CN102057761A - 等离子体处理装置 - Google Patents

Abstract

一种进一步提高对基板处理的均匀性的等离子体处理装置。具备：容纳应进行等离子体处理的基板(G)的金属制的处理容器(4)；和向处理容器(4)内供给激发等离子体所需的电磁波的电磁波源(85)，在处理容器(4)的盖体(3)下表面设置有多个介电体(25)，该多个介电体用于将由电磁波源(85)供给的电磁波透过到处理容器(85)的内部，且该介电体的一部分露出到处理容器(4)的内部，在介电体(25)的下表面设置有金属电极(27)，对于金属电极(27)和在盖体(3)下表面之间露出的介电体(25)的部分，在从处理容器(4)的内部看时，实质呈现多边形的轮郭，多个介电体(25)以使多边形的轮郭的顶角彼此相邻的方式进行配置，在处理容器(4)的内部露出的盖体(3)下表面与金属电极(27)下表面设置有用于传播电磁波的表面波传播部。

Description

等离子体处理装置

技术领域

本发明涉及激发等离子体，对基板施加成膜等处理的等离子体处理装置。

背景技术

在例如半导体装置、LCD装置等制造工序中，使用下述的等离子体处理装置，其利用微波在处理容器内激发出等离子体，对基板施加CVD处理、蚀刻处理等。作为该等离子体处理装置，已知有下述装置：从微波源经由同轴管、波导管向配置于处理容器的内面的介电体供给微波，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，随着基板等的大型化，等离子体处理装置也逐渐变大，在将配置于处理容器的内面的介电体制成单一板的情况下，很难制造大型化的介电体，成为增加制造成本的要因。因此，为消除该缺陷，本申请人提出通过在处理容器的盖体下表面安装多个介电体而将介电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

然而，在以上的利用微波的以往的等离子体处理装置中，是将由微波源输出的例如2.45GHz的微波穿透配置于处理容器的盖体下表面的介电体而向处理容器的内部供给的结构。该情况下，介电体被配置为几乎覆盖整个容纳于处理容器中的基板的处理面(上表面)，在处理容器的内部露出的介电体的露出面的面积与基板的处理面的面积为几乎相同程度的大小。由此，使用在介电体的整个下表面产生的等离子体对基板的整个处理面进行均匀的处理。

然而，在如以往的等离子体处理装置那样使介电体的露出面积与基板的处理面的面积大致相同时，存在介电体的使用量需要很多，经济性差的难题。尤其最近基板趋于大型化，介电体的使用量需要更多，成为成本上涨的主要因素。

另外，当在处理容器的整个盖体下表面配置介电体时，还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、例如采用Al₂O₃等作为介电体，但与金属制的盖体相比，难以在介电体上加工出气体供给孔，通常气体供给孔仅设置在盖体的露出部位。因此，很难向基板的整个处理面以喷淋板的状态均匀地供给处理气体。

在蚀刻、CVD(chemical vapor deposition)等离子体处理中，为了对从等离子体入射到基板表面的离子的能量进行控制，有时对基板施加高频率偏压，使基板产生自偏压(负的直流电压)。此时，对基板施加的高频率偏压优选仅施加在基板周边的鞘层(sheath)，但在处理容器内面的较大部分被介电体覆盖从等离子体中不太能看见接地面(处理容器内面)的状况下，高频率偏压也会施加在接地面周边的鞘层。因此，不仅要对基板施加过量且较大的高频率电力，而且面临着入射到接地面的离子的能量增加导致接地面被蚀刻、引起金属污染的问题。

进而，当为了加快处理速度而投入大功率的微波时，因离子、电子从等离子体射入导致介电体的温度上升，使得介电体在热应力作用下损坏或促进了介电体表面的蚀刻反应，由此面临着引发杂质污染的问题。

如上所述，在利用微波的等离子体处理装置中，根据便于制造、经济性等理由，通常使用可输出2.45GHz微波的微波源。另外，最近提出利用2GHz以下的低频微波的等离子体处理，研究利用例如896MHz、915MHz、922MHz之类较低频率微波的等离子体处理。由于用于获得稳定且电子温度较低的等离子体的下限的电子密度与频率的二次方成正比，因此降低频率会在更宽范围的条件下得到适于等离子体处理的等离子体。

本发明者对于使用该2GHz以下的低频微波的等离子体处理进行了各种研究。其结果发现在使2GHz以下的频率的微波穿透处理容器内面的介电体时，能够从介电体的周围沿处理容器内面等金属表面有效地传播微波，利用该沿该金属表面传播的微波能够在处理容器内激发出等离子体。其中，将像这样在金属表面与等离子体之间沿金属表面传播的微波在本说明书中称为“导体表面波”。

另一方面，在使该导体表面波沿金属表面传播、在处理容器内激发等离子体的情况下，当在介电体的周围使微波传播的表面波传播部的形状、大小不均匀时，会导致由导体表面波向处理容器内激发的等离子体也不均匀。其结果担心无法对基板的整个处理面进行均匀的处理。

发明内容

本发明正是鉴于上述情况而形成的，其目的在于针对利用导体表面波在处理容器内激发等离子体的等离子体处理装置中，进一步提高针对基板的处理的均匀性。

根据本发明，提供一种等离子体处理装置，具备：具备：金属制的处理容器，其容纳应进行等离子体处理的基板；和电磁波源，其向上述处理容器内供给激发等离子体所需的电磁波，在上述处理容器的盖体下表面设置有多个介电体，该多个介电体用于使上述电磁波源供给的电磁波穿透到上述处理容器的内部，且该介电体的一部分在上述处理容器的内部露出，在上述介电体的下表面设置有金属电极，上述介电体在上述金属电极与上述盖体下表面之间露出的部分的不同的两侧，设置有用于传播电磁波的表面波传播部分，上述两侧的表面波传播部分具有彼此实质上相似的形状或实质上对称的形状。

另外，根据本发明，提供一种等离子体处理装置，具备：金属制的处理容器，其容纳应进行等离子体处理的基板；和电磁波源，其向上述处理容器内供给激发等离子体所需的电磁波，在上述处理容器的盖体下表面设置有多个介电体，该多个介电体用于使上述电磁波源供给的电磁波穿透到上述处理容器的内部，且该介电体的一部分在上述处理容器的内部露出，在上述介电体的下表面设置有金属电极，与上述介电体在上述金属电极与上述盖体下表面之间露出的部分的至少一部分相邻地设置有用于传播电磁波的表面波传播部分，上述相邻的表面波传播部分具有与上述介电体的形状呈实质上相似的形状或具有与上述介电体的形状呈实质上对称的形状。

另外，根据本发明，提供一种等离子体处理装置，金属制的处理容器，其容纳应进行等离子体处理的基板；和电磁波源，其向上述处理容器内供给激发等离子体所需的电磁波，在上述处理容器的盖体下表面设置有多个介电体，该多个介电体用于使上述电磁波源供给的电磁波穿透到上述处理容器的内部，且该介电体的一部分在上述处理容器的内部露出，在上述介电体的下表面设置有金属电极，上述介电体在上述金属电极与上述盖体下表面之间露出的部分，在从上述处理容器的内部看时，实质上呈现多边形的轮郭，上述多个介电体以使上述多边形的轮郭的顶角彼此相邻的方式进行配置，在上述处理容器的内部露出的上述盖体下表面和上述金属电极下表面设置有用于传播电磁波的表面波传播部。

对于本发明的等离子体处理装置而言，利用从介电体沿表面波传播部传播的微波(导体表面波)，能够向处理容器内激发出等离子体。另外，根据该等离子体处理装置，形成于介电体的周围的表面波传播部(表面波传播部分)的形状、大小几乎均匀，由导体表面波在处理容器内激发的等离子体均匀。其结果能够对基板的整个处理面进行均匀的处理。

本发明的等离子体处理装置中，上述介电体例如实质上是四边形的板状。此时，上述四边形例如是正方形、菱形、去掉角部后的正方形或去掉角部后的菱形。或者上述介电体例如实质上是三角形的板状。此时，上述三角形例如是正三角形或去掉角部后的正三角形。从上述处理容器的内部看，在被上述多个介电体包围的上述处理容器的内部露出的上述盖体下表面的形状与上述金属电极下表面的形状实质上相同。

从上述处理容器的内部看，上述介电体的外缘也可以比上述金属电极的外缘靠外侧。或者从上述处理容器的内部看，上述介电体的外缘也可以与上述金属电极的外缘相同或靠内侧。

上述介电体的厚度例如在相邻的上述介电体的中心间的距离的1/29以下。优选为，上述介电体的厚度在相邻的上述介电体的中心间的距离的1/40以下。

上述介电体例如被插入到形成于上述盖体下表面的凹部中。此时，在上述处理容器的内部露出的上述盖体下表面与上述金属电极下表面配置也可以为共面。此外，在上述处理容器的内部露出的上述盖体下表面与上述金属电极下表面也可以被钝态保护膜覆盖。另外，在上述处理容器的内部露出的上述盖体下表面与上述金属电极下表面的中心线平均粗糙度例如在2.4μm以下。优选为，在上述处理容器的内部露出的上述盖体下表面与上述金属电极下表面的中心线平均粗糙度在0.6μm以下。

在上述盖体下表面，与上述盖体电连接的金属罩被安装在与上述介电体相邻的区域，在上述处理容器的内部露出的上述金属罩下表面设置有用于传播电磁波的表面波传播部。此时，上述介电体的侧面与上述金属罩的侧面也可以相邻。另外，在上述处理容器的内部露出的上述金属罩下表面与上述金属电极下表面也可以被配置为共面。另外，从上述处理容器的内部看，上述金属罩下表面的形状与上述金属电极下表面的形状实质上相同。另外，在上述处理容器的内部露出的上述金属罩下表面与上述金属电极下表面的中心线平均粗糙度例如在2.4μm以下。优选为，在上述处理容器的内部露出的上述金属罩下表面与上述金属电极下表面的中心线平均粗糙度在0.6μm以下。

具备多个连接部件，其贯通在上述介电体形成的孔中，将上述金属电极固定于上述盖体。此时，在形成于上述介电体的孔的至少一部分中，设置有将上述盖体与上述金属电极电连接的弹性部件。另外，上述连接部件例如由金属构成。另外，在上述处理容器的内部露出的上述连接部件的下表面也可以被配置为与上述金属电极的下表面共面。另外，上述介电体实质上为四边形的板状，上述连接部件配置于上述四边形的对角线上。另外，每1个上述介电体上设置有4个上述连接部件。

还可以具有弹性部件，该弹性部件将上述介电体及上述金属电极朝向上述盖体施力。

在上述盖体下表面例如设置有连续的槽，上述多个介电体也可以被配置在由槽包围的区域内。此时，也可以利用上述槽划分出上述表面波传播部。或者，在上述处理容器的内面例如设置有连续的凸部，上述多个介电体也可以被配置在由凸部包围的区域内。此时，也可以利用上述凸部划分出上述表面波传播部。

也可以在上述介电体的上部具备1个或多个金属棒，该金属棒不贯通上述介电体，且下端与上述介电体的上表面相邻或靠近，用于向上述介电体传播电磁波。此时，上述金属棒被配置于上述介电体的中央部。另外在上述介电体与上述盖体之间具备隔断上述处理容器的内部与外部氛围气的密闭部件。

此外，上述介电体的露出部分的面积例如在上述表面波传播部的面积的1/2以下。优选为上述介电体的露出部分的面积在上述表面波传播部的面积的1/5以下。另外，在上述表面波传播部也可以具有气体释放部，该气体释放部用于向处理容器释放规定的气体。另外，上述介电体的露出部分的面积例如在基板上表面的面积的1/5以下。另外，从上述电磁波源供给的电磁波的频率例如在2GHz以下。

根据本发明，在处理容器的内部露出的介电体的周围形成的表面波传播部的形状、大小近似相同，利用导体表面波在处理容器内激发的等离子体均匀。其结果能够对基板的整个处理面进行均匀的处理。另外，由于能够利用沿配置于介电体周围的表面波传播部传播的电磁波(导体表面波)激发等离子体，故能够大幅减少介电体的使用量。另外，通过减小在处理容器的内部露出的介电体的露出面积，抑制了由介电体的过热引发的介电体的损坏、蚀刻等，并且消除了从处理容器内面产生金属污染。尤其在利用2GHz以下频率的电磁波的情况下，与利用2.45GHz频率的微波的情况相比，能够将用于稳定地获得电子温度较低的等离子体的下限的电子密度设为约1/7，能够较以往使用范围以更宽的范围的条件得到适于等离子体处理的等离子体，能够显著地提高处理装置的通用性。其结果能够用一台的处理装置进行处理条件不同的多个连续的处理，能够在短时间内以低成本制造出高品质的产品。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式所涉及的等离子体处理装置的简略构成的纵向剖面图(图2～4中的D-O’-O-E剖面)。

图2是图1中的A-A剖面图。

图3是图1中的B-B剖面图。

图4是图1中的C-C剖面图。

图5是图1中的F部分的放大图。

图6是图1中的G部分的放大图。

图7是介电体20的俯视图。

图8是导体表面波在表面波传播部传播的状态的说明图。

图9是导体表面波的传播模型的说明图。

图10是槽的说明图。

图11是示意地表示等离子体处理中的处理容器内的等离子体的状态的说明图。

图12是通过电磁场模拟求出的鞘层中的微波电场的驻波分布的说明图。

图13是表示图12的直线A-B处的鞘层中的微波电场强度分布的曲线。

图14是表示金属罩角部的归一化电场强度的曲线。

图15是变形例1所涉及的等离子体处理装置的盖体的仰视图。

图16是表示变形例2所涉及的等离子体处理装置的简略构成的纵向剖面图(图17中的D-O’-O-E剖面)。

图17是图16中的A-A剖面图。

图18是表示变形例3所涉及的等离子体处理装置的简略构成的纵向剖面图(图19中的D-O’-O-E剖面)。

图19是图18中的A-A剖面图。

图20是表示变形例4所涉及的等离子体处理装置的简略构成的纵向剖面图(图21中的D-O’-O-E剖面)。

图21是图20中的A-A剖面图。

图22是介电体的外缘从处理容器的内部看位于比金属电极的外缘靠内侧的变形例的说明图。

图23是在金属罩的侧面设置容纳介电体的外缘的凹部的变形例的说明图。

图24是将介电体插入到盖体下表面的凹部中的变形例的说明图。

图25是将介电体插入到盖体下表面的凹部中的另一变形例的说明图。

图26是在介电体的周围使平面形状的盖体露出的变形例的说明图。

图27是在介电体的周围使平面形状的盖体露出的另一变形例的说明图。

图28是在介电体的周围使平面形状的盖体露出的又一变形例的说明图。

图29是菱形的介电体的说明图。

图30是关于使用了正三角形的介电体的变形例所涉及的等离子体处理装置的盖体的仰视图。

图31是使用了弹性部件的连接部件的构造的说明图。

图32是使用了盘簧的连接部件的构造的说明图。

图33是使用O形环进行密封的连接部件的构造的说明图。

图34是使用锥衬垫的连接部件的构造的说明图。

图35是用于对进行等离子体掺杂时的、在基板上产生的自偏压的周期进行说明的曲线。

图36是通过等离子体掺杂产生2次电子的状态的说明图。

图37是表示变形例5所涉及的等离子体处理装置的简略构成的纵向剖面图。

图中符号的说明如下：

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介电体

27金属电极

30、46、65连接部件

32空间部

37O形环

42、52、72气体释放孔

45金属罩

55侧罩

56、57槽

58侧罩内侧部分

59侧罩外侧部分

85微波源

86同轴管

90分支板

92金属棒

102气体供给源

103冷却剂供给源

具体实施方式

以下，根据使用微波作为电磁波的一例的等离子体处理装置1对本发明的实施方式进行说明。

(等离子体处理装置1的基本构成)

图1是表示本发明的实施方式所涉及的等离子体处理装置1的简略构成的纵向剖面图(图2～4中的D-O’-O-E剖面)。图2是图1中的A-A剖面图。图3是图1中的B-B剖面图。图4是图1中的C-C剖面图。图5是图1中的F部分的放大图。图6是图1中的G部分的放大图。图7是该实施方式中使用的介电体20的俯视图。其中，在本说明书及附图中，对实质具有相同功能构成的构成要素标注同一符号，省略重复说明。

该等离子体处理装置1具备中空的容器本体2和由安装在该容器本体2的上方的盖体3构成的处理容器4。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、例如铝合金构成，处于电接地的状态。

在处理容器4的内部设置有用于载置作为基板的半导体基板、玻璃基板(以下称为“基板”)G的作为载置台的基座10。该基座10例如由氮化铝构成，在其内部设置有供电部11和加热器12，供电部11用于对基板G进行静电吸附，并且向处理容器4的内部施加规定的偏压电压；加热器12用于将基板G加热至规定的温度。设置于处理容器4的外部的施加偏压用的高频率电源13经由具备电容器等的匹配器14与供电部11连接，并且静电吸附用的高压直流电源15经由线圈16与供电部11连接。同样在加热器12连接有设置于处理容器2的外部的交流电源17。

在处理容器4的底部设置有排气口20，该排气口20用于通过设置于处理容器4的外部的真空泵等排气装置(未图示)对处理容器4内的空气进行排气。另外，在基座10的周围设置有挡板21，该挡板21用于将处理容器4的内部的气流控制在最佳状态。

在盖体3的下表面设置有例如由Al₂O₃构成的4个介电体25。介电体25可使用例如含氟树脂、石英等介电材料。如图7所示，介电体25构成为正方形的板状。由于在介电体25的四角形成有被相对对角线呈直角地去角的平坦部26，故严格来说介电体25为8边形。然而，与介电体25的宽度L相比，介电体25的平坦部26的长度M短很多，介电体25实质上可看成正方形。

如图2所示，该4个介电体25被配置为相互的顶角彼此(平坦部26彼此)相邻。另外，各介电体25的顶角被相邻配置在相邻的介电体25彼此间的中心点O’的连线L’上。像这样通过使4个介电体25的相互的顶角彼此相邻，并且各介电体25的顶角相邻地配置在彼此相邻的介电体25彼此间的中心点O’的连线上，由此在4个介电体25包围的盖体3的下表面中央形成正方形的区域S。

在各介电体25的下表面安装有金属电极27。金属电极27由具有导电性的材料、例如铝合金构成。与介电体25相同，金属电极27也构成为正方形的板状。此外，本申请说明书中，将如此被安装在各介电体25的下表面的板状的金属部件称作“金属电极”。其中金属电极27的宽度N比介电体25的宽度L稍短。因此，在从处理容器的内部看时，在金属电极27的周围，介电体25的周边部以呈现正方形的轮郭的状态露出。此外，当从处理容器4的内部看时，由介电体25的周边部形成的正方形的轮郭的顶角彼此被相邻配置。

介电体25及金属电极27通过螺钉等连接部件30安装在盖体3的下表面。露出到处理容器的内部的连接部件30的下表面31与金属电极27的下表面共面。此外，连接部件30的下表面31不一定要与金属电极27的下表面共面。在连接部件30贯通介电体25的贯通部位配置有环状的垫片29。在该垫片29之上配置有波形衬垫等弹性部件29’，成为在介电体25的上下面间无间隙的状态。当在介电体25的上下面存在不受控的间隙时，沿介电体25传播的微波的波长变得不稳定，导致整体上的等离子体的均匀性变差，从微波输入侧看的负载阻抗变得不稳定。另外，当间隙过大时，还产生放电。为了使介电体25及金属电极27与盖体3的下表面密合且在连接部可靠地电、热接触，需要使用具有弹性的部件作为连接部。弹性部件29’例如亦可是波形衬垫、弹簧衬垫、盘簧、缠绕屏蔽等。材质为不锈钢、铝合金等。连接部件30由导电性的金属等构成，金属电极27经由连接部件30与盖体3的下表面电连接，成为电接地的状态。连接部件30在例如构成为四边形的金属电极27的对角线上配置在4个部位。

连接部件30的上端突出到形成于盖体3的内部的空间部32。在如此突出到空间部32的连接部件30的上端，借助弹簧衬垫、波形衬垫等弹性部件35安装有螺母36。利用该弹性部件35的弹性对介电体25及金属电极27施力，使它们与盖体3的下表面密合。此时，通过对螺母36调整能够容易地进行介电体25及金属电极27相对于盖体3的下表面的密合力的调整。

在盖体3下表面与介电体25上表面之间配置有作为密闭部件的O形环37。O形环37例如是金属O形环。如后所述，利用该O形环37将处理容器4的内部空气与同轴管87的内部空气隔断，隔离处理容器4的内部与外部的空气。

在连接部件30的中心部设置有纵向方向的气体流路40，在介电体25与金属电极27之间设置有横方向的气体流路41。多个气体释放孔42被分散地开口在金属电极27的下表面。如后所述，供给到盖体3内的空间部32的规定的气体经由气体流路40、41及气体释放孔42向处理容器4的内部分散地供给。

在被4个介电体25包围的盖体3的下表面中央的区域S安装有金属罩45。该金属罩45由具有导电性的材料、例如铝合金构成，与盖体3的下表面电连接，成为电接地的状态。金属罩45与金属电极27相同，构成为宽度N的正方形的板状。

金属罩45具有介电体25与金属电极27之和程度的厚度。因此，金属罩45下表面与金属电极27下表面共面。

金属罩45通过螺钉等连接部件46安装在盖体3的下表面。露出到处理容器的内部的连接部件46的下表面47与金属罩45的下表面共面。此外，连接部件46的下表面47不一定要与金属罩45的下表面共面。连接部件46例如在构成为四边形的金属罩45的对角线上配置在4个部位。为了均匀地配置气体释放孔52，介电体25的中心与连接部件46的中心间的距离被设定为相邻的介电体25的中心间的距离L′的1/4。

连接部件46的上端突出到在盖体3的内部形成的空间部32中。在如此突出到空间部32的连接部件46的上端隔着弹簧衬垫、波形衬垫等弹性部件48安装有螺母49。利用该弹性部件48的弹性对金属罩45施力，使之与盖体3的下表面密合。

在连接部件46的中心部设置有纵向方向的气体流路50，在盖体3下表面与金属罩45之间设置有横方向的气体流路51。在金属罩45的下表面分散地开口有多个气体释放孔52。如后所述，供给到盖体3内的空间部32的规定的气体经由气体流路50、51及气体释放孔52向处理容器4的内部分散地供给。

在盖体3的下表面，4个介电体25的外侧的区域安装有侧罩55。该侧罩55由具有导电性的材料、例如铝合金构成，与盖体3的下表面电连接，成为电连接的状态。侧罩55还具有介电体25与金属电极27之和程度的厚度。因此，侧罩55下表面与金属罩45下表面及金属电极27下表面共面。

在侧罩55的下表面设置有被配置为包围4个介电体25的2重槽56、57，在由该2重槽56、57划分出的内侧的区域，在侧罩55形成4个侧罩内侧部分58。该侧罩内侧部分58具有在从处理容器4的内部观察的状态下与用对角线二等分金属罩45后的等边直角三角形近似相同的形状。其中，侧罩内侧部分58的等腰三角形的高度比用对角线2等分金属罩45的等腰三角形的高度稍长(约为导体表面波的波长的1/4程度)。这是由于从导体表面波看的等腰三角形的底边部的电气边界条件在两者不同。

另外，本实施方式中，槽56、57从处理容器内部看呈8边形的形状，亦可呈4边形的形状。如此一来在4边形的槽56、57的角与介电体25之间形成同样的等边直角三角形的区域。另外在由槽56、57划分的外侧的区域中，在侧罩55形成覆盖盖体3下表面的周边部的侧罩外侧部分59。

如后所述，等离子体处理中，从微波供给装置85传播到各介电体25的微波，从露出到盖体3的下表面的介电体25的周围沿着金属罩45下表面、金属电极27下表面及侧罩内侧部分58下表面传播。此时，槽56、57发挥传播阻碍部的功能，使沿侧罩内侧部分58下表面传播的微波(导体表面波)不致越过槽56、57传播到外侧(侧罩外侧部分59)。因此，本实施方式中，盖体3的下表面中，被槽56、57包围的区域金属罩45下表面、金属电极27下表面及侧罩内侧部分58下表面成为表面波传播部。

侧罩55通过螺钉等连接部件65安装在盖体3的下表面。露出到处理容器的内部的连接部件65的下表面66与侧罩55的下表面共面。此外，连接部件65的下表面66也不一定要与侧罩55的下表面共面。

连接部件65的上端突出到形成于盖体3的内部的空间部32。在如此突出到空间部32的连接部件65的上端借助弹簧衬垫、波形衬垫等弹性部件67安装有螺母68。利用该弹性部件67的弹性对侧罩55施力，使之与盖体3的下表面密合。

在连接部件65的中心部设置有纵向方向的气体流路70，在盖体3下表面与侧罩55之间设置有横方向的气体流路71。多个气体释放孔72在侧罩55的下表面分散地开口。如后所述，被供给到盖体3内的空间部32的规定的气体，经由气体流路70、71及气体释放孔72被分散供给到处理容器4的内部。

在盖体3的上表面中央连接有同轴管86，该同轴管86用于传播从配置于处理容器4的外部的微波源85供给的微波。同轴管86由内部导体87与外部导体88构成。内侧导体87与配置于盖体3的内部的分支板90连接。

如图4所示，分支板90是将以与内部导体87连结的连结位置为中心的4根支导体91配置成十字状的构成。在各支导体91的末端下表面安装有金属棒92。该同轴管86、分支板90、金属棒92由Cu等导电性部件形成。

设置于盖体3的上部的弹簧93的押压力经由支柱94施加在金属棒92的上端。金属棒92的下端抵接于在盖体3的下表面安装的介电体25的上表面中央。在介电体25的上表面中央形成有容纳金属棒92的下端的凹部95。在弹簧93的押压力的作用下，金属棒92以下端插入到介电体25上表面中央的凹部95的状态被从上按压，以不致贯通介电体25。支柱94由特氟隆(注册商标)等绝缘体构成。此外，如果设置凹部95则能够抑制从微波输入侧看的反射，但没有亦可。

从微波供给装置85向同轴管86导入作为频率在2GHz以下的微波的例如具有915MHz的频率的微波。由此，915MHz的微波被分支板90分支，经由金属棒92向各介电体25传播。

在盖体3的上表面连接有供给等离子体处理所需的规定的气体用的气体配管100。另外，在盖体3的内部设置有冷却剂供给用的冷却剂配管101。从配置于处理容器4的外部的气体供给源102经由气体配管100供给的规定的气体，在被供给到盖体3内的空间部32后，经由气体流路40、41、50、51、70、71及气体释放孔42、52、72被分散供给到处理容器4的内部。

配置于处理容器4的外部的冷却剂供给源103经由配管104与冷却剂配管101连接。通过经过配管104从冷却剂供给源103向冷却剂配管101供给冷却剂，确保盖体3为规定的温度。

(等离子体处理装置1中的等离子体处理)

在如上构成的本发明的实施方式所涉及的等离子体处理装置1中，例如对在基板G的上表面成膜非晶硅的情况进行说明。首先，将基板G搬入到处理容器4的内部，在基座10上载置基板G。之后，在密闭烦人处理容器4内进行规定的等离子体处理。

等离子体处理中，从气体供给源102经由气体配管100、空间部32、气体流路40、41、50、51、70、71及气体释放孔42、52、72向处理容器4内供给等离子体处理所需的例如氩气体/硅烷气体/氢气的混合气体。并且，从排气口20排出，将处理容器4内设定为规定的压力。在该实施方式所涉及的等离子体处理装置1中，如上所述，气体释放孔42、52、72被细密地分布设置在露出到处理容器4的内部的金属罩45下表面、金属电极27下表面及侧罩55下表面的整体上。由此，等离子体处理中，能够以喷淋板的状态从配置于盖体3整个下表面的各气体释放孔42、52、72向基板G的整个处理面均匀地供给规定的气体，能够向载置于基座10上的基板G的整个表面毫无遗漏地供给规定的气体。

此外，如此向处理容器2内供给规定的气体，还通过加热器12将基板G加热至规定的温度。另外，微波供给装置85所产生的例如915MHz的微波经由同轴管86、分支板90及电极棒92在各介电体25中传播。之后，穿过各介电体25的微波以导体表面波的状态沿作为表面波传播部的金属罩45下表面、金属电极27下表面及侧罩内侧部分58下表面逐一传播。

此处，图8是在表面波传播部亦即金属罩45下表面、金属电极27下表面及侧罩内侧部分58下表面逐一传播导体表面波的状态的说明图。等离子体处理中，导体表面波(微波)W穿过在盖体3的下表面呈格子状露出的介电体25，沿金属罩45下表面、金属电极27下表面及侧罩内侧部分58下表面传播。此时，金属罩45与金属电极27都为面积近似相同的正方形，而且金属罩45与金属电极27都处于被露出到处理容器内的介电体25的部分(周边部)包围四边的状态。因此，穿过介电体25的导体表面波W以近似相等的状态向金属罩45与金属电极27传播。其结果，在金属罩45下表面与金属电极27下表面，能够以整体上均匀的条件利用微波的能量生成等离子体。

另外，与金属罩45和金属电极27处于被露出到处理容器内的介电体25的部分(周边部)包围四边的状态相反，侧罩内侧部分58处于被露出到处理容器内的介电体25的部分(周边部)仅包围2边的状态。因此，向侧罩内侧部分58下表面传播与金属罩45及金属电极27相比约为一半程度能量的导体表面波W。然而，侧罩内侧部分58是与用对角线2等分侧罩55的等边直角三角形近似相同的形状，侧罩内侧部分58的面积大致为金属罩45与金属电极27的面积的一半。因此，在侧罩内侧部分58下表面，能够在与金属罩45下表面及金属电极27下表面相等条件下生成等离子体。

另外，当以露出到处理容器内的介电体25的部分(周边部)作为中心时，除了一部分外，如图8所示，在露出到处理容器内的介电体25的部分的两侧左右对称地形成有由同样等边直角三角形所示的表面波传播部部分a。因此，使表面波传播部部分a以都相等的条件从露出到处理容器内的介电体25的部分传播导体表面波W。其结果能够在表面波传播部整体(即、金属罩45下表面、金属电极27下表面及侧罩内侧部分58下表面整体)，以均匀的条件利用微波的能量生成等离子体。

而且，在该等离子体处理装置1中，如上所述，在露出到处理容器4的内部的金属罩45下表面、金属电极27下表面及侧罩55下表面的整体细密地分布设置有气体释放孔42、52、72，由此能够向载置在基座10上的基板G的整个表面毫无遗漏地供给规定的气体。因此，在作为表面波传播部的金属罩45下表面、金属电极27下表面及侧罩内侧部分58下表面整体，以均匀的条件通过微波的能量生成等离子体，由此能够对基板G的整个处理面施加更为均匀的等离子体处理。

(导体表面波的传播与频率的关系)

以ε_r′-jε_r″表示在处理容器4内生成的等离子体P的介电常数。由于等离子体P的介电常数还存在损失成分，故有多个数值的形式表现。等离子体P的介电常数的实部ε_r′通常小于-1。等离子体P的介电常数由下式(1)表示。

${{\mathrm{\&epsiv;}}^{\text{'}}}_{\mathrm{\&gamma;}}-j{\mathrm{\&epsiv;}}^{\text{'}\text{'}}=1-\frac{({\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{pe}}/\mathrm{\&omega;})}{1-j({\mathrm{\&upsi;}}_c/\mathrm{\&omega;})},{{\mathrm{\&epsiv;}}^{\text{'}}}_r<-1\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(1\right)$

另外，由下式(2)表示向等离子体P射入微波时的传播特性。

$k=k_0{(1-\frac{{({\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{pe}}/\mathrm{\&omega;})}^2}{1-j({\mathrm{\&upsi;}}_c/\mathrm{\&omega;})})}^{1/2}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(2\right)$

此处，k为频率、k₀为真空中的频率、ω为微波角频率、v_c为电子撞击频率、ω_pe为下式(3)所表示的电子等离子体频率。

${\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{pe}}=\sqrt{\frac{e^2{n}_e}{{\mathrm{\&epsiv;}}_0{m}_e}}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(3\right)$

此处，e为基本电荷、n_e为等离子体P的电子密度、ε₀为真空中的介电常数、m_e为电子的质量。

进入长δ表示在射入微波时，微波可射入到等离子体内部的程度。具体而言，在微波的电场强度E衰减到等离子体P的边界面上的电场强度E₀的1/e之前所进入的距离为进入长δ。进入长δ由下式(4)表示。

δ＝-1/Im(k)…(4)

k如上所述为频率。

电子密度n_e比下式(5)所表示的截止密度n_c大时，微波无法在等离子体中传播，射入到等离子体P的微波急速衰减。

n_c＝ε₀m_e

ω²/e²…(5)

根据式(4)，进入长δ为数mm～数10mm，随着电子密度升高而变短。另外，当电子密度n_e比截止密度n_c大很多时，进入长δ将不怎么取决频率。

另外，等离子体P的鞘层厚度t如下式(6)表示。

$t=0.606{\mathrm{\&lambda;}}_D\left\{\frac{2e{V}_p}{k_B{T}_e}\right\}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(6\right)$

此处，V_p为等离子体电位、k_B为玻尔兹曼常数、T_e为电子温度、λ_D为下式(7)所示的德拜长(Debye length)。德拜长λ_D表示等离子体中的电位的紊乱怎样迅速衰减。

${\mathrm{\&lambda;}}_D=\sqrt{\frac{{\mathrm{\&epsiv;}}_0{k}_B{T}_e}{n_e{e}^2}}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(7\right)$

根据式(6)，鞘层厚度t为数10μm～数100μm。可见鞘层厚度t与德拜长λ_D成正比。另外，式(6)中，可看出电子密度n_e越高德拜长λ_D越短。

“导体表面波的波长、衰减量”

作为导体表面波的传播模型，如图7所示，对导体表面波W沿z方向在形成于作为导体的表面波传播部(金属罩45、金属电极27或侧罩内侧部分58)的下表面与等离子体P之间的具有无限宽的厚度t的鞘层g上传播的情况进行说明。设定鞘层g的介电常数为ε_r＝1、等离子体P的介电常数为ε_r’-jε_r’′。由麦克斯韦方程式导出图9的y方向的磁场H_y满足的方程式如下。

$\frac{{\&PartialD;}^2{H}_y}{\&PartialD;x^2}+h{H}_y=0\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(8\right)$

其中，h为固定值，鞘层的内外如下所示。

$h^2=\left\{\begin{array}{cc}{k}_0^2+{\mathrm{\&gamma;}}^2\&equiv;h_i^2& 0<x<t\left(9\right)\\ ({\mathrm{\&epsiv;}}_r^{\text{'}}-j{\mathrm{\&epsiv;}}_r^{\text{'}\text{'}})k_0^2+{\mathrm{\&gamma;}}^2\&equiv;h_e^2& x>t\left(10\right)\end{array}\right.$

此处，γ为传播常数、h_i为鞘层g中的固定值、h_e为等离子体P中的固定值。固定值h_i及h_e通常为多个值。

在作为导体的盖体3的下表面，在z方向的电场强度为0的边界条件下，式(8)的一般解如下所示。

H_y＝Acos(h_ix)e^-γz    0＜x＜t(11)

$H_y={\mathrm{Be}}^{-j{h}_{e}x}{e}^{-\mathrm{\&gamma;z}},x>t---\left(12\right)$

此处，A及B为任意常数。

在鞘层g与等离子体P的边界，当从磁场及电场的切线成分为连续成分中除去任意常数时，会导出以下的特性方程式。

$({\mathrm{\&epsiv;}}_r^{\text{'}}-j{\mathrm{\&epsiv;}}_r^{\text{'}\text{'}})h_i\tan \left(h_{i}t\right)=j{h}_e$

$h_i^2-h_e^2=(1-{\mathrm{\&epsiv;}}_r^{\text{'}}+j{\mathrm{\&epsiv;}}_r^{\text{'}\text{'}})k_0^2---\left(13\right)$

在特性方程式(13)中，鞘层厚度t由式(6)求出、等离子体P的介电常数ε_r’-jε_r’′由式(1)求出。因此，通过求解方程组(13)，分别求出固定值h_i及h_e。当存在多个解时，选择鞘层内的磁场分布为双曲线函数的解即可。进而，由式(9)求出传播常数γ。

传播常数γ由衰减常数α与相位常数β表示为γ＝α+jβ。根据传播常数的定义，可由下式(14)表示等离子体的电场强度E。

E＝E_o×e^-jγz＝E_oe^-αze^jβz…(14)

此处，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表示传播导体表面波TM且以指数函数衰减的效果，e^jβz表示导体表面波TM的相位的旋转。另外，由于β＝2π/λc，根据相位常数β求出导体表面波TM的波长λc。由此，当传播常数γ为可知值时，可算出导体表面波TM的衰减量与导体表面波TM的波长λc。此外，衰减常数α的单位为Np(奈培)/m，后续所示的各曲线的单位dB/m存在以下关系。

1Np/m＝20/In(10)dB/m＝8.686dB/m

使用上式，分别计算出微波频率为915MHz、电子温度Te为2eV、等离子体电位Vp为24V、电子密度n_e为1×10¹¹cm^-3、4×10¹¹cm^-3、1×10¹²cm^-3时的进入长δ、鞘层厚度t、导体表面波TM的波长λc。结果如下表所示。

[表1]

电子密度	进入长度δ	导体表面波波长	鞘层厚度
				1×1011cm-3	17.8mm	11.7mm	0.22mm
4×1011cm-3	8.5mm	23.6mm	0.11mm
				1×1012cm-3	5.3mm	30.4mm	0.07mm

导体表面波在某一电子密度以下截止无法传播。该电子密度称为导体表面波谐振密度n_r，为式(5)所示的截止密度的2倍的值。截止密度与频率的二次方成正比，因此导体表面波的频率越低，越能在低电子密度中传播。

当计算导体表面波谐振密度n_r的值时，在2.45GHz时为1.5×10¹¹cm^-3。在实际的等离子体处理条件下，表面附近的电子密度为1×10¹¹cm^-3以下，但在该条件下导体表面波无法传播。另外，在915MHz时，为2.1×10¹⁰cm^-3，约为2.45GHz时的1/7。在915MHz中，即便表面附近的电子密度在1×10¹¹cm^-3以下，导体表面波仍传播。像这样，为了在表面附近的电子密度为1×10¹¹cm^-3程度的低密度等离子体中也能传播表面波，需要选择2GHz以下的频率。

另外，导体表面波的衰减量在频率下降时减小。对其进行如下说明。根据式(1)，当频率下降时，等离子体P的介电常数的实部ε_r′在负值侧变大较大，可见等离子体阻抗减小。因此，加载于等离子体的微波电场与加载在鞘层的微波电场相比变弱，等离子体中的微波的损失减小，因此导体表面波TM的衰减量减小。

当欲将导体表面波用于生成等离子体时，如果选择太高的频率作为微波的频率，则导体表面波无法传播到所需的部位，无法生成均匀的等离子体。为了使用导体表面波激发均匀的等离子体，需要选择2GHz以下程度的频率。

另外，在图1所示的等离子体处理装置1中，如果从介电体25释放的导体表面波沿处理容器4的内壁(容器本体2的内面)传播至基板G的周边，则处理容器4内生成的等离子体P不均匀，工艺的均匀性恶化。即、根据该实施方式所涉及的等离子体处理装置1，通过使用2GHz以下的微波，能够利用从介电体25的周围在表面波传播部(金属罩45下表面、金属电极27下表面及侧罩内侧部分58下表面)整体上传播的导体表面波生成均匀的等离子体P。而另一方面，当导体表面波传播到不恰当的位置时，担心会成为在处理容器4内生成的等离子体P不均匀的要因。另外，当导体表面波传播至闸阀、视见区(ビユ一ポ一ト)时，通过导体表面波TM所具有的能量，担心会使设置在这些设备附近的O形环烧损、或在这些设备附近生成等离子体，在设备表面附着反应生成物的不良情况出现。因此，在该实施方式的等离子体处理装置1中，在由2重槽56、57划分出的内侧的区域配置4个介电体25，将表面波传播部形成在由2重槽56、57包围的区域内。由此，能够仅在槽56、57包围的表面波传播部上使导体表面波有效地传播。

如图10所示，当选择剖面为近似矩形状的槽56、57时，如果将槽56、57的宽度设为W、深度设为D，则需要设定槽56、57的长宽比D/W满足0.26≤D/W≤5，以使槽56、57的长宽比D/W抑制导体表面波的传播。另外，需要使槽56、57的宽度W比鞘层厚度t的2倍大(2t＜W)、比进入长δ的2倍更小(2δ＞W)。另外，在槽56、57的拐角部(图10的拐角Ca、Cb)、边缘部(图10的边缘E)，由于阻抗不连续，故传播的导体表面波的一部分发生反射。当拐角部、边缘部的角为圆角时，将缓解阻抗的不连续性，因此穿透量增加。尤其当拐角部、边缘部的曲率半径R增大至相对于导体表面波的波长无法忽视的程度时，穿透量会增大。槽56、57的拐角部、边缘部的曲率半径需要比导体表面波的波长λ的1/40更小。此外，虽然示出了形成二重的槽56、57的例子，但能够仅凭单一的槽56或槽57中的一方抑制导体表面波的传播。

此外，亦可代替槽而将凸部形成连续状，并在凸部包围的区域内形成导体表面波。此时，凸部的高度比鞘层厚度t高，比导体表面波的波长λ的1/2小。另外，凸部既可为一重，亦可为二重以上。

(介电体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，向载置于基座10上的基板G的表面射入离子起到重要的作用。例如、在等离子体成膜处理中，通过使等离子体中的离子射入基板G的表面并且进行成膜，在基板G的温度较低的情况下，亦能在短时间形成高品质的薄膜。另外，在等离子体蚀刻处理中，利用基于离子向基板G的表面垂直入射的各向异性蚀刻，能够正确地形成细微的图案。由此，无论在何种等离子体处理中，为了进行优良的工艺，都不可欠缺将向基板G的表面射入离子的能量按照各工艺控制为最佳值。向基板G的表面射入离子的能量能够通过从高频率电源13经由基座10施加给基板G的高频率偏压电压得到控制。

图11中示意地表示将高频率电压施加在基座10(高频率施加电极)与盖体3(对置电极＝接地电极3’)之间的等离子体处理中的处理容器4内的状态。此外，在图1等所示的实施方式中，在盖体3下表面露出到处理容器4内的金属罩45下表面、金属电极27下表面及侧罩内侧部分58下表面成为接地电极3’。在等离子体处理装置1的处理容器4内，在基板G的上方，在覆盖超出基板大小外侧的范围生成高密度的等离子体P。像这样，通过在覆盖超出基板大小的范围生成等离子体P，能够对基板G的整个上表面(处理面)进行均匀的等离子体处理。例如、当以对2.4m×2.1m的玻璃基板进行处理的情况为例时，等离子体P的生成范围是比基板大小在单侧大出15％程度、两侧合计大出30％程度的区域。因此，在盖体3的下表面，与基板大小相比，单侧15％程度(两侧合计30％程度)范围成为接地电极3’(金属罩45下表面、金属电极27下表面及侧罩内侧部分58下表面)。

另外，通过从高频率电源13向基板G施加高频率偏压电压，从而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的上表面(处理面)之间及等离子体P与盖体3下表面(金属罩45下表面、金属电极27下表面及侧罩内侧部分58下表面)的部分接地电极3’之间形成等离子体鞘层g、s。从高频率电源13施加的高频率偏压电压被分压加载在上述等离子体鞘层g、s。

此处，将基板G的处理面(上表面)的表面积设为As、将作为与等离子体P对置的盖体3下表面的接地电极3’的部分的面积设为Ag、将加载在基板G的处理面与等离子体P之间的等离子体鞘层s的高频率电压设为Vs、加载在盖体3的下表面(金属罩45下表面、金属电极27下表面及侧罩内侧部分58下表面)与等离子体P之间的等离子体鞘层g的高频率电压设为Vg。在上述高频率电压Vs、Vg与面积As、Ag中存在下式(15)的关系。

(Vs/Vg)＝(Ag/As)⁴    (15)

Brian Chapman、“Glow Discharge Processes、”A Wiley Interscience Publication、1980.

受流过等离子体鞘层s、g的电子电流的影响，当加载在等离子体鞘层s、g的高频率电压Vs、Vg增大时，加载在等离子体鞘层s、g的直流电压变大。加载在等离子体鞘层s、g的直流电压的增加量与高频率电压Vs、Vg的振幅(0到峰值)近似相等。等离子体P中的离子被加载在等离子体鞘层s、g的直流电压加速，射入到作为电极面的基板G的处理面及盖体3的下表面(金属罩45下表面、金属电极27下表面及侧罩内侧部分58下表面)，而该离子入射能量可通过高频率电压Vs、Vg进行控制。

在该实施方式所示的等离子体装置1的情况下，由高频率电源13施加在基板G的处理面与盖体3下表面之间的高频率电压(＝Vs+Vg)，被分压加载在形成于基板G表面及盖体3下表面(金属罩45下表面、金属电极27下表面及侧罩内侧部分58下表面)的附近的等离子体鞘层s、g上。此时，优选使加载在盖体3下表面附近的等离子体鞘层g的高频率电压Vg尽可能地小，使从高频率电源13施加的高频率电压的多半部分加载在基板G表面附近的等离子体鞘层s。这是由于当加载在盖体3下表面附近的等离子体鞘层g的高频率电压Vg增大时，不仅电力效率恶化，而且射入到盖体3(金属罩45下表面、金属电极27下表面及侧罩内侧部分58下表面＝接地电极3’)的离子的能量增加，造成盖体3下表面(金属罩45下表面、金属电极27下表面及侧罩内侧部分58下表面)被溅射而引发金属污染。在实际的等离子体处理装置中，如果加载在盖体3下表面附近的等离子体鞘层g的高频率电压Vg在加载在基板G表面附近的等离子体鞘层s的高频率电压Vs的1/5以下，则无法实际应用。即根据(15)式，可见必须使作为与等离子体P对置的盖体3下表面的接地电极3’的部分的面积(金属罩45下表面、金属电极27下表面及侧罩内侧部分58下表面的合计面积、即、表面波传播部的面积)最低达到基板G表面的面积的1.5倍以上。

在以往的微波等离子体处理装置中，由于与基板G对置的盖体3的下表面的大部分被可传播微波的介电体25覆盖，故在特大型基板用的等离子体处理装置中，与高密度等离子体接触的接地电极的面积较小。如上所述，在对例如2.4m×2.1m的玻璃基板进行处理的等离子体处理装置1中，高密度的等离子体P被生成在单侧比基板大小大出15％程度、两端合计大出30％程度的区域，与该等离子体P对置的盖体3的下表面部分(金属罩45下表面、金属电极27下表面及侧罩内侧部分58下表面)成为接地电极3’。假设该接地电极3’的部分中，介电体25未在处理容器4的内部露出而全是接地部，则与等离子体P对置的接地电极3’的面积为基板面积的1.7倍((1+0.3)²)。然而，在以往的微波等离子体处理装置中，由于接地电极3’中的大部分被介电体25覆盖，故无法得到足够的面积。因此，在以往的大型基板用的微波等离子体处理装置中，当施加高频率偏压时，担心产生金属污染。

因此，在该实施方式所涉及的等离子体处理装置1中，构成为尽量减小露出到处理容器4的内部的介电体25的露出面的面积，将介电体25的露出面的面积抑制在基板G的上表面的面积的1/5以下。此外，如前所述，本发明中，由于能够使用沿盖体3的下表面(金属罩45下表面、金属电极27下表面及侧罩内侧部分58下表面)的表面波传播部传播的导体表面波在处理容器4内产生等离子体P，故即便介电体25的露出面积减小，亦能在接地电极3’的整个下表面有效地产生等离子体P。像这样，如果将与等离子体P接触的介电体25的露出面的面积设为基板G的上表面的面积的1/5以下，则必然确保与等离子体P对置的接地电极3’的面积最低达到基板G表面的面积的1.5(1.7-1/5)倍以上。由此，不会因盖体3下表面被溅射而引发金属污染，能够将从高频率电源13施加的高频率电压高效地施加在基板G表面附近的等离子体鞘层s上。

(介电体25在处理容器4内的露出部分的面积)

在介电体25中传播直至介电体25的端部的微波，在与介电体25相邻的金属表面上(即、金属罩45下表面、金属电极27下表面及侧罩内侧部分58下表面)作为导体表面波逐一传播。此时，如图8所示，如果将形成于露出到处理容器4内的介电体25的部分两侧的2个表面波传播部部分a形成为对称的形状，并且使微波的能量等分地分配到该2个表面波传播部部分a，则在2个表面波传播部部分a激发出密度及分布相等的等离子体，作为表面波传播部整体容易获得均匀的等离子体。

另外，在介电体25露出到处理容器4内的部分，亦可通过介电体表面波激发等离子体。介电体表面波在介电体25及等离子体双方加载微波电场，与之相对导体表面波仅在等离子体上加载微波电场，因此通常情况下，导体表面波加载在等离子体的微波电场更强。因此，在金属表面表面波传播部(即、金属罩45下表面、金属电极27下表面及侧罩内侧部分58下表面)激发比介电体25表面密度更高的等离子体。

如果介电体25的露出部分的面积比表面波传播部部分a的面积大很多，则可利用等离子体的扩散在基板G的周边得到均匀的等离子体。但是如果介电体25的露出部分的面积比单侧的表面波传播部部分a的面积大，即、就表面波传播部整体来看，如果介电体25的露出部分的合计面积比表面波传播部的面积的1/2还大，则不仅会成为不均匀的等离子体，而且电力会集中在面积较小的表面波传播部，从而产生异常放电或引发溅射的可能性升高。因此，优选将介电体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。

(介电体25的厚度)

在该实施方式中，虽然介电体25及金属电极27通过连接部件30安装在盖体3的下表面，但在使金属电极27与盖体3电连接的连接部件30的周边，微波无法在介电体25中传播。离开连接部件30的周边后的微波在衍射效应下发生某种程度的返转到介电体25的角部，而介电体25的角部的微波电场强度具有比其他部分减弱的倾向。太弱会导致等离子体的均匀性恶化。

图12中示出由电磁场模拟所求出的鞘层中的微波电场的驻波分布。介电体25的材质为氧化铝。等离子体中的电子密度为3×10¹¹cm^-3、压力为13.3Pa。此外，如图11所示，将含有以一张金属电极27为中心、相邻的金属罩45的中心点为顶点的区域(或与以该相邻的金属罩45的中心点为顶点的区域具有同样功能的、将侧罩内侧部分58二等分的区域)的单体称为单元。假定的单元是一边的长度为164mm的正方形。在单元的中央，存在相对单元转过45°的状态的介电体25。电场较强的部分被高亮显示。可见在金属电极27下表面、金属罩45、侧罩内侧部分58下表面产生规则且对称的2维驻波。这虽然是通过模拟求得的结果，但实际激发等离子体来对等离子体观察时，可认定会得到完全相同的分布。

图13中示出在介电体25的厚度变为3mm～6mm时图12的鞘层中在直线A-B处的微波电场强度的分布。纵轴按照直线A-B上的最大电场强度进行归一化。可见中央与端部(金属罩角部)成为驻波的波腹的位置，波节的位置处于其中间。虽然优选电场强度在中央与端部大致相等，但可见端部一侧的电场强度弱。

在图14中示出如此求得的金属罩角部的归一化电场强度。当介电体25的厚度为3mm时归一化电场强度为93％，而随着介电体25的厚度增厚该值逐步减少，在6mm时变成66％。考虑到等离子体的均匀性，则优选使金属电极27下表面的角部与金属罩45的角部的归一化电场强度为70％以上、更优选为80％以上。图12中可看出为使归一化电场强度达到70％以上需要将介电体25的厚度设为4.1mm以下，为达到80％以上则需设为5.1mm以下。

在介电体25中传播的微波由于衍射到达介电体25的微波的强度不仅取决于介电体25的厚度，还取决于到作为传播障碍物的连接部件30和介电体25为止的距离。该距离越长，到达介电体25的角部的微波的强度越强。到连接部件30和介电体25角部为止的距离与介电体25的中心间的距离(单元的间距)大致成正比。因此，只要将介电体25的厚度相对于介电体25的中心间的距离设定为一定值以下即可。图12中由于单元的间距为164mm，故为了使归一化电场强度在70％以上，只要将介电体25的厚度设为介电体25的中心间的距离的1/29以下即可，而为使归一化电场强度在80％以上，只要将介电体25的厚度设为介电体25的中心间的距离的1/40以下即可。

(表面波传播部的平坦性)

电子密度升高会导致施加在鞘层的微波电场强度增大。当在作为表面波传播部的金属罩45下表面、金属电极27下表面及侧罩内侧部分58下表面存在微小的角部时，电场会集中于角部而过热，产生异常放电(电弧放电)。一旦产生异常放电，金属表面一边熔化且放电部一边转移，给金属表面造成很大的损伤。当作为表面波传播部的金属罩45下表面、金属电极27下表面及侧罩内侧部分58下表面的中心线平均粗细比鞘层的厚度小很多时，即便存在微小的角部也会在金属表面平均地施加电场，因此电场不会集中，也不会引发异常放电。

前面对鞘层厚度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，设定成1×10¹³cm^-3足矣。此时的德拜长为3.3μm，在为Ar等离子体的情况下，鞘层的厚度为其3.5倍、12μm。如果金属表面的中心线平均粗糙度在鞘层的厚度的1/5以下，更优选在1/20以下，则可以忽视电场在微小的角部的集中。因此，只要在2.4μm、更优选在0.6μm以下即可。

(变形例)

以下，对等离子体处理装置1的其他实施方式进行说明的。此外，对于与前面在图1等中说明过的等离子体处理装置1共通的构成要素标注同一符号，从而省略重复说明。

(变形例1)

图15是变形例1所涉及的等离子体处理装置1的盖体3的仰视图。该变形例1所涉及的等离子体处理装置1在盖体3的下表面安装有例如由Al₂O₃构成的8个介电体25。与前面相同，如图7所示，各介电体25是实质上可看成正方形的板状。各介电体25被配置为相互间的顶角彼此相邻。另外，在相邻的介电体25彼此中，在中心点O’的连线L’上相邻地配置各介电体25的顶角。像这样，通过以相互间的顶角彼此相邻且、各介电体25的顶角在彼此相邻的介电体25彼此的中心点O’连线上相邻的方式来配置8个介电体25，由此能够在盖体3的下表面形成3处被4个介电体25包围的正方形的区域S。

在各介电体25的下表面安装有金属电极27。金属电极27由具有导电性的材料、例如铝合金构成。与介电体25相同，金属电极27也构成为正方形的板状。其中金属电极27的宽度N比介电体25的宽度L稍短。因此，从处理容器的内部看，在金属电极27的周围，介电体25的周边部以呈现正方形的轮郭的状态露出。而且，从处理容器4的内部看，由介电体25的周边部形成的正方形的轮郭的顶角彼此被相邻配置。

介电体25及金属电极27通过螺钉等连接部件30安装在盖体3的下表面。金属电极27借助连接部件30与盖体3的下表面电连接，成为电接地的状态。在金属电极27的下表面分散开口有多个气体释放孔42。

在盖体3的下表面的各区域S安装有金属罩45。各金属罩45由具有导电性的材料、例如铝合金构成，与盖体3的下表面电连接，成为电接地的状态。金属罩45与金属电极27与同样构成为宽度N的正方形的板状。

金属罩45具有介电体25与金属电极27的合计程度的厚度。因此，金属罩45下表面与金属电极27下表面共面。

金属罩45通过螺钉等连接部件46安装在盖体3的下表面。在金属罩45的下表面分散开口有多个气体释放孔52。

盖体3的下表面中，在8个介电体25的外侧的区域安装有侧罩55。该侧罩55由具有导电性的材料、例如铝合金构成，与盖体3的下表面电连接，成为电接地的状态。侧罩55也具有介电体25与金属电极27的合计程度的厚度。因此，侧罩55下表面与金属罩45下表面及金属电极27下表面共面。

在侧罩55的下表面连续设置有槽56，该槽56被配置为包围8个介电体25，在由该槽56划分的内侧的区域中，在侧罩55形成有8个侧罩内侧部分58。该侧罩内侧部分58，在从处理容器4的内部看的状态下具有与以对角线2等分侧罩55的等边直角三角形近似相同的形状。其中，侧罩内侧部分58的等腰三角形的高度比用对角线2等分金属罩45的等腰三角形的高度稍长(约为导体表面波的波长的1/4程度)。这是由于从导体表面波看的等腰三角形的底边部的电气边界条件在两者不同。

另外，本实施方式中，槽56从处理容器内部看时呈8边形的形状，亦可呈4边形的形状。如此以来在4边形的槽56的角与介电体25之间形成同样的等边直角三角形的区域。另外在由槽56划分的外侧的区域中，在侧罩55形成覆盖盖体3下表面的周边部的侧罩外侧部分59。

在等离子体处理中，从微波供给装置85传播到各介电体25的微波，从露出到盖体3的下表面的介电体25的周围沿着金属罩45下表面、金属电极27下表面及侧罩内侧部分58下表面传播，在盖体3的下表面中，被槽56包围的区域金属罩45下表面、金属电极27下表面及侧罩内侧部分58下表面成为表面波传播部。

侧罩55通过螺钉等连接部件65安装在盖体3的下表面。在侧罩55的下表面分散开口有多个气体释放孔72

利用图15所示的变形例1所涉及的等离子体处理装置1，在作为表面波传播部的金属罩45下表面、金属电极27下表面及侧罩内侧部分58下表面整体，以均匀的条件通过微波的能量生成等离子体，由此能够对基板G的整个处理面施加更为均匀的等离子体处理。安装在盖体3的下表面的介电体25的块数及配置可任意改变。

(变形例2)

图16是表示变形例2所涉及的等离子体处理装置1的简略的构成的纵向剖面图(图17中的D-O’-O-E截面)。图17是图16中的A-A剖面图。在该变形例2所涉及的等离子体处理装置1中，在盖体3的下表面安装有例如由Al₂O₃构成的8个介电体25。与前面相同，如图7所示，各介电体25是实质上可看成正方形的板状。各介电体25被配置为相互间的顶角彼此相邻。另外，在相邻的介电体25彼此中，在中心点O’的连线L’上相邻地配置各介电体25的顶角。像这样，通过以相互间的顶角彼此相邻且、各介电体25的顶角在彼此相邻的介电体25彼此的中心点O’连线上相邻的方式来配置8个介电体25，由此能够在盖体3的下表面形成3处被4个介电体25包围的正方形的区域S。

在各介电体25的下表面安装有金属电极27。金属电极27由具有导电性的材料、例如铝合金构成。与介电体25相同，金属电极27也构成为正方形的板状。其中金属电极27的宽度N比介电体25的宽度L稍短。因此，从处理容器的内部看，在金属电极27的周围，介电体25的周边部以呈现正方形的轮郭的状态露出。而且，从处理容器4的内部看，由介电体25的周边部形成的正方形的轮郭的顶角彼此被相邻配置。

介电体25及金属电极27通过螺钉等连接部件30安装在盖体3的下表面。该实施方式中，成为金属棒92的下端贯通介电体25，金属棒92的下端与金属电极27的上表面接触的状态。另外，以包围金属棒92下端与金属电极27上表面的连接部的方式，在介电体25下表面与金属电极27上表面之间配置密闭部件的O形环37’。金属电极27借助连接部件30与盖体3的下表面连接，成为电接地的状态。

该实施方式中，在盖体3的下表面的各区域S及8个介电体25的外侧的区域，成为盖体3的下表面露出到处理容器4内的状态。另外，在盖体3的下表面设置有供介电体25及金属电极27插入的凹部3a。通过将介电体25及金属电极27插入到各凹部3a中，使露出到处理容器4内的盖体3的下表面与金属电极27下表面共面。

在盖体3的下表面连续地设置有槽56，该槽56被配置为包围8个介电体25，在由该槽56划分的内侧的区域中，在盖体3的下表面形成有8个盖体下表面内侧部分3b。该盖体下表面内侧部分3b在从处理容器4的内部看的状态下具有与用对角线2等分金属电极27的等边直角三角形近似相同的形状。

在该变形例2所涉及的等离子体处理装置1中，在等离子体处理中，从微波供给装置85传播到各介电体25的微波从露出到盖体3的下表面的介电体25的周围沿金属电极27下表面及盖体3的各区域S与各盖体下表面内侧部分3b的下表面传播。利用该变形例2所涉及的等离子体处理装置1，在作为表面波传播部的金属电极27下表面及盖体3的各区域S与各盖体下表面内侧部分3b的下表面的整体中，以均匀的条件通过微波的能量生成等离子体，由此能够对基板G的整个处理面施加更为均匀的等离子体处理。

(变形例3)

图18是表示变形例3所涉及的等离子体处理装置1的简略的构成的纵向剖面图(图19中的D-O’-O-E剖面)。图19是图18中的A-A剖面图。该变形例3所涉及的等离子体处理装置1，在盖体3的下表面安装有例如由Al₂O₃构成的4个介电体25。与前面相同，如图7所示，各介电体25是实质上可看成正方形的板状。各介电体25被配置为相互间的顶角彼此相邻。另外，在相邻的介电体25彼此中，在中心点O’的连线L’上相邻地配置各介电体25的顶角。像这样，通过以相互间的顶角彼此相邻、且各介电体25的顶角在彼此相邻的介电体25彼此的中心点O’连线上L’上相邻的方式来配置8个介电体25，由此能够在盖体3的下表面中央形成被介电体25包围的正方形的区域S。

在变形例3所涉及的等离子体处理装置1中，安装在各介电体25的下表面的金属电极27、安装于区域S的金属罩45、安装于介电体25的外侧的区域的侧罩55被一体构成。而且，在侧罩55下表面的周缘部连续地设置槽56，由该槽56划分出的内侧的整个区域(即、金属电极27下表面、金属罩45下表面及侧罩55下表面)成为表面波传播部。

利用该变形例3所涉及的等离子体处理装置1，在作为表面波传播部的金属电极27下表面、金属罩45下表面及侧罩55下表面整体中，以均匀的条件利用微波的能量生成等离子体，由此能够对基板G的整个处理面施加更为均匀的等离子体处理。

(变形例4)

图20是表示变形例4所涉及的等离子体处理装置1的简略构成的纵向剖面图(图21中的D-O’-O-E剖面)。图21是图20中的A-A剖面图。该变形例4所涉及的等离子体处理装置1在盖体3的下表面安装有例如由Al₂O₃构成的8个介电体25。与前面相同，如图7所示，各介电体25是实质上可看成正方形的板状。各介电体25被配置为相互间的顶角彼此相邻。另外，在相邻的介电体25彼此中，在中心点O’的连线L’上相邻地配置各介电体25的顶角。像这样，通过以相互间的顶角彼此相邻、且各介电体25的顶角在彼此相邻的介电体25彼此的中心点O’连线上相邻的方式来配置8个介电体25，由此能够在盖体3的下表面形成3处被4个介电体25包围的正方形的区域S。

在各介电体25的下表面安装有金属电极27。金属电极27由具有导电性的材料、例如铝合金构成。与介电体25相同，金属电极27也构成为正方形的板状。其中金属电极27的宽度N比介电体25的宽度L稍短。因此，从处理容器的内部看，在金属电极27的周围，介电体25的周边部以呈现正方形的轮郭的状态露出。而且，从处理容器4的内部看，由介电体25的周边部形成的正方形的轮郭的顶角彼此被相邻配置。

介电体25及金属电极27通过螺钉等连接部件30安装在盖体3的下表面。金属电极27借助连接部件30与盖体3的下表面电连接，成为电接地的状态。

该实施方式中，成为在盖体3的下表面的各区域S及8个介电体25的外侧的区域中盖体3的下表面露出到处理容器4内的状态。另外，盖体3的下表面整体被构成为平面形状。因此，金属电极27下表面位于比盖体3的下表面靠下方的位置。

在盖体3的下表面连续地设置有槽56，该槽56被配置为包围8个介电体25，在由该槽56划分的内侧的区域中，在盖体3的下表面形成有8个盖体下表面内侧部分3b。该盖体下表面内侧部分3b在从处理容器4的内部看的状态下，具有与用对角线2等分金属电极27的等边直角三角形近似相同的形状。另外，在盖体3的下表面的各区域S分散开口有多个气体释放孔52，在各盖体下表面内侧部分3b分散开口有多个气体释放孔72。

在该变形例4所涉及的等离子体处理装置1中，在等离子体处理中，使从微波供给装置85向各介电体25传播的微波从露出到盖体3的下表面的介电体25的周围沿金属电极27下表面及盖体3的各区域S与各盖体下表面内侧部分3b的下表面传播。利用该变形例2所涉及的等离子体处理装置1，在作为表面波传播部的金属电极27下表面及盖体3的各区域S与各盖体下表面内侧部分3b的下表面的整体中，以均匀的条件利用微波的能量生成等离子体，由此能够对基板G的整个处理面施加更为均匀的等离子体处理。

(介电体的外缘的位置)

图1等中，示出了介电体25的外缘位于金属电极27的外缘的外侧，且与金属罩45的侧面相邻的例子。此处，图22～28是表示介电体25、金属电极27、金属罩45(金属罩45a)的外缘部分的形状的剖面图(剖面的位置相当于图2中的截面F。)。如图22所示，从处理容器4的内部看，介电体25的外缘25’亦位于比金属电极27的外缘27’靠内侧，仅介电体25的侧面(外缘25’)露出到处理容器4的内部。另外，从处理容器4的内部看，介电体25的外缘25’亦可与金属电极27的外缘27’处于相同位置。

另外，如图23所示，当介电体25的外缘25’处于比金属电极27的外缘27’靠外侧时，亦可在金属罩45的侧面设置用于容纳介电体25的外缘25’的凹部45’。

(盖体下表面的形状)

图1等中，示出了安装有平面形状的盖体3、金属罩45的例子。如图24、25所示，可在盖体3一体地形成与金属罩45呈同样形状的金属罩45a，并在盖体3下表面，将介电体25插入到与金属罩45a相邻设置的凹部45b中。此时，优选将金属罩45a下表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，如图24所示，介电体25的外缘亦可与金属罩45a的侧面相邻，如图25所示，介电体25的外缘亦可与金属罩45a的侧面分离。

另外，亦可省略金属罩45及侧罩55，而如图26～28所示，在介电体25的周围，使平面形状的盖体3下表面露出。此时，从处理容器4的内部看，优选使多个介电体25包围的盖体3下表面的形状与安装于介电体25的金属电极27下表面的形状实质相同。另外，优选将盖体3下表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，如图26所示，从处理容器4的内部看，介电体25的外缘25’亦可位于比金属电极27的外缘27’靠外侧。另外，如图27所示，从处理容器4的内部看，介电体25的外缘25’亦可位于与金属电极27的外缘27’相同的位置。另外，如图28所示，从处理容器4的内部看，介电体25的外缘25’亦可位于比金属电极27的外缘27’靠内侧。此外，如图22、23、24、25、26、27所示，亦可在金属电极27的外缘27’形成锥部110。另外，如图22、23所示，亦可在金属罩45的外缘形成锥部111。另外，如图24、25所示，亦可在与盖体3一体的金属罩45a的外缘形成锥部112。另外，如图25、26所示，亦可在介电体25的外缘形成锥部113。另外，如图26、28所示，亦可在金属电极27的外缘27’形成倒锥部114。

(介电体与金属电极的形状)

图1等中示出了正方形的介电体25例子。如图29所示，亦可使用菱形的介电体25。此时，如果将安装于介电体25的下表面的金属电极27设为与介电体25的相似仅稍小的菱形，则在金属电极27的周围，介电体25的周边部以呈现菱形的轮郭的状态露出到处理容器4的内部。介电体25的中心与连接部件46的中心间的距离虽然被设定为比相邻的介电体25的中心间的距离L′的1/4短，但亦可相等。

另外，如图30所示，亦可使用正三角形的介电体25。此时，当将安装于介电体25的下表面的金属电极27设为与介电体25的相似仅稍小的正三角形时，则在金属电极27的周围，介电体25的周边部会以呈现正三角形的轮郭的状态露出。另外，当使用这样的正三角形的介电体25时，如果使3个介电体25的顶角彼此相邻且中心角相同的方式进行配置，则能够在各介电体25彼此之间形成与金属电极27同样形状的表面波传播部115。

(连接部件的构造)

此外，如上所述，介电体25及金属电极27通过连接部件30安装在盖体3的下表面。此时，如图31所示，需要缩小弹性部件35的下部配置的下部衬垫35a与螺钉(连接部件30)的间隙。此外，作为弹性部件35，可使用波形垫圈、盘簧、弹簧垫圈、金属弹簧等。而且亦可省略弹性部件35。

图32是使用盘簧作为弹性部件35的类型。由于盘簧具有强劲的弹簧力而能够产生足够压扁O形环37的力。由于盘簧的上下的角与螺母36及盖体3密合，故能够抑制气体的泄漏。盘簧的材质为镀Ni的SUS等。

图33是使用O形环35b进行密封的类型。能够消除气体的泄漏。O形环35b亦可配置于孔上的角部中。除O形环35b之外，亦可使用波形衬垫、盘簧等弹性部件。为了实现密封，亦可取代O形环35b而使用密封衬垫。

图34是使用锥衬垫35c的类型。当拧入螺母36时，锥衬垫35c与盖体3及螺钉(连接部件30)密合而消除了间隙，能够切实地实现密封。进而，由于螺钉(连接部件30)通过锥衬垫35c固定于盖体3，故当拧紧螺母36时，螺钉无法与螺母36一起(连接部件30)旋转。因此，担心螺钉(连接部件30)与金属电极27等滑动而刮伤表面，或使形成于表面的保护膜剥落。锥衬垫35c的材质可以是金属或树脂。

此外，虽然对于固定介电体25及金属电极27的连接部件30进行了说明，但对于固定金属罩45的连接部件46及固定侧罩55的连接部件65亦可同样适用。另外，在图28～30的类型中，虽然描述了螺钉(连接部件30)的防止旋转功能，但亦可将螺钉(连接部件30)通过压入、热压配合、焊接、粘结等固定于金属电极27等，亦可将螺钉(连接部件30)与金属电极27等形成一体。另外，亦可在螺钉(连接部件30)与盖体3之间形成键槽，插入键来防止旋转。进而，还可以在螺钉(连接部件30)的末端(上端)部设置6角部等，用扳手等紧固拧紧螺钉(连接部件30)。

(等离子体掺杂处理)

此外，还可以使用本发明的等离子体处理装置进行等离子体掺杂处理(离子注入处理)。此处，在RLAS等离子体处理装置中，由于盖体下表面覆盖在上部介电体，故在基板上方没有相对于基座对置的电极，大地成为处理室的壁。因此，在RLAS等离子体处理装置中，需要通过在基板上方设置构成对置电极的接地板，使离子被笔直地拉入到基板上。然而，当在等离子体中设置接地板时，被打入到基板的离子与接地板撞击，损坏接地板并使之产生热量。亦即，由于等离子体掺杂导致的离子失效、撞击进而形成的溅射引发热转换，故存在污染的问题。

对此，根据本申请发明的等离子体处理装置，露出到处理容器4的内部的介电体25的露出面积较小，露出到处理容器4内的上方的盖体3下表面的大部分成为金属面。因此，认为盖体3下表面的大部分全部发挥接地电极功能，即便省略接地电极，也能够容易地相对基板G的上表面垂直地进行等离子体掺杂(离子注入)。

此外，当设有接地板时，会加载负的DC，故能够控制电位，能够控制等离子体掺杂的深度。因此，本发明的等离子体处理装置中，认为通过设置接地板，能够在进行等离子体掺杂处理时，控制等离子体掺杂的深度。

例如在图1所说明的等离子体处理装置1中，当对基板G进行等离子体掺杂时，来自气体供给源102的AsF₃、BF₃作为等离子体激发用气体兼掺杂用气体，从金属罩45下表面、金属电极27下表面及侧罩55下表面的各气体释放孔42、52、72以如喷淋板的状态被分散供给到处理容器4的内部。(作为等离子体激发用的规定气体可供给Ar等稀有气体，作为掺杂用的规定的气体可混合供给AsF₃、或BF₃气体)之后，从微波源85供给例如915MHz的微波，在整个表面波传播部(金属罩45下表面、金属电极27下表面及侧罩内侧部分58下表面)激发出等离子体。由此，成为AsF₃(→AsF₂ ⁺+F^-)、BF₃(→BF₂ ⁺+F^-)，生成作为掺杂离子的AsF₂ ⁺、BF₂ ⁺离子。之后，将1×10¹⁵cm^-2程度的高剂量(dose amount)分割成10万次程度进而注入，通过用等离子体中的电子完全抵消注入时产生的表面正电荷，同时注入形成MOS晶体管的源漏极区域所需的高剂量注入，来完全抑制损坏的发生。

另外，由于需要对到达基板G的离子赋予能量，故通过从高频率电源13向设置于基座10内部的供电部11施加RF电力，使基板G上产生自偏压。此时，由于露出到处理容器4内的上方的盖体3下表面(侧罩55下表面、金属罩45下表面、金属电极27下表面)成为对基板G施加RF电力时的接地面，故几乎不使单位时间的等离子体电位上升，能够使基板G表面产生负自偏压。

此时，如图35所示，使基座10上的基板G表面持续10μsec程度的期间内产生-5kV～-10kV程度的负偏压，进行离子注入，之后在90μsec程度期间内，通过从等离子体中注入电子完全抵消在表面产生的正电荷。重复进行10万次(10秒)，成为1×10¹⁵cm^-2程度的高剂量。

总剂量为1×10¹⁵cm^-2。分成10万次则1次的剂量为1×10¹⁰cm^-2。此时，如图36所示，注入离子会产生2次电子，但当设定为注入1个离子将产生10个2次电子时，成为表面发生正电荷密度1.1×10¹¹个/cm²。该正电荷量为与11nm厚的1×10¹⁷cm^-3浓度的n区域的电子全部再结合而消灭的量。该正电荷通过持续90μsec期间从等离子体中注入电子而逐渐被抵消。此外，当然可用20μsec/80μsec来代替产生在基座10上的基板G表面的负偏压的周期(离子注入/电子注入的期间)10μsec/90μsec。另外，可通过将1MHz程度的高频率的脉冲施加给供电部11来产生-5kV～-10kV的基板偏压。

当进行等离子体掺杂时，若在17kV/cm程度的电场下将根本不存在损坏。将高剂量注入分成10万次程度注入，用于随时抵消正电荷的新的离子注入能够实现无损坏的离子注入。

当连续注入1×10¹⁵cm^-2的剂量时，蓄积的正电荷为1.1×10¹⁶个/cm²，产生的电场为

E＝1.7×10⁹V/cm

 ＝1.7×10⁶kV/cm

远超越了Si的绝缘破坏电场强度300kV/cm，产生强烈的破坏。因此，必须对离子注入进行细分注入，来抵消所产生的正电荷。

(变形例5)

图37是表示变形例5所涉及的等离子体处理装置1的简略构成的纵向剖面图。该变形例5所涉及的等离子体处理装置1除了在盖体3下表面(金属罩45下表面、金属电极27下表面及侧罩55下表面)设置的气体释放孔42、52、72外，还设置有下段气体喷嘴120。下段气体喷嘴120设置在盖体3的下表面(金属罩45下表面、金属电极27下表面及侧罩55下表面)与基板G的空间。在下段气体喷嘴120的下表面分散开口有多个气体释放孔121。

在该变形例5所涉及的等离子体处理装置1中，气体供给源102具备用于供给被被用于成膜、蚀刻等中的处理用的规定的气体(例如BF₃)的第1气体供给源102a、和用于供给稀有气体等离子体激发用的规定的气体(例如Ar)的第1气体供给源102b。从第1气体供给源102a经由第1流路125供给来的成膜、蚀刻用的规定的气体，从下段气体喷嘴120下面的各气体释放孔121在处理容器4内的下段，被分散供给到处理容器4的内部。另外，从第2气体供给源102b经由第2流路126供给来的等离子体激发用的规定的气体，从金属罩45下表面、金属电极27下表面及侧罩55下表面的各气体释放孔42、52、72在处理容器4内的上段，被分散供给到处理容器4的内部。

像这样，根据变形例5所涉及的等离子体处理装置1，通过从上段供给等离子体激发用的气体，并从下段的电子温度降低的部分供给处理用的气体，由此来抑制气体的过度离解，能够对基板G施加优质的等离子体处理。

以上，参照附图对本发明的一实施方式进行了说明，当然本发明并不局限于此例。本领域技术人员可在权利要求书所记载的范围内想到各种变更例或修改例，它们应当都属于本发明的技术范围。

本发明所涉及的等离子体处理装置优选在处理容器4的内表面进行电场复合研磨、电场研磨的表面平坦化后，利用非水溶液的阳极氧化来进行Al₂O₃保护膜等。其中，对于进行等离子体掺杂的等离子体处理装置，由于用AsF₃、PF₃、BF₃之类的100％氟化气体注入，故MgF₂保护膜比Al₂O₃保护膜更为优选。MgF₂保护膜例如可通过AlMg(4.5％～5％)Zr(0.1％)/F2处理(200℃)/350℃退火的处理条件来形成。

例如，在介电体25的表面，除了露出到处理容器4的内部的部分及介电体25的凹部的外周部以外，作为导体膜还可设置例如厚度10μm程度的Ni膜、Al膜。像这样，通过在介电体25的表面设置导体膜，使得微波在露出到处理容器4的内部的部分以外的部位无法传播，能够避免对于O形环37等产生的不良影响。该导体膜的形成部位除了与O形环37接触的接触部位以外，还有设置于介电体25的上表面中央的凹部95、与连接部件30相邻的部分、与金属电极27接触的接触面的至少一部分等。

另外，亦可在盖体3的下表面、容器本体2的内面设置氧化铝膜、氧化钇膜、特氟隆(注册商标)膜等来作为保护膜。另外，本发明所涉及的等离子体处理装置还可以对大面积的玻璃基板、圆形的硅晶片、方型的SOI(Silicon On Insulator)进行处理。另外，在本发明所涉及的等离子体处理装置中，能够执行成膜处理、扩散处理、蚀刻处理、灰化(ashing)处理等所谓的等离子体处理。另外，以上中，作为频率在2GHz以下的微波，虽然以915MHz的微波为例进行了说明，但并不局限于该频率。还可以应用例如896MHz、922MHz的微波。另外，还可以应用微波以外的电磁波。另外，还可以在盖体3、容器本体3、金属电极27、金属罩45、侧罩55、连接部件30、46、65等表面形成氧化铝膜。以上，示出了从处理容器4的上表面上开口的气体释放孔42、52、72释放气体的例子，取而代之亦可是从容器侧壁向盖体3的下部空间释放的构成。另外，本申请中，将设置于介电体下表面的金属体定义为“金属电极”，实施例的金属电极27与由金属板构成的盖体电连接，但既可取代金属板而由覆盖于介电体25下表面的金属膜构成，亦可不与盖体电连接而采用浮动的构成。

产业上的可利用性

本发明可以应用到例如CVD处理、蚀刻处理中。

Claims (42)

1.一种等离子体处理装置，具备：金属制的处理容器，其容纳应进行等离子体处理的基板；和电磁波源，其向上述处理容器内供给激发等离子体所需的电磁波，

在上述处理容器的盖体下表面设置有多个介电体，该多个介电体用于使上述电磁波源供给的电磁波穿透到上述处理容器的内部，且该介电体的一部分在上述处理容器的内部露出，

在上述介电体的下表面设置有金属电极，

上述介电体在上述金属电极与上述盖体下表面之间露出的部分的不同的两侧，设置有用于传播电磁波的表面波传播部分，上述两侧的表面波传播部分具有彼此实质上相似的形状或实质上对称的形状。

2.一种等离子体处理装置，具备：金属制的处理容器，其容纳应进行等离子体处理的基板；和电磁波源，其向上述处理容器内供给激发等离子体所需的电磁波，

在上述处理容器的盖体下表面设置有多个介电体，该多个介电体用于使上述电磁波源供给的电磁波穿透到上述处理容器的内部，且该介电体的一部分在上述处理容器的内部露出，

在上述介电体的下表面设置有金属电极，

与上述介电体在上述金属电极与上述盖体下表面之间露出的部分的至少一部分相邻地设置有用于传播电磁波的表面波传播部分，上述相邻的表面波传播部分具有与上述介电体的形状呈实质上相似的形状或具有与上述介电体的形状呈实质上对称的形状。

3.一种等离子体处理装置，具备：金属制的处理容器，其容纳应进行等离子体处理的基板；和电磁波源，其向上述处理容器内供给激发等离子体所需的电磁波，

在上述处理容器的盖体下表面设置有多个介电体，该多个介电体用于使上述电磁波源供给的电磁波穿透到上述处理容器的内部，且该介电体的一部分在上述处理容器的内部露出，

在上述介电体的下表面设置有金属电极，

上述介电体在上述金属电极与上述盖体下表面之间露出的部分，在从上述处理容器的内部看时，实质上呈现多边形的轮郭，

上述多个介电体以使上述多边形的轮郭的顶角彼此相邻的方式进行配置，

在上述处理容器的内部露出的上述盖体下表面和上述金属电极下表面设置有用于传播电磁波的表面波传播部。

4.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述介电体实质上是四边形的板状。

5.根据权利要求4所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述四边形是正方形、菱形、去掉角部后的正方形或去掉角部后的菱形。

6.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述介电体实质上是三角形的板状。

7.根据权利要求6所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述三角形是正三角形或去掉角部后的正三角形。

8.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，从上述处理容器的内部看，被上述多个介电体包围的在上述处理容器的内部露出的上述盖体下表面的形状与上述金属电极下表面的形状实质上相同。

9.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，从上述处理容器的内部看，上述介电体的外缘比上述金属电极的外缘靠外侧。

10.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，从上述处理容器的内部看，上述介电体的外缘与上述金属电极的外缘相同或靠内侧。

11.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述介电体的厚度为相邻的上述介电体的中心间的距离的1/29以下。

12.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述介电体的厚度为相邻的上述介电体的中心间的距离的1/40以下。

13.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述介电体被插入到在上述盖体下表面所形成的凹部中。

14.根据权利要求13所述的等离子体处理装置，其特征在于，在上述处理容器的内部露出的上述盖体下表面与上述金属电极下表面配置为共面。

15.根据权利要求13所述的等离子体处理装置，其特征在于，在上述处理容器的内部露出的上述盖体下表面与上述金属电极下表面被钝态保护膜覆盖。

16.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，在上述处理容器的内部露出的上述盖体下表面与上述金属电极下表面的中心线平均粗糙度为2.4μm以下。

17.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，在上述处理容器的内部露出的上述盖体下表面与上述金属电极下表面的中心线平均粗糙度为0.6μm以下。

18.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，在上述盖体下表面，与上述盖体电连接的金属罩被安装在与上述介电体相邻的区域，

在上述处理容器的内部露出的上述金属罩下表面，设置有用于传播电磁波的表面波传播部。

19.根据权利要求18所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述介电体的侧面与上述金属罩的侧面相邻。

20.根据权利要求18所述的等离子体处理装置，其特征在于，在上述处理容器的内部露出的上述金属罩下表面与上述金属电极下表面被配置为共面。

21.根据权利要求18所述的等离子体处理装置，其特征在于，从上述处理容器的内部看，上述金属罩下表面的形状与上述金属电极下表面的形状实质上相同。

22.根据权利要求18所述的等离子体处理装置，其特征在于，在上述处理容器的内部露出的上述金属罩下表面与上述金属电极下表面的中心线平均粗糙度为2.4μm以下。

23.根据权利要求18所述的等离子体处理装置，其特征在于，在上述处理容器的内部露出的上述金属罩下表面与上述金属电极下表面的中心线平均粗糙度在0.6μm以下。

24.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，具备多个连接部件，该多个连接部件贯通在形成于上述介电体的孔中，将上述金属电极固定于上述盖体。

25.根据权利要求24所述的等离子体处理装置，其特征在于，在形成于上述介电体的孔的至少一部分中，设置有将上述盖体与上述金属电极电连接的弹性部件。

26.根据权利要求24所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述连接部件由金属构成。

27.根据权利要求24所述的等离子体处理装置，其特征在于，在上述处理容器的内部露出的上述连接部件的下表面被配置为与上述金属电极的下表面共面。

28.根据权利要求24所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述介电体实质上为四边形的板状，

上述连接部件配置于上述四边形的对角线上。

29.根据权利要求28所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述连接部件在每1个上述介电体上设置有4个。

30.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，具有弹性部件，该弹性部件将上述介电体及上述金属电极朝向上述盖体施力。

31.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，在上述盖体下表面设置有连续的槽，

上述表面波传播部及上述多个介电体被配置在由槽包围的区域内。

32.根据权利要求31所述的等离子体处理装置，其特征在于，利用上述槽划分出上述表面波传播部。

33.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，在上述处理容器的内面设置有连续的凸部，

上述表面波传播部及上述多个介电体被配置在由凸部包围的区域内。

34.根据权利要求33所述的等离子体处理装置，其特征在于，利用上述凸部划分出上述表面波传播部。

35.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，在上述介电体的上部具备用于向上述介电体传播电磁波的1个或多个金属棒，该1个或多个金属棒不贯通上述介电体，且下端与上述介电体的上表面邻接或靠近。

36.根据权利要求35所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述金属棒被配置于上述介电体的中央部。

37.根据权利要求35所述的等离子体处理装置，其特征在于，在上述介电体与上述盖体之间具备密闭部件，该密封部件隔断了上述处理容器的内部与外部之间的气氛气体。

38.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述介电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。

39.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述介电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。

40.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，在上述表面波传播部具有气体释放部，该气体释放部用于向处理容器释放规定的气体。

41.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述介电体的露出部分的面积为基板上表面的面积的1/5以下。

42.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，从上述电磁波源供给的电磁波的频率为2GHz以下。

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