JP5520455B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、電磁波を用いてプラズマを生成し、被処理体上にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。特に、処理容器内へのガスの導入に関する。

プラズマ処理装置では、成膜やエッチング等の化学反応を伴うプロセスが行われる。プロセス中、被処理体全面に渡って均一なプラズマを生成するために、プロセスに必要なガスの密度および化学反応によって生じた反応生成ガスの密度を均一にする必要がある。ガスは、通常、被処理体と対向する面に概ね等ピッチに設けられた複数のガス放出穴から処理容器内に導入される（たとえば、特許文献１参照）。

しかしながら、等ピッチに複数のガス放出穴を設けても、ガス供給源から近いガス放出穴から放出されるガス流量が、ガス供給源から遠いガス放出穴から放出されるガス流量より多くなってしまうことがある。たとえば、主ガス流路から複数の枝ガス流路にガスを分流する場合、主ガス流路のガスコンダクタンスが枝ガス流路のガスコンダクタンスよりも充分に大きくないと、ガス供給源に近い枝ガス流路に設けられたガス放出穴からは充分なガスが放出されるが、ガス供給源から遠い枝ガス流路まで到達するガスが少なく、遠い枝ガス流路のガス放出穴から充分なガスが放出されない場合がある。この結果、処理室内でのガスの密度が不均一になり、プラズマが不均一に生成される。このような現象を回避するためには、主ガス流路のガスコンダクタンスが多数の枝ガス流路のガスコンダクタンスよりも充分に大きくなるようにガス供給路を設計し、主ガス流路から枝ガス流路に均等にガスを分配しなければならない。

特開平２−１１４５３０号公報

枝ガス流路のガスコンダクタンスに対する主ガス流路のガスコンダクタンスを充分に大きくする１つの手段として、ガス放出穴の個数を減らすことが考えられる。しかしながら、ガス放出穴の個数を減らすと、被処理体に供給されるガス流速にむらができ、均一な処理が行えない。

そこで、枝ガス流路のガスコンダクタンスに対する主ガス流路のガスコンダクタンスを充分に大きくする他の手段として、ガス放出穴の径を細くすることも考えられる。しかしながら、ガス放出穴の径を細くするとガスの流速が３６０ｍ／ｓの音速に達し、処理室内に放出されたガスが必要以上に攪拌され、ガスの流れが乱れて化学反応が過剰に促進される等の理由により良好なプロセスが行えない。

そこで、本発明は、主ガス流路と複数の枝ガス流路とのガスコンダクタンスの比を大きくすることが可能なプラズマ処理装置を提供する。

上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、ガスを励起させて被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、処理容器と、所望のガスを供給するガス供給源と、前記ガス供給源から供給されたガスを装置内に流す主ガス流路と、前記主ガス流路の下流側に接続される複数の枝ガス流路と、前記複数の枝ガス流路に設けられ、前記枝ガス流路を狭める複数の絞り部と、前記複数の枝ガス流路に設けられた複数の絞り部を通過したガスを前記処理容器の内部に放出する、前記枝ガス流路あたり１または２以上のガス放出穴と、を備えるプラズマ処理装置が提供される。

これによれば、複数の枝ガス流路には、枝ガス流路を狭める複数の絞り部が設けられる。これにより、主ガス流路と複数の枝ガス流路とのガスコンダクタンスの比を大きくすることができる。たとえば、前記所望のガスを流したときの前記絞り部のガスコンダクタンスが、当該絞り部の下流側に設けられた前記１または２以上のガス放出穴のガスコンダクタンスの和よりも小さく、かつ前記主ガス流路のガスコンダクタンスよりも小さくすることができる。この結果、ガス供給源からの距離に拘わらず、主ガス流路から多数の枝ガス流路に均等にガスを分配することができ、ガスを処理室内に均一に供給することができる。

また、主ガス流路に近い位置に絞り部を設けて、枝ガス流路の根本でガスコンダクタンスを調整しているので、従来のように枝ガス流路の先端のガス放出穴を細くすることによりガスコンダクタンスを調整する必要がない。よって、処理室内に放出されるガスの流速が音速に達することを回避し、ガスの流速をある程度低減しながら処理室内に層流状に導入することができる。この結果、処理室内でのガスの密度を均一にして、プラズマを均一に生成することができる。

前記所望のガスを流したときの前記絞り部のガスコンダクタンスが、当該絞り部の下流側に設けられた前記１または２以上のガス放出穴のガスコンダクタンスの和よりも小さく、かつ前記主ガス流路のガスコンダクタンスよりも小さくてもよい。

前記主ガス流路及び前記複数の枝ガス流路は、前記被処理体に対向する前記処理容器の蓋体に埋め込まれていてもよい。

前記複数の枝ガス流路は、概ね等ピッチで設けられていてもよい。

前記所望のガスを流したときの各絞り部のガスコンダクタンスをＣr、当該各絞り部の下流側に設けられた前記ガス放出穴の数をNとしたとき、前記複数の絞り部についてＣｒ／Ｎの値が概ね等しくてもよい。

前記所望のガスを流したときの各絞り部のガスコンダクタンスをＣr、当該各絞り部の下流側に設けられたガス放出穴の数をNとしたとき、前記プラズマ処理装置の中心に対して前記プラズマ処理装置の外周部に近い絞り部ほど、Ｃｒ／Ｎの値が大きくてもよい。これによれば、外周側に供給されるガス流量を中央に供給されるガス流量よりも多くすることにより、外周側のプラズマ密度を所定以上に保つことができる。

前記プラズマ処理装置の中心に対して前記プラズマ処理装置の外周部に近い絞り部ほど、前記ガス放出穴の直径が大きくてもよい。これによれば、ガスの噴き出し速度を一定に保ちながら、外側のガス流量を内側のガス流量よりも多くすることができる。

前記複数の絞り部のそれぞれは、内径が概ね等しい細管であってもよい。絞り部の内径は一定にして、その長さを調節することにより、コンダクタンスを調整することができる。

前記複数の絞り部のそれぞれは、内径が概ね等しい細管であってもよい。

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、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であって、所望のガスを供給するガス供給源と、前記ガス供給源から供給されたガスを前記処理容器の内部に放出する複数のガス放出穴と、を更に備えるプラズマ処理装置が提供される。

これによれば、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ことができる。これにより、複数のガス放出穴から放出されたガスが均一に解離され、均一性の高いプラズマを生成することができる。

前記誘電体板に隣接した金属電極を備え、前記複数のガス放出穴は、前記金属電極に開口した複数の第１のガス放出穴を含み、前記複数の第１のガス放出穴から前記処理容器内にガスを導入してもよい。

前記誘電体板が設けられていない前記処理容器の蓋体の下面にて、前記誘電体板に隣接して金属カバーを備え、前記複数のガス放出穴は、前記金属カバーに開口した複数の第２のガス放出穴を含み、前記金属カバーの複数の第２のガス放出穴から前記処理容器内にガスを導入してもよい。

前記誘電体板が設けられていない前記処理容器の蓋体の下面にて、前記誘電体板に隣接して前記誘電体板より外側の前記処理容器の蓋体にサイドカバーを備え、前記複数のガス放出穴は、前記サイドカバーに開口した複数の第２のガス放出穴を含み、前記サイドカバーの複数の第２のガス放出穴から前記処理容器内にガスを導入してもよい。

金属電極、金属カバー及びサイドカバーに複数のガス放出穴を設けることにより、従来生じていた誘電体表面のエッチングの抑制及び処理容器内面への反応生成物の堆積抑制を実現でき、コンタミやパーティクルの低減を図ることができる。また、加工が容易でコストを大幅に低減することができる。

前記金属電極の内部には、第１のガス流路が設けられ、前記第１のガス流路を介して前記複数の第１のガス放出穴から前記処理容器内にガスを導いてもよい。

前記金属電極と前記誘電体板との間には、第１のガス流路が設けられ、前記第１のガス流路を介して前記複数の第１のガス放出穴から前記処理容器内にガスを導いてもよい。

前記第１のガス流路は、前記金属電極の前記誘電体板に隣接した面又は前記誘電体板の前記金属電極に隣接した面の少なくともいずれかに形成された溝であってもよい。

前記金属カバー又はサイドカバーの少なくともいずれかの内部には、第２のガス流路が設けられ、前記第２のガス流路を介して前記複数の第２のガス放出穴から前記処理容器内にガスを導いてもよい。

前記金属カバー又はサイドカバーの少なくともいずれかと前記蓋体との間に第２のガス流路が設けられ、前記第２のガス流路を介して前記複数の第２のガス放出穴から前記処理容器内にガスを導いてもよい。

前記第２のガス流路は、前記金属カバー及びサイドカバーの前記蓋体に隣接した面又は前記蓋体の前記金属カバー及びサイドカバーに隣接した面の少なくともいずれかに形成された溝であってもよい。

前記溝の深さは、０．２ｍｍ以下であってもよい。電子の平均自由工程を考慮した溝の深さにすることにより電子をガス流路の壁面に積極的に衝突させ、ガス流路内での異常放電を防止するためである。

前記誘電体及び前記金属電極は前記蓋体に螺子で固定され、前記金属カバー及びサイドカバーは前記蓋体の本体部分に螺子で固定され、前記第１及び第２のガス流路は、前記螺子の内部または側面に設けられた第３のガス流路又は第５のガス流路に連結してもよい。

前記第１のガス放出穴及び前記金属カバー又はサイドカバーの少なくともいずれかに設けられた第２のガス放出穴は、概ね等ピッチで配置されていてもよい。

前記誘電体及び前記金属電極を前記蓋体に固定する螺子には、前記枝ガス流路が形成され、前記複数の螺子の内部には、第３のガス流路が設けられ、前記複数のガス放出穴は、前記複数の螺子に開口した複数の第３のガス放出穴を含み、前記第３のガス流路を介して前記複数の第３のガス放出穴から前記処理容器内にガスを導入してもよい。

前記複数の第３のガス放出穴のガスコンダクタンスは、前記第３のガス流路のガスコンダクタンスよりも小さくてもよい。

前記第３のガス放出穴は円筒形であり、前記第１のガス放出穴、前記第２のガス放出穴及び前記第３のガス放出穴の直径及び長さはそれぞれ概ね等しくてもよい。

前記第１のガス放出穴及び前記第２のガス放出穴は、概ね等ピッチで配置されていてもよい。

前記第１のガス放出穴、前記第２のガス放出穴及び前記第３のガス放出穴は、概ね等ピッチで配置されていてもよい。

前記第１のガス放出穴、前記第２のガス放出穴又は第３のガス放出穴の少なくともいずれかは、前記金属電極、前記金属カバー又はサイドカバーの少なくともいずれかの金属面に形成された凸部に設けられていてもよい。

前記螺子の内部側面には、第４のガス流路が設けられ、前記第３のガス流路を通過したガスを前記第４のガス流路を介して前記第１のガス流路又は前記第２のガス流路に導いてもよい。

前記第１のガス流路、前記第２のガス流路及び前記第３のガス流路のガスコンダクタンスは、前記第４のガス流路のガスコンダクタンスよりも大きくてもよい。

前記第３のガス放出穴のコンダクタンスは、前記第４のガス流路のコンダクタンスに概ね等しくてもよい。

前記第４のガス流路及び前記第３のガス放出穴は円筒形であり、前記第４のガス流路の直径及び長さは、前記第３のガス放出穴の直径及び長さに概ね等しくてもよい。

前記螺子と前記蓋体との間には、第５のガス流路が設けられ、前記第５のガス流路を介して前記第１のガス流路及び前記第２のガス流路から前記複数の第１のガス放出穴及び前記複数の第２のガス放出穴にガスを導いてもよい。

前記主ガス流路を通過したガスを前記第５のガス流路に導く第６のガス流路が設けられていてもよい。

前記第６のガス流路は、被処理体に向かって斜めに配置されていてもよい。

前記絞り部は、前記第６のガス流路のガスコンダクタンスが前記主ガス流路のガスコンダクタンスよりも小さくなるように前記主ガス流路に隣接して配置されていてもよい。

前記絞り部は、前記第３のガス流路のガスコンダクタンスが前記主ガス流路のガスコンダクタンスよりも小さくなるように前記主ガス流路に隣接して配置されていてもよい。

前記複数のガス放出穴は、前記処理容器に露出した蓋体に開口した複数の第５のガス放出穴を含み、前記複数の第５のガス放出穴から前記処理容器内にガスを導入してもよい。

前記誘電体板の各々には容器内側に金属電極が設けられ、前記複数のガス放出穴は、前記金属電極に開口した複数の第１のガス放出穴を含み、前記複数の第５のガス放出穴及び第１のガス放出穴から前記処理容器内にガスを導入してもよい。

前記蓋体の内部には、第７のガス流路が設けられ、前記第７のガス流路を介して前記第５のガス放出穴から前記処理容器内にガスを導いてもよい。

前記第１のガス放出穴及び前記第５のガス放出穴は円筒形であり、前記第１のガス放出穴及び前記第５のガス放出穴の直径及び長さはそれぞれ概ね等しくてもよい。

前記第５のガス放出穴のガスコンダクタンスと、前記第３のガス放出穴のガスコンダクタンスが、概ね等しくてもよい。

前記複数の第３のガス放出穴は、前記第５のガス放出穴と概ね同じ太さであってもよい。

前記主ガス流路は、前記蓋体の内部に設けられ、前記複数の主ガス流路は、前記複数の枝ガス流路のガス流路にガスを分流してもよい。

前記蓋体は、上部蓋体と下部蓋体とから構成され、前記主ガス流路は、前記上部蓋体と前記下部蓋体との境界部分に設けられていてもよい。

前記処理容器内の空間であって、前記蓋体下部の空間と前記基板を収納する空間との間の空間に配置され、前記ガス供給源とは異なるガス供給源から供給されるガスを前記基板を収納する空間に向けて放出するガス放出部を有してもよい。

前記複数の枝ガス流路に連結され、前記蓋体と被処理体との間の空間に配置された下段シャワー部材を備え、前記絞り部により狭められた前記複数の枝ガス流路のガス流路内から前記下段シャワー部材にガスを通し、前記下段シャワー部材から前記処理容器内にガスを導入してもよい。

上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、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、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であって、プラズマ励起用ガスを含む第１のガスを供給する第１のガス供給源と、所望の第２のガスを供給する第２のガス供給源と、前記第１のガス供給源から供給された前記第１のガスを前記処理容器の内部空間であって前記蓋体下面に隣接する第１の空間に放出する第１のガス放出部と、前記処理容器内の空間であって、前記第１の空間と前記基板を収納する空間との間の第２の空間に、前記第２のガス供給源から供給された前記第２のガスを放出する第２のガス放出部とを備えたプラズマ処理装置が提供される。

前記第２のガス放出部は、前記蓋体内部を通過して前記第２の空間近傍まで延在する複数のガス導通路と前記ガス導通路の各々に設けられ、前記第２の空間に前記第２のガスを放出する少なくとも１つのガス放出穴とを含んでもよい。

前記第２のガス放出部は、多孔質体から形成されていてもよい。

前記第２のガス放出部は、スリット状の開口であってもよい。

前記複数のガス導通路は、被処理体に概ね垂直な状態で配置された第１のガス管と被処理体に概ね水平な状態で前記第１のガス管に連結された複数の第２のガス管とを含んでいてもよい。

前記複数の第２のガス管は、前記第１のガス管を中心として概ね等角度に配置されていてもよい。

前記第１のガス管は、等ピッチに複数配置され、各第１のガス管には、４本の前記第２のガス管が連結されていてもよい。

前記複数の第２のガス管には、被処理体と対向する面に等間隔に複数の前記ガス放出穴が設けられていてもよい。

前記複数のガス導通路は、被処理体に所定の角度をなす状態で配置されていてもよい。

前記第３のガス管は、前記蓋体の下面の複数の部分から、各部分につき複数本が概ね等角度で異なる方向に伸びて前記第２の空間近傍に達するように配置されていてもよい。

前記複数の第３のガス管の末端部に前記ガス放出穴が設けられ、前記ガス放出穴は被処理体と平行な同一平面上に概ね等間隔に配置されていてもよい。

上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、ガスを励起させて被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、処理容器と、所望のガスを供給するガス供給源と、前記ガス供給源から供給されたガスを流す主ガス流路と、前記主ガス流路の下流側に接続される複数の枝ガス流路と、前記複数の枝ガス流路に設けられ、前記複数の枝ガス流路を狭める複数の絞り部と、前記複数の枝ガス流路に固定されることにより前記処理容器の内側の蓋体と被処理体との間の空間に配置され、前記枝ガス流路あたり１または２以上のガス放出部を有し、前記複数の枝ガス流路を通過したガスを前記蓋体と被処理体との間の空間に放出する複数の下段ガス放出部材と、を備えるプラズマ処理装置が提供される。

これによれば、絞り部により主ガス流路と枝ガス流路とのガスコンダクタンスの比を大きくすることができる。この結果、ガスを処理室内に均一に供給することができるとともに、ガスコンダクタンスを考慮してガス放出穴を細くする必要がなくなり、ガスの流速を提言させて層流状にガスを導入することができる。この結果、処理室内でのガスの密度を均一にして、プラズマを均一に生成することができる。

前記複数の下段ガス放出部材は、前記枝ガス流路が形成される複数の螺子に固定されるか、又は前記枝ガス流路と一体に形成されていてもよい。

前記複数の下段ガス放出部材のガス放出部は、多孔質体から形成されていてもよい。

前記複数の下段ガス放出部材のガス放出部は、スリット状の開口であってもよい。

前記複数の下段シャワー部材は、被処理体に概ね垂直な状態で配置された第１のガス管と被処理体に概ね水平な状態で前記第１のガス管に連結された複数の第２のガス管とから形成されていてもよい。

前記複数の第２のガス管は、前記第１のガス管を中心として概ね等角度に配置されていてもよい。

前記第１のガス管は、等ピッチに複数配置され、
各第１のガス管には、４本の前記第２のガス管が連結されていてもよい。

前記複数の第２のガス管には、被処理体と対向する面に等間隔に複数の前記第４のガス放出穴が形成されていてもよい。

前記複数の下段シャワー部材のそれぞれは、１又は２以上の第３のガス管から形成され、ガスを、前記第３のガス管に設けられた複数の前記第４のガス放出穴から前記処理容器内に導入してもよい。

前記複数の下段シャワー部材は、複数本の前記第３のガス管から形成され、前記複数本の第３のガス管は、前記枝ガス流路が形成される複数の螺子に固定され、前記複数の螺子を中心として概ね等角度に配置されていてもよい。

前記複数の螺子には、前記第３のガス管が４本ずつ連結され、前記４本の第３のガス管の末端部は、被処理体と平行な同一平面上に概ね等間隔に配置されていてもよい。

上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、ガス供給源から所望のガスを供給し、前記供給された所望のガスを主ガス流路に通し、前記主ガス流路を通過したガスを装置内に流し、前記主ガス流路の下流側に接続された前記複数の枝ガス流路に設けられ、前記複数の枝ガス流路を狭める複数の絞り部を通過したガスを、前記複数の枝ガス流路に設けられ、前記枝ガス流路あたり１または２以上のガス放出穴から前記処理容器の内部に放出し、前記導入されたガスをプラズマ化させ、前記処理容器内にて被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理方法が提供される。

上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、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、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を用いて、ガス供給源から所望のガスを供給し、前記供給されたガスを複数のガス放出穴から前記処理容器の内部に放出し、前記複数のガス放出穴は、前記蓋体に開口した複数の第５のガス放出穴を含み、前記処理容器内に導かれた電磁波により、前記処理容器内に放出された所望のガスを励起させて被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理方法が提供される。

上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、ガス供給源から所望のガスを供給し、供給された所望のガスを主ガス流路に通し、前記主ガス流路を通過したガスを前記主ガス流路の下流側に接続された複数の枝ガス流路に流し、前記複数の枝ガス流路に設けられ、前記複数の枝ガス流路を狭める複数の絞り部を通過したガスを、前記複数の枝ガス流路に固定され、前記処理容器の内側の蓋体と被処理体との間の空間に配置された複数の下段シャワー部材に設けられた前記枝ガス流路あたり１または２以上のガス放出部から前記処理容器の内部に放出し、前記導入されたガスをプラズマ化させ、前記処理容器内にて被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理方法が提供される。

上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、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、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であって、所望のガスを供給するガス供給源と、前記ガス供給源から供給されたガスを前記処理容器の内部に放出する複数のガス放出穴と、を更に備え、記複数のガス放出穴は、前記蓋体に開口した複数の第１のガス放出穴を含む、プラズマ処理装置が提供される。

前記誘電体板の各々には容器内側に金属電極が設けられ、前記複数のガス放出穴は、前記金属電極に開口した複数の第２のガス放出穴を含み、前記複数の第１および第２のガス放出穴から前記処理容器内にガスを導入してもよい。

前記蓋体の内部には、第１のガス流路が設けられ、前記第１のガス流路を介して前記複数の第１のガス放出穴から前記処理容器内にガスを導いてもよい。

前記金属電極と前記誘電体板との間には、第２のガス流路が設けられ、前記第２のガス流路を介して前記複数の第２のガス放出穴から前記処理容器内にガスを導いてもよい。

前記第２のガス流路は、前記金属電極の前記誘電体板に隣接した面又は前記誘電体板の前記金属電極に隣接した面の少なくともいずれかに形成された溝であってもよい。

前記蓋体は誘電体が設けられていない部分に設けられた金属カバー及びサイドカバーを含み、前記複数の第１のガス放出穴は、前記金属カバー及びサイドカバーに開口していてもよい。

前記金属カバー及びサイドカバーの内部または前記金属カバー及びサイドカバーと前記蓋体との間には、前記第１のガス流路に連結した第３のガス流路が設けられ、前記第３のガス流路を介して前記複数の第１のガス放出穴から前記処理容器内にガスを導いてもよい。

前記第３のガス流路は、前記金属カバー及びサイドカバーの前記蓋体に隣接した面又は前記蓋体の前記金属カバー及びサイドカバーに隣接した面の少なくともいずれかに形成された溝であってもよい。

前記溝の深さは、０．２ｍｍ以下であってもよい。

前記誘電体及び前記金属電極は前記蓋体に第１の螺子で取り付けられ、前記金属カバー及びサイドカバーは前記蓋体の本体部分に第２の螺子で取り付けられており、前記第２及び第３のガス流路は、前記第１及び第２の螺子の内部または側面に設けられたガス通路をそれぞれ介して前記第１のガス流路に連結してもよい。

前記第１のガス放出穴及び前記第２のガス放出穴は、概ね等ピッチで配置されていてもよい。

前記処理容器内の空間であって、前記蓋体下部の空間と前記基板を収納する空間との間の空間に配置され、前記ガス供給源とは異なるガス供給源から供給されるガスを前記基板を収納する空間に向けて放出するガス放出部を有していてもよい。

以上に説明したように、本発明によれば、主ガス流路と複数の枝ガス流路とのガスコンダクタンスの比を大きくすることができる。

発明を実施するための形態

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明及び添付図面において、同一の構成及び機能を有する構成要素については、同一符号を付することにより、重複説明を省略する。

（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置の構成について、図１を参照しながら説明する。図１は本装置の縦断面図を模式的に示す。図１は、図２の２−Ｏ−Ｏ’−２断面を示している。図２は、マイクロ波プラズマ処理装置１０の天井面であり、図１の１−１断面を示している。第１実施形態では、天井面に上段ガスシャワープレートが設けられている。

（マイクロ波プラズマ処理装置の概略）
図１に示したように、マイクロ波プラズマ処理装置１０は、ガラス基板（以下、「基板Ｇ」という。）をプラズマ処理するための処理容器１００を有している。処理容器１００は、容器本体２００と蓋体３００とから構成される。容器本体２００は、その上部が開口された有底立方体形状を有していて、その開口は蓋体３００により閉塞されている。蓋体３００は、上部蓋体３００ａと下部蓋体３００ｂとから構成されている。容器本体２００と下部蓋体３００ｂとの接触面にはＯリング２０５が設けられていて、これにより容器本体２００と下部蓋体３００ｂとが密閉され、処理室が画定される。上部蓋体３００ａと下部蓋体３００ｂとの接触面にもＯリング２１０及びＯリング２１５が設けられていて、これにより上部蓋体３００ａと下部蓋体３００ｂとが密閉されている。容器本体２００及び蓋体３００は、たとえば、アルミニウム合金等の金属からなり、電気的に接地されている。

処理容器１００の内部には、基板Ｇを載置するためのサセプタ１０５（ステージ）が設けられている。サセプタ１０５は、たとえば窒化アルミニウムから形成されている。サセプタ１０５は、支持体１１０に支持されていて、その周囲には処理室の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１１５が設けられている。また、処理容器１００の底部にはガス排出管１２０が設けられていて、処理容器１００の外部に設けられた真空ポンプ（図示せず）を用いて処理容器１００内のガスが排出される。

図１及び図２を見ると、処理容器１００の天井面には、誘電体板３０５、金属電極３１０及び金属カバー３２０が規則的に配置されている。金属電極３１０及び金属カバー３２０の周囲には、サイドカバー３５０が設けられている。誘電体板３０５、金属電極３１０及び金属カバー３２０は、僅かに角が削られた略正方形のプレートである。なお、菱形であってもよい。本明細書において、金属電極３１０は、金属電極３１０の外縁部から誘電体板３０５が概ね均等に露出するように誘電体板３０５に隣接して設けられた平板をいう。これにより、誘電体板３０５は、蓋体３００の内壁と金属電極３１０によりサンドイッチされる。金属電極３１０は、処理容器１００の内壁と電気的に接続されている。

誘電体板３０５及び金属電極３１０は、基板Ｇや処理容器１００に対して概ね４５°傾いた位置に等ピッチで８枚配置される。ピッチは、一つの誘電体板３０５の対角線の長さが、隣り合う誘電体板３０５の中心間の距離の０．９倍以上になるように定められている。これにより、誘電体板３０５のわずかに削られた角部同士は隣接して配置される。

金属電極３１０と金属カバー３２０は、誘電体板３０５の厚さ分、金属カバー３２０の方が厚い。かかる形状によれば、天井面の高さがほぼ等しくなると同時に、誘電体板３０５が露出した部分やその近傍の凹みの形状もすべてほぼ同じパターンになる。

誘電体板３０５はアルミナにより形成され、金属電極３１０、金属カバー３２０及びサイドカバー３５０はアルミニウム合金により形成されている。なお、本実施形態では、８枚の誘電体板３０５及び金属電極３１０が２列に４段配置されるが、これに限られず、誘電体板３０５及び金属電極３１０の枚数を増やすことも減らすこともできる。

誘電体板３０５及び金属電極３１０は、螺子３２５により４カ所から均等に蓋体３００に支持されている（図２参照）。金属カバー３２０及びサイドカバー３５０も同様に蓋体３００の本体部分に螺子３２５で取り付けられている。図１に示したように、上部蓋体３００ａと下部蓋体３００ｂとの間には、紙面に垂直な方向に格子状に形成された主ガス流路３３０が設けられている。主ガス流路３３０は、複数の螺子３２５内に設けられた第３のガス流路３２５ａにガスを分流する。第３のガス流路３２５ａの入口には、流路を狭める細管３３５が嵌入されている。細管３３５は、セラミックスや金属からなる。金属電極３１０と誘電体板３０５との間には第１のガス流路３１０ａが設けられている。金属カバー３２０と誘電体板３０５との間及びサイドカバー３５０と誘電体板３０５との間にも第２のガス流路３２０ａ１，３２０ａ２が設けられている。螺子３２５の先端面は、プラズマの分布を乱さないように、金属電極３１０、金属カバー３２０及びサイドカバー３５０の下面と面一になっている。金属電極３１０に開口された第１のガス放出穴３４５ａ、金属カバー３２０及びサイドカバー３５０に開口された第２のガス放出穴３４５ｂ１、３４５ｂ２は均等なピッチで配設されている。

ガス供給源９０５から出力されたガスは、主ガス流路３３０から第３のガス流路３２５ａ（枝ガス流路）を通過し、金属電極３１０内の第１のガス流路３１０ａ及び金属カバー３２０及びサイドカバー３５０内の第２のガス流路３２０ａ１，３２０ａ２を通って第１のガス放出穴３４５ａ及び第２のガス放出穴３４５ｂ１、３４５ｂ２から処理室内に供給される。第１の同軸管６１０の外周近傍の下部蓋体３００ｂと誘電体板３０５との接触面にはＯリング２２０が設けられていて、第１の同軸管６１０内の大気が処理容器１００の内部に入らないようになっている。

このようにして天井部の金属面にガスシャワープレートを形成することにより、従来生じていた、プラズマ中のイオンによる誘電体板表面のエッチング及び処理容器内壁への反応生成物の堆積を抑制し、コンタミやパーティクルの低減を図ることができる。また、誘電体と異なり金属は加工が容易であるため、コストを大幅に低減することができる。

蓋体３００を掘り込んで形成された第１の同軸管の外部導体６１０ｂには、内部導体６１０ａが挿入されている。同様にして掘り込んで形成された第２〜第４の同軸管の外部導体６２０ｂ〜６４０ｂには、第２〜第４の同軸管の内部導体６２０ａ〜６４０ａが挿入され、その上部は蓋体カバー６６０で覆われている。各同軸管の内部導体は熱伝導のよい銅で形成されている。

図１に示した誘電体板３０５の表面は、第１の同軸管６１０から誘電体板３０５にマイクロ波が入射する部分と誘電体板３０５からマイクロ波が放出される部分を除いて金属膜３０５ａにて被覆されている。これにより、誘電体板３０５とそれに隣接する部材間に生じた空隙によってもマイクロ波の伝搬が乱されず、安定してマイクロ波を処理容器内に導くことができる。

図２に示したように、誘電体板３０５は、誘電体板３０５に一対一に隣接した金属電極３１０と誘電体板３０５が配置されていない処理容器１００の内壁（金属カバー３２０で覆われた処理容器１００の内壁を含む）の間から露出している。誘電体板３０５と誘電体板３０５が配置されていない処理容器１００の内壁（金属カバー３２０で覆われた処理容器１００の内壁を含む）とは、実質的に相似をなす形状か、または実質的に対称となる形状となっている。かかる構成によれば、処理容器１００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により、誘電体板３０５から金属電極側及び内壁側（又は金属カバー３２０及びサイドカバー３５０側）に概ね均等にマイクロ波の電力を供給することができる。

この結果、誘電体板３０５から放出されたマイクロ波は、表面波となって電力を半分に分配しながら金属電極３１０、金属カバー３２０及びサイドカバー３５０の表面を伝搬する。処理容器内面の金属面とプラズマとの間を伝搬する表面波を、以下、導体表面波（金属表面波：Ｍｅｔａｌ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅ）という。これにより、天井面全体に、導体表面波が伝搬し、本実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１０の天井面下方にて、均一なプラズマが安定的に生成される。

サイドカバー３５０には、８枚の誘電体板３０５の全体を囲むように８角形の溝３４０が形成されていて、天井面を伝搬する導体表面波が、溝３４０より外側に伝搬することを抑制する。複数の溝３４０を平行に多重に形成してもよい。

一枚の金属電極３１０を中心として、隣接する金属カバー３２０の中心点を頂点に持つ領域を、以下、セルＣｅｌ（図１参照）という。天井面では、セルＣｅｌを一単位として同一パターンの構成が８セルＣｅｌ規則正しく配置されている。

冷媒供給源９１０は、蓋体内部の冷媒配管９１０ａに接続されていて、冷媒供給源９１０から供給された冷媒が蓋体内部の冷媒配管９１０ａ内を循環して再び冷媒供給源９１０に戻ることにより、処理容器１００を所望の温度に保つようになっている。第４の同軸管の内部導体６４０ａの内部には、その長手方向に冷媒配管９１０ｂが貫通している。この流路に冷媒を通すことにより、内部導体６４０ａの加熱を抑止するようになっている。

（上段ガスシャワープレート）
次に、図１及び図３を参照しながら、上段ガスシャワープレートについて詳述する。図３は、図１の３−３断面である。

（ガス流路）
ガス供給源９０５から供給されたガスは、主ガス流路３３０へと流れる。主ガス流路３３０は、上部蓋体３００ａと下部蓋体３００ｂとの間の空間を利用して形成される。つまり、主ガス流路３３０は、基板Ｇと概ね平行に、図１の紙面の前後方向に設けられている。これにより、上部蓋体３００ａと下部蓋体３００ｂとの境界部分は、一面が格子状のガス流路になる。

主ガス流路３３０は、複数の螺子３２５内に設けられたガス流路（以下、第３のガス流路３２５ａと称する。）にガスを分流する。これは、枝ガス流路の一部である。第３のガス流路３２５ａの入口には、流路を狭める細管３３５が嵌入されている。細管３３５は、セラミックスや金属からなる。

第３のガス流路３２５ａは、螺子３２５の側面に形成された横穴（第４のガス流路３２５ａ１と称する）に連通している。第４のガス流路３２５ａ１を通過したガスは、ウェーブワッシャー３５５ａ及びスペーサ３５５ｂと螺子３２５との間の隙間を通って、金属電極３１０と誘電体板３０５との間に形成された隙間（第１のガス流路３１０ａと称する。）に導かれる。第１のガス流路３１０ａは、金属電極３１０の上面を掘り込んで形成されている。金属電極３１０の下面には、複数の第１のガス放出穴３４５ａが等ピッチで開口している。第１のガス流路３１０ａに導入されたガスは、複数の第１のガス放出穴３４５ａから処理容器内に放出される。

金属カバー３２０及びサイドカバー３５０のガス流路についても、金属電極３１０と同様である。即ち、第４のガス流路３２５ａ１を通過したガスは、金属カバー３２０と誘電体板３０５との間に形成された隙間、及びサイドカバー３５０と誘電体板３０５との間に形成された隙間（第２のガス流路３２０ａ１、３２０ａ２）に導かれる。金属カバー３２０及びサイドカバー３５０の下面には、複数の第２のガス放出穴３４５ｂ１，３４５ｂ２が等ピッチで開口している。第２のガス流路３２０ａ１，３２０ａ２に導入されたガスは、複数の第２のガス放出穴３４５ｂ１，３４５ｂ２から処理容器内に放出される。このように、ガス供給源９０５を上流とすると、主ガス流路３３０の下流側に複数の枝ガス流路が接続され、さらに、その下流側に複数の第１のガス放出穴３４５ａ及び第２のガス放出穴３４５ｂ１，３４５ｂ２が設けられる。

金属電極３１０と金属カバー３２０は、誘電体板３０５の厚さの分、金属カバー３２０の方が厚い。そのため、第１のガス流路３１０ａと第２のガス流路３２０ａ１，３２０ａ２の深さが等しければ、第２のガス放出穴３４５ｂ１，３４５ｂ２の長さが、第１のガス放出穴３４５ａの長さよりも長くなる。第１のガス放出穴３４５ａと第２のガス放出穴３４５ｂ１，３４５ｂ２のガスコンダクタンスを概ね等しくするために、第２のガス放出穴３４５ｂ１，３４５ｂ２は、上部が太く、下部が細くなっている。第２のガス放出穴３４５ｂ１，３４５ｂ２の下部の細くなっている部分の太さ及び長さは、第１のガス放出穴３４５ａの太さ及び長さと等しくなっている。

（隙間なし）
誘電体板３０５と蓋体３００との間、或いは誘電体板３０５と金属電極３１０との間には隙間がないことが望ましい。制御されない隙間があると、誘電体板３０５を伝搬するマイクロ波の波長が不安定になり、プラズマの均一性や同軸管から見た負荷インピーダンスに影響を与えるからである。また、大きい隙間（０．２ｍｍ以上）があると、隙間で放電してしまう可能性もある。そのため、ナット４３５を締めたときに、誘電体板３０５と下部蓋体３００ｂとの間、及び誘電体板３０５と金属電極３１０との間が密着するようになっている。

このため、蓋体３００と金属電極３１０の間には、ウェーブワッシャー３５５ａとスぺーサ３５５ｂとが上下に配置された状態で設けられている。ウェーブワッシャー３５５ａは、ステンレス鋼（ＳＵＳ）またはアルミニウム合金等の金属からなる。スペーサ３５５ｂは、アルミニウム合金等の金属からなる。誘電体板３０５の両面が金属部に密着している状態でも蓋体３００と金属電極３１０が電気的、熱的に確実に繋がるように、これらの間にはウェーブワッシャー３５５ａが設けられている。なお、ウェーブワッシャー３５５ａは、皿バネ、バネワッシャー、金属バネ等、弾性のあるものであればよい。

（割れ防止）
ナット４３５を締める際、過剰なトルクで締めると、誘電体板３０５にストレスがかかって割れてしまう可能性がある。また、ナット４３５を締める際には割れなくても、プラズマを発生させて各部の温度が上昇したときに、ストレスがかかって割れる危険性がある。このため、螺子３２５を介して常に適度な力（Ｏリング２２０を潰して誘電体板３０５と下部蓋体３００ｂとを密着させる力よりも多少大きな力）で金属電極３１０を吊り上げることができるように、ナット４３５と下部蓋体３００ｂとの間には、最適なバネ力をもつウェーブワッシャー４３０ｂが挿入されている。ナット４３５を締める際に、ウェーブワッシャー４３０ｂがフラットになるまで締め切らずに、変形量が一定になるようになっている。なお、ウェーブワッシャー４３０ｂに限定されず、皿バネ、バネワッシャー、金属バネ等、弾性のあるものであればよい。

ナット４３５とウェーブワッシャー４３０ｂとの間には、ワッシャー４３０ａが設けられているが、あってもなくてもよい。さらに、ウェーブワッシャー４３０ｂと下部蓋体３００ｂとの間には、ワッシャー４３０ｃが設けられている。通常、螺子３２５と蓋体３００との間には隙間があり、主ガス流路３３０内のガスがこの隙間を通して第１のガス流路３１０ａに流れてしまう。この制御されないガス流量が多いと、第１のガス放出穴３４５ａからのガス放出が不均一になってしまう問題がある。このため、ワッシャー４３０ｃと螺子３２５との間の隙間を小さくするとともに、ワッシャー４３０ｃの厚さを厚くして、螺子３２５の外側を通って流れるガスの流量を抑えている。

図５に、シャワープレートから放出されるガス流量の面内均一性の計算結果を示す。横軸は、処理容器１００内に供給される単位面積あたりのガス流量である。実線Ｒｐは、放出ガス流量の均一性、すなわちガス供給源９０５から主ガス流路３３０の一端にガスを導入したときの、主ガス流路３３０の両端における放出ガス流量の比であり、破線Ｍｐは、主ガス流路３３０と細管３３５のガスコンダクタンスの比である。

ここで、主ガス流路３３０の幅は２０ｍｍ、高さは６ｍｍ、細管３３５の内径は０．５ｍｍ、長さは１２ｍｍ、第１のガス放出穴３４５ａの直径は０．６ｍｍ、長さは５ｍｍに設定した。実際のプラズマ処理における放出ガス流量は、３００〜６０００ｓｃｃｍ／ｍ^２を想定すれば十分である。

図５より、主ガス流路３３０と細管３３５のガスコンダクタンス比は、放出ガス流量の増加とともに大きくなることがわかる。これは、以下の理由による。円筒のガスコンダクタンスは、圧力が低い分子流域では直径の３乗に比例し、圧力には無関係である。一方、圧力が高い粘性流域では、直径の４乗に比例し、さらに圧力にも比例する。

放出ガス流量が多ければ、ガス流路の圧力が高くなる。主ガス流路３３０及び細管３３５がともに粘性流域になっていれば、それらのガスコンダクタンスはどちらも圧力に比例するので、ガスコンダクタンス比は放出ガス流量に対し一定になる。一方、放出ガス流量が減少すると、直径の小さな細管３３５の方が先に分子流域となり、ガスコンダクタンスが圧力に依存しなくなるので、ガスコンダクタンス比は小さくなる。

図５に示した実使用範囲と想定される放出ガス流量の下限である３００ｓｃｃｍ／ｍ^２において、主ガス流路３３０と細管３３５のガスコンダクタンス比は、５９０００となる。このときの放出ガス流量の均一性は０．３％であり、優れた均一性が得られていることがわかる。均一性は、放出ガス流量の増加とともに更に向上している。これは、主ガス流路３３０と細管３３５のガスコンダクタンス比が増加するためである。

金属電極３１０には、８列×８列で計６４個の第１のガス放出穴３４５ａが設けられている。これらのガス放出穴は、全て第１のガス流路３１０ａに連通している。第１のガス流路３１０ａには、４本の細管３３５を通過したガスが流入するようになっている。従って、細管３３５一本あたり１６個（６４／４個）の第１のガス放出穴３４５ａにガスを供給している。金属カバー３２０についても同様である。サイドカバー３５０については、細管３３５によって供給するガス放出穴の数が異なる。

本実施形態では、細管３３５のガスコンダクタンスをＣｒ、細管３３５一本あたりに供給するガス穴の数をＮとしたとき、全ての細管３３５についてＣｒ／Ｎの値が等しくなっている。すなわち、全てのガス放出穴から均一にガスが放出されるようになっている。これにより、基板Ｇ上に均一な処理を施すことが可能になる。Ｃｒ／Ｎの値を同一にするために、金属電極３１０、金属カバー３２０については、細管３３５の直径、長さを等しくしてガスコンダクタンスを等しくしている。また、サイドカバー３５０については、細管３３５の直径は一定にして、長さを調整することによりガスコンダクタンスＣｒが所望の値になるようにしている。

細管３３５のガスコンダクタンスは、細管３３５一本あたりに供給する１６個の第１のガス放出穴３４５ａのガスコンダクタンスの和よりも小さく設定されている。実際には、（細管３３５のガスコンダクタンス）／（第１のガス放出穴３４５ａのガスコンダクタンスの和）は、想定した、３００〜６０００ｓｃｃｍ／ｍ^２のガス流量において、１／３６．４〜１／１４．５となる。このとき第１のガス放出穴３４５ａから放出されるガスの噴出し流速は、最大でも９０ｍ／ｓであり、音速の３６０ｍ／ｓよりも遥かに小さい。

基板Ｇ前面に渡って均一にガスを放出するためには、主ガス流路３３０のガスコンダクタンスを枝ガス流路のガスコンダクタンスよりも十分大きくしなければならない。通常のプラズマ処理装置では、枝ガス流路のガスコンダクタンスを小さく抑えるために、ガス放出穴の径を小さくしている。しかし、この方法では、多数の小径の穴を非常に高い精度で形成しなければならないため、技術的に困難である。また、ガス放出穴のピッチを大きくしなければならないため、プラズマ処理にむらが生じることがある。さらに、ガス噴出し流速が音速に達するため、処理容器内のガスの流れが乱されて良好な処理が行えず、処理容器内面に不要な膜が堆積してしまうこともある。

（絞り）
本実施形態においては、ガス放出穴ではなく、枝ガス流路の上流側の一部に絞り部（細管３３５）を設けてコンダクタンスを制限している。すなわち、ガスを放出する機能とコンダクタンスを制限する機能を分離している。上記のように、（細管３３５のガスコンダクタンス）／（第１のガス放出穴３４５ａのガスコンダクタンスの和）が１より十分小さく（１／１４．５以下）となるようにして、細管３３５のみで効果的にコンダクタンスが制限されるようになっている。これにより、細管３３５の下流において多少コンダクタンスが変化しても、均一性が保たれる。また、主ガス流路３３０と細管３３５のガスコンダクタンス比を１より十分大きく（本実施形態においては５９０００以上）設定して、高い均一性が得られるようになっている。

さらに、絞り部（細管３３５）を枝ガス流路の上流部に配置したことにより、その下流側のガス流路の圧力が低く抑えられる。この結果、下流側のガス流路からガス放出穴を通らずに隙間を通して処理容器１００の内部に漏れ出すガスの流量が低く抑えられるため、より均一にガスを放出させることができる。

さらに、従来型のプラズマ処理装置では、天井面に配置された誘電体板３０５の露出面積が大きかったため、シース中の電界により電子が誘電体板３０５に引き寄せられ、誘電体板３０５の表面が負にバイアスされることにより誘電体板３０５の表面がエッチングされたり、イオンエネルギーがアシストして誘電体板３０５の表面にて化学反応が促進され、特に、水素ラジカルの還元作用によって反応生成物が処理容器内面へ堆積したりして、コンタミやパーティクルの原因となっていた。

これに対して、本実施形態に係る上段ガスシャワープレートでは、金属電極３１０や金属カバー３２０に複数のガス放出穴を設けたことにより、誘電体板３０５の表面のエッチングの抑制及び処理容器内面への反応生成物の堆積抑制を実現でき、コンタミやパーティクルの低減を図ることができる。また、上段ガスシャワーヘッドは金属により形成されているため、加工が容易でコストを大幅に低減することができる。

なお、細管３３５は、複数の枝ガス流路に設けられ、枝ガス流路のガス流路を狭める絞り部の一例である。絞り部の他の例としては、細穴、オリフィス、弁体、多孔質部材等が挙げられる。絞り部は、複数の第１のガス放出穴３４５ａ及び第２のガス放出穴３４５ｂよりも主ガス流路３３０に近い位置に設けられればよく、たとえば、主ガス流路３３０に隣接して複数の枝ガス流路（螺子３２５）の内部に設けられるか又は主ガス流路３３０と複数の枝ガス流路との間に設けられてもよい。

なお、第１のガス流路３１０ａは、誘電体板３０５の金属電極３１０に隣接した面に形成された溝であってもよい。同様に、第２のガス流路３２０ａは、蓋体３００の金属カバー３２０又はサイドカバー３５０に隣接した面に形成された溝であってもよい。

（第１実施形態の変形例）
第１実施形態の変形例を図６に示す。以下では、第１実施形態と異なる点を中心に説明し、同一点については説明を省略する。本実施形態では、螺子３２５と下部蓋体３００ｂとの間に第５のガス流路３２５ｃが設けられている。螺子３２５の内部にガス流路は設けられていない。主ガス流路に導入されたガスは、図４Ｅに拡大して示したように、ワッシャー４３０ｃに設けられた細穴３６０（絞り部）を通って、第５のガス流路３２５ｃを流れ、第１のガス流路３１０ａ及び第２のガス流路３２０ａ１，３２０ａ２から複数の第１のガス放出穴３４５ａ及び複数の第２のガス放出穴３４５ｂ１、３４５ｂ２に導かれる。

また、本実施形態では、螺子３２５の先端面は金属電極３１０、金属カバー３２０及びサイドカバー３５０の下面と面一でなく、製作が容易である。第１のガス流路３１０ａは、金属電極３１０の内部に設けられている。金属電極３１０は、２枚のアルミ板を合わせ、溶接により接合することにより内部に第１のガス流路３１０ａを形成することができる。同様に、金属カバー３２０又はサイドカバー３５０の内部に第２のガス流路３２０ａ１，３２０ａ２がそれぞれ設けられている。このように、シャワープレートの内部にガス流路を設けることにより、誘電体板３０５の表面を金属膜にて被覆しなくてもガス流路で放電する懸念がない。

なお、第１〜３のガス流路３１０ａ、３２０ａ、３２５ａは枝ガス流路の一部である。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置１０の構成について、図７及び図８を参照しながら説明する。図７は、図８の５−Ｏ−Ｏ’−５断面を示す。図８は、図７の４−４断面を示す。第２実施形態では、上段ガスシャワープレートに加えて、下段ガスノズルが設けられている。

（上段ガスシャワープレート）
本実施形態では、上部蓋体３００ａと下部蓋体３００ｂとの境界部分に２種類の主ガス流路が配設されている。一つは、下部蓋体３００ｂの上面に形成された第１の主ガス流路３３０ａである。もう一つは、下部蓋体３００ｂ内部に形成された第２の主ガス流路３３０ｂである。第２の主ガス流路３３０ｂは、下部蓋体３００ｂの上面に設けられた溝にアルミニウム合金の板で蓋をしたものであるが、下部蓋体３００ｂに設けられた長穴等であってもよい。

第１の主ガス流路３３０ａは、下段ガスノズル３７０にガスを供給する流路であり、たとえば、成膜やエッチング用の処理ガスが供給される。第２の主ガス流路３３０ｂは、上段ガスシャワープレートにガスを供給する流路であり、たとえば、上段ガス供給源９０５ａから希ガス等のプラズマ励起ガスが供給される。上段ガス供給源９０５ａは、プラズマ励起用ガスを含む第１のガスを供給する第１のガス供給源に相当する。成膜やエッチング等の処理では、このように、上段の電子温度が高い部分からプラズマ励起ガスを、下段ガス供給源９０５ｂ（第２のガス供給源に相当）から下段の電子温度が低下した部分に処理ガスを供給する。下段ガス供給源９０５ｂは、所望の第２のガスを供給する第２のガス供給源に相当する。

これにより、処理ガスの過剰解離を抑制して、基板Ｇに良質なプラズマ処理を施すことができる。

本実施形態では、螺子３２５と下部蓋体３００ｂとの間に第５のガス流路３２５ｃが設けられている。さらに、第２の主ガス流路３３０ｂと第５のガス流路３２５ｃとの間には、第６のガス流路３６５が設けられている。第６のガス流路３６５は、基板側に向かって斜めに傾斜しながら第２の主ガス流路３３０ｂと第５のガス流路３２５ｃとを連結する。これにより、ガスは、第２の主ガス流路３３０ｂを通過し、第６のガス流路３６５から第５のガス流路３２５ｃに導かれる。第５のガス流路３２５ｃを通過したガスは、第１のガス流路３１０ａ及び第２のガス流路３２０ａ１、３２０ａ２に導かれ、上段シャワープレートに設けられた第１のガス放出穴３４５ａ及び第２のガス放出穴３４５ｂ１、３４５ｂ２から基板Ｇ側に放出される。第１のガス放出穴３４５ａ及び第２のガス放出穴３４５ｂ１、３４５ｂ２は、第１のガス供給源から供給された第１のガスを処理容器の内部空間であって蓋体下面に隣接する第１の空間に放出する第１のガス放出部の一例である。

本実施形態においても、枝ガス流路のガスコンダクタンスを制限するために、第２の主ガス流路３２５ａを狭める細管３３５ａ及び第６のガス流路３６５を狭める細管３３５ｂが設けられている。これにより、第２の主ガス流路３２５ａ及び第６のガス流路３６５のガスコンダクタンスは、主ガス流路３３０のガスコンダクタンスよりも圧倒的に小さくなる。

（下段ガスノズル）
本実施形態は、上段ガスシャワープレートのみならず、蓋体３００の天井面と基板Ｇとの空間に下段ガスノズル３７０が設けられている。螺子３２５は、誘電体板３０５及び金属電極３１０を貫通し、第１のガス管３７０ａに連結している。第１のガス管３７０ａは、天井面に等ピッチに配置される。第１のガス管３７０ａの先端には、図８に示すように、十字状に４本の第２のガス管３７０ｂが連結されている。第２のガス管３７０ｂは、第１のガス管３７０ａと概ね垂直に、第１のガス管３７０ａを中心として概ね等角度に配置されている。

枝ガス流路（第２のガス管３７０ｂ）の基板G側の面には、複数の第４のガス放出穴３７０ｂ１が設けられている。第１の主ガス流路３３０ａに導入されたガスは、細管３３５ａ、第３のガス放出穴３４５ｃ、第１のガス管３７０ａ、第２のガス管３７０ｂ内の流路を通過して、第４のガス放出穴３７０ｂ１から基板Ｇ側に放出される。第４のガス放出穴３７０ｂ１

下段ガスノズル３７０は、表面にアルミナの保護膜を備えたアルミニウム合金からなる。また、図８に示したように、外周部の下段ガスノズル３７０には、第２のガス管３７０ｂを１本または２本しか備えていないものもある。なお、本実施形態においては、螺子３２５と第１のガス管３７０ａ、及び第１のガス管３７０ａと第２のガス管３７０ｂは一体に形成されているが、分離できるようになっていてもよい。第１のガス管３７０ａに連結される第２のガス管の数は４本でなくてもよいし、第１のガス管３７０ａに垂直に連結されていなくてもよい。

以上に説明した本実施形態に係る上段ガスシャワープレート、及び下段ガスノズル３７０によれば、枝ガス流路の上流部に絞り部を設けたことにより、ガス放出穴から放出されるガスの流速を小さく抑えながら、大面積基板上に均一にガスを導入することができる。この結果、均一で高品質なプラズマ処理が行える。

また、本実施形態に係る下段ガスノズル３７０によれば、パイプ状のガス管を格子状に一体形成した従来型のシャワーヘッドと比べて熱膨張による撓みの心配がない。また、下段ガスノズル３７０は、金属から形成されているため、従来型の誘電体板３０５で形成されたシャワーヘッドに対して剛性の問題が生じず、大型基板に対応できる。また、ガス管内部にて異常放電が発生することを防ぐことができる。

下段ガスノズル３７０は、たとえば、図９に示したように、第２のガス管３７０ｂの一部を多孔質体Ｐにより形成してもよい。図９（１）は下段ガスノズル３７０の断面（図９（２）の６−６断面）、図９（２）は下段ガスノズル３７０の下面、図９（３）は第２のガス管３７０ｂの断面（図９（１）の７−７断面）を示す。多孔質体Ｐは、アルミニウム等の金属、またはアルミナ等のセラミックスからなる。

この場合、ガスは、第１のガス管３７０ａを通って、第２のガス管３７０ｂの多孔質体Ｐの気孔間を通って処理室内に放出される。よって、これによってもガスの流速を充分に低減させてから、処理室内に放出することができる。また、図示していないが、第２のガス管３７０ｂに単一または複数のスリット状の開口を形成し、十字に形成されたスリット状の開口からガスを処理室内に導入してもよい。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置１０の構成について、図１０及び図１１を参照しながら説明する。図１０は、図１１の９−Ｏ−Ｏ’−９断面を示す。図１１は、図１０の８−８断面を示す。第３実施形態では、下段ガスノズル３７０の形状が第２実施形態にかかる下段ガスノズル３７０と異なっている。

すなわち、本実施形態では、複数の下段ガスノズル３７０のそれぞれは、４本の第３のガス管３７０ｃからなる。第３のガス管３７０ｃは、アルミナ等のセラミックス、石英等のガラス、またはアルミニウム合金等の金属からなる。４本の第３のガス管３７０ｃは、溶接、接着、圧入、螺子止め等により螺子３２５に固定される。４本の第３のガス管３７０ｃは、複数の枝ガス流路（螺子３２５）を中心として概ね等角度に配置されている。各第３のガス管３７０ｃはパイプ状になっている。第３のガス管３７０ｃの先端には、第４のガス放出穴３７０ｃ１が設けられている。第１の主ガス流路３３０ａに導入されたガスは、細管３３５ａ、第３のガス放出穴３４５ｃ、第３のガス管３７０ｃを通過して、第４のガス放出穴３７０ｃ１から基板Ｇ側に放出される。第４のガス放出穴３７０ｂ１及び第４のガス放出穴３７０ｃ１は、処理容器内の空間であって、前記第１の空間と前記基板を収納する空間との間の第２の空間に、前記第２のガス供給源から供給された前記第２のガスを放出する第２のガス放出部の一例である。は、処理容器内の空間であって、前記第１の空間と前記基板を収納する空間との間の第２の空間に、前記第２のガス供給源から供給された前記第２のガスを放出する第２のガス放出部の一例である。

これによれば、図１０及び図１１に示したように、基板Ｇに対向する面であって基板Ｇに平行な同一平面上に等間隔に複数の第４のガス放出穴３７０ｃ１が設けられるため、基板Ｇに均一な処理を施すことができる。また、第３のガス管３７０ｃの外形が細いため、プラズマの拡散をあまり妨げない。このため、高速な処理を行うことができる。さらに、下段ガスノズル３７０は、パイプ状の第３のガス管３７０ｃから構成されているので、コストが低く、構造が簡単でメンテナンスが容易である。

図１１に示したように、外周部の下段ガスノズル３７０には、第３のガス管３７０ｃを１本または２本しか備えていないものもある。なお、本実施形態においては、螺子３２５と第３のガス管３７０ｃが直接接続されているが、第３のガス管３７０ｃの接続部が螺子３２５と分離できるようになっていてもよい。螺子３２５に連結される第３のガス管３７０ｃの数は４本でなくてもよいし、垂直に連結されていてもよい。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置１０の構成について、図１２〜図１４を参照しながら説明する。図１２は、図１３の１１−Ｏ−Ｏ’−１１断面を示す。図１３は、図１２の１０−１０断面を示す。図１４は、図１２の１２−１２断面である。

第４実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置１０は、円形基板（例えば半導体基板）用であり、上段ガスシャワープレートのみ設けられている。金属電極３１０，金属カバー３２０及びサイドカバー３５０内のガス流路は、各部材上面に形成された溝によって形成されている。第３のガス流路３２５ａは、螺子３２５の内部に形成されている。

図１３を見ると、セル数は４つであり、第１のガス放出穴３４５ａ及び第２のガス放出穴３４５ｂ１，３４５ｂ２が等ピッチで均等に配置されている。マイクロ波は、マイクロ波源９００から供給され、伝送線路９００ａから同軸管９００ｂに伝送され、分岐板９００ｃから第１の同軸管６１０に伝送される。各同軸管は、蓋体カバー６６０の内部に配置されている。

ガス供給源９０５から供給されたガスは、図１４に示したように、主ガス流路３３０へと流れる。主ガス流路３３０は、上部蓋体３００ａと下部蓋体３００ｂとの間に設けられた八角形の空間である。これにより、上部蓋体３００ａと下部蓋体３００ｂとの境界部分は、一面がガス流路になる。

本実施形態においても、主ガス流路３３０は、複数の螺子３２５内に設けられた第３のガス流路３２５ａにガスを分流する。第３のガス流路３２５ａの入口には、流路を狭める細管３３５が嵌入されている。

本実施形態では、基板Ｇの近傍におけるガスの流速をより均一にするために、処理容器１００の周辺部のガス放出穴から放出されるガス流量が、中心部のガス放出穴から放出されるガス流量よりも多くなるように設計されている。即ち、細管３３５のガスコンダクタンスをＣｒ、細管３３５一本あたりに供給するガス穴の数をＮとしたとき、外周部に近い細管３３５ほどＣｒ／Ｎの値が大きくなっている。これにより、小型の処理容器１００でも基板Ｇ上に均一な処理を施すことが可能になる。なお、本実施形態では、細管３３５の内径は０．４ｍｍに統一して、長さを変えることによりガスコンダクタンスを調整している。また、細管３３５の内径を変えてガスコンダクタンスを調整してもよい。

本実施形態では、導体表面波（金属表面波）伝搬抑制用の溝３４０ａ、３４０ｂが２つ設けられている。サイズやアスペクト比が異なる複数の溝を配置することにより、より広い電子密度の範囲に対応することができる。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置１０の構成について、図１５及び図１６を参照しながら説明する。図１５は、図１６の１４−Ｏ−Ｏ’−１４断面を示す。図１６は、図１５の１３−１３断面を示す。第５実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置１０は、第４実施形態と同様に円形基板（例えば半導体基板）用であるが、上段ガスシャワープレートに加え、下段ガスシャワープレート４１０が設けられている点で、上段ガスシャワープレートのみ設けられた第４実施形態と異なる。

図１６を見ると、この場合もセル数は４つであり、第１のガス放出穴３４５ａ、及び第２のガス放出穴３４５ｂ１，３４５ｂ２が等ピッチで均等に配置されている。マイクロ波は、マイクロ波源９００から供給され、伝送線路９００ａから第４の同軸管６４０に伝送される。本実施形態では、第４の同軸管６４０は、第３の同軸管６３０（ロッド６３０ａ１及び内部導体連結板６３０ａ２）にＴ分岐し、さらに、第３の同軸管６３０は、第５の同軸管６５０にＴ分岐する。

金属電極３１０，金属カバー３２０及びサイドカバー３５０内の第１のガス流路３１０ａ、及び第２のガス流路３２０ａ１，３２０ａ２は、各部材上面に形成された溝によって形成されている。本実施形態の場合、螺子３２５の内部に第３のガス流路３２５ａが形成されている。下段ガスシャワープレート４１０は、メッシュ状に処理容器１００と一体的に形成されている。本実施形態では、たとえば、プラズマ励起ガスは、上段ガスシャワープレートから処理容器内に供給される。処理ガスは、下段ガスシャワープレート４１０からプラズマ励起ガスが供給される位置より下方に供給される。これにより、所望のプラズマを生成し、基板上に良好なプラズマ処理を施すことができる。

なお、下段ガスノズル３７０及び下段ガスシャワープレート４１０は、複数の枝ガス流路を通過したガスを蓋体３００と基板Ｇとの間の空間に放出する下段ガス放出部材の一例である。

（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置１０の構成について、図１７及び図１８を参照しながら説明する。図１７は、図１８の１６−Ｏ−Ｏ’−１６断面を示す。図１８は、図１７の１５−１５断面を示す。本実施形態では、金属カバー３２０及びサイドカバー３５０が設けられていない点で、上述した各実施形態と異なる。また、本実施形態では、絞り部がない。

具体的には、図１７に示した中心線Ｏの右側には、金属カバー３２０及びサイドカバー３５０が設けられておらず、下部蓋体３００ｂが天井面に露出している。下部蓋体３００ｂの下面には、直接複数のガス放出穴（第５のガス放出穴３４５ｄと称する）が設けられている。第５のガス放出穴３４５ｄは、下部が他の部分よりも細くなっている。

上部蓋体３００ａと下部蓋体３００ｂとの境界部分には、複数の第２のガス放出穴３４５ｂと連通した幅広の主ガス流路３３０が設置されている。ガスは、主ガス流路３３０から出て第７のガス流路４００を通り、複数の第５のガス放出穴３４５ｄから処理容器内に放出される。

一方、図１７の中心線Ｏの左側を見ると、複数の螺子３２５の内部には、第３のガス流路３２５ａが設けられている。第３のガス流路３２５ａの先には、第３のガス流路３２５ａより細い第３のガス放出穴３４５ｃが形成されている。ガスは、主ガス流路３３０のガス流路を通って、第３のガス流路３２５ａを介して複数の第３のガス放出穴３４５ｃから処理容器内に導入される。また、ガスは、第３のガス放出穴３４５ｃの上方の螺子３２５の側面に設けられた第４のガス流路３２５ａ１から金属電極３１０の上面に設けられた第１のガス流路３１０ａを通り、複数の第１のガス放出穴３４５ａに導かれる。金属電極を固定する４本の螺子３２５のうち、１本のみに第４のガス流路３２５ａ１が設けられており、他の３本には設けられていない。

図１８に示したように、第１のガス放出穴３４５ａ、第５のガス放出穴３４５ｄ、及び第３のガス放出穴３４５ｃは、等ピッチで配置されている。第１のガス流路３１０ａ、及び第１のガス放出穴３４５ａのガスコンダクタンスは、第４のガス流路３２５ａ１のガスコンダクタンスよりも十分大きく設定されている。また、第５のガス放出穴３４５ｄ下部の細穴、第３のガス放出穴３４５ｃ、及び第４のガス流路３２５ａ１は、直径、及び長さが概ね等しくなっており、ガスコンダクタンスが等しくなっている。これにより、天井面全面からガスを均一に放出することができる。

（ガス流路の深さ）
本実施形態においては、誘電体３０５が金属膜で被われていない。このように、誘電体３０５が金属膜で被われていない場合には、金属電極３１０に設けられた溝（第１のガス流路３１０ａ）で放電しないようにするために、金属電極３１０に設けられた溝の深さを、０．２ｍｍ以下にすることが望ましい。その理由を説明する。

ガス流路の深さが電子の平均自由行程より小さければ、間隔を狭くすることにより電子がマイクロ波電界から電離に必要なエネルギーを得る前に壁に衝突してエネルギーを失うため、ガス流路において放電しにくくなる。ガス流路の深さは、実使用条件において最も放電しやすい状況においても放電しないような寸法に設定にするべきである。

平均自由行程は、ｕａ／νｃで与えられる。ここで、ｕａは電子の平均速度、νｃは電子の衝突周波数である。電子の平均速度ｕａは、
ｕａ＝（８ｋＴ／πｍ）^１／２
で与えられる。ここで、ｋはボルツマン定数、Ｔは電子温度、ｍは電子の質量である。隙間で放電が維持される電子温度を３ｅＶとすれば、上式より、ｕａ＝１．１４×１０^６ｍ／ｓとなる。

電子の衝突周波数とマイクロ波角周波数が一致すると、マイクロ波から電子に与えられるエネルギーが最大となり最も放電しやすくなる。マイクロ波周波数が９１５ＭＨｚのとき、νｃ＝５．７５×１０^９Ｈｚとなる圧力のとき（アルゴンガスでは約２００Ｐａ）最も放電しやすくなる。このときの平均自由行程を上式から計算すると、０．２０ｍｍとなる。すなわち、ガス流路の深さを０．２ｍｍ以下にすれば、ガス流路で放電することなく常に安定なプラズマを励起することができる。

本実施形態にかかる上段ガスシャワーヘッドにおいても、金属電極３１０にガス放出穴３４５ａ、３４５ｃを形成するとともに金属の蓋体３００にも直接複数のガス放出穴３４５ｄを形成する。これにより、誘電体板表面のエッチングの抑制及び処理容器内面への反応生成物の堆積抑制を実現でき、コンタミやパーティクルの低減を図ることができる。また、上段ガスシャワーヘッドは金属により形成されているため、加工が容易でコストを大幅に低減することができる。ただし、本実施形態によれば、枝ガス流路の末端にてガスコンダクタンスを調整しているため、ガスの流速を低減することは難しい。

（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置１０の構成について、図１９及び図２０を参照しながら説明する。図１９は、図２０の１８−Ｏ−Ｏ’−１８断面を示す。図２０は、図１９の１７−１７断面を示す。

本実施形態においても、絞り部（細管３３５）は存在しない。ガスは、主ガス流路３３０を通って、第３のガス流路３２５ａを介して複数の第３のガス放出穴３４５ｃから処理容器内に導入される。図２０に示したように、複数の第３のガス放出穴３４５ｃは天井面に均等に配置される。第３のガス放出穴３４５ｃは、下部が第３のガス放出穴３４５ｃの他の部分や第３のガス流路３２５ａよりも細くなっている。これにより、天井面全面からガスを均一に放出することができる。金属電極３１０、金属カバー３２０及びサイドカバー３５０には、ガス放出穴は設けられていない。

本実施形態では、図１９及び図４Ｃに拡大して示したように、主ガス流路３３０に突出した螺子３２５の外周には、ナット４３５が装着されている。下部蓋体３００ｂと螺子３２５との側部接触面にはＯリング２２５が設けられ、下部蓋体３００ｂと螺子３２５との隙間をシールしている。これにより、螺子３２５の周りからガスが漏れることを防止する。Ｏリング２２５は、ワッシャー４３０ｃと接する位置に配置されていてもよい。Ｏリング２２５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２２５の代わりにシールワッシャーを用いてもよい。

なお、螺子３２５の外周からガスが漏れることを防止する他の機構としては、たとえば、図４Ｂに示したように、皿バネ４３０ｄを用いてもよい。皿バネ４３０ｄは、バネ力が強いためＯリング２２０を潰すのに十分な力を発生することができる。皿バネ４３０ｄの上下の角がナット４３５及び下部蓋体３００ｂ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４Ｄに示したように、テーパーワッシャー４３０ｅを用いてガスの漏れを防いでも良い。ナット４３５を締めこんだとき、テーパーワッシャー４３０ｅと下部蓋体３００ｂとが斜め方向に接触しているため、テーパーワッシャー４３０ｅ、下部蓋体３００ｂ及び螺子３２５が強固に密着して隙間がなくなり、螺子３２５と下部蓋体３００ｂとの隙間を確実にシールすることができる。さらに、螺子３２５がテーパーワッシャー４３０ｅにより下部蓋体３００ｂに固定されるため、ナット４３５を締めているときにナット４３５と共に螺子３２５が回転することがない。このため、螺子３２５と金属電極３１０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４３０ｅの材質は、金属または樹脂が良い。

以上では、誘電体板３０５および金属電極３１０を固定する方法について説明したが、金属カバー３２０やサイドカバー３５０を固定する場合にも適用できる。また、図４Ａ〜図４Ｃのタイプでは、螺子３２５の回転防止のために、螺子３２５を金属電極３１０等に圧入、焼嵌、溶接、接着等により固定してもよいし、螺子３２５を金属電極３１０等と一体に形成してもよい。また、螺子３２５と下部蓋体３００ｂ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３２５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３２５を締めるようにしてもよい。

以上に説明した各実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置１０によれば、上段ガスシャワープレート、下段ガスノズル又は下段ガスシャワープレートを設けたことにより、ガスの供給を良好に制御することができる。また、金属電極３１０、金属の蓋体３００、金属カバー３２０、サイドカバー３５０に複数のガス放出を設けることにより、従来生じていた誘電体板の表面のエッチングを抑制するとともに、処理容器内面への反応生成物の堆積を抑制することができ、コンタミやパーティクルの低減を図ることができる。

なお、金属電極３１０の第１のガス放出穴３４５ａ、金属カバー３２０、サイドカバー３５０の第２のガス放出穴３４５ｂ１，３４５ｂ２、蓋体３００の第５のガス放出穴３４５ｄは、蓋体３００の基板側の面に形成された凸部に位置づけられてもよい。凸部ではプラズマが生成されにくいことを利用して、凸部に設けられたガス放出穴の近傍にて異常放電が発生することを防止するためである。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な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。

たとえば、本発明に係るプラズマ処理装置は、上段ガスシャワーヘッドをなくして図７や図１０に示した下段ガスノズル３７０のみを有する装置であってもよい。また、各実施形態にて開示した複数種類の上段ガスシャワーヘッドと下段ガスノズル３７０とは、任意に組み合わせることができる。図１や図６に示した絞り部を有する上段ガスシャワーヘッドに従来型の下段ガスノズル３７０を付加してもよい。下段ガスノズル３７０をセラミックスから形成することもできる。

以上に説明した各実施形態では、９１５ＭＨｚのマイクロ波を出力するマイクロ波源９００を挙げたが、８９６ＭＨｚ、９２２ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚ等のマイクロ波を出力するマイクロ波源であってもよい。また、マイクロ波源は、プラズマを励起するための電磁波を発生する電磁波源の一例であり、１００ＭＨｚ以上の電磁波を出力する電磁波源であれば、マグネトロンや高周波電源も含まれる。

金属電極３１０の形状は、４角形に限られず、３角形、６角形、８角形でもよい。この場合には、誘電体板３０５及び金属カバー３２０の形状も金属電極３１０の形状と同様になる。金属カバー３２０はあってもなくてもよいが、金属カバー３２０がない場合には、蓋体３００に直接ガス流路を形成してもよい。

マイクロ波プラズマ処理装置は、成膜処理、拡散処理、エッチング処理、アッシング処理、プラズマドーピング処理など、プラズマにより被処理体を微細加工する各種プロセスを実行することができる。

たとえば、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）基板を処理することもできる。

また、プラズマ処理装置は、上述したマイクロ波プラズマ処理装置に限られず、たとえば、ラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ：Ｒａｄｉａｌ Ｌｉｎｅ Ｓｌｏｔ Ａｎｔｅｎｎａ）、ＣＭＥＰ（Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ Ｐｌａｓｍａ）プラズマ処理装置、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）プラズマ処理装置、容量結合型プラズマ処理装置、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）等の装置に用いることができる。なお、ＣＭＥＰプラズマ処理装置は、導波管を電送したマイクロ波を複数の誘電体板から処理容器内に放出させ、マイクロ波のエネルギーによりプラズマを生成する装置である。たとえば、特開２００７−２７３６３６に記載されている。

また、本発明に係る上段ガスシャワープレート又は下段ガスノズルは、図２１に示したように、基板サイズが１３５２ｍｍ×１２０６ｍｍの太陽電池用のプラズマ処理装置に用いることができる。この場合、セルＣｅｌの縦横の列数は、８×８（＝２^３×２^３）になり、概ね正方形の装置となる。マイクロ波源から出力されたマイクロ波は、分岐回路を伝搬し、電力を分配しながらセルＣｅｌに供給され、天井の金属面を導体表面波が伝搬する。なお、基板を均一にプラズマ処理するために、プラズマ励起エリアＥａは基板Ｇのサイズより大きく設計される。

第１実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置の縦断面図である。 図１の１−１断面図である。 図１の３−３断面図である。 螺子外周からのガス漏れを防止する機構を示した図である。 螺子外周からのガス漏れを防止する機構を示した図である。 螺子外周からのガス漏れを防止する機構を示した図である。 螺子外周からのガス漏れを防止する機構を示した図である。 螺子外周からのガス漏れを防止する機構を示した図である。 放出ガス流量に対する放出ガス流量の均一性及びコンダクタンス比を示したグラフである。 第１実施形態の変形例にかかるマイクロ波プラズマ処理装置の縦断面図である。 第２実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置の縦断面図である。 図７の４−４断面図である。 同実施形態にかかる多孔質体の下段シャワーノズルの縦横断面及び下面図である。 第３実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置の縦断面図である。 図１０の８−８断面図である。 第４実施形態にかかる半導体用のマイクロ波プラズマ処理装置の縦断面図である。 図１２の１０−１０断面図である。 図１２の１２−１２断面図である。 第５実施形態にかかる半導体用のマイクロ波プラズマ処理装置の縦断面図である。 図１５の１３−１３断面図である。 第６実施形態にかかる半導体用のマイクロ波プラズマ処理装置の縦断面図である。 図１７の１５−１５断面図である。 第７実施形態にかかる半導体用のマイクロ波プラズマ処理装置の縦断面図である。 図１９の１７−１７断面図である。 太陽電池用のプラズマ処理装置のイメージ図である。

符号の説明

１０ マイクロ波プラズマ処理装置
１００ 処理容器
２００ 容器本体
３００ 蓋体
３００ａ 上部蓋体
３００ｂ 下部蓋体
３０５ 誘電体板
３１０ 金属電極
３１０ａ 第１のガス流路
３２０ 金属カバー
３２０ａ 第２のガス流路
３２５ 螺子
３２５ａ 第３のガス流路
３２５ａ１ 第４のガス流路
３２５ｃ 第５のガス流路
３３０，３３０ａ，３３０ｂ 主ガス流路
３３５，３３５ａ，３３５ｂ 細管
３４０，３４０ａ、３４０ｂ 溝
３４５ａ 第１のガス放出穴
３４５ｂ、３４５ｂ１，３４５ｂ２ 第２のガス放出穴
３４５ｃ 第３のガス放出穴
３４５ｄ 第５のガス放出穴
３６０ 最穴
３６５ 第６のガス流路
３７０ 下段ガスノズル
３７０ａ 第１のガス管
３７０ｂ 第２のガス管
３７０ｂ１，３７０ｃ１ 第４のガス放出穴
３７０ｃ 第３のガス管
３５０ サイドカバー
３６０ 細穴
４００ 第７のガス流路
４１０ 下段ガスシャワープレート
４３０ａ、４３０ｃ ワッシャー
３５５ａ、４３０ｂ ウェーブワッシャー
４３０ｄ 皿バネ
４３０ｅ テーパーワッシャー
４３５ ナット
６１０ 第１の同軸管
６２０ 第２の同軸管
９００ マイクロ波源
９０５ ガス供給源
９１０ 冷媒供給源
Ｃｅｌ セル

Claims (47)

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、
   前記処理容器の金属製の蓋体下面の一部に配置された、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誘電体と、
   前記誘電体の下面に配置された金属電極と、
   第１のガスを供給する第１のガス供給源と、
   前記第１のガス供給源から供給された前記第１のガスを前記処理容器の内部空間であって前記蓋体下面に隣接する第１の空間に放出する複数のガス放出穴を有する第１のガス放出部と、
   前記第１のガスを前記第１のガス供給源から前記複数のガス放出穴へ導くガス流路とを備え、
   前記誘電体の側面または下面の一部が前記処理容器の内部に露出し、
   前記蓋体の前記誘電体が配置されていない部分または当該部分に設けられた金属カバーの下面と、前記金属電極の下面とが、表面波伝搬部を構成し、
   前記誘電体を透過した電磁波は前記表面波伝搬部を伝搬することを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記複数のガス放出穴は、前記金属電極に開口した複数の第１のガス放出穴を含み、
   前記複数の第１のガス放出穴から前記処理容器内に前記第１のガスを導入する請求項１に記載されたプラズマ処理装置。
3. 前記複数のガス放出穴は、前記金属カバーに開口した複数の第２のガス放出穴を含み、
   前記金属カバーの複数の第２のガス放出穴から前記処理容器内に前記第１のガスを導入する請求項１又は２に記載されたプラズマ処理装置。
4. 前記ガス流路は、前記金属電極の内部に設けられた第１のガス流路を含み、
   前記第１のガス流路を介して前記複数の第１のガス放出穴から前記処理容器内に前記第１のガスを導く請求項２に記載されたプラズマ処理装置。
5. 前記ガス流路は、前記金属電極と前記誘電体との間に設けられた第１のガス流路を含み、
   前記第１のガス流路を介して前記複数の第１のガス放出穴から前記処理容器内に前記第１のガスを導く請求項２に記載されたプラズマ処理装置。
6. 前記第１のガス流路は、前記金属電極の前記誘電体に隣接した面又は前記誘電体の前記金属電極に隣接した面の少なくともいずれかに形成された溝である請求項５に記載されたプラズマ処理装置。
7. 前記ガス流路は、前記金属カバーの内部に設けられた第２のガス流路を含み、
   前記第２のガス流路を介して前記複数の第２のガス放出穴から前記処理容器内に前記第１のガスを導く請求項３に記載されたプラズマ処理装置。
8. 前記ガス流路は、前記金属カバーと前記蓋体との間に設けられた第２のガス流路を含み、
   前記第２のガス流路を介して前記複数の第２のガス放出穴から前記処理容器内に前記第１のガスを導く請求項３に記載されたプラズマ処理装置。
9. 前記第２のガス流路は、前記金属カバーの前記蓋体に隣接した面又は前記蓋体の前記金属カバーに隣接した面の少なくともいずれかに形成された溝である請求項８に記載されたプラズマ処理装置。
10. 前記溝の深さは、０．２ｍｍ以下である請求項６に記載されたプラズマ処理装置。
11. 前記溝の深さは、０．２ｍｍ以下である請求項９に記載されたプラズマ処理装置。
12. 前記誘電体及び前記金属電極または前記金属カバーは前記蓋体に螺子で固定され、
    前記ガス流路は、前記螺子の側面に設けられた第５のガス流路を含み、
    前記第１のガス流路は、前記第５のガス流路に連結する請求項４〜６，１０のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
13. 前記誘電体及び前記金属電極または前記金属カバーは前記蓋体に螺子で固定され、
    前記ガス流路は、前記螺子の側面に設けられた第５のガス流路を含み、
    前記第２のガス流路は、前記第５のガス流路に連結する請求項７〜９，１１のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
14. 前記誘電体及び前記金属電極または前記金属カバーは前記蓋体に螺子で固定され、
    前記ガス流路は、前記螺子の内部に設けられた第３のガス流路を含み、
    前記複数のガス放出穴は、前記螺子に開口した第３のガス放出穴を含み、
    前記第３のガス流路を介して前記第３のガス放出穴から前記処理容器内に前記第１のガスを導入する請求項１〜１１のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
15. 前記第３のガス放出穴のガスコンダクタンスは、前記第３のガス流路のガスコンダクタンスよりも小さい請求項１４に記載されたプラズマ処理装置。
16. 前記誘電体及び前記金属電極または前記金属カバーは前記蓋体に螺子で固定され、
    前記ガス流路は、前記螺子の内部に設けられた第３のガス流路および前記螺子の内部側面に設けられた第４のガス流路を含み、
    前記第３のガス流路を通過したガスを前記第４のガス流路を介して前記第１のガス流路に導く請求項４〜６，１０のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
17. 前記誘電体及び前記金属電極または前記金属カバーは前記蓋体に螺子で固定され、
    前記ガス流路は、前記螺子の内部に設けられた第３のガス流路および前記螺子の内部側面に設けられた第４のガス流路を含み、
    前記第３のガス流路を通過したガスを前記第４のガス流路を介して前記第２のガス流路に導く請求項７〜９，１１のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
18. 前記第１のガス流路または前記第３のガス流路のガスコンダクタンスは、前記第４のガス流路のガスコンダクタンスよりも大きい請求項１６に記載されたプラズマ処理装置。
19. 前記第２のガス流路または前記第３のガス流路のガスコンダクタンスは、前記第４のガス流路のガスコンダクタンスよりも大きい請求項１７に記載されたプラズマ処理装置。
20. 前記複数のガス放出穴は、前記第３のガス流路を介して前記処理容器内に前記第１のガスを導入する前記螺子に開口した第３のガス放出穴を含み、前記第３のガス放出穴のコンダクタンスは、前記第４のガス流路のコンダクタンスに概ね等しい請求項１６〜１９のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
21. 前記第４のガス流路及び前記第３のガス放出穴は円筒形であり、前記第４のガス流路の直径及び長さは、前記第３のガス放出穴の直径及び長さに概ね等しい請求項２０に記載されたプラズマ処理装置。
22. 前記ガス流路は、前記蓋体の内部に設けられた主ガス流路を含み、
    前記主ガス流路を通過したガスを前記第５のガス流路に導く第６のガス流路を更に含む請求項１２又は１３に記載されたプラズマ処理装置。
23. 前記第６のガス流路は、被処理体に向かって斜めに配置されている請求項２２に記載されたプラズマ処理装置。
24. 前記第６のガス流路のガスコンダクタンスが前記主ガス流路のガスコンダクタンスよりも小さくなるように前記主ガス流路に隣接して配置されている絞り部を更に有する請求項２２又は請求項２３のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
25. 前記第３のガス流路のガスコンダクタンスが主ガス流路のガスコンダクタンスよりも小さくなるように前記主ガス流路に隣接して配置されている絞り部を更に有する請求項１４〜２０のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
26. 前記複数のガス放出穴は、前記蓋体の前記誘電体が配置されていない部分に開口した複数の第５のガス放出穴を含み、
    前記複数の第５のガス放出穴から前記処理容器内に前記第１のガスを導入する請求項１〜２，４〜６のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
27. 前記ガス流路は、前記蓋体の内部に設けられた第７のガス流路を含み、
    前記第７のガス流路を介して前記第５のガス放出穴から前記処理容器内に前記第１のガスを導く請求項２６に記載されたプラズマ処理装置。
28. 前記ガス流路は、前記蓋体の内部に設けられた複数の主ガス流路を含み、
    前記複数の主ガス流路は、複数の枝ガス流路に前記第１のガスを分流する請求項１〜１１のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
29. 前記蓋体は、上部蓋体と下部蓋体とから構成され、
    前記主ガス流路は、前記上部蓋体と前記下部蓋体との境界部分に設けられている請求項２２〜２５、２８のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
30. 前記ガス流路には流路を狭める絞り部が設けられている請求項１〜２３、２６〜２９のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
31. 前記第１のガスとは異なる第２のガスを供給する第２のガス供給源と、
    前記処理容器内の空間であって、前記第１の空間と前記基板を収納する空間との間の第２の空間に、前記第２のガス供給源から供給された前記第２のガスを放出する第２のガス放出部とを備えた請求項１〜３０のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
32. 前記第２のガス放出部は、
    前記蓋体内部を通過して前記第２の空間近傍まで延在する複数のガス導通路と前記ガス導通路の各々に設けられ、前記第２の空間に前記第２のガスを放出する少なくとも１つの第４のガス放出穴とを含む請求項３１に記載されたプラズマ処理装置。
33. 前記第２のガス放出部は、多孔質体から形成されている請求項３１に記載されたプラズマ処理装置。
34. 前記第２のガス放出部は、スリット状の開口である請求項３１に記載されたプラズマ処理装置。
35. 前記複数のガス導通路は、被処理体に概ね垂直な状態で配置された第１のガス管と被処理体に概ね水平な状態で前記第１のガス管に連結された複数の第２のガス管とを含む請求項３２に記載されたプラズマ処理装置。
36. 前記複数の第２のガス管は、前記第１のガス管を中心として概ね等角度に配置されている請求項３５に記載されたプラズマ処理装置。
37. 前記第１のガス管は、等ピッチに複数配置され、
    各第１のガス管には、４本の前記第２のガス管が連結されている請求項３５又は請求項３６のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
38. 前記複数の第２のガス管には、被処理体と対向する面に等間隔に複数の前記第４のガス放出穴が設けられている請求項３５〜３７のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
39. 前記複数のガス導通路は、被処理体に所定の角度をなす状態で配置された第３のガス管を含む請求項３２に記載されたプラズマ処理装置。
40. 前記第３のガス管は、前記蓋体の下面の複数の部分から、各部分につき複数本が概ね等角度で異なる方向に伸びて前記第２の空間近傍に達するように配置されている請求項３９に記載されたプラズマ処理装置。
41. 前記複数の第３のガス管の末端部に前記第４のガス放出穴が設けられ、前記第４のガス放出穴は被処理体と平行な同一平面上に概ね等間隔に配置されている請求項３９または４０に記載されたプラズマ処理装置。
42. 前記第１のガスを前記処理容器の内部に放出する前記複数のガス放出穴のそれぞれは、概ね等ピッチで配置されている請求項１〜４１のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
43. 前記複数のガス放出穴は、それぞれのガスコンダクタンスが概ね等しい請求項１〜４２のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
44. 前記複数のガス放出穴のそれぞれは、直径が概ね等しい請求項４３に記載されたプラズマ処理装置。
45. 前記複数のガス放出穴は円筒形であり、それぞれの直径及び長さがそれぞれ概ね等しい請求項４４に記載されたプラズマ処理装置。
46. 前記複数のガス放出穴の少なくとも一つは、前記金属電極または前記金属カバーのいずれかの金属面に形成された凸部に設けられている請求項１〜４５のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
47. 前記金属カバーは、前記金属電極と相似形をなす形状である金属カバーと、前記金属電極とは非相似形をなす形状であるサイドカバーとを含む請求項１〜４６のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。

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