(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向を横切る方向の断面形状が矩形状の導波路を画定する導波路部材と、
プラズマ形成空間に面するように配置され、前記導波路部材と協働して前記導波路を画定するとともに当該導波路部材と電気的に接続されている電界形成用の第１および第２の電極と、
前記長手方向における所定の給電位置から電磁エネルギーを当該導波路内に供給する伝送路と、
前記導波路内に配置され、前記長手方向に延在する誘電体板と、
前記導波路内において、前記誘電体板に対して当該導波路の幅方向における少なくとも一方側に配置され、前記誘電体板に沿って延在するとともに、前記第１および第２の電極の一方と電気的に接続された少なくとも一の導電体と、を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記少なくとも一の導電体は、前記誘電体板の表面に形成された金属膜を含む、ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記少なくとも一の導電体は、前記誘電体とは別々に配置された金属板を含む、ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記誘電体板は、その一部が前記第１および第２の電極間に配置されて当該第１および第２の電極を電気的に分離している、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記伝送路は、同軸管を含み、
前記少なくとも一の導電体は、前記誘電体板の両側に配置されるとともに、前記第１および第２の電極に電気的に接続された第１および第２の導電体を有し、
前記同軸管の内部導体は、前記長手方向の所定の位置において、第１および第２の導電体の一方に接続され、前記同軸管の外部導体は、前記長手方向の所定の位置において、第１および第２の導電体の他方に接続されている、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記同軸管の一部が挿入される所定長さの金属管をさらに有し、
前記金属管は、基準電位に接続されているとともに、一端部が前記導波路部材に接続され、他端部が前記同軸管の外部導体に接続されている、ことを特徴とする請求項５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記伝送路は、同軸管を含み、
前記少なくとも一の導電体は、前記誘電体板の一方側にのみ設けられ、
前記同軸管の外部導体は、前記導波路部材に接続され、内部導体は、前記誘電体板を貫通して前記少なくとも一の導電体に接続されている、ことを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記伝送路から供給される所定のプラズマ励起周波数の高周波が共振するように、前記導波路が構成されている、ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
長手方向を横切る方向の断面形状が矩形状の導波路を画定する導波路部材と、プラズマ形成空間に面するように配置され、前記導波路部材と協働して前記導波路を画定するとともに当該導波路部材と電気的に接続されている電界形成用の第１および第２の電極と、前記長手方向における所定の給電位置から電磁エネルギーを当該導波路内に供給する伝送路と、前記導波路内に配置され、前記長手方向に延在する誘電体板と、前記導波路内において、前記誘電体板に対して当該導波路の幅方向における少なくとも一方側に配置され、前記誘電体板に沿って延在するとともに、前記第１および第２の電極の一方と電気的に接続された少なくとも一の導電体と、を有するプラズマ発生機構が内部に設けられた容器内の前記プラズマ形成空間に面する位置に被処理体を設置するステップと、
前記プラズマ発生機構によりプラズマを励起させて前記被処理体をプラズマ処理するステップと、を有することを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
平板ディスプレイ、太陽電池、半導体装置等の製造工程では、薄膜の形成やエッチング等にプラズマが用いられている。プラズマは、例えば、真空チャンバ内にガスを導入し、チャンバ内に設けられた電極に数ＭＨｚ〜数１００ＭＨｚの高周波を印加することによって生成される。生産性を向上させるために、平板ディスプレイや太陽電池用のガラス基板のサイズは年々大きくなっており、既に２ｍ角を越えるガラス基板で量産が行われている。【０００３】
プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等の成膜プロセスでは、成膜速度を向上させるために、より高い密度のプラズマが求められている。また、基板表面に入射するイオンのエネルギーを低く抑えてイオン照射ダメージを低減するとともに、ガス分子の過剰解離を抑制するために、電子温度の低いプラズマが求められている。一般に、プラズマ励起周波数を高くすると、プラズマ密度が増加し電子温度が低下する。従って、高品質な薄膜を高いスループットで成膜するには、プラズマ励起周波数を高くする必要がある。そこで、通常の高周波電源の周波数である１３．５６ＭＨｚより高い３０〜３００ＭＨｚのＶＨＦ（Ｖｅｒｙ  Ｈｉｇｈ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯の高周波をプラズマ処理に用いることが行われている（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−３１２２６８号公報
【特許文献２】特開２００９−０２１２５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、処理するガラス基板のサイズが、例えば、２ｍ角のように大きくなると、上記のようなＶＨＦ帯のプラズマ励起周波数でプラズマ処理した場合には、高周波が印加される電極内に生じる表面波の定在波によりプラズマ密度の均一性が低下してしまう。一般的には、高周波が印加される電極のサイズが自由空間の波長の１／２０より大きくなると、何らかの対策を行わないと均一なプラズマを励起することができない。【０００６】
本発明は、２ｍ角を越えるようなより大きなサイズの基板に対して、ＶＨＦ周波数帯のような高周波で励起されるプラズマの密度の均一性を改善できるプラズマ処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のプラズマ処理装置は、長手方向を横切る方向の断面形状が矩形状の導波路を画定する導波路部材と、プラズマ形成空間に面するように配置され、前記導波路部材と協働して前記導波路を画定するとともに当該導波路部材と電気的に接続されている電界形成用の第１および第２の電極と、前記長手方向における所定の給電位置から電磁エネルギーを当該導波路内に供給する伝送路と、前記導波路内に配置され、前記長手方向に延在する誘電体板と、前記導波路内において、前記誘電体板に対して当該導波路の幅方向における少なくとも一方側に配置され、前記誘電体板に沿って延在するとともに、前記第１および第２の電極の一方と電気的に接続された少なくとも一の導電体と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、より大きなサイズの被処理体（基板）に対して、ＶＨＦ周波数帯で励起されるプラズマのプラズマ密度の均一性を導波路の長手方向において改善できる。また、本発明によれば、装置の小型化および製造コストの低減が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】プラズマ処理装置の一例を示す断面図である。
【図２】図１のプラズマ処理装置のII−II断面図である。
【図３Ａ】カットオフ状態にある導波管を示す斜視断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの導波管と等価な関係にある導波路の斜視断面図である。
【図４】図１のプラズマ処理装置における基本タイプのプラズマ発生機構の構造を示す斜視断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係るプラズマ発生機構の構造を示す斜視断面図である。
【図６】図５の導波路と同軸管との接続関係を示す断面斜視図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るプラズマ発生機構の構造を示す斜視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１１】
［プラズマ処理装置の基本構成］
まず、本発明が適用されるタイプのプラズマ処理装置の一例について図１及び図２を参照して説明する。図１は図２のI−I断面図であり、図２は図１のII−II断面図である。図１及び図２に示したプラズマ処理装置１０は、供給された電磁波が共振するように設計された導波路を利用して電磁エネルギーを電極へ供給することにより、導波路の長手方向に沿って均一な密度のプラズマを励起可能な構成を有する。
【００１２】
ここで、導波路の共振について説明する。先ず、図３Ａに示すように、長辺の長さａ、短辺の長さｂという断面を有する矩形導波管ＧＴの管内波長について考える。管内波長λｇは式（１）で表される。
【００１３】
【数１】
0005419055.tif 000002
【００１４】
ここで、λは自由空間の波長、εｒは導波管内の比誘電率、μｒは導波管内の比透磁率である。式（１）によれば、εｒ＝μｒ＝１のとき導波管ＧＴの管内波長λｇは自由空間の波長λよりも常に長いことがわかる。λ＜２ａのとき、管内波長λｇは長辺の長さａが短くなると長くなる。λ＝２ａのとき、即ち長辺の長さａが自由空間の波長λの１／２に等しくなると、分母が０になり管内波長λｇが無限大になる。このとき導波管ＧＴはカットオフ状態となり、導波管ＧＴ内を伝搬する電磁波の位相速度は無限大、群速度は０になる。さらに、λ＞２ａになると、電磁波は導波管内を伝搬することができなくなるが、ある程度の距離は進入することができる。なお、一般にはこの状態もカットオフ状態といわれるが、ここでは、λ＝２ａのときをカットオフ状態ということにする。例えば、プラズマ励起周波数が６０Ｍｈｚにおいて、中空導波管ではａが２５０ｃｍとなり、アルミナ導波管ではａが８１ｃｍとなる。
【００１５】
図３Ｂは、プラズマ処理装置１０に用いられる基本的なタイプの導波路を示している。この導波路ＷＧを画定する導波路部材ＧＭは、導電性部材で形成され、導波方向（長手方向）Ａ、幅方向Ｂにおいて互いに対向する側壁部Ｗ１，Ｗ２と、側壁部Ｗ１およびＷ２の高さ方向Ｈにおける下端部にフランジ状に延びる第１および第２電極部ＥＬ１，ＥＬ２を有する。また、側壁部Ｗ１およびＷ２の間に形成される隙間には、プレート状の誘電体ＤＩが挿入されている。この誘電体ＤＩは、導波路ＷＧ内でプラズマが励起されるのを防ぐ役割を果たす。図３Ｂに示す導波路ＷＧの幅ｗは、導波路の短辺の長さｂと等しい値に設定され、高さｈは、カットオフ状態にある導波管ＧＴと電気的に等価になるようλ／４（ａ／２）よりも小さい最適値に設定される。導波路ＷＧでは、Ｌ（インダクタンス）とＣ（キャパシタンス）によるＬＣ共振回路が形成され、カットオフ状態になることにより、供給される電磁波が共振する。導波路ＷＧ中を導波方向Ａに伝搬する高周波の波長を無限大にすれば、電極ＥＬ１およびＥＬ２の長手方向に沿って均一な高周波電界が形成され、長手方向に密度が均一なプラズマが励起される。なお、導波路ＷＧからプラズマ側を見たインピーダンスが仮に無限大だとすると、導波路ＷＧは、矩形導波管を長辺方向において丁度２等分した伝送路とみなすことができる。従って、導波路ＷＧの高さｈがλ／４のとき、管内波長λｇが無限大になる。しかし、実際には導波路ＷＧからプラズマ側を見たインピーダンスは容量性なので、管内波長λｇを無限大にする導波路ＷＧの高さｈは、λ／４よりも小さい。
【００１６】
プラズマ処理装置１０は、内部に基板Ｇを載置する真空容器１００を有し、内部にてガラス基板(以下、基板Ｇと称呼する)をプラズマ処理する。真空容器１００は断面が矩形状であり、アルミ合金等の金属から形成され、接地されている。真空容器１００の上部開口は天井部１０５で覆われている。基板Ｇは、載置台１１５に載置されている。なお、基板Ｇは被処理体の一例であり、これに限定されるわけではなく、シリコンウエハなどであってもよい。
【００１７】
真空容器１００の床部には、基板Ｇを置くため載置台１１５が設けられている。載置台１１５の上方には、プラズマ形成空間ＰＳを介して複数（２つ）のプラズマ発生機構２００が設けられている。プラズマ発生機構２００は、真空容器１００の天井部１０５に固定されている。
【００１８】
各プラズマ発生機構２００は、アルミ合金で形成された同じサイズの２つの導波路部材２０１Ａ，２０１Ｂと、同軸管２２５と、２つの対向する導波路部材２０１Ａ，２０１Ｂの間に形成される導波路ＷＧ内に挿入された誘電体板２２０とを有する。
【００１９】
導波路部材２０１Ａ，２０１Ｂは、導波路ＷＧを形成するために、互いに所定の隙間をおいて対向する平板部２０１Ｗと、この平板部２０１Ｗの下端部にフランジ状に形成されたプラズマを励起する電界形成用の電極部２０１ＥＡ，２０１ＥＢとをそれぞれ有する。導波路部材２０１Ａ，２０１Ｂの上端部は、導電性材料で形成された天井部１０５に接続され、導波路部材２０１Ａ，２０１Ｂの上端部は互いに電気的に接続されている。
【００２０】
誘電体板２２０は、酸化アルミニウム又は石英等の誘電体で形成され、導波路ＷＧの下端から上方に向けて当該導波路ＷＧの途中まで延びている。導波路ＷＧの上部が短絡されているため、導波路ＷＧの上側は下側に比べて電界が弱い。したがって、電界の強い導波路ＷＧの下側を誘電体板２２０で閉塞しておけば導波路ＷＧの上部は空洞であってもよい。もちろん、導波路ＷＧの上部まで誘電体板２２０で埋められていてもよい。
【００２１】
同軸管２２５は、図２に示すように、導波路ＷＧの長手方向Ａの略中央位置に接続され、この位置が給電位置となる。同軸管２２５の外部導体２２５ｂは、導波路部材２０１Ｂの一部で構成され、外部導体２２５ｂの中心部を内部導体２２５ａ１が通過している。内部導体２２５ａ１の下端部は、当該内部導体２２５ａ１に対して垂直に配置された内部導体２２５ａ２に電気的に接続されている。内部導体２２５ａ２は、誘電体板２２０に開いた穴を貫通して、導波路部材２０１Ａ側の電極部２０１ＥＡに電気的に接続されている。
【００２２】
同軸管２２５の内部導体２２５ａ１，２２５ａ２は、プラズマ発生機構２００の一方の電極部２０１ＥＡに電気的に接続され、同軸管２２５の外部導体２２５ｂはプラズマ発生機構２００の他方の電極部２０１ＥＢに電気的に接続される。同軸管２２５の上端には、整合器２４５を介して高周波電源２５０が接続されている。高周波電源２５０から給電された高周波電力は、同軸管２２５を介して長手方向Ａの中央位置から導波路ＷＧの両端部に向けて伝搬する。
【００２３】
内部導体２２５ａ２は、誘電体板２２０を貫通する。隣接するプラズマ発生機構２００にそれぞれ設けられた内部導体２２５ａ２が各プラズマ発生機構２００の誘電体板２２０を貫通する向きは、互いに逆向きである。ここで、２つのプラズマ発生機構２００の同軸管２２５に同振幅、同位相の高周波をそれぞれ給電すると、図４に示すように、２つのプラズマ発生機構２００の電極部２０１ＥＡ，２０１ＥＢにはそれぞれ振幅が等しく逆位相の高周波が印加される。なお、本明細書では、高周波とは１０ＭＨｚ〜３０００ＭＨｚの周波数帯をいい、電磁波の一例である。また、同軸管２２５は、高周波を供給する伝送路の一例であり、同軸管２２５の替わりに同軸ケーブルや矩形導波管等を用いてもよい。
【００２４】
図１に示すように、電極部２０１ＥＡ、２０１ＥＢの側面での放電と、上部へのプラズマの侵入を防止するため、電極部２０１ＥＡ、２０１ＥＢの幅方向Ｂにおける側面は、第１の誘電体カバー２２１で覆われている。図２に示すように、導波路ＷＧの長手方向Ａの端面を開放状態にするとともに、両側面での放電を防止するために、平板部２０１Ｗの長手方向Ａの両側面は、第２の誘電体カバー２１５で覆われている。
【００２５】
電極部２０１ＥＡ、２０１ＥＢの下面は、誘電体板２２０の下端面と概ね同一面になるように形成されているが、誘電体板２２０の下端面は電極部２０１ＥＡ，２０１ＥＢの下面に対して突出していても凹んでいてもよい。電極部２０１ＥＡ，２０１ＥＢはシャワープレートを兼ねている。具体的には、電極部２０１ＥＡ、２０１ＥＢの下面には凹みが形成され、この凹みにシャワープレート用の電極蓋２７０がはめ込まれている。電極蓋２７０には複数のガス放出孔が設けられており、ガス流路を通過したガスはこのガス放出孔から基板Ｇ側に放出される。ガス流路の下端には酸化アルミニウム等の電気絶縁体からなるガスノズルが設けられている（図４参照）。
【００２６】
均一なプロセスを行うためには、プラズマの密度が均一なだけでは十分ではない。ガスの圧力、原料ガスの密度、反応生成ガスの密度、ガスの滞在時間、基板温度等がプロセスに影響を与えるから、これらが基板Ｇ上で均一になっていなければならない。通常のプラズマ処理装置では、基板Ｇと対向する部分にシャワープレートが設けられ、基板に向かってガスが供給される。ガスは、基板Ｇの中央部から外周部に向かって流れ、基板の周囲から排気されるようになっている。必然的に、圧力は基板の中央部が外周部より高く、滞在時間は基板の外周部が中央部より長くなる。基板サイズが大きくなると、この圧力と滞在時間の均一性の悪化により均一なプロセスが行えなくなる。大面積基板に対しても均一なプロセスを行うには、基板Ｇの直上からガスを供給すると同時に、基板の直上から排気する必要がある。
【００２７】
プラズマ処理装置１０では、隣接するプラズマ発生機構２００間に排気スリットＣが設けられている。つまり、ガス供給器２９０から出力されたガスは、プラズマ発生機構２００内に形成されたガス流路を通ってプラズマ発生機構２００の下面から処理室内に供給され、基板Ｇの直上に設けられた排気スリットＣから上方向に排気される。排気スリットＣを通過したガスは、隣接するプラズマ発生機構２００により排気スリットＣの上部に形成される第１の排気路２８１内を流れ、第２の誘電体カバー２１５と真空容器１００との間に設けられた第２の排気路２８３に導かれる。さらに、真空容器１００の側壁に設けられた第３の排気路２８５中を下方向に流れ、第３の排気路２８５の下方に設けられた真空ポンプ（不図示）により排気される。
【００２８】
天井部１０５には冷媒流路２９５ａが形成されている。冷媒供給器２９５から出力された冷媒は冷媒流路２９５ａに流され、これにより、プラズマ発生機構２００を介して天井部１０５側にプラズマから流入した熱を伝えるようになっている。
【００２９】
プラズマ処理装置１０では、導波路ＷＧの実効的な高さｈを電気的に変えるために、インピーダンス可変回路３８０が設けられている。電極長手方向の中央部に設けられた高周波を供給する同軸管２２５の他に、電極長手方向の両端付近には、２個のインピーダンス可変回路３８０をそれぞれ接続する２本の同軸管３８５が設けられている。第一のガス排気路２８１のガス流を妨げないようにするために、同軸管３８５の内部導体３８５ａ２は、同軸管２２５の内部導体２２５ａ２よりも上方に設けられている。
【００３０】
インピーダンス可変回路３８０の構成例としては、可変コンデンサのみの構成、可変コンデンサとコイルとを並列接続した構成、可変コンデンサとコイルと直列接続した構成等が考えられる。
【００３１】
プラズマ処理装置１０においては、カットオフ状態になったとき、同軸管２２５から見た反射が最も小さくなるように導波路ＷＧの実効的な高さを調節する。また、プロセス中であっても導波路の実効的な高さを調節することが好ましい。そこで、プラズマ処理装置１０では、整合器２４５と同軸管２２５との間に反射計３００が取り付けられていて、同軸管２２５から見た反射の状態をモニタするようになっている。反射計３００による検出値は制御部３０５に送信される。制御部３０５では、検出値に基づきインピーダンス可変回路３８０を調整するように指示する。これによって導波路ＷＧの実効的な高さを調整して同軸管２２５から見た反射を最小にする。なお、以上の制御をすれば反射係数はかなり小さく抑えることができるため、整合器２４５の設置を省略することもできる。
【００３２】
隣り合う２つのプラズマ発生機構２００に逆位相の高周波を供給すれば、図４に示したように、隣り合う２つの電極部２０１ＥＡ、２０１ＥＡには、同位相の高周波が印加される。この状態では、プラズマ発生機構２００間の排気スリットＣに高周波電界が印加されないので、この部分でプラズマが発生することがない。
【００３３】
排気スリットＣに電界が生じないようにするためには、隣接するプラズマ発生機構２００の導波路ＷＧのそれぞれを伝搬する高周波の位相を１８０°ずらし、高周波の電界が逆向きにかかるようにする。
【００３４】
図１に示したように、左側のプラズマ発生機構２００に配置された同軸管の内部導体２２５ａ２と、右側のプラズマ発生機構２００に配置された同軸管の内部導体２２５ａ２が逆向きに配置される。これにより、高周波電源２５０から供給される同位相の高周波は、同軸管を介して導波路ＷＧに伝えられるとき逆相になる。
【００３５】
なお、内部導体２２５ａ２を同じ向きに配置した場合には、高周波電源２５０から逆相の高周波を隣接する電極対にそれぞれ印加することにより、プラズマ発生機構２００の全ての電極部２０１ＥＡ，２０１ＥＢの下面に形成される高周波の電界を同じ向きにでき、排気スリットＣで高周波の電界を０にすることができる。
【００３６】
第１実施形態
上記構成のプラズマ発生機構２００では、導波路ＷＧをカットオフ状態にすることにより、例えば、長さ２ｍ以上の電極上で均一なプラズマを励起することが可能である。しかしながら、導波路ＷＧをカットオフ状態にするには、例えばプラズマ励起周波数が６０ＭＨｚの場合、導波路ＷＧの高さｈを３８０ｍｍ程度にする必要があり、その結果、導波路部材２０１は、長手方向Ａにおいて２０００mm以上、高さ方向Ｈにおいて４００ｍｍ程度の寸法を有する部材となる。このため、装置の製造コストが高くなるとともに、真空容器１００を含めた装置のサイズが非常に大きくなってしまう。本実施形態では、長さ２ｍ以上の電極上で均一なプラズマを励起することが可能でありながら、小型化されて製造コストを抑制できるプラズマ処理装置について説明する。
【００３７】
図５は、本実施形態に係るプラズマ発生機構４００の斜視断面図である。図６は、図５のプラズマ発生機構４００における導波路と同軸管との接続関係を示す斜視断面図である。なお、プラズマ発生機構４００は、図１および図４に示す２つのプラズマ発生機構２００のそれぞれに対応している。すなわち、本実施形態に係るプラズマ処理装置は、図１および図４に示す２つのプラズマ発生機構２００を図５に示すプラズマ発生機構４００でそれぞれ置き換えたものである。本実施形態に係るプラズマ処理装置は、負荷が変わっても導波路を常にカットオフ状態にするための調整機構、すなわち、上記した２個のインピーダンス可変回路３８０と、２個のインピーダンス可変回路３８０をそれぞれ接続する２本の同軸管３８５とが設けられている。また、図５に示すプラズマ発生機構４００は、上記したプラズマ発生機構２００と実質的に等価であり、同様の機能を果たす。
【００３８】
プラズマ発生機構４００は、導波路部材４０１を有する。導波路部材４０１は、アルミニウム合金等の導電性材料で長手方向Ａに沿って管状に形成され、長手方向Ａを横断する方向の断面が矩形状の導波路ＷＧを画定している。具体的には、導波路部材４０１は、上壁部４０１ｔと、この上壁部４０１ｔの幅方向Ｂの両端部から下方に向かって延びる側壁部４０１ｗ１，４０１ｗ２とを有する。
【００３９】
導波路部材４０１の下には、第１および第２の電極４５０Ａ，４５０Ｂが設けられている。第１および第２の電極４５０Ａ，４５０Ｂは、アルミニウム合金等の導電性材料で形成された板材であり、矩形状の外形をもつとともに長手方向Ａに延在している。第１の電極４５０Ａは、プラズマ形成空間ＰＳに面するとともに側壁部４０１ｗ１に対して垂直になるように配置され、長手方向Ａに延在し側壁部４０１ｗ１の下端部と電気的に接続されている。第１の電極４５０Ａは、プラズマ形成空間ＰＳに面するとともに側壁部４０１ｗ１に対して垂直になるように配置され、長手方向Ａに延在し側壁部４０１ｗ１の下端部と電気的に接続されている。第２の電極４５０Ｂは、第１の電極４５０Ａと所定の隙間をもって並列され、プラズマ形成空間ＰＳに面するとともに側壁部４０１ｗ２に対して垂直になるように配置され、側壁部４０１ｗ２の下端部と電気的に接続されている。
【００４０】
導波路ＷＧ内には、酸化アルミニウム等の誘電体で形成された誘電体板４２０が配置されている。誘電体板４２０は、矩形状の外形をもつとともに長手方向Ａに延在している。誘電体板４２０は、導波路ＷＧの幅方向Ｂの略中央において、側壁部４０１ｗ，４０１ｗ２と実質的に平行となるように配置されている。また、誘電体板４２０の高さ方向Ｈの上端部は上壁部４０１ｔの下面に接している。誘電体板４２０の下端部は、第１および第２の電極４５０Ａ，４５０Ｂの間の隙間に介在して、第１および第２の電極４５０Ａ，４５０Ｂを電気的に分離している。
【００４１】
誘電体板４２０の両面には、銅−ニッケルメッキなどの金属膜からなる第１および第２の導電体４３０Ａ，４３０Ｂが長手方向Ａに延在するように形成されている。導電体４３０Ａ，４３０Ｂの高さ方向Ｈの上端は、上壁部４０１ｔの下面から離れた位置にあり、下端部は、それぞれ第１および第２の電極４５０Ａ，４５０Ｂに接続されている。
【００４２】
同軸管２２５は、導波路ＷＧの長手方向Ａの略中央位置に接続され、図６に示すように、外部導体２２５ｂは、上壁部４０１ｔに形成された孔を通って接続部材４３１を介して第１の導電体４３０Ａに電気的に接続され、内部導体２２５ａは上壁部４０１ｔに形成された孔を通って第２の導電体４３０Ｂに電気的に接続されている。
【００４３】
ここで、第１および第２の導電体４３０Ａ，４３０Ｂの間には、グランドを基準として平衡に高周波電界を印加する必要がある。一方、高周波電源や整合器の出力部は、一般的には、同軸線路等の不平衡線路である。従って、高周波電源と導波路４００との間には、平衡−不平衡変換部を設ける必要がある。平衡−不平衡変換部の一例として、シュペルトップ型が挙げられる。すなわち、図６に示すように、同軸管２２５の外側には、自由空間の波長λ（６０ＭＨｚにおいて５ｍ）の１／４の長さの金属管２５０が設けられている。金属管２５０は、その上端部２５０ｅ１において、外部導体２２５ｂと接続されている。金属管２５０と外部導体２２５ｂは分布定数線路を構成している。波長λの１／４の長さを有する一方端を短絡された分布定数線路は、他方端から見ると、インピーダンスが無限大に見える。従って、下端から見た外部導体２２５ｂとグランドとの間のインピーダンスが非常に大きくなり、高周波は平衡に給電される。
【００４４】
本実施形態に係るプラズマ発生機構４００は、導波路ＷＧの高さｈを１６５ｍｍにすることができ、基本タイプのプラズマ発生機構２００と比べて、高さｈを大幅に削減できる。この結果、プラズマ処理装置の製造コストの低減およびプラズマ処理装置の小型化が可能となる。
【００４５】
第２実施形態
図７は、第２の実施形態に係るプラズマ発生機構５００の斜視断面図である。なお、本実施形態に係るプラズマ発生機構５００は、図１および図４に示す２つのプラズマ発生機構２００のそれぞれに対応している。すなわち、本実施形態に係るプラズマ処理装置は、図１および図４に示す２つのプラズマ発生機構２００を図７に示すプラズマ発生機構５００でそれぞれ置き換えたものである。本実施形態に係るプラズマ処理装置は、負荷が変わっても導波路を常にカットオフ状態にするための調整機構、すなわち、上記した２個のインピーダンス可変回路３８０と、２個のインピーダンス可変回路３８０をそれぞれ接続する２本の同軸管３８５とが設けられている。また、図７に示すプラズマ発生機構５００は、上記したプラズマ発生機構２００と実質的に等価であり、同様の機能を果たす。
【００４６】
プラズマ発生機構５００は、導波路部材５０１を有する。導波路部材５０１は、アルミニウム合金等の導電性材料で長手方向Ａに沿って管状に形成され、長手方向Ａを横断する方向の断面が矩形状の導波路ＷＧを画定している。具体的には、導波路部材５０１は、上壁部５０１ｔと、この上壁部５０１ｔの幅方向Ｂの両端部から下方に向かって延びる側壁部５０１ｗ１，５０１ｗ２とを有する。
【００４７】
導波路部材５０１の下には、第１および第２の電極５５０Ａ，５５０Ｂが設けられている。第１および第２の電極５５０Ａ，５５０Ｂは、アルミニウム合金等の導電性材料で形成された板材であり、矩形状の外形をもつとともに長手方向Ａに延在している。第１の電極５５０Ａは、プラズマ形成空間ＰＳに面するとともに側壁部５０１ｗ１に対して垂直になるように配置され、長手方向Ａに延在し側壁部５０１ｗ１の下端部と電気的に接続されている。第２の電極５５０Ｂは、第１の電極５５０Ａと所定の隙間をもって並列され、プラズマ形成空間ＰＳに面するとともに側壁部５０１ｗ２に対して垂直になるように配置され、側壁部５０１ｗ２の下端部と電気的に接続されている。
【００４８】
導波路ＷＧ内に、酸化アルミニウム等の誘電体で形成された誘電体板５２０が配置されている。誘電体板５２０は、矩形状の外形をもつとともに長手方向Ａに延在している。誘電体板５２０は一方の側壁部５０１ｗ２に接しているとともに、誘電体板５２０の高さ方向Ｈの上端部は上壁部５０１ｔの下面に接している。誘電体板５２０の下端部は、第１および第２の電極５５０Ａ，５５０Ｂの間の隙間に介在して、第１および第２の電極５５０Ａ，５５０Ｂを電気的に分離している。
【００４９】
誘電体板５２０の側壁部５０１ｗ１側には、アルミニウム合金等の導電性材料で形成された板材からなる導電体５３０が誘電体板５２０に接するように設けられている。導電体５３０は、長手方向Ａに延在するとともに、その上端部が上壁部５０１Ｔの下面から離れ、下端部が第１の電極５５０Ａ上にあり、第１の電極５５０Ａと電気的に接続されている。
【００５０】
同軸管２２５は、高さ方向Ｈに沿って配置され、途中で直角に曲げられ、幅方向Ｂに延びる外部導体２２５ｂ２が側壁部５０１ｗ２に接続され、幅方向Ｂに延びる内部導体２２５ａ２が誘電体板５２０を貫通して、導電体５３０に接続されている。なお、同軸管２２５は導波路ＷＧの上部、すなわち、上壁部５０１ｔ側に接続することも可能である。
【００５１】
本実施形態に係るプラズマ発生機構５００は、導波路ＷＧの高さｈを１９０ｍｍ程度にすることができ、基本タイプのプラズマ発生機構２００と比べて、高さｈを約半分に削減できる。この結果、プラズマ処理装置の製造コストの低減およびプラズマ処理装置の小型化が可能となる。
【００５２】
上記第１および第２の実施形態では、導波路内に空洞が形成される場合について説明したが、これに限定されるわけではなく、導波路内の空洞を誘電体で埋めることも可能である。
【００５３】
上記第１および第２の実施形態では、導波路内に設けられた誘電体板４２０，５２０に導電体を接するように配置したが、これに限定されるわけではなく、誘電体板４２０，５２０の近傍でプラズマが発生しない場合には、導電体を誘電体板４２０，５２０から離して配置することも可能である。
【００５４】
上記第１および第２の実施形態では、給電位置を導波路の長手方向の中央位置としたが、これに限定されるわけではなく、必要に応じて変更可能である。
【００５５】
以上、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、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、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００５６】
２２５  同軸管
４００，５００  プラズマ発生機構
４０１，５０１  導波路部材
４２０，５２０  誘電体板
４３０Ａ，４３０Ｂ  導電体
５３０  金属板
４５０Ａ，４５０Ｂ，５６０Ａ，５５０Ｂ  電極
ＰＳ  プラズマ形成空間
ＷＧ  導波路
【要約】
大きなサイズの基板に対して、ＶＨＦ周波数帯のような高周波で励起されるプラズマの密度の均一性を改善しつつ、小型化および製造コストが低減できるプラズマ処理装置を提供する。導波路（ＷＧ）を画定する導波路部材（４０１）と、プラズマ形成空間に面するように配置され、導波路部材（４０１）と協働して導波路（ＷＧ）を画定するとともに導波路部材（４０１）と電気的に接続されている第１および第２の電極（４５０Ａ，４５０Ｂ）と、電磁エネルギーを当該導波路内に供給する同軸管（２２５）と、導波路（ＷＧ）内に配置され、長手方向（Ａ）に延在する誘電体板（４２０）と、導波路（ＷＧ）内において、誘電体板（４２０）に対して導波路の幅方向（Ｂ）における少なくとも一方側に配置され、誘電体板（４２０）に沿って延在するとともに、第１および第２の電極と電気的に接続された第１および第２の導電体（４３０Ａ，４３０Ｂ）とを有する。【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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