WO2010084655A1 - プラズマ処理装置 - Google Patents

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WO2010084655A1
WO2010084655A1 PCT/JP2009/068748 JP2009068748W WO2010084655A1 WO 2010084655 A1 WO2010084655 A1 WO 2010084655A1 JP 2009068748 W JP2009068748 W JP 2009068748W WO 2010084655 A1 WO2010084655 A1 WO 2010084655A1
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WO
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coaxial
branch structure
processing apparatus
plasma processing
dielectric
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昌樹 平山
忠弘 大見
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Tohoku University NUC
Tokyo Electron Ltd
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Tohoku University NUC
Tokyo Electron Ltd
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
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    • H05H1/461—Microwave discharges
    • H05H1/4622—Microwave discharges using waveguides

Definitions

  • the present invention relates to a plasma processing apparatus for plasma processing a target object by exciting a gas with electromagnetic waves.
  • the present invention relates to branching of a coaxial tube that transmits electromagnetic waves.
  • gas ionization and dissociation are uniformly promoted over the entire ceiling surface, and even in a large-sized device, a uniform plasma is generated below the ceiling surface, and a good plasma treatment is performed on the substrate using the generated plasma. Can be applied.
  • FIG. 13 shows a multi-branch path from the main pipe 90 to a plurality of branch coaxial pipes 92 having the same structure.
  • the electromagnetic wave input from the input unit In is transmitted through the main tube 90 and supplied from each cell Cel (each metal electrode 94) into the apparatus via each branch coaxial tube 92.
  • Each cell Cel is a virtual space in which the ceiling surface is partitioned into equal rectangular areas.
  • FIG. 13 shows a cell Cel obtained by equally dividing the ceiling surface into 12 sections.
  • the shape of the cell Cel is a square, the left / right and top / bottom symmetry is improved with respect to each cell Cel, and there is no bias in the electric field intensity distribution, and even plasma is generated even if the cell Cel is relatively large. It becomes easy to do. Therefore, if the cell Cel is a square and the area of each cell is relatively large, it is advantageous in terms of plasma uniformity and cost.
  • the plasma processing apparatus in order to perform uniform plasma processing on the substrate, it is necessary to design the plasma processing apparatus so that the plasma excitation region is larger than that of the substrate, considering that the plasma density is reduced at the edge of the substrate. . That is, when designing the shape and size of the cell, there are limitations due to the size of the substrate. Further, if the cell becomes too large, the attenuation of the metal surface wave propagating to the central part of the metal surface such as the metal electrode 94 becomes severe, resulting in plasma non-uniformity. Therefore, it is not necessary to simply increase the cell size.
  • An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus having a branching structure of a coaxial waveguide distributor for microwave transmission, which can increase the degree of freedom of cell size setting.
  • a plasma processing apparatus that plasmas a target object by exciting a gas with an electromagnetic wave, a processing container, an electromagnetic wave source that outputs the electromagnetic wave, A transmission line that transmits electromagnetic waves output from the electromagnetic wave source, a plurality of dielectric plates that are provided on the inner surface of the processing container, and emit electromagnetic waves into the processing container, and adjacent to the plurality of dielectric plates, A plurality of first coaxial tubes that transmit electromagnetic waves to the plurality of dielectric plates, and one or more predetermined stages that distribute and transmit the electromagnetic waves transmitted through the transmission line to the plurality of first coaxial tubes.
  • At least one of the plurality of coaxial tube distributors has a number of stages different from other coaxial tube distributors.
  • the At least one of the plurality of coaxial pipe distributors has, for example, one stage, and the other coaxial pipe distributor has, for example, two stages.
  • a plasma processing apparatus for plasma-treating an object to be processed by exciting a gas with an electromagnetic wave, wherein the processing container, an electromagnetic wave source for outputting the electromagnetic wave, and the electromagnetic wave source are output.
  • a transmission line that transmits the electromagnetic wave, a plurality of dielectric plates that are provided on the inner surface of the processing container and emits the electromagnetic wave into the processing container, and are adjacent to the plurality of dielectric plates and transmit the electromagnetic wave to the plurality of dielectrics.
  • a plurality of first coaxial tubes that transmit to the body plate, and one or more coaxial tube distributors that distribute and transmit the electromagnetic waves transmitted through the transmission line to the plurality of first coaxial tubes;
  • at least one stage of the coaxial pipe distributor includes a branch structure having a different configuration connected to each of the plurality of first coaxial pipes, and a main coaxial pipe connected to the branch structure having the different configuration.
  • Plasma processing equipment provided That.
  • the main coaxial waveguide of the coaxial tube distributor provided in the plasma processing apparatus is connected to a branch structure having a different configuration, and is connected to each of the plurality of first coaxial tubes via each branch structure. Connected.
  • the branched structure may have two types, a first branched structure and a second branched structure.
  • the first branch structure may be connected to at least one of the plurality of first coaxial pipes without branching.
  • the second branch structure may be branched and connected to at least one of the plurality of first coaxial pipes.
  • the second branch structure may be two branches.
  • the arrangement position of the first coaxial waveguide connected to the branch destination can be optimized by connecting a branched structure having a different configuration to the main coaxial waveguide.
  • the shape of each cell can be made into substantially square and the area of a cell can be made comparatively large.
  • the plasma density at the edge of the substrate is not reduced, and the substrate can be subjected to uniform plasma treatment and the number of cells can be reduced.
  • the plasma processing apparatus which reduced the number of parts and reduced the cost can be constructed.
  • It may have a second coaxial waveguide having an input connected to the main coaxial waveguide.
  • the first branch structure and the second branch structure may be alternately connected to the main coaxial waveguide.
  • the first branching structure and the second branching structure are alternately connected to the main coaxial waveguide from the connecting portion of the second coaxial waveguide and the main coaxial waveguide toward both sides of the main coaxial waveguide. Also good.
  • the pitch of the connecting portions where the first branch structure and the second branch structure are connected to the main coaxial waveguide may be 2 ⁇ nrad (n is an integer) in electrical length.
  • the pitch of the connecting portion where the first branch structure and the second branch structure are connected to the main coaxial pipe is 2 ⁇ nrad (electric length) excluding the connecting portion between the second coaxial pipe and the main coaxial pipe.
  • n may be an integer).
  • the first branch structure and the second branch structure may be coupled to the main coaxial waveguide symmetrically with respect to the second coaxial waveguide.
  • a first dielectric may be embedded in at least one of the plurality of first coaxial pipes.
  • the first dielectric may be tapered.
  • the first dielectric may be interposed between an inner conductor and an outer conductor of the first coaxial waveguide.
  • the first dielectric may be formed in a tapered shape to convert the characteristic impedance of the first coaxial waveguide.
  • the electric length of the first coaxial waveguide may be adjusted according to the length of the first dielectric.
  • the plurality of first coaxial waveguides are respectively connected to the plurality of dielectric plates at an equal pitch, and each pitch is 4 ⁇ n / 3 (n is an integer) rad based on the electrical length of the main coaxial waveguide. Also good.
  • FIG. 3 is an enlarged longitudinal sectional view (3-0, 0′-3 section) of a part of the plasma processing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view (1-1 cross section) showing the ceiling surface of the plasma processing apparatus according to the same embodiment. It is the figure which showed the waveguide, microwave source, etc. which are arrange
  • FIG. 4D is a view (4-4 cross section) showing a connection portion between the waveguide and the coaxial waveguide according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a plan view (2-2 cross section) showing the coaxial pipe distributor and the branch structure according to the same embodiment. It is a top view of the coaxial pipe distributor which concerns on the same embodiment.
  • FIG. 1 is an enlarged vertical cross-sectional view (a cross section taken along 3-0, 0′-3 shown in FIGS. 2 and 5) of a part of the microwave plasma processing apparatus 10 according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a cross section along line 1-1 in FIG. 1 and shows the ceiling surface of the microwave plasma processing apparatus 10.
  • the microwave plasma processing apparatus 10 includes a processing container 100 for plasma processing a glass substrate (hereinafter referred to as “substrate G”).
  • the processing container 100 includes a container body 200 and a lid body 300.
  • the container body 200 has a bottomed cubic shape with an upper portion opened, and the opening is closed by a lid 300.
  • the lid body 300 includes an upper lid body 300a and a lower lid body 300b.
  • An O-ring 205 is provided on a contact surface between the container main body 200 and the lower lid body 300b, whereby the container main body 200 and the lower lid body 300b are hermetically sealed to define a processing chamber.
  • An O-ring 210 and an O-ring 215 are also provided on the contact surface between the upper lid 300a and the lower lid 300b, so that the upper lid 300a and the lower lid 300b are sealed.
  • the container body 200 and the lid body 300 are made of a metal such as an aluminum alloy, for example, and are electrically grounded.
  • a susceptor 105 (stage) for placing the substrate G is provided.
  • Susceptor 105 is made of, for example, aluminum nitride.
  • the susceptor 105 is supported by a support 110, and a baffle plate 115 for controlling the gas flow in the processing chamber to a preferable state is provided around the susceptor 105.
  • a gas discharge pipe 120 is provided at the bottom of the processing container 100, and the gas in the processing container 100 is discharged using a vacuum pump (not shown) provided outside the processing container 100.
  • the dielectric plate 305, the metal electrode 310, and the metal cover 320 are regularly arranged on the ceiling surface of the processing container 100.
  • Twenty dielectric plates 305 and metal electrodes 310 are arranged at an equal pitch at a position inclined by approximately 45 ° with respect to the substrate G and the processing container 100.
  • the slightly cut corners of the dielectric plate 305 are arranged adjacent to each other.
  • Twelve metal covers 320 are disposed between the dielectric plate 305 and the metal electrode 310.
  • a side cover 350 surrounding all the metal electrodes 310 and the metal cover 320 is also provided on the ceiling surface.
  • the dielectric plate 305, the metal electrode 310, and the metal cover 320 are substantially square plates with slightly rounded corners.
  • the metal electrode 310 is a flat plate provided adjacent to the dielectric plate 305 so that the dielectric plate 305 is substantially uniformly exposed from the outer edge of the metal electrode 310. With this configuration, the dielectric plate 305 is sandwiched between the inner surface of the lid 300 and the metal electrode 310 and is in close contact with the inner surface of the processing container 100.
  • the metal electrode 310 is electrically connected to the inner wall of the processing container 100.
  • the metal electrode 310 and the metal cover 320 are thicker than the metal cover 320 by the thickness of the dielectric plate 305. According to such a shape, the height of the ceiling surface becomes substantially equal.
  • the dielectric plate 305 is made of alumina, and the metal electrode 310, the metal cover 320, and the side cover 350 are made of an aluminum alloy.
  • the number of dielectric plates 305 and metal electrodes 310 is not limited to this, and can be increased or decreased by the same number.
  • the dielectric plate 305 and the metal electrode 310 are fixed by screwing the convex portion of the metal electrode 310 penetrating the dielectric plate 305 to the cap nut 325 shown in FIG.
  • the metal cover 320 is fixed by screwing a bolt 330 into a recess provided in the metal cover 320 while a washer 345 is interposed in the recess of the lower lid 300b.
  • An O-ring 220 is provided between the cap nut 325 and the lower lid 300b, so that the gas from the main gas channel 335 is processed without passing through the gas channel 325a provided in the cap nut 325. It is prevented from being discharged into the container 100.
  • a main gas flow path 335 is provided between the upper lid body 300a and the lower lid body 300b in a direction perpendicular to the paper surface.
  • the main gas flow path 335 divides the gas into the gas flow paths 325 a and 330 a provided in the plurality of cap nuts 325 and the bolts 330.
  • a nozzle 340 for narrowing the flow path is fitted into the inlets of the gas flow paths 325a and 330a.
  • the nozzle 340 is made of ceramic or metal.
  • the metal electrode 310 is provided with a gas flow path 310a communicating with the gas flow path 325a, and a plurality of gas holes hl1 are opened at the tip thereof.
  • the gas cover 320a is also provided in the metal cover 320 and the side cover 350, and a plurality of gas holes hl2 are opened at the tips thereof.
  • the tip surfaces of the nut 325 and the bolt 330 are not exposed on the plasma-side surfaces of the metal electrode 310, the metal cover 320, and the side cover 350 so as not to disturb the plasma distribution.
  • the gas holes hl1 and the gas holes hl2 are arranged at an equal pitch.
  • the gas output from the gas supply source 905 passes from the main gas channel 335 through the gas channels 325a and 330a to the first gas channel 310a in the metal electrode 310 and the second gas in the metal cover 320 and the side cover 350.
  • the gas passage 320a is supplied to the processing chamber through the gas holes hl1 and hl2.
  • the gas shower plate on the metal surface of the ceiling portion, it has been possible to suppress the etching of the dielectric plate surface caused by ions in the plasma and the deposition of reaction products on the inner wall of the processing vessel, It is possible to reduce contamination and particles. Further, unlike the dielectric, the metal can be easily processed, so that the cost can be greatly reduced.
  • the dielectric plate 305 is exposed from between the metal electrode 310 adjacent to the dielectric plate 305 and the metal cover 320 where the dielectric plate 305 is not disposed.
  • An area having the center point of the metal cover 320 adjacent to the center of one metal electrode 310 as a vertex is defined as a cell Cel, and the ceiling surface is virtually defined as an equal area.
  • 20 cells are regularly arranged in the same pattern with the cell Cel as a unit. Each cell Cel is a square.
  • the microwave emitted from the dielectric plate 305 propagates through the surfaces of the metal electrode 310 and the metal cover 320 while distributing power in half as a surface wave.
  • the surface wave propagating between the metal surface on the inner surface of the processing vessel and the plasma is referred to as a metal surface wave.
  • a groove 340 surrounding all the metal electrodes 310, the dielectric plate 305, the metal cover 320, and the side cover 350 is provided in a rectangular shape. It suppresses that the metal surface wave which propagates a ceiling surface propagates outside groove 340.
  • the groove 340 may be single as in the present embodiment, or may be double or triple.
  • the refrigerant supply source 910 shown in FIG. 1 is connected to the refrigerant pipe 910a inside the lid body 300, and the refrigerant supplied from the refrigerant supply source 910 circulates in the refrigerant pipe 910a and returns to the refrigerant supply source 910 again. By returning, the heating of the lower lid 300b of the lid 300 is mainly suppressed.
  • the microwave source 900 outputs a 915 MHz microwave.
  • the lid 300 is embedded with a coaxial tube that transmits microwaves.
  • An inner conductor 610 a is inserted into the outer conductor 610 b of the first coaxial waveguide 610 formed by digging the lid 300.
  • the end of the first coaxial waveguide 610 is in contact with the dielectric plate 305.
  • the plurality of first coaxial waveguides 610 are provided on the plurality of dielectric plates 305 on a one-to-one basis, thereby transmitting microwaves to the plurality of dielectric plates 305.
  • a second coaxial waveguide 620 directed to the microwave source 900 is connected to the main tube 700 of the coaxial distributor.
  • a Teflon ring 800 (Teflon is a registered trademark) is provided at a connection portion between the second coaxial waveguide 620 and the main pipe 700.
  • the inner conductor 620a of the second coaxial waveguide 620 passes through the Teflon ring 800.
  • the Teflon ring 800 fixes the inner conductor 620a to the outer conductor 620b and suppresses reflection when microwaves are transmitted.
  • the inner conductor of each coaxial tube is made of copper with good heat conduction.
  • An O-ring 225 is provided on the contact surface between the lower cover body 300 b on the outer periphery of the first coaxial waveguide 610 and the dielectric plate 305, so that the atmosphere in the first coaxial waveguide 610 enters the processing vessel 100. There is no such thing.
  • a T-branch waveguide 915 is disposed above the lid 300. 4 is a cross-sectional view taken along line 4-4 of FIG. As shown in FIG. 4, the T-branch waveguide 915 is connected to two second coaxial waveguides 620 via two tapered coaxial waveguide converters 605. A matching rod-shaped member 915a is provided at the center back of the branch portion of the T-branch waveguide 915 so that microwaves can be transmitted favorably from the T-branch waveguide 915 to each second coaxial waveguide 620. It has become.
  • the microwave is output from the microwave source 900, matched between the power supply side and the load side by the matching unit 920, and transmitted to each coaxial waveguide 620 while suppressing reflection by the tapered coaxial waveguide converter 605.
  • an isolator 925 is provided between the microwave source 900 and the matching unit 920 to prevent a reflected wave from returning to the microwave source 900 even when the matching is not sufficiently achieved.
  • the microwave plasma processing apparatus 10 partitions the ceiling surface into 20 cells Cel, and processes a G4.5 size substrate (920 mm ⁇ 730 mm).
  • two coaxial pipe distributors 600 for distributing and transmitting the microwaves transmitted through the transmission line to the plurality of first coaxial pipes 610 are embedded side by side in the upper lid 300a.
  • the coaxial pipe distributor 600 includes a main pipe 700, a second coaxial pipe 620, a third coaxial pipe 630, a fourth coaxial pipe 640, and a fifth coaxial pipe 650.
  • the coaxial pipe distributor 600 has a first branch structure B1 and a second branch structure B2 connected to the main pipe 700, the second coaxial pipe 620, and the plurality of first coaxial pipes 610, respectively.
  • the main pipe 700 corresponds to a main coaxial pipe connected to the second coaxial pipe 620, the first branch structure B1, and the second branch structure B2.
  • the outer conductor 700 b of the main pipe 700 is thickest at the connection position of the second coaxial waveguide 620 and gradually becomes thinner toward the connection portion with the fourth coaxial waveguide 640.
  • the thickness of the inner conductor 700a of the main pipe 700 is constant.
  • the first branch structure B1 has a branch structure in which the first coaxial waveguide 610 is directly connected to the third coaxial waveguide 630 without branching.
  • the first branching structure B1 connects the third coaxial waveguide 630 connected at both ends of the coaxial waveguide distributor 600 to one first coaxial waveguide 610 without branching.
  • the second branch structure B2 has a branch structure in which two first coaxial pipes 610 are connected to both ends of a fifth coaxial pipe 650 that is T-branched from the fourth coaxial pipe 640. That is, in the second branch structure B2, the fourth coaxial waveguide 640 coupled to both sides of the coaxial waveguide distributor 600 is T-branched and coupled to the two first coaxial waveguides 610, respectively.
  • the first branch structure B1 and the second branch structure B2 are alternately connected to the main pipe 700.
  • the first branch structure B1 and the second branch structure B2 are connected to the coaxial pipe distributor 600 symmetrically with respect to the second coaxial pipe 620.
  • the second coaxial waveguide 620 is connected to the main tube 700 at the center of the coaxial waveguide distributor 600, the connection position is not limited to this.
  • two identical branch structures are connected to one connecting portion. Different branch structures may be connected, or a number of branch structures other than two may be connected.
  • the inner conductor 700a and the inner conductor 640a, and the inner conductor 700a and the inner conductor 630a are vertical in this embodiment, but may not be vertical.
  • a tapered first dielectric 610c is embedded in the first coaxial tube 610 (coaxial tube having the first branch structure) shown in FIG.
  • the tapered first dielectric 610c is interposed between the inner conductor 610a and the outer conductor 610b of the first coaxial waveguide 610, and is connected to the third coaxial waveguide 630 from the connecting portion of the first coaxial waveguide 610. It is formed and arranged in a reverse taper shape toward the lower end.
  • the space of the outer conductor is large, and the inner conductor is slightly rounded. This suppresses the reflection of the microwave at the branch portion and fixes the tapered first dielectric 610c.
  • the tapered first dielectric 610c is formed of a dielectric such as quartz, alumina, or yttria.
  • the characteristic impedance of the first coaxial waveguide 610 can be converted by forming the first dielectric 610c into a tapered shape.
  • the first dielectric 610c can adjust the phase of the microwave transmitted through the first coaxial waveguide 610 by adjusting the length thereof. Characteristic impedance conversion and phase adjustment will be described later.
  • the space between the inner conductor and the outer conductor at the upper part of the connecting portion of the first coaxial waveguide 610 is supported by a Teflon rod 805.
  • a Teflon ring 810 is also provided in the vicinity of the distal end of the first coaxial waveguide 610 so that the inner conductor 610a is supported by the outer conductor 610b.
  • the fifth coaxial waveguide 650 is similarly provided with a Teflon ring 815 so that the inner conductor 650a is supported by the outer conductor 650b.
  • the Teflon rod 805 and the Teflon rings 810 and 815 are made of a dielectric such as Teflon (registered trademark), glass-filled Teflon, quartz, alumina, and yttria.
  • a Teflon ring 820 is also provided between the inner conductor 700a and the outer conductor 700b of the main pipe 700.
  • the Teflon ring 820 is made of Teflon.
  • the Teflon ring 820 supports the inner conductor 700a on the outer conductor 700b and adjusts the electrical length of the microwave according to the relative dielectric constant and thickness thereof.
  • the Teflon ring 820 is not limited to Teflon, and may be formed of a dielectric such as glass-filled Teflon, quartz, alumina, or yttria.
  • ⁇ Impedance of plasma as a load varies depending on process conditions. For this reason, it is impossible in principle to always make the reflection from the load zero. Even if there is reflection from the load, it is necessary to design a branch line that supplies microwaves of the same amplitude and phase to each cell. For this reason, in order to make the voltage and phase of the microwaves in the connecting part C1 and the connecting part C2 coincide with each other even if there is reflection from the load, the electrical length between the connecting part C1 and the connecting part C2 is an integral multiple of 2 ⁇ rad (this embodiment 1 in the form) (see FIGS. 5 and 8).
  • the first branch structure B1 and the second branch structure B2 are provided, and the electrical lengths thereof are different. Therefore, the phase of the microwaves at the connection portion C1 and the connection portion C2 is different. The phase of the microwave supplied to each cell cannot be made the same only by making them coincide. For this reason, the first branch structure B1 is provided with a phase adjustment unit described later.
  • the first coaxial waveguide 610 connected to the tip of the first branch structure B1 and the first coaxial waveguide 610 connected to the tip of the second branch structure B2 are connected to the plurality of metal electrodes 310 at equal pitches, respectively.
  • Each pitch is 4 ⁇ n / 3 rad (n is an integer) based on the electrical length of the main pipe 700.
  • a Teflon 820 is interposed between the inner conductor 700a and the outer conductor 700b of the main pipe 700 so that the electrical length between the connecting portion C1 and the connecting portion C2 becomes 2 ⁇ rad. I have to.
  • the cell pitch can be determined relatively freely by such adjusting means.
  • FIG. 8 is a diagram schematically showing the first branch structure B1 and the second branch structure B2.
  • the second branch structure B2 on the right side of the input unit In is omitted.
  • the first dielectric 610c converts the characteristic impedance to an appropriate value while suppressing the reflection of the microwave with the taper shape and length, and simultaneously adjusts the electrical length of the first branch structure B1 and supplies it to all the cells. Align the phase of microwaves to be transmitted.
  • the characteristic impedance of the coaxial tube is expressed by the following equation (1).
  • epsilon r is the effective dielectric constant of the first dielectric 610c
  • b is the diameter of the outer conductor 610b of the first coaxial waveguide 610
  • a is a diameter of the inner conductor 610a of the first coaxial waveguide 610 is there.
  • the effective relative dielectric constant ⁇ r of the first dielectric 610c is changed without changing the diameter of the outer conductor 610b and the diameter of the inner conductor 610a.
  • the first dielectric 610c is formed in a reverse taper shape so that the upper part of the first dielectric 610c is thick and the lower part is thin.
  • quartz having a relative dielectric constant ⁇ r of 3.8 is used for the first dielectric 610c.
  • the relative dielectric constant between the inner and outer conductors is approximately 3.8. Will be equal.
  • the lower the first coaxial pipe 610 is, the higher the proportion of air in the material filling the space between the inner and outer conductors than in quartz. Therefore, the effective relative dielectric constant ⁇ r between the inner and outer conductors of the first coaxial waveguide 610 gradually becomes smaller than 3.8.
  • the characteristic impedance Z 0 when there is no change in the variables a and b and the effective relative dielectric constant ⁇ r gradually decreases, the characteristic impedance Z 0 gradually increases. Therefore, the characteristic impedance Z 0 increases from the top to the bottom of the first dielectric 610c. In this way, the characteristic impedance of the microwave can be converted to a desired value using the first dielectric 610c.
  • the characteristic impedance (30 ⁇ ) of the lower part of the first coaxial waveguide 610 where the first dielectric 610c is arranged is changed to the upper part by the characteristic impedance conversion / phase adjustment unit realized by the first dielectric 610c. It is converted to characteristic impedance (20 ⁇ ).
  • the higher the relative dielectric constant the more delayed the microwave phase. Therefore, the longer the taper portion of the first dielectric 610c, the longer the phase of the microwave. Using this principle, the electrical length of the first branch structure B1 is adjusted.
  • the phase adjustment of the microwave and the characteristic impedance conversion are simultaneously performed by forming quartz in a tapered shape. Note that, depending on the design, there may be no shift in the phase of the microwave supplied to each cell without the phase adjustment unit. In that case, phase adjustment is not necessary. In addition, when it is necessary to adjust only the phase without converting the characteristic impedance, the dielectric 610c may be straight instead of tapered.
  • the inner conductor 610a or the outer conductor 610b may be tapered and the space between the inner and outer conductors may be filled with a dielectric such as quartz.
  • the first dielectric 610c does not need to be tapered, and the processing cost can be reduced.
  • the characteristic impedance conversion / phase adjustment unit may be provided in the second branch structure B2.
  • the second branch structure B2 is connected to the four metal electrodes 310 while branching into two.
  • the first branch structure B1 is directly connected to one metal electrode 310 without branching. In this way, when the branch destination loads are different, the microwave power supplied from the input unit In to the left and right main pipes 700 and the microwave power supplied to the upper and lower coaxial pipes are distributed 4: 1. Otherwise, the microwave power cannot be equally divided into each cell (metal electrode 310).
  • the characteristic impedance of the main pipe 700 extending left and right from the input part In is set to 75 ⁇ , and the characteristic impedance of the fourth coaxial pipe extending vertically from the input part In is viewed. Are each 300 ⁇ . This can be calculated as follows.
  • the combined impedance of the four branch destinations connected in parallel may be matched with the characteristic impedance of the second coaxial waveguide 620 that is the branch source.
  • the characteristic impedance of each coaxial tube is determined so that the left and right impedances viewed from the input unit In are 75 ⁇ and the upper and lower impedances viewed from the input unit In are 300 ⁇ .
  • the characteristic impedance of the lower part of the first coaxial waveguide 610 connected to the metal electrode 310 of each cell is set to 20 ⁇ , for example.
  • a step is provided in the inner conductor 610a of the first coaxial waveguide 610 so that the characteristic impedance of the upper portion of the first coaxial waveguide 610 is 30 ⁇ . Further, by adjusting the length of the lower portion of the first coaxial waveguide 610, the reflection is suppressed to be smaller. Further, the characteristic impedance of the fifth coaxial waveguide 650 is set to 30 ⁇ , which is equal to the characteristic impedance of the upper portion of the first coaxial waveguide 610.
  • the characteristic impedance of the main pipe 700 in the vicinity of the input unit In is set to 75 ⁇ and the load impedance is matched with this value.
  • the outer conductor 700b of the main pipe 700 is gradually tapered to have a tapered shape, and the characteristic impedance of the main pipe 700 in the vicinity of the connecting portion with the second branch structure is 60 ⁇ . This is for adjusting the electrical length of the fourth coaxial waveguide 640 to a desired length, but the main tube 700 is not necessarily tapered in this way.
  • the electrical length from the end portion of the main pipe 700 to the connecting portion of the branch structure closest to the end portion is approximately equal to an odd multiple (here, 1 time) of ⁇ / 2 rad.
  • one end can be regarded as a distributed constant line short-circuited.
  • the distributed constant line having the electrical length of ⁇ / 2 rad with one end short-circuited appears to have an infinite impedance when viewed from the other end. Therefore, the part from the end of the main pipe 700 to the connecting part does not exist for microwave transmission, and the transmission line can be easily designed.
  • the combined impedance of the two fifth coaxial waveguides 650 viewed from the branch portion T is 1 ⁇ 2 of the characteristic impedance 30 ⁇ of the fifth coaxial waveguide 650.
  • the characteristic impedance of the lower portion of the first coaxial waveguide 610 connected to the metal electrode 310 of each cell is set to 20 ⁇ in order to suppress electric field concentration and reflection from the load side. To do.
  • a step is provided in the inner conductor 610a of the first coaxial waveguide 610 so that the characteristic impedance of the upper portion of the first coaxial waveguide 610 is 30 ⁇ , and the length of the lower portion is adjusted so that no reflection occurs. To do.
  • the characteristic impedance conversion / phase adjustment unit of the first coaxial waveguide 610 is actually provided with the first dielectric 610c having a reverse taper shape between the inner conductor 610a and the outer conductor 610b. It becomes the composition.
  • the characteristic impedance can be gradually reduced from the output side above the first coaxial waveguide 610 toward the input side.
  • the characteristic impedance on the output side above the first coaxial waveguide 610 can be set to 30 ⁇ , and the characteristic impedance on the input side can be set to 20 ⁇ .
  • the impedance Z in when the upper and lower coaxial tubes are viewed from the input unit In must be 300 ⁇ .
  • the third coaxial waveguide 630 functions as an impedance converter for satisfying these impedance relationships, and the electrical length and characteristic impedance are designed as follows.
  • the electrical length of the third coaxial waveguide 630 is set to ⁇ / 2 rad.
  • the characteristic impedance Z c3 of the third coaxial waveguide 630 is obtained by the following equation. ... (5)
  • Z c1 is the characteristic impedance of the upper part of the characteristic impedance converter of the coaxial tube 610.
  • FIG. 9 shows the result of expressing the state of incidence, reflection, and transmission of microwaves at each port shown in FIG. 7 using S parameters.
  • the result is shown in FIG. S11 indicates a microwave input from port 1 and output from port 1. That is, S11 indicates the reflected wave and phase (inside parentheses) of the microwave output from the port 1. According to this, the reflection of the microwave from the port 1 is “0.003” and is almost “0”, and it can be seen that the reflection is extremely small.
  • S12 to S16 are verified.
  • S12 to S16 indicate microwaves that are input from the port 1 of FIG. 7 and output from the ports 2 to 6, respectively.
  • the amplitudes of the microwaves output from the ports 2 to 6 are “0.446” or “0.447”, which are almost the same.
  • the phases of the microwaves output from the ports 2 to 6 are completely in agreement with “ ⁇ 119 °”.
  • microwaves having the same amplitude and phase can be supplied into the processing container even in the transmission paths having different branch structures such as the first branch structure B1 and the second branch structure B2.
  • the design of the microwave plasma processing apparatus 10 that is relatively not limited by the substrate size, the number of cells (that is, the number of branches) can be realized.
  • the arrangement position of the first coaxial pipe 610 can be optimized.
  • the shape of the cell Cel can be made square with respect to the substrate G having a predetermined size, and the area of the cell Cel can be made relatively large.
  • the substrate can be subjected to uniform plasma treatment, and the cost can be reduced by making the area of the cell Cel relatively large.
  • the second branch structure is arranged in the second coaxial waveguide (input part In), and the first branch structure B1 is coaxial on both sides thereof.
  • the pipe distributor 600 is arranged symmetrically with respect to the main pipe 700.
  • first branch structure B1 and the second branch structure B2 are connected to the main pipe 700 in the order of the second branch structure B2 and the first branch structure B1 from the second coaxial waveguide (input part In) toward both sides. It is connected.
  • the length from the input part In to the first branch structure B1 is freely determined.
  • the distance from the connecting portion of the first branch structure B1 to the connecting portion of the second branch structure B2 is 2 ⁇ nrad (n is an integer).
  • the first branch structure B1 is further connected to the outermost side of the coaxial waveguide distributor 600 shown in FIG. 10C.
  • the length from the input part In to the first branch structure B1 is freely determined.
  • the distance between the connecting portion of the first branch structure B1 and the connecting portion of the second branch structure B2 is 2 ⁇ nrad (n is an integer). Thereby, the microwave of the same amplitude can be supplied to each cell.
  • the allowable frequency range of the microwave source 900 is determined based on the characteristics of the magnetron, and is about ⁇ 1% of the reference frequency for the one pitch management shown in FIGS. 10A to 10C. On the other hand, for the two pitch management shown in FIG. 10D and FIG. 10E, the allowable frequency range of the microwave source 900 is about ⁇ 0.5% of the reference frequency, and FIG. ”To FIG. 10“ c ”.
  • the apparatus shown in FIG. 10 “a” to FIG. 10 “c” having four, five, or six horizontal cells has the number of FIG. 10 “d” and seven or eight horizontal cells shown in FIG. Management is easier than the apparatus of FIG. 10 “e”, and it is easy to distribute the microwaves more evenly.
  • the phase adjustment unit may not be provided at the same position as the characteristic impedance conversion unit.
  • the phase adjustment unit may adjust only the phase.
  • the phase adjustment unit can also be provided in a coaxial tube other than the first coaxial tube.
  • the microwave source 900 that outputs a 915 MHz microwave is described, but a microwave source that outputs a microwave such as 896 MHz, 922 MHz, and 2.45 GHz may be used.
  • the microwave source is an example of an electromagnetic wave source that generates an electromagnetic wave for exciting plasma, and includes a magnetron and a high-frequency power source as long as the electromagnetic wave source outputs an electromagnetic wave of 100 MHz or higher.
  • the plasma processing apparatus is not limited to the above-described microwave plasma processing apparatus, and plasma that finely processes an object to be processed by plasma, such as a film forming process, a diffusion process, an etching process, an ashing process, and a plasma doping process. Any processing device may be used.
  • the plasma processing apparatus can process a large-area glass substrate, a circular silicon wafer, or a square SOI (Silicon On Insulator) substrate.
  • a large-area glass substrate a circular silicon wafer, or a square SOI (Silicon On Insulator) substrate.

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Abstract

　マイクロ波プラズマ処理装置１０は、マイクロ波によりガスを励起させて基板Ｇをプラズマ処理するための処理容器１００と、マイクロ波を出力するマイクロ波源９００と、マイクロ波源９００から出力されたマイクロ波を伝送する伝送線路と、処理容器１００の内面に設けられ、マイクロ波を処理容器１００内に放出する複数の誘電体板３０５と、複数の誘電体板３０５に隣接し、マイクロ波を複数の誘電体板３０５に伝送する複数の第１の同軸管６１０と、伝送線路を伝送したマイクロ波を複数の第１の同軸管６１０に分配して伝送する同軸管分配器６００と、を有する。同軸管分配器６００は、入力部Ｉｎを有する第２の同軸管６２０と、複数の第１の同軸管６１０に連結される異なる構成の分岐構造Ｂ１，Ｂ２とを含む。

Description

プラズマ処理装置
　本発明は、電磁波によりガスを励起させて被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置に関する。特に、電磁波を伝送させる同軸管の分岐に関する。
　近年、基板の大型化に伴い、プラズマ処理装置の大型化の要請がある。大面積の基板に均一にプラズマ処理を施すためには、電磁波の給電ポイントを複数にするほうがよい。たとえば、大型装置においても均一に給電するために、給電ポイントとなる複数の同軸管を装置の天井面上部にアレイ状に配置して、複数の同軸管から同じ振幅及び同じ位相の電磁波を供給することにより、電磁波を天井面全体に均等に給電する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。これにより、天井面全体でガスの電離や解離が均等に促進され、大型装置であっても天井面下方にて均一なプラズマを生成し、生成されたプラズマを用いて基板に良好なプラズマ処理を施すことができる。
特開２００８－３０５７３６号公報
　上記給電を実現するための伝送線路の一例としては、たとえば、図１３のように、主管９０から同一構造の複数の分岐同軸管９２に多分岐する経路が考えられる。この場合、入力部Ｉｎから入力された電磁波は、主管９０を伝送し、各分岐同軸管９２を介して各セルＣｅｌ（各金属電極９４）から装置内に供給される。各セルＣｅｌは、天井面を均等な矩形領域に区画した仮想空間である。図１３には、天井面を１２区画に等分したセルＣｅｌが示されている。
　各セルＣｅｌに電磁波を供給するために、セル一個あたりに多くの部品が必要になる。一方、部品点数はセル数に比例し、セルの大きさには比例しない。よって、各セルＣｅｌの面積をなるべく大きくして、セルＣｅｌの個数を少なくするとコストを低減させることができる。
　さらに、セルＣｅｌの形状を正方形にすると、各セルＣｅｌに対して左右及び上下の対称性がよくなって電界強度の分布に偏りがなくなり、セルＣｅｌを比較的大きくしても均一なプラズマを生成しやすくなる。よって、セルＣｅｌが正方形であって、かつ各セルの面積を比較的大きくすると、プラズマの均一性及びコストの点で有利である。
　しかしながら、基板に均一なプラズマ処理を施すためには、基板の端部にてプラズマ密度が薄くなることを考慮して、プラズマ励起領域が基板より大きくなるようにプラズマ処理装置を設計する必要がある。つまり、セルの形状や大きさを設計する際、基板のサイズにより制限が生じる。また、セルが大きくなりすぎると金属電極９４等の金属面の中央部まで伝搬する金属表面波の減衰が激しくなり、プラズマの不均一を招くので、セルのサイズを単に大きくするだけでもよくない。
　よって、大きさが予め定められている基板に対してセルの面積を比較的大きくしつつ適当なサイズとしてプラズマ励起領域を確定する必要があるが、図１３のような同軸管分岐構造では、分岐同軸管９２のピッチを一定にする必要がある等の制約から、セルのサイズを自由に設定するのが困難な場合がある。
　本発明の目的は、セルのサイズ設定の自由度を大きくすることのできるマイクロ波伝送用同軸管分配器の分岐構造を有す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、本発明のある態様によれば、電磁波によりガスを励起させて被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、処理容器と、電磁波を出力する電磁波源と、前記電磁波源から出力された電磁波を伝送する伝送線路と、前記処理容器の内面に設けられ、電磁波を前記処理容器内に放出する複数の誘電体板と、前記複数の誘電体板に隣接し、電磁波を前記複数の誘電体板に伝送する複数の第１の同軸管と、前記伝送線路を伝送した電磁波を前記複数の第１の同軸管に分配して伝送する１段又は２段以上の所定の段数を有する複数の同軸管分配器と、を備え、前記複数の同軸管分配器のうち少なくとも一つは、他の同軸管分配器と段数が異なることを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。前記複数の同軸管分配器のうち少なくとも一つは例えば段数が１段であり、他の同軸管分配器の段数は例えば２段である。
　また本発明の他の態様によれば、電磁波によりガスを励起させて被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、処理容器と、電磁波を出力する電磁波源と、前記電磁波源から出力された電磁波を伝送する伝送線路と、前記処理容器の内面に設けられ、電磁波を前記処理容器内に放出する複数の誘電体板と、前記複数の誘電体板に隣接し、電磁波を前記複数の誘電体板に伝送する複数の第１の同軸管と、前記伝送線路を伝送した電磁波を前記複数の第１の同軸管に分配して伝送する１段又は２段以上の同軸管分配器と、を有し、前記同軸管分配器のうち少なくとも一段は、前記複数の第１の同軸管にそれぞれ連結される異なる構成の分岐構造と、前記異なる構成の分岐構造が連結する主同軸管と、を含むプラズマ処理装置が提供される。
　これによれば、前記プラズマ処理装置に設けられた前記同軸管分配器の主同軸管は、異なる構成の分岐構造に連結され、各分岐構造を介して前記複数の第１の同軸管のそれぞれに連結される。
　たとえば、前記分岐構造は、第１の分岐構造及び第２の分岐構造の２種類を有していてもよい。
　前記第１の分岐構造は、分岐せずに前記複数の第１の同軸管の少なくともいずれかに連結されてもよい。
　前記第２の分岐構造は、分岐して前記複数の第１の同軸管の少なくともいずれかに連結されてもよい。
　前記第２の分岐構造は、２分岐であってもよい。
　かかる構成によれば、前記主同軸管に異なる構成の分岐構造を連結することにより、分岐先に連結された第１の同軸管の配置位置を適正化することができる。これにより、プラズマ励起領域が基板より大きくなるように各セルを設計しながら、各セルの形状をほぼ正方形にし、かつセルの面積を比較的大きくすることができる。この結果、基板の端部のプラズマ密度が薄くならず、基板に均一なプラズマ処理を施すことができるとともに、セル数を減らすことができる。これにより、部品点数を減らしてコストを低減させたプラズマ処理装置を構築することができる。
　前記主同軸管に連結される入力部を有する第２の同軸管を有していてもよい。
　前記第１の分岐構造及び前記第２の分岐構造は、前記主同軸管に交互に連結されてもよい。
　前記第１の分岐構造及び前記第２の分岐構造は、前記第２の同軸管と前記主同軸管との連結部から前記主同軸管の両側に向かって前記主同軸管に交互に連結されてもよい。
　前記第１の分岐構造及び前記第２の分岐構造が前記主同軸管に連結する連結部分のピッチは、電気長で２πｎｒａｄ（ｎは整数）であってもよい。
　前記第１の分岐構造及び前記第２の分岐構造が前記主同軸管に連結する連結部分のピッチは、前記第２の同軸管と前記主同軸管との連結部を除いて電気長で２πｎｒａｄ（ｎは整数）であってもよい。
　前記第１の分岐構造及び前記第２の分岐構造は、前記第２の同軸管に対して対称的に前記主同軸管に連結されてもよい。
　前記複数の第１の同軸管内の少なくともいずれかには、第１の誘電体が埋め込まれていてもよい。
　前記第１の誘電体は、テーパ状であってもよい。
　前記第１の誘電体は、前記第１の同軸管の内部導体と外部導体との間に介在されてもよい。
　前記第１の誘電体は、テーパ状に形成されることにより前記第１の同軸管の特性インピーダンスを変換してもよい。
　前記第１の誘電体は、その長さにより前記第１の同軸管の電気長を調整してもよい。
　前記複数の第１の同軸管は、前記複数の誘電体板に等ピッチでそれぞれ連結され、各ピッチは、前記主同軸管の電気長を基準として４πｎ／３（ｎは整数）ｒａｄであってもよい。
　以上説明したように、本発明によれば、マイクロ波を伝送させる同軸管分配器に異なる分岐構造を含むことにより、自由度の高い伝送線路を構築することができ、これにより均一なプラズマを生成することができる。
本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置の一部を拡大した縦断面図（３－０，０’－３断面）である。 同実施形態に係るプラズマ処理装置の天井面を示した図（１－１断面）である。 同実施形態に係るプラズマ処理装置の天井上部に配置された導波管及びマイクロ波源等を示した図である。 同実施形態に係る導波管と同軸管との接続部分を示した図（４－４断面）である。 同実施形態に係る同軸管分配器及び分岐構造を示した平面図（２－２断面）である。 同実施形態に係る同軸管分配器の平面図である。 同実施形態に係る同軸管分配器の側面図である。 同実施形態に係る同軸管分配器のインピーダンス調整及び位相調整を説明するための図である。 同実施形態に係る調整結果の一例を示した表である。 セル数８の分岐構造“ａ”、セル数１０の分岐構造“ｂ”、セル数１２の分岐構造“ｃ”、セル数１４の分岐構造“ｄ”、セル数１６の分岐構造“ｅ”を示した図である。 太陽電池用基板に適用した同実施形態に係る分岐構造の一例である。 太陽電池用基板に適用した同実施形態に係る分岐構造の他の例である。 同一分岐構造を有する同軸管分配器の一例を示した図である。
　以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。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。
　なお、以下で説明する本発明の各実施形態に係るプラズマ処理装置は次の順序で説明する。
　＜第１実施形態＞
　［プラズマ処理装置の構成］
　　（全体構成）
　　（天井面の構成）
　　（伝送線路）
　　（同軸管分配器と分岐構造）
　　（第１の誘電体）
　［各分岐構造のインピーダンス整合及び位相調整機構］
　　（特性インピーダンス変換／位相調整部）
　　（インピーダンス整合）
　　（第２の分岐構造のインピーダンス整合）
　　（第１の分岐構造のインピーダンス整合）
　［効果の例］
　＜第１実施形態の変形例＞
　［変形例１に係る分岐構造］
　［変形例２に係る分岐構造］
　［変形例３に係る分岐構造］
　［変形例４に係る分岐構造］
　［変形例５に係る分岐構造］
　［変形例６に係る分岐構造］
　＜第１実施形態＞
　［プラズマ処理装置の構成］
　まず、本発明の第１実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置の構成について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１０の一部を拡大した縦断面（図２及び図５に示した３－０，０’－３断面）図である。図２は、図１の１－１断面であり、マイクロ波プラズマ処理装置１０の天井面を示している。
　　（全体構成）
　図１に示したように、マイクロ波プラズマ処理装置１０は、ガラス基板（以下、「基板Ｇ」という。）をプラズマ処理するための処理容器１００を有している。処理容器１００は、容器本体２００と蓋体３００とから構成される。容器本体２００は、その上部が開口された有底立方体形状を有していて、その開口は蓋体３００により閉塞されている。蓋体３００は、上部蓋体３００ａと下部蓋体３００ｂとから構成されている。容器本体２００と下部蓋体３００ｂとの接触面にはＯリング２０５が設けられていて、これにより容器本体２００と下部蓋体３００ｂとが密閉され、処理室が画定される。上部蓋体３００ａと下部蓋体３００ｂとの接触面にもＯリング２１０及びＯリング２１５が設けられていて、これにより、上部蓋体３００ａと下部蓋体３００ｂとが密閉されている。容器本体２００及び蓋体３００は、たとえば、アルミニウム合金等の金属からなり、電気的に接地されている。
　処理容器１００の内部には、基板Ｇを載置するためのサセプタ１０５（ステージ）が設けられている。サセプタ１０５は、たとえば窒化アルミニウムから形成されている。サセプタ１０５は、支持体１１０に支持されていて、その周囲には処理室のガスの流れを好ましい状態に制御するためのバッフル板１１５が設けられている。処理容器１００の底部にはガス排出管１２０が設けられていて、処理容器１００の外部に設けられた真空ポンプ（図示せず）を用いて処理容器１００内のガスが排出される。
　　（天井面の構成）
　図２を参照すると、処理容器１００の天井面には、誘電体板３０５、金属電極３１０及び金属カバー３２０が規則的に配置されている。誘電体板３０５及び金属電極３１０は、基板Ｇや処理容器１００に対して概ね４５°傾いた位置に等ピッチで２０枚配置される。誘電体板３０５のわずかに削られた角部同士は隣接して配置される。金属カバー３２０は、誘電体板３０５及び金属電極３１０の間に１２枚配置される。
　天井面にはまた、全ての金属電極３１０及び金属カバー３２０を取り囲むサイドカバー３５０が設けられている。誘電体板３０５、金属電極３１０及び金属カバー３２０は、僅かに角が削られたほぼ正方形のプレートである。金属電極３１０は、金属電極３１０の外縁部から誘電体板３０５が概ね均等に露出するように誘電体板３０５に隣接して設けられた平板である。かかる構成により、誘電体板３０５は、蓋体３００の内面と金属電極３１０とによりサンドイッチされ、処理容器１００の内面に密着される。金属電極３１０は、処理容器１００の内壁と電気的に接続されている。
　再び図１を見ると、金属電極３１０と金属カバー３２０は、誘電体板３０５の厚さ分、金属カバー３２０の方が厚い。かかる形状によれば、天井面の高さがほぼ等しくなる。誘電体板３０５はアルミナにより形成され、金属電極３１０、金属カバー３２０及びサイドカバー３５０はアルミニウム合金により形成されている。なお、本実施形態では、誘電体板３０５及び金属電極３１０の枚数は、これに限られず、同じ枚数で増減させることができる。
　誘電体板３０５及び金属電極３１０は、誘電体板３０５を貫通した金属電極３１０の凸部を図１に示した袋ナット３２５にねじ止めすることにより固定されている。金属カバー３２０は、ワッシャー３４５を下部蓋体３００ｂの凹みに介在させながらボルト３３０を金属カバー３２０に設けられた凹部にねじ止めすることにより固定されている。袋ナット３２５と下部蓋体３００ｂとの間には、Ｏリング２２０が設けられていて、主ガス流路３３５からのガスが、袋ナット３２５内に設けられたガス流路３２５ａを通らずに処理容器１００内に放出されることを防止する。
　上部蓋体３００ａと下部蓋体３００ｂとの間には、紙面に垂直な方向に主ガス流路３３５が設けられている。主ガス流路３３５は、複数の袋ナット３２５及びボルト３３０内に設けられたガス流路３２５ａ，３３０ａにガスを分流する。ガス流路３２５ａ，３３０ａの入口には、流路を狭めるノズル３４０が嵌入されている。ノズル３４０は、セラミックスや金属からなる。
　金属電極３１０にはガス流路３２５ａと連通するガス流路３１０ａが設けられていて、その先端では複数のガス孔ｈｌ１が開口している。金属カバー３２０及びサイドカバー３５０にもガス流路３２０ａが設けられていて、その先端では複数のガス孔ｈｌ２が開口している。ナット３２５及びボルト３３０の先端面は、プラズマの分布を乱さないように、金属電極３１０、金属カバー３２０及びサイドカバー３５０のプラズマ側の面に露出していない。図２に示したように、ガス孔ｈｌ１及びガス孔ｈｌ２とは均等なピッチで配設されている。
　ガス供給源９０５から出力されたガスは、主ガス流路３３５からガス流路３２５ａ,３３０ａを通って金属電極３１０内の第１のガス流路３１０ａ及び金属カバー３２０やサイドカバー３５０内の第２のガス流路３２０ａを通過し、ガス孔ｈｌ１,ｈｌ２から処理室内に供給される。
　このようにして天井部の金属面にガスシャワープレートを形成することにより、従来生じていた、プラズマ中のイオンによる誘電体板表面のエッチング及び処理容器内壁への反応生成物の堆積を抑制し、コンタミやパーティクルの低減を図ることができる。また、誘電体と異なり金属は加工が容易なため、コストを大幅に低減することができる。
　図２に示したように、誘電体板３０５は、誘電体板３０５に一対一に隣接した金属電極３１０と誘電体板３０５が配置されていない金属カバー３２０の間から露出している。一枚の金属電極３１０を中心に隣接する金属カバー３２０の中心点を頂点に持つ領域をセルＣｅｌとして、仮想的に天井面を均等な領域に画定する。天井面では、セルＣｅｌを一単位として同一パターンの構成が２０セル規則正しく配置されている。各セルＣｅｌは正方形である。
　これにより、各セルから均等にマイクロ波の電力が供給される。この結果、誘電体板３０５から放出されたマイクロ波は、表面波となって電力を半分に分配しながら金属電極３１０及び金属カバー３２０の表面を伝搬する。処理容器内面の金属面とプラズマとの間を伝搬する表面波を、以下、金属表面波（Ｍｅｔａｌ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｗａｖｅ）という。これにより、天井面全体に、金属表面波が伝搬し、本実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１０の天井面の下方にて、均一なプラズマが安定的に生成される。
　最外周のセルＣｅｌの境界近傍には、すべての金属電極３１０、誘電体板３０５、金属カバー３２０及びサイドカバー３５０を取り囲む溝３４０が矩形状に設けられている。天井面を伝搬する金属表面波が、溝３４０より外側に伝搬することを抑制する。溝３４０は、本実施形態のように一重であってもよく、二重や三重であってもよい。
　図１に示した冷媒供給源９１０は、蓋体３００の内部の冷媒配管９１０ａに接続されていて、冷媒供給源９１０から供給された冷媒が冷媒配管９１０ａ内を循環して再び冷媒供給源９１０に戻ることにより、蓋体３００の主に下部蓋体３００ｂの加熱を抑止するようになっている。
　　（伝送線路）
　次に、マイクロ波を伝送する伝送線路について説明する。マイクロ波源９００は、９１５ＭＨｚのマイクロ波を出力する。蓋体３００には、マイクロ波を伝送させる同軸管が埋め込まれている。蓋体３００を掘り込んで形成された第１の同軸管６１０の外部導体６１０ｂには、内部導体６１０ａが挿入されている。第１の同軸管６１０の端部は、誘電体板３０５に当接している。このようにして、複数の第１の同軸管６１０は、複数の誘電体板３０５に一対一に設けられ、これにより、マイクロ波を複数の誘電体板３０５に伝送する。
　同様にして掘り込んで形成された第３の同軸管６３０～第５の同軸管６５０の外部導体６３０ｂ～６５０ｂには内部導体６３０ａ～６５０ａが挿入され、その上部は蓋カバー６６０で覆われている。同軸分配器の主管７００には、マイクロ波源９００に向かう第２の同軸管６２０が連結されている。第２の同軸管６２０と主管７００との連結部分にはテフロンリング８００（テフロンは登録商標）が設けられている。テフロンリング８００には、第２の同軸管６２０の内部導体６２０ａが貫通している。テフロンリング８００は、内部導体６２０ａを外部導体６２０ｂに固定するとともに、マイクロ波が伝送される際の反射を抑えるようになっている。各同軸管の内部導体は熱伝導の良い銅で形成されている。
　第１の同軸管６１０の外周の下部蓋体３００ｂと誘電体板３０５との接触面にはＯリング２２５が設けられていて、第１の同軸管６１０内の大気が処理容器１００の内部に入らないようになっている。
　図３に示したように、蓋体３００の上方には、Ｔ分岐導波管９１５が配設されている。図４は、図３の４－４断面である。図４に示したように、Ｔ分岐導波管９１５は、２つのテーパ状の同軸導波管変換器６０５を介して２本の第２の同軸管６２０に連結される。Ｔ分岐導波管９１５の分岐部分の中央奥には整合用の棒状部材９１５ａが設けられていて、Ｔ分岐導波管９１５から各第２の同軸管６２０へマイクロ波を良好に伝送するようになっている。マイクロ波は、マイクロ波源９００から出力され、整合器９２０により電源側と負荷側の整合を取り、テーパ状の同軸導波管変換器６０５により反射を抑えながら各同軸導６２０に伝送される。なお、マイクロ波源９００と整合器９２０との間にはアイソレータ９２５が設けられていて、整合が十分取れていない状態でも反射波がマイクロ波源９００に戻ることを防止している。
　　（同軸管分配器と分岐構造）
　図５は、図１の２－２断面図である。本実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１０は、天井面を２０のセルＣｅｌに区画し、Ｇ４．５サイズの基板（９２０ｍｍ×７３０ｍｍ）を処理する。
　図５には、上記伝送線路を伝送したマイクロ波を複数の第１の同軸管６１０に分配して伝送する同軸管分配器６００が上部蓋体３００ａ内に並んで２つ埋め込まれている。同軸管分配器６００は、主管７００、第２の同軸管６２０、第３の同軸管６３０、第４の同軸管６４０及び第５の同軸管６５０を含む。
　同軸管分配器６００の平面図を示した図６及び側面図を示した図７を参照しながら、同軸管分配器６００の説明を続ける。同軸管分配器６００は、主管７００、第２の同軸管６２０、及び複数の第１の同軸管６１０にそれぞれ連結される第１の分岐構造Ｂ１及び第２の分岐構造Ｂ２を有する。主管７００は、第２の同軸管６２０、第１の分岐構造Ｂ１及び第２の分岐構造Ｂ２に連結される主同軸管に相当する。主管７００の外部導体７００ｂは、第２の同軸管６２０の連結位置で最も太くなり第４の同軸管６４０との連結部分に向けて徐々に細くなる。一方、主管７００の内部導体７００ａの太さは、一定である。
　第１の分岐構造Ｂ１は、分岐せずに第３の同軸管６３０に直接第１の同軸管６１０が連結する分岐構造を有する。すなわち、第１の分岐構造Ｂ１は、同軸管分配器６００の両端にて連結された第３の同軸管６３０を分岐させることなく１本の第１の同軸管６１０にそれぞれ連結する。
　第２の分岐構造Ｂ２は、第４の同軸管６４０からＴ分岐した第５の同軸管６５０の両端に２本の第１の同軸管６１０が連結する分岐構造を有する。すなわち、第２の分岐構造Ｂ２は、同軸管分配器６００に両側にて連結された第４の同軸管６４０をＴ分岐させて２本の第１の同軸管６１０にそれぞれ連結する。
　第１の分岐構造Ｂ１及び第２の分岐構造Ｂ２は、主管７００に交互に連結されている。第１の分岐構造Ｂ１及び第２の分岐構造Ｂ２は、第２の同軸管６２０に対して対称的に同軸管分配器６００に連結されている。なお、第２の同軸管６２０は、同軸管分配器６００の中央にて主管７００に連結されているが、連結位置はこれに限られない。また、第１の分岐構造Ｂ１及び第２の分岐構造Ｂ２と主管７００との連結部において、１個の連結部に２個の同一の分岐構造が連結されているが、１個の連結部に異なる分岐構造が連結されていてもよいし、２個以外の数の分岐構造が連結されていてもよい。さらに、内部導体７００ａと内部導体６４０ａ、内部導体７００aと内部導体６３０ａは本実施形態では垂直であるが、垂直でなくてもよい。
　　（第１の誘電体）
　図１に示した第１の同軸管６１０（第１の分岐構造の同軸管）には、テーパ状の第１の誘電体６１０ｃが埋め込まれている。テーパ状の第１の誘電体６１０ｃは、第１の同軸管６１０の内部導体６１０ａと外部導体６１０ｂとの間に介在され、第３の同軸管６３０との連結部分から第１の同軸管６１０の下端部に向かって逆テーパ状に形成及び配置される。第３の同軸管６３０と第１の同軸管６１０との連結部分では、外部導体の空間が大きく、かつ内部導体に多少の丸みが形成されている。これにより、分岐部分でのマイクロ波の反射を抑えるとともに、テーパ状の第１の誘電体６１０ｃを固定する。テーパ状の第１の誘電体６１０ｃは、石英、アルミナ、イットリア等の誘電体から形成される。
　このように、第１の誘電体６１０ｃがテーパ状に形成されることにより第１の同軸管６１０の特性インピーダンスを変換することができる。また、第１の誘電体６１０ｃは、その長さを調整することにより、第１の同軸管６１０を伝送するマイクロ波の位相を調整することができる。特性インピーダンス変換及び位相調整については後述する。
　第１の同軸管６１０の連結部分上部の内部導体及び外部導体との間はテフロンロッド８０５により支持される。第１の同軸管６１０の先端近傍にもテフロンリング８１０が設けられ、内部導体６１０ａを外部導体６１０ｂに支持するようになっている。第５の同軸管６５０にも、同様にテフロンリング８１５が設けられ、内部導体６５０ａを外部導体６５０ｂに支持するようになっている。テフロンロッド８０５及びテフロンリング８１０，８１５は、テフロン（登録商標）、ガラス入りテフロン、石英、アルミナ、イットリア等の誘電体から形成されている。
　主管７００の内部導体７００ａと外部導体７００ｂとの間にもテフロンリング８２０が設けられている。テフロンリング８２０は、テフロンから形成されている。テフロンリング８２０は内部導体７００ａを外部導体７００ｂに支持するとともに、その比誘電率と厚さとによりマイクロ波の電気長を調整する。テフロンリング８２０は、テフロンに限られず、ガラス入りテフロン、石英、アルミナ、イットリア等の誘電体から形成されていてもよい。
　負荷としてのプラズマのインピーダンスはプロセス条件によって変化する。このため、負荷からの反射を常に０にすることは原理的にできない。負荷からの反射があっても各セルに同一振幅、同一位相のマイクロ波を供給する分岐線路の設計が必要である。このため、負荷からの反射があっても連結部Ｃ１と連結部Ｃ２におけるマイクロ波の電圧と位相を一致させるために、連結部Ｃ１と連結部Ｃ２間の電気長を２πｒａｄの整数倍（本実施形態では１倍）にする（図５，８参照）。
　本実施形態では、第１の分岐構造Ｂ１と第２の分岐構造Ｂ２の２種類の分岐構造が設けられており、それぞれの電気長が異なるため、連結部Ｃ１と連結部Ｃ２におけるマイクロ波の位相を一致させただけでは、各セルに供給されるマイクロ波の位相を同一にすることができない。このため、第１の分岐構造Ｂ１には、後述する位相調整部が設けられている。
　第１の分岐構造Ｂ１の先に連結された第１の同軸管６１０及び第２の分岐構造Ｂ２の先に連結された第１の同軸管６１０は、複数の金属電極３１０に等ピッチでそれぞれ連結されている。各ピッチは、主管７００の電気長を基準として４πｎ／３ｒａｄ（ｎは整数）である。
　ただし、セルのピッチの１．５倍は中空の同軸管のマイクロ波の波長（これは自由空間の波長に等しい）にほぼ等しいが少しずれがある。そこで、図６及び図７に示したように、主管７００の内部導体７００ａと外部導体７００ｂとの間にテフロン８２０を介在させて、連結部Ｃ１と連結部Ｃ２間の電気長が２πｒａｄになるようにしている。このような調整手段によりセルピッチを比較的自由に定めることができる。
　［各分岐構造のインピーダンス整合及び位相調整機構］
　次に、図８を参照しながら、各分岐構造のインピーダンス整合及び位相調整機構について説明する。図８は、第１の分岐構造Ｂ１及び第２の分岐構造Ｂ２を模式的に示した図である。図８では、入力部Ｉｎ右側の第２の分岐構造Ｂ２は省略されている。
　（特性インピーダンス変換／位相調整部）
　第１の誘電体６１０ｃは、テーパ形状及び長さでマイクロ波の反射を抑えつつ特性インピーダンスを適切な値に変換すると同時に、第１の分岐構造Ｂ１の電気長を調整して全てのセルに供給されるマイクロ波の位相を揃える。
　同軸管の特性インピーダンスは、次式（１）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　ここで、εｒは第１の誘電体６１０ｃの実効的な比誘電率、ｂは第１の同軸管６１０の外部導体６１０ｂの径、ａは第１の同軸管６１０の内部導体６１０ａの径である。
　式（１）によれば、第１の同軸管６１０の特性インピーダンスを変換するためには、第１の誘電体６１０ｃの実効的な比誘電率εｒ、外部導体６１０ｂの径、内部導体６１０ａの径のいずれかを変化させればよい。
　本実施形態では、図１に示したように、外部導体６１０ｂの径及び内部導体６１０ａの径は変化させずに、第１の誘電体６１０ｃの実効的な比誘電率εｒを変化させている。具体的には、第１の誘電体６１０ｃの上部が厚く下部が薄くなるように第１の誘電体６１０ｃを逆テーパ状にする。また、第１の誘電体６１０ｃには比誘電率εｒが３．８の石英を用いる。第１の同軸管６１０の上部では、外部導体６１０ｂと内部導体６１０ａとの間の空間が第１の誘電体６１０ｃにて充填されているので、内外導体間の比誘電率は３．８にほぼ等しくなる。一方、第１の同軸管６１０の下部になる程、内外導体間を満たす物質は、石英より空気の割合が高くなる。よって、第１の同軸管６１０の内外導体間の実効的な比誘電率εｒは３．８より徐々に小さくなる。式（１）によれば、ａ，ｂの変数に変化がなく、実効的な比誘電率εｒが徐々に小さくなる場合、特性インピーダンスＺ０は徐々に大きくなる。よって、第１の誘電体６１０ｃの上部から下部に行くほど特性インピーダンスＺ０は大きくなる。このようにして、第１の誘電体６１０ｃを用いてマイクロ波の特性インピーダンスを所望の値に変換することができる。図８では、第１の誘電体６１０ｃによって実現される特性インピーダンス変換／位相調整部により、第１の誘電体６１０ｃが配置されている第１の同軸管６１０下部の特性インピーダンス（３０Ω）を上部の特性インピーダンス（２０Ω）に変換している。
　また、比誘電率が高いほどマイクロ波の位相は遅れる。よって、第１の誘電体６１０ｃのテーパ部の長さが長いほどマイクロ波の位相は遅れることになる。この原理を用いて、第１の分岐構造Ｂ１の電気長を調整している。
　本実施形態では、石英をテーパ状に形成することにより、マイクロ波の位相調整と特性インピーダンス変換を同時に行う。なお、設計によっては、位相調整部がなくても各セルに供給されるマイクロ波の位相にずれが生じないこともある。その場合には、位相調整は不要となる。また、特性インピーダンスを変換する必要がなく位相のみを調整する必要がある場合には、誘電体６１０ｃをテーパ状でなくストレートにしてもよい。
　特性インピーダンス変換／位相調整部の他の構成例としては、たとえば、内部導体６１０ａ又は外部導体６１０ｂをテーパ状にして、内外導体間を石英などの誘電体で充填させてもよい。第１の誘電体６１０ｃをテーパ状にする必要がなく、加工時のコストを低減できる。また、特性インピーダンス変換／位相調整部を第２の分岐構造Ｂ２に設けてもよい。
　（インピーダンス整合）
　以上の特性インピーダンス変換／位相調整部の機能を踏まえて、本実施形態における第１の分岐構造Ｂ１及び第２の分岐構造Ｂ２とのインピーダンス整合について説明する。
　前述したように、均一なプラズマを生成するためには、全てのセルに同じパワー（同じ振幅）の電力を供給する必要がある。ここで、第２の分岐構造Ｂ２は、２分岐しながら４つの金属電極３１０につながっている。一方、第１の分岐構造Ｂ１は、分岐せずに直接１つの金属電極３１０につながっている。このように、分岐先の負荷が異なる場合、入力部Ｉｎから左右の主管７００に供給されるマイクロ波の電力と上下の同軸管に供給されるマイクロ波の電力とを、４：１に配分しなければ、各セル（金属電極３１０）にマイクロ波の電力を等分することができない。
　以上のようにマイクロ波の電力を配分するために、入力部Ｉｎから左右に延びる主管７００を見た特性インピーダンスをそれぞれ７５Ωにし、入力部Ｉｎから上下に延びる第４の同軸管を見た特性インピーダンスをそれぞれ３００Ωにする。これは、次のようにして算出することができる。
　入力部Ｉｎから入力部Ｉｎに連結される４本の同軸管を見たインピーダンスは、全て抵抗性であるとする。横の同軸管に対して次式が成り立つ。
Ｐ１(横の同軸管に供給される電力)＝Ｖ２（入力部Ｉｎの電圧）／Ｒ１(横の同軸管を見た抵抗)
　縦の同軸管に対して次式が成り立つ。
Ｐ２(縦の同軸管に供給される電力)＝Ｖ２（入力部Ｉｎの電圧）／Ｒ２(縦の同軸管を見た抵抗)
　これにより、式（２）が導かれる。
Ｐ１／Ｐ２＝４／１＝Ｒ２／Ｒ１・・・（２）
　また、入力部Ｉｎにて反射が生じないためには、並列接続された４つの分岐先の合成インピーダンスを、分岐元の第２の同軸管６２０の特性インピーダンスと一致させればよい。本実施形態では、同軸管での電力ロスを最小にするために、第２の同軸管６２０の特性インピーダンスを３０Ωとした。すなわち、次式（３）が成り立つ。
１／（１／Ｒ１＋１／Ｒ１＋１／Ｒ２＋１／Ｒ２）＝３０Ω・・・（３）
　式（２）（３）により、Ｒ１＝７５Ω、Ｒ２＝３００Ωが導き出される。以上の計算に基づき、入力部Ｉｎから見た左右のインピーダンスを７５Ωにし、入力部Ｉｎから見た上下のインピーダンスを３００Ωにするように各同軸管の特性インピーダンスを定める。
　（第２の分岐構造のインピーダンス整合）
　まず、第２の分岐構造Ｂ２側のインピーダンス整合について説明する。電界集中と負荷側からの反射を抑えるために、各セルの金属電極３１０に繋がる第１の同軸管６１０の下部の特性インピーダンスを、たとえば２０Ωに設定する。これに対して、第１の同軸管６１０の上部の特性インピーダンスを３０Ωにするように第１の同軸管６１０の内部導体６１０ａに段差を設ける。また、第１の同軸管６１０の下部の長さを調整することにより、反射をより小さく抑える。また、第５の同軸管６５０の特性インピーダンスを第１の同軸管６１０の上部の特性インピーダンスと等しい３０Ωにする。
　入力部Ｉｎから左側を見たインピーダンスを７５Ωにするために、入力部Ｉｎ近傍の主管７００の特性インピーダンスを７５Ωにするとともに、負荷インピーダンスをこの値に整合させる。ここでは、主管７００の外部導体７００ｂを徐々に細くしてテーパ状にしており、第２の分岐構造との連結部近傍の主管７００の特性インピーダンスは６０Ωになっている。これは、第４の同軸管６４０の電気長を所望の長さに合わせるためであるが、必ずしも主管７００をこのようにテーパ状にする必要はない。
　負荷インピーダンスを整合させるために、連結部Ｃ２から第４の同軸管を見たインピーダンスを、主管７００の特性インピーダンス６０Ωの２倍に合わせる必要がある。これは、連結部Ｃ２に第４の同軸管が２本接続されているためである。
　なお、主管７００の端部からその端部に最も近い分岐構造の連結部分までの電気長は、概ねπ／２ｒａｄの奇数倍（ここでは、１倍）と等しくなっている。これにより、この間は、一端を短絡された分布定数線路とみなすことができる。このように、一端が短絡された電気長がπ／２ｒａｄの分布定数線路は、もう一端から見るとインピーダンスが無限大に見える。よって、マイクロ波の伝送にとって主管７００の端部から連結部分までの部分は存在しないに等しいものとなり、伝送線路の設計が容易になる。
　分岐部Ｔから２本の第５の同軸管６５０を見た合成のインピーダンスは、第５の同軸管６５０の特性インピーダンス３０Ωの１／２になる。第４の同軸管６４０は、これらのインピーダンスの関係を満足させるためのインピーダンス変換器として機能し、電気長と特性インピーダンスが次のように設計される。先ず、第４の同軸管６４０の電気長を、π／２ｒａｄとする。また、第４の同軸管６４０の特性インピーダンスＺｃ４は、次式によって求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　・・・（４）
ここで、Ｚｃ７は主管７００の（分岐部Ｃ近傍の）特性インピーダンス、Ｚｃ５は同軸管６５０の特性インピーダンスである。式（４）にＺｃ７＝６０Ω、Ｚｃ５＝３０Ωを代入すると、Ｚｃ４＝４２．４Ωとなる。
　（第１の分岐構造のインピーダンス整合）
　次に、第１の分岐構造Ｂ１側のインピーダンス整合について説明する。第２の分岐構造のインピーダンス整合の場合と同様に、電界集中と負荷側からの反射を抑えるために、各セルの金属電極３１０に繋がる第１の同軸管６１０の下部の特性インピーダンスを２０Ωに設定する。これに対して、第１の同軸管６１０の上部の特性インピーダンスを３０Ωにするように第１の同軸管６１０の内部導体６１０ａに段差を設けるとともに、反射が生じないように下部の長さを調整する。
　第１の同軸管６１０の特性インピーダンス変換／位相調整部には、実際には、前述したように、内部導体６１０ａと外部導体６１０ｂとの間に逆テーパ状の第１の誘電体６１０ｃが設けられた構成となっている。かかる構成によれば、第１の誘電体６１０ｃの逆テーパを利用して第１の同軸管６１０上側の出力側から入力側に向けて比誘電率εｒを徐々に大きくすることにより、上式（１）に従い第１の同軸管６１０上側の出力側から入力側に向けて特性インピーダンスを徐々に小さくすることができる。これにより、反射を抑えながら、第１の同軸管６１０上側の出力側の特性インピーダンスを３０Ω、入力側の特性インピーダンスを２０Ωにすることができる。
　一方、前述したように、入力部Ｉｎから上下の同軸管を見たインピーダンスＺｉｎは３００Ωにしなければならない。第３の同軸管６３０は、これらのインピーダンスの関係を満足させるためのインピーダンス変換器として機能し、電気長と特性インピーダンスが次のように設計される。先ず、第３の同軸管６３０の電気長を、π／２ｒａｄとする。また、第３の同軸管６３０の特性インピーダンスＺｃ３は、次式によって求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 　・・・（５）
ここで、Ｚｃ１は同軸管６１０の特性インピーダンス変換部上部の特性インピーダンスである。式（５）にＺｉｎ＝３００Ω、Ｚｃ１＝２０Ωを代入すると、Ｚｃ３＝７７．４Ωとなる。
　［効果の例］
　以上のように、分岐構造の最適化を図った同軸管分配器６００分岐回路について、反射の状態及び位相の状態をシミュレーションにより求めた。図９は、図７に示す各ポートにおけるマイクロ波の入射、反射、透過の状態をＳパラメータで表記した結果である。その結果を図９に示す。Ｓ１１は、ポート１から入力してポート１から出力されるマイクロ波を示している。すなわち、Ｓ１１は、ポート１から出力されるマイクロ波の反射波及び位相（かっこ内）を示す。これによれば、ポート１からのマイクロ波の反射は、「０．００３」とほぼ「０」であり、反射が極めて小さいことが分かる。
　次に、Ｓ１２～Ｓ１６について検証する。Ｓ１２～Ｓ１６は、図７のポート１から入力してポート２～６からそれぞれ出力されるマイクロ波を示している。シミュレーション結果によれば、ポート２～６から出力されるマイクロ波の振幅は、「０．４４６」又は「０．４４７」であり、ほぼ一致していることが分かる。また、ポート２～６から出力されるマイクロ波の位相も「－１１９°」と完全に一致している。この結果、第１の分岐構造Ｂ１、第２の分岐構造Ｂ２という異なる分岐構造の伝送路においても、振幅と位相の揃ったマイクロ波を処理容器内に供給できることが証明された。これにより、基板サイズ、セル個数、（すなわち、分岐数）に比較的制限されないマイクロ波プラズマ処理装置１０の設計が実現できることがわかった。
　すなわち、同軸管分配器６００の主管７００に異なる構成の第１の分岐構造Ｂ１及び第２の分岐構造Ｂ２を連結することにより、第１の同軸管６１０の配置位置を適正化することができる。この結果、大きさが予め定められている基板Ｇに対してセルＣｅｌの形状を正方形にすることができるとともに、セルＣｅｌの面積を比較的大きくすることができる。この結果、セルＣｅｌの形状を正方形にすることにより基板に均一なプラズマ処理を施すことができるとともに、セルＣｅｌの面積を比較的大きくすることによりコストを低減させることができる。
　＜第１実施形態の変形例＞
　［変形例１に係る分岐構造］
　図１０“ｂ”に示したように、今まで述べてきた１０分岐（セル数：５×２＝１０）の分岐構造を基本として、図１０“ａ”、図１０“ｃ”～図１０“ｅ”等の変形例が考えられる。たとえば、図１０“ａ”に示した変形例１に係る分岐構造では、第２の同軸管（入力部Ｉｎ）に第２の分岐構造が配置され、その両側に第１の分岐構造Ｂ１が同軸管分配器６００の主管７００に対して対称的に配置される。つまり、第１の分岐構造Ｂ１及び第２の分岐構造Ｂ２は、第２の同軸管（入力部Ｉｎ）から両側に向けて第２の分岐構造Ｂ２、第１の分岐構造Ｂ１の順に主管７００に連結されている。この場合、セル数は、８（＝６×２）となる。
　第１の分岐構造Ｂ１及び第２の分岐構造Ｂ２が同軸管分配器６００の主管７００に連結する連結部分のピッチは、２πｎｒａｄ（ｎは整数、ここではｎ＝１）となっている。
　［変形例２に係る分岐構造］
　図１０“ｃ”に示した変形例２に係る分岐構造では、第１の分岐構造Ｂ１及び第２の分岐構造Ｂ２は、同軸管分配器６００の主管７００に対して対称的に配置される。つまり、第１の分岐構造Ｂ１及び第２の分岐構造Ｂ２は、第２の同軸管（入力部Ｉｎ）から両側に向けて第１の分岐構造Ｂ１、第２の分岐構造Ｂ２の順に主管７００に連結されている。この場合、セル数は、１２（＝６×２）となる。
　第１の分岐構造Ｂ１及び第２の分岐構造Ｂ２が同軸管分配器６００の主管７００に連結する連結部分のピッチは、入力部Ｉｎを除いて２πｎｒａｄ（ｎは整数、ここではｎ＝１）となっている。
　入力部Ｉｎから第１の分岐構造Ｂ１までの間の長さは自由に定められる。一方、第１の分岐構造Ｂ１の連結部から第２の分岐構造Ｂ２の連結部までの距離は、２πｎｒａｄ（ｎは整数）にする。これにより、同一振幅のマイクロ波を各セルに供給することができる。
　［変形例３に係る分岐構造］
　図１０“ｄ”に示した変形例３に係る分岐構造では、第１の分岐構造Ｂ１を中心として、第２の分岐構造Ｂ２、第１の分岐構造Ｂ１が入力部Ｉｎの両側に交互に出現する。この場合、セル数は、１４（＝７×２）となる。その際、第１の分岐構造Ｂ１の連結部と第２の分岐構造Ｂ２の連結部との距離は、すべて２πｎｒａｄ（ｎは整数）にする。これにより、同一振幅のマイクロ波を各セルに供給することができる。
　［変形例４に係る分岐構造］
　図１０“ｅ”に示した変形例４に係る分岐構造では、図１０“ｃ”の同軸管分配器６００に対して、最も外側に、さらに第１の分岐構造Ｂ１が連結されている。この場合、セル数は、１６（＝８×２）となる。この場合にも、入力部Ｉｎから第１の分岐構造Ｂ１までの間の長さは自由に定められる。第１の分岐構造Ｂ１の連結部と第２の分岐構造Ｂ２の連結部との距離は、２πｎｒａｄ（ｎは整数）にする。これにより、同一振幅のマイクロ波を各セルに供給することができる。
　図１０“ａ”～図１０“ｃ”に示した分岐構造では、上記距離２πｎｒａｄを管理すべき位置は入力部Ｉｎの両側に１カ所ずつのみである。一方、図１０“ｄ”及び図１０“ｅ”に示した分岐構造では、上記距離２πｎｒａｄを管理すべき位置は入力部Ｉｎの両側に２カ所ずつある。
　マイクロ波源９００の周波数許容範囲はマグネトロンの特性に基づき定められ、図１０“ａ”～図１０“ｃ”に示した１カ所のピッチ管理に対しては、基準周波数の±１％程度になる。これに対して、図１０“ｄ”及び図１０“ｅ”に示した２カ所のピッチ管理に対して、マイクロ波源９００の周波数許容範囲は基準周波数±０．５％程度と、図１０“ａ”～図１０“ｃ”の場合の半分になってしまう。
　以上から、横方向のセル数が４，５又は６個の図１０“ａ”～図１０“ｃ”の装置の方が、横方向のセル数が７又は８個の図１０“ｄ”及び図１０“ｅ”の装置より管理が簡単で、マイクロ波をより均等に分配しやすい。
　［変形例５に係る分岐構造］
　図１１に示した変形例５では、図１０“ｃ”の同軸分配器６００の構成が並列に４つ並べられている。これによれば、太陽電池基板サイズ１．２０ｍ×１．６４ｍに適したプラズマ励起領域を確保することができる。
　［変形例６に係る分岐構造］
　図１２に示した変形例６では、図１０“ｂ”の同軸分配器６００の構成が縦横に４つずつ合計８つ並べられている。これによれば、太陽電池基板サイズ１．６４ｍ×２．０８ｍに適したプラズマ励起領域を確保することができる。
　以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
　例えば、位相調整部は、特性インピーダンス変換部と同一位置に設けられていなくてもよい。特性インピーダンス変換部と異なる位置に設けられている場合、位相調整部は、位相だけ調整してもよい。また、位相調整部は、第１の同軸管以外の同軸管に設けることもできる。
　以上に説明した各実施形態では、９１５ＭＨｚのマイクロ波を出力するマイクロ波源９００を挙げたが、８９６ＭＨｚ、９２２ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚ等のマイクロ波を出力するマイクロ波源であってもよい。また、マイクロ波源は、プラズマを励起するための電磁波を発生する電磁波源の一例であり、１００ＭＨｚ以上の電磁波を出力する電磁波源であれば、マグネトロンや高周波電源も含まれる。
　また、本発明に係るプラズマ処理装置は、上述したマイクロ波プラズマ処理装置に限られず、成膜処理、拡散処理、エッチング処理、アッシング処理、プラズマドーピング処理など、プラズマにより被処理体を微細加工するプラズマ処理装置であればよい。
　また、たとえば、本発明にかかるプラズマ処理装置は、大面積のガラス基板、円形のシリコンウエハや角型のＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｏｎ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を処理することもできる。

Claims (19)

  1. 　電磁波によりガスを励起させて被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、
    　処理容器と、
    　電磁波を出力する電磁波源と、
    　前記電磁波源から出力された電磁波を伝送する伝送線路と、
    　前記処理容器の内面に設けられ、電磁波を前記処理容器内に放出する複数の誘電体板と、
    　前記複数の誘電体板に隣接し、電磁波を前記複数の誘電体板に伝送する複数の第１の同軸管と、
    　前記伝送線路を伝送した電磁波を前記複数の第１の同軸管に分配して伝送する１段又は２段以上の所定の段数を有する複数の同軸管分配器と、を備え、
    　前記複数の同軸管分配器のうち少なくとも一つは、他の同軸管分配器と段数が異なることを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 　前記複数の同軸管分配器のうち少なくとも一つは段数が１段であり、他の同軸管分配器の段数は２段である請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 　電磁波によりガスを励起させて被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、
    　処理容器と、
    　電磁波を出力する電磁波源と、
    　前記電磁波源から出力された電磁波を伝送する伝送線路と、
    　前記処理容器の内面に設けられ、電磁波を前記処理容器内に放出する複数の誘電体板と、
    　前記複数の誘電体板に隣接し、電磁波を前記複数の誘電体板に伝送する複数の第１の同軸管と、
    　前記伝送線路を伝送した電磁波を前記複数の第１の同軸管に分配して伝送する１段又は２段以上の同軸管分配器と、を備え、
    　前記同軸管分配器のうち少なくとも一段は、前記複数の第１の同軸管にそれぞれ連結される異なる構成の分岐構造と、前記異なる構成の分岐構造が連結する主同軸管と、を含むプラズマ処理装置。
  4. 　前記主同軸管に連結される入力部を有する第２の同軸管を有する請求項３に記載のプラズマ処理装置。
  5. 　前記分岐構造は、第１の分岐構造及び第２の分岐構造の２種類を有する請求項３に記載のプラズマ処理装置。
  6. 　　前記第１の分岐構造は、分岐せずに前記複数の第１の同軸管の少なくともいずれかに連結される請求項５に記載のプラズマ処理装置。
  7. 　前記第２の分岐構造は、分岐して前記複数の第１の同軸管の少なくともいずれかに連結される請求項５に記載のプラズマ処理装置。
  8. 　前記第２の分岐構造は、２分岐である請求項７に記載のプラズマ処理装置。
  9. 　前記第１の分岐構造及び前記第２の分岐構造は、前記主同軸管に交互に連結される請求項５に記載のプラズマ処理装置。
  10. 　前記第１の分岐構造及び前記第２の分岐構造は、前記第２の同軸管と前記主同軸管との連結部から前記主同軸管の両側に向かって前記主同軸管に交互に連結される請求項５に記載のプラズマ処理装置。
  11. 　前記第１の分岐構造及び前記第２の分岐構造が前記主同軸管に連結する連結部分のピッチは、電気長で２πｎｒａｄ（ｎは整数）である請求項５に記載のプラズマ処理装置。
  12. 　前記第１の分岐構造及び前記第２の分岐構造が前記主同軸管に連結する連結部分のピッチは、前記第２の同軸管と前記主同軸管との連結部を除いて電気長で２πｎｒａｄ（ｎは整数）である請求項５に記載のプラズマ処理装置。
  13. 　前記第１の分岐構造及び前記第２の分岐構造は、前記第２の同軸管に対して対称的に前記主同軸管に連結されている請求項９に記載のプラズマ処理装置。
  14. 　前記複数の第１の同軸管内の少なくともいずれかには、第１の誘電体が埋め込まれている請求項５に記載のプラズマ処理装置。
  15. 　前記第１の誘電体は、テーパ状である請求項１４に記載のプラズマ処理装置。
  16. 　前記第１の誘電体は、前記第１の同軸管の内部導体と外部導体との間に介在される請求項１４に記載のプラズマ処理装置。
  17. 　前記第１の誘電体は、その形状により前記第１の同軸管の特性インピーダンスを変換する請求項１４に記載のプラズマ処理装置。
  18. 　前記第１の誘電体は、その長さにより前記第１の同軸管の電気長を調整する請求項１４に記載のプラズマ処理装置。
  19. 　前記複数の第１の同軸管は、前記複数の誘電体板に等ピッチでそれぞれ連結され、各ピッチは、前記主同軸管の電気長を基準として４πｎ／３ｒａｄ（ｎは整数）である請求項３に記載のプラズマ処理装置。
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