JP2001320227A - マイクロ波アンテナ及びマイクロ波プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 接続部でのマイクロ波の反射を抑制すること
が出来るマイクロ波アンテナの提供。 【解決手段】 マイクロ波を伝搬させる環状の第１管状
部１１ａと、第１管状部１１ａ内へマイクロ波を導入す
べく第１管状部１１ａの側面に開設された１又は複数の
導入口と、この導入口に接続され、第１管状部内１１ａ
へマイクロ波を供給する為の第２管状部１６ａと、第１
管状部１１ａに開設され、第１管状部１１ａ内からマイ
クロ波を取り出す為の複数の開口１５ａとを備えたマイ
クロ波アンテナ。第１管状部１１ａ及び第２管状部１６
ａの接続部に、この接続部及び第１管状部内１１ａで発
生する反射波を抑制することが可能なマイクロ波整合器
３０を備える構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波を伝搬
させる環状の管状部と、その管状部内へマイクロ波を導
入すべくその管状部の側面に開設された導入口と、導入
口に接続され、環状の管状部へマイクロ波を供給する為
の管状部とを備えたマイクロ波アンテナ、及びこのマイ
クロ波アンテナが放射したマイクロ波を用いて生成した
プラズマによって、半導体基板又は液晶ディスプレイ用
ガラス基板等にエッチング又はアッシング等の処理を施
すマイクロ波プラズマ処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】反応ガスに外部からエネルギーを与えて
生じるプラズマは、ＬＳＩ又はＬＣＤ等の製造プロセス
において広く用いられている。特に、ドライエッチング
プロセスにおいて、プラズマの利用は不可欠の基本技術
となっている。一般にプラズマを生成させる励起手段に
は２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用いる場合と、１３．
５６ＭＨｚのＲＦ（Radio Frequency ）を用いる場合と
がある。前者は後者に比べて高密度のプラズマが得られ
るとともに、プラズマ発生のために電極を必要とせず、
従って電極からのコンタミネーションを防止できるとい
う利点がある。

【０００３】ところが、マイクロ波を用いたプラズマ処
理装置にあっては、プラズマ生成領域の面積を広くし、
且つ密度が均一になるようにプラズマを発生させること
が困難であった。しかし、マイクロ波プラズマ処理装置
には前述したように種々の利点がある為、この装置によ
って大口径の半導体基板、ＬＣＤ用ガラス基板等の処理
を実現することが要求されていた。この要求を満たす
為、本出願人は、特開平２０００−１０６３５９号公報
において、図１６の側断面図及び図１７の平面図に示す
ような環状導波管型アンテナを用いたマイクロ波プラズ
マ処理装置を提案している。

【０００４】このマイクロ波プラズマ処理装置は、有底
円筒形状の反応器１が、その全体がアルミニウムで形成
されている。反応器１の上部にはマイクロ波導入窓が開
設してあり、このマイクロ波導入窓は封止板４で気密状
態に封止されている。この封止板４は、耐熱性及びマイ
クロ波透過性を有すると共に誘電損失が小さい、石英ガ
ラス又はアルミナ等の誘電体で形成されている。

【０００５】封止板４には、導電性金属を円形蓋状に成
形してなるカバー部材１７が外嵌してあり、カバー部材
１７は反応器１上に固定してある。カバー部材１７の上
面には、反応器１内へマイクロ波を導入するためのアン
テナ１０が設けてある。アンテナ１０は、カバー部材１
７の上面に固定してあり、断面視がコ字状の部材を環状
に成形してなる環状導波管型アンテナ部１１を備えてお
り、カバー部材１７の環状導波管型アンテナ部１１に対
向する部分には複数の開口１５，１５，…が開設してあ
る。

【０００６】環状導波管型アンテナ部１１は、反応器１
の内周面より少し内側に、反応器１の中心軸と同心円上
に設けてあり、その外周面に設けた導入口の周囲には環
状導波管型アンテナ部１１へマイクロ波を導入するため
の導入部１６が、環状導波管型アンテナ部１１の直径方
向になるように連結してある。この導入部１６及び環状
導波管型アンテナ部１１内には、テフロン（登録商標）
のようなフッ素樹脂、ポリエチレン樹脂又はポリスチレ
ン樹脂（好ましくはテフロン）等の誘電体１４が内嵌し
てある。

【０００７】導入部１６にはマイクロ波発振器２０から
延設した導波管２１が連結してあり、マイクロ波発振器
２０が発振したマイクロ波は、導波管２１を経てアンテ
ナ１０の導入部１６に入射される。この入射波は、導入
部１６から環状導波管型アンテナ部１１へ導入される。
環状導波管型アンテナ部１１へ導入されたマイクロ波
は、環状導波管型アンテナ部１１を互いに逆方向へ進行
する進行波として、環状導波管型アンテナ部１１内の誘
電体１４中を伝搬し、両進行波は、環状導波管型アンテ
ナ部１１の前記導入口に対向する位置で衝突して定在波
が生成される。この定在波によって、環状導波管型アン
テナ部１１の内面に、所定の間隔で極大値を示す電流が
通流する。

【０００８】このとき、環状導波管型アンテナ部１１内
を伝搬するマイクロ波のモードを基本伝搬モードである
矩形ＴＥ１０にするように、マイクロ波の周波数２．４
５ＧＨｚに応じて、環状導波管型アンテナ部１１の寸法
を、高さ２７ｍｍ，幅６６．２ｍｍになしてある。この
モードのマイクロ波は、エネルギーを殆ど損失すること
なく環状導波管型アンテナ部１１内の誘電体１４を伝搬
する。

【０００９】また、直径が３８０ｍｍの封止板４を用
い、環状導波管型アンテナ部１１にεｒ（比誘電率）＝
２．１のテフロン（登録商標）を内嵌した場合、環状導
波管型アンテナ部１１の中心から環状導波管型アンテナ
部１１の幅方向の中央までの寸法を、１４１ｍｍになし
てある。この場合、環状導波管型アンテナ部１１の幅方
向の中央を結ぶ円の周方向の長さ（略８８６ｍｍ）は、
環状導波管型アンテナ部１１内を伝搬するマイクロ波の
波長（略１１０ｍｍ）の略整数倍である。その為、マイ
クロ波は環状導波管型アンテナ部１１内で共振して、前
述した定在波は、その腹の位置で高電圧・低電流、節の
位置で低電圧・高電流となり、アンテナ１０のＱ値が向
上する。

【００１０】開口１５，１５，…は、カバー部材１７の
環状導波管型アンテナ部１１に対向する部分に、環状導
波管型アンテナ部１１の直径方向へ、即ち環状導波管型
アンテナ部１１内を伝搬するマイクロ波の進行方向に直
交するように短冊状に開設してある。環状導波管型アン
テナ部１１が前述した寸法である場合、各開口１５，１
５，…の長さは５０ｍｍであり、幅は２０ｍｍである。
各開口１５，１５，…は、カバー部材１７に略放射状に
設けてある為、マイクロ波は反応器１内の全領域に均一
に導入される。

【００１１】カバー部材１７の略中央には、カバー部材
１７及び封止板４を貫通する貫通孔が開設してあり、こ
の貫通孔に嵌合させたガス導入管５から処理室２内に所
要のガスが導入される。処理室２の底部壁中央には、試
料Ｗを載置する載置台３が設けてあり、載置台３にはマ
ッチングボックス６を介して高周波電源７が接続されて
いる。また、反応器１の底部壁には排気口８が開設して
あり、排気口８から処理室２の内気を排出するようにな
してある。

【００１２】このようなマイクロ波プラズマ処理装置を
用いて試料Ｗの表面にエッチング処理を施すには、排気
口８から排気して処理室２内を所望の圧力まで減圧した
後、ガス導入管５から処理室２内に反応ガスを供給す
る。次いで、マイクロ波発振器２０からマイクロ波を発
振させ、それを導波管２１を経てアンテナ１０に導入
し、そこに定在波を形成させる。この定在波は、アンテ
ナ１０の開口１５，１５，…及び封止板４を透過して処
理室２内へ導入され、処理室２内にプラズマが生成さ
れ、このプラズマによって試料Ｗの表面をエッチングす
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】マイクロ波がマイクロ
波発振器２０から導波管２１を経て環状導波管型アンテ
ナ部１１に導入されると、導波管２１と環状導波管型ア
ンテナ部１１との接続部において、マイクロ波の一部が
反射される。以下に、このマイクロ波の反射について説
明する。マイクロ波導入（伝送）側からアンテナ（負
荷）側を見込んだとき、マイクロ波導入（伝送）側の特
性インピーダンスＺ_O に対してアンテナ（負荷）側全体
のインピーダンスＺ_L が接続されているので、接続部に
おける反射係数Ｓ_O は、次式で表される。 Ｓ_O ＝（Ｚ_L −Ｚ_O ）／（Ｚ_L ＋Ｚ_O ）

【００１４】このとき、Ｚ_L ＝Ｚ_O となれば、反射係数
は０となり、この状態を無反射と呼び、整合が取れてい
ることを示す。しかし、通常は、Ｚ_L ≠Ｚ_O であるの
で、反射が生じる。反射係数Ｓ_O が高くなるほど、マイ
クロ波電力はアンテナ（負荷）側へ効率良く供給され
ず、電源側へ戻り、ロスとなってしまう。環状導波管型
アンテナを用いた従来の技術では、通常マイクロ波電源
とアンテナ（負荷）との間の導波管２１の部分に、マイ
クロ波整合器を設けており、接続部で反射された電力
は、マイクロ波整合器で再びアンテナ（負荷）側へ送り
返される。

【００１５】環状導波管型アンテナ部１１と導入部１６
とは形状が大きく異なっている為、両者の接続部でのイ
ンピーダンスの不整合は極めて大きく、反射係数が極め
て高くなる。このように反射係数が高くなると、マイク
ロ波整合器とアンテナ（負荷）との間でマイクロ波は何
度も反射を繰り返し（多重反射）、環状導波管型アンテ
ナ部１１に伝搬されるマイクロ波の割合が極めて低くな
ってしまう。その為、同じ密度のプラズマを得る為に、
より高出力のマイクロ波発振器が必要になり、装置の部
品コストが上昇する。さらに、接続部とマイクロ波整合
器との間で電界強度が高くなる為、マイクロ波整合器の
耐電力値を上げる必要が出て来る等の不都合も生じる。

【００１６】また、環状導波管型アンテナ部１１内に誘
電体１４を挿入した場合には、誘電体１４により電界強
度が上昇するので、前記多重反射による問題はより一層
大きくなる。さらに、多重反射による電界強度の上昇に
対する誘電体１４の耐電圧も考慮して設計する必要が生
じ、装置の部品コストを上昇させる。一方、環状導波管
型アンテナ部１１のインピーダンスの変化は、接続部で
のインピーダンスの不整合に影響する。特に、開口１５
付近のインピーダンスの変化は、プラズマに近いことも
あり、不整合に大きく影響する。このインピーダンスの
変化は、メンテナンス等の為に環状導波管型アンテナを
取り外し、組立復旧する際に生じ易い。さらに、装置の
温度変化等により、環状導波管型アンテナ部１１が膨張
／収縮することによっても、インピーダンスの変化が生
じ易い。

【００１７】本発明は、上述したような事情に鑑みてな
されたものであり、第１〜１２発明では、接続部でのマ
イクロ波の反射を抑制することが出来るマイクロ波アン
テナを提供することを目的とする。第１３，１４発明で
は、より少ない入射マイクロ波電力でプラズマを効率良
く生成することが出来るマイクロ波プラズマ処理装置を
提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】第１発明に係るマイクロ
波アンテナは、マイクロ波を伝搬させる環状の第１管状
部と、該第１管状部内へマイクロ波を導入すべく前記第
１管状部の側面に開設された１又は複数の導入口と、該
導入口に接続され、前記第１管状部内へマイクロ波を供
給する為の第２管状部と、前記第１管状部に開設され、
該第１管状部内からマイクロ波を取り出す為の複数の開
口とを備えたマイクロ波アンテナにおいて、前記第１管
状部及び前記第２管状部の接続部にマイクロ波整合器を
備えることを特徴とする。

【００１９】このマイクロ波アンテナでは、第１管状部
がマイクロ波を伝搬させ、１又は複数の導入口が第１管
状部内へマイクロ波を導入すべく第１管状部の側面に開
設されている。第２管状部が、導入口に接続され、第１
管状部内へマイクロ波を供給し、複数の開口が、第１管
状部に開設され、第１管状部内からマイクロ波を取り出
す。第１管状部及び第２管状部の接続部に備えたマイク
ロ波整合器が、接続部及び第１管状部で発生する反射波
を抑制する。これにより、接続部でのマイクロ波の反射
を抑制することが出来、複数の開口から効率良くマイク
ロ波を取り出すことが出来る。

【００２０】第２発明に係るマイクロ波アンテナは、マ
イクロ波を伝搬させる環状の第１管状部と、該第１管状
部内へマイクロ波を導入すべく前記第１管状部の側面に
開設された１又は複数の導入口と、該導入口に接続さ
れ、前記第１管状部内へマイクロ波を供給する為の第２
管状部と、前記第１管状部に開設され、該第１管状部内
からマイクロ波を取り出す為の複数の開口とを備えたマ
イクロ波アンテナにおいて、前記第１管状部及び前記第
２管状部の接続部からマイクロ波の略１波長分の長さの
範囲に、マイクロ波整合器を備えることを特徴とする。

【００２１】このマイクロ波アンテナでは、第１管状部
がマイクロ波を伝搬させ、１又は複数の導入口が第１管
状部内へマイクロ波を導入すべく第１管状部の側面に開
設されている。第２管状部が、導入口に接続され、第１
管状部内へマイクロ波を供給し、複数の開口が、第１管
状部に開設され、第１管状部内からマイクロ波を取り出
す。第１管状部及び第２管状部の接続部からマイクロ波
の略１波長分の長さの範囲に備えたマイクロ波整合器
が、接続部及び第１管状部で発生する反射波を抑制す
る。これにより、接続部でのマイクロ波の反射を抑制す
ることが出来、複数の開口から効率良くマイクロ波を取
り出すことが出来る。

【００２２】第３発明に係るマイクロ波アンテナは、マ
イクロ波を伝搬させる環状の第１管状部と、該第１管状
部内へマイクロ波を導入すべく前記第１管状部の側面に
開設された１又は複数の導入口と、該導入口に接続さ
れ、前記第１管状部内へマイクロ波を供給する為の第２
管状部と、前記第１管状部に開設され、該第１管状部内
からマイクロ波を取り出す為の複数の開口とを備えたマ
イクロ波アンテナにおいて、前記第１管状部の、該第１
管状部及び前記第２管状部の接続部と対向する側面に、
マイクロ波整合器を備えることを特徴とする。

【００２３】このマイクロ波アンテナでは、第１管状部
がマイクロ波を伝搬させ、１又は複数の導入口が第１管
状部内へマイクロ波を導入すべく第１管状部の側面に開
設されている。第２管状部が、導入口に接続され、第１
管状部内へマイクロ波を供給し、複数の開口が、第１管
状部に開設され、第１管状部内からマイクロ波を取り出
す。第１管状部の、第１管状部及び第２管状部の接続部
と対向する周面に備えたマイクロ波整合器が、接続部及
び第１管状部で発生する反射波を抑制する。これによ
り、接続部でのマイクロ波の反射を抑制することが出
来、複数の開口から効率良くマイクロ波を取り出すこと
が出来る。

【００２４】第４発明に係るマイクロ波アンテナは、前
記マイクロ波整合器は、導波管と、該導波管の一端を短
絡する為の短絡板とを有し、該短絡板の前記導波管内の
位置を可変することが出来ることを特徴とする。

【００２５】このマイクロ波アンテナでは、マイクロ波
整合器は、導波管と、導波管の一端を短絡する為の短絡
板とを有し、短絡板の導波管内の位置を可変することが
出来る。これにより、短絡板の導波管内の位置を調節し
て、接続部でのインピーダンス不整合を広範囲に除去す
ることが出来るので、接続部でのマイクロ波の反射を抑
制することが出来、複数の開口部から効率良くマイクロ
波を取り出すことが出来る。

【００２６】第５発明に係るマイクロ波アンテナは、前
記マイクロ波整合器は、前記第１管状部内、前記第２管
状部内、又は前記接続部内に挿入される導体棒を有し、
該導体棒の挿入量を可変することが出来ることを特徴と
する。

【００２７】このマイクロ波アンテナでは、マイクロ波
整合器は、導体棒が、第１管状部内、第２管状部内、又
は接続部内に挿入され、導体棒の挿入量を可変すること
が出来る。これにより、導体棒の挿入量を調節して、接
続部でのインピーダンス不整合を広範囲に除去すること
が出来るので、接続部でのマイクロ波の反射を抑制する
ことが出来、複数の開口から効率良くマイクロ波を取り
出すことが出来る。

【００２８】第６発明に係るマイクロ波アンテナは、反
射波の量を検出する検出器と、前記マイクロ波整合器の
前記短絡板を駆動する駆動部と、前記駆動部を制御する
制御部とを更に備え、該制御部は、前記反射波の量を抑
制するように制御することが可能なことを特徴とする。

【００２９】このマイクロ波アンテナでは、検出器が反
射波の量を検出し、駆動部がマイクロ波整合器の短絡板
を駆動し、制御部が駆動部を、反射波の量を抑制するよ
うに制御する。これにより、マイクロ波プラズマ処理装
置に使用された場合に、プラズマの負荷インピーダンス
の変動に応じて、短絡板の導波管内の位置を調節し、マ
イクロ波の反射を抑制することが出来、複数の開口から
効率良くマイクロ波を取り出すことが出来る。

【００３０】第７発明に係るマイクロ波アンテナは、反
射波の量を検出する検出器と、前記マイクロ波整合器の
前記導体棒を駆動する駆動部と、前記駆動部を制御する
制御部とを更に備え、該制御部は、前記反射波の量を抑
制するように制御することが可能なことを特徴とする。

【００３１】このマイクロ波アンテナでは、検出器が反
射波の量を検出し、駆動部がマイクロ波整合器の導体棒
を駆動し、制御部が駆動部を、反射波の量を抑制するよ
うに制御する。これにより、マイクロ波プラズマ処理装
置に使用された場合に、プラズマの負荷インピーダンス
の変動に応じて、導体棒の挿入量を調節し、マイクロ波
の反射を抑制することが出来、複数の開口から効率良く
マイクロ波を取り出すことが出来る。

【００３２】第８発明に係るマイクロ波アンテナは、前
記第１管状部は、内部に誘電体を有することを特徴とす
る。

【００３３】このマイクロ波アンテナでは、第１管状部
は内部に誘電体を有するので、アンテナに導入されたマ
イクロ波は、その波長が１／√（εｒ）倍だけ短くなる
（εｒは誘電体の比誘電率）。従って、同じ直径の第１
管状部を用いた場合、誘電体を挿入してあるときの方
が、誘電体を挿入していないときより、第１管状部の壁
面に通流する電流が極大になる位置が多くなり、その
分、開口を多く開設することが出来、マイクロ波を均一
に取り出すことが出来る。また、誘電体を挿入してある
ときの方が、誘電体の開口での電界が高くなり、複数の
開口からより効率良くマイクロ波を取り出すことが出来
る。

【００３４】第９発明に係るマイクロ波アンテナは、前
記第１管状部は、前記開口が開設された第１側面と、該
第１側面に直交し、互いに対向する２つの第２側面とが
一体成形され、該第２側面に直交する第３側面が該第２
側面に着脱可能に取り付けてあることを特徴とする。

【００３５】このマイクロ波アンテナでは、第１管状部
は、開口が開設された第１側面と、第１側面に直交し、
互いに対向する２つの第２側面とが一体成形され、第２
側面に直交する第３側面が第２側面に着脱可能に取り付
けてある。これにより、第１管状部の内部に誘電体を挿
入した場合でも、第３側面を着脱することにより、誘電
体の交換作業が可能になり、さらに誘電体と第１管状部
との機械的精度の向上を図ることが出来る。また、開口
が開設された第１側面と第２側面との組立誤差による第
１管状部のインピーダンスのずれに起因する接続部のイ
ンピーダンス整合の不安定さを除去することが出来、接
続部のインピーダンス整合を良好に取ることが出来る。

【００３６】第１０発明に係るマイクロ波アンテナは、
マイクロ波を伝搬させる環状の第１管状部と、該第１管
状部内へマイクロ波を導入すべく前記第１管状部の側面
に開設された１又は複数の導入口と、該導入口に接続さ
れ、前記第１管状部内へマイクロ波を供給する為の第２
管状部と、前記第１管状部に開設され、該第１管状部内
からマイクロ波を取り出す為の複数の開口とを備えたマ
イクロ波アンテナにおいて、前記第１管状部は、前記開
口が開設された第１側面と、該第１側面に直交し、互い
に対向する２つの第２側面とが一体成形され、該第２側
面に直交する第３側面が該第２側面に着脱可能に取り付
けてあることを特徴とする。

【００３７】このマイクロ波アンテナでは、第１管状部
がマイクロ波を伝搬させ、１又は複数の導入口が第１管
状部内へマイクロ波を導入すべく第１管状部の側面に開
設されている。第２管状部が、導入口に接続され、第１
管状部内へマイクロ波を供給し、複数の開口が、第１管
状部に開設され、第１管状部内からマイクロ波を取り出
す。第１管状部は、開口が開設された第１側面と、第１
側面に直交し、互いに対向する２つの第２側面とが一体
成形され、第２側面に直交する第３側面が第２側面に着
脱可能に取り付けてある。

【００３８】これにより、第１管状部の内部に誘電体を
挿入した場合でも、第３側面を着脱することにより、誘
電体の交換作業が可能になり、さらに誘電体と第１管状
部との機械的精度の向上を図ることが出来る。また、開
口が開設された第１側面と第２側面との組立誤差による
第１管状部のインピーダンスのずれに起因する接続部の
インピーダンス整合の不安定さを除去することが出来、
接続部のインピーダンス整合を良好に取ることが出来
る。

【００３９】第１１発明に係るマイクロ波アンテナは、
前記第３側面は、前記第２側面をなす壁に複数のねじに
より取り付けられ、該ねじの取り付け位置は、前記壁の
厚さの中心から前記第１管状部の内部寄りであることを
特徴とする。

【００４０】このマイクロ波アンテナでは、第３側面
は、第２側面をなす壁に複数のねじにより取り付けら
れ、ねじの取り付け位置は、第２側面をなす壁の厚さの
中心から第１管状部の内部寄りである。これにより、第
３側面と第２側面をなす壁とを強固に接続出来るので、
第３側面を着脱しても、また、環状導波管型アンテナの
温度が変化しても、インピーダンスのずれが抑制され、
接続部のインピーダンス整合の不安定さを除去すること
が出来、接続部のインピーダンス整合を良好に取ること
が出来る。

【００４１】第１２発明に係るマイクロ波アンテナは、
前記第２側面をなす壁と前記第３側面とは、前記第１管
状部の外部方向に、接触しない為の空間を有しているこ
とを特徴とする。

【００４２】このマイクロ波アンテナでは、第２側面を
なす壁と第３側面とは、第１管状部の外部方向に、接触
しない為の空間を有している。これにより、第３側面と
第２側面をなす壁とを強固に接続出来るので、第３側面
を着脱しても、また、環状導波管型アンテナの温度が変
化しても、インピーダンスのずれが抑制され、接続部の
インピーダンス整合の不安定さを除去することが出来、
接続部のインピーダンス整合を良好に取ることが出来
る。

【００４３】第１３発明に係るマイクロ波プラズマ処理
装置は、一部を封止部材で封止してなる容器内へ、前記
封止部材を透過させてマイクロ波を導入し、該マイクロ
波によりプラズマを生成し、生成したプラズマにより被
処理物を処理するマイクロ波プラズマ処理装置におい
て、請求項１〜１２の何れかに記載されたマイクロ波ア
ンテナを備え、該マイクロ波アンテナの前記開口が前記
封止部材に対向していることを特徴とする。

【００４４】このマイクロ波プラズマ処理装置では、一
部を封止部材で封止してなる容器内へ、封止部材を透過
させてマイクロ波を導入し、マイクロ波によりプラズマ
を生成し、生成したプラズマにより被処理物を処理す
る。請求項１〜１２の何れかに記載されたマイクロ波ア
ンテナの開口が封止部材に対向している。これにより、
より少ない入射マイクロ波電力でプラズマを効率良く生
成することが出来るマイクロ波プラズマ処理装置を実現
することが出来る。

【００４５】第１４発明に係るマイクロ波プラズマ処理
装置は、前記マイクロ波アンテナの前記開口が開設され
た第１側面をなす部分は、マイクロ波が外部へ漏洩しな
いように、前記封止部材を覆うべくなしてあることを特
徴とする。

【００４６】このマイクロ波プラズマ処理装置では、マ
イクロ波アンテナの開口が開設された第１側面をなす部
分は、マイクロ波が外部へ漏洩しないように、封止部材
を覆うべくなしてあるので、マイクロ波アンテナの第１
管状部の第１側面と封止部材を覆う為のカバー部材との
組立誤差による第１管状部のインピーダンスのずれに起
因する接続部のインピーダンス整合の不安定さを除去す
ることが出来、また、マイクロ波の外部への漏洩を防止
出来る。

【００４７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を、
それを示す図面に基づき説明する。 実施の形態１．図１は本発明に係るマイクロ波アンテナ
及びマイクロ波プラズマ処理装置の構造を示す側断面図
であり、図２は図１に示したマイクロ波アンテナ及びマ
イクロ波プラズマ処理装置の平面図である。このマイク
ロ波プラズマ処理装置は、その全体がアルミニウムで形
成された有底円筒形状の反応器１ａの上部に、マイクロ
波導入窓が開設してあり、このマイクロ波導入窓は封止
板４（封止部材）で気密状態に封止されている。この封
止板４は、耐熱性及びマイクロ波透過性を有すると共に
誘電損失が小さい石英ガラス又はアルミナ等の誘電体で
形成されている。

【００４８】封止板４には、アンテナ１０ａが取り付け
られている。アンテナ１０ａは、封止板４を覆うカバー
部１７ａ（第１側面）、外側壁部１２ａ（第２側面）、
内側壁部１３ａ（第２側面）及び上蓋２３ａ（第３側
面）を有し、これらカバー部１７ａ、外側壁部１２ａ、
内側壁部１３ａ及び上蓋２３ａにより、内部にマイクロ
波を伝搬可能な環状導波管型アンテナ部１１ａ（第１管
状部）を構成する。この内、カバー部１７ａ、外側壁部
１２ａ及び内側壁部１３ａは、アルミニウムブロックか
ら削り出されて一体として製作されている。

【００４９】カバー部１７ａには、環状導波管型アンテ
ナ部１１ａからマイクロ波を取り出す為の複数の開口１
５ａ，１５ａ，…が、環状導波管型アンテナ部１１ａの
直径方向に短冊状に開設してある。尚、カバー部１７
ａ、外側壁部１２ａ及び内側壁部１３ａは、上述したよ
うに一体として製作する他、別々に製作し、溶接、ロウ
付け、圧入等の容易に分離が出来ないような強固な方法
で一体としても良い。

【００５０】外側壁部１２ａ及び内側壁部１３ａは、反
応器１ａの中心軸と同心に設けてあり、外側壁部１２ａ
に設けた導入口の周囲には環状導波管型アンテナ部１１
ａへマイクロ波を導入するための導入部１６ａ（第２管
状部）が、環状導波管型アンテナ部１１ａの直径方向に
なるように連結してある。この導入部１６ａ及び環状導
波管型アンテナ部１１ａ内には、テフロン（登録商標）
のようなフッ素樹脂，ポリエチレン樹脂又はポリスチレ
ン樹脂（好ましくはテフロン）等の誘電体１４が内嵌し
てある。

【００５１】図３（ａ）は、上蓋２３ａ周辺の拡大断面
図である。カバー部１７ａ、外側壁部１２ａ、内側壁部
１３ａ及び上蓋２３ａは、マイクロ波の損失をを抑制す
る為、電気伝導率が良いアルミニウムで製作されてお
り、上蓋２３ａは、ねじ３６ａで外側壁部１２ａ及び内
側壁部１３ａに取り付けられる。ねじ３６ａは、耐久性
を考慮してステンレス製を用いる。

【００５２】一方、カバー部１７ａ、外側壁部１２ａ、
内側壁部１３ａ及び上蓋２３ａは、プラズマによる加
熱、図示しないヒータによる加熱、及び放射による冷却
により、相当の範囲で温度が変化する。その為、各部材
の膨張収縮が生じるが、アルミニウムとステンレスとの
熱膨張率の差により、カバー部１７ａ、外側壁部１２
ａ、内側壁部１３ａ及び上蓋２３ａとねじ３６ａとで歪
みが生じ、その歪みが蓄積される。歪みが蓄積される
と、外側壁部１２ａ及び内側壁部１３ａと上蓋２３ａと
の間の位置関係にずれが生じたり、両者間に隙間が開い
たりすることがあり、その為、インピーダンスが変化す
る等の不都合が生じる。

【００５３】そこで、カバー部１７ａ、外側壁部１２ａ
及び内側壁部１３ａを一体として製作し、それに上蓋２
３ａをねじ３６ａで取り付ける構造としてあるが、これ
により、以下の利点が生じる。 （１）ねじ３６ａの長さを短くすることが出来、アルミ
ニウムとステンレスとの熱膨張率の差に起因する歪みを
小さくすることが出来る。 （２）ねじ３６ａ止め位置を、外側壁部１２ａ及び内側
壁部１３ａの各幅の各中心よりも、マイクロ波導波路側
にすることが出来、外側壁部１２ａ及び内側壁部１３ａ
と上蓋２３ａとの結合をマイクロ波導波路側でより強固
にすることが出来、熱歪みによるインピーダンスの変化
を防止することが出来る。

【００５４】（３）図３（ｂ）に示すように、外側壁部
１２ｃ及び内側壁部１３ｃと上蓋２３ａとの接触部分
を、外側壁部１２ｃ及び内側壁部１３ｃの各幅の各中心
よりも、マイクロ波導波路側のみとすることが出来、ま
た、外側壁部１２ｃ及び内側壁部１３ｃと上蓋２３ａと
の結合を強固にすることが出来、熱歪みによるインピー
ダンスの変化を防止することが出来る。 （４）カバー部１７ａ、外側壁部１２ａ，ｃ及び内側壁
部１３ａ，ｃが一体であるので、熱歪み及びメンテナン
ス等によるインピーダンスの変化を防止することが出来
る。

【００５５】環状導波管型アンテナ部１１ａと導入部１
６ａとの接続部（導入口）の導波管偏平面（Ｅ面）上に
は、断面形状が導入部１６ａと同様の導波管構造である
マイクロ波整合器３０（Ｅチューナ）が、図４のアンテ
ナ１０ａの平面図及び側断面図（カバー部１７ａは省
略）に示すように、導入部１６ａと直角になるように設
けてある。

【００５６】マイクロ波整合器３０は、導波管内にその
位置が可変であり、導波管のインピーダンスを調節する
為の短絡板３１を有し、短絡板３１は、支持棒３２を介
して、駆動部３３により駆動されてその位置が調節され
る。短絡板３１の可動原点は、図５に示すように、誘電
体１４の表面から２６ｍｍ（オフセット）であり、それ
より誘電体１４の表面から離れる方向へ可動する。マイ
クロ波整合器３０の内断面は、長辺９６ｍｍ、短辺２７
ｍｍであり、短絡板３１の可動範囲は０〜８０ｍｍであ
り、長辺がマイクロ波進行方向に直交するように配置し
てある。

【００５７】導入部１６ａには、マイクロ波発振器２０
から延設した導波管２１が連結してある。導波管２１に
は方向性結合器３５が取り付てあり、方向性結合器３５
は、環状導波管型アンテナ部１１ａと導入部１６ａとの
接続部からのマイクロ波の反射量を検出し、その検出信
号を制御部３４に与える。制御部３４は、与えられた検
出信号により、前述した駆動部３３をフィードバック制
御し、マイクロ波の反射量が最小となるように、短絡板
３１の位置を制御する。

【００５８】マイクロ波発振器２０が発振したマイクロ
波は、導波管２１を経てアンテナ１０ａの導入部１６ａ
に入射される。この入射波は、導入部１６ａから環状導
波管型アンテナ部１１ａへ導入される。環状導波管型ア
ンテナ部１１ａへ導入されたマイクロ波は、環状導波管
型アンテナ部１１ａを互いに逆方向へ進行する進行波と
して、環状導波管型アンテナ部１１ａ内の誘電体１４中
を伝搬し、両進行波は、環状導波管型アンテナ部１１ａ
の前記導入口に対向する位置で衝突して定在波が生成さ
れる。この定在波によって、環状導波管型アンテナ部１
１ａの内面に、所定の間隔で極大値を示す電流が通流す
る。

【００５９】このとき、環状導波管型アンテナ部１１ａ
内を伝搬するマイクロ波のモードを基本伝搬モードであ
る矩形ＴＥ１０にすべく、マイクロ波の周波数２．４５
ＧＨｚに応じて、環状導波管型アンテナ部１２ａの寸法
を、高さ２７ｍｍ，幅７０ｍｍになしてある。このモー
ドのマイクロ波は、エネルギーを殆ど損失することなく
環状導波管型アンテナ部１１ａ内の誘電体１４を伝搬す
る。

【００６０】また、直径４００ｍｍ、厚さ２７ｍｍの封
止板４を用い、環状導波管型アンテナ部１１ａに比誘電
率εｒ＝２．１のテフロン（登録商標）を内嵌した場
合、環状導波管型アンテナ部１１ａの中心から環状導波
管型アンテナ部１１ａの幅方向の中央までの寸法を、３
７０ｍｍになしてある。この場合、環状導波管型アンテ
ナ部１１ａの幅方向の中央を結ぶ円の周方向の長さは、
環状導波管型アンテナ部１１ａ内を伝搬するマイクロ波
の波長の略整数倍である。そのため、マイクロ波は環状
導波管型アンテナ部１１ａ内で共振して、前述した定在
波は、その腹の位置で高電圧・低電流、節の位置で低電
圧・高電流となり、アンテナ１０ａのＱ値が向上する。

【００６１】各開口１５ａ，１５ａ，…は、複数の強電
界強度の領域の間の略中央に位置しており、各開口１５
ａ，１５ａ，…から強電界強度の電界が漏出し、この電
界は封止板４を透過して反応器１ａ内へ導入される。つ
まり、反応器１ａ内へプラズマを生成するマイクロ波が
導入される。

【００６２】反応器１ａの側壁には、側壁を貫通する貫
通孔が開設してあり、この貫通孔に嵌合させたガス導入
口２２から反応器１ａの処理室２ａ内に所要のガスが導
入される。処理室２ａの底部壁中央には、試料Ｗを載置
する載置台３が設けてあり、載置台３にはマッチングボ
ックス６を介して高周波電源７が接続されている。載置
台３と上述した封止板４との距離は１２０ｍｍである。
また、反応器１ａの底部壁には排気口８が開設してあ
り、排気口８から処理室２の内気を排出するように構成
してある。

【００６３】このようなマイクロ波プラズマ処理装置を
用いて試料Ｗの表面にエッチング処理を施すには、排気
口８から排気して処理室２ａ内を所望の圧力まで減圧し
た後、ガス導入口２２から処理室２ａ内に反応ガスを供
給する。次いで、マイクロ波発振器２０からマイクロ波
を発振させ、それを導波管２１を経てアンテナ１０ａに
導入し、そこに定在波を形成させる。この定在波は、ア
ンテナ１０ａの開口１５ａ，１５ａ，…及び封止板４を
透過して処理室２ａ内へ導入され、処理室２ａ内にプラ
ズマが生成され、このプラズマによって試料Ｗの表面を
エッチングする。

【００６４】このとき、方向性結合器３５は、環状導波
管型アンテナ部１１ａと導入部１６ａとの接続部からの
マイクロ波の反射量を検出し、その検出信号を制御部３
４に与える。制御部３４は、与えられた検出信号によ
り、駆動部３３をフィードバック制御し、マイクロ波の
反射量が最小となるように、マイクロ波整合器３０の短
絡板３１の位置を制御する。

【００６５】図６，７は、環状導波管型アンテナ部１１
ａと導入部１６ａとの接続部にマイクロ波整合器３０を
付加したことによる効果を示すグラフである。処理室２
ａ内にプロセスプラズマを生成させたときの、マイクロ
波整合器３０の短絡板３１の位置に対する電圧反射係数
｜Γ｜を、方向性結合器３５の検出値により計算した。
ここで、プラズマの生成条件は、図６において、ガス種
はアルゴン、圧力は５．３３Ｐａ．マイクロ波電力は１
ｋＷであり、図７において、ガス種はＣ₄ Ｆ₈／ＣＯ／
Ｏ₂ ／Ａｒの混合ガス、圧力は５．３３Ｐａ．マイクロ
波電力は２ｋＷである。

【００６６】グラフから分かるように、マイクロ波整合
器（Ｅチューナ）付円環状アンテナでは、マイクロ波整
合器の短絡板の位置を変化させることで、電圧反射係数
Γが極小値を持って変化することが分かる。特にアルゴ
ンプラズマの場合では、短絡板の位置が２５ｍｍ（アン
テナの誘電体表面からの距離が５１ｍｍ）のとき、反射
が略０になった。すなわち、反射電力が抑制されて、ア
ンテナ及びマイクロ波発振器間での多重反射が抑制され
ている。従って、マイクロ波の多重反射によるエネルギ
ー損失を出来るだけ抑制して、アンテナ周方向へマイク
ロ波を伝搬させながら、開口を通じて効率良くマイクロ
波をプラズマへ供給することが出来る。一方、従来のマ
イクロ波プラズマ装置では、マイクロ波整合器を調整し
ても、電圧反射係数を低くすることが困難であった。

【００６７】このマイクロ波プラズマ処理装置では、従
来のマイクロ波プラズマ処理装置のように、マイクロ波
発振器とアンテナとの間にスタブ等のチューナを設けな
くても良好にマッチングを取ることも可能である。勿
論、マイクロ波発振器とアンテナとの間にチューナを設
けることにより、例えばプラズマ処理条件を大きく変化
させるような場合等においても、より広い負荷範囲でマ
ッチングを良好に取ることが出来る。

【００６８】尚、このマイクロ波プラズマ処理装置で
は、環状導波管型アンテナ部１１ａと導入部１６ａとの
接続部（導入口）の導波管偏平面（Ｅ面）上に、マイク
ロ波整合器３０（Ｅチューナ）を設けてあるが、接続部
からマイクロ波の１波長内外の長さの範囲内に、マイク
ロ波整合器を設けても良い。導波管の形状が大きく異な
る接続部からマイクロ波の略１波長分の長さの範囲内
に、マイクロ波整合器を設けることによっても、接続部
でのマイクロ波の反射を効果的に抑制することが可能で
ある。

【００６９】図８（ａ）は、接続部からマイクロ波の１
波長分（λｇ）離れた導入部１６ａの偏平面（Ｅ面）上
にマイクロ波整合器３０（Ｅチューナ）を設けたアンテ
ナの例を示す平面図である。図８（ｂ）は、接続部から
マイクロ波の１波長分（λｇ）離れた上蓋２３ａの２箇
所にマイクロ波整合器３０（Ｅチューナ）を設けたアン
テナの例を示す平面図である。これらのアンテナによっ
ても、接続部からのマイクロ波の反射を効果的に抑制す
ることが出来る。

【００７０】実施の形態２．図９は本発明に係るマイク
ロ波アンテナ及びマイクロ波プラズマ処理装置の構造を
示す側断面図であり、図１０は図９に示したマイクロ波
アンテナ及びマイクロ波プラズマ処理装置の平面図であ
る。このマイクロ波プラズマ処理装置は、封止板４にア
ンテナ１０ｂが取り付けられている。アンテナ１０ｂ
は、封止板４を覆うカバー部１７ｂ（第１側面）、外側
壁部１２ｂ（第２側面）、内側壁部１３ｂ（第２側面）
及び上蓋２３ｂ（第３側面）を有し、これらカバー部１
７ｂ、外側壁部１２ｂ、内側壁部１３ｂ及び上蓋２３ｂ
により、内部にマイクロ波を伝搬可能な環状導波管型ア
ンテナ部１１ｂ（第１管状部）を構成する。

【００７１】この内、カバー部１７ｂ、外側壁部１２ｂ
及び内側壁部１３ｂは、アルミニウムブロックから削り
出されて一体として製作されている。カバー部１７ｂに
は、環状導波管型アンテナ部１１ｂからマイクロ波を取
り出す為の複数の開口１５ａ，１５ａ，…が、環状導波
管型アンテナ部１１ｂの直径方向に短冊状に開設してあ
る。

【００７２】外側壁部１２ｂ及び内側壁部１３ｂは、反
応器１ａの中心軸と同心に設けてあり、外側壁部１２ｂ
に設けた導入口の周囲には環状導波管型アンテナ部１１
ｂへマイクロ波を導入するための導入部１６ｂ（第２管
状部）が、環状導波管型アンテナ部１１ｂの直径方向に
なるように連結してある。この導入部１６ｂ及び環状導
波管型アンテナ部１１ｂ内には、テフロン（登録商標）
のようなフッ素樹脂，ポリエチレン樹脂又はポリスチレ
ン樹脂（好ましくはテフロン）等の誘電体１４が内嵌し
てある。

【００７３】環状導波管型アンテナ部１１ｂと導入部１
６ｂとの接続部（導入口）に対向する内側壁部１３ｂの
面（Ｈ面）には、断面形状が導入部１６ｂと同様の導波
管構造であるマイクロ波整合器４０（Ｈチューナ）が、
図１１のアンテナ１０ｂの平面図及び側断面図（カバー
部材１７ｂは省略）に示すように、導入部１６ｂと直角
になるように設けてある。

【００７４】マイクロ波整合器４０は、導波管内にその
位置が可変であり、導波管のインピーダンスを調節する
為の短絡板４１を有し、短絡板４１は、支持棒４２を介
して、駆動部４３により駆動されてその位置が調節され
る。短絡板４１の駆動原点は、図１２に示すように、誘
電体１４の表面から５３ｍｍ（オフセット）であり、そ
れより誘電体１４の表面から離れる方向へ可動する。マ
イクロ波整合器４０の内断面は、長辺９６ｍｍ、短辺２
７ｍｍであり、短絡板４１の可動範囲は０〜８０ｍｍで
ある。

【００７５】導入部１６ｂには、マイクロ波発振器２０
から延設した導波管２１が連結してある。導波管２１に
は方向性結合器３５が取り付てあり、方向性結合器３５
は、環状導波管型アンテナ部１１ｂと導入部１６ｂとの
接続部からのマイクロ波の反射量を検出し、その検出信
号を制御部４４に与える。制御部４４は、与えられた検
出信号により、前述した駆動部４３をフィードバック制
御し、マイクロ波の反射量が最小となるように、短絡板
４１の位置を制御する。

【００７６】マイクロ波発振器２０が発振したマイクロ
波は、導波管２１を経てアンテナ１０ｂの導入部１６ｂ
に入射される。この入射波は、導入部１６ｂから環状導
波管型アンテナ部１１ｂへ導入される。環状導波管型ア
ンテナ部１１ｂへ導入されたマイクロ波は、環状導波管
型アンテナ部１１ｂを互いに逆方向へ進行する進行波と
して、環状導波管型アンテナ部１１ｂ内の誘電体１４中
を伝搬し、両進行波は、環状導波管型アンテナ部１１ｂ
の前記導入口に対向する位置で衝突して定在波が生成さ
れる。この定在波によって、環状導波管型アンテナ部１
１ｂの内面に、所定の間隔で極大値を示す電流が通流す
る。その他の構造は、上述した実施の形態のマイクロ波
プラズマ処理装置の構造と同様であるので、同一箇所に
は同一符号を付して説明を省略する。

【００７７】このようなマイクロ波プラズマ処理装置を
用いて試料Ｗの表面にエッチング処理を施すには、排気
口８から排気して処理室２ａ内を所望の圧力まで減圧し
た後、ガス導入口２２から処理室２ａ内に反応ガスを供
給する。次いで、マイクロ波発振器２０からマイクロ波
を発振させ、それを導波管２１を経てアンテナ１０ｂに
導入し、そこに定在波を形成させる。この定在波は、ア
ンテナ１０ｂの開口１５ａ，１５ａ，…及び封止板４を
透過して処理室２ａ内へ導入され、処理室２ａ内にプラ
ズマが生成され、このプラズマによって試料Ｗの表面を
エッチングする。

【００７８】このとき、方向性結合器３５は、環状導波
管型アンテナ部１１ｂと導入部１６ｂとの接続部からの
マイクロ波の反射量を検出し、その検出信号を制御部４
４に与える。制御部４４は、与えられた検出信号によ
り、駆動部４３をフィードバック制御し、マイクロ波の
反射量が最小となるように、マイクロ波整合器４０の短
絡板４１の位置を制御する。

【００７９】このマイクロ波プラズマ処理装置では、従
来の装置のように、マイクロ波発振器とアンテナとの間
にスタブ等のチューナを設けなくても良好にマッチング
を取ることも可能である。勿論、マイクロ波発振器とア
ンテナとの間にチューナを設けることにより、例えばプ
ラズマ処理条件を大きく変化させるような場合等におい
ても、より広い負荷範囲でマッチングを良好に取ること
が出来る。

【００８０】尚、このマイクロ波プラズマ処理装置で
は、環状導波管型アンテナ部１１ｂと導入部１６ｂとの
接続部（導入口）に対向する内側壁１３ｂの面（Ｈ面）
に、マイクロ波整合器４０（Ｈチューナ）を設けてある
が、接続部からマイクロ波の１波長内外の長さの範囲内
に、マイクロ波整合器を設けても良い。導波管の形状が
大きく異なる接続部からマイクロ波の略１波長分の長さ
の範囲内に、マイクロ波整合器を設けることによって
も、接続部でのマイクロ波の反射を効果的に抑制するこ
とが可能である。

【００８１】図１３（ａ）は、接続部からマイクロ波の
１波長分（λｇ）離れた導入部１６ｂの垂直面（Ｈ面）
上にマイクロ波整合器４０（Ｈチューナ）を設けたアン
テナの例を示す平面図である。図１３（ｂ）は、接続部
からマイクロ波の１波長分（λｇ）離れた内側壁１３ｂ
の２箇所にマイクロ波整合器４０（Ｈチューナ）を設け
たアンテナの例を示す平面図である。これらのアンテナ
によっても、接続部からのマイクロ波の反射を効果的に
抑制することが出来る。

【００８２】尚、上述した実施の形態１，２では、前者
では、マイクロ波整合器３０（Ｅチューナ）を環状導波
管型アンテナ部１１ａに１台使用し、後者では、マイク
ロ波整合器４０（Ｈチューナ）を環状導波管型アンテナ
部１１ｂに１台使用しているが、図１４のアンテナ１０
ｃの平面図及び側断面図に示すように、環状導波管型ア
ンテナ部１１ｃと導入部１６ｃとの接続部（導入口）の
導波管偏平面（Ｅ面）上に、マイクロ波整合器３０（Ｅ
チューナ）を導入部１６ｃと直角になるように設け、環
状導波管型アンテナ部１１ｃと導入部１６ｃとの接続部
（導入口）に対向する内側壁１３ｂの面（Ｈ面）に、マ
イクロ波整合器４０（Ｈチューナ）を導入部１３ｃと直
角になるように設けても、同様の効果を得ることが出来
る。また、さらに、図４，８，１１，１３，１４に示し
たアンテナの構成の内から、自由に選択して組み合わせ
ても良い。

【００８３】また、環状導波管型アンテナ部と導入部と
の接続部（導入口）が複数存在する場合には、それぞれ
にマイクロ波整合器を設けることにより、同様の効果を
得ることが出来る。また、上述した実施の形態１，２で
は、マイクロ波整合器は、短絡板の位置を可変とするタ
イプを使用したが、導波管内への導体棒の挿入量を可変
とするタイプを使用しても、同様の効果を得ることが出
来る。

【００８４】また、さらに、図１５に示すように、環状
導波管型アンテナ部１１ｄと導入部１６ｄとの接続部
（導入口）を環状導波管型アンテナ部１１ｄの上蓋に設
け、導入部１６ｄを上蓋に垂直に設けた場合でも、接続
部付近にマイクロ波整合器５０を設けることにより、接
続部からのマイクロ波の反射を効果的に抑制することが
出来る。

【００８５】

【発明の効果】第１〜３発明に係るマイクロ波アンテナ
によれば、接続部でのマイクロ波の反射を抑制すること
が出来、複数の開口から効率良くマイクロ波を取り出す
ことが出来る。

【００８６】第４発明に係るマイクロ波アンテナによれ
ば、短絡板の導波管内の位置を調節して、接続部でのイ
ンピーダンス不整合を広範囲に除去することが出来るの
で、接続部でのマイクロ波の反射を抑制することが出
来、複数の開口部から効率良くマイクロ波を取り出すこ
とが出来る。

【００８７】第５発明に係るマイクロ波アンテナによれ
ば、導体棒の挿入量を調節して、接続部でのインピーダ
ンス不整合を広範囲に除去することが出来るので、接続
部でのマイクロ波の反射を抑制することが出来、複数の
開口から効率良くマイクロ波を取り出すことが出来る。

【００８８】第６発明に係るマイクロ波アンテナによれ
ば、マイクロ波プラズマ処理装置に使用された場合に、
プラズマの負荷インピーダンスの変動に応じて、短絡板
の導波管内の位置を調節し、マイクロ波の反射を抑制す
ることが出来、複数の開口から効率良くマイクロ波を取
り出すことが出来る。

【００８９】第７発明に係るマイクロ波アンテナによれ
ば、マイクロ波プラズマ処理装置に使用された場合に、
プラズマの負荷インピーダンスの変動に応じて、導体棒
の挿入量を調節し、マイクロ波の反射を抑制することが
出来、複数の開口から効率良くマイクロ波を取り出すこ
とが出来る。

【００９０】第８発明に係るマイクロ波アンテナによれ
ば、アンテナに導入されたマイクロ波は、その波長が１
／√（εｒ）倍だけ短くなる（εｒは誘電体の比誘電
率）。従って、同じ直径の第１管状部を用いた場合、誘
電体を挿入してあるときの方が、誘電体を挿入していな
いときより、第１管状部の壁面に通流する電流が極大に
なる位置が多くなり、その分、開口を多く開設すること
が出来、マイクロ波を均一に取り出すことが出来る。ま
た、誘電体を挿入してあるときの方が、誘電体の開口で
の電界が高くなり、複数の開口からより効率良くマイク
ロ波を取り出すことが出来る。

【００９１】第９，１０発明に係るマイクロ波アンテナ
によれば、第１管状部の内部に誘電体を挿入した場合で
も、第３側面を着脱することにより、誘電体の交換作業
が可能になり、さらに誘電体と第１管状部との機械的精
度の向上を図ることが出来る。また、開口が開設された
第１側面と第２側面との組立誤差による第１管状部内導
波路のインピーダンスのずれに起因する接続部のインピ
ーダンス整合の不安定さを除去することが出来、接続部
のインピーダンス整合を良好に取ることが出来る。

【００９２】第１１，１２発明に係るマイクロ波アンテ
ナによれば、第３側面と第２側面をなす壁とを強固に接
続出来るので、第３側面を着脱しても、また、環状導波
管型アンテナの温度が変化しても、インピーダンスのず
れが抑制され、接続部のインピーダンス整合の不安定さ
を除去することが出来、接続部のインピーダンス整合を
良好に取ることが出来る。

【００９３】第１３発明に係るマイクロ波プラズマ処理
装置によれば、より少ない入射マイクロ波電力でプラズ
マを効率良く生成することが出来るマイクロ波プラズマ
処理装置を実現することが出来る。

【００９４】第１４発明に係るマイクロ波プラズマ処理
装置によれば、マイクロ波アンテナの第１管状部の第１
側面と封止部材を覆う為のカバー部材との組立誤差によ
る第１管状部のインピーダンスのずれに起因する接続部
のインピーダンス整合の不安定さを除去することが出
来、また、マイクロ波の外部への漏洩を防止出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るマイクロ波アンテナ及びマイクロ
波プラズマ処理装置の構造を示す側断面図である。

【図２】図１に示したマイクロ波アンテナ及びマイクロ
波プラズマ処理装置の平面図である。

【図３】上蓋周辺の拡大断面図である。

【図４】アンテナの平面図及び側断面図である。

【図５】マイクロ波整合器の構造を示す側断面図であ
る。

【図６】環状導波管型アンテナ部と導入部との接続部に
マイクロ波整合器を付加したことによる効果を示すグラ
フである。

【図７】環状導波管型アンテナ部と導入部との接続部に
マイクロ波整合器を付加したことによる効果を示すグラ
フである。

【図８】接続部からマイクロ波の１波長分離れた位置に
マイクロ波整合器を設けたアンテナの例を示す平面図で
ある。

【図９】本発明に係るマイクロ波アンテナ及びマイクロ
波プラズマ処理装置の構造を示す側断面図である。

【図１０】図９に示したマイクロ波アンテナ及びマイク
ロ波プラズマ処理装置の平面図である。

【図１１】アンテナの平面図及び側断面図である。

【図１２】マイクロ波整合器の構造を示す側断面図であ
る。

【図１３】接続部からマイクロ波の１波長分離れた位置
にマイクロ波整合器を設けたアンテナの例を示す平面図
である。

【図１４】アンテナの平面図及び側断面図である。

【図１５】環状導波管型アンテナ部と導入部との接続部
を環状導波管型アンテナ部の上蓋に設け、導入部を上蓋
に垂直に設けた場合を示す側断面図である。

【図１６】従来のマイクロ波プラズマ処理装置の構造を
示す側断面図である。

【図１７】従来のマイクロ波プラズマ処理装置の構造を
示す平面図である。

【符号の説明】

１ａ 反応器 ２ａ 処理室 ３ 載置台 ４ 封止板（封止部材） １０ａ，１０ｂ，１０ｃ アンテナ １１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ 環状導波管型アンテ
ナ部（第１管状部） １２ａ，１２ｂ，１２ｃ 外側壁部（第２側面） １３ａ，１３ｂ，１３ｃ 内側壁部（第２側面） １４ 誘電体 １５ａ 開口 １６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ 導入部（第２管状
部） １７ａ，１７ｂ カバー部（第１側面） ２０ マイクロ波発振器 ２１ 導波管 ２２ ガス導入口 ２３ａ，２３ｂ 上蓋（第３側面） ３０ マイクロ波整合器（Ｅチューナ） ３１，４１ 短絡板 ３２，４２ 支持棒 ３３，４３ 駆動部 ３４，４４ 制御部 ３５ 方向性結合器（検出器） ３６ａ ねじ ４０ マイクロ波整合器（Ｈチューナ） ５０ マイクロ波整合器 Ｗ 試料

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中西 敏雄 兵庫県尼崎市扶桑町１番８号 住友金属工 業株式会社エレクトロニクス技術研究所内 (72)発明者 中村 敏幸 兵庫県尼崎市扶桑町１番８号 住友金属工 業株式会社半導体装置事業部内 (72)発明者 本多 茂樹 兵庫県尼崎市扶桑町１番８号 住友金属工 業株式会社半導体装置事業部内 (72)発明者 福森 弘司 兵庫県尼崎市扶桑町１番８号 住友金属工 業株式会社半導体装置事業部内 (72)発明者 山下 潤 兵庫県尼崎市扶桑町１番８号 住友金属工 業株式会社半導体装置事業部内 Ｆターム(参考） 4G075 AA24 BC06 CA26 CA47 DA02 EB01 EB41 EC06 EC30 EE02 5F004 AA16 BA20 BB14 BB16 BB18 BB32 CA03 DA23 5J045 AA01 BA02 DA04 HA01

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マイクロ波を伝搬させる環状の第１管状
   部と、該第１管状部内へマイクロ波を導入すべく前記第
   １管状部の側面に開設された１又は複数の導入口と、該
   導入口に接続され、前記第１管状部内へマイクロ波を供
   給する為の第２管状部と、前記第１管状部に開設され、
   該第１管状部内からマイクロ波を取り出す為の複数の開
   口とを備えたマイクロ波アンテナにおいて、 前記第１管状部及び前記第２管状部の接続部にマイクロ
   波整合器を備えることを特徴とするマイクロ波アンテ
   ナ。
2. 【請求項２】 マイクロ波を伝搬させる環状の第１管状
   部と、該第１管状部内へマイクロ波を導入すべく前記第
   １管状部の側面に開設された１又は複数の導入口と、該
   導入口に接続され、前記第１管状部内へマイクロ波を供
   給する為の第２管状部と、前記第１管状部に開設され、
   該第１管状部内からマイクロ波を取り出す為の複数の開
   口とを備えたマイクロ波アンテナにおいて、 前記第１管状部及び前記第２管状部の接続部からマイク
   ロ波の略１波長分の長さの範囲に、マイクロ波整合器を
   備えることを特徴とするマイクロ波アンテナ。
3. 【請求項３】 マイクロ波を伝搬させる環状の第１管状
   部と、該第１管状部内へマイクロ波を導入すべく前記第
   １管状部の側面に開設された１又は複数の導入口と、該
   導入口に接続され、前記第１管状部内へマイクロ波を供
   給する為の第２管状部と、前記第１管状部に開設され、
   該第１管状部内からマイクロ波を取り出す為の複数の開
   口とを備えたマイクロ波アンテナにおいて、 前記第１管状部の、該第１管状部及び前記第２管状部の
   接続部と対向する側面に、マイクロ波整合器を備えるこ
   とを特徴とするマイクロ波アンテナ。
4. 【請求項４】 前記マイクロ波整合器は、導波管と、該
   導波管の一端を短絡する為の短絡板とを有し、該短絡板
   の前記導波管内の位置を可変することが出来る請求項１
   〜３の何れかに記載のマイクロ波アンテナ。
5. 【請求項５】 前記マイクロ波整合器は、前記第１管状
   部内、前記第２管状部内、又は前記接続部内に挿入され
   る導体棒を有し、該導体棒の挿入量を可変することが出
   来る請求項１〜３の何れかに記載のマイクロ波アンテ
   ナ。
6. 【請求項６】 反射波の量を検出する検出器と、前記マ
   イクロ波整合器の前記短絡板を駆動する駆動部と、前記
   駆動部を制御する制御部とを更に備え、該制御部は、前
   記反射波の量を抑制するように制御することが可能な請
   求項４記載のマイクロ波アンテナ。
7. 【請求項７】 反射波の量を検出する検出器と、前記マ
   イクロ波整合器の前記導体棒を駆動する駆動部と、前記
   駆動部を制御する制御部とを更に備え、該制御部は、前
   記反射波の量を抑制するように制御することが可能な請
   求項５記載のマイクロ波アンテナ。
8. 【請求項８】 前記第１管状部は、内部に誘電体を有す
   る請求項１〜７の何れかに記載のマイクロ波アンテナ。
9. 【請求項９】 前記第１管状部は、前記開口が開設され
   た第１側面と、該第１側面に直交し、互いに対向する２
   つの第２側面とが一体成形され、該第２側面に直交する
   第３側面が該第２側面に着脱可能に取り付けてある請求
   項１〜８記載のマイクロ波アンテナ。
10. 【請求項１０】 マイクロ波を伝搬させる環状の第１管
    状部と、該第１管状部内へマイクロ波を導入すべく前記
    第１管状部の側面に開設された１又は複数の導入口と、
    該導入口に接続され、前記第１管状部内へマイクロ波を
    供給する為の第２管状部と、前記第１管状部に開設さ
    れ、該第１管状部内からマイクロ波を取り出す為の複数
    の開口とを備えたマイクロ波アンテナにおいて、 前記第１管状部は、前記開口が開設された第１側面と、
    該第１側面に直交し、互いに対向する２つの第２側面と
    が一体成形され、該第２側面に直交する第３側面が該第
    ２側面に着脱可能に取り付けてあることを特徴とするマ
    イクロ波アンテナ。
11. 【請求項１１】 前記第３側面は、前記第２側面をなす
    壁に複数のねじにより取り付けられ、該ねじの取り付け
    位置は、前記壁の厚さの中心から前記第１管状部の内部
    寄りである請求項９又は１０記載のマイクロ波アンテ
    ナ。
12. 【請求項１２】 前記第２側面をなす壁と前記第３側面
    とは、前記第１管状部の外部方向に、接触しない為の空
    間を有している請求項９〜１１の何れかに記載のマイク
    ロ波アンテナ。
13. 【請求項１３】 一部を封止部材で封止してなる容器内
    へ、前記封止部材を透過させてマイクロ波を導入し、該
    マイクロ波によりプラズマを生成し、生成したプラズマ
    により被処理物を処理するマイクロ波プラズマ処理装置
    において、 請求項１〜１２の何れかに記載されたマイクロ波アンテ
    ナを備え、該マイクロ波アンテナの前記開口が前記封止
    部材に対向していることを特徴とするマイクロ波プラズ
    マ処理装置。
14. 【請求項１４】 前記マイクロ波アンテナの前記開口が
    開設された第１側面をなす部分は、マイクロ波が外部へ
    漏洩しないように、前記封止部材を覆うべくなしてある
    請求項１３記載のマイクロ波プラズマ処理装置。