(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波電力を供給して処理室にプラズマを発生させるマイクロ波プラズマ処理装置であって、
マイクロ波電力を供給するための導波管と、
前記導波管の下面に、管軸方向に沿って前記導波管内に形成されるマイクロ波の定在波の半波長の間隔で配設された複数個のマイクロ波結合孔と、
該マイクロ波結合孔の下方に配設された１枚板からなるマイクロ波が透過可能な誘電体窓と、
該誘電体窓を冷却するための冷却手段と、
を備えており、
前記複数個のマイクロ波結合孔の各々は、二つ以上の複数の孔に分けて構成され、中央部に島状の遮蔽物を有する環状形状を備え、その中心が前記定在波の電界値がピーク値になるところに配置されていることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記導波管が、平行に配設された複数個の導波管からなり、前記誘電体窓は、該複数個の導波管の各々に対して設けられていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項３】
前記複数個のマイクロ波結合孔は、各々の環状形状の外径及び／又は内径を制御することにより、処理装置内のプラズマ密度の一様性を高めるように調整されてい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】
前記冷却手段は、前記複数個のマイクロ波結合孔と前記誘電体窓との間に隙間を形成して該隙間に冷却ガスを流すものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項５】
前記冷却ガスを前記導波管内に供給する手段を備え、該導波管内に導入された冷却ガスの少なくとも一部は前記マイクロ波結合孔を通って前記隙間に供給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】
前記導波管の上面に冷却ガス供給口が設けられていることを特徴とする請求項５に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項７】
前記導波管の上面の、一方端に冷却ガス供給口が設けられ、他端に冷却ガス排気口が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の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、マイクロ波電力によりプラズマを発生させて、ウエハ等の被処理基板に、プラズマを使用したＣＶＤ（化学蒸着）、エッチング、アッシング（レジスト灰化処理）等の処理を施す、マイクロ波プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体又はマイクロマシン等を製造するプロセスにおいて、反応ガスに外部からエネルギーを与えた際に発生するプラズマが広く用いられている。特に近年ではウエハの大口径化・大量生産等の要望により、プラズマによる大面積の基板処理を行うことが可能な装置の開発が必須となっている。
【０００３】
その中で、放電容器にマイクロ波電力が導入されて発生する表面波によりプラズマを発生・維持させるプラズマ処理装置が、以下の特性を有してことから注目されている。ここで表面波とは、マイクロ波のエネルギーがプラズマ表面近傍領域に集中しており、プラズマの内部に向かう方向には減衰するような特徴を有する波を意味している。
（１）外部磁界の印加が不要なこと。
（２）マイクロ波（2.45 GHz）を利用し、マグネトロンが安価であり、インピーダンスマッチングが容易で、プラズマを発生させるために必要な電極が不要であり、いわゆる無電極運転が可能なこと。
（３）表面波によりプラズマを発生・維持するため、均一性が高い大面積のプラズマ発生が可能であり、低圧力(＜１Torr（１Torr＝133Pa）)においても高密度(〜１０１２ｃｍ−３)プラズマが得られること。
【０００４】
上記の特性を生かした大面積プロセス用として開発された従来のマイクロ波表面波プラズマ処理装置を図１４，１５に示す（特許文献１）。
図１４は、導波管の管軸方向に沿って切断したプラズマ処理装置の概要を示す図であり、図１５は、図１４上のＡ−Ａに沿って切断した同プラズマ処理装置の断面図である。
【０００５】
図１４、１５に示したマイクロ波プラズマ処理装置６０は、プラズマ処理室１６の上面に、３本の導波管２０、３０、４０を平行間隔に配設し、また、導波管２０、３０、４０の各々には管軸方向に沿って３つの結合孔が設けてある。
結合孔はマイクロ波電力をプラズマ処理室１６内に放射させる円形の放射孔として形成してあり、図１４に示したように、導波管２０の管軸方向に３つの結合孔２１ａ、２１ｂ、２１ｃが等間隔に形成してある。そして、これらの結合孔２１ａ、２１ｂ、２１ｃは、マイクロ波電力の供給側から導波管２０の先端側に向かって順次直径を大きくした円形孔としてある。
なお、図１４では導波管２０とその結合孔２１ａ、２１ｂ、２１ｃのみを示しているが、導波管３０には結合孔３１ａ、３１ｂ、３１ｃ（結合孔３１ａ、３１ｃは図示省略)が、導波管４０には結合孔４１ａ、４１ｂ、４１ｃ（結合孔４１ａ、４１ｃは図示省略）が同様に設けてある。
一方、プラズマ発生室１６の上壁には結合孔各々に連通させる円形孔又は角形孔を形成し、この円形孔各々の孔縁に誘電体窓（石英板、アルミナ板など）を装着し、プラズマ発生室１６と大気とを遮断する誘電体窓５０として構成としてある。
なお、金属材の放電容器１２内には、基板１３を設置する基板ステージ１０と、処理室１６内を所要の真空度に設定するガス排気口１５と、所要の反応ガスを供給するためのガス導入口１４とが設置されている。
【０００６】
高速プロセスを可能にするためには、高いプラズマ密度と高いラジカル密度が提供できるプラズマ処理装置が要る。そのためには、高い電力で運転できるプラズマ装置が望ましい。しかしながら、従来のマイクロ波プラズマ処理装置では、マイクロ波電力が強くなると、以下の理由により誘電体窓５０が破壊するという問題があった。
（理由１）誘電体窓５０の熱は自然冷却により放熱されているので、マイクロ波電力が強くなると、プラズマ処理室１６に発生したプラズマからの熱により誘電体窓５０の温度が上昇するため、誘電体窓５０が熱破壊する。
（理由２）従来の結合孔の形状が円形又は角形であるため、マイクロ波電力が結合孔の真下に強く集中し、誘電体窓５０が局所的に加熱されて熱損傷する。
（理由３）マイクロ波電力が強くなると、結合孔内に異常放電（アーク放電）が発生して結合孔縁に装着している誘電体窓５０に局所的に熱損傷を与えるため、結果的に誘電体窓５０が破壊に至る。
（理由４）導波管２０、３０、４０と放電容器１２の熱は水冷等により放熱されている。したがって、誘電体窓５０において、導波管２０、３０、４０と放電容器１２と接している部分はよく放熱されて温度が低いが、結合孔の真下にある誘電体の部分はマイクロ波の集中により温度が高い。そのため、誘電体窓５０に大きい温度勾配が発生し、誘電体窓５０が熱破壊する。
【０００７】
これに対し、特許文献２では、誘電体窓とマイクロ波結合孔との間に隙間を設け、該隙間に空気を流す構造とすることにより、高速プロセスを行うために大パワーのマイクロ波を投入しても少量の冷却ガスの供給により誘電体窓の破損を防止することが可能なマイクロ波プラズマ処理装置を開示している。
このようなプラズマ装置において、このような空気の導入によって、空気自身による冷却および断面積の小さい隙間への空気の流れにより誘電体窓から隙間の周りの金属壁への熱伝達が増加されるためプラズマの発生に伴って加熱された誘電体窓を効果的に冷却することができ、前記（理由１）と（理由４）による問題はある程度解決できる。
しかしながら、大電力運転、かつ長時間運転においては、誘電体窓を冷却してもマイクロ波電力や熱の局所的な集中により、誘電体窓の温度勾配が大きくなり、誘電体窓が割れることがあった。
【特許文献１】特開２００２−２８０１９６号公報
【特許文献２】特開平１０−６０６５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、以上のような事情に鑑みなされたものであって、大量、かつ高速プロセスを行うために密度の高い均一性と高密度のプラズマを発生すること、大面積のプラズマを発生すること、大電力で運転、かつ、長時間運転しても誘電体窓の熱破壊を防止すること、が可能な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】
【０００９】
本発明者らは、上記目的を達成すべく、誘電体窓の破損原因について検討した結果、以下の知見を得た。
マイクロ波プラズマ処理装置を大電力で、かつ長時間運転すると、マイクロ波電力により強くプラズマが発生する部分の近傍に位置する誘電体窓が急激に著しく加熱されるため、図１６に示すようなマイクロ波結合孔ごとに設けられた従来の誘電体窓では、全体的に高温になるばかりでなく、局所的に非常に高温になってしまう。その結果、誘電体窓内での温度勾配が大きくなり、熱応力が発生して誘電体窓が破壊する。
【００１０】
別の観点からの誘電体窓が破壊する他の原因は、プラズマ処理装置において、導波管と放電容器等の外部壁では自然空冷、又は水冷等により放熱されている。一方、導波管の下面に設けられている、従来の円形や角形の結合孔には、マイクロ波の集中により結合孔の周りの金属板は局所的に著しく高熱になっている。したがって、誘電体窓がそれを囲まれている金属部と接していると、結合孔の近傍のところでは局所的に過熱され高熱になるし、その他のところは放熱される。その結果、誘電体内の温度勾配が大きくなり、熱応力が発生して誘電体窓が破壊する。
【００１１】
また、別の観点からの誘電体窓が破壊する他の原因は、大電力のマイクロ波を投入すると、従来の円形や角形の結合孔では、その結合孔にマイクロ波が強く集中し、結合孔内に異常放電（アーク放電）が起こり、結合孔縁に装着している各々の誘電体窓に局所的に熱損傷を与える。その結果、放電容器の真空を気密している誘電体窓が大気からかかる圧力を耐えず、破壊に至ることがある。
【００１２】
本発明は、これらの知見に基づいて更に検討を重ねた結果、導波管の管軸方向に沿って、かつマイクロ波結合孔の下方に配設された１枚板からなるマイクロ波が透過可能な誘電体窓を用いることにより、熱勾配を小さくできることを見いだした。また、マイクロ波を空間的に広く放射させることによりマイクロ波の局所的な集中を緩和させるためには、マクロ波結合孔の形状を、環状形状とすることが望ましいことを見いだした。さらに、誘電体窓が周りの金属製壁と接しないように隙間を設けることが望ましいこと、及び導波管又はその隙間を囲まれた装置の壁に適切にガス供給口および排気口を設け、冷却ガスを流す等の冷却手段を備えることが望ましいことも判明した。
【００１３】
本発明は、これらの知見に基づいて完成に至ったものであり、以下のとおりのものである。
［１］マイクロ波電力を供給して処理室にプラズマを発生させるマイクロ波プラズマ処理装置であって、
マイクロ波電力を供給するための導波管と、
前記導波管の下面に、管軸方向に沿って前記導波管内に形成されるマイクロ波の定在波の半波長の間隔で配設された複数個のマイクロ波結合孔と、
該マイクロ波結合孔の下方に配設された１枚板からなるマイクロ波が透過可能な誘電体窓と、
該誘電体窓を冷却するための冷却手段と、
を備えており、
前記複数個のマイクロ波結合孔の各々は、二つ以上の複数の孔に分けて構成され、中央部に島状の遮蔽物を有する環状形状を備え、その中心が前記定在波の電界値がピーク値になるところに配置されていることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
［２］前記導波管が、平行に配設された複数個の導波管からなり、前記誘電体窓は、該複数個の導波管の各々に対して設けられていることを特徴とする［１］に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
［３］前記複数個のマイクロ波結合孔は、各々の環状形状の外径及び／又は内径を制御することにより、処理装置内のプラズマ密度の一様性を高めるように調整されていることを特徴とする［１］又は［２］に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
［４］前記冷却手段は、前記複数個のマイクロ波結合孔と前記誘電体窓との間に隙間を形成して該隙間に冷却ガスを流すものであることを特徴とする［１］〜［３］のいずれかに記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
［５］前記冷却ガスを前記導波管内に供給する手段を備え、該導波管内に導入された冷却ガスの少なくとも一部は前記マイクロ波結合孔を通って前記隙間に供給されることを特徴とする［４］に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
［６］前記導波管の上面に冷却ガス供給口が設けられていることを特徴とする［５］に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
［７］前記導波管の上面の、一端に冷却ガス供給口が設けられ、他端に冷却ガス排気口が設けられていることを特徴とする［５］に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、従来、大電力運転において誘電体窓の熱破壊の原因であった諸問題、すなわち、局所的な異常放電、誘電体窓の過熱、誘電体窓の大きい温度勾配などの問題の発生が著しく緩和でき、より大電力運転で可能なマイクロ波プラズマ装置の提供が可能となる。これにより、大量、かつ高速プロセスが実現できる、密度の高い均一性と高密度、かつ大面積のプラズマ処理装置の提供が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。
図１は、本発明のマイクロ波プラズマ処理装置の一つの実施形態を模式的に示すものであって、導波管の管軸方向に沿って切った装置の断面図である。図２は、図１に示すマイクロ波プラズマ処理装置７０を、上面から見た場合の導波管の配置と結合孔の位置を示す図である。図中、１０は基板ステージ、１２は放電容器、１３は基板、１４はガス導入口、１５はガス排気口、１６は処理室、２０は導波管、７１ａ〜７１ｅはマイクロ波結合孔、７２は矩形誘電体窓、７３はファンモータ、７５は冷却ガス供給孔、７６は冷却ガス排気孔、７７は隙間、を示している。
以下、図１、２に示す装置及びその機能等について詳述する。
【００２２】
（プラズマ生成）
マイクロ波電源から導波管２０に導入されたマイクロ波は導波管２０の端で反射され、導波管２０内に定在波を形成する。そのマイクロ波は導波管２０の下面に設けられているマイクロ波結合孔７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ、７１ｅと隙間７７と誘電体窓７２を通って放電容器１２内に導入され、誘電体窓７２の近傍にプラズマを生成する。生成したプラズマは表面波の伝搬と共に誘電体窓７２の全面に広がる。このような原理で、各々の誘電体窓には均一な密度分布を持ったプラズマが生成する。
誘電体窓の近傍に発生したプラズマは拡散して処理室１６全体に広がり、基板１３の上面に密度の高い均一性と高密度、かつ大面積のプラズマが供給される。
【００２３】
（誘電体窓と隙間）
本発明の特徴の１つとして、導波管の管軸方向に沿って設けられた複数の結合孔に対して１枚の誘電体窓７２を用いる。
これにより、導波管２０の管軸方向、すなわち、誘電体窓７２の管軸方向の温度勾配を緩和することができた。さらに、この構造では誘電体窓７２と結合孔７１との間に設けた隙間７７に冷却ガスの流れが良くなり、誘電体窓の放熱が容易であり、冷却効率を向上することができた。その結果、誘電体窓７２の熱破損を著しく緩和することに成功した。
さらに、これにより、従来（特許文献１）の導波管の管軸方向に対する各々の誘電体窓と誘電体窓との間の金属枠によるプラズマ密度の不均一性の問題が改善された。すなわち、表面波がプラズマ内の誘電体窓の境界を沿って誘電体窓の全面に広がることにより、プラズマ密度の均一性が高くなった。
【００２４】
（結合孔）
本発明の他の特徴は、マイクロ波結合孔として、環状形状をした結合孔を用いる点にある。
図３は、本発明における環状形状を模型的に示した図である。該図に示すように、本発明において、環状形状における該「環」の形状は、特に限定されるものではなく、例えば、円形又は楕円であっても、或いは正方又は長方のいずれかの矩形に近いものであってもよく、要は、中央部分に何らかの島状の遮蔽物を有するものであればよい。
なお、完全な環状、言い換えれば島を形成するのは、製造上困難であるので、実際には、該結合孔の形状は、二つ以上の複数の孔に分けて製造される。具体的な１例として、図４に四つの孔に分けて構成したマイクロ波結合孔を示す。
【００２５】
本発明では、マイクロ波結合孔を、環状形状にすることにより、従来のマイクロ波処理装置における円形又は角形の結合孔に比べ、マイクロ波電界を空間的に全方向に向けて一様に放射させることができた。その結果、大電力での運転においてもマイクロ波電界の局所的な集中が防止でき、異常放電（アーク放電）によるマイクロ波結合孔および誘電体窓の損傷がなくなった。
【００２６】
また、前記複数のマイクロ波結合孔は、各々の配設間隔が、前記誘電体部材近傍におけるプラズマ密度の空間分布を制御して前記誘電体部材の導波管の軸方向における温度勾配を緩和して処理装置内のプラズマ密度の一様性を高めるようにするように調整されている。
例えば、リング形結合孔７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ、７１ｅは、導波管２０内に形成されたマイクロ波の定在波の半波長の間隔で配設されている。すなわち、各々の結合孔のリングの中心を定在波の電界値がピーク値になるところに配置させ、リング形結合孔が導波管の下面に流れる表面電流を垂直方向で切るように構成される。
【００２７】
さらに、導波管の管軸方向に沿って設けられた複数の結合孔７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ、７１ｅのそれぞれの面積は、すべて同じ面積にしても良いが、プラズマ処理装置の運転条件（ガス類、圧力、マイクロ波電力など）に応じて変えることにより、各々の結合孔におけるマイクロ波電力とプラズマとの結合係数が変えられ、誘電体窓７２近傍におけるプラズマ密度の空間分布を制御することができる。それにより、処理室１６におけるプラズマ密度の一様性を高めることができる。結合孔の面積の制御はリングの外径又は内径（又は両方の径）を制御することにより容易にできる。
【００２８】
表1に結合孔の組み合わせの例を示す。表に示している結合孔の外径と内径は、マイクロ波周波数２．４５ＧＨｚに対し、内部が空洞（比誘電率を１とし）である断面の幅が９６ｍｍと高さ２７ｍｍの矩形導波管内における半波長が８０ｍｍであるので、それを考慮して決めている。
表１におけるマイクロ波結合孔の組合せタイプIないしVIの模型図を、それぞれ図５ないし図１０に示す。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
（冷却ガス）
ファンモータ７３により冷却ガス供給孔７５を通って導波管２０内に供給された冷却ガスは、一部は導波管２０内を、一部は結合孔を通って隙間７７に導入されて隙間７７内を導波管２０の管軸方向に流れ、排気用のファンモータにより冷却ガス排気孔７６を通って外部に排気される。
これにより、導波管２０内部と誘電体窓７２の熱が強制的に冷却でき、高電力の運転においても誘電体窓の熱破壊を防止することができる。ここで、冷却ガスとしては空気、窒素、ネオンなどが使える。また、導波管内部に冷却ガスを吹き入れる機構としてファンモータの代わりにエアーコンプレッサー等が使える。
【００３１】
本発明で、誘電体窓７２と結合孔７１との間に設けた隙間７７は冷却ガスの流路の役割の以外に導波管２０と誘電体窓７２との間の断熱層の役割も行っている。さらに、誘電体窓７２の側面にも２ｍｍの隙間を設け、放電容器と直接に接しないようにする。これにより、誘電体窓７２の温度勾配を緩和することができ、誘電体窓の熱破壊を著しく緩和することできた。
なお、以下に示す本実施例では隙間７７の高さは２ｍｍとしているが、冷却ガスの流れとマイクロ波の電界モードを考慮して適当な値で決めるのが望ましい。
【００３２】
なお、図１、２では、矩形誘導体窓を記載しているが、本発明は、誘電体窓と隙間と真空容器の形状において上記の矩形以外の形状にも実施可能である。また、一つの導波管で成り立っているマイクロ波プラズマ処理装置へも実施可能である。冷却ガスの供給口又は排気口を設置する位置は、導波管でなくても装置の構造に応じて誘電体窓の表面に冷却ガスを有効に流せる位置に設ければ良い。
【００３３】
図１１、１２に、本発明の他の実施形態として、円形誘電体窓及び円筒状の放電容器を用いたマイクロ波プラズマ処理装置８０を示す。
図１１はマイクロ波プラズマ処理装置８０を導波管の管軸方向に沿って切った装置の断面図であり、図１２は、図１１に示すマイクロ波プラズマ処理装置８０を上面から見た場合の導波管の配置と結合孔の位置を示す図である。
図中、１０は基板ステージ、１３は基板、１４はガス導入口、１５はガス排気口、１６は処理室、２０は導波管、２２は放電容器、７３はファンモータ、７５は冷却ガス供給孔、７６は冷却ガス排気孔、８７は隙間、８１ａ〜８１ｄは結合孔、８２は円形誘電体窓、８８は誘電体窓フタ、を示している。
【００３４】
以下、本発明を、図１、２に示す装置を用いた実験例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらにより何ら限定されるものではない。
（構成）
このマイクロ波プラズマ処理装置７０は、上端が開口した金属製の矩形真空容器１２ と、真空容器１２の上端部に気密に取り付けられ、所定間隔で平行に配置されたマイクロ波が透過可能な四つの矩形誘電体窓（例えば石英、アルミナなど）７２と、その上部に取り付けられたマイクロ波ランチャー（microwave launcher）として、所定間隔で平行に配置された四つの矩形導波管２０と各々の矩形導波管２０に対応してその下面に設けられたマイクロ波が透過可能な五つのリング形結合孔７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ、７１ｅと、誘電体窓７２とリング形結合孔７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ、７１ｅとの間に設けられた隙間７７と、を有する。ここで、四つの導波管の配置方向はマイクロ波導入口が同じ方向に向けるように配置してもいいが、図２に示すようにジグザグで配置することも良い。
【００３５】
矩形導波管２０の上面には、結合孔８１ａ〜８１ｄの上に設けられ、複数の小孔で構成された冷却ガス供給孔７５と、該冷却ガス供給孔７５の上部に取り付けられ、導波管内部に冷却ガスを吹き入れる機構としてのファンモータ７３と、を有する。
【００３６】
放電容器１２内には、放電容器１２ 内を所要の真空度に設定するガス排気口１５と、所要の反応ガスを供給するためのガス導入口１４と、基板１３と、基板１３を載置する基板ステージ１０と、を有する。ここで、基板ステージ１０は導波管の管軸方向に対して垂直方向に往復運動をさせる。これにより、基板におけるプラズマ処理の一様性を高めることができる。
【００３７】
実験１：異なる寸法（外径と内径）を持った五つのリング形結合孔の配列タイプによるプラズマ密度の変化を調べた実験
（１）装置の構成に関する状況
結合孔の組合せタイプは前記表１に示している組合せタイプI、II、III、IVを用いてそれぞれプラズマの電子密度の空間分布を測定した。電子密度はダブルプローブ法を用いた。誘電体窓から１０ｍｍは離れたところの導波管の管軸方向に対する電子密度の水平分布を示している。
（２）実験条件
(ａ)ガス：水素
(ｂ)圧力：８Ｐａ
(ｃ)マイクロ波ランチャー一つのみ運転。
（３）実験結果 
測定結果を図１３に示す。この結果から、各々結合孔の外径と内径の寸法を変えることにより、プラズマ密度の空間分布が制御できることが実現的に証明された。
【００３８】
実験２：本発明を適用したプラズマ処理装置を用いた高電力運転によるナノクリスタルダイヤモンド薄膜合成実験
（１）装置の構成に関する状況
本発明を適用した構成をしている。
ただし、誘電体窓と導波管下面との間に２ｍｍの隙間を設けた、結合孔の組合せタイプは上記の組合せタイプIVを用いた。
（２）実験条件
（ａ）ガス：水素（９０％）／メタン（５％）／二酸化炭素ガス（５％）
（ｂ）圧力：９Ｐａ
（ｃ）基板：シリコンウェハー
（ｄ）基板置く位置：誘電体窓から１００ｍｍ離れたところ
（３）実験結果
本実験では、一つの導波管にマイクロ波電力５ｋＷを印加し、すなわち、合計２０ｋＷを印加した状態で長時間（１０時間以上）連続運転を行っても誘電体窓の熱損傷は見られなかった。実験結果、３００ｍｍ×６００ｍｍの基板面積に一様なナノクリスタルダイヤモンド薄膜合成に成功した。さらに、従来、マイクロ波電力３ｋＷで薄膜合成を行った場合、２０ｎｍ／ｈｏｕｒであった薄膜の成長レートが３００ｎｍ／ｈｏｕｒと著しく向上した。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態の一例を示すプラズマ処理装置の構成図である。
【図２】図１に示すプラズマ処理装置を上面から見たときの図である。
【図３】環状形状結合孔を示す模式図である。
【図４】本発明の実施例で用いた結合孔の形状を示す図である。
【図５】本発明における結合孔の組合せタイプIの実施形態を示す図である。
【図６】本発明における結合孔の組合せタイプIIの実施形態を示す図である。
【図７】本発明における結合孔の組合せタイプIIIの実施形態を示す図である。
【図８】本発明における結合孔の組合せタイプIVの実施形態を示す図である。
【図９】本発明における結合孔の組合せタイプVの実施形態を示す図である。
【図１０】本発明における結合孔の組合せタイプVIの実施形態を示す図である。
【図１１】本発明の他の実施形態を示すプラズマ処理装置の構成図である。
【図１２】図１１に示すプラズマ処理装置を上面から見たときの構成図である。
【図１３】異なる寸法（外径と内径）を持った五つのリング形結合孔の配列タイプによるプラズマ密度の変化を調べた実験結果を示す図である。
【図１４】従来のマイクロ波プラズマ処理装置の構成を示す図である。
【図１５】図１上のＡ−Ａ線に沿って切った断面を示す図である。
【図１６】マイクロ波結合孔ごとに誘電体窓が設けられた従来のプラズマ処理装置を上面から見たときの図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  基板ステージ
１２  放電容器
１３  基板
１４  ガス導入口
１５  ガス排気口
１６  処理室
２０、３０、４０  導波管
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、３１ｂ、４１ｂ  結合穴
５０  誘電体窓
７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ、７１ｅ  結合孔
７２  矩形誘電体窓
７３  ファンモータ
７５  冷却ガス供給孔
７６  冷却ガス排気孔
７７、８７  隙間
８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８１ｄ  結合孔
８２  円形誘電体窓
８８  誘電体窓フタ
【図１】
0004793662.tif 000003
【図２】
0004793662.tif 000004
【図３】
0004793662.tif 000005
【図４】
0004793662.tif 000006
【図５】
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【図６】
0004793662.tif 000008
【図７】
0004793662.tif 000009
【図８】
0004793662.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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