(57)【要約】【課題】プラズマ発生装置における放電管等の寿命を延ばす。【解決手段】放電管２に直交して接続され、環状のスロット４を有するマイクロ波導波管３と、放電管２を冷却する冷却手段５とを備える。冷却手段５は、放電管２と導波管３との接続部及びその周辺において、放電管２の外周面との間に隙間を形成するように放電管２の外周を包囲する冷却ブロック６と、放電管２の管軸方向に沿った冷却ブロック６の長さよりも短い長さの筒状部材７とを有する。筒状部材７は、マイクロ波を通過させる環状の間隙４を有し、放電管２と導波管３との接続部及びその近傍において、冷却ブロック６の内周面と放電管２の外周面との間の間隙に、冷却ブロック６の内周面に接続されると共に放電管２の外周面に接触しないように配置される。【選択図】  図２
2004214008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体で形成され、その内部にプラズマ生成用ガスが導入される放電管と、
前記放電管に直交して接続され、前記放電管の管軸方向に直交する方向に伝播するマイクロ波を前記放電管に向けて放射する環状のスロットを有するマイクロ波導波管と、
前記放電管を冷却するための冷却手段と、を備え、
前記冷却手段は、
前記放電管と前記マイクロ波導波管との接続部及びその周辺において、前記放電管の外周面との間に隙間を形成するようにして前記放電管の外周を包囲する冷却ブロックと、
前記放電管の管軸方向に沿った前記冷却ブロックの長さよりも短い長さを有する筒状部材であって、マイクロ波を通過させる環状の間隙を有し、前記放電管と前記マイクロ波導波管との接続部及びその近傍において、前記冷却ブロックの内周面と前記放電管の外周面との間の前記間隙に、前記冷却ブロックの内周面に接続されると共に前記放電管の外周面に接触しないようにして配置された筒状部材と、を有する、ことを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】
前記筒状部材は、前記冷却ブロックと一体に形成されている請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項３】
前記冷却手段は、さらに、前記筒状部材の内周面と前記放電管の外周面との間に冷却用ガスを供給する手段を有する請求項１又は２に記載のプラズマ発生装置。
【請求項４】
誘電体で形成され、その内部にプラズマ生成用ガスが導入される放電管と、
前記放電管に直交して接続され、前記放電管の管軸方向に直交する方向に伝播するマイクロ波を前記放電管に向けて放射する環状のスロットを有するマイクロ波導波管と、を備え、
前記放電管との接続部において前記放電管の両側に形成される、前記マイクロ波導波管の内部の一対のマイクロ波通路のそれぞれは、前記放電管の管軸方向に直交する方向で且つ前記マイクロ波の進行方向に直交する方向に沿って測定した場合に、マイクロ波の半波長よりも大きくマイクロ波の一波長よりも小さな幅を有していることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項５】
前記マイクロ波導波管の終端部近傍における前記マイクロ波導波管の内部に、マイクロ波の進行方向に沿って前後に移動できるように配置された、マイクロ波の反射面を形成するプランジャ部材をさらに有する請求項４記載のプラズマ発生装置。
【請求項６】
前記プランジャ部材を定期的に移動させる手段をさらに有する請求項５記載のプラズマ発生装置。
【請求項７】
前記放電管を冷却するための冷却手段をさらに備え、前記冷却手段は、
前記放電管と前記マイクロ波導波管との接続部及びその周辺において、前記放電管の外周面との間に隙間を形成するようにして前記放電管の外周を包囲する冷却ブロックと、
前記放電管の管軸方向に沿った前記冷却ブロックの長さよりも短い長さを有する筒状部材であって、マイクロ波を通過させる環状の間隙を有し、前記放電管と前記マイクロ波導波管との接続部及びその近傍において、前記冷却ブロックの内周面と前記放電管の外周面との間の前記間隙に、前記冷却ブロックの内周面に接続されると共に前記放電管の外周面に接触しないようにして配置された筒状部材と、を有する、請求項４乃至６のいずれか一項に記載のプラズマ発生装置。
【請求項８】
前記筒状部材は、前記冷却ブロックと一体に形成されている請求項７記載のプラズマ発生装置。
【請求項９】
前記冷却手段は、さらに、前記筒状部材の内周面と前記放電管の外周面との間に冷却用ガスを供給する手段を有する請求項７又は８に記載のプラズマ発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ発生装置に係わり、特に、プロセスガスにマイクロ波を照射して生成したプラズマを利用して被処理物の処理を行うプラズマ処理装置に適したプラズマ発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造用のシリコンウエーハや液晶ディスプレイ用ガラス基板といった被処理物を処理するための装置として、マイクロ波プラズマを利用して被処理物上の導電体膜、絶縁膜等を処理するプラズマ処理装置がある。
【０００３】
このプラズマ処理装置の１つに、石英、アルミナ等の誘電体で形成された放電管の内部にプロセスガスを導入し、マイクロ波導波管を介して導かれたマイクロ波を放電管の内部のプロセスガスに照射し、放電管の内部にプラズマを発生させるようにしたプラズマ発生装置を備えたものがあり、このタイプのプラズマ処理装置は一般にケミカルドライエッチング装置（以下「ＣＤＥ装置」と言う。）と呼ばれている。
【０００４】
このＣＤＥ装置においては、放電管の内部にプラズマを生成することによりプロセスガスから活性種を生成し、この活性種を真空容器の内部に形成された処理室に導いて被処理物の表面に供給し、ドライエッチング処理やアッシング処理等の表面処理が施される。
【０００５】
ところで、このタイプのプラズマ処理装置においては、放電管の内部にプラズマが発生すると、プラズマからの熱によって放電管が加熱される。そして、放電管内のプラズマによってフッ素ラジカル等を生成するような腐食系ガスをプロセスガスとして使用した場合、誘電体で形成された放電管はフッ素ラジカル等によってエッチングされて損耗する。このときのエッチング速度は放電管の温度に依存し、放電管の温度が高いほどエッチング速度が速くなる。
そこで、従来のマイクロ波プラズマ処理装置においては、放電管のエッチング速度を抑制するために放電管を冷却している。具体的には、例えば、図１０に示したように、マイクロ波導波管５２に接続された放電管５０の周りに、アルミ等からなる冷却ブロック５１を配置し、循環水で冷却された冷却ブロックにより放電管５０を冷却する方法がある。この場合、放電管５０と冷却ブロック５１との間の伝熱効率を高めるために、両者の間のギャップＧ（１ｍｍ程度）に窒素ガス（Ｎ２）等の安定なガスを供給しても良い。或いは、放電管５０と冷却ブロック５１との間にシリコーンゴム等の誘電体質のゴムシートを介装し、これにより放電管５０と冷却ブロック５１との間の伝熱効率を向上させる方法もある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１３５４８５号公報
特開平１１−１６２９３２号公報
特開平１１−１６２９３７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように放電管のエッチングを抑制するために従来から種々の方法が取られているが、それでもなお放電管のエッチングを完全に防止することはできない。そのため、エッチングによる放電管の損耗がある程度進んだ時点で、或いは定期的なメンテナンスとして、使用済みの放電管を新しい放電管と交換する必要がある。
【０００８】
放電管の交換に際しては、放電管の周囲に冷却ブロックが配置されているので、冷却ブロックの貫通孔から使用済みの放電管を引き抜いた後、冷却ブロックの貫通孔に新しい放電管を挿入する。
【０００９】
図１０から分かるように、従来のプラズマ発生装置においては、電磁波の漏洩を防止するために、また、ある程度広い範囲にわたって放電管５０を冷却するために、冷却ブロック５１は、放電管５０の管軸方向に沿って、ある程度の範囲にわたって延在している。
【００１０】
そして、誘電体からなる放電管５０の製作にあたっては寸法精度上の制約がある。そのため、前記の如くある程度の長さを有する冷却ブロック５１と、放電管５０との接触（特に、冷却ブロック５１の両端における接触）を回避するためには、図１０に示したように放電管５０と冷却ブロック５１との間に１ｍｍ程度のギャップＧを設ける必要がある。
【００１１】
ところが、放電管５０と冷却ブロック５１との間に１ｍｍ程度のギャップＧがあると、窒素ガス（Ｎ２）等をこのギャップＧに供給しても十分な冷却効果が得られず、放電管５０のエッチング速度を十分に抑制することができず、放電管５０の交換頻度が高くなって装置のランニングコストが増大してしまうという問題がある。
【００１２】
また、放電管５０と冷却ブロック５１との間に誘電体質のゴムシートを介在させることにより両者の伝熱効率を高め、放電管５０の交換頻度を低減することができるが、この場合には、放電管５０の交換作業に際して、放電管５０にゴムシートを巻き、水冷された二つの冷却ブロック５１を、これらの冷却ブロック５１によって、ゴムシートと共に放電管５０を挟むようにして取り付ける必要がある。このようにメンテナンス作業が極めて煩雑となってしまうばかりか、設置時に二つの冷却ブロック５１の間に隙間があいてしまうと、この隙間から電磁波が漏れて装置トラブルの原因となってしまう。
【００１３】
また、従来のプラズマ発生装置は、ＴＥ０１モードのマイクロ波導波管５２のＨ面に環状の穴をあけ、そこに誘電体の放電管５０を挿入して放電管５０内にマイクロ波を照射する構造である。そして、この従来構造のプラズマ発生装置においては、図１１（ａ）に示したように、放電管５０の両側におけるマイクロ波導波管５２内の一対のマイクロ波通路のそれぞれの幅Ｗが狭小になっている。このため、この狭小な通路をマイクロ波が通過することができず、図１１（ｂ）に示したようにマイクロ波が照射される側にプラズマが集中し、放電管５０が局所的に加熱されてその部分のエッチングが加速される。
【００１４】
そして、放電管５０はその一部でも肉厚が所定値以下になった場合には交換する必要があるために、局所的エッチングによって放電管５０の交換頻度が増加してしまうという問題がある。
【００１５】
なお、従来のプラズマ発生装置では、図１１（ａ）、（ｂ）に示したようにマイクロ波導波管５２の終端部にマイクロ波の反射面の位置を調整するためのプランジャ５３が設けられており、このプランジャ５３によってマイクロ波の反射面を所定の最適位置に設定して固定するようになっている。
【００１６】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたものであって、プラズマ発生装置においてその放電管の寿命を延ばすことを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明によるプラズマ発生装置は、誘電体で形成され、その内部にプラズマ生成用ガスが導入される放電管と、前記放電管に直交して接続され、前記放電管の管軸方向に直交する方向に伝播するマイクロ波を前記放電管に向けて放射する環状のスロットを有するマイクロ波導波管と、前記放電管を冷却するための冷却手段と、を備え、前記冷却手段は、前記放電管と前記マイクロ波導波管との接続部及びその周辺において、前記放電管の外周面との間に隙間を形成するようにして前記放電管の外周を包囲する冷却ブロックと、前記放電管の管軸方向に沿った前記冷却ブロックの長さよりも短い長さを有する筒状部材であって、マイクロ波を通過させる環状の間隙を有し、前記放電管と前記マイクロ波導波管との接続部及びその近傍において、前記冷却ブロックの内周面と前記放電管の外周面との間の前記間隙に、前記冷却ブロックの内周面に接続されると共に前記放電管の外周面に接触しないようにして配置された筒状部材と、を有する、ことを特徴とする。
【００１８】
また、好ましくは、前記筒状部材は、前記冷却ブロックと一体に形成されている。
【００１９】
また、好ましくは、前記冷却手段は、さらに、前記筒状部材の内周面と前記放電管の外周面との間に冷却用ガスを供給する手段を有する。
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明によるプラズマ発生装置は、誘電体で形成され、その内部にプラズマ生成用ガスが導入される放電管と、前記放電管に直交して接続され、前記放電管の管軸方向に直交する方向に伝播するマイクロ波を前記放電管に向けて放射する環状のスロットを有するマイクロ波導波管と、を備え、前記放電管との接続部において前記放電管の両側に形成される、前記マイクロ波導波管の内部の一対のマイクロ波通路のそれぞれは、前記放電管の管軸方向に直交する方向で且つ前記マイクロ波の進行方向に直交する方向に沿って測定した場合に、マイクロ波の半波長よりも大きくマイクロ波の一波長よりも小さな幅を有していることを特徴とする。
【００２１】
また、好ましくは、前記マイクロ波導波管の終端部近傍における前記マイクロ波導波管の内部に、マイクロ波の進行方向に沿って前後に移動できるように配置された、マイクロ波の反射面を形成するプランジャ部材をさらに有する。
【００２２】
また、好ましくは、前記プランジャ部材を定期的に移動させる手段をさらに有する。
【００２３】
また、好ましくは、前記放電管を冷却するための冷却手段をさらに備え、前記冷却手段は、前記放電管と前記マイクロ波導波管との接続部及びその周辺において、前記放電管の外周面との間に隙間を形成するようにして前記放電管の外周を包囲する冷却ブロックと、前記放電管の管軸方向に沿った前記冷却ブロックの長さよりも短い長さを有する筒状部材であって、マイクロ波を通過させる環状の間隙を有し、前記放電管と前記マイクロ波導波管との接続部及びその近傍において、前記冷却ブロックの内周面と前記放電管の外周面との間の前記間隙に、前記冷却ブロックの内周面に接続されると共に前記放電管の外周面に接触しないようにして配置された筒状部材と、を有する。
【００２４】
また、好ましくは、前記筒状部材は、前記冷却ブロックと一体に形成されている。
【００２５】
また、好ましくは、前記冷却手段は、さらに、前記筒状部材の内周面と前記放電管の外周面との間に冷却用ガスを供給する手段を有する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態によるプラズマ発生装置を備えたプラズマ処理装置について図面を参照して説明する。なお、このプラズマ処理装置は、マイクロ波プラズマを利用したケミカルドライエッチング装置（ＣＤＥ装置）である。
【００２７】
図１に示したように本実施形態によるプラズマ発生装置１を備えたプラズマ処理装置は、プラズマ発生装置１に配管４１を介して接続された真空容器（エッチングチャンバ）３０を有する。真空容器３０の内部は排気弁３１を介して真空排気される。真空容器３０の内部には処理室３２が形成されており、処理室３２には、被処理物Ｓが載置される載置台３３が設けられている。被処理物Ｓは、半導体製造用のシリコンウエーハ、液晶表示用のガラス基板等である。
【００２８】
真空容器３０は、ゲートバルブ３４を介してロードロックチャンバ３５に接続されており、ロードロックチャンバ３５の内部には、ゲートバルブ３４を介して被処理物Ｓを処理室３２へ搬入し又は処理室３２から搬出するための搬送装置３６が設けられている。
【００２９】
ロードロックチャンバ３５は、ゲートバルブ３７を介して、被処理物Ｓを貯蔵する貯蔵チャンバ３８に接続されている。貯蔵チャンバ３８の内部には、複数の被処理物Ｓを収納するキャリア３９が配置され、このキャリア３９は昇降手段４０によって昇降される。
【００３０】
プラズマ発生装置１は、誘電体で形成された放電管２を有し、この放電管２にはマイクロ波導波管３が接続されている。放電管６を形成する誘電体としては、石英（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、サファイア、窒化アルミニウム等を使用することができる。放電管２の内部に、弁４１ａ、４１ｂ、４１ｃを介して、ＣＦ４、Ｏ２、Ｎ２等のプロセスガスが供給される。なお、フッ素系のプロセスガスとしては、さらに、ＮＦ３、Ｃ３Ｆ８等がある。
【００３１】
図２は、本実施形態によるプラズマ発生装置１を示した断面図であり、図２に示したようにマイクロ波導波管３は放電管２に対して直交して接続されている。また、マイクロ波導波管３は、放電管２の管軸方向に直交する方向に伝播させたマイクロ波を放電管２に向けて放射する環状のスロット４を含んでいる。
【００３２】
プラズマ発生装置１は、さらに、放電管２を冷却するための冷却手段５を備えている。この冷却手段５は、放電管２とマイクロ波導波管３との接続部及びその周辺において、放電管２の外周面との間に隙間Ｇ１を形成するようにして放電管２の外周を包囲する筒状の冷却ブロック６を有しており、この冷却ブロック６は循環する冷却水によって冷却されている。
【００３３】
冷却ブロック６の内周面と放電管２の外周面との間の間隙Ｇ１（例えば１ｍｍ）には、冷却ブロック６の内周面に接触すると共に放電管２の外周面から間隙Ｇ２（例えば０．４ｍｍ）を形成するようにして配置された一対のスリーブ部材７ａ、７ｂが設けられている。一対のスリーブ部材７ａ、７ｂ同士の間には、スロット４の一部を形成する間隙が形成されている。スリーブ部材７ａ、７ｂは、放電管２とマイクロ波導波管３との接続部及びその近傍に延在しており、一対のスリーブ部材７ａ、７ｂからなる筒状部材７の、放電管２の管軸方向における全長Ｌ２（例えば２００ｍｍ＋スロット幅）は、冷却ブロック６の、放電管２の管軸方向における全長Ｌ１（例えば５００ｍｍ）よりも短い。
【００３４】
冷却ブロック６及びスリーブ部材７ａ、７ｂには、スリーブ部材７ａ、７ｂと放電管２の外周面との間に窒素ガス等の冷却ガスを供給するための冷却用ガス供給路８が形成されている。この冷却用ガス供給路８の断面積は、マイクロ波が漏洩しない程度に小さく設定されている。
【００３５】
なお、筒状部材７（スリーブ部材７ａ、７ｂ）は冷却ブロック６と一体物として製作しても良いし、冷却ブロック６の分割方法は図２に示したものには限られない。また、筒状部材７の両端部内面にテーパを付けることによって、挿入時に放電管２の端面と筒状部材７の端面とが衝突しにくい構成とすることもできる。
【００３６】
また、プラズマからの輻射熱を吸収する効果を高めるために、冷却ブロック６の内側に、輻射熱の吸収率の高い導体或いは誘電体を設置しても良い。冷却ブロック６の内壁を黒色に塗装することも、輻射熱の吸収効果を高める上で有効である。
【００３７】
図３は、本実施形態によるプラズマ発生装置１を示した斜視図であり、図４は同斜視断面図であり、図５は同断面図である。これらの図から分かるように、このプラズマ発生装置１のマイクロ波導波管３は、放電管２との接続部におけるドーナツ形の導波管部分３ａと、このドーナツ形の導波管部分３ａの上下に接続された方形の導波管部分３ｂとを有している。
【００３８】
そして、図５に示したように、放電管２とマイクロ波導波管３との接続部を含むドーナツ形の導波管部分３ａにおいて、マイクロ波導波管３の内部の一対のマイクロ波通路のそれぞれは、放電管２の管軸方向に直交する方向で且つマイクロ波の進行方向に直交する方向に沿って測定した場合に、マイクロ波の半波長λ／２よりも大きくマイクロ波の一波長λよりも小さな幅Ｗを有している。
【００３９】
このように放電管２とマイクロ波導波管３との接続部において、マイクロ波導波管３の内部のマイクロ波通路の幅Ｗを、マイクロ波の半波長λ／２よりも大きく一波長λよりも小さな値に設定することにより、図５及び図６（ａ）に示したように、マイクロ波導波管３の内部を伝播してきたマイクロ波は、放電管２内のプラズマによってその進行を妨げられることなく、放電管２の背面側まで同一のモードにて回り込むことができる。
【００４０】
即ち、接続部のマイクロ波通路の幅Ｗをマイクロ波の半波長λ／２よりも大きくすることによりマイクロ波の伝播が可能となり、また、幅Ｗをマイクロ波の一波長λより小さくすることにより、多モードの電磁界分布の発生を防止することができる。ちなみに、２．４５ＧＨｚのマイクロ波の場合、その波長λは約１２０ｍｍであり、この場合における結合部のマイクロ波通路の幅Ｗは、好ましくは、６０ｍｍ＜Ｗ＜１００ｍｍである。
【００４１】
なお、図５中の符号λｇは、マイクロ波導波管３内でのマイクロ波の定在波の波長を示しており、例えば約１６０ｍｍである。
【００４２】
図６（ｃ）は従来のプラズマ発生装置の場合を示しており、従来のプラズマ発生装置においては、放電管５０とマイクロ波導波管５２との接続部におけるマイクロ波通路の幅Ｗが狭いために、放電管５０内のプラズマが一定以上の密度（カットオフ密度）になると、マイクロ波はプラズマを導体と見なして、放電管５０の背面側に回り込むことができない。特に、マイクロ波導波管５２（ＴＥ１０モード）の内部におけるマイクロ波は、Ｈ面幅（寸法ａ）がａ＜λ／２になるとマイクロ波が伝播できなくなり、Ｚ方向へ進行しなくなる。このため、マイクロ波はプラズマと結合し、進行波としてＥ方向に放射状に拡散していく。その結果、マイクロ波とプラズマとの結合部に集中したプラズマが生成される。
【００４３】
なお、本実施形態の一変形例としては、図６（ｂ）に示したように、放電管２との接続部におけるマイクロ波導波管３の外形形状を、円形ではなく多角形とすることもできる。
【００４４】
また、環状のスロット４の幅を調整可能として、放電管２の背面側における電力が弱い場合にスロット４の幅を調整して電力を増大させ得るように構成しても良い。
【００４５】
さらに、図５に示したように本実施形態によるプラズマ発生装置は、マイクロ波導波管３の終端部近傍におけるマイクロ波導波管３の内部に、マイクロ波の進行方向に沿って前後に移動可能に配置された、マイクロ波の反射面を形成するプランジャ部材９を備えている。
【００４６】
従来のプラズマ処理装置の中にもプランジャを備えているタイプがあるが、従来は、プランジャの位置を調節してマイクロ波の反射面を所定の一カ所の最適位置に固定していた。つまり、一旦固定したプランジャの位置をその後に変更することはなかった。
【００４７】
これに対して本実施形態においては、マイクロ波が放電管２の背面側に回り込むような構成を採用したことに関連して、プランジャ部材９の位置を適宜変更することにより放電管２のエッチングによる損耗領域を分散させることができる。以下、この点について図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を参照して説明する。
【００４８】
図７（ｃ）は、従来のストレート形状のマイクロ波導波管５２を示しており、このタイプのマイクロ波導波管５２においては、放電管５０の内部にプラズマが存在する状態においては、放電管５０の背面側にマイクロ波が回り込まないので、この状態においてプランジャ５３の位置を変更しても、マイクロ波導波管５２の内部におけるモードは変化しない。
【００４９】
図８（ａ）、（ｂ）は、従来のプラズマ発生装置における放電管５０の周方向のエッチング速度分布及び放電管５０の周方向の角度位置を示しており、図８（ａ）から分かるように、放電管５０の周方向の一カ所（周方向の角度位置１８０°の近傍）においてエッチング速度が極端に高くなっている。
【００５０】
これに対して本実施形態によるプラズマ発生装置においては、放電管２の内部にプラズマが存在する状態においてもマイクロ波が放電管２の背面側に回り込むので、プランジャ部材９の位置を変更することによりマイクロ波の反射面の位置が変化し、これにより、マイクロ波導波管３内のモードを変化させることができる。
【００５１】
より具体的には、プランジャ部材９の位置即ちマイクロ波の反射面の位置を、マイクロ波導波管３内のマイクロ波の定在波の波長λｇの１／４だけずらすことにより、マイクロ波導波管３内のマイクロ波の定在波の位相が、定在波の波長λｇの１／４だけずれる。これにより、２つのモードを適宜切り換えることが可能となり、一方のモードにおける放電管２内のプラズマの２つのピークの位置（例えば０°位置と１８０°位置）を、他方のモードにおいて周方向に９０°回転させた位置（例えば９０°位置と２７０°位置）に移動させることができる。
【００５２】
ちなみに、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を使用する場合、マイクロ波導波管内のマイクロ波の定在波の波長λｇが約１６０ｍｍのときには、プランジャ部材９の移動距離は約４０ｍｍである。
【００５３】
図７（ａ）、（ｂ）は、プランジャ部材９の位置を位置Ａから位置Ｂに変更した場合のモードの変化を説明するための図であり、図７（ａ）においては放電管２の図中左右側にマイクロ波が集中しており、これにより、放電管２の内部の図中左右側においてプラズマの密度が高くなる。一方、図７（ｂ）においては、図７（ａ）の場合よりもプランジャ部材９がλｇ／４だけ放電管２側に押し込まれており、放電管２の図中上下側にマイクロ波が集中し、これにより、放電管２の内部の図中上下側においてプラズマの密度が高くなる。
【００５４】
そこで、本実施形態においては、上述した現象、即ちプランジャ部材９の位置を変更することによりマイクロ波導波管３内のモードが変わり、これに伴って放電管２の内部で発生するプラズマの密度分布が変化する現象を利用することにより、エッチングによる放電管２の損耗を均一化することができる。
【００５５】
図９（ａ）は、プランジャ部材９が位置Ａ（図７（ａ））にある場合の放電管２の周方向のエッチング速度分布を示しており、放電管２の周方向角度位置の９０°近傍及び２７０°近傍にエッチング速度のピークがあることがわかる。
【００５６】
図９（ｂ）は、プランジャ部材９が位置Ｂ（図７（ｂ））にある場合の放電管２の周方向のエッチング速度分布を示しており、放電管２の周方向角度位置の０°近傍及び１８０°近傍にエッチング速度のピークがあることがわかる。
【００５７】
そして、図９（ａ）に示したグラフと図９（ｂ）に示したグラフとを合成すると、図９（ｃ）に示したように放電管２の周方向におけるエッチング速度がほぼ均一になることがわかる。従って、放電管２の使用期間中において、プランジャ部材９の位置を、図７（ａ）に示した位置Ａと図７（ｂ）に示した位置Ｂとの間で適宜変更することにより、放電管２の周方向においてエッチングによる損耗を均一化することができる。
【００５８】
なお、プランジャ部材９の位置を変更するタイミングとしては、例えば、被処理物Ｓの処理の一工程毎に変更したり、或いは一定時間毎に変更したりすることができる。好ましくは、プランジャ部材９を、定期的に（例えば次の工程の開始前に）移動させる手段を設ける。
【００５９】
以上述べたように本実施形態によるプラズマ発生装置においては、放電管２とマイクロ波導波管３との接続部及びその近傍において、放電管２の周囲に、冷却ブロック６と接触する筒状部材７を設けたので、放電管２の外周面とスリーブ部材７の内周面との間隙Ｇ２が、放電管２の外周面と冷却ブロック６の内周面との間隙Ｇ１よりも狭くなる。このため、プラズマからの熱による温度上昇が最も大きいマイクロ波導波管３との接続部及びその近傍において、シリコンゴムシート等を用いることなく放電管２を十分に冷却することが可能である。これにより、メンテナンス作業の煩雑化を招くことなく、また、電磁波漏れ等の問題を生じることなく、放電管２のエッチングを従来よりも大幅に抑制することができる。
【００６０】
また、本実施形態によるプラズマ発生装置においては、放電管２とマイクロ波導波管３との接続部において、マイクロ波導波管３の内部のマイクロ波通路の幅Ｗを、マイクロ波の半波長λ／２よりも大きく一波長λよりも小さな値に設定したので、放電管２内にプラズマが存在してもマイクロ波が放電管２の背面側にまで回り込むようになる。これにより、放電管２の内部に形成されるプラズマの分布が放電管２の前面側に偏ることがなく、放電管２の局所的な加熱及びそれに起因する局所的なエッチングが防止され、ひいては放電管２の寿命を延ばすことが可能となる。さらに、放電管２の寸法を大きくしてもプラズマを拡散させることができるので、放電管２の肉厚を厚くすることにより、交換を必要とする厚さまで放電管２がエッチングされる時間を長くして、放電管２の寿命を延ばすことができる。
【００６１】
また、本実施形態によるプラズマ発生装置によれば、放電管２の使用期間中においてプランジャ部材９の位置を適宜変更してマイクロ波導波管３内のモードを変更することにより、放電管２の周方向においてエッチングによる損耗を均一化し、これにより放電管２の寿命を延ばすことができる。
【００６２】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によるプラズマ発生装置によれば、エッチングによる放電管の損耗を抑制し、或いは均一化することにより、放電管の寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるプラズマ発生装置を備えたプラズマ処理装置の概略構成図。
【図２】本発明の一実施形態によるプラズマ発生装置を示した断面図。
【図３】本発明の一実施形態によるプラズマ発生装置のマイクロ波導波管及び冷却手段を示した斜視図。
【図４】本発明の一実施形態によるプラズマ発生装置のマイクロ波導波管及び冷却手段を示した斜視断面図。
【図５】本発明の一実施形態によるプラズマ発生装置を示した断面図。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、本発明の一実施形態及びその一変形例によるプラズマ発生装置においてマイクロ波が放電管の背面側に回り込む様子を示した図、（ｃ）は、従来のプラズマ発生装置においてマイクロ波が放電管の背面側に回り込めない様子を示した図。
【図７】（ａ）、（ｂ）は、本発明の一実施形態によるプラズマ発生装置においてプランジャ部材の位置を変えることによりマイクロ波導波管内のモードが変化する様子を示した図、（ｃ）は、従来のプラズマ発生装置におけるマイクロ波導波管内の磁界分布を示した図。
【図８】（ａ）、（ｂ）は、従来のプラズマ発生装置における放電管の周方向のエッチング速度分布及び放電管の周方向の角度位置を示した図。
【図９】（ａ）、（ｂ）は、本発明の一実施形態によるプラズマ発生装置における放電管の周方向のエッチング速度分布について、プランジャ部材が図７（ａ）、（ｂ）の位置にある場合を示した図、（ｃ）は、（ａ）のエッチング速度分布と（ｂ）のエッチング速度分布とを合成した場合を示した図。
【図１０】従来のプラズマ発生装置を示した断面図。
【図１１】従来のプラズマ発生装置におけるプラズマ及びマイクロ波定在波の発生状況を示した断面図であり、（ａ）は放電管に直交する方向の断面図、（ｂ）は放電管の管軸方向に沿った断面図。
【符号の説明】
１  プラズマ発生装置
２  放電管
３  マイクロ波導波管
３ａ  ドーナツ形の導波管部分
３ｂ  方形の導波管部分
４  環状のスロット
５  冷却手段
６  冷却ブロック
７  筒状部材
７ａ、７ｂ  スリーブ部材
８  冷却用ガス供給路
９  プランジャ部材
【図１】
2004214008.tif 000003
【図２】
2004214008.tif 000004
【図３】
2004214008.tif 000005
【図４】
2004214008.tif 000006
【図５】
2004214008.tif 000007
【図６】
2004214008.tif 000008
【図７】
2004214008.tif 000009
【図８】
2004214008.tif 000010
【図９】
2004214008.tif 000011
【図１０】
2004214008.tif 000012
【図１１】
2004214008.tif 000013