CN102057762A - 等离子体处理装置及等离子体处理方法 - Google Patents

等离子体处理装置及等离子体处理方法 Download PDF

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Abstract

提供含有在分支部分非垂直地延伸的同轴管的同轴管分配器。等离子体处理装置(10)，通过微波激发气体来对被处理体进行等离子体处理，其具备：处理容器(100)；输出微波的微波源(900)；传输从微波源(900)输出的微波的传输线路(900a)；被设置在处理容器(100)的内壁，用于将微波释放到处理容器内的多个介电体板(305)；与多个介电体板(305)邻接，将微波向多个介电体板(305)传输的多个第1同轴管(610)；将沿传输线路(900a)传输的微波分配传输给多个第1同轴管(610)的1段或者2段以上的同轴管分配器(700)，同轴管分配器(700)包括具有输入部(In)的第2同轴管(620)和与第2同轴管连结的3根以上的第3同轴管(630)，第3同轴管分别相对于第2同轴管(620)呈非垂直地延伸。

Description

等离子体处理装置及等离子体处理方法
技术领域
本发明涉及使用电磁波生成等离子体，对被处理体施加等离子体处理的等离子体处理装置及等离子体处理方法。尤其是涉及传输线路的阻抗匹配。
背景技术
近年来，平板显示器、太阳能电池用的玻璃基板日趋大面积化，且已经有超过3m见方的基板大小在实际中被使用。在制造平板显示器、太阳能电池的过程中，需要能够在超过基板大小的较广区域中生成均匀且稳定的等离子体的等离子体处理装置。进而，由于伴随着产品的高性能化、多功能化，等离子体处理趋于多样化，故需求能够应对较广范围的处理条件的装置。微波等离子体装置是满足该要求的有力候选。
当用微波的能量激发出等离子体时，由于频率偏高而得到电子温度偏低的等离子体。当电子温度偏低时，由于射入到基板表面、处理室内面的离子的能量被抑制得很低，故能够进行不会因离子照射而受损或不会因杂质而造成污染的处理。进而，由于能够生成用于抑制原料气体的过度离解的自由基、离子，故能够进行高品质且高速的处理。
另一方面，由于微波的波长比基板大小短，故很难在大面积基板上激发出均匀的等离子体。另外，由于截止密度(与频率的平方成正比)较高，故很难应对宽范围的处理条件。因此发明者提出使等离子体激发频率低频率化，同时将等离子体激发区域分割成单元状而向各个单元均匀地供给微波功率的单元分割方式，在宽范围的条件下，能够在较广的区域激发出均匀且稳定的等离子体(例如，参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2006-310794号公报
在该单元分割方式中，将由1或2台的少数的微波电源产生的微波功率均匀地分配供给到最多为100的多个单元中。为了做到这样，需要对所有单元传输同一振幅、同一相位的微波的多段的分配器。
在大型装置中，必须处W理极大的微波功率。例如，为了激发稳定的微波等离子体，需要2W/cm2程度的功率密度，在第10代的玻璃基板(2880mm×3080mm)用的装置中，还需要200kW的功率。尤其当从等离子体的反射、分配器处的反射较大时，不仅会增大传输路、匹配器处的损失，而且会在传输路上产生较大的驻波，并在传输路中产生放电、或局部温度异常上升，而非常危险。因此，需要能够始终匹配作为负载的等离子体的阻抗进行分支来传输大功率的微波的同轴管分配器。
分配器配置为覆盖装置上部的整个盖体面。并在盖体上设置有多个冷却剂流路和气体流路等，该冷却剂流路流过用于将盖体保持在一定温度的冷却剂，该气体流路用于向被设置于盖体的基板侧的面的喷淋板供给气体。分配器由于被设置在与上述流路不干涉的位置，故需要构造简单且小型。
曾有将多个2分支以汇集方式连结而进行多分支的方式。然而，分支数较多会形成复杂的立体回路，难以搭载在盖体上。进而，还有将多个同轴管等间距地与1根同轴管连结而进行分支的方式。然而，若简单地将特性阻抗相同的同轴管连结，将产生很大的反射而无法传输大功率的微波。
通常，使等离子体激发区域比基板大小大出60mm～80mm程度，可进行均匀的等离子体处理。然而，如果将末端同轴管垂直且等间距地与分配器连结，则为了对各单元传输同一振幅、同一相位的微波，需要使末端同轴管之间距大致等于πrad的整数倍。由此，单元大小受到微波的管内波长限制，无法配合基板大小来决定单元大小。进而，可构成实用的分配器的分配数目是被限定的。例如、2m(m为整数)的分配器容易形成，但除此之外的分配数目的话，则很难作出实用的分配器。因此，导致装置无端地被大型化。另外，等离子体激发区域大于必要量，则为了维持等离子体，会消耗原本处理所需的功率以上的功率。在大型装置中，由于必须使用极大的微波功率，故匹配基板大小使等离子体激发区域最佳化能够节约相当程度的使用功率，从而削减成本并且有效地利用了资源。
发明内容
因此，本发明正是鉴于上述问题而做出的，本发明的目的在于提供一种利用多分支部分来调整阻抗的等离子体处理装置。
另外，本发明的目的还在于提供一种具有同轴管分配器的等离子体处理装置，该同轴管分配器包含有在分支部分呈非垂直地延伸的同轴管。
为了解决上述问题，根据本发明的某一观点，提供一种等离子体处理装置，其通过电磁波激发气体来对被处理体进行等离子体处理，其特征在于，具备：处理容器；输出电磁波的电磁波源；传输已从上述电磁波源输出的电磁波的传输线路；多个介电体板，其被设置在上述处理容器的内壁，用于将电磁波释放到上述处理容器内；多个第1同轴管，其与上述多个介电体板邻接，向上述多个介电体板传输电磁波；以及1段或者2段以上的同轴管分配器，其将沿上述传输线路传输来的电磁波分配传输给上述多个第1同轴管，上述同轴管分配器中的至少一段包括具有输入部的第2同轴管和与上述第2同轴管连结的3根以上的第3同轴管，第3同轴管分别具有相对于上述第2同轴管呈非垂直地延伸的部分。第3同轴管亦可分别与上述第2同轴管非垂直地连结，还可设为垂直连结然后再呈非垂直地延伸。
据此，上述同轴管分配器中的至少一段包括第2同轴管与3根以上的第3同轴管，各第3同轴管相对于上述第2同轴管呈非垂直延伸。由此，能够不受管内波长的限制而匹配基板大小来确定等离子体激发区域，因此能够降低使用功率。另外，能够避免装置整体大过允许值。作为第3同轴管的形状的一例，举出弯曲的第3同轴管与第2同轴管连结的情况、棒状的第3同轴管与第2同轴管倾斜连结的情况。
亦可为，各第3同轴管具有阻抗变换机构。由此，能够与作为负载的等离子体匹配阻抗，同时从第2同轴管向第3同轴管分为多支，能够传输大功率的微波。
优选为，从上述第2同轴管的输入部到上述第2同轴管的端部之间的上述第2同轴管与上述第3同轴管连结的连结部分的数目为2以下。这是由于即便电磁波的频率变动，向第3同轴管供给的功率的均衡性也很难失衡。
亦可为，上述第2同轴管与上述第3同轴管连结的连结部之间的未设有上述输入部的连结部之间的电长度大致等于πrad的整数倍。据此，能够从第2同轴管向第3同轴管均匀地分配功率。另外，当将上述连结部之间的电长度设为大致2πrad的整数倍时，振幅与相位都将一致。
亦可为，在上述第2同轴管与上述第3同轴管连结的连结部分，相对于每根上述第2同轴管，有2根上述第3同轴管与之连结。其结果，通过减少连结部分的数量，即便在电磁波的频率发生变动的情况下，向第3同轴管供给的功率的均衡性亦很难失衡。
亦可为，上述第3同轴管的内部导体比上述第2同轴管的内部导体细。亦可为，上述第3同轴管的外部导体比上述第2同轴管的外部导体细。之所以如此设置是为了减小沿同轴管传输的电磁波的传输状态的紊乱。
亦可为，上述第2同轴管的内部导体与外部导体在上述第2同轴管的至少一方的端部短路，从上述第2同轴管的端部到与上述端部最接近的上述第2同轴管与上述第3同轴管连结的连结部分的电长度大致等于π/2rad的奇数倍。据此，对于电磁波的传输而言，与不存在从上述第2同轴管的端部到连结部分的部分相等，容易进行传输线路的设计。
亦可为，当从上述第1同轴管看等离子体侧的阻抗被匹配时，从上述第2同轴管与上述第3同轴管连结的连结部分看上述第3同轴管侧的阻抗大致为电阻性，当将从上述连结部分看上述第3同轴管侧的电阻设为Rr3、与从上述第2同轴管的输入部到上述第2同轴管的一端之间连结的第3同轴管的数量设为Ns、上述第2同轴管的特性阻抗设为Zc2时，则上述第2同轴管的特性阻抗Zc2大致等于Rr3/Ns。结果在从分配器输入侧看时，能够无反射地传输大功率的微波。
特性阻抗为Zc4的第4同轴管与上述第2同轴管的输入部连结，当从上述第1同轴管看等离子体侧的阻抗被匹配时，从上述第2同轴管与上述第3同轴管连结的连结部分看上述第3同轴管侧的阻抗大致为电阻性，当将从上述连结部分看上述第3同轴管侧的电阻设为Rr3、与上述第2同轴管连结的第3同轴管的数量设为Nt时，特性阻抗Zc4大致等于Rr3/Nt。其结果，从分配器输入侧看时，能够无反射地传输大功率的微波。
亦可为，上述第3同轴管的电长度大致为π/2rad。其结果，能够使从上述第2及第3同轴管的连结部分看上述第3同轴管侧的阻抗为大致电阻性。
亦可为，上述第3同轴管的内部导体上的与上述第2同轴管连结的连结部分比其他部分细。通过调整变细的部分的粗细、长度，能够调整上述第3同轴管的电长度。
亦可为，当从上述第1同轴管看等离子体侧的阻抗被匹配时，从上述第3同轴管的输出端看输出侧的阻抗大致为电阻性，当将从上述第3同轴管的输出端看输出侧的电阻设为Rr5、与从上述第2同轴管的输入部到上述第2同轴管的一端之间连结的第3同轴管的数量设为Ns、上述第2同轴管的特性阻抗设为Zc2时，上述第3同轴管的特性阻抗Zc3大致等于(Rr5×Ns×Zc2)1/2。其结果，在从同轴管分配器的输入侧看时，能够无反射地传输大功率的微波。
亦可为，特性阻抗为Zc4的第4同轴管与上述第2同轴管的输入部连结，当从上述第1同轴管看等离子体侧的阻抗被匹配时，从上述第3同轴管的输出端看输出侧的阻抗大致为电阻性，当将从上述第3同轴管的输出端看输出侧的电阻设为Rr5、与上述第2同轴管连结的第3同轴管的数量设为Nt时，上述第3同轴管的特性阻抗Zc3大致等于(Rr5×Nt×Zc4)1/2。其结果，在从同轴管分配器的输入侧看时，能够无反射地传输大功率的微波。
亦可为，上述第3同轴管的输出端与第5同轴管的连结部分为T分支。亦可为，对于上述第3同轴管的内部导体或者第5同轴管的内部导体中的至少任意一内部导体而言，上述T分支的连结部分比其他部分细。上述第3同轴管的外部导体或者第5同轴管的外部导体中的至少任意一外部导体的上述T分支的分支部比其他部分粗。
当在第3同轴管设置变细的部分或变粗的部分时，通过调整其长度、粗细，能够调整第3同轴管的电长度。第5同轴管的情况下，通过调整其长度、粗细，能够调整第5同轴管的电长度。另外，第3同轴管与第5同轴管的特性阻抗通常极为不同。分支部中，通过减细第5同轴管的内部导体而设置缓冲部，能够抑制在分支部的不必要的反射。
亦可为，上述第5同轴管的内部导体的变细的部分中，从上述T分支的连结部分朝向一方分支对象的部分的长度与从上述T分支的连结部分朝向另一方分支对象的部分的长度不同。由此，能够调整向T分支的2个分支对象供给的微波的功率的比率。
亦可为，具备多个金属电极，该多个金属电极与上述处理容器的内壁电连接，且与上述多个介电体板一对一地邻接，各介电体板从上述邻接的各金属电极与未配置上述各介电体板的处理容器的内壁之间露出，当配置上述各介电体板时，未配置上述各介电体板的处理容器的内壁或者设置于上述内壁的金属罩为实质相似的形状、或为实质对称的形状。由此，能够从介电体板向两侧大致均匀地供给电磁波的功率。
为了解决上述课题，根据本发明的另一观点，其通过电磁波激发气体来对被处理体进行等离子体处理，其特征在于，具备：处理容器；输出电磁波的电磁波源；传输从上述电磁波源已输出的电磁波的传输线路；多个介电体板，其被设置在上述处理容器的内壁，用于将电磁波释放到上述处理容器内；多个第1同轴管，其与上述多个介电体板邻接，将电磁波向上述多个介电体板传输；以及1段或者2段以上的同轴管分配器，其将沿上述传输线路传输的电磁波分配传输给上述多个第1同轴管，上述同轴管分配器中的至少一段的输入侧的同轴管与输出侧的同轴管的特性阻抗不同。
据此，同轴管分配器中的至少一段通过改变输入侧的同轴管与输出侧的同轴管的特性阻抗，能够在输入侧的同轴管与输出侧的同轴管的连结部分获得阻抗的匹配。例如，上述输入侧的同轴管与上述输出侧的同轴管的连结部分为2分支，上述2分支的上述输入侧的同轴管的特性阻抗的2倍与上述输出侧的同轴管的特性阻抗大致相等。据此，能够传输大功率的微波。
亦可为，构成上述2分支的输出侧的同轴管的外部导体的上述连结部分比其他部分粗。通过较小地抑制分支部处的内部导体与外部导体之间的静电容量，能够减小分支部处的反射。
为了解决上述课题，根据本发明的另一观点，本发明提供一种等离子体处理方法，其特征在于，向处理容器的内部导入气体，从电磁波源输出电磁波，向传输线路传输上述输出的电磁波，将沿上述传输线路传输的电磁波从1段或者2段以上的同轴管分配器分配传输给多个第1同轴管，将沿上述第1同轴管传输的电磁波从设置于上述处理容器的内壁的多个介电体板释放到上述处理容器内，在将电磁波向上述同轴管分配器传输时，上述同轴管分配器中的至少一段包括具有输入部的第2同轴管和与上述第2同轴管连结的3根以上的第3同轴管，向具有相对于上述第2同轴管呈非垂直延伸的部分的各第3同轴管传输电磁波，利用经由上述第1同轴管释放到上述处理容器内的电磁波激发上述气体，对被处理体进行等离子体处理。
据此，同轴管分配器中的的至少一段从第2同轴管多分支成与第2同轴管呈非垂直连结的3根以上的第3同轴管。由此，能够均匀地向按照基板大小确定的多个单元均匀地分配微波。其结果，由于无需过度增大装置整体，等离子体激发区域也不会过大，故能够降低使用功率。
为了解决上述课题，根据本发明的另一观点，提供一种等离子体处理方法，其特征在于，向处理容器的内部导入气体，从电磁波源输出电磁波，向传输线路传输上述输出的电磁波，利用由1段或者2段以上的同轴管形成且其在至少一段中输入侧的同轴管与输出侧的同轴管的特性阻抗不同的同轴管分配器将上述传输的电磁波分配传输给多个第1同轴管，将电磁波传输给与上述多个第1同轴管邻接、且设置于上述处理容器的内壁的多个介电体板，从上述多个介电体板向处理容器内释放电磁波，利用上述释放的电磁波激发气体，在上述处理容器内对被处理体进行等离子体处理。
据此，通过改变同轴管分配器的输入侧的同轴管与输出侧的同轴管的特性阻抗，例如，能够在分配并传输微波时，在分支部匹配阻抗。
另外，为了解决上述课题，根据本发明的另一观点，提供一种等离子体处理装置，其通过电磁波激发气体对被处理体进行等离子体处理，其特征在于，具备：处理容器；输出电磁波的电磁波源；传输从上述电磁波源已输出的电磁波的传输线路；多个介电体板，其被设置于上述处理容器的内壁，用于将电磁波释放到上述处理容器内；多个第1同轴管，其与上述多个介电体板邻接，用于向上述多个介电体板传输电磁波；以及1段或者2段以上的同轴管分配器，其将沿上述传输线路传输的电磁波分配传输给上述多个第1同轴管，上述同轴管分配器中的至少一段包括具有输入部的第2同轴管和与上述第2同轴管大致垂直地连结的3根以上的第3同轴管，各第3同轴管具有阻抗变换机构。
据此，同轴管分配器中的至少一段从第2同轴管多分支为与上述第2同轴管大致垂直连结的3根以上的第3同轴管。第3同轴管具有对特性阻抗进行调整的机构，在从第3同轴管的输出侧看等离子体侧时，能够近乎无反射地匹配阻抗。其结果，能够传输大功率的微波。
优选为，从上述第2同轴管的输入部到上述第2同轴管的端部之间的上述第2同轴管与上述第3同轴管连结的连结部分的数目为2以下。这是由于即便电磁波的频率发生变动，向第3同轴管供给的功率的均衡性也不会失衡。
亦可为，当将上述第2同轴管的管内波长设为λg2时，上述第2同轴管与上述第3同轴管连结的连结部之间的长度大致为λg2的整数倍。据此，能够从第2同轴管向第3同轴管均匀地分配功率。进而，当将上述第2同轴管的管内波长设为λg2时，上述第2同轴管与上述第3同轴管连结的连结部之间的长度大致为λg2/2的整数倍。此外，当相对于同轴管的管内波长λg连结部之间的长度大致为λg/2时，上述连结部之间的电长度均可大致表示为πrad。
亦可为，在上述第2同轴管与上述第3同轴管连结的连结部分，对于每根上述第2同轴管连结有2根上述第3同轴管。其结果，通过减少连结部分的数量，即便电磁波的频率发生变动，向第3同轴管供给的功率的均衡性也很难失衡。
亦可为，上述第3同轴管的内部导体比上述第2同轴管的内部导体细。另外，亦可为，上述第3同轴管的外部导体比上述第2同轴管的外部导体细。这是由于减小了沿第2同轴管传输的电磁波的传输状态的紊乱。
亦可为，上述第2同轴管的内部导体与外部导体在上述第2同轴管的至少一方端部短路，从上述第2同轴管的端部到与上述端部最近的上述第2同轴管和上述第3同轴管的连结部分为止的电长度大致等于π/2rad的奇数倍。据此，对于电磁波的传输，与不存在从上述第2同轴管的端部到连结部分的部分相等，容易进行传输线路的设计。
亦可为，当从上述第1同轴管看等离子体侧的阻抗被匹配时，从上述第2同轴管与上述第3同轴管连结的连结部分看上述第3同轴管侧的阻抗大致为电阻性，当将从上述连结部分看上述第3同轴管侧的电阻设为Rr3、与从上述第2同轴管的输入部到上述第2同轴管的一端之间连结的第3同轴管的数量为Ns、上述第2同轴管的特性阻抗为Zc2时，则上述第2同轴管的特性阻抗Zc2大致等于Rr3/Ns。其结果，在从分配器输入侧看时，能够无反射地传输大功率的微波。
亦可为，特性阻抗为Zc4的第4同轴管与上述第2同轴管的输入部连结，当从上述第1同轴管看等离子体侧的阻抗被匹配时，从上述第2同轴管与上述第3同轴管连结的连结部分看上述第3同轴管侧的阻抗大致为电阻性，当将从上述连结部分看上述第3同轴管侧的电阻设为Rr3、与上述第2同轴管连结的第3同轴管的数量设为Nt时，特性阻抗Zc4与大Rr3/Nt大致相等。其结果，在从分配器输入侧看时，能够无反射地传输大功率的微波。
亦可为，上述第3同轴管的电长度大致为π/2rad。其结果，能够使从上述第2及第3同轴管的连结部分看上述第3同轴管侧的阻抗大致为电阻性。
亦可为，上述第3同轴管的内部导体上的与上述第2同轴管连结的连结部分比其他部分细。通过调整变细部分的粗细、长度，能够调整第3同轴管的电长度。
亦可为，当从上述第1同轴管看等离子体侧的阻抗被匹配时，从上述第3同轴管的输出端看输出侧的阻抗大致为电阻性，当将从上述第3同轴管的输出端看输出侧的电阻设为Rr5、与从上述第2同轴管的输入部到上述第2同轴管的一端之间连结的第3同轴管的数量设为Ns、上述第2同轴管的特性阻抗设为Zc2时，上述第3同轴管的特性阻抗Zc3大致等于(Rr5×Ns×Zc2)1/2。其结果，从同轴管分配器的输入侧看时，能够无反射地传输大功率的微波。
亦可为，特性阻抗为Zc4的第4同轴管与上述第2同轴管的输入部连结，当从上述第1同轴管看等离子体侧的阻抗被匹配时，从上述第3同轴管的输出端看输出侧的阻抗大致为电阻性，当将从上述第3同轴管的输出端看输出侧的电阻设为Rr5、与上述第2同轴管连结的第3同轴管的数量设为Nt时，上述第3同轴管的特性阻抗Zc3大致等于(Rr5×Nt×Zc4)1/2。其结果，在从分配器输入侧看时，能够无反射地传输大功率的微波。
亦可为，上述第3同轴管的阻抗变换机构是介电体部件，该介电体部件设置于上述第2同轴管的内部导体与上述第3同轴管的内部导体连结的连结部分。
亦可为，当将与从上述第2同轴管的输入部到上述第2同轴管的一端之间连结的第3同轴管的数设为Ns、上述第2同轴管的特性阻抗设为Zc2、上述第3同轴管的特性阻抗设为Zc3时，满足Zc3＜Ns×Zc2的关系，上述介电体部件的电抗Xr大致等于-(Zc3(Ns×Zc2-Zc3))1/2，在上述第2同轴管的至少一方端部中，从与上述端部最近的上述第2同轴管和上述第3同轴管的连结部分看上述第2同轴管的端部侧的电抗Xp大致等于-Xr×Zc2/(Ns×Zc2-Zc3)。
亦可为，特性阻抗为Zc4的第4同轴管与上述第2同轴管的输入部连结，当将与上述第2同轴管连结的第3同轴管的数量设为Nt、上述第3同轴管的特性阻抗设为Zc3时，满足Zc3＜Nt×Zc4的关系，上述介电体部件的电抗Xr大致等于-(Zc3(Nt×Zc4-Zc3))1/2，上述第2同轴管的两端中，从与上述端部最近的上述第2同轴管与上述第3同轴管连结的连结部分看上述第2同轴管的端部侧的电抗Xp大致等于-2Xr×Zc4/(Nt×Zc4-Zc3)。
亦可为，在上述第2同轴管的至少一端，上述第2同轴管的内部导体与外部导体短路，设定从上述端部到与上述端部最近的上述连结部分的距离，使得从与上述端部最近的上述第2同轴管与上述第3同轴管连结的连结部分看上述端部侧的电抗达到预期的值。
亦可为，在上述第2同轴管的外部导体与内部导体之间设置有介电体环。
亦可为，上述第2同轴管的外部导体的剖面形状为非圆形。亦可为，上述第2同轴管的外部导体的剖面形状是以上方作为底边的半圆筒形。
亦可为，具备多个金属电极，该多个金属电极与上述处理容器的内壁电连接，且与上述多个介电体板一对一地邻接，各介电体板从上述邻接的各金属电极与未配置上述各介电体板的处理容器的内壁之间露出，当配置上述各介电体板时，未配置上述各介电体板的处理容器的内壁或者设置于上述内壁的金属罩为实质相似的形状、或为实质对称的形状。
为了解决上述课题，根据本发明的另一观点，提供一种等离子体处理方法，其特征在于，向处理容器的内部导入气体，从电磁波源输出电磁波，向传输线路传输上述输出的电磁波，将沿上述传输线路传输的电磁波从1段或者2段以上的同轴管分配器分配传输给多个第1同轴管，将沿上述第1同轴管传输的电磁波从设置于上述处理容器的内壁的多个介电体板释放到上述处理容器内，在将电磁波向上述同轴管分配器传输时，上述同轴管分配器中的至少一段包括具有输入部的第2同轴管和与上述第2同轴管连结的3根以上的第3同轴管，向具有阻抗变换机构的各第3同轴管传输电磁波，利用经由上述第1同轴管释放到上述处理容器内的电磁波激发上述气体，从而对被处理体进行等离子体处理。
据此，同轴管分配器中的至少一段从第2同轴管多分支为3根以上的第3同轴管，在第3同轴管调整特性阻抗。由此，在从第3同轴管的输出侧看等离子体侧时，能够几乎无反射地匹配阻抗。其结果，能够传输大功率的微波。
按照以上说明的那样，根据本发明，通过在多分支部分调整阻抗，能够高效地传输大功率的微波。
另外，根据本发明，利用包括在分支部分呈非垂直地延伸的同轴管的同轴管分配器，能够不受管内波长限制地按照基板大小确定等离子体激发区域。
附图说明
图1是表示第1实施方式所涉及的微波等离子体处理装置的顶面的(图2的2-2剖面)图。
图2是图1的1-O-O’-1剖面图。
图3是图1的区域Ex的放大图。
图4是表示该实施方式所涉及的分支回路的图。
图5是图2的3-3剖面图。
图6是图5的4-4剖面图。
图7是用于对阻抗变换部的功能进行说明的图。
图8是表示第2实施方式所涉及的分支回路的图。
图9是表示该实施方式所涉及的盖体的剖切面的图。
图10是表示第3实施方式所涉及的分支回路的图。
图11是示意性表示该实施方式所涉及的导波管分支及同轴管多分支的图。
图12是表示变形例所涉及的同轴管分配器的图。
图13是第4实施方式所涉及的微波等离子体处理装置的纵向剖面图。
图14是图13的6-6剖面图。
图15是图13的7-7剖面图。
图16是表示第5实施方式所涉及的微波等离子体处理装置的顶面的图。
图17是表示用于对同轴管分支的阻抗匹配的原理进行说明的图。
图18是表示同实施方式所涉及的阻抗变换类型的分支回路的图。
图19是表示将同实施方式所涉及的盖体切断后的横向剖面图。
图20是表示同实施方式所涉及的电容耦合类型的盖体的剖切面的图。
图21是表示第6实施方式所涉及的分支回路的图。
图22是表示同实施方式所涉及的盖体的剖切面的图。
图23是局部地表示第6实施方式的变形例所涉及的盖体的剖切面的图。
图24是表示第7实施方式所涉及的分支回路的图。
图25是示意性表示同实施方式所涉及的导波管分支及同轴管多分支的图。
具体实施方式
以下参照附图，对本发明的最佳实施方式进行详细进行说明。此外，在以下的说明及附图中，对于具有同一构成及功能的构成要素标注同一符号，由此省略重复说明。
(第1实施方式)
首先，参照图1～3对本发明的第1实施方式所涉及的微波等离子体处理装置的概要进行说明。图1表示本实施方式所涉及的微波等离子体处理装置的顶面。图1是图2的2-2剖面。图2表示微波等离子体处理装置10的纵向剖面的一部分。图2是图1的1-O-O’-1剖面。图3是图1的区域Ex的放大图。
(微波等离子体处理装置的概况)
如图2所示，微波等离子体处理装置10具有用于对玻璃基板(以下，称作“基板G”。)进行等离子体处理的处理容器100。处理容器100由容器本体200与盖体300构成。容器本体200具有其上部开口的有底立方体形状，且该开口被盖体300密封。盖体300由上部盖体300a与下部盖体300b构成。在容器本体200与下部盖体300b的接触面设置有O形环205，由此容器本体200与下部盖体300b被密闭，划分出处理室。在上部盖体300a与下部盖体300b的接触面还设置有O形环210及O形环215，由此上部盖体300a与下部盖体300b被密闭。容器本体200及盖体300例如由铝合金等金属构成，被电接地。
在处理容器100的内部设置有用于载放基板G的基座105(载台)。基座105例如由氮化铝形成。基座105被支承于支承体110，在其周围设置有将处理室的气体的流动控制为最佳的状态的挡板115。另外，在处理容器100的底部设置有气体排出管120，使用设置于处理容器100的外部的真空泵(未图示)排出处理容器100内的气体。
参见图1及图2，介电体板305、金属电极310及金属罩320被规整地配置于处理容器100的顶面。在金属电极310及金属罩320的周围设置有侧罩350。介电体板305、金属电极310及金属罩320是被略微削掉角的近似正方形的板。且亦可为菱形。本说明书中，金属电极310被称作设置为与介电体板305邻接而使介电体板305从金属电极310的外缘部近似均匀露出的平板。由此，介电体板305成为盖体300的内壁与金属电极310的夹层。金属电极310与处理容器100的内壁电连接。
48块介电体板305及金属电极310被等间距地配置在相对于基板G、处理容器100倾斜近似45°的位置上。该间距被设定为一个介电体板305的对角线的长度达到邻接的介电体板305的中心间的距离的0.9倍以上。由此，介电体板305的被稍微削去后的角部彼此间被邻接配置。
金属罩320比金属电极310厚出介电体板320的厚度量。根据该形状，顶面的高度近似相等，同时介电体板305露出的部分、其附近的凹陷的形状也全部呈近乎相同的图案。
介电体板305由氧化铝形成，金属电极310、金属罩320及侧罩350由铝合金形成。其中虽然在本实施方式中将8块介电体板305及金属电极310分为6段配置为8列，但并不局限于此，亦可增加或减少介电体板305及金属电极310的块数。
介电体板305及金属电极310通过螺钉325被从4处均匀地支承(参照图3)。如图2所示，在上部盖体300a与下部盖体300b之间沿垂直于纸面的方向设置有形成为格子状的主气体流路330。主气体流路330将气体分流到多个螺钉325内所设的气体流路325a中。用于缩窄流路的细管335被嵌入到气体流路325a的入口。细管335由陶瓷、金属构成。在金属电极310与介电体板305之间设置有气体流路310a。在金属罩320与介电体板305之间及侧罩350与介电体板305之间还设置有气体流路320a。螺钉325的末端面与金属电极310、金属罩320及侧罩350的下表面共面，由此不扰乱等离子体的分布。在金属电极310上开口的气体释放孔345a与在金属罩320、侧罩350上开口的气体释放孔345b以均匀的间距被配设。
从气体供给源905输出的气体从主气体流路330经过气体流路325a(支气体流路)，并经由金属电极310内的第1气体流路310a及金属罩320、侧罩350内的第2气体流路320a从气体释放孔345a、345b供给到处理室内。在第1同轴管610的外周附近的下部盖体300b与介电体板305间的接触面设置有O形环220，从而第1同轴管610内的大气无法进入到处理容器100的内部。
像这样通过在顶部的金属面形成气体喷淋板，能够抑制既有的等离子体中的离子对介电体板表面的蚀刻及反应物堆积于处理容器内壁，降低污染、粒子。另外，由于不同于介电体金属更易加工，故能够大幅削减成本。
内部导体610a被插入到在盖体300上开槽形成的第1同轴管的外部导体610b中。同样第2～第5同轴管的内部导体620a～650a被插入到开槽形成的第2～第5同轴管的外部导体620b～650b中，其上部被盖体罩660覆盖。各同轴管的内部导体由易导热的铜形成。
图2所示的介电体板305的表面除去从第1同轴管610向介电体板305射入微波的部分和从介电体板305释放微波的部分外，被金属膜305a包覆。由此，即便介电体板305和与之邻接的部件间产生的空隙也无法扰乱微波的传输，能够稳定地将微波导入到处理容器内。
如图1所示，介电体板305从与介电体板305一对一地邻接的金属电极310和未配置介电体板305的处理容器100的内壁(包括被金属罩320覆盖的处理容器100的内壁)之间露出。介电体板305与未配置介电体板305的处理容器100的内壁(包括被金属罩320覆盖的处理容器100的内壁)为实质相似的形状、或为实质对称的形状。由此，能够从介电体板向金属电极侧及内壁侧(金属罩320及侧罩350侧)近似均匀地供给微波的功率。结果从介电体板305释放出来的微波成为表面波，分配一半功率，同时沿金属电极310、金属罩320及侧罩350的表面传输。以下，将沿处理容器内面的金属面与等离子体之间传输的表面波称作导体表面波(金属表面波：Metal Surface Wave)。由此，导体表面波传输到整个顶面，在本实施方式所涉及的微波等离子体处理装置10的顶面下方，稳定地生成均匀的等离子体。
在侧罩350上以包围全部48块介电体板305整体的方式形成8边形槽340，从而抑制沿顶面传输的导体表面波传输到槽340的外侧。亦可平行且多重地形成多个槽340。
以下，将以一块金属电极310为中心且邻接的金属罩320的中心点作为顶点的区域称作单元Cel(参照图1)。在顶面，以单元Cel为一个单位，同一图案的构成规整且正确地配置有48单元Cel。其中，在本实施方式中，单元Cel的尺寸不受波长限制，对此将在后边叙述。
冷却剂供给源910与盖体内部的冷却剂配管910a及第2同轴管的内部导体640a的冷却剂配管910b连接，从冷却剂供给源910供给的冷却剂在冷却剂配管910a、910b内循环并再次返回至冷却剂供给源910，由此来抑制对盖体300及内部导体的加热。
(多分支：对称8分支)
接着，参照图4及图5对本实施方式所涉及的多分支(对称8分支)进行说明。图4是含有同轴管分配器700的分支回路的示意图。图5是图2的3-3剖面。
微波源900与导波管连结，被3分支同时经由同轴导波管变换器向第4同轴管640传输微波。第4同轴管640被2分支(T分支)而与第2同轴管620连结。以下，将微波从第4同轴管640射入第2同轴管620的部分称作第2同轴管的输入部In。同轴管分配器700是包括具有输入部In的第2同轴管620及在4处与第2同轴管620连结而呈非垂直地延伸的第3同轴管630的多分支构造。在第2同轴管620与第3同轴管630的连结部分，对于每根第2同轴管620连结有2根第3同轴管630。在本实施方式中，8根第3同轴管630与第2同轴管620连结。8根第3同轴管630分别T分支出第5同轴管650，在第5同轴管650的两端部与第1同轴管610连结，在第1同轴管610的末端与介电体板305连结。
由此，从一台的微波源900输出的915MHz的微波经由隔离器、方向性耦合器、匹配器(未图示)、导波管3分配器及3个同轴导波管变换器沿第4同轴管640传输，通过由第2同轴管620及8根第3同轴管630构成的同轴管分配器700被均匀地分配功率并传输。沿第3同轴管630传输后的微波经由第5同轴管650、第1同轴管610向介电体板305传输，从露出在金属电极310的周缘的介电体板305释放到处理容器内。本装置中，3根第2同轴管620被平行且等间距地配置。
本实施方式中，8根第3同轴管630与第2同轴管620连结，但只要对第2同轴管620连结3根以上的第3同轴管630即可。本实施方式所涉及的同轴管分配器700所形成的分支部是对称的多分支。对称的多分支是指从第2同轴管的内部导体中央的输入部In连结于一方分支对象的第3同轴管630的数量及连结位置与连结于另一方分支对象的第3同轴管630的数量及连结位置相等，且以输入部In为中心对称的3个以上的分支。
另外，后述的第2实施方式所涉及的同轴管分配器700所形成的分支部为非对称的多分支。非对称的多分支是指例如如图8及图9所示那样，从第2同轴管的内部导体中央的输入部In连结于一方分支对象的第3同轴管630的数量及连结位置与连结于另一方分支对象的第3同轴管630的数量及连结位置不相等，且不以输入部In为中心对称的3个以上的分支。
如图5所示，内部导体620a及内部导体630a的连结部A1～A4中的、输入部In为连结部A2与连结部A3的中点。如果之间不存在输入部In的连结部A1与连结部A2之间及连结部A3与连结部A4之间的电长度为πrad的整数倍，则向所有第3同轴管630传输的微波的振幅相等。进而，如果上述电长度为πrad的奇数倍，则向与连结部A1和连结部A2分别连结的第3同轴管630、及与连结部A3和连结部A4分别连结的第3同轴管630传输的微波的相位分别错开πrad。另一方面，如果上述电长度为πrad的偶数倍、即2πrad的整数倍，则向所有的第3同轴管630传输的微波的相位相等。本实施方式中，由于需要使相位一致，故只要上述电长度为2πrad的整数倍即可。此外，由于在连结部周边传输的模式(TEM模式)紊乱，故电长度发生变化。因此，实际上，连结部A1与连结部A2之间的距离及连结部A3与连结部A4之间的距离被设定为比第2同轴管620的管内波长λg2＝327.6mm长出数毫米。
对于同轴管分配器700的构造，参照图5进行更为详尽的说明。第2同轴管620在其中央与第4同轴管640连结。从第2同轴管620的输入部In到第2同轴管620的端部，相对于各端部都有第3同轴管630在2处与之连结，弯曲并延伸。第3同轴管630与从第2同轴管620的输入部In到第2同轴管620的端部之间连结的数量优选为2以下。这是由于即便微波的频率发生变动，第3同轴管630中共有的功率的均衡性仍难以失衡。
第2同轴管的内部导体620a与外部导体620b在第2同轴管620的两端短路，从第2同轴管620的端部到与该端部最近的第2同轴管620与第3同轴管630连结的连结部分的电长度大致等于π/2rad的奇数倍(此处为1倍)。由此，其间可看作一端被短路的分布常数线路。像这样，一端被短路的电长度为π/2rad的分布常数线路，在从另一端看时，阻抗为无限大。由此，对于微波的传输而言，等于不存在从第2同轴管620的端部到连结部分的部分，容易进行传输线路的设计。
第5同轴管650分别与内部导体630a的输出端(杆630a1的输出侧端部)连结，形成T分支。第1同轴管610向纸面的里侧垂直地与第5同轴管650的两端部连结。通过以上的构成，微波从第2同轴管620的输入部输入到同轴管分配器700，沿第2同轴管620传输，被多分支地分配到第3同轴管630中，并经过第5及第1同轴管650、610从邻接的多个介电体板305释放到处理容器内。
(第4同轴管与T分支)
图6是图5的4-4剖面，表示第4同轴管640与第2同轴管620连结的连结部分。第4同轴管640与第2同轴管620连结的连结部分被分为2路而呈T字状(T分支)。第4同轴管的内部导体640a的末端成为管705状，内部导体620a贯通其内部。由此，第4同轴管的内部导体640a与第2同轴管的内部导体620a密合。微波从第4同轴管640向第2同轴管620传输。
在第4同轴管640的两侧的内部导体620a的外周部形成槽，介电体环710被嵌入到该槽中。在第4同轴管的内部导体640a的外周部也形成有槽，介电体环715被嵌入到该槽中。介电体环710、715由特氟隆(注册商标)形成。由此，第2及第4同轴管的内部导体620a、640a分别支承于外部导体620b、640b。
第4同轴管的外部导体640b贯通第2同轴管，比第2同轴管的外部导体620b更向外侧突出而略呈碗状的圆角。像这样，通过使2分支的输出侧的同轴管(此处为第2同轴管620)的外部导体中的、分支部(连结部分)的外部导体比其他部分的外部导体粗，增大了连结部分的第2同轴管的内部导体620a与外部导体620b之间的空间，能够抑制微波沿分支部分传输时的反射。
在内部导体640a的管705的部分与内部导体620a的接触面上，在外侧设置有屏蔽绕线圈720、内侧设置有O形环725。屏蔽绕线圈720用于使第2同轴管的内部导体620a与第4同轴管的内部导体640a进行良好的电连接，O形环725用于使冷却剂不致从冷却剂流路910b漏到外部。
第4同轴管的内部导体640a被可沿第2同轴管620的长边方向滑动地连结。第3同轴管的内部导体630a被螺纹固定于第2同轴管620，但亦可沿第2同轴管620的长边方向滑动地连结。这是为了针对加热导致的部件热膨张避免应力加载于各同轴管。
(特性阻抗)
在2分支中，由于2个输出侧的同轴管并联连接于输入侧的同轴管，故为匹配输入输出间的阻抗，只要将输入侧的同轴管的特性阻抗设为输出侧的特性阻抗的1/2即可。本实施方式中，第4同轴管640(输入侧的同轴管)的特性阻抗被设定为30Ω、第2同轴管620(输出侧的同轴管)的特性阻抗被设定为60Ω，该关系成立。因此，能够抑制分支部的反射而传输大功率的微波。
(第3同轴管与第2同轴管的连结部分)
参照图2，在第3同轴管的内部导体630a中，杆630a1通过螺钉S固定于内部导体连结板630a2。如此一来，在第2同轴管620与第3同轴管630连结的连结部分，第3同轴管630(杆630a1)与第2同轴管620对置连结。此外，第3同轴管630在各分支部分可仅连结1根，或可连结2根以上。另外，各第3同轴管630还可如本实施方式那样对置连结，亦可不对置。
第3同轴管的内部导体630a上的与第2同轴管的内部导体620a连结的部分(内部导体连结板630a2的部分)比其他部分细。这是为了减小了沿第2同轴管传输的微波的传输状态的紊乱。进而，通过改变变细的部分的长度、及粗细，能够调整第3同轴管630的电长度。通过使第3同轴管的内部导体630a比第2同轴管的内部导体620a细，或使第3同轴管的外部导体630b比第2同轴管的外部导体620b细，来减小微波的传输状态的紊乱。内部导体连结板630a2与第2同轴管的内部导体620a通过铜焊或者焊锡而得到固定。此外，第3同轴管630发挥了阻抗变换机构的功能，后边将对其进行叙述。
(第5同轴管与T分支)
接着，参照图7对第3及第5同轴管630、650的T分支的构造进行说明。第3同轴管630弯曲并且连结第2同轴管620与第5同轴管650。第5同轴管的内部导体650a与第2及第3同轴管的内部导体620a、630a同样由铜形成。第3及第5同轴管的内部导体630a、650a的连结部分以第3同轴管的内部导体630a嵌入到第5同轴管的内部导体650a的凹部的状态通过焊锡或者铜焊被固定。
在第5同轴管的内部导体650a的外周部，在T分支的两侧形成有槽，介电体环730嵌入到该槽中。由此，第5同轴管的内部导体650a被支承于外部导体650b。第5同轴管的内部导体650a被介电杆735从侧部支承。介电杆735被插入到设置于第5同轴管的内部导体650a的孔中，将第1同轴管的内部导体610a固定于第5同轴管650。介电体环730及介电杆735由特氟隆形成。
(阻抗变换机构)
接着，对第3同轴管的阻抗变换机构进行说明。为了消除同轴管分配器700的反射，只要从第2同轴管620与第3同轴管630连结的连结部看第3同轴管侧的阻抗为预期的值的实数即可。如果第3同轴管630的输出侧被匹配，则通过将第3同轴管630的电长度大致设为π/2rad，则能够使从连结部看第3同轴管侧的阻抗为实数。进而，通过改变第3同轴管的特性阻抗，能够使从连结部看第3同轴管侧的阻抗为预期的值。
如图2所示，在上述的第3同轴管的内部导体630a中，与第2同轴管的内部导体620a连结的部分(内部导体连结板630a2)比其他部分(杆630a1部分)细。由此一来，通过减细第3同轴管的内部导体630a，能够加长第3同轴管630的电长度。
另外，虽然未进行图示，但通过减细第3同轴管的内部导体630a的与第5同轴管的内部导体650a连结的连结部、或者增粗外部导体630b，也能够加长第3同轴管630的电长度。
进而，通过如图7的缩颈部650a1那样，减细第5同轴管的内部导体650a的与第3同轴管的内部导体630a的连结部、或者增粗外部导体650b，也能够加长第3同轴管630的电长度。
如上所述，通过在第3同轴管630设置减细的部分、变粗的部分，并调整其长度、粗细，能够调整第3同轴管的电长度。另外，通过调整与第3同轴管连结的同轴管(此处为第2、第5同轴管)的长度、粗细，能够调整连结的同轴管的电长度。利用上述调整单元(阻抗变换机构)能够比较自由地确定与第2同轴管620垂直的方向的单元间距Pi1(参照图1)。进而，通过使第3同轴管630弯曲，能够比较自由地确定与第2同轴管620水平的方向的单元间距Pi2。
由此，能够不受微波的管内波长限制地按照基板大小自由确定单元的纵横的大小。通常、如果将等离子体激发区域Ea增大为比基板大小大60mm～80mm程度，则能够进行均匀的等离子体处理。由此，通过将等离子体激发区域Ea设定为满足上述条件的、比玻璃基板的大小稍大的区域，则不会过度地增大等离子体激发区域，能够降低使用功率。另外，还能够避免装置整体过大。
(阻抗缓冲部)
内部导体越粗，特性阻抗越小，内部导体越细，特性阻抗越大。由此，当直接连结粗细不同的第3同轴管的内部导体630a与第5同轴间的内部导体650a时，由于特性阻抗极为不同，故反射在连结部分变大。因此，第5同轴管的内部导体650a与第3同轴管的内部导体630a连结的连结部分的缩颈部650a1还具有减小反射的功能。如此一来，缩颈部650a1成为阻抗缓冲部，能够逐渐且分段地改变特性阻抗并使之连结，抑制微波的反射，能够容易使微波进入到第5同轴管650的左右。进而，按照第3同轴管630的弯曲形状，不只缩颈部650a1的粗细，还使从第5同轴管的内部导体650a的中点R1到右侧缩颈的长度Lr与到左侧的缩颈的长度Ll不同，由此能够将均匀的功率的微波传输至第5同轴管650的左右。
当为对称多分支时，能够分别匹配从第2同轴管620的输入部In看两端的阻抗，而且还能够匹配从第4同轴管640看负载侧的阻抗。其结果，能够消除从同轴管分配器700的输入侧看时的反射来传输大功率的微波。只要满足以下的条件，即能够匹配从第2同轴管620看负载侧的阻抗。
即、当从第1同轴管610看等离子体侧的阻抗被匹配时，从第3同轴管630的输出端看输出侧的阻抗大致为电阻性，当将从第3同轴管630的输出端看输出侧的电阻设为Rr5、与从第2同轴管620的输入部到第2同轴管620的端部之间连结的第3同轴管630的数量设为Ns、第2同轴管620的特性阻抗设为Zc2时，第3同轴管630的特性阻抗Zc3大致等于(Rr5×Ns×Zc2)1/2，且电长度为π/2rad。例如，当为图4所示的8分支时，特性阻抗为30Ω的2根第5同轴管650被并联地与第3同轴管630的输出端连接，故Rr5＝15Ω。另外，如果Ns＝4，Zc2＝60Ω，则可将Zc3设为60Ω。
另外，当从第2同轴管620与第3同轴管630连结的连结部分看第3同轴管侧的阻抗为大致电阻性、将从第2同轴管620与第3同轴管630的连结部分看第3同轴管侧的电阻设为Rr3、与从第2同轴管620的输入部In到第2同轴管620的一端之间连接的第3同轴管630的数量设为Ns、第2同轴管620的特性阻抗设为Zc2时，第2同轴管620的特性阻抗Zc2大致等于Rr3/Ns。
例如，当为图4所示的8分支时，为Rr3＝240，Zc2＝240/4＝60Ω，满足上述的关系。
(第2实施方式)
(非对称6分支)
接着，参照图8及图9对第2实施方式所涉及的G4.5用玻璃基板的分支回路进行说明。图8是包含本实施方式所涉及的同轴管分配器700的分支回路的示意图。图9表示本实施方式所涉及的微波等离子体处理装置10的顶面。本实施方式是将同轴管分为非对称的6路的多分支。G4.5用玻璃基板的大小为730×920mm。
本实施方式中，如图8所示，传输线路900a包含导波管、同轴导波管变换器、多个同轴管。从一台的微波源900输出的微波在导波管分为3路，并向同轴导波管变换器传输，借助第4同轴管640传输至同轴管分配器700。同轴管分配器700是包含在具有输入部In的第2同轴管620上进行非对称的6分支的第3同轴管630的多分支构造。
如图9所示，单元数以基板长边方向及基板短边方向上各6列、合计36块被均匀地配置。输入部In位于连结部A2与连结部A3的中点、或连结部A3与连结部A4的中点。如上所述，当为对称多分支时，能够分别匹配从第2同轴管620的输入部In看两端的阻抗，而且还能够匹配从第4同轴管640看负载侧的阻抗。
然而，当为非对称多分支时，假设从第2同轴管620的输入部In看两端的阻抗分别匹配时，传输至左右的微波的功率相等，导致向各单元供给的微波的功率在左右各异。因此，无法匹配从第2同轴管620的输入部In看两端的阻抗。然而，只要满足以下的条件，即可匹配从第4同轴管640看负载侧的阻抗。其结果能够传输大功率的微波。
即、当特性阻抗为Zc4的第4同轴管640与第2同轴管620的输入部In连接，从第1同轴管610看等离子体侧的阻抗被匹配时，从第3同轴管630的输出端看输出侧的阻抗大致为电阻性，当将从第3同轴管630的输出端看输出侧的电阻设为Rr5、与第2同轴管620连接的第3同轴管630的数量设为Nt时，第3同轴管630的特性阻抗Zc3大致等于(Rr5×Nt×Zc4)1/2，且电长度为π/2rad。例如，当为图8所示的6分支时，由于特性阻抗为30Ω的2根第5同轴管650被并联地与第3同轴管630的输出端连接，故Rr5＝15Ω。另外，如果Nt＝6，Zc4＝30Ω，则只要将Zc3设为52Ω即可。
另外，从第2同轴管620与第3同轴管630连结的连结部分看第3同轴管侧的阻抗大致为电阻性，当将从上述连结部分看第3同轴管侧的电阻设为Rr3、与第2同轴管620连接的第3同轴管630的数量设为Nt时，特性阻抗Zc4大致等于Rr3/Nt。
例如，当为图8所示的6分支时，成为Rr3＝180，Zc4＝180/6＝30Ω，满足上述的关系。
当为对称多分支时，由于能够使从第2同轴管620的输入部看两端的阻抗分别被匹配，故在连结部A2～A3的部分不会激起驻波，连结部A2～A3的间隔为任意。另一方面，当为非对称分支时，在连结部A2～A3的部分激起驻波，必须使连结部A2～A3间的电长度与2πrad的整数倍(本实施方式中为1倍)一致。
然而，当同轴管与输入部连结时，由于在连结部周边传输的模式被扰乱，故电长度发生变化。为了对该电长度的偏差进行修正，将由特氟隆构成的介电体环710设置于输入部In与连结部A2、及输入部与连结部A3之间。通过使介电体环710的厚度、位置及介电率最佳化，即便在非对称多分支中亦能够将统一了振幅与相位后的微波向分支对象传输。
(第3实施方式)
接着，参照图10及图11对第3实施方式所涉及的G10用玻璃基板的分支回路进行说明。图10是包含同轴管分配器700的分支回路的示意图。图11表示载放于微波等离子体处理装置上的导波管分配器850。本实施方式为将同轴管对称地分为8路的多分支。G10用玻璃基板的大小为2880×3080mm。
导波管分配器850中，分段方式的2×2×2分支构成为平面状。相对于微波源900及调谐器，导波管850在两侧被对称地分支。由于构成为平面状，故导波管850的厚度(与图11的纸面垂直的方向的长度)较薄，能够容易地载放于装置上。
单元数以在基板长边方向及基板短边方向上各16列、合计256块被均匀地配置。同轴管对称8分支被设置为横向2列、纵向8列。
(阻抗变换机构的变形例)
接着，参照图12对阻抗变换机构的变形例进行简单描述。如图5所示，上述的各实施方式所涉及的第3同轴管630为弯曲的类型，与之相对，本变形例所涉及的第3同轴管630呈棒状，与第2同轴管倾斜地连结。由此也能够使第3同轴管630发挥阻抗变换机构的功能，从而抑制从分配器输入侧看时的反射，能够抑制传输大功率的微波。
(第4实施方式)
(同轴管分配器的变形例)
最后参照图13～图15对第4实施方式所涉及的同轴管分配器700的变形例进行简单说明。图13为本实施方式所涉及的微波等离子体处理装置的剖面。图13为图14的8-O-O’-8剖面。图14为图13的6-6剖面。图15为图13的7-7剖面。第4实施方式所涉及的微波等离子体处理装置10为晶片大小为直径300mm的半导体基板用。
本实施方式中，第4同轴管640被T分支出第3同轴管630(杆630a1及内部导体连结板630a2)，进而，第3同轴管630被T分支出第5同轴管650。第3同轴管630的分支部分具有比其他部分细的缩颈部630a11。从第3同轴管630向第5同轴管650的T分支与图5的T分支基本相同，第3同轴管630进行阻抗变换。其中，在本实施方式中，第3同轴管630不发生弯曲，第3同轴管的内部导体630a与第5同轴管的内部导体650垂直连结。
特性阻抗为30Ω的2根第5同轴管650与第3同轴管的输出端并联连接。因此，当从第1同轴管610看等离子体侧的阻抗被匹配时，从第3同轴管630的输出端看输出侧的阻抗为30/2＝15Ω。另一方面，第4同轴管640的特性阻抗为50Ω。因此，只要从第4同轴管与第3同轴管的连结部看第3同轴管侧的阻抗为50×2＝100Ω，即可消除分配器的反射而传输大功率的微波。由电长度为π/2rad的第3同轴管承担该从15Ω到100Ω的阻抗变换。
本实施方式中，在连结部分的内部导体630a侧设置有缩颈部630a11。利用缩颈部630a11的直径、长度调整第3同轴管630的电长度。
此外，构成2分支的输出侧的同轴管的外部导体(图15的第5同轴管的外部导体650b)中的、连结部分亦可比其他部分粗。
根据以上说明的第1实施方式～第3实施方式及变形例所涉及的微波等离子体处理装置10，同轴管分配器700中的至少一段从第2同轴管620多分支为与第2同轴管620非垂直连结的3根以上的第3同轴管630。第3同轴管630具有调整特性阻抗的机构，能够使第3同轴管630的输入侧(电磁波源侧)的特性阻抗与第3同轴管630的输出侧(等离子体侧)的特性阻抗匹配。其结果，能够提高微波的传输效率。
另外，根据第4实施方式所涉及的微波等离子体处理装置10，同轴管分配器700中的至少一段的输入侧的同轴管与输出侧的同轴管的特性阻抗不同，由此能够在分支部分匹配阻抗。其结果，能够传输大功率的微波。
(第5实施方式)
接着，参照图16对本发明的第5实施方式所涉及的微波等离子体处理装置的概况进行说明。图16表示本实施方式所涉及的微波等离子体处理装置的顶面。图16的5-O-O’-5剖面与在第1实施方式中说明的1-O-O’-1剖面(图2)相同，图16的区域Ex的放大图也与第1实施方式中说明的图1的区域Ex(图3)相同，对于微波等离子体处理装置的概况的说明，此处予以省略。
相对于第1实施方式中第3同轴管630分别具有相对第2同轴管620非垂直地延伸的部分而言，不同的是第5实施方式中的第3同轴管630分别与第2同轴管620垂直连结。
(同轴管分支的阻抗匹配的原理)
接着，参照图17对本实施方式所涉及的同轴管分支的阻抗匹配的原理进行说明。假定的同轴管分支如图17中PA所示，从第2同轴管620多分支出N个(N≥3)第3同轴管630。邻接的第3同轴管630的间距是λg/2的整数倍，从第2同轴管620的一方端部的短路面到与该端部最近的分支部分A(第2同轴管620及第3同轴管630的连结部分)的距离通过短路板800而设定为长度l。将从连结部看第3同轴管630侧的阻抗设为Rr+jXr(称为Rr：负载电阻、Xr：负载电抗)。
此处，假定从电磁波源715向第2同轴管620施加的电磁波沿第2同轴管620及第3同轴管630无损失地传输。如果第3同轴管630的间距为λg/2的整数倍，则与将N个第3同轴管630并联连接在一起等效。因此，如图17中PB所示，图17的PA的回路等效于将(Rr+jXr)/N与从连结部A看端部侧的电抗Xp(将Xp称为插棒电抗)并联连接于电磁波源715的回路。
此处，插棒电抗如下式(1)所示。
Xp＝Z0tan(2πl/λg)…(1)
此处，Z0为同轴管的特性阻抗。
在该等效回路，在第2同轴管620的入射端I2无反射的条件是在从入射端I2看的阻抗的虚部为0、实部为Z0之际，亦即图17中以PC所示的等效回路成立之际。
当为Z0＞Rr/N时，无反射条件如下式(2)(3)所示。
Xr 2＝Rr(N×Zo-Rr)…(2)
Xp＝-Xr×Zo/(N×Zo-Rr)…(3)
为了满足式(2)(3)，需要按照第3同轴管630的电阻Rr调整电抗成分Xr、Xp。以下将满足式(2)(3)的条件的阻抗匹配称作电容耦合类型的阻抗匹配。
在电容耦合类型的阻抗匹配中，对于预期的负载电阻Rr：(当第3同轴管的输出侧被匹配时，等于第3同轴管的特性阻抗)，根据无反射条件的式(2)(3)求出电抗成分Xr、Xp。例如，作为电抗成分Xr，只要使介电体联轴器介于连结部分的内部导体间作为具有特定的电容成分(1/ωXr、ω为电磁波角频率)的介电体部件即可。另外，只要从式(1)确定插棒的长度l作为电抗成分Xp即可。
当Z0＝Rr/N时，无反射条件如下式(4)(5)所示。
Xr＝0…(4)
Xp＝∞…(5)
为了满足式(4)，第3同轴管的内部导体630a的电抗成分为0。另外，为使式(1)满足式(5)条件，需要满足l＝(λg/4)×奇数倍。即、插棒的电长度只要为π/2rad的奇数倍即可。以下将满足式(4)(5)的条件的阻抗匹配称作阻抗变换类型的阻抗匹配。
为了满足Z0＝Rr/N的条件，需要使负载电阻Rr极高。因此，例如第3同轴管成为电长度为π/2rad的阻抗变换部。只要没有电抗成分，能够通过改变第3同轴管的特性阻抗来进行任意的阻抗变换。
(多分支：对称8分支)
接着，参照图18及图19对本实施方式所涉及的多分支(对称8分支)进行说明。图18是含有同轴管分配器700的分支回路的示意图。图19是用与图2的3-3剖面对应的剖线切断本实施方式所涉及的盖体的横剖面图。此处进行阻抗变换类型的阻抗匹配(图18的阻抗变换部)。
微波源900与导波管连结，分为3路并借助同轴导波管变换器向第4同轴管640传输微波。第4同轴管640分为2路(T分支)与第2同轴管620连结。以下，将微波从第4同轴管640射入第2同轴管620的部分称为第2同轴管的输入部In。同轴管分配器700是包含具有输入部In的第2同轴管620及在4处与第2同轴管620连结并大致垂直地延伸的第3同轴管630的多分支构造。在第2同轴管620与第3同轴管630的连结部分，对于每个第2同轴管620连结有2根第3同轴管630。本实施方式中，8根第3同轴管630与第2同轴管620。8根第3同轴管630分别T分支出第5同轴管650，并在第5同轴管650的两端部与第1同轴管610连结，在第1同轴管610的末端与介电体板305连结。
由此，从一台的微波源900输出的915MHz的微波经由隔离器、方向性结合器、匹配器(未图示)、导波管3分配器及3个同轴导波管变换器沿第4同轴管640传输，通过由第2同轴管620及8根第3同轴管630构成的同轴管分配器700均匀地分配并传输功率。沿第3同轴管630传输的微波经由第5同轴管650、第1同轴管610向介电体板305传输，并从在金属电极310的周缘露出的介电体板305释放到处理容器。本装置中3根第2同轴管620被平行且等间距地配置。
本实施方式中，8根第3同轴管630与第2同轴管620连结，但只要将3根以上的第3同轴管630与第2同轴管620连结即可。形成于本实施方式所涉及的同轴管分配器700的分支部为对称的多分支。对称的多分支是指从第2同轴管的内部导体中央的输入部In连结于一方分支对象的第3同轴管630的数量及连结位置与连结于另一方分支对象的第3同轴管630的数量及连结位置相等，且以输入部In为中心对称的3个以上的分支。
另外，后述的第6实施方式所涉及的同轴管分配器700所形成的分支部为非对称的多分支。非对称的多分支是指例如如图21及图22所示那样，从第2同轴管的内部导体中央的输入部In连结于一方分支对象的第3同轴管630的数量及连结位置与连结于另一方分支对象的第3同轴管630的数量及连结位置不相等，且不以输入部In为中心对称的3个以上的分支。
如图19所示，内部导体620a及内部导体630a的连结部A1～A4中输入部In为连结部A2与连结部A3的中点。第3同轴管630的间距(连结部之间的距离)，在第2同轴管620的管内波长被设为λg2时，大致等于λg2的整数倍(本实施方式中为1倍)。据此，能够从第2同轴管620向第3同轴管630均匀地分配功率。
更准确来说，只要第2同轴管的内部导体620a与第3同轴管的内部导体630a的连结部A1与连结部A2间的电长度及连结部A3与连结部A4间的电长度为πrad的整数倍，则所有向第3同轴管630传输的微波的振幅即相等。进而，如果上述电长度为πrad的奇数倍，则向第3同轴管630的连结部A1与第3同轴管630的连结部A2及第3同轴管630的连结部A3与第3同轴管630的连结部A4传输的微波的相位分别错开πrad。另一方面，如果上述电长度为πrad的偶数倍、即2πrad的整数倍，则向所有的第3同轴管630传输的微波的相位相等。本实施方式中，由于需要使相位一致，故只要上述电长度为2πrad的整数倍即可。
为了等间距配置单元，连结部A2与连结部A3间的距离和连结部A1与连结部A2间的距离同为λg2。此外，由于在连结部周边传输的模式(TEM模式)紊乱，故电长度发生变化。因此，实际上，第3同轴管630的间距被设定为比第2同轴管的管内波长λg2＝327.6mm长出数毫米。
对于同轴管分配器700的构造，参照图19进行更为详尽的说明。第2同轴管620在其中央与第4同轴管640连结。从第2同轴管620的输入部In到第2同轴管620的端部，相对于各端部都有2处与之近似垂直地连结有第3同轴管630。第3同轴管630与从第2同轴管620的输入部In到第2同轴管620的端部之间连结的数量优选为2以下。这是由于即便微波的频率发生变动，第3同轴管630中共有的功率的均衡性仍难以失衡。
第2同轴管的内部导体620a与外部导体620b在第2同轴管620的两端短路，从第2同轴管620的端部到与该端部最近的第2同轴管620与第3同轴管630的连结部分的电长度大致等于π/2rad的奇数倍(此处为1倍)。由此，其间可看作一端被短路的分布常数线路。像这样，一端被短路的电长度为π/2rad的分布常数线路，在从另一端看时，阻抗为无限大。由此，对于微波的传输而言，等于不存在从第2同轴管620的端部到连结部分的部分，容易进行传输线路的设计。
第5同轴管650分别与内部导体630a的输出端(杆630a1的输出侧端部)连结，形成T分支。第1同轴管610向纸面的里侧垂直地与第5同轴管650的两端部连结。通过以上的构成，微波从第2同轴管620的输入部输入到同轴管分配器700，沿第2同轴管620传输，被多分支地分配到第3同轴管630中，并经过第5及第1同轴管650、610从邻接的多个介电体板305释放到处理容器内。
(第4同轴管与T分支)
图19的9-9剖面即第4同轴管640与第2同轴管620的连结部分与第1实施方式所涉及的图5的4-4剖面(即图6)所示的微波等离子体处理装置的各同轴管的连结部分的构成相同，第4同轴管640与第2同轴管620的连结部分分为2路而呈T字状(T分支)。
(第5同轴管与T分支)
接着，参照图19对第3及第5同轴管630、650的T分支的构造进行说明。第3同轴管630与第2同轴管620和第5同轴管650近似垂直地连结。第5同轴管的内部导体650a与第2及第3同轴管的内部导体620a、630a同样由铜形成。第3及第5同轴管的内部导体630a、650a的连结部分以第3同轴管的内部导体630a嵌入到第5同轴管的内部导体650a的凹部的状态通过焊锡或者铜焊被固定。
在第5同轴管的内部导体650a的外周部，在T分支的两侧形成有槽，介电体环730嵌入到该槽中。由此，第5同轴管的内部导体650a被支承于外部导体650b。第5同轴管的内部导体650a被介电杆735从侧部支承。介电杆735被插入到设置于第5同轴管的内部导体650a的孔中，将第1同轴管的内部导体610a固定于第5同轴管650。介电体环730及介电杆735由特氟隆形成。
(阻抗变换机构)
接着，对同轴管的阻抗变换机构按照阻抗变换类型、电容耦合类型的顺序进行说明。
(阻抗变换类型的阻抗匹配)
如上所述，为了消除同轴管分配器700的反射，只要从第2同轴管620与第3同轴管630的连结部看第3同轴管侧的阻抗为预期的值的实数即可。如果第3同轴管630的输出侧被匹配，则通过将第3同轴管630的电长度大致设为π/2rad，则能够使从连结部看第3同轴管侧的阻抗为实数。进而，通过改变第3同轴管的特性阻抗，能够使从连结部看第3同轴管侧的阻抗为预期的值。
如图16所示，在上述的第3同轴管的内部导体630a中，与第2同轴管的内部导体620a连结的部分(内部导体连结板630a2)比其他部分(杆630a1部分)细。由此一来，通过减细第3同轴管的内部导体630a，能够加长第3同轴管630的电长度。
另外，虽然未进行图示，但通过减细第3同轴管的内部导体630a的与第5同轴管的内部导体650a连结的连结部、或者增粗外部导体630b，也能够加长第3同轴管630的电长度。
进而，通过如图19的缩颈部650a1那样，减细第5同轴管的内部导体650a的与第3同轴管的内部导体630a连结的连结部、或者增粗外部导体650b，能够加长第3同轴管630的电长度。
如上所述，通过在第3同轴管630设置减细的部分、变粗的部分，并调整其长度、粗细，能够调整第3同轴管的电长度。另外，通过调整与第3同轴管连结的同轴管(此处为第2、第5同轴管)的长度、粗细，能够调整连结的同轴管的电长度。利用上述调整单元(阻抗变换机构)能够比较自由地确定与第2同轴管620垂直的方向的单元间距Pi1(参照图16)。
(阻抗缓冲部)
内部导体越粗，特性阻抗越小，内部导体越细，特性阻抗越大。由此，当直接连结粗细不同的第3同轴管的内部导体630a与第5同轴间的内部导体650a时，由于特性阻抗极为不同，故反射在连结部分变大。因此，第5同轴管的内部导体650a与第3同轴管的内部导体630a连结的连结部分的缩颈部650a1还具有减小反射的功能。如此一来，缩颈部650a1成为阻抗缓冲部，能够逐渐且分段地改变特性阻抗并使之连结，抑制微波的反射，能够容易使微波进入到第5同轴管650的左右。
当为对称多分支时，能够分别匹配从第2同轴管620的输入部In看两端的阻抗，而且还能够匹配从第4同轴管640看负载侧的阻抗。其结果，能够消除从同轴管分配器700的输入侧看时的反射来传输大功率的微波。只要满足以下的条件，即能够匹配从第2同轴管620看负载侧的阻抗。
即、当从第1同轴管610看等离子体侧的阻抗被匹配时，从第3同轴管630的输出端看输出侧的阻抗大致为电阻性，当将从第3同轴管630的输出端看输出侧的电阻设为Rr5、与从第2同轴管620的输入部In到第2同轴管620的一端之间连结的第3同轴管630的数量设为Ns、第2同轴管620的特性阻抗设为Zc2时，第3同轴管630的特性阻抗Zc3大致等于(Rr5×Ns×Zc2)1/2，且电长度为π/2rad。例如，当为图18所示的8分支时，特性阻抗为30Ω的2根第5同轴管650被并联地与第3同轴管630的输出端连接，故Rr5＝15Ω。另外，如果Ns＝4，Zc2＝60Ω，则可将Zc3设为60Ω。
另外，当从第2同轴管620与第3同轴管630连结的连结部分看第3同轴管侧的阻抗为大致电阻性、将从连结部分看第3同轴管侧的电阻设为Rr3、与从第2同轴管620的输入部In到第2同轴管620的一端之间连接的第3同轴管630的数量设为Ns、第2同轴管620的特性阻抗设为Zc2时，第2同轴管620的特性阻抗Zc2大致等于Rr3/Ns。
例如，当为图18所示的8分支时，为Rr3＝240，Zc2＝240/4＝60Ω，满足上述的关系。
(电容耦合类型的阻抗匹配)
接着，参照图20对电容耦合类型的阻抗匹配进行详细描述。在电容耦合类型中，在多分支的同轴管的连结部上设置有介电体部件。图20中，介电体联轴器820设置在与第2同轴管的内部导体620a连结的连结部分。介电体联轴器820为调整阻抗的阻抗变换机构的一例，相当于设置在与第2同轴管620连结的连结部分的介电体部件。本实施方式中，介电体联轴器820由特氟隆形成。
图20中，借助介电体联轴器820，第2同轴管的内部导体620a与第5同轴管的内部导体650a连结，并在第5同轴管650的一端与第1同轴管610连结。该例中，不存在图16所示的第3同轴管630。另外，也没有T分支。由此，“同轴管分配器700中所含的第2同轴管和与第2同轴管大致垂直连结的3根以上的第3同轴管”之中，“第2同轴管”是指分支源的同轴管(此处为第2同轴管620)，第3同轴管是指分支对象的同轴管(此处为第5同轴管650)。
图20中，相对于特性阻抗为30Ω的第2同轴管620，特性阻抗为30Ω的8根第5同轴管650被等间距且大致垂直地连接。此时，由式(2)算出负载电抗Xr为-79.4Ω。这相当于915MHz下的2.19pF的容量。介电体联轴器820的容量被设计成该值。同样，由式(3)算出插棒(plunger)电抗Xp为11.3Ω。进而，当由式(1)算出插棒的长度(从第2同轴管620的端部到与该端部最近的连结部分的距离)为l时，为0.558λg2，调整短路板800的位置。短路板800通过屏蔽绕线圈810被可滑动地固定于第2同轴管620。
第2同轴管620的未短路一侧的端部与同轴导波管变换器900a1连结。同轴导波管变换器900a1被设为与盖体300的侧壁密合，并与沿纸面的铅垂方向(装置的纵向)设置的导波管900a2连结。微波借助导波管900a2及同轴导波管变换器900a1以第2同轴管的一端作为输入部In进行供给。
第5同轴管的间距为λg2/2。由此，向邻接的第5同轴管650传输的微波的相位错开πrad。
电容耦合类型的情况也能够在对称多分支时，分别匹配从第2同轴管620的输入部In看两端的阻抗，而且还能够匹配从第4同轴管640看负载侧的阻抗。其结果，能够消除从同轴管分配器700的输入侧看时的反射，传输大功率的微波。
此外，在具有对称性的多分支中，无需设计传输路径，以使微波的波腹来到第2同轴管620的输入部In。由于以从第2同轴管的内部导体620a的输出端(输入部In)看输出侧时几乎无反射，且从存在于输入部In的两侧的介电体环705看左右时不产生反射的方式来匹配特性阻抗，故在第2同轴管620中不会激起驻波。因此，不受微波的管内波长λg限制而能够自由设计第3同轴管630的长度、形状。
(第6实施方式)
(非对称6分支)
接着，参照图21及图22对第6实施方式所涉及的G4.5用玻璃基板的分支回路进行说明。图21是包含本实施方式所涉及的同轴管分配器700的分支回路的示意图。图22表示本实施方式所涉及的微波等离子体处理装置10的顶面。本实施方式是将同轴管分为非对称的6路的多分支。G4.5用玻璃基板的大小为730×920mm。阻抗变换机构是上述的阻抗变换类型。
本实施方式中，如图21所示，传输线路900a包含导波管、同轴导波管变换器、多个同轴管。从一台的微波源900输出的微波在导波管分为3路，并向同轴导波管变换器传输，借助第4同轴管640传输至同轴管分配器700。同轴管分配器700是包含在具有输入部In的第2同轴管620上进行非对称的6分支的第3同轴管630的多分支构造。
如图22所示，单元数以基板长边方向及基板短边方向上各6列、合计36块被均匀地配置。输入部In位于连结部A2与连结部A3的中点、或连结部A3与连结部A4的中点。如上所述，当为对称多分支时，能够分别匹配从第2同轴管620的输入部In看两端的阻抗，而且还能够匹配从第4同轴管640看负载侧的阻抗。
然而，当为非对称多分支时，一旦使从第2同轴管620的输入部In看两端的阻抗分别匹配时，传输至左右的微波的功率相等，导致向各单元供给的微波的功率在左右各异。因此，无法匹配从第2同轴管620的输入部In看两端的阻抗。然而，只要满足以下的条件，即可匹配从第4同轴管640看负载侧的阻抗。结果能够传输大功率的微波。
即、当特性阻抗为Zc4的第4同轴管640与第2同轴管620的输入部In连接，匹配从第1同轴管610看等离子体侧的阻抗时，从第3同轴管630的输出端看输出侧的阻抗大致为电阻性，当将从第3同轴管630的输出端看输出侧的电阻设为Rr5、与第2同轴管620连接的第3同轴管630的数量设为Nt时，第3同轴管630的特性阻抗Zc3大致等于(Rr5×Nt×Zc4)1/2，且电长度为π/2rad。例如，当为图21所示的6分支时，由于特性阻抗为30Ω的2根第5同轴管650被并联地与第3同轴管630的输出端连接，故Rr5＝15Ω。另外，如果Nt＝6，Zc4＝30Ω，则只要将Zc3设为52Ω即可。
另外，从第2同轴管620与第3同轴管630的连结部分看第3同轴管侧的阻抗大致为电阻性，当将从上述连结部分看第3同轴管侧的电阻设为Rr3、与第2同轴管620连接的第3同轴管630的数量设为Nt时，特性阻抗Zc4大致等于Rr3/Nt。
当从第1同轴管610看等离子体侧的阻抗被匹配时，从第2同轴管620与第3同轴管630连结的连结部分看第3同轴管侧的阻抗大致为电阻性，当将从上述连结部分看第3同轴管侧的电阻设为Rr3、与从第2同轴管620的输入部In到第2同轴管620的一端之间连结的第3同轴管630的数量设为Ns、第2同轴管620的特性阻抗设为Zc2时，第2同轴管620的特性阻抗Zc2大致等于Rr3/Ns。
例如，当为图21所示的6分支时，成为Rr3＝180，Zc4＝180/6＝30Ω，满足上述的关系。
当为对称多分支时，由于能够使从第2同轴管620的输入部看两端的阻抗分别匹配，故在连结部A2～A3的部分不会激起驻波，连结部A2～A3的间隔为任意。另一方面，当为非对称分支时，在连结部A2～A3的部分激起驻波，必须使连结部A2～A3间的电长度与2πrad的整数倍(本实施方式中为1倍)一致。
然而，当同轴管与输入部连结时，由于在连结部周边传输的模式被扰乱，故电长度发生变化。为了对该电长度的偏差进行修正，将由特氟隆构成的介电体环710设置于输入部In与连结部A2、及输入部与连结部A3之间。通过使介电体环710的厚度、位置及介电率最佳化，即便在非对称多分支中亦能够将统一振幅与相位的微波向分支对象传输。
此外，在以上说明的非对称的多分支中虽然仅对阻抗变换类型进行了说明，但亦可适用于电容耦合类型。此时，特性阻抗为Zc4的第4同轴管640与第2同轴管620的输入部连结，当将与第2同轴管620连结的第3同轴管630的数量设为Nt、第3同轴管630的特性阻抗设为Zc3时，满足Zc3＜Nt×Zc4的关系，介电体联轴器820的电抗Xr大致等于-(Zc3(Nt×Zc4-Zc3))1/2，在第2同轴管620的两端，从与上述端部最近的第2同轴管620和第3同轴管630的连结部分看第2同轴管620的端部侧的电抗Xp大致等于-2Xr×Zc4/(Nt×Zc4-Zc3)。
(第6实施方式的变形例)
图23表示第6实施方式的变形例。本变形例为非对称多分支，但从第2同轴管620的输入部In看两端的阻抗被分别匹配。从第2同轴管620的输入部In起，在右侧连结有4根第3同轴管630，在左侧连结有2根第3同轴管630。因此，为了向所有单元均匀地供给微波功率，只要将向右侧供给的功率设为左侧的2倍即可。为此，使第2同轴管的左侧的内部导体620a2比右侧的内部导体620a1细，将左侧的特性阻抗(120Ω)设定为右侧的特性阻抗(60Ω)的2倍。进而，按照上述的匹配条件使第3同轴管的特性阻抗(全部为60Ω)最佳化，以使从输入部In看两端的阻抗被分别匹配。根据本变形例，由于无需用介电体环等调整连结部A2～A3间的电长度，故便于设计。
(第7实施方式)
接着，参照图24及图25对第7实施方式所涉及的太阳能电池玻璃基板的分支回路进行说明。图24是包含同轴管分配器700的分支回路的示意图。图25表示载放在微波等离子体处理装置上的导波管分配器850。本实施方式是将同轴管对称地分为8路的多分支。阻抗变换机构是上述的阻抗变换类型。
导波管分配器850中，分段方式的2×2分支构成为平面状。相对于微波源900及调谐器，导波管850在两侧被对称地分支。由于构成为平面状，故导波管850的厚度(与图25的纸面垂直的方向的长度)较薄，能够容易地载放于装置上。
单元在基板长边方向及基板短边方向上各均匀地配置为8列，合计64块。同轴管对称8分支被设置为横向1列、纵向4列。使单元的大小最佳化，以使同轴管分配器700为最单纯的构造。即、横向为166mm、纵向为184mm。由此，等离子体激发区域大致为1328×1472mm。如果考虑到处理的均匀性，则等离子体激发区域需要比基板更大。本实施方式中，最实用的玻璃基板的大小为1206×1352mm。该基板大小为一人可拿起的大小，由于输送成本、设置成本被抑制得很低，故最适于太阳能电池用。
以上说明的各实施方式中，虽然举出可输出915MHz的微波的微波源900，但亦可是可输出896MHz、922MHz、2.45GHz等微波的微波源。另外，微波源是产生用于激发等离子体的电磁波的电磁波源的一例，只要是可输出100MHz以上的输出电磁波的电磁波源即可，也包括磁控管、高频率电源。
金属电极310的形状不局限于4边形，亦可是3角形、6边形、8边形。此时介电体板305及金属罩320的形状也与金属电极310的形状相同。金属罩320及侧罩有无均可。当没有金属罩320时，在盖体300上直接形成气体流路。另外，亦可没有气体释放孔、没有气体释放功能，还可设置下段喷淋板。金属电极310、介电体板305的数量不局限为8个，达到1个以上即可。
以上、参照附图对本发明的优选的实施方式进行了说明，当然本发明并非仅局限于上述例子。本领域技术人员可在权利要求书所记载的范围内，想到各种变更例或修正例，对此当然都属于本发明的技术范围。
例如，第3同轴管630的阻抗变换机构亦可构成为将从第2同轴管620非垂直地延伸的机构、和在第2同轴管的内部导体620a与第3同轴管的内部导体630a之间由特氟隆等介电体构成的阻抗变换机构组合在一起。
另外，本发明中，同轴管分配器700中的至少一段如果具有第2同轴管620与3根以上的第3同轴管630，则还可含有其他传输线路。另外，各第3同轴管630只要相对于上述第2同轴管呈非垂直延伸，则无论是从第2同轴管620斜向地延伸，还是边弯曲边延伸均可。
等离子体处理装置并不局限于上述的微波等离子体处理装置，如成膜处理、扩散处理、蚀刻处理、灰化(ashing)处理、等离子体掺杂处理等利用等离子体对被处理体进行微细加工的装置亦可。
另外，例如，本发明所涉及的等离子体处理装置亦可对大面积的玻璃基板、圆形的硅晶片、角型的SOI(Silicon On Insulator)基板进行处理。
例如，第3同轴管630的阻抗变换机构亦可由上述各实施方式中说明过的电容耦合类型的介电体的阻抗变换机构、阻抗变换类型的阻抗变换机构及阻抗变换类型的变形例所示的弯曲的类型的阻抗变换机构这两个以上的组合来构成。
符号的说明：
10微波等离子体处理装置
100处理容器
200容器本体
300盖体
300a上部盖体
300b下部盖体
305介电体板
310金属电极
320金属罩
325螺钉
335细管
350侧罩
610第1同轴管
620第2同轴管
630第3同轴管
630a1杆
630a11、650a1缩颈部
630a2内部导体连结板
640第4同轴管
650第5同轴管
700同轴管分配器
705介电体环
720、810屏蔽绕线圈
800短路板
820介电体联轴器
900微波源
905气体供给源
910冷却剂供给源
Cel单元

Claims (50)

1.一种等离子体处理装置，其通过电磁波激发气体来对被处理体进行等离子体处理，具备：
处理容器；
输出电磁波的电磁波源；
传输已从上述电磁波源输出的电磁波的传输线路；
多个介电体板，其被设置在上述处理容器的内壁，用于将电磁波释放到上述处理容器内；
多个第1同轴管，其与上述多个介电体板邻接，向上述多个介电体板传输电磁波；以及
1段或者2段以上的同轴管分配器，其将沿上述传输线路传输来的电磁波分配传输给上述多个第1同轴管，
上述同轴管分配器中的至少一段包括具有输入部的第2同轴管和与上述第2同轴管连结的3根以上的第3同轴管，
第3同轴管分别具有相对于上述第2同轴管呈非垂直地延伸的部分。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，各个第3同轴管具有阻抗变换机构。
3.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，从上述第2同轴管的输入部到上述第2同轴管的端部之间的上述第2同轴管与上述第3同轴管连结的连结部分的数目为2以下。
4.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述第2同轴管与上述第3同轴管连结的连结部之间的未设有上述输入部的连结部之间的电长度大致等于πrad的整数倍。
5.根据权利要求4所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述第2同轴管与上述第3同轴管连结的连结部之间的未设有上述输入部的连结部之间的电长度大致等于2πrad的整数倍。
6.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，在上述第2同轴管与上述第3同轴管连结的连结部分，每根上述第2同轴管连结有2根上述第3同轴管。
7.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述第3同轴管是弯曲的。
8.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述第3同轴管倾斜地与上述第2同轴管连结。
9.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述第3同轴管的内部导体比上述第2同轴管的内部导体细。
10.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述第3同轴管的外部导体比上述第2同轴管的外部导体细。
11.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述第2同轴管的内部导体与外部导体在上述第2同轴管的至少一方的端部短路，
从上述第2同轴管的端部到与上述端部最接近的上述第2同轴管与上述第3同轴管连结的连结部分的电长度大致等于π/2rad的奇数倍。
12.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，当从上述第1同轴管看等离子体侧的阻抗被匹配时，从上述第2同轴管与上述第3同轴管连结的连结部分看上述第3同轴管侧的阻抗大致为电阻性，
当将从上述连结部分看上述第3同轴管侧的电阻设为Rr3、连结于从上述第2同轴管的输入部到上述第2同轴管的一端之间的第3同轴管的数量设为Ns、上述第2同轴管的特性阻抗设为Zc2时，则上述第2同轴管的特性阻抗Zc2大致等于Rr3/Ns。
13.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，特性阻抗为Zc4的第4同轴管与上述第2同轴管的输入部连结，
当从上述第1同轴管看等离子体侧的阻抗被匹配时，从上述第2同轴管与上述第3同轴管连结的连结部分看上述第3同轴管侧的阻抗大致为电阻性，
当将从上述连结部分看上述第3同轴管侧的电阻设为Rr3、与上述第2同轴管连结的第3同轴管的数量设为Nt时，特性阻抗Zc4大致等于Rr3/Nt。
14.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述第3同轴管的电长度大致为π/2rad。
15.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述第3同轴管的内部导体上的与上述第2同轴管连结的连结部分比其他部分细。
16.根据权利要求14所述的等离子体处理装置，其特征在于，当从上述第1同轴管看等离子体侧的阻抗被匹配时，从上述第3同轴管的输出端看输出侧的阻抗大致为电阻性，当将从上述第3同轴管的输出端看输出侧的电阻设为Rr5、连结于从上述第2同轴管的输入部到上述第2同轴管的一端之间的第3同轴管的数量设为Ns、上述第2同轴管的特性阻抗设为Zc2时，上述第3同轴管的特性阻抗Zc3大致等于(Rr5×Ns×Zc2)1/2。
17.根据权利要求14所述的等离子体处理装置，其特征在于，特性阻抗为Zc4的第4同轴管与上述第2同轴管的输入部连结，
当从上述第1同轴管看等离子体侧的阻抗被匹配时，从上述第3同轴管的输出端看输出侧的阻抗大致为电阻性，当将从上述第3同轴管的输出端看输出侧的电阻设为Rr5、与上述第2同轴管连结的第3同轴管的数量设为Nt时，上述第3同轴管的特性阻抗Zc3大致等于(Rr5×Nt×Zc4)1/2。
18.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述第3同轴管的输出端与第5同轴管连结的连结部分为T分支。
19.根据权利要求18所述的等离子体处理装置，其特征在于，对于上述第3同轴管的内部导体或者第5同轴管的内部导体中的至少任意一方而言，上述T分支的连结部分比其他部分细。
20.根据权利要求19所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述第5同轴管的内部导体的变细的部分中，从上述T分支的连结部分朝向一方分支对象的部分的长度与从上述T分支的连结部分朝向另一方分支对象的部分的长度不同。
21.根据权利要求18所述的等离子体处理装置，其特征在于，对于上述第3同轴管的外部导体或者第5同轴管的外部导体中的至少任意一方而言，上述T分支的分支部比其他部分粗。
22.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，具备多个金属电极，该多个金属电极与上述处理容器的内壁电连接，且与上述多个介电体板一对一地邻接，
各介电体板从上述邻接的各个金属电极与未配置上述各个介电体板的处理容器的内壁之间露出，
当配置上述各个介电体板时，未配置上述各个介电体板的处理容器的内壁或者设置于上述内壁的金属罩为实质上相似的形状、或为实质上对称的形状。
23.一种等离子体处理装置，其通过电磁波激发气体来对被处理体进行等离子体处理，具备：
处理容器；
输出电磁波的电磁波源；
传输已从上述电磁波源输出的电磁波的传输线路；
多个介电体板，其被设置在上述处理容器的内壁，用于将电磁波释放到上述处理容器内；
多个第1同轴管，其与上述多个介电体板邻接，向上述多个介电体板传输电磁波；以及
1段或者2段以上的同轴管分配器，其将沿上述传输线路传输的电磁波分配传输给上述多个第1同轴管，
上述同轴管分配器中的至少一段的输入侧的同轴管与输出侧的同轴管的特性阻抗不同。
24.根据权利要求23所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述输入侧的同轴管与上述输出侧的同轴管连结的连结部分为2分支，
在上述2分支处，上述输入侧的同轴管的特性阻抗的2倍与上述输出侧的同轴管的特性阻抗大致相等。
25.根据权利要求24所述的等离子体处理装置，其特征在于，构成上述2分支的输出侧的同轴管的外部导体中的上述连结部分比其他部分粗。
26.一种等离子体处理方法，
向处理容器的内部导入气体，
从电磁波源输出电磁波，
向传输线路传输上述已输出的电磁波，
将沿上述传输线路传输的电磁波从1段或者2段以上的同轴管分配器分配传输给多个第1同轴管，
将沿上述第1同轴管传输的电磁波从设置于上述处理容器的内壁的多个介电体板释放到上述处理容器内，
在将电磁波向上述同轴管分配器传输时，上述同轴管分配器中的至少一段包括具有输入部的第2同轴管和与上述第2同轴管连结的3根以上的第3同轴管，向具有相对于上述第2同轴管呈非垂直地延伸的部分的各个第3同轴管传输电磁波，利用经由上述第1同轴管释放到上述处理容器内的电磁波激发上述气体，对被处理体进行等离子体处理。
27.一种等离子体处理方法，
向处理容器的内部导入气体，
从电磁波源输出电磁波，
向传输线路传输上述已输出的电磁波，
利用由1段或者2段以上的同轴管形成的且在其至少一段中输入侧的同轴管与输出侧的同轴管的特性阻抗不同的同轴管分配器，将上述传输来的电磁波分配传输给多个第1同轴管，
将电磁波传输给与上述多个第1同轴管邻接的且设置于上述处理容器的内壁的多个介电体板，
从上述多个介电体板向处理容器内释放电磁波，
利用上述释放出的电磁波激发气体，在上述处理容器内对被处理体进行等离子体处理。
28.一种等离子体处理装置，其通过电磁波激发气体对被处理体进行等离子体处理，具备：
处理容器；
输出电磁波的电磁波源；
传输已从上述电磁波源输出的电磁波的传输线路；
多个介电体板，其被设置于上述处理容器的内壁，用于将电磁波释放到上述处理容器内；
多个第1同轴管，其与上述多个介电体板邻接，用于向上述多个介电体板传输电磁波；以及
1段或者2段以上的同轴管分配器，其将沿上述传输线路传输来的电磁波分配传输给上述多个第1同轴管，
上述同轴管分配器中的至少一段包括具有输入部的第2同轴管和与上述第2同轴管大致垂直地连结的3根以上的第3同轴管，
各个第3同轴管具有阻抗变换机构。
29.根据权利要求28所述的等离子体处理装置，其特征在于，从上述第2同轴管的输入部到上述第2同轴管的端部之间的上述第2同轴管与上述第3同轴管连结的连结部分的数目为2以下。
30.根据权利要求28所述的等离子体处理装置，其特征在于，当将上述第2同轴管的管内波长设为λg2时，上述第2同轴管与上述第3同轴管连结的连结部之间的长度大致等于λg2/2的整数倍。
31.根据权利要求30所述的等离子体处理装置，其特征在于，当将上述第2同轴管的管内波长设为λg2时，上述第2同轴管与上述第3同轴管连结的连结部之间的长度大致等于λg2的整数倍。
32.根据权利要求28所述的等离子体处理装置，其特征在于，在上述第2同轴管与上述第3同轴管连结的连结部分，每根上述第2同轴管连结有2根上述第3同轴管。
33.根据权利要求28所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述第3同轴管的内部导体比上述第2同轴管的内部导体细。
34.根据权利要求28所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述第3同轴管的外部导体比上述第2同轴管的外部导体细。
35.根据权利要求28所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述第2同轴管的内部导体与外部导体在上述第2同轴管的至少一方端部短路，
从上述第2同轴管的端部到与上述端部最近的上述第2同轴管与上述第3同轴管连结的连结部分的电长度大致等于π/2rad的奇数倍。
36.根据权利要求28所述的等离子体处理装置，其特征在于，当从上述第1同轴管看等离子体侧的阻抗被匹配时，从上述第2同轴管与上述第3同轴管连结的连结部分看上述第3同轴管侧的阻抗大致为电阻性，
当将从上述连结部分看上述第3同轴管侧的电阻设为Rr3、连结于从上述第2同轴管的输入部到上述第2同轴管的一端之间的第3同轴管的数量设为Ns、上述第2同轴管的特性阻抗设为Zc2时，则上述第2同轴管的特性阻抗Zc2大致等于Rr3/Ns。
37.根据权利要求28所述的等离子体处理装置，其特征在于，特性阻抗为Zc4的第4同轴管与上述第2同轴管的输入部连结，
当从上述第1同轴管看等离子体侧的阻抗被匹配时，从上述第2同轴管与上述第3同轴管连结的连结部分看上述第3同轴管侧的阻抗大致为电阻性，
当将从上述连结部分看上述第3同轴管侧的电阻设为Rr3、与上述第2同轴管连结的第3同轴管的数量设为Nt时，特性阻抗Zc4大致等于Rr3/Nt。
38.根据权利要求28所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述第3同轴管的电长度大致为π/2rad。
39.根据权利要求28所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述第3同轴管的内部导体上的与上述第2同轴管连结的连结部分比其他部分细。
40.根据权利要求38所述的等离子体处理装置，其特征在于，当从上述第1同轴管看等离子体侧的阻抗被匹配时，从上述第3同轴管的输出端看输出侧的阻抗大致为电阻性，当将从上述第3同轴管的输出端看输出侧的电阻设为Rr5、连结于从上述第2同轴管的输入部到上述第2同轴管的一端之间的第3同轴管的数量设为Ns、上述第2同轴管的特性阻抗设为Zc2时，上述第3同轴管的特性阻抗Zc3大致等于(Rr5×Ns×Zc2)1/2。
41.根据权利要求38所述的等离子体处理装置，其特征在于，特性阻抗为Zc4的第4同轴管与上述第2同轴管的输入部连结，
当从上述第1同轴管看等离子体侧的阻抗被匹配时，从上述第3同轴管的输出端看输出侧的阻抗大致为电阻性，当将从上述第3同轴管的输出端看输出侧的电阻设为Rr5、与上述第2同轴管连结的第3同轴管的数量设为Nt时，上述第3同轴管的特性阻抗Zc3大致等于(Rr5×Nt×Zc4)1/2。
42.根据权利要求28所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述第3同轴管的阻抗变换机构是介电体部件，该介电体部件被设置于上述第2同轴管的内部导体与上述第3同轴管的内部导体连结的连结部分。
43.根据权利要求42所述的等离子体处理装置，其特征在于，当将连结于从上述第2同轴管的输入部到上述第2同轴管的一端之间的第3同轴管的数量设为Ns、上述第2同轴管的特性阻抗设为Zc2、上述第3同轴管的特性阻抗设为Zc3时，满足Zc3＜Ns×Zc2的关系，
上述介电体部件的电抗Xr大致等于-(Zc3(Ns×Zc2-Zc3))1/2，
在上述第2同轴管的至少一方端部中，从与上述端部最近的上述第2同轴管与上述第3同轴管连结的连结部分看上述第2同轴管的端部侧的电抗Xp大致等于-Xr×Zc2/(Ns×Zc2-Zc3)。
44.根据权利要求42所述的等离子体处理装置，其特征在于，特性阻抗为Zc4的第4同轴管与上述第2同轴管的输入部连结，
当将与上述第2同轴管连结的第3同轴管的数量设为Nt、上述第3同轴管的特性阻抗设为Zc3时，满足Zc3＜Nt×Zc4的关系，
上述介电体部件的电抗Xr大致等于-(Zc3(Nt×Zc4-Zc3))1/2，
在上述第2同轴管的两端中，从与上述端部最近的上述第2同轴管与上述第3同轴管连结的连结部分看上述第2同轴管的端部侧的电抗Xp大致等于-2Xr×Zc4/(Nt×Zc4-Zc3)。
45.根据权利要求42所述的等离子体处理装置，其特征在于，在上述第2同轴管的至少一端，上述第2同轴管的内部导体与外部导体短路，设定从上述端部到与上述端部最近的上述连结部分的距离，以使得从与上述端部最近的上述第2同轴管与上述第3同轴管连结的连结部分看上述端部侧的电抗达到预期的值。
46.根据权利要求28所述的等离子体处理装置，其特征在于，在上述第2同轴管的外部导体与内部导体之间设置有介电体环。
47.根据权利要求28所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述第2同轴管的外部导体的剖面形状为非圆形。
48.根据权利要求47所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述第2同轴管的外部导体的剖面形状是以上方作为底边的半圆筒形。
49.根据权利要求28所述的等离子体处理装置，其特征在于，具备多个金属电极，该多个金属电极与上述处理容器的内壁电连接，且与上述多个介电体板一对一地邻接，
各介电体板从上述邻接的各金属电极与未配置上述各个介电体板的处理容器的内壁之间露出，
当配置上述各个介电体板时，未配置上述各个介电体板的处理容器的内壁或者设置于上述内壁的金属罩为实质上相似的形状、或为实质上对称的形状。
50.一种等离子体处理方法，
向处理容器的内部导入气体，
从电磁波源输出电磁波，
向传输线路传输上述已输出的电磁波，
将沿上述传输线路传输来的电磁波从1段或者2段以上的同轴管分配器分配传输给多个第1同轴管，
将沿上述第1同轴管传输来的电磁波从设置于上述处理容器的内壁的多个介电体板释放到上述处理容器内，
在将电磁波向上述同轴管分配器传输时，上述同轴管分配器中的至少一段包括具有输入部的第2同轴管和与上述第2同轴管连结的3根以上的第3同轴管，向具有阻抗变换机构的各个第3同轴管传输电磁波，利用经由上述第1同轴管释放到上述处理容器内的电磁波激发上述气体，对被处理体进行等离子体处理。
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