特許 5725574 マイクロ波導波装置、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5725574

(24)【登録日】2015年4月10日

(45)【発行日】2015年5月27日

(54)【発明の名称】マイクロ波導波装置、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/24 20060101AFI20150507BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20150507BHJP

【ＦＩ】

   H05H1/24

   H05H1/46 B

【請求項の数】11

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2013-43404(P2013-43404)

(22)【出願日】2013年3月5日

(65)【公開番号】特開2014-175051(P2014-175051A)

(43)【公開日】2014年9月22日

【審査請求日】2013年7月12日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 ウェブサイトの掲載日 平成２５年１月２１日 ウェブサイトのアドレス ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｐｌａｓｍａ．ｅｎｇｇ．ｎａｇｏｙａ−ｕ．ａｃ．ｊｐ／ＩＣ−２０１３／ｐｄｆ／ｉｃ２０１３＿ｔｉｍｅｔａｂｌｅ．ｐｄｆ

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 「刊行物等」 発行日 平成２５年２月２日 刊行物 ＩＣ−ＰＬＡＮＴＳ ２０１３ Ｔｈｅ ６▲ｔｈ▼ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ＰＬＡｓｍａ−Ｎａｎｏ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＆ Ｓｏｃｉｅｔｙ予稿集

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 「刊行物等」 開催日 平成２５年２月２日 集会名、開催場所 ＩＣ−ＰＬＡＮＴＳ ２０１３ Ｔｈｅ ６▲ｔｈ▼ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ＰＬＡｓｍａ−Ｎａｎｏ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＆ Ｓｏｃｉｅｔｙ 下呂交流会館

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504139662

【氏名又は名称】国立大学法人名古屋大学

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100122507

【弁理士】

【氏名又は名称】柏岡 潤二

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 仁

(72)【発明者】

【氏名】久保田 雄介

(72)【発明者】

【氏名】豊田 浩孝

(72)【発明者】

【氏名】堀 勝

【審査官】 林 靖

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−０５９７９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００６／０３３２７８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−０８０３５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００１−５２７３００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２２９７０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０８２１７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２６５８３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５０８６８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１９９２２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２５６４３７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｈ １／００−１／５４

Ｃ２３Ｃ １４／００−１４／５８

Ｃ２３Ｃ １６／００−１６／５６

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｈ０１Ｌ ２１／４６１

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／３６５

Ｈ０１Ｌ ２１／４６９

Ｈ０１Ｌ ２１／８６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラズマ生成用のマイクロ波導波装置であって、
第１端と第２端を有し、入力端からのマイクロ波を該第１端から該第２端に向けて伝搬する導波管と、
第１ポート、前記第１端に結合された第２ポート、及び前記第２端に結合された第３ポートを有し、前記入力端からの前記マイクロ波を前記第１ポートに受けて該マイクロ波を前記第２ポートから前記第１端に結合し、前記第２端からのマイクロ波を前記第３ポートに受けて該マイクロ波を前記入力端側に戻すサーキュレータと、
前記入力端と前記サーキュレータとの間に介在し、前記サーキュレータの前記第３ポートに受けて前記入力端側に戻されたマイクロ波の一部を前記サーキュレータの前記第１ポートに反射する整合器と、
前記導波管の経路上に配置され、前記第１端から前記第２端に向けて伝搬される前記マイクロ波を通過させ、かつ前記第２端から前記第１端に向けて伝搬される前記マイクロ波を遮断する第１の方向性結合器と、
を備え、
前記導波管には、該導波管内のマイクロ波の伝搬方向に沿って延びるスロット孔が形成されている、マイクロ波導波装置。

【請求項2】

前記入力端と前記整合器との間に介在し、前記入力端からの前記マイクロ波を通過させ、かつ前記整合器からの前記マイクロ波を遮断する第２の方向性結合器を更に備える、請求項１に記載のマイクロ波導波装置。

【請求項3】

前記入力端と前記整合器との間に介在し、前記入力端からの前記マイクロ波を前記整合器に導き、かつ前記整合器からの前記マイクロ波をダミーポートへ導くアイソレータを更に備える、請求項１又は２に記載のマイクロ波導波装置。

【請求項4】

マイクロ波を発生し、該マイクロ波を前記入力端に供給するマイクロ波発生器を更に備え、
前記マイクロ波発生器は、パルス状のマイクロ波を発生する、請求項１〜３の何れか一項に記載のマイクロ波導波装置。

【請求項5】

プラズマ生成用のガスを前記導波管内に導入するためのガス供給孔を更に備える、請求項１〜４の何れか一項に記載のマイクロ波導波装置。

【請求項6】

請求項１〜４の何れか一項に記載のマイクロ波導波装置と、
前記スロット孔に供給されるマイクロ波のエネルギーを受けるようにガスを供給するガス供給部と、
前記ガスのプラズマにより被処理体を処理するための空間を画成する処理容器と、を備えるプラズマ処理装置。

【請求項7】

マイクロ波を発生し、該マイクロ波を入力端に供給するマイクロ波発生器と、
第１端と第２端を有し、前記入力端からのマイクロ波を該第１端から該第２端に向けて伝搬する導波管であり、マイクロ波の伝搬方向に沿って延びるスロット孔が形成されている該導波管と、
第１ポート、前記第１端に結合された第２ポート、及び前記第２端に結合された第３ポートを有し、前記入力端からの前記マイクロ波を前記第１ポートに受けて該マイクロ波を前記第２ポートから前記第１端に結合し、前記第２端からのマイクロ波を前記第３ポートに受けて該マイクロ波を前記入力端側に戻すサーキュレータと、
前記入力端と前記サーキュレータとの間に介在し、前記サーキュレータの前記第３ポートに受けて前記入力端側に戻された前記マイクロ波の一部を前記サーキュレータの前記第１ポートに反射する整合器と、
前記導波管の経路上に配置され、前記第１端から前記第２端に向けて伝搬される前記マイクロ波を通過させ、かつ前記第２端から前記第１端に向けて伝搬される前記マイクロ波を遮断する第１の方向性結合器と、
前記スロット孔に供給されるマイクロ波のエネルギーを受けるようにガスを供給するガス供給部と、
前記ガスのプラズマにより被処理体を処理するための空間を画成する処理容器と、を備えるプラズマ処理装置。

【請求項8】

マイクロ波を発生し、該マイクロ波を入力端に供給するマイクロ波発生器と、
第１端と第２端を有し、前記入力端からのマイクロ波を該第１端から該第２端に向けて伝搬する導波管であり、マイクロ波の伝搬方向に沿って延びるスロット孔が形成されている該導波管と、
第１ポート、前記第１端に結合された第２ポート、及び前記第２端に結合された第３ポートを有し、前記入力端からの前記マイクロ波を前記第１ポートに受けて該マイクロ波を前記第２ポートから前記第１端に結合し、前記第２端からのマイクロ波を前記第３ポートに受けて該マイクロ波を前記入力端側に戻すサーキュレータと、
前記入力端と前記サーキュレータとの間に介在し、前記サーキュレータの前記第３ポートに受けて前記入力端側に戻された前記マイクロ波の一部を前記サーキュレータの前記第１ポートに反射する整合器と、
前記スロット孔に供給されるマイクロ波のエネルギーを受けるようにガスを供給するガス供給部と、
前記ガスのプラズマにより被処理体を処理するための空間を画成する処理容器と、前記導波管に形成され、マイクロ波の伝搬方向に沿って延びるスロット孔と、を備え、
前記スロット孔において、マイクロ波の伝搬方向に沿って移動する点状のプラズマを生成することを特徴とするプラズマ処理装置。

【請求項9】

前記ガスは、濃度が０．１％〜４％の水素ガスである、請求項６〜８の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項10】

請求項６〜８の何れか一項に記載のプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、
前記処理容器内に被処理体を収容する工程と、
前記ガス供給部から前記ガスを供給する工程と、
前記ガスのプラズマにより被処理体を処理する工程と、
を含むプラズマ処理方法。

【請求項11】

前記ガスは、濃度が０．１％〜４％の水素ガスである、請求項１０に記載のプラズマ処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、マイクロ波導波装置、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、導波管内に供給されたマイクロ波によってガスのプラズマを生成する装置が知られている。例えば、特許文献１には、導波管内の壁を貫通して細長くカットしたスロットが形成された直線状の導波管と、この導波管に接続されたマイクロ波電源とを備えたプラズマ発生器が記載されている。このプラズマ発生器においては、スロットにおいてプラズマを生成するために、マイクロ波電源から導波管内にマイクロ波電力が供給されている。

【0003】

また、特許文献２には、マイクロ波発生装置に接続され、マイクロ波の伝送方向に長尺をなす矩形導波管と、矩形導波管の内部へ処理ガスを供給するガス供給装置と、矩形導波管の一面に放電をおこさせる長方形の複数のスロット孔を設け、スロット孔で生成したプラズマを外部に放出するアンテナ部とを備え、矩形導波管内に定在波を形成するプラズマ生成装置が記載されている。この装置においては、アンテナ部におけるマイクロ波の定在波の腹の部分に対応する位置に、矩形導波管の外部にプラズマを放出するスロット孔が形成されている。

【0004】

特許文献３には、マイクロ波の進行波を共振させる環状共振器と、マイクロ波を分配する複数の結合器に結合され、プラズマ発生室にマイクロ波を導入する複数のアプリケータとを備えるプラズマ発生装置が記載されている。この装置においては、導入導波管と環状共振器との間に、環状導波管内に伝搬される反射波をダミーロードに導く方向性結合器が設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特表２００２−５２６９０３号公報

【特許文献2】特開２０１２−６４４４４号公報

【特許文献3】特許第４９００７６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載のプラズマ発生器においては、導波管の端部に設けられた終端器により反射波の発生を抑制しているが、終端器により反射波の発生を完全に防止することは困難である。したがって、このプラズマ発生器の導波管内部を伝達するマイクロ波は、定在波となるおそれがある。このため、このプラズマ発生器では、定在波の影響により導波管のスロット形成位置においてマイクロ波の強度が不均一化してしまう。したがって、このプラズマ発生器では、均一なプラズマを安定的に発生させることは困難である。

【0007】

また、特許文献２に記載のプラズマ生成装置においては、マイクロ波の定在波の腹の部分に対応する位置に設けられたスロット孔でプラズマが形成されるため、マイクロ波の伝送方向に沿って均一なプラズマを生成することは困難である。なお、この装置では、このようなアンテナ部を複数並設することにより、均一なプラズマを生成し得るが、装置が複雑化、大型化するおそれがある。

【0008】

特許文献３に記載のプラズマ発生装置においては、プラズマ環状共振器内を伝搬するマイクロ波のうち、反射成分をダミーロードに導くことで打ち消しているため、マイクロ波の損失が大きくなる。したがって、このプラズマ発生装置では、プラズマを安定的に発生させることは困難である。

【0009】

このため、当技術分野においては、プラズマを安定的に発生させることができるマイクロ波導波装置、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法が要請されている。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の一側面に係るマイクロ波導波装置は、プラズマ生成用のマイクロ波導波装置であって、第１端と第２端を有し、入力端からのマイクロ波を該第１端から該第２端に向けて伝搬する導波管と、第１ポート、第１端に結合された第２ポート、及び第２端に結合された第３ポートを有し、入力端からのマイクロ波を第１ポートに受けて該マイクロ波を第２ポートから第１端に結合し、第２端からのマイクロ波を第３ポートに受けて該マイクロ波を入力端側に戻すサーキュレータと、入力端とサーキュレータとの間に介在し、サーキュレータの第３ポートに受けて入力端側に戻されたマイクロ波の一部をサーキュレータの第１ポートに反射するＥＨチューナと、を備え、導波管には、該導波管内のマイクロ波の伝搬方向に沿って延びるスロット孔が形成されている。

【0011】

本発明の一側面に係るマイクロ波導波装置においては、サーキュレータの第３ポートに受けて入力端側に戻されたマイクロ波の一部がサーキュレータの第１ポートに反射される。これにより、導波管及びサーキュレータ及びＥＨチューナは、環状の導波路を形成する。このため、入力端から伝搬されるマイクロ波と環状の導波路内を循環するマイクロ波とが重畳されることとなり、導波管内のマイクロ波のエネルギーを高めることができる。また、環状の導波路内では、反射波の発生を抑制することができるため、導波路内に定在波が発生することを抑制することができ、その結果、導波路内のマイクロ波の強度を均一化することができる。したがって、本マイクロ波導波装置によれば、導波管に形成されたスロット孔が延びる方向に沿って、当該スロット孔からプラズマを安定的に発生させることが可能なマイクロ波を導波することができる。

【0012】

一形態では、導波管の経路上に配置され、第１端から第２端に向けて伝搬されるマイクロ波を通過させ、かつ第２端から第１端に向けて伝搬されるマイクロ波を遮断する第１の方向性結合器を更に備えてもよい。このような形態によれば、マイクロ波が導波路内を周回する間に反射波の一部が遮断されるため、環状の導波路内に定在波が発生することを防止することができる。

【0013】

一形態では、入力端とＥＨチューナとの間に介在し、入力端からのマイクロ波を通過させ、かつＥＨチューナからのマイクロ波を遮断する第２の方向性結合器を更に備えてもよい。このような形態によれば、マイクロ波の反射波が入力端に伝搬されることを防止することができる。

【0014】

一形態では、入力端とＥＨチューナとの間に介在し、入力端からのマイクロ波をＥＨチューナに導き、かつＥＨチューナからのマイクロ波をダミーポートへ導くアイソレータを更に備えてもよい。このような形態によれば、マイクロ波の反射波が入力端に伝搬されることを防止することができる。

【0015】

一形態では、マイクロ波を発生し、該マイクロ波を入力端に供給するマイクロ波発生器を更に備え、マイクロ波発生器は、パルス状のマイクロ波を発生してもよい。発明者は、上述したようなマイクロ波導波装置において、パルス状のマイクロ波を供給することによって、点状のプラズマがマイクロ波の進行方向に沿って高速に移動することにより、全体として実質的に線状のプラズマが生成されることを発見した。このプラズマは、スロット孔の延在方向に渡って均一性の高いプラズマである。このように、本マイクロ波導波装置によれば、均一性の高いプラズマを発生させることが可能なマイクロ波を供給することができる。

【0016】

一形態では、プラズマ生成用のガスを導波管内に導入するためのガス供給孔を更に備えてもよい。このような形態によれば、ガス供給孔を介して導入されたガスを導波路内に導波されるマイクロ波により励起させ、当該ガスのプラズマを生成することができる。

【0017】

本発明の一側面に係るプラズマ処理装置は、上述したマイクロ波導波装置と、スロット孔に供給されるマイクロ波のエネルギーを受けるようにガスを供給するガス供給部と、ガスのプラズマにより被処理体を処理するための空間を画成する処理容器と、を備える。本プラズマ処理装置においては、スロット孔に供給されるマイクロ波のエネルギーによりガスが励起されて、安定したプラズマが生成される。そして、このプラズマを用いて被処理体をプラズマ処理することができる。

【0018】

本発明の一側面に係るプラズマ処理装置は、マイクロ波を発生し、該マイクロ波を入力端に供給するマイクロ波発生器と、第１端と第２端を有し、入力端からのマイクロ波を該第１端から該第２端に向けて伝搬する導波管であり、マイクロ波の伝搬方向に沿って延びるスロット孔が形成されている該導波管と、第１ポート、第１端に結合された第２ポート、及び第２端に結合された第３ポートを有し、入力端からのマイクロ波を第１ポートに受けて該マイクロ波を第２ポートから第１端に結合し、第２端からのマイクロ波を第３ポートに受けて該マイクロ波を入力端側に戻すサーキュレータと、入力端とサーキュレータとの間に介在し、サーキュレータの第３ポートに受けて入力端側に戻されたマイクロ波の一部をサーキュレータの第１ポートに反射するＥＨチューナと、導波管の経路上に配置され、第１端から第２端に向けて伝搬されるマイクロ波を通過させ、かつ第２端から第１端に向けて伝搬されるマイクロ波を遮断する第１の方向性結合器と、スロット孔に供給されるマイクロ波のエネルギーを受けるようにガスを供給するガス供給部と、ガスのプラズマにより被処理体を処理するための空間を画成する処理容器と、を備える。

【0019】

本発明の一側面に係るプラズマ処理装置においては、サーキュレータの第３ポートに受けて入力端側に戻されたマイクロ波の一部がサーキュレータの第１ポートに反射される。これにより、導波管及びサーキュレータ及びＥＨチューナは、環状の導波路を形成する。このため、入力端から伝搬されるマイクロ波と環状の導波路内を循環するマイクロ波とが重畳されることとなり、導波管内のマイクロ波のエネルギーを高めることができる。また、環状の導波路内では、反射波の発生を抑制することができるため、導波路内に定在波が発生することを抑制することができ、その結果、導波路内のマイクロ波の強度を均一化することができる。そして、この均一で高いエネルギーのマイクロ波によってスロット部に均一な電界がかかり、これにより均一な放電が生じてガスが励起されるため、本プラズマ処理装置によれば、安定したプラズマを発生することができる。

【0020】

本発明の一側面に係るプラズマ処理装置は、マイクロ波を発生し、該マイクロ波を入力端に供給するマイクロ波発生器と、第１端と第２端を有し、入力端からのマイクロ波を該第１端から該第２端に向けて伝搬する導波管であり、マイクロ波の伝搬方向に沿って延びるスロット孔が形成されている該導波管と、第１ポート、第１端に結合された第２ポート、及び第２端に結合された第３ポートを有し、入力端からのマイクロ波を第１ポートに受けて該マイクロ波を第２ポートから第１端に結合し、第２端からのマイクロ波を第３ポートに受けて該マイクロ波を入力端側に戻すサーキュレータと、入力端とサーキュレータとの間に介在し、サーキュレータの第３ポートに受けて入力端側に戻されたマイクロ波の一部をサーキュレータの第１ポートに反射するＥＨチューナと、スロット孔に供給されるマイクロ波のエネルギーを受けるようにガスを供給するガス供給部と、ガスのプラズマにより被処理体を処理するための空間を画成する処理容器と、導波管に形成され、マイクロ波の伝搬方向に沿って延びる長尺状のスロット孔と、を備え、スロット孔において、マイクロ波の伝搬方向に沿って移動する点状のプラズマを生成することを特徴とする。

【0021】

本発明の一側面に係るプラズマ処理装置においては、スロット孔において、マイクロ波の伝搬方向に沿って移動する点状のプラズマが生成される。この点状のプラズマは、連続した線状のプラズマと比較して密度が高い。また、この点状のプラズマは、高速に移動しているため、スロット孔の延在方向に渡って高い均一性を有しているものと見なすことができるプラズマである。よって、本プラズマ処理装置によれば、均一性が高く、高密度のプラズマを用いたプラズマ処理をすることができる。

【0022】

本発明の一側面に係るプラズマ処理方法は、上述のプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、処理容器内に被処理体を収容する工程と、ガス供給部からガスを供給する工程と、ガスのプラズマにより被処理体を処理する工程と、を含む。本プラズマ処理方法によれば、上述したように安定したプラズマにより被処理体をプラズマ処理することができる。

【0023】

一形態では、ガスは、濃度が４％以下、望ましくは０．１〜４％の水素ガスであってもよい。濃度が０．１％〜４％の水素ガスは爆発限界値以下の濃度を有し、爆発するおそれがないガスを用いることにより、プラズマ処理時における安全を確保することができる。

【発明の効果】

【0024】

本発明のマイクロ波導波装置、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法によれば、プラズマを安定的に発生させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】一実施形態に係るマイクロ波供給装置を示す平面図である。

【図2】アイソレータの機能を示す図である。

【図3】サーキュレータの機能を示す図である。

【図4】導波管のスロット孔の形成位置の斜視図である。

【図5】スロット孔の形成位置における電界強度を示すシミュレーションの結果である。

【図6】ＥＨチューナの一例を示す図である。

【図7】一実施形態に係るマイクロ波供給装置を備えたプラズマ処理装置を示す断面図である。

【図8】図７のマイクロ波供給装置により生成されたプラズマの画像である。

【図9】（ａ）は点状プラズマの移動速度とマイクロ波パワーとの関係を示すグラフであり、（ｂ）は点状プラズマのサイズ及びギャップとマイクロ波パワーとの関係を示すグラフである。

【図10】（ａ）は生成された点状プラズマの移動速度と処理ガスの流量との関係を示すグラフであり、（ｂ）は点状プラズマのサイズ及びギャップと処理ガスの流量との関係を示すグラフである。

【図11】（ａ）は生成された点状プラズマの移動速度とＮ_２ガスの流量との関係を示すグラフであり、（ｂ）は点状プラズマのサイズ及びギャップとＮ_２ガスの流量との関係を示すグラフである。

【図12】点状プラズマの移動速度とパルス周波数及びデューティー比との関係を示すグラフである。

【図13】点状プラズマのサイズ及びギャップとパルス周波数及びデューティー比との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

【0027】

まず、一実施形態のマイクロ波供給装置１について説明する。図１は、一実施形態に係るマイクロ波供給装置１を概略的に示すスロット孔が設けられている側から見た平面図である。

【0028】

図１に示すマイクロ波供給装置１は、マイクロ波導波装置２の入力端２Ａにマイクロ波発生器１２が接続されることにより構成されている。マイクロ波導波装置２は、導入導波部１０と、環状導波部２０とを備えている。導入導波部１０は、アイソレータ１４、方向性結合器１６、及びＥＨチューナ１８が入力端２Ａ側から順に結合されることにより構成される。ＥＨチューナ１８の代わりに４Ｅチューナやスタブチューナ等の整合器が設けられていてもよい。

【0029】

導波管１１は、中空構造をなし、その内部空間にマイクロ波を伝搬させる導入導波部１０の一部を構成している。導波管１１は、マイクロ波の伝送方向に長尺の矩形導波管であり得る。導波管１１は、例えば銅、アルミニウム、鉄、ステンレス等の金属やこれらの合金によって形成され得る。導波管１１内の圧力は、大気圧とし得る。

【0030】

マイクロ波発生器１２は、導波管１１の一端である入力端２Ａに結合されている。マイクロ波発生器１２は、例えば、約２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導波管１１に供給する。導波管１１に供給されたマイクロ波は、環状導波部２０に向けて伝搬される。一実施形態では、マイクロ波発生器１２は、パルス発振機能を備えており、パルス状のマイクロ波を発生させてもよい。マイクロ波発生器１２は、後述する制御部Ｃｏｎｔに接続され、制御部Ｃｏｎｔからの制御信号により、マイクロ波パワー、パルスの周波数、デューティー比等が制御される。マイクロ波発生器１２により発生されるパルスは、矩形波、正弦波のいずれでもよいが、矩形波であることが望ましい。

【0031】

アイソレータ１４は、マイクロ波発生器１２の後段において導波管１１に結合されている。図２に示すように、アイソレータ１４は、導波管１１のマイクロ波発生器１２が設けられている側と結合された第１ポート１４ａ、導波管１１のＥＨチューナが設けられている側と結合された第２ポート１４ｂ、及びダミーポート１５と結合された第３ポート１４ｃを有している。アイソレータ１４は、マイクロ波発生器１２からのマイクロ波を第１ポート１４ａに受けて、このマイクロ波を第２ポート１４ｂから、導波管１１のＥＨチューナが設けられている側に伝搬させる。一方、アイソレータ１４は、導波管１１のＥＨチューナが設けられている側からのマイクロ波を第２ポート１４ｂに受けて、このマイクロ波を第３ポートからダミーポート１５に伝搬させる。つまり、アイソレータ１４は、マイクロ波発生器１２から環状導波部２０へ伝搬されるマイクロ波を通過させ、環状導波部２０側からマイクロ波発生器１２へ向かうマイクロ波をダミーポート１５に導くことにより、マイクロ波発生器１２を反射電力から保護する。

【0032】

方向性結合器（第２の方向性結合器）１６は、アイソレータ１４の後段において導波管１１に結合されている。方向性結合器１６は、入力端２Ａ側からのマイクロ波を通過させ、かつＥＨチューナ１８側からのマイクロ波を遮断する。この方向性結合器１６によって、反射波は打ち消され、導波管１１内に定在波が発生することが抑制される。

【0033】

ＥＨチューナ１８は、Ｅチューナ部１８ｅ及びＨチューナ部１８ｈを備え（後述の図６参照）、Ｅチューナ部１８ｅ及びＨチューナ部１８ｈのプランジャを出し入れすることで、インピーダンスを調整する装置である。マイクロ波供給装置１の動作時には、ＥＨチューナ１８を調整することにより、環状導波部２０からの反射波が最小になるように整合をとる。ＥＨチューナ１８を調整し、ＥＨチューナ１８の反射係数及び透過係数を変化させることにより、環状導波部２０から後述するサーキュレータ２２を介して出力されたマイクロ波を環状導波部２０側に反射することができる。

【0034】

環状導波部２０は、導波管２１及びサーキュレータ２２を含んでいる。一例では、環状導波部２０は１６０ｃｍの長さを有していてもよい。導波管２１は、中空構造をなし、その内部空間がマイクロ波を伝搬する環状導波部２０の一部を構成している。すなわち、導波管２１は、矩形導波管である。導波管２１は、第１端２１ａ及び第２端２１ｂを有し、第１端２１ａから第２端２１ｂまで、環状の経路に沿って延在している。導波管２１は、例えば銅、アルミニウム、鉄、ステンレス等の金属やこれらの合金によって形成され得る。導波管２１内の圧力は、大気圧とし得る。

【0035】

図３に示すように、サーキュレータ２２は、導波管１１の他端に結合された第１ポート２２ａ、第１端２１ａに結合された第２ポート２２ｂ、及び第２端２１ｂに結合された第３ポート２２ｃを有する。サーキュレータ２２は、マイクロ波発生器１２からのマイクロ波を第１ポート２２ａで受けて、このマイクロ波を第２ポート２２ｂから第１端２１ａに伝搬させる。また、サーキュレータ２２は、第１端２１ａからのマイクロ波を第２ポート２２ｂに受けて、このマイクロ波を第３ポート２２ｃから第２端２１ｂに伝搬させる。更に、サーキュレータ２２は、第２端２１ｂからのマイクロ波を第３ポート２２ｃに受けて、このマイクロ波を第１ポート２２ａからマイクロ波発生器１２側に戻す。このように、サーキュレータ２２によって導入導波部１０と環状導波部２０とが結合されている。これにより、環状導波部２０には、マイクロ波発生器１２において発生したマイクロ波が供給される。

【0036】

導波管２１には、プラズマを生成してラジカル、イオン等の反応性の高い化学種を生成するための処理ガスを導波管２１内に導入するためのガス供給孔２６が形成されている。ガス供給孔２６から導入された処理ガスは、導波管２１内を流通した後に、後述するスロット孔２８から外部に放出される。一実施形態では、２つのガス供給孔２６が導波管２１に設けられている。２つのガス供給孔２６とスロット孔２８との距離は、互いに等しいことが好ましい。この場合には、処理ガスをスロット孔２８に均一に流すことができる。

【0037】

導波管２１には、マイクロ波の伝搬方向に沿って延びるスロット孔２８が形成されている。スロット孔２８は、マイクロ波により生成されたプラズマを導波管２１の外部に放出するガス吹き出し孔として機能する。図４は、導波管２１のスロット孔２８の形成位置の斜視図である。なお、図４においては、導波管２１の幅方向をＸ方向とし、マイクロ波の伝搬方向をＺ方向とし、Ｘ方向及びＺ方向に直交する方向をＹ方向としている。

【0038】

図４に示すように、導波管２１は、一対の壁部２３ａと、一対の壁部２３ａに直交して配置される一対の壁部２３ｂとを備えている。壁部２３ａは、壁部２３ｂに比べて幅が広く形成されている。スロット孔２８は、導波管２１の壁部２３ａの一部を切り抜いて形成されており、マイクロ波の伝搬方向を長軸方向とする長尺形状をなしている。壁部２３ａの寸法は任意であるが、一例では、長さ３００ｍｍ、幅９６ｍｍとしてもよい。スロット孔２８の寸法は、所望のプラズマの長さにより任意に定めることができるが、一例では、長さＬを２２０ｍｍとし、幅を０．５ｍｍとすることができる。また、一例では、スロット孔２８は、壁部２３ａの長さ方向（Ｚ方向）の中心軸Ｃからずれた位置（例えば、中心軸Ｃから４０ｍｍずれた位置）に、該中心軸Ｃに対して平行に形成されていてもよい。また、スロット孔２８は、壁部２３ａの長さ方向の中心軸Ｃに一致するように形成されていてもよい。なお、スロット孔２８は、断面において短辺をなす導波管２１の壁部２３ｂに形成されてもよい。

【0039】

マイクロ波発生器１２からマイクロ波が供給されると、ガス供給孔２６から導入された処理ガスが、スロット孔２８においてマイクロ波により生じる電界によって励起され、スロット孔２８においてプラズマが生成される。

【0040】

図１に戻り、一実施形態では、導波管２１の途中には、方向性結合器（第１の方向性結合器）２４が介在し得る。方向性結合器２４は、第１端２１ａから第２端２１ｂに向けて伝搬されるマイクロ波を通過させ、かつ第２端２１ｂから第１端２１ａに向けて伝搬されるマイクロ波を遮断する。図５は、シミュレーションにより算出された、スロット孔２８の形成位置の電界強度を示している。図５に示すグラフにおいて、横軸はスロット孔２８の端部からの距離を示しており、縦軸は電界強度を示している。このシミュレーションでは、導波管２１内に電気伝導率の異なる媒質（ここでは、真空、０．２８Ｓ／ｍの媒質、２．６Ｓ／ｍの媒質）が存在する場合における、それぞれの電界強度を算出している。図５に示すように、導波管２１内では、スロット孔２８の端部において、マイクロ波の反射が発生する。一実施形態では、方向性結合器２４が導波管２１に接続されることにより、スロット孔２８において生じる反射波のうち、第２端２１ｂから第１端２１ａに向けて伝搬される成分が打ち消されることになる。

【0041】

再び図１に戻り、一実施形態では、マイクロ波導波装置２は、ＥＨチューナ１８とサーキュレータ２２との間に隔壁ＰＷを備え得る。この隔壁ＰＷは、石英、セラミック、テフロン等の誘電体により形成される。隔壁ＰＷは、導波管２１内の処理ガス（還元性ガス、反応性ガス、プラズマにより分解されたより反応性の強いガス等）の通過を遮断することにより、処理ガスがマイクロ波発生器１２に進入することを防止する。一方で、隔壁ＰＷはマイクロ波発生器１２からのマイクロ波の通過を許容する。

【0042】

次に、マイクロ波導波装置２内のマイクロ波の伝搬経路について説明する。マイクロ波発生器１２から供給されたマイクロ波は、アイソレータ１４、方向性結合器１６、及びＥＨチューナ１８を介してサーキュレータ２２の第１ポート２２ａに到達し、第２ポート２２ｂから出力される。第２ポート２２ｂから出力されたマイクロ波は、導波管２１の第１端２１ａから第２端２１ｂに伝搬される間にスロット孔２８においてプラズマを発生させることにより、その大部分のエネルギーを消費する。また、導波管２１内のスロット孔２８においては、マイクロ波の反射波が発生する。この反射波のうち第２端２１ｂから第１端２１ａに向かう方向へ伝搬される成分（図１において、導波管２１内を時計周り方向に伝搬される成分）は、マイクロ波発生器１２から供給されたマイクロ波と合成されて、導波管２１内に定在波を生じさせる原因となる。しかし、マイクロ波導波装置２によれば、導波管２１内において定在波の発生が防止される。以下にその理由を説明する。

【0043】

スロット孔２８において発生した反射波のうち、導波管２１の第２端２１ｂから第１端２１ａに向かう方向へ伝搬される成分は（図１において、導波管２１内を時計周り方向に伝搬される成分）、サーキュレータ２２の第２ポート２２ｂに到達し、第３ポート２２ｃから出力される。第３ポート２２ｃから出力された反射波は、方向性結合器２４により遮断される。これにより、導波管２１内に定在波を生じさせる原因となる反射波が存在し得ないため、導波管２１内に定在波が発生することが防止される。一方、反射波のうち、導波管２１の第１端２１ａから第２端２１ｂに向かう方向へ伝搬される成分（図１において、導波管２１内を反時計周り方向に伝搬される成分）は、方向性結合器２４を通過して第３ポート２２ｃに到達し、第１ポート２２ａから出力される。なお、反射波のうち、導波管２１の第１端２１ａから第２端２１ｂに向かう方向へ伝搬される成分は、マイクロ波発生器１２から供給されたマイクロ波と進行方向が同じであるため導波管２１内に定在波を発生させることがない。第１ポート２２ａから出力されたマイクロ波の反射波の一部は、第１端２１ａ、第２端２１ｂ、第３ポート２２ｃ、第１ポート２２ａを順に通過したマイクロ波と共に、ＥＨチューナ１８により反射される。そして、ＥＨチューナ１８により反射されたマイクロ波は、マイクロ波発生器１２からのマイクロ波と重畳され、第１ポート２２ａを介して導波管２１に戻される。このように、マイクロ波は、導波管２１、サーキュレータ２２及びＥＨチューナ１８の作用により環状の導波路を巡回される。その結果、環状導波部２０内にマイクロ波のエネルギーが重畳的に蓄えられる。第１ポート２２ａから出力されたマイクロ波の反射波のうち、ＥＨチューナ１８により反射されなかった残りの部分は、方向性結合器１６又はアイソレータ１４により打ち消される。

【0044】

次に、ＥＨチューナ１８のプランジャの調整について説明する。図６は、ＥＨチューナのプランジャの一例を示す模式図である。図６に示す、ｄｅ及びｄｈは、それぞれＥチューナ部１８ｅのプランジャ位置及びＨチューナ部１８ｈのプランジャ位置を示している。図６に示す例においては、Ｅチューナ部１８ｅのプランジャ位置ｄｅを１１．５ｍｍとし、Ｈチューナ部１８ｈのプランジャ位置ｄｈを２５．０ｍｍとすることにより、環状導波部２０からの反射波を最小にすることができる。このようにプランジャ位置ｄｅ及びプランジャ位置ｄｈを設定した場合における、シミュレーションによって算出されたＳパラメータは次の通りである。
・｜Ｓ_１１｜＝０．７６０５
・｜Ｓ_２１｜＝０．６４０７
・ａｒｇ（Ｓ_１１）＝４５．６３
・ａｒｇ（Ｓ_２１）＝１３５．８

【0045】

次に、マイクロ波供給装置１において、ＥＨチューナ１８から環状導波部２０に入射する信号Ｉ_０と、環状導波部２０からＥＨチューナ１８に入射する信号Ｉとの関係について説明する。以下では、ＥＨチューナ１８での透過係数をＴとし、ＥＨチューナ１８での反射係数をＲとし、スロット孔２８での反射係数をΓｐとする。このとき、ＥＨチューナ１８からマイクロ波発生器１２へ戻る信号をΓとすると、信号Γは、式（１）のように表される。

【0046】

【数1】

【0047】

式（１）より、反射係数Γｐは式（２）のように表される。

【0048】

【数2】

【0049】

また、信号Ｉ_０は、式（３）のように表される。

【0050】

【数3】

【0051】

一方、信号Ｉは、式（４）のように表される。

【0052】

【数4】

【0053】

ここで、｜ｒ｜＝｜Ｓ_１１｜、θ_ｒ＝ａｒｇ（Ｓ_１１）、｜ｔ｜＝｜Ｓ_２１｜、θ_ｔ＝ａｒｇ（Ｓ_２１）とすると、Γ＝０の場合（すなわち、マイクロ波発生器１２に戻る信号が０の場合）には、信号Ｉ_０、及び信号Ｉ_０の信号強度｜Ｉ_０｜^２は、それぞれ式（５）、（６）のように表される。

【0054】

【数5】

【0055】

【数6】

【0056】

同様に、Γ＝０の場合には、信号Ｉ、及び信号Ｉの信号強度｜Ｉ｜^２は、それぞれ式（７）、（８）のように表される。

【0057】

【数7】

【0058】

【数8】

【0059】

ここで、シミュレーションから得られた｜Ｓ_１１｜＝０．７６０５、｜Ｓ_２１｜＝０．６４０７、ａｒｇ（Ｓ_１１）＝４５．６３、ａｒｇ（Ｓ_２１）＝１３５．８を式（６）及び式（７）に代入すると、信号強度｜Ｉ_０｜^２＝２．３８、信号強度｜Ｉ｜^２＝１．４１となる。上記のように、シミュレーションから得られた信号強度｜Ｉ_０｜^２と信号強度｜Ｉ｜^２との比は１．６９となる。このシミュレーション結果から、マイクロ波導波装置２内においては、環状導波部２０からＥＨチューナ１８に入射する信号の一部がＥＨチューナ１８により反射され、ＥＨチューナ１８から環状導波部２０に入射する信号と重畳されることにより、環状導波部２０内の信号が増大されることが認められる。

【0060】

また、導入導波部１０から環状導波部２０に入射する電力と、環状導波部２０内の電力をパワーモニターにより計測したところ、マイクロ波発生器１２から環状導波部２０に入射する電力が１５０Ｗであるときに、環状導波部２０内の電力は２００Ｗであった。このように、マイクロ波発生器１２から環状導波部２０に供給されたマイクロ波は、環状導波部２０内で循環することにより、環状導波部２０内の電力は、マイクロ波発生器１２から環状導波部２０に供給されたマイクロ波の電力の１．３３倍に増加していることが確認された。

【0061】

次に、上述したマイクロ波供給装置１を備える、一実施形態に係るプラズマ処理装置３について説明する。プラズマ処理装置３は、大気圧下において、被処理体Ｗをプラズマ処理する大気圧プラズマ処理装置であるものとして説明する。

【0062】

図７は、一実施形態に係るプラズマ処理装置３を示す断面図である。図７に示すプラズマ処理装置３は、マイクロ波供給装置１、ガス供給部２６ａ及び処理容器３０を備えている。

【0063】

ガス供給部２６ａは、ガス源、バルブ及び流量制御器を有し得る。ガス供給部２６ａは、ガス源からの処理ガスをフロースプリッタＦＳ及びガス供給孔２６を介して導波管２１内に供給する。フロースプリッタＦＳは、ガス供給部２６ａから供給される処理ガスを、後述する制御部Ｃｏｎｔ等により設定された分配比で、２つのガス供給孔２６に分配する。ガス供給部２６ａ及びガス供給孔２６は、スロット孔２８に供給されるマイクロ波のエネルギーを受けるように処理ガスを供給するガス供給部として機能する。ガス供給部２６ａから供給される処理ガスは、例えばヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、水素（Ｈ_２）を含むガスや、これらの混合ガスである。また、処理ガスには、更に窒素ガス（Ｎ_２）が含まれていてもよい。また、処理ガスは、濃度が４％以下の水素ガス、望ましくは０．１％〜４％の水素ガスであってもよい。一実施形態のマイクロ波導波装置２においては、スロット孔２８において、高いエネルギーのマイクロ波が伝搬されるため、低濃度の水素ガスを用いても大気圧下で高密度のプラズマを生成することができる。このため、水素ラジカルを大量に生成することができ、処理能力を高めることができる。

【0064】

処理容器３０は、被処理体Ｗを処理するための空間を画成する。処理容器３０は、側壁３０ａ及び底壁３０ｂを含み得る。側壁３０ａは、上下方向に延在する略筒形状をなしている。底壁３０ｂは、側壁３０ａの下端側に設けられている。底壁３０ｂには排気孔３６ａを有する排気管３６が取り付けられている。排気管３６は、排気装置３８に接続されている。排気装置３８は、後述する制御部Ｃｏｎｔにより制御され、排気される気体の流量を制御して、処理容器３０内の圧力を調整する。排気装置３８は、ドライポンプなどの真空ポンプを有している。排気装置３８により、処理容器３０内が所望の圧力、すなわち常圧になるように調整される。処理容器３０の上部は、開口部となっている。なお、排気装置３８が、排気管及び弁を介して導波管２１と接続され、導波管２１内の圧力を調整してもよい。

【0065】

処理容器３０内にはステージ３２が設けられている。ステージ３２上には、被処理体Ｗが載置される。一実施形態では、ステージ３２の内部に、加熱素子であるヒータ３４が設けられてもよい。ヒータ３４は、ヒータ電源３５に接続されており、ヒータ電源３５から供給される電力により熱を発生して、ステージ３２を加熱し得る。ヒータ電源３５は、後述する制御部Ｃｏｎｔにより制御され、ヒータ３４に供給する電力を制御して、ヒータ３４の発熱量を調整する。

【0066】

処理容器３０の上部には、被処理体Ｗに対してスロット孔２８が対向するように、導波管２１が配置されている。導波管２１は、処理容器３０の上面の全体を覆っていてもよいし、その一部のみを覆っていてもよい。

【0067】

一実施形態においては、プラズマ処理装置３は、当該プラズマ処理装置３の各部の制御を行う制御部Ｃｏｎｔを備え得る。制御部Ｃｏｎｔは、マイクロ波発生器１２によるマイクロ波の供給及び供給の停止、並びに、マイクロ波パワー、パルスの周波数、デューティー比等の制御、フロースプリッタＦＳによる処理ガスの流量の制御、排気装置３８による処理容器３０内の減圧制御、ヒータ電源３５による処理容器３０内のステージ３２の温度制御等を行う。この制御部Ｃｏｎｔは、例えば、プログラム可能なコンピュータ装置であり得る。

【0068】

次に、上述のマイクロ波供給装置１を用いた一実施形態に係るプラズマ処理方法について説明する。一実施形態では、処理容器３０内に被処理体Ｗを搬入して、ステージ３２上に設置する。つまり、被処理体Ｗは、スロット孔２８に対向する位置に配置される。

【0069】

続いて、制御部ＣｏｎＴは、フロースプリッタＦＳを制御して、処理ガスを導波管２１内に供給する。次に、制御部Ｃｏｎｔは、マイクロ波発生器１２を制御してマイクロ波を発生させ、導入導波部１０を介して、このマイクロ波を環状導波部２０に供給する。なお、制御部Ｃｏｎｔは、処理ガスとマイクロ波を同じタイミングで導波管２１内に供給してもよい。

【0070】

このように、マイクロ波及び処理ガスを導波管２１内に供給することにより、処理ガスがマイクロ波によって生じた電界より励起され、スロット孔において、実質的に長尺状のプラズマが生成される。そして、この実質的に長尺状のプラズマによって、被処理体Ｗがプラズマ処理される。

【0071】

以上説明したように、マイクロ波供給装置１では、マイクロ波発生器１２において発生されたマイクロ波が、導波管２１の第１端２１ａに導かれるとともに、導波管２１の第２端２１ｂに到達したマイクロ波が、再び導波管２１の第１端２１ａに戻される。このように、導波管２１に入力されたマイクロ波を導波管２１内において循環させることによって、導波管２１内のマイクロ波のエネルギーを高めることができる。また、導波管２１及びサーキュレータ２２により環状導波部２０が環状を呈しているため、環状導波部２０内において定在波を形成する反射波の発生を抑制することができる。すなわち、環状導波部２０内では、スロット孔２８を除く位置において、反射波が実質的に生じ得ない。その結果、環状導波部２０内に定在波が発生することを抑制することができ、環状導波部２０内のマイクロ波の強度を均一化することができる。したがって、マイクロ波供給装置１によれば、導波管２１に形成されたスロット孔２８から線状のプラズマを安定的に発生させることが可能なマイクロ波を供給することができる。

【0072】

このような、線状のプラズマは、例えばフラットパネル、太陽電池、電子ペーパ等の大面積基板のプラズマ処理に用いることができる。一例としては、大面積のシート状基板をロール・トウ・ロール方式で搬送させながら、基板表面を線状プラズマによりプラズマ処理することができる。また、このプラズマは、ガラス基板の処理にも好適に用いることができる。

【0073】

また、上述したようなマイクロ波供給装置１において、マイクロ波発生器１２からパルス状のマイクロ波を発生させることによって、点状のプラズマがマイクロ波の進行方向に沿って高速に移動することにより、全体として実質的に線状のプラズマ、すなわち長尺状のプラズマが生成される。一方、マイクロ波発生器１２からパルス状でないマイクロ波を発生させた場合には、連続した線状のプラズマが生成される。この連続した線状のプラズマは、密度が低く、均一性が低いプラズマである。これに対し、点状のプラズマは、密度が非常に高い。また、この点状のプラズマは、高速に移動しているため、スロット孔２８の延在方向に渡って高い均一性を有していると見なすことができるプラズマである。例えば、被処理体Ｗをスロット軸方向に対して直交する方向に移動させ、この移動する点状のプラズマにより被処理体Ｗをプラズマ処理する場合、点状のプラズマは被処理体Ｗの移動速度と比較して十分速いため、被処理体Ｗを均一にプラズマ処理することが可能となる。このように、マイクロ波供給装置１によれば、均一性の高いプラズマを発生させることが可能なマイクロ波を供給することができる。

【0074】

例えば、１％のアルゴンを希釈した水素ガスを処理ガスとして用いる場合には、放電領域において処理ガスが解離し、高密度水素ラジカルが生成される。この水素ラジカルは、ガス輸送及び拡散によって、スロット孔２８に対向して配置された被処理体Ｗに到達し、被処理体Ｗの表面の正常化、酸化物の還元などに寄与することができる。ここで、マイクロ波供給装置１によれば、水素ラジカルが放電領域と共に移動するため、大面積の被処理体Ｗの表面処理を実現することができる。

【0075】

また、上述した実施形態では、環状導波部２０内にプランジャのような、マイクロ波の伝達を機械的に変化させる機構を備えていないため、動作精度や応答速度等に依存せず、安定したプラズマを生成することができる。さらに、マイクロ波の伝達を機械的に変化させる機構を備えるよりも、装置構成を簡略化できるため、メンテナンス性の向上や装置コストを低減することができる。

【0076】

また、マイクロ波供給装置１は、導波管２１の経路上に、マイクロ波の進行波を通過させ、かつマイクロ波の反射波を遮断する方向性結合器２４を備えているため、マイクロ波が環状導波部２０内を周回する間に反射波が遮断させるため、環状導波部内に定在波が発生することを確実に防止することができる。

【0077】

また、上述したプラズマ処理装置３においては、処理ガスがスロット孔２８に供給されるマイクロ波のエネルギーにより励起されて、安定した実質的に長尺状のプラズマを発生することができる。そして、このプラズマを用いて被処理体Ｗをプラズマ処理することができる。

【0078】

以下、プラズマ処理装置３に関して行った評価について説明する。ここでは、図７に示されたプラズマ処理装置３を用いて、実質的に長尺状のプラズマを発生させ、そのプラズマの各種特性について評価した。プラズマ処理装置３の処理条件は、次に示す通りである。

【0079】

（処理条件）
・マイクロ波パワー：１．２ｋＷ
・マイクロ波の周波数：２．４５ＧＨｚ
・パルス周波数：２０ｋＨｚ
・パルス波のデューティー比：３０％
・処理ガス：Ｈｅ
・処理ガスの流量：１．４ｓｌｍ
・圧力：１ａｔｍ

【0080】

まず、プラズマ処理装置３を用いて、上記処理条件により点状のプラズマを発生させ、そのプラズマをシャッタースピードを変化させて撮像することにより観察した。上記処理条件により生成、撮像されたプラズマを図８に示す。１００ｍｓのシャッタースピードで撮像された画像に示すように、上記処理条件では、およそ１８０ｍｍの長尺状（線状）のプラズマが生成されることが確認された。一方、０．５ｍｓのシャッタースピードで撮像された画像に示すように、このプラズマは、長さ１０ｍｍ程度の点状のプラズマ（放電領域）がマイクロ波の進行方向に向かって移動することにより構成されていることが確認された。このように、上記処理条件により生成されたプラズマは、点状のプラズマがマイクロ波の進行方向に沿って高速に移動することにより、全体として線状に見えているプラズマである。このプラズマは、均一性の高い実質的に長尺状のプラズマである。

【0081】

次に、上記処理条件により生成された点状プラズマのマイクロ波パワーに対する依存性について評価した。図９（ａ）は、点状プラズマの移動速度とマイクロ波パワーとの関係を示すグラフである。図９（ａ）に示すように、マイクロ波パワーの増加と共に、点状プラズマの移動速度は増加することが確認された。

【0082】

図９（ｂ）は、点状プラズマのサイズ及びギャップとマイクロ波パワーとの関係を示すグラフである。ここで、プラズマのサイズとは、点状プラズマの長さを示し、ギャップとは互いに隣接する点状プラズマ間の離間距離を示している。図９（ｂ）において、丸いプロットはプラズマサイズを示しており、四角のプロットはギャップを示している。図９（ｂ）に示すように、マイクロ波パワーの増加と共に、点状プラズマのサイズは大きくなることが確認された。図９（ｂ）に示すように、点状プラズマ間のギャップは、マイクロ波パワーに依存しないことが確認された。

【0083】

次に、点状プラズマの処理ガスの流量に対する依存性について評価した。プラズマ処理装置３の処理条件は、処理ガスの流量を除き、上記処理条件と同じである。図１０（ａ）は、生成された点状プラズマの移動速度と処理ガスの流量との関係を示すグラフである。図１０（ａ）に示すように、点状プラズマの移動速度は、処理ガスの流量の増加と共に増加することが確認された。

【0084】

図１０（ｂ）は、点状プラズマのサイズ及びギャップと処理ガスの流量との関係を示すグラフである。図１０（ｂ）において、丸いプロットはプラズマのサイズを示しており、四角のプロットはギャップを示している。図１０（ｂ）に示すように、点状プラズマのサイズは、処理ガスの流量に依存しないことが確認された。また、点状プラズマのギャップは、処理ガスの流量の増加と共に減少することが確認された。

【0085】

次に、点状プラズマのＮ_２ガスの流量に対する依存性について評価した。Ｎ_２ガスは、処理ガスに添加することにより、導波管２１内に供給した。この評価におけるプラズマ処理装置３の処理条件は、Ｎ_２ガスの流量を除き、上記処理条件と同じである。図１１（ａ）は、生成された点状プラズマの移動速度とＮ_２ガスの流量との関係を示すグラフである。図１１（ａ）に示すように、点状プラズマの移動速度は、Ｎ_２ガスの流量の増加と共に減少することが確認された。

【0086】

図１１（ｂ）は、点状プラズマのサイズ及びギャップとＮ_２ガスの流量との関係を示すグラフである。図１１（ｂ）において、丸いプロットはプラズマサイズを示しており、四角のプロットはギャップを示している。図１１（ｂ）に示すように、点状プラズマのサイズは、Ｎ_２ガスの流量に依存しないことが確認された。また、点状プラズマのギャップは、Ｎ_２ガスの流量に依存しないことが確認された。

【0087】

次に、点状プラズマのパルス周波数及びデューティー比に対する依存性について評価した。この評価におけるプラズマ処理装置３の処理条件は、パルス周波数及びデューティー比を除き、上記処理条件と同じである。図１２は、点状プラズマの移動速度とパルス周波数及びデューティー比との関係を示すグラフである。図１２に示すように、点状プラズマの移動速度は、パルス周波数の増加と共に増加することが確認された。また、点状プラズマの移動速度は、デューティー比の増加と共に増加することが確認された。

【0088】

図１３は、点状プラズマのサイズ及びギャップとパルス周波数及びデューティー比との関係を示すグラフである。この評価におけるプラズマ処理装置３の処理条件は、パルス周波数及びデューティー比を除き、上記処理条件と同じである。図１３（ａ）はパルス周波数を２０ｋＨｚとしたときのグラフであり、図１３（ｂ）はパルス周波数を１０ｋＨｚとしたときのグラフである。図１３（ａ）、（ｂ）において、丸いプロットはプラズマサイズを示しており、四角のプロットはギャップを示している。図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、点状プラズマのサイズ及びギャップは、パルス周波数及びデューティー比に依存しないことが確認された。

【0089】

以上、実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。

【0090】

例えば、上述した実施形態では、プラズマ処理装置３は大気圧下でプラズマを発生させているが、プラズマ処理装置３は、減圧下でプラズマを生成するときにも用いることができる。以下、減圧下においてプラズマを発生させるプラズマ処理装置３の変形例について説明する。

【0091】

変形例に係るプラズマ処理装置は、スロット孔２８の直下に石英、セラミック、又はアルミナから構成される誘電体窓を備える。また、ガス供給孔２６は、導波管２１ではなく、誘電体窓の下方に位置する処理容器３０の側壁３０ａを貫通して設けられ、ガス供給部２６ａからの処理ガスは処理容器３０内に供給される。排気装置３８は、処理容器３０内が所望の圧力になるように減圧する。誘電体窓は、スロット孔２８から受けたマイクロ波を透過して、処理容器３０内に導入する。これにより、誘電体窓の直下に発生する電界により、処理ガスが励起され、処理容器３０内にプラズマが発生する。このプラズマにより、被処理体Ｗがプラズマ処理される。

【0092】

また、上述した実施形態では、導波管２１にスロット孔２８を一つだけ形成しているが、導波管２１には、複数のスロット孔２８が形成されてもよい。例えば、マイクロ波の伝搬方向に沿って延びる複数のスロット孔２８が、破線状に配列されていてもよい。

【符号の説明】

【0093】

１…マイクロ波供給装置、２…マイクロ波導波装置、２Ａ…入力端、３…プラズマ処理装置、１０…導入導波部、１１…導波管、１２…マイクロ波発生器、１４…アイソレータ、１４ａ…第１ポート、１４ｂ…第２ポート、１４ｃ…第３ポート、１５…ダミーポート、１６…方向性結合器、１８…ＥＨチューナ、２０…環状導波部、２１…導波管、２１ａ…第１端、２１ｂ…第２端、２２…サーキュレータ、２２ａ…第１ポート、２２ｂ…第２ポート、２２ｃ…第３ポート、２４…方向性結合器、２６…ガス供給孔、２６ａ…ガス供給部、２８…スロット孔、３０…処理容器、３０ａ…側壁、３０ｂ…底壁、３２…ステージ、３４…ヒータ、３５…ヒータ電源、３６…排気管、３６ａ…排気孔、３８…排気装置、Ｃｏｎｔ…制御部、ＦＳ…フロースプリッタ、Ｗ…被処理体、ＰＷ…隔壁。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図8】