(57)【要約】【課題】ラジアルラインスロットアンテナを用いたマイクロ波の伝送路を適正化し、異常放電の発生を抑止する。【解決手段】マイクロ波プラズマ処理装置１０は、マイクロ波を、矩形導波管３０５、同軸変換機３１０、内部導体３１５、外部導体３４０、テーパーコネクタ３２０、ラジアルラインスロットアンテナ２０５により画定される空間を使って伝送させる。アンテナ内では、溶射により金属膜２０５ｂが被覆された遅波板２０５ａの内部をマイクロ波が伝搬する際に金属膜２０５ｂの界面にマイクロ波の電流が流れる。矩形導波管３０５と同軸変換機３１０とのギャップＧは、嵌め合い構造Ｆにより所定の基準間隔ｋｍｍ（ｋ≧０．３）に対して（ｋ±ｎ）ｍｍ（ｎ≦０．１）の範囲内の間隔となるように管理される。【選択図】図３
2010027588.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波を用いて生成されたプラズマにより被処理体をプラズマ処理するマイクロ波プラズマ処理装置であって、
内部にてプラズマ処理が行われる処理容器と、
マイクロ波を出力するマイクロ波源と、
前記マイクロ波源から出力されたマイクロ波を伝送する同軸導波管と、
めっき、溶射及びメタライズのいずれかの方法により遅波板の上面、下面及び外周側面に導電膜を被覆し、前記導電膜をマイクロ波の伝送路とするとともに、前記遅波板の下面側導電膜に形成された複数のスロットから、前記同軸導波管から前記遅波板を伝搬したマイクロ波を前記処理容器内に放射するアンテナと、を備えたマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記導電膜は、Ｃｕ、Ａｌ及びＡｇのいずれかの金属を溶射することにより形成される請求項１に記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項３】
前記導電膜は、前記遅波板に溶射後、溶融することにより形成される請求項２に記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項４】
前記導電膜の膜厚は、１０μｍ以上４００μｍ以下である請求項３に記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項５】
前記導電膜の膜厚は、４０μｍ以上４００μｍ以下である請求項４に記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項６】
前記金属膜の体積抵抗率は、１．００×１０−５Ω・ｃｍ以下である請求項３〜５のいずれかに記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項７】
前記アンテナは、複数のスロットを有するラジアルラインスロットアンテナである請求項１〜６のいずれかに記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項８】
前記導電膜には、マイクロ波のリークを防止するためのシールド部材が設けられている請求項１〜７のいずれかに記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項９】
前記導電膜及び遅波板は、前記同軸導波管の内部導体に連結されたテーパーコネクタと前記同軸導波管の外部導体とから把持される請求項１〜８のいずれかに記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記同軸導波管の外部導体と前記テーパーコネクタとの対向部分に第１のコンタクト部材を備える請求項９に記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記第１のコンタクト部材は、線材の金属シールド部材である請求項１０に記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記同軸導波管の内部導体にはコンタクトフランジが連結され、
前記コンタクトフランジの下面には、前記導電膜及び遅波板を支持するコンタクト板が固設され、
前記コンタクト板は、前記遅波板の下面側導電膜と電気的に接続されている請求項１〜８のいずれかに記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記コンタクト板と前記遅波板の下面側導電膜との電気的接続は、前記コンタクト板の下面側に設けられた弾性体によって補完されている請求項１２に記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記導電膜及び遅波板の上面側に冷却ジャケットを備え、
前記冷却ジャケットの下面には、前記遅波板の上面側導電膜に接する伝熱部材が設けられている請求項１〜１３のいずれかに記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記処理容器の上部は開口し、
前記導電膜及び遅波板の下面側には、前記処理容器の上部の開口を覆うように天板が設けられ、
前記遅波板の下面側導電膜と前記天板との間には緩衝部材が設けられている請求項１〜１４のいずれかに記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項１６】
マイクロ波を用いて生成されたプラズマにより被処理体をプラズマ処理するマイクロ波プラズマ処理装置であって、
内部にてプラズマ処理が行われる処理容器と、
マイクロ波を出力するマイクロ波源と、
前記マイクロ波源から出力されたマイクロ波を伝送する矩形導波管と、
前記矩形導波管に設けられた開口に挿入され、前記矩形導波管を伝送されたマイクロ波のモードを変換させる同軸変換機と、
前記同軸変換機にてモードが変換されたマイクロ波を伝送する同軸導波管と、
遅波板とスロット板とを有し、前記スロット板の複数のスロットから、前記同軸導波管を通って前記遅波板を伝搬したマイクロ波を前記処理容器内に放射するアンテナと、を備え、
前記矩形導波管に設けられた開口の側部壁面と、対向する前記同軸変換機の側部壁面とのギャップは、いずれの対向位置においても所定の範囲内の間隔に管理されるマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項１７】
前記ギャップは、前記矩形導波管と前記同軸変換機との部材間の嵌め合い構造により管理される請求項１６に記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項１８】
前記ギャップは、前記矩形導波管に固定され、前記同軸変換機の外周に適合する開口部が形成されたシムにより管理される請求項１６に記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項１９】
前記ギャップは、いずれの対向位置においても所定の基準間隔ｋｍｍ（ｋ≧０．３）に対して（ｋ±ｎ）ｍｍ（ｎ≦０．１）の範囲内の間隔となるように管理される請求項１７又は１８に記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項２０】
前記矩形導波管及び前記同軸変換機の前記ギャップ付近を絶縁材にてコーティングする請求項１６〜１９のいずれかに記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項２１】
マイクロ波を用いて生成されたプラズマにより被処理体をプラズマ処理するマイクロ波プラズマ処理装置の給電方法であって、
マイクロ波源からマイクロ波を出力し、
前記マイクロ波源から出力されたマイクロ波を同軸導波管に伝送させ、
めっき、溶射及びメタライズのいずれかの方法により遅波板の上面、下面及び外周側面に導電膜を被覆し、前記導電膜をマイクロ波の伝送路とし、前記遅波板の下面側導電膜に形成された複数のスロットから、前記同軸導波管を通って前記遅波板を伝搬したマイクロ波を前記処理容器内に放射するように給電する給電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波プラズマ処理装置及びその装置を用いた給電方法に関し、特に、ラジアルラインスロットアンテナを用いてマイクロ波を処理容器内に放射するマイクロ波プラズマ処理装置及びその装置を用いた給電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波プラズマは、マイクロ波を減圧状態の処理容器内に導入し、導入されたマイクロ波の電界エネルギーによりガスを励起させることによって発生される。マイクロ波プラズマ処理装置では、プラズマの電子密度がカットオフ密度よりも高い場合、マイクロ波はプラズマ内に入り込むことができず、誘電体板とプラズマとの間を伝搬し、その一部がプラズマに吸収され、プラズマの維持に使われる。
【０００３】
上記プラズマ生成の原理により、マイクロ波プラズマは、容量結合型や誘導結合型のマイクロ波プラズマ処理装置にて生成されるプラズマと比べると、プラズマの電子密度Ｎｅが高く、電子温度Ｔｅが低いため、高速でダメージの少ないプラズマ処理により高品質な製品を製造することができる。
【０００４】
マイクロ波プラズマを生成する装置の一つとして、ラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ：Ｒａｄｉａｌ  Ｌｉｎｅ  Ｓｌｏｔ  Ａｎｔｅｎｎａ）を用いたマイクロ波プラズマ処理装置が提案されている(たとえば、特許文献１を参照。)。ラジアルラインスロットアンテナは、多数のスロットを有するディスク状のスロット板の上部に同一形状の遅波板を載置した状態で、処理容器の天井部の開口に設けられた誘電体窓の上部に配置され、その中央部にて同軸導波管に接続されている。
【０００５】
かかる構成により、マイクロ波源から出力された、たとえば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波は、同軸導波管を経由してラジアルラインスロットアンテナの遅波板を半径方向へ放射状に伝えられる。伝送中、マイクロ波は、スロット板のスロットから漏れだして処理容器内に放射される。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−６３７９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、マイクロ波が伝搬する際、マイクロ波は、同軸導波管から遅波板下面にあるスロット板、導電性の冷却ジャケットの下面等を伝送路として伝搬していた。この場合、たとえば、図１４に示したように、遅波板９０５ａと伝送路間（遅波板９０５ａとスロット板９０５ｂ、遅波板９０５ａと冷却ジャケット２１０等）には間隙が存在し、マイクロ波の伝搬により電位差が生じて異常放電が発生することがあった。
【０００８】
また、遅波板及び誘電体窓は誘電体で形成され、スロット板は金属で形成されているので、温度の上昇とともに各部材に熱膨張差が生じる。たとえば、遅波板及び誘電体窓がアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）により形成され、スロット板が銅（Ｃｕ）により形成されている場合、アルミナの線膨張係数は７．０×１０−６（／℃）であるのに対して銅の線膨張係数は１６．７×１０−６と２倍以上も大きな値をとる。このため、昇温時、スロット板は誘電体窓や遅波板より大きく熱膨張する。
【０００９】
たとえば、図１４のスロット板９０５ｂは、金属のシート材であり、天井部に設けられた誘電体窓（以下、天板１０５とも称呼する。）と遅波板９０５ａとに挟まれる形で載置され、その外周にてねじ９２５によって冷却ジャケット２１０に固定されている。プロセス中、冷却ジャケット２１０を用いて調温しても、ラジアルラインスロットアンテナ近傍は１５０℃〜１６５℃まで上昇することがある。中央をテーパーコネクタ９２０と締結されているスロット板９０５ｂは、外周を冷却ジャケット２１０に固定されているため、広がりながら膨張することができず、図１４の下部に示したように、昇温前はフラットな状態であっても、温度上昇とともに遅波板９０５ａと天板１０５との間を押し広げしながら膨張し昇温後には変形していた。この結果、スロット位置が変動し、マイクロ波の伝搬を乱していた。また、スロット板９０５ｂと遅波板９０５ａ、スロット板９０５ｂと天板１０５、冷却ジャケット２１０と遅波板９０５ａの間等に空隙が生じ、電界強度の高い部位にて異常放電を引き起こす場合があった。
【００１０】
さらに、これらの空隙により各部材間の接触が不均一になるため、冷却ジャケット２１０を用いて調温する際の伝熱が悪くなり、プロセス中、各部材の界面の温度分布を適切にコントロールすることが困難になっていた。以上の状態は、プロセス中のマイクロ波プラズマ処理装置の安定性及び信頼性を損なうため改善する必要があった。
【００１１】
そこで、上記課題に対処するために、本発明は、マイクロ波の伝送路の間隙をなくすことにより、異常放電の発生を抑止し、プラズマの乱れを防止するマイクロ波プラズマ処理装置及びその装置を用いた給電方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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、マイクロ波を用いて生成されたプラズマにより被処理体をプラズマ処理するマイクロ波プラズマ処理装置であって、内部にてプラズマ処理が行われる処理容器と、マイクロ波を出力するマイクロ波源と、前記マイクロ波源から出力されたマイクロ波を伝送する同軸導波管と、めっき、溶射及びメタライズのいずれかの方法により遅波板の上面、下面及び外周側面に導電膜を被覆し、前記導電膜をマイクロ波の伝送路とするとともに、前記遅波板の下面側導電膜に形成された複数のスロットから、前記同軸導波管から前記遅波板を伝搬したマイクロ波を前記処理容器内に放射するアンテナと、を備えたマイクロ波プラズマ処理装置が提供される。
【００１３】
これによれば、ラジアルラインスロットアンテナの遅波板の上面、下面及び外周側面には、めっき、溶射及びメタライズのいずれかの方法により導電膜が被覆される。
【００１４】
マイクロ波源から出力され、矩形導波管３０５を伝送されたマイクロ波は、たとえば、図３の同軸導波管（内部導体３１５及び外部導体３４０）を伝送され、遅波板２０５ａ内部を伝わって遅波板２０５ａの端部にて反射し、マイクロ波の進行波と反射波との干渉により定在波が生じる。このようなマイクロ波の伝送により、マイクロ波は同軸導波管の表面を通って遅波板に一体形成された導電膜の界面を流れる。マイクロ波の一部は、前記遅波板の下面側導電膜に形成された複数のスロットから漏れだして処理容器内に放射される。
【００１５】
伝送路が変形すると、マイクロ波の伝搬が変動する。しかしながら、本発明によれば、伝送路である導電膜は、遅波板と一体的に密着して形成されており、遅波板の剛性により変形することがないので、マイクロ波は装置の状態によらず安定して伝搬し、均一なプラズマを生成することができる。また、遅波板２０５ａと金属膜２０５ｂ間等には空隙が存在せず、耐電圧の高い材料のみで構成されるので、異常放電も発生しない。
【００１６】
また、遅波板と導電膜とが一体的に形成されることにより伝熱が良くなるため、冷却ジャケットによるプロセス中の調温を良好にすることができる。さらに、スロットが切られた導電膜と遅波板とが一体的に形成されるため、天板上にスロット板、遅波板の順に載置する際に従来生じていた組立誤差をなくすことができる。これにより、遅波板と各スロットとの変動をなくし、ラジアルラインスロットアンテナの機差をなくすことができる。
【００１７】
前記導電膜は、Ｃｕ、Ａｌ及びＡｇのいずれかの金属を溶射することにより形成されてもよい。溶射は、めっきに比べて厚く成膜できるとともに金属膜の膜厚を自由に制御することができる。また、めっきやメタライズにより金属膜を形成した場合、レジスト膜にてスロット部分をパターンニングしてエッチングするが、エッチングではスロットの内壁がレジスト膜より内側に削れたり（いわゆる、アンダーカット）、化学反応により下地を変質させてしまう可能性があるのに対し、溶射ではそのような懸念がない。
【００１８】
前記導電膜（金属膜）は、前記遅波板に溶射後、溶融することにより形成されてもよい。これによれば、遅波板に溶射した金属膜を溶融することにより、不連続部を解消して金属膜の密度を高め、金属膜と遅波板とを強固に密着させることができる。これにより、マイクロ波の損失を小さくすることができる。なお、前記金属膜の体積抵抗率は、１．００×１０−５Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。
【００１９】
電流密度は金属膜の表面から深さ方向に減少する。図４に示した金属膜では、電流密度は、各金属膜とも膜表面から約２μｍ以下で３７％に減少することがわかる。よって、マイクロ波の電流の損失を少なくするためには、金属膜の膜厚は、電流密度が概ね３７％に減少する２μｍの５倍である１０μｍ以上にすればよい。さらに、金属膜の表面の粗さや傷などによる膜厚の変動を考慮すると、金属膜の膜厚を４０μｍ以上にすればより好ましい。
【００２０】
また、遅波板下面の金属膜に形成されたスロットの深さが４００μｍより長くなると、マイクロ波がスムーズに放射されない可能性があることを考慮して、金属膜の膜厚は４００μｍ以下にするほうがよい。
【００２１】
前記アンテナは、複数のスロットを有するラジアルラインスロットアンテナであってもよい。
【００２２】
前記導電膜には、マイクロ波のリークを防止するためのシールド部材が設けられていてもよい。
【００２３】
これによれば、たとえば、スロットから図３の天板１０５上面と金属膜２０５ｂとの間の隙間にリークしたマイクロ波が、冷却ジャケット２１０側へ漏れるのを防ぐことができる。
【００２４】
前記導電膜及び遅波板は、前記同軸導波管の内部導体に連結されたテーパーコネクタと前記同軸導波管の外部導体とから把持されていてもよい。
【００２５】
スロット板はねじで固定するのが望ましいが、遅波板の上下面及び外周面に導電膜を被覆した場合、スロット板に代わる導電膜は薄いためタップをきることができない。また、従来のスロット板の構造と異なり導電膜はシート材ではないので、テーパーコネクタに対してねじで固定することができない。また、導電膜には機械的な強度を期待できないので、ねじによる強固な固定は向かない。従って、ばねなどを利用し、適切な荷重により把持されることが望ましい。そこで、本発明では、一体形成された導電膜及び遅波板を外部導体とテーパーコネクタとの対向面により両側から把持する。かかるクランプ構造によれば、導電膜が被覆された遅波板と内外導体（同軸導波管）との位置のずれを防止することができる。この結果、マイクロ波の伝送路の変動をなくし、マイクロ波の放射特性を良好に保ち、均一なプラズマを安定して生成することができる。
【００２６】
前記同軸導波管の外部導体と前記テーパーコネクタとの対向部分に第１のコンタクト部材を配設してもよい。これにより、同軸導波管と導電膜との電気的接続を補完することができる。
【００２７】
特に、第１のコンタクト部材が線材の金属シールド部材の場合、スパイラルシールドに比べて反力が小さいため、導電膜に過度な荷重を掛けずに導電膜と同軸導波管との電気的接続を良好にすることができる。
【００２８】
なお、前記同軸導波管の内部導体にはコンタクトフランジが連結され、前記コンタクトフランジの下面には、前記導電膜及び遅波板を支持するコンタクト板が固設され、前記コンタクト板は、前記遅波板の下面側導電膜と電気的に接続されていてもよい。これによって、一体形成された導電膜及び遅波板は、例えば導電膜及び遅波板の上面側に設けられた冷却ジャケットや外部導体と、コンタクト板とにより両側から把持される。そうすると、前記同軸導波管の内部導体にテーパーコネクタを連結した場合と同様に、導電膜が被覆された遅波板と内外導体（同軸導波管）との位置のずれを防止することができる。また、コンタクト板と導電膜とが電気的に接続されるので、導電膜と同軸導波管との電気的接続を確保することができる。
【００２９】
前記コンタクト板と前記遅波板の下面側導電膜との電気的接続は、前記コンタクト板の下面側に設けられた弾性体によって補完されていてもよい。
【００３０】
前記マイクロ波プラズマ処理装置は、前記導電膜及び遅波板の上面側に冷却ジャケットを備え、前記冷却ジャケットの下面には、前記遅波板の上面側導電膜に接する伝熱部材が設けられていてもよい。この伝熱部材により、冷却ジャケットから導電膜及び遅波板への伝熱が均一になり、高い伝熱効果を得ることができる。この結果、冷却ジャケットによるプロセス中の温調をより良好にすることができる。
【００３１】
前記マイクロ波プラズマ処理装置において、前記処理容器の上部は開口し、前記導電膜及び遅波板の下面側には、前記処理容器の上部の開口を覆うように天板が設けられ、前記遅波板の下面側導電膜と前記天板との間には緩衝部材が設けられていてもよい。この緩衝部材により、例えば遅波板と天板が熱膨張して各板に熱膨張差が生じた場合でも、遅波板に被覆された導電膜との摩擦を緩衝することができる。なお、緩衝部材はマイクロ波電界にさらされるため、緩衝部材の材料には、導電性を有さない材料であって、且つ高い誘電損失を有さない材料が用いられる。
【００３２】
また、上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、マイクロ波を用いて生成されたプラズマにより被処理体をプラズマ処理するマイクロ波プラズマ処理装置であって、内部にてプラズマ処理が行われる処理容器と、マイクロ波を出力するマイクロ波源と、前記マイクロ波源から出力されたマイクロ波を伝送する矩形導波管と、前記矩形導波管に設けられた開口に挿入され、前記矩形導波管を伝送されたマイクロ波のモードを変換させる同軸変換機と、前記同軸変換機にてモードが変換されたマイクロ波を伝送する同軸導波管と、遅波板とスロット板とを有し、前記スロット板の複数のスロットから、前記同軸導波管を通って前記遅波板を伝搬したマイクロ波を前記処理容器内に放射するアンテナと、を備え、前記矩形導波管に設けられた開口の側部壁面と、対向する前記同軸変換機の側部壁面とのギャップは、いずれの対向位置においても所定の範囲内の間隔に管理されるマイクロ波プラズマ処理装置が提供される。
【００３３】
これによれば、例えば前記矩形導波管と前記同軸変換機との部材間の嵌め合い構造により、矩形導波管に設けられた開口の側部壁面と対向する同軸変換機の側部壁面とのギャップがいずれの対向位置においても所定の範囲内の間隔に管理される。
【００３４】
図１３に一般的なラジアルラインスロットアンテナ及びその上方の左側縦断面を示したように、矩形導波管３０５の開口に同軸変換機９１０を挿入することにより矩形導波管３０５を伝送されたマイクロ波のモードを変換して伝送する経路を組み立てる際、矩形導波管３０５の側部壁面と対向する同軸変換機９１０の側部壁面とに不均一なギャップＧが生じることにより、ギャップＧにて異常放電が発生する。
【００３５】
このギャップＧは、異なる部材の組立位置であってマイクロ波のモードをＴＥモードからＴＥモードとＴＭモードの混在モードに変換する位置に存在する。また、ギャップＧの近傍では、矩形導波管３０５の反射端３０５ａにてマイクロ波が反射したりモードが変換されたりするため、マイクロ波の電界が乱れやすい。
【００３６】
たとえば、実際に、矩形導波管３０５の反射端３０５ａ及びギャップＧの位置にマイクロ波の節が来るように反射端３０５ａからギャップＧまでの距離をλｇ／２に設計し、ギャップＧにおける異常放電の状態を観察したが、異常放電は抑止されなかった。そこで、矩形導波管３０５の反射端３０５ａとギャップＧまでの距離を管理することに加えて、矩形導波管と同軸変換機とに嵌め合い構造を設けてギャップＧを均一に管理することにより、異常放電を抑制できる。
【００３７】
なお、前記ギャップは、前記矩形導波管に固定され、前記同軸変換機の外周に適合する開口部が形成されたシムにより管理されてもよい。これによれば、同軸変換機の外周がシムに固定されるので、矩形導波管に対する同軸変換機の相対位置を固定することができ、ギャップがいずれの対向位置においても所定の範囲内の間隔に管理される。そうすると、前記嵌め合い構造を用いた場合と同様に、ギャップにおける異常放電を抑制することができる。
【００３８】
具体的には、嵌め合い構造やシムにより、ギャップＧがいずれの対向位置においても所定の基準間隔ｋｍｍ（ｋ≧０．３）に対して（ｋ±ｎ）ｍｍ（ｎ≦０．１）の範囲内の間隔となるように管理するのが望ましい。その理由は以下のとおりである。
【００３９】
図７（ｂ）を参照すると、ギャップＧ（リークパス厚）が拡がるほどギャップ内の電界強度は強くなる。パッシェンの法則によれば、Ｖ＝ｆ（ｐｄ）の式に示すように、平行な電極間での放電開始電圧Ｖは、ガス圧力ｐ及び電極間の距離ｄの積の関数で表される。ギャップＧの位置や均一なリークパス厚の変化に対する電界強度の変化量は小さいので、狭くなった部位での電界集中による影響の方が大きいと考えられる。よって、ギャップＧの間隔を所定の基準間隔ｋｍｍ（ｋ≧０．３）に対して（ｋ±ｎ）（ｎ≦０．１）ｍｍの範囲内にすることにより、電界強度に偏りが生じにくく、放電が起きにくい状態にギャップＧを管理することによって、異常放電の発生を防ぐことができる。
【００４０】
前記ギャップが生じている前記矩形導波管の側部壁面及びその周辺部と、対向する前記同軸変換機の側部壁面及びその周辺部とを絶縁材にてコーティングしてもよい。
【００４１】
これによれば、絶縁材をギャップＧ及びその周辺にコーティングすることにより、ギャップ間の電位差を低下させることができ、異常放電の発生を効果的に抑止することができる。なお、絶縁材としては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・バーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、アルミナ（アルマイト処理、溶射）などを用いることができる。
【００４２】
また、上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、マイクロ波を用いて生成されたプラズマにより被処理体をプラズマ処理するマイクロ波プラズマ処理装置の給電方法であって、マイクロ波源からマイクロ波を出力し、前記マイクロ波源から出力されたマイクロ波を同軸導波管に伝送させ、めっき、溶射及びメタライズのいずれかの方法により遅波板の上面、下面及び外周側面に導電膜を被覆し、前記導電膜をマイクロ波の伝送路とし、前記遅波板の下面側導電膜に形成された複数のスロットから、前記同軸導波管を通って前記遅波板を伝搬したマイクロ波を前記処理容器内に放射するように給電する給電方法が提供される。
【００４３】
これによれば、遅波板と導電膜との一体形成により、遅波板と導電膜との間には空隙が存在せず、異常放電を抑止することができるとともに、前記空隙によるマイクロ波の伝送路の変動を回避することにより、マイクロ波のモードを安定させ、均一なプラズマを生成することができる。
【発明の効果】
【００４４】
以上説明したように、本発明によれば、遅波板の上面、下面及び外周側面を導電膜で被覆する。伝送路である導電膜は、遅波板と一体的に密着して形成されており、遅波板の剛性により変形することがないので、マイクロ波は装置の状態によらず安定して伝搬し、均一なプラズマを生成することができる。また、遅波板２０５ａと金属膜２０５ｂ間等には空隙が存在せず、耐電圧の高い材料のみで構成されるので、異常放電も発生しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の一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。
【００４６】
（マイクロ波プラズマ処理装置の全体構成）
まず、本発明の一実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置１０について、その縦断面を示した図１を参照しながら説明する。本実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置１０は、処理容器１００、蓋体２００、伝送路３００、冷却機構４００及びガス供給機構５００を有している。
【００４７】
処理容器１００は、天井が開口された円筒状の容器であり、たとえば、アルミニウム等の金属から形成されている。処理容器１００の天井の開口には、天板１０５（誘電体窓に相当）が嵌め込まれている。天板１０５は、誘電体から形成されている。天板１０５の下面は、その中央が張り出しているとともに中間部にも周方向の張り出しが設けられている。処理容器１００と天板１０５との接触面には、Ｏリング１１０が配設されていて、これにより、処理室Ｕは密閉される。
【００４８】
処理容器１００の底部には、ウエハＷを載置するサセプタ（載置台）１１５が絶縁体１２０を介して設置されている。サセプタ１１５には、整合器１２５ａを介して高周波電源１２５ｂが接続されていて、高周波電源１２５ｂから出力された高周波電力により処理容器１００の内部に所定のバイアス電圧を印加する。また、サセプタ１１５には、コイル１３０ａを介して高圧直流電源１３０ｂが接続されていて、高圧直流電源１３０ｂから出力された直流電圧によりウエハＷを静電吸着する。処理容器１００には、真空ポンプ（図示せず）が取り付けられていて、ガス排出管１３５を介して処理容器１００内のガスを排出することにより、処理室Ｕを所望の真空度まで減圧する。
【００４９】
蓋体２００は、ラジアルラインスロットアンテナ２０５（以下、単にアンテナ２０５とも称呼する。）、冷却ジャケット２１０及びマイクロ波遮蔽カバー２１５を有している。アンテナ２０５は、天板１０５の直上に載置されている。
【００５０】
ラジアルラインスロットアンテナ２０５は、ディスク状の一枚の平板であって、図２及び図３にアンテナ２０５の縦断面の左半分を拡大して示したように、遅波板２０５ａを基材としてその上面、外周面及び下面に予め金属膜２０５ｂが被覆されている。金属膜２０５ｂは、めっき、溶射及びメタライズのいずれかの方法によって遅波板２０５ａに密着して一体的に形成されている。本実施形態では、金属膜２０５ｂは、アルミニウム（Ａｌ）を溶射後、溶融することにより形成される。なお、金属膜２０５ｂは導電膜の一例であり、導電膜は金属に限られない。
【００５１】
なお、金属膜２０５ｂは、導電性の高い銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）及び銀（Ａｇ）のいずれかを溶射することにより形成されていてもよい。金属膜２０５ｂを溶射したラジアルラインスロットアンテナ２０５については後程、詳細に説明する。
【００５２】
遅波板２０５ａの下面にはマイクロ波を放射するスロットＳｔ（放射孔）が、複数設けられている。遅波板２０５ａは、アルミナなどの誘電体により形成されている。アンテナ２０５では、マイクロ波がアンテナの半径方向へ放射状に伝搬し、スロットＳｔから漏れだして処理室内に放射される。
【００５３】
アンテナ２０５の上部には、冷却ジャケット２１０がアンテナ２０５に隣接して設けられている。冷却ジャケット２１０はアルミニウムから形成され、アンテナ２０５の近傍を調温する。マイクロ波遮蔽カバー２１５は、ラジアルラインスロットアンテナ２０５及び冷却ジャケット２１０を覆い、シールド部材２２０，２２５を配置することにより、ラジアルラインスロットアンテナ２０５を伝搬するマイクロ波が装置の外部に放出されないように遮蔽する。
【００５４】
伝送路３００は、主に、矩形導波管３０５、同軸変換機３１０、内部導体３１５、外部導体３４０、テーパーコネクタ３２０、ラジアルラインスロットアンテナ２０５から形成されている。マイクロ波は、伝送路３００により画定される空間（以下、マイクロ波の伝送路Ｒとも称呼する。）を伝送される。このとき、マイクロ波は、遅波板２０５ａの内部を伝搬して遅波板２０５ａの端面にて反射し、図示しないチューナによりインピーダンスの整合をとりながら、進行波と反射波との干渉により伝送路の空間に定在波が生じる。
【００５５】
矩形導波管３０５は、マイクロ波源３３５に接続されている。同軸変換機３１０は、コーン状に形成され、マイクロ波のモードをＴＥモードからＴＥモードとＴＭモードの混在モードに変換する。モードが変換されたマイクロ波は、同軸導波管（内部導体３１５及び外部導体３４０）に伝えられる。内部導体３１５及び外部導体３４０は、銀メッキした銅から形成されている。外部導体３４０は、上部にて矩形導波管３０５にねじ止めされている。外部導体３４０の外周には、バネ部材３５０が設けられている。バネ部材３５０は、昇温時、外部導体３４０やその周辺の変位を吸収し、外部導体３４０とテーパーコネクタ３２０とにより金属膜２０５ｂ及び遅波板２０５ａを把持する力を発生させる。
【００５６】
テーパーコネクタ３２０は、テーパー形状であって内部導体３１５の下面にて内部導体３１５にねじ止めされている。テーパーコネクタ３２０は、金メッキした銅から形成されている。テーパーコネクタ３２０の下面は、アンテナ２０５の下方にてアンテナ２０５の半径方向に向かってつば状に張り出している。このテーパーコネクタ３２０の張り出し部分は天板１０５に埋設されている。テーパーコネクタ３２０は、装置の機械的強度を保つように天板１０５の中央部に設けられた張り出しより内側を限度に張り出している。
【００５７】
マイクロ波の電流は、上記マイクロ波の伝送路Ｒを画定する部材の金属表面を流れる。特に、ラジアルラインスロットアンテナ２０５内では、マイクロ波は、金属膜２０５ｂと一体化した遅波板２０５ａの内部を伝搬し、金属膜２０５ｂに切られたスロットからマイクロ波の電界エネルギーが処理容器内に放出される。なお、以下の説明では、マイクロ波の伝送路Ｒのうち、ラジアルラインスロットアンテナ２０５内の伝送路を特に伝送路Ｒｂと称呼する。
【００５８】
装置の製造時、加工精度上、各部材間には空隙が生じる。たとえば、遅波板２０５ａ表面の冷却ジャケット２１０とテーパーコネクタ３２０との間にも空隙が生じる（たとえば、図３の空隙Ｒａ）。空隙Ｒａはマイクロ波の伝送路の一部となる。このため、空隙Ｒａの変動によりマイクロ波の伝送路Ｒは変動する。よって、空隙Ｒａを一定に保つことは、マイクロ波のモードを安定させるために重要である。
【００５９】
そこで、空隙Ｒａを変動させないために、スロット板はねじで固定するのが望ましい。しかしながら、遅波板の上下面及び外周面に金属膜を被覆した場合、スロット板に代わる金属膜は薄いためタップをきることができない。また、従来のスロット板の構造と異なり金属膜はシート材ではないので、テーパーコネクタに対してねじで固定することができない。また、金属膜２０５ｂには機械的な強度を期待できないので、ねじによる強固な固定は向かない。従って、ばねなどを利用し、適切な荷重により把持されることが望ましい。そこで、本発明では、一体形成された遅波板２０５ａ及び金属膜２０５ｂを外部導体３４０及びテーパーコネクタ３２０により両側から把持する。かかるクランプ構造によれば、金属膜２０５ｂが被覆された遅波板２０５ａと内外導体（同軸導波管）との位置のずれを防止することができる。この結果、マイクロ波の伝送路の変動をなくし、マイクロ波の放射特性を良好に保ち、均一なプラズマを安定して生成することができる。
【００６０】
外部導体３４０とテーパーコネクタ３２０との対向部分には、第１のコンタクト部材３２５が配設されている。第１のコンタクト部材３２５は、上記クランプ構造による同軸導波管（内部導体３１０，外部導体３４０）と金属膜２０５ｂとの電気的接続を補完する。特に、第１のコンタクト部材３２５は、線材の金属シールド部材にて形成されているため、スパイラルシールドに比べて反力が小さく、金属膜２０５ｂに過度な荷重を掛けずに金属膜２０５ｂと同軸導波管との電気的接続を良好にすることができる。
【００６１】
第２のコンタクト部材３３０は、同軸変換機３１０の下端部の開口にて同軸変換機３１０の内周縁上にろう付されたフィンガータイプの金属の弾性体である。かかる構成によれば、同軸変換機３１０と内部導体３１５とを分離し、同軸変換機３１０に対して内部導体３１５を摺動可能に連結させるとともに、第２のコンタクト部材３３０を介して同軸変換機３１０と内部導体３１５とを電気的に接続する。
【００６２】
同軸変換機３１０と内部導体３１５との間には内部導体３１５の外周に沿ってベアリング３５５が設けられている。ベアリング３５５の端部は、同軸変換機３１０に固定されていて、内部導体３１５を摺動可能にガイドする。これにより、内部導体３１５に横ブレが生じることを防止し、空隙の変動を防止することができる。
【００６３】
図１に示したように、内部導体３１５の内部には、冷媒配管３６０が挿入されている。バネ部材３７５は、固定部材３７０と蓋部３６５との間に設けられ、天板上部の昇温による変位を吸収する。この結果、昇温時、熱膨張により、外部導体３４０，矩形導波管３０５及び同軸変換機３１０が上方に変位しても、内部導体３１５及びテーパーコネクタ３２０は昇温前の位置を保つことができる。これにより、昇温前後にて空隙Ｒａの変動を防止することができる。この結果、遅波板９０５ａ表面の冷却ジャケット２１０とテーパーコネクタ３２０との距離の変動を防止し、マイクロ波の伝送路の変動をなくして、マイクロ波のモードを安定させることができる。
【００６４】
図３に示したように、矩形導波管３０５と同軸変換機３１０とは、矩形導波管３０５に設けられた開口の側部壁面と、対向する同軸変換機３１０の側部壁面とのギャップＧが、いずれの対向位置においても所定の範囲内の間隔となるように、開口より外周側にて嵌め合い構造Ｆを有している。嵌め合い構造Ｆについては後程、詳しく説明する。
【００６５】
図１に示した冷却機構４００では、冷媒供給源４０５と冷媒配管３６０とが連結され、冷媒供給源４０５と冷却ジャケット２１０とが連結されている。冷媒配管３６０は二重配管となっており、冷媒供給源４０５から供給された冷媒が冷媒配管３６０の内側から外側を通って循環することにより、内部導体３１５が調温される。また、冷媒供給源４０５から供給された冷媒が冷却ジャケット２１０内の流路２１０ａを循環することにより、冷却ジャケット２１０の近傍が調温される。
【００６６】
ガス供給機構５００では、ガス供給源５０５と上部ガス供給ライン５１０とが連結されるとともにガス供給源５０５とシャワープレート５１５とが連結されている。シャワープレート５１５は、複数のガス供給孔がウエハＷ側に向けて均等に設けられている。ガス供給源５０５から供給されたプラズマ励起ガスは、処理容器１００の側壁を貫通した複数の上部ガス供給ライン５１０の貫通孔から処理室Ｕの内部に向けて横向きに供給される。ガス供給源５０５から供給された処理ガスは、格子状のシャワープレート５１５に形成された複数のガス供給孔から下向きに供給される。
【００６７】
なお、本実施形態では、内部導体３１５とテーパーコネクタ３２０とを連結したが、内部導体３１５とテーパーコネクタ３２０とを一体化させ、その先端がつば状に張り出した構成としてもよい。これによれば、内部導体３１５とテーパーコネクタ３２０とを連結するためのねじが緩む等、テーパーコネクタ３２０が内部導体３１５にしっかりと固定されないために、空隙Ｒａが変動する懸念がなくなる。これにより、マイクロ波をより安定して伝送することができる。
【００６８】
（遅波板と金属膜との一体化）
つぎに、遅波板２０５ａと金属膜２０５ｂとの一体化について詳しく説明する。本実施形態では、遅波板２０５ａに金属膜２０５ｂを被覆することにより、両部材を一体的に密着させた。その理由について、一般的なラジアルラインスロットアンテナと比較しながら説明する。
【００６９】
図１３及び図１４に示した一般的なラジアルラインスロットアンテナ９０５では、スロット板９０５ｂは金属のシート材であり、天井部に設けられた天板１０５と遅波板９０５ａとに挟まれる形で載置される。プロセス中、冷却ジャケット２１０を用いて調温しても、アンテナの近傍は１５０℃〜１６５℃まで上昇することがある。中央をテーパーコネクタ３２０と締結されているスロット板９０５ｂは、外周を冷却ジャケット２１０に固定されているため、広がりながら膨張することができず、図１４の下部に示したように、昇温前はフラットな状態であっても、温度上昇とともに遅波板９０５ａと天板１０５との間を押し広げしながら膨張し昇温後には変形していた。この結果、スロット位置が変動し、マイクロ波の伝搬を乱していた。また、スロット板９０５ｂと遅波板９０５ａ、スロット板９０５ｂと天板１０５、冷却ジャケット２１０と遅波板９０５ａの間に空隙が生じ、電界強度の高い部位にて異常放電を引き起こす場合があった。また、この空隙により、マイクロ波のモードを不安定にさせていた。
【００７０】
また、この空隙により各部材間の接触が不均一になるため、冷却ジャケット２１０を用いて調温する際の伝熱が悪くなり、プロセス中、各部材の界面の温度分布を適切にコントロールすることが困難になる場合もあった。以上の状態は、プロセス中のマイクロ波プラズマ処理装置の安定性及び信頼性を損なうため改善する必要があった。
【００７１】
そこで、本実施形態では、図１〜図３に示したように、遅波板９０５ａとスロット板９０５ｂとを一体化させる（密着させる）ために、溶射を用いてラジアルラインスロットアンテナ２０５の遅波板２０５ａの上面、下面及び外周側面に金属膜２０５ｂを被覆した。
【００７２】
この結果、一体的に密着して形成された遅波板２０５ａと金属膜２０５ｂとの間には空隙が存在しない。これにより、一つ目の効果としては、ラジアルラインスロットアンテナ内の異常放電を抑止することができた。
【００７３】
つまり、本実施形態では、遅波板２０５ａの上面、下面及び外周側面を金属膜２０５ｂにて被覆し、その金属膜２０５ｂをマイクロ波の伝送路として用いる。これによれば、遅波板２０５ａと金属膜２０５ｂ間等には空隙が存在せず、耐電圧の高い材料のみで構成されるので、異常放電の発生を防止することができた。
【００７４】
二つ目の効果としては、温度が上昇してもマイクロ波の伝送路Ｒｂは変動しないため、マイクロ波のモードを安定させることができた。この結果、均一なプラズマを生成することができた。
【００７５】
三つ目の効果としては、遅波板２０５ａと金属膜２０５ｂとを一体化させ、冷却ジャケット２１０を用いて調温する際の伝熱状態を良好にすることにより、装置の温度制御を良好にすることができた。
【００７６】
その他の効果としては、金属膜２０５ｂと遅波板２０５ａとが密着して一体的に形成されるため、天板上にスロット板と遅波板とを順に載置する際に従来生じていた組立誤差をなくすことができる。これにより、遅波板と各スロットとの変動をなくし、アンテナの機差をなくすことができる。
【００７７】
（金属膜の形成方法）
金属膜を遅波板に被覆する方法としては、めっき、溶射、メタライズを利用することが可能であるが、溶射により金属膜２０５ｂを形成することが好ましい。
【００７８】
その理由としては、めっきにより金属膜２０５ｂを形成した場合、金属膜２０５ｂを所定以上の膜厚まで自由に厚くすることができないのに対し、溶射によれば、金属膜２０５ｂの膜厚を自由に制御することができる。たとえば、施工時の表面粗さや膜厚のばらつき、外力による変形や傷等のリスクを考慮して余裕をもって膜を厚く形成したい場合などに柔軟に対応することができる。また、めっきにより金属膜２０５ｂを形成した場合、レジスト膜にてスロット部分をパターンニングしてエッチングするが、エッチングではスロットの内壁がレジスト膜より内側に削れたり（いわゆる、アンダーカット）、化学反応により下地を変質させてしまう可能性があるのに対し、溶射では、そのような懸念がない。
【００７９】
（金属膜の膜厚）
そこで、本実施形態では、アルミニウムを溶射することにより、遅波板に金属膜を被覆した。そのとき、金属膜２０５ｂの膜厚を４０μｍ以上４００μｍ以下とした。その理由を以下に説明する。
【００８０】
電流密度は金属膜の表面から深さ方向に減少する。なお、表皮深さδ（ｍ）は、δ＝（２／ωμσ）１／２の式に基づき求められる。ここで、ωは角周波数（Ｈｚ）、μは透磁率（Ｈ／ｍ）、σは電気伝導率（Ｓ／ｍ）である。
【００８１】
図４に示した金属膜では、電流密度は、各金属膜とも膜表面から約２μｍ以下で３７％に減少することがわかる。よって、マイクロ波の電流の損失を少なくするためには、金属膜の膜厚は、電流密度が概ね３７％に減少する２μｍの５倍である１０μｍ以上にすればよい。これに加えて、本実施形態では金属膜の表面の粗さや傷などによる膜厚の変動を考慮して、金属膜の膜厚を４０μｍ以上とした。
【００８２】
また、金属膜の膜厚を４００μｍ以下にした理由は、金属膜に形成されたスロットの深さが４００μｍより長くなると、マイクロ波がスムーズにスロットＳｔから処理容器内に放出されにくい傾向があると考えられるためである。
【００８３】
（金属膜の溶融）
つぎに、溶射後の金属膜の溶融について説明する。金属膜は、前記遅波板に溶射後、溶融することにより形成される。これによれば、遅波板に溶射した金属膜を溶融することにより、不連続部を解消して金属膜の密度を高め、金属膜と遅波板とを強固に密着させることができる。
【００８４】
実験では、図５（ａ）に示したように、試験片６００に２タイプの溶射皮膜６０５（Ａｌ溶射のみ、Ａｌ溶射＋再溶融）を形成し、接着剤６１０により溶射皮膜６０５を相手基材６１５に接着して被検体を作り、被検体を両端から外側に引っ張る引張試験により、試験片６００と溶射皮膜６０５との界面Ａ及び溶射皮膜内の層間Ｂにて被検体が破断する破断応力を計測した。その結果を図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示す。図５（ｃ）は、図５（ｂ）の結果をグラフにしたものである。
【００８５】
これによれば、アルミニウムを溶射したのみの溶射皮膜６０５では、３回の実験の結果、平均して１８．２（ＭＰａ）の破断応力により溶射皮膜６０５の界面Ａでの剥離及び溶射皮膜内Ｂでの剥離が発生した。これに対して、アルミニウムを溶射後、再溶融した溶射皮膜６０５では、平均して２７．９（ＭＰａ）の破断応力により溶射皮膜６０５の界面Ａでの剥離及び溶射皮膜内Ｂでの剥離が発生した。
【００８６】
以上から、遅波板２０５ａに溶射した金属膜２０５ｂを溶融することにより、遅波板２０５ａと金属膜２０５ｂとの密着性が１．５倍以上に高められたことが実証された。
【００８７】
つぎに、アルミニウムを溶射したのみの溶射皮膜と、溶射後に溶融した溶射皮膜との各被検体に対して体積抵抗率を測定した。３つの被検体に対するそれぞれ４回の実験の結果を図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す。図６（ｂ）は、図６（ａ）の結果をグラフにしたものである。
【００８８】
実験の結果を参照すると、アルミニウムを溶射したのみの溶射皮膜の体積抵抗率は、平均して１．２８×１０−５（Ω・ｃｍ）であり、アルミニウムのバルク（緻密質体）の体積抵抗率２．６９×１０−６（Ω・ｃｍ）に対して約４．７６倍であった。一方、溶射後再溶融した溶射皮膜の体積抵抗率は、平均して４．２６×１０−６（Ω・ｃｍ）であり、アルミニウムのバルクの体積抵抗率に対して約１．５８倍であった。この結果は、再溶融した溶射皮膜が、溶射のみの溶射皮膜に比べてバルクに近い程度にまでロスなくマイクロ波の電流を流すことができることを示す。
【００８９】
以上によれば、遅波板に溶射した金属膜を溶融することにより、未溶融粒子や酸化物、気孔、亀裂等の不連続部をなくし、金属膜内の密度を高め、金属膜と遅波板とを一体化させることができる。
【００９０】
なお、金属膜をアルミニウムで形成すると、アルミニウムは融点が比較的低く、冷却ジャケットその他のアンテナ近傍の部材も同一部材で形成することができるため、アンテナ近傍を熱的に安定させることができる。
【００９１】
（ギャップＧ）
矩形導波管３０５の開口に同軸変換機９１０を挿入することにより矩形導波管３０５を伝送したマイクロ波のモードを変換して伝送する経路を組み立てる際、交差により、矩形導波管３０５の側部壁面と対向する同軸変換機９１０の側部壁面とにギャップＧが生じる。
【００９２】
このギャップＧは、マイクロ波のモードをＴＥモードからＴＥモードとＴＭモードの混在モードに変換する位置に存在する。また、ギャップＧの近傍では、矩形導波管３０５の反射端３０５ａにてマイクロ波が反射するため、マイクロ波の電界が乱れやすい。
【００９３】
実際に、矩形導波管３０５の反射端３０５ａ及びギャップＧの位置にマイクロ波の節が来るように反射端３０５ａからギャップＧまでの距離をλｇ／２に設計したが、異常放電は抑止されなかった。そこで、矩形導波管３０５の反射端３０５ａからギャップＧまでの距離を管理することに加えて、矩形導波管と同軸変換機とに嵌め合い構造を設けることによりギャップＧを均一に管理することとした。
【００９４】
（ギャップの管理）
初めに、嵌め合い構造Ｆ及びギャップＧの適正範囲を具体的に決定するために、ギャップＧ近傍のマイクロ波の電界強度分布をシミュレーションにより求めた。
【００９５】
図７（ａ）に示した位置Ｐ１〜Ｐ４の電界強度をシミュレーションにより計算した。その結果を図７（ｂ）に示す。この結果から、位置Ｐ１、Ｐ３にてマイクロ波の電界強度が強く、Ｐ２、Ｐ４では、その強度が弱くなっていることがわかる。また、ギャップ（リークパス厚）が大きくなればなるほど電界強度は大きくなるが、ギャップが均一であれば、ギャップの大きさが０．１ｍｍ変化しても極端に電界強度が大きくなるわけではないことがわかる。
【００９６】
パッシェンの法則によれば、Ｖ＝ｆ（ｐｄ）の式に示すように、平行な電極間での放電開始電圧Ｖは、ガス圧力ｐ及び電極間の距離ｄの積の関数で表される。ギャップＧの位置や均一なリークパス厚の変化に対する電界強度の変化量は小さいので、狭くなった部位での電界集中による影響の方が大きいと考えられる。よって、ギャップＧの間隔を所定の基準間隔ｋｍｍ（ｋ≧０．３）に対して（ｋ±ｎ）（ｎ≦０．１）ｍｍの範囲内にすることにより、電界強度に偏りが生じにくく、放電が起きにくい状態にギャップＧを管理することによって、異常放電の発生を防ぐことができる。
【００９７】
そこで、環状に形成されたギャップＧがいずれの対向位置に置いても所定の範囲内の間隔となるように、ギャップＧより外周側にて矩形導波管３０５と同軸変換機３１０とに高度な嵌め合い構造Ｆ（図８参照）を設けた。具体的には、ギャップＧの基準間隔ｋを０．３ｍｍと定め、環状のギャップＧのいずれの対向位置においてもギャップＧが（ｋ±ｎ）ｍｍ（ｎ≦０．１）の範囲内に管理されるように嵌め合い構造Ｆを設けた。組み立て時に発生する公差を考慮して、嵌め合い構造ＦにギャップＧにて許容される隙間より充分に小さい隙間（たとえば、ギャップＧの間隔差の最大値の約２０％以内）を許容することにより、どんな作業員が組み立ててもギャップＧを設計上許容されている間隔差以内に管理することができる。この結果、矩形導波管３０５と同軸変換機３１０との間のギャップＧにて異常放電が発生することを回避することができる。
【００９８】
（絶縁材にてコーティング）
ギャップＧ周りの矩形導波管３０５及び同軸変換機３１０は、絶縁材にてコーティングされている。絶縁材としては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・バーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、アルミナ（アルマイト処理、溶射）などが挙げられる。これにより、ギャップ間の電位差を低下させることができ、異常放電の発生をさらに抑止することができる。
【００９９】
以上に説明したように、本実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置１０によれば、遅波板２０５ａの上面、下面及び外周側面を金属膜２０５ｂで被覆し、金属膜２０５ｂと遅波板２０５ａの間の間隙をなくすことにより、異常放電の発生を抑止し、プラズマの乱れを防止することができる。この結果、マイクロ波プラズマ処理装置１０の安定性及び信頼性を向上させることができる。
【０１００】
上記実施形態において、各部の動作はお互いに関連しており、互いの関連を考慮しながら、一連の動作として置き換えることができる。そして、このように置き換えることにより、上記マイクロ波プラズマ処理装置の実施形態を上記マイクロ波プラズマ処理装置にマイクロ波を給電する方法の実施形態とすることができる。
【０１０１】
以上の実施の形態において、冷却ジャケットの下面には伝熱部材が設けられていてもよい。例えば図９に示すように、冷却ジャケット２１０の下面には、遅波板２０５ａの上面側の金属膜２０５ｂに接するように伝熱部材７００が設けられている。伝熱部材７００は、熱伝導率の高い部材であることよりも、表面が滑らかで、金属膜２０５ｂと所定の面圧で密着できることが重要である。そこで、伝熱部材７００には、カーボンを主成分とする物質が用いられる。また、伝熱部材７００は、できるだけ薄く設けるのが好ましい。なお、マイクロ波プラズマ装置１０のその他の構成は、前記実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【０１０２】
図１３及び図１４に示した一般的なラジアルラインスロットインアンテナ９０５においては、遅波板９０５ａ内をマイクロ波が伝搬する際に冷却ジャケット２１０との界面にマイクロ波の電流が流れる。かかる場合に、冷却ジャケット２１０の下面に伝熱部材を設けると、例えばアルミニウムなどの金属から形成される冷却ジャケット２１０と非金属である伝熱部材とでは耐電圧が異なるため、異常放電を引き起こすおそれがある。また、冷却ジャケット２１０の下面に伝熱部材を設けると、遅波板９０５ａ内のマイクロ波が伝熱部材に吸収され、マイクロ波の伝送路が変形するおそれがある。このため、従来は冷却ジャケット２１０に伝熱部材を設けることができなかった。
【０１０３】
これに対し、本実施の形態では、冷却ジャケット２１０に伝熱部材７００を設けても、遅波板２０５ａ内のマイクロ波の電流は金属膜２０５ｂとの界面を流れるので、異常放電が発生しない。また、遅波板２０５ａと金属膜２０５ｂは一体に形成されているため、マイクロ波の伝送路が変形することがない。そして、カーボンを主成分とする伝熱部材７００を設けることにより、伝熱部材７００と金属膜２０５ｂが密着するため、冷却ジャケット２１０を用いて遅波板２０５ａと金属膜２０５ｂを温調する際の伝熱が均一になり、高い伝熱効果を得ることができる。この結果、冷却ジャケット２１０によるプロセス中の温調をさらに良好にすることができる。また、伝熱部材７００で用いられるカーボン系材料は比較的軟らかい物質であるので、例えば遅波板２０５ａと冷却ジャケット２１０が熱膨張して各部材に熱膨張差が生じた場合でも、当該遅波板２０５ａに被覆された金属膜２０５ｂとの摩擦を緩衝することができる。
【０１０４】
なお、以上の実施の形態では、冷却ジャケット２１０の下面に伝熱部材７００を設けたが、遅波板２０５ａの上面側の金属膜２０５ｂと冷却ジャケット２１０の間に伝熱性を有するグリースを塗布してもよい。
【０１０５】
以上の実施の形態において、遅波板の下面側導電膜と天板との間には緩衝部材が設けられていてもよい。例えば図１０に示すように、遅波板２０５ａの下面側の金属膜２０５ｂと天板１０５との間には、緩衝部材７０１が設けられている。緩衝部材７０１は、遅波板２０５ａの下面側の金属膜２０５ｂにおいて、テーパーコネクタ３２０や第１のコンタクト部材３２５と電気的に接続される部分以外の金属膜２０５ｂに接するように設けられている。緩衝部材７０１はマイクロ波電界にさらされるため、緩衝部材７０１には、導電性を有さない材料であって、且つ高い誘電損失を有さない材料、例えばテフロンシートが用いられる（テフロンはデュポン社の登録商標）。また、緩衝部材７０１の厚みは０．２ｍｍ以下であって、より好ましくは０．０５ｍｍや０．１ｍｍである。かかる場合、例えば遅波板２０５ａと天板１０５が熱膨張して各板に熱膨張差が生じた場合でも、遅波板２０５ａに被覆された導電膜２０５ｂとの摩擦を緩衝することができる。なお、緩衝部材７０１には、遅波板２０５ａの下面のスロットＳｔに対応する位置に、厚み方向に貫通する貫通孔を形成してもよい。
【０１０６】
なお、以上の実施の形態では、遅波板２０５ａの下面側の金属膜２０５ｂと天板１０５との間にテフロンシートである緩衝部材７０１を設けたが、天板１０５の上面にテフロンをコーティングしてもよい。この場合にコーティングされるテフロンの厚みは、緩衝部材７０１の厚みと同一である。また、緩衝部材７０１に代えて、遅波板２０５ａの下面側の金属膜２０５ｂにテフロンをコーティングしてもよい。この場合、テーパーコネクタ３２０や第１のコンタクト部材３２５と電気的に接続される部分には、テフロンはコーティングされない。さらに、緩衝部材７０１に代えて、遅波板２０５ａの下面側の金属膜２０５ｂと天板１０５との間に、誘電損失が低いグリースを塗布してもよい。
【０１０７】
以上の実施の形態のテーパーコネクタに代えて、コンタクトフランジ及びコンタクト板を設けてもよい。例えば図１１に示すように、内部導体３１５の下面には、コンタクトフランジ７０５がねじ止めされている。コンタクトフランジ７０５の下面には、コンタクト板７１０が接合されている。コンタクト板７１０は、金メッキした銅から形成されている。コンタクト板７１０は、コンタクトフランジ７０５の径よりも大きい径を有し、遅波板２０５ａと、当該遅波板２０５ａの下面側の金属膜２０５ｂの下面とを支持している。そして、コンタクト板７１０は、金属膜２０５ｂと電気的に接続され、マイクロ波を伝送することができる。なお、コンタクト板７１０は、コンタクトフランジ７０５にねじ止めされていてもよい。
【０１０８】
コンタクト板７１０は、天板１０５の中央部に形成された切欠き部１０５ａに設けられている。切欠き部１０５ａは、コンタクト板７１０の径と適合するように形成されている。切欠き部１０５ａの内部には、コンタクト板７１０の下面外縁部を支持する第１のコンタクト弾性体７１５が設けられている。そして、第１のコンタクト弾性体７１５により、コンタクト板７１０と金属膜２０５ｂの電気的接続が補完される。
【０１０９】
本実施の形態において、冷却ジャケット２１０は、金属膜２０５ｂが被覆された遅波板２０５ａの径より大きい径を有している。冷却ジャケット２１０は、遅波板２０５ａの中心部（遅波板２０５ａの上面側の金属膜２０５ｂの端部）まで延伸し、外部導体３４０は、冷却ジャケット２１０の上面に設けられている。冷却ジャケット２１０の下面には、前記実施の形態で述べた伝熱部材７００が設けられている。伝熱部材７００は、遅波板２０５ａの上面側の金属膜２０５ｂにおいて、中心部以外の金属膜２０５ｂを覆うように設けられている。第１のコンタクト弾性体７１５に対向する冷却ジャケット２１０には、切欠き部７００ａが設けられている。切欠き部７００ａ内には、金属膜２０５ｂ及び冷却ジャケット２１０と接する第２のコンタクト弾性体７２０が設けられている。そして、この第２のコンタクト弾性体７２０と第１のコンタクト弾性体７１５により、冷却ジャケット２１０と金属膜２０５ｂの電気的接続が補完される。
【０１１０】
遅波板２０５ａの下面外縁部には、遅波板２０５ａの下面側の金属膜２０５ｂと接する外周コンタクト板７２５が設けられている。外周コンタクト板７２５は、天板１０５に形成された切欠き部１０５ｂに設けられている。切欠き部１０５ｂは、外周コンタクト板７２５の径と適合するように形成されている。切欠き部１０５ｂの内部には、外周コンタクト板７２５の下面外縁部を支持する第３のコンタクト弾性体７３０が設けられている。そして、この第３のコンタクト弾性体７３０により、外周コンタクト板７２５と金属膜２０５ｂとの電気的接続が補完されるとともに、伝熱部材７００を介して冷却ジャケット２１０と金属膜２０５ｂとの伝熱的接触が補完される。また、遅波板２０５ａの外周には、冷却ジャケット２１０にねじ止めされた外周コンタクトリング７３５が設けられ、外周コンタクト板７２５は外周コンタクトリング７３５に接合されている。
【０１１１】
天板１０５の切欠き部１０５ａ、１０５ｂの間には、他の切欠き部１０５ｃがさらに形成されている。切欠き部１０５ｃ内には、遅波板２０５ａの下面側の金属膜２０５ｂと接する第４のコンタクト弾性体７４０が設けられている。そして、第４のコンタクト弾性体７４０により、伝熱部材７００と金属膜２０５ｂとの密着性が補完され、伝熱部材７００を介して冷却ジャケット２１０と金属膜２０５ｂとの伝熱的接触が補完される。
【０１１２】
以上の実施の形態によれば、一体形成された遅波板２０５ａ及び金属膜２０５ｂを冷却ジャケット２１０及びコンタクト板７１０により両側から把持することができる。そうすると、前記実施の形態において、内部導体３１５にテーパーコネクタ３２０を連結した場合と同様に、金属膜２０５ｂが被覆された遅波板２０５ａと内外導体３１５（同軸導波管）との位置のずれを防止することができる。また、コンタクト板３１５と金属膜２０５ｂとが電気的に接続されるので、金属膜２０５ｂと同軸導波管との電気的接続を確保することができる。
【０１１３】
なお、本実施の形態においても、遅波板２０５ａの下面側の金属膜２０５ｂと天板１０５との間に、前記実施の形態で述べた緩衝部材７０１をさらに設けてもよい。
【０１１４】
以上の実施の形態では、矩形導波管に設けられた開口の側部壁面と、対向する同軸変換機の側部壁面とのギャップは、嵌め合い構造によって管理されていたが、矩形導波管に固定され、同軸変換機の外周に適合する開口部が形成されたシムにより管理されてもよい。例えば図１２に示すように、矩形導波管３０５と同軸変換機３１０の水平部分との間には、複数のシム８００が積層されて設けられている。シム８００は、導電性のある銅板からなり、矩形導波管３０５と同軸変換機３１０との導通を確保している。シム８００は、矩形導波管３０５と同軸変換機３１０の水平部分とにねじ止めされ、固定されている。シム８００には、同軸変換機３１０の外周に適合した開口部が形成され、シム８００は、同軸変換機３１０の外周を固定している。シム８００は複数設けられているため、そのうちの少なくとも１枚のシムが同軸変換機３１０の外周を確実に固定することができる。このようにシム８００を設けることにより、矩形導波管３０５に対する同軸変換機３１０の相対位置が固定され、矩形導波管３０５と同軸変換機３１０との間のギャップＧがいずれの対向位置においても所定の範囲内の間隔に管理される。具体的には、ギャップＧの基準間隔ｋを０．３ｍｍ以上、より好ましくは０．５〜１．０ｍｍに定め、環状のギャップＧのいずれの対向位置においてもギャップＧが（ｋ±ｎ）ｍｍ（ｎ≦０．１）の範囲内に管理される。この結果、前記実施の形態において、嵌め合い構造Ｆを設けた場合と同様に、ギャップＧにおける異常放電を回避することができる。
【０１１５】
また、本実施の形態においても、ギャップＧ周りの矩形導波管３０５及び同軸変換機３１０を、絶縁材にてコーティングしてもよい。絶縁材としては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・バーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、アルミナ（アルマイト処理、溶射）などが挙げられる。これにより、ギャップ間の電位差を低下させることができ、異常放電の発生をさらに抑止することができる。
【０１１６】
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、各種の変更例又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。
【０１１７】
たとえば、金属膜は、メタライズにより形成されてもよい。この場合、メタライズにより形成されたＭｏ−Ｍｎ層の金属膜は抵抗が高いので、Ａｇ−Ｃｕ―Ｔｉ層の金属膜が好ましい。
【０１１８】
また、たとえば、スロット板と遅波板との一体化および嵌め込み構造Ｆ又はシム８００によるギャップＧの管理の少なくともいずれかを有するマイクロ波プラズマ処理装置であれば、マイクロ波の伝送路の変動を抑えることができるが、両方とも有している方がより好ましい。
【０１１９】
また、ガスは、上部ガス供給ライン５１０のみから供給されてもよく、シャワープレート５１５のみから供給されてもよい。また、これらのガス供給機構５００に代えて、または、これらのガス供給機構５００に加えて、天板１０５にガス経路を設けて天板１０５をシャワープレートとして用いてもよい。
【０１２０】
また、ギャップＧは、嵌め合い構造Ｆあるいはシム８００により管理されていたが、矩形導波管３０５と同軸変換機３１０との導通を確保することができ、所定の位置に同軸変換機３１０を固定することができれば、これらに限定されない。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明は、ラジアルラインスロットアンテナを用いてマイクロ波を処理容器内に放射するマイクロ波プラズマ処理装置及びその装置を用いた給電方法に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】本発明の一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２】同実施形態にかかるラジアルラインスロットアンテナの遅波板及び金属膜の昇温前後の状態を説明するための図である。
【図３】同実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置の天板上部の左側縦断面図である。
【図４】金属の表皮深さを示した図である。
【図５】溶融していない金属溶射膜及び溶融した金属溶射膜の破断応力の実験結果を示した図である。
【図６】溶融していない金属溶射膜及び溶融した金属溶射膜の体積抵抗率の実験結果を示した図である。
【図７】ギャップ近傍の電界強度分布のシミュレーション結果を示した図である。
【図８】矩形導波管と同軸変換機との嵌め合い構造を説明するための図である。
【図９】本発明の他の実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置の天板上部の左側縦断面図である。
【図１０】本発明の他の実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置の天板上部の縦断面図である。
【図１１】本発明の他の実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置の天板上部の縦断面図である。
【図１２】本発明の他の実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置のギャップ近傍の断面図である。
【図１３】一般的なマイクロ波プラズマ処理装置の天板上部の左側縦断面図である。
【図１４】一般的なラジアルラインスロットアンテナの遅波板及びスロット板の昇温前後の状態を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１２３】
１０      マイクロ波プラズマ処理装置
１００    処理容器
１０５    天板
１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ  切欠き部
２００    蓋体
２０５、９０５    ラジアルラインスロットアンテナ（アンテナ）
２０５ａ、９０５ａ  遅波板
２０５ｂ  金属膜
２１０    冷却ジャケット
２１５    マイクロ波遮蔽カバー
２２０、２２５    シールド部材
３０５    矩形導波管
３１０    同軸変換機
３１５    内部導体
３２０    テーパーコネクタ
３２５    第１のコンタクト部材
３３０    第２のコンタクト部材
３３５    マイクロ波源
３４０    外部導体
３５０、３７５    バネ部材
４００    冷却機構
４０５    冷媒供給源
５００    ガス供給機構
５０５    ガス供給源
７００    伝熱部材
７０１    緩衝部材
７０５    コンタクトフランジ
７１０    コンタクト板
７１５    第１のコンタクト弾性体
７２０    第２のコンタクト弾性体
７２５    外周コンタクト板
７３０    第３のコンタクト弾性体
７３５    外周コンタクトリング
７４０    第４のコンタクト弾性体
８００    シム
９０５ｂ  スロット板
Ｇ        ギャップ
Ｆ        嵌め合い構造
【図１】
2010027588.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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