(57)【要約】【課題】接続部でのマイクロ波の反射を抑制することが出来るマイクロ波アンテナの提供。【解決手段】マイクロ波を伝搬させる環状の第１管状部１１ａと、第１管状部１１ａ内へマイクロ波を導入すべく第１管状部１１ａの側面に開設された１又は複数の導入口と、この導入口に接続され、第１管状部１１ａ内へマイクロ波を供給する為の第２管状部１６ａと、第１管状部１１ａに開設され、第１管状部１１ａ内からマイクロ波を取り出す為の複数の開口１５ａとを備えたマイクロ波アンテナ。第１管状部１１ａ及び前記第２管状部１６ａの接続部に、この接続部及び第１管状部内１１ａで発生する反射波を抑制することが可能なマイクロ波整合器３０を備える構成である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波を伝搬させる環状の第１管状部と、該第１管状部内へマイクロ波を導入すべく前記第１管状部の側面に開設された１又は複数の導入口と、該導入口に接続され、前記第１管状部内へマイクロ波を供給する為の第２管状部と、前記第１管状部に開設され、該第１管状部内からマイクロ波を取り出す為の複数の開口とを備えたマイクロ波アンテナにおいて、
前記第１管状部及び前記第２管状部の接続部の導波管電界面上に、該第２管状部と直角に設けられ、断面形状が該第２管状部と同様の導波管構造であるマイクロ波整合器を備えることを特徴とするマイクロ波アンテナ。
【請求項２】
マイクロ波を伝搬させる環状の第１管状部と、該第１管状部内へマイクロ波を導入すべく前記第１管状部の側面に開設された１又は複数の導入口と、該導入口に接続され、前記第１管状部内へマイクロ波を供給する為の第２管状部と、前記第１管状部に開設され、該第１管状部内からマイクロ波を取り出す為の複数の開口とを備えたマイクロ波アンテナにおいて、
前記第１管状部及び前記第２管状部の接続部からマイクロ波の略１波長分の長さの範囲の前記第１管状部又は第２管状部の導波管電界面上に、該第２管状部と直角に設けられ、断面形状が該第２管状部と同様の導波管構造であるマイクロ波整合器を備えることを特徴とするマイクロ波アンテナ。
【請求項３】
マイクロ波を伝搬させる環状の第１管状部と、該第１管状部内へマイクロ波を導入すべく前記第１管状部の側面に開設された１又は複数の導入口と、該導入口に接続され、前記第１管状部内へマイクロ波を供給する為の第２管状部と、前記第１管状部に開設され、該第１管状部内からマイクロ波を取り出す為の複数の開口とを備えたマイクロ波アンテナにおいて、
前記第１管状部の、該第１管状部及び前記第２管状部の接続部と対向する側面の導波管磁界面に、前記第２管状部と直角に設けられ、断面形状が該第２管状部と同様の導波管構造であるマイクロ波整合器を備えることを特徴とするマイクロ波アンテナ。
【請求項４】
前記マイクロ波整合器は、導波管と、該導波管の一端を短絡する為の短絡板とを有し、該短絡板の前記導波管内の位置を可変することが出来る請求項１〜３の何れかに記載のマイクロ波アンテナ。
【請求項５】
前記マイクロ波整合器は、前記第１管状部内、前記第２管状部内、又は前記接続部内に挿入される導体棒を有し、該導体棒の挿入量を可変することが出来る請求項１〜３の何れかに記載のマイクロ波アンテナ。
【請求項６】
反射波の量を検出する検出器と、前記マイクロ波整合器の前記短絡板を駆動する駆動部と、前記駆動部を制御する制御部とを更に備え、該制御部は、前記反射波の量を抑制するように制御することが可能な請求項４記載のマイクロ波アンテナ。
【請求項７】
反射波の量を検出する検出器と、前記マイクロ波整合器の前記導体棒を駆動する駆動部と、前記駆動部を制御する制御部とを更に備え、該制御部は、前記反射波の量を抑制するように制御することが可能な請求項５記載のマイクロ波アンテナ。
【請求項８】
前記第１管状部は、内部に誘電体を有する請求項１〜７の何れかに記載のマイクロ波アンテナ。
【請求項９】
前記第１管状部は、前記開口が開設された第１側面と、該第１側面に直交し、互いに対向する２つの第２側面とが一体成形され、該第２側面に直交する第３側面が該第２側面に着脱可能に取り付けてある請求項１〜８記載のマイクロ波アンテナ。
【請求項１０】
マイクロ波を伝搬させる環状の第１管状部と、該第１管状部内へマイクロ波を導入すべく前記第１管状部の側面に開設された１又は複数の導入口と、該導入口に接続され、前記第１管状部内へマイクロ波を供給する為の第２管状部と、前記第１管状部に開設され、該第１管状部内からマイクロ波を取り出す為の複数の開口とを備えたマイクロ波アンテナにおいて、
前記第１管状部は、前記開口が開設された第１側面と、該第１側面に直交し、互いに対向する２つの第２側面とが一体成形され、該第２側面に直交する第３側面が該第２側面に着脱可能に取り付けてあることを特徴とするマイクロ波アンテナ。
【請求項１１】
前記第３側面は、前記第２側面をなす壁に複数のねじにより取り付けられ、該ねじの取り付け位置は、前記壁の厚さの中心から前記第１管状部の内部寄りである請求項９又は１０記載のマイクロ波アンテナ。
【請求項１２】
前記第２側面をなす壁と前記第３側面とは、前記第１管状部の外部方向に、接触しない為の空間を有している請求項９〜１１の何れかに記載のマイクロ波アンテナ。
【請求項１３】
一部を封止部材で封止してなる容器内へ、前記封止部材を透過させてマイクロ波を導入し、該マイクロ波によりプラズマを生成し、生成したプラズマにより被処理物を処理するマイクロ波プラズマ処理装置において、
請求項１〜１２の何れかに記載されたマイクロ波アンテナを備え、該マイクロ波アンテナの前記開口が前記封止部材に対向していることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記マイクロ波アンテナの前記開口が開設された第１側面をなす部分は、マイクロ波が外部へ漏洩しないように、前記封止部材を覆うべくなしてある請求項１３記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波を伝搬させる環状の管状部と、その管状部内へマイクロ波を導入すべくその管状部の側面に開設された導入口と、導入口に接続され、環状の管状部へマイクロ波を供給する為の管状部とを備えたマイクロ波アンテナ、及びこのマイクロ波アンテナが放射したマイクロ波を用いて生成したプラズマによって、半導体基板又は液晶ディスプレイ用ガラス基板等にエッチング又はアッシング等の処理を施すマイクロ波プラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
反応ガスに外部からエネルギーを与えて生じるプラズマは、ＬＳＩ又はＬＣＤ等の製造プロセスにおいて広く用いられている。特に、ドライエッチングプロセスにおいて、プラズマの利用は不可欠の基本技術となっている。一般にプラズマを生成させる励起手段には２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用いる場合と、１３．５６ＭＨｚのＲＦ（Radio Frequency ）を用いる場合とがある。前者は後者に比べて高密度のプラズマが得られるとともに、プラズマ発生のために電極を必要とせず、従って電極からのコンタミネーションを防止できるという利点がある。
【０００３】
ところが、マイクロ波を用いたプラズマ処理装置にあっては、プラズマ生成領域の面積を広くし、且つ密度が均一になるようにプラズマを発生させることが困難であった。しかし、マイクロ波プラズマ処理装置には前述したように種々の利点がある為、この装置によって大口径の半導体基板、ＬＣＤ用ガラス基板等の処理を実現することが要求されていた。
この要求を満たす為、本出願人は、特許文献１において、図１６の側断面図及び図１７の平面図に示すような環状導波管型アンテナを用いたマイクロ波プラズマ処理装置を提案している。
【０００４】
このマイクロ波プラズマ処理装置は、有底円筒形状の反応器１が、その全体がアルミニウムで形成されている。反応器１の上部にはマイクロ波導入窓が開設してあり、このマイクロ波導入窓は封止板４で気密状態に封止されている。この封止板４は、耐熱性及びマイクロ波透過性を有すると共に誘電損失が小さい、石英ガラス又はアルミナ等の誘電体で形成されている。
【０００５】
封止板４には、導電性金属を円形蓋状に成形してなるカバー部材１７が外嵌してあり、カバー部材１７は反応器１上に固定してある。カバー部材１７の上面には、反応器１内へマイクロ波を導入するためのアンテナ１０が設けてある。アンテナ１０は、カバー部材１７の上面に固定してあり、断面視がコ字状の部材を環状に成形してなる環状導波管型アンテナ部１１を備えており、カバー部材１７の環状導波管型アンテナ部１１に対向する部分には複数の開口１５，１５，…が開設してある。
【０００６】
環状導波管型アンテナ部１１は、反応器１の内周面より少し内側に、反応器１の中心軸と同心円上に設けてあり、その外周面に設けた導入口の周囲には環状導波管型アンテナ部１１へマイクロ波を導入するための導入部１６が、環状導波管型アンテナ部１１の直径方向になるように連結してある。この導入部１６及び環状導波管型アンテナ部１１内には、テフロン（登録商標）のようなフッ素樹脂、ポリエチレン樹脂又はポリスチレン樹脂（好ましくはテフロン）等の誘電体１４が内嵌してある。
【０００７】
導入部１６にはマイクロ波発振器２０から延設した導波管２１が連結してあり、マイクロ波発振器２０が発振したマイクロ波は、導波管２１を経てアンテナ１０の導入部１６に入射される。この入射波は、導入部１６から環状導波管型アンテナ部１１へ導入される。環状導波管型アンテナ部１１へ導入されたマイクロ波は、環状導波管型アンテナ部１１を互いに逆方向へ進行する進行波として、環状導波管型アンテナ部１１内の誘電体１４中を伝搬し、両進行波は、環状導波管型アンテナ部１１の前記導入口に対向する位置で衝突して定在波が生成される。この定在波によって、環状導波管型アンテナ部１１の内面に、所定の間隔で極大値を示す電流が通流する。
【０００８】
このとき、環状導波管型アンテナ部１１内を伝搬するマイクロ波のモードを基本伝搬モードである矩形ＴＥ１０にするように、マイクロ波の周波数２．４５ＧＨｚに応じて、環状導波管型アンテナ部１１の寸法を、高さ２７ｍｍ，幅６６．２ｍｍになしてある。このモードのマイクロ波は、エネルギーを殆ど損失することなく環状導波管型アンテナ部１１内の誘電体１４を伝搬する。
【０００９】
また、直径が３８０ｍｍの封止板４を用い、環状導波管型アンテナ部１１にεｒ（比誘電率）＝２．１のテフロン（登録商標）を内嵌した場合、環状導波管型アンテナ部１１の中心から環状導波管型アンテナ部１１の幅方向の中央までの寸法を、１４１ｍｍになしてある。この場合、環状導波管型アンテナ部１１の幅方向の中央を結ぶ円の周方向の長さ（略８８６ｍｍ）は、環状導波管型アンテナ部１１内を伝搬するマイクロ波の波長（略１１０ｍｍ）の略整数倍である。その為、マイクロ波は環状導波管型アンテナ部１１内で共振して、前述した定在波は、その腹の位置で高電圧・低電流、節の位置で低電圧・高電流となり、アンテナ１０のＱ値が向上する。
【００１０】
開口１５，１５，…は、カバー部材１７の環状導波管型アンテナ部１１に対向する部分に、環状導波管型アンテナ部１１の直径方向へ、即ち環状導波管型アンテナ部１１内を伝搬するマイクロ波の進行方向に直交するように短冊状に開設してある。環状導波管型アンテナ部１１が前述した寸法である場合、各開口１５，１５，…の長さは５０ｍｍであり、幅は２０ｍｍである。
各開口１５，１５，…は、カバー部材１７に略放射状に設けてある為、マイクロ波は反応器１内の全領域に均一に導入される。
【００１１】
カバー部材１７の略中央には、カバー部材１７及び封止板４を貫通する貫通孔が開設してあり、この貫通孔に嵌合させたガス導入管５から処理室２内に所要のガスが導入される。処理室２の底部壁中央には、試料Ｗを載置する載置台３が設けてあり、載置台３にはマッチングボックス６を介して高周波電源７が接続されている。また、反応器１の底部壁には排気口８が開設してあり、排気口８から処理室２の内気を排出するようになしてある。
【００１２】
このようなマイクロ波プラズマ処理装置を用いて試料Ｗの表面にエッチング処理を施すには、排気口８から排気して処理室２内を所望の圧力まで減圧した後、ガス導入管５から処理室２内に反応ガスを供給する。次いで、マイクロ波発振器２０からマイクロ波を発振させ、それを導波管２１を経てアンテナ１０に導入し、そこに定在波を形成させる。この定在波は、アンテナ１０の開口１５，１５，…及び封止板４を透過して処理室２内へ導入され、処理室２内にプラズマが生成され、このプラズマによって試料Ｗの表面をエッチングする。
【特許文献１】特開平２０００−１０６３５９号公報
【特許文献２】特開平９−２８９０９９号公報
【特許文献３】特開平１１−１１１４９３号公報
【特許文献４】特開平６−２１６０７３号公報
【特許文献５】特開平６−２０４１７６号公報
【特許文献６】特開平７−１３０４９４号公報
【特許文献７】特開平７−１５３５９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
マイクロ波がマイクロ波発振器２０から導波管２１を経て環状導波管型アンテナ部１１に導入されると、導波管２１と環状導波管型アンテナ部１１との接続部において、マイクロ波の一部が反射される。
以下に、このマイクロ波の反射について説明する。
マイクロ波導入（伝送）側からアンテナ（負荷）側を見込んだとき、マイクロ波導入（伝送）側の特性インピーダンスＺO に対してアンテナ（負荷）側全体のインピーダンスＺL が接続されているので、接続部における反射係数ＳO は、次式で表される。
ＳO＝（ＺL −ＺO ）／（ＺL ＋ＺO ）
【００１４】
このとき、ＺL ＝ＺO となれば、反射係数は０となり、この状態を無反射と呼び、整合が取れていることを示す。
しかし、通常は、ＺL ≠ＺO であるので、反射が生じる。反射係数ＳO が高くなるほど、マイクロ波電力はアンテナ（負荷）側へ効率良く供給されず、電源側へ戻り、ロスとなってしまう。
環状導波管型アンテナを用いた従来の技術では、通常マイクロ波電源とアンテナ（負荷）との間の導波管２１の部分に、マイクロ波整合器を設けており、接続部で反射された電力は、マイクロ波整合器で再びアンテナ（負荷）側へ送り返される。
【００１５】
環状導波管型アンテナ部１１と導入部１６とは形状が大きく異なっている為、両者の接続部でのインピーダンスの不整合は極めて大きく、反射係数が極めて高くなる。このように反射係数が高くなると、マイクロ波整合器とアンテナ（負荷）との間でマイクロ波は何度も反射を繰り返し（多重反射）、環状導波管型アンテナ部１１に伝搬されるマイクロ波の割合が極めて低くなってしまう。
その為、同じ密度のプラズマを得る為に、より高出力のマイクロ波発振器が必要になり、装置の部品コストが上昇する。さらに、接続部とマイクロ波整合器との間で電界強度が高くなる為、マイクロ波整合器の耐電力値を上げる必要が出て来る等の不都合も生じる。
【００１６】
また、環状導波管型アンテナ部１１内に誘電体１４を挿入した場合には、誘電体１４により電界強度が上昇するので、前記多重反射による問題はより一層大きくなる。さらに、多重反射による電界強度の上昇に対する誘電体１４の耐電圧も考慮して設計する必要が生じ、装置の部品コストを上昇させる。
一方、環状導波管型アンテナ部１１のインピーダンスの変化は、接続部でのインピーダンスの不整合に影響する。特に、開口１５付近のインピーダンスの変化は、プラズマに近いこともあり、不整合に大きく影響する。このインピーダンスの変化は、メンテナンス等の為に環状導波管型アンテナを取り外し、組立復旧する際に生じ易い。さらに、装置の温度変化等により、環状導波管型アンテナ部１１が膨張／収縮することによっても、インピーダンスの変化が生じ易い。
【００１７】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、第１〜１２発明では、接続部でのマイクロ波の反射を抑制することが出来るマイクロ波アンテナを提供することを目的とする。
第１３，１４発明では、より少ない入射マイクロ波電力でプラズマを効率良く生成することが出来るマイクロ波プラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
第１発明に係るマイクロ波アンテナは、マイクロ波を伝搬させる環状の第１管状部と、該第１管状部内へマイクロ波を導入すべく前記第１管状部の側面に開設された１又は複数の導入口と、該導入口に接続され、前記第１管状部内へマイクロ波を供給する為の第２管状部と、前記第１管状部に開設され、該第１管状部内からマイクロ波を取り出す為の複数の開口とを備えたマイクロ波アンテナにおいて、前記第１管状部及び前記第２管状部の接続部の導波管電界面上に、該第２管状部と直角に設けられ、断面形状が該第２管状部と同様の導波管構造であるマイクロ波整合器を備えることを特徴とする。
【００１９】
このマイクロ波アンテナでは、第１管状部がマイクロ波を伝搬させ、１又は複数の導入口が第１管状部内へマイクロ波を導入すべく第１管状部の側面に開設されている。第２管状部が、導入口に接続され、第１管状部内へマイクロ波を供給し、複数の開口が、第１管状部に開設され、第１管状部内からマイクロ波を取り出す。第１管状部及び第２管状部の接続部の導波管電界面上に、第２管状部と直角に設けられ、断面形状が第２管状部と同様の導波管構造であるマイクロ波整合器が、接続部及び第１管状部で発生する反射波を抑制する。
これにより、接続部でのマイクロ波の反射を抑制することが出来、複数の開口から効率良くマイクロ波を取り出すことが出来る。
【００２０】
第２発明に係るマイクロ波アンテナは、マイクロ波を伝搬させる環状の第１管状部と、該第１管状部内へマイクロ波を導入すべく前記第１管状部の側面に開設された１又は複数の導入口と、該導入口に接続され、前記第１管状部内へマイクロ波を供給する為の第２管状部と、前記第１管状部に開設され、該第１管状部内からマイクロ波を取り出す為の複数の開口とを備えたマイクロ波アンテナにおいて、前記第１管状部及び前記第２管状部の接続部からマイクロ波の略１波長分の長さの範囲の前記第１管状部又は第２管状部の導波管電界面上に、該第２管状部と直角に設けられ、断面形状が該第２管状部と同様の導波管構造であるマイクロ波整合器を備えることを特徴とする。
【００２１】
このマイクロ波アンテナでは、第１管状部がマイクロ波を伝搬させ、１又は複数の導入口が第１管状部内へマイクロ波を導入すべく第１管状部の側面に開設されている。第２管状部が、導入口に接続され、第１管状部内へマイクロ波を供給し、複数の開口が、第１管状部に開設され、第１管状部内からマイクロ波を取り出す。第１管状部及び第２管状部の接続部からマイクロ波の略１波長分の長さの範囲の第１管状部又は第２管状部の導波管電界面上に、第２管状部と直角に設けられ、断面形状が第２管状部と同様の導波管構造であるマイクロ波整合器が、接続部及び第１管状部で発生する反射波を抑制する。
これにより、接続部でのマイクロ波の反射を抑制することが出来、複数の開口から効率良くマイクロ波を取り出すことが出来る。
【００２２】
第３発明に係るマイクロ波アンテナは、マイクロ波を伝搬させる環状の第１管状部と、該第１管状部内へマイクロ波を導入すべく前記第１管状部の側面に開設された１又は複数の導入口と、該導入口に接続され、前記第１管状部内へマイクロ波を供給する為の第２管状部と、前記第１管状部に開設され、該第１管状部内からマイクロ波を取り出す為の複数の開口とを備えたマイクロ波アンテナにおいて、前記第１管状部の、該第１管状部及び前記第２管状部の接続部と対向する側面の導波管磁界面に、前記第２管状部と直角に設けられ、断面形状が該第２管状部と同様の導波管構造であるマイクロ波整合器を備えることを特徴とする。
【００２３】
このマイクロ波アンテナでは、第１管状部がマイクロ波を伝搬させ、１又は複数の導入口が第１管状部内へマイクロ波を導入すべく第１管状部の側面に開設されている。第２管状部が、導入口に接続され、第１管状部内へマイクロ波を供給し、複数の開口が、第１管状部に開設され、第１管状部内からマイクロ波を取り出す。第１管状部の、第１管状部及び第２管状部の接続部と対向する周面の導波管磁界面に、第２管状部と直角に設けられ、断面形状が第２管状部と同様の導波管構造であるマイクロ波整合器が、接続部及び第１管状部で発生する反射波を抑制する。
これにより、接続部でのマイクロ波の反射を抑制することが出来、複数の開口から効率良くマイクロ波を取り出すことが出来る。
【００２４】
第４発明に係るマイクロ波アンテナは、前記マイクロ波整合器は、導波管と、該導波管の一端を短絡する為の短絡板とを有し、該短絡板の前記導波管内の位置を可変することが出来ることを特徴とする。
【００２５】
このマイクロ波アンテナでは、マイクロ波整合器は、導波管と、導波管の一端を短絡する為の短絡板とを有し、短絡板の導波管内の位置を可変することが出来る。
これにより、短絡板の導波管内の位置を調節して、接続部でのインピーダンス不整合を広範囲に除去することが出来るので、接続部でのマイクロ波の反射を抑制することが出来、複数の開口部から効率良くマイクロ波を取り出すことが出来る。
【００２６】
第５発明に係るマイクロ波アンテナは、前記マイクロ波整合器は、前記第１管状部内、前記第２管状部内、又は前記接続部内に挿入される導体棒を有し、該導体棒の挿入量を可変することが出来ることを特徴とする。
【００２７】
このマイクロ波アンテナでは、マイクロ波整合器は、導体棒が、第１管状部内、第２管状部内、又は接続部内に挿入され、導体棒の挿入量を可変することが出来る。
これにより、導体棒の挿入量を調節して、接続部でのインピーダンス不整合を広範囲に除去することが出来るので、接続部でのマイクロ波の反射を抑制することが出来、複数の開口から効率良くマイクロ波を取り出すことが出来る。
【００２８】
第６発明に係るマイクロ波アンテナは、反射波の量を検出する検出器と、前記マイクロ波整合器の前記短絡板を駆動する駆動部と、前記駆動部を制御する制御部とを更に備え、該制御部は、前記反射波の量を抑制するように制御することが可能なことを特徴とする。
【００２９】
このマイクロ波アンテナでは、検出器が反射波の量を検出し、駆動部がマイクロ波整合器の短絡板を駆動し、制御部が駆動部を、反射波の量を抑制するように制御する。
これにより、マイクロ波プラズマ処理装置に使用された場合に、プラズマの負荷インピーダンスの変動に応じて、短絡板の導波管内の位置を調節し、マイクロ波の反射を抑制することが出来、複数の開口から効率良くマイクロ波を取り出すことが出来る。
【００３０】
第７発明に係るマイクロ波アンテナは、反射波の量を検出する検出器と、前記マイクロ波整合器の前記導体棒を駆動する駆動部と、前記駆動部を制御する制御部とを更に備え、該制御部は、前記反射波の量を抑制するように制御することが可能なことを特徴とする。
【００３１】
このマイクロ波アンテナでは、検出器が反射波の量を検出し、駆動部がマイクロ波整合器の導体棒を駆動し、制御部が駆動部を、反射波の量を抑制するように制御する。
これにより、マイクロ波プラズマ処理装置に使用された場合に、プラズマの負荷インピーダンスの変動に応じて、導体棒の挿入量を調節し、マイクロ波の反射を抑制することが出来、複数の開口から効率良くマイクロ波を取り出すことが出来る。
【００３２】
第８発明に係るマイクロ波アンテナは、前記第１管状部は、内部に誘電体を有することを特徴とする。
【００３３】
このマイクロ波アンテナでは、第１管状部は内部に誘電体を有するので、アンテナに導入されたマイクロ波は、その波長が１／√（εｒ）倍だけ短くなる（εｒは誘電体の比誘電率）。従って、同じ直径の第１管状部を用いた場合、誘電体を挿入してあるときの方が、誘電体を挿入していないときより、第１管状部の壁面に通流する電流が極大になる位置が多くなり、その分、開口を多く開設することが出来、マイクロ波を均一に取り出すことが出来る。また、誘電体を挿入してあるときの方が、誘電体の開口での電界が高くなり、複数の開口からより効率良くマイクロ波を取り出すことが出来る。
【００３４】
第９発明に係るマイクロ波アンテナは、前記第１管状部は、前記開口が開設された第１側面と、該第１側面に直交し、互いに対向する２つの第２側面とが一体成形され、該第２側面に直交する第３側面が該第２側面に着脱可能に取り付けてあることを特徴とする。
【００３５】
このマイクロ波アンテナでは、第１管状部は、開口が開設された第１側面と、第１側面に直交し、互いに対向する２つの第２側面とが一体成形され、第２側面に直交する第３側面が第２側面に着脱可能に取り付けてある。
これにより、第１管状部の内部に誘電体を挿入した場合でも、第３側面を着脱することにより、誘電体の交換作業が可能になり、さらに誘電体と第１管状部との機械的精度の向上を図ることが出来る。また、開口が開設された第１側面と第２側面との組立誤差による第１管状部のインピーダンスのずれに起因する接続部のインピーダンス整合の不安定さを除去することが出来、接続部のインピーダンス整合を良好に取ることが出来る。
【００３６】
第１０発明に係るマイクロ波アンテナは、マイクロ波を伝搬させる環状の第１管状部と、該第１管状部内へマイクロ波を導入すべく前記第１管状部の側面に開設された１又は複数の導入口と、該導入口に接続され、前記第１管状部内へマイクロ波を供給する為の第２管状部と、前記第１管状部に開設され、該第１管状部内からマイクロ波を取り出す為の複数の開口とを備えたマイクロ波アンテナにおいて、前記第１管状部は、前記開口が開設された第１側面と、該第１側面に直交し、互いに対向する２つの第２側面とが一体成形され、該第２側面に直交する第３側面が該第２側面に着脱可能に取り付けてあることを特徴とする。
【００３７】
このマイクロ波アンテナでは、第１管状部がマイクロ波を伝搬させ、１又は複数の導入口が第１管状部内へマイクロ波を導入すべく第１管状部の側面に開設されている。第２管状部が、導入口に接続され、第１管状部内へマイクロ波を供給し、複数の開口が、第１管状部に開設され、第１管状部内からマイクロ波を取り出す。第１管状部は、開口が開設された第１側面と、第１側面に直交し、互いに対向する２つの第２側面とが一体成形され、第２側面に直交する第３側面が第２側面に着脱可能に取り付けてある。
【００３８】
これにより、第１管状部の内部に誘電体を挿入した場合でも、第３側面を着脱することにより、誘電体の交換作業が可能になり、さらに誘電体と第１管状部との機械的精度の向上を図ることが出来る。また、開口が開設された第１側面と第２側面との組立誤差による第１管状部のインピーダンスのずれに起因する接続部のインピーダンス整合の不安定さを除去することが出来、接続部のインピーダンス整合を良好に取ることが出来る。
【００３９】
第１１発明に係るマイクロ波アンテナは、前記第３側面は、前記第２側面をなす壁に複数のねじにより取り付けられ、該ねじの取り付け位置は、前記壁の厚さの中心から前記第１管状部の内部寄りであることを特徴とする。
【００４０】
このマイクロ波アンテナでは、第３側面は、第２側面をなす壁に複数のねじにより取り付けられ、ねじの取り付け位置は、第２側面をなす壁の厚さの中心から第１管状部の内部寄りである。
これにより、第３側面と第２側面をなす壁とを強固に接続出来るので、第３側面を着脱しても、また、環状導波管型アンテナの温度が変化しても、インピーダンスのずれが抑制され、接続部のインピーダンス整合の不安定さを除去することが出来、接続部のインピーダンス整合を良好に取ることが出来る。
【００４１】
第１２発明に係るマイクロ波アンテナは、前記第２側面をなす壁と前記第３側面とは、前記第１管状部の外部方向に、接触しない為の空間を有していることを特徴とする。
【００４２】
このマイクロ波アンテナでは、第２側面をなす壁と第３側面とは、第１管状部の外部方向に、接触しない為の空間を有している。
これにより、第３側面と第２側面をなす壁とを強固に接続出来るので、第３側面を着脱しても、また、環状導波管型アンテナの温度が変化しても、インピーダンスのずれが抑制され、接続部のインピーダンス整合の不安定さを除去することが出来、接続部のインピーダンス整合を良好に取ることが出来る。
【００４３】
第１３発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置は、一部を封止部材で封止してなる容器内へ、前記封止部材を透過させてマイクロ波を導入し、該マイクロ波によりプラズマを生成し、生成したプラズマにより被処理物を処理するマイクロ波プラズマ処理装置において、請求項１〜１２の何れかに記載されたマイクロ波アンテナを備え、該マイクロ波アンテナの前記開口が前記封止部材に対向していることを特徴とする。
【００４４】
このマイクロ波プラズマ処理装置では、一部を封止部材で封止してなる容器内へ、封止部材を透過させてマイクロ波を導入し、マイクロ波によりプラズマを生成し、生成したプラズマにより被処理物を処理する。請求項１〜１２の何れかに記載されたマイクロ波アンテナの開口が封止部材に対向している。
これにより、より少ない入射マイクロ波電力でプラズマを効率良く生成することが出来るマイクロ波プラズマ処理装置を実現することが出来る。
【００４５】
第１４発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置は、前記マイクロ波アンテナの前記開口が開設された第１側面をなす部分は、マイクロ波が外部へ漏洩しないように、前記封止部材を覆うべくなしてあることを特徴とする。
【００４６】
このマイクロ波プラズマ処理装置では、マイクロ波アンテナの開口が開設された第１側面をなす部分は、マイクロ波が外部へ漏洩しないように、封止部材を覆うべくなしてあるので、マイクロ波アンテナの第１管状部の第１側面と封止部材を覆う為のカバー部材との組立誤差による第１管状部のインピーダンスのずれに起因する接続部のインピーダンス整合の不安定さを除去することが出来、また、マイクロ波の外部への漏洩を防止出来る。
【発明の効果】
【００４７】
第１〜３発明に係るマイクロ波アンテナによれば、接続部でのマイクロ波の反射を抑制することが出来、複数の開口から効率良くマイクロ波を取り出すことが出来る。
【００４８】
第４発明に係るマイクロ波アンテナによれば、短絡板の導波管内の位置を調節して、接続部でのインピーダンス不整合を広範囲に除去することが出来るので、接続部でのマイクロ波の反射を抑制することが出来、複数の開口部から効率良くマイクロ波を取り出すことが出来る。
【００４９】
第５発明に係るマイクロ波アンテナによれば、導体棒の挿入量を調節して、接続部でのインピーダンス不整合を広範囲に除去することが出来るので、接続部でのマイクロ波の反射を抑制することが出来、複数の開口から効率良くマイクロ波を取り出すことが出来る。
【００５０】
第６発明に係るマイクロ波アンテナによれば、マイクロ波プラズマ処理装置に使用された場合に、プラズマの負荷インピーダンスの変動に応じて、短絡板の導波管内の位置を調節し、マイクロ波の反射を抑制することが出来、複数の開口から効率良くマイクロ波を取り出すことが出来る。
【００５１】
第７発明に係るマイクロ波アンテナによれば、マイクロ波プラズマ処理装置に使用された場合に、プラズマの負荷インピーダンスの変動に応じて、導体棒の挿入量を調節し、マイクロ波の反射を抑制することが出来、複数の開口から効率良くマイクロ波を取り出すことが出来る。
【００５２】
第８発明に係るマイクロ波アンテナによれば、アンテナに導入されたマイクロ波は、その波長が１／√（εｒ）倍だけ短くなる（εｒは誘電体の比誘電率）。従って、同じ直径の第１管状部を用いた場合、誘電体を挿入してあるときの方が、誘電体を挿入していないときより、第１管状部の壁面に通流する電流が極大になる位置が多くなり、その分、開口を多く開設することが出来、マイクロ波を均一に取り出すことが出来る。また、誘電体を挿入してあるときの方が、誘電体の開口での電界が高くなり、複数の開口からより効率良くマイクロ波を取り出すことが出来る。
【００５３】
第９，１０発明に係るマイクロ波アンテナによれば、第１管状部の内部に誘電体を挿入した場合でも、第３側面を着脱することにより、誘電体の交換作業が可能になり、さらに誘電体と第１管状部との機械的精度の向上を図ることが出来る。また、開口が開設された第１側面と第２側面との組立誤差による第１管状部内導波路のインピーダンスのずれに起因する接続部のインピーダンス整合の不安定さを除去することが出来、接続部のインピーダンス整合を良好に取ることが出来る。
【００５４】
第１１，１２発明に係るマイクロ波アンテナによれば、第３側面と第２側面をなす壁とを強固に接続出来るので、第３側面を着脱しても、また、環状導波管型アンテナの温度が変化しても、インピーダンスのずれが抑制され、接続部のインピーダンス整合の不安定さを除去することが出来、接続部のインピーダンス整合を良好に取ることが出来る。
【００５５】
第１３発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置によれば、より少ない入射マイクロ波電力でプラズマを効率良く生成することが出来るマイクロ波プラズマ処理装置を実現することが出来る。
【００５６】
第１４発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置によれば、マイクロ波アンテナの第１管状部の第１側面と封止部材を覆う為のカバー部材との組立誤差による第１管状部のインピーダンスのずれに起因する接続部のインピーダンス整合の不安定さを除去することが出来、また、マイクロ波の外部への漏洩を防止出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５７】
以下に、本発明の実施の形態を、それを示す図面に基づき説明する。
実施の形態１．
図１は本発明に係るマイクロ波アンテナ及びマイクロ波プラズマ処理装置の構造を示す側断面図であり、図２は図１に示したマイクロ波アンテナ及びマイクロ波プラズマ処理装置の平面図である。このマイクロ波プラズマ処理装置は、その全体がアルミニウムで形成された有底円筒形状の反応器１ａの上部に、マイクロ波導入窓が開設してあり、このマイクロ波導入窓は封止板４（封止部材）で気密状態に封止されている。この封止板４は、耐熱性及びマイクロ波透過性を有すると共に誘電損失が小さい石英ガラス又はアルミナ等の誘電体で形成されている。  
【００５８】
封止板４には、アンテナ１０ａが取り付けられている。アンテナ１０ａは、封止板４を覆うカバー部１７ａ（第１側面）、外側壁部１２ａ（第２側面）、内側壁部１３ａ（第２側面）及び上蓋２３ａ（第３側面）を有し、これらカバー部１７ａ、外側壁部１２ａ、内側壁部１３ａ及び上蓋２３ａにより、内部にマイクロ波を伝搬可能な環状導波管型アンテナ部１１ａ（第１管状部）を構成する。
この内、カバー部１７ａ、外側壁部１２ａ及び内側壁部１３ａは、アルミニウムブロックから削り出されて一体として製作されている。
【００５９】
カバー部１７ａには、環状導波管型アンテナ部１１ａからマイクロ波を取り出す為の複数の開口１５ａ，１５ａ，…が、環状導波管型アンテナ部１１ａの直径方向に短冊状に開設してある。
尚、カバー部１７ａ、外側壁部１２ａ及び内側壁部１３ａは、上述したように一体として製作する他、別々に製作し、溶接、ロウ付け、圧入等の容易に分離が出来ないような強固な方法で一体としても良い。
【００６０】
外側壁部１２ａ及び内側壁部１３ａは、反応器１ａの中心軸と同心に設けてあり、外側壁部１２ａに設けた導入口の周囲には環状導波管型アンテナ部１１ａへマイクロ波を導入するための導入部１６ａ（第２管状部）が、環状導波管型アンテナ部１１ａの直径方向になるように連結してある。この導入部１６ａ及び環状導波管型アンテナ部１１ａ内には、テフロン（登録商標）のようなフッ素樹脂，ポリエチレン樹脂又はポリスチレン樹脂（好ましくはテフロン）等の誘電体１４が内嵌してある。
【００６１】
図３（ａ）は、上蓋２３ａ周辺の拡大断面図である。カバー部１７ａ、外側壁部１２ａ、内側壁部１３ａ及び上蓋２３ａは、マイクロ波の損失をを抑制する為、電気伝導率が良いアルミニウムで製作されており、上蓋２３ａは、ねじ３６ａで外側壁部１２ａ及び内側壁部１３ａに取り付けられる。ねじ３６ａは、耐久性を考慮してステンレス製を用いる。
【００６２】
一方、カバー部１７ａ、外側壁部１２ａ、内側壁部１３ａ及び上蓋２３ａは、プラズマによる加熱、図示しないヒータによる加熱、及び放射による冷却により、相当の範囲で温度が変化する。その為、各部材の膨張収縮が生じるが、アルミニウムとステンレスとの熱膨張率の差により、カバー部１７ａ、外側壁部１２ａ、内側壁部１３ａ及び上蓋２３ａとねじ３６ａとで歪みが生じ、その歪みが蓄積される。歪みが蓄積されると、外側壁部１２ａ及び内側壁部１３ａと上蓋２３ａとの間の位置関係にずれが生じたり、両者間に隙間が開いたりすることがあり、その為、インピーダンスが変化する等の不都合が生じる。
【００６３】
そこで、カバー部１７ａ、外側壁部１２ａ及び内側壁部１３ａを一体として製作し、それに上蓋２３ａをねじ３６ａで取り付ける構造としてあるが、これにより、以下の利点が生じる。
（１）ねじ３６ａの長さを短くすることが出来、アルミニウムとステンレスとの熱膨張率の差に起因する歪みを小さくすることが出来る。
（２）ねじ３６ａ止め位置を、外側壁部１２ａ及び内側壁部１３ａの各幅の各中心よりも、マイクロ波導波路側にすることが出来、外側壁部１２ａ及び内側壁部１３ａと上蓋２３ａとの結合をマイクロ波導波路側でより強固にすることが出来、熱歪みによるインピーダンスの変化を防止することが出来る。
【００６４】
（３）図３（ｂ）に示すように、外側壁部１２ｃ及び内側壁部１３ｃと上蓋２３ａとの接触部分を、外側壁部１２ｃ及び内側壁部１３ｃの各幅の各中心よりも、マイクロ波導波路側のみとすることが出来、また、外側壁部１２ｃ及び内側壁部１３ｃと上蓋２３ａとの結合を強固にすることが出来、熱歪みによるインピーダンスの変化を防止することが出来る。
（４）カバー部１７ａ、外側壁部１２ａ，ｃ及び内側壁部１３ａ，ｃが一体であるので、熱歪み及びメンテナンス等によるインピーダンスの変化を防止することが出来る。
【００６５】
環状導波管型アンテナ部１１ａと導入部１６ａとの接続部（導入口）の導波管偏平面（Ｅ面）上には、断面形状が導入部１６ａと同様の導波管構造であるマイクロ波整合器３０（Ｅチューナ）が、図４のアンテナ１０ａの平面図及び側断面図（カバー部１７ａは省略）に示すように、導入部１６ａと直角になるように設けてある。
【００６６】
マイクロ波整合器３０は、導波管内にその位置が可変であり、導波管のインピーダンスを調節する為の短絡板３１を有し、短絡板３１は、支持棒３２を介して、駆動部３３により駆動されてその位置が調節される。
短絡板３１の可動原点は、図５に示すように、誘電体１４の表面から２６ｍｍ（オフセット）であり、それより誘電体１４の表面から離れる方向へ可動する。マイクロ波整合器３０の内断面は、長辺９６ｍｍ、短辺２７ｍｍであり、短絡板３１の可動範囲は０〜８０ｍｍであり、長辺がマイクロ波進行方向に直交するように配置してある。
【００６７】
導入部１６ａには、マイクロ波発振器２０から延設した導波管２１が連結してある。導波管２１には方向性結合器３５が取り付けてあり、方向性結合器３５は、環状導波管型アンテナ部１１ａと導入部１６ａとの接続部からのマイクロ波の反射量を検出し、その検出信号を制御部３４に与える。制御部３４は、与えられた検出信号により、前述した駆動部３３をフィードバック制御し、マイクロ波の反射量が最小となるように、短絡板３１の位置を制御する。
【００６８】
マイクロ波発振器２０が発振したマイクロ波は、導波管２１を経てアンテナ１０ａの導入部１６ａに入射される。この入射波は、導入部１６ａから環状導波管型アンテナ部１１ａへ導入される。環状導波管型アンテナ部１１ａへ導入されたマイクロ波は、環状導波管型アンテナ部１１ａを互いに逆方向へ進行する進行波として、環状導波管型アンテナ部１１ａ内の誘電体１４中を伝搬し、両進行波は、環状導波管型アンテナ部１１ａの前記導入口に対向する位置で衝突して定在波が生成される。この定在波によって、環状導波管型アンテナ部１１ａの内面に、所定の間隔で極大値を示す電流が通流する。
【００６９】
このとき、環状導波管型アンテナ部１１ａ内を伝搬するマイクロ波のモードを基本伝搬モードである矩形ＴＥ１０にすべく、マイクロ波の周波数２．４５ＧＨｚに応じて、環状導波管型アンテナ部１２ａの寸法を、高さ２７ｍｍ，幅７０ｍｍになしてある。このモードのマイクロ波は、エネルギーを殆ど損失することなく環状導波管型アンテナ部１１ａ内の誘電体１４を伝搬する。
【００７０】
また、直径４００ｍｍ、厚さ２７ｍｍの封止板４を用い、環状導波管型アンテナ部１１ａに比誘電率εｒ＝２．１のテフロン（登録商標）を内嵌した場合、環状導波管型アンテナ部１１ａの中心から環状導波管型アンテナ部１１ａの幅方向の中央までの寸法を、３７０ｍｍになしてある。この場合、環状導波管型アンテナ部１１ａの幅方向の中央を結ぶ円の周方向の長さは、環状導波管型アンテナ部１１ａ内を伝搬するマイクロ波の波長の略整数倍である。そのため、マイクロ波は環状導波管型アンテナ部１１ａ内で共振して、前述した定在波は、その腹の位置で高電圧・低電流、節の位置で低電圧・高電流となり、アンテナ１０ａのＱ値が向上する。
【００７１】
各開口１５ａ，１５ａ，…は、複数の強電界強度の領域の間の略中央に位置しており、各開口１５ａ，１５ａ，…から強電界強度の電界が漏出し、この電界は封止板４を透過して反応器１ａ内へ導入される。つまり、反応器１ａ内へプラズマを生成するマイクロ波が導入される。
【００７２】
反応器１ａの側壁には、側壁を貫通する貫通孔が開設してあり、この貫通孔に嵌合させたガス導入口２２から反応器１ａの処理室２ａ内に所要のガスが導入される。処理室２ａの底部壁中央には、試料Ｗを載置する載置台３が設けてあり、載置台３にはマッチングボックス６を介して高周波電源７が接続されている。
載置台３と上述した封止板４との距離は１２０ｍｍである。また、反応器１ａの底部壁には排気口８が開設してあり、排気口８から処理室２の内気を排出するように構成してある。
【００７３】
このようなマイクロ波プラズマ処理装置を用いて試料Ｗの表面にエッチング処理を施すには、排気口８から排気して処理室２ａ内を所望の圧力まで減圧した後、ガス導入口２２から処理室２ａ内に反応ガスを供給する。次いで、マイクロ波発振器２０からマイクロ波を発振させ、それを導波管２１を経てアンテナ１０ａに導入し、そこに定在波を形成させる。この定在波は、アンテナ１０ａの開口１５ａ，１５ａ，…及び封止板４を透過して処理室２ａ内へ導入され、処理室２ａ内にプラズマが生成され、このプラズマによって試料Ｗの表面をエッチングする。
【００７４】
このとき、方向性結合器３５は、環状導波管型アンテナ部１１ａと導入部１６ａとの接続部からのマイクロ波の反射量を検出し、その検出信号を制御部３４に与える。制御部３４は、与えられた検出信号により、駆動部３３をフィードバック制御し、マイクロ波の反射量が最小となるように、マイクロ波整合器３０の短絡板３１の位置を制御する。
【００７５】
図６，７は、環状導波管型アンテナ部１１ａと導入部１６ａとの接続部にマイクロ波整合器３０を付加したことによる効果を示すグラフである。処理室２ａ内にプロセスプラズマを生成させたときの、マイクロ波整合器３０の短絡板３１の位置に対する電圧反射係数｜Γ｜を、方向性結合器３５の検出値により計算した。
ここで、プラズマの生成条件は、図６において、ガス種はアルゴン、圧力は５．３３Ｐａ．マイクロ波電力は１ｋＷであり、図７において、ガス種はＣ4 Ｆ8 ／ＣＯ／Ｏ2 ／Ａｒの混合ガス、圧力は５．３３Ｐａ．マイクロ波電力は２ｋＷである。
【００７６】
グラフから分かるように、マイクロ波整合器（Ｅチューナ）付円環状アンテナでは、マイクロ波整合器の短絡板の位置を変化させることで、電圧反射係数Γが極小値を持って変化することが分かる。特にアルゴンプラズマの場合では、短絡板の位置が２５ｍｍ（アンテナの誘電体表面からの距離が５１ｍｍ）のとき、反射が略０になった。すなわち、反射電力が抑制されて、アンテナ及びマイクロ波発振器間での多重反射が抑制されている。
従って、マイクロ波の多重反射によるエネルギー損失を出来るだけ抑制して、アンテナ周方向へマイクロ波を伝搬させながら、開口を通じて効率良くマイクロ波をプラズマへ供給することが出来る。一方、従来のマイクロ波プラズマ装置では、マイクロ波整合器を調整しても、電圧反射係数を低くすることが困難であった。
【００７７】
このマイクロ波プラズマ処理装置では、従来のマイクロ波プラズマ処理装置のように、マイクロ波発振器とアンテナとの間にスタブ等のチューナを設けなくても良好にマッチングを取ることも可能である。勿論、マイクロ波発振器とアンテナとの間にチューナを設けることにより、例えばプラズマ処理条件を大きく変化させるような場合等においても、より広い負荷範囲でマッチングを良好に取ることが出来る。
【００７８】
尚、このマイクロ波プラズマ処理装置では、環状導波管型アンテナ部１１ａと導入部１６ａとの接続部（導入口）の導波管偏平面（Ｅ面）上に、マイクロ波整合器３０（Ｅチューナ）を設けてあるが、接続部からマイクロ波の１波長内外の長さの範囲内に、マイクロ波整合器を設けても良い。導波管の形状が大きく異なる接続部からマイクロ波の略１波長分の長さの範囲内に、マイクロ波整合器を設けることによっても、接続部でのマイクロ波の反射を効果的に抑制することが可能である。
【００７９】
図８（ａ）は、接続部からマイクロ波の１波長分（λｇ）離れた導入部１６ａの偏平面（Ｅ面）上にマイクロ波整合器３０（Ｅチューナ）を設けたアンテナの例を示す平面図である。
図８（ｂ）は、接続部からマイクロ波の１波長分（λｇ）離れた上蓋２３ａの２箇所にマイクロ波整合器３０（Ｅチューナ）を設けたアンテナの例を示す平面図である。
これらのアンテナによっても、接続部からのマイクロ波の反射を効果的に抑制することが出来る。
【００８０】
実施の形態２．
図９は本発明に係るマイクロ波アンテナ及びマイクロ波プラズマ処理装置の構造を示す側断面図であり、図１０は図９に示したマイクロ波アンテナ及びマイクロ波プラズマ処理装置の平面図である。このマイクロ波プラズマ処理装置は、封止板４にアンテナ１０ｂが取り付けられている。アンテナ１０ｂは、封止板４を覆うカバー部１７ｂ（第１側面）、外側壁部１２ｂ（第２側面）、内側壁部１３ｂ（第２側面）及び上蓋２３ｂ（第３側面）を有し、これらカバー部１７ｂ、外側壁部１２ｂ、内側壁部１３ｂ及び上蓋２３ｂにより、内部にマイクロ波を伝搬可能な環状導波管型アンテナ部１１ｂ（第１管状部）を構成する。
【００８１】
この内、カバー部１７ｂ、外側壁部１２ｂ及び内側壁部１３ｂは、アルミニウムブロックから削り出されて一体として製作されている。
カバー部１７ｂには、環状導波管型アンテナ部１１ｂからマイクロ波を取り出す為の複数の開口１５ａ，１５ａ，…が、環状導波管型アンテナ部１１ｂの直径方向に短冊状に開設してある。
【００８２】
外側壁部１２ｂ及び内側壁部１３ｂは、反応器１ａの中心軸と同心に設けてあり、外側壁部１２ｂに設けた導入口の周囲には環状導波管型アンテナ部１１ｂへマイクロ波を導入するための導入部１６ｂ（第２管状部）が、環状導波管型アンテナ部１１ｂの直径方向になるように連結してある。この導入部１６ｂ及び環状導波管型アンテナ部１１ｂ内には、テフロン（登録商標）のようなフッ素樹脂，ポリエチレン樹脂又はポリスチレン樹脂（好ましくはテフロン）等の誘電体１４が内嵌してある。
【００８３】
環状導波管型アンテナ部１１ｂと導入部１６ｂとの接続部（導入口）に対向する内側壁部１３ｂの面（Ｈ面）には、断面形状が導入部１６ｂと同様の導波管構造であるマイクロ波整合器４０（Ｈチューナ）が、図１１のアンテナ１０ｂの平面図及び側断面図（カバー部材１７ｂは省略）に示すように、導入部１６ｂと直角になるように設けてある。
【００８４】
マイクロ波整合器４０は、導波管内にその位置が可変であり、導波管のインピーダンスを調節する為の短絡板４１を有し、短絡板４１は、支持棒４２を介して、駆動部４３により駆動されてその位置が調節される。
短絡板４１の駆動原点は、図１２に示すように、誘電体１４の表面から５３ｍｍ（オフセット）であり、それより誘電体１４の表面から離れる方向へ可動する。マイクロ波整合器４０の内断面は、長辺９６ｍｍ、短辺２７ｍｍであり、短絡板４１の可動範囲は０〜８０ｍｍである。
【００８５】
導入部１６ｂには、マイクロ波発振器２０から延設した導波管２１が連結してある。導波管２１には方向性結合器３５が取り付てあり、方向性結合器３５は、環状導波管型アンテナ部１１ｂと導入部１６ｂとの接続部からのマイクロ波の反射量を検出し、その検出信号を制御部４４に与える。制御部４４は、与えられた検出信号により、前述した駆動部４３をフィードバック制御し、マイクロ波の反射量が最小となるように、短絡板４１の位置を制御する。
【００８６】
マイクロ波発振器２０が発振したマイクロ波は、導波管２１を経てアンテナ１０ｂの導入部１６ｂに入射される。この入射波は、導入部１６ｂから環状導波管型アンテナ部１１ｂへ導入される。環状導波管型アンテナ部１１ｂへ導入されたマイクロ波は、環状導波管型アンテナ部１１ｂを互いに逆方向へ進行する進行波として、環状導波管型アンテナ部１１ｂ内の誘電体１４中を伝搬し、両進行波は、環状導波管型アンテナ部１１ｂの前記導入口に対向する位置で衝突して定在波が生成される。この定在波によって、環状導波管型アンテナ部１１ｂの内面に、所定の間隔で極大値を示す電流が通流する。その他の構造は、上述した実施の形態のマイクロ波プラズマ処理装置の構造と同様であるので、同一箇所には同一符号を付して説明を省略する。
【００８７】
このようなマイクロ波プラズマ処理装置を用いて試料Ｗの表面にエッチング処理を施すには、排気口８から排気して処理室２ａ内を所望の圧力まで減圧した後、ガス導入口２２から処理室２ａ内に反応ガスを供給する。次いで、マイクロ波発振器２０からマイクロ波を発振させ、それを導波管２１を経てアンテナ１０ｂに導入し、そこに定在波を形成させる。この定在波は、アンテナ１０ｂの開口１５ａ，１５ａ，…及び封止板４を透過して処理室２ａ内へ導入され、処理室２ａ内にプラズマが生成され、このプラズマによって試料Ｗの表面をエッチングする。
【００８８】
このとき、方向性結合器３５は、環状導波管型アンテナ部１１ｂと導入部１６ｂとの接続部からのマイクロ波の反射量を検出し、その検出信号を制御部４４に与える。制御部４４は、与えられた検出信号により、駆動部４３をフィードバック制御し、マイクロ波の反射量が最小となるように、マイクロ波整合器４０の短絡板４１の位置を制御する。
【００８９】
このマイクロ波プラズマ処理装置では、従来の装置のように、マイクロ波発振器とアンテナとの間にスタブ等のチューナを設けなくても良好にマッチングを取ることも可能である。勿論、マイクロ波発振器とアンテナとの間にチューナを設けることにより、例えばプラズマ処理条件を大きく変化させるような場合等においても、より広い負荷範囲でマッチングを良好に取ることが出来る。
【００９０】
尚、このマイクロ波プラズマ処理装置では、環状導波管型アンテナ部１１ｂと導入部１６ｂとの接続部（導入口）に対向する内側壁１３ｂの面（Ｈ面）に、マイクロ波整合器４０（Ｈチューナ）を設けてあるが、接続部からマイクロ波の１波長内外の長さの範囲内に、マイクロ波整合器を設けても良い。導波管の形状が大きく異なる接続部からマイクロ波の略１波長分の長さの範囲内に、マイクロ波整合器を設けることによっても、接続部でのマイクロ波の反射を効果的に抑制することが可能である。
【００９１】
図１３（ａ）は、接続部からマイクロ波の１波長分（λｇ）離れた導入部１６ｂの垂直面（Ｈ面）上にマイクロ波整合器４０（Ｈチューナ）を設けたアンテナの例を示す平面図である。
図１３（ｂ）は、接続部からマイクロ波の１波長分（λｇ）離れた内側壁１３ｂの２箇所にマイクロ波整合器４０（Ｈチューナ）を設けたアンテナの例を示す平面図である。
これらのアンテナによっても、接続部からのマイクロ波の反射を効果的に抑制することが出来る。
【００９２】
尚、上述した実施の形態１，２では、前者では、マイクロ波整合器３０（Ｅチューナ）を環状導波管型アンテナ部１１ａに１台使用し、後者では、マイクロ波整合器４０（Ｈチューナ）を環状導波管型アンテナ部１１ｂに１台使用しているが、図１４のアンテナ１０ｃの平面図及び側断面図に示すように、環状導波管型アンテナ部１１ｃと導入部１６ｃとの接続部（導入口）の導波管偏平面（Ｅ面）上に、マイクロ波整合器３０（Ｅチューナ）を導入部１６ｃと直角になるように設け、環状導波管型アンテナ部１１ｃと導入部１６ｃとの接続部（導入口）に対向する内側壁１３ｂの面（Ｈ面）に、マイクロ波整合器４０（Ｈチューナ）を導入部１３ｃと直角になるように設けても、同様の効果を得ることが出来る。また、さらに、図４，８，１１，１３，１４に示したアンテナの構成の内から、自由に選択して組み合わせても良い。
【００９３】
また、環状導波管型アンテナ部と導入部との接続部（導入口）が複数存在する場合には、それぞれにマイクロ波整合器を設けることにより、同様の効果を得ることが出来る。
また、上述した実施の形態１，２では、マイクロ波整合器は、短絡板の位置を可変とするタイプを使用したが、導波管内への導体棒の挿入量を可変とするタイプを使用しても、同様の効果を得ることが出来る。
【００９４】
また、さらに、図１５に示すように、環状導波管型アンテナ部１１ｄと導入部１６ｄとの接続部（導入口）を環状導波管型アンテナ部１１ｄの上蓋に設け、導入部１６ｄを上蓋に垂直に設けた場合でも、接続部付近にマイクロ波整合器５０を設けることにより、接続部からのマイクロ波の反射を効果的に抑制することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明に係るマイクロ波アンテナ及びマイクロ波プラズマ処理装置の構造を示す側断面図である。
【図２】図１に示したマイクロ波アンテナ及びマイクロ波プラズマ処理装置の平面図である。
【図３】上蓋周辺の拡大断面図である。
【図４】アンテナの平面図及び側断面図である。
【図５】マイクロ波整合器の構造を示す側断面図である。
【図６】環状導波管型アンテナ部と導入部との接続部にマイクロ波整合器を付加したことによる効果を示すグラフである。
【図７】環状導波管型アンテナ部と導入部との接続部にマイクロ波整合器を付加したことによる効果を示すグラフである。
【図８】接続部からマイクロ波の１波長分離れた位置にマイクロ波整合器を設けたアンテナの例を示す平面図である。
【図９】本発明に係るマイクロ波アンテナ及びマイクロ波プラズマ処理装置の構造を示す側断面図である。
【図１０】図９に示したマイクロ波アンテナ及びマイクロ波プラズマ処理装置の平面図である。
【図１１】アンテナの平面図及び側断面図である。
【図１２】マイクロ波整合器の構造を示す側断面図である。
【図１３】接続部からマイクロ波の１波長分離れた位置にマイクロ波整合器を設けたアンテナの例を示す平面図である。
【図１４】アンテナの平面図及び側断面図である。
【図１５】環状導波管型アンテナ部と導入部との接続部を環状導波管型アンテナ部の上蓋に設け、導入部を上蓋に垂直に設けた場合を示す側断面図である。
【図１６】従来のマイクロ波プラズマ処理装置の構造を示す側断面図である。
【図１７】従来のマイクロ波プラズマ処理装置の構造を示す平面図である。
【符号の説明】
【００９６】
１ａ  反応器
２ａ  処理室
３  載置台
４  封止板（封止部材）
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ  アンテナ
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ  環状導波管型アンテナ部（第１管状部）
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ  外側壁部（第２側面）
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ  内側壁部（第２側面）
１４  誘電体
１５ａ  開口
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ  導入部（第２管状部）
１７ａ，１７ｂ  カバー部（第１側面）
２０  マイクロ波発振器
２１  導波管
２２  ガス導入口
２３ａ，２３ｂ  上蓋（第３側面）
３０  マイクロ波整合器（Ｅチューナ）
３１，４１  短絡板
３２，４２  支持棒
３３，４３  駆動部
３４，４４  制御部
３５  方向性結合器（検出器）
３６ａ  ねじ
４０  マイクロ波整合器（Ｈチューナ）
５０  マイクロ波整合器
Ｗ  試料
【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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