(57)【要約】【課題】伝送路および結合部の構造を大きく変えることなく伝送路から伝送路外部に漏洩する電磁界の量を変更することが可能であり、かつ、これによる反射および伝送方向に関する波長の変化がない伝送路を提供する。【解決手段】伝送路は、電力を伝送するための導波管１１であって、上記電力の一部を外部に取り出すために途中に設けられた結合部としての開口１３と、上記結合部近傍に配置された素子群とを備える。この素子群は、サセプタンスを変更可能な誘導性素子としての導電性の板１９と、サセプタンスを変更可能な容量性素子としての導電性の棒２３とを含む。この素子群全体においてはサセプタンスが互いに打ち消し合うように設定されている。【選択図】        図１
2005033423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を伝送するための伝送路であって、
前記電力の一部を外部に取り出すために途中に設けられた結合部と、
前記結合部近傍に配置された素子群とを備え、
前記素子群は、サセプタンスを変更可能な誘導性素子と、サセプタンスを変更可能な容量性素子とを含み、前記素子群全体においてはサセプタンスが互いに打ち消し合うように設定されている、伝送路。
【請求項２】
電力を伝送するための伝送路であって、
前記電力の一部を外部に取り出すために途中に設けられた結合部と、
前記結合部近傍に配置された素子群とを備え、
前記素子群は、サセプタンスを変更可能な誘導性素子と、サセプタンスを変更可能な容量性素子とを含み、前記素子群全体のサセプタンスの合計と、前記結合部を介して結合する外部との結合によるサセプタンスとが互いに打ち消し合うように設定されている、伝送路。
【請求項３】
前記電力を伝送する部分が、断面形状が略長方形となっている導波管である、請求項１または２に記載の伝送路。
【請求項４】
前記結合部は、前記導波管の壁面に設けられた開口である、請求項３に記載の伝送路。
【請求項５】
前記結合部は、壁面を貫通して前記導波管の内部に挿入された結合棒である、請求項３に記載の伝送路。
【請求項６】
前記誘導性素子は、法線が前記導波管の管軸方向に向くように前記導波管の内部に前記導波管の幅が広い方の壁面から挿入された導電性の板である、請求項３に記載の伝送路。
【請求項７】
前記誘導性素子は、前記導波管の幅が広い方の壁面を垂直に貫通して、前記導波管の内部に使用周波数における波長の１／４以上の長さだけ挿入された導電性の棒である、請求項３に記載の伝送路。
【請求項８】
前記容量性素子は、法線が前記導波管の管軸方向に向くように前記導波管の内部に前記導波管の幅が狭い方の壁面から挿入された導電性の板である、請求項３に記載の伝送路。
【請求項９】
前記容量性素子は、前記導波管の幅が広い方の壁面を垂直に貫通して、前記導波管の内部に使用周波数における波長の１／４未満の長さだけ挿入された導電性の棒である、請求項３に記載の伝送路。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載の伝送路を備え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、マイクロ波、ミリ波などの高い周波数の電磁波を伝搬するための伝送路に関する。特に、伝搬経路途中に外部との結合部を有する伝送路における、伝送路外部との結合量の制御に関する。さらに、このような伝送路を用いたプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ波、ミリ波などといった比較的高い周波数の電磁波を伝搬するための手段として、外部との結合部を有する伝送路は広い範囲で利用されている。たとえば、伝送路の一種である導波管では、導波管に開口を設け、導波管スロットアンテナとしたり、導波管に設けた開口に他の導波管または共振器などを結合して回路を構成したりする場合がある。伝送路の一種であるマイクロストリップ線路においても、グランド板に開口を設け、この開口に他のマイクロストリップ線路または共振器などを結合して回路を構成する場合がある。
【０００３】
これらの構造において、結合量を変更することは、アンテナまたは回路の特性を制御する上で非常に重要である。しかも、場合によっては構造を大きく変えることなく結合量を変更する必要に迫られる場合がある。これを実現するための方法として、結合部自体の形状を変えることによる方法、結合部の電磁界分布を変えることによる方法などがある。次に、その例を示す。
【０００４】
まず第一に、結合部自体の形状を変える例として、特開２０００−１５０１９５号公報（特許文献１）に開示された技術がある。特許文献１に開示された装置では、導波管の一側面に開口が設けられている。このプラズマ処理装置は、この開口からチャンバ内に向けて放射するマイクロ波によってチャンバ内にプラズマを発生させるためのものである。一般に、プラズマ処理装置では、処理ガスの種類およびチャンバ内の圧力などの条件によりプラズマの密度分布が変化するため、たとえそのような条件の変化があってもプラズマの密度分布を所望の状態に保つためには、マイクロ波の放射量を制御する必要がある。
【０００５】
特許文献１のプラズマ処理装置では、開口にシャッタを設け、マイクロ波の放射量を制御している。図１２は特許文献１に記載のプラズマ処理装置の開口近傍を平面的に見た模式図である。導波管１１の内部には定在波が立っている。導波管１１の断面形状は略長方形であるので、導波管１１は、広い方の側壁面と狭い方の側壁面とを有する。導波管１１の広い方の側壁面には、導波管１１の管軸と垂直な方向を長手方向とする長方形の開口１３が管軸に沿って複数設けられている。開口１３からの放射効率を高めるために、開口１３の管軸方向に関する位置は、定在波の磁界が強い部分となっている。開口１３上には開口面積を変更するためのシャッタ１０１が設けられている。シャッタ１０１には複数の歯が設けられたラック１０３が付いており、歯車１０５を回転させることによりラック１０３およびシャッタ１０１が、開口１３の開口面積を変更する方向に動く。このプラズマ処理装置では、それぞれの開口１３において個別に開口面積を変えることで、それぞれの開口１３からのマイクロ波の放射量を制御し、マイクロ波の放電によって生じるプラズマの密度分布を制御している。
【０００６】
第二に、結合部の電磁界分布を変える例として、特開２００２−５０９０８号公報（特許文献２）がある。特許文献２に開示された装置は、主導波管の途中の壁面に開口を設け、副導波管または導波管共振器と結合させたもので、開口を１つまたは複数設けることで、フィルタ、位相器などといった導波管マイクロ波回路として用いられる。これら導波管マイクロ波回路では、製作誤差の調整や特性の変更などのために結合量を調整する必要がある。特許文献２の装置では結合量調整ねじにより結合量を調整する。図１３に特許文献２の装置の斜視図を示す。主導波管２０１の断面形状は略長方形である。主導波管２０１の広い方の側壁面（図中上側の面）には、主導波管２０１の管軸方向と平行な方向を長手方向とする長方形の開口１３が設けられている。主導波管２０１は、開口１３により副導波管２０３と電磁気的に結合している。主導波管２０１の狭い方の側壁面には結合量調整ねじ２０５が側壁面を貫通して途中まで挿入された状態となっている。結合量調整ねじ２０５の主導波管２０１内部に入り込んでいる部分の長さを、以下「挿入長」というものとする。開口１３における結合量は、開口１３を投影したときに陰となる領域内の開口長手方向の磁界の強さに比例するが、結合量調整ねじ２０５の挿入長を変えれば、この磁界の強さを変えることができる。したがって、この装置では、結合量調整ねじ２０５の挿入長を変えることによって、結合量を調整している。
【０００７】
ほかに、関連する分野の技術として、特開平３−１７４８０２号公報（特許文献３）に開示されたものもある。特許文献３では、マイクロ波回路に用いられるスタブを備える自動整合装置をプラズマ処理装置に採用した場合の問題点を解決するためのチューニング方法が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−１５０１９５号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開２００２−５０９０８号公報
【００１０】
【特許文献３】
特開平３−１７４８０２号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、結合部自体の形状または電磁界分布を変更することは、結合量だけでなく、結合部での電磁波の反射および伝送路内での伝送方向に関する波長の変化も引き起こしてしまう。反射が生じれば、投入した電力を有効に消費することができなくなる。また、伝送路内での波長の変化は、結合部が複数あるときに、結合部を通過する度に位相が変わってしまうなどといった問題をもたらす。
【００１２】
そこで、本発明は、これらの問題を解消することを目的とする。すなわち、伝送路および結合部の構造を大きく変えることなく伝送路から伝送路外部に漏洩する電磁界の量を変更することが可能であり、かつ、これによる反射および伝送方向に関する波長の変化がない伝送路を提供することを目的とする。また、この伝送路を用いたプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に基づく伝送路の一つの局面では、電力を伝送するための伝送路であって、上記電力の一部を外部に取り出すために途中に設けられた結合部と、上記結合部近傍に配置された素子群とを備え、上記素子群は、サセプタンスを変更可能な誘導性素子と、サセプタンスを変更可能な容量性素子とを含み、上記素子群全体においてはサセプタンスが互いに打ち消し合うように設定されている。この構成を採用することにより、各素子群においては、サセプタンスが互いに打ち消し合うので、各素子における反射や波長変化を起こさせずに電磁界強度を変えることができる。
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明に基づく伝送路の他の局面では、電力を伝送するための伝送路であって、上記電力の一部を外部に取り出すために途中に設けられた結合部と、上記結合部近傍に配置された素子群とを備え、上記素子群は、サセプタンスを変更可能な誘導性素子と、サセプタンスを変更可能な容量性素子とを含み、上記素子群全体のサセプタンスの合計と、上記結合部を介して結合する外部との結合によるサセプタンスとが互いに打ち消し合うように設定されている。この構成を採用することにより、結合部の位置では、結合部によるコンダクタンスのみが挿入された状態となり、反射および波長変化をより確実に抑えた状態となるので、結合部からの電磁界の漏洩量の制御が可能となる。
【００１５】
上記発明において好ましくは、上記電力を伝送する部分が、断面形状が略長方形となっている導波管である。この構成を採用することにより、電磁界を導波管内部に閉じ込めた状態で伝送することができる。
【００１６】
上記発明において好ましくは、上記結合部は、上記導波管の壁面に設けられた開口である。この構成を採用することにより、簡単な構造で結合部を実現することができる。
【００１７】
上記発明において好ましくは、上記結合部は、壁面を貫通して上記導波管の内部に挿入された結合棒である。この構成を採用することにより、簡単な構造で結合部を実現することができる。
【００１８】
上記発明において好ましくは、上記誘導性素子は、法線が上記導波管の管軸方向に向くように上記導波管の内部に上記導波管の幅が広い方の壁面から挿入された導電性の板である。この構成を採用することにより、簡単な構造で誘導性素子を実現することができ、また挿入長を変えることで所望の程度の誘導性素子になるように容易に調整することができる。
【００１９】
上記発明において好ましくは、上記誘導性素子は、上記導波管の幅が広い方の壁面を垂直に貫通して、上記導波管の内部に使用周波数における波長の１／４以上の長さだけ挿入された導電性の棒である。この構成を採用することにより、容易かつ確実に誘導性素子を実現することができる。
【００２０】
上記発明において好ましくは、上記容量性素子は、法線が上記導波管の管軸方向に向くように上記導波管の内部に上記導波管の幅が狭い方の壁面から挿入された導電性の板である。この構成を採用することにより、簡単な構造で容量性素子を実現することができ、また挿入長を変えることで所望の程度の容量性素子になるように容易に調整することができる。
【００２１】
上記発明において好ましくは、上記容量性素子は、上記導波管の幅が広い方の壁面を垂直に貫通して上記導波管の内部に、使用周波数における波長の１／４未満の長さだけ挿入された導電性の棒である。この構成を採用することにより、容易かつ確実に容量性素子を実現することができる。
【００２２】
上記目的を達成するため、本発明に基づくプラズマ処理装置は、上述のいずれかに記載の伝送路を備える。この構成を採用することにより、真空容器内に漏洩させる電磁界の強度を変更することができるので、プラズマの密度分布の制御が可能となり、より均一なプラズマ処理を行なうことができるようになる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
（構成）
図１を参照して、本発明に基づく実施の形態１における伝送路について説明する。この伝送路は導波管１１である。以下、「伝送路外部」とは、伝送路の電磁波の伝送に無関係な領域をいうものとする。
【００２４】
伝送路が導波管である場合、伝送路外部に該当するのは、導波管の外部である。導波管１１は断面形状が長方形であり、導波管１１の側壁は、１対の狭壁面と１対の広壁面とからなる。導波管１１の側壁面のうちの一つである狭壁面１５（図中下側の面）には、伝送路外部との結合部として長方形の開口１３が設けられている。開口１３は、導波管１１の管軸に沿って並ぶように複数設けられており、開口１３の長手方向は管軸方向に平行になっている。開口１３の外側は、たとえば、自由空間または図示しない伝送路または図示しない共振器などである。導波管１１の一方の端から入射した電磁波は開口１３から導波管１１外部に漏曳する。
【００２５】
導波管１１の側壁のうち開口１３に対向する側の側壁として狭壁面１７（図中上側の面）がある。狭壁面１７には、誘導性素子として導電性の板１９が挿入されている。板１９は、狭壁面１７と垂直になるように挿入されている。このように狭壁面に挿入された板１９が誘導性素子として働くということは、導波管における誘導性窓として一般的に既知であり、この状態を導波管に対して並列に挿入されたサセプタンスで表わせることも既知である。狭壁面１７に対する板１９の挿入位置は、狭壁面１７に垂直な方向から見たときに開口１３の長手方向の中心位置に重なる位置である。板１９の面の法線は導波管１１の管軸方向に平行となっている。板１９の挿入長ＳＬは可変である。板１９が挿入されたことによって残る部分の長さＷＤは、使用周波数がカットオフ周波数以下にならない程度に十分に長い。板１９が狭壁面１７を貫通する箇所では、板１９まわりに隙間がないか、あるいはあったとしても電磁波が漏洩しない程度に隙間が小さくなっている。さらに、板１９が導波管１１の内部に入り込んだ部分では、板１９と導波管１１の広壁面との間には隙間はないか、あるいはあったとしても電磁波が漏曳しない程度に隙間が小さくなっている。
【００２６】
導波管１１の側壁のうちの一つである広壁面２１には、容量性素子として導電性の棒２３が挿入されている。棒２３は、広壁面２１と垂直になるように挿入されている。挿入長ＳＣは可変である。棒２３が容量性素子になるように、挿入長ＳＣは、使用周波数における波長の１／４未満となっている。このように広壁面に挿入された棒２３が容量的に働くことは導波管に挿入するポストとして一般的に既知であり、この状態を導波管に対して並列に挿入されたサセプタンスで表わせることも既知である。導波管１１の管軸方向に関する棒２３の挿入位置は、導電性の板１９と同じである。棒２３が広壁面２１を貫通している箇所での棒２３まわりの隙間はないか、あるいは電磁波が漏曳しない程度に小さくなっている。広壁面２１の幅方向（ＳＬと平行な方向）に関する棒２３の挿入位置は、導波管１１内の導波管断面短辺方向の電界に作用する位置である限り任意である。
【００２７】
本実施の形態では、板１９と棒２３とによって素子群が構成されている。素子群は結合部としての開口１３の近傍にある。誘導性素子としての板１９と容量性素子としての棒２３とでサセプタンスが互いに打ち消されるように、板１９および棒２３の挿入長が設定されている。ここでは、素子群の構成要素が、誘導性素子としての１枚の板１９と容量性素子としての１本の棒２３のみであるが、１つの素子群の中で誘導性素子および容量性素子はそれぞれ１つに限らず、２つ以上含んでいてもよい。
【００２８】
（作用・効果）
次に、導電性の板１９および導電性の棒２３の働きについて説明する。板１９は導波管１１を伝送線路と想定したときにこの伝送線路に対して並列に挿入されたコイルと同様に働く。このように働くものを本明細書では「誘導性素子」というものとする。誘導性素子によっては、磁界が強められる。一方、棒２３は導波管１１を伝送線路と想定したときにこの伝送線路に対して並列に挿入されたコンデンサと同様に働く。このように働くものを本明細書では「容量性素子」というものとする。容量性素子によっては、電界が強められる。
【００２９】
一般に、伝送路において、何らかの素子が挿入された位置では電磁波の反射が起こる。さらに、挿入位置において電磁波の管内波長が変化する。管内波長は、その挿入された素子が誘導性であるときには長くなり、挿入された素子が容量性であるときには短くなる。反射が起これば、投入した電力の一部が電力供給側に戻ってしまい、負荷において有効に消費されないという問題が生じる。
【００３０】
管内波長の変化がもたらす問題として、以下の３つが挙げられる。
まず、第一に、導波管１１内部の電磁波が定在波である状態で開口１３における外部との結合効率を良くするためには、導波管１１の狭壁面１５のうち磁界が最も強い位置に開口１３を設けることが望ましい。しかし、管内波長が変化すると、磁界が最も強い位置も変化してしまう。そうなると、変化前の磁界の状態を前提に設置位置を決めた開口１３では、結合が弱くなってしまうという問題がある。
【００３１】
第二に、導波管１１の中のある部分で管内波長が変化すると、同一の導波管１１の他の開口１３の定在波に対する相対的位置が変化し、制御が複雑になるという問題がある。
【００３２】
第三に、導波管１１内部の電磁波が進行波または定在波であるとき、管内波長の変化によって開口１３間の位相が変化してしまうという問題が挙げられる。
【００３３】
しかし、導波管１１に対して、誘導性素子と容量性素子が、互いのサセプタンスを打ち消すように、つまり、互いに反共振になるように挿入されると、両素子の挿入長の変化に伴うサセプタンスの変化がなくなり、両素子が未挿入の状態と等しくなる。両素子の挿入による反射も管内波長の変化もなくなる。このことは、一般に帯域通過型のフィルタとして知られている。
また、両素子の挿入位置では、誘導性素子により磁界が強められ、容量性素子により電界が強められる。したがって、両素子の挿入位置に、電界または磁界または電界および磁界による結合部があれば、結合部から導波管１１外部に漏洩する電磁界は、強められた電界および磁界により増加する。開口１３における外部との結合は、主に導波管１１の狭壁面１５に沿った管軸方向の磁界によって実現されているため、主に磁界の増加により導波管１１の外部すなわち伝送路外部への漏洩が増加する。また、電力でいえば、両素子の挿入位置では、電界と磁界による蓄積電力が増加するため、結合部から導波管外部に漏洩する電力も増加する。なお、ここでいう「蓄積電力」とは、容量性素子近傍に蓄積される電界によるエネルギーと誘導性素子近傍に蓄積される磁界によるエネルギーの合計のことをいうものとする。容量性素子近傍に蓄積される電界によるエネルギーとは、電気回路でいうところのコンデンサに蓄積されるエネルギーと同じである。誘導性素子近傍に蓄積される磁界によるエネルギーとは、電気回路でいうところのコイルに蓄積されるエネルギーと同じである。
誘導性素子および容量性素子を挿入し、なおかつ、両者が互いのサセプタンスを打ち消し合うような関係を維持しつつ、両者挿入長を変えることにより、挿入位置での反射と管内波長の変化を起こさせずに電磁界強度を変えることができる。こうして、結合部から導波管外部への電磁界の漏曳量の制御が可能となる。
【００３４】
なお、反射の程度および管内波長の変化の程度が十分小さければ、誘導性素子と容量性素子とは互いのサセプタンスが完全に打ち消し合う関係になくともよい。
【００３５】
漏洩量を変化させる必要がない場合には、誘導性素子および容量性素子によるサセプタンスは固定されてもよい。
【００３６】
誘導性素子、容量性素子および結合部の３つの相対的な位置関係は、管軸方向に関して同じ位置としたが、仮に電磁気的にこれら３つを同じ位置とみなせる程度のずれであれば、管軸方向に関して多少ずれていてもよい。
【００３７】
本実施の形態では、誘導性素子に該当するのは導波管１１の狭壁面１７に挿入された導電性の板１９であり、容量性素子に該当するのは導波管１１の広壁面２１に挿入された導電性の棒２３であったが、挿入される素子はそのサセプタンスが互いに打ち消し合うものであればどのようなものでもよく、両素子が合わさって１つになっていてもよい。また、導波管および開口の形状、ならびに、導波管上の開口の位置は、一般的に知られているものであればどのようなものでもよい。
【００３８】
（実施の形態２）
（構成）
引き続き、図１を参照して、本発明に基づく実施の形態２における伝送路について説明する。この伝送路は導波管１１である。本実施の形態は、実施の形態１に比べて各素子の挿入長の決定方針が実施の形態１と異なるものの、導波管自体の基本的な構造は実施の形態１と同じであるため、図１を参照して説明する。
【００３９】
本実施の形態が実施の形態１と異なるのは、誘導性素子である導電性の板１９および容量性素子である導電性の棒２３によるサセプタンスの値である。
【００４０】
実施の形態１では、誘導性素子としての導電性の板１９および容量性素子としての導電性の棒２３の挿入のみによる反射と管内波長の変化に着目し、これらを引き起こさないようにという考え方のもとで、互いにサセプタンスを打ち消し合うように両者の挿入量が決定された。
【００４１】
一般に、実際の伝送路では、伝送路に結合部が設けられると、そのアドミタンスにより結合部自体によって反射および管内波長の変化が起こる。そこで、本実施の形態では、素子群に含まれる両素子によるサセプタンスの合計が結合部によるサセプタンスを打ち消すように両素子の挿入長が決定される。さらに、両素子の挿入長を変更する際には、結合部も含めた全体でサセプタンスが互いに打ち消される状態を維持しつつ、変更する。
【００４２】
本実施の形態では、板１９と棒２３とによって素子群が構成されている。素子群は結合部としての開口１３の近傍にある。ここでは、素子群の構成要素が、誘導性素子としての１枚の板１９と容量性素子としての１本の棒２３のみであるが、１つの素子群の中で誘導性素子および容量性素子はそれぞれ１つに限らず、２つ以上含んでいてもよい。
【００４３】
（作用・効果）
本実施の形態では、両素子の挿入長が上述のような方針で決定されるので、結合部の位置では、結合部によるコンダクタンスのみが挿入された状態となる。このようにすることで、結合部すなわち開口１３による反射および管内波長の変化が、結合部のサセプタンスが存在するときよりも抑えられた状態となる。こうして、結合部からの電磁界の漏洩量の制御が可能となる。
【００４４】
なお、反射および管内波長の変化が十分小さいならば、結合部も含めた全体でのサセプタンスは完全に打ち消し合っていなくともよい。
【００４５】
（実施の形態３）
（構成）
図２を参照して、本発明に基づく実施の形態３における伝送路について説明する。本実施の形態における伝送路は、実施の形態１，２のものに比べて、外部との結合部の構造が異なる。他の部分の構成は、実施の形態１，２と同様である。
【００４６】
この導波管１１では外部との結合は導電性の結合棒４１による。結合棒４１は、導電性の棒２３が挿入された導波管１１の広壁面２１（図中手前側の面）と対向する位置にあるもうひとつの広壁面４３（図中奥側の面）に、挿入されている。結合棒４１は、広壁面４３に対して垂直に挿入されている。結合棒４１の管軸方向に関する挿入位置は、導電性の板１９および導電性の棒２３が挿入されている位置と同じである。管軸方向に関しては、これら３つは電磁気的に同じとみなせる位置にある。結合棒４１の広壁面４３の幅方向に関する挿入位置は、導波管１１内の導波管断面の短辺方向の電界と結合する位置である限り任意である。結合棒４１は、導波管１１とは絶縁されている。結合棒４１のうち導波管１１の外側にある部分は、たとえば、図示しないが、アンテナ素子、伝送路または共振器などである。
【００４７】
（作用・効果）
結合棒４１による導波管１１外部との結合は、主に導波管断面形状の短辺方向の電界によるため、この電界を強めることで導波管１１外部への漏洩量を増加させることができる。そこで、主に容量性素子である導電性の棒２３の挿入長を変えることによって電界の強さを変化させ、その結果として、外部への漏洩量を制御することができる。
【００４８】
（実施の形態４）
（構成）
図３を参照して、本発明に基づく実施の形態４における伝送路について説明する。本実施の形態における伝送路では、外部との結合部が、実施の形態１〜３のいずれとも異なる構造となっている。他の部分の構成は、実施の形態１，２と同様である。
【００４９】
この導波管１１では、狭壁面１７（図中上側の面）に導電性の板１９が垂直に挿入されている。この狭壁面１７に対向する反対側（図中下側）は、側壁がなく、開放部５１となっている。導波管１１の外部との結合はこの開放部５１によって行なわれている。
【００５０】
（作用・効果）
開放部５１では、外部との結合状態には、導波管１１内の電磁界分布が直接影響する。実施の形態１，２で述べたように、誘導性素子である導電性の板１９および容量性素子である導電性の棒２３が挿入されることで、導波管１１内、すなわち、開放部５１の電磁界の強度が変化する。したがって、板１９および棒２３の挿入量を調整することによって、制御可能となる。
【００５１】
（実施の形態５）
（構成）
図４を参照して、本発明に基づく実施の形態５における伝送路について説明する。本実施の形態における伝送路は、実施の形態３における伝送路に比べて、容量性素子の構造が異なる。他の部分の構成は、実施の形態３と同様である。
【００５２】
本実施の形態では、容量性素子として導波管１１の広壁面２１（図中手前側の面）に挿入された導電性の板６１が用いられる。板６１は広壁面２１に対して垂直に挿入されている。板６１の面の法線は導波管１１の管軸方向に平行となっている。板６１が広壁面２１を貫通する箇所での板６１まわりの隙間はないか、あるいは電磁波が漏曳しない程度に小さくなっている。導波管１１の内部に入り込んだ板６１と、導波管１１の狭壁面との間も隙間はないか、あるいは電磁波が漏曳しない程度の小さな隙間しかない。このように広壁面に挿入された板６１が容量性素子として働くということは、導波管における容量性窓として一般的に既知であり、この状態を導波管に対して並列に挿入されたサセプタンスで表わせることも既知である。
【００５３】
（作用・効果）
本実施の形態では、誘導性素子である導電性の板１９によって磁界が強められ、容量性素子である導電性の板６１によって電界が強められる。結合棒４１は主に強められた電界と結合する。導電性の板１９によって狭められた導波管１１内部の幅ＷＤは、使用周波数がカットオフ周波数以下にならない程度に十分に長い。誘導性素子である導電性の板１９、容量性素子である導電性の板６１および結合部である結合棒４１の３つの相対的な位置関係は、実施の形態１で述べたように管軸方向に関して同じ位置である。これら３つは、管軸方向に関しては、電磁気的に同じとみなせる位置にある。なお、図４の中では、板１９と板６１とが接しているように見えるが、実際には、板１９と板６１は接している必要はない。
【００５４】
（実施の形態６）
（構成）
図５を参照して、本発明に基づく実施の形態５における伝送路について説明する。本実施の形態における伝送路は、実施の形態１における伝送路に比べて、誘導性素子の構造が異なる。他の部分の構成は、実施の形態１と同様である。ただし、導波管１１の広壁面２１には、容量性素子として導電性の棒２３が挿入されている。
【００５５】
本実施の形態では、導波管１１の広壁面２１に、誘導性素子として、導電性の棒７１が挿入されている。棒７１は、広壁面２１に垂直に挿入されている。棒７１が広壁面２１を貫通する箇所での棒７１まわりの隙間はないか、あるいは電磁波が漏曳しない程度に小さくなっている。棒７１が誘導性素子になるように、棒７１の挿入長は、使用周波数における波長の１／４より長くなっている。このように広壁面に挿入された棒７１が誘導性素子として働くということは、導波管におけるポストとして一般的に既知であり、この状態を導波管に対して並列に挿入されたサセプタンスで表わせることも既知である。導波管１１の管軸方向に関して、誘導性素子である棒７１、容量性素子である棒２３、および開口１３の３つは、電磁気的に同じとみなせる位置にある。棒２３および棒７１の広壁面２１の幅方向に関する挿入位置は、棒２３および棒７１が導波管１１内の導波管断面の短辺方向の電界に作用する位置である限り任意である。
【００５６】
（実施の形態７）
（構成）
図６は、本発明に基づく実施の形態７におけるプラズマ処理装置について説明する。このプラズマ処理装置は、伝送路として実施の形態１で説明した導波管１１を備えている。
【００５７】
プラズマ処理装置は、導波管１１の他に真空容器８１および誘電体板８３を備えている。導波管１１は、真空容器８１の上側に誘電体板８３を介在するようにして接続されている。導波管１１を通して電磁波が供給され、誘電体板８３を介して真空容器８１内に導かれるように構成されている。
【００５８】
真空容器８１内の底部には基板ホルダ８５が配置されている。基板ホルダ８５の上に処理対象となる基板８７が載置される。真空容器８１の上面は誘電体板８３で塞がれている。真空容器８１と誘電体板８３との間にはＯリング８９があり、真空容器８１は、内部を真空にした場合、その真空状態を維持できるようになっている。誘電体板８３の上面には、実施の形態１で説明した導波管１１が、開口１３が誘電体板８３の上面に接するようにして設置されている。この導波管１１には開口１３は６つある。導波管１１側壁のうち各開口１３に対応する位置には、誘導性素子である導電性の板１９および容量性素子である導電性の棒２３が挿入されている。したがって、開口１３、板１９および棒２３からなる素子群としての組が６組あることになる。もっとも、この組の数は６に限らず他の数であってもよい。導波管１１の両端（図６の断面図で見たときの左右両端）は互いに電気的に短絡されている。導波管１１の管軸方向に関して中央において上側の狭壁面１７には、電磁波を導波管１１に導くための導入導波管９１が接続されている。ただし、導波管１１と導入導波管９１の接続位置はこれに限らず他の位置であってもよい。導入導波管９１は、図示しない電磁波供給源に接続されている。
【００５９】
本実施の形態におけるプラズマ処理装置としては、図７に示すように導波管１１を管軸方向と垂直方向に適宜複数並べたアレー構造にしてもよい。このようにすることで、管軸方向と垂直方向に関しても均一なプラズマ処理を施すことが可能となる。
【００６０】
（作用・効果）
本実施の形態におけるプラズマ処理装置の動作について説明する。まず、真空容器８１は底面に設けられた排気口９３から真空引きされる。真空容器８１内に設けられたガス導入管９５からは処理ガスが導入される。真空容器８１内は一定の低圧力に保たれる。次に、導入導波管９１から導波管１１内に電磁波が導入される。導波管１１の両端は互いに短絡されているため、導波管１１内には定在波が立つ。
【００６１】
開口１３は定在波の腹となる位置、すなわち磁界が強い位置に設けられている。開口１３から誘電体板８３を通って真空容器８１内に放射または漏洩する電磁界により、真空容器８１内の処理ガスが放電し、プラズマとなる。このプラズマにより基板８７がプラズマ処理される。
【００６２】
一般に、プラズマ処理においては、処理ガスの種類または真空容器８１内の圧力が異なるとプラズマの密度分布は異なったものになる。したがって、電磁界分布を一定としたままでは、処理ガスの種類または真空容器８１内の圧力の変化に対応してプラズマの密度分布を所望の状態に保つ制御は不可能である。すなわち、処理ガスの種類の変化または真空容器８１内の圧力の変化により、プラズマ密度分布に変化が表れ、実際になされるプラズマ処理が不均一なものとなる。そこで、本実施の形態のように、誘導性素子である導電性の板１９および容量性素子である導電性の棒２３を用いると、導波管１１内の電磁界強度を変更することができる。その結果、各開口１３からの放射または漏洩電磁界の強度を個別に変更することができる。こうして、処理ガスの種類または真空容器８１内の圧力に対応したプラズマの密度分布の制御が可能となる。つまり、処理ガスの種類または真空容器８１内の圧力の変化にかかわらずプラズマ処理を均一に行なうことが可能となる。
【００６３】
本実施の形態では、導波管１１の両端は互いに電気的に短絡させた構造とし、導波管１１内には定在波が立つ条件であったが、両端を短絡させる代わりに、導波管１１の両端を吸収体にする、すなわち、使用周波数を吸収しうるフェライトやカーボンを含んだ部材を配置する、などして、導波管１１内に進行波が生じるようにしてもよい。
【００６４】
本実施の形態では、導波管１１として実施の形態１で説明したものを用いたが、実施の形態２，４，６で説明した導波管を用いてもよい。
【００６５】
上記各実施の形態では、導電性の板や導電性の棒を誘導性素子または容量性素子の例として挙げて説明したが、誘導性素子は、導電性の板によっても導電性の棒によっても挿入位置または挿入長次第で実現可能である。また、容量性素子も、導電性の板によっても導電性の棒によっても挿入位置または挿入長次第で実現可能である。すなわち、同一の導電性の板または棒であっても、その挿入位置または挿入長によって、同一物が誘導性素子にも容量性素子にもなりうる。
【００６６】
（実施例１）
以下に、本発明を試験して効果を確認した例を説明する。図８（ａ）〜（ｃ）は実施例１の構成図である。長さ３００ｍｍのＷＲＪ−２の導波管３１１は、一方の先端が導電体の壁で塞がれており、もう一方の先端には給電を行なうための同軸導波管変換器３０３が接続されている。導波管３１１の片側にある狭壁面３１５には３つのスロット３０７ａ，３０７ｂ，３０７ｃが設けられている。３つのスロット３０７ａ，３０７ｂ，３０７ｃは、それぞれ、長辺が３７ｍｍ、短辺が５ｍｍの長方形である。スロット３０７ａ，３０７ｂ，３０７ｃの長辺は導波管３１１の管軸方向に平行であり、短辺の中心は導波管３１１の管軸に垂直な断面の短辺の中心に一致する。スロット３０７ａ，３０７ｂ，３０７ｃの長辺の中心は、短絡面からそれぞれ１８５ｍｍ、１１１ｍｍ、３７ｍｍである。短絡面から１８５ｍｍ、すなわち、導波管３１１の管軸方向においてスロット３０７ａの長辺の中心と一致する位置に誘導性素子としてのアルミニウム板３１９および容量性素子としての導電性ねじ３２３が挿入されている。これらが誘導性素子または容量性素子として働くことは一般的に既知であり、また、これらの挿入物の働きが導波管に対して並列に挿入されたサセプタンスで表わせることも既知である。アルミニウム板３１９の厚さは１ｍｍであり、スロット３０７ａ，３０７ｂ，３０７ｃが設けられた狭壁面３１５に対向する狭壁面３１７から垂直に挿入されている。アルミニウム板３１９は、導波管３１１の内部では幅方向は隙間なく塞ぎ、狭壁面３１７の内面からの挿入長はＬ１である。導電性ねじ３２３は、導波管３１１の１つの広壁面３２１から挿入されている。導電性ねじ３２３は、広壁面３２１に対して垂直に挿入されている。導電性ねじ３２３の中心位置は、スロット３０７ａ，３０７ｂ，３０７ｃが設けられた狭壁面３１５の内面から３８ｍｍの位置である。導電性ねじ３２３のうち挿入されている部分の直径は４ｍｍであり、広壁面３２１の内面からの挿入長はＬ２である。
【００６７】
図８の構成において、導波管３１１の先端を導電体の壁で塞がず吸収体とし、アルミニウム板３１９の挿入長Ｌ１を３６ｍｍとしたとき、導電性ねじ３２３の挿入長Ｌ２を何通りかとり、挿入長Ｌ２の各々の値に対する２．４５ＧＨｚでの反射係数を測定した。測定にはネットワークアナライザを用い、同軸導波管変換器３０３を通して電磁波の入力を行ない、反射係数を測定した。
【００６８】
測定した反射係数の大きさを図９に示す。横軸は導電性ねじ３２３の挿入長Ｌ２を示し、縦軸は反射係数の大きさを示す。アルミニウム板３１９および導電性ねじ３２３がいずれも挿入されていないときの反射係数の大きさは−２７ｄＢである。この値は図９において破線で示される。図９から、導電性ねじ３２３の挿入長Ｌ２を変えていくことで反射係数の大きさが変化することがわかる。
【００６９】
挿入長Ｌ２が０ｍｍのときは、アルミニウム板３１９によるサセプタンスが大きく、反射係数の大きさが大きい。挿入長Ｌ２が増えるにつれ、このアルミニウム板３１９によるサセプタンスは導電性ねじ３２３によるサセプタンスによって打ち消され、やがて０となる。反射係数の大きさが減少しているのはそのためである。さらに挿入長Ｌ２を増やすと、今度は導電性のねじ３２３によるサセプタンスが増え、反射係数の大きさも増加する。もし、アルミニウム板３１９および導電性ねじ３２３の影響がなければ、反射係数の大きさは、いずれも挿入されていないときと同じ値−２７ｄＢとなるはずである。しかし、図９ではこれを満たす導電性ねじ３２３の挿入長が２ヶ所見られる。これは、同軸導波管変換器３０３による反射が生じているためであり、測定した反射係数は同軸導波管変換器３０３による反射と導波管３１１による反射の両方の影響を受けているからである。何も挿入しないときよりも反射係数の大きさがさらに小さくなっている部分があるのもそのせいである。したがって、このままではアルミニウム板３１９および導電性ねじ３２３による反射がなくなる条件でのそれぞれの挿入長を求めることができない。
【００７０】
そこで、反射係数の位相を図１０に示す。横軸は導電性ねじ３２３の挿入長Ｌ２を示し、縦軸は反射係数の位相を示す。アルミニウム板３１９と導電性ねじ３２３が挿入されていないときの反射係数の位相は−１５０°である。この値は図１０において破線で示される。図１０から、導電性ねじ３２３の挿入長Ｌ２を変えていくことで反射係数の位相が変化することがわかる。もし、アルミニウム板３１９および導電性ねじ３２３の影響がなければ、反射係数の位相は、いずれも挿入されていないときと同じ値−１５０°となるはずである。その条件に合致するのは、挿入長Ｌ２が１７．４ｍｍのときである。この挿入長Ｌ２＝１７．４ｍｍのときの反射係数の大きさを図９で参照すると、それは何も挿入しないときの反射係数の大きさ−２７ｄＢに一致している。したがって、アルミニウム板３１９を３６ｍｍ挿入し、導電性ねじ３２３を１７．４ｍｍ挿入したとき、これら部材の挿入による反射がなくなったといえる。
【００７１】
このように、反射係数が何も挿入しないときと同じになるようなアルミニウム板３１９および導電性ねじ３２３の挿入長Ｌ１，Ｌ２の組合せをそれぞれ実現して、その各々の挿入長条件下でのスロット３０７ａ上の電界を測定した。ここで実験に用いたアルミニウム板３１９の挿入長Ｌ１および導電性ねじ３２３の挿入長Ｌ２の組合せを表１に示す。
【００７２】
【表１】
2005033423.tif 000003
【００７３】
電界の測定方法について説明する。同軸導波管変換器３０３に発振器を接続する。電界の測定のためにスペクトラムアナライザにダイポールアンテナを接続し、ダイポールアンテナをスロット３０７ａから２９ｍｍ離した位置に固定する。発振器から波長２．４５ＧＨｚの電磁波を１ｍＷ印加した。表１に示す組合せＡ〜Ｃのようにアルミニウム板３１９および導電性ねじ３２３を挿入し、各組合せ条件でのスペクトラムアナライザの２．４５ＧＨｚでの値を読みとった。その結果を図１１に示す。図１１では横軸はアルミニウム板３１９の挿入長Ｌ１を示し、縦軸は電界の振幅を示す。図１１から、アルミニウム板３１９の挿入長Ｌ１および導電性ねじ３２３の挿入長Ｌ２を変えることでスロット３０７ａから放射される電界が変化することがわかる。したがって、挿入長Ｌ１，Ｌ２を操作することで電界を制御することが可能であることがわかる。
【００７４】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【００７５】
【発明の効果】
本発明によれば、誘導性素子および容量性素子を含む各素子群において、サセプタンスが互いに打ち消し合うので、各素子における電磁波の反射や波長変化を起こさせずに電磁界強度を変えることができる。また、このことは伝送路および結合部の構造を大きく変えることなく実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく実施の形態１，２における伝送路の斜視図である。
【図２】本発明に基づく実施の形態３における伝送路の斜視図である。
【図３】本発明に基づく実施の形態４における伝送路の斜視図である。
【図４】本発明に基づく実施の形態５における伝送路の斜視図である。
【図５】本発明に基づく実施の形態６における伝送路の斜視図である。
【図６】本発明に基づく実施の形態７におけるプラズマ処理装置の断面図である。
【図７】本発明に基づく実施の形態７におけるプラズマ処理装置の平面図である。
【図８】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ、本発明の実施例１の導波管の縦断面図、横断面図および底面図である。
【図９】本発明の実施例１における反射係数の大きさの測定結果を表すグラフである。
【図１０】本発明の実施例１における反射係数の位相の測定結果を表すグラフである。
【図１１】本発明の実施例１における電界の振幅の測定結果を表すグラフである。
【図１２】従来技術に基づくプラズマ処理装置のスロットアンテナの開口近傍の模式平面図である。
【図１３】従来技術に基づく導波管回路の斜視図である。
【符号の説明】
１１，３１１  導波管、１３  開口、１５，１７，３１５，３１７  狭壁面、１９，６１  板、２１，４３，３２１  広壁面、２３，７１  棒、４１  結合棒、５１  開放部、８１  真空容器、８３  誘電体板、８５  基板ホルダ、８７  基板、８９  Ｏリング、９１  導入導波管、９３  排気口、９５  ガス導入管、１０１  シャッタ、１０３  ラック、１０５  歯車、２０１  主導波管、２０３副導波管、２０５  結合量調整ねじ、３０３  同軸導波管変換器、３０７ａ，３０７ｂ，３０７ｃ  スロット、３１９  アルミニウム板、３２３  導電性ねじ。
【図１】
2005033423.tif 000004
【図２】
2005033423.tif 000005
【図３】
2005033423.tif 000006
【図４】
2005033423.tif 000007
【図５】
2005033423.tif 000008
【図６】
2005033423.tif 000009
【図７】
2005033423.tif 000010
【図８】
2005033423.tif 000011
【図９】
2005033423.tif 000012
【図１０】
2005033423.tif 000013
【図１１】
2005033423.tif 000014
【図１２】
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【図１３】
2005033423.tif 000016