プラズマ処理装置、プラズマ処理装置の使用方法およびプラズマ処理装置のクリーニング方法
【課題】誘電体板の固定方法を提供する。
【解決手段】プラズマ処理装置１０は、処理容器１００と、マイクロ波を出力するマイクロ波源７００と、マイクロ波源から出力されたマイクロ波を伝搬させる同軸管３１５と、同軸管３１５を伝搬したマイクロ波を透過させて処理容器１００の内部に放出する複数の誘電体板３０５と、一端が同軸管３１５に連結し、他端が誘電体板３０５の基板側の面に露出した金属電極３１０とを有する。同軸管３１５は、誘電体板３０５および金属電極３１０を保持した状態にて固定機構５００により固定される。さらに、同軸管３１５は、バネ部材５１５により処理容器１００の外側へ向かう力を与えられ、これにより、複数の誘電体板３０５を蓋体３００の内壁に密着させることができる。
【解決手段】プラズマ処理装置１０は、処理容器１００と、マイクロ波を出力するマイクロ波源７００と、マイクロ波源から出力されたマイクロ波を伝搬させる同軸管３１５と、同軸管３１５を伝搬したマイクロ波を透過させて処理容器１００の内部に放出する複数の誘電体板３０５と、一端が同軸管３１５に連結し、他端が誘電体板３０５の基板側の面に露出した金属電極３１０とを有する。同軸管３１５は、誘電体板３０５および金属電極３１０を保持した状態にて固定機構５００により固定される。さらに、同軸管３１５は、バネ部材５１５により処理容器１００の外側へ向かう力を与えられ、これにより、複数の誘電体板３０５を蓋体３００の内壁に密着させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波によりガスを励起させて被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置に関し、特に、誘電体の固定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理装置では、処理容器内に供給されるガスを励起するために電力を供給しなければ、プラズマを生成することはできない。一般に、処理容器に電力を供給するために誘電体板が用いられる（たとえば、特許文献１を参照。）。特許文献１に記載されたプラズマ処理装置では、処理室内に対向して上部電極と下部電極を備え、上部電極に高周波電力を印加して処理室内の処理ガスをプラズマ化することにより、下部電極上に載置された基板にプラズマ処理が施される。
【０００３】
上部電極は、上部部材、クーリングプレート、誘電体からなる電極板を層状に積み重ねて構成され、さらに、これらの部材と処理容器との間にこれらの部材を支える支持体が設けられる。
【０００４】
クーリングプレートには、複数の貫通孔が形成され、ネジを貫通孔に挿通し、このネジを電極板に設けられたネジ孔に螺合することにより、クーリングプレートと電極板とを強固に接合する。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２９７８０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記構成によれば、電極板と支持体との間に、隙間が生じ、その隙間にプラズマが入り込み、異常放電を生じる可能性がある。これにより、本来プラズマの生成に使用するためのマイクロ波のパワーが浪費され、電極板と支持体との間を真空シールするためにこれらの間に設けられたＯリングにダメージを与え、異常放電から生じる熱により誘電体からなる電極板に割れが生じるおそれがある。これに対して、電極板と支持体との間に隙間が生じないように高精度な加工を行うと、コスト高につながる。また、高精度な加工を行って隙間を十分小さくしたとしても、電極がプラズマに晒されることにより温度が上昇すると、部材間の熱膨張の差により隙間が広がって異常放電を生じたり、逆に隙間がなくなって部材間に強い応力がかかって電極板に割れが生じたりするおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、マイクロ波によりガスを励起させて被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、処理容器と、マイクロ波を出力するマイクロ波源と、前記処理容器の内壁に設けられ、マイクロ波を透過させて前記処理容器の内部に放出する誘電体板と、前記誘電体板に隣接し、前記マイクロ波を前記誘電体板に伝搬させる導体棒と、前記誘電体板を保持するために前記導体棒に連結する金属電極と、前記導体棒に対して前記処理容器の外側に向かう力を与える手段と、を備えたプラズマ処理装置が提供される。
【０００８】
これによれば、誘電体板は、導体棒に連結された金属電極により保持された状態にて、導体棒に対して与えられる力により処理容器の外側に向かって引き上げられる。これにより、外圧（大気圧）によって誘電体板が処理容器の内壁から離れようとする力に反発して、誘電体板を処理容器の内壁に常に適度な力で密着させることができる。この結果、誘電体板近傍のプラズマが処理容器の内壁と誘電体板との隙間に入り込むことにより生じていた異常放電の発生を抑止することができ、これにより、プラズマを均一かつ安定的に生成することができる。
【０００９】
前記導体棒に対して前記処理容器の外側に向かう力を与える手段は、バネ部材であってもよい。磁石を使うこともできる。また、前記バネ部材は、前記処理容器の外側に設けられた第１のバネ部材を含んでいてもよい。これによれば、蓋部の外側から導体棒を吊り上げ、これにより、金属電極に保持された誘電体板を処理容器の内壁に密着させることができる。また、第１のバネ部材の交換が容易で保守がしやすいという利点がある。
【００１０】
このとき、この第１のバネ部材は、コイル状のバネ部材または板状のバネ部材（たとえば、バネワッシャー）のいずれかであってもよい。また、前記第１のバネ部材は、金属バネまたはセラミックバネのいずれかであってもよい。
【００１１】
前記処理容器の蓋部と前記導体棒との間に第１の誘電部材を備え、前記バネ部材は、前記第１の誘電部材と前記蓋部との間であって前記誘電体板に向かう面（前記誘電体に最も近い面）に設けられた第２のバネ部材を含んでいてもよい。これによっても、導体棒に処理容器の外側に向かう力を加え、これにより、金属電極に保持された誘電体板を処理容器の内壁に密着させることができる。
【００１２】
このとき、前記第２のバネ部材は、Ｏリング、Ｃリング、金属バネまたはセラミックバネのいずれかであってもよい。これによれば、これら部材の弾性力により処理容器の内部から導体棒に処理容器の外側に向かう力を与えることができる。
【００１３】
前記第１の誘電部材は、リング状に形成され、前記導体棒が貫通した状態にて一部が前記処理容器の蓋部に埋め込まれていてもよい。また、前記第１の誘電部材と前記導体棒との間であって前記処理容器の外側に向かう面に緩衝部材が設けられていてもよい。これによれば、導体棒が吊り上げられたとき、導体棒との接触部において加えられる局所的な力による第１の誘電部材の破損を防ぐことができる。
【００１４】
なお、前記緩衝部材は、テフロン（登録商標）により形成されていてもよい。マイクロ波を吸収して過熱されないように誘電損失が小さく、緩衝効果を備えたある程度柔らかい材料が好ましい。
【００１５】
前記第１の誘電部材と前記導体棒との間には、前記第１の誘電部材と前記導体棒との間を封止する第１の封止部材が設けられていてもよい。これによれば、前記第２のバネ部材および前記第１の封止部材をＯリングまたはＣリングのいずれかで構成することにより、第１の誘電部材と前記導体棒の内部導体との間、および第１の誘電部材と処理容器との間を真空シールし、これにより、処理容器内の気密性を保つことができる。
【００１６】
また、内部を前記導体棒が貫通するリング状の第２の誘電部材と、前記第２の誘電部材と前記蓋部との間を封止する第２の封止部材と、前記導体棒または前記金属電極と前記第２の誘電部材との間を封止する第３の封止部材とを有していてもよい。
【００１７】
これによれば、第２の誘電部材と前記導体棒の内部導体との間、および第２の誘電部材と蓋部との間を真空シールし、これにより、処理容器内の気密性を保つことができる。また、第１の誘電部材と第２の誘電部材とにより、導体棒の内部導体を２点で支えるため、導体棒の軸のぶれを抑え、誘電体板と処理容器の内壁との密着性をさらに高めることができる。
【００１８】
なお、前記第２のバネ部材および前記第１の封止部材は、ＯリングまたはＣリングのいずれかであってもよい。また、前記第２の封止部材および第３の封止部材は、ＯリングまたはＣリングのいずれかであってもよい。
【００１９】
前記第１の誘電部材と前記第２の誘電部材との間の空間は、所定の真空度に保持されていてもよい。これによれば、第２の封止部材および第３の封止部材を透過する不純物ガスの量を著しく減少させ、処理容器内の清浄度をより高めることができる。
【００２０】
前記第１の誘電部材と前記第２の誘電部材との間の空間には、不活性ガスが充填されていてもよい。これによれば、大気側の不純物が処理容器内に混入することを防ぐことができる。
【００２１】
前記第１の誘電部材および前記第２の誘電部材は、石英またはアルミナから形成されていてもよい。
【００２２】
前記誘電体板には、前記誘電体板と前記蓋部との間にて前記誘電体板と前記蓋部とを係止する係止部が設けられていてもよい。これによれば、導体棒の軸まわりに誘電体板が回転することを防止することができる。
【００２３】
前記係止部としては、たとえば、前記誘電体板の外周面に隣接して前記処理容器の内壁に固定された凸状部材であってもよい。
【００２４】
前記処理容器および前記導体棒は、金属によりそれぞれ形成され、前記導体棒が前記処理容器の蓋部を貫通する部分に前記導体棒と前記処理容器とを短絡させる短絡部を有していてもよい。短絡部は、たとえば、金属コイルまたは金属ブラシなどで形成される。これによれば、導体棒と処理容器を電気的に短絡させるとともに、短絡部近傍の熱伝導をよくすることができる。
【００２５】
前記処理容器および前記導体棒は、金属によりそれぞれ形成され、前記導体棒と前記処理容器とを短絡させる短絡部を備え、前記バネ部材は、前記短絡部の外側に設けられた第１のバネ部材を含んでいてもよい。
【００２６】
前記導体棒は、前記短絡部にて前記処理容器の蓋部に対して摺動可能に係合していてもよい。これによれば、導体棒がバネの弾性力や熱応力などにより移動または伸張することにより、誘電体板が割れたり、誘電体板と処理容器の内壁との間に隙間が生じて異常放電が生じることを防止することができる。
【００２７】
プロセス中、前記誘電体板の側面は、プラズマに接触してもよい。たとえば、誘電体板の側面にて誘電体板が他の部材と接触していた場合には、それらの部材の隙間にプラズマが入り込んで異常放電が生じることがあるが、このような状態であれば、異常放電が生じることなく、安定的にプラズマを生成することができる。
【００２８】
前記導体棒の内部には、前記導体棒を冷却する冷却機構が設けられていてもよい。これによれば、マイクロ波やプラズマにより導体棒や金属電極が過度に加熱されることを防ぐことができる。
【００２９】
前記誘電体板、前記導体棒および前記金属電極は、それぞれ複数設けられ、各導体棒は、各誘電体板の略中央に設けられた前記穴部を介して各金属電極とそれぞれ連結していてもよい。
【００３０】
これによれば、複数の誘電体板から処理容器内に均一にマイクロ波を供給することにより、均一なプラズマを安定的に生成することができる。さらに、複数の誘電体板にそれぞれマイクロ波を供給することができるため、被処理体の大面積化に応じて拡張性の高いプラズマ処理装置を提供することができるとともに、誘電体板の交換が容易で保守がしやすいという利点がある。
【００３１】
前記マイクロ波源は、周波数が１ＧＨｚ以下のマイクロ波を出力するようにしてもよい。これによれば、カットオフ密度を低くして、プロセスウィンドウを広くすることができ、一つの装置でさまざまなプロセスを実現することができる。
【００３２】
前記誘電体板は、アルミナから形成されていてもよい。
【００３３】
また、前記導体棒は、熱伝導率および電気伝導率が高い銅により形成されていることが好ましい。これによれば、マイクロ波やプラズマから導体棒に加えられた熱を効果的に逃がすとともにマイクロ波を良好に伝搬させることができる。
【００３４】
また、上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、マイクロ波源から周波数が１ＧＨｚ以下のマイクロ波を出力し、前記導体棒に対して前記処理容器の外側に向かう力を与える手段により吊り上げられるとともに誘電体板を保持するために金属電極と連結した導体棒に前記マイクロ波を伝搬させ、前記導体棒を伝搬したマイクロ波を前記導体棒に隣接した前記誘電体板に伝搬させ、前記誘電体板を透過して前記処理容器に導入されたマイクロ波により処理ガスを励起させて被処理体に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の使用方法が提供される。
【００３５】
これによれば、誘電体板を金属電極および金属電極に連結された導体棒により支持し、さらに、導体棒をバネ部材で吊り上げることにより、誘電体板を処理容器の内壁に密着させた状態で、被処理体をプラズマ処理することができる。
【００３６】
また、上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、前記導体棒に対して前記処理容器の外側に向かう力を与える手段により吊り上げられるとともに誘電体板を保持するために金属電極と連結した導体棒に前記マイクロ波を伝搬させ、前記導体棒を伝搬したマイクロ波を前記導体棒に隣接した前記誘電体板に伝搬させ、前記誘電体板を透過して前記処理容器に導入されたマイクロ波によりクリーニングガスを励起させてプラズマ処理装置をクリーニングするプラズマ処理装置のクリーニング方法が提供される。
【００３７】
これによれば、たとえば、１ＧＨｚ以下のマイクロ波を用いることにより、２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波のある程度のパワーでは単一ガスの状態で表面波が広がらず、均一で安定したプラズマを励起できなかったＦ系単一ガスであっても均一で安定したプラズマを励起させることができる。これにより、実用的なマイクロ波のパワーを用いてクリーニングガスを励起させ、これにより生成されたプラズマによってプラズマ処理装置の内部をクリーニングすることができる。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
（第１実施形態）
まず、本装置の縦断面を模式的に示した図１（図２の断面Ｏ−Ｏ）および処理容器の天井面を示した図２を参照しながら、本発明の第１実施形態にかかるプラズマ処理装置について説明する。なお、以下の説明及び添付図面において、同一の構成及び機能を有する構成要素については、同一符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３９】
（プラズマ処理装置の構成）
プラズマ処理装置１０は、その内部にてガラス基板（以下、「基板Ｇ」という。）をプラズマ処理するための処理容器１００を有している。処理容器１００は、容器本体２００と蓋体３００とから構成される。容器本体２００は、その上部が開口された有底立方体形状を有していて、その開口は蓋体３００により閉塞されている。容器本体２００と蓋体３００との接触面にはＯリング２０５が設けられていて、これにより容器本体２００と蓋体３００とが密閉され、処理室Ｕが形成される。容器本体２００および蓋体３００は、たとえば、アルミニウム等の金属からなり、電気的に接地されている。
【００４０】
処理容器１００の内部には、基板Ｇを載置するためのサセプタ１０５（ステージ）が設けられている。サセプタ１０５は、たとえば窒化アルミニウムからなり、その内部には、給電部１１０およびヒータ１１５が設けられている。
【００４１】
給電部１１０には、整合器１２０（たとえば、コンデンサ）を介して高周波電源１２５が接続される。また、給電部１１０には、コイル１３０を介して高圧直流電源１３５が接続される。高周波電源１２５および高圧直流電源１３５は接地されている。
【００４２】
給電部１１０は、高周波電源１２５から出力された高周波電力により処理容器１００の内部に所定のバイアス電圧を印加するようになっている。また、給電部１１０は、高圧直流電源１３５から出力された直流電圧により基板Ｇを静電吸着するようになっている。
【００４３】
ヒータ１１５には、処理容器１００の外部に設けられた交流電源１４０が接続されていて、交流電源１４０から出力された交流電圧により基板Ｇを所定の温度に保持するようになっている。サセプタ１０５は、支持体１４５に支持されていて、その周囲には処理室Ｕのガスの流れを好ましい状態に制御するためのバッフル板１５０が設けられている。
【００４４】
処理容器１００の底部にはガス排出管１５５が設けられていて、処理容器１００の外部に設けられた真空ポンプ（図示せず）を用いてガス排出管１５５から処理容器１００内のガスが排出されることにより、処理室Ｕは所望の真空度まで減圧される。
【００４５】
蓋体３００には、複数の誘電体板３０５、複数の金属電極３１０および複数の同軸管の内部導体３１５ａが設けられている。図２を参照すると、誘電体板３０５は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）により形成された、１４８ｍｍ×１４８ｍｍの略正方形のプレートが分岐同軸管６７０の管内波長をλｇ（９１５ＭＨｚにおいて３２８ｍｍ）としたとき、λｇ／２の整数倍（ここでは１倍）の等間隔にて縦横に配置されている。これにより、２２４枚（＝１４×１６）の誘電体板３０５が、２２７７．４ｍｍ×２６０５ｍｍの処理容器１００の天井面に均等に配置される。
【００４６】
このように、誘電体板３０５は対称性のよい形状をしているため、１枚の誘電体板３０５の中で均一なプラズマを生じやすい。また、複数の誘電体板３０５がλｇ／２の整数倍の等間隔に配置されることにより、同軸管の内部導体３１５ａを用いてマイクロ波を導入する場合、均一なプラズマを生成することができる。
【００４７】
再び図１に戻ると、蓋体３００の金属面には、図１に示した溝３００ａが切られていて導体表面波の伝搬を抑制するようになっている。なお、導体表面波とは、金属面とプラズマとの間を伝搬する波をいう。
【００４８】
誘電体板３０５を貫通した内部導体３１５ａの先端には金属電極３１０が基板Ｇ側に露出するように設けられていて、内部導体３１５ａおよび金属電極３１０によって誘電体板３０５を保持するようになっている。金属電極３１０の基板側の面には、誘電体カバー３２０が設けられ、電界の集中を防止するようになっている。
【００４９】
図２の断面Ａ−Ａ’−Ａを示した図３を参照しながらさらに説明を続ける。同軸管３１５は、筒状の内部導体（軸部）３１５ａと外部導体３１５ｂとから構成されていて、金属(好ましくは銅)により形成されている。内部導体３１５ａは、導体棒の一例である。蓋体３００と内部導体３１５ａとの間には、その中央にて内部導体３１５ａが貫通したリング状の誘電体４１０が設けられている。リング状の誘電体４１０の内周面および外周面には、Ｏリング４１５ａ、４１５ｂが設けられていて、これにより、処理室Ｕの内部を真空シールするようになっている。
【００５０】
内部導体３１５ａは、蓋部３００ｄを貫いて処理容器１００の外部に突出している。内部導体３１５ａは、連結部５１０、バネ部材５１５および短絡部５２０からなる固定機構５００により、バネ部材５１５の弾性力を用いて処理容器１００の外側に向かって吊り上げられている。なお、蓋部３００ｄは、蓋体３００の上面であって、蓋体３００と外部導体３１５ｂと一体化している部分をいう。
【００５１】
内部導体３１５ａの貫通部分に設けられた短絡部５２０は、同軸管３１５の内部導体３１５ａと蓋部３００ｄとを電気的に短絡させるようになっている。短絡部５２０は、シールドスパイラルから構成され、内部導体３１５ａを上下に摺動可能に設けられている。なお、短絡部５２０に、金属ブラシを用いることもできる。
【００５２】
このように、短絡部５２０を設けたことにより、金属電極３１０に加えられたプラズマの熱を、内部導体３１５ａおよび短絡部５２０を通して効率よく蓋側に逃がすことができる。この結果、内部導体３１５ａの加熱を抑制し内部導体３１５ａに隣接したＯリング４１５ａ、４１５ｂの劣化を防ぐことができる。また、短絡部５２０は、内部導体３１５ａを通してバネ部材５１５にマイクロ波が伝わることを防止するため、バネ部材５１５周辺での異常放電や電力損失が発生しない。さらに、短絡部５２０は、内部導体３１５ａの軸ぶれを防ぎ、しっかりと保持することができる。
【００５３】
なお、短絡部５２０にて蓋部３００ｄと内部導体３１５ａとの間、および後述する誘電体６１５と蓋部３００ｄとの間をＯリング(図示せず)にて真空シールし、蓋部３００ｄ内の空間に不活性ガスを充填することにより、大気中の不純物が処理室内に混入することを防ぐことができる。
【００５４】
図１の冷媒供給源７００は、冷媒配管７０５に接続されていて、冷媒供給源７００から供給された冷媒が冷媒配管７０５内を循環して再び冷媒供給源７００に戻ることにより、処理容器１００を所望の温度に保つようになっている。ガス供給源８００は、ガスライン８０５を介して、図３に示した内部導体３１５ａ内のガス流路から処理室内に導入される。
【００５５】
２台のマイクロ波源９００から出力された、１２０ｋＷ（＝６０ｋＷ×２（２Ｗ／ｃｍ２））のパワーをもつマイクロ波は、分岐導波管９０５、８つの同軸導波管変換器６０５、８本の同軸管６２０、図１の背面方向に平行に位置する８本の分岐同軸管６７０(図２参照)に７本ずつ連結された同軸管６００、分岐板６１０および同軸管３１５を伝搬し、複数の誘電体板３０５を透過して処理室内に供給される。処理室Ｕに放出されたマイクロ波は、ガス供給源８００から供給された処理ガスを励起させ、これにより生成されたプラズマを用いて基板Ｇ上に所望のプラズマ処理が実行される。
【００５６】
（誘電体板の固定方法）
つぎに、誘電体板の固定方法についてさらに詳しく説明する。図３に示したように、誘電体板３０５を介して金属電極３１０に連結された内部導体３１５ａは、処理容器１００の外部に突出し、固定機構５００にて固定される。
【００５７】
固定機構５００のうち、バネ部材５１５は、内部導体３１５ａの外周に配置されていて、その両端が処理容器１００の蓋部３００ｄと連結部５１０とに固定され、バネの弾性力により内部導体３１５ａに対して外側に向かう力を発生させている。
【００５８】
これにより、バネ部材５１５は、内部導体３１５ａおよび金属電極３１０に保持された誘電体板３０５を常に一定の力で吊り上げる。吊り上げにバネ部材５１５を用いたのは、内部導体３１５ａ、金属電極３１０および誘電体板３０５間の熱膨張係数の差により、誘電体板３０５が引っ張られて割れたり、誘電体板３０５と処理容器の内壁との間に隙間が生じて異常放電が生じることを防止するためである。
【００５９】
（短絡部）
短絡部５２０は、シールドスパイラにより形成されていて、内部導体３１５ａと処理容器１００の蓋部３００ｄとを電気的に短絡させるとともに内部導体３１５ａの熱を接地された処理容器１００側に逃がす。短絡部５２０は、金属コイルまたは金属ブラシにて形成されていてもよい。
【００６０】
このように、短絡部５２０を設けたことにより、プラズマから金属電極３１０に流入した熱を内部導体３１５ａおよび短絡部を通して効率よく蓋に逃がすことができるため、内部導体３１５ａの加熱を抑制し内部導体３１５ａに隣接したＯリング４１５ａ、４１５ｂの劣化を防ぐことができる。また、短絡部５２０は、内部導体３１５ａを通してバネ部材５１５にマイクロ波が伝わることを防止するため、バネ部材５１５周辺での異常放電や電力損失が発生しない。さらに、短絡部５２０は、内部導体３１５ａの軸ぶれを防ぎ、しっかりと保持することができる。
【００６１】
また、分岐板６１０と内部導体３１５ａとの接続位置Ｄｐと短絡部５２０との間隔は、内部導体３１５ａを伝搬するマイクロ波の管内波長λｇに対して、λｇ／４になるように設計されている。図３の左側に示したように、位置Ｄｐにマイクロ波のピーク（腹）を合わせると、短絡部５２０でのマイクロ波の電力は０（節）になる。短絡部５２０と位置Ｄｐ間は、一端短絡された分布定数線路とみなすことができる。このように、一端が短絡された長さがλｇ／４の分布定数線路は、もう一端から見るとインピーダンスがほぼ無限大に見えるので、マイクロ波の伝搬にとって位置Ｄｐから短絡部５２０までの部分は存在しないに等しいものとなり、伝送線路の設計が容易になる。
【００６２】
以上に説明した構成により、同軸管６００に伝送されたマイクロ波は、分岐板６１０により複数のマイクロ波に分配されて複数の内部導体３１５ａに伝搬され、さらに複数の誘電体板３０５にそれぞれ伝えられる。これにより、天井面に均等に配置された２２４枚の誘電体板３０５から処理容器内に均等な電力のマイクロ波が供給される。これにより、低周波のマイクロ波の供給を可能とするとともに、同軸管を使用して誘電体板３０５を保持する構造により蓋体３００下部をシンプルに設計することができる。
【００６３】
また、内部導体３１５ａは、誘電体板３０５を保持した状態にてバネ部材５１５の弾性力により処理容器１００の外側に向かって引き上げられる。これによれば、誘電体板３０５を処理容器１００の内壁に常に適度な力で密着させることができる。この結果、プラズマが蓋体３００の内壁と誘電体板３０５との隙間に入り込むことにより発生する異常放電を回避して、プラズマを均一かつ安定的に生成することができる。
【００６４】
特に、大面積の基板Ｇを処理する場合、これに応じて処理容器１００の天井部に設けられた誘電体板３０５も大型化させる必要がある。これに対して、本実施形態にかかるプラズマ処理装置１０では、多数の誘電体板３０５を天井面全面に配置し、多数の誘電体板３０５を多数のバネ部材により吊り上げる構造にしたので、蓋周りがシンプルになり、コストおよびメンテナンスの面で有利であるとともに、誘電体板３０５の枚数を変えるだけで基板Ｇの大面積化に応じることができるため拡張性が高く、保守しやすいというメリットがある。
【００６５】
なお、バネ部材５１５は、第１のバネ部材の一例であり、たとえば、コイル状のバネまたは板状のバネワッシャーであってもよい。また、バネ部材５１５は、金属バネまたはセラミックバネのいずれかであってもよい。これによれば、これら部材の弾性力により同軸管３１５の内部導体３１５ａを処理容器１００の外側に持ち上げることができる。
【００６６】
（第２実施形態）
つぎに、第２実施形態にかかるプラズマ処理装置１０について、図４〜図６を参照しながら説明する。第２実施形態にかかるプラズマ処理装置１０では、誘電体板３０５が同軸管の内部導体３１５ａおよび金属電極３１０に保持された状態にてＯリング５３０により吊り上げられている点で、バネ部材５１５により吊り上げられていた第１実施形態にかかるプラズマ処理装置１０と異なる。よって、この相違点を中心に本実施形態にかかるプラズマ処理装置１０について説明する。
【００６７】
蓋体３００と内部導体３１５ａとの間には、リング状の誘電体４１０とその両端にて処理室Ｕの内部を真空シールするＯリング４１５ａ、４１５ｂとが設けられている。本実施形態では、図５に拡大して示したように、内部導体３１５ａが貫通したリング状の誘電体５２５の外周面および内周面は、蓋体３００（蓋部３００ｄ）に埋め込まれている。
【００６８】
リング状の誘電体５２５の外周側下部には、内部導体３１５ａを吊り上げるために、誘電体板３０５に向かう面にＯリング５３０が設けられている。本実施形態では、リング状の誘電体４１０の上方に設けられた、このＯリング５３０が、バネ部材としての役割を担う。内部導体３１５ａが熱膨張により伸張しても、Ｏリング５３０の反発力で常に適度な力で内部導体３１５ａを押し上げることができる。
【００６９】
また、リング状の誘電体５２５の内周側の上面には、内部導体３１５ａが吊り上げられたときに誘電体５２５にかかる局所的な力を緩衝するためにクッションリング５３５が設けられている。クッションリング５３５の素材は、マイクロ波を吸収して過熱されないように誘電損失が小さく、緩衝効果を備えたある程度柔らかい材料が好ましい。本実施形態では、クッションリング５３５は、テフロン（登録商標）により形成されている。リング状の誘電体５２５と内部導体３１５ａとの間には、リング状の誘電体５２５と内部導体３１５ａとの間を封止するＯリング５４０が設けられている。
【００７０】
リング状の誘電体４１０とリング状の誘電体５２５との間の空間Ｓには、真空ポンプＰに接続された排気管５４５が連通しており、空間Ｓ内のガスを所望の真空度まで減圧することができる。空間Ｓ内を減圧することによって、Ｏリング４１０、および４１５ａを通して処理容器内部に透過する不純物ガスの量を著しく少なくして、より清浄度を高めることができる。なお、空間Ｓ内を減圧にした後、排気管５４５からアルゴン等の不活性ガスを充填してもよい。
【００７１】
図４の分岐同軸管６７０の内部導体６７０ａには、４本の内部導体３１５ａが、概ねｎ１×λｇ／２（ここでは、ｎ１＝１）の間隔で縦横に吊り下げられる。この結果、誘電体板の縦横の寸法が等しくなり、表面波伝搬モードの対称性がよくなることから、誘電体板面内におけるプラズマの均一性を確保しやすい。
【００７２】
分岐同軸管６７０の内部導体６７０ａは、その両端にて内部導体６７０ａの軸方向の位置を決める留め具６３５で固定されるとともに、その貫通部分には分岐同軸管６７０の内部導体６７０ａと外枠（蓋部３００ｄ）とを電気的に短絡させる短絡部６４０が設けられている。
【００７３】
図６には、右側に分岐同軸管６７０の一部が拡大して示されるとともに、断面Ｈ−Ｈが左側に示されている。分岐同軸管６７０の内部導体６７０ａは、円筒状のコネクタ６４５に接続されている。コネクタ６４５の内側表面には、２本のシールドスパイラル６５０ａ、６５０ｂが設けられていて、これにより、内部導体６７０ａは横方向に摺動可能になっている。熱応力に応じて内部導体６７０ａが摺動することにより、伝送線路にストレスがかかることを回避することができる。
【００７４】
（冷却機構）
内部導体６７０ａの内部には、冷媒を流すための通路６５５が貫通している。冷媒供給源７００から供給された冷媒は、冷媒配管７０５に連結された通路６５５を循環する。冷却機構は、内部導体３１５ａの内部に設けられてもよく、これにより、内部導体６７０ａや内部導体３１５ａが過度に加熱されることを防ぐようになっている。また、内部導体３１５ａには、内部導体３１５ａを保持する保持部６６０が設けられている。保持部６６０は、保持部はリング状に形成され、テフロン(登録商標）から形成されている。
【００７５】
図４に示したように、内部導体３１５ａには、上部内部導体３１５ａ１と下部内部導体３１５ａ２とを連結するコネクタ６６５が設けられている。これにより、上部内部導体３１５ａ１と下部内部導体３１５ａ２とを電気的に接続させながら、内部導体３１５ａとこの周囲の部材との熱膨張差によるストレスの発生を防ぐ。
【００７６】
以上に説明した第２実施形態にかかるプラズマ処理装置によれば、処理容器１００の内側から同軸管３１５に処理容器１００の外側に向かう力を加え、これにより、金属電極３１０に保持された誘電体板３０５を処理容器１００の内壁に密着させることができる。
【００７７】
なお、リング状の誘電体５２５は、第１の誘電部材の一例である。また、Ｏリング５３０は、リング状の誘電体５２５と処理容器１００との間であってリング状の誘電体５２５の下面（処理容器の内側に向かう面）に設けられている第２のバネ部材の一例であり、Ｏリング、Ｃリング、金属バネまたはセラミックバネのいずれかであってもよい。これによれば、バネの弾性力により処理容器１００の外側に向かう力を内部導体３１５ａに与えることができる。
【００７８】
また、クッションリング５３５は、リング状の誘電体５２５と内部導体３１５ａとの間にてリング状の誘電体５２５の上面に設けられた緩衝部材の一例である。これによれば、内部導体３１５ａに局所的な力が加えられることから内部導体３１５ａを保護することができる。
【００７９】
また、Ｏリング５４０は、リング状の誘電体５２５と内部導体３１５ａとの間に設けられ、リング状の誘電体５２５と内部導体３１５ａとの間を封止する第１の封止部材の一例である。これによれば、第２のバネ部材および前記第１の封止部材をＯリングまたはＣリングのいずれかで構成することにより、第１の誘電部材と前記同軸管の内部導体との間、および第１の誘電部材と処理容器の蓋部３００ｄとの間を真空シールし、これにより、処理容器内の気密性を保つことができる。
【００８０】
また、リング状の誘電体４１０は、リング状の誘電体５２５と誘電体板３０５との間に設けられ、内部を同軸管３１５が貫通するリング状の第２の誘電部材の一例である。また、Ｏリング４１５ａは、リング状の誘電体４１０と処理容器１００との間を封止する第２の封止部材の一例であり、Ｏリング４１５ｂは、同軸管３１５または金属電極３１０とリング状の誘電体４１０との間を封止する第３の封止部材の一例である。
【００８１】
これによれば、リング状の誘電体５２５とＯリング５３０、５４０との組み合わせ、およびリング状の誘電体４１０とＯリング４１５ａ、４１５ｂとの組み合わせにより、内部導体３１５ａと処理容器との間を強固に真空シールすることができる。また、誘電体４１０と誘電体５２５とにより、誘電体板３０５を保持する内部導体３１５ａを２点で支えるため、同軸管の軸のぶれを抑えることができる。
【００８２】
なお、第１の誘電部材および前記第２の誘電部材は、石英またはアルミナから形成されていてもよい。第２のバネ部材および第１の封止部材、第２の封止部材および第３の封止部材は、Ｃリングであってもよい。
【００８３】
また、第２実施形態にかかるプラズマ処理装置１０は、誘電体板３０５や金属電極３１０の数や形状、伝送線路の構成などにおいて第１実施形態にかかるプラズマ処理装置１０と異なる。このように、誘電体板３０５や金属電極３１０の数や形状や伝送線路の構成などは、種々の構成をとることができる。
【００８４】
（第２実施形態の変形例）
なお、第２実施形態の変形例としては、つぎの変形例１、２が挙げられる。
【００８５】
（変形例１）
図７に示した変形例１にかかるプラズマ処理装置１０では、リング状の誘電体４１０とリング状の誘電体５２５との間の空間Ｓに連通する排気管５４５とガス供給管５５０とを設けた点にて、排気管５４５しか設けられていない第２実施形態と異なる。
【００８６】
すなわち、変形例１にかかるプラズマ処理装置１０では、ガス供給源８００に接続されたガス供給管５５０、および排気管５４５が、蓋体３００を貫通し空間Ｓと連通している。ガス供給源８００は、ガス供給管５５０に不活性ガス（たとえば、アルゴンガス）を通し、空間Ｓ内部に不活性ガスを充填させる。このとき、空間Ｓ内部に入っていた大気は排気管５４５から不活性ガスにより押し流されて排気され、空間Ｓ内部の雰囲気が不活性ガスに置換される。これにより、大気側の不純物が処理容器内に混入することを防ぐことができる。なお、排気管５４５にはポンプＰを接続し、空間Ｓ内を減圧にした後、ガス供給管５４５から不活性ガスを充填してもよい。
【００８７】
本変形例では、誘電体板３０５の外周面の少なくとも一辺に隣接して凸状部材５５５が設けられている。凸状部材５５５は、誘電体板３０５と蓋部３００ｄとの間にて誘電体板３０５と蓋部３００ｄとを係止する係止部の一例である。これによれば、処理容器１００の外側に吊り上げられている内部導体３１５ａが軸まわりに回転することにより、誘電体板３０５が回転することを防止することができる。
【００８８】
（変形例２）
図８に示した変形例２にかかるプラズマ処理装置１０は、リング状の誘電体５２５、Ｏリング５３０、５４０、クッションリング５３５の組み合わせが、上下に２組設けられている点で、リング状の誘電体５２５とＯリング５３０、５４０、クッションリング５３５の組み合わせと、リング状の誘電体４１０とＯリング４１５ａ、４１５ｂとの組み合わせにより、内部導体３１５ａと処理容器１００との間を真空シールする第２実施形態と異なる。
【００８９】
この組み合わせによっても、内部導体３１５ａと処理容器との間を強固に真空シールすることができるとともに、リング状の誘電体４１０とリング状の誘電体５２５との２点で内部導体３１５ａをガイドするため、内部導体３１５ａの軸がぶれず、誘電体板３０５をしっかりと天井面に密着することができる。さらに、本変形例では、バネ部材としてのＯリング５３０ａ、５３０ｂを２つ設けたので、より強固に内部導体３１５ａを処理容器１００の外側に吊り上げることができる。
【００９０】
また、本変形例では、誘電体板３０５と蓋体３００との間にて誘電体板３０５と蓋体３００とを係止する係止部５６０が設けられている。これによっても、内部導体３１５ａの軸まわりに誘電体板３０５が回転することを防止することができる。なお、係止部５６０は、誘電体板３０５と蓋体３００とに凹凸を設け、凹凸を係合させることにより構成されていてもよい。
【００９１】
上記に説明した各実施形態によれば、バネの弾性力により誘電体板３０５を処理容器１００の内壁に密着させることができる。この結果、異常放電を回避してプラズマを安定に生成することができる。
【００９２】
なお、上記実施形態では、リング状の誘電体４１０の内周面および外周面を真空シールしたが、これに限られない。たとえば、図９に示したように、誘電体板３０５とリング状の誘電体４１０とを一体的に形成してもよい。なお、図９のＸ−Ｘ断面を図１０に示す。図９は、図１０をＹ−Ｙ面にて切断した図である。
【００９３】
金属電極３１０は、その根本が誘電体板３０５の貫通穴３０５ａに挿入されるように伸びていて、同軸管３１５と金属電極３１０とは、同軸管３１５の端部に設けられた雄ネジ３１５ｄと金属電極３１０の根本に設けられた雌ネジ３１０ｂとにより螺合することにより連結している。
【００９４】
図３に示したリング状の誘電体４１０とＯリング４１５ｂとでは、まず、Ｏリング４１５ｂを嵌め込み、その後、リング状の誘電体４１０を装着する。リング状の誘電体４１０を装着するとき、Ｏリング４１５ｂが傷つく場合がある。しかしながら、図９の構造では、誘電体板３０５の上部角がテーパ状になっている。これにより、誘電体板３０５をスムーズに嵌め込むことができるとともに、誘電体板３０５の装着時にＯリング４１５ｂを傷めにくい構造となっている。
【００９５】
なお、誘電体板３０５の内外周面に２つのＯリング４１５ａ、４１５ｂを設ける代わりに、誘電体板３０５の内周面と金属電極３１０との間にＯリング４１５ｂを設け、誘電体板３０５の外周面と蓋体３００との間にＯリング４１５ａを設けるようにしてもよい。これによっても、処理室Ｕの内部を真空シールすることができる。
【００９６】
なお、図１０では、複数の誘電体板３０５の全体を囲む溝３００ａの他に、各誘電体板３０５をそれぞれ囲む複数の溝３００ｄが設けられていて、導体表面波の伝搬を防いでいる。
【００９７】
上記実施形態において、各部の動作はお互いに関連しており、互いの関連を考慮しながら、一連の動作として置き換えることができる。そして、このように置き換えることにより、プラズマ処理装置の発明の実施形態を、プラズマ処理装置の使用方法やプラズマ処理装置のクリーニング方法の実施形態とすることができる。
【００９８】
（周波数の限定）
上記各実施形態にかかるプラズマ処理装置１０を用いて、周波数が１ＧＨｚ以下のマイクロ波をマイクロ波源９００から出力することにより、良好なプラズマ処理を実現できる。その理由を以下に説明する。
【００９９】
化学反応により基板表面に薄膜を堆積させるプラズマＣＶＤプロセスでは、基板表面だけでなく、処理容器内面にも膜が付着する。処理容器内面に付着した膜が剥がれ落ちて基板に付着すると、歩留まりを悪化させる。さらに、処理容器内面に付着した膜から発生した不純物ガスが薄膜に取り込まれ、膜質を悪化させることがある。よって、高品質プロセスを行うためには、チャンバ内面を定期的にクリーニングしなければならない。
【０１００】
シリコン酸化膜やシリコン窒化膜のクリーニングには、Ｆラジカルが良く用いられる。Ｆラジカルは、これらの膜を高速にエッチングする。Ｆラジカルは、ＮＦ３やＳＦ６等のＦを含むガスでプラズマを励起し、ガス分子を分解することにより生成される。ＦとＯとを含む混合ガスでプラズマを励起すると、ＦやＯがプラズマ中の電子と再結合するため、プラズマ中の電子密度が低下する。特に、すべての物質の中で電気陰性度がもっとも大きなＦを含むガスでプラズマを励起すると、電子密度が著しく低下する。
【０１０１】
これを証明するために、発明者は、マイクロ波周波数２．４５ＧＨｚ、マイクロ波電力密度１．６Ｗ／ｃｍ−２、圧力１３．３Ｐａの条件でプラズマを生成して電子密度を計測した。その結果、電子密度は、Ａｒガスの場合には２．３×１０１２ｃｍ−３であったのに対し、ＮＦ３ガスの場合にはそれより一桁以上小さい６．３×１０１０ｃｍ−３であった。
【０１０２】
図１１に示したように、マイクロ波の電力密度を増加させると、プラズマ中の電子密度が増加する。具体的には、電力密度を１．６Ｗ／ｃｍ２から２．４Ｗ／ｃｍ２にすると、プラズマ中の電子密度は６．３×１０１０ｃｍ−３から１．４×１０１１ｃｍ−３まで増加する。
【０１０３】
一方、２．５Ｗ／ｃｍ２以上のマイクロ波を印加すると、誘電体板が加熱して割れたり各部で異常放電する危険性が高まるし、不経済であるため、ＮＦ３ガスでは実用上１．４×１０１１ｃｍ−３以上の電子密度にすることは困難である。すなわち、電子密度が極めて低いＮＦ３ガスでも均一で安定なプラズマを生成するためには、表面波共鳴密度ｎｓが、１．４×１０１１ｃｍ−３以下でなければならない。
【０１０４】
表面波共鳴密度ｎｓは、誘電体板とプラズマとの間を表面波が伝搬可能な最低の電子密度を表し、電子密度が表面波共鳴密度ｎｓよりも小さいと、表面波が伝搬しないため極めて不均一なプラズマしか励起することができない。表面波共鳴密度ｎｓは、式（１）のカットオフ密度ｎｃと式（２）にて示される比例関係がある。
ｎｃ＝ε０ｍｅω２／ｅ２・・・（１）
ｎｓ＝ｎｃ（１＋εｒ）・・・・（２）
ここで、ε０は真空の誘電率、ｍｅは電子の質量、ωはマイクロ波角周波数、ｅは電気素量、εｒは誘電体板の比誘電率である。
【０１０５】
上記式（１）（２）より、表面波共鳴密度ｎｓは、マイクロ波周波数の二乗に比例することが分かる。よって、低い周波数を選択した方が、より低い電子密度でも表面波が伝搬し均一なプラズマが得られる。たとえば、マイクロ波周波数を１／２にすると、１／４の電子密度でも均一なプラズマが得られることになり、マイクロ波周波数の低減はプロセスウィンドウの拡大に極めて有効である。
【０１０６】
表面波共鳴密度ｎｓが、ＮＦガスを用いた場合の実用的な電子密度である１．４×１０１１ｃｍ−３と等しくなる周波数は１ＧＨｚである。すなわち、マイクロ波の周波数として１ＧＨｚ以下を選択すると、どんなガスを用いても実用的な電力密度で均一なプラズマを励起することができる。
【０１０７】
以上から、たとえば、各実施形態にかかるプラズマ処理装置１０のマイクロ波源９００から周波数が１ＧＨｚ以下のマイクロ波を出力することにより、処理容器の外側に向かう力を与える手段（たとえば、コイルバネやＯリング）により吊り上げられるとともに誘電体板を保持するために金属電極と連結した導体棒（たとえば、内部導体３１５ａ）にマイクロ波源９００から出力されたマイクロ波を伝搬させ、導体棒を伝搬したマイクロ波を誘電体板３０５に伝搬させ、誘電体板３０５を透過して処理容器１００に供給されたマイクロ波により処理容器１００に導入された処理ガスを励起させて被処理体（たとえば、基板Ｇ）に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の使用方法とすることができる。
【０１０８】
特に、たとえば、各実施形態にかかるプラズマ処理装置１０のマイクロ波源９００から周波数が１ＧＨｚ以下のマイクロ波を出力することにより、マイクロ波源９００から出力されたマイクロ波を、処理容器の外側に向かう力を与える手段により吊り上げられるとともに誘電体板を保持するために金属電極と連結した導体棒に伝搬させ、導体棒を伝搬したマイクロ波を誘電体板３０５に伝搬させ、誘電体板３０５を透過して処理容器１００に供給されたマイクロ波により処理容器１００に導入されたクリーニングガスを励起させてプラズマ処理装置をクリーニングするプラズマ処理装置のクリーニング方法とすることができる。
【０１０９】
なお、電気学会・マイクロ波プラズマ調査専門委員会編「マイクロ波プラズマの技術」オーム社出版、平成１５年９月２５日発行の序文には、本書では「「マイクロ波帯」は、ＵＨＦ帯の３００ＭＨｚ以上の周波数領域を指している」とあることから、本明細書中においてもマイクロ波の周波数は３００ＭＨｚ以上とする。
【０１１０】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１１１】
たとえば、本発明にかかるプラズマ処理装置に設けられた誘電体板は、角形の複数の誘電体板３０５を有するプラズマ処理装置であってもよく、図１２に示したように、大面積の１枚の円形の誘電体板３０５を有するプラズマ処理装置であってもよい。
【０１１２】
これによれば、一本の内部導体３１５ａに連結された１つの金属電極３１０により１枚の誘電体板３０５が、処理容器１００の天井部に配設される。これによれば、複数の誘電体板３０５を有するプラズマ処理装置の場合と同様に、プロセス中、誘電体板３０５の側面はプラズマに接触する。
【０１１３】
このような状態であれば、誘電体板３０５の側面にて誘電体板３０５が他の部材（たとえば、金属枠など）と接触していた場合に、誘電体板３０５とそれらの部材との隙間にプラズマが入り込み、異常放電が生じる現象を回避することができる。
【０１１４】
本発明にかかるプラズマ処理装置には、第１のバネ部材と第２のバネ部材とを両方用いることもできるし、片方だけ用いることもできるし、これらを複数用いることもできる。また、バネ部材は、第１のバネ部材と第２のバネ部材に限られず、たとえば、磁石であってもよい。
【０１１５】
本発明にかかるプラズマ処理装置は、大面積のガラス基板、円形のシリコンウエハや角型のＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を処理することもできる。
【０１１６】
また、本発明にかかるプラズマ処理装置では、成膜処理、拡散処理、エッチング処理、アッシング処理などのあらゆるプラズマ処理を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるプラズマ処理装置の縦断面図である。
【図２】同実施形態にかかるプラズマ処理装置の天井面を示した図である。
【図３】同実施形態にかかるバネ部材近傍を示した図である。
【図４】本発明の第２実施形態にかかるプラズマ処理装置の縦断面図である。
【図５】同実施形態にかかるバネ部材近傍を示した図である。
【図６】同実施形態にかかる連結部分を拡大した図である。
【図７】第２実施形態の変形例１にかかる連結部分を拡大した図である。
【図８】第２実施形態の変形例２にかかる連結部分を拡大した図である。
【図９】その他の変形例を示した図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ断面図である。
【図１１】マイクロ波の電力密度とプラズマの電子密度との関係を示すグラフである。
【図１２】その他の変形例を示した図である。
【符号の説明】
【０１１８】
１０ プラズマ処理装置
１００ 処理容器
３００ 蓋体
３０５ 誘電体板
３１０ 金属電極
３１５、６００、６２０ 同軸管
３１５ａ、６００ａ、６２０ａ、６７０ａ 内部導体
３２０ 誘電体カバー
４１０ リング状の誘電体
４１５ｂ、４１５ａ Ｏリング
５００ 固定機構
５０５ 支持部材
５１０ 連結部
５１５ バネ部材
５２０ 短絡部
５２５ リング状の誘電体
５３０、５４０ Ｏリング
５３５ クッションリング
５４５ 排気管
５５０ ガス供給管
５５５ 凸状部材
５６０ 係止部
６１０ 分岐板
６７０ 分岐同軸管
７００ 冷媒供給源
８００ ガス供給源
９００ マイクロ波源
Ｕ 処理室
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波によりガスを励起させて被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置に関し、特に、誘電体の固定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理装置では、処理容器内に供給されるガスを励起するために電力を供給しなければ、プラズマを生成することはできない。一般に、処理容器に電力を供給するために誘電体板が用いられる（たとえば、特許文献１を参照。）。特許文献１に記載されたプラズマ処理装置では、処理室内に対向して上部電極と下部電極を備え、上部電極に高周波電力を印加して処理室内の処理ガスをプラズマ化することにより、下部電極上に載置された基板にプラズマ処理が施される。
【０００３】
上部電極は、上部部材、クーリングプレート、誘電体からなる電極板を層状に積み重ねて構成され、さらに、これらの部材と処理容器との間にこれらの部材を支える支持体が設けられる。
【０００４】
クーリングプレートには、複数の貫通孔が形成され、ネジを貫通孔に挿通し、このネジを電極板に設けられたネジ孔に螺合することにより、クーリングプレートと電極板とを強固に接合する。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２９７８０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記構成によれば、電極板と支持体との間に、隙間が生じ、その隙間にプラズマが入り込み、異常放電を生じる可能性がある。これにより、本来プラズマの生成に使用するためのマイクロ波のパワーが浪費され、電極板と支持体との間を真空シールするためにこれらの間に設けられたＯリングにダメージを与え、異常放電から生じる熱により誘電体からなる電極板に割れが生じるおそれがある。これに対して、電極板と支持体との間に隙間が生じないように高精度な加工を行うと、コスト高につながる。また、高精度な加工を行って隙間を十分小さくしたとしても、電極がプラズマに晒されることにより温度が上昇すると、部材間の熱膨張の差により隙間が広がって異常放電を生じたり、逆に隙間がなくなって部材間に強い応力がかかって電極板に割れが生じたりするおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、マイクロ波によりガスを励起させて被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、処理容器と、マイクロ波を出力するマイクロ波源と、前記処理容器の内壁に設けられ、マイクロ波を透過させて前記処理容器の内部に放出する誘電体板と、前記誘電体板に隣接し、前記マイクロ波を前記誘電体板に伝搬させる導体棒と、前記誘電体板を保持するために前記導体棒に連結する金属電極と、前記導体棒に対して前記処理容器の外側に向かう力を与える手段と、を備えたプラズマ処理装置が提供される。
【０００８】
これによれば、誘電体板は、導体棒に連結された金属電極により保持された状態にて、導体棒に対して与えられる力により処理容器の外側に向かって引き上げられる。これにより、外圧（大気圧）によって誘電体板が処理容器の内壁から離れようとする力に反発して、誘電体板を処理容器の内壁に常に適度な力で密着させることができる。この結果、誘電体板近傍のプラズマが処理容器の内壁と誘電体板との隙間に入り込むことにより生じていた異常放電の発生を抑止することができ、これにより、プラズマを均一かつ安定的に生成することができる。
【０００９】
前記導体棒に対して前記処理容器の外側に向かう力を与える手段は、バネ部材であってもよい。磁石を使うこともできる。また、前記バネ部材は、前記処理容器の外側に設けられた第１のバネ部材を含んでいてもよい。これによれば、蓋部の外側から導体棒を吊り上げ、これにより、金属電極に保持された誘電体板を処理容器の内壁に密着させることができる。また、第１のバネ部材の交換が容易で保守がしやすいという利点がある。
【００１０】
このとき、この第１のバネ部材は、コイル状のバネ部材または板状のバネ部材（たとえば、バネワッシャー）のいずれかであってもよい。また、前記第１のバネ部材は、金属バネまたはセラミックバネのいずれかであってもよい。
【００１１】
前記処理容器の蓋部と前記導体棒との間に第１の誘電部材を備え、前記バネ部材は、前記第１の誘電部材と前記蓋部との間であって前記誘電体板に向かう面（前記誘電体に最も近い面）に設けられた第２のバネ部材を含んでいてもよい。これによっても、導体棒に処理容器の外側に向かう力を加え、これにより、金属電極に保持された誘電体板を処理容器の内壁に密着させることができる。
【００１２】
このとき、前記第２のバネ部材は、Ｏリング、Ｃリング、金属バネまたはセラミックバネのいずれかであってもよい。これによれば、これら部材の弾性力により処理容器の内部から導体棒に処理容器の外側に向かう力を与えることができる。
【００１３】
前記第１の誘電部材は、リング状に形成され、前記導体棒が貫通した状態にて一部が前記処理容器の蓋部に埋め込まれていてもよい。また、前記第１の誘電部材と前記導体棒との間であって前記処理容器の外側に向かう面に緩衝部材が設けられていてもよい。これによれば、導体棒が吊り上げられたとき、導体棒との接触部において加えられる局所的な力による第１の誘電部材の破損を防ぐことができる。
【００１４】
なお、前記緩衝部材は、テフロン（登録商標）により形成されていてもよい。マイクロ波を吸収して過熱されないように誘電損失が小さく、緩衝効果を備えたある程度柔らかい材料が好ましい。
【００１５】
前記第１の誘電部材と前記導体棒との間には、前記第１の誘電部材と前記導体棒との間を封止する第１の封止部材が設けられていてもよい。これによれば、前記第２のバネ部材および前記第１の封止部材をＯリングまたはＣリングのいずれかで構成することにより、第１の誘電部材と前記導体棒の内部導体との間、および第１の誘電部材と処理容器との間を真空シールし、これにより、処理容器内の気密性を保つことができる。
【００１６】
また、内部を前記導体棒が貫通するリング状の第２の誘電部材と、前記第２の誘電部材と前記蓋部との間を封止する第２の封止部材と、前記導体棒または前記金属電極と前記第２の誘電部材との間を封止する第３の封止部材とを有していてもよい。
【００１７】
これによれば、第２の誘電部材と前記導体棒の内部導体との間、および第２の誘電部材と蓋部との間を真空シールし、これにより、処理容器内の気密性を保つことができる。また、第１の誘電部材と第２の誘電部材とにより、導体棒の内部導体を２点で支えるため、導体棒の軸のぶれを抑え、誘電体板と処理容器の内壁との密着性をさらに高めることができる。
【００１８】
なお、前記第２のバネ部材および前記第１の封止部材は、ＯリングまたはＣリングのいずれかであってもよい。また、前記第２の封止部材および第３の封止部材は、ＯリングまたはＣリングのいずれかであってもよい。
【００１９】
前記第１の誘電部材と前記第２の誘電部材との間の空間は、所定の真空度に保持されていてもよい。これによれば、第２の封止部材および第３の封止部材を透過する不純物ガスの量を著しく減少させ、処理容器内の清浄度をより高めることができる。
【００２０】
前記第１の誘電部材と前記第２の誘電部材との間の空間には、不活性ガスが充填されていてもよい。これによれば、大気側の不純物が処理容器内に混入することを防ぐことができる。
【００２１】
前記第１の誘電部材および前記第２の誘電部材は、石英またはアルミナから形成されていてもよい。
【００２２】
前記誘電体板には、前記誘電体板と前記蓋部との間にて前記誘電体板と前記蓋部とを係止する係止部が設けられていてもよい。これによれば、導体棒の軸まわりに誘電体板が回転することを防止することができる。
【００２３】
前記係止部としては、たとえば、前記誘電体板の外周面に隣接して前記処理容器の内壁に固定された凸状部材であってもよい。
【００２４】
前記処理容器および前記導体棒は、金属によりそれぞれ形成され、前記導体棒が前記処理容器の蓋部を貫通する部分に前記導体棒と前記処理容器とを短絡させる短絡部を有していてもよい。短絡部は、たとえば、金属コイルまたは金属ブラシなどで形成される。これによれば、導体棒と処理容器を電気的に短絡させるとともに、短絡部近傍の熱伝導をよくすることができる。
【００２５】
前記処理容器および前記導体棒は、金属によりそれぞれ形成され、前記導体棒と前記処理容器とを短絡させる短絡部を備え、前記バネ部材は、前記短絡部の外側に設けられた第１のバネ部材を含んでいてもよい。
【００２６】
前記導体棒は、前記短絡部にて前記処理容器の蓋部に対して摺動可能に係合していてもよい。これによれば、導体棒がバネの弾性力や熱応力などにより移動または伸張することにより、誘電体板が割れたり、誘電体板と処理容器の内壁との間に隙間が生じて異常放電が生じることを防止することができる。
【００２７】
プロセス中、前記誘電体板の側面は、プラズマに接触してもよい。たとえば、誘電体板の側面にて誘電体板が他の部材と接触していた場合には、それらの部材の隙間にプラズマが入り込んで異常放電が生じることがあるが、このような状態であれば、異常放電が生じることなく、安定的にプラズマを生成することができる。
【００２８】
前記導体棒の内部には、前記導体棒を冷却する冷却機構が設けられていてもよい。これによれば、マイクロ波やプラズマにより導体棒や金属電極が過度に加熱されることを防ぐことができる。
【００２９】
前記誘電体板、前記導体棒および前記金属電極は、それぞれ複数設けられ、各導体棒は、各誘電体板の略中央に設けられた前記穴部を介して各金属電極とそれぞれ連結していてもよい。
【００３０】
これによれば、複数の誘電体板から処理容器内に均一にマイクロ波を供給することにより、均一なプラズマを安定的に生成することができる。さらに、複数の誘電体板にそれぞれマイクロ波を供給することができるため、被処理体の大面積化に応じて拡張性の高いプラズマ処理装置を提供することができるとともに、誘電体板の交換が容易で保守がしやすいという利点がある。
【００３１】
前記マイクロ波源は、周波数が１ＧＨｚ以下のマイクロ波を出力するようにしてもよい。これによれば、カットオフ密度を低くして、プロセスウィンドウを広くすることができ、一つの装置でさまざまなプロセスを実現することができる。
【００３２】
前記誘電体板は、アルミナから形成されていてもよい。
【００３３】
また、前記導体棒は、熱伝導率および電気伝導率が高い銅により形成されていることが好ましい。これによれば、マイクロ波やプラズマから導体棒に加えられた熱を効果的に逃がすとともにマイクロ波を良好に伝搬させることができる。
【００３４】
また、上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、マイクロ波源から周波数が１ＧＨｚ以下のマイクロ波を出力し、前記導体棒に対して前記処理容器の外側に向かう力を与える手段により吊り上げられるとともに誘電体板を保持するために金属電極と連結した導体棒に前記マイクロ波を伝搬させ、前記導体棒を伝搬したマイクロ波を前記導体棒に隣接した前記誘電体板に伝搬させ、前記誘電体板を透過して前記処理容器に導入されたマイクロ波により処理ガスを励起させて被処理体に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の使用方法が提供される。
【００３５】
これによれば、誘電体板を金属電極および金属電極に連結された導体棒により支持し、さらに、導体棒をバネ部材で吊り上げることにより、誘電体板を処理容器の内壁に密着させた状態で、被処理体をプラズマ処理することができる。
【００３６】
また、上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、前記導体棒に対して前記処理容器の外側に向かう力を与える手段により吊り上げられるとともに誘電体板を保持するために金属電極と連結した導体棒に前記マイクロ波を伝搬させ、前記導体棒を伝搬したマイクロ波を前記導体棒に隣接した前記誘電体板に伝搬させ、前記誘電体板を透過して前記処理容器に導入されたマイクロ波によりクリーニングガスを励起させてプラズマ処理装置をクリーニングするプラズマ処理装置のクリーニング方法が提供される。
【００３７】
これによれば、たとえば、１ＧＨｚ以下のマイクロ波を用いることにより、２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波のある程度のパワーでは単一ガスの状態で表面波が広がらず、均一で安定したプラズマを励起できなかったＦ系単一ガスであっても均一で安定したプラズマを励起させることができる。これにより、実用的なマイクロ波のパワーを用いてクリーニングガスを励起させ、これにより生成されたプラズマによってプラズマ処理装置の内部をクリーニングすることができる。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
（第１実施形態）
まず、本装置の縦断面を模式的に示した図１（図２の断面Ｏ−Ｏ）および処理容器の天井面を示した図２を参照しながら、本発明の第１実施形態にかかるプラズマ処理装置について説明する。なお、以下の説明及び添付図面において、同一の構成及び機能を有する構成要素については、同一符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３９】
（プラズマ処理装置の構成）
プラズマ処理装置１０は、その内部にてガラス基板（以下、「基板Ｇ」という。）をプラズマ処理するための処理容器１００を有している。処理容器１００は、容器本体２００と蓋体３００とから構成される。容器本体２００は、その上部が開口された有底立方体形状を有していて、その開口は蓋体３００により閉塞されている。容器本体２００と蓋体３００との接触面にはＯリング２０５が設けられていて、これにより容器本体２００と蓋体３００とが密閉され、処理室Ｕが形成される。容器本体２００および蓋体３００は、たとえば、アルミニウム等の金属からなり、電気的に接地されている。
【００４０】
処理容器１００の内部には、基板Ｇを載置するためのサセプタ１０５（ステージ）が設けられている。サセプタ１０５は、たとえば窒化アルミニウムからなり、その内部には、給電部１１０およびヒータ１１５が設けられている。
【００４１】
給電部１１０には、整合器１２０（たとえば、コンデンサ）を介して高周波電源１２５が接続される。また、給電部１１０には、コイル１３０を介して高圧直流電源１３５が接続される。高周波電源１２５および高圧直流電源１３５は接地されている。
【００４２】
給電部１１０は、高周波電源１２５から出力された高周波電力により処理容器１００の内部に所定のバイアス電圧を印加するようになっている。また、給電部１１０は、高圧直流電源１３５から出力された直流電圧により基板Ｇを静電吸着するようになっている。
【００４３】
ヒータ１１５には、処理容器１００の外部に設けられた交流電源１４０が接続されていて、交流電源１４０から出力された交流電圧により基板Ｇを所定の温度に保持するようになっている。サセプタ１０５は、支持体１４５に支持されていて、その周囲には処理室Ｕのガスの流れを好ましい状態に制御するためのバッフル板１５０が設けられている。
【００４４】
処理容器１００の底部にはガス排出管１５５が設けられていて、処理容器１００の外部に設けられた真空ポンプ（図示せず）を用いてガス排出管１５５から処理容器１００内のガスが排出されることにより、処理室Ｕは所望の真空度まで減圧される。
【００４５】
蓋体３００には、複数の誘電体板３０５、複数の金属電極３１０および複数の同軸管の内部導体３１５ａが設けられている。図２を参照すると、誘電体板３０５は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）により形成された、１４８ｍｍ×１４８ｍｍの略正方形のプレートが分岐同軸管６７０の管内波長をλｇ（９１５ＭＨｚにおいて３２８ｍｍ）としたとき、λｇ／２の整数倍（ここでは１倍）の等間隔にて縦横に配置されている。これにより、２２４枚（＝１４×１６）の誘電体板３０５が、２２７７．４ｍｍ×２６０５ｍｍの処理容器１００の天井面に均等に配置される。
【００４６】
このように、誘電体板３０５は対称性のよい形状をしているため、１枚の誘電体板３０５の中で均一なプラズマを生じやすい。また、複数の誘電体板３０５がλｇ／２の整数倍の等間隔に配置されることにより、同軸管の内部導体３１５ａを用いてマイクロ波を導入する場合、均一なプラズマを生成することができる。
【００４７】
再び図１に戻ると、蓋体３００の金属面には、図１に示した溝３００ａが切られていて導体表面波の伝搬を抑制するようになっている。なお、導体表面波とは、金属面とプラズマとの間を伝搬する波をいう。
【００４８】
誘電体板３０５を貫通した内部導体３１５ａの先端には金属電極３１０が基板Ｇ側に露出するように設けられていて、内部導体３１５ａおよび金属電極３１０によって誘電体板３０５を保持するようになっている。金属電極３１０の基板側の面には、誘電体カバー３２０が設けられ、電界の集中を防止するようになっている。
【００４９】
図２の断面Ａ−Ａ’−Ａを示した図３を参照しながらさらに説明を続ける。同軸管３１５は、筒状の内部導体（軸部）３１５ａと外部導体３１５ｂとから構成されていて、金属(好ましくは銅)により形成されている。内部導体３１５ａは、導体棒の一例である。蓋体３００と内部導体３１５ａとの間には、その中央にて内部導体３１５ａが貫通したリング状の誘電体４１０が設けられている。リング状の誘電体４１０の内周面および外周面には、Ｏリング４１５ａ、４１５ｂが設けられていて、これにより、処理室Ｕの内部を真空シールするようになっている。
【００５０】
内部導体３１５ａは、蓋部３００ｄを貫いて処理容器１００の外部に突出している。内部導体３１５ａは、連結部５１０、バネ部材５１５および短絡部５２０からなる固定機構５００により、バネ部材５１５の弾性力を用いて処理容器１００の外側に向かって吊り上げられている。なお、蓋部３００ｄは、蓋体３００の上面であって、蓋体３００と外部導体３１５ｂと一体化している部分をいう。
【００５１】
内部導体３１５ａの貫通部分に設けられた短絡部５２０は、同軸管３１５の内部導体３１５ａと蓋部３００ｄとを電気的に短絡させるようになっている。短絡部５２０は、シールドスパイラルから構成され、内部導体３１５ａを上下に摺動可能に設けられている。なお、短絡部５２０に、金属ブラシを用いることもできる。
【００５２】
このように、短絡部５２０を設けたことにより、金属電極３１０に加えられたプラズマの熱を、内部導体３１５ａおよび短絡部５２０を通して効率よく蓋側に逃がすことができる。この結果、内部導体３１５ａの加熱を抑制し内部導体３１５ａに隣接したＯリング４１５ａ、４１５ｂの劣化を防ぐことができる。また、短絡部５２０は、内部導体３１５ａを通してバネ部材５１５にマイクロ波が伝わることを防止するため、バネ部材５１５周辺での異常放電や電力損失が発生しない。さらに、短絡部５２０は、内部導体３１５ａの軸ぶれを防ぎ、しっかりと保持することができる。
【００５３】
なお、短絡部５２０にて蓋部３００ｄと内部導体３１５ａとの間、および後述する誘電体６１５と蓋部３００ｄとの間をＯリング(図示せず)にて真空シールし、蓋部３００ｄ内の空間に不活性ガスを充填することにより、大気中の不純物が処理室内に混入することを防ぐことができる。
【００５４】
図１の冷媒供給源７００は、冷媒配管７０５に接続されていて、冷媒供給源７００から供給された冷媒が冷媒配管７０５内を循環して再び冷媒供給源７００に戻ることにより、処理容器１００を所望の温度に保つようになっている。ガス供給源８００は、ガスライン８０５を介して、図３に示した内部導体３１５ａ内のガス流路から処理室内に導入される。
【００５５】
２台のマイクロ波源９００から出力された、１２０ｋＷ（＝６０ｋＷ×２（２Ｗ／ｃｍ２））のパワーをもつマイクロ波は、分岐導波管９０５、８つの同軸導波管変換器６０５、８本の同軸管６２０、図１の背面方向に平行に位置する８本の分岐同軸管６７０(図２参照)に７本ずつ連結された同軸管６００、分岐板６１０および同軸管３１５を伝搬し、複数の誘電体板３０５を透過して処理室内に供給される。処理室Ｕに放出されたマイクロ波は、ガス供給源８００から供給された処理ガスを励起させ、これにより生成されたプラズマを用いて基板Ｇ上に所望のプラズマ処理が実行される。
【００５６】
（誘電体板の固定方法）
つぎに、誘電体板の固定方法についてさらに詳しく説明する。図３に示したように、誘電体板３０５を介して金属電極３１０に連結された内部導体３１５ａは、処理容器１００の外部に突出し、固定機構５００にて固定される。
【００５７】
固定機構５００のうち、バネ部材５１５は、内部導体３１５ａの外周に配置されていて、その両端が処理容器１００の蓋部３００ｄと連結部５１０とに固定され、バネの弾性力により内部導体３１５ａに対して外側に向かう力を発生させている。
【００５８】
これにより、バネ部材５１５は、内部導体３１５ａおよび金属電極３１０に保持された誘電体板３０５を常に一定の力で吊り上げる。吊り上げにバネ部材５１５を用いたのは、内部導体３１５ａ、金属電極３１０および誘電体板３０５間の熱膨張係数の差により、誘電体板３０５が引っ張られて割れたり、誘電体板３０５と処理容器の内壁との間に隙間が生じて異常放電が生じることを防止するためである。
【００５９】
（短絡部）
短絡部５２０は、シールドスパイラにより形成されていて、内部導体３１５ａと処理容器１００の蓋部３００ｄとを電気的に短絡させるとともに内部導体３１５ａの熱を接地された処理容器１００側に逃がす。短絡部５２０は、金属コイルまたは金属ブラシにて形成されていてもよい。
【００６０】
このように、短絡部５２０を設けたことにより、プラズマから金属電極３１０に流入した熱を内部導体３１５ａおよび短絡部を通して効率よく蓋に逃がすことができるため、内部導体３１５ａの加熱を抑制し内部導体３１５ａに隣接したＯリング４１５ａ、４１５ｂの劣化を防ぐことができる。また、短絡部５２０は、内部導体３１５ａを通してバネ部材５１５にマイクロ波が伝わることを防止するため、バネ部材５１５周辺での異常放電や電力損失が発生しない。さらに、短絡部５２０は、内部導体３１５ａの軸ぶれを防ぎ、しっかりと保持することができる。
【００６１】
また、分岐板６１０と内部導体３１５ａとの接続位置Ｄｐと短絡部５２０との間隔は、内部導体３１５ａを伝搬するマイクロ波の管内波長λｇに対して、λｇ／４になるように設計されている。図３の左側に示したように、位置Ｄｐにマイクロ波のピーク（腹）を合わせると、短絡部５２０でのマイクロ波の電力は０（節）になる。短絡部５２０と位置Ｄｐ間は、一端短絡された分布定数線路とみなすことができる。このように、一端が短絡された長さがλｇ／４の分布定数線路は、もう一端から見るとインピーダンスがほぼ無限大に見えるので、マイクロ波の伝搬にとって位置Ｄｐから短絡部５２０までの部分は存在しないに等しいものとなり、伝送線路の設計が容易になる。
【００６２】
以上に説明した構成により、同軸管６００に伝送されたマイクロ波は、分岐板６１０により複数のマイクロ波に分配されて複数の内部導体３１５ａに伝搬され、さらに複数の誘電体板３０５にそれぞれ伝えられる。これにより、天井面に均等に配置された２２４枚の誘電体板３０５から処理容器内に均等な電力のマイクロ波が供給される。これにより、低周波のマイクロ波の供給を可能とするとともに、同軸管を使用して誘電体板３０５を保持する構造により蓋体３００下部をシンプルに設計することができる。
【００６３】
また、内部導体３１５ａは、誘電体板３０５を保持した状態にてバネ部材５１５の弾性力により処理容器１００の外側に向かって引き上げられる。これによれば、誘電体板３０５を処理容器１００の内壁に常に適度な力で密着させることができる。この結果、プラズマが蓋体３００の内壁と誘電体板３０５との隙間に入り込むことにより発生する異常放電を回避して、プラズマを均一かつ安定的に生成することができる。
【００６４】
特に、大面積の基板Ｇを処理する場合、これに応じて処理容器１００の天井部に設けられた誘電体板３０５も大型化させる必要がある。これに対して、本実施形態にかかるプラズマ処理装置１０では、多数の誘電体板３０５を天井面全面に配置し、多数の誘電体板３０５を多数のバネ部材により吊り上げる構造にしたので、蓋周りがシンプルになり、コストおよびメンテナンスの面で有利であるとともに、誘電体板３０５の枚数を変えるだけで基板Ｇの大面積化に応じることができるため拡張性が高く、保守しやすいというメリットがある。
【００６５】
なお、バネ部材５１５は、第１のバネ部材の一例であり、たとえば、コイル状のバネまたは板状のバネワッシャーであってもよい。また、バネ部材５１５は、金属バネまたはセラミックバネのいずれかであってもよい。これによれば、これら部材の弾性力により同軸管３１５の内部導体３１５ａを処理容器１００の外側に持ち上げることができる。
【００６６】
（第２実施形態）
つぎに、第２実施形態にかかるプラズマ処理装置１０について、図４〜図６を参照しながら説明する。第２実施形態にかかるプラズマ処理装置１０では、誘電体板３０５が同軸管の内部導体３１５ａおよび金属電極３１０に保持された状態にてＯリング５３０により吊り上げられている点で、バネ部材５１５により吊り上げられていた第１実施形態にかかるプラズマ処理装置１０と異なる。よって、この相違点を中心に本実施形態にかかるプラズマ処理装置１０について説明する。
【００６７】
蓋体３００と内部導体３１５ａとの間には、リング状の誘電体４１０とその両端にて処理室Ｕの内部を真空シールするＯリング４１５ａ、４１５ｂとが設けられている。本実施形態では、図５に拡大して示したように、内部導体３１５ａが貫通したリング状の誘電体５２５の外周面および内周面は、蓋体３００（蓋部３００ｄ）に埋め込まれている。
【００６８】
リング状の誘電体５２５の外周側下部には、内部導体３１５ａを吊り上げるために、誘電体板３０５に向かう面にＯリング５３０が設けられている。本実施形態では、リング状の誘電体４１０の上方に設けられた、このＯリング５３０が、バネ部材としての役割を担う。内部導体３１５ａが熱膨張により伸張しても、Ｏリング５３０の反発力で常に適度な力で内部導体３１５ａを押し上げることができる。
【００６９】
また、リング状の誘電体５２５の内周側の上面には、内部導体３１５ａが吊り上げられたときに誘電体５２５にかかる局所的な力を緩衝するためにクッションリング５３５が設けられている。クッションリング５３５の素材は、マイクロ波を吸収して過熱されないように誘電損失が小さく、緩衝効果を備えたある程度柔らかい材料が好ましい。本実施形態では、クッションリング５３５は、テフロン（登録商標）により形成されている。リング状の誘電体５２５と内部導体３１５ａとの間には、リング状の誘電体５２５と内部導体３１５ａとの間を封止するＯリング５４０が設けられている。
【００７０】
リング状の誘電体４１０とリング状の誘電体５２５との間の空間Ｓには、真空ポンプＰに接続された排気管５４５が連通しており、空間Ｓ内のガスを所望の真空度まで減圧することができる。空間Ｓ内を減圧することによって、Ｏリング４１０、および４１５ａを通して処理容器内部に透過する不純物ガスの量を著しく少なくして、より清浄度を高めることができる。なお、空間Ｓ内を減圧にした後、排気管５４５からアルゴン等の不活性ガスを充填してもよい。
【００７１】
図４の分岐同軸管６７０の内部導体６７０ａには、４本の内部導体３１５ａが、概ねｎ１×λｇ／２（ここでは、ｎ１＝１）の間隔で縦横に吊り下げられる。この結果、誘電体板の縦横の寸法が等しくなり、表面波伝搬モードの対称性がよくなることから、誘電体板面内におけるプラズマの均一性を確保しやすい。
【００７２】
分岐同軸管６７０の内部導体６７０ａは、その両端にて内部導体６７０ａの軸方向の位置を決める留め具６３５で固定されるとともに、その貫通部分には分岐同軸管６７０の内部導体６７０ａと外枠（蓋部３００ｄ）とを電気的に短絡させる短絡部６４０が設けられている。
【００７３】
図６には、右側に分岐同軸管６７０の一部が拡大して示されるとともに、断面Ｈ−Ｈが左側に示されている。分岐同軸管６７０の内部導体６７０ａは、円筒状のコネクタ６４５に接続されている。コネクタ６４５の内側表面には、２本のシールドスパイラル６５０ａ、６５０ｂが設けられていて、これにより、内部導体６７０ａは横方向に摺動可能になっている。熱応力に応じて内部導体６７０ａが摺動することにより、伝送線路にストレスがかかることを回避することができる。
【００７４】
（冷却機構）
内部導体６７０ａの内部には、冷媒を流すための通路６５５が貫通している。冷媒供給源７００から供給された冷媒は、冷媒配管７０５に連結された通路６５５を循環する。冷却機構は、内部導体３１５ａの内部に設けられてもよく、これにより、内部導体６７０ａや内部導体３１５ａが過度に加熱されることを防ぐようになっている。また、内部導体３１５ａには、内部導体３１５ａを保持する保持部６６０が設けられている。保持部６６０は、保持部はリング状に形成され、テフロン(登録商標）から形成されている。
【００７５】
図４に示したように、内部導体３１５ａには、上部内部導体３１５ａ１と下部内部導体３１５ａ２とを連結するコネクタ６６５が設けられている。これにより、上部内部導体３１５ａ１と下部内部導体３１５ａ２とを電気的に接続させながら、内部導体３１５ａとこの周囲の部材との熱膨張差によるストレスの発生を防ぐ。
【００７６】
以上に説明した第２実施形態にかかるプラズマ処理装置によれば、処理容器１００の内側から同軸管３１５に処理容器１００の外側に向かう力を加え、これにより、金属電極３１０に保持された誘電体板３０５を処理容器１００の内壁に密着させることができる。
【００７７】
なお、リング状の誘電体５２５は、第１の誘電部材の一例である。また、Ｏリング５３０は、リング状の誘電体５２５と処理容器１００との間であってリング状の誘電体５２５の下面（処理容器の内側に向かう面）に設けられている第２のバネ部材の一例であり、Ｏリング、Ｃリング、金属バネまたはセラミックバネのいずれかであってもよい。これによれば、バネの弾性力により処理容器１００の外側に向かう力を内部導体３１５ａに与えることができる。
【００７８】
また、クッションリング５３５は、リング状の誘電体５２５と内部導体３１５ａとの間にてリング状の誘電体５２５の上面に設けられた緩衝部材の一例である。これによれば、内部導体３１５ａに局所的な力が加えられることから内部導体３１５ａを保護することができる。
【００７９】
また、Ｏリング５４０は、リング状の誘電体５２５と内部導体３１５ａとの間に設けられ、リング状の誘電体５２５と内部導体３１５ａとの間を封止する第１の封止部材の一例である。これによれば、第２のバネ部材および前記第１の封止部材をＯリングまたはＣリングのいずれかで構成することにより、第１の誘電部材と前記同軸管の内部導体との間、および第１の誘電部材と処理容器の蓋部３００ｄとの間を真空シールし、これにより、処理容器内の気密性を保つことができる。
【００８０】
また、リング状の誘電体４１０は、リング状の誘電体５２５と誘電体板３０５との間に設けられ、内部を同軸管３１５が貫通するリング状の第２の誘電部材の一例である。また、Ｏリング４１５ａは、リング状の誘電体４１０と処理容器１００との間を封止する第２の封止部材の一例であり、Ｏリング４１５ｂは、同軸管３１５または金属電極３１０とリング状の誘電体４１０との間を封止する第３の封止部材の一例である。
【００８１】
これによれば、リング状の誘電体５２５とＯリング５３０、５４０との組み合わせ、およびリング状の誘電体４１０とＯリング４１５ａ、４１５ｂとの組み合わせにより、内部導体３１５ａと処理容器との間を強固に真空シールすることができる。また、誘電体４１０と誘電体５２５とにより、誘電体板３０５を保持する内部導体３１５ａを２点で支えるため、同軸管の軸のぶれを抑えることができる。
【００８２】
なお、第１の誘電部材および前記第２の誘電部材は、石英またはアルミナから形成されていてもよい。第２のバネ部材および第１の封止部材、第２の封止部材および第３の封止部材は、Ｃリングであってもよい。
【００８３】
また、第２実施形態にかかるプラズマ処理装置１０は、誘電体板３０５や金属電極３１０の数や形状、伝送線路の構成などにおいて第１実施形態にかかるプラズマ処理装置１０と異なる。このように、誘電体板３０５や金属電極３１０の数や形状や伝送線路の構成などは、種々の構成をとることができる。
【００８４】
（第２実施形態の変形例）
なお、第２実施形態の変形例としては、つぎの変形例１、２が挙げられる。
【００８５】
（変形例１）
図７に示した変形例１にかかるプラズマ処理装置１０では、リング状の誘電体４１０とリング状の誘電体５２５との間の空間Ｓに連通する排気管５４５とガス供給管５５０とを設けた点にて、排気管５４５しか設けられていない第２実施形態と異なる。
【００８６】
すなわち、変形例１にかかるプラズマ処理装置１０では、ガス供給源８００に接続されたガス供給管５５０、および排気管５４５が、蓋体３００を貫通し空間Ｓと連通している。ガス供給源８００は、ガス供給管５５０に不活性ガス（たとえば、アルゴンガス）を通し、空間Ｓ内部に不活性ガスを充填させる。このとき、空間Ｓ内部に入っていた大気は排気管５４５から不活性ガスにより押し流されて排気され、空間Ｓ内部の雰囲気が不活性ガスに置換される。これにより、大気側の不純物が処理容器内に混入することを防ぐことができる。なお、排気管５４５にはポンプＰを接続し、空間Ｓ内を減圧にした後、ガス供給管５４５から不活性ガスを充填してもよい。
【００８７】
本変形例では、誘電体板３０５の外周面の少なくとも一辺に隣接して凸状部材５５５が設けられている。凸状部材５５５は、誘電体板３０５と蓋部３００ｄとの間にて誘電体板３０５と蓋部３００ｄとを係止する係止部の一例である。これによれば、処理容器１００の外側に吊り上げられている内部導体３１５ａが軸まわりに回転することにより、誘電体板３０５が回転することを防止することができる。
【００８８】
（変形例２）
図８に示した変形例２にかかるプラズマ処理装置１０は、リング状の誘電体５２５、Ｏリング５３０、５４０、クッションリング５３５の組み合わせが、上下に２組設けられている点で、リング状の誘電体５２５とＯリング５３０、５４０、クッションリング５３５の組み合わせと、リング状の誘電体４１０とＯリング４１５ａ、４１５ｂとの組み合わせにより、内部導体３１５ａと処理容器１００との間を真空シールする第２実施形態と異なる。
【００８９】
この組み合わせによっても、内部導体３１５ａと処理容器との間を強固に真空シールすることができるとともに、リング状の誘電体４１０とリング状の誘電体５２５との２点で内部導体３１５ａをガイドするため、内部導体３１５ａの軸がぶれず、誘電体板３０５をしっかりと天井面に密着することができる。さらに、本変形例では、バネ部材としてのＯリング５３０ａ、５３０ｂを２つ設けたので、より強固に内部導体３１５ａを処理容器１００の外側に吊り上げることができる。
【００９０】
また、本変形例では、誘電体板３０５と蓋体３００との間にて誘電体板３０５と蓋体３００とを係止する係止部５６０が設けられている。これによっても、内部導体３１５ａの軸まわりに誘電体板３０５が回転することを防止することができる。なお、係止部５６０は、誘電体板３０５と蓋体３００とに凹凸を設け、凹凸を係合させることにより構成されていてもよい。
【００９１】
上記に説明した各実施形態によれば、バネの弾性力により誘電体板３０５を処理容器１００の内壁に密着させることができる。この結果、異常放電を回避してプラズマを安定に生成することができる。
【００９２】
なお、上記実施形態では、リング状の誘電体４１０の内周面および外周面を真空シールしたが、これに限られない。たとえば、図９に示したように、誘電体板３０５とリング状の誘電体４１０とを一体的に形成してもよい。なお、図９のＸ−Ｘ断面を図１０に示す。図９は、図１０をＹ−Ｙ面にて切断した図である。
【００９３】
金属電極３１０は、その根本が誘電体板３０５の貫通穴３０５ａに挿入されるように伸びていて、同軸管３１５と金属電極３１０とは、同軸管３１５の端部に設けられた雄ネジ３１５ｄと金属電極３１０の根本に設けられた雌ネジ３１０ｂとにより螺合することにより連結している。
【００９４】
図３に示したリング状の誘電体４１０とＯリング４１５ｂとでは、まず、Ｏリング４１５ｂを嵌め込み、その後、リング状の誘電体４１０を装着する。リング状の誘電体４１０を装着するとき、Ｏリング４１５ｂが傷つく場合がある。しかしながら、図９の構造では、誘電体板３０５の上部角がテーパ状になっている。これにより、誘電体板３０５をスムーズに嵌め込むことができるとともに、誘電体板３０５の装着時にＯリング４１５ｂを傷めにくい構造となっている。
【００９５】
なお、誘電体板３０５の内外周面に２つのＯリング４１５ａ、４１５ｂを設ける代わりに、誘電体板３０５の内周面と金属電極３１０との間にＯリング４１５ｂを設け、誘電体板３０５の外周面と蓋体３００との間にＯリング４１５ａを設けるようにしてもよい。これによっても、処理室Ｕの内部を真空シールすることができる。
【００９６】
なお、図１０では、複数の誘電体板３０５の全体を囲む溝３００ａの他に、各誘電体板３０５をそれぞれ囲む複数の溝３００ｄが設けられていて、導体表面波の伝搬を防いでいる。
【００９７】
上記実施形態において、各部の動作はお互いに関連しており、互いの関連を考慮しながら、一連の動作として置き換えることができる。そして、このように置き換えることにより、プラズマ処理装置の発明の実施形態を、プラズマ処理装置の使用方法やプラズマ処理装置のクリーニング方法の実施形態とすることができる。
【００９８】
（周波数の限定）
上記各実施形態にかかるプラズマ処理装置１０を用いて、周波数が１ＧＨｚ以下のマイクロ波をマイクロ波源９００から出力することにより、良好なプラズマ処理を実現できる。その理由を以下に説明する。
【００９９】
化学反応により基板表面に薄膜を堆積させるプラズマＣＶＤプロセスでは、基板表面だけでなく、処理容器内面にも膜が付着する。処理容器内面に付着した膜が剥がれ落ちて基板に付着すると、歩留まりを悪化させる。さらに、処理容器内面に付着した膜から発生した不純物ガスが薄膜に取り込まれ、膜質を悪化させることがある。よって、高品質プロセスを行うためには、チャンバ内面を定期的にクリーニングしなければならない。
【０１００】
シリコン酸化膜やシリコン窒化膜のクリーニングには、Ｆラジカルが良く用いられる。Ｆラジカルは、これらの膜を高速にエッチングする。Ｆラジカルは、ＮＦ３やＳＦ６等のＦを含むガスでプラズマを励起し、ガス分子を分解することにより生成される。ＦとＯとを含む混合ガスでプラズマを励起すると、ＦやＯがプラズマ中の電子と再結合するため、プラズマ中の電子密度が低下する。特に、すべての物質の中で電気陰性度がもっとも大きなＦを含むガスでプラズマを励起すると、電子密度が著しく低下する。
【０１０１】
これを証明するために、発明者は、マイクロ波周波数２．４５ＧＨｚ、マイクロ波電力密度１．６Ｗ／ｃｍ−２、圧力１３．３Ｐａの条件でプラズマを生成して電子密度を計測した。その結果、電子密度は、Ａｒガスの場合には２．３×１０１２ｃｍ−３であったのに対し、ＮＦ３ガスの場合にはそれより一桁以上小さい６．３×１０１０ｃｍ−３であった。
【０１０２】
図１１に示したように、マイクロ波の電力密度を増加させると、プラズマ中の電子密度が増加する。具体的には、電力密度を１．６Ｗ／ｃｍ２から２．４Ｗ／ｃｍ２にすると、プラズマ中の電子密度は６．３×１０１０ｃｍ−３から１．４×１０１１ｃｍ−３まで増加する。
【０１０３】
一方、２．５Ｗ／ｃｍ２以上のマイクロ波を印加すると、誘電体板が加熱して割れたり各部で異常放電する危険性が高まるし、不経済であるため、ＮＦ３ガスでは実用上１．４×１０１１ｃｍ−３以上の電子密度にすることは困難である。すなわち、電子密度が極めて低いＮＦ３ガスでも均一で安定なプラズマを生成するためには、表面波共鳴密度ｎｓが、１．４×１０１１ｃｍ−３以下でなければならない。
【０１０４】
表面波共鳴密度ｎｓは、誘電体板とプラズマとの間を表面波が伝搬可能な最低の電子密度を表し、電子密度が表面波共鳴密度ｎｓよりも小さいと、表面波が伝搬しないため極めて不均一なプラズマしか励起することができない。表面波共鳴密度ｎｓは、式（１）のカットオフ密度ｎｃと式（２）にて示される比例関係がある。
ｎｃ＝ε０ｍｅω２／ｅ２・・・（１）
ｎｓ＝ｎｃ（１＋εｒ）・・・・（２）
ここで、ε０は真空の誘電率、ｍｅは電子の質量、ωはマイクロ波角周波数、ｅは電気素量、εｒは誘電体板の比誘電率である。
【０１０５】
上記式（１）（２）より、表面波共鳴密度ｎｓは、マイクロ波周波数の二乗に比例することが分かる。よって、低い周波数を選択した方が、より低い電子密度でも表面波が伝搬し均一なプラズマが得られる。たとえば、マイクロ波周波数を１／２にすると、１／４の電子密度でも均一なプラズマが得られることになり、マイクロ波周波数の低減はプロセスウィンドウの拡大に極めて有効である。
【０１０６】
表面波共鳴密度ｎｓが、ＮＦガスを用いた場合の実用的な電子密度である１．４×１０１１ｃｍ−３と等しくなる周波数は１ＧＨｚである。すなわち、マイクロ波の周波数として１ＧＨｚ以下を選択すると、どんなガスを用いても実用的な電力密度で均一なプラズマを励起することができる。
【０１０７】
以上から、たとえば、各実施形態にかかるプラズマ処理装置１０のマイクロ波源９００から周波数が１ＧＨｚ以下のマイクロ波を出力することにより、処理容器の外側に向かう力を与える手段（たとえば、コイルバネやＯリング）により吊り上げられるとともに誘電体板を保持するために金属電極と連結した導体棒（たとえば、内部導体３１５ａ）にマイクロ波源９００から出力されたマイクロ波を伝搬させ、導体棒を伝搬したマイクロ波を誘電体板３０５に伝搬させ、誘電体板３０５を透過して処理容器１００に供給されたマイクロ波により処理容器１００に導入された処理ガスを励起させて被処理体（たとえば、基板Ｇ）に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の使用方法とすることができる。
【０１０８】
特に、たとえば、各実施形態にかかるプラズマ処理装置１０のマイクロ波源９００から周波数が１ＧＨｚ以下のマイクロ波を出力することにより、マイクロ波源９００から出力されたマイクロ波を、処理容器の外側に向かう力を与える手段により吊り上げられるとともに誘電体板を保持するために金属電極と連結した導体棒に伝搬させ、導体棒を伝搬したマイクロ波を誘電体板３０５に伝搬させ、誘電体板３０５を透過して処理容器１００に供給されたマイクロ波により処理容器１００に導入されたクリーニングガスを励起させてプラズマ処理装置をクリーニングするプラズマ処理装置のクリーニング方法とすることができる。
【０１０９】
なお、電気学会・マイクロ波プラズマ調査専門委員会編「マイクロ波プラズマの技術」オーム社出版、平成１５年９月２５日発行の序文には、本書では「「マイクロ波帯」は、ＵＨＦ帯の３００ＭＨｚ以上の周波数領域を指している」とあることから、本明細書中においてもマイクロ波の周波数は３００ＭＨｚ以上とする。
【０１１０】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１１１】
たとえば、本発明にかかるプラズマ処理装置に設けられた誘電体板は、角形の複数の誘電体板３０５を有するプラズマ処理装置であってもよく、図１２に示したように、大面積の１枚の円形の誘電体板３０５を有するプラズマ処理装置であってもよい。
【０１１２】
これによれば、一本の内部導体３１５ａに連結された１つの金属電極３１０により１枚の誘電体板３０５が、処理容器１００の天井部に配設される。これによれば、複数の誘電体板３０５を有するプラズマ処理装置の場合と同様に、プロセス中、誘電体板３０５の側面はプラズマに接触する。
【０１１３】
このような状態であれば、誘電体板３０５の側面にて誘電体板３０５が他の部材（たとえば、金属枠など）と接触していた場合に、誘電体板３０５とそれらの部材との隙間にプラズマが入り込み、異常放電が生じる現象を回避することができる。
【０１１４】
本発明にかかるプラズマ処理装置には、第１のバネ部材と第２のバネ部材とを両方用いることもできるし、片方だけ用いることもできるし、これらを複数用いることもできる。また、バネ部材は、第１のバネ部材と第２のバネ部材に限られず、たとえば、磁石であってもよい。
【０１１５】
本発明にかかるプラズマ処理装置は、大面積のガラス基板、円形のシリコンウエハや角型のＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を処理することもできる。
【０１１６】
また、本発明にかかるプラズマ処理装置では、成膜処理、拡散処理、エッチング処理、アッシング処理などのあらゆるプラズマ処理を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるプラズマ処理装置の縦断面図である。
【図２】同実施形態にかかるプラズマ処理装置の天井面を示した図である。
【図３】同実施形態にかかるバネ部材近傍を示した図である。
【図４】本発明の第２実施形態にかかるプラズマ処理装置の縦断面図である。
【図５】同実施形態にかかるバネ部材近傍を示した図である。
【図６】同実施形態にかかる連結部分を拡大した図である。
【図７】第２実施形態の変形例１にかかる連結部分を拡大した図である。
【図８】第２実施形態の変形例２にかかる連結部分を拡大した図である。
【図９】その他の変形例を示した図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ断面図である。
【図１１】マイクロ波の電力密度とプラズマの電子密度との関係を示すグラフである。
【図１２】その他の変形例を示した図である。
【符号の説明】
【０１１８】
１０ プラズマ処理装置
１００ 処理容器
３００ 蓋体
３０５ 誘電体板
３１０ 金属電極
３１５、６００、６２０ 同軸管
３１５ａ、６００ａ、６２０ａ、６７０ａ 内部導体
３２０ 誘電体カバー
４１０ リング状の誘電体
４１５ｂ、４１５ａ Ｏリング
５００ 固定機構
５０５ 支持部材
５１０ 連結部
５１５ バネ部材
５２０ 短絡部
５２５ リング状の誘電体
５３０、５４０ Ｏリング
５３５ クッションリング
５４５ 排気管
５５０ ガス供給管
５５５ 凸状部材
５６０ 係止部
６１０ 分岐板
６７０ 分岐同軸管
７００ 冷媒供給源
８００ ガス供給源
９００ マイクロ波源
Ｕ 処理室
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波によりガスを励起させて被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、
処理容器と、
マイクロ波を出力するマイクロ波源と、
前記処理容器の内壁に設けられ、マイクロ波を透過させて前記処理容器の内部に放出する誘電体板と、
前記誘電体板に隣接し、前記マイクロ波を前記誘電体板に伝搬させる導体棒と、
前記誘電体板を保持するために前記導体棒に連結する金属電極と、
前記導体棒に対して前記処理容器の外側に向かう力を与える手段と、を備えたプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記導体棒に対して前記処理容器の外側に向かう力を与える手段は、バネ部材である請求項１に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記バネ部材は、前記処理容器の蓋部の外側に設けられた第１のバネ部材を含む請求項２に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記第１のバネ部材は、コイル状のバネ部材または板状のバネ部材のいずれかである請求項３に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記第１のバネ部材は、金属バネまたはセラミックバネのいずれかである請求項３または請求項４のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記処理容器の蓋部と前記導体棒との間に第１の誘電部材を備え、
前記バネ部材は、
前記第１の誘電部材と前記処理容器の蓋部との間であって前記誘電体板に向かう面に設けられた第２のバネ部材を含む請求項２〜５のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記第２のバネ部材は、
Ｏリング、Ｃリング、金属バネまたはセラミックバネのいずれかである請求項６に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記第１の誘電部材は、リング状に形成され、前記導体棒が貫通した状態にて一部が前記処理容器の蓋部に埋め込まれている請求項６または請求項７のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記第１の誘電部材と前記導体棒との間であって前記処理容器の外側に向かう面に緩衝部材を備える請求項６〜８のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記緩衝部材は、テフロン（登録商標）により形成されている請求項９に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記第１の誘電部材と前記導体棒との間には、前記第１の誘電部材と前記導体棒との間を封止する第１の封止部材が設けられている請求項６〜１０のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記第２のバネ部材および前記第１の封止部材は、ＯリングまたはＣリングのいずれかである請求項１１に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１３】
内部を前記導体棒が貫通するリング状の第２の誘電部材と、
前記第２の誘電部材と前記処理容器の蓋部との間を封止する第２の封止部材と、
前記導体棒または前記金属電極と前記第２の誘電部材との間を封止する第３の封止部材とを備える請求項１〜１２のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記第２の封止部材および第３の封止部材は、ＯリングまたはＣリングのいずれかである請求項１３に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記第１の誘電部材と前記第２の誘電部材との間の空間は、所定の真空度に保持されている請求項１３または請求項１４のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１６】
前記第１の誘電部材と前記第２の誘電部材との間の空間には、不活性ガスが充填されている請求項１３〜１５のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１７】
前記第１の誘電部材および前記第２の誘電部材は、石英またはアルミナから形成されている請求項１３〜１６のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１８】
前記誘電体板には、前記誘電体板と前記処理容器の蓋部との間にて前記誘電体板と前記処理容器の蓋部とを係止する係止部が設けられている請求項１〜１７のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１９】
前記係止部は、前記誘電体板の外周面に隣接して前記処理容器の内壁に固定された凸状部材を含む請求項１８に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項２０】
前記処理容器および前記導体棒は、金属によりそれぞれ形成され、
前記導体棒が前記処理容器の蓋部を貫通する部分に前記導体棒と前記蓋部とを短絡させる短絡部を備える請求項１〜１９に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項２１】
前記蓋部および前記導体棒は、金属によりそれぞれ形成され、
前記導体棒と前記蓋部とを短絡させる短絡部を備え、前記バネ部材は、前記短絡部の外側に設けられた第１のバネ部材を含む請求項２〜１９に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項２２】
前記導体棒は、前記短絡部にて前記処理容器の蓋部に対して摺動可能に係合している請求項２０または２１のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項２３】
前記短絡部は、金属コイルまたは金属ブラシである請求項２０〜２２のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項２４】
プロセス中、前記誘電体板の側面は、プラズマに接触する請求項１〜２３のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項２５】
前記導体棒の内部には、前記導体棒を冷却する冷却機構が設けられている請求項１〜２４のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項２６】
前記誘電体板、前記導体棒および前記金属電極は、それぞれ複数設けられ、
各導体棒は、各誘電体板の略中央に設けられた前記穴部を介して各金属電極とそれぞれ連結する請求項１〜２５のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項２７】
前記マイクロ波源は、周波数が１ＧＨｚ以下のマイクロ波を出力する請求項１〜２６のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項２８】
前記導体棒は、銅から形成されている請求項１〜２７のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項２９】
前記誘電体板は、アルミナから形成されている請求項１〜２８のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項３０】
マイクロ波源から周波数が１ＧＨｚ以下のマイクロ波を出力し、
前記導体棒に対して前記処理容器の外側に向かう力を与える手段により吊り上げられるとともに誘電体板を保持するために金属電極と連結した導体棒に前記マイクロ波を伝搬させ、
前記導体棒を伝搬したマイクロ波を前記導体棒に隣接した前記誘電体板に伝搬させ、
前記誘電体板を透過して前記処理容器に導入されたマイクロ波により処理ガスを励起させて被処理体に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の使用方法。
【請求項３１】
マイクロ波源から周波数が１ＧＨｚ以下のマイクロ波を出力し、
前記導体棒に対して前記処理容器の外側に向かう力を与える手段により吊り上げられるとともに誘電体板を保持するために金属電極と連結した導体棒に前記マイクロ波を伝搬させ、
前記導体棒を伝搬したマイクロ波を前記導体棒に隣接した前記誘電体板に伝搬させ、
前記誘電体板を透過して前記処理容器に導入されたマイクロ波によりクリーニングガスを励起させてプラズマ処理装置をクリーニングするプラズマ処理装置のクリーニング方法。
【請求項１】
マイクロ波によりガスを励起させて被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、
処理容器と、
マイクロ波を出力するマイクロ波源と、
前記処理容器の内壁に設けられ、マイクロ波を透過させて前記処理容器の内部に放出する誘電体板と、
前記誘電体板に隣接し、前記マイクロ波を前記誘電体板に伝搬させる導体棒と、
前記誘電体板を保持するために前記導体棒に連結する金属電極と、
前記導体棒に対して前記処理容器の外側に向かう力を与える手段と、を備えたプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記導体棒に対して前記処理容器の外側に向かう力を与える手段は、バネ部材である請求項１に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記バネ部材は、前記処理容器の蓋部の外側に設けられた第１のバネ部材を含む請求項２に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記第１のバネ部材は、コイル状のバネ部材または板状のバネ部材のいずれかである請求項３に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記第１のバネ部材は、金属バネまたはセラミックバネのいずれかである請求項３または請求項４のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記処理容器の蓋部と前記導体棒との間に第１の誘電部材を備え、
前記バネ部材は、
前記第１の誘電部材と前記処理容器の蓋部との間であって前記誘電体板に向かう面に設けられた第２のバネ部材を含む請求項２〜５のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記第２のバネ部材は、
Ｏリング、Ｃリング、金属バネまたはセラミックバネのいずれかである請求項６に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記第１の誘電部材は、リング状に形成され、前記導体棒が貫通した状態にて一部が前記処理容器の蓋部に埋め込まれている請求項６または請求項７のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記第１の誘電部材と前記導体棒との間であって前記処理容器の外側に向かう面に緩衝部材を備える請求項６〜８のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記緩衝部材は、テフロン（登録商標）により形成されている請求項９に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記第１の誘電部材と前記導体棒との間には、前記第１の誘電部材と前記導体棒との間を封止する第１の封止部材が設けられている請求項６〜１０のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記第２のバネ部材および前記第１の封止部材は、ＯリングまたはＣリングのいずれかである請求項１１に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１３】
内部を前記導体棒が貫通するリング状の第２の誘電部材と、
前記第２の誘電部材と前記処理容器の蓋部との間を封止する第２の封止部材と、
前記導体棒または前記金属電極と前記第２の誘電部材との間を封止する第３の封止部材とを備える請求項１〜１２のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記第２の封止部材および第３の封止部材は、ＯリングまたはＣリングのいずれかである請求項１３に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記第１の誘電部材と前記第２の誘電部材との間の空間は、所定の真空度に保持されている請求項１３または請求項１４のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１６】
前記第１の誘電部材と前記第２の誘電部材との間の空間には、不活性ガスが充填されている請求項１３〜１５のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１７】
前記第１の誘電部材および前記第２の誘電部材は、石英またはアルミナから形成されている請求項１３〜１６のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１８】
前記誘電体板には、前記誘電体板と前記処理容器の蓋部との間にて前記誘電体板と前記処理容器の蓋部とを係止する係止部が設けられている請求項１〜１７のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１９】
前記係止部は、前記誘電体板の外周面に隣接して前記処理容器の内壁に固定された凸状部材を含む請求項１８に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項２０】
前記処理容器および前記導体棒は、金属によりそれぞれ形成され、
前記導体棒が前記処理容器の蓋部を貫通する部分に前記導体棒と前記蓋部とを短絡させる短絡部を備える請求項１〜１９に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項２１】
前記蓋部および前記導体棒は、金属によりそれぞれ形成され、
前記導体棒と前記蓋部とを短絡させる短絡部を備え、前記バネ部材は、前記短絡部の外側に設けられた第１のバネ部材を含む請求項２〜１９に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項２２】
前記導体棒は、前記短絡部にて前記処理容器の蓋部に対して摺動可能に係合している請求項２０または２１のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項２３】
前記短絡部は、金属コイルまたは金属ブラシである請求項２０〜２２のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項２４】
プロセス中、前記誘電体板の側面は、プラズマに接触する請求項１〜２３のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項２５】
前記導体棒の内部には、前記導体棒を冷却する冷却機構が設けられている請求項１〜２４のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項２６】
前記誘電体板、前記導体棒および前記金属電極は、それぞれ複数設けられ、
各導体棒は、各誘電体板の略中央に設けられた前記穴部を介して各金属電極とそれぞれ連結する請求項１〜２５のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項２７】
前記マイクロ波源は、周波数が１ＧＨｚ以下のマイクロ波を出力する請求項１〜２６のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項２８】
前記導体棒は、銅から形成されている請求項１〜２７のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項２９】
前記誘電体板は、アルミナから形成されている請求項１〜２８のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項３０】
マイクロ波源から周波数が１ＧＨｚ以下のマイクロ波を出力し、
前記導体棒に対して前記処理容器の外側に向かう力を与える手段により吊り上げられるとともに誘電体板を保持するために金属電極と連結した導体棒に前記マイクロ波を伝搬させ、
前記導体棒を伝搬したマイクロ波を前記導体棒に隣接した前記誘電体板に伝搬させ、
前記誘電体板を透過して前記処理容器に導入されたマイクロ波により処理ガスを励起させて被処理体に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の使用方法。
【請求項３１】
マイクロ波源から周波数が１ＧＨｚ以下のマイクロ波を出力し、
前記導体棒に対して前記処理容器の外側に向かう力を与える手段により吊り上げられるとともに誘電体板を保持するために金属電極と連結した導体棒に前記マイクロ波を伝搬させ、
前記導体棒を伝搬したマイクロ波を前記導体棒に隣接した前記誘電体板に伝搬させ、
前記誘電体板を透過して前記処理容器に導入されたマイクロ波によりクリーニングガスを励起させてプラズマ処理装置をクリーニングするプラズマ処理装置のクリーニング方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−３０５７３６（Ｐ２００８−３０５７３６Ａ）
【公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１５３５５２（Ｐ２００７−１５３５５２）
【出願日】平成１９年６月１１日（２００７．６．１１）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月１１日（２００７．６．１１）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【Ｆターム（参考）】
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