JP2008032528A - 導波管内の定在波測定部および定在波測定方法、電磁波利用装置、プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】導波管内の管内波長λｇなどを把握するために指標となる定在波を正確に測定することにある。
【解決手段】電磁波を伝播させる導波管の長手方向に対する、導波管の管壁の少なくとも一部を構成する導電性部材の温度の分布を検出し、その温度分布に基づいて、導波管内に生じる定在波を測定する。導波管の長手方向に対する導電性部材の温度分布は、導波管の長手方向に沿って複数配列した温度センサ、導波管の長手方向に沿って移動する温度センサ、もしくは、赤外線カメラによって、正確に測定することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁波を伝播させる導波管内に生ずる定在波を測定する測定部および測定方法に関し、更に、電磁波利用装置とマイクロ波を利用したプラズマ処理装置および方法に関する。

例えばＬＣＤ装置などの製造工程においては、電磁波としてのマイクロ波を利用して処理室内にプラズマを生成させ、ＬＣＤ基板に対してＣＶＤ処理やエッチング処理等を施す装置が用いられている。かかるプラズマ処理装置として、処理室の上方に複数本の導波管を平行に並べたものが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。この導波管の下面には複数のスロットが等間隔に並べて開口され、さらに、導波管の下面に沿って平板状の誘電体が設けられる。そして、導波管内のマイクロ波をスロットを通じて誘電体の表面に伝播させ、処理室内に供給された所定のガス（プラズマ励起用の希ガスおよび／またはプラズマ処理用のガス）をマイクロ波のエネルギ（電磁界）によってプラズマ化させる構成となっている。

特開２００４−２００６４６号公報 特開２００４−１５２８７６号公報

これら特許文献１、２では、導波管の下面に設けられた複数のスロットから効率良くマイクロ波を伝播させることができるように、スロット同士の間隔を、所定の等間隔（概ね初期設定時の管内波長λｇ’の半分（λｇ’／２）の間隔）に設定している。しかしながら、導波管内を伝播するマイクロ波の実際の管内波長λｇは一定ではなく、処理室内で行われるプラズマ処理の条件、例えばガス種や圧力等によって処理室内（チャンバー内）のインピーダンスが変化すると、管内波長λｇも変化する性質がある。このため、特許文献１、２のように導波管の下面に複数のスロットを所定の等間隔で形成した場合、プラズマ処理の条件（インピーダンス）によって管内波長λｇが変化することにより、初期設定時の管内波長λｇ’と、実際の管内波長λｇとにずれが発生する。その結果、複数の各スロットから誘電体を通して処理室内に均一にマイクロ波を伝播させることができなくなってしまう。

ところが、管内波長λｇは、導波管の外部からは容易に測定することができない。従来、例えば方形導波管のＨ面（広壁面）にスリットを導波管長手方向に形成し、スリットから導波管内に電界プローブを挿入し、スリットに沿って移動させることにより、電界強度分布を測定する方法が知られている。しかしながら、導波管にスリットを形成すると、そこから外部にマイクロ波が漏れ出る心配がある。さらに、電界プローブを挿入することにより導波管内の電磁界分布に悪影響を与える可能性もある。また、マイクロ波を利用して処理室内にプラズマを生成させるプラズマ処理装置において、導波管Ｈ面にスリットを形成したり電界プローブを挿入することは、装置の制約上、実際には不可能な場合も多い。このため、プラズマ処理装置における管内波長λｇを測定することは現実的に困難である。

一方、一般に導波管内ではマイクロ波の入射波と反射波が干渉して定在波が生じている。この定在波の周期（定在波における隣接する腹部分の間隔（もしくは、隣接する節部分の間隔）と同じ）は、スロットを通じて処理容器内にマイクロ波が入る影響や、スロットを通じて導波管内に入る反射波の影響などによって変動するものの、管内波長λｇの目安とすることができ、定在波の周期は、導波管内を伝播するマイクロ波の波長である管内波長λｇの半分λｇ／２とほぼ等しいとみなすこともできる。

また、この定在波を測定することにより、管内波長の他、周波数、定在波比、伝搬定数、減衰定数、位相定数等を知ることができる。さらに、導波管に接続された負荷の反射係数、インピーダンス等を知ることができる。

従って本発明の目的は、導波管内の管内波長λｇなどを把握するために指標となる定在波を正確に測定できるようにすることにあり、更に、複数の各スロットから誘電体を通して処理室内に均一にマイクロ波を伝播させるプラズマ処理装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明によれば、電磁波を伝播させる導波管内に生じる定在波を測定する測定部であって、前記導波管の管壁の少なくとも一部を構成するように、前記導波管の長手方向に沿って配置された導電性部材と、前記導波管の長手方向の複数の箇所で前記導電性部材の温度を検出する温度検出手段を有することを特徴とする、定在波測定部が提供される。

この定在波測定部において、前記導波管は例えば方形導波管であり、前記導電性部材を、前記方形導波管の狭壁面に配置しても良い。また、前記導電性部材は例えば板状であり、前記導波管内を伝播する電磁波の角周波数をω、前記温度を検出する導電性部材の透磁率をμ、抵抗率をρとしたとき、前記導電性部材の厚さｄが、次の式（１）の関係を満たしている。
３×（２ρ／（ωμ））^１／２＜ｄ＜１４×（２ρ／（ωμ））^１／２ （１）

また、前記導電性部材は例えば板状であり、複数の孔が開孔されている。また、前記導電性部材は、例えば金属からなるメッシュである。また、前記導電性部材は、例えば前記導波管の長手方向に対して直交する方向に伸びる複数の導電部を所定の間隔で並列に配置した構成である。

また、前記導電性部材の周囲の温度を制御する温調機構を有していても良い。

前記温度検出手段は、前記導電性部材の周囲の温度を測定可能であっても良い。また、前記導電性部材の周囲の温度を測定する別の温度検出手段を有していてもよい。

また、前記温度検出手段は、例えば、前記導電性部材の温度を検出する温度センサと、前記温度センサからの電気信号を処理する計測回路と、前記温度センサと前記計測回路とを電気的に接続する配線とを備え、前記温度センサを、前記導波管の長手方向に沿って複数配列した構成である。その場合、前記配線は、例えば前記配線を介する熱の伝達を抑制する熱伝達抑制部を備える。また、例えば、前記温度センサは複数の電極を備え、前記複数の電極のうち少なくとも一つは、前記導波管に電気的に短絡されている。また、例えば、前記温度センサを備えたプリント基板を、前記導電性部材に取り付けた構成である。また、例えば、前記温度センサを、前記導波管の外部に配置した構成である。また、例えば、前記導電性部材の温度を前記温度センサに伝達させる熱伝達路を有している。なお、前記温度センサは、例えば、サーミスタ、測温抵抗体、ダイオード、トランジスタ、温度計測用ＩＣ、熱電対、ペルチエ素子のいずれかである。

また、前記温度検出手段は、例えば、前記導電性部材の温度を検出する１または２以上のセンサを、前記導波管の長手方向に沿って移動させる構成である。その場合、前記温度センサを、前記導波管の外部に配置してもよい。また、前記温度センサは、赤外線温度センサとすることができる。

また、前記温度検出手段は、例えば、赤外線カメラである。

なお、本発明の定在波測定部は、前記導波管内を伝搬する電磁波の管内波長、周波数、定在波比、伝搬定数、減衰定数、位相定数、伝搬モード、入射電力、反射電力、伝送電力のいずれか、または、前記導波管に接続された負荷の反射係数、インピーダンスのいずれかを測定することができる。
更に、前記導波管の長手方向の複数の箇所が固定でも良く、前記導波管の長手方向の複数の箇所が移動可能でも良い。

また、本発明によれば、電磁波を伝播させる導波管内に生じる定在波を測定する方法であって、前記導波管の長手方向に対する、前記導波管の管壁の少なくとも一部を構成する導電性部材の温度の分布を検出し、前記温度分布に基づいて、定在波を測定することを特徴とする、定在波測定方法が提供される。なお、前記導波管内に電磁波が伝播していない状態において導電性部材の基準温度を測定し、前記導電性部材の温度の分布を、前記基準温度との温度差によって検出しても良い。

また、本発明によれば、電磁波を伝播させる導波管内に生じる定在波を測定する方法であって、前記導波管の管壁の少なくとも一部を構成する導電性部材を流れる電流を検出し、前記導波管の長手方向に対する前記電流の分布に基づいて、定在波を測定することを特徴とする、定在波測定方法が提供される。

これら本発明の定在波測定方法は、前記導波管内を伝搬する電磁波の管内波長、周波数、定在波比、伝搬定数、減衰定数、位相定数、伝搬モード、入射電力、反射電力、伝送電力のいずれか、または、前記導波管に接続された負荷の反射係数、インピーダンスのいずれかを測定することができる。
また本発明によれば、電磁波を伝播させる導波管内に生じる定在波を測定する測定部であって、前記導波管の管壁の少なくとも一部を構成するように、前記導波管の長手方向に沿って配置された導電性部材と、前記導波管の長手方向の複数の箇所で前記導電性部材を流れる電流を検出する電流検出手段を有することを特徴とする、定在波測定部が提供される。

また本発明によれば、電磁波を発生させる電磁波波供給源と、電磁波を伝播させる導波管と、前記導波管から供給された電磁波を利用して所定の処理を行う波利用手段とを備えた電磁波利用装置であって、前記導波管に、前記本発明の定在波測定部を設けたことを特徴とする、電磁波利用装置が提供される。

更に、本発明によれば、内部に基板処理のためのプラズマが励起される処理容器と、前記処理容器内にプラズマ励起用のマイクロ波を供給するマイクロ波供給源と、前記マイクロ波供給源に接続された、複数のスロットが開口された導波管と、前記スロットから放出されたマイクロ波をプラズマに伝播させる誘電体板とを備えたプラズマ処理装置であって、前記導波管内に生じる定在波を測定するための、上記本発明の定在波測定部を備えることを特徴とする、プラズマ処理装置が提供される。

このプラズマ処理装置において、更に、前記導波管内に伝播させるマイクロ波の波長を制御するに波長制御定機構を備えていても良い。その場合、前記導波管は例えば方形導波管であり、前記波長制御機構は、前記方形導波管の狭壁面を、前記導波管内におけるマイクロ波の伝播方向に対して垂直に移動させる構成である。

また、本発明によれば、導波管内に伝播させたマイクロ波を、前記導波管に開口させた複数のスロットから放出させて誘電体板に伝播させ、処理容器内にプラズマを励起させて基板処理を行うプラズマ処理方法であって、前記導波管の長手方向に対する、前記導波管の管壁の少なくとも一部を構成する導電性部材の温度の分布を検出し、前記温度分布に基づいて定在波を測定し、前記測定された定在波に基づいて、前記導波管内に伝播させるマイクロ波の波長を制御することを特徴とする、プラズマ処理方法が提供される。

このプラズマ処理方法において、例えば前記導波管が方形導波管であり、前記方形導波管の狭壁面を、前記導波管内におけるマイクロ波の伝播方向に対して垂直に移動させることにより、前記導波管内に伝播させるマイクロ波の波長を制御するようにしても良い。その場合、例えば、前記導波管内に生じる定在波の腹部分を前記スロットに一致させるように、前記導波管内に伝播させるマイクロ波の波長を制御することができる。

本発明の定在波測定部および測定方法によれば、導波管の長手方向に対する、導波管の管壁の少なくとも一部を構成する導電性部材の温度を検出することにより、定在波を測定することが可能となる。導波管の長手方向に対する導電性部材の温度分布は、導波管の長手方向に沿って複数配列した温度センサ、導波管の長手方向に沿って移動する温度センサ、もしくは、赤外線カメラによって、正確に測定することができる。そして、測定した定在波の周期に基づいて、管内波長や、その周波数、定在波比、伝搬定数、減衰定数、位相定数等を知ることができる。さらに、導波管に接続された負荷の反射係数、インピーダンス等を知ることができる。

また、本発明のプラズマ処理装置および測定方法によれば、測定された定在波の周期に基づいて導波管内に伝播させるマイクロ波の波長を制御することにより、マイクロ波の波長λｇの半分の間隔（λｇ／２）をスロット同士の間隔（λｇ’／２）に一致させて両者のずれを解消し、複数の各スロットから誘電体を通して処理室内に効率良くマイクロ波を伝播させることができるようになる。

以下、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態にかかる定在波測定部２００を備えた導波管の斜視図である。この定在波測定部２００は、電磁波としてのマイクロ波を伝播させる方形導波管２０１内に生じる定在波の分布を測定するものとして構成されている。図２は、定在波測定部２００を説明するための方形導波管２０１の平面図である。図３は、図２におけるＡ−Ａ断面図である。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図示の方形導波管２０１は、上下面がＥ面（狭壁面）であり、左右の側面がＨ面（広壁面）に構成されている。方形導波管２０１の２つのＥ面（狭壁面）のうち、上面は板状の導電性部材２０２により構成され、他の面（下面および左右の側面）は、アルミニウムの金属壁２０３により構成されている。なお、導電性部材２０２と金属壁２０３は、電気的に短絡されている。導電性部材２０２の厚さは例えば０．１ｍｍ、材質は例えばステンレススチールである。導電性部材２０２の上部には、プリント基板２０４が設けられている。プリント基板２０４には、基板を貫通する複数のスルーホール２０５が、導電性部材２０２の中心線に沿って、方形導波管２０１の長手方向に直列に等間隔（４ｍｍ間隔）に設けられている。プリント基板２０４と導電性部材２０２は、スルーホール２０５内に充填された半田２０６によって熱的に接続されている。この接続部において、導電性部材２０２表面には金メッキ２０７が施されており、確実に半田２０６で接続されるようになっている。

プリント基板２０４の上面には、各々のスルーホール２０５の近傍に、温度センサとしてのサーミスタ２０８が配置されている。半田２０６で充填されたスルーホール２０５は、導電性部材２０２の温度をサーミスタ２０８に伝達させる熱伝達路となっており、方形導波管２０１内を伝播するマイクロ波のエネルギによって導電性部材２０２に電流が流れると、その電流の大きさに応じて導電性部材２０２が発熱し、その発熱した熱が各スルーホール２０５を通ってプリント基板２０４上面の各サーミスタ２０８に伝熱するようになっている。これにより、各サーミスタ２０８の抵抗値が変化し、方形導波管２０１の長手方向における導電性部材２０２の温度分布を電気的に検出するようになっている。

本実施の形態においては、サーミスタ２０８として、温度係数が負のＮＴＣタイプでリード線がないチップ部品のものが用いられている。サイズは長さ１．６ｍｍ、幅０．８ｍｍ、高さ０．８ｍｍである。このように、温度センサとして小型のチップ部品（サーミスタ２０８）を用いることにより、温度計測点（スルーホール２０５の位置）間のピッチを狭くすることができるため、方形導波管２０１の長手方向における導電性部材２０２の温度分布をより細かく測定することが可能である。さらに、温度センサ（サーミスタ２０８）の熱容量が小さく抑えられるため、応答時間を短縮することができる。

なお、温度センサとしてサーミスタ２０８を説明したが、測温抵抗体や熱電対を温度センサに用いてもよい。また、ダイオード、バイポーラトランジスタ、接合型電界効果トランジスタ、ペルチェ素子、温度計測用ＩＣ等を温度センサに用いてもよい。この場合、ｐｎ接合のビルトイン電圧が温度によって変化する現象を利用することにより、電気信号から温度が換算される。

サーミスタ２０８は、２つの電極２０９、２１０を備えている。一方の電極２０９は、スルーホール２０５および導電性部材２０２を介してグランドに電気的に接続されており、もう一方の電極２１０は、プリント基板２０４上に形成された銅の配線パターン２１１、コネクタ２１２およびケーブル２１３を介して計測回路２１４に電気的に接続されている。

サーミスタ２０８から配線パターン２１１を通して熱が外部に流出すると、サーミスタ２０８の温度が低下して測定温度が不正確になる。このため、配線パターン２１１の少なくとも一部には、配線を介する熱の伝達を抑制する熱伝達抑制部を形成しておく。図示の例では、配線パターン２１１全体をなるべく細く長い経路として熱伝達を抑制した形状とすることにより熱伝達抑制部を形成し、サーミスタ２０８から配線パターン２１１を通して流出する熱を抑制している。配線パターン２１１の熱抵抗は、配線の長さに比例し、幅に反比例する。熱抵抗の大きな細く長い配線パターンを限られた基板上のスペースに配置するために、配線パターン２１１はＳ字連結状等に形成することが望ましい。なお、必ずしも配線パターン２１１全体を熱伝達抑制部に形成する必要はなく、例えば配線パターン２１１の一部を、熱の伝達を抑制可能な形状にしても良い。

金属壁２０３の左右の側面（広壁面）の上部には、温調機構としての熱媒流路２１７が形成されている。この熱媒流路２１７に一定温度の温調水を流すことにより、導電性部材２０２の周囲の温度が調節され、導電性部材２０２の周囲の温度が一定に保たれるようになっている。また、プリント基板２０４が収納されている空間は、シールド２１８で覆われており、外部からのノイズ進入を抑制している。

図４に、方形導波管２０１内を伝播する電磁波（マイクロ波）の基本モードであるＴＥ₁₀モードの、ある瞬間における電磁界分布を示す。方形導波管２０１の内部においては、Ｅ面（狭壁面）に平行で導波管２０１の長手方向２２０に垂直な電界Ｅが２つのＨ面（広壁面）間にかかり、Ｈ面に平行で電界Ｅと直行する渦巻状の磁界Ｈが形成される。また、Ｅ面の内側には、導波管長手方向２２０に垂直なＥ面電流Ｉが流れる。電界Ｅが最大の位置においてＥ面電流Ｉは０となり、逆に電界Ｅが０の位置においてＥ面電流Ｉは最大となる。このような導波管内の電磁界は、その分布形状を維持したまま時間の経過とともに導波管長手方向２２０に進んでいく。

一般に、導波管内には入射波と、それと逆向きに伝播する反射波が存在し、入射波と反射波の干渉により定在波が生じる。例えば図５に示すように、導波管３００内に、角周波数ωの電源３０１が接続されると、入射波は電源３０１から負荷３０２側に向かい、負荷３０２で反射係数Γで反射して導波管３００内には定在波が形成される。導波管３００の損失が無視できるほど小さい場合、入射波によるＥ面電流は、Ａｅ^jβｚと表される。ここで、Ａは入射波によるＥ面電流の振幅であり、複素数である。βは位相定数であり、管内波長λgと次の式（２）の関係にある。

β＝２π／λg （２）

一方、反射波によるＥ面電流は、入射波と反射係数の積であり、ΓＡｅ^−jβｚと表される。反射係数Γの位相角をφとおくと、反射係数Γは、次の式（３）のように書ける。

Γ＝|Γ|ｅ^jφ （３）

結局、入射波と反射波の代数和によるＥ面電流Ｉは、次の式（４）となる。

Ｉ＝Ａｅ^jβｚ（１＋|Γ|ｅ^{j（φ−２βｚ）}） （４）

（４）式より、定在波の振幅は次の式（５）となる。

|Ｉ|＝|Ａ||１＋|Γ|ｅ^{j（φ−２βｚ）}| （５）

図６に、Ｅ面電流の定在波の様子を示す。Ｅ面電流の定在波は、管内波長λgの１／２（即ちλg／２）を周期として周期的に増減を繰り返す。すなわち、管内波長λgは、定在波の隣り合う節間、或いは腹間の間隔が分かれば、それを２倍することによって求めることができる。（なお、後述するプラズマ処理装置１などにおいては、導波管内から出るマイクロ波や、外部から導波管内に入る反射波などの影響により、管内波長λgの半分（λg／２）と定在波の周期は、厳密には一致しなくなる。しかしながら、定在波の周期は、導波管内を伝播するマイクロ波の波長である管内波長λｇの半分λｇ／２とほぼ等しく、管内波長λｇの目安とすることができる。そのため、以下では、定在波の周期が管内波長λgの半分（λg／２）に等しいと仮定して説明する。）

ここで、Ｅ面電流の振幅の極大値を|Ｉ|_ｍａｘ、Ｅ面電流の振幅の極小値を|Ｉ|_ｍｉｎと表す。定在波比（ＳＷＲ）σは、次の式（６）のように定義される。

σ＝|Ｉ|_ｍａｘ／|Ｉ|_ｍｉｎ （６）

また、式（５）、（６）より、次式（７）が導かれる。

σ＝（１＋|Γ|）／（１−|Γ|） （７）

負荷３０２から|Ｉ|_ｍｉｎとなる位置までの距離をz_minとすると、反射係数Γの位相角をφは、次の式（８）と表される。

φ＝−π＋４πz_min／λg （８）

すなわち、|Ｉ|_ｍａｘと|Ｉ|_ｍｉｎとの比および|Ｉ|_ｍｉｎとなる位置が分かれば、式（６）、（７）、（８）より、定在波比（ＳＷＲ）σ、反射係数Γ（振幅と位相を含む）が求められる。負荷インピーダンスＺは、反射係数Γを用いて次の式（９）で与えられる。

Ｚ＝Ｚ_Ｈ（１＋Γ）／（１−Γ） （９）
ここで、Ｚ_Ｈは導波管３００の特性インピーダンスである。

負荷３０２への入射電力Ｐ_ｉは次の式（１０）により得られる。

Ｐ_ｉ＝|Ａ|²ａｂ／４（２ａ／λg）²Ｚ_Ｈ （１０）
ここで、ａ、ｂは、それぞれ図１に記入したようにＥ面同士の間隔、Ｈ面同士の間隔である。

さらに、反射電力Ｐ_ｒおよび透過電力Ｐ_ｔは、それぞれ次の式（１１）、（１２）で与えられる。

Ｐ_ｒ／Ｐ_ｉ＝|Γ|² （１１）
Ｐ_ｔ／Ｐ_ｉ＝（１−|Γ|²） （１２）

従って、入射電力Ｐ_ｉ、|Ｉ|_ｍａｘと|Ｉ|_ｍｉｎとの比、および|Ｉ|_ｍｉｎとなる位置が分かれば、反射電力Ｐ_ｒおよび等価電力Ｐ_ｔが求められる。また、|Ｉ|_ｍａｘおよび|Ｉ|_ｍｉｎの値が分かれば、式（１０）より入射電力Ｐ_ｉが求められる。

先に図１〜３で説明した方形導波管２０１のＥ面の内側に沿って電流Ｉが流れることにより、導電性部材２０２がジュール熱により加熱されて温度が上昇する。導電性部材２０２の温度が上昇すると、導電性部材２０２の左右端から金属壁２０３へ伝わる熱量が増加し、いずれ平衡状態に達する。このときの導電性部材２０２の温度分布を図７に示す。導電性部材２０２の温度分布は、中心線上（ｙ＝０）の位置で最も温度が高く両端で低い二次曲線となる。

導電性部材２０２の中心線上（ｙ＝０）の温度をＴ、端部（ｙ＝±ｂ／２）の温度をＴ₀とする。これらの温度差ΔＴ＝Ｔ−Ｔ₀は、次の式（１３）で与えられる。

ΔＴ＝ρｂ²Ｉ²／（４ｄδｋ） （１３）

ここで、ρ、ｄ、およびｋは、それぞれ導電性部材２０２の抵抗率、厚さ、および熱伝導率である。δは次の式（１４）で表される表皮深さである。

δ＝（２ρ／（ωμ））^１／２ （１４）

式（１３）より、温度差ΔＴはＥ面電流Ｉの二乗に比例することが分かる。従って、温度差ΔＴの極大値をΔＴ_ｍａｘ、極小値をΔＴ_ｍｉｎとすると、式（６）を用いて定在波比（ＳＷＲ）σは次の式（１５）のように表される。

σ＝（ΔＴ_ｍａｘ／ΔＴ_ｍｉｎ）^１／２ （１５）

導波管長手方向に対する導電性部材２０２の温度分布から、式（１５）を用いて定在波比σが求められる。管内波長λgは、ΔＴが極小値となる位置間の間隔、或いは極大値となる位置間の間隔を２倍することによって得られる。導波管を伝播する電磁波の周波数は、管内波長λgから求められる。また、式（７）、（８）および（１５）より、反射係数Γ（振幅と位相を含む）が得られる。温度分布から式（１０）および（１３）を用いて入射電力Ｐ_ｉが求められるが、このようにして求めた入射電力Ｐ_ｉの値の精度が足りない場合は、他の電力計測方法により計測した入射電力を用いて校正することが望ましい。入射電力Ｐ_ｉが分かれば、反射電力Ｐ_ｒおよび等価電力Ｐ_ｔは、式（１１）および（１２）より求められる。

以上は、導波管の損失が無視できるほど小さいことを仮定したが、無視できない場合には以下のようになる。ここでは、導波管の負荷側には整合負荷が接続されており、反射はないとする。Ｅ面電流Ｉは、次の式（１６）と表される。

Ｉ＝Ａｅ^γｚ＝Ａｅ^α＋ｊβ （１６）
ここで、γ＝α＋ｊβは伝播定数、αは減衰定数である。

両辺の絶対値をとると、次の式（１７）が得られる。

|Ｉ|／|Ａ|＝ｅ^α ∝（ΔＴ）^1/2 （１７）

導電性部材１０２の温度分布から、式（１７）を用いて減衰定数αが求められる。また、位相定数βは式（２）より得られる。結果として、伝播定数γを求めることができる。

以上は、方形導波管内のＴＥ_１０モードの場合について説明したが、ＴＥ_１０モード以外であっても同様の手法により各パラメータの値を求めることができる。また、導電性部材２０２の温度分布から、どの伝播モードで伝播しているかを推察することが可能である。さらに、方形導波管に限らず、円形導波管、同軸導波管、リッジ導波管など、他の導波管にも同様の計測手法を適用することができる。このように、導電性部材２０２の温度分布を測定することにより、導波管内を伝播する電磁波の管内波長、周波数、定在波比、伝播定数、減衰定数、位相定数、伝播モード、入射電力、反射電力、伝送電力が、さらに、負荷の反射係数、インピーダンスが求められる。

本実施の形態において導波管内の定在波を正確に測定するには、温度差ΔＴを正確に測ることおよび導電性部材２０２が電磁波の伝播に与える影響を小さく抑えることが不可欠である。温度差ΔＴを正確に測るために、所望のＥ面電流が流れたときに温度差ΔＴがなるべく大きくなることが望ましい。式（１３）より、温度差ΔＴは導電性部材２０２の厚さｄに反比例するため、厚さｄを薄くすれば温度差ΔＴが大きくなることが分かる。

しかし、厚さｄが式（１４）で表される電磁波の表皮深さの数倍以下にまで薄くなると、導波管を構成する壁が完全な導体壁として動作しなくなり、導波管内の電磁波の伝播に影響を与えてしまうため、厚さｄをむやみに薄くすることはできない。電磁波の伝播に与える影響の度合いは、ｅｘｐ（-ｄ/δ）で表される。一般の導波管の機械的精度や安定度は、良くて１ｐｐｍ程度であるから、ｅｘｐ（-ｄ/δ）の値が１ｐｐｍ以上であれば十分である。また、一般的な計測器において、最低でも５％以上の精度が必要であるから、ｅｘｐ（-ｄ/δ）の値が５％以下である必要がある。これらの条件から、次の式（１８）が得られる。

４＜ｄ／δ＜１４ （１８）

また、式（１４）および（１８）より、次の式（１）が得られる。

３×（２ρ／（ωμ））^１／２＜ｄ＜１４×（２ρ／（ωμ））^１／２ （１）

本実施の形態による定在波測定部２００においては、導電性部材２０２の中心線上（図７のｙ＝０の位置）の温度Ｔを測定するよう構成されている。温度差ΔＴは、この中心線上温度Ｔから、端部（ｙ＝±ｂ／２）温度Ｔ₀を減算することにより得られる。従って、基準温度である端部温度Ｔ₀が分からないと正確な計測が行えない。本実施の形態においては、図１に示したように、熱媒流路２１７を設けて、熱媒流路２１７に一定温度の温調水を流すことにより、導電性部材２０２の端部温度Ｔ₀を一定に保っている。

この端部温度Ｔ₀をあらかじめ測定するために、方形導波管２０１に電磁波が伝播していない状態において中心線上温度Ｔを各々のサーミスタ２０８により測定する。このとき、導電性部材２０２への熱の出入りはないから、中心線上温度Ｔは端部温度Ｔ₀と等しくなっている。このようにして測定された端部温度Ｔ₀を基準として、温度差ΔＴを求めることができる。このように、電磁波が伝播している状態および伝播していない状態でそれぞれ中心線上温度Ｔを測定し、それらの差分から温度差ΔＴを求めることにより、同時にサーミスタ２０８の特性ばらつきの影響が低減され、より正確に温度差ΔＴの分布を求めることができる。

熱媒流路２１７を設けることが困難な場合は、導電性部材２０２の端部温度Ｔ₀を測定するサーミスタ、測温抵抗体、ダイオード、トランジスタ、温度計測用ＩＣ、熱電対等の温度センサを別に設けてもよい。また、中心線上温度Ｔを測定する温度センサとしてサーミスタ２０８の代わりにペルチエ素子を用いて、温度差ΔＴに比例した電流、或いは電圧を直接出力するようにすれば、より単純な構造の定在波測定装置を構成することができる。

温度差ΔＴの極大値ΔＴ_ｍａｘ、極小値ΔＴ_ｍｉｎ、或いは極小値ΔＴ_ｍｉｎをとる位置を正確に求めるには、導波管長手方向に対して連続したΔＴのデータが必要である。しかしながら、本実施の形態においては、各スルーホール２０５の位置が導電性部材２０２の温度計測点になっており、温度計測点が限られている。そこで、計測回路２１３に接続されたパーソナルコンピューターにより、離散的なΔＴの測定データからフーリエ変換を用いた補間演算により連続したΔＴのデータを算出するようになっている。算出した連続したΔＴのデータから、ΔＴ_ｍａｘ、ΔＴ_ｍｉｎおよびΔＴ_ｍｉｎをとる位置が正確に求められ、これらの値から管内波長、周波数、定在波比、伝播定数、減衰定数、位相定数、伝播モード、入射電力、反射電力、伝送電力、負荷の反射係数、インピーダンスが自動的に算出されるよう構成されている。

図８は、本発明にかかる定在波測定部２００の第２の実施の形態を示す、方形導波管２０１の縦断面図である。方形導波管２０１の上側のＥ面（狭壁面）は導電性部材２０２により構成され、他の面（下面および左右の側面）は金属壁２０３により構成されている。導電性部材２０２と金属壁２０３は、電気的に短絡されている。導電性部材２０２の厚さは例えば０．１ｍｍ、材質は例えばステンレススチールである。導電性部材２０２の上部には、温度センサとしての４個の赤外線センサ２３０が、導電性部材２０２の中心線上に等間隔に配置されている。導電性部材２０２と赤外線センサ２３０との間には、２ｍｍの隙間があけられている。各々の赤外線センサ２３０は、連結板２３１で連結されている。連結板２３１には、２本の支持棒２３２が備えられており、支持棒２３２により保持されている。支持棒２３２を導波管長手方向に往復移動させる機構（図示せず）が備えられており、連結板２３１とともに赤外線センサ２３０を導波管長手方向に往復移動させることが可能である。

方形導波管２０１内を伝播するマイクロ波のエネルギによって導電性部材２０２に電流が流れると、その電流の大きさに応じて導電性部材２０２が発熱し、温度が上昇する。導電性部材２０２の表面からは、その温度に応じた赤外線が放出される。その赤外線を赤外線センサ２３０が受光し電気信号に変換することにより、導電性部材２０２の温度を電気的に検出するようになっている。複数の赤外線センサ２３０を導波管長手方向に移動させながら温度計測を行うことによって、方形導波管２０１の長手方向に対する導電性部材２０２の温度分布を測定することが可能である。第１の実施の形態と同様の手法により、導電性部材２０２の温度分布から、導波管内を伝播する電磁波（マイクロ波）の管内波長、周波数、定在波比、伝播定数、減衰定数、位相定数、伝播モード、入射電力、反射電力、伝送電力が求められ、さらに、負荷の反射係数、インピーダンスが求められる。

赤外線センサ２３０が備えられている空間は、外部から赤外線が入らないよう、遮光カバー２３５および、支持棒カバー２３６で覆われている。これらの内面には、赤外線を吸収する黒色のコーディングが施してある。また、導電性部材２０２の赤外線センサ２３０側の面（上面）にも、黒色のコーディングが施してある。このように赤外線を吸収する黒色のコーディングを施すことにより、赤外線の乱反射を防止し、より確実に導電性部材２０２の温度を計測できるようになっている。なお、本実施の形態においては、コーティングを施したが、赤外線を吸収する黒色のフィルム等を貼り付けても同様の効果が得られる。

図８に示した実施の形態においては、４個の赤外線センサ２３０を用いたが、単一であってもよいし４個以外の複数でもよい。

なお、図１、８等では、導電性部材２０２として無垢の平板を示したが、導電性部材２０２はそれに限定されない。例えば図９に示すように、導電性部材２０２として、方形導波管２０１の長手方向に対して直交する方向に伸びる導電部２４０を所定の等間隔で並列に配置した構成でも良い。このように方形導波管２０１の長手方向に複数の導電部２４０を並列に配置した構成によれば、方形導波管２０１の長手方向２２０において、各導電部２４０の温度を互いに干渉させずに正確に検出できるといった利点がある。

また、例えば、導電性部材２０２として、図１０に示すようなメッシュ状の構成、図１１に示すように多数の円孔２４１が形成されたパンチングメタル状の構成などでも良い。図１０に示すようなメッシュ状の構成もしくは図１１に示すようなパンチングメタル状の構成の導電性部材２０２を用いることにより、無垢の平板よりも電気抵抗が大きく熱伝導が小さくなるため、比較的厚さが厚くても導電性部材２０２の中心線上と端部の温度差ΔＴを大きくとることが可能になる。

第１および第２の実施の形態においては、導電性部材２０２としてステンレススチール板を用いたが、銅、アルミニウム、鉄、真鍮、ニッケル、クロム、金、銀、白金、タングステン等の板、或いはメッシュ等であってもよい。また、方形導波管２０１は単純な直管であるが、Ｈ面やＥ面にはスロット等が形成されていてもよい。これにより、スロット等が存在する場合の方形導波管２０１内の管内波長や伝播定数、伝播モード等を計測することができる。また、赤外線カメラを用いて、導電性部材２０２の温度分布を測定してもよい。

次に、本発明の実施の形態を、プラズマ処理の一例であるＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）処理を行うプラズマ処理装置１に基づいて説明する。図１２は、本発明の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１の概略的な構成を示した縦断面図（図１３中のＸ−Ｘ断面）である。図１３は、このプラズマ処理装置１が備える蓋体３の下面図である。図１４は、蓋体３の部分拡大縦断面図（図１３中のＹ−Ｙ断面）である。

このプラズマ処理装置１は、上部が開口した有底立方体形状の処理容器２と、この処理容器２の上方を塞ぐ蓋体３を備えている。処理容器２の上方を蓋体３で塞ぐことにより、処理容器２の内部には密閉空間である処理室４が形成されている。これら処理容器２と蓋体３は導電性を有する非磁性材料、例えばアルミニウムからなり、いずれも電気的に接地された状態になっている。

処理室４の内部には、基板として例えばガラス基板（以下「基板」という）Ｇを載置するための載置台としてのサセプタ１０が設けられている。このサセプタ１０は例えば窒化アルミニウムからなり、その内部には、基板Ｇを静電吸着すると共に処理室４の内部に所定のバイアス電圧を印加させるための給電部１１と、基板Ｇを所定の温度に加熱するヒータ１２が設けられている。給電部１１には、処理室４の外部に設けられたバイアス印加用の高周波電源１３がコンデンサなどを備えた整合器１４を介して接続されると共に、静電吸着用の高圧直流電源１５がコイル１６を介して接続されている。ヒータ１２には、同様に処理室４の外部に設けられた交流電源１７が接続されている。

サセプタ１０は、処理室４の外部下方に設けられた昇降プレート２０の上に、筒体２１を介して支持されており、昇降プレート２０と一体的に昇降することによって、処理室４内におけるサセプタ１０の高さが調整される。但し、処理容器２の底面と昇降プレート２０との間には、べローズ２２が装着してあるので、処理室４内の気密性は保持されている。

処理容器２の底部には、処理室４の外部に設けられた真空ポンプなどの排気装置（図示せず）によって処理室４内の雰囲気を排気するための排気口２３が設けられている。また、処理室４内においてサセプタ１０の周囲には、処理室４内におけるガスの流れを好ましい状態に制御するための整流板２４が設けられている。

蓋体３は、蓋本体３０の下面にスロットアンテナ３１を一体的に形成し、更にスロットアンテナ３１の下面に、複数枚のタイル状の誘電体３２を取り付けた構成である。蓋本体３０及びスロットアンテナ３１は、例えばアルミニウムなどの導電性材料で一体的に構成され、電気的に接地状態である。図１２に示すように処理容器２の上方を蓋体３によって塞いだ状態では、蓋本体３０の下面周辺部と処理容器２の上面との間に配置されたＯリング３３と、後述する各スロット７０の周りに配置されたＯリング（Ｏリングの配置位置を図１５中に一点鎖線７０’で示す）によって、処理室４内の気密性が保持されている。

蓋本体３０の内部には、断面形状が矩形状の方形導波管３５が複数本水平に配置されている。この実施の形態では、何れも直線上に延びる６本の方形導波管３５を有しており、各方形導波管３５同士が互いに平行となるように並列に配置されている。各方形導波管３５の断面形状（矩形状）の長辺方向（広壁面）がＨ面で垂直となり、短辺方向（狭壁面）がＥ面で水平となるように配置されている。なお、長辺方向と短辺方向をどのように配置するかは、モードによって変る。また各方形導波管３５の内部は、例えばフッ素樹脂（例えばテフロン（登録商標））の誘電部材３６がそれぞれ充填されている。なお、誘電部材３６の材質は、フッ素樹脂の他、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３、石英などの誘電材料も使用できる。

処理室４の外部には、図１３に示されるように、この実施の形態では３つのマイクロ波供給装置（電源）４０が設けられており、各マイクロ波供給装置４０からは、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波が、蓋本体３０の内部に設けられた２本ずつの方形導波管３５に対してそれぞれ導入されるようになっている。各マイクロ波供給装置４０と２本ずつの各方形導波管３５との間には、２本の方形導波管３５に対してマイクロ波を分配して導入させるためのＹ分岐管４１がそれぞれ接続してある。

図１２に示されるように、蓋本体３０の内部に形成された各方形導波管３５の上部は蓋本体３０の上面において開口しており、そのように開口した各方形導波管３５の上方から、各方形導波管３５内に上面部材４５が昇降自在に挿入されている。この上面部材４５も導電性を有する非磁性材料、例えばアルミニウムで構成される。

一方、蓋本体３０の内部に形成された各方形導波管３５の下面は、蓋本体３０の下面に一体的に形成されたスロットアンテナ３１を構成している。上述のように、断面形状が矩形状に形成された各方形導波管３５内面の短辺方向がＥ面であるので、方形導波管３５の内部に臨んでいるこれら上面部材４５の下面とスロットアンテナ３１の上面がＥ面となっている。蓋本体３０の上方には、方形導波管３５の上面部材４５を、水平な姿勢を保ったまま方形導波管３５の下面（スロットアンテナ３１）に対して昇降移動させる昇降機構４６が、各方形導波管３５毎に設けられている。

図１４に示すように、方形導波管３５の上面部材４５は、蓋本体３０の上面を覆うように取付けられたカバー体５０内に配置される。カバー体５０の内部には、方形導波管３５の上面部材４５を昇降させるために充分な高さを持った空間が形成されている。カバー体５０の上面には、一対のガイド部５１とガイド部５１同士の間に配置された昇降部５２が配置されており、これらガイド部５１と昇降部５２によって方形導波管３５の上面部材４５を水平な姿勢を保ちながら昇降移動させる昇降機構４６が構成されている。

方形導波管３５の上面部材４５は、各ガイド部５１に設けられた一対のガイドロッド５５と、昇降部５２に設けられた一対の昇降ロッド５６を介して、カバー体５０の上面から吊下げられている。昇降ロッド５６はネジで構成されており、昇降ロッド５６の下端を、上面部材４５の上面に形成されたネジ孔５３にネジ係合（螺合）させることにより、カバー体５０の内部において、方形導波管３５の上面部材４５を落下させずに支持している。

ガイドロッド５５の下端には、ストッパー用のナット５７が取付けてあり、このナット５７を方形導波管３５の上面部材４５の内部に形成された孔部５８内で締め付けて固定することにより、上面部材４５の上面に一対のガイドロッド５５が垂直に固定された状態になっている。

これらガイドロッド５５と昇降ロッド５６の上端は、カバー体５０の上面を貫通し、上方に突出している。ガイド部５１において突出しているガイドロッド５５の上端は、カバー体５０の上面に固定されたガイド６０内を貫通し、ガイド６０内においてガイドロッド５５が垂直方向にスライド移動できるようになっている。こうしてガイドロッド５５が垂直方向にスライド移動することにより、方形導波管３５の上面部材４５は常に水平姿勢に保たれ、方形導波管３５のＥ面同士（上面部材４５と下面（スロットアンテナ３１の上面））が常に平行となる。

一方、昇降部５２において突出している昇降ロッド５６の上端には、タイミングプーリ６１が固定されている。このタイミングプーリ６１がカバー体５０の上面に載っていることにより、昇降ロッド５６の下端にネジ係合（螺合）している上面部材４５が、カバー体５０の内部において落下せずに支持されている。

一対の昇降ロッド５６に取り付けられたタイミングプーリ６１同士は、タイミングベルト６２によって同期回転するようになっている。また、昇降ロッド５６の上端部には、回転ハンドル６３が取り付けられている。この回転ハンドル６３を回転操作することにより、一対の昇降ロッド５６をタイミングプーリ６１およびタイミングベルト６２を介して同期回転させ、これによって、昇降ロッド５６の下端にネジ係合（螺合）している上面部材４５が、カバー体５０の内部において昇降するようになっている。

かかる昇降機構４６にあっては、回転ハンドル６３を回転操作することによって、方形導波管３５の上面部材４５をカバー体５０の内部において昇降移動させることができ、その際、ガイド部５１に設けられたガイドロッド５５がガイド６０内を垂直方向にスライド移動するので、方形導波管３５の上面部材４５は常に水平姿勢に保たれ、Ｅ面同士（方形導波管３５の上面部材４５と下面（スロットアンテナ３１の上面））は常に平行となる。

上述のように、方形導波管３５の内部には誘電部材３６が充填されているので、方形導波管３５の上面部材４５は、誘電部材３６の上面に接する位置まで下降することができる。そして、このように誘電部材３６の上面に接する位置を下限として、方形導波管３５の上面部材４５をカバー体５０の内部で昇降移動させることにより、Ｅ面同士の幅ａ（方形導波管３５の下面（スロットアンテナ３１の上面）に対する方形導波管３５の上面（上面部材４５の下面）の高さ）を任意に変えることが可能である。なお、カバー体５０の高さは、後述するように処理室４内で行われるプラズマ処理の条件に応じて方形導波管３５の上面部材４５を昇降移動させる際に、上面部材４５を充分な高さにまで移動させることができるように設定される。

上面部材４５は、例えばアルミニウムなどの導電性の非磁性材料からなり、上面部材４５の周面部には、蓋本体３０に対して電気的に導通させるためのシールドスパイラル６５が取り付けてある。このシールドスパイラル６５の表面には、電気抵抗下げるために例えば金メッキなどが施されている。したがって、方形導波管３５の内壁面全体は互いに電気的に導通した導電性部材で構成されており、方形導波管３５の内壁面全体に沿って放電せずに電流が円滑に流れるように構成されている。

上面部材４５には、方形導波管３５の内部において発生する定在波の分布を測定する定在波測定部２００が３箇所に取り付けてある。上面部材４５には、これら定在波測定部２００を挿入させる凹部６６が形成されており、各定在波測定部２００を凹部６６にそれぞれ配置させることにより、定在波測定部２００の下面（導電性部材２０２）が上面部材４５の下面とほぼ同一の高さになるように設定されている。

定在波測定部２００は、先に図１〜１１で説明した構成を有しており、方形導波管３５のＥ面の少なくとも一部を構成するように、方形導波管３５の長手方向に沿って配置された導電性部材２０２を配置し、方形導波管３５の長手方向に対する導電性部材２０２の温度変化を、方形導波管３５の外側において検出する温度変化検出手段を有している。そして、温度変化検出手段は、例えば方形導波管３５の長手方向に沿って配置された複数のサーミスタ２０８によって、方形導波管３５の長手方向に対する導電性部材２０２の温度変化を検出することにより、定在波の隣り合う節間、或いは腹間の間隔を求め、更に、管内波長λgを測定することが可能である。

図１２に示すように、スロットアンテナ３１を構成する各方形導波管３５の下面には、透孔としての複数のスロット７０が、各方形導波管３５の長手方向に沿って等間隔に配置されている。この実施の形態では、各方形導波管３５毎に１２個ずつ（Ｇ５相当）のスロット７０が、それぞれ直列に並べて設けられており、スロットアンテナ３１全体で、１２個×６列＝７２箇所のスロット７０が、蓋本体３０の下面（スロットアンテナ３１）全体に均一に分布して配置されている。各スロット７０同士の間隔は、各方形導波管３５の長手方向において互いに隣接するスロット７０間が中心軸同士で例えばλｇ’／２（λｇ’は、２．４５ＧＨｚとした場合の初期設定時のマイクロ波の導波管内波長）となるように設定される。なお、各方形導波管３５に形成されるスロット７０の数は任意であり、例えば各方形導波管３５毎に１３個ずつのスロット７０を設け、スロットアンテナ３１全体で、１３×６列＝７８所のスロット７０を蓋本体３０の下面（スロットアンテナ３１）全体に均一に分布しても良い。

このようにスロットアンテナ３１の全体に均一に分布して配置された各スロット７０の内部には、例えばＡｌ_２Ｏ_３からなる誘電部材７１がそれぞれ充填されている。なお、誘電部材７１として、例えばフッ素樹脂、石英などの誘電材料を用いることもできる。また、これら各スロット７０の下方には、上述のようにスロットアンテナ３１の下面に取付けられた複数枚の誘電体３２がそれぞれ配置されている。各誘電体３２は長方形の平板状をなしており、例えば石英ガラス、ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、サファイア、ＳｉＮ、セラミックス等の誘電材料で構成される。

図１３に示されるように、各誘電体３２は、一つのマイクロ波供給装置４０に対してＹ分岐管４１を介して接続された２本の方形導波管３５を跨ぐようにそれぞれ配置される。前述のように、蓋本体３０の内部には全部で６本の方形導波管３５が平行に配置されており、各誘電体３２は、それぞれ２本ずつの方形導波管３５に対応するように、３列に配置されている。

また前述のように、各方形導波管３５の下面（スロットアンテナ３１）には、それぞれ１２個ずつのスロット７０が直列に並べて配置されており、各誘電体３２は、互いに隣接する２本の方形導波管３５（Ｙ分岐管４１を介して同じマイクロ波供給装置４０に接続された２本の方形導波管３５）の各スロット７０同士間を跨ぐように取り付けられている。これにより、スロットアンテナ３１の下面には、全部で１２個×３列＝３６枚の誘電体３２が取り付けられている。スロットアンテナ３１の下面には、これら３６枚の誘電体３２を１２個×３列に配列された状態で支持するための、格子状に形成された梁７５が設けられている。なお、各方形導波管３５の下面に形成するスロット７０の個数は任意であり、例えば各方形導波管３５の下面にそれぞれ１３個ずつのスロット７０を設け、スロットアンテナ３１の下面に、全部で１３個×３列＝３９枚の誘電体３２を配列させても良い。

ここで、図１５は、蓋体３の下方から見た誘電体３２の拡大図である。図１６は、図１５中のＸ−Ｘ線における誘電体３２の縦断面である。梁７５は、各誘電体３２の周囲を囲むように配置されており、各誘電体３２をスロットアンテナ３１の下面に密着させた状態で支持している。梁７５は、例えばアルミニウムなどの非磁性の導電性材料からなり、スロットアンテナ３１および蓋本体３０と共に電気的に接地された状態になっている。この梁７５によって各誘電体３２の周囲を支持することにより、各誘電体３２の下面の大部分を処理室４内に露出させた状態にさせている。

各誘電体３２と各スロット７０の間は、Ｏリング７０’などのシール部材を用いて、封止された状態となっている。蓋本体３０の内部に形成された各方形導波管３５に対しては、例えば大気圧の状態でマイクロ波が導入されるが、このように各誘電体３２と各スロット７０の間がそれぞれ封止されているので、処理室４内の気密性が保持されている。

各誘電体３２は、長手方向の長さＬが真空引きされた処理室４内におけるマイクロ波の自由空間波長λ＝約１２０ｍｍよりも長く、幅方向の長さＭが自由空間波長λよりも短い長方形に形成されている。マイクロ波供給装置４０で例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生させた場合、誘電体の表面を伝播するマイクロ波の波長λは自由空間波長λにほぼ等しくなる。このため、各誘電体３２の長手方向の長さＬは、１２０ｍｍよりも長く、例えば１８８ｍｍに設定される。また、各誘電体３２の幅方向の長さＭは、１２０ｍｍよりも短く、例えば４０ｍｍに設定される。

また、各誘電体３２の下面には、凹凸が形成されている。即ち、この実施の形態では、長方形に形成された各誘電体３２の下面において、その長手方向に沿って７個の凹部８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄ、８０ｅ、８０ｆ、８０ｇが直列に並べて配置されている。これら各凹部８０ａ〜８０ｇは、平面視ではいずれもほぼ等しい略長方形状をなしている。また、各凹部８０ａ〜８０ｇの内側面は、ほぼ垂直な壁面８１になっている。

各凹部８０ａ〜８０ｇの深さｄは、全てが同じ深さではなく、凹部８０ａ〜８０ｇの深さの一部もしくは、全部の深さｄが異なるように構成されている。図７に示した実施の形態では、スロット７０に最も近い凹部８０ｂ、８０ｆの深さｄが最も浅くなっており、スロット７０から最も遠い凹部８０ｄの深さｄが最も深くなっている。そして、スロット７０真下の凹部８０ｂ、８０ｆの両側に位置する凹部８０ａ、８０ｃ及び凹部８０ｅ、８０ｇは、スロット７０真下の凹部８０ｂ、８０ｆの深さｄとスロット７０から最も遠い凹部８０ｄの深さｄの中間の深さｄとなっている。

但し、誘電体３２の長手方向両端に位置する凹部８０ａ、８０ｇと２つのスロット７０の内方に位置している凹部８０ｃ、８０ｅに関しては、両端の凹部８０ａ、８０ｇの深さｄは、スロット７０の内方に位置する凹部８０ｃ、８０ｅの深さｄよりも浅くなっている。従って、この実施の形態では、各凹部８０ａ〜８０ｇの深さｄの関係は、スロット７０に最も近い凹部８０ｂ、８０ｆの深さｄ＜誘電体３２の長手方向両端に位置する凹部８０ａ、８０ｇの深さｄ＜スロット７０の内方に位置する凹部８０ｃ、８０ｅの深さｄ＜スロット７０から最も遠い凹部８０ｄの深さｄとなっている。

また、凹部８０ａと凹部８０ｇの位置での誘電体３２の厚さｔ_１と、凹部８０ｂと凹部８０ｆの位置での誘電体３２の厚さｔ_２と、凹部８０ｃと凹部８０ｅの位置での誘電体３２の厚さｔ_３は、いずれも後述するように誘電体３２の内部をマイクロ波が伝播する際に、凹部８０ａ〜８０ｃの位置におけるマイクロ波の伝播と、凹部８０ｅ〜８０ｇの位置におけるマイクロ波の伝播を、それぞれ実質的に妨げない厚さに設定される。これに対して、凹部８０ｄの位置での誘電体３２の厚さｔ_４は、後述するように誘電体３２の内部をマイクロ波が伝播する際に、凹部８０ｄの位置においてはいわゆるカットオフを生じさせ、凹部８０ｄの位置では実質的にマイクロ波を伝播させない厚さに設定される。これにより、一方の方形導波管３５のスロット７０の側に配置された凹部８０ａ〜８０ｃの位置におけるマイクロ波の伝播と、他方の方形導波管３５のスロット７０の側に配置された凹部８０ｅ〜８０ｇの位置におけるマイクロ波の伝播が、凹部８０ｄの位置でカットオフされて、お互いに干渉し合わず、一方の方形導波管３５のスロット７０から出たマイクロ波と、他方の方形導波管３５のスロット７０から出たマイクロ波の干渉が防止されている。

各誘電体３２を支持している梁７５の下面には、各誘電体２２の周囲において処理室４内に所定のガスを供給するためのガス噴射口８５がそれぞれ設けられている。ガス噴射口８５は、各誘電体２２毎にその周囲を囲むように複数箇所に形成されることにより、処理室４の上面全体にガス噴射口８５が均一に分布して配置されている。

図１２に示すように、蓋本体３０内部には所定のガス供給用のガス配管９０と、冷却水供給用の冷却水配管９１が設けられている。ガス配管９０は、梁７５の下面に設けられた各ガス噴射口８５に連通している。

ガス配管９０には、処理室４の外部に配置された所定のガス供給源９５が接続されている。この実施の形態では、所定のガス供給源９５として、アルゴンガス供給源１００、成膜ガスとしてのシランガス供給源１０１および水素ガス供給源１０２が用意され、各々バルブ１００ａ、１０１ａ、１０２ａ、マスフローコントローラ１００ｂ、１０１ｂ、１０２ｂ、バルブ１００ｃ、１０１ｃ、１０２ｃを介して、ガス配管９０に接続されている。これにより、所定のガス供給源９５からガス配管９０に供給された所定のガスが、ガス噴射口８５から処理室４内に噴射されるようになっている。

冷却水配管９１には、処理室４の外部に配置された冷却水供給源１０５から冷却水を循環供給する冷却水供給配管１０６と冷却水戻り配管１０７が接続されている。これら冷却水供給配管１０６と冷却水戻り配管１０７を通じて冷却水供給源１０５から冷却水配管９１に冷却水が循環供給されることにより、蓋本体３０は所定の温度に保たれている。

さて、以上のように構成された本発明の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１において、例えばアモルファスシリコン成膜する場合について説明する。処理する際には、処理室４内のサセプタ１０上に基板Ｇを載置し、所定のガス供給源９５からガス配管９０、ガス噴射口８５を経て所定の所定のガス、例えばアルゴンガス／シランガス／水素の混合ガスを処理室４内に供給しつつ、排気口２３から排気して処理室４内を所定の圧力に設定する。この場合、蓋本体３０の下面全体に分布して配置されているガス噴射口８５から所定のガスを噴き出すことにより、サセプタ１０上に載置された基板Ｇの表面全体に所定のガスを満遍なく供給することができる。

そして、このように所定のガスを処理室４内に供給する一方で、ヒータ１２によって基板Ｇを所定の温度に加熱する。また、図２に示したマイクロ波供給装置４０で発生させた例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波が、Ｙ分岐管４１を経て各方形導波管３５に導入され、それぞれの各スロット７０を通じて、各誘電体３２中を伝播していく。

ここで、各方形導波管３５の内部においては、マイクロ波供給装置４０から導入されたマイクロ波の入射波と反射波が干渉することにより定在波が発生し、先に図４で説明したような電界Ｅと磁界Ｈが形成される。そして、Ｅ面である方形導波管３５の上面と下面（上面部材４５の下面とスロットアンテナ３１の上面）では、方形導波管３５の長手方向２２０と直行する方向（即ち、方形導波管３５の上面と下面の幅方向）にＥ面電流Ｉが流れることになる。そして、このように方形導波管３５の上面と下面に流れるＥ面電流Ｉは、方形導波管３５の長手方向２２０において、管内波長λｇと同じ振幅で正弦波の周期で変化し、管内波長λｇの半分の長さλｇ／２の間隔で正の最大値と負の最大値を繰り返して示す。

このように方形導波管３５の上面と下面に流れるＥ面電流Ｉの方形導波管３５の長手方向３５’における周期と管内波長λｇは常に一致し、管内波長λｇが変化すれば、方形導波管３５の上面と下面に流れるＥ面電流Ｉの方形導波管３５の長手方向３５’における周期も同様に変化する関係にある。

即ち、方形導波管３５の内部を伝播するマイクロ波のエネルギによって、方形導波管３５の上面と下面において幅方向に流れるＥ面電流Ｉは、図６に示したように、管内波長λｇの半分の間隔λｇ／２の周期で、正方向（一方幅方向）の最大値と負方向（他方幅方向）の最大値を繰り返すことになる。また、方形導波管３５の内部には、マイクロ波のエネルギによって生じた定在波が、同様に間隔λｇ／２の周期で強弱を繰り返すこととなる。

一方、このようにマイクロ波供給装置４０から導入されたマイクロ波のエネルギによって、方形導波管３５の上面（上面部材４５の下面）に管内波長λｇの半分の間隔λｇ／２の周期でＥ面電流Ｉが正負方向に交互に流れることにより、定在波測定部２００に設けられた導電性部材２０２は、Ｅ面電流Ｉの大きさに応じて発熱する。この場合、導電性部材２０２を流れるＥ面電流Ｉの大きさは、導電性部材２０２の長手方向（方形導波管３５の長手方向）において間隔λｇ／２の周期で強弱を繰り返すので、導電性部材２０２の温度分布は、方形導波管３５の長手方向に対して、間隔λｇ／２の周期で温度の高低を繰り返すことになる。

一方、定在波測定部２００においては、例えば先に図１〜３等で説明した複数のサーミスタ２０８により、方形導波管３５の長手方向における各位置で、導電性部材２０２の温度が検出される。こうしてサーミスタ２０８によって検出された方形導波管３５の長手方向の各位置における導電性部材２０２の各温度が、ケーブル２１３を介して計測回路２１４に入力されて、方形導波管３５の長手方向に対する導電性部材２０２の温度分布が測定される。

こうして計測回路２１４によって検出される方形導波管３５の長手方向に対する導電性部材２０２の温度分布は、導電性部材２０２の各位置においてそれぞれに流れるＥ面電流Ｉの大きさの変化と等しくなり、温度が極大値を示した位置では、導電性部材２０２に正の最大値または負の最大値のＥ面電流Ｉが流れたことになる。こうして、定在波測定部２００の計測回路２１４では、方形導波管３５の長手方向２２０における定在波の周期（即ち、管内波長λｇの半分の間隔λｇ／２）を測定できるようになる。そして、このように検出された定在波の周期から、方形導波管３５内を伝播する実際のマイクロ波の波長（管内波長）λｇを正確に測定することが可能となる。

なお、方形導波管３５に導入されたマイクロ波を各スロット７０から各誘電体３２に伝播させる場合、各スロット７０内に例えばフッ素樹脂、Ａｌ_２Ｏ_３、石英などといった空気よりも誘電率の高い誘電部材７１が充填されているので、方形導波管３５に導入されたマイクロ波を各スロット７０から各誘電体３２に確実に伝播させることができる。

こうして、各誘電体３２中に伝播させたマイクロ波のエネルギによって、各誘電体３２の表面において処理室４内に電磁界が形成され、電界エネルギによって処理容器２内の前記処理ガスをプラズマ化することにより、基板Ｇ上の表面に対して、アモルファスシリコン成膜が行われる。この場合、各誘電体３２の下面に凹部８０ａ〜８０ｇが形成されているので、誘電体３２中を伝播したマイクロ波のエネルギによって、これら凹部８０ａ〜８０ｇの内側面（壁面８１）に対してほぼ垂直の電界を形成させ、その近傍でプラズマを効率良く生成させることができる。また、プラズマの生成箇所も安定させることができる。また、各誘電体３２の下面に形成された複数の凹部８０ａ〜８０ｇの深さｄを互いに異ならせていることにより、各誘電体３２の下面全体においてほぼ均一にプラズマを生成させることができる。また、誘電体３２の横幅を例えば４０ｍｍとしてマイクロ波の自由空間波長λ＝約１２０ｍｍよりも狭くし、誘電体３２の長手方向の長さを例えば１８８ｍｍとしてマイクロ波の自由空間波長λ管内波長λｇよりも長くしていることにより、表面波を誘電体３２の長手方向にのみ伝播させることができる。また、各誘電体３２の中央に設けられた凹部８０ｄにより、２つのスロット７０から伝播されたマイクロ波同士の干渉が防がれる。

なお、処理室４の内部では、例えば０．７ｅＶ〜２．０ｅＶの低電子温度、１０^１１〜１０^１３ｃｍ^−３の高密度プラズマによって、基板Ｇへのダメージの少ない均一な成膜が行われる。アモルファスシリコン成膜の条件は、例えば処理室４内の圧力については、５〜１００Ｐａ、好ましくは１０〜６０Ｐａ、基板Ｇの温度については、２００〜４５０℃、好ましくは２５０℃〜３８０℃が適当である。また、処理室４の大きさは、Ｇ３以上（Ｇ３は、基板Ｇの寸法：４００ｍｍ×５００ｍｍ、処理室４の内部寸法：７２０ｍｍ×７２０ｍｍ）が適当であり、例えば、Ｇ４．５（基板Ｇの寸法：７３０ｍｍ×９２０ｍｍ、処理室４の内部寸法：１０００ｍｍ×１１９０ｍｍ）、Ｇ５（基板Ｇの寸法：１１００ｍｍ×１３００ｍｍ、処理室４の内部寸法：１４７０ｍｍ×１５９０ｍｍ）であり、マイクロ波供給装置のパワーの出力については、１〜４Ｗ／ｃｍ^２、好ましくは３Ｗ／ｃｍ^２が適当である。マイクロ波供給装置のパワーの出力が１Ｗ／ｃｍ^２以上であれば、プラズマが着火し、比較的安定してプラズマを発生させることができる。マイクロ波供給装置のパワーの出力が１Ｗ／ｃｍ^２未満では、プラズマの着火がしなかったり、プラズマの発生が非常に不安定になり、プロセスが不安定、不均一となって実用的でなくなってしまう。

ここで、処理室４内で行われるこのようなプラズマ処理の条件（例えばガス種、圧力、マイクロ波供給装置のパワー出力等）は、処理の種類などによって適宜設定されるが、一方で、プラズマ処理の条件を変えることによってプラズマ生成に対する処理室４内のインピーダンスが変わると、それに伴って各方形導波管３５内を伝播するマイクロ波の波長（管内波長λｇ）も変化する性質がある。また一方で、上述したように各方形導波管３５毎にスロット７０が所定の間隔（λｇ’／２）で設けられているため、プラズマ処理の条件によってインピーダンスが変わり、それによって管内波長λｇが変化すると、スロット７０同士の間隔（λｇ’／２）と、定在波の腹部分の間隔（管内波長λｇの半分の距離（λｇ／２））とが一致しなくなってしまう。その結果、各方形導波管３５の長手方向に沿って並べられた複数の各スロット７０に定在波の腹部分が一致しなくなり、各スロット７０から処理室４上面の各誘電体３２に効率良くマイクロ波を伝播できなくなってしまう。

しかるに、本発明の実施の形態にあっては、上述のように上面部材４５に取り付けた定在波測定部２００において、各サーミスタ２０８で電気的に検出した導電性部材２０２の温度変化に基づいて、計測回路２１４により、方形導波管３５の長手方向２２０における定在波の周期λｇ／２が求められ、方形導波管３５内を伝播する実際のマイクロ波の波長（管内波長）λｇが正確に測定される。そして、計測回路２１４は、こうして測定した定在波の周期λｇ／２と、スロット７０同士の間隔（λｇ’／２）とを比較することにより、スロット７０同士の間隔（λｇ’／２）と、定在波の腹部分の間隔とが一致しなくなった事態を即座に検出することができる。

また、本発明の実施の形態にあっては、そのように、スロット７０同士の間隔（λｇ’／２）と、定在波の腹部分の間隔とが一致しなくなったことが検出された場合は、Ｅ各方形導波管３５の上面部材４５を下面（スロットアンテナ３１の上面）に対して昇降移動させることにより、管内波長λｇを修正し、各スロット７０に定在波の腹部分を一致させることが可能である。

なお、上面部材４５の昇降移動は、昇降機構４６の回転ハンドル６３を回転操作することによって容易に行うことができる。例えば、処理室４内のプラズマ処理条件によって管内波長λｇが短くなった場合は、昇降機構４６の回転ハンドル６３を回転操作することによって、方形導波管３５の上面部材４５をカバー体５０の内部において下降させる。このように、Ｅ面同士の間隔ａ（各方形導波管３５の下面に対する上面部材４５の高さ）が下がると、管内波長λｇが長くなるように変化する。また逆に、処理室４内のプラズマ処理条件によって管内波長λｇが長くなった場合は、昇降機構４６の回転ハンドル６３を回転操作することによって、方形導波管３５の上面部材４５をカバー体５０の内部において上昇させる。このように、Ｅ面同士の間隔ａ（各方形導波管３５の下面に対する上面部材４５の高さ）上がると、管内波長λｇが短くなるように変化する。こうして、Ｅ面同士の間隔ａを適宜変化させることによって、定在波の腹部分同士の間隔（λｇ／２）とスロット同士の間隔（λｇ’／２）を一致させることができる。その結果、方形導波管３５の下面に形成した複数の各スロット７０から処理室４上面の各誘電体３２に効率良くマイクロ波を伝播させることができるようになり、基板Ｇの上方全体に均一な電磁界を形成でき、基板Ｇの表面全体に均一なプラズマ処理を行うことが可能になる。マイクロ波の管内波長λｇを変化させることにより、プラズマ処理の条件毎にスロット７０同士の間隔を変化させる必要がなくなるので、設備コストを低減でき、更に、同じ処理室４内で種類の異なるプラズマ処理を連続してすることも可能となる。なお、このように検出された定在波の周期に応じて上面部材４５を昇降させる動作は、手動で行っても良いが、公知の自動制御の手法によって、定在波の周期の変化に応じて上面部材４５を自動的に昇降させる制御部を設けて行っても良い。

加えて、この実施の形態のプラズマ処理装置１によれば、処理室４の上面にタイル状の誘電体３２を複数枚取り付けていることにより、各誘電体３２を小型化かつ軽量化することができる。このため、プラズマ処理装置１の製造も容易かつ低コストとなり、基板Ｇの大面化に対しての対応力を向上させることができる。また、各誘電体３２毎にスロット７０がそれぞれ設けてあり、しかも各誘電体３２一つ一つの面積は著しく小さく、かつ、その下面には凹部８０ａ〜８０ｇが形成されているので、各誘電体３２の内部にマイクロ波を均一に伝播させて、各誘電体３２の下面全体でプラズマを効率良く生成させることができる。そのため、処理室４内の全体で均一なプラズマ処理を行うことができる。また、誘電体３２を支持する梁７５（支持部材）も細くできるので、各誘電体３２の下面の大部分が処理室４内に露出することとなり、処理室４内に電磁界を形成させる際に梁７５がほとんど邪魔とならず、基板Ｇの上方全体に均一な電磁界を形成でき、処理室４内に均一なプラズマを生成できるようになる。

また、この実施の形態のプラズマ処理装置１のように誘電体３２を支持する梁７５に処理ガスを供給するガス噴射口８５を設けても良い。また、この実施の形態で説明したように、梁７５を例えばアルミニウムなどの金属で構成すれば、ガス噴射口８５等の加工が容易である。

以上、本発明の好ましい実施の形態の一例を説明したが、本発明はここに示した形態に限定されない。以上では、管内波長λgの半分（λg／２）と定在波の周期が等しいと仮定して説明したが、先にも説明したとおり、プラズマ処理装置１においては、スロット７０を通じて処理室４内に伝播していくマイクロ波の影響や、スロット７０を通じて処理室４から方形導波管３５内に入ってくる反射波の影響などにより、定在波の周期は、管内波長λgの半分（λg／２）と厳密には一致しなくなる。しかしながら、定在波の周期は、導波管内を伝播するマイクロ波の波長である管内波長λｇの半分λｇ／２とほぼ等しく、管内波長λｇの目安とすることができる。このため、定在波の周期が管内波長λgの半分（λg／２）に実質的に等しいと見なせる場合は、以上の仮定に従って管内波長λｇを制御することにより、方形導波管３５下面の各スロット７０から各誘電体３２に効率良くマイクロ波を伝播させることができるようになる。また一方、定在波の周期が管内波長λgの半分（λg／２）に実質的に等しいと見なせない場合は、予め定在波の周期と管内波長λgの関係を調べておくことにより、同様に、定在波の周期を目安として、管内波長λｇを制御することが可能となる。

また、例えば、温度センサの一例としてサーミスタ２０８を示したが、その他、測温抵抗体、熱電対、サーモラベル等の温度センサを用いても良い。また例えば、赤外線センサーを複数並べて導波管から放射される赤外線を測定して温度を間接的に測定しても良い。また例えば、赤外線センサーを導波管の長手方向に沿って移動させて温度分布を間接的に測定しても良い。更に、サーモビュア等の赤外線カメラを用いて温度を間接的に測定しても良い。

また、以上では、導波管長手方向に対する導電性部材２０２の温度分布に基づいて定在波の周期を測定しているが、図４で説明したように、方形導波管２０１の内部においては、Ｅ面（狭壁面）の内側に、導波管長手方向２２０に垂直なＥ面電流Ｉが流れ、電界Ｅが最大の位置においてＥ面電流Ｉは０となり、逆に電界Ｅが０の位置においてＥ面電流Ｉは最大となる。そこで、導電性部材２０２において導波管長手方向に対して垂直に流れる電流を検出し、導波管長手方向に対する電流の分布に基づいて、定在波を測定することも可能である。

なお、図示したプラズマ処理装置１の実施の形態のように方形導波管３５の断面形状（矩形状）の長辺方向をＨ面で垂直とし、短辺方向をＥ面で水平とするように配置すれば、各方形導波管３５同士の隙間を広くできるので、例えばガス配管９０や冷却水配管９１の配置がしやすく、また、方形導波管３５の本数を更に増やしやすい。

以上の実施の形態では、プラズマ処理の一例であるアモルファスシリコン成膜を行うものについて説明したが、本発明は、アモルファスシリコン成膜の他、酸化膜成膜、ポリシリコン成膜、シランアンモニア処理、シラン水素処理、酸化膜処理、シラン酸素処理、その他のＣＶＤ処理の他、エッチング処理にも適用できる。

（実施例１）
図１２等で説明した本発明の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１において、基板Ｇの表面にＳｉＮ成膜処理を行うに際し、方形導波管３５の上面部材４５の高さａを変え、方形導波管３５内の電界Ｅの位置の変化と処理室４内に生成されるプラズマへの影響を調べた。なお、実施例１では、プラズマ処理装置１の処理室４の内径を７２０ｍｍ×７２０ｍｍとし、サセプタ１０上に４００ｍｍ×５００ｍｍの大きさのガラス基板Ｇを載置して実験した。

基板Ｇの表面に成膜されたＳｉＮ膜について、方形導波管３５の終端からの距離に対する膜厚Ａの変化を調べたところ、図１７を得た。図１７は、ＳｉＮ膜の膜厚（Ａ）と方形導波管３５の終端からの距離（ｍｍ）との関係を表している。プラズマ密度が大きいとＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｒａｔｅが大きくなり、その結果、ＳｉＮ膜の膜厚が厚くなるので、膜厚とプラズマ密度は比例関係にあると考えてよい。方形導波管３５の上面部材４５の高さａを７８ｍｍ、８０ｍｍ、８２ｍｍ、８４ｍｍに変化させ、各高さのときの膜厚Ａを調べたところ、ａ＝８４ｍｍの時に、方形導波管３５の終端からの距離に対する膜厚Ａの変化が最も少なくなり、基板Ｇの表面全体に均一な膜厚ＡのＳｉＮ膜を成膜できた。これに対して、ａ＝７８ｍｍ、８０ｍｍ、８２ｍｍの時は、いずれも方形導波管３５の手前側で膜厚Ａが厚くなり、方形導波管３５の終端側ほど膜厚Ａが減少している。ａ＝８４ｍｍの時以外では、定在波の腹部分同士の間隔（管内波長λｇの半分の距離）が、スロット７０が所定の間隔（λｇ’／２）に一致していないと考えられる。

方形導波管３５の上面部材４５の高さａが７８ｍｍ、８４ｍｍ近辺のときに方形導波管３５内に生じる定在波の変化を、図１８に模式的に示した。ａ＝７８ｍｍ近辺のときは、定在波の腹部分同士の間隔（λｇ／２）が比較的長くなるため、図１８（ａ）に示すように、方形導波管３５の下面（スロットアンテナ３１）に形成されたスロット７０の間隔（λｇ’／２）よりも定在波の腹部分同士の間隔が長くなった。そのため、定在波の腹部分は、方形導波管３５の始端側ほどスロット７０の位置からずれている。その影響で、方形導波管３５の終端側では、スロット７０から誘電体３２に伝播するマイクロ波が減少し、電界エネルギの不均一が生じ、プラズマが不均一になり、結果的には成膜が不均一となる。これに対して、ａ＝８４ｍｍ近辺のときは、図１８（ｂ）に示すように、方形導波管３５の下面（スロットアンテナ３１）に形成されたスロット７０の位置に定在波の腹部分がほぼ一致した。このため、処理室４内において方形導波管３５の長さ方向に渡って均一なプラズマが生成され、膜厚もほぼ均一となった。このように、方形導波管３５の上面部材４５の高さａを変え、方形導波管３５内を伝播するマイクロ波の実際の管内波長λｇを調節することで、定在波の腹部分をスロット７０の位置に一致させ、処理室４上面の誘電体３２に効率良くマイクロ波を伝播できることが分かった。

（実施例２）
図１２等で説明した本発明の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１において、基板Ｇの表面にアモルファスＳｉ成膜処理を行った。その際、方形導波管３５の上面に長手方向２２０に沿って適当な間隔で３つの定在波測定部２００を取り付けて、それら定在波測定部２００において定在波の腹部分の間隔をそれぞれ検出した。また、方形導波管３５のＥ面同士の間隔（上面部材４５の高さ）ａを８２ｍｍの基準高さに対してｄａ＝−４ｍｍ、＋２ｍｍ、＋５ｍｍ、＋８ｍｍ、＋１２ｍｍずつ変化させた。

先ず、３つの定在波測定部２００における各導電性部材２０２の温度変化と方形導波管３５の終端からの距離の関係を調べたところ、図１９に示すように、ｄａが何れの場合も、方形導波管３５の終端からの距離に対して各導電性部材２０２の温度がほぼ正弦波の形で周期的に変化し、ほぼ一定の間隔でピーク温度を示していた。但し、ピーク温度を示す位置（方形導波管３５の終端からの距離）は、各ｄａの場合、互いに一致せず、各ｄａごとにピーク温度を示す間隔がずれていた。

一方、先に図４等で説明したように、方形導波管３５内に生じた定在波の影響によって、導電性部材２０２において幅方向に流れるＥ面電流Ｉは、管内波長λｇの半分の間隔λｇ／２の周期で、正方向の最大値＋Ｉと負方向の最大値−Ｉを繰り返す。このため、定在波測定部２００の計測回路２１４で検出される温度変化の周期（定在波の腹部分同士の間隔）は、この管内波長λｇの半分の間隔λｇ／２に一致する。従って、この計測回路２１４で検出された定在波の腹部分同士の間隔を２倍すれば、管内波長λｇとほぼ等しくなると予想される。

そこで、各ｄａの時に各定在波測定部２００で検出された定在波の腹部分同士の間隔を２倍して求めた管内波長λｇ（実測値）を、図２０に示した。なお、各ｄａに対して、ピーク温度を示す間隔がずれており、図２０では、横軸をｄａ、縦軸を管内波長λｇとして、両者の関係を示した。温度変化の周期から求めた管内波長λｇ（実測値）は、ｄａが大きくなると減少する傾向を示した。

また、各ｄａの場合において、管内波長λｇの理論値を、図２０中にあわせて記入した。両者（実測値と理論値）はほぼ一致していた。これにより、導電性部材２０２の温度変化から管内波長λｇを測定できることが実証された。

本発明は、例えばＣＶＤ処理、エッチング処理に適用できる。

本発明の実施の形態にかかる定在波測定部を備えた導波管の斜視図である。 本発明の実施の形態にかかる定在波測定部の部分拡大である。 図２中のＡ−Ａ断面における拡大図である。 方形導波管内部に形成される電磁界と、方形導波管の上下面に流れるＥ面電流の説明図である。 導波管に対する電源と負荷の位置関係の概念図である。 導波管内の定在波の説明図である。 導電性部材の温度分布の説明図（上図）と、導波管の縦断面図（下図）である。 本発明の第２の実施の形態にかかる定在波測定部の説明図である。 方形導波管の長手方向に対して直交する方向に伸びる導電部を所定の等間隔で並列に配置した構成の導電性部材の説明図である。 メッシュ状に構成した導電性部材の説明図である。 パンチングメタル状に構成した導電性部材の説明図である。 本発明の実施の形態にかかるプラズマ処理装置の概略的な構成を示した縦断面図（図１３中のＸ−Ｘ断面）である。 蓋体の下面図である。 蓋体の部分拡大縦断面図（図１３中のＹ−Ｙ断面）である。 蓋体の下方から見た誘電体の拡大図である。 図１５中のＸ−Ｘ線における誘電体の縦断面である。 方形導波管の上面の高さを変化させて、方形導波管の終端からの距離に対する膜厚の変化を調べた実施例の結果を示すグラフである。 方形導波管の上面の高さを変化させた場合の、方形導波管内に発生する定在波の腹部分の位置を模式的に示した説明図である。 方形導波管の上面の高さを変化させた場合の、方形導波管の長手方向に対する導電性部材の温度変化を示すグラフである。 管内波長（実測値）とｄａとの関係を理論値と比較して示したグラフである。

符号の説明

Ｅ 電界
Ｇ 基板
Ｈ 磁界
Ｉ Ｅ面電流
１ プラズマ処理装置
２ 処理容器
３ 蓋体
４ 処理室
１０ サセプタ
１１ 給電部
１２ ヒータ
１３ 高周波電源
１４ 整合器
１５ 高圧直流電源
１６ コイル
１７ 交流電源
２０ 昇降プレート
２１ 筒体
２２ べローズ
２３ 排気口
２４ 整流板
３０ 蓋本体
３１ スロットアンテナ
３２ 誘電体
３３ Ｏリング
３５ 方形導波管
３６ 誘電部材
４０ マイクロ波供給装置
４１ Ｙ分岐管
４５ 上面
４６ 昇降機構
５０ カバー体
５１ ガイド部
５２ 昇降部
５４ 目盛り
５５ ガイドロッド
５６ 昇降ロッド
５７ ナット
５８ 孔部
６０ ガイド
６１ タイミングプーリ
６２ タイミングベルト
６３ 回転ハンドル
６６ プリント基板
６７ａ 導体
６７ 配線パターン
６８ スルーホール
６９ サーミスタ
７０ スロット
７１ 誘電部材
７５ 梁
８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄ、８０ｅ、８０ｆ、８０ｇ 凹部
８１ 壁面
８５ ガス噴射口
９０ ガス配管
９１ 冷却水配管
９５ ガス供給源
１００ アルゴンガス供給源
１０１ シランガス供給源
１０２ 水素ガス供給源
１０５ 冷却水供給源
２００ 定在波測定部
２０１ 方形導波管
２０２ 導電性部材
２０３ 金属壁
２０４ プリント基板
２０５ スルーホール
２０６ 半田
２０８ サーミスタ
２０９、２１０ 電極
２１１ 配線パターン
２１２ コネクタ
２１３ ケーブル
２１４ 計測回路
２１７ 冷媒流路
２１８ シールド

Claims (36)

1. 電磁波を伝播させる導波管内に生じる定在波を測定する測定部であって、
   前記導波管の管壁の少なくとも一部を構成するように、前記導波管の長手方向に沿って配置された導電性部材と、前記導波管の長手方向の複数の箇所で前記導電性部材の温度を検出する温度検出手段を有することを特徴とする、定在波測定部。
2. 前記導波管が方形導波管であることを特徴とする、請求項１に記載の定在波測定部。
3. 前記導電性部材を、前記方形導波管の狭壁面に配置したことを特徴とする、請求項２に記載の定在波測定部。
4. 前記導電性部材は板状であり、前記導波管内を伝播する電磁波の角周波数をω、前記温度を検出する導電性部材の透磁率をμ、抵抗率をρとしたとき、前記導電性部材の厚さｄが、次の式（１）の関係を満たすことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の定在波測定部。
   ３×（２ρ／（ωμ））^１／２＜ｄ＜１４×（２ρ／（ωμ））^１／２ （１）
5. 前記導電性部材は板状であり、複数の孔が開孔されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の定在波測定部。
6. 前記導電性部材は、金属からなるメッシュであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の定在波測定部。
7. 前記導電性部材は、前記導波管の長手方向に対して直交する方向に伸びる複数の導電部を所定の間隔で並列に配置した構成であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の定在波測定部。
8. 前記導電性部材の周囲の温度を制御する温調機構を有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の定在波測定部。
9. 前記温度検出手段は、前記導電性部材の周囲の温度を測定可能であることを特徴とする、請求項８に記載の定在波測定方法。
10. 前記導電性部材の周囲の温度を測定する別の温度検出手段を有することを特徴とする、請求項８に記載の定在波測定方法。
11. 前記温度検出手段は、前記導電性部材の温度を検出する温度センサと、前記温度センサからの電気信号を処理する計測回路と、前記温度センサと前記計測回路とを電気的に接続する配線とを備え、
    前記温度センサを、前記導波管の長手方向に沿って複数配列したことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の定在波測定部。
12. 前記配線は、前記配線を介する熱の伝達を抑制する熱伝達抑制部を備えることを特徴とする、請求項１１に記載の定在波測定部。
13. 前記温度センサは複数の電極を備え、前記複数の電極のうち少なくとも一つは、前記導波管に電気的に短絡されていることを特徴とする、請求項１１または１２に記載の定在波測定部。
14. 前記温度センサを備えたプリント基板を、前記導電性部材に取り付けたことを特徴とする、請求項１１〜１３のいずれかに記載の定在波測定部。
15. 前記温度センサを、前記導波管の外部に配置したことを特徴とする、請求項１１〜１４のいずれかに記載の定在波測定部。
16. 前記導電性部材の温度を前記温度センサに伝達させる熱伝達路を有することを特徴とする、請求項１１〜１５のいずれかに記載の定在波測定部。
17. 前記温度センサは、サーミスタ、測温抵抗体、ダイオード、トランジスタ、温度計測用ＩＣ、熱電対、ペルチエ素子のいずれかであることを特徴とする、請求項１１〜１６のいずれかに記載の定在波測定部。
18. 前記温度検出手段は、前記導電性部材の温度を検出する１または２以上の温度センサを、前記導波管の長手方向に沿って移動させる構成であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の定在波測定部。
19. 前記温度センサを、前記導波管の外部に配置したことを特徴とする、請求項１８に記載の定在波測定部。
20. 前記温度センサは、赤外線温度センサであることを特徴とする、請求項１８または１９に記載の定在波測定部。
21. 前記温度検出手段は、赤外線カメラであることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の定在波測定部。
22. 前記導波管内を伝搬する電磁波の管内波長、周波数、定在波比、伝搬定数、減衰定数、位相定数、伝搬モード、入射電力、反射電力、伝送電力のいずれか、または、前記導波管に接続された負荷の反射係数、インピーダンスのいずれかを測定することを特徴とする、請求項１〜２１のいずれかに記載の定在波測定部。
23. 前記導波管の長手方向の複数の箇所が固定であることを特徴とする、請求項１〜２２のいずれかに記載の定在波測定部。
24. 前記導波管の長手方向の複数の箇所が移動可能であることを特徴とする、請求項１〜２２のいずれかに記載の定在波測定部。
25. 電磁波を伝播させる導波管内に生じる定在波を測定する方法であって、
    前記導波管の長手方向に対する、前記導波管の管壁の少なくとも一部を構成する導電性部材の温度の分布を検出し、
    前記温度分布に基づいて、定在波を測定することを特徴とする、定在波測定方法。
26. 前記導波管内に電磁波が伝播していない状態において導電性部材の基準温度を測定し、前記導電性部材の温度の分布を、前記基準温度との温度差によって検出することを特徴とする、請求項２５に記載の定在波測定方法。
27. 電磁波を伝播させる導波管内に生じる定在波を測定する方法であって、
    前記導波管の管壁の少なくとも一部を構成する導電性部材を流れる電流を検出し、
    前記導波管の長手方向に対する前記電流の分布に基づいて、定在波を測定することを特徴とする、定在波測定方法。
28. 前記導波管内を伝搬する電磁波の管内波長、周波数、定在波比、伝搬定数、減衰定数、位相定数、伝搬モード、入射電力、反射電力、伝送電力のいずれか、または、前記導波管に接続された負荷の反射係数、インピーダンスのいずれかを測定することを特徴とする、請求項２５〜２７のいずれかに記載の定在波測定方法。
29. 電磁波を伝播させる導波管内に生じる定在波を測定する測定部であって、
    前記導波管の管壁の少なくとも一部を構成するように、前記導波管の長手方向に沿って配置された導電性部材と、前記導波管の長手方向の複数の箇所で前記導電性部材を流れる電流を検出する電流検出手段を有することを特徴とする、定在波測定部。
30. 電磁波を発生させる電磁波波供給源と、電磁波を伝播させる導波管と、前記導波管から供給された電磁波を利用して所定の処理を行う波利用手段とを備えた電磁波利用装置であって、
    前記導波管に、請求項１〜２４、２９のいずれかに記載の定在波測定部を設けたことを特徴とする、電磁波利用装置。
31. 内部に基板処理のためのプラズマが励起される処理容器と、前記処理容器内にプラズマ励起用のマイクロ波を供給するマイクロ波供給源と、前記マイクロ波供給源に接続された、複数のスロットが開口された導波管と、前記スロットから放出されたマイクロ波をプラズマに伝播させる誘電体板とを備えたプラズマ処理装置であって、
    前記導波管内に生じる定在波を測定するための、請求項１〜２４、２９のいずれかに記載の定在波測定部を備えることを特徴とする、プラズマ処理装置。
32. 更に、前記導波管内に伝播させるマイクロ波の波長を制御する波長制御機構を備えることを特徴とする、請求項３１に記載のプラズマ処理装置。
33. 前記導波管が方形導波管であり、前記波長制御機構は、前記方形導波管の狭壁面を、前記導波管内におけるマイクロ波の伝播方向に対して垂直に移動させることを特徴とする、請求項３２に記載のプラズマ処理装置。
34. 導波管内に伝播させたマイクロ波を、前記導波管に開口させた複数のスロットから放出させて誘電体板に伝播させ、処理容器内にプラズマを励起させて基板処理を行うプラズマ処理方法であって、
    前記導波管の長手方向に対する、前記導波管の管壁の少なくとも一部を構成する導電性部材の温度の分布を検出し、前記温度分布に基づいて定在波を測定し、
    前記測定された定在波に基づいて、前記導波管内に伝播させるマイクロ波の波長を制御することを特徴とする、プラズマ処理方法。
35. 前記導波管が方形導波管であり、前記方形導波管の狭壁面を、前記導波管内におけるマイクロ波の伝播方向に対して垂直に移動させることにより、前記導波管内に伝播させるマイクロ波の波長を制御することを特徴とする、請求項３４に記載のプラズマ処理方法。
36. 前記導波管内に生じる定在波の腹部分を前記スロットに一致させるように、前記導波管内に伝播させるマイクロ波の波長を制御することを特徴とする、請求項３４または３５に記載のプラズマ処理方法。

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