WO2024053136A1 - プラズマ発生装置およびプラズマ処理装置 - Google Patents

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WO2024053136A1
WO2024053136A1 PCT/JP2023/008564 JP2023008564W WO2024053136A1 WO 2024053136 A1 WO2024053136 A1 WO 2024053136A1 JP 2023008564 W JP2023008564 W JP 2023008564W WO 2024053136 A1 WO2024053136 A1 WO 2024053136A1
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plasma
microwave
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dielectric constant
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PCT/JP2023/008564
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Inventor
正平 南光
Original Assignee
株式会社ニッシン
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    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H—ELECTRICITY
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a plasma generation device that generates plasma, and a plasma processing device that is equipped with the plasma generation device and performs plasma processing on a workpiece.
  • plasma is used for surface cleaning, etching, CVD processing, etc.
  • objects to be treated hereinafter collectively referred to as "works" are subjected to surface modification treatments, water repellent treatments, etc. using plasma.
  • a device that performs plasma processing on a workpiece includes a microwave generator that generates microwaves, a plasma generator that generates plasma using microwave energy, and a plasma generator that is connected to the plasma generator and that accommodates the workpiece. It is equipped with a processing section.
  • the plasma processing section is, for example, a metal vacuum chamber, and one or more plasma generating devices are connected to the plasma processing section.
  • a conventional plasma generating device 100 according to Patent Document 1 includes a central core 101, an outer shield 102, a connecting mechanism 105, and a dielectric 107, as shown in FIG. 17 or 18.
  • the central core 101 is made of a conductive rod-shaped member and extends along the main axis AP of the plasma generator 100.
  • the central core 101 corresponds to a so-called internal conductor in the plasma device 100.
  • the outer shield 102 is a cylindrical member having conductivity, and is arranged to surround the central core 101.
  • the outer shield 102 corresponds to a so-called outer conductor in the plasma generator 100.
  • An opening is formed on the distal end side (the left side in FIG. 17) of the outer shield 102, and the proximal end side (the right side in FIG. 17) of the outer shield 102 is closed by a partition wall 106.
  • a propagation medium 103 for propagating microwave energy is provided between the central core 101 and the outer shield 102.
  • An example of the propagation medium 103 is air.
  • connection mechanism 105 connects a microwave generator (not shown) to the plasma device 100.
  • the connection mechanism 105 is arranged in a portion of the side wall of the outer shield 102 that is close to the partition wall 106.
  • a microwave transmission cable 108 extending from a microwave generator (not shown) is guided into the plasma generator 100 through an open connection mechanism 105.
  • the dielectric 107 is made of an insulator that propagates microwaves, and is arranged to close the opening on the tip side of the outer shield 102. Dielectric 107 is connected to central core 101 . The dielectric 107 connects the propagation medium 103 of the plasma generation device 100 and the internal space of the plasma generation section. The outer surface 109 of the dielectric 107 is tapered from the proximal end to the distal end of the outer shield 102 .
  • plasma is generated by microwaves output from a microwave generator. That is, microwave energy input through the microwave transmission cable 108 is propagated into the plasma generator 100 via the connection mechanism 105. Further, the microwave energy is propagated to the dielectric 107 inside the plasma generation device 100, and gas in contact with the outer surface 109 of the dielectric 107 is excited, thereby generating plasma.
  • the first problem with the conventional example is that dielectric breakdown easily occurs in the conventional plasma generator 100 when high-power microwaves are applied. Therefore, it is difficult for the conventional plasma generator 100 to generate high-power plasma.
  • Possible causes of dielectric breakdown problems in conventional devices include the following: That is, in the conventional plasma generator 100, the conductive central core 101 is arranged at the center of the cylindrical outer shield 102, so the insulation distance is the distance P1 from the inner surface of the outer shield 102 to the surface of the central core 101. Become. That is, since the insulation distance is limited to a distance shorter than the radius of the outer shield 102, dielectric breakdown is likely to occur in the plasma generator 100. Since it is necessary to increase the diameter of the outer shield 102 to ensure a sufficient insulation distance to avoid dielectric breakdown, it is extremely difficult to downsize the plasma generator 100 while avoiding dielectric breakdown. be.
  • a second problem with the conventional example is that heat tends to accumulate inside the conventional plasma generator 100, and it is difficult to release the heat to the outside. In other words, it is necessary to suppress the output of microwaves in the plasma generator 100 to suppress heat accumulation, making it more difficult to generate high-output plasma.
  • the portion where the central core 101 contacts the outer shield 102 is limited to a very narrow area.
  • the central core 101 is in direct contact with the outer shield 102 only at the base end of the plasma generator 100. Therefore, it is difficult to efficiently discharge the heat (Joule heat) generated on the surface of the central core 101 to the outside of the plasma generator 100.
  • a third problem with the conventional example is that the manufacturing cost of the plasma generator 100 increases. That is, in the plasma generation device 100, if the dielectric 107 is made into a simple cylindrical shape, a problem arises in that impedance matching deteriorates. In order to improve impedance matching in the plasma generator 100, it is necessary to process the outer surface 109 of the dielectric 107 into a tapered shape. That is, processing the outer surface 109 of the dielectric 107 increases the manufacturing cost of the plasma generating device 100.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a plasma generation device and a plasma processing device that make it possible to improve plasma output and downsize the device.
  • the present invention has the following configuration. That is, the plasma generation device according to the present invention includes a conductive waveguide having an opening at one end; A first extending along the main axis of the waveguide inside the waveguide, connected to a microwave supply cable that supplies microwaves, and propagating the supplied microwaves to the one end side. a dielectric member; a second dielectric member disposed to close the opening and generate plasma using the microwave propagated by the first dielectric member; It is characterized by having the following.
  • a conductive waveguide having an opening at one end is used, and the first dielectric member is located inside the waveguide along the main axis of the waveguide. It extends along the Further, the opening of the waveguide is closed by a second dielectric member, and the microwave propagated to one end by the first dielectric member is received by the second dielectric member, and The member generates plasma using the microwave.
  • the plasma generation device has a waveguide structure as a whole and does not have a conductor inside.
  • the plasma generation device has a waveguide structure as a whole and does not have a conductor inside.
  • the first dielectric member extends along the main axis of the waveguide so as to fill the inside of the waveguide.
  • the first dielectric member fills the inside of the waveguide. That is, the entire surface of the first dielectric member is in contact with the waveguide.
  • the first dielectric member that propagates the microwave is in contact with the waveguide, which is the outer conductor, over a wide range. Therefore, the heat generated in the first dielectric member can be efficiently conducted to the waveguide and released to the outside of the plasma generator.
  • the first dielectric member includes a dielectric constant buffering portion that alleviates changes in the dielectric constant at the connection portion with the microwave supply cable.
  • the first dielectric member includes a relative permittivity buffer section.
  • the relative permittivity buffer section alleviates changes in relative permittivity at the connection section between the microwave supply cable and the first dielectric member. By connecting the microwave supply cable and the first dielectric member via the relative permittivity buffer, the change in relative permittivity in the portion from the microwave supply cable to the first dielectric member is reduced. Therefore, by providing a relative permittivity buffer section, it is possible to avoid deterioration in impedance matching caused by rapid changes in relative permittivity.
  • the dielectric constant buffer is a recess formed in the first dielectric member,
  • the microwave supply cable is inserted in a direction in which the recess extends.
  • a recess is formed in the first dielectric member, and the microwave supply cable is inserted into the recess.
  • a region filled with the first dielectric member and a region filled with the gas around the microwave supply cable coexist. That is, the relative permittivity of the recess into which the microwave supply cable is inserted is lower than the relative permittivity of the first dielectric member and higher than the relative permittivity of the gas around the microwave supply cable. Therefore, the change in relative dielectric constant in the portion from the microwave supply cable to the first dielectric member becomes small. Therefore, by performing a simple design in which a recess is formed, it is possible to avoid deterioration in impedance matching caused by a rapid change in relative dielectric constant.
  • the dielectric constant buffering portion is a connecting member made of a material having a dielectric constant lower than that of the first dielectric member,
  • the first dielectric member is connected to the microwave supply cable via the connecting member.
  • the first dielectric member is provided with a connecting member made of a material having a lower dielectric constant than the first dielectric member, and the first dielectric member supplies microwaves via the connecting member. Connected to cable. Since the connecting member is made of a material having a dielectric constant lower than that of the first dielectric member, the change in the dielectric constant in the portion from the microwave supply cable to the first dielectric member is small. Therefore, with a simple configuration in which a connecting member is disposed between the microwave supply cable and the first dielectric member, it is possible to avoid deterioration in impedance matching caused by a rapid change in relative dielectric constant.
  • the first dielectric member may include a second relative dielectric constant buffer portion that alleviates a change in relative permittivity at a connection portion with the second dielectric member. preferable.
  • the first dielectric member includes the second dielectric constant buffer section.
  • the second relative permittivity buffer section alleviates changes in relative permittivity at the connection section between the first dielectric member and the second dielectric member.
  • the relative permittivity of the portion from the first dielectric member to the second dielectric member is increased. change becomes smaller. Therefore, by providing the second dielectric constant buffer section, it is possible to more reliably avoid deterioration in impedance matching caused by rapid changes in the dielectric constant.
  • the present invention may have the following configuration. That is, the plasma processing apparatus according to the present invention includes a microwave supply unit that supplies microwaves; a plasma generation unit that generates plasma using microwaves supplied from the microwave supply unit; a plasma processing unit that processes a workpiece using plasma generated by the plasma generation unit; Equipped with The plasma generating section is characterized in that it is a plasma generating device according to any one of claims 1 to 5.
  • microwaves are supplied to the plasma generator according to the present invention to generate plasma, and the plasma is used to perform plasma processing on the workpiece. Therefore, the effects of the present invention can be achieved in an apparatus that performs plasma processing on a workpiece.
  • the plasma generator according to the present invention can more reliably avoid the occurrence of dielectric breakdown, etc. even when high-power microwaves are supplied, so that the plasma generation of the workpiece by high-power plasma can be prevented while preventing the occurrence of dielectric breakdown, etc. processing can be realized.
  • a conductive waveguide having an opening at one end is used, and a first dielectric member is provided inside the waveguide. It extends along the main axis of the wave tube. Further, the opening of the waveguide is closed by a second dielectric member, and the microwave propagated to one end by the first dielectric member is received by the second dielectric member, and The member generates plasma using the microwave.
  • plasma is generated by supplying microwaves to a waveguide that does not have a conductor inside but has a dielectric member.
  • a waveguide that does not have a conductor inside but has a dielectric member.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the overall configuration of a plasma processing apparatus according to Example 1.
  • FIG. FIG. 2 is a longitudinal cross-sectional view illustrating the configuration of a plasma generation section according to Example 1.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating the configuration of a plasma generation section according to Example 1.
  • FIG. 3 is a diagram showing a state in which a plasma generation section and a plasma processing section are combined in the plasma processing apparatus according to the first embodiment.
  • 5 is a diagram illustrating a state in which a first dielectric, a second dielectric, and an external conductor are combined in the plasma generation section according to Example 1.
  • FIG. FIG. 7 is a diagram showing a change in relative dielectric constant in a plasma generation section according to a comparative example.
  • FIG. 3 is a diagram showing a change in relative dielectric constant in a plasma generation section according to Example 1.
  • (a) is a longitudinal cross-sectional view showing the base end side of the plasma generation section, and (b) is a graph diagram showing changes in relative dielectric constant in the microwave input direction on the base end side of the plasma generation section.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the effects of the configuration of Example 1.
  • FIG. 3 is a longitudinal cross-sectional view illustrating the configuration of a plasma generation section according to Example 2.
  • FIG. 7 is a diagram showing changes in relative dielectric constant in a plasma generation section according to Example 2.
  • FIG. 7 is a longitudinal cross-sectional view illustrating the configuration of a plasma generation section according to Example 3.
  • FIG. 7 is a diagram showing a change in relative permittivity in a plasma generation section according to Example 3.
  • (a) is a longitudinal cross-sectional view showing the base end side of the plasma generation section, and (b) is a graph diagram showing changes in relative dielectric constant in the microwave input direction on the base end side of the plasma generation section. It is a longitudinal cross-sectional view explaining the structure of the plasma generation part concerning a modification.
  • FIG. 2 is a longitudinal cross-sectional view illustrating the configuration of a plasma generation device according to a conventional example.
  • FIG. 2 is a longitudinal cross-sectional view illustrating the configuration of a plasma generation device according to a conventional example. It is a figure which shows the change of the relative dielectric constant in the plasma generation part based on a modification.
  • (a) is a longitudinal cross-sectional view showing a plasma generation part
  • (b) is a graph diagram showing a change in relative dielectric constant in the input direction of microwaves in the plasma generation part.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a plasma processing apparatus 1 according to a first embodiment.
  • the plasma processing apparatus 1 includes a microwave generation section 3, a microwave supply cable 5, a plasma generation section 7, and a plasma processing section 9. Note that in FIGS. 1 and 4, the plasma processing section 9 is shown in a longitudinal cross-sectional view.
  • the microwave generator 3 oscillates microwaves of a specific frequency with variable frequency. In this embodiment, it is assumed that the microwave generator 3 oscillates microwaves of 2.45 GHz.
  • the microwave supply cable 5 is connected to each of the microwave generator 3 and the plasma generator 7, and propagates the microwaves oscillated from the microwave generator 3 and supplies them to the plasma generator 7.
  • the plasma generating section 7 generates plasma at the tip using the microwave energy supplied from the microwave generating section 3.
  • the plasma generating section 7 is connected to the plasma processing section 9, and the tip portion for generating plasma is configured to come into contact with the internal space L of the plasma processing section 9.
  • the plasma processing apparatus 1 is illustrated as having three plasma generating units 7, but the number of plasma generating units 7 may be changed as appropriate.
  • the plasma processing apparatus 1 includes a number of microwave supply cables 5 corresponding to the number of plasma generating sections 7.
  • the microwave supply cable 5 is connected to each plasma generation section 7.
  • the configuration of the plasma generating section 7 will be described later.
  • the plasma generator 7 corresponds to a plasma generator in the present invention.
  • the plasma processing unit 9 performs plasma processing on the workpiece W. That is, the plasma processing unit 9 performs a predetermined process on the workpiece W using the plasma generated by the plasma generating unit 7.
  • Examples of the work W include semiconductor products, liquid crystal panels, solar cell arrays, and the like.
  • the plasma processing section 9 includes a chamber 11 and a work holding section 13.
  • the chamber 11 is equipped with a connection plate 15, and as shown in FIG. By operating the exhaust device 19, the internal space L of the chamber 11 is evacuated and the pressure is reduced.
  • the chamber 11 is connected to a gas supply device 23 via a supply flow path 21 equipped with an electromagnetic valve 20.
  • the gas supply device 23 supplies a predetermined gas G to the internal space L of the chamber 11 .
  • Examples of the gas G supplied by the gas supply device 23 include rare gases such as argon gas, oxygen, and the like.
  • the chamber 11 is equipped with an opening/closing door 25.
  • the opening/closing door 25 is formed on the side surface of the chamber 11, for example, and is configured to be openable and closable.
  • a workpiece transfer mechanism (not shown).
  • the opening and closing of the electromagnetic valve 16 and the electromagnetic valve 20, the operation of the exhaust device 19 and the gas supply device 23, and the opening and closing of the opening/closing door 25 are collectively controlled by a control mechanism (not shown) including a computer or the like.
  • the control mechanism also performs overall control of various other operations in the plasma processing apparatus 1.
  • the work holding section 13 is housed in the internal space L of the chamber 11 and holds the work W.
  • An example of the workpiece holder 13 is a chuck table.
  • the work W carried into the chamber 11 through the opening/closing door 25 is stably held by the work holding section 13.
  • connection plate 15 constitutes one surface of the outer wall (casing) of the chamber 11.
  • a connection plate 15 is arranged on the upper surface of the chamber 11.
  • the connection plate 15 is made of a conductive material, for example metal.
  • the plasma generating section 7 is connected to the plasma processing section 9 via a connecting plate 15. That is, as shown in FIG. 4, a through hole 27 is formed in the connection plate 15 according to the shape of the tip of the plasma generating section 7, and the tip of each plasma generating section 7 is fitted into the through hole 27. configured to be possible. By fitting the tip of each plasma generating part 7 into the through hole 27, as shown in FIG. ), and the internal space L is in a sealed state.
  • FIG. 2 is a longitudinal cross-sectional view of the plasma generating section 7.
  • the plasma generating section 7 includes an outer conductor 29, a first dielectric 31, a second dielectric 33, and a microwave supply port 35.
  • the outer conductor 29 is a cylindrical member made of a conductive material such as metal.
  • the outer conductor 29 is a waveguide shaped according to the propagation mode of microwaves, and has an opening 34 formed on the tip side.
  • the proximal end side (right side in FIG. 2) of the outer conductor 29 is closed by a partition wall 36.
  • a cylindrical waveguide for propagating TM mode microwaves will be described as an example of the outer conductor 29.
  • the first dielectric 31 is a rod-shaped member that extends in the main axis direction of the outer conductor 29 (the x direction in FIG. 2 and the like), and is disposed inside the outer conductor 29.
  • the first dielectric 31 is made of a dielectric material that propagates microwaves, and examples of constituent materials include aluminum oxide or quartz.
  • the first dielectric 31 is connected to the microwave supply cable 5 at the base end, and propagates the microwave supplied by the microwave supply cable 5 from the base end to the distal end.
  • the diameter and shape of the first dielectric 31 are determined so as to fill the inside of the outer conductor 29.
  • the first dielectric 31 is a cylindrical member made of aluminum oxide, and the outer diameter of the first dielectric is configured to be equal to the inner diameter of the outer conductor 29.
  • a recess 37 is formed on the base end side of the first dielectric 31 .
  • the recess 37 extends in the x direction, and is configured such that the microwave supply cable 5 can be inserted in the x direction.
  • the second dielectric 33 is disposed so as to close the opening 34 on the tip side of the outer conductor 29, and is connected to the first dielectric 31.
  • the second dielectric 33 is made of a dielectric material that propagates microwaves, and examples of the constituent materials include aluminum oxide or quartz. In this embodiment, it is assumed that the second dielectric 33 is made of aluminum oxide.
  • the first dielectric 31 and the second dielectric 33 are connected via a connecting portion 39, as shown in FIGS. 2 and 4.
  • the connecting portion 39 includes a first connecting portion 39A formed at the tip of the first dielectric 31 and a second connecting portion 39B formed at the base end of the second dielectric 33.
  • the configuration in which the connecting portion 39 connects the first dielectric body 31 and the second dielectric body 33 may be a screwing, fitting, or engaging configuration as appropriate.
  • the connecting portion 39 connects the first dielectric 31 and the second dielectric 33 by screwing.
  • the first connecting portion 39A is a concave portion with a female screw formed therein
  • the second connecting portion 39B is a convex portion with a male screw formed thereon.
  • the first connecting portion 39A and the second connecting portion 39B are screwed together, so that the first dielectric 31 and the second dielectric 33 are stably connected.
  • the surface on the tip side of the second dielectric 33 is defined as an outer surface 41.
  • the outer surface 41 of the second dielectric 33 passes through the connection plate 15. It extends into the internal space L of the chamber 11 . That is, the first dielectric 31 and the internal space L of the chamber 11 are connected via the second dielectric 33 .
  • the microwave energy propagated from the base end of the first dielectric 31 to the distal end is further transmitted to the base end of the second dielectric 33. is propagated to.
  • the microwave energy is then propagated to the outer surface 41, which is the tip of the second dielectric 33, and plasma can be generated around the outer surface 41.
  • the outer surface 41 (front end side surface) of the second dielectric 33 has a tapered shape that tapers from the base end side to the front end side of the outer conductor 29.
  • the first dielectric 31 and the second dielectric 33 are connected via the connecting portion 39, thereby forming one dielectric member 43 as a whole.
  • the dielectric member 43 made up of the first dielectric 31 and the second dielectric 33 acts as one dielectric member that propagates microwaves from the proximal end to the distal end.
  • the second dielectric body 33 having an outer surface 41 tapered toward the tip side is removed from the first dielectric body 31, and the second dielectric body 33 having a columnar shape is removed as shown in FIG.
  • the dielectric 33A can be connected to the first dielectric 31 to form the dielectric member 43.
  • the second dielectric 33A has a constant outer diameter from the base end to the distal end, and the outer diameter of the outer surface 41A is approximately the same as the outer diameter of the outer conductor 29.
  • the second dielectric 33A does not need to be processed into a tapered shape, so if the plasma generation section 7 is configured to include the second dielectric 33A, the manufacturing cost of the plasma generation section 7 can be lowered. It can be suppressed.
  • a second dielectric 33B having a shape tapered from the distal end to the proximal end is connected to the first dielectric 31 to form a dielectric member. 43 can also be formed.
  • the diameter of the outer surface 41B of the second dielectric 33B is configured to be longer than the diameter of the outer conductor 29. That is, the outer surface 41B has a plane with a larger area than the outer surfaces 41 and 41A. Therefore, by performing plasma processing using the plasma generation section 7 including the second dielectric 33B, a wider range of the workpiece W can be subjected to plasma processing. Therefore, the plasma processing efficiency in the plasma processing apparatus 1 can be further improved.
  • the plasma generating section 7 has a second section whose outer surface 41 has a different shape depending on the range in which plasma is generated and the purpose of plasma processing.
  • the dielectrics 33, 33A, 33B, etc. can be replaced as appropriate. Therefore, the versatility of the plasma generating section 7 can be further improved.
  • a ring-shaped stopper 40 is provided on the outer peripheral surface of the tip of the external conductor 29. As shown in FIGS. 1 and 4, by fitting the plasma generating section 7 into the through hole 27 provided in the connection plate 15, the stopper 40 provided on the outer periphery of the external conductor 29 can be inserted into the connection plate 15. abuts the outer surface of the By the stopper 40 coming into contact with the connection plate 15, the posture of the plasma generation section 7 connected to the plasma processing section 9 can be stably maintained.
  • the microwave supply port 35 is disposed at the base end of the outer conductor 29 and guides the microwave supply cable 5 to the first dielectric 31.
  • the microwave supply port 35 is configured to extend in the axial direction at the base end side (bottom surface) of the outer conductor 29, which is a waveguide. That is, the microwave supply port 35 is arranged so as to penetrate the partition wall 36 of the outer conductor 29 in the x direction.
  • the microwave cable 5 is guided to the recess 37 of the first dielectric 31 via the inside of the microwave supply port 35, and is inserted in the extending direction of the recess 37 (in the x direction in the first embodiment) to the first dielectric. 31.
  • the recess 37 acts as a gap for impedance matching.
  • the recess 37 matches the impedance more appropriately by alleviating the change in dielectric constant in the direction in which microwaves are input (supplied).
  • FIGS. 6 and 7 the effect of the configuration in which a recess 37 is formed in the first dielectric 31 and the microwave supply cable 5 is connected to the first dielectric 31 via the recess 37 will be described.
  • FIG. 6 shows the configuration of a comparative example in which the first dielectric 31 does not have the recess 37
  • FIG. 7 shows the configuration of Example 1 in which the first dielectric 31 has the recess 37.
  • the plasma generating section according to the comparative example shown in FIG. 6 is designated by the reference numeral 7F to distinguish it from the plasma generating section 7 according to the first embodiment.
  • FIG. 6(a) is a longitudinal cross-sectional view showing the base end of the plasma generating section 7F according to a comparative example
  • FIG. 6(b) is a graph showing changes in relative dielectric constant in the input direction of microwaves.
  • the microwave supply cable 5 contacts the bottom surface of the first dielectric 31, which is a cylindrical member, so that the two are connected.
  • the relative permittivity of the connection between the microwave supply cable 5 and the first dielectric 31 is from 1.0 to 9. It suddenly changes to .8. If the dielectric constant changes rapidly in the direction in which microwaves are input in this way, it becomes relatively difficult to match the impedance between the input side and the output side in the plasma generation section 7F.
  • FIG. 7(a) is a longitudinal cross-sectional view showing the base end of the plasma generating section 7 according to Example 1
  • FIG. 7(b) is a graph showing changes in relative dielectric constant in the input direction of microwaves.
  • the plasma generating section 7 including the recess 37 includes a region R1 where the microwave supply cable 5 extends, a region R2 of the first dielectric 31 where the recess 37 does not extend, and a region R2 where the recess 37 of the first dielectric 31 does not extend. It is divided into an extending region R3.
  • Region R3 in which recess 37 is arranged is a region existing between region R1 and region R2.
  • the relative dielectric constant in the region R1 is 1.0, similar to FIG. 6.
  • the first dielectric 31 fills the inside of the outer conductor 29. Therefore, similarly to FIG. 6, in the plasma generating section 7 of FIG. 7, the relative permittivity in the region R2 corresponds to the relative permittivity of the material (here, aluminum oxide) constituting the first dielectric 31. That is, the dielectric constant in region R2 is 9.8.
  • the dielectric constant in the region R3 where the recess 37 is formed is higher than the dielectric constant in the region R1 and lower than the dielectric constant in the region R2. That is, in the region R3, the medium (air) filling the recess 37 and the material (aluminum oxide) forming the first dielectric 31 coexist in the radial direction (y direction) of the outer conductor 29.
  • the relative permittivity ⁇ 3 in the region R3 has a value between the relative permittivity of air, 1.0, and the relative permittivity of aluminum oxide, 9.8.
  • the relative dielectric constant changes from 1.0 to ⁇ 3 at the portion where the microwave supply cable 5 is inserted into the recess 37 (the boundary between region R1 and region R3). Change. Then, at the connection between the microwave supply cable 5 inserted into the recess 37 and the first dielectric 31 (at the boundary between the regions R3 and R2), the relative dielectric constant changes from ⁇ 3 to 9.8.
  • the difference between 1.0 and ⁇ 3 and the difference between 9.8 and ⁇ 3 are both smaller than the difference between 9.8 and 1.0. That is, in the configuration including the recess 37, the region R3 in which the recess 37 is provided acts as a region that buffers changes in relative permittivity, and the relative permittivity changes gradually in the microwave input direction.
  • the operation of the plasma processing apparatus 1 will be explained.
  • the workpiece W is carried into the chamber 11 through the opening/closing door 25 using a workpiece transport mechanism (not shown), and placed on the workpiece holding section 13 .
  • the workpiece holding section 13 stably holds the workpiece W by a method such as suction holding.
  • the workpiece holder 13 is moved appropriately to bring the region of the workpiece W to be subjected to plasma processing closer to the outer surface 41 of the plasma generation section 7 .
  • the control mechanism closes the opening/closing door 25 to seal the chamber 11, and then opens the electromagnetic valve 16 to operate the exhaust device 19. By operating the exhaust device 19, air remaining in the internal space L of the chamber 11 is exhausted.
  • the control mechanism After evacuating the internal space L of the chamber 11, the control mechanism closes the electromagnetic valve 16, opens the electromagnetic valve 20, and operates the gas supply device 23. By operating the gas supply device 23, the excitation gas G is supplied to the internal space L of the chamber 11.
  • the microwave generator 5 When the gas G is supplied to the internal space L of the chamber 11, the microwave generator 5 is activated to oscillate microwaves.
  • the oscillated microwaves are supplied to the plasma generation section 7 via the microwave supply cable 5.
  • the supplied microwave is propagated to the first dielectric 31 in the connection mechanism 35 . That is, microwaves are propagated from the microwave supply cable 5 inserted into the recess 37 to the base end of the first dielectric 31 .
  • the microwave supply cable 5 into the recess 37 formed in the first dielectric 31
  • the change in relative dielectric constant in the input direction of the microwave is alleviated. Therefore, the impedance of the microwave is adjusted more suitably, so that generation of unnecessary reflected power can be more reliably prevented.
  • the microwave supplied to the base end of the first dielectric 31 propagates inside the first dielectric 31. That is, the microwave propagates in the x direction in which the first dielectric 31 extends, and is propagated from the tip of the first dielectric 31 to the base of the second dielectric 33.
  • the microwave propagated to the base end of the second dielectric 33 is propagated to the outer surface 41 of the second dielectric 33.
  • the gas G is excited around the outer surface 41 in the interior space L of the chamber 11 and plasma is generated.
  • the workpiece W placed close to the outer surface 41 is subjected to a predetermined process by the plasma generated by the plasma generator 7 .
  • the control mechanism opens the opening/closing door 25 to carry out the workpiece W from the chamber 11, and a series of steps related to the plasma processing of the workpiece W is completed.
  • the plasma generation section 7 has a waveguide structure as a whole, and a first dielectric made of a dielectric material is provided inside the outer conductor 29 which is a waveguide. A body 31 is provided. Then, the microwave is propagated from the proximal end to the distal end using the first dielectric 31 and the second dielectric 33 connected to the first dielectric 31. That is, since the plasma generating section 7 according to the first embodiment does not have a conductor inside the outer conductor 29, the insulation distance can be increased.
  • the conventional plasma generator 100 uses a coaxial tube structure. That is, in the plasma generator 100, as shown in FIG. 17, a central core 101 which is a conductor is disposed inside an outer shield 102 which corresponds to an outer conductor. Therefore, since the insulation distance P1 of the conventional plasma generator 100 corresponds to the distance from the outer shield 102 to the central core 101, the insulation distance P1 is shorter than half the inner diameter of the outer shield 102. As a result, the insulation distance P1 becomes shorter than the diameter of the outer shield 102, making it easier for dielectric breakdown to occur in the plasma generator 100. In order to increase the insulation distance P1 to avoid dielectric breakdown, it is necessary to increase the diameter of the outer shield 102, so it is difficult to avoid increasing the size of the plasma generator 100.
  • Another method for avoiding dielectric breakdown in conventional devices is to reduce the output of the supplied microwave.
  • the output of the microwave is reduced, the output of the plasma in the plasma generation device 100 is reduced, which causes a problem that the efficiency of plasma processing using the plasma generation device 100 is reduced.
  • the plasma processing apparatus 1 microwaves are propagated to the tip using the first dielectric 31 and the second dielectric 33 made of a dielectric material. That is, as shown in FIG. 2 and the like, since there is no need to arrange a conductor inside the outer conductor 29, the insulation distance P2 of the plasma generating section 7 corresponds to the inner diameter of the outer conductor 29.
  • the plasma generating section 7 according to the first embodiment can ensure an insulation distance that is more than twice as long even if the inner diameter of the outer conductor 29 is the same. Therefore, the outer conductor 29 can be made more compact while avoiding dielectric breakdown.
  • the plasma processing efficiency in the plasma processing apparatus 1 can be improved while preventing dielectric breakdown.
  • the first dielectric 31 made of a dielectric material is arranged inside the outer conductor 29. Therefore, it is necessary to make the outer conductor 29 smaller in the radial direction. Therefore, by providing the structure according to the first embodiment, it becomes possible to propagate microwaves only in the main propagation mode or the first higher-order mode while preventing dielectric breakdown.
  • the first dielectric 31 that propagates microwaves from the base end side to the distal end side is configured to fill the inside of the outer conductor 29.
  • a propagation medium 103 for example air, is arranged between the side surface of the central core 101 and the outer shield 102. Therefore, the central core 101 is configured to be in contact with the outer shield 102, which corresponds to an external conductor, only at the base end. Therefore, in the conventional plasma generator 100, the contact area between the central core 101 and the outer shield 102 is extremely narrow.
  • the first dielectric 31 fills the inside of the outer conductor 29. That is, since the first dielectric 31 that propagates microwaves is in contact with the outer conductor 29 over its entire outer peripheral surface, the contact area between the first dielectric 31 and the outer conductor 29 becomes very large. Therefore, as shown in FIG. 8(b), the heat H generated in the first dielectric 31 is conducted over a wide range to the external conductor 29 and is emitted to the outside of the plasma generating section 7. As a result, the heat exhaust efficiency of the plasma generating section 7 can be greatly improved, so that accumulation of heat inside the outer conductor 29 can be more reliably prevented. Therefore, it is possible to prevent the plasma generation section 7 from becoming too hot while supplying high-power microwaves to the plasma generation section 7, thereby improving the output of plasma in the plasma generation section 7.
  • the heat H of the first dielectric 31 is conducted throughout the outer conductor 29, so by arranging a cooling member outside the outer conductor 29, the first dielectric 31 can be cooled quickly.
  • the first dielectric 31 can be quickly cooled. Therefore, the heat exhaust efficiency in the plasma generating section 7 can be further improved, and the heat from the plasma generating section 7 can be easily exhausted.
  • the shape of the outer surface 41 can be changed as appropriate, so that the versatility of plasma processing can be improved.
  • the outer surface 109 of the dielectric 107 needs to be tapered from the proximal end to the distal end from the viewpoint of impedance matching. be. That is, in the conventional plasma generating apparatus 100, the shape of the outer surface 109 is limited, so that the versatility of plasma processing is low. Furthermore, by tapering the dielectric 107, the area of the leading edge of the outer surface 109 becomes narrower. As a result, the area on which plasma processing can be performed on the workpiece W at one time becomes narrower, and the efficiency of plasma processing decreases.
  • the plasma generating section 7 according to the first embodiment has a waveguide structure as a whole, impedance can be matched even if the tip of the dielectric member 43 has a shape other than a tapered shape. Therefore, the tip of the dielectric member 43 (the tip of the second dielectric 33) can have various shapes, including a columnar shape or a shape that becomes thicker toward the tip. That is, in the plasma generating section 7 according to the first embodiment, the tip of the dielectric member 43 can be changed as appropriate depending on the range of plasma processing and the application while matching the impedance. You can improve your sexuality.
  • the dielectric 107 is disposed only on the tip side of the outer shield 102. Therefore, in order to better match the impedance, it is necessary to process not only the outer surface 109 on the distal end side of the dielectric 107 but also the outer surface 110 on the proximal end side into a tapered shape.
  • the inside of the outer conductor 29 is filled with the first dielectric 31, so that the impedance can be increased without processing the first dielectric 31 into a tapered shape inside the outer conductor 29. can be suitably matched. That is, in the plasma generation section 7, there is no need to process both surfaces of the dielectric member 43 into a tapered shape, so that the manufacturing cost of the plasma generation section 7 can be reduced while ensuring impedance matching efficiency.
  • Example 2 of the present invention will be described. Note that the same components as those of the plasma processing apparatus 1 described in Example 1 are given the same reference numerals, and different components will be described in detail.
  • the plasma generating section 7A according to the second embodiment is different from the plasma generating section 7 according to the first embodiment in the configuration of the portion to which the microwave supply cable 5 is connected.
  • the first dielectric 31 includes a connecting member 45 instead of the recess 37, as shown in FIG.
  • the connecting member 45 is disposed at a portion where the first dielectric 31 and the microwave supply cable 5 are connected.
  • the connecting member 45 is disposed on the base end side of the first dielectric 31.
  • the second embodiment exemplifies a configuration in which the diameter of the connecting member 45 and the diameter of the first dielectric 31 are the same, the diameter of the connecting member 45 may be smaller than the diameter of the first dielectric 31. good.
  • the connecting member 45 may have a diameter comparable to the diameter of the recess 37 shown in FIG. 2 .
  • the connecting member 45 is made of a dielectric material having a lower dielectric constant than the first dielectric 31.
  • the connecting member 45 is made of a dielectric material having a higher dielectric constant than the medium existing around the microwave supply cable 5.
  • connection member 45 becomes a region where the change in relative permittivity is relaxed. That is, the connection member 45 matches impedance more appropriately by relaxing changes in relative permittivity in the direction in which microwaves are input.
  • FIGS. 6 and 11 the effects of the configuration in which the microwave supply cable 5 is connected to the first dielectric 31 via the connection member 45 will be explained using FIGS. 6 and 11.
  • the relative dielectric constant changes rapidly. That is, the medium existing around the microwave supply cable 5 is air. Therefore, as shown in FIG. 6(b), in the x direction, which is the direction in which microwaves are input, the relative dielectric constant ⁇ is 1.0 in the region R1 where the microwave supply cable 5 extends. On the other hand, since the first dielectric 31 is made of aluminum oxide, the relative dielectric constant ⁇ is 9.8 in the region R2 where the first dielectric 31 is arranged. As a result, the relative dielectric constant rapidly changes from 1.0 to 9.8 at the connection between the microwave supply cable 5 and the first dielectric 31 (at the boundary between the regions R1 and R2).
  • FIG. 11(a) is a longitudinal cross-sectional view showing the base end of the plasma generating section 7A according to Example 2
  • FIG. 11(b) is a graph showing changes in relative dielectric constant in the input direction of microwaves.
  • the plasma generating section 7 including the recess 37 is divided into a region R1 where the microwave supply cable 5 extends, a region R2 where the first dielectric 31 is arranged, and a region R3 where the connecting member 45 is arranged.
  • the dielectric constant in region R1 is 1.0 as shown in FIG. 11(b). Furthermore, in region R2, the first dielectric 31 fills the inside of the outer conductor 29. Therefore, the dielectric constant in the region R2 corresponds to 9.8, which is the dielectric constant of the material (aluminum oxide in this case) constituting the first dielectric 31.
  • the dielectric constant in the region R3 corresponds to 3.78, which is the dielectric constant of the material (quartz in this case) constituting the connecting member 45.
  • the relative permittivity is from 1.0 to 3.0. It changes to 78. Then, at the connection portion between the connection member 45 and the first dielectric 31 (at the boundary between the region R3 and the region R2), the relative dielectric constant changes from 3.78 to 9.8.
  • the region R3 where the connecting member 45 is provided has a relative permittivity. This region acts as a region that buffers changes in the dielectric constant, and the relative dielectric constant changes gradually in the microwave input direction.
  • the connection member 45 corresponds to the relative dielectric constant buffer section in the present invention. Since the operation of the plasma processing apparatus 1 including the plasma generating section 7A according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment, the explanation regarding the operation will be omitted.
  • Example 3 of the present invention will be described. Note that the same components as those of the plasma processing apparatus 1 described in Example 1 are given the same reference numerals, and different components will be described in detail.
  • the plasma generating section 7B according to the third embodiment is different from the plasma generating section 7 according to the first embodiment in the arrangement thereof.
  • FIG. 12 is a longitudinal cross-sectional view of the plasma generating section 7B according to the third embodiment.
  • a cylindrical waveguide that propagates microwaves in TM mode (specifically, TM01 mode) is used as the outer conductor 29.
  • TM01 mode TM01 mode
  • TE11 mode TE11 mode
  • the microwave supply port 35 through which the microwave supply cable 5 is guided is arranged on the side surface of the outer conductor 29B.
  • the microwave supply port 35 is arranged on a side surface of the outer conductor 29B near the base end side.
  • a recess 37B is formed on the side surface of the first dielectric 31.
  • the recess 37B is arranged at a position connected to the microwave supply port 35, and extends in the radial direction of the first dielectric 31 (the y direction in FIG. 12).
  • the microwave supply cable 5 is guided by the microwave supply port 35 and inserted into the recess 37B. Since the recess 37B extends in the y direction, the microwave supply cable 5 is inserted in the y direction and connected to the first dielectric 31. That is, the input direction of the microwave in Example 3 is the y direction.
  • FIG. 11(a) is a longitudinal cross-sectional view showing the base end of the plasma generating section 7B according to Example 3
  • FIG. 11(b) is a graph showing changes in relative dielectric constant in the input direction of microwaves.
  • the plasma generating section 7B having the recess 37B is divided into three regions in the y direction, which is the direction in which microwaves are input. That is, it is divided into a region R1 where the microwave supply cable 5 extends, a region R2 filled with the first dielectric 31, and a region R3 where the recess 37B is arranged.
  • the dielectric constant in the region R1 is 1.0. Furthermore, in region R2, the first dielectric 31 fills the inside of the outer conductor 29. Therefore, the dielectric constant in region R2 is 9.8.
  • the medium (air) filling the recess 37 and the material (aluminum oxide) forming the first dielectric 31 coexist in the main axis direction (x direction) of the outer conductor 29.
  • the relative permittivity ⁇ 3 in the region R3 has a value between the relative permittivity of air, 1.0, and the relative permittivity of aluminum oxide, 9.8. That is, the dielectric constant in the region R3 where the recess 37 is formed is higher than the dielectric constant in the region R1 and lower than the dielectric constant in the region R2.
  • the relative dielectric constant changes from 1.0 to ⁇ 3 in the portion where the microwave supply cable 5 is inserted into the recess 37B (the boundary portion between the region R1 and the region R3). Change. Then, at the connection portion between the microwave supply cable 5 inserted into the recess 37B and the first dielectric 31 (at the boundary between the region R3 and the region R2), the relative dielectric constant changes from ⁇ 3 to 9.8. Therefore, in the configuration including the recess 37B, the region R3 in which the recess 37 is provided acts as a region that buffers changes in the dielectric constant, and the dielectric constant changes gradually in the microwave input direction (y direction). It becomes easier to match the impedance between the input side and the output side.
  • the microwaves oscillated by the microwave generation section 3 are input to the plasma generation section 7B in the y direction.
  • changes in relative dielectric constant when microwaves are input to the dielectric member 43 (first dielectric 31) are alleviated.
  • the microwave input to the dielectric member 43 is propagated from the proximal end to the distal end along the x direction in which the dielectric member 43 (first dielectric 31 and second dielectric) extends.
  • the gas G inside the chamber 11 is excited and plasma is generated on the outer surface 41 disposed at the tip of the dielectric member 43 (the tip of the second dielectric 33).
  • the plasma generation section according to the present invention can generate plasma using microwaves with more diverse propagation modes than conventional devices.
  • the outer conductor 29 is a cylindrical waveguide, but the outer conductor 29 is not limited to the cylindrical shape.
  • a rectangular waveguide can be used as the external conductor 29.
  • the outer conductor 29 having a waveguide structure is not limited to a cylindrical cross-sectional shape. Therefore, the plasma processing apparatus 1 according to each embodiment can perform plasma processing in response to microwaves of more diverse propagation modes.
  • the microwave supply cable 5 is not limited to the configuration in which it comes into contact with the first dielectric 31 or the connecting member 45. That is, as shown in FIG. 14, the microwave supply cable 5 may be disposed with a predetermined distance KP between the first dielectric 31 and the like.
  • the distance of the gap KP is set to a value that allows microwaves to propagate from the microwave supply cable 5 to the first dielectric 31 or the connecting member 45.
  • the microwave supply cable 5 is connected to the first dielectric 31
  • the present invention also includes a configuration in which the microwave supply cable 5 is close to the first dielectric 31 to the extent that microwaves can be propagated.
  • the present invention is not limited to this.
  • 31 and the second dielectric 33 may be integrated. That is, as shown in FIG. 15, the dielectric member 43 may be a single member having an outer surface 41 at its tip.
  • the present invention also includes a configuration in which the outer diameter of the first dielectric 31 is smaller than the inner diameter of the outer conductor 29 and the internal medium 47 is disposed between the first dielectric 31 and the outer conductor 29. It is included in the configuration related to. Note that an example of the internal medium 47 is air.
  • the plasma generating section 7F as shown in FIG. 6 can also have a structure according to the present invention. include. That is, as long as the external conductor 29 has a waveguide structure and does not have a conductor inside, the configuration is not limited to the configuration in which the recess 37 or the connecting member 45 is provided in the first dielectric 31.
  • the first dielectric 31 and the second dielectric 33 are not limited to being made of the same material, and may be made of different materials. That is, the first dielectric 31 is made of a first material L1 that has dielectric properties and a relative permittivity of ⁇ 4, and the second dielectric 33 is made of a first material L1 that has dielectric properties and has a relative permittivity of ⁇ 5. It may be composed of two materials L2.
  • the connecting portion 39 functions as a region that alleviates changes in relative permittivity.
  • the connecting portion 39 functions as a region that alleviates changes in relative permittivity when microwaves are input from the first dielectric 31 to the second dielectric 33.
  • the connecting portion 39 when the connecting portion 39 is configured to connect a concave portion and a convex portion, the connecting portion 39 functions more suitably as a region that alleviates changes in relative dielectric constant.
  • the configuration of the plasma generation section 7C according to the modification is the same as the plasma generation section 7 according to the first embodiment, except that the first dielectric 31 and the second dielectric 33 are made of different materials. shall be taken as a thing. That is, in the plasma generating part 7C according to the modification, the connecting part 39 is formed by the first connecting part 39A, which is a concave part in which a female screw is formed, and the second connecting part 39B, which is a convex part in which a male screw is formed. It is configured. Note that, here, a case where the dielectric constant ⁇ 5 of the second material L2 is higher than the dielectric constant ⁇ 4 of the first material L1 will be explained as an example.
  • FIG. 19(a) is a longitudinal cross-sectional view showing a plasma generating section 7C according to a modification
  • FIG. 19(b) is a graph showing a change in relative dielectric constant in the input direction of microwaves.
  • the plasma generating section 7C having the recess 37 and the connecting section 39 is divided into five regions in the x direction, which is the direction in which microwaves are input.
  • a region R1 in which the microwave supply cable 5 extends a region R2 filled with the first dielectric 31, a region R3 in which the recess 37 is arranged, a region R4 in which the connecting part 39 is arranged, and 2 and a region R5 where the dielectric 33 is arranged.
  • the medium existing around the microwave supply cable 5 is air. Therefore, in FIG. 19(b) as well, the relative dielectric constant in the region R1 is 1.0, similar to FIG. 6 and the like. Furthermore, in region R2, the first dielectric 31 fills the inside of the outer conductor 29. Therefore, the dielectric constant in the region R2 corresponds to the dielectric constant ⁇ 4 of the first material L1 constituting the first dielectric 31. Moreover, the second dielectric material 33 is filled in the region R5 in the y direction. Therefore, the dielectric constant in the region R5 corresponds to the dielectric constant ⁇ 5 of the second material L2 constituting the second dielectric 33.
  • the dielectric constant in the region R3 where the recess 37 is formed is higher than the dielectric constant in the region R1 and lower than the dielectric constant in the region R2. That is, in the region R3, the medium (air) filling the recess 37 and the first material L1 forming the first dielectric 31 coexist in the radial direction (y direction) of the outer conductor 29. As a result, the dielectric constant ⁇ 3 in the region R3 has a value between the dielectric constant 1.0 of air and the dielectric constant ⁇ 4 of the first material L1.
  • the dielectric constant in the region R4 where the connection portion 39 is formed is higher than the dielectric constant in the region R2 and lower than the dielectric constant in the region R5. That is, in the region R4, in the radial direction (y direction) of the outer conductor 29, the second material L2 forming the connecting portion 39 (first connecting portion 39B) and the first material L1 forming the first dielectric 31 are separated. It's mixed.
  • the dielectric constant ⁇ 6 in the region R4 has a value between the dielectric constant ⁇ 4 of the first material L1 and the dielectric constant ⁇ 5 of the second material L2.
  • the relative dielectric constant changes from 1.0 to ⁇ 3. Change.
  • the relative dielectric constant changes from ⁇ 3 to ⁇ 4.
  • the difference between 1.0 and ⁇ 3 and the difference between ⁇ 4 and ⁇ 3 are both smaller than the difference between ⁇ 4 and 1.0. That is, in the configuration including the recess 37, the region R3 in which the recess 37 is provided acts as a region that buffers changes in relative permittivity, and the relative permittivity changes gradually in the microwave input direction.
  • the connecting portion 39 acts as a second region that alleviates changes in relative dielectric constant. That is, at the boundary between region R2 and region R4, the relative dielectric constant changes from ⁇ 4 to ⁇ 6. At the boundary between region R4 and region R5, the dielectric constant changes from ⁇ 6 to ⁇ 5. The difference between ⁇ 4 and ⁇ 6 and the difference between ⁇ 6 and ⁇ 5 are both smaller than the difference between ⁇ 4 and ⁇ 5. That is, in the configuration including the connecting portion 39, the region R4 in which the connecting portion 39 is provided acts as a region that buffers changes in the dielectric constant, and the dielectric constant changes more gently in the microwave input direction.
  • the change in relative permittivity can be alleviated by the recess 37, and the change in relative permittivity can also be alleviated by the connecting portion 39. That is, by providing the region R4 corresponding to the second buffer region, it is possible to prevent a sudden change in the relative dielectric constant, so that in the plasma generation section 7 according to the first embodiment, it is possible to match the impedance between the input side and the output side. It becomes easier.
  • the connecting portion 39 corresponds to the second dielectric constant buffering portion in the present invention.
  • the plasma generating section 7C according to the modification is not limited to the configuration including the recess 37, and the recess 37 may be omitted.
  • the relative permittivity ⁇ 5 of the second material L2 may be lower than the relative permittivity ⁇ 4 of the first material L1. Irrespective of the magnitude relationship between the relative permittivity ⁇ 4 and the relative permittivity ⁇ 5, by providing the connection portion 39 corresponding to the second relative permittivity buffer, the first dielectric 31 and the second dielectric 33 can be It is possible to avoid a sudden change in the dielectric constant at the boundary between the two.

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Abstract

一端側に開口部（３４）を有する導電性の導波管である外部導体（２９）と、外部導体（２９）の内部において外部導体（２９）の主軸に沿って延在し、マイクロ波を供給するマイクロ波供給ケーブル（５）と接続されており、供給されたマイクロ波を一端側へ伝搬する第１誘電体（３１）と、開口部（３４）を閉塞するように配設され、第１誘電体（３１）が伝搬するマイクロ波を用いてプラズマを発生させる第２誘電性体（３３）と、を備える。

Description

プラズマ発生装置およびプラズマ処理装置
　本発明は、プラズマを発生させるプラズマ発生装置、および当該プラズマ発生装置を備えておりワークに対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に関する。
　半導体製品、液晶パネルなどの製造プロセスでは、表面洗浄、エッチング、ＣＶＤ処理等においてプラズマが利用されている。また、これら以外にも幅広い分野において、被処理対象物（以下、「ワーク」と総称する）に対してプラズマを利用した表面改質処理や撥水処理などが行われている。
　ワークに対してプラズマ処理を行う装置は、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部と、マイクロ波エネルギーを用いてプラズマを発生させるプラズマ発生装置と、プラズマ発生装置と接続されておりワークを収容するプラズマ処理部とを備えている。プラズマ処理部は一例として金属製の真空チャンバであり、プラズマ処理部には１または２以上のプラズマ発生装置が接続されている。
　プラズマ処理装置に用いられるプラズマ発生装置としては、同軸管構造を備えており先端部においてプラズマを発生させる装置（同軸照射装置）が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１に係る従来のプラズマ発生装置１００は、図１７または図１８に示すように、中央コア１０１と、アウターシールド１０２と、接続機構１０５と、誘電体１０７とを備えている。中央コア１０１は導電性を有する棒状部材で構成されており、プラズマ発生装置１００の主軸ＡＰに沿って延在する。中央コア１０１はプラズマ装置１００において、いわゆる内部導体に相当する。
　アウターシールド１０２は導電性を有する円筒状部材であり、中央コア１０１を囲むように配置される。アウターシールド１０２はプラズマ発生装置１００において、いわゆる外部導体に相当する。アウターシールド１０２の先端側（図１７では左側）は開口部が形成されており、アウターシールド１０２の基端側（図１７では右側）は隔壁１０６によって閉鎖されている。中央コア１０１とアウターシールド１０２との間には、マイクロ波エネルギーを伝搬する伝搬媒体１０３が備えられている。伝搬媒体１０３の一例として、空気などが挙げられる。
　接続機構１０５は、図示しないマイクロ波発生部とプラズマ装置１００とを接続させる。接続機構１０５は一例として図１７に示すように、アウターシールド１０２の側壁のうち隔壁１０６に近い部分に配置されている。図示しないマイクロ波発生部から延びるマイクロ波伝送ケーブル１０８は、開口となっている接続機構１０５を通ってプラズマ発生装置１００の内部に案内される。
　誘電体１０７はマイクロ波を伝搬する絶縁体で構成されており、アウターシールド１０２の先端側の開口を閉塞するように配設されている。誘電体１０７は、中央コア１０１と接続されている。誘電体１０７は、プラズマ発生装置１００の伝搬媒体１０３とプラズマ発生部の内部空間とを接続する。誘電体１０７の外表面１０９は、アウターシールド１０２の基端側から先端側に向かって先細りとなるテーパ状となっている。
　従来のプラズマ発生装置１００では、マイクロ波発生部から出力されるマイクロ波によってプラズマが発生する。すなわち、マイクロ波伝送ケーブル１０８によって入力されるマイクロ波エネルギーは、接続機構１０５を経由してプラズマ発生装置１００の内部に伝搬される。さらにマイクロ波エネルギーはプラズマ発生装置１００の内部において誘電体１０７へと伝搬され、誘電体１０７の外表面１０９に接触するガスが励起されることでプラズマが発生する。
特表２０１８－５３０１２８号公報
　しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
　従来例における第１の問題として、従来のプラズマ発生装置１００は大出力のマイクロ波を投入すると容易に絶縁破壊が発生するという点が挙げられる。そのため、従来のプラズマ発生装置１００では高出力のプラズマを発生させることが困難である。
　従来の装置において絶縁破壊の問題が発生する原因として、以下のようなものが考えられる。すなわち従来のプラズマ発生装置１００では円筒状のアウターシールド１０２の中心部に導電性の中央コア１０１が配置されているので、絶縁距離はアウターシールド１０２の内面から中央コア１０１の表面までの距離Ｐ１となる。すなわち絶縁距離はアウターシールド１０２の半径より短い距離に限定されるので、プラズマ発生装置１００において絶縁破壊が発生し易くなる。絶縁破壊の発生を回避すべく絶縁距離を十分に確保するにはアウターシールド１０２の径を大きくする必要があるので、絶縁破壊を回避しつつプラズマ発生装置１００を小型化することは非常に困難である。
　従来例における第２の問題として、従来のプラズマ発生装置１００では内部において熱が蓄積しやすく、当該熱を外部へと逃がすことが困難であるという点が上げられる。すなわちプラズマ発生装置１００において熱の蓄積を抑制すべくマイクロ波の出力を低く抑える必要があるので、高出力のプラズマを発生させることがより困難となる。
　従来の装置において熱が蓄積しやすいという問題が発生する原因として、以下のようなものが考えられる。すなわちプラズマ発生装置１００において、中央コア１０１がアウターシールド１０２に接触している部分は非常に狭い領域に限定されている。中央コア１０１はプラズマ発生装置１００の基端部のみにおいてアウターシールド１０２に直接接触している。そのため、中央コア１０１の表面で発生する熱（ジュール熱）をプラズマ発生装置１００の外部へと効率良く排出することは困難である。
　従来例における第３の問題として、プラズマ発生装置１００の製造コストが高くなるという問題が挙げられる。すなわちプラズマ発生装置１００において、誘電体１０７を単純な円筒形状とするとインピーダンスの整合性が低下するという問題が発生する。プラズマ発生装置１００においてインピーダンスの整合性を向上するには、誘電体１０７の外表面１０９をテーパ状に加工する必要がある。すなわち誘電体１０７の外表面１０９を加工することによって、プラズマ発生装置１００の製造コストが上昇することとなる。
　またプラズマ発生装置１００のインピーダンスをより向上するには、図１８に示すように誘電体１０７の外表面１０９のみならず、伝搬媒体１０３と接触する誘電体１０７の内表面１１０もテーパ状に加工する必要がある。外表面１０９に加えて内表面１１０をテーパ状に加工する場合、プラズマ発生装置１００の製造コストがさらに上昇する。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、プラズマの出力向上および装置の小型化を可能とする、プラズマ発生装置およびプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
　本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
　すなわち、本発明に係るプラズマ発生装置は、一端側に開口部を有する導電性の導波管と、
　前記導波管の内部において前記導波管の主軸に沿って延在し、マイクロ波を供給するマイクロ波供給ケーブルと接続されており、供給された前記マイクロ波を前記一端側へ伝搬する第１の誘電性部材と、
　前記開口部を閉塞するように配設され、前記第１の誘電性部材が伝搬する前記マイクロ波を用いてプラズマを発生させる第２の誘電性部材と、
　を備えることを特徴とするものである。
　（作用・効果）この構成によれば、一端側に開口部を有する導電性の導波管が用いられており、当該導波管の内部には第１の誘電性部材が導波管の主軸に沿って延在している。また導波管の開口部は第２の誘電性部材によって閉塞されており、第１の誘電性部材が一端側へ伝搬させたマイクロ波は第２の誘電性部材に受信され、第２の誘電部材は当該マイクロ波を用いてプラズマを発生させる。
　すなわち本発明に係るプラズマ発生装置は全体として導波管構造を備えており、内部に導体を有していない。内部導体を有していないことによって、内部導体の存在に起因してプラズマ発生装置の絶縁距離が短くなるという事態を回避できるので、高出力のマイクロ波を供給した場合であっても絶縁破壊が発生することを回避できる。従って、絶縁破壊の発生をより確実に防止しつつ、プラズマ発生装置におけるプラズマの出力を向上させることが可能となる。
　また、内部導体の存在に起因してプラズマ発生装置の絶縁距離が短くなるという事態を回避できるので、導波管の径を短くする場合であっても絶縁破壊の発生をより確実に回避できる。すなわち、絶縁破壊の発生をより確実に回避しつつ、プラズマ発生装置を小型化することが可能となる。
　また、上述した発明において、前記第１の誘電性部材は前記導波管の内部を充填するように前記導波管の主軸に沿って延在していることが好ましい。
　（作用・効果）この構成によれば、第１の誘電性部材は導波管の内部を充填している。すなわち第１の誘電性部材は表面全体が導波管と接している。導波管の内部を第１の誘電性部材で充填させることにより、マイクロ波を伝搬させる第１の誘電性部材は広い範囲において、外部導体である導波管と接触している。従って、第１の誘電性部材において発生する熱を効率良く導波管へと伝導させてプラズマ発生装置の外部へと逃がすことができる。その結果、高出力のマイクロ波を供給させる場合であっても第１の誘電性部材に熱が蓄積することを回避できるので、プラズマ発生装置の高温化を防止しつつ、プラズマ発生装置におけるプラズマの出力を向上させることが可能となる。
　また、上述した発明において、前記第１の誘電性部材は、前記マイクロ波供給ケーブルとの接続部において、比誘電率の変化を緩和させる比誘電率緩衝部を備えていることが好ましい。
　（作用・効果）この構成によれば、第１の誘電性部材は比誘電率緩衝部を備えている。比誘電率緩衝部は、マイクロ波供給ケーブルと第１の誘電性部材との接続部において、比誘電率の変化を緩和させる。比誘電率緩衝部を介してマイクロ波供給ケーブルと第１の誘電性部材とを接続させることにより、マイクロ波供給ケーブルから第１の誘電性部材までの部分における比誘電率の変化が小さくなる。そのため比誘電率緩衝部を備えることにより、比誘電率の急激な変化に起因するインピーダンス整合性の低下を回避できる。
　また、上述した発明において、前記比誘電率緩衝部は、前記第１の誘電性部材に形成されている凹部であり、
　前記マイクロ波供給ケーブルは前記凹部が延びる方向へ挿入されることが好ましい。
　（作用・効果）この構成によれば、第１の誘電性部材に凹部が形成されており、マイクロ波供給ケーブルは凹部に挿入される。この場合、マイクロ波供給ケーブルが挿入される凹部の領域では、第１の誘電性部材が満たす領域とマイクロ波供給ケーブル周辺の気体が満たす領域とが混在する。すなわち、マイクロ波供給ケーブルが挿入される凹部における比誘電率は、第１の誘電性部材の比誘電率より低くマイクロ波供給ケーブル周辺の気体の比誘電率より高い。そのため、マイクロ波供給ケーブルから第１の誘電性部材までの部分における比誘電率の変化が小さくなる。従って、凹部を形成させるという単純な設計を行うことで、比誘電率の急激な変化に起因するインピーダンス整合性の低下を回避できる。
　また、上述した発明において、前記比誘電率緩衝部は前記第１の誘電性部材より比誘電率が低い材料で構成されている接続部材であり、
　前記第１の誘電性部材は前記接続部材を介して前記マイクロ波供給ケーブルと接続されることが好ましい。
　（作用・効果）この構成によれば、第１の誘電性部材より比誘電率が低い材料で構成されている接続部材を備え、第１の誘電性部材は当該接続部材を介してマイクロ波供給ケーブルと接続される。接続部材は第１の誘電性部材より比誘電率が低い材料で構成されているので、マイクロ波供給ケーブルから第１の誘電性部材までの部分における比誘電率の変化が小さくなる。そのため、マイクロ波供給ケーブルと第１の誘電性部材との間に接続部材を配設するという単純な構成によって、比誘電率の急激な変化に起因するインピーダンス整合性の低下を回避できる。
　また、上述した発明において、前記第１の誘電性部材は、前記第２の誘電性部材との接続部において、比誘電率の変化を緩和させる第２比誘電率緩衝部を備えていることが好ましい。
　（作用・効果）この構成によれば、第１の誘電性部材は第２比誘電率緩衝部を備えている。第２比誘電率緩衝部は、第１の誘電性部材と第２の誘電性部材との接続部において、比誘電率の変化を緩和させる。第２比誘電率緩衝部を介して第１の誘電性部材と第２の誘電性部材とを接続させることにより、第１の誘電性部材から第２の誘電性部材までの部分における比誘電率の変化が小さくなる。そのため第２比誘電率緩衝部を備えることにより、比誘電率の急激な変化に起因するインピーダンス整合性の低下をより確実に回避できる。
　この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとってもよい。
　すなわち、本発明に係るプラズマ処理装置は、マイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
　前記マイクロ波供給部から供給されるマイクロ波を用いてプラズマを発生させるプラズマ発生部と、
　前記プラズマ発生部が発生させたプラズマを用いてワークを処理するプラズマ処理部と、
　を備え、
　前記プラズマ発生部は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のプラズマ発生装置であることを特徴とするものである。
　（作用・効果）この構成によれば、本発明に係るプラズマ発生装置にマイクロ波を供給してプラズマを発生させ、当該プラズマを用いてワークに対するプラズマ処理を行う。そのため、ワークに対してプラズマ処理を行う装置において本発明の効果を奏することができる。すなわち、本発明に係るプラズマ発生装置は高出力のマイクロ波を供給しても絶縁破壊等の発生をより確実に回避できるので、絶縁破壊等の発生を防止しつつ高出力のプラズマによるワークのプラズマ処理を実現できる。
　本発明に係るプラズマ発生装置およびプラズマ処理装置によれば、一端側に開口部を有する導電性の導波管が用いられており、当該導波管の内部には第１の誘電性部材が導波管の主軸に沿って延在している。また導波管の開口部は第２の誘電性部材によって閉塞されており、第１の誘電性部材が一端側へ伝搬させたマイクロ波は第２の誘電性部材に受信され、第２の誘電部材は当該マイクロ波を用いてプラズマを発生させる。
　すなわち内部に導体を有しておらず誘電性部材を有する導波管にマイクロ波を供給してプラズマを発生させる。内部導体を有していないことによって、内部導体の存在に起因して絶縁距離が短くなるという事態を回避できるので、高出力のマイクロ波を供給した場合であっても絶縁破壊が発生することを回避できる。従って、絶縁破壊の発生をより確実に防止しつつ、プラズマ発生装置におけるプラズマの出力を向上させることが可能となる。
　また、内部導体の存在に起因して絶縁距離が短くなるという事態を回避できるので、導波管の径を短くする場合であっても絶縁破壊の発生をより確実に回避できる。すなわち、絶縁破壊の発生をより確実に回避しつつ、プラズマ発生装置を小型化することが可能となる。よって、プラズマの出力向上および装置の小型化を可能とする、プラズマ発生装置およびプラズマ処理装置を実現できる。
実施例１に係るプラズマ処理装置の全体構成を説明する概略図である。 実施例１に係るプラズマ発生部の構成を説明する縦断面図である。 実施例１に係るプラズマ発生部の構成を説明する斜視図である。 実施例１に係るプラズマ処理装置について、プラズマ発生部とプラズマ処理部とを組み合わせる状態を示す図である。 実施例１に係るプラズマ発生部について、第１誘電体と第２誘電体と外部導体とを組み合わせる状態を示す図である。 比較例に係るプラズマ発生部における比誘電率の変化を示す図である。（ａ）はプラズマ発生部の基端側を示す縦断面図であり、（ｂ）はプラズマ発生部の基端側について、マイクロ波の入力方向における比誘電率の変化を示すグラフ図である。 実施例１に係るプラズマ発生部における比誘電率の変化を示す図である。（ａ）はプラズマ発生部の基端側を示す縦断面図であり、（ｂ）はプラズマ発生部の基端側について、マイクロ波の入力方向における比誘電率の変化を示すグラフ図である。 実施例１の構成による効果を説明する図である。（ａ）は従来例における排熱効率を示す縦断面図であり、（ｂ）は実施例１における排熱効率を示す縦断面図である。 変形例に係るプラズマ発生部の構成を説明する縦断面図である。（ａ）は第２誘電体の先端が円柱状である変形例を示す図であり、（ｂ）は第２誘電体の先端が先端側に向かって先太りとなるテーパ状である変形例を示す図である。 実施例２に係るプラズマ発生部の構成を説明する縦断面図である。 実施例２に係るプラズマ発生部における比誘電率の変化を示す図である。（ａ）はプラズマ発生部の基端側を示す縦断面図であり、（ｂ）はプラズマ発生部の基端側について、マイクロ波の入力方向における比誘電率の変化を示すグラフ図である。 実施例３に係るプラズマ発生部の構成を説明する縦断面図である。 実施例３に係るプラズマ発生部における比誘電率の変化を示す図である。（ａ）はプラズマ発生部の基端側を示す縦断面図であり、（ｂ）はプラズマ発生部の基端側について、マイクロ波の入力方向における比誘電率の変化を示すグラフ図である。 変形例に係るプラズマ発生部の構成を説明する縦断面図である。 変形例に係るプラズマ発生部の構成を説明する縦断面図である。 変形例に係るプラズマ発生部の構成を説明する縦断面図である。 従来例に係るプラズマ発生装置の構成を説明する縦断面図である。 従来例に係るプラズマ発生装置の構成を説明する縦断面図である。 変形例に係るプラズマ発生部における比誘電率の変化を示す図である。（ａ）はプラズマ発生部を示す縦断面図であり、（ｂ）はプラズマ発生部について、マイクロ波の入力方向における比誘電率の変化を示すグラフ図である。
　以下、図面を参照してこの発明の実施例１を説明する。図１は実施例１に係るプラズマ処理装置１の概略図である。
＜全体構成の説明＞
　実施例１に係るプラズマ処理装置１は、マイクロ波発生部３と、マイクロ波供給ケーブル５と、プラズマ発生部７と、プラズマ処理部９と、を備えている。なお図１および図４において、プラズマ処理部９は縦断面図を示している。
　マイクロ波発生部３は、周波数を可変にして特定の周波数のマイクロ波を発振する。本実施例において、マイクロ波発生部３は２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発振するものとする。マイクロ波供給ケーブル５は、マイクロ波発生部３およびプラズマ発生部７の各々に接続されており、マイクロ波発生部３から発振したマイクロ波を伝搬してプラズマ発生部７へと供給する。
　プラズマ発生部７は、マイクロ波発生部３から供給されたマイクロ波のエネルギーを用いて、先端部においてプラズマを発生させる。プラズマ発生部７はプラズマ処理部９と接続されており、プラズマを発生させる先端部はプラズマ処理部９の内部空間Ｌに接触するように構成されている。
　本実施例において、プラズマ処理装置１は３つのプラズマ発生部７を備える構成を例示しているが、プラズマ発生部７の数は適宜変更してよい。プラズマ処理装置１はプラズマ発生部７の数に応じた本数のマイクロ波供給ケーブル５を備えている。マイクロ波供給ケーブル５は、各々のプラズマ発生部７に接続されている。プラズマ発生部７の構成については後述する。プラズマ発生部７は、本発明におけるプラズマ発生装置に相当する。
　プラズマ処理部９は、ワークＷに対してプラズマ処理を行う。すなわちプラズマ処理部９は、プラズマ発生部７によって発生したプラズマを用いて、ワークＷに対する所定の処理を行う。ワークＷの例として、半導体製品、液晶パネル、太陽電池アレイなどが挙げられる。
　プラズマ処理部９は、チャンバ１１と、ワーク保持部１３とを備えている。チャンバ１１は接続プレート１５を備えており、図１に示すように、電磁バルブ１６を備えた排気用流路１７を介して排気装置１９と連通接続されている。排気装置１９が作動することにより、チャンバ１１の内部空間Ｌは脱気されて減圧する。
　またチャンバ１１は、電磁バルブ２０を備えた供給用流路２１を介して気体供給装置２３と連通接続されている。気体供給装置２３は、チャンバ１１の内部空間Ｌへ所定のガスＧを供給する。気体供給装置２３が供給するガスＧの例として、アルゴンガスを例とする稀ガス、または酸素などが挙げられる。
　またチャンバ１１は開閉扉２５を備えている。開閉扉２５は一例としてチャンバ１１の側面に形成されており、開閉可能に構成されている。開閉扉２５が開状態となることにより、図示しないワーク搬送機構によってワークＷをチャンバ１１へ搬入または搬出することが可能となる。電磁バルブ１６および電磁バルブ２０の開閉、排気装置１９および気体供給装置２３の動作、並びに開閉扉２５の開閉は、コンピュータなどを備える図示しない制御機構によって統括制御される。当該制御機構は、プラズマ処理装置１におけるその他の各種動作についても統括制御を行う。
　ワーク保持部１３は、チャンバ１１の内部空間Ｌに収納されており、ワークＷを保持する。ワーク保持部１３の例として、チャックテーブルなどが挙げられる。開閉扉２５を介してチャンバ１１の内部へ搬入されたワークＷは、ワーク保持部１３によって安定保持される。
　接続プレート１５は、チャンバ１１の外壁部（筐体）のうち一方の面を構成している。本実施例ではチャンバ１１の上面に接続プレート１５が配置されている。チャンバ１１の筐体と同様に、接続プレート１５は金属を例とする導電性材料で構成されている。プラズマ発生部７は、接続プレート１５を介してプラズマ処理部９と接続されている。すなわち図４に示すように、接続プレート１５にはプラズマ発生部７の先端部の形状に応じた貫通孔２７が形成されており、各々のプラズマ発生部７の先端部が貫通孔２７に嵌合可能に構成されている。各々のプラズマ発生部７の先端部が貫通孔２７に嵌合することで、図１に示すように接続プレート１５の表面側の空間と接続プレート１５の裏面側の空間（チャンバ１１の内部空間Ｌ）とは遮断され、内部空間Ｌは密閉状態となる。
　ここでプラズマ発生部７の構成について説明する。図２はプラズマ発生部７の縦断面図である。プラズマ発生部７は図２に示すように、外部導体２９と、第１誘電体３１と、第２誘電体３３と、マイクロ波供給口３５とを備えている。外部導体２９は、金属を例とする導電性材料で構成されている筒状部材である。外部導体２９はマイクロ波の伝搬モードに応じた形状の導波管であり、先端側に開口部３４が形成されている。外部導体２９の基端側（図２の右側）は、隔壁３６によって閉鎖されている。実施例１では外部導体２９として、ＴＭモードのマイクロ波を伝搬する円筒形導波管を例として説明する。
　第１誘電体３１は、外部導体２９の主軸方向（図２などではｘ方向）に延びる棒状部材であり、外部導体２９の内部に配設される。第１誘電体３１はマイクロ波を伝搬する誘電性材料で構成されており、構成材料の一例としては酸化アルミニウムまたは石英などが挙げられる。第１誘電体３１は基端側においてマイクロ波供給ケーブル５と接続されており、マイクロ波供給ケーブル５が供給するマイクロ波を基端側から先端側へと伝搬する。
　また実施例１において第１誘電体３１は、外部導体２９の内部を充填するように径の大きさおよび形状が定められる。本実施例において、第１誘電体３１は酸化アルミニウム製の円柱状部材であり、第１誘電体の外径は外部導体２９の内径と等しくなるように構成されているものとする。第１誘電体３１の基端側には凹部３７が形成されている。実施例１において凹部３７はｘ方向に延在しており、マイクロ波供給ケーブル５をｘ方向へ挿入可能に構成されている。
　第２誘電体３３は、外部導体２９の先端側において開口部３４を閉塞するように配設されており、第１誘電体３１と接続されている。第２誘電体３３は第１誘電体３１と同様にマイクロ波を伝搬する誘電性材料で構成されており、構成材料の一例としては酸化アルミニウムまたは石英などが挙げられる。本実施例において、第２誘電体３３は酸化アルミニウムで構成されているものとする。
　第１誘電体３１と第２誘電体３３は、図２および図４に示すように、接続部３９を介して接続されている。接続部３９は、第１誘電体３１の先端部に形成されている第１接続部３９Ａと、第２誘電体３３の基端部に形成されている第２接続部３９Ｂによって構成されている。接続部３９が第１誘電体３１と第２誘電体３３とを接続させる構成は、螺合、嵌合、または係合する構成などを適宜用いてよい。
　実施例１において、接続部３９は螺合によって第１誘電体３１と第２誘電体３３とを接続させるものとする。具体的な構成の例として、第１接続部３９Ａは雌ネジが形成されている凹部であり第２接続部３９Ｂは雄ネジが形成されている凸部である。そして図５に示すように、第１接続部３９Ａと第２接続部３９Ｂとが互いに螺合することによって、第１誘電体３１と第２誘電体３３とは安定に接続される。
　第２誘電体３３の先端側における表面を外表面４１とする。図１および図４に示すように、プラズマ発生部７の先端部すなわち第２誘電体３３が貫通孔２７に嵌合することにより、第２誘電体３３の外表面４１は接続プレート１５を通り抜けてチャンバ１１の内部空間Ｌに延出する。すなわち第２誘電体３３を介して第１誘電体３１とチャンバ１１の内部空間Ｌとが接続される。
　第１誘電体３１と第２誘電体３３とが接続されることにより、第１誘電体３１の基端部から先端部へと伝搬されるマイクロ波エネルギーはさらに第２誘電体３３の基端部に伝搬される。そして当該マイクロ波エネルギーは第２誘電体３３の先端部である外表面４１へと伝搬され、外表面４１の周囲においてプラズマを発生させることができる。なお本実施例において、第２誘電体３３の外表面４１（先端側の表面）は、外部導体２９の基端側から先端側に向かって先細りとなるテーパ状となっている。
　実施例１では接続部３９を介して第１誘電体３１と第２誘電体３３とが接続されることにより、全体として１つの誘電性部材４３を形成させる。第１誘電体３１と第２誘電体３３からなる誘電性部材４３は、基端側から先端側へとマイクロ波を伝搬させる１つの誘電性部材として作用する。そして第１誘電体３１と第２誘電体３３とを接続させる構成とすることで、外表面４１の形状が異なる複数種類の第２誘電体３３を第１誘電体３１に対して適宜換装させることで、誘電性部材４３の先端部の形状を適宜変更することができる。
　一例として、先端側に向かって先細りとなっている形状の外表面４１を有する第２誘電体３３を第１誘電体３１から取り外し、図９（ａ）に示すように、円柱形状を有する第２誘電体３３Ａを第１誘電体３１と接続して誘電性部材４３を形成させることができる。第２誘電体３３Ａは基端側から先端側に向かって外径が一定であり、外表面４１Ａの外径は外部導体２９の外径とほぼ同じとなっている。第２誘電体３３Ａは第２誘電体３３と異なりテーパ状に加工する必要がないので、プラズマ発生部７が第２誘電体３３Ａを備える構成である場合、プラズマ発生部７の製造コストをより低く抑えることができる。
　また他の例として図９（ｂ）に示すように、先端側から基端側に向かって先細りとなっている形状を有する第２誘電体３３Ｂを第１誘電体３１と接続させて誘電性部材４３を形成させることもできる。第２誘電体３３Ｂが備える外表面４１Ｂの径は、外部導体２９の径より長くなるように構成されている。すなわち外表面４１Ｂは外表面４１および外表面４１Ａと比べて広い面積の平面を有している。よって、第２誘電体３３Ｂを備えるプラズマ発生部７を用いてプラズマ処理を行うことで、ワークＷにおけるより広い範囲に対してプラズマ処理を行うことができる。従って、プラズマ処理装置１におけるプラズマ処理効率をより向上できる。
　図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、実施例１に係るプラズマ発生部７はプラズマを発生させる範囲やプラズマ処理の用途に応じて、外表面４１の形状がそれぞれ異なる第２誘電体３３、３３Ａ、３３Ｂなどを適宜換装できる。そのため、プラズマ発生部７の汎用性をより高めることができる。
　外部導体２９の先端部における外周面にはリング状のストッパ４０が設けられている。図１および図４に示すように、接続プレート１５に設けられている貫通孔２７にプラズマ発生部７を嵌合させることによって、外部導体２９の外周部に設けられているストッパ４０が接続プレート１５の外表面に当接する。ストッパ４０が接続プレート１５に当接することで、プラズマ処理部９に接続されたプラズマ発生部７の姿勢を安定に維持できる。
　マイクロ波供給口３５は外部導体２９の基端部に配設されており、マイクロ波供給ケーブル５を第１誘電体３１へと案内させる。実施例１ではＴＭモードのマイクロ波を伝搬させるので、マイクロ波供給口３５は導波管である外部導体２９の基端側（底面）において軸方向に延出するように構成されている。すなわちマイクロ波供給口３５は、外部導体２９の隔壁３６をｘ方向へ貫通するように配置されている。マイクロ波ケーブル５はマイクロ波供給口３５の内部を経由して第１誘電体３１の凹部３７へ案内され、凹部３７の延出方向（実施例１ではｘ方向）へ挿入されて第１誘電体３１に接続される。
　実施例１ではマイクロ波供給ケーブル５と第１誘電体３１との接続部において、凹部３７はインピーダンスを整合させる空隙部として作用する。すなわち凹部３７は、マイクロ波が入力（供給）される方向について比誘電率の変化を緩和させることで、より好適にインピーダンスを整合させる。ここで図６および図７を用いることで、第１誘電体３１に凹部３７を形成させ、凹部３７を介してマイクロ波供給ケーブル５を第１誘電体３１に接続させる構成の効果について説明する。
　図６の各図は第１誘電体３１が凹部３７を有しない比較例の構成を示しており、図７の各図は第１誘電体３１が凹部３７を有する実施例１の構成を示している。なお図６に示す比較例に係るプラズマ発生部については符号７Ｆを付し、実施例１に係るプラズマ発生部７と区別する。
　図６（ａ）は比較例に係るプラズマ発生部７Ｆの基端部を示す縦断面図であり、図６（ｂ）はマイクロ波の入力方向における比誘電率の変化を示すグラフ図である。図６（ａ）に示すように、凹部３７を有しない比較例の構成において、マイクロ波供給ケーブル５は筒状部材である第１誘電体３１の底面に当接することで両者は接続される。この場合、マイクロ波供給ケーブル５の周囲に存在する媒体は一般的に空気である。そして空気の比誘電率（比誘電率ε）は１．０であるので、マイクロ波が入力される方向であるｘ方向について、マイクロ波供給ケーブル５が延びる領域Ｒ１では、図６（ｂ）に示すようにε＝１．０となる。なお、マイクロ波供給ケーブル５の周囲に存在する媒体が空気と異なる物質である場合、当該媒体の比誘電率に応じて領域Ｒ１における比誘電率は変化する。
　一方で、第１誘電体３１を構成する酸化アルミニウムの比誘電率は９．８である。そのためｘ方向において第１誘電体３１が配置される領域Ｒ２では、ε＝９．８となる。その結果、図６（ｂ）に示すように、マイクロ波供給ケーブル５と第１誘電体３１との接続部（領域Ｒ１と領域Ｒ２との境界部分）において、比誘電率が１．０から９．８へと急激に変化する。このようにマイクロ波が入力される方向について比誘電率が急激に変化すると、プラズマ発生部７Ｆにおいて入力側と出力側とのインピーダンスを整合させることが比較的困難となる。
　このような凹部３７を有しない構成に対し、凹部３７を有するプラズマ発生部７では、マイクロ波が入力される方向であるｘ方向について３つの領域に分割される。図７（ａ）は実施例１に係るプラズマ発生部７の基端部を示す縦断面図であり、図７（ｂ）はマイクロ波の入力方向における比誘電率の変化を示すグラフ図である。凹部３７を備えるプラズマ発生部７は、マイクロ波供給ケーブル５が延びる領域Ｒ１と、第１誘電体３１のうち凹部３７が延在していない領域Ｒ２と、第１誘電体３１のうち凹部３７が延在している領域Ｒ３とに分けられる。凹部３７が配置されている領域Ｒ３は、領域Ｒ１と領域Ｒ２との間に存在する領域となる。
　図７において、領域Ｒ１ではマイクロ波供給ケーブル５の周囲に存在する媒体は空気である。そのため、図７においても図６と同様に領域Ｒ１における比誘電率は１．０である。また領域Ｒ２において、第１誘電体３１が外部導体２９の内部を充填している。そのため、図６と同様に図７のプラズマ発生部７についても、領域Ｒ２における比誘電率は第１誘電体３１を構成する材料（ここでは酸化アルミニウム）の比誘電率に相当する。すなわち領域Ｒ２における比誘電率は９．８である。
　ここで、凹部３７が形成されている領域Ｒ３における比誘電率は、領域Ｒ１における比誘電率より高く、かつ領域Ｒ２における比誘電率より低い。すなわち領域Ｒ３では、外部導体２９の径方向（ｙ方向）において、凹部３７を充填する媒体（空気）と、第１誘電体３１を構成する材料（酸化アルミニウム）とが混在している。その結果、領域Ｒ３における比誘電率ε３は、空気の比誘電率１．０と酸化アルミニウムの比誘電率９．８との間の値となる。領域Ｒ３において凹部３７が配置される部分と第１誘電体３１が配置される部分との比を調整することにより、比誘電率ε３の具体的な値を任意の値に定めることができる。
　その結果、図７（ｂ）に示すように、マイクロ波供給ケーブル５が凹部３７に挿入される部分（領域Ｒ１と領域Ｒ３との境界部分）において、比誘電率が１．０からε３へと変化する。そして凹部３７に挿入されたマイクロ波供給ケーブル５と第１誘電体３１との接続部（領域Ｒ３と領域Ｒ２との境界部分）において、比誘電率がε３から９．８へと変化する。１．０とε３との差、および９．８とε３との差は、いずれも９．８と１．０との差より小さい。すなわち凹部３７を備える構成では、凹部３７が設けられている領域Ｒ３が比誘電率の変化を緩衝する領域として作用し、マイクロ波入力方向について比誘電率は緩やかに変化する。
　このように凹部３７を備える構成ではマイクロ波が入力される方向について比誘電率の変化を緩和できる。すなわち緩衝領域に相当する領域Ｒ３を設けることによって比誘電率の急激な変化を防止できるので、実施例１に係るプラズマ発生部７では入力側と出力側とのインピーダンスを整合させることがより容易となる。実施例１において、凹部３７は本発明における比誘電率緩衝部に相当する。
＜動作の説明＞
　ここで、プラズマ処理装置１の動作について説明する。まずは図示しないワーク搬送機構を用いて開閉扉２５からワークＷをチャンバ１１の内部へと搬入させ、ワーク保持部１３に載置させる。ワーク保持部１３は、吸着保持などの方法によってワークＷを安定に保持する。そしてワーク保持部１３を適宜移動させ、ワークＷにおいてプラズマ処理を行う領域をプラズマ発生部７の外表面４１へと近接させる。
　ワークＷを外表面４１に近接させることによってワークＷの配置が完了すると、チャンバ１１の内部空間Ｌを調整する。すなわち、制御機構は開閉扉２５を閉じてチャンバ１１を密閉状態にした後、電磁バルブ１６を開いて排気装置１９を作動させる。排気装置１９が作動することにより、チャンバ１１の内部空間Ｌに滞留していた空気が排気される。
　チャンバ１１の内部空間Ｌを排気させた後、制御機構は電磁バルブ１６を閉じるとともに電磁バルブ２０を開いて気体供給装置２３を作動させる。気体供給装置２３が作動することにより、チャンバ１１の内部空間Ｌへ励起用のガスＧが供給される。
　チャンバ１１の内部空間ＬへガスＧが供給されると、マイクロ波発生部５を作動させてマイクロ波を発振させる。発振されたマイクロ波はマイクロ波供給ケーブル５によってプラズマ発生部７へと供給される。供給されたマイクロ波は、接続機構３５において第１誘電体３１へ伝搬される。すなわち凹部３７に挿入されているマイクロ波供給ケーブル５から第１誘電体３１の基端部へとマイクロ波が伝搬される。
　このとき、第１誘電体３１に形成された凹部３７にマイクロ波供給ケーブル５を挿入させることにより、マイクロ波の入力方向における比誘電率の変化が緩和されている。そのため、マイクロ波のインピーダンスはより好適に調整されるので、不要な反射電力が発生することをより確実に防止できる。
　第１誘電体３１の基端部に供給されたマイクロ波は第１誘電体３１の内部を伝搬する。すなわちマイクロ波は第１誘電体３１が延びるｘ方向へ伝搬し、第１誘電体３１の先端部から第２誘電体３３の基端部へと伝搬される。第２誘電体３３の基端部に伝搬されたマイクロ波は、第２誘電体３３の外表面４１へと伝搬される。第２誘電体３３がマイクロ波の供給を受けると、チャンバ１１の内部空間Ｌのうち外表面４１の周囲においてガスＧが励起されてプラズマが発生する。プラズマ発生部７によって発生したプラズマにより、外表面４１に近接配置されていたワークＷが所定の処理を受ける。ワークＷに対するプラズマ処理が完了した後、制御機構は開閉扉２５を開状態にしてワークＷをチャンバ１１から搬出させ、ワークＷのプラズマ処理に関する一連の工程が終了する。
＜実施例１の構成による効果＞　
　実施例１に係るプラズマ処理装置１では、プラズマ発生部７は全体として導波管構造を有しており、導波管である外部導体２９の内部には誘電性材料で構成される第１誘電体３１が配設されている。そして、第１誘電体３１と第１誘電体３１に接続されている第２誘電体３３を用いてマイクロ波を基端部から先端部へと伝搬させる。すなわち実施例１に係るプラズマ発生部７は外部導体２９の内部に導電体を有していないので、絶縁距離を長くとることができる。
　ここで従来の装置と比較しつつ、実施例１の構成による効果について説明する。従来のプラズマ発生装置１００は同軸管構造を用いている。すなわちプラズマ発生装置１００では図１７に示すように、外部導体に相当するアウターシールド１０２の内部に導電体である中央コア１０１が配設されている。そのため、従来のプラズマ発生装置１００の絶縁距離Ｐ１はアウターシールド１０２から中央コア１０１までの距離に相当するので、当該絶縁距離Ｐ１はアウターシールド１０２の内径の半分より短い距離となる。その結果、アウターシールド１０２の径に比べて絶縁距離Ｐ１が短くなるので、プラズマ発生装置１００において絶縁破壊が発生しやすくなる。絶縁破壊を回避すべく絶縁距離Ｐ１を長くとるにはアウターシールド１０２の径を長くする必要があるので、プラズマ発生装置１００の大型化を回避することは困難となる。
　また従来の装置において絶縁破壊を回避する他の方法としては、供給するマイクロ波の出力を低減させる方法が挙げられる。しかしながらマイクロ波の出力を低減させると、プラズマ発生装置１００におけるプラズマの出力が低下するので、プラズマ発生装置１００を用いたプラズマ処理の効率が低下するという問題が発生する。
　その一方、実施例１に係るプラズマ処理装置１では誘電性材料で構成される第１誘電体３１および第２誘電体３３を用いてマイクロ波を先端部へと伝搬させる。すなわち図２などに示すように、外部導体２９の内部に導電体を配設する必要がないので、プラズマ発生部７の絶縁距離Ｐ２は外部導体２９の内径に相当する。つまり従来の装置と比べて、実施例１に係るプラズマ発生部７は外部導体２９の内径が同じであっても絶縁距離を２倍以上の長さに確保できる。そのため絶縁破壊を回避しつつ、外部導体２９のコンパクト化を実現できる。
　またプラズマ発生部７では高出力のマイクロ波をプラズマ発生部７へ供給しつつ絶縁破壊を回避できるので、プラズマ発生部７におけるプラズマの出力を向上できる。よって、絶縁破壊を防止しつつプラズマ処理装置１におけるプラズマ処理効率を向上できる。
　特に、主要な伝搬モードであるＴＥ１１モードまたは第１高次モードであるＴＭ０１モードだけでマイクロ波を伝搬させる場合、誘電体材料で構成される第１誘電体３１を外部導体２９の内部に配設して、外部導体２９を径方向に小さくする必要がある。よって、実施例１に係る構造を備えることにより、絶縁破壊を防止しつつ、マイクロ波を主要な伝搬モードまたは第１高次モードだけで伝搬させることが可能となる。
　また、実施例１に係るプラズマ発生部７では、マイクロ波を基端側から先端側へ伝搬させる第１誘電体３１は外部導体２９の内部を充填する構成となっている。このような構成を有することにより、プラズマ発生部７における熱の蓄積を防止できる。以下、図８を用いて従来例と比較しつつ、実施例１の構成において熱の蓄積を防止する効果について説明する。
　従来のプラズマ発生装置１００では図１７に示すように、中央コア１０１の側面とアウターシールド１０２との間には空気を例とする伝搬媒体１０３が配置されている。そのため、中央コア１０１は基端部のみにおいて外部導体に相当するアウターシールド１０２と接する構成となる。よって、従来のプラズマ発生装置１００では中央コア１０１とアウターシールド１０２との接触面積が非常に狭くなる。
　このような従来のプラズマ発生装置１００では、中央コア１０１において発生した熱を外部へと逃がすことが困難である。中央コア１０１の大部分と接している伝搬媒体１０３は一般的に空気であり、熱伝導性が低い。すなわち図８（ａ）に示すように、マイクロ波を伝搬する中央コア１０１において発生した熱Ｈは、アウターシールド１０２に伝導されてプラズマ発生装置１００の外部へと放出される。しかしながら従来のプラズマ発生装置１００では中央コア１０１とアウターシールド１０２との接触面積が狭いので、熱Ｈの排出効率は非常に低くなる。その結果、中央コア１０１において発生した熱がアウターシールド１０２の内部で蓄積して容易に高熱化する。よって、プラズマ発生装置１００へ供給するマイクロ波の出力が低い場合であっても、高熱化に起因する問題が容易に発生することとなる。
　その一方、実施例１に係るプラズマ発生部７では外部導体２９の内部を第１誘電体３１が充填している。すなわちマイクロ波を伝搬させる第１誘電体３１は外周面全体にわたって外部導体２９と接しているので、第１誘電体３１と外部導体２９との接触面積が非常に広くなる。よって図８（ｂ）に示すように、第１誘電体３１において発生する熱Ｈは広範囲にわたって外部導体２９へと伝導されてプラズマ発生部７の外部へと放出される。その結果、プラズマ発生部７の排熱効率を大きく向上できるので、外部導体２９の内部において熱が蓄積することをより確実に防止できる。従って、高出力のマイクロ波をプラズマ発生部７へ供給しつつプラズマ発生部７の高熱化を回避できるので、プラズマ発生部７におけるプラズマの出力を向上できる。
　さらに、実施例１に係るプラズマ発生部７では第１誘電体３１の熱Ｈは外部導体２９の全体にわたって伝導されるので、外部導体２９の外部に冷却部材を配置させることで第１誘電体３１を迅速に冷却できる。一例として、外部導体２９を水冷することで第１誘電体３１を迅速に冷却できる。よって、プラズマ発生部７における排熱効率をより向上させることができるとともに、容易にプラズマ発生部７の排熱を行うことができる。
　さらに実施例１に係るプラズマ発生部７では外表面４１の形状を適宜変更できるので、プラズマ処理の汎用性を向上できる。同軸管構造を有している従来のプラズマ発生装置１００において、誘電体１０７の外表面１０９はインピーダンスの整合性の観点から、基端側から先端側に向かって先細りとなるテーパ状である必要がある。すなわち従来のプラズマ発生装置１００では外表面１０９の形状が限定されているのでプラズマ処理の汎用性が低い。また誘電体１０７をテーパ状にすることで、外表面１０９の最先端部の面積が狭くなる。その結果、ワークＷに対して一度にプラズマ処理を実行できる面積が狭くなるのでプラズマ処理の効率が低下する。
　一方、実施例１に係るプラズマ発生部７は全体として導波管構造を有しているので、誘電性部材４３の先端部がテーパ状以外の形状であってもインピーダンスを整合させることができる。よって、誘電性部材４３の先端部（第２誘電体３３の先端部）について、円柱状または先端側に向かって先太りとなる形状を例とする、様々な形状とすることができる。すなわち実施例１に係るプラズマ発生部７ではインピーダンスの整合をとりつつ、プラズマ処理を行う範囲や用途に応じて誘電性部材４３の先端部を適宜変更させることができるので、プラズマ発生部７の汎用性を向上できる。
　なお従来のプラズマ発生装置１００では、アウターシールド１０２の先端側のみに誘電体１０７が配置されている。そのため、インピーダンスをより好適に整合させるには誘電体１０７の先端側における外表面１０９のみならず基端側における外表面１１０についてもテーパ状に加工する必要がある。一方、実施例１に係るプラズマ発生部７では外部導体２９の内部を第１誘電体３１で充填しているので、外部導体２９の内部において第１誘電体３１をテーパ状に加工することなくインピーダンスを好適に整合させることができる。すなわちプラズマ発生部７では誘電体部材４３の両面をテーパ状に加工する必要がないので、インピーダンス整合効率を確保しつつ、プラズマ発生部７の製造コストを低減させることができる。
　次に、本発明の実施例２を説明する。なお、実施例１で説明したプラズマ処理装置１と同一構成については同一符号を付すに留め、異なる構成部分について詳述する。実施例２に係るプラズマ発生部７Ａは、マイクロ波供給ケーブル５が接続される部分の構成において、実施例１に係るプラズマ発生部７と相違する。
　実施例２に係るプラズマ発生部７Ａにおいて、第１誘電体３１は図１０に示すように、凹部３７の代わりに接続部材４５を備えている。接続部材４５は、第１誘電体３１とマイクロ波供給ケーブル５が接続する部分に配設されている。実施例２において、接続部材４５は第１誘電体３１の基端側に配設されているものとする。実施例２では接続部材４５の径と第１誘電体３１の径とが同じである構成を例示しているが、接続部材４５の径は第１誘電体３１の径より小さい構成であってもよい。一例として図２に示されている凹部３７の径と同程度の径を接続部材４５が備えていてもよい。
　接続部材４５は、第１誘電体３１よりも比誘電率が低い誘電性材料で構成される。一例として第１誘電体３１が酸化アルミニウム（ε＝９．８）で構成されている場合、接続部材４５の構成材料として石英（ε＝３．７８）が挙げられる。また接続部材４５は、マイクロ波供給ケーブル５の周囲に存在する媒体よりも比誘電率が高い誘電性材料で構成される。実施例２では実施例１と同様、マイクロ波供給ケーブル５の媒体は空気（ε＝１．０）であるので、実施例２における第１誘電体３１の構成材料として石英は好ましい誘電性材料の一例となる。
　実施例２ではマイクロ波供給ケーブル５と第１誘電体３１との接続部において、接続部材４５は比誘電率の変化が緩和する領域となる。すなわち接続部材４５は、マイクロ波が入力される方向について比誘電率の変化を緩和させることで、より好適にインピーダンスを整合させる。ここで図６および図１１を用いることで、接続部材４５を介してマイクロ波供給ケーブル５を第１誘電体３１に接続させる構成の効果について説明する。
　図６（ａ）に示すように、接続部材４５を備えることなくマイクロ波供給ケーブル５を第１誘電体３１に接続させる構成では比誘電率が急激に変化する。すなわちマイクロ波供給ケーブル５の周囲に存在する媒体は空気である。そのため図６（ｂ）に示すように、マイクロ波が入力される方向であるｘ方向について、マイクロ波供給ケーブル５が延びる領域Ｒ１では比誘電率εが１．０である。一方、第１誘電体３１は酸化アルミニウムで構成されているので、第１誘電体３１が配置される領域Ｒ２では比誘電率εが９．８となる。その結果、マイクロ波供給ケーブル５と第１誘電体３１との接続部（領域Ｒ１と領域Ｒ２との境界部分）において、比誘電率が１．０から９．８へと急激に変化する。
　一方、接続部材４５を有するプラズマ発生部７Ａでは、マイクロ波が入力される方向であるｘ方向について３つの領域に分割される。図１１（ａ）は実施例２に係るプラズマ発生部７Ａの基端部を示す縦断面図であり、図１１（ｂ）はマイクロ波の入力方向における比誘電率の変化を示すグラフ図である。凹部３７を備えるプラズマ発生部７は、マイクロ波供給ケーブル５が延びる領域Ｒ１と、第１誘電体３１が配置される領域Ｒ２と、接続部材４５が配置される領域Ｒ３とに分けられる。
　図１１において、領域Ｒ１ではマイクロ波供給ケーブル５の周囲に存在する媒体は空気であるので、図１１（ｂ）に示すように領域Ｒ１における比誘電率は１．０である。また領域Ｒ２において、第１誘電体３１が外部導体２９の内部を充填している。そのため領域Ｒ２における比誘電率は、第１誘電体３１を構成する材料（ここでは酸化アルミニウム）の比誘電率である９．８に相当する。そして領域Ｒ３における比誘電率は、接続部材４５を構成する材料（ここでは石英）の比誘電率である３．７８に相当する。
　その結果、図１１（ｂ）に示すように、マイクロ波供給ケーブル５が接続部材４５に接続される部分（領域Ｒ１と領域Ｒ３との境界部分）において、比誘電率が１．０から３．７８へと変化する。そして接続部材４５と第１誘電体３１との接続部（領域Ｒ３と領域Ｒ２との境界部分）において、比誘電率が３．７８から９．８へと変化する。すなわち比誘電率が第１誘電体３１より低くマイクロ波供給ケーブル５の周囲にある媒体より高い材料で構成される接続部材４５を備える構成では、接続部材４５が設けられている領域Ｒ３が比誘電率の変化を緩衝する領域として作用し、マイクロ波の入力方向について比誘電率は緩やかに変化する。
　このように接続部材４５を備える実施例２の構成では凹部３７を備える実施例１の構成と同様に、マイクロ波が入力される方向について比誘電率の変化を緩和できる。すなわち緩衝領域に相当する領域Ｒ３を設けることによって比誘電率の急激な変化を防止できるので、実施例２に係るプラズマ発生部７Ａでは入力側と出力側とのインピーダンスを整合させることがより容易となる。実施例２において、接続部材４５は本発明における比誘電率緩衝部に相当する。実施例２に係るプラズマ発生部７Ａを備えるプラズマ処理装置１の動作は実施例１と共通するので、動作に関する説明は省略する。
　次に、本発明の実施例３を説明する。なお、実施例１で説明したプラズマ処理装置１と同一構成については同一符号を付すに留め、異なる構成部分について詳述する。実施例３に係るプラズマ発生部７Ｂは、の配置が実施例１に係るプラズマ発生部７と相違する。図１２は、実施例３に係るプラズマ発生部７Ｂの縦断面図である。
　実施例１では外部導体２９として、ＴＭモード（具体的にはＴＭ０１モード）のマイクロ波を伝搬する円筒導波管が用いられている。一方、実施例３に係るプラズマ発生部７Ｂでは、外部導体２９Ｂとして、ＴＥモード（具体的にはＴＥ１１モード）のマイクロ波を伝搬する円筒導波管が用いられる。そのため図１２に示すように、マイクロ波供給ケーブル５を案内させるマイクロ波供給口３５は外部導体２９Ｂの側面に配設される。実施例３において、マイクロ波供給口３５は外部導体２９Ｂの側面のうち基端側に近い部分に配設されている。
　そして実施例３では、第１誘電体３１の側面に凹部３７Ｂが形成されている。凹部３７Ｂはマイクロ波供給口３５と連結される位置に配置されており、第１誘電体３１の径方向（図１２ではｙ方向）に延在している。マイクロ波供給ケーブル５はマイクロ波供給口３５によって案内され、凹部３７Ｂに挿入される。凹部３７Ｂはｙ方向に延びているので、マイクロ波供給ケーブル５はｙ方向に挿入されて第１誘電体３１と接続される。すなわち実施例３におけるマイクロ波の入力方向はｙ方向となる。
　実施例３においてマイクロ波の入力方向における比誘電率の変化は図１３に示す通りである。図１１（ａ）は実施例３に係るプラズマ発生部７Ｂの基端部を示す縦断面図であり、図１１（ｂ）はマイクロ波の入力方向における比誘電率の変化を示すグラフ図である。凹部３７Ｂを有するプラズマ発生部７Ｂでは、マイクロ波が入力される方向であるｙ方向について３つの領域に分割される。すなわちマイクロ波供給ケーブル５が延びる領域Ｒ１と、第１誘電体３１で充填されている領域Ｒ２と、凹部３７Ｂが配置されている領域Ｒ３とに分けられる。
　実施例１などと同様に、実施例３においてマイクロ波供給ケーブル５の周囲に存在する媒体は空気である。そのため図１３（ｂ）に示すように、領域Ｒ１における比誘電率は１．０である。また領域Ｒ２において、第１誘電体３１が外部導体２９の内部を充填している。そのため、領域Ｒ２における比誘電率は９．８である。
　領域Ｒ３では、外部導体２９の主軸方向（ｘ方向）において、凹部３７を充填する媒体（空気）と、第１誘電体３１を構成する材料（酸化アルミニウム）とが混在している。その結果、領域Ｒ３における比誘電率ε３は、空気の比誘電率１．０と酸化アルミニウムの比誘電率９．８との間の値となる。すなわち、凹部３７が形成されている領域Ｒ３における比誘電率は、領域Ｒ１における比誘電率より高く、かつ領域Ｒ２における比誘電率より低くなる。
　その結果、図１３（ｂ）に示すように、マイクロ波供給ケーブル５が凹部３７Ｂに挿入される部分（領域Ｒ１と領域Ｒ３との境界部分）において、比誘電率が１．０からε３へと変化する。そして凹部３７Ｂに挿入されたマイクロ波供給ケーブル５と第１誘電体３１との接続部（領域Ｒ３と領域Ｒ２との境界部分）において、比誘電率がε３から９．８へと変化する。よって凹部３７Ｂを備える構成では、凹部３７が設けられている領域Ｒ３が比誘電率の変化を緩衝する領域として作用し、マイクロ波入力方向（ｙ方向）について比誘電率は緩やかに変化するので、入力側と出力側とのインピーダンスを整合させることがより容易となる。
　実施例３に係るプラズマ発生部７Ｂを備えるプラズマ処理装置１では、マイクロ波発生部３によって発振されたマイクロ波はプラズマ発生部７Ｂに対してｙ方向に入力される。このとき凹部３７Ｂを備えることにより、マイクロ波が誘電性部材４３（第１誘電体３１）に入力される場合における比誘電率の変化が緩和される。誘電性部材４３に入力されたマイクロ波は、誘電性部材４３（第１誘電体３１および第２誘電体）が延伸するｘ方向に沿って基端側から先端側へと伝搬される。そして誘電性部材４３の先端部（第２誘電体３３の先端部）に配置されている外表面４１において、チャンバ１１内部のガスＧが励起されてプラズマが発生する。このように本発明に係るプラズマ発生部では、従来の装置と比べてより多様な伝搬モードのマイクロ波を用いてプラズマを発生させることができる。
＜他の実施形態＞
　なお、今回開示された実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲、並びに、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。例として、本発明は下記のように変形実施することができる。
　（１）上述した各実施例において、外部導体２９は円筒形の導波管である構成を例示したが、外部導体２９は円筒形に限られない。一例としてプラズマ発生部７がＴＥ１０モードのマイクロ波を伝搬する場合、外部導体２９として矩形導波管を用いることができる。同軸管を外部導体として用いる従来のプラズマ発生装置１００と異なり、導波管構造を有する外部導体２９は断面の形状が円筒形に限定されない。そのため各実施例に係るプラズマ処理装置１ではより多様な伝搬モードのマイクロ波に対応してプラズマ処理を行うことができる。
　（２）上述した各実施例において、マイクロ波供給ケーブル５は第１誘電体３１または接続部材４５と当接する構成に限られない。すなわち図１４に示すように、マイクロ波供給ケーブル５は第１誘電体３１などに対して、所定距離の間隙部ＫＰを開けて配設されていてもよい。間隙部ＫＰの距離は、マイクロ波供給ケーブル５から第１誘電体３１または接続部材４５へとマイクロ波を伝搬できる程度の値に定められる。マイクロ波供給ケーブル５と第１誘電体３１との間に所定の間隙部ＫＰが形成されることにより、インピーダンスの整合をより好適にとることが可能となる。なお本発明において「マイクロ波供給ケーブル５が第１誘電体３１に接続される」とは、図２などに示すようにマイクロ波供給ケーブル５が第１誘電体３１に当接する構成のみならず、図１４に示すように、マイクロ波が伝搬できる程度にマイクロ波供給ケーブル５が第１誘電体３１に近接している構成も含むものとする。
　（３）上述した各実施例において、誘電性部材４３として第１誘電体３１と第２誘電体３３との２つの部材を結合した構成を例示したがこれに限ることはなく、第１誘電体３１と第２誘電体３３とは一体となっていてもよい。すなわち図１５に示すように、誘電性部材４３は単一の部材であり、先端部に外表面４１を備えている構成であってもよい。
　（４）上述した各実施例において、外部導体２９が導波管構造を有しており内部に導体を有しない構成であれば、第１誘電体３１は外部導体２９の内部を充填する構成に限ることはない。すなわち図１６に示すように、第１誘電体３１の外径が外部導体２９の内径より小さく、第１誘電体３１と外部導体２９との間に内部媒体４７が配設される構成も本発明に係る構成に含まれる。なお内部媒体４７の一例としては空気などが挙げられる。
　（５）上述した各実施例において、外部導体２９が導波管構造を有しており内部に導体を有しない構成であれば、図６に示すようなプラズマ発生部７Ｆも本発明に係る構成に含まれる。すなわち外部導体２９が導波管構造を有しており内部に導体を有しない構成であれば、凹部３７または接続部材４５が第１誘電体３１に設けられる構成に限られない。
　（６）上述した各実施例において、第１誘電体３１と第２誘電体３３とは同じ材料で構成される場合に限ることはなく、異なる材料で構成されてもよい。すなわち第１誘電体３１は誘電性を有しており比誘電率がε４である第１材料Ｌ１で構成され、第２誘電体３３は誘電性を有しており比誘電率がε５である第２材料Ｌ２で構成されてもよい。
　そして第１誘電体３１と第２誘電体３３とが異なる材料で構成される場合、接続部３９は比誘電率の変化を緩和させる領域として機能する。すなわち接続部３９は、第１誘電体３１から第２誘電体３３へとマイクロ波が入力される際における比誘電率の変化を緩和させる領域として機能する。特に接続部３９が凹部と凸部とを接続させる構成である場合、接続部３９は比誘電率の変化を緩和させる領域として、より好適に機能する。
　当該変形例に係るプラズマ発生部７Ｃの構成は、第１誘電体３１と第２誘電体３３とが異なる材料で構成されることを除いて、実施例１に係るプラズマ発生部７と同じであるものとする。すなわち変形例に係るプラズマ発生部７Ｃにおいて、雌ネジが形成されている凹部である第１接続部３９Ａと、雄ネジが形成されている凸部である第２接続部３９Ｂとによって接続部３９は構成されている。なお、ここでは第２材料Ｌ２の比誘電率ε５が第１材料Ｌ１の比誘電率ε４より高い場合を例にとって説明する。
　当該変形例においてマイクロ波の入力方向における比誘電率の変化は図１９に示す通りである。図１９（ａ）は変形例に係るプラズマ発生部７Ｃを示す縦断面図であり、図１９（ｂ）はマイクロ波の入力方向における比誘電率の変化を示すグラフ図である。凹部３７および接続部３９を有するプラズマ発生部７Ｃでは、マイクロ波が入力される方向であるｘ方向について５つの領域に分割される。すなわちマイクロ波供給ケーブル５が延びる領域Ｒ１と、第１誘電体３１で充填されている領域Ｒ２と、凹部３７が配置されている領域Ｒ３と、接続部３９が配置されている領域Ｒ４と、第２誘電体３３が配置されている領域Ｒ５とに分けられる。
　図１９（ａ）において、領域Ｒ１ではマイクロ波供給ケーブル５の周囲に存在する媒体は空気である。そのため、図１９（ｂ）においても図６などと同様に領域Ｒ１における比誘電率は１．０である。また領域Ｒ２において、第１誘電体３１が外部導体２９の内部を充填している。そのため、領域Ｒ２における比誘電率は第１誘電体３１を構成する第１材料Ｌ１の比誘電率ε４に相当する。また、領域Ｒ５ではｙ方向において第２誘電体３３が充填されている。そのため、領域Ｒ５における比誘電率は第２誘電体３３を構成する第２材料Ｌ２の比誘電率ε５に相当する。
　ここで、凹部３７が形成されている領域Ｒ３における比誘電率は、領域Ｒ１における比誘電率より高く、かつ領域Ｒ２における比誘電率より低い。すなわち領域Ｒ３では、外部導体２９の径方向（ｙ方向）において、凹部３７を充填する媒体（空気）と、第１誘電体３１を構成する第１材料Ｌ１とが混在している。その結果、領域Ｒ３における比誘電率ε３は、空気の比誘電率１．０と第１材料Ｌ１の比誘電率ε４との間の値となる。
　そして、接続部３９が形成されている領域Ｒ４における比誘電率は、領域Ｒ２における比誘電率より高く、かつ領域Ｒ５における比誘電率より低い。すなわち領域Ｒ４では、外部導体２９の径方向（ｙ方向）において、接続部３９（第１接続部３９Ｂ）を構成する第２材料Ｌ２と、第１誘電体３１を構成する第１材料Ｌ１とが混在している。その結果、領域Ｒ４における比誘電率ε６は、第１材料Ｌ１の比誘電率ε４と第２材料Ｌ２の比誘電率ε５との間の値となる。領域Ｒ４において接続部３９が配置される部分と第１誘電体３１が配置される部分との比を調整することにより、比誘電率ε６の具体的な値を任意の値に定めることができる。
　その結果、図１９（ｂ）に示すように、マイクロ波供給ケーブル５が凹部３７に挿入される部分（領域Ｒ１と領域Ｒ３との境界部分）において、比誘電率が１．０からε３へと変化する。そして凹部３７に挿入されたマイクロ波供給ケーブル５と第１誘電体３１との接続部（領域Ｒ３と領域Ｒ２との境界部分）において、比誘電率がε３からε４へと変化する。１．０とε３との差、およびε４とε３との差は、いずれもε４と１．０との差より小さい。すなわち凹部３７を備える構成では、凹部３７が設けられている領域Ｒ３が比誘電率の変化を緩衝する領域として作用し、マイクロ波入力方向について比誘電率は緩やかに変化する。
　さらに当該変形例では、接続部３９が比誘電率の変化を緩和させる第２の領域として作用する。すなわち領域Ｒ２と領域Ｒ４との境界部分において、比誘電率がε４からε６へと変化する。そして領域Ｒ４と領域Ｒ５との境界部分において、比誘電率がε６からε５へと変化する。ε４とε６との差、およびε６とε５との差は、いずれもε４とε５との差より小さい。すなわち接続部３９を備える構成では、接続部３９が設けられている領域Ｒ４が比誘電率の変化を緩衝する領域として作用し、マイクロ波入力方向について比誘電率はさらに緩やかに変化する。
　このように当該変形例に係るプラズマ発生部７Ｃでは、凹部３７によって比誘電率の変化を緩和できるとともに、接続部３９によっても比誘電率の変化を緩和できる。すなわち第２の緩衝領域に相当する領域Ｒ４を設けることによって比誘電率の急激な変化を防止できるので、実施例１に係るプラズマ発生部７では入力側と出力側とのインピーダンスを整合させることがより容易となる。当該変形例において、接続部３９は本発明における第２比誘電率緩衝部に相当する。
　なお、変形例に係るプラズマ発生部７Ｃでは、凹部３７を備える構成に限ることはなく凹部３７を省略してもよい。また当該変形例に係るプラズマ発生部７Ｃにおいて、第２材料Ｌ２の比誘電率ε５は第１材料Ｌ１の比誘電率ε４より低い構成であってもよい。比誘電率ε４と比誘電率ε５との大小関係に依らず、第２比誘電率緩衝部に相当する接続部３９が配設されることにより、第１誘電体３１と第２誘電体３３との境界部において比誘電率が急激に変化することを回避できる。
　１　　　…プラズマ処理装置
　３　　　…マイクロ波発生部
　５　　　…マイクロ波供給ケーブル
　７　　　…プラズマ発生部（プラズマ発生装置）
　９　　　…プラズマ処理部
　１１　　…チャンバ
　１３　　…ワーク保持部
　１５　　…接続プレート
　２９　　…外部導体
　３１　　…第１誘電体
　３３　　…第２誘電体
　３４　　…開口部
　３５　　…マイクロ波供給口
　３６　　…隔壁
　３７　　…凹部
　３９　　…接続部
　４１　　…外表面
　４３　　…誘電性部材
　４５　　…接続部材
 

Claims (7)

  1. 　一端側に開口部を有する導電性の導波管と、
    　前記導波管の内部において前記導波管の主軸に沿って延在し、マイクロ波を供給するマイクロ波供給ケーブルと接続されており、供給された前記マイクロ波を前記一端側へ伝搬する第１の誘電性部材と、
    　前記開口部を閉塞するように配設され、前記第１の誘電性部材が伝搬する前記マイクロ波を用いてプラズマを発生させる第２の誘電性部材と、
    　を備えることを特徴とするプラズマ発生装置。
  2. 　請求項１に記載のプラズマ発生装置において、
    　前記第１の誘電性部材は前記導波管の内部を充填するように前記導波管の主軸に沿って延在している
    　ことを特徴とするプラズマ発生装置。
  3. 　請求項１に記載のプラズマ発生装置において、
    　前記第１の誘電性部材は、前記マイクロ波供給ケーブルとの接続部において、比誘電率の変化を緩和させる比誘電率緩衝部を備えている
    　ことを特徴とするプラズマ発生装置。
  4. 　請求項３に記載のプラズマ発生装置において、
    　前記比誘電率緩衝部は、前記第１の誘電性部材に形成されている凹部であり、
    　前記マイクロ波供給ケーブルは前記凹部が延びる方向へ挿入される
    　ことを特徴とするプラズマ発生装置。
  5. 　請求項３に記載のプラズマ発生装置において、
    　前記比誘電率緩衝部は前記第１の誘電性部材より比誘電率が低い材料で構成されている接続部材であり、
    　前記第１の誘電性部材は前記接続部材を介して前記マイクロ波供給ケーブルと接続される
    　ことを特徴とするプラズマ発生装置。
  6. 　請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のプラズマ発生装置において、
    　前記第１の誘電性部材は、前記第２の誘電性部材との接続部において、比誘電率の変化を緩和させる第２比誘電率緩衝部を備えている
    　ことを特徴とするプラズマ発生装置。
  7. 　マイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
    　前記マイクロ波供給部から供給されるマイクロ波を用いてプラズマを発生させるプラズマ発生部と、
    　前記プラズマ発生部が発生させたプラズマを用いてワークを処理するプラズマ処理部と、
    　を備え、
    　前記プラズマ発生部は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のプラズマ発生装置である
    　ことを特徴とするプラズマ処理装置。
     
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