(57)【要約】【課題】  大型化することなく、イオンを被処理基体に対して斜めにも入射させ、被処理基体の側面の膜の除去や改質を行えるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供する。【解決手段】真空容器１０７の大気を排気する排気手段と、真空容器１０７にガスを導入するマスフローコントローラ１０８と、真空容器にプラズマを発生させるプラズマ発生手段（スロットアンテナ１０５等）と、被処理基体１１０が載置される基板支持台１１１と、高周波を印加する複数の高周波電源２０２と、高周波電源２０２から印加される高周波の位相を制御する位相制御手段２０３と、位相制御された複数の高周波が各々印加される複数の高周波電極２０１とを基板支持台１１１が有する。位相制御手段２０３により複数の高周波電極２０１に各々印加される前記高周波の位相が隣接する前記高周波電極２０１間でずらされる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器と、
前記真空容器の大気を排気する排気手段と、
前記真空容器にガスを導入するガス導入手段と、
前記真空容器にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
被処理基体が載置される基板支持手段と、を有するプラズマ処理装置において、
高周波を印加する高周波電源と、
前記高周波電源から印加される前記高周波の位相を制御する位相制御手段と、
前記位相が制御された複数の高周波が各々印加される複数の電極と、を前記基板支持手段が有し、
前記位相制御手段により前記複数の電極に各々印加される前記高周波の位相が隣接する前記電極間でずらされることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記位相制御手段は、単数出力を有する複数の位相制御手段から成り、複数の前記高周波電源により各々印加されることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記位相制御手段は、複数出力を有する移相器から成り、単数の前記高周波電源により印加されることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記電極のピッチが１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記高周波の周波数が１０ＭＨｚ以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
真空容器内にプラズマ発生手段によりプラズマを発生し、前記真空容器内の基板支持手段に支持された被処理基体のプラズマ処理を行うプラズマ処理方法において、
高周波を出力する高周波出力工程と、
前記高周波の隣同士の位相を相違させる位相制御を行う位相制御工程と、
前記位相制御後の前記隣同士で位相が相違する複数の高周波を前記基板支持手段に構成した複数の電極に個々に印加する個別高周波印加工程と、
を有することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項７】
前記位相制御工程は、複数の高周波電源により各々出力される前記高周波の位相制御を、単数出力を有する複数の位相制御手段を用いて行うことを特徴とする請求項６記載のプラズマ処理方法。
【請求項８】
前記位相制御工程は、単数の高周波電源により出力される高周波の位相制御を、複数出力を有する移相器を用いて行い、当該移相器により隣同士の位相が相違する少なくとも２種の複数の高周波を生成することを特徴とする請求項６記載のプラズマ処理方法。
【請求項９】
前記各電極のピッチが１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
【請求項１０】
前記高周波の周波数が１０ＭＨｚ以下であることを特徴とする請求項６から９のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板にプラズマからのイオンを入射させて処理を行うプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関し、さらに詳しくは、イオンを基板に対して斜めに入射させるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
これまでの半導体産業のめざましい発展に対して、プラズマプロセスは、大きな役割を担ってきた。その応用範囲は、プラズマＣＶＤ装置、スパッタ装置、プラズマエッチング装置、アッシング装置、イオン注入装置など多岐に亘っている。
つまり、半導体製造工程は、その中核工程の大半をプラズマプロセスに頼っていると言っても過言ではない。
従来のプラズマ処理装置における、基板に対するイオンの入射方向に関しては、エッチングのプロセスにおいて主に議論されてきた。その方向性とは、“如何に基板に対して垂直にイオンを入射させるか”というものであった。
エッチングプロセスにおいては、加工寸法の微細化に伴い、エッチングされたパターンの断面形状の垂直性を維持するため、入射イオンの垂直性が極限まで追及されている。
【０００３】
イオン注入装置のように、イオン源からイオンを電極で引き出して基板に照射するタイプの装置は例外であるが、その他のプラズマ処理装置は、基板をバルクプラズマ中に設置する形式を取っている。
その際、基板表面には、必ず“シース”と呼ばれる、正に帯電した領域が形成され、プラズマに比べて基板の電位は数Ｖから十数Ｖの負電位となる。そして、シース中の電界によってプラズマ中の正イオンが加速され、基板に入射する。
このように、バルクプラズマ中に設置された基板では、入射するイオンの方向やエネルギーは、全てシースの状態により決定される。
一方、基板を設置する電極に高周波電力を印加する装置においては、シース電圧に高周波が重畳して、その電圧が周期的に変化し、かつ電力を印加しない場合に比べて、より大きなシース電圧（数百Ｖ）を得ることができるという点で異なっている。
【０００４】
しかし、このような動的シースの場合においても、シースに加速されて正イオンが基板に入射するというメカニズムに変わりはない。
シースは、プラズマ中に挿入された基板の表面に一定の厚さを持って形成される。典型的なシースの厚さは０．０１〜１０ｍｍである。そして、基板の表面が上記シースの厚さのスケールで見て平面であれば、シースはその表面に平行に、一定の厚みを持って形成される。
基板表面に１μｍオーダーの起伏があったとしても、シースは平面状に形成されるのである。そして、基板に設置する電極に高周波電力を印加すると、シース面は平面のまま、高周波の周波数を持って厚くなったり薄くなったりと振動する。
そして、プラズマ中のイオンは、各々の時刻においてシースにかかる電界により、基板に対し垂直方向に加速されるのである。
【０００５】
一方、表面が平面である基板をバルクプラズマ中に挿入した場合、幾つかの要因によりその方向が乱されるが、概ねイオンは基板に対し垂直に入射する。
そして、この垂直性は大きな努力をせずとも必ず得られる効果であり、逆にこの垂直性を大きく乱すことは極めて困難である。
イオンの垂直性を乱す主な要因には、以下の３点が挙げられる。
１．プラズマ中でのイオンの運動エネルギー（シース電界に垂直な成分）、
２．シース中でのイオンの衝突散乱（対中性粒子）、
３．磁場による軌道の曲がり、という３点である。
イオンの運動エネルギーは、通常半導体製造に用いられる非平衡プラズマでは、０．１ｅＶ程度であり、シース電圧に対して2桁程度低いため、軌道の傾きに対する影響は非常に小さいと考えられる。
【０００６】
また、シース中でのイオン散乱の影響は、シースの厚さと、平均自由行程との比較から推定することができる。
典型的なプラズマ密度として１Ｅ１１ｃｍ−３という値を用いると、平均自由行程がデバイ長（シース幅の数分の1）と同程度となる圧力は約１００Ｐａである。
通常エッチングで用いられているプラズマの動作圧は、１０Ｐａ以下であるため、シース中でのイオンの衝突散乱は無視してよいと考えられる。
磁場による軌道の曲がりは、ＥＣＲ等の有磁場（しかも大きな磁場）プラズマで見られる現象である。磁場を用いないプラズマでは、この影響は無視してよい。
【０００７】
以上のように、入射イオンの垂直性の乱れは、低磁場/無磁場プラズマ処理装置の通常動作条件では殆ど起こらない。そのため、基板に入射するイオンは、意図せずして基板に対して垂直になっていたのである。
そして、この垂直性により、プラズマエッチングの手法は、大きな技術的方向転換をせずとも、１００ｎｍ以下のデザインルールまでの適用が可能となっていた。
以上のように、基板に対する垂直なイオン入射は、微細加工の観点で大きく貢献してきたが、一方、垂直性のために実現困難なこともある。
その一つとして、側壁保護膜の除去が上げられる。ドライエッチング時にパターン側壁に形成される側壁保護膜は、側壁を活性種から保護しパターン形状を垂直に維持するために必要不可欠な膜である。
【０００８】
ただし一旦パターンが形成された後のレジストアッシング工程で、ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３を含む強固な保護膜は、高エネルギーイオン衝撃や、特許文献１に記載のような水素またはフッ素を含むガスを添加する方法を用いれば除去することは可能であった。
しかし、活性な水素原子やフッ素原子により、不必要にシリコン基板や金属材料がエッチングされたり、高エネルギーイオンの照射により基板がダメージを受けたりする問題点が発生している。
このことは、また、装置のハードウエアの面でも、高エネルギーイオンの照射によりフッ素や高エネルギーイオンによる容器内壁材料が損傷するという問題ともなっている。
このような問題が発生しても高エネルギーイオン照射が必要となる理由は、入射イオンの基板に対する垂直性に原因がある。
【０００９】
ここで、基板面及び側壁保護膜と、入射イオンとの関係を、図１４を用いて説明する。
側壁保護膜１１０ｂは、基板１１０上に形成されたパターン１１０ａの側面に付着する膜であるため、基板表面１１０ｃに対して垂直な方向に形成されている。
また、イオン２０４の入射方向も、基板表面１１０ｃに対して垂直であるため、この時、側壁保護膜１１０ｂから見ればイオン２０４は膜面に対してほぼ平行方向からの入射となり、そのスパッタ収率は限りなくゼロに近くなる。
一方、プラズマプロセス以外で側壁保護膜１１０ｂを除去する方法として、アミン系の薬液を用いる方法がある。しかし、薬液を用いた処理は、プロセスコストが高くかつ環境負荷も大きいという問題点がある。
また、もう一つの弊害として、パターンの側面への成膜や改質が困難であるという点が挙げられる。
【００１０】
現在、高集積化のため、様々な新構造のＭＯＳＦＥＴが開発されているが、その一つに縦型ＭＯＳＦＥＴがある。縦型ＭＯＳＦＥＴでは、パターン側面にチャネルとゲート絶縁膜を形成する必要がある。
基板の高集積化は、微細化に伴いゲート絶縁膜も薄膜化するため、リーク電流低減の目的でゲート絶縁膜にＳｉＯＮ膜を使用する必要がある。プレーナー型トランジスタでは、高性能ＳｉＯＮ膜はＳｉＯ２膜をプラズマ窒化して形成する。
しかし、前記の通り、通常のプラズマでは、イオンは基板に対して垂直に入射し、パターン側面には入射しないため、パターン側面のＳｉＯ２膜に窒素を導入することはできない。
【００１１】
特許第３４３６９３１号公報（特許文献１）により基板支持台に複数の高周波電極を有するというプラズマ処理装置が提案されている。
しかし、このプラズマ処理装置においては、複数の電極に印加する高周波電力を調整することで、シース電圧を調整し処理の均一化を図る点に主眼が置かれている。
ところが、高周波電力を調整するだけでは、シースを空間的に振動させることはできない。
【００１２】
また、特開昭６１−１９１０５４号公報（特許文献２）により基板に対して斜めにイオンを入射させる装置として、イオン源を基板に対して斜めに設置するという装置が提案されている。
しかし、イオン源は一般的に、大きなイオン電流を得るためには大きな引出し電圧が必要となり、引き出されたイオンは数百ｅＶという高エネルギーになる。
低エネルギーのイオン照射を行うためには、引き出されたイオンを減速する必要があるが、１００ｅＶ以下に減速する過程ではイオンが散逸してしまうため、得られるビーム電流は非常に小さい。
また、高真空が必要であり、かつビーム径が小さくビーム照射の大面積化が困難であり、装置が大型となる割には生産性が低いものである。
【００１３】
従来のプラズマ処理装置では、シースを通って基板に入射するイオンは、基板表面に対してほぼ垂直に入射するため、パターン側面にイオンを照射することができず、パターン側面に付着した膜の除去や改質を行うことは困難であった。
また、他の例の上記プラズマ処理装置では、イオン源を基板に対して斜めに設置するという構成であるため、上記のように、低エネルギーのイオン照射を行う場合、イオンが散逸してビーム電流が非常に小さくなり、大面積の処理に適さないという問題があった。
【特許文献１】特許第３４３６９３１号公報
【特許文献２】特開昭６１−１９１０５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
そこで、本発明は、ビーム径の制約がなく、かつ大型化することもなく、イオンを被処理基体に対して斜めにも入射させ、被処理基体の側面に付着した膜の除去や改質を行うことが可能であるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法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】
【００１５】
上記課題を解決するために本発明のプラズマ処理装置は、真空容器と、前記真空容器の大気を排気する排気手段と、前記真空容器にガスを導入するガス導入手段と、前記真空容器にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、被処理基体が載置される基板支持手段と、を有するプラズマ処理装置において、高周波を印加する高周波電源と、前記高周波電源から印加される前記高周波の位相を制御する位相制御手段と、前記位相が制御された複数の高周波が各々印加される複数の電極と、を前記基板支持手段が有し、前記位相制御手段により前記複数の電極に各々印加される前記高周波の位相が隣接する前記電極間でずらされることを特徴とする。
さらに、本発明のプラズマ処理装置は、前記位相制御手段は、単数出力を有する複数の位相制御手段から成り、複数の前記高周波電源により各々印加されることを特徴とする。
さらに、本発明のプラズマ処理装置は、前記位相制御手段は、複数出力を有する移相器から成り、単数の前記高周波電源により印加されることを特徴とする。
さらに、本発明のプラズマ処理装置は、前記電極のピッチが１０ｍｍ以下であることを特徴とする。
さらに、本発明のプラズマ処理装置は、前記高周波の周波数が１０ＭＨｚ以下であることを特徴とする。
一方、本発明のプラズマ処理方法は、真空容器内にプラズマ発生手段によりプラズマを発生し、前記真空容器内の基板支持手段に支持された被処理基体のプラズマ処理を行うプラズマ処理方法において、高周波を出力する高周波出力工程と、前記高周波の隣同士の位相を相違させる位相制御を行う位相制御工程と、前記位相制御後の前記隣同士で位相が相違する複数の高周波を前記基板支持手段に構成した複数の電極に個々に印加する個別高周波印加工程と、を有することを特徴とする。
さらに、本発明のプラズマ処理方法は、前記位相制御工程は、複数の高周波電源により各々出力される前記高周波の位相制御を、単数出力を有する複数の位相制御手段を用いて行うことを特徴とする。
さらに、本発明のプラズマ処理方法は、前記位相制御工程は、単数の高周波電源により出力される高周波の位相制御を、複数出力を有する移相器を用いて行い、当該移相器により隣同士の位相が相違する少なくとも２種の複数の高周波を生成することを特徴とする。
さらに、本発明のプラズマ処理方法は、前記各電極のピッチが１０mm以下であることを特徴とする。
さらに、本発明のプラズマ処理方法は、前記高周波の周波数が１０ＭHz以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のプラズマ処理装置によれば、基板支持台にシース幅と同程度の大きさの複数の電極を設置し、この電極に、隣同士の電極間に一定の位相差を持った高周波電力を供給する。
このため、ビーム径の制約がなく、かつ装置を大型化せずに、イオンを基板に対して斜めにも入射させ、基板側面やパターン側面に付着した膜の除去や改質を行うことが可能となり、より高い高性能化を実現することができる。
一方、本発明のプラズマ処理方法によれば、複数の高周波の隣同士の位相を相違させる位相制御を行う位相制御工程と、位相制御後の前記隣同士で位相が相違する複数の高周波を複数の電極に個別に印加する個別高周波印加工程とを有する。
このため、ビーム径の制約がなく、かつ装置を大型化せずに、イオンを基板に対して斜めにも入射させ、基板側面やパターン側面に付着した膜の除去や改質を行うことが可能となり、より高い高性能化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を、その実施例に基づいて、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本発明の実施例１のプラズマ処理装置の概要及び内部構成を説明する説明図であり、図２は、本発明の実施例１のプラズマ処理装置の要部を拡大して説明する要部拡大説明図である。
本例のプラズマ処理装置は、図１に示すように、高周波発振器１０１、導波管１０２、整合器１０３、環状導波管１０４、スロットアンテナ１０５、石英製の誘電体窓１０６、及び、真空容器１０７を備える。
また、本例のプラズマ処理装置は、図１に示すように、マスフローコントローラ１０８、可変コンダクタンスバルブ１０９、及び、被処理基体の一例としてのＳｉ基板１１０を載置して支持する基板支持手段としての基板支持台１１１を備える。
【００１９】
本例のプラズマ処理装置は、図１に示すように、高周波発振器１０１、導波管１０２、及び整合器１０３を環状導波管１０４に備える。
環状導波管１０４の下部にはスロットアンテナ１０５を有するスロット板を備え、この環状導波管１０４と真空容器１０７との間には石英製の誘電体窓１０６が介装されている。
高周波発振器１０１は、高周波電力を放射し、導波管１０２、整合器１０３、環状導波管１０４、スロットアンテナ１０５及び高周波電力を透過する誘電体窓１０６を介して真空容器（プラズマ処理室）１０７内にマイクロ波を放射してプラズマを生成する。
導波管１０２は、高周波電力の所謂導波経路の一部を構成し、高周波発振器１０１からの高周波電力を整合器１０３を介して環状導波管１０４に導く。
整合器１０３は、インピーダンス整合器であり、マイクロ波発生源（スロットアンテナ１０５）から負荷に供給される進行波と、負荷により反射されてマイクロ波発生源に戻ろうとする反射波のそれぞれの強度と位相を検知するパワーメーターを有する。
なお、マイクロ波の導波経路には、反射されたマイクロ波がマイクロ波発生源に戻ることを防止し、そのような反射波を吸収するアイソレータを備えてもよい。
【００２０】
整合器１０３は、パワーメーターを介して、マイクロ波発生源と負荷側とのマイクロ波のマッチングを図る機能を有し、詳しく図示しないが、４Ｅチューナや、ＥＨチューナ、若しくはスタブチューナから構成されている。
また、環状導波管１０４の誘電体窓１０６付近の位置には、複数のスロットアンテナ１０５が備えられている。
【００２１】
一方、真空容器１０７は、金属導体から成り、その壁部の一部にガス導入手段としてのマスフローコントローラ１０８より接続された配管を備え、ガス排気手段に可変コンダクタンスバルブ１０９を備える。
マスフローコントローラ１０８は、真空容器１０７内に、マイクロ波により励起されて特定のプラズマを得るためのガスを供給する。  
【００２２】
可変コンダクタンスバルブ１０９は、真空容器１０７内の圧力を調整する圧力調整手段であり、所謂排気手段の一部を構成するものと理解してもよい。
なお、排気手段は、不図示の排気路、可変コンダクタンスバルブ、圧力計、真空ポンプ及び制御部と共に圧力調整機構の構成をも同時に採用する必要がある。
その場合、その制御部は、真空ポンプを運転しながら、真空容器１０７内のプラズマ処理室の圧力を検出する圧力計が特定の値になるように、真空容器１０７内の圧力を調整する。
可変コンダクタンスバルブでは、弁の開き具合で調整する圧力調整弁（ＶＡＴ製の圧力調整機能つきゲートバルブやＭＫＳ製排気スロットバルブ）を制御することによって調節するという態様がある。
なお、真空容器１０７内に、コンダクタンス調整手段を用いるか否かは、プラズマ処理装置を製作する製作思想に基づくものであり、任意の事項である。
【００２３】
真空容器１０７内を排気するために真空ポンプを用いる場合、可変コンダクタンスバルブ１０９の圧力調整バルブを介して真空ポンプが接続される。真空ポンプは、真空容器１０７内を真空若しくは真空に近い状態にする際に利用される。
一方、真空容器１０７は、真空容器１０７内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段を備える。
プラズマ発生手段は、図１に示すように、高周波発振器１０１、導波管１０２、整合器１０３、環状導波管１０４、各スロットアンテナ１０５、誘電体窓１０６、及び、マスフローコントローラ１０８から構成されている。
また、真空容器１０７内には、図１に示すように、被処理基体としてのＳｉ基板１１０を載置して支持する基板支持手段としての基板支持台１１１が配設されている。
【００２４】
一方、本発明の実施例１の基板支持台１１１は、図１、図２に示すように、被処理基体としてのＳｉ基板１１０の載置位置付近の下方の領域において、複数の高周波電源２０２、複数の位相制御手段２０３、及び複数の電極２０１を備える。
以下、Ｓｉ基板１１０の載置位置付近の上記複数の電極２０１を各々高周波電極２０１と呼ぶ。
各一つずつの高周波電源２０２、位相制御手段２０３、及び高周波電極２０１は、図２に示すように各々１セットとして電気的な接続関係を有する。
各高周波電源２０２は、高周波発振器ＲＦを備え、各接続関係のある位相制御手段２０３に対し高周波電流若しくは高周波電圧を印加する。
各位相制御手段２０３は、図２に示すように、各接続関係のある高周波電源２０２からの高周波電力の位相を制御して各接続関係のある高周波電極２０１に対し印加する。
各位相制御手段２０３は、各接続関係のある高周波電極２０１に対し隣同士で高周波電力の位相が相違するように高周波電力の位相をずらして、その高周波電力を印加する。高周波電力の位相をずらす場合、高周波の出力に遅延をかけるという態様がある。
なお、各高周波電極２０１のピッチは、プラズマ処理の良好性、及び本発明の目的を達成するため、１０ｍｍ以下に設定することが好ましい。
【００２５】
本例では、具体例として、図２に示すように、各位相制御手段２０３は、各高周波電極２０１の隣同士（隣接）で高周波の位相が1/4周期ずつずれるように位相を制御し、その位相の高周波を各接続関係のある高周波電極２０１に印加する。
図２に示すように、各高周波電極２０１に印加する高周波の電位Ｖｒｆは、時間ｔの経過とともに、各隣同士の各高周波電極２０１毎にタイミングを違えて基準電位、高電位、基準電位、低電位、基準電位を繰り返す。
位相制御手段２０３は、単数出力を有する複数の位相制御手段２０３のアレイから成り、接続関係のある高周波電源２０２により各々高周波が印加されるものであり、その高周波の位相を隣同士でずらしながら高周波電極２０１に与えるものである。
なお、前記高周波の周波数は、プラズマ処理の良好性、及び本発明の目的を達成するため、１０MHz以下に設定することが好ましい。
【００２６】
ここで、プラズマ中のイオンについて説明する。プラズマ中のイオンは、プラズマ電位と上記各高周波電極２０１の電位との差により加速されてＳｉ基板１１０に入射するという性質がある。
したがって、各々の高周波電極２０１に特定の位相差を持った高周波を印加すると、基板支持台１１１表面に沿って、空間的にプラズマ電位と各高周波電極２０１の電位との差が振動という現象として現れるため、シースの厚さや形が種々変動する（図３参照）。
その結果、イオンはプラズマとシースの界面に対して垂直に加速される性質があるため、時間経過とともにＳｉ基板１１０にイオンが垂直入射する場所と斜入射する場所ができ、特定時間の平均ではＳｉ基板１１０に対し様々な方向からイオンが入射する。
このため、その現象により、Ｓｉ基板１１０の側面に対してもプラズマ処理を施すことが容易に実現されるため、Ｓｉ基板１１０の側面にも、膜の除去や改質を行うことが可能となる。
【００２７】
なお、本発明の実施例１においても、基板支持台１１１に温調部を備えることは可能である。調温部は、ヒータから構成され、処理に適した温度に制御するという態様がある。
温調部は、詳しく図示しないが、基板支持台１１１の温度を測定し、測定温度に基づいてＳｉ基板１１０が特定の温度になるようにヒータ線への図示しない電源からの通電を制御する。
ただし調温部を用いるか否かは、プラズマ処理装置の製作思想に基づくものであり、その採用の有無は任意である。
【００２８】
次に、本発明の実施例１のプラズマ処理方法の一例を説明する。
まず、真空容器１０７を大気開放して、特定の温度に設定された基板支持台１１１上にＳｉ基板（Ｓｉウエハ）１１０を設置した後、不図示の排気手段により真空容器１０７内を０．１Ｐａ程度まで排気する（排気工程）。
次に、排気された真空容器１０７内にマスフローコントローラ１０８を用いてガスを導入し、不図示のバラトロンで圧力を計測しながら可変コンダクタンスバルブ１０９を調整して、真空容器１０７内を特定の圧力に設定する（圧力調整工程）。
次に、環状導波管下部に開口されたスロットアンテナ１０５により、石英製の誘電体窓１０６を介して、真空容器１０７内に２．４５ＧＨｚのマイクロ波を放射し、誘電体窓１０６表面にシート状の表面波プラズマを発生させる（プラズマ発生工程）。
誘電体窓１０６表面で生成したプラズマは、両極性拡散によりサセプタ上に設置されたＳｉ基板１１０まで輸送される。
【００２９】
一方、真空容器１０７内では、基板支持台１１１に設置された複数の高周波電源２０２から個々に高周波電力が出力される（高周波出力工程）。
また、基板支持台１１１に設置された複数の位相制御手段２０３により前記複数の高周波電力の隣同士の位相を相違させる位相制御が行われる（位相制御工程）。
さらに、基板支持台１１１に設置された複数の高周波電極２０１に対し、複数の位相制御手段２０３による前記位相制御後の前記隣同士で位相が相違する各高周波が印加される（個別高周波印加工程）。
その結果、基板支持台１１１表面に沿って、空間的に上記プラズマ電位と各高周波電極２０１の電位との差が振動という現象として現れるため、シースの厚さや形が種々変動する。
このため、イオンはプラズマと変動するシースの界面に対して垂直に加速される性質があるため、Ｓｉ基板１１０には、イオンが垂直入射する場所と斜入射する場所ができ、平均的にはＳｉ基板１１０の表面及び各側面に対し様々な方向からイオンが入射する。
【００３０】
図３は、本発明の実施例１のプラズマ処理装置における高周波電源２０２の出力電力の印加方法、及びそれに伴うＳｉ基板（Ｓｉウエハ）１１０表面のシース厚及びイオンの入射方向の変化の一例を示す。
本発明の実施例１のプラズマ処理装置では、図３に示すように、複数の高周波電極２０１には、それぞれ一定の位相差を持った高周波電力が印加されている。
図３中には、プラズマ電位Ｖｐと、各高周波電極２０１の電位Ｖｒｆを同時に示してある。プラズマ中のイオン２０４は、プラズマ電位と高周波電極２０１電位の差Ｖｐ−Ｖｒｆにより加速されて、Ｓｉ基板に入射する。
この時、図３に示すように、複数の高周波電極２０１に、それぞれ一定の位相差を持った高周波を印加する。すると、基板支持台１１１表面に沿って、空間的にＶｐ−Ｖｒｆが振動し、それに伴ってシースの厚さも図３の点線に示すように変動する。
【００３１】
イオンは、プラズマとシースの界面に対して垂直に加速されるため、ある時刻においては、Ｓｉ基板（Ｓｉウエハ）１１０にイオンが垂直入射する場所と、斜入射する場所ができ、その場所は、時刻とともに移動する。
その結果、Ｓｉ基板（Ｓｉウエハ）１１０表面のある一点で特定時間平均すると、様々な方向からイオンが入射することとなる。
以上の説明は、シース内のイオン２０４の通過時間が高周波の周波数より充分短いことを仮定して行っている。上記効果が得られる周波数は、イオン２０４の種類にもよるが、概ね１０ＭＨｚ以下であることが好ましい。
【００３２】
次に、プラズマ密度及び高周波電極２０１に印加するバイアス電圧条件と、イオンの入射角度の関係について考察する。
まず、シース電圧Ｖｐ−Ｖｒｆ＝Ｖ０と、シース幅ｄｓとの間には、以下の式１の関係があることが知られている。
【００３３】
ｄｓ＝０．５８５λＤ（２Ｖ０／Ｔｅ）３／４・・・式１
【００３４】
式１でλＤはデバイ長であり、Ｔｅは電子温度である。一方、図４は、式１を元に、プラズマ密度及びシース電圧とシース幅の関係を計算した結果を示すグラフ図である。
図４では、プラズマ密度と電子温度の値は、典型的な表面波干渉プラズマにおいて得られた値を用いている。図４に示すように、プラズマ密度が低く、かつシース電圧が高いほど、シース幅が大きくなることが分かる。
多くの高周波電極２０１を配置した時のシースの空間的挙動をより正確に求めるためには、電磁界シミュレーションを行う必要があるが、ここでは、以下の仮定を元に議論を進める。
まず、シースの空間的振動が正弦波で記述されるという仮定を行う。
一次元で考えた時、式で表すと、以下の式２のようになる。
【００３５】
ｄｓ（ｘ）＝ｄｓ０｛ｓｉｎ（２πｘ／ｘ０）＋１｝・・・式２
【００３６】
ここでｄｓ０は最大シース幅の１／２、ｘ０は空間振動の波長である。この様子を図５に示す。
高周波電極２０１は空間的に離散的に配置されているが、この一連の高周波電極２０１に位相をずらした正弦波の高周波を印加した場合、空間的にもシース幅が正弦波で振動するという仮定は適切であると考えられる。
高周波電極２０１のピッチをｘｅとした時、シースを空間的に振動させるためには、最低でもｘ０≧２ｘｅの条件が必要である。また、ｘ０が大きくなるほど、上記シースの空間的振動は上記正弦波近似に近づく。
しかも、イオンはプラズマと変動するシースの界面に対して垂直に加速される性質があるため、Ｓｉ基板１１０の側面を含む表面に照射するプラズマのビーム径を縮小させる現象が仮に発生しても極短時間のことである。
【００３７】
次に、上記正弦波近似を元に、イオンの最大入射角度を求める。イオンの入射角度はシースの傾きに相当し、式２をｘで微分することで得られる。その最大値がイオンの最大入射角度に相当し、以下の式３で与えられる。
【００３８】
θｍａｘ＝ａｒｃｔａｎ（２πｄｓ０／ｘ０）・・・式３
【００３９】
ここで、θｍａｘは基板面の法線から測ったイオン入射の角度である。図４で求めたシース幅を元に、ｘ０＝３０ｍｍという条件でのイオンの最大入射角度を求めた結果を図６に示す。
イオンの最大入射角度は、プラズマ密度及びシース電圧に依存するが、条件を選べば、４５°以上の高角度でイオンをＳｉ基板１１０に入射させることができる。
入射するイオンフラックスの角度依存性も重要な要素である。通常のシースでは、角度ゼロ（垂直）近辺のフラックスは高いが、高角度（水平に向う）側で急激にフラックスが低下する。
そのため、イオンの入射角度は実質的に基板面に対して垂直あったと言って良い。一方、空間的に振動するシースからのフラックスの角度依存は以下のように計算できる。
【００４０】
仮定として、プラズマ／シース界面の単位面積からシースに入射するイオンフラックスは一定であるとする。この仮定は、シースが振動してもプラズマ密度は空間的に一定であることと等価である。
一次元で考えると、ｄｓ（ｘ）で空間的に振動しているシースにおいて、ｘからｘ＋Δｘの間の、幅Δｘにおけるシース長さは、以下の通り近似される。
シース長さが最短の場合（傾きゼロ）では、長さΔｘとなり、傾きが正又は負に増えるほどその値は増加する。Δｘに対するシース長さの増加率は次の式４で求まる。
【００４１】
√〔１+｛（ｄｓ（ｘ＋Δｘ）−ｄｓ（ｘ））／Δｘ｝２〕
→  √〔１+（ｄｄｓ（ｘ）／ｄｘ）２〕・・・式４
【００４２】
ところで、比較のため、図７に従来例のシースの場合の規格化イオンフラックスの計算結果の一例を示す。図７に示すように、従来の水平のシースの場合、イオンが一様に垂直入射であるため、入射角０°（垂直）以外ではイオンフラックスは極端に低下する。
一方、図８は、本発明の実施例１の正弦波シースの場合の規格化イオンフラックスの計算結果の一例を示すグラフ図である。
図８から通常のシースと大きく異なる点は、斜めの入射角のイオンフラックスが減衰せず、逆に垂直入射より僅かに大きくなることが分る。このことは本発明の実施例１では斜入射イオンによる処理の効率が非常に高いという利点があることを明らかに示す。
正弦波シースの場合、イオンの入射角によりイオンエネルギーが異なる点にも注意を要する。Ｓｉ基板１１０に入射するイオンエネルギーは、場所ｘにおけるシース電圧に等しいと仮定できる。
これは、イオンの入射角が小さい場合に正しい仮定であり、この時、シース電圧とイオンの入射角度の関係は、式１と式２より求めることができ、その計算結果は図９に示すようになる。
図９に示すように、最大入射角度での入射イオンエネルギーは、最大エネルギーの１／２程度となる。また、最大入射角度以外の角度では、高エネルギーと低エネルギーの２種類のエネルギーのイオンが入射することとなる。
【００４３】
一方、高周波電極２０１からシース端までの間には、シースの他に、Ｓｉ基板１１０と高周波電極２０１の金属が露出しないようカバーするための特定の誘電体板（不図示）が存在する。
Ｓｉ基板１１０の厚みは一般に約１ｍｍ程度と決まっている。また、高周波電極２０１の金属が露出しないようカバーするための誘電体板は、強度、加工性の問題から、やはり１mm程度が好ましい。
高周波電極２０１とプラズマとの間には、シース容量Ｃｓ、ウエハ容量Ｃｗ、誘電体容量Ｃｄの３つの容量が直列に接続されている。
そして、高周波電極２０１に印加された電圧は、それぞれ３つの容量に分配され、一般的にシースに掛かる電圧の値は高周波電極２０１に印加された電圧より低くなる。このため、この値を定量的に計算し見積もる必要がある。
【００４４】
計算に必要な値は各容量の比誘電率と厚さである。シースは比誘電率１、厚さｄｓ、Ｓｉ基板１１０は比誘電率１１．８、厚さ１ｍｍ、誘電体にはＡｌ２Ｏ３を用い、比誘電率９．０、厚さ１ｍｍとする。
この時、シース電圧Ｖ０と電極電圧Ｖｒｆの関係は、次の式５で求めることができる。
【００４５】
Ｖ０＝Ｖｒｆ／（１＋０．１９６ｄｓ）・・・式５
【００４６】
式５の計算結果を図１０に示す。図１０からシース幅が大きくなるほど、シース電圧が掛かりにくくなり、より大きな高周波電圧の印加が必要となる。  これまで、１次元のモデルを立てて、本発明の効果を検証してきたが、実際のＳｉ基板（Ｓｉウエハ）１１０上の２次元平面に対して本発明を適用する方法を以下に説明する。
まず、図１１を参照して、本発明の実施例１を構成する基板支持台１１１における高周波電極２０１の配置例を説明する。図１１は、本発明の実施例１の基板支持台１１１における高周波電極２０１の配置例を説明する説明図である。
複数の高周波電極２０１の配置は、円形状の基板支持台１１１の領域面積内に収まるように図１１中に示した通りにＸ，Ｙ座標系の配置に決め、各高周波電極２０１の座標を（ｍ，ｎ）と表すこととする。
【００４７】
図１１に示す各高周波電極２０１の配列で、
Ｖｍｎ＝Ｖ０ｓｉｎ（ωｔ＋２πｍｘｅ／ｘ０）という高周波を印加すれば、Ｘ方向に進行するシース波が得られる。
また、Ｖｍｎ＝Ｖ０ｓｉｎ（ωｔ＋２πｎｘｅ／ｘ０）という高周波を印加すれば、Ｙ方向に進行するシース波が得られる。
さらに、Ｖｍｎ＝Ｖ０ｓｉｎ（ωｔ＋２πｍｘｅ／ｘ０±２πｎ・ｘｅ／ｘ０）という高周波を印加すれば、斜め４５°方向に進行するシース波が得られる。  以下、シースの空間的な振動のことをシース波とする。
上記方法の応用で、様々な方向に進行するシース波を得ることが可能である。
プラズマ処理で、基板表面に形成された様々な方向の図１４に示されるパターン１１０ａの側壁にイオン照射を行うためには、Ｘ方向、Ｙ方向、＋４５°方向、−４５°方向のシース波を一定時間間隔で順次励起すればよい。
また、シース波の進行方向を徐々に回転させてもよく、シース波の進行する向きは、±いずれにおいても、得られる効果は全く同じである。
【００４８】
一方、図１１では、高周波電極２０１の形状を正方形としているが、円形、六角形など、任意の形状でよい。
また、高周波電極２０１の配置方法は、同心円状の配置にしても構わない。この配置の場合には、中心から周辺、あるいは周辺から中心に向かうシース波を得ることが可能であり、θ方向に回転するシース波を得ることも可能である。
さらに、空間的なシースの振動を、正弦波ではなく三角波に歪ませることにより、一方向に傾いたイオン入射を行うことも可能である。
【００４９】
一方、図１２は、本発明の実施例１の高周波電源、及び位相制御手段の他の例を説明する説明図である。
これまで、図１に示す如く複数の高周波電極２０１に対して複数の高周波電源２０２を１対１に備える本発明の実施例１のプラズマ処理装置について説明してきたが、図１３に示す如く一つの高周波電源２０２ａと複数出力を持つ移相器２０３ａを用いてもよい。
複数出力を持つ移相器２０３ａの複数出力は、１対１に各高周波電極２０１に接続されるものであり、その複数出力の隣同士の出力は、同じく位相が相違する。
移相器２０３ａの形態としては、コンデンサやインダクタを用いる形態、２波を合成する形態が考えられるが、位相を変化させることができれば、どのような形態であっても構わない。
【００５０】
次に、図１３を参照して、本発明の実施例１の基板支持台１１１を温度制御する変形例を説明する。図１３は、本発明の実施例１の基板支持台１１１を温度制御する変形例を説明する説明図である。
この場合、高周波を印加する配線を基板周辺部から取り出し、基板支持台１１１の中心部に温度制御機構２０５を取り付ければよい。
温度制御機構２０５としては、ヒータブロック、温度制御された液体の流路２０５ａを内部に持つ金属板が考えられる。この場合には、熱伝導を良くするため、電極が埋め込まれる誘電体は窒化アルミニウムの高熱伝導率材料が好ましい。
さらに、基板支持台１１１とＳｉ基板１１０の間の熱伝導を向上させるため、必要に応じて基板支持台１１１表面に起伏を設け、基板支持台１１１とＳｉ基板１１０の間にヘリウムガスを導入する機能を設けてもよい。
【００５１】
また、温度制御機構として上部または下部からのランプ加熱を用いてもよい。ただし、下部からのランプ加熱の場合は、基板支持台１１１及び高周波電極２０１を透明材料で作成することが好ましい。
この場合、基板支持台１１１の材料としては石英が好ましく、高周波電極２０１の材料としてはＩＴＯを用いればよい。
一方、本発明の実施例１の応用例として、ドライエッチング後の側壁保護膜除去、パターン側面の酸化/窒化及び不純物導入、プラズマＣＶＤ中の斜めイオン照射による被覆率改善及び膜の緻密化が考えられる。
また、印加電圧条件により最大入射角を制御できることから、逆テーパ形状のエッチングにも応用可能である。
また、垂直入射より、斜入射イオンの方がスパッタ率が高いことから、全面エッチバック工程やアッシング工程においても、エッチング速度の高速化、残渣除去効果の増大のメリットが得られる。
【００５２】
本発明の実施例１のプラズマ処理装置においては、各々の高周波電極２０１に特定の位相差を持つ高周波を印加することで、基板支持台１１１表面に沿って空間的にプラズマ電位と各高周波電極２０１の電位との差が振動し、シースの厚さや形が種々変動する。
その結果、イオンはプラズマとシースの界面に対して垂直に加速される性質があるため、時間経過とともにＳｉ基板１１０にイオンが垂直入射する場所と斜入射する場所ができ、特定時間の平均ではＳｉ基板１１０に対し様々な方向からイオンを入射できる。
このため、その現象により、ビーム径の制約や装置の大型化を要せずに、Ｓｉ基板１１０の側面に対してもプラズマ処理を施すことが容易になり、Ｓｉ基板１１０の側面にも、膜の除去や改質を行うことが可能となり、より高性能化を実現できる。
【実施例２】
【００５３】
次に、ポリシリコンエッチング後の側壁保護膜の除去に適用した本発明の実施例２を説明する。
本発明の実施例２のプラズマ処理装置は、図1に示したプラズマ処理装置（表面波干渉プラズマ処理装置）を用いる。
誘電体窓１０６には、直径３２７ｍｍ、厚さ１３ｍｍの石英を用いた。また、スロットアンテナ１０５は、６０°毎に６本のスロットを放射状に配置した形状の構成のものを用いた。
また、基板支持台１１１の高周波電極２０１のピッチは５ｍｍ、高周波の周波数を２００ｋHz、シース波の波長を４０mmとした。
【００５４】
まず、基板支持台１１１上にポリシリコンエッチング直後のＳｉ基板１１０を設置し、不図示のターボ分子ポンプとドライポンプにより排気した。
次に、真空容器１０７内に１０００ｓｃｃｍのＯ２ガスを導入し、可変コンダクタンスバルブ１０９を調整して、圧力を１００Ｐａに設定した。
次に、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より３．０ｋＷのマイクロ波を発振させた。この時、環状導波管下部に開口されたスロットアンテナ１０５より、誘電体窓１０６を介して、真空容器１０７内にマイクロ波が放射され、表面波プラズマが発生した。
１枚目のウエハは基板にＶｒｆ＝５０Ｖで同位相の高周波を印加し、６０秒間の処理を行った。また、２枚目のウエハは、基板にＶｒｆ＝５０Ｖで本発明に基づく位相変調した高周波を印加し、６０秒間の処理を行った。
【００５５】
処理終了後、両方のウエハ表面をＳＥＭを用いて観察した結果、以下の通りであった。1枚目のウエハでは、パターンエッジに突起状の残渣が残っており、次工程でアミン系の剥離液処理を行う必要があった。
一方、２枚目のウエハでは、パターンエッジの残渣は無く、側壁膜も完全に除去されていた。そのため、次工程のアミン系剥離液処理を省略することができ、製造工程のコストダウンが実現された。
基板にＶｒｆ＝５０Ｖで本発明に基づく位相変調した高周波を印加し、６０秒間の処理を行った場合は、基板に対し良好に側面を含む様々な方向からイオンが入射する現象を得ることができ、基板の側面の膜を完全に除去することができた。
このことにより、本例のプラズマ処理装置は、装置の大型化を図ることなく、基板の表面及び側面の処理を良好に行うことができ、明らかにより高度な高性能化を実現したことが確認された。
【実施例３】
【００５６】
次に、Ａｌ配線エッチング後の側壁保護膜の除去に適用した本発明の実施例３を説明する。
本発明の実施例３のプラズマ処理装置は、図1に示したプラズマ処理装置（表面波干渉プラズマ処理装置）を用いた。
誘電体窓１０６は、直径３２７ｍｍ、厚さ１３ｍｍの石英を用いた。また、スロットアンテナ１０５は、６０°毎に6本のスロットを放射状に配置した形状のものを用いた。
また、基板支持台１１１の高周波電極２０１のピッチは５ｍｍ、高周波の周波数を１００ｋＨｚ、シース波の波長を４０ｍｍとした。
【００５７】
まず、第一の処理室内の基板支持台１１１上に、Ａｌ膜とレジストが表面に形成されたシリコン基板を設置し、不図示のターボ分子ポンプとドライポンプにより排気した。
次に、真空容器１０７内に１００ｓｃｃｍのＣ１２ガスと５０ｓｃｃｍのＢＣ１３を導入し、可変コンダクタンスバルブ１０９を調整して、圧力を５Ｐａに設定した。次に、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より３．０ｋＷのマイクロ波を発振させた。
この時、環状導波管下部に開口されたスロットアンテナ１０５より、誘電体窓１０６を介して、真空容器１０７内にマイクロ波が放射され、表面波プラズマが発生した。
同時に、基板支持台１１１の高周波電極２０１には、同位相でＶｒｆ＝１５０Ｖの高周波を印加し、前記条件で１０秒間処理を行った。
【００５８】
次に、プラズマを維持したままＣ１２流量を１００ｓｃｃｍ、ＢＣ１３流量を１０ｓｃｃｍ、圧力を１０Ｐａに変更し、終点までエッチングを行った後、さらに３０％のオーバーエッチングを行った。
Ａｌエッチングの終了後、ウエハを真空中に維持したまま、第二の処理室にウエハを搬送し、基板支持台１１１にウエハを設置後、１０００ｓｃｃｍのＯ２ガスを導入し、可変コンダクタンスバルブ１０９を調整して、圧力を１００Ｐａに設定した。
次に、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より３．０ｋＷのマイクロ波を発振させ、プラズマを生成して、レジストのアッシング処理を行った。
1枚目のウエハは基板にＶｒｆ＝５０Ｖで同位相の高周波を印加し、６０秒間の処理を行った。また、２枚目のウエハは、基板にＶｒｆ＝５０Ｖで本発明に基づく位相変調した高周波を印加し、６０秒間の処理を行った。
【００５９】
処理終了後、両方のウエハを大気中に２４時間放置した後、表面をＳＥＭを用いて観察した結果、以下の通りであった。１枚目のウエハでは、パターン側面に突起状のアフターコロージョンが観察された。
一方、２枚目のウエハでは、パターン側面の突起物は無く、側壁の塩素も完全に除去されていることが判明した。そのため、次工程のアミン系剥離液処理を省略することができ、製造工程のコストダウンが実現された。
基板にＶｒｆ＝５０Ｖで本発明に基づく位相変調した高周波を印加し、６０秒間の処理を行った場合は、基板に対し良好に側面を含む様々な方向からイオンが入射する現象を得ることができ、基板の側面の膜を完全に除去することができた。
このことにより、本例のプラズマ処理装置も、装置の大型化を図ることなく、基板の表面及び側面の処理を良好に行うことができ、明らかにより高度な高性能化を実現したことが確認された。
【実施例４】
【００６０】
次に、ポリシリコン電極側面の酸化に適用した本発明の実施例４を説明する。
本発明の実施例４のプラズマ処理装置は、図1に示したプラズマ処理装置（表面波干渉プラズマ処理装置）を用いた。誘電体窓１０６は、直径３２７ｍｍ、厚さ１３mmの石英を用いた。また、スロットアンテナ１０５は、６０°毎に6本のスロットを放射状に配置した形状のものを用いた。
また、基板支持台１１１の高周波電極２０１のピッチは５ｍｍ、高周波の周波数を１００ｋＨｚ、シース波の波長を３０ｍｍとした。
【００６１】
まず、基板支持台１１１上にポリシリコンパターンの付いたシリコン基板を設置し、不図示のターボ分子ポンプとドライポンプにより排気した。
次に、真空容器１０７内に５ｓｃｃｍのＯ２ガスと９５ｓｃｃｍのＨｅガスを導入し、可変コンダクタンスバルブ１０９を調整して、圧力を１０Ｐａに設定した。次に、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より１．０ｋＷのマイクロ波を発振させた。
この時、環状導波管下部に開口されたスロットアンテナ１０５より、誘電体窓１０６を介して、真空容器１０７内にマイクロ波が放射され、表面波プラズマが発生した。
１枚目のウエハは基板にＶｒｆ＝４０Ｖで同位相の高周波を印加し、１８０秒間の処理を行った。また、2枚目のウエハは、基板にＶｒｆ＝４０Ｖで本発明に基づく位相変調した高周波を印加し、１８０秒間の処理を行った。
【００６２】
処理終了後、両方のウエハの断面をＴＥＭを用いてパターン上面と側面の酸化膜厚を測定した。その結果、1枚目のウエハでは、パターン上面と側面の膜厚比が１：０．３であった。
一方、２枚目のウエハでは、膜厚比が1：０．８５となり、パターン側面の成膜速度が大幅に改善された。これは、シースを振動させることにより、パターン側面にもイオンが入射し、成膜速度が向上した結果である。
基板にＶｒｆ＝４０Ｖで本発明に基づく位相変調した高周波を印加し、１８０秒間の処理を行った場合は、基板に対し良好に側面を含む様々な方向からイオンが入射する現象を得ることができ、基板の側面に良好な酸化膜を形成することができた。
このことにより、本例のプラズマ処理装置も、装置の大型化を図ることなく、基板の表面及び側面の処理を良好に行うことができ、明らかにより高度な高性能化を実現したことが確認された。
【実施例５】
【００６３】
次に、ポリシリコン電極側面に形成された酸化膜の窒化に適用した本発明の実施例５を説明する。
本発明の実施例５のプラズマ処理装置は、図１に示したプラズマ処理装置（表面波干渉プラズマ処理装置）を用いた。
誘電体窓１０６は、直径３２７ｍｍ、厚さ１３ｍｍの石英を用いた。また、スロットアンテナ１０５は、６０°毎に６本のスロットを放射状に配置した形状のものを用いた。
また、基板支持台１１１の高周波電極２０１のピッチは５ｍｍ、高周波の周波数を１００ｋＨｚ、シース波の波長を３０ｍｍとした。
【００６４】
まず、基板支持台１１１上にポリシリコンパターンが形成され、その表面に２ｎｍの酸化膜が形成されたシリコン基板を設置し、不図示のターボ分子ポンプとドライポンプにより排気した。
次に、真空容器１０７内に１００ｓｃｃｍのＮ２ガスを導入し、可変コンダクタンスバルブ１０９を調整して、圧力を１００Ｐａに設定した。
次に、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より１．０ｋＷのマイクロ波を発振させた。この時、環状導波管下部に開口されたスロットアンテナ１０５より、誘電体窓１０６を介して、真空容器１０７内にマイクロ波が放射され、表面波プラズマが発生した。
次に、基板にＶｒｆ＝４０Ｖで本発明に基づく位相変調した高周波を印加し、１８０秒間の処理を行った。
【００６５】
処理終了後、パターン上面と側面の窒素導入量をμオージェを用いて測定した。その結果、パターン上面と側面の窒素濃度比は１：０．７であった。
以上のように、シースを振動させることで、パターン側面にもイオンが入射するため、パターン側面に形成されたシリコン酸化膜への窒素の導入が可能となった。
基板にＶｒｆ＝４０Ｖで本発明に基づく位相変調した高周波を印加し、１８０秒間の処理を行った場合は、基板に対し良好に側面を含む様々な方向からイオンが入射するため、基板の側面に形成されたシリコン酸化膜への良好な窒素の導入が可能となった。
このことにより、本例のプラズマ処理装置も、装置の大型化を図ることなく、基板の表面及び側面の処理を良好に行うことができ、明らかにより高度な高性能化を実現したことが確認された。
【実施例６】
【００６６】
次に、ポリシリコン電極上に形成されたプラズマＳｉＯ２膜の側面の緻密化に適用した本発明の実施例６を説明する。
本発明の実施例６のプラズマ処理装置は、図１に示したプラズマ処理装置（表面波干渉プラズマ処理装置）を用いた。
誘電体窓１０６は、直径３２７ｍｍ、厚さ１３ｍｍの石英を用いた。また、スロットアンテナ１０５は、６０°毎に6本のスロットを放射状に配置した形状のものを用いた。
また、基板支持台１１１の高周波電極２０１のピッチは５ｍｍ、高周波の周波数を１００ｋＨｚ、シース波の波長を３０ｍｍとした。
【００６７】
まず、基板支持台１１１上に櫛型のポリシリコンパターンが形成されたシリコン基板を設置し、不図示のターボ分子ポンプとドライポンプにより排気した。
次に、真空容器１０７内に５０ｓｃｃｍのＳｉＨ４と、１００ｓｃｃｍのＮ２Ｏガスを導入し、可変コンダクタンスバルブ１０９を調整して、圧力を１００Ｐａに設定した。
次に、２．４５ＧHzのマイクロ波電源より１．０ｋＷのマイクロ波を発振させた。この時、環状導波管下部に開口されたスロットアンテナ１０５より、誘電体窓１０６を介して、真空容器１０７内にマイクロ波が放射され、表面波プラズマが発生した。
1枚目のウエハは基板にＶｒｆ＝４０Ｖで同位相の高周波を印加し、３０秒間の成膜を行った。また、２枚目のウエハは、基板にＶｒｆ＝４０Ｖで本発明に基づく位相変調した高周波を印加し、３０秒間の成膜を行った。
【００６８】
処理終了後、平坦面の膜厚を測ると、いずれも約５０nmであった。次に、ＳｉＯ２上に第二のポリシリコン膜を成膜し、櫛型である第一のポリシリコン電極と重なるように、第二のポリシリコン電極のパターニングを行って、櫛型のキャパシタを作成した。
このキャパシタの耐圧を測定することで、パターン側面のＳｉＯ２膜の耐圧を評価することができる。結果は、１枚目のウエハの耐圧が１２Ｖであったのに対し、２枚目のウエハの耐圧は１３．２Ｖに改善された。
これは、パターン側面にもイオンが入射したことにより、側面の膜が緻密化したためであると考えられる。
基板にＶｒｆ＝４０Ｖで本発明に基づく位相変調した高周波を印加し、３０秒間の成膜処理を行った場合は、基板に対し良好に側面を含む様々な方向からイオンが入射するため、基板の側面の成膜に良好な耐圧性能を得ることが可能となった。
このことにより、本例のプラズマ処理装置も、装置の大型化を図ることなく、基板の表面及び側面の処理を良好に行うことができ、明らかにより高度な高性能化を実現したことが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施例１のプラズマ処理装置の概要及び内部構成を説明する説明図である。
【図２】本発明の実施例１のプラズマ処理装置の要部を拡大して説明する要部拡大説明図である。
【図３】本発明の実施例１のプラズマ処理装置における高周波電源の出力電力の印加方法、及びそれに伴う基板表面のシース厚及びイオンの入射方向の変化の一例を説明する説明図である。
【図４】本発明の実施例１の式１を元に、プラズマ密度及びシース電圧とシース幅の関係を計算した結果を示すグラフ図である。
【図５】本発明の実施例１のシースの空間振動の波長の様子を模式的に説明する説明図である。
【図６】本発明の実施例１のプラズマ密度及びシース電圧とシース幅の関係の計算結果に基づくイオンの最大入射角度を求めた結果を示すグラフ図である。
【図７】従来例のシースの場合の規格化イオンフラックスの計算結果の一例を示すグラフ図である。
【図８】本発明の実施例１の正弦波シースの場合の規格化イオンフラックスの計算結果の一例を示すグラフ図である。
【図９】本発明の実施例１のプラズマ処理装置におけるイオンの入射角度と入射エネルギーとの関係を示すグラフ図である。
【図１０】本発明の実施例１のプラズマ処理装置におけるシース幅とシースに掛かる電圧との関係を示すグラフ図である。
【図１１】本発明の実施例１の基板支持台における高周波電極の配置例を説明する説明図である。
【図１２】本発明の実施例１の高周波電源、及び位相制御手段の他の例を説明する説明図である。
【図１３】本発明の実施例１の基板支持台を温度制御する変形例を説明する説明図である。
【図１４】従来の基板面及び側壁保護膜と入射イオンとの関係を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００７０】
１０１    高周波発振器
１０２    導波管
１０３    整合器
１０４    環状導波管
１０５    スロットアンテナ
１０６    誘電体窓
１０７    真空容器
１０８    マスフローコントローラ
１０９    可変コンダクタンスバルブ
１１０    Ｓｉ基板（基板）
１１１    基板支持台
１１０ａ  パターン
１１０ｂ  側壁保護膜
２０１    高周波電極
２０２    高周波電源
２０３    位相制御手段
２０４    イオン
２０５    温度制御機構
２０５ａ  流路
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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