(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を出力する発振器と、
この発振器に接続される第１の方形導波管と、
開口が複数形成された第２の方形導波管と、
管軸方向に直交する幅方向に整列配置された複数の放射用導波管とを備え、
前記第１の方形導波管と前記第２の方形導波管とは、それぞれの一方の狭壁に形成された連通孔を介して連通し、
前記第２の方形導波管は、前記開口を介して前記放射用導波管に連通し、
前記第１の方形導波管は、他方の狭壁から前記連通孔に向かって突出しかつ前記第１の方形導波管を伝播する電磁波を前記連通孔の方向に誘導する第１の誘導壁を備えることを特徴とする分配器。
【請求項２】
請求の範囲第１項に記載された分配器において、
前記第２の方形導波管は、前記一方の狭壁から前記開口のそれぞれに向かって突出する第２の誘導壁を複数備えることを特徴とする分配器。
【請求項３】
請求の範囲第２項に記載された分配器において、
前記第１の誘導壁で反射され前記第１の方形導波管を逆進する電磁波と前記第１の方形導波管の端部で反射された電磁波とは、互いに相殺されることを特徴とする分配器。
【請求項４】
請求の範囲第３項に記載された分配器において、
前記第１の誘導壁は、前記連通孔に対向配置され、
前記第１の方形導波管の端部は、前記第１の誘導壁から前記第１の方形導波管の管内波長の略１／２の整数倍離れた位置に配置されていることを特徴とする分配器。
【請求項５】
請求の範囲第１項に記載された分配器において、
前記第２の方形導波管は、前記連通孔の近傍に配置されかつ互いに対向する広壁の間に延在する導体柱を備えることを特徴とする分配器。
【請求項６】
請求の範囲第１項に記載された分配器において、
前記第１および第２の方形導波管は、管内の比誘電率が互いに異なることを特徴とする分配器。
【請求項７】
被処理体を載置する載置台と、
この載置台を収容する処理容器と、
スロットが形成された複数の放射用導波管を有するアンテナ構成体と、
前記放射用導波管のそれぞれに電磁波を分配する分配器とを備え、
前記放射用導波管は、前記処理容器に対応して管軸方向に直交する幅方向に整列配置され、
前記分配器は、
電磁波を出力する発振器と、
この発振器に接続される第１の方形導波管と、
複数形成された開口を介して前記放射用導波管のそれぞれの一端に接続される第２の方形導波管とを備え、
前記第１の方形導波管と前記第２の方形導波管とは、それぞれの一方の狭壁に形成された連通孔を介して連通し、
前記第１の方形導波管は、他方の狭壁から前記連通孔に向かって突出しかつ前記第１の方形導波管を伝播する電磁波を前記連通孔の方向に誘導する第１の誘導壁を備え、
前記第２の方形導波管は、前記一方の狭壁から前記開口のそれぞれに向かって突出する第２の誘導壁を複数備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】
請求の範囲第７項に記載されたプラズマ処理装置において、
前記放射用導波管は、その側壁の他端の側に、前記一端から前記他端へ向かう進行波と前記他端で前記一端の側へ反射された反射波とからできる定在波により励振される定在波励振スロットが形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項９】
請求の範囲第８項に記載されたプラズマ処理装置において、
前記定在波励振スロットは、前記他端から前記一端の側に前記放射用導波管の管内波長の略１／２の自然数倍離れた位置に形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１０】
請求の範囲第８項に記載されたプラズマ処理装置において、
前記放射用導波管は、前記定在波励振スロットからみて前記一端の側に配置されかつ前記進行波の一部を前記一端側へ反射することにより前記他端または前記定在波励振スロットで反射された反射波を相殺する反射部材を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１１】
請求の範囲第１０項に記載されたプラズマ処理装置において、
前記反射部材は、前記定在波励振スロットの中心位置とこの中心位置から前記一端の側に向かって前記放射用導波管の管内波長（λg）はなれた位置との間の所定の位置に配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１２】
第１の方形導波管を伝播する電磁波を、前記第１の方形導波管および第２の方形導波管のそれぞれの一方の狭壁に形成された連通孔を介して前記第２の方形導波管に導入する第１のステップと、
前記第２の方形導波管に導入された電磁波を前記第２の方形導波管に複数形成された開口を介して、管軸方向に直交する幅方向に整列配置された複数の放射用導波管に分配する第２のステップとを備え、
前記第１のステップは、前記第１の方形導波管の他方の狭壁から前記連通孔に向かって突出する誘導壁により、前記第１の方形導波管を伝播する電磁波を前記連通孔の方向に誘導することを特徴とする分配方法。
【請求項１３】
第１の方形導波管を伝播する電磁波を、前記第１の方形導波管および第２の方形導波管のそれぞれの一方の狭壁に形成された連通孔を介して前記第２の方形導波管に導入する第１のステップと、
前記第２の方形導波管に導入された電磁波を前記第２の方形導波管に複数形成された開口を介して、管軸方向に直交する幅方向に整列配置された複数の放射用導波管に分配する第２のステップと、
前記放射用導波管に導入された電磁波を前記放射用導波管に形成されたスロットを介して処理容器に供給する第３のステップと、
前記処理容器に供給された電磁波によって生成されるプラズマを利用して前記処理容器の内部に配置された被処理体を処理する第４のステップとを備え、
前記第１のステップは、前記第１の方形導波管の他方の狭壁から前記連通孔に向かって突出する第１の誘導壁により、前記第１の方形導波管を伝播する電磁波を前記連通孔の方向に誘導し、
前記第２のステップは、前記第２の方形導波管の前記一方の狭壁から前記開口のそれぞれに向かって突出する複数の第２の誘導壁により、前記第２の方形導波管を伝播する電磁波を前記開口の方向に誘導することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１４】
第１の方形導波管を伝播する電磁波を、前記第１の方形導波管および第２の方形導波管のそれぞれの一方の狭壁に形成された連通孔を介して前記第２の方形導波管に導入する第１のステップと、
前記第２の方形導波管に導入された電磁波を前記第２の方形導波管に複数形成された開口を介して、管軸方向に直交する幅方向に整列配置された複数の放射用導波管に分配する第２のステップと、
前記放射用導波管に導入された電磁波を前記放射用導波管に形成されたスロットを介して処理容器に供給する第３のステップと、
前記処理容器に供給された電磁波によって生成されるプラズマを利用し、前記処理容器の内部に配置されたＬＣＤ基板の表面にエッチング、アッシング、酸化、窒化またはＣＶＤの処理を施す第４のステップとを備え、
前記第１のステップは、前記第１の方形導波管の他方の狭壁から前記連通孔に向かって突出する第１の誘導壁により、前記第１の方形導波管を伝播する電磁波を前記連通孔の方向に誘導し、
前記第２のステップは、前記第２の方形導波管の前記一方の狭壁から前記開口のそれぞれに向かって突出する複数の第２の誘導壁により、前記第２の方形導波管を伝播する電磁波を前記開口の方向に誘導することを特徴とするＬＣＤの製造方法。
【請求項１５】
請求の範囲第７項に記載されたプラズマ処理装置において、
前記発振器を複数有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１６】
請求の範囲第７項に記載されたプラズマ処理装置において、
前記アンテナ構成体と前記分配器とからなる電磁波供給装置を複数備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１７】
請求の範囲第１６項に記載されたプラズマ処理装置において、
前記電磁波供給装置のうちの２つは、それぞれの前記放射用導波管の他端側が対向し、それぞれの前記発振器が前記放射用導波管を挟んだ反対側に配置されることを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
本発明は、分配器およびプラズマ処理装置に関し、特に、２つの方形導波管を用いる電磁波の分配器およびそれを用いたプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
ＬＣＤ（ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｄｅｓｐｌａｙ）などのフラットパネルディスプレイや半導体装置の製造において、エッチング、アッシング、またＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｕｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などの処理を行うために、プラズマ処理装置が広く用いられている。プラズマ処理装置の一つに、処理容器内にマイクロ波を供給することにより、処理容器内のガスを電離、励起、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。
図１１は、従来のプラズマ処理装置の全体構成を示す縦断面図である。このプラズマ処理装置は、平面視方形をした有底筒状の処理容器１を有している。処理容器１はＡ１などの金属で形成される。処理容器１の底面中央部には載置台２が配設されている。載置台２の上面には、被処理体としてＬＣＤ基板３などが配置される。載置台２には、マッチングボックス４を介して高周波電源５が接続されている。
処理容器１の底面周縁部には、真空排気用の排気口６が設けられ、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口７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には、Ａｒなどのプラズマガスと、ＣＦ４などの反応ガスとが導入される。
処理容器１の上部開口は、そこからマイクロ波を導入しつつ、処理容器１内部の減圧を保つために、石英ガラスなどからなる誘電体板８で閉塞されている。なお、処理容器１の側壁上面と誘電体板８との間にＯリングを介在させ、処理容器１内の気密性を確保している。
誘電体板８の上方には、処理容器１内にマイクロ波を供給するマイクロ波供給装置１１０が配置されている。
図１２は、従来のマイクロ波供給装置１１０の構成を示す横断面図である。マイクロ波供給装置１１０は、マイクロ波発振器１２０と、マイクロ波分配器１３０と、アンテナ構成体１５０とから構成されている。
ここで、アンテナ構成体１５０は、複数の放射用導波管１５１Ａ，１５１Ｂ，１５１Ｃ，１５１Ｄ，１５１Ｅ，１５１Ｆを有している。放射用導波管１５１Ａ〜１５１Ｆのそれぞれは方形導波管からなる。方形導波管は、軸線に垂直な断面が長方形をした導波管であり、マイクロ波をＴＥ１０モードで伝送できる。ＴＥ１０モードでは、上記断面の長辺を含む管壁すなわち広壁に平行に磁界ができ、短辺を含む管壁すなわち狭壁に平行に電界ができる。放射用導波管１５１Ａ〜１５１Ｆのそれぞれ広壁には、放射用スロット１５２が複数形成されている。放射用導波管１５１Ａ〜１５１Ｆのそれぞれに入力されたマイクロ波は、放射用スロット１５２を介して処理容器１内に放射され、プラズマ生成に利用される。
また、放射用導波管１５１Ａ〜１５１Ｆの管内には、誘電体（比誘電率εｒ（＞１））からなる遅波材１５３が配置されている。これにより、管内波長λｇが１／（εｒ）１／２になるので、管内波長λｇに基づいて設定される放射用スロット１５２の間隔を短くし、プラズマ密度の分布を均一化することができる。
マイクロ波分配器１３０は、方形導波管からなるマイクロ波導波管１３１および給電用導波管１４１を有し、マイクロ波発振器１２０から入力されるマイクロ波を、アンテナ構成体１５０の放射用導波管１５１Ａ〜１５１Ｆのそれぞれに分配する。マイクロ波導波管１３１の入力端は、マイクロ波発振器１２０に接続され、出力端は、給電用導波管１４１の一方の狭壁１４１Ａの中央部に接続されている。狭壁１４１Ａの中央部には、両導波管１３１，１４１を連通させる連通孔１３２が形成されている（例えば、中島将光著「マイクロ波工学」森北出版、ｐ．１２３を参照）。また、給電用導波管１４１の他方の狭壁１４１Ｂには、給電用導波管１４１と放射用導波管１５１Ａ〜１５１Ｆと連通させる開口１４３が複数形成されている。
マイクロ波導波管１３１と連通させる連通孔１３２に一部でも対向する開口１４３があると、その開口１４３を介して放射用導波管に出力されるマイクロ波が増え、放射用導波管１５１Ａ〜１５１Ｆのそれぞれへのマイクロ波の分配に偏りが生じる。このため、マイクロ波導波管１３１と連通させる連通孔１３２が、放射用導波管１５１Ａ〜１５１Ｆと連通させる開口１４３と対向しないように、マイクロ波導波管１３１と給電用導波管１４１との接続部にアイリス１４７Ａ，１４７Ｂを設け、連通孔１３２の幅をマイクロ波導波管１３１の管幅よりも狭めている。
なお、マイクロ波導波管１３１の管内は中空であり、給電用導波管１４１の管内には遅波材１５３が配置されている。
上述したように、従来のプラズマ処理装置では、マイクロ波導波管１３１と給電用導波管１４１との接続部にアイリス１４７Ａ，１４７Ｂを設けることにより、接続部で管幅が狭くなり、接続部を通過可能な周波数帯域が狭帯域化してしまう。特に、中空のマイクロ波導波管１３１と遅波材１５３が配置された給電用導波管１４１とを接続する場合のように、管内の比誘電率の差が大きいほど、周波数帯域の狭帯域化の傾向は更に顕著になる。このため、マイクロ波発振器１２０の発振周波数が多少変動しただけで、両導波管１３１，１４１の接続部を通過できずに反射される電力が増え、導波管１３１，１４１からなるマイクロ波分配器１３０における反射損失が大きくなるという問題があった。
【発明の開示】
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、分配器に入力されるマイクロ波などの電磁波の周波数が変動したときに生じる反射損失を小さくすることにある。
このような目的を達成するために、本発明に係る分配器は、電磁波を出力する発振器と、この発振器に接続される第１の方形導波管と、開口が複数形成された第２の方形導波管と、管軸方向に直交する幅方向に整列配置された複数の放射用導波管とを備え、第１の方形導波管と第２の方形導波管とは、それぞれの一方の狭壁に形成された連通孔を介して連通し、第２の方形導波管は、開口を介して放射用導波管に連通し、第１の方形導波管は、他方の狭壁から連通孔に向かって突出しかつ第１の方形導波管を伝播する電磁波を連通孔の方向に誘導する第１の誘導壁を備えることを特徴とする。
また、本発明に係るプラズマ処理装置は、被処理体を載置する載置台と、この載置台を収容する処理容器と、スロットが形成された複数の放射用導波管を有するアンテナ構成体と、放射用導波管のそれぞれに電磁波を分配する分配器とを備え、放射用導波管は、処理容器に対応して管軸方向に直交する幅方向に整列配置され、分配器は、電磁波を出力する発振器と、この発振器に接続される第１の方形導波管と、複数形成された開口を介して放射用導波管のそれぞれの一端に接続される第２の方形導波管とを備え、第１の方形導波管と第２の方形導波管とは、それぞれの一方の狭壁に形成された連通孔を介して連通し、第１の方形導波管は、他方の狭壁から連通孔に向かって突出しかつ第１の方形導波管を伝播する電磁波を連通孔の方向に誘導する第１の誘導壁を備え、第２の方形導波管は、一方の狭壁から開口のそれぞれに向かって突出する第２の誘導壁を複数備えることを特徴とする。
また、本発明に係る分配方法は、第１の方形導波管を伝播する電磁波を、第１の方形導波管および第２の方形導波管のそれぞれの一方の狭壁に形成された連通孔を介して第２の方形導波管に導入する第１のステップと、第２の方形導波管に導入された電磁波を第２の方形導波管に複数形成された開口を介して、管軸方向に直交する幅方向に整列配置された複数の放射用導波管に分配する第２のステップとを備え、第１のステップは、第１の方形導波管の他方の狭壁から連通孔に向かって突出する誘導壁により、第１の方形導波管を伝播する電磁波を連通孔の方向に誘導することを特徴とする。
また、本発明に係るプラズマ処理方法は、第１の方形導波管を伝播する電磁波を、第１の方形導波管および第２の方形導波管のそれぞれの一方の狭壁に形成された連通孔を介して第２の方形導波管に導入する第１のステップと、第２の方形導波管に導入された電磁波を第２の方形導波管に複数形成された開口を介して、管軸方向に直交する幅方向に整列配置された複数の放射用導波管に分配する第２のステップと、放射用導波管に導入された電磁波を放射用導波管に形成されたスロットを介して処理容器に供給する第３のステップと、処理容器に供給された電磁波によって生成されるプラズマを利用して処理容器の内部に配置された被処理体を処理する第４のステップとを備え、第１のステップは、第１の方形導波管の他方の狭壁から連通孔に向かって突出する第１の誘導壁により、第１の方形導波管を伝播する電磁波を連通孔の方向に誘導し、第２のステップは、第２の方形導波管の一方の狭壁から開口のそれぞれに向かって突出する複数の第２の誘導壁により、第２の方形導波管を伝播する電磁波を開口の方向に誘導することを特徴とする。
また、本発明に係るＬＣＤの製造方法は、第１の方形導波管を伝播する電磁波を、第１の方形導波管および第２の方形導波管のそれぞれの一方の狭壁に形成された連通孔を介して第２の方形導波管に導入する第１のステップと、第２の方形導波管に導入された電磁波を第２の方形導波管に複数形成された開口を介して、管軸方向に直交する幅方向に整列配置された複数の放射用導波管に分配する第２のステップと、放射用導波管に導入された電磁波を放射用導波管に形成されたスロットを介して処理容器に供給する第３のステップと、処理容器に供給された電磁波によって生成されるプラズマを利用し、処理容器の内部に配置されたＬＣＤ基板の表面にエッチング、アッシング、酸化、窒化またはＣＶＤの処理を施す第４のステップとを備え、第１のステップは、第１の方形導波管の他方の狭壁から連通孔に向かって突出する第１の誘導壁により、第１の方形導波管を伝播する電磁波を連通孔の方向に誘導し、第２のステップは、第２の方形導波管の一方の狭壁から開口のそれぞれに向かって突出する複数の第２の誘導壁により、第２の方形導波管を伝播する電磁波を開口の方向に誘導することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
図１は、第１の実施例に係るプラズマ処理装置の全体構成を示す縦断面図である。
図２は、マイクロ波供給装置の構成を示す横断面図である。
図３は、マイクロ波供給装置の構成を示す横断面図である。
図４は、接続構造の数値解析に用いた各部の寸法を示す図である。
図５は、接続構造の反射損失に関する特性図である。
図６は、第２の実施例に係るマイクロ波供給装置の構成を示す横断面図である。
図７は、第３の実施例に係るマイクロ波供給装置の構成を示す横断面図である。
図８は、第４の実施例に係るマイクロ波供給装置の構成を示す横断面図である。
図９は、第５の実施例に係るマイクロ波供給装置の構成を示す横断面図である。
図１０は、放射用導波管の終端付近を拡大して示す図である。
図１１は、従来のプラズマ処理装置の全体構成を示す縦断面図である。
図１２は、従来のマイクロ波供給装置の構成を示す横断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の図面において、図１１および図１２に示した構成要素に相当する構成要素については図１１および図１２と同一符号で示し、適宜その説明を省略する。
【実施例】
第１の実施例
図１は、本発明の第１の実施例に係るプラズマ処理装置の全体構成を示す縦断面図である。このプラズマ処理装置は、被処理体としてＬＣＤ基板３などを載置する載置台２と、載置台２を収容する平面視方形をした有底筒状の処理容器１と、処理容器１の上部開口を閉塞する誘電体板８と、誘電体板８を介して外部から処理容器１内に電磁波としてマイクロ波を供給するマイクロ波供給装置１０とを有している。
図２および図３は、マイクロ波供給装置１０の構成を示す横断面図である。図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ′線方向の断面を示し、図３は、図２から遅波材５３を除いた構成を示している。なお、一部の構成要素は機能ブロックで示している。
マイクロ波供給装置１０は、マイクロ波発振器２０と、マイクロ波分配器３０と、アンテナ構成体５０とから構成されている。
ここで、マイクロ波発振器２０は、周波数が例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を出力する発振器であり、例えばマグネトロンなどからなる。
マイクロ波分配器３０は、マイクロ波発振器２０から入力されるマイクロ波を、アンテナ構成体５０の複数の放射用導波管５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅ，５１Ｆのそれぞれに分配する。その構成については、後で詳しく説明する。
アンテナ構成体５０の放射用導波管５１Ａ〜５１Ｆは、それぞれ方形導波管からなり、入力端（一端）はマイクロ波分配器３０に接続され、終端（他端）はショートされ、広壁（Ｈ面）には放射用スロット５２が複数形成されている。放射用スロット５２の一例として、図３に示すようなクロススロットが用いられる。クロススロットは、対をなす２個のスロットを互いの中心で交差させて円偏波を放射するようにしたものであり、管内波長λｇの略自然数倍の間隔で配置される。なお、放射用導波管５１Ａ〜５１Ｆの管内には、図２に示すように、誘電体（比誘電率εｒ（＞１））からなる遅波材５３が配置されている。このような放射用導波管５１Ａ〜５１Ｆが、放射用スロット５２が形成された広壁を載置台２に対向させた状態で、管軸方向（マイクロ波の進行方向）に直交する幅方向に整列配置されている。
以上のような構成のプラズマ処理装置において、マイクロ波発振器２０から出力されたマイクロ波は、マイクロ波分配器３０によりアンテナ構成体５０の放射用導波管５１Ａ〜５１Ｆのそれぞれに分配される。放射用導波管５１Ａ〜５１Ｆの入力端から導入されたマイクロ波は、終端に向かって伝播しながら、広壁に複数形成された放射用スロット５２から徐々に放射され、誘電体板８を透過して処理容器１内に供給される。処理容器１内に供給されたマイクロ波の電界により電子が加速され、処理容器１内のガスが電離、励起、解離され、プラズマが生成される。このプラズマにより、載置台２上のＬＣＤ基板３の表面にエッチング、アッシング、酸化、窒化またはＣＶＤなどの処理が施される。
次に、マイクロ波分配器３０の構成について更に説明する。マイクロ波分配器３０は、マイクロ波発振器２０から入力されるマイクロ波を導く第１の方形導波管からなるマイクロ波導波管３１と、マイクロ波導波管３１により導かれたマイクロ波を放射用導波管５１Ａ〜５１Ｆのそれぞれに分配する第２の方形導波管からなる給電用導波管４１とを有している。
ここで、マイクロ波導波管３１は、入力端（一端）がマイクロ波発振器２０に接続され、終端（他端）３４がショートされている。
このマイクロ波導波管３１と給電用導波管４１とは、それぞれの一方の狭壁（Ｅ面）３１Ａと４１Ａとが対向するように平行に配置される。この際、狭壁３１Ａと４１Ａとが接触しているか、または、狭壁３１Ａと４１Ａとが図２および図３に示すように同一の導体板６３で形成されていることが望ましい。このような狭壁３１Ａ，４１Ａに、両導波管３１，４１を連通させる連通孔３２が形成されている。連通孔３２は略長方形状をしているが、その他の形状であってもよい。本実施例では、給電用導波管４１の狭壁４１Ａの中央部に連通孔３２が位置している。この連通孔３２を介して、マイクロ波導波管３１を伝播するマイクロ波が、給電用導波管４１に導入される。
給電用導波管４１の両端はショートされている。また、連通孔３２が形成された狭壁４１Ａに対向する他方の狭壁４１Ｂには、給電用導波管４１を放射用導波管５１Ａ〜５１Ｆと連通させる開口４３が複数形成されている。これらの開口４３を介して、給電用導波管４１に導入されたマイクロ波が、放射用導波管５１Ａ〜５１Ｆのそれぞれに分配される。マイクロ波が均等に分配されるように、開口４３の幅が調整される。また、開口４３と連通孔３２とが対向しないように、連通孔３２の幅が調整される。
その結果、たとえ連通孔３２の幅が狭くなったとしても、上述したように連通孔３２をマイクロ波導波管３１および給電用導波管４１のそれぞれの狭壁３１Ａ，４１Ａに形成することにより、両導波管３１，４１の接続部において管幅が狭くならないので、接続部を通過可能な周波数帯域の狭帯域化を抑制することができる。よって、マイクロ波の周波数が変動したときに接続部を通過できずに反射される電力を低減し、マイクロ波分配器３０における反射損失を小さくすることができる。
本実施例では、マイクロ波導波管３１の管内が中空であるのに対し、給電用導波管４１の管内には放射用導波管５１Ａ〜５１Ｆの管内と同じく遅波材５３が配置され、両導波管３１，４１の管内の比誘電率が互いに異なっている。しかし、このような場合にも、連通孔３２を両導波管３１，４１の狭壁３１Ａ，４１Ａに形成することにより、マイクロ波分配器３０における反射損失の低減が可能である。
また、マイクロ波分配器３０では、マイクロ波導波管３１の管内に、マイクロ波導波管３１の他方の狭壁３１Ｂから連通孔３２に向かって突出する誘導壁３３が設けられている。誘導壁３３は、マイクロ波導波管３１の上下の広壁の間に延在している。連通孔３２の略中央部に向かって狭壁３１Ｂから垂直に突出する誘導壁３３の場合には、その突出長ｈ１を例えばマイクロ波導波管３１の管内波長λｇ０の略１／２程度にしてもよい。このような誘導壁３３を設け、マイクロ波導波管３１を伝播するマイクロ波を連通孔３２の方向に誘導することにより、マイクロ波が連通孔３２を介して給電用導波管４１に導入され易くなる。
しかし、誘導壁３３を設けると、そこでマイクロ波が反射され、マイクロ波導波管３１を逆進する反射波が生じる。そこで、この反射波をマイクロ波導波管３１の終端３４で反射された反射波で相殺する。例えば、連通孔３２の正面付近の位置に誘導壁３３を設け、誘導壁３３から管内波長λｇの略１／２の整数倍程度はなれた位置に終端３４を置く。これにより、マイクロ波導波管３１と給電用導波管４１との接続部における反射を抑制し、マイクロ波分配器３０における反射損失を更に小さくすることができる。
一方、給電用導波管４１の管内には、連通孔３２の中央部の近傍に導体柱４５が設けられている。導体柱４５は、給電用導波管４１の上下の広壁の間に延在している。導体柱４５の直径および配置などにより、連通孔３２を介して給電用導波管４１に導入されるマイクロ波が、給電用導波管の一端側または他端側へ分配される割合を調整することができる。また、給電用導波管４１に導入されたマイクロ波が反射され、マイクロ波導波管３１に戻ることを抑制することができる。したがって、マイクロ波分配器３０における反射損失を更に小さくすることができる。
給電用導波管４１の管内にはまた、狭壁４１Ａから開口４３のそれぞれに向かって突出する誘導壁４４が複数設けられている。誘導壁４４は、給電用導波管４１の上下の広壁の間に延在している。このような誘導壁４４を設け、給電用導波管４１を伝播するマイクロ波を開口４３の方向に誘導することにより、マイクロ波が開口４３を介して放射用導波管５１Ａ〜５１Ｆのそれぞれに導入され易くなる。したがって、マイクロ波分配器３０から放射用導波管５１Ａ〜５１Ｆのそれぞれにマイクロ波を効率よく供給することができる。
このような構成のマイクロ波分配器３０において、各部の寸法を図４に示すように設定し、マイクロ波導波管３１から給電用導波管４１にマイクロ波を供給する場合の反射損失に関する数値解析を行った。その結果、図５に示すような特性図が得られた。すなわち、中心周波数ｆ０＝２．４５ＧＨｚにおいて反射損失は−２０ｄＢであり、反射損失が−１５ｄＢ以下となる比帯域は２．３％となり、周波数帯域の狭帯域化が抑制されることがわかった。
したがって、マイクロ波分配器３０を用いることにより、マイクロ波の周波数が変動したときのマイクロ波分配器３０における反射を抑制し、放射用導波管５１Ａ〜５１Ｆのそれぞれにマイクロ波を効率よく供給することができる。その結果、マイクロ波を効率よく処理容器１内に供給し、マイクロ波によって生成されるプラズマを利用した処理を効率よく行うことができる。
なお、本実施例では、給電用導波管４１および放射用導波管５１Ａ〜５１Ｆは、互いに離間して平行に配置された平面視方形の２枚の平板６１，６２とこれらの平板６１，６２の周縁部を接続する側壁６３，６４，６５，６６とからなる箱体の内部を、側壁６３から略λｇ／２だけ離間した位置に側壁６３，６５と平行に配設された仕切り板６７で仕切り、仕切り板６７と側壁６５とに挟まれた領域を、側壁６４，６６と平行に配設された５つの仕切り板６８で略λｇ／２間隔で仕切ることによって形成される。なお、平板６１，６２、側壁６３〜６６および仕切り板６７，６８は、銅などの導体で形成される。
この場合、平板６１，６２がそれぞれ給電用導波管４１および放射用導波管５１Ａ〜５１Ｆの広壁となり、側壁６３が給電用導波管４１の一方の狭壁４１Ａとなり、仕切り板６７が給電用導波管４１の他方の狭壁４１Ｂとなり、側壁６５が放射用導波管５１Ａ〜５１Ｆの終端面となり、側壁６４，６６のそれぞれの一部が給電用導波管４１の両端面となり、側壁６４，６６のそれぞれの他部および仕切り板６８が放射用導波管５１Ａ〜５１Ｆの狭壁となる。そして、側壁６３の中央部に連通孔３２が形成され、仕切り板６７に開口４３が複数形成される。また、載置台２に対向する平板６２に放射用スロット５２が複数形成される。
第２の実施例
図６は、本発明の第２の実施例に係るマイクロ波供給装置の構成を示す横断面図である。このマイクロ波供給装置１１におけるマイクロ波分配器３０Ａでは、平面視Ｌ字形をしたマイクロ波導波管３６が用いられている。その他の部分は、第１の実施例におけるマイクロ波分配器３０と同じである。すなわち、マイクロ波導波管３６と給電用導波管４１とを連通させる連通孔３２と、マイクロ波導波管３６内の誘導壁３３と、マイクロ波導波管３６の終端３４と、給電用導波管４１内の導体柱４５とが、第１の実施例と同様に設けられている。したがって、第１の実施例と同様に、マイクロ波の周波数が変動したときのマイクロ波分配器３０における反射損失を小さくすることができる。
第３の実施例
図７は、本発明の第３の実施例に係るマイクロ波供給装置の構成を示す横断面図である。このマイクロ波供給装置１２では、放射用スロット５２の間隔を短くするため、放射用導波管５１Ａ〜５１Ｆおよび給電用導波管４１の管内に、アルミナなどの比誘電率が比較的高い誘電体からなる遅波材５３が配置されている。一方、マイクロ波導波管３６の管内の連通孔３２に近い領域には、遅波材５３よりも比誘電率が低い石英などの誘電体からなる遅波材３７が配置されている。連通孔３２から離れた領域は中空のままである。
マイクロ波導波管３６と給電用導波管４１との接続部を通過可能な周波数帯域は、接続部における比誘電率の変化が大きくなるにしたがって狭帯域化する傾向にある。したがって、上述したようにしてマイクロ波導波管３６の管内の連通孔３２に近い領域の比誘電率を、連通孔３２から離れた領域の比誘電率と給電用導波管４１の管内の比誘電率との間の値にすることにより、両導波管３６，４１の接続部における比誘電率の変化を緩和し、接続部を通過可能な周波数帯域の狭帯域化を抑制することができる。よって、マイクロ波の周波数が変動したときに接続部を通過できずに反射される電力を低減し、マイクロ波分配器３０Ｂにおける反射損失を小さくすることができる。
なお、３種類以上の遅波材を用い、マイクロ波導波管３６および給電用導波管４１の管内における比誘電率の変化が３段階以上となるようにしてもよい。
第４の実施例
図８は、本発明の第４の実施例に係るマイクロ波供給装置の構成を示す横断面図である。このマイクロ波供給装置１３は、第２の実施例に係るマイクロ波供給装置１１を複数組み合わせて構成されたものであり、マイクロ波発振器２０を複数具備している。より具体的には、８個のマイクロ波供給装置１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅ，１１Ｆ，１１Ｇ，１１Ｈから構成され、８個のマイクロ波発振器２０を具備している。マイクロ波供給装置１１Ａ〜１１Ｈは、それぞれのアンテナ構成体５０の放射用スロット５２が形成される面（放射用導波管５１Ａ〜５１Ｆの広壁）が同一平面を構成するように配置されている。図８に示す例では、マイクロ波供給装置１１Ａ〜１１Ｄは、アンテナ構成体５０の側壁６４と６６とが対向するように配置されている。マイクロ波供給装置１１Ｅ〜１１Ｈについても同じである。また、マイクロ波供給装置１１Ａと１１Ｅとは、アンテナ構成体５０の側壁６５同士が対向するように配置されている。マイクロ波供給装置１１Ｂと１１Ｆ，１１Ｃと１１Ｇ，１１Ｄと１１Ｈについても同じである。
本実施例のように複数のマイクロ波供給装置１１Ａ〜１１Ｈを用いて処理容器１内に電力供給することにより、１個の高出力発振器を用いたときと同等の電力供給を複数の低出力発振器を用いて実現することができる。すなわち、大口径の処理容器１を用いてプラズマ処理を行うときなど、処理容器１に大電力を供給しなければならない場合でも、マイクロ波発振器２０を複数設けることにより、マイクロ波発振器２０として低出力発振器を用いることができる。低出力発振器は価格が安いので、プラズマ処理装置全体の製造コストを低減することができる。
なお、本実施例では、第２の実施例に係るマイクロ波供給装置１１を複数組み合わせる例について説明したが、他の実施例に係るマイクロ波供給装置１０，１２，１４を複数組み合わせてもよい。
第５の実施例
図９は、本発明の第５の実施例に係るマイクロ波供給装置の構成を示す横断面図である。このマイクロ波供給装置１４のアンテナ構成体７０は、第１の実施例における放射用導波管５１Ａ〜５１Ｆと同様の放射用導波管７１Ａ〜７１Ｆを有している。以下、放射用導波管７１Ａ〜７１Ｆを代表して、放射用導波管７１という。
図１０は、放射用導波管７１の終端付近を拡大して示す図である。放射用導波管７１には、放射用スロット５２が形成された広壁の終端側に定在波励振スロット７２が形成されている。定在波励振スロット７２は、放射用導波管７１の入力端から終端へ向かう進行波と、終端で入力端側へ反射された反射波とからできる定在波により励振されるスロットである。よって、定在波励振スロット７２は、定在波の振幅が最大となる位置、すなわち終端から管内波長λｇの略１／２の自然数倍程度離れた位置に配置されることが望ましい。本実施例では、終端から略λｇ／２の位置に配置されている。また、本実施例では、定在波励振スロット７２としてクロススロットが用いられている。
このような定在波励振スロット７２を形成することにより、放射用導波管７１の終端で反射された反射波が外部に放射され、管内を逆進する反射波が低減される。その結果、進行波により励振される放射用スロット５２が設計どおりに動作するので、放射用導波管７１を伝播するマイクロ波を放射用スロット５２を介して効率よく処理容器１内に供給し、マイクロ波によって生成されるプラズマを利用した処理を効率よく行うことができる。
しかし、定在波励振スロット７２を形成しただけでは、放射用スロット５２から正面方向（放射用スロット５２が形成された広壁の法線方向）に円偏波を放射することができない。その理由は、定在波励振スロット７２による反射波の低減が不十分であるからだと考えられる。そこで、本実施例では、定在波励振スロット７２とその隣の放射用スロット５２との間に、進行波の一部を入力端側に反射する反射部材７３が設けられている。反射部材７３は、放射用導波管７１のそれぞれの狭壁から垂直に突出する２つの反射壁７３Ａ，７３Ｂからなる。反射壁７３Ａ，７３Ｂは、放射用導波管７１の上下の広壁の間に延在している。反射壁７３Ａ，７３Ｂを、定在波励振スロット７２の中心位置とこの中心位置から入力端側に向かって略λｇ程度はなれた位置との間の適当な位置に配置し、その突出長を調整することにより、反射壁７３Ａ，７３Ｂで反射された反射波で、放射用導波管７１の終端または定在波励振スロット７２で反射された反射波を相殺することができる。
本実施例について数値解析を行ったので、その結果を示す。定在波励振スロット７２として、長さが０．２８６λ０，０．３７６λ０（λ０：自由空間波長）の２個のスロットを互いの中心で直交させたクロススロットを用い、放射用導波管７１の内外の比誘電率εｒを３．５とする。反射壁７３Ａ，７３Ｂを設けない場合には、周波数２．４５ＧＨｚにおいて−１０ｄＢの反射が存在した。これに対し、定在波励振スロット７２から距離ｄｉ＝０．１３４λ０の位置に反射壁７３Ａ，７３Ｂを設けると、反射は−３０ｄＢ以下に低減された。さらに、定在波励振スロット７２とその隣の放射用スロット５２との間隔ｄｍを０．８５５λｇとすると、正面方向に円偏波を放射できるという結果が得られた。なお、このときの円偏波の軸比は−２．１４ｄＢ、反射係数は２７．４ｄＢであった。
このように、反射壁７３Ａ，７３Ｂを設けることにより、放射用スロット５２から正面方向にマイクロ波を放射することができる。すなわち、アンテナ構成体７０から載置台２の方向にマイクロ波を放射することが可能となる。その結果、載置台２の直上にプラズマが生成されるので、プラズマ処理装置の設計が容易になる。
【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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