(57)【要約】  プラズマ処理装置の処理室内で、酸素を含む処理ガスを用い、Ｏ（１Ｄ２）ラジカルの密度が１×１０１２［ｃｍ−３］以上のプラズマを用いて被処理体の表面をプラズマ酸化処理し、シリコン酸化膜を形成する。プラズマ酸化処理の間、ＶＵＶモノクロメーター６３により、プラズマ中のＯ（１Ｄ２）ラジカルの密度を計測し、プラズマ処理条件を補正する。
2008026531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理装置の処理室内で、酸素を含む処理ガスを用い、Ｏ（１Ｄ２）ラジカルの密度が１×１０１２［ｃｍ−３］以上のプラズマを生成し、該プラズマにより被処理体の表面を酸化処理する、プラズマ酸化処理方法。
【請求項２】
前記プラズマは、前記処理ガスと、複数のスロットを有する平面アンテナにより前記処理室内に導入されるマイクロ波と、によって形成されるマイクロ波励起プラズマである、請求項１に記載のプラズマ酸化処理方法。
【請求項３】
被処理体表面のシリコンを酸化処理してシリコン酸化膜を形成する、請求項１に記載のプラズマ酸化処理方法。
【請求項４】
前記プラズマにより、被処理体に形成された凹部に露出しているシリコン表面を酸化してシリコン酸化膜を形成する、請求項３に記載のプラズマ酸化処理方法。
【請求項５】
前記シリコン酸化膜を形成することにより、前記凹部を構成する側壁の上端のシリコンの角部に曲面形状を導入する、請求項４に記載のプラズマ酸化処理方法。
【請求項６】
前記シリコンは、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンであることを特徴とする、請求項３に記載のプラズマ酸化処理方法。
【請求項７】
プラズマ酸化処理の際の処理室内の圧力が、１．３３〜３３４Ｐａである、請求項１に記載のプラズマ酸化処理方法。
【請求項８】
前記処理ガス中の酸素の割合が０．２〜１％である、請求項１に記載のプラズマ酸化処理方法。
【請求項９】
前記処理ガスは、水素を１％以下の割合で含むことを特徴とする、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のプラズマ酸化処理方法。
【請求項１０】
プラズマを励起させるためのマイクロ波パワーが、１Ｗ／ｃｍ２以上であることを特徴とする、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のプラズマ酸化処理方法。
【請求項１１】
プラズマ処理装置の処理室内で、酸素を含む処理ガスを用い、マイクロ波励起プラズマを生成させるステップと、
前記プラズマ中のＯ（１Ｄ２）ラジカル密度を計測するステップと、
前記Ｏ（１Ｄ２）ラジカル密度が１×１０１２［ｃｍ−３］以上のプラズマを用いて被処理体を酸化処理するステップと、
を含む、プラズマ酸化処理方法。
【請求項１２】
前記Ｏ（１Ｄ２）ラジカル密度の計測結果に基づき、プラズマ形成条件を補正するステップ、をさらに含む、請求項１１に記載のプラズマ酸化処理方法。
【請求項１３】
前記プラズマ形成条件が、処理圧力、前記処理ガス中の酸素の割合、またはプラズマを励起させるためのマイクロ波パワーのうちの１つ以上である、請求項１２に記載のプラズマ酸化処理方法。
【請求項１４】
コンピュータ上で動作し、プラズマ処理装置を制御するプログラムであって、前記プログラムは、実行時に、プラズマ処理装置の処理室内で、酸素を含む処理ガスを用い、Ｏ（１Ｄ２）ラジカルの密度が１×１０１２［ｃｍ−３］以上のプラズマを生成し、該プラズマにより被処理体の表面を酸化処理する、プラズマ酸化処理方法が行なわれるように前記プラズマ処理装置を制御する、プログラム。
【請求項１５】
コンピュータ上で動作し、プラズマ処理装置を制御するプログラムであって、前記プログラムは、実行時に、プラズマ処理装置の処理室内で、酸素を含む処理ガスを用い、マイクロ波励起プラズマを生成させるステップと、前記プラズマ中のＯ（１Ｄ２）ラジカル密度を計測するステップと、前記Ｏ（１Ｄ２）ラジカル密度が１×１０１２［ｃｍ−３］以上のプラズマを用いて被処理体を酸化処理するステップと、を含む、プラズマ酸化処理方法が行なわれるように前記プラズマ処理装置を制御する、プログラム。
【請求項１６】
コンピュータ上で動作し、プラズマ処理装置を制御するプログラムが記憶された記憶媒体であって、
前記プログラムは、実行時に、プラズマ処理装置の処理室内で、酸素を含む処理ガスを用い、Ｏ（１Ｄ２）ラジカルの密度が１×１０１２［ｃｍ−３］以上のプラズマを生成し、該プラズマにより被処理体の表面を酸化処理する、プラズマ酸化処理方法が行なわれるように前記プラズマ処理装置を制御する、記憶媒体。
【請求項１７】
コンピュータ上で動作し、プラズマ処理装置を制御するプログラムが記憶された記憶媒体であって、
前記プログラムは、実行時に、プラズマ処理装置の処理室内で、酸素を含む処理ガスを用い、マイクロ波励起プラズマを生成させるステップと、前記プラズマ中のＯ（１Ｄ２）ラジカル密度を計測するステップと、前記Ｏ（１Ｄ２）ラジカル密度が１×１０１２［ｃｍ−３］以上のプラズマを用いて被処理体を酸化処理するステップと、を含む、プラズマ酸化処理方法が行なわれるように前記プラズマ処理装置を制御する、記憶媒体。
【請求項１８】
被処理体をプラズマ処理するための真空排気可能な処理室と、
前記処理室内にマイクロ波を導入するための複数のスロットを有する平面アンテナと、
前記プラズマ中のＯ（１Ｄ２）ラジカル密度を計測する計測手段と、
前記処理室内で、酸素を含む処理ガスを用い、Ｏ（１Ｄ２）ラジカルの密度が１×１０１２［ｃｍ−３］以上のプラズマを生成し、該プラズマにより被処理体の表面を酸化処理する、プラズマ酸化処理方法が行なわれるように制御する制御部と、
を具備する、プラズマ処理装置。
【請求項１９】
被処理体をプラズマ処理するための真空排気可能な処理室と、
前記処理室内にマイクロ波を導入するための複数のスロットを有する平面アンテナと、
前記プラズマ中のＯ（１Ｄ２）ラジカル密度を計測する計測手段と、
前記処理室内で、酸素を含む処理ガスを用い、マイクロ波励起プラズマを生成させるステップと、前記プラズマ中のＯ（１Ｄ２）ラジカル密度を計測するステップと、前記Ｏ（１Ｄ２）ラジカル密度が１×１０１２［ｃｍ−３］以上のプラズマを用いて被処理体を酸化処理するステップと、を含む、プラズマ酸化処理方法が行なわれるように制御する制御部と、
を具備する、プラズマ処理装置。
【請求項２０】
被処理体をプラズマ処理するための真空排気可能な処理室と、
前記処理室内にマイクロ波を導入するための複数のスロットを有する平面アンテナと、
前記プラズマ中のＯ（１Ｄ２）ラジカル密度を計測する計測手段と、
前記Ｏ（１Ｄ２）ラジカルの計測結果に基づき、前記Ｏ（１Ｄ２）ラジカル密度が１×１０１２［ｃｍ−３］以上となるようにプラズマ形成条件を制御する制御部と、
を具備する、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、プラズマ酸化処理方法に関し、詳細には、例えば、半導体装置の製造過程でシリコンの表面にシリコン酸化膜を形成する場合などに適用可能なプラズマ酸化処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種半導体装置の製造過程では、半導体ウエハの表面のシリコン（単結晶シリコンまたは多結晶シリコン）を酸化することにより、例えば絶縁膜として有用なシリコン酸化膜［酸化珪素（ＳｉＯ２）膜］を形成することが行なわれている。従来、シリコン酸化膜は例えば熱酸化法により形成されていた。しかし、熱酸化処理の場合、１０００℃を超える高温によってシリコン基板に熱歪みが生じる懸念がある。【０００３】
このため、酸素ガスを含む処理ガスにより形成された酸素含有プラズマを被処理体に作用させてシリコンを酸化処理するプラズマ酸化処理方法が提案されている（例えば、国際公開番号ＷＯ２００４／００８５１９）。【０００４】
上記国際公開番号ＷＯ２００４／００８５１９に開示されるようなプラズマ酸化処理においては、プラズマ中の活性種であるＯラジカルやＯ２＋などの作用により、Ｓｉ−Ｓｉ結合の切断とＳｉ−Ｏ結合の形成が行なわれると考えられている。これらプラズマ中の活性種の種類やその密度などは、プラズマ形成条件によって異なり、プラズマ処理結果、すなわちシリコン酸化膜の形成速度（酸化レート）、膜質などに大きな影響を与える。【０００５】
従来のプラズマ酸化処理では、プラズマ中の活性種の絶対値を把握することが困難であったため、プラズマ処理の結果であるシリコン酸化膜の状態から最適な酸化レートや所望の膜質が得られるようにプラズマ処理条件を選定することが行なわれてきた。【０００６】
このため、プラズマ処理条件のわずかな変動などにより、期待するようなプラズマ処理結果が得られずに、例えば酸化レートが変動してシリコン酸化膜の膜厚や膜質などにばらつきが生じるという問題がある。また、単結晶シリコンを酸化処理する際には、酸化レートに面方位依存性があることが知られており、従来のプラズマ酸化プロセスでは、例えばシリコンの（１１０）面と（１００）面で酸化レートに差異が生じ、面方位が異なる部位において膜厚を均一に揃えることが困難であるという問題がある。このように、プラズマ酸化処理には熱酸化処理とは異なる制御の困難さが存在するため、シリコン酸化膜を構成要素に含む半導体デバイスの歩留りを低下させたり、電気的性能にばらつきが生じて信頼性を低下させたりする要因となっている。
【発明の開示】
【０００７】
本発明の目的は、プラズマ処理結果にばらつきを生じさせることなく、安定的かつ確実に酸化処理を行なうことが可能なプラズマ酸化処理方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、被処理体表面をプラズマ酸化処理する際に、プラズマ中の活性種の絶対値を正確に把握することができるプラズマ酸化処理方法を提供することにある。
【０００８】
本発明の第１の観点によれば、プラズマ処理装置の処理室内で、酸素を含む処理ガスを用い、Ｏ（１Ｄ２）ラジカルの密度が１×１０１２［ｃｍ−３］以上のプラズマを生成し、該プラズマにより被処理体の表面を酸化処理する、プラズマ酸化処理方法が提供される。
【０００９】
上記第１の観点において、前記プラズマとしては、前記処理ガスと、複数のスロットを有する平面アンテナにより前記処理室内に導入されるマイクロ波と、によって形成されるマイクロ波励起プラズマを用いることができる。
【００１０】
また、前記プラズマ酸化処理方法は、被処理体表面のシリコンを酸化処理してシリコン酸化膜を形成する場合に適用することができる。この場合、前記プラズマにより、被処理体に形成された凹部に露出しているシリコン表面を酸化してシリコン酸化膜を形成するものであってもよく、前記シリコン酸化膜を形成することにより、前記凹部を構成する側壁の上端のシリコンの角部に曲面形状を導入するものであってもよい。
【００１１】
また、前記シリコンは、単結晶シリコンであっても、多結晶シリコンであってもよい。また、プラズマ酸化処理の際の処理室内の圧力を１．３３〜３３４Ｐａとすることができ、また、前記処理ガス中の酸素の割合を０．２〜１％とすることができる。前記処理ガスは、水素を１％以下の割合で含んでいてもよい。また、プラズマを励起させるためのマイクロ波パワーを１Ｗ／ｃｍ２以上とすることができる。
【００１２】
本発明の第２の観点によれば、プラズマ処理装置の処理室内で、酸素を含む処理ガスを用い、マイクロ波励起プラズマを生成させるステップと、前記プラズマ中のＯ（１Ｄ２）ラジカル密度を計測するステップと、  前記Ｏ（１Ｄ２）ラジカル密度が１×１０１２［ｃｍ−３］以上のプラズマを用いて被処理体を酸化処理するステップと、を含む、プラズマ酸化処理方法が提供される。
【００１３】
上記第２の観点において、前記Ｏ（１Ｄ２）ラジカル密度の計測結果に基づき、プラズマ形成条件を補正するステップ、をさらに含んでもよい。また、前記プラズマ形成条件は、処理圧力、前記処理ガス中の酸素の割合、またはプラズマを励起させるためのマイクロ波パワーのうちの１つ以上であってもよい。
【００１４】
本発明の第３の観点によれば、コンピュータ上で動作し、プラズマ処理装置を制御するプログラムであって、前記プログラムは、実行時に、プラズマ処理装置の処理室内で、酸素を含む処理ガスを用い、Ｏ（１Ｄ２）ラジカルの密度が１×１０１２［ｃｍ−３］以上のプラズマを生成し、該プラズマにより被処理体の表面を酸化処理する、プラズマ酸化処理方法が行なわれるように前記プラズマ処理装置を制御する、プログラムが提供される。
【００１５】
本発明の第４の観点によれば、コンピュータ上で動作し、プラズマ処理装置を制御するプログラムであって、前記プログラムは、実行時に、プラズマ処理装置の処理室内で、酸素を含む処理ガスを用い、マイクロ波励起プラズマを生成させるステップと、前記プラズマ中のＯ（１Ｄ２）ラジカル密度を計測するステップと、前記Ｏ（１Ｄ２）ラジカル密度が１×１０１２［ｃｍ−３］以上のプラズマを用いて被処理体を酸化処理するステップと、を含む、プラズマ酸化処理方法が行なわれるように前記プラズマ処理装置を制御する、プログラムが提供される。
【００１６】
本発明の第５の観点によれば、コンピュータ上で動作し、プラズマ処理装置を制御するプログラムが記憶された記憶媒体であって、
前記プログラムは、実行時に、プラズマ処理装置の処理室内で、酸素を含む処理ガスを用い、Ｏ（１Ｄ２）ラジカルの密度が１×１０１２［ｃｍ−３］以上のプラズマを生成し、該プラズマにより被処理体の表面を酸化処理する、プラズマ酸化処理方法が行なわれるように前記プラズマ処理装置を制御する、記憶媒体が提供される。
【００１７】
本発明の第６の観点によれば、コンピュータ上で動作し、プラズマ処理装置を制御するプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、プラズマ処理装置の処理室内で、酸素を含む処理ガスを用い、マイクロ波励起プラズマを生成させるステップと、前記プラズマ中のＯ（１Ｄ２）ラジカル密度を計測するステップと、前記Ｏ（１Ｄ２）ラジカル密度が１×１０１２［ｃｍ−３］以上のプラズマを用いて被処理体を酸化処理するステップと、を含む、プラズマ酸化処理方法が行なわれるように前記プラズマ処理装置を制御する、記憶媒体が提供される。
【００１８】
本発明の第７の観点によれば、被処理体をプラズマ処理するための真空排気可能な処理室と、前記処理室内にマイクロ波を導入するための複数のスロットを有する平面アンテナと、前記プラズマ中のＯ（１Ｄ２）ラジカル密度を計測する計測手段と、前記処理室内で、酸素を含む処理ガスを用い、Ｏ（１Ｄ２）ラジカルの密度が１×１０１２［ｃｍ−３］以上のプラズマを生成し、該プラズマにより被処理体の表面を酸化処理する、プラズマ酸化処理方法が行なわれるように制御する制御部と、を具備する、プラズマ処理装置が提供される。
【００１９】
本発明の第８の観点によれば、被処理体をプラズマ処理するための真空排気可能な処理室と、前記処理室内にマイクロ波を導入するための複数のスロットを有する平面アンテナと、前記プラズマ中のＯ（１Ｄ２）ラジカル密度を計測する計測手段と、前記処理室内で、酸素を含む処理ガスを用い、マイクロ波励起プラズマを生成させるステップと、前記プラズマ中のＯ（１Ｄ２）ラジカル密度を計測するステップと、前記Ｏ（１Ｄ２）ラジカル密度が１×１０１２［ｃｍ−３］以上のプラズマを用いて被処理体を酸化処理するステップと、を含む、プラズマ酸化処理方法が行なわれるように制御する制御部と、を具備する、プラズマ処理装置が提供される。
【００２０】
本発明の第９の観点によれば、被処理体をプラズマ処理するための真空排気可能な処理室と、前記処理室内にマイクロ波を導入するための複数のスロットを有する平面アンテナと、前記プラズマ中のＯ（１Ｄ２）ラジカル密度を計測する計測手段と、前記Ｏ（１Ｄ２）ラジカルの計測結果に基づき、前記Ｏ（１Ｄ２）ラジカル密度が１×１０１２［ｃｍ−３］以上となるようにプラズマ形成条件を制御する制御部と、を具備する、プラズマ処理装置が提供される。
【００２１】
本発明によれば、高エネルギーの活性種であるＯ（１Ｄ２）ラジカルの密度が１×１０１２［ｃｍ−３］以上のプラズマを効率良く生成し、該プラズマによって被処理体の表面を酸化処理することにより、高い酸化レートでプラズマ酸化処理を行なうことができる。また、例えば単結晶シリコンを酸化処理する際の面方位依存性も改善できるので、凹部や凸部などが形成されたシリコン表面を酸化処理する際にも有利に適用することができる。
【００２２】
また、本発明によれば、被処理体表面をプラズマ酸化処理する際に、プラズマ中の活性種であるＯ（１Ｄ２）ラジカルの密度をモニターし、プラズマ処理条件に反映させることによって、効率良くＯ（１Ｄ２）を生成させ得る最適な条件で安定的にプラズマ酸化処理を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係るプラズマ酸化処理方法の実施に適したプラズマ処理装置の一例を示す概略断面図。
【図２】平面アンテナ部材の構造を示す図面。
【図３】プラズマ中のラジカルを計測する計測部の概略構成図。
【図４Ａ】レーザー光を発振した際における第３高調波の発生過程を示す図。
【図４Ｂ】レーザーにより発振される２波長の光を用いた２光子共鳴４光波混合過程を示す図。
【図５Ａ】Ｏ（１Ｄ２）計測用ＶＵＶレーザー光プロファイルとして同定された第３高調波発生過程におけるＶＵＶレーザー光プロファイル  。
【図５Ｂ】Ｏ（３ＰＪ）計測用ＶＵＶレーザー光プロファイルとして同定された２光子共鳴４光波混合過程におけるＶＵＶレーザー光プロファイル。
【図６Ａ】凹部形成工程およびプラズマ酸化処理によるシリコン酸化膜形成工程を説明するための工程断面図。
【図６Ｂ】凹部形成工程およびプラズマ酸化処理によるシリコン酸化膜形成工程を説明するための工程断面図。
【図６Ｃ】凹部形成工程およびプラズマ酸化処理によるシリコン酸化膜形成工程を説明するための工程断面図。
【図６Ｄ】凹部形成工程およびプラズマ酸化処理によるシリコン酸化膜形成工程を説明するための工程断面図。
【図６Ｅ】凹部形成工程およびプラズマ酸化処理によるシリコン酸化膜形成工程を説明するための工程断面図。
【図６Ｆ】凹部形成工程およびプラズマ酸化処理によるシリコン酸化膜形成工程を説明するための工程断面図。
【図６Ｇ】凹部形成工程およびプラズマ酸化処理によるシリコン酸化膜形成工程を説明するための工程断面図。
【図６Ｈ】凹部形成工程およびプラズマ酸化処理によるシリコン酸化膜形成工程を説明するための工程断面図。
【図６Ｉ】凹部形成工程およびプラズマ酸化処理によるシリコン酸化膜形成工程を説明するための工程断面図。
【図７】本発明のプラズマ酸化処理方法の処理手順の一例を示すフローチャート。
【図８】処理圧力とラジカル密度との関係を示すグラフ。
【図９】処理圧力とシリコン酸化膜の膜厚との関係を示すグラフ。
【図１０】Ｏ２流量比とラジカル密度との関係を示すグラフ。
【図１１】Ｏ２流量比とシリコン酸化膜の膜厚との関係を示すグラフ。
【図１２】マイクロ波パワーとラジカル密度との関係を示すグラフ。
【図１３】マイクロ波パワーとシリコン酸化膜の膜厚との関係を示すグラフ。
【図１４】プラズマ酸化処理における酸化レートとＯ（１Ｄ２）密度との関係を示すグラフ。
【図１５】本発明のプラズマ処理を行った場合と熱酸化処理を行った場合とで酸化レートを比較した結果を示す図。
【図１６】処理時間３０秒での酸化膜厚と各活性種のフラックスとの関係を示す図。
【図１７】本発明のモデルを説明するためのフローチャート。
【図１８】本発明のプラズマ酸化処理の初期段階を示すモデル図。
【図１９】プラズマ酸化処理におけるシリコンの面方位依存性を示すグラフ。
【図２０】熱酸化膜とプラズマ酸化膜に関するＴＤＤＢ測定結果を示すグラフ。
【図２１】ラジカル密度の空間分布測定の説明に供する原理図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい形態について説明する。
図１は、本発明のプラズマ酸化処理方法の実施に適したプラズマ処理装置の一例を模式的に示す断面図である。このプラズマ処理装置は、複数のスロットを有する平面アンテナ、特にＲＬＳＡ（Radial Line Slot Antenna；ラジアルラインスロットアンテナ）にて処理室内にマイクロ波を導入してプラズマを発生させることにより、高密度かつ低電子温度のマイクロ波プラズマを発生させ得るＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置として構成されており、半導体装置の製造過程で、例えばトランジスタにおけるゲート絶縁膜としてのシリコン酸化膜の形成や、素子分離技術であるシャロートレンチアイソレーション（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ；ＳＴＩ）におけるトレンチ内壁面のシリコン酸化膜形成などの目的で好適に用いられる。【００２５】
このプラズマ処理装置１００は、気密に構成され、接地された略円筒状のチャンバー１を有している。チャンバー１の底壁１ａの略中央部には円形の開口部１０が形成されており、底壁１ａにはこの開口部１０と連通し、下方に向けて突出する排気室１１が設けられている。【００２６】
チャンバー１内には被処理基板である半導体ウエハ（以下、「ウエハ」と記す）Ｗを水平に支持するためのＡｌＮ等のセラミックスからなるサセプタ２が設けられている。このサセプタ２は、排気室１１の底部中央から上方に延びる円筒状のＡｌＮ等のセラミックスからなる支持部材３により支持されている。サセプタ２の外縁部にはウエハＷをガイドするためのガイドリング４が設けられている。また、サセプタ２には抵抗加熱型のヒータ５が埋め込まれており、このヒータ５はヒータ電源６から給電されることによりサセプタ２を加熱して、その熱で被処理体であるウエハＷを加熱する。このとき、例えば室温から８００℃まで範囲で処理温度を制御できるようになっている。なお、チャンバー１の内周には、石英からなる円筒状のライナー７が設けられている。また、サセプタ２の外周側には、チャンバー１内を均一排気するため、多数の排気孔８ａを有する石英製のバッフルプレート８が環状に設けられ、このバッフルプレート８は、複数の支柱９により支持されている。【００２７】
サセプタ２には、ウエハＷを支持して昇降させるためのウエハ支持ピン（図示せず）がサセプタ２の表面に対して突没可能に設けられている。【００２８】
チャンバー１の側壁には環状をなすガス導入部材１５が設けられており、均等にガス放射孔が形成されている。このガス導入部材１５にはガス供給系１６が接続されている。なお、ガス導入部材１５はシャワー状に配置してもよい。このガス供給系１６は、例えばＡｒガス供給源１７、Ｏ２ガス供給源１８、Ｈ２ガス供給源１９を有しており、これらのガスが、それぞれガスライン２０を介してガス導入部材１５に至り、ガス導入部材１５のガス放射孔からチャンバー１内に均一に導入される。ガスライン２０の各々には、マスフローコントローラ２１およびその前後の開閉バルブ２２が設けられている。なお、Ａｒガスに代えて他の希ガス、例えばＫｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅなどのガスを用いてもよく、また、後述するように希ガスは含まなくてもよい。【００２９】
上記排気室１１の側面には排気管２３が接続されており、この排気管２３には高速真空ポンプを含む排気装置２４が接続されている。そしてこの排気装置２４を作動させることによりチャンバー１内のガスが、排気室１１の空間１１ａ内へ均一に排出され、排気管２３を介して排気される。これによりチャンバー１内を所定の真空度、例えば０．１３３Ｐａまで高速に減圧することが可能となっている。【００３０】
チャンバー１の側壁には、プラズマ処理装置１００に隣接する搬送室（図示せず）との間でウエハＷの搬入出を行うための搬入出口２５と、この搬入出口２５を開閉するゲートバルブ２６とが設けられている。【００３１】
チャンバー１の上部は開口部となっており、この開口部の周縁部に沿ってリング状の支持部２７が設けられている。この支持部２７に誘電体、例えば石英やＡｌ２Ｏ３等のセラミックスからなり、マイクロ波を透過するマイクロ波透過板２８がシール部材２９を介して気密に設けられている。したがって、チャンバー１内は気密に保持される。【００３２】
マイクロ波透過板２８の上方には、サセプタ２と対向するように、円板状の平面アンテナ部材３１が設けられている。この平面アンテナ部材３１はチャンバー１の側壁上端に係止されている。平面アンテナ部材３１は、例えば８インチサイズのウエハＷに対応する場合には、直径が３００〜４００ｍｍ、厚みが１〜数ｍｍ（例えば５ｍｍ）の導電性材料からなる円板である。具体的には、例えば表面が銀または金メッキされた銅板またはアルミニウム板からなり、多数のマイクロ波放射孔３２（スロット）が所定のパターンで貫通して形成された構成となっている。このマイクロ波放射孔３２は、例えば図２に示すように長溝状をなし、典型的には隣接するマイクロ波放射孔３２同士が「Ｔ」字状に配置され、これら複数のマイクロ波放射孔３２が同心円状に配置されている。マイクロ波放射孔３２の長さや配列間隔は、マイクロ波の波長（λg）に応じて決定され、例えばマイクロ波放射孔３２の間隔は、λg／４、λg／２またはλgとなるように配置される。なお、図２においては、同心円状に形成された隣接するマイクロ波放射孔３２同士の間隔をΔｒで示している。また、マイクロ波放射孔３２は、円形状、円弧状等の他の形状であってもよい。さらに、マイクロ波放射孔３２の配置形態は特に限定されず、同心円状のほか、例えば、螺旋状、放射状に配置することもできる。【００３３】
この平面アンテナ部材３１の上面には、真空よりも大きい誘電率を有する例えばポリテトラフルオロエチレン、ポリイミドなどの樹脂からなる遅波材３３が設けられている。この遅波材３３は、真空中ではマイクロ波の波長が長くなることから、マイクロ波の波長を短くしてプラズマを調整する機能を有している。なお、平面アンテナ部材３１とマイクロ波透過板２８との間、また、遅波材３３と平面アンテナ部材３１との間は、それぞれ密着または離間させて配置することができる。【００３４】
チャンバー１の上面には、これら平面アンテナ部材３１および遅波材３３を覆うように、例えばアルミニウムやステンレス鋼、銅等の金属材からなる導波管の機能を有するシールド蓋体３４が設けられている。チャンバー１の上面とシールド蓋体３４とはシール部材３５によりシールされている。シールド蓋体３４には、冷却水流路３４ａが形成されており、そこに冷却水を通流させることにより、シールド蓋体３４、遅波材３３、平面アンテナ部材３１、マイクロ波透過板２８を冷却するようになっている。なお、シールド蓋体３４は接地されている。【００３５】
シールド蓋体３４の上壁の中央には開口部３６が形成されており、この開口部３６には導波管３７が接続されている。この導波管３７の端部には、マッチング回路３８を介してマイクロ波発生装置３９が接続されている。これにより、マイクロ波発生装置３９で発生した例えば周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波が導波管３７を介して上記平面アンテナ部材３１へ伝搬されるようになっている。なお、マイクロ波の周波数としては、８．３５ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ等を用いることもできる。【００３６】
導波管３７は、上記シールド蓋体３４の開口部３６から上方へ延出する断面円形状の同軸導波管３７ａと、この同軸導波管３７ａの上端部にモード変換器４０を介して接続された水平方向に延びる矩形導波管３７ｂとを有している。矩形導波管３７ｂと同軸導波管３７ａとの間のモード変換器４０は、矩形導波管３７ｂ内をＴＥモードで伝播するマイクロ波をＴＥＭモードに変換する機能を有している。同軸導波管３７ａの中心には内導体４１が延在しており、この内導体４１の下端部は、平面アンテナ部材３１の中心に接続固定されている。これにより、マイクロ波は、同軸導波管３７ａの内導体４１を介して平面アンテナ部材３１へ均一に効率よく伝播される。【００３７】
プラズマ処理装置１００は、測定手段としての計測部６０を備えている。この計測部６０により、例えば、波長可変真空紫外レーザーによる真空紫外吸収分光法(Ｖａｃｕｕｍ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ Ｌａｓｅｒ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ)を利用して、プラズマパラメータとして、ラジカルの一種であるＯ（１Ｄ２）の密度を光学的に計測することができる。この方法では、１台もしくは２台の色素レーザーと希ガスセルを用いることによって、測定対象の酸素原子の共鳴ライン近傍の真空紫外レーザー光を波長可変で発振し、ここでは吸収体であるプラズマ中を通過させたときの前記レーザー光の吸収プロファイルと、前記レーザー光の発光プロファイルを分光器によって測定し、その比からＯ（１Ｄ２）などのラジカル密度を決定することができる。この方法は、光を用いた非接触の測定法であるため、測定対象であるプラズマに影響を与えることなく、リアルタイムでインライン測定できる。【００３８】
計測部６０は、図３に示すように、レーザー光源６１と、このレーザー光源６１に対しチャンバー１内のプラズマ形成空間を間に挟むように対向してチャンバー１の反対側に外部配備された受光部（検出部）としてのＶＵＶモノクロメーター６３と、を備えている。レーザー光源６１から発振されたレーザー光は、チャンバー１の側壁に設けられた透過窓６５を介してチャンバー１内に導入され、チャンバー１内のプラズマ形成空間を通過してチャンバー１の側壁の対向する部位に設けられた透過窓６７を介してチャンバー１外に導かれ、光電子増倍管（ＰＭＴ）６９を備えたＶＵＶモノクロメーター６３により受光できるように構成されている。【００３９】
また、レーザー光源６１と透過窓６５の間には、レーザー光源６１からのレーザー光を集光するための合成石英レンズ７１と、２光子共鳴４光波混合過程や第３高調波による所定波長の光を発振させるための希ガスセル７３と、が設けられている。希ガスセル７３には、イオン検出器７５が配備されている。
また、受光側の透過窓６７とＶＵＶモノクロメーター６３との間には、差動ポンプ７７とＭｇＦ２レンズ７９とが設けられている。【００４０】
レーザー光源６１は、例えば波長３０８ｎｍのレーザー光を発振するＸｅＣｌエキシマレーザー８１と、このＸｅＣｌエキシマレーザー８１をポンプ光として所定波長の光を発振する２台の色素レーザー８３ａ，８３ｂを備えている。なお、図３における符号８５は、レーザー光を反射させるミラーである。【００４１】
ＶＵＶモノクロメーター６３は、コンピュータを備えたプロセスコントローラ５０（後述）に接続されており、そこで計測データの処理やプロセス条件の制御が行なわれる。計測部６０によってマイクロ波プラズマを測定する場合、レーザー光源６１からＶＵＶモノクロメーター６３へ向かうレーザー光が通過する光路Ｒは、マイクロ波透過窓２８の下面を基準にして、例えば所定の距離Ｌだけ下方に設定することができる。ここで、距離Ｌは６０〜８０ｍｍとすることが好ましく、本実施形態では７０ｍｍとしている。この場合、サセプタ２のウエハ載置面から光路Ｒまでの距離は２０ｍｍに設定できる。【００４２】
計測部６０では、以下のようにしてプラズマ中のラジカルの密度を測定することができる。
例えば、酸素ラジカルとしてＯ（１Ｄ２）を測定する場合には、希ガスセル７３にＸｅとＡｒの混合希ガスを導入し、この混合希ガスを非線形媒質としてレーザー光源６１より波長１１５．２ｎｍ付近のＯ（１Ｄ２）検出用レーザー光を発振し、第３高調波の発生過程における波長をＶＵＶモノクロメーター６３で検出することによって、Ｏ（１Ｄ２）の密度を測定することができる。【００４３】
すなわち、図４Ａに示すように、ＸｅＣｌエキシマレーザー８１をポンプ光とする１台の色素レーザーを用い、ωＵＶの波長の光を、希ガスセル内７３に集光し、ＸｅとＡｒの混合希ガス内おいて波長１１５．２ｎｍ付近の第３高調波（ωＶＵＶ＝３ωＵＶ）を発振させ、処理容器内のプラズマに照射して、Ｏ（１Ｄ２）の吸収に基づく真空紫外域光の波長をＶＵＶモノクロメーター６３により検出する。【００４４】
なお、Ｏ（１Ｄ２）の計測に際しても、十分な測定精度を得るために、予めＯ（１Ｄ２）計測用ＶＵＶレーザー光のプロファイルを同定しておく必要がある。例えば室温（２６．８５℃；３００Ｋ）において、波長１１４．９３８ｎｍ近傍に存在するＣＯの吸収率プロファイルを計測することで第３光調波発生過程におけるＶＵＶレーザー光のプロファイルを同定することができる。この計測の条件としては、圧力０．１３Ｐａ（１×１０−３Ｔｏｒｒ）、温度２６．８５℃（３００Ｋ）、遷移波長１１４．９３８ｎｍ辺りである。図５Ａに、Ｏ（１Ｄ２）計測用ＶＵＶレーザー光プロファイルとして同定された第３高調波発生過程におけるＶＵＶレーザー光プロファイルを示した。このプロファイルは、半値全幅０．４４ｃｍ−１のガウス型分布である。【００４５】
また、酸素ラジカルとしてＯ（３ＰＪ）を測定する場合には、Ｋｒの２光子共鳴ラインを用い、Ｋｒの非線形特性を利用することによって、１３０ｎｍ付近のＶＵＶレーザー光を発振し、２光子共鳴４光波混合過程における波長をＶＵＶモノクロメーターで検出することにより、Ｏ（３ＰＪ）の密度を測定することができる。
すなわち、図４Ｂに示すように、ＸｅＣｌエキシマレーザー８１をポンプ光とする２台の色素レーザーにより発振される、ω１とω２の２波長の光を用い、これら２波長の光を、Ｋｒを充填した希ガスセル内で集光し、Ｋｒ原子の２光子吸収を利用した４光波混合差周波技術を用いて波長１３０ｎｍ付近（ωＶＵＶ＝２ω１−ω２）の真空紫外域の光を発振させて処理容器内のプラズマに照射し、Ｏ（３ＰＪ）の吸収に基づく真空紫外域の光の波長をＶＵＶモノクロメーター６３により検出する。【００４６】
なお、Ｏ（３ＰＪ）の測定に際しては、十分な測定精度を得るために、予めＯ（３ＰＪ）計測用ＶＵＶレーザー光のプロファイルを同定しておく必要がある。例えば室温（２６．８５℃；３００Ｋ）において、波長１２９．５５９ｎｍ辺りに存在するＸｅの吸収率プロファイルを計測することで２光子共鳴４光波混合過程におけるＶＵＶレーザー光のプロファイルを同定することができる。この計測の条件は、例えば圧力０．０４Ｐａ（３×１０−４Ｔｏｒｒ）、温度２６．８５℃（３００Ｋ）、遷移波長１２９．５５９ｎｍ（１Ｓ０−１Ｐ１）とすることができる。図５Ｂに、Ｏ（３ＰＪ）計測用ＶＵＶレーザー光プロファイルとして同定された２光子共鳴４光波混合過程におけるＶＵＶレーザー光プロファイルを示した。このプロファイルは、半値全幅０．４０ｃｍ−１のガウス型分布である。【００４７】
以上のような手法で生成されるレーザー光を、計測対象ラジカルの吸収波長範囲にわたり波長をスキャンし、計測することで各波長での吸収率を把握することができる。この吸収率の波長依存性とレーザー光の発光プロファイルと下記の数式（１）から、計測対象ラジカルの吸収プロファイルｆ２（ν）と、中心周波数における吸収係数ｋを求めることができる。これらと数式（２）から、計測対象ラジカルの絶対密度が算出される。【００４８】
【数１】
2008026531.tif 000003
（式中、Ｉ０はレーザー光の出力、Ｉはプラズマ通過後のレーザー光の出力、ｆ１（ν）はレーザー光の発光プロファイル、ｆ２（ν）は吸収体（ここではプラズマ）の吸収プロファイル、ｋは吸収体の中心周波数における吸収係数、Ｌは吸収体の長さ、ｋＬは吸収体の光学厚み、をそれぞれ意味する。）【００４９】
そして、計測対象ラジカルの絶対密度Ｎは、下式（２）に基づき算出することができる。
【数２】
2008026531.tif 000004
（式中、ｆ２（ν）は吸収体の吸収プロファイル、ｖ０は吸収体の中心周波数、ｇｕ、ｇ１は統計重率、ＡはアインシュタインＡ係数、ｃは光速、をそれぞれ意味する。）【００５０】
以上のように、波長可変真空紫外レーザー光を利用した真空紫外吸収分光法による吸収プロファイルの計測では、プラズマ処理装置１００のマイクロ波プラズマ源により生成された酸素含有プラズマ中の各種ラジカル（Ｏ（１Ｄ２）、Ｏ（３ＰＪ）など）に該ラジカルの共鳴線の波長に同期させた真空紫外レーザー光を照射し、ラジカルが吸収した真空紫外域の光の波長をＶＵＶモノクロメーター６３で検出し、光電子増倍管（ＰＭＴ）６９により電気信号に変換することによって、リアルタイムで各種ラジカルの絶対密度を検出することができる。【００５１】
また、上記計測方法では、背景吸収が存在する条件下においても、正確な計測が可能であるとともに、計測結果により、吸収体の並進温度を求めることができるので、温度の仮定を必要とせずに、正確に絶対密度を計測することができる。【００５２】
なお、レーザー光源６１ではなく、例えばマイクロホロカソードランプなどのインコヒーレント光源を用いる場合は、計測対象ラジカルの吸収プロファイルを仮定（一般的にはラジカルの温度）する必要があるため、正確なラジカル密度を把握することができない。【００５３】
また、１３０ｎｍ近傍のＯ（３ＰＪ）のエネルギー準位を考えた場合に、Ｏ（３Ｐ０）が波長１３０．６０４ｎｍ、Ｏ（３Ｐ１）が波長１３０．４８７ｎｍ、Ｏ（３Ｐ２）が波長１３０．２１７ｎｍに遷移線を持つ一方で、ＶＵＶモノクロメーターの分解能は０．４ｎｍ程度に過ぎないことから、これら３本の遷移線を分解することができず、仮定を必要とする。そこで、計測においては、基底状態の密度分布をボルツマン分布（４００Ｋ）と仮定し、密度比Ｏ（３Ｐ０）：Ｏ（３Ｐ１）：Ｏ（３Ｐ２）＝０．０９：０．３４：１として計測を行なうことが必要である。【００５４】
プラズマ処理装置１００の各構成部は、ＣＰＵを備えたプロセスコントローラ５０に接続されて制御される構成となっている。プロセスコントローラ５０には、工程管理者がプラズマ処理装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマ処理装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース５１が接続されている。【００５５】
また、プロセスコントローラ５０には、プラズマ処理装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ５０の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記録されたレシピが格納された記憶部５２が接続されている。【００５６】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース５１からの指示等にて任意のレシピを記憶部５２から呼び出してプロセスコントローラ５０に実行させることで、プロセスコントローラ５０の制御下で、プラズマ処理装置１００での所望の処理が行われる。また、前記制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリなどに格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。【００５７】
このように構成されたプラズマ処理装置１００は、８００℃以下の低い温度でもダメージフリーなプラズマ処理により、良質な膜を形成できるとともに、プラズマ均一性に優れており、プロセスの均一性を実現できる。【００５８】
このプラズマ処理装置１００は、上述したように、トランジスタのゲート絶縁膜の形成や、ＳＴＩにおけるトレンチの内壁の酸化処理などの目的で好適に利用可能なものである。プラズマ処理装置１００によりプラズマ酸化処理を行う際には、酸素を含む処理ガスを用い、以下の手順でＯ（１Ｄ２）ラジカルの密度が１×１０１２［ｃｍ−３］以上、好ましくは１×１０１２〜１×１０１３［ｃｍ−３］、さらに好ましくは１×１０１２〜５×１０１２［ｃｍ−３］のプラズマを用いて被処理体を酸化処理する。
まず、ゲートバルブ２６を開にして搬入出口２５から例えばトレンチが形成されたウエハＷをチャンバー１内に搬入し、サセプタ２上に載置する。【００５９】
そして、ガス供給系１６のＡｒガス供給源１７およびＯ２ガス供給源１８から、ＡｒガスおよびＯ２ガスを所定の流量でガス導入部材１５を介してチャンバー１内に導入し、所定の処理圧力に維持する。この際、Ｏ（１Ｄ２）ラジカルの密度が１×１０１２［ｃｍ−３］以上のプラズマを形成する上で、処理ガス中の酸素の割合は例えば１％以下が好ましく、０．２〜１％がより好ましい。ガス流量は、例えばＡｒガス：５００〜１００００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ｏ２ガス：５〜１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲から、全ガス流量に対する酸素の割合が上記値となるように選択することができる。【００６０】
また、Ａｒガス供給源１７およびＯ２ガス供給源１８からのＡｒガスおよびＯ２ガスに加え、Ｈ２ガス供給源１９からＨ２ガスを所定比率で導入することもできる。この場合、Ｈ２ガスの割合は、例えば処理ガス全体の量に対して１％以下となるようにすることが好ましく、０．０１〜１％がより好ましい。【００６１】
また、チャンバー内処理圧力は、Ｏ（１Ｄ２）ラジカルの密度が１×１０１２［ｃｍ−３］以上のプラズマを形成する上で３３４Ｐａ以下が好ましく、２６７Ｐａ以下がより好ましく、９０〜１３３．３Ｐａの範囲が望ましい。また、処理温度は室温〜５００℃から選択可能であり、４００〜５００℃が好ましい。【００６２】
次いで、マイクロ波発生装置３９からのマイクロ波を、マッチング回路３８を経て導波管３７に導く。マイクロ波は、矩形導波管３７ｂ、モード変換器４０、および同軸導波管３７ａを順次通って平面アンテナ部材３１に供給され、平面アンテナ部材３１からマイクロ波透過板２８を経てチャンバー１内におけるウエハＷの上方空間に放射される。マイクロ波は、矩形導波管３７ｂ内ではＴＥモードで伝搬し、このＴＥモードのマイクロ波はモード変換器４０でＴＥＭモードに変換されて、同軸導波管３７ａ内を平面アンテナ部材３１に向けて伝搬されていく。この際、マイクロ波発生装置３９のパワーは、１Ｗ／ｃｍ２以上例えば１〜３Ｗ／ｃｍ２とすることが好ましく、１．４〜２．８Ｗ／ｃｍ２がより好ましい。【００６３】
平面アンテナ部材３１からマイクロ波透過板２８を経てチャンバー１に放射されたマイクロ波によりチャンバー１内で電磁界が形成され、ＡｒガスおよびＯ２ガスがプラズマ化し、このプラズマによりウエハＷに形成された凹部内に露出したシリコン表面を酸化する。このマイクロ波プラズマは、マイクロ波が平面アンテナ部材３１の多数のマイクロ波放射孔３２から放射されることにより、略１×１０１０〜５×１０１２／ｃｍ３あるいはそれ以上の高密度のプラズマとなり、その電子温度は、０．５〜２ｅＶ程度、プラズマ密度の均一性は±５％以下である。従って、低温かつ短時間で酸化処理を行って薄い酸化膜を形成することができ、しかも酸化膜へのプラズマ中のイオン等によるダメージが小さく、良質な酸化膜を形成できる。【００６４】
次に、図６Ａ〜６Ｉを参照しながら、本発明のプラズマ酸化処理方法をＳＴＩにおけるトレンチ内部の酸化処理へ適用した例について説明を行なう。図６Ａ〜６Ｉは、ＳＴＩにおけるトレンチの形成とその後で行なわれる酸化膜形成までの工程を示す工程断面図である。【００６５】
まず、図６Ａおよび図６Ｂにおいて、シリコン基板１０１に例えば熱酸化などの方法によりＳｉＯ２などのシリコン酸化膜１０２を形成する。次に、図６Ｃでは、シリコン酸化膜１０２上に、例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によりＳｉ３Ｎ４などのシリコン窒化膜１０３を形成する。さらに、図６Ｄでは、シリコン窒化膜１０３の上に、フォトレジストを塗布した後、フォトリソグラフィー技術によりパターニングしてレジスト層１０４を形成する。【００６６】
次に、レジスト層１０４をエッチングマスクとし、例えばハロゲン系のエッチングガスを用いてシリコン窒化膜１０３とシリコン酸化膜１０２を選択的にエッチングすることにより、レジスト層１０４のパターンに対応してシリコン基板１０１を露出させる（図６Ｅ）。つまり、シリコン窒化膜１０３により、トレンチのためのマスクパターンが形成される。図６Ｆは、例えば酸素などを含む処理ガスを用いた酸素含有プラズマにより、いわゆるアッシング処理を実施し、レジスト層１０４を除去した状態を示す。【００６７】
図６Ｇでは、シリコン窒化膜１０３およびシリコン酸化膜１０２をマスクとして、シリコン基板１０１に対し選択的にエッチングを実施することにより、トレンチ１１０を形成することができる。このエッチングは、例えばＣｌ２、ＨＢｒ、ＳＦ６、ＣＦ４などのハロゲンまたはハロゲン化合物や、Ｏ２などを含むエッチングガスを使用して行なうことができる。【００６８】
図６Ｈは、ＳＴＩにおけるエッチング後のウエハＷのトレンチ１１０に対しプラズマ酸化処理を施す酸化処理工程を示している。この酸化処理工程を、プラズマ中のＯ（１Ｄ２）密度が１×１０１２［ｃｍ−３］以上の条件で実施することによって、トレンチ１１０の肩部１１０ａに丸みを持たせ、かつ、シリコンの面方位に依存することなく、トレンチ１１０の内面（側壁部、底部）に均一な膜厚で酸化膜１１１ａ，１１１ｂを形成できる。【００６９】
酸化処理工程における処理ガスとしては、例えばＯ２と希ガスとの混合ガスを用いることができる。この場合、全処理ガスに対する酸素の割合（百分率）を１％以下にすることが好ましい。また、酸化処理工程の圧力は、３３４Ｐａ以下とすることが好ましい。このように、処理ガス中のＯ２の割合と処理圧力を調節することによって、プラズマ中のＯ（１Ｄ２）ラジカルの量を制御することができる。なお、処理ガス中には、Ｏ２ガスに加え、Ｈ２ガスを所定比率で添加することもできる。【００７０】
そして、Ｏ（１Ｄ２）ラジカルの密度が１×１０１２［ｃｍ−３］以上のプラズマを用いてプラズマ酸化処理を行なうことにより、酸化膜１１１の膜質を緻密にすることができるとともに、面方位依存性を抑制し、トレンチ１１０の部位による膜厚差を解消し、例えばトレンチ１１０の側壁部と底部とに均一な膜厚で良質な酸化膜１１１ａ，１１１ｂを形成できる。【００７１】
また、プラズマ中のＯ（１Ｄ２）ラジカルの量を制御することによって、図６Ｉに示すように、トレンチ１１０の肩部１１０ａにおいて、内部のシリコン１０１に丸み（曲面）を形成することができる。このように、トレンチ１１０の肩部１１０ａや底部コーナー部１１０ｂのシリコン１０１に丸み形状を導入することによって、鋭角に形成されている場合と比較して、リーク電流の発生を抑制することができる。【００７２】
なお、本発明のプラズマ酸化処理方法によって酸化膜１１１を形成した後は、ＳＴＩによる素子分離領域形成の手順に従い、例えばＣＶＤ法によりトレンチ１１０内にＳｉＯ２などの絶縁膜を埋込んだ後、シリコン窒化膜１０３をストッパー層としてＣＭＰによって研磨を行ない平坦化する。平坦化した後は、エッチングによってシリコン窒化膜１０３および埋込み絶縁膜の上部を除去することにより、素子分離構造を形成できる。【００７３】
図７は、本発明のプラズマ酸化処理方法の手順の一例を示すフロー図である。この例では、計測部６０によりプラズマ中のＯ（１Ｄ２）密度をモニターしながらプラズマ酸化処理を行なう。
まず、ステップＳ１では、プラズマ処理装置１００のチャンバー１内に図示しない搬送装置によってウエハＷを搬入し、サセプタ２上に載置する。次に、ステップＳ２では、チャンバー１内にガス供給系１６からＡｒガスおよびＯ２ガスを所定の流量で導入する。ステップＳ３では、排気装置２４を作動させ、チャンバー１内を所定の圧力に減圧し、安定化させる。【００７４】
次に、ステップＳ４では、マイクロ波発生装置３９で所定の周波数のマイクロ波を発生させ、マッチング回路３８、導波管３７および平面アンテナ部材３１を介してチャンバー１内空間に導入し、酸素含有プラズマを生成させる。この酸素含有プラズマによって、ウエハＷ表面のシリコンをプラズマ酸化処理してシリコン酸化膜を形成する。【００７５】
プラズマ酸化処理の間は、計測部６０によりプラズマ中のＯ（１Ｄ２）密度を計測し、モニタリングする（ステップＳ５）。このステップＳ５で計測されたＯ（１Ｄ２）密度は、プロセスコントローラ５０へ送出される。そして、ステップＳ６では、計測されたＯ（１Ｄ２）密度が、予め設定された基準値（例えば１×１０１２［ｃｍ−３］）以上であるか否かをプロセスコントローラ５０が判断する。この基準値は、工程管理者がユーザーインターフェース５１を介して入力したり、あるいは、プラズマ酸化処理のレシピの一部として、記憶部５２に保存しておいたものを利用できる。【００７６】
このステップＳ６でＯ（１Ｄ２）密度が基準値（例えば１×１０１２［ｃｍ−３］）以上である（Ｙｅｓ）と判断された場合には、プラズマ処理条件は良好な状態であることから、ステップＳ７でプラズマ処理が継続される。そして、レシピによって規定された処理時間が経過した後は、ステップＳ８でマイクロ波を「オフ」にし、プラズマ酸化処理を終了させる。引き続き、ステップＳ９では、チャンバー内を昇圧し、さらにステップＳ１０でウエハＷをチャンバー１内から搬出し、１枚のウエハＷに対する処理が終了する。【００７７】
一方、ステップＳ６で、Ｏ（１Ｄ２）密度が基準値（例えば１×１０１２［ｃｍ−３］）以上ではない（Ｎｏ）と判断された場合には、ステップＳ１１でプラズマ処理条件を補正する。このステップＳ１１において補正されるプラズマ処理条件としては、例えば、処理ガス中のＯ２の流量比率、処理圧力、マイクロ波パワーなどを挙げることができる。このステップＳ１１では、計測されたＯ（１Ｄ２）密度に応じて、どの条件をどの程度補正すればよいかを、予め規定しておいたテーブル等を利用することができる。そして、ステップＳ１１でプラズマ処理条件を補正した後は、ステップＳ５に戻り再び計測部６０によりプラズマ中のＯ（１Ｄ２）密度をモニタリングしながら、所定時間経過するまでプラズマ酸化処理が継続される。【００７８】
このように、プラズマ中のＯ（１Ｄ２）密度を計測してモニターし、その結果に応じてその値が基準値以上となるようにプラズマ生成条件を制御することによって安定的に所望の処理結果（膜厚、膜質など）が得られる。従って、高い信頼性の下で、プラズマ酸化処理を行なうことができるようになり、半導体デバイスの信頼性と歩留りを向上させることができる。【００７９】
なお、図７では、１枚のウエハＷを処理する過程でプラズマ中のＯ（１Ｄ２）密度をモニターし、その結果に基づき直ちに同じウエハＷに対する処理条件を補正するようにしたが、ある１枚のウエハＷに対する処理においてプラズマ中のＯ（１Ｄ２）密度を計測し、その結果に基づき次に処理されるウエハＷのプラズマ処理条件を補正するようにしてもよい。この場合、プラズマ中のＯ（１Ｄ２）密度の計測は任意の間隔例えば１ロットのウエハＷを処理する中で１枚だけについて実施するようにすることもできる。【００８０】
次に、本発明の基礎となった試験結果について説明する。
まず、図８は、プラズマ処理装置１００内で生成するプラズマ中のラジカルであるＯ（１Ｄ２）およびＯ（３Ｐ２）の原子密度と処理圧力との関係について示しており、図９は、ウエハＷを３０秒間プラズマ酸化処理した場合のシリコン酸化膜の膜厚と処理圧力との関係について示している。プラズマ形成条件は、Ａｒ流量５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ｏ２流量５ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）［Ｏ２ガス混合比率１％］、処理温度４００℃、マイクロ波パワー１５００Ｗ（１．４６Ｗ／ｃｍ２）で処理圧力を９０〜６６６．７Ｐａの間で変化させた。【００８１】
図８より、Ｏ（３Ｐ２）密度に比べてＯ（１Ｄ２）密度は、処理圧力が高くなるに従い速やかに減少する傾向が見られ、３００Ｐａを超えると、Ｏ（１Ｄ２）の密度は１×１０１２［ｃｍ−３］を下回ることがわかる。
また、図９より、シリコンの酸化レートは、処理圧力が高くなるに伴い低下しており、図８に示すプラズマ中のＯ（１Ｄ２）密度の挙動と相関があることが示された。【００８２】
図１０は、プラズマ中のＯ（１Ｄ２）密度およびＯ（３Ｐ２）密度と処理ガスの流量比率との関係について示しており、図１１は、ウエハＷを３０秒間プラズマ酸化処理した場合のシリコン酸化膜の膜厚と処理ガスの流量比との関係について示している。プラズマ形成条件は、処理圧力１３３．３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）、処理温度４００℃、マイクロ波パワー１５００Ｗ（１．４６Ｗ／ｃｍ２）とし、Ａｒ流量３００〜５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ｏ２流量１〜２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）［Ｏ２ガス流量比率；ここでは、（Ｏ２／Ａｒ）×１００として０．２〜６６．７％］の間で変化させた。【００８３】
図１０より、Ｏ（３Ｐ２）密度は、処理ガス中のＯ２流量比率［（Ｏ２／Ａｒ）×１００］が増加してもほとんど変化しないが、Ｏ（１Ｄ２）密度は、処理ガス中のＯ２流量比率が１％を超えると急激に減少していることがわかる。また、図１１より、シリコンの酸化レートは、処理ガス中のＯ２流量比率が１％で最大になった後は処理圧力が高くなるに伴い減少しており、図１０に示すプラズマ中のＯ（１Ｄ２）密度の挙動と相関があることが示された。【００８４】
また、図１２は、プラズマ中のＯ（１Ｄ２）密度およびＯ（３Ｐ２）密度とマイクロ波パワーとの関係について示しており、図１３は、ウエハＷを３０秒間プラズマ酸化処理した場合のシリコン酸化膜の膜厚とマイクロ波パワーとの関係について示している。プラズマ形成条件は、処理圧力１３３．３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）、Ａｒ流量５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ｏ２流量５ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）［Ｏ２ガス混合比率１％］、処理温度４００℃、処理時間３０秒とし、マイクロ波パワーを１０００〜２７５０Ｗ（０．９７〜２．６７Ｗ／ｃｍ２）の間で変化させた。【００８５】
図１２より、Ｏ（３Ｐ２）密度は、マイクロ波パワーの増加に伴い直線的に増加する傾向を示したが、Ｏ（１Ｄ２）密度は、マイクロ波パワーが１．５ｋＷに達するまでの間に急激に増加している。また、図１３より、シリコンの酸化レートは、マイクロ波パワーが１．５ｋＷ［１．４６（Ｗ／ｃｍ２）］以上で約０．０９［ｎｍ／ｓ］となっており、実用上充分な値に達していることがわかる。【００８６】
次に、図１４は、プラズマ中のＯ（１Ｄ２）密度と酸化レートとの関係を示している。ここでは、プラズマ処理の際の処理圧力、Ｏ２流量比率［ここでは、（Ｏ２／Ａｒ）×１００］およびマイクロ波パワーを変化させることにより、種々のＯ（１Ｄ２）密度のプラズマを形成し、シリコンに対する酸化レートを測定した。この図１４より、Ｏ（１Ｄ２）密度が、１×１０１２［ｃｍ−３］以上であれば、約０．０８［ｎｍ／ｓ］という実用上充分な酸化レートが得られることが確認された。【００８７】
次に、本発明のプラズマ酸化処理のメカニズムについて説明する。上述のように、本発明のプラズマ酸化処理では、Ｏ（１Ｄ２）ラジカルの密度が１×１０１２［ｃｍ−３］以上のプラズマを利用することにより、高い酸化レートで安定してプラズマ酸化処理を行うことが可能である。図１５は、本発明のプラズマ酸化処理を行った場合と、熱酸化処理を行った場合とで、酸化レートを比較した結果を示す図である。酸化処理条件は以下のとおりである。【００８８】
＜プラズマ酸化処理の条件（本発明条件Ａ）＞
処理圧力：１３３．３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）
処理温度：４００℃
マイクロ波パワー：１５００Ｗ（マイクロ波透過板２８の面積１ｃｍ２当り、１．４６Ｗ／ｃｍ２）
Ａｒ流量：５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、
Ｏ２流量：５ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｏ２ガス比率：約１％
ウエハ径：２００ｍｍ
マイクロ波透過板２８の面積：１０２７ｍｍ２【００８９】
＜熱酸化処理の条件（比較条件）＞
処理温度：９００℃
処理ガス：Ｈ２ガス／Ｏ２ガス
流量：Ｈ２ガス０．４５ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｏ２ガス０．９ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）【００９０】
図１５から読み取ることができるように、Ｏ（１Ｄ２）ラジカルを主な酸化活性種とする本発明のプラズマ酸化処理では、酸化開始当初の初期段階（初期酸化、第１の酸化）で、熱酸化処理よりも大きな酸化レートを示している。その一方で、ある程度酸化膜の形成が進んだ段階（定常酸化、第２の酸化）では、熱酸化処理に比べて酸化レートが低下している。【００９１】
そこで、本発明のプラズマ酸化処理において、酸化初期段階と酸化後半段階での酸化レートが変化する原因について検討を行った。ここでは、様々なプロセス条件でプラズマを生成して酸化膜を形成する試験を行い、その際の処理時間３０秒での酸化膜厚と活性種のフラックスとの関係を求めた。その結果を図１６に示す。図１６は、横軸に処理時間３０秒での酸化膜厚をとり、縦軸に各活性種のフラックスをとって、これらの関係を示す図である。ここで「活性種のフラックス」とは、１ｃｍ2の面積を１秒間あたりに通過する活性種の粒子数を意味する。本試験では、活性種として、Ｏ（１Ｄ２）ラジカル、Ｏ（３Ｐ２）ラジカルおよびＯ２＋イオンを計測した。この図１６から、Ｏ（１Ｄ２）ラジカルおよびＯ２＋イオンのフラックスが大きくなるに伴い、３０秒間に形成される酸化膜厚も増加する傾向が見出される。一方、Ｏ（３Ｐ２）ラジカルのフラックスは、試験をしたどの条件においてもほぼ一定の値で推移しており、酸化膜厚との関係は見出せない。【００９２】
以上の結果から、プラズマ中のＯ（１Ｄ２）ラジカルとＯ２＋イオンは、シリコン酸化膜の形成に何らかの形で関与しているが、Ｏ（３Ｐ２）ラジカルは、ほとんど関与していないものと推測される。この推測の妥当性は、ラジカルおよびイオンのポテンシャルエネルギーおよび電子状態からも説明できる。【００９３】
シリコンを酸化してシリコン酸化膜を形成するには、シリコンのＳｉ−Ｓｉ結合を切断してＳｉ−Ｏ結合を形成する必要がある。Ｓｉ−Ｓｉの結合エネルギーは２．３［ｅＶ］であるのに対し、Ｏ（１Ｄ２）ラジカルのポテンシャルエネルギーは４．６［ｅＶ］であり、Ｏ（３Ｐ２）ラジカルのポテンシャルエネルギーは２．６［ｅＶ］である。従って、Ｏ（１Ｄ２）ラジカルはＳｉ−Ｓｉ結合を切断するために必要なエネルギーレベルを十分に超える高いポテンシャルエネルギーを有しているが、Ｏ（３Ｐ２）ラジカルの場合は、かろうじてＳｉ−Ｓｉ結合を切断できる程度のポテンシャルエネルギーしか有していないことがわかる。【００９４】
また、ラジカルの電子状態から、Ｏ（１Ｄ２）ラジカルの場合にはＳｉ−Ｏ結合の形成にスピン反転はなく、Ｏ（３Ｐ２）ラジカルの場合はスピン反転を有するため、Ｏ（３Ｐ２）ラジカルはＯ（１Ｄ２）ラジカルに比べてＳｉ−Ｏ結合を形成し難い。このように、Ｏ（１Ｄ２）ラジカルとＯ（３Ｐ２）ラジカルとを比較すると、シリコンを酸化する場合に、Ｏ（１Ｄ２）ラジカルは反応障壁が低く、Ｏ（３Ｐ２）ラジカルは反応障壁が高いことがわかる。以上のことから、本発明のプラズマ酸化処理において、酸化反応に寄与するラジカルの主体は、Ｏ（１Ｄ２）ラジカルであり、Ｏ（３Ｐ２）ラジカルはほとんど酸化に寄与していないことが理解される。【００９５】
一方、図１６から何らかの形でＯ（１Ｄ２）ラジカルと同様に酸化反応に寄与していると考えられるＯ２＋イオンのポテンシャルエネルギーは、１２．１［ｅＶ］と非常に大きいものの、Ｏ２＋イオンはシリコン表面に到達すると、該シリコン表面に付着している電子と結合して内部エネルギーが０の分子状酸素になる（Ｏ２＋＋ｅ−→Ｏ２）ため、この状態では直接シリコン酸化反応に寄与することは考えられない。しかし、Ｏ２＋イオンはシリコン表面に到達する直前に、プラズマシースを通過する際に加速されることから、大きな並進エネルギー（運動エネルギー）を持つようになる。この並進エネルギーの大きさは、例えば上記の本発明条件Ａで形成されたプラズマの場合で８〜１０［ｅＶ］程度であり、シリコン表面のＳｉ−Ｓｉ結合を十分に活性化（切断）できる大きさである。【００９６】
以上を総合すると、図１７のフローチャートに示す次のようなモデルが考えられる。
プラズマ酸化の初期段階（酸化開始段階）では、図１８のモデル図に示すように、まず、大きな並進エネルギーを有するＯ２＋イオンが、シリコン最表面に衝突し、シリコンのＳｉ−Ｓｉ結合を切断し活性化し、シリコン表面が酸化されやすい状態になる（第１ステップ）。次いで、そこにＯ（１Ｄ２）ラジカルが供給されることによりＳｉ−Ｏ結合が高速で形成される（第２ステップ）。この第１ステップおよび第２ステップにより上述した初期酸化である第１の酸化が進行する。つまり、Ｏ２＋イオンによるアシスト効果によって、Ｏ（１Ｄ２）ラジカルによる酸化反応が促進され、高い酸化レートでシリコン酸化膜の形成が進行する。【００９７】
プラズマ酸化が進行してある程度酸化膜の形成が進んだ段階（上述した定常酸化である第２の酸化）では、Ｏ２＋イオンのほとんどは、酸化反応が起こるＳｉ−ＳｉＯ２界面まで到達できないため、Ｏ２＋イオンによるアシスト効果は生じないが、Ｏ２＋イオンアシストがなくても、Ｏ（１Ｄ２）ラジカルの拡散により酸化反応が進行する（第３ステップ）。しかし、この段階では、ラジカルの失活確率も高くなるため、初期段階（酸化開始段階）に比べて酸化レートが大幅に低下する（図１５参照）。【００９８】
このように、本発明のプラズマ酸化処理方法においては、酸化活性種の主役はあくまでもＯ（１Ｄ２）ラジカルであり、Ｏ２＋イオンは、Ｏ（１Ｄ２）ラジカルによる酸化反応をアシストしているものと推察される。以上のような酸化反応のメカニズムを考慮すると、本発明のプラズマ酸化処理では、Ｏ（１Ｄ２）ラジカルの密度が１×１０１２［ｃｍ−３］以上（好ましくは、１×１０１２〜１×１０１３［ｃｍ−３］、より好ましくは、１×１０１２〜５×１０１２［ｃｍ−３］）であることに加え、さらにＯ２＋イオンの密度が１×１０１１［ｃｍ−３］以上（好ましくは、１×１０１１〜１×１０１２［ｃｍ−３］）のプラズマを利用してプラズマ酸化処理を行うことにより、Ｏ２＋イオンによるアシスト効果が十分に得られ、高い酸化レートでのプラズマ酸化処理が可能になるものと考えられる。なお、１×１０１1［ｃｍ−３］以上のＯ２＋イオン密度を持つプラズマを生成させるための条件は、１×１０１２［ｃｍ−３］以上のＯ（１Ｄ２）ラジカル密度を有するプラズマを生成させ得る条件と同様であり、例えば以下に示す条件を挙げることができる。【００９９】
＜イオンアシスト効果が得られるプラズマ酸化処理条件＞
処理ガスとしてＡｒガスとＯ２ガスを用い、例えばＡｒガス：５００〜１００００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ｏ２ガス：５〜１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の流量範囲の中で、全ガス流量に対する酸素の割合が例えば１％以下、好ましくは０．２〜１％となるようにする。Ｏ２／Ａｒの流量比は０．０００５〜０．２が好ましい。さらに、Ｈ２ガスを処理ガス全体に対して１％以下、好ましくは０．０１〜１％の範囲で混合してもよい。また、処理圧力は、９０〜３３４Ｐａが好ましく、９０〜２６７Ｐａがより好ましく、９０〜１３３．３Ｐａの範囲が一層好ましい。また、処理温度は室温〜６００℃から選択可能であり、４００〜５００℃が好ましい。マイクロ波パワーは、１Ｗ／ｃｍ２以上例えば１〜３Ｗ／ｃｍ２とすることが好ましく、１．４〜２．８Ｗ／ｃｍ２がより好ましい。【０１００】
次に、本発明の効果を確認した試験結果について説明する。
図１９は、図１のプラズマ処理装置１００を用いて、面方位が異なるシリコン表面をプラズマ酸化処理した結果を示している。図１９のグラフの横軸は時間であり、縦軸はシリコンの（１１０）面に形成された酸化膜厚［Ｔｏｘ（１１０）］と、シリコンの（１００）面に形成された酸化膜厚［Ｔｏｘ（１００）］との比［Ｔｏｘ（１１０）／Ｔｏｘ（１００）］を示している。【０１０１】
この試験におけるプラズマ形成条件は、以下のとおりである。
＜条件Ａ；図１９中の符号Ａ＞
処理圧力：１３３．３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）
処理温度：４００℃
マイクロ波パワー：１５００Ｗ（マイクロ波透過板２８の面積１ｃｍ２当り、１．４６Ｗ／ｃｍ２）
Ａｒ流量：５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、
Ｏ２流量：５ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｏ２ガス比率：約１％
ウエハ径：２００ｍｍ
マイクロ波透過板２８の面積：１０２７ｍｍ２【０１０２】
＜条件Ｂ；図１９中の符号Ｂ＞
処理圧力：６６６．７Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）
処理温度：４００℃
マイクロ波パワー：１５００Ｗ（マイクロ波透過板２８の面積１ｃｍ２当り、１．４６Ｗ／ｃｍ２）
Ａｒ流量：１２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｏ２流量：３７ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｈ２流量：３ｍｌ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｏ２ガス比率：約２５％
ウエハ径：２００ｍｍ
マイクロ波透過板２８の面積：１０２７ｍｍ２【０１０３】
図１９より、Ｏ（１Ｄ２）密度が高い条件Ａ（低圧・低酸素濃度条件）では、Ｏ（１Ｄ２）密度が低い条件Ｂ（高圧・高酸素濃度条件）に比べ、明らかに等速酸化ラインに近く、面方位依存性が少ないことがわかる。【０１０４】
次に、上記条件Ａおよび条件Ｂにより、図６Ｇに示すものと同様のシリコンの凹部１１０内をプラズマ酸化処理した。その結果、条件Ａでシリコン酸化膜を形成した凹部１１０の肩部１１０ａには丸みが導入されたのに対し、条件Ｂでシリコン酸化膜を形成した凹部１１０の肩部１１０ａには丸みは形成されず、シリコンの肩部が鋭角となり、リーク電流の発生などが懸念された。【０１０５】
次に、上記条件Ａおよび条件Ｂにより形成したシリコン酸化膜を用いてＭＯＳキャパシタ（図示省略）を作成し、ＴＤＤＢ（経時絶縁破壊試験；Ｔｉｍｅ
Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）測定を行なった。ＴＤＤＢ測定対象のシリコン酸化膜の膜厚（Ｔｏｘ）は８ｎｍ、面積（Ｓ）は１×１０−４ｃｍ２、定電流値（ＣＣＳ）は−０．１Ａ／ｃｍ２、測定箇所（Ｎ）は２８ポイント（ｐｔｓ）とした。【０１０６】
また、比較のため、Ｏ２ガスとＨ２ガスからＨ２Ｏ（水蒸気）を作るＷＶＧ（Ｗａｔｅｒ
Ｖａｐｏｒ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）法によって９５０℃で熱酸化処理することにより得られた熱酸化膜についても、同様にＴＤＤＢ測定を実施した。【０１０７】
図２０はＴＤＤＢ測定の結果を示しており、縦軸はＱｂｄ（酸化膜破壊電荷）の平均値を意味している。図２０より、本発明のＯ（１Ｄ２）密度が１×１０１２［ｃｍ−３］以上のプラズマを用いたプラズマ酸化処理によって形成されたシリコン酸化膜の場合には、熱酸化膜に比べ、Ｑｂｄが有意に大きく、耐圧性能に優れていることが確認された。【０１０８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、種々の変形が可能である。例えば図１では、ＲＬＳＡ方式のプラズマ処理装置１００を例に挙げたが、例えばリモートプラズマ方式、ＩＣＰプラズマ方式、ＥＣＲプラズマ方式、表面反射波プラズマ方式、マグネトロンプラズマ方式等のプラズマ処理装置であってもよい。【０１０９】
また、上記実施形態では、本発明をＳＴＩにおけるトレンチ内の酸化膜形成を適用した場合を例に挙げたが、これに限らず、例えばトランジスタにおけるゲート絶縁膜としてのシリコン酸化膜の形成にも適用することができる。【０１１０】
さらに、凹凸が形成されて部位により面方位が相違するシリコン表面例えばフィン構造や溝ゲート構造の３次元トランジスタの製造過程でゲート絶縁膜等としてのシリコン酸化膜を形成する場合にも、本発明を適用することが可能である。【０１１１】
また、上記実施形態では、チャンバー１に設けられた互いに対向する１対のポート（透過窓６５，６７）を介してレーザー光を照射・受光しプラズマ中のラジカル密度を計測したが、複数の対向ポートを介してラジカル密度の計測を行なうことも可能である。例えば、図２１に示すように、複数のレーザー光源（例えばレーザー光源６１ａ，６１ｂ，６１ｃ）から、それぞれ複数のポート（透過窓６５，６７）を介して複数の受光部（例えば、ＶＵＶモノクロメーター６３ａ，６３ｂ，６３ｃ）へ向けてレーザー光を照射し、その結果を例えばアーベル変換等の手法で解析することによって、チャンバー１内におけるプラズマ中のラジカル密度の空間分布を把握することができる。この場合、ラジカル密度の空間分布の計測結果に基づきフィードバックを行なってプラズマ処理条件を補正することにより、プラズマ中のラジカル密度を均一化することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１１２】
本発明は、半導体デバイスの製造過程において単結晶シリコンまたは多結晶シリコンに酸化膜を形成する処理に好適に用いることができる。
【図１】
2008026531.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2008026531.tif 000009
【図５Ａ】
2008026531.tif 000010
【図５Ｂ】
2008026531.tif 000011
【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
2008026531.tif 000013
【図６Ｃ】
2008026531.tif 000014
【図６Ｄ】
2008026531.tif 000015
【図６Ｅ】
2008026531.tif 000016
【図６Ｆ】
2008026531.tif 000017
【図６Ｇ】
2008026531.tif 000018
【図６Ｈ】
2008026531.tif 000019
【図６Ｉ】
2008026531.tif 000020
【図７】
2008026531.tif 000021
【図８】
2008026531.tif 000022
【図９】
2008026531.tif 000023
【図１０】
2008026531.tif 000024
【図１１】
2008026531.tif 000025
【図１２】
2008026531.tif 000026
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2008026531.tif 000029
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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2008026531.tif 000037
2008026531.tif 000038
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