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(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】P2024147890
(43)【公開日】2024-10-17
(54)【発明の名称】プラズマ処理装置およびプラズマ制御方法
(51)【国際特許分類】
H05H 1/46 20060101AFI20241009BHJP
【ＦＩ】
H05H1/46 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】18
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023060604
(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】金子 和史
(72)【発明者】
【氏名】川上 聡
(72)【発明者】
【氏名】長田 勇輝
【テーマコード（参考）】
2G084
【Ｆターム（参考）】
2G084AA12
2G084AA13
2G084BB02
2G084CC14
2G084CC33
2G084DD04
2G084DD19
2G084DD25
2G084DD35
2G084DD37
2G084DD38
2G084DD42
2G084DD44
2G084DD47
2G084DD53
2G084DD55
2G084HH19
2G084HH24
2G084HH27
2G084HH28
2G084HH30
(57)【要約】
【課題】プラズマの分布およびプラズマ密度の濃淡をセルごとに制御できるプラズマ処理装置およびプラズマ制御方法を提供する。
【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含み第１の共振周波数を有する共振器であって、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とともに、複数の共振器によって囲まれたセルを複数形成するよう構成され、複数のセルは、セル間で第１の共振周波数が異なる共振器を含む。
【選択図】図１
【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含み第１の共振周波数を有する共振器であって、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とともに、複数の共振器によって囲まれたセルを複数形成するよう構成され、複数のセルは、セル間で第１の共振周波数が異なる共振器を含む。
【選択図】図１
【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含み第１の共振周波数を有する共振器であって、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前記共振器を含むとともに、複数の前記共振器によって囲まれたセルを複数形成するよう構成され、
複数の前記セルは、前記セル間で前記第１の共振周波数が異なる前記共振器を含む、
プラズマ処理装置。
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含み第１の共振周波数を有する共振器であって、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前記共振器を含むとともに、複数の前記共振器によって囲まれたセルを複数形成するよう構成され、
複数の前記セルは、前記セル間で前記第１の共振周波数が異なる前記共振器を含む、
プラズマ処理装置。
【請求項2】
複数の前記セルそれぞれは、前記セルを形成する複数の前記共振器の前記第１の共振周波数に応じた、前記セルとしての第２の共振周波数を有する、
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】
複数の前記セルは、隣り合う前記セル間で前記第２の共振周波数が異なる、
請求項２に記載のプラズマ処理装置。
請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項4】
複数の前記セルは、それぞれ前記第２の共振周波数が異なる、
請求項２に記載のプラズマ処理装置。
請求項２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、複数の前記セルのうち、同一の前記第２の共振周波数を有する前記セルが、前記第２の共振周波数が異なる前記セルを少なくとも３つ挟むように配置される、
請求項２に記載のプラズマ処理装置。
請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項6】
前記共振器配列構造体は、複数の前記セルが、複数のゾーンのうちいずれかの前記ゾーンに配置され、
同一の前記ゾーンに配置された複数の前記セルは、同一の前記第２の共振周波数を有する、
請求項２に記載のプラズマ処理装置。
同一の前記ゾーンに配置された複数の前記セルは、同一の前記第２の共振周波数を有する、
請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項7】
前記ゾーンは、同心四角状に複数設けられる、
請求項６に記載のプラズマ処理装置。
請求項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項8】
前記ゾーンは、象限状に複数設けられる、
請求項６に記載のプラズマ処理装置。
請求項６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、前記ゾーンごとに設けられる、
請求項６に記載のプラズマ処理装置。
請求項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項10】
前記第２の共振周波数は、前記ゾーンごとに異なる共振周波数である、
請求項６～９のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
請求項６～９のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
【請求項11】
前記電磁波供給部は、前記セルごとに設けられ、それぞれの前記電磁波供給部は、対応する前記セルを形成する前記共振器と共振可能な周波数の前記電磁波を供給するように構成される、
請求項１～９のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
請求項１～９のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
【請求項12】
前記電磁波供給部は、複数の前記セルに対して、前記セルを形成する前記共振器と共振可能な周波数の前記電磁波を供給するように構成される、
請求項１～９のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
請求項１～９のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
【請求項13】
前記電磁波供給部は、複数の前記セルに対して、複数の前記セルそれぞれに対応する前記第２の共振周波数と共振可能な、いずれか１つの周波数を含む前記電磁波を供給するように構成される、
請求項２～９のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
請求項２～９のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
【請求項14】
前記電磁波供給部は、複数の前記セルに対して、複数の前記セルそれぞれに対応する前記第２の共振周波数と共振可能な複数の周波数を含む前記電磁波を供給するように構成される、
請求項２～９のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
請求項２～９のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
【請求項15】
前記セルのセル空間は、正方形、正三角形、または、正六角形である、
請求項１～９のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
請求項１～９のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
【請求項16】
複数の前記セルは、隣り合う前記セル間で前記共振器を共用する、
請求項１～９のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
請求項１～９のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
【請求項17】
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り、
前記共振器は、互いに逆向きに隣接して配置される前記リング部材の間に前記誘電体板が配置された構造を有し、前記リング部材の大きさと、前記誘電体板の厚みとに応じて前記第１の共振周波数が決定される、
請求項１～９のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
前記共振器は、互いに逆向きに隣接して配置される前記リング部材の間に前記誘電体板が配置された構造を有し、前記リング部材の大きさと、前記誘電体板の厚みとに応じて前記第１の共振周波数が決定される、
請求項１～９のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
【請求項18】
プラズマ処理装置のプラズマ制御方法であって、
処理空間に供給されるプラズマ励起用の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く第１の共振周波数を有する複数の共振器によって囲まれたセルを複数形成するよう構成された共振器配列構造体に対して、複数の前記第１の共振周波数に応じた前記セルとしての複数の第２の共振周波数とそれぞれ共振可能な複数の周波数を含む前記電磁波を前記処理空間に供給するように、電磁波供給部を制御する、
プラズマ制御方法。
処理空間に供給されるプラズマ励起用の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く第１の共振周波数を有する複数の共振器によって囲まれたセルを複数形成するよう構成された共振器配列構造体に対して、複数の前記第１の共振周波数に応じた前記セルとしての複数の第２の共振周波数とそれぞれ共振可能な複数の周波数を含む前記電磁波を前記処理空間に供給するように、電磁波供給部を制御する、
プラズマ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、プラズマ処理装置およびプラズマ制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１は、プラズマ励起用のマイクロ波を処理容器内に供給してプラズマを生成するプラズマ処理装置を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００９－２４５５９３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、プラズマの分布およびプラズマ密度の濃淡をセルごとに制御できるプラズマ処理装置およびプラズマ制御方法を提供する。
【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含み第１の共振周波数を有する共振器であって、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とともに、複数の共振器によって囲まれたセルを複数形成するよう構成され、複数のセルは、セル間で第１の共振周波数が異なる共振器を含む。
【発明の効果】
【0006】
本開示によれば、プラズマの分布およびプラズマ密度の濃淡をセルごとに制御できる。
【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およびプラズマ制御方法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
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、生成されたプラズマが天板で広がったり、複数のプラズマ源で生成されたプラズマがお互いに干渉したりして、プラズマ密度の制御が難しいことがある。
【0012】
そこで、プラズマの広範囲での高密度化を実現することができるとともに、プラズマの分布およびプラズマ密度の濃淡をセルごとに制御できる技術が期待されている。
【0013】
（第１実施形態）
[プラズマ処理装置の構成]
図１は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１の構成の一例を示す概略断面図である。プラズマ処理装置１は、装置本体１０および制御装置１１を備える。装置本体１０は、処理容器１２、ステージ１４、マイクロ波出力装置（電磁波発生器の一例）１６、誘電体窓２０および共振器配列構造体１００を備える。
[プラズマ処理装置の構成]
図１は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１の構成の一例を示す概略断面図である。プラズマ処理装置１は、装置本体１０および制御装置１１を備える。装置本体１０は、処理容器１２、ステージ１４、マイクロ波出力装置（電磁波発生器の一例）１６、誘電体窓２０および共振器配列構造体１００を備える。
【0014】
処理容器１２は、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウム等によって略円筒状に形成されており、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１２は、保安接地されている。また、処理容器１２は、側壁１２ａおよび底部１２ｂを有する。側壁１２ａの中心軸線を、軸線Ｚと定義する。底部１２ｂは、側壁１２ａの下端側に設けられている。底部１２ｂには、排気用の排気口１２ｈが設けられている。また、側壁１２ａの上端部は開口している。また、側壁１２ａの内壁面は、処理空間Ｓに対向している。すなわち、側壁１２ａは、内壁面を処理空間Ｓに対向させて設けられる。
【0015】
側壁１２ａには、被処理体ＷＰの搬入／搬出を行うための開口１２ｃが形成されている。開口１２ｃは、ゲートバルブＧによって開閉される。
【0016】
側壁１２ａの上端部には誘電体窓２０が設けられており、側壁１２ａの上端部の開口を上方から塞ぐ。誘電体窓（誘電体の一例）２０の下面（第１面の一例）２０ａは、処理空間Ｓに対向している。すなわち、誘電体窓２０は、下面２０ａを処理空間Ｓに対向させて設けられる。誘電体窓２０と側壁１２ａの上端部との間にはＯリング１９が配置されている。
【0017】
ステージ１４は、処理容器１２内に収容される。ステージ１４は、軸線Ｚの方向において誘電体窓２０と対面するように設けられている。ステージ１４と誘電体窓２０の間の空間が処理空間Ｓである。ステージ１４の上には、被処理体ＷＰが載置される。
【0018】
ステージ１４は、基台１４ａおよび静電チャック１４ｃを有する。基台１４ａは、アルミニウム等の導電性の材料により略円盤状に形成されている。基台１４ａは、基台１４ａの中心軸線が軸線Ｚに略一致するように処理容器１２内に配置されている。
【0019】
基台１４ａは、絶縁性の材料により形成され且つ軸線Ｚ方向に延伸する筒状支持部４８によって支持されている。筒状支持部４８の外周には、導電性の筒状支持部５０が設けられている。筒状支持部５０は、筒状支持部４８の外周に沿って処理容器１２の底部１２ｂから誘電体窓２０へ向かって延びている。筒状支持部５０と側壁１２ａとの間には、環状の排気路５１が形成されている。
【0020】
排気路５１の上部には、厚さ方向に複数の貫通穴が形成された環状のバッフル板５２が設けられている。バッフル板５２の下方には上述した排気口１２ｈが設けられている。排気口１２ｈには、排気管５４を介して、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプや自動圧力制御弁等を有する排気装置５６が接続されている。排気装置５６により、処理空間Ｓを所望の真空度まで減圧することができる。
【0021】
基台１４ａは、高周波電極として機能する。基台１４ａには、給電棒６２およびマッチングユニット６０を介して、ＲＦバイアス用の高周波電源５８が電気的に接続されている。高周波電源５８は、被処理体ＷＰに引き込まれるイオンのエネルギーを制御するのに適した所定周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ）のバイアス電力をマッチングユニット６０および給電棒６２を介して基台１４ａに供給する。
【0022】
マッチングユニット６０は、高周波電源５８側のインピーダンスと、主に電極、プラズマ、処理容器１２といった負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合器を収容している。整合器の中には自己バイアス生成用のブロッキングコンデンサが含まれている。
【0023】
基台１４ａの上面には、静電チャック１４ｃが設けられている。静電チャック１４ｃは、被処理体ＷＰを静電気力によって吸着保持する。静電チャック１４ｃは、略円盤状の外形を有し、電極１４ｄ、絶縁膜（誘電体膜）１４ｅ、および絶縁膜（誘電体膜）１４ｆを有する。静電チャック１４ｃは、静電チャック１４ｃの中心軸線が軸線Ｚに略一致するように、基台１４ａの上面に配置されている。静電チャック１４ｃの電極１４ｄは、導電膜によって構成されており、絶縁膜１４ｅと絶縁膜１４ｆの間に設けられている。電極１４ｄには、被覆線６８およびスイッチ６６を介して直流電源６４が電気的に接続されている。静電チャック１４ｃは、直流電源６４から印加される直流電圧により発生する静電気力によって、被処理体ＷＰを上面に吸着保持することができる。静電チャック１４ｃの上面は、被処理体ＷＰが載置される載置面であり、処理空間Ｓに対向している。すなわち、静電チャック１４ｃは、載置面である上面を処理空間Ｓに対向させて設けられる。また、基台１４ａ上には、エッジリング１４ｂが設けられている。エッジリング１４ｂは、被処理体ＷＰおよび静電チャック１４ｃを囲むように配置されている。エッジリング１４ｂは、フォーカスリングと呼ばれることもある。
【0024】
基台１４ａの内部には、流路１４ｇが設けられている。流路１４ｇには、図示しないチラーユニットから配管７０を介して冷媒が供給される。流路１４ｇに供給された冷媒は、配管７２を介してチラーユニットに戻される。チラーユニットによって温度が制御された冷媒が基台１４ａの流路１４ｇ内を循環することにより、基台１４ａの温度が制御される。基台１４ａの温度が制御されることにより、基台１４ａ上の静電チャック１４ｃを介して、静電チャック１４ｃ上の被処理体ＷＰの温度が制御される。
【0025】
また、ステージ１４には、Ｈｅガス等の伝熱ガスを、静電チャック１４ｃの上面と被処理体ＷＰの裏面との間に供給するための配管７４が形成されている。
【0026】
マイクロ波出力装置１６は、処理容器１２内に供給される処理ガスを励起させるためのマイクロ波（電磁波の一例）を出力する。マイクロ波出力装置１６は、複数のＲＦ（Radio Frequency）電源３０と、上位コントローラ８０とを有する。複数のＲＦ電源３０は、後述する共振器配列構造体１００に複数形成されたセルＣと、それぞれ対応するように設けられる。また、複数のＲＦ電源３０は、複数のセルＣそれぞれと対応する、誘電体窓２０の上面２０ｂに設けられた複数のアンテナ４０とそれぞれ接続される。
【0027】
ＲＦ電源３０は、予め定められた設定周波数に基づいて、プラズマ生成用のマイクロ波を生成する。設定周波数は、後述のように、各ＲＦ電源３０で異なっていてもよいし、一部のＲＦ電源３０で同じ周波数であってもよい。ＲＦ電源３０は、例えば、設定値である２．４５ＧＨｚのマイクロ波を生成する。ＲＦ電源３０は、後述する上位コントローラ８０から高周波電力の電力設定Ｐｓｅｔと、設定周波数Ｆｓｅｔとを示す信号が入力される。また、ＲＦ電源３０から出力されるマイクロ波は、アンテナ４０に供給される。なお、各ＲＦ電源３０と各アンテナ４０の間には、整合器を設けてもよい。
【0028】
上位コントローラ８０は、制御装置１１の指示に従って複数のＲＦ電源３０を制御するコントローラである。上位コントローラ８０は、制御装置１１から入力されたレシピに応じて、マイクロ波の電力設定Ｐｓｅｔおよび設定周波数Ｆｓｅｔを各ＲＦ電源３０に出力する。また、上位コントローラ８０には、各ＲＦ電源３０から後述するモニタ値Ｐｆ ｍｏｎ，Ｐｒ ｍｏｎが入力される。上位コントローラ８０は、入力されたモニタ値Ｐｆ ｍｏｎ，Ｐｒ ｍｏｎを制御装置１１に出力する。なお、上位コントローラ８０は、制御装置１１に含まれるようにしてもよい。
【0029】
アンテナ４０は、処理空間Ｓにマイクロ波を供給する。アンテナ４０は、電磁波供給部の一例である。各アンテナ４０は、各ＲＦ電源３０と対応するように、誘電体窓２０の上面２０ｂに設けられており、誘電体窓２０を介してマイクロ波を処理空間Ｓに供給する。アンテナ４０は、例えば、スロットアンテナである。アンテナ４０は、例えば、導電性を有する金属によってスロット板が略円盤状に形成されている。アンテナ４０は、ＲＦ電源３０と同軸構造で接続される。
【0030】
共振器配列構造体１００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配列して形成され、処理容器１２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。
【0031】
共振器配列構造体１００が処理容器１２内に位置することにより、各アンテナ４０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１００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１２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１によれば、共振器配列構造体１００が処理容器１２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。
【0032】
ここで、図１および図２を参照して、共振器配列構造体１００の詳細な構成について説明する。図２は、第１実施形態に係る誘電体窓２０および共振器配列構造体１００を下方向から見た構成の一例を示す平面図である。図２には、誘電体窓２０の下面２０ａが円盤状に示されている。
【0033】
【0034】
共振器配列構造体１００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１０１－１～１０１－２５がそれぞれセルＣ１１～Ｃ５５を形成するように配列される。つまり、共振器１０１－１～１０１－２５は、セルＣ１１～Ｃ５５が５行５列の格子状となるように配列される。つまり、セルＣ１１～Ｃ５５は、それぞれ異なるセル空間ＣＳ１１～ＣＳ５５を有する。また、例えば、セルＣ１１は、同じ共振周波数を有する共振器１０１－１で囲まれたセルであり、隣接するセルＣ１２，Ｃ２１，Ｃ２２とは、構成する共振器１０１の共振周波数が異なる。なお、共振器１０１－１～１０１－２５の共振周波数は、第１の共振周波数Ｆｒの一例である。また、共振器１０１－１～１０１－２５は、それぞれ共振周波数が異なる共振器であるが、これらを区別しない場合、共振器１０１と称する。さらに、具体的な構成例としては、複数の共振器１０１は、図３および図４に示す共振器１０１Ａおよび共振器１０１Ｂの少なくともいずれか一つ共振器を含む。複数の共振器１０１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。
【0035】
図３は、第１実施形態に係る共振器１０１Ａの構成の一例を示す図である。図３に示す共振器１０１Ａ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１１１Ａが誘電体板１１２Ａの一面上に積層された構造を有する。内側のリング部材１１１Ａと外側のリング部材１１１Ａの対向面や、各リング部材１１１Ａ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１１１Ａ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１０１Ａは、直列共振回路を構成することができる。
【0036】
図４は、第１実施形態に係る共振器１０１Ｂの構成の一例を示す図である。図４に示す共振器１０１Ｂは、導体からなる２枚のＣ字状のリング部材１１１Ｂ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１１１Ｂの間に誘電体板１１２Ｂが配置された構造を有する。すなわち、共振器１０１Ｂにおいては、互いに逆向きの２枚のＣ字状のリング部材１１１Ｂによって誘電体板１１２Ｂが挟まれている。２枚のＣ字状のリング部材１１１Ｂの対向面や、各リング部材１１１Ｂ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１１１Ｂ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１０１Ｂは、直列共振回路を構成することができる。なお、共振器１０１Ｂは、２枚のＣ字状のリング部材１１１Ｂの組ごとに形成されているとも表すことができる。
【0037】
なお、図４に示す共振器１０１Ｂにおいては、リング部材１１１Ｂ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１１１Ｂの積層数が２よりも大きくてもよい。図５は、第１実施形態に係る共振器１０１Ｂの構成の他の一例を示す図である。図５に示す共振器１０１Ｂは、導体からなるＮ（Ｎ≧２）枚のＣ字状のリング部材１１１Ｂ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１１１Ｂの間に誘電体板１１２Ｂ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１０１Ｂは、直列共振回路を構成することができる。
【0038】
また、複数の共振器１０１の各々には、絶縁性の被膜が形成されてもよい。図６は、第１実施形態に係る共振器１０１Ｂの断面の一例を示す図である。図６には、図４に示す共振器１０１Ｂの側断面が示されている。共振器１０１Ｂの表面には、絶縁性の被膜（誘電体膜の一例）１１３が形成されている。被膜１１３の材質は、例えば、セラミックである。被膜１１３の厚さは、例えば０．００１ｍｍ～２ｍｍの範囲内である。複数の共振器１０１の各々に絶縁性の被膜１１３が形成されることにより、複数の共振器１０１の各々での異常放電を抑制することができる。
【0039】
図１および図２を再び参照する。共振器配列構造体１００の中央部、つまり、セルＣ３３には、誘電体窓２０に形成された貫通穴２０ｈと接続される導管２６が設けられている。導管２６は、ガス供給部２８に接続されている。
【0040】
ガス供給部２８は、被処理体ＷＰを処理するための処理ガスを導管２６に供給する。ガス供給部２８は、ガス供給源２８ａ、バルブ２８ｂ、および流量制御器２８ｃを含む。ガス供給源２８ａは、処理ガスの供給源である。バルブ２８ｂは、ガス供給源２８ａからの処理ガスの供給および供給停止を制御する。流量制御器２８ｃは、例えばマスフローコントローラ等であり、ガス供給源２８ａからの処理ガスの流量を制御する。
【0041】
また、装置本体１０は、インジェクタ４１を備える。インジェクタ４１は、導管２６からのガスを誘電体窓２０に形成された貫通穴２０ｈに供給する。誘電体窓２０の貫通穴２０ｈに供給されたガスは、処理空間Ｓに噴射され、アンテナ４０から誘電体窓２０を介して処理空間Ｓに供給されるマイクロ波によって励起される。これにより、処理空間Ｓ内で処理ガスがプラズマ化され、プラズマに含まれるイオンおよびラジカル等により、被処理体ＷＰが処理される。
【0042】
制御装置１１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、装置本体１０の各部を統括制御する。
【0043】
制御装置１１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１０１の共振周波数よりも高い目標周波数帯において、各アンテナ４０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１０１とが共振するように制御する。すなわち、制御装置１１は、上位コントローラ８０を介して各ＲＦ電源３０に対して、共振器１０１－１～１０１－２５それぞれの共振周波数よりも高い目標周波数帯において、マイクロ波と共振器１０１－１～１０１－２５それぞれ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１０１（共振器１０１－１～１０１－２５）の透過特性値（例えば、Ｓ２１値）が極小値となる周波数である。
【0044】
図７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７では、あるアンテナ４０に対応するセルＣを一例として説明する。アンテナ４０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セルＣの複数の共振器１０１の共振周波数Ｆｒ（例えば、約２．３５ＧＨｚ）と一致する場合に、セルＣの複数の共振器１０１のＳ２１値が極小値となる。つまり、マイクロ波とセルＣの複数の共振器１０１との共振が発生する。マイクロ波とセルＣの複数の共振器１０１との共振は、セルＣの複数の共振器１０１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。セルＣの複数の共振器１０１の共振周波数Ｆｒよりも高い所定の周波数帯においては、マイクロ波とセルＣの複数の共振器１０１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る。つまり、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、ＲＦ電源３０（アンテナ４０）ごとにセルＣの複数の共振器１０１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、セルＣの複数の共振器１０１の共振周波数Ｆｒの０．０５倍以内であることが好ましい。なお、以下の説明では、共振器１０１の共振周波数Ｆｒを第１の共振周波数Ｆｒと表す場合がある。
【0045】
次に、図８を用いて共振器１０１Ｂの共振周波数について説明する。図８は、第１実施形態に係る共振器の共振周波数の一例を示す説明図である。図８の断面１３０に示すように、共振器１０１Ｂは、２枚のＣ字状のリング部材１１１Ｂで誘電体板１１２Ｂを挟んだ構造と捉えることができる。このとき、共振器１０１ＢのＣ字状のリング部材１１１Ｂを貫く磁界Ｈｐが生じると、Ｃ字状のリング部材１１１Ｂに誘導電流Ｉｅが発生する。なお、図８では、Ｃ字状のリング部材１１１Ｂの外側を囲む被膜１１３は省略している。
【0046】
一方、共振器１０１Ｂの共振周波数は、図８の断面１３０および平面１３１における各寸法から求められる。つまり、共振器１０１Ｂの共振周波数は、Ｃ字状のリング部材１１１Ｂの寸法と、２枚のＣ字状のリング部材１１１Ｂに挟まれる誘電体板１１２Ｂの厚さとから、下記の式（２）～（５）に示すように、求めることができる。式（２）は、共振器１０１ＢのインダクタンスＬＭＡを求める式である。式（３）は、共振器１０１ＢのキャパシタンスＣＭＡのうち、平面１３１の上半分または下半分に相当するキャパシタンスＣｈａｌｆを求める式である。式（４）は、共振器１０１ＢとしてのキャパシタンスＣＭＡを求める式である。式（５）は、共振器１０１Ｂの共振周波数Ｆｒを求める式である。
【0047】
【数1】
【数2】
【数3】
【数4】
【0048】
式（２）において、ｒはＣ字状のリング部材１１１Ｂの中心からＣ字の幅の中心までの半径を表し、μ０は真空の透磁率を表す。式（３）において、Ｃｈａｌｆは、共振器１０１Ｂのキャパシタンスのうち、平面１３１の上半分または下半分に相当するキャパシタンスを表す。また、式（３）において、εは誘電率、ε０は真空の誘電率（電気定数）、ＳはＣ字状のリング部材１１１Ｂの上半分または下半分の面積、ｄは２枚のＣ字状のリング部材１１１Ｂの間隔を表す。また、式（３）において、ｒｏｕｔはＣ字状のリング部材１１１Ｂの外側の半径を表し、ｒｉｎはＣ字状のリング部材１１１Ｂの内側の半径を表し、ＳｓｐｌｉｔはＣ字状のリング部材１１１ＢのＣ字の間隙の面積を表す。なお、Ｓｓｐｌｉｔは、平面１３１に示すＣ字状のリング部材１１１Ｂの幅Ｗと、Ｃ字の間隙ｇとから、長方形の面積として近似的に求められる。また、式（３）において、ｄＰＴＦＥは誘電体板１１２Ｂとしてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を用いた場合の２枚のＣ字状のリング部材１１１Ｂの間隔を表す。なお、断面１３０に示すように、２枚のＣ字状のリング部材１１１Ｂの厚さｄ１は、同じ厚さであるのが好ましい。
【0049】
式（５）では、式（２）および式（４）で求めたインダクタンスＬＭＡおよびキャパシタンスＣＭＡに基づいて、共振器１０１Ｂの共振周波数Ｆｒを求めている。なお、共振周波数Ｆｒは、Ｃ字状のリング部材１１１Ｂの外側の半径ｒｏｕｔおよび内側の半径ｒｉｎが大きいほど低くなるとともに、２枚のＣ字状のリング部材１１１Ｂに挟まれる誘電体板１１２Ｂの厚さｄが薄いほど低くなる。また、共振周波数Ｆｒは、Ｃ字状のリング部材１１１Ｂを積層する枚数が増加するほど低くなる。つまり、リング部材１１１Ｂの外側の半径ｒｏｕｔおよび内側の半径ｒｉｎや誘電体板１１２Ｂの厚さｄを調整することで、異なる第１の共振周波数Ｆｒを有する共振器１０１－１～１０１－２５を形成することができる。なお、本実施形態では、Ｃ字状のリング部材１１１Ａ，１１１Ｂ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（間隙ｇに相当）がある形状であってもよい。
【0050】
続いて、図９および図１０を用いて複数のＲＦ電源３０、アンテナ４０およびセルＣの関係について説明する。図９および図１０は、第１実施形態に係るＲＦ電源とセルとの対応の一例を示す図である。図９では、共振器配列構造体１００のＸ方向の一例として、セルＣ１１～Ｃ１５を挙げている。図１０では、共振器配列構造体１００のＹ方向の一例として、セルＣ１１～Ｃ５１を挙げている。
【0051】
図９に示すように、セルＣ１１～Ｃ１５は、誘電体窓２０を介した上部に、ＲＦ電源３０－１１～３０－１５、および、アンテナ４０－１１～４０－１５が、それぞれ配置されている。また、図１０に示すように、セルＣ１１～Ｃ５１は、誘電体窓２０を介した上部に、ＲＦ電源３０－１１～３０－５１、および、アンテナ４０－１１～４０－５１が、それぞれ配置されている。同様に、セルＣ２２～Ｃ２５，Ｃ３２～Ｃ３５，Ｃ４２～Ｃ４５，Ｃ５２～Ｃ５５には、ＲＦ電源３０－２２～３０－２５，３０－３２～３０－３５，３０－４２～３０－４５，３０－５２～３０－５５が、それぞれ配置されている。また、セルＣ２２～Ｃ２５，Ｃ３２～Ｃ３５，Ｃ４２～Ｃ４５，Ｃ５２～Ｃ５５には、アンテナ４０－２２～４０－２５，４０－３２～４０－３５，４０－４２～４０－４５，４０－５２～４０－５５が、それぞれ配置されている。
【0052】
ここで、セルＣ１１を一例とすると、セルＣ１１では、ＲＦ電源３０－１１がアンテナ４０－１１から供給するマイクロ波によって、セル空間ＣＳ１１にプラズマが発生する。つまり、セルＣ１１のセル空間ＣＳ１１に発生するプラズマは、ＲＦ電源３０－１１がアンテナ４０－１１を介して供給するマイクロ波によって、プラズマ密度の濃淡が制御される。すなわち、セルＣ１１～Ｃ５５のセル空間ＣＳ１１～ＣＳ５５では、それぞれ対応するＲＦ電源３０－１１～３０－５５によって、プラズマ密度の濃淡が制御される。
【0053】
次に、図１１を用いてＲＦ電源３０の機能構成について説明する。図１１は、第１実施形態に係るＲＦ電源の機能構成の一例を示すブロック図である。図１１に示すように、ＲＦ電源３０は、ＶＦコンバータ３１と、復調部３２，３３と、プリアンプ３４と、アンプ３５と、方向性結合器３６と、演算部３７と、記憶部３８と、入出力部３９とを有する。
【0054】
ＶＦコンバータ３１は、電圧制御型周波数発生器であり、演算部３７から設定周波数Ｆｓｅｔに基づく電圧が入力されると、入力された電圧に応じた周波数のマイクロ波（高周波信号）を生成する。生成されたマイクロ波は、プリアンプ３４に出力される。ここで生成されたマイクロ波は、シングルピークのマイクロ波である。なお、ＶＦコンバータ３１は、設定周波数Ｆｓｅｔのマイクロ波を生成できれば、他の方式、例えば、ＤＤＳ（Direct Digital Synthesizer）等であっても構わない。
【0055】
復調部３２，３３は、方向性結合器３６からそれぞれ入力された進行波電力Ｐｆおよび反射波電力Ｐｒを復調し、復調された進行波電力Ｐｆおよび反射波電力Ｐｒの波形データを演算部３７に出力する。
【0056】
プリアンプ３４は、演算部３７から入力された電力指令値Ｍｆに応じて、増幅率を変化させることができる増幅器である。プリアンプ３４は、ＶＦコンバータ３１から入力されたマイクロ波を、電力指令値Ｍｆに応じた増幅率で増幅してアンプ３５に出力する。
【0057】
アンプ３５は、プリアンプ３４から入力されたマイクロ波を、所定の電力まで増幅する増幅器である。アンプ３５は、増幅したマイクロ波を、方向性結合器３６および同軸導波管８１を介して、プラズマ生成用のマイクロ波としてアンテナ４０に出力する。なお、ＲＦ電源３０の同軸導波管８１からの出力は、アンテナ４０に直接供給されることが電力損失の観点では望ましいが、ＲＦ電源３０と整合器（図示せず）との設置空間の関係から同軸ケーブル等の中継ケーブルを介してマイクロ波がアンテナ４０に供給されるようにしてもよい。
【0058】
方向性結合器３６は、アンプ３５とアンテナ４０との間の伝送経路に設けられ、進行波電力Ｐｆと反射波電力Ｐｒとを抽出する。抽出した進行波電力Ｒｘ（Ｐｆ）は、復調部３２に入力される。また、抽出した反射波電力Ｒｘ（Ｐｒ）は、復調部３３に入力される。なお、以下の説明では、進行波電力Ｒｘ（Ｐｆ）を単に進行波電力Ｐｆと表し、反射波電力Ｒｘ（Ｐｒ）を単に反射波電力Ｐｒと表す場合がある。
【0059】
演算部３７は、ＲＦ電源３０を制御するコントローラである。演算部３７には、入出力部３９を介して、上位コントローラ８０からマイクロ波の電力設定Ｐｓｅｔと、設定周波数Ｆｓｅｔとが入力される。演算部３７は、進行波電力Ｐｆの算出処理、反射波電力Ｐｒの算出処理、および、電力指令値Ｍｆの設定を実行する。演算部３７は、設定周波数Ｆｓｅｔに基づく電圧をＶＦコンバータ３１に出力し、電力指令値Ｍｆをプリアンプ３４に出力する。なお、電力指令値Ｍｆは、いわゆるロード制御（電力一定制御）で制御される。また、演算部３７は、進行波電力Ｐｆのモニタ値Ｐｆ ｍｏｎと、反射波電力Ｐｒのモニタ値Ｐｒ ｍｏｎを上位コントローラ８０に出力する。
【0060】
記憶部３８は、演算部３７における各処理で用いる情報を記憶する。記憶部３８は、例えば、進行波電力ＰｆのＰｆ成分およびＰｆ位相成分、ならびに、反射波電力ＰｒのＰｒ成分およびＰｒ位相成分等の各種の情報を記憶する。
【0061】
続いて、図１２および図１３を用いて、共振器の共振周波数の設定、および、セルと共振周波数との関係とについて説明する。図１２は、第１実施形態に係る共振器の共振周波数の設定の一例を示す図である。図１２に示すように、複数の共振器１０１は、例えば、２ＧＨｚ～３ＧＨｚの範囲において、グラフ１４１～１５０，・・・，１５１（ｎ－２），１５１（ｎ－１），１５１（ｎ）で表される、それぞれ異なる第１の共振周波数Ｆｒ（１）～Ｆｒ（ｎ）を有する。なお、第１の共振周波数Ｆｒ（１）～Ｆｒ（ｎ）は、例えば、２．４５ＧＨｚを中心として２ＧＨｚ～３ＧＨｚの範囲に収まるように、所定の間隔Ｄで設定される。すなわち、第１の共振周波数Ｆｒ（ｎ）は、Ｆｒ（ｎ）＝Ｋ＋Ｄｎ［ＧＨｚ］（Ｋ：下限周波数）で表すことができる。例えば、Ｋ＝２ＧＨｚ、Ｄ＝０．１、ｎ＝１０の場合、２ＧＨｚ～３ＧＨｚの範囲において、０．１ＧＨｚ間隔で第１の共振周波数Ｆｒ（１）～Ｆｒ（１０）が設定される。また、第１の共振周波数Ｆｒ（１）～Ｆｒ（ｎ）を有する複数の共振器１０１それぞれを共振させるために、各ＲＦ電源３０からは、出力周波数（目標周波数）Ｆｏ（１）～Ｆｏ（ｎ）のマイクロ波が供給される。なお、出力周波数Ｆｏは、例えば、第１の共振周波数Ｆｒ（例えば、２．４５ＧＨｚ）より１．０５倍以内の周波数（例えば、２．５０ＧＨｚ）である。
【0062】
図１３は、第１実施形態に係るセルと共振周波数との関係の一例を示す図である。図１３の設定例１６０は、図２のセルＣ１１～Ｃ５５におけるセルとしての第２の共振周波数Ｆｃ（１）～Ｆｃ（２５）を示している。つまり、共振器１０１－１～１０１－２５の共振周波数を第１の共振周波数Ｆｒとした場合、セルＣ１１～Ｃ５５は、囲まれているそれぞれの共振器１０１－１～１０１－２５の第１の共振周波数Ｆｒに応じて、セルとしての第２の共振周波数Ｆｃを有する。このように、第１実施形態では、セルＣ１１～Ｃ５５の第２の共振周波数Ｆｃ（１）～Ｆｃ（２５）が異なる。このため、セルＣ１１～Ｃ５５では、それぞれのセル空間ＣＳ１１～ＣＳ５５に、セルＣ１１～Ｃ５５にそれぞれ対応するＲＦ電源３０およびアンテナ４０から供給されるマイクロ波によってそれぞれプラズマが生成される。つまり、例えば、セルＣ１１に対応するＲＦ電源３０およびアンテナ４０から供給されるマイクロ波では、隣接するセルＣ１２，Ｃ２１，Ｃ２２を形成する共振器１０１－２，１０１－６，１０１－７が共振しないため、これらのセル空間ではプラズマが生成されない。これにより、セルＣ１１～Ｃ５５ごとに、プラズマ密度を独立して制御することができる。つまり、セルＣ１１～Ｃ５５ごとに、対応するＲＦ電源３０が出力するマイクロ波の電力を変更することで、プラズマの分布およびプラズマ密度の濃淡をセルごとに制御できる。
【0063】
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。
【0064】
このように、複数の共振器１０１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１０１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１によれば、複数の共振器１０１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１０１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。また、本実施形態のプラズマ処理装置１は、共振器配列構造体１００のセルＣごとにＲＦ電源３０を設けるとともに、隣接するセルＣ同士で第２の共振周波数Ｆｃが異なるので、プラズマの分布およびプラズマ密度の濃淡をセルＣごとに制御できる。すなわち、本実施形態のプラズマ処理装置１は、被処理体ＷＰの特定の場所のプラズマ密度を変えて処理速度を制御できるので、被処理体ＷＰ全体のプロセス処理速度を制御することができる。
【0065】
（変形例１～７）
次に、図１４から図２０を用いて第１実施形態の変形例１～７について説明する。図１４は、変形例１に係るセル空間の一例を示す図である。図１４の変形例１では、セルＣ１１を一例として説明する。図１４の配置例１６１は、セルＣ１１におけるセル空間ＣＳ１１の平面視の形状が正三角形となるように、且つ、３つの共振器１０１－１で囲まれるように配置される。なお、配置例１６１では、セルＣ１１の形状を四角形とし、その中に正三角形のセル空間ＣＳ１１を設けたが、セルＣ１１を３つの共振器１０１－１を囲む正三角形としてもよい。また、セル空間ＣＳ１１の形状は、辺の長さが異なる三角形であってもよい。
次に、図１４から図２０を用いて第１実施形態の変形例１～７について説明する。図１４は、変形例１に係るセル空間の一例を示す図である。図１４の変形例１では、セルＣ１１を一例として説明する。図１４の配置例１６１は、セルＣ１１におけるセル空間ＣＳ１１の平面視の形状が正三角形となるように、且つ、３つの共振器１０１－１で囲まれるように配置される。なお、配置例１６１では、セルＣ１１の形状を四角形とし、その中に正三角形のセル空間ＣＳ１１を設けたが、セルＣ１１を３つの共振器１０１－１を囲む正三角形としてもよい。また、セル空間ＣＳ１１の形状は、辺の長さが異なる三角形であってもよい。
【0066】
図１５は、変形例２に係るセル空間の一例を示す図である。図１５の変形例２では、セルＣ１１を一例として説明する。図１５の配置例１６２は、セルＣ１１におけるセル空間ＣＳ１１の平面視の形状が正六角形となるように、且つ、６つの共振器１０１－１で囲まれるように配置される。なお、配置例１６２では、セルＣ１１の形状を四角形とし、その中に正六角形のセル空間ＣＳ１１を設けたが、セルＣ１１を６つの共振器１０１－１を囲む正六角形としてもよい。また、セル空間ＣＳ１１の形状は、辺の長さが異なる六角形であってもよい。
【0067】
図１６は、変形例３に係るセル空間の一例を示す図である。図１６の変形例３では、セルＣ１１を一例として説明する。図１６の配置例１６３は、セルＣ１１におけるセル空間ＣＳ１１が４つ形成されるように、１２個の共振器１０１－１が格子状に配列されている。このとき、セル空間ＣＳ１１間の共振器１０１－１は共用される。配置例１６３では、１つのＲＦ電源およびアンテナ４０から出力されるマイクロ波が、セルＣ１１に属する４つのセル空間ＣＳ１１に供給され、それぞれのセル空間ＣＳ１１でプラズマが生成される。つまり、配置例１６３は、セルＣ１１が４つのセル空間ＣＳ１１に分割されているともいえる。
【0068】
図１７は、変形例４に係るセル空間の一例を示す図である。図１７の変形例４では、セルＣ１１を一例として説明する。図１７の配置例１６４は、セルＣ１１におけるセル空間ＣＳ１１が９つ形成されるように、２４個の共振器１０１－１が格子状に配列されている。このとき、セル空間ＣＳ１１間の共振器１０１－１は共用される。配置例１６４では、１つのＲＦ電源およびアンテナ４０から出力されるマイクロ波が、セルＣ１１に属する９つのセル空間ＣＳ１１に供給され、それぞれのセル空間ＣＳ１１でプラズマが生成される。つまり、配置例１６４は、セルＣ１１が９つのセル空間ＣＳ１１に分割されているともいえる。なお、セル空間ＣＳ１１の格子状における縦横の数は任意の数でもよい。
【0069】
図１８は、変形例５に係るセルと共振周波数との関係の一例を示す図である。図１８の設定例１７０は、図１３に示す設定例１６０から第２の共振周波数Ｆｃを一部のセルＣ間で共用し、その数を削減したものである。設定例１７０は、図２のセルＣ１１～Ｃ５５におけるセルとしての第２の共振周波数Ｆｃ（１）～Ｆｃ（１６）を示している。つまり、セルＣ１１～Ｃ５５は、囲まれているそれぞれの共振器１０１－１～１０１－１６の第１の共振周波数Ｆｒに応じて、セルＣとしての第２の共振周波数Ｆｃを有する。設定例１７０では、同じ第２の共振周波数Ｆｃを有するセルＣ間は、異なる第２の共振周波数Ｆｃを有するセルＣを３つ以上挟むように配置される。設定例１７０では、セルＣ１１，Ｃ１５，Ｃ５１，Ｃ５５を第２の共振周波数Ｆｃ（１）とし、セルＣ２１，Ｃ２５を第２の共振周波数Ｆｃ（２）とし、セルＣ３１，Ｃ３５を第２の共振周波数Ｆｃ（３）とし、セルＣ４１，Ｃ４５を第２の共振周波数Ｆｃ（４）とする。また、設定例１７０では、セルＣ１２，Ｃ５２を第２の共振周波数Ｆｃ（５）とし、セルＣ１３，Ｃ５３を第２の共振周波数Ｆｃ（６）とし、セルＣ１４，Ｃ５４を第２の共振周波数Ｆｃ（７）とする。また、設定例１７０では、セルＣ２２～Ｃ２４，Ｃ３２～Ｃ３４，Ｃ４２～Ｃ４４を、それぞれ第２の共振周波数Ｆｃ（８）～Ｆｃ（１６）とする。なお、セルＣ１１～Ｃ５５は、それぞれの第２の共振周波数Ｆｃ（１）～Ｆｃ（１６）に応じた第１の共振周波数Ｆｒ（１）～Ｆｒ（１６）を有する共振器１０１－１～１０１－１６でそれぞれ形成される。
【0070】
このように、設定例１７０では、セルＣ１１～Ｃ５５の第２の共振周波数Ｆｃ（１）～Ｆｃ（１６）が３つのセル空間ＣＳ未満の範囲で異なる。このため、セルＣ１１～Ｃ５５では、それぞれのセル空間ＣＳ１１～ＣＳ５５に、セルＣ１１～Ｃ５５にそれぞれ対応するＲＦ電源３０およびアンテナ４０から供給されるマイクロ波によってそれぞれプラズマが生成される。つまり、例えば、セルＣ１１に対応するＲＦ電源３０およびアンテナ４０から供給されるマイクロ波では、隣接するセルＣ１２，Ｃ２１，Ｃ２２を形成する共振器１０１－５，１０１－２，１０１－８が共振しないため、これらのセル空間ではプラズマが生成されない。また、セルＣ１１と同じ第２の共振周波数Ｆｃ（１）であるセルＣ１５，Ｃ５１，Ｃ５５では、セルＣ１１からの距離が遠いためマイクロ波が減衰してプラズマが生成されない。このように、変形例５では、あるセルＣから漏れたマイクロ波が届かない位置のセルＣに第２の共振周波数Ｆｃが同じセルＣを設定するので、第２の共振周波数Ｆｃの数を削減できる。つまり、共振器１０１の第１の共振周波数Ｆｒの数を削減できる。また、各ＲＦ電源３０が出力する出力周波数Ｆｏの周波数範囲を狭くすることができる。例えば、第２の共振周波数Ｆｃの間隔が０．１ＧＨｚであったとすると、第２の共振周波数Ｆｃを共用しない場合、出力周波数Ｆｏの周波数範囲は２．５ＧＨｚ幅となる。一方、第２の共振周波数Ｆｃを共用する場合、出力周波数Ｆｏの周波数範囲は１．６ＧＨｚ幅となる。なお、第２の共振周波数Ｆｃが同じセルＣに対しては、同じＲＦ電源３０から出力されるマイクロ波が分岐されて供給されるようにしてもよい。
【0071】
図１９は、変形例６に係る誘電体窓および共振器配列構造体を下方向から見た構成の一例を示す平面図である。図１９に示す共振器配列構造体１００ａは、第１実施形態の共振器配列構造体１００に対して、隣接するセルＣ間の共振器１０１を共有するとともに、複数のセルＣが、複数のゾーンのうちいずれかのゾーンに属するように配置されたものである。共振器配列構造体１００ａでは、セルＣ３３が属するゾーンと、セルＣ２２～Ｃ２４，Ｃ３２，Ｃ３４，Ｃ４２～Ｃ４４が属するゾーンと、セルＣ１１～Ｃ１５，Ｃ２１，Ｃ２５，Ｃ３１，Ｃ３５，Ｃ４１，Ｃ４５，Ｃ５１～Ｃ５５が属するゾーンとに分けられる。つまり、共振器配列構造体１００ａでは、中心から順に、同心四角状に第１～第３ゾーンの３つのゾーンが設けられる。また、同一のゾーンに属するセルＣは、同一の第２の共振周波数Ｆｃを有する。つまり、第１ゾーンに属するセルＣ３３は、第２の共振周波数Ｆｃ（１）を有する。第２ゾーンに属するセルＣ２２～Ｃ２４，Ｃ３２，Ｃ３４，Ｃ４２～Ｃ４４は、第２の共振周波数Ｆｃ（２）を有する。第３ゾーンに属するセルＣ１１～Ｃ１５，Ｃ２１，Ｃ２５，Ｃ３１，Ｃ３５，Ｃ４１，Ｃ４５，Ｃ５１～Ｃ５５は、第２の共振周波数Ｆｃ（３）を有する。
【0072】
このとき、例えば、セルＣ１２は、４つの共振器１０１で囲まれることになるが、内訳は、第１の共振周波数Ｆｒ（２）を有する共振器１０１－２が１つと、第１の共振周波数Ｆｒ（３）を有する共振器１０１－３が３つとなる。このように、異なる第１の共振周波数Ｆｒを有する共振器１０１で囲まれるセルＣでは、最も数が多い共振器１０１の第１の共振周波数Ｆｒに対応する第２の共振周波数Ｆｃを有することになる。すなわち、セルＣ１２は、共振器１０１－３の第１の共振周波数Ｆｒ（３）に対応する第２の共振周波数Ｆｃ（３）を有する。つまり、セルＣ１２に出力周波数Ｆｏ（３）のマイクロ波が供給されると、３つの共振器１０１－３は共振するが、１つの共振器１０１－２は共振しない。なお、他のセルＣにおいても同様の考え方で第２の共振周波数Ｆｃを決定することができる。
【0073】
上述のように、共振器配列構造体１００ａでは、同心四角状に設けられた第１～第３ゾーンにそれぞれ属するセルＣにおいて、第２の共振周波数Ｆｃ（１）～Ｆｃ（３）が異なる。セルＣ１１～Ｃ５５では、それぞれのセル空間ＣＳ１１～ＣＳ５５に、セルＣ１１～Ｃ５５にそれぞれ対応するＲＦ電源３０およびアンテナ４０から供給されるマイクロ波によってそれぞれプラズマが生成される。このとき、第１ゾーンに属するセルＣ３３に供給されるマイクロ波では、隣接する第２ゾーンに属するセルＣ２２～Ｃ２４，Ｃ３２，Ｃ３４，Ｃ４２～Ｃ４４を形成する共振器１０１－２が共振しないため、これらのセル空間ではプラズマが生成されない。また、第２ゾーンに属するセルＣ２２～Ｃ２４，Ｃ３２，Ｃ３４，Ｃ４２～Ｃ４４に供給されるマイクロ波では、第１ゾーンに属するセルＣ３３を形成する共振器１０１－１が共振しないため、セル空間ＣＳ３３ではプラズマが生成されない。さらに、第２ゾーンに属するセルＣ２２～Ｃ２４，Ｃ３２，Ｃ３４，Ｃ４２～Ｃ４４と、第３ゾーンに属するセルＣ１１～Ｃ１５，Ｃ２１，Ｃ２５，Ｃ３１，Ｃ３５，Ｃ４１，Ｃ４５，Ｃ５１～Ｃ５５との間でも同様の関係となる。なお、各ゾーン内のセル空間ＣＳでは、同じゾーン内の他のセルＣにマイクロ波が供給されると、共振器１０１が共振してプラズマが生成される場合がある。
【0074】
このように、変形例６では、ゾーンごとに第２の共振周波数Ｆｃを設定するので、第２の共振周波数Ｆｃの数を削減できる。つまり、共振器１０１の第１の共振周波数Ｆｒの数を削減できる。また、各ＲＦ電源３０が出力する出力周波数Ｆｏの周波数範囲を狭くすることができる。例えば、第２の共振周波数Ｆｃの間隔が０．１ＧＨｚであったとすると、第２の共振周波数Ｆｃを共用しない場合、出力周波数Ｆｏの周波数範囲は２．５ＧＨｚ幅となる。一方、ゾーンごとに第２の共振周波数Ｆｃを共用する場合、出力周波数Ｆｏの周波数範囲は０．３ＧＨｚ幅となる。なお、同じゾーンに属するセルＣ、つまり、第２の共振周波数Ｆｃが同じセルＣに対しては、同じＲＦ電源３０から出力されるマイクロ波が分岐されて供給されるようにしてもよい。
【0075】
図２０は、変形例７に係る誘電体窓および共振器配列構造体を下方向から見た構成の一例を示す平面図である。図２０に示す共振器配列構造体１００ｂは、第１実施形態の共振器配列構造体１００に対して、隣接するセルＣ間の共振器１０１を共有するとともに、複数のセルＣが、複数のゾーンのうちいずれかのゾーンに属するように配置されたものである。共振器配列構造体１００ｂでは、セルＣ１３，Ｃ２３，Ｃ３１～Ｃ３５，Ｃ４３，Ｃ５３が属する十字状のゾーンによって、さらに４つのゾーンに分けられる。４つのゾーンは、セルＣ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２が属する第１ゾーンと、セルＣ１４，Ｃ１５，Ｃ２４，Ｃ２５が属する第２ゾーンと、セルＣ４１，Ｃ４２，Ｃ５１，Ｃ５２が属する第３ゾーンと、セルＣ４４，Ｃ４５，Ｃ５４，Ｃ５５が属する第４ゾーンとである。また、十字状のゾーンを第５ゾーンとする。つまり、共振器配列構造体１００ｂでは、５つのゾーンが設けられる。また、同一のゾーンに属するセルＣは、同一の第２の共振周波数Ｆｃを有する。つまり、第１ゾーンに属するセルＣ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２は、第２の共振周波数Ｆｃ（１）を有する。第２ゾーンに属するセルＣ１４，Ｃ１５，Ｃ２４，Ｃ２５は、第２の共振周波数Ｆｃ（２）を有する。第３ゾーンに属するセルＣ４１，Ｃ４２，Ｃ５１，Ｃ５２は、第２の共振周波数Ｆｃ（３）を有する。第４ゾーンに属するセルＣ４４，Ｃ４５，Ｃ５４，Ｃ５５は、第２の共振周波数Ｆｃ（４）を有する。第５ゾーンに属するセルＣ１３，Ｃ２３，Ｃ３１～Ｃ３５，Ｃ４３，Ｃ５３は、第２の共振周波数Ｆｃ（５）を有する。
【0076】
このとき、例えば、セルＣ１３は、４つの共振器１０１で囲まれることになる。これらの内訳は、第１の共振周波数Ｆｒ（１）を有する共振器１０１－１が１つと、第１の共振周波数Ｆｒ（２）を有する共振器１０１－２が１つと、第１の共振周波数Ｆｒ（５）を有する共振器１０１－５が２つとなる。このように、異なる第１の共振周波数Ｆｒを有する共振器１０１で囲まれるセルＣでは、最も数が多い共振器１０１の第１の共振周波数Ｆｒに対応する第２の共振周波数Ｆｃを有することになる。すなわち、セルＣ１３は、第１の共振周波数Ｆｒ（５）に対応する第２の共振周波数Ｆｃ（５）を有する。つまり、セルＣ１３に出力周波数Ｆｏ（５）のマイクロ波が供給されると、２つの共振器１０１－５は共振するが、それぞれ１つずつの共振器１０１－１，１０１－２は共振しない。なお、他のセルＣにおいても同様の考え方で第２の共振周波数Ｆｃを決定することができる。
【0077】
上述のように、共振器配列構造体１００ｂでは、二次元の座標系における第１象限から第４象限とＸＹ軸のような、象限状に設けられた第１～第５ゾーンにそれぞれ属するセルＣにおいて、第２の共振周波数Ｆｃ（１）～Ｆｃ（５）が異なる。セルＣ１１～Ｃ５５では、それぞれのセル空間ＣＳ１１～ＣＳ５５に、セルＣ１１～Ｃ５５にそれぞれ対応するＲＦ電源３０およびアンテナ４０から供給されるマイクロ波によってそれぞれプラズマが生成される。このとき、第１ゾーンに属するセルＣ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２に供給されるマイクロ波では、隣接する第５ゾーンに属するセルＣ１３，Ｃ２３，Ｃ３１～Ｃ３３を形成する、それぞれ最も数が多い共振器１０１－５が共振しない。このため、これらのセル空間ＣＳ１３，ＣＳ２３，ＣＳ３１～ＣＳ３３ではプラズマが生成されない。また、第５ゾーンに属するセルＣ１３，２３，Ｃ３１～Ｃ３３に供給されるマイクロ波では、第１ゾーンに属するセルＣ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２を形成する共振器１０１－１が共振しないため、セル空間ＣＳ１１，ＣＳ１２，ＣＳ２１，ＣＳ２２ではプラズマが生成されない。さらに、第１～第５ゾーンの異なるゾーンに属するセルＣ間においても同様の関係となる。なお、変形例６と同様に、各ゾーン内のセル空間ＣＳでは、同じゾーン内の他のセルＣにマイクロ波が供給されると、共振器１０１が共振してプラズマが生成される場合がある。
【0078】
このように、変形例７では、ゾーンごとに第２の共振周波数Ｆｃを設定するので、第２の共振周波数Ｆｃの数を削減できる。つまり、共振器１０１の第１の共振周波数Ｆｒの数を削減できる。また、各ＲＦ電源３０が出力する出力周波数Ｆｏの周波数範囲を狭くすることができる。例えば、第２の共振周波数Ｆｃの間隔が０．１ＧＨｚであったとすると、第２の共振周波数Ｆｃを共用しない場合、出力周波数Ｆｏの周波数範囲は２．５ＧＨｚ幅となる。一方、変形例７のように、ゾーンごとに第２の共振周波数Ｆｃを共用する場合、出力周波数Ｆｏの周波数範囲は０．５ＧＨｚ幅となる。さらに、変形例７では、１２時、３時、６時および９時方向（ＸＹ軸のプラス側およびマイナス側）のそれぞれについて、プラズマ密度を独立に制御することができる。なお、同じゾーンに属するセルＣ、つまり、第２の共振周波数Ｆｃが同じセルＣに対しては、同じＲＦ電源３０から出力されるマイクロ波が分岐されて供給されるようにしてもよい。また、第５ゾーンに属するセルＣ１３，Ｃ２３，Ｃ３１～Ｃ３５，Ｃ４３，Ｃ５３については、第１の共振周波数Ｆｒ（５）を有する共振器１０１－５に代えて、誘電体板を用いてもよい。この場合、第１～第４ゾーンの４つのゾーンを設ける形となる。
【0079】
（第２実施形態）
上記の第１実施形態では、１つの共振器配列構造体１００を有するプラズマ処理装置１を用いたが、複数の共振器配列構造体１００を有するプラズマ処理装置であってもよく、この場合の実施の形態につき、第２実施形態として説明する。
上記の第１実施形態では、１つの共振器配列構造体１００を有するプラズマ処理装置１を用いたが、複数の共振器配列構造体１００を有するプラズマ処理装置であってもよく、この場合の実施の形態につき、第２実施形態として説明する。
【0080】
図２１は、第２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２１に示すプラズマ処理装置２００は、処理容器２０１と、ステージ２０２と、ガス供給機構２０３と、排気装置２０４と、マイクロ波出力装置２０５と、制御装置２０６とを有する。処理容器２０１は、被処理体ＷＰを収容する。ステージ２０２は、被処理体ＷＰを載置する。ガス供給機構２０３は、処理容器２０１内にガスを供給する。排気装置２０４は、処理容器２０１内を排気する。マイクロ波出力装置２０５は、処理容器２０１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２０１内にマイクロ波を導入する。制御装置２０６は、プラズマ処理装置２００の各部の動作を制御する。
【0081】
処理容器２０１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２０１は、板状の天壁部２１１および底壁部２１３と、これらを連結する側壁部２１２とを有している。マイクロ波出力装置２０５は、処理容器２０１の上部に設けられ、処理容器２０１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。マイクロ波出力装置２０５は、第１実施形態のマイクロ波出力装置１６と同様に、複数のＲＦ電源２３０と、上位コントローラ２８０とを有する。複数のＲＦ電源２３０は、後述する複数の共振器配列構造体３００と、それぞれ対応するように設けられる。また、複数のＲＦ電源２３０は、複数のアンテナ２４０とそれぞれ接続される。なお、ＲＦ電源２３０、アンテナ２４０および上位コントローラ２８０の機能構成は、第１実施形態のＲＦ電源３０、アンテナ４０および上位コントローラ８０と同様であるので、その説明を省略する。
【0082】
天壁部２１１には、マイクロ波出力装置２０５のＲＦ電源２３０、アンテナ２４０、および、後述する共振器配列構造体、ならびに、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２１２は、処理容器２０１に隣接する搬送室（図示せず）との間で被処理体ＷＰの搬入出を行うための搬入出口２１４を有している。搬入出口２１４はゲートバルブ２１５により開閉されるようになっている。底壁部２１３には排気装置２０４が設けられている。排気装置２０４は底壁部２１３に接続された排気管２１６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２０４の真空ポンプにより排気管２１６を介して処理容器２０１内が排気される。処理容器２０１内の圧力は圧力制御バルブにより制御される。
【0083】
ステージ２０２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。ステージ２０２は、処理容器２０１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２２０により支持されている。ステージ２０２の外縁部には被処理体ＷＰをガイドするためのガイドリング２８１が設けられている。また、ステージ２０２の内部には、被処理体ＷＰを昇降するための昇降ピン（図示せず）がステージ２０２の上面に対して突没可能に設けられている。さらに、ステージ２０２の内部には抵抗加熱型のヒータ２８２が埋め込まれており、このヒータ２８２はヒータ電源２８３から給電されることによりステージ２０２を介してその上の被処理体ＷＰを加熱する。また、ステージ２０２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、被処理体ＷＰ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、ステージ２０２内のヒータ２８２の上方には、被処理体ＷＰと同程度の大きさの電極２８４が埋設されており、この電極２８４には、高周波バイアス電源２２２が電気的に接続されている。この高周波バイアス電源２２２からステージ２０２にイオンを引き込むための高周波バイアスが、電極２８４に印加される。なお、高周波バイアス電源２２２はプラズマ処理の特性によっては設けなくてもよい。
【0084】
ガス供給機構２０３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２０１内に導入するためのものであり、複数のガス導入ノズル２２３を有している。ガス導入ノズル２２３は、処理容器２０１の天壁部２１１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２２３には、ガス供給配管２９１が接続されている。このガス供給配管２９１は、分岐管２９１ａ、２９１ｂ、２９１ｃ、２９１ｄ、２９１ｅの５つに分岐している。これら分岐管２９１ａ、２９１ｂ、２９１ｃ、２９１ｄ、２９１ｅには、Ａｒガス供給源２９２、Ｏ２ガス供給源２９３、Ｎ２ガス供給源２９４、Ｈ２ガス供給源２９５、Ｃ２Ｈ２ガス供給源２９６が接続されている。Ａｒガス供給源２９２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２９３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２９４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２９５は、還元性ガスとしてのＨ２ガスを供給する。Ｃ２Ｈ２ガス供給源２９６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２９６は、エチレン（Ｃ２Ｈ４）等の他の炭素含有ガスを供給してもよい。
【0085】
なお、分岐管２９１ａ、２９１ｂ、２９１ｃ、２９１ｄ、２９１ｅ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ガスを被処理体ＷＰ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。
【0086】
マイクロ波出力装置２０５は、前述のように、処理容器２０１の上方に設けられ、処理容器２０１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。
【0087】
図２２は、第２実施形態に係る誘電体窓および共振器配列構造体を下方向から見た構成の一例を示す平面図である。図２２は、図２１のＡ－Ａ断面のうち、側壁部２１２より内側の処理空間Ｓの部分に対応する。第２実施形態では、ＲＦ電源２３０は７つ設けられており、図２２に示すように、これらに対応するアンテナ２４０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つのアンテナ２４０のうち１つは、天壁部２１１の中央に配置され、その周囲に、他の６つのアンテナ２４０が配置されている。なお、アンテナ２４０は、処理空間Ｓ側に誘電体からなるマイクロ波透過板を有するものとする。これら７つのアンテナ２４０は、隣接するアンテナ２４０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２０３の複数のガス導入ノズル２２３は、中央のアンテナ２４０の周囲を囲むように配置されている。なお、ＲＦ電源２３０およびアンテナ２４０の数は７つに限るものではない。
【0088】
アンテナ２４０の下面、つまり、天壁部２１１の複数のＲＦ電源２３０および複数のアンテナ２４０に対応する位置には、それぞれ共振器配列構造体３００が設けられている。共振器配列構造体３００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配列して形成され、処理容器２０１内に位置する。なお、アンテナ２４０の下面は、共振器配列構造体３００と接していても、離間していてもよい。
【0089】
各共振器配列構造体３００は、それぞれ、第１実施形態の共振器配列構造体１００と同様に、複数の共振器１０１からなる複数のセルＣを有する。天壁部２１１の中央に配置されるアンテナ２４０に対応する共振器配列構造体３００ａには、セルＣ１１１～Ｃ１１４の４つのセルが形成されている。セルＣ１１１～Ｃ１１４は、それぞれ共振器１０１－１で囲まれており、隣接するセルＣ間の共振器１０１－１は共用されている。例えば、セルＣ１１１とセルＣ１１２との間では、共振器１０１－１が共用されている。セルＣ１１１～Ｃ１１４では、それぞれセル空間ＣＳ１１１～ＣＳ１１４においてプラズマが生成される。
【0090】
中央のアンテナ２４０の周囲に配置された各アンテナ２４０に対応する位置には、それぞれ対応する共振器配列構造体３００ｂ～３００ｇが設けられている。共振器配列構造体３００ｂには、セルＣ１２１～Ｃ１２４の４つのセルが形成されている。セルＣ１２１～Ｃ１２４は、それぞれ共振器１０１－２で囲まれており、隣接するセルＣ間の共振器１０１－２は共用されている。例えば、セルＣ１２１とセルＣ１２２との間では、共振器１０１－２が共用されている。セルＣ１２１～Ｃ１２４では、それぞれセル空間ＣＳ１２１～ＣＳ１２４においてプラズマが生成される。
【0091】
共振器配列構造体３００ｃには、セルＣ１３１～Ｃ１３４の４つのセルが形成されている。セルＣ１３１～Ｃ１３４は、それぞれ共振器１０１－３で囲まれており、隣接するセルＣ間の共振器１０１－３は共用されている。例えば、セルＣ１３１とセルＣ１３２との間では、共振器１０１－３が共用されている。セルＣ１３１～Ｃ１３４では、それぞれセル空間ＣＳ１３１～ＣＳ１３４においてプラズマが生成される。
【0092】
共振器配列構造体３００ｄには、セルＣ１４１～Ｃ１４４の４つのセルが形成されている。セルＣ１４１～Ｃ１４４は、それぞれ共振器１０１－４で囲まれており、隣接するセルＣ間の共振器１０１－４は共用されている。例えば、セルＣ１４１とセルＣ１４２との間では、共振器１０１－４が共用されている。セルＣ１４１～Ｃ１４４では、それぞれセル空間ＣＳ１４１～ＣＳ１４４においてプラズマが生成される。
【0093】
共振器配列構造体３００ｅには、セルＣ１５１～Ｃ１５４の４つのセルが形成されている。セルＣ１５１～Ｃ１５４は、それぞれ共振器１０１－５で囲まれており、隣接するセルＣ間の共振器１０１－５は共用されている。例えば、セルＣ１５１とセルＣ１５２との間では、共振器１０１－５が共用されている。セルＣ１５１～Ｃ１５４では、それぞれセル空間ＣＳ１５１～ＣＳ１５４においてプラズマが生成される。
【0094】
共振器配列構造体３００ｆには、セルＣ１６１～Ｃ１６４の４つのセルが形成されている。セルＣ１６１～Ｃ１６４は、それぞれ共振器１０１－６で囲まれており、隣接するセルＣ間の共振器１０１－６は共用されている。例えば、セルＣ１６１とセルＣ１６２との間では、共振器１０１－６が共用されている。セルＣ１６１～Ｃ１６４では、それぞれセル空間ＣＳ１６１～ＣＳ１６４においてプラズマが生成される。
【0095】
共振器配列構造体３００ｇには、セルＣ１７１～Ｃ１７４の４つのセルが形成されている。セルＣ１７１～Ｃ１７４は、それぞれ共振器１０１－７で囲まれており、隣接するセルＣ間の共振器１０１－７は共用されている。例えば、セルＣ１７１とセルＣ１７２との間では、共振器１０１－７が共用されている。セルＣ１７１～Ｃ１７４では、それぞれセル空間ＣＳ１７１～ＣＳ１７４においてプラズマが生成される。
【0096】
共振器配列構造体３００ａ～３００ｇは、それぞれ構成する共振器１０１の第１の共振周波数Ｆｒが異なるので、セルＣとしての第２の共振周波数Ｆｃも異なる。すなわち、共振器配列構造体３００ａのセルＣ１１１～Ｃ１１４は、第２の共振周波数Ｆｃ（１）を有する。同様に、共振器配列構造体３００ｂのセルＣ１２１～Ｃ１２４は、第２の共振周波数Ｆｃ（２）を有する。共振器配列構造体３００ｃのセルＣ１３１～Ｃ１３４は、第２の共振周波数Ｆｃ（３）を有する。共振器配列構造体３００ｄのセルＣ１４１～Ｃ１４４は、第２の共振周波数Ｆｃ（４）を有する。共振器配列構造体３００ｅのセルＣ１５１～Ｃ１５４は、第２の共振周波数Ｆｃ（５）を有する。共振器配列構造体３００ｆのセルＣ１６１～Ｃ１６４は、第２の共振周波数Ｆｃ（６）を有する。共振器配列構造体３００ｇのセルＣ１７１～Ｃ１７４は、第２の共振周波数Ｆｃ（７）を有する。すなわち、共振器配列構造体３００ａ～３００ｇは、第１実施形態の共振器配列構造体１００が、それぞれゾーンに分割されているとも捉えることができる。
【0097】
このように、第２実施形態では、共振器配列構造体３００ａ～３００ｇのセルＣの第２の共振周波数Ｆｃがそれぞれ異なる。このため、例えば、共振器配列構造体３００ａに対応するＲＦ電源２３０およびアンテナ２４０からマイクロ波が供給されても、隣接する共振器配列構造体３００ｂ～３００ｇではプラズマが生成されない。すなわち、第２実施形態では、共振器配列構造体３００ごとに、プラズマの分布およびプラズマ密度の濃淡を制御できる。
【0098】
なお、第２実施形態では、共振器配列構造体３００ａを一例とすると、セルＣ１１１～Ｃ１１４に対して１つのＲＦ電源２３０およびアンテナ２４０が対応しているが、セルＣ１１１～Ｃ１１４それぞれにＲＦ電源２３０およびアンテナ２４０を設けてもよい。また、例えば、隣接するセルＣ１１１～Ｃ１１４間において、共振器１０１－１を共用せず、それぞれ設けるようにしてもよい。
【0099】
（第３実施形態）
上記の第１実施形態では、共振器配列構造体１００のセルＣごとにＲＦ電源３０およびアンテナ４０を設けたが、共振器配列構造体１００全体に対して１つのＲＦ電源およびマイクロ波導入部を設けるようにしてもよい。この場合の実施の形態につき、第３実施形態として説明する。なお、第３実施形態におけるプラズマ処理装置は、ＲＦ電源およびマイクロ波導入部を除いて上述の第１実施形態と同様であるので、その重複する構成および動作の説明については省略する。
上記の第１実施形態では、共振器配列構造体１００のセルＣごとにＲＦ電源３０およびアンテナ４０を設けたが、共振器配列構造体１００全体に対して１つのＲＦ電源およびマイクロ波導入部を設けるようにしてもよい。この場合の実施の形態につき、第３実施形態として説明する。なお、第３実施形態におけるプラズマ処理装置は、ＲＦ電源およびマイクロ波導入部を除いて上述の第１実施形態と同様であるので、その重複する構成および動作の説明については省略する。
【0100】
図２３は、第３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２３に示すように、第３実施形態のプラズマ処理装置４００は、第１実施形態の装置本体１０および制御装置１１に代えて、装置本体４１０および制御装置４１１を有する。また、装置本体４１０は、第１実施形態のマイクロ波出力装置１６に代えて、マイクロ波出力装置４１６を有する。さらに、装置本体４１０は、マイクロ波導入部として、同軸導波管４３０と、円筒導波管４３１とを有する。
【0101】
マイクロ波出力装置４１６は、ＲＦ電源４５０と上位コントローラ４８０とを有する。ＲＦ電源４５０は、処理容器１２内に供給される処理ガスを励起させるためのマイクロ波を出力する。
【0102】
また、装置本体４１０は、導波管４２１、導波管同軸変換器４２７、および同軸導波管４２８を備える。ＲＦ電源４５０の出力部は、導波管４２１の一端に接続されている。導波管４２１の他端は、導波管同軸変換器４２７に接続されている。導波管４２１は、例えば矩形導波管である。導波管４２１は、整合器４２２を含む。整合器４２２を調整することにより、ＲＦ電源４５０のインピーダンスと負荷のインピーダンスとを整合させることができる。なお、整合器４２２（ＲＦ電源４５０の出力の後段に入る整合器）は、省略してもよい。
【0103】
同軸導波管４２８は、外側導体４２８ａおよび内側導体４２８ｂを含む。外側導体４２８ａおよび内側導体４２８ｂは、略円筒形状を有している。外側導体４２８ａおよび内側導体４２８ｂは、外側導体４２８ａおよび内側導体４２８ｂの中心軸線が軸線Ｚに略一致するようにマイクロ波導入部である同軸導波管４３０の上部に接続されている。マイクロ波出力装置４１６から出力されたマイクロ波は、導波管４２１中をＴＥ１０モードで伝送される。導波管４２１中を伝送されるマイクロ波は、導波管同軸変換器４２７により伝送モードが変換され、同軸導波管４２８をＴＥＭモードで伝送される。
【0104】
同軸導波管４３０は、外側導体４３０ａおよび内側導体４３０ｂを含む。外側導体４３０ａおよび内側導体４３０ｂは、略円筒形状を有している。外側導体４３０ａおよび内側導体４３０ｂは、外側導体４３０ａおよび内側導体４３０ｂの中心軸線が軸線Ｚに略一致するように同軸導波管４２８に接続されている。つまり、同軸導波管４３０は、同軸導波管４２８の外側導体４２８ａに接続される外側導体４３０ａについて、対向するステージ１４の直径と同程度まで大きくしたものである。
【0105】
円筒導波管４３１は、略円筒形状を有している。円筒導波管４３１は、中心軸線が軸線Ｚに略一致するように同軸導波管４３０の外側導体４３０ａに接続されている。つまり、円筒導波管４３１は、同軸導波管４３０の内側導体４３０ｂがない状態である。また、円筒導波管４３１の内径は、同軸導波管４２８の外側導体４２８ａの内径よりも大きい。
【0106】
ここで、図２４および図２５を用いてマイクロ波導入部（同軸導波管４３０および円筒導波管４３１）について説明する。図２４は、第３実施形態に係る同軸導波管の一例を示す断面図である。図２４に示す断面５００は、同軸導波管４３０の横断面における電界５０１および磁界５０２を表している。電界５０１は、内側導体４３０ｂから外側導体４３０ａに向かう方向である。一方、磁界５０２は、内側導体４３０ｂの周囲を回転する方向である。すなわち、同軸導波管４３０はＴＥＭモードで伝送されている。
【0107】
図２５は、第３実施形態に係る円筒導波管の一例を示す断面図である。図２５に示す断面５０３は、円筒導波管４３１の横断面における電界５０４および磁界５０５を表している。電界５０４は、円筒導波管４３１の中心から円筒導波管４３１に向かう方向である。一方、磁界５０５は、円筒導波管４３１の中心の周囲を回転する方向である。すなわち、円筒導波管４３１は、同軸導波管４３０のＴＥＭモードに影響され、ＴＭ０１モードで伝送されている。すなわち、第３実施形態では、マイクロ波の導入モードがＴＭ０１モードとなり、回転磁界を用いて共振器配列構造体１００の共振器１０１を共振させる。なお、マイクロ波の導入モードは、ＴＭ０１モードに限られず、他のモードであってもよい。また、マイクロ波導入部は、モノポールアンテナおよびマルチポールアンテナ等のマイクロ波を処理容器１２内に導入可能であれば、どのような導入部であってもよい。
【0108】
ＲＦ電源４５０は、予め定められた周波数範囲を有する設定周波数成分を含む波形データを用いて、プラズマ生成用の高周波（マイクロ波）を生成する。ＲＦ電源４５０は、例えば、設定値である２．４５ＧＨｚの信号成分と、設定値の±２５％の範囲における任意の複数の周波数の信号成分とを有する設定周波数成分を含む波形データを用いて、２．４５ＧＨｚを中心とするマイクロ波を生成する。ＲＦ電源４５０には、後述する上位コントローラ４８０から高周波電力の電力設定Ｐｓｅｔと、設定周波数等の情報である波形設定（波形データ）とを示す信号が入力される。また、ＲＦ電源４５０から出力されるマイクロ波は、導波管４２１、導波管同軸変換器４２７、同軸導波管４２８および同軸導波管４３０を介して、円筒導波管４３１に供給される。
【0109】
上位コントローラ４８０は、制御装置４１１の指示に従ってＲＦ電源４５０を制御するコントローラである。上位コントローラ４８０は、制御装置４１１から入力されたレシピに応じて、マイクロ波の電力設定Ｐｓｅｔおよび波形設定をＲＦ電源４５０に出力する。波形設定は、例えば、マイクロ波の中心周波数や波形形状等を設定するための波形データである。また、上位コントローラ４８０には、ＲＦ電源４５０からモニタ値Ｐｆ ｍｏｎ，Ｐｒ ｍｏｎが入力される。上位コントローラ４８０は、入力されたモニタ値Ｐｆ ｍｏｎ，Ｐｒ ｍｏｎを制御装置４１１に出力する。なお、上位コントローラ４８０は、制御装置４１１に含まれるようにしてもよい。
【0110】
続いて、図２６および図２７を用いてＲＦ電源４５０の機能構成について説明する。図２６は、第３実施形態に係るＲＦ電源の機能構成の一例を示すブロック図である。図２６に示すように、ＲＦ電源４５０は、第１実施形態のＲＦ電源３０のＶＦコンバータ３１および演算部３７に代えて、変調部４５１および演算部４６０を有する。また、ＲＦ電源４５０は、マイクロ波を導波管４２１に出力する。
【0111】
変調部４５１は、演算部４６０から入力される波形データに基づいて、変調されたマイクロ波（高周波信号）を生成する。すなわち、変調部４５１は、ブロードバンド波形（マルチトーン）のマイクロ波を生成する。ここで、図２７を用いて変調部４５１について説明する。図２７は、第３実施形態に係る変調部の機能構成の一例を示すブロック図である。図２７に示すように、変調部４５１は、逆フーリエ変換部４５２と、Ｄ／Ａ（Digital／Analog）コンバータ４５３ａ，４５３ｂと、ＬＰＦ（Low Pass Filter）４５４ａ，４５４ｂと、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）発振器４５５と、移相器４５６と、乗算器４５７と、増幅器４５８と、ＢＰＦ（Band Pass Filter）４５９とを有する。
【0112】
逆フーリエ変換部４５２は、演算部４６０から入力された波形データを逆フーリエ変換することによって、波形データの同相成分データ（Ｉデータ：In-Phase component）および逆相成分データ（Ｑデータ：Quadrature component）を分離する。逆フーリエ変換部４５２により分離された波形データのＩデータおよびＱデータは、Ｄ／Ａコンバータ４５３ａ，４５３ｂによってＤ／Ａ変換され、ＬＰＦ４５４ａ，４５４ｂを経て、乗算器４５７へ入力される。
【0113】
ＰＬＬ発振器４５５は、基準搬送波を生成し、生成した基準搬送波を移相器４５６および乗算器４５７へ出力する。移相器４５６は、ＰＬＬ発振器４５５から入力される基準搬送波の位相を９０°シフトし、位相が９０°シフトされた基準搬送波を乗算器４５７へ出力する。乗算器４５７は、ＬＰＦ４５４ａから入力されるＩデータと、ＰＬＬ発振器４５５から入力される基準搬送波とを乗算する。乗算器４５７は、ＬＰＦ４５４ｂから入力されるＱデータと、移相器４５６から入力される基準搬送波とを乗算する。乗算器４５７の各乗算結果は、図示しない加算器で合成されてプラズマ生成用のマイクロ波として生成される。生成されたマイクロ波は、増幅器４５８で増幅されてＢＰＦ４５９を介して、プリアンプ３４に出力される。
【0114】
図２６の説明に戻る。演算部４６０は、ＲＦ電源４５０を制御するコントローラである。演算部４６０には、入出力部３９を介して、上位コントローラ４８０からマイクロ波の電力設定Ｐｓｅｔと、設定周波数等の情報である波形設定（波形データ）とが入力される。演算部４６０は、進行波電力Ｐｆの算出処理、反射波電力Ｐｒの算出処理、および、電力指令値Ｍｆの設定を実行する。演算部４６０は、波形設定に基づく波形データを変調部４５１に出力し、電力指令値Ｍｆをプリアンプ３４に出力する。なお、電力指令値Ｍｆは、いわゆるロード制御（電力一定制御）で制御される。また、演算部４６０は、進行波電力Ｐｆのモニタ値Ｐｆ ｍｏｎと、反射波電力Ｐｒのモニタ値Ｐｒ ｍｏｎを上位コントローラ４８０に出力する。
【0115】
次に、図２８および図２９を用いて共振器１０１の第１の共振周波数ＦｒとＲＦ電源４５０の出力の設定について説明する。図２８および図２９は、第３実施形態に係る共振器の共振周波数とＲＦ電源の出力の設定の一例を示す図である。図２８および図２９に示すように、複数の共振器１０１が、例えば、２．０ＧＨｚ～２．５ＧＨｚの範囲において、グラフ１４１～１５０で表される、それぞれ異なる第１の共振周波数Ｆｒ（１）～Ｆｒ（１０）を有する場合について考える。ここで、ＲＦ電源４５０は、上位コントローラ４８０から出力周波数Ｆｏ（１）の電力設定Ｐｓｅｔ＝Ｐ１である波形設定が入力されると、図２８のグラフ１４１ｐに示すようなマイクロ波を出力する。このとき、例えば、第１実施形態の図１３に示すように、セルＣ１１～Ｃ５５の第２の共振周波数Ｆｃの設定が、第２の共振周波数Ｆｃ（１）～Ｆｃ（２５）であった場合、第２の共振周波数Ｆｃ（１）であるセルＣ１１でプラズマが生成される。一方、他のセルＣ１２～Ｃ５５では、第２の共振周波数Ｆｃ（１）のマイクロ波と共振しないためプラズマが生成されない。
【0116】
次に、ＲＦ電源４５０に対して、上位コントローラ４８０から出力周波数Ｆｏ（１），Ｆｏ（３），Ｆｏ（５）の各電力設定Ｐｓｅｔ＝Ｐ１，Ｐ３，Ｐ５である波形設定が入力される場合について考える。この場合、ＲＦ電源４５０は、図２９のグラフ１４１ｐ，１４３ｐ，１４５ｐに示すような、マルチトーンのマイクロ波を出力する。このとき、例えば、上記と同様に、セルＣ１１～Ｃ５５の第２の共振周波数Ｆｃの設定が、第２の共振周波数Ｆｃ（１）～Ｆｃ（２５）であった場合、第２の共振周波数Ｆｃ（１），Ｆｃ（３），Ｆｃ（５）であるセルＣ１１，Ｃ１３，Ｃ１５でプラズマが生成される。一方、他のセルＣ１２，Ｃ１４，Ｃ２１～Ｃ５５では、第２の共振周波数Ｆｃ（１），Ｆｃ（３），Ｆｃ（５）と共振しないためプラズマが生成されない。このように、第３実施形態では、セルＣの第２の共振周波数Ｆｃに応じて、それぞれ電力設定を行うことで、任意のセルＣに供給されるマイクロ波の電力を設定することができる。例えば上述のように、セルＣ１１～Ｃ５５について、第２の共振周波数Ｆｃ（１）～Ｆｃ（２５）であった場合、出力周波数Ｆｏ（１）～Ｆｏ（２５）の各電力設定Ｐｓｅｔを設定することで、プラズマの分布およびプラズマ密度の濃淡をセルＣ１１～Ｃ５５それぞれで制御できる。すなわち、第３実施形態では、セルＣ１１～Ｃ５５に対してプラズマを選択的に生成させ、プラズマの分布と濃淡を制御することができる。また、第３実施形態の装置本体４１０は、マイクロ波導入部として、同軸導波管４３０および円筒導波管４３１を有するので、第１実施形態の装置本体１０よりも簡易な構造とすることができる。なお、第３実施形態は、第１，第２実施形態および変形例１～７と組み合わせてもよい。
【0117】
［プラズマ制御方法］
続いて、第３実施形態に係るプラズマ処理装置４００を用いたプラズマ制御処理の一例について説明する。図３０は、第３実施形態に係るプラズマ制御処理の一例を示すフローチャートである。図３０に示すプラズマ制御処理は、制御装置４１１により装置本体４１０の各部が制御されることによって実現される。
続いて、第３実施形態に係るプラズマ処理装置４００を用いたプラズマ制御処理の一例について説明する。図３０は、第３実施形態に係るプラズマ制御処理の一例を示すフローチャートである。図３０に示すプラズマ制御処理は、制御装置４１１により装置本体４１０の各部が制御されることによって実現される。
【0118】
まず、被処理体ＷＰが処理容器１２内に搬入され、静電チャック１４Ｃの上に載置される（ステップＳ１０１）。そして、制御装置４１１は、バルブ２８ｂを開き、所定流量の処理ガスが処理容器１２内に供給されるように流量制御器２８ｃを制御する（ステップＳ１０２）。そして、制御装置４１１は、排気装置５６を制御し、処理容器１２内の圧力を調整する。
【0119】
次に、制御装置４１１は、マイクロ波出力装置４１６を制御して、円筒導波管４３１から処理容器１２内の処理空間Ｓにマイクロ波を供給する（ステップＳ１０３）。これにより、処理容器１２内において、処理ガスのプラズマが生成される。このとき、プラズマの電子密度が遮断密度に到達するものとする。プラズマの電子密度が遮断密度に到達すると、処理容器１２内の処理空間Ｓにおいては、マイクロ波が伝搬できない。
【0120】
そこで、制御装置４１１は、マイクロ波出力装置４１６を制御して、円筒導波管４３１から処理容器１２内の処理空間Ｓに供給される広帯域マイクロ波に含まれる複数の周波数成分の周波数を目標周波数帯（出力周波数Ｆｏ）まで制御する（ステップＳ１０４）。すなわち、制御装置４１１は、マイクロ波出力装置４１６を制御して、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（広帯域マイクロ波）を円筒導波管４３１から処理容器１２内の処理空間Ｓに供給する。言い換えると、制御装置４１１は、複数の第１の共振周波数Ｆｒに応じたセルＣとしての複数の第２の共振周波数Ｆｃとそれぞれ共振可能な複数の出力周波数Ｆｏを含むマイクロ波を処理空間Ｓに供給するように、マイクロ波出力装置４１６を制御する。これにより、マイクロ波と複数の共振器１０１との共振を発生させて処理空間Ｓのプラズマ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。その結果、処理容器１２内の処理空間Ｓにおいては、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り、プラズマにマイクロ波の電力が効率よく注入され、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が生成される。
【0121】
そして、処理容器１２内の処理空間Ｓに生成されたプラズマにより、被処理体ＷＰに対するプラズマ処理プロセスが実行される（ステップＳ１０５）。
【0122】
プラズマ処理プロセスが終了すると、図示しないロボットアームにより、処理済みの被処理体ＷＰが処理容器１２から搬出される（ステップＳ１０６）。
【0123】
以上、各実施形態によれば、プラズマ処理装置（１，２００，４００）は、処理空間Ｓを提供する処理容器（１２，２０１）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（マイクロ波出力装置１６，２０５，４１６）と、第１面を処理空間Ｓに対向させて設けられた誘電体（誘電体窓２０）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（アンテナ４０，２４０，円筒導波管４３１）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（１００，１００ａ，１００ｂ，３００）と、を備え、共振器配列構造体は、導体からなる部材（リング部材１１１Ｂ）が誘電体板１１２Ｂの一面上に積層された構造を含み第１の共振周波数Ｆｒを有する共振器（１０１Ｂ）であって、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１０１を含むとともに、複数の共振器１０１によって囲まれたセルＣを複数形成するよう構成され、複数のセルＣは、セルＣ間で第１の共振周波数Ｆｒが異なる共振器１０１を含む。その結果、プラズマの分布およびプラズマ密度の濃淡をセルごとに制御できる。
【0124】
また、各実施形態によれば、複数のセルＣそれぞれは、セルＣを形成する複数の共振器１０１の第１の共振周波数Ｆｒに応じた、セルＣとしての第２の共振周波数Ｆｃを有する。その結果、それぞれのセルＣに対して供給するマイクロ波の出力周波数Ｆｏを決定することができる。
【0125】
また、各実施形態によれば、複数のセルＣは、隣り合うセルＣ間で第２の共振周波数Ｆｃが異なる。その結果、隣り合うセルＣ間でプラズマの干渉を抑えることができる。
【0126】
また、各実施形態によれば、複数のセルＣは、それぞれ第２の共振周波数Ｆｃが異なる。その結果、近隣のセルＣ間でプラズマの干渉を抑えることができる。
【0127】
また、変形例５によれば、共振器配列構造体１００は、複数のセルＣのうち、同一の第２の共振周波数Ｆｃを有するセルＣが、第２の共振周波数Ｆｃが異なるセルＣを少なくとも３つ挟むように配置される。その結果、第２の共振周波数Ｆｃの数を削減できるとともに、プラズマ励起用のマイクロ波の周波数（出力周波数Ｆｏ）の数を削減することができる。
【0128】
また、変形例６，７によれば、共振器配列構造体（１００ａ，１００ｂ）は、複数のセルＣが、複数のゾーンのうちいずれかのゾーンに配置され、同一のゾーンに配置された複数のセルＣは、同一の第２の共振周波数Ｆｃを有する。その結果、第２の共振周波数Ｆｃの数を削減できるとともに、プラズマ励起用のマイクロ波の周波数（出力周波数Ｆｏ）の数を削減することができる。
【0129】
また、変形例６によれば、ゾーンは、同心四角状に複数設けられる。その結果、第２の共振周波数Ｆｃの数を削減できるとともに、プラズマ励起用のマイクロ波の周波数（出力周波数Ｆｏ）の数を削減することができる。
【0130】
また、変形例７によれば、ゾーンは、象限状に複数設けられる。その結果、第２の共振周波数Ｆｃの数を削減できるとともに、プラズマ励起用のマイクロ波の周波数（出力周波数Ｆｏ）の数を削減することができる。また、共振器配列構造体１００ｂの１２時、３時、６時および９時方向のそれぞれについて、プラズマ密度を独立に制御することができる。
【0131】
また、変形例６，７によれば、電磁波供給部は、ゾーンごとに設けられる。その結果、ゾーンごとにプラズマ密度を独立に制御することができる。
【0132】
また、変形例６，７によれば、第２の共振周波数Ｆｃは、ゾーンごとに異なる共振周波数である。その結果、ゾーンごとにプラズマ密度を独立に制御することができる。
【0133】
また、第１実施形態によれば、電磁波供給部は、セルＣごとに設けられ、それぞれの電磁波供給部は、対応するセルＣを形成する共振器１０１と共振可能な周波数の電磁波を供給するように構成される。その結果、プラズマの分布およびプラズマ密度の濃淡をセルＣごとに制御できる。
【0134】
また、変形例５～７、第２，第３実施形態によれば、電磁波供給部は、複数のセルＣに対して、セルＣを形成する共振器１０１と共振可能な周波数の電磁波を供給するように構成される。その結果、第２の共振周波数Ｆｃの数を削減できるとともに、プラズマ励起用のマイクロ波の周波数（出力周波数Ｆｏ）の数を削減することができる。
【0135】
また、第３実施形態によれば、電磁波供給部は、複数のセルＣに対して、複数のセルＣそれぞれに対応する第２の共振周波数Ｆｃと共振可能な、いずれか１つの周波数を含む電磁波を供給するように構成される。その結果、任意のセルＣでプラズマを生成することができる。
【0136】
また、第３実施形態によれば、電磁波供給部は、複数のセルＣに対して、複数のセルＣそれぞれに対応する第２の共振周波数Ｆｃと共振可能な複数の周波数を含む電磁波を供給するように構成される。その結果、プラズマの分布およびプラズマ密度の濃淡を複数のセルＣそれぞれで制御できる。
【0137】
また、第１実施形態、変形例１，２によれば、セルＣのセル空間ＣＳは、正方形、正三角形、または、正六角形である。その結果、プラズマの分布およびプラズマ密度の濃淡をセルごとに制御できる。
【0138】
また、変形例３，４，６，７、第２実施形態によれば、複数のセルＣは、隣り合うセルＣ間で共振器１０１を共用する。その結果、セルＣの集積度を向上させることができる。
【0139】
また、各実施形態によれば、共振器１０１の部材は、２枚以上のＣ字状のリング部材１１１Ｂであり、共振器１０１は、互いに逆向きに隣接して配置されるリング部材１１１Ｂの間に誘電体板１１２Ｂが配置された構造を有し、リング部材１１１Ｂの大きさと、誘電体板１１２Ｂの厚みとに応じて第１の共振周波数Ｆｒが決定される。その結果、共振器１０１の第１の共振周波数Ｆｒを目的とする周波数帯に合わせて設定することができる。
【0140】
また、第３実施形態によれば、プラズマ処理装置４００のプラズマ制御方法は、処理空間Ｓに供給されるプラズマ励起用の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く第１の共振周波数Ｆｒを有する複数の共振器１０１によって囲まれたセルＣを複数形成するよう構成された共振器配列構造体１００に対して、複数の第１の共振周波数Ｆｒに応じたセルＣとしての複数の第２の共振周波数Ｆｃとそれぞれ共振可能な複数の周波数を含む電磁波を処理空間Ｓに供給するように、電磁波供給部（マイクロ波出力装置４１６）を制御する。その結果、１つのＲＦ電源４５０および円筒導波管４３１を用いた場合でも、プラズマの分布およびプラズマ密度の濃淡をセルＣそれぞれで制御できる。
【0141】
今回開示された各実施形態は、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。上記の各実施形態は、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。
【0142】
上記各実施形態では、共振器配列構造体１００，１００ａ，１００ｂ，３００は、誘電体窓２０の下面２０ａに沿って配置される、または、アンテナ２４０に含まれるマイクロ波透過板に沿って配置される場合を例に説明した。これに限らず、誘電体窓２０の下面２０ａ、または、アンテナ２４０に含まれるマイクロ波透過板から離隔して配置されてもよい。また、共振器配列構造体１００，１００ａ，１００ｂは、誘電体窓２０に埋め込まれていてもよい。さらに、共振器配列構造体１００，１００ａ，１００ｂは、上面を処理空間Ｓに対向させて設けられた静電チャック１４ｃの上面に沿って配置されてもよく、または、静電チャック１４ｃの上面から離隔して配置されてもよい。また、共振器配列構造体１００，１００ａ，１００ｂは、処理容器１２の側壁１２ａの内壁面に沿って配置されてもよく、または、処理容器１２の側壁１２ａの内壁面から離隔して配置されてもよい。要するに、共振器配列構造体１００，１００ａ，１００ｂは、一面（第１面）を処理空間Ｓに対向させて設けられた部材の第１面に沿って配置されてもよく、または、当該部材の第１面から離隔して配置されてもよい。
【0143】
また、上記第１，第３実施形態において、マイクロ波出力装置１６，４１６の出力部を高周波電極である基台１４ａに接続してもよい。この場合、基台１４ａは、マイクロ波出力装置１６，４１６から出力されるマイクロ波を静電チャック１４ｃを介して処理空間Ｓに供給する。また、かかる構成においては、共振器配列構造体１００，１００ａ，１００ｂは、静電チャック１４ｃに埋め込まれてもよい。
【0144】
また、上記した各実施形態では、処理空間Ｓに供給されるプラズマ励起用の電磁波としてマイクロ波を挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、超短波（ＶＨＦ：Very High Frequency）～極超短波（ＵＨＦ：Ultra High Frequency）帯の電磁波がプラズマ励起用の電磁波として処理空間Ｓに供給されるようにしてもよい。
【0145】
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含み第１の共振周波数を有する共振器であって、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前記共振器を含むとともに、複数の前記共振器によって囲まれたセルを複数形成するよう構成され、
複数の前記セルは、前記セル間で前記第１の共振周波数が異なる前記共振器を含む、
プラズマ処理装置。
（２）
複数の前記セルそれぞれは、前記セルを形成する複数の前記共振器の前記第１の共振周波数に応じた、前記セルとしての第２の共振周波数を有する、
前記（１）に記載のプラズマ処理装置。
（３）
複数の前記セルは、隣り合う前記セル間で前記第２の共振周波数が異なる、
前記（２）に記載のプラズマ処理装置。
（４）
複数の前記セルは、それぞれ前記第２の共振周波数が異なる、
前記（２）または（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、複数の前記セルのうち、同一の前記第２の共振周波数を有する前記セルが、前記第２の共振周波数が異なる前記セルを少なくとも３つ挟むように配置される、
前記（２）または（３）に記載のプラズマ処理装置。
（６）
前記共振器配列構造体は、複数の前記セルが、複数のゾーンのうちいずれかの前記ゾーンに配置され、
同一の前記ゾーンに配置された複数の前記セルは、同一の前記第２の共振周波数を有する、
前記（２）に記載のプラズマ処理装置。
（７）
前記ゾーンは、同心四角状に複数設けられる、
前記（６）に記載のプラズマ処理装置。
（８）
前記ゾーンは、象限状に複数設けられる、
前記（６）に記載のプラズマ処理装置。
（９）
前記電磁波供給部は、前記ゾーンごとに設けられる、
前記（６）～（８）のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
（１０）
前記第２の共振周波数は、前記ゾーンごとに異なる共振周波数である、
前記（６）～（９）のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
（１１）
前記電磁波供給部は、前記セルごとに設けられ、それぞれの前記電磁波供給部は、対応する前記セルを形成する前記共振器と共振可能な周波数の前記電磁波を供給するように構成される、
前記（１）～（１０）のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
（１２）
前記電磁波供給部は、複数の前記セルに対して、前記セルを形成する前記共振器と共振可能な周波数の前記電磁波を供給するように構成される、
前記（１）～（１０）のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
（１３）
前記電磁波供給部は、複数の前記セルに対して、複数の前記セルそれぞれに対応する前記第２の共振周波数と共振可能な、いずれか１つの周波数を含む前記電磁波を供給するように構成される、
前記（２）～（１０）のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
（１４）
前記電磁波供給部は、複数の前記セルに対して、複数の前記セルそれぞれに対応する前記第２の共振周波数と共振可能な複数の周波数を含む前記電磁波を供給するように構成される、
前記（２）～（１０）のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
（１５）
前記セルのセル空間は、正方形、正三角形、または、正六角形である、
前記（１）～（１４）のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
（１６）
複数の前記セルは、隣り合う前記セル間で前記共振器を共用する、
前記（１）～（１５）のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
（１７）
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り、
前記共振器は、互いに逆向きに隣接して配置される前記リング部材の間に前記誘電体板が配置された構造を有し、前記リング部材の大きさと、前記誘電体板の厚みとに応じて前記第１の共振周波数が決定される、
前記（１）～（１６）のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
（１８）
プラズマ処理装置のプラズマ制御方法であって、
処理空間に供給されるプラズマ励起用の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く第１の共振周波数を有する複数の共振器によって囲まれたセルを複数形成するよう構成された共振器配列構造体に対して、複数の前記第１の共振周波数に応じた前記セルとしての複数の第２の共振周波数とそれぞれ共振可能な複数の周波数を含む前記電磁波を前記処理空間に供給するように、電磁波供給部を制御する、
プラズマ制御方法。
（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含み第１の共振周波数を有する共振器であって、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前記共振器を含むとともに、複数の前記共振器によって囲まれたセルを複数形成するよう構成され、
複数の前記セルは、前記セル間で前記第１の共振周波数が異なる前記共振器を含む、
プラズマ処理装置。
（２）
複数の前記セルそれぞれは、前記セルを形成する複数の前記共振器の前記第１の共振周波数に応じた、前記セルとしての第２の共振周波数を有する、
前記（１）に記載のプラズマ処理装置。
（３）
複数の前記セルは、隣り合う前記セル間で前記第２の共振周波数が異なる、
前記（２）に記載のプラズマ処理装置。
（４）
複数の前記セルは、それぞれ前記第２の共振周波数が異なる、
前記（２）または（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、複数の前記セルのうち、同一の前記第２の共振周波数を有する前記セルが、前記第２の共振周波数が異なる前記セルを少なくとも３つ挟むように配置される、
前記（２）または（３）に記載のプラズマ処理装置。
（６）
前記共振器配列構造体は、複数の前記セルが、複数のゾーンのうちいずれかの前記ゾーンに配置され、
同一の前記ゾーンに配置された複数の前記セルは、同一の前記第２の共振周波数を有する、
前記（２）に記載のプラズマ処理装置。
（７）
前記ゾーンは、同心四角状に複数設けられる、
前記（６）に記載のプラズマ処理装置。
（８）
前記ゾーンは、象限状に複数設けられる、
前記（６）に記載のプラズマ処理装置。
（９）
前記電磁波供給部は、前記ゾーンごとに設けられる、
前記（６）～（８）のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
（１０）
前記第２の共振周波数は、前記ゾーンごとに異なる共振周波数である、
前記（６）～（９）のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
（１１）
前記電磁波供給部は、前記セルごとに設けられ、それぞれの前記電磁波供給部は、対応する前記セルを形成する前記共振器と共振可能な周波数の前記電磁波を供給するように構成される、
前記（１）～（１０）のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
（１２）
前記電磁波供給部は、複数の前記セルに対して、前記セルを形成する前記共振器と共振可能な周波数の前記電磁波を供給するように構成される、
前記（１）～（１０）のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
（１３）
前記電磁波供給部は、複数の前記セルに対して、複数の前記セルそれぞれに対応する前記第２の共振周波数と共振可能な、いずれか１つの周波数を含む前記電磁波を供給するように構成される、
前記（２）～（１０）のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
（１４）
前記電磁波供給部は、複数の前記セルに対して、複数の前記セルそれぞれに対応する前記第２の共振周波数と共振可能な複数の周波数を含む前記電磁波を供給するように構成される、
前記（２）～（１０）のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
（１５）
前記セルのセル空間は、正方形、正三角形、または、正六角形である、
前記（１）～（１４）のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
（１６）
複数の前記セルは、隣り合う前記セル間で前記共振器を共用する、
前記（１）～（１５）のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
（１７）
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り、
前記共振器は、互いに逆向きに隣接して配置される前記リング部材の間に前記誘電体板が配置された構造を有し、前記リング部材の大きさと、前記誘電体板の厚みとに応じて前記第１の共振周波数が決定される、
前記（１）～（１６）のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
（１８）
プラズマ処理装置のプラズマ制御方法であって、
処理空間に供給されるプラズマ励起用の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く第１の共振周波数を有する複数の共振器によって囲まれたセルを複数形成するよう構成された共振器配列構造体に対して、複数の前記第１の共振周波数に応じた前記セルとしての複数の第２の共振周波数とそれぞれ共振可能な複数の周波数を含む前記電磁波を前記処理空間に供給するように、電磁波供給部を制御する、
プラズマ制御方法。
【符号の説明】
【0146】
１，２００，４００ プラズマ処理装置
１０，４１０ 装置本体
１１，２０６，４１１ 制御装置
１２，２０１ 処理容器
１６，２０５，４１６ マイクロ波出力装置
２０ 誘電体窓
２０ａ 下面
４０，２４０ アンテナ
１００，１００ａ，１００ｂ，３００ 共振器配列構造体
１０１，１０１Ｂ 共振器
１１１Ｂ リング部材
１１２Ｂ 誘電体板
４３０ 同軸導波管
４３１ 円筒導波管
Ｃ，Ｃ１１～Ｃ５５ セル
Ｆｒ 第１の共振周波数
Ｆｃ 第２の共振周波数
Ｆｏ 出力周波数
Ｓ 処理空間
ＷＰ 被処理体
１０，４１０ 装置本体
１１，２０６，４１１ 制御装置
１２，２０１ 処理容器
１６，２０５，４１６ マイクロ波出力装置
２０ 誘電体窓
２０ａ 下面
４０，２４０ アンテナ
１００，１００ａ，１００ｂ，３００ 共振器配列構造体
１０１，１０１Ｂ 共振器
１１１Ｂ リング部材
１１２Ｂ 誘電体板
４３０ 同軸導波管
４３１ 円筒導波管
Ｃ，Ｃ１１～Ｃ５５ セル
Ｆｒ 第１の共振周波数
Ｆｃ 第２の共振周波数
Ｆｏ 出力周波数
Ｓ 処理空間
ＷＰ 被処理体
【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】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】