JP5792315B2

JP5792315B2 - プラズマ処理装置

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Inventors: 石橋　清隆; 清隆石橋; 森田　治; 治森田
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Description

本発明は、処理ガスの電磁波放電により生成されるプラズマを用いて被処理基板に所望の処理を施すプラズマ処理装置に関する。

半導体デバイスやＦＰＤ（Flat Panel Display）の製造プロセスにおけるエッチング、堆積、酸化、スパッタリング等の処理では、処理ガスに比較的低温で良好な反応を行わせるためにプラズマがよく利用されている。従来より、この種のプラズマ処理には、ＭＨｚ領域の高周波放電により生成されるプラズマか、もしくはＧＨｚ領域のマイクロ波放電により生成されるプラズマが広く用いられている。

マイクロ波放電によるプラズマは、低圧下で電子温度の低い高密度のプラズマを生成できるという利点があり、特にスロットアンテナを組み込んだ平板状のマイクロ波導入窓構造を採ることにより、大口径プラズマを効率的に生成できるうえ、磁場を必要としないためプラズマ処理装置の簡略化をはかれるという長所を有している。

ところで、マイクロ波プラズマ処理装置においても、所望のプロセスに必要なプラズマを生成するために、真空のチャンバ（処理容器）内に所要の処理ガスを供給し、チャンバ内で放電させる必要がある。通常は、チャンバの天井にマイクロ波導入用の誘電体窓が天板として取り付けられる。チャンバ内のプラズマ生成空間においては、この誘電体窓（天板）の内側近傍でマイクロ波の電界および放射パワーが最も強いことから、この付近に処理ガスを流し込むのが最もプラズマ生成効率が高い。このため、誘電体窓を貫通するガス流路を介して天井からチャンバ内に処理ガスを導入する上部ガス導入機構が多く用いられるようになっている。

もっとも、誘電体窓はマイクロ波伝搬路でもあり、その内部にはマイクロ波電界が多く分布し、誘電体窓のガス流路内で処理ガスがマイクロ波電界に晒されれば放電する可能性がある。誘電体窓のガス流路の中または入口付近で処理ガスが放電すると、マイクロ波パワーの無駄な消費を招くだけでなく、ガス流路の壁に処理ガスの分解生成物が堆積してコンダクタンスの低下等を来す。最悪の場合、誘電体窓が放電によって破損することもある。

このような誘電体窓内部での異常放電を防止する技法として、誘電体窓内部のガス流路を流れる処理ガスをマイクロ波電界から電磁的に遮蔽するようにガス流路の壁を導体で構成する従来技術がある。しかし、この技法は、プラズマ生成空間に臨む導体（金属）のガス噴出部がプラズマからのイオンのアタックでスパッタされ、コンタミネーションを起こす懸念や、マイクロ波電界が電磁的に遮蔽されることにより均一なプラズマ処理を阻害する懸念がある。

別の技法として、誘電体窓内部のガス流路に通気性の放電防止部材を詰め込む技術が提案されている（特許文献１）。この放電防止部材は、典型的には多孔質の誘電体からなり、内部で無数の細孔が互いに連通して通気性があるので、処理ガスをスムースにチャンバ内のプラズマ生成空間まで送ることができる。一方で、この多孔質の誘電体がマイクロ波電界に晒されても、ガス流路（内部の無数の細孔）のスペースが小さすぎて電子は殆ど加速されず、放電になるほどの電子衝突電離は起こらない。

国際公開ＷＯ２００７／０８３７９５

上記のように、マイクロ波プラズマ処理装置において、誘電体窓を貫通するガス流路には通気性を有する放電防止部材を充填することによって、コンタミネーションを伴わずに誘電体窓内部の異常放電を効果的に防止することができる。しかしながら、その一方で、そのような放電防止部材が充填されていたとしても、放電防止部材より上流側のガス流路では、依然として処理ガスの予期せぬ放電（異常放電）が発生し得ることが課題となっている。

通常、誘電体窓を貫通するガス流路の入口には、処理ガス供給部からの外部ガス管がＯリング等のシール部材を介して気密に接続される。この種のガス管は、ステンレスや銅等の金属からなり、細めの管に作られている。しかしながら、外部ガス管の出口と接続する誘電体窓側のガス流路の入口付近で処理ガスが充満するガス溝（特にＯリングの内側の隙間）において、電磁界強度と圧力次第で（一般に電磁界強度が高くて圧力が低いときに）ガスの異常放電が起こる。

上記のような通気性の放電防止部材を詰めたガス流路の入口付近のガス溝における異常放電を防止するために、従来は、マイクロ波の投入電力に制限を加える（それによって上記ガス溝内の電磁界強度を下げる）手法、あるいは上記ガス溝内の圧力を十分高くする（たとえば３００Torr以上にする）手法が用いられている。

しかしながら、マイクロ波の投入電力に制限を加える手法は、プラズマプロセスの処理速度の低下を伴い、これは実用上の大きな不利点になる。

また、上記ガス溝の圧力を高くする手法も、難点が多い。すなわち、ガス溝の圧力を高くすると、プラズマプロセスの処理前後におけるガスの吸排気やマルチステップ法におけるガス種の置換に多くの時間（数十秒以上）を費やし、結果的にスループットの低下を招く。また、ガス溝の圧力を高くすると、ガス流量がガス溝圧力によって律則されるため、プラズマ生成に伴うガス流路の放電防止部材（多孔質誘電体）の温度変化を介したガス溝圧力の変動によって、ガス流量が容易に変動し、プラズマプロセスの安定性や再現性に支障が出る。さらに、処理ガスに蒸気圧の低いガス種を用いる場合には、圧力を上げるために、たとえば外部ガス管の全区間に装着される加熱手段によりガス管の中でガスの温度を上げる必要があり、ガス供給ラインが高価で大掛かりになる。

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するものであり、プラズマ生成用の電磁波をチャンバ内に透過して導入する誘電体窓にガス流路を設ける場合に、そのガス流路の入口付近における異常放電を確実に防止するようにしたプラズマ処理装置を提供する。

本発明の第１の観点におけるプラズマ処理装置は、誘電体の窓を有する真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、前記誘電体窓を貫通する誘電体窓ガス流路と、前記処理容器内のプラズマ生成空間から見て前記誘電体窓の裏側または外側で前記誘電体窓ガス流路と接続する外部ガス供給路を有し、所要の処理ガスの少なくとも一部を前記外部ガス供給路および前記誘電体窓ガス流路を介して前記処理容器内に供給する処理ガス供給部と、前記誘電体窓を介して前記処理容器内に電磁波を供給する電磁波供給部と、前記誘電体窓に一体的に形成または結合され、前記外部ガス供給路の出口に接続する入口を有し、前記誘電体窓ガス流路の全区間または一区間を構成する通気性の放電防止部材と、前記放電防止部材の少なくともその入口付近を包囲する包囲導体とを有し、前記包囲導体が、前記放電防止部材の周りをその入口から出口に向かって所定距離Ｈ以上の範囲に亘って囲む。

上記の構成においては、処理容器内でプラズマプロセスが行われる時、処理ガス供給部の外部ガス流路を通って所定の圧力で送られてきた処理ガスは、放電防止部材の入口から誘電体窓ガス流路に入り、通気性の放電防止部材を通り抜けて、誘電体窓ガス流路の終端（ガス噴出口）から処理容器内に噴き出る。
一方、電磁波供給部より供給される電磁波は、誘電体窓を透過して処理容器内のプラズマ生成空間に向けて放射される一方で、誘電体窓の中を伝搬し、放電防止部材を自由に透過する。こうして、放電防止部材の中は、処理ガスが流れるだけでなく、誘電体窓の中に多く分布する電磁波電界にも晒される。さらに、放電防止部材を介して電磁波がその周囲、特に外部ガス流路にも及ぶ。

ここで、放電防止部材の中は、ガス流路（無数の細孔）のスペースが小さすぎるため、ここでは電磁波の電界が如何に強くても電子は殆ど加速されず、電子衝突電離つまり放電は殆ど起こらない。一方、誘電体窓の内部から放電防止部材の中を入口側に向かって進行する電磁波電界は、誘電体窓の中よりも格段に狭くて奥まった包囲導体の中で反射または等価的なリアクタンスによって減衰し、包囲導体の中を伝搬する距離が増すほど、つまり放電防止部材の入口側に進行するほど、その減衰量が増大する。これによって、放電防止部材の入口付近の電界強度は誘電体窓内部の電界強度よりも著しく低くなる。
したがって、電磁波の投入パワーを任意に大きくし、ガス流路の圧力を任意に低くしても、異常放電が最も発生しやすい場所とされる放電防止部材の入口付近において異常放電を確実に防止することができる。

本発明の第２の観点におけるプラズマ処理装置は、誘電体の窓を有する真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、前記誘電体窓を貫通する誘電体窓ガス流路と、前記処理容器内のプラズマ生成空間から見て前記誘電体窓の外側で前記誘電体窓ガス流路と接続する外部ガス供給路を有し、所要の処理ガスの少なくとも一部を前記外部ガス供給路および前記誘電体窓ガス流路を介して前記処理容器内に供給する処理ガス供給部と、前記誘電体窓を介して前記処理容器内にガス放電用の電磁波を供給する電磁波供給部とを有し、前記誘電体窓の中心と前記誘電体窓ガス流路との間の距離をＲ、前記電磁波が前記誘電体窓の中を伝搬するときの波長をλ _g とすると、λ _g ／４＜Ｒ＜５λ _g ／８である構成とした。

上記の構成においては、処理容器内でプラズマプロセスが行われる時、処理ガス供給部の外部ガス流路を通って所定の圧力で送られてきた処理ガスは、放電防止部材の入口から誘電体窓ガス流路に入り、通気性の放電防止部材を通り抜けて、誘電体窓ガス流路の終端（ガス噴出口）から処理容器内に噴き出る。
一方、電磁波供給部より供給されるプラズマ生成用の電磁波は、誘電体窓を透過して処理容器内のプラズマ生成空間に向けて放射される一方で、誘電体窓の中を伝搬し、誘電体窓ガス流路を自由に透過する。こうして、誘電体窓ガス流路の中は、処理ガスが流れるだけでなく、誘電体窓の中に多く分布する電磁波電界にも晒される。さらに、誘電体窓を介して電磁界がその周囲、特に外部ガス流路にも及ぶ。
ここで、プラズマ生成用の電磁波を透過する誘電体窓の内部には、電磁界の定在波が生じて、局所的に電界の強い場所と弱い場所ができる傾向がある。その場合、一定の条件の下では、たとえば誘電体窓およびアンテナが共に回転対称性を有する場合には、誘電体窓の中心で電界強度が波腹になるような電磁界の定在波が誘電体窓内に形成される。このような定在波の下では、誘電体窓の中心から半径λ _g ／４以内は強い電界が生じ、その周辺（特に半径２λ _g ／４付近）では局所的に電界が弱まり、さらに半径３λ _g ／４付近で局所的に電界が強くなる。この傾向は、ガス種や圧力にあまり依存しない。
したがって、誘電体窓に設ける誘電体窓ガス流路を上記の条件式（λ _g ／４＜Ｒ＜５λ _g ／８）で規定される範囲の領域内に配置することにより、誘電体窓ガス流路の中はもちろんその入口付近ないしは外部ガス供給路の出口付近も電界強度の弱い場所になり、処理ガスの異常放電が発生し難くなる。

本発明のプラズマ処理装置によれば、上記のような構成および作用により、プラズマ生成用の電磁波をチャンバ内に透過して導入する誘電体窓にガス流路を設ける場合に、そのガス流路入口付近における異常放電を確実に防止することができる。

本発明の一実施形態におけるマイクロ波プラズマ処理装置の構成を示す図である。図１のプラズマ処理装置における中心ガス導入部の構成を示す断面図である。上記中心ガス導入部において誘電体窓に形成される複数の誘電体窓ガス流路の配置位置（レイアウト）を示す平面図である。第１の実施例における誘電体窓ガス流路回りの構成を示す部分拡大断面図である。放電防止部材の作成および誘電体窓への取り付けの一方法を示す図である。放電防止部材の作成および誘電体窓への取り付けの別の方法を示す図である。誘電体窓ガス流路回りの構成に関する第１の実施例の一変形例を示す部分拡大断面図である。誘電体窓ガス流路回りの構成に関する別の変形例を示す部分拡大断面図である。誘電体窓ガス流路回りの構成に関する別の変形例を示す部分拡大断面図である。誘電体窓ガス流路回りの構成に関する別の変形例を示す部分拡大断面図である。誘電体窓ガス流路回りの構成に関する別の変形例を示す部分拡大断面図である。誘電体窓ガス流路回りの構成に関する別の変形例を示す部分拡大断面図である。誘電体窓ガス流路回りの構成に関する別の変形例を示す部分拡大断面図である。誘電体窓ガス流路回りの構成に関する別の変形例を示す部分拡大断面図である。誘電体窓ガス流路回りの構成に関する別の変形例を示す部分拡大断面図である。誘電体窓ガス流路回りの構成に関する別の変形例を示す部分拡大断面図である。Ｄ／λ_d＝０．４の場合における電界強度比のＨ／λ_d依存性を示すプロット図である。包囲導体の内径または最大内接楕円長軸長の定義を示す断面図である。Ｈ／λ_d＝０．４の場合における電界強度比のＤ／λ_d依存性を示すプロット図である。誘電体窓ガス流路の入口を誘電体窓の側面に設ける場合の一変形例を示す図である。第２の実施例における誘電体窓ガス流路回りの装置構成を示す断面図である。図１１の装置構成における誘電体窓ガス流路の配置位置（レイアウト）を示す平面図である。図１１の装置構成の要部を拡大して示す部分拡大断面図である。図１１の装置構成における要部の一変形例を拡大して示す部分拡大断面図である。第２の実施例における電磁界計算で用いたモデルの構成を示す図である。上記電磁界計算の結果を示すプロット図である。上記電磁界計算により得られる誘電体窓ガス流路の入口付近における電界強度分布を示す図である。第２の実施例の一変形例を示す部分拡大断面図である。第２の実施例の別の変形例を示す部分拡大断面図である。第２の実施例の別の変形例を示す部分拡大断面図である。第２の実施例の別の変形例を示す部分拡大断面図である。第３の実施例における誘電体窓ガス流路回りの構成を示す断面図である。図２１の装置構成における誘電体窓ガス流路の配置位置（レイアウト）を示す平面図である。図２３の装置構成の要部を拡大して示す部分拡大断面図である。図２１の装置構成における要部の一変形例を拡大して示す部分拡大断面図である。図２１の装置構成における要部の別の変形例を拡大して示す部分拡大断面図である。図２１の装置構成における要部の別の変形例を拡大して示す部分拡大断面図である。第４の実施例における誘電体窓ガス流路回りの装置構成を示す断面図である。図２５の装置構成の要部を拡大して示す部分拡大断面図である。図２５の装置構成におけるノズル部を拡大して示す斜視図である。図２５の装置構成における誘電体窓ガス流路の配置位置（レイアウト）を示す平面図である。第５の実施例における誘電体窓ガス流路回りの装置構成を示す断面図である。図２９の装置構成の要部を拡大して示す部分拡大断面図である。第５の実施例における要部の一変形例を示す断面図である。図３１の装置構成における要部を拡大して示す斜視図である。第６の実施例における誘電体窓ガス流路回りの装置構成を示す断面図である。第７の実施例における誘電体窓ガス流路回りの装置構成を示す断面図である。図３４の装置構成における要部を拡大して示す斜視図である。第８の実施例における誘電体窓ガス流路回りの装置構成の要部を示す斜視図である。第９の実施例における誘電体窓ガス流路回りの装置構成を示す断面図である。図３７の装置構成に含まれるノズルピースの外観構成を示す斜視図である。ノズルピースに設けられる縦溝の横断面形状を示す上面図である。ノズルピースの縦断面構造を示す断面図である。一変形例におけるノズルピースの縦断面構造を示す断面図である。誘電体窓ガス流路（貫通孔）の内壁と上記ノズルピースの外周面とを接着剤で接合する構成例を示す断面図である。第９の実施例の一変形例によるシャワープレート回りの装置構成を示す断面図である。第９の実施例の一変形例によるガスノズル回りの構成を示す断面図である。図４４のガスノズルの各部の構成を詳細に示す分解斜視図である。ラジアルラインスロットアンテナの一例を示す平面図である。

以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。

図１に、本発明の一実施形態におけるマイクロ波プラズマ処理装置の構成を示す。このマイクロ波プラズマ処理装置は、マイクロ波および平板スロットアンテナを用いて励起される表面波プラズマの下で、たとえばプラズマエッチング、プラズマＣＶＤ、プラズマＡＬＤ等のプラズマ処理を行う装置であり、アルミニウムまたはステンレス鋼等の金属製の円筒型真空チャンバ（処理容器）１０を有している。チャンバ１０は接地されている。

先ず、このマイクロ波プラズマ処理装置においてプラズマ生成に関係しない各部の構成を説明する。

チャンバ１０内の下部中央には、被処理基板としてたとえば半導体ウエハＷを載置する円板状のサセプタ１２が、基板保持台として水平に配置されている。このサセプタ１２は、たとえばアルミニウムからなり、チャンバ１０の底から垂直上方に延びる絶縁性の筒状支持部１４に支持されている。

筒状支持部１４の外周に沿ってチャンバ１０の底から垂直上方に延びる導電性の筒状支持部１６とチャンバ１０の内壁との間に環状の排気路１８が形成され、この排気路１８の上部または入口に環状のバッフル板２０が取り付けられるとともに、底部に１つまたは複数の排気ポート２２が設けられている。各排気ポート２２には排気管２４を介して排気装置２６が接続されている。排気装置２６は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ１０内のプラズマ処理空間を所望の真空度まで減圧することができる。チャンバ１０の側壁の外には、半導体ウエハＷの搬入出口２７を開閉するゲートバルブ２８が取り付けられている。

サセプタ１２の上面には、半導体ウエハＷにイオンを引き込むためのバイアス電極と、半導体ウエハＷを静電吸着力で保持するための電極３６ａとを備えた静電チャック３６が設けられている。バイアス電極には、ＲＦバイアス用の高周波電源３０がマッチングユニット３２および給電棒３４を介して電気的に接続されている。この高周波電源３０は、半導体ウエハＷに引き込むイオンのエネルギーを制御するのに適した一定の周波数たとえば１３．５６ＭＨｚの高周波を所定のパワーで出力する。マッチングユニット３２は、高周波電源３０側のインピーダンスと負荷（主に電極、プラズマ、チャンバ）側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合器を収容しており、この整合器の中にブロッキングコンデンサが含まれている。

静電チャック３６の半径方向外側に半導体ウエハＷの周囲を環状に囲むフォーカスリング３８が設けられる。電極３６ａには直流電源４０がスイッチ４２および被覆線４３を介して電気的に接続されている。直流電源４０より印加される直流電圧により、静電気力で半導体ウエハＷを静電チャック３６上に吸着保持することができる。

サセプタ１２の内部には、たとえば円周方向に延びる環状の冷媒流路４４が設けられている。この冷媒流路４４には、チラーユニット（図示せず）より配管４６，４８を介して所定温度の冷媒たとえばフッ素系熱媒体や冷却水ｃｗが循環供給される。冷媒の温度によって静電チャック３６上の半導体ウエハＷの処理温度を制御できる。さらに、伝熱ガス供給部（図示せず）からの伝熱ガスたとえばＨeガスが、ガス供給管５０を介して静電チャック３６の上面と半導体ウエハＷの裏面との間に供給される。また、半導体ウエハＷのローディング／アンローディングのためにサセプタ１２を垂直方向に貫通して上下移動可能なリフトピンおよびその昇降機構（図示せず）等も設けられている。

次に、このマイクロ波プラズマエッチング装置においてプラズマ生成に関係する各部の構成を説明する。

チャンバ１０のサセプタ１２と対向する天井面には、マイクロ波導入用の円形の誘電体窓５２が天板として気密に取り付けられる。この誘電体窓５２直下のチャンバ内空間がプラズマ生成空間になる。誘電体窓５２は、マイクロ波を透過する誘電体、たとえば石英あるいはＡｌ₂Ｏ₃等のセラミックスからなり、耐圧性を考慮してたとえば２０ｍｍ程度の厚さを有している。

誘電体窓５２は、その上面に貼付または配置された導体のスロット板５４を備える。スロット板５４は、マイクロ波を放射するためのスロットとして同心円状に分布する回転対称な多数のスロットペア５５（図４６）を有している。スロット板５４の上には、その内部を伝搬するマイクロ波の波長を短縮するための誘電体板５６が設けられている。スロット板５４は、マイクロ波伝送線路５８に電磁的に結合されている。スロット板５４、誘電体板５６、およびスロット板の対面に設けられたアンテナ後面板とで、平板型のスロットアンテナ、たとえば円板形のラジアルラインスロットアンテナ５５が構成されている。

マイクロ波伝送線路５８は、マイクロ波発生器６０より所定のパワーで出力されるたとえば２．４５ＧＨｚのマイクロ波をラジアルラインスロットアンテナ５５まで伝送する線路であり、導波管６２と導波管−同軸管変換器６４と同軸管６６とを有している。導波管６２は、たとえば方形導波管であり、ＴＥモードを伝送モードとしてマイクロ波発生器６０からのマイクロ波を導波管−同軸管変換器６４に伝送する。

導波管−同軸管変換器６４は、方形導波管６２の終端部と同軸管６６の始端部とを結合し、方形導波管６２の伝送モードを同軸管６６の伝送モードに変換する。同軸管６６は、導波管−同軸管変換器６４からチャンバ１０の上面中心部まで鉛直下方に延びて、その同軸線路の終端部が誘電体板５６を介してラジアルラインスロットアンテナ５５に結合されている。同軸管６６の外部導体７０は方形導波管６２と一体形成された円筒体からなり、マイクロ波は内部導体６８と外部導体７０の間の空間をＴＥＭモードで伝搬する。

マイクロ波発生器６０より出力されたマイクロ波は、上記のようなマイクロ波伝送線路５８の導波管６２、導波管−同軸管変換器６４および同軸管６６を伝搬して、ラジアルラインスロットアンテナ５５に誘電体板５６を介して給電される。そして、誘電体板５６内で波長を短縮しながら半径方向に広げられたマイクロ波はアンテナ５５の各スロットペアから２つの直交する偏波成分を含む円偏波の平面波となってチャンバ１０内に向けて放射される。誘電体窓５２の表面に沿ってラジアル方向に伝搬する表面波の電界（マイクロ波電界）によって付近のガスが電離して、高密度で電子温度の低いプラズマが生成される。

誘電体板５６の上には、アンテナ後面板を兼ねる冷却ジャケット板７２がチャンバ１０の上面を覆うように設けられている。この冷却ジャケット板７２は、たとえばアルミニウムからなり、誘電体窓５２および誘電体板５６で発生する誘電損失の熱を吸収（放熱）する機能を有している。この冷却機能のために、冷却ジャケット板７２の内部に形成されている流路７４には、チラーユニット（図示せず）より配管７６，７８を介して所定温度の冷媒たとえばフッ素系熱媒体や冷却水ｃｗが循環供給される。

このマイクロ波プラズマ処理装置は、チャンバ１０内に処理ガスを導入するためのガス導入機構として、誘電体窓５２内に設けられたガス流路を含む上部ガス導入部８０と、チャンバ１０の側壁に設けられたガス流路を含む側部（サイド）ガス導入部８２の２系統を備えている。

上部ガス導入部８０においては、同軸管６６の内部導体６８に、その中を軸方向に貫通する中空のガス流路８４が設けられている。そして、内部導体６８の上端に処理ガス供給源８６からの第１ガス供給管８８が接続され、第１ガス供給管８８のガス流路と同軸管６６のガス流路８４は連通している。

内部導体６８の下端には、下方の基端部に向かって逆テーパ状に径が大きくなり、その内部にてガスのフローを分岐するブロック状のコネクタ部９０が接続されている。このコネクタ部９０は、同軸管６６のガス流路８４の終端と接続する１つ（共通）の入口９０ａと、この共通入口９０ａから内部で刳り貫かれて放射状に分岐する複数本たとえば８本の内部流路つまり分岐ガス供給路９２(1)〜９２(8)とを有し、誘電体窓５２の中心部の裏面（上面）に気密に対向している。

コネクタ部９０は、導体たとえば銅、アルミニウム、ステンレスあるいはそれらの合金からなり、同軸管６６の内部導体６８に接続され、同軸線路の終端部を構成し、電気的に接地されている。

誘電体窓５２には、コネクタ部９０の分岐ガス供給路９２(1)〜９２(8)の終端とそれぞれ接続する内部流路つまり誘電体窓ガス流路９４(1)〜９４(8)が形成されている。これらの誘電体窓ガス流路９４(1)〜９４(8)は、好ましくは誘電体窓５２の中心Ｏから一定距離（半径）Ｒ_Aの円周上に等間隔で配置され（図３）、各々が誘電体窓５２を垂直に貫通してチャンバ１０内のプラズマ生成空間に臨んでいる（図１）。

図２に示すように、誘電体窓５２を貫通する各々の誘電体窓ガス流路９４(n)（ｎ=1〜8）には、誘電体からなる通気性の放電防止部材９６(n)が設けられている。この実施形態においては、各々の放電防止部材９６(n)が各対応する誘電体窓ガス流路９４(n)の全区間（または一区間）を占めている。各々の放電防止部材９６(n)は誘電体窓５２の裏側では各対応するガス分岐供給路９２(n)と接続し、誘電体窓５２のおもて側ではチャンバ１０内のプラズマ生成空間に臨んで、ガス噴出口５３を形成している。

各誘電体窓ガス流路９４(n)においてコネクタ部９０の分岐ガス供給路９２(n)の終端（出口）と接続する入口側の部分は、後に詳細に説明する。

上部ガス導入部８０において、処理ガス供給源８６より所定の圧力で送出された処理ガス（たとえばエッチングガスあるいは成膜ガス）は、第１ガス供給管８８、同軸管６６のガス流路８４、コネクタ部９０の各ガス分岐供給路９２(n)および誘電体窓５２の各放電防止部材９６(n)を順に流れて終端のガス噴出口５３から吐出され、チャンバ１０内の中心部から周辺部に向かってプラズマ生成空間に拡散するようになっている。なお、第１ガス供給管８８の途中には、ＭＦＣ（マス・フロー・コントローラ）９８および開閉弁１００が設けられている。

側部ガス導入部８２は、誘電体窓５２の下面より低い位置にあり、チャンバ１０の側壁の中に環状に形成されたバッファ室（マニホールド）１０２と、円周方向に等間隔でバッファ室１０２からプラズマ生成空間に臨む多数の側壁ガス噴出口１０４と、処理ガス供給源８８からバッファ室１０２まで延びる第２ガス供給管１０６とを有している。第２ガス供給管１０６の途中にはＭＦＣ１０８および開閉弁１１０が設けられている。

この側部ガス導入部８２において、処理ガス供給源８６より所定の圧力で送出された処理ガス（たとえばエッチングガスあるいは成膜ガス）は、第２ガス供給管１０６を通ってチャンバ１０側壁内のバッファ室１０２に導入される。そして、各側壁ガス噴出口１０４より略水平に噴射され、チャンバ１０内の周辺部から中心部に向かってプラズマ生成空間に拡散するようになっている。

なお、上部ガス導入部８０および側部ガス導入部８２よりチャンバ１０内にそれぞれ導入される処理ガスは、通常は同種のガスでよいが、別種類のガスであってもよい。各ＭＦＣ９８，１０８を通じて各々独立した流量で、あるいは任意の流量比で導入することもできる。たとえば、上部ガス導入部８０からプラズマ励起用ガスとしての不活性ガスを導入し、側部ガス導入部８２よりプロセスガスとしての成膜ガスを導入することができる。

制御部１１２は、マイクロコンピュータを有しており、このマイクロ波プラズマ処理装置内の各部、たとえば排気装置２６、高周波電源３０、静電チャック３６用のスイッチ４２、マイクロ波発生器６０、上部ガス導入部８０、側部ガス導入部８２、処理ガス供給源８６、伝熱ガス供給部（図示せず）等の個々の動作および装置全体の動作を制御する。また、制御部１１２は、マン・マシン・インタフェース用のタッチパネル（図示せず）およびこのプラズマ処理装置の諸動作を規定する各種プログラムや設定値等のデータを格納する記憶装置（図示せず）等とも接続されている。

このマイクロ波プラズマ処理装置において、たとえばエッチングを行なうには、先ずゲートバルブ２８を開状態にして加工対象の半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入して、静電チャック３６の上に載置する。そして、処理ガス導入部８０，８２より処理ガスつまりエッチングガス（一般に混合ガス）を所定の流量でチャンバ１０内に導入し、排気装置２６によりチャンバ１０内の圧力を設定値まで減圧する。たとえば、酸化シリコン膜をエッチングする際には、アルゴンガス、フッ素含有炭化水素ガス、酸素ガスの混合ガス等が用いられる。また、伝熱ガス供給部より静電チャック３６と半導体ウエハＷとの接触界面に伝熱ガス（ヘリウムガス）を供給するとともに、スイッチ４２をオンにして静電チャック３６の静電吸着力により半導体ウエハＷを固定する。そして、マイクロ波発生器６０をオンにし、マイクロ波発生器６０より所定パワーで出力されるマイクロ波をマイクロ波伝送線路５８から伝搬させてラジアルラインスロットアンテナ５５に給電し、アンテナ５５からチャンバ１０内にマイクロ波を放射させる。さらに、高周波電源３０をオンにして所定のパワーでＲＦバイアス用の高周波を出力させ、この高周波をマッチングユニット３２および給電棒３４を介してバイアス電極に印加する。

上部ガス導入部８０のガス噴出口５３および側部ガス導入部８２のガス噴出口１０４よりチャンバ１０内のプラズマ生成空間に導入されたエッチングガスは、スロット板５４の下面とプラズマに沿ってラジアル方向に伝搬するマイクロ波表面波によって解離または電離する。こうして、誘電体窓５２の近傍で生成されたプラズマは下方に拡散し、半導体ウエハＷの主面の被加工膜に対してプラズマ中のラジカルによる等方性エッチングおよび／またはイオン照射による垂直エッチングが行われる。

上記のようなプラズマエッチングにおける主要なプロセス条件は、エッチングガスのガス種・流量、圧力、マイクロ波のパワー、ＲＦバイアスのパワーである。今日のマイクロ波プラズマエッチングにおいては、半導体デバイスの微細化が進むにつれて、異方性および選択比の高いエッチングが求められており、低圧条件での処理の重要性が高まっている。一方で、高密度の大口径プラズマを形成し、エッチング速度を向上させるには、マイクロ波のパワーを高くするのがよい。また、スループットを向上させるには、ガス導入機構のガス流路内の圧力を低くするのが好ましい。また、多種多様な処理対象に対しても所望の形状にエッチングできることが求められており、上記のプロセス条件は、他の条件に制約がなく自由に設定できることが好ましい。また、複数層を一度に処理する場合において、例えば、第１の層は、低圧条件で処理を行い、第２の層は、高圧条件で処理を行いたいという要求があり、この場合、どちらの条件においても意図する処理を行うことが求められている。

そのようなプラズマプロセスの要件および運用の下で問題になるのは、上部ガス導入部において、誘電体窓（天板）を貫通する誘電体窓ガス流路の入口付近で処理ガスの異常放電が起り易くなることや、誘電体窓ガス流路の出口にプラズマが流入することであり、上記したように従来技術の課題でもあった。

この点に関して、この実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置は、誘電体窓（天板）５２の誘電体窓ガス流路９４(n)回りを以下に説明するような構成とすることにより、所望のプラズマプロセスを行うためにマイクロ波のパワーを任意に大きくしたり、誘電体窓ガス流路９４(n)の入口付近の圧力を任意に低くしても、誘電体窓ガス流路９４(n)の中またはその入口付近における処理ガスの異常放電やプラズマの流入を抑制できるようにしている。そして、このことにより、プラズマ処理の性能および信頼性を向上させている。

［誘電体窓ガス通路回りの構成に関する実施例１］

図４に、第１の実施例における誘電体窓ガス流路回りの装置構成を示す。図示のように、この実施例では、各誘電体窓ガス流路９４(n)に設けられる各放電防止部材９６(n)が、各誘電体窓ガス流路９４(n)の全区間（または一区間）を構成しているだけでなく、その入口側の部分１１４が誘電体窓５２の裏面より上方に所定距離Ｈ以上の高さｈだけ突出し、スロット板５４の開口５４ａを通ってコネクタ部９０の分岐ガス流路９２(n)に挿入されている。

ここで、コネクタ部９０の下面とスロット板５４の上面との間には、放電防止部材９６(n)の周りを囲む無端状またはリング状の可撓性導体たとえばスプリングコイル１１６が嵌め込まれている。この実施例では、放電防止部材９６(n)の突出部１１４の周りを囲んでいるコネクタ部９０、スプリングコイル１１６およびスロット板５４が包囲導体１１８を構成している。なお、コネクタ部９０およびスロット板５４は、スプリングコイル１１６を介して互いに電気的に接続されるとともに、それぞれ同軸管６６の内部導体６８および冷却ジャケット板７２を介して同軸管６６の外部導体７０と電気的に接続（つまり接地）されている。

また、放電防止部材９６(n) の突出部１１４とその周りを囲んでいるコネクタ部９０との間には、無端状またはリング状のシール部材たとえばＯリング１２０が挿入されている。このＯリング１２０の上で放電防止部材９６(n)の突出部１１４の周りにはガス流路と連通する環状の隙間（ガス溝）１２２が形成される。一方、Ｏリング１２０の下に形成される環状の隙間１２４は、大気圧空間に通じている。

上記のようにＯリング１２０の上で放電防止部材９６(n)の突出部１１４の周りに環状の隙間（ガス溝）１２２が形成されるときは、包囲導体１１８がこの隙間（ガス溝）１２２の下端の位置（最も奥まった位置）から所定距離Ｈ以上の範囲ｈ'に亘って該突出部１１４の周りを囲む構成が好ましい。

放電防止部材９６(n)は、誘電体窓５２の開口５２ａに一体的に形成または結合された誘電体たとえばセラミックス製の筒部１２６と、この筒部１２６の中に詰められた通気性誘電体１２８とを有している。通気性誘電体１２８は、たとえば石英、アルミナ、窒化アルミニウム等のセラミックス製の多孔質誘電体からなり、内部で無数の細孔が互いに連通して、通気性を有している。

プラズマ処理が行われる時、上部ガス導入部８０において、コネクタ部９０の分岐ガス流路９２(n)を通って所定の圧力で送られてきた処理ガスは、放電防止部材９６(n)の入口から通気性誘電体１２８に入り、通気性誘電体１２８の中の無数の細孔を下方に通り抜けて、終端のガス噴出口５３から噴き出すようになっている。このように通気性誘電体１２８が無数の細孔を持つので、プラズマ生成空間のプラズマが通気性誘電体１２８の中を通って流入することはない。

一方、マイクロ波発生器６０よりマイクロ波伝送線路５８を通って伝送されて来たマイクロ波は、ラジアルラインスロットアンテナ５５から誘電体窓５２の中を伝搬し、チャンバ１０内のプラズマ生成空間に向けて放射される。この時、誘電体窓５２と放電防止部材９６（n）を透過する。こうして、放電防止部材９６(n)の中は、処理ガスが流れるだけでなく、マイクロ波電界にも晒される。さらに、マイクロ波電界は、コネクタ部９０の内部方向へも伝搬する。

もっとも、放電防止部材９６(n)の中は、通気性誘電体１２８のガス流路（無数の細孔）のスペースが小さいため、ここではマイクロ波電界が比較的強くても電子は加速されにくく、放電は殆ど起こらない。

また、誘電体窓５２の内部から放電防止部材９６(n)の突出部１１４の中のマイクロ波電界は、誘電体窓５２の中よりも導波管つまり包囲導体１１８の中で反射し、または等価的なリアクタンスによって減衰する。そして、マイクロ波電界が包囲導体１１８の中を伝搬する距離が増すほど、つまり放電防止部材９６(n)の入口側に進行するほど、その減衰量がｄＢレベルで突出部１１４の全長（ｈ）に比例して大きくなる。これによって、放電防止部材９６(n)の入口付近の電界強度は誘電体窓５２内部の電界強度よりも低くなる。

したがって、マイクロ波の投入パワーを任意に大きくしたり、上部ガス導入部８０におけるガス流路の圧力を任意に低くしても、異常放電が発生しやすい放電防止部材９６(n)の入口付近において異常放電を抑制することができる。

一例として、この実施形態においては、マイクロ波の投入パワー密度（投入パワー÷透過窓面積）を約２Ｗ／ｃｍ²まで上げ、放電防止部材９６(n)の入口付近のガス溝１２２内の圧力を９０Torrまで下げても、同ガス溝１２２付近で異常放電は起きなかった。

この実施例では、同軸管６６のガス流路８４の終端と接続する略円錐体形状のコネクタ部９０の内部に形成した複数の分岐ガス供給路９２(1)〜９２(8)を外部ガス供給路として誘電体窓５２側の放電防止部材９６(1)〜９６(8)の入口にそれぞれ接続した。一変形例として、同軸管６６のガス流路８４の終端から並列に分岐する複数（たとえば８本）の独立した導体の管を外部ガス供給路として放電防止部材９６(1)〜９６(8)の入口にそれぞれ接続する構成も可能である。

［放電防止部材の作成及び取付方法］

図５Ａおよび図５Ｂにつき、放電防止部材９６(n)を作成して誘電体窓５２に取り付ける方法を説明する。

図５Ａに示すように、第１の方法は、円筒状のセラミックスグリーン体１２６の中に多孔質の誘電体１２８を詰め込み（ａ）、所定の温度で焼成して熱収縮および固化させて、両者（１２６，１２８）を一体結合する（ｂ）。一方、誘電体窓５２には、グリーン体の状態で誘電体窓ガス流路９４(n)用の貫通孔を形成しておく（ｃ）。このグリーン体の誘電体窓５２の貫通孔９４(n)の中に焼成工程後の一体的な棒状の誘電体（１２６，１２８）つまり放電防止部材９６(n)を挿入し、歪点以下の温度で焼成して、誘電体窓５２に放電防止部材９６(n)を一体形成する（ｄ）。

図５Ｂに示すように、第２の方法は、円筒状のセラミックスグリーン体１２６の中に多孔質誘電体１２８を挿入し（ａ，ｂ）、所定の温度で一体焼成して放電防止部材９６(n)を作成し（ｃ）、誘電体窓５２に予め形成しておいた貫通孔の中に放電防止部材９６(n)を挿入して接着材により一体結合する（ｄ）。

なお、放電防止部材９６(n)の円筒部１２６および多孔質誘電体１２８に用いる材質は、石英、アルミナ、窒化アルミニウムに限定されず、種種の誘電体を使用することができる。

［実施例１の変形例］

図６Ａ〜図６Ｈに、第１の実施例における幾つかの変形例を示す。図６Ａの変形例は、放電防止部材９６(n)の突出部１１４の外周に、誘電体窓５２の裏面からＯリング１２０の近くまで上方に延びる円筒状の導体（カラー）１３２を装着する。そして、この導体カラー１３２の外周面とコネクタ部（または外部ガス管）９０の内周面との間に環状または無端状の可撓性導体たとえばスプリングコイル１３４が挿入される。なお、コネクタ部（または外部ガス管）９０の下端と誘電体窓５２の上面（裏面）の間には、組み立て誤差や各部材の熱膨張等により隙間１３６が生じる虞がある。この変形例でも、包囲導体１１８は、放電防止部材９６(n)に沿って複数の導体部材（９０，１３４，１３２）に分割されている。また、この変形例のように、包囲導体１１８からスロット板５４を除外する構成も可能である。

かかる構成においては、コネクタ部（または外部ガス管）９０、スプリングコイル１３４および導体カラー１３２によって放電防止部材９６(n)の突出部１１４をその全長ｈに亘って包囲する包囲導体１１８が形成されている。このような構成によると、コネクタ部（または外部ガス管）９０と誘電体窓５２との間に隙間１３６が生じたとしても、包囲導体１１８の電気的な変動を抑制することができる。

なお、図６Ａに示すように、Ｏリング１２０の取付位置を放電防止部材９６(n)の入口に近づけるのがよい。そうすると放電防止部材９６(n)の入口の高さ位置から包囲導体１１８の下端の高さ位置までの距離ｈと、ガス溝１２２の下端の位置（最も奥まった位置）から包囲導体１１８の下端の高さ位置までの距離ｈ'とを略同じにすることもできる。この場合、突出部１１４の周りに形成されるガス溝１２２（図４）は無視できるほど小さい。

図６Ｂの変形例は、上述した図６Ａの構成例から導体カラー１３２およびスプリングコイル１３４を省いたものである。図６Ｃの変形例は、図６Ｂの構成例において放電防止部材９６(n)の突出部１１４の先端部をテーパ状に形成するものである。図６Ｂおよび図６Ｃのように、包囲導体１１８を単体の導体部材（コネクタ部９０）で構成してもよい。

図６Ｄの変形例は、放電防止部材９６(n)の突出部１１４の外周面とコネクタ部（またはガス分岐管）９０の内周面との間にたとえばフェライトからなるリング状の電磁界吸収部材１３８を設ける。この場合、誘電体窓５２の内部から放電防止部材９６(n)の突出部１１４の中を上に伝搬してくるマイクロ波の電界は、包囲導体１１８の中で反射し、または等価的なリアクタンスによって減衰するだけでなく、電磁界吸収部材１３８に吸収されることによってさらに減衰する。これにより、突出部１１４の全長および包囲導体の全長ｈを短く（所定距離Ｈをより短く）することも可能である。

図６Ｅは、包囲導体１１８を誘電体窓５２の中に埋め込ませる変形例を示す。この変形例では、コネクタ部（または外部ガス管）９０が単体で包囲導体１１８を構成している。また、コネクタ部（または外部ガス管）９０と接続する別の導体（図示せず）を包囲導体１１８として誘電体窓５２の中に埋め込ませる構成も可能である。また、この変形例では、放電防止部材９６(n)の入口が誘電体窓５２の裏面と略同じ高さに位置している。したがって、放電防止部材９６(n)に突起部（１１４）は設けられていない。さらには、図６Ｆに示すように、誘電体窓５２内で放電防止部材９６(n)を誘電体窓ガス流路９４(n)の出口よりも手前（プラズマ生成空間から見ると内奥）で終端させる構成も可能である。

図６Ｇの変形例は、放電防止部材９６(n)の構造に関する。軸方向に延びる複数の極細の貫通孔１４０を有する誘電体（たとえばセラミックス）によって通気性の放電防止部材９６(n) を形成する。

図６Ｈの変形例は、放電防止部材９６(n) の入口の端面とコネクタ部（または外部ガス管）９０の出口（終端）との間に無端状のシール部材としてたとえばＯリング１２０を設ける。この場合、放電防止部材９６(n)の突出部１１４の外周に生じる隙間１４１は、大気圧空間に通じる。このように、放電防止部材９６(n) の入口端面にＯリング１２０を配置する構成においては、Ｏリング１２０の半径方向内側に電界が集中しやすい隙間（ガス溝）１４０が形成される。しかし、この変形例においては、上記と同様に、誘電体窓５２の内部から放電防止部材９６(n)の突出部１１４の中を上に伝播してくるマイクロ波の電界は、包囲導体１１８の中で反射し、または等価的なリアクタンスによって減衰する。これにより、放電防止部材９６(n)の入口付近の電界強度は誘電体窓５２内部の電界強度よりも小さくなり、Ｏリング１２０の内側の隙間（ガス溝）１４０でも放電は起こりにくい。

図６Ｉおよび図６Ｊの変形例は、図６Ｇおよび図６Ｈの構成例における放電防止部材９６(n)において、円筒部１２６の中に、後述する第９の実施例における縦溝２１８付きの誘電体製ノズルピース２１６を詰め込む構成を特徴としている。

［包囲導体の距離範囲に関する条件］

上述したように、第１の実施例は、誘電体窓（天板）５２の誘電体窓ガス通路９４(n)の入口側において、誘電体窓ガス通路９４(n)に設ける通気性の放電防止部材９６(n)を少なくともその入口付近において包囲する構成である。放電防止部材９６(n)の周りをその入口から出口（ガス噴出口）に向かって所定距離Ｈ以上の範囲ｈに亘って電気的に接地された包囲導体１１８により囲む。これにより、放電防止部材９６(n)の入口付近の電界強度を誘電体窓５２内部の電界強度よりも低減して異常放電を抑制するようにしている。

この構成においては、包囲導体１１８によって包囲される放電防止部材９６(n)の範囲（距離）ｈを長くするほど、入口付近の電界強度を低くし、異常放電抑制効果を大きくすることができる。一方、放電防止部材９６(n)の突出部１１４の突出量が大きくなり、あるいは誘電体窓５２に埋め込まれる包囲導体１１８（図６Ｅ，図６Ｆ）の埋め込み量が大きくなる。装置構造の煩雑化、高コスト化等の観点からは、上記包囲範囲（距離）ｈを必要最小限の距離Ｈに近づけることが望ましい。

本発明者は、放電防止部材９６(n)の誘電体の中を伝搬するときのマイクロ波（２．４５ＧＨｚ）の波長をλ_d、包囲導体１１８の包囲範囲（距離）をＨ、包囲導体１１８の内径または最大内接楕円長軸長をＤとして、包囲導体１１８の電界強度低減効果（電界強度低減比）に対するそれらのパラメータ（Ｈ，λ_d、Ｄ）間の相関関係を電磁界計算のシミュレーションによって求めた。その結果を図７および図９に示す。

すなわち、Ｄ／λ_d＝０．４の場合における電界強度比のＨ／λ_d依存性を図７に示し、Ｈ／λ_d＝０．４の場合における電界強度比のＤ／λ_d依存性を図９に示す。

なお、図８の（ａ）に示すように、放電防止部材９６(n)および包囲導体１１８の断面形状が円形の場合は、包囲導体１１８の内径を属性Ｄに用いる。また、図８の（ｂ）に示すように、放電防止部材９６(n)および包囲導体１１８の断面形状が矩形の場合は、包囲導体１１８の最大内接楕円長軸長を属性Ｄに用いる。

図７から、Ｈをλ_dの０．０５倍より大きくすると（または、ＨをＤの０．１３倍より大きくすると）、電界強度を２０％以上低減できることがわかる。さらに、Ｈをλ_dの０．２倍より大きくする（または、ＨをＤの０．５倍より大きくすると）、電界強度を約８０％以上低減することができる。

一方で、図９に示すように、Ｄがλ_dの０．６倍を超えると、包囲導体１１８の減衰器としての作用が小さくなる。したがって、Ｄ≦０．６λ_dの条件を満たすのが好ましい。

具体例として、たとえば、放電防止部材９６(n)の放電防止部材（誘電体）がアルミナであって波長λ_dが約３８ｍｍ、包囲導体１１８の内径または最大内接楕円長軸長Ｄが２４ｍｍの場合、Ｈ＝８ｍｍである。

［実施例１の応用例］

図１０に示すように、誘電体窓ガス流路９４の入口を誘電体窓５２の裏面（上面）側にではなく、誘電体窓５２の側面に配置する構成も可能である。この場合でも、誘電体窓ガス流路９４に設けられる放電防止部材９６が上記と同様の突出部１１４を有し、この突出部１１４を上記と同様の包囲導体１１８で包囲する構成を好適に採ることができる。

［誘電体窓ガス流路回りの構成に関する実施例２］

図１１に、本発明の別の観点（第２の実施例）における誘電体窓ガス流路回りの装置構成を示す。この実施例においても、誘電体窓５２の各誘電体窓ガス流路９４(n)は、好ましくは誘電体窓５２の中心Ｏから一定距離（半径）Ｒ_Bの円周上に等間隔で配置され（図１２）、コネクタ部９０の各分岐ガス供給路９２(n)に接続されている。そして、各誘電体窓ガス流路９４(n)には、上述した第１の実施例と同様に、誘電体からなる通気性の放電防止部材９６(n)が設けられる。ただし、放電防止部材９６(n)の入口側の部分が誘電体窓５２の裏面から上に突出する構成ではなく、放電防止部材９６(n)の周囲に包囲導体（１１８）は設けられていない。この場合、各誘電体窓ガス流路９４(n)の入口付近を封止するために、コネクタ部９０と誘電体窓５２との間に無端状のシール部材たとえばＯリング１４２が挿入される。

従来技術に関連して上述したように、誘電体窓を貫通するガス流路を有するマイクロ波プラズマ処理装置においては、処理ガス供給部からの外部ガス管の出口と誘電体窓ガス流路の入口とが接続する箇所（Ｏリングの内側（ガス流路内）に形成される隙間（ガス溝））で、処理ガスの異常放電が発生する恐れがある。通常、Ｏリング内側の隙間は、外側（大気空間）の隙間と同じ大きさであり、十全なシール機能を確保するために０．２ｍｍ以下に管理される。

この実施例は、図１３Ａおよび図１３Ｂに示すように、Ｏリング１４２の内側（ガス流路内）の隙間１４４を外側（大気空間）の隙間１４６よりも大きなギャップサイズに形成する構成（Ｇ_i＞Ｇ_o）を特徴とする。本発明者は、かかる構成により、誘電体窓ガス流路９４(n)の入口付近の電界強度、特にＯリング１４２の内側の隙間１４４の電界強度を効果的に低減できることを、シミュレーションによって検証している。

このシミュレーションは、図１４に示すように、アルミナからなる誘電体１４８を詰めた矩形導波管（断面内寸３５ｍｍ×１７．５ｍｍ）１５０の閉塞端付近の側面にＯリング１４２'を介して金属製のガス導入部９０'を接続したモデルを用いて行った。このモデルの誘電体１４２'は図１３Ａの誘電体窓５２および放電防止部材９６(n)に相当し、Ｏリング１４２'は図１３ＡのＯリング１４２に相当し、ガス導入部９０'は図１３Ａのコネクタ部９０に相当する。そして、Ｏリング１４２'の内側の隙間１４４'は、図１３ＡのＯリング１４２の内側の隙間１４４に相当する。また、Ｏリング１４２'の外側の隙間１４６'は、図１３ＡのＯリング１４２の外側の隙間１４６に相当する。このシミュレーションでは、Ｏリング１４２'の外側の隙間１４６'のギャップサイズＧ_oを０．１ｍｍ（固定値）に設定した。

パラメータであるＯリング１４２内側の隙間（ガス溝）１４４のギャップサイズＧ_iを０．１ｍｍ（基準値）から２．６ｍｍまで変化（増大）させたときの隙間（ガス溝）１４４における電界強度の相対値（電界強度比）のシミュレーション結果を図１５に示す。

図示したように、Ｏリング１４２'内側の隙間（ガス溝）１４４'の電界強度は、そのギャップサイズＧ_iが大きくなるにつれて対数関数的に減少する。より詳細には、電界強度比は、Ｇ_i＝０．３ｍｍで約０．５まで減少し、Ｇ_i＝０．５ｍｍで約０．４まで減少し、Ｇ_i≧１．０ｍｍで約０．２に漸近していく。このシミュレーションの結果から、Ｏリング１４２内側の隙間（ガス溝）１４４の電界強度を半減させるには、Ｇ_i≧０．３ｍｍの範囲が望ましいことがわかる。また、Ｏリング１４２の良好なシール機能を確保しつつ、Ｏリング１４２内側の隙間（ガス溝）１４４の電界強度を低減させるには、０．５ｍｍ≦Ｇ_i≦１．０ｍｍの範囲が望ましいことがわかる。

また、図１３Ｂに示すように、コネクタ９０の下面においてＯリング１４２の内側の壁部９０ｗ（図１３Ａ）のない構成でもよい。これによってコネクタ９０におけるＯリング嵌め込み溝９０ｍの製作およびＯリング１４２の装着を容易にすることができる。

図１６に、シミュレーションにおいて得られた上記モデル内の各部の電界強度分布を輝度に換算して示す。図１６中の部分拡大図Ａは、Ｏリング１４２の内側の隙間（ガス溝）１４４'のギャップサイズＧ_iを外側の隙間１４６'のギャップサイズＧ_oと同じ値に選定した場合（Ｇ_i＝０．１ｍｍ）である。内側の隙間（ガス溝）１４４'に電界が集中して電界強度が高くなっているのがわかる。これに対して、部分拡大図Ｂは、Ｏリング１４２'の内側の壁部９０ｗ'（図１４）を完全に取り除いた場合（Ｇ_i＝約３ｍｍ）であり、内側の隙間（ガス溝）１４４'の電界強度が低減しているのがわかる。

なお、Ｏリング１４２の外側の隙間１４６のギャップサイズＧ_oは、Ｏリング１４２の封止機能を安定に確保するうえで小さいほどよく、通常の０．２ｍｍ以下に管理するのが望ましい。

このように、この第２の実施例では、誘電体窓５２を貫通するガス流路９４(n)を有するマイクロ波プラズマ処理装置において、処理ガス供給部８０からの外部ガス管９２(n)の出口と誘電体窓ガス流路９４(n)の入口とが接続する場所に設けられるＯリング１４２の内側（ガス流路内）の隙間１４４をＯリング１４２の外側（大気空間）の隙間１４６よりも大きなギャップサイズ（Ｇ_i＞Ｇ_o）に形成した。これにより良好な封止機能を確保しつつ、Ｏリング１４２の内側の隙間１４４に電界が集中するのを抑制し、さらには誘電体窓ガス流路９４(n)の入口付近での異常放電を抑制することができる。

［実施例２の変形例］

図１７および図１８に、上述した第２の実施例の変形例を示す。図１７の変形例は、図１３Ｂの構成と同様にＯリング１４２の内側の壁部９０ｗ（図１３Ａ）を取り除き、その場所に環状または無端状の誘電体１５２を設ける。この変形例の構成によれば、Ｏリング１４２の内側の隙間１４４への電界の集中を低減できるだけでなく、Ｏリング１４２が処理ガスに晒される（つまり劣化しやすくなる）のを抑制することができる。

図１８の変形例は、第１の実施例と第２の実施例とを組み合わせた構成を特徴としている。すなわち、第１の実施例にしたがい、図６Ｈの構成例と同様に、誘電体窓ガス流路９４(n)に設けられる放電防止部材９６(n) の入口側の部分１１４を誘電体窓５２の裏面より突出させて、その放電防止部材９６(n) の突出部分１１４の周りに包囲導体１１８を設けた。そして、放電防止部材９６(n) の入口の端面とコネクタ部（または外部ガス管）９０の出口との間に無端状のシール部材たとえばＯリング１２０（１４２）を設ける。そして、第２の実施例にしたがい、Ｏリング１２０（１４２）の内側（ガス流路内）の隙間１４０（１４４）を外側（大気空間）の隙間１４１（１４６）よりも大きなギャップサイズ（Ｇ_i＞Ｇ_o）とする。

かかる構成においては、第１の実施例による効果と第２の実施例による効果とが足し合わさって、誘電体窓ガス流路９４(n)の入口付近における異常放電防止の効果をより一層高めることができる。つまり、誘電体窓５２の内部から放電防止部材９６(n)の突出部１１４の中を上に伝播してくるマイクロ波の電界が包囲導体１１８の中で反射し、または等価的なリアクタンスによって減衰し、放電防止部材９６(n) の入口付近でＯリング１２０（１４２）の内側の隙間１４０（１４４）に電界が集中しなくなる。

また、後述するように、第２の実施例における本発明の技術思想、つまり誘電体窓ガス流路の入口付近に設けられる無端状シール部材の内側（ガス流路内）の隙間を外側の隙間よりも大きくする構成（Ｇ_i＞Ｇ_o）は、誘電体窓ガス流路に放電防止部材を設けない場合にも適用可能である。

図１９の変形例は、図１３の放電防止部材９６(n)として、後述する第９の実施例における縦溝２１８付きの誘電体製ノズルピース２１６を誘電体窓ガス流路９４(n)に装着する構成を特徴としている。

図２０の変形例は、図１８の放電防止部材９６(n)において、円筒部１２６の中に、多孔質誘電体１２８の代わりに、後述する第９の実施例における縦溝２１８付きの誘電体製ノズルピース２１６を詰め込む構成を特徴としている。

［誘電体窓ガス流路回りの構成に関する実施例３］

図２１〜図２３に、本発明の別の観点（第３の実施例）における誘電体窓ガス流路回りの装置構成を示す。この第３の実施例においても、誘電体窓５２に設けられる各誘電体窓ガス流路９４(n)は、好ましくは誘電体窓５２の中心Ｏから一定距離（半径）Ｒ_Cの円周上に等間隔で配置され（図２２）、誘電体窓５２の裏側でコネクタ部９０の各分岐ガス供給路９２(n)に気密に接続されている。そして、各誘電体窓ガス流路９４(n)には、上記第１の実施例と同様に、誘電体からなる通気性の放電防止部材９６(n)が設けられる。また、各誘電体窓ガス流路９４(n)の入口付近を封止するために、コネクタ部９０と誘電体窓５２との間に無端状のシール部材たとえばＯリング１４２が挿入される。

ただし、この実施例では、図２１に詳細に示すように、放電防止部材９６(n)の入口側の部分が誘電体窓５２の裏面から上に突出する構成にはなっておらず、放電防止部材９６(n)の周囲に包囲導体（１１８）は設けられていない。また、Ｏリング１４２の内側（ガス流路内）の隙間（ガス溝）１４４と外側の隙間１４６は同じギャップサイズ（Ｇ_i＝Ｇ_o）である。

この実施例における特徴は、誘電体窓５２において各誘電体窓ガス流路９４(n) が中心Ｏから一定範囲内の距離Ｒ_Cを隔てて配置される構成にある。すなわち、この実施例は、マイクロ波が誘電体窓５２を伝搬するときの波長をλ_gとすると、Ｒ_Cについて次の条件式（１）が満たされることを特徴とする。
λ_g／４＜Ｒ_C＜５λ_g／８・・・・・（１）

一般に、マイクロ波プラズマ処理装置においては、チャンバ内に電磁波を導入するための誘電体窓（天板）の内部に、図１６のモデルにおいて誘電体１４８の内部に生じるのと同様の電磁界の定在波が生じ、局所的に電界の強い場所が存在する。したがって、そのような局所的に電界の強い場所にガス供給孔（誘電体窓ガス流路）が設けられると、そのガス供給孔内やそのガス供給孔に接続する外部ガス供給路内でプラズマ（異常放電）が発生したり、あるいはそのガス供給孔の出口付近に過度に強いプラズマが発生するなどの問題が生じる。

このことから、誘電体窓の中で電界の弱い場所にガス供給孔（誘電体窓ガス流路）を設ければよい。しかしながら、一般的には、使用する処理ガスの種類や圧力に依存してチャンバ内のプラズマの状態が変化して誘電体窓内部の電磁界分布も変化する。

ところが、本発明者がシミュレーションによって誘電体窓内部の電磁界分布を解析したところ、たとえば図２２に示すような回転対称性の誘電体窓（天板）と、たとえば図４６に示すような回転対称性の平板型スロットアンテナとを用いる場合は、決まって誘電体窓の内部に中心Ｏで電界強度が振幅が最大になるような電磁界の定在波が形成されることがわかった。このような定在波の下では、誘電体窓の中心Ｏから半径λ_g／４以内は強い電界が生じ、その周辺（特に半径２λ_g／４付近）では局所的に電界が弱まり、さらに半径３λ_g／４付近で局所的に電界が強くなる。この傾向は、ガス種や圧力への依存性は低い。

なお、上記のような誘電体窓内部の電磁界分布は、中心Ｏから半径方向外側に向かって波長λ_gの間隔で繰り返される。したがって、たとえば半径１２λ_g／８付近でも局所的に電界が弱くなる。しかし、この実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置のように、同軸管６６の内部導体６８の中（貫通孔）をガス流路８８とし、誘電体窓中心付近に位置する内部導体６８の下端から半径方向外側に延びる分岐ガス供給路を介して誘電体窓ガス供給孔へ処理ガスを導く場合は、誘電体窓ガス供給孔はできるだけ誘電体窓中心に近接して配置されるのが望ましい。マイクロ波放射アンテナに対するガス供給システムの干渉または影響を小さくするためである。

この第３の実施例では、上記のような知見に基づいて、誘電体窓５２に設ける各誘電体窓ガス流路９４(n)を上記の条件式（１）で規定される範囲の範囲内に配置する。したがって、この実施例によれば、λ_g／４以内のエリアに誘電体窓ガス流路を設けない。

たとえば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を使用し、誘電体窓５２の材質に誘電率１０のアルミナを使用する場合は、λ_g≒３８ｍｍであり、上記の条件式（１）より、Ｒ_C＝９．５〜２３．７５ｍｍの範囲内に各誘電体窓ガス流路９４(n)を配置すればよい。なお、通常は、各誘電体窓ガス流路９４(n)を誘電体窓５２の中心Ｏから一定距離（半径）Ｒ_Cの円周上に配置するのがチャンバ内へのガス導入の軸対称性の面から好ましい（図２２）。しかし、上記の条件式（１）を満たしたうえで、中心Ｏから非等距離または異なる距離の位置に各誘電体窓ガス流路９４(n)を配置することも可能である。

図２１には、チャンバ１０の好適な上部構造が示されている。この構成例では、上面の開口した円筒状のチャンバ本体１０ａの上面に環状の誘電体窓押さえ部材１０ｂおよび環状のアンテナ押さえ部材１０ｃを積層配置してボルト（図示せず）等により着脱可能に固定する。ここで、誘電体窓押さえ部材１０ｂは、チャンバ本体１０ａの内壁上部の環状の凹所に嵌合される誘電体窓５２を押さえつけ、アンテナ押さえ部材１０ｃは冷却ジャケット７２の上からアンテナ５５を押さえつける。アンテナ押さえ部材１０ｃと冷却ジャケット７２との間には、電磁波がチャンバ１０の外へ漏れないようにリング状のＥＭＩシールド部材１５６が挿入されている。このようなチャンバ１０の上部構造においては、誘電体窓５２とマイクロ波供給系（同軸管６６、アンテナ５５等）とガス供給系（上部ガス導入部８０、コネクタ部９０等）とを一体化してチャンバ１０の上面に着脱可能に取り付けることができる。

また、図２１の装置構成においては、誘電体窓５２の中心部に形成された凹所５２ｍ内に各誘電体窓ガス流路９４(n)が設けられるとともに、コネクタ部９０が配置される。この場合、コネクタ部９０の各分岐ガス流路９２(n)は、誘電体窓５２の凹所５２ｍ内で各誘電体窓ガス流路９４(n)に接続する。

［実施例３の変形例］

この第３の実施例においても、図２４Ａに示すように、各誘電体窓ガス流路９４(n)に、複数の極細貫通孔１４０を有する通気性の誘電体からなる放電防止部材９６(n)を設けることができる。あるいは、図２４Ｂに示すように、各誘電体窓ガス流路９４(n)に設ける放電防止部材９６(n)として、後述する第９の実施例における縦溝２１８付きの誘電体製ノズルピース２１６を用いることも可能である。さらには、図２４Ｃに示すように、各誘電体窓ガス流路９４(n)に放電防止部材９６(n)を設けずに空洞１５２を形成することも可能である。このように誘電体窓ガス流路９４(n)の全区間を空洞１５２とする場合は、コネクタ９０において外部ガス供給路９２(n)の出口を複数の貫通孔を備えたシャワー構造１５４とするのが好ましい。これにより空洞１５２内のガス流量ひいてはチャンバ１０内へのガス噴射量を調整することができる。この実施例においては、上述したように誘電体窓５２の中で誘電体窓ガス流路９４(n)が設けられる場所の電界が局所的かつ定常的に弱いので、この場所が空洞１５２になっていても、誘電体窓ガス流路９４(n)内での異常放電を起こり難くすることができる。

もちろん、第３の実施例を上述した第１の実施例と組み合わせることも可能である。すなわち、第１の実施例において誘電体窓５２に設ける誘電体窓ガス流路９４(n)の配置位置（図３）に第３の実施例による上記条件式（１）を適用し、下記の条件式（２）が満たされるような位置に誘電体窓ガス流路９４(n)を配置する。
λ_g／４＜Ｒ_A＜５λ_g／８・・・・・（２）

これによって、第１の実施例による効果と第３の実施例による効果とが足し合わさって、放電防止部材９６(n)を設ける場合の誘電体窓ガス流路９４(n)の入口付近における異常放電を一層確実に抑制することができる。つまり、誘電体窓５２の内部から放電防止部材９６(n)の突出部１１４の中を上に伝播するマイクロ波の電界が包囲導体１１８の中で反射または等価的なリアクタンスによって減衰し、誘電体窓ガス流路９４(n)付近は誘電体窓５２の中で局所的かつ定常的に電界が弱くなるため、異常放電を一層確実に抑制することができる。

さらには、第３の実施例を上述した第２の実施例と組み合わせることも可能である。すなわち、上記第２の実施例において誘電体窓５２に設ける誘電体窓ガス流路９４(n) の配置位置（図１２）に第３の実施例による上記条件式（１）を適用し、下記の条件式（２）が満たされるような位置に誘電体窓ガス流路９４(n)配置する。
λ_g／４＜Ｒ_B＜５λ_g／８・・・・・（３）

これによって、第２の実施例による効果と、第３の実施例による効果とが足し合わさって、誘電体窓ガス流路９４(n)の入口付近における異常放電を一層確実に抑制することができる。つまり、放電防止部材９６(n) の入口付近でＯリング１４２の内側（ガス流路内）の隙間１４４に電界が集中しなくなり、誘電体窓ガス流路９４(n)付近は誘電体窓５２の中で局所的かつ定常的に電界が弱くなるので、異常放電を一層確実に抑制することができる。

［誘電体窓ガス流路回りの構成に関する実施例４］

図２５〜図２８に、本発明の別の観点（第４の実施例）における誘電体窓ガス流路回りの装置構成を示す。この第４の実施例においては、誘電体窓５２の中心部にその厚さ方向で段階的に口径が小さくなる円形の開口１６０を形成し、この開口１６０に円柱状のノズルピース１６２を嵌め込んで、ノズルピース１６２と誘電体窓開口１６０との間に環状に延びる隙間を誘電体窓ガス流路としている。

より詳細には、誘電体窓開口１６０は、第１の口径を有して誘電体窓５２の外に臨む円形の上部開口部１６０ｃと、上記第１の口径より小さい第２の口径を有して誘電体窓５２の中（チャンバ１０内部）に臨む円形の下部開口部１６０ａと、第１の口径と第２の口径との中間の第３の口径を有して上部開口部１６０ｃと下部開口部１６０ａとの間に位置する円形の中間開口部１６０ｂとを有する。

ノズルピース１６２は、誘電体たとえば石英あるいはＡl₂Ｏ₃等のセラミックスを含み、図２７に示すように、小径の円柱部１６２ｍと、大径の円柱部１６２ｎと、それら小径円柱部１６２ｍおよび大径円柱部１６２ｎの間で径方向に延びる環状のフランジ面１６２ｆと、このフランジ面に放射状に形成される複数の溝１７６とを有している。ここで、小径円柱部１６２ｍおよび大径円柱部１６２ｎの口径は、下部開口部１６０ａおよび中間部開口部１６０ｂの口径よりそれぞれ僅かに小さい。

ノズルピース１６２は、小径円柱部１６２ｍが一定のクリアランスを空けて下部開口部１６０ａに嵌まり、大径円柱部１６２ｎが一定のクリアランスを空けて中間部開口部１６０ｂに嵌まるように誘電体窓開口１６０に取り付けられる。また、誘電体窓開口１６０の上部開口部１６０ｃには、コネクタ部１６４が装入される。コネクタ部１６４は、上記第１〜第３実施例におけるコネクタ部９０と同様の導体からなり、同軸管６６の内部導体６８の終端に接続され、電気的に接地される。コネクタ部１６４の中心部には、同軸管６６のガス流路８４と接続して鉛直方向に延びる外部ガス流路（第１のガス流路）１６６が形成されている。

コネクタ部１６４の下面とノズルピース１６２の上面との間には、通気性の材質または部材からなり、第１のガス流路１６６よりも大きな口径を有するリング状の弾性支持部材１６８が挿入される。また、コネクタ部１６４の下面と上部開口部１６０ｃの環状底面との間には、非通気性の材質からなるリング状のシール部材たとえばＯリング１７０が挿入される。これによって、Ｏリング１７０の内側には、コネクタ部１６４（第１のガス流路１６６）と連通する扁平な第２のガス流路１７２が形成される。

また、ノズルピース１６２の大径円柱部１６２ｎと中間開口部１６０ｂとの間に、上記第２のガス流路１７２と連通する環状のクリアランスつまり第３のガス流路１７４が形成される。さらに、中間開口部１６０ｂの環状底面にノズル部１６２の環状フランジ面が密着し、フランジ面の溝１７６が上記第３のガス流路１７４と連通する第４のガス流路を形成する。そして、ノズルピース１６２の小径円柱部１６２ｍと下部開口部１６０ａとの間に、上記第４のガス流路１７４と連通する環状のクリアランスつまり第５のガス流路１７８が形成される。この第５のガス流路１７８は、チャンバ１０内のプラズマ生成空間に臨んで、ガス噴出口を形成する。このガス噴出口からプラズマが逆流する（中に入ってくる）のを防止するために、第５のガス流路１７８のクリアランスを小さくするのが好ましい。

この実施例において、処理ガス供給源８６（図１）から同軸管６６のガス流路８４を通って送られてくる処理ガスは、コネクタ部１６４の第１のガス流路１６６→誘電体窓５２内の第２のガス流路１７２→第３のガス流路１７４→第４のガス流路１７６→第５のガス流路１７８を通ってチャンバ１０内のプラズマ生成空間に吐出（導入）される。このガス供給機構は、誘電体窓ガス流路の構造および製作がシンプルで容易であるという利点がある。しかも、誘電体窓５２内に形成される放射状の溝（第４のガス流路）１７６がコンダクタンスの低いガス流路を形成して、全体のガスコンダクタンスを高い精度で律速するので、ガス流量のばらつきを抑制することもできる。

この実施例においても、誘電体窓５２の内部にはマイクロ波電界が多く分布し、誘電体窓５２のガス流路１７２〜１７８内で処理ガスはマイクロ波電界に晒される。この点に関して、この実施例では、ガス流路１７２〜１７８の中でも特に電界が集中しやすい第２のガス流路１７４の入口付近において、上述した第２の実施例と同様に、Ｏリング１７０の内側（ガス流路側）の隙間１８０をＯリング１７０の外側（大気空間側）の隙間１８２よりも大きくしている。図示の構成例では、Ｏリング１７０の内側壁部を取り除いて、この条件（Ｇ_i＞Ｇ_o）を優に満たしており、Ｏリング１７０の内側の隙間１８０に電界が集中しないようになっている。

図２８に、この実施例における誘電体窓５２におけるガス流路１７４，１７８の好適な配置パターンを示す。この実施例においても、誘電体窓５２内に形成されるガス流路１７４〜１７８に上述した第３の実施例による条件式（１）を適用することができる。すなわち、誘電体窓５２の中心Ｏから第３および第５のガス流路１７６，１７８までの距離をそれぞれＲ_D1、Ｒ_D2とすると、次の条件式（４），（５）が満たされるように、第３および第４のガス流路１７６，１７８を配置する。
λ_g／４＜Ｒ_D1＜５λ_g／８・・・・・（４）
λ_g／４＜Ｒ_D2＜５λ_g／８・・・・・（５）

もっとも、誘電体窓５２のλ_g／４以内の中心部領域には強い電磁界が分布しており、この中心部領域から第２のガス流路１７４へ、さらには第１のガス流路１６６へマイクロ波の電磁界が進入してくる。しかし、第２のガス流路１７２は、第３のガス流路１７４によりコンダクタンスが律速され比較的高圧であること、また、第２のガス流路１７２は、横に広がっているので、Ｏリング１７０付近を除く第２のガス流路１７２内および第１のガス流路１６６内ではマイクロ波の電界が１箇所に集中しにくい構造であることから、ガスの異常放電が生じ難い構造になっている。

なお、図示省略するが、中間開口部１６０ｂの口径よりも下部開口部１６０ａの口径が大きくて、ノズルピース１６２の小径円柱部１６２ｍおよび大径円柱部１６２ｎが中間開口部１６０ｂおよび下部開口部１６０ａにそれぞれ嵌まる構成も可能である。また、ノズルピース１６２の上面が誘電体窓開口１６０の上面と面一になる構成（したがって、コネクタ部１６４は誘電体窓５２の中ではなく上に設けられる構成）も可能である。

［誘電体窓ガス流路回りの構成に関する実施例５］

図２９および図３０に、本発明の別の観点（第５の実施例）における誘電体窓ガス流路回りの装置構成を示す。この第５の実施例は、上記第４の実施例において誘電体窓５２の中心部から誘電体窓５２内のガス流路（１７２）へマイクロ波の電磁界が進入しやすいという上述の問題点を解決するものである。

この第５の実施例では、コネクタ部１６４のガス流路１６６'を垂直方向に下端までまっすぐ貫通させず、コネクタ部１６４の内部でいったん半径方向外側に曲げてから垂直下方に延ばして誘電体窓５２内の第３のガス流路１７４に接続させる。さらに、上述した第４の実施例では第２のガス流路１７４になっていたスペースを、この第５の実施例ではコネクタ部１６４によって塞ぐようにする。そして、第２のガス流路１７４の入口付近を封止するために、コネクタ部１６４の下面とノズルピース１６２の上面との間、およびコネクタ部１６４の下面と誘電体窓開口１６０の上部開口部１６０ｃの環状底面との間に、無端状またはリング状のシール部材たとえばＯリング１９０，１９２をそれぞれ挿入する。Ｏリング１９０の半径方向内側でコネクタ１６４の下面とノズルピース１６２の上面との間に形成される隙間１９４は、たとえばコネクタ１６４および同軸管６６の内部導体６８に設けられている圧抜き用の孔１９６を介して大気空間に通じている。

かかる構成によれば、誘電体窓５２の内部に電磁界の定在波が生じて誘電体窓５２の中心エリアの電界が局所的に強くても、このエリア付近を通るガス流路が存在しないので、誘電体窓５２内での異常放電を防止することができる。

この第５の実施例においても、上述した第２の実施例と同様に、Ｏリング１９０，１９２の内側（ガス流路内）の隙間１９４，１９６をＯリング１９０，１９２の外側（大気空間側）の隙間１９８，２００よりも大きくしている。図示の構成例では、Ｏリング１９０，１９２の内側（ガス流路内）壁部をそれぞれ取り除いて、この条件（Ｇ_i194＞Ｇｏ₁₉₈，Ｇ_i196＞Ｇ_o200）を満たしており、Ｏリング１９０，１９２内側の隙間１９４，１９６に電界が集中しないようにしている。

この第５の実施例においても、誘電体窓５２内のガス流路１７４〜１７８の配置位置に上記第３の実施例による条件式（１）を適用することができる。すなわち、誘電体窓５２の中心Ｏから第３および第４のガス流路１７６，１７８までの距離をそれぞれＲ_D1、Ｒ_D2とすると、上記の条件式（４），（５）が満たされるように、第３および第４のガス流路１７６，１７８を配置すればよい。

また、この第５の実施例においても、図示省略するが、中間開口部１６０ｂの口径よりも下部開口部１６０ａの口径を大きくして、ノズルピース１６２の小径円柱部１６２ｍおよび大径円柱部１６２ｎが中間開口部１６０ｂおよび下部開口部１６０ａにそれぞれ嵌まる構成とすることも可能である。また、ノズルピース１６２の上面が誘電体窓開口１６０の上面と面一になる構成（したがって、コネクタ部１６４は誘電体窓５２の中ではなく上に設けられる構成）も可能である。

［実施例５の変形例］

図３１および図３２に、上述した第５の実施例の一変形例を示す。この変形例は、第５の実施例における誘電体窓開口１６０およびノズルピース１６２の構造または形状を変形している。

すなわち、誘電体窓５２の中心部にその厚さ方向で口径がテーパ状に変化する開口１６０'を形成するとともに、この誘電体窓開口１６０'に円錐状のノズル部１６２'を嵌合して、ノズルピース１６２'と誘電体窓開口１６０'との間に誘電体窓ガス流路を形成している。

図示の例では、下方（チャンバ１０の中）に向かって口径（直径）がテーパ状に小さくなる誘電体窓開口１６０'を誘電体窓５２の中心部に形成し、この誘電体窓開口１６０'に下方（チャンバ１０の中）に向かって直径がテーパ状に小さくなるような円錐状のノズルピース１６２'を嵌め込む。ノズルピース１６２'の胴部の周面には、図３２に示すように、上端から下端まで垂直または斜めに延びる溝２０２が多数形成されている。一例として、溝２０２の溝幅は０．５〜３ｍｍ、溝深さは０．０２〜１ｍｍである。誘電体窓開口１６０'にノズルピース１６２'を上から装入すると、ノズルピース１６２'の胴部周面が誘電体窓開口１６０'に密着する。この状態で、ノズルピース１６２'の胴部周面の溝２０２が、コネクタ部９０側のガス流路１６６'とチャンバ１０内のプラズマ生成空間との間の誘電体窓ガス流路を形成する。処理ガス供給源８６（図１）からの処理ガスは、コネクタ部１６４の第１のガス流路１６６'および誘電体窓５２内の誘電体窓ガス流路（溝）２０２を通ってチャンバ１０内のプラズマ生成空間に吐出（導入）される。

この変形例においても、図示省略するが、誘電体窓開口１６０'が下方（チャンバ１０の中）に向かって口径（直径）が逆テーパ状に大きくなる口径を有し、この誘電体窓開口１６０'に下方（チャンバ１０の中）に向かって直径が逆テーパ状に大きくなるような円錐状のノズルピース１６２'を嵌め込む構成も可能である。また、ノズルピース１６２'の上面が誘電体窓開口１６０の上面と面一になる構成（したがって、コネクタ部１６４は誘電体窓５２の中ではなく上に設けられる構成）も可能である。

［誘電体窓ガス流路回りの構成に関する実施例６］

図３３に、本発明の別の観点（第６の実施例）における誘電体窓ガス流路回りの装置構成を示す。この第６の実施例は、上記第５の実施例においてノズルピース１６２の上面（好ましくは中心部）に比較的深い（好ましくは誘電体窓５２の下面近くまで到達する深さの）縦穴または凹部２０４を形成するとともに、この凹部２０４ａに嵌まる電気的に接地された張出導体２０６を設ける構成を特徴とする。この張出導体２０６は、好ましくは、コネクタ部１６４と同一の材質からなり、コネクタ部１６４に一体形成または一体結合される。張出導体２０６の形状は、軸対称な形状たとえば円柱体または円筒体形状が好ましい。

かかる構成においては、誘電体窓５２内を伝搬するマイクロ波が導体張出部２０６によって半径方向外側へ反射するので、張出導体２０６付近に位置している誘電体窓ガス流路（１７４〜１７８）およびその入口付近の電界強度が弱められる。なお、この実施例でも、上記の条件式（４），（５）が満たされるように、第３および第４のガス流路１７６，１７８を配置するのが好ましいのは勿論である。

さらに、この実施例においては、コネクタ部１６４および張出導体２０６を貫通する圧抜き用の孔１９６を設ける。また、圧抜き用の孔１９６を複数本形成し、これらの孔１９６を介してチラー装置（図示せず）より冷媒ガスをノズルピース１６２の凹部２０４に供給することができる。これによって、ノズルピース１６２を効率よく冷却することができる。

［誘電体窓ガス流路回りの構成に関する実施例７］

図３４および図３５に、本発明の別の観点（第７の実施例）における誘電体窓ガス流路回りの装置構成を示す。図３４は断面図、図３５は分解斜視図である。この第７の実施例は、上記第６の実施例において、誘電体窓ガス流路（１７４〜１７８）の半径方向外側の位置にて誘電体窓５２に環状の凹部２０８を形成するとともに、この凹部２０８に嵌まる電気的に接地された環状または筒状の包囲導体２１０を設ける構成を特徴とする。この包囲導体２１０は、コネクタ部１６４に一体形成または一体結合されるのが好ましく、上記導体張出部２０６よりも短い（浅い）のが好ましく、上記第１の実施例における所定距離Ｈよりも長い（深い）のが好ましい。

かかる構成においては、上記第６の実施例による効果に加えて、誘電体窓５２の中からコネクタ部１６４のガス流路１６６'に向かって上がってくるマイクロ波電界を包囲導体２１０の中で反射または等価的なリアクタンスによって減衰させることにより、上記第１の実施例と同様に誘電体窓ガス流路（１７４〜１７８）の入口付近の電界強度を著しく弱められるという効果が得られる。これによって、処理ガスの異常放電を一層確実に防止することができる。

［誘電体窓ガス流路回りの構成に関する実施例８］

図３６に、本発明の別の観点（第８の実施例）における誘電体窓ガス流路回りの装置構成を示す。この第８の実施例は、上記第６の実施例と同様に導体張出部２０６を有し、上記第７の実施例と同様に包囲導体２１０を有する。ただし、ノズルピース１６２を備える代わりに、上記第１の実施例と同様に、誘電体窓５２の中心部（凹部２０４）に形成した複数の誘電体窓ガス流路９４(1），９４(2）・・に複数本の放電防止部材９６(1），９６(2）・・をそれぞれ上に突出するように設け、コネクタ部１６４ないし張出導体２０６内に各放電防止部材９６(n）と気密に接続するガス分岐供給路９２(n)を設ける構成を特徴とする。なお、図示省略するが、各放電防止部材９６(n）とガス分岐供給路９２(n)との間には、シール部材たとえばＯリング１２０（図６Ｂ）が設けられる。そして、各ガス分岐供給路９２(n)は、各放電防止部材９６(n）の周りをその入口（またはガス溝の底）から出口に向かって上記所定距離Ｈ以上の範囲ｈ（ｈ'）に亘って囲む構成（図６Ｂ）が好ましい。

この第８の実施例においては、上記第７の実施例と同様の効果が得られるのに加えて、各誘電体窓ガス流路９４(n）内の異常放電つまり各放電防止部材９６(1）内の異常放電を確実に防止することができる。したがって、各誘電体窓ガス流路９４(n）の配置位置に上記第３の実施例による上記条件式（１）を適用することは勿論好ましいが、適用しない構成であっても各放電防止部材９６(1）の入口付近における処理ガスの異常放電を十全に防止することができる。

［誘電体窓ガス流路回りの構成に関する実施例９］

図３７に、本発明の別の観点（第９の実施例）における誘電体窓ガス流路回りの装置構成を示す。この第９の実施例は、誘電体窓５２の中心部にガスノズル２１２を設けており、このガスノズル２１２の構成および作用を特徴とする。このガスノズル２１２は、上部ガス導入部のコネクタ部１６４に気密に接続されており、誘電体窓５２に形成される円筒状の貫通孔（開口）２１４と、この貫通孔２１４に嵌め込まれる円柱状のノズルピース２１６とを有している。

なお、コネクタ部１６４は、上記第４の実施例（図２５）におけるコネクタ部９０と同様の構成を有しており、同軸管６６の内部導体６８の終端に接続され、電気的に接地される。コネクタ部１６４の中心部には、同軸管６６のガス流路８４と接続して鉛直方向に延びる外部ガス流路１６６が形成されている。そして、ノズルピース２１６の上端（ガス入口）の周囲で、コネクタ部１６４の下面とコネクタ部１６４を収容する誘電体窓５２の凹所５２ｍの底面との間には、無端状のシール部材たとえばＯリング１７０が挿入される。図示の構成例では、このＯリング１７０の内側壁部を取り除いて、Ｏリング１７０の内側の隙間（ガス溝）に電界が集中しないようにしている。

図３８、図３９および図４０に、ノズルピース２１６の構成を示す。このノズルピース２１６は、その材質として任意の誘電体を使用できるが、誘電体窓５２と同じ材質の誘電体を好適に用いる。たとえば、誘電体窓５２の材質が石英の場合は、ノズルピース２１４の材質も同じ石英とするのが好ましい。

ノズルピース２１６の側面または外周面には、その上端から下端まで軸方向にまっすぐ延びる縦溝２１８が並列に複数本形成されている。図示の構成例では、ノズルピース２１６の外周面に、周回方向に一定の間隔を置いて２４個の縦溝２１８が設けられている。これらの縦溝２１８は、ガスノズル２１２内で周回方向に均一に分布する誘電体窓ガス流路を形成する。上部ガス導入部において、同軸管６６のガス流路８４およびコネクタ部１６４の外部ガス流路１６６を流れてきた処理ガスは、これら多数（２４個）の縦溝２１８を均一な流量で通り抜けて、プラズマ生成空間へ放出されるようになっている。このように軸方向にまっすぐ（最短距離）で周回方向に均一に分布する多数（２４個）の縦溝２１８の中を処理ガスが通り抜けるので、ガスノズル２１２全体として十分高いガスコンダクタンスが得られる。

縦溝２１８の横断面形状は、円形、楕円形、三角形、正方形等も可能であるが、溝深さＬ_dに対応する長辺と、溝幅Ｌ_wに対応する短辺とを有する長方形が好適に採られる。縦溝２１８がこのような長方形の横断面形状を有する場合、プラズマの逆流ないし異常放電の防止と高いガスコンダクタンスとの両立を図るうえで、溝深さＬ_dと溝幅Ｌ_wとの比つまりアパーチャ比（Ｌ_d／Ｌ_w）が重要であり、このアパーチャ比は２以上であるのが好ましく、５以上が更に好ましい。

より具体的には、縦溝２１８の溝幅Ｌ_wは、０．０５〜０．２ｍｍの範囲にあるのが望ましい。溝幅Ｌ_wが０．０５ｍｍより小さいと、溝深さＬ_dを相当大きくしても補えないほどガスコンダクタンスが悪くなる。一方で、溝幅Ｌ_wが０．２ｍｍより大きくなると、異常放電が発生しやすくなる。すなわち、縦溝２１８の中にイオンが存在しても、そのイオンを衝突によって消滅させる縦溝２１８の壁が近ければ、異常放電には至らない。しかし、長方形アパーチャの短辺に相当する溝幅Ｌ_wがある値つまり０．２ｍｍを越えると、イオンが溝幅Ｌ_Wの壁に衝突するまでの時間が長くなって、他のガス分子との衝突でそのガス分子を電離させ、異常放電に発展する可能性が高まってくる。

また、縦溝２１８の溝深さＬ_dは、十分高いガスコンダクタンスを確保するために１ｍｍ以上が望ましく、溝加工の容易性の面から２ｍｍ以下が望ましい。このように、溝幅Ｌ_wを０．０５〜０．２ｍｍとし、溝深さＬ_dを１〜２ｍｍとすることで、縦溝２１８のアパーチャ比（Ｌ_d／Ｌ_w）を５〜４０の範囲に収めることができる。典型例として、全長Ｌ_Nが１０ｍｍで、上端の直径φ_Uが６ｍｍのノズルピース２１６においては、縦溝２１８の溝幅Ｌ_wが０．１ｍｍ、溝深さＬ_dが１．２ｍｍに選ばれる。この場合、アパーチャ比（Ｌ_d／Ｌ_w）は１２である。

ノズルピース２１６は、その上端から下端まで全長に亘って誘電体窓５２の貫通孔２１４にぴったり嵌まるように、貫通孔２１４と同じ口径（直径）か、または貫通孔２１４より僅かだけ小さい口径を有している。この実施例では、ノズルピース２１６が貫通孔２１４から脱落するのを防ぐために、両者（２１４，２１６）の口径が誘電体窓５２の厚さ方向において上から下に向かって同一のテーパ角θで次第に小さくなるようにしている。このテーパ角θは、位置決めないし脱落防止機能と縦溝２１８が最も浅くなるノズル下端でのアパーチャ比確保（またはノズルサイズの効率化）の両面から、０．００５≦ｔａｎθ≦０．２の範囲が好ましい。典型例として、全長Ｌ_Nが１０ｍｍで、ノズル上端の直径（最大径）φ_Uが６ｍｍのノズルピース２１６においては、ノズル下端の直径（最小径）φ_Lは５．９９ｍｍに選ばれる。この場合、ｔａｎθ＝０．０１である。

このように、この第９の実施例の処理ガス供給機構によれば、誘電体窓５２の中心部に貫通孔２１４を形成し、外周面に所定のアパーチャ比を有する縦溝２１８を周回方向に均一な分布で多数設けた誘電体製のノズルピース２１６を貫通孔２１４に嵌め込んでガスノズル２１２を組み立て、それら多数の縦溝２１８によって誘電体窓ガス流路を形成する構成により、ガスコンダクタンスを十分高くしつつ、プラズマの逆流ないし異常放電を効果的に防止することができる。

［実施例９の変形例］

図４１に、上述した第９の実施例の一変形例を示す。この変形例は、上記ガスノズル２１２において、ノズルピース２１６の口径がその軸方向（誘電体窓５２の厚さ方向）の途中または中間部でステップ的に変化する構成を特徴とする。

より詳しくは、貫通孔２１４の口径は、誘電体窓５２の厚さ方向において上から下に向かって一定のテーパ角θで連続的に小さくなっている。一方、ノズルピース２１６の口径は全体的には上から下に向かって同一のテーパ角θで小さくなっているが、途中の中間部に段差２２０が設けられている。これにより、ノズルピース２１６の外周面が、誘電体窓５２の厚さ方向において、ノズル上端から段差２２０の上縁部までは貫通孔２１４の内壁に接触し、段差２２２の下縁部からノズル下端までは貫通孔２１４の内壁から離間して隙間２２２を形成している。この場合、ノズルピース２１６の下端の口径φ_LBは、貫通孔２１４の下端の口径φ_LAよりも隙間２２２の分だけ小さくなる。このように、ノズルピース２１６の外周面がその下半部で貫通孔２１４の内壁から離間する構成を採ることにより、アパーチャ比（２以上）を実質的に一定に保ったままガスコンダクタンスを一段と高めることができる。

図示省略するが、別の変形例として、段差２２０の向きを逆にして、ノズルピース２１６の外周面の下半部が貫通孔２１４の内壁に接触し、その上半部が貫通孔２１４から離間する構成も可能である。あるいは、ノズルピース２１６の中間部だけが貫通孔２１４の内壁から離間するような括れ構造も可能である。さらに別の変形例として、ノズルピース２１６に段差を設けないで、代わりに貫通孔２１４の内壁に段差を設ける構成、つまり貫通孔２１４の内壁の口径が誘電体窓５２の厚さ方向の途中でステップ的に変化する構成を採ることも可能である。

図４２に、別の変形例を示す。この変形例は、第９の実施例によるガスノズル２１２において、ノズルピース２１６の外周面と貫通孔２１４の内壁との間に接着剤２２４の層を設ける構成を特徴とする。この場合、ガスノズル２１２の組み立てにおいてノズルピース２１６を貫通孔２１４に嵌め込んだ際に、ノズルピース２１６の外周面と貫通孔２１４の内壁との間に接着剤２２４の層の厚みに相当する僅かな隙間が形成されるようにする。接着剤２２４の層は、薄すぎると接着力が低減し、厚すぎると隙間のばらつきが大きくなるので、０．１〜２μｍの厚さ（隙間サイズ）にするのが好ましい。

このようにノズルピース２１６と貫通孔２１４とを接着剤２２４によって接合することにより、熱膨張の違い等に起因する両者（２１４，２１６）間のこすれ（パーティクルの発生要因）を無くすとともに、誘電体窓（天板）をチャンバから取り外して超音波洗浄等によりクリーニングする際にノズルピース２１６が脱落する危険性を十全に回避することができる。このことによって、天板アッセンブリにおけるガスノズル回りの物理的強度および信頼性を向上させることができる。

接着剤２２４の特性として、材質と粘性がとりわけ重要である。接着剤２２４の材質は、熱応力を小さくするうえで、ノズルピース２１６および／または誘電体窓５２の熱膨張率と同等の（相対差が好ましくは５ppmの範囲にある）熱膨張率を有するポリマーの焼成体からなるか、またはそれを含むものが好ましい。したがって、たとえば、ノズルピース２１６および誘電体窓５２の母材が共に石英である場合は、ケイ素系の無機ポリマーからなるか、またはそれを含む接着剤２２４を好適に用いることができる。また、ガスノズル２１２内の接着剤２２４の層は、異常放電の発生原因や洗浄時の劣化原因になり得る小気孔を可能な限り含まないのが望ましく、気孔率が１０％以下の実質緻密体であるのが好ましい。このために、接着剤２２４のフィラー含有量は５０重量％以下が好ましく、０重量％つまりフィラーを一切含まないのが最も好ましい。

粘性に関して、接着剤２２４は、硬化（焼成）前の液状態で適度な粘度（５〜５０００ｍＰa・ｓ）を有するのが好ましく、これによってノズルピース２１６と貫通孔２１４との間の僅かな（０．１〜２μｍの）隙間を十全に埋め尽くし、必要かつ十分な接着強度を保証することができる。

さらに、このように接着剤２２４を用いる場合は、ノズルピース２１６の外周面および／または貫通孔２１４の内壁の表面を、良好なアンカー効果が得られるように、適度な表面粗さ（算術平均粗さＲaとして、０．１μｍ≦Ｒa≦３．２の範囲）に粗面化するのが好ましい。

なお、図示省略するが、別の変形例として、ガスノズル２１２において、誘電体窓５２に形成される貫通孔２１４が下方（チャンバ１０の中）に向かって逆テーパ状に大きくなる口径を有し、同様に下方（チャンバ１０の中）に向かって口径が逆テーパ状に大きくなるようなノズルピース２１６を貫通孔２１４に嵌め込む構成も可能である。また、接着剤２２４によってノズルピース２１６を貫通孔２１４に接合する場合は、ノズルピース２１６および貫通孔２１４の双方を上端から下端まで一定の口径を有するテーパ無しの円柱形状および円筒形状にすることも可能である。また、ノズルピース２１６の外周面において、縦溝２１８をノズル軸方向に対して斜めに形成することも可能である。図示の構成例における縦溝２１８の本数（２４個）は一例である。重要なことは、縦溝２１８の本数を多くすることによって、縦溝２１８のアパーチャ比を一定に保ったままガスコンダクタンスを高められるということである。

［ガスノズルの作成方法］

上記のような第９の実施例によるガスノズル２１２を作成するには、先ず天板（誘電体窓５２）用に一定の板厚と一定の口径を有する誘電体板を用意する。上述したように、この誘電体板（誘電体窓５２）の材質には、石英あるいはＡｌ₂Ｏ₃等のセラミックスが用いられる。この誘電体板（誘電体窓５２）の中心部に、たとえばレーザ加工またはＮＣ研削加工によって所定の口径の貫通孔２１４を形成する。一方で、好ましくは誘電体板（誘電体窓５２）と同じ材質の誘電体を材料に用いて、貫通孔２１４の内壁にぴったり嵌まる形状およびサイズのノズルピース２１６を成型または切削加工により作成する。そして、このノズルピース２１６を回転しながらねじ込むようにして誘電体板（誘電体窓５２）の貫通孔２１４に挿入する。

上記のように接着剤２２４を用いる場合は、貫通孔２１４にノズルピース２１６を嵌め込む前に、ノズルピース２１６の外周面および／または貫通孔２１４の内壁の表面を、たとえばブラスト処理によって適度な表面粗さ（算術平均粗さＲaとして、０．１μｍ≦Ｒa≦３．２の範囲）に表面加工する。そして、貫通孔２１４にノズルピース２１６を嵌め込んでから、ノズルピース２１６の外周面と貫通孔２１４の内壁との間に液状の接着剤２２４を流し込む。たとえば、誘電体窓５２およびノズルピース２１６の母材がいずれも石英である場合は、接触角が１０°以下で５〜５０００ｍＰa・ｓの粘度を有するＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）を液状の接着剤２２４として好適に使用できる。こうして、液状の接着剤２２４がノズルピース２１６の外周面と貫通孔２１４の内壁との間の隙間を埋め尽くすように隈なく行き渡ってから、この天板サブアッセンブリを２００〜８００℃の温度で焼成する。この焼成により、接着剤２２４のＴＥＯＳが固化してＳiＯ₂に変化する。接着剤２２４のフィラー含有量は少ないので（好ましくはフィラーを一切含まないので）、小気孔を含まない緻密な接着剤２２４の層が得られる。こうして、チャンバ１０の天井面に取り付け可能なガスノズル付きの天板アッセンブリが完成する。なお、接着剤２２４の材質として、ＴＥＯＳまたはＳiＯ₂の他にも、たとえばＳiＯＮやＳiＯＣを用いることができる。

上述したガスノズル作成方法によれば、ガスコンダクタンスが十分高くて、プラズマの流入ないし異常放電を効果的に防止できるガスノズル２１２を誘電体窓５２に容易に組み込むことができる。

［実施例９の他の変形例または応用例］

上記第９の実施例におけるガスノズル２１２およびノズルピース２１６の構成または機能は、種種のアプリケーションに適用可能である。たとえば、上記のように、第１の実施例の一変形例として、円筒部１２６の中に通気性誘電体として第９の実施例におけるノズルピース２１６を詰め込むことができる（図６Ｉ，図６Ｊ）。また、第２の実施例の一変形例として、第９の実施例におけるノズルピース２１６を誘電体窓ガス流路９４(n)に放電防止部材９６(n)として装着することや，円筒部１２６の中に通気性誘電体として第９の実施例におけるノズルピース２１６を詰め込むことができる（図１９，図２０）。また、第３の実施例の一変形例として、第９の実施例におけるノズルピース２１６を誘電体窓ガス流路９４(n)に放電防止部材９６(n)として装着することができる（図２４Ｂ）。

さらに、別の応用例として、図４３に示すように、たとえばマイクロ波プラズマ処理装置のシャワーヘッドに第９の実施例における天板アッセンブリ（５２，２１２）を適用することができる。この装置構成においては、シャワーヘッドを兼用する天板の誘電体窓５２にガスノズル２１２を離散的に多数設ける。誘電体窓５２の背面に気密なギャップ２２６を介して誘電体からなるカバープレート２２８を結合し、チャンバ１０および誘電体窓５２の中に設けたガス通路２３０を介してギャップ２２６に処理ガスを送り込み、ギャップ２２６から各ガスノズル２１２を介してチャンバ１０内のプラズマ生成空間に処理ガスを導入する。

上記第９の実施例の一変形例によるガスノズル２１２として、図４４および図４５に示すように、誘電体窓５２の貫通孔２１４の中に同軸または同心状に複数個（たとえば２つ）のノズルピース２１６Ａ，２１６Ｂを設ける構成も可能である。この構成例は、誘電体窓５２の貫通孔２１４に筒状の外側ノズルピース２１６Ａを嵌め込む。さらに、この外側ノズルピース２１６Ａの筒孔（貫通孔）２３２に円柱状の内側ノズルピース２１６Ｂを嵌め込む。図示省略するが、外側ノズルピース２１６Ａの外周面と貫通孔２１４の内壁との間に上記接着剤２２４と同様の接着剤（接着層）を介在させるのが好ましい。内側ノズルピース２１６Ｂの外周面と外側ノズルピース２１６Ａの内壁との間にも、同様の接着剤（接着層）を介在させるのが好ましい。

外側ノズルピース２１６Ａの側面または外周面には、その上端から下端まで軸方向にまっすぐ延びる縦溝２３４が並列に複数本形成されている。これらの縦溝２３４は、ガスノズル２１２内で周回方向に均一に分布する第１（外側）の誘電体窓ガス流路を形成する。一方、内側ノズルピース２１６Ｂの側面または外周面にも、その上端から下端まで軸方向にまっすぐ延びる縦溝２３６が並列に複数本形成されている。これらの縦溝２３６は、ガスノズル２１２内で周回方向に均一に分布する第２（内側）の誘電体窓ガス流路を形成する。このように、ガスノズル２１２内の誘電体窓ガス流路を同軸または同心状に複数設ける構成により、ガスノズル２１２のコンダクタンスをより一層向上させることができる。

なお、上記第９の実施例の別の変形例として、ガスノズル２１２内で誘電体窓ガス流路を形成する溝を誘電体窓５２の貫通孔２１４の内壁に設ける構成も可能である。この場合、ノズルピース２１６の外周面には溝を設けない。もっとも、誘電体窓５２に設けられる貫通孔２１４の口径（直径）は通常１０ｍｍ以下であり、このような小口径の貫通孔２１４の内壁に上記のようなプロファイルを有する溝を形成するのは現実的には非常に困難である。

［その他の実施例または変形例］

上記した実施形態では、チャンバ１０内に処理ガスを導入するためのガス導入機構として、上部ガス導入部８０と側部ガス導入部８２を備えた。しかし、側部ガス導入部８２を省いて、上部ガス導入部８０だけを備える構成も可能である。

上記した実施形態は、チャンバ１０の天板を構成する誘電体窓５２に放電防止部材９６を設ける構成に係わるものであったが、チャンバ１０内のプラズマ生成空間にマイクロ波を透過して導入する任意の誘電体窓（たとえばチャンバ側壁の誘電体窓）に誘電体窓ガス流路を設ける構成にも本発明は適用可能である。

上記実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置におけるマイクロ波放電機構の構成、特にマイクロ波伝送線路５８およびラジアルラインスロットアンテナ５５は一例であり、他の方式または形態のマイクロ波伝送線路およびスロットアンテナも使用可能である。

上記実施形態におけるマイクロ波プラズマエッチング装置は、無磁場でマイクロ波プラズマを生成するので、チャンバ１０の周りに永久磁石や電子コイル等の磁界形成機構を設ける必要がなく、そのぶん簡易な装置構成となっている。もっとも、本発明は、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Resonance）を利用するプラズマ処理装置にも適用可能である。

本発明は、上記実施形態におけるマイクロ波プラズマエッチング装置に限定されるものではなく、プラズマＣＶＤ、プラズマ酸化、プラズマ窒化、スパッタリング等の他のマイクロ波プラズマ処理装置にも適用可能である。さらに、本発明は、マイクロ波プラズマ処理装置に限定されず、プラズマ生成用の電磁波として高周波を用いる誘導結合プラズマ処理装置にも適用可能である。

誘導結合プラズマ処理装置においては、通常コイル型のアンテナが使われる。典型的には、チャンバの天板の上にコイル型アンテナが配置され、このコイル型アンテナに高周波電源が整合器を介して電気的に接続される。コイル型アンテナに流れるＲＦ電流によって、磁力線が誘電体窓を貫通してチャンバ内の処理空間を通過するようなＲＦ磁界がコイル型アンテナの周りに発生し、このＲＦ磁界の時間的な変化によって処理空間内で方位角方向に誘導電界が発生する。そして、この誘導電界によって方位角方向に加速された電子が処理ガスの分子や原子と電離衝突を起こし、ドーナツ状にプラズマが生成される。ここで、誘電体窓に設けたガス流路を介してチャンバ内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構を備える場合には、その処理ガス供給機構に本発明を適用することができる。

本発明における被処理基板は半導体ウエハに限るものではなく、フラットパネルディスプレイ、有機ＥＬ、太陽電池用の各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等も可能である。

１０チャンバ
１２サセプタ（下部電極）
２６排気装置
５２誘電体窓（天板）
５４スロット板
５５ラジアルラインスロットアンテナ
５６誘電体板
５８マイクロ波伝送線路
６０マイクロ波発生器
６６同軸管
８０上部ガス導入部
８６処理ガス供給源
９０コネクタ部（外部ガス管）
９２(1)〜９２(8)，９２(n) 分岐ガス流路
９４(1)〜９４(8) ，９４(n) 誘電体窓ガス流路
９６(1)〜９６(8) ，９６(n) 放電防止部材
１１４（放電防止部材の）突出部
１１６，１３４スプリングコイル
１１８包囲導体
１２０Ｏリング
１２６筒部
１２８放電防止部材（多孔質誘電体）
１４２Ｏリング
１４４Ｏリング内側の隙間（ガス溝）
１４６Ｏリング外側の隙間
１４２コネクタ部
１６２，１６２' ノズル部
１６０誘電体窓開口
１６６，１６６' コネクタ部内のガス流路
１７０Ｏリング
２０６張出導体
２１０包囲導体
２１２ガスノズル
２１４貫通孔
２１６ノズルピース
２１６Ａ外側ノズルピース
２１６Ｂ内側ノズルピース
２１８縦溝
２２４接着剤（層）
２３４，２３６縦溝

Claims

誘電体の窓を有する真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、
前記誘電体窓を貫通する誘電体窓ガス流路と、
前記処理容器内のプラズマ生成空間から見て前記誘電体窓の裏側または外側で前記誘電体窓ガス流路と接続する外部ガス供給路を有し、所要の処理ガスの少なくとも一部を前記外部ガス供給路および前記誘電体窓ガス流路を介して前記処理容器内に供給する処理ガス供給部と、
前記誘電体窓を介して前記処理容器内に電磁波を供給する電磁波供給部と、
前記誘電体窓に一体的に形成または結合され、前記外部ガス供給路の出口に接続する入口を有し、前記誘電体窓ガス流路の全区間または一区間を構成する放電防止部材と、
前記放電防止部材の少なくともその入口付近を包囲する包囲導体と
を有し、
前記包囲導体が、前記放電防止部材の周りをその入口から出口に向かって所定距離Ｈ以上の範囲に亘って囲む、
プラズマ処理装置。
前記電磁波が前記放電防止部材の中を伝搬するときの波長をλ_dとすると、Ｈ≧０．０５λ_dである、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
Ｈ≧０．２λ_dである、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
前記包囲導体の内径または最大内接楕円長軸長をＤとすると、Ｈ≧０．１３Ｄである、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
Ｈ≧０．５Ｄである、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
前記電磁波が前記放電防止部材の中を伝搬するときの波長をλ_d、前記包囲導体の内径または最大内接楕円長軸長をＤとすると、Ｄ≦０．６λ_dである、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
前記誘電体窓に、前記誘電体窓ガス流路が複数個並列に設けられる、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
前記誘電体窓の中心と各々の前記誘電体窓ガス流路との間の距離をＲ、前記電磁波が前記誘電体窓の中を伝搬するときの波長をλ_gとすると、λ_g／４＜Ｒ＜５λ_g／８である、請求項７に記載のプラズマ処理装置。
前記誘電体窓の中心からλ_g／４以内には前記誘電体窓ガス流路が一切設けられない、請求項８に記載のプラズマ処理装置。
前記誘電体窓が回転対称性を有する、請求項８に記載のプラズマ処理装置。
複数の前記誘電体窓ガス流路が、前記誘電体窓の中心から一定距離の円周上に等間隔で配置される、請求項７記載のプラズマ処理装置。
前記放電防止部材が、その外周面に軸方向に延びる複数の縦溝が形成されている誘電体を有する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
前記放電防止部材が、前記誘電体窓の裏側に突出しており、その突出部分が前記包囲導体に囲まれている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
前記包囲導体が、前記放電防止部材の軸方向に沿って接続される複数の導体部材に分割されている、請求項１記載のプラズマ処理装置。
前記放電防止部材の側面と前記包囲導体との間に電磁界吸収部材が設けられている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
前記放電防止部材の側面と前記包囲導体との間に無端状のシール部材が設けられている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
前記放電防止部材の側面と前記包囲導体との間に、前記シール部材によって大気圧空間から遮断される溝が形成され、
前記包囲導体は、前記溝の最も奥まった位置から前記所定距離Ｈ以上の範囲に亘って前記放電防止部材の側面を包囲する、
請求項１６に記載のプラズマ処理装置。
前記放電防止部材の入口の端面と前記外部ガス供給路の出口との間に無端状のシール部材が設けられている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
前記放電防止部材の入口付近で前記シール部材の内側に形成される隙間が前記シール部材の外側に形成される隙間よりも大きい、請求項１８に記載のプラズマ処理装置。
前記シール部材の外側の隙間が０．２ｍｍ以下であり、前記シール部材の内側の隙間が０．３ｍｍ以上である、請求項１９に記載のプラズマ処理装置。
前記シール部材の内側の隙間が０．５ｍｍ〜１．０ｍｍである、請求項２０に記載のプラズマ処理装置。
誘電体の窓を有する真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、
前記誘電体窓を貫通する誘電体窓ガス流路と、
前記処理容器内のプラズマ生成空間から見て前記誘電体窓の外側で前記誘電体窓ガス流路と接続する外部ガス供給路を有し、所要の処理ガスの少なくとも一部を前記外部ガス供給路および前記誘電体窓ガス流路を介して前記処理容器内に供給する処理ガス供給部と、
前記誘電体窓を介して前記処理容器内にガス放電用の電磁波を供給する電磁波供給部と
を有し、
前記誘電体窓の中心と前記誘電体窓ガス流路との間の距離をＲ、前記電磁波が前記誘電体窓の中を伝搬するときの波長をλ_gとすると、λ_g／４＜Ｒ＜５λ_g／８である、
プラズマ処理装置。
前記誘電体窓の中心からλ_g／４以内には前記誘電体窓ガス流路が一切設けられない、請求項２２に記載のプラズマ処理装置。
前記誘電体窓に、前記誘電体窓ガス流路が複数個並列に設けられる、請求項２２に記載のプラズマ処理装置。
複数の前記誘電体窓ガス流路が、前記誘電体窓の中心から一定距離の円周上に等間隔で配置される、請求項２４に記載のプラズマ処理装置。
前記誘電体窓内で前記誘電体窓ガス流路が環状に延びる、請求項２２に記載のプラズマ処理装置。
前記誘電体窓の中心部に開口が形成され、
前記開口に誘電体のノズルピースが嵌め込まれ、
前記ノズルピースと前記開口との間に前記誘電体窓ガス流路が形成される、
請求項２６に記載のプラズマ処理装置。
前記誘電体窓の開口が、第１および第２の口径をそれぞれ有する同軸上の第１および第２の開口部を有し、
前記ノズル部が、前記第１の開口部に第１のクリアランスを空けて嵌まる第１の円柱部と、前記第２の開口部に第２のクリアランスを空けて嵌まる第２の円柱部と、前記第１の円柱部と前記第２の円柱部との間で径方向に延びて前記第１の開口部と前記第２の開口部との間の環状底面または環状天井面に密着する環状のフランジ面と、前記フランジ面に放射状に形成される複数の溝とを有し、
前記誘電体窓の開口に前記ノズル部が嵌まった状態で、前記第１のクリアランスと前記溝と前記第２のクリアランスとが連通して前記誘電体窓ガス流路を形成する、
請求項２７に記載のプラズマ処理装置。
前記誘電体窓の開口が、前記誘電体窓の厚さ方向でテーパ状に変化する口径を有し、
前記ノズル部が、前記誘電体窓の開口に密着するテーパ状の胴部と、この胴部の上端から下端まで垂直または斜めに延びるように胴部の外周面に形成される複数の溝とを有し、
前記ノズル部が前記誘電体窓の開口に嵌まった状態で、前記溝が前記誘電体窓ガス流路を形成する、
請求項２７に記載のプラズマ処理装置。
前記誘電体窓に貫通孔が形成され、
前記貫通孔に誘電体のノズルピースが嵌め込まれ、
前記ノズルピースの外周面に、その一端から他端まで軸方向に延びる縦溝が並列に複数本設けられ、
前記複数本の縦溝によって前記誘電体窓ガス流路が形成される、
請求項２２に記載の処理ガス供給装置。
前記誘電体窓が回転対称性を有する、請求項２２に記載のプラズマ処理装置。
前記誘電体窓と前記外部ガス供給路の出口との間に無端状のシール部材が設けられている、請求項２２に記載のプラズマ処理装置。
前記誘電体窓ガス流路の入口付近で前記シール部材の内側に形成される隙間が前記シール部材の外側に形成される隙間よりも大きい、請求項３２に記載のプラズマ処理装置。
前記シール部材の外側の隙間が０．２ｍｍ以下であり、前記シール部材の内側の隙間が０．３ｍｍ以上である、請求項３３に記載のプラズマ処理装置。
前記シール部材の内側の隙間が０．５ｍｍ〜１．０ｍｍである、請求項３４に記載のプラズマ処理装置。
前記誘電体の前記誘電体窓ガス流路より半径方向内側の位置に第１の凹部が形成され、
前記第１の凹部に電気的に接地された張出導体が嵌まっている、
請求項２２に記載のプラズマ処理装置。
前記誘電体の前記誘電体窓ガス流路より半径方向外側の位置に第２の凹部が形成され、
前記第２の凹部に電気的に接地された包囲導体が嵌まっている、
請求項２２に記載のプラズマ処理装置。
前記誘電体窓に一体的に形成または結合され、前記外部ガス供給路の出口に接続する入口を有し、前記誘電体窓ガス流路の全区間または一区間を構成する通気性の放電防止部材を有する、請求項２２に記載のプラズマ処理装置。
前記電磁波供給部が、前記処理容器内に電磁波を供給するために前記誘電体窓の上に設けられるアンテナを有する、請求項２２に記載のプラズマ処理装置。
前記アンテナは、平板型スロットアンテナである、請求項３９に記載のプラズマ処理装置。
前記平板型スロットアンテナが回転対称性を有する、請求項４０に記載のプラズマ処理装置。
前記平板型スロットアンテナのスロット板が、前記包囲導体の一部を形成する、請求項４０に記載のプラズマ処理装置。
前記電磁波供給部が、
前記電磁波としてマイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、
前記マイクロ波発生器より発生された前記マイクロ波を前記平板型スロットアンテナまで伝搬するマイクロ波伝送線路と
を有する、請求項４０に記載のプラズマ処理装置。
前記アンテナは、コイル型アンテナである、請求項３９に記載のプラズマ処理装置。
前記電磁波供給部が、
前記電磁波として高周波を発生する高周波電源と、
前記高周波電源からの前記高周波を前記アンテナに伝送する高周波伝送部と、
前記アンテナ側の負荷インピーダンスを前記高周波電源側のインピーダンスに整合させるための整合器と
を有する、請求項４４に記載のプラズマ処理装置。
前記放電防止部材の出口が、前記処理容器内のプラズマ生成空間に臨む前記誘電体窓ガス流路の出口まで延びてガス噴出口を形成する、請求項２２に記載のプラズマ処理装置。