JP2003110312A - 整合器およびプラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 正確な制御を容易に行うことができる整合器
を提供する。 【解決手段】 円筒導波管１４の軸（Ｚ）方向に対して
垂直に接続されかつ一端が円筒導波管１４内に開口する
とともに他端がショートされた第１の分岐導波管７１Ａ
〜７１Ｃと第２の分岐導波管７３Ａ〜７３Ｃとを備え、
第１の分岐導波管７１Ａ〜７１Ｃが、円筒導波管１４の
軸（Ｚ）方向に所定の間隔で配設され、第２の分岐導波
管７３Ａ〜７３Ｃが、円筒導波管１４の軸（Ｚ）からみ
て第１の分岐導波管７１Ａ〜７１Ｃの配設位置と９０°
の角度をなす位置に配設されるとともに円筒導波管１４
の軸（Ｚ）方向に所定の間隔で配設されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、整合器に関し、よ
り詳しくは円筒導波管の供給側と負荷側とのインピーダ
ンスの整合を行なう整合器に関する。また本発明は、プ
ラズマ処理装置に関し、より詳しくは高周波電磁界を用
いてプラズマを生成し、半導体やＬＣＤ（liquid cryst
al desplay）などの被処理体を処理するプラズマ処理装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置やフラットパネルディスプレ
イの製造において、酸化膜の形成や半導体層の結晶成
長、エッチング、またアッシングなどの処理を行うため
に、プラズマ処理装置が多用されている。これらのプラ
ズマ処理装置の一つに、ラジアルラインスロットアンテ
ナ（以下、ＲＬＳＡと略記する）から処理容器内にマイ
クロ波を供給し、その電磁界の作用により処理容器内の
ガスを電離および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。このマイクロ波プラズマ
処理装置は、低圧力で高密度のプラズマを生成できるの
で、効率のよいプラズマ処理が可能である。

【０００３】マイクロ波プラズマ処理装置には、ＲＬＳ
Ａに円筒導波管を介して円偏波給電する方式がある。円
偏波とは、その電界ベクトルが進行方向に対し垂直な面
上で、１周期で１回転する回転電界であるような電磁波
をいう。したがって円偏波給電により、ＲＬＳＡ内の電
界強度分布は、時間平均で円偏波の進行方向の軸に対し
て軸対称な分布となる。このためＲＬＳＡから処理容器
内に時間平均で軸対称な分布のマイクロ波を供給し、そ
の電磁界の作用により均一性のよいプラズマを生成する
ことが可能となる。

【０００４】しかし処理容器内またはＲＬＳＡ内でマイ
クロ波が反射し、ＲＬＳＡ内から円筒導波管に進入し再
度反射すると、その影響で円偏波の軸比が大きくなり、
ＲＬＳＡ内の電界強度分布（時間平均）の軸対称性が低
下してしまう。ここに軸比とは、円偏波の円形断面上の
電界強度分布（時間平均）における最大値と最小値との
比をいう。軸比が１に近いことが円偏波としては望まし
い。そこで円筒導波管に整合器を設け、円筒導波管を伝
搬する反射波を低減する技術が提案された。以下、この
技術について説明する。

【０００５】図１５は、従来の整合器を説明するための
図であり、整合器が設けられている円筒導波管の軸
（Ｚ）を含む断面構成を示している。図１６は、図１５
におけるＸVI−ＸVI′線方向の断面図であり、円筒導波
管の軸（Ｚ）に垂直な面（ＸＹ面）上の整合器の断面構
成を示している。図１５および図１６に示す整合器１０
１７は、ＴＥ₁₁モードの円偏波が伝搬する円筒導波管１
０１４用の整合器であり、円筒導波管１０１４の内壁面
から半径方向に突出する複数のスタブから構成されてい
る。より詳しくは、円筒導波管１０１４の軸（Ｚ）方向
に等間隔に配設された３本のスタブ１０７１Ａ〜１０７
１Ｃと、これら３本のスタブ１０７１Ａ〜１０７１Ｃに
対向して配設された３本のスタブ１０７２Ａ〜１０７２
Ｃと、前記３本のスタブ１０７１Ａ〜１０７１Ｃの配設
位置から円筒導波管１０１４の軸を中心に周方向に９０
°回転した位置に配設された３本のスタブ１０７３Ａ〜
１０７３Ｃと、これら３本のスタブ１０７３Ａ〜１０７
３Ｃに対向して配設された３本のスタブ１０７４Ａ〜１
０７４Ｃ（スタブ１０７４Ｂ，１０７４Ｃは不図示）と
から構成されている。座標系を用いていえば、ＸＺ面上
の対向位置にスタブ１０７１Ａ〜１０７１Ｃおよびスタ
ブ１０７２Ａ〜１０７２Ｃが、またＹＺ面上の対向位置
にスタブ１０７３Ａ〜１０７３Ｃおよびスタブ１０７４
Ａ〜１０７４Ｃが配設されている。これらのスタブ１０
７１Ａ〜１０７４Ｃは断面が円形の金属棒からなり、円
筒導波管１０１４の内壁面から半径方向に突出する長さ
である突出長によりスタブ１０７１Ａ〜１０７４Ｃのリ
アクタンスが変化し、円筒導波管１０１４のリアクタン
スを変化させる。

【０００６】整合器１０１７が設けられている円筒導波
管１０１４の負荷側にはＲＬＳＡ１０１５が接続され、
供給側にはマイクロ波を発生させる高周波電源１０１１
と、マイクロ波を円偏波に変換する円偏波変換器１０１
６と、円筒導波管１０１４内の電圧を検出する検波器１
０１８とが設けられている。この検波器１０１８には、
その出力信号から負荷側のインピーダンスを計算し、供
給側と負荷側とのインピーダンス整合条件を満たすよう
な各スタブ１０７１Ａ〜１０７４Ｃの突出長を求める制
御装置１０２０が接続されている。この制御装置１０２
０には、その指示にしたがい整合器１０１７の各スタブ
１０７１Ａ〜１０７４Ｃの突出長を調整する駆動装置１
０１９が接続されている。

【０００７】このような構成において、円筒導波管１０
１４の供給側と負荷側とのインピーダンス整合をとるた
め、ＲＬＳＡ１０１５からの反射波を整合器１０１７の
反射波で打ち消すことにより、円筒導波管１０１４を伝
搬する反射波を低減することができる。これによりＲＬ
ＳＡ１０１５内の電界強度分布を時間平均で軸対称な分
布とし、均一性のよいプラズマを生成することができ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
整合器１０１７は、スタブ１０７１Ａ〜１０７４Ｃの突
出長を大きくすると、スタブ１０７１Ａ〜１０７４Ｃの
突出長とリアクタンスとの間の比例関係がなくなる。す
なわちＸＺ面上のスタブ１０７１Ａ〜１０７１Ｃ，１０
７２Ａ〜１０７２Ｃの突出長とＹＺ面上のスタブ１０７
３Ａ〜１０７３Ｃ，１０７３Ａ〜１０７３Ｃの突出長と
を同様に変化させると、図１７に示すように、突出長が
Ｌ₀ 以下では、突出長に対しリアクタンスがほぼ一次関
数的に変化するが、突出長がＬ₀ を超えると、突出長に
対しリアクタンスが指数関数的に増大する。その理由
は、突出長が大きくなり、ＸＺ面上のスタブ１０７１Ａ
〜１０７１Ｃ，１０７２Ａ〜１０７２ＣとＹＺ面上のス
タブ１０７３Ａ〜１０７３Ｃ，１０７４Ａ〜１０７４Ｃ
との距離が小さくなると、前者と後者とが互いに干渉し
リアクタンスが増大するからであると考えられる。この
リアクタンスの増大量はマイクロ波の周波数などの諸条
件により変化する。

【０００９】したがって、反射波が大きく、スタブ１０
７１Ａ〜１０７４Ｃの突出長を大きくしリアクタンスを
大きくする必要がある場合に、リアクタンスの増大量ま
で考慮し整合器１０１７を正確に制御することは困難で
あった。このため反射波が大きい場合に、これを整合器
１０１７で低減し、均一性のよいプラズマを生成するこ
とが困難であった。

【００１０】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、正確な制御を容易に
行うことができる整合器を提供することにある。他の目
的は、均一性のよいプラズマを容易に生成することがで
きるプラズマ処理装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明の整合器は、円筒導波管の軸方向に対
して垂直に接続されかつ一端が円筒導波管内に開口する
とともに他端が電気機能的にショートされた第１の分岐
導波管を複数備え、これら第１の分岐導波管が、円筒導
波管の軸方向に所定の間隔で配設されていることを特徴
とする。この整合器において、さらに、円筒導波管の軸
方向に対して垂直に接続されかつ一端が円筒導波管内に
開口するとともに他端が電気機能的にショートされた第
２の分岐導波管を複数備え、これら第２の分岐導波管
が、円筒導波管の軸からみて第１の分岐導波管の配設位
置と９０°の角度をなす位置に配設されるとともに円筒
導波管の軸方向に所定の間隔で配設されている構成とし
てもよい。分岐導波管のリアクタンスは、その一端から
他端までの長さに基づく電気長に対しほぼ正接関数的に
変化する。また分岐導波管は円筒導波管内に突出する構
成を有しないので、相互干渉によるリアクタンスの変化
は起きない。

【００１２】また、さらに、円筒導波管の軸方向に対し
て垂直に接続されかつ一端が円筒導波管内に開口すると
ともに他端が電気機能的にショートされた第３の分岐導
波管を複数備え、これら第３の分岐導波管が、それぞれ
第１の分岐導波管に対向して配設されている構成として
もよい。または、さらに、円筒導波管の軸方向に対して
垂直に接続されかつ一端が円筒導波管内に開口するとと
もに他端が電気機能的にショートされた第３および第４
の分岐導波管をそれぞれ複数備え、第３の分岐導波管
が、それぞれ第１の分岐導波管に対向して配設され、第
４の分岐導波管が、それぞれ第２の分岐導波管に対向し
て配設されている構成としてもよい。このように分岐導
波管を配設し軸対称性をもたせることにより、円筒導波
管に円偏波を伝搬させる場合、その軸比を１に近づける
ことができる。

【００１３】また上述した整合器において、円筒導波管
の軸方向に配設される分岐導波管を、少なくとも３本と
してもよい。特に、円筒導波管の軸方向における分岐導
波管の間隔を、円筒導波管の管内波長の１／４または１
／８としてもよい。これにより整合域をスミスチャート
全域とすることができる。また、円筒導波管の軸方向に
配設される分岐導波管の間隔を、すべて等しくてもよい
し、異なるようにしてもよい。

【００１４】また上述した整合器において、第１の分岐
導波管と第２の分岐導波管とを、円筒導波管の軸方向に
交互に配設してもよい。または、第１の分岐導波管の全
部と第２の分岐導波管の全部とを、円筒導波管の軸方向
の異なる領域に配設してもよい。このように第１および
第２の分岐導波管を配設することにより、円筒導波管の
内壁面に形成される分岐導波管の開口が同一面に連なり
円偏波の軸比が増加したり円筒導波管の強度が低下した
りすることを防止できる。

【００１５】また上述した整合器において、分岐導波管
の他端を電気機能的にショートするショート板を、分岐
導波管内で摺動自在な構成としてもよい。これにより分
岐導波管のリアクタンスを自在に変更することができ
る。ここで、円筒導波管内の電圧を検出する検出手段
と、この検出手段の出力信号を基に分岐導波管のショー
ト板を摺動させる制御手段とを更に設けてもよい。これ
によりインピーダンス整合をとるための制御を自動化す
ることができる。

【００１６】また本発明の整合器は、円筒導波管の内壁
面から半径方向に突出する第１および第２のスタブをそ
れぞれ複数備え、第１のスタブが、円筒導波管の軸方向
に所定の間隔で配設され、第２のスタブが、円筒導波管
の軸からみて第１のスタブの配設位置と９０°の角度を
なす位置に配設されるとともに円筒導波管の軸方向に所
定の間隔で配設され、第１のスタブと第２のスタブと
が、円筒導波管の軸方向に交互に配設されていることを
特徴とする。このように第１のスタブと第２のスタブと
を円筒導波管の軸方向に交互に配設することにより、両
者を同一面上に配設した場合と比較して上記軸方向のス
タブ間の距離が広がるので、スタブの突出長を大きくし
たときに生じる相互干渉によるリアクタンスの変化を緩
和することができる。

【００１７】また本発明の整合器は、円筒導波管の内壁
面から半径方向に突出する第１および第２のスタブをそ
れぞれ複数備え、第１のスタブが、円筒導波管の軸方向
に所定の間隔で配設され、第２のスタブが、円筒導波管
の軸からみて第１のスタブの配設位置と９０°の角度を
なす位置に配設されるとともに円筒導波管の軸方向に所
定の間隔で配設され、第１のスタブの全部と第２のスタ
ブの全部とが、円筒導波管の軸方向の異なる領域に配設
されていることを特徴とする。このように第１のスタブ
と第２のスタブとを円筒導波管の軸方向の異なる領域に
配設しても、上述した整合器と同様の作用が得られる。

【００１８】これらの整合器において、さらに、円筒導
波管の内壁面から半径方向に突出する第３および第４の
スタブをそれぞれ複数備え、第３のスタブが、それぞれ
第１のスタブに対向して配設され、第４のスタブが、ぞ
れぞれ第２のスタブに対向して配設されている構成とし
てもよい。このように第１〜第４のスタブを配設し軸対
称性をもたせることにより、円筒導波管に円偏波を伝搬
させる場合、その軸比を１に近づけることができる。

【００１９】また本発明の整合器は、円筒導波管の内壁
面から半径方向に突出する第１および第２のスタブをそ
れぞれ複数備え、第１のスタブが、円筒導波管の軸方向
に所定の間隔で配設され、第２のスタブが、円筒導波管
の軸からみて第１のスタブの配設位置と９０°の角度を
なす位置に配設されるとともに円筒導波管の軸方向に所
定の間隔で配設され、第１および第２のスタブの少なく
とも先端部が、１以上の比誘電率をもつ誘電体で形成さ
れていることを特徴とする。このようにスタブの少なく
とも先端部を誘電体で形成することにより、高電力を供
給した場合でも、スタブ先端間、またはスタブ先端と円
筒導波管内面との間の放電を防止することができる。ま
た、相互干渉によるリアクタンスの変化を緩和すること
ができる。

【００２０】この整合器において、さらに、円筒導波管
の内壁面から半径方向に突出する第３および第４のスタ
ブをそれぞれ複数備え、第３のスタブが、それぞれ第１
のスタブに対向して配設され、第４のスタブが、それぞ
れ第２のスタブに対向して配設され、第３および第４の
スタブの少なくとも先端部が、１以上の比誘電率をもつ
誘電体で形成されている構成としてもよい。このように
第１〜第４のスタブを配設し軸対称性をもたせることに
より、円筒導波管に円偏波を伝搬させる場合、その軸比
を１に近づけることができる。

【００２１】また上述したスタブを用いた整合器におい
て、円筒導波管の軸方向に配設されるスタブを、少なく
とも３本としてもよい。特に、円筒導波管の軸方向にお
けるスタブの間隔を、円筒導波管の管内波長の１／４ま
たは１／８としてもよい。これにより整合域をスミスチ
ャート全域に近い広域とすることができる。また、円筒
導波管の軸方向に配設されるスタブの間隔を、すべて等
しくしてもよいし、異なるようにしてもよい。

【００２２】また上述したスタブを用いた整合器におい
て、スタブを、円筒導波管の内壁面から突出する長さで
ある突出長が変更自在である構成としてもよい。これに
よりスタブのリアクタンスを自在に変更することができ
る。ここで、円筒導波管内の電圧を検出する検出手段
と、この検出手段の出力信号を基にスタブの突出長を変
更する制御手段とを更に設けてもよい。これによりイン
ピーダンス整合をとるための制御を自動化することがで
きる。また上述したすべての整合器において、円筒導波
管内にＴＥ₁₁モードの円偏波を伝搬させてもよい。

【００２３】また上述した目的を達成するために、本発
明のプラズマ処理装置は、半導体やＬＣＤなどの被処理
体が収容される処理容器と、この処理容器内に電磁界を
供給するスロットアンテナと、このスロットアンテナと
高周波電源との間に接続された円筒導波管と、この円筒
導波管に設けられスロットアンテナ側と電源側とのイン
ピーダンスの整合を行なう整合器とを備え、整合器とし
て上述した整合器を用いることを特徴とする。また上述
した目的を達成するために、本発明のプラズマ処理装置
は、被処理体が収容される容器と、この容器内に磁界を
形成する磁界発生器と、容器内にマイクロ波を供給する
円筒導波管とを備え、電子サイクロトロン共鳴により加
熱された電子を用いてプラズマを生成するプラズマ処理
装置であって、上述した整合器を備えたことを特徴とす
る。

【００２４】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照して、本発明の
実施の形態について説明する。 （第１の実施の形態）本発明の整合器を用いたプラズマ
処理装置は、被処理体を収容しこの被処理体に対しプラ
ズマ処理を施す処理容器と、この処理容器内にマイクロ
波を供給しその電磁界の作用により処理容器内にプラズ
マを生成する電磁界供給装置とを有している。以下、本
発明の第１の実施の形態のプラズマ処理装置の構成を、
処理容器と電磁界供給装置とに分けて説明する。

【００２５】図１は、処理容器の構成を示す断面図であ
る。処理容器１は上部が開口した有底円筒形をしてい
る。この処理容器１の底面中央部には絶縁板２を介して
基板台３が固定されている。この基板台３の上面に被処
理体である例えば半導体やＬＣＤなどの基板４が配置さ
れる。処理容器１の底面周縁部には、真空排気用の排気
口５が設けられている。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用ノズル６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、ノズル６からＡｒなどのプラズマガ
スと、ＣＦ₄ などのエッチングガスとが導入される。

【００２６】処理容器１の上部開口は、そこからプラズ
マが外部に漏れないように、誘電体板７で密閉されてい
る。この誘電体板７の上に電磁界供給装置のラジアルラ
インスロットアンテナ（以下、ＲＬＳＡと略記する）１
５が配設されている。このＲＬＳＡ１５は、誘電体板７
によって処理容器１から隔離され、処理容器１内で生成
されるプラズマから保護されている。誘電体板７および
ＲＬＳＡ１５の外周は、処理容器１の側壁上に環状に配
置されたシールド材８によって覆われ、マイクロ波が外
部に漏れない構造になっている。

【００２７】図２は、電磁界供給装置の機構的な構成を
示す図であり、整合器が設けられている円筒導波管の軸
（Ｚ）を含む断面構成を示している。図３は、電磁界供
給装置が有する整合器および検波器を説明するための図
である。図４は、図２におけるIV−IV′線方向の断面図
であり、円筒導波管の軸（Ｚ）に垂直な面（ＸＹ面）上
の整合器の断面構成を示している。図５は、図２におけ
るＶ−Ｖ′線方向の断面図であり、円筒導波管の軸
（Ｚ）に垂直な面（ＸＹ面）上の検波器の断面構成を示
している。図６は、電磁界供給装置の制御系の構成を示
すブロック図である。

【００２８】図２に示すように、電磁界供給装置は、例
えば１ＧＨｚ〜十数ＧＨｚの範囲内の所定周波数のマイ
クロ波を発生させる高周波電源１１と、伝送モードがＴ
Ｅ₁₀の矩形導波管１２と、伝送モードをＴＥ₁₀からＴＥ
₁₁に変換する矩形円筒変換器１３と、伝送モードがＴＥ
₁₁の円筒導波管１４と、ＲＬＳＡ１５とを有している。
ＲＬＳＡ１５は、ラジアル導波路５１を形成する互いに
平行な２枚の円形導体板５２，５３と、これら２枚の導
体板５２，５３の外周部を接続してシールドする導体リ
ング５４とから構成されている。ラジアル導波路５１の
上面となる導体板５２の中心部には、円筒導波管１４に
接続される開口５５が形成され、この開口５５からラジ
アル導波路５１内にマイクロ波が導入される。ラジアル
導波路５１の下面となる導体板５３には、ラジアル導波
路５１内を伝搬するマイクロ波を処理容器１内に供給す
るスロット５６が複数形成されている。

【００２９】導体板５３上の中心部にはバンプ５７が設
けられている。バンプ５７は導体板５２の開口５５に向
かって突出する略円錐状に形成され、その先端は球面状
に丸められている。バンプ５７は導体および誘電体のい
ずれで形成してもよい。このバンプ５７により、円筒導
波管１４からラジアル導波路５１へのインピーダンスの
変化を緩やかにし、円筒導波管１４とラジアル導波路５
１との結合部でのマイクロ波の反射を抑制することがで
きる。

【００３０】また円筒導波管１４には、矩形円筒変換器
１３側からＲＬＳＡ１５側に向かって円偏波変換器１６
と、検波器（検出手段）１８と、整合器１７とがこの順
に設けられている。円偏波変換器１６は、円筒導波管１
４を伝搬するＴＥ₁₁モードのマイクロ波を円偏波に変換
する、すなわちその電界ベクトルが進行方向に対し垂直
な面上で１周期に１回転する回転電界に変換するもので
ある。円偏波変換器１６としては、例えば円筒導波管１
４の内壁面に互いに対向する２つの円柱状突起を１対ま
たは複数対設けたものなどが用いられる。整合器１７
は、円筒導波管１４の供給側（すなわち高周波電源１１
側）と負荷側（すなわちＲＬＳＡ１４側）とのインピー
ダンスの整合をとるためのものである。この整合器１７
の特徴は、リアクタンス素子として円筒導波管１４に接
続された分岐導波管を用いることにあり、この分岐導波
管のリアクタンスは図６に示す駆動装置１９により変更
自在となっている。

【００３１】検波器１８は、円筒導波管１４の内壁面か
ら半径方向に突出するプローブ１８Ａを有し、円筒導波
管１４の軸（Ｚ）方向に例えば管内波長λg1の略１／８
の間隔で３本１組、また円筒導波管１４の周方向に９０
°の角度間隔で４組、合計１２本設けられている。座標
系を用いていえば、ＸＺ面上の対向位置に２組、またＹ
Ｚ面上の対向位置に２組の検波器１８が設けられてい
る。なお検波器１８は、円筒導波管１４の軸（Ｚ）方向
に管内波長λg1のＮ／２倍（Ｎは自然数）以外の間隔で
３本以上、または円筒導波管１４の周方向に４５°の角
度間隔で３本以上設けるだけでもよい。またはＸＺ面上
に３本１組、ＹＺ面上に３本１組、合計６本で構成して
もよい。各検波器１８は、そのプローブ１８Ａが取り出
した円筒導波管１４内のマイクロ波電力を２乗検波し、
その結果を図６に示す制御装置２０に出力する。この制
御装置２０は、各検波器１８の出力信号を基に、円筒導
波管１４の供給側と負荷側とのインピーダンスの整合が
とれるように駆動装置１９を制御し、整合器１７が有す
る分岐導波管のリアクタンスを調整するものである。

【００３２】ここで図２〜図４，図７および図８を参照
して、整合器１７について更に説明する。図７は、分岐
導波管の断面形状を示す図である。図８は、ショート板
の構成を示す斜視図である。整合器１７は、円筒導波管
１４の軸（Ｚ）方向に対して垂直に接続された複数の分
岐導波管から構成されている。より詳しくは図２および
図４に示すように、円筒導波管１４の軸（Ｚ）方向に等
間隔に配設された３本の分岐導波管（第１の分岐導波
管）７１Ａ〜７１Ｃと、これら３本の分岐導波管７１Ａ
〜７１Ｃにそれぞれ対向して配設された３本の分岐導波
管（第３の分岐導波管）７２Ａ〜７２Ｃと、円筒導波管
１４の軸（Ｚ）からみて前記３本の分岐導波管７１Ａ〜
７１Ｃの配設位置と９０°の角度をなす位置に配設され
るとともに円筒導波管１４の軸（Ｚ）方向に等間隔に配
設された３本の分岐導波管（第２の分岐導波管）７３Ａ
〜７３Ｃと、これら３本の分岐導波管７３Ａ〜７３Ｃに
それぞれ対向して配設された３本の分岐導波管（第４の
分岐導波管）７４Ａ〜７４Ｃ（分岐導波管７４Ｂ，７４
Ｃは不図示）とから構成されている。座標系を用いてい
えば、ＸＺ面上の対向位置に分岐導波管７１Ａ〜７１Ｃ
および分岐導波管７２Ａ〜７２Ｃが、またＹＺ面上の対
向位置に分岐導波管７３Ａ〜７３Ｃおよび分岐導波管７
４Ａ〜７４Ｃが配設されている。

【００３３】ＸＺ面上の分岐導波管７１Ａ〜７１Ｃ，７
２Ａ〜７２ＣとＹＺ面上の分岐導波管７３Ａ〜７３Ｃ，
７４Ａ〜７４Ｃとは、円筒導波管１４の軸（Ｚ）方向に
交互に配設されている。すなわち上から分岐導波管７１
Ａ，７２Ａ、分岐導波管７３Ａ，７４Ａ、分岐導波管７
１Ｂ，７２Ｂ、分岐導波管７３Ｂ，７４Ｂ、分岐導波管
７１Ｃ，７２Ｃ、分岐導波管７３Ｃ，７４Ｃの順に配設
されている。このように配設することにより、円筒導波
管１４の内壁面に形成される分岐導波管７１Ａ〜７４Ｃ
の開口が同一面に連なり円偏波の軸比が増加したり円筒
導波管１４の強度が低下したりすることを防止できる。
なお、ＸＺ面上の分岐導波管７１Ａ〜７１Ｃ，７２Ａ〜
７２Ｃ全部とＹＺ面上の分岐導波管７３Ａ〜７３Ｃ，７
４Ａ〜７４Ｃ全部とを、円筒導波管１４の軸（Ｚ）方向
の異なる領域、例えば前者と後者とをそれぞれ上の領域
と下の領域とに分けて配設しても、同じ効果を得ること
ができる。

【００３４】分岐導波管７１Ａ〜７４Ｃには、軸に垂直
な断面が矩形の矩形導波管の他、図７（ａ）に示すよう
な断面が円形の円筒導波管、図７（ｂ）に示すような断
面が楕円形の導波管、図７（ｃ）に示すような断面が矩
形の角を丸めた形状の導波管、図７（ｄ），（ｅ）に示
すような中央部にリッジが設けられたリッジ導波管を用
いることができる。

【００３５】各分岐導波管７１Ａ〜７４Ｃは、一端が上
述したように円筒導波管１４内に開口し、他端がショー
ト板７５により電気機能的にショートされている。この
ショート板７５は、図８（ａ）に示すように上下両端が
直角に折曲されて側面視コの字形をなし、折曲された部
分（以下、折曲部分という）７５Ａが円筒導波管１４の
開口端と反対側に向かうように分岐導波管７１Ａ〜７４
Ｃに挿入される。ショート板７５の折曲部分７５Ａの長
さを分岐導波管７１Ａ〜７４Ｃの管内波長λg2の略１／
４とし絶縁シートを張り付けることにより所謂チョーク
構造とすると、ショート板７５の位置におけるマイクロ
波の反射を確実にしながら、可動性をもたせることがで
きる。

【００３６】ショート板７５は、分岐導波管７１Ａ〜７
４Ｃの軸（ＸまたはＹ）方向に延びる棒７６の先端に取
り付けられている。この棒７６を図６に示す駆動装置１
９で分岐導波管７１Ａ〜７４Ｃの軸（ＸまたはＹ）方向
に平行移動させることにより、ショート板７５を分岐導
波管７１Ａ〜７４Ｃ内で自在に摺動させることができ
る。分岐導波管７１Ａ〜７４Ｃのリアクタンスは、その
一端から他端までの長さを管内波長λg2で割った値であ
る電気長に応じて変化する。よって分岐導波管７１Ａ〜
７４Ｃの他端をなすショート板７５を摺動させて電気長
を変化させることにより、分岐導波管７１Ａ〜７４Ｃの
リアクタンスを、−（マイナス）の十分大きい値から０
（ゼロ）を介して＋（プラス）の十分大きい値まで変化
させることができる。

【００３７】分岐導波管７１Ａ〜７１Ｃ，７２Ａ〜７２
Ｃ，７３Ａ〜７３Ｃ，７４Ａ〜７４Ｃそれぞれの円筒導
波管１４の軸（Ｚ）方向の間隔は、図３に示すように円
筒導波管１４の管内波長λg1の略１／４とする。したが
って、上述したように分岐導波管７１Ａ〜７４Ｃのリア
クタンスを０（ゼロ）から＋／−の十分大きい値まで変
化させることにより、整合器１７の整合域をスミスチャ
ート全域とすることができる。分岐導波管７１Ａ〜７１
Ｃ等の間隔を管内波長λg1の略１／８としても、同様に
整合域をスミスチャート全域とすることができる。これ
により負荷からの反射波が大きい場合でも、全位相でイ
ンピーダンス整合が可能となる。

【００３８】また、分岐導波管７１Ａ〜７４Ｃは、スタ
ブ１０７１Ａ〜１０７４Ｃのような円筒導波管１４内に
突出する構成を有しないので、ＸＺ面上に配設されたも
のとＹＺ面上に配設されたものとの間で互いに干渉しリ
アクタンスが影響を受けることはない。したがって、分
岐導波管７１Ａ〜７４Ｃのリアクタンスがその一端から
他端までの長さに応じてほぼ正接関数的に変化するの
で、負荷からの反射波が大きくても、所望のリアクタン
スを容易に実現することができる。このためインピーダ
ンス整合の正確な制御を容易に行うことができる。ま
た、分岐導波管７１Ａ〜７４Ｃは、スタブ１０７１Ａ〜
１０７４Ｃのような円筒導波管１４内に突出する構成を
有しないので、負荷からの反射波が大きくても、互いに
対向する分岐導波管７１Ａ〜７１Ｃと分岐導波管７２Ａ
〜７２Ｃとの間、または分岐導波管７３Ａ〜７３Ｃと分
岐導波管７４Ａ〜７４Ｃとの間で放電が起きることはな
い。

【００３９】なお、分岐導波管７１Ａ〜７１Ｃのみ、ま
たはＸＺ面上で互いに対向する分岐導波管７１Ａ〜７１
Ｃと分岐導波管７２Ａ〜７２Ｃのみ、またはＸＺ面上の
分岐導波管７１Ａ〜７１ＣとＹＺ面上の分岐導波管７３
Ａ〜７３Ｃのみでも、整合域をスミスチャート全域と
し、全位相でインピーダンス整合をとることは可能であ
る。しかしＸＺ面上に分岐導波管７１Ａ〜７１Ｃ，７２
Ａ〜７２Ｃを配設し、ＹＺ面上の分岐導波管７３Ａ〜７
３Ｃ，７４Ａ〜７４Ｃを配設し軸対称性をもたせること
により、円筒導波管１４を伝搬する円偏波の軸比をより
１に近づけることができる。

【００４０】また、円筒導波管１４の軸（Ｚ）方向に配
設される分岐導波管を３本以上としても、その間隔を管
内波長λg1の略１／４または略１／８とすることによ
り、全位相でインピーダンス整合をとることができる。
また、軸（Ｚ）方向に配設される分岐導波管の間隔が等
しくなくても、全位相でのインピーダンス整合は可能で
ある。例えば分岐導波管７１Ａと７１Ｂとの間隔を管内
波長λg1の略１／４とし、分岐導波管７１Ｂと７１Ｃと
の間隔を管内波長λg1の略１／８としてもよい。一方、
軸（Ｚ）方向に配設される分岐導波管を２本とすると、
または円筒導波管１４の軸（Ｚ）方向に配設される分岐
導波管の間隔を管内波長λg1のＮ／２，１／４，１／８
を除く値とすると整合域は狭くなるが、条件によっては
利用可能である。

【００４１】次に、図１および図２に示したプラズマ処
理装置の動作について説明する。高周波電源１１を駆動
しマイクロ波を発生させる。このマイクロ波を矩形導波
管１２でＴＥ₁₀モードで導波し、矩形円筒変換器でＴＥ
₁₁モードに変換し、円筒導波管１４に設けられた円偏波
変換器１６により円偏波とし、ラジアル導波路５１に導
入し、ラジアル導波路５１の下面となる導体板５３に複
数形成されたスロット５６から処理容器１内に供給す
る。処理容器１内ではマイクロ波の電磁界により、ノズ
ル６から導入されたプラズマガスが電離、場合によって
は解離してプラズマが生成され、基板４に対する処理が
行われる。

【００４２】その一方、円筒導波管１４の複数設けられ
た検波器１８で、ＸＺ面およびＹＺ面に沿ってそれぞれ
円筒導波管１４内のマイクロ波電力の一部を取り出し、
２乗検波し、その結果を制御装置２０に出力する。制御
装置２０では、各検波器１８の出力信号から|Γ|cosθ
および|Γ|sinθ を得る。ここに|Γ|は負荷の反射係数
の絶対値、θは負荷の反射係数の位相角である。そし
て、得られた|Γ|cosθおよび|Γ|sinθ から負荷側の
インピーダンスを計算し、供給側と負荷側とのインピー
ダンス整合条件を求め、整合器１７を構成する分岐導波
管７１Ａ〜７４Ｃのショート板７５の移動量を決定す
る。例えば、制御装置２０に予め反射係数値（例えば電
圧定在波比ＶＳＷＲ１．１であれば|Γ₀| ＝０．０４
８）の電圧を設定し、検出した|Γ|の電圧が予め設定し
た|Γ₀| の電圧以下になるようにショート板７５の移動
量を決定する。この移動量は分岐導波管７１Ａ〜７４Ｃ
のすべてに対し同一である。そして、駆動装置１９を制
御してショート板７５を移動させ、インピーダンス整合
をとる。

【００４３】ここでは、すべての検波器１８の出力に基
づき、すべての分岐導波管７１Ａ〜７４Ｃのリアクタン
スを一律に調整する例を示したが、ＸＺ面上の検波器１
８の出力に基づきＸＺ面上の分岐導波管７１Ａ〜７１
Ｃ，７２Ａ〜７２Ｃのリアクタンスを調整し、ＹＺ面上
の検波器１８の出力に基づきＹＺ面上の分岐導波管７３
Ａ〜７３Ｃ，７４Ａ〜７４Ｃのリアクタンスを調整する
ようにしてもよい。後者の場合、ショート板７５の移動
量は、ＸＺ面上の分岐導波管７１Ａ〜７１Ｃ，７２Ａ〜
７２ＣとＹＺ面上の分岐導波管７３Ａ〜７３Ｃ，７４Ａ
〜７４Ｃとの間で異なることがある。なお、複数の検波
器を所定間隔で配置し、各検波器の出力信号を処理しイ
ンピーダンス整合条件を求める方法の例として四探針法
が、例えば『小口文一、太田正光著「マイクロ波・ミリ
波測定」コロナ社、ｐ８４〜８５』に記載されている。

【００４４】したがって、処理容器１内またはラジアル
導波路５１内で反射した反射波が円筒導波管１４に進入
しても、整合器１７でラジアル導波路５１側に反射し、
ラジアル導波路５１からの反射波を整合器１７からの反
射波で打ち消すことができる。これにより円筒導波管１
４を伝搬する反射波を低減し、反射波の影響で円偏波の
軸比が大きくなることを抑制できる。よってラジアル導
波路５１内の電界強度分布を、時間平均で円筒導波管１
４の軸（Ｚ）に対称な分布とすることができる。このた
めラジアル導波路５１の下面となる導体板５３に複数形
成されたスロット５６から処理容器１内に時間平均で軸
対称な分布の電磁界を供給し、均一性のよいプラズマを
生成することができる。

【００４５】次に、図９を参照して、整合器１７の実験
結果について説明する。この実験では、高周波電源１１
から出力されたマイクロ波を円偏波に変換し円筒導波管
１４を介してＲＬＳＡ１５に供給したときの円筒導波管
の軸（Ｚ）に垂直な面（ＸＹ面）内における電圧分布
を、整合器１７を用いた場合と用いなかった場合とにつ
いて調べた。具体的には、円筒導波管１４の内径をφ９
０［ｍｍ］とし、分岐導波管７１Ａ〜７４Ｃとして内径
８０［ｍｍ］×２７［ｍｍ］の矩形導波管を用い、その
間隔（円筒導波管１４の軸（Ｚ）方向の間隔）を(λg1)
／４とし、周波数が２．４５［ＧＨｚ］で電力値が１，
２，３［ｋＷ］のマイクロ波を円偏波に変換し、ＶＳＷ
Ｒ３．０（非整合時）の負荷に供給した。

【００４６】この結果、整合器１７を用いなかった場合
の電圧分布は、図９（ａ）に示すように大きく歪んでい
た。これは円筒導波管１４を伝搬する円偏波が歪み、軸
比が大きくなっていることを意味する。その一方、整合
器１７を用いた場合の電圧分布は、図９（ｂ）に示すよ
うに歪みが小さかった。これは円筒導波管１４を伝搬す
る円偏波の軸比が１に近いことを意味する。この実験結
果から、整合器１７を用いることにより円偏波の軸比を
１に近づけることができ、ひいては処理容器１内に時間
平均で均一性のよいプラズマを生成できることが分か
る。

【００４７】（第２の実施の形態）図１０（ａ）は、本
発明の第２の実施の形態の整合器の構成を示す断面図で
あり、整合器が設けられている円筒導波管の軸（Ｚ）を
含む断面構成を示している。また図１０（ｂ）は、図１
０（ａ）におけるＸb−Ｘb′線方向の断面図であり、円
筒導波管の軸（Ｚ）に垂直な面（ＸＹ面）上の断面構成
を示している。図１０において、図２および図４と同一
部分を同一符号をもって示し、適宜その説明を省略す
る。図１０に示す整合器１１７は、円筒導波管１４の供
給側と負荷側とのインピーダンスの整合をとるためのも
のであり、リアクタンス素子として複数のスタブ１７１
Ａ〜１７１Ｃ，１７２Ａ〜１７２Ｃ，１７３Ａ〜１７３
Ｃ，１７４Ａ〜１７４Ｃ（スタブ１７４Ｂ，１７４Ｃは
不図示）が用いられている。これらのスタブ１７１Ａ〜
１７４Ｃは断面が円形で先端が略球面状に丸められた棒
体であり、銅またはアルミニウムなどの金属で形成され
ている。

【００４８】スタブ１７１Ａ〜１７４Ｃは次のように配
設されている。すなわち、３本のスタブ（第１のスタ
ブ）１７１Ａ〜１７１Ｃが円筒導波管１４の軸（Ｚ）方
向に等間隔に配設され、これら３本のスタブ１７１Ａ〜
１７１Ｃにそれぞれ対向して３本のスタブ（第３のスタ
ブ）１７２Ａ〜１７２Ｃが配設され、円筒導波管１４の
軸（Ｚ）からみて前記３本のスタブ１７１Ａ〜１７１Ｃ
の配設位置と９０°の角度をなす位置に３本のスタブ
（第２のスタブ）１７３Ａ〜１７３Ｃが円筒導波管１４
の軸（Ｚ）方向に等間隔に配設され、これら３本のスタ
ブ１７３Ａ〜１７３Ｃにそれぞれ対向して３本のスタブ
（第４のスタブ）１７４Ａ〜１７４Ｃ配設されている。
座標系を用いていえば、ＸＺ面上の対向位置にスタブ１
７１Ａ〜１７１Ｃおよびスタブ１７２Ａ〜１７２Ｃが、
またＹＺ面上の対向位置にスタブ１７３Ａ〜１７３Ｃお
よびスタブ１７４Ａ〜１７４Ｃが配設されている。

【００４９】だだし、ＸＺ面上のスタブ１７１Ａ〜１７
１Ｃ，１７２Ａ〜１７２ＣとＹＺ面上のスタブ１７３Ａ
〜１７３Ｃ，１７４Ａ〜１７４Ｃとが、円筒導波管１４
の軸（Ｚ）方向に交互に配設されている。すなわち上か
らスタブ１７１Ａ，１７２Ａ、スタブ１７３Ａ，１７４
Ａ、スタブ１７１Ｂ，１７２Ｂ、スタブ１７３Ｂ，１７
４Ｂ、スタブ１７１Ｃ，１７２Ｃ、スタブ１７３Ｃ，１
７４Ｃの順に配設されている。

【００５０】スタブ１７１Ａ〜１７４Ｃの先端は、円筒
導波管１４の内壁面から半径方向に突出し、スタブ１７
１Ａ〜１７４Ｃの先端が内壁面から突出する突出長は、
駆動装置（不図示）により自在に変更できるように構成
されている。したがってスタブ１７１Ａ〜１７４Ｃの突
出長によって決まるリアクタンスを、０（ゼロ）から十
分大きい値まで変化させることができる。スタブ１７１
Ａ〜１７１Ｃ，１７２Ａ〜１７２Ｃ，１７３Ａ〜１７３
Ｃ，１７４Ａ〜１７４Ｃそれぞれの円筒導波管１４の軸
（Ｚ）方向の間隔は、円筒導波管１４の管内波長λg1の
略１／４とする。したがって、上述したようにスタブ１
７１Ａ〜１７４Ｃのリアクタンスを０（ゼロ）から十分
大きい値まで変化させることにより、整合器１１７の整
合域をスミスチャート全位相でかなりな範囲とすること
ができる。スタブ１７１Ａ〜１７１Ｃ等の間隔を管内波
長λg1の略１／８としても、同様に整合域をスミスチャ
ート広域とすることができる。これにより負荷からの反
射電力が大きい場合でも、全位相でインピーダンス整合
が可能となる。

【００５１】なお、第１の実施の形態と同様に、円筒導
波管１４内の電圧を検出する検波器と、この検波器の出
力信号を基に駆動装置を制御しスタブ１７１Ａ〜１７４
Ｃの突出長を変更する制御装置とを更に設けてもよい。
これによりインピーダンス整合の制御を自動化すること
ができる。

【００５２】この整合器１１７はスタブ１７１Ａ〜１７
４Ｃから構成され、反射波が大きくリアクタンスを大き
くする必要がある場合にはスタブ１７１Ａ〜１７４Ｃの
突出長を大きくしなければならないが、ＸＺ面上のスタ
ブ１７１Ａ〜１７１Ｃ，１７２Ａ〜１７２ＣとＹＺ面上
のスタブ１７３Ａ〜１７３Ｃ，１７４Ａ〜１７４Ｃとが
円筒導波管１４の軸（Ｚ）方向に交互に配設されている
ので、両者を同一面上に配設した場合と比較して、円筒
導波管の軸（Ｚ）方向のスタブ間の距離が広くなる。し
たがって、ＸＺ面上のスタブ１７１Ａ〜１７１Ｃ，１７
２Ａ〜１７２ＣおよびＹＺ面上のスタブ１７３Ａ〜１７
３Ｃ，１７４Ａ〜１７４Ｃの突出長を大きくしたときに
生じる相互干渉によるリアクタンスの変化を緩和するこ
とができる。このため所望のリアクタンスを従来より容
易に実現することができる。よってインピーダンス整合
の正確な制御を従来より容易に行うことができる。

【００５３】なお、ＸＺ面上のスタブ１７１Ａ〜１７１
ＣとＹＺ面上のスタブ１７３Ａ〜１７３Ｃのみでも、整
合域をスミスチャート広域とし、全位相でインピーダン
ス整合をとることは可能である。しかしＸＺ面上にスタ
ブ１７１Ａ〜１７１Ｃ，１７２Ａ〜１７２Ｃを配設し、
ＹＺ面上のスタブ１７３Ａ〜１７３Ｃ，１７４Ａ〜１７
４Ｃを配設し軸対称性をもたせることにより、円筒導波
管１４を伝搬するＴＥ ₁₁モードの円偏波の軸比をより１
に近づけることができる。

【００５４】また、円筒導波管１４の軸（Ｚ）方向に配
設されるスタブを３本以上としても、その間隔を管内波
長λg1の略１／４または略１／８とすることにより、全
位相でインピーダンス整合をとることができる。また、
軸（Ｚ）方向に配設されるスタブの間隔が等しくなくて
も、全位相でのインピーダンス整合は可能である。例え
ばスタブ１７１Ａと１７１Ｂとの間隔を管内波長λg1の
略１／４とし、スタブ１７１Ｂと１７１Ｃとの間隔を管
内波長λg1の略１／８としてもよい。一方、軸（Ｚ）方
向に配設されるスタブを２本とすると、または円筒導波
管１４の軸（Ｚ）方向に配設されるスタブの間隔を管内
波長λg1のＮ／２，１／４，１／８を除く値とすると整
合域は狭くなるが、条件によっては利用可能である。

【００５５】なお、図１０に示した整合器１１７を第１
の実施の形態のようにプラズマ処理装置に適用すること
により、均一性のよいプラズマを生成できることは言う
までもない。

【００５６】（第３の実施の形態）図１１は、本発明の
第３の実施の形態の整合器の構成を示す断面図であり、
整合器が設けられている円筒導波管の軸（Ｚ）を含む断
面構成を示している。また図１２は、図１１におけるＸ
II−ＸII′線方向の断面図であり、円筒導波管の軸
（Ｚ）に垂直な面（ＸＹ面）上の断面構成を示してい
る。これらの図において、図２および図４と同一部分を
同一符号をもって示し、適宜その説明を省略する。図１
１および図１２に示す整合器２１７は、図１０に示した
整合器１１７と同様に、スタブ（第１のスタブ）２７１
Ａ〜２７１Ｃと、スタブ（第３のスタブ）２７２Ａ〜２
７２Ｃと、スタブ（第２のスタブ）２７３Ａ〜２７３Ｃ
と、スタブ（第４のスタブ）２７４Ａ〜２７４Ｃ（スタ
ブ２７４Ｂ，２７４Ｃは図示せず）とから構成されてい
る。

【００５７】しかし図１０に示した整合器１１７とは、
ＸＺ面上のスタブ２７１Ａ〜２７１Ｃ，２７２Ａ〜２７
２Ｃ全部と、ＹＺ面上のスタブ２７３Ａ〜２７３Ｃ，２
７４Ａ〜２７４Ｃ全部とが、円筒導波管１４の軸（Ｚ）
方向で異なる領域に配設されている点で異なっている。
すなわち図１１に示した整合器２１７では、前者と後者
とがそれぞれ円筒導波管１４の上の領域と下の領域とに
分かれて配設されている。このように配設しても、ＸＺ
面上のスタブ２７１Ａ〜２７１Ｃ，２７２Ａ〜２７２Ｃ
とＹＺ面上のスタブ２７３Ａ〜２７３Ｃ，２７４とを同
一面上に配設した場合と比較して、円筒導波管の軸
（Ｚ）方向のスタブ間の距離が広がるので、両者の相互
干渉によるリアクタンスの変化を緩和することができ
る。このためインピーダンス整合の正確な制御を従来よ
り容易に行うことができる。したがって、図１１に示し
た整合器２１７を第１の実施の形態のようにプラズマ処
理装置に適用することにより、均一性のよいプラズマを
生成することができる。その他の部分は図１０に示した
整合器１１７と同じである。 （第４の実施の形態）図１３（ａ）は、本発明の第４の
実施の形態の整合器の構成を示す断面図であり、整合器
が設けられている円筒導波管の軸（Ｚ）を含む断面構成
を示している。また図１３（ｂ）は、図１３（ａ）にお
けるＸIIIb−ＸIIIb′線方向の断面図であり、円筒導波
管の軸（Ｚ）に垂直な面（ＸＹ面）上の断面構成を示し
ている。図１３において、図２および図４と同一部分を
同一符号をもって示し、適宜その説明を省略する。この
図１３に示す整合器３１７は、図１０に示した整合器１
１７と同様に、スタブ（第１のスタブ）３７１Ａ〜３７
１Ｃと、スタブ（第３のスタブ）３７２Ａ〜３７２Ｃ
と、スタブ（第２のスタブ）３７３Ａ〜３７３Ｃと、ス
タブ（第４のスタブ）３７４Ａ〜３７４Ｃ（スタブ３７
４Ｂ，３７４Ｃは図示せず）とから構成されている。

【００５８】しかし図１０に示した整合器１１７とは、
スタブ３７１Ａ〜３７４Ｃが、１以上の比誘電率をもつ
誘電体で形成されている点で異なっている。スタブ３７
１Ａ〜３７４Ｃは、全体が誘電体で形成されていてもよ
いし、それぞれの先端部のみが誘電体で形成されていて
もよい。このようにスタブ３７１Ａ〜３７４Ｃの少なく
とも先端部を誘電体で形成すれば共振しないので、従来
のようにＸＺ面上のスタブ３７１Ａ〜３７１Ｃ，３７２
Ａ〜３７２ＣとＹＺ面上のスタブ３７３Ａ〜３７３Ｃ，
３７４Ａ〜３７４Ｃとを同一面上に配設しても、両者の
突出長を大きくしたときに生じる相互干渉によるリアク
タンスの変化を緩和することができる。また各スタブ３
７１Ａ〜３７４Ｃの先端間で生じる放電も緩和すること
ができる。このため所望のリアクタンスを従来より容易
に実現することができる。よってインピーダンス整合の
正確な制御を従来より容易に行うことができる。したが
って、図１３に示した整合器３１７を第１の実施の形態
のようにプラズマ処理装置に適用することにより、均一
性のよいプラズマを生成することができる。

【００５９】なおスタブ３７１Ａ〜３７４Ｃの少なくと
も先端部は、ベリリア磁器、セラミック、アルミナなど
誘電損失が小さい材料で形成することが望ましい。また
誘電体で形成したスタブを、図１０に示したようにＸＺ
面上とＹＺ面上とに交互に配設してもよいし、図１１に
示したようにＸＺ面上とＹＺ面上とでＺ方向の異なる領
域に分けて配設してもよい。その他の部分は図１０に示
した整合器１１７と同じである。

【００６０】以上ではマイクロ波を用いた形態を説明し
たが、本発明の整合器およびプラズマ処理装置はマイク
ロ波よりも低い周波数帯を含む高周波を用いた場合で
も、同様の効果が得られる。

【００６１】また、本発明は上述したマイクロ波（高周
波）プラズマ処理装置だけでなく、電子サイクロトロン
共鳴（electron-cyclotron-resonance：ＥＣＲ）プラズ
マ処理装置にも適用することができる。図１４は、本発
明が適用されたＥＣＲプラズマ処理装置の一構成例を示
す図である。図１４において、図１、図２および図６と
同一部分を同一符号をもって示し、適宜その説明を省略
する。図１４に示すＥＣＲプラズマ処理装置は、プラズ
マが生成されるプラズマ室４０１Ａと、プラズマＣＶＤ
などの処理が行われる反応室４０１Ｂとからなる容器４
０１を有している。プラズマ室４０１Ａの外周には、プ
ラズマ室４０１Ａ内に磁束密度Ｂが８７．５ｍＴの磁場
を形成する主電磁コイル４８１が設けられている。プラ
ズマ室４０１Ａの上端には、誘電体板４０７を介して円
筒導波管１４の一端が接続され、この円筒導波管１４か
ら電子サイクロトロン振動数（プラズマ中の電子が磁力
線を中心に回転運動するときの振動数）２．４５ＧＨｚ
と同じ振動数のマイクロ波ＭＷが供給される。

【００６２】プラズマ室４０１Ａと連通する反応室４０
１Ｂの内部には、被処理体であるＳｉ基板４を上面に載
置する基板台４０３が収容されている。また、反応室４
０１Ｂの底面の下には、補助電磁コイル４８２が設けら
れている。主電磁コイル４８１と補助電磁コイル４８２
とからなる磁界発生器により、反応室４０１Ｂ内にミラ
ー磁場ＭＭが形成される。また、プラズマ室４０１Ａの
上部には、例えばＮ₂ などのプラズマガスを供給するノ
ズル４０６Ａが設けられ、反応室４０１Ｂの上部には、
例えばＳｉＨ₄ などの反応性ガスを供給するノズル４０
６Ｂが設けられている。さらに、反応室４０１Ｂの下部
には、真空ポンプに連通する排気口４０５が設けられて
いる。

【００６３】このような構成において、プラズマ室４０
１Ａ内に磁束密度Ｂが８７．５ｍＴの磁場を形成すると
ともに、振動数が２．４５ＧＨｚのマイクロ波ＭＷを導
入すると、電子サイクロトロン共鳴が起こり、マイクロ
波ＭＷのエネルギーが電子に効率よく移行し電子が加熱
される。このようにしてマイクロ波ＭＷで加熱された電
子により、プラズマ室４０１Ａ内のＮ₂ の電離が続けら
れ、プラズマが生成される。

【００６４】一方、円筒導波管１４の他端には高周波電
源１１が接続されている。また、円筒導波管１４には、
円偏波変換器１６と検波器１８と整合器１７とが設けら
れ、検波器１８に制御装置２０が接続され、この制御装
置２０に整合器１７の駆動装置１９が接続されている。
整合器１７を用いることにより、第１の実施の形態と同
様に、インピーダンス整合の正確な制御を容易に行える
ので、均一性のよいプラズマを容易に生成できるなどの
効果が得られる。なお、整合器１７に代えて、図１０に
示した整合器１１７、図１１および図１２に示した整合
器２１７、図１３に示した整合器３１７を用いてもよ
い。

【００６５】また本発明のプラズマ処理装置は、エッチ
ング装置、ＣＶＤ装置、アッシング装置などに利用する
ことができる。また本発明の整合器の用途はプラズマ処
理装置に限られず、例えば通信機や高周波過熱機に使用
することもできる。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の整合器
は、円筒導波管に接続された複数の分岐導波管から構成
されたものである。分岐導波管のリアクタンスは、その
一端から他端までの長さに基づく電気長に対しほぼ正接
関数的に変化する。また分岐導波管は円筒導波管内に突
出する構成を有しないので、相互干渉によるリアクタン
スの変化は起きない。このため負荷からの反射波が大き
くても、所望のリアクタンスを容易に実現することがで
きる。よって円筒導波管の供給側と負荷側とのインピー
ダンス整合の正確な制御を容易に行うことができる。

【００６７】また本発明の整合器は、円筒導波管の軸に
対し９０°の角度をなす位置に配設された第１のスタブ
と第２のスタブとが、円筒導波管の軸方向に交互に配設
されたものである。このように第１および第２のスタブ
を配設することにより、両者を同一面上に配設した場合
と比較して上記軸方向のスタブ間の距離が広がるので、
スタブの突出長を大きくしたときに生じる相互干渉によ
るリアクタンスの変化を緩和することができる。このた
め負荷からの反射波が大きくても、所望のリアクタンス
を従来より容易に実現することができる。よって円筒導
波管の供給側と負荷側とのインピーダンス整合の正確な
制御を従来より容易に行うことができる。

【００６８】また本発明の整合器は、円筒導波管の軸に
対し９０°の角度をなす位置に配設された第１のスタブ
の全部と第２のスタブの全部とが、円筒導波管の軸方向
に異なる領域に配設されたものである。このように配設
しても、上述した整合器と同様の効果が得られる。また
本発明の整合器は、スタブの少なくとも先端部が誘電体
で形成されたものである。これにより相互干渉によるリ
アクタンスの変化は緩和され、またスタブ先端間または
スタブ先端と円筒導波管内面との間で生じる放電も緩和
されるので、負荷からの反射波が大きくても、所望のリ
アクタンスを容易に実現することができる。よって円筒
導波管の供給側と負荷側とのインピーダンス整合の正確
な制御を容易に行うことができる。

【００６９】また本発明のプラズマ処理装置は、スロッ
トアンテナと高周波電源との間を接続する円筒導波管
に、上述した整合器が設けられたものである。これによ
り円筒導波管のスロットアンテナ側から伝搬する反射波
が大きくても、スロットアンテナ側と高周波電源側との
インピーダンス整合の正確な制御を容易に行なうことが
できるので、均一性のよいプラズマを容易に生成するこ
とができる。また本発明のプラズマ処理装置は、マイク
ロ波を供給する円筒導波管に、上述した整合器を設けた
ものである。これにより円筒導波管の負荷側から伝搬す
る反射波が大きくても、負荷側と供給側とのインピーダ
ンス整合の正確な制御を容易に行なうことができるの
で、均一性のよいプラズマを容易に生成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態であるプラズマ処
理装置の処理容器の構成を示す断面図である。

【図２】 本発明の第１の実施の形態であるプラズマ処
理装置の電磁界供給装置の機構的な構成を示す図であ
る。

【図３】 電磁界供給装置が有する整合器および検波器
を説明するための図である。

【図４】 図２におけるIV−IV′線方向の断面図であ
る。

【図５】 図２におけるＶ−Ｖ′線方向の断面図であ
る。

【図６】 電磁界供給装置の制御系の構成を示すブロッ
ク図である。

【図７】 整合器の分岐導波管の断面形状を示す図であ
る。

【図８】 分岐導波管のショート板の構成を示す斜視図
である。

【図９】 整合器についての実験結果を示すグラフであ
る。

【図１０】 本発明の第２の実施の形態である整合器の
構成を示す断面図である。

【図１１】 本発明の第３の実施の形態である整合器の
構成を示す断面図である。

【図１２】 図１１におけるＸII−ＸII′線方向の断面
図である。

【図１３】 本発明の第４の実施の形態である整合器の
構成を示す断面図である。

【図１４】 本発明が適用されたＥＣＲプラズマ処理装
置の一構成例を示す図である。

【図１５】 従来の整合器を説明するための図である。

【図１６】 図１５におけるＸVI−ＸVI′線方向の断面
図である。

【図１７】 従来の整合器におけるスタブの突出長とリ
アクタンスとの関係を示す概念図である。

【符号の説明】

１…処理容器、２…絶縁板、３，４０３…基板台、４…
基板（被処理体）、５，４０５…排気口、６，４０６
Ａ，４０６Ｂ…ガス導入用ノズル、７，４０７…誘電体
板、８…シールド材、１１…高周波電源、１２…矩形導
波管、１３…矩形円筒変換器、１４…円筒導波管、１５
…ラジアルラインスロットアンテナ、１６…円偏波変換
器、１７，１１７，２１７，３１７…整合器、１８…検
波器（検出手段）、１８Ａ…プローブ、１９…駆動装
置、２０…制御装置、５１…ラジアル導波路、５２，５
３…円形導体板、５４…リング部材、５５…開口、５６
…スロット、５７…バンプ、７１Ａ〜７１Ｃ，７２Ａ〜
７２Ｃ，７３Ａ〜７３Ｃ，７４Ａ…分岐導波管、７５…
ショート板、７５Ａ…折曲部分、７６…棒、１７１Ａ〜
１７１Ｃ，１７２Ａ〜１７２Ｃ，１７３Ａ〜１７３Ｃ，
１７４Ａ，２７１Ａ〜２７１Ｃ，２７２Ａ〜２７２Ｃ，
２７３Ａ〜２７３Ｃ，２７４Ａ，３７１Ａ〜３７１Ｃ，
３７２Ａ〜３７２Ｃ，３７３Ａ〜３７３Ｃ，３７４Ａ…
スタブ、４０１…容器、４０１Ａ…プラズマ室、４０１
Ｂ…反応室、４８１，４８２…電磁コイル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ (72)発明者 篠原 己拔 神奈川県横浜市緑区中山町1119 日本高周 波株式会社内 Ｆターム(参考） 5F004 AA16 BA14 BA20 BB18 BC08 BD01 BD04 5F045 AA09 AB02 AB32 BB10 DP03 DQ10 EH03 EH17

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒導波管の供給側と負荷側とのインピ
   ーダンスの整合を行なう整合器において、 前記円筒導波管の軸方向に対して垂直に接続されかつ一
   端が前記円筒導波管内に開口するとともに他端が電気機
   能的にショートされた第１の分岐導波管を複数備え、 これら第１の分岐導波管は、前記円筒導波管の軸方向に
   所定の間隔で配設されていることを特徴とする整合器。
2. 【請求項２】 請求項１記載の整合器において、 前記円筒導波管の軸方向に対して垂直に接続されかつ一
   端が前記円筒導波管内に開口するとともに他端が電気機
   能的にショートされた第２の分岐導波管を複数備え、 これら第２の分岐導波管は、前記円筒導波管の軸からみ
   て前記第１の分岐導波管の配設位置と９０°の角度をな
   す位置に配設されるとともに前記円筒導波管の軸方向に
   所定の間隔で配設されていることを特徴とする整合器。
3. 【請求項３】 請求項１記載の整合器において、 前記円筒導波管の軸方向に対して垂直に接続されかつ一
   端が前記円筒導波管内に開口するとともに他端が電気機
   能的にショートされた第３の分岐導波管を複数備え、 これら第３の分岐導波管は、それぞれ前記第１の分岐導
   波管に対向して配設されていることを特徴とする整合
   器。
4. 【請求項４】 請求項２記載の整合器において、 前記円筒導波管の軸方向に対して垂直に接続されかつ一
   端が前記円筒導波管内に開口するとともに他端が電気機
   能的にショートされた第３および第４の分岐導波管をそ
   れぞれ複数備え、 前記第３の分岐導波管は、それぞれ前記第１の分岐導波
   管に対向して配設され、 前記第４の分岐導波管は、それぞれ前記第２の分岐導波
   管に対向して配設されていることを特徴とする整合器。
5. 【請求項５】 請求項１〜４いずれか１項記載の整合器
   において、 前記分岐導波管は、前記円筒導波管の軸方向に少なくと
   も３本配設されていることを特徴とする整合器。
6. 【請求項６】 請求項５記載の整合器において、 前記円筒導波管の軸方向における前記分岐導波管の間隔
   は、前記円筒導波管の管内波長の１／４または１／８で
   あることを特徴とする整合器。
7. 【請求項７】 請求項１〜６いずれか１項記載の整合器
   において、 前記分岐導波管は、前記円筒導波管の軸方向に等間隔に
   配設されていることを特徴とする整合器。
8. 【請求項８】 請求項２または４記載の整合器におい
   て、 前記第１の分岐導波管と前記第２の分岐導波管とが前記
   円筒導波管の軸方向に交互に配設されていることを特徴
   とする整合器。
9. 【請求項９】 請求項２または４記載の整合器におい
   て、 前記第１の分岐導波管の全部と前記第２の分岐導波管の
   全部とが前記円筒導波管の軸方向の異なる領域に配設さ
   れていることを特徴とする整合器。
10. 【請求項１０】 請求項１〜９いずれか１項記載の整合
    器において、 前記分岐導波管の他端を電気機能的にショートするショ
    ート板は、前記分岐導波管内を摺動自在であることを特
    徴とする整合器。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載の整合器において、 前記円筒導波管内の電圧を検出する検出手段と、 この検出手段の出力信号を基に前記分岐導波管のショー
    ト板を摺動させる制御手段とを更に備えたことを特徴と
    する整合器。
12. 【請求項１２】 円筒導波管の供給側と負荷側とのイン
    ピーダンスの整合を行なう整合器において、 円筒導波管の内壁面から半径方向に突出する第１および
    第２のスタブをそれぞれ複数備え、 前記第１のスタブは、前記円筒導波管の軸方向に所定の
    間隔で配設され、 前記第２のスタブは、前記円筒導波管の軸からみて前記
    第１のスタブの配設位置と９０°の角度をなす位置に配
    設されるとともに前記円筒導波管の軸方向に所定の間隔
    で配設され、 前記第１のスタブと前記第２のスタブとが前記円筒導波
    管の軸方向に交互に配設されていることを特徴とする整
    合器。
13. 【請求項１３】 円筒導波管の供給側と負荷側とのイン
    ピーダンスの整合を行なう整合器において、 円筒導波管の内壁面から半径方向に突出する第１および
    第２のスタブをそれぞれ複数備え、 前記第１のスタブは、前記円筒導波管の軸方向に所定の
    間隔で配設され、 前記第２のスタブは、前記円筒導波管の軸からみて前記
    第１のスタブの配設位置と９０°の角度をなす位置に配
    設されるとともに前記円筒導波管の軸方向に所定の間隔
    で配設され、 前記第１のスタブの全部と前記第２のスタブの全部とが
    前記円筒導波管の軸方向の異なる領域に配設されている
    ことを特徴とする整合器。
14. 【請求項１４】 請求項１２または１３記載の整合器に
    おいて、 円筒導波管の内壁面から半径方向に突出する第３および
    第４のスタブをそれぞれ複数備え、 前記第３のスタブは、それぞれ前記第１のスタブに対向
    して配設され、 前記第４のスタブは、ぞれぞれ前記第２のスタブに対向
    して配設されていることを特徴とする整合器。
15. 【請求項１５】 円筒導波管の供給側と負荷側とのイン
    ピーダンスの整合を行なう整合器において、 前記円筒導波管の内壁面から半径方向に突出する第１お
    よび第２のスタブをそれぞれ複数備え、 前記第１のスタブは、前記円筒導波管の軸方向に所定の
    間隔で配設され、 前記第２のスタブは、前記円筒導波管の軸からみて前記
    第１のスタブの配設位置と９０°の角度をなす位置に配
    設されるとともに前記円筒導波管の軸方向に所定の間隔
    で配設され、 前記第１および第２のスタブは、少なくともそれぞれの
    先端部が１以上の比誘電率をもつ誘電体で形成されてい
    ることを特徴とする整合器。
16. 【請求項１６】 請求項１５記載の整合器において、 前記円筒導波管の内壁面から半径方向に突出する第３お
    よび第４のスタブをそれぞれ複数備え、 前記第３のスタブは、それぞれ前記第１のスタブに対向
    して配設され、 前記第４のスタブは、それぞれ前記第２のスタブに対向
    して配設され、 前記第１および第２のスタブは、少なくともそれぞれの
    先端部が１以上の比誘電率をもつ誘電体で形成されてい
    ることを特徴とする整合器。
17. 【請求項１７】 請求項１２〜１６いずれか１項記載の
    整合器において、 前記スタブは、前記円筒導波管の軸方向に少なくとも３
    本配設されていることを特徴とする整合器。
18. 【請求項１８】 請求項１７記載の整合器において、 前記円筒導波管の軸方向における前記スタブの間隔は、
    前記円筒導波管の管内波長の１／４または１／８である
    ことを特徴とする整合器。
19. 【請求項１９】 請求項１２〜１８いずれか１項記載の
    整合器において、 前記スタブは、前記円筒導波管の軸方向に等間隔に配設
    されていることを特徴とする整合器。
20. 【請求項２０】 請求項１２〜１９のいずれか１項記載
    の整合器において、 前記スタブは、前記円筒導波管の内壁面から突出する長
    さである突出長が変更自在であることを特徴とする整合
    器。
21. 【請求項２１】 請求項２０記載の整合器において、 前記円筒導波管内の電圧を検出する検出手段と、 この検出手段の出力信号を基に前記スタブの突出長を変
    更する制御手段とを更に備えたことを特徴とする整合
    器。
22. 【請求項２２】 請求項１〜２１いずれか１項記載の整
    合器において、 前記円筒導波管内には、ＴＥ₁₁モードの円偏波が伝搬す
    ることを特徴とする整合器。
23. 【請求項２３】 被処理体が収容される処理容器と、こ
    の処理容器内に電磁界を供給するスロットアンテナと、
    このスロットアンテナと高周波電源との間に接続された
    円筒導波管と、この円筒導波管に設けられ前記スロット
    アンテナ側と前記電源側とのインピーダンスの整合を行
    なう整合器とを備えたプラズマ処理装置において、 前記整合器は、請求項１〜２２のいずれか１項記載の整
    合器であることを特徴とするプラズマ処理装置。
24. 【請求項２４】 被処理体が収容される容器と、この容
    器内に磁界を形成する磁界発生器と、前記容器内にマイ
    クロ波を供給する円筒導波管とを備え、電子サイクロト
    ロン共鳴により加熱された電子を用いてプラズマを生成
    するプラズマ処理装置において、 請求項１〜２２のいずれか１項記載の整合器を備えたこ
    とを特徴とするプラズマ処理装置。