JP2011103274A - プラズマ処理装置およびマイクロ波伝播体 - Google Patents

Abstract

【課題】発生させるプラズマを周方向および／または径方向において均一にすることができるプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】プラズマ処理装置１１は、マイクロ波伝播体１９に対向するラジアル導波箱４３の下面５１の周方向の一部を凹ませて、ラジアル導波箱４３の下面５１の周方向の一部とラジアル導波箱４３に対向するマイクロ波伝播体１９の上面５２との板厚方向の長さを変更する変更手段として、ラジアル導波箱凹部６１に収容可能であって、下方側端部を構成する下方側端面６０がラジアル導波箱４３の下面５１の一部を構成するスタブ部材５６を含む。
【選択図】図２

Description

この発明は、プラズマ処理装置およびマイクロ波伝播体に関するものであり、特に、プラズマ源としてマイクロ波を用いたプラズマ処理装置およびこのようなプラズマ処理装置に備えられるマイクロ波伝播体に関するものである。

ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）等の半導体装置は、半導体基板にエッチングやＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタリング等の処理を施して製造される。エッチングやＣＶＤ、スパッタリング等の処理については、そのエネルギー供給源としてプラズマを用いた処理方法、すなわち、プラズマエッチングやプラズマＣＶＤ、プラズマスパッタリング等がある。

ここで、プラズマを発生させる際にマイクロ波を用いるマイクロ波プラズマ処理装置に関する技術が、特開２００６−１７９４７７号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１によると、円形矩形導波管と円偏波変換器との間の円筒導波管にダミーロードが接続されている。このダミーロードの軸線は、マイクロ波の反射体で反射される定在波の管内波長の１／４波長Ｌだけ、反射体から円偏波変換器の方向へ向かって離れているよう構成されている。これにより、ラジアル導波箱から反射してきたマイクロ波を、ダミーロードにより効果的に吸収することとしている。

特開２００６−１７９４７７号公報

特許文献１に代表される従来の一般的なプラズマ処理装置の構成について、簡単に説明する。図２０は、従来における一般的なプラズマ処理装置の一部を拡大して示す概略断面図である。なお、図２０において、紙面上下方向を装置の上下方向とする。また、図２０中において、所定の箇所にマイクロ波をイメージとして図示している。

図２０を参照して、プラズマ処理装置１０１は、その内部で被処理基板にプラズマ処理を行う処理容器と、処理容器内にマイクロ波を透過させる円板状のマイクロ波透過窓１０２と、薄板円板状であって、板厚方向に貫通する複数のスロット孔（図示せず）が設けられており、マイクロ波透過窓１０２の上方側に配置されてマイクロ波をマイクロ波透過窓１０２に放射するスロットアンテナ板１０３と、スロットアンテナ板１０３の上方側に配置されて径方向にマイクロ波を伝播する円板状のマイクロ波伝播体１０４と、処理容器の外部に配置されてマイクロ波を発生させるマイクロ波発生器１０５と、マイクロ波発生器１０５により発生させたマイクロ波を処理容器内に供給するマイクロ波供給手段１０６とを備える。

マイクロ波供給手段１０６は、上下方向に延びるように設けられており、スロットアンテナ板１０３に接続される同軸導波管１０７を含む。同軸導波管１０７は、丸棒状の内導体１０８、および内導体１０８と径方向のすき間１１０を開けて内導体１０８の外径側に設けられる円筒状の外導体１０９を備える。

同軸導波管１０７については、マイクロ波透過窓１０２の下方側に生成させるプラズマの周方向における均一性の確保の観点から、内導体１０８の径方向の中心が、スロットアンテナ板１０３の径方向の中心と一致するように接続される。また、外導体１０９については、外導体１０９の径方向の中心が、内導体１０８の径方向の中心と一致するように設けられる。

このような構成を有するプラズマ処理装置１０１において、一般的に、同軸導波管１０７を構成する内導体１０８および外導体１０９は、それぞれ別体で製造される。そして、別体で製造された内導体１０８および外導体１０９は、内導体１０８の径方向の中心と外導体１０９の径方向の中心とが一致するように組み合わされる。その後、スロットアンテナ板１０３の径方向の中心と、内導体１０８の径方向の中心とを一致させるようにして、プラズマ処理装置１０１に組み込まれる。なお、図２０において、内導体１０８の径方向の中心を示す中心線を一点鎖線１１１で示し、外導体１０９の径方向の中心を示す中心線を二点鎖線１１２で示す。

ここで、同軸導波管１０７の形成時、具体的には、内導体１０８と外導体１０９とを組み合わせる際に、内導体１０８の径方向の中心と外導体１０９の径方向の中心との位置のずれが生じてしまう。このずれは、図２０中の長さ寸法Ｘで示され、実際上、おおよそ０．０５ｍｍ程度である。なお、理解の容易の観点から、長さ寸法Ｘで示されるずれを、誇張して図示している。

このずれが生じると、内導体１０８と外導体１０９との間の径方向のすき間１１０の距離（長さ）が、同軸導波管１０７の周方向の位置において異なってしまうことになる。そうすると、同軸導波管１０７内を伝播するマイクロ波の強度が、同軸導波管１０７の周方向の位置において、異なってしまうこととなる。その結果、マイクロ波透過窓１０２に伝播されるマイクロ波の強度が周方向に不均一となり、マイクロ波透過窓１０２の下方側に形成される電磁界分布が偏ってしまう。このような電磁界分布の偏りは、処理容器内において発生させるプラズマの周方向における不均一を生じさせ、その結果、被処理基板の面内の処理の不均一を発生させてしまう。

ここで、同軸導波管１０７の組み立て時において、プラズマの不均一を生じさせない程度に内導体１０８の中心と外導体１０９の中心とのずれを低減させることは、非常に困難であり、かつ、コスト増大の要因ともなる。

さらに、所定のプロセス条件においては発生させるプラズマが均一であっても、プロセス条件が変われば、発生させるプラズマが径方向において不均一となる場合もあり、このような場合に容易に対応できることが望まれる。すなわち、プロセス条件に従って生成されるプラズマの密度を変更した場合でも、容易に径方向の電磁界の強度の比率を調整できるようにすることが好ましい。

一般に、プラズマ処理装置を用いるユーザは、プラズマ処理装置において製造する膜の特性を改善するために、頻繁にプロセス条件を調整する。ここで、プロセス条件の変更に伴いプラズマ密度が変わると、マイクロ波透過窓の内部において電磁界分布の径方向の強度の分布が変わってしまう。そうすると、各プロセス条件毎にスロットアンテナ板のスロット孔の配置が異なるものと交換等して電磁界の分布を調整する必要がある。このような交換等は、膨大な時間を要するものであり、このような時間をできるだけ短縮することが好ましい。

この発明の目的は、発生させるプラズマを周方向および／または径方向において均一にすることができるプラズマ処理装置を提供することである。

この発明の他の目的は、プラズマ処理装置に備えられた際に、発生させるプラズマを周方向および／または径方向において均一にすることができるマイクロ波伝播体を提供することである。

この発明に係るプラズマ処理装置は、上部側が開口しており、その内部で被処理基板にプラズマ処理を行う処理容器と、処理容器内にプラズマ処理用のガスを供給するガス供給部と、処理容器内に配置され、その上に被処理基板を保持する保持台と、プラズマ励起用のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生器と、板状であって、処理容器の開口を覆うように配置されて処理容器を密封すると共に、マイクロ波を処理容器内へ透過させるマイクロ波透過窓と、複数のスロット孔が設けられており、マイクロ波透過窓の上方側に配置され、マイクロ波をマイクロ波透過窓に放射するスロットアンテナ板と、板状であって、スロットアンテナ板の上方側に配置され、マイクロ波を径方向に伝播させるマイクロ波伝播体と、板状であって、マイクロ波伝播体の上方側に配置され、マイクロ波のラジアル方向の導波路となるラジアル導波箱と、マイクロ波発生器により発生させたマイクロ波をスロットアンテナ板に供給するマイクロ波供給手段と、マイクロ波透過窓内を伝播するマイクロ波の位相を調整するマイクロ波位相調整手段とを備える。

このようなプラズマ処理装置によると、製造時等において同軸導波管の内導体の中心と外導体の中心とがずれたり、プロセス条件が変わった場合でも、マイクロ波透過窓内を伝播するマイクロ波の位相を調整するマイクロ波位相調整手段により、マイクロ波伝播体内を径方向に伝播するマイクロ波の節の位置を調整することができる。したがって、スロットアンテナ板に設けられたスロット孔から放射されるマイクロ波の周方向および／または径方向における強度を調整し、マイクロ波透過窓の下方側に形成される電磁界分布の周方向および／または径方向における偏りをなくして、発生させるプラズマを周方向および／または径方向において均一にすることができる。その結果、被処理基板の面内における処理を均一にすることができる。

好ましくは、マイクロ波伝播体に対向するラジアル導波箱の下面の周方向の一部を凹ませて、ラジアル導波箱の下面の周方向の一部とラジアル導波箱に対向するマイクロ波伝播体の上面との板厚方向の長さを変更する変更手段とを備える。

ここで、好ましくは、ラジアル導波箱には、ラジアル導波箱の下面から板厚方向に凹んだラジアル導波箱凹部が設けられている。変更手段は、ラジアル導波箱凹部に収容可能であって、下方側の端部がラジアル導波箱の下面の一部を構成するスタブ部材を含む。

さらに好ましくは、ラジアル導波箱凹部およびスタブ部材は、周方向に間隔を開けて複数設けられる。

さらに好ましくは、複数のラジアル導波箱凹部は、ラジアル導波箱の径方向の中心を中心とした回転対称性を有する。

さらに好ましくは、ラジアル導波箱凹部は、ラジアル導波箱を板厚方向に貫通する。

さらに好ましくは、スタブ部材は、ラジアル導波箱凹部と係合する係合部を含む。

さらに好ましい一実施形態として、変更手段は、スタブ部材の下方側端部とマイクロ波伝播体の上面との板厚方向の長さを、０．０２ｍｍ以上、ラジアル導波箱凹部の径方向の長さの２倍以下の長さに変更可能である。

さらに好ましい一実施形態として、ラジアル導波箱凹部の径方向の長さは、１ｍｍ以上であって、マイクロ波の波長の半分以上である。

さらに好ましい一実施形態として、ラジアル導波箱凹部の周方向の長さは、５ｍｍ以上である。

さらに好ましくは、スロットアンテナ板には、内周側に設けられ、複数のスロット孔から構成される内周側スロット孔群と、径方向に間隔を開けて内周側スロット群の外周側に設けられ、複数のスロット孔から構成される外周側スロット孔群とが設けられており、ラジアル導波箱凹部が設けられる径方向の位置は、内周側スロット孔群と外周側スロット孔群との間である。

さらに好ましくは、マイクロ波伝播体には、ラジアル導波箱凹部に対向する位置に、ラジアル導波箱に対向する面から凹み、スタブ部材を受け入れ可能なスタブ部材受け入れ凹部が設けられる。

また、スタブ部材受け入れ凹部は、マイクロ波伝播体を板厚方向に貫通しており、スロット孔を避けた領域に設けられることが好ましい。

また、好ましくは、マイクロ波位相調整手段は、板厚方向の少なくともいずれか一方の面の一部に凹部または凸部が設けられたマイクロ波伝播体を含むよう構成してもよい。

さらに好ましくは、凹部または凸部は、周方向に間隔を開けて複数設けられる。

さらに好ましい一実施形態として、凹部または凸部は、マイクロ波伝播体の径方向の中心を中心とした回転対称性を有する。

また、凹部は、マイクロ波伝播体を板厚方向に貫通するよう構成してもよい。

また、スロットアンテナ板には、内周側に配置され、複数のスロット孔から構成される内周側スロット孔群と、径方向に間隔を開けて内周側スロット群の外周側に配置され、複数のスロット孔から構成される外周側スロット孔群とが設けられており、凹部または凸部が設けられる径方向の位置は、内周側スロット孔群と外周側スロット孔群との間である。

この発明に係るプラズマ処理装置は、上部側が開口しており、その内部で被処理基板にプラズマ処理を行う処理容器と、処理容器内にプラズマ処理用のガスを供給するガス供給部と、処理容器内に配置され、その上に被処理基板を保持する保持台と、プラズマ励起用のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生器と、板状であって、処理容器の開口を覆うように配置されて処理容器を密封すると共に、マイクロ波を処理容器内へ透過させるマイクロ波透過窓と、複数のスロット孔が設けられており、マイクロ波透過窓の上方側に配置され、マイクロ波をマイクロ波透過窓に放射するスロットアンテナ板と、板状であって、板厚方向の少なくともいずれか一方の面の一部にマイクロ波透過窓内を伝播するマイクロ波の位相を調整する凹部または凸部が設けられ、スロットアンテナ板の上方側に配置され、マイクロ波を径方向に伝播させるマイクロ波伝播体と、板状であって、マイクロ波伝播体の上方側に配置され、マイクロ波のラジアル方向の導波路となるラジアル導波箱と、マイクロ波発生器により発生させたマイクロ波をスロットアンテナ板に供給するマイクロ波供給手段とを備える。

この発明の他の局面においては、マイクロ波伝播体は、その内部で被処理基板にプラズマ処理を行う処理容器と、マイクロ波を処理容器内へ透過させるマイクロ波透過窓とを備えるプラズマ処理装置に用いられるマイクロ波伝播体であって、板状であって、板厚方向の少なくともいずれか一方の面の一部にマイクロ波透過窓内を伝播するマイクロ波の位相を調整する凹部または凸部が設けられており、マイクロ波を径方向に伝播させる。

このようなプラズマ処理装置によると、製造時等において同軸導波管の内導体の中心と外導体の中心とがずれたり、プロセス条件が変わった場合でも、マイクロ波伝播体に対向するラジアル導波箱の下面の周方向の一部を凹ませて、ラジアル導波箱の下面の周方向の一部とラジアル導波箱に対向するマイクロ波伝播体の上面との板厚方向の長さを変更する変更手段により、マイクロ波伝播体内を径方向に伝播するマイクロ波の節の位置を調整することができる。したがって、スロットアンテナ板に設けられたスロット孔から放射されるマイクロ波の周方向および／または径方向における強度を調整し、マイクロ波透過窓の下方側に形成される電磁界分布の周方向および／または径方向における偏りをなくして、発生させるプラズマを周方向および／または径方向において均一にすることができる。その結果、被処理基板の面内における処理を均一にすることができる。

また、このようなマイクロ波伝播体においても、マイクロ波の位相を調整する凹部または凸部により、マイクロ波伝播体内を径方向に伝播するマイクロ波の節の位置を調整することができる。したがって、スロットアンテナ板に設けられたスロット孔から放射されるマイクロ波の周方向および／または径方向における強度を調整し、マイクロ波透過窓の下方側に形成される電磁界分布の周方向および／または径方向における偏りをなくして、発生させるプラズマを周方向および／または径方向において均一にすることができる。その結果、被処理基板の面内における処理を均一にすることができる。

この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。 図１に示すプラズマ処理装置のＩＩで示す部分を拡大して示す概略断面図である。 図１に示すプラズマ処理装置に備えられるスロットアンテナ板を、図１中の矢印ＩＩＩの方向から見た図である。 図１に示すプラズマ処理装置に備えられるスタブ部材の概略斜視図である。 図１に示すプラズマ処理装置に備えられるラジアル導波箱を、図１中の矢印ＩＩＩの方向と逆の方向から見た図である。 この発明の他の実施形態に係るプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。 図６に示すプラズマ処理装置に備えられるマイクロ波伝播体を、図６中の矢印ＶＩＩの方向から見た図である。 この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。 図８に示すプラズマ処理装置に備えられるラジアル導波箱を、図８中の矢印ＩＸの方向から見た図である。 図８に示すプラズマ処理装置に備えられるマイクロ波伝播体を、図８中の矢印ＩＸの方向から見た図である。 マイクロ波が伝播している状態のラジアル導波箱、マイクロ波伝播体、およびスロットアンテナ板の一部を示す断面図である。 外周側にラジアル導波箱凹部を設けたラジアル導波箱、マイクロ波伝播体、およびスロットアンテナ板の一部を示す断面図である。 径方向中央にラジアル導波箱凹部を設けたラジアル導波箱、マイクロ波伝播体、およびスロットアンテナ板の一部を示す断面図である。 スタブ部材、ラジアル導波箱凹部を設けたラジアル導波箱、マイクロ波伝播体、およびスロットアンテナ板の一部を示す断面図である。 スタブ部材、ラジアル導波箱凹部を設けたラジアル導波箱、スタブ部材受け入れ凹部を設けたマイクロ波伝播体、およびスロットアンテナ板の一部を示す断面図である。 ラジアル導波箱の一部を、図１４中のＸＶＩ−ＸＶＩ断面で切断した場合の断面図である。 スペース高さおよび幅の比と電磁界強度比との関係を示すグラフである。 この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。 図１８に示すプラズマ処理装置に備えられるマイクロ波伝播体を、図１８中の矢印ＸＩＸの方向から見た図である。 従来における一般的なプラズマ処理装置に備えられる同軸導波管の近辺を拡大して示す概略断面図である。

以下、この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。図２は、図１に示すプラズマ処理装置のＩＩで示す部分を拡大して示す概略断面図である。図３は、図１に示すプラズマ処理装置に備えられるスロットアンテナ板を、図１中の矢印ＩＩＩの方向から見た図である。図４は、図１に示すプラズマ処理装置に備えられる後述のスタブ部材を示す概略斜視図である。図５は、図１に示すプラズマ処理装置に備えられるラジアル導波箱を、図１中の矢印ＩＩＩの方向と逆の方向、すなわち、装置の下側から見た図である。なお、図１および図２においては、紙面上下方向を装置の上下方向とする。また、理解の容易の観点から、図５において、後述するラジアル導波箱突出部の図示を省略している。

図１〜図５を参照して、プラズマ処理装置１１は、上部側が開口しており、その内部で被処理基板Ｗにプラズマ処理を行う処理容器１２と、処理容器１２内にプラズマ励起用のガスおよびプラズマ処理用のガスを供給するガス供給部１３と、処理容器１２内に配置され、その上に被処理基板Ｗを保持する保持台１４と、処理容器１２の外部に配置され、プラズマ励起用のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生器１５と、処理容器１２の開口を覆うように配置されて処理容器１２を密封すると共に、マイクロ波を処理容器１２内へ透過させるマイクロ波透過窓１６と、複数のスロット孔１７が設けられており、マイクロ波透過窓１６の上方側に配置され、マイクロ波をマイクロ波透過窓１６に放射する薄板状のスロットアンテナ板１８と、スロットアンテナ板１８の上方側に配置され、マイクロ波を径方向に伝播するマイクロ波伝播体１９と、マイクロ波発生器１５により発生させたマイクロ波を処理容器１２内に供給するマイクロ波供給手段２０と、プラズマ処理装置１１全体を制御する制御部（図示せず）とを備える。制御部は、ガス供給部１３におけるガス流量、処理容器１２内の圧力等、被処理基板Ｗをプラズマ処理するためのプロセス条件を制御する。なお、マイクロ波発生器１５については、図１中の一点鎖線で示している。

処理容器１２は、保持台１４の下方側に位置する底部２１と、底部２１の外周部から上方向に延びる側壁２２とを含む。側壁２２は、円筒状である。処理容器１２の底部２１の径方向中央側には、排気用の排気孔２３が設けられている。処理容器１２の上部側は開口しており、処理容器１２の上部側に配置されるマイクロ波透過窓１６、およびマイクロ波透過窓１６と処理容器１２との間に介在するシール部材としてのＯリング２４によって、処理容器１２は密封可能に構成されている。なお、上記したガス供給部１３の一部は、側壁２２に埋め込まれるようにして設けられており、処理容器１２の外部から処理容器１２内へガスを供給する。

マイクロ波透過窓１６の下方側の面２５は、平らである。マイクロ波透過窓１６の材質は、誘電体である。マイクロ波透過窓１６の具体的な材質としては、石英やアルミナ等が挙げられる。

スロットアンテナ板１８の板厚方向の両面は、それぞれ平らである。スロットアンテナ板１８には、板厚方向に貫通する複数のスロット孔１７が設けられている。スロット孔１７は、２つの矩形状の開口部が一対となって、略Ｔ字状となるように配置されて構成されている。設けられたスロット孔１７は、内周側に配置される内周側スロット孔群２６ａと、外周側に配置される外周側スロット孔群２６ｂとに大別される。内周側スロット孔群２６ａは、図３中の点線で囲まれた範囲内に設けられた８個のスロット孔１７である。すなわち、内周側スロット孔群２６ａは、８個のスロット孔１７から構成される。外周側スロット孔群２６ｂは、図３中の一点鎖線で囲まれた範囲内に設けられた１６個のスロット孔１７である。すなわち、外周側スロット孔群２６ｂは、１６個のスロット孔１７から校正される。内周側スロット孔群２６ａにおいて、８個のスロット孔１７はそれぞれ、環状に等間隔に配置されている。外周側スロット孔群２６ｂにおいて、１６個のスロット孔１７はそれぞれ、環状に等間隔に配置されている。スロットアンテナ板１８は、径方向の中心２８を中心とした回転対称性を有する。この場合の回転軸は、８回転軸であり、例えば、中心２８を中心として４５°回転しても同じ形状となる。

マイクロ波伝播体１９は、平板状である。マイクロ波伝播体１９の中央には、後述する同軸導波管３１に備えられる内導体３２を配置させるための開口が設けられている。

マイクロ波透過窓１６、スロットアンテナ板１８、およびマイクロ波伝播体１９はいずれも、円板状である。プラズマ処理装置１１を製造する際には、マイクロ波透過窓１６の径方向の中心と、スロットアンテナ板１８の径方向の中心２８と、マイクロ波伝播体１９の径方向の中心とを、それぞれ一致するように製造される。こうすることにより、中心側から外径側に向かって伝播されるマイクロ波において、周方向におけるマイクロ波の伝播度合いを同じにして、マイクロ波透過窓１６の下方側に生じさせるプラズマの周方向における均一性を確保するようにしている。なお、ここでは、スロットアンテナ板１８の径方向の中心２８を基準とする。

マイクロ波供給手段２０は、一方端部３５がスロットアンテナ板１８の中心２８に接続される略丸棒状の内導体３２、および内導体３２と径方向のすき間３４を開けて内導体３２の外径側に設けられる略円筒状の外導体３３を含む同軸導波管３１を備える。すなわち、内導体３２の外周面３６と外導体３３の内周面３７とが対向するように内導体３２と外導体３３とを組み合わせて、同軸導波管３１が構成されている。同軸導波管３１は、図１中の紙面上下方向に延びるように設けられている。内導体３２および外導体３３はそれぞれ、別体で製造される。そして、内導体３２の径方向の中心と外導体３３の径方向の中心とを一致させるようにして組み合わされる。

また、マイクロ波供給手段２０は、マイクロ波発生器１５に一方端部３８が接続される導波管３９と、マイクロ波のモードを変換するモード変換器４０とを含む。導波管３９は、横方向、具体的には、図１中の紙面左右方向に延びるように設けられている。なお、導波管３９としては、断面が円形状のものや断面が矩形状のものが使用される。

マイクロ波発生器１５において発生させたマイクロ波は、導波管３９および同軸導波管３１を介して、処理容器１２内に伝播される。マイクロ波発生器１５において発生させるマイクロ波の周波数としては、例えば、２．４５ＧＨｚが選択される。

例えば、マイクロ波発生器１５で発生させたＴＥモードのマイクロ波は、導波管３９内を図１中の矢印Ａ_１で示す紙面左方向に伝播し、モード変換器４０によりＴＥＭモードへ変換される。そして、ＴＥＭモードへ変換されたマイクロ波は、同軸導波管３１内を図１中の矢印Ａ_２で示す紙面下方向へ伝播する。具体的には、すき間３４が形成される内導体３２と外導体３３との間、および内導体３２とラジアル導波箱４３の内径側端部４７との間において、マイクロ波は伝播する。同軸導波管３１を伝播したマイクロ波は、マイクロ波伝播体１９内を径方向に伝播し、スロットアンテナ板１８に設けられた複数のスロット孔１７からマイクロ波透過窓１６に放射される。マイクロ波透過窓１６を透過したマイクロ波は、マイクロ波透過窓１６の直下に電界を生じさせ、処理容器１２内にプラズマを生成させる。

さらにプラズマ処理装置１１は、側壁２２の開口側の上方端部の上方側に配置され、マイクロ波透過窓１６を上方側から押さえるマイクロ波透過窓押さえリング４１と、マイクロ波透過窓押さえリング４１の上方側に配置され、スロットアンテナ板１８等を上方側から押さえるアンテナ押さえ４２と、マイクロ波伝播体１９の上方側に配置され、マイクロ波伝播体１９等を冷却すると共に、マイクロ波のラジアル方向の導波路となるラジアル導波箱４３と、アンテナ押さえ４２とラジアル導波箱４３との間に介在するように配置され、処理容器１２内外で電磁界を遮蔽する電磁遮蔽弾力体４４と、スロットアンテナ板１８の外周部を固定する外周固定リング４５と、スロットアンテナ板１８の中心を固定する中心固定板４６とを備える。

なお、マイクロ波透過窓１６の上方側の面のうち、径方向の中央には、中心固定板４６を受け入れるように、マイクロ波透過窓１６の上方側の面から板厚を減ずるように凹んだ中心固定板受け入れ凹部４９が設けられている。

ラジアル導波箱４３は平板円板状である。ラジアル導波箱４３の中央には、同軸導波管３１を配置させるための開口が設けられている。ラジアル導波箱４３は、径方向の中心２９を、スロットアンテナ板１８の径方向の中心２８と一致させるようにして組み立てられる。

ラジアル導波箱４３の内径側端部４７の上方側には、円筒状の外導体３３が配置される。ラジアル導波箱４３の内径側端部４７の上方側と外導体３３の下方側とが当接する構成である。この場合、外導体３３の内周面３７とラジアル導波箱４３の内周面５０とが連なって、内導体３２の外周面３６と外導体３３の内周面３７との径方向の長さ、および内導体３２の外周面３６とラジアル導波箱４３の内周面５０との径方向の長さが同じとなるように構成される。なお、上記したマイクロ波伝播体１９の内径側端部２７は、内導体３２と径方向において当接する構成となっており、マイクロ波伝播体１９の内径側端部２７の上方側には、内導体３２と外導体３３との間に形成されるすき間３４が位置することとなる。

また、ラジアル導波箱４３の外周部分には、マイクロ波透過窓１６側にリング状に突出するマイクロ波伝播体位置決め部４８が設けられている。マイクロ波伝播体１９は、マイクロ波伝播体位置決め部４８により径方向に位置決めされる。マイクロ波伝播体位置決め部４８が設けられた径方向の位置において、外周固定リング４５は、スロットアンテナ板１８を固定する。

また、ラジアル導波箱４３には、ラジアル導波箱４３の下面５１から板厚方向に凹んだラジアル導波箱凹部６１が設けられている。この実施形態においては、ラジアル導波箱凹部６１は、ラジアル導波箱４３を板厚方向に貫通している。ラジアル導波箱凹部６１は、マイクロ波伝播体１９側、すなわち、ラジアル導波箱４３の下面５１側に開口するように設けられる第一ラジアル導波箱凹部６２と、処理容器１２の外方側、すなわち、ラジアル導波箱４３の上面５３側に開口するように設けられ、第一ラジアル導波箱凹部６２よりも相対的に開口面積が大きい第二ラジアル導波箱凹部６３とを組み合わせるようにして形成される。第一ラジアル導波箱凹部６２と第二ラジアル導波箱凹部６３とは、それぞれ内径側および外径側に円弧面を有するように設けられている。第一ラジアル導波箱凹部６２と第二ラジアル導波箱凹部６３とは相似形である。ラジアル導波箱凹部６１は、第一ラジアル導波箱凹部６２および第二ラジアル導波箱凹部６３を、径方向の中心および周方向の中心を一致させるようにして組み合わせた形状である。第一ラジアル導波箱凹部６２と第二ラジアル導波箱凹部６３とは、下面５１および上面５３と略平行な平面から形成される平面部６４を介して連なった構成である。ラジアル導波箱凹部６１には、第一ラジアル導波箱凹部６２、第二ラジアル導波箱凹部６３、および平面部６４によって、段差が形成されている。

ラジアル導波箱凹部６１は、周方向に間隔を開けて８個設けられる。具体的には、周方向において隣り合うラジアル導波箱凹部６１同士は、約４５度の間隔を開けて設けられる。この８個のラジアル導波箱凹部６１は、回転対称性を有し、この場合の回転軸は、８回転軸である。すなわち、ラジアル導波箱４３を、ラジアル導波箱４３の径方向の中心２９を中心として４５度回転させた場合に、同じ形状となる。

ラジアル導波箱４３において、ラジアル導波箱凹部６１が設けられる位置は、ラジアル導波箱４３の外周面３０近傍であり、少なくとも、ラジアル導波箱４３の中心２９よりも外周面３０に近い側である。マイクロ波伝播体１９の上方側にラジアル導波箱４３を配置させた際に、ラジアル導波箱凹部６１、具体的には、第一ラジアル導波箱凹部６２の開口部分が、マイクロ波伝播体１９の上面５２で覆われる構成である。すなわち、ラジアル導波箱４３の中心２９から第一ラジアル導波箱凹部６２までの径方向の長さは、マイクロ波伝播体１９の中心からマイクロ波伝播体１９の外周面までの径方向の長さよりも短く構成されている。

ここで、プラズマ処理装置１１は、マイクロ波伝播体１９に対向するラジアル導波箱４３の下面５１の周方向の一部を凹ませて、ラジアル導波箱４３の下面５１の周方向の一部とラジアル導波箱４３に対向するマイクロ波伝播体１９の上面５２との板厚方向の長さを変更する変更手段として、ラジアル導波箱凹部６１に収容可能であって、下方側端部を構成する下方側端面６０がラジアル導波箱４３の下面５１の一部を構成するスタブ部材５６を含む。

スタブ部材５６は、相似形であって大きさの異なる２つの円弧状部材を接合した形状である。具体的には、スタブ部材５６は、円弧状部材からなる第一部材５７と、円弧状部材からなり相対的に第一部材５７よりも大きさの大きい第二部材５８とからなり、互いの円弧状に延びる面同士を、互いの周方向および径方向の中心を一致させて接合した形状である。第一部材５７の下方側端部を構成する下方側端面６０は平らで、水平方向に延びる面である。第一部材５７と第二部材５８とを接合した接合面を含む平面部５９についても平らで、水平方向に延びる面である。この平面部５９が上記したラジアル導波箱凹部６１に収容される際に平面部６４と係合する係合部を構成する。なお、このスタブ部材５６の材質としては、金属または絶縁体から構成される。

上記したように、スタブ部材５６は、ラジアル導波箱凹部６１に収容される。具体的には、第一ラジアル導波箱凹部６２内に第一部材５７が位置し、第二ラジアル導波箱凹部６３に第二部材５８が位置するように、スタブ部材５６はラジアル導波箱凹部６１に収容される。この場合、ラジアル導波箱凹部６１の段差を構成する平面部６４に、スタブ部材５６の平面部５９を当接させて引掛け、係合させるようにして収容される。

ここで、ラジアル導波箱４３の下面５１の周方向の一部とラジアル導波箱４３に対向するマイクロ波伝播体１９の上面５２との板厚方向の長さを変更するには、スタブ部材５６に含まれる第一部材５７の軸方向の長さ、具体的には、図２中の長さ寸法Ｌ_１で示すように、平面部５９から第一部材５７の下方側端面６０までの軸方向の長さが異なるスタブ部材５６を複数準備し、要求に応じて、第一部材５７の軸方向の長さが適したスタブ部材５６を選択してラジアル導波箱凹部６１に収容する。このようにして、ラジアル導波箱４３の下面５１の周方向の一部、ここでは、ラジアル導波箱４３の下面５１の一部を構成するスタブ部材５６の下方側端面６０とラジアル導波箱４３に対向するマイクロ波伝播体１９の上面５２との板厚方向の長さを変更する。この場合、スタブ部材５６の下方側端面６０とラジアル導波箱４３に対向するマイクロ波伝播体１９の上面５２との板厚方向の長さは、図２中の長さ寸法Ｌ_２で示される。

このようなプラズマ処理装置１１によると、製造時等において同軸導波管３１の内導体３２の中心と外導体３３の中心とがずれたり、プロセス条件が変わった場合でも、マイクロ波透過窓内を伝播するマイクロ波の位相を調整するマイクロ波位相調整手段により、マイクロ波伝播体内を径方向に伝播するマイクロ波の節の位置を調整することができる。具体的には、マイクロ波伝播体１９に対向するラジアル導波箱４３の下面５１の周方向の一部を凹ませて、ラジアル導波箱４３の下面５１の周方向の一部とラジアル導波箱４３に対向するマイクロ波伝播体１９の上面５２との板厚方向の長さを変更する変更手段により、マイクロ波伝播体１９内を径方向に伝播するマイクロ波の節の位置を調整することができる。したがって、スロットアンテナ板１８に設けられたスロット孔１７から放射されるマイクロ波の周方向および／または径方向における強度を調整し、マイクロ波透過窓１６の下方側に形成される電磁界分布の周方向および／または径方向における偏りをなくして、発生させるプラズマを周方向および／または径方向において均一にすることができる。その結果、被処理基板Ｗの面内における処理を均一にすることができる。なお、このような変更手段によるマイクロ波の節の位置の調整の原理については、後述する。

なお、上記の実施の形態においては、マイクロ波伝播体１９の上面５２は、第一ラジアル導波箱凹部６２の開口部分を覆うよう構成することとしたが、これに限らず、マイクロ波伝播体１９の上面５２は、第一ラジアル導波箱凹部６２の開口部分を覆わないよう構成してもよい。すなわち、第一ラジアル導波箱凹部６２の下方側において、ラジアル導波箱４３とスロットアンテナ板１８との軸方向の間に、すき間を形成するよう構成してもよい。

図６は、この場合におけるプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図であり、図１に示す断面に相当する。図７は、図６に示すプラズマ処理装置に備えられるマイクロ波伝播体およびラジアル導波箱を、図６中の矢印ＶＩＩの方向から見た図である。なお、図６は、図１に示すプラズマ処理装置とマイクロ波伝播体およびスタブ部材を除いて同じ構成であり、図６中、図１と同一の部材については、同じ参照符号を付して、その説明を省略する。

図６および図７を参照して、この発明の他の実施形態に係るプラズマ処理装置６６に備えられるマイクロ波伝播体は、上記した図１に示すプラズマ処理装置１１に備えられるマイクロ波伝播体よりも、その径が小さく構成されている。そして、マイクロ波伝播体６７とラジアル導波箱４３とを組み合わせた際に、径方向において、マイクロ波伝播体６７の外周面６８は、ラジアル導波箱４３に設けられた第一ラジアル導波箱凹部６２よりも内径側に位置するよう構成されている。このような構成においては、第一ラジアル導波箱凹部６２の下方側、具体的には、第一ラジアル導波箱凹部６２とスロットアンテナ板１８の上面６９との軸方向の間に、すき間７０が形成される。

このように構成することによっても、上記したプラズマ処理装置１１と同様の効果を奏することができる。この場合、スタブ部材５６とマイクロ波伝播体６７との干渉の問題、具体的には、スタブ部材５６に含まれる第一部材の下方側端面が、マイクロ波伝播体と接触するか否かを考慮せずに、スタブ部材５６をラジアル導波箱凹部６１に収容させることができる。図６においては、左側に設けられるスタブ部材５４について、第一部材５５の軸方向の長さが、第一ラジアル導波箱凹部６２の軸方向の長さよりも長いものを選択しており、第一部材５５の先端領域を、すき間７０に位置させるようにしている。

また、上記の実施の形態において、マイクロ波伝播体には、ラジアル導波箱凹部に対向する位置に、ラジアル導波箱に対向する面から凹み、スタブ部材を受け入れ可能なスタブ部材受け入れ凹部が設けられる構成としてもよい。また、径方向において、ラジアル導波箱凹部は、ラジアル導波箱の外周面の近くに設けることとしたが、これに限らず、径方向の中央側に設けることとしてもよい。さらに、ラジアル導波箱に設けるラジアル導波箱凹部は、円弧状に延びる形状としたが、これに限らず、例えば、周方向に延びる略矩形状であってもよい。

図８は、この場合におけるプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図であり、図１に示す断面に相当する。図９は、図８に示すプラズマ処理装置に備えられるラジアル導波箱を、図８中の矢印ＩＸの方向から見た図であり、図５に相当する。図１０は、図８に示すプラズマ処理装置に備えられるマイクロ波伝播体を、図８中の矢印ＩＸの方向から見た図である。なお、図８は、図１に示すプラズマ処理装置とラジアル導波箱、マイクロ波伝播体およびスタブ部材を除いて同じ構成であり、図８中、図１と同一の部材については、同じ参照符号を付して、その説明を省略する。

図８〜図１０を参照して、この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置７１に備えられるラジアル導波箱７２には、ラジアル導波箱凹部７３が設けられている。ラジアル導波箱凹部７３は、径方向において、ラジアル導波箱７２の中心とラジアル導波箱７２の外周面７４との略中央となるように設けられている。また、マイクロ波伝播体７５についても、ラジアル導波箱７２とマイクロ波伝播体７５とを組み合わせた際に、ラジアル導波箱凹部７３に対向する位置に、スタブ部材受け入れ凹部７６が設けられている。スタブ部材受け入れ凹部７６は、マイクロ波伝播体７５の上面７７から板厚方向に真直ぐに凹んだ形状である。すなわち、上記したラジアル導波箱凹部７３のように、段差を有しない構成である。スタブ部材受け入れ凹部７６の深さについては、上面７７から底面７８までの軸方向の長さが、マイクロ波伝播体７５の総板厚の半分程度である。スタブ部材受け入れ凹部７６の開口面積は、ラジアル導波箱凹部７３に備えられる第一ラジアル導波箱凹部７９の開口面積と、略同等の大きさである。スタブ部材受け入れ凹部７６は、スタブ部材８０を受け入れ可能に構成されている。

また、ラジアル導波箱凹部７３は、ラジアル導波箱７２を下方側から見た場合に、略矩形状に開口した形状である。すなわち、ラジアル導波箱凹部７３を構成する面に円弧面は含まれず、４つの平面で構成されている。同様に、スタブ部材受け入れ凹部７６を構成する軸方向に延びる４つの面についても、いずれも平面であって、スタブ部材受け入れ凹部７６を板厚方向から見た場合に、スタブ部材受け入れ凹部７６は略矩形状に開口した形状である。

プラズマ処理装置７１に備えられるスタブ部材８０としても、上記したラジアル導波箱凹部７３に収容され、スタブ部材受け入れ凹部７６に受け入れられる形状として、第一部材および第二部材はいずれも平面から構成されている。具体的には、相似形で大きさの異なる２つの直方体を接合した形状となる。

このように構成することによっても、上記した図１に示すプラズマ処理装置１１と同様の効果を奏することができる。この場合についても、上記した図６に示すプラズマ処理装置６６と同様、スタブ部材８０の軸方向におけるマイクロ波伝播体７５との干渉の問題を回避することができる。

ここで、本願発明の原理について説明する。図１１は、プラズマ処理装置のうち、ラジアル導波箱、マイクロ波伝播体およびスロットアンテナ板の一部を拡大して示す概略断面図である。理解の容易の観点から、スロットアンテナ板の板厚を誇張して大きく図示し、かつ、一部を簡略化して図示している。

図１１を参照して、プラズマ処理装置は、上記した構成と同様に、複数のスロット孔８４ａ、８４ｂ、８４ｃ、８４ｄが設けられたスロットアンテナ板８３と、スロットアンテナ板８３の上方側に配置されるマイクロ波伝播体８２と、マイクロ波伝播体８２の上方側に配置されるラジアル導波箱８１とを備える。マイクロ波伝播体８２の上面８５ａは、全面において、ラジアル導波箱８１の下面８５ｂと当接している。マイクロ波伝播体８２の径方向中央側に導入されたマイクロ波は、マイクロ波伝播体８２内を径方向に伝播する。径方向に伝播するマイクロ波は、マイクロ波伝播体８２の外周面の外径側に位置するラジアル導波箱８１の終端壁面８６ａで反射し、図１１中の点線８７で示すような振幅で定在波を形成する。この定在波の位相は、終端壁面８６ａを基準とするものである。この基準を基に定在波が形成され、マイクロ波の腹８８の位置が決まる。ここで、定在波の腹８８の位置が、スロット孔８４ａ〜８４ｄの位置と一致すれば、このスロット孔８４ａ〜８４ｄから放射されるマイクロ波の強度が高くなる。一方、定在波の腹８８の位置がスロット孔８４ａ〜８４ｄの位置と一致しなければ、このスロット孔８４ａ〜８４ｄから放射されるマイクロ波の強度が低くなる。図１１においては、外周側に設けられるスロット孔８４ａ、８４ｂと定在波の腹８８の位置が一致し、内周側に設けられるスロット孔８４ｃ、８４ｄと定在波の腹８８の位置が一致していない状態である。

ここで、図１２に示すように、ラジアル導波箱８１の外周側にラジアル導波箱凹部８９およびスタブ部材９０を設けると、マイクロ波伝播体８２の上面８５ａとラジアル導波箱８１の下面８５ｂとの当接状態が変わり、これに伴って定在波の一部の位相が変化して、マイクロ波伝播体８２内に形成される定在波の腹８８の一部の位置が径方向に移動する。図１２においては、外周側に設けられるスロット孔８４ａ、８４ｂと定在波の腹８８の位置が一致せず、内周側に設けられるスロット孔８４ｃ、８４ｄと定在波の腹８８の位置が一致する状態となる。

また、図１３に示すように、ラジアル導波箱８１の径方向中央にラジアル導波箱凹部８９およびスタブ部材９０を設けても、マイクロ波伝播体８２の上面８５ａとラジアル導波箱８１の下面８５ｂとの当接状態が変わり、これに伴って定在波の一部の位相が変化して、マイクロ波伝播体８２内に形成される定在波の腹８８の一部の位置が径方向に移動する。この場合、終端壁面８６ａからラジアル導波箱８１に設けられたラジアル導波箱凹部８９の外周側壁面８６ｂまでの領域Ｓについては、マイクロ波伝播体８２の上面８５ａとラジアル導波箱８１の下面８５ｂとの当接状態が変化しないため、定在波の位相状態、具体的には、定在波の腹８８の位置は移動しない。ラジアル導波箱凹部８９が設けられた内径側の領域において、定在波の腹の位置が移動することになる。図１３においては、外周側および内周側に設けられるスロット孔８４ａ〜８４ｄと定在波の腹８８の位置が全て一致する状態となる。

このようにして、周方向に複数設けられたラジアル導波箱凹部およびスタブ部材によって、定在波の腹の径方向の位置を調整して、スロット孔８４ａ〜８４ｄから放射されるマイクロ波の強度を周方向および／または径方向において調整するものである。本願発明は、このような原理に基づくものであると考える。なお、図６に示すように、マイクロ波伝播体の外径側にスタブ部材の先端領域が配置される状態については、スタブ部材の内周側の面が、マイクロ波を反射させる壁面となることになる。すなわち、マイクロ波の外周側の反射面の径方向の位置を変化させて、定在波の位相状態を調整するものである。

ここで、上記した実施形態においては、スロット孔の位置と定在波の腹の位置を一致させるように調整することとしたが、これに限らず、例えば、要求に応じ、スロット孔の位置と定在波の腹の位置とを一致させないよう、すなわち、ずらせるように調整する場合にも、もちろん適用される。

なお、本願発明に係るプラズマ処理装置を、以下のように構成してもよい。図１４は、本願発明に係るプラズマ処理装置において、ラジアル導波箱、マイクロ波伝播体およびスロットアンテナ板の一部を拡大して示す断面図であり、図１１に示す場合に相当する。図１４を参照して、プラズマ処理装置は、複数のスロット孔９４ａ、９４ｂ、９４ｃ、９４ｄ、９４ｅ、９４ｆが設けられたスロットアンテナ板９３と、スロットアンテナ板９３の上方側に配置されるマイクロ波伝播体９２と、マイクロ波伝播体９２の上方側に設けられ、外周側および径方向中央にラジアル導波箱凹部９５ａ、９５ｂが設けられたラジアル導波箱９１とを備える。ラジアル導波箱凹部９５ａ、９５ｂにはそれぞれ図４に示す形状と同じ形状のスタブ部材９６ａ、９６ｂが備えられている。このような構成であってもよい。すなわち、径方向の中心から外周側に向かって、径方向に２つのラジアル導波箱凹部を設ける構成としてもよい。

もちろん、図１５に示すように、マイクロ波伝播体９２には、ラジアル導波箱凹部９５ａ、９５ｂに対向する位置に、ラジアル導波箱９１に対向する上面９８から凹み、スタブ部材９６ａ、９６ｂを受け入れ可能なスタブ部材受け入れ凹部９７ａ、９７ｂが設けられる構成としてもよい。ここで、スタブ部材受け入れ凹部９７ａ、９７ｂは、マイクロ波伝播体９２を板厚方向に貫通する構成としている。この場合、スタブ部材受け入れ凹部９７ａ、９７ｂは、スロットアンテナ板９３に設けられたスロット孔９４ａ〜９４ｆを避けた領域に設けられることが好ましい。こうすることにより、スロット孔９４ａ〜９４ｆ近辺における異常放電の問題を回避することができる。

ここで、ラジアル導波箱凹部９５ａ、９５ｂの径方向の長さは、１ｍｍ以上であって、マイクロ波の波長の半分以上であることが好ましい。こうすることにより、より効率的にマイクロ波の振幅の腹の位置を調整することができる。再び図１４を参照して、上記したラジアル導波箱凹部９５ａの径方向の長さは、長さ寸法Ｗで表される。

また、ラジアル導波箱凹部９５ａ、９５ｂの周方向の長さは、５ｍｍ以上であることが好ましい。図１６は、ラジアル導波箱９１の一部を、図１４中のＸＶＩ−ＸＶＩ断面で切断した場合の断面図である。ラジアル導波箱凹部９５ａの周方向の長さ寸法については、図１６中の長さ寸法Ｍで示される。

ここで、変更手段については、スタブ部材９６ａ、９６ｂの下方側端部とマイクロ波伝播体９２の上面９８との板厚方向の長さを、０．０２ｍｍ以上、ラジアル導波箱凹部９５ａ、９５ｂの径方向の長さの２倍以下の長さに変更可能であることが好ましい。スタブ部材９６ａの下方側端部とマイクロ波伝播体９２の上面９８との板厚方向の長さとは、図１４中の長さ寸法Ｈで表されるものであり、図２中のＬ_２に相当するものである。

さらに、ラジアル導波箱凹部９５ａ、９５ｂの径方向の位置は、内周側スロット孔群と外周側スロット孔群との間であることが好ましい。具体的には、図１４中の一点鎖線９９で示すラジアル導波箱凹部９５ｂの径方向の中央を通る線が、スロット孔９４ｅ、９４ｆから構成される内周側スロット孔群よりも外径側に配置されるようにする。

ここで、マイクロ波透過窓と発生させるプラズマの界面に形成される電磁界強度の比率について、ラジアル導波箱凹部の軸方向の長さと径方向の長さの比との関係を示す。図１７は、電磁界強度比と、ラジアル導波箱凹部の軸方向の長さと径方向の長さの比との関係を示すグラフである。図１７において、縦軸は、電磁界強度比を示し、横軸は、ラジアル導波箱凹部の軸方向の長さと径方向の長さの比を示す。横軸は、軸方向の長さを径方向の長さで割った比率を示す。また、縦軸の電磁界強度比については、外径側の電磁界強度を内径側の電磁界強度で割った比率を示し、ラジアル導波箱凹部の軸方向の長さと径方向の長さの比が、０．２５、すなわち、径方向の長さが４ｍｍで軸方向の長さが１ｍｍであった場合のラジアル導波箱凹部を基準とした比率で示している。

図１７を参照して、軸方向の長さが径方向の長さに比べて短くなると、電磁界強度比は低くなっていく。逆に、軸方向の長さが径方向の長さに比べて長くなると、電磁界強度比は高くなっていく。このグラフを参考にして、ラジアル導波箱凹部の軸方向の長さを調整し、電磁界強度の分布の周方向および／または径方向における偏りをなくすようにする。

また、上記の実施の形態においては、マイクロ波の位相を調整する手段として、マイクロ波伝播体に対向するラジアル導波箱の下面の周方向の一部を凹ませて、ラジアル導波箱の下面の周方向の一部とラジアル導波箱に対向するマイクロ波伝播体の上面との板厚方向の長さを変更することとしたが、これに限らず、マイクロ波伝播体の板厚方向の少なくともいずれか一方の面の一部に凹部または凸部が設け、これによりマイクロ波の位相を調整することとしてもよい。

図１８は、この場合におけるプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。また、図１９は、図１８に示すプラズマ処理装置に備えられるマイクロ波伝播体を、図１８中の矢印ＸＩＸの方向から見た図である。なお、図１８は、図１に示すプラズマ処理装置とマイクロ波伝播体およびラジアル導波箱を除いて同じ構成であり、図１８中、図１と同一の部材については、同じ参照符号を付して、その説明を省略する。

図１８および図１９を参照して、この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置１００ａに備えられるマイクロ波伝播体１００ｂは、マイクロ波透過窓１６に対向する面１００ｄからラジアル導波箱１００ｃに対向する面１００ｅまで板厚方向に貫通するマイクロ波伝播体凹部１００ｆが設けられている。マイクロ波伝播体凹部１００ｆは、矢印ＸＩＸの方向から見た場合に、その外形形状が略矩形状である。マイクロ波伝播体凹部１００ｆは、周方向に等配に８個設けられている。マイクロ波伝播体凹部１００ｆは、マイクロ波伝播体１００ｂの中心を中心として、回転対称性を有する。

このように構成することによっても、上記と同様の原理により、マイクロ波伝播体１００ｂ内部を径方向に伝播するマイクロ波の腹の位置を調整して、マイクロ波透過窓１６の内部におけるマイクロ波の位相を調整することができる。

すなわち、この発明に係るプラズマ処理装置は、上部側が開口しており、その内部で被処理基板にプラズマ処理を行う処理容器と、処理容器内にプラズマ処理用のガスを供給するガス供給部と、処理容器内に配置され、その上に被処理基板を保持する保持台と、プラズマ励起用のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生器と、板状であって、処理容器の開口を覆うように配置されて処理容器を密封すると共に、マイクロ波を処理容器内へ透過させるマイクロ波透過窓と、複数のスロット孔が設けられており、マイクロ波透過窓の上方側に配置され、マイクロ波をマイクロ波透過窓に放射するスロットアンテナ板と、板状であって、板厚方向の少なくともいずれか一方の面の一部にマイクロ波透過窓内を伝播するマイクロ波の位相を調整する凹部または凸部が設けられ、スロットアンテナ板の上方側に配置され、マイクロ波を径方向に伝播させるマイクロ波伝播体と、板状であって、マイクロ波伝播体の上方側に配置され、マイクロ波のラジアル方向の導波路となるラジアル導波箱と、マイクロ波発生器により発生させたマイクロ波をスロットアンテナ板に供給するマイクロ波供給手段とを備える。

また、この発明に係るマイクロ波伝播体は、その内部で被処理基板にプラズマ処理を行う処理容器と、マイクロ波を処理容器内へ透過させるマイクロ波透過窓とを備えるプラズマ処理装置に用いられるマイクロ波伝播体であって、板状であって、板厚方向の少なくともいずれか一方の面の一部にマイクロ波透過窓内を伝播するマイクロ波の位相を調整する凹部または凸部が設けられており、マイクロ波を径方向に伝播させる。

このようなマイクロ波伝播体においても、マイクロ波の位相を調整する凹部または凸部により、マイクロ波伝播体内を径方向に伝播するマイクロ波の節の位置を調整することができる。したがって、スロットアンテナ板に設けられたスロット孔から放射されるマイクロ波の周方向および／または径方向における強度を調整し、マイクロ波透過窓の下方側に形成される電磁界分布の周方向および／または径方向における偏りをなくして、発生させるプラズマを周方向および／または径方向において均一にすることができる。その結果、被処理基板の面内における処理を均一にすることができる。

なお、図１８および図１９に示す実施例においては、マイクロ波伝播体凹部は、板厚方向に貫通する構成としたが、これに限らず、板厚方向の少なくともいずれか一方の面の一部に設けられていてもよい。すなわち、マイクロ波伝播体凹部は、板厚方向に貫通せず、いずれか一方の面から凹んだ構成としてもよい。この場合、凹部ではなく凸部を設けるようにしても、同様の効果が得られる。凹部または凸部が設けられる径方向の位置は、内周側スロット孔群と外周側スロット孔群との間であることが好ましい。また、凹部または凸部は、マイクロ波伝播体の径方向の中心を中心とした回転対称性を有するよう構成することが好ましい。

なお、上記の実施の形態においては、ラジアル導波箱凹部およびスタブ部材については、周方向に間隔を開けて８個設けることとしたが、この数に限定されない。ここで、４個、６個、１２個、１６個等、回転対称性を有する数を設けることが好ましい。さらに、回転対称性については、スロットアンテナ板に設けられたスロット孔の回転対象数の約数とすることが好ましい。また、ラジアル導波箱凹部は、１つであって、環状に連なる構成であってもよい。この個数等の要件については、マイクロ波伝播体に設けられる凹部または凸部についても適用される。

また、上記の実施の形態においては、ラジアル導波箱凹部は、段差を有するよう構成することとしたが、これに限らず、ラジアル導波箱凹部は、板厚方向に真直ぐに貫通する貫通孔のような構成としてもよい。この場合、ラジアル導波箱凹部に収容させるスタブ部材の外径寸法とラジアル導波箱凹部の内径寸法とを調整し、ラジアル導波箱凹部にスタブ部材を嵌合させるようにする。そして、スタブ部材の軸方向の移動により、上記した長さを変更可能なように構成してもよい。

なお、上記の実施の形態においては、ラジアル導波箱凹部は、ラジアル導波箱を板厚方向に貫通するように設けることとしたが、これに限らず、ラジアル導波箱凹部は、ラジアル導波箱の下面から所定の長さ分だけ凹んだ構成としてもよい。

また、上記の実施の形態においては、変更手段として、第一部材の軸方向の長さの異なるスタブ部材を複数準備し、要求に応じて、第一部材の軸方向の長さが適したスタブ部材を選択してラジアル導波箱凹部に収容することとしたが、これに限らず、第一部材の軸方向の長さ、具体的には、接合面を含む平面部からの第一部材の軸方向への突出量を変更可能とし、要求に応じて、第一部材の軸方向への突出量を調整して、長さを変更することとしてもよい。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明に係るプラズマ処理装置およびマイクロ波伝播体は、プラズマ処理する際に、被処理基板の面内において均一な処理が要求される場合に有効に利用される。

１１，６６，７１，１００ａ プラズマ処理装置、１２ 処理容器、１３ ガス供給部、１４ 保持台、１５ マイクロ波発生器、１６ マイクロ波透過窓、１７，８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄ，９４ａ，９４ｂ，９４ｃ，９４ｄ，９４ｅ，９４ｆ スロット孔、１８，８３，９３ スロットアンテナ板、１９，６７，７５，８２，９２，１００ｂ マイクロ波伝播体、２０ マイクロ波供給手段、２１ 底部、２２ 側壁、２３ 排気孔、２４ Ｏリング、２５，３０，３６，３７，５０，５１，５２，５３，６０，６８，６９，７４，７７，７８，８５ａ，８５ｂ，９８，１００ｄ，１００ｅ 面、２６ａ 内周側スロット孔群、２６ｂ 外周側スロット孔群、２７，３５，３８，４７ 端部、２８，２９ 中心、３１ 同軸導波管、３２ 内導体、３３ 外導体、３４，７０ すき間、３９ 導波管、４０ モード変換器、４１ マイクロ波透過窓押さえリング、４２ アンテナ押さえ、４３，７２，８１，９１，１００ｃ ラジアル導波箱、４４ 電磁遮蔽弾力体、４５ 外周固定リング、４６ 中心固定板、４８ マイクロ波伝播体位置決め部、４９ 中心固定板受け入れ凹部、５４，５６，８０，９０，９６ａ，９６ｂ スタブ部材、５５，５７ 第一部材、５８ 第二部材、５９，６４ 平面部、６１，７３，８９，９５ａ，９５ｂ ラジアル導波箱凹部、６２，７９ 第一ラジアル導波箱凹部、６３ 第二ラジアル導波箱凹部、７６，９７ａ，９７ｂ スタブ部材受け入れ凹部、８６ａ，８６ｂ 壁面、８７，９９ 線、８８ 腹、１００ｆ マイクロ波伝播体凹部。

Claims (20)

1. 上部側が開口しており、その内部で被処理基板にプラズマ処理を行う処理容器と、
   前記処理容器内にプラズマ処理用のガスを供給するガス供給部と、
   前記処理容器内に配置され、その上に前記被処理基板を保持する保持台と、
   プラズマ励起用のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生器と、
   板状であって、前記処理容器の開口を覆うように配置されて前記処理容器を密封すると共に、マイクロ波を前記処理容器内へ透過させるマイクロ波透過窓と、
   複数のスロット孔が設けられており、前記マイクロ波透過窓の上方側に配置され、マイクロ波を前記マイクロ波透過窓に放射するスロットアンテナ板と、
   板状であって、前記スロットアンテナ板の上方側に配置され、マイクロ波を径方向に伝播させるマイクロ波伝播体と、
   板状であって、前記マイクロ波伝播体の上方側に配置され、マイクロ波のラジアル方向の導波路となるラジアル導波箱と、
   前記マイクロ波発生器により発生させたマイクロ波を前記スロットアンテナ板に供給するマイクロ波供給手段と、
   前記マイクロ波透過窓内を伝播するマイクロ波の位相を調整するマイクロ波位相調整手段とを備える、プラズマ処理装置。
2. 前記マイクロ波位相調整手段は、前記マイクロ波伝播体に対向する前記ラジアル導波箱の下面の周方向の一部を凹ませて、前記ラジアル導波箱の下面の周方向の一部と前記ラジアル導波箱に対向する前記マイクロ波伝播体の上面との板厚方向の長さを変更する変更手段を備える、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記ラジアル導波箱には、前記ラジアル導波箱の下面から板厚方向に凹んだラジアル導波箱凹部が設けられており、
   前記変更手段は、前記ラジアル導波箱凹部に収容可能であって、下方側の端部が前記ラジアル導波箱の下面の一部を構成するスタブ部材を含む、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記ラジアル導波箱凹部は、周方向に間隔を開けて複数設けられる、請求項３に記載のプラズマ処理装置。
5. 複数の前記ラジアル導波箱凹部は、前記ラジアル導波箱の径方向の中心を中心とした回転対称性を有する、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記ラジアル導波箱凹部は、前記ラジアル導波箱を板厚方向に貫通する、請求項３〜５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
7. 前記スタブ部材は、前記ラジアル導波箱凹部と係合する係合部を含む、請求項３〜６のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
8. 前記変更手段は、前記スタブ部材の下方側端部と前記マイクロ波伝播体の上面との板厚方向の長さを、０．０２ｍｍ以上、前記ラジアル導波箱凹部の径方向の長さの２倍以下の長さに変更可能である、請求項３〜７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
9. 前記ラジアル導波箱凹部の径方向の長さは、１ｍｍ以上であって、前記マイクロ波の波長の半分以上である、請求項３〜８のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
10. 前記ラジアル導波箱凹部の周方向の長さは、５ｍｍ以上である、請求項３〜９のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
11. 前記スロットアンテナ板には、内周側に配置され、複数の前記スロット孔から構成される内周側スロット孔群と、径方向に間隔を開けて前記内周側スロット群の外周側に配置され、複数の前記スロット孔から構成される外周側スロット孔群とが設けられており、
    前記ラジアル導波箱凹部が設けられる径方向の位置は、前記内周側スロット孔群と前記外周側スロット孔群との間である、請求項３〜１０のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
12. 前記マイクロ波伝播体には、前記ラジアル導波箱凹部に対向する位置に、前記ラジアル導波箱に対向する面から凹み、前記スタブ部材を受け入れ可能なスタブ部材受け入れ凹部が設けられる、請求項３〜１１のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
13. 前記スタブ部材受け入れ凹部は、前記マイクロ波伝播体を板厚方向に貫通しており、前記スロット孔を避けた領域に設けられる、請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
14. 前記マイクロ波位相調整手段は、板厚方向の少なくともいずれか一方の面の一部に凹部または凸部が設けられた前記マイクロ波伝播体を含む、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
15. 前記凹部または凸部は、周方向に間隔を開けて複数設けられる、請求項１４に記載のプラズマ処理装置。
16. 複数の前記凹部または凸部は、前記マイクロ波伝播体の径方向の中心を中心とした回転対称性を有する、請求項１５に記載のプラズマ処理装置。
17. 前記凹部は、前記マイクロ波伝播体を板厚方向に貫通する、請求項１４〜１６のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
18. 前記スロットアンテナ板には、内周側に配置され、複数の前記スロット孔から構成される内周側スロット孔群と、径方向に間隔を開けて前記内周側スロット群の外周側に配置され、複数の前記スロット孔から構成される外周側スロット孔群とが設けられており、
    前記凹部または凸部が設けられる径方向の位置は、前記内周側スロット孔群と前記外周側スロット孔群との間である、請求項１４〜１７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
19. 上部側が開口しており、その内部で被処理基板にプラズマ処理を行う処理容器と、
    前記処理容器内にプラズマ処理用のガスを供給するガス供給部と、
    前記処理容器内に配置され、その上に前記被処理基板を保持する保持台と、
    プラズマ励起用のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生器と、
    板状であって、前記処理容器の開口を覆うように配置されて前記処理容器を密封すると共に、マイクロ波を前記処理容器内へ透過させるマイクロ波透過窓と、
    複数のスロット孔が設けられており、前記マイクロ波透過窓の上方側に配置され、マイクロ波を前記マイクロ波透過窓に放射するスロットアンテナ板と、
    板状であって、板厚方向の少なくともいずれか一方の面の一部に前記マイクロ波透過窓内を伝播するマイクロ波の位相を調整する凹部または凸部が設けられ、前記スロットアンテナ板の上方側に配置され、マイクロ波を径方向に伝播させるマイクロ波伝播体と、
    板状であって、前記マイクロ波伝播体の上方側に配置され、マイクロ波のラジアル方向の導波路となるラジアル導波箱と、
    前記マイクロ波発生器により発生させたマイクロ波を前記スロットアンテナ板に供給するマイクロ波供給手段とを備える、プラズマ処理装置。
20. その内部で被処理基板にプラズマ処理を行う処理容器と、マイクロ波を前記処理容器内へ透過させるマイクロ波透過窓とを備えるプラズマ処理装置に用いられるマイクロ波伝播体であって、
    板状であって、板厚方向の少なくともいずれか一方の面の一部に前記マイクロ波透過窓内を伝播するマイクロ波の位相を調整する凹部または凸部が設けられており、マイクロ波を径方向に伝播させる、マイクロ波伝播体。

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