(57)【要約】【課題】全体が誘電体によって構成されたスラグに比べて、整合可能な負荷の入力インピーダンスの範囲を拡大できるスラグを実現する。【解決手段】スラグ６０は、電磁波供給源から供給された電磁波を負荷へ伝送する導波路において、電磁波供給源の出力インピーダンスと負荷の入力インピーダンスを整合するために設けられる。導波路は、筒状の外側導体部と、外側導体部に対して同軸的に外側導体部内に設けられた内側導体部を有している。スラグ６０は、軸方向に移動可能に外側導体部と内側導体部との間に設けられる。スラグ６０は、互いに結合された筒状の第１の部分６１と筒状の第２の部分６２を備えている。第２の部分６２は、第２の部分６２の内周面が第１の部分６１の外周面に接するように、第１の部分６１の外側に位置している。第１の部分６１は導体によって構成され、第２の部分６２は誘電体によって構成されている。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の外側導体部と、前記外側導体部に対して同軸的に前記外側導体部内に設けられた内側導体部とを有し、電磁波供給源から供給された電磁波を負荷へ伝送する導波路において、前記電磁波供給源の出力インピーダンスと前記負荷の入力インピーダンスを整合するために、軸方向に移動可能に前記外側導体部と前記内側導体部との間に設けられるインピーダンス整合用スラグであって、
互いに結合された筒状の第１の部分と筒状の第２の部分を備え、
前記第１の部分と前記第２の部分の各々は、前記内側導体部に向く内周面と前記外側導体部に向く外周面とを有し、
前記第２の部分は、前記第２の部分の内周面が前記第１の部分の外周面に接するように、前記第１の部分の外側に位置し、
前記第１の部分と前記第２の部分の一方は、導体によって構成され、
前記第１の部分と前記第２の部分の他方は、誘電体によって構成されていることを特徴とするインピーダンス整合用スラグ。
【請求項２】
前記第１の部分が導体によって構成され、前記第２の部分が誘電体によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載のインピーダンス整合用スラグ。
【請求項３】
筒状の外側導体部と、前記外側導体部に対して同軸的に前記外側導体部内に設けられた内側導体部とを有し、電磁波供給源から供給された電磁波を負荷へ伝送する導波路において、前記電磁波供給源の出力インピーダンスと前記負荷の入力インピーダンスを整合するために設けられるインピーダンス整合装置であって、
それぞれ軸方向に移動可能に前記外側導体部と前記内側導体部との間に設けられる第１のスラグおよび第２のスラグと、
前記第１のスラグと前記第２のスラグを、互いに独立して軸方向に移動可能な駆動装置とを備え、
前記第１のスラグと前記第２のスラグの各々は、互いに結合された筒状の第１の部分と筒状の第２の部分を備え、
前記第１の部分と前記第２の部分の各々は、前記内側導体部に向く内周面と前記外側導体部に向く外周面とを有し、
前記第２の部分は、前記第２の部分の内周面が前記第１の部分の外周面に接するように、前記第１の部分の外側に位置し、
前記第１の部分と前記第２の部分の一方は、導体によって構成され、
前記第１の部分と前記第２の部分の他方は、誘電体によって構成されていることを特徴とするインピーダンス整合装置。
【請求項４】
電磁波供給源から供給された電磁波を負荷へ伝送する導波路と、
前記電磁波供給源の出力インピーダンスと前記負荷の入力インピーダンスを整合するためのインピーダンス整合装置とを備えた電磁波伝送装置であって、
前記導波路は、筒状の外側導体部と、前記外側導体部に対して同軸的に前記外側導体部内に設けられた内側導体部とを有し、
前記インピーダンス整合装置は、
それぞれ軸方向に移動可能に前記外側導体部と前記内側導体部との間に設けられる第１のスラグおよび第２のスラグと、
前記第１のスラグと前記第２のスラグを、互いに独立して軸方向に移動可能な駆動装置とを備え、
前記第１のスラグと前記第２のスラグの各々は、互いに結合された筒状の第１の部分と筒状の第２の部分を備え、
前記第１の部分と前記第２の部分の各々は、前記内側導体部に向く内周面と前記外側導体部に向く外周面とを有し、
前記第２の部分は、前記第２の部分の内周面が前記第１の部分の外周面に接するように、前記第１の部分の外側に位置し、
前記第１の部分と前記第２の部分の一方は、導体によって構成され、
前記第１の部分と前記第２の部分の他方は、誘電体によって構成されていることを特徴とする電磁波伝送装置。
【請求項５】
電磁波を伝送する導波路と、
前記導波路に電磁波を供給する電磁波供給源と、
前記導波路によって伝送された電磁波を放射する電磁波放射用アンテナと、
前記電磁波供給源の出力インピーダンスと前記電磁波放射用アンテナの入力インピーダンスを整合するためのインピーダンス整合装置とを備えた電磁波放射装置であって、
前記導波路は、筒状の外側導体部と、前記外側導体部に対して同軸的に前記外側導体部内に設けられた内側導体部とを有し、
前記インピーダンス整合装置は、
それぞれ軸方向に移動可能に前記外側導体部と前記内側導体部との間に設けられる第１のスラグおよび第２のスラグと、
前記第１のスラグと前記第２のスラグを、互いに独立して軸方向に移動可能な駆動装置とを備え、
前記第１のスラグと前記第２のスラグの各々は、互いに結合された筒状の第１の部分と筒状の第２の部分を備え、
前記第１の部分と前記第２の部分の各々は、前記内側導体部に向く内周面と前記外側導体部に向く外周面とを有し、
前記第２の部分は、前記第２の部分の内周面が前記第１の部分の外周面に接するように、前記第１の部分の外側に位置し、
前記第１の部分と前記第２の部分の一方は、導体によって構成され、
前記第１の部分と前記第２の部分の他方は、誘電体によって構成されていることを特徴とする電磁波放射装置。
【請求項６】
前記電磁波供給源は、前記導波路に供給する電磁波を発生する電磁波供給用アンテナと、前記電磁波供給用アンテナに対して電磁波発生のための電力を供給する給電部とを有することを特徴とする請求項５に記載の電磁波放射装置。
【請求項７】
被処理基板を収容するチャンバと、
前記チャンバ内にガスを供給するガス供給装置と、
請求項５または６に記載の電磁波放射装置とを備えたプラズマ処理装置であって、
前記電磁波放射装置の前記電磁波放射用アンテナは、前記チャンバ内に電磁波を放射し、
前記チャンバ内に放射された電磁波によって、前記チャンバ内に供給されたガスをプラズマ化し、このプラズマによって前記被処理基板に処理を施すことを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導波路におけるインピーダンス整合のためのスラグ、ならびに、このスラグを含むインピーダンス整合装置、電磁波伝送装置、電磁波放射装置およびプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスや液晶表示装置の製造工程においては、半導体ウエハやガラス基板といった被処理基板に対して、プラズマを利用したエッチング処理や成膜処理等のプラズマ処理を施すために、プラズマエッチング装置やプラズマＣＶＤ成膜装置等のプラズマ処理装置が用いられる。
【０００３】
プラズマ処理装置としては、例えば特許文献１に記載されているように、チャンバ内にマイクロ波を放射するアンテナと、マイクロ波を発生するマイクロ波供給源と、このマイクロ波供給源によって発生されたマイクロ波をアンテナへ伝送する導波路とを備えたものが知られている。このようなプラズマ処理装置において、導波路としては、例えば、筒状の外側導体部と、外側導体部に対して同軸的に外側導体部内に設けられた内側導体部とを有するものが使用されている。
【０００４】
上記のようなアンテナとマイクロ波供給源と導波路とを備えたプラズマ処理装置は、一般的に、マイクロ波供給源の出力インピーダンスと導波路の特性インピーダンスが等しい値（例えば５０Ω）になるように構成される。しかし、一般的に、アンテナの入力インピーダンスは、導波路の特性インピーダンスと一致するとは限らず、しかもアンテナの構成やチャンバ内のガスの種類等によって変化する。そのため、アンテナに十分な電力を供給するためには、インピーダンス整合を行う必要がある。
【０００５】
特許文献１には、インピーダンス整合を行う手段として、それぞれ誘電体からなる一対のスラグを有するスラグチューナが記載されている。一対のスラグの各々は、肉厚の円筒形状を有し、導波路の外側導体部と内側導体部との間に設けられている。また、一対のスラグは、軸方向の互いに異なる位置に配置され、且つ互いに独立して軸方向に移動可能である。
【０００６】
上記スラグチューナでは、アンテナの入力インピーダンスは、一対のスラグによって、マイクロ波供給源側から、マイクロ波供給源により近いスラグを見たインピーダンス（以下、変換後インピーダンスと言う。）に変換される。スラグチューナでは、アンテナにより近いスラグとアンテナとの間の距離と、一対のスラグの間の距離とを調整することにより、変換後インピーダンスを変化させることができる。スラグチューナによるインピーダンス整合は、上記の２つの距離を調整することによって、変換後インピーダンスを、マイクロ波供給源の出力インピーダンスと等しくすることである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２２４４９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
スラグチューナは、前述のプラズマ処理装置に限らず、電磁波供給源から供給された電磁波を、外側導体部と内側導体部とを有する導波路を介して負荷へ伝送する一般化された系に適用可能である。以下、この一般化された系において、スラグチューナによって、電磁波供給源の出力インピーダンスと負荷の入力インピーダンスを整合する場合における課題について説明する。
【０００９】
従来のスラグチューナは、負荷の入力インピーダンスがどのような値であっても、変換後インピーダンスを必ず５０Ω等の所定の値にすることができる訳ではない。以下、変換後インピーダンスを所定の値にすることが可能な負荷の入力インピーダンスの範囲を整合可能なインピーダンス範囲と言い、変換後インピーダンスを所定の値にすることができない負荷の入力インピーダンスの範囲を整合不可能なインピーダンス範囲と言う。
【００１０】
整合不可能なインピーダンス範囲は、スミスチャート上で、反射係数の絶対値が１に近い所定の値から１までの円環状の範囲である。整合不可能なインピーダンス範囲は、電圧定在波比を用いて表現することもできる。電圧定在波比は、反射係数の絶対値が０のときに１になり、反射係数の絶対値が大きくなるほど大きくなり、反射係数の絶対値が１のときに無限大になる。従って、整合不可能なインピーダンス範囲は、スミスチャート上で、電圧定在波比が所定の値から無限大までの円環状の範囲であるとも言える。整合可能なインピーダンス範囲は、スミスチャート上で、上記の整合不可能なインピーダンス範囲の内側の範囲である。
【００１１】
様々な状況においてスラグチューナによるインピーダンス整合を可能にするために、整合可能なインピーダンス範囲は、できるだけ広い方がよい。
【００１２】
特許文献１には、スラグを高純度アルミナによって構成することにより、整合可能なインピーダンス範囲の境界を示す電圧定在波比を７０程度に上昇させることが可能である旨が記載されている。しかし、この方法による整合可能なインピーダンス範囲の拡大には限度があり、整合可能なインピーダンス範囲をより拡大するための新たな技術の開発が望まれていた。
【００１３】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、その目的は、全体が誘電体によって構成されたスラグに比べて、整合可能な負荷の入力インピーダンスの範囲を拡大することの可能なインピーダンス整合用スラグ、ならびに、このスラグを含むインピーダンス整合装置、電磁波伝送装置、電磁波放射装置およびプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のインピーダンス整合用スラグは、電磁波供給源から供給された電磁波を負荷へ伝送する導波路において、電磁波供給源の出力インピーダンスと負荷の入力インピーダンスを整合するために設けられるものである。導波路は、筒状の外側導体部と、外側導体部に対して同軸的に外側導体部内に設けられた内側導体部とを有している。本発明のインピーダンス整合用スラグは、軸方向に移動可能に外側導体部と内側導体部との間に設けられる。なお、軸方向とは、外側導体部および内側導体部に共通する中心軸の方向である。
【００１５】
本発明のインピーダンス整合用スラグは、互いに結合された筒状の第１の部分と筒状の第２の部分を備えている。第１の部分と第２の部分の各々は、内側導体部に向く内周面と外側導体部に向く外周面とを有している。第２の部分は、第２の部分の内周面が第１の部分の外周面に接するように、第１の部分の外側に位置している。第１の部分と第２の部分の一方は導体によって構成され、第１の部分と第２の部分の他方は誘電体によって構成されている。
【００１６】
本発明のインピーダンス整合用スラグは、特に、第１の部分が導体によって構成され、第２の部分が誘電体によって構成されたものであってもよい。
【００１７】
本発明のインピーダンス整合装置は、電磁波供給源から供給された電磁波を負荷へ伝送する導波路において、電磁波供給源の出力インピーダンスと負荷の入力インピーダンスを整合するために設けられるものである。導波路は、筒状の外側導体部と、外側導体部に対して同軸的に外側導体部内に設けられた内側導体部とを有している。
【００１８】
本発明のインピーダンス整合装置は、それぞれ軸方向に移動可能に外側導体部と内側導体部との間に設けられる第１のスラグおよび第２のスラグと、第１のスラグと第２のスラグを、互いに独立して軸方向に移動可能な駆動装置とを備えている。第１のスラグと第２のスラグの各々の構成は、本発明のインピーダンス整合用スラグと同じである。
【００１９】
本発明の電磁波伝送装置は、電磁波供給源から供給された電磁波を負荷へ伝送する導波路と、電磁波供給源の出力インピーダンスと負荷の入力インピーダンスを整合するためのインピーダンス整合装置とを備えている。導波路は、筒状の外側導体部と、外側導体部に対して同軸的に外側導体部内に設けられた内側導体部とを有している。本発明の電磁波伝送装置におけるインピーダンス整合装置の構成は、本発明のインピーダンス整合装置と同じである。
【００２０】
本発明の電磁波放射装置は、電磁波を伝送する導波路と、導波路に電磁波を供給する電磁波供給源と、導波路によって伝送された電磁波を放射する電磁波放射用アンテナと、電磁波供給源の出力インピーダンスと電磁波放射用アンテナの入力インピーダンスを整合するためのインピーダンス整合装置とを備えている。導波路は、筒状の外側導体部と、外側導体部に対して同軸的に外側導体部内に設けられた内側導体部とを有している。本発明の電磁波放射装置におけるインピーダンス整合装置の構成は、本発明のインピーダンス整合装置と同じである。
【００２１】
本発明の電磁波放射装置において、電磁波供給源は、導波路に供給する電磁波を発生する電磁波供給用アンテナと、電磁波供給用アンテナに対して電磁波発生のための電力を供給する給電部とを有していてもよい。
【００２２】
本発明のプラズマ処理装置は、被処理基板を収容するチャンバと、チャンバ内にガスを供給するガス供給装置と、本発明の電磁波放射装置とを備えている。本発明のプラズマ処理装置において、電磁波放射装置の電磁波放射用アンテナは、チャンバ内に電磁波を放射する。本発明のプラズマ処理装置は、チャンバ内に放射された電磁波によって、チャンバ内に供給されたガスをプラズマ化し、このプラズマによって被処理基板に処理を施す。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のインピーダンス整合用スラグは、第１の部分と第２の部分を有し、第１の部分と第２の部分の一方は導体によって構成され、第１の部分と第２の部分の他方は誘電体によって構成されている。このような構成の本発明のインピーダンス整合用スラグでは、全体が誘電体によって構成されたスラグに比べて、特性インピーダンスを小さくすることが可能になる。これにより、本発明のインピーダンス整合用スラグによれば、全体が誘電体によって構成されたスラグに比べて、整合可能な負荷の入力インピーダンスの範囲を拡大することが可能になるという効果を奏する。
【００２４】
また、本発明のインピーダンス整合装置、電磁波伝送装置、電磁波放射装置およびプラズマ処理装置は、いずれも、本発明のインピーダンス整合用スラグと同じ構成の第１および第２のスラグを含んでいる。そのため、本発明のこれらの装置によれば、全体が誘電体によって構成された２つのスラグを用いる場合に比べて、第１および第２のスラグを用いて整合可能な負荷の入力インピーダンスの範囲を拡大することが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における電磁波供給源の構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示したプラズマ処理装置を上方から見た状態で示す平面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る電磁波伝送装置を示す断面図である。
【図５】図４における５−５線で示した位置における電磁波伝送装置の断面図である。
【図６】図４における６−６線で示した位置における電磁波伝送装置の断面図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係るスラグを示す斜視図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態における導波路内の複数箇所におけるインピーダンスを示す説明図である。
【図９】図８に示した複数箇所におけるインピーダンスをスミスチャート上で示す説明図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態における導波路内のスラグおよび空気層を示す断面図である。
【図１１】図１０に示したスラグにおける第１の部分の外周面の半径と第２の部分の実効比誘電率との関係を示す特性図である。
【図１２】図１０に示したスラグにおける第１の部分の外周面の半径と最適なスラグの長さとの関係を示す特性図である。
【図１３】図１０に示したスラグにおける第１の部分の外周面の半径と特性インピーダンスとの関係を示す特性図である。
【図１４】図１０に示したスラグにおける第１の部分の外周面の半径と整合可能な負荷の入力インピーダンスの範囲を示す電圧定在波比との関係を示す特性図である。
【図１５】比較例のスラグの整合可能な負荷の入力インピーダンスの範囲をスミスチャート上で示す説明図である。
【図１６】本発明の第１の実施の形態に係るスラグの整合可能な負荷の入力インピーダンスの範囲をスミスチャート上で示す説明図である。
【図１７】本発明の第２の実施の形態に係るスラグを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。始めに、図１ないし図３を参照して、本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略の構成を示す断面図である。図２は、本実施の形態における電磁波供給源の構成を示すブロック図である。図３は、図１に示したプラズマ処理装置を上方から見た状態で示す平面図である。
【００２７】
本実施の形態に係るプラズマ処理装置１００は、例えば半導体デバイス製造用の半導体ウエハ等の被処理基板Ｗに対して、成膜処理、拡散処理、エッチング処理、アッシング処理等の所定のプラズマ処理を施す装置である。プラズマ処理装置１００は、本体部１と、本実施の形態に係る電磁波放射装置２と、本体部１および電磁波放射装置２を制御する制御部３とを備えている。
【００２８】
＜本体部＞
本体部１は、被処理基板Ｗを収容するチャンバ１０を備えている。チャンバ１０内には、電磁波放射装置２によって電磁波、特にマイクロ波が放射されると共に、後述する第１および第２のガス供給装置によって１種類以上のガスが供給される。チャンバ１０内に供給されたガスは、チャンバ１０内に放射された電磁波によってプラズマ化される。プラズマ処理装置１００は、このプラズマによって被処理基板Ｗに処理を施す。
【００２９】
チャンバ１０は、例えばアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属材料によって形成されている。図１に示したように、チャンバ１０は接地されている。チャンバ１０は、図１における上下方向に延びる筒状の側壁部１０Ａと、側壁部の下端を塞ぐ板状の底部１０Ｂとを含んでいる。図１では、側壁部１０Ａと底部１０Ｂとの境界を破線で示している。電磁波放射装置２は、側壁部１０Ａの上端側からチャンバ１０内に電磁波を放射する。
【００３０】
本体部１は、更に、被処理基板Ｗが載置されるサセプタ１１と、チャンバ１０内においてサセプタ１１を水平に支持する支持部材１２と、絶縁材料よりなる絶縁部材１３とを備えている。支持部材１２は、例えば、図１における上下方向に延びる筒状の形状を有している。サセプタ１１は、支持部材１２の上端部に固定されている。支持部材１２の下端部は、絶縁部材１３を介してチャンバ１０の底部の中央に固定されている。サセプタ１１および支持部材１２は、例えば、表面にアルマイト処理（陽極酸化処理）が施されたアルミニウム等によって形成されている。
【００３１】
なお、図示しないが、サセプタ１１には、被処理基板Ｗを静電吸着する静電チャック、被処理基板Ｗの温度を制御する温度制御機構、被処理基板Ｗの温度を調整する熱伝達用ガスを供給するガス流路、および昇降ピンが設けられている。昇降ピンは、被処理基板Ｗの搬送時に上昇して、図示しない搬送室との間で被処理基板Ｗとの受け渡しを行うことができるように構成されている。
【００３２】
本体部１は、更に、サセプタ１１に電気的に接続された高周波バイアス電源１５と、サセプタ１１と高周波バイアス電源１５との間に設けられた整合器１４とを備えている。高周波バイアス電源１５は、サセプタ１１に対して、プラズマ中のイオンを被処理基板Ｗに引き込むためのバイアス電力を供給する。
【００３３】
チャンバ１０は、底部１０Ｂに設けられた排気口１０Ｂａを有している。本体部１は、更に、排気装置１６と、チャンバ１０の排気口１０Ｂａと排気装置１６とを接続する排気管１７とを備えている。排気装置１６は、チャンバ１０内の空気を排気して、チャンバ１０内を所定の真空度まで減圧する真空ポンプを含んでいる。
【００３４】
チャンバ１０は、更に、側壁部１０Ａに設けられた搬入出口１０Ａａを有している。被処理基板Ｗの搬入出は、搬入出口１０Ａａを通して行われる。本体部１は、更に、搬入出口１０Ａａと図示しない搬送室との間を開閉するゲートバルブ１８を備えている。
【００３５】
本体部１は、更に、チャンバ１０内においてサセプタ１１の上方に配置されたシャワープレート２０を備えている。シャワープレート２０は、その内部に格子状に形成されたガス流路２０１と、ガス流路２０１からサセプタ１１の上面に向けて開口するように設けられた複数のガス吐出孔２０２と、シャワープレート２０を上下に貫通する複数の貫通孔２０３とを有している。複数の貫通孔２０３は、ガス流路２０１および複数のガス吐出孔２０２を避けるように設けられている。
【００３６】
本体部１は、更に、シャワープレート２０に対してプラズマ処理に用いられる処理ガスを供給する第１のガス供給装置２４と、第１のガス供給装置２４とシャワープレート２０のガス流路２０１とを接続する配管２５とを備えている。ガス流路２０１に供給された処理ガスは、複数のガス吐出孔２０２からチャンバ１０内に吐出される。
【００３７】
本体部１は、更に、シャワープレート２０の上方においてチャンバ１０の側壁部１０Ａに設けられたプラズマ生成ガス導入部材２６と、プラズマ生成ガス導入部材２６に対してプラズマを生成するために用いられるプラズマ生成ガスを供給する第２のガス供給装置２７と、プラズマ生成ガス導入部材２６と第２のガス供給装置２７とを接続する配管２８とを備えている。プラズマ生成ガス導入部材２６は、所定の間隔でチャンバ１０内に向けて開口するように設けられた複数のガス吐出孔を有している。プラズマ生成ガス導入部材２６に供給されたプラズマ生成ガスは、複数のガス突出孔からチャンバ１０内に吐出される。
【００３８】
なお、本実施の形態では、処理ガスとプラズマ生成ガスは、別々のガス供給装置を用いて供給されているが、これらのガスは、同一のガス供給装置を用いて供給されてもよい。
【００３９】
本体部１は、更に、チャンバ１０の側壁部１０Ａの上端に連結された環状の支持リング２９と、支持リング２９によって支持された天板１１０とを備えている。支持リング２９と天板１１０との間は、気密にシールされている。天板１１０は、天板１１０を上下に貫通する複数の貫通孔１１０ａを有している。複数の貫通孔１１０ａは、後述する誘電体部材によって塞がれる。支持リング２９および天板１１０は、例えばチャンバ１０と同じ材料によって形成されている。
【００４０】
＜電磁波放射装置＞
本実施の形態に係る電磁波放射装置２は、本実施の形態に係る電磁波伝送装置を複数備え、複数の電磁波をチャンバ１０内に放射するように構成されている。具体的には、電磁波放射装置２は、電磁波供給源４と、複数の電磁波伝送装置５と、複数の電磁波放射用アンテナ８０とを備えている。図１に示したように、複数の電磁波伝送装置５は、天板１１０の上に配置されている。複数の電磁波放射用アンテナ８０は、複数の電磁波伝送装置５と同じ数だけ設けられている。複数の電磁波放射用アンテナ８０は、それぞれ、チャンバ１０内に電磁波を放射できるように、対応する電磁波伝送装置５の下側に配置されている。天板１１０の複数の貫通孔１１０ａは、複数の電磁波放射用アンテナ８０に対応する位置に設けられている。
【００４１】
図３は、天板１１０の上における複数の電磁波伝送装置５の配置を模式的に示している。図３に示した例では、天板１１０の平面形状（上方から見た形状）は、円形である。この例では、複数の電磁波伝送装置５は、上方から見たときに、天板１１０の中心に配置された１つの電磁波伝送装置５と、天板１１０の同心円の円周上に配置された６つの電磁波伝送装置５とを含んでいる。図示しないが、複数の電磁波放射用アンテナ８０は、上記の７つの電磁波伝送装置５に対応する位置に配置されている。
【００４２】
複数の電磁波伝送装置５は、それぞれ、導波路５０と、本実施の形態に係るインピーダンス整合装置６とを備えている。電磁波供給源４は、複数の電磁波伝送装置５のそれぞれの導波路５０に電磁波を供給する。導波路５０は、電磁波供給源４から供給された電磁波を負荷へ伝送するものである。インピーダンス整合装置６は、導波路５０において、電磁波供給源４の出力インピーダンスと負荷の入力インピーダンスを整合するために設けられるものである。本実施の形態では、電磁波供給源４から供給された電磁波は、導波路５０によって、負荷しての電磁波放射用アンテナ８０へ伝送される。電磁波供給源４の出力インピーダンスと電磁波放射用アンテナ８０の入力インピーダンスは、インピーダンス整合装置６によって整合される。電磁波放射用アンテナ８０は、導波路５０によって伝送された電磁波をチャンバ１０内に放射する。電磁波伝送装置５の構成については、後で詳しく説明する。
【００４３】
＜電磁波供給源＞
図２に示したように、電磁波供給源４は、複数の電磁波供給用アンテナ９０と、給電部３０とを有している。複数の電磁波供給用アンテナ９０は、少なくとも、複数の電磁波伝送装置５と同じ数だけ設けられている。複数の電磁波供給用アンテナ９０は、それぞれ、対応する電磁波伝送装置５の導波路５０に供給する電磁波を発生する。給電部３０は、複数の電磁波供給用アンテナ９０に対して電磁波発生のための電力を供給する。
【００４４】
図２に示したように、給電部３０は、電源３１と、発振器３２と、増幅器３３と、分配器３４と、分配器３４と複数の電磁波供給用アンテナ９０との間に設けられた複数の電力供給路４０とを有している。発振器３２は、電源３１から電力の供給を受けて、所定の範囲内の周波数（例えば、７００ＭＨｚ〜３ＧＨｚの範囲内）の高周波電力を出力するものである。発振器３２としては、例えばＰＬＬ回路が用いられる。増幅器３３は、発振器３２から出力された高周波電力を増幅するものである。分配器３４は、増幅器３３によって増幅された高周波電力を、複数の電力供給路４０に分配するものである。複数の電力供給路４０は、複数の電磁波供給用アンテナ９０と同じ数だけ設けられている。
【００４５】
複数の電力供給路４０は、それぞれ、分配器３４によって分配された高周波電力を増幅するアンプ部４１と、増幅された高周波電力を対応する電磁波供給用アンテナ９０に供給する同軸線路４２とを含んでいる。アンプ部４１は、位相器４１１と、可変ゲインアンプ４１２と、メインアンプ４１３と、アイソレータ４１４とを含んでいる。位相器４１１は、分配器３４によって分配された高周波電力の位相を調整するものである。可変ゲインアンプ４１２は、メインアンプ４１３に入力される高周波電力のレベルを調整するものである。なお、電力供給路４０毎に、高周波電力の位相およびレベルを変化させてもよい。メインアンプ４１３は、位相およびレベルが調整された高周波電力を増幅するものである。アイソレータ４１４は、サーキュレータとダミーロードによって構成されている。サーキュレータは、電磁波供給用アンテナ９０で反射されてメインアンプ４１３に向かう高周波電力をダミーロードに導くものであり、ダミーロードは、導かれた高周波電力を熱に変換するものである。
【００４６】
同軸線路４２は、筒状の外側導体４２１と、外側導体４２１に対して同軸的に外側導体４２１内に設けられた内側導体４２２とを有している。なお、外側導体４２１および内側導体４２２は、後で説明する図４および図５に示されている。
【００４７】
＜電磁波伝送装置＞
次に、図４ないし図６を参照して、電磁波伝送装置５の構成について詳しく説明する。図４は、本実施の形態に係る電磁波伝送装置５を示す断面図である。図５は、図４における５−５線で示した位置における電磁波伝送装置５の断面図である。図６は、図４における６−６線で示した位置における電磁波伝送装置５の断面図である。
【００４８】
前述のように、電磁波伝送装置５は、導波路５０とインピーダンス整合装置６を備えている。導波路５０は、筒状の外側導体部５１と、外側導体部５１に対して同軸的に外側導体部５１内に設けられた内側導体部５２とを有している。本実施の形態では、外側導体部５１は、図４における上下方向に延びる円筒状の形状を有している。また、内側導体部５２も、図４における上下方向に延びる円筒状の形状を有している。導波路５０は、更に、導体よりなり、内側導体部５２を塞ぐように内側導体部５２の下端部に固定された底板５３を有している。内側導体部５２の下端部および底板５３は、外側導体部５１の下端部よりも上方に位置する。
【００４９】
電磁波放射用アンテナ８０は、導波路５０の下部に設けられている。電磁波放射用アンテナ８０は、外側導体部５１を塞ぐように外側導体部５１の下端部に連結された板状のアンテナ本体８１と、底板５３とアンテナ本体８１とを接続する導体よりなる円柱部材８２と、それぞれ誘電体材料よりなる遅波材８３および誘電体部材８４とを有している。アンテナ本体８１には、アンテナ本体８１を上下に貫通する複数のスロットが形成されている。
【００５０】
遅波材８３は、アンテナ本体８１の上側に配置され、上方から見たときの遅波材８３の中心を上下に貫通する貫通孔を有している。円柱部材８２は、遅波材８３の貫通孔内に配置されている。遅波材８３は、電磁波の実効波長を短くする機能と、電磁波の位相を調整する機能とを有している。誘電体部材８４は、アンテナ本体８１の下側に配置され、天板１１０の貫通孔１１０ａを塞ぐように貫通孔１１０ａに固定されている。図４に示した例では、誘電体部材８４は、上部と下部を含み、誘電体部材８４の中心軸に直交する上部の断面の面積は、誘電体部材８４の中心軸に直交する下部の断面の面積よりも大きい。遅波材８３および誘電体部材８４の材料としては、例えば、石英、セラミックス、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素系樹脂、ポリイミド系樹脂が用いられる。
【００５１】
電磁波供給用アンテナ９０は、導波路５０の上部に設けられている。電磁波供給用アンテナ９０は、外側導体部５１と内側導体部５２との間に配置されたアンテナ本体９１と、外側導体部５１および内側導体部５２を塞ぐように外側導体部５１および内側導体部５２の各上端部に連結された反射板９２と、誘電体材料よりなり、アンテナ本体９１と反射板９２との間に配置された遅波材９３とを有している。遅波材９３は、電磁波の実効波長を短くする機能を有している。遅波材９３の材料としては、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素系樹脂が用いられる。なお、電磁波供給用アンテナ９０に供給される高周波電力の周波数が比較的高い場合（例えば、２．４５ＧＨｚの場合）には、遅波材９３は設けられていなくてもよい。
【００５２】
図５に示したように、アンテナ本体９１は、第１の極９１１と第２の極９１２と反射部９１３とを含んでいる。第１の極９１１は、同軸線路４２の内側導体４２２に接続されている。第２の極９１２は、導波路５０の内側導体部５２に接続されている。反射部９１３は、導波路５０の外側導体部５１および内側導体部５２に対して所定の間隔をあけて、内側導体部５２の外周に沿って延びるリング状の形状を有している。
【００５３】
アンテナ本体９１と反射板９２との間の距離は、アンテナ本体９１から放射された電磁波の一部と、反射板９２によって反射された反射波とによって、定在波が発生するような距離に設定されることが好ましい。具体的には、アンテナ本体９１と反射板９２との間における電磁波の波長（実効波長）をλｅとしたときに、アンテナ本体９１と反射板９２との間の距離は、（２ｎ＋１）λｅ／４（ｎは０以上の整数）となるように設定されることが好ましい。
【００５４】
＜インピーダンス整合装置＞
インピーダンス整合装置６は、それぞれ軸方向に移動可能に外側導体部５１と内側導体部５２との間に設けられる第１のスラグ６０Ａおよび第２のスラグ６０Ｂを備えている。なお、軸方向とは、外側導体部５１および内側導体部５２に共通する中心軸の方向である。第１のスラグ６０Ａの構成と第２のスラグ６０Ｂの構成は同じである。以下、第１のスラグ６０Ａと第２のスラグ６０Ｂを区別しない場合には、第１および第２のスラグ６０Ａ，６０Ｂを、単に、スラグ６０と記す。スラグ６０は、導波路５０において、電磁波供給源４の電磁波供給用アンテナ９０の出力インピーダンスと負荷である電磁波放射用アンテナ８０の入力インピーダンスを整合するために、電磁波供給用アンテナ９０と電磁波放射用アンテナ８０との間に設けられるものである。スラグ６０は、本発明のインピーダンス整合用スラグに対応する。
【００５５】
以下、図６および図７を参照して、スラグ６０の構成について説明する。図７は、スラグ６０を示す斜視図である。図６および図７に示したように、スラグ６０は、互いに結合された筒状の第１の部分６１と筒状の第２の部分６２を備えている。第１の部分６１と第２の部分６２の各々は、内側導体部５２に向く内周面と外側導体部５１に向く外周面とを有している。以下、第１の部分６１の内周面は符号６１ａを付して表し、第１の部分６１の外周面は符号６１ｂを付して表す。また、第２の部分６２の内周面は符号６２ａを付して表し、第２の部分６２の外周面は符号６２ｂを付して表す。第２の部分６２は、第２の部分６２の内周面６２ａが第１の部分６１の外周面６１ｂに接するように、第１の部分６１の外側に位置している。
【００５６】
第１および第２の部分６１，６２の中心軸は、外側導体部５１および内側導体部５２の中心軸に一致する。従って、前述の軸方向は、外側導体部５１、内側導体部５２、ならびにスラグ６０の第１および第２の部分６１，６２に共通する中心軸の方向である。図４では、上下方向が軸方向となる。図５および図６では、紙面に垂直な方向が軸方向となる。また、上記の共通の中心軸に垂直で中心軸から外側へ向かう方向を半径方向と定義する。
【００５７】
第１の部分６１と第２の部分６２の一方は、導体によって構成されている。第１の部分６１と第２の部分６２の他方は、誘電体によって構成されている。本実施の形態では、特に、第１の部分６１が導体によって構成され、第２の部分６２が誘電体によって構成されている。第１の部分６１を構成する導体の材料としては、例えばアルミニウム等の金属材料が用いられる。
【００５８】
第２の部分６２を構成する誘電体は、比誘電率が大きく、誘電正接が小さいものが好ましい。第２の部分６２を構成する誘電体の比誘電率は、２以上、１００００以下であることが好ましい。第２の部分６２を構成する誘電体の誘電正接は、０．０２以下であることが好ましい。
【００５９】
第２の部分６２を構成する誘電体の材料としては、種々の樹脂や、ガラスや、セラミックスや、これらの複合材料を用いることができる。第２の部分６２を構成するために用いられるセラミックスとしては、例えば、アルミナ、チタン酸バリウム、チタン酸カリウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸マグネシウムが挙げられる。
【００６０】
ここで、第２の部分６２の比誘電率を記号εｒで表す。空気中における電磁波の波長をλ０とし、スラグ６０の第２の部分６２内における電磁波の波長（実効波長）をλｇとする。λｇは、以下の式（１）で表される。
【００６１】
λｇ＝λ０／√εｒ  …（１）
【００６２】
本実施の形態におけるスラグ６０は、１／４波長線路となるよう構成される。第２の部分６２が外側導体部５１に完全に接している場合には、スラグ６０を１／４波長線路にするには、スラグ６０の軸方向の長さをλｇ／４とすればよい。しかし、実際には、第２の部分６２の外周面６２ｂと外側導体部５１の間には、両者間の隙間によって、比誘電率が１である空気層が形成される。この空気層の存在により、実際のスラグ６０を１／４波長線路とするためには、スラグ６０の軸方向の長さをλｇ／４よりも大きくする必要がある。この空気層を考慮したスラグ６０の軸方向の長さの決定方法については、後で詳しく説明する。
【００６３】
スラグ６０は、例えば以下のようにして製造される。まず、それぞれ円筒形状の第１の部分６１と第２の部分６２を別々に作製する。例えば、樹脂または樹脂とセラミックスの複合材料によって第２の部分６２を作製する場合には、押出成型または切削加工によって第２の部分６２を作製することができる。次に、第１の部分６１と第２の部分６２を嵌め合わせて接合する。この方法によってスラグ６０を製造する場合には、第１の部分６１が熱によって膨張したときに第２の部分６２にクラックが生じることを防止するために、第２の部分６２に、軸方向に延びるスリットを形成しておくことが好ましい。図７には、第２の部分６２にスリット６２Ｓが形成された例を示している。
【００６４】
スラグ６０の製造方法は、上記の例に限られず、例えば、第１の部分６１の外周面６１ｂ上に第２の部分６２を形成する方法でもよい。
【００６５】
また、スラグ６０は、半径方向に第１および第２の部分６１，６２を貫通するように設けられた３つのねじ穴６０ｃを有している。なお、図７には、３つのねじ穴６０ｃのうちの２つが描かれている。この３つのねじ穴６０ｃには、スラグ６０を後述するスライド部材に対して固定するための固定ねじ６５（図６参照）が挿入される。
【００６６】
第１のスラグ６０Ａと第２のスラグ６０Ｂは、軸方向の互いに異なる位置に配置されている。図４に示した例では、スラグ６０Ａ，６０Ｂのうち、スラグ６０Ａの方が、電磁波供給用アンテナ９０により近い位置に配置されている。
【００６７】
インピーダンス整合装置６は、更に、第１のスラグ６０Ａと第２のスラグ６０Ｂを、互いに独立して軸方向に移動可能な駆動装置７０を備えている。ここで、第１のスラグ６０Ａと第２のスラグ６０Ｂとの間の距離をＤ１とし、第２のスラグ６０Ｂと電磁波放射用アンテナ８０との間の距離をＤ２とする。駆動装置７０は、Ｄ１を０からλ０／４の範囲内で変えることができ、Ｄ２を０からλ０／２の範囲内で変えることができる。
【００６８】
駆動装置７０は、第１のスラグ６０Ａを軸方向に移動できるように構成されたスラグ移動軸７１Ａ、スライド部材７２Ａ、モータ７３Ａおよび歯車７４Ａ，７５Ａと、第２のスラグ６０Ｂを軸方向に移動できるように構成されたスラグ移動軸７１Ｂ、スライド部材７２Ｂ、モータ７３Ｂおよび歯車７４Ｂ，７５Ｂとを有している。スラグ移動軸７１Ａ，７１Ｂは、内側導体部５２内を軸方向に延びている。スラグ移動軸７１Ａ，７１Ｂの上端は、電磁波供給用アンテナ９０の反射板９２よりも上方に位置する。スラグ移動軸７１Ａ，７１Ｂと反射板９２との間には、図示しない軸受け部が設けられている。スラグ移動軸７１Ａ，７１Ｂの下端は、支持されていてもよし、支持されていなくてもよい。スラグ移動軸７１Ａ，７１Ｂの下端を支持する場合には、底板５３に、スラグ移動軸７１Ａ，７１Ｂの下端を支持するための図示しない軸受け部が設けられる。スラグ移動軸７１Ａ，７１Ｂとしては、例えば台形ねじ軸が用いられる。
【００６９】
スライド部材７２Ａ，７２Ｂは、内側導体部５２内に配置されている。スライド部材７２Ａの構成とスライド部材７２Ｂの構成は同じである。以下、スライド部材７２Ａとスライド部材７２Ｂを区別しない場合には、スライド部材７２Ａ，７２Ｂを、単に、スライド部材７２と記す。図６に示したように、スライド部材７２は、半径方向に突出する３つの突出部７２ａと、スラグ移動軸７１Ａ，７１Ｂのうちの一方に噛み合うねじ穴７２ｂと、スライド部材７２を軸方向に貫通しスラグ移動軸７１Ａ，７１Ｂのうちの他方を通すための通し穴７２ｃとを有している。内側導体部５２は、軸方向に延びるスリット状の３つのガイド孔５２ａを有している。スライド部材７２の３つの突出部７２ａは、内側導体部５２の３つのガイド孔５２ａを通過してスラグ６０に接触している。スラグ６０は、スライド部材７２の３つの突出部７２ａに対して、スラグ６０の３つのねじ穴６０ｃに挿入された３つの固定ねじ６５を締めることによって固定されている。なお、スライド部材７２の３つの突出部７２ａには、それぞれ、スラグ６０の３つのねじ穴６０ｃに対応する位置に切り欠き部が形成されている。スラグ６０とスライド部材７２は、固定ねじ６５の先端部が上記切り欠き部に収まるように位置合わせされて固定されている。
【００７０】
スライド部材７２の外周面のうち、突出部７２ａを除く部分は、内側導体部５２の内周面に接触している。スライド部材７２の材料としては、滑り特性に優れた樹脂、例えばポリフェニルレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂が用いられる。
【００７１】
スライド部材７２Ａには、第１のスラグ６０Ａが固定されている。スライド部材７２Ａのねじ穴７２ｂは、スラグ移動軸７１Ａに噛み合っている。スライド部材７２Ａの通し穴７２ｃは、スラグ移動軸７１Ｂを通している。スラグ移動軸７１Ａが回転すると、スラグ移動軸７１Ａに噛み合ったスライド部材７２Ａと、スライド部材７２Ａに固定された第１のスラグ６０Ａが軸方向に移動する。
【００７２】
スライド部材７２Ｂには、第２のスラグ６０Ｂが固定されている。スライド部材７２Ｂのねじ穴７２ｂは、スラグ移動軸７１Ｂに噛み合っている。スライド部材７２Ｂの通し穴７２ｃは、スラグ移動軸７１Ａを通している。スラグ移動軸７１Ｂが回転すると、スラグ移動軸７１Ｂに噛み合ったスライド部材７２Ｂと、スライド部材７２Ｂに固定された第２のスラグ６０Ｂが軸方向に移動する。
【００７３】
駆動装置７０は、更に、電磁波供給用アンテナ９０の反射板９２の上に配置された筐体７７を有している。モータ７３Ａ，７３Ｂは、筐体７７内に配置されている。歯車７４Ａは、筐体７７内においてスラグ移動軸７１Ａに固定されている。歯車７５Ａは、モータ７３Ａの回転軸に固定され、歯車７４Ａと噛み合っている。モータ７３Ａを回転させると、歯車７４Ａ，７５Ａを介してスラグ移動軸７１Ａが回転する。同様に、歯車７４Ｂは、筐体７７内においてスラグ移動軸７１Ｂに固定されている。歯車７５Ｂは、モータ７３Ｂの回転軸に固定され、歯車７４Ｂと噛み合っている。モータ７３Ｂを回転させると、歯車７４Ｂ，７５Ｂを介してスラグ移動軸７１Ｂが回転する。
【００７４】
駆動装置７０は、更に、それぞれモータ７３Ａ，７３Ｂの回転位置を検出する２つのエンコーダ７６Ａ，７６Ｂと、モータ７３Ａ，７３Ｂを制御するスラグコントローラ７８とを有している。エンコーダ７６Ａ，７６Ｂとしては、例えばインクリメンタル型のロータリーエンコーダが用いられる。スラグコントローラ７８は、エンコーダ７６Ａ，７６Ｂの出力に基づいてモータ７３Ａ，７３Ｂを制御する。
【００７５】
＜制御部＞
制御部３は、マイクロプロセッサと、記憶部と、入力手段と、表示装置とを備えている。記憶部は、プラズマ処理装置１００のプロセスのシーケンスや制御パラメータを規定したレシピを記憶するものである。制御部３は、選択されたレシピに従って本体部１および電磁波放射装置２の各構成要素を制御して、所定のプラズマ処理を実行する。
【００７６】
＜プラズマ処理装置の動作＞
次に、被処理基板Ｗにエッチング処理を施す場合を例にとって、プラズマ処理装置１００の動作について簡単に説明する。まず、図示しない搬送装置によってチャンバ１０内に搬入された被処理基板Ｗを、サセプタ１１上に載置する。次に、第２のガス供給装置２７によって、チャンバ１０内にプラズマ生成ガス（例えば、Ａｒガス）を導入すると共に、電磁波放射装置２によって、複数の電磁波をチャンバ１０内に放射する。プラズマ生成ガスは、この複数の電磁波によってプラズマ化される。
【００７７】
次に、第１のガス供給装置２４によって、チャンバ１０内に、処理ガスとしてエッチングガス（例えば、Ｃｌ２ガス）を導入する。エッチングガスは、プラズマ生成ガスのプラズマによって励起されてプラズマ化される。このようにして生成されたエッチングガスのプラズマによって、被処理基板Ｗにエッチング処理が施される。
【００７８】
チャンバ１０内に放射される電磁波は、以下のようにして発生される。まず、電磁波放射装置２の電磁波供給源４において、発振器３２から高周波電力が出力される。この高周波電力は、増幅器３３によって増幅された後、分配器３４によって複数の電力供給路４０に分配される。分配された高周波電力は、アンプ部４１によって増幅され、同軸線路４２を介して電磁波供給用アンテナ９０のアンテナ本体９１に供給され、その結果、アンテナ本体９１を伝播する電磁波が発生する。アンテナ本体９１では、反射部９１３の表面で電磁波が反射することによって定在波が発生する。これにより、アンテナ本体９１から電磁波が放射され、導波路５０によって電磁波が伝送される。アンテナ本体９１から放射された電磁波の一部は、反射板９２に向かい、反射板９２によって反射される。電磁波供給用アンテナ９０では、アンテナ本体９１から放射された電磁波の一部と、反射板９２によって反射された反射波とによって、定在波が発生する。この定在波の発生により、導波路５０によって伝送される電磁波が増強される。
【００７９】
導波路５０によって電磁波放射用アンテナ８０に伝送された電磁波は、電磁波放射用アンテナ８０によってチャンバ１０内に放射される。電磁波供給用アンテナ９０の出力インピーダンスと電磁波放射用アンテナ８０の入力インピーダンスは、インピーダンス整合装置６によって整合される。インピーダンス整合装置６によるインピーダンス整合は、例えば自動的に行われる。
【００８０】
＜インピーダンス整合の原理＞
次に、図８および図９を参照して、インピーダンス整合装置６によるインピーダンス整合の原理について詳しく説明する。図８は、導波路５０内の複数箇所におけるインピーダンスを示す説明図である。図９は、図８に示した複数箇所におけるインピーダンスをスミスチャート上で示す説明図である。図９に示したスミスチャートにおいて、横軸上の数字は正規化抵抗を表し、円周上の数字は正規化リアクタンスを表している。なお、正規化リアクタンスが無限大の点は、正規化抵抗が無限大の点でもある。以下、スミスチャートにおいて正規化抵抗が１で正規化リアクタンスが０である点を中心点と言う。スミスチャートの中心点は、反射係数の絶対値が０の点でもある。また、以下の説明において、ある箇所におけるインピーダンスとは、その箇所における電磁波供給源４側から見たインピーダンスを意味している。
【００８１】
図８に示したように、導波路５０の特性インピーダンスをＺＣとし、第１のスラグ６０Ａと第２のスラグ６０Ｂの特性インピーダンスを共にＺＳＣとする。導波路５０の特性インピーダンスＺＣは、電磁波供給源４の出力インピーダンスと等しい。スラグ６０Ａ，６０Ｂの特性インピーダンスＺＳＣは、導波路５０の特性インピーダンスＺＣよりも小さい。
【００８２】
また、第１のスラグ６０Ａの電磁波供給用アンテナ９０側の端部の位置におけるインピーダンスをＺＳＡ１とし、第１のスラグ６０Ａの電磁波放射用アンテナ８０側の端部の位置におけるインピーダンスをＺＳＡ２とし、第２のスラグ６０Ｂの電磁波供給用アンテナ９０側の端部の位置におけるインピーダンスをＺＳＢ１とし、第２のスラグ６０Ｂの電磁波放射用アンテナ８０側の端部の位置におけるインピーダンスをＺＳＢ２とする。
【００８３】
スラグ６０Ａ，６０Ｂは、いずれも１／４波長線路である。１／４波長線路は、その両側のインピーダンスを整合させることができる。スラグ６０Ａ，６０Ｂによる整合の条件は、以下の式（２）、（３）で表すことができる。
【００８４】
ＺＳＣ＝√（ＺＳＡ１・ＺＳＡ２）  …（２）
ＺＳＣ＝√（ＺＳＢ１・ＺＳＢ２）  …（３）
【００８５】
また、図９に示したスミスチャート上において、インピーダンスＺＳＢ１を示す点は、インピーダンスＺＳＡ２を示す点に対して、反時計回り方向に、４πＤ１／λ０（ラジアン）だけ回転した位置にある。図９には、ＺＳＡ１がＺＣと等しく、また、Ｄ１がλ０／４であって、インピーダンスＺＳＢ１を示す点が、インピーダンスＺＳＡ２を示す点に対して、反時計回り方向に、π（ラジアン）すなわち１８０°回転した位置にある場合の例を示している。この例では、Ｄ１を０からλ０／４の範囲で変化させるとき、Ｄ１がλ０／４のときに、ＺＳＢ１は、虚部は０で実部が最大値をとり、その結果、式（３）から、ＺＳＢ２は、虚部は０で実部が最小値をとる。Ｄ１を０からλ０／４の範囲で変化させると、ＺＳＢ２の実部は、ＺＳＢ２の実部の最小値から、ＺＳＡ１すなわちＺＣの間で変化する。
【００８６】
図９に示したスミスチャート上において、負荷である電磁波放射用アンテナ８０の入力インピーダンス（以下、負荷の入力インピーダンスと言う。）を示す点は示していないが、この点は、インピーダンスＺＳＢ２を示す点と、以下のような関係にある。すなわち、負荷の入力インピーダンスを示す点は、インピーダンスＺＳＢ２を示す点に対して、反時計回り方向に、４πＤ２／λ０（ラジアン）だけ回転した位置にある。
【００８７】
インピーダンス整合装置６によるインピーダンス整合は、以上説明した複数箇所のインピーダンスの関係に基づいて、ＺＳＡ１がＺＣと等しくなるように、負荷の入力インピーダンスをＺＳＡ１に変換することである。これは、図９に示したように、スミスチャート上において、ＺＳＡ１を示す点を中心点に持ってくることである。
【００８８】
インピーダンス整合装置６によって整合可能な負荷の入力インピーダンスの範囲は、以下のようにして求めることができる。まず、図９に示したように、スミスチャート上において、ＺＳＡ１を示す点を中心点に持ってくる。次に、式（２）を用いて、ＺＳＡ１からＺＳＡ２を求める。次に、Ｄ１をλ０／４として、ＺＳＡ２からＺＳＢ１を求める。次に、式（３）を用いて、ＺＳＢ１からＺＳＢ２を求める。図９中の矢印は、このように、ＺＳＡ１から、順次、ＺＳＡ２、ＺＳＢ１、ＺＳＢ２を求めることを表している。整合可能な負荷の入力インピーダンスの範囲は、スミスチャート上において、中心点を中心としてＺＳＢ２を示す点を通過する円で囲まれた範囲である。以下、この円を境界円と言う。
【００８９】
負荷の入力インピーダンスを示す点が境界円上にある場合には、Ｄ２を調整することによって、負荷の入力インピーダンスをＺＳＢ２に変換し、ＺＳＢ２を順次、ＺＳＢ１、ＺＳＡ２、ＺＳＡ１に変換して、ＺＳＡ１をＺＣと等しくすることができる。
【００９０】
負荷の入力インピーダンスを示す点が境界円の内側にある場合には、Ｄ１を調整して、ＺＳＢ２を、負荷の入力インピーダンスを変換可能な値、すなわちスミスチャート上で中心点を中心として負荷の入力インピーダンスを示す点を通過する円上の値に変えることによって、上記の説明と同様にして、ＺＳＡ１をＺＣと等しくすることができる。
【００９１】
上記の境界円は、反射係数Γの絶対値｜Γ｜が一定の円である。ここで、電圧定在波比をＶＳＷＲとすると、ＶＳＷＲは、以下の式（４）で表される。
【００９２】
ＶＳＷＲ＝（１＋｜Γ｜）／（１−｜Γ｜）  …（４）
【００９３】
境界円はＶＳＷＲが一定の円でもある。式（４）から理解されるように、ＶＳＷＲは、｜Γ｜が０のときに１となり、｜Γ｜が大きくなるほど大きくなり、｜Γ｜が１のときに無限大になる。整合可能な負荷の入力インピーダンスの範囲は、境界円を表すＶＳＷＲが大きいほど、広い。
【００９４】
＜整合可能な範囲の拡大＞
本実施の形態に係るスラグ６０によれば、全体が誘電体によって構成された比較例のスラグに比べて、整合可能な負荷の入力インピーダンスの範囲を拡大することが可能になる。以下、その理由について詳しく説明する。なお、比較例のスラグの全体の形状は、スラグ６０と同じである。比較例のスラグを構成する誘電体は、スラグ６０の第２の部分６２を構成する誘電体と同じである。
【００９５】
まず、スラグ６０は、ＴＥＭ波伝送線路とみなすことができる。そのため、スラグ６０における伝送損失を無視できる場合には、スラグ６０の特性インピーダンスＺＳＣは、ＴＥＭ波伝送線路の特性インピーダンスと同様に、以下の式（５）で表すことができる。比較例のスラグの特性インピーダンスＺＳＣも、同様に式（５）で表すことができる。ここで、Ｌは線路（スラグ）の単位長さ当たりのインダクタンスであり、Ｃは線路（スラグ）の単位長さ当たりのキャパシタンスである。
【００９６】
ＺＳＣ＝√（Ｌ／Ｃ）  …（５）
【００９７】
比較例のスラグは、２つの導体である導波路５０の内側導体部５２と外側導体部５１の間に介在する。比較例のスラグのキャパシタンスＣは、半径方向におけるスラグの厚みに依存する。一方、スラグ６０では、内側導体部５２に隣接する第１の部分６１が導体によって構成され、誘電体よりなる第２の部分６２は、２つの導体である第１の部分６１と外側導体部５１の間に介在している。このスラグ６０のキャパシタンスＣは、半径方向における第２の部分６２の厚みに依存する。半径方向における第２の部分６２の厚みは、半径方向における比較例のスラグの厚みよりも小さい。そのため、スラグ６０のキャパシタンスＣは、比較例のスラグのキャパシタンスＣよりも大きくなる。従って、式（５）から、スラグ６０の特性インピーダンスＺＳＣは、比較例のスラグの特性インピーダンスＺＳＣよりも小さくなる。
【００９８】
ＺＳＡ１をＺＣと等しくした場合、式（２）から、ＺＳＣが小さいほど、ＺＳＡ２が小さくなる。また、Ｄ１をλ０／４として、図９に示したように、ＺＳＡ２からＺＳＢ１を求める場合、ＺＳＡ２が小さいほど、ＺＳＢ１が大きくなる。従って、ＺＳＣが小さいほど、式（３）におけるＺＳＣは小さく、ＺＳＢ１は大きくなることから、ＺＳＢ２は小さくなる。これは、境界円が大きくなることを意味する。
【００９９】
以上のことから、本実施の形態に係るスラグ６０によれば、全体が誘電体によって構成された比較例のスラグに比べて、特性インピーダンスＺＳＣを小さくすることができ、その結果、整合可能な負荷の入力インピーダンスの範囲（境界円）を拡大することが可能になる。
【０１００】
半径方向におけるスラグ６０の厚みに対する半径方向における第２の部分６２の厚みの比率（以下、単に、第２の部分６２の厚みの比率と言う。）を小さくするほど、スラグ６０の特性インピーダンスＺＳＣを小さくすることができる。この観点からは、第２の部分６２の厚みの比率は、小さいほど好ましい。スラグ６０の上記の効果が顕著に発揮されるように、第２の部分６２の厚みの比率は、５０％以下であることが好ましく、２５％以下であることがより好ましい。
【０１０１】
一方、第２の部分６２の厚みの比率が小さくなり過ぎると、第２の部分６２を精度よく形成することが困難になったり、第１の部分６１と内側導体部５２との間で短絡が生じやすくなったり、後で説明する空気層の影響が顕著になったりするという不具合が生じる。このような不具合の発生を防止するために、第２の部分６２の厚みの比率は、５％以上であることが好ましい。
【０１０２】
＜空気層を考慮したスラグ６０の長さ＞
次に、空気層を考慮したスラグ６０の軸方向の長さの決定方法について、詳しく説明する。図１０は、スラグ６０および空気層を示す断面図である。図１０に示したように、空気層６３は、スラグ６０の第２の部分６２の外周面６２ｂと外側導体部５１の間（図６参照）に存在する。空気層６３の比誘電率は１である。
【０１０３】
ここで、図１０に示した断面において、スラグ６０の第１および第２の部分６１，６２に共通する中心軸Ｃから第１の部分６１の外周面６１ｂまでの距離を、第１の部分６１の外周面６１ｂの半径と定義し、記号ａで表す。また、図１０に示した断面において、中心軸Ｃから外側導体部５１までの距離を、記号ｂで表す。また、図１０に示した断面において、中心軸Ｃから第２の部分６２の外周面６２ｂまでの距離を、第２の部分６２の外周面６２ｂの半径と定義し、記号ｒで表す。半径方向における空気層６３の厚みは、ｂ−ｒである。
【０１０４】
次に、空気層６３をスラグ６０の一部とみなした場合におけるスラグ６０の特性インピーダンスＺＳＣを求める。ＺＳＣは、前出の式（５）で表される。ここで、ＣとＬは、以下の式（６）、（７）で表される。ここで、ε０は真空の誘電率であり、μ０は真空の透磁率である。
【０１０５】
Ｃ［Ｆ／ｍ］＝２πε０／｛（１／εｒ）・ｌｎ（ｒ／ａ）＋ｌｎ（ｂ／ｒ）｝…（６）
Ｌ［Ｈ］＝｛μ０ｌｎ（ｂ／ａ）｝／２π  …（７）
【０１０６】
式（５）、（６）、（７）から、スラグ６０の特性インピーダンスＺＳＣは、以下の式（８）で表される。
【０１０７】
ＺＳＣ＝６０√［ｌｎ（ｂ／ａ）・｛（１／εｒ）・ｌｎ（ｒ／ａ）＋ｌｎ（ｂ／ｒ）｝］
…（８）
【０１０８】
次に、空気層６３を考慮した場合の第２の部分６２の実効比誘電率εｒ＊を、以下の式（９）のように定義する。ここで、ＺＳ０は、第１の部分６１と外側導体部５１の間が真空であると仮定した仮想のスラグの特性インピーダンスであり、式（１０）で表される。
【０１０９】
εｒ＊＝（ＺＳ０／ＺＳＣ）２  …（９）
ＺＳ０＝６０ｌｎ（ｂ／ａ）…（１０）
【０１１０】
次に、ｂを２２．５ｍｍ、ｒを２２．２８ｍｍ、εｒを１１として、ａの値を変えてεｒ＊を計算した結果を図１１に示す。図１１は、ａの値とεｒ＊との関係を示す特性図である。図１１において、横軸はａの値を示し、縦軸はεｒ＊を示している。図１１に示されているように、ａの値が大きくなり、半径方向における第２の部分６２の厚み（ｒ−ａ）が小さくなるほど、実効比誘電率εｒ＊が小さくなる。これは、第２の部分６２の厚みが小さくなるほど、比誘電率が１である空気層６３の影響が顕在化してくるためと考えられる。
【０１１１】
次に、上記の条件に、空気中における電磁波の周波数を８６０ＭＨｚという条件を加えて、ａの値と、最適なスラグ６０の長さとの関係を、計算およびシミュレーションによって求めた。その結果を、図１２に示す。図１２は、ａの値と最適なスラグ６０の長さとの関係を示す特性図である。図１２において、横軸はａの値を示し、縦軸は最適なスラグ６０の長さを示している。最適なスラグ６０の長さというのは、スラグ６０が１／４波長線路として機能するときの軸方向のスラグ６０の長さである。図１２に示されているように、ａが大きくなり、半径方向における第２の部分６２の厚み（ｒ−ａ）が小さくなるほど、最適なスラグ６０の長さが大きくなる。これは、図１１に示したように、ａの値が大きくなるほど、実効比誘電率εｒ＊が小さくなるためである。
【０１１２】
なお、シミュレーションによって、図７に示したように第２の部分６２にスリット６２Ｓを形成しても、スラグ６０の実効比誘電率εｒ＊は、ほとんど影響を受けないことが確認された。
【０１１３】
＜スラグ６０の特性インピーダンスとＶＳＷＲ＞
次に、スラグ６０の長さを図１２に示した最適な長さに設定したときの、ａの値とスラグ６０の特性インピーダンスＺＳＣとの関係と、ａの値と境界円を表すＶＳＷＲとの関係を求めた。図１３は、ａの値とスラグ６０の特性インピーダンスＺＳＣとの関係を示す特性図である。図１３において、横軸はａの値を示し、縦軸はＺＳＣを示している。図１４は、ａの値と、境界円を表すＶＳＷＲとの関係を示す特性図である。図１４において、横軸はａの値を示し、縦軸はＶＳＷＲを示している。
【０１１４】
図１３および図１４に示されているように、ａが大きくなるほど、特性インピーダンスＺＳＣは小さくなり、境界円を表すＶＳＷＲは大きくなる。従って、ａが大きくなるほど、整合可能な負荷の入力インピーダンスの範囲を拡大することができる。
【０１１５】
次に、図１５および図１６に、比較例のスラグを用いた場合とスラグ６０を用いた場合について、境界円を示すＶＳＷＲをシミュレーションによって求めた結果の一例を示す。比較例のスラグは、全体が誘電体としてのアルミナによって構成されている。図１５は、比較例のスラグを用いた場合の境界円Ｃ１を示している。この境界円Ｃ１を示すＶＳＷＲは９．６である。
【０１１６】
図１６は、スラグ６０を用いた場合の境界円Ｃ２を示している。シミュレーションでは、スラグ６０の特性インピーダンスＺＳＣとして２．４９Ωという値が得られ、この場合の境界円Ｃ２を示すＶＳＷＲは３９９であった。このように、本実施の形態に係るスラグ６０によれば、全体が誘電体によって構成された比較例のスラグに比べて、整合可能な負荷の入力インピーダンスの範囲（境界円Ｃ２）を大幅に拡大することが可能になる。
【０１１７】
＜スラグ６０の他の効果＞
次に、スラグ６０の他の効果について説明する。本実施の形態における駆動装置７０では、内側導体部５２の内側にスライド部材７２が設けられ、スラグ６０は、スライド部材７２の突出部７２ａに対して固定されている。内側導体部５２には、突出部７２ａが通過するガイド孔５２ａが設けられている。従来、このような構造の駆動装置７０によって、全体が誘電体によって構成された比較例のスラグを駆動する場合には、ガイド孔５２ａの近傍において、電界が集中しやすく、その結果、比較例のスラグから内側導体部５２に電界が漏れるという不具合があった。
【０１１８】
スラグ６０の代わりに比較例のスラグを設けた構成について、突出部７２ａの表面上における電界を、電磁界シミュレーションによって求めたところ、固定ねじ６５の両側の領域において、突出部７２ａの表面上における電界が大きくなっていた。これは、ガイド孔５２ａの近傍において、比較例のスラグから内側導体部５２に電界が漏れていることを表している。なお、突出部７２ａの表面上における電界は、固定ねじ６５の中心から約６ｍｍだけ離れた位置において最大となっていた。この位置における電界は約９×１０４Ｖ／ｍであった。
【０１１９】
これに対し、本実施の形態に係るスラグ６０によれば、誘電体によって構成された第２の部分６２と内側導体部５２の間に、導体によって構成された第１の部分６１が介在することになる。そのため、本実施の形態によれば、第１の部分６１がシールドとして機能して、スラグ６０から内側導体部５２への電界の漏れ、すなわち第２の部分６２から内側導体部５２への電界の漏れを抑制することができる。
【０１２０】
本実施の形態の構成について、突出部７２ａの表面上における電界を、電磁界シミュレーションによって求めたところ、固定ねじ６５の両側の領域において、突出部７２ａの表面上における電界がほぼ０になっていた。このことから、本実施の形態に係るスラグ６０によれば、スラグ６０から内側導体部５２への電界の漏れを抑制することができることが分かる。
【０１２１】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態に係るインピーダンス整合装置、電磁波伝送装置、電磁波放射装置およびプラズマ処理装置は、第１の実施の形態に係るスラグ６０の代わりに、本実施の形態に係るスラグ１６０を含んでいる。
【０１２２】
図１７は、本実施の形態に係るスラグ１６０の斜視図である。図１７に示したように、本実施の形態に係るスラグ１６０は、互いに結合された筒状の第１の部分１６１と筒状の第２の部分１６２を備えている。第１の部分１６１と第２の部分１６２の各々は、内側導体部５２（図４参照）に向く内周面と外側導体部５１（図４参照）に向く外周面とを有している。第２の部分１６２は、第２の部分１６２の内周面が第１の部分１６１の外周面に接するように、第１の部分１６１の外側に位置している。本実施の形態に係るスラグ１６０では、第１の実施の形態に係るスラグ６０とは逆に、第１の部分１６１が誘電体によって構成され、第２の部分１６２が導体によって構成されている。
【０１２３】
第１の部分１６１を構成する誘電体の材料は、第１の実施の形態に係るスラグ６０の第２の部分６２を構成する誘電体の材料と同様である。また、第２の部分１６２を構成する導体の材料は、第１の実施の形態に係るスラグ６０の第１の部分６１を構成する導体の材料と同様である。また、半径方向におけるスラグ１６０の厚みに対する半径方向における第１の部分１６１の厚みの比率の好ましい範囲は、第１の実施の形態に係るスラグ６０における第２の部分６２の厚みの比率と同様である。
【０１２４】
本実施の形態に係るスラグ１６０によれば、第１の実施の形態に係るスラグ６０と同様に、全体が誘電体によって構成された比較例のスラグに比べて、特性インピーダンスＺＳＣを小さくすることができ、その結果、整合可能な負荷の入力インピーダンスの範囲（境界円）を拡大することが可能になる。
【０１２５】
なお、本実施の形態に係るスラグ１６０は、内側導体部５２の内側にスライド部材が設けられた構造の駆動装置と組み合わせると、内側導体部５２のガイド孔５２ａの近傍において、第１の部分１６１から内側導体部５２に電界が漏れやすくなる。そのため、本実施の形態に係るスラグ１６０は、特許文献１に記載されているような、外側導体部５１の外側にスライド部材が設けられた構造の駆動装置と組み合わせて使用するのに適している。この場合には、外側導体部５１に、軸方向に延びるスリット状のガイド孔が形成されるが、本実施の形態に係るスラグ１６０によれば、導体によって構成された第２の部分１６２がシールドとして機能して、ガイド孔の近傍において第１の部分１６１から外側導体部５１へ電界が漏れることを抑制することができる。
【０１２６】
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、請求の範囲の要件を満たす限り、プラズマ処理装置１００の本体部１の構成や、電磁波伝送装置５および電磁波放射用アンテナ８０の数は、第１の実施の形態に示した例に限られず、任意である。また、本発明のインピーダンス整合用スラグ、インピーダンス整合装置および電磁波伝送装置は、プラズマ処理装置に限らず、電磁波供給源から供給された電磁波を、導波路を介して負荷へ伝送する一般化された系に適用可能である。
【符号の説明】
【０１２７】
１…本体部、２…電磁波放射装置、３…制御部、４…電磁波供給源、５…電磁波伝送装置、６…インピーダンス整合装置、１０…チャンバ、２４…処理ガス供給装置、２７…プラズマ生成ガス供給装置、３０…給電部、５０…導波路、５１…外側導体部、５２…内側導体部、６０…スラグ、６０Ａ…第１のスラグ、６０Ｂ…第２のスラグ、６１…第１の部分、６２…第２の部分、７０…駆動装置、８０…電磁波放射用アンテナ、９０…電磁波供給用アンテナ、１００…プラズマ処理装置。
【図１】
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【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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