(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒導波管の供給側と負荷側とのインピーダンスの整合を行なう整合器において、
前記円筒導波管の軸方向に対して垂直に接続されかつ一端が前記円筒導波管内に開口するとともに他端が電気機能的にショートされた第１の分岐導波管を複数備え、
これら第１の分岐導波管は、前記円筒導波管の軸方向に所定の間隔で配設され、
前記円筒導波管の軸方向に対して垂直に接続されかつ一端が前記円筒導波管内に開口するとともに他端が電気機能的にショートされた第２の分岐導波管を複数備え、
これら第２の分岐導波管は、前記円筒導波管の軸からみて前記第１の分岐導波管の配設位置と９０°の角度をなす位置に配設されるとともに前記円筒導波管の軸方向に所定の間隔で配設され、
前記第１の分岐導波管の全部と前記第２の分岐導波管の全部とが前記円筒導波管の軸方向の異なる領域に配設されていることを特徴とする整合器。
【請求項２】
請求項１記載の整合器において、前記円筒導波管の軸方向に対して垂直に接続されかつ一端が前記円筒導波管内に開口するとともに他端が電気機能的にショートされた第３および第４の分岐導波管をそれぞれ複数備え、前記第３の分岐導波管は、それぞれ前記第１の分岐導波管に対向して配設され、前記第４の分岐導波管は、それぞれ前記第２の分岐導波管に対向して配設されていることを特徴とする整合器。
【請求項３】
請求項１または２記載の整合器において、前記分岐導波管は、前記円筒導波管の軸方向に少なくとも３本配設されていることを特徴とする整合器。
【請求項４】
請求項３記載の整合器において、前記円筒導波管の軸方向における前記分岐導波管の間隔は、前記円筒導波管の管内波長の１／４または１／８であることを特徴とする整合器。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか１項記載の整合器において、前記分岐導波管は、前記円筒導波管の軸方向に等間隔に配設されていることを特徴とする整合器。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか１項記載の整合器において、前記分岐導波管の他端を電気機能的にショートするショート板は、前記分岐導波管内を摺動自在であることを特徴とする整合器。
【請求項７】
請求項６記載の整合器において、前記円筒導波管内の電圧を検出する検出手段と、この検出手段の出力信号を基に前記分岐導波管のショート板を摺動させる制御手段とを更に備えたことを特徴とする整合器。
【請求項８】
円筒導波管の供給側と負荷側とのインピーダンスの整合を行なう整合器において、
円筒導波管の内壁面から半径方向に突出する第１および第２のスタブをそれぞれ複数備え、
前記第１のスタブは、前記円筒導波管の軸方向に所定の間隔で配設され、
前記第２のスタブは、前記円筒導波管の軸からみて前記第１のスタブの配設位置と９０°の角度をなす位置に配設されるとともに前記円筒導波管の軸方向に所定の間隔で配設され、
前記第１のスタブの全部と前記第２のスタブの全部とが前記円筒導波管の軸方向の異なる領域に配設されていることを特徴とする整合器。
【請求項９】
請求項８記載の整合器において、円筒導波管の内壁面から半径方向に突出する第３および第４のスタブをそれぞれ複数備え、前記第３のスタブは、それぞれ前記第１のスタブに対向して配設され、前記第４のスタブは、ぞれぞれ前記第２のスタブに対向して配設されていることを特徴とする整合器。
【請求項１０】
請求項８または９記載の整合器において、前記スタブは、前記円筒導波管の軸方向に少なくとも３本配設されていることを特徴とする整合器。
【請求項１１】
請求項１０記載の整合器において、前記円筒導波管の軸方向における前記スタブの間隔は、前記円筒導波管の管内波長の１／４または１／８であることを特徴とする整合器。
【請求項１２】
請求項８〜１１いずれか１項記載の整合器において、前記スタブは、前記円筒導波管の軸方向に等間隔に配設されていることを特徴とする整合器。
【請求項１３】
請求項８〜１２のいずれか１項記載の整合器において、前記スタブは、前記円筒導波管の内壁面から突出する長さである突出長が変更自在であることを特徴とする整合器。
【請求項１４】
請求項１３記載の整合器において、前記円筒導波管内の電圧を検出する検出手段と、この検出手段の出力信号を基に前記スタブの突出長を変更する制御手段とを更に備えたことを特徴とする整合器。
【請求項１５】
請求項１〜１４いずれか１項記載の整合器において、前記円筒導波管内には、ＴＥ11モードの円偏波が伝搬することを特徴とする整合器。
【請求項１６】
被処理体が収容される処理容器と、この処理容器内に電磁界を供給するスロットアンテナと、このスロットアンテナと高周波電源との間に接続された円筒導波管と、この円筒導波管に設けられ前記スロットアンテナ側と前記電源側とのインピーダンスの整合を行なう整合器とを備えたプラズマ処理装置において、前記整合器は、請求項１〜１５のいずれか１項記載の整合器であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１７】
被処理体が収容される容器と、この容器内に磁界を形成する磁界発生器と、前記容器内にマイクロ波を供給する円筒導波管とを備え、電子サイクロトロン共鳴により加熱された電子を用いてプラズマを生成するプラズマ処理装置において、請求項１〜１５のいずれか１項記載の整合器を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、整合器に関し、より詳しくは円筒導波管の供給側と負荷側とのインピーダンスの整合を行なう整合器に関する。
また本発明は、プラズマ処理装置に関し、より詳しくは高周波電磁界を用いてプラズマを生成し、半導体やＬＣＤ（liquid crystal desplay）などの被処理体を処理するプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置やフラットパネルディスプレイの製造において、酸化膜の形成や半導体層の結晶成長、エッチング、またアッシングなどの処理を行うために、プラズマ処理装置が多用されている。これらのプラズマ処理装置の一つに、ラジアルラインスロットアンテナ（以下、ＲＬＳＡと略記する）から処理容器内にマイクロ波を供給し、その電磁界の作用により処理容器内のガスを電離および解離させてプラズマを生成するマイクロ波プラズマ処理装置がある。このマイクロ波プラズマ処理装置は、低圧力で高密度のプラズマを生成できるので、効率のよいプラズマ処理が可能である。
【０００３】
マイクロ波プラズマ処理装置には、ＲＬＳＡに円筒導波管を介して円偏波給電する方式がある。円偏波とは、その電界ベクトルが進行方向に対し垂直な面上で、１周期で１回転する回転電界であるような電磁波をいう。したがって円偏波給電により、ＲＬＳＡ内の電界強度分布は、時間平均で円偏波の進行方向の軸に対して軸対称な分布となる。このためＲＬＳＡから処理容器内に時間平均で軸対称な分布のマイクロ波を供給し、その電磁界の作用により均一性のよいプラズマを生成することが可能となる。
【０００４】
しかし処理容器内またはＲＬＳＡ内でマイクロ波が反射し、ＲＬＳＡ内から円筒導波管に進入し再度反射すると、その影響で円偏波の軸比が大きくなり、ＲＬＳＡ内の電界強度分布（時間平均）の軸対称性が低下してしまう。ここに軸比とは、円偏波の円形断面上の電界強度分布（時間平均）における最大値と最小値との比をいう。軸比が１に近いことが円偏波としては望ましい。そこで円筒導波管に整合器を設け、円筒導波管を伝搬する反射波を低減する技術が提案された。以下、この技術について説明する。
【０００５】
図１５は、従来の整合器を説明するための図であり、整合器が設けられている円筒導波管の軸（Ｚ）を含む断面構成を示している。図１６は、図１５におけるＸVI−ＸVI′線方向の断面図であり、円筒導波管の軸（Ｚ）に垂直な面（ＸＹ面）上の整合器の断面構成を示している。
図１５および図１６に示す整合器１０１７は、ＴＥ11モードの円偏波が伝搬する円筒導波管１０１４用の整合器であり、円筒導波管１０１４の内壁面から半径方向に突出する複数のスタブから構成されている。より詳しくは、円筒導波管１０１４の軸（Ｚ）方向に等間隔に配設された３本のスタブ１０７１Ａ〜１０７１Ｃと、これら３本のスタブ１０７１Ａ〜１０７１Ｃに対向して配設された３本のスタブ１０７２Ａ〜１０７２Ｃと、前記３本のスタブ１０７１Ａ〜１０７１Ｃの配設位置から円筒導波管１０１４の軸を中心に周方向に９０°回転した位置に配設された３本のスタブ１０７３Ａ〜１０７３Ｃと、これら３本のスタブ１０７３Ａ〜１０７３Ｃに対向して配設された３本のスタブ１０７４Ａ〜１０７４Ｃ（スタブ１０７４Ｂ，１０７４Ｃは不図示）とから構成されている。座標系を用いていえば、ＸＺ面上の対向位置にスタブ１０７１Ａ〜１０７１Ｃおよびスタブ１０７２Ａ〜１０７２Ｃが、またＹＺ面上の対向位置にスタブ１０７３Ａ〜１０７３Ｃおよびスタブ１０７４Ａ〜１０７４Ｃが配設されている。これらのスタブ１０７１Ａ〜１０７４Ｃは断面が円形の金属棒からなり、円筒導波管１０１４の内壁面から半径方向に突出する長さである突出長によりスタブ１０７１Ａ〜１０７４Ｃのリアクタンスが変化し、円筒導波管１０１４のリアクタンスを変化させる。
【０００６】
整合器１０１７が設けられている円筒導波管１０１４の負荷側にはＲＬＳＡ１０１５が接続され、供給側にはマイクロ波を発生させる高周波電源１０１１と、マイクロ波を円偏波に変換する円偏波変換器１０１６と、円筒導波管１０１４内の電圧を検出する検波器１０１８とが設けられている。この検波器１０１８には、その出力信号から負荷側のインピーダンスを計算し、供給側と負荷側とのインピーダンス整合条件を満たすような各スタブ１０７１Ａ〜１０７４Ｃの突出長を求める制御装置１０２０が接続されている。この制御装置１０２０には、その指示にしたがい整合器１０１７の各スタブ１０７１Ａ〜１０７４Ｃの突出長を調整する駆動装置１０１９が接続されている。
【０００７】
このような構成において、円筒導波管１０１４の供給側と負荷側とのインピーダンス整合をとるため、ＲＬＳＡ１０１５からの反射波を整合器１０１７の反射波で打ち消すことにより、円筒導波管１０１４を伝搬する反射波を低減することができる。これによりＲＬＳＡ１０１５内の電界強度分布を時間平均で軸対称な分布とし、均一性のよいプラズマを生成することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の整合器１０１７は、スタブ１０７１Ａ〜１０７４Ｃの突出長を大きくすると、スタブ１０７１Ａ〜１０７４Ｃの突出長とリアクタンスとの間の比例関係がなくなる。すなわちＸＺ面上のスタブ１０７１Ａ〜１０７１Ｃ，１０７２Ａ〜１０７２Ｃの突出長とＹＺ面上のスタブ１０７３Ａ〜１０７３Ｃ，１０７３Ａ〜１０７３Ｃの突出長とを同様に変化させると、図１７に示すように、突出長がＬ0 以下では、突出長に対しリアクタンスがほぼ一次関数的に変化するが、突出長がＬ0 を超えると、突出長に対しリアクタンスが指数関数的に増大する。その理由は、突出長が大きくなり、ＸＺ面上のスタブ１０７１Ａ〜１０７１Ｃ，１０７２Ａ〜１０７２ＣとＹＺ面上のスタブ１０７３Ａ〜１０７３Ｃ，１０７４Ａ〜１０７４Ｃとの距離が小さくなると、前者と後者とが互いに干渉しリアクタンスが増大するからであると考えられる。このリアクタンスの増大量はマイクロ波の周波数などの諸条件により変化する。
【０００９】
したがって、反射波が大きく、スタブ１０７１Ａ〜１０７４Ｃの突出長を大きくしリアクタンスを大きくする必要がある場合に、リアクタンスの増大量まで考慮し整合器１０１７を正確に制御することは困難であった。
このため反射波が大きい場合に、これを整合器１０１７で低減し、均一性のよいプラズマを生成することが困難であった。
【００１０】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、正確な制御を容易に行うことができる整合器を提供することにある。
他の目的は、均一性のよいプラズマを容易に生成することができるプラズマ処理装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明の整合器は、円筒導波管の軸方向に対して垂直に接続されかつ一端が円筒導波管内に開口するとともに他端が電気機能的にショートされた第１の分岐導波管を複数備え、これら第１の分岐導波管が、円筒導波管の軸方向に所定の間隔で配設されていることを特徴とする。
この整合器において、さらに、円筒導波管の軸方向に対して垂直に接続されかつ一端が円筒導波管内に開口するとともに他端が電気機能的にショートされた第２の分岐導波管を複数備え、これら第２の分岐導波管が、円筒導波管の軸からみて第１の分岐導波管の配設位置と９０°の角度をなす位置に配設されるとともに円筒導波管の軸方向に所定の間隔で配設されている構成としてもよい。
分岐導波管のリアクタンスは、その一端から他端までの長さに基づく電気長に対しほぼ正接関数的に変化する。また分岐導波管は円筒導波管内に突出する構成を有しないので、相互干渉によるリアクタンスの変化は起きない。
【００１２】
また、さらに、円筒導波管の軸方向に対して垂直に接続されかつ一端が円筒導波管内に開口するとともに他端が電気機能的にショートされた第３の分岐導波管を複数備え、これら第３の分岐導波管が、それぞれ第１の分岐導波管に対向して配設されている構成としてもよい。
または、さらに、円筒導波管の軸方向に対して垂直に接続されかつ一端が円筒導波管内に開口するとともに他端が電気機能的にショートされた第３および第４の分岐導波管をそれぞれ複数備え、第３の分岐導波管が、それぞれ第１の分岐導波管に対向して配設され、第４の分岐導波管が、それぞれ第２の分岐導波管に対向して配設されている構成としてもよい。
このように分岐導波管を配設し軸対称性をもたせることにより、円筒導波管に円偏波を伝搬させる場合、その軸比を１に近づけることができる。
【００１３】
また上述した整合器において、円筒導波管の軸方向に配設される分岐導波管を、少なくとも３本としてもよい。
特に、円筒導波管の軸方向における分岐導波管の間隔を、円筒導波管の管内波長の１／４または１／８としてもよい。これにより整合域をスミスチャート全域とすることができる。
また、円筒導波管の軸方向に配設される分岐導波管の間隔を、すべて等しくてもよいし、異なるようにしてもよい。
【００１４】
また上述した整合器において、第１の分岐導波管と第２の分岐導波管とを、円筒導波管の軸方向に交互に配設してもよい。
または、第１の分岐導波管の全部と第２の分岐導波管の全部とを、円筒導波管の軸方向の異なる領域に配設してもよい。
このように第１および第２の分岐導波管を配設することにより、円筒導波管の内壁面に形成される分岐導波管の開口が同一面に連なり円偏波の軸比が増加したり円筒導波管の強度が低下したりすることを防止できる。
【００１５】
また上述した整合器において、分岐導波管の他端を電気機能的にショートするショート板を、分岐導波管内で摺動自在な構成としてもよい。これにより分岐導波管のリアクタンスを自在に変更することができる。
ここで、円筒導波管内の電圧を検出する検出手段と、この検出手段の出力信号を基に分岐導波管のショート板を摺動させる制御手段とを更に設けてもよい。これによりインピーダンス整合をとるための制御を自動化することができる。
【００１６】
また本発明の整合器は、円筒導波管の内壁面から半径方向に突出する第１および第２のスタブをそれぞれ複数備え、第１のスタブが、円筒導波管の軸方向に所定の間隔で配設され、第２のスタブが、円筒導波管の軸からみて第１のスタブの配設位置と９０°の角度をなす位置に配設されるとともに円筒導波管の軸方向に所定の間隔で配設され、第１のスタブと第２のスタブとが、円筒導波管の軸方向に交互に配設されていることを特徴とする。このように第１のスタブと第２のスタブとを円筒導波管の軸方向に交互に配設することにより、両者を同一面上に配設した場合と比較して上記軸方向のスタブ間の距離が広がるので、スタブの突出長を大きくしたときに生じる相互干渉によるリアクタンスの変化を緩和することができる。
【００１７】
また本発明の整合器は、円筒導波管の内壁面から半径方向に突出する第１および第２のスタブをそれぞれ複数備え、第１のスタブが、円筒導波管の軸方向に所定の間隔で配設され、第２のスタブが、円筒導波管の軸からみて第１のスタブの配設位置と９０°の角度をなす位置に配設されるとともに円筒導波管の軸方向に所定の間隔で配設され、第１のスタブの全部と第２のスタブの全部とが、円筒導波管の軸方向の異なる領域に配設されていることを特徴とする。このように第１のスタブと第２のスタブとを円筒導波管の軸方向の異なる領域に配設しても、上述した整合器と同様の作用が得られる。
【００１８】
これらの整合器において、さらに、円筒導波管の内壁面から半径方向に突出する第３および第４のスタブをそれぞれ複数備え、第３のスタブが、それぞれ第１のスタブに対向して配設され、第４のスタブが、ぞれぞれ第２のスタブに対向して配設されている構成としてもよい。このように第１〜第４のスタブを配設し軸対称性をもたせることにより、円筒導波管に円偏波を伝搬させる場合、その軸比を１に近づけることができる。
【００１９】
また本発明の整合器は、円筒導波管の内壁面から半径方向に突出する第１および第２のスタブをそれぞれ複数備え、第１のスタブが、円筒導波管の軸方向に所定の間隔で配設され、第２のスタブが、円筒導波管の軸からみて第１のスタブの配設位置と９０°の角度をなす位置に配設されるとともに円筒導波管の軸方向に所定の間隔で配設され、第１および第２のスタブの少なくとも先端部が、１以上の比誘電率をもつ誘電体で形成されていることを特徴とする。このようにスタブの少なくとも先端部を誘電体で形成することにより、高電力を供給した場合でも、スタブ先端間、またはスタブ先端と円筒導波管内面との間の放電を防止することができる。また、相互干渉によるリアクタンスの変化を緩和することができる。
【００２０】
この整合器において、さらに、円筒導波管の内壁面から半径方向に突出する第３および第４のスタブをそれぞれ複数備え、第３のスタブが、それぞれ第１のスタブに対向して配設され、第４のスタブが、それぞれ第２のスタブに対向して配設され、第３および第４のスタブの少なくとも先端部が、１以上の比誘電率をもつ誘電体で形成されている構成としてもよい。このように第１〜第４のスタブを配設し軸対称性をもたせることにより、円筒導波管に円偏波を伝搬させる場合、その軸比を１に近づけることができる。
【００２１】
また上述したスタブを用いた整合器において、円筒導波管の軸方向に配設されるスタブを、少なくとも３本としてもよい。
特に、円筒導波管の軸方向におけるスタブの間隔を、円筒導波管の管内波長の１／４または１／８としてもよい。これにより整合域をスミスチャート全域に近い広域とすることができる。
また、円筒導波管の軸方向に配設されるスタブの間隔を、すべて等しくしてもよいし、異なるようにしてもよい。
【００２２】
また上述したスタブを用いた整合器において、スタブを、円筒導波管の内壁面から突出する長さである突出長が変更自在である構成としてもよい。これによりスタブのリアクタンスを自在に変更することができる。
ここで、円筒導波管内の電圧を検出する検出手段と、この検出手段の出力信号を基にスタブの突出長を変更する制御手段とを更に設けてもよい。これによりインピーダンス整合をとるための制御を自動化することができる。
また上述したすべての整合器において、円筒導波管内にＴＥ11モードの円偏波を伝搬させてもよい。
【００２３】
また上述した目的を達成するために、本発明のプラズマ処理装置は、半導体やＬＣＤなどの被処理体が収容される処理容器と、この処理容器内に電磁界を供給するスロットアンテナと、このスロットアンテナと高周波電源との間に接続された円筒導波管と、この円筒導波管に設けられスロットアンテナ側と電源側とのインピーダンスの整合を行なう整合器とを備え、整合器として上述した整合器を用いることを特徴とする。
また上述した目的を達成するために、本発明のプラズマ処理装置は、被処理体が収容される容器と、この容器内に磁界を形成する磁界発生器と、容器内にマイクロ波を供給する円筒導波管とを備え、電子サイクロトロン共鳴により加熱された電子を用いてプラズマを生成するプラズマ処理装置であって、上述した整合器を備えたことを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
（第１の実施の形態）
本発明の整合器を用いたプラズマ処理装置は、被処理体を収容しこの被処理体に対しプラズマ処理を施す処理容器と、この処理容器内にマイクロ波を供給しその電磁界の作用により処理容器内にプラズマを生成する電磁界供給装置とを有している。以下、本発明の第１の実施の形態のプラズマ処理装置の構成を、処理容器と電磁界供給装置とに分けて説明する。
【００２５】
図１は、処理容器の構成を示す断面図である。
処理容器１は上部が開口した有底円筒形をしている。この処理容器１の底面中央部には絶縁板２を介して基板台３が固定されている。この基板台３の上面に被処理体である例えば半導体やＬＣＤなどの基板４が配置される。処理容器１の底面周縁部には、真空排気用の排気口５が設けられている。処理容器１の側壁には、処理容器１内にガスを導入するガス導入用ノズル６が設けられている。例えばプラズマ処理装置がエッチング装置として用いられる場合、ノズル６からＡｒなどのプラズマガスと、ＣＦ4 などのエッチングガスとが導入される。
【００２６】
処理容器１の上部開口は、そこからプラズマが外部に漏れないように、誘電体板７で密閉されている。この誘電体板７の上に電磁界供給装置のラジアルラインスロットアンテナ（以下、ＲＬＳＡと略記する）１５が配設されている。このＲＬＳＡ１５は、誘電体板７によって処理容器１から隔離され、処理容器１内で生成されるプラズマから保護されている。誘電体板７およびＲＬＳＡ１５の外周は、処理容器１の側壁上に環状に配置されたシールド材８によって覆われ、マイクロ波が外部に漏れない構造になっている。
【００２７】
図２は、電磁界供給装置の機構的な構成を示す図であり、整合器が設けられている円筒導波管の軸（Ｚ）を含む断面構成を示している。図３は、電磁界供給装置が有する整合器および検波器を説明するための図である。図４は、図２におけるIV−IV′線方向の断面図であり、円筒導波管の軸（Ｚ）に垂直な面（ＸＹ面）上の整合器の断面構成を示している。図５は、図２におけるＶ−Ｖ′線方向の断面図であり、円筒導波管の軸（Ｚ）に垂直な面（ＸＹ面）上の検波器の断面構成を示している。図６は、電磁界供給装置の制御系の構成を示すブロック図である。
【００２８】
図２に示すように、電磁界供給装置は、例えば１ＧＨｚ〜十数ＧＨｚの範囲内の所定周波数のマイクロ波を発生させる高周波電源１１と、伝送モードがＴＥ10の矩形導波管１２と、伝送モードをＴＥ10からＴＥ11に変換する矩形円筒変換器１３と、伝送モードがＴＥ11の円筒導波管１４と、ＲＬＳＡ１５とを有している。
ＲＬＳＡ１５は、ラジアル導波路５１を形成する互いに平行な２枚の円形導体板５２，５３と、これら２枚の導体板５２，５３の外周部を接続してシールドする導体リング５４とから構成されている。ラジアル導波路５１の上面となる導体板５２の中心部には、円筒導波管１４に接続される開口５５が形成され、この開口５５からラジアル導波路５１内にマイクロ波が導入される。ラジアル導波路５１の下面となる導体板５３には、ラジアル導波路５１内を伝搬するマイクロ波を処理容器１内に供給するスロット５６が複数形成されている。
【００２９】
導体板５３上の中心部にはバンプ５７が設けられている。バンプ５７は導体板５２の開口５５に向かって突出する略円錐状に形成され、その先端は球面状に丸められている。バンプ５７は導体および誘電体のいずれで形成してもよい。このバンプ５７により、円筒導波管１４からラジアル導波路５１へのインピーダンスの変化を緩やかにし、円筒導波管１４とラジアル導波路５１との結合部でのマイクロ波の反射を抑制することができる。
【００３０】
また円筒導波管１４には、矩形円筒変換器１３側からＲＬＳＡ１５側に向かって円偏波変換器１６と、検波器（検出手段）１８と、整合器１７とがこの順に設けられている。
円偏波変換器１６は、円筒導波管１４を伝搬するＴＥ11モードのマイクロ波を円偏波に変換する、すなわちその電界ベクトルが進行方向に対し垂直な面上で１周期に１回転する回転電界に変換するものである。円偏波変換器１６としては、例えば円筒導波管１４の内壁面に互いに対向する２つの円柱状突起を１対または複数対設けたものなどが用いられる。
整合器１７は、円筒導波管１４の供給側（すなわち高周波電源１１側）と負荷側（すなわちＲＬＳＡ１４側）とのインピーダンスの整合をとるためのものである。この整合器１７の特徴は、リアクタンス素子として円筒導波管１４に接続された分岐導波管を用いることにあり、この分岐導波管のリアクタンスは図６に示す駆動装置１９により変更自在となっている。
【００３１】
検波器１８は、円筒導波管１４の内壁面から半径方向に突出するプローブ１８Ａを有し、円筒導波管１４の軸（Ｚ）方向に例えば管内波長λg1の略１／８の間隔で３本１組、また円筒導波管１４の周方向に９０°の角度間隔で４組、合計１２本設けられている。座標系を用いていえば、ＸＺ面上の対向位置に２組、またＹＺ面上の対向位置に２組の検波器１８が設けられている。なお検波器１８は、円筒導波管１４の軸（Ｚ）方向に管内波長λg1のＮ／２倍（Ｎは自然数）以外の間隔で３本以上、または円筒導波管１４の周方向に４５°の角度間隔で３本以上設けるだけでもよい。またはＸＺ面上に３本１組、ＹＺ面上に３本１組、合計６本で構成してもよい。各検波器１８は、そのプローブ１８Ａが取り出した円筒導波管１４内のマイクロ波電力を２乗検波し、その結果を図６に示す制御装置２０に出力する。
この制御装置２０は、各検波器１８の出力信号を基に、円筒導波管１４の供給側と負荷側とのインピーダンスの整合がとれるように駆動装置１９を制御し、整合器１７が有する分岐導波管のリアクタンスを調整するものである。
【００３２】
ここで図２〜図４，図７および図８を参照して、整合器１７について更に説明する。図７は、分岐導波管の断面形状を示す図である。図８は、ショート板の構成を示す斜視図である。
整合器１７は、円筒導波管１４の軸（Ｚ）方向に対して垂直に接続された複数の分岐導波管から構成されている。より詳しくは図２および図４に示すように、円筒導波管１４の軸（Ｚ）方向に等間隔に配設された３本の分岐導波管（第１の分岐導波管）７１Ａ〜７１Ｃと、これら３本の分岐導波管７１Ａ〜７１Ｃにそれぞれ対向して配設された３本の分岐導波管（第３の分岐導波管）７２Ａ〜７２Ｃと、円筒導波管１４の軸（Ｚ）からみて前記３本の分岐導波管７１Ａ〜７１Ｃの配設位置と９０°の角度をなす位置に配設されるとともに円筒導波管１４の軸（Ｚ）方向に等間隔に配設された３本の分岐導波管（第２の分岐導波管）７３Ａ〜７３Ｃと、これら３本の分岐導波管７３Ａ〜７３Ｃにそれぞれ対向して配設された３本の分岐導波管（第４の分岐導波管）７４Ａ〜７４Ｃ（分岐導波管７４Ｂ，７４Ｃは不図示）とから構成されている。座標系を用いていえば、ＸＺ面上の対向位置に分岐導波管７１Ａ〜７１Ｃおよび分岐導波管７２Ａ〜７２Ｃが、またＹＺ面上の対向位置に分岐導波管７３Ａ〜７３Ｃおよび分岐導波管７４Ａ〜７４Ｃが配設されている。
【００３３】
ＸＺ面上の分岐導波管７１Ａ〜７１Ｃ，７２Ａ〜７２ＣとＹＺ面上の分岐導波管７３Ａ〜７３Ｃ，７４Ａ〜７４Ｃとは、円筒導波管１４の軸（Ｚ）方向に交互に配設されている。すなわち上から分岐導波管７１Ａ，７２Ａ、分岐導波管７３Ａ，７４Ａ、分岐導波管７１Ｂ，７２Ｂ、分岐導波管７３Ｂ，７４Ｂ、分岐導波管７１Ｃ，７２Ｃ、分岐導波管７３Ｃ，７４Ｃの順に配設されている。このように配設することにより、円筒導波管１４の内壁面に形成される分岐導波管７１Ａ〜７４Ｃの開口が同一面に連なり円偏波の軸比が増加したり円筒導波管１４の強度が低下したりすることを防止できる。なお、ＸＺ面上の分岐導波管７１Ａ〜７１Ｃ，７２Ａ〜７２Ｃ全部とＹＺ面上の分岐導波管７３Ａ〜７３Ｃ，７４Ａ〜７４Ｃ全部とを、円筒導波管１４の軸（Ｚ）方向の異なる領域、例えば前者と後者とをそれぞれ上の領域と下の領域とに分けて配設しても、同じ効果を得ることができる。
【００３４】
分岐導波管７１Ａ〜７４Ｃには、軸に垂直な断面が矩形の矩形導波管の他、図７（ａ）に示すような断面が円形の円筒導波管、図７（ｂ）に示すような断面が楕円形の導波管、図７（ｃ）に示すような断面が矩形の角を丸めた形状の導波管、図７（ｄ），（ｅ）に示すような中央部にリッジが設けられたリッジ導波管を用いることができる。
【００３５】
各分岐導波管７１Ａ〜７４Ｃは、一端が上述したように円筒導波管１４内に開口し、他端がショート板７５により電気機能的にショートされている。このショート板７５は、図８（ａ）に示すように上下両端が直角に折曲されて側面視コの字形をなし、折曲された部分（以下、折曲部分という）７５Ａが円筒導波管１４の開口端と反対側に向かうように分岐導波管７１Ａ〜７４Ｃに挿入される。ショート板７５の折曲部分７５Ａの長さを分岐導波管７１Ａ〜７４Ｃの管内波長λg2の略１／４とし絶縁シートを張り付けることにより所謂チョーク構造とすると、ショート板７５の位置におけるマイクロ波の反射を確実にしながら、可動性をもたせることができる。
【００３６】
ショート板７５は、分岐導波管７１Ａ〜７４Ｃの軸（ＸまたはＹ）方向に延びる棒７６の先端に取り付けられている。この棒７６を図６に示す駆動装置１９で分岐導波管７１Ａ〜７４Ｃの軸（ＸまたはＹ）方向に平行移動させることにより、ショート板７５を分岐導波管７１Ａ〜７４Ｃ内で自在に摺動させることができる。
分岐導波管７１Ａ〜７４Ｃのリアクタンスは、その一端から他端までの長さを管内波長λg2で割った値である電気長に応じて変化する。よって分岐導波管７１Ａ〜７４Ｃの他端をなすショート板７５を摺動させて電気長を変化させることにより、分岐導波管７１Ａ〜７４Ｃのリアクタンスを、−（マイナス）の十分大きい値から０（ゼロ）を介して＋（プラス）の十分大きい値まで変化させることができる。
【００３７】
分岐導波管７１Ａ〜７１Ｃ，７２Ａ〜７２Ｃ，７３Ａ〜７３Ｃ，７４Ａ〜７４Ｃそれぞれの円筒導波管１４の軸（Ｚ）方向の間隔は、図３に示すように円筒導波管１４の管内波長λg1の略１／４とする。したがって、上述したように分岐導波管７１Ａ〜７４Ｃのリアクタンスを０（ゼロ）から＋／−の十分大きい値まで変化させることにより、整合器１７の整合域をスミスチャート全域とすることができる。分岐導波管７１Ａ〜７１Ｃ等の間隔を管内波長λg1の略１／８としても、同様に整合域をスミスチャート全域とすることができる。これにより負荷からの反射波が大きい場合でも、全位相でインピーダンス整合が可能となる。
【００３８】
また、分岐導波管７１Ａ〜７４Ｃは、スタブ１０７１Ａ〜１０７４Ｃのような円筒導波管１４内に突出する構成を有しないので、ＸＺ面上に配設されたものとＹＺ面上に配設されたものとの間で互いに干渉しリアクタンスが影響を受けることはない。したがって、分岐導波管７１Ａ〜７４Ｃのリアクタンスがその一端から他端までの長さに応じてほぼ正接関数的に変化するので、負荷からの反射波が大きくても、所望のリアクタンスを容易に実現することができる。このためインピーダンス整合の正確な制御を容易に行うことができる。
また、分岐導波管７１Ａ〜７４Ｃは、スタブ１０７１Ａ〜１０７４Ｃのような円筒導波管１４内に突出する構成を有しないので、負荷からの反射波が大きくても、互いに対向する分岐導波管７１Ａ〜７１Ｃと分岐導波管７２Ａ〜７２Ｃとの間、または分岐導波管７３Ａ〜７３Ｃと分岐導波管７４Ａ〜７４Ｃとの間で放電が起きることはない。
【００３９】
なお、分岐導波管７１Ａ〜７１Ｃのみ、またはＸＺ面上で互いに対向する分岐導波管７１Ａ〜７１Ｃと分岐導波管７２Ａ〜７２Ｃのみ、またはＸＺ面上の分岐導波管７１Ａ〜７１ＣとＹＺ面上の分岐導波管７３Ａ〜７３Ｃのみでも、整合域をスミスチャート全域とし、全位相でインピーダンス整合をとることは可能である。しかしＸＺ面上に分岐導波管７１Ａ〜７１Ｃ，７２Ａ〜７２Ｃを配設し、ＹＺ面上の分岐導波管７３Ａ〜７３Ｃ，７４Ａ〜７４Ｃを配設し軸対称性をもたせることにより、円筒導波管１４を伝搬する円偏波の軸比をより１に近づけることができる。
【００４０】
また、円筒導波管１４の軸（Ｚ）方向に配設される分岐導波管を３本以上としても、その間隔を管内波長λg1の略１／４または略１／８とすることにより、全位相でインピーダンス整合をとることができる。
また、軸（Ｚ）方向に配設される分岐導波管の間隔が等しくなくても、全位相でのインピーダンス整合は可能である。例えば分岐導波管７１Ａと７１Ｂとの間隔を管内波長λg1の略１／４とし、分岐導波管７１Ｂと７１Ｃとの間隔を管内波長λg1の略１／８としてもよい。
一方、軸（Ｚ）方向に配設される分岐導波管を２本とすると、または円筒導波管１４の軸（Ｚ）方向に配設される分岐導波管の間隔を管内波長λg1のＮ／２，１／４，１／８を除く値とすると整合域は狭くなるが、条件によっては利用可能である。
【００４１】
次に、図１および図２に示したプラズマ処理装置の動作について説明する。
高周波電源１１を駆動しマイクロ波を発生させる。このマイクロ波を矩形導波管１２でＴＥ10モードで導波し、矩形円筒変換器でＴＥ11モードに変換し、円筒導波管１４に設けられた円偏波変換器１６により円偏波とし、ラジアル導波路５１に導入し、ラジアル導波路５１の下面となる導体板５３に複数形成されたスロット５６から処理容器１内に供給する。処理容器１内ではマイクロ波の電磁界により、ノズル６から導入されたプラズマガスが電離、場合によっては解離してプラズマが生成され、基板４に対する処理が行われる。
【００４２】
その一方、円筒導波管１４の複数設けられた検波器１８で、ＸＺ面およびＹＺ面に沿ってそれぞれ円筒導波管１４内のマイクロ波電力の一部を取り出し、２乗検波し、その結果を制御装置２０に出力する。制御装置２０では、各検波器１８の出力信号から|Γ|cosθ および|Γ|sinθ を得る。ここに|Γ|は負荷の反射係数の絶対値、θは負荷の反射係数の位相角である。そして、得られた|Γ|cosθ および|Γ|sinθ から負荷側のインピーダンスを計算し、供給側と負荷側とのインピーダンス整合条件を求め、整合器１７を構成する分岐導波管７１Ａ〜７４Ｃのショート板７５の移動量を決定する。例えば、制御装置２０に予め反射係数値（例えば電圧定在波比ＶＳＷＲ１．１であれば|Γ0| ＝０．０４８）の電圧を設定し、検出した|Γ|の電圧が予め設定した|Γ0| の電圧以下になるようにショート板７５の移動量を決定する。この移動量は分岐導波管７１Ａ〜７４Ｃのすべてに対し同一である。そして、駆動装置１９を制御してショート板７５を移動させ、インピーダンス整合をとる。
【００４３】
ここでは、すべての検波器１８の出力に基づき、すべての分岐導波管７１Ａ〜７４Ｃのリアクタンスを一律に調整する例を示したが、ＸＺ面上の検波器１８の出力に基づきＸＺ面上の分岐導波管７１Ａ〜７１Ｃ，７２Ａ〜７２Ｃのリアクタンスを調整し、ＹＺ面上の検波器１８の出力に基づきＹＺ面上の分岐導波管７３Ａ〜７３Ｃ，７４Ａ〜７４Ｃのリアクタンスを調整するようにしてもよい。後者の場合、ショート板７５の移動量は、ＸＺ面上の分岐導波管７１Ａ〜７１Ｃ，７２Ａ〜７２ＣとＹＺ面上の分岐導波管７３Ａ〜７３Ｃ，７４Ａ〜７４Ｃとの間で異なることがある。
なお、複数の検波器を所定間隔で配置し、各検波器の出力信号を処理しインピーダンス整合条件を求める方法の例として四探針法が、例えば『小口文一、太田正光著「マイクロ波・ミリ波測定」コロナ社、ｐ８４〜８５』に記載されている。
【００４４】
したがって、処理容器１内またはラジアル導波路５１内で反射した反射波が円筒導波管１４に進入しても、整合器１７でラジアル導波路５１側に反射し、ラジアル導波路５１からの反射波を整合器１７からの反射波で打ち消すことができる。これにより円筒導波管１４を伝搬する反射波を低減し、反射波の影響で円偏波の軸比が大きくなることを抑制できる。よってラジアル導波路５１内の電界強度分布を、時間平均で円筒導波管１４の軸（Ｚ）に対称な分布とすることができる。このためラジアル導波路５１の下面となる導体板５３に複数形成されたスロット５６から処理容器１内に時間平均で軸対称な分布の電磁界を供給し、均一性のよいプラズマを生成することができる。
【００４５】
次に、図９を参照して、整合器１７の実験結果について説明する。
この実験では、高周波電源１１から出力されたマイクロ波を円偏波に変換し円筒導波管１４を介してＲＬＳＡ１５に供給したときの円筒導波管の軸（Ｚ）に垂直な面（ＸＹ面）内における電圧分布を、整合器１７を用いた場合と用いなかった場合とについて調べた。具体的には、円筒導波管１４の内径をφ９０［ｍｍ］とし、分岐導波管７１Ａ〜７４Ｃとして内径８０［ｍｍ］×２７［ｍｍ］の矩形導波管を用い、その間隔（円筒導波管１４の軸（Ｚ）方向の間隔）を(λg1)／４とし、周波数が２．４５［ＧＨｚ］で電力値が１，２，３［ｋＷ］のマイクロ波を円偏波に変換し、ＶＳＷＲ３．０（非整合時）の負荷に供給した。
【００４６】
この結果、整合器１７を用いなかった場合の電圧分布は、図９（ａ）に示すように大きく歪んでいた。これは円筒導波管１４を伝搬する円偏波が歪み、軸比が大きくなっていることを意味する。その一方、整合器１７を用いた場合の電圧分布は、図９（ｂ）に示すように歪みが小さかった。これは円筒導波管１４を伝搬する円偏波の軸比が１に近いことを意味する。この実験結果から、整合器１７を用いることにより円偏波の軸比を１に近づけることができ、ひいては処理容器１内に時間平均で均一性のよいプラズマを生成できることが分かる。
【００４７】
（第２の実施の形態）
図１０（ａ）は、本発明の第２の実施の形態の整合器の構成を示す断面図であり、整合器が設けられている円筒導波管の軸（Ｚ）を含む断面構成を示している。また図１０（ｂ）は、図１０（ａ）におけるＸb−Ｘb′線方向の断面図であり、円筒導波管の軸（Ｚ）に垂直な面（ＸＹ面）上の断面構成を示している。図１０において、図２および図４と同一部分を同一符号をもって示し、適宜その説明を省略する。
図１０に示す整合器１１７は、円筒導波管１４の供給側と負荷側とのインピーダンスの整合をとるためのものであり、リアクタンス素子として複数のスタブ１７１Ａ〜１７１Ｃ，１７２Ａ〜１７２Ｃ，１７３Ａ〜１７３Ｃ，１７４Ａ〜１７４Ｃ（スタブ１７４Ｂ，１７４Ｃは不図示）が用いられている。これらのスタブ１７１Ａ〜１７４Ｃは断面が円形で先端が略球面状に丸められた棒体であり、銅またはアルミニウムなどの金属で形成されている。
【００４８】
スタブ１７１Ａ〜１７４Ｃは次のように配設されている。すなわち、３本のスタブ（第１のスタブ）１７１Ａ〜１７１Ｃが円筒導波管１４の軸（Ｚ）方向に等間隔に配設され、これら３本のスタブ１７１Ａ〜１７１Ｃにそれぞれ対向して３本のスタブ（第３のスタブ）１７２Ａ〜１７２Ｃが配設され、円筒導波管１４の軸（Ｚ）からみて前記３本のスタブ１７１Ａ〜１７１Ｃの配設位置と９０°の角度をなす位置に３本のスタブ（第２のスタブ）１７３Ａ〜１７３Ｃが円筒導波管１４の軸（Ｚ）方向に等間隔に配設され、これら３本のスタブ１７３Ａ〜１７３Ｃにそれぞれ対向して３本のスタブ（第４のスタブ）１７４Ａ〜１７４Ｃ配設されている。座標系を用いていえば、ＸＺ面上の対向位置にスタブ１７１Ａ〜１７１Ｃおよびスタブ１７２Ａ〜１７２Ｃが、またＹＺ面上の対向位置にスタブ１７３Ａ〜１７３Ｃおよびスタブ１７４Ａ〜１７４Ｃが配設されている。
【００４９】
だだし、ＸＺ面上のスタブ１７１Ａ〜１７１Ｃ，１７２Ａ〜１７２ＣとＹＺ面上のスタブ１７３Ａ〜１７３Ｃ，１７４Ａ〜１７４Ｃとが、円筒導波管１４の軸（Ｚ）方向に交互に配設されている。すなわち上からスタブ１７１Ａ，１７２Ａ、スタブ１７３Ａ，１７４Ａ、スタブ１７１Ｂ，１７２Ｂ、スタブ１７３Ｂ，１７４Ｂ、スタブ１７１Ｃ，１７２Ｃ、スタブ１７３Ｃ，１７４Ｃの順に配設されている。
【００５０】
スタブ１７１Ａ〜１７４Ｃの先端は、円筒導波管１４の内壁面から半径方向に突出し、スタブ１７１Ａ〜１７４Ｃの先端が内壁面から突出する突出長は、駆動装置（不図示）により自在に変更できるように構成されている。したがってスタブ１７１Ａ〜１７４Ｃの突出長によって決まるリアクタンスを、０（ゼロ）から十分大きい値まで変化させることができる。
スタブ１７１Ａ〜１７１Ｃ，１７２Ａ〜１７２Ｃ，１７３Ａ〜１７３Ｃ，１７４Ａ〜１７４Ｃそれぞれの円筒導波管１４の軸（Ｚ）方向の間隔は、円筒導波管１４の管内波長λg1の略１／４とする。したがって、上述したようにスタブ１７１Ａ〜１７４Ｃのリアクタンスを０（ゼロ）から十分大きい値まで変化させることにより、整合器１１７の整合域をスミスチャート全位相でかなりな範囲とすることができる。スタブ１７１Ａ〜１７１Ｃ等の間隔を管内波長λg1の略１／８としても、同様に整合域をスミスチャート広域とすることができる。これにより負荷からの反射電力が大きい場合でも、全位相でインピーダンス整合が可能となる。
【００５１】
なお、第１の実施の形態と同様に、円筒導波管１４内の電圧を検出する検波器と、この検波器の出力信号を基に駆動装置を制御しスタブ１７１Ａ〜１７４Ｃの突出長を変更する制御装置とを更に設けてもよい。これによりインピーダンス整合の制御を自動化することができる。
【００５２】
この整合器１１７はスタブ１７１Ａ〜１７４Ｃから構成され、反射波が大きくリアクタンスを大きくする必要がある場合にはスタブ１７１Ａ〜１７４Ｃの突出長を大きくしなければならないが、ＸＺ面上のスタブ１７１Ａ〜１７１Ｃ，１７２Ａ〜１７２ＣとＹＺ面上のスタブ１７３Ａ〜１７３Ｃ，１７４Ａ〜１７４Ｃとが円筒導波管１４の軸（Ｚ）方向に交互に配設されているので、両者を同一面上に配設した場合と比較して、円筒導波管の軸（Ｚ）方向のスタブ間の距離が広くなる。したがって、ＸＺ面上のスタブ１７１Ａ〜１７１Ｃ，１７２Ａ〜１７２ＣおよびＹＺ面上のスタブ１７３Ａ〜１７３Ｃ，１７４Ａ〜１７４Ｃの突出長を大きくしたときに生じる相互干渉によるリアクタンスの変化を緩和することができる。このため所望のリアクタンスを従来より容易に実現することができる。よってインピーダンス整合の正確な制御を従来より容易に行うことができる。
【００５３】
なお、ＸＺ面上のスタブ１７１Ａ〜１７１ＣとＹＺ面上のスタブ１７３Ａ〜１７３Ｃのみでも、整合域をスミスチャート広域とし、全位相でインピーダンス整合をとることは可能である。しかしＸＺ面上にスタブ１７１Ａ〜１７１Ｃ，１７２Ａ〜１７２Ｃを配設し、ＹＺ面上のスタブ１７３Ａ〜１７３Ｃ，１７４Ａ〜１７４Ｃを配設し軸対称性をもたせることにより、円筒導波管１４を伝搬するＴＥ11モードの円偏波の軸比をより１に近づけることができる。
【００５４】
また、円筒導波管１４の軸（Ｚ）方向に配設されるスタブを３本以上としても、その間隔を管内波長λg1の略１／４または略１／８とすることにより、全位相でインピーダンス整合をとることができる。
また、軸（Ｚ）方向に配設されるスタブの間隔が等しくなくても、全位相でのインピーダンス整合は可能である。例えばスタブ１７１Ａと１７１Ｂとの間隔を管内波長λg1の略１／４とし、スタブ１７１Ｂと１７１Ｃとの間隔を管内波長λg1の略１／８としてもよい。
一方、軸（Ｚ）方向に配設されるスタブを２本とすると、または円筒導波管１４の軸（Ｚ）方向に配設されるスタブの間隔を管内波長λg1のＮ／２，１／４，１／８を除く値とすると整合域は狭くなるが、条件によっては利用可能である。
【００５５】
なお、図１０に示した整合器１１７を第１の実施の形態のようにプラズマ処理装置に適用することにより、均一性のよいプラズマを生成できることは言うまでもない。
【００５６】
（第３の実施の形態）
図１１は、本発明の第３の実施の形態の整合器の構成を示す断面図であり、整合器が設けられている円筒導波管の軸（Ｚ）を含む断面構成を示している。また図１２は、図１１におけるＸII−ＸII′線方向の断面図であり、円筒導波管の軸（Ｚ）に垂直な面（ＸＹ面）上の断面構成を示している。これらの図において、図２および図４と同一部分を同一符号をもって示し、適宜その説明を省略する。
図１１および図１２に示す整合器２１７は、図１０に示した整合器１１７と同様に、スタブ（第１のスタブ）２７１Ａ〜２７１Ｃと、スタブ（第３のスタブ）２７２Ａ〜２７２Ｃと、スタブ（第２のスタブ）２７３Ａ〜２７３Ｃと、スタブ（第４のスタブ）２７４Ａ〜２７４Ｃ（スタブ２７４Ｂ，２７４Ｃは図示せず）とから構成されている。
【００５７】
しかし図１０に示した整合器１１７とは、ＸＺ面上のスタブ２７１Ａ〜２７１Ｃ，２７２Ａ〜２７２Ｃ全部と、ＹＺ面上のスタブ２７３Ａ〜２７３Ｃ，２７４Ａ〜２７４Ｃ全部とが、円筒導波管１４の軸（Ｚ）方向で異なる領域に配設されている点で異なっている。すなわち図１１に示した整合器２１７では、前者と後者とがそれぞれ円筒導波管１４の上の領域と下の領域とに分かれて配設されている。このように配設しても、ＸＺ面上のスタブ２７１Ａ〜２７１Ｃ，２７２Ａ〜２７２ＣとＹＺ面上のスタブ２７３Ａ〜２７３Ｃ，２７４とを同一面上に配設した場合と比較して、円筒導波管の軸（Ｚ）方向のスタブ間の距離が広がるので、両者の相互干渉によるリアクタンスの変化を緩和することができる。このためインピーダンス整合の正確な制御を従来より容易に行うことができる。したがって、図１１に示した整合器２１７を第１の実施の形態のようにプラズマ処理装置に適用することにより、均一性のよいプラズマを生成することができる。
その他の部分は図１０に示した整合器１１７と同じである。
（第４の実施の形態）
図１３（ａ）は、本発明の第４の実施の形態の整合器の構成を示す断面図であり、整合器が設けられている円筒導波管の軸（Ｚ）を含む断面構成を示している。また図１３（ｂ）は、図１３（ａ）におけるＸIIIb−ＸIIIb′線方向の断面図であり、円筒導波管の軸（Ｚ）に垂直な面（ＸＹ面）上の断面構成を示している。図１３において、図２および図４と同一部分を同一符号をもって示し、適宜その説明を省略する。
この図１３に示す整合器３１７は、図１０に示した整合器１１７と同様に、スタブ（第１のスタブ）３７１Ａ〜３７１Ｃと、スタブ（第３のスタブ）３７２Ａ〜３７２Ｃと、スタブ（第２のスタブ）３７３Ａ〜３７３Ｃと、スタブ（第４のスタブ）３７４Ａ〜３７４Ｃ（スタブ３７４Ｂ，３７４Ｃは図示せず）とから構成されている。
【００５８】
しかし図１０に示した整合器１１７とは、スタブ３７１Ａ〜３７４Ｃが、１以上の比誘電率をもつ誘電体で形成されている点で異なっている。スタブ３７１Ａ〜３７４Ｃは、全体が誘電体で形成されていてもよいし、それぞれの先端部のみが誘電体で形成されていてもよい。このようにスタブ３７１Ａ〜３７４Ｃの少なくとも先端部を誘電体で形成すれば共振しないので、従来のようにＸＺ面上のスタブ３７１Ａ〜３７１Ｃ，３７２Ａ〜３７２ＣとＹＺ面上のスタブ３７３Ａ〜３７３Ｃ，３７４Ａ〜３７４Ｃとを同一面上に配設しても、両者の突出長を大きくしたときに生じる相互干渉によるリアクタンスの変化を緩和することができる。また各スタブ３７１Ａ〜３７４Ｃの先端間で生じる放電も緩和することができる。このため所望のリアクタンスを従来より容易に実現することができる。よってインピーダンス整合の正確な制御を従来より容易に行うことができる。
したがって、図１３に示した整合器３１７を第１の実施の形態のようにプラズマ処理装置に適用することにより、均一性のよいプラズマを生成することができる。
【００５９】
なおスタブ３７１Ａ〜３７４Ｃの少なくとも先端部は、ベリリア磁器、セラミック、アルミナなど誘電損失が小さい材料で形成することが望ましい。
また誘電体で形成したスタブを、図１０に示したようにＸＺ面上とＹＺ面上とに交互に配設してもよいし、図１１に示したようにＸＺ面上とＹＺ面上とでＺ方向の異なる領域に分けて配設してもよい。
その他の部分は図１０に示した整合器１１７と同じである。
【００６０】
以上ではマイクロ波を用いた形態を説明したが、本発明の整合器およびプラズマ処理装置はマイクロ波よりも低い周波数帯を含む高周波を用いた場合でも、同様の効果が得られる。
【００６１】
また、本発明は上述したマイクロ波（高周波）プラズマ処理装置だけでなく、電子サイクロトロン共鳴（electron-cyclotron-resonance：ＥＣＲ）プラズマ処理装置にも適用することができる。図１４は、本発明が適用されたＥＣＲプラズマ処理装置の一構成例を示す図である。図１４において、図１、図２および図６と同一部分を同一符号をもって示し、適宜その説明を省略する。
図１４に示すＥＣＲプラズマ処理装置は、プラズマが生成されるプラズマ室４０１Ａと、プラズマＣＶＤなどの処理が行われる反応室４０１Ｂとからなる容器４０１を有している。
プラズマ室４０１Ａの外周には、プラズマ室４０１Ａ内に磁束密度Ｂが８７．５ｍＴの磁場を形成する主電磁コイル４８１が設けられている。プラズマ室４０１Ａの上端には、誘電体板４０７を介して円筒導波管１４の一端が接続され、この円筒導波管１４から電子サイクロトロン振動数（プラズマ中の電子が磁力線を中心に回転運動するときの振動数）２．４５ＧＨｚと同じ振動数のマイクロ波ＭＷが供給される。
【００６２】
プラズマ室４０１Ａと連通する反応室４０１Ｂの内部には、被処理体であるＳｉ基板４を上面に載置する基板台４０３が収容されている。また、反応室４０１Ｂの底面の下には、補助電磁コイル４８２が設けられている。主電磁コイル４８１と補助電磁コイル４８２とからなる磁界発生器により、反応室４０１Ｂ内にミラー磁場ＭＭが形成される。
また、プラズマ室４０１Ａの上部には、例えばＮ2 などのプラズマガスを供給するノズル４０６Ａが設けられ、反応室４０１Ｂの上部には、例えばＳｉＨ4 などの反応性ガスを供給するノズル４０６Ｂが設けられている。さらに、反応室４０１Ｂの下部には、真空ポンプに連通する排気口４０５が設けられている。
【００６３】
このような構成において、プラズマ室４０１Ａ内に磁束密度Ｂが８７．５ｍＴの磁場を形成するとともに、振動数が２．４５ＧＨｚのマイクロ波ＭＷを導入すると、電子サイクロトロン共鳴が起こり、マイクロ波ＭＷのエネルギーが電子に効率よく移行し電子が加熱される。このようにしてマイクロ波ＭＷで加熱された電子により、プラズマ室４０１Ａ内のＮ2 の電離が続けられ、プラズマが生成される。
【００６４】
一方、円筒導波管１４の他端には高周波電源１１が接続されている。また、円筒導波管１４には、円偏波変換器１６と検波器１８と整合器１７とが設けられ、検波器１８に制御装置２０が接続され、この制御装置２０に整合器１７の駆動装置１９が接続されている。整合器１７を用いることにより、第１の実施の形態と同様に、インピーダンス整合の正確な制御を容易に行えるので、均一性のよいプラズマを容易に生成できるなどの効果が得られる。なお、整合器１７に代えて、図１０に示した整合器１１７、図１１および図１２に示した整合器２１７、図１３に示した整合器３１７を用いてもよい。
【００６５】
また本発明のプラズマ処理装置は、エッチング装置、ＣＶＤ装置、アッシング装置などに利用することができる。
また本発明の整合器の用途はプラズマ処理装置に限られず、例えば通信機や高周波過熱機に使用することもできる。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の整合器は、円筒導波管に接続された複数の分岐導波管から構成されたものである。分岐導波管のリアクタンスは、その一端から他端までの長さに基づく電気長に対しほぼ正接関数的に変化する。また分岐導波管は円筒導波管内に突出する構成を有しないので、相互干渉によるリアクタンスの変化は起きない。このため負荷からの反射波が大きくても、所望のリアクタンスを容易に実現することができる。よって円筒導波管の供給側と負荷側とのインピーダンス整合の正確な制御を容易に行うことができる。
【００６７】
また本発明の整合器は、円筒導波管の軸に対し９０°の角度をなす位置に配設された第１のスタブと第２のスタブとが、円筒導波管の軸方向に交互に配設されたものである。このように第１および第２のスタブを配設することにより、両者を同一面上に配設した場合と比較して上記軸方向のスタブ間の距離が広がるので、スタブの突出長を大きくしたときに生じる相互干渉によるリアクタンスの変化を緩和することができる。このため負荷からの反射波が大きくても、所望のリアクタンスを従来より容易に実現することができる。よって円筒導波管の供給側と負荷側とのインピーダンス整合の正確な制御を従来より容易に行うことができる。
【００６８】
また本発明の整合器は、円筒導波管の軸に対し９０°の角度をなす位置に配設された第１のスタブの全部と第２のスタブの全部とが、円筒導波管の軸方向に異なる領域に配設されたものである。このように配設しても、上述した整合器と同様の効果が得られる。
また本発明の整合器は、スタブの少なくとも先端部が誘電体で形成されたものである。これにより相互干渉によるリアクタンスの変化は緩和され、またスタブ先端間またはスタブ先端と円筒導波管内面との間で生じる放電も緩和されるので、負荷からの反射波が大きくても、所望のリアクタンスを容易に実現することができる。よって円筒導波管の供給側と負荷側とのインピーダンス整合の正確な制御を容易に行うことができる。
【００６９】
また本発明のプラズマ処理装置は、スロットアンテナと高周波電源との間を接続する円筒導波管に、上述した整合器が設けられたものである。これにより円筒導波管のスロットアンテナ側から伝搬する反射波が大きくても、スロットアンテナ側と高周波電源側とのインピーダンス整合の正確な制御を容易に行なうことができるので、均一性のよいプラズマを容易に生成することができる。
また本発明のプラズマ処理装置は、マイクロ波を供給する円筒導波管に、上述した整合器を設けたものである。これにより円筒導波管の負荷側から伝搬する反射波が大きくても、負荷側と供給側とのインピーダンス整合の正確な制御を容易に行なうことができるので、均一性のよいプラズマを容易に生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態であるプラズマ処理装置の処理容器の構成を示す断面図である。
【図２】  本発明の第１の実施の形態であるプラズマ処理装置の電磁界供給装置の機構的な構成を示す図である。
【図３】  電磁界供給装置が有する整合器および検波器を説明するための図である。
【図４】  図２におけるIV−IV′線方向の断面図である。
【図５】  図２におけるＶ−Ｖ′線方向の断面図である。
【図６】  電磁界供給装置の制御系の構成を示すブロック図である。
【図７】  整合器の分岐導波管の断面形状を示す図である。
【図８】  分岐導波管のショート板の構成を示す斜視図である。
【図９】  整合器についての実験結果を示すグラフである。
【図１０】  本発明の第２の実施の形態である整合器の構成を示す断面図である。
【図１１】  本発明の第３の実施の形態である整合器の構成を示す断面図である。
【図１２】  図１１におけるＸII−ＸII′線方向の断面図である。
【図１３】  本発明の第４の実施の形態である整合器の構成を示す断面図である。
【図１４】  本発明が適用されたＥＣＲプラズマ処理装置の一構成例を示す図である。
【図１５】  従来の整合器を説明するための図である。
【図１６】  図１５におけるＸVI−ＸVI′線方向の断面図である。
【図１７】  従来の整合器におけるスタブの突出長とリアクタンスとの関係を示す概念図である。
【符号の説明】
１…処理容器、２…絶縁板、３，４０３…基板台、４…基板（被処理体）、５，４０５…排気口、６，４０６Ａ，４０６Ｂ…ガス導入用ノズル、７，４０７…誘電体板、８…シールド材、１１…高周波電源、１２…矩形導波管、１３…矩形円筒変換器、１４…円筒導波管、１５…ラジアルラインスロットアンテナ、１６…円偏波変換器、１７，１１７，２１７，３１７…整合器、１８…検波器（検出手段）、１８Ａ…プローブ、１９…駆動装置、２０…制御装置、５１…ラジアル導波路、５２，５３…円形導体板、５４…リング部材、５５…開口、５６…スロット、５７…バンプ、７１Ａ〜７１Ｃ，７２Ａ〜７２Ｃ，７３Ａ〜７３Ｃ，７４Ａ…分岐導波管、７５…ショート板、７５Ａ…折曲部分、７６…棒、１７１Ａ〜１７１Ｃ，１７２Ａ〜１７２Ｃ，１７３Ａ〜１７３Ｃ，１７４Ａ，２７１Ａ〜２７１Ｃ，２７２Ａ〜２７２Ｃ，２７３Ａ〜２７３Ｃ，２７４Ａ，３７１Ａ〜３７１Ｃ，３７２Ａ〜３７２Ｃ，３７３Ａ〜３７３Ｃ，３７４Ａ…スタブ、４０１…容器、４０１Ａ…プラズマ室、４０１Ｂ…反応室、４８１，４８２…電磁コイル。
【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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