JP2007028387A

JP2007028387A - Microwave directional coupler, plasma generation device and plasma treatment device

Info

Publication number: JP2007028387A
Application number: JP2005209963A
Authority: JP
Inventors: Yoshizo Tsugami; 芳三津上; Petrov Ganashev Ivan; ペトロフガナシェフイヴァン
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2005-07-20
Filing date: 2005-07-20
Publication date: 2007-02-01
Anticipated expiration: 2025-07-20
Also published as: JP4600928B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microwave directional coupler capable of adjusting a microwave coupling degree and obtaining high directionality even in a small coupling degree, plasma generation device comprising the same, and plasma treatment device. <P>SOLUTION: The present invention relates to a directional coupler which is provided between a first space and a second space and introduces a microwave from the first space to the second space, and comprises first and second holes for communicating the first space and the second space, respectively and in which areas of opening of the first and second holes are variable, plasma generation device comprising the same and plasma treatment device. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、マイクロ波方向性結合器、プラズマ発生装置及びプラズマ処理装置に関し、特に、一定の強度のマイクロ波の進行波による波動場が形成されるよう方向性結合器の結合度が調整でき、また、結合度が大きい時も方向性を最大にできるマイクロ波方向性結合器及びこれを備えたプラズマ発生装置、プラズマ処理装置に関する。 The present invention relates to a microwave directional coupler, a plasma generation apparatus, and a plasma processing apparatus, and in particular, the coupling degree of the directional coupler can be adjusted so that a wave field is generated by a traveling wave of a microwave having a constant intensity. The present invention also relates to a microwave directional coupler capable of maximizing directivity even when the degree of coupling is high, a plasma generation apparatus including the same, and a plasma processing apparatus.

プラズマを利用したドライプロセスは、半導体製造装置、金属部品の表面硬化、プラスチック部品の表面活性化、無薬剤殺菌など、幅広い技術分野において活用されている。例えば、半導体や液晶ディスプレイなどの製造に際しては、アッシング、ドライエッチング、薄膜堆積あるいは表面改質などの各種のプラズマ処理が用いられている。プラズマを利用したドライプロセスは、低コストで、高速であり、薬剤を用いないために環境汚染を低減できる点でも有利である。 The dry process using plasma is used in a wide range of technical fields such as semiconductor manufacturing equipment, surface hardening of metal parts, surface activation of plastic parts, and non-chemical sterilization. For example, in manufacturing semiconductors and liquid crystal displays, various plasma treatments such as ashing, dry etching, thin film deposition, or surface modification are used. The dry process using plasma is advantageous in that it is low-cost, high-speed, and can reduce environmental pollution because it does not use chemicals.

このようなプラズマ処理を行う装置の代表的なものとして、波長数１００ＭＨｚ〜数１０ＧＨｚのマイクロ波によりプラズマを励起する「マイクロ波励起型」のプラズマ処理装置がある。マイクロ波励起型のプラズマ源は、高周波プラズマ源などに比べてプラズマ電位が低いので、ダメージ無しのレジスト・アッシング（resist ashing）や、バイアス電圧を印加した異方性エッチングなどに広く使われる。 As a typical apparatus for performing such plasma processing, there is a “microwave excitation type” plasma processing apparatus that excites plasma with microwaves having a wavelength of several hundred MHz to several tens GHz. A microwave excitation type plasma source has a lower plasma potential than a high-frequency plasma source, and is therefore widely used for resist ashing without damage and anisotropic etching with a bias voltage applied.

処理すべき半導体ウェーハや液晶ディスプレイ用ガラス基板は、年々大面積化が進められているため、これらをプラズマ処理するために大面積にわたって密度が高く且つ均一なプラズマ発生装置が必要とされている。 Semiconductor wafers to be processed and glass substrates for liquid crystal displays have been increasing in area year by year, so that a plasma generating apparatus having a high density and a uniform density over a large area is required to perform plasma processing on these.

このような要求に対して、プラズマ発生室の周囲に環状の導波管を配置した構成が開示されている（特許文献１、特許文献２）。 In response to such a requirement, a configuration in which an annular waveguide is disposed around the plasma generation chamber is disclosed (Patent Documents 1 and 2).

図２１は、特許文献１に開示された環状導波管を表す模式図である。同図の構成において、図示しないプラズマ発生室は、環状導波管５０３の中央に配置される。マイクロ波電源から導入されたマイクロ波５２３は、分配ブロック５２１で左右に２分配され、自由空間よりも長い管内波長をもって伝搬する。このように伝搬するマイクロ波は、管内波長の１／２または１／４毎に設置されたスロット５２２から漏れ波５２５として放出される。そして、この環状導波管の内側に配置されたプラズマ発生室内に、誘電体透過窓などを介して導入される。 FIG. 21 is a schematic diagram showing the annular waveguide disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG. In the configuration shown in the figure, a plasma generation chamber (not shown) is arranged at the center of the annular waveguide 503. Microwaves 523 introduced from the microwave power source are distributed to the left and right by the distribution block 521 and propagate with a longer in-tube wavelength than free space. The microwave propagating in this way is emitted as a leaky wave 525 from a slot 522 installed every 1/2 or 1/4 of the guide wavelength. And it introduce | transduces through a dielectric permeation | transmission window etc. in the plasma generation chamber arrange | positioned inside this annular waveguide.

図２１に例示したような環状導波管を用いると、従来のアンテナ式のプラズマ発生装置などと比較して、より大面積に亘ってプラズマを生成できる可能性がある。しかし、図２１に例示したプラズマ発生装置の環状導波管の中に形成されるマイクロ波は定在的な波動場を形成し、この定在的な波動場からの漏れ波を取り出すという発想に基づいている。これは、例えば、管内波長の１／４の間隔で設けられた複数の狭いスロット５２２からマイクロ波を取り出すという構成からも明らかである。そのため、この定在波による波動場においてマイクロ波のモードが突発的に変化する「定在波モードジャンプ」が生ずるという問題が生じていた。 When an annular waveguide as illustrated in FIG. 21 is used, there is a possibility that plasma can be generated over a larger area as compared with a conventional antenna-type plasma generator. However, the microwave formed in the annular waveguide of the plasma generator illustrated in FIG. 21 forms a standing wave field, and the idea is to extract leakage waves from this standing wave field. Is based. This is apparent from, for example, a configuration in which microwaves are taken out from a plurality of narrow slots 522 provided at intervals of ¼ of the guide wavelength. Therefore, there has been a problem that a “standing wave mode jump” in which the microwave mode suddenly changes occurs in the wave field due to the standing wave.

また、複数のスロットを介してマイクロ波をチャンバ内に導入する場合、これらスロットのインピーダンスがプラズマの電子密度に依存して変動するという問題が生じ、マイクロ波を平分できず、その結果として、チャンバ内に均一にマイクロ波を導入することができないため、均一なプラズマを形成することが困難となる問題も生じていた。 In addition, when microwaves are introduced into the chamber through a plurality of slots, the problem arises that the impedance of these slots fluctuates depending on the electron density of the plasma, and the microwaves cannot be equally divided. Since microwaves cannot be uniformly introduced into the inside, there has been a problem that it is difficult to form uniform plasma.

このような定在波を形成するシステムとは別に、特許文献２に示す技術が開示されている。これは、環状導波管内にマイクロ波の無端環状の進行波を形成する技術である。
特開平９−３０６９００号公報特開２００２−２０３８４４号公報 Aside from such a system that forms a standing wave, a technique disclosed in Patent Document 2 is disclosed. This is a technique for forming an endless annular traveling wave of microwaves in an annular waveguide.
Japanese Patent Laid-Open No. 9-306900 JP 2002-203844 A

本発明は、マイクロ波の結合度が調整でき、また、結合度が小さい時も大きい時も高い方向性が得られるマイクロ波方向性結合器、及びこれを備えたプラズマ発生装置、プラズマ処理装置を提供するものである。 The present invention relates to a microwave directional coupler capable of adjusting the degree of coupling of microwaves and obtaining high directionality when the degree of coupling is small and large, and a plasma generator and a plasma processing apparatus provided with the same. It is to provide.

本発明の一態様によれば、
第１の空間と第２の空間との間に設けられ、前記第１の空間から前記第２の空間にマイクロ波を導入する方向性結合器であって、
前記第１の空間と前記第２の空間とをそれぞれ連通する第１及び第２の孔を備え、前記第１及び第２の孔の開口の面積が可変とされたことを特徴とするマイクロ波方向性結合器が提供される。 According to one aspect of the invention,
A directional coupler that is provided between the first space and the second space and introduces a microwave from the first space to the second space;
A microwave comprising first and second holes communicating with each of the first space and the second space, wherein an opening area of the first and second holes is variable. A directional coupler is provided.

また、本発明の他の一態様によれば、
上記のマイクロ波方向性結合器と、
前記第１の空間を形成する導入導波管と、
前記第２の空間を形成する環状進行波共振器と、
プラズマ発生室と、
前記環状共振器からマイクロ波を分配する複数の結合器と、
前記複数の結合器のそれぞれに結合され、前記プラズマ発生室にマイクロ波を導入する複数のアプリケータと、
を備え、
前記複数のアプリケータから前記プラズマ発生室に導入されたマイクロ波によりプラズマを生成可能としたことを特徴とするプラズマ発生装置が提供される。 According to another aspect of the present invention,
The above microwave directional coupler;
An introduction waveguide forming the first space;
An annular traveling wave resonator forming the second space;
A plasma generation chamber;
A plurality of couplers for distributing microwaves from the annular resonator;
A plurality of applicators coupled to each of the plurality of couplers for introducing microwaves into the plasma generation chamber;
With
There is provided a plasma generation apparatus characterized in that plasma can be generated by microwaves introduced into the plasma generation chamber from the plurality of applicators.

また、本発明のさらに他の一態様によれば、
上記のプラズマ発生装置を備え、
前記アプリケータを介して導入されたマイクロ波により生成された前記プラズマによって被処理物のプラズマ処理を実施可能としたことを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。 According to yet another aspect of the present invention,
Comprising the above plasma generator,
There is provided a plasma processing apparatus characterized in that plasma processing of an object to be processed can be performed by the plasma generated by the microwave introduced through the applicator.

以上詳述したように、本発明によれば、一定の強度のマイクロ波の進行波による波動場が形成されるよう方向性結合器の結合度が調整でき、また、結合度が大きい方向性結合器であっても方向性を最大とできるマイクロ波方向性結合器及びこれを備えたプラズマ発生装置、プラズマ処理装置を提供することができ、産業上のメリットは多大である。 As described above in detail, according to the present invention, the coupling degree of the directional coupler can be adjusted so that a wave field is generated by a traveling wave of a microwave having a constant intensity, and the directional coupling having a large coupling degree is possible. A microwave directional coupler capable of maximizing directivity even with a vessel, a plasma generator and a plasma processing apparatus including the same can be provided, and the industrial merit is great.

以下、本発明の実施の形態について、具体例を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態にかかるプラズマ発生装置の基本構成を説明するための概念図である。
このプラズマ発生装置は、導入導波管７０と、方向性結合器２０と、環状進行波共振器１０と、複数の結合器４２と、これら結合器４２のそれぞれに結合されたアプリケータ５０と、アプリケータ５０に接続されたプラズマ発生室６０と、を有する。図示しないマイクロ波電源から出力されたマイクロ波Ｍは、導入導波管７０から方向性結合器２０を介して環状進行波共振器１０に導入され、進行波共振が励起される。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to specific examples.
FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining a basic configuration of a plasma generator according to an embodiment of the present invention.
The plasma generator includes an introduction waveguide 70, a directional coupler 20, an annular traveling wave resonator 10, a plurality of couplers 42, and an applicator 50 coupled to each of the couplers 42. And a plasma generation chamber 60 connected to the applicator 50. A microwave M output from a microwave power source (not shown) is introduced from the introduction waveguide 70 through the directional coupler 20 to the annular traveling wave resonator 10 to excite traveling wave resonance.

方向性結合器２０は、環状進行波共振器１０を循環して伝搬しうる相反する２方向のうちのいずれかの方向の伝搬成分のみが励起されるように、導入導波管７０と環状進行波共振器１０とを結合する。つまり、マイクロ波パワーは、導入導波管７０から方向性結合器２０を介して環状進行波共振器１０に供給され、環状進行波共振器１０を一方向に循環する進行波の伝搬成分を励起する。 The directional coupler 20 is connected to the introduction waveguide 70 in an annular manner so that only a propagation component in one of two opposite directions that can circulate and propagate through the annular traveling wave resonator 10 is excited. The wave resonator 10 is coupled. That is, the microwave power is supplied from the introduction waveguide 70 to the annular traveling wave resonator 10 through the directional coupler 20 and excites the traveling wave propagation component circulating in the annular traveling wave resonator 10 in one direction. To do.

このような環状進行波共振器１０には複数の結合器４２が結合され、この結合器４２からアプリケータ５０を介してプラズマ発生室６０にマイクロ波が導入される。すなわち、環状進行波共振器１０の内部には導波空間が形成され、ここをマイクロ波の進行波が共振条件で伝搬する。そして、このマイクロ波の一部が、結合器４２を介して取り出され、アプリケータ５０を介してプラズマ発生室６０に導入され、プラズマＰが生成され維持される。つまり、環状進行波共振器１０において形成される進行波のパワーを複数の結合器４２に分配して取り出すことができる。 A plurality of couplers 42 are coupled to the annular traveling wave resonator 10, and microwaves are introduced from the couplers 42 into the plasma generation chamber 60 through the applicator 50. That is, a waveguide space is formed inside the annular traveling wave resonator 10, and a traveling wave of the microwave propagates under a resonance condition. A part of the microwave is taken out through the coupler 42 and introduced into the plasma generation chamber 60 through the applicator 50, and the plasma P is generated and maintained. That is, the traveling wave power formed in the annular traveling wave resonator 10 can be distributed to the plurality of couplers 42 and extracted.

このシステムにおいては、形成された進行波が環状進行波共振器１０において共振するための条件が満たされることが望ましい。具体的には、環状進行波共振器１０の管路と内部部品は、その内部を伝搬する前記進行波の一周位相差が３６０度の整数倍と実質的に等しくなるように形成されている。環状進行波共振器１０の中を伝搬するマイクロ波進行波の管内波長は、プラズマ発生室６０のサイズや、放電空間において生成されるプラズマなどの条件に応じて適宜決定することができる。すなわち、環状進行波共振器１０は、プラズマ発生室６０に付設された状態でマイクロ波が共振する際の管内波長の整数倍の経路長を有し、マイクロ波が環状進行波共振器１０内を一周してその波の位相が変わらないようにすればよい。 In this system, it is desirable that the conditions for the formed traveling wave to resonate in the annular traveling wave resonator 10 are satisfied. Specifically, the pipe and internal components of the annular traveling wave resonator 10 are formed such that the round-trip phase difference of the traveling wave propagating through the inside is substantially equal to an integral multiple of 360 degrees. The in-tube wavelength of the microwave traveling wave propagating through the annular traveling wave resonator 10 can be appropriately determined according to the size of the plasma generation chamber 60 and the conditions such as the plasma generated in the discharge space. That is, the annular traveling wave resonator 10 has a path length that is an integral multiple of the in-tube wavelength when the microwave resonates in the state attached to the plasma generation chamber 60, and the microwave passes through the annular traveling wave resonator 10. It is only necessary to make a round so that the phase of the wave does not change.

そして、このような経路長を有する環状進行波共振器１０の内をマイクロ波が進行波として伝搬すると、共振が生じてその強度が高くなる。このような共振状態の進行波からプラズマ発生室６０内にマイクロ波を導入することにより、均一で高い強度のプラズマを形成することが可能となる。また、機械的な精度などの要因により、環状進行波共振器１０の共振周波数がずれる場合には、図示しない位相調節器と強度モニタとを設けて、位相差調整により共振周波数を調節することもできる。 Then, when the microwave propagates as a traveling wave in the annular traveling wave resonator 10 having such a path length, resonance occurs and its strength increases. By introducing a microwave into the plasma generation chamber 60 from such a traveling wave in a resonance state, it is possible to form a uniform and high-strength plasma. In addition, when the resonance frequency of the annular traveling wave resonator 10 is shifted due to factors such as mechanical accuracy, a phase adjuster and an intensity monitor (not shown) may be provided to adjust the resonance frequency by adjusting the phase difference. it can.

図２は、方向性結合器２０の作用を説明するための概念図である。
すなわち、方向性結合器２０は、例えば、入力ポート２１と出力ポート２２とを有する。入力ポート２１から環状進行波共振器１０にマイクロ波成分Ｍ２が入力され、環状進行波共振器１０から出力ポート２２にマイクロ波成分Ｍ３が出力される。そして、方向性結合器２０の出力ポート２２からの出力は、整合（マッチング）されたダミーロード（dummy load）７２により吸収される。 FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining the operation of the directional coupler 20.
That is, the directional coupler 20 has, for example, an input port 21 and an output port 22. The microwave component M 2 is input from the input port 21 to the annular traveling wave resonator 10, and the microwave component M 3 is output from the annular traveling wave resonator 10 to the output port 22. The output from the output port 22 of the directional coupler 20 is absorbed by a matched dummy load 72.

方向性結合器２０と環状進行波共振器１０においては、導入導波管７０を伝搬するマイクロ波成分Ｍ１と環状進行波共振器１０から導波管７０に出力されたマイクロ波成分Ｍ３との振幅が同じで位相が反転しており、同時に、導入導波管７０から環状進行波共振器１０に入力されるマイクロ波成分Ｍ２と環状進行波共振器１０を伝搬するマイクロ波成分Ｍ４の位相が同一となるように位相条件が調節されている。このようなマッチングが形成されている場合、マイクロ波成分Ｍ１とＭ３とは逆相となり打ち消し合うため、ダミーロード７２におけるマイクロ波のパワーは最低となり、導入導波管７０における反射波は実質的に存在しない。 In the directional coupler 20 and the annular traveling wave resonator 10, the amplitudes of the microwave component M 1 propagating through the introduction waveguide 70 and the microwave component M 3 output from the annular traveling wave resonator 10 to the waveguide 70. And the phases of the microwave component M2 input from the introduction waveguide 70 to the annular traveling wave resonator 10 and the microwave component M4 propagating through the annular traveling wave resonator 10 are the same. The phase condition is adjusted so that When such a matching is formed, the microwave components M1 and M3 are out of phase and cancel each other, so that the microwave power in the dummy load 72 is the lowest, and the reflected wave in the introduction waveguide 70 is substantially reduced. not exist.

以上説明したように、方向性結合器２０を介して環状進行波共振器１０を励起することにより、環状進行波共振器１０に一方向のマイクロ波成分のみが供給されて、進行波による波動場が形成される。換言すると、環状進行波共振器１０において、反射波の導入による定在波の形成を防ぐことができる。 As described above, by exciting the traveling traveling wave resonator 10 via the directional coupler 20, only the unidirectional microwave component is supplied to the traveling traveling wave resonator 10, and the wave field caused by the traveling wave is supplied. Is formed. In other words, in the traveling wave resonator 10, the formation of a standing wave due to the introduction of the reflected wave can be prevented.

このように形成された進行波の共振励起は、図２１に関して前述したような環状導波管を用いたプラズマ発生装置では得られないものである。すなわち、図２１に表した環状導波管５０３の場合、導波管に導入されたマイクロ波５２３は、入り口に設けられた分配ブロック５２１により左右に２分配され、互いに反対方向に進行する。従って、これら分配された波どうしが干渉して定在波が形成される。このような定在波を取り出すために、環状導波管５０３に設けられるスロット５２２の間隔は、定在波の波長の１／２または１／４としなければならない。そして、このような定在波が形成されるとその振幅の強弱に対応して、プラズマの強度にも不均一が生じてしまう。 Resonant excitation of traveling waves formed in this way cannot be obtained with a plasma generator using an annular waveguide as described above with reference to FIG. That is, in the case of the annular waveguide 503 shown in FIG. 21, the microwaves 523 introduced into the waveguide are distributed into the left and right by the distribution block 521 provided at the entrance, and proceed in opposite directions. Therefore, these distributed waves interfere with each other to form a standing wave. In order to extract such a standing wave, the interval between the slots 522 provided in the annular waveguide 503 must be 1/2 or 1/4 of the wavelength of the standing wave. When such a standing wave is formed, the intensity of the plasma also becomes non-uniform corresponding to the magnitude of the amplitude.

これに対して、本実施形態によれば、環状進行波共振器１０に対して整合がとれた方向性結合器２０を介してマイクロ波を供給することにより、反射波の影響を排除して、環状進行波共振器１０中に進行波によるマイクロ波の波動場を形成することができる。さらに、このようにして形成されるマイクロ波の進行波が共振するように、環状進行波共振器１０を構成することにより、均一で高い強度のプラズマを発生させることができる。 On the other hand, according to the present embodiment, the influence of the reflected wave is eliminated by supplying the microwave via the directional coupler 20 that is matched to the annular traveling wave resonator 10. A microwave wave field by a traveling wave can be formed in the annular traveling wave resonator 10. Furthermore, by forming the annular traveling wave resonator 10 so that the microwave traveling wave formed in this manner resonates, it is possible to generate uniform and high-strength plasma.

次に方向性結合器２０の結合度について説明する。 Next, the coupling degree of the directional coupler 20 will be described.

マイクロ波の進行波が環状進行波共振器１０を一周すると、マイクロ波のパワーの一部は、全ての結合器４２からアプリケータ５０を介してプラズマ発生室６０内に導入されて、プラズマＰに吸収される。そのため、マイクロ波パワーはプラズマＰに吸収された分だけ減衰する。この時、環状進行波共振器１０を一周する間にプラズマＰに吸収されたマイクロ波のパワーは、方向性結合器２０を介して導入導波管７０から補充されなければならない。もし、この補充量に過不足があると、環状進行波共振器１０において、常に一定の強度のマイクロ波の進行波による波動場が形成されなくなるからである。 When the microwave traveling wave goes around the annular traveling wave resonator 10, a part of the microwave power is introduced into the plasma generation chamber 60 from all the couplers 42 through the applicator 50, and enters the plasma P. Absorbed. Therefore, the microwave power is attenuated by the amount absorbed by the plasma P. At this time, the power of the microwave absorbed in the plasma P while making a round of the traveling wave resonator 10 must be replenished from the introduction waveguide 70 via the directional coupler 20. This is because, if the replenishment amount is excessive or insufficient, a wave field due to a traveling wave of a microwave having a constant intensity is not always formed in the annular traveling wave resonator 10.

従って、方向性結合器２０の結合度を、導入導波管７０から環状進行波共振器１０に導入されるマイクロ波のパワーと、環状進行波共振器１０における減衰量と、がバランスするような値に設定する。 Accordingly, the degree of coupling of the directional coupler 20 is such that the power of the microwave introduced from the introduction waveguide 70 to the annular traveling wave resonator 10 and the attenuation in the annular traveling wave resonator 10 are balanced. Set to value.

いいかえれば、方向性結合器２０の結合度を適正値に設定すれば、環状進行波共振器１０におけるマイクロ波のパワーの出入りがバランスし、常に一定の強度のマイクロ波の進行波による波動場が形成される。 In other words, if the degree of coupling of the directional coupler 20 is set to an appropriate value, the power input / output of the microwave in the annular traveling wave resonator 10 is balanced, and the wave field due to the traveling wave of the microwave having a constant intensity is always generated. It is formed.

この場合、環状進行波共振器１０におけるマイクロ波パワーの出入りがバランスするように、方向性結合器２０の結合度の適正値をあらかじめ実験などで求めても、マイクロ波電源の周波数変動、導入導波管７０や環状進行波共振器１０などの形状寸法誤差、環境温度の変化などの要因により適正値がずれてしまうという問題があった。 In this case, even if an appropriate value of the degree of coupling of the directional coupler 20 is obtained in advance by experiments or the like so that the input / output of the microwave power in the annular traveling wave resonator 10 is balanced, There has been a problem that the appropriate values are shifted due to factors such as the shape dimension error of the wave tube 70 and the annular traveling wave resonator 10 and the change of the environmental temperature.

この問題に対して、本実施形態によれば、方向性結合器２０の孔の開口面積を適宜変えることにより適正値を得ることができる。
図３は、方向性結合器２０の孔の開口面積を適宜変える第一の具体例を例示するための概念図である。
導入導波管７０と環状進行波共振器１０との接合部には方向性結合器２０が設けられている。そして、方向性結合器２０は、所定の距離を置いた二つの孔２０ａを有する。なお、図３に示す孔２０ａの形状は矩形であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他、円形、楕円形、多角形、十字型など種々の形状を採用できる。また、孔２０ａの数も二つに限定されるものではなく、一つあるいは三つ以上でも良い。ただし、後に詳述するように、方向性を高くするためには、複数の孔を設けることが望ましい。 With respect to this problem, according to the present embodiment, an appropriate value can be obtained by appropriately changing the opening area of the hole of the directional coupler 20.
FIG. 3 is a conceptual diagram for illustrating a first specific example in which the opening area of the hole of the directional coupler 20 is appropriately changed.
A directional coupler 20 is provided at the junction between the introduction waveguide 70 and the annular traveling wave resonator 10. The directional coupler 20 has two holes 20a spaced apart from each other by a predetermined distance. Although the shape of the hole 20a shown in FIG. 3 is a rectangle, the present invention is not limited to this, and various other shapes such as a circle, an ellipse, a polygon, and a cross can be employed. Further, the number of holes 20a is not limited to two, and may be one or three or more. However, as will be described later in detail, it is desirable to provide a plurality of holes in order to increase directionality.

本具体例においては、二つの孔２０ａを覆うような位置に、板状体２３が取り付けられている。板状体２３は図示しない板状体移動手段により、導入導波管７０内のマイクロ波Ｍの進行方向に対して略直角な方向に移動可能とされている。板状体は、通常、導入導波管７０と同じ材質とされるが（一般的にはアルミニウムなどの金属である）、これに限定されるものではなく、マイクロ波Ｍが透過しにくい材料であれば良い。
なお、板状体２３の取り付け位置は導入導波管７０の内面側、環状進行波共振器１０の内面側、導入導波管７０と環状進行波共振器１０の間に設けても良い。
本具体例によれば、板状体２３をスライドさせることにより孔２０ａの開口面積を変化させ、導入導波管７０から環状進行波共振器１０に供給されるマイクロ波Ｍの結合度を調整できる。つまり、孔２０ａの開口を大きくすれば結合度は高く、開口を小さくすれば結合度は低くなる。このようにして、結合度を最適な値に調節できる。 In this specific example, a plate-like body 23 is attached at a position that covers the two holes 20a. The plate-like body 23 can be moved in a direction substantially perpendicular to the traveling direction of the microwave M in the introduction waveguide 70 by a plate-like body moving means (not shown). The plate-like body is usually made of the same material as that of the introduction waveguide 70 (generally, a metal such as aluminum), but is not limited to this, and is made of a material that does not easily transmit the microwave M. I need it.
Note that the plate-like body 23 may be attached at the inner surface side of the introduction waveguide 70, the inner surface side of the annular traveling wave resonator 10, or between the introduction waveguide 70 and the annular traveling wave resonator 10.
According to this specific example, the opening area of the hole 20 a is changed by sliding the plate-like body 23, and the coupling degree of the microwave M supplied from the introduction waveguide 70 to the annular traveling wave resonator 10 can be adjusted. . That is, if the opening of the hole 20a is enlarged, the degree of coupling is high, and if the opening is small, the degree of coupling is low. In this way, the degree of coupling can be adjusted to an optimum value.

図４は、方向性結合器２０の孔の開口面積を適宜変える第二の具体例を例示するための概念図である。同図については、図３に関して前述したものと同様な要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
本具体例は、図３の具体例と比較すると、板状体２４が孔２０ａ毎にそれぞれ設けられている点と、板状体２４の移動方向がマイクロ波Ｍの進行方向に対して略平行な方向である点が異なる。このように、板状体２４を孔２０ａ毎に付ければ、孔２０ａの面積を個別に調整できるので、より精密な調整をすることができる。なお、孔２０ａの形状、個数や板状体２４の取り付け位置などについては図３の場合と同様に各種の変形が可能である。 FIG. 4 is a conceptual diagram for illustrating a second specific example in which the opening area of the hole of the directional coupler 20 is appropriately changed. In this figure, elements similar to those described above with reference to FIG.
Compared with the specific example of FIG. 3, this specific example is that the plate-like body 24 is provided for each hole 20 a and the moving direction of the plate-like body 24 is substantially parallel to the traveling direction of the microwave M. The difference is that the direction is different. Thus, if the plate-like body 24 is attached to each hole 20a, the area of the hole 20a can be individually adjusted, so that more precise adjustment can be made. The shape and number of the holes 20a, the attachment position of the plate-like body 24, and the like can be variously modified as in the case of FIG.

図５は、図４における板状体２４を孔２０ａ同士の間に設けた具体例を表す模式図である。
また、図６は、孔２０ｂの形状を略Ｖ字型にした具体例を表す模式図である。
このように板状体２４を孔２０ａ、２０ｂ同士の間に設ければ、後述するように孔２０ａ、２０ｂの開口面積を調整すると同時に、孔２０ａ、２０ｂ同士の中心間距離をも調整することができる。
図７は、孔２０ａ、２０ｂの開口面積と中心間距離を同時に調整する具体例を表す模式図である。すなわち、一対の板状体２４を互いに反対方向にスライドさせることにより、孔２０ａ、２０ｂの開口面積が小さい時はこれらの中心間距離が大きく（図７（ａ））、また、孔２０ａ、２０ｂの開口面積が大きい時はこれらの中心間距離を小さくする（図７（ｂ））ことができる。
なお、本願明細書において孔あるいは開口の「中心間距離」とは、これら孔または開口の面積についての重心点同士の距離であるものとする。 FIG. 5 is a schematic diagram showing a specific example in which the plate-like body 24 in FIG. 4 is provided between the holes 20a.
FIG. 6 is a schematic diagram showing a specific example in which the shape of the hole 20b is substantially V-shaped.
If the plate-like body 24 is provided between the holes 20a and 20b as described above, the opening area of the holes 20a and 20b is adjusted as described later, and the distance between the centers of the holes 20a and 20b is also adjusted. Can do.
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a specific example in which the opening area and the center-to-center distance of the holes 20a and 20b are adjusted simultaneously. That is, by sliding the pair of plate-like bodies 24 in directions opposite to each other, when the opening area of the holes 20a and 20b is small, the distance between the centers is large (FIG. 7A), and the holes 20a and 20b are also formed. When the opening area is large, the distance between the centers can be reduced (FIG. 7B).
In the present specification, the “center-to-center distance” of holes or openings is the distance between centroid points with respect to the area of these holes or openings.

なお、孔の向きは図５乃至図７に例示したものに限定されるわけではなく適宜変更が可能である。ただし、例えば、矩形のように縦横比が異なるものは、その向きによって結合度の大きさが異なる。例をあげて説明すると、矩形の孔の寸法を１０ｍｍ×５０ｍｍとし、図８（ａ）に示すようにマイクロ波Ｍの進行方向と長辺側（５０ｍｍ）を略平行にした場合は、結合度はマイナス１９ｄＢとなり、図８（ｂ）に示すようにマイクロ波Ｍの進行方向と長辺側（５０ｍｍ）を略垂直にした場合は、結合度はマイナス１０ｄＢとなる。すなわち、同じ孔の形状で高い結合度が必要な場合はマイクロ波Ｍの進行方向と長辺側を略垂直にした向きの方が良い。 The direction of the holes is not limited to those illustrated in FIGS. 5 to 7 and can be changed as appropriate. However, for example, a rectangle having a different aspect ratio has a different degree of coupling depending on its orientation. For example, when the size of the rectangular hole is 10 mm × 50 mm and the traveling direction of the microwave M and the long side (50 mm) are substantially parallel as shown in FIG. Becomes minus 19 dB. When the traveling direction of the microwave M and the long side (50 mm) are substantially perpendicular to each other as shown in FIG. 8B, the coupling degree is minus 10 dB. That is, when a high degree of coupling is required with the same hole shape, the direction in which the traveling direction of the microwave M is substantially perpendicular to the long side is better.

図９は、方向性結合器２０の孔の開口面積を適宜変える第三の具体例を例示するための概念図である。同図についても、図１乃至図８に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
本具体例においては、孔２０ｃ１、２０ｃ２は略Ｖ字形であり、Ｖ字の対称中心線がマイクロ波Ｍの進行方向に対して略垂直となるように配置されている。また、板状体２３の移動方向は、同図に矢印で表したように導入導波管７０内のマイクロ波進行方向に対して略直角な方向でも良く、または、図４に表したように導入導波管７０内のマイクロ波進行方向に略平行方向にすることもできる。あるいは、Ｖ字の各辺の孔（２０ｃ１、２０ｃ２）毎に、それぞれ板状体を設けても良い。 FIG. 9 is a conceptual diagram for illustrating a third specific example in which the opening area of the hole of the directional coupler 20 is appropriately changed. Also in this figure, the same elements as those described above with reference to FIGS. 1 to 8 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
In this specific example, the holes 20c1 and 20c2 are substantially V-shaped, and are arranged such that the V-shaped symmetry center line is substantially perpendicular to the traveling direction of the microwave M. Further, the moving direction of the plate-like body 23 may be a direction substantially perpendicular to the microwave traveling direction in the introduction waveguide 70 as shown by an arrow in the drawing, or as shown in FIG. It is also possible to make the direction substantially parallel to the microwave traveling direction in the introduction waveguide 70. Alternatively, a plate-like body may be provided for each V-shaped hole (20c1, 20c2).

本具体例によれば、後述するように孔２０ｃ１、２０ｃ２の開口面積を調整すると同時に、孔２０ｃ１、２０ｃ２同士の中心間距離をも調整することができる。つまり、孔２０ｃ１、２０ｃ２の開口面積が大きい時には中心間距離を小さくし、孔２０ｃ１、２０ｃ２の開口面積が小さい時には中心間距離を大きくすることができる。なお、孔２０ｃ１、２０ｃ２の形状、個数や板状体２３の取り付け位置などについては図３に関して前述したように各種の変型例が可能である。 According to this specific example, the center-to-center distance between the holes 20c1 and 20c2 can be adjusted at the same time as adjusting the opening areas of the holes 20c1 and 20c2 as described later. That is, the center distance can be reduced when the opening area of the holes 20c1 and 20c2 is large, and the center distance can be increased when the opening area of the holes 20c1 and 20c2 is small. As described above with reference to FIG. 3, various modifications are possible for the shape and number of the holes 20c1 and 20c2, the mounting position of the plate-like body 23, and the like.

ここで、方向性結合器２０の孔の開口面積の調整手順について説明する。前述したように孔の開口面積の調整は、図示しない板状体移動手段により板状体を移動させることにより行う。この場合、作業者がプラズマ発生室６０内の様子を観察し、手動で図示しない板状体移動手段を操作しても良いが、例えば、導入導波管７０における反射波を検出手段で検出したり、環状進行波共振器１０におけるマイクロ波パワーの出入りを検出手段で検出することにより、板状体移動手段を制御するようにすることができる。 Here, the adjustment procedure of the opening area of the hole of the directional coupler 20 will be described. As described above, the opening area of the hole is adjusted by moving the plate-like body by a plate-like body moving means (not shown). In this case, the operator may observe the inside of the plasma generation chamber 60 and manually operate the plate-like body moving means (not shown). For example, the reflected wave in the introduction waveguide 70 is detected by the detecting means. Alternatively, the plate-like body moving means can be controlled by detecting the microwave power in and out of the traveling wave resonator 10 by the detecting means.

次に、方向性結合器２０の方向性について説明する。
方向性結合器２０の方向性は、高い方が望ましい。ここで、例えば、二つの孔が設けられた方向性結合器２０の方向性を最大にするには、方向性結合器２０に設けられた二つの孔同士の距離をマイクロ波導波管内波長の１／４の奇数倍にすれば良いことが知られていた。
しかし、本発明者の検討の結果、孔同士の中心間距離をマイクロ波導波管内波長の１／４にすれば方向性が最大になることは、結合度の小さい方向性結合器２０には当てはまるが、結合度がある程度大きくなると当てはまらなくなることが判明した。すなわち、図１に関して前述したようなプラズマ発生装置において、環状進行波共振器１０におけるマイクロ波パワーの出入りがバランスするような結合度を選んだ場合、必ずしも高い方向性が得られなくなる事態が生ずることがある。 Next, the directionality of the directional coupler 20 will be described.
A higher directionality of the directional coupler 20 is desirable. Here, for example, in order to maximize the directionality of the directional coupler 20 provided with two holes, the distance between the two holes provided in the directional coupler 20 is set to 1 of the wavelength in the microwave waveguide. It was known that it should be an odd multiple of / 4.
However, as a result of the study by the present inventor, the fact that the directivity is maximized when the distance between the centers of the holes is set to ¼ of the wavelength in the microwave waveguide is applicable to the directional coupler 20 having a low degree of coupling. However, it became clear that this was not true when the degree of coupling increased to some extent. That is, in the plasma generator as described above with reference to FIG. 1, when a coupling degree is selected such that the microwave power in and out of the annular traveling wave resonator 10 is balanced, a situation in which high directivity cannot always be obtained occurs. There is.

本発明者は、この現象を定量的に解明した。
図１０（ａ）は、方向性結合器の方向性が最大となる孔同士の中心間距離と結合度の大きさとの関係を示したグラフ図である。ここで、孔Ｘは孔寸法５ｍｍ×５ｍｍ、結合器の結合度はマイナス８０ｄＢ、孔Ｙは孔寸法４６ｍｍ×１０ｍｍ、結合器の結合度はマイナス７．６ｄＢ、孔Ｚは孔寸法４７ｍｍ×１０ｍｍ、結合器の結合度はマイナス７ｄＢである。また、孔の向きは、図１０（ｂ）に表したように、マイクロ波Ｍの進行方向に対して、長辺が略垂直となるようにした。ここで、マイクロ波Ｍの管内波長の１／４は、３９．４ｍｍである。 The inventor has clarified this phenomenon quantitatively.
FIG. 10A is a graph showing the relationship between the center-to-center distance between the holes where the directivity of the directional coupler is maximized and the degree of coupling. Here, the hole X has a hole size of 5 mm × 5 mm, the coupling degree of the coupler is minus 80 dB, the hole Y has a hole dimension of 46 mm × 10 mm, the coupling degree of the coupler is minus 7.6 dB, the hole Z has a hole dimension of 47 mm × 10 mm, The coupling degree of the coupler is minus 7 dB. Further, the direction of the holes was such that the long side was substantially perpendicular to the traveling direction of the microwave M, as shown in FIG. Here, 1/4 of the in-tube wavelength of the microwave M is 39.4 mm.

図１０（ａ）から分かるように、孔同士の中心間距離をマイクロ波Ｍの管内波長の１／４（３９．４ｍｍ）とすれば、結合器の結合度が小さい孔Ｘ（結合度マイナス８０ｄＢ）では十分な方向性（プラス４９ｄＢ）が得られるが、結合器の結合度が大きい孔Ｙ（結合度マイナス７．６ｄＢ）、孔Ｚ（結合度マイナス７ｄＢ）では方向性がかなり低くなる（プラス７ｄＢ）。 As can be seen from FIG. 10A, if the distance between the centers of the holes is ¼ (39.4 mm) of the in-tube wavelength of the microwave M, the hole X having a small coupling degree (coupling degree minus 80 dB). ) Provides a sufficient directionality (plus 49 dB), but the directionality is considerably low (positive plus in the hole Y (coupling degree minus 7.6 dB) and the hole Z (coupling degree minus 7 dB) where the coupling degree of the coupler is large. 7 dB).

この場合、孔同士の中心間距離をマイクロ波Ｍの管内波長の１／４（３９．４ｍｍ）より１０ｍｍ程度短くすれば、結合器の結合度の大きなときでも十分な方向性が得られる。図１０（ａ）から明らかなように、孔同士の中心間距離を、孔Ｙ（結合度マイナス７．６ｄＢ）で２９ｍｍ、孔Ｚ（結合度マイナス７ｄＢ）で２８ｍｍとすれば、プラス４１ｄＢという高い方向性が得られることがわかる。このように、結合器の結合度がマイナス５〜マイナス１０ｄＢ程度の場合には、孔同士の中心間距離を２６〜３０ｍｍ程度に選べばよい。 In this case, if the distance between the centers of the holes is made about 10 mm shorter than ¼ (39.4 mm) of the in-tube wavelength of the microwave M, sufficient directivity can be obtained even when the coupling degree of the coupler is large. As is clear from FIG. 10A, if the distance between the centers of the holes is 29 mm for the hole Y (coupling degree minus 7.6 dB) and 28 mm for the hole Z (coupling degree minus 7 dB), it is as high as +41 dB. It turns out that directionality is obtained. Thus, when the coupling degree of the coupler is about minus 5 to minus 10 dB, the center-to-center distance between the holes may be selected to be about 26 to 30 mm.

図１１は、孔同士の中心間距離Ｌの調整を可能とした方向性結合器２０の概念図である。方向性結合器２０は前述したとおり、導入導波管７０と環状進行波共振器１０の接合面に設けられる。そのため、孔２６ｂは導入導波管７０と環状進行波共振器１０の接合面に直接設けられる。孔２６ａは板状体２８に設けられ、これに対向する導入導波管７０と環状進行波共振器１０の接合面には孔２６ｂより大きな孔２７が設けられている。なお、孔２６ａ、２６ｂの長辺がマイクロ波Ｍの進行方向に略垂直になるよう孔２６ａ、２６ｂを設けている。 FIG. 11 is a conceptual diagram of the directional coupler 20 that enables adjustment of the center-to-center distance L between the holes. As described above, the directional coupler 20 is provided at the joint surface between the introduction waveguide 70 and the annular traveling wave resonator 10. For this reason, the hole 26 b is provided directly in the joint surface between the introduction waveguide 70 and the annular traveling wave resonator 10. The hole 26 a is provided in the plate-like body 28, and a hole 27 larger than the hole 26 b is provided in the joint surface between the introduction waveguide 70 and the annular traveling wave resonator 10 facing the hole 26 a. The holes 26a and 26b are provided so that the long sides of the holes 26a and 26b are substantially perpendicular to the traveling direction of the microwave M.

本具体例における孔同士の中心間距離Ｌの調整手順について説明する。前述のように結合度に合わせて最適な孔同士の中心間距離を選んだとしても、製作上の誤差などにより結合度が変わりそれに伴い孔同士の中心間距離Ｌを調整した方がよい場合がある。このような場合、板状体２８をマイクロ波Ｍの進行方向に略平行に移動させることにより孔同士の中心間距離Ｌを調整する。孔２６ａは板状体２８に設けられているので、板状体２８が移動した分だけ孔２６ａも移動し、孔２６ａと孔２６ｂの中心間距離Ｌの調整をすることができる。孔２６ａに対向する導入導波管７０と環状進行波共振器１０の接合面には孔２６ｂより大きな孔２７が設けられているので、この範囲を超えない限りは、孔２６ａの開口面積が変わることはない。板状体２８の移動は図示しない板状体移動手段で行われる。この場合、作業者がプラズマ発生室６０内の様子を観察し、手動で図示しない板状体移動手段を操作しても良いが、例えば、導入導波管７０における反射波を図示しない検出手段で検出したり、環状進行波共振器１０におけるマイクロ波を図示しない検出手段で検出することにより、板状体移動手段を制御するようにすることができる。なお、図中の孔の形状、大きさ、数、位置などはこれに限定されるものではなく、前述のように各種の形状、大きさ、数、位置などを適宜選択できる。また、板状体２８が孔２６ａ側にある場合を説明したが、板状体２８は孔２６ｂ側にあっても、孔２６ａ、２６ｂ両側にあっても良い。 The adjustment procedure of the center distance L between the holes in this specific example will be described. Even if the optimum distance between the centers of the holes is selected according to the degree of coupling as described above, the degree of coupling may change due to manufacturing errors, etc., and it may be better to adjust the center distance L between the holes accordingly. is there. In such a case, the center-to-center distance L between the holes is adjusted by moving the plate-like body 28 substantially parallel to the traveling direction of the microwave M. Since the hole 26a is provided in the plate-like body 28, the hole 26a is also moved by the amount of movement of the plate-like body 28, and the center distance L between the hole 26a and the hole 26b can be adjusted. Since a hole 27 larger than the hole 26b is provided at the joint surface between the introduction waveguide 70 and the annular traveling wave resonator 10 facing the hole 26a, the opening area of the hole 26a changes unless this range is exceeded. There is nothing. The plate-like body 28 is moved by a plate-like body moving means (not shown). In this case, the operator may observe the inside of the plasma generation chamber 60 and manually operate the plate-like body moving means (not shown). For example, the reflected wave in the introduction waveguide 70 is detected by a detection means (not shown). The plate-like body moving means can be controlled by detecting or detecting the microwave in the annular traveling wave resonator 10 by a detecting means (not shown). Note that the shape, size, number, position, and the like of the holes in the drawing are not limited to these, and various shapes, sizes, numbers, positions, and the like can be appropriately selected as described above. Further, although the case where the plate-like body 28 is on the hole 26a side has been described, the plate-like body 28 may be on the hole 26b side or on both sides of the holes 26a and 26b.

図１２は、方向性結合器２０の孔の開口面積の調整と、孔同士の中心間距離Ｌの調整の双方を行う場合を例示した概念図である。図１乃至図１１に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
ここで、板状体２５ａ、２５ｂは、孔２６ａ、２６ｂの孔の開口面積の調整を行うためのものである。孔同士の中心間距離Ｌの調整については、図１１に表した具体例と同様である。孔２６ｂ側の孔の開口面積の調整は、板状体２５ｂを図示しない板状体移動手段で移動させることにより行う。孔２６ａ側の孔の開口面積の調整も基本的には同じであるが、図１２に例示したものでは、板状体２５ａを板状体２８上に設け、板状体２８が図示しない板状体移動手段で移動すれば、その上に設けられた板状体２５ａも同時に移動できるようになっている。このような構成により、方向性結合器２０の孔の開口面積の調整と、孔同士の中心間距離の調整の双方を行うことができるので、例えば、処理条件の変更などで方向性結合器２０の結合度を変える必要が生じ、それに伴い孔同士の中心間距離の調整が必要になった場合でも適応ができる。なお、図中の孔の形状、大きさ、数、位置などはこれに限定されるものではなく、前述のように各種の形状、大きさ、数、位置などを適宜選択できる。また、板状体２８が孔２６ａ側にある場合を説明したが、板状体２８は孔２６ｂ側にあっても、孔２６ａ、２６ｂ両側にあっても良い。 FIG. 12 is a conceptual diagram illustrating a case where both the adjustment of the opening area of the holes of the directional coupler 20 and the adjustment of the center distance L between the holes are performed. Elements similar to those described above with reference to FIGS. 1 to 11 are marked with the same reference numerals and not described in detail.
Here, the plate-like bodies 25a and 25b are for adjusting the opening area of the holes 26a and 26b. The adjustment of the center-to-center distance L between the holes is the same as the specific example shown in FIG. Adjustment of the opening area of the hole on the hole 26b side is performed by moving the plate-like body 25b by a plate-like body moving means (not shown). The adjustment of the opening area of the hole on the side of the hole 26a is basically the same, but in the example illustrated in FIG. 12, the plate-like body 25a is provided on the plate-like body 28, and the plate-like body 28 is not shown. If moved by the body moving means, the plate-like body 25a provided thereon can be moved simultaneously. With such a configuration, both the adjustment of the opening area of the holes of the directional coupler 20 and the adjustment of the distance between the centers of the holes can be performed. For example, the directional coupler 20 can be changed by changing processing conditions. Even if it becomes necessary to change the degree of coupling of the holes, and adjustment of the center-to-center distance between the holes becomes necessary, adaptation is possible. Note that the shape, size, number, position, and the like of the holes in the drawing are not limited to these, and various shapes, sizes, numbers, positions, and the like can be appropriately selected as described above. Further, although the case where the plate-like body 28 is on the hole 26a side has been described, the plate-like body 28 may be on the hole 26b side or on both sides of the holes 26a and 26b.

図５、図６、図７、図９に戻り、方向性結合器２０の孔の開口面積の調整と同時に、孔同士の中心間距離Ｌの調整を簡略的に行う場合を説明する。図５に表した具体例の場合、方向性結合器２０の孔の開口面積を板状体２４を移動させることにより変えているが、結合度を大きく（開口面積を大きく）するように板状体２４を孔２０ａ同士の内側に寄せれば、孔の中心間距離Ｌがそれに伴い短くなる。これは図７に関して前述した通りである。すなわち、板状体を移動させることにより方向性結合器の結合度を大きくした場合、それに伴い簡略的ではあるが孔の中心間距離Ｌも同時に方向性を高める方向に調整できることとなる。図６、図９についても同様であり、板状体を移動させることにより方向性結合器の結合度を大きくした場合、それに伴い簡略的ではあるが孔の中心間距離Ｌを小さくして、同時に方向性を高める方向に調整できる。 Returning to FIGS. 5, 6, 7, and 9, a case where the adjustment of the center-to-center distance L between the holes is performed simultaneously with the adjustment of the opening area of the holes of the directional coupler 20 will be described. In the case of the specific example shown in FIG. 5, the opening area of the hole of the directional coupler 20 is changed by moving the plate-like body 24. If the body 24 is moved inside the holes 20a, the distance L between the centers of the holes will be shortened accordingly. This is as described above with reference to FIG. That is, when the degree of coupling of the directional coupler is increased by moving the plate-like body, the distance L between the centers of the holes can be adjusted to increase the directionality at the same time. The same applies to FIG. 6 and FIG. 9. When the degree of coupling of the directional coupler is increased by moving the plate-like body, the distance L between the centers of the holes is reduced, but this is simplified. It can be adjusted in the direction to improve directionality.

次に、方向性結合器２０の具体例のいくつかを紹介する。 Next, some specific examples of the directional coupler 20 will be introduced.

図１３は、単一孔により結合された方向性結合器を表す模式図である。すなわち、同図に例示したように、導波管１と導波管５とがＨ面で重なって比較的小さい単一孔Ａにより結合されている構造を挙げることができる。このような場合、この単一孔Ａを介して導波管５から導波管１に漏れ出る電界によって導波管１が励振され、単一孔Ａの中心点に電気双極子が存在するのと同様の分布が形成される。一方、導波管５から導波管１に漏れ出る磁界によっても、単一孔Ａの中心点に磁気双極子が存在するのと同様の磁力線分布が形成される。これら電気双極子と磁気双極子とを重畳させた効果として、導波管１において一方向のみに伝搬するマイクロ波が励起される。 FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a directional coupler coupled by a single hole. That is, as illustrated in the figure, a structure in which the waveguide 1 and the waveguide 5 overlap with each other on the H plane and are coupled by a relatively small single hole A can be exemplified. In such a case, the waveguide 1 is excited by the electric field leaking from the waveguide 5 to the waveguide 1 through the single hole A, and an electric dipole exists at the center point of the single hole A. A similar distribution is formed. On the other hand, a magnetic field distribution similar to the presence of a magnetic dipole at the center point of the single hole A is also formed by the magnetic field leaking from the waveguide 5 to the waveguide 1. As an effect of superimposing these electric dipoles and magnetic dipoles, a microwave propagating in only one direction in the waveguide 1 is excited.

図１４は、ベーテ孔により結合された方向性結合器を表す模式図である。同図に例示したように、導波管５と導波管１とがベーテ孔Ａを介して結合されている場合、導波管５のＴＥ１０モードの電界に比例し孔に垂直な電気双極子と、導波管５の磁界に比例し逆方向の磁気双極子が導波管１に形成される。これら電気双極子による波と磁気双極子による波とは、導波管１の一方向においては同位相であり相加わるが、逆方向においては逆位相となり差し引かれる。従って、孔の位置を調節することにより逆方向の波を零とすることができる。 FIG. 14 is a schematic diagram showing a directional coupler coupled by Bethe holes. As illustrated in the figure, when the waveguide 5 and the waveguide 1 are coupled via the Bethe hole A, the electric dipole is proportional to the TE10 mode electric field of the waveguide 5 and perpendicular to the hole. Then, a magnetic dipole in the opposite direction proportional to the magnetic field of the waveguide 5 is formed in the waveguide 1. The wave due to the electric dipole and the wave due to the magnetic dipole have the same phase in one direction of the waveguide 1 and are added to each other, but are reversed and subtracted in the opposite direction. Therefore, the wave in the reverse direction can be made zero by adjusting the position of the hole.

図１５は、２つの孔により結合された方向性結合器を表す模式図である。すなわち、側壁またはＨ面において中心間距離Ｌだけ離れた２つの小孔Ａ、Ｂによって、導波管５と導波管１とが結合されている。ここで、中心間距離Ｌは、結合度の大きさにより、前述したような値に選ばれる。導波管５を進行する波が、これら２つの小孔を介して導波管１を励振する。このときに、２つの小孔Ａ、Ｂを介してそれぞれ励振された波は、導波管５における波の進行方向と同方向においては同振幅、同位相で進むが、反対方向においては同振幅、逆位相となり、打ち消し合う。従って、導波管１には、一方向の波だけが励振される。 FIG. 15 is a schematic diagram showing a directional coupler coupled by two holes. That is, the waveguide 5 and the waveguide 1 are coupled by two small holes A and B that are separated by a center-to-center distance L on the side wall or the H plane. Here, the center-to-center distance L is selected to a value as described above depending on the degree of coupling. A wave traveling in the waveguide 5 excites the waveguide 1 through these two small holes. At this time, the waves excited through the two small holes A and B proceed with the same amplitude and the same phase in the same direction as the wave traveling direction in the waveguide 5, but the same amplitude in the opposite direction. , They are out of phase and cancel each other. Therefore, only a wave in one direction is excited in the waveguide 1.

図１６は、十字形スリットにより結合された方向性結合器を表す模式図である。すなわち、導波管５と導波管１とを直交させ、その重なり合う面の対角線上に１つあるいは複数の十字形のスリットＳが形成されている。このようにスリットＳを設けると、電界による結合は無視できるほど小さく、磁界による結合が支配的となる。すると、導波管５のＨｔ、Ｈｚによりスリットの長軸上に磁気双極子が形成され、これにより導波管１が励振されて方向性が生ずる。 FIG. 16 is a schematic diagram showing a directional coupler coupled by a cross-shaped slit. That is, the waveguide 5 and the waveguide 1 are orthogonal to each other, and one or a plurality of cross-shaped slits S are formed on the diagonal line of the overlapping surface. When the slit S is provided in this manner, the coupling by the electric field is so small that it can be ignored, and the coupling by the magnetic field becomes dominant. Then, a magnetic dipole is formed on the long axis of the slit by Ht and Hz of the waveguide 5, thereby exciting the waveguide 1 and causing directionality.

以上図１３〜図１６を参照しつつ、本発明において用いることができる方向性結合器の具体例を挙げた。しかし、本発明は、これら具体例を用いたものに限定されるものではない。例えば、これらの他にも導入導波管７０と環状進行波共振器１０とを結合させてその共通壁に孔を設け、さらにその孔にモード調整用の導体棒（ポスト）を設けたもの、あるいはその他の各種の方向性結合器を用いても良く、環状進行波共振器１０の励振に方向性が得られるいずれのものを利用しても本発明の範囲に包含される。 Specific examples of directional couplers that can be used in the present invention have been given above with reference to FIGS. However, the present invention is not limited to those using these specific examples. For example, in addition to these, the introduction waveguide 70 and the annular traveling wave resonator 10 are coupled to provide a hole in the common wall, and further provided with a mode adjusting conductor rod (post) in the hole, Alternatively, various other directional couplers may be used, and any one that can obtain directionality in the excitation of the annular traveling wave resonator 10 is included in the scope of the present invention.

図１７は、本発明の実施例のプラズマ発生装置を表す模式平面図である。
また、図１８は、そのＡ−Ａ線断面図である。
また、図１９は、そのＢ−Ｂ線断面図である。 FIG. 17 is a schematic plan view showing the plasma generator of the embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a cross-sectional view taken along the line AA.
FIG. 19 is a sectional view taken along line BB.

すなわち、本実施例のプラズマ発生装置は、導入導波管７０から方向性結合器２０を介して環状進行波共振器１０にマイクロ波Ｍが導入される。なお、図１７においては、環状進行波共振器１０を六角形状に表したが、本発明はこれに限定されず、円環状、楕円状、多角形状などの各種の環状の形状としてもよい。方向性結合器２０には、マイクロ波を導入するための２つの孔３３、３４が設けられ、その中心間距離Ｌは、結合度の大きさにより、前述したような値に選ばれる。 That is, in the plasma generator of this embodiment, the microwave M is introduced from the introduction waveguide 70 to the annular traveling wave resonator 10 through the directional coupler 20. In FIG. 17, the annular traveling wave resonator 10 is shown in a hexagonal shape, but the present invention is not limited to this, and various annular shapes such as an annular shape, an elliptical shape, and a polygonal shape may be used. The directional coupler 20 is provided with two holes 33 and 34 for introducing microwaves, and the center-to-center distance L is selected as described above depending on the degree of coupling.

このようにすると、進行方向のマイクロ波成分のみを導入導波管７０から環状進行波共振器１０に導入することができる。環状進行波共振器１０に導入されたマイクロ波は、進行波の共振波動場を形成し、結合度が低い結合器４４により取り出される。本実施例の場合、これら結合器４４も、それぞれ２つの孔を有し、進行方向成分のマイクロ波を取り出すことができる。 In this way, only the microwave component in the traveling direction can be introduced from the introducing waveguide 70 into the annular traveling wave resonator 10. The microwave introduced into the annular traveling wave resonator 10 forms a traveling wave resonance wave field and is taken out by the coupler 44 having a low degree of coupling. In the case of the present embodiment, these couplers 44 also have two holes, respectively, and can extract the microwave of the traveling direction component.

これら結合器４４は、方向性結合器としてもよく、例えば図１８及び図１９に表したように、マイクロ波Ｍの進行方向に対して傾斜したスリット状の２つの孔を有するものとすることもできる。これら２つの孔を介して、環状進行波共振器１０からマイクロ波Ｍを取り出すことができる。結合器４４を介して取り出されたマイクロ波Ｍは、アプリケータの導入導波管５２を伝搬し、アプリケータの導波体５４を介してプラズマ発生室６０の中に導入される。 These couplers 44 may be directional couplers. For example, as shown in FIGS. 18 and 19, the couplers 44 may have two slit-shaped holes inclined with respect to the traveling direction of the microwave M. it can. The microwave M can be taken out from the annular traveling wave resonator 10 through these two holes. The microwave M taken out through the coupler 44 propagates through the introduction waveguide 52 of the applicator and is introduced into the plasma generation chamber 60 through the waveguide 54 of the applicator.

導波体５４の材料としては、マイクロ波を低損失に透過し、かつ、導入導波管５２とプラズマ発生室６０とを区画して気密を維持できるものとする必要がある。このような材料としては、例えば、石英やアルミナあるいはサファイアなどの誘電体を挙げることができる。これらの誘電体は、マイクロ波に対する力率が低く、真空と大気圧との圧力差にも耐えうる機械的強度を有し、耐熱性も良好で、さらに、プラズマによりスパッタやエッチングされても、チャンバ内の被処理物を汚染するおそれも低い。 As a material for the waveguide 54, it is necessary to transmit microwaves with low loss and to maintain airtightness by partitioning the introduction waveguide 52 and the plasma generation chamber 60. Examples of such a material include a dielectric such as quartz, alumina, or sapphire. These dielectrics have a low power factor for microwaves, have mechanical strength that can withstand the pressure difference between vacuum and atmospheric pressure, have good heat resistance, and even when sputtered or etched by plasma, There is also a low risk of contaminating the workpiece in the chamber.

このとき、結合器４４の結合度を低く抑えることより、プラズマのインピーダンスの変化による環状進行波共振器１０の共振条件の変動や、複数の結合器４４の間の分配バランスの変動を抑制することができる。一方、このようにして環状進行波共振器１０からアプリケータの導入導波管５２に取り出されたマイクロ波Ｍが導波体５４を介してプラズマ発生室６０に導入される際の結合度は、十分に高いことが望ましい。すなわち、アプリケータの結合度を高くすることにより、損失を抑制してプラズマの発生効率を高くすることができる。このようにして、導波体５４を介してプラズマ発生室６０に導入されたマイクロ波Ｍによって所定のガスのプラズマを発生させることができる。 At this time, by suppressing the coupling degree of the coupler 44 to be low, the fluctuation of the resonance condition of the annular traveling wave resonator 10 due to the change of the plasma impedance and the fluctuation of the distribution balance among the plurality of couplers 44 are suppressed. Can do. On the other hand, the coupling degree when the microwave M thus extracted from the annular traveling wave resonator 10 to the introduction waveguide 52 of the applicator is introduced into the plasma generation chamber 60 through the waveguide 54 is as follows. It should be high enough. That is, by increasing the coupling degree of the applicator, it is possible to suppress the loss and increase the plasma generation efficiency. In this manner, plasma of a predetermined gas can be generated by the microwave M introduced into the plasma generation chamber 60 via the waveguide 54.

また、図１７〜図１９においては、環状進行波共振器１０の導波空間として、断面形状が略矩形状のものを例示したが、本発明はこれには限定されない。すなわち、環状進行波共振器１０の導波空間の断面形状は、プラズマ発生室との配置関係や、導入導波管７０との接続関係あるいは、プラズマの分布などを考慮して円形、楕円形、半円形、多角形、その他対称あるいは非対称な不定形などとすることができる。
また、本発明は、必ずしも減圧条件においてプラズマを発生するものには限定されない。すなわち、大気圧あるいはそれよりも高い圧力においてプラズマを発生させるプラズマ発生装置についても、本発明を適用して同様の作用効果が得られ、これらも本発明の範囲に包含される。 In FIGS. 17 to 19, the waveguide space of the annular traveling wave resonator 10 is illustrated as having a substantially rectangular cross section, but the present invention is not limited to this. That is, the cross-sectional shape of the waveguide space of the annular traveling wave resonator 10 is circular, elliptical in consideration of the arrangement relationship with the plasma generation chamber, the connection relationship with the introduction waveguide 70, or the plasma distribution. They can be semicircular, polygonal, symmetric or asymmetrical indeterminate.
Further, the present invention is not necessarily limited to the one that generates plasma under reduced pressure conditions. That is, the same effect can be obtained by applying the present invention to a plasma generator that generates plasma at atmospheric pressure or higher pressure, and these are also included in the scope of the present invention.

次に、本発明のプラズマ処理装置の具体例について説明する。
図２０は、本発明のプラズマ処理装置の構造を例示する模式断面図である。この装置は、処理チャンバ６０と、この処理チャンバ６０の上面に設けられた平板状の誘電体板からなる導波体（透過窓）５４と、導波体５４の外側に設けられた導入導波管５２と、結合器４０を介して結合された環状進行波共振器１０と、を有する。処理チャンバ６０は、導波体５４の下方の処理空間において半導体ウェーハなどの被処理物Ｗを載置して保持するためのステージ１６と、を有する。 Next, a specific example of the plasma processing apparatus of the present invention will be described.
FIG. 20 is a schematic cross-sectional view illustrating the structure of the plasma processing apparatus of the present invention. This apparatus includes a processing chamber 60, a waveguide (transmission window) 54 made of a flat dielectric plate provided on the upper surface of the processing chamber 60, and an introduction waveguide provided outside the waveguide 54. It has a tube 52 and an annular traveling wave resonator 10 coupled via a coupler 40. The processing chamber 60 includes a stage 16 for mounting and holding a workpiece W such as a semiconductor wafer in a processing space below the waveguide 54.

処理チャンバ６０は、真空排気系Ｅにより形成される減圧雰囲気を維持可能であり、処理空間に処理ガスを導入するためのガス導入管（図示せず）が適宜設けられている。 The processing chamber 60 can maintain a reduced pressure atmosphere formed by the evacuation system E, and is appropriately provided with a gas introduction pipe (not shown) for introducing a processing gas into the processing space.

例えば、このプラズマ処理装置を用いて被処理物Ｗの表面にエッチング処理を施す際には、まず、被処理物Ｗが、その表面を上方に向けた状態でステージ１６の上に載置される。次いで、真空排気系Ｅによって処理空間が減圧状態にされた後、この処理空間に、処理ガスとしてのエッチングガスが導入される。その後、処理空間に処理ガスの雰囲気が形成された状態で、図示しない導入導波管から方向性結合器を介して、例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波Ｍが環状進行波共振器１０に導入され、環状進行波共振器１０に一方向の進行波が励振され、且つこの進行波が共振される。その結果として、環状進行波共振器１０には、均一且つ連続的な進行波によるマイクロ波Ｍの波動場が形成される。 For example, when performing an etching process on the surface of the workpiece W using this plasma processing apparatus, first, the workpiece W is placed on the stage 16 with the surface facing upward. . Next, after the processing space is depressurized by the vacuum exhaust system E, an etching gas as a processing gas is introduced into the processing space. Thereafter, with the atmosphere of the processing gas formed in the processing space, for example, a microwave M of 2.45 GHz is introduced into the annular traveling wave resonator 10 through a directional coupler from an introduction waveguide (not shown). A traveling wave in one direction is excited in the annular traveling wave resonator 10, and the traveling wave is resonated. As a result, in the annular traveling wave resonator 10, a wave field of the microwave M is formed by a uniform and continuous traveling wave.

このマイクロ波の波動場は、結合器４０により導入導波管５２に分配され、導波体５４に向けて放射される。導波体５４は、石英やアルミナなどの誘電体からなり、マイクロ波Ｍは、導波体５４の表面を伝搬して、チャンバ６０内の処理空間に放射される。このようにして処理空間に放射されたマイクロ波Ｍのエネルギーにより、処理ガスのプラズマＰが形成される。こうして発生したプラズマ中の電子密度が導波体５４を透過して供給されるマイクロ波Ｍを遮蔽できる密度（カットオフ密度）以上になると、マイクロ波は導波体５４の下面からチャンバ内の処理空間に向けて一定距離（スキンデプス）ｄだけ入るまでの間に反射され、マイクロ波の定在波が形成される。 The microwave wave field is distributed to the introduction waveguide 52 by the coupler 40 and radiated toward the waveguide 54. The waveguide 54 is made of a dielectric such as quartz or alumina, and the microwave M propagates on the surface of the waveguide 54 and is radiated to the processing space in the chamber 60. The plasma P of the processing gas is formed by the energy of the microwave M radiated into the processing space in this way. When the electron density in the generated plasma becomes equal to or higher than the density (cutoff density) that can shield the microwave M supplied through the waveguide 54, the microwave is processed from the lower surface of the waveguide 54 in the chamber. A microwave standing wave is formed until a certain distance (skin depth) d enters the space, and a microwave standing wave is formed.

すると、マイクロ波の反射面がプラズマ励起面となって、このプラズマ励起面で安定なプラズマＰが励起されるようになる。このプラズマ励起面で励起された安定なプラズマＰ中においては、イオンや電子が処理ガスの分子と衝突することにより、励起された原子や分子、遊離原子（ラジカル）などの励起活性種（プラズマ生成物）が生成される。これらプラズマ生成物は、矢印Ａで表したように処理空間内を拡散して被処理物Ｗの表面に飛来し、エッチング、アッシング、薄膜堆積、表面改質、プラズマドーピングなどのプラズマ処理を行うことができる。 Then, the microwave reflection surface becomes a plasma excitation surface, and the stable plasma P is excited on this plasma excitation surface. In the stable plasma P excited on this plasma excitation surface, ions and electrons collide with the molecules of the processing gas, thereby causing excited active species (plasma generation) such as excited atoms, molecules, and free atoms (radicals). Product) is generated. These plasma products diffuse in the processing space as indicated by arrow A and fly to the surface of the workpiece W to be subjected to plasma processing such as etching, ashing, thin film deposition, surface modification, and plasma doping. Can do.

本発明によれば、環状進行波共振器１０内に形成された共振進行波による連続的かつ高い強度のマイクロ波を結合器４０により分配し、チャンバ６０内に導入することにより、チャンバ６０内において大面積で均一且つ密度の高いプラズマを形成することができる。その結果として、大面積の被処理物を均一で高速にプラズマ処理することが可能となる。 According to the present invention, a continuous and high-intensity microwave generated by a resonant traveling wave formed in the annular traveling wave resonator 10 is distributed by the coupler 40 and introduced into the chamber 60. A large area of uniform and high density plasma can be formed. As a result, it is possible to perform plasma processing on a large-area workpiece to be performed uniformly and at high speed.

またさらに、結合器４０の結合度を低く抑えることにより、プラズマのインピーダンスが変化しても、環状進行波共振器１０の共振条件の変動や、複数の結合器４０の間の分配バランスの変動を抑制することができる。その結果として、常に安定して大面積のプラズマ処理を実施することができる。
また、本発明は、必ずしも減圧条件においてプラズマを発生するものには限定されない。すなわち、大気圧あるいはそれよりも高い圧力においてプラズマを発生させてプラズマ処理を実施するプラズマ処理装置についても、本発明を適用して同様の作用効果が得られ、これらも本発明の範囲に包含される。 Furthermore, by suppressing the coupling degree of the coupler 40 to a low level, even if the plasma impedance changes, fluctuations in the resonance conditions of the annular traveling wave resonator 10 and fluctuations in the distribution balance among the plurality of couplers 40 are reduced. Can be suppressed. As a result, it is possible to always stably perform a large area plasma treatment.
Further, the present invention is not necessarily limited to the one that generates plasma under reduced pressure conditions. That is, the same effects can be obtained by applying the present invention to a plasma processing apparatus that performs plasma processing by generating plasma at atmospheric pressure or higher, and these are also included in the scope of the present invention. The

以上具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。 The embodiments of the present invention have been described with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples.

例えば、本発明において用いる導入導波管や環状進行波共振器、アプリケータ、あるいは方向性結合器などの要素は、図示した形状、サイズのものには限定されず、その断面形状、壁面厚、開口の形状やサイズなどは適宜変更して同様の作用効果が得られ、本発明の範囲に包含される。 For example, the elements such as the introduction waveguide, the annular traveling wave resonator, the applicator, or the directional coupler used in the present invention are not limited to the illustrated shapes and sizes, but the cross-sectional shape, wall thickness, The shape and size of the opening are appropriately changed to obtain the same function and effect, and are included in the scope of the present invention.

導入導波管は直管状である必要はなく、また環状進行波共振器も完全な円環状である必要はない。 The introduction waveguide does not need to be a straight tube, and the annular traveling wave resonator does not need to be a perfect ring.

また、プラズマ発生室の形状やサイズ、あるいは環状進行波共振器やアプリケータとの配置関係についても、図示したものには限定されず、プラズマ処理の内容や条件などを考慮して適宜決定することができる。また、環状進行波共振器はプラズマ発生室の上面や側面でなく、下面に付設してもよく、または、これらを組み合わせてもよい。つまり、プラズマ発生室に複数の環状進行波共振器を付設してもよい。このようにすれば、被処理物の形状やサイズに合わせて均一あるいは所定の密度分布を有する大面積のプラズマを形成することが可能となる。 Also, the shape and size of the plasma generation chamber, or the positional relationship with the annular traveling wave resonator and applicator are not limited to those shown in the figure, and should be appropriately determined in consideration of the contents and conditions of the plasma treatment. Can do. Further, the annular traveling wave resonator may be attached to the lower surface instead of the upper surface or the side surface of the plasma generation chamber, or a combination thereof. In other words, a plurality of annular traveling wave resonators may be attached to the plasma generation chamber. This makes it possible to form a large-area plasma having a uniform or predetermined density distribution according to the shape and size of the object to be processed.

さらにまた、上述した具体例においては、プラズマ生成部の要部構成のみ説明したが、本発明は、このようなプラズマ生成部を有する全てのプラズマ処理装置も包含し、例えば、エッチング装置、アッシング装置、薄膜堆積装置、表面処理装置、プラズマドーピング装置などとして実現したプラズマ処理装置のいずれもが本発明の範囲に包含される。 Furthermore, in the above-described specific examples, only the main configuration of the plasma generation unit has been described. However, the present invention includes all plasma processing apparatuses having such a plasma generation unit, for example, an etching apparatus and an ashing apparatus. Any plasma processing apparatus realized as a thin film deposition apparatus, a surface treatment apparatus, a plasma doping apparatus, and the like is included in the scope of the present invention.

本発明の実施の形態にかかるプラズマ発生装置の要部基本構成を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the principal part basic composition of the plasma generator concerning embodiment of this invention. 方向性結合器２０の作用を説明するための概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining the operation of a directional coupler 20. 方向性結合器２０の孔の開口面積を変える場合の第一の具体例を例示するための概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram for illustrating a first specific example in the case where the opening area of the hole of the directional coupler 20 is changed. 方向性結合器２０の孔の開口面積を変える場合の第二の具体例を例示するための概念図である。FIG. 6 is a conceptual diagram for illustrating a second specific example in the case where the opening area of the hole of the directional coupler 20 is changed. 図４における板状体２４を孔同士の間に設けた場合の図である。It is a figure at the time of providing the plate-shaped body 24 in FIG. 4 between holes. 図５における孔の形状を略Ｖ字型にした場合の図である。It is a figure at the time of making the shape of the hole in FIG. 5 into a substantially V shape. 孔２０ａ、２０ｂの開口面積と中心間距離を同時に調整する具体例を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the specific example which adjusts simultaneously the opening area of hole 20a, 20b, and the distance between centers. マイクロ波Ｍの進行方向と方向性結合器２０の孔の位置を説明するための概念図である。4 is a conceptual diagram for explaining a traveling direction of a microwave M and a position of a hole of a directional coupler 20. FIG. 方向性結合器２０の孔の開口面積を変える場合の第三の具体例を例示するための概念図である。FIG. 6 is a conceptual diagram for illustrating a third specific example in the case where the opening area of the hole of the directional coupler 20 is changed. 方向性結合器２０の方向性が最大となる孔同士の中心間距離と結合度の大きさとの関係を示したグラフ図である。It is the graph which showed the relationship between the distance between centers of the holes where the directionality of the directional coupler 20 becomes the maximum, and the magnitude | size of a coupling degree. 孔同士の中心間距離Ｌの調整を行う場合を例示した方向性結合器２０の概念図である。It is a conceptual diagram of the directional coupler 20 which illustrated the case where the distance L between centers of holes is adjusted. 方向性結合器２０の孔の開口面積の調整と、孔同士の中心間距離Ｌの調整の双方を行う場合を例示した概念図である。It is the conceptual diagram which illustrated the case where both adjustment of the opening area of the hole of the directional coupler 20 and adjustment of the center distance L of holes are performed. 単一孔により結合された方向性結合器を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the directional coupler couple | bonded by the single hole. ベーテ孔により結合された方向性結合器を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the directional coupler couple | bonded by the bete hole. ２つの孔により結合された方向性結合器を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the directional coupler couple | bonded by two holes. 十字形スリットにより結合された方向性結合器を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the directional coupler couple | bonded by the cross-shaped slit. 本発明の実施例のプラズマ発生装置を表す模式平面図である。It is a schematic plan view showing the plasma generator of the Example of this invention. 図１７のＡ−Ａ線断面図である。It is the sectional view on the AA line of FIG. 図１７のＢ−Ｂ線断面図である。It is the BB sectional view taken on the line of FIG. 本発明のプラズマ処理装置の構造を例示する模式断面図である。It is a schematic cross section which illustrates the structure of the plasma processing apparatus of this invention. 特許文献１に開示された環状導波管を表す模式図である。10 is a schematic diagram showing an annular waveguide disclosed in Patent Document 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１導波管（同軸線路）
５導波管
１０環状進行波共振器
１６ステージ
２０方向性結合器
２０ａ、２０ｂ方向性結合器の孔
２０ｃ１、２０ｃ２方向性結合器の孔
２６ａ、２６ｂ方向性結合器の孔
２１入力ポート
２２出力ポート
２３板状体
２４板状体
２５ａ、２５ｂ板状体
２８板状体
４０方向性結合器
４２、４４結合器
５０アプリケータ
５２導入導波管
５４導波体
６０プラズマ発生室（処理チャンバ）
７０導入導波管
７２ダミーロード
５０３導波管
５２１分配ブロック
５２２スロット
５２３マイクロ波
５２５波
Ｌ方向性結合器の孔同士の中心間距離
Ｍマイクロ波
Ｐプラズマ
Ｗ被処理物 1 Waveguide (coaxial line)
5 Waveguide 10 Annular Traveling Wave Resonator 16 Stage 20 Directional Coupler 20a, 20b Directional Coupler Hole 20c1, 20c2 Directional Coupler Hole 26a, 26b Directional Coupler Hole 21 Input Port 22 Output Port 23 Plate-shaped body 24 Plate-shaped body 25a, 25b Plate-shaped body 28 Plate-shaped body 40 Directional coupler 42, 44 Coupler 50 Applicator 52 Introducing waveguide 54 Waveguide 60 Plasma generating chamber (processing chamber)
70 Introduced waveguide 72 Dummy load 503 Waveguide 521 Distribution block 522 Slot 523 Microwave 525 Wave L Distance between centers of directional coupler M Microwave P Plasma W Workpiece

Claims

第１の空間と第２の空間との間に設けられ、前記第１の空間から前記第２の空間にマイクロ波を導入する方向性結合器であって、
前記第１の空間と前記第２の空間とをそれぞれ連通する第１及び第２の孔を備え、前記第１及び第２の孔の開口の面積が可変とされたことを特徴とするマイクロ波方向性結合器。 A directional coupler that is provided between the first space and the second space and introduces a microwave from the first space to the second space;
A microwave comprising first and second holes communicating with each of the first space and the second space, wherein an opening area of the first and second holes is variable. Directional coupler.

前記第１及び第２の孔の開口の中心間距離が可変とされたことを特徴とするマイクロ波方向性結合器。 The microwave directional coupler characterized in that the distance between the centers of the openings of the first and second holes is variable.

前記第１及び第２の孔に対して相対的に移動可能とされた少なくともひとつの板状体を備え、
前記板状体を移動させることにより、前記開口の面積を可変としたことを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロ波方向性結合器。 Comprising at least one plate-like body movable relative to the first and second holes;
The microwave directional coupler according to claim 1 or 2, wherein the area of the opening is made variable by moving the plate-like body.

前記第１及び第２の孔の開口の面積が小さい時には、前記第１及び第２の孔の開口の中心間距離が大きく、
前記第１及び第２の孔の開口の面積が大きい時には、前記第１及び第２の孔の開口の中心間距離が小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のマイクロ波方向性結合器。 When the area of the opening of the first and second holes is small, the distance between the centers of the openings of the first and second holes is large,
The distance between the centers of the openings of the first and second holes is small when the areas of the openings of the first and second holes are large. Microwave directional coupler.

前記第１の空間を伝搬するマイクロ波の管内波長をλｇとした時に、前記第１及び第２の孔の開口の面積が小さい時には、前記第１及び第２の開口の中心間距離がλｇ／４の奇数倍となることを特徴とする請求項４記載のマイクロ波方向性結合器。 When the in-tube wavelength of the microwave propagating in the first space is λg and the area of the opening of the first and second holes is small, the distance between the centers of the first and second openings is λg / 5. The microwave directional coupler according to claim 4, wherein the microwave directional coupler is an odd multiple of four.

前記第１及び第２の孔は、前記第１の空間におけるマイクロ波の伝搬方向に対して略平行な方向に沿って配置されてなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のマイクロ波方向性結合器。 The said 1st and 2nd hole is arrange | positioned along the direction substantially parallel with the propagation direction of the microwave in the said 1st space, The any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned. A microwave directional coupler according to claim 1.

前記第１及び第２の孔は、前記第１の空間におけるマイクロ波の伝搬方向に対して略垂直な方向に延伸してなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のマイクロ波方向性結合器。 The said 1st and 2nd hole is extended | stretched in the direction substantially perpendicular | vertical with respect to the propagation direction of the microwave in the said 1st space, The any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned. Microwave directional coupler.

請求項１〜７のいずれか１つに記載のマイクロ波方向性結合器と、
前記第１の空間を形成する導入導波管と、
前記第２の空間を形成する環状進行波共振器と、
プラズマ発生室と、
前記環状共振器からマイクロ波を分配する複数の結合器と、
前記複数の結合器のそれぞれに結合され、前記プラズマ発生室にマイクロ波を導入する複数のアプリケータと、
を備え、
前記複数のアプリケータから前記プラズマ発生室に導入されたマイクロ波によりプラズマを生成可能としたことを特徴とするプラズマ発生装置。 The microwave directional coupler according to any one of claims 1 to 7,
An introduction waveguide forming the first space;
An annular traveling wave resonator forming the second space;
A plasma generation chamber;
A plurality of couplers for distributing microwaves from the annular resonator;
A plurality of applicators coupled to each of the plurality of couplers for introducing microwaves into the plasma generation chamber;
With
A plasma generator capable of generating plasma by microwaves introduced into the plasma generation chamber from the plurality of applicators.

前記環状進行波共振器から前記プラズマ発生室に向けて放出され損失したマイクロ波のパワー分と前記導入導波管から前記マイクロ波方向性結合器を介して前記環状進行波共振器に導入されるマイクロ波のパワー分とが略等しくなるように前記第１及び第２の孔の開口の面積を調整可能としたことを特徴とする請求項８記載のプラズマ発生装置。 Microwave power released from the annular traveling wave resonator toward the plasma generation chamber and lost and introduced from the introduction waveguide to the annular traveling wave resonator via the microwave directional coupler 9. The plasma generator according to claim 8, wherein the areas of the openings of the first and second holes can be adjusted so that the power of the microwave is substantially equal.

請求項８または９に記載のプラズマ発生装置を備え、
前記アプリケータを介して導入されたマイクロ波により生成された前記プラズマによって被処理物のプラズマ処理を実施可能としたことを特徴とするプラズマ処理装置。

A plasma generator according to claim 8 or 9,
A plasma processing apparatus characterized in that a plasma processing of an object to be processed can be performed by the plasma generated by the microwave introduced through the applicator.