(57)【要約】      （修正有）【課題】電磁波を効率良く伝播させることができるプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】プラズマ処理装置は、高周波電源で発生させた電磁波を、電磁波分配用矩形導波管２１を経由して電磁波放射用矩形導波管に導入させるとともに、この電磁波を、スロット板１４のスロットにより真空容器４内に放射させることで、真空容器４内にプラズマを生成させ、このプラズマよって被処理体をプラズマ処理するものである。電磁波分配用矩形導波管２１と電磁波放射用矩形導波管とを、電磁波の伝送側に向かうにしたがって内形寸法が小さくなるように形成された中空の第３の電磁波伝送路によって接続する。第３の電磁波伝送路の内部に、伝送側に向かって拡開するように配置された楔形状の誘電体部材４２を設ける。【選択図】      図４
2005268653.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器と、
電磁波を発振する発振器と、
第１の電磁波伝送路と、
この第１の電磁波伝送路よりも内形寸法が小さく設定されているとともに、内部に誘電体部材が設けられた第２の電磁波伝送路と、
この第２の電磁波伝送路に設けられ、前記処理容器内に電磁波を放射する電磁波放射部とを具備し、
前記発振器で発生した電磁波が、前記第１の電磁波伝送路を経由して前記第２の電磁波伝送路に導入されるとともに前記電磁波放射部により前記処理容器内に放射されることによって、前記処理容器内にプラズマが生成され、このプラズマよってプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、
前記第１の電磁波伝送路と前記第２の電磁波伝送路とは、電磁波の伝送側に向かうにしたがって内形寸法が小さくなるように形成された中空の第３の電磁波伝送路を介して接続されているとともに、前記第３の電磁波伝送路の内部に、前記伝送側に向かって拡開するように配置された楔形状の誘電体部材を有していることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記楔形状の誘電体部材は、その頂辺が前記第１の電磁波伝送路の前記伝送側の端部又はその近傍の領域に位置するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記楔形状の誘電体部材又は前記第２の電磁波伝送路内の誘電体部材によって、前記処理容器の気密が保持されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記第１の電磁波伝送路の前記伝送側の端部と前記第２の電磁波伝送路の前記伝送側とは反対側の端部との間の距離が、前記発振器で発生した電磁波の真空中での波長よりも長くなるように設定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記第１及び第２の電磁波伝送路は、夫々、矩形導波管を有していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記第１の電磁波伝送路が有する矩形導波管の内形寸法、及び前記第２の電磁波伝送路が有する矩形導波管の内形寸法は、夫々、前記発振器で発生した電磁波の周波数が矩形導波管内の基本モードで伝送可能な大きさに設定されていることを特徴とする請求項５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記楔形状の誘電体部材の頂辺の長さは、前記第２の電磁波伝送路が有する矩形導波管の内形の長辺の長さと実質的に同じ長さとなるように設定されているとともに、
前記楔形状の誘電体部材は、その頂辺が前記第２の電磁波伝送路が有する矩形導波管の内径の長辺方向と実質的に平行であり、短辺の中点間を結んだ線上に実質的に配置されていることを特徴とする請求項５又は６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記楔形状の誘電体部材の電磁波の伝送方向に沿う長さは、前記発振器で発生した電磁波の真空中での波長よりも長くなるように設定されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記処理容器の壁は、前記第２の電磁波伝送路の少なくとも一部を有していることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）や金属酸化物半導体素子（ＭＯＳ素子）のような半導体素子、半導体集積回路装置のような半導体装置、或いは、液晶表示装置のような表示装置の製造プロセス等に適用されるプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置や液晶表示装置等の製造プロセスにおいて、膜堆積、表面改質、あるいはエッチング等のプラズマ処理を施すためには、従来、平行平板型の高周波プラズマ処理装置や、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマ処理装置等が用いられている。
【０００３】
しかしながら、平行平板型プラズマ処理装置は、プラズマ密度が低く、電子温度が高いという問題がある。また、ＥＣＲプラズマ処理装置は、プラズマ励起に直流磁場が必要であるため、大面積の処理が困難であるという問題がある。
【０００４】
このような問題に対して、近年、プラズマ励起に磁場が不要であり、高密度でかつ電子温度が低いプラズマを生成することが可能なプラズマ処理装置が提案されている。
【０００５】
この種のプラズマ処理装置としては、同心円状に配されたスロットを有する円形マイクロ波放射板を備えたものが知られている。このプラズマ処理装置では、同軸管から円形マイクロ波放射板の中心に向けて導入させたマイクロ波を、この円形マイクロ波放射板の径方向に伝播させつつスロットから放射させるように構成されている。これにより、マイクロ波が電磁波放射窓を介して真空容器内に導入されるため、この真空容器内においてプラズマが生成される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
また、プラズマ処理装置としては、矩形状の導波管のＨ面に配された導波管アンテナをなす２つのスロットから、誘電体窓を介してチャンバ内にマイクロ波が供給されるように構成されたものが知られている。このプラズマ処理装置では、反射面に近いほど、スロットの幅が狭くなるように形成されている。また、スロットは、導波管の反射面に向かって狭くなるように、階段状あるいはテーパ状に形成されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
さらに、プラズマ処理装置としては、複数の矩形状の導波管が等間隔に平行に配設されてなる表面波プラズマ装置が知られている。各導波管には、その先端側に向かって結合係数を順次大きくした結合孔が設けられている。真空容器には、各結合孔に対応して分割形成した複数の誘電体窓が設けられている（例えば、特許文献３参照。）。
【特許文献１】特許第２７２２０７０号公報
【特許文献２】特許第２８５７０９０号公報
【特許文献３】特開２００２−２８０１９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載のプラズマ処理装置のように、マイクロ波を同軸管や円形マイクロ波放射板といった導体中に伝播させると、これら導体中において銅損等の伝播ロスが生じる。この伝播ロスは、周波数が高くなるほど、また、同軸伝送距離や放射板面積が大きくなるほど、大きくなる。したがって、特許文献１に記載の技術を用いて液晶表示装置等の比較的大型の基板に対応したプラズマ処理装置を設計しても、マイクロ波の減衰が大きく、効率良くプラズマを生成させることが困難である。また、特許文献１に記載のプラズマ処理装置は、円形マイクロ波放射板からマイクロ波が放射されるように構成されているため、液晶表示装置のような角型基板に適用する場合、基板の角部においてプラズマが不均一になってしまうという問題もある。
【０００９】
また、特許文献２に記載のプラズマ処理装置のように、矩形の導波管内を伝播させたマイクロ波を２つのスロットから放射させる場合、生成されたプラズマ中に負イオンが多く存在すると、プラズマの両極性拡散係数が小さくなってしまうという問題がある。そのため、特許文献２に記載の技術では、プラズマの生成がマイクロ波の放射されているスロット近傍に偏ってしまう。また、このプラズマの偏りは、プラズマの圧力が高い場合にいっそう顕著となる。したがって、特許文献２に記載のプラズマ処理装置では、負イオンが生成されやすい酸素、水素、及び塩素等を含むガスを原料としたプラズマ処理を大型基板に施すことが難しく、特に、ガスの圧力が高い場合にはさらに困難となる。さらに、プラズマ処理を施す基板の処理面に対し、導波管アンテナを構成するスロットの分布が局在するため（均一でないため）、プラズマ密度が不均一となり易い。
【００１０】
しかも、特許文献１又は２に記載の技術では、電磁波放射窓（誘電体窓）を、ほぼ大気圧とほぼ真空に近い圧力とのガス圧力差、つまり、約１ｋｇ／ｃｍ２の力に耐える厚さ（強度）に設計する必要がある。これは、プラズマ処理を行う場合、一般に、真空容器（チャンバ）内を一旦真空排気した後に、この真空容器内にプロセスガス等を導入するためである。したがって、特許文献１又は２に記載の技術を用いて、１ｍ角となるような大型基板をプラズマ処理するようなプラズマ処理装置を設計する場合、合成石英等からなる電磁波透過窓の厚さが非常に厚くなるため、実用的ではない。
【００１１】
さらに、特許文献３に記載の技術では、導波管同士が間隔を置いて配置されているため、結合孔を被処理基板の被処理面の全面に対応するように均一に分布させるのが難しい。また、結合孔の数だけ真空を封じるシールを設ける必要があるため、真空容器の構造が複雑化し易い。しかも、真空容器の天板の加工費が増加するため、装置価格が増加するという問題もある。
【００１２】
そこで、本願出願人は、構造が単純であって、角型の基板や大面積の基板のような被処理体であっても良好にプラズマ処理することができるプラズマ処理装置として、導波管を真空容器内に設けたものを提案した（特願２００２−３６６８４２号明細書参照。）。
【００１３】
ところで、上記特願２００２−３６６８４２号明細書では、導波管内へのプラズマの侵入を抑制するために、導波管内を誘電体部材によって満たすようにした例を記載している。しかしながら、導波管内を誘電体部材で満たすとともに、真空容器内に設けた導波管と電磁波を発振する発振器とを真空容器外に設けた導波管を介して結合させるようにすると、真空容器外の導波管と真空容器内の導波管との境界において電磁波の一部が反射され、電磁波の透過率が下がる。例えば、真空容器外の導波管内が空気（誘電率ε＝１）で満たされ、真空容器内の導波管内が石英（誘電率ε＝３．８）で満たされている場合、この境界に平面波が垂直入射すると、その透過率は約８０％となる。
【００１４】
本発明は、このような事情にもとづいてなされたもので、電磁波を効率良く伝播させることができる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】
【００１５】
本発明の請求項１に記載のプラズマ処理装置は、処理容器と、電磁波を発振する発振器と、第１の電磁波伝送路と、この第１の電磁波伝送路よりも内形寸法が小さく設定されているとともに、内部に誘電体部材が設けられた第２の電磁波伝送路と、この第２の電磁波伝送路に設けられ、前記処理容器内に電磁波を放射する電磁波放射部とを具備し、前記発振器で発生した電磁波が、前記第１の電磁波伝送路を経由して前記第２の電磁波伝送路に導入されるとともに前記電磁波放射部により前記処理容器内に放射されることによって、前記処理容器内にプラズマが生成され、このプラズマよってプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、前記第１の電磁波伝送路と前記第２の電磁波伝送路とは、電磁波の伝送側に向かうにしたがって内形寸法が小さくなるように形成された中空の第３の電磁波伝送路を介して接続されているとともに、前記第３の電磁波伝送路の内部に、前記伝送側に向かって拡開するように配置された楔形状の誘電体部材を有している。
【００１６】
本発明及び以下の発明において、「電磁波伝送路」とは、電磁波を高効率に伝送するための線路をいう。電磁波伝送路としては、同軸管、導波管、空洞共振器等が挙げられる。
【００１７】
同軸管は、導波管と比較して損失（伝播損失）は大きいが、遮断周波数を持たないため、伝送可能な周波数範囲が広く、また、波長が大きい場合でも伝送路を小型化できる。
【００１８】
導波管は、同軸管での損失の原因となる中心導体が無いため、損失が小さく、大電力の伝送に向いている。しかし、遮断周波数が存在し、伝送可能な周波数範囲が狭い。また、その形状は、伝送させる電磁波の周波数でほぼ規定される。
【００１９】
空洞共振器は、特定の周波数に対して定在波が立つように設計され、その波長の電磁波を強める作用を持つ。
【００２０】
「電磁波放射部」は、電磁波伝送路で伝送してきた電磁波を電磁波伝送路の外部に放出する部分をいう。電磁波放射部としては、スロット、導体ロッド、電磁ホーン等が挙げられる。
【００２１】
第３の電磁波伝送路の形状は、例えば、電磁波の伝送側（電磁波の導波方向側）に向かうにしたがって内形寸法が小さくなるようなテーパを有する略円錐形状とすることができるが、これに限定されるものではない。また、第３の電磁波伝送路の加工性を考慮すると、第１及び第２の電磁波伝送路とは別体で形成するのが好ましいが、第１の電磁波伝送路と一体に形成してもよく、また、第２の電磁波伝送路と一体に形成してもよい。
【００２２】
電磁波が楔形状の誘電体部材に伝播損失の少ない状態（反射の少ない状態）で入射されるためには、楔形状の誘電体部材は、電磁波の伝送側に向かって拡開するような楔形、例えば、側面形状が略二等辺三角形状の楔形に形成するのが好ましい。
【００２３】
本発明の請求項１に記載のプラズマ処理装置では、第２の電磁波伝送路の内部に誘電体部材が設けられているため、第１及び第２の電磁波伝送路内にプラズマが侵入するのを抑制することができる。
【００２４】
しかも、本発明の請求項１に記載のプラズマ処理装置では、第１の電磁波伝送路と第２の電磁波伝送路とが、電磁波の伝送側に向かうにしたがって内形寸法が小さくなるように形成された接続機構としても機能する中空の第３の電磁波伝送路を介して接続されている。そのため、第１の電磁波伝送路と第２の電磁波伝送路との間において、電磁波伝送路の内形の面積変化によって生じる電磁波の反射を抑制することができる。
【００２５】
また、一般に、空気中を伝送されてきた電磁波が誘電体部材に入射する場合、誘電体部材の端面と電磁波の伝送方向とのなす角度θ（０°≦θ≦９０°、以下、θを入射角と言う）が大きい程、その端面において電磁波が反射し易くなる。
【００２６】
上記特願２００２−３６６８４２号明細書に記載のプラズマ処理装置では、導波管内の誘電体部材は、その端面が前記伝送方向と直交するように配置されている。つまり、空気中を伝送されてきた電磁波が導波管内の誘電体部材に入射する際の入射角θが略９０°となるため、電磁波が誘電体部材の端面、すなわち、空気と誘電体部材との界面において比較的反射され易い。
【００２７】
これに対し、本発明の請求項１に記載のプラズマ処理装置では、第１の電磁波伝送路と第２の電磁波伝送路とを接続する前記第３の電磁波伝送路の内部に、電磁波の伝送側に向かって拡開するように形成された楔形状の誘電体部材を設けている。このようにすることにより、空気中を伝送されてきた電磁波が楔形状の誘電体部材に入射する際の入射角θを９０°未満とすることができるため、電磁波を効率良く楔形状の誘電体部材に入射させることができる。
【００２８】
しかも、楔形状の誘電体部材は空気よりも誘電率が高いため、楔形状の誘電体部材と第２の電磁波伝送路内の誘電体部材との界面において電磁波が反射する割合は、空気と第２の電磁波伝送路内の誘電体部材との界面において電磁波が反射する割合と比べて極く小さい。したがって、第１の電磁波伝送路によって伝送された電磁波を、前記第３の電磁波伝送路の内部に設けられた楔形状の誘電体部材を介して、効率良く第２の電磁波伝送路に入射させることができる。
【００２９】
したがって、本発明の請求項１に記載のプラズマ処理装置によれば、電磁波を効率良く伝播させることができる。
【００３０】
本発明の請求項２に記載のプラズマ処理装置は、請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、前記楔形状の誘電体部材は、その頂辺が前記第１の電磁波伝送路の前記伝送側の端部又はその近傍の領域に位置するように配置されている。
【００３１】
このようにすることにより、電磁波が空気と楔形状の誘電体部材との界面において反射する反射量をさらに低減させることができる。
【００３２】
なお、楔形状の誘電体部材の頂辺と第１の電磁波伝送路の前記伝送側の端部とは同一面上に位置しているのが好ましい。ただし、装置自体や楔形状の誘電体部材の製造上の誤差等により、楔形状の誘電体部材の頂辺を第１の電磁波伝送路の前記伝送側の端部と完全に一致させることは困難である。また、楔形状の誘電体部材の頂辺が第１の電磁波伝送路の前記伝送側の端部から若干離れていても、完全に一致させた場合と略同等の効果を得ることができる。したがって、「楔形状の誘電体部材は、その頂辺が前記第１の電磁波伝送路の前記伝送側の端部又はその近傍の領域に位置するように配置する」とは、製造上の誤差等や若干のずれは許容されることを意味している。
【００３３】
本発明の請求項３に記載のプラズマ処理装置は、請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置であって、前記楔形状の誘電体部材又は前記第２の電磁波伝送路内の誘電体部材によって、前記処理容器の気密が保持されている。
【００３４】
例えば、第１の電磁波伝送路が有する処理容器外に設けられた矩形導波管と、第２の電磁波伝送路が有する処理容器の壁に設けられた矩形導波管とを接続するような場合、処理容器の気密を保つためには、封止部材を設ける必要がある。本発明の請求項３に記載のプラズマ処理装置は、上述のような場合、すなわち、第１の電磁波伝送路が有する処理容器外に設けられた矩形導波管と第２の電磁波伝送路が有する処理容器の壁に設けられた矩形導波管とを接続させることで、処理容器と第１の電磁波伝送路とを一体化させるような場合に好適である。
【００３５】
このようにすることにより、処理容器及びプラズマ処理装置自体の構成を複雑化させることなく、かつ、処理容器の気密を保ちながら、処理容器外に設けられた第１の電磁波伝送路から処理容器内に設けられた第２の電磁波伝送路に電磁波を良好に導入させることができる。
【００３６】
また、一般に、誘電体部材は、破損し易く高価である。これに対し、上述のような構成とすることで、楔形状の誘電体部材又は第２の電磁波伝送路内の誘電体部材に大気圧がかかる領域を第２の電磁波伝送路が有する矩形導波管の内形寸法程度とすることができる。つまり、この構成とすることで、処理容器の気密を保持する誘電体部材としても機能する楔形状の誘電体部材又は第２の電磁波伝送路内の誘電体部材に与える負荷を比較的小さくすることができるため、誘電体部材の破損を抑制することができる。
【００３７】
しかも、第３の電磁波伝送路内又は第２の電磁波伝送路内に処理容器の気密を保持する誘電体部材（楔形状の誘電体部材又は電磁波伝送路内の誘電体部材）が設けられているため、処理容器内で生成されたプラズマが第１の電磁波伝送路内に侵入するのを抑制することができる。さらに、プロセスガスの流れ等を考慮した装置設計が容易になるとともに、処理容器内の脱ガス、クリーニング等も容易になる。
【００３８】
本発明の請求項４に記載のプラズマ処理装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置であって、前記第１の電磁波伝送路の前記伝送側の端部と前記第２の電磁波伝送路の前記伝送側とは反対側の端部との間の距離が、前記発振器で発生した電磁波の真空中での波長よりも長くなるように設定されている。
【００３９】
このようにすることにより、電磁波伝送路の内形の面積変化による電磁波の反射、及び空気と楔形状の誘電体部材との界面における反射をさらに抑制することができる。
【００４０】
本発明の請求項５に記載のプラズマ処理装置は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置であって、前記第１及び第２の電磁波伝送路は、夫々、矩形導波管を有している。
【００４１】
このようにすることにより、第１及び第２の電磁波伝送路内における電磁波の伝送損失を抑制することができる。また、大電力の伝送が可能になる。
【００４２】
本発明の請求項６に記載のプラズマ処理装置は、請求項５に記載のプラズマ処理装置であって、前記第１の電磁波伝送路が有する矩形導波管の内形寸法、及び前記第２の電磁波伝送路が有する矩形導波管の内形寸法は、夫々、前記発振器で発生した電磁波の周波数が矩形導波管内の基本モードで伝送可能な大きさに設定されている。
【００４３】
電磁波の周波数が矩形導波管内の基本モードで伝送できるようにする場合、例えば、矩形導波管の管内誘電率をε、矩形導波管の内形寸法の長径をａ、電磁波の波長λとしたときに、
（λ／ε０．５）＜２ａ    …（１）
の条件を満たすように設計することで実現可能である。
【００４４】
このように、第１の電磁波伝送路が有する矩形導波管の内形寸法、及び第２の電磁波伝送路が有する矩形導波管の内形寸法を、夫々、発振器で発生した電磁波の周波数が矩形導波管内の基本モードで伝送できるようにすることで、各矩形導波管内の電磁波の伝送損失量を低減させることができる。
【００４５】
本発明の請求項７に記載のプラズマ処理装置は、請求項５又は６に記載のプラズマ処理装置であって、前記楔形状の誘電体部材の頂辺の長さは、前記第２の電磁波伝送路が有する矩形導波管の内形の長辺の長さと実質的に同じ長さとなるように設定されているとともに、前記楔形状の誘電体部材は、その頂辺が前記第２の電磁波伝送路が有する矩形導波管の内径の長辺方向と実質的に平行であり、短辺の中点間を結んだ線上に実質的に配置されている。
【００４６】
このようにすることにより、第１の電磁波伝送路によって伝送された電磁波を、第３の電磁波伝送路の内部に設けられた楔形状の誘電体部材を介して、さらに効率良く第２の電磁波伝送路に入射させることができる。
【００４７】
本発明の請求項８に記載のプラズマ処理装置は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置であって、前記楔形状の誘電体部材の電磁波の伝送方向に沿う長さは、前記発振器で発生した電磁波の真空中での波長よりも長くなるように設定されている。
【００４８】
このようにすることにより、電磁波伝送路の内形の面積変化による電磁波の反射、及び空気と楔形状の誘電体部材との界面における反射をさらに抑制することができる。
【００４９】
本発明の請求項９に記載のプラズマ処理装置は、請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、前記処理容器の壁は、前記第２の電磁波伝送路の少なくとも一部を有している。
【００５０】
本発明の請求項９に記載のプラズマ処理装置によれば、処理容器の壁が第２の電磁波伝送路の少なくとも一部を有しているため、処理容器及びプラズマ装置自体の構成を単純化させることができる。しかも、第２の電磁波伝送路の形状や配置を調整することで、処理容器の大きさや形状によらず、処理容器内に安定で均一なプラズマを生成させることができる。したがって、角型の基板や大面積の基板のような被処理体であっても良好にプラズマ処理することができる。
【００５１】
本発明の請求項９に記載のプラズマ処理装置を実施する場合、第２の電磁波伝送路の少なくとも一部は、例えば、処理容器の壁中に設けることができる。つまり、本発明の請求項９に記載のプラズマ処理装置では、例えば、壁を貫通するようなトンネル状の空間をこの壁に沿って設けることで、処理容器の壁中に第２の電磁波伝送路の少なくとも一部を設けることができる。
【００５２】
ただし、壁の加工の容易性等を考慮すると、被処理体がプラズマ処理される処理室を有する処理容器を採用するとともに、第２の電磁波伝送路の少なくとも一部を、処理容器の壁のうちの処理室を規定する壁の内面に設けるのが好ましい。この場合、処理容器の壁の内面によって第２の電磁波伝送路の少なくとも一部を規定することができるため、処理容器の壁を貫通するように第２の電磁波伝送路の一部を設けるよりも簡単に、処理容器の壁に第２の電磁波伝送路の一部を設けることができる。
【００５３】
また、第２の電磁波伝送路の少なくとも一部を、処理容器の壁のうちの処理室を規定する壁の内面に設ける場合、この壁の内面に第２の電磁波伝送路の少なくとも一部を規定する凹部を設けるとともに、電磁波放射部として、複数のスロットを有するスロット板を採用し、このスロット板によって処理室側から凹部を覆うとよい。なお、このとき、複数のスロットは、夫々、凹部と対応させておく。このようにすることにより、凹部を規定する壁面とスロット板とによって囲まれる空間に第２の電磁波伝送路を設けることができる。しかも、この第２の電磁波伝送路によって伝送された電磁波を、スロットを介して、処理室内に放射させることができる。
【００５４】
また、壁の内面に第２の電磁波伝送路の少なくとも一部を規定する凹部を設けるとともに、スロット板によって処理室側から凹部を覆うように構成すると、第２の電磁波伝送路は処理室内と同じ閉空間内に設けられることとなる。したがって、処理容器に合成石英等からなる電磁波透過窓を設けることなく、処理室内に電磁波を入射させることができる。
【００５５】
つまり、上述のように構成することで、処理容器に合成石英等からなる電磁波透過窓を設ける必要がなくなるため、電磁波透過窓や電磁波透過窓と処理容器の壁との間の封止機構を全て省略することができる。したがって、処理容器及びプラズマ装置自体の構成をさらに単純化させることができる。
【００５６】
しかも、電磁波透過窓自体を省略できることから、当然のことながら電磁波透過窓の強度（合成石英窓の厚さ）についても考慮する必要がなくなる。したがって、大面積の被処理体に対応する大型の処理容器を備えたプラズマ処理装置を容易に設計することができる。しかも、電磁波透過窓の大型化に伴うコストアップも無い。さらに、電磁波透過窓が電磁波の伝播に与える影響も無くすことができるため、処理容器内に電磁波を均一に放射可能な装置設計も容易になる。したがって、大面積基板のような被処理体であっても、安定で均一なプラズマによりプラズマ処理を行うことができるプラズマ処理装置が得られる。
【００５７】
壁の内面に第２の電磁波伝送路の少なくとも一部を規定する凹部を設けるとともに、スロット板によって処理室側から凹部を覆うように構成する場合、処理室内にスロット板を覆うように被覆用の誘電体部材を設けるとよい。このようにすることにより、電磁波放射部から放射された電磁波によって、処理室内に良好にプラズマを生成させることができる。
【００５８】
ところで、スロット板を覆うように処理室内に被覆用の誘電体部材を設けると、処理室内において表面波プラズマを生成させることができる。すなわち、処理容器の内部（処理室内）に所定のプロセスガスを導入するとともに、この処理容器の内部に電磁波を入射させると、プロセスガスが励振されてプラズマが生じ、電磁波を入射させた領域面近傍（処理室内におけるスロットの近傍）のプラズマ内の電子密度が増加する。電磁波を入射させた領域近傍のプラズマ内の電子密度が増加していくと、電磁波は、プラズマ内を伝播することが困難になり、このプラズマ内で減衰する。したがって、電磁波を入射させた領域近傍から離れた領域には電磁波が届かなくなるため、プロセスガスが電磁波によって励振される領域は、電磁波を入射させた領域近傍に限られるようになる。これにより、表面波プラズマが生じる。
【００５９】
表面波プラズマを用いたプラズマ処理では、イオンによる被処理体の損傷を抑制することができる。すなわち、表面波プラズマが生成されている状態では、電磁波によるエネルギーが与えられて化合物の電離が生じる領域が、処理容器内のうちの電磁波を入射させた領域の近傍に局在する。そのため、処理容器内のうちの電磁波を入射させた領域から所定の距離だけ離れた位置に被処理体を設けることで、被処理体の被処理面近傍の電子温度を低く保つことができる。つまり、被処理体の被処理面近傍に生じるシースの電界の増大を抑制することができるため、被処理体へのイオンの入射エネルギーが低くなり、イオンによる被処理体の損傷が抑制される。
【００６０】
したがって、スロット板を覆うように処理室内に被覆用の誘電体部材を設けることにより、被処理体に与えるイオン損傷を抑制することが可能なプラズマ処理装置を得ることができる。
【００６１】
また、処理容器としては、処理室内のクリーニングやメンテナンス等のために、容器本体から蓋が取り外せるようになっているものがある。このように、容器本体と蓋とが別体となっている処理容器では、容器本体に第２の電磁波伝送路の少なくとも一部を設けるよりも蓋に第２の電磁波伝送路の少なくとも一部を設ける方が、電磁波伝送路を形成するための加工や装置の設計を容易に行うことが可能である。
【００６２】
したがって、本発明の請求項９に記載のプラズマ処理装置を実施する場合、処理室を有する処理容器として、底壁及び周壁を有し、少なくとも一方に開口した容器本体と、容器本体の開口を閉塞する蓋とを備えているとともに、処理容器の壁のうちの処理室を規定する壁が、容器本体の底壁及び周壁と蓋とを有するものを採用し、第２の電磁波伝送路の少なくとも一部を、処理容器の蓋に設けるのが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６３】
以下、本発明の一実施形態を、図１乃至図５を参照して説明する。  
本実施形態のプラズマ処理装置１は、発振器としての高周波電源２にて発振され、電磁波伝送機構３によって伝送され、電磁波放射部としてのスロット板１４が有するスロット１５ａにより処理容器としての真空容器４の内に放射された電磁波によって、この真空容器４内にプラズマを生成させ、このプラズマよって被処理体５にプラズマ処理を行うものである。
【００６４】
図２及び図３に示すように、前記真空容器４は、容器本体１１と蓋１２とを備えている。容器本体１１は、底壁１１ａ及び周壁１１ｂを有して上方に開口している。蓋１２は、容器本体１１が有する前記開口を閉塞するように、この容器本体１１を上方から覆っている。つまり、真空容器４は、壁として、容器本体１１の底壁１１ａ及び周壁１１ｂと蓋１２とを有している。容器本体１１と蓋１２との間は、Ｏ−リング１３によって気密が保持されている。
【００６５】
この真空容器４は、内部に、被処理体５をプラズマ処理するための処理室４ａを有している。処理室４ａは、真空容器４が有する壁によって規定されている。言い換えると、処理室４ａは、容器本体１１の底壁１１ａの内面及び周壁１１ｂの内面と、蓋１２の内面とにより規定されている。
【００６６】
真空容器４は、処理室４ａ内を真空状態或いはその近傍にまで減圧することが可能な強度に形成されている。真空容器４を形成する材料としては、例えばアルミニウム等の金属材料を用いることができる。処理室４ａ内には、後述するように、電磁波放射部としての金属製のスロット板１４と、このスロット板１４を覆う被覆用の誘電体部材１６とが設けられている。また、真空容器４の処理室４ａ内には、被処理体５を支持する支持台１７が設けられている。
【００６７】
真空容器４は、処理室４ａ内にプロセスガスを導入するためのガス導入口１８と、処理室４ａ内のガスを排気するためのガス排気口１９とを有している。また、処理室４ａ内は、ガス排気口１９を介して、真空排気システム（図示せず）と連通されている。真空排気システムとしては、例えば、ターボ分子ポンプを用いることができる。したがって、この真空排気システムを稼動させることにより、処理室４ａ内を所定の真空度に達するまで排気することができる。
【００６８】
前記電磁波伝送機構３は、電磁波を伝送するためのものであって、第１の電磁波伝送路３ａ、第２の電磁波伝送路３ｂ、及び、第１の電磁波伝送路３ａと第２の電磁波伝送路３ｂとを繋ぐ１つ以上例えば３つの第３の電磁波伝送路３ｃ等を有している。第１の電磁波伝送路３ａは、例えば、１つの矩形導波管２１を有している。以下、この矩形導波管２１を、電磁波分配用矩形導波管という。電磁波分配用矩形導波管２１は、真空容器４の蓋１２と連結されて、真空容器４の壁と一体に構成されている。一方、第２の電磁波伝送路３ｂは、１つ以上例えば３つの矩形導波管２２を有している。以下、これらの矩形導波管２２を、電磁波放射用矩形導波管という。
【００６９】
ここで、電磁波放射用矩形導波管２２、スロット板１４、及び、被覆用の誘電体部材１６について説明する。
【００７０】
真空容器４の壁のうちの処理室４ａを規定する壁、例えば、蓋１２は、各電磁波放射用矩形導波管２２の一部を有している。つまり、各電磁波放射用矩形導波管２２の一部と真空容器４を構成する壁とが一体とされている。言い換えると、各電磁波放射用矩形導波管２２の管壁導体の一部は、真空容器４を構成する壁を兼ねている。
【００７１】
詳しくは、蓋１２の内面は、３つの電磁波放射用矩形導波管２２の夫々の一部となる３つの溝状の凹部２３を有している。これら凹部２３は、スロット板１４によって、処理室４ａ側から覆われている。このようにすることにより、３つの凹部２３を規定する壁面とスロット板１４とによって囲まれる３つの空間によって、３つの電磁波放射用矩形導波管２２が構成される。
【００７２】
スロット板１４は、金属製の板材によって形成されており、電磁波を処理室４ａ内に放射する複数のスロット１５ａを有している。これらスロット１５ａは、凹部２３と対応する位置に形成されている。詳しくは、スロット１５ａは、市松模様状、つまり、互いに平行な一対の仮想線上に交互に配置されることで、１つのスロット群１５を成している。１つのスロット群１５の中においては、スロット１５ａ同士の縦方向のピッチ及び横方向のピッチはほぼ均一である。スロット板１４には、３つのスロット群１５が、３つの凹部２３に夫々対応するように設けられている。
【００７３】
また、処理室４ａ内には、このスロット板１４を覆うように被覆用の誘電体部材１６が設けられている。被覆用の誘電体部材１６は、例えば、石英、アルミナ、及びフッ素樹脂等の誘電体材料によって形成することができる。なお、電磁波が被覆用の誘電体部材１６の厚さ方向に伝播するのを抑止するため、被覆用の誘電体部材１６は、この被覆用の誘電体部材１６内における電磁波の波長の１／４よりも小さく設定するのが好ましい。
【００７４】
電磁波放射用矩形導波管２２とスロット１５ａとの界面、及び、スロット１５ａと被覆用の誘電体部材１６との界面における電磁波の反射を抑制するためには、スロット１５ａ内に誘電体部材を設けるのが好ましい。スロット内に設ける誘電体部材は、例えば、合成石英、アルミナ、フッ素樹脂等によって形成することができる。
【００７５】
図２及び図３に示すように、スロット板１４と被服用の誘電体部材１６とは、真空容器４の蓋１２にその内面側から固定具２６としての雄ねじによってねじ止めされている。なお、固定具２６は、誘電体材料によって形成されたものを用いるのが好ましい。固定具２６として金属製のものを用いる場合、固定具２６を処理室４ａに露出させた状態のままとすると、この固定具２６の露出部近傍で電磁波が擾乱されてしまうことがある。したがって、固定具２６として金属製のものを用いる場合には、その露出部を誘電体材料からなるキャップ等によって覆い隠すようにするとよい。このようにすることによって、金属製の固定具２６の露出部近傍で生じる電磁波の擾乱を抑制することができる。
【００７６】
ところで、各電磁波放射用矩形導波管２２の間隔ｄ（図１参照）は、プラズマの拡散度合いを考慮して設定するのが好ましい。すなわち、プロセスガスの圧力が低いほど、粒子は遠くまで拡散する。プラズマ処理装置においては、プロセスガスの圧力は、概ね１Ｐａ以上とするのが一般的である。プロセスガスの圧力が１Ｐａ以上となるような場合には、５０ｃｍを上限とし、且つ、想定されるプロセスガスの圧力に対応するように、各電磁波放射用矩形導波管２２の間隔（ピッチ）ｄを設定するのが好ましい。このようにすることにより、プラズマが拡散しにくい条件であっても、処理室内において均一なプラズマを発生させることできる。なお、プロセスガスの圧力が０．１Ｐａ以下となるような場合には、プラズマが拡散し易いので、各電磁波放射用矩形導波管２２の間隔ｄは５０ｃｍを越えてもよい。
【００７７】
電磁波放射用矩形導波管２２は、その間隔ｄが５０ｃｍ以下となるように、互いに平行に並べて配置されている。さらに具体的には、これら電磁波放射用矩形導波管２２の位置は、以下のようにして設定するとよい。
【００７８】
すなわち、高周波電源２により発せられる電磁波の角周波数をω、被覆用の誘電体部材１６の誘電率をεｄ、光速をｃ、電子の電荷量をｅ、真空の誘電率をε０、電子密度をｎｅ、電子の質量をｍｅとすると、プラズマ角周波数ωＰは、
ωＰ＝（ｅ２×ｎｅ／（ε０×ｍｅ））０．５    …（２）
で求められ、波数ｋは、
ｋ＝ω／ｃ（（εｄ（ωｐ２−ω２））／（ωｐ２−（１＋εｄ）ω２））０．５    …（３）
で求められる。
【００７９】
波数ｋが真空容器４の各矩形導波管２２と直交する方向の内形寸法Ｌ（図２参照）に対して、
ｋ＝ｍπ／Ｌ    （ｍは、１≦ｍ≦２Ｌ／（λ／ε０．５）の整数）    …（４）
の関係にあるとき、電磁波放射用矩形導波管２２の間隔ｄは、
λｓｗｐ＝π／ｋ    …（５）
で導かれる定在波の波長λｓｗｐと等しくするのが好ましい。なお、このとき、電磁波放射用矩形導波管２２は、定在波の振幅が実質的に最大となる位置に配置する。
【００８０】
スロット１５ａから第２の電磁波伝送路３ｂ内にプラズマが侵入するのを抑制するために、各電磁波放射用矩形導波管２２の内部は、その略全域が、電磁波伝送路用の誘電体部材３１で満たされている。電磁波放射用矩形導波管２２内に設ける誘電体部材３１は、例えば、石英、アルミナ、及びフッ素樹脂等の誘電体材料によって形成することができる。本実施形態では、誘電体部材３１を、合成石英によって形成している。なお、誘電体部材３１は、第２の電磁波伝送路３ｂの一部にのみ設けてもよい。
【００８１】
これら誘電体部材３１は、例えば、以下のようにすることで、電磁波放射用矩形導波管２２の内部に設けることができる。まず、四角柱状の細長な誘電体部材３１を予め形成しておく。各凹部２３内に、誘電体部材３１を夫々嵌め込む。その後、スロット板１４及び被覆用の誘電体部材１６をこの順序で蓋１２の内面に積層させ、これらを固定具２６で蓋１２に固定する。これにより、電磁波放射用矩形導波管２２内に誘電体部材３１が収容される。
【００８２】
各電磁波放射用矩形導波管２２の内形（断面形状）は、例えば図２に示すように、深さ方向の長さｘ１が幅方向の長さｘ２よりも短い横長矩形状をなしている。すなわち、このように形成された電磁波放射用矩形導波管２２では、夫々、凹部２３の底面及びスロット板１４の上面が電磁波の電界方向に対して垂直な面（Ｈ面）となり、凹部２３の底面から下方向に垂直に立ち上がる面が電磁波の電界方向に対して平行な面（Ｅ面）となる。つまり、本実施形態のプラズマ処理装置１では、各電磁波放射用矩形導波管２２のＨ面に対応する領域にスロット１５ａが設けられている。
【００８３】
なお、各電磁波放射用矩形導波管２２の内形（断面形状）は、深さ方向の長さｘ１が幅方向の長さｘ２よりも長い縦長矩形状をなすようにしてもよい。このように形成された電磁波放射用矩形導波管２２では、夫々、凹部２３の底面及びスロット板１４の上面が電磁波の電界方向に対して平行なＥ面となり、凹部２３の底面から下方向に垂直に立ち上がる面が電磁波の電界方向に対して垂直なＨ面となる。したがって、このようにすることにより、各電磁波放射用矩形導波管２２のＥ面に対応する領域にスロット１５ａが設けられたプラズマ処理装置を得ることができる。
【００８４】
次に、電磁波分配用矩形導波管２１について説明する。  
電磁波分配用矩形導波管２１は、真空容器４の外部に設けられている。この電磁波分配用矩形導波管２１は、各電磁波放射用矩形導波管２２と直交する方向に延びる管本体２１ａと、この管本体２１ａから電磁波の伝播方向が９０°変わるように直角に曲げられた３つの分配管部２１ｂとを有しており、伝播方向が９０°変えられた電磁波を各電磁波放射用矩形導波管２２に夫々分配するように形成されている。なお、各分配管部２１ｂの先端部（電磁波の伝送側の端部）には、フランジ２１ｃが設けられている（図４参照）。
【００８５】
また、電磁波分配用矩形導波管２１の内形（断面形状）は、深さ方向の長さｙ１が幅方向の長さｙ２よりも短い矩形状をなしている。したがって、この電磁波分配用矩形導波管２１では、底面及び上面が電磁波の電界方向に対して垂直な面（Ｈ面）となり、互いに対向する一対の側面が電磁波の電界方向に対して平行な面（Ｅ面）となる。
【００８６】
なお、各電磁波放射用矩形導波管２２の内形（断面形状）を、深さ方向の長さｘ１が幅方向の長さｘ２よりも長い縦長矩形状とする場合、電磁波分配用矩形導波管２１の内形（断面形状）もまた、深さ方向の長さｙ１が幅方向の長さｙ２よりも長い縦長矩形状とするのが好ましい。このように形成された電磁波分配用矩形導波管２１では、底面及び上面が電磁波の電界方向に対して平行なＥ面となり、互いに対向する一対の側面が電磁波の電界方向に対して垂直なＨ面となる。
【００８７】
電磁波伝送機構３は、電磁波分配用矩形導波管２１の中心軸線と３つの電磁波放射用矩形導波管２２の中心軸線とが実質的に同一面上に位置し、且つ、電磁波分配用矩形導波管２１のＥ面から各電磁波放射用矩形導波管２２に電磁波が分配されるように構成されている。なお、電磁波伝送機構３は、電磁波分配用矩形導波管２１のＨ面から各電磁波放射用矩形導波管２２が分岐するように構成してもよい。
【００８８】
さらに、この電磁波伝送機構３では、電磁波分配用矩形導波管２１の内形寸法、及び電磁波放射用矩形導波管２２の内形寸法が、夫々、矩形導波管内の基本モードのみが伝わるサイズとなるように設定されている。このように、電磁波分配用矩形導波管２１の内形寸法、及び電磁波放射用矩形導波管２２の内形寸法を、矩形導波管内の基本モードのみが伝わる大きさとすることで、プラズマを発生させるための電磁波が電磁波伝送機構３内において伝播損失する量を低減させることができる。
【００８９】
ところで、矩形導波管内の基本モードのみが伝わるサイズとするためには、矩形導波管の管内誘電率をε、矩形導波管の内形寸法の長径をａ、電磁波の波長λとしたときに、
（λ／ε０．５）＜２ａ    …（１）
の条件を満たすように設計することで実現可能である。上述のように、電磁波分配用矩形導波管２１内は、空気（ε＝１）で満たされており、電磁波放射用矩形導波管２２内は、誘電体部材３１（合成石英、ε＝３．８）によって満たされている。
【００９０】
したがって、電磁波放射用矩形導波管２２の内形寸法（短径ｘ１及び長径ｘ２）は、電磁波分配用矩形導波管２１の内形寸法（短径ｙ１及び長径ｙ２）を誘電体部材３１の誘電率εの平方根で割ったサイズとする必要がある。具体的には、合成石英は、誘電率εが約４であるため、電磁波放射用矩形導波管２２の短径ｘ１及び長径ｘ２は、電磁波分配用矩形導波管２１の短径ｙ１及び長径ｙ２を夫々約１／２倍した長さにする必要がある。
【００９１】
そのため、プラズマ処理装置１では、電磁波分配用矩形導波管２１と電磁波放射用矩形導波管２２とが、電磁波の伝送側に向かうにしたがって内形寸法が小さくなるように形成された中空の第３の電磁波伝送路３ｃを介して接続されるように構成されている。本実施形態では、図１に示すように、電磁波分配用矩形導波管２１の各分配管部２１ｂと各電磁波放射用矩形導波管２２とが、夫々、接続部材５０を有する第３の電磁波伝送路３ｃによって接続されるように構成されている。
【００９２】
以下、図４及び図５を参照して、電磁波分配用矩形導波管２１の各分配管部２１ｂと各電磁波放射用矩形導波管２２との接続機構について説明する。  
真空容器４の蓋１２に設けられた凹部２３は、蓋１２の周壁側にも開口している。電磁波分配用矩形導波管２１の各分配管部２１ｂは、第３の電磁波伝送路３ｃ及び蓋１２の周壁の開口を介して、各電磁波放射用矩形導波管２２と夫々連通されるようになっている。なお、電磁波放射用矩形導波管２２内に設けられた誘電体部材３１は、蓋１２の周壁の開口端まで延びている。
【００９３】
各第３の電磁波伝送路３ｃは、夫々、封止部材４１と一体に形成された楔形状の誘電体部材４２と、接続部材５０と、第１のフランジ５１と、第２のフランジ５２と、第３のフランジ５３と、第１のＯ−リング５４と、第２のＯ−リング５５とを有している。
【００９４】
封止部材４１及び楔形状の誘電体部材４２は、例えば、石英、アルミナ、及びフッ素樹脂等の誘電体材料によって形成することができる。本実施形態では、封止部材４１及び楔形状の誘電体部材４２は、第２の電磁波伝送路３ｂ内に設けた誘電体部材３１と同様に、合成石英で形成している。
【００９５】
図５に示すように、楔形状の誘電体部材４２は、電磁波の伝送側に向かって拡開するような側面略二等辺三角形状の楔形に形成されている。楔形状の誘電体部材４２の前記伝送方向に沿う長さｍ１は、高周波電源２で発生した電磁波の真空中での波長よりも長くなるように設定されている。したがって、このプラズマ処理装置１では、図４に示すように、第１の電磁波伝送路３ａの前記伝送側の端部と第２の電磁波伝送路３ｂの前記伝送側とは反対側の端部との間の距離ｎが、高周波電源２で発生した電磁波の真空中での波長よりも長くなっている。また、図５に示すように、楔形状の誘電体部材４２の頂辺４２ａの長さｍ２は、第２の電磁波伝送路３ｂが有する電磁波放射用矩形導波管２２の内形の長辺ｘ２の長さと実質的に同じ長さとなるように設定されている。
【００９６】
図４及び図５に示すように、楔形状の誘電体部材４２の前記伝送側の端部には、四角柱状の封止部材４１が一体に設けられている。この封止部材４１には、その周方向に沿って溝４１ａが形成されている。なお、封止部材４１は、第２の電磁波伝送路３ｂ内（電磁波放射用矩形導波管２２）に設けられた誘電体部材３１と一体に形成してもよい。さらに、封止部材４１、楔形状の誘電体部材４２、及び、第２の電磁波伝送路内の誘電体部材３１を全て一体に形成してもよい。
【００９７】
接続部材５０としては、例えば、電磁波の伝送側に向かうにしたがって内形寸法が小さくなるようなテーパを有する略円錐形状の管を用いることができる。接続部材５０の電磁波の伝送側の端部の内形寸法は、封止部材４１の断面寸法と略同じ大きさに形成されている。また、接続部材５０の電磁波の伝送側とは反対側の端部には、電磁波分配用矩形導波管２１の分配管部２１ｂの先端部に設けられたフランジ２１ｃに対応するフランジ５０ａが設けられている。前記フランジ２１ｃと前記フランジ５０ａとを互いに固定することにより、電磁波分配用矩形導波管２１と接続部材５０とは互いに接続される。図４に示すように、フランジ５１ａを除く接続部材５０の前記伝送方向に沿う長さｔは、楔形状の誘電体部材４２の前記伝送方向に沿う長さｍ１と実質的に同じ長さとなるように設定されている。
【００９８】
第１乃至第３のフランジ５１，５２，５３は、封止部材４１の断面寸法と略同じ大きさの貫通孔を有している。この第３の電磁波伝送路３ｃでは、第１の電磁波伝送路３ａ側から、接続部材５０、第１のフランジ５１、第２のフランジ５２、第３のフランジ５３の順で互いに並べて配置されている。第１のフランジ５１は、接続部材５０と一体に形成されている。また、第１のフランジ５１の前記伝送側の端面は凹部５７を有しているとともに、第２のフランジ５２の前記伝送側とは反対側の端面には前記凹部５７と嵌合する凸部５８が形成されている。前記凸部５８を前記凹部５７に嵌合させることにより、第２のフランジ５２は第１のフランジ５１に対して固定（位置決め）されている。さらに、第３のフランジ５３の前記伝送側の端面には凸部５９が形成されているとともに、蓋１２の周壁の外面は前記凸部５９と嵌合する凹部６０を有している。前記凸部５９を前記凹部６０に嵌合させることにより、第３のフランジ５３は蓋１２に対して固定（位置決め）されている。さらに、第１のフランジ５１、第２のフランジ５２、及び第３のフランジ５３は、固定具としてのねじ５６によって、真空容器４の蓋１２にねじ止めされている。このようにすることにより、真空容器４と接続部材５０とはフランジ５１〜５２を挟んで互いに接続されている。なお、接続部材５０と第１のフランジ５１とは別体で形成してもよい。
【００９９】
この第３の電磁波伝送路３ｃでは、封止部材４１が第１乃至第３のフランジ５１〜５３内に配置され、この封止部材４１と一体に形成された楔形状の誘電体部材４２が接続部材５０内に配置される。なお、封止部材４１の前記伝送側の端部は、第２の電磁波伝送路３ｂ内に設けられた誘電体部材３１の前記伝送側とは反対側の端部と接触している。
【０１００】
楔形状の誘電体部材４２は、その頂辺４２ａが、電磁波分配用矩形導波管２１の端部（分配管部２１ｂの前記伝送側の先端部）近傍に位置するように配置されている。また、楔形状の誘電体部材４２は、その頂辺４２ａが第２の電磁波伝送路３ｂが有する電磁波放射用矩形導波管２２の内形寸法の長辺ｘ２方向と実質的に平行となるよう、接続部材５０内に設けられている。
【０１０１】
第１乃至第３のフランジ５１〜５３内に設けられた封止部材４１は、溝４１ａに沿って設けた第１のＯ−リング５４を第２及び第３のフランジ５２，５３の内壁面に押しつけることによって、第２及び第３のフランジ５２，５３と封止部材４１との間の気密を保っている。このようにすることにより、真空容器４の気密を保持することができる。
【０１０２】
なお、接続部材５０、第１のフランジ５１、第２のフランジ５２、及び第３のフランジ５３は、導電体材料により形成されている。そのため、電磁波伝送機構３（第２及び第３のフランジ５２，５３）と封止部材４１との間隔が１ｍｍを越えると、電磁波伝送機構３と封止部材４１との間で異常放電が起こるおそれがある。したがって、第２及び第３のフランジ５２，５３と封止部材４１との間隔は１ｍｍ以下となるようにするのが好ましい。
【０１０３】
また、第１乃至第３のフランジ５１〜５３の内形を封止部材４１の内形（断面形状）と実質的に一致させることで、第１乃至第３のフランジ５１〜５３の内部を切れ目のない誘電体材料（封止部材４１）で満たすことができる。つまり、第１乃至第３のフランジ５１〜５３の内部は、誘電体材料が内蔵された矩形導波管となり、その内部においては電磁波の反射を実質的にゼロとすることができる。なお、第２及び第３のフランジ５２，５３と第１のＯ−リング５４の溝との間で生じる反射は、溝４１ａを浅くすることで抑制可能である。
【０１０４】
また、本実施形態のプラズマ処理装置１では、蓋１２の周壁の外面に、第３のフランジ５３の端面に対向するリング状の溝６１を設けるとともに、この溝６１に第２のＯ−リング５５を設けることで、第３の電磁波伝送路３ｃの第３のフランジ５３と真空容器４の蓋１２との間の気密を保つようにしている。
【０１０５】
各電磁波放射用矩形導波管２２は、これら矩形導波管２２に電磁波を分配するための電磁波分配用矩形導波管２１を介して高周波電源２と結合されている。高周波電源２としては、例えば、周波数が１０ＭＨｚ〜２５ＧＨｚの電磁波を電磁波伝送機構３に供給するものを用いることができる。本実施形態では、高周波電源２として、周波数が２．４５ＧＨｚ±５０ＭＨｚの電磁波を電磁波伝送機構３に供給する１台のマイクロ波源を採用している。周波数が２．４５ＧＨｚの高周波電源２は、量産されており、安価で、種類も豊富であるので好ましい。
【０１０６】
このように、このプラズマ処理装置１では、１台の高周波電源２から、電磁波分配用矩形導波管２１を介して、複数（本実施形態では３つ）の電磁波放射用矩形導波管２２に電磁波が供給されるようになっている。このようにして電磁波放射用矩形導波管２２に投入された電磁波はスロット１５ａから真空容器４内に放射される。なお、放射されずに残った電磁波は、最終的に第３のフランジ５３で反射され、戻るときに再びスロット１５ａを通って真空容器４内に放射される。
【０１０７】
したがって、電磁波伝送機構３の全域において周波数を同一とすることができるため、均一なエネルギー密度を放射するような電磁波放射部（スロット板１４）を設計し易い。
【０１０８】
また、真空容器４の壁のうちの互いに隣り合うスロット１５ａの間に対応する領域には、冷却機構としての冷却管を設けてもよい。このようにすることにより、プラズマの発生を妨げることなく、電磁波伝送機構３（電磁波放射用矩形導波管２２）を効率良く冷却することができる。
【０１０９】
このプラズマ処理装置１を用いれば、例えば、表面波プラズマ条件下で被処理体５をプラズマ酸化することができる。また、このプラズマ処理装置１を用いれば、例えば、表面波プラズマ条件下で被処理体５にプラズマ成膜することができる。さらに、このプラズマ処理装置１を用いれば、表面波プラズマ条件下で被処理体５をプラズマエッチングすることができる。また、このプラズマ処理装置１を用いれば、プラズマ酸化とプラズマＣＶＤ法による成膜とを真空を破らずに連続して行うことができる。以下、被処理体５のプラズマ処理方法の一例として、プラズマ酸化とプラズマＣＶＤ法による成膜とを真空を破らずに行うプラズマ処理方法について説明する。
【０１１０】
被処理体５として、例えば、シリコン基板を用意する。被処理体５を真空容器４内の支持台１７上に設ける。真空排気システムを稼動させ、真空容器４内（処理室４ａ内）の空気を排出する。その後、第１のガスを、ガス導入口１８を介して、真空容器４の内部に供給する。第１のガスとしては、例えば、酸素ガス、又は、酸素と、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、及びキセノンのうちの少なくとも１種を含む希ガスとの混合ガスを用いる。本実施形態では、第１のガスとして酸素ガスを採用するとともに、酸素ガスが４００ＳＣＣＭ、全圧が２０Ｐａとなるように、このガスを真空容器４内に供給している。
【０１１１】
真空容器４内のガス圧が所定のガス圧に達した後、電磁波の照射を開始する。電磁波伝送機構３を介して、スロット１５ａに送られた電磁波は、各スロット１５ａから真空容器４内に放射される。
【０１１２】
真空容器４内に放射された電磁波は、第１のガスとしての酸素ガスを励振させる。被服用の誘電体部材１６近傍のプラズマ内の電子密度がある程度まで増加すると、電磁波はプラズマ内を伝播することができなくなってプラズマ内で減衰する。したがって、被服用の誘電体部材１６から離れた領域には電磁波が届かなくなり、被服用の誘電体部材１６近傍に表面波プラズマが生じる。
【０１１３】
表面波プラズマが生じている状態では、被服用の誘電体部材１６近傍で高い電子密度が達成されるため、それに伴って高密度の酸素原子活性種が発生する。この高密度の酸素原子活性種が被処理体５にまで拡散し、効率よく被処理体５を酸化する。これにより、被処理体５の表面に第１の絶縁膜が形成される。なお、表面波プラズマが生じている状態では、被処理体５の表面近傍での電子温度は低い（電子エネルギーが低い）ため、被処理体５の表面近傍のシースの電界もまた弱い。したがって、被処理体５へのイオンの入射エネルギーが低減されるため、酸化処理中における被処理体５のイオン損傷は抑制される。
【０１１４】
さらに、ガス導入口１８から第２のガスを真空容器４内に供給する。第２のガスとしては、例えば、シラン、有機シリコン化合物（テトラアルコキシシラン、ビニルアルコキシシラン、アルキルトリアルコキシシラン、フェニルトリアルコキシシラン、ポリメチルジシロキサン、ポリメチルシクロテトラシロキサン等）、又は、有機金属化合物（トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、テトラプロポキシジルコニウム、ペンタエトキシタンタル、テトラプロポキシハフニウム等）を含むガスを用いることができる。本実施形態では、第１のガスとして引き続き酸素ガスを用いるとともに、第２のガスとしてテトラアルコキシシランの一種であるテトラエトキシシランガスを用いている。そして、第１のガスとしての酸素ガスが４００ＳＣＣＭ、第２のガスとしてのテトラエトキシシランガスが１０ＳＣＣＭ、全圧が２０Ｐａとなるように、これらのガスを真空容器４内に供給する。
【０１１５】
第１のガスから生成された酸素ラジカルは、第２のガスとしてのテトラエトキシシランと反応する。これにより、テトラエトキシシランの分解は促進され、被処理体５の表面に酸化シリコンが堆積する。これにより、第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜（ＣＶＤにより形成された酸化シリコン膜）が形成される。以上により、被処理体５への絶縁膜の形成が完了する。このプラズマ処理方法によれば、被処理体５に酸化処理を施した後、大気に晒すことなく、成膜処理を行うことができる。したがって、被処理体と膜との界面を汚染の少ない良好な界面とすることができるとともに、被処理体５に品質の良好なＣＶＤ膜を形成することができる。
【０１１６】
以上のように、本実施形態のプラズマ処理装置１では、電磁波放射用矩形導波管２２の内部に誘電体部材３１が設けられているため、真空容器４内で生成されたプラズマが電磁波伝送機構３内に侵入するのを抑制することができる。
【０１１７】
しかも、本実施形態のプラズマ処理装置１は、第１の電磁波伝送路３ａを介して送られてきた電磁波（マイクロ波）が、極力反射されることなく、第２の電磁波伝送路３ｂに送り込まれるように構成されている。すなわち、電磁波分配用矩形導波管２１と各電磁波放射用矩形導波管２２とを第３の電磁波伝送路３ｃによって電磁波の伝送方向に対して内寸を変化させた形状で接続するとともに、第３の電磁波伝送路３ｃが有する接続部材５０内に楔形状の誘電体部材５２を設置するようにしている。これにより、矩形導波管の断面積変化による電磁波の反射、及び、空気と誘電体部材４２との界面や、誘電体材料からなる封止部材４１と誘電体部材３１との界面における電磁波の反射を抑制することができる。したがって、電磁波を効率よく真空容器４内に放射させることができる。
【０１１８】
また、このプラズマ処理装置１によれば、真空容器４の壁としての蓋１２が、電磁波を伝送する電磁波伝送機構３の少なくとも一部である電磁波放射用矩形導波管２２を有している。そのため、このプラズマ処理装置１によれば、構造を単純化させることができる。また、真空容器４内において、大面積で均一なプラズマを生成させることができる。しかも、角型の基板や大面積の基板のような被処理体５であっても良好にプラズマ処理することができる。
【０１１９】
さらに、このプラズマ処理装置１によれば、真空容器４内に電磁波を入射させるための電磁波透過窓を該真空容器４から省略することができる。しかも、真空容器４の真空を保持するためのシール箇所は、電磁波分配用矩形導波管２１と真空容器４とを連結させる連結部分や、蓋１２と容器本体１１とを連結させる連結部分等だけでよい。したがって、本実施形態のプラズマ処理装置では、従来のプラズマ処理装置と比べて、シール箇所を少なくすることができる。
【０１２０】
また、本実施形態のプラズマ処理装置１によれば、被処理体５をイオン損傷の少ない表面波プラズマによってプラズマ処理することができる。
【０１２１】
本発明のプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲において種々に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るプラズマ処理装置を示す上面図。
【図２】図１のプラズマ処理装置を、電磁波放射用矩形導波管を横切る方向に沿って断面して示す図。
【図３】図１のプラズマ処理装置を、電磁波放射用矩形導波管方向に沿って断面して示す図。
【図４】図１のプラズマ処理装置の第３の電磁波伝送路近傍を拡大して示す断面図。
【図５】図１のプラズマ処理装置の第３の電磁波伝送路近傍が備える誘電体を示す斜視図。
【符号の説明】
【０１２３】
１…プラズマ処理装置、  ２…高周波電源（発振器）、  ３ａ…第１の電磁波伝送路、  ３ｂ…第２の電磁波伝送路、  ３ｃ…第３の電磁波伝送路、  ４…真空容器（処理容器）、  １４…電磁波放射部（スロット板）、  ３１…誘電体部材、  ４１…封止部材、  ４２…楔形状の誘電体部材
【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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