CN101632329B - 等离子体处理装置及处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可以尽可能地减少电介质体的使用量的等离子体处理装置。本发明是如下的等离子体处理装置，即，具备收纳进行等离子体处理的基板(G)的金属制的处理容器(4)、向处理容器(4)内供给为了激发等离子体(P)而必需的电磁波的电磁波源(34)，在处理容器(4)的盖体(3)下面具备1个或2个以上的电介质体(25)，该电介质体(25)的一部分在处理容器(4)的内部露出，用于使由电磁波源(34)供给的电磁波透过到达处理容器4的内部，并且该等离子体处理装置与电介质体(25)相邻地设有表面波传播部(51)，其沿着在处理容器(4)的内部露出的金属面传播电磁波。

Description

等离子体处理装置及处理方法
技术领域
本发明涉及激发等离子体而对基板实施成膜等处理的等离子体处理装置及处理方法。
背景技术
例如在LCD装置等的制造工序中，使用如下的等离子体处理装置，其利用微波在处理容器内激发等离子体，对LCD基板(玻璃基板)实施CVD处理或蚀刻处理等。作为该等离子体处理装置，已知有如下的装置，其从微波源通过同轴管或波导管向配置于处理容器的内面的电介质体供给微波，利用微波的能量使供给到处理容器内的规定的气体等离子体化。
近年来，伴随着基板等的大型化，等离子体处理装置也在变大，然而在配置于处理容器的内面的电介质体被设为单个板的情况下，因很难制造大型化的电介质体，从而成为使得制造成本升高的要因。所以，为了消除该不良状况，本申请人提出了通过在处理容器的盖体下面安装多个电介质体而将电介质体板分割为多个的技术(专利文献1)。
专利文献1：日本特开2006-310794号公报
但是，如上所述的利用了微波的等离子体处理装置中，一般来说，使用输出2.45GHz的微波的微波源。其理由是因为，输出2.45GHz的微波的微波源在工业上广泛地普及，容易获得，也很经济。
此外，以往的等离子体处理装置中，是将用微波源输出的2.45GHz的微波透过配置于处理容器的盖体下面的电介质体而向处理容器的内部供给的构成。该情况下，电介质体被按照将收纳于处理容器中的基板的处理面(上面)的大致整体地覆盖的方式配置，在处理容器的内部露出的电介质体的露出面的面积是与基板的处理面的面积基本相同程度的大小。由此，使用在电介质体的整个下面产生的等离子体，对基板的整个处理面进行均匀的处理。
但是，在像以往的等离子体处理装置那样将电介质体的露出面积设为与基板的处理面的面积大致相同程度的情况下，就需要很大的电介质体的使用量，有不够经济的难点。特别是最近将基板大型化，电介质体的使用量需更多，因而成为成本上升的要因。
另外，在处理容器的盖体整个下面配置电介质体的情况下，还会产生难以向基板的整个处理面均匀地供给处理气体的问题。即，作为电介质体例如使用Al2O3等，然而与金属制的盖体相比，很难在电介质体上加工气体供给孔，通常来说，气体供给孔仅设于盖体的露出部位。由此，很难以喷淋板那样的状态向基板的整个处理面均匀地供给处理气体。
在蚀刻或CVD(chemical vapor deposition)等等离子体处理中，为了控制从等离子体入射到基板表面的离子的能量，有时对基板施加高频偏置而在基板中产生自偏置电压(负的直流电压)。此时，对基板施加的高频偏置最好仅施加在基板周边的鞘层上，然而在处理容器内面的大部分被电介质体覆盖，很难从等离子体中看到衬底面(处理容器内面)的状况下，也会施加到衬底面周边的鞘层上。由此，不仅需要对基板施加过大的高频功率，而且增加向衬底面入射的离子的能量，会将衬底面蚀刻，从而有引起金属污染的问题。
此外，如果为了加快处理速度而投入大功率的微波，则电介质体的温度就会因来自等离子体的离子或电子的入射而上升，从而存在电介质体因热应力而破损，或促进电介质体表面的蚀刻反应，引起杂质污染的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供可以尽可能地减少电介质体的使用量的等离子体处理装置。
如上所述，在利用了微波的等离子体处理装置中，基于获得的容易性、经济性等理由，一般来说使用输出2.45GHz的微波的微波源。然而在最近，提出了利用2GHz以下的低频率的微波的等离子体处理，作为一例研究过利用了915MHz的频率的微波的等离子体处理。这是因为，由于用于获得稳定且电子温度低的等离子体的下限的电子密度与频率的平方成正比例，因此如果降低频率，则可以获得在更宽范的条件下适于等离子体处理的等离子体。
本发明人对使用了该2GHz以下的低频的微波的等离子体处理进行了各种研究，结果得到如下的新的见解，即，在使2GHz以下的频率的电磁波透过处理容器内面的电介质体的情况下，可以从电介质体的周围沿着处理容器内面等金属表面有效地传播电磁波，可以利用该沿着金属表面传播的电磁波在处理容器内激发等离子体。而且，在本说明书中将像这样在金属表面与等离子体之间沿着金属表面传播的电磁波称作“导体表面波”。
本发明是基于该新的见解而创出的。即，根据本发明，可以提供一种等离子体处理装置，是如下的等离子体处理装置，即，具备收纳进行等离子体处理的基板的金属制的处理容器、向上述处理容器内供给为激发等离子体所必需的电磁波的电磁波源，在上述处理容器的盖体下面具备一部分在上述处理容器的内部露出的1个或2个以上的电介质体，其使由上述电磁波源供给的电磁波透过到达上述处理容器的内部，该等离子体处理装置与上述电介质体相邻地设有表面波传播部，该表面波传播部沿着在上述处理容器的内部露出的金属面传播电磁波。在该等离子体处理装置中，利用从电介质体沿着表面波传播部传播的电磁波(导体表面波)，可以在处理容器内激发等离子体。
该等离子体处理装置中，例如上述电介质体的露出部分的面积为上述表面波传播部的面积的1/2以下。另外，例如上述电介质体的露出部分的面积为上述表面波传播部的面积的1/5以下。另外，例如上述电介质体的露出部分的面积为基板上面的面积的1/5以下。通过像这样减小电介质体的露出面的面积而增大衬底面(处理容器内面)的露出面的面积，就不会引起金属污染，可以使基板有效地产生自偏置电压。而且，由上述电磁波源供给的电磁波的频率例如为2GHz以下。
也可以在上述处理容器的内面，设有连续的槽，上述电介质体配置于由上述槽包围的范围内。另外，也可以利用上述槽来划分出上述表面波传播部。该情况下，上述槽的剖面为近似矩形，上述槽的宽度W与深度D满足0.26＜D/W＜2.3的关系。另外，上述槽的宽度优选小于电磁波向等离子体中的进入深度的2倍，大于形成于上述处理容器的内面与等离子体之间的鞘层的厚度的2倍。另外，上述槽的角部的曲率半径优选小于在处理容器的内面与等离子体之间传播的微波的波长λ的1/40。另外，也可以在上述盖体的下面设置保护膜。
另外，也可以在上述处理容器的内面，设有连续的凸部，上述电介质体配置于由上述凸部包围的范围内。另外，也可以利用上述凸部来划分上述表面波传播部。该情况下，例如上述凸部的剖面为近似矩形，上述凸部的高度小于沿着上述处理容器的内面传播的微波的波长的1/2，大于形成于上述处理容器的内面与等离子体之间的鞘层的厚度。
另外，也可以在上述电介质体的上部，具备1个或多个金属棒，其下端与上述电介质体的上面相邻或接近，将电磁波向上述电介质体传输。该情况下，上述电介质体为近似圆柱形，在上述电介质体的周面，具备将上述处理容器的外部与内部隔开的密封构件。或者，也可以在上述金属棒与上述盖体之间，具备将上述处理容器的外部与内部隔开的密封构件。另外，也可以在上述盖体的下面，设有1个或多个向上述处理容器内释放等离子体处理中所必需的气体的气体释放孔。
另外，也可以在上述电介质体的下面设置金属电极，上述电介质体在上述金属电极的周围或内侧在上述处理容器的内部露出。该情况下，也可以具备金属棒，其贯穿上述电介质体与上述金属电极电连接，将电磁波向上述电介质体传输。另外，也可以在上述金属棒与上述盖体之间，具备将上述金属容器的外部与内部隔开的密封构件。另外，也可以在上述电介质体的上面与上述盖体之间以及上述电介质体的下面与上述金属电极之间，具备将上述处理容器的外部与内部隔开的密封构件。另外，也可以在上述金属电极中，设有1个或多个向上述处理容器内释放等离子体处理中所必需的气体的气体释放孔，在上述金属棒中，形成用于使气体向上述气体释放孔流通的气体流路。另外，也可以具备1个或多个连接构件，其将形成于上述电介质体中的孔贯穿，将上述金属电极与上述盖体连接。该情况下，上述连接构件例如由金属制成。另外，在上述金属电极中，设有1个或多个向上述处理容器内释放等离子体处理中所必需的气体的气体释放孔，在上述连接构件中，形成用于使气体向上述气体释放孔流通的气体流路。
另外，也可以具备1个或多个将由上述电磁波源供给的电磁波向上述电介质体传播的波导管。该情况下，也可以将上述电介质体插入到形成于上述波导管的下面的缝隙中。另外，也可以具备调节在上述波导管内传播的电磁波的波长的波长调节机构。另外，也可以在上述电介质体与上述盖体之间，具备将上述处理容器的外部与内部隔开的密封构件。
另外，也可以在上述盖体的内部内置上述电介质体，使上述电介质体的下面从形成于盖体的下面的1个或多个开口部中部分地露出在处理容器内。该情况下，也可以在上述盖体的下面成同心圆状地配置多个开口部。另外，上述盖体的下面也可以是径向线缝隙天线。另外，也可以在上述盖体的下面设有保护膜。
另外，也可以是上述表面波传播部至少表面由金属的部分构成，并且由在上述金属的表面延伸的槽或凸部划分而成。另外，也可以是上述电介质体的在上述容器内部露出的面由上述表面波传播部包围。另外，也可以是上述电介质体的在上述容器内部露出的面形成沿着上述容器内部延伸的形状，并且该延伸面的两侧由上述表面波传播部包围。另外，也可以是上述电介质体的在上述容器内部露出的面为相互隔离的多个。另外，也可以将上述电介质体的在上述容器内部露出的面按照构成圆周或多边形的方式连续或者不连续地延伸配置。另外，也可以在上述圆周或多边形的内部的表面波传播部的中心部设有表面波非传播部。另外，也可以是上述圆周或多边形的内部的表面波非传播部由槽或凸部划分而成。另外，也可以利用沿着上述表面波传播部传播的电磁波在上述表面波传播部与上述基板的处理面之间激发等离子体。另外，也可以在上述容器内面的未露出上述电介质体的部分，设置用于将激发等离子体用气体向上述容器内部释放的气体释放口。另外，也可以将上述表面波传播部的表面利用不会对电磁波传播造成实质性的影响的薄的保护膜覆盖。另外，上述表面波传播部的中心线平均粗糙度例如为2.4μm以下。
另外，根据本发明，可以提供一种等离子体处理方法，是如下的等离子体处理方法，即，在金属制的处理容器中收纳基板，从电磁波源透过在上述处理容器的盖体下面露出的1个或2个以上的电介质体向上述处理容器内供给电磁波，在上述处理容器内激发等离子体，对基板进行处理，其特征在于，通过向上述处理容器内供给处理气体，由上述电磁波源供给频率为2GHz以下的电磁波，从在上述处理容器的内部露出的上述电介质体的露出面沿着上述处理容器的内面传播电磁波，而在上述处理容器内激发等离子体，对基板进行处理。
发明效果
根据本发明，由于可以利用沿着配置于电介质体周围的表面波传播部传播的电磁波(导体表面波)来激发等离子体，因此可以大幅度地减少电介质体的使用量。另外，通过减小在处理容器的内部露出的电介质体的露出面积，抑制由电介质体的过热而造成的电介质体的破损或蚀刻等，并且不会有来自处理容器内面的金属污染的产生。另外，由于通过减少电介质体的露出面积而使盖体的露出面积增加，因此就可以很容易地在金属制的盖体上加工气体供给孔。通过在金属制的盖体的下面分布配置多个气体供给孔，就可以向基板的整个处理面以喷淋板那样的状态均匀地供给处理气体。此外，例如在作为2GHz以下的频率的电磁波利用915MHz的频率的微波的情况下，与利用2.45GHz的频率的微波的情况相比，可以将用于获得稳定且电子温度低的等离子体的下限的电子密度设为约1/7，从而能够获得在迄今为止未曾使用过的更宽的范围的条件下适于等离子体处理的等离子体，可以使处理装置的通用性明显地提高。其结果是，可以用一台处理装置进行处理条件不同的多个连续的处理，可以在短时间内低成本地制造高质量的产品。
附图说明
图1是表示了本发明的实施方式的等离子体处理装置的概略构成的纵剖面图(图2中的X-X剖面)。
图2是盖体的仰视图(图1中的X-X剖面)。
图3是图1中的Z-Z剖面的盖体3的上部的横剖面图。
图4是向电介质体传播微波的电极部的立体图。
图5是电介质体的立体图。
图6是导体表面波的传播模型的说明图。
图7是表示导体表面波的衰减量的频率依赖性的曲线图。
图8是在槽中传播的导体表面波的说明图。
图9是改变电子密度而表示槽的D/W与透过量的关系的曲线图。
图10是改变槽的宽度而表示槽的D/W与透过量的关系的曲线图。
图11是用于说明槽的宽度与鞘层厚度的关系的图。
图12是用于说明槽的宽度与进入深度的关系的图。
图13是表示曲率半径与透过量的关系的曲线图。
图14是表示等离子体处理中的处理容器内的状态的说明图。
图15是表示了第一变形例的等离子体处理装置的概略构成的纵剖面图(图16中的Y-Y剖面)。
图16是第一变形例的等离子体处理装置所具备的盖体的仰视图(图15中的X-X剖面)。
图17是图15中的Z-Z剖面的盖体的上部的横剖面图。
图18是表示了第二变形例的等离子体处理装置的概略构成的纵剖面图。
图19是图18中的Z-Z剖面的盖体的上部的横剖面图。
图20是表示了第三变形例的等离子体处理装置的概略构成的纵剖面图(图21中的Y-Y剖面)。
图21是第三变形例的等离子体处理装置所具备的盖体的仰视图(图20中的X-X剖面)。
图22是表示了第四变形例的等离子体处理装置的概略构成的纵剖面图(图23中的Y-Y剖面)。
图23是第四变形例的等离子体处理装置所具备的盖体的仰视图(图22中的X-X剖面)。
图24是表示了第五变形例的等离子体处理装置的概略构成的纵剖面图(图25中的Y-Y剖面)。
图25是第五变形例的等离子体处理装置所具备的盖体的仰视图(图24中的X-X剖面)。
图26是表示了第六变形例的等离子体处理装置的概略构成的纵剖面图(图27中的Y-Y剖面)。
图27是第六变形例的等离子体处理装置所具备的盖体的仰视图(图26中的X-X剖面)。
图28是表示了第七变形例的等离子体处理装置的概略构成的纵剖面图(图29中的Y-Y剖面)。
图29是第七变形例的等离子体处理装置所具备的盖体的仰视图(图28中的X-X剖面)。
图30是表示了第八变形例的等离子体处理装置的概略构成的纵剖面图(图31中的Y-Y剖面)。
图31是表示在第八变形例的等离子体处理装置从电介质体的周围向表面波传播部整体传播的状态的说明图。
图32是表示了第九变形例的等离子体处理装置的概略构成的纵剖面图(图33中的D-O’-O-E剖面)。
图33是图32中的A-A剖面。
图34是电介质体的俯视图。
图35是在表面波传播部中导体表面波传播的状态的说明图。
图36是利用电磁场模拟求得的鞘层中的微波电场的驻波分布的说明图。
图37是表示图36的直线A-B的鞘层中的微波电场强度分布的曲线图。
图38是表示单元角部的归一化电场强度的曲线图。
图39是第十变形例的等离子体处理装置的盖体的仰视图。
图40是表示第十一变形例变形例2的等离子体处理装置的概略构成的纵剖面图(图41中的D-O’-O-E剖面)。
图41是图40中的A-A剖面图。
图42是表示第十二变形例的等离子体处理装置的概略构成的纵剖面图(图43中的D-O’-O-E剖面)。
图43是图42中的A-A剖面图。
图44是表示第十三变形例的等离子体处理装置的概略构成的纵剖面图(图45中的B-O-C剖面)。
图45是图44中的A-A剖面图。
图46是表示第十四变形例的等离子体处理装置的概略构成的纵剖面图(图47中的B-O-C剖面)。
图47是图46中的A-A剖面图。
图48是电介质体的外缘从处理容器的内部看处于金属电极的外缘的内侧的变形例的说明图。
图49是在金属外罩的侧面设置了收容电介质体的外缘的凹部的变形例的说明图。
图50是向盖体下面的凹部插入了电介质体的变形例的说明图。
图51是向盖体下面的凹部插入了电介质体的另一个变形例的说明图。
图52是在电介质体的周围露出了平面形状的盖体的变形例的说明图。
图53是在电介质体的周围露出了平面形状的盖体的另一个变形例的说明图。
图54是在电介质体的周围露出了平面形状的盖体的再另一个变形例的说明图。
图55是菱形的电介质体的说明图。
图56是使用了正三角形的电介质体的变形例的等离子体处理装置的盖体的仰视图。
图57是使用了弹性构件的连接构件的结构的说明图。
图58是使用了碟形弹簧的连接构件的结构的说明图。
图59是使用O形环密封了的连接构件的结构的说明图。
图60是使用了锥形垫圈的连接构件的结构的说明图。
图61是槽的其他例子的说明图。
图62是在凸部中传播的导体表面波的说明图。
图中符号说明：G-基板，1-等离子体处理装置，2-容器本体，3-盖体，4-处理容器，10-基座，11-供电部，12-加热器，20-排气口，25-电介质体，34-微波源，35-同轴管，45-金属棒，50-槽，51-表面波传播部，55-气体配管，56-冷却剂配管，61-气体释放孔。
具体实施方式
下面，基于进行作为等离子体处理的一例的CVD处理的等离子体处理装置1，对本发明的实施方式进行说明。而且，基于使用了作为电磁波的一例的微波的等离子体处理装置1进行说明。
(等离子体处理1的基本构成)
图1是表示本发明的实施方式的等离子体处理装置1的概略构成的纵剖面图(图2中的Y-Y剖面)。图2是该等离子体处理装置1所具备的盖体3的仰视图(图1中的X-X剖面)。图3是图1中的Z-Z剖面的盖体3的上部的横剖面图。图4是向电介质体25传播微波的电极部47的立体图。图5是电介质体25的立体图。而且，在本说明书及附图中，对于具有实质上相同的功能构成的构成要素，通过使用相同的符号而省略重复的说明。
该等离子体处理装置1具备由上部开口的立方体形状的容器本体2、将该容器本体2的上方封闭的盖体3构成的处理容器4。通过将容器本体2的上方用盖体3封闭，而在处理容器4的内部形成密闭空间。处理容器4整体(处理容器2及盖体3)由具有导电性的材料，例如由铝合金制成，形成被电接地的状态。
在处理容器4的内部，设有作为用于放置基板的例如玻璃基板(以下称作“基板”)G的放置台的基座10。该基座10例如由氮化铝制成，在其内部，设有用于将基板G静电吸附并且向处理容器4的内部施加规定的偏置电压的供电部11、将基板G加热为规定的温度的加热器12。在供电部11上，经由具备电容器等的匹配器14连接着设于处理容器4的外部的偏置施加用的高频电源13，并且经由线圈16连接着静电吸附用的高压直流电源15。在加热器12上，同样地连接着设于处理容器2的外部的交流电源17。
在处理容器4的底部，设有用于利用设于处理容器4的外部的真空泵等排气装置(未图示)将处理容器4内的气氛排气的排气口20。在如图所示将容器本体2的上方用盖体3封闭的状态下，利用配置于盖体3的下面周边部与容器本体2的上面之间的O形环21、配置于后述的各电介质体25与盖体3之间的O形环30，保持处理容器4内的气密性。
在盖体3的下面，以下部在处理容器4的内部露出的状态安装有例如有Al2O3制成的4个电介质体25。作为电介质体25，例如也可以使用氟树脂、石英等绝缘材料。电介质体25是在制成长方体形状的电介质体下部26的上面一体化地形成了四边形的板状的法兰部27的结构。在电介质体25的上面(法兰部27的上面)的四角，在4个部位设有用于插入后述的电极棒46的孔28。
通过将电介质体25的法兰部27安放在形成于盖体3的下方的阶梯部29上，而将电介质体25支承在盖体3的下面。而且，在法兰部27的下面与阶梯部29之间，配置有作为将处理容器4的外部与内部隔开的密封构件的O形环30。
在盖体3的上面中央，连接着传播从微波源34供给的微波的同轴管35。该同轴管35由内侧导体36和外部导体37构成。内侧导体36与配置于盖体3的内部的分支板40连接。
如图3所示，分支板40构成为将与内部导体36的连接位置为中心的4根分支导体41配置成十字形。同轴管35与分支板40由Cu等导电性构件形成。分支板40被使用作为传输线路的阻抗匹配机构的电介质体42支承在盖体3的内部。
在各分支导体41的头端下面，安装有金属棒45。此外，如图4所示，在各金属棒45的下端，设有在下面具有4根电极棒46的电极部47。该电极部47下面的4根电极棒46被插入形成于上述的电介质体25上面的四角的孔28中。金属棒45、电极棒46及电极部47由Cu等导电性构件形成。
从上述的微波供给装置34中，作为频率为2GHz以下的微波，例如将具有915MHz的频率的微波导入到同轴管35中。这样，915MHz的微波就被分支板40分支，经由金属棒45向各电介质体25传播。
在盖体3的下面，在离开各电介质体25的周围规定的距离的位置，设有将各电介质体25包围地配置的槽50。在盖体3的下面，由该槽50包围的区域成为表面波传播部51。该实施方式中，通过用槽50分隔，在各电介质体25的周围，配置将盖体3的下面划分为4个的表面波传播部51。在等离子体处理中，从微波供给装置34向各电介质体25传播的微波被从向盖体3的下面露出的电介质体25周围沿着各表面波传播部51的表面传播。此时，槽50作为传播障碍部发挥作用，用于使沿着各表面波传播部51的表面传播的微波(导体表面波)不会超过槽50而向表面波传播部51的外侧传播。而且，对于等离子体处理中的盖体3的下面的导体表面波的传播状态、以及槽50的作为传播障碍部的功能，将在后面详细说明。
在盖体3的内部，设有等离子体处理中所必需的规定的气体的供给用的气体配管55、冷却剂供给用的冷却剂配管56。从配置于处理容器4的外部的气体供给源60穿过气体配管55供给的规定的气体被从在盖体3的下面开口的气体释放孔61向处理容器4的内部供给。
在冷却剂配管56上，连接有从配置于处理容器4的外部的冷却剂供给源65循环供给冷却剂的冷却剂供给配管66和冷却剂回流配管67。通过穿过这些冷却剂供给配管66和冷却剂回流配管67从冷却剂供给源65向冷却剂配管56循环供给冷却剂，盖体3就被保持为规定的温度。
(等离子体处理装置1的等离子体处理)
对在如上所述地构成的本发明的实施方式的等离子体处理装置1中，例如在基板G的上面形成无定形硅膜的情况进行说明。首先，将基板G搬入到处理容器4的内部，在基座10上放置基板G。其后，在密闭了的处理容器4内进行规定的等离子体处理。
在等离子体处理中，一边从气体供给源60经由气体配管55及气体释放孔61向处理容器4内供给等离子体处理中所必需的例如氩气/硅烷气/氢的混合气，一边从排气口20排气，将处理容器4内设定为规定的压力。此外，将规定的气体向处理容器2内供给，另一方面利用加热器12将基板G加热为规定的温度。另外，将在微波供给装置34中产生的例如915MHz的微波穿过同轴管35、分支板40及电极棒46传播到各电介质体板26中。此后，透过了各电介质体板26的微波从在盖体3的下面露出的电介质体25周围以导体表面波TM的状态，沿着各表面波传播部51的表面传播。
在该实施方式的等离子体处理装置10中，由于可以用沿着配置于电介质体25的周围的表面波传播部51传播的微波(导体表面波)来激发等离子体P，因此就可以使电介质体25的使用量尽可能地少。该情况下，通过槽50的配置来改变表面波传播部51的区域，就可以任意地控制处理容器4内的等离子体P的生成区域。例如，通过增大表面波传播部51的区域而拓展到基板尺寸的外侧，就可以对基板G的整个上面(处理面)进行均匀的等离子体处理。
另外，通过减小在处理容器4的内部露出的电介质体25的露出面积，还可以减少由电介质体25的破损、伴随着等离子体处理的蚀刻等造成的电介质体25的损耗。该情况下，通过将电介质体25的露出面积设为基板G的处理面积的1/5以下，与等离子体相面对的接地电极的面积最低也会达到基板G表面的面积的1.5(1.7-1.5)倍以上。这样，就不会引起伴随着盖体3下面的溅射产生的基板G的金属污染，可以将由高频电源13施加的高频电压有效地施加在基板G表面附近的等离子体鞘层s上。
另外，由于盖体3的露出面积随着电介质体25的露出面积减少而增加，因此就可以很容易地在金属制的盖体3上加工气体供给孔61。通过在金属制的盖体3的下面分布配置多个气体供给孔61，就可以向基板G的整个处理面以喷淋板那样的状态均匀地供给处理气体。由此就可以对基板G的整个处理面实施均匀的等离子体处理。
(导体表面波W的传播与频率的关系)
在处理容器4内生成的等离子体P的介电常数可以用εr’-jεr”表示。由于在等离子体P的介电常数中还有损耗成分，因此用复数来表现。等离子体P的介电常数的实部εr’通常来说小于-1。等离子体P的介电常数可以用下式(1)表示。
[数1]
ϵ , r - jϵ , , = 1 - ( ω pe / ω ) 1 - j ( υ c / ω ) , ε’r＜-1                ……(1)
另外，向等离子体P射入微波时的传播特性可以用下式(2)表示。
[数2]
k = k 0 ( 1 - ( ω pe / ω ) 2 1 - j ( υ c / ω ) ) 1 / 2 · · · · · · · ( 2 )
这里，k是波数，k0是真空中的波数，ω是微波角频率，υc是电子碰撞频率，ωpe是以下式(3)表示的电子等离子体频率。
[数3]
ω pe = e 2 n e ϵ 0 m e · · · · · · · ( 3 )
这里，e是电子电量，ne是等离子体P的电子密度，ε0是真空中的介电常数，me是电子的质量。
进入深度δ表示在微波射入时微波能够以何种程度射入到等离子体内部。具体来说，进入到微波的电场强度E衰减到等离子体P的交界面处的电场强度E0的1/e的距离是进入深度δ。进入深度δ可以用下式(4)表示。
δ＝-1/Im(k)…(4)k如前所述为波数。
在电子密度ne大于以下式(5)表示的截止密度nc的情况下，微波就无法在等离子体中传播，射入等离子体P的微波急速地衰减。
nc＝ε0meω2/e2  …(5)
根据式(4)，进入深度δ达到数mm～数十mm，电子密度越高则越短。另外，在电子密度ne远大于截止密度nc的情况下，进入深度δ就不太依赖于频率。
另一方面，等离子体P的鞘层厚度t可以用下式(6)表示。
[数4]
t = 0.606 λ D { 2 e V p k B T e } · · · · · · ( 6 )
这里，Vp是等离子体电位，kB是波尔兹曼常数，Te是电子温度，λD是以下式(7)表示的德拜长度(Debye length)。德拜长度λD表示等离子体中的电位的扰动是如何迅速地衰减。
[数5]
λ D = ϵ 0 k B T e n e e 2 · · · · · · ( 7 )
根据式(6)，鞘层厚度t达到数十μm～数百μm。另外可知，鞘层厚度t与德拜长度λD成正比例。另外，在式(6)中可以理解，电子密度ne越高，则德拜长度λD就越短。
“导体表面波TM的波长、衰减量”
作为导体表面波TM的传播模型，如图6所示，对导体表面波TM在形成于作为导体的盖体3(表面波传播部51)的下面与等离子体P之间的无限广的厚度t的鞘层g中沿z方向传播的情况进行说明。将鞘层g的介电常数设为εr＝1，将等离子体P的介电常数设为εr’-jεr”。如果根据麦克斯威尔的方程式，导出图6的y方向的磁场Hy所满足的方程式，则如下所示。
[数6]
∂ 2 H y ∂ x 2 + h H y = 0 · · · · · · ( 8 )
其中，h是特征值，在鞘层的内外如下所示地表示。
[数7]
h 2 = k 0 2 + &gamma; 2 &equiv; h i 2 0 < x < t - - - ( 9 ) ( &epsiv; r &prime; - j &epsiv; r &prime; &prime; ) k 0 2 + &gamma; 2 &equiv; h e 2 x > t - - - ( 10 )
这里，γ是传播常数，hi是鞘层g中的特征值，he是等离子体P中的特征值。特征值hi及he一般来说为复数。
根据在作为导体的盖体3的下面z方向的电场强度达到0的边界条件，式(8)的通解如下所示。
[数8]
Hy＝Acos(hix)e-γz                0＜x＜t(11)
H y = Be - j h e x e - &gamma;z , x > t - - - ( 12 )
这里，A及B是任意常数。
由于在鞘层g与等离子体P的边界，磁场与电场的切线成分是连续的，因此消除任意常数，从而可以导出以下的特征方程式。
[数9]
(ε′r-jε″r)hitan(hit)＝jhe
(13)
h i 2 - h e 2 = ( 1 - &epsiv; r &prime; + j &epsiv; r n ) k 0 2
特征方程式(13)中，鞘层厚度t可以根据式(6)求出，等离子体P的介电常数εr’-jεr”可以根据式(1)求出。所以，通过求解联立方程(13)，就可以分别求出特征值hi及he。在存在多个解的情况下，只要选择鞘层内的磁场分布成为双曲线函数的解即可。继而，根据式(9)求出传播常数γ。
传播常数γ可以由衰减常数α和相位常数β表示为γ＝α+jβ。根据传播常数的定义，等离子体的电场强度E可以用下式(14)表示。
E＝E0×e-jγz＝E0e-αzejβz…(14)
这里，z表示导体表面波TM的传播距离，E0表示传播距离z为0时的电场强度。e-αz表示导体表面波TM随着传播而成指数函数地衰减的效应，ejβz表示导体表面波TM的相位的旋转。另外，由于β＝2π/λc，因此可以根据相位常数β求出导体表面波TM的波长λc。由此，如果知道传播常数γ，则可以算出导体表面波TM的衰减量和导体表面波TM的波长λc。而且，衰减常数α的单位是Np(奈培)/m，与如后所述的各曲线图的单位dB/m具有以下的关系。
1Np/m＝20/ln(10)dB/m＝8.686dB/m
使用这些式子，分别计算微波频率为915MHz、电子温度Te为2eV、等离子体电位Vp为24V、电子密度ne为1×1011cm-3、4×1011cm-3、1×1012cm-3时的进入深度δ、鞘层厚度t、导体表面波TM的波长λc。将其结果表示于下表中。
[表1]
  电子密度   进入深度δ   导体表面波波长   鞘层厚度
  1×1011cm3   17.8mm   11.7mm   0.22mm
  4×1011cm-3   8.5mm   23.6mm   0.11mm
  1×1012cm-3   5.3mm   30.4mm   0.07mm
导体表面波如果在某个电子密度以下则会截止而无法传播。将该电子密度称作导体表面波谐振密度nr，达到以式(5)表示的截止密度的2倍的值。由于截止密度与频率的平方成正比例，因此导体表面波频率越低，就越可以以低电子密度来传播。
如果计算导体表面波谐振密度nr的值，则在2.45GHz时达到1.5×1011cm-3。在实际的等离子体处理条件下，有时表面附近的电子密度达到1×1011cm-3以下，然而在此种条件下导体表面波不能传播。另一方面，在915MHz时达到2.1×1010cm-3，为2.45GHz时的约1/7。在915MHz下，即使表面附近的电子密度达到1×1011cm-3以下，导体表面波也能传播。为了像这样在表面附近的电子密度为1×1011cm-3左右的低密度等离子体中也传播表面波，需要选择2GHz以下的频率。
另一方面，在图1所示的等离子体处理装置1中，当从电介质体26中释放的导体表面波TM沿着处理容器4的内壁(盖体3下面及容器本体2内面)传播到基板G的周边时，则在处理容器4内生成的等离子体P就会变得不均匀，产生加工的均匀性恶化或相对于处理容器4内搬入搬出基板G时开闭的门阀、放置基板G的基座10劣化等弊病。在导体表面波TM在电介质体26与基板G之间的距离中传播期间未充分衰减的情况下(衰减量为20dB以下)，需要有将导体表面波TM反射而使之不进一步传播的机构。这里，图7所示的曲线图的实线是后述的实施例8的代表性的条件下的导体表面波TM的衰减量的频率依赖性。在等离子体处理装置1中，电介质体26与基板G间的标准的间隔约为0.1m，如果将传播了该距离时的衰减量设为20dB，则每1m的衰减量就变为200dB/m。根据图7可知，此时的频率为1.9GHz。即，在1.9GHz以下时，就需要反射导体表面波TM的机构。
(槽50的必要性)
如上所述，根据该实施方式的等离子体处理装置1，通过使用2GHz以下的微波，就可以利用从电介质体26的周围向整个表面波传播部51传播的导体表面波TM生成均匀的等离子体P。但是另一方面，如果导体表面波TM传播到不恰当的位置，则有可能成为使在处理容器4内生成的等离子体P变得不均匀的要因。另外，如果导体表面波TM传播到门阀或观察口(view port)，则会因导体表面波TM所具有的能量，将设于这些机器的附近的O形环烧损，或在这些机器的最近处生成等离子体，有可能产生在机器表面附着反应产物的不佳状况。所以，该实施方式的等离子体处理装置1中，采用将在盖体3的下面露出的各电介质体25的周围用槽50包围的构成，从而仅在由该槽50包围的表面波传播部51中有效地传播导体表面波TM。另外，发明人等为了提高抑制传播的效果，实现了槽50的形状的适宜化。
“槽50的纵横比D/W”
在进行槽50的形状的最佳化之时，如何设定计算中所用的电子密度十分重要。导体表面波进入等离子体中的深度是进入深度δ左右，为数mm～十几mm(参照表1)。如果在各种处理条件下实测像这样靠近等离子体的表面的部分的电子密度，则为1×1011cm-3～1×1012cm-3。所以，将电子密度ne设定为1×1011cm-3～1×1012cm-3的范围而进行了研究。如图8所示，选择了剖面近似矩形的槽50。将槽50的宽度设为W，将深度设为D。
为了导出槽的纵横比D/W的适宜值，在电子密度ne为1×1011cm-3、4×1011cm-3、1×1012cm-3的情况下，利用模拟求出导体表面波TM在槽50中以何种程度衰减。此时，将槽50的宽度W设定为4mm。将其结果表示于图9中，并且在参照图10的同时，对其结果如下地考察。
如图8所示，当导体表面波TM到达槽50时，即被分配为在槽50的衬底面传播的导体表面波TM11和跳过槽50而在等离子体中直接传播的透过波TM12。导体表面波TM11和透过波TM12在槽50的端部P再次合流。此时，导体表面波的一部分反射，成为反射波(导体表面波TM22)，余部成为行波(导体表面波TM21)而进一步传播下去。
此时，如果导体表面波TM11与透过波TM12的相位错移180度，则在合流地点P这两个波相互抵消，基本上全反射。此时，不存在行波(导体表面波TM21)，即，导体表面波TM不向槽50之后传播。
例如，在图9中导体表面波TM的透过量为-10dB的情况下，导体表面波TM的90％被槽50反射，成为反射波TM22返回，仅剩余的10％成为导体表面波TM21而越过槽50传播。即，该情况下，由于槽50的阻碍，导体表面波的90％因槽50而衰减。
根据图9可知，电子密度ne越高，则透过量达到最小的纵横比D/W的值就越向大的方向偏移。另外，对于电子密度ne为1×1011cm-3、4×1011cm-3、1×1012cm-3的所有情况，导体表面波TM的90％被槽50反射的纵横比D/W为0.26。如果导体表面波TM的90％被槽50反射，则可以说该槽50充分地发挥了抑制导体表面波TM的传播的功能。由此，发明人等将在全部的电子密度中导体表面波TM的90％被反射的0.26设定为纵横比D/W的下限值。
继而，求出相对于将槽50的宽度设为4mm、6mm、12mm时的纵横比D/W的导体表面波TM的透过量，将其结果表示于图10中。这里，将电子密度ne设定为1×1012cm-3。如前所述，电子密度ne越高，则透过量达到最小的纵横比D/W就越向大的方向偏移。由此，可以通过在模拟时将导体表面波TM的电子密度ne设定得最高来求出纵横比D/W的上限值。
改变槽的宽度W时，透过量达到最小的纵横比D/W在W＝6mm处取得最大值。此时，可知导体表面波TM的90％被槽50反射的纵横比D/W达到2.3。像这样，发明人等就得出如下的结论，即，为了抑制导体表面波TM的传播，需要将槽50的纵横比D/W设定为满足0.26≤D/W≤2.3。
<槽50的宽度W>
继而，发明人等着眼于槽50的宽度W与鞘层厚度t的关系及槽50的宽度W与进入深度δ的关系，对槽50的宽度W的适宜值如下所示地进行了考察。如图11(a)所示，在槽50的宽度W为鞘层厚度t的2倍以下的情况下(2t≥W)，槽50的内部空间全都成为鞘层区域。其结果是，在有槽50的部分和没有的部分的鞘层厚度t中产生高低差，即使设置槽50，对于导体表面波TM来说，也会与没有槽50的情况相同。由此，如果是2t≥W，则槽50就不会发挥抑制传播的功能。
另一方面，如图11(b)所示，在槽50的宽度W大于鞘层厚度t的2倍的情况下(2t＞W)，由于沿着槽50的衬底面产生的鞘层区域仅为0.1mm左右的宽度，因此通过设置槽50就会在鞘层区域中产生阶梯差。其结果是，由沿着槽50的底面附近传播的导体表面波TM11、越过槽而传播的导体表面波TM12在槽50的端部P引起反射，导体表面波TM的一部分成为反射波(导体表面波TM22)，仅剩余的导体表面波TM21越过槽50而传播。根据以上的考察，发明人等发现，为了使槽50具有抑制导体表面波TM的传播的功能，槽50的宽度W需要大于鞘层厚度t的2倍(2t＜W)。
继而，发明人等作为将槽50的宽度W适宜化的其他的方法，关注了槽50的宽度W与进入深度δ的关系。如前所述，进入深度δ表示微波能够以何种程度射入等离子体P。
导体表面波TM无法从等离子体P的交界面比进入深度δ深地向等离子体内部入射。所以，在槽50的宽度W为进入深度δ的2倍以上的情况下(2δ≤W)，如图12(a)所示，透过波TM12不能比进入深度δ深地进入到等离子体内部，无法越过槽50传播。由此，即使设置进入深度δ的2倍以上的宽度W的槽50，也不会在槽50的端部P引起对于导体表面波TM的传播的抑制有效的反射，导体表面波TM会越过槽50而向其之后传播。
另一方面，如图12(b)所示，在槽50的宽度W小于进入深度δ的2倍的情况下(2δ＞W)，则不产生透过波TM12无法传播的区域。其结果是，由沿着槽50的衬底面传播的导体表面波TM11、越过槽50而传播的导体表面波TM12在槽50的端部P引起反射，导体表面波TM的一部分成为反射波(导体表面波TM22)，仅剩余的导体表面波TM21越过槽50而传播。根据以上的考察，发明人等查清，为了使槽50具有抑制导体表面波TM的传播的功能，槽50的宽度W需要小于进入深度δ的2倍(2δ＞W)。
再次参照图10。此时的电子密度ne为1×1012cm-3，进入深度δ为5.3mm。在槽50的宽度W为4mm及8mm的情况下，由于槽50的宽度W小于进入深度δ的2倍，因此如果将纵横比D/W最佳化，则可以将透过量抑制得非常小，为-40dB以下。另一方面可知，在W＝12mm的情况下，由于大于进入深度δ的2倍，因此即使将纵横比D/W最佳化，也无法将透过量设为-10dB以下。
“曲率半径”
在槽的角部(图8的角Ca、Cb)或边缘部，由于阻抗变得不连续，因此传播来的导体表面波的一部分反射。如果角部或边缘部的角变圆，则由于阻抗的不连续性得到缓解，因此透过量增加。特别是，如果角部或边缘部的曲率半径R变大到相对于导体表面波的波长无法忽视的程度，则透过量就会大大地增加。
利用模拟计算了导体表面波穿过一个部位的曲率半径R的角部时的透过量，将结果表示于图13中。将电子密度ne设定为1×1012cm-3，将等离子体电位设定为24V。此时的鞘层厚度t为0.07mm，导体表面波的波长λc为30.4mm，进入深度δ为5.3mm。
可知导体表面波的透过量在曲率半径为0mm，也就是角部为直角的情况下达到最小，随着曲率半径R的增加变大。如果认为，透过量相对于角部为直角时的透过量增加不超过10％，槽50就具有抑制传播功能，则角部的曲率半径不超过0.77mm就成为容许范围。0.77mm是导体表面波TM的波长30.4mm的约1/40(0.77/30.4)。根据以上的模拟结果及考察，得出如下的结论，即，槽50的角部的曲率半径R需要小于导体表面波TM的波长λ的1/40。
“槽50的位置”
如上所述，通过设置槽50，可以利用在整个表面波传播部51传播的导体表面波TM生成等离子体P。即，由于可以在由槽50包围的整个表面波传播部51的下面生成等离子体P，因此就可以利用槽50的位置来控制在处理容器4内生成的等离子体P的区域。
通常来说，在等离子体处理装置1的处理容器4内，在基板G的上方，直至超出基板尺寸的外侧的范围地生成等离子体P，对基板G的整个上面(处理面)进行均匀的等离子体处理。所以，最好在盖体3的下面，在超出基板尺寸的外侧的位置配置槽50，在基板G的上方，直至超出基板尺寸的外侧的范围地设置表面波传播部51。
而且，槽50只要是在等离子体处理中等离子体所接触的处理容器4内壁的金属面，则无论设在何处都可以。例如，也可以将门阀、观察口等其他的机构包围地形成槽50。这样就可以避免门阀、观察口等的损耗、反应产物的附着等不佳状况。
(电介质体25的露出面积与基板G的表面积的关系(1/5))
在处理容器4的内部进行的等离子体处理中，离子向放置于基座10上的基板G的表面的入射担负重要的作用。例如，在等离子体成膜处理中，通过在向基板G的表面入射等离子体中的离子的同时进行成膜，即使基板G的温度低，也可以可以在短时间内形成高质量的薄膜。另外，在等离子体蚀刻处理中，利用由离子向基板G的表面的垂直入射造成的各向异性蚀刻，可以正确地形成微细的图案。像这样，无论在哪种等离子体处理中，为进行良好的加工，在每种加工中将离子向基板G的表面的入射能量控制为最佳的值都是不可欠缺的。离子向基板G的表面的入射能量可以利用从高频电源13经过基座10对基板G施加的高频偏置电压来控制。
图14中，表示对基座10(高频施加电极)与盖体3(对置电极＝接地电极)之间施加了高频电压的等离子体处理中的处理容器4内的状态。在等离子体处理装置1的处理容器4内，在基板G的上方，直至超出基板尺寸的外侧的范围，生成高密度的等离子体P。像这样，通过直至超过基板尺寸的范围地生成等离子体P，就可以对基板G的整个上面(处理面)进行均匀的等离子体处理。例如，如果以处理2.4m×2.1m的玻璃基板的情况为例，则等离子体P的生成范围就是与基板尺寸相比在一侧大15％左右、在两侧大30％左右的区域。由此，在盖体3的下面，与基板尺寸相比在一侧大15％左右(两侧大30％左右)的范围就成为接地电极3’。
另一方面，通过从高频电源13对基板G施加高频偏置电压，就会在等离子体处理中的处理容器4内，在等离子体P与基板G的上面(处理面)之间以及等离子体P与盖体3下面的接地电极3’的部分之间形成等离子体鞘层g、s。由高频电源13施加的高频偏置电压被向这些等离子体鞘层g、s分压地施加。
这里，将基板G的处理面(上面)的表面积设为As，将与等离子体P相面对的盖体3下面的成为接地电极3’的部分的面积设为Ag，将加在基板G的处理面与等离子体P之间的等离子体鞘层s上的高频电压设为Vs，将加在盖体3的下面与等离子体P之间的等离子体鞘层g上的高频电压设为Vg。这些高频电压Vs、Vg与面积As、Ag具有下式(15)的关系。
(Vs/Vg)＝(Ag/As)4  (15)
Brian Chapman、“Glow Discharge Processes”、A WileyInterscience Publication、1980.
如果因流过等离子体鞘层s、g的电子电流的影响，加在等离子体鞘层s、g上的高频电压Vs、Vg变大，则加在等离子体鞘层s、g上的直流电压就会变大。加在等离子体鞘层s、g上的直流电压的增加量与高频电压Vs、Vg的振幅(0to峰值)基本相等。等离子体P中的离子被加在等离子体鞘层s、g上的直流电压加速而射入作为电极面的基板G的处理面及盖体3的下面，该离子入射能量可以利用高频电压Vs、Vg来控制。
对于该实施方式中所示的等离子体装置1的情况，由高频电源13施加在基板G的处理面与盖体3下面之间的高频电压(＝Vs+Vg)向形成于基板G表面及盖体3下面的附近的等离子体鞘层s、g分压地施加。此时，最好使得加在盖体3下面的附近的等离子体鞘层g上的高频电压Vg尽可能地小，由高频电源13施加的高频电压的大半加在基板G表面附近的等离子体鞘层s上。这是因为，如果加在盖体3下面附近的等离子体鞘层g上的高频电压Vg变大，则不仅功率效率恶化，而且向盖体3(接地电极)入射的离子的能量增加，盖体3下面被溅射而引起金属污染。在实际的等离子体处理装置中，加在盖体3下面附近的等离子体鞘层g上的高频电压Vg如果不是加在基板G表面附近的等离子体鞘层s上的高频电压Vs的1/5以下，则不够实用。即根据(15)式可知，与等离子体P相面对的盖体3下面的成为接地电极3’的部分的面积最低也必须为基板G表面的面积的1.5倍以上。
以往的微波等离子体处理装置中，由于与基板G相面对的盖体3的下面的大部分被用于传输微波的电介质体25覆盖，因此特别是在大型基板用的等离子体处理装置中高密度等离子体所接触的接地电极的面积很小。如上所述，例如在处理2.4m×2.1m的玻璃基板的等离子体处理装置1中，在与基板尺寸相比一端大出15％左右、两端大出30％左右的区域中生成高密度的等离子体P，与该等离子体P相面对的盖体3的下面部分成为接地电极3’。假如在该接地电极3’的部分中，电介质体25未在处理容器4的内部露出，全部是接地部，则与等离子体P相面对的接地电极3’的面积就达到基板面积的1.7倍((1+0.3)2)。但是，以往的微波等离子体处理装置中，由于接地电极3’中的大部分被电介质体25覆盖，因此无法获得充分的面积。由此，在以往的大型基板用的微波等离子体处理装置中，如果施加高频偏压，则有可能产生金属污染。
所以，该实施方式的等离子体处理装置1中，采用如下的构成，即，使在处理容器4的内部露出的电介质体25的露出面的面积尽可能小，将电介质体25的露出面的面积压缩在基板G的上面的面积的1/5以下(而且，如后所述，本发明中由于可以使用沿着盖体3的下面传播的导体表面波TM在处理容器4内产生等离子体P，因此即使减小电介质体25的露出面积，也可以在接地电极3’的整个下面有效地产生等离子体P)。像这样，如果将与等离子体P接触的电介质体25的露出面的面积设为基板G的上面的面积的1/5以下，则必然可以确保与等离子体P相面对的接地电极3’的面积最低也在基板G表面的面积的1.5(1.7-1/5)倍以上。这样，就不会有引起盖体3下面被溅射所致的金属污染的情况，可以将由高频电源13施加的高频电压有效地施加在基板G表面附近的等离子体鞘层s上。
(表面波传播部的平坦性)
如果电子密度变高，则施加在鞘层上的微波电场强度就会变大。如果在表面波传播部51中有微小的角部，则电场就会集中于角部而过热，会有产生异常放电(电弧放电)的情况。一旦产生异常放电，就会在将金属表面熔化的同时放电部到处作用，对金属表面造成大的损伤。如果表面波传播部51的中心线平均粗糙度与鞘层的厚度相比足够小，则即使是微小的角部也会对金属表面平均地施加电场，因此就不会有电场集中的情况，也不会引起异常放电。
先前对鞘层厚度t进行了说明，鞘层厚度t与电子密度的平方根成反比。作为最大的电子密度，假定为1×1013cm-3即足够。此时的德拜长度为3.3μm，对于Ar等离子体的情况，鞘层的厚度达到其3.5倍的12μm。如果金属表面的中心线平均粗糙度达到鞘层的厚度的1/5以下，更优选达到1/20以下，则可以忽视微小的角部的电场集中。所以，表面波传播部51的中心线平均粗糙度达到2.4μm，更优选达到0.6μm以下即可。
(变形例)
下面，对等离子体处理装置1的其他实施方式进行说明。而且，对于与前面图1等中所说明的等离子体处理装置1共同的构成要素，通过赋予相同的符号而省略重复说明。
(第一变形例)
图15是表示了第一变形例的等离子体处理装置1的概略构成的纵剖面图(图16中的Y-Y剖面)。图16是第一变形例的等离子体处理装置1所具备的盖体3的仰视图(图15中的X-X剖面)。图17是图15中的Z-Z剖面的盖体3的上部的横剖面图。
该第一变形例的等离子体处理装置1是在例如由Al2O3制成的4个板状的电介质体25的下面安装了板状的金属电极70的构成。在金属电极70的中央，安装将盖体3及在上下贯穿了电介质体25的金属棒45的下端。金属棒45的上端在盖体3的上面被弹簧71顶起，利用该弹簧71的力，将放置于金属电极70之上的电介质体25向盖体3的下面推压。
电介质体25及金属电极70都是近似四边形，然而电介质体25比金属电极70略大。由此，如果从处理容器4的内部看，则成为在金属电极70的周围露出了电介质体25的状态。
在金属棒45的周围，安装有由绝缘材料制成的环构件72，在环构件72与金属棒45之间以及环构件72与盖体3之间，以金属棒45为中心成同心圆状地设有作为密封构件的两个O形环73。这样，就会如图所示，在将容器本体2的上方用盖体3封闭的状态下，利用配置于盖体3的下面周边部与容器本体2的上面之间的O形环21、配置于金属棒45与盖体3之间的两个O形环73，保持处理容器4内的气密性。
在盖体3的上面中央，连接有由内侧导体36和外部导体37构成的同轴管35。内侧导体36的下端配置在形成于盖体3的内部的分配波导管74的中央，由同轴管35供给的具有2GHz以下的频率的微波沿分配波导管74、金属棒45及金属电极70传播而向电介质体25供给。形成于盖体3的内部的分配波导管74的终端面(收纳有分配波导管74的盖体3的内部空间的内壁面)74’被设定于距金属棒45的中心轴λ/4距离的位置，从而将由同轴管35供给的微波从波导管74向金属棒45有效地传播。
另外，该第一变形例的等离子体处理装置1在配置于盖体3的下面的4个表面波传播部51的更靠外侧，设有外周槽51’。另外，在金属电极70的下面开口设置多个气体释放孔61，形成从贯穿金属棒45的内部的气体流路75通过各气体释放孔61向处理容器4内部供给规定的气体的构成。
利用该第一变形例的等离子体处理装置1，也可以从电介质体25的周围向表面波传播部51传播导体表面波TM而激发等离子体P，可以起到与前面图1等中所说明的等离子体处理装置1相同的作用效果。另外，该第一变形例的等离子体处理装置1中，还可以从电介质体25的周围向金属电极70的下面传播导体表面波TM而激发等离子体P。此外，在该第一变形例的等离子体处理装置1中，由于在盖体3的下面，在表面波传播部51的更靠外侧设有外周槽51’，因此可以更为可靠地防止导体表面波TM传播至容器本体2的内壁，有容易控制处理容器4内的等离子体生成区域的优点。另外，是通过利用弹簧71的力悬挂金属棒45，支承着放置于金属电极70之上的电介质体25的构成，由于电介质体25相对于盖体3、金属电极70及金属棒45未被固定，因此不会有对电介质体25造成由热膨胀等所致的金属构件(盖体3、金属电极70及金属棒45)的变形等影响的情况，可以防止电介质体25的破损。
(第二变形例)
图18是表示了第二变形例的等离子体处理装置1的概略构成的纵剖面图。图19是图18中的Z-Z剖面的盖体3的上部的横剖面图。
该第二变形例的等离子体处理装置1基本上是与前面在图15～17中所说明的第一变形例的等离子体处理装置1相同的构成。但是，该第二变形例的等离子体处理装置2中，在如下的方面不同，即，分配波导管74的终端面74’形成于下方，此外内部导体36借助作为阻抗匹配机构的电介质体42与盖体3连接。利用该第二变形例的等离子体处理装置1，也可以起到与前面在图14～16中所说明的第一变形例的等离子体处理装置1相同的作用效果。此外，根据该第二变形例的等离子体处理装置1，还可以将形成于盖体3的内部的分配波导管74小型化。
(第三变形例)
图20是表示了第三变形例的等离子体处理装置1的概略构成的纵剖面图(图21中的Y-Y剖面)。图21是第三变形例的等离子体处理装置1所具备的盖体3的仰视图(图20中的X-X剖面)。
该第三变形例的等离子体处理装置1的容器本体2是圆筒形状，在处理容器4的内部形成有圆柱形状的处理空间。盖体3及基座10也成为圆形。该第三变形例的等离子体处理装置1是对半导体晶片等圆盘形状的基板G进行等离子体处理的构成。利用该第三变形例的等离子体处理装置1，也可以从电介质体25的周围向表面波传播部51传播导体表面波TM而激发等离子体P，可以起到与前面在图1等中所说明的等离子体处理装置1相同的作用效果。
(第四变形例)
图22是表示了第四变形例的等离子体处理装置1的概略构成的纵剖面图(图23中的Y-Y剖面)。图23是第四变形例的等离子体处理装置1所具备的盖体3的仰视图(图22中的X-X剖面)。
该第四变形例的等离子体处理装置1也是容器本体2为圆筒形状，是对半导体晶片等圆盘形状的基板G进行等离子体处理的构成。该第四变形例的等离子体处理装置1中，是在电介质体25的下面安装了板状的金属电极70的构成。但是，该第四变形例的等离子体处理装置1的电介质体25及金属电极70各为一片。金属电极70被贯穿了电介质体25以及环状的金属隔板83的作为连接构件的金属制的螺栓80固定于盖体3上。将金属隔板83与盖体3、以及金属隔板83与金属电极70利用螺栓80密合。另外，在盖体3的下面和金属电极70的下面两方中都开设有气体释放孔61，形成从贯穿了螺栓80的内部的气体流路75向金属电极70下面的气体释放孔61供给气体的构成。另外，在同轴管35的内侧导体36的内部，形成有流通冷却剂的冷却剂流路81。另外，在电介质体25上面与盖体3下面之间以及电介质体25下面与金属电极70上面之间，设有作为密封构件的两个O形环82。这样就会如图所示，在将容器本体2的上方用盖体3封闭的状态下，利用配置于盖体3的下面周边部与容器本体2的上面之间的O形环21、配置于电介质体25上面与盖体3之间以及电介质体25下面与金属电极70上面之间的两个O形环82，保持处理容器4内的气密性。
利用该第四变形例的等离子体处理装置1，也可以从电介质体25的周围向表面波传播部51与金属电极70的下面传播导体表面波TM而激发等离子体P，可以起到与前面在图1等中所说明的等离子体处理装置1相同的作用效果。此外，在该第四变形例的等离子体处理装置1中，由于从等离子体流入金属电极70的热量穿过热传导性良好的多个金属隔板83及螺栓80传向盖体3，因此可以抑制金属电极70的温度上升。另外，由于形成从贯穿螺栓80的内部的气体流路75供给气体的构成，因此与像第二变形例那样从贯穿金属棒45的内部的气体流路75供给气体的构成相比，金属电极70的拆装容易，维护性优良。还可以防止内侧导体36的温度上升。此外，由于利用设于电介质体25的上下面的两个O形环82以平坦面进行真空密封，因此与像第二变形例那样用曲面进行真空密封的情况相比，金属电极70的拆装容易，维护性优良。
而且，也可以在金属电极70的下面，设置用于反射导体表面波的同心圆状的槽(未图示)。金属电极70的中央部由于集中从金属电极70的周围传播来的导体表面波，因此等离子体密度容易变高，然而通过像这样在金属电极70中同心圆状地设置槽而抑制向其内侧传播的导体表面波，就可以激发出更为均匀的等离子体。
(第五变形例)
图24是表示了第五变形例的等离子体处理装置1的概略构成的纵剖面图(图25中的Y-Y剖面)。图25是第五变形例的等离子体处理装置1所具备的盖体3的仰视图(图24中的X-X剖面)。
该第五变形例的等离子体处理装置1在盖体3的上部按照使E面(窄壁面)向上的方式平行地等间隔配置有多个矩形波导管90。在各个矩形波导管90的下面，等间隔地开设有与处理容器4的内部相通的4个缝隙(开口部)，在缝隙的内部配置有例如由Al2O3制成的电介质体25。在缝隙周围，在电介质体25与盖体3之间设有O形环93，从而保持处理容器4内的气密性。
在矩形波导管90的内部，拉开间隔地上下配置有例如由特氟龙(注册商标)制成的2个绝缘构件91、92。下方的绝缘构件92固定于矩形波导管90上。另一方面，在绝缘构件91的上面，连接有贯穿矩形波导管90的电介质体棒94，通过从矩形波导管90的外部上下移动电介质体棒94，就可以将绝缘材料91上下移动。在第五变形例的等离子体处理装置1中，可以像这样利用绝缘构件91的上下方向的位置来调整在矩形波导管90内传播的微波的管内波长。下面对其原理进行说明。
如果向波导管的内部插入电介质体，则与中空时的管内波长λg0相比，管内波长λg变短。例如，将比介电常数为εr的电介质体没有间隙地填充到波导管内时的管内波长λg变为下式(16)。
[数10]
&lambda; g = &lambda; g 0 / &epsiv; r - - - ( 16 )
在向波导管内的一部分中插入了电介质体的情况下，就会变为没有间隙地填充时的管内波长与中空时的管内波长的中间的管内波长。另外，在插入相同体积的电介质体的情况下，如果配置于波导管内电场最强的H面(宽壁面)的中心线上的话，则与配置于电场弱的H面的端部相比，波长也会变短。像这样，在第五变形例的等离子体处理装置1中，可以利用绝缘构件91的上下方向的位置来调整管内波长。而且，固定的绝缘构件92是为了确保波导模式的上下方向的对称性而设置的。
为了激发出均匀的等离子体，需要从设于矩形波导管90中的各个缝隙中释放相同强度的微波。通过将缝隙的长度方向的间距设定为管内波长的1/2的整数倍(本变形例中为管内波长的1/2倍)，就可以从各个缝隙中释放相同强度的微波。虽然一般来说，波导管的管内波长随缝隙的阻抗而变化，然而在本变形例中，通过利用上述的管内波长调节机构使管内波长总是与缝隙间距的2倍一致，则即使等离子体激发调节改变，也可以总是激发出均匀的等离子体。从而可以实现能够对应极宽的处理调节的通用性高的等离子体处理装置。
利用该第五变形例的等离子体处理装置1，也可以从电介质体25的周围向表面波传播部51传播导体表面波TM而激发等离子体P，可以起到与前面在图1等中所说明的等离子体处理装置1相同的作用效果。该第五变形例的等离子体处理装置1可以适用于在盖体3的下面将电介质体分割地配置的CMEP(Cellular Microwave Excitation Plasma)中。
(第六变形例)
图26是表示了第六变形例的等离子体处理装置1的概略构成的纵剖面图(图27中的Y-Y剖面)。图27是第六变形例的等离子体处理装置1所具备的盖体3的仰视图(图26中的X-X剖面)。
该第六变形例的等离子体处理装置1是如下的构成，即，在盖体3的内部内置例如由Al2O3制成的圆盘状的电介质体25，从形成于盖体3的下面的多个缝隙95中，将电介质体25的下面局部地向处理容器4内露出。缝隙95设于相对于同轴管内部导体36的中心轴而言在同心圆上点对称的位置，从而就会从各个缝隙95中释放相同强度的微波。盖体3的下面成为径向线缝隙天线(RLSA)。该第六变形例的等离子体处理装置1通过将多个缝隙95一并地用槽50包围，而在一个表面波传播部51内的多个部位使电介质体25的下面露出。此外，该第六变形例的等离子体处理装置1在由多个缝隙95围绕的区域中设有由同心圆状的槽50”包围的表面波非传播部96。
利用该第六变形例的等离子体处理装置1，也可以从在处理容器4内露出的电介质体25的周围向表面波传播部51传播导体表面波TM而激发等离子体P，可以起到与前面在图1等中所说明的等离子体处理装置1相同的作用效果。此外，在该第六变形例的等离子体处理装置1中，由于在表面波传播部51的中央设有由槽50”包围的表面波非传播部96，因此可以防止等离子体在处理容器4内的中央附近集中地生成。像这样，就可以利用在盖体3的下面形成的槽50、50’、50”，任意地控制在处理容器4内生成的等离子体P的区域。
(第七变形例)
图28是表示了第七变形例的等离子体处理装置1的概略构成的纵剖面图(图29中的Y-Y剖面)。图29是第七变形例的等离子体处理装置1所具备的盖体3的仰视图(图28中的X-X剖面)。
该第七变形例的等离子体处理装置1使形成于盖体3的内部的波导管74的下面所配置的例如由Al2O3制成的电介质体25的下面在处理容器4的内部露出。该第七变形例的等离子体处理装置1中，通过将多个电介质体25一并地用槽50包围，而在一个表面波传播部51内的多个部位使电介质体25的下面露出。另外，在表面波传播部51的中央设有由槽50”包围的表面波非传播部96。利用该第七变形例的等离子体处理装置1，也可以起到与前面所说明的第六变形例的等离子体处理装置1相同的作用效果。
(第八变形例)
图30是表示了第八变形例的等离子体处理装置1的概略构成的纵剖面图。图31是图30的A-A剖面图。对于本变形例，同轴管35以下的结构与图14等中所示的第一变形例基本上相同。在与纸面垂直的方向上以λg(分支同轴管101的管内波长)的间隔等间隔地配置有4根分支同轴管101。在各个分支同轴管101上，以λg的间隔等间隔地连接有4根同轴管35。由于在同轴管35的下方夹隔着将微波分为4个的分配波导管74设有金属棒45，因此金属棒45及金属电极70的纵横的间距为λg/2。
在分支波导管101的中央部与分支波导管100之间，设有同轴管38。分支波导管100是将由微波源(未图示)供给的微波利用2级的T分支回路分为4个的竞赛方式的分支。由分支波导管100均等地分配了的微波穿过同轴管38、分支同轴管101、同轴管35、分配波导管74、金属棒45、电介质体板25向等离子体供给。此时，在分支同轴管101中，由于同轴管35被以λg/2的整数倍(这里为2倍)的间隔连接，因此向各个同轴管35供给的微波的功率及相位相等，从而可以激发出均匀的等离子体。
利用该第八变形例的等离子体处理装置1，也可以起到与前面所说明的第一变形例的等离子体处理装置1相同的作用效果。此外，利用分支波导管100、分支同轴管101及分配波导管74，构成能够将微波均等地分配的多级的分配器，通过增加分支数，即使是超过2m见方的大面积基板也能够灵活地对应。
“频率的限定”
根据前面所示的图7可知，如果降低频率则衰减量就会减少。这可以如下所示地说明。根据式(1)可知，如果降低频率，则等离子体P的介电常数的实部εr’就会沿负方向变大，等离子体阻抗变小。所以，由于加在等离子体上的微波电场与加在鞘层上的微波电场相比变弱，等离子体中的微波的损耗变小，因此导体表面波TM的衰减量减少。
在想要将导体表面波用于等离子体的生成的情况下，如果作为微波的频率选择太高的频率，则由于导体表面波不会传播到必需的部位，因此无法生成均匀的等离子体。在大面积基板用的等离子体处理装置中，为了估计在实质上直到何种程度的频率以前能够获得均匀的等离子体，首先，在图30所示的第八变形例的代表性的等离子体处理装置1中，求出导体表面波必须传播的距离。本变形例是如下的方式，即，在将导体表面波用于等离子体的生成的实用的大面积基板用的等离子体处理装置中，传播导体表面波的距离最短，能够直到更高的频率获得均匀的等离子体。
如图30、31所示，在将分支同轴管101的管内波长设为λg时，以λg/2的间隔纵横等间隔地配置一边长度为λg/4的矩形的多个电介质体25。而且，在分支同轴管101的内部导体与外部导体间为中空的情况下，管内波长λg与自由空间的波长一致。例如，在915MHz下，λg＝328mm。在横向为8列、在与纸面垂直的方向为8列的共计64片电介质体25被外形比电介质体25略小的金属电极70与盖体3的下面密合地保持。在盖体3的下面，围绕各电介质体25地以棋盘眼状设有槽50，划分出表面波传播部51。
穿过金属棒45供给的微波在电介质体25中传播，继而从电介质体25的周围成为导体表面波，沿着盖体3的下面以及金属电极70的表面一边激发等离子体一边传播。
如图31所示，可知导体表面波TM不大衰减地(＜6dB)必须传播的最长距离为λg√-2/8。设定在传播了该距离后衰减6dB时的每1m的衰减量由图7的曲线图的虚线表示。如果衰减量小于该值，则可以在整个表面波传播部51中激发出均匀的等离子体P。条件如下：表面波传播部51的表面附近的电子密度：4×1011cm-3，电子温度：2eV，鞘层电压：24V，压力：13.3Pa，气体：Ar。
根据图7的曲线图可知，实线与虚线交叉的频率为2070MHz。如果频率比它高，则由于导体表面波TM的衰减很大而无法到达整个表面波传播部51，因此无法激发出均匀的等离子体P。为了使用导体表面波TM激发出均匀的等离子体P，需要多少留出富余地选择2GHz以下的频率。
(第九变形例)
图32是表示了第九变形例的等离子体处理装置1的概略构成的纵剖面图(图33中的D-O’-O-E剖面)。图33是图32中的A-A剖面图。图34是该实施方式中所用的电介质体25的俯视图。在盖体3的下面，安装有例如由Al2O3制成的4个电介质体25。作为电介质体25，例如也可以使用氟树脂、石英等绝缘材料。如图34所示，电介质体25被以正方形的板状构成。在电介质体25的四角，形成相对于对角线以直角切掉的平坦部150，因此严格来说，电介质体25是八边形。但是，与电介质体25的宽度L相比，平坦部150的长度M足够短，可以将电介质体25实质上看作正方形。
如图33所示，这4个电介质体25被将相互的顶角之间(平坦部26之间)毗邻地配置。另外，在相邻的电介质体25之间，在连接中心点O’的线L’上，毗邻地配置各电介质体25的顶角。通过像这样将4个电介质体25配置为，使相互的顶角之间毗邻，并且在相邻的电介质体25之间，在连接中心点O’的线L’上，毗邻地配置各电介质体25的顶角，就会在由4个电介质体25包围的盖体3的下面中央，形成正方形的区域S。
在各电介质体25的下面，安装有金属电极151。金属电极151由具有导电性的材料，例如由铝合金制成。与电介质体25相同，金属电极151也被以正方形的板状构成。而且，本申请说明书中，将像这样安装于各电介质体25的下面的板状的金属构件称作“金属电极”。但是，金属电极151的宽度N与电介质体25的宽度L相比略短。由此，如果从处理容器的内部看，则在金属电极151的周围，电介质体25的周边部以呈现正方形的轮廓的状态露出。此外，如果从处理容器4的内部看，则由电介质体25的周边部形成的正方形的轮廓的顶角之间被毗邻地配置。
电介质体25及金属电极151被利用螺钉等连接构件152安装于盖体3的下面。在处理容器的内部露出的连接构件30的下面与金属电极151的下面为同一平面。而且，连接构件30的下面31不一定要与金属电极27的下面为同一平面。在连接构件152相对于电介质体25的贯穿部位，配置有环状的隔板153。在该隔板153之上配置有防松垫圈等弹性构件153’，形成在电介质体25的上下面中没有间隙的状态。如果在电介质体25的上下面中有未被控制的间隙，则在电介质体25中传播的微波的波长就会变得不稳定，作为整体而言等离子体的均匀性变差，从微波输入侧看到的负载阻抗变得不稳定。另外，如果间隙大，则还会放电。为了将电介质体25及金属电极151与盖体3的下面密合并且利用连接部使之可靠地电、热接触，需要在连接部中使用具有弹性的构件。弹性构件153’例如也可以是防松垫圈、弹簧垫圈、碟形弹簧、屏蔽螺线(shiled spiral)等。材质是不锈钢、铝合金等。连接构件152由导电性的金属等构成，金属电极151借助连接构件152与盖体3的下面电连接，形成被电接地的状态。连接构件152在例如以四边形构成的金属电极151的对角线上配置于4个部位。
连接构件152的上端向形成于盖体3的内部的空间部155中突出。在像这样向空间部155中突出的连接构件152的上端，夹隔着由防松垫圈构成的弹性构件35安装有螺帽36。利用该弹性构件35的弹性，推靠电介质体25及金属电极27，以使其紧密粘贴在盖体3的下面。如果在电介质体25的上下面中有未被控制的间隙，则在电介质体25中传播的微波的波长就会变得不稳定，作为整体而言等离子体的均匀性变差，从微波输入侧看到的负载阻抗变得不稳定。另外，如果间隙大，则还会产生放电。为了将电介质体25及金属电极151与盖体3的下面密合并且用连接部使之可靠地电、热接触，在连接部中需要使用具有弹性的构件。弹性构件152例如也可以是防松垫圈、弹簧垫圈、碟形弹簧、屏蔽螺线等。材质是不锈钢、铝合金等。该情况下，可以利用螺帽36的调整很容易地进行电介质体25及金属电极151的与盖体3的下面的密合力的调整。
在盖体3下面与电介质体25上面之间，配置有作为密封构件的O形环30。O形环37例如为金属O形环。利用该O形环30，将处理容器4的内部气氛与同轴管35的内部气氛隔断，将处理容器4的内部与外部的气氛隔开。
在连接构件152的中心部，设有纵向的气体流路160，在电介质体25与金属电极151之间，设有横向的气体流路161。在金属电极151的下面，分散地开设有多个气体释放孔152。从气体供给源60穿过气体配管55向盖体3内的空间部155供给的规定的气体穿过气体流路160、161及气体释放孔162，向处理容器4的内部分散地供给。
在由4个电介质体25包围的盖体3的下面中央的区域S中，安装有金属外罩165。该金属外罩165由具有导电性的材料，例如由铝合金制成，与盖体3的下面电连接，形成被电接地的状态。金属外罩165与金属电极151相同，被以宽度为N的正方形的板状构成。
金属外罩165具有电介质体25与金属电极151的合计程度的厚度。由此，金属外罩165下面就与金属电极151下面为同一平面。
金属外罩165被利用螺钉等连接构件166安装于盖体3的下面。在处理容器的内部露出的连接构件166的下面与金属外罩165的下面为同一平面。而且，连接构件166的下面167不一定要与金属外罩165的下面为同一平面。连接构件166在例如构成四边形的金属外罩165的对角线上配置于4个部位。为了将气体释放孔172均等地配置，将电介质体25的中心与连接构件166的中心间的距离设定为相邻的电介质体25的中心间的距离L’的1/4。
连接构件166的上端在形成于盖体3的内部的空间部155中突出。在像这样在空间部155中突出了的连接构件166的上端，夹隔着弹簧垫圈、防松垫圈等弹性构件168安装有螺帽169。利用该弹性构件168的弹性施力，以使金属外罩165与盖体3的下面紧密粘贴。
在连接构件166的中心部，设有纵向的气体流路170，在盖体3下面与金属外罩165之间，设有横向的气体流路171。在金属外罩165的下面，分散地开设有多个气体释放孔172。从气体供给源60穿过气体配管55向盖体3内的空间部155供给的规定的气体穿过气体流路170、171及气体释放孔172，向处理容器4的内部分散地供给。
在盖体3的下面，在4个电介质体151的外侧的区域中，安装有侧外罩175。该侧外罩175由具有导电性的材料，例如由铝合金制成，与盖体3的下面电连接，形成被电接地的状态。侧外罩175也具有电介质体25与金属电极151的合计程度的厚度。由此，侧外罩175下面与金属外罩165下面以及金属电极151下面就会为同一平面。
在侧外罩175的下面设有双重的槽50，其将4个电介质体25围绕地配置，在被该双重的槽50分隔的内侧的区域中，在侧外罩175上，形成有4个侧外罩内侧部分178。这些侧外罩内侧部分178在从处理容器4的内部看的状态下，具有与将金属外罩165用对角线等分而成的直角等腰三角形大致相同的形状。但是，侧外罩内侧部分178的等腰三角形的高度与将金属外罩165用对角线等分而成的等腰三角形的高度相比略长(导体表面波的波长的1/4左右)。这是因为，从导体表面波看的等腰三角形的底边部的电气性边界条件在两者中是不同的。
另外，本实施方式中，虽然槽50如果从处理容器内部看则成为八边形的形状，然而也可以是四边形的形状。如果这样设置，则也可以在四边形的槽50的角与电介质体25之间，形成相同的直角等腰三角形的区域。另外，在由槽50分隔的外侧的区域中，在侧外罩175上，形成有将盖体3下面的周边部覆盖的侧外罩外侧部分179。
如后所述，在等离子体处理中，从微波供给装置34向各电介质体25传播的微波被从在盖体3的下面露出的电介质体25的周围沿着金属外罩165下面、金属电极151下面以及侧外罩内侧部分178下面传播。此时，槽50作为传播障碍部发挥作用，用于使沿着侧外罩内侧部分178下面传播的微波(导体表面波)不会超过槽50而向外侧(侧外罩外侧部分179)传播。由此，本实施方式中，在盖体3的下面作为由槽50包围的区域的金属外罩165下面、金属电极151下面以及侧外罩内侧部分178下面就成为表面波传播部51。
侧外罩175被利用螺钉等连接构件180安装于盖体3的下面。向处理容器的内部露出的连接构件180的下面与侧外罩175的下面为同一平面。而且，连接构件180的下面不一定要与侧外罩175的下面为同一平面。
连接构件180的上端在形成于盖体3的内部的空间部155中突出。在像这样向空间部155中突出了的连接构件180的上端，夹隔着弹簧垫圈、防松垫圈等弹性构件181安装有螺帽182。利用该弹性构件181的弹性施力，以使侧外罩175与盖体3的下面紧密粘贴。
在连接构件180的中心部，设有纵向的气体流路185，在盖体3下面与侧外罩175之间，设有横向的气体流路186。在侧外罩175的下面，分散地开设有多个气体释放孔187。从气体供给源60穿过气体配管55向盖体3内的空间部155供给的规定的气体穿过气体流路185、186及气体释放孔187，向处理容器4的内部分散地供给。
经由支柱191，对金属棒45的上端施加设于盖体3的上部的弹簧190的推压力。金属棒45的下端与安装于盖体3的下面的电介质体25的上面中央抵靠。在电介质体25的上面中央，形成有接收金属棒45的下端的凹部192。利用弹簧190的推压力，金属棒45在将下端插入到电介质体25上面中央的凹部192的状态下，不贯穿电介质体25地从上方受到推压。支柱191由特氟龙(注册商标)等绝缘体制成。而且，如果设置凹部192则可以抑制从微波输入侧看到的反射，然而也可以不设置。此外，在基座10的周围，在处理容器4的内部，设有用于将气体的流动控制为理想的状态的挡板195。
根据如上所述地构成的第九变形例的等离子体处理装置1，可以在等离子体处理中，从配置于盖体3整个下面的各气体释放孔162、172、187中，向基板G的整个处理面以喷淋板那样的状态均匀地供给规定的气体，能够向放置于基座10上的基板G的整个表面没有遗漏地供给规定的气体。
此外，像这样将规定的气体向处理容器2内供给，另一方面，利用加热器12将基板G加热为规定的温度。另外，将在微波供给装置34中产生的例如915MHz的微波穿过同轴管35、分支板40及电极棒45向各电介质体25中传输。此后，透过了各电介质体25的微波就以导体表面波TM的状态，被沿着作为表面波传播部51的金属外罩165下面、金属电极151下面以及侧外罩内侧部分178下面传播开去。
这里，图35是导体表面波在作为表面波传播部51的金属外罩165下面、金属电极151下面以及侧外罩内侧部分178下面传播的状态的说明图。等离子体处理中，导体表面波(微波)TM透过在盖体3的下面以格子状露出的电介质体25，沿着金属外罩165下面、金属电极151下面以及侧外罩内侧部分178下面传播。该情况下，金属外罩165与金属电极151都是面积大致相同的正方形，另外，金属外罩165与金属电极151都形成被在处理容器4内露出的电介质体25的部分(周边部)将四边包围的状态。由此，对于金属外罩165和金属电极151而言，被以大致等同的状态传播透过了电介质体25的导体表面波TM。其结果是，可以在金属外罩45下面和金属电极27下面，在整体上均匀的条件下利用微波的功率生成等离子体。
另一方面，与金属外罩165和金属电极151形成在处理容器4内露出的电介质体25的部分(周边部)将四边包围的状态不同，侧外罩内侧部分178形成在处理容器4内露出的电介质体25的部分(周边部)仅将两边包围的状态。由此，对于侧外罩内侧部分178下面而言，与金属外罩165及金属电极151相比，被以大约一半左右的功率传播导体表面波TM。但是，侧外罩内侧部分178是与将金属外罩165用对角线等分而成的直角等腰三角形大致相同的形状，侧外罩内侧部分178的面积是金属外罩165与金属电极151的面积的大致一半。由此，在侧外罩内侧部分178下面，也可以在与金属外罩165下面及金属电极151下面等同的条件下生成等离子体。
另外，当以在处理容器4内露出的电介质体25的部分(周边部)为中心考虑时，如果去掉一部分，则如图35所示，在向处理容器4内露出的电介质体25的部分的两侧，左右对称地形成以相同的直角等腰三角形表示的表面波传播部部分a。由此，对于表面波传播部部分a而言，都是在等同的条件下，被从向处理容器内露出的电介质体25的部分传播导体表面波TM。其结果是，在整个表面波传播部中(即，金属外罩165下面、金属电极151下面以及侧外罩内侧部分178下面全体)，可以在均匀的条件下利用微波的功率生成等离子体。
此外，在该等离子体处理装置1中，通过如上所述，在向处理容器4的内部露出的金属外罩165下面、金属电极151下面以及侧外罩175下面全体中细密地分布设置气体释放孔162、172、187，就可以向放置于基座10上的基板G的整个表面没有遗漏地供给规定的气体。由此，通过在作为表面波传播部51的金属外罩165下面、金属电极151下面以及侧外罩175下面全体中，在均匀的条件下利用微波的功率生成等离子体，就可以对基板G的整个处理面实施更为均匀的等离子体处理。
(电介质体25的厚度)
该第九变形例的等离子体处理装置1中，将电介质体25及金属电极151利用连接构件152安装于盖体3的下面，然而在将金属电极151与盖体3电连接的连接构件152的周边，无法在电介质体25中传播微波。穿过了连接构件152的周边的微波以产生衍射效应的程度绕至电介质体25的角部，而电介质体25的角部的微波电场强度与其他的部分相比有变弱的倾向。如果变得太弱，则等离子体的均匀性就会恶化。
图36中，表示利用电磁场模拟求出的鞘层中的微波电场的驻波分布。电介质体25的材质为铝。等离子体中的电子密度为3×1011cm-3，压力为13.3Pa。而且，如图36所示，将以一片金属电极151为中心，在顶点具有相邻的金属外罩165的中心点的区域(或者，发挥与在顶点中具有该相邻的金属外罩165的中心点的区域相同的功能的、将侧外罩内侧部分178等分而成的区域)的组件称作单元(cell)。假想的单元是一边的长度为164mm的正方形。在单元的中央，以相对于单元旋转45°的状态存在着电介质体25。电场强的部分被明亮地显示。可知在金属电极151下面、金属外罩165、侧外罩内侧部分178下面，产生规则且对称的二维的驻波。虽然这是利用模拟求出的结果，然而发现如果在实际中产生等离子体而观察等离子体，则可以得到完全相同的分布。
图37中表示将电介质体25的厚度从3mm变至6mm时的图36的直线A-B的鞘层中的微波电场强度分布。纵轴以直线A-B的最大电场强度归一化。可知中央和端部(金属外罩角部)成为驻波的波腹的位置，其间有波节的位置。虽然最好在中央和端部电场强度大致相等，然而发现端部一方较弱。
将如此求得的金属外罩角部的归一化电场强度表示于图38中。可知虽然电介质体25的厚度为3mm时为93％，而当电介质体25的厚度变大时则减少，在6mm时变为66％。如果考虑等离子体的均匀性，则金属电极151下面的角部与金属外罩165的角部的归一化电场强度最好为70％以上，更优选为80％以上。根据图38可知，为了使归一化电场强度在70％以上，需要将电介质体25的厚度设为4.1mm以下，为了在80％以上，需要设为5.1mm以下。
因在电介质体25中传播的微波的衍射而到达电介质体25的微波的强度不仅依赖于电介质体25的厚度，而且还依赖于作为传播障碍物的连接构件152和电介质体25的距离。该距离越长，则到达电介质体25的微波的强度就越强。连接构件30与电介质体25角部的距离大致上与电介质体25的中心间的距离(单元的间距)成正比例。所以，只要相对于电介质体25的中心间的距离，将电介质体25的厚度设定为一定值以下即可。图36中由于单元的间距为164mm，因此为了使归一化电场强度在70％以上，只要将电介质体25的厚度设为电介质体25的中心间的距离的1/29以下即可，为了在80％以上，只要设为1/40以下即可。
(处理容器4内的电介质体25的露出部分的面积)
在电介质体25中传播至电介质体25的端部的微波在与电介质体25相邻的金属表面上(即金属外罩165下面、金属电极151下面以及侧外罩内侧部分178下面)作为导体表面波传播开去。此时，如图35所示，如果将在向处理容器4内露出的电介质体25的部分的两侧形成的2个表面波传播部部分a制成对称的形状，并且向这2个表面波传播部部分a等分地分配微波的能量，则可以在2个表面波传播部部分a中激发密度及分布相等的等离子体，作为表面波传播部整体而言容易获得均匀的等离子体。
另一方面，在电介质体25向处理容器4内露出的部分中，也可以利用电介质体表面波激发等离子体。由于电介质体表面波对电介质体25和等离子体双方施加微波电场，而导体表面波仅对等离子体施加微波电场，因此一般来说导体表面波一方施加在等离子体上的微波电场强。由此，在作为金属表面的表面波传播部(即金属外罩165下面、金属电极151下面以及侧外罩内侧部分178下面)可以激发出与电介质体25表面相比密度更高的等离子体。
如果电介质体25的露出部分的面积与表面波传播部部分a的面积相比足够小，则可以利用等离子体的扩散在基板G的周边获得均匀的等离子体。但是，如果电介质体25的露出部分的面积大于一方的表面波传播部部分a的面积，也就是说，如果以表面波传播部整体来看，电介质体25的露出部分的合计面积大于表面波传播部的面积的1/2，则不仅会形成不均匀的等离子体，而且功率集中于面积小的表面波传播部而产生异常放电或引起溅射的可能性会提高。所以，最好将电介质体25的露出部分的合计面积的面积设为表面波传播部的面积的1/2以下，更优选设为1/5以下。
(第十变形例)
图39是第十变形例的等离子体处理装置1的盖体3的仰视图。该变形例10的等离子体处理装置1在盖体3的下面安装有例如由Al2O3制成的8个电介质体25。与第九变形例相同，如图39所示，各电介质体25是可以在实质上看作正方形的板状。各电介质体25被配置为使相互的顶角之间毗邻。另外，在相邻的电介质体25之间，在连接中心点O’的线L’上，毗邻地配置各电介质体25的顶角。通过像这样将8个电介质体25配置为，使相互的顶角之间毗邻，并且在相邻的电介质体25之间，在连接中心点O’的线上，毗邻地配置各电介质体25的顶角，就会在盖体3的下面，在3个部位形成由4个电介质体25包围的正方形的区域S。
在各电介质体25的下面，安装有金属电极151。金属电极151由具有导电性的材料，例如由铝合金制成。与电介质体25相同，金属电极151也是以正方形的板状构成。但是，金属电极151的宽度N与电介质体25的宽度L相比略短。由此，如果从处理容器4的内部看，则在金属电极151的周围，电介质体25的周边部以呈现正方形的轮廓的状态露出。此外，如果从处理容器4的内部看，则由电介质体25的周边部形成的正方形的轮廓的顶角之间被毗邻地配置。
电介质体25及金属电极151被利用螺钉等连接构件152安装于盖体3的下面。金属电极151借助连接构件152与盖体3的下面电连接，形成被电接地的状态。在金属电极151的下面，分散地开设有多个气体释放孔42。
在盖体3的下面的各区域S中，安装有金属外罩165。各金属外罩165由具有导电性的材料，例如由铝合金制成，与盖体3的下面电连接，形成被电接地的状态。金属外罩165与金属电极151相同，被构成为宽度N的正方形的板状。
金属外罩165具有电介质体25与金属电极151的合计程度的厚度。由此，金属外罩165下面就与金属电极151下面为同一平面。
金属外罩165被利用螺钉等连接构件166安装于盖体3的下面。在金属外罩165的下面，分散地开设有多个气体释放孔172。
在盖体3的下面，在8个电介质体25的外侧的区域，安装有侧外罩175。该侧外罩175由具有导电性的材料，例如由铝合金制成，与盖体3的下面电连接，形成被电接地的状态。侧外罩175也具有电介质体25与金属电极151的合计程度的厚度。由此，侧外罩175下面就与金属外罩165下面以及金属电极151下面为同一平面。
在侧外罩175的下面，连续地设有将8个电介质体25围绕地配置的槽50，在由该槽50分隔的内侧的区域中，在侧外罩175上，形成8个侧外罩内侧部分178。这些侧外罩内侧部分178在从处理容器4的内部看的状态下，具有与将金属外罩165用对角线等分而成的直角等腰三角形大致相同的形状。但是，侧外罩内侧部分178的等腰三角形的高度与将金属外罩165用对角线等分而成的等腰三角形的高度相比略长(导体表面波的波长的1/4左右)。这是因为，从导体表面波看的等腰三角形的底边部的电气性边界条件在两者中是不同的。
另外，本实施方式中，虽然槽50如果从处理容器内部看则成为八边形的形状，然而也可以是四边形的形状。如果这样设置，则也可以在四边形的槽50的角与电介质体25之间，形成相同的直角等腰三角形的区域。另外，在由槽50分隔的外侧的区域中，在侧外罩175上，形成有将盖体3下面的周边部覆盖的侧外罩外侧部分179。
在等离子体处理中，从微波供给装置34向各电介质体25传播的微波被从在盖体3的下面露出的电介质体25的周围沿着金属外罩165下面、金属电极151下面以及侧外罩内侧部分178下面传播，在盖体3的下面，作为由槽50包围的区域的金属外罩165下面、金属电极151下面以及侧外罩内侧部分178下面就成为表面波传播部。
侧外罩175被利用螺钉等连接构件180安装于盖体3的下面。在侧外罩175的下面，分散地开设有多个气体释放孔187。
利用该第十实施方式的等离子体处理装置1，也可以通过在作为表面波传播部的金属外罩165下面、金属电极151下面以及侧外罩内侧部分178下面全体中，以均匀的条件利用微波的功率生成等离子体，而对基板G的整个处理面实施更为均匀的等离子体处理。安装于盖体3的下面的电介质体25的片数及配置可以任意地变更。
(第十一变形例)
图40是表示了第十一变形例的等离子体处理装置1的概略构成的纵剖面图(图41中的D-O’-O-E剖面)。图41是图40中的A-A剖面图。该第十一变形例的等离子体处理装置1在盖体3的下面安装有例如由Al2O3制成的8个电介质体25。与前面相同，各电介质体25是在实质上可以看作正方形的板状。各电介质体25被配置为使相互的顶角之间毗邻。另外，在相邻的电介质体25之间，在连接中心点O’的线L’上，毗邻地配置各电介质体25的顶角。通过像这样将8个电介质体25配置为，使相互的顶角之间毗邻，并且在相邻的电介质体25之间，在连接中心点O’的线L’上，毗邻地配置各电介质体25的顶角，就会在盖体3的下面，在3个部位形成由4个电介质体25包围的正方形的区域S。
在各电介质体25的下面，安装有金属电极151。金属电极151由具有导电性的材料，例如由铝合金制成。与电介质体25相同，金属电极151也被构成为正方形的板状。但是，金属电极151的宽度N与电介质体25的宽度L相比略短。由此，如果从处理容器4的内部看，则在金属电极151的周围，电介质体25的周边部以呈现正方形的轮廓的状态露出。此外，如果从处理容器4的内部看，则由电介质体25的周边部形成的正方形的轮廓的顶角之间被毗邻地配置。
电介质体25及金属电极151被利用螺钉等连接构件152安装于盖体3的下面。该实施方式中，金属棒45的下端贯穿电介质体25，形成金属棒45的下端与金属电极151的上面接触的状态。另外，按照将金属棒45下端与金属电极51上面的连接部包围的方式，在电介质体25下面与金属电极151上面之间配置有作为密封构件的O形环30’。金属电极151借助连接构件152与盖体3的下面连接，形成被电接地的状态。
该实施方式中，在盖体3的下面的各区域S、以及8个电介质体25的外侧的区域中，形成盖体3的下面在处理容器4内露出的状态。另外，在盖体3的下面，设有电介质体25及金属电极151所被插入的凹部3a。通过向各凹部3a中插入电介质体25及金属电极27，向处理容器4内露出的盖体3的下面与金属电极151下面就会为同一平面。
在盖体3的下面，连续地设有将8个电介质体25围绕地配置的槽50，在由该槽50分隔的内侧的区域中，在盖体3的下面，形成8个盖体下面内侧部分3b。这些盖体下面内侧部分3b在从处理容器4的内部看的状态下，具有与将金属电极151用对角线等分而成的直角等腰三角形大致相同的形状。
在该第十一变形例的等离子体处理装置1中，在等离子体处理中，由微波供给装置34向各电介质体25传播的微波从在盖体3的下面露出的电介质体25的周围沿着金属电极151下面及盖体3的各区域S和各盖体下面内侧部分3b的下面传播。利用该第十一变形例的等离子体处理装置1，也可以通过在作为表面波传播部的金属电极151下面及盖体3的各区域S和各盖体下面内侧部分3b的下面的全体中，以均匀的条件利用微波的功率生成等离子体，而对基板G的整个处理面实施更为均匀的等离子体处理。
(第十二变形例)
图42是表示了第十二变形例的等离子体处理装置1的概略构成的纵剖面图(图43中的D-O’-O-E剖面)。图43是图42中的A-A剖面图。该第十二变形例的等离子体处理装置1在盖体3的下面安装有例如由Al2O3制成的4个电介质体25。各电介质体25是在实质上可以看作正方形的板状。各电介质体25被配置为使相互的顶角之间毗邻。另外，在相邻的电介质体25之间，在连接中心点O’的线L’上，毗邻地配置各电介质体25的顶角。通过像这样将8个电介质体25配置为，使相互的顶角之间毗邻，并且在相邻的电介质体25之间，在连接中心点O’的线L’上，毗邻地配置各电介质体25的顶角，就会在盖体3的下面中央，形成由电介质体25包围的正方形的区域S。
第十二变形例的等离子体处理装置1中，将安装于各电介质体25的下面的金属电极151、安装于区域S中的金属外罩165、安装于电介质体25的外侧的区域的侧外罩175一体化地构成.另外，在侧外罩175下面的周缘部连续地设置槽50，由该槽50分隔的内侧的整个区域(即金属电极151下面、金属外罩165下面以及侧外罩175下面)成为表面波传播部。
利用该第十二变形例的等离子体处理装置1，也可以通过在作为表面波传播部的金属电极151下面、金属外罩165下面以及侧外罩175下面全体中，以均匀的条件利用微波的功率生成等离子体，而对基板G的整个处理面实施更为均匀的等离子体处理。
(第十三变形例)
图44是表示了第十三变形例的等离子体处理装置1的概略构成的纵剖面图(图45的B-O-C剖面)。图45是图44中的A-A剖面图。该第十三变形例的等离子体处理装置1在盖体3的下面安装有例如由Al2O3制成的1个电介质体25。电介质体25是在实质上可以看作正方形的板状。
电介质体25及金属电极151被利用螺钉等连接构件152安装于盖体3的下面。连接构件152的上端向形成于盖体3的内部的空间部155中突出。在像这样向空间部155中突出了的连接构件152的上端，借助碟形弹簧等弹性构件156安装有螺帽157。在连接构件152的下面，开设有气体释放孔200。另外，在连接构件152的中央开设有气体释放孔162。
在电介质体151的周围，形成露出了盖体3的下面的状态。在盖体3的下面，设有将电介质体25围绕地配置的槽50。由该槽50分隔的盖体3的下面的内侧区域与金属电极151的下面是表面波传播部。
利用该第十三变形例的等离子体处理装置1，也可以通过在作为表面波传播部的盖体3下面的由槽50分隔的内侧区域和金属电极151下面金属全体中，以均匀的条件利用微波的功率生成等离子体，而对基板G的整个处理面实施更为均匀的等离子体处理。
(第十四变形例)
图46是表示了第十四变形例的等离子体处理装置1的概略构成的纵剖面图(图47的D-O’-O-E剖面)。图47是图46中的A-A剖面图。该第十四变形例的等离子体处理装置1在盖体3的下面安装有例如由Al2O3制成的8个电介质体25。与前面相同，如图34所示，各电介质体25是在实质上可以看作正方形的板状。各电介质体25被配置为使相互的顶角之间毗邻。另外，在相邻的电介质体25之间，在连接中心点O’的线L’上，毗邻地配置各电介质体25的顶角。通过像这样将8个电介质体25配置为，使相互的顶角之间毗邻，并且在相邻的电介质体25之间，在连接中心点O’的线L’上，毗邻地配置各电介质体25的顶角，就会在盖体3的下面，在3个部位形成由4个电介质体25包围的正方形的区域S。
在各电介质体25的下面，安装有金属电极151。金属电极151由具有导电性的材料，例如由铝合金制成。与电介质体25相同，金属电极151也被以正方形的板状构成。但是，金属电极151的宽度N与电介质体25的宽度L相比略短。由此，如果从处理容器4的内部看，则在金属电极151的周围，电介质体25的周边部以呈现正方形的轮廓的状态露出。此外，如果从处理容器4的内部看，则由电介质体25的周边部形成的正方形的轮廓的顶角之间被毗邻地配置。
电介质体25及金属电极151被利用螺钉等连接构件152安装于盖体3的下面。金属电极151借助连接构件152与盖体3的下面连接，形成被电接地的状态。
该实施方式中，在盖体3的下面的各区域S、以及8个电介质体25的外侧的区域中，形成盖体3的下面在处理容器4内露出的状态。另外，盖体3的下面整体上以平面形状构成。由此，金属电极27下面就位于盖体3的下面的下方的位置。
在盖体3的下面，连续地设有将8个电介质体25围绕地配置的槽50，在由该槽50分隔的内侧的区域中，在盖体3的下面，形成8个盖体下面内侧部分3b。这些盖体下面内侧部分3b在从处理容器4的内部看的状态下，具有与将金属电极151用对角线等分而成的直角等腰三角形大致相同的形状。另外，在盖体3的下面的各区域S中，分散地开设有多个气体释放孔52，在各盖体下面内侧部分3b中，分散地开设有多个气体释放孔72。
在该第十四变形例的等离子体处理装置1中，在等离子体处理中，由微波供给装置34向各电介质体25传播的微波从向盖体3的下面露出的电介质体25的周围沿着金属电极151下面及盖体3的各区域S和各盖体下面内侧部分3b的下面传播。利用该第十四变形例的等离子体处理装置1，也可以通过在作为表面波传播部的金属电极151下面及盖体3的各区域S和各盖体下面内侧部分3b的下面的全体中，以均匀的条件利用微波的功率生成等离子体，而对基板G的整个处理面实施更为均匀的等离子体处理。
(电介质体的外缘的位置)
这里，图48～54是表示电介质体25、金属电极151、金属外罩165(金属外罩165a)的外缘部分的形状的剖面图(剖面的位置相当于图33中的剖面F。)。如图48所示，从处理容器4的内部看，电介质体25的外缘25’处于金属电极151的外缘151’的内侧，也可以是仅电介质体25的侧面(外缘25’)在处理容器4的内部露出。另外，从处理容器4的内部看，电介质体25的外缘25’也可以是与金属电极151的外缘151’相同的位置。
另外，如图49所示，在电介质体25的外缘25’处于金属电极151的外缘151’的外侧的情况下，也可以在金属外罩165的侧面上，设置收容电介质体25的外缘25’的凹部165’。
(盖体下面的形状)
如图50、51所示，也可以在盖体3上，一体化地形成与金属外罩165相同的形状的金属外罩165a，在盖体3下面，向与金属外罩165a毗邻地设置的凹部165b中插入电介质体25。该情况下，最好将金属外罩165a下面的中心线平均粗糙度设为2.4μm以下，更优选设为0.6μm以下。
另外，也可以如图50所示，电介质体25的外缘与金属外罩45a的侧面毗邻，还可以如图51所示，电介质体25的外缘离开金属外罩45a的侧面。
另外，也可以省略金属外罩45，如图52～54所示，在电介质体25的周围，使平面形状的盖体3下面露出。该情况下，从处理容器4的内部看，由多个电介质体25包围的盖体3下面的形状、安装于电介质体25上的金属电极151下面的形状最好实质上相同。另外，最好将盖体3下面的中心线平均粗糙度设为2.4μm以下，更优选设为0.6μm以下。
另外，也可以如图52所示，从处理容器4的内部看，电介质体25的外缘25’处于金属电极27的外缘27’的外侧。另外，也可以如图53所示，从处理容器4的内部看，电介质体25的外缘25’是与金属电极151的外缘151’相同的位置。另外，也可以如图54所示，从处理容器4的内部看，电介质体25的外缘25’处于金属电极151的外缘151’的内侧。此外，也可以如图48～53所示，在金属电极151的外缘151’上形成锥面部210。另外，也可以如图48、49所示，在金属外罩45的外缘形成锥面部211。另外，也可以如图50、51所示，在与盖体3一体化的金属外罩45a的外缘形成锥面部212。另外，也可以如图51、52所示，在电介质体25的外缘形成锥面部213。另外，也可以如图52、54所示，在金属电极151的外缘151’形成倒锥面部214。
(电介质体与金属电极的形状)
也可以如图55所示，使用菱形的电介质体25。该情况下，如果将安装于电介质体25的下面的金属电极151制成与电介质体25相似的略小的菱形，则在金属电极151的周围，电介质体25的周边部就会以呈现菱形的轮廓的状态在处理容器4的内部露出。
另外，也可以如图56所示，使用正三角形的电介质体25。该情况下，如果将安装于电介质体25的下面的金属电极151制成与电介质体25相似的略小的正三角形，则在金属电极151的周围，电介质体25的周边部就会以呈现正三角形的轮廓的状态露出。另外，在像这样使用正三角形的电介质体25的情况下，如果使3个电介质体25的顶角之间毗邻，使中心角相同地配置，则可以在各电介质体25之间，形成与金属电极151相同的形状的表面波传播部215。
(连接构件的结构)
如上所述，电介质体25及金属电极151被利用连接构件152安装于盖体3的下面。该情况下，如图57所示，需要减小配置于弹性构件156的下部的下部垫圈156a与螺钉(连接构件152)的间隙。而且，在弹性构件156中，使用防松垫圈、碟形弹簧、弹簧垫圈、金属弹簧等。另外，也可以省略弹性构件156。
图58是作为弹性构件156使用了碟形弹簧的类型。碟形弹簧由于弹力强，因此可以产生对于压扁O形环30来说足够的力。由于碟形弹簧的上下的角与螺帽157及盖体3密合，因此可以抑制气体的泄漏。碟形弹簧的材质是镀Ni的SUS等。
图59是使用O形环156b来密封的类型。可以消除气体的泄漏。O形环156b也可以配置于孔上的角中。也可以与O形环156b一起，使用防松垫圈、碟形弹簧等弹性构件。为了进行密封，也可以取代O形环156b而使用密封垫圈。
图60是使用了锥形垫圈156c的类型。在将螺帽157紧固时，锥形垫圈156c与盖体3以及螺钉(连接构件152)密合而消除间隙，可以可靠地密封。此外，由于螺钉(连接构件152)被利用锥形垫圈156c固定于盖体3上，因此在紧固螺帽157时螺钉(连接构件152)不会与螺帽157一起旋转。由此，就不用担心螺钉(连接构件152)与金属电极151等滑动而对表面造成损伤，或形成于表面的保护膜剥落。锥形垫圈156c的材质可以是金属或树脂。
而且，虽然是对固定电介质体25及金属电极151的连接构件30进行了说明，然而对于固定金属外罩165的连接构件166以及固定侧外罩175的连接构件180也可以同样地适用。另外，虽然在图57～59的类型中，未描述螺钉(连接构件152)的防旋转功能，然而也可以将螺钉(连接构件152)利用压入、烧嵌、焊接、粘接等固定于金属电极151等上，还可以将螺钉(连接构件152)与金属电极151等一体化地形成。另外，还可以在螺钉(连接构件152)与盖体3之间形成键槽，插入键而防止旋转。此外，也可以在螺钉(连接构件152)的末端(上端)部设置六角部等，在用扳手等夹紧的同时紧固螺钉(连接构件152)。
(槽、凸部)
作为槽50、50’、50”，可以例示出图61(a)所示的半圆矩形的槽、图61(b)所示的榫槽、图61(c)所示的对称地配置于凹口220的左右的槽、图61(d)所示的C形的槽、图61(e)所示的由容器本体2的上面和盖体3下面构成的槽、图61(f)所示的大小不同的双重槽等。
另外，也可以取代槽50、50’、50”，或者与之一起地，设置凸部。对于槽的情况，从后面改变形状很困难，然而如果是凸部，则利用更换来改变形状是比较容易的。
如图62所示，对于沿着凸部105的表面的导体表面波TM的传播，可以将4个角C1～C4看作阻抗的不连续点，可以将角C1～C4之间的3个平面部看作具有一定特性阻抗的传输线路，可以将4个阻抗的不连续点考虑成以3个一定长度的传输线路结合而成的传输线路过滤器。如果只是用单一的角C1～C4，则即使无法充分地反射导体表面波TM，也可以通过将凸部25的平面部的长度(传输线路的长度)最佳化而实现作为整体来说很小的透过量。
但是，凸部225的高度H越小越好。这是因为，如果使凸部225的高度H高到必需程度以上，则在凸部225的壁面上等离子体P的电子与离子就会复合，等离子体密度降低，因此不够理想。传输线路的反射系数的相位由于以波长的1/2的长度进行360°旋转，因此在凸部225的高度H为导体表面波TM的波长的1/2以下时可以实现所有的阻抗。
另外，与槽的情况相同，凸部225的高度H需要大于鞘层厚度t。这是因为，将凸部225作为阶梯如果不是可以阻碍导体表面波TM的高度，则凸部225就无法发挥抑制传播的功能。
根据以上说明，发明人等得出如下的结论，即，为了抑制导体表面波TM的传播，凸部225的高度H需要大于鞘层厚度t而且小于导体表面波TM的波长λ的1/2。
以上虽然在参照附图的同时对本发明的一个实施方式进行了说明，然而本发明当然并不限定于该例子。显而易见，只要是本领域技术人员，就可以在权利要求书所记载的范围中所述的范畴内，想到各种变更例或修改例，应当理解，对于它们来说当然也属于本发明的技术的范围中。
例如，在电介质体25的表面，除去在处理容器4的内部露出的部分以外，也可以作为导体膜设置例如厚10μm左右的Ni膜、Al膜。通过像这样在电介质体25的表面设置导体膜，微波就不会向在处理容器4的内部露出的部分以外的部位传播，可以避免对O形环30等的不良影响。该导体膜的形成部位除了与O形环30的接触部位以外，还可以考虑设于电介质体25的上面中央的凹部3a、与连接构件160的毗邻部分、与金属电极151的接触面的至少一部分等。
另外，也可以在盖体3的下面或容器本体2的内面，作为保护膜设置氧化铝膜、氧化钇膜、特氟龙(注册商标)膜等。另外，本发明的等离子体处理装置也可以处理大面积的玻璃基板、圆形的硅晶片或方形的SOI(Silicon On Insulator)。另外，本发明的等离子体处理装置中，也可以执行成膜处理、扩散处理、蚀刻处理、抛光处理等所有的等离子体处理。
另外，以上虽然作为频率为2GHz以下的微波以915MHz的微波为例进行了说明，然而并不限定于该频率。例如也可以应用896MHz、922MHz的微波。另外，还可以应用于微波以外的电磁波中。另外，也可以在盖体3、容器本体3、金属电极151、金属外罩165、侧外罩175、连接构件152、166、180等的表面，形成氧化铝膜。以上说明中，虽然给出了从开设于处理容器4的上面的气体释放孔162、172、187中释放气体的例子，然而也可以取代它而采用从容器侧壁向盖体3的下部空间中释放的构成。另外，金属电极151也可以不是由金属板构成，而是由覆盖在电介质体25下面的金属膜构成。
工业上的利用可能性
本发明例如可以应用于CVD处理、蚀刻处理中。

Claims (40)

1.一种等离子体处理装置，其具备收纳进行等离子体处理的基板的金属制的处理容器、向所述处理容器内供给为了激发等离子体所必需的2GHz以下电磁波的电磁波源，在所述处理容器的盖体下面具备1个或2个以上的电介质体，该电介质体的一部分在所述处理容器的内部露出，用于使由所述电磁波源供给的电磁波透过到达所述处理容器的内部，其特征在于，
与所述电介质体相邻地设有表面波传播部，该表面波传播部使电磁波沿着在所述处理容器的内部露出的金属的表面传播，
在所述电介质体的下面设置有作为上述表面波传播部的金属电极，所述电介质体在所述金属电极的周围或内侧向所述处理容器的内部露出。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中，所述电介质体的露出部分的面积为所述表面波传播部的面积的1/2以下。
3.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中，所述电介质体的露出部分的面积为所述表面波传播部的面积的1/5以下。
4.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中，所述电介质体的露出部分的面积为基板上面的面积的1/5以下。
5.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中，在所述处理容器的内面设有连续的槽，所述电介质体配置于由所述槽包围的范围内。
6.根据权利要求5所述的等离子体处理装置，其中，利用所述槽来划分出所述表面波传播部。
7.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中，在所述处理容器的内面设有连续的凸部，所述电介质体配置于由所述凸部包围的范围内。
8.根据权利要求7所述的等离子体处理装置，其中，利用所述凸部来划分出所述表面波传播部。
9.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中，在所述电介质体的上部，具备1个或多个金属棒，该1个或多个金属棒的下端与所述电介质体的上面相邻或接近，用于将电磁波向所述电介质体传输。
10.根据权利要求9所述的等离子体处理装置，其中，所述电介质体为近似圆柱形，在所述电介质体的周面具备将所述处理容器的外部与内部隔开的密封构件。
11.根据权利要求9所述的等离子体处理装置，其中，在所述金属棒与所述盖体之间，具备将所述处理容器的外部与内部隔开的密封构件。
12.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中，设有1个或多个气体释放孔，该气体释放孔用于向所述处理容器内释放等离子体处理中所必需的气体。
13.根据权利要求12所述的等离子体处理装置，其中，所述气体释放孔设于所述盖体的下面。
14.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中，具备金属棒，该金属棒贯穿所述电介质体而与所述金属电极电连接，用于将电磁波向所述电介质体传输。
15.根据权利要求14所述的等离子体处理装置，其中，在所述金属棒与所述盖体之间，具备将所述处理容器的外部与内部隔开的密封构件。
16.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中，在所述电介质体的上面与所述盖体之间以及所述电介质体的下面与所述金属电极之间，具备将所述处理容器的外部与内部隔开的密封构件。
17.根据权利要求14所述的等离子体处理装置，其中，在所述金属电极中设有1个或多个气体释放孔，该气体释放孔向所述处理容器内释放等离子体处理中所必需的气体，在所述金属棒中形成用于使气体向所述气体释放孔流通的气体流路。
18.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中，具备1个或多个连接构件，该连接构件贯穿形成于所述电介质体中的孔，将所述金属电极与所述盖体连接。
19.根据权利要求18所述的等离子体处理装置，其中，所述连接构件由金属制成。
20.根据权利要求18所述的等离子体处理装置，其中，在所述金属电极中设有1个或多个气体释放孔，该1个或多个气体释放孔向所述处理容器内释放等离子体处理中所必需的气体，在所述连接构件中形成用于使气体向所述气体释放孔流通的气体流路。
21.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中，具备1个或多个波导管，该1个或多个波导管用于将由所述电磁波源供给的电磁波向所述电介质体传播。
22.根据权利要求21所述的等离子体处理装置，其中，将所述电介质体插入形成于所述波导管的下面的缝隙中。
23.根据权利要求21所述的等离子体处理装置，其中，具备调节在所述波导管内传播的电磁波的波长的波长调节机构。
24.根据权利要求21所述的等离子体处理装置，其中，在所述电介质体与所述盖体之间，具备将所述处理容器的外部与内部隔开的密封构件。
25.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中，在所述盖体的内部内置所述电介质体，使所述电介质体的下面从形成于所述盖体的下面的1个或多个开口部部分地露出在处理容器内。
26.根据权利要求25所述的等离子体处理装置，其中，在所述盖体的下面成同心圆状地配置多个开口部。
27.根据权利要求26所述的等离子体处理装置，其中，所述盖体的下面是径向线缝隙天线。
28.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中，在所述盖体的下面设有保护膜。
29.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中，所述表面波传播部至少表面由金属的部分构成，并且通过在所述金属的表面延伸的槽或凸部划分而成。
30.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中，所述电介质体的在所述容器内部露出的面由所述表面波传播部包围。
31.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中，所述电介质体的在所述容器内部露出的面形成沿着所述容器内部延伸的形状，并且该延伸面的两侧由所述表面波传播部包围。
32.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中，所述电介质体的在所述容器内部露出的面为相互隔离的多个面。
33.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中，将所述电介质体的在所述容器内部露出的面按照构成圆周或多边形的方式连续或者不连续地延伸配置。
34.根据权利要求33所述的等离子体处理装置，其中，在所述圆周或多边形的内部的表面波传播部的中心部设有表面波非传播部。
35.根据权利要求34所述的等离子体处理装置，其中，所述圆周或多边形的内部的表面波非传播部由槽或凸部划分而成。
36.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中，利用沿着所述表面波传播部传播的电磁波在所述表面波传播部与所述基板的处理面之间激发等离子体。
37.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中，在所述容器内面的未露出所述电介质体的部分设置气体释放口，该气体释放口向所述容器内部释放激发等离子体用气体。
38.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中，所述表面波传播部的表面利用对电磁波传播不会造成实质性的影响的薄的保护膜覆盖。
39.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中，所述表面波传播部的中心线平均粗糙度为2.4μm以下。
40.一种等离子体处理方法，其特征在于，在金属制的处理容器中收纳基板，从电磁波源透过在所述处理容器的盖体下面露出的1个或2个以上的下面设置有作为表面波传播部的金属电极的电介质体，向所述处理容器内供给电磁波，在所述处理容器内激发等离子体，对基板进行处理，所述电介质体在所述金属电极的周围或内侧向所述处理容器的内部露出，
向所述处理容器内供给处理气体，
由所述电磁波源供给频率为2GHz以下的电磁波，
从在所述处理容器的内部露出的所述电介质体的露出面沿着所述表面波传播部的下面传播电磁波，由此在所述处理容器内激发等离子体，对基板进行处理。
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