との間に間隙が形成されるようにされ、前記外側導体は、前記第１部材と前記第２部材との間にチョーク構造を有し、前記チョーク構造は、前記外側導体の先端部から基端側に延びるλｇ／２（ただし、λｇはマイクロ波の実効波長である）の長さのチョーク溝を有し、前記チョーク溝の基端側端部を電流の定在波が腹となるショート状態とし、結果的に前記外側導体の前記先端部がショート状態となるようにした、マイクロ波プラズマ源が提供される。
　本発明の第３の観点によれば、被処理基板を収容するチャンバと、前記チャンバ内にガスを供給するガス供給機構と、前記チャンバ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とを具備し、前記マイクロ波プラズマ源は、マイクロ波を生成して出力するマイクロ波出力部と、前記マイクロ波出力部から出力されたマイクロ波を伝送し前記チャンバ内に放射するためのマイクロ波供給部とを備え、前記マイクロ波供給部は、前記マイクロ波を前記チャンバ内へ放射する平面アンテナと、前記マイクロ波出力部から伝送されたマイクロ波が給電され、マイクロ波を放射する平面アンテナへマイクロ波を伝送するとともに、前記チャンバ内の負荷のインピーダンスを前記マイクロ波電源の特性インピーダンスに整合させるスラグチューナとを有するマイクロ波放射部を有し、前記スラグチューナは、筒状をなす外側導体とその中に同軸的に設けられた筒状をなす内側導体とを有し、その先端部に前記平面アンテナが取り付けられ、基端部にマイクロ波が給電されるマイクロ波伝送路と、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と、前記スラグを移動させる駆動機構とを有し、前記外側導体は、内筒をなす第１部材と外筒をなす第２部材との二重管構造であり、前記内側導体と前記第１部材とは基端側で連結されており、前記第１部材と前記第２部材とは固定されておらず、前記マイクロ波プラズマの熱で前記内側導体が加熱されて膨張した際に、前記第１部材の先端と前記第２部材の先端との間に間隙が形成されるようにされ、前記外側導体は、前記第１部材と前記第２部材との間にチョーク構造を有し、前記チョーク構造は、前記外側導体の先端部から基端側に延びるλｇ／２（ただし、λｇはマイクロ波の実効波長である）の長さのチョーク溝を有し、前記チョーク溝の基端側端部を電流の定在波が腹となるショート状態とし、結果的に前記外側導体の前記先端部がショート状態となるようにし、前記マイクロ波プラズマ源から前記チャンバ内に供給されたマイクロ波により前記ガス供給機構から供給されたガスをプラズマ化して前記チャンバ内の被処理基板に対してプラズマにより処理を施す、マイクロ波プラズマ処理装置が提供される。
　上記第２および第３の観点において、前記マイクロ波供給部は、前記マイクロ波放射部を複数有するものとすることができる。
本発明の一実施形態に係るスラグチューナを有するマイクロ波放射部が搭載されたマイクロ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のマイクロ波プラズマ処理装置のマイクロ波プラズマ源の構成を示す構成図である。 マイクロ波プラズマ源におけるマイクロ波供給部を模式的に示す平面図である。 マイクロ波プラズマ源におけるスラグチューナとアンテナ部からなるマイクロ波放射部を示す断面図である。 外側導体の先端部の常温の状態を示す拡大図である。 外側導体の先端部のプラズマの熱が与えられた状態を示す拡大図である。 スラグチューナにおけるスラグと滑り部材を示す図４のVI－VI線による横断面図である。 マイクロ波放射部の給電機構を示す図４のVII－VII線による横断面図である。 外側導体の第１部材と第２部材との間のチョーク構造を説明するための図である。 外側導体のチョーク溝に対応する部分の電流および電圧の定在波分布を示す図である。
　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。
　＜マイクロ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スラグチューナを有するマイクロ波放射部が搭載されたマイクロ波プラズマ処理装置の概略構成を示す断面図、図２は図１のマイクロ波プラズマ処理装置のマイクロ波プラズマ源の構成を示す構成図、図３はマイクロ波プラズマ源におけるマイクロ波供給部を模式的に示す平面図である。
　マイクロ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内を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。処理ガスとしては通常用いられるエッチングガスを用いることができる。
　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生成ガス導入部材２６がチャンバ壁に沿って設けられており、このプラズマ生成ガス導入部材２６には内周に多数のガス吐出孔が設けられている。このプラズマ生成ガス導入部材２６には、プラズマ生成ガスを供給するプラズマ生成ガス供給源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。
　プラズマ生成ガス導入部材２６からチャンバ１内に導入されたプラズマ生成ガスは、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、このようにして生成されたプラズマ、例えばＡｒ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生成する。なお、プラズマ生成ガスと処理ガスとを同一の供給部材で供給してもよい。
　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により支持された天板１１０を有しており、支持リング２９と天板１１０と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、マイクロ波電源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、８６０ＭＨｚ）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、８６０ＭＨｚの他に、７００ＭＨｚから３ＧＨｚの範囲を用いることができる。
　マイクロ波供給部４０は、分配器３４にて分配されたマイクロ波をチャンバ１内へ導く複数のアンテナモジュール４１を有している。各アンテナモジュール４１は、分配されたマイクロ波を主に増幅するアンプ部４２と、マイクロ波放射部４３とを有している。そして、各アンテナモジュール４１におけるマイクロ波放射部４３のアンテナ部４５からチャンバ１内へマイクロ波が放射されるようになっている。図３に示すように、マイクロ波供給部４０は、アンテナモジュール４１を７個有しており、各アンテナモジュール４１のマイクロ波放射部４３が、円周状に６個およびその中心に１個、円形をなす天板１１０の上に配置されている。
　天板１１０は、真空シールおよびマイクロ波透過板として機能し、金属製のフレーム１１０ａと、そのフレーム１１０ａに嵌め込まれ、マイクロ波放射部４３が配置されている部分に対応するように設けられた石英等の誘電体からなる誘電体部材１１０ｂとを有している（図１参照）。
　アンプ部４２は、位相器４６と、可変ゲインアンプ４７と、ソリッドステートアンプを構成するメインアンプ４８と、アイソレータ４９とを有している。
　位相器４６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ができる。また、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４６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４６を設ける必要はない。
　可変ゲインアンプ４７は、メインアンプ４８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４７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４８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４９は、アンテナ部４５で反射してメインアンプ４８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、アンテナ部４５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、マイクロ波放射部４３について説明する。
　図４に示すように、マイクロ波放射部４３は、マイクロ波を伝送するとともにインピーダンスを整合させるためのスラグチューナ６０と、スラグチューナ６０の先端側に設けられ、増幅されたマイクロ波をチャンバ１内に放射する平面スロットアンテナ８１を有するアンテナ部４５とを有している。そして、マイクロ波放射部４３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。
　スラグチューナ６０は、筒状をなす外側導体５２および外側導体５２の中に同軸的に設けられた筒状をなす内側導体５３を有する同軸構造のマイクロ波伝送路４４と、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、スラグ駆動部７０とを有している。マイクロ波伝送路４４においては、内側導体５３が給電側、外側導体５２がアンテナ側に接続されており、先端部に平面スロットアンテナ８１が取り付けられ、基端部に後述する給電機構５４が設けられている。また、マイクロ波伝送路４４とスラグ駆動部７０との間には反射板５８が設けられている。
　外側導体５２は、内側筒を構成する第１部材５２１と外側筒を構成する第２部材５２２とを有する２重管構造となっており、両者は固定されていない。また、第１部材５２１と内側導体５３とは、基端側で連結部材５７で連結されており、アンテナ部４５側は連結されていない。また、内側導体５３と第２部材５２２とに平面スロットアンテナ８１が固定されるようになっている。すなわち、内側導体５３と第２部材５２２は平面スロットアンテナ８１を介して連結されている。
　図５Ａ、図５Ｂの拡大図に示すように、外側導体５２の先端部においては、第１部材５２１と第２部材５２２は分離している。そして、第２部材５２２の先端部には、第１部材５２１の先端部の下方に突出する突出部５２２ａを有しており、突出部５２２ａの上面には、誘電体部材５２３が取り付けられており、常温では図５Ａに示すように、誘電体部材５２３を介して第１部材５２１と突出部５２２ａとは接した状態となっている。
　このように構成されることにより、プラズマが生成された際の熱により内側導体５３が膨張した際に、外側導体５２の第１部材５２１がそれにともなって基端側（上方）へ移動するのに対し、第２部材５２２は第１部材５２１に固定されていないので移動せず、図５Ｂに示すように、第１部材５２１の先端部と第２部材５２２の先端部に間隙５２７が形成される。このため、内側導体５３と外側導体５２との熱膨張差による応力が緩和される。第１部材５２１と第２部材５２２との間には、滑り性の良好な材料、例えばテフロン（登録商標）等の樹脂材料からなる滑り部材５２４が設けられている。この滑り部材５２４は、第１部材５２１が内側導体５３の熱膨張により基端側へ移動する際の滑りガイドとして機能する。
　２つのスラグ６１ａ，６１ｂのうち、スラグ６１ａは給電側に設けられ、スラグ６１ｂはアンテナ部４５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。
　図６に示すように、スラグ６１ａは、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。
　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。
　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、導体からなる底板６７が設けられている。スラグ移動軸６４ａ，６４ｂの下端は、駆動時の振動を吸収するために開放端となっている。なお、この底板６７を軸受け部としてスラグ移動軸６４ａ，６４ｂの下端をこの軸受け部にて軸支させてもよい。
　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。
　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。
　マイクロ波伝送路４４の基端部にはマイクロ波（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、マイクロ波伝送路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、アルミニウム等の金属板を削り出し加工した後、テフロン（登録商標）等の誘電体部材の型にはめて形成される。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、２．４５ＧＨｚ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から反射板５８までの距離を最適化し、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マイクロ波伝送路４４内に伝送させる。
　給電アンテナ９０は、図７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、電磁波が供給される第１の極９２および供給された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４５に向かって伝播する。マイクロ波伝送路４４の外側導体５２および内側導体５３には定在波が形成される。
　上述したように、外側導体５２の第１部材５２１の先端部と第２部材５２２の先端部の間隙により、プラズマによる内側導体５３の熱膨張の影響を緩和することができるが、その間隙の変化により電気抵抗が変化し、それによりプロセスが不安定になるおそれがある。そのため、マイクロ波伝送路４４が分布定数回路であることからその特性を応用して、図８に示すように、外側導体５２の第１部材５２１と第２部材５２２との間をチョーク構造としている。すなわち、先端部のＣ点とＣ点からλｇ／２の位置のＡ点との間に環状にチョーク溝５２５を形成し、Ａ点を電気的短絡（ショート）状態にしており、必然的にＣ点もショート状態となるようにしている。また、Ｃ点からλｇ／４の位置であるＢ点に、第１部材５２１と第２部材５２２との合わせ部分５２６を対応させている。その結果、Ａ点からＢ点の間はチョーク溝５２５は第１部材５２１内に形成され、Ｂ点からＣ点の間はチョーク溝５２５は第１部材５２１と第２部材５２２との間に形成される。
　具体的には、マイクロ波伝送路４４が分布定数回路となり、定在波が形成されることとなるので、Ａ点からＣ点までの間にチョーク溝５２５を形成して、定在波分布がＡ点において電流が腹および電圧が節となるように、すなわちショート状態となるようにチョーク溝５２５の長さを調整することができる。このときの電流と電圧の定在波分布は図９に示すようになり、Ａ点をショート状態とすることにより、Ａ点からλｇ／２の位置であるＣ点ではＡ点と同様、電流が腹および電圧が節となるショート状態であるため、外側導体５２の第１部材５２１の先端部と第２部材５２２の先端部の間隙長さが変化してもＣ点での電気抵抗（インピーダンス）は変化しない。また、Ａ点から位相がλｇ／４の位置のＢ点は、第１部材５２１と第２部材５２２との合わせ部分５２６となっており、プラズマの熱により内側導体５３が膨張したときに間隙が生じるが、図９に示すように、Ａ点からλｇ／４の位置では電流が節および電圧が腹であり、電流がほぼ０となるオープンチョークとなるため、Ｂ点に間隙が生じても電流はほぼ流れず、電磁波の漏洩を極めて効果的に抑制することができる。
　なお、λｇはマイクロ波の実効波長であり、
　λｇ＝λ／εｓ １／２
と表すことができる。ただし、εｓはチョーク溝５２５の誘電率であり、λは空気中のマイクロ波の波長である。チョーク溝５２５が空間の場合には、λｇ＝λであるが、波長によってはチョーク構造の長さが長くなってしまうため、λｇを短くしてチョーク構造を短くする観点から、チョーク溝５２５に誘電体、例えばテフロン（登録商標）を充填することが好ましい。マイクロ波の周波数が８６０ＭＨｚの場合には、λ＝３４８．６ｍｍであるから、チョーク溝５２５が空間の場合はその長さ（λ／２）は１７４．３ｍｍであるが、テフロン（登録商標）を挿入した場合には、その比誘電率が２．１であるから、実効波長λｇが２４０．６ｍｍとなり、チョーク溝５２５の長さを１２０．３ｍｍにすることができる。なお、チョーク溝５２５内にテフロン（登録商標）等を充填した場合には、チョーク溝５２５の下部の第１部材５２１と第２部材５２２との間の部分のテフロン（登録商標）等が滑り部材としても機能する。
　アンテナ部４５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と、平面スロットアンテナ８１の上面に設けられた遅波材８２と、平面スロットアンテナ８１の先端側に設けられた天板１１０の誘電体部材１１０ｂとを有している。スロット８１ａの形状は、マイクロ波が効率良く放射されるように適宜設定される。遅波材８２の中心には導体からなる円柱部材８２ａが貫通して底板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が底板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、遅波材８２の周囲は外側導体５２で覆われており、平面スロットアンテナ８１の周囲は被覆導体８４により覆われている。
　遅波材８２および誘電体部材１１０ｂ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いる。これは、真空中ではマイクロ波の波長が長くなることから、誘電率を大きくしてマイクロ波の波長を短くし、アンテナを小さくするためである。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、天板１１０と平面スロットアンテナ８１の接合部が定在波の「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。
　天板１１０の誘電体部材１１０ｂは、平面スロットアンテナ８１に接するように設けられている。そして、メインアンプ４８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１１０の誘電体部材１１０ｂを透過してチャンバ１内の空間に放射され、表面波プラズマが形成される。
　マイクロ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１２０により制御されるようになっている。制御部１２０はマイクロ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。
　＜マイクロ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マイクロ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、プラズマ生成ガス供給源２７から配管２８およびプラズマ生成ガス導入部材２６を介してチャンバ１内にプラズマ生成ガス、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内に伝送して表面波プラズマを生成する。
　そして、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内に処理ガス、例えばＣｌ２ガス等のエッチングガスが吐出される。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が、ソリッドステートアンプを構成するメインアンプ４８で個別に増幅され、マイクロ波放射部４３に給電される。マイクロ波放射部４３ではスラグチューナ６０により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、マイクロ波がマイクロ波伝送路４４、遅波材８２を経てアンテナ部４５の平面スロットアンテナ８１のスロットから放射され、さらに天板１１０の誘電体部材１１０ｂを透過し、プラズマに接する誘電体部材１１０ｂの表面を伝送され、この表面波によりチャンバ１内の空間に表面波プラズマが生成され、これにより被処理体であるウエハＷがプラズマ処理される。
　このように、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４８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、マイクロ波放射部４３はスラグチューナ６０とアンテナ部４５が一体化されているため極めてコンパクトである。さらに、メインアンプ４８、スラグチューナ６０および平面スロットアンテナ８１が近接して設けられているため、スラグチューナ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。さらにまた、スラグチューナ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のでコンパクトで低損失であり、かつ、内側導体５３内に、スラグ６１ａ，６１ｂに動力を伝達するスラグ移動軸６４ａ，６４ｂと、スラグ６１ａ，６１ｂを支持するとともに内側導体５３内を昇降するガイド部材として機能する滑り部材６３が設けられているので、スラグ駆動機構も極めてコンパクトである。
　ところで、このようなマイクロ波プラズマ処理を行う際に、マイクロ波出力部３０からマイクロ波が投入されると、プラズマからの入熱およびマイクロ波の損失による熱により、チャンバ１、平面スロットアンテナ８１および天板１１０の誘電体部材１１０ｂの温度が非常に高くなり、これによってスラグチューナ６０の温度も高くなる。従来は、スラグチューナの内側導体と外側導体とは一体的に設けられており、外側導体は冷却構造となっている。しかし、内側導体は構造上直接冷却することが難しいため、プラズマによる温度上昇によって内側導体と外側導体との間に熱膨張差による応力が生じ、内側導体が変形して、スラグの移動性に影響を与えたり、シール機能に支障をきたす等の懸念があった。
　これに対して、本実施形態では、外側導体５２を、内側筒を構成する第１部材５２１と外側筒を構成する第２部材５２２とを有する２重管構造とし、両者を固定せずに設け、第１部材５２１と内側導体５３とを基端側で連結部材５７により連結し、内側導体５３と第２部材５２２とに平面スロットアンテナ８１が固定されている。このため、プラズマが生成された際の熱により内側導体５３が膨張した際に、外側導体５２の第１部材５２１がそれにともなって基端側（上方）へ移動するのに対し、第１部材５２１に固定されていない第２部材５２２は移動しない。これにより、図５Ｂに示すように、第１部材５２１の先端部と第２部材５２２の先端部に間隙が形成され、内側導体５３と外側導体５２との熱膨張差による応力が緩和される。したがって、内側導体５３の変形が生じず、スラグ６１ａ，６１ｂの移動性に影響を与えたり、シール機能に支障をきたしたりすることがない。
　しかしながら、内側導体５３および外側導体５２とも上下方向に電流が流れるため、内側導体５３が熱膨張することにより第１部材５２１の先端部と第２部材５２２の先端部の間隙が変化すると、電気抵抗が変化して伝送系が変化し、安定したプロセスが実現されないおそれがある。
　そこで、本実施形態では、マイクロ波伝送路４４が分布定数回路であることから、その特性を利用して、外側導体５２の第１部材５２１と第２部材５２２との間をチョーク構造とすることにより、このような不都合を解消する。
　すなわち、マイクロ波伝送路４４が分布定数回路となり、定在波が形成されることとなるので、先端部のＣ点とＣ点からλｇ／２の位置のＡ点との間に環状にチョーク溝５２５を形成し、定在波分布がＡ点において電流が腹および電圧が節となるように、すなわちショート状態となるようにチョーク溝５２５の長さを調整する。これにより、Ａ点からλｇ／２の位置であるＣ点ではＡ点と同様、電流が腹および電圧が節となるショート状態であるため、外側導体５２の第１部材５２１の先端部と第２部材５２２の先端部の間隙長さが変化してもＣ点での電気抵抗（インピーダンス）は変化しない。このため、一定の電流が流れ、伝送系が安定し、安定したプロセスを実現することができる。
　また、外側導体５２の第１部材５２１と第２部材５２２との合わせ部５２６は内側導体５３の熱膨張により間隙が生じ、電磁波の漏洩が懸念される部位であるが、その部分に対応するＢ点はＡ点からλｇ／４の位置となり、電流が節および電圧が腹となってオープンチョークとなるため、電流が０となり、電流の延長線上にある変位電流は誘導されない。このためその部分に間隙があっても、その部分からの電磁波の漏洩を極めて効果的に抑制することができる。
　このことを確認するため、電磁シミュレーションを行った。ここでは、最大投入パワーを５００Ｗ、Ｂ点での合わせ部の間隙を７ｍｍとした。その結果、５００Ｗの入力に対して漏洩が５０μＷとなり、問題のないレベルであることが確認された。なお、合わせ部５２６に金属スパイラルシールを施すことにより、さらなる電磁シール効果を期待することができる。
　以上のように、本実施形態によれば、外側導体は、内筒をなす第１部材と外筒をなす第２部材との二重管構造とし、内側導体と第１部材とは基端側で連結されており、第１部材と第２部材とは固定されておらず、プラズマの熱で内側導体が加熱されて膨張した際に、第１部材の先端と第２部材の先端との間に間隙が形成されるようにしたので、内側導体と外側導体との熱膨張差による応力が緩和される。このため、内側導体の変形が生じず、スラグの移動性に影響を与えたり、シール機能に支障をきたしたりすることがない。この際に、内側導体の熱膨張により第１部材の先端と第２部材の先端との間の間隙が変化すると、電気抵抗が変化して伝送系が変化し、安定したプロセスが実現されないおそれがあるが、第１部材と第２部材との間にチョーク構造を形成し、チョーク溝を、外側導体の先端部から基端側に延びるλｇ／２の長さとし、チョーク溝の基端側端部を電流の定在波が腹となるショート状態とし、結果的に外側導体の先端部がショート状態となるようにしたので、先端部の間隙が変化しても、その部分の電気抵抗は変化しないので、一定の電流が流れ、伝送系が安定し、安定したプロセスを実現することができる。
　また、外側導体の第１部材と第２部材との合わせ部は内側導体の熱膨張により間隙が生じ、電磁波の漏洩が懸念される部位であるが、チョーク溝の先端部からλｇ／４の位置にその合わせ部が配置されるようにすれば、その位置は電流が０のオープンチョークとなるため、電流の延長線上にある変位電流は誘導されない。このためその部分に間隙があっても、その部分からの電磁波の漏洩を極めて効果的に抑制することができる。
　＜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４８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放射部４３で構成する必要はなく、マイクロ波放射部４３は１個であってもよい。さらに、上記実施形態では、１つのチョーク溝を用いた場合を示したが、チョーク溝を二重（二段階）に設けてもよい。さらにまた、上記実施形態では、平面スロットアンテナ８１のスロット８１ａの形状を明確には描いていないが、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。さらにまた、上記実施形態では、スラグを２つ設けた例を示したが、スラグの数は２つより多くてもよく、予めチューニング範囲が限定されている場合には１つでもよい。
　さらに、スラグの駆動機構についても上記実施形態に限るものではなく、駆動部からの駆動力をスラグ６１ａ、６１ｂに伝達する駆動伝達部やスラグの移動をガイドする駆動ガイド部がマイクロ波伝送路４４の外部に設けられたものであってもよい。
　さらにまた、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。
　１；チャンバ、２；マイクロ波プラズマ源、１１；サセプタ、１２；支持部材、１５；排気管、１６；排気装置、１７；搬入出口、２０；シャワープレート、３０；マイクロ波出力部、３１；マイクロ波電源、３２；マイクロ波発振器、４０；マイクロ波供給部、４１；アンテナモジュール、４２；アンプ部、４３；マイクロ波放射部、４４；マイクロ波伝送路、４５；アンテナ部、５２；外側導体、５３；内側導体、５４；給電機構、５５；マイクロ波電力導入ポート、５６；同軸線路、５７；連結部材、５８；反射板、６０；スラグチューナ、８１；平面スロットアンテナ、８２；遅波材、１００；マイクロ波プラズマ処理装置、１１０；天板、１１０ｂ；誘電体部材、１２０；制御部、５２１；第１部材、５２２；第２部材、５２３；誘電体部材、５２４；滑り部材、５２５；チョーク溝、５２６；合わせ部、Ｗ；半導体ウエハ

Claims (9)

  1. 　チャンバ内にマイクロ波プラズマを形成してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、マイクロ波出力部から伝送されたマイクロ波が給電され、マイクロ波を放射する平面アンテナへマイクロ波を伝送するとともに、前記チャンバ内の負荷のインピーダンスを前記マイクロ波電源の特性インピーダンスに整合させるスラグチューナであって、
    　筒状をなす外側導体とその中に同軸的に設けられた筒状をなす内側導体とを有し、その先端部に前記平面アンテナが取り付けられ、基端部にマイクロ波が給電されるマイクロ波伝送路と、
    　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と、
    　前記スラグを移動させる駆動機構と
    を具備し、
    　前記外側導体は、内筒をなす第１部材と外筒をなす第２部材との二重管構造であり、
    　前記内側導体と前記第１部材とは基端側で連結されており、前記第１部材と前記第２部材とは固定されておらず、前記マイクロ波プラズマの熱で前記内側導体が加熱されて膨張した際に、前記第１部材の先端と前記第２部材の先端との間に間隙が形成されるようにされ、
    　前記外側導体は、前記第１部材と前記第２部材との間にチョーク構造を有し、
    　前記チョーク構造は、前記外側導体の先端部から基端側に延びるλｇ／２（ただし、λｇはマイクロ波の実効波長である）の長さのチョーク溝を有し、前記チョーク溝の基端側端部を電流の定在波が腹となるショート状態とし、結果的に前記外側導体の前記先端部がショート状態となるようにした、スラグチューナ。
  2. 　前記チョーク溝の前記先端部からλｇ／４の位置に、前記第１部材と前記第２部材との合わせ部が配置される、請求項１に記載のスラグチューナ。
  3. 　前記合わせ部に電磁シールド材が介在されている、請求項２に記載のスラグチューナ。
  4. 　前記チョーク溝に誘電体部材が埋め込まれている、請求項１に記載のスラグチューナ。
  5. 　前記第１部材と前記第２部材との間に滑り部材が介装されている、請求項１に記載のスラグチューナ。
  6. 　チャンバ内にマイクロ波プラズマを形成してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に用いられるマイクロ波プラズマ源であって、
    　マイクロ波を生成して出力するマイクロ波出力部と、
    　前記マイクロ波出力部から出力されたマイクロ波を伝送し前記チャンバ内に放射するためのマイクロ波供給部とを具備し、
    　前記マイクロ波供給部は、前記マイクロ波を前記チャンバ内へ放射する平面アンテナと、前記マイクロ波出力部から伝送されたマイクロ波が給電され、マイクロ波を放射する平面アンテナへマイクロ波を伝送するとともに、前記チャンバ内の負荷のインピーダンスを前記マイクロ波電源の特性インピーダンスに整合させるスラグチューナとを有するマイクロ波放射部を備え、
    　前記スラグチューナは、
    　筒状をなす外側導体とその中に同軸的に設けられた筒状をなす内側導体とを有し、その先端部に前記平面アンテナが取り付けられ、基端部にマイクロ波が給電されるマイクロ波伝送路と、
    　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と、
    　前記スラグを移動させる駆動機構と
    を有し、
    　前記外側導体は、内筒をなす第１部材と外筒をなす第２部材との二重管構造であり、
    　前記内側導体と前記第１部材とは基端側で連結されており、前記第１部材と前記第２部材とは固定されておらず、前記マイクロ波プラズマの熱で前記内側導体が加熱されて膨張した際に、前記第１部材の先端と前記第２部材の先端との間に間隙が形成されるようにされ、
    　前記外側導体は、前記第１部材と前記第２部材との間にチョーク構造を有し、
    　前記チョーク構造は、前記外側導体の先端部から基端側に延びるλｇ／２（ただし、λｇはマイクロ波の実効波長である）の長さのチョーク溝を有し、前記チョーク溝の基端側端部を電流の定在波が腹となるショート状態とし、結果的に前記外側導体の前記先端部がショート状態となるようにした、
    マイクロ波プラズマ源。
  7. 　前記マイクロ波供給部は、前記マイクロ波放射部を複数有する、請求項６に記載のマイクロ波プラズマ源。
  8. 　被処理基板を収容するチャンバと、
    　前記チャンバ内にガスを供給するガス供給機構と、
    　前記チャンバ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と
    を具備し、
    　前記マイクロ波プラズマ源は、
    　マイクロ波を生成して出力するマイクロ波出力部と、
    　前記マイクロ波出力部から出力されたマイクロ波を伝送し前記チャンバ内に放射するためのマイクロ波供給部とを備え、
    　前記マイクロ波供給部は、前記マイクロ波を前記チャンバ内へ放射する平面アンテナと、前記マイクロ波出力部から伝送されたマイクロ波が給電され、マイクロ波を放射する平面アンテナへマイクロ波を伝送するとともに、前記チャンバ内の負荷のインピーダンスを前記マイクロ波電源の特性インピーダンスに整合させるスラグチューナとを有するマイクロ波放射部を有し、
    　前記スラグチューナは、
    　筒状をなす外側導体とその中に同軸的に設けられた筒状をなす内側導体とを有し、その先端部に前記平面アンテナが取り付けられ、基端部にマイクロ波が給電されるマイクロ波伝送路と、
    　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と、
    　前記スラグを移動させる駆動機構と
    を有し、
    　前記外側導体は、内筒をなす第１部材と外筒をなす第２部材との二重管構造であり、
    　前記内側導体と前記第１部材とは基端側で連結されており、前記第１部材と前記第２部材とは固定されておらず、前記マイクロ波プラズマの熱で前記内側導体が加熱されて膨張した際に、前記第１部材の先端と前記第２部材の先端との間に間隙が形成されるようにされ、
    　前記外側導体は、前記第１部材と前記第２部材との間にチョーク構造を有し、
    　前記チョーク構造は、前記外側導体の先端部から基端側に延びるλｇ／２（ただし、λｇはマイクロ波の実効波長である）の長さのチョーク溝を有し、前記チョーク溝の基端側端部を電流の定在波が腹となるショート状態とし、結果的に前記外側導体の前記先端部がショート状態となるようにし、
    　前記マイクロ波プラズマ源から前記チャンバ内に供給されたマイクロ波により前記ガス供給機構から供給されたガスをプラズマ化して前記チャンバ内の被処理基板に対してプラズマにより処理を施す、マイクロ波プラズマ処理装置。
  9. 　前記マイクロ波供給部は、前記マイクロ波放射部を複数有する、請求項８に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
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