JP4678905B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマ処理装置に関し、特に、大電力を損失を生じることなく供給して高密度プラズマの生成に有用なアンテナ、およびこのアンテナを備え、高密度プラズマを効率よく生成し、この高密度プラズマを利用して半導体基板等の基板の表面に所定処理を施すプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマを利用して半導体ウェーハや液晶基板等（以下「基板」という）の表面に所定の処理を施す装置は、プラズマＣＶＤ（化学的気相成長）装置やプラズマエッチング装置等として広く知られている。このようなプラズマ処理装置では、処理速度を高める等の要請から高密度プラズマを生成する必要があり、しかも不純物の混入を防止する等の観点から、より低い圧力で高密度プラズマを形成することが要求されている。
【０００３】
上記のような表面処理のためのプラズマ生成には、高密度プラズマを高効率で得る観点から、主に高周波電力により生じさせた気体放電を使用する方式が採用されている。本発明の発明者等は、同軸型高周波電力供給系に接続された放射状のスロットアンテナに２．４５ＧＨｚの高周波電力を供給しプラズマを発生させる形式のプラズマ処理装置をすでに提案し（特許第２５３４２１９号）、良好なプラズマ処理が可能であることを確認している（文献例として、例えば、N. Sato et. al., "Uniform plasma produced by a plane slotted antenna with magnets for electron cyclotron resonance" : Appl. Phys. Lett., 62 (1993) 1469.）。
【０００４】
図９は、上記文献に示されているスロットアンテナを適用したプラズマ処理装置の構成を示す概略図である。このプラズマ処理装置は、排気機構１０１を備えかつ内部に放電を発生しプラズマを生成させる真空容器１０２と、この真空容器１０２の上側に設けられた、スロットアンテナ１０３を備えるアンテナ装置１０４と、スロットアンテナ１０３に高周波電力を供給する高周波電力供給系１０５と、真空容器１０２内に放電用ガスを導入する放電用ガス導入機構１０６と、真空容器１０２内で下方位置に設けられた基板ホルダ１０７とを備えている。基板ホルダ１０７には処理対象である基板１０８が配置されている。スロットアンテナ１０３に形成されるスロット（またはスリット）の形状に関しては前述の特許公報あるいは文献に詳しく記載されている。スロットアンテナ１０３には、実際には電磁波放射部１０３ａの近傍に磁場を生成するための永久磁石等による磁気回路が付設されるが、図９ではその図示が省略されている。また磁気回路が付設される結果、本来なら円盤形導体板として作られるスロットアンテナ１０３は、実際には磁気回路を内蔵し得る程度の所定の厚みを有した導体部として作られている。しかしながら、図９では説明の便宜上板材として示されている。高周波電力を供給する高周波電力供給系１０５は、高周波電源１１１、スタブチューナ１１２、同軸導波管変換器１１３、同軸線路１１４、および同軸型真空窓１１５から構成されている。
【０００５】
基板ホルダ１０７上に配置される基板１０８は、スロットアンテナ１０３における電磁波放射部１０３ａに対向して配置されている。
【０００６】
図９に示したプラズマ処理装置では、排気機構１０１によって排気された真空容器１０２内に放電用ガス導入機構１０６によって放電用ガスが導入され、高周波電力供給系１０５によってスロットアンテナ１０３に対して所定の高周波電力が供給される。導入された放電用ガスは、スロットアンテナ１０３の電磁波放射部１０３ａから放射された高周波によって放電を開始し、真空容器１０２内の基板１０８の前面空間でプラズマを生成する。そして、生成されたプラズマの物理的または化学的な作用によって、基板１０８の表面に所定の処理が施される。例えば放電用ガスとしてエッチング作用を有するガスを導入すれば、基板１０８の表面に対しエッチング処理が行われる。
【０００７】
なお上記従来例では、高周波電力の周波数として工業用周波数である２．４５ＧＨｚが採用されている。また、これに対応して磁気回路によってアンテナ近傍に作られる磁界の磁束密度は、電子サイクロトロン周波数が２．４５ＧＨｚと等しいおよそ８７５ガウスよりも大きくなるように設定される。
【０００８】
またマイクロ波からミリ波の帯域の電磁波を伝送する一般的なアンテナ技術の分野において、従来、特開平９−１９９９０１号で提案される折返し導波管が知られている。この折返し導波管は、特開平９−１９９９０１号公報の図１４に示された従来の折返し導波管の問題点、すなわち、折返し端の上部と下部に４５°カットの反射面を形成し、さらに当該反射面に反射波を打ち消すための調整ネジを装着する必要があるので、構成が複雑となり、高い寸法精度が要求され、高コストで量産できず、周波数特性が狭帯域となり、その調整作業が面倒であるという問題点を解決すべく提案されたものである。このため特開平９−１９９９０１号で提案される折返し導波管は、例えば、その請求項１あるいは請求項２で定義されるように、１８０°折返し部の開口窓の寸法ａ×ｈ（図１に示される）においてｈが所定条件を満たす値に設定されることに特徴がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、プラズマ処理装置によって処理される基板は、近年、大型化される傾向にある。シリコン基板の処理によりＬＳＩを製造する工程では、１枚の基板から多くのデバイスを製作する必要から、基板サイズが大きくなる傾向にある。そのため、前述のプラズマ処理装置では、プラズマ生成領域の面積（基板に平行な平面での面積）を大きくすること、および処理速度の高速化を図るべくプラズマ密度をさらに高くすること、という理由から、供給する高周波の電力をさらに大きくすることが要求されている。
【００１０】
ところが、前述のスロットアンテナ１０３からなるアンテナ装置１０４は、１ｋＷ程度の高周波電力を供給して生成した密度１０¹¹ｃｍ^-3程度のプラズマを用いて直径２００ｍｍ程度の基板を処理することを前提として構成されている。従ってそのような前提から外れる大電力高周波を供給することができず、そのため大面積基板の処理に適した高密度プラズマを生成することができない。大電力高周波を供給することができない理由は、スロットアンテナ１０３で作られる高周波伝搬経路（導波路）でインピーダンスの不整合による定在波が発生し、これによって局所的に強い電界が生じ、絶縁破壊を引き起こすことにある。また定在波によってスロットアンテナ１０３内に誘起される電界が大きくなり、スロットアンテナ１０３の表面がジュール加熱されることによる電力の損失もプラズマの高密度化を阻害する要因となる。かかるスロットアンテナでは、高周波伝搬経路の形状が不連続であることに起因するインピーダンスの不整合は一般的に避けることができない。
【００１１】
また前述のごとく特開平９−１９９９０１号公報に開示された伝送路技術によれば、マイクロ波〜ミリ波の帯域の電磁波の低損失伝送路の折返し導波管について無調整でインピーダンスの整合をとって反射波をなくし、それにより定在波をなくすことを可能にしている。しかしながら、この技術は、方形波導波管の広域面をほぼ１８０°折返して構成される折返し導波管に限定された技術であり、広域面幅をａ、狭い壁面幅をｂとするときに、これらの寸法ａ，ｂを利用して定在波をなくす条件を与えている。従って、この技術は主に方形導波管の折返し部の構造に関するものであり、アンテナ構造に関するものではない。さらに上記公報では、折返し導波管の変形例として、その第８実施形態（図１２および段落００４９等）および請求項１２，１３に折返しラジアル導波路（円形導波路）が言及されている。この場合には、広域面幅ａに相当するものとして２πｒ（ｒはラジアル導波路６１の中心から折返し導波管６４の開口部の中心位置までの距離）が使用される。この折返しラジアル導波路を利用して平面アレーアンテナを実現することもできるが、あくまでも所定条件を満たす折返し導波管の変形例にすぎない。
【００１２】
特に、前述したプラズマ処理装置に応用されるアンテナでは、プラズマ生成空間に所定分布の磁場を形成するための磁気回路を備えることから、実際には、前述のごとく磁気回路を収容するスペースを備えて所定の厚みを有する円盤状導体部が使用される。このような厚みを有する円盤状導体部によるアンテナを用いて基板処理用の真空容器内に高周波電力を供給することは、整合をとることが非常に困難であった。かかるアンテナを用いて、インピーダンス整合をとって定在波を生じさせることなく高周波伝搬を効率的に行うためには、アンテナの形態および構造に応じた新しいアンテナ設計思想が要求される。
【００１３】
本発明の目的は、上記課題を解決することにあり、所定の厚みを有しかつ電磁波放射部を備えた円盤状導電部を主要部として備えてなるプラズマ生成用アンテナについて、独創性のあるアンテナ設計手法を提案しつつ、アンテナの構造に改良を加え、高周波伝搬経路で定在波が生じるのを防止し、大電力の供給による高密度プラズマの生成を行うことができるアンテナを提供し、さらにこのアンテナを備え、大電力の高周波で高密度プラズマを生成し、大面積基板に対し高速な表面処理を行えるプラズマ処理装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係るプラズマ処理装置は、上記目的を達成するため、次のように構成される。
本発明に係るプラズマ処理装置は、前提として、内部に処理すべき基板を配置しかつ基板の前面の空間にプラズマを生成するように構成された真空容器と、この真空容器に装備されたプラズマ生成用アンテナと、このアンテナに高周波電力を供給する高周波電源を備え、高周波電源から高周波電力を供給されたアンテナは高周波電力を放射し、真空容器内の空間にプラズマを生成し、このプラズマによって基板の表面に所定処理を行うように構成されている。さらにこのプラズマ処理装置は、特徴的構成として、上記アンテナが、所定の厚みを有する円盤状導体部を有すると共に基板に対向する電磁波放射領域を有しており、さらに同軸線路によって高周波電源に接続され、円盤状導体部は、その中心点で同軸線路の内側導体に接続され、円盤状導体部の周囲には、中心点に関して中心対称的に配置された同軸型でかつ同軸線路から電磁波放射領域に至る折返し部を有する導波路が形成され、円盤状導体部の上面と下面の両方またはいずれか一方に段差を形成することにより、導波路の折返し部にインピーダンス整合を行うための短絡３ｄＢ方向性結合器の構造が与えられるように構成されている。
上記のプラズマ処理装置によれば、磁気回路を内蔵すること等によって所定厚みを有する円盤状導体部を含みかつその周囲に折返し部を含むラジアル導波路を有し、円盤状導体部の上側から供給される高周波電力をラジアル導波路を経由して下面側の電磁波放射部に伝送し、この電磁波放射部から真空容器内の空間に放射するように構成されたアンテナに関し、当該導波路に短絡３ｄＢ方向性結合器の構造を与え、これによりインピーダンス整合を行い、定在波の発生を防止するようにしている。プラズマ処理装置に利用される高周波電力供給用のアンテナとして所定の厚みを有する円盤状導体部を有するものにおいて、そのインピーダンス整合を行い得るアンテナは従来にはなく、新しいアンテナ設計手法に基づいてインピーダンス整合が可能な構造が実現される。
さらに、上記短絡３ｄＢ方向性結合器としての構造は、円盤状導体部の上面と下面の両方またはいずれか一方に段差を形成することにより与えられる。立体的な形態を有する円盤状導体部は、外部容器との間に導波路を形成しており、かかるアンテナは処理チャンバとしての真空容器の例えば上部に設けられている。上記段差を形成することにより折返し部を有する導波路の高周波伝搬条件が変更される。円盤状導体部の立体的形態について所定条件を満たす段差を設けることによって短絡３方向性結合器の構造が実現され、導波路でインピーダンス整合がとられる。
さらに上記の各構成において、短絡３ｄＢ方向性結合器としての構造は、円盤状導体部の周囲に形成される導波路の領域に例えば領域を別けて複数の誘電体材料を備え、誘電体材料の高さや誘電率を所定条件を満たすように調整することで、与えられる。
さらに上記の各構成において、アンテナで、短絡３ｄＢ方向性結合器としての構造をを構成する複数の要素のうちの任意の要素の変量（各部の寸法、誘電率等）が、アンテナの反射係数Г_Ａ に対して、散乱行列表示においてＳ_２２＝Г_Ａ ^＊ （ただし「＊」は共役複素数
である）となるように決定されることを特徴とする。この条件が上記所定条件の一例である。上記複数の要素には、散乱行列を定める各種の要素がある。さらに同じくアンテナで、短絡３ｄＢ方向性結合器としての構造を構成する複数の要素のうちの任意の要素の変量が、上記の散乱行列表示においてＳ_２２＝０となるように決定されていることを特徴とする。この条件が上記所定条件の他の例であり、かつ実用性の高い基本的条件である。
本発明に係るプラズマ処理装置は、好ましくは、円盤状導体部の内部に空間に磁場を発生させるための磁気回路を設けている。この磁気回路を備えることによって円盤状導体部は所定の厚みを有し、円盤状導体部がかかる所定厚みを有することから、その周囲にインピーダンス整合のための新しい固有のアンテナ設計手法が行われる。
上記の各構成において、真空容器内の上記の空間における円盤状導体部に近接した領域に磁気回路によって発生する磁場の磁束密度は、この磁束密度に対応する電子サイクロトロン周波数が高周波電力の周波数よりも大きくなるように、設定されていることが好ましい。
さらに上記の構成において、高周波電力の周波数は０．５〜１０ＧＨｚであることが好ましい。
本発明に係るプラズマ処理装置では、アンテナに接続される上記同軸線路に同軸型のインピーダンス整合機構を設けるように構成することもできる。
なお上記の説明では新しい高周波給電用アンテナを備えるプラズマ処理装置として、プラズマ処理装置に観点をおいて説明したが、アンテナそのものも技術的価値の高いものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１６】
本発明に係るプラズマ処理装置は、一般的に、ドライエッチング装置、プラズマＣＶＤ装置等に使用される。以下の実施形態の説明ではＬＳＩ製造用のドライエッチングプロセスを想定しているが、本発明は、アンテナを含むプラズマ生成機構そのものの改良にあり、応用目的はドライエッチングプロセスに限定されるものではない。
【００１７】
図１は、本発明の第１実施形態を示し、本発明の特徴部であるアンテナを備えたプラズマ処理装置を示す。１０はプラズマ生成用のアンテナである。本発明に係るプラズマ処理装置ではアンテナ１０の改良構造に特徴があり、従ってこの実施形態によれば、図を参照して主にアンテナ１０の構造と作用が説明される。プラズマ処理装置の全体的な構造は概略的に描かれている。
【００１８】
アンテナ１０は、プラズマが生成される空間１１を内部に有する真空容器１２の上部側に設けられている。真空容器１２の内部の下方には、アンテナ１０に対向するような配置で基板ホルダ１３が設けられる。基板ホルダ１３の上面には処理対象の基板１４が搭載されている。この基板１４は例えば３００ｍｍの直径を有する大面積の大型基板である。基板１４は、被処理面が図中水平になるように保持されている。基板１４の被処理面は空間に臨んでいる。アンテナ１０と基板ホルダ１３の間の上記空間１１はプラズマが生成される領域であり、基板１４の上面は空間１１を介在させてアンテナ１０に対向している。
【００１９】
本実施形態によるプラズマ処理装置において、真空容器１２の円筒形の周囲側壁部にはガス導入管１５が設けられ、このガス導入管１５はバルブ等を介して放電用ガス導入機構１６に接続され、ガス導入管１５を通して放電用ガスが真空容器１２内の空間１１に導入されるようになっている。真空容器１２の下部の基板ホルダ１３の下側には排気口１７が形成され、排気口１７は排気機構１８に接続される。排気機構１８によって真空容器１２の内部は所要の減圧状態に保持される。この状態で真空容器１２の放電用ガスに電力が供給されると、放電が開始され、プラズマが生成される。アンテナ１０には、そのほぼ中央位置に、図中水平な状態で円盤状導体板１９が配置されている。プラズマを生成するための電力は円盤状導体板１９の下面側に設けられる電磁波放射部２０から高周波電力として供給される。アンテナ１０の円盤状導体板１９には高周波電力供給系３０から高周波電力が供給される。円盤状導体板１９は、その電磁波放射部２０の近くに磁気回路を内蔵するので、所定の厚みを有している。従って円盤状導体板１９は実際には内部容積を有する円盤状導体部として形成される。円盤状導体板１９の厚みは内蔵される磁気回路の大きさ等に応じて決定される。
【００２０】
アンテナ１０において、上記の円盤状導体板１９は、真空封止を兼ねた誘電体製のリング２１を介して、放電用真空容器１２の天井部１２ａの開口１２ｂの外側箇所にて、これを塞ぐごとく取り付けられる。円盤状導体板１９の下面において、開口１２ｂによって形成される孔の部分から真空容器１２内の空間１１を臨む部分が、前述の電磁波放射部２０となっている。また円盤状導体板１９の下面には、さらに薄い誘電体板２２が付設されている。さらに円盤状導体板１９の上側、側方、および下側の各周囲領域には、高周波伝搬経路すなわち導波路を形成する部分２４（以下「導波路２４」という）が形成される。この導波路２４は、円盤状導体板１９の周囲であって当該導体板１９と外側容器２４ａの間において、同軸型の高周波伝送路として、かつ折返し部を有するように形成されている。また円盤状導体板１９の上側周縁部の周囲には、導波路２４の内部に誘電体製のリング２３が設けられる。導波路２４を内側部分を形成する円盤状導体板１９の周縁部の外部形態、あるいは誘電体製リング２１，２３のごとき誘電体材料を利用して形成される導波路２４の構造、およびその設計手法が、本発明において最も重要な点となる。
【００２１】
また上記の高周波電力供給系３０は、高周波電源３１、スタブチューナ３２、同軸導波管変換器３３、同軸線路３４から構成されている。スタブチューナ３２は３本の同軸型整合器が用意され、導波管に設けられている。また同軸線路３４は、内部導体３４ａと管状の外部導体３４ｂから構成される。同軸線路３４の内部導体３４ａは円盤状導体板１９の上面中心部に接続され、同軸線路３４の外部導体３４ｂの下端は上記の導波路２４の外側部分に接続されている。同軸線路３４の下端は上記の導波路２４の上部側につながっている。また導波路２４の上記折返し部は、同軸線路３４の下端から円盤状導体板１９の下側の電磁波放射部２０に至る部分として形成される。
【００２２】
円盤状導体板１９の部分には、前述のごとく、プラズマの生成効率を向上する目的で、磁気回路を内蔵し、あるいは付設し、あるいは組み込まれている。しかしながら、磁気回路の構成自体は本発明の要旨ではないので、図１では、図解の簡易化を考慮して、その図示を省略している。ただし、前述のごとく、磁気回路を備えた円盤状導体板１９は図１において所定の厚みを有するように斜線表示で描かれている。
【００２３】
本発明の特徴は、前述のごとく、プラズマ生成用アンテナ１０の構造と作用にある。アンテナ１０は、放電処理用の真空容器１２の上部に設置され、高周波電力を真空容器１２の内部空間に放射する目的で使用される。そこで実施形態の説明では、アンテナ１０の構造と作用が主題になる。本発明の主要部分であるプラズマ生成用アンテナ１０の設計において、高周波電力供給系３０における高周波電源３１の発振周波数の設定が重要な要件となる。本実施形態は、前掲の文献と同様に２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生できる高周波電源が使用される。高周波電源３１の出力電力は例えば２０００Ｗ程度である。
【００２４】
次に、図２〜図６を参照してアンテナ１０の構造と作用を詳述する。図２はアンテナ１０の基本的な構造を概念的に示し、図３は短絡３ｄＢ方向性結合器の動作概念を例えば矩形導波管の構造例で図解し、図４はインピーダンス整合の機能を有する本発明に係るアンテナ１０を概念的に示し、図５は円盤状導体板のみの外観の斜視図を示し、図６はアンテナ１０を１つの給電系としてみなしたときの散乱行列（Ｓ行列）表示を示している。
【００２５】
図２において、高周波電力供給系３０を通して導入される高周波電力は同軸線路３４で導かれ、アンテナ１０の円盤状導体板１９の周囲に形成された同軸型伝送路である導波路２４を経由して裏面の電磁波放射部２０から真空容器１２の内部の空間１１に放射される。この図では、アンテナ１０の円盤状導体板は符号１９Ａで示される部分であり、前述の導体板１９とは異なる形状で示されている。すなわち導体板１９Ａは、実質的に前述の所定の厚みを有しておらず、円盤状のほぼ平板形状で概念的に描かれている。また図２で電磁波放射部２０は下壁の開口部を指している。上記高周波電力は、空間１１に供給されている放電用ガスを放電させ、プラズマを生成するためのエネルギである。アンテナ１０では、矢印４１（エネルギ流を意味する）で示すごとく、高周波電力が円盤状導体板１９Ａの周囲縁部１９Ａ−１をまわって電磁波放射部２０に供給される。この構成において、エネルギ流４１に示されるごとく高周波電力を効率よく伝搬させるために、本実施形態では、円盤状導体板１９Ａの周囲領域である導波路２４において短絡３ｄＢ方向性結合器としての構造を与えるようにし、この短絡３ｄＢ方向性結合器の特殊な性質（作用）を利用してインピーダンス整合を行い、伝搬効率を高めている。本実施形態では、上記のアンテナ１０の導波路２４で短絡３ｄＢ方向性結合器の構造を与えるためのアンテナ設計手法、および当該構造を有するアンテナ１０に特徴を有する。短絡３ｄＢ方向性結合器の性質については以下に詳述される。
【００２６】
なお図２において、高周波電力の伝搬する部分である導波路２４を便宜的に３種の領域（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に分けて示している。すなわち、円盤状導体板１９Ａの周囲の高周波電力を伝搬する導波路２４は、３つの異なる領域（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）として示された誘電体材料が設けられている。この例では誘電体材料を利用して後述のごとく短絡３ｄＢ方向性結合器の構造を与えている。
【００２７】
次に、上記の短絡３ｄＢ方向性結合器の特殊な性質を図３の（１）〜（４）を用いて説明する。図３では、短絡３ｄＢ方向性結合器は、左側の２つのポート４２ａ，４２ｂと右側の２つのポート４２ｃ，４２ｄを備えるブロック回路４２として表現されている。短絡３ｄＢ方向性結合器としての作用を有するブロック回路４２の図中左上側は入射端となっている。短絡３ｄＢ方向性結合器４２では、左側のポート４２ａ，４２ｂは開放されており、右側のポート４２ｃ，４２ｄは短絡され、短絡端４２Ａとして形成されている。
【００２８】
図３の（１）は短絡３ｄＢ方向性結合器４２の左上側のポート４２ａに単位振幅の電磁波が入射した場合の図である。入射波は、短絡３ｄＢ方向性結合器４２の作用によって振幅が１／√２の波に二分され、短絡端４２Ａに現れる。この際、結合器の一般的性質によって、右上側のポート４２ｃでは振幅が１／√２になり、右下側のポート４２ｄでは位相が９０°異なり、そのため複素振幅はｊ（１／√２）となる。
【００２９】
短絡３ｄＢ方向性結合器４２で、上記のようにポート４２ａに入射波が入った場合には、短絡端４２Ａでは反射が起こり、図３の（２），（３）に示すように反射波は再び短絡３ｄＢ方向性結合器４２を通過する。図３の（２）はポート４２ｃの振幅１／√２の電磁波が反射した場合の図であり、この結果、２つのポート４２ａ，４２ｂの各々に複素振幅１／２およびｊ（１／２）の電磁波となって現れる。一方、図３の（３）はポート４２ｄの複素振幅ｊ（１／√２）の電磁波が反射した場合の図であり、ポート４２ａ，４２ｂの各々には複素振幅−１／２およびｊ（１／２）の電磁波となって現れる。全体としての現象は図３における（２）と（３）を重ね合わせたものであるから、結局のところ短絡３ｄＢ方向性結合器４２を通過してその短絡端４２Ａで反射された電磁波は、図３の（４）に示すように、左下側のポート４２ｂに複素振幅ｊとなって現れる。要するに、短絡３ｄＢ方向性結合器４２の作用によれば、入射端であるポート４２ａから入射した電磁波は、左側のポート４２ｂにおいて、振幅は不変で位相が９０°異なった電磁波として出力される。つまり、ポート４２ａに入射された電磁波は、定在波を生じることなく、位相が９０°シフトしただけの電磁波としてポート４２ｂへ伝送される。
【００３０】
上記作用を有する短絡３ｄＢ方向性結合器を矩形導波管で構成すると、電磁波が入射されるポート４２ａが入射側導波路、かつ電磁波が出力されるポート４２ｂが出射側導波路となり、入射側導波路から出射側導波路への導波路部分は、短絡用金属板部分を設けることによって折返し部として形成される。このように、矩形導波管の構造を利用して折返し部を有する短絡３ｄＢ方向性結合器を構成すると、入射側導波路から入った高周波電力は出射側導波路から、定在波を生じさせることなく、出てくることなる。
【００３１】
以上の矩形導波管に関する短絡３ｄＢ方向性結合器の議論は、図２に示した円盤状導体板１９Ａとその周囲に形成される導波路２４からなるアンテナ１０、すなわち折返し部を含むラジアル導波路を有するアンテナ１０に拡張して援用することができる。矩形導波管を用いた構造例に関して前述した短絡３ｄＢ方向性結合器４２の基本的な動作原理は、本実施形態に示す形状のアンテナ１０においても同じである。つまり、アンテナ１０において、円盤状導体板１９Ａの周囲領域である導波路２４に短絡３ｄＢ方向性結合器を構造的に設ける（構造的に実現する）ことによって定在波の発生をなくすようにすれば、円盤状導体板１９Ａの上側の入射部に導入された高周波（マイクロ波）の電力は、エネルギ流４１に示されるように損失を生じることなく効率よく伝送され、円盤状導体板１９Ａの下側の電磁波放射部２０から出射される。図２のアンテナ１０の例では、平板の円盤状導体板１９Ａの周囲に形成される導波路２４に、所定条件を満たすように、領域（Ａ）〜（Ｃ）の誘電体材料を設けることにより短絡３ｄＢ方向性結合器を実現している。ここで「所定条件」とは、アンテナ１０の導波路２４について全体構造としての１つの散乱行列Ｓを求め、領域（Ａ）〜（Ｃ）の各誘電体材料の誘電率等を変化させ、散乱行列の反射係数Ｓ₂₂が０になるようにすることである。換言すると、散乱行列の反射係数Ｓ₂₂が０になるように各誘電体材料の誘電率等を決定すると、当該誘電率を有する領域（Ａ）〜（Ｃ）の誘電体材料の構造によって短絡３ｄＢ方向性結合器が導波路２４に設けられることになる。
【００３２】
また、プラズマ生成用のアンテナ１０の構造では実用上の各種の要求があるため、上記のような理想的な構造をそのまま採用することはできない。実際に、電磁波放射部２０の近くに永久磁石を利用した磁気回路を設けるため、この磁気回路を円盤状導体板１９に内蔵する場合には、図１に示すごとく円盤状導体板１９には内蔵される磁気回路に応じて所定の厚みを有することが要求される。
【００３３】
さらに同様に図１に示すように、電磁波放射部２０と円盤状導体板１９との間隔は数ｍｍとする場合が多く、円盤状導体板１９の上側の隙間と比較して極端に小さくせざるを得ない場合が多い。ところが、このような形状によれば、円盤状導体板１９の上下の面におけるインピーダンスが大きく異なることになり、そのためマイクロ波の反射が発生する。
【００３４】
そこで、円盤状導体板の外部形態に関して、図２に示した平板状の円盤状導体板１９Ａとは異なり、図４に示すような構造を採用する。図４に示した円盤状導体板は、所定の厚みを与えかつ外部形態に変更を加えることによって、マイクロ波の反射が生じないようにインピーダンス整合の機能を有するように形成されている。図４に示した円盤状導体板の外部形態は、図１に示した円盤状導体板１９の外部形態と同じである。そこで図４に示された円盤状導体板にも符号１９を付している。この構造によれば、図４および図５に示されるごとく、例えば円盤状導体板１９の上面および下面の周縁部に段差１９ａ，１９ｂを形成し、かつ後述するアンテナ設計法に従ってその寸法を適正に設計することによってインピーダンス整合を行っている。この例では、所定条件で円盤状導体板１９の上面および下面に段差１９ａ，１９ｂを設けることにより、図３で動作原理を説明した短絡３ｄＢ方向性結合器４２と同等の高周波電力の伝搬特性を実現している。すなわち、アンテナ１０の円盤状導体板１９の上面および下面に所定条件の段差１９ａ，１９ｂを設けることによって短絡３ｄＢ方向性結合器の構造を実現している。ここで「所定条件」とは、前述としたものと実質的に同様に、アンテナ１０の導波路２４について全体構造としての１つの散乱行列Ｓを求め、段差１９ａ，１９ｂの高さ等の寸法を変化させ、散乱行列の反射係数Ｓ₂₂が０になるようにすることである。換言すると、散乱行列の反射係数Ｓ₂₂が０になるように各段差の高さ等を決定すると、当該段差の構造によって短絡３ｄＢ方向性結合器が導波路２４に与えられることになる。このように例えば円盤状導体板１９の上面および下面に所定条件の段差１９ａ，１９ｂを設けることで、インピーダンス整合がとられ、マイクロ波の反射の発生を防止し、マイクロ波を高率よく伝送し、電磁波放射部２０からマイクロ波を効率よく放射することが可能となる。
【００３５】
また、図４と図５に示すような外部形態を有する円盤状導体板１９を備えてなるアンテナ１０を実用に供するためには、円盤状導体板１９の外形変更と共に、円盤状導体板の周囲に設けられる誘電体材料の選定、真空封止の設計等を考慮しなければならない。すなわちアンテナ１０を具体的に設計するには、上記したような円盤状導体板１９の外形変更によるマイクロ波伝搬経路の設計と共に、通常、周囲の誘電体材料の選定、さらに真空封止の設計等が必要になる。従って図１で説明したように円盤状導体板１９の周囲には誘電体製リング２１，２３が設けられている。誘電体製リング２１，２３は、導波路２４を形成すると共に真空封止部を兼ねている。図１で示した構成のアンテナ１０の設計の場合では、円盤状導体板１９の段差による外形変更、導波路２４に設けた誘電体材料（２１，２２，２３）の選択をすべて含めて全体構造としての１つの上記散乱行列Ｓを求め、当該構造の或る部分を変化させて当該散乱行列の反射係数Ｓ₂₂が０になるようにアンテナ設計を行い、もってアンテナの導波路２４に短絡３ｄＢ方向性結合器の構造を実現するようにしている。
【００３６】
次にアンテナ１０に関する前述のアンテナ設計方法を詳述する。ここでは、プラズマによる表面処理装置に使用可能な材料を用い、機械的な強度を考慮して得られた基本構造に対して、マイクロ波を無反射で伝搬させるための導波路を実現するための計算プロセスを示す。
【００３７】
図６は、プラズマ生成用アンテナ１０の基本動作を説明するため図であり、当該アンテナ１０を１つの給電系とみなして得られる１つの散乱行列（Ｓ行列）の表示を示している。散乱行列Ｓは、反射係数Ｓ₁₁，Ｓ₂₂、透過係数Ｓ₁₂，Ｓ₂₁から成っている。図６において、アンテナ１０の反射係数をΓ_A とし、給電系とみなしたときのアンテナ１０の散乱行列を下記の式（１）とすれば、アンテナ１０の給電点での反射係数Γ_F は下記の式（２）で表される。
【００３８】
【数１】

【００３９】
【数２】

【００４０】
なお式（２）で、記号＊は共役複素数を表し、またφ＝arg(Ｓ₁₁）…（３）である。簡単化のため、図６の散乱行列表示において、基準面をφ＝０となる位置Ｔ−Ｔ′まで移動させる。
【００４１】
ここでアンテナ１０の反射係数Γ_A が既知の場合には、Ｓ₂₂＝Γ_A ^* …（４）となるように上記給電系を設計すれば、Γ_F ＝０…（５）となり、完全な整合が可能となる。
【００４２】
しかしながら、アンテナ１０での反射係数Γ_A 、すなわち電磁波放射部２０での反射係数Γ_A は、一般的に未知であり、上記の計算方法は適用できない。そこで、式（２）においてＳ₂₂＝０…（６）を満足するように設計する。Ｓ₂₂＝０となれば、Γ_F ＝Γ_A …（７）が成り立ち、アンテナ１０の反射係数と、給電点での反射係数は等しくなる。つまり、アンテナ１０を形成する構造の或る部分を変化させながらＳ₂₂＝０となる条件を満たすようにすれば、当該変化状態が、短絡３ｄＢ方向性結合器の構造を与えた状態となり、インピーダンス整合がとられた状態となる。
【００４３】
次に、一例として図２に示すようなプラズマ生成用アンテナ１０について、式（１）の散乱行列の各要素を求める方法を示す。このとき解析を容易に行うために内径Ｒの円筒の内部（導波路２４）を図２に示すごとく三種類の領域（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に分け、それぞれの領域について高さをｈ₁ ，ｈ₂ ，ｈ₃ 、誘電率をε_γ ⁽¹⁾ ，ε_γ ⁽²⁾ ，ε_γ ⁽³⁾ とする。励振はＴＭ波とし、電磁界はφ方向に一様であるとする。このときに電界成分Ｅｚは式（８）で示される円筒座標系における波動方程式の解として得られ、磁界成分Ｈφは式（９）により求められる。
【００４４】
【数３】

【００４５】
このようにして領域（Ａ）、領域（Ｂ）、領域（Ｃ）における電磁界はそれぞれ次の式（１０）〜（１６）で与えられる。
【００４６】
【数４】

【００４７】
ここで、Ａ_n ⁽ⁱ⁾ は未定係数、ｋ_n ⁽ⁱ⁾ は位相定数、Ｚ_n ⁽ⁱ⁾ は特性インピーダンス、ｎはモード番号を表す。また式（１０），（１１）の右辺第一項は入射波に、第二項以降は反射波に、式（１２），（１３）は透過波に対応する。これらはρ＝γにおける境界条件（下記の式（１７），（１８），（１９））を満足しなければならない。
【００４８】
【数５】

そこで、式（１０）〜（１５）を式（１７）〜（１９）に代入し、（数６）で表される下式を掛けて境界条件の成立する範囲で積分すると、式（２０）〜（２２）を得る。
【００４９】
【数６】

【００５０】
【数７】

【００５１】
ここで、［・］は行列、（・）は列ベクトルを表す。ただし、［Ｓ_n ］のように要素番号が一個のものは対角行列である。なおそれぞれの要素は次式（２３）〜（２８）で与えられる。
【００５２】
【数８】

【００５３】
ここでＩは下記の式（２９）で表される。
【００５４】
【数９】

【００５５】
式（２１），（２２）を式（２０）に代入すると、下記の式（３０）を得る。
【００５６】
【数１０】

【００５７】
式（３０）をＡ_m ⁽³⁾ について解き、その結果を式（２１），（２２）に代入することによりＡ_m ⁽¹⁾ ，Ａ_m ⁽²⁾ が求められる。結局、散乱行列の各要素Ｓ₁₁，Ｓ₁₂およびＳ₂₁は次式（３１），（３２）で与えられる。
【００５８】
【数１１】

【００５９】
またユニタリ性を用いてＳ₂₂は下式（３３）によって得られる。
【００６０】
【数１２】

【００６１】
式（３３）で与えられるＳ₂₂において、このＳ₂₂が０もなるように複数の変量（高さｈ₁ ，ｈ₂ ，ｈ₃ 、誘電率ε_γ ⁽¹⁾ ，ε_γ ⁽²⁾ ，ε_γ ⁽³⁾ 等）の或る部分を適宜に変化させることによって、アンテナ１０に短絡３ｄＢ方向性結合器の構造を設けることができる。このようにして図２に示すプラズマ生成用アンテナ１０に関して散乱行列の各要素を得ることができ、そのうちの反射係数Ｓ₂₂を利用してインピーダンス整合を行い得るアンテナ１０の各部の寸法や誘電率等を正確に求めることできる。
【００６２】
図４と図５に示された、段差１９ａ，１９ｂが形成された円盤状導体板１９を有するアンテナ１０の設計についても、前述と同様な設計方法で解析を行って散乱行列の各要素を求めることができる。つまり、円盤状導体板の周縁部と外部容器との間隔、各段差の高さ、円盤状導体板の周縁部と段差立壁との間隔、段差床面と外部容器との間隔等を変量として多変量解析による上記のアンテナ設計が行われる。こうして図４などに示すプラズマ生成用アンテナ１０に関しても、散乱行列の反射係数Ｓ₂₂を利用してインピーダンス整合を行い得るアンテナ１０の段差の寸法等を正確に求めることできる。
【００６３】
図４に示された段差１９ａ，１９ｂを有するプラズマ生成用アンテナ１０について、上記のようにして設計された円盤状導体板１９の周縁部の周囲の折返し部の一例が、図７に示される。図７に示すアンテナ１０では、給電系とみなされたアンテナ１０の給電点での反射係数Γ_F が、アンテナ１０の電磁波放射部での反射係数Γ_A と一致するように設計されている。図７において、１９はアンテナ１０の円盤状導体板、２４ａは導電性の外側容器である。円盤状導体板１９の上面には段差１９ａが形成され、下面には段差１９ｂが形成されている。外側容器２４ａと、その内側に位置する円盤状導体板１９により、それらの間に前述の導波路２４が形成される。アンテナ１０の各部の寸法は次の通りである。外側容器２４ａの高さは８ｃｍである。円盤状導体板１９の厚み方向の中央に位置する最大径部（周縁部）と、外側容器２４ａの円筒形側壁部との間の間隔は５ｃｍである。段差１９ａの径方向の幅の寸法は３ｃｍであり、段差１９ａにおける面（床面）１９ａ−１から外側容器２４ａの上壁までの寸法は２ｃｍである。段差１９ｂの径方向の幅の寸法は３ｃｍであり、段差１９ｂにおける面（床面）１９ｂ−１から外側容器２４ａの下壁までの寸法は１．５ｃｍである。
【００６４】
上記のごとく導波路２４に関して反射係数Γ_F と反射係数Γ_A と一致するように設計されたアンテナ１０によれば、前述の同軸線路３４に三本のスタブチューナを挿入するように構成することによって、さらに整合を容易にとることができる。なおその際、同軸導波管変換器３３は、使用周波数である２．４５ＧＨｚでほぼ完全な整合をとることができるように設計されている必要がある。
【００６５】
また実測の結果、反射係数Γ_A が大きいことが明確になった場合は、その値を式（４）に与えてプラズマ生成用アンテナを再度設計すればよい。この手法をプラズマ生成用アンテナの設計に適用することによって、従来問題であったアンテナ給電系内の電磁波伝送効率を改善し、従来にない利点を持つプラズマ処理装置を構成することができる。その利点は次の１〜３である。
【００６６】
１．従来不可能であった大電力の電磁波の放射が可能となり、従来にない高密度プラズマが生成可能なプラズマ処理装置を提供できる。
【００６７】
２．従来よりも小さな電力を用いて従来と同程度の密度のプラズマを生成できるため、プラズマ処理装置の電源の小型化、省エネルギが実現できる。また大面積基板の処理に伴うプラズマ生成領域の大面積化に対応するための電力増加率を抑制できる。
【００６８】
３．本実施形態によるアンテナの設計方法は、電磁波伝送路の構造を規定するものであり、目的とするプロセスに合わせた任意の形状および材質を前提とした最適設計が可能である。
【００６９】
なお第１実施形態で示した設計は前述の計算結果の一例であり、同等の計算を用いて他の有効な構造を計算することが可能であることは勿論である。以上に述べた理由により、上記実施形態によるプラズマ生成用アンテナ１０によれば、プラズマ生成用アンテナの内部における電力損失を最小とすることができ、従来にない高効率のプラズマ生成装置を実現できる。
【００７０】
次に第１実施形態によるプラズマ処理装置を用いて基板１４の表面処理を行う場合の手順および特徴を概説する。表面処理の内容は、例えば、シリコンウェーハ上のシリコン酸化膜のドライエッチングプロセスである。
【００７１】
第１実施形態によるプラズマ処理装置では、放電用ガス導入機構１６からガス導入管１５を介して真空容器１２内へ放電用ガスが供給される。シリコン酸化膜のドライエッチングプロセスに用いる放電用ガスとしては、フロンガスを主とし、アルゴン、酸素、水素等を添加した混合ガスが一般に用いられている。一方、真空容器１２に付設された排気機構１８は油回転ポンプやターボ分子ポンプ等の真空ポンプを備え、真空容器１２の内部は排気口１７を介して排気され、例えば１０^-4Ｐａ程度の到達圧力まで排気される。なお、真空容器１２には基板１４の出入り用のゲートバルブおよびゲートバルブを通して基板１４を搬入・搬出するための搬送系が設けられているが、図１ではその図示が省略されている。
【００７２】
次に上記のプラズマ処理装置の動作を説明する。まず図示しない搬送系により基板１４を真空容器１２内に搬入し、基板ホルダ１３上に配置する。排気機構１８を動作させて真空容器１２内を１０^-4Ｐａ程度まで排気し、その後に放電用ガス導入機構１６が放電用ガスを真空容器１２内に導入する。真空容器１２内のガスの圧力は、ガスの導入流量と排気機構１８の排気速度により定まる。本実施形態のプラズマ処理装置における典型的なガス圧力は１Ｐａ程度である。所定のガス流量において所定の放電圧力を維持するために、排気機構１８に排気速度を制御する機構を設けることが一般的に行われている。
【００７３】
次に上記の高周波電力供給系３０が真空容器１２内への高周波電力の給電動作を行う。すなわち、高周波電源３１から発生した高周波電力は、導波管によってスタブチューナ３２に導かれ、ここでインピーダンス整合を行った後に、同軸導波管変換器３３によって変換され、さらに同軸線路３４を経てプラズマ生成用アンテナ１０に供給される。アンテナ１０に供給された高周波電力は、アンテナ１０の作用に従って電磁波放射部２０から空間１１へ放射され、空間１１において放電用ガスを電離して放電を生じさせ、この放電によって真空容器１２の内部の空間１１でプラズマが生成される。このプラズマによって、基板ホルダ１３上の基板１４の表面に所定の処理が施される。
【００７４】
上記のプラズマ処理装置では、アンテナ１０の特徴を利用して、従来例では不可能であった高密度のプラズマ生成が可能となった。プラズマの均一性は直径３００ｍｍの範囲で±３％以内であり、現状のシリコン基板を用いるプラズマ処理装置には十分な値である。またプラズマ生成用アンテナ１０の特徴から、さらに大面積で均一なプラズマを生成することは容易に可能であり、将来のφ４００ｍｍ、φ４５０ｍｍといった大型基板の処理装置にも適用可能である。
【００７５】
図８は本発明の第２の実施形態を示し、図１と同様な図である。図８において、図１で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。特に、この実施形態におけるプラズマ生成用アンテナ１０の短絡３ｄＢ方向性結合器を装備した構造に関しては、第１実施形態で説明したもの実質的に同一である。本実施形態では、同軸線路３４において同軸型スタブ整合器５１を設けることにより、さらに理想に近い整合を実現することができる。
【００７６】
前述の第１実施形態に従って最適設計したアンテナ１０では、設計の基本として、電磁波放射部の反射係数が、十分小さいこと、または既知であることを前提としている。しかしながら、生成されたプラズマのインピーダンスは投入電力、ガス圧力等により若干変化するため、上記反射係数も、プラズマのインピーダンスに従って若干変化する。第１実施形態で示したプラズマ源は、前述のごとくアンテナ１０の円盤状導体板１９で磁気回路を装備し、磁場を利用したＥＣＲプラズマ源であり、この場合、上記インピーダンスの変化は小さいが、磁場を利用せずにプラズマを生成する形式のプラズマ源に本発明を適用する際には、反射係数の変化が問題となる場合がある。そこで、プラズマのインピーダンスの変化に起因してアンテナ１０内の導波路に発生する反射波を取り除くために、アンテナ１０に高周波電力を供給するための同軸線路３４に同軸型スタブ整合器５１を付設することとした。この構成を付加することによって、反射係数の変化により発生する反射波を、同軸型スタブ整合器５１によって発生する定在波により相殺し、プロセス条件の変化に依存せずに完全な整合状態を実現することができる。
【００７７】
本発明に係るプラズマ処理装置に適用されるプラズマ生成用アンテナ１０の構造は、上記の実施形態に限定されるものではなく、前述した短絡３ｄＢ方向性結合器に関して要求される条件を満たしていれば、誘電体製のリングおよびブロックの形状および材質、円盤状導体板の外径、厚み、段差の形状等の寸法の増減を自由に行うことができる。ただし、本発明の方式により設計されるプラズマ生成用アンテナの利用用途が半導体製造装置用のプラズマ源であることから、電磁波の波長との関連により使用周波数は０．５〜１０ＧＨｚの範囲に設定することが望ましい。さらには、工業用周波数として使用が許可されている０．９１５ＧＨｚあるいは２．４５ＧＨｚの周波数の使用を前提として設計することにより、もっとも実用的なプラズマ生成用アンテナを実現することができる。
【００７８】
前述の各実施形態では、本発明に係るプラズマ処理装置をドライエッチングに応用した例を示したが、本発明の目的は、既に述べたように高周波を用いて効率よく、均一性の良好なプラズマを発生させることにある。従って、例えばプラズマＣＶＤ、プラズマ酸化、プラズマ重合等のプラズマを利用するあらゆる表面処理を目的としたプラズマ処理装置に応用しても、実施形態において説明したと同様の効果を得ることができる。
【００７９】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、次の効果を奏する。高周波電力を真空容器内に供給し、放電を生じさせてプラズマを生成し、基板表面を処理するようにしたプラズマ処理装置において、真空容器の上部に設けられた高周波電力を供給するアンテナの円盤状導体板が所定の厚みを有する場合に、当該円盤状導体板の周囲導波路に短絡３ｄＢ方向性結合器の構造を与えるようにしたため、定在波の発生を防止し、高周波電力の伝送を効率よく行い、プラズマ発生の効率を改善することができる。これによって大電力の高周波を給電でき、高密度のプラズマを生成することができ、直径３００ｍｍ以上の基板の表面処理を行うことができる。また本発明によれば、周波数が０．５〜１０ＧＨｚ程度の領域にある高周波電力による放電を用いて大面積にわたる均一性の良好なプラズマを生成する場合にその効果が顕著であり、高周波放電により大面積基板を処理する場合にプラズマ処理装置の実用性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るプラズマ処理装置の第１実施形態を示す縦断面図である。
【図２】 第１実施形態のプラズマ生成用アンテナの構造の説明を補足する基本構造の縦断面図である。
【図３】 短絡３ｄＢ方向性結合器の作用を説明するための図である。
【図４】 第１実施形態のプラズマ生成用アンテナの構造の説明を補足する実用構造の縦断面図である。
【図５】 第１実施形態のプラズマ生成用アンテナの円盤状導体板の外観図である。
【図６】 プラズマ生成用アンテナを１つの給電系とみなしたときの散乱行列を表示する図である。
【図７】 本発明の第１実施形態においてそのアンテナ設計手法を適用して設計したプラズマ生成用アンテナの要部縦断面図である。
【図８】 本発明に係るプラズマ処理装置の第２実施形態を示す縦断面図である。
【図９】 従来のプラズマ処理装置を概略的に示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０ アンテナ
１１ 空間
１２ 真空容器
１３ 基板ホルダ
１４ 基板
１９ 円盤状導体板
１９ａ，１９ｂ 段差
２０ 電磁波放射部
２１，２３ 誘電体製リング
２２ 誘電体板
２４ 導波路
３４ 同軸線路
４２ 短絡３ｄＢ方向性結合器
５１ 同軸型スタブ整合器

Claims (8)

1. 内部に処理すべき基板を配置しかつ前記基板の前面の空間にプラズマを生成するように構成された真空容器と、この真空容器に装備されたプラズマ生成用アンテナと、このアンテナに高周波電力を供給する高周波電源を備え、前記高周波電源から高周波電力を供給された前記アンテナは前記高周波電力を放射し、前記真空容器内の前記空間に前記プラズマを生成し、このプラズマによって前記基板の表面に所定処理を行うプラズマ処理装置において、
   前記アンテナは、所定の厚みを有する円盤状導体部を有すると共に前記基板に対向する電磁波放射領域を有し、さらに同軸線路によって前記高周波電源に接続され、
   前記円盤状導体部は、その中心点で前記同軸線路の内側導体に接続され、
   前記円盤状導体部の周囲には、前記中心点に関して中心対称的に配置された同軸型でありかつ前記同軸線路から前記電磁波放射領域に至る折返し部を備えた導波路が形成され、
   前記円盤状導体部の上面と下面の両方またはいずれか一方に段差を形成することにより、前記導波路の前記折返し部にインピーダンス整合を行う短絡３ｄＢ方向性結合器としての構造を与えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記短絡３ｄＢ方向性結合器としての構造は、前記円盤状導体部の周囲の前記導波路に誘電体材料を設けることで与えられることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
3. 前記アンテナで、前記短絡３ｄＢ方向性結合器としての構造を構成する複数の要素のうち任意の要素の変量が、アンテナの反射係数Г_Ａ に対して、散乱行列表示においてＳ_２２＝Г_Ａ ^＊ （ただし「＊」は共役複素数である）となるように決定されていることを特徴とする請求項１または２記載のプラズマ処理装置。
4. 前記アンテナで、前記短絡３ｄＢ方向性結合器としての構造を構成する複数の要素のうちの任意の要素の変量が、散乱行列表示においてＳ_２２＝０となるように
   決定されていることを特徴とする請求項１または２記載のプラズマ処理装置。
5. 前記円盤状導体部に対して前記空間に磁場を発生させるための磁気回路を設けたことを特徴とする請求項１または２記載のプラズマ処理装置。
6. 前記空間における前記円盤状導体部に近接した領域に前記磁気回路によって発生する磁場の磁束密度は、この磁束密度に対応する電子サイクロトロン周波数が前記高周波電力の周波数よりも大きくなるように、設定されていることを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理装置。
7. 前記高周波電力の周波数は０．５〜１０ＧＨｚであることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
8. 前記同軸線路に同軸型のインピーダンス整合機構を設けたことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。

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