(57)【要約】【課題】誘電体窓の撓み等に起因した隙間が発生するのを防止できるマイクロ波プラズマ処理装置を提供する。【解決手段】マイクロ波プラズマ処理装置の誘電体窓１２と誘電体板２２との間を１〜６００Torr（１．３３３２×１０2〜７．９９９３×１０4Ｐａ）の範囲の負圧にする。誘電体板２２を誘電体窓１２に押し付け、誘電体窓１２の撓みに合わせて誘電体板２２を撓ませることができるので、誘電体板２２とスロット板２３との間、又はスロット板２３と誘電体窓１２との間に隙間が発生するのを防止することができる。大気圧が直接誘電体窓１２にかからなくなるので、誘電体窓１２の撓みも低減する。【選択図】図３
2010225396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
天井部が誘電体窓により画定される処理容器と、前記処理容器を減圧するガス排気系と、前記処理容器にプラズマガスを供給するプラズマガス供給部と、前記処理容器の前記誘電体窓に載せられ、前記処理容器内のプラズマガスを励起するマイクロ波アンテナと、を備えるマイクロ波プラズマ処理装置において、
前記マイクロ波アンテナは、水平方向にマイクロ波を伝播すると共にマイクロ波の波長を圧縮する誘電体板と、前記誘電体板と前記誘電体窓との間に設けられ、マイクロ波を透過させるスロットを有するスロット板と、を含み、
前記誘電体窓と前記誘電体板との間が１〜６００Torr（１．３３３２×１０2〜７．９９９３×１０4Ｐａ）の範囲の負圧にされるマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記マイクロ波アンテナはさらに、前記誘電体板の上面に載せられて前記誘電体板を冷却する冷却板を含み、
前記誘電体板と前記冷却板との間が１〜６００Torr（１．３３３２×１０2〜７．９９９３×１０4Ｐａ）の範囲の負圧にされる請求項１に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項３】
前記負圧の範囲が２００〜４００Torr（２．６６６４×１０4〜５．３３２９×１０4Ｐａ）であることを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項４】
前記スロット板は、前記誘電体板の下面側に形成された導電膜からなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項５】
前記誘電体板の上面に、マイクロ波を反射する導電膜が形成されることを特徴とする請求項４に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項６】
前記同軸導波路は、内周側の内導体及び外周側の外導体を含む同軸導波管に形成され、
前記同軸導波路には、環状誘電体が嵌められ、
前記内導体と前記環状誘電体との間が内側シール部材でシールされると共に、前記外導体と前記環状誘電体との間が外側シール部材でシールされることを特徴とする請求項２に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項７】
前記誘電体板の下面には、前記スロット板としての導電膜が形成され、
前記誘電体板の上面には、マイクロ波を反射する導電膜が形成され、
前記誘電体板の下面側の導電膜と前記誘電体窓との間が環状の第一のシール部材でシールされると共に、前記誘電体板の上面側の導電膜と前記冷却板との間が環状の第二のシール部材でシールされることを特徴とする請求項２に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項８】
前記処理容器には、前記誘電体窓を前記処理容器に固定するための誘電体窓押え、及び前記マイクロ波アンテナを前記誘電体窓に固定するためのアンテナ押えが取り付けられ、
前記誘電体窓、前記誘電体板及び前記前記冷却板の外周と、前記誘電体窓押え及び前記アンテナ押えの内周との間に負圧路が形成され、
前記負圧路にガスを吸引する吸引口が設けられることを特徴とする請求項２に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項９】
前記誘電体窓と前記誘電体板との間、及び前記誘電体板と前記冷却板との間の圧力を調整することにより、前記誘電体窓及び前記誘電体板の温度制御を行うことを特徴とする請求項２，６，７，８のいずれかに記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項１０】
天井部が誘電体窓により画定される処理容器と、前記処理容器を減圧するガス排気系と、前記処理容器にプラズマガスを供給するプラズマガス供給部と、前記処理容器の前記誘電体窓に載せられ、前記処理容器内のプラズマガスを励起するマイクロ波アンテナと、を備えるマイクロ波プラズマ処理装置において、
前記マイクロ波アンテナは、水平方向にマイクロ波を伝播すると共にマイクロ波の波長を圧縮する誘電体板と、前記誘電体板と前記誘電体窓との間に設けられ、マイクロ波を透過させるスロットを有するスロット板と、前記誘電体板の上面に載せられて前記誘電体板を冷却する冷却板と、を含み、
前記誘電体板と前記冷却板との間が大気圧よりも圧力が低い負圧にされるマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記冷却板と前記誘電体板の内周側との間が環状の内側シール部材でシールされると共に、前記冷却板と前記誘電体板の外周側との間が環状の外側シール部材でシールされ、
前記冷却板の、前記内側シール部材と外側シール部材との間には、ガスを吸引する吸引口が設けられることを特徴とする請求項１０に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項１２】
天井部が誘電体窓により画定される処理容器と、前記処理容器を減圧するガス排気系と、前記処理容器にプラズマガスを供給するプラズマガス供給部と、前記処理容器の前記誘電体窓に載せられ、前記処理容器内のプラズマガスを励起するマイクロ波アンテナと、を備えるマイクロ波プラズマ処理装置において、
前記マイクロ波アンテナは、水平方向にマイクロ波を伝播すると共にマイクロ波の波長を圧縮する誘電体板と、前記誘電体板と前記誘電体窓との間に設けられ、マイクロ波を透過させるスロットを有するスロット板と、前記誘電体板の上面に載せられて前記誘電体板を冷却する冷却板と、を含み、
前記誘電体窓と前記誘電体板との間、及び前記誘電体板と前記冷却板との間が大気圧よりも圧力が低い負圧にされるマイクロ波プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波を用いて生成されたプラズマにより半導体ウェハ、液晶用基板、有機ＥＬ素子等の被処理体をプラズマ処理するマイクロ波プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理は、半導体製造工程のエッチング、薄膜成膜などのプロセスに広く使用されている。近年、ＬＳＩの高集積化、高速化、小電力化の観点からＬＳＩを構成する半導体のプロセスルール（ＩＣの線幅）が益々微細化されている。しかし、従来から多用されている平行平板型や誘導結合型のプラズマ処理装置では、電子温度が高いので、基板にダメージを与えてしまうという課題がある。
【０００３】
さらに、半導体のウェハサイズも大口径化しており、これに伴って大口径の半導体ウェハに偏りなく均一に処理を行うことが要請されている。
【０００４】
そこで近年、高密度で低電子温度のプラズマを均一にすることができるＲＬＳＡ(Radial Line Slot Antenna)を用いたマイクロ波プラズマ処理装置が注目されている。このマイクロ波プラズマ処置装置は、均一なマイクロ波を発するように配列された多数のスロットを有する平面状のマイクロ波アンテナから処理容器内にマイクロ波を放射し、マイクロ波の電界により処理容器内のガスを電離してプラズマを励起させるものである。マイクロ波プラズマ処理装置によれば、アンテナ直下の広い領域に高いプラズマ密度を実現できるので、短時間で均一なプラズマ処理を行うことが可能である。しかも、低電子温度のプラズマを生成することができるので、被処理基板へのダメージを少なくすることができるという利点もある。
【０００５】
図１に示すように、マイクロ波プラズマ処理装置において、処理容器１の天井部の開口は誘電体窓２により塞がれる。誘電体窓２の上にはマイクロ波アンテナ３が載せられる。内側導波管及び外側導波管からなる同軸導波管の断面円環状の同軸導波路４を伝搬したマイクロ波は、ディスク状の誘電体板６を放射方向に伝搬する。誘電体板６内で圧縮され、かつ共振するマイクロ波は、導電材料からなるスロット板７のスロットを透過し、誘電体窓２を介して処理容器１内に放射される。
【０００６】
処理容器の誘電体窓は処理容器内部のプラズマに晒されるので、誘電体窓には熱が蓄積する。誘電体窓に熱が蓄積するのを防止するために、特許文献１には、マイクロ波アンテナを誘電体窓に密着させ、マイクロ波アンテナに設けられた冷却板によって誘電体窓に蓄積された熱を吸い上げるプラズマ処理装置が開示されている。特許文献１に記載のプラズマ処理装置において、マイクロ波アンテナのスロット板と誘電体窓の接触面は、接触面における伝熱性を向上させるために、０．８〜０．９ａｔｍ（６０８〜６８４Torr）の範囲内の圧力に維持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３５５５５０号公報（段落００２３の作用の欄、段落００２６、請求項７参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
マイクロ波の伝搬や放射に影響を与えるものとして、スロット板周辺の隙間が挙げられる。具体的には（１）冷却板と誘電体板との間の隙間や、誘電体とスロット板との間の隙間、（２）スロット板と誘電体窓との間の隙間が挙げられる。（１）の隙間は誘電体板内のマイクロ波の伝播に悪影響を与える。（２）の隙間は、スロット板からのマイクロ波放射率を変化させる。（１）及び（２）の隙間が時間的に変動したり、空間的に非対称であったりすると、マイクロ波電界分布に乱れが生じてしまい、プラズマ密度が変化してしまう。
【０００９】
スロット板の周囲に隙間が発生する原理は以下のとおりである。図２に示すように、スロット板７の中心部は同軸導波管の内導体８にボルト等で結合され、スロット板７の外周は冷却板９にボルト等で結合される。マイクロ波アンテナ３から処理容器１にマイクロ波を投入すると、スロット板７にマイクロ波電流が流れることでジュール熱が発生するので、スロット板７は加熱されて熱膨張してしまう。スロット板７の外周は冷却板９に固定されているので、スロット板７が撓んでスロット板と誘電体板６との間に隙間が生ずる。また、処理容器１内にプラズマが発生すると、誘電体窓２、誘電体板６にはプラズマからの熱が入ってくる。時間変動する熱の移動によって、誘電体窓２及び誘電体板６の温度分布が変化し、誘電体窓２及び誘電体板６に反る等の変形を生じさせる。さらに、処理容器１の内部は真空であり、誘電体窓２には外側から大気圧がかかっているので、誘電体窓２は元々撓んでいる。この結果、上述の（１）及び（２）の隙間が発生する。
【００１０】
隙間を発生させないためには、冷却板９及び誘電体板６が撓むぐらいの強い力でこれらを誘電体窓２に押さえ付ける必要がある。しかしそのためには、アンテナ押え１０の剛性を高める必要があるし、仮に冷却板９及び誘電体板６を撓ませたとしても、偏った当たり方になってしまう。
【００１１】
特許文献１に記載のプラズマ処理装置のように、スロット板７と誘電体窓２との接触面を０．８〜０．９ａｔｍ、つまり、６０８〜６８４Torr（８．１０６×１０４〜９．１１９２×１０４Ｐａ）の負圧に設定しても、誘電体窓の撓み等に起因した隙間の発生をなくすことができない。
【００１２】
本発明は上記従来のプラズマ処置装置の課題を解決するもので、誘電体窓の撓み等に起因した隙間が発生するのを防止できるマイクロ波プラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の第一の態様は、天井部が誘電体窓により画定される処理容器と、前記処理容器を減圧するガス排気系と、前記処理容器にプラズマガスを供給するプラズマガス供給部と、前記処理容器の前記誘電体窓に載せられ、前記処理容器内のプラズマガスを励起するマイクロ波アンテナと、を備えるマイクロ波プラズマ処理装置において、前記マイクロ波アンテナは、水平方向にマイクロ波を伝播すると共にマイクロ波の波長を圧縮する誘電体板と、前記誘電体板と前記誘電体窓との間に設けられ、マイクロ波を透過させるスロットを有するスロット板と、を含み、前記誘電体窓と前記誘電体板との間が１〜６００Torr（１．３３３２×１０2〜７．９９９３×１０4Ｐａ）の範囲の負圧にされるマイクロ波プラズマ処理装置である。
【００１４】
本発明の第二の態様は、天井部が誘電体窓により画定される処理容器と、前記処理容器を減圧するガス排気系と、前記処理容器にプラズマガスを供給するプラズマガス供給部と、前記処理容器の前記誘電体窓に載せられ、前記処理容器内のプラズマガスを励起するマイクロ波アンテナと、を備えるマイクロ波プラズマ処理装置において、前記マイクロ波アンテナは、水平方向にマイクロ波を伝播すると共にマイクロ波の波長を圧縮する誘電体板と、前記誘電体板と前記誘電体窓との間に設けられ、マイクロ波を透過させるスロットを有するスロット板と、前記誘電体板の上面に載せられて前記誘電体板を冷却する冷却板と、を含み、前記誘電体板と前記冷却板との間が大気圧よりも圧力が低い負圧にされるマイクロ波プラズマ処理装置である。
【００１５】
本発明の第三の態様は、天井部が誘電体窓により画定される処理容器と、前記処理容器を減圧するガス排気系と、前記処理容器にプラズマガスを供給するプラズマガス供給部と、前記処理容器の前記誘電体窓に載せられ、前記処理容器内のプラズマガスを励起するマイクロ波アンテナと、を備えるマイクロ波プラズマ処理装置において、前記マイクロ波アンテナは、水平方向にマイクロ波を伝播すると共にマイクロ波の波長を圧縮する誘電体板と、前記誘電体板と前記誘電体窓との間に設けられ、マイクロ波を透過させるスロットを有するスロット板と、前記誘電体板の上面に載せられて前記誘電体板を冷却する冷却板と、を含み、前記誘電体窓と前記誘電体板との間、及び前記誘電体板と前記冷却板との間が大気圧よりも圧力が低い負圧にされるマイクロ波プラズマ処理装置である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の第一の態様によれば、誘電体窓と誘電体板との間を１〜６００Torr（１．３３３２×１０2〜７．９９９３×１０4Ｐａ）の範囲の負圧にするので、誘電体板を誘電体窓に押し付け、誘電体窓の撓みに合わせて誘電体板を密着させることができる。このため、誘電体板とスロット板との間、又はスロット板と誘電体窓との間に隙間が発生するのを防止することができる。さらに、大気圧が直接誘電体窓にかからなくなるので、誘電体窓の撓みも低減する。その結果、マイクロ波が投入されて温度変動が生じても、安定した均一なプラズマを発生させることができる。
【００１７】
ここで、圧力が低ければ低いほど、誘電体板を誘電体窓に押し付ける力を働かせることができる。このため、負圧の上限は６００Torr（７．９９９３×１０4Ｐａ）に設定される。その一方、圧力が１Torr（１．３３３２×１０2）未満だと、ガスの分子の量が減り、熱伝達を悪くする。このため負圧の下限は１Torr（１．３３３２×１０2）に設定される。
【００１８】
本発明の第一の態様において、さらに誘電体板と冷却板との間を１〜６００Torr（１．３３３２×１０２〜７．９９９３×１０４Ｐａ）の範囲の負圧にすることにより、冷却板を誘電体窓の方向に押し付け、誘電体窓の撓みに合わせて冷却板を密着させることができる。このため、冷却板と誘電体板との間に隙間が発生するのを防止することができる。
【００１９】
本発明の第二の態様によれば、冷却板と誘電体板との間を負圧にすることで、冷却板と誘電体板との密着性が向上する。誘電体板及びスロット板に蓄積される熱が冷却板に吸い上げられるので、スロット板の熱膨張の伸び量を誘電体窓の熱膨張の伸び量よりも抑えることができる。これにより、誘電体窓からスロット板に引っ張り力を作用させることができ、スロット板が撓むのを防止することができる。
【００２０】
本発明の第三の態様によれば、誘電体窓と誘電体板との間、及び誘電体板と冷却板との間を大気圧よりも圧力が低い負圧にすることで、冷却板と誘電体窓との間に誘電体板を挟む力を生じさせることができる。このため、これらの間に隙間が発生するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来のマイクロ波プラズマ処理装置の断面図
【図２】従来のマイクロ波プラズマ処理装置のスロット板の変形を示す断面図
【図３】本発明の第一の実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置の断面図
【図４】本発明の第二の実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置の断面図
【図５】導電膜が形成される誘電体板の詳細図
【図６】本発明の第三の実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置の断面図
【図７】本発明の第四の実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置の断面図
【図８】本発明の第五の実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置の断面図
【図９】本発明の第六の実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置の断面図
【図１０】給電手段の他の例を示す断面図
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照して、本発明のマイクロ波プラズマ処理装置の実施形態を説明する。図３は、本発明の第一の実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置の全体の構成図を示す。
【００２３】
マイクロ波プラズマ処理装置は、外壁によって区画される処理容器１１と、処理容器１１内に設けられ、被処理基板を静電チャックにより保持するＡｌＮ又はＡｌ2Ｏ3からなる保持台１６と、を含む。処理容器１１には、保持台を囲む円環状の空間に周方向に均等に排気ポートが形成される。処理容器１１は、排気ポートを介して真空ポンプにより排気・減圧される。
【００２４】
処理容器１１は、Ａｌ好ましくはＡｌを含有するステンレス鋼からなり、内壁面には酸化処理により酸化アルミニウムよりなる保護膜が形成されている。処理容器１１の天井部には、Ａｌ2Ｏ3、石英等の誘電体からなる誘電体窓１２が外壁の一部として設けられる。誘電体窓１２は処理容器１１の側壁にシールリング１３を介して装着される。誘電体窓１２は処理容器１１の側壁の上部に取り付けられる誘電体窓押え１４によって処理容器１１に固定される。誘電体窓押え１４は、処理容器１１と同様にＡｌ若しくはＡｌを含有するステンレス鋼からなる。
【００２５】
処理容器１１の側壁には、プラズマガスを処理容器１１内に供給するための環状のガス供給部１５が設けられる。ガス供給部１５にはガス供給系が接続されている。Ａｒガス、Ｋｒガス等のプラズマ励起用ガスや、プラズマ処理の種類に応じた処理ガスがガス供給部１５から処理容器１１に供給される。かかるプラズマ処理には、プラズマ酸化処理、プラズマ窒化処理、プラズマ酸窒化処理、プラズマＣＶＤ処理等が含まれる。ガス供給部からＣ4Ｆ8，Ｃ5Ｆ8又はＣ4Ｆ6などの解離しやすいフルオロカーボンガスや、Ｆ系あるいはＣｌ系などのエッチングガスを供給し、保持台１６上に高周波電源から高周波電圧を印加することにより、被処理基板に対して反応性イオンエッチングを行うことも可能である。
【００２６】
処理容器１１の側壁には、被処理基板を搬入及び搬出するための図示しない搬出入口が設けられる。搬出入口はゲートバルブによって開閉される。
【００２７】
誘電体窓１２上には、処理容器１１内のプラズマガスを励起する平面状のマイクロ波アンテナ１８が載せられる。マイクロ波アンテナ１８は、同軸モードでマイクロ波を上下方向に伝搬する同軸導波管１９と、同軸導波管１９の同軸導波路２０を通過したマイクロ波を放射方向に伝搬するディスク状の誘電体板２２と、マイクロ波を透過させるスロットを有するスロット板２３と、誘電体板２２の上面に載せられて誘電体板２２を冷却する冷却板２４と、を含む。
【００２８】
マイクロ波を給電する給電手段としての同軸導波管１９は、垂直方向に伸びる内導体１９ａと、内導体１９ａを囲む筒状の外導体１９ｂと、からなる。内導体１９ａと外導体１９ｂとの間に断面環状の同軸導波路２０が形成される。同軸導波管１９の上端部は水平方向に伸びる矩形導波管２１（図１参照）に接続される。矩形導波管２１と同軸導波管１９の接続部には円錐形のモード変換器２５（図１参照）が設けられる。矩形導波管２１は整合器を介してマグネトロン等のマイクロ波発生装置に接続されている。マイクロ波発生装置は、例えば周波数２．４５ＧＨｚ，８．３５ＧＨｚ，１．９８ＧＨｚ，９１５ＭＨｚ等のマイクロ波を発生する。矩形導波管２１を伝搬するマイクロ波はモード変換器２５によって同軸モードに変換され、同軸導波路２０（図３参照）を上下方向に伝搬する。整合器は、マイクロ波発生装置から発生するマイクロ波を矩形導波管２１及び同軸導波路２０を介して誘電体板２２へ伝搬させる。
【００２９】
誘電体板２２は、Ａｌ2Ｏ3、石英等の誘電体からなる。マイクロ波は、電界と磁界が非常に速く変化しながら伝搬する電磁波である。誘電体板２２の下面には金属からなるスロット板２３が設けられ、誘電体板２２の上面には金属からなる冷却板２４が設けられる。金属面に当たったマイクロ波は、金属内にはほとんど進入せず、ごく表面（表皮深さ）に電流を流し、大部分が反射する。このため、同軸導波路２０から誘電体板２２に照射されたマイクロ波は、スロット板２３及び冷却板２４によって反射されながら誘電体板２２を放射方向に伝搬する。また、同軸導波路２０から誘電体板２２に入るとき、マイクロ波の伝搬する媒質が空気から誘電体に変化するので、マイクロ波の波長が圧縮される。誘電体板２２の厚みは、ＴＥモードでマイクロ波が伝搬するように、すなわち電界が厚み方向にだけできるように決められる。誘電体板２２の厚みが誘電体板２２内におけるマイクロ波の波長の１／４以下であれば問題ない。ただし、あまり薄いと強度の問題があり、また厚すぎると撓みにくくなる。このため本実施形態において、誘電体板２２の材質にアルミナを使用した場合、３〜６ｍｍ程度が最適な厚みになる。
【００３０】
銅板等からなるスロット板２３には、マイクロ波を透過させる多数のスロット２３ａが空けられる。誘電体板２２内で共振したマイクロ波は、スロット板２３の多数のスロット２３ａを透過し、処理容器１１内に放射される。
【００３１】
図３に示すように、マイクロ波アンテナ１８の誘電体板２２上には、冷却板２４が載せられる。冷却板２４には冷却水流路２４ａが形成される。冷却水流路２４ａに冷却水を流すことにより、誘電体板２２を冷却することができる。熱伝導性を向上させるため、冷却板２４と誘電体板２２との間には、緩衝シートが介在されてもよい。
【００３２】
マイクロ波アンテナ１８は、誘電体窓押え１４に取り付けられるアンテナ押え２６によって誘電体窓１２に固定される。アンテナ押え２６は処理容器１１と同様にＡｌ若しくはＡｌを含有するステンレス鋼からなる。冷却板２４とアンテナ押え２６との間には、電磁遮蔽弾力体２７が設けられる。スロット板２３のスロット２３ａを透過するマイクロ波は、一部がスロット板２３と誘電体窓１２との間の小さな隙間から外側に漏れ出す。それだけでなく、誘電体窓１２を外周方向に伝搬したマイクロ波は誘電体窓押え１４と冷却板２４との間の隙間から外側に漏れ出す。電磁遮蔽弾力体２７は漏れ出したマイクロ波をシールドする。
【００３３】
同軸導波管１９の内導体１９ａと外導体１９ｂ（正確に言えば外導体１９ｂを構成する冷却板２４）との間には、環状誘電体２８が嵌められる。この環状誘電体２８は誘電体板２２に一体に結合される。そして、内導体１９ａと環状誘電体２８との間が内側シール部材としてのシールリング２９によってシールされ、外導体１９ｂと環状誘電体２８との間が外側シール部材としてのシールリング３０によってシールされる。
【００３４】
誘電体窓１２、誘電体板２２及び冷却板２４の外周と、誘電体窓押え１４及びアンテナ押え２６の内周との間に負圧路３５が形成される。冷却板２４とアンテナ押え２６との間はシールリング３１によってシールされ、アンテナ押え２６と誘電体窓押え１４との間はシールリング３２によってシールされる。誘電体窓押え１４と処理容器１１との間はシールリング３３によってシールされる。負圧路３５には、空気を吸引する吸引口３４が空けられる。吸引口３４には、負圧路３５の圧力を調整する圧力調整器が接続される。圧力調整器には真空ポンプが接続される。負圧路３５の圧力を調整することにより、誘電体窓１２と誘電体板２２との密着度合、及び誘電体板２２と冷却板２４との密着度合を調整することができ、このため誘電体窓１２及び誘電体板２２の温度制御を行うことが可能になる。
【００３５】
同軸導波管１９がシールされているので、吸引口３４から空気を吸引すると、誘電体板２２と誘電体窓１２との間、及び誘電体板２２と冷却板２４との間が負圧になる。負圧の範囲は１〜６００Torr（１．３３３２×１０2〜７．９９９３×１０4Ｐａ）、望ましくは２００〜４００Torr（２．６６６４×１０4〜５．３３２８×１０4Ｐａ）に設定される。圧力が低ければ低いほど、誘電体板２２及び冷却板２４を誘電体窓１２に押し付ける力を働かせることができる。このため、負圧の範囲は６００Torr（７．９９９３×１０4Ｐａ）以下に設定される。誘電体板２２及び冷却板２４を誘電体窓１２に押し付ける力を大きくするためには、４００Torr（５．３３２８×１０4Ｐａ）以下であることが望ましい。誘電体窓１２は処理容器１１内の真空や熱膨張によって、０．１ｍｍ程度撓むこともある。誘電体板２２と誘電体窓１２との間、及び誘電体板２２と冷却板２４との間を６００Torr（７．９９９３×１０4Ｐａ）以下の負圧にすることで、誘電体窓１２の撓みに合わせて誘電体板２２及び冷却板２４を撓ませることができる。
【００３６】
負圧の範囲を１Torr（１．３３３２×１０2）以上にしたのは、１Torr（１．３３３２×１０2）未満だと、ガスの分子の量が減り、熱伝達を悪くするからである。熱を伝達するのは分子であるから真空状態から気体の圧力が高くなればなるほど、気体の分子の量が増え、熱伝達率が向上する。しかし、ある圧力を超えると、熱伝達率が圧力に依存しなくなる。その圧力が１Torr（１．３３３２×１０2）程度である。ただし、強いマイクロ波が伝搬する空間を負圧にすると、異常放電（望ましくない放電）が起こり易くなる。異常放電を防止するために２００Torr（２．６６６４×１０4）以上が望ましい。
【００３７】
図４は、本発明の第二の実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置を示す。なお、第一の実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置と同一の構成には同一の符号を附してその説明を省略する。この実施形態においては、誘電体板２２の上面、下面及び外周面には、導電膜４１が形成される。そして、誘電体窓１２と誘電体板２２との間には、第一のシール部材としてＯリング等からなるシールリング４２が設けられる。誘電体板２２と冷却板２４との間には、第二のシール部材としてＯリング等からなるシールリング４３が設けられる。誘電体板２２の上面及び下面に導電膜が形成されているので、誘電体板２２と導電膜４１との間をシールする必要はない。
【００３８】
図５は導電膜４１が形成された誘電体板２２の詳細図を示す。誘電体板２２の上面、下面及び外周面には、金属の層からなる導電膜４１がめっきされる。誘電体板２２の中心部には、同軸導波管１９の内導体１９ａに接続されるスロット中心コンタクトフランジ４０（図４参照）が貫通する孔２２ａが空けられる。孔２２ａの周囲（誘電体板２２の上面及び下面の一部及び内周面）には、導電膜４１が成膜されていない非成膜エリア２２ｂが形成される。
【００３９】
誘電体板２２の下面側の導電膜４１には、マイクロ波を透過させる多数のスロット４１ａが形成される。隣接する一組のスロット４１ａは、直交するようにＴ字状に配列される。多数のスロット４１ａはディスク状の導電膜４１に同心円状に配置される。スロット４１ａの長さや配列は、スロット４１ａから処理容器１１に強い電界が放射されるように、誘電体板２２によって圧縮されたマイクロ波の波長に応じて適宜決定される。スロット４１ａの形状は直線形状の他に円弧形状でもよく、スロット４１ａの配列は同心円状の他に螺旋状や放射状でもよい。
【００４０】
導電膜４１は誘電体板２２に以下の工程を経て成膜される。誘電体板２２を製作した後、スロット４１ａに対応する非成膜エリアをマスキングし、その後、誘電体板２２に金属層をめっきし、その後、マスキングを除去する。又は、誘電体板２２を製作した後、誘電体板２２に金属層をめっきし、その後、スロット４１ａに対応する部分をエッチングする。
【００４１】
図４に示すように、誘電体板２２の下面の導電膜４１は、スロット中心コンタクトフランジ４０を介して内導体１９ａに電気的に接続される。誘電体板２２の上面の導電膜４１は、冷却板２４を介して同軸導波管１９の外導体１９ｂに電気的に接続される。誘電体板２２の下面の導電膜４１と同軸導波管１９の内導体１９ａとを電気的に接続する必要があることから、円柱状のスロット中心コンタクトフランジ４０と板状のスロット中心コンタクト板４４とが設けられる。スロット中心コンタクトフランジ４０とスロット中心コンタクト板４４とは、接着、ねじ等により結合される。スロット中心コンタクトフランジ４０は、内導体１９ａにねじ等により結合される。Ｏリング等からなるコンタクト補強弾性体４５は、スロット中心コンタクト板４４と導電膜４１との電気的接触を補強し、また誘電体板２２の上面側の導電膜４１と冷却板２４との電気的接触を補強する。スロット外周コンタクトリング４６とスロット外周コンタクト板４７とは結合される。スロット外周コンタクトリング４６は冷却板２４にボルト等で結合される。Ｏリング等からなるコンタクト補強弾性体４８は、スロット外周コンタクト板４７と誘電体板２２の下面側の導電膜４１との電気的接触を補強する。
【００４２】
図６は、本発明の第三の実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置を示す。この実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置の構成は、第二の実施形態のマイクロ波プラズマ処理とほぼ同様であるが、シール箇所が変更されている。すなわち、誘電体窓押え１４と誘電体窓１２との間、及び誘電体窓押え１４と冷却板２４との間にシールリング５１，５２を配置している。負圧路５３は誘電体板２２及び冷却板２４の外周と誘電体窓押え１４の内周との間に形成される。空気を吸引する吸引口５４は誘電体窓押え１４に設けられる。このようにシールリングを配置しても、誘電体窓１２と誘電体板２２との間、及び誘電体板２２と冷却板２４との間を負圧にすることができる。
【００４３】
図７は、本発明の第四の実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置を示す。この実施形態のプラズマ処理装置においては、冷却板２４と誘電体板２２との密着性を向上させるために、冷却板２４と誘電体板２２との間が負圧にされる。誘電体板２２の上面及び下面には導電膜４１が形成される。冷却板２４と誘電体板２２の内周側との間には、内側シール部材としてＯリング等からなるシールリング５６が設けられる。冷却板２４と誘電体板２２の外周側との間には、外側シール部材としてＯリング等からなるシールリング５７が設けられる。冷却板２４の、内側のシールリング５６と外側のシールリング５７との間には空気を吸引する吸引口５８が設けられる。誘電体板２２の上面にマイクロ波を反射する導電膜４１を形成することで、冷却板２４に吸引口５８や溝を形成してもマイクロ波の伝搬特性に影響を与えることはない。このため、誘電体板２２に導電膜４１を形成させるのが望ましいが、必ずしも形成させなくてもよい。
【００４４】
冷却板２４と誘電体板２２との間を負圧にすることで、冷却板２４と誘電体板２２との密着性を向上させることができる。さらに、誘電体窓１２から導電膜４１に引っ張り力を作用させることができ、誘電体窓１２が撓むのを防止することができる。
【００４５】
図８は、本発明の第五の実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置を示す。この実施形態では、図４に示される第二の実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置のシールリングの位置４３を変えている。すなわち、誘電体板２２と冷却板２４との間をシールするシールリング４３を、誘電体板２２及び冷却板２４の外周側に配置している。シールリング４３を誘電体板２２及び冷却板２４の外周側に配置することにより、誘電体板２２と誘電体窓１２との間だけを負圧にすることが可能になる。残りの構成、例えば誘電体板２２の上面及び下面に導電膜４１が形成される点、誘電体板２２と誘電体窓１２との間にシールリング４２が配置される点等は、図４に示される第二の実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置と同一であるので、同一の符号を附してその説明を省略する。誘電体板２２と誘電体窓１２との間を１〜６００Torr（１．３３３２×１０2〜７．９９９３×１０4Ｐａ）の範囲の負圧にすることにより、誘電体板２２を誘電体窓１２に押し付け、誘電体窓１２の撓みに合わせて誘電体板２２を密着させることができる。
【００４６】
図９は、本発明の第六の実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置を示す。この実施形態でも、第五の実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置と同様に、誘電体板２２と誘電体窓１２との間だけを負圧にするための工夫がなされている。誘電体板２２の上面及び下面には導電膜４１が形成される。誘電体板２２の内周側と誘電体窓１２の内周側との間には、内側シール部材としてＯリング等からなるシールリング６１が設けられる。誘電体板２２の外周側と誘電体窓１２の外周側との間には、外側シール部材としてＯリング等からなるシールリング６２が設けられる。誘電体窓１２の、内側のシールリング６１と外側のシールリング６２との間には空気を吸引する吸引口６３が設けられる。吸引口６３に繋がる吸引経路６４は、吸引口６３から鉛直下方に伸びた後、９０度曲って水平方向に伸び、誘電体窓１２の外周面に露出する。
【００４７】
誘電体窓１２の外周面と処理容器１１の誘電体窓受け枠６５の内周面との間に負圧路６６が形成される。誘電体窓押え１４と処理容器１１との間はシールリング６７によってシールされ、アンテナ押え２６と誘電体窓１２との間はシールリング６８によってシールされる。誘電体窓１２と処理容器１１の誘電体窓受け枠６５との間はシールリング６９によってシールされる。処理容器１１には、負圧路６６に繋がる吸引経路７０が形成される。吸引経路７０から空気を吸引することにより、誘電体板２２と誘電体窓１２との間を負圧にすることができる。誘電体板２２と誘電体窓１２との間を１〜６００Torr（１．３３３２×１０2〜７．９９９３×１０4Ｐａ）の範囲の負圧にすることにより、誘電体板２２を誘電体窓１２に押し付け、誘電体窓１２の撓みに合わせて誘電体板２２を密着させることができる。
【００４８】
なお、本発明は上記実施形態に限られることなく、本発明の要旨を変更しない範囲で様々に変更できる。例えば図１０に示すように、本発明のアンテナは、同軸導波路のように中心から外に向かってマイクロ波を広げる構造でなくても、給電手段としての矩形導波管５１によって水平方向にマイクロ波を導入する構造であってもよい。
【００４９】
誘電体板と誘電体窓との間、及び／又は誘電体板と冷却板との間を排気しやすいように、誘電体板の誘電体窓側及び／又は冷却板側に、排気用の溝（深さ２０μｍ程度、幅３ｍｍ程度）を形成することが望ましい。
【００５０】
誘電体板と誘電体窓との間、及び／又は誘電体板と冷却板との間を負圧にできれば、シールリングの配置個数、位置は上記実施形態に限られることはなく、適宜変更できる。
【００５１】
また、誘電体と誘電体窓との間、及び／又は誘電体板と冷却板との間には、熱伝導性のよいテフロン（登録商標）シート、カーボンシート等の緩衝シートを介在させてもよい。
【００５２】
さらに、空気を吸引した負圧路にＨｅガス等の伝熱性ガスを封入してもよい。伝熱性ガスを封入したときも圧力は大気圧よりも低い負圧に調整される。
【００５３】
さらに、誘電体窓に処理容器内にプラズマガスを供給するプラズマガス供給経路を形成し、誘電体窓と被処理基板との間に処理ガスを供給する中段シャワーヘッドを設けてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１１…処理容器
１２…誘電体窓
１４…誘電体窓押え
１５…ガス供給部
１６…保持台
１８…マイクロ波アンテナ
１９…同軸導波管
１９ａ…内導体
１９ｂ…外導体
２０…同軸導波路
２２…誘電体板
２３…スロット板
２３ａ…スロット
２４…冷却板
２８…環状誘電体
２９…シールリング（内側シール部材）
３０…シールリング（外側シール部材）
３４…吸引口
３５…負圧路
４１…導電膜（スロット板）
４１ａ…スロット
４２…シールリング（第一のシール部材）
４３…シールリング（第二のシール部材）
５３…負圧路
５４…吸引口
５６…シールリング（内側シール部材）
５７…シールリング（外側シール部材）
５８…吸引口 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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