ホーム > 特許ランキング > 東京エレクトロン株式会社
知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024123575
(43)【公開日】2024-09-12
(54)【発明の名称】プラズマ処理装置
(51)【国際特許分類】
H05H 1/46 20060101AFI20240905BHJP
H01P 1/08 20060101ALI20240905BHJP
【ＦＩ】
H05H1/46 B
H01P1/08
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023031114
(22)【出願日】2023-03-01
(71)【出願人】
【識別番号】000219967
【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】池田 太郎
(72)【発明者】
【氏名】長田 勇輝
(72)【発明者】
【氏名】宮下 大幸
【テーマコード（参考）】
2G084
5J011
【Ｆターム（参考）】
2G084BB01
2G084BB02
2G084BB05
2G084BB35
2G084CC06
2G084CC14
2G084CC33
2G084DD04
2G084DD19
2G084DD25
2G084DD32
2G084DD38
2G084DD40
2G084DD42
2G084DD47
2G084DD55
2G084DD62
2G084DD65
2G084DD66
2G084DD67
2G084EE09
2G084FF07
2G084FF15
2G084FF32
2G084HH02
2G084HH11
2G084HH19
2G084HH20
2G084HH25
2G084HH28
2G084HH29
2G084HH45
5J011FA01
(57)【要約】
【課題】プラズマ源を高効率かつ小型化できるプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】プラズマ処理装置は、処理容器と、供給すべき電磁波を共振させる共振部と、共振部に接続されたスロットアンテナと、スロットアンテナから放射される電磁波を透過させ、処理容器内に電磁波を供給するように構成される透過窓と、を含み、共振部は、内軸と外筒とを有する入力ポートと、内軸と外筒とを有する出力ポートと、入力ポートの内軸と、出力ポートの内軸とを接続し、共振部内に設けられた給電フィンと、入力ポートの外筒、および、出力ポートの外筒と同電位で接続され、給電フィンのフィン間に挿入されるように、共振部内に突出するように設けられたグランドフィンと、を備えるように構成される。
【選択図】図１
【解決手段】プラズマ処理装置は、処理容器と、供給すべき電磁波を共振させる共振部と、共振部に接続されたスロットアンテナと、スロットアンテナから放射される電磁波を透過させ、処理容器内に電磁波を供給するように構成される透過窓と、を含み、共振部は、内軸と外筒とを有する入力ポートと、内軸と外筒とを有する出力ポートと、入力ポートの内軸と、出力ポートの内軸とを接続し、共振部内に設けられた給電フィンと、入力ポートの外筒、および、出力ポートの外筒と同電位で接続され、給電フィンのフィン間に挿入されるように、共振部内に突出するように設けられたグランドフィンと、を備えるように構成される。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
プラズマ処理装置であって、
前記プラズマ処理装置は、
処理容器と、
供給すべき電磁波を共振させる共振部と、
前記共振部に接続されたスロットアンテナと、
前記スロットアンテナから放射される前記電磁波を透過させ、前記処理容器内に前記電磁波を供給するように構成される透過窓と、を含み、
前記共振部は、
内軸と外筒とを有する入力ポートと、
内軸と外筒とを有する出力ポートと、
前記入力ポートの前記内軸と、前記出力ポートの前記内軸とを接続し、前記共振部内に設けられた給電フィンと、
前記入力ポートの前記外筒、および、前記出力ポートの前記外筒と同電位で接続され、前記給電フィンのフィン間に挿入されるように、前記共振部内に突出するように設けられたグランドフィンと、を備えるように構成される、
プラズマ処理装置。
前記プラズマ処理装置は、
処理容器と、
供給すべき電磁波を共振させる共振部と、
前記共振部に接続されたスロットアンテナと、
前記スロットアンテナから放射される前記電磁波を透過させ、前記処理容器内に前記電磁波を供給するように構成される透過窓と、を含み、
前記共振部は、
内軸と外筒とを有する入力ポートと、
内軸と外筒とを有する出力ポートと、
前記入力ポートの前記内軸と、前記出力ポートの前記内軸とを接続し、前記共振部内に設けられた給電フィンと、
前記入力ポートの前記外筒、および、前記出力ポートの前記外筒と同電位で接続され、前記給電フィンのフィン間に挿入されるように、前記共振部内に突出するように設けられたグランドフィンと、を備えるように構成される、
プラズマ処理装置。
【請求項2】
さらに、前記給電フィンと前記グランドフィンとの間には、誘電体を有するように構成される、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。
請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項3】
前記入力ポートおよび前記出力ポートは、同軸構造である、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。
請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項4】
前記給電フィンおよび前記グランドフィンは、それぞれ筒状である、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。
請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項5】
前記給電フィンは、マルチポールアンテナである、
請求項４に記載のプラズマ処理装置。
請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項6】
さらに、前記出力ポートの前記スロットアンテナ側に、前記電磁波の位相を調整する位相調整部を有するように構成される、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。
請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項7】
前記グランドフィンは、前記給電フィンへの挿入量を変更可能なように形成される、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。
請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項8】
さらに、前記給電フィンと、前記グランドフィンとの間には、誘電体を有するように構成され、
前記グランドフィンは、前記給電フィンへの挿入量が変更される際に、前記誘電体に沿って移動する、
請求項７に記載のプラズマ処理装置。
前記グランドフィンは、前記給電フィンへの挿入量が変更される際に、前記誘電体に沿って移動する、
請求項７に記載のプラズマ処理装置。
【請求項9】
前記処理容器は、プラズマ生成室を備え、
前記透過窓は、前記プラズマ生成室内に前記電磁波を供給するように構成される
請求項１に記載のプラズマ処理装置。
前記透過窓は、前記プラズマ生成室内に前記電磁波を供給するように構成される
請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項10】
前記共振部、前記スロットアンテナおよび前記透過窓の組は、前記処理容器に複数設けられる、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。
請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【0002】
プラズマ処理装置において、所定波長のマイクロ波を発生するマイクロ波発生装置と、マイクロ波発生装置で発生されたマイクロ波を放射するアンテナと、内管と外管からなる同軸構造を有し、内管の一端にアンテナが取り付けられ、マイクロ波発生装置で発生されたマイクロ波をアンテナへ導く同軸導波管と、誘電体材料からなり、アンテナを保持し、アンテナから放射されたマイクロ波による定在波が形成される共振器と、共振器が配置される開口面を有し、アンテナから共振器を通して放射されたマイクロ波が導かれ、かつ所定の処理ガスが供給され、マイクロ波によって処理ガスが励起されるプラズマ励起用のチャンバとを備えることが開示されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１１－０１４５４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本開示は、プラズマ源を高効率かつ小型化できるプラズマ処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の一態様によるプラズマ処理装置は、処理容器と、供給すべき電磁波を共振させる共振部と、共振部に接続されたスロットアンテナと、スロットアンテナから放射される電磁波を透過させ、処理容器内に電磁波を供給するように構成される透過窓と、を含み、共振部は、内軸と外筒とを有する入力ポートと、内軸と外筒とを有する出力ポートと、入力ポートの内軸と、出力ポートの内軸とを接続し、共振部内に設けられた給電フィンと、入力ポートの外筒、および、出力ポートの外筒と同電位で接続され、給電フィンのフィン間に挿入されるように、共振部内に突出するように設けられたグランドフィンと、を備えるように構成される。
【発明の効果】
【0006】
本開示によれば、プラズマ源を高効率かつ小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下に、開示するプラズマ処理装置の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態により開示技術が限定されるものではない。
【0009】
プラズマ処理装置では、プラズマ源としてマイクロ波プラズマを用いる場合、モード変換器および整合器等の高周波部品を用いている。これらの高周波部品は、コイルやコンデンサを用いており、構造が複雑になるとともに寸法が大きくなるので、プラズマ源のプラズマ処理装置への組み込みに際して制約となっている。そこで、プラズマ源を高効率かつ小型化することが期待されている。
【0010】
［プラズマ処理装置１の構成］
図１は、本開示の一実施形態におけるプラズマ処理装置の一例を示す概略断面図である。図１に例示されるプラズマ処理装置１は、例えばＲＬＳＡ（登録商標）マイクロ波プラズマ方式のプラズマ処理装置として構成される。
図１は、本開示の一実施形態におけるプラズマ処理装置の一例を示す概略断面図である。図１に例示されるプラズマ処理装置１は、例えばＲＬＳＡ（登録商標）マイクロ波プラズマ方式のプラズマ処理装置として構成される。
【0011】
プラズマ処理装置１は、装置本体１０と、装置本体１０を制御する制御部１１とを備える。装置本体１０は、チャンバ１０１と、ステージ１０２と、マイクロ波導入機構１０３と、ガス供給機構１０４と、排気機構１０５とを有する。
【0012】
チャンバ１０１は、略円筒状に形成されており、チャンバ１０１の底壁１０１ａの略中央部には開口部１１０が形成されている。底壁１０１ａには、開口部１１０と連通し、下方に向けて突出する排気室１１１が設けられている。チャンバ１０１の側壁１０１ｓには、基板（以下、ウエハともいう。）Ｗが通過する開口部１１７が形成されており、開口部１１７は、ゲートバルブ１１８によって開閉される。なお、チャンバ１０１は、処理容器の一例である。
【0013】
ステージ１０２には、処理対象となる基板Ｗが載せられる。ステージ１０２は、略円板状をなしており、ＡｌＮ等のセラミックスによって形成されている。ステージ１０２は、排気室１１１の底部略中央から上方に延びる円筒状のＡｌＮ等のセラミックスからなる支持部材１１２により支持されている。ステージ１０２の外縁部には、ステージ１０２に載せられた基板Ｗを囲むようにエッジリング１１３が設けられている。また、ステージ１０２の内部には、基板Ｗを昇降するための昇降ピン（図示せず）がステージ１０２の上面に対して突没可能に設けられている。
【0014】
さらに、ステージ１０２の内部には抵抗加熱型のヒータ１１４が埋め込まれており、ヒータ１１４はヒータ電源１１５から給電される電力に応じてステージ１０２に載せられた基板Ｗを加熱する。また、ステージ１０２には、熱電対（図示せず）が挿入されており、熱電対からの信号に基づいて、基板Ｗの温度を、例えば３５０～８５０℃に制御可能となっている。さらに、ステージ１０２内において、ヒータ１１４の上方には、基板Ｗと同程度の大きさの電極１１６が埋設されており、電極１１６には、バイアス電源１１９が電気的に接続されている。バイアス電源１１９は、予め定められた周波数および大きさのバイアス電力を電極１１６に供給する。電極１１６に供給されたバイアス電力により、ステージ１０２に載せられた基板Ｗにイオンが引き込まれる。なお、バイアス電源１１９はプラズマ処理の特性によっては設けられなくてもよい。
【0015】
マイクロ波導入機構１０３は、チャンバ１０１の上部に設けられており、アンテナ１２１と、マイクロ波出力部１２２と、共振部１２３とを有する。アンテナ１２１には、貫通孔である多数のスロット１２１ａが形成されている。マイクロ波出力部１２２は、マイクロ波を出力する。共振部１２３は、マイクロ波出力部１２２から出力されたマイクロ波をアンテナ１２１に導く。
【0016】
アンテナ１２１の下方には誘電体で形成された誘電体窓１２４が設けられている。誘電体窓１２４は、チャンバ１０１の上部にリング状に設けられた支持部材１３２に支持されている。アンテナ１２１の上には、遅波板１２６が設けられている。アンテナ１２１の上にはシールド部材１２５が設けられている。シールド部材１２５の内部には、図示しない流路が設けられており、シールド部材１２５は、流路内を流れる水等の流体によりアンテナ１２１、誘電体窓１２４および遅波板１２６を冷却する。
【0017】
アンテナ１２１は、例えば表面が銀または金メッキされた銅板またはアルミニウム板等で形成されており、マイクロ波を放射するための複数のスロット１２１ａが予め定められたパターンで配置されている。スロット１２１ａの配置パターンは、マイクロ波が均等に放射されるように適宜設定される。好適なパターンの例としては、Ｔ字状に配置された２つのスロット１２１ａを一対として複数対のスロット１２１ａが同心円状に配置されているラジアルラインスロットを挙げることができる。スロット１２１ａの長さや配列間隔は、マイクロ波の実効波長（λg）に応じて適宜決定される。また、スロット１２１ａは、円形状、円弧状等の他の形状であってもよい。さらに、スロット１２１ａの配置形態は特に限定されず、同心円状の他、例えば、螺旋状、放射状に配置されてもよい。スロット１２１ａのパターンは、所望のプラズマ密度分布が得られるマイクロ波放射特性となるように、適宜設定される。
【0018】
遅波板１２６は、石英、セラミックス（Ａｌ２Ｏ３）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド等の真空よりも大きい誘電率を有する誘電体で形成されている。遅波板１２６は、マイクロ波の波長を真空中より短くしてアンテナ１２１を小さくする機能を有している。なお、誘電体窓１２４も同様の誘電体で構成されている。
【0019】
誘電体窓１２４および遅波板１２６の厚さは、遅波板１２６、アンテナ１２１、誘電体窓１２４、および、プラズマで形成される等価回路が共振条件を満たすように調整される。遅波板１２６の厚さを調整することにより、マイクロ波の位相を調整することができる。アンテナ１２１の接合部が定在波の「腹」になるように遅波板１２６の厚さを調整することにより、マイクロ波の反射が極小化され、マイクロ波の放射エネルギーを最大とすることができる。また、遅波板１２６と誘電体窓１２４を同じ材質とすることにより、マイクロ波の界面反射を防止することができる。
【0020】
マイクロ波出力部１２２は、マイクロ波発振器を有している。マイクロ波発振器は、マグネトロン型であってもよく、ソリッドステート型であってもよい。マイクロ波発振器によって生成されるマイクロ波の周波数は、例えば３００ＭＨｚ～１０ＧＨｚの周波数である。一例として、マイクロ波出力部１２２は、マグネトロン型のマイクロ波発振器により、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を出力する。マイクロ波は、電磁波の一例である。なお、マイクロ波出力部１２２は、ＶＨＦ（Very High Frequency）帯からＵＨＦ（Ultra High Frequency）帯の電磁波を発振する発振器であってもよい。他の一例として、マイクロ波出力部１２２は、ソリッドステート型の発振器により、８６０ＭＨｚの電磁波を出力する。
【0021】
共振部１２３は、入力ポートが導波管１２７を介してマイクロ波出力部１２２と接続される。また、共振部１２３は、出力ポートが給電部１２８を介してアンテナ１２１と接続される。共振部１２３は、チャンバ１０１内の負荷（プラズマ）のインピーダンスをマイクロ波出力部１２２の出力インピーダンスに整合させる。なお、マイクロ波出力部１２２と給電部１２８との間において、モード変換機構は共振部１２３がその機能を有するので省略されている。導波管１２７は、マイクロ波出力部１２２から出力されたマイクロ波を共振部１２３に導く。給電部１２８は、アンテナ１２１の中心に接続される。マイクロ波出力部１２２から出力されたマイクロ波は、共振部１２３および給電部１２８を介して遅波板１２６に伝搬し、遅波板１２６からアンテナ１２１のスロット１２１ａ、および、誘電体窓１２４を介してチャンバ１０１内に放射される。
【0022】
ガス供給機構１０４は、チャンバ１０１の内壁に沿ってリング状に設けられたシャワーリング１４２を有する。シャワーリング１４２は、内部に設けられたリング状の流路１６６と、流路１６６に接続されその内側に開口する多数の吐出口１６７とを有する。流路１６６には、配管１６１を介してガス供給部１６３が接続されている。ガス供給部１６３には、複数のガスソースおよび複数の流量制御器が設けられている。一実施形態において、ガス供給部１６３は、少なくとも１つの処理ガスを、対応するガスソースから対応の流量制御器を介してシャワーリング１４２に供給するように構成されている。シャワーリング１４２に供給されたガスは、複数の吐出口１６７からチャンバ１０１内に供給される。
【0023】
排気機構１０５は、排気室１１１と、排気室１１１の側壁に設けられた排気管１８１と、排気管１８１に接続された排気装置１８２とを有する。排気装置１８２は、真空ポンプおよび圧力制御バルブ等を有する。
【0024】
制御部１１は、メモリ、プロセッサ、および入出力インターフェイスを有する。メモリには、プロセッサによって実行されるプログラム、および、各処理の条件等を含むレシピが格納されている。プロセッサは、メモリから読み出したプログラムを実行し、メモリ内に記憶されたレシピに基づいて、入出力インターフェイスを介して、装置本体１０の各部を制御する。例えば、制御部１１は、成膜処理を行うように、プラズマ処理装置１の各部を制御する。
【0025】
［共振部１２３の構造］
次に、図２および図３を用いて共振部１２３の詳細について説明する。図２は、本実施形態における共振部の構成の一例を示す断面図である。図３は、図２の断面図を回転した状態の一例を示す斜視図である。図２および図３に示すように、共振部１２３は、筐体２０１を有する。筐体２０１は、アルミニウムや銅等の導体で形成される。また、筐体２０１は、入力ポート２０２と、出力ポート２０５とを備える。本実施形態では、マイクロ波出力部１２２から供給される電磁波の流れ方向を基準として、マイクロ波出力部１２２側の導波管１２７に接続される側を入力ポート２０２とし、アンテナ１２１側の給電部１２８に接続される側を出力ポート２０５として説明する。なお、入力ポート２０２と出力ポート２０５とは、接続先を入れ替えても構わない。
次に、図２および図３を用いて共振部１２３の詳細について説明する。図２は、本実施形態における共振部の構成の一例を示す断面図である。図３は、図２の断面図を回転した状態の一例を示す斜視図である。図２および図３に示すように、共振部１２３は、筐体２０１を有する。筐体２０１は、アルミニウムや銅等の導体で形成される。また、筐体２０１は、入力ポート２０２と、出力ポート２０５とを備える。本実施形態では、マイクロ波出力部１２２から供給される電磁波の流れ方向を基準として、マイクロ波出力部１２２側の導波管１２７に接続される側を入力ポート２０２とし、アンテナ１２１側の給電部１２８に接続される側を出力ポート２０５として説明する。なお、入力ポート２０２と出力ポート２０５とは、接続先を入れ替えても構わない。
【0026】
入力ポート２０２および出力ポート２０５は、それぞれ外筒（外側導体）２０３，２０６、および、内軸（内側導体）２０４，２０７で形成される。つまり、入力ポート２０２および出力ポート２０５は、同軸構造である。なお、外筒２０６は、筐体２０１の下部と一体化している。筐体２０１は、外筒２０３，２０６と導通しており、入力ポート２０２に接続される同軸ケーブルや共振部１２３が設置されるフレーム等を介して、接地されたチャンバ１０１とともにグランド電位となる。筐体２０１は、円筒形状であり、円筒の側面２１０には入力ポート２０２が形成される。なお、筐体２０１は、断面が四角の筒形状であってもよい。また、筐体２０１は、入力ポート２０２が形成された側の円筒の端部に出力ポート２０５が形成され、他方の端部２０８は円筒を閉じるように円盤状に形成される。端部２０８の中心には、ベアリング２１７が設けられ、グランドフィン２０９を上下に動かすための棒状部２１６を保持している。
【0027】
グランドフィン２０９は、アルミニウムや銅等の導体で形成される。グランドフィン２０９は、基部２１１と、複数のフィン２１３～２１５からなるフィン部２１２と、棒状部２１６とを有する。基部２１１には、筐体２０１内で出力ポート２０５側に突出するように設けられたフィン部２１２のフィン２１３～２１５が接続される。また、基部２１１には、端部２０８側に突出するように設けられた棒状部２１６が接続される。フィン２１４は、フィン２１３の周囲の筐体２０１内に筒状に突出するように設けられる。フィン２１５は、フィン２１４の周囲の筐体２０１内に筒状に突出するように設けられる。つまり、フィン部２１２のフィン２１３～２１５は、例えば同心円の円柱形状と円筒形状である。なお、フィン部２１２は、図２の断面図では、櫛歯状に見える。
【0028】
筐体２０１の内部には、給電フィン２２４が設けられる。給電フィン２２４は、フィン２１３を囲むように形成されるフィン２２５と、フィン２１４を囲むように形成されるフィン２２６と、フィン２１５を囲むように形成されるフィン２２７とを有する。フィン２１３～２１５とフィン２２５～２２７とは、同軸状に配置される。給電フィン２２４は、アルミニウムや銅等の導体で形成され、一方を基部２２１で閉じた円筒形状である。すなわち、給電フィン２２４は、フィン２２５～２２７が基部２２１で接続された、三重の筒形状のマルチポールアンテナである。なお、給電フィン２２４は、図２の断面図では、櫛歯状に見える。基部２２１は、円盤状であり、出力ポート２０５側の中心部が凸状となっている。基部２２１の側面２２２には、内軸２０４が接続される。基部２２１の凸状部分の底面２２３には、内軸２０７が接続される。すなわち、入力ポート２０２の内軸（入力側導体）２０４と、出力ポート２０５の内軸（出力側導体）２０７と、給電フィン２２４とによって、筐体２０１から絶縁される給電ライン２２０が形成される。
【0029】
筐体２０１と給電ライン２２０との間には、誘電体２２８を有する。つまり、フィン２１３とフィン２２５との間、フィン２２５とフィン２１４との間、フィン２１４とフィン２２６との間、フィン２２６とフィン２１５との間、および、フィン２１５とフィン２２７との間は、誘電体２２８が配置された状態である。同様に、フィン２２７と円筒の側面２１０との間、入力ポート２０２の外筒２０３と内軸２０４との間、および、出力ポート２０５の外筒２０６と内軸２０７との間にも、誘電体２２８が配置された状態である。なお、フィン２２５～２２７の先端部は、誘電体２２８で覆われており、グランドフィン２０９が最も下側まで挿入された場合であっても、フィン２２５～２２７と接触しないようになっている。誘電体２２８は、例えば、ＰＴＦＥ（Poly Tetra Fluoro Ethylene）等を用いることができる。なお、誘電体２２８は、筐体２０１内のうち、グランドフィン２０９が最も挿入された状態における、基部２１１の給電フィン２２４側の面２１１ａの位置から、端部２０８の内面までの空間２２９には、配置されない。つまり、空間２２９は、グランドフィン２０９の挿入量を変更する際の移動空間となる。なお、誘電体２２８は、省略しても構わない。
【0030】
グランドフィン２０９は、例えば、手動にて筐体２０１内の空間２２９において移動可能に形成される。なお、グランドフィン２０９の棒状部２１６にリードスクリューを設け、ステッピングモータによりリードスクリューを回転させることで、グランドフィン２０９を移動可能としてもよい。つまり、グランドフィン２０９は、給電フィン２２４への挿入量が変更可能なように形成される。グランドフィン２０９は、最も挿入された状態におけるフィン２１３～２１５の先端部を基準位置（図２中、「０」の位置）とし、端部２０８側をプラスとした場合、例えば、Ａ点までの区間２３１（０ｍｍ～＋６ｍｍ）の範囲で移動可能とすることができる。例えば、図２に示すグランドフィン２０９は、最も引き抜かれた＋６ｍｍの位置である場合を表している。グランドフィン２０９が引き抜かれた後には、フィン２１３～２１５にそれぞれ対応する溝２２８ａ～２２８ｃが形成されている。つまり、溝２２８ａ～２２８ｃには、誘電体２２８がない状態である。言い換えると、グランドフィン２０９のフィン２１３～２１５は、給電フィン２２４への挿入量が変更される際に、誘電体２２８に沿って移動される。このように、グランドフィン２０９の挿入量を変更して共振空間の寸法を変更することで、共振部１２３を通過する周波数（共振周波数）を変更することができる。
【0031】
また、図２のＢ点からＣ点までの区間２３３に対応する空間、つまり、給電フィン２２４のフィン２２５～２２７と、グランドフィン２０９のフィン２１３～２１５とで形成される入り組んだ空間は、定在波領域を形成する。本実施形態では、定在波領域である区間２３３は、λｇ／４に近似する長さとなり、λｇ／２よりも大幅に短く共振部１２３の寸法を小さくすることができる。なお、フィン２１３～２１５の先端部と基部２２１の上面２２１ａとの間隔である、図２の「０」の位置からＢ点までの区間２３２は、誘電体２２８の絶縁破壊電圧を考慮して決定される。例えば、区間２３２は、誘電体２２８がＰＴＦＥである場合、ＰＴＦＥの絶縁破壊電圧の１９ｋＶ／ｍｍから２０倍程度の安全率を考慮した１ｋＶ／ｍｍを用いて決定される。
【0032】
位相調整部２３０は、出力ポート２０５の給電部１２８側において、内軸２０７を囲むように設けられる。位相調整部２３０は、共振部１２３の定在波領域の共振特性を強化、つまり、Ｑ値を高くするものである。つまり、位相調整部２３０は、電磁波の位相を調整する。位相調整部２３０は、比誘電率εｒが比較的高い（εｒ≧４）材料、例えば、セラミックス等で構成されることが好ましい。セラミックスとしては、例えば、アルミナ（εｒ＝１０）等を用いることができる。
【0033】
［シミュレーション結果］
次に、図４および図５を用いて共振部１２３の周波数特性のシミュレーション結果について説明する。図４および図５は、本実施形態における共振部の周波数特性の一例を示すグラフである。図４に示すグラフ３０～３４は、チャンバ１０１内のプラズマ密度が変化して負荷（プラズマ）のインピーダンスが変化した場合における共振部１２３の周波数特性を電力反射率で表したものである。グラフ３０～３４は、プラズマの比誘電率κｐが、それぞれ３０，４０，５０，６０，７０である場合の電力反射率の周波数特性を表している。グラフ３０～３４に示すように、電力反射率が最も小さくなる周波数（共振周波数）は、プラズマ密度が変化しても、概ね８４０ＭＨｚ～８７０ＭＨｚの３０ＭＨｚ幅の範囲３５に収まっている。また、基準の周波数を８６０ＭＨｚとした場合、８６０ＭＨｚにおける電力反射率の変動は、プラズマ密度が変化しても５％以下に収まっている。これは、共振部１２３内は共振しているのでインピーダンスが非常に高い状態になっており、負荷であるプラズマのインピーダンスが多少変化しても、その変化による全体のインピーダンスへの影響が少ないためであると考えられる。なお、電力反射率の変動が５％以下であれば、電磁波の出力をロード制御（投入電力から反射電力を減算した電力を一定にする制御）によって制御することで、規定の電力をチャンバ１０１内に供給することができる。
次に、図４および図５を用いて共振部１２３の周波数特性のシミュレーション結果について説明する。図４および図５は、本実施形態における共振部の周波数特性の一例を示すグラフである。図４に示すグラフ３０～３４は、チャンバ１０１内のプラズマ密度が変化して負荷（プラズマ）のインピーダンスが変化した場合における共振部１２３の周波数特性を電力反射率で表したものである。グラフ３０～３４は、プラズマの比誘電率κｐが、それぞれ３０，４０，５０，６０，７０である場合の電力反射率の周波数特性を表している。グラフ３０～３４に示すように、電力反射率が最も小さくなる周波数（共振周波数）は、プラズマ密度が変化しても、概ね８４０ＭＨｚ～８７０ＭＨｚの３０ＭＨｚ幅の範囲３５に収まっている。また、基準の周波数を８６０ＭＨｚとした場合、８６０ＭＨｚにおける電力反射率の変動は、プラズマ密度が変化しても５％以下に収まっている。これは、共振部１２３内は共振しているのでインピーダンスが非常に高い状態になっており、負荷であるプラズマのインピーダンスが多少変化しても、その変化による全体のインピーダンスへの影響が少ないためであると考えられる。なお、電力反射率の変動が５％以下であれば、電磁波の出力をロード制御（投入電力から反射電力を減算した電力を一定にする制御）によって制御することで、規定の電力をチャンバ１０１内に供給することができる。
【0034】
図５に示すグラフ４０～４６は、共振部１２３のグランドフィン２０９の挿入具合を変化させた場合における周波数特性を電力反射率で表したものである。グラフ４０～４６は、グランドフィン２０９を最も挿入した０ｍｍの位置から最も引き抜かれた＋６ｍｍの位置まで１ｍｍ単位で動かした場合の周波数特性である。なお、グラフ４０が０ｍｍの位置、グラフ４６が＋６ｍｍの位置である。グラフ４０～４６に示すように、共振周波数は、０ｍｍの位置の８００ＭＨｚから、＋６ｍｍの位置の９５０ＭＨｚまで変化している。なお、図５では、縦軸に電力反射率を用いているので、所望の周波数範囲（７００ＭＨｚ～１ＧＨｚ）において電力反射率が最も小さい周波数が共振周波数を表している。すなわち、共振部１２３は、共振空間（定在波領域）の寸法を変更することにより、共振周波数を調整することができる。言い換えると、共振部１２３は、８００ＭＨｚ～９５０ＭＨｚの範囲で中心周波数（共振周波数）を可変可能なバンドパスフィルタであるともいえる。共振部１２３は、給電フィン２２４のようなマルチポールアンテナに複数のフィン２１３～２１５を持つグランドフィン２０９の挿入量を変更することで、共振周波数について、複数の周波数に対応することができる。なお、共振部１２３の共振周波数の調整後は、グランドフィン２０９の棒状部２１６を筐体２０１に固定することで、共振周波数も固定できる。また、電力反射率が５％以下であれば、電磁波の出力をロード制御によって微調整してもよい。
【0035】
このように、アンテナ１２１の直上に共振部１２３を設けることで、プラズマ源を高効率かつ小型化できる。また、共振部１２３を小型化できるので、複数の共振部１２３およびアンテナ１２１をチャンバ１０１の上面に設ける際にレイアウトの自由度を向上させることができる。さらに、共振部１２３で負荷のインピーダンスを整合可能なので、別途、コイルやコンデンサを用いた整合器を用いなくてもよい。
【0036】
［参考例との比較］
続いて、図６および図７を用いて参考例の共振部との比較について説明する。図６は、参考例における共振部の構成の一例を示す概略断面図である。図６に示すプラズマ処理装置３００は、チャンバ３０１内にプラズマ生成室３０２を有するリモートプラズマ処理装置の参考例である。プラズマ処理装置３００は、チャンバ３０１内に設けられた載置台３０３上に載置された図示しない基板に対して、プラズマ生成室３０２から処理空間３０１ｓに供給されるプラズマにより処理を行う。なお、チャンバ３０１内は、排気機構３０９により排気され、所望の圧力の真空雰囲気となる。プラズマ生成室３０２には、マイクロ波出力部３０４から、導波管３０５および同軸導波管３０６を介して電磁波（高周波電力）が供給される。導波管３０５には、スタブ３０７が設けられ、共振周波数が調整される。プラズマ処理装置３００では、Ｄ点からＥ点までの区間３０８が共振部、つまり定在波領域となる。参考例の定在波領域である区間３０８の長さは、３λｇ／４＋３λｇ／４＝３λｇ／２となり、λｇ／２の３倍の長さとなる。これに対し、本実施形態の定在波領域である区間２３３の長さは、λｇ／４に近似する長さであるので、参考例に対して１／６の長さである。すなわち、本実施形態は、参考例に対して共振部の大きさを大幅に小型化することができる。また、定在波領域の長さによって電力損失の大きさ（銅損）が決定するため、本実施形態のように、定在波領域が短いと電力損失を小さくでき、高効率化することができる。なお、本実施形態の共振部１２３では、λｇ／４分の線路長での損失を考えればよい。
続いて、図６および図７を用いて参考例の共振部との比較について説明する。図６は、参考例における共振部の構成の一例を示す概略断面図である。図６に示すプラズマ処理装置３００は、チャンバ３０１内にプラズマ生成室３０２を有するリモートプラズマ処理装置の参考例である。プラズマ処理装置３００は、チャンバ３０１内に設けられた載置台３０３上に載置された図示しない基板に対して、プラズマ生成室３０２から処理空間３０１ｓに供給されるプラズマにより処理を行う。なお、チャンバ３０１内は、排気機構３０９により排気され、所望の圧力の真空雰囲気となる。プラズマ生成室３０２には、マイクロ波出力部３０４から、導波管３０５および同軸導波管３０６を介して電磁波（高周波電力）が供給される。導波管３０５には、スタブ３０７が設けられ、共振周波数が調整される。プラズマ処理装置３００では、Ｄ点からＥ点までの区間３０８が共振部、つまり定在波領域となる。参考例の定在波領域である区間３０８の長さは、３λｇ／４＋３λｇ／４＝３λｇ／２となり、λｇ／２の３倍の長さとなる。これに対し、本実施形態の定在波領域である区間２３３の長さは、λｇ／４に近似する長さであるので、参考例に対して１／６の長さである。すなわち、本実施形態は、参考例に対して共振部の大きさを大幅に小型化することができる。また、定在波領域の長さによって電力損失の大きさ（銅損）が決定するため、本実施形態のように、定在波領域が短いと電力損失を小さくでき、高効率化することができる。なお、本実施形態の共振部１２３では、λｇ／４分の線路長での損失を考えればよい。
【0037】
図７は、参考例における共振部の周波数特性の一例を示すグラフである。図７に示すグラフ５０～５４は、参考例において、チャンバ３０１内のプラズマ密度が変化して負荷（プラズマ）のインピーダンスが変化した場合における共振部（区間３０８）の周波数特性を電力反射率で表したものである。グラフ５０～５４は、プラズマの比誘電率κｐが、それぞれ３０，４０，５０，６０，７０である場合の電力反射率の周波数特性を表している。グラフ５０～５４に示すように、電力反射率が最も小さくなる周波数（共振周波数）は、プラズマ密度が変化すると、概ね７９０ＭＨｚ～８４０ＭＨｚの５０ＭＨｚ幅の範囲５５となっている。図４に示す本実施形態の共振部１２３の周波数特性を、図７の参考例の共振部（区間３０８）の周波数特性と比較すると、参考例に比べてプラズマ密度の変化に対する共振周波数の変化の幅を小さくできることがわかる。
【0038】
以上、本実施形態によれば、プラズマ処理装置１は、処理容器（チャンバ１０１）と、供給すべき電磁波を共振させる共振部１２３と、共振部１２３に接続されたスロットアンテナ（アンテナ１２１）と、スロットアンテナから放射される電磁波を透過させ、処理容器内に電磁波を供給するように構成される透過窓（誘電体窓１２４）と、を含む。共振部１２３は、入力ポート２０２と、出力ポート２０５と、給電フィン２２４と、グランドフィン２０９と、を備える。入力ポート２０２は、内軸２０４と外筒２０３とを有する。出力ポート２０５は、内軸２０７と外筒２０６とを有する。給電フィン２２４は、入力ポート２０２の内軸２０４と、出力ポート２０５の内軸２０７とを接続し、共振部１２３内に設けられる。グランドフィン２０９は、入力ポート２０２の外筒２０３、および、出力ポート２０５の外筒２０６と同電位で接続され、給電フィン２２４のフィン間に挿入されるように、共振部１２３内に突出するように設けられる。その結果、プラズマ源を高効率かつ小型化できる。
【0039】
また、本実施形態によれば、給電フィン２２４とグランドフィン２０９との間には、誘電体２２８を有する。その結果、共振部１２３をより小型化することができる。
【0040】
また、本実施形態によれば、入力ポート２０２および出力ポート２０５は、同軸構造である。その結果、高出力の高周波電力に対する共振部１２３を形成できる。
【0041】
また、本実施形態によれば、給電フィン２２４およびグランドフィン２０９は、それぞれ筒状である。その結果、供給する電磁波の周波数において共振させることができる。
【0042】
また、本実施形態によれば、給電フィン２２４は、マルチポールアンテナである。その結果、共振周波数の範囲を広げることができる。
【0043】
また、本実施形態によれば、出力ポート２０５のスロットアンテナ側に、電磁波の位相を調整する位相調整部２３０を有する。その結果、共振部１２３の定在波領域の共振特性を強化することができる。
【0044】
また、本実施形態によれば、グランドフィン２０９は、給電フィン２２４への挿入量を変更可能なように形成される。その結果、共振部１２３を簡易な構造で小型化することができる。また、共振部１２３の共振周波数を調整することができる。
【0045】
また、本実施形態によれば、給電フィン２２４と、グランドフィン２０９との間には、誘電体２２８を有する。また、グランドフィン２０９は、給電フィン２２４への挿入量が変更される際に、誘電体２２８に沿って移動する。その結果、グランドフィン２０９が給電フィン２２４に接触することなく、グランドフィン２０９を移動させることができる。
【0046】
また、本実施形態によれば、処理容器は、プラズマ生成室を備え、透過窓は、プラズマ生成室内に電磁波を供給するように構成される。その結果、リモートプラズマ処理装置においてもプラズマ源を高効率かつ小型化できる。
【0047】
また、本実施形態によれば、共振部１２３、スロットアンテナおよび透過窓の組は、処理容器に複数設けられる。その結果、複数のプラズマ源を有するプラズマ処理装置においてもプラズマ源を高効率かつ小型化できる。
【0048】
今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
【0049】
また、上記した実施形態では、チャンバ１０１内の処理空間で直接プラズマを生成するプラズマ処理装置１を用いて説明したが、これに限定されない。例えば、チャンバ内にプラズマ生成室を有するリモートプラズマ処理装置に適用してもよい。
【0050】
なお、本開示は以下のような構成も取ることができる。
（１）
プラズマ処理装置であって、
前記プラズマ処理装置は、
処理容器と、
供給すべき電磁波を共振させる共振部と、
前記共振部に接続されたスロットアンテナと、
前記スロットアンテナから放射される前記電磁波を透過させ、前記処理容器内に前記電磁波を供給するように構成される透過窓と、を含み、
前記共振部は、
内軸と外筒とを有する入力ポートと、
内軸と外筒とを有する出力ポートと、
前記入力ポートの前記内軸と、前記出力ポートの前記内軸とを接続し、前記共振部内に設けられた給電フィンと、
前記入力ポートの前記外筒、および、前記出力ポートの前記外筒と同電位で接続され、前記給電フィンのフィン間に挿入されるように、前記共振部内に突出するように設けられたグランドフィンと、を備えるように構成される、
プラズマ処理装置。
（２）
さらに、前記給電フィンと前記グランドフィンとの間には、誘電体を有するように構成される、
前記（１）に記載のプラズマ処理装置。
（３）
前記入力ポートおよび前記出力ポートは、同軸構造である、
前記（１）又は（２）に記載のプラズマ処理装置。
（４）
前記給電フィンおよび前記グランドフィンは、それぞれ筒状である、
前記（１）～（３）のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
（５）
前記給電フィンは、マルチポールアンテナである、
前記（４）に記載のプラズマ処理装置。
（６）
さらに、前記出力ポートの前記スロットアンテナ側に、前記電磁波の位相を調整する位相調整部を有するように構成される、
前記（１）～（５）のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
（７）
前記グランドフィンは、前記給電フィンへの挿入量を変更可能なように形成される、
前記（１）～（６）のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
（８）
さらに、前記給電フィンと、前記グランドフィンとの間には、誘電体を有するように構成され、
前記グランドフィンは、前記給電フィンへの挿入量が変更される際に、前記誘電体に沿って移動する、
前記（７）に記載のプラズマ処理装置。
（９）
前記処理容器は、プラズマ生成室を備え、
前記透過窓は、前記プラズマ生成室内に前記電磁波を供給するように構成される
前記（１）～（８）のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
（１０）
前記共振部、前記スロットアンテナおよび前記透過窓の組は、前記処理容器に複数設けられる、
前記（１）～（８）のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
（１）
プラズマ処理装置であって、
前記プラズマ処理装置は、
処理容器と、
供給すべき電磁波を共振させる共振部と、
前記共振部に接続されたスロットアンテナと、
前記スロットアンテナから放射される前記電磁波を透過させ、前記処理容器内に前記電磁波を供給するように構成される透過窓と、を含み、
前記共振部は、
内軸と外筒とを有する入力ポートと、
内軸と外筒とを有する出力ポートと、
前記入力ポートの前記内軸と、前記出力ポートの前記内軸とを接続し、前記共振部内に設けられた給電フィンと、
前記入力ポートの前記外筒、および、前記出力ポートの前記外筒と同電位で接続され、前記給電フィンのフィン間に挿入されるように、前記共振部内に突出するように設けられたグランドフィンと、を備えるように構成される、
プラズマ処理装置。
（２）
さらに、前記給電フィンと前記グランドフィンとの間には、誘電体を有するように構成される、
前記（１）に記載のプラズマ処理装置。
（３）
前記入力ポートおよび前記出力ポートは、同軸構造である、
前記（１）又は（２）に記載のプラズマ処理装置。
（４）
前記給電フィンおよび前記グランドフィンは、それぞれ筒状である、
前記（１）～（３）のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
（５）
前記給電フィンは、マルチポールアンテナである、
前記（４）に記載のプラズマ処理装置。
（６）
さらに、前記出力ポートの前記スロットアンテナ側に、前記電磁波の位相を調整する位相調整部を有するように構成される、
前記（１）～（５）のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
（７）
前記グランドフィンは、前記給電フィンへの挿入量を変更可能なように形成される、
前記（１）～（６）のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
（８）
さらに、前記給電フィンと、前記グランドフィンとの間には、誘電体を有するように構成され、
前記グランドフィンは、前記給電フィンへの挿入量が変更される際に、前記誘電体に沿って移動する、
前記（７）に記載のプラズマ処理装置。
（９）
前記処理容器は、プラズマ生成室を備え、
前記透過窓は、前記プラズマ生成室内に前記電磁波を供給するように構成される
前記（１）～（８）のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
（１０）
前記共振部、前記スロットアンテナおよび前記透過窓の組は、前記処理容器に複数設けられる、
前記（１）～（８）のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
【符号の説明】
【0051】
１ プラズマ処理装置
１０１ チャンバ
１２１ アンテナ
１２３ 共振部
１２４ 誘電体窓
２０２ 入力ポート
２０３，２０６ 外筒
２０４，２０７ 内軸
２０５ 出力ポート
２０９ グランドフィン
２２４ 給電フィン
２２８ 誘電体
２３０ 位相調整部
１０１ チャンバ
１２１ アンテナ
１２３ 共振部
１２４ 誘電体窓
２０２ 入力ポート
２０３，２０６ 外筒
２０４，２０７ 内軸
２０５ 出力ポート
２０９ グランドフィン
２２４ 給電フィン
２２８ 誘電体
２３０ 位相調整部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】