特開 2024-147868 プラズマ処理装置

(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】P2024147868

(43)【公開日】2024-10-17

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20241009BHJP

   C23C 16/511 20060101ALI20241009BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20241009BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20241009BHJP

【ＦＩ】

H05H1/46 B

C23C16/511

H01L21/302 101D

H01L21/31 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023060562

(22)【出願日】2023-04-04

(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】鎌田 英紀

(72)【発明者】

【氏名】金子 和史

(72)【発明者】

【氏名】池田 太郎

【テーマコード（参考）】

2G084

4K030

5F004

5F045

【Ｆターム（参考）】

2G084AA02

2G084AA03

2G084AA05

2G084AA07

2G084BB02

2G084CC06

2G084CC14

2G084CC33

2G084DD11

2G084DD18

2G084DD19

2G084DD21

2G084DD25

2G084DD35

2G084DD38

2G084DD42

2G084DD56

2G084DD62

2G084FF04

2G084HH19

2G084HH24

2G084HH25

2G084HH27

2G084HH28

4K030AA09

4K030AA14

4K030AA18

4K030BA27

4K030FA01

4K030FA02

4K030KA30

5F004BB13

5F004BB14

5F004BB26

5F004CA02

5F004CA06

5F004DA00

5F004DA23

5F004DA24

5F004DA25

5F004DA26

5F045AA09

5F045DP03

5F045EF08

5F045EH02

5F045EK07

(57)【要約】

【課題】高密度プラズマの特性を安定させることが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、処理空間を提供する処理容器と、処理空間に供給されるプラズマ励起用の電磁波を発生させるように構成される電磁波発生器と、第１面を処理空間に対向させて設けられた誘電体と、誘電体を介して電磁波を処理空間に供給するように構成される電磁波供給部と、処理容器内において誘電体の第１面に沿って位置する共振器配列構造体と、を備え、共振器配列構造体は、導体からなる部材が誘電体板の一面上に積層された構造を有するとともに、電磁波の磁界成分と共振可能であり且つサイズが電磁波の波長よりも小さい複数の共振器を含むよう構成され、複数の共振器は、それぞれの誘電体板が電磁波供給部の中心軸を起点として放射状となるように配置される。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

処理空間を提供する処理容器と、
前記処理空間に供給されるプラズマ励起用の電磁波を発生させるように構成される電磁波発生器と、
第１面を前記処理空間に対向させて設けられた誘電体と、
前記誘電体を介して前記電磁波を前記処理空間に供給するように構成される電磁波供給部と、
前記処理容器内において前記誘電体の前記第１面に沿って位置する共振器配列構造体と、
を備え、
前記共振器配列構造体は、導体からなる部材が誘電体板の一面上に積層された構造を有するとともに、前記電磁波の磁界成分と共振可能であり且つサイズが前記電磁波の波長よりも小さい複数の共振器を含むよう構成され、
前記複数の共振器は、それぞれの前記誘電体板が前記電磁波供給部の中心軸を起点として放射状となるように配置される、
プラズマ処理装置。

【請求項2】

前記共振器の前記部材は、２枚以上のＣ字状のリング部材である、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項3】

前記共振器配列構造体は、前記放射状に配置された前記複数の共振器のうち、前記中心軸を中心とする円の周方向において前記中心軸から最も遠い前記共振器同士の間隔が、前記電磁波の半波長の長さを超えないように、前記複数の共振器が配置される、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項4】

前記複数の共振器は、前記共振器それぞれが、前記部材である２枚以上のＣ字状のリング部材の組を有し、複数の前記組を接続した短冊形状に形成され、前記短冊形状の前記複数の共振器が、前記放射状となるように配置される、
請求項３に記載のプラズマ処理装置。

【請求項5】

前記共振器配列構造体は、前記処理空間側の面に前記放射状の溝を有するベースプレートを含むよう構成され、
前記短冊形状の前記複数の共振器は、前記リング部材が積層された面が前記ベースプレートの面に対して垂直となるように、前記溝に嵌め込まれる、
請求項４に記載のプラズマ処理装置。

【請求項6】

前記短冊形状の前記複数の共振器は、両端部にノッチが設けられ、前記ノッチが押さえ部材によって前記ベースプレート側に押さえられることにより、前記ベースプレートに固定される、
請求項５に記載のプラズマ処理装置。

【請求項7】

前記短冊形状の前記複数の共振器は、含まれる前記組の数が異なる２種類以上の前記短冊形状の前記複数の共振器である、
請求項４～６のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。

【請求項8】

前記電磁波供給部は、モノポールアンテナであり、
前記モノポールアンテナは、前記中心軸に配置され、前記誘電体の前記第１面から突出している、
請求項１～６のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。

【請求項9】

前記電磁波供給部は、複数設けられる、
請求項１～６のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。

【請求項10】

前記共振器配列構造体は、前記電磁波供給部ごとに複数設けられる、
請求項９に記載のプラズマ処理装置。

【請求項11】

複数の前記電磁波供給部は、それぞれ供給する前記電磁波の周波数が異なる、
請求項１０に記載のプラズマ処理装置。

【請求項12】

前記複数の共振器は、前記放射状の各方向において、共振周波数が異なる、
請求項１～６のいずれか１つ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】

特許文献１には、処理容器の天壁部に複数のマイクロ波放射機構を有するプラズマ処理装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－０３１７０６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、高密度プラズマの特性を安定させることが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、処理空間を提供する処理容器と、処理空間に供給されるプラズマ励起用の電磁波を発生させるように構成される電磁波発生器と、第１面を処理空間に対向させて設けられた誘電体と、誘電体を介して電磁波を処理空間に供給するように構成される電磁波供給部と、処理容器内において誘電体の第１面に沿って位置する共振器配列構造体と、を備え、共振器配列構造体は、導体からなる部材が誘電体板の一面上に積層された構造を有するとともに、電磁波の磁界成分と共振可能であり且つサイズが電磁波の波長よりも小さい複数の共振器を含むよう構成され、複数の共振器は、それぞれの誘電体板が電磁波供給部の中心軸を起点として放射状となるように配置される。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、高密度プラズマの特性を安定させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、本開示の一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成の一例を示す概略断面図である。

【図2】図２は、本実施形態に係るマイクロ波導入装置の構成の一例を示す図である。

【図3】図３は、本実施形態に係るマイクロ波放射機構の一例を模式的に示す図である。

【図4】図４は、本実施形態に係る処理容器の天壁部の一例を模式的に示す図である。

【図5】図５は、本実施形態に係る誘電体窓および共振器配列構造体を斜め下方向から見た構成の一例を示す概略斜視図である。

【図6】図６は、本実施形態に係る共振器の構成の一例を示す図である。

【図7】図７は、本実施形態に係る共振器の構成の一例を示す図である。

【図8】図８は、本実施形態に係る共振器の構成の他の一例を示す図である。

【図9】図９は、本実施形態に係る共振器の断面の一例を示す図である。

【図10】図１０は、共振器のＳ２１値とマイクロ波の周波数との関係の一例を示す図である。

【図11】図１１は、処理容器の天壁部における磁場の一例を示す図である。

【図12】図１２は、本実施形態に係る共振器配列構造体の磁場分布の一例を示す図である。

【図13】図１３は、本実施形態に係る放射状に配列された共振器同士の間隔の一例について説明する図である。

【図14】図１４は、変形例１に係る誘電体窓および共振器配列構造体を斜め下方向から見た構成の一例を示す概略斜視図である。

【図15】図１５は、変形例２に係る放射状に配列された共振器同士の間隔の一例について説明する図である。

【図16】図１６は、変形例３に係る共振器配列構造体の断面を斜め下方向から見た構成の一例を示す斜視断面図である。

【図17】図１７は、図１６の矢視Ｂにおけるベースプレートの一例を示す斜視図である。

【図18】図１８は、変形例３に係る短冊形状の共振器の構成の一例を示す図である。

【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】

ところで、プラズマ励起用のマイクロ波を用いたプラズマ処理装置では、プラズマの電子密度を高めるために処理容器内に供給されるマイクロ波の電力を上昇させることがある。処理容器内に供給されるマイクロ波の電力を上昇させるほど、プラズマの電子密度を高めることができる。

【0010】

ここで、処理容器内に供給されるマイクロ波の電力を上昇させることによりプラズマの電子密度がある上限値に到達すると、処理容器内の空間の誘電率が負となることが知られている。この電子密度の上限値を適宜「遮断密度」と呼ぶ。また、マイクロ波が空間を伝搬するか否かを示す指標として、屈折率が知られている。屈折率Ｎは、以下の式（１）により表される。
Ｎ＝√ε√μ ・・・（１）
ただし、ε：誘電率、μ：透磁率

【0011】

透磁率は一般に正であるので、処理容器内の空間の誘電率が負となると、上記の式（１）により、処理容器内の空間の屈折率が純虚数となる。これにより、マイクロ波が減衰して処理容器内の空間を伝搬することができなくなる。このように、プラズマの電子密度が遮断密度に到達すると、処理容器内の空間においては、マイクロ波が伝搬できないため、マイクロ波の電力がプラズマに十分に吸収されない。結果として、処理容器内に生成されるプラズマの広範囲での高密度化が阻害されるという問題がある。また、円形の処理容器内では、一般的に磁場の方向が定まっておらず、高密度化されたプラズマの安定性が低い場合がある。そこで、プラズマの広範囲での高密度化を実現できるとともに、高密度プラズマの特性を安定させることができる技術が期待されている。

【0012】

[プラズマ処理装置の構成]
図１は、本開示の一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成の一例を示す概略断面図である。図１に示すプラズマ処理装置１００は、処理容器１０１と、載置台１０２と、ガス供給機構１０３と、排気装置１０４と、マイクロ波導入装置１０５と、制御部１０６とを有する。処理容器１０１は、基板Ｗを収容する。載置台１０２は、基板Ｗを載置する。ガス供給機構１０３は、処理容器１０１内にガスを供給する。排気装置１０４は、処理容器１０１内を排気する。マイクロ波導入装置１０５は、処理容器１０１内にプラズマを生成させるためのマイクロ波を発生させるとともに、処理容器１０１内にマイクロ波を導入する。制御部１０６は、プラズマ処理装置１００の各部の動作を制御する。なお、プラズマ処理装置１００で実行されるプラズマ処理としては、成膜処理、エッチング処理、アッシング処理および改質処理等が例示される。

【0013】

処理容器１０１は、例えばアルミニウムおよびその合金等の金属材料によって形成されており、内部に略円筒形状の処理空間Ｓを提供している。処理容器１０１は、板状の天壁部１１１および底壁部１１３と、これらを連結する側壁部１１２とを有している。マイクロ波導入装置１０５は、処理容器１０１の上部に設けられ、処理容器１０１内に電磁波（マイクロ波）を導入してプラズマを生成するプラズマ生成手段として機能する。マイクロ波導入装置１０５については後で詳細に説明する。

【0014】

天壁部１１１には、マイクロ波導入装置１０５の後述するマイクロ波放射機構、共振器配列構造体およびガス導入部が嵌め込まれる複数の開口部を有している。側壁部１１２は、処理容器１０１に隣接する搬送室（図示せず）との間で被処理体である基板Ｗの搬入出を行うための搬入出口１１４を有している。搬入出口１１４はゲートバルブ１１５により開閉されるようになっている。底壁部１１３には排気装置１０４が設けられている。排気装置１０４は底壁部１１３に接続された排気管１１６に設けられ、真空ポンプと圧力制御バルブを備えている。排気装置１０４の真空ポンプにより排気管１１６を介して処理容器１０１内が排気される。処理容器１０１内の圧力は圧力制御バルブにより制御される。

【0015】

載置台１０２は、円盤状をなしており、ＡｌＮ等のセラミックスからなっている。載置台１０２は、処理容器１０１の底部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１２０により支持されている。載置台１０２の外縁部には基板Ｗをガイドするためのガイドリング１８１が設けられている。また、載置台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）が載置台１０２の上面に対して突没可能に設けられている。さらに、載置台１０２の内部には抵抗加熱型のヒータ１８２が埋め込まれており、このヒータ１８２はヒータ電源１８３から給電されることにより載置台１０２を介してその上の基板Ｗを加熱する。また、載置台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の加熱温度を、例えば３００～１０００℃の範囲の所定の温度に制御可能となっている。さらに、載置台１０２内のヒータ１８２の上方には、基板Ｗと同程度の大きさの電極１８４が埋設されており、この電極１８４には、高周波バイアス電源１２２が電気的に接続されている。この高周波バイアス電源１２２から載置台１０２にイオンを引き込むための高周波バイアスが、電極１８４に印加される。なお、高周波バイアス電源１２２はプラズマ処理の特性によっては設けなくてもよい。

【0016】

ガス供給機構１０３は、プラズマ生成ガス、およびカーボン膜等の成膜対象の膜を形成するための原料ガスを処理容器１０１内に導入するためのものであり、複数のガス導入ノズル１２３を有している。ガス導入ノズル１２３は、処理容器１０１の天壁部１１１に形成された開口部に嵌め込まれている。ガス導入ノズル１２３には、ガス供給配管１９１が接続されている。このガス供給配管１９１は、分岐管１９１ａ、１９１ｂ、１９１ｃ、１９１ｄ、１９１ｅの５つに分岐している。これら分岐管１９１ａ、１９１ｂ、１９１ｃ、１９１ｄ、１９１ｅには、Ａｒガス供給源１９２、Ｏ２ガス供給源１９３、Ｎ２ガス供給源１９４、Ｈ２ガス供給源１９５、Ｃ２Ｈ２ガス供給源１９６が接続されている。Ａｒガス供給源１９２は、プラズマ生成ガスである貴ガス（希ガス）としてのＡｒガスを供給する。Ｏ２ガス供給源１９３は、クリーニングガスである酸化ガスとしてのＯ２ガスを供給する。Ｎ２ガス供給源１９４は、パージガス等として用いられるＮ２ガスを供給する。Ｈ２ガス供給源１９５は、還元性ガスとしてのＨ２ガスを供給する。Ｃ２Ｈ２ガス供給源１９６は、成膜原料ガスである炭素含有ガスとしてのアセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガスを供給する。なお、Ｃ２Ｈ２ガス供給源１９６は、エチレン（Ｃ２Ｈ４）等の他の炭素含有ガスを供給してもよい。

【0017】

なお、分岐管１９１ａ、１９１ｂ、１９１ｃ、１９１ｄ、１９１ｅには、図示してはいないが、流量制御用のマスフローコントローラおよびその前後のバルブが設けられている。なお、シャワープレートを設けてＣ２Ｈ２ガスおよびＨ２ガスを基板Ｗに近い位置に供給するようにしてガスの解離を調整することもできる。また、これらのガスを供給するノズルを下方に延ばすことにより同様の効果を得ることができる。

【0018】

マイクロ波導入装置１０５は、前述のように、処理容器１０１の上方に設けられ、処理容器１０１内に電磁波（マイクロ波）を導入してプラズマを生成するプラズマ生成手段として機能する。

【0019】

図２は、本実施形態に係るマイクロ波導入装置の構成の一例を示す図である。図１および図２に示すように、マイクロ波導入装置１０５は、処理容器１０１の天壁部１１１と、マイクロ波出力部１３０と、アンテナユニット１４０とを有する。天壁部１１１は、天板として機能する。マイクロ波出力部１３０は、マイクロ波を生成するとともに、マイクロ波を複数の経路に分配して出力する。アンテナユニット１４０は、マイクロ波出力部１３０から出力されたマイクロ波を、後述する共振器配列構造体２００を介して、処理容器１０１に導入する。

【0020】

マイクロ波出力部１３０は、マイクロ波電源１３１と、マイクロ波発振器１３２と、アンプ１３３と、分配器１３４とを有している。マイクロ波発振器１３２はソリッドステートであり、例えば、２．４５ＧＨｚでマイクロ波を発振（例えば、ＰＬＬ発振）させる。なお、マイクロ波の周波数は、２．４５ＧＨｚに限らず、８６０ＭＨｚ、８．３５ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ等、７００ＭＨｚから１０ＧＨｚの範囲のものを用いることができる。アンプ１３３は、マイクロ波発振器１３２によって発振されたマイクロ波を増幅する。分配器１３４は、アンプ１３３によって増幅されたマイクロ波を複数の経路に分配する。分配器１３４は、入力側と出力側のインピーダンスを整合させながらマイクロ波を分配する。

【0021】

また、マイクロ波出力部１３０は、マイクロ波の周波数、電力および帯域幅等の調整が可能である。マイクロ波出力部１３０は、例えば、マイクロ波の帯域幅を略０に設定することによって、単一周波数のマイクロ波を発生することができる。また、マイクロ波出力部１３０は、所定の周波数帯域幅に属する複数の周波数成分を含むマイクロ波（以下、適宜「広帯域マイクロ波」と呼ぶ。）を発生することができる。これら複数の周波数成分の電力は同一の電力であってもよく、帯域内の中央周波数成分のみが他の周波数成分の電力よりも大きい電力を有していてもよい。マイクロ波出力部１３０は、マイクロ波の電力を、例えば０Ｗ～５０００Ｗの範囲内で調整することができる。マイクロ波出力部１３０は、マイクロ波の周波数または広帯域マイクロ波の中央周波数を、例えば２．３ＧＨｚ～２．５ＧＨｚの範囲内で調整することができ、広帯域マイクロ波の帯域幅を例えば０ＭＨｚ～１００ＭＨｚの範囲で調整することができる。また、マイクロ波出力部１３０は、広帯域マイクロ波の複数の周波数成分の周波数のピッチ（キャリアピッチ）を、例えば０～２５ｋＨｚの範囲内で調整することができる。なお、マイクロ波出力部１３０は、電磁波発生器の一例である。

【0022】

アンテナユニット１４０は、複数のアンテナモジュール１４１を含んでいる。複数のアンテナモジュール１４１は、それぞれ、分配器１３４によって分配されたマイクロ波を処理容器１０１内に導入する。複数のアンテナモジュール１４１の構成は全て同一である。各アンテナモジュール１４１は、分配されたマイクロ波を主に増幅して出力するアンプ部１４２と、アンプ部１４２から出力されたマイクロ波を処理容器１０１内に放射するマイクロ波放射機構１４３とを有する。

【0023】

アンプ部１４２は、位相器１４５と、可変ゲインアンプ１４６と、メインアンプ１４７と、アイソレータ１４８とを有する。位相器１４５は、マイクロ波の位相を変化させる。可変ゲインアンプ１４６は、メインアンプ１４７に入力されるマイクロ波の電力レベルを調整する。メインアンプ１４７は、ソリッドステートアンプとして構成されている。アイソレータ１４８は、後述するマイクロ波放射機構１４３のアンテナ部で反射されてメインアンプ１４７に向かう反射マイクロ波を分離する。

【0024】

ここで、図３を用いてマイクロ波放射機構１４３について説明する。図３は、本実施形態に係るマイクロ波放射機構の一例を模式的に示す図である。複数のマイクロ波放射機構１４３は、図１に示すように、天壁部１１１に設けられている。また、図３に示すように、マイクロ波放射機構１４３は、筒状をなす外側導体１５２および外側導体１５２内に外側導体１５２と同軸状に設けられた内側導体１５３を有する。マイクロ波放射機構１４３は、外側導体１５２と内側導体１５３との間にマイクロ波伝送路を有する同軸管１５１と、チューナ１５４と、給電部１５５と、アンテナ部１５６とを有する。チューナ１５４は、負荷のインピーダンスをマイクロ波電源１３１の特性インピーダンスに整合させる。給電部１５５は、アンプ部１４２からの増幅されたマイクロ波をマイクロ波伝送路に給電する。アンテナ部１５６は、同軸管１５１からのマイクロ波を処理容器１０１内に放射する。なお、マイクロ波放射機構１４３は、電磁波供給部の一例である。

【0025】

給電部１５５は、外側導体１５２の上端部の側方から同軸ケーブルによりアンプ部１４２で増幅されたマイクロ波が導入され、例えば、給電アンテナによりマイクロ波を放射する。このマイクロ波の放射により、外側導体１５２と内側導体１５３との間のマイクロ波伝送路にマイクロ波電力が給電され、マイクロ波電力がアンテナ部１５６に向かって伝播する。

【0026】

アンテナ部１５６は、同軸管１５１の下端部に設けられている。アンテナ部１５６は、内側導体１５３の下端部に接続された円盤状をなす平面アンテナ１６１と、平面アンテナ１６１の上面側に配置された遅波材１６２と、平面アンテナ１６１の下面側に配置されたマイクロ波透過板１６３とを有している。なお、マイクロ波透過板１６３は、処理空間Ｓに対向させて設けられた誘電体の一例である。マイクロ波透過板１６３は天壁部１１１に嵌め込まれており、その下面は後述する共振器配列構造体２００と対向するとともに、処理容器１０１の内部空間に露出している。平面アンテナ１６１は、貫通するように形成されたスロット１６１ａを有している。スロット１６１ａの形状は、マイクロ波が効率良く放射されるように適宜設定される。スロット１６１ａには誘電体が挿入されていてもよい。

【0027】

遅波材１６２は、真空よりも大きい誘電率を有する材料によって形成されており、その厚さによりマイクロ波の位相を調整することができ、マイクロ波の放射エネルギーが最大となるようにすることができる。マイクロ波透過板１６３も誘電体で構成されマイクロ波をＴＥモードで効率的に放射することができるような形状をなしている。そして、マイクロ波透過板１６３を透過したマイクロ波は、後述する共振器配列構造体２００を介して、処理容器１０１内の空間にプラズマを生成する。遅波材１６２およびマイクロ波透過板１６３を構成する材料としては、例えば、石英やセラミックス、ポリテトラフルオロエチレン樹脂等のフッ素系樹脂、ポリイミド樹脂等を用いることができる。

【0028】

チューナ１５４は、スラグチューナを構成している。チューナ１５４は、図３に示すように、スラグ１７１ａ，１７１ｂと、アクチュエータ１７２と、チューナコントローラ１７３とを有している。スラグ１７１ａ，１７１ｂは、同軸管１５１のアンテナ部１５６よりも基端部側（上端部側）の部分に配置された２つのスラグである。アクチュエータ１７２は、これら２つのスラグをそれぞれ独立して駆動する。チューナコントローラ１７３は、アクチュエータ１７２を制御する。

【0029】

スラグ１７１ａ，１７１ｂは、板状かつ環状をなし、セラミックス等の誘電体材料で構成され、同軸管１５１の外側導体１５２と内側導体１５３の間に配置されている。また、アクチュエータ１７２は、例えば、内側導体１５３の内部に設けられた、それぞれスラグ１７１ａ，１７１ｂが螺合する２本のねじを回転させることによりスラグ１７１ａ，１７１ｂを個別に駆動する。そして、チューナコントローラ１７３からの指令に基づいて、アクチュエータ１７２によって、スラグ１７１ａ，１７１ｂを上下方向に移動させる。チューナコントローラ１７３は、終端部のインピーダンスが５０Ωになるように、スラグ１７１ａ，１７１ｂの位置を調整する。

【0030】

メインアンプ１４７と、チューナ１５４と、平面アンテナ１６１とは近接配置している。そして、チューナ１５４と平面アンテナ１６１とは集中定数回路を構成し、かつ共振器として機能する。平面アンテナ１６１の取り付け部分には、インピーダンス不整合が存在する。しかしながら、チューナ１５４によりプラズマ負荷に対して直接チューニングするので、プラズマを含めて高精度でチューニングすることができ、平面アンテナ１６１における反射の影響を解消することができる。

【0031】

図４は、本実施形態に係る処理容器の天壁部の一例を模式的に示す図である。図４は、図１のＡ－Ａ断面のうち、側壁部１１２より内側の処理空間Ｓの部分に対応する。また、処理容器１０１の上方向をＺ軸方向として表している。図４に示すように、本実施形態では、マイクロ波放射機構１４３は７本設けられており、これらに対応するマイクロ波透過板１６３は、均等に六方最密配置になるように配置されている。すなわち、７つのマイクロ波透過板１６３のうち１つは、天壁部１１１の中央に配置され、その周囲に、他の６つのマイクロ波透過板１６３が配置されている。これら７つのマイクロ波透過板１６３は、隣接するマイクロ波透過板１６３が等間隔になるように配置されている。また、ガス供給機構１０３の複数のガス導入ノズル１２３は、中央のマイクロ波透過板１６３の周囲を囲むように配置されている。なお、マイクロ波放射機構１４３の本数は７本に限るものではない。

【0032】

マイクロ波透過板１６３の下面、つまり、天壁部１１１の複数のマイクロ波放射機構１４３に対応する位置には、それぞれ共振器配列構造体２００が設けられている。共振器配列構造体２００は、マイクロ波の磁界成分と共振可能であり且つサイズがマイクロ波の波長よりも小さい複数の共振器を含むように形成され、処理容器１０１内に位置する。なお、共振器配列構造体はメタマテリアルとも称され、共振器はメタアトムとも称される。また、複数の共振器は、共振器が横に複数連結された短冊形状の共振器２２０を複数形成する。なお、以下の説明では、短冊形状の共振器２２０を短冊形共振器２２０と表す場合がある。複数の短冊形共振器２２０は、短冊形状の短辺がＺ軸方向となるように、且つ、マイクロ波放射機構１４３それぞれの中心軸を起点として放射状となるように配置される。なお、マイクロ波透過板１６３の下面は、共振器配列構造体２００と接していても、離間していてもよい。

【0033】

共振器配列構造体２００が処理容器１０１内に位置することにより、マイクロ波放射機構１４３によって処理空間Ｓに供給されるマイクロ波と共振器配列構造体２００の複数の共振器とを共振させることができる。マイクロ波と複数の共振器との共振により、処理容器１０１の処理空間Ｓにマイクロ波を効率よく供給することができ且つ処理空間Ｓの透磁率を負にすることができる。処理空間Ｓの透磁率が負である場合、処理空間Ｓ内で生成されるプラズマの電子密度が遮断密度に到達し且つ処理空間Ｓの誘電率が負である場合であっても、上記の式（１）により屈折率が実数となるため、処理空間Ｓにおいてマイクロ波が伝搬することができる。これにより、処理空間Ｓ内で生成されるプラズマの電子密度が遮断密度に到達する場合であっても、プラズマの表皮深さを超えてマイクロ波の伝搬が可能でありプラズマにマイクロ波の電力が効率よく吸収される。結果として、プラズマの表皮深さを越えた広範囲で高密度なプラズマを生成することができる。すなわち、本実施形態に係るプラズマ処理装置１００によれば、共振器配列構造体２００が処理容器１０１内に位置することにより、プラズマを広範囲で高密度化を実現することができる。

【0034】

ここで、図１および図５を参照して、共振器配列構造体２００の詳細な構成について説明する。図５は、本実施形態に係る誘電体窓および共振器配列構造体を斜め下方向から見た構成の一例を示す概略斜視図である。図５には、誘電体窓である複数のマイクロ波透過板１６３のうち、１つのマイクロ波透過板１６３の下面が円盤状に示されている。

【0035】

共振器配列構造体２００は、マイクロ波の磁界成分と共振可能であり且つサイズがマイクロ波の波長よりも小さい複数の共振器２０１を含むように形成される。また、複数の共振器２０１は、共振器２０１が横に複数連結された短冊形共振器２２０を複数形成している。図５の例では、短冊形共振器２２０は、共振器２０１が３つ連結されている。複数の短冊形共振器２２０は、短冊形状の短辺がＺ軸方向となるように、且つ、マイクロ波透過板１６３の中心軸であるＺ１軸を起点として放射状となるように配置される。また、具体的には、複数の共振器２０１は、図６および図７に示す共振器２０１Ａおよび共振器２０１Ｂの少なくともいずれか一つ共振器を含む。複数の共振器２０１の各々は、コンデンサ等価素子およびコイル等価素子からなる直列共振回路を構成する。直列共振回路は、平面上に導体をパターニングすることで、実現される。また、複数の共振器２０１の各々は、サイズがマイクロ波の波長の１／１０未満のサイズである。

【0036】

図６は、本実施形態に係る共振器の構成の一例を示す図である。図６に示す共振器２０１Ａは、導体からなる互いに逆向き且つ同心円状の２枚のＣ字状のリング部材２１１Ａが誘電体板２１２Ａの一面上に積層された構造を有する。内側のリング部材２１１Ａと外側のリング部材２１１Ａの対向面や、各リング部材２１１Ａの両端部においてコンデンサ等価素子が形成され、各リング部材２１１Ａに沿ってコイル等価素子が形成される。これにより、共振器２０１Ａは、直列共振回路を構成することができる。

【0037】

図７は、本実施形態に係る共振器の構成の一例を示す図である。図７に示す共振器２０１Ｂは、導体からなる２枚のＣ字状のリング部材２１１Ｂであって、互いに逆向きに隣接して配置されるリング部材２１１Ｂの間に誘電体板２１２Ｂが配置された構造を有する。すなわち、共振器２０１Ｂにおいては、互いに逆向きの２枚のＣ字状のリング部材２１１Ｂによって誘電体板２１２Ｂが挟まれている。２枚のＣ字状のリング部材２１１Ｂの対向面や、各リング部材２１１Ｂの両端部においてコンデンサ等価素子が形成され、各リング部材２１１Ｂに沿ってコイル等価素子が形成される。これにより、共振器２０１Ｂは、直列共振回路を構成することができる。なお、共振器２０１Ｂは、２枚のＣ字状のリング部材２１１Ｂの組ごとに形成されているとも表すことができる。また、本実施形態では、Ｃ字状のリング部材２１１Ａ，２１１Ｂとして、円リングの一部に切り欠きがある形状で説明しているが、これに限定されない。リング部材の形状は、円リングに限られず、例えば、楕円リング、三角形リング、方形リング、および、多角形リング等のいずれかのリングに切り欠きがある形状であってもよい。

【0038】

なお、図７に示す共振器２０１Ｂにおいては、リング部材２１１Ｂの配置数（以下、適宜「積層数」とも言う。）が２であるが、リング部材２１１Ｂの積層数が２よりも大きくてもよい。図８は、本実施形態に係る共振器の構成の他の一例を示す図である。図８に示す共振器２０１Ｂは、導体からなるＮ（Ｎ≧２）枚のＣ字状のリング部材２１１Ｂであって、互いに逆向きに隣接して配置されるリング部材２１１Ｂの間に誘電体板２１２Ｂが配置された構造を有する。このような構造によっても、共振器２０１Ｂは、直列共振回路を構成することができる。

【0039】

また、複数の共振器２０１の各々には、絶縁性の被膜が形成されてもよい。図９は、本実施形態に係る共振器の断面の一例を示す図である。図９には、図７に示す共振器２０１Ｂの側断面が示されている。共振器２０１Ｂの表面には、絶縁性の被膜（誘電体膜の一例）２１３が形成されている。被膜２１３の材質は、例えば、セラミックである。被膜２１３の厚さは、例えば０．００１ｍｍ～２ｍｍの範囲内である。複数の共振器２０１の各々に絶縁性の被膜２１３が形成されることにより、複数の共振器２０１の各々での異常放電を抑制することができる。また、複数の共振器２０１の各々に絶縁性の被膜２１３が形成されることにより、リング部材２１１Ｂがプラズマに曝されることを抑制できる。

【0040】

制御部１０６は、プロセッサ、メモリ、および入出力インターフェイスを有する。メモリには、プログラムおよびプロセスレシピ等が記憶されている。プロセッサは、メモリからプログラムを読み出して実行することにより、メモリ内に記憶されたプロセスレシピに基づいて、入出力インターフェイスを介して、プラズマ処理装置１００の各部を統括制御する。

【0041】

制御部１０６は、例えば、処理空間Ｓにプラズマが生成される際、複数の共振器２０１の共振周波数よりも高い目標周波数帯において、マイクロ波放射機構１４３によって処理空間Ｓに供給されるマイクロ波と複数の共振器２０１とが共振するように制御する。ここで、共振周波数とは、例えば、複数の共振器２０１の透過特性値（例えば、Ｓ２１値）が極小値となる周波数である。

【0042】

図１０は、共振器のＳ２１値とマイクロ波の周波数との関係の一例を示す図である。マイクロ波放射機構１４３によって処理空間Ｓに供給されるマイクロ波の周波数が複数の共振器２０１の共振周波数ｆｒ（＝約２．３５ＧＨｚ）と一致する場合に、複数の共振器２０１のＳ２１値が極小値となり、マイクロ波と複数の共振器２０１との共振が発生する。マイクロ波と複数の共振器２０１との共振は、複数の共振器２０１の共振周波数ｆｒよりも高い所定の周波数帯（例えば、約０．１ＧＨｚ）においても、維持される。複数の共振器２０１の共振周波数ｆｒよりも高い所定の周波数帯においては、マイクロ波と複数の共振器２０１との共振により処理空間Ｓの誘電率と透磁率をともに負にすることができ、上記の式（１）から分かる通り、処理空間Ｓでのマイクロ波の伝搬が可能となる。本実施形態の目標周波数帯は、複数の共振器２０１の共振周波数ｆｒよりも高い所定の周波数帯（例えば、約０．１ＧＨｚ）に設定される。目標周波数帯は、例えば、複数の共振器２０１の共振周波数ｆｒの０．０５倍以内であることが好ましい。

【0043】

なお、複数の共振器に対する電磁波の伝搬については共振周波数と屈折率、誘電率および透磁率との関係は、たとえば、「ＰＨＹＳＩＣＡＬ ＲＥＶＩＥＷ Ｅ ７１，０３６６１７（２００５）」の「Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｒｅｔｒｉｅｖａｌ ｆｒｏｍ ｉｎｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌｓ」により、Ｄ．Ｒ．Ｓｍｉｔｈ,Ｄ．Ｃ．Ｖｉｅｒ，Ｔｈ．Ｋｏｓｃｈｎｙ ａｎｄ Ｃ．Ｍ．Ｓｏｕｋｏｕｌｉｓらにより報告されている。

【0044】

このように、複数の共振器２０１の共振周波数ｆｒよりも高い目標周波数帯においてマイクロ波と複数の共振器２０１とを共振させることにより、プラズマの電子密度が遮断密度に到達する場合であっても、マイクロ波の伝搬がプラズマの表皮深さを越えて可能となる。このため、プラズマにマイクロ波の電力を効率よく吸収できる。結果として、プラズマの表皮深さを越えた広範囲で高密度なプラズマを生成することができる。すなわち、本実施形態に係るプラズマ処理装置１００によれば、複数の共振器２０１の共振周波数ｆｒよりも高い目標周波数帯において、マイクロ波と複数の共振器２０１とを共振させることにより、プラズマを広範囲で高密度化を実現することができる。

【0045】

［共振器配列構造体における磁場分布］
次に、図１１および図１２を用いて共振器配列構造体２００における磁場分布について説明する。図１１は、処理容器の天壁部における磁場の一例を示す図である。図１１は、処理容器１０１の天壁部１１１のうち、マイクロ波放射機構１４３のマイクロ波透過板１６３における磁場分布のシミュレーション結果を斜め上方向から見た状態である。図１１に示すように、マイクロ波透過板１６３内では、平面アンテナ１６１から供給されるマイクロ波２３０によって、マイクロ波透過板１６３の中心軸であるＺ１軸を中心とした矢印２３１に示す回転磁場が形成されている。このような回転磁場は、マイクロ波放射機構１４３における電力導入構造、つまり、同軸管１５１をマイクロ波がＴＥＭモードで伝播することに起因する。

【0046】

図１２は、本実施形態に係る共振器配列構造体の磁場分布の一例を示す図である。図１２は、共振器配列構造体２００における磁場分布のシミュレーション結果を斜め上方向から見た状態である。なお、図１２の磁場分布は、マイクロ波透過板１６３を透過した状態で見ているものとする。図１２に示すように、共振器配列構造体２００では、各短冊形共振器２２０の各共振器２０１において、リング部材２１１Ｂを貫くようにＺ１軸を中心とした回転磁場２３２が形成されている。すなわち、共振器配列構造体２００が配置されるマイクロ波透過板１６３の下面では、アンテナ部１５６の平面アンテナ１６１から供給されるマイクロ波がＴＭ０１モードであるので、磁場の方向を回転磁場と見なすことができる。このため、各共振器２０１は、平面アンテナ１６１から供給されるマイクロ波と共振可能である。このように、共振器配列構造体２００では、供給される磁場の方向が定まっているので、生成された高密度プラズマの特性を安定させることができる。すなわち、本実施形態は、プラズマの広範囲での高密度化を実現できるとともに、高密度プラズマの特性を安定させることができる。

【0047】

また、例えば、共振器配列構造体として各共振器を図４のＸ軸方向およびＹ軸方向に格子状に配列した場合、格子状配列のＸ軸方向およびＹ軸方向において全ての方向の磁場と共振可能であるが、共振器配列構造体の構造が複雑になる。これに対し、本実施形態の共振器配列構造体２００では、回転磁場の方向に応じた各共振器２０１の配列となっているので、共振器配列構造体２００の構造を簡略化することができる。また、共振器配列構造体２００では、構造を簡略化できるので、製作時の寸法誤差やコストを抑制することができる。

【0048】

［放射状の共振器と波長との関係］
続いて、図１３を用いて放射状に配置された短冊形共振器２２０の間隔と供給されるマイクロ波の波長との関係について説明する。図１３は、本実施形態に係る放射状に配列された共振器同士の間隔の一例について説明する図である。図１３は、共振器配列構造体２００をＺ軸の下方向から見ている状態である。図１３に示すように、共振器配列構造体２００では、短冊形共振器２２０が放射状に配置されているので、共振器配列構造体２００の半径を大きくしていくと、最外周部で短冊形共振器２２０の共振器２０１同士の円周方向の間隔２５０が大きくなっていく。このとき、間隔２５０が供給されるマイクロ波の半波長（λ／２）を超えると、共振器配列構造体２００の効率が低下することが考えられる。従って、間隔２５０は、供給されるマイクロ波の半波長を超えないことが好ましい。すなわち、共振器配列構造体２００は、放射状に配置された複数の共振器２０１のうち、共振器配列構造体２００の円周方向（中心軸を中心とする円の周方向）において中心軸から最も遠い共振器２０１同士の間隔２５０が、電磁波の半波長の長さを超えないように、複数の共振器２０１が配置される。これにより、共振器配列構造体２００におけるプラズマ生成の効率を向上させることができる。

【0049】

（変形例１～３）
次に、図１４から図１８を用いて本実施形態の変形例１～３について説明する。図１４は、変形例１に係る誘電体窓および共振器配列構造体を斜め下方向から見た構成の一例を示す概略斜視図である。図１４では、変形例１として、マイクロ波放射機構１４３のうち、平面アンテナ１６１に代えて、モノポールアンテナ３０１を用いた場合におけるマイクロ波透過板３６３および共振器配列構造体３００を示している。なお、図１４には、図５と同様に、誘電体窓である複数のマイクロ波透過板３６３のうち、１つのマイクロ波透過板３６３の下面が円盤状に示されている。

【0050】

共振器配列構造体３００は、共振器配列構造体２００と同様に、複数の共振器２０１を含む短冊形共振器２２０を複数有する。複数の短冊形共振器２２０は、短冊形状の短辺がＺ軸方向となるように、且つ、マイクロ波透過板３６３の中心軸であるＺ１軸を起点として放射状となるように配置される。マイクロ波透過板３６３の中心軸には、同軸管１５１の内側導体１５３と電気的に接続されるモノポールアンテナ３０１が配置される。モノポールアンテナ３０１は、例えば、マイクロ波透過板３６３を貫通して内側導体１５３と接続される。また、モノポールアンテナ３０１は、マイクロ波透過板３６３の処理空間Ｓ側の面から突出している。モノポールアンテナ３０１は、平面アンテナ１６１と同様に、処理空間Ｓにマイクロ波を供給することができる。つまり、モノポールアンテナ３０１を含むマイクロ波放射機構は、電磁波供給部の一例である。

【0051】

このように、モノポールアンテナ３０１を用いた場合であっても、図１２に示す回転磁場２３２を形成できるので、プラズマの広範囲での高密度化を実現できるとともに、高密度プラズマの特性を安定させることができる。すなわち、処理空間Ｓへのマイクロ波の供給は、平面アンテナ１６１に限定されず、モノポールアンテナ３０１を用いてもよい。また、処理空間Ｓへのマイクロ波の供給は、回転磁場を発生させることが出来れば、ダイポールアンテナ、マルチポールアンテナ、同軸導波管および円形導波管等を用いてもよい。

【0052】

図１５は、変形例２に係る放射状に配列された共振器同士の間隔の一例について説明する図である。図１５では、変形例２の共振器配列構造体３１０について説明する。図１５は、共振器配列構造体３１０をＺ軸の下方向から見ている状態である。図１５に示す共振器配列構造体３１０は、半径が大きいため、最外周部における短冊形共振器２２０の共振器２０１同士の円周方向の間隔が供給されるマイクロ波の半波長（λ／２）を超える場合に、各短冊形共振器２２０間に各共振器２２１を配置した例である。共振器配列構造体３１０では、各短冊形共振器２２０と各共振器２２１との間隔２５１が半波長（λ／２）以下となるように、各短冊形共振器２２０間に各共振器２２１が配置される。なお、共振器２２１は、１つの共振器２０１であってもよいし、複数の共振器２０１を有する短冊形共振器であってもよい。

【0053】

これにより、共振器配列構造体３１０は、間隔２５１が供給されるマイクロ波の半波長を超えないので、プラズマ生成の効率を向上させることができる。また、共振器配列構造体３１０は、マイクロ波放射機構１４３のマイクロ波透過板１６３の直径が処理容器１０１の内径に近い大きさであっても、プラズマ生成の効率を向上させることができる。つまり、共振器配列構造体３１０は、マイクロ波放射機構１４３を１つ有するプラズマ処理装置において適用することが好ましい。

【0054】

図１６は、変形例３に係る共振器配列構造体の断面を斜め下方向から見た構成の一例を示す斜視断面図である。図１７は、図１６の矢視Ｂにおけるベースプレートの一例を示す斜視図である。図１８は、変形例３に係る短冊形状の共振器の構成の一例を示す図である。図１６に示す変形例３の共振器配列構造体５００は、ベースプレート５０１が、天壁部４１１の上部から嵌め込まれる構成の共振器配列構造体の一例である。なお、図１６には、複数のマイクロ波透過板１６３に対応する共振器配列構造体５００のうち、１つの共振器配列構造体５００の斜め下方向から見た断面が示されている。また、図１６では、マイクロ波透過板１６３の中心軸、つまり、共振器配列構造体５００の中心軸をＺ１軸としている。なお、変形例３では、共振器配列構造体５００のベースプレート５０１をマイクロ波透過板１６３の代わりとして用いてもよい。

【0055】

共振器配列構造体５００は、ベースプレート５０１と、短冊形共振器５１０とを有する。図１７に示すように、ベースプレート５０１は、処理空間Ｓ側の面に放射状の溝５０２とネジ穴５０３，５０４とを有する。なお、溝５０２は、深さ方向が、例えばＺ１軸の方向（垂直方向）の溝である。また、、図１７は、図１６の矢視Ｂの方向から見たベースプレート５０１を表している。さらに、図１８に示すように、短冊形共振器５１０は、共振器５１１が２つ横に連結され、両端部にノッチ５１２を設けている。共振器５１１は、例えば、互いに逆向きの２枚のＣ字状のリング部材５１１Ｂを有する共振器であり、共振器２０１Ｂと同様の構成の共振器である。なお、短冊形共振器５１０において、連結される共振器５１１の数は限定されない。短冊形共振器５１０は、例えば、変形例２の短冊形共振器２２０および共振器２２１のように、含まれる共振器５１１の数、つまり、リング部材５１１Ｂの組の数が異なる２種類以上の短冊形状の複数の共振器であってもよい。

【0056】

図１６に示すように、短冊形共振器５１０は、各溝５０２に各短冊形共振器５１０が嵌め込まれ、ノッチ５１２がワッシャ５０５を介してネジ穴５０３，５０４に螺合されるネジ５０６によってベースプレート５０１側に押さえられる。このとき、各短冊形共振器５１０は、外周側の各ノッチ５１２が各ネジ穴５０３に螺合される各ネジ５０６、および、各ネジ５０６によって押さえられる各ワッシャ５０５によって押さえられる。同様に、各短冊形共振器５１０は、中心側のノッチ５１２がネジ穴５０４に螺合されるネジ５０６、および、ネジ５０６によって押さえられるワッシャ５０５によって押さえられる。ワッシャ５０５およびネジ５０６は、押さえ部材の一例である。また、ワッシャ５０５およびネジ５０６は、誘電体部材であるアルミナ等のセラミックスで形成されている。すなわち、短冊形共振器５１０は、リング部材５１１Ｂが積層された面がベースプレート５０１の面に対して垂直となるように、溝５０２に嵌め込まれる。このように、共振器配列構造体５００では、共振器５１１を含む短冊形共振器５１０を容易に放射状に配置することができる。

【0057】

なお、上記した実施形態では、電磁波供給部であるマイクロ波放射機構１４３を複数設けたプラズマ処理装置１００を説明したが、これに限定されない。例えば、電磁波供給部であるマイクロ波放射機構を１つ有するタイプのプラズマ処理装置に対して適用してもよい。この場合、１つのマイクロ波放射機構に対応する処理容器内の処理空間に、共振器配列構造体が設けられる。

【0058】

また、上記した実施形態では、マイクロ波出力部１３０において、同一の周波数成分を含むマイクロ波が分配器１３４により各マイクロ波放射機構１４３に分配されたが、これに限定されない。例えば、マイクロ波出力部１３０内に異なる周波数を出力するマイクロ波発振器１３２を複数設け、各マイクロ波放射機構１４３のうち、供給するマイクロ波の周波数が異なるマイクロ波放射機構１４３を含むようにしてもよい。例えば、７つのマイクロ波放射機構１４３がそれぞれ供給するマイクロ波（電磁波）の周波数が異なるようにしてもよい。これにより、各マイクロ波放射機構１４３によって供給されるマイクロ波の干渉を抑制することができる。

【0059】

また、上記した実施形態では、１つの共振器配列構造体２００内における、各短冊形共振器２２０に含まれる各共振器２０１の共振周波数を同一としたが、これに限定されない。例えば、放射状の各方向における各短冊形共振器２２０ごとに、各共振器２０１の共振周波数が異なるようにしてもよい。これにより、１つの共振器配列構造体２００内において、プラズマ密度を制御することができる。

【0060】

以上、本実施形態によれば、プラズマ処理装置１００は、処理空間Ｓを提供する処理容器１０１と、処理空間Ｓに供給されるプラズマ励起用の電磁波を発生させるように構成される電磁波発生器（マイクロ波出力部１３０）と、第１面を処理空間Ｓに対向させて設けられた誘電体（マイクロ波透過板１６３）と、誘電体を介して電磁波を処理空間Ｓに供給するように構成される電磁波供給部（マイクロ波放射機構１４３）と、処理容器１０１内において誘電体の第１面に沿って位置する共振器配列構造体（２００，３００，３１０，５００）と、を備える。共振器配列構造体は、導体からなる部材（リング部材２１１Ａ，２１１Ｂ）が誘電体板（２１２Ａ，２１２Ｂ）の一面上に積層された構造を有するとともに、電磁波の磁界成分と共振可能であり且つサイズが電磁波の波長よりも小さい複数の共振器（２０１，２２１，５１１）を含むよう構成される。複数の共振器は、それぞれの誘電体板が電磁波供給部の中心軸（Ｚ１軸）を起点として放射状となるように配置される。その結果、プラズマの広範囲での高密度化を実現できるとともに、高密度プラズマの特性を安定させることができる。

【0061】

また、本実施形態によれば、共振器の部材は、２枚以上のＣ字状のリング部材である。その結果、共振器がマイクロ波と共振できる。

【0062】

また、本実施形態によれば、共振器配列構造体は、放射状に配置された複数の共振器のうち、中心軸を中心とする円の周方向において中心軸から最も遠い共振器同士の間隔が、電磁波の半波長の長さを超えないように、複数の共振器が配置される。その結果、プラズマ生成の効率を向上させることができる。

【0063】

また、本実施形態によれば、複数の共振器は、共振器それぞれが、部材である２枚以上のＣ字状のリング部材の組を有し、複数の組を接続した短冊形状に形成され、短冊形状の複数の共振器（短冊形共振器２２０）が、放射状となるように配置される。その結果、高密度プラズマの特性を安定させることができる。

【0064】

また、変形例３によれば、共振器配列構造体５００は、処理空間Ｓ側の面に放射状の溝５０２を有するベースプレート５０１を含むよう構成され、短冊形状の複数の共振器（短冊形共振器５１０）は、リング部材５１１Ｂが積層された面がベースプレート５０１の面に対して垂直となるように、溝５０２に嵌め込まれる。その結果、共振器を容易に放射状に配置することができる。

【0065】

また、変形例３によれば、短冊形状の複数の共振器は、両端部にノッチ５１２が設けられ、ノッチ５１２が押さえ部材（ワッシャ５０５およびネジ５０６）によってベースプレート５０１側に押さえられることにより、ベースプレート５０１に固定される。その結果、共振器を容易に放射状に配置することができる。

【0066】

また、変形例２によれば、短冊形状の複数の共振器は、含まれる組の数が異なる２種類以上の短冊形状の複数の共振器である。その結果、プラズマ生成の効率を向上させることができる。

【0067】

また、変形例１によれば、電磁波供給部は、モノポールアンテナ３０１であり、モノポールアンテナ３０１は、中心軸に配置され、マイクロ波透過板３６３の処理空間Ｓ側の面（誘電体の第１面）から突出している。その結果、処理空間Ｓにマイクロ波を供給することができる。

【0068】

また、本実施形態によれば、電磁波供給部は、複数設けられる。その結果、より均等に処理空間Ｓにマイクロ波を供給することができる。

【0069】

また、本実施形態によれば、共振器配列構造体は、電磁波供給部ごとに複数設けられる。その結果、高密度プラズマの特性をより安定させることができる。

【0070】

また、本実施形態によれば、複数の電磁波供給部は、それぞれ供給する電磁波の周波数が異なる。その結果、各電磁波供給部によって供給されるマイクロ波の干渉を抑制することができる。

【0071】

また、本実施形態によれば、複数の共振器は、放射状の各方向において、共振周波数が異なる。その結果、１つの共振器配列構造体内において、プラズマ密度を制御することができる。

【0072】

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。

【0073】

なお、本開示は以下のような構成も取ることができる。
（１）
処理空間を提供する処理容器と、
前記処理空間に供給されるプラズマ励起用の電磁波を発生させるように構成される電磁波発生器と、
第１面を前記処理空間に対向させて設けられた誘電体と、
前記誘電体を介して前記電磁波を前記処理空間に供給するように構成される電磁波供給部と、
前記処理容器内において前記誘電体の前記第１面に沿って位置する共振器配列構造体と、
を備え、
前記共振器配列構造体は、導体からなる部材が誘電体板の一面上に積層された構造を有するとともに、前記電磁波の磁界成分と共振可能であり且つサイズが前記電磁波の波長よりも小さい複数の共振器を含むよう構成され、
前記複数の共振器は、それぞれの前記誘電体板が前記電磁波供給部の中心軸を起点として放射状となるように配置される、
プラズマ処理装置。
（２）
前記共振器の前記部材は、２枚以上のＣ字状のリング部材である、
前記（１）に記載のプラズマ処理装置。
（３）
前記共振器配列構造体は、前記放射状に配置された前記複数の共振器のうち、前記中心軸を中心とする円の周方向において前記中心軸から最も遠い前記共振器同士の間隔が、前記電磁波の半波長の長さを超えないように、前記複数の共振器が配置される、
前記（１）または（２）に記載のプラズマ処理装置。
（４）
前記複数の共振器は、前記共振器それぞれが、前記部材である２枚以上のＣ字状のリング部材の組を有し、複数の前記組を接続した短冊形状に形成され、前記短冊形状の前記複数の共振器が、前記放射状となるように配置される、
前記（３）に記載のプラズマ処理装置。
（５）
前記共振器配列構造体は、前記処理空間側の面に前記放射状の溝を有するベースプレートを含むよう構成され、
前記短冊形状の前記複数の共振器は、前記リング部材が積層された面が前記ベースプレートの面に対して垂直となるように、前記溝に嵌め込まれる、
前記（４）に記載のプラズマ処理装置。
（６）
前記短冊形状の前記複数の共振器は、両端部にノッチが設けられ、前記ノッチが押さえ部材によって前記ベースプレート側に押さえられることにより、前記ベースプレートに固定される、
前記（５）に記載のプラズマ処理装置。
（７）
前記短冊形状の前記複数の共振器は、含まれる前記組の数が異なる２種類以上の前記短冊形状の前記複数の共振器である、
前記（４）～（６）のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
（８）
前記電磁波供給部は、モノポールアンテナであり、
前記モノポールアンテナは、前記中心軸に配置され、前記誘電体の前記第１面から突出している、
前記（１）～（７）のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
（９）
前記電磁波供給部は、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。
（１０）
前記共振器配列構造体は、前記電磁波供給部ごとに複数設けられる、
前記（９）に記載のプラズマ処理装置。
（１１）
複数の前記電磁波供給部は、それぞれ供給する前記電磁波の周波数が異なる、
前記（１０）に記載のプラズマ処理装置。
（１２）
前記複数の共振器は、前記放射状の各方向において、共振周波数が異なる、
前記（１）～（１１）のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。

【符号の説明】

【0074】

１００ プラズマ処理装置
１０１ 処理容器
１１１ 天壁部
１３０ マイクロ波出力部
１４３ マイクロ波放射機構
１６３ マイクロ波透過板
２００，３００，３１０，５００ 共振器配列構造体
２０１，２２１，５１１ 共振器
２１１Ａ，２１１Ｂ，５１１Ｂ リング部材
２１２Ａ，２１２Ｂ 誘電体板
２２０，５１０ 短冊形共振器
３０１ モノポールアンテナ
５０１ ベースプレート
５０２ 溝
５０５ ワッシャ
５０６ ネジ
５１２ ノッチ
Ｓ 処理空間
Ｗ 基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】