特許 7394632 アレーアンテナ及びプラズマ処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-30

(45)【発行日】2023-12-08

(54)【発明の名称】アレーアンテナ及びプラズマ処理装置

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20231201BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20231201BHJP

   C23C 16/511 20060101ALI20231201BHJP

【ＦＩ】

H05H1/46 B

H01L21/302 101D

C23C16/511

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020004973

(22)【出願日】2020-01-16

(65)【公開番号】P2021114360

(43)【公開日】2021-08-05

【審査請求日】2022-09-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】鎌田 英紀

(72)【発明者】

【氏名】池田 太郎

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 幹夫

(72)【発明者】

【氏名】山本 伸彦

【審査官】小林 幹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－０７４７９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１９２３１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２８５５６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０３４２３７２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２００９／０９６９５２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｈ １／００－１／５４

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｃ２３Ｃ １６／５１１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラズマ処理装置のチャンバ内に電磁波を放射するアレーアンテナであって、
複数のアンテナと、
複数の前記アンテナのうち隣接する前記アンテナの間のそれぞれに間隔を設けて配置されている複数の結合防止素子と、を有し、
複数の前記結合防止素子のそれぞれは、
前記チャンバ内にてグランド面を構成する天壁に接続された第１の部材と、
前記第１の部材の先端又はその近傍に接続され、三角形以上の多角形であり、前記多角形の隣接する辺同士を相対させて配置されている第２の部材と、を有する、アレーアンテナ。

【請求項2】

複数の前記結合防止素子は、前記アンテナの間を結ぶ線上に配置されている、
請求項１に記載のアレーアンテナ。

【請求項3】

複数の前記アンテナ及び複数の前記結合防止素子は、前記チャンバ内を仕切る誘電体窓よりも上部の閉空間に配置されている、
請求項１又は２に記載のアレーアンテナ。

【請求項4】

前記チャンバ内にてグランド面を構成する側壁に隣接する前記アンテナと前記側壁の間のそれぞれに、１以上の前記結合防止素子が配置されている、
請求項１～３のいずれか一項に記載のアレーアンテナ。

【請求項5】

チャンバと、前記チャンバ内に電磁波を放射するアレーアンテナとを有するプラズマ処理装置であって、
複数のアンテナと、
複数の前記アンテナのうち隣接する前記アンテナの間のそれぞれに間隔を設けて配置された複数の結合防止素子と、を有し、
複数の前記結合防止素子のそれぞれは、
前記チャンバ内にてグランド面を構成する天壁に接続された第１の部材と、
前記第１の部材の先端又はその近傍に接続され、三角形以上の多角形であり、前記多角形の隣接する辺同士を相対させて配置されている第２の部材と、
を有する、プラズマ処理装置。

【請求項6】

チャンバと、
前記チャンバ内を、基板にプラズマ処理を行う処理室と閉空間とに仕切る誘電体窓と、
前記閉空間に設けられ、前記処理室内に電磁波を放射するアレーアンテナと、を有するプラズマ処理装置であって、
前記アレーアンテナは、
複数のアンテナと、
複数の前記アンテナのうち隣接する前記アンテナの間のそれぞれに間隔を設けて配置された複数の結合防止素子と、を有し、
複数の前記結合防止素子のそれぞれは、
前記チャンバ内にてグランド面を構成する天壁に接続された第１の部材と、
前記第１の部材の先端又はその近傍に接続された第２の部材と、
を有する、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、アレーアンテナ及びプラズマ処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電磁波のパワーによりガスをプラズマ化し、ウェハにプラズマ処理を行うプラズマ処理装置が知られている。例えば、特許文献１は、フェーズドアレイのマイクロ波アンテナを用いてチャンバ内の半導体基板上での反応速度を修正する方法であって、チャンバ内でプラズマを励起し、フェーズドアレイのマイクロ波アンテナからマイクロ波放射ビームを放射し、チャンバ内の半導体基板の表面上での反応速度を変化させるように、ビームをプラズマに方向付けることを提案している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－１０３４５４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、アンテナ間の電磁気的な結合を抑制することができる技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一の態様によれば、プラズマ処理装置のチャンバ内に電磁波を放射するアレーアンテナであって、複数のアンテナと、複数の前記アンテナの間に間隔を設けて配置された複数の結合防止素子と、を有し、複数の前記結合防止素子のそれぞれは、前記チャンバ内にてグランド面を構成する天壁に接続された第１の部材と、前記第１の部材の先端又はその近傍に接続された第２の部材と、を有する、アレーアンテナが提供される。

【発明の効果】

【0006】

一の側面によれば、アンテナ間の電磁気的な結合を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す断面模式図。

【図2】実施形態に係るモノポールアンテナの一例を示す図。

【図3】実施形態に係る電力・位相制御の一例を示す図。

【図4】従来のアンテナ間の電磁気的な結合を説明するための図。

【図5】実施形態に係る結合防止素子によるアンテナ間の電磁気的な結合抑制を示す図。

【図6】実施形態に係る結合防止素子の構成の一例を示す図。

【図7】実施例に係る結合防止素子の配置の一例を示す図。

【図8】実施例に係る結合防止素子の配置の一例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

【0009】

［プラズマ処理装置］
一実施形態に係るプラズマ処理装置１０について、図１を用いて説明する。図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置１０の一例を示す断面模式図である。プラズマ処理装置１０は、マイクロ波プラズマ処理装置を一例に挙げて説明する。

【0010】

一実施形態に係るプラズマ処理装置１０は、ウェハ等の基板Ｗを収容するチャンバ１を有する。チャンバ１の内部は、マイクロ波のパワーによって形成される表面波プラズマによりガスをプラズマ化し、基板Ｗに対して成膜処理、エッチング処理等の所定のプラズマ処理を行う処理室１ｓと、誘電体窓５により処理室１ｓと仕切られた閉空間１ｒとを有する。

【0011】

チャンバ１は、略円筒状であり、接地されている。チャンバ１は、天壁９にて上部開口を閉塞され、これにより、内部を気密に保持することが可能である。チャンバ１は、アルミニウムまたはステンレス鋼等の金属材料から形成され、接地されている。かかる構成により、チャンバ１の天壁９及び側壁１２は、グランドに接続されている。

【0012】

基板Ｗを載置するステージ３は、チャンバ１内の底部中央から延びる筒状の支持部材４に支持されている。ステージ３には、基板Ｗを静電吸着するための静電チャック、温度制御機構、基板Ｗの面に熱伝達用のガスを供給するガス流路等が設けられてもよい。また、ステージ３には、整合器を介して高周波バイアス電源が電気的に接続されてもよい。ただし、高周波バイアス電源はプラズマ処理の特性によっては設けなくてもよい。

【0013】

チャンバ１の底部には排気管（図示省略）が接続されており、排気管には真空ポンプを含む排気装置（図示省略）が接続されている。排気装置を作動させるとチャンバ１内が排気され、これにより、処理室１ｓ内が所定の真空度まで減圧される。チャンバ１の側壁には、基板Ｗの搬入及び搬出を行うための搬入出口（図示省略）と、搬入出口を開閉するゲートバルブ（図示省略）とが設けられている。

【0014】

チャンバ１には、複数のガス管１１ａが形成され、ガス供給部２１から供給されたガスが、複数のガス管１１ａを通って処理室１ｓに供給される。

【0015】

天壁９には、チャンバ１内にマイクロ波を放射する７つのモノポールアンテナ２ａ～２ｇ（図１ではモノポールアンテナ２ａ～２ｃのみ図示）からなるアレーアンテナ２が設けられている（図３参照）。アレーアンテナ２は、複数のモノポールアンテナからチャンバ１内へ電磁波を照射する。なお、モノポールアンテナの数は７つに限られず、２以上であればよく、３以上が好ましい。モノポールアンテナは、アレーアンテナ２が有する複数のアンテナに相当する。

【0016】

モノポールアンテナ２ａ～２ｇは同一構成を有する。図２には、代表してモノポールアンテナ２ａの構成を示し、その他のモノポールアンテナ２ｂ～２ｇの構成についての図示及び説明は省略する。モノポールアンテナ２ａは、同軸ケーブル状をなし、内部導体１２１と、その外側の外部導体１２２と、これらの間に設けられたテフロン（登録商標）等の誘電体１２３とを有する。なお、誘電体１２３の代わりに空気層を設けてもよい。モノポールアンテナ２ａの先端は、長さＤだけ突出した内部導体１２１からなるアンテナ部１１を構成している。アンテナ部１１の長さＤは、例えば、数１０ｍｍ～数１００ｍｍとなる。

【0017】

アンテナ部１１を、天壁９の下面９ａと同じ高さの面であって、誘電体１２３の端部からチャンバ１の内部空間に露出させることにより、放射部１２５からマイクロ波がチャンバ１内に放射される。ただし、内部導体１２１は、誘電体１２３から飛び出さない構成でもよい。天壁９の下面９ａは電気的にグランド面になっている。

【0018】

かかる構成により、図１に示すように、マイクロ波は、マイクロ波出力部６から出力され、制御部８の制御に従い電力・位相制御部７によって電力及び／又は位相が制御され、チャンバ１内に放射される。

【0019】

モノポールアンテナ２ａ～２ｇは、天壁９に概ね等間隔に設けられている。隣り合うモノポールアンテナ２ａ～２ｇの中心間の距離は、マイクロ波の波長λに対してλ／２よりも小さくなるように配置されている。誘電体窓５は、複数のアンテナ部１１とステージ３との間にてチャンバ１を仕切り、誘電体窓５の上の空間Ｖと下の空間Ｕとに分ける仕切り板となっている。誘電体窓５は、例えば、石英、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等のセラミックス、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂やポリイミド系樹脂により形成されている。誘電体窓５の上の空間Ｖは、モノポールアンテナ２ａ～２ｇ及び複数の結合防止素子３０が配置される閉空間１ｒであり、マイクロ波の電磁波を放射する空間である。誘電体窓５の下の空間Ｕは、処理室１ｓであり、マイクロ波の電磁波によってガスをプラズマ化し、プラズマにより基板Ｗに対して所望の処理を行う空間である。

【0020】

閉空間１ｒには、数１０ｍｍ～数１００ｍｍ程度の自由空間が存在し、その下部に設置された誘電体窓５を介して処理室１ｓにプラズマが生成される。複数のアンテナ部１１の先端と誘電体窓５の上面との距離は、マイクロ波の波長λに対してλ／４よりも大きい。モノポールアンテナ２ａ～２ｇから出力されたマイクロ波は、閉空間１ｒに放射され、閉空間１ｒを伝播する。閉空間１ｒは大気空間であり、処理室１ｓは真空空間である。

【0021】

プラズマ処理装置１０は、制御部８を有する。制御部８は、プロセッサ、メモリなどの記憶部、入力部、表示部、信号の入出力インターフェイス部等を備えるコンピュータであり、プラズマ処理装置１０の各部を制御する。記憶部には、制御プログラム及びレシピデータが格納されている。コンピュータ（ＣＰＵ）が、制御プログラムを実行し、レシピデータに従ってプラズマ処理装置１０の各部を制御する。また、コンピュータは、アレーアンテナ２のアンテナ部１１毎に備えられた電力・位相制御部７を制御し、アンテナ部１１から放射するマイクロ波の電力及び／又は位相を制御する。

【0022】

かかる構成のプラズマ処理装置１０においてプラズマ処理を行う際には、まず、基板Ｗが、搬送アーム上に保持された状態で、開口したゲートバルブから搬入出口を通りチャンバ１内に搬入される。

【0023】

基板Ｗは、ステージ３の上方まで搬送されると、搬送アームからプッシャーピンに移され、プッシャーピンが降下することによりステージ３に載置される。ゲートバルブは基板Ｗを搬入後に閉じられる。処理室１ｓの圧力は、排気装置により所定の真空度に保持される。所定ガスが誘電体窓５の下の処理室１ｓに導入される。電力及び／又は位相を制御されたマイクロ波により、誘電体窓５の所定位置にて電界が強まり、処理室１ｓ内のガスがプラズマ化されて局所プラズマが生成される。局所プラズマを走査することによってプラズマ密度の時間積分値の空間分布を制御でき、基板Ｗに均一又は所望のプラズマ処理が施される。

【0024】

一実施形態にかかるプラズマ処理装置１０は、制御部８の制御により、電力・位相制御部７を用いてモノポールアンテナ２ａ～２ｇのそれぞれから放射されるマイクロ波の電力及び位相を制御する。これにより、モノポールアンテナ２ａ～２ｇのそれぞれから投入されたマイクロ波が干渉を起こし、任意の箇所にて電界強度を高めることができる。これにより、プラズマを集中して生成することで、高度なプラズマ密度分布の制御が可能になる。

【0025】

以上に説明した位相制御によるマイクロ波の合成は、機械的動作を伴わないため、高速制御が可能である。これにより、複数のモノポールアンテナ２ａ～２ｇの電力・位相制御を高速に制御できる。つまり、最大でマイクロ波の周波数と同程度の高速制御により、マイクロ波の合成の焦点位置Ｃを時間に応じて動かすことが可能である。この結果、プラズマ密度分布を均一又は自由に制御できる。

【0026】

図３は、一実施形態に係る制御部８による電力・位相制御の一例を示す図である。図３の例では、制御部８が、電力・位相制御部７を用いてモノポールアンテナ２ａ～２ｇから放射されるマイクロ波の位相φ（ｘ_ａ）～φ（ｘ_ｇ）を、焦点位置Ｃにて強め合うように制御する。また、焦点位置Ｃを中心とした合成部分Ａｒにおけるマイクロ波の電界の強さを制御するために、モノポールアンテナ２ａ～２ｇからそれぞれ放射されるマイクロ波の電力を制御する。

【0027】

制御部８は、電力・位相制御部７を用いて焦点位置Ｃが径方向Ｌ１又は周方向Ｌ２等に誘電体窓５の表面を走査するように、マイクロ波の位相φ（ｘ_ａ）～φ（ｘ_ｇ）を高速に制御する。また、走査中、制御部８は、電力・位相制御部７を用いてマイクロ波の電力を制御する。このようにして焦点位置Ｃ及び合成部分Ａｒを高速に移動させながらマイクロ波の電力を制御することで、誘電体窓５の下方に透過するマイクロ波のパワーによって生成されるプラズマＰの密度分布を自由に制御できる。

【0028】

また、制御部８は、電力・位相制御部７を用いてマイクロ波の位相φ（ｘ_ａ）～φ（ｘ_ｇ）を制御する速度を変化させることで、合成部分Ａｒの移動速度を変えることができる。例えば、制御部８が、誘電体窓５の外周側で合成部分Ａｒをゆっくり動かし、内周側で合成部分Ａｒを外周側よりも早く動かすようにマイクロ波の位相φ（ｘ_ａ）～φ（ｘ_ｇ）を制御することで走査スピードを変化させる。また、走査中、マイクロ波の電力を制御する。これにより、処理室１ｓ内の外周のプラズマ密度を内周のプラズマ密度よりも高く制御する等、プラズマ密度分布を自由に制御できる。

【0029】

［結合防止素子］
図１に示すように、隣接するモノポールアンテナの間に結合防止素子３０が２つずつ配置されている。結合防止素子３０は、モノポールアンテナ間の電磁気的な結合を抑制するように構成される。以下では、従来、結合防止素子３０を配置しない場合のモノポールアンテナ間の電磁気的な結合について図４を参照しながら説明する。その後、実施形態に係る結合防止素子３０の電磁気的な結合抑制機能について図５を参照しながら説明する。図４は、従来のアンテナ間の電磁気的な結合を説明するための図である。図５は、実施形態に係る結合防止素子３０によるアンテナ間の電磁気的な結合抑制を説明するための図である。説明の便宜のため、モノポールアンテナ２ａ、２ｂを例に挙げて説明するが、実施形態では隣接するモノポールアンテナの間のそれぞれに２つずつ結合防止素子３０が配置されている。

【0030】

従来、モノポールアンテナ２ａ、２ｂの間の電磁気的な結合やモノポールアンテナ２ａ、２ｂと主に側壁１２との電磁気的な結合により、モノポールアンテナ２ａ、２ｂの下部でマイクロ波の電磁波が弱くなる現象が生じていた。

【0031】

図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、マイクロ波の電磁波は、モノポールアンテナ２ａ、２ｂからチャンバ１内の誘電体窓５の上の閉空間１ｒに供給される。シミュレーションでは、モノポールアンテナ２ａからマイクロ波を供給せず、モノポールアンテナ２ｂのみからマイクロ波を出力する。つまり、本シミュレーションでは、図４（ｂ）に示すように、マイクロ波のパワーは、モノポールアンテナ２ｂのみから閉空間１ｒに放射され、モノポールアンテナ２ａからは放射されない。

【0032】

本シミュレーションでは、モノポールアンテナ２ｂとモノポールアンテナ２ａの間の電磁気的な結合のために、モノポールアンテナ２ｂから投入したマイクロ波のパワーのうち、３６％がモノポールアンテナ２ａへ結合してしまうといった現象が発生している。つまり、モノポールアンテナ２ｂへ投入したマイクロ波のパワーのうち、約１／３がプラズマの生成に寄与せず、パワーのロスが生じている。

【0033】

そこで、以下に説明する実施形態では、回路定数的にメタマテリアルとして機能する結合防止素子３０を、モノポールアンテナ２ｂとモノポールアンテナ２ａの間に最低２つ配置する。

【0034】

図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、実施形態に係るアレーアンテナ２の一例では、モノポールアンテナ２ｂとモノポールアンテナ２ａの間に２つの結合防止素子３０が配置されている。２つの結合防止素子３０は、複数のモノポールアンテナの間に間隔を設けて配置されている。２つの結合防止素子３０は、キノコ（マッシュルーム）型であり、柄の部分と傘の部分を有する同一構成である。

【0035】

結合防止素子３０の柄の部分は、チャンバ１内にて下面９ａがグランド面を構成する天壁９に接続された第１の部材３１である。傘の部分は、第１の部材３１の先端又は先端近傍に接続された第２の部材３２である。第１の部材３１及び第２の部材３２は、同じ材質の金属（導体）から構成されてもよいし、異なる材質の金属から構成されてもよい。

【0036】

また、結合防止素子の個数は２つに限られず、２つ以上の結合防止素子が、モノポールアンテナの間を結ぶ線上に配置されてもよい。結合防止素子３０のメタマテリアルとしての最大性能は、アンテナの間に配置する結合防止素子３０の数が多くなる程高くなるが、結合防止素子３０間の調整が難しくなる。

【0037】

実施形態では、第１の部材３１は棒状であり、第２の部材３２は四角形の板状であり、第２の部材３２の中心に第１の部材３１の先端が嵌め込まれている。しかし、形状はこれに限られず、例えば、第１の部材３１及び第２の部材３２がいずれも棒状であり、Ｔ字になるように第２の部材３２の中心に第１の部材３１の先端が嵌め込まれていてもよい。

【0038】

本シミュレーションでは、図５（ｂ）に示すように、マイクロ波のパワーは、モノポールアンテナ２ｂのみから閉空間１ｒに放射され、モノポールアンテナ２ａからは放射されない。図５（ｂ）の例では、結合防止素子３０のメタマテリアルとしての機能によって、モノポールアンテナ２ｂとモノポールアンテナ２ａの間の電磁気的な結合が抑制されている。その結果、モノポールアンテナ２ｂから投入したマイクロ波のパワーのうち、モノポールアンテナ２ａへの結合は、わずかに０．６％である。つまり、アンテナ間の電磁気的な結合が低減され、モノポールアンテナ２ｂへ投入したマイクロ波のパワーのほとんどがプラズマの生成に使われ、パワーのロスがほぼ生じていない。

【0039】

［結合防止素子のメタマテリアル機能］
次に、結合防止素子３０の動作とメタマテリアルの機能について、図６を参照しながら更に詳細に説明する。図６（ａ）は、実施形態に係る天壁９の下面９ａに接続された結合防止素子３０の構成と配置の一例を示す図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）の等価回路である。

【0040】

図６（ｂ）に示す等価回路は、発信側（モノポールアンテナ２ｂ）の信号ラインとグランドとの間にて直列に接続された第１の部材３１のインダクタンス成分Ｌ_１及びキャパシタンス成分Ｃ_１を有する。また、信号ラインにてこれらの成分に並列に接続された第２の部材３２のインダクタンス成分Ｌ_２と、２つの結合防止素子３０の間のキャパシタンス成分Ｃ_２とを有する。

【0041】

キャパシタンス成分Ｃ_１及びインダクタンス成分Ｌ_１は、第１の部材３１の寸法によって定まる。キャパシタンス成分Ｃ_２及びインダクタンス成分Ｌ_２は、第２の部材３２の寸法及び相対する２つの第２の部材３２の配置（間隔）によって定まる。これらの値を適切に設定することで、モノポールアンテナ２ｂから投入したマイクロ波の電磁波の共振が発生する。これにより、モノポールアンテナ２ｂからモノポールアンテナ２ａへ向かう特定の電磁波をカットし、アンテナ間の電磁気的な結合を抑制できる。これにより、２つの結合防止素子３０をメタマテリアルとして機能させることができる。なお、第２の部材３２の表面積は、コンデンサの電極面積に相当する。

【0042】

２つの第２の部材３２の配置（間隔）により定まるキャパシタンス成分Ｃ_２と、第１の部材３１の長さにより定まるインダクタンス成分Ｌ_１は、マイクロ波の電磁波の共振を発生させるために必須の成分である。つまり、結合防止素子３０の個数と配置によって、キャパシタンス成分Ｃ_２及びインダクタンス成分Ｌ_１を発生させることより、結合防止素子３０をメタマテリアルとして機能させることができる。よって、結合防止素子３０はキャパシタンス成分Ｃ_２を備えるために、隣接するモノポールアンテナの間に少なくとも２つ配置し、メタマテリアルを作成する。

【0043】

そして、キャパシタンス成分Ｃ_２とインダクタンス成分Ｌ_１とを用いてマイクロ波の電磁波を、結合防止素子３０の寸法に応じた特定の周波数で共振させる。その結果、モノポールアンテナ２ｂから投入したマイクロ波の電磁波はメタマテリアルの機能を有する２つの結合防止素子３０でほぼ全反射される。反射したマイクロ波の電磁波は、インピーダンス調整することにより、マイクロ波出力部６側には戻らず、アンテナ部１１から閉空間１ｒに放射され、プラズマの生成に寄与する。

【0044】

第１の部材３１は、天壁９の下面９ａに対して略垂直方向に設けられる。第２の部材３２は、下面９ａに対して略水平方向に設けられる。ただし、第１の部材３１は、下面９ａに対して垂直方向からあらかじめ定められた角度傾いてもよい。これにより、キャパシタンス成分Ｃ_１を微調整でき、共振周波数の微調整が可能になる。

【0045】

かかる構成の各結合防止素子３０は、着脱可能である。一例としては、第１の部材３１の基端３１ａが天壁９に形成された穴に圧入されている。第１の部材３１の基端３１ａは、下面９ａに形成された穴に挿入され、ねじ止めされていてもよい。天壁９に貫通穴を設け、第１の部材３１を上から貫通させ、天壁９の上面で固定されるようにしてもよい。第１の部材３１の先端は、第２の部材３２に形成された穴に圧入されてもよいし、第２の部材３２に形成された穴にねじ止めされていてもよい。

【0046】

これにより、各結合防止素子３０を交換可能に配置できる。また、第１の部材３１を伸縮が可能なように形成することで、第１の部材３１の長さを微調整し、これにより、インダクタンス成分Ｌ_１を微調整でき、共振周波数の微調整が可能になる。

【0047】

なお、図６（ａ）の例では、２つの結合防止素子３０には対称性があるが、２つの結合防止素子３０は必ずしも対称性がなくてもよい。

【0048】

［実施例］
次に、実施例に係る結合防止素子３０の配置の一例について、図７を参照しながら説明する。図７および図８は、実施例に係る結合防止素子３０の配置の一例を示す図である。図７は、プラズマ処理装置１０を上面視し、上からモノポールアンテナ及び結合防止素子３０を見た図である。図７は、説明の便宜のために、４つのモノポールアンテナ２ａ～２ｄが配置されている例を示す。

【0049】

図７の例では、結合防止素子３０の第２の部材３２は六角形であり、複数の結合防止素子３０が、六角形の隣接する辺同士を相対させて配置されている。ただし、第２の部材３２の形状は、これに限られず、三角形以上の多角形であれば良く、また、多角形の隣接する辺同士を相対させて配置されていることが好ましい。第２の部材３２を三角形以上の多角形で形成することで、結合防止素子３０を２次元に配置できる。

【0050】

４つのモノポールアンテナ２ａ～２ｄのうち、隣接するモノポールアンテナの間のそれぞれに２つ以上の結合防止素子３０が配置されている。例えば、隣接するモノポールアンテナを結ぶ線Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄ、Ｐｅ上には、結合防止素子３０が２つずつ配置されている。これにより、隣接するモノポールアンテナ２ａ～２ｄの一方から他方へ向かう特定周波数の電磁波をカットし、電磁波を隣り合うモノポールアンテナ２ａ～２ｄに伝搬させることを抑制できる。これにより、隣接するモノポールアンテナ２ａ～２ｄの間にて、２つずつ配置された結合防止素子３０をメタマテリアルとして機能させることができる。

【0051】

さらに、モノポールアンテナ２ｂ、２ｄを結ぶ線Ｐｆ上に配置されている２つの結合防止素子３０によってもモノポールアンテナ２ｂ、２ｄの一方から他方へ向かう特定周波数の電磁波をカットでき、２つの結合防止素子３０を回路定数的にメタマテリアルとして機能させることができる。以上のように、六角形の結合防止素子３０を２次元的に配置することで、上下、左右及び斜め方向に伝搬する電磁波を抑制できる。

【0052】

さらに、図７および図８に示すように、モノポールアンテナ２ａ～２ｄと側壁１２との間に１つ以上の結合防止素子３０（図８では１つ）が配置されている。これにより、モノポールアンテナ２ａ～２ｄと側壁１２との間に配置された１つ以上の結合防止素子３０により、モノポールアンテナ２ａ～２ｄと側壁１２との電磁気的な結合を抑制できる。

【0053】

かかる構成では、モノポールアンテナ２ａ～２ｄと側壁１２との電磁気的な結合を抑制するためには、結合防止素子３０は最低１つ配置されていれば良い。その理由について図８を参照して説明する。図８は、説明の便宜のため、モノポールアンテナ２ｄと、側壁１２と、その間に配置された１つの結合防止素子３０とを示す。

【0054】

グランド面となる側壁１２の内面は、電磁波的にはミラーと同様であり、電磁波が側壁１２で反射する。つまり、電磁波にとって、図８（ａ）に示す構成は、図８（ｂ）に示す構成と同一であり、電磁波が側壁１２でほぼ全反射する。よって、モノポールアンテナ２ｄと側壁１２と間には最低１つの結合防止素子３０が配置されていればよく、結合防止素子３０と側壁１２との距離に応じたキャパシタンス成分Ｃ_２が生成される。よって、モノポールアンテナと側壁１２との間に１つの結合防止素子３０を配置するだけで、メタマテリアルとして機能させるためのキャパシタンス成分Ｃ_２及びインダクタンス成分Ｌ_１を得ることができる。この結果、モノポールアンテナ２ａ～２ｄと側壁１２との電磁気的な結合を抑制できる。

【0055】

なお、モノポールアンテナは、天壁９及び／又は側壁１２に配置され得る。よって、結合防止素子３０は、天壁９及び／又は側壁１２に配置され得る。例えば、側壁１２に配置されたモノポールアンテナと天壁９との間に１つ以上の結合防止素子３０が配置されても良い。

【0056】

以上に説明したように、実施形態にかかるアレーアンテナによれば、アンテナ間の電磁気的な結合及びアンテナと壁面との間の電磁的な結合を抑制でき、マイクロ波のパワーをより効率的にロスなくプラズマの生成に利用できる。

【0057】

今回開示された実施形態に係るアレーアンテナ及びプラズマ処理装置は、すべての点において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、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

【符号の説明】

【0058】

１ チャンバ
２ アレーアンテナ
２ａ～２ｇ モノポールアンテナ
３ ステージ
５ 誘電体窓
６ マイクロ波出力部
７ 電力・位相制御部
８ 制御部
９ 天壁
１０ プラズマ処理装置
１１ アンテナ部
１２ 側壁
３０ 結合防止素子
３１ 第１の部材
３２ 第２の部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】