JP2009301808A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】分岐部分にて非垂直に延伸する同軸管を含んだ同軸管分配器を提供する。
【解決手段】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１０であって、処理容器１００と、マイクロ波を出力するマイクロ波源９００と、マイクロ波源９００から出力されたマイクロ波を伝送する伝送線路９００ａと、処理容器１００の内壁に設けられ、マイクロ波を処理容器内に放出する複数の誘電体板３０５と、複数の誘電体板３０５に隣接し、マイクロ波を複数の誘電体板３０５に伝送する複数の第１の同軸管６１０と、伝送線路９００ａを伝送したマイクロ波を複数の第１の同軸管６１０に分配して伝送する１段又は２段以上の同軸管分配器７００と、を有する。同軸管分配器７００は、入力部Ｉｎを有する第２の同軸管６２０と第２の同軸管６２０に連結された３本以上の第３の同軸管６３０とを含み、第３の同軸管６３０のそれぞれは、第２の同軸管６２０に対して非垂直に延伸する。
【選択図】図５

Description

本発明は、電磁波を用いてプラズマを生成し、被処理体上にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。特に、伝送線路のインピーダンス整合に関する。

フラットパネルディスプレイや太陽電池用のガラス基板は年々大面積化が進んでおり、既に３ｍ角を越える基板サイズが実用化されつつある。フラットパネルディスレイや太陽電池の製造には、基板サイズを超える広いエリアに均一で安定なプラズマを生成できるプラズマ処理装置が必要である。さらに、製品の高性能化・多機能化に伴いプラズマ処理が多様化しているため、広範囲な処理条件に対応できる装置が求められる。これらの要求を満たす有力な候補として、マイクロ波プラズマ装置がある。

マイクロ波のエネルギでプラズマを励起すると、周波数が高いために電子温度が低いプラズマが得られる。電子温度が低いと、基板表面やチャンバ内面に入射するイオンのエネルギが低く抑えられるため、イオン照射による損傷や不純物による汚染のない処理が行える。さらに、原料ガスの過剰解離が抑制されて狙い通りのラジカルやイオンを生成することができるため、高品質かつ高速な処理が行える。

一方、マイクロ波の波長は基板サイズと比較して短いため、大面積基板上に均一なプラズマを励起することが難しい。また、カットオフ密度（周波数の２乗に比例）が高いため、広範囲な処理条件に対応することが困難である。そこで発明者は、プラズマ励起周波数を低周波化するとともに、プラズマ励起エリアをセル状に分割して各セルに均等にマイクロ波電力を供給するセル分割方式を提案し、広範囲な条件において広いエリアに均一かつ安定なプラズマを励起することを可能にした（たとえば、特許文献１を参照）。

特開２００６−３１０７９４号公報

このセル分割方式では、１台か２台の少数のマイクロ波電源で発生させたマイクロ波電力を、最大数１００の多数のセルに均等に分配して供給する。これには、全てのセルにマイクロ波を伝送させる多段の分配器が必要になる。

通常、プラズマ励起領域を基板サイズに対して６０ｍｍ〜８０ｍｍ程度大きくすれば、均一なプラズマ処理が行える。しかしながら、分配器に垂直に等ピッチで末端同軸管を連結すると、各セルに同一振幅、同一位相のマイクロ波を伝送させるためには末端同軸管のピッチを概ねπｒａｄの整数倍に等しくする必要がある。これによれば、セルサイズはマイクロ波の管内波長により制約を受け、基板サイズに合わせてセルサイズを決めることができない。さらに、実用的な分配器を構成できる分配数は限られている。例えば、２^ｍ（ｍは整数）の分配器は構成しやすいが、それ以外の分配数では実用的な分配器を作成することが困難なことがある。このため、装置が必要以上に大型化してしまう。また、プラズマ励起領域が必要以上に大きくなり、プラズマを維持するために、本来、プロセスに必要な電力以上の電力を消費してしまう。大型装置では、極めて大きなマイクロ波電力を扱わなければならないため、基板サイズに合わせてプラズマ励起領域を適正化することは相当程度の使用電力の節約になり、コストの低減及び資源の有効利用に繋がる。

上記課題を解消するために、本発明は、分岐部分にて非垂直に延伸する同軸管を含んだ同軸管分配器を提供する。

すなわち、上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、電磁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、電磁波を出力する電磁波源と、前記電磁波源から出力された電磁波を伝送する伝送線路と、前記処理容器の内壁に設けられ、電磁波を前記処理容器内に放出する複数の誘電体板と、前記複数の誘電体板に隣接し、電磁波を前記複数の誘電体板に伝送する複数の第１の同軸管と、前記伝送線路を伝送した電磁波を前記複数の第１の同軸管に分配して伝送する１段又は２段以上の同軸管分配器と、を有し、前記同軸管分配器のうち少なくとも一段は、入力部を有する第２の同軸管と前記第２の同軸管に連結された３本以上の第３の同軸管とを含み、第３の同軸管のそれぞれは、前記第２の同軸管に対して非垂直に延伸する部分を有するプラズマ処理装置が提供される。第３の同軸管のそれぞれは、前記第２の同軸管に対して非垂直に連結してもよいし、垂直に連結してそこから非垂直に伸びるものであってもよい。

これによれば、前記同軸管分配器のうち少なくとも一段は、第２の同軸管と３本以上の第３の同軸管とを含み、各第３の同軸管は前記第２の同軸管に対して非垂直に延伸する。これにより、管内波長の制約を受けることなく基板サイズに合わせてプラズマ励起領域を定めることができるため、使用電力を低減できる。また、装置全体が必要以上に大きくなることを回避できる。第３の同軸管の形状の一例としては、湾曲した第３の同軸管が第２の同軸管に連結している場合や、棒状の第３の同軸管が第２の同軸管に斜めに連結している場合が挙げられる。

各第３の同軸管は、インピーダンス変換機構を有していてもよい。これにより、負荷としてのプラズマにインピーダンスを整合させながら、第２の同軸管から第３の同軸管に多分岐させることができ、大電力のマイクロ波を伝送できる。

前記第２の同軸管の入力部から前記第２の同軸管の端部までの間の前記第２の同軸管と前記第３の同軸管との連結部分の数は、２以下であることが好ましい。電磁波の周波数が変動しても第３の同軸管に供給する電力のバランスが崩れにくいからである。

前記第２の同軸管と前記第３の同軸管との連結部間のうち前記入力部が介在しない連結部間の電気長は、概ねπｒａｄの整数倍に等しくてもよい。これによれば、第２の同軸管から第３の同軸管に均等に電力を分配することができる。また、前記連結部間の電気長を概ね２πｒａｄの整数倍にすると、振幅とともに位相も揃えることができる。

前記第２の同軸管と前記第３の同軸管との連結部分では、前記第２の同軸管に対して前記第３の同軸管が２本ずつ連結されていてもよい。この結果、連結部分の数を減らすことにより、電磁波の周波数が変動しても第３の同軸管に供給する電力のバランスを崩れにくくすることができる。

前記第３の同軸管の内部導体は、前記第２の同軸管の内部導体よりも細くてもよい。前記第３の同軸管の外部導体は、前記第２の同軸管の外部導体よりも細くてもよい。同軸管を伝送する電磁波の伝送状態の乱れを小さくするためである。

前記第２の同軸管の内部導体と外部導体とは、前記第２の同軸管の少なくとも片方の端部にて短絡され、前記第２の同軸管の端部から前記端部に最も近い前記第２の同軸管と前記第３の同軸管との連結部分までの電気長は、概ねπ／２ｒａｄの奇数倍と等しくてもよい。これによれば、電磁波の伝送にとって前記第２の同軸管の端部から連結部分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。

前記第１の同軸管からプラズマ側を見たインピーダンスが整合されているとき、前記第２の同軸管と前記第３の同軸管との連結部分から前記第３の同軸管側を見たインピーダンスは概ね抵抗性であり、前記連結部分から前記第３の同軸管側を見た抵抗をＲ_ｒ３、前記第２の同軸管の入力部から前記第２の同軸管の片端までの間に連結される第３の同軸管の数をＮ_ｓ、前記第２の同軸管の特性インピーダンスをＺ_ｃ２としたとき、前記第２の同軸管の特性インピーダンスＺ_ｃ２は概ねＲ_ｒ３／Ｎ_ｓに等しくてもよい。この結果、分配器入力側から見たとき反射がなくなり大電力のマイクロ波を伝送できるようになる。

前記第２の同軸管の入力部には、特性インピーダンスがＺ_ｃ４の第４の同軸管が連結され、前記第１の同軸管からプラズマ側を見たインピーダンスが整合されているとき、前記第２の同軸管と前記第３の同軸管との連結部分から前記第３の同軸管側を見たインピーダンスは概ね抵抗性であり、前記連結部分から前記第３の同軸管側を見た抵抗をＲ_ｒ３、前記第２の同軸管に連結される第３の同軸管の数をＮ_ｔとしたとき、特性インピーダンスＺ_ｃ４は概ねＲ_ｒ３／Ｎ_ｔと等しくてもよい。この結果、分配器入力側から見たとき反射がなくなり大電力のマイクロ波を伝送できるようになる。

前記第３の同軸管の電気長が概ねπ／２ｒａｄとなっていてもよい。この結果、前記第２及び第３の同軸管の連結部分から前記第３の同軸管側を見たインピーダンスを概ね抵抗性にすることができる。

前記第３の同軸管の内部導体のうち、前記第２の同軸管との連結部分は他の部分より細くなっていてもよい。細くなっている部分の太さや長さを調整することにより、前記第３の同軸管の電気長を調整することができる。

前記第１の同軸管からプラズマ側を見たインピーダンスが整合されているとき、前記第３の同軸管の出力端から出力側を見たインピーダンスが概ね抵抗性であり、前記第３の同軸管の出力端から出力側を見た抵抗をＲ_ｒ５、前記第２の同軸管の入力部から前記第２の同軸管の片端までの間に連結される第３の同軸管の数をＮ_ｓ、前記第２の同軸管の特性インピーダンスをＺ_ｃ２としたとき、前記第３の同軸管の特性インピーダンスＺ_ｃ３は、概ね（Ｒ_ｒ５×Ｎ_ｓ×Ｚ_ｃ２）^１／２と等しくてもよい。この結果、同軸管分配器の入力側から見たときの反射がなくなり大電力のマイクロ波を伝送できるようになる。

前記第２の同軸管の入力部には、特性インピーダンスがＺ_ｃ４の第４の同軸管が連結され、前記第１の同軸管からプラズマ側を見たインピーダンスが整合されているとき、前記第３の同軸管の出力端から出力側を見たインピーダンスが概ね抵抗性であり、前記第３の同軸管の出力端から出力側を見た抵抗をＲ_ｒ５、前記第２の同軸管に連結される第３の同軸管の数をＮ_ｔとしたとき、前記第３の同軸管の特性インピーダンスＺ_ｃ３は、概ね（Ｒ_ｒ５×Ｎ_ｔ×Ｚ_ｃ４）^１／２と等しくてもよい。この結果、同軸管分配器の入力側から見たときの反射がなくなり大電力のマイクロ波を伝送できるようになる。

前記第３の同軸管の出力端と第５の同軸管との連結部分はＴ分岐であってもよい。前記第３の同軸管の内部導体又は第５の同軸管の内部導体のうち少なくともいずれかは、前記Ｔ分岐の連結部分が他の部分よりも細くてもよい。前記第３の同軸管の外部導体又は第５の同軸管の外部導体のうち少なくともいずれかは、前記Ｔ分岐の分岐部が他の部分よりも太くなっていてもよい。

第３の同軸管に細くなっている部分や太くなっている部分が設けられている場合、その長さや太さを調整することにより、第３の同軸管の電気長を調整することができる。第５の同軸管の場合、その長さや太さを調整することにより、第５の同軸管の電気長を調整することができる。また、第３の同軸管と第５の同軸管の特性インピーダンスは、通常大きく異なる。分岐部において、第５の同軸管の内部導体を細くして緩衝部を設けることにより、分岐部における不要な反射を抑制することができる。

前記第５の同軸管の内部導体の細くなっている部分のうち、前記Ｔ分岐の連結部分から一方の分岐先に向かう部分の長さと前記Ｔ分岐の連結部分から他方の分岐先に向かう部分の長さとは異なっていてもよい。これにより、Ｔ分岐の２つの分岐先に供給されるマイクロ波の電力の比率を調整することができる。

前記処理容器の内壁に電気的に接続され、前記複数の誘電体板に一対一に隣接した複数の金属電極を有し、各誘電体板は、前記隣接した各金属電極と前記各誘電体板が配置されていない処理容器の内壁の間から露出し、前記各誘電体板と前記各誘電体板が配置されていない処理容器の内壁又は前記内壁に設けられた金属カバーとは、実質的に相似をなす形状か、または実質的に対称となる形状であってもよい。これにより、誘電体板から両側に概ね均等に電磁波の電力を供給することができる。

上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、電磁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、電磁波を出力する電磁波源と、前記電磁波源から出力された電磁波を伝送する伝送線路と、前記処理容器の内壁に設けられ、電磁波を前記処理容器内に放出する複数の誘電体板と、前記複数の誘電体板に隣接し、電磁波を前記複数の誘電体板に伝送する複数の第１の同軸管と、前記伝送線路を伝送した電磁波を前記複数の第１の同軸管に分配して伝送する１段又は２段以上の同軸管分配器と、を有し、前記同軸管分配器のうち少なくとも一段は、入力側の同軸管と出力側の同軸管との特性インピーダンスが異なるプラズマ処理装置が提供される。

これによれば、同軸管分配器のうちの少なくとも一段は、入力側の同軸管と出力側の同軸管との特性インピーダンスを変えることにより、入力側の同軸管と出力側の同軸管との連結部分にてインピーダンスの整合をとることができる。たとえば、前記入力側の同軸管と前記出力側の同軸管との連結部分は２分岐であり、前記２分岐は、前記入力側の同軸管の特性インピーダンスの２倍が、前記出力側の同軸管の特性インピーダンスと概ね等しくてもよい。これによれば、大電力のマイクロ波を伝送することができる。

前記２分岐を構成する出力側の同軸管の外部導体のうち、前記連結部分が他の部分よりも太くなっていてもよい。分岐部における内部導体と外部導体との間の静電容量を小さく抑えることにより、分岐部における反射を小さくすることができる。

上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、処理容器の内部にガスを導入し、電磁波源から電磁波を出力し、前記出力した電磁波を伝送線路に伝送し、前記伝送線路を伝送した電磁波を１段又は２段以上の同軸管分配器から複数の第１の同軸管に分配して伝送し、前記第１の同軸管を伝送した電磁波を、前記処理容器の内壁に設けられた複数の誘電体板から前記処理容器内に放出し、電磁波を前記同軸管分配器に伝送させる際、前記同軸管分配器のうち少なくとも一段は入力部を有する第２の同軸管と前記第２の同軸管に連結された３本以上の第３の同軸管とを含み、前記第２の同軸管に対して非垂直に延伸する部分を有する各第３の同軸管に電磁波を伝送し、前記第１の同軸管を介して前記処理容器内に放出された電磁波により前記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方法が提供される。

これによれば、同軸管分配器のうちの少なくとも一段は、第２の同軸管から第２の同軸管に非垂直に連結された３本以上の第３の同軸管に多分岐する。これにより、基板サイズに合わせて定められた複数のセルにマイクロ波を均等に分配することができる。この結果、装置全体が必要以上に大きくならず、プラズマ励起領域も必要以上に大きくならないため、使用電力を低減できる。

上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、処理容器の内部にガスを導入し、電磁波源から電磁波を出力し、前記出力した電磁波を伝送線路に伝送し、１段又は２段以上の同軸管から形成され、その少なくとも一段では入力側の同軸管と出力側の同軸管との特性インピーダンスが異なる同軸管分配器にて前記伝送された電磁波を複数の第１の同軸管に分配して伝送し、前記複数の第１の同軸管に隣接し、前記処理容器の内壁に設けられた複数の誘電体板に電磁波を伝送し、前記複数の誘電体板から処理容器内に電磁波を放出し、前記放出された電磁波によりガスを励起させて前記処理容器内にて被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理方法が提供される。

これによれば、同軸管分配器の入力側の同軸管と出力側の同軸管との特性インピーダンスを変えることにより、たとえば、マイクロ波を分配しながら伝送させる際の分岐部にてインピーダンスを整合させることができる。

以上に説明したように、本発明によれば、分岐部分にて非垂直に延伸する同軸管を含んだ同軸管分配器により、管内波長の制約を受けることなく基板サイズに合わせてプラズマ励起領域を定めることができる。

発明を実施するための形態

以下に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詳細に説明する。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。

（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置について、図１〜３を参酌しながらその概要を説明する。図１は、本実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の天井面を示す。図１は、図２の２−２断面である。図２は、マイクロ波プラズマ処理装置１０の縦断面の一部を示す。図２は、図１の１−Ｏ−Ｏ’−１断面である。図３は、図１の領域Ｅｘの拡大図である。

（マイクロ波プラズマ処理装置の概略）
図２に示したように、マイクロ波プラズマ処理装置１０は、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。蓋体３００は、上部蓋体３００ａと下部蓋体３００ｂとから構成されている。容器本体２００と下部蓋体３００ｂ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と下部蓋体３００ｂとが密閉され、処理室が画定される。上部蓋体３００ａと下部蓋体３００ｂとの接触面にもＯリング２１０及びＯリング２１５が設けられていて、これにより、上部蓋体３００ａと下部蓋体３００ｂとが密閉されている。容器本体２００及び蓋体３００は、たとえば、アルミニウム合金等の金属からなり、電気的に接地されている。

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形成されている。サセプタ１０５は、支持体１１０に支持されていて、その周囲には処理室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１１５が設けられている。また、処理容器１００の底部にはガス排出管１２０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）を用いて処理容器１００内のガスが排出される。

図１及び図２を見ると、処理容器１００の天井面には、誘電体板３０５、金属電極３１０及び金属カバー３２０が規則的に配置されている。金属電極３１０及び金属カバー３２０の周囲には、サイドカバー３５０が設けられている。誘電体板３０５、金属電極３１０及び金属カバー３２０は、僅かに角が削られた略正方形のプレートである。なお、菱形であってもよい。本明細書において、金属電極３１０は、金属電極３１０の外縁部から誘電体板３０５が概ね均等に露出するように誘電体板３０５に隣接して設けられた平板をいう。これにより、誘電体板３０５は、蓋体３００の内壁と金属電極３１０によりサンドイッチされる。金属電極３１０は、処理容器１００の内壁と電気的に接続されている。

誘電体板３０５及び金属電極３１０は、基板Ｇや処理容器１００に対して概ね４５°傾いた位置に等ピッチで４８枚配置される。ピッチは、一つの誘電体板３０５の対角線の長さが、隣り合う誘電体板３０５の中心間の距離の０．９倍以上になるように定められている。これにより、誘電体板３０５のわずかに削られた角部同士は隣接して配置される。

金属電極３１０と金属カバー３２０は、誘電体板３２０の厚さ分、金属カバー３２０の方が厚い。かかる形状によれば、天井面の高さがほぼ等しくなると同時に、誘電体板３０５が露出した部分やその近傍の凹みの形状もすべてほぼ同じパターンになる。

誘電体板３０５はアルミナにより形成され、金属電極３１０、金属カバー３２０及びサイドカバー３５０はアルミニウム合金により形成されている。なお、本実施形態では、８枚の誘電体板３０５及び金属電極３１０が８列に６段配置されるが、これに限られず、誘電体板３０５及び金属電極３１０の枚数を増やすことも減らすこともできる。

誘電体板３０５及び金属電極３１０は、螺子３２５により４カ所から均等に支持されている（図３参照）。図２に示したように、上部蓋体３００ａと下部蓋体３００ｂとの間には、紙面に垂直な方向に格子状に形成された主ガス流路３３０が設けられている。主ガス流路３３０は、複数の螺子３２５内に設けられたガス流路３２５ａにガスを分流する。ガス流路３２５ａの入口には、流路を狭める細管３３５が嵌入されている。細管３３５は、セラミックスや金属からなる。金属電極３１０と誘電体板３０５との間にはガス流路３１０ａが設けられている。金属カバー３２０と誘電体板３０５との間及びサイドカバー３５０と誘電体板３０５との間にもガス流路３２０ａが設けられている。螺子３２５の先端面は、プラズマの分布を乱さないように、金属電極３１０、金属カバー３２０及びサイドカバー３５０の下面と面一になっている。金属電極３１０に開口されたガス放出穴３４５ａと金属カバー３２０やサイドカバー３５０に開口されたガス放出穴３４５ｂとは均等なピッチで配設されている。

ガス供給源９０５から出力されたガスは、主ガス流路３３０からガス流路３２５ａ（枝ガス流路）を通過し、金属電極３１０内の第１のガス流路３１０ａ及び金属カバー３２０やサイドカバー３５０内の第２のガス流路３２０ａを通ってガス放出穴３４５ａ、３４５ｂから処理室内に供給される。第１の同軸管６１０の外周近傍の下部蓋体３００ｂと誘電体板３０５との接触面にはＯリング２２０が設けられていて、第１の同軸管６１０内の大気が処理容器１００の内部に入らないようになっている。

このようにして天井部の金属面にガスシャワープレートを形成することにより、従来生じていた、プラズマ中のイオンによる誘電体板表面のエッチング及び処理容器内壁への反応生成物の堆積を抑制し、コンタミやパーティクルの低減を図ることができる。また、誘電体と異なり金属は加工が容易であるため、コストを大幅に低減することができる。

蓋体３００を掘り込んで形成された第１の同軸管の外部導体６１０ｂには、内部導体６１０ａが挿入されている。同様にして掘り込んで形成された第２〜第５の同軸管の外部導体６２０ｂ〜６５０ｂには、第２〜第５の同軸管の内部導体６２０ａ〜６５０ａが挿入され、その上部は蓋カバー６６０で覆われている。各同軸管の内部導体は熱伝導のよい銅で形成されている。

図２に示した誘電体板３０５の表面は、第１の同軸管６１０から誘電体板３０５にマイクロ波が入射する部分と誘電体板３０５からマイクロ波が放出される部分を除いて金属膜３０５ａにて被覆されている。これにより、誘電体板３０５とそれに隣接する部材間に生じた空隙によってもマイクロ波の伝搬が乱されず、安定してマイクロ波を処理容器内に導くことができる。

図１に示したように、誘電体板３０５は、誘電体板３０５に一対一に隣接した金属電極３１０と誘電体板３０５が配置されていない処理容器１００の内壁（金属カバー３２０で覆われた処理容器１００の内壁を含む）の間から露出している。誘電体板３０５と誘電体板３０５が配置されていない処理容器１００の内壁（金属カバー３２０で覆われた処理容器１００の内壁を含む）とは、実質的に相似をなす形状か、または実質的に対称となる形状となっている。これにより、誘電体板から金属電極側及び内壁側（金属カバー３２０及びサイドカバー３５０側）に概ね均等にマイクロ波の電力を供給することができる。この結果、誘電体板３０５から放出されたマイクロ波は、表面波となって電力を半分に分配しながら金属電極３１０、金属カバー３２０及びサイドカバー３５０の表面を伝搬する。処理容器内面の金属面とプラズマとの間を伝搬する表面波を、以下、導体表面波（金属表面波：Ｍｅｔａｌ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅ）という。これにより、天井面全体に、導体表面波が伝搬し、本実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１０の天井面下方にて、均一なプラズマが安定的に生成される。

サイドカバー３５０には、４８枚の誘電体板３０５の全体を囲むように８角形の溝３４０が形成されていて、天井面を伝搬する導体表面波が、溝３４０より外側に伝搬することを抑制する。複数の溝３４０を平行に多重に形成してもよい。

一枚の金属電極３１０を中心として、隣接する金属カバー３２０の中心点を頂点に持つ領域を、以下、セルＣｅｌ（図１参照）という。天井面では、セルＣｅｌを一単位として同一パターンの構成が４８セルＣｅｌ規則正しく配置されている。なお、セルＣｅｌのサイズは波長に制約されない。これについては後述する。

冷媒供給源９１０は、蓋体内部の冷媒配管９１０ａ、第２の同軸管の内部導体６２０ａの冷媒配管９１０ｂに接続されていて、冷媒供給源９１０から供給された冷媒が冷媒配管９１０ａ、９１０ｂ内を循環して再び冷媒供給源９１０に戻ることにより、蓋体３００及び内部導体の加熱を抑止するようになっている。

（多分岐：対称８分岐）
次に、本実施形態に係る多分岐（対称８分岐）について、図４及び図５を参照しながら説明する。図４は、同軸管分配器７００を含む分岐回路の模式図である。図５は、図２の３−３断面を示す。

マイクロ波源９００は、導波管と連結し、３分岐しながら同軸導波管変換器を介して第４の同軸管６４０にマイクロ波を伝送する。第４の同軸管６４０は、２分岐（Ｔ分岐）して第２の同軸管６２０に連結される。マイクロ波が第４の同軸管６４０から第２の同軸管６２０に入射される部分を以下、第２の同軸管の入力部Ｉｎと称する。同軸管分配器７００は、入力部Ｉｎを有する第２の同軸管６２０及び第２の同軸管６２０に４カ所で連結され、非垂直に延伸する第３の同軸管６３０を含む多分岐構造である。第２の同軸管６２０と第３の同軸管６３０との連結部分では、第２の同軸管６２０に対して第３の同軸管６３０が２本ずつ連結されている。本実施形態では、８本の第３の同軸管６３０が第２の同軸管６２０に連結されている。８本の第３の同軸管６３０のそれぞれは、第５の同軸管６５０にＴ分岐し、第５の同軸管６５０の両端部にて第１の同軸管６１０に連結し、第１の同軸管６１０の末端にて誘電体板３０５に連結する。

これにより、一台のマイクロ波源９００から出力された９１５ＭＨｚのマイクロ波は、アイソレータ、方向性結合器、整合器（不図示）、導波管３分配器及び３個の同軸導波管変換器を経て、第４の同軸管６４０を伝送し、第２の同軸管６２０および８本の第３の同軸管６３０からなる同軸管分配器７００により電力を均等に分配しながら伝送される。第３の同軸管６３０を伝送されたマイクロ波は、第５の同軸管６５０、第１の同軸管６１０を介して誘電体板３０５に伝送され、金属電極３１０の周縁に露出した誘電体板３０５から処理容器内に放出される。本装置では、３本の第２の同軸管６２０が平行に等ピッチで配置されている。

本実施形態では、８本の第３の同軸管６３０が第２の同軸管６２０に連結されているが、第２の同軸管６２０には、３本以上の第３の同軸管６３０が連結されればよい。本実施形態にかかる同軸管分配器７００に形成された分岐部は、対称な多分岐である。対称な多分岐とは、第２の同軸管の内部導体中央の入力部Ｉｎから一方の分岐先に連結された第３の同軸管６３０の数及び連結位置が他方の分岐先に連結された第３の同軸管６３０の数及び連結位置と等しく、入力部Ｉｎを中心として対称性がある３以上の分岐をいう。

一方、後述する第２実施形態にかかる同軸管分配器７００に形成された分岐部は、非対称な多分岐である。非対称な多分岐とは、たとえば、図８及び図９に示したように、第２の同軸管の内部導体中央の入力部Ｉｎから一方の分岐先に連結された第３の同軸管６３０の数及び連結位置が他方の分岐先に連結された第３の同軸管６３０の数及び連結位置と等しくなく、入力部Ｉｎを中心として対称性がない３以上の分岐をいう。

図５に示したように、内部導体６２０ａ及び内部導体６３０ａとの連結部Ａ_１〜Ａ_４のうち、入力部Ｉｎは連結部Ａ_２と連結部Ａ_３との中点である。入力部Ｉｎが介在しない、結部Ａ_１と連結部Ａ_２との間及び連結部Ａ_３と連結部Ａ_４との間の電気長がπｒａｄの整数倍になっていれば、全ての第３の同軸管６３０に伝送されるマイクロ波の振幅が等しくなる。さらに、これらの電気長がπｒａｄの奇数倍になっていれば、連結部Ａ_１と連結部Ａ_２とにそれぞれ連結された第３の同軸管６３０、及び連結部Ａ_３と連結部Ａ_４とにそれぞれ連結された第３の同軸管６３０に伝送されるマイクロ波の位相がそれぞれπｒａｄずれる。一方、これらの電気長がπｒａｄの偶数倍、即ち２πｒａｄの整数倍になっていれば、全ての第３の同軸管６３０に伝送されるマイクロ波の位相が等しくなる。本実施形態においては、位相を一致させる必要があるため、これらの電気長が２πｒａｄの整数倍になっていればよい。なお、連結部周辺では伝搬のモード（ＴＥＭモード）が乱されるため、電気長が変化する。このため、実際には、連結部Ａ_１と連結部Ａ_２と間の距離及び連結部Ａ_３と連結部Ａ_４と間の距離は、第２の同軸管６２０の管内波長λｇ_２＝３２７．６ｍｍよりも数ｍｍ長く設定されている。

同軸管分配器７００の構造について、図５を参照しながらより詳しく説明する。第２の同軸管６２０は、その中央にて第４の同軸管６４０に連結される。第２の同軸管６２０の入力部Ｉｎから第２の同軸管６２０の端部までは、各端部に対していずれも２カ所ずつ第３の同軸管６３０が連結し、湾曲しながら延伸している。第２の同軸管６２０の入力部Ｉｎから第２の同軸管６２０の端部までの間に第３の同軸管６３０が連結する数は、２以下である方が好ましい。マイクロ波の周波数が変動しても第３の同軸管６３０に共有する電力のバランスが崩れにくいからである。

第２の同軸管の内部導体６２０ａと外部導体６２０ｂとは、第２の同軸管６２０の両端にて短絡され、第２の同軸管６２０の端部からその端部に最も近い第２の同軸管６２０と第３の同軸管６３０との連結部分までの電気長は、概ねπ／２ｒａｄの奇数倍（ここでは、１倍）と等しくなっている。これにより、この間は、一端を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、一端が短絡された電気長がπ／２ｒａｄ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無限大に見える。よって、マイクロ波の伝送にとって第２の同軸管６２０の端部から連結部分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。

内部導体６３０ａの出力端（ロッド６３０ａ１の出力側端部）には、第５の同軸管６５０がそれぞれ連結され、Ｔ分岐になっている。第５の同軸管６５０の両端部には、紙面の奥側に向かって垂直に第１の同軸管６１０が連結している。以上の構成により、マイクロ波は、第２の同軸管６２０の入力部から同軸管分配器７００に入力され、第２の同軸管６２０を伝送して、第３の同軸管６３０に多分岐して分配され、第５及び第１の同軸管６５０，６１０を通って隣接する複数の誘電体板３０５から処理容器内に放出される。

（第４の同軸管とＴ分岐）
図６は、図５の４−４断面であって、第４の同軸管６４０と第２の同軸管６２０との連結部分を示す。第４の同軸管６４０と第２の同軸管６２０との連結部分は、Ｔ字状に２分岐している（Ｔ分岐）。第４の同軸管の内部導体６４０ａの先端は、パイプ７０５状になっていて、その内部を内部導体６２０ａが貫通している。これにより、第４の同軸管の内部導体６４０ａと第２の同軸管の内部導体６２０ａとは密着する。マイクロ波は、第４の同軸管６４０から第２の同軸管６２０に伝送される。

第４の同軸管６４０の両側の内部導体６２０ａの外周部には溝が形成され、その溝には誘電体リング７１０が嵌め込まれている。第４の同軸管の内部導体６４０ａの外周部にも溝が形成され、その溝にも誘電体リング７１５が嵌め込まれている。誘電体リング７１０、７１５はテフロン（登録商標）から形成されている。これにより、第２及び第４の同軸管の内部導体６２０ａ，６４０ａは、外部導体６２０ｂ、６４０ｂにそれぞれ支持される。

第４の同軸管の外部導体６４０ｂは、第２の同軸管を貫通し、第２の同軸管の外部導体６２０ｂより外側にお椀状に丸みを帯びながら突出している。このように、２分岐の出力側の同軸管（ここでは、第２の同軸管６２０）の外部導体のうち、分岐部（連結部分）の外部導体を他の部分の外部導体よりも太くすることにより、連結部分にて第２の同軸管の内部導体６２０ａと外部導体６２０ｂとの間の空間を大きくして、マイクロ波が分岐部分を伝送する際の反射を抑える。

内部導体６４０ａのパイプ７０５の部分と内部導体６２０ａとの接触面には、外側にシールドスパイラル７２０、内側にＯリング７２５が設けられている。シールドスパイラル７２０は、第２の同軸管の内部導体６２０ａと第４の同軸管の内部導体６４０ａとの電気的接続を良好にするためであり、Ｏリング７２５は、冷媒が冷媒流路９１０ｂから外部に漏れないようにするためである。

第４の同軸管の内部導体６４０ａは、第２の同軸管６２０の長手方向に摺動可能に連結されている。第３の同軸管の内部導体６３０ａは、第２の同軸管６２０に螺子止めされているが、第２の同軸管６２０の長手方向に摺動可能に連結されていてもよい。加熱による部材の熱膨張に対して各同軸管にストレスを掛けないためである。

（特性インピーダンス）
２分岐では、入力側の同軸管に２つの出力側の同軸管が並列に接続されるから、入出力間のインピーダンスを整合させるには、入力側の同軸管の特性インピーダンスを、出力側の特性インピーダンスの１／２にすればよい。本実施形態においては、第４の同軸管６４０（入力側の同軸管）の特性インピーダンスは３０Ω、第２の同軸管６２０（出力側の同軸管）の特性インピーダンスは６０Ωに設定されており、この関係が成り立っている。したがって、分岐部の反射を抑えて大電力のマイクロ波を伝送させることができる。

（第３の同軸管と第２の同軸管の連結部分）
図２を参照すると、第３の同軸管の内部導体６３０ａでは、ロッド６３０ａ１が内部導体連結板６３０ａ２に螺子Ｓにより固定されている。このように、第２の同軸管６２０と第３の同軸管６３０との連結部分では、第２の同軸管６２０に対して第３の同軸管６３０（ロッド６３０ａ１）が対向して連結されている。なお、第３の同軸管６３０は、各分岐部分にて１本のみ連結していてもよく２本以上連結していてもよい。また、各第３の同軸管６３０は、本実施形態のように対向して連結されていてもよいが、対向していなくてもよい。

第３の同軸管の内部導体６３０ａのうち、第２の同軸管の内部導体６２０ａと連結する部分（内部導体連結板６３０ａ２の部分）は、他の部分より細くなっている。第２の同軸管を伝送するマイクロ波の伝送状態の乱れを小さくするためである。さらに、細くなっている部分の長さ、及び太さを変えることにより、第３の同軸管６３０の電気長を調整することができる。第３の同軸管の内部導体６３０ａを第２の同軸管の内部導体６２０ａよりも細くしたり、第３の同軸管の外部導体６３０ｂを第２の同軸管の外部導体６２０ｂよりも細くすることにより、マイクロ波の伝送状態の乱れを小さくしている。内部導体連結板６３０ａ２と第２の同軸管の内部導体６２０ａは、ロウ付け又は半田付けにより固定されている。なお、第３の同軸管６３０は、インピーダンス変換機構としても機能するが、これについては後述する。

（第５の同軸管とＴ分岐）
次に、図７を参照しながら、第３及び第５の同軸管６３０，６５０によるＴ分岐の構造を説明する。第３の同軸管６３０は、湾曲しながら第２の同軸管６２０と第５の同軸管６５０とを連結する。第５の同軸管の内部導体６５０ａは、第２及び第３の同軸管の内部導体６２０ａ，６３０ａと同様に銅から形成されている。第３及び第５の同軸管の内部導体６３０ａ、６５０ａの連結部分は、第３の同軸管の内部導体６３０ａを第５の同軸管の内部導体６５０ａの凹部に嵌め込んだ状態で半田付け又はロウ付けにより固定されている。

第５の同軸管の内部導体６５０ａの外周部には、Ｔ分岐の両側にて溝が形成され、その溝には誘電体リング７３０が嵌め込まれている。これにより、第５の同軸管の内部導体６５０ａは、外部導体６５０ｂに支持される。第５の同軸管の内部導体６５０ａは、誘電体ロッド７３５によって側部からも支持される。誘電体ロッド７３５は、第５の同軸管の内部導体６５０ａに設けられた穴に挿入され、第１の同軸管の内部導体６１０ａを第５の同軸管６５０に固定する。誘電体リング７３０及び誘電体ロッド７３５は、テフロンから形成されている。

（インピーダンス変換機構）
次に、第３の同軸管のインピーダンス変換機構について説明する。

同軸管分配器７００における反射を無くすには、第２の同軸管６２０と第３の同軸管６３０の連結部から第３の同軸管側を見たインピーダンスが所望の値の実数となっていればよい。第３の同軸管６３０の出力側が整合されているとすれば、第３の同軸管６３０の電気長を、概ねπ／２ｒａｄに設計することにより、連結部から第３の同軸管側を見たインピーダンスを実数にすることができる。さらに、第３の同軸管の特性インピーダンスを変えることにより、連結部から第３の同軸管側を見たインピーダンスを所望の値にすることができる。

図２に示したように、前述した第３の同軸管の内部導体６３０ａでは、第２の同軸管の内部導体６２０ａと連結する部分（内部導体連結板６３０ａ２）が他の部分（ロッド６３０ａ１部分）より細くなっている。このように、第３の同軸管の内部導体６３０ａを細くすることにより、第３の同軸管６３０の電気長を長くすることができる。

また、図示していないが、第３の同軸管の内部導体６３０ａの第５の同軸管の内部導体６５０ａとの連結部を細くするか、又は外部導体６３０ｂを太くすることによっても、第３の同軸管６３０の電気長を長くすることができる。

さらに、第５の同軸管の内部導体６５０ａの第３の同軸管の内部導体６３０ａとの連結部を図７のくびれ部６５０ａ１のように細くするか、又は外部導体６５０ｂを太くすることにより、第３の同軸管６３０の電気長を長くすることができる。

以上のように、第３の同軸管６３０に細くなっている部分や太くなっている部分を設け、その長さや太さを調整することにより、第３の同軸管の電気長を調整することができる。また、第３の同軸管に連結された同軸管（ここでは、第２，第５の同軸管）の長さや太さを調整することにより、連結された同軸管の電気長を調整することができる。これらの調整手段（インピーダンス変換機構）により、第２の同軸管６２０に垂直な方向のセルピッチＰｉ１（図１参照）を比較的自由に定めることができる。さらに、第３の同軸管６３０を湾曲させることにより、第２の同軸管６２０に水平な方向のセルピッチＰｉ２を比較的自由に定めることができる。

これにより、マイクロ波の管内波長の制約を受けることなく基板サイズに合わせてセルの縦横のサイズを自由に定めることができる。通常、プラズマ励起領域Ｅａを基板サイズに対して６０ｍｍ〜８０ｍｍ程度大きくすれば、均一なプラズマ処理が行える。よって、プラズマ励起領域Ｅａを上記条件を満たした、ガラス基板のサイズよりやや大きい領域とすることにより、プラズマ励起領域が必要以上に大きくならず、使用電力を低減できる。また、装置全体が必要以上に大きくなることも回避できる。

（インピーダンス緩衝部）
内部導体が太いほど特性インピーダンスは小さくなり、内部導体が細いほど特性インピーダンスは大きくなる。よって、太さが異なる第３の同軸管の内部導体６３０ａと第５の同軸間の内部導体６５０ａとを直接連結すると、特性インピーダンスが大きく異なるため連結部分にて反射が大きくなる。そこで、第５の同軸管の内部導体６５０ａと第３の同軸管の内部導体６３０ａとの連結部分のくびれ部６５０ａ１は、反射を小さくする機能も有する。このようにして、くびれ部６５０ａ１がインピーダンス緩衝部となって、特性インピーダンスを徐々に段階的に変えながら連結させることができ、マイクロ波の反射を抑え、第５の同軸管６５０の左右にマイクロ波を入り込みやすくすることができる。さらに、第３の同軸管６３０の湾曲形状に合わせて、くびれ部６５０ａ１の太さだけでなく、第５の同軸管の内部導体６５０ａの中点Ｒ_１から右のくびれの長さＬｒと左のくびれの長さＬｌとを異ならせることにより、第５の同軸管６５０の左右に均等な電力のマイクロ波を伝送することができる。

対称多分岐の場合には、第２の同軸管６２０の入力部Ｉｎから両端を見たインピーダンスをそれぞれ整合させることができるし、且つ第４の同軸管６４０から負荷側を見たインピーダンスを整合させることもできる。この結果、同軸管分配器７００の入力側から見たときの反射がなくなり大電力のマイクロ波を伝送できるようになる。以下の条件を満たせば、第２同軸管６２０から負荷側を見たインピーダンスを整合させることができる。

すなわち、第１の同軸管６１０からプラズマ側を見たインピーダンスが整合されているとき、第３の同軸管６３０の出力端から出力側を見たインピーダンスが概ね抵抗性であり、第３の同軸管６３０の出力端から出力側を見た抵抗をＲ_ｒ５、第２の同軸管６２０の入力部から第２の同軸管６２０の端部までの間に連結される第３の同軸管６３０の数をＮ_ｓ、第２の同軸管６２０の特性インピーダンスをＺ_ｃ２としたとき、第３の同軸管６３０の特性インピーダンスＺ_ｃ３を、概ね（Ｒ_ｒ５×Ｎ_ｓ×Ｚ_ｃ２）^１／２と等しくするとともに、電気長をπ／２ｒａｄにする。たとえば、図４に示した８分岐の場合、第３の同軸管６３０の出力端には、特性インピーンダンスが３０Ωの２本の第５の同軸管６５０が並列に接続されているから、Ｒ_ｒ５＝１５Ωである。また、Ｎ_ｓ＝４，Ｚ_ｃ２＝６０Ωであれば、Ｚ_ｃ３を６０Ωにすればよい。

また、第２の同軸管６２０と第３の同軸管６３０との連結部分から第３の同軸管側を見たインピーダンスは概ね抵抗性であり、第２の同軸管６２０と第３の同軸管６３０との連結部分から第３の同軸管側を見た抵抗をＲ_ｒ３、第２の同軸管６２０の入力部Ｉｎから第２の同軸管６２０の片端までの間に接続される第３の同軸管６３０の数をＮ_ｓ、第２の同軸管６２０の特性インピーダンスをＺ_ｃ２としたとき、第２の同軸管６２０の特性インピーダンスＺ_ｃ２を概ねＲ_ｒ３／Ｎ_ｓに等しくする。

たとえば、図４に示した８分岐の場合、Ｒ_ｒ３＝２４０，Ｚ_ｃ２＝２４０／４＝６０Ωとなり、上記の関係が満たされている。

（第２実施形態：非対称６分岐）
次に、第２実施形態にかかるＧ４．５用ガラス基板の分岐回路について図８及び図９を参照しながら説明する。図８は、本実施形態に係る同軸管分配器７００を含む分岐回路の模式図である。図９は、本実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１０の天井面を示す。本実施形態は、同軸管を非対称に６分岐した多分岐である。Ｇ４．５用ガラス基板のサイズは、７３０×９２０ｍｍである。

本実施形態では、図８に示したように、伝送線路９００ａは、導波管、同軸導波管変換器、複数の同軸管を含む。一台のマイクロ波源９００から出力されたマイクロ波は、導波管にて３分岐しながら同軸導波管変換器に伝わり、第４の同軸管６４０を介して同軸管分配器７００に伝送される。同軸管分配器７００は、入力部Ｉｎを有する第２の同軸管６２０に非対称に６分岐した第３の同軸管６３０を含む多分岐構造である。

図９に示したように、セル数は、基板長手方向及び基板短手方向に６列ずつ、合計で３６枚均等に配置される。入力部Ｉｎは、連結部Ａ_２と連結部Ａ_３との中点、若しく連結部Ａ_３と連結部Ａ_４との中点にある。前述したように、対称多分岐の場合には、第２の同軸管６２０の入力部Ｉｎから両端を見たインピーダンスをそれぞれ整合させることができるし、且つ第４の同軸管６４０から負荷側を見たインピーダンスを整合させることもできる。

しかし、非対称多分岐の場合には、仮に第２の同軸管６２０の入力部Ｉｎから両端を見たインピーダンスをそれぞれ整合させると、左右に伝送されるマイクロ波の電力が等しくなるから、各セルに供給させるマイクロ波の電力が左右で異なってしまう。このため、第２の同軸管６２０の入力部Ｉｎから両端を見たインピーダンスを整合させることはできない。しかし、以下の条件を満たせば、第４の同軸管６４０から負荷側を見たインピーダンスを整合させることはできる。この結果、大電力のマイクロ波を伝送できるようになる。

すなわち、第２の同軸管６２０の入力部Ｉｎには、特性インピーダンスがＺ_ｃ４の第４の同軸管６４０が接続され、第１の同軸管６１０からプラズマ側を見たインピーダンスが整合されているとき、第３の同軸管６３０の出力端から出力側を見たインピーダンスが概ね抵抗性であり、第３の同軸管６３０の出力端から出力側を見た抵抗をＲ_ｒ５、第２の同軸管６２０に接続される第３の同軸管６３０の数をＮ_ｔとしたとき、第３の同軸管６３０の特性インピーダンスＺ_ｃ３を、概ね（Ｒ_ｒ５×Ｎ_ｔ×Ｚ_ｃ４）^１／２と等しくするとともに、電気長をπ／２ｒａｄにする。たとえば、図８に示した６分岐の場合、第３の同軸管６３０の出力端には、特性インピーンダンスが３０Ωの２本の第５の同軸管６５０が並列に接続されているから、Ｒ_ｒ５＝１５Ωである。また、Ｎ_ｔ＝６，Ｚ_ｃ４＝３０Ωであれば、Ｚ_ｃ３を５２Ωにすればよい。

また、第２の同軸管６２０と第３の同軸管６３０との連結部分から第３の同軸管側を見たインピーダンスは概ね抵抗性であり、前記連結部分から第３の同軸管側を見た抵抗をＲ_ｒ３、第２の同軸管６２０に接続される第３の同軸管６３０の数をＮ_ｔとしたとき、特性インピーダンスＺ_ｃ４を概ねＲ_ｒ３／Ｎ_ｔに等しくする。

たとえば、図８に示した６分岐の場合、Ｒ_ｒ３＝１８０，Ｚ_ｃ４＝１８０／６＝３０Ωとなり、上記の関係が満たされている。

対称多分岐の場合には、第２の同軸管６２０の入力部から両端を見たインピーダンスをそれぞれ整合させることができたため、連結部Ａ_２〜Ａ_３の部分に定在波が立っておらず、連結部Ａ_２〜Ａ_３の間隔は任意であった。一方、非対称分岐の場合には、連結部Ａ_２〜Ａ_３の部分に定在波が立っており、連結部Ａ_２〜Ａ_３間の電気長を、２πｒａｄの整数倍（本実施の形態では１倍）に合わせなければならない。

ところが、入力部に同軸管が連結されると、連結部周辺で伝搬のモードが乱されるため、電気長が変化する。この電気長のずれを補正するために、テフロンからなる誘電体リング７１０が、入力部Ｉｎと連結部Ａ_２、及び入力部と連結部Ａ_３との間に設けられている。誘電体リング７１０の厚さ、位置、及び誘電率を最適化することにより、非対称多分岐においても、振幅と位相の揃ったマイクロ波を分岐先に伝送させることができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態にかかるＧ１０用ガラス基板の分岐回路について図１０及び図１１を参照しながら説明する。図１０は、同軸管分配器７００を含む分岐回路の模式図である。図１１は、マイクロ波プラズマ処理装置上に載置された導波管分配器８５０を示す。本実施形態は、同軸管を対称的に８分岐した多分岐である。Ｇ１０用ガラス基板のサイズは、２８８０×３０８０ｍｍである。

導波管分配器８５０は、トーナメント方式の２×２×２分岐が、平面状に構成されている。マイクロ波源９００及びチューナに対して、両側に対称的に導波管８５０が分岐している。平面状に構成されているため、導波管８５０の厚さ（図１１の紙面に垂直方向の長さ）が薄く、装置上に容易に載置することができる。

セル数は、基板長手方向及び基板短手方向に１６列ずつ、合計で２５６枚均等に配置される。同軸管対称８分岐が横方向に２列、縦方向に８列設置されている。

（インピーダンス変換機構の変形例）
次に、図１２を参照しながら、インピーダンス変換機構の変形例について簡単に述べる。図５に示したように、上述した各実施形態に係る第３の同軸管６３０は湾曲していたのに対して、本変形例に係る第３の同軸管６３０は棒状であって、第２の同軸管に対して斜めに連結されている。これによっても、第３の同軸管６３０をインピーダンス変換機構として機能させることにより、分配器入力側から見たとき反射を抑え、大電力のマイクロ波を伝送できるようになる。

（第４実施形態：同軸管分配器の変形例）
最後に、図１３〜図１５を参照しながら、第４実施形態に係る同軸管分配器７００の変形例について簡単に説明する。図１３は、本実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の断面である。図１３は、図１４の８−Ｏ−Ｏ’−８断面を示す。図１４は、図１３の６−６断面を示す。図１５は、図１３の７−７断面を示す。第４実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置１０は、ウエハサイズが直径３００ｍｍの半導体基板用である。

本実施形態では、第４の同軸管６４０は、第３の同軸管６３０（ロッド６３０ａ１及び内部導体連結板６３０ａ２）にＴ分岐し、さらに、第３の同軸管６３０は、第５の同軸管６５０にＴ分岐する。第３の同軸管６３０の分岐部分は、他の部分より細いくびれ部６３０ａ１１を有する。第３の同軸管６３０から第５の同軸管６５０へのＴ分岐は、図５のＴ分岐と基本的に同じであり、第３の同軸管６３０はインピーダンス変換を行っている。ただし、本実施形態では、第３の同軸管６３０が湾曲しておらず、第３の同軸管の内部導体６３０ａが、第５の同軸管の内部導体６５０に垂直に連結されている。

第３の同軸管の出力端には、特性インピーンダンスが３０Ωの２本の第５の同軸管６５０が並列に接続されている。従って、第１の同軸管６１０からプラズマ側を見たインピーダンスが整合されているとき、第３の同軸管６３０の出力端から出力側を見たインピーダンスは３０／２＝１５Ωになる。一方、第４の同軸管６４０の特性インピーダンスは５０Ωである。従って、第４の同軸管と第３の同軸管の連結部から第３の同軸管側を見たインピーダンスが５０×２＝１００Ωになっていれば、分配器における反射をなくして大電力のマイクロ波を伝送できる。この１５Ωから１００Ωのインピーダンス変換を、電気長がπ／２ｒａｄの第３の同軸管が担っている。

本実施形態では、連結部分の内部導体６３０ａ側にくびれ部６３０ａ１１が設けられている。くびれ部６３０ａ１１の直径や長さによって、第３の同軸管６３０の電気長を調整している。

なお、２分岐を構成する出力側の同軸管の外部導体（図１５の第５の同軸管の外部導体６５０ｂ）のうち、連結部分が他の部分よりも太くなっていてもよい。

以上に説明した第１実施形態〜第３実施形態及び変形例に係るマイクロ波プラズマ処理装置１０によれば、同軸管分配器７００のうち少なくとも一段は、第２の同軸管６２０から第２の同軸管６２０に非垂直に連結された３本以上の第３の同軸管６３０に多分岐する。第３の同軸管６３０は、特性インピーダンスを調整する機構を持っていて、第３の同軸管６３０の入力側（電磁波源側）の特性インピーダンスを第３の同軸管６３０の出力側（プラズマ側）の特性インピーダンスに整合させることができる。この結果、マイクロ波の伝送効率を向上させることができる。

また、第４実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１０によれば、同軸管分配器７００のうち少なくとも一段は、入力側の同軸管と出力側の同軸管との特性インピーダンスが異なることにより、分岐部分にてインピーダンスを整合させることができる。この結果、大電力のマイクロ波を伝送することができる。

以上に説明した各実施形態では、９１５ＭＨｚのマイクロ波を出力するマイクロ波源９００を挙げたが、８９６ＭＨｚ、９２２ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚ等のマイクロ波を出力するマイクロ波源であってもよい。また、マイクロ波源は、プラズマを励起するための電磁波を発生する電磁波源の一例であり、１００ＭＨｚ以上の電磁波を出力する電磁波源であれば、マグネトロンや高周波電源も含まれる。

また、金属電極３１０の形状は、４角形に限られず、３角形、６角形、８角形でもよい。この場合には、誘電体板３０５及び金属カバー３２０の形状も金属電極３１０の形状と同様になる。金属カバー３２０やサイドカバーはあってもなくてもよい。金属カバー３２０がない場合には、蓋体３００に直接ガス流路が形成される。また、ガス放出穴がなく、ガス放出機能がなくてもよいし、下段シャワーが設けられていてもよい。金属電極３１０や誘電体板３０５の数は８個に限定されず、１個以上の何れかであってもよい。

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。

たとえば、第３の同軸管６３０のインピーダンス変換機構は、第２の同軸管６２０から非垂直に延伸する機構と、第２の同軸管の内部導体６２０ａと第３の同軸管の内部導体６３０ａとの間にテフロン等の誘電体からなるインピーダンス変換機構と、を組み合わせて構成されてもよい。

また、本発明では、同軸管分配器７００のうち少なくとも一段が、第２の同軸管６２０と３本以上の第３の同軸管６３０とを有していれば、他の伝送線路を含んでいてもよい。また、各第３の同軸管６３０は、前記第２の同軸管に対して非垂直に延伸していれば、第２の同軸管６２０から斜め方向に延伸していても、湾曲しながら延伸していても、その他の形状であってもよい。

プラズマ処理装置は、上述したマイクロ波プラズマ処理装置に限られず、成膜処理、拡散処理、エッチング処理、アッシング処理、プラズマドーピング処理など、プラズマにより被処理体を微細加工する装置であればよい。

また、たとえば、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。

第１実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の天井面を示した（図２の２−２断面）図である。 図１の１−Ｏ−Ｏ’−１断面図である。 図１の領域Ｅｘの拡大図である。 同実施形態にかかる分岐回路を示した図である。 図２の３−３断面図である。 図５の４−４断面図である。 インピーダンス変換部の機能を説明するための図である。 第２実施形態にかかる分岐回路を示した図である。 同実施形態に係る蓋体の切断面を示した図である。 第３実施形態にかかる分岐回路を示した図である。 同実施形態に係る導波管分岐及び同軸管多分岐を模式的に示した図である。 変形例にかかる同軸管分配器を示した図である。 第４実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置の縦断面図である。 図１３の６−６断面図である。 図１３の７−７断面図である。

符号の説明

１０ マイクロ波プラズマ処理装置
１００ 処理容器
３００ 蓋体
３０５ 誘電体板
３１０ 金属電極
３２０ 金属カバー
３５０ サイドカバー
６１０ 第１の同軸管
６２０ 第２の同軸管
６３０ 第３の同軸管
６３０ａ１ ロッド
６３０ａ１１、６５０ａ１ くびれ部
６３０ａ２ 内部導体連結板
６４０ 第４の同軸管
６５０ 第５の同軸管
７００ 同軸管分配器
７０５ 誘電体リング
９００ マイクロ波源
Ｃｅｌ ユニットセル

Claims (27)

1. 電磁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、
   電磁波を出力する電磁波源と、
   前記電磁波源から出力された電磁波を伝送する伝送線路と、
   前記処理容器の内壁に設けられ、電磁波を前記処理容器内に放出する複数の誘電体板と、
   前記複数の誘電体板に隣接し、電磁波を前記複数の誘電体板に伝送する複数の第１の同軸管と、
   前記伝送線路を伝送した電磁波を前記複数の第１の同軸管に分配して伝送する１段又は２段以上の同軸管分配器と、を備え、
   前記同軸管分配器のうち少なくとも一段は、入力部を有する第２の同軸管と前記第２の同軸管に連結された３本以上の第３の同軸管とを含み、
   第３の同軸管のそれぞれは、前記第２の同軸管に対して非垂直に延伸する部分を有するプラズマ処理装置。
2. 各第３の同軸管は、インピーダンス変換機構を有する請求項１に記載されたプラズマ処理装置。
3. 前記第２の同軸管の入力部から前記第２の同軸管の端部までの間の前記第２の同軸管と前記第３の同軸管との連結部分の数は、２以下である請求項１又は請求項２のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
4. 前記第２の同軸管と前記第３の同軸管との連結部間のうち前記入力部が介在しない連結部間の電気長は、概ねπｒａｄの整数倍に等しい請求項１〜３のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
5. 前記第２の同軸管と前記第３の同軸管との連結部間のうち前記入力部が介在しない連結部間の電気長は、概ね２πｒａｄの整数倍に等しい請求項４に記載されたプラズマ処理装置。
6. 前記第２の同軸管と前記第３の同軸管との連結部分では、前記第２の同軸管に対して前記第３の同軸管が２本ずつ連結されている請求項１〜５のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
7. 前記第３の同軸管は、湾曲している請求項１〜６のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
8. 前記第３の同軸管は、前記第２の同軸管に斜めに連結している請求項１〜７のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
9. 前記第３の同軸管の内部導体は、前記第２の同軸管の内部導体よりも細い請求項１〜８のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
10. 前記第３の同軸管の外部導体は、前記第２の同軸管の外部導体よりも細い請求項１〜９のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
11. 前記第２の同軸管の内部導体と外部導体とは、前記第２の同軸管の少なくとも片方の端部にて短絡され、
    前記第２の同軸管の端部から前記端部に最も近い前記第２の同軸管と前記第３の同軸管との連結部分までの電気長は、概ねπ／２ｒａｄの奇数倍と等しい請求項１〜１０のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
12. 前記第１の同軸管からプラズマ側を見たインピーダンスが整合されているとき、前記第２の同軸管と前記第３の同軸管との連結部分から前記第３の同軸管側を見たインピーダンスは概ね抵抗性であり、
    前記連結部分から前記第３の同軸管側を見た抵抗をＲ_ｒ３、前記第２の同軸管の入力部から前記第２の同軸管の片端までの間に連結される第３の同軸管の数をＮ_ｓ、前記第２の同軸管の特性インピーダンスをＺ_ｃ２としたとき、前記第２の同軸管の特性インピーダンスＺ_ｃ２は概ねＲ_ｒ３／Ｎ_ｓに等しい請求項１〜１１のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
13. 前記第２の同軸管の入力部には、特性インピーダンスがＺ_ｃ４の第４の同軸管が連結され、前記第１の同軸管からプラズマ側を見たインピーダンスが整合されているとき、前記第２の同軸管と前記第３の同軸管との連結部分から前記第３の同軸管側を見たインピーダンスは概ね抵抗性であり、
    前記連結部分から前記第３の同軸管側を見た抵抗をＲ_ｒ３、前記第２の同軸管に連結される第３の同軸管の数をＮ_ｔとしたとき、特性インピーダンスＺ_ｃ４は概ねＲ_ｒ３／Ｎ_ｔと等しい請求項１〜１１のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
14. 前記第３の同軸管の電気長が概ねπ／２ｒａｄとなっている請求項１〜１３のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
15. 前記第３の同軸管の内部導体のうち、前記第２の同軸管との連結部分は他の部分より細い請求項１〜１４のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
16. 前記第１の同軸管からプラズマ側を見たインピーダンスが整合されているとき、前記第３の同軸管の出力端から出力側を見たインピーダンスが概ね抵抗性であり、前記第３の同軸管の出力端から出力側を見た抵抗をＲ_ｒ５、前記第２の同軸管の入力部から前記第２の同軸管の片端までの間に連結される第３の同軸管の数をＮ_ｓ、前記第２の同軸管の特性インピーダンスをＺ_ｃ２としたとき、前記第３の同軸管の特性インピーダンスＺ_ｃ３は、概ね（Ｒ_ｒ５×Ｎ_ｓ×Ｚ_ｃ２）^１／２と等しい請求項１４又は請求項１５のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
17. 前記第２の同軸管の入力部には、特性インピーダンスがＺ_ｃ４の第４の同軸管が連結され、前記第１の同軸管からプラズマ側を見たインピーダンスが整合されているとき、前記第３の同軸管の出力端から出力側を見たインピーダンスが概ね抵抗性であり、前記第３の同軸管の出力端から出力側を見た抵抗をＲ_ｒ５、前記第２の同軸管に連結される第３の同軸管の数をＮ_ｔとしたとき、前記第３の同軸管の特性インピーダンスＺ_ｃ３は、概ね（Ｒ_ｒ５×Ｎ_ｔ×Ｚ_ｃ４）^１／２と等しい請求項１４又は請求項１５のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
18. 前記第３の同軸管の出力端と第５の同軸管との連結部分はＴ分岐である請求項１〜１７のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
19. 前記第３の同軸管の内部導体又は第５の同軸管の内部導体のうち少なくともいずれかは、前記Ｔ分岐の連結部分が他の部分よりも細い請求項１８に記載されたプラズマ処理装置。
20. 前記第５の同軸管の内部導体の細くなっている部分のうち、前記Ｔ分岐の連結部分から一方の分岐先に向かう部分の長さと前記Ｔ分岐の連結部分から他方の分岐先に向かう部分の長さとは異なる請求項１９に記載されたプラズマ処理装置。
21. 前記第３の同軸管の外部導体又は第５の同軸管の外部導体のうち少なくともいずれかは、前記Ｔ分岐の分岐部が他の部分よりも太い請求項１８〜２０のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
22. 前記処理容器の内壁に電気的に接続され、前記複数の誘電体板に一対一に隣接した複数の金属電極を備え、
    各誘電体板は、前記隣接した各金属電極と前記各誘電体板が配置されていない処理容器の内壁の間から露出し、
    前記各誘電体板が配置されていると前記各誘電体板が配置されていない処理容器の内壁又は前記内壁に設けられた金属カバーとは、実質的に相似をなす形状か、または実質的に対称となる形状である請求項１〜２１のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
23. 電磁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、
    電磁波を出力する電磁波源と、
    前記電磁波源から出力された電磁波を伝送する伝送線路と、
    前記処理容器の内壁に設けられ、電磁波を前記処理容器内に放出する複数の誘電体板と、
    前記複数の誘電体板に隣接し、電磁波を前記複数の誘電体板に伝送する複数の第１の同軸管と、
    前記伝送線路を伝送した電磁波を前記複数の第１の同軸管に分配して伝送する１段又は２段以上の同軸管分配器と、を備え、
    前記同軸管分配器のうち少なくとも一段は、入力側の同軸管と出力側の同軸管との特性インピーダンスが異なるプラズマ処理装置。
24. 前記入力側の同軸管と前記出力側の同軸管との連結部分は２分岐であり、
    前記２分岐では、前記入力側の同軸管の特性インピーダンスの２倍が、前記出力側の同軸管の特性インピーダンスと概ね等しい請求項２３に記載されたプラズマ処理装置。
25. 前記２分岐を構成する出力側の同軸管の外部導体のうち、前記連結部分が他の部分よりも太い請求項２４に記載されたプラズマ処理装置。
26. 処理容器の内部にガスを導入し、
    電磁波源から電磁波を出力し、
    前記出力した電磁波を伝送線路に伝送し、
    前記伝送線路を伝送した電磁波を１段又は２段以上の同軸管分配器から複数の第１の同軸管に分配して伝送し、
    前記第１の同軸管を伝送した電磁波を、前記処理容器の内壁に設けられた複数の誘電体板から前記処理容器内に放出し、
    電磁波を前記同軸管分配器に伝送させる際、前記同軸管分配器のうち少なくとも一段は入力部を有する第２の同軸管と前記第２の同軸管に連結された３本以上の第３の同軸管とを含み、前記第２の同軸管に対して非垂直に延伸する部分を有する各第３の同軸管に電磁波を伝送し、前記第１の同軸管を介して前記処理容器内に放出された電磁波により前記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方法。
27. 処理容器の内部にガスを導入し、
    電磁波源から電磁波を出力し、
    前記出力した電磁波を伝送線路に伝送し、
    １段又は２段以上の同軸管から形成され、その少なくとも一段では入力側の同軸管と出力側の同軸管との特性インピーダンスが異なる同軸管分配器にて前記伝送された電磁波を複数の第１の同軸管に分配して伝送し、
    前記複数の第１の同軸管に隣接し、前記処理容器の内壁に設けられた複数の誘電体板に電磁波を伝送し、
    前記複数の誘電体板から処理容器内に電磁波を放出し、
    前記放出された電磁波によりガスを励起させて前記処理容器内にて被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理方法。

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