(57)【要約】【課題】  大口径、大容量プラズマ形成に必須な低圧力下で高密度プラズマを得ながら、放電処理チャンバー部の装置設計上制約を与えずにマイクロ波発振源から放電処理部までの高周波線路において従来の整合調整機構回路部品を持つことなく放電処理チャンバー部において大きなプラズマ放電が得られかつ複数の発振源による大電力投入が可能なマイクロ波放電処理装置の提供。【解決手段】  高密度プラズマを得られる複数の無限長誘電体線路を用いた第一のマイクロ波プラズマ放電負荷部と高周波を線路伝搬できる機能をもった処理チャンバー放電負荷部の２系統の放電領域が得られる装置構造を構成し、かつ前記２系統の放電負荷と高周波線路との高周波結合部の少なくとも一部を共有した構成とし、かつ両放電領域が配管あるいは処理部構造として連結した構成とする。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧処理チャンバー内にマイクロ波プラズマ放電を行う構造において、前記処理チャンバーに接続されかつ前記チャンバー放電負荷部と分離された放電を行う第一のマイクロ波プラズマ放電負荷部を具備し、マイクロ波発振源から処理チャンバー放電負荷部へ高周波が導入される処理チャンバー高周波負荷結合部の少なくとも一部が前記第一のマイクロ波プラズマ放電負荷部へ高周波が導入される高周波負荷結合部の一部として共有されていて、かつ同一のマイクロ波発振源から前記第一のマイクロ波プラズマ放電負荷部と処理チャンバー放電負荷部の双方へマイクロ波が導入されている事を特徴とするマイクロ波プラズマ放電処理装置。
【請求項２】
前記第一のマイクロ波プラズマ放電負荷部への高周波負荷結合線路の少なくとも一部が表面波誘電体線路でありかつ伝搬線路として無限長となるように線路が閉鎖している事を特徴とする請求項第一項記載のマイクロ波プラズマ放電処理装置。
【請求項３】
前記処理チャンバー放電負荷部への高周波負荷結合線路の少なくとも一部が表面波誘電体線路である事を特徴とする請求項第一項から第二項記載のマイクロ波プラズマ放電処理装置。
【請求項４】
マイクロ波発振源から放電負荷部への高周波線路内においてスタブ型整合器及び磁場調節整合器を具備しない事を特徴とする請求項第一項から第三項記載のマイクロ波プラズマ放電処理装置。
【請求項５】
マイクロ波の周波数が８００ＭＨｚ以上であり５．８ＧＨｚ以下であることを特徴とする請求項第一項から第四項記載のマイクロ波プラズマ放電処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は大口径・大容量のプラズマ放電を処理チャンバー内に生成し、マイクロ波発振源からプラズマ負荷部への高周波線路においてスタブや磁場を用いた調節型の整合機能部品を必要とせずに多大な反射波を発生することなく効率よくマイクロ波をプラズマ負荷へ導入できるマイクロ波プラズマ放電処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術１は、特開平８−２３６２９８に記載された導電性の材料でなる円筒容器内に高周波線路側円筒容器単面からおおよそ高周波波長のｎ/２倍の菅軸方向位置に円筒容器菅軸に直交しかつ高周波線路方向側に円板状の高周波透過部材を設けて、当該高周波透過部材の高周波線路方向と反対側の領域を反応処理用減圧雰囲気として高周波線路から導入されるマイクロ波帯高周波により前記減圧雰囲気領域に高周波プラズマ気体放電を得る装置である（図１）。この装置では高周波共振回路技術における円筒空洞共振技術を利用したものであり、エネルギー効率をあげて高密度なプラズマを得ることが可能となっている。
【０００３】
従来技術２は、特開昭６２−５６００並びに特開昭６２−９９４８１に記載されたマイクロ波帯高周波を導波管線路から導波管線路内の反応処理用減圧円筒容器の菅軸に直交する端面側に平行に設けた誘電体線路を経由し、当該誘電体線路の下側に所定間隔を有して対向配置された円筒容器菅軸に直交した板状の透過窓を介して高周波が減圧円筒反応室に導入され反応処理用減圧円筒容器内に高周波プラズマ気体放電を得る装置である（図２）。この装置では誘電体線路により広げられた高周波電界からの誘電体線路下方側への漏れ電界を高周波透過窓から反応処理円筒容器部に透過することにより反応処理円筒容器の径方向に均一な面積の大きなプラズマを得ることができる。
【０００４】
従来技術３は、特開平１１−０６７４９２に記載された前記図２の装置の高周波導波管線路と誘電体線路との結合に関して改良を加えたものであり、導波管と誘電体線路とを平行に配し、かつ線路方向に交わる方向にアンテナ部を介して高周波を結合させ当該誘電体線路の下側に所定間隔を有して対向配置された円筒容器菅軸に直交した円板状の透過窓を介して高周波が減圧反応室に導入され反応処理用減圧円筒容器内に高周波プラズマ気体放電を得る装置である（図３）。この装置では装置の小型化、高周波整合性の改善、点を基点した高周波伝播による誘電体線路半径方向の電場均一性改善等の効果があり、効率よくかつ反応処理円筒容器の径方向に均一な面積の大きなプラズマを得ることができる。
【０００５】
従来技術４は、特開２０００−３４８８９８に記載された前記従来技術２の誘電体表面波線路に代わりマイクロ波線路にスロット穴を設けて漏洩電解によるエバネセント表面波を形成し、マイクロ波投下窓を経由してプラズマを形成する表面波プラズマ装置である。この装置ではスロット線路により漏洩されて形成された高周波電界を高周波透過窓から反応処理円筒容器部に透過することにより反応処理円筒容器の径方向に均一な面積の大きなプラズマを得ることができる。
【０００６】
従来技術５は、本出願人による国際出願の国際公開第０３／０９６７６９号パンフレットに記載された無限長誘電体線路構造をもつ大容量プラズマ発生が可能なマイクロ波放電処理装置である。（図４）この装置ではマイクロ波発振源からのマイクロ波が負荷構造部において無限長に伝搬できることから整合器の設置を不要とすると共に、複数のマイクロ波発振源からの大電力を同一負荷に導入する事ができる。
【特許文献１】特開平８−２３６２９８号公報
【特許文献２】特開昭６２−００５６００号公報
【特許文献３】特開昭６２−０９９４８１号公報
【特許文献４】特開平１１−０６７４９２号公報
【特許文献５】特開２０００−３４８８９８号公報
【特許文献６】国際公開第０３／０９６７６９号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
高周波プラズマ気体放電の工業利用範囲は、大きな比率で半導体製造あるいは液晶製造の分野に集約されている。主な理由は微細加工並びに薄膜形成の気相処理化が行えるという利点による。一方一般工業分野において利用が進まない主たる要因は処理対象物の容積あるいは面積が大きく大容積のプラズマ生成が必要である点と装置の大型化大電力化による装置コストの上昇によるものである。さらに半導体あるいは液晶製造分野においても半導体基板の大口径化及び液晶基板の大面積化に伴う装置コストの上昇が大きな負担になってきている。
【０００８】
上記のごとく大面積、大口径、大容量のプラズマ利用には第１に高いプラズマ均一化、第２に高効率化、第３に大電力化、第４に装置の小型化と低コスト化が必要である。
【０００９】
前記装置を実現するための大面積、大口径、大容量プラズマを得るためには、プラズマを十分均一拡散できる放電圧力の低下を必要とするが低圧力化によるプラズマ密度低下による処理能力低下を抑制するためには高密度プラズマが必要となる。
【００１０】
低圧力下においても高密度なプラズマが得られ、大きな高周波電力の同一プラズマ負荷への導入に問題なく、電離気体プラズマ形成領域において高周波電界面を大きく均一に形成でき、導入される高周波電力に対して損失が小さくプラズマ負荷に高い効率でエネルギーを移送することができ、プラズマ安定性が高く、さらに装置は最大限小型化されるとともに、処理のための装置維持保守に係わる部分が少ないという全ての条件を満たす電離気体プラズマ放電処理装置が必要となる。
【００１１】
低圧力化において比較的容易に高密度プラズマを発生するためには、導入高周波の周波数を高くし振動数を大きくし、また導入電力を大きくし電離気体プラズマ形成部での単位面積あたりの電界を大きくすることが必要となりさらに低コストの条件を満たすためには一般に使用されている高周波電力源を用いる必要がありＧＨｚ帯のマイクロ波帯高周波を用いることが有利になる。
【００１２】
しかしながらマイクロ波帯となると同軸線路では高周波伝送路での損失が大きくなるために損失のない導波管線路が使用されることになる。導波管線路においては周波数に依存するが大きさまたは構造によって伝送電力に限界があるとともに、導波管高周波立体回路と呼ばれる高周波発振部から負荷との高周波結合部までの導波管線路が物理的に大きくなり装置コストの上昇をもたらし、さらに導波管高周波立体回路の接続部が多くなり線路損失が増加することになる。  また波長長さが短くなることによって負荷における高周波電界面に疎密が生じるという一般的な問題もある。
【００１３】
従来技術１では、高周波空洞円筒共振構造によって高周波エネルギーが効率よくプラズマ放電に利用できる構造であるが、減圧プラズマ部端面は円筒共振導波菅の端面を形成し当該円筒プラズマの菅軸と直交する断面が終端となっているために、当該断面部でのプラズマの均一性は円筒共振導波管内の高周波線路モードが投影したものとなって制御が難しいという問題と電子密度の制御のために磁場を利用する手法がとられているが、装置自体が大型化すると共に装置コストが大幅に上昇する。
【００１４】
従来技術２、３及び４では、導波管線路からの高周波を誘電体線路あるいはスロット線路に導入して誘電体投下窓内のプラズマ発生領域に高周波を広く伝播させることにより投影されるプラズマ形成領域の面積も大きくできる構造であるが、この従来の誘電体線路利用の手法では高周波線路として終端をもつ有限長誘電体線路であり線路内において終端からの反射により定在波を形成する。伝送損失を低下させるためには線路自体の寸法並びに形状に工夫を必要とすると共に電界の減衰方向が高周波伝播方向に発生するため誘電体線路の下側に形成する電場の均一化には誘電体線路の形状と共に厚み等に加工を加える必要が生じる。またスロット線路利用の手法では、大口径、大容量用途にはスロット形状穴加工を多数必要とし、実用的ではない。
【００１５】
上記のいずれの従来技術においても、マイクロ波発振源からプラズマ放電負荷部への高周波負荷結合部までの高周波線路内には、高周波線路における反射低在波による発振源への高周波の帰還を防止するためのアイソレータや、放電の開始あるいは放電維持をするためにスタブ型あるいは磁場制御型の整合器を高周波線路内に設ける必要があり装置コスト負担が大きいと共に、一般的にマイクロ波線路に導波管を用いる必要があるため装置構成が肥大化するという大きな問題がある。
【００１６】
さらにこれらの技術では複数の高周波線路を同一負荷に発振源を用いた場合には相互干渉によるハンチング現象を生じてプラズマ放電の不安定化と大きな電力損失を生じるために、単一高周波発振源を用いる必然性が生じ、高いコストの大電力単一発振源を必要とすることになる。
【００１７】
従来技術５は前記の問題を解決できる手法であるが、大口径、大容量のプラズマ放電処理チャンバーの形状において、無限長誘電体線路を形成しなければならないために、装置設計上に制約が生じることが問題である。
【００１８】
低価格であって大面積処理のための大口径のプラズマを得てかつ放電を維持するためには、まず処理チャンバーの小体積化を図らなければならない。なぜならば減圧に要する真空排気設備を小型化低価格しない限り装置コストの上昇は免れない。
【００１９】
次に高速、高効率化のために均一高周波電界を大面積被処理体に対応した部分につくりながらかつ大電力を処理チャンバーへ導入しなければならない。しかしながら単一高周波電源による単一高周波線路による電力供給では、電源及び高周波発振部の価格が上昇するため複数高周波線路による同一負荷への電力供給手法でしか低コスト化は図れない。
しかしながら複数の高周波線路による同一負荷への高周波電力供給は、高周波線路相互間による整合調整ハンチングがおこるという問題が生じる。これを解決するためにはプラズマ負荷側の電流電圧変動によるインピーダンス変化に対して、高周波発振源との間の高周波線路上において電子応答的であって連続的に整合を行える機能を低価格で持たせなければならない。
前記のごとく大電力高周波の処理チャンバーへの導入によって処理チャンバー全体体積あたりのプラズマ密度は確保できる。しかしながら大容積処理のためにはプラズマ拡散の効果ために低真空度側に圧力条件の適正範囲を設定されるために放電安定をえるための電子密度維持が低下して放電不安定を得やすくなる。これを解消するためには放電維持のためには高密度プラズマ領域を必要とすることになる。
【００２０】
しかしながら処理チャンバー領域において高密度プラズマを得るということは、局所的な電界集中部を持つということと同義であって、特に大容量チャンバーの場合には当該の高密度プラズマ領域を経由して高周波電流短絡してしまい大容積処理チャンバー全体への電磁波伝搬が抑制されることになる。このため高密度プラズマ領域を持ちながら、大容積処理チャンバー内では局所高密度プラズマ領域を持たないような構成を必要とする事になる。
【００２１】
本発明が解決しようとする課題は次のとおりである。大口径、大容量プラズマ形成に必須な低圧力化においても高密度プラズマが得られるマイクロ波帯域を用いたマイクロ波プラズマ放電を用い、放電処理チャンバー部の装置設計上制約を与えずにマイクロ波発振源から放電処理部までの高周波線路において反射低在波抑制あるいは放電維持目的の整合調整機構回路部品を持つことなく放電処理チャンバー部を共振構造としてプラズマ放電できる装置構造を提供すると共に、大電力化に対しては複数の発振源からの高周波電力を放電処理チャンバー内に均等に導入できる装置構造を提供する事である。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明はマイクロ波プラズマ放電処理装置のうち、インピーダンス整合器等の設置を必要とせず、複数高周波伝送路から相互干渉無く高周波電力を同一プラズマ負荷に投入でき、高周波結合部からプラズマ負荷への電磁波伝播において反射による損失がなく放電処理チャンバー部において大面積、大口径、大容量で共振することが可能な装置に関するものである。
【００２３】
本発明の目的は前記のような従来技術の課題を解消し大面積、大口径、大容量の高周波プラズマ生成に不可欠な大電力化，高いプラズマ均一化，高効率化ができかつ低コストであることを同時に満足するマイクロ波プラズマ放電装置を提供することにある。
【００２４】
前記内容を具体化するために以下の手法を用いる。
【００２５】
単一の高周波発振源から見た負荷である全体のプラズマ発生部において、高密度プラズマを得られる第一のマイクロ波プラズマ放電負荷部と高周波を線路伝搬できる機能をもった処理チャンバー放電負荷部の２系統の放電領域が得られる全体負荷構造部を構成し、かつ前記２系統の放電負荷と高周波線路との高周波結合部の少なくとも一部を共有した構成とし、かつ両放電領域が配管あるいは処理部構造として連結した構成とする。
【００２６】
さらに第一のマイクロ波プラズマ放電負荷部の構成として、従来のスタブ可動あるいは磁場整合等の整合器を必要としない本出願人により提案された電離気体プラズマ自体が誘電体特性をもちかつ可変インピーダンスであることを応用利用し、プラズマ負荷を高周波発振部からの電磁波の全位相波を吸収できる特願２０００−５５９７１４（国際出願番号  ＰＣＴ／ＪＰ９９／０３６５０）にもとづく整合器を必要としない無反射マイクロ波放電負荷構造、あるいは本出願人により提案されたマイクロ波が負荷構造部において無限長に伝搬できることから整合器の設置を不要とできる国際出願番号：ＰＣＴ／ＪＰ０３／０５６６２に記載された無限長誘電体線路構造をもつマイクロ波放電構造とする。
【００２７】
また処理チャンバー放電負荷部の高周波伝搬線路として接地された処理チャンバー容器自体を導波伝搬線路として機能する共振構造とするか、あるいはまた処理チャンバー容器へ導入された高周波を誘電体線路面に伝搬する構造とする。
【００２８】
以上の構成による本発明による作動について説明する。第一のマイクロ波プラズマ放電負荷部において高周波整合器を必要としない高密度プラズマが形成されて減圧連結された処理チャンバー放電負荷部である処理チャンバー内に、前記高密度プラズマにより発生した一部のイオン・電子等の荷電粒子が導入される。
【００２９】
一方処理チャンバーには、第一のマイクロ波プラズマ放電負荷部における高周波結合部の一部を共有する。このため前記単一の高周波発振源からの高周波電力の一部は処理チャンバーに導入される。導入された高周波は処理チャンバーの構造により処理チャンバー自体が共振器構造であるか、あるいは処理チャンバー内へ構成された誘電体線路によって処理チャンバー内に伝搬する。
【００３０】
通常放電を開始するには高電界による高電圧を印加しなければ初期気体電離が起こらないが、本発明の構成においては第一のマイクロ波プラズマ放電負荷部から処理チャンバーに荷電粒子が導入されるために、処理チャンバー放電負荷領域において高電界を発生する必要が生じない。このため処理チャンバー放電領域においては、低電界の高周波を処理チャンバー領域全体に伝搬すればよく、これにより高均一の低密度プラズマが処理チャンバー領域全体に発生する。
【００３１】
処理チャンバー放電負荷部においては処理試料の設置や、圧力条件、処理チャンバー用ガスの導入等によって放電インピーダンスが変化するが、処理チャンバー放電負荷部から高周波発振源を見た場合に第一のマイクロ波プラズマ放電負荷部のもつ可変プラズマインピーダンスによる自己整合機能が整合回路として作動するために電子応答的な整合が処理チャンバー放電負荷においても実現する。
前記本発明の作動原理によって、ひとつの処理チャンバーに複数の電子応答速度の整合機能をもつ第一のマイクロ波プラズマ放電負荷部を設ける事により複数の高周波発振源を接続する事が可能となるために大電力化が低コストで行える事になる。
【００３２】
以上のような構成によって従来技術の課題をすべて解消し大面積、大口径、大容量の高周波プラズマ生成に不可欠な大電力化，高いプラズマ均一化，高効率化ができかつ低コストであることを同時に満足するマイクロ波プラズマ放電処理装置が実現する。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によるマイクロ波放電処理装置の構成により、大口径、大容量プラズマ形成に必要な低圧力下において高密度プラズマが得られ、放電処理チャンバー部の装置設計上制約を与えずにマイクロ波発振源から放電処理部までに従来の整合調整機構回路部品を持つことなく放電処理チャンバー部全体に安定したプラズマ放電が得られ、装置構造制約を与えることなく複数の発振源からの高周波電力投入による大電力化並びに処理容積の大型化が低コストにて実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００３５】
以下に本発明の実施態様を図５に示す第一実施例に基づき説明する。図５は、本発明の第一実施例でのマイクロ波放電処理装置の鉛直中心部断面図である。
【００３６】
図５における本装置の大要は、アルミ製である上部接続フランジ"９０"下部接続フランジ"９１"処理部導体管"９２"で閉鎖され減圧ポート"９３"より真空減圧排気可能な処理部チャンバーである減圧容器と、上部接続フランジ"９０"に接続しかつ内部にマイクロ波透過材による前記処理部チャンバーより減圧排気可能な第一のマイクロ波放電容器"１０１"を内包する第一のマイクロ波放電負荷部により構成されている。
【００３７】
プラズマ放電により電離される処理ガスは処理ガス入口"１０２"及び処理部ガス入口"１２３"より事前に流量調整されて導入され、マグネトロン高周波発振部"２"にて発振されたマイクロ波によって高密度プラズマ放電領域"９４"及び低密度プラズマ放電領域"９５"に形成される。通常処理試料は低密度プラズマ放電領域"９５"に設置されている。
【００３８】
マイクロ波電源"１"により駆動されるマグネトロン高周波発振部"２"にて発振されたマイクロ波が、高周波結合部"４２"からマイクロ波放電容器"１０１"を内包するためのアルミ製の導体上フランジ"１０３"、導体下フランジ"１０４"、被覆導体"４３"で構成される容器を共振器とする第一のマイクロ波放電負荷部へマグネトロン高周波発振部"２"と接続されて導入される。
【００３９】
高周波結合部"４２"から導入された高周波は被覆導体"４３"とマイクロ波放電容器"１０１"側面の空間域に設けられた誘電体層"５３"を線路として円周方向に無限長に伝搬して、その漏洩電界がマイクロ波放電容器"１０１"内に生じて高密度プラズマ放電領域"９４"にプラズマ放電が得られる。
【００４０】
電離気体プラズマの発生によりプラズマ境界面がマイクロ波放電容器"１０１"の内側に形成されるが、電離気体プラズマ自体が可変インピーダンスをもつことから、前記高周波の一部は電離気体プラズマに吸収されまた一部はプラズマ境界面により反射されることになる。反射された波は被覆導体"４３"及び誘電体層"５３"と高密度プラズマ放電領域"９４"境界面との間の空間円筒領域を交互に反射伝播する。この領域での高周波の線路インピーダンスは電離気体プラズマのインピーダンスによって連動変化し、かつ線路としては１／４波長インピーダンス変成器整合回路のために電離気体プラズマに連動し共振するために、プラズマ負荷との間でインピーダンス整合がとれて、最終的には電磁波エネルギーが効率よくプラズマ負荷に吸収されることになる。
【００４１】
この動作原理によりマグネトロン高周波発振部"２"と高密度プラズマ放電領域"９４"間との高周波線路上に従来のスタブ整合器や磁場整合器等の設置は必要なく、かつプラズマによる可変プラズマインピーダンスを利用している事から前記整合機能は電子応答速度で作動することになる。
【００４２】
第一のマイクロ波放電容器"１０１"内のプラズマ放電により得られるイオン・電子等の荷電粒子とラジカルあるいは準安定励起状態の気体分子は差圧によって前記処理部チャンバー内に導入されるが、邪魔板"１０６"により上部接続フランジ"９０"に隙間を持って設置された誘電体板"１０７"下面側に分散されたあと処理チャンバー全体に拡散される。
【００４３】
高周波結合部"４２"から導入された高周波の一部は、導体下フランジ"１０４"及び上部接続フランジ"９０"に構成されている空間開放されたマイクロ波透過チャンネル"１２１"を経由して処理チャンバーへ漏洩伝搬する。さらにマイクロ波透過チャンネル"１２１"は石英製のマイクロ波透過穴減圧シールリング窓"１０５"によってオーリングを介して真空シールされている。
【００４４】
前記マイクロ波透過チャンネル"１２１"から処理チャンバーへ漏洩伝搬した高周波は誘電体板"１０７"に伝搬することによって誘電体線路が形成され処理チャンバー内に分散伝搬される。
【００４５】
前記のごとく処理チャンバー内には第一のマイクロ波放電容器"１０１"内のプラズマ放電により得られるイオン・電子等の荷電粒子がすでに前記処理部チャンバー内に導入されていて、誘電体板"１０７"による誘電体線路からの高周波はこれらの荷電粒子を線路として処理チャンバー全体に低密度プラズマ放電領域"９５"を生成することになる。
【００４６】
処理チャンバー内での試料の量、圧力変動あるいは放電ガス変化等による低密度プラズマ放電領域"９５"のインピーダンスの変動に対する整合機能に関して、高密度プラズマ放電領域"９４"のインピーダンスが連動変化することにより、全体の高周波整合が電子応答速度で作動することになる。
【００４７】
本実施例のように処理チャンバー内において通常放電を開始するには高電界による高電圧を印加しなければ初期気体電離が起こらないが、本発明の構成においては第一のマイクロ波プラズマ放電容器"１０１"から処理チャンバーに荷電粒子が導入されるために、処理チャンバー放電負荷領域において高電界を発生する必要が生じない。このため処理チャンバー放電領域においては、低電界の高周波を処理チャンバー領域全体に伝搬すればよく、これにより高均一の低密度プラズマが処理チャンバー領域全体に発生する。さらに処理チャンバー放電負荷部においては処理試料の設置や、圧力条件、処理チャンバー用ガスの導入等によって放電インピーダンスが変化するが、処理チャンバー放電負荷部から高周波発振源を見た場合に第一のマイクロ波プラズマ放電負荷部のもつ可変プラズマインピーダンスによる自己整合機能が整合回路として作動するために電子応答的な整合が処理チャンバー放電負荷においても実現する。
【００４８】
ここで具体的寸法と容量を示す。マイクロ波電源"１"は２．４５GHｚマグネトロン発振用直流高圧電源であって、マグネトロン高周波発振部"２"は最大出力７５０Wのマイクロ波を発振できるものである。高周波結合部"４２"部は幅７０ミリ高さ１３０ミリの開口部をもって長さ２００ミリ外径φ１００、内径φ９０ミリの管状被覆導体"４３"に接続している。誘電体層"５３"は外径φ８０φ内径７０φの管状マイカ製であり被覆導体"４３"隙間を介していてもよくあるいは被覆導体"４３"と外径面が接していても良い。マイクロ波放電容器"１０１"は石英製で長さ１８０ミリ外径５０ミリ内径４５ミリの石英管の上下が閉じられておりさらに外径１０φ内径７φ長さ４０ミリの石英管が接続一体加工されている。アルミ製導体下フランジ"１０４"は外径１２０φ厚み１５ミリでありマイクロ波透過チャンネル"１２１"としてφ２０ミリの穴が中心軸から半径３５ミリの位置に６箇所設けられている。
【００４９】
処理チャンバーを構成する上部接続フランジ"９０"はアルミ製外径３００φ厚み２０ミリであり、上部には導体下フランジ"１０４"がボルトで固定接続されている。下部接続フランジ"９１"はアルミ製外径３００φ厚み２０ミリであり中心部に減圧ポート"９３"がＮＷ２５真空配管接続されている。処理部導体管"９２"はステンレス製外径２８０φ厚み５ミリ長さ４００ミリの管であり、側面に１／４インチSUSガス菅が処理部ガス入口"１２３"として溶接接続されている。上部接続フランジ"９０"にはマイクロ波透過チャンネル"１２１"としてφ２０ミリの穴が中心軸から半径３５ミリの位置に６箇所設けられていて、真空シールのためφ１８厚み３ミリの石英製のマイクロ波透過穴減圧シールリング窓"１０５"がオーリングシールできるように加工されている。φ２４０ミリ厚み３ミリのアルミナ製の誘電体板"１０７"が上部接続フランジ"９０"に４ミリの隙間を介してボルトにより上部接続フランジ"９０"に接続されており、φ５０ミリ厚み３ミリのアルミナ製の邪魔板"１０６"が誘電体板"１０７"と４ミリの隙間となるようボルトにより上部接続フランジ"９０"に接続されている。
【００５０】
本実施例でのプラズマ発生のテスト例は次のとおりである。使用真空条件：１３Ｐａから１０００Ｐａ、使用ガスはＮ２、Ｏ２及びその混合ガス、ガス流量は５０ｃｃ／分から３００ｃｃ／分、投入マイクロ波電力は５０Ｗから７５０Ｗ。使用真空排気系の容量は排気量１０００Ｌ／分のロータリーポンプを用い、真空測定は真空排気ライン上のピラニー真空計により測定し、圧力調整は真空排気ライン上の手動開閉バルブの開閉調整により実施した。上記すべての発生条件下において電力投入から瞬時にプラズマ放電が得られ、真空容器全体に均等なプラズマ発光のある電離気体プラズマを得た。また１０００時間以上の長期連続運転をおこなってもマグネトロン発振部に異常は認められなかった。さらに放電途中にて圧力を連続的に変化させても、あるいは放電ガス種を変更してもプラズマ放電が不安定となる事はなく安定的に得られたと同時にマグネトロン発振部に異常はなく本発明の効果が得られた。
【実施例２】
【００５１】
以下に本発明の実施態様を図６に示す第二実施例に基づき説明する。図６は  本発明の第二実施例でのマイクロ波放電処理装置の鉛直中心部断面図である。
【００５２】
本実施例は前記第一実施例からの変形で、大型平面試料の表面を均等処理するためのものであり、処理チャンバー容積をできるだけ小さくしつつ大型平面試料全体に均等なプラズマ処理を行う事を目的としたものである。
【００５３】
通常大型平面試料を処理するためのプラズマ処理チャンバーは、内部に高周波電極等を設けるために高さ方向に距離を必要としチャンバー製作コストが増大すると共に高周波電極周りの絶縁構造をとるため構造が複雑となる。さらに平面試料表面に均等なプラズマを形成するためには高周波電極を大型化する必然性と共に、試料周辺領域の高周波電界を均等化し壁面影響を避けるために処理チャンバーの横方向においても電極から大きな距離をとらなければならないためチャンバー容積が増加する。これらの必然性はチャンバー製作コストの上昇以外に真空排気系の能力を上げる必然性を生じて装置コストが増加する問題がある。
【００５４】
本実施例の手法では、減圧処理チャンバー上部"１０８"は厚み５０ミリのアルミ板を深さ方向に３０ミリ切削加工して処理チャンバーを形成し、減圧処理チャンバー下部"１０９"は平面の処理試料"１１０"を設置する試料搬送として用いられる試料トレイと兼用した厚み２５ミリのアルミ板により構成されていてオーリングにて減圧処理チャンバー上部"１０８"と接続され処理チャンバーを構成する。減圧排気は減圧処理チャンバー上部"１０８"側面に設けられた複数の排気穴に対して、真空排気配管が接続されている減圧排気チャンネル抑え"１１１"により減圧排気される。
【００５５】
第一のマイクロ波放電負荷部の構造並びに、高周波伝搬の原理並びにプラズマ放電の作動は前記第一実施例と同様である。
【００５６】
本発明の手法により処理チャンバー内の誘電体板"１０７"による誘電体線路からの高周波電界により大面積な均一平面プラズマが形成できると同時に、平面試料表面を均一処理する処理チャンバー構造が単純化され、さらに処理チャンバー容積を最小化によって真空排気系の小型化が可能となって装置コストを大幅に低減できる。
【００５７】
ここで具体的寸法と容量を示す。減圧処理チャンバー上部"１０８"は５００ミリ角で厚み５０ミリのアルミ板片面に外周部２５ミリを除いて深さ３０ミリの溝加工を行った箱型のものであり、４側面にはφ１０ミリの複数の排気穴加工がなされている。  ４００ミリ角厚み５ミリのアルミナ製の誘電体板"１０７"が減圧処理チャンバー上部"１０８"に４ミリの隙間を介してボルトにより接続されており、φ５０ミリ厚み３ミリのアルミナ製の邪魔板"１０６"が誘電体板"１０７"と４ミリの隙間となるようボルトにより減圧処理チャンバー上部"１０８"に接続されている。その他の構成は前記第一実施例と同様である。
【００５８】
本実施例における電離プラズマ放電の作動状態並びにインピーダンス整合に関しては、第一実施例のものと同様である。また本実施例でのプラズマ発生の安定放電結果例は前記第一実施例と同様である。
【００５９】
本実施例での処理効率テスト例は次のとおりである。試料として４００ミリ角の液晶用ガラス基板表面を処理し、酸素プラズマ放電５分処理後による表面の水による濡れ性評価を行った。処理条件はマイクロ波パワー７５０Ｗ、処理ガス（酸素：１００ｃｃ／分）、処理圧力１５０Ｐａ、処理時間５分のところ、基板全面表面において接触角０．５度以下の濡れ性が得られた。処理後の基板温度を測定のところ常温であり、基板温度を上昇せず処理が行えた。
【実施例３】
【００６０】
以下に本発明の実施態様を図７に示す第三実施例に基づき説明する。図７は  本発明の第三実施例でのマイクロ波放電処理装置の鉛直中心部断面図である。
【００６１】
本実施例は前記第二実施例からの変形で、大型平面試料の表面を均等処理するためのものであり、処理チャンバー容積をできるだけ小さくしつつ大型平面試料全体に均等なプラズマ処理を行う目的のためと、さらに処理チャンバーに低コストで大きな高周波電力を導入する事を目的としたものであり、処理チャンバーに複数の第一のマイクロ波放電負荷部を接続したものである。
【００６２】
通常大きなマイクロ波電力を投入するために複数のマイクロ波発振源からの高周波線路を同一の処理チャンバーに接続した場合には相互の高周波線路同士において高周波整合上の干渉が生じハンチング現象と呼ばれる状態となって処理チャンバー内において整合不安定となり安定放電が得られず、時にはプラズマを失ってしまう事となる。
【００６３】
従来の整合手法による方法ではこの干渉によるハンチングに対して速度的に整合追随は不可能であり処理チャンバーに大電力を投入するには単一発振源の出力を大きくする手法がとられる事になる。しかしながらこれらの方法では単一高周波線路に大電力が投入される事から高周波線路上での損失による発熱対策、ノイズ対策等を必要として装置コストの上昇につながる。さらに大出力マグネトロン発振ではマグネトロン並びに駆動直流電源が特殊仕様となるため大幅なコスト上昇をもたらす。
【００６４】
本実施例の手法では、減圧処理チャンバー上部"１０８"に２つの第一のマイクロ波放電負荷部を搭載して処理チャンバーへの電力投入を前記第二実施例の２倍としたものである。
【００６５】
本実施例における電離プラズマ放電の作動状態並びにインピーダンス整合に関しては、第一実施例及び第二実施例のものと同様である。また本実施例でのプラズマ発生のテストは前記第二実施例の倍の１５００Wマイクロ波電力を投入の結果において第二実施例と同様に安定した放電が得られた。
【００６６】
本実施例における電離プラズマ放電の作動状態並びにインピーダンス整合に関しては、第二実施例のものと同様である。また本実施例でのプラズマ発生の安定放電結果例は前記第二実施例と同様である。
【００６７】
本実施例での処理効率テスト例は次のとおりである。試料として４００ミリ角の液晶用ガラス基板表面を処理し、酸素プラズマ放電２分処理後による表面の水による濡れ性評価を行った。処理条件はマイクロ波パワー１５００Ｗ、処理ガス（酸素：１００ｃｃ／分）、処理圧力１５０Ｐａ、処理時間５分のところ、基板全面表面において接触角０．５度以下の濡れ性が得られた。処理後の基板温度を測定のところ常温であり、基板温度を上昇せず処理が行えた。
（その他の実施例）
図８は第一実施例のものからの変形で、第一のマイクロ波放電負荷部を直列に連結してマイクロ波投入電力を増加する方法を示す第四実施例
本発明の応用分野は全てのプラズマ処理を行う分野で、エッチング、アッシング、洗浄、ＣＶＤ、改質処理、半導体表面処理、ガス分解、光ソース等である。
【００６８】
本発明は前記した実施例や実施態様に限定されず、特許請求の精神及び範囲を逸脱せずに各種の変形を含む。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】従来の円筒共振型磁場付加方式のマイクロ波放電処理装置の放電部概略断面図及び構成図である。
【図２】従来の有限長誘電体線路表面波方式のマイクロ波放電処理装置の放電部概略断面図及び構成図である。
【図３】従来の有限長誘電体線路表面波方式における導体アンテナを用いたマイクロ波放電処理装置の放電部概略断面図及び構成図である。
【図４】従来の無限長誘電体線路表面波におけるマイクロ波放電処理装置の放電部概略断面図及び構成図である。
【図５】本発明の第一実施例でのマイクロ波放電処理装置の鉛直中心部断面図である。
【図６】本発明の第二実施例でのマイクロ波放電処理装置の鉛直中心部断面図である。
【図７】本発明の第三実施例でのマイクロ波放電処理装置の鉛直中心部断面図である。
【図８】本発明の第四実施例でのマイクロ波放電処理装置の鉛直中心部断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１…マイクロ波電源
２…マグネトロン高周波発振部
３…矩形導波管
４…導波管接続フランジ
５…アイソレータ
６…電力検波方向性結合器
７…インピーダンス整合器
８…円矩形変換導波管
９…円筒空洞部
１０…ソレノイドコイル
１１…マイクロ波透過窓
１２…真空減圧容器
１３…処理体試料台
１４…シャワープレート
１５…プラズマ負荷
１６…プラズマ境界面
１７…エアギャップ
１８…誘電体線路
１９…アンテナ棒
２０…処理ガス入路
４２…高周波結合部
４３…被覆導体
４４…高周波導波管線路
４７…高周波及び高周波進行方向
５３…誘電体層
５８…オーリング
９０…上部接続フランジ
９１…下部接続フランジ
９２…処理部導体管
９３…減圧ポート
９４…高密度プラズマ放電領域
９５…低密度プラズマ放電領域
１０１…マイクロ波透過材による第一のマイクロ波放電容器
１０２…処理ガス入口
１０３…導体上フランジ
１０４…導体下フランジ
１０５…マイクロ波透過穴減圧シールリング窓
１０６…邪魔板
１０７…誘電体板
１０８…減圧処理チャンバー上部
１０９…減圧処理チャンバー下部
１１０…処理試料
１１１…減圧排気チャンネル抑え
１２１…マイクロ波透過チャンネル
１２２…処理部マイクロ波導波チャンネル
１２３…処理部ガス入口
【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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