(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極と、ホルダーに保持された基板とが対向して配置され、前記電極と前記ホルダーとの間に高周波電力を供給することによって、前記電極と前記基板との間で、プラズマ処理用ガスに基づくプラズマを発生させ、前記基板に対して、成膜、加工および表面処理などの処理を行うプラズマ処理方法であって、前記プラズマ処理用ガスの圧力Ｐ（Ｔｏｒｒ）を、
前記高周波電力の周波数をｆ（Ｈｚ）とするとき、
２×１０−７（Ｔｏｒｒ／Ｈｚ）×ｆ（Ｈｚ）≦Ｐ（Ｔｏｒｒ）≦１．２５×１０−６（Ｔｏｒｒ／Ｈｚ）×ｆ（Ｈｚ）
なる関係を満たすように設定することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
前記プラズマ処理用ガスの圧力Ｐ（Ｔｏｒｒ）は、プラズマの安定維持が可能な範囲で、低い圧力に設定されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項３】
前記プラズマ処理用ガスは、反応ガスと不活性ガスとの混合ガスであることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理方法。
【請求項４】
前記不活性ガスは、Ｈｅガスであることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理方法。
【請求項５】
前記プラズマ処理用ガスの圧力Ｐ（Ｔｏｒｒ）は、
前記反応ガスの分圧をＰｒ（Ｔｏｒｒ）とするとき、
４×Ｐｒ（Ｔｏｒｒ）≦Ｐ（Ｔｏｒｒ）
なる関係を満足されるように設定されることを特徴とする請求項３又は４に記載のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成膜、加工、表面処理などの処理を行うプラズマ処理方法に関し、更に詳しくは、プラズマ処理用ガスに基づくプラズマを発生させ、半導体膜や絶縁膜などの薄膜の成膜、加工、表面処理などの処理を行い、特にプラズマ処理用ガスの圧力範囲を、高周波電力の周波数に関連して特定することによって、高速処理を可能にするプラズマ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
半導体膜や絶縁膜などの薄膜の成膜、加工、表面処理などの処理を行うプラズマ処理においては、処理速度の高速化が要求されている。処理速度を高速にするために、一般的には、反応ガスの圧力を高めるという手法が採られている。ところが、反応ガスの圧力を高めると、プラズマを安定に発生させ、維持することが困難になる。
【０００３】
そこで、特公平６−６０４１２号公報、特許公報第２７００１７７号、特開平６−２９９３５８号公報などには、反応ガスに不活性ガスを加えることにより、高圧力下で安定にプラズマを発生させ、維持する手法が開示されている。これらの公報によれば、反応ガスに大量の不活性ガスを加えているので、反応ガス分圧を高めても、プラズマを安定に発生、維持でき、処理速度を向上できる。
【０００４】
上記の３つの公報は、反応ガスに不活性ガスを加え、高圧力下でプラズマ処理を行うという基本的な考え方において共通している。
そこで、一例として、特許公報第２７００１７７号の開示内容について説明する。該公報は、薄膜形成方法に関するものであるが、その基本思想は、加工方法、表面処理方法に対しても共通するものである。
【０００５】
さて、この特許公報に開示されたプラズマ処理装置は、主要部として反応容器を備え、この反応容器内に放電電極と対向電極とを有している。そしていずれの電極にも高抵抗体が取付けられている。対向電極は接地されており、対向電極の高抵抗体の上には基板が搭載される。放電電極は高周波電源と接続される。両電極の側方には、放電電極の高抵抗体と基板との間のギャップ部にプラズマ処理用ガスが供給されるように、ノズルとガス排出口とが設けられている。なお、薄膜を形成する場合には、基板はヒータによって加熱される。
【０００６】
上記の構成において、反応ガスと不活性ガスとの混合ガスからなるプラズマ処理用ガスを、ノズルから反応容器の内部に導入し、放電電極に高周波電力を供給する。不活性ガスとしてはＨｅガスが用いられる。反応ガスとしては、基板上にアモルファスＳｉ薄膜を形成する場合には、ＳｉＨ４ガスが用いられる。反応容器内の前記プラズマ処理用ガスの圧力は大気圧近傍の圧力であり、このうち、不活性ガスの割合は９０％以上である。高周波電力の周波数は１３．５６ＭＨｚである。上記手法によって、前記ギャップ部でグロー放電が起こり、前記プラズマ処理用ガスに基づくプラズマが発生する。そして、反応ガスであるＳｉＨ４ガスが解離され、生成した反応種の作用によって、基板の上にアモルファスＳｉ薄膜が形成される。
上記の手法によれば、プラズマ処理用ガス中の不活性ガス（この例においてはＨｅガス）の割合が大きいので、プラズマ処理用ガスの圧力が大気圧近傍の高圧力であってもグロー放電が起こり、プラズマを安定に発生、維持できる。不活性ガスであるＨｅガスの作用として、該公報には、下記の作用が記載されている。
【０００７】
（ａ）Ｈｅは放電により励起されやすい。
（ｂ）Ｈｅは多くの準安定状態を有し、励起状態の活性粒子（ラジカル）を多く作ることができる。
（ｃ）Ｈｅの活性粒子（ラジカル）が高密度に存在すると、反応ガスの解離度を高めることができる。
（ｄ）Ｈｅ中ではイオンが拡散しやすく、放電が広がりやすい。
このような性質のＨｅガスを加えることによって、反応ガス分圧が高い状態であっても、プラズマを安定に発生させ、維持できる。そして、反応ガス分圧が高いため、プラズマ処理の処理速度を高めることができる。
また、プラズマ処理用ガスの圧力が大気圧近傍の圧力であるので、反応容器内を真空に引かなくてもよい。したがって、真空チャンバや真空排気装置を必要とせず、設備に要するコストを大幅に低減できる。
【０００８】
上記の従来技術では、反応ガスに大量の不活性ガスを加えているので、反応ガス分圧を高めてもプラズマを安定に発生、維持できる。そして、反応ガス分圧が高いため、プラズマ処理の処理速度を高めることができる。しかしながら、近年のプラズマ処理においては、薄膜太陽電池の製造プロセスに代表されるように、処理速度の高速化に対する要求が非常に厳しい。すなわち、処理速度の更なる向上が望まれている。処理速度の高速化に関し、従来技術では以下のことが教示されている。
【０００９】
▲１▼特許公報第２７００１７７号
反応ガス（ＳｉＨ４ガス）と不活性ガス（Ｈｅガス）との混合ガスからなるプラズマ処理用ガスの圧力が大気圧近傍の圧力である場合について、不活性ガスに対する反応ガスの比率を大きくすることによって、処理速度が向上することが示されている。なお、このように、プラズマ処理用ガス（反応ガスと不活性ガスとの混合ガス）の圧力が一定の条件下で反応ガスの比率を大きくすることは、反応ガス分圧を高くすることに相当する。
【００１０】
▲２▼特開平６−２９９３５８号公報
反応ガス分圧を高くし（１０Ｔｏｒｒ以上）、それに応じて不活性ガスを加えることにより、処理速度が向上することが示されている。プラズマ処理用ガス（反応ガスと不活性ガスとの混合ガス）の圧力は、１０．２Ｔｏｒｒ〜１００Ｔｏｒｒに規定されているが、この圧力範囲は、反応ガスのみによるプラズマの発生限界と、低温プラズマの限界を示すものである。すなわち、処理速度向上の観点から決定された圧力範囲は示されていない。
【００１１】
▲３▼特公平６−６０４１２号公報
大気圧下の放電の安定性から、プラズマ処理用ガス（反応ガスと不活性ガスとの混合ガス）中の不活性ガスの割合を規定しているが、処理速度の高速化については教示していない。
【００１２】
上記のように、従来技術は、反応ガス分圧を高めることによる処理速度の向上効果を示している。しかし、一定の反応ガス分圧に対する処理速度向上の指針は与えていない。すなわち、「反応ガス分圧が一定の条件下において、どの程度の不活性ガスを加えること（どの程度の不活性ガス分圧に設定すること）が、処理速度の向上に対して効果的であるか」という点については教示されていない。
【００１３】
本発明の第１の目的は、反応ガスと不活性ガスとの混合ガスからなるプラズマ処理用ガスを用いたプラズマ処理方法において、更なる処理速度の高速化を図ることにある。ここで、前記したように反応ガス分圧を高めること、及び、投入電力を高めることによって、プラズマ処理速度が向上することは公知の通りである。したがって、従来に比べて大幅な処理速度の向上を図るには、更に、一定の反応ガス分圧、及び、一定の投入電力の条件下において、反応ガスの利用効率と投入電力の利用効率とを高めて、プラズマ処理速度を向上させることが重要である。この考え方をイメージ的に表現すると下式のようになる。
Ｒａｔｅ＝η×Ｆ（Ｗ，Ｐｒ）                        （ａ）
ここで、Ｒａｔｅ：プラズマ処理速度、η：処理効率、Ｗ：投入電力、
Ｐｒ：反応ガス分圧、Ｆ（Ｗ，Ｐｒ）：Ｗ、及び、Ｐｒの関数
である。（ａ）式において、Ｗを大きくすること、及び、Ｐｒを大きくすることによってＦ（Ｗ，Ｐｒ）が大きくなり、その結果Ｒａｔｅが向上することは公知である。例えば、先に示した３件の従来技術は、反応ガスに不活性ガスを加えることによって反応ガス分圧Ｐｒを高めることを可能とし、このように反応ガス分圧Ｐｒを高めたことによってＦ（Ｗ，Ｐｒ）を大きくしている。この点については、特開平６−２９９３５８号公報の図２に明示されている。
【００１４】
これに対し、本発明は、（ａ）式における処理効率ηを向上させることを目指しているのであって、従来技術とは処理速度Ｒａｔｅの高速化に対する基本指針が全く異なる。すなわち本発明の目指すところは、一定の反応ガス分圧Ｐｒ及び一定の投入電力Ｗの条件下（Ｆ（Ｗ，Ｐｒ）が一定の条件下）における、処理速度Ｒａｔｅ（処理効率η）の向上である。
【００１５】
特公平６−６０４１２号公報や特許公報第２７００１７７号によれば、反応ガスと不活性ガスとの混合ガスからなるプラズマ処理用ガスの圧力を大気圧近傍の圧力としているので、反応容器内を真空に引かなくてもよい。このため、真空チャンバや真空排気装置を必要とせず、設備に要するコストを大幅に低減できる。しかし、真空に引かなくても、反応容器の内部には、プラズマ処理用ガス（反応ガスと不活性ガスとの混合ガス）が１気圧分充填されていなければならない。つまり、前記プラズマ処理用ガスの圧力が高ければ、その分だけ多くのプラズマ処理用ガスを反応容器内に導入する必要がある。特に、不活性ガスは反応容器内に大量に導入する必要があり、これに要するコストが非常に高くなってくる。すなわち、上記の従来技術によれば、設備に要するコストが削減できる一方で、消耗品に要するコストが高くなり、総合的に判断すると高コストになってしまう。
【００１６】
本発明の第２の目的は、プラズマ処理の処理速度を高めながらも、低コスト化を図ることである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、電極と、ホルダーに保持された基板とが対向して配置され、前記電極と前記ホルダーとの間に高周波電力を供給することによって、前記電極と前記基板との間で、プラズマ処理用ガスに基づくプラズマを発生させ、前記基板に対して、成膜、加工および表面処理などの処理を行うプラズマ処理方法であって、前記プラズマ処理用ガスの圧力Ｐ（Ｔｏｒｒ）を、
前記高周波電力の周波数をｆ（Ｈｚ）とするとき、
２×１０−７（Ｔｏｒｒ／Ｈｚ）×ｆ（Ｈｚ）≦Ｐ（Ｔｏｒｒ）≦１．２５×１０−６（Ｔｏｒｒ／Ｈｚ）×ｆ（Ｈｚ）
なる関係を満たすように設定することを特徴とするプラズマ処理方法を提供する。
すなわち、本発明は、高周波電力の周波数に関連して使用するプラズマ処理用ガスの圧力範囲を特定することによって、一定の投入電力および一定の反応ガス分圧の条件下においても処理速度を高め、かつ低コスト化を可能にするものである。
【００１８】
本発明において、プラズマ処理用ガスは、反応ガスと不活性ガスとの混合ガスであってもよい。
更に、プラズマ処理用ガスの圧力Ｐ（Ｔｏｒｒ）は、先に記載の関係を満たし、かつ、前記プラズマの安定維持が可能な範囲の、下限近傍の圧力に設定されてもよい。
更に、プラズマ処理用ガスの圧力Ｐ（Ｔｏｒｒ）は、
前記反応ガスの分圧をＰｒ（Ｔｏｒｒ）とするとき、
４×Ｐｒ（Ｔｏｒｒ）≦Ｐ（Ｔｏｒｒ）
なる関係を満足するように設定してもよい。
【００１９】
本発明において、不活性ガスとしては、Ｈｅガス、Ａｒガス、Ｎｅガスなどが単体で、あるいは相互に混合して用いられる。ただし、放電の安定性と基板へのダメージの抑制とを考慮すると、Ｈｅガスを用いることが望ましい。一方、反応ガスには、プラズマ処理の目的に応じたガスが用いられる。例えばアモルファス、微結晶や多結晶のＳｉ薄膜を形成する場合には、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６ガスなどのＳｉ原子を含むガスが単体で、あるいはＨ２などの他のガスと混合して用いられる。Ｓｉ系基板の加工（プラズマエッチング）を行う場合には、ＳＦ６、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、ＣＣｌ４、ＰＣｌ３などのハロゲン系ガスが単体で、あるいはＯ２などの他のガスと混合して用いられる。親水性の表面処理を施す場合には、アルコール類のような有機溶媒が用いられる。
本発明に係るプラズマ処理方法は、以上の構成により、成膜、加工、表面処理、特に基板に対して半導体膜や絶縁膜などの薄膜の成膜処理を行う方法として好適に採用できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。プラズマ処理を行う装置は、放電電極と基板との間でプラズマを発生させる構成のものであれば良く、特に限定しない。但し、本発明では、プラズマ処理の処理速度を高速としているため、放電空間に効率的にプラズマ処理用ガスを供給し、又、プラズマ処理後のガスを効率的に排気する構成が望ましい。例えば、図４に示したプラズマ処理装置２０が用いられる。
【００２１】
すなわち、プラズマ処理装置２０は、その主要な構成として反応容器１を備え、この反応容器内には放電電極２と対向電極３とを有している。そして何れの電極２，３にも高抵抗体４，５が取り付けられている。対向電極３は接地されており、対向電極３の高抵抗体５の上には基板６が搭載されている。放電電極２は高周波電源８と接続される。両電極２，３の側方には、放電電極２の高抵抗体４と基板６との間のギャップｇ部にプラズマ処理用ガスが供給されるように、ノズル７とガス排出口１０とが設けられている。
【００２２】
そこで、図４のプラズマ処理装置２０を用いる本発明のプラズマ処理方法について説明する。なお、本発明においては、反応容器１は少なくとも１Ｔｏｒｒ以下程度の真空度を維持できるものとしている。また、図示しない真空排気装置が設けられている。ヒータ９は、目的とするプラズマ処理の形態に応じて必要があれば用いる。薄膜を形成する場合は、基板６がヒータ９によって加熱される。高抵抗体４，５は、アーク放電を防止し安定なグロー放電を得るために設けているが、これらがなくても、又は何れか一方のみを設けていても安定なグロー放電が得られる場合には適宜に取り外してもよい。
【００２３】
反応容器１の内部は、図示しない真空排気装置によって一旦減圧される。その後、反応ガスと不活性ガスとの混合ガスからなるプラズマ処理用ガスを、ノズル７から反応容器１の内部に導入し、反応容器１内のプラズマ処理用ガス圧力Ｐを所定の圧力に保持する。プラズマ処理用ガス圧力Ｐは、下記（ｂ）式のように、反応ガス分圧Ｐｒと不活性ガス分圧Ｐｉとの和によって表される。
0003576089.tif 000002
【００２４】
反応ガスには、プラズマ処理の目的に応じたガスが用いられる。例えば、アモルファス、微結晶や多結晶のＳｉ薄膜を形成する場合には、ＳｉＨ４やＳｉ２Ｈ６などのＳｉ原子を含むガスが単体で、あるいはＨ２などの他のガスと混合して用いられる。Ｓｉ系基板の加工（プラズマエッチング）を行う場合には、ＳＦ６、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、ＣＣｌ４、ＰＣｌ３などのハロゲン系ガスが単体で、あるいはＯ２などの他のガスと混合して用いられる。親水性の表面処理を施す場合には、アルコール類のような有機溶媒が用いられる。一方、不活性ガスには、Ｈｅガス、Ａｒガス、Ｎｅガスなどが単体で、あるいは相互に混合して用いられる。但し、放電の安定性と、基板へのダメージの抑制とを考慮すると、Ｈｅガスを用いることが望ましい。
【００２５】
前記プラズマ処理用ガスの反応容器内の圧力Ｐは、高周波電力の周波数ｆ（Ｈｚ）に対して、
0003576089.tif 000003
なる関係を満足するように設定される。
好ましくは、（Ａ）式の範囲内にあって、かつ、前記反応ガスの分圧Ｐｒ（Ｔｏｒｒ）に対して、
４×Ｐｒ（Ｔｏｒｒ）≦Ｐ（Ｔｏｒｒ）                          （Ｂ）
なる関係を満足するように設定される。
更に好ましくは、プラズマ処理用ガス圧力Ｐは、（Ａ）式かつ（Ｂ）式を満たす範囲内にあって、なるべく低い圧力に設定される。概ね、（Ａ）式かつ（Ｂ）式を満たす下限圧力から、その４倍程度の圧力までの範囲に設定される。
【００２６】
上記のようにプラズマ処理用ガス圧力Ｐを所定の圧力に設定した状態で、この圧力を維持しながら、ノズル７とガス排出口１０とによってプラズマ処理用ガスを一定流量で流す。ギャップｇ部の大きさは０．１〜１０ｍｍ程度であり、プラズマ処理用ガスのチャンバベースの総流量Ｑｃは数１００ｃｃ／ｍｉｎ〜数１０００Ｌ／ｍｉｎ程度である。なお、「チャンバベース総流量Ｑｃ」は下記の（ｄ）式のように定義され、また、これと関連する「総流量Ｑ」、「反応ガス流量Ｑｒ」、「不活性ガス流量Ｑｉ」については、夫々、（ｃ）式、（ｅ）式、および（ｆ）式のように定義される。
【００２７】
0003576089.tif 000004
【００２８】
上記の構成において、周波数ｆ（Ｈｚ）なる高周波電力を放電電極２に供給すると、ギャップｇ部でグロー放電が起こり、前記プラズマ処理用ガスに基づくプラズマが発生する。そして、プラズマ処理用ガス中の反応ガス分子がプラズマによって分解、励起されて、反応種が生成される。この反応種の作用により、基板６に対する所望のプラズマ処理が施される。
【００２９】
高周波電力の周波数ｆには、１０ＭＨｚ〜５００ＭＨｚ程度の周波数が選ばれる。なお、５００ＭＨｚ以上の周波数を選ぶと、電磁波の波長が０．６ｍ以下のかなり短い波長となり、反応容器内部の任意の空間に定在波が発生してしまう。このため、プラズマ処理が不均一となったり、ギャップｇ部以外の不要な部分で放電が発生するおそれがある。また、１０ＭＨｚ以下の周波数を選ぶと、プラズマ中のイオンの振動振幅が大きくなり基板にダメージを与えてしまう恐れがある。
【００３０】
次に、上記（Ａ）（Ｂ）式にて規定されるプラズマ処理用ガス圧力Ｐの作用について説明する。
従来技術の説明と重複するが、まず、反応ガスに不活性ガスを加えることの効果を説明する。最も好ましい不活性ガスはＨｅガスと考えられるが、Ｈｅガスの効果としては、放電開始電圧が低いこと、及び、高エネルギ（約２０ｅＶ）の準安定状態をもつことが挙げられる。しかも、準安定状態のＨｅラジカルは、寿命が極めて長く拡散速度も速い。このような性質のＨｅガスを加えることによって、反応ガス分圧Ｐｒを高めてもプラズマ安定に発生、維持できる。そして、反応ガス分圧Ｐｒを高くできるので、プラズマ処理速度を高速化することができる。なお、ＡｒやＮｅなどのＨｅ以外の不活性ガスについては、放電開始電圧やラジカル寿命などの数値がＨｅとは異なるものの、上記と同様の効果を呈する。
【００３１】
上記のように、不活性ガス（好ましくはＨｅガス）は、反応ガス分圧Ｐｒを高めた状態でプラズマを安定に維持するために不可欠である。しかしながら、処理速度の観点においては、不活性ガスが大量にあることが必ずしも望ましいとは限らない。すなわち、反応ガス分圧Ｐｒが一定である場合に、不活性ガス分圧Ｐｉが高ければ高いほど処理速度が速いとは限らない。この点が本発明の着眼点である。いま、投入電力Ｗ、及び、反応ガス分圧Ｐｒを一定として、不活性ガス分圧Ｐｉを低くする（プラズマ処理用ガス圧力Ｐを低くする）場合について考える。この場合には、例えば、以下のような相反する現象が考えられる。
【００３２】
▲１▼不活性ガス分圧Ｐｉが低い分、準安定状態の不活性ガスラジカルの密度が減少し、不活性ガスラジカルと反応ガス分子との単位時間当たりの衝突回数が減少する。このために、反応ガス分子の解離が起こりにくくなり、プラズマ処理に係わる反応種の密度が減少して処理速度が遅くなる。
▲２▼不活性ガス分圧Ｐｉが低い分（プラズマ処理用ガス圧力Ｐが低い分）、不活性ガス原子（またはラジカル）に対する電子の衝突回数が減少して、電界による電子のドリフト速度が大きくなる。一方、反応ガス分圧Ｐｒ（すなわち反応ガス分子密度）は一定であるから、電子ドリフト速度の増大に伴い、電子と反応ガス分子との単位時間当たりの衝突回数が増加する。また、このときに電子の持つ運動エネルギは大きい。これにより反応ガス分子の解離が促進される。その結果、プラズマ処理に係わる反応種の密度が増加し、処理速度が向上する。
【００３３】
実際には上記▲１▼▲２▼の現象が複合的に作用するものと予測されるが、プラズマ処理速度には、何らかの不活性ガス分圧Ｐｉ（プラズマ処理用ガス圧力Ｐ）依存性があるものと考え、これを確認する実験（後記の実施例１）を行った。そして、実験結果を分析したところ、上記▲２▼の因子が支配的に寄与していることを見いだし、従来では「反応ガス分圧Ｐｒを高めた状態でも、プラズマを安定を維持できる」という長所のみがクローズアップされていた不活性ガスに対して、「この不活性ガスが多すぎると（不活性ガス分圧Ｐｉが高すぎると）、逆に処理速度が低下する」という新たな知見を得た。すなわち、反応ガス分子の解離には、反応ガス分子に対する不活性ガスラジカルの衝突よりも、むしろ電子の衝突の方が支配的に寄与していることが分かった。
【００３４】
上記の知見に基づくと、反応ガス分圧Ｐｒが一定の条件下では、「プラズマの安定維持が可能な程度に不活性ガスを加え、不活性ガス分圧Ｐｉ（プラズマ処理用ガス圧力Ｐ）は、電子のドリフト速度が大きくなるような、なるべく低い圧力に設定されること」が望ましい。これによって、電子のドリフト速度が増加し、効率的に反応ガス分子が解離される。上記の（Ａ）式及び（Ｂ）式は、この望ましいプラズマ処理用ガス圧力Ｐの範囲（不活性ガス分圧Ｐｉの範囲）を、定式化したものであり、図１〜図３の模式図を参照することによってより明確に理解できる。
【００３５】
図１は、あるプラズマ処理用ガス圧力Ｐに対して、高周波電力の周波数ｆと、電子および不活性ガスイオン（例えばＨｅ＋）のドリフト速度ｖｄｅ、ｖｄｉの関係を模式的に示したものである。なお、以下では、ドリフト速度ｖｄｅ、ｖｄｉを総称してｖｄと記載する場合もある。図１（ａ）の縦軸はドリフト速度の大きさ｜ｖｄ｜を、図１（ｂ）の縦軸はドリフト速度の位相∠ｖｄを表している。ｆｃｅおよびｆｃｉは、それぞれ、電子および不活性ガスイオンが高周波電界に追従する臨界の周波数である。臨界周波数ｆｃｅおよびｆｃｉは、後記の項目［補足説明１．電子およびイオンのドリフト振動］にて補足するように、プラズマ処理用ガス圧力Ｐに応じて変化し、
ｆｃｅ（Ｈｚ）≧５×１０６（Ｈｚ／Ｔｏｒｒ）×Ｐ（Ｔｏｒｒ）    （ｇ）
ｆｃｉ（Ｈｚ）≦０．８×１０６（Ｈｚ／Ｔｏｒｒ）×Ｐ（Ｔｏｒｒ）（ｈ）
なる関係にて表される。
【００３６】
図２は、投入電力Ｗおよび反応ガス分圧Ｐｒを一定とした場合について、プラズマ処理用ガス圧力Ｐ（不活性ガス分圧Ｐｉ）の変化に伴う、ドリフト速度｜ｖｄｅ｜、｜ｖｄｉ｜の変化を示している。ここでは、周波数がｆ＝ｆａなる場合について考える。図中のＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、は、それぞれ、下式の（ｉ−１）〜（ｉ−５）に示される圧力であり、これらと、（Ａ）式で規定されたプラズマ処理用ガス圧力Ｐとの間には（ｉ−６）式に示す関係がある。また（Ｂ）式で規定されたプラズマ処理用ガス圧力Ｐとの間には（ｉ−７）式に示す関係がある。
【００３７】
Ｐ１＞１．２５×１０−６（Ｔｏｒｒ／Ｈｚ）×ｆａ（Ｈｚ）    （ｉ−１）
Ｐ２＝１．２５×１０−６（Ｔｏｒｒ／Ｈｚ）×ｆａ（Ｈｚ）    （ｉ−２）
Ｐ３＝４×Ｐｒ（Ｔｏｒｒ）                              （ｉ−３）
Ｐ４＝０．２×１０−６（Ｔｏｒｒ／Ｈｚ）×ｆａ（Ｈｚ）      （ｉ−４）
Ｐ５＜０．２×１０−６（Ｔｏｒｒ／Ｈｚ）×ｆａ（Ｈｚ）      （ｉ−５）
Ｐ４＝０．２×１０−６（Ｔｏｒｒ／Ｈｚ）×ｆａ（Ｈｚ）≦Ｐ
≦Ｐ２＝１．２５×１０−６（Ｔｏｒｒ／Ｈｚ）×ｆａ（Ｈｚ）（ｉ−６）
Ｐ３＝４×Ｐｒ（Ｔｏｒｒ）≦Ｐ                          （ｉ−７）
【００３８】
ここで、（ｉ−６）式を変形し、更に（ｇ）、（ｈ）式の関係を考慮して分かるように、（Ａ）式で規定されるプラズマ処理用ガス圧力Ｐにおける臨界周波数ｆｃｅ、ｆｃｉは、周波数ｆａに対して
ｆｃｉ≦ｆａ≦ｆｃｅ                                          （ｊ）
なる関係を十分に満足する。したがって、（Ａ）式の範囲内のプラズマ処理用ガス圧力Ｐ（（ｉ−６）式の圧力Ｐ）を選ぶことによって、不活性ガスイオンを高周波電界に追従させずに、電子のみを電界に追従させることができる。つまり、イオンに対して電界からのエネルギを消費させずに、電子に対してのみ効率的にエネルギを供給することができる。このことを踏まえ、プラズマ処理用ガス圧力ＰをＰ１→Ｐ２→Ｐ３→Ｐ４→Ｐ５と低圧力化した場合の、電子およびイオンのドリフト速度ｖｄｅ、ｖｄｉの変化について説明する。
【００３９】
・Ｐ１→Ｐ２なる低圧力化
電子ドリフト速度がｖｄｅ１→ｖｄｅ２に増加し、また、イオンドリフト速度が、ｖｄｉ１→ｖｄｉ２に増加する。
・Ｐ２→Ｐ３なる低圧力化
電子ドリフト速度はｖｄｅ２→ｖｄｅ３に増加するが、イオンが電界に追従できなくなってくる。また、イオンドリフト速度はｖｄｉ２のままで増加しない。
・Ｐ３→Ｐ４なる低圧力化
電子ドリフト速度がｖｄｅ３→ｖｄｅ４に増加する。イオンについては、上記Ｐ２→Ｐ３のときと同様であり、電界に追従しない。
・Ｐ４→Ｐ５なる低圧力化
電子も電界に追従できなくなり、電子ドリフト速度はｖｄｅ４のままで増加しない。イオンについても、上記と同様であり電界に追従しない。
【００４０】
したがって、（Ａ）式で規定される範囲にまで、プラズマ処理用ガス圧力Ｐを低圧力化することによって（不活性ガス分圧Ｐｉを低圧力化することによって）、電子のドリフト速度ｖｄｅを増加させ、更に、電子に効率的にエネルギを供給することができる。先述のように、反応ガス分子の解離には、反応ガス分子に対する電子の衝突が支配的に寄与しているから、このようなプラズマ処理用ガス圧力Ｐの低圧力化（不活性ガス分圧Ｐｉの低圧力化）によってプラズマ処理速度を高めることができる。尚、（Ａ）式の範囲外にまでプラズマ処理用ガス圧力Ｐを低圧力化すると、電子も電界に追従できなくなってくる。このため、電子は電界から十分なエネルギを得られず、逆にプラズマ処理速度が低下してしまう。
【００４１】
一方プラズマ安定性の観点からもプラズマ処理用ガス圧力Ｐ（不活性ガス分圧Ｐｉ）には下限が存在する。すなわち、反応ガス分圧Ｐｒに応じて、所定量以上の不活性ガスを加えなければ（不活性ガス分圧Ｐｉを所定値以上としなければ）、プラズマを安定に維持できない。プラズマを安定に維持するためには、後記の実施例２に示すように、反応ガス分圧Ｐｒの３倍以上の不活性ガス分圧Ｐｉ（反応ガス分圧Ｐｒの４倍以上のプラズマ処理用ガス圧力Ｐ）が必要である。図２の例においては、この観点より、プラズマ処理用ガス圧力ＰをＰ３未満に低圧力化することが出来ない。
【００４２】
図３は、上記した内容を、プラズマ処理用ガス圧力Ｐを横軸として表現し直した模式図であり、反応ガス分圧Ｐｒが高い場合（ＰｒＨ）と、反応ガス分圧Ｐｒが低い場合（ＰｒＬ）について、プラズマ処理用ガス圧力Ｐとプラズマ処理速度の関係を示している。図中のＰ３Ｈ、Ｐ３Ｌは、それぞれ下式に示す圧力である。
Ｐ３Ｈ＝４×ＰｒＨ（Ｔｏｒｒ）                              （ｋ−１）
Ｐ３Ｌ＝４×ＰｒＬ（Ｔｏｒｒ）                              （ｋ−２）
反応ガス分圧Ｐｒが低い場合（ＰｒＬ）には、
Ｐ４≦Ｐ≦Ｐ２                                            （ｌ−１）
を満たす範囲内すなわち、（Ａ）式を満たす範囲内にプラズマ処理速度のピークが存在する。
【００４３】
また、反応ガス分圧Ｐｒが高い場合（ＰｒＨ）には、
Ｐ３Ｈ≦Ｐ≦Ｐ２                                            （ｌ−２）
を満たす範囲内すなわち（Ａ）式かつ（Ｂ）式を満たす範囲内にプラズマ処理速度のピークが存在する。したがって、一定の反応ガス分圧Ｐｒに対して、（Ａ）式の範囲内、特に（Ａ）式かつ（Ｂ）式を満たす範囲内にまでプラズマ処理用ガス圧力Ｐを低圧力化することによって（不活性ガス分圧Ｐｉを低圧力化することによって）、投入電力及び反応ガスの利用効率を高めて、プラズマ処理速度を向上させることができる。なお、更に好ましくは、プラズマ処理用ガス圧力Ｐは、（Ａ）式かつ（Ｂ）式を満たす範囲内にあって、なるべく低い圧力に設定され、これによって一層プラズマ処理速度が向上する。
【００４４】
上記で説明してきたように、本発明では、「一定の反応ガス分圧Ｐｒに対して、不活性ガス分圧Ｐｉが高すぎると、逆に処理速度が低下する」との知見に基づき、プラズマ処理用ガス圧力Ｐを（Ａ）式及び（Ｂ）式を満たすように設定した。その結果、電子のドリフト速度Ｖｄｅが増大し、更に、電子に効率的にエネルギが供給されて、プラズマ処理速度を大幅に向上させることができた。具体的には、投入電力Ｗ及び反応ガス分圧Ｐｒが一定の条件下において、（Ａ）式及び（Ｂ）式を満たす範囲内にまで、プラズマ処理用ガス圧力Ｐを低圧力化したところ、これが大気圧付近の場合に比べて大幅に処理速度が向上した。すなわち、投入電力、及び、反応ガスの利用効率を大幅に向上でき、本発明の第１の目的を達成できた。また、プラズマ処理速度を高めながらも、不活性ガス分圧Ｐｉ（プラズマ処理用ガス圧力Ｐ）を必要最小限に抑えることができたため、プラズマ処理用ガス圧力Ｐを１気圧とした場合に比べて反応容器内に導入する不活性ガスが少なくて済んだ。すなわち、不活性ガスに要するコストを削減でき、本発明の第２の目的を達成できた。
以下に、（Ａ）（Ｂ）式で規定したプラズマ処理用ガス圧力Ｐの限定範囲に関わる実験結果について説明する。
【００４５】
［実施例１］
本実施例では、上記（Ａ）式で規定したプラズマ処理用ガス圧力Ｐの限定範囲に関わる実験結果について説明する。不活性ガスとしてＨｅガスを用い、また、反応ガスとしてＳｉＨ４とＨ２との混合ガスを用いて、ガラス基板に対するＳｉ薄膜の成膜実験を行った。プラズマ処理に用いた装置は図４と同型の装置である。具体的な実験方法について説明する。反応ガス（ＳｉＨ４ガスとＨ２ガスとの混合ガス）の分圧Ｐｒおよび投入電力を一定とし、プラズマ処理用ガス圧力Ｐ（Ｈｅガス分圧Ｐｉ）を変化させて、成膜速度の変化を調べた。なお、ここでは、反応ガスＰｒを低めの値（０．４８Ｔｏｒｒ）に設定し、図３における「反応ガス分圧が低い場合（ＰｒＬ）」に対応する実験を実施した。本実験において、Ｈｅガス分圧Ｐｉ以外の条件は同一条件とし、またチャンバベース総流量Ｑｃ（ｃｃ／ｍｉｎ）も一定としたため、（ｅ）式に基づき、反応ガス流量Ｑｒ（ＳＣＣＭ）も一定である。
【００４６】
図５は、２種類の周波数ｆ（１３．５６ＭＨｚ、２５ＭＨｚ）に対して、上記実験を行った結果である。図６は、図５の横軸を拡大し、比較的低圧力側の結果を示したものである。尚、図５、図６において、成膜速度：０Å／Ｓのプロットは、放電が不安定となり、プラズマを維持できなかった場合を示している。図５、図６の結果は、図３における「反応ガス分圧が低い場合（ＰｒＬ）」の模式図と符号している。すなわち、何れの周波数ｆに対しても、プラズマ処理用ガス圧力Ｐ（不活性ガス分圧Ｐｉ）を低くすることによって成膜速度が向上し、ピークをとった後は、低圧力化に伴って成膜速度が低下している。そして、何れの周波数ｆに対しても、（Ａ）式で規定される範囲内に、成膜速度のピークが存在することを確認できる。
【００４７】
次に、上記実験結果を分析したところ、成膜速度は電子のドリフト速度ｖｄｅと強い相関があることが分かった。図７は、プラズマ処理用ガス圧力Ｐの（−０．５）乗を横軸として図５のグラフを書き直したものである。この図より、Ｐ（−０．５）が比較的小さい領域（圧力Ｐが比較的高い領域）では、プラズマ処理用ガス圧力Ｐの低圧力化に伴い、Ｐ（−０．５）にほぼ比例して成膜速度が向上している。そして、（Ａ）式で規定される範囲内にまで低圧力化すると（Ｐ（−０．５）を大きくすると）、前記の比例関係から離れ、更に成膜速度が向上してピークをとっている。
【００４８】
ここで、電子のドリフト速度ｖｄｅは、後記の項目［補足説明２．電子ドリフト速度のプラズマ処理用ガス圧力依存性］にて補足するように、理論的にＰ（−０．５）に比例するから、比較的高圧力側では、成膜速度が電子のドリフト速度ｖｄｅにほぼ比例していることが分かる。すなわち、図５、図６の結果は、プラズマ処理用ガス圧力Ｐ（Ｈｅガス分圧Ｐｉ）の低圧力化によって電子のドリフト速度ｖｄｅが増大し、これに伴って成膜速度が増加したものと解釈できる。そして、（Ａ）式の範囲にまで低圧力化することによって、更に、電子に対して効率的にエネルギが供給されて、一層成膜速度が向上したものと推察される。なお、（Ａ）式の範囲外にまで低圧力化すると、電子が電界に追従できず、電界から十分なエネルギを得られなくなるために成膜速度が低下していく。
【００４９】
以上の分析より、反応ガス分子の解離には、反応ガス分子に対するＨｅラジカルの衝突よりも電子の衝突の方が支配的に寄与しており、プラズマ処理用ガス圧力Ｐ（不活性ガス分圧Ｐｉ）を低圧力化することの効果を、物理現象に立脚したものとして確認できた。そして、プラズマ処理用ガス圧力Ｐを（Ａ）式の範囲にまで低圧力化することによって、成膜速度が大幅に向上することに実験的に確認できた。
【００５０】
なお、上記のようにＨｅラジカルが反応ガス分子の解離にあまり寄与しない理由については、以下のように考えている。すなわち、Ｈｅラジカルは、高エネルギを有しているものの質量が重く、また電気的に中性であるために電界によって加速されない。このため、電子に比べて反応ガス分子との衝突回数が少なく、反応ガス分子の解離効果があまり大きくないものと考えている。
【００５１】
［実施例２］
実施例１では、プラズマ処理用ガス圧力Ｐ（不活性ガス分圧Ｐｉ）を、（Ａ）式の範囲内にまで低圧力化することによって、成膜速度が増加する点について説明してきた。しかしながら、反応ガス分圧Ｐｒが高い場合には、プラズマ処理用ガス圧力Ｐ（Ｈｅガス分圧Ｐｉ）を低圧力化しすぎるとプラズマの安定性が失われてくる。本実施例では、主に（Ｂ）式で規定したプラズマ処理用ガス圧力Ｐの限定範囲に関わる実験結果について説明する。
図８は、下記（ｍ）式にて定義されるＨｅガス濃度Ｃｉと、成膜速度の関係を示したグラフである。
0003576089.tif 000005
【００５２】
図８より、Ｈｅガス濃度Ｃｉ：０．７５以上の条件においては、０．４８〜１６Ｔｏｒｒの範囲の如何なる反応ガス分圧Ｐｒに対しても、プラズマの安定維持が可能であることを確認できる。すなわち、プラズマの安定性を維持しながら成膜速度を向上させるためには、プラズマ処理用ガス圧力Ｐを、（Ａ）式の範囲内にあって、かつ（Ｂ）式を満たすように設定することが好ましい。
【００５３】
図９は、２種類の反応ガス分圧Ｐｒ（０．４８Ｔｏｒｒ、２．０Ｔｏｒｒ）に対して実施例１と同様の実験を実施した結果である。高周波電力の周波数は１３．５６ＭＨｚとした。図９の結果は、図３に示した模式図と符号しており、（Ａ）式かつ（Ｂ）式を満たすプラズマ処理用ガス圧力Ｐの範囲内において、成膜速度のピークが存在することを確認できる。
【００５４】
［実施例３］
先に示した図５（実施例１）や図９（実施例２）は、「反応ガス分圧Ｐｒが一定の場合に、プラズマ処理用ガス圧力Ｐを低くすることによって成膜速度が向上する」という結果を示していたが、この結果は、「下記（ｎ）式に基づく反応ガス濃度Ｃｒの増加による成膜速度の向上」を表しているものと誤解されるかもしれない。
0003576089.tif 000006
【００５５】
本実施例では、実施例１、２で説明した成膜速度の向上効果が、反応ガス濃度Ｃｒの増加によるものではなく、あくまでプラズマ処理用ガス圧力Ｐ（不活性ガス分圧Ｐｉ）を低圧力化することによって得られるものであることを説明する。
【００５６】
図１０は、電力、反応ガス濃度Ｃｒ、および反応ガス流量Ｑｒを一定として、成膜速度のプラズマ処理用ガス圧力Ｐ依存性を調べた結果である。高周波電力の周波数は１３．５６ＭＨｚとした。図には３つの異なる条件の結果を示しているが、反応ガス濃度Ｃｒが一定である（又は、反応ガス分圧Ｐｒが低い）にも拘わらず、プラズマ処理用ガスの圧力Ｐを低くすることによって、成膜速度が向上しているのを確認できる。
【００５７】
［実施例４］
上記の実施例１では、不活性ガスとしてＨｅを用いた実験結果を示した。しかしながら、本発明の不活性ガスは、これに限定されない。１例として、不活性ガスにＡｒを用いて実験を行った。実験条件は、図６中の○プロットで示した条件と同じであり、プラズマ処理用ガス圧力Ｐは８Ｔｏｒｒとした。その結果、成膜速度は３０Å／ｓであり、Ｈｅを用いた場合の結果と大差はなかった。
【００５８】
［実施例５］
上記の実施例１、２では、反応ガスとしてＳｉＨ４とＨ２との混合ガスを用い、Ｓｉ薄膜の成膜実験の結果について説明してきた。しかしながら、本発明の反応ガスはこれに限定されず、また、プラズマ処理の形態も成膜には限定されない。本実施例では、不活性ガスとしてＨｅガスを用い、また反応ガスとしてＳＦ６を用いて、シリコン基板のエッチング実験を行った。具体的には、ＳＦ６ガス分圧Ｐｒおよび投入電力を一定とし、プラズマ処理用ガス圧力Ｐ（Ｈｅガス分圧Ｐｉ）を変化させて、シリコン基板のエッチング速度の変化を調べた。実験に用いた高周波電力の周波数は５０ＭＨｚである。なお、本実験においても、Ｈｅガス分圧Ｐｉ以外の条件は同一条件とし、チャンバベース総流量Ｑｃ（ｃｃ／ｍｉｎ）も一定としたため、（ｅ）式に基づき、反応ガス流量Ｑｒ（ＳＣＣＭ）も一定である。
【００５９】
実験結果は図１１に示す如くで、実施例１（図６）、実施例２（図９）と同様に、（Ａ）式かつ（Ｂ）式を満たすプラズマ処理用ガス圧力Ｐの範囲内において、エッチング速度のピークが存在することを確認できた。また、図１２に示すように、Ｐ（−０．５）とエッチング速度がの関係は、実施例１（図７）と同様の傾向であった。尚、図１１において、エッチング速度：０のプロットは放電が不安定となり、プラズマを維持できなかった場合を示している。
【００６０】
［変形例１］
上記の実施例１〜５では、プラズマ処理装置として、図４に示す装置を用いた結果を示した。しかしながら、本発明に使用するプラズマ処理装置は如何なる形態のものであってもよい。一例として、公知のシャワー電極タイプのプラズマ処理装置を用いて、実施例２（図９）と同様の実験を行った。成膜速度は図９のデータに比べ数％程度高い値で、図９と同様の傾向が得られた。
【００６１】
［変形例２］
上記の実施例及び変形例では、プラズマ処理用ガスが、反応ガスと不活性ガスとの混合ガスである場合について説明してきた。しかしながら、不活性ガスを用いずに、プラズマ処理用ガスとして反応ガスのみを用いた場合においても、（Ａ）式にて規定されるプラズマ処理用ガス圧力Ｐは好適なものとなる。なぜなら、プラズマ処理用ガスが反応ガスのみであるので、反応ガス分子は上記実施例と同様、当然、電子との衝突によって解離されるからである。すなわち、電子のドリフト速度を増加させ、更に電子に対して効率的にエネルギを供給できる条件である（Ａ）式による圧力Ｐの設定は、効率的に反応ガス分子を解離できるのである。但し、この場合には、プラズマ処理用ガス圧力Ｐを低圧力化して電子ドリフト速度を増加させることは、同時に反応ガス圧力Ｐｒを減少させることを意味するから、相反する効果のトレードオフを考慮する必要がある。
【００６２】
［補足説明１．電子およびイオンのドリフト振動］
電子およびイオンの臨界周波数ｆｃｅ、ｆｃｉに関する、上記の（ｇ）式および（ｈ）式について、その導出過程を説明する。
プラズマ中の個々の電子は、熱運動による無秩序速度をもって他の粒子と衝突しつつ、全体としては電界方向に移動している。この全体的な運動の速度が電子ドリフト速度ｖｄｅであり、電子の無秩序速度とは区別して考えるものである。なお、電子の無秩序速度は分布関数で表現されるが、平均化して扱い、これを電子熱速度ｖｔｅと呼ぶことにする。
【００６３】
電界中の電子のドリフト運動の方程式は、下式で与えられる。
ｍｅ・ｄｖｄｅ／ｄｔ＋νｅ・ｍｅ・ｖｄｅ＝ｅ・Ｅ                  （１）
ここで、
ｍｅ：電子の質量、ｖｄｅ：電子のドリフト速度、ｔ：時間、
νｅ：電子の衝突頻度（１個の電子が、単位時間内に、プラズマ処理用ガス中のその他の粒子と衝突する回数）
ｅ：電子の電荷、Ｅ：高周波電源によって与えられる高周波電界
であり、更に電界Ｅは（２）式のように、また衝突頻度νｅは（３）式のように表せる。
Ｅ＝Ｅ０・ｅｘｐ（ｊ・２π・ｆ・ｔ）                        （２）
（Ｅ０：高周波電界の振幅、ｆ：高周波電力の周波数、ｊ：虚数）
νｅ＝ｖｔｅ／λｅ                                              （３）
（λｅ：電子の平均自由行程、ｖｔｅ：電子の熱速度）
また、（３）式中の電子の平均自由行程λｅは、
λｅ＝（ｋ・Ｔｇ／Ｐ）／（πｒ２）                            （４）
（ｋ：ボルツマン定数、Ｐ：プラズマ処理用ガスの圧力、
ｒ：プラズマ処理用ガス中に存在する粒子の平均半径、Ｔｇ：気体温度）で表される。
【００６４】
（１）式を解くと、
ｖｄｅ＝（ｅ・Ｅ／ｍｅ）／（ｊ・２π・ｆ＋νｅ）                （５）
が得られる。なお（５）式は、衝突頻度νｅ（電子の熱速度ｖｔｅ）が電子ドリフト速度ｖｄｅに依存しないものとして得た解であるが、ここでは特には問題とならない。なぜなら、後記するように、ｖｔｅを（１３）式のように置くことによって、臨界周波数ｆｃｅを求めているからである。
また、不活性ガスイオンのドリフト速度ｖｄｉ、衝突頻度νｉについても、（５）式及び（３）式と同様に表され、
ｖｄｉ＝（ｅ・Ｅ／ｍｉ）／（ｊ・２π・ｆ＋νｉ）                  （６）
（ｍｉ：イオンの質量、νｉ：イオンの衝突頻度）
νｉ＝ｖｔｉ／λｉ                                                （７）
（λｉ：イオンの平均自由行程、ｖｔｉ：イオンの熱速度）
となる。なお、（７）式中のイオンの平均自由行程λｉは、
λｉ＝（ｋ・Ｔｇ／Ｐ）／（４π・ｒ２）                          （８）
で表される。
【００６５】
（５）式および（６）式より、高周波電力の周波数ｆと、電子及びイオンのドリフト速度ｖｄｅ、ｖｄｉの関係は、先に示した図１のようになる。ここで、電子及びイオンの臨界周波数ｆｃｅ、ｆｃｉは、下式のように表される。
ｆｃｅ＝νｅ／（２π）                                          （９）
ｆｃｉ＝νｉ／（２π）                                        （１０）
（３）（４）（９）式から、ｆｃｅは、
ｆｃｅ＝ｖｔｅ・Ｐ・ｒ２／（２ｋ・Ｔｇ）                          （１１）
となり、また（７）（８）（１０）式より、ｆｃｉは、
ｆｃｉ＝２・ｖｔｉ・Ｐ・ｒ２／（ｋ・Ｔｇ）                        （１２）
となる。
【００６６】
ここで、電子の熱速度ｖｔｅは、電界が強く電子のドリフト速度ｖｄｅが大きくなると増加する傾向にあるが、少なくとも以下の関係を満たしている。
ｖｔｅ≧｛（８・ｋ・Ｔｅ）／（π・ｍｅ）｝１／２（Ｔｅ：電子温度）  （１３）
また、イオンの熱速度ｖｔｉは、概ね下式のようにあらわされる。
ｖｔｉ＝｛（８・ｋ・Ｔｉ）／（π・ｍｉ）｝１／２（Ｔｉ：イオン温度）（１４）
なお、（１３）式および（１４）式の右辺は、電子およびイオンの無秩序速度がＭａｘｗｅｌｌの速度分布に従うとしたときの平均速度を表している。
【００６７】
（１１）式および（１３）式より、
0003576089.tif 000007
また、（１２）式および（１４）式より、
0003576089.tif 000008
が得られる。
【００６８】
気体温度Ｔｇ、電子温度Ｔｅ、および、イオン温度Ｔｉは、プラズマ処理用ガス圧力Ｐによって変化するものであるが、少なくとも、下式のような関係にある。
５００Ｋ≦Ｔｉ≒Ｔｇ≦５０００Ｋ                            （１７）
Ｔｅ≧５０００Ｋ                                          （１８）
したがって、（１５）式および（１６）式において、（１７）、（１８）式の関係を考慮し、更に、ｋ＝１．３８×１０−２３（Ｊ／Ｋ）を代入すると、
0003576089.tif 000009
）が得られる。
【００６９】
ここで、プラズマ処理用ガス中の大部分の粒子は、（Ｂ）式に示されるように不活性ガス原子（またはラジカル）であり、不活性ガスのうち最も原子半径の小さいものはＨｅであるから、如何なる不活性ガスを用いた場合においても、
ｒ≧１．１×１０−１０（ｍ）                                  （２１）
なる関係が成立する。したがって、（１９）式に、ｍｅ＝９．１１×１０−３１（ｋｇ）を代入し、更に（２１）式の関係を考慮することによって、
0003576089.tif 000010
が得られる。
【００７０】
次に、（２０）式中の（ｍｉ−０．５・ｒ２）なるパラメータに着目した場合、不活性ガスのうち、このパラメータを最大とするものはＨｅであるから、如何なる不活性ガスを用いた場合においても、
0003576089.tif 000011
なる関係が成立する。したがって、この関係を考慮すると、
0003576089.tif 000012
が得られる。
【００７１】
なお、上記のｆｃｅ、ｆｃｉは、（２１）式及び（２３）式の関係を考慮して求められたものであるから、（２１）式及び（２３）式を十分に満たせば、如何なるプラズマ処理用ガスを用いたとしても、（２２）式及び（２４）式は成立する。例えば、プラズマ処理用ガスが反応ガスのみであり、反応ガスがＳｉＨ４であったとしても成立するものである。この場合、ＳｉＨｘイオンの臨界周波数は（２４）式の関係を満たしている。
【００７２】
［補足説明２．電子ドリフト速度のプラズマ処理用ガス圧力依存性］
電子ドリフト速度のプラズマ処理用ガス圧力依存性について説明する。本発明では、プラズマ処理用ガス圧力Ｐを（Ａ）式にて規定しているが、この場合には、（ｊ）式に示されるように、ｆ≦ｆｃｅなる関係を満足している。したがって、電子の慣性の効果（（１）式中のｍｅ・ｄｖｄｅ／ｄｔの項）が無視でき、電子ドリフト速度ｖｄｅは、
ｖｄｅ＝（ｅ・Ｅ）／（ｍｅ・νｅ）                              （２５）
で表される。ここで、電子は質量が小さく電界によって加速されやすい。このため、電界が強い場合には、電子が運動エネルギーの一定割合αを他の粒子との衝突によって失い、これと等しいエネルギを電界から得るものと考えられる。すなわち下式が成り立つ。
ｅ・Ｅ・ｖｄｅ＝α・｛（１／２）・ｍｅ・ｖｔｅ２｝・νｅ          （２６）
【００７３】
（３）式の関係を用い、（２５）式と（２６）式との連立方程式を解くと、
ｖｄｅ＝（α／２）１／４・（ｅ・Ｅ・λｅ／ｍｅ）１／２                （２７）
が得られる。（４）式から、電子の平均自由行程λｅは、λｅ∝Ｐ−１であるから、
ｖｄｅ∝Ｐ−１／２                                                （２８）
が成立つ。
なお、（２７）式は、（２）式を用いて以下のようにも表現できる。
0003576089.tif 000013
【００７４】
【発明の効果】
本発明は、基板に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理方法において、高周波電力の周波数をｆ（Ｈｚ）に対して、
0003576089.tif 000014
なる関係を満たすようにプラズマ処理用ガスの圧力Ｐ（Ｔｏｒｒ）を設定しているので、投入電力、及び、反応ガスの利用効率を向上させて、プラズマ処理速度を大幅に向上させることができる。
更に、本発明は、プラズマ処理速度を高めながらも、不活性ガス分圧（プラズマ処理用ガス圧力）を必要最小限に抑えることができるため、プラズマ処理用ガス圧力を１気圧とした場合に比べて反応容器内に導入する不活性ガスが少なくて済む。すなわち、不活性ガスに要するコストを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】周波数ｆと、電子及びイオンのドリフト速度ｖｄの関係を説明する図である。
【図２】横軸を周波数ｆ、縦軸をドリフト速度ｖｄとして、プラズマ処理用ガス圧力Ｐの低圧力化に伴う、電子及びイオンのドリフト速度ｖｄｅ、ｖｄｉの変化を説明する図である。
【図３】本発明で規定されるプラズマ処理用ガス圧力Ｐの作用を説明する図である。
【図４】本発明に用いられるプラズマ処理装置の構成図である。
【図５】本発明の実施例１による実験結果で、２種類の周波数ｆについて、プラズマ処理用ガス圧力Ｐと成膜速度の関係を示すグラフである。
【図６】図５の横軸を拡大したグラフである。
【図７】プラズマ処理用ガス圧力Ｐの（−０．５）乗を横軸として、図５を表現し直したグラフである。
【図８】本発明の実施例２による実験結果で、Ｈｅガス濃度Ｃｉと成膜速度の関係を示すグラフである。
【図９】本発明の実施例２による実験結果で、２種類の反応ガス分圧Ｐｒについて、プラズマ処理用ガス圧力Ｐと成膜速度の関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施例３による実験結果で、反応ガス濃度を一定とした場合の、プラズマ処理用ガス圧力Ｐと、成膜速度の関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施例５による実験結果で、プラズマ処理用ガス圧力Ｐとエッチング速度の関係を示すグラフである。
【図１２】プラズマ処理用ガス圧力Ｐの（−０．５）乗を横軸として、図１１を表現し直したグラフである。
【符号の説明】
１    反応容器
２    放電電極
３    対向電極
４    高抵抗体
５    高抵抗体
６    基板
７    ノズル
８    高周波電源
１０  ガス排出口
２０  プラズマ処理装置
【図１】
0003576089.tif 000015
【図２】
0003576089.tif 000016
【図３】
0003576089.tif 000017
【図４】
0003576089.tif 000018
【図５】
0003576089.tif 000019
【図６】
0003576089.tif 000020
【図７】
0003576089.tif 000021
【図８】
0003576089.tif 000022
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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