JPWO2008153064A1 - プラズマ処理装置および処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】誘電体の使用量をなるべく少なくできるプラズマ処理装置を提供することにある。【解決手段】プラズマ処理される基板Ｇを収納する金属製の処理容器４と、処理容器４内にプラズマＰを励起させるために必要な電磁波を供給する電磁波源３４を備え、電磁波源３４から供給される電磁波を処理容器４の内部に透過させる、処理容器４の内部に一部を露出した１または２以上の誘電体２５を処理容器４の蓋体３下面に備えたプラズマ処理装置であって、処理容器４の内部に露出した金属面に沿ってマイクロ波を伝搬させる表面波伝搬部５１が、誘電体２５に隣接して設けられている。

Description

本発明は、プラズマを励起させて基板に対して成膜などの処理を施すプラズマ処理装置および処理方法に関する。

例えばＬＣＤ装置などの製造工程においては、マイクロ波を利用して処理容器内にプラズマを励起させ、ＬＣＤ基板（ガラス基板）に対してＣＶＤ処理やエッチング処理等を施すプラズマ処理装置が用いられている。かかるプラズマ処理装置として、処理容器の内面に配置した誘電体にマイクロ波源から同軸管や導波管によってマイクロ波を供給し、処理容器内に供給された所定のガスをマイクロ波のエネルギによってプラズマ化させるものが知られている。

近年、基板などの大型化に伴ってプラズマ処理装置も大きくなってきているが、処理容器の内面に配置され誘電体を単一の板とした場合、大型化した誘電体の製造が困難で製造コストを高騰させる要因となっていた。そこで、かかる不具合を解消すべく、本出願人は、処理容器の蓋体下面に複数の誘電体を取り付けることにより、誘電体板を複数に分割する技術を提案した（特許文献１）。
特開２００６−３１０７９４号公報

ところで、以上のようなマイクロ波を利用したプラズマ処理装置では、一般的に、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を出力するマイクロ波源が用いられていた。その理由は、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を出力するマイクロ波源は工業的に広く普及しており、入手しやすく、経済的でもあるからである。

そして、従来のプラズマ処理装置では、マイクロ波源で出力した２．４５ＧＨｚのマイクロ波を、処理容器の蓋体下面に配置された誘電体を透過させて処理容器の内部に供給する構成である。この場合、誘電体は処理容器に収納された基板の処理面（上面）のほぼ全体を覆うように配置されており、処理容器の内部に露出する誘電体の露出面の面積は、基板の処理面の面積とほぼ同程度の大きさであった。これにより、誘電体の下面全体で発生させたプラズマを用いて、基板の処理面全体に均一な処理を行っていた。

しかしながら、従来のプラズマ処理装置のように誘電体の露出面積を基板の処理面の面積とほぼ同程度とした場合、誘電体の使用量が多く必要であり、経済的でないという難点がある。特に最近では基板が大型化しており、誘電体の使用量が更に多く必要になってきており、コストアップの要因となっている。

また、処理容器の蓋体下面全体に誘電体を配置した場合、基板の処理面全体に処理ガスを均一に供給することが難しくなるという問題も生ずる。即ち、誘電体として例えばＡｌ_２Ｏ_３などが用いられるが、金属製の蓋体に比べて、誘電体にガス供給孔を加工することが困難であり、通常は、ガス供給孔は蓋体の露出箇所のみに設けられる。このため、基板の処理面全体にシャワープレートのような状態で処理ガスを均一に供給することが難しくなってしまう。

エッチングやＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などのプラズマ処理において、プラズマから基板表面に入射するイオンのエネルギを制御するために、基板に高周波バイアスを印加して基板に自己バイアス電圧（負の直流電圧）を発生させることがある。このとき、基板に印加した高周波バイアスが基板周辺のシースのみにかかることが望ましいが、処理容器内面の多くが誘電体に覆われてプラズマからグランド面（処理容器内面）があまり見えない状況では、グランド面周辺のシースにもかかってしまう。このため、基板に過剰に大きな高周波電力を印加する必要があるばかりでなく、グランド面に入射するイオンのエネルギが増加してグランド面がエッチングされ、金属汚染を引き起こす問題があった。

さらに、処理速度を早くするために大電力のマイクロ波を投入すると、プラズマからのイオンや電子の入射により誘電体の温度が上昇し、熱応力により誘電体が破損したり、誘電体表面のエッチング反応が促進されて不純物汚染を引き起こす問題があった。

本発明の目的は、誘電体の使用量をなるべく少なくできるプラズマ処理装置を提供することにある。

上記のように、マイクロ波を利用したプラズマ処理装置では、入手の容易さ、経済性などの理由により、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を出力するマイクロ波源が一般的に用いられてきた。一方最近では、２ＧＨｚ以下といった周波数の低いマイクロ波を利用したプラズマ処理が提案されており、一例として９１５ＭＨｚの周波数のマイクロ波を利用したプラズマ処理が検討されている。安定で電子温度が低いプラズマを得るための下限の電子密度が周波数の二乗に比例するため、周波数を下げるとより広範囲な条件でプラズマ処理に適したプラズマが得られるためである。

本発明者は、かかる２ＧＨｚ以下といった周波数の低いマイクロ波を用いたプラズマ処理について種々の検討を行った。その結果、２ＧＨｚ以下の周波数の電磁波を処理容器内面の誘電体に透過させた場合、誘電体の周囲から処理容器内面などの金属表面に沿って電磁波を有効に伝搬させることができ、この金属表面に沿って伝搬する電磁波によって処理容器内にプラズマを励起させることができるといった新規な知見を得た。なお、このように金属表面とプラズマとの間を金属表面に沿って伝搬する電磁波を、本明細書において「導体表面波」と呼ぶ。

本発明は、かかる新規な知見に基いて創出されたものである。即ち、本発明によれば、プラズマ処理される基板を収納する金属製の処理容器と、前記処理容器内にプラズマを励起させるために必要な電磁波を供給する電磁波源とを備え、前記電磁波源から供給される電磁波を前記処理容器の内部に透過させる、前記処理容器の内部に一部を露出した１または２以上の誘電体を前記処理容器の蓋体下面に備えたプラズマ処理装置であって、前記処理容器の内部に露出した金属面に沿って電磁波を伝搬させる表面波伝搬部が、前記誘電体に隣接して設けられている、プラズマ処理装置が提供される。このプラズマ処理装置にあっては、誘電体から表面波伝搬部に沿って伝搬させた電磁波（導体表面波）により、処理容器内にプラズマを励起させることができる。

このプラズマ処理装置において、例えば、前記誘電体の露出部分の面積が、前記表面波伝搬部の面積の１／２以下である。また、例えば、前記誘電体の露出部分の面積が、前記表面波伝搬部の面積の１／５以下である。また、例えば、前記誘電体の露出部分の面積が、基板上面の面積の１／５以下である。このように誘電体の露出面の面積を小さくしてグランド面（処理容器内面）の露出面の面積を大きくすることにより、金属汚染を引き起こすことなく、基板に効率よく自己バイアス電圧を発生させることが可能になる。なお、前記電磁波源から供給される電磁波の周波数が、例えば、２ＧＨｚ以下である。

前記処理容器の内面には、連続する溝が設けられており、前記誘電体は前記溝で囲まれた範囲内に配置されていても良い。また、前記溝により、前記表面波伝搬部が区画されていても良い。この場合、例えば、前記溝の断面が概ね矩形であり、前記溝の幅Ｗと深さＤが、０．２６＜Ｄ／Ｗ＜２．３の関係を満たす。また、前記溝の幅が、電磁波のプラズマへの進入長の２倍よりも小さく、前記処理容器の内面とプラズマとの間に形成されるシースの厚さの２倍よりも大きいことが好ましい。また、前記溝のコーナ部の曲率半径は、処理容器の内面とプラズマとの間を伝搬するマイクロ波の波長λの１／４０よりも小さいことが好ましい。また、前記蓋体の下面に保護膜が設けられていても良い。

また、前記処理容器の内面には、連続する凸部が設けられており、前記誘電体は前記凸部で囲まれた範囲内に配置されていても良い。また、前記凸部により、前記表面波伝搬部が区画されていても良い。この場合、例えば、前記凸部の断面が概ね矩形であり、前記凸部の高さが、前記処理容器の内面に沿って伝搬するマイクロ波の波長の１／２よりも小さく、前記処理容器の内面とプラズマとの間に形成されるシースの厚さよりもよりも大きい。

また、前記誘電体の上部には、前記誘電体の上面に下端が隣接または近接し、電磁波を前記誘電体に伝える１または複数の金属棒を備えていても良い。この場合、前記誘電体が概ね円柱形状であり、前記誘電体の周面に、前記処理容器の外部と内部とを隔てるシール部材を備えていても良い。あるいは、前記金属棒と前記蓋体との間に、前記処理容器の外部と内部とを隔てるシール部材を備えていても良い。また、前記蓋体の下面には、前記処理容器内にプラズマ処理に必要なガスを放出する１または複数のガス放出孔が設けられていても良い。

また、前記誘電体の下面に金属電極が設けられ、前記金属電極の周囲または内方において前記誘電体が前記処理容器の内部に露出していても良い。この場合、前記誘電体を貫通して前記金属電極に電気的に接続された、電磁波を前記誘電体に伝える金属棒を備えていても良い。また、前記金属棒と前記蓋体との間に、前記金属容器の外部と内部とを隔てるシール部材を備えていても良い。また、前記誘電体の上面と前記蓋体との間および前記誘電体の下面と前記金属電極との間に、前記処理容器の外部と内部とを隔てるシール部材を備えていても良い。また、前記金属電極には、前記処理容器内にプラズマ処理に必要なガスを放出する１または複数のガス放出孔が設けられており、前記金属棒には、前記ガス放出孔にガスを通すガス流路が形成されていても良い。また、前記誘電体に形成された穴を貫通し、前記金属電極と前記蓋体とを接続する一または複数の接続部材を備えていても良い。この場合、前記接続部材は、例えば金属からなる。また、前記金属電極には、前記処理容器内にプラズマ処理に必要なガスを放出する１または複数のガス放出孔が設けられており、前記接続部材には、前記ガス放出孔にガスを通すガス流路が形成されていても良い。

また、前記電磁波源から供給される電磁波を前記誘電体に伝搬させる一または複数の導波管を備えていても良い。この場合、前記誘電体は、前記導波管の下面に形成されたスロットに挿入されていても良い。また、前記導波管内を伝搬する電磁波の波長を調節する波長調節機構を備えていても良い。また、前記誘電体と前記蓋体との間に、前記処理容器の外部と内部とを隔てるシール部材を備えていても良い。

また、前記蓋体の内部に前記誘電体が内蔵され、蓋体の下面に形成した一または複数の開口部から、前記誘電体の下面が部分的に処理容器内に露出させられていても良い。この場合、前記蓋体の下面に複数の開口部が同心円状に配置されていても良い。また、前記蓋体の下面がラジアルラインスロットアンテナであっても良い。また、前記蓋体の下面に保護膜が設けられていても良い。

また、前記表面波伝搬部は少なくとも表面が金属である部分によって構成され、かつ前記金属の表面に延在する溝又は凸部によって画成されていても良い。また、前記誘電体の前記容器内部に露出する面が、前記表面波伝搬部によって囲まれていても良い。また、前記誘電体の前記容器内部に露出する面が前記容器内部に沿って延在する形状をなし、かつ該延在面の両側が前記表面波伝搬部によって囲まれていても良い。また、前記誘電体の前記容器内部に露出する面が、互いに離隔する複数個であっても良い。また、前記誘電体の前記容器内部に露出する面が、円周または多角形を構成するように連続してまたは不連続に延在して配置されていても良い。また、前記円周または多角形の内部の表面波伝搬部の中心部に表面波非伝搬部が設けられていても良い。また、前記円周または多角形の内部の表面波非伝搬部は、溝又は凸部によって画成されていても良い。また、前記表面波伝搬部に沿って伝搬した電磁波によって前記表面波伝搬部と前記基板の処理面との間にプラズマが励起されても良い。また、前記容器内面の前記誘電体が露出していない部分に、プラズマ励起用ガスを前記容器内部に放出するガス放出口を設けても良い。また、前記表面波伝搬部の表面が、電磁波伝搬に実質的に影響を与えない薄さの保護膜によって覆われていても良い。また、前記表面波伝搬部の中心線平均粗さが、例えば２．４μｍ以下である。

また本発明によれば、金属製の処理容器に基板を収納し、電磁波源から前記処理容器の蓋体下面に露出している１または２以上の誘電体を透過させて前記処理容器内に電磁波を供給し、前記処理容器内にプラズマを励起させて、基板を処理するプラズマ処理方法であって、前記処理容器内に処理ガスを供給し、前記電磁波源から周波数が２ＧＨｚ以下の電磁波を供給し、前記処理容器の内部に露出する前記誘電体の露出面から前記処理容器の内面に沿って電磁波を伝搬させることにより、前記処理容器内にプラズマを励起させ、基板を処理することを特徴とするプラズマ処理方法が提供される。

本発明によれば、誘電体周囲に配置させた表面波伝搬部に沿って伝搬させた電磁波（導体表面波）でプラズマを励起させることができるので、誘電体の使用量を大幅に少なくすることが可能となる。また、処理容器の内部に露出する誘電体の露出面積を小さくすることにより、誘電体の過熱による誘電体の破損やエッチング等が抑制されるとともに、処理容器内面からの金属汚染の発生がなくなる。また、誘電体の露出面積が減ることによって蓋体の露出面積が増えるので、金属製である蓋体にガス供給孔を容易に加工することができる。金属製である蓋体の下面に複数のガス供給孔を分布させて配置させることにより、基板の処理面全体にシャワープレートのような状態で処理ガスを均一に供給することができるようになる。加えて、例えば２ＧＨｚ以下の周波数の電磁波として９１５ＭＨｚの周波数のマイクロ波を利用した場合、２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波を利用した場合と比べて、安定で電子温度が低いプラズマを得るための下限の電子密度を約１／７とすることができ、これまで使えなかったより広範囲な条件でプラズマ処理に適したプラズマが得られるようになり、処理装置の汎用性を著しく向上させることができる。この結果、一台の処理装置で処理条件が異なる複数の連続した処理を行うことが可能になり、高品質な製品を短時間に低コストで製造することが可能になる。

本発明の実施の形態にかかるプラズマ処理装置の概略的な構成を示した縦断面図（図２中のＸ−Ｘ断面）である。 蓋体の下面図（図１中のＸ−Ｘ断面）である。 図１中のＺ−Ｚ断面における蓋体３の上部における横断面図である。 誘電体にマイクロ波を伝搬させる電極部の斜視図である。 誘電体の斜視図である。 導体表面波の伝搬モデルの説明図である。 導体表面波の減衰量の周波数依存性を示すグラフである。 溝を伝搬する導体表面波の説明図である。 電子密度を変化させて溝のＤ／Ｗと透過量との関係を示したグラフである。 溝の幅を変化させて溝のＤ／Ｗと透過量との関係を示したグラフである。 溝の幅とシース厚さとの関係を説明するための図である。 溝の幅と進入長との関係を説明するための図である。 曲率半径と透過量との関係を示したグラフである。 プラズマ処理中の処理容器内の状態を示す説明図である。 第１の変形例にかかるプラズマ処理装置の概略的な構成を示した縦断面図（図１６中のＹ−Ｙ断面）である。 第１の変形例にかかるプラズマ処理装置が備える蓋体の下面図（図１５中のＸ−Ｘ断面）である。 図１５中のＺ−Ｚ断面における蓋体の上部における横断面図である。 第２の変形例にかかるプラズマ処理装置の概略的な構成を示した縦断面図である。 図１８中のＺ−Ｚ断面における蓋体の上部における横断面図である。 第３の変形例にかかるプラズマ処理装置の概略的な構成を示した縦断面図（図２１中のＹ−Ｙ断面）である。 第３の変形例にかかるプラズマ処理装置が備える蓋体の下面図（図２０中のＸ−Ｘ断面）である。 第４の変形例にかかるプラズマ処理装置の概略的な構成を示した縦断面図（図２３中のＹ−Ｙ断面）である。 第４の変形例にかかるプラズマ処理装置が備える蓋体の下面図（図２２中のＸ−Ｘ断面）である。 第５の変形例にかかるプラズマ処理装置の概略的な構成を示した縦断面図（図２５中のＹ−Ｙ断面）である。 第５の変形例にかかるプラズマ処理装置が備える蓋体の下面図（図２４中のＸ−Ｘ断面）である。 第６の変形例にかかるプラズマ処理装置の概略的な構成を示した縦断面図（図２７中のＹ−Ｙ断面）である。 第６の変形例にかかるプラズマ処理装置が備える蓋体の下面図（図２６中のＸ−Ｘ断面）である。 第７の変形例にかかるプラズマ処理装置の概略的な構成を示した縦断面図（図２９中のＹ−Ｙ断面）である。 第７の変形例にかかるプラズマ処理装置が備える蓋体の下面図（図２８中のＸ−Ｘ断面）である。 第８の変形例にかかるプラズマ処理装置の概略的な構成を示した縦断面図（図３１中のＹ−Ｙ断面）である。 第８の変形例にかかるプラズマ処理装置において、誘電体の周囲から表面波伝搬部全体に導体表面波を伝搬していく状態を示す説明図である。 第９の変形例にかかるプラズマ処理装置の概略的な構成を示した縦断面図（図３３中のＤ−Ｏ’−Ｏ−Ｅ断面）である。 図３２中のＡ−Ａ断面図である。 誘電体の平面図である。 表面波伝搬部において、導体表面波が伝搬していく状態の説明図である。 電磁界シミュレーションにより求めたシース中のマイクロ波電界の定在波分布の説明図である。 図３６の直線Ａ−Ｂにおけるシース中のマイクロ波電界強度分布を示すグラフである。 セル角部の規格化電界強度を示すグラフである。 第１０の変形例にかかるプラズマ処理装置の蓋体の下面図である。 第１１の変形例変形例２にかかるプラズマ処理装置の概略的な構成を示した縦断面図（図４１中のＤ−Ｏ’−Ｏ−Ｅ断面）である。 図４０中のＡ−Ａ断面図である。 第１２の変形例にかかるプラズマ処理装置の概略的な構成を示した縦断面図（図４３中のＤ−Ｏ’−Ｏ−Ｅ断面）である。 図４２中のＡ−Ａ断面図である。 第１３の変形例にかかるプラズマ処理装置の概略的な構成を示した縦断面図（図４５中のＢ−Ｏ−Ｃ断面）である。 図４４中のＡ−Ａ断面図である。 第１４の変形例にかかるプラズマ処理装置の概略的な構成を示した縦断面図（図４７中のＢ−Ｏ−Ｃ断面）である。 図４６中のＡ−Ａ断面図である。 誘電体の外縁が、処理容器の内部から見て、金属電極の外縁よりも内側にある変形例の説明図である。 金属カバーの側面に、誘電体の外縁を受容する凹部を設けた変形例の説明図である。 蓋体下面の凹部に誘電体を挿入した変形例の説明図である。 蓋体下面の凹部に誘電体を挿入した別の変形例の説明図である。 誘電体の周囲において、平面形状の蓋体を露出させた変形例の説明図である。 誘電体の周囲において、平面形状の蓋体を露出させた別の変形例の説明図である。 誘電体の周囲において、平面形状の蓋体を露出させた更に別の変形例の説明図である。 菱形の誘電体の説明図である。 正三角形の誘電体を用いた変形例にかかるプラズマ処理装置の蓋体の下面図である。 弾性部材を用いた接続部材の構造の説明図である。 皿バネを用いた接続部材の構造の説明図である。 Ｏリングを用いてシールした接続部材の構造の説明図である。 テーパーワッシャーを用いた接続部材の構造の説明図である。 溝の他の例の説明図である。 凸部を伝搬する導体表面波の説明図である。

符号の説明

Ｇ 基板
１ プラズマ処理装置
２ 容器本体
３ 蓋体
４ 処理容器
１０ サセプタ
１１ 給電部
１２ ヒータ
２０ 排気口
２５ 誘電体
３４ マイクロ波源
３５ 同軸管
４５ 金属棒
５０ 溝
５１ 表面波伝搬部
５５ ガス配管
５６ 冷媒配管
６１ ガス放出孔

以下、本発明の実施の形態を、プラズマ処理の一例であるＣＶＤ処理を行うプラズマ処理装置１に基づいて説明する。なお、電磁波の一例としてマイクロ波を用いたプラズマ処理装置１に基づいて説明する。

（プラズマ処理装置１の基本構成）
図１は、本発明の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１の概略的な構成を示した縦断面図（図２中のＹ−Ｙ断面）である。図２は、このプラズマ処理装置１が備える蓋体３の下面図（図１中のＸ−Ｘ断面）である。図３は、図１中のＺ−Ｚ断面における蓋体３の上部における横断面図である。図４は、誘電体２５にマイクロ波を伝搬させる電極部４７の斜視図である。図５は、誘電体２５の斜視図である。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

このプラズマ処理装置１は、上部が開口した立方体形状の容器本体２と、この容器本体２の上方を塞ぐ蓋体３で構成される処理容器４を備えている。容器本体２の上方を蓋体３で塞ぐことにより、処理容器４の内部には密閉空間が形成されている。処理容器４全体（処理容器２および蓋体３）は導電性を有する材料、例えばアルミニウム合金からなり、電気的に接地された状態になっている。

処理容器４の内部には、基板として例えばガラス基板（以下「基板」という）Ｇを載置するための載置台としてのサセプタ１０が設けられている。このサセプタ１０は例えば窒化アルミニウムからなり、その内部には、基板Ｇを静電吸着すると共に処理容器４の内部に所定のバイアス電圧を印加させるための給電部１１と、基板Ｇを所定の温度に加熱するヒータ１２が設けられている。給電部１１には、処理容器４の外部に設けられたバイアス印加用の高周波電源１３がコンデンサなどを備えた整合器１４を介して接続されると共に、静電吸着用の高圧直流電源１５がコイル１６を介して接続されている。ヒータ１２には、同様に処理容器２の外部に設けられた交流電源１７が接続されている。

処理容器４の底部には、処理容器４の外部に設けられた真空ポンプなどの排気装置（図示せず）によって処理容器４内の雰囲気を排気するための排気口２０が設けられている。図示のように容器本体２の上方を蓋体３によって塞いだ状態では、蓋体３の下面周辺部と容器本体２の上面との間に配置されたＯリング２１と、後述する各誘電体２５と蓋体３との間に配置されたＯリング３０によって、処理容器４内の気密性が保持されている。

蓋体３の下面には、例えばＡｌ_２Ｏ_３からなる４つの誘電体２５が下部を処理容器４の内部に露出させた状態で取付けられている。誘電体２５として、例えばフッ素樹脂、石英などの誘電材料を用いることもできる。誘電体２５は、直方体形状をなす誘電体下部２６の上面に、四角形の板状のフランジ部２７を一体的に形成させた構成である。誘電体２５の上面（フランジ部２７の上面）の四隅には、後述する電極棒４６を挿入させるための孔２８が４箇所に設けられている。

誘電体２５は、フランジ部２７を、蓋体３の下方に形成された段部２９に載せることにより、蓋体３の下面に誘電体２５を支持している。なお、フランジ部２７の下面と段部２９との間には、処理容器４の外部と内部とを隔てるシール部材としてのＯリング３０が配置されている。

蓋体３の上面中央には、マイクロ波源３４から供給されるマイクロ波を伝搬させる同軸管３５が接続されている。この同軸管３５は、内側導体３６と外部導体３７とによって構成されている。内側導体３６は、蓋体３の内部に配置された分岐板４０に接続されている。

図３に示すように、分岐板４０は、内部導体３６との連結位置を中心とする４本の枝導体４１を十字状に配置した構成である。同軸管３５と分岐板４０は、Ｃｕなどの導電性部材により形成される。分岐板４０は、伝送線路のインピーダンス整合手段としての誘電体４２を用いて蓋体３の内部に支持されている。

各枝導体４１の先端下面には、金属棒４５が取付けてある。更に、図４に示すように、各金属棒４５の下端には、下面に４本の電極棒４６を有する電極部４７が設けられている。この電極部４７下面の４本の電極棒４６が、上述した誘電体２５上面の四隅に形成された孔２８に挿入されている。金属棒４５電極棒４６および電極部４７はＣｕなどの導電性部材により形成される。

上述のマイクロ波供給装置３４からは、周波数が２ＧＨｚ以下のマイクロ波として例えば９１５ＭＨｚの周波数をもったマイクロ波が、同軸管３５に対して導入されるようになっている。これにより、９１５ＭＨｚのマイクロ波が、分岐板４０で分岐されて、金属棒４５を介して各誘電体２５に伝搬される。

蓋体３の下面には、各誘電体２５の周囲から所定の距離離れた位置において、各誘電体２５を取り囲むように配置された溝５０が設けられている。蓋体３の下面において、この溝５０で囲まれた領域が表面波伝搬部５１となる。この実施の形態では、溝５０で仕切られることにより、各誘電体２５の周囲には、蓋体３の下面を４つに区切った表面波伝搬部５１が配置されている。プラズマ処理中、マイクロ波供給装置３４から各誘電体２５に伝搬されられたマイクロ波は、蓋体３の下面に露出している誘電体２５周囲から各表面波伝搬部５１の表面に沿って伝搬させられる。その際、溝５０は、各表面波伝搬部５１の表面に沿って伝搬させられたマイクロ波（導体表面波）が、溝５０を超えて表面波伝搬部５１の外側に伝搬させないようにするための、伝搬障害部として機能する。なお、プラズマ処理中の蓋体３の下面における導体表面波の伝搬状態、および、溝５０の伝搬障害部としての機能については、後ほど詳しく説明する。

蓋体３の内部には、プラズマ処理に必要な所定のガスの供給用のガス配管５５と、冷媒供給用の冷媒配管５６が設けられている。処理容器４の外部に配置されたガス供給源６０からガス配管５５を通じて供給された所定のガスは、蓋体３の下面に開口するガス放出孔６１から処理容器４の内部に供給される。

冷媒配管５６には、処理容器４の外部に配置された冷媒供給源６５から冷媒を循環供給する冷媒供給配管６６と冷媒戻り配管６７が接続されている。これら冷媒供給配管６６と冷媒戻り配管６７を通じて冷媒供給源６５から冷媒配管５６に冷媒が循環供給されることにより、蓋体３は所定の温度に保たれている。

（プラズマ処理装置１におけるプラズマ処理）
以上のように構成された本発明の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１において、例えば基板Ｇの上面にアモルファスシリコンが成膜される場合について説明する。先ず、基板Ｇが処理容器４の内部に搬入され、サセプタ１０上に基板Ｇが載置される。その後、密閉された処理容器４内において所定のプラズマ処理が行われる。

プラズマ処理中は、ガス供給源６０からガス配管５５およびガス放出孔６１を経てプラズマ処理に必要な、例えばアルゴンガス／シランガス／水素の混合ガスが処理容器４内に供給されつつ、排気口２０から排気され、処理容器４内が所定の圧力に設定される。そして、このように所定のガスが処理容器２内に供給される一方で、ヒータ１２によって基板Ｇが所定の温度に加熱される。また、マイクロ波供給装置３４で発生させられた例えば９１５ＭＨｚのマイクロ波が、同軸管３５、分岐板４０および電極棒４６を通じて、各誘電体板２６中に伝搬させられる。そして、各誘電体板２６を透過したマイクロ波が、蓋体３の下面に露出している誘電体２５周囲から導体表面波ＴＭの状態で、各表面波伝搬部５１の表面に沿って伝搬させられていく。

この実施の形態にかかるプラズマ処理装置１０にあっては、誘電体２５の周囲に配置させた表面波伝搬部５１に沿って伝搬させたマイクロ波（導体表面波）でプラズマＰを励起させることができるので、誘電体２５の使用量をなるべく少なくすることが可能となる。この場合、溝５０の配置で表面波伝搬部５１の領域を変えることにより、処理容器４内におけるプラズマＰの生成領域を任意に制御することが可能である。例えば、表面波伝搬部５１の領域を大きくして基板サイズの外側まで広げることにより、基板Ｇの上面（処理面）全体に均一なプラズマ処理を行うことができる。

また、処理容器４の内部に露出する誘電体２５の露出面積を小さくすることにより、誘電体２５の破損、プラズマ処理に伴うエッチング等による誘電体２５の損失も低減できる。この場合、誘電体２５の露出面積を基板Ｇの処理面積の１／５以下とすることにより、プラズマと対向するグランド電極の面積は、最低でも基板Ｇ表面の面積の１．５（１．７−１／５）倍以上となる。これにより、蓋体３下面のスパッタリングに伴う基板Ｇの金属汚染を引き起こすことなく、高周波電源１３から印加された高周波電圧を、基板Ｇ表面近傍のプラズマシースｓに効率よく印加させることが可能となる。

また、誘電体２５の露出面積が減ることによって蓋体３の露出面積が増えるので、金属製である蓋体３にガス供給孔６１を容易に加工することができる。金属製である蓋体３の下面に複数のガス供給孔６１を分布させて配置させることにより、基板Ｇの処理面全体にシャワープレートのような状態で処理ガスを均一に供給することができるようになる。これにより、基板Ｇの処理面全体に均一なプラズマ処理を施すことが可能となる。

（導体表面波Ｗの伝搬と周波数との関係）
処理容器４内に生成されるプラズマＰの誘電率は、ε_ｒ′−ｊε_ｒ″で表わされる。プラズマＰの誘電率には損失成分もあるため複素数で表現される。プラズマＰの誘電率の実部ε_ｒ′は通常−１よりも小さい。プラズマＰの誘電率は、次式（１）で表される。

また、プラズマＰにマイクロ波を入射したときの伝搬特性は、次式（２）にて表される。

ここで、ｋは波数、ｋ_０は真空中の波数、ωはマイクロ波角周波数、ν_ｃは電子衝突周波数、ω_ｐｅは次式（３）で表される電子プラズマ周波数である。

ここで、ｅは素電荷、ｎ_ｅはプラズマＰの電子密度、ε_０は真空中の誘電率、ｍ_ｅは、電子の質量である。

進入長δは、マイクロ波を入射したとき、マイクロ波がどれだけプラズマ内部に入射可能であるかを示す。具体的には、マイクロ波の電界強度ＥがプラズマＰの境界面での電界強度Ｅ_０の１／ｅに減衰するまでに進入した距離が進入長δである。進入長δは、次式（４）で表される。
δ＝−１／Ｉｍ（ｋ） ・・・（４）
ｋは、前述したように波数である。

電子密度ｎ_ｅが次式（５）で表されるカットオフ密度ｎ_ｃより大きい場合、マイクロ波はプラズマ中を伝搬することができず、プラズマＰに入射されたマイクロ波は急速に減衰する。
n_c = ε₀ m_e ω²／e² ・・・（５）
式（４）によれば、進入長δは、数ｍｍ〜数１０ｍｍとなり、電子密度が高いほど短くなる。また、電子密度ｎ_ｅが、カットオフ密度ｎ_ｃより充分大きい場合、進入長δは、周波数にあまり依存しない。

一方、プラズマＰのシース厚さｔは、次式（６）で表される。

ここで、Ｖ_ｐはプラズマ電位、ｋ_Ｂはボルツマン定数、Ｔ_ｅは電子温度、λ_Ｄは次式（７）で表されるデバイ長（Ｄｅｂｙｅ ｌｅｎｇｔｈ）である。デバイ長λ_Ｄは、プラズマ中の電位の乱れがいかに迅速に減衰するかを示す。

式（６）によれば、シース厚さｔは、数１０μｍ〜数１００μｍとなる。また、シース厚さｔはデバイ長λ_Ｄに比例することがわかる。また、式（６）では、電子密度ｎ_ｅが高いほどデバイ長λ_Ｄは短くなることが理解できる。

「導体表面波ＴＭの波長、減衰量」
導体表面波ＴＭの伝搬モデルとして、図６に示すように、導体である蓋体３（表面波伝搬部５１）の下面とプラズマＰとの間に形成された無限に広い厚さtのシースｇをz方向に導体表面波ＴＭが伝搬する場合について説明する。シースｇの誘電率をε_r=1、プラズマＰの誘電率をε_r’−jε_r’'とする。マクスウェルの方程式から、図６のy方向の磁界Hyが満たす方程式を導くと、次のようになる。

ただし、hは固有値であり、シースの内外で次のように表される。

ここで、γは伝搬定数、hiはシースｇ中における固有値、heはプラズマＰ中における固有値である。固有値hiおよびheは、一般には複素数となる。

導体である蓋体３の下面においてｚ方向の電界強度が０になるという境界条件から、式（８）の一般解は、次のようになる。

ここで、AおよびBは任意定数である。

シースｇとプラズマＰとの境界において、磁界及び電界の接線成分が連続になることから任意定数を消去すると、以下の特性方程式が導かれる。

特性方程式（１３）のうち、シース厚さtは式（６）より、プラズマＰの誘電率ε_r’−jε_r’'は式（１）より求められる。従って、連立方程式（１３）を解くことにより、固有値hiおよびheがそれぞれ求められる。複数の解が存在する場合には、シース内の磁界分布が双曲線関数になる解を選べばよい。さらに、式（９）より伝搬定数γが求められる。

伝搬定数γは、減衰定数αと位相定数βから、γ＝α＋ｊβと表される。伝搬定数の定義から、プラズマの電界強度Ｅは、次式（１４）にて示される。

Ｅ＝Ｅ_０×ｅ^−ｊγｚ＝Ｅ_０ｅ^−αｚｅ^ｊβｚ・・・（１４）

ここで、ｚは導体表面波ＴＭの伝搬距離、Ｅ_０は伝搬距離ｚが０のときの電界強度を示す。ｅ^−αｚは導体表面波ＴＭが伝搬とともに指数関数的に減衰する効果を表し、ｅ^ｊβｚは導体表面波ＴＭの位相の回転を表す。また、β＝２π／λcであるから、位相定数βから導体表面波ＴＭの波長λcが求められる。よって、伝搬定数γがわかると、導体表面波ＴＭの減衰量と導体表面波ＴＭの波長λcとを算出できる。なお、減衰定数αの単位は、Ｎｐ（ネーパ）／ｍであり、後程示す各グラフの単位ｄＢ／ｍとは、以下の関係がある。
１Ｎｐ／ｍ＝２０／ｌｎ（１０）ｄＢ／ｍ＝８．６８６ｄＢ／ｍ

これらの式を用いて、マイクロ波周波数が９１５ＭＨｚ、電子温度Ｔeが２ｅＶ、プラズマ電位Ｖｐが２４Ｖ、電子密度ｎ_ｅが１×１０^１１ｃｍ^−３、４×１０^１１ｃｍ^−３、１×１０^１２ｃｍ^−３のときの進入長δ、シース厚さｔ、導体表面波ＴＭの波長λcをそれぞれ計算した。その結果を次表に示す。

導体表面波は、ある電子密度以下ではカットオフになり伝搬できない。この電子密度を導体表面波共鳴密度n_rといい、式（５）で表されるカットオフ密度の２倍の値となる。カットオフ密度は周波数の二乗に比例するから、導体表面波は周波数が低いほど低い電子密度でも伝搬する。

導体表面波共鳴密度n_rの値を計算すると、２.４５ＧＨｚのとき１．５×１０^１１ｃｍ^−３となる。実際のプラズマ処理条件では、表面付近の電子密度が１×１０^１１ｃｍ^−３以下になることがあるが、このような条件では導体表面波が伝搬しない。一方、９１５ＭＨｚのときには２．１×１０^１０ｃｍ^−３となり、２．４５ＧＨｚの場合の約１／７となる。９１５ＭＨｚでは、表面付近の電子密度が１×１０^１１ｃｍ^−３以下となっても導体表面波が伝搬する。このように、表面付近の電子密度が１×１０^１１ｃｍ^−３程度の低密度プラズマにおいても表面波を伝搬させるには、２ＧＨｚ以下の周波数を選択する必要がある。

一方、図１に示したプラズマ処理装置１において、誘電体２６から放出された導体表面波ＴＭが処理容器４の内壁（蓋体３下面および容器本体２内面）に沿って基板Ｇの周辺まで伝搬してしまうと、処理容器４内に生成されるプラズマＰが不均一になりプロセスの均一性が悪化したり、処理容器４内に基板Ｇを搬入出させる際に開閉されるゲートバルブや、基板Ｇを載置させるサセプタ１０が劣化する等の弊害が生じる。導体表面波ＴＭが誘電体２６と基板Ｇ間の距離を伝搬する間に十分減衰しない場合（減衰量が２０ｄＢ以下）には、導体表面波ＴＭを反射させてそれ以上伝搬させない手段が必要になる。ここで、図７に示すグラフの実線は、後述する変形例８の代表的条件における導体表面波ＴＭの減衰量の周波数依存性である。プラズマ処理装置１において、誘電体２６と基板Ｇ間の標準的な間隔は約０．１ｍであり、この距離を伝搬したときの減衰量が２０ｄＢとすれば、１ｍあたりの減衰量は２００ｄＢ／ｍとなる。このときの周波数は、図７より１．９ＧＨｚであることが分かる。すなわち、１．９ＧＨｚ以下のとき、導体表面波ＴＭを反射させる手段が必要になる。

（溝５０の必要性）
以上のように、この実施の形態にかかるプラズマ処理装置１によれば、２ＧＨｚ以下のマイクロ波を使用することにより、誘電体２６の周囲から表面波伝搬部５１全体に伝搬させた導体表面波ＴＭにより均一なプラズマＰを生成させることができる。しかし一方で、導体表面波ＴＭが不適切な位置まで伝搬すると、処理容器４内に生成されるプラズマＰが不均一になる要因となるおそれがある。また、導体表面波ＴＭがゲートバルブやビューポートにまで伝搬すると、導体表面波ＴＭがもつエネルギにより、これらの機器の近傍に設けられたＯリングが焼損したり、これらの機器の直近にてプラズマが生成され、機器表面に反応生成物が付着して不具合を生じさせるおそれがある。そこで、この実施の形態のプラズマ処理装置１では、蓋体３の下面に露出している各誘電体２５の周囲を溝５０で取り囲む構成とし、この溝５０で囲まれた表面波伝搬部５１のみに導体表面波ＴＭを有効に伝搬させるようにした。また、発明者らは、伝搬抑制の効果を高めるために溝５０の形状の適正化を図った。

「溝５０のアスペクト比Ｄ／Ｗ」
溝５０の形状の最適化をする際に、計算に用いる電子密度をどのように設定するかが重要である。導体表面波がプラズマ中に入り込む深さは進入長δ程度であり、数ｍｍ〜十数ｍｍである（表１参照）。このようにプラズマの表面に近い部分の電子密度を様々な処理条件において実測すると、１×１０^１１ｃｍ^−３〜１×１０^１２ｃｍ^−３であった。そこで、電子密度ｎ_ｅを１×１０^１１ｃｍ^−３〜１×１０^１２ｃｍ^−３の範囲に定めて検討を行った。図８に示したように、断面が略矩形状の溝５０を選択した。溝５０の幅をＷ、深さをＤとする。

溝のアスペクト比Ｄ／Ｗの適正値を導き出すために、電子密度ｎ_ｅが１×１０^１1ｃｍ^−３、４×１０^１１ｃｍ^−３、１×１０^１2ｃｍ^−３の場合、導体表面波ＴＭが、溝５０にてどの程度減衰するかをシミュレーションにより求めた。このとき、溝５０の幅Ｗを４ｍｍに設定した。その結果を図９に示すとともに、この結果について図１０を参照しながら以下に考察する。

図８に示したように、導体表面波ＴＭは、溝５０に到達すると、溝５０の底面を伝搬する導体表面波ＴＭ_１１と溝５０をジャンプしてプラズマ中を直接伝わる透過波ＴＭ_１２とに分配される。導体表面波ＴＭ_１１と透過波ＴＭ_１２とは、溝５０の端部Ｐにて再び合流する。その際、導体表面波の一部は反射し、反射波（導体表面波ＴＭ_２２）となり、残りは、進行波（導体表面波ＴＭ_２１）となってさらに伝搬していく。

このとき、導体表面波ＴＭ_１１と透過波ＴＭ_１２との位相が１８０度ずれていると、合流地点Ｐでこの２つの波はうち消し合って、ほぼ全反射する。このとき、進行波（導体表面波ＴＭ_２１）は存在しない、すなわち、導体表面波ＴＭは溝５０の先に伝搬しない。

たとえば、図９にて導体表面波ＴＭの透過量が−１０ｄＢの場合、導体表面波ＴＭの９０％は、溝５０により反射され、反射波ＴＭ_２２となって戻り、残りの１０％だけが導体表面波ＴＭ_２１となって溝５０を超えて伝搬する。すなわち、この場合、溝５０が障害となって導体表面波の９０％は溝５０により減衰する。

図９によれば、電子密度がｎ_ｅ高いほど、透過量が最小となるアスペクト比Ｄ／Ｗの値が大きいほうにずれることが分かる。また、電子密度ｎ_ｅが１×１０^１1ｃｍ^−３、４×１０^１１ｃｍ^−３、１×１０^１2ｃｍ^−３のすべての場合について、導体表面波ＴＭの９０％が溝５０にて反射されるアスペクト比Ｄ／Ｗは０．２６である。導体表面波ＴＭの９０％が溝５０にて反射されれば、その溝５０は導体表面波ＴＭの伝搬抑制機能を充分に果たしているといえる。よって、発明者らは、すべての電子密度において導体表面波ＴＭの９０％が反射される０．２６をアスペクト比Ｄ／Ｗの下限値と定めた。

つぎに、溝５０の幅Ｗを４ｍｍ、６ｍｍ、１２ｍｍとした場合のアスペクト比Ｄ／Ｗに対する導体表面波ＴＭの透過量を求めた結果を図１０に示す。ここでは、電子密度ｎ_ｅを１×１０^１２ｃｍ^−３に設定した。前述したように、電子密度がｎ_ｅ高いほど、透過量が最小となるアスペクト比Ｄ／Ｗの値が大きいほうにずれる。よって、シミュレーション時、導体表面波ＴＭの電子密度ｎ_ｅを最も高く設定することによりアスペクト比Ｄ／Ｗの上限値を求めることができる。

溝の幅Ｗを変えたとき、透過量が最小となるアスペクト比Ｄ／Ｗの値は、Ｗ＝６ｍｍで最大値をとる。このとき、導体表面波ＴＭの９０％が溝５０にて反射されるアスペクト比Ｄ／Ｗは２．３となることがわかる。このようにして、発明者らは、導体表面波ＴＭの伝搬を抑制するためは、溝５０のアスペクト比Ｄ／Ｗを、０．２６≦Ｄ／Ｗ≦２．３を満たすように定める必要があると結論付けた。

＜溝５０の幅Ｗ＞
つぎに、発明者らは、溝５０の幅Ｗとシース厚さｔとの関係および溝５０の幅Ｗと進入長δとの関係に着目して溝５０の幅Ｗの適正値についてつぎのように考察した。図１１（ａ）に示したように、溝５０の幅Ｗがシース厚さｔの２倍以下である場合（２ｔ≧Ｗ）、溝５０の内部空間はすべてシース領域となる。この結果、溝５０がある部分とない部分とのシース厚さｔに段差が生じず、溝５０を設けても、導体表面波ＴＭにとっては、溝５０はないものと同じになる。よって、２ｔ≧Ｗでは、溝５０は伝搬抑制の機能を果たさない。

一方、図１１（ｂ）に示したように、溝５０の幅Ｗがシース厚さｔの２倍より大きい場合（２ｔ＜Ｗ）、溝５０の底面に沿って生じるシース領域は、０．１ｍｍ程度の幅しかないので、溝５０を設けたことによりシース領域に段差が生じる。この結果、溝５０の底面近傍に沿って伝搬する導体表面波ＴＭ_１１と、溝を飛び越えて伝搬する導体表面波ＴＭ_１２とにより溝５０の端部Ｐにて反射が起こり、導体表面波ＴＭの一部は反射波（導体表面波ＴＭ_２２）となって、残りの導体表面波ＴＭ_２１だけが溝５０を超えて伝搬する。以上の考察から、発明者らは、溝５０が、導体表面波ＴＭの伝搬抑制機能を有するためには、溝５０の幅Ｗは、シース厚さｔの２倍より大きい（２ｔ＜Ｗ）必要があることを見いだした。

つぎに、発明者らは、溝５０の幅Ｗを適正化する他の方法として、溝５０の幅Ｗと進入長λとの関係に着目した。前述したように、進入長δは、マイクロ波がどれだけプラズマＰに入射可能であるかを示す。

導体表面波ＴＭは、プラズマＰの境界面から進入長δより深く、プラズマ内部へ入射することはできない。したがって、溝５０の幅Ｗが、進入長δの２倍以上の場合（２δ≦Ｗ）、図１２（ａ）に示したように、透過波ＴＭ_１２は、進入長δより深くプラズマ内部に入り込めず、溝５０を飛び越えて伝搬することができない。このため、進入長δの２倍以上の幅Ｗの溝５０を設けても、溝５０の端部Ｐにて導体表面波ＴＭの伝搬の抑制に有効な反射は起こらず、導体表面波ＴＭは溝５０を超えてその先に伝搬する。

一方、図１２（ｂ）に示したように、溝５０の幅Ｗが、進入長δの２倍より小さい場合（２δ＞Ｗ）、透過波ＴＭ_１２が伝搬できない領域は生じない。この結果、溝５０の底面に沿って伝搬する導体表面波ＴＭ_１１と、溝５０を飛び越えて伝搬する導体表面波ＴＭ_１２とにより溝５０の端部Ｐにて反射が起こり、導体表面波ＴＭの一部は反射波（導体表面波ＴＭ_２２）となって、残りの導体表面波ＴＭ_２１だけが溝５０を超えて伝搬する。以上の考察から、発明者らは、溝５０が、導体表面波ＴＭの伝搬を抑制する機能を有するためには、溝５０の幅Ｗは、進入長δの２倍より小さい場合（２δ＞Ｗ）必要があることを解明した。

再び図１０を参照する。このときの電子密度ｎ_ｅは１×１０^１２ｃｍ^−３であり、進入長δは５．３ｍｍである。溝５０の幅Ｗが４ｍｍおよび８ｍｍの場合には、溝５０の幅Ｗが進入長δの２倍より小さいため、アスペクト比Ｄ／Ｗを最適化すると透過量を−４０ｄＢ以下と非常に小さく抑えることが可能である。一方、Ｗ＝１２ｍｍの場合には、進入長δの２倍より大きいため、アスペクト比Ｄ／Ｗを最適化しても透過量を−１０ｄＢ以下にすることができないことがわかる。

「曲率半径」
溝のコーナ部（図８のコーナＣａ、Ｃｂ）やエッジ部では、インピーダンスが不連続になるため伝搬する導体表面波の一部が反射する。コーナ部やエッジ部の角が丸くなるとインピーダンスの不連続性が緩和されるため、透過量が増加する。特に、コーナ部やエッジ部の曲率半径Ｒが導体表面波の波長に対して無視できない程度に大きくなると、透過量が大きく増加する。

導体表面波が一箇所の曲率半径Ｒのコーナ部を通過するときの透過量をシミュレーションにより計算した結果を図１３に示す。電子密度ｎ_ｅは１×１０^１２ｃｍ^−３、プラズマ電位は２４Ｖに設定した。このときのシース厚ｔは０．０７ｍｍ、導体表面波の波長λcは３０．４ｍｍ、進入長δは５．３ｍｍである。

導体表面波の透過量は、曲率半径が０ｍｍ、すなわちコーナ部が直角の場合に最も小さく、曲率半径Ｒの増加とともに大きくなることが分かる。コーナ部が直角の場合の透過量に対して１０％透過量が増加するまでであれば、溝５０は、伝搬抑制機能を有しているとすれば、コーナ部の曲率半径が０．７７ｍｍまでが許容範囲となる。０．７７ｍｍは、導体表面波ＴＭの波長３０．４ｍｍの約１／４０（＝０．７７／３０．４）である。以上のシミュレーション結果および考察から、溝５０のコーナ部の曲率半径Ｒが、導体表面波ＴＭの波長λの１／４０よりも小さい必要があると結論付けた。

「溝５０の位置」
上述したように、溝５０を設けることにより、表面波伝搬部５１全体に伝搬させた導体表面波ＴＭによりプラズマＰを生成させることができる。即ち、溝５０で囲まれた表面波伝搬部５１の下面全体でプラズマＰを生成させることができるので、溝５０の位置によって、処理容器４内で生成されるプラズマＰの領域を制御することが可能である。

通常、プラズマ処理装置１の処理容器４内では、基板Ｇの上方において、基板サイズを超えた外側の範囲まで、プラズマＰを生成させ、基板Ｇの上面（処理面）全体に均一なプラズマ処理を行うようにしている。したがって、蓋体３の下面において、基板サイズを超えた外側の位置に溝５０を配置し、基板Ｇの上方において、基板サイズを超えた外側の範囲まで表面波伝搬部５１を設けることが望ましい。

なお、溝５０は、プラズマ処理中においてプラズマが接する処理容器４内壁の金属面であれば、どこに設けられていてもよい。たとえば、ゲートバルブ、ビューポート等の他の機構を取り囲むように溝５０を形成しても良い。これにより、ゲートバルブ、ビューポート等の損失、反応生成物の付着等の不具合を回避できる。

（誘電体２５の露出面積と基板Ｇの表面積の関係（１／５））
処理容器４の内部において行われるプラズマ処理においては、サセプタ１０上に載置された基板Ｇの表面へのイオン入射が重要な役割を担っている。例えば、プラズマ成膜処理では、基板Ｇの表面にプラズマ中のイオンを入射させながら成膜を行うことにより、基板Ｇの温度が低温でも高品質な薄膜を短時間で形成することができる。また、プラズマエッチング処理では、基板Ｇの表面へのイオンの垂直入射による異方性エッチングにより、微細なパターンを正確に形成することが可能になる。このように、何れのプラズマ処理においても、良好なプロセスを行うには基板Ｇの表面へのイオン入射エネルギをプロセス毎に最適な値に制御することが不可欠となる。基板Ｇの表面へのイオン入射エネルギは、高周波電源１３からサセプタ１０を通して基板Ｇに印加される高周波バイアス電圧によって制御することができる。

図１４に、サセプタ１０（高周波印加電極）と蓋体３（対向電極＝グランド電極）との間に高周波電圧を印加したプラズマ処理中の処理容器４内の状態を示す。プラズマ処理装置１の処理容器４内では、基板Ｇの上方において、基板サイズを超えた外側の範囲まで、高密度のプラズマＰが生成される。このように、基板サイズを超えた範囲までプラズマＰを生成させることにより、基板Ｇの上面（処理面）全体に均一なプラズマ処理を行うことができる。例えば、２．４ｍ×２．１ｍのガラス基板を処理する場合を例にすると、プラズマＰの生成範囲は、基板サイズより片側で１５％程度、両側で３０％程度大きな領域である。このため、蓋体３の下面においては、基板サイズよりも片側で１５％程度（両側で３０％程度）の範囲が、グランド電極３’となる。

一方、高周波電源１３から基板Ｇに高周波バイアス電圧が印加されることにより、プラズマ処理中の処理容器４内では、プラズマＰと基板Ｇの上面（処理面）との間およびプラズマＰと蓋体３下面のグランド電極３’の部分との間にはプラズマシースｇ、ｓが形成される。高周波電源１３から印加された高周波バイアス電圧は、これらプラズマシースｇ、ｓに分圧されてかかることになる。

ここで、基板Ｇの処理面（上面）の表面積をＡｓ、プラズマＰと対向している蓋体３下面のグランド電極３’となっている部分の面積をＡｇとし、基板Ｇの処理面とプラズマＰとの間のプラズマシースｓにかかる高周波電圧をＶｓ、蓋体３の下面とプラズマＰとの間のプラズマシースｇにかかる高周波電圧をＶｇとする。これら高周波電圧Ｖｓ、Ｖｇと、面積Ａｓ、Ａｇとには、次の式（１５）の関係がある。
(Vs/Vg)=(Ag/As)^４ （１５）
Brian Chapman、 "Glow Discharge Processes、" A Wiley
Interscience Publication、 1980.

プラズマシースｓ、ｇを流れる電子電流の影響により、プラズマシースｓ、ｇにかかる高周波電圧Ｖｓ、Ｖｇが大きくなると、プラズマシースｓ、ｇにかかる直流電圧が大きくなる。プラズマシースｓ、ｇにかかる直流電圧の増加分は、高周波電圧Ｖｓ、Ｖｇの振幅（0 to peak値）とほぼ等しい。プラズマＰ中のイオンはプラズマシースｓ、ｇにかかる直流電圧により加速されて電極面である基板Ｇの処理面および蓋体３の下面に入射するが、このイオン入射エネルギは、高周波電圧Ｖｓ、Ｖｇによって制御することができる。

この実施の形態で示したプラズマ装置１の場合、高周波電源１３によって基板Ｇの処理面と蓋体３下面との間に印加された高周波電圧（＝Ｖｓ＋Ｖｇ）は、基板Ｇ表面および蓋体３下面の近傍に形成されるプラズマシースｓ、ｇに分圧してかかることとなる。このとき、蓋体３下面近傍のプラズマシースｇにかかる高周波電圧Ｖｇを可能な限り小さくし、高周波電源１３から印加された高周波電圧の大半が、基板Ｇ表面近傍のプラズマシースｓにかかるようにすることが望ましい。なぜならば、蓋体３下面近傍のプラズマシースｇにかかる高周波電圧Ｖｇが大きくなると、電力効率が悪化するばかりでなく、蓋体３（グランド電極）に入射するイオンのエネルギが増加し、蓋体３下面がスパッタされて金属汚染が引き起こされるからである。実際のプラズマ処理装置では、蓋体３下面近傍のプラズマシースｇにかかる高周波電圧Ｖｇが、基板Ｇ表面近傍のプラズマシースｓにかかる高周波電圧Ｖｓの１／５以下でないと実用にならない。即ち（１５）式より、プラズマＰと対向している蓋体３下面のグランド電極３’となっている部分の面積は、最低でも基板Ｇ表面の面積の１．５倍以上でなければならないことが分かる。

従来のマイクロ波プラズマ処理装置では、基板Ｇと対向する蓋体３の下面の大部分がマイクロ波を伝えるための誘電体２５で覆われているため、特に大型基板用のプラズマ処理装置では高密度プラズマが接するグランド電極の面積が小さかった。上述のように、例えば２．４ｍ×２．１ｍのガラス基板を処理するプラズマ処理装置１においては、高密度のプラズマＰが基板サイズより片端１５％程度、両端で３０％程度大きな領域に生成され、このプラズマＰと対向する蓋体３の下面部分がグランド電極３’となる。仮に、このグランド電極３’の部分において、誘電体２５が処理容器４の内部の露出しておらず全て接地部であれば、プラズマＰと対向するグランド電極３’の面積は基板面積の１．７倍（（１＋０．３）^２）となる。ところが、従来のマイクロ波プラズマ処理装置では、グランド電極３’のうちの大部分が誘電体２５で覆われているため十分な面積が得られなかった。このため、従来の大型基板用のマイクロ波プラズマ処理装置では、高周波バイアスを印加すると金属汚染を生じる危惧があった。

そこで、この実施の形態にかかるプラズマ処理装置１では、処理容器４の内部に露出する誘電体２５の露出面の面積をなるべく小さくし、誘電体２５の露出面の面積を基板Ｇの上面の面積の１／５以下に抑える構成とした（なお、後述するように、本発明では蓋体３の下面に沿って伝搬する導体表面波ＴＭを用いて処理容器４内にプラズマＰを発生させることができるので、誘電体２５の露出面積を小さくしても、グランド電極３’の下面全体において有効にプラズマＰを発生させることができる）。このように、プラズマＰと接する誘電体２５の露出面の面積を基板Ｇの上面の面積の１／５以下とすれば、必然的に、プラズマＰと対向するグランド電極３’の面積は、最低でも基板Ｇ表面の面積の１．５（１．７−１／５）倍以上確保される。これにより、蓋体３下面がスパッタされることによる金属汚染を引き起こすことなく、高周波電源１３から印加された高周波電圧を、基板Ｇ表面近傍のプラズマシースｓに効率よく印加させることが可能となる。

（表面波伝搬部の平坦性）
電子密度が高くなるとシースに印加されるマイクロ波電界強度が大きくなる。表面波伝搬部５１に微小な角部があると、角部に電界が集中して過熱され、異常放電（アーク放電）が発生することがある。一度異常放電が発生すると、金属表面を溶かしながら放電部が動き回り、金属表面に大きな損傷を与えてしまう。表面波伝搬部５１の中心線平均粗さがシースの厚さよりも十分小さければ、微小な角部があっても金属表面に平均的に電界がかかるから、電界が集中することはなく、異常放電も起こらない。

先にシース厚さｔについて説明したが、シース厚さｔは電子密度の平方根に逆比例する。最大の電子密度として、１×10¹³cm^-3を仮定すれば十分である。このときのデバイ長は３．３μｍであり、Ａｒプラズマの場合、シースの厚さはその３．５倍の１２μｍとなる。金属表面の中心線平均荒さがシースの厚さの１／５以下、より好ましくは１／２０以下になっていれば、微小な角部での電界集中は無視できる。従って、表面波伝搬部５１の中心線平均粗さは、２．４μm、より好ましくは０．６μｍ以下になっていればよい。

（変形例）
以下、プラズマ処理装置１の他の実施の形態を説明する。なお、先に図１等で説明したプラズマ処理装置１と共通の構成要素については、同一の符号を付することにより、重複説明を省略する。

（第１の変形例）
図１５は、第１の変形例にかかるプラズマ処理装置１の概略的な構成を示した縦断面図（図１６中のＹ−Ｙ断面）である。図１６は、第１の変形例にかかるプラズマ処理装置１が備える蓋体３の下面図（図１５中のＸ−Ｘ断面）である。図１７は、図１５中のＺ−Ｚ断面における蓋体３の上部における横断面図である。

この第１の変形例にかかるプラズマ処理装置１は、例えばＡｌ_２Ｏ_３からなる４つの板状の誘電体２５の下面に、板状の金属電極７０を取付けた構成である。金属電極７０の中央には、蓋体３および誘電体２５を上下に貫通している金属棒４５の下端が取付けてある。金属棒４５の上端は、蓋体３の上面においてバネ７１で持ち上げられており、このバネ７１の力によって、金属電極７０の上に載せられた誘電体２５が、蓋体３の下面に押し付けられている。

誘電体２５および金属電極７０は、いずれも略四角形であるが、誘電体２５は金属電極７０よりも僅かに大きい。このため、処理容器４の内部から見ると、金属電極７０の周囲において誘電体２５が露出した状態になっている。

金属棒４５の周囲には、誘電材料からなるリング部材７２が取付けてあり、リング部材７２と金属棒４５の間およびリング部材７２と蓋体３の間には、シール部材としての二つのＯリング７３が金属棒４５を中心として同心円状に設けられている。これにより、図示のように容器本体２の上方を蓋体３によって塞いだ状態では、蓋体３の下面周辺部と容器本体２の上面との間に配置されたＯリング２１と、金属棒４５と蓋体３との間に配置された二つのＯリング７３によって、処理容器４内の気密性が保持されている。

蓋体３の上面中央には、内側導体３６と外部導体３７で構成される同軸管３５が接続されている。内側導体３６の下端は、蓋体３の内部に形成された分配導波管７４の中央に配置されており、同軸管３５により供給された２ＧＨｚ以下の周波数を有するマイクロ波が、分配導波管７４、金属棒４５および金属電極７０を伝搬して誘電体２５に供給されている。蓋体３の内部に形成された分配導波管７４の終端面（分配導波管７４が収納されている蓋体３の内部空間の内壁面）７４’は、金属棒４５の中心軸から距離λ／４の位置に設定され、同軸管３５により供給されたマイクロ波が導波管７４から金属棒４５に効率よく伝搬されるようになっている。

また、この第１の変形例にかかるプラズマ処理装置１は、蓋体３の下面に配置された４つの表面波伝搬部５１の更に外側に、外周溝５１’を設けている。また、金属電極７０の下面に複数のガス放出孔６１を開口させ、金属棒４５の内部に貫通させたガス流路７５から各ガス放出孔６１を通じて処理容器４内部に所定のガスを供給する構成になっている。

この第１の変形例にかかるプラズマ処理装置１によっても、誘電体２５の周囲から表面波伝搬部５１に導体表面波ＴＭを伝搬させてプラズマＰを励起させることができ、先に図１等で説明したプラズマ処理装置１と同様の作用効果を享受できる。また、この第１の変形例にかかるプラズマ処理装置１では、誘電体２５の周囲から金属電極７０の下面にも導体表面波ＴＭを伝搬させてプラズマＰを励起させることができる。加えて、この第１の変形例にかかるプラズマ処理装置１にあっては、蓋体３の下面において、表面波伝搬部５１の更に外側に外周溝５１’を設けているので、導体表面波ＴＭが容器本体２の内壁まで伝搬することをより確実に防止でき、処理容器４内のプラズマ生成領域を制御しやすいといった利点がある。また、バネ７１の力で金属棒４５を吊り下げることにより、金属電極７０の上に載せた誘電体２５を支持した構成であり、誘電体２５が蓋体３、金属電極７０および金属棒４５に対して固定されていないので、熱膨張等による金属部材（蓋体３、金属電極７０および金属棒４５）の変形などの影響を誘電体２５に及ぼすことがなく、誘電体２５の破損を防止できる。

（第２の変形例）
図１８は、第２の変形例にかかるプラズマ処理装置１の概略的な構成を示した縦断面図である。図１９は、図１８中のＺ−Ｚ断面における蓋体３の上部における横断面図である。

この第２の変形例にかかるプラズマ処理装置１は、基本的には、先に図１５〜１７で説明した第１の変形例にかかるプラズマ処理装置１と同様の構成である。但し、この第２の変形例にかかるプラズマ処理装置２では、分配導波管７４の終端面７４’が下方に形成されている点、および内部導体３６が蓋体３とインピーダンス整合手段としての誘電体４２を介して接続されている点が異なる。この第２の変形例にかかるプラズマ処理装置１によっても、先に図１４〜１６で説明した第１の変形例にかかるプラズマ処理装置１と同様の作用効果を享受できる。加えて、この第２の変形例にかかるプラズマ処理装置１によれば、蓋体３の内部に形成された分配導波管７４を小型にできる。

（第３の変形例）
図２０は、第３の変形例にかかるプラズマ処理装置１の概略的な構成を示した縦断面図（図２１中のＹ−Ｙ断面）である。図２１は、第３の変形例にかかるプラズマ処理装置１が備える蓋体３の下面図（図２０中のＸ−Ｘ断面）である。

この第３の変形例にかかるプラズマ処理装置１は、容器本体２が円筒形状であり、処理容器４の内部に円柱形状の処理空間が形成されている。蓋体３およびサセプタ１０も円形状になっている。この第３の変形例にかかるプラズマ処理装置１は、半導体ウェハなどの円盤形状の基板Ｇをプラズマ処理する構成である。この第３の変形例にかかるプラズマ処理装置１によっても、誘電体２５の周囲から表面波伝搬部５１に導体表面波ＴＭを伝搬させてプラズマＰを励起させることができ、先に図１等で説明したプラズマ処理装置１と同様の作用効果を享受できる。

（第４の変形例）
図２２は、第４の変形例にかかるプラズマ処理装置１の概略的な構成を示した縦断面図（図２３中のＹ−Ｙ断面）である。図２３は、第４の変形例にかかるプラズマ処理装置１が備える蓋体３の下面図（図２２中のＸ−Ｘ断面）である。

この第４の変形例にかかるプラズマ処理装置１も、容器本体２が円筒形状であり、半導体ウェハなどの円盤形状の基板Ｇをプラズマ処理する構成である。この第４の変形例にかかるプラズマ処理装置１では、誘電体２５の下面に、板状の金属電極７０を取付けた構成である。但し、この第４の変形例にかかるプラズマ処理装置１は、誘電体２５および金属電極７０が一枚ずつである。金属電極７０は、誘電体２５、およびリング状の金属スペーサ８３を貫通させた接続部材としての金属製のボルト８０によって蓋体３に固定されている。金属スペーサ８３と蓋体３、および金属スペーサ８３と金属電極７０は、ボルト８０によって密着するようになっている。また、蓋体３の下面と金属電極７０の下面の両方にガス放出孔６１が開口しており、金属電極７０下面のガス放出孔６１には、ボルト８０の内部に貫通させたガス流路７５からガスを供給する構成になっている。また、同軸管３５の内側導体３６の内部には、冷媒を通す冷媒流路８１が形成されている。また、誘電体２５上面と蓋体３下面との間および誘電体２５下面と金属電極７０上面との間に、シール部材としての二つのＯリング８２が設けられている。これにより、図示のように容器本体２の上方を蓋体３によって塞いだ状態では、蓋体３の下面周辺部と容器本体２の上面との間に配置されたＯリング２１と、誘電体２５上面と蓋体３下面との間および誘電体２５下面と金属電極７０上面との間に配置された二つのＯリング８２によって、処理容器４内の気密性が保持されている。

この第４の変形例にかかるプラズマ処理装置１によっても、誘電体２５の周囲から表面波伝搬部５１と金属電極７０の下面に導体表面波ＴＭを伝搬させてプラズマＰを励起させることができ、先に図１等で説明したプラズマ処理装置１と同様の作用効果を享受できる。加えて、この第４の変形例にかかるプラズマ処理装置１にあっては、プラズマから金属電極７０に流入した熱が、熱伝導性のよい複数の金属スペーサ８３、およびボルト８０を通して蓋体３に伝えられるため、金属電極７０の温度上昇を抑制できる。また、ボルト８０の内部に貫通させたガス流路７５からガスを供給する構成になっているため、第２の変形例のように、金属棒４５の内部に貫通させたガス流路７５からガスを供給する構成よりも金属電極７０の着脱が容易でメンテナンス性に優れている。内側導体３６の温度上昇も防止できる。さらに、誘電体２５の上下面に設けられた二つのＯリング８２により平坦面で真空シールするため、第２の変形例のように曲面で真空シールする場合と比較して金属電極７０の着脱が容易でメンテナンス性に優れている。

なお、金属電極７０の下面には、導体表面波を反射させるための同心円状の溝（不図示）を設けてもよい。金属電極７０の中央部は、金属電極７０の周囲から伝搬してきた導体表面波が集中するため、プラズマ密度が高くなりやすいが、このように金属電極７０に同心円状の溝を設けてその内側に伝搬する導体表面波を抑制することにより、より均一なプラズマを励起することができる。

（第５の変形例）
図２４は、第５の変形例にかかるプラズマ処理装置１の概略的な構成を示した縦断面図（図２５中のＹ−Ｙ断面）である。図２５は、第５の変形例にかかるプラズマ処理装置１が備える蓋体３の下面図（図２４中のＸ−Ｘ断面）である。

この第５の変形例にかかるプラズマ処理装置１は、蓋体３の上部に複数の矩形導波管９０がＥ面（狭壁面）が上向きになるように平行に等間隔に配置されている。それぞれの矩形導波管９０の下面には、処理容器４の内部に通じる４つのスロット（開口部）が等間隔に開口されており、スロットの内部には例えばＡｌ_２Ｏ_３からなる誘電体２５が配置されている。スロット周囲には、誘電体２５と蓋体３との間にＯリング９３が設けられており、処理容器４内の気密性が保持されている。

矩形導波管９０の内部には、例えばテフロン（登録商標）からなる２つの誘電部材９１、９２が間隔をあけて上下に配置されている。下方の誘電部材９２は矩形導波管９０に固定されている。一方、誘電部材９１の上面には、矩形導波管９０を貫通する誘電体棒９４が接続されており、誘電体棒９４を矩形導波管９０の外部から上下に動かすことによって誘電部材９１を上下に動かすことができるようになっている。第５の変形例にかかるプラズマ処理装置１においては、このように誘電部材９１の上下方向の位置により矩形導波管９０内を伝搬するマイクロ波の管内波長を調整できるようになっている。次にこの原理について説明する。

導波管の内部に誘電体を挿入すると、中空の場合の管内波長λg0と比べて管内波長λgが短くなる。例えば、比誘電率をε_rの誘電体を導波管内に隙間なく充填したときの管内波長λgは次式（１６）となる。

導波管内の一部に誘電体を挿入した場合には、隙間なく充填した場合の管内波長と、中空の場合の管内波長の中間の管内波長となる。また、同じ体積の誘電体を挿入する場合でも、導波管内において最も電界が強いＨ面（広壁面）の中心線上に配置した方が、電界が弱いＨ面の端の方に配置するよりも波長が短くなる。このように、第５の変形例にかかるプラズマ処理装置１においては、誘電部材９１の上下方向の位置により管内波長を調整することができる。なお、固定の誘電部材９２は、導波モードの上下方向の対称性を確保するために設けられている。

均一なプラズマを励起するためには、矩形導波管９０に設けられた各々のスロットから同一強度のマイクロ波を放出する必要がある。スロットの長手方向のピッチを管内波長の１／２の整数倍（本変形例においては管内波長の１／２倍）に設定することにより、各々のスロットから同一強度のマイクロ波を放出することができる。一般に導波管の管内波長はスロットのインピーダンスにより変化するが、本変形例においては、上記の管内波長調節手段により管内波長をスロットピッチの２倍に常に一致させることにより、プラズマ励起条件が変わっても常に均一なプラズマを励起することが可能である。従って、極めて広い処理条件に対応可能な汎用性の高いプラズマ処理装置が実現される。

この第５の変形例にかかるプラズマ処理装置１によっても、誘電体２５の周囲から表面波伝搬部５１に導体表面波ＴＭを伝搬させてプラズマＰを励起させることができ、先に図１等で説明したプラズマ処理装置１と同様の作用効果を享受できる。この第５の変形例にかかるプラズマ処理装置１は、蓋体３の下面に誘電体を分割して配置するCMEP(Cellular Microwave Excitation Plasma)に好適に実施できる。

（第６の変形例）
図２６は、第６の変形例にかかるプラズマ処理装置１の概略的な構成を示した縦断面図（図２７中のＹ−Ｙ断面）である。図２７は、第６の変形例にかかるプラズマ処理装置１が備える蓋体３の下面図（図２６中のＸ−Ｘ断面）である。

この第６の変形例にかかるプラズマ処理装置１は、蓋体３の内部に例えばＡｌ_２Ｏ_３からなる円盤状の誘電体２５を内蔵させ、蓋体３の下面に形成した複数のスロット９５から、誘電体２５の下面が部分的に処理容器４内に露出させられた構成である。スロット９５は、同軸管内部導体３６の中心軸に対して同心円上に点対称な位置に設けられており、各々のスロット９５から同一強度のマイクロ波が放出されるようになっている。蓋体３の下面が、ラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ）となっている。この第６の変形例にかかるプラズマ処理装置１は、複数のスロット９５を一括して溝５０で囲むことにより、一つの表面波伝搬部５１内において複数個所に誘電体２５の下面を露出させている。加えて、この第６の変形例にかかるプラズマ処理装置１は、複数のスロット９５に取り囲まれた領域に同心円状の溝５０”で囲まれた表面波非伝搬部９６が設けられている。

この第６の変形例にかかるプラズマ処理装置１によっても、処理容器４内に露出させられた誘電体２５の周囲から表面波伝搬部５１に導体表面波ＴＭを伝搬させてプラズマＰを励起させることができ、先に図１等で説明したプラズマ処理装置１と同様の作用効果を享受できる。加えて、この第６の変形例にかかるプラズマ処理装置１にあっては、表面波伝搬部５１の中央に溝５０”で囲まれた表面波非伝搬部９６が設けられているので、処理容器４内の中央付近にプラズマが集中して生成されることを防ぐことができる。このように、蓋体３の下面に形成する溝５０、５０’、５０”を利用して、処理容器４内に生成されるプラズマＰの領域を任意に制御できるようになる。

（第７の変形例）
図２８は、第７の変形例にかかるプラズマ処理装置１の概略的な構成を示した縦断面図（図２９中のＹ−Ｙ断面）である。図２９は、第７の変形例にかかるプラズマ処理装置１が備える蓋体３の下面図（図２８中のＸ−Ｘ断面）である。

この第７の変形例にかかるプラズマ処理装置１は、蓋体３の内部に形成された導波管７４の下面に配置した例えばＡｌ_２Ｏ_３からなる誘電体２５の下面を処理容器４の内部に露出させている。この第７の変形例にかかるプラズマ処理装置１では、複数の誘電体２５を一括して溝５０で囲むことにより、一つの表面波伝搬部５１内において複数個所に誘電体２５の下面を露出させている。また、表面波伝搬部５１の中央に溝５０”で囲まれた表面波非伝搬部９６が設けられている。この第７の変形例にかかるプラズマ処理装置１によっても、先に説明したこの第６の変形例にかかるプラズマ処理装置１と同様の作用効果を享受できる。

（第８の変形例）
図３０は、第８の変形例にかかるプラズマ処理装置１の概略的な構成を示した縦断面図である。図３１は、（図３０のＡ−Ａ断面図である。本変形例について、同軸管３５以下の構造は図１４等に示す第１の変形例とほぼ同一である。４本の分岐同軸管１０１が、紙面に垂直方向にλg（分岐同軸管１０１の管内波長）の間隔で等間隔に配置されている。それぞれの分岐同軸管１０１には、４本の同軸管３５がλgの間隔で等間隔に接続されている。同軸管３５の下方にはマイクロ波を４分岐する分配導波管７４を介して金属棒４５が設けられているので、金属棒４５、および金属電極７０の縦横のピッチはλg／２となる。

分岐導波管１０１の中央部と分岐導波管１００との間には、同軸管３８が設けられている。分岐導波管１００は、マイクロ波源（図示せず）から供給されたマイクロ波を２段のＴ分岐回路により４分岐するトーナメント方式の分岐である。分岐導波管１００によって均等に分配されたマイクロ波は、同軸管３８、分岐同軸管１０１、同軸管３５、分配導波管７４、金属棒４５、誘電体板２５を通してプラズマに供給される。このとき、分岐同軸管１０１においては、同軸管３５がλg／２の整数倍（ここでは２倍）の間隔で接続されているため、それぞれの同軸管３５に供給されるマイクロ波の電力および位相が等しくなり、均一なプラズマを励起することが可能になっている。

この第８の変形例にかかるプラズマ処理装置１によっても、先に説明した第１の変形例にかかるプラズマ処理装置１と同様の作用効果を享受できる。さらに、分岐導波管１００、分岐同軸管１０１および分配導波管７４により、マイクロ波を均等に分配可能な多段の分配器が構成され、分岐数を増やすことで２ｍ角を越える大面積基板にも柔軟に対応することが可能になっている。

「周波数の限定」
先に示した図７より、周波数を下げると減衰量が減小することが分かる。これは、次のように説明される。式（１）によれば、周波数を下げるとプラズマＰの誘電率の実部ε_ｒ′が負に大きくなり、プラズマインピーダンスが小さくなることが分かる。従って、プラズマにかかるマイクロ波電界がシースにかかるマイクロ波電界と比較して弱くなり、プラズマ中におけるマイクロ波の損失が小さくなるため、導体表面波ＴＭの減衰量が減小する。

導体表面波をプラズマの生成に利用しようとした場合、マイクロ波の周波数としてあまり高い周波数を選択すると、導体表面波が必要な箇所まで伝搬しないために均一なプラズマを生成することができない。大面積基板用のプラズマ処理装置において、実質的にどの程度の周波数まで均一なプラズマが得られるかを見積もるために、先ず、図３０に示す第８の変形例にかかる代表的なプラズマ処理装置１において、導体表面波が伝搬しなければならない距離を求めた。本変形例は、導体表面波をプラズマの生成に利用した実用的な大面積基板用のプラズマ処理装置の中で、導体表面波を伝搬させる距離が最も短く、より高い周波数まで均一なプラズマが得られる形態である。

図３０、３１に示すように、分岐同軸管１０１の管内波長をλgとしたとき、一辺の長さがλg／４の矩形の複数の誘電体２５が、λg／２の間隔で縦横に等間隔に配置されている。なお、分岐同軸管１０１の内部導体と外部導体間が中空の場合には、管内波長λgは自由空間の波長と一致する。たとえば、９１５ＭＨｚにおいては、λg＝３２８ｍｍとなる。横方向に８列、紙面に垂直方向に８列で、計６４枚の誘電体２５が、誘電体２５より外形が僅かに小さい金属電極７０によって蓋体３の下面に密着するように保持されている。蓋体３の下面には、各誘電体２５を取り囲むように溝５０が碁盤目状に設けられており、表面波伝搬部５１を画成している。

金属棒４５を通して供給されたマイクロ波は、誘電体２５中を伝搬し、さらに誘電体２５の周囲から導体表面波となって、蓋体３の下面、および金属電極７０の表面に沿ってプラズマを励起しながら伝搬する。

図３１に示すように、導体表面波ＴＭが大きく減衰しないで（＜６ｄＢ）伝搬しなければならない最長距離は、λg√２／８となることが分かる。この距離を伝搬したときに６ｄＢ減衰するとしたときの１ｍあたりの減衰量が、図７のグラフの破線で示されている。この値よりも減衰量が小さければ表面波伝搬部５１全体で均一なプラズマＰを励起することができる。表面波伝搬部５１の表面付近の電子密度：４×１０^１１cm^-3、電子温度：２ｅＶ、シース電圧：２４Ｖ、圧力：１３．３Ｐａ、ガス：Ａｒの条件である。

図７のグラフより、実線と破線が交差する周波数は２０７０ＭＨｚであることが分かる。これよりも周波数が高いと導体表面波ＴＭの減衰が大きくて表面波伝搬部５１全体にまで届かないため、均一なプラズマＰを励起することができない。導体表面波ＴＭを用いて均一なプラズマＰを励起するには、多少余裕を見て２ＧＨｚ以下の周波数を選択する必要がある。

（第９の変形例）
図３２は、第９の変形例にかかるプラズマ処理装置１の概略的な構成を示した縦断面図（図３３中のＤ−Ｏ’−Ｏ−Ｅ断面）である。図３３は、図３２中のＡ−Ａ断面図である。図３４は、この実施の形態で使用される誘電体２５の平面図である。蓋体３の下面には、例えばＡｌ_２Ｏ_３からなる４つの誘電体２５が取付けられている。誘電体２５として、例えばフッ素樹脂、石英などの誘電材料を用いることもできる。図３４に示すように、誘電体２５は正方形の板状に構成されている。誘電体２５の四隅には、対角線に対して直角に切り落とされた平坦部１５０が形成されているので、厳密には、誘電体２５は８角形である。しかしながら、誘電体２５の幅Ｌに比べて、平坦部１５０の長さＭは十分に短く、誘電体２５は実質的に正方形と見なすことができる。

図３３に示すように、これら４つの誘電体２５は、互いの頂角同士（平坦部２６同士）を隣接させるように配置されている。また、隣り合う誘電体２５同士において、中心点Ｏ’を結ぶ線Ｌ’上に、各誘電体２５の頂角が隣接して配置される。このように４つの誘電体２５を、互いの頂角同士を隣接させ、かつ、互いに隣り合う誘電体２５同士において、中心点Ｏ’を結ぶ線Ｌ’上に、各誘電体２５の頂角が隣接するように配置することにより、４つの誘電体２５に囲まれた蓋体３の下面中央に、正方形の領域Ｓが形成される。

各誘電体２５の下面には、金属電極１５１が取り付けられている。金属電極１５１は、導電性を有する材料、例えばアルミニウム合金からなる。誘電体２５と同様に、金属電極１５１も正方形の板状に構成されている。なお、本願明細書では、このように各誘電体２５の下面に取り付けられた板状の金属部材を、「金属電極」と呼ぶ。但し、金属電極１５１の幅Ｎは、誘電体２５の幅Ｌに比べて僅かに短い。このため、処理容器の内部から見ると、金属電極１５１の周囲には、誘電体２５の周辺部が正方形の輪郭を現す状態で露出している。そして、処理容器４の内部から見ると、誘電体２５の周辺部によって形成された正方形の輪郭の頂角同士が隣接させて配置されている。

誘電体２５および金属電極１５１は、ネジ等の接続部材１５２によって、蓋体３の下面に取り付けられている。処理容器の内部に露出している接続部材３０の下面は、金属電極１５１の下面と同一面になっている。なお、接続部材３０の下面３１は、必ずしも金属電極２７の下面と同一面でなくても良い。誘電体２５に対する接続部材１５２の貫通箇所には、リング状のスペーサー１５３が配置されている。このスペーサー１５３の上にはウェーブワッシャー等の弾性部材１５３’が配置され、誘電体２５の上下面に隙間のない状態になっている。誘電体２５の上下面に制御されない隙間があると、誘電体２５を伝搬するマイクロ波の波長が不安定になり、全体としてプラズマの均一性が悪くなったり、マイクロ波入力側から見た負荷インピーダンスが不安定になってしまう。また、隙間が大きいと、放電したりもする。誘電体２５および金属電極１５１を蓋体３の下面に密着させて且つ接続部で確実に電気的、熱的に接触させるために、接続部に弾性のある部材を用いる必要がある。弾性部材１５３’は、例えば、ウェーブワッシャー、バネワッシャー、皿バネ、シールドスパイラル等でも良い。材質は、ステンレススチール、アルミ合金等である。接続部材１５２は導電性の金属などで構成され、金属電極１５１は、接続部材１５２を介して蓋体３の下面に電気的に接続されて、電気的に接地された状態になっている。接続部材１５２は、例えば、四角形に構成された金属電極１５１の対角線上に４箇所に配置されている。

接続部材１５２の上端は、蓋体３の内部に形成された空間部１５５に突出している。このように空間部１５５に突出した接続部材１５２の上端には、ウェーブワッシャーからなる弾性部材３５を介してナット３６が取り付けられている。この弾性部材３５の弾性により、誘電体２５および金属電極２７は、蓋体３の下面に密着するように付勢されている。誘電体２５の上下面に制御されない隙間があると、誘電体２５を伝搬するマイクロ波の波長が不安定になり、全体としてプラズマの均一性が悪くなったり、マイクロ波入力側から見た負荷インピーダンスが不安定になってしまう。また、隙間が大きいと、放電したりもする。誘電体２５および金属電極１５１を蓋体３の下面に密着させて且つ接続部で確実に電気的、熱的に接触させるために、接続部に弾性のある部材を用いる必要がある。弾性部材１５２は、例えば、ウェーブワッシャー、バネワッシャー、皿バネ、シールドスパイラル等でも良い。材質は、ステンレススチール、アルミ合金等である。この場合、蓋体３の下面に対する誘電体２５および金属電極１５１の密着力の調整は、ナット３６の調整によって容易に行われる。

蓋体３下面と誘電体２５上面との間には、封止部材としてのＯリング３０が配置されている。Ｏリング３７は、例えばメタルＯリングである。このＯリング３０によって、処理容器４の内部雰囲気が、同軸管３５の内部雰囲気と遮断され、処理容器４の内部と外部との雰囲気が隔てられている。

接続部材１５２の中心部には、縦方向のガス流路１６０が設けられており、誘電体２５と金属電極１５１との間には、横方向のガス流路１６１が設けられている。金属電極１５１の下面には、複数のガス放出孔１５２が分散して開口されている。ガス供給源６０からガス配管５５を通じて蓋体３内の空間部１５５に供給された所定のガスが、ガス流路１６０、１６１およびガス放出孔１６２を通って、処理容器４の内部に向けて分散して供給されるようになっている。

４つの誘電体２５に囲まれた蓋体３の下面中央の領域Ｓには、金属カバー１６５が取り付けられている。この金属カバー１６５は、導電性を有する材料、例えばアルミニウム合金からなり、蓋体３の下面に電気的に接続されて、電気的に接地された状態になっている。金属カバー１６５は、金属電極１５１と同様に、幅Ｎの正方形の板状に構成されている。

金属カバー１６５は、誘電体２５と金属電極１５１の合計程度の厚さを有する。このため、金属カバー１６５下面と金属電極１５１下面は、同一面になっている。

金属カバー１６５は、ネジ等の接続部材１６６によって、蓋体３の下面に取り付けられている。処理容器の内部に露出している接続部材１６６の下面は、金属カバー１６５の下面と同一面になっている。なお、接続部材１６６の下面１６７は、必ずしも金属カバー１６５の下面と同一面でなくても良い。接続部材１６６は、例えば、四角形に構成された金属カバー１６５の対角線上に４箇所に配置されている。ガス放出孔１７２を均等に配置するために、誘電体２５の中心と接続部材１６６の中心間の距離は、隣り合う誘電体２５の中心間の距離Ｌ'の１／４に設定されている。

接続部材１６６の上端は、蓋体３の内部に形成された空間部１５５に突出している。このように空間部１５５に突出した接続部材１６６の上端には、バネワッシャー、ウェーブワッシャー等の弾性部材１６８を介してナット１６９が取り付けられている。この弾性部材１６８の弾性により、金属カバー１６５は、蓋体３の下面に密着するように付勢されている。

接続部材１６６の中心部には、縦方向のガス流路１７０が設けられており、蓋体３下面と金属カバー１６５との間には、横方向のガス流路１７１が設けられている。金属カバー１６５の下面には、複数のガス放出孔１７２が分散して開口されている。ガス供給源６０からガス配管５５を通じて蓋体３内の空間部１５５に供給された所定のガスが、ガス流路１７０、１７１およびガス放出孔１７２を通って、処理容器４の内部に向けて分散して供給されるようになっている。

蓋体３の下面において、４つの誘電体１５１の外側の領域には、サイドカバー１７５が取り付けられている。このサイドカバー１７５は、導電性を有する材料、例えばアルミニウム合金からなり、蓋体３の下面に電気的に接続されて、電気的に接地された状態になっている。サイドカバー１７５も、誘電体２５と金属電極１５１の合計程度の厚さを有する。このため、サイドカバー１７５下面は、金属カバー１６５下面および金属電極１５１下面と同一面になっている。

サイドカバー１７５の下面には、４つの誘電体２５を取り囲むように配置された２重の溝５０が設けられており、この２重の溝５０で仕切られた内側の領域において、サイドカバー１７５には、４つのサイドカバー内側部分１７８が形成されている。これらサイドカバー内側部分１７８は、処理容器４の内部から見た状態において、金属カバー１６５を対角線で２等分した直角二等辺三角形とほぼ同様の形状を有している。ただし、サイドカバー内側部分１７８の二等辺三角形の高さは、金属カバー１６５を対角線で２等分した二等辺三角形の高さよりも、僅かに（導体表面波の波長の１／４程度）長くなっている。これは、導体表面波から見た二等辺三角形の底辺部における電気的な境界条件が、両者で異なるためである。
また、本実施形態においては、溝５０は処理容器内部から見ると８角形の形状になっているが、４角形の形状になっていてもよい。こうすれば、４角形の溝５０の角と誘電体２５との間にも、同様の直角二等辺三角形の領域が形成される。また溝５０で仕切られた外側の領域において、サイドカバー１７５には、蓋体３下面の周辺部を覆うサイドカバー外側部分１７９が形成されている。

後述するように、プラズマ処理中、マイクロ波供給装置３４から各誘電体２５に伝搬されられたマイクロ波は、蓋体３の下面に露出している誘電体２５の周囲から金属カバー１６５下面、金属電極１５１下面およびサイドカバー内側部分１７８下面に沿って伝搬させられる。その際、溝５０は、サイドカバー内側部分１７８下面に沿って伝搬させられたマイクロ波（導体表面波）が、溝５０を超えて外側（サイドカバー外側部分１７９）に伝搬させないようにするための、伝搬障害部として機能する。このため、本実施の形態では、蓋体３の下面において溝５０で囲まれた領域である金属カバー１６５下面、金属電極１５１下面およびサイドカバー内側部分１７８下面が表面波伝搬部５１となる。

サイドカバー１７５は、ネジ等の接続部材１８０によって、蓋体３の下面に取り付けられている。処理容器の内部に露出している接続部材１８０の下面は、サイドカバー１７５の下面と同一面になっている。なお、接続部材１８０の下面は、必ずしもサイドカバー１７５の下面と同一面でなくても良い。

接続部材１８０の上端は、蓋体３の内部に形成された空間部１５５に突出している。このように空間部１５５に突出した接続部材１８０の上端には、バネワッシャー、ウェーブワッシャー等の弾性部材１８１を介してナット１８２が取り付けられている。この弾性部材１８１の弾性により、サイドカバー１７５は、蓋体３の下面に密着するように付勢されている。

接続部材１８０の中心部には、縦方向のガス流路１８５が設けられており、蓋体３下面とサイドカバー１７５との間には、横方向のガス流路１８６が設けられている。サイドカバー１７５の下面には、複数のガス放出孔１８７が分散して開口されている。ガス供給源６０からガス配管５５を通じて蓋体３内の空間部１５５に供給された所定のガスが、ガス流路１８５、１８６およびガス放出孔１８７を通って、処理容器４の内部に向けて分散して供給されるようになっている。

金属棒４５の上端には、蓋体３の上部に設けられたバネ１９０の押圧力が、支柱１９１を介して加えられている。金属棒４５の下端は、蓋体３の下面に取り付けられた誘電体２５の上面中央に当接している。誘電体２５の上面中央には、金属棒４５の下端を受ける凹部１９２が形成されている。バネ１９０の押圧力によって、金属棒４５は、下端を誘電体２５上面中央の凹部１９２に挿入させた状態で、誘電体２５を貫通せずに上から押し付けられている。支柱１９１は、テフロン（登録商標）等の絶縁体からなる。なお、凹部１９２を設けるとマイクロ波入力側から見た反射を抑制することができるが、なくてもよい。その他、サセプタ１０の周囲には、処理容器４の内部において、ガスの流れを好ましい状態に制御するためのバッフル板１９５が設けられている。

以上のように構成された第９の変形例にかかるプラズマ処理装置１によれば、プラズマ処理中は、蓋体３下面全体に配置させた各ガス放出孔１６２、１７２、１８７から、基板Ｇの処理面全体にシャワープレートのような状態で所定のガスを均一に供給することができ、サセプタ１０上に載置された基板Ｇの表面全体に所定のガスを満遍なく供給することが可能となる。

そして、このように所定のガスが処理容器２内に供給される一方で、ヒータ１２によって基板Ｇが所定の温度に加熱される。また、マイクロ波供給装置３４で発生させられた例えば９１５ＭＨｚのマイクロ波が、同軸管３５、分岐板４０および電極棒４５を通じて、各誘電体２５中に伝送させられる。そして、各誘電体２５を透過したマイクロ波が、導体表面波の状態で、表面波伝搬部５１である金属カバー１６５下面、金属電極１５１下面およびサイドカバー内側部分１７８下面に沿って伝搬させられていく。

ここで、図３５は、表面波伝搬部５１である金属カバー１６５下面、金属電極１５１下面およびサイドカバー内側部分１７８下面において、導体表面波が伝搬していく状態の説明図である。プラズマ処理中、導体表面波（マイクロ波）ＴＭは、蓋体３の下面において格子状に露出している誘電体２５を透過し、金属カバー１６５下面、金属電極１５１下面およびサイドカバー内側部分１７８下面に沿って伝搬させられる。この場合、金属カバー１６５と金属電極１５１は、いずれも面積がほぼ同一の正方形であり、また、金属カバー１６５と金属電極１５１は、いずれも、処理容器４内に露出している誘電体２５の部分（周辺部）で四辺を囲まれた状態になっている。このため、金属カバー１６５と金属電極１５１に対しては、誘電体２５を透過した導体表面波ＴＭがほとんど等しい状態で伝搬させられる。その結果、金属カバー４５下面と金属電極２７下面においては、全体的に均一な条件でマイクロ波のパワーによりプラズマを生成させることができる。

一方、金属カバー１６５と金属電極１５１が、処理容器４内に露出している誘電体２５の部分（周辺部）で四辺を囲まれた状態になっているのに対して、サイドカバー内側部分１７８は、処理容器４内に露出している誘電体２５の部分（周辺部）で２辺のみが囲まれた状態になっている。このため、サイドカバー内側部分１７８下面に対しては、金属カバー１６５および金属電極１５１に比べて、約半分程度のパワーで導体表面波ＴＭが伝播させられる。しかしながら、サイドカバー内側部分１７８は、金属カバー１６５を対角線で２等分した直角二等辺三角形とほぼ同様の形状であり、サイドカバー内側部分１７８の面積は、金属カバー１６５と金属電極１５１の面積のほぼ半分である。このため、サイドカバー内側部分１７８下面においても、金属カバー１６５下面および金属電極１５１下面と等しい条件でプラズマを生成させることができる。

また、処理容器４内に露出している誘電体２５の部分（周辺部）を中心に考えると、一部を除けば、図３５に示すように、処理容器４内に露出している誘電体２５の部分の両側には、同様の直角二等辺三角形で示される表面波伝搬部部分ａが左右対称に形成されている。このため、表面波伝搬部部分ａに対しては、いずれも等しい条件で、処理容器内に露出している誘電体２５の部分から導体表面波ＴＭが伝搬させられる。その結果、表面波伝搬部全体（即ち、金属カバー１６５下面、金属電極１５１下面およびサイドカバー内側部分１７８下面全体）において、均一な条件でマイクロ波のパワーによりプラズマを生成させることができる。

加えて、このプラズマ処理装置１では、上述したように、処理容器４の内部に露出している金属カバー１６５下面、金属電極１５１下面およびサイドカバー１７５下面の全体にガス放出孔１６２、１７２、１８７が細かく分布して設けられていることにより、サセプタ１０上に載置された基板Ｇの表面全体に所定のガスを満遍なく供給することができる。このため、表面波伝搬部５１である金属カバー１６５下面、金属電極１５１下面およびサイドカバー内側部分１７８下面全体において、均一な条件でマイクロ波のパワーによりプラズマを生成させることにより、基板Ｇの処理面全体に更に均一なプラズマ処理を施すことが可能となる。

（誘電体２５の厚さ）
この第９の変形例にかかるプラズマ処理装置１では、誘電体２５および金属電極１５１が、接続部材１５２によって蓋体３の下面に取り付けられているが、金属電極１５１を蓋体３に電気的に接続させている接続部材１５２の周辺では、誘電体２５中をマイクロ波が伝搬することができない。接続部材１５２の周辺を抜けたマイクロ波は、誘電体２５の角部まで回折の効果である程度は回り込むが、誘電体２５の角部のマイクロ波電界強度は、他の部分より弱くなる傾向がある。あまり弱くなると、プラズマの均一性が悪化してしまう。

図３６に、電磁界シミュレーションにより求めたシース中のマイクロ波電界の定在波分布を示す。誘電体２５の材質はアルミナである。プラズマ中の電子密度は3×１０¹¹cm^-3、圧力は１３．３Paである。なお、図３６に示すように、一枚の金属電極１５１を中心として、隣接する金属カバー１６５の中心点を頂点に持つ領域（もしくは、この隣接する金属カバー１６５の中心点を頂点に持つ領域と同様の機能を果たす、サイドカバー内側部分１７８を二等分した領域）を含むユニットを、セルと呼ぶ。想定したセルは、一辺の長さが１６４mmの正方形である。セルの中央に、セルに対して４５°回転した状態で誘電体２５が存在している。電界が強い部分が明るく表示されている。金属電極１５１下面、金属カバー１６５、サイドカバー内側部分１７８下面には、規則的で対称な２次元的な定在波が生じていることがわかる。これはシミュレーションにより求めた結果であるが、実際にプラズマを立ててプラズマを観察すると、全く同じ分布が得られることが分かっている。

誘電体２５の厚さを３ｍｍから６ｍｍまで変えたときの、図３６の直線Ａ−Ｂにおけるシース中のマイクロ波電界強度分布を図３７に示す。縦軸は、直線Ａ−Ｂにおける最大電界強度で規格化してある。中央と端部（金属カバー角部）が定在波の腹の位置になっており、その間に節の位置があることが分かる。中央と端部で電界強度が概ね等しいことが望ましいが、端部の方が弱いことが分かる。

こうして求められた金属カバー角部の規格化電界強度を、図３８に示す。誘電体２５の厚さが３ｍｍのときは９３％であるが、誘電体２５の厚さが厚くなると減少し、６ｍｍでは６６％になることが分かる。プラズマの均一性を考慮すれば、金属電極１５１下面の角部と金属カバー１６５の角部の規格化電界強度は７０％以上、より好ましくは８０％以上であることが望ましい。図３８から、規格化電界強度を７０％以上にするためには誘電体２５の厚さを４．１ｍｍ以下、８０％以上にするためには５．１ｍｍ以下にする必要があることが分かる。

誘電体２５中を伝搬するマイクロ波の回折により誘電体２５に達するマイクロ波の強度は、誘電体２５の厚さだけでなく、伝搬障害物である接続部材１５２と誘電体２５までの距離に依存する。この距離が長いほど、誘電体２５に達するマイクロ波の強度は強くなる。接続部材３０と誘電体２５角部までの距離は、誘電体２５の中心間の距離（セルのピッチ）に概ね比例する。従って、誘電体２５の中心間の距離に対し、誘電体２５の厚さを一定以下に設定すればよいことになる。図３６においてセルのピッチは１６４ｍｍであるから、規格化電界強度を７０％以上にするためには誘電体２５の厚さを誘電体２５の中心間の距離の１／２９以下に、８０％以上にするためには１／４０以下にすればよい。

（処理容器４内における誘電体２５の露出部分の面積）
誘電体２５の端部まで誘電体２５中を伝搬したマイクロ波は、誘電体２５に隣接した金属表面上（即ち、金属カバー１６５下面、金属電極１５１下面およびサイドカバー内側部分１７８下面）を導体表面波として伝搬していく。このとき、図３５に示したように、処理容器４内に露出している誘電体２５の部分の両側に形成される２つの表面波伝搬部部分ａを対称な形状にするとともに、これら２つの表面波伝搬部部分ａにマイクロ波のエネルギが等分に分配されるようにすれば、２つの表面波伝搬部部分ａには密度および分布が等しいプラズマが励起され、表面波伝搬部全体として均一なプラズマが得られやすい。

一方、誘電体２５が処理容器４内に露出している部分でも、誘電体表面波によりプラズマが励起される。誘電体表面波は、誘電体２５とプラズマとの両方にマイクロ波電界がかかるのに対し、導体表面波は、プラズマのみにマイクロ波電界がかかるので、一般に導体表面波の方がプラズマにかかるマイクロ波電界が強くなる。このため、金属表面である表面波伝搬部（即ち、金属カバー１６５下面、金属電極１５１下面およびサイドカバー内側部分１７８下面）には誘電体２５表面よりも密度が高いプラズマが励起される。

誘電体２５の露出部分の面積が表面波伝搬部部分ａの面積よりも十分小さければ、プラズマの拡散により基板Ｇの周辺では均一なプラズマが得られる。しかし、誘電体２５の露出部分の面積が片方の表面波伝搬部部分ａの面積よりも大きければ、すなわち、表面波伝搬部全体で見ると、誘電体２５の露出部分の合計面積が、表面波伝搬部の面積の１／２よりも大きければ、不均一なプラズマになるばかりでなく、面積の小さな表面波伝搬部に電力が集中して異常放電が発生したりスパッタリングが起こる可能性が高くなる。従って、誘電体２５の露出部分の合計面積の面積を、表面波伝搬部の面積の１／２以下、より好ましくは１／５以下にすることが望ましい。

（第１０の変形例）
図３９は、第１０の変形例にかかるプラズマ処理装置１の蓋体３の下面図である。この変形例１０にかかるプラズマ処理装置１は、蓋体３の下面に例えばＡｌ_２Ｏ_３からなる８つの誘電体２５が取付けられている。第９の変形例と同様、図３９に示すように、各誘電体２５は実質的に正方形と見なすことができる板状である。各誘電体２５は、互いの頂角同士を隣接させるように配置されている。また、隣り合う誘電体２５同士において、中心点Ｏ’を結ぶ線Ｌ’上に、各誘電体２５の頂角が隣接して配置される。このように８つの誘電体２５を、互いの頂角同士を隣接させ、かつ、互いに隣り合う誘電体２５同士において、中心点Ｏ’を結ぶ線上に、各誘電体２５の頂角が隣接するように配置することにより、蓋体３の下面には、４つの誘電体２５に囲まれた正方形の領域Ｓが３箇所に形成される。

各誘電体２５の下面には、金属電極１５１が取り付けられている。金属電極１５１は、導電性を有する材料、例えばアルミニウム合金からなる。誘電体２５と同様に、金属電極１５１も正方形の板状に構成されている。但し、金属電極１５１の幅Ｎは、誘電体２５の幅Ｌに比べて僅かに短い。このため、処理容器４の内部から見ると、金属電極１５１の周囲には、誘電体２５の周辺部が正方形の輪郭を現す状態で露出している。そして、処理容器４の内部から見ると、誘電体２５の周辺部によって形成された正方形の輪郭の頂角同士が隣接させて配置されている。

誘電体２５および金属電極１５１は、ネジ等の接続部材１５２によって、蓋体３の下面に取り付けられている。金属電極１５１は、接続部材１５２を介して蓋体３の下面に電気的に接続されて、電気的に接地された状態になっている。金属電極１５１の下面には、複数のガス放出孔４２が分散して開口されている。

蓋体３の下面の各領域Ｓには、金属カバー１６５が取り付けられている。各金属カバー１６５は、導電性を有する材料、例えばアルミニウム合金からなり、蓋体３の下面に電気的に接続されて、電気的に接地された状態になっている。金属カバー１６５は、金属電極１５１と同様に、幅Ｎの正方形の板状に構成されている。

金属カバー１６５は、誘電体２５と金属電極１５１の合計程度の厚さを有する。このため、金属カバー１６５下面と金属電極１５１下面は、同一面になっている。

金属カバー１６５は、ネジ等の接続部材１６６によって、蓋体３の下面に取り付けられている。金属カバー１６５の下面には、複数のガス放出孔１７２が分散して開口されている。

蓋体３の下面において、８つの誘電体２５の外側の領域には、サイドカバー１７５が取り付けられている。このサイドカバー１７５は、導電性を有する材料、例えばアルミニウム合金からなり、蓋体３の下面に電気的に接続されて、電気的に接地された状態になっている。サイドカバー１７５も、誘電体２５と金属電極１５１の合計程度の厚さを有する。このため、サイドカバー１７５下面は、金属カバー１６５下面および金属電極１５１下面と同一面になっている。

サイドカバー１７５の下面には、８つの誘電体２５を取り囲むように配置された溝５０が連続して設けられており、この溝５０で仕切られた内側の領域において、サイドカバー１７５には、８つのサイドカバー内側部分１７８が形成されている。これらサイドカバー内側部分１７８は、処理容器４の内部から見た状態において、金属カバー１６５を対角線で２等分した直角二等辺三角形とほぼ同様の形状を有している。ただし、サイドカバー内側部分１７８の二等辺三角形の高さは、金属カバー１６５を対角線で２等分した二等辺三角形の高さよりも、僅かに（導体表面波の波長の１／４程度）長くなっている。これは、導体表面波から見た二等辺三角形の底辺部における電気的な境界条件が、両者で異なるためである。
また、本実施形態においては、溝５０は処理容器内部から見ると８角形の形状になっているが、４角形の形状になっていてもよい。こうすれば、４角形の溝５０の角と誘電体２５との間にも、同様の直角二等辺三角形の領域が形成される。また溝５０で仕切られた外側の領域において、サイドカバー１７５には、蓋体３下面の周辺部を覆うサイドカバー外側部分１７９が形成されている。

プラズマ処理中、マイクロ波供給装置３４から各誘電体２５に伝搬されられたマイクロ波は、蓋体３の下面に露出している誘電体２５の周囲から金属カバー１６５下面、金属電極１５１下面およびサイドカバー内側部分１７８下面に沿って伝搬させられ、蓋体３の下面において、溝５０で囲まれた領域である金属カバー１６５下面、金属電極１５１下面およびサイドカバー内側部分１７８下面が表面波伝搬部となる。

サイドカバー１７５は、ネジ等の接続部材１８０によって、蓋体３の下面に取り付けられている。サイドカバー１７５の下面には、複数のガス放出孔１８７が分散して開口されている。

この第１０の変形例にかかるプラズマ処理装置１によっても、表面波伝搬部である金属カバー１６５下面、金属電極１５１下面およびサイドカバー内側部分１７８下面全体において、均一な条件でマイクロ波のパワーによりプラズマを生成させることにより、基板Ｇの処理面全体に更に均一なプラズマ処理を施すことが可能となる。蓋体３の下面に取り付けられる誘電体２５の枚数および配置は任意に変更できる。

（第１１の変形例）
図４０は、第１１の変形例にかかるプラズマ処理装置１の概略的な構成を示した縦断面図（図４１中のＤ−Ｏ’−Ｏ−Ｅ断面）である。図４１は、図４０中のＡ−Ａ断面図である。この第１１の変形例にかかるプラズマ処理装置１は、蓋体３の下面に例えばＡｌ_２Ｏ_３からなる８つの誘電体２５が取付けられている。先と同様、各誘電体２５は実質的に正方形と見なすことができる板状である。各誘電体２５は、互いの頂角同士を隣接させるように配置されている。また、隣り合う誘電体２５同士において、中心点Ｏ’を結ぶ線Ｌ’上に、各誘電体２５の頂角が隣接して配置される。このように８つの誘電体２５を、互いの頂角同士を隣接させ、かつ、互いに隣り合う誘電体２５同士において、中心点Ｏ’を結ぶ線上に、各誘電体２５の頂角が隣接するように配置することにより、蓋体３の下面には、４つの誘電体２５に囲まれた正方形の領域Ｓが３箇所に形成される。

各誘電体２５の下面には、金属電極１５１が取り付けられている。金属電極１５１は、導電性を有する材料、例えばアルミニウム合金からなる。誘電体２５と同様に、金属電極１５１も正方形の板状に構成されている。但し、金属電極１５１の幅Ｎは、誘電体２５の幅Ｌに比べて僅かに短い。このため、処理容器４の内部から見ると、金属電極１５１の周囲には、誘電体２５の周辺部が正方形の輪郭を現す状態で露出している。そして、処理容器４の内部から見ると、誘電体２５の周辺部によって形成された正方形の輪郭の頂角同士が隣接させて配置されている。

誘電体２５および金属電極１５１は、ネジ等の接続部材１５２によって、蓋体３の下面に取り付けられている。この実施の形態では、金属棒４５の下端が誘電体２５を貫通し、金属棒４５の下端が金属電極１５１の上面に接触した状態になっている。また、金属棒４５下端と金属電極５１上面との接続部を囲むように、誘電体２５下面と金属電極１５１上面との間に封止部材としてのＯリング３０’が配置されている。金属電極１５１は、接続部材１５２を介して蓋体３の下面に接続されて、電気的に接地された状態になっている。

この実施の形態では、蓋体３の下面の各領域Ｓ、および、８つの誘電体２５の外側の領域において、蓋体３の下面が処理容器４内に露出した状態になっている。また、蓋体３の下面には、誘電体２５および金属電極１５１が挿入される凹部３ａが設けられている。各凹部３ａに誘電体２５および金属電極２７が挿入されることにより、処理容器４内に露出している蓋体３の下面と金属電極１５１下面が同一面になっている。

蓋体３の下面には、８つの誘電体２５を取り囲むように配置された溝５０が連続して設けられており、この溝５０で仕切られた内側の領域において、蓋体３の下面には、８つの蓋体下面内側部分３ｂが形成されている。これら蓋体下面内側部分３ｂは、処理容器４の内部から見た状態において、金属電極１５１を対角線で２等分した直角二等辺三角形とほぼ同様の形状を有している。

この第１１の変形例にかかるプラズマ処理装置１においては、プラズマ処理中、マイクロ波供給装置３４から各誘電体２５に伝搬されられたマイクロ波は、蓋体３の下面に露出している誘電体２５の周囲から金属電極１５１下面および蓋体３の各領域Ｓと各蓋体下面内側部分３ｂの下面に沿って伝搬させられる。この第１１の変形例にかかるプラズマ処理装置１によっても、表面波伝搬部である金属電極１５１下面および蓋体３の各領域Ｓと各蓋体下面内側部分３ｂの下面の全体において、均一な条件でマイクロ波のパワーによりプラズマを生成させることにより、基板Ｇの処理面全体に更に均一なプラズマ処理を施すことが可能となる。

（第１２の変形例）
図４２は、第１２の変形例にかかるプラズマ処理装置１の概略的な構成を示した縦断面図（図４３中のＤ−Ｏ’−Ｏ−Ｅ断面）である。図４３は、図４２中のＡ−Ａ断面図である。この第１２の変形例にかかるプラズマ処理装置１は、蓋体３の下面に例えばＡｌ_２Ｏ_３からなる４つの誘電体２５が取付けられている。各誘電体２５は実質的に正方形と見なすことができる板状である。各誘電体２５は、互いの頂角同士を隣接させるように配置されている。また、隣り合う誘電体２５同士において、中心点Ｏ’を結ぶ線Ｌ’上に、各誘電体２５の頂角が隣接して配置される。このように８つの誘電体２５を、互いの頂角同士を隣接させ、かつ、互いに隣り合う誘電体２５同士において、中心点Ｏ’を結ぶ線Ｌ’上に、各誘電体２５の頂角が隣接するように配置することにより、蓋体３の下面中央には、誘電体２５に囲まれた正方形の領域Ｓが形成される。

第１２の変形例にかかるプラズマ処理装置１では、各誘電体２５の下面に取り付けられる金属電極１５１と、領域Ｓに取り付けられる金属カバー１６５と、誘電体２５の外側の領域に取り付けられるサイドカバー１７５が一体に構成されている。また、サイドカバー１７５下面の周縁部に溝５０が連続して設けられており、この溝５０で仕切られた内側の領域（即ち、金属電極１５１下面、金属カバー１６５下面およびサイドカバー１７５下面）全体が表面波伝搬部となっている。

この第１２の変形例にかかるプラズマ処理装置１によっても、表面波伝搬部である金属電極１５１下面、金属カバー１６５下面およびサイドカバー１７５下面全体において、均一な条件でマイクロ波のパワーによりプラズマを生成させることにより、基板Ｇの処理面全体に更に均一なプラズマ処理を施すことが可能となる。

（第１３の変形例）
図４４は、第１３の変形例にかかるプラズマ処理装置１の概略的な構成を示した縦断面図（図４５中のＢ−Ｏ−Ｃ断面）である。図４５は、図４４中のＡ−Ａ断面図である。この第１３の変形例にかかるプラズマ処理装置１は、蓋体３の下面に例えばＡｌ_２Ｏ_３からなる１つの誘電体２５が取付けられている。誘電体２５は実質的に正方形と見なすことができる板状である。

誘電体２５および金属電極１５１は、ネジ等の接続部材１５２によって、蓋体３の下面に取り付けられている。接続部材１５２の上端は、蓋体３の内部に形成された空間部１５５に突出している。このように空間部１５５に突出した接続部材１５２の上端には、皿バネ等の弾性部材１５６を介してナット１５７が取り付けられている。接続部材１５２の下面には、ガス放出孔２００が開口している。また、接続部材１５２のの中央にガス放出孔１６２が開口している。

誘電体１５１の周囲では、蓋体３の下面が露出した状態になっている。蓋体３の下面には、誘電体２５を取り囲むように配置された溝５０が設けられている。この溝５０で仕切られた蓋体３の下面の内側領域と金属電極１５１の下面が表面波伝搬部である。

この第１３の変形例にかかるプラズマ処理装置１によっても、表面波伝搬部である蓋体３下面の溝５０で仕切られた内側領域と金属電極１５１の下面金属全体において、均一な条件でマイクロ波のパワーによりプラズマを生成させることにより、基板Ｇの処理面全体に更に均一なプラズマ処理を施すことが可能となる。

（第１４の変形例）
図４６は、第１４の変形例にかかるプラズマ処理装置１の概略的な構成を示した縦断面図（図４７中のＤ−Ｏ’−Ｏ−Ｅ断面）である。図４７は、図４６中のＡ−Ａ断面図である。この第１４の変形例にかかるプラズマ処理装置１は、蓋体３の下面に例えばＡｌ_２Ｏ_３からなる８つの誘電体２５が取付けられている。先と同様、図３４に示すように、各誘電体２５は実質的に正方形と見なすことができる板状である。各誘電体２５は、互いの頂角同士を隣接させるように配置されている。また、隣り合う誘電体２５同士において、中心点Ｏ’を結ぶ線Ｌ’上に、各誘電体２５の頂角が隣接して配置される。このように８つの誘電体２５を、互いの頂角同士を隣接させ、かつ、互いに隣り合う誘電体２５同士において、中心点Ｏ’を結ぶ線上に、各誘電体２５の頂角が隣接するように配置することにより、蓋体３の下面には、４つの誘電体２５に囲まれた正方形の領域Ｓが３箇所に形成される。

各誘電体２５の下面には、金属電極１５１が取り付けられている。金属電極１５１は、導電性を有する材料、例えばアルミニウム合金からなる。誘電体２５と同様に、金属電極１５１も正方形の板状に構成されている。但し、金属電極１５１の幅Ｎは、誘電体２５の幅Ｌに比べて僅かに短い。このため、処理容器４の内部から見ると、金属電極１５１の周囲には、誘電体２５の周辺部が正方形の輪郭を現す状態で露出している。そして、処理容器４の内部から見ると、誘電体２５の周辺部によって形成された正方形の輪郭の頂角同士が隣接させて配置されている。

誘電体２５および金属電極１５１は、ネジ等の接続部材１５２によって、蓋体３の下面に取り付けられている。金属電極１５１は、接続部材１５２を介して蓋体３の下面に電気的に接続されて、電気的に接地された状態になっている。

この実施の形態では、蓋体３の下面の各領域Ｓ、および、８つの誘電体２５の外側の領域において、蓋体３の下面が処理容器４内に露出した状態になっている。また、蓋体３の下面は、全体的に平面形状に構成されている。このため、金属電極２７下面は、蓋体３の下面よりも下方に位置している。

蓋体３の下面には、８つの誘電体２５を取り囲むように配置された溝５０が連続して設けられており、この溝５０で仕切られた内側の領域において、蓋体３の下面には、８つの蓋体下面内側部分３ｂが形成されている。これら蓋体下面内側部分３ｂは、処理容器４の内部から見た状態において、金属電極１５１を対角線で２等分した直角二等辺三角形とほぼ同様の形状を有している。また、蓋体３の下面の各領域Ｓには、複数のガス放出孔５２が分散して開口され、各蓋体下面内側部分３ｂには、複数のガス放出孔７２が分散して開口されている。

この第１４の変形例にかかるプラズマ処理装置１においては、プラズマ処理中、マイクロ波供給装置３４から各誘電体２５に伝搬されられたマイクロ波は、蓋体３の下面に露出している誘電体２５の周囲から金属電極１５１下面および蓋体３の各領域Ｓと各蓋体下面内側部分３ｂの下面に沿って伝搬させられる。この第１４の変形例にかかるプラズマ処理装置１によっても、表面波伝搬部である金属電極１５１下面および蓋体３の各領域Ｓと各蓋体下面内側部分３ｂの下面の全体において、均一な条件でマイクロ波のパワーによりプラズマを生成させることにより、基板Ｇの処理面全体に更に均一なプラズマ処理を施すことが可能となる。

（誘電体の外縁の位置）
ここで、図４８〜５４は、誘電体２５、金属電極１５１、金属カバー１６５（金属カバー１６５ａ）の外縁部分の形状を示す断面図（断面の位置は、図３３中の断面Ｆに相当する。）である。図４８に示すように、誘電体２５の外縁２５’が、処理容器４の内部から見て、金属電極１５１の外縁１５１’よりも内側にあり、誘電体２５の側面（外縁２５’）のみが処理容器４の内部に露出していても良い。また、誘電体２５の外縁２５’が、処理容器４の内部から見て、金属電極１５１の外縁１５１’と同じ位置でも良い。

また、図４９に示すように、誘電体２５の外縁２５’が金属電極１５１の外縁１５１’より外側にある場合、金属カバー１６５の側面に、誘電体２５の外縁２５’を受容する凹部１６５’を設けても良い。

（蓋体下面の形状）
図５０、５１に示すように、蓋体３に、金属カバー１６５と同様の形状の金属カバー１６５ａを一体的に形成し、蓋体３下面において、金属カバー１６５ａに隣接して設けられた凹部１６５ｂに誘電体２５を挿入しても良い。この場合、金属カバー１６５ａ下面の中心線平均粗さを、２．４μｍ以下、さらには０．６μｍ以下とすることが望ましい。

また、図５０に示すように、誘電体２５の外縁が金属カバー４５ａの側面と隣接しても良いし、図５１に示すように、誘電体２５の外縁が金属カバー４５ａの側面から離れていても良い。

また、金属カバー４５を省略し、図５２〜５４に示すように、誘電体２５の周囲において、平面形状の蓋体３下面を露出させても良い。この場合、処理容器４の内部から見て、複数の誘電体２５で囲まれている蓋体３下面の形状と、誘電体２５に取り付けられている金属電極１５１下面の形状が実質的に同じであることが望ましい。また、蓋体３下面の中心線平均粗さを、２．４μｍ以下、さらには０．６μｍ以下とすることが望ましい。

また、図５２に示すように、誘電体２５の外縁２５’が、処理容器４の内部から見て、金属電極２７の外縁２７’よりも外側にあっても良い。また、図５３に示すように、誘電体２５の外縁２５’が、処理容器４の内部から見て、金属電極１５１の外縁１５１’と同じ位置でも良い。また、図５４に示すように、誘電体２５の外縁２５’が、処理容器４の内部から見て、金属電極１５１の外縁１５１’よりも内側にあっても良い。その他、図４８〜５３に示すように、金属電極１５１の外縁１５１’にテーパー部２１０を形成しても良い。また、図４８、４９に示すように、金属カバー４５の外縁にテーパー部２１１を形成しても良い。また、図５０、５１に示すように、蓋体３と一体の金属カバー４５ａの外縁にテーパー部２１２を形成しても良い。また、図５１、５２に示すように、誘電体２５の外縁にテーパー部２１３を形成しても良い。また、図５２、５４に示すように、金属電極１５１の外縁１５１’に逆テーパー部２１４を形成しても良い。

（誘電体と金属電極の形状）
図５５に示すように、菱形の誘電体２５を用いても良い。この場合、誘電体２５の下面に取り付けられる金属電極１５１は、誘電体２５の相似の僅かに小さい菱形とすれば、金属電極１５１の周囲において、誘電体２５の周辺部が菱形の輪郭を現す状態で処理容器４の内部に露出することとなる。

また、図５６に示すように、正三角形の誘電体２５を用いても良い。この場合、誘電体２５の下面に取り付けられる金属電極１５１は、誘電体２５の相似の僅かに小さい正三角形とすれば、金属電極１５１の周囲において、誘電体２５の周辺部が正三角形の輪郭を現す状態で露出することとなる。また、このように正三角形の誘電体２５を用いる場合、３つの誘電体２５の頂角同士を隣接させて、中心角が同じとなるように配置させれば、各誘電体２５同士の間に、金属電極１５１と同様の形状の表面波伝搬部２１５を形成させることができる。

（接続部材の構造）
上述したように、誘電体２５および金属電極１５１は蓋体３の下面に対して接続部材１５２によって取り付けられている。この場合、図５７に示すように、弾性部材１５６の下部に配置される下部ワッシャー１５６ａと螺子（接続部材１５２）の隙間を小さくする必要がある。なお、弾性部材１５６には、ウェーブワッシャ、皿バネ、バネワッシャ、金属バネ等が用いられる。また、弾性部材１５６を省略しても良い。

図５８は、弾性部材１５６として皿バネを用いたタイプである。皿バネは、バネ力が強いためＯリング３０を潰すのに十分な力を発生することができる。皿バネの上下の角がナット１５７及び蓋体３に密着するので、ガスの漏れを抑えることができる。皿バネの材質は、ＮｉメッキしたＳＵＳ等である。

図５９は、Ｏリング１５６ｂを用いてシールするタイプである。ガスの漏れを無くすことができる。Ｏリング１５６ｂは、穴上の角に配置されていてもよい。Ｏリング１５６ｂと共に、ウェーブワッシャー、皿バネ等の弾性部材を用いてもよい。シールするために、Ｏリング１５６ｂの代わりにシールワッシャーを用いてもよい。

図６０は、テーパーワッシャー１５６ｃを用いたタイプである。ナット１５７を締めこんだとき、テーパーワッシャー１５６ｃと蓋体３、及び螺子（接続部材１５２）が密着して隙間がなくなり、確実にシールすることができる。さらに、螺子（接続部材１５２）がテーパーワッシャー１５６ｃにより蓋体３に固定されるため、ナット１５７を締めているときにナット１５７と共に螺子（接続部材１５２）が回転することがない。このため、螺子（接続部材１５２）と金属電極１５１等が摺れて表面に傷がついたり、表面に形成された保護膜がはがれてしまう恐れがない。テーパーワッシャー１５６ｃの材質は、金属または樹脂が良い。

なお、誘電体２５および金属電極１５１を固定する接続部材３０について説明したが、金属カバー１６５を固定する接続部材１６６およびサイドカバー１７５を固定する接続部材１８０についても同様に適用できる。また、図５７〜５９のタイプにおいては、螺子（接続部材１５２）の回転防止機能が描かれていないが、螺子（接続部材１５２）を金属電極１５１等に圧入、焼嵌、溶接、接着等により固定してもよいし、螺子（接続部材１５２）を金属電極１５１等と一体に形成してもよい。また、螺子（接続部材１５２）と蓋体３との間にキー溝を形成し、キーを挿入して回転を防止してもよい。さらに、螺子（接続部材１５２）の末端（上端）部に６角部等を設けて、レンチ等でおさえながら螺子（接続部材１５２）を締めるようにしてもよい。

（溝、凸部）
溝５０、５０’、５０”として、図６１（ａ）に示す半円矩形の溝、図６１（ｂ）に示すアリ溝、図６１（ｃ）に示すノッチ２２０の左右に対照的に配置された溝、図６１（ｄ）に示すＣ形状の溝、図６１（ｅ）に示す容器本体２の上面と蓋体３下面で構成される溝、図６１（ｆ）に示す大きさが異なる二重溝などが例示できる。

また、溝５０、５０’、５０”に代えて、あるいは加えて、凸部を設けても良い。溝の場合は形状を後から変えることは困難であるが、凸部であれば、交換によって形状を変えることが比較的容易である。

図６２に示したように、凸部１０５の表面に沿った導体表面波ＴＭの伝搬について、４つの角Ｃ_１〜Ｃ_４はインピーダンスの不連続点、角Ｃ_１〜Ｃ_４間の３つの平面部はある特性インピーダンスを持った伝送線路とみなされ、４つのインピーダンスの不連続点が３つのある長さの伝送線路で結合された伝送線路フィルタと考えることができる。単一の角Ｃ_１〜Ｃ_４のみでは、導体表面波ＴＭを十分反射させることができなくても、凸部２２５の平面部の長さ（伝送線路の長さ）を最適化することにより全体として小さな透過量を実現することができる。

ところで、凸部２２５の高さＨはなるべく小さい方が良い。凸部２２５の高さＨを必要以上に高くすると、凸部２２５の壁面にてプラズマＰの電子とイオンが再結合し、プラズマ密度が低くなるため、好ましくないからである。伝送線路の反射係数の位相は、波長の１／２の長さで３６０°回転するから、凸部２２５の高さＨが導体表面波ＴＭの波長の１／２以下で全てのインピーダンスが実現できる。

また、溝のときと同様に、凸部２２５の高さＨはシース厚さｔよりも高い必要がある。導体表面波ＴＭが凸部２２５を段差として捉えることができる高さでなければ、凸部２２５は、伝搬抑制機能を発揮し得ないためである。

以上から、発明者らは、導体表面波ＴＭの伝搬を抑制するためは、凸部２２５の高さＨはシース厚さｔよりも高く導体表面波ＴＭの波長λの１／２より小さい必要があると結論付けた。

以上、添付図面を参照しながら本発明の一実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、誘電体２５の表面には、処理容器４の内部に露出する部分を除いて、導体膜として、例えば厚さ１０μｍ程度のＮｉ膜、Ａｌ膜を設けても良い。このように誘電体２５の表面に導体膜を設けることにより、処理容器４の内部に露出する部分以外の箇所においてマイクロ波が伝播しなくなり、Ｏリング３０等に対する悪影響を回避できる。この導体膜の形成箇所は、Ｏリング３０との接触箇所の他、誘電体２５の上面中央に設けられた凹部３ａ、接続部材１６０との隣接部分、金属電極１５１との接触面の少なくとも一部、などが考えられる。

また、蓋体３の下面や容器本体２の内面には、保護膜としてアルミナ膜、イットリア膜、テフロン（登録商標）膜などを設けても良い。また、本発明にかかるプラズマ処理装置は、大面積のガラス基板、円形のシリコンウエハや角型のＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）を処理することもできる。また、本発明にかかるプラズマ処理装置では、成膜処理、拡散処理、エッチング処理、アッシング処理などのあらゆるプラズマ処理を実行することができる。

また、以上では、周波数が２ＧＨｚ以下のマイクロ波として９１５ＭＨｚのマイクロ波を例にして説明したが、この周波数に限定されない。例えば８９６ＭＨｚ、９２２ＭＨｚのマイクロ波も適用できる。また、マイクロ波以外の電磁波にも適用できる。また、蓋体３、容器本体３、金属電極１５１、金属カバー１６５、サイドカバー１７５、接続部材１５２、１６６、１８０等の表面には、アルミナ膜を形成しても良い。以上では、ガスは処理容器４の上面に開けたガス放出孔１６２、１７２、１８７から放出される例を示したが、その代わりに容器側壁から蓋体３の下部空間に向けて放出する構成でもよい。また、金属電極１５１は、金属板で構成する代わりに、誘電体２５下面に被着させた金属膜で構成してもよい。

本発明は、例えばＣＶＤ処理、エッチング処理に適用できる。

Claims (42)

1. プラズマ処理される基板を収納する金属製の処理容器と、前記処理容器内にプラズマを励起させるために必要な電磁波を供給する電磁波源とを備え、前記電磁波源から供給される電磁波を前記処理容器の内部に透過させる、前記処理容器の内部に一部を露出した１または２以上の誘電体を前記処理容器の蓋体下面に備えたプラズマ処理装置であって、
   前記処理容器の内部に露出した金属面に沿って電磁波を伝搬させる表面波伝搬部が、前記誘電体に隣接して設けられている、プラズマ処理装置。
2. 前記誘電体の露出部分の面積が、前記表面波伝搬部の面積の１／２以下である、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記誘電体の露出部分の面積が、前記表面波伝搬部の面積の１／５以下である、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記誘電体の露出部分の面積が、基板上面の面積の１／５以下である、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記電磁波源から供給される電磁波の周波数が２ＧＨｚ以下である、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記処理容器の内面には、連続する溝が設けられており、前記誘電体は前記溝で囲まれた範囲内に配置されている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記溝により、前記表面波伝搬部が区画されている、請求項６に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記処理容器の内面には、連続する凸部が設けられており、前記誘電体は前記凸部で囲まれた範囲内に配置されている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記凸部により、前記表面波伝搬部が区画されている、請求項８に記載のプラズマ処理装置。
10. 前記誘電体の上部には、前記誘電体の上面に下端が隣接または近接し、電磁波を前記誘電体に伝える１または複数の金属棒を備えている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
11. 前記誘電体が概ね円柱形状であり、前記誘電体の周面に、前記処理容器の外部と内部とを隔てるシール部材を備えている、請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
12. 前記金属棒と前記蓋体との間に、前記処理容器の外部と内部とを隔てるシール部材を備えている、請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
13. 前記処理容器内にプラズマ処理に必要なガスを放出する１または複数のガス放出孔が設けられている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
14. 前記ガス放出孔が、前記蓋体の下面に設けられている、請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
15. 前記誘電体の下面に金属電極が設けられ、前記金属電極の周囲または内方において前記誘電体が前記処理容器の内部に露出している、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
16. 前記誘電体を貫通して前記金属電極に電気的に接続された、電磁波を前記誘電体に伝える金属棒を備えている、請求項１５に記載のプラズマ処理装置。
17. 前記金属棒と前記蓋体との間に、前記金属容器の外部と内部とを隔てるシール部材を備えていることを特徴とする、請求項１６に記載のプラズマ処理装置。
18. 前記誘電体の上面と前記蓋体との間および前記誘電体の下面と前記金属電極との間に、前記処理容器の外部と内部とを隔てるシール部材を備えている、請求項１５に記載のプラズマ処理装置。
19. 前記金属電極には、前記処理容器内にプラズマ処理に必要なガスを放出する１または複数のガス放出孔が設けられており、前記金属棒には、前記ガス放出孔にガスを通すガス流路が形成されている、請求項１６に記載のプラズマ処理装置。
20. 前記誘電体に形成された穴を貫通し、前記金属電極と前記蓋体とを接続する一または複数の接続部材を備えている、請求項１５に記載のプラズマ処理装置。
21. 前記接続部材は、金属からなる、請求項２０に記載のプラズマ処理装置。
22. 前記金属電極には、前記処理容器内にプラズマ処理に必要なガスを放出する１または複数のガス放出孔が設けられており、前記接続部材には、前記ガス放出孔にガスを通すガス流路が形成されている、請求項２０に記載のプラズマ処理装置。
23. 前記電磁波源から供給される電磁波を前記誘電体に伝搬させる一または複数の導波管を備える、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
24. 前記誘電体は、前記導波管の下面に形成されたスロットに挿入されている、請求項２３に記載のプラズマ処理装置。
25. 前記導波管内を伝搬する電磁波の波長を調節する波長調節機構を備えている、請求項２３に記載のプラズマ処理装置。
26. 前記誘電体と前記蓋体との間に、前記処理容器の外部と内部とを隔てるシール部材を備えている、請求項２３に記載のプラズマ処理装置。
27. 前記蓋体の内部に前記誘電体が内蔵され、前記蓋体の下面に形成した一または複数の開口部から、前記誘電体の下面が部分的に処理容器内に露出させられている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
28. 前記蓋体の下面に複数の開口部が同心円状に配置されている、請求項２７に記載のプラズマ処理装置。
29. 前記蓋体の下面がラジアルラインスロットアンテナである、請求項２８に記載のプラズマ処理装置。
30. 前記蓋体の下面に保護膜が設けられている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
31. 前記表面波伝搬部は少なくとも表面が金属である部分によって構成され、かつ前記金属の表面に延在する溝又は凸部によって画成されている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
32. 前記誘電体の前記容器内部に露出する面が、前記表面波伝搬部によって囲まれている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
33. 前記誘電体の前記容器内部に露出する面が前記容器内部に沿って延在する形状をなし、かつ該延在面の両側が前記表面波伝搬部によって囲まれている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
34. 前記誘電体の前記容器内部に露出する面が、互いに離隔する複数個である、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
35. 前記誘電体の前記容器内部に露出する面が、円周または多角形を構成するように連続してまたは不連続に延在して配置されている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
36. 前記円周または多角形の内部の表面波伝搬部の中心部に表面波非伝搬部が設けられている、請求項３５に記載のプラズマ処理装置。
37. 前記円周または多角形の内部の表面波非伝搬部は、溝又は凸部によって画成されている、請求項３５に記載のプラズマ処理装置。
38. 前記表面波伝搬部に沿って伝搬した電磁波によって前記表面波伝搬部と前記基板の処理面との間にプラズマが励起される、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
39. 前記容器内面の前記誘電体が露出していない部分に、プラズマ励起用ガスを前記容器内部に放出するガス放出口を設けた、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
40. 前記表面波伝搬部の表面が、電磁波伝搬に実質的に影響を与えない薄さの保護膜によって覆われている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
41. 前記表面波伝搬部の中心線平均粗さが、２．４μｍ以下である、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
42. 金属製の処理容器に基板を収納し、電磁波源から前記処理容器の蓋体下面に露出している１または２以上の誘電体を透過させて前記処理容器内に電磁波を供給し、前記処理容器内にプラズマを励起させて、基板を処理するプラズマ処理方法であって、
    前記処理容器内に処理ガスを供給し、
    前記電磁波源から周波数が２ＧＨｚ以下の電磁波を供給し、
    前記処理容器の内部に露出する前記誘電体の露出面から前記処理容器の内面に沿って電磁波を伝搬させることにより、前記処理容器内にプラズマを励起させ、基板を処理することを特徴とするプラズマ処理方法。

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