(57)【要約】      （修正有）【課題】大面積において均一な高密度プラズマを励起し、原料ガス供給の均一化および反応副生成物ガスの高速除去ができるプラズマ装置を提供する。【解決手段】４４０６は真空容器、４４０７は電極Ｉ、４４０８は基体、４４１０はシャワープレート、４４１１は電極ＩＩ、４４１２はガス導入口、４４１３は磁場の印加ロ手段、４４１４は真空ポンプ。磁場の印加手段４４１３として、複数の永久磁石を環状に並べたダイポールリングマグネットが用いられている。ガス導入口４４１２から導入されたガスは、シャワープレート４４１０の多数の小孔からプロセス空間に放出される。この導入ガス、及び基体表面から放出された反応生成ガスは、基体側部の磁場の印加手段４４１３ａ及び４４１３ｂに挟まれた空間を通り、複数の真空ポンプ４４１４から外部へ排気される。真空ポンプ４４１４の上部には、ガスのコンダクタンスを低下させないよう比較的広い空間が設けてある。【選択図】図４４
2008277306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内に電極Ｉを備え、プラズマを用いて処理が行われる基体を前記電極Ｉと接するように載置しており、前記プラズマ中に磁場を印加する目的で前記真空容器外に磁場の印加手段Ｉ及びＩＩを備え、前記真空容器内に導入された気体の少なくとも一部が前記磁場の印加手段ＩとＩＩに挟まれた空間を通って排気するプラズマ装置において、
前記磁場の印加手段Ｉ、またはＩＩが、複数の永久磁石で構成された環状の磁石であることを特徴とするプラズマ装置。
【請求項２】
前記磁場が、前記基体のプラズマ処理が行われる面に対して略々水平でかつ略々一方向性を有することを特徴とする請求項１記載のプラズマ装置。
【請求項３】
真空容器内に平行平板型の２つの電極Ｉ及び１１を備え、プラズマを用いて処理が行われる基体を前記電極ＩまたはＩＩと接するように載置しており、前記プラズマ中に磁場を印加する手段を有しており、前記電極ＩＩは中央部と、前記電極Ｉに接続された高周波電源とは独立して制御できる高周波電源に接続された外周部とから構成されていることをプラズマ装置において、
前記磁場が、前記真空容器外に備えられた複数の永久磁石で構成された環状の磁石によって印加されていることを特徴とするプラズマ装置。
【請求項４】
前記電極ＩＩの中央部が、電気的に接地されていることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ装置。
【請求項５】
前記磁場が、前記基体のプラズマ処理が行われる面に対して略々水平でかつ略々一方向性を有することを特徴とする請求項３または４に記載のプラズマ装置。
【請求項６】
前記磁場が、前記真空容器外に備えられた複数の永久磁石で構成された環状の磁石Ｉ及びＩＩによって印加され、前記真空容器内に導入された気体の少なくとも一部が前記磁石ＩとＩＩに挟まれた空間を通って排気することを特徴とする請求項３、４または５に記載のプラズマ装置。
【請求項７】
前記真空容器内に導入された気体の少なくとも一部が、前記基体の周辺に前記基体の中央を通り前記基体面に垂直な軸に対し略々軸対称な位置に配置された３個以上の略々断面積が等しい排気口から排気されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のプラズマ装置。
【請求項８】
各々の排気口には真空ポンプが接続されていることを特徴とする請求項７に記載のプラズマ装置。
【請求項９】
基板上方の成膜空間の側方に、真空ポンプの吸引口に直結して形成された排気空間を設けたプラズマ装置において、
前記排気空間の横幅は、成膜空間の高さの２倍以上であることを特徴とするプラズマ装置。
【請求項１０】
吸引口の面積が略々同じである真空ポンプを２個以上、基板の略々中心点に関して対称的な位置に配置されていることを特徴とする請求項９記載のプラズマ装置。
【請求項１１】
前記成膜空間は、真空ポンプの吸引口の上部、下部または側部に位置していることを特徴とする請求項９記載のプラズマ装置。
【請求項１２】
内部が減圧可能であり、その一部がマイクロ波を略々損失なく透過できる材料からなる第１の誘電体板により構成されている容器と、
該容器内でプラズマを励起させるために必要な原料ガスを供給するガス供給システムと、 該容器内に供給された原料ガスを排気すると共に該容器内を減圧するための排気システムと、
該第１の誘電体板の外面に面して配置された、スロット板及び導波誘電体からなるマイクロ波を放射するためのアンテナと、 該容罰の内側に配置された被処理体を保持するための電極と、を有し、
該アンテナのマイクロ波の放射面と該被処理体のプラズマ処理を行う面とを略々平行に対向して配置して該被処理体に対してプラズマ処理をするプラズマ装置において、 基板上方の成膜空間の側方に、真空ポンプの吸引口に直結して形成された排気空間を設けたプラズマ装置において、
前記排気空間の横幅は、成膜空間の高さの２倍以上であることを特徴とするプラズマ装置。
【請求項１３】
前記第１の誘電体板以外の前記容器の壁部は、３．７×１０7Ω-1・ｍ-1以上の導電率を有する材質からなる部材であるかもしくは該壁部の内側が該部材て被覆されており、 かつ、 該部材の厚さをｄ、該部材の導電率をσ、真空の透磁率をμ0、該アンテナから放出するマイクロ波の角周波数をωとした場合、 前記ｄは、（２／μ0σω）1/2より大きいことを特徴とする請求項１２記載のプラズマ装置。
【請求項１４】
前記第１の誘電体板の内面と前記容器の壁部との間には第１のＯリングが配置され、
該第１の誘電体板の少なくとも該第１のＯリングと接する面に、該第１のＯリングが前記アンテナから放射されたマイクロ波に直接曝されないような手段として導電性材料からなる薄膜を設けたことを特徴とする請求項１２に記載のプラズマ装置。
【請求項１５】
前記薄膜は、３．７×１０7Ω-1・ｍ-1以上の導電率を有する材質からなり、厚さ１０μｍ以上であることを特徴とする請求項１４記載のプラズマ装置。
【請求項１６】
前記第１の誘電体板の内面と前記容器の壁部との間には真空シール機能を有する第１のＯリングが配置され、該第１のＯリングの表面には、該第１のＯリングが前記アンテナから放射されたマイクロ波に直接曝されないような手段として、導電性材料からなる薄膜をコートしたことを特徴とする請求項１２記載のプラズマ装置。
【請求項１７】
前記薄膜は、３．７×１０7Ω-1・ｍ-1以上の導電率を有する材質からなり、厚さ１０μｍ以上であることを特徴とする請求項１６記載のプラズマ装置。
【請求項１８】
前記第１の誘電体板と前記被処理体を保持する電極との間に、所望のガスを略々均一に供給するためのガス導入口を備えた第２の誘電体板を設けたことを特徴とする請求項１２記載のプラズマ装置。
【請求項１９】
前記第２の誘電体板の内面と前記容器の壁部との間には真空シール機能を有する第２のＯリングが配置され、
該第２の誘電体板の少なくとも該第２のＯリングと接する面には、該第２のＯリングが前記アンテナから放射されたマイクロ波に直接曝されないような手段として導電性材料からなる薄膜を設けたことを特徴とする請求項１８記載のプラズマ装置。
【請求項２０】
前記第２の誘電体板の内面と前記容器の壁部との間には真空シール機能を有する第２のＯリングが配置され、
該第２のＯリングの表面には、該第２のＯリングが前記アンテナから放射されたマイクロ波に直接曝されないような手段として、導電性材料からなる薄膜をコートしたことを特徴とする請求項１８記載のプラズマ装置。
【請求項２１】
前記第１の誘電体板は、誘電損角ｔａｎδが１０-3以下の材質からなることを特徴とする請求項１２記載のプラズマ装置。
【請求項２２】
前記第２の誘電体板は、誘電損角ｔａｎδが１０-3以下の材質からなることを特徴とする請求項１８記載のプラズマ装置。
【請求項２３】
前記アンテナと前記第１の誘電体板との間に空間を形成することを特徴とする請求項１２記載のプラズマ装置。
【請求項２４】
前記アンテナと前記第１の誘電体板との間に形成された空間に、熱媒体を供給するラインを連通させたことを特徴とする請求項２３記載のプラズマ装置。
【請求項２５】
前記アンテナに給電するマイクロ波の周波数が５．０ＧＨｚ以上であり、かつ、前記第１の誘電体板と前記第２の誘電体板との間の空間１の距離が０．７ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１８記載のプラズマ装置。
【請求項２６】
前記第１の誘電体板と前記第２の誘電体板との間の空間１における圧力１が、前記被処理体を保持する電極が配置され、前記第２の誘電体板と前記第２の誘電体板以外の前記容器の壁部で囲まれた空間２における圧力２より高くなるように差圧を発生させる手段を設けたことを特徴とする請求項１８記載のプラズマ装置。
【請求項２７】
前記第２の誘電体板と前記第２の誘電体板以外の前記容器の壁部で囲まれた空間２内に熱媒体を導入するための手段を接続したことを特徴とする請求項１８記載のプラズマ装置。
【請求項２８】
前記アンテナは、マイクロ波の放射面として機能するスロット板と、該スロット板を貫通する穴部（以下、スロットと呼ぶ）を複数個配置してなるスロットの群を備えており、
前記空間２で発生させたプラズマの密度が局所的に他の部分より高い部分に位置する該スロットを、他の部分より小径とするか、遮蔽板により遮蔽するか、または設置しないことを特徴とする請求項１２記載のプラズマ装置。
【請求項２９】
前記アンテナを冷却するための手段を設けたことを特徴とする請求項１２記載のプラズマ装置。
【請求項３０】
前記アンテナを構成するアンテナガイドに通路を形成し、該通路に熱媒体を供給するラインを連通させたことを特徴とする請求項２９記載のプラズマ装置。
【請求項３１】
前記第１の誘電体板を冷却するための手段７を設けたことを特徴とする請求項１２記載のプラズマ装置。
【請求項３２】
前記スロット板の湾曲を防止する手段８を備えたことを特徴とする請求項１２記載のプラズマ装置。
【請求項３３】
前記アンテナと前記第１の誘電体板との間に空間を形成し、該空間に該スロット板の湾曲を防止するための手段として弾性材からなる板を介在せしめたことを特徴とする請求項３２記載のプラズマ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＵＬＳＩ（Ultra Large Scale
Integrated Circuit）のチップサイズの大型化に伴い、その基体として用いられるシリコン基板も大口径化される傾向にある。基体が大口径化されると一枚ずつ処理を行う枚葉処理が主流となるため、エッチングにしても成膜にしても高い生産性を維持するために毎分１ｍｍ以上の高速処理が要求される。高速処理を可能とする大口径基板対応用のプラズマ装置には、電子密度が１０11ｃｍ-3を越える高密度プラズマが生成可能なこと、及び高速処理によって基板表面から放出される大量の反応生成物を効率的に除去するために大量のガスを流し得ることが不可欠である。高密度プラズマを生成可能とするため、磁場を導入した平行平板型のプラズマ装置が開発された。従来のこの種のプラズマ装置として、ダイポールリングマグネットを利用したマグネトロンプラズマエッチング装置が公開されている（引例１：特開平６−３７０５４号公報）。
【０００３】
図４３は、従来のダイポールリングマグネットを利用したマグネトロンプラズマエッチング装置の概略図を示したものである。図４３（ａ）は、エッチング時の状態、図４３（ｂ）は、基体搬送時の状態を示している。図中、４３０１は真空容器、４３０２は電極Ｉ、４３０３は基体、４３０４はガス導入口、４３０５はシャワープレート、４３０６はダイポールリングマグネット、４３０７はベローズ、４３０８は多孔板、４３０９はゲートバルブ、４３１０は基体搬送口、４３１１はガス排気口、４３１２は真空ポンプ、４３１３は整合回路、４３１４は高周波電源である。
【０００４】
エッチング時にガス導入口４３０４から導入された原料ガスは、シャワープレート４３０５の多数の小孔から放出される。この原料ガス、及びエッチング反応によって基体表面から放出された反応生成ガスは、電極Ｉ４３０２側部、多孔板４３０８、ガス排気口４３１１を通り、排気ポンプ４３１２によって外部へ排気される。多孔板４３０８は、基体４３０３上の空間とガス排気口４３１１間のガスのコンダクタンスを低下させ、ガスが基体４３０３上の空間を回転方向にほぼ均一に流れるようにする目的で設けられたものである。ガスが基体４３０３上の空間を回転方向に均一に流れるようにするためには、必然的に基体４３０３上の空間とガス排気口４３１１間のガスのコンダクタンスが制限され、大量のガスを流せないという問題があった。このため、大口径基体上の高速エッチングでは、エッチング速度の低下、エッチング形状の悪化という問題が生じていた。
【０００５】
基体搬送時には、電極Ｉ４３０２の位置を図４３（ｂ）のごとく下げて、ゲートバルブ４３０９、及び基体搬送口４３１０を通して外部の基体搬送機構を用いて基体を搬送する。電極Ｉ４３０２を移動させるためには、ベローズ４３０７が必要となる。プラズマ生成時には、ベローズ４３０７に高周波電流が流れて電力損失が発生し、高周波電源４３１４の高周波出力電力を効率よくプラズマに供給することができないという問題があった。また、電極Ｉ４３０２を移動させるための複雑な機構が必要となるという問題があった。
【０００６】
また、マイクロ波を用いたプラズマ装置として電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を用いた装置が挙げられる。この装置は、高密度で均一なプラズマを基板上に励起することは可能であるが、局所的に高密度のプラズマが励起し、広い容器内で拡散させて被処理体上に均一に供給する方法であるため、シャワープレートを設置することが困難であり、反応副生成物ガスを速やかに除去することが困難であった。
【０００７】
また、マイクロ波を用いた高密度プラズマ装置としては、ラジアルラインスロットアンテナを用いた装置が挙げられる（特開平８−１１１２９７号公報）。しかし、この装置を実際に使用すると必ずしも高密度のプラズマを長期間にわたり安定的に発生させることができない。また、プラズマを発生させるための条件が明確ではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、容器内部が狭い空間内部において、プラズマ電位の低い大面積において均一な高密度プラズマを励起し、且つシャワープレートに相当する機構を採用することで原料ガス供給の均一化および反応副生成物ガスの高速除去ができるため、大面積の基板上に高品質の薄膜を低温且つ高速で均一に成膜でき、エッチンクプラズマプロセスその他のプラズマ処理にも使用できる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】
本発明のプラズマ装置は、真空容器内に電極Ｉを備え、プラズマを用いて処理が行われる基体を前記電極Ｉと接するように載置しており、前記プラズマ中に磁場を印加する目的で前記真空容器外に磁場の印加手段Ｉ及びＩＩを備え、前記真空容器内に導入された気体の少なくとも一部が前記磁場の印加手段ＩとＩＩに挟まれた空間を通って排気することを特徴とする。
【００１０】
本発明のプラズマ装置は、真空容器内に平行平板型の２つの電極Ｉ及びＩＩを備え、プラズマを用いて処理が行われる基体を前記電極ＩまたはＩＩと接するように載置しており、前記プラズマ中に磁場を印加する手段を有しており、前記電極ＩＩは中央部と、前記電極Ｉに接続された高周波電源とは独立して制御できる高周波電源に接続された外周部とから構成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明のプラズマ装置は、基板上方の成膜空間の側方に、真空ポンプの吸引口に直結して形成された排気空間を設けたことを特徴とする。
【００１２】
本発明のプラズマ装置は、内部が減圧可能であり、その一部がマイクロ波を略々損失なく透過できる材料からなる第１の誘電体板により構成されている容器と、
該容器内でプラズマを励起させるために必要な原料ガスを供給するガス供給システムと、 該容器内に供給された原料ガスを排気すると共に該容器内を減圧するための排気システムと、
該第１の誘電体板の外面に面して配置された、スロット板及び導波誘電体からなるマイクロ波を放射するためのアンテナと、 該容器の内側に配置された被処理体を保持するための電極と、を有し、
該アンテナのマイクロ波の放射面と該被処理体のプラズマ処理を行う面とを略々平行に対向して配置して該被処理体に対してプラズマ処理をするプラズマ装置において、 基板上方の成膜空問の側方に、真空ポンプの吸引口に直結して形成された排気空間を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、低温で高速に良質且つ均一な薄膜の形成を大面積上において可能なプラズマ装置が実現できる。
また、本発明に係る技術思想は、様々なプラズマプロセスを行うことが可能で、装置の汎用化を実現することができるため、その保守などのコストも大幅に削減することが実現可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（１）本発明のプラズマ装置において、マイクロ波を放射するアンテナが第１の誘電体板を挟んで容器の外側に設置されており、第１の誘電体板はマイクロ波を略々損失なく透過できる材料からなるため、容器の外部からマイクロ波を放射することで、容器内部に該プラズマを励起することができるようになっており、アンテナが原料ガス及び反応副生成物ガスに直接曝されることがない。また、容器の内側には被処理体を保持する電極を設け、アンテナのマイクロ波の放射面と被処理体のプラズマ処理を行う面とを略々平行に対向して配置したため、その間隔を狭めることが容易であり、原料ガス及び反応副生成物ガスの流速を上げ、速やかに前記反応副生成物ガスを除去することができる。さらに、第１の誘電体板以外の容器の壁部は、少なくともアルミニウム以上の導電率を有する材質からなる部材であるかもしくは該壁部の内側が該部材で被覆されているおり、かつ、該部材の厚さをｄ、該部材の導電率をσ、真空の透磁率をμ0、該アンテナから放出するマイクロ波の角周波数をωとした場合、前記ｄを、マイクロ波の（２／μ0σω）1/2から決まる表皮深さ（侵入長）より大きくしたため、前記容器内に導入されたマイクロ波を略々損失なく、伝搬させることができる。その結果、プラズマを低出力で励起できると共に、安定したプラズマ励起が可能となる。
【００１５】
前記第１の誘電体板の内面と前記容器の壁部との間には真空シール機能を有する第１のＯリングが配置され、該第１の誘電体板の少なくとも該Ｏリングと接する面に、該第１のＯリングが前記アンテナから放射されたマイクロ波に直接曝されないような手段１として導電性材料からなる部材を設けたことにより、リークを防止し、かつ、該第１のＯリングの長寿命化および該マイクロ波の損失低減を図ることができる。マイクロ波を用いるプラズマ装置においては、リークが発生しやすかった。本発明者は、マイクロ波を用いる場合にリークが発生しやすい原因を鋭意探求したところ、その原因はＯリングにあることを見いだした。
【００１６】
すなわち、Ｏリングはマイクロ波のエネルギーを吸収し、その結果、Ｏリングは過熱状態となる。また、表面が溶融してしまうこともある。Ｏリングが過熱状態になったり、表面が溶融するとリークが生じる。以上がマイクロ波を使用した場合にリークが起こりやすい原因であり、かかる原因は本発明者が初めて見いだしたものである。なお、マイクロ波を使用した場合に、Ｏリングがこのような高温にさらされることは予想外のことである。第１の誘電体板の少なくとも第１のＯリングと接する面に導電性材料（例えば金属材料）からなる薄膜を設けることによりＯリングが過熱状態になったり、表面が溶融することを防止することができる。この導電性材料からなる薄膜は、第１の誘電体板に膜を貼着して設けてもよいし、第１の誘電体板に、塗布、蒸着その他の方法でコートすることにより設けてもよい。導電性材料としては、例えばチタンを用いればよい。
また、Ｏリングの表面に導電性材料からなる薄膜を設けてもよい。この場合にもチタンコートを行えばよい。また、下地となるＯリング自体に誘電損失の少ないものを用いればよい。例えばバイトン（商品名）を用いればよい。
この薄膜としては、３．７×１０7Ω-1・ｍ-1以上の導電率を有する材料により形成することが好ましい。また、薄膜の厚さは１０μｍ以上が好ましい。かかる、導電率、厚さを有している薄膜を設けることにより、より一層リークが少なく、Ｏリングの寿命に優れ、また、マイクロ波の損失の少ないプラズマ装置を得ることができる。
前記第１の誘電体板の内面と前記容器の壁部との間には真空シール機能を有する第１のＯリングが配置され、該第１のＯリングの表面には、該第１のＯリングか前記アンテナから放射されたマイクロ波に直接曝されないような手段２を設けたことにより、リーク量低減、該第１のＯリングの長寿命化および該マイクロ波の損失低減を図ることができる。
【００１７】
前記第１の誘電体板と前記被処理体を保持する電極との間に、所望のガスを略々均一に供給するためのガス導入口を備えた第２の誘電体板を設けることにより、均一に前記原料ガスを前記容器内に供給でき、かつ前記反応副生成物ガスを均一に除去できる。
また、この第２の誘電体板は、真空と大気とを隔てる。従ってアンテナを真空中に入れなくとすむ。アンテナを真空中に入れるとアンテナは腐食してしまい、また、冷却が困難となる。
【００１８】
前記第２の誘電体板の内面と前記容器の壁部との間には真空シール機能を有する第２のＯリングが配置され、該第２の誘電体板の内面又は／及び外面には、該第２のＯリングが前記アンテナから放射されたマイクロ波に直接曝されないような手段３を設けたことにより、リークの防止、該第２のＯリングの長寿命化および該マイクロ波の損失低減を図ることができる。
前記第２の誘電体板の内面と前記容器の壁部との間には真空シール機能を有する第２のＯリングが配置され、該第２のＯリングの表面には、該第２のＯリングが前記アンテナから放射されたマイクロ波に直接曝されないような手段４を設けたことにより、リークの防止、該第２のＯリングの長寿命化および該マイクロ波の損失低減を図ることができる。
【００１９】
前記第１の誘電体板または前記第２の誘電体板の材質として、誘電損角tanδか１０-3以下の材質を選定することで、前記容器外に設置された前記アンテナから放射されるマイクロ波を略々損失なく透過させることが可能となり、前記マイクロ波の損失低減を図ることができる。
前記アンテナに給電するマイクロ波の周波数が５．０ＧＨｚ以上であり、かつ、前記第１の誘電体板と前記第２の誘電体板との間の空間１の距離を０．７ｍｍ以下とすると、空間１においてプラズマが励起せず、放電による反応副生成物の発生がない。従って、反応副生成物が原料ガスの供給を妨げるという現象の回避が可能となる。また、反応副生成物による、被処理体上への薄膜形成、被処理体の酸化及び窒化、被処理体のエッチングなどのプロセスへの影響も防止できる。
前記第１の誘電体板と前記第２の誘電体板との間の空間１における圧力１が、前記被処理体を保持する電極が配置され、前記第２の誘電体板と前記第２の誘電体板以外の前記容器の壁部で囲まれた空間２における圧力２より高くなるように差圧を発生させる手段５を設けることにより、空間１においてプラズマが励起せず、放電による反応副生成物の発生がない。なお、差圧を設けためには、原料ガスの圧力、容器内の真空度を変えれば容易に差圧を設けることができる。
【００２０】
前記空間２で発生させたプラズマの密度が局所的に高い部分に位置する該スロットを、他より小さい径とする、遮蔽する、あるいは設置しないことにより、マイクロ波の放射面として機能するスロット板において、部分的にマイクロ波の出力低減を図り、プラズマの密度をより均一化できる。なお、プラズマ密度が局所的に高いくなる位置は、装置の条件などによりかわるため、例えば、最初にスロット径を同じとして実験を行い、この実験によりプラズマ密度が局所的に高い部分を見いだせばよい。
【００２１】
本発明では、アンテナと第１の誘電体板との間に空間を形成する。マイクロ波を用いる従来のプラズマ装置（例えば、特開平８−１１１２９７号公報）では、アンテナと第１の誘電体板とは密着している。アンテナは通常、厚さが０．３ｍｍ程度であり、銅板により構成されている。しかるに、本発明者の実験によれば、マイクロ波を使用した場合、アンテナは１５０℃程度の高温になり、アンテナは熱のため膨張するとともに、厚さが薄いために局部的にたわんでしまう。その結果、アンテナからのマイクロ波の放射特性が変わり、プラズマが不均一となってしまう。
【００２２】
本発明では、アンテナと第１の誘電体板とを密着させず、両者の間に空間を形成しているため、その空間に、アンテナと接触させて弾性体からなるスペーサーを介在させることができ、熱による膨張があってもアンテナには局部的なたわみは発生せず、均一なプラズマを得ることができる。なお、弾性体からなるスペーサーとしては、絶縁体が好ましく、例えばシリコンゴム、テフロン（商品名）などが用いられる。
【００２３】
また、この空間に熱媒体を供給する手段を連通させれば、空間に熱媒体を供給することができ、アンテナを冷却することができる。アンテナを冷却することにより、スペーサーを用いずともアンテナの熱膨張によるたわみを防止することが可能となる。もちろん、スペーサーを用いるとともにアンテナの冷却を行ってもよい。
アンテナと第１の誘電体板とにより形成される空間に熱媒体を供給することは、該アンテナを冷却するための手段６の一態様であるが、それ以外の手段６として、アンテナガイドに通路を形成し、この通路に熱媒体を供給するためのラインを連通させてもよい。
前記第１の誘電体板近傍に、該第１の誘電体板を冷却するための手段７を設けることにより、供給する原料ガスを所定の温度に保持しながら前記被処理体表面上に供給できる。また手段７により、前記スロット板の湾曲を防止し、マイクロ波を略々損失なく前記容器内に放射することができ、安定したプラズマを励起させることができる。
【００２４】
前記スロット板の湾曲を防止する手段８を備えたことにより、効率よく平行ビーム状のマイクロ波を容器内に放射することができるため、安定したプラズマを励起させることができる。
前記空間２に発生したプラズマの有無を検知する手段９を備えたことにより、アンテナから放射されるマイクロ波によって容器内部及び被処理体などが不用意に加熱され、破損するのを防ぐことができる。
前記容器内部において容器壁面および前記被処理体以外の部分の温度をそれぞれ１５０℃以上まで上昇させるための機構を備えているため、プロセスを阻害する放出ガスを減らし、反応副生成物の再付着を防止することができる。
排気システムに、排気システムを構成するユニット内の温度を１５０℃以上まで上昇させるための機構（例えばヒーター）を設けておけば、この機構により該排気システム内の温度を上昇させてユニット内壁への反応副生成物の付着を防止することができる。
被処理体を加熱する機構を設けておけば、被処理体の温度を上昇させることで、プラズマのイオン照射で足りないエネルギーを補うことができる。
【００２５】
排気システムの下流にフロロカーボン系ガスの回収・再利用を行う機構を設けたおけば、ステージドクーラー方式という方法を採用して高沸点のガスから段階的に冷やし、液化・蒸留精製し液体として再利用を行うことができる。
イオン・ラジカル密度が高く、プラズマ電位が低いプラズマを容器内部で発生させることにより、容器内部をクリーニングすることができる。その際容器内部は非常に優れたプラズマ耐性を示す（ＡｌＦ3／ＭｇＦ2）合金でできていることが望ましい。
前記被処理体の保持機能を有する電極が、直流バイアス又は／及び交流バイアスの印加手段を備えたことにより、被処理体に照射するイオンエネルギーを増加させることができる。例えば、プラズマエッチングに適応することて、均一性の良い高速なエッチングが実現できる。
本発明のプラズマ装置により、大面積の被処理体の表面を均一に、エッチング処理、直接酸化処理、直接窒化処理ができ、また、低温かつ高速で均一に成膜できる。
【００２６】
（２）図４４は、本発明に係わるプラズマ装置の一例を示す模式図である。図４４（a）は装置を上部から見た平面図てあり、図４４（ｂ）は、図４４ (a)のＡ−Ａ間断面図である。
図４４において、４４０６は真空容器、４４０７は電極Ｉ、４４０８は基体、４４０９はフォーカスリング、４４１０はシャワープレート、４４１１は電極ＩＩ、４４１２はガス導入口、４４１３は磁場の印加ロ手段、４４１４は真空ポンプ、４４１５は整合回路Ｉ、４４１６は高周波電源Ｉ、４４１７は整合回路ＩＩ、４４１８は高周波電源ＩＩである。
図４４のプラズマ装置では、磁場の印加手段４４１３として、図に示すような複数の永久磁石を環状に並べたダイポールリングマグネットが用いられている。
ダイポールリングマグネットを構成する永久磁石は、永久磁石の位置が半周する間に磁化方向が一回転するような向きで並べられている。
ガス導入口４４１２から導入されたガスは、シャワープレート４４１０の多数の小孔からプロセス空間に放出される。この導入ガス、及び基体表面から放出された反応生成ガスは、基体側部の磁場の印加手段４４１３ａ及び４４１３ｂに挟まれた空間を通り、複数の真空ポンプ４４１４から外部へ排気される。真空ポンプ４４１４の上部には、ガスのコンダクタンスを低下させないよう比較的広い空間が設けてある。真空容器４４０６の上部からの投影面を図４４ (a)に示す。真空容器４４０１は正方形に近い形状をしており、その角部に４台の真空ポンプ４４０２が設置されている。このように、基体周辺に基体の中央を通り基体面と垂直な軸に対して略々軸対称に並べられた複数の真空ポンプから排気すると、ガスのコンダクタンスをほとんど低下させることなく基体上の回転方向に均一なガス流を実現することができる。すなわち、真空ポンプの許容値近くまで多量のガスを流すことができるようになり、大口径基体の超高速プロセスに対応できる。
電極ＩＩ４４１１は、ここではリング状の金属板であり、基体４４０８表面付近のプラズマの面内均一性を向上させるために設けられたものである。高周波電源ＩＩ４４１８から出力された高周波電力は、整合回路ＩＩ４４１７を通して電極ＩＩ４１１１に印加される。電極ＩＩ４４１１に適切な高周波電力を印加することによって磁場印加によって生じる電極ＩＩ４４１１面上の電子のドリフトと基体４４０８面上の電子のドリフトのバランスをとると、基体４４０８表面付近のプラズマはほぼ完全に均一化される。なお、電極ＩＩ４４１１に高周波を印加しなくても基体４４０８表面付近のプラズマの面内均一性が良好な場合や、不均一でも問題が生じない場合には特に電極ＩＩ４４１１を設ける必要はない。
【００２７】
図４３のプラズマ装置では、シャワープレート４３０５は接地されているが、必ずしも接地されている必要はないし、高周波を印加してもかまわない。また、シャワープレートを用いずに、他の部分からガスを放出してもかまわない。
【００２８】
図４５は、本発明に係わるプラズマ装置の一例を示す平面図である。４５０１は真空容器、４５０２はガス導入口、４５０３は磁場の印加手段、４５０４はガス排気口、４５０５はゲートバルブである。真空容器４５０１の上部からの投影面は正二角形に近い形状をしており、その角部に３台の真空ポンプが設置されている。その他は図４４の説明と同様である。図４５のプラズマ装置では、ゲートバルブ４５０５と基体間の距離が図４４に示したプラズマ装置よりも短縮される。基体搬送アームのストロークに制限がある場合には好適である。
【００２９】
図４６は、本発明に係わるプラズマ装置の一例を示す平面図である。４６０１は真空容器、４６０２はガス導入口、４６０３は磁場の印加手段、４６０４はガス排気口、４６０５はゲートバルブである。真空容器４６０１には２台の真空ポンプが設置されている。その他は図４４の説明と同様である。図４６のプラズマ装置では、図４５の装置と同様にゲートバルブ４６０５と基体間の距離が図４４に示したプラズマ装置よりも短縮される。基体搬送アームのストロークに制限がある場合、及び真空ポンプの排気能力に余裕がある場合には好適である。
【００３０】
図４７は、本発明に係わるプラズマ装置の一例を示す平面図である。４７０１は真空容器、４７０２はガス導入口、４７０３は磁場の印加手段、４７０４はガス排気口、４７０５は真空ポンプ、４７０６はゲートバルブである。真空容器４７０１には２台の真空ポンプが横向きに設置されている。その他は図４４の説明と同様である。真空容器４７０１と真空ポンプ４７０５を含めたプラズマ装置の占有床面積は大きくなるが、真空容器４７０１の大きさは最小となる。基体搬送アームのストロークに制限がある場合、及び真空容器の大きさに制限がある場合には好適である。
【００３１】
図４８のプラズマ装置では、真空容器４８０１の下部、上部にそれぞれ４台ずつ、計８台の真空ポンプ４８０２が設けられている。このように、真空ポンプの台数を増やすと１台あたりの負担が減少して真空ポンプがより小型化されるために、プラズマ装置の床占有面積をより小さくすることが可能となる。他の部分は図４４の説明と同様である。
【００３２】
図４９のプラズマ装置は、真空容器４９０１上部の角部を丸くしたものである。真空ポンプ４９０２上の真空容器４９０１内の空間のうち、ガス流速が遅い不要な部分が減少するため、真空容器４９０１内の雰囲気がより清浄化される。
【００３３】
図５０は本発明に係るプラズマ処理装置の一例を示す平面図である。真空容器５００１の外部に、磁場を容器内に印加する手段として５００２、５００３を設けてある。５００２、５００３が上下に分けられているために処理される基体が載置される電極Ｉ５００４を上下に動かすことなく前記基体の搬送が可能となる。平行平板型の電極Ｉ及び電極ＩＩを備え、電極ＩＩ５００５は電気的に接地されており、かつ原料ガスを導入する手段であるシャワープレートを有している。
５００６、５００７は原料ガス、反応生成ガスを排気するための手段であり、磁場の印加手段５００２及び５００３に挟まれた空間を通して外部へ排気する構造となっている。
【００３４】
図５１は本発明に係るプラズマ処理装置の一例を示す平面図である。平行平板型の電極Ｉ５１０４及び電極ＩＩ５１０５を備え、電極ＩＩは電極Ｉとは独立した高周波を印加する手段５１０８が接続されており、かつ原料ガスを導入する手段てあるシャワープレートを有している。５１０６、５１０７は原料ガス、反応生成ガスを外部へ排気するための手段である。
【００３５】
図５２は本発明に係るプラズマ処理装置の一例を示す平面図である。電極Ｉ５２０４を備え、原料ガスを導入する手段であるシャワープレートを有している。
５２０６、５２０７は原料ガス、反応生成ガスを排気するための手段であり、ここからガスを外部へ排気する構造となっている。
【００３６】
図５３のプラズマ装置は、真空容器５３０１と前記容器内でプラズマを生成させるために必要な原料ガスの導入口５３０２、前記容器内に導入された原料ガスを排気する真空ポンプ５３０３を有し、前記容器を構成する壁部の一部はマィクロ波を略略損失なく透過できる材料からなる誘電体板Ｉ５３０４であり、その誘電体板Ｉをはさんで前記容器の外側にはマイクロ波を放射するアンテナ５３０５と、前記容器の内側に処理される基体５３０８が載置される電極Ｉ５３０６とを設け、前記アンテナのマイクロ波の放射面と基体のプラズマ処理を行う面とを略々平行に対向して配置されている。ここで放射されたマイクロ波を排気口側へ伝搬するのを防ぎ、前記基体上だけに均一にプラズマを生成させる目的て反射板５３０９を設けてもよい。
【００３７】
また、前記基体が載置される電極Ｉは接地させることも可能であり、もしくは直流バイアスまたは交流バイアスの印加も可能となる手段も設けている。また、原料ガスの導入の均一化および反応生成ガスの高速除去のため、本装置の原料ガスは、シャワープレート５３０７を通して多数の小孔からプロセス空間に導入される。この原料ガス及び反応生成ガスは複数の真空ポンプ５３０３より外部へ排気される。各真空ポンプの上部には、ガスのコンダクタンスを低下させないよう比較的広い空間が設けてある。このように前記基体側部に略々等間隔に並べられた複数の真空ポンプから排気すると、ガスのコンダクタンスをほとんど低下させることなく回転方向に均一な基体上のガス流を実現することができる。すなわち、真空ポンプの許容値近くまで多量のガスを流すことができるようになり、大口径基体の超高速プロセスに対応することが可能となる。
【００３８】
図５４のプラズマ装置は真空容器５４０１の中に、平行平板型の２つの電極Ｉ５４０２と電極ＩＩ５４０３を備え、前記電極ＩＩの上にはターゲット５４０４と、前記電極Ｉの上には膜を堆積させる基体５４０５とが、載置してあり、前記容器中に原料ガスを導入し、前記電極Ｉ、前記電極ＩＩに高周波を印加する目的で整合回路Ｉ５４０６、整合回路ＩＩ５４１２、高周波電源Ｉ５４０８、高周波電源ＩＩ５４１３が接続されている。少なくともターゲット表面に対して磁場を印加する手段５４１４が、前記容器外に設けてあり、ターゲットの外周端より外側の領域に、ターゲット表面付近に生成するプラズマの密度の均一化を図る目的で前記電極ＩＩと電気的接合する部分に設けた接合インピーダンスを調整する手段を付設した補助電極Ａ５４１０を設け、ターゲットの外周端より外側の領域で、前記基体及び前記電極ＩＩとは離間した位置に、これもまたターゲット表面付近に生成するプラズマの密度の均一化を図る目的で電極Ｉ、ＩＩに印加される高周波とは別に独立した高周波電力が印加される補助電極Ｂ５４１１を設けているが補助電極Bを設ける代わりの方法として、プラズマ生成時の前記容器内の圧力を高圧（1Torr〜数十Torr）にすることで磁場によるプラズマの偏りが緩和される方法をとってもよい。
【００３９】
また補助電極Ａ、もしくは補助電極Ｂを設けなくても基体表面付近のプラズマの面内均一性が良好な場合や、不均一でも問題が生じない場合には特に補助電極Ａ、Ｂを設ける必要はない。前記容器内に導入されたガスは、基体側部の磁場の印加手段５４１４ａ及び５４１４ｂに挟まれた空間を通り、複数の真空ポンプ５４１５から外部へ排気される。真空ポンプの上部には、ガスのコンダクタンスを低下させないよう比較的広い空間が設けてある。また、真空ポンプの配置として前記図４５〜４９に示す様に配置しても構わない。また、磁場の印加手段として他の磁場印加手段でも構わない。また、ここでは磁場を用いてプラズマ密度を上げているが、他の手段でも構わず、プラズマ密度を上げる必要がないときは用いなくとも良い。
【００４０】
また、ターゲットを保持する電極である前記電極ＩＩは、電極ＩＩが二等分に分割され、分割された電極それぞれに高周波を印加してもよい。但し、この時両者の高周波の位相は１８０°反転していることが特徴であり、電極ＩＩａと電極ＩＩｂの間で放電が起こらないような手段を付設することも必要である。しかしこの方法は、ターゲットが絶縁物の時に限るものであり、ターゲットが導電性の場合は、基体自体を電極ＩＩにあわせて分割する必要がある。この上記方法を用いることにより、プラズマポテンシャル（プラズマ電位）の振幅を低くおさえることが可能となる為、前記ターゲットへのイオン衝突エネルギーを低減でき、より良質な膜が形成できることが確認されている。前記電極ＩＩに印加する手段として以下の二通りの方法が挙げられるがどちらを用いても構わない。
【００４１】
（ａ）図５５に第１の方法を示す。分割された電極ＩＩａ５５０１、電極ＩＩｂ５５０２、ターゲット５５０３、電極ＩＩａ、電極ＩＩｂにそれぞれ高周波を印加するための高周波電源Ｉ５５０４、整合回路Ｉ５５０５、高周波電源ＩＩ５５０６、整合回路ＩＩ５５０７を接続し、電極ＩＩｂ側に位相調節回路５５０８を接続することにより、両者の高周波の位相を反転させ導入する。
（ｂ）図５６に第２の方法を示す。５６０１は分割された電極ＩＩａ、５６０２は電極ＩＩｂ、５６０３はターゲットを示しており、高周波電源５６０４から発振された高周波は、整合回路５６０５を伝播し、平衡非平衡回路（バラン）を介して接地される。この回路により互いに位相の１８０°反転した高周波を導入できる。
【００４２】
（３）図５３を例にとると、本発明のプラズマ装置は、基板５３０８の上方の成膜空間５３１３の側方に、真空ポンプ５３０３の吸引口５３１４に直結して形成された排気空間５３１５を設けてある。
成膜空間５３１３の側方に、比較的広い空間である排気空間５３１５を設けることにより、外部から導入された原料ガス、あるいは、反応生成ガスは、ガスのコンダクタンスを低下させることなく排気され、また、真空ポンプの許容値値近くまで多量のガスを流すことができる。
この排気空間５３１５は複数個設けることが好ましく、その場合基板５３０８の略々中心に関して対称の位置に配置することが好ましい。排気空間５３１５を複数個対称的に配置した場合かかる上記効果はより一層顕著である。
排気空間５３１５の高さｂは大きければ大きいほど好ましい。
排気空間５３１５の幅Ｌは、成膜空間５３１３の高さａの２倍以上が好ましい。幅Ｌを高さａの２倍からガス流の均一性は急激に向上する。
【実施例】
【００４３】
以下、図面を参照して本発明のプラズマ装置を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものでないことはいうまでもない。
【００４４】
（実施例１）
本例では、図１に示すプラズマ装置を用い、容器内にマイクロ波を導入してプラズマを生起させる際、容器内面を構成する部材の材質および部材の厚さを変えてプラズマの安定性を調べた。
【００４５】
図１において、１００は内部が減圧可能な容器、１０１はチャンバ、１０２は第１の誘電体板、１０３は導波誘電体板、１０４は被処理体、１０５はプラズマ、１０６はアンテナスロット板、１０７は同軸管、１０８はアンテナガイト、１０９は電極、１１０はスロット、２０１はラジアル・ライン・スロット・アンテナ、２０２は第１のＯリング、２０５は空間３、２０６は空間４、２０７は空間５である。
【００４６】
図１において、内部が減圧可能な容器１００は、チャンバ１０１（材質：ＳＵＳ）と、第１の誘電体板１０２（材質：石英）と、これらの間に設けた真空シール機能を有する第１のＯリング２０２とから構成されており、容器１００の内部は不図示の排気システムによって減圧することができ、容器１００は電気的に接地してある。
【００４７】
容器１００外には、アンテナガイド１０８（材質：Ａ１）、アンテナスロット板１０６（材質：Ｃｕ）、導波誘電体板１０３（材質：石英）から構成されるラジアル・ライン・スロット・アンテナ２０１が設置され、同軸管１０７（材質：Ｃｕ）を通しマイクロ波がアンテナ２０１内に導入され、アンテナスロット板１０６に設けられた各スロット１１０から漏れながら径方向に伝搬し、容器１００内に電波を放射し、不図示の原料ガス供給系から、容器１００内部へガスを流し込み、プラズマ１０５を励起させる。容器１００内には被処理体１０４を保持する機能を有する電極１０９があり、電極１０９はアンテナ２０１と平行に対向するように設置され、被処理体１０４を加熱する機構を有している。また、容器１００外部から電極１０９を上下に可動させることが可能となっており、第１の誘電体板１０２との距離を約１０ｍｍ〜６０ｍｍまで変化させることができる。
【００４８】
図２は、図１に示したラジアル・ライン・スロット・アンテナ２０１を下方からみた模式的な平面図である。アンテナスロット板１０６には、スロット板を貫通する穴部（以下、スロット）１１０が配置されているが、スロット１１０の配置は図２の配置に限定されない。
【００４９】
スロット１１０は、２つのスロット１１１ａと１１１ｂを１つの対としており、アンテナ２０１へ同軸管１０７を通して入射される管内波長λｇの１／４の距離で直角に配置されている。前記スロット１１１ａと１１１ｂからなる対、すなわちスロット１１０は各々が円偏波の電波を出すことができ、複数個のスロット１１０は同心円状に多数設けられている。スロット１１０の配置は同心円の他に螺旋状に設けてあっても構わない。これらの例に限定されることはないが、本例では同心円状に配置することにより、前記電波を大面積内で均一に放射できるように設けた。
また、円偏波の電波を放射することに限定されるわけではなく直線偏波を用いてもよいが前記円偏波の方が好ましい。
１０７はスロット板１０６にマイクロ波を供給するための同軸管であり、不図示の同軸管−導波管変換器を介して導波管から整合器を介してマイクロ波電源が接続されている。
また、被処理体１０４をチャンバ１０１内外に搬送するための手段などが必要であるか、図１では省略してある。
本例では、ラジアル・ライン・スロット・アンテナ２０１に同軸管１０７よりマイクロ波（周波数＝８．３ＧＨｚ）を導入し、アンテナ２０１より電波を放射し容器１００の空間５（２０７）の中にプラズマ１０５を励起させた。しかし、ＳＵＳチャンバ１０１では、空間５（２０７）の中にプラズマ１０５か励起しなかった
そこで、前記ＳＵＳチャンバ１０１の内表面に、鉛、タンタル、タングステン、アルミニウム、金、銅、銀からなるめっき層（７種）をそれぞれ施し、上記プラズマの着火実験を行なった。その際、プロセスガスとしてはＡｒガスを用い、ガス圧力は５００ｍＴｏｒｒとした。
【００５０】
図３は、プラズマの着火実験の結果である。この時、めっきの厚さはマイクロ波のｄ＝（２／μ0σω）1/2から決定する表皮深さよりも厚い必要があるため、約１０μｍとした。図３から、チャンバ１０１の内表面の材質の導電率が高くなればなるほどプラズマは励起しやすいことがわかった。この実験結果は、マイクロ波を容器１００内に導入した瞬間には、容器１００内は共振器状態となっており、プラズマを着火するには高電界が必要なため、共振器のＱ値を高くしなければならないことを意味する。
【００５１】
図４は、ＳＵＳチャンバ１０１の内表面にアルミニウムめっき層を設け、その厚さとアンテナ２０１に導入するマイクロ波の波長とを変えて、プラズマの着火実験を行った結果である。図４から、マイクロ波の周波数が２．４５ＧＨｚの場合には、マイクロ波のｄ＝（２／μ0σω）1/2から決定する表皮深さ１．６７μｍよりもアルミニウムめっき層が厚いとき、プラズマが安定していることが分かった。また、マイクロ波の周波数が８．３ＧＨｚの場合には、マイクロ波のｄ＝（２／μ0σω）1/2から決定する表皮深さ０．８９μｍよりもアルミニウムめっき層が厚いとき、プラズマが安定していることが確認できた。
ここで、μ0は真空透磁率、σは該当材料の導電率、ωはマイクロ波の角周波数である。
【００５２】
上述した結果から、以下の点が明らかとなった。
１．容器内面を構成する部材の材質がＳＵＳの場合は、導体損が大きく着火しにくい。
２．容器内面を構成する部材の材質を導電率の高い材料で置き換えることにより、共振器のＱ値が比較的高くなり、着火しにくいという問題は生じなくなる。
３．チャンバ１０１の内表面はアルミニウムの導電率（３．７×１０7［Ω-1・ｍ-1］）以上の導電率を有する材料を用いたときプラズマは安定となり、その具休的な材料としては銅、金、銀などが挙げられる。
以上の結果を盛り込んだ装置としては、図５や図６に示すものが挙げられる。
【００５３】
図５の装置は、ＳＵＳチャンバ１０１の内表面にアルミニウムのめっき層１１２を厚さ１０μｍ施した点が図１の装置と異なる。図６の装置は、上述した材料からなる板材１１３（マイクロ波により決定される表皮深さ以上の厚さのもの）などを用い、チャンバの内表面を覆った点が図１の装置と異なる。図５と図６の装置は、プラズマの安定性という点から同等であることが確認された。
【００５４】
（実施例２）
本例では、図５のプラズマ装置において、第１の誘電体板１０２（材質：石英）が第１のＯリング２０２と接触して真空シールする領域に、図７に示すように金属薄膜１１４を設け、第１のＯリング２０２がアンテナスロット板１０６から放射される電波に曝されないようにした点が実施例１と異なる。第１のＯリンク２０２としてはフッ素系樹脂からなるものを用いた。
【００５５】
図８は、図７における領域Ａの拡大図であり、第１の誘電体板１０２（材質：石英）が第１のＯリング２０２と接触して真空シールする領域に、金属薄膜１１４を設けた場合を示す。
第１のＯリング２０２が樹脂などのマイクロ波を吸収するような材料である場合は、アンテナスロット板１０６から放射される電波により直接加熱され、長時間の放電により、損傷してしまうことが分かった。
【００５６】
そこで、第１の誘電体板１０２が第１のＯリング２０２と接触して真空シールする順域に、金属薄膜１１４としてアルミニウム，ニッケル，銅それぞれの材質からなるめっき層を各１０μｍの厚さで設けた。この１０μｍという厚さは、実施例１で確認済みであり、マイクロ波を十分反射することができるマイクロ波のｄ＝（２／μ0σω）1/2から決定する表皮深さよりも厚い値である。このように金属薄膜１１４を設けた装置を用い、第１のＯリング２０２の耐久試験をおこなった。その結果、ニッケル（導電率：１．４×１０6［Ω-1・ｍ-1］）を用いた場合は、導電率が低いため、十分にマイクロ波を反射しきれず、マイクロ波のパワーが熱損失となってしまい、第１のＯリング２０２は過度に加熱され放電時間か２〜３時間後には損傷がみられた。
【００５７】
一方、導電率が比較的高いアルミニウム（導電率：３．７×１０7［Ω-1・ｍ-1］）や銅（導電率：６．０×１０7［Ω-1・ｍ-1］）を用いた場合は、放電時間が１００時間後でも第１のＯリング２０２に損傷は確認されなかった。
【００５８】
ゆえに、金属薄膜１１４としては、導電率が高く、第１の誘電体板１０２との密着性がよいことが挙げられる。また金属薄膜１１４の厚さは、マイクロ波のｄ＝（２／μ0σω）1/2から決定する表皮深さよりも厚い必要があることは言うまでもない。
【００５９】
図９は、図７における領域Ａの拡大図であり、金属薄膜１１４の代わりに、第１のＯリング２０２自体を、第１の誘電体板１０２に設けた金属薄膜１１４と同様の機能を有する金属薄膜１１５で被覆した場合を示す。このように、第１のＯリング２０２自体を金属薄膜１１５で被覆しても、図８の装置と同様の効果がえられる。また、第１のＯリング２０２を金属製とした場合にも、上記の問題は解決される。
【００６０】
（実施例３）
本例では、図１０に示す通り、第１の誘電体板１０２と被処理体１０４を保持する電極１０９との間に、所望のガスを略々均一に供給するためのガス導入口１１７を備えた第２の誘電体板１１６を設けた装置を用い、空間２（２０９）に発生するプラズマ１０５の均一性について検討した。
【００６１】
図１０は、実施例２の結果を盛り込んだ装置であり、第１の誘電体板１０２が第１のＯリング２０２と接触して真空シールする領域に、金属薄膜１１４としてアルミニウム（Ａｌ）を厚さ１０μｍ施した。また、図１０に示す第２の誘電体板１１６の材質としては、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）を用いた。窒化アルミニウムは、酸素を含んでいないため、石英に比べ放出ガスが少ないという特徴を有する。
【００６２】
図１０の装置において、空間１（２０８）の中へプロセスガスとしてＡｒガスを導入し、アンテナ２０１にマイクロ波を導入することによって、空間２（２０９）に発生するプラズマ１０５の均一性を評価するため、飽和イオン電流密度を調べた。このとき、空間２（２０９）のガス圧力は５０ｍＴｏｒｒ、アンテナ２０１に投入するマイクロ波のパワーは１６００Ｗとした。
【００６３】
図１１は、飽和イオン電流密度を調べた結果を示すグラフである。図１１において、■印はカス導入口１１７を備えた第２の誘電体板１１６を設けた場合、●印は第２の誘電体板１１６を設けない場合、▲印はガス導入口１１７を備えない第２の誘電体板１１６を設けた場合、を示す。
【００６４】
図１１から、ガス導入口１１７を備えた第２の誘電体板１１６を設けることにより、プラズマの均一化が図れることが分かった。また、ガス導入口１１７を備えない場合（▲印）は、プラズマを励起させるための反応活成種が容器内［すなわち空間２（２０９）］に存在しないため、プラズマが励起されないということは言うまでもない。
このような第２の誘電体板１１６を設けることにより、従来の装置では不可能であった直径３００ｍｍ以上の被処理体１０４の表面上に、原料ガスを均一に供給することができ、さらに被処理体１０４から発生する反応副生成物ガスも均一に除去することが可能となった。
上述した第２の誘電体板１１６では、単位面積あたりのガス導入口１１７の数が等しくなるように配置したが、この配置に限定されるわけではなく、前記条件を満たすような配置であればよい。
【００６５】
（実施例４）
本例では、図１０のプラズマ装置において、第２の誘電体板１１６（材質：窒化アルミニウム）が第２のＯリング２１６と接触して真空シールする領域に、図１２に示すように金属薄膜２１４を設け、第２のＯリング２１６がアンテナスロット板１０６から放射される電波に曝されない効果について検討した。金属薄膜２１４としては厚さ１０μｍのアルミニウム（Ａｌ）を、第２のＯリング２１６としてはフッ素系樹脂からなるものを用いた。
【００６６】
図１３は、図１２の領域Ｂの拡大図である。
【００６７】
他の点は、実施例２と同様とした。
実施例２と同様に、第２のＯリング２１６の損傷度合いを調べた。その結果、金属薄膜２１４を設けた場合は、実施例２の金属薄膜１１４を設けた場合と同様に、放電時間が１００時間後でも第２のＯリング２１６には損傷がないことが分かった。
【００６８】
また、図９に示した第１のＯリング２０２と同様に、図１０に示した第２のＯリング２１６自体を、第２の誘電体板１１６に設けた金属薄膜１１４と同様の機能を有する金属薄膜１１５で被覆しても、上記金属薄膜２１４を設けた場合と同様の効果が確認された。
【００６９】
（実施例５）
本例では、図１２のプラズマ装置において、第１の誘電体板１０２として誘電損角が異なる材質を用い、空間２（２０９）に発生するプラズマの密度（飽和イオン電流）を調べた。
第１の誘電体板１０２を構成する誘電損角が異なる材質としては、ベークライト（ＢＭ−１２０）誘電損角＝０．０４４）、ガラス（コーニング＃００１０、誘電損角＝０．００６）、ＡｌＮ（誘電損角＝０．００１）、ＳｉＯ2（誘電損角＝０．０００１）を用いた。このとき、第２の誘電体板１１６を構成する材質はＡｌＮとした。
他の点は、実施例２と同様とした。
【００７０】
図１４は、飽和イオン電流密度の測定結果を示すグラフである。図１４から、誘電損角ｔａｎδが小さくなるほど電力損失が小さくなり、容器内へマイクロ波電力が損失なく供給されるため、プラズマの密度（飽和イオン電流）が増加することが分かった。特に、第１の誘電体板１０２として誘電損角ｔａｎδが１０-3以下の材質を用いたとき、１２ｍＡ／ｃｍ2以上の高い飽和イオン電流を有するプラズマが得られることが分かった。これより、第１の誘電体板１０２の材質としては、誘電損角ｔａｎδがより低い材質のものが望ましく、例えばｔａｎδが１０-3以下である石英（ＳｉＯ2）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が好適である。
【００７１】
（実施例６）
本例では、図１２のプラズマ装置において、第２の誘電体板１１６として誘電損角が異なる材質を用い、空間２（２０９）に発生したプラズマの密度（飽和イオン電流）を調べた。
第２の誘電体板１１６を構成する誘電損角が異なる材質としては、ベークライト（ＢＭ−１２０、誘電損角＝０．０４４）、ガラス（コーニング＃００１０、誘電損角＝０．００６）、ＡｌＮ（誘電損角＝０．００１）、ＳｉＯ2（誘電損角＝０．０００１）を用いた。このとき、第１の誘電体板１０２を構成する材質は石英とした。
他の点は、実施例５と同様とした。
【００７２】
本例の場合も、図１４とほぼ同様の結果が得られた。すなわち、第２の誘電体板１１６として誘電損角ｔａｎδが１０-3以下の材質を用いたとき、１２ｍＡ／ｃｍ2以上の高い飽和イオン電流を有するプラズマが得られることが分かった。
しかしながら、第２の誘電体板１１６はガス導入口１１７を備える必要があり、加工精度の良好な材質であることも要求される。従って、第２の誘電体板１１６の材質としては、ｔａｎδが１０-3以下である石英（ＳｉＯ2）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が挙げられるが、加工精度を考慮すると窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が好適である。
【００７３】
（実施例７）
本例では、図１５に示すプラズマ装置において、第１の誘電体板１０２と第２の誘電体板１１６との間の空間１（２０８）でプラズマが励起されない条件を検討するため、以下のような実験を行った。
【００７４】
図１５は、図１２の装置を示す図面に、空間１（２０８）の圧力Ｐ１、空間２（２０９）の圧力Ｐ２、第１の誘電体板１０２と第２の誘電体板１１６との間の距離ｔｇを付記した図面である。
【００７５】
図１６は、空間１（２０８）でプラズマが励起されたか否かを観測するために用いた治具の概略図である。図１６の治具を、図１に示すプラズマ装置の容器１００の一部である第１の誘電体板１０２（材質：石英）の直下に設置した。図１６において、３０１は上部ガラス板、３０２は下部ガラス板、３０３は中間ガラス板、３０４は空間６、３０５はタングステンワイヤ、３０６はセラミックで被覆されたアルミニウムワイヤである。
【００７６】
図１６の治具は、厚さ２ｍｍの２枚のガラス板（３０１、３０２）がｔｇなる間隔を隔てて固定されている。間隔ｔｇの空間５の内側にプラズマが侵入しないように、２枚のガラス板（３０１、３０２）で挟まれた空間６（３０４）の側部は別のガラス（３０３）でカバーされている。なお、空間６（３０４）内は密閉されてはいないため、ガスが侵入して空間６（３０４）内の圧力と前記容器内の圧力はほぼ等しくなる。
【００７７】
空間６（３０４）内におけるプラズマ生成の有無を確認するために、ギャップ内に２本のプローブ（３０５ａ、３０５ｂ）を挿入した。プローブ（３０５ａ、３０５ｂ）は、直径０．１ｍｍφ、長さ８ｍｍのタングステン線てある。プローブ（３０５ａ、３０５ｂ）にマイクロ波が照射すると加熱されてしまうため、プローブ（３０５ａ、３０５ｂ）周辺のガラスの外面は銅板でシールドした（不図示）。電気的にフローティング状態にある２本のプローブ（３０５ａ、３０５ｂ）間に可変電圧を印加し、流れる電流をマルチメータで測定した。
【００７８】
図１７は、２本のプローブ（３０５ａ、３０５ｂ）間に可変電圧を印加したとき観測されるプローブ電圧とプローブ電流との関係を示すグラフである。図１７の曲線（ａ）は、空間６（３０４）内でプラズマが発生した場合であり、左右対称の電流電圧特性が得られる。一方、図１７の曲線（ｂ）は、空間６（３０４）内でプラズマが発生しない場合であり、ノイズ成分のみが観測される。しかし、空間６（３０４）内で発生するプラズマは不安定な場合が多いので、図１７のように対称性のよい電流電圧特性が得られるとは限らない。そこで、電流値が一点でも１０-7Ａを越えて観測された場合には、空間６（３０４）内でプラズマが発生しているとする判断基準を設けた。
【００７９】
本例では、２枚のガラス板（３０１、３０２）の間隔ｔｇが０．７、１．４ｍｍの場合、マイクロ波の周波数が２．４５、５．０、８．３ＧＨｚの場合、を組み合わせることにより６条件にてプラズマの着火実験を行なった。その際、空間６（３０４）内の圧力が０．１〜１０ＴｏｒｒとなるようにＡｒガスを導入した。また、マイクロ波パワーは最大１６００Ｗまで投入した。
【００８０】
表１は、上記６条件におけるプラズマの着火実験の結果を示す。表１において、○印は空間６（３０４）内でプラズマが発生がしないことを、×印は空間６（３０４）内でプラズマが発生したことを、それぞれ示す。
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【００８１】
表１に示すとおり、２枚のガラス板（３０１、３０２）の間隔［すなわち空間６（３０４）の間隔］ｔｇが０．７ｍｍ、マイクロ波の周波数か５．０、８３ＧＨｚという組み合わせの場合には、マイクロ波パワー１６００Ｗ（パワー密度１．２７Ｗ／ｃｍ2）まで投入しても、空間６（３０４）内でプラズマは励起されなかった。一方、他の組み合わせでは、プラズマが励起することが確認された。
【００８２】
図１８は、上記６条件の内、空間６（３０４）内でプラズマが発生した４条件において、最小放電パワーとＡｒ圧との関係を調べた結果である。図１８から、マイクロ波の周波数が低い場合（例えば、２．４５ＧＨｚ）には、空間６（３０４）の間隔ｔｇを０．７ｍｍまで狭くしても、空間６（３０４）内において低パワーでもプラズマが励起してしまうことか分かった。
これに対して、マイクロ波の周波数を高くし（例えば、５．０ＧＨｚ以上）かつ空間６（３０４）の間隔ｔｇを０．７ｍｍ以下まで狭くすることにより、マイクロ波パワー１６００Ｗ（パワー密度１．２７Ｗ／ｃｍ2）まで投入しても、空間６（３０４）内でプラズマは励起されない。
【００８３】
従って、図１５に示すプラズマ装置において、第１の誘電体板１０２と第２の誘電体板１１６との間の空間１（２０８）でプラズマを励起させないためには、アンテナに投入されるマイクロ波の周波数を５．０ＧＨｚ以上、かつ、空間１（２０８）の間隔を０．７ｍｍ以下、とすることで解決できる。
【００８４】
また、図１５に示すプラズマ装置において、第１の誘電体板１０２と第２の誘電体板１１６との間の空間１（２０８）における圧力１（Ｐ１）と、被処理体１０４を保持する電極１０９が配置され、第２の誘電体板１１６と第２の誘電体板１１６以外の容器の壁部（チャンバ）１０１で囲まれた空間２（２０９）における圧力２（Ｐ２）との関係がＰ１＞Ｐ２のとき、空間１（２０８）でプラズマが励起されないことも確認された。特に、Ｐ１がＰ２に比べて十分高いとき、例えば１０倍程度の圧力差があるとき、その効果が極めて得られることも分かった。
【００８５】
従って、空間１における圧力１（Ｐ１）が空問２（２０９）における圧力２（Ｐ２）より高くなるように差圧を発生させる手段５を設けることにより、空間１（２０８）においてプラズマが励起されるのを防ぐことができる。
【００８６】
（実施例８）
本例では、図１５に示すプラズマ装置において、アンテナを構成するスロット板に設けられたスロット（該スロット板を貫通する穴部）のうち、空間２（２０９）で発生させたプラズマの密度が局所的に高い部分に位置する該スロットを、小型化する、遮蔽する、あるいは設置しない効果について検討した。
【００８７】
図１９は、図１５の装置において、スロット板の中心付近に位置するスロット１１０’に遮蔽板１１９を設けたときのスロット板を示す模式的な断面図である。図２０は、スロット板の中心付近に位置するスロット１１０”のサイズを小型化したときのスロット板を示す模式的な平面図である。図２０（ｂ）は、
【００８８】
図２０（ａ）における領域Ａの拡大図である。
図２０では、スロット板の内側から２周分のスロットのみ長さを短くした場合を示しているが、スロットのサイズを小型化は例えばスロットの長さを短くすることにより達成しても構わない。
【００８９】
図２１は、図１９に示すスロット板を用い、空間２（２０９）で発生させたプラズマの密度を調べた結果である。図２１において、スロットＡは遮蔽領域が小の場合、スロットＢは遮蔽領域が中の場合、スロットＣは遮蔽領域が大の場合をそれぞれ示すスロット分布の名称である。
図２１から、スロットＡでは測定電極中心でプラズマの密度が上昇しているのがわかる。この部分に遮閉板１１９を設置し、スロットＢのようなスロット分布にすることでプラズマ密度の均一化を図ることができる。しかし、スロットＣのようにさらに遮蔽領域を広げると、スロットＡとは逆に、電極外周でプラズマの密度が上昇してしまう。
【００９０】
従って、適当な遮蔽領域を有する遮蔽板１１９を設けることにより、スロットから放射される電波の出力を低減し、励起されるプラズマ密度をより均一化することができる。
上述した作用・効果が望める遮閉板１１９は、スロット板のスロットを遮閉するものであれば形状、寸法にはこだわらない。すなわち、スロットを小型化したり、あるいは設置しないという方法を用いても、スロットを遮蔽したときと同様の効果が期待できることはいうまでもない。
【００９１】
（実施例９）
本例では、図１５に示すプラズマ装置において、アンテナ近傍に該アンテナを所定の温度に保つ手段６と、前記第１の誘電体板近傍に該第１の誘電体板を所定の温度に保つ手段７とを設ける効果について検討した。
【００９２】
図１５に示すプラズマ装置において、図２２に示すようにアンテナガイド１０８付近に、アンテナガイド１０８、導波誘電体板１０３、スロット板１０６及び第１の誘電体板１０２を所定の温度に保つことのできる機構１２０、１２１を設けた。機構１２０と１２１は、それぞれ手段６と７に相当するものである。
【００９３】
その際、スロット板１０６が導波誘電体板１０３に完全に密着するように配置した。このような配置をとることにより、スロット板１０６と導波誘電体板１０３の間に隙間が存在するとその部分で表面波が発生し、効率よく電波を放射できないという現象を回避できる。そのため、導波誘電体板１０３は外部からの力および熱に対して略々その形状を変化させることがない、熱伝導率が高く、マイクロ波の損失が少ない材料を用いる必要があり、例えば石英ガラス（ＳｉＯ2）や、チッ化アルミニウム（ＡｌＮ）等があげられるが、この材料に限定されるわけではなく、前記条件を満すような材料であればよい。
【００９４】
本例では、上記機構１２０、１２１において、熱媒体を流し、前記所望の箇所を冷却する方法をとっているが、前記熱媒体としては熱伝導率の高い材料が好ましい。このような熱媒体としては、液体、気体（ヘリウム、窒素等）などが挙げられるが、その限りでないことはいうまでもない。
【００９５】
（実施例１０）
本例では、図２３に示すように、スロット板１０６と第１の誘電体板１０２との間の空間に、スロット板の湾曲を防止する手段８としてスペーサー１１８を設けた点が実施例９と異なる。本例では、スペーサ１１８をテフロンで作製した。
実施例９によりスロット板１０６の湾曲を防止しきれない場合には、スペーサ１１８をスロット１０６と第１の誘電体板１０２との間の空間に設けることにより、スロット板１０６の湾曲を防止することができるようになっている。
スペーサ１１８はスロット板１０６からの電波の放射を阻害しないように、スロット板１０６のスロット１１９が開口していない位置に設けてある。
【００９６】
（実施例１１）
本例では、図２４に示すように、空間２に発生したプラズマの有無を検知する手段９として、センサ１２２を容器もしくはその周辺に設置した点が実施例９と異なる。
センサ１２２は不図示のマイクロ波電源に接続されており、容器１０１内に該プラズマが励起されているときは、プラズマを検知し、マイクロ波電源を出力させ、該プラズマの励起が阻害され、プラズマが消えてしまったときは、ただちに前記マイクロ波電源の出力を停止できるようにした。本例では、前記センサ１２２としてフォトトランジスタを用いてプラズマの発光を検知したが、その他の手段でも構わない。しかし本例のように、容器１０１外部に設置できるほうがメンテナンスの容易性という面から好ましい。
【００９７】
したがって、センサ１２２の採用により、プラズマの励起が不意に絶たれた場合、アンテナ２０１から放射される電波によって容器１０１の内部及び被処理体１０４などが不用意に加熱され、破損するのを防ぐことができる。
【００９８】
（実施例１２）
本例では、容器内部において容器壁面および前記被処理体以外の部分の温度をそれぞれ１５０℃以上まで上昇させるための機構、又は／及び、排気システムが排気システムを構成する全てのユニット内の温度を１５０℃以上まで上昇させるための機構を有する効果について検討した。
上記効果は、図２５に示す真空装置を用い、真空容器内壁の温度と反応副生成物（重合膜）堆積の関係、すなわち堆積膜厚の内壁温度依存性について、５０〜２５０℃の範囲で調べた。
【００９９】
図２５において、５０１はチャンバ、５０２はプラズマ、５０３は被処理体、５０４は電極、５０５はヒータ、５０６はレーザ、５０７はフォトディテクタ、である。その際、使用したガスはＣ4Ｆ8とＨ2の混合ガス［Ｃ4Ｆ8：Ｈ2＝７：３、トータルガス流量：４０（ｓｃｃｍ）］であり、圧力を１０ｍＴｏｒｒ、放電パワーを１０００Ｗとした。図２５の真空装置では、Ｓｉウェハを銅製ロッドの平坦な先端に取り付け被処理体５０３とし、その加熱はロッドの内部に備えたシースヒータ５０５で行なった。
【０１００】
図２６は、重合膜の堆積速度とチャンバの内壁温度との関係を調べた結果である。図２６から、重合膜の堆積量はウェハ温度の増加と共に急激に減少し、１５０℃付近で重合膜の堆積が観察されなくなることが分かった。
【０１０１】
よって、容器内部において容器壁面および前記被処理体以外の部分の温度をそれぞれ１５０℃以上まで上昇させるための機構、又は／及び、排気システムが排気システムを構成する全てのユニット内の温度を１５０℃以上まで上昇させるための機構を備えることにより、水分および反応副生成物からなる重合膜の付着を防止できると判断した。
【０１０２】
（実施例１３）
本例では、図２７に示すように、被処理体１０４を加熱する手段としてキセノン（Ｘｅ）ランプを用いた点が実施例９と異なる。
ｘｅランプ１２５は、チャンバ１０１の外部から、光の導入口１２４および光を透す材料からなる窓１２３を通してキセノンランプの光を被処理体１０４に照射することにより、被処理体１０４の表面のみを効果的に加熱することができる。
【０１０３】
本例では、被処理体１０４を加熱する手段としてＸｅランプを用いたが、他の光源を用いても、あるいは被処理体１０４を保持している電極１０９を直接電熱線などで加熱してもよいが、Ｘｅランプ照射による加熱が好ましい。
【０１０４】
また、図２７では容器１０１の外部の一部にキセノンランプ導入口１２４を設けているが、容器１０１外周均一に複数個設けたほうがより好ましい。 
【０１０５】
（実施例１４）
図２８にフロロカーボン系ガスの回収・再利用にステージドクーラー方式を採用したときの簡単な概略図を示す。前記容器内から排気されたガスを高沸点のガスから段階的に冷やし、液化・蒸留精製し液体として再利用を行なうことができる。フロロカーボンは、地球温暖化効果がＣＯ2の１０万〜１００万にも達するためフロロカーボン系ガスの回収・再利用の効果は絶大なものである。
【０１０６】
（実施例１５）
チャンバに付着した反応副生成物をチャンバ内壁にダメージを与えることなく高速除去するという、セルフクリーニング用ガスプラズマに求められることは、以下の２点である。
■イオン、ラジカル密度が高い ■プラズマポテンシャルが低い（チャンバ壁に入射するイオンのエネルギーが小さい）
また、これらと同時にイオン照射に強いプラズマ耐性の優れたチャンバ内壁材も求められる。
【０１０７】
図２９にさまざまなフッ素系ガスの平均結合エネルギーとそのプラズマパラメタとの関係を示す。この図より、結合エネルギーとプラズマパラメタの間に密接な関係があることが、より明確にわかる。つまり、結合エネルギーが小さい程イオンの照射エネルギーが小さく、イオン密度が高くなる。プラズマポテンシャルはガス分子の結合エネルギーに大きく依存しない。このことからＮＦ3がもっともセルフクリーニングに適したガスである事が分かる。よってセルフクリーニング機構を持たせる場合、前記容器内壁をプラズマ耐性の優れたものにしなければならずＡｌＦ3／ＭｇＦ2合金などを用いることが最適である。
【０１０８】
図３０は、図１５の装置のチャンバ内壁材にＡｌＦ3／ＭｇＦ2合金を用い、クリーニング用ガスとして、ガス分子の結合エネルギーが小さいガス種（ＮＦ３等）を使用したとき、前記ＡｌＦ3／ＭｇＦ2合金のプラズマ照射によるダメージ評価をした結果である。図３０（ａ）はＮＦ3プラズマ照射前、図３０（ｂ）はＮＦ3プラズマ２時間照射後のＡｌＦ3／ＭｇＦ2合金のＸＰＳ（Ｘ線光電子分析）による深さ方向のプロファイルである。図３０の結果から、ＡｌＦ3／ＭｇＦ2合金はプラズマ照射によって殆どダメージが入らないことが分かった。
従って、装置にセルフクリーニング機構を持たせる場合、容器内壁をプラズマ耐性の優れたものにしなければならず、ＡｌＦ3／ＭｇＦ2合金などを用いることが最適である。
【０１０９】
（実施例１６）
本例では、図１５に示すプラズマ装置において、容器１０１外に第１の誘電体板１０２を介してアンテナ２０１を設置し、マイクロ波（周波数８．３ＧＨｚ）
を同軸管１０７を通してアンテナ２０１に導入し、電波を容器１０１内に放射することにより、プラズマを励起させた。
【０１１０】
図３１は飽和イオン電流密度の分布を、図３２は電子温度の分布を、図３３は電子密度の分布を、それぞれ測定した結果を示すグラフである。
【０１１１】
図３１乃至図３３から、本発明に係るプラズマ装置は、１４ｍＡ／ｃｍ2以上の飽和イオン電流、１．０ｅＶ（１５０００Ｋ）程度の電子温度、１０12以上の電子密度を有する高密度プラズマを、容器１０１内において直径３００ｍｍ以上の大面積上にわたって、均一に励起できることが分かった。
【０１１２】
図３４は、上記イオン電流分布を測定するシステムの概略図である。これは円盤状電極４０１を用いたイオン電流分布の測定である。図１５に示すプラズマ装置における被処理体１０４及び電極１０９の代わりに円盤状電極４０１を用いた。
図３４において、４０１は円盤状電極、４０２はピン、４０３はアルミニウム線、４０４は抵抗、４０５はオペアンプ、４０６はＡ−Ｄコンバータ、４０７はコンピュータ、４０８はステッピングモータ、４０９は電源である。
図３４の円盤状電極４０１は直径３００ｍｍφの円盤状のアルミニウム製であり、円盤状電極４０１の上には直径４ｍｍφのピン４０２が中心から半径１４０ｍｍの地点までライン上に９本、等間隔に埋め込まれている。
【０１１３】
プラズマからピン４０２に流れ込む電流は、ピン４０２に接続されたセラミックコートのアルミニウム線４０３及び電流導入端子（不図示）を介してチャンバ外部に取り出される。ピン４０２にはチャンバの電位に対して−２０Ｖの電圧が印加されており、プラズマ中の正イオンのみが流れ込む。この正イオンの流れ込みにより生じた電流は抵抗４０４によって電圧信号に変換され、オペアンプ４０５で増幅された後、１６チャネルのＡ−Ｄコンバータ４０６でディジタル信号に変換され、コンピュータ４０７に転送される。
なお、アルミニウム製の電極４０１は、ポリイミドテープ（不図示）で覆われている。ステッピングモータ４０８による電極４０１の回転とＡ−Ｄコンバータ４０６によるイオン電流の測定は、コンピュータ４０７を用いて同期して行われる。電極４０１の１回転あたり、ピン４０２の１本あたりのイオン電流の測定回数は２００回であり、細かい二次元分布が得られる。
【０１１４】
図３５は、本例において電子温度および電子密度の測定に用いたシングルプローブの構造を示す模式図である。
マイクロ波電力密度が大きい部分に図３５に示すようなプローブを挿入すると、プローブチップ（タングステンワイヤ、０．１ｍｍφ）６０１がマイクロ波で加熱されて、熱電子が放出する可能性がある。また、プローブシース内で頻繁に電離が起こる可能性がある。どちらにしても、本来のシングルプローブの電流電圧特性が得られなくなる。
そこで、マイクロ波を遮蔽する目的で、０．５ｍｍφの銀線を螺旋状に巻いた銀ワイヤ６０２を、プローブチップ６０１の周りに隙間を空けて設置した。前記銀線を用いたのは、抵抗の低い材料を用いることで、マイクロ波によるそれ自体の加熱を防止するためである。また、遮蔽するために比較的細い線を用いたのは、プラズマに与える影響を最小限に抑えるためである。
【０１１５】
螺旋状の前記銀線を設置した場合とそうでない場合の電流電圧特性の比較を行った。マイクロ波電力密度が小さい部分では、両者の特性にほとんど差は見られなかった。マイクロ波電力密度が大きい部分では、螺旋状の前記銀線を設置しない場合には前記プローブに負電位を印加したときに電流値が著しく増加したが、螺旋状の前記銀線を設置した場合には通常の特性が得られた。このように、プラズマ中のマイクロ波電力密度が大きい場合には、金属線６０２等でプローブチップ６０１周辺のマイクロ波を遮蔽することが有効である。
【０１１６】
各プラズマパラメータのｚ方向［図１５の装置において、第２の誘電体板１１６から電極４０１（１０９）を望む方向］の分布を求めるために、ステッピングモータ４０８を用いて前記プローブをｚ方向に移動できる構造とした。プローブの最高移動速度は３００ｍｍ／ｓｅｃ、位置分解能は０．０２ｍｍとした。
ステッピングモータ４０８による前記プローブ位置の制御と電流電圧特性の測定は、コンピュータ４０７を用いて同期して行われる。前記プローブの加熱を防止するため、ｚ方向の往復時間は５秒以下に抑えて実験を行なった。
【０１１７】
（実施例１７）
本例では、図１５に示すプラズマ装置において、被処理体１０４の保持機能を有する電極１０９に高周波を印加することにより、被処理体１０４に対してプラズマエッチングを行なった。被処理体１０４としては、ＭＯＳトランジスタのゲート電極材料として主に用いられているＰｏｌｙ−Ｓｉ膜が表面に形成されたＳｉウェハを用い、このＰｏｌｙ−Ｓｉ膜をエッチングした。
被処理体１０４の保持機能を有する電極１０９には、高周波バイアスを印加できる手段（不図示）から高周波を印加した。原料ガスとして、Ｃｌ2、Ｏ2、ＨＢｒ等のガスを用いたが、これらのガスに限定されるわけではない。
【０１１８】
図３６は、プラズマエッチングの結果を示すグラフである。図３６から、被処理体（サイズ３００ｍｍφ）上での測定ポイント計９点（中心点、及び中心から１５０、２８０ｍｍφ上でそれぞれ等配４分割された８点）において、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の単位時間当たりの削れ量（エッチングルート）の均一性は約５％であり、非常に均一なエッチングが大口径（３００ｍｍφ）の被処理体上で可能なことが確認された。
【０１１９】
（実施例１８）
本例では、本発明の装置を、被処理体の表面を低温で酸化するためのプラズマ酸化装置に応用した場合を示す。ここでは被処理体としてＳｉ基板を用い、Ｓｉ基板表面をＯ2で直接酸化し、ゲート酸化膜を形成した場合について説明する。
原料ガスはＡｒ及びＯ2を用いている。キャリアガスとしてＡｒの代わりにＸｅを用いても構わない。また、ＡｒとＯ2からなる混合ガスに、Ｈｅなどを加えてもよい。
【０１２０】
図３７は、本例で作製した素子の断面図と、素子の絶縁耐圧の測定系とを合わせて示した模式図である。
図３７において、絶縁耐圧の測定をした素子は、ｎ型Ｓｉウェハからなる被処理体７０１、フィールド酸化膜７０２、ゲート酸化膜７０３、ゲート電極７０４から構成される。また、７０５は絶縁耐圧の測定に用いた探針、７０６は電圧計、７０７は電圧印加手段、７０８は電流計である。
【０１２１】
図３７に示す素子の形成および絶縁耐圧の測定は、次に示す手順で行った。
（１）ｎ型Ｓｉウェハ７０１上に、ＳｉＯ2からなるフィールド酸化膜７０２（厚さ：８００ｎｍ）を熱酸化法［（Ｈ2＋Ｏ2）ガス、Ｈ2＝１ｌ／ｍｉｎ、Ｏ2＝１ｌ／ｍｉｎ、被処理体の温度＝１０００℃］で形成後、フィールド酸化膜７０２の一部をウェットエッチング処理し、ｎ型Ｓｉウェハ７０１の表面を露出させた。
（２）ｎ型Ｓｉウェハ７０１の露出させた表面のみ、本発明に係るプラズマ装置を用いて直接酸化させ、ＳｉＯ2からなるゲート酸化膜７０３（面積＝１．０×１０-4ｃｍ2、厚さ＝７．６ｎｍ）を形成した。
その際の成膜条件は、成膜ガスは（Ａｒ＋Ｏ2）、ガス圧は３０ｍＴｏｒｒ、分圧比はＡｒ：Ｏ2−９８：２、マイクロ波パワーは７００Ｗ、酸化処理時間は２０分、被処理体は電気的にフローティング状態に保持、被処理体の温度は４３０℃、とした。
（３）フィールド酸化膜７０２およびゲート酸化膜７０３の上に、Ａｌからなるゲート電極７０４（厚さ＝１０００ｎｍ）を蒸着法で形成した。
（４）探針７０５をゲート電極７０４に接触させ、ゲート電極７０４を介して直流電圧をｎ型Ｓｉウェハからなる被処理体７０１に印加し、ゲート酸化膜７０３が絶縁破壊する電圧（すなわち絶縁耐圧）を電圧計７０６で測定した。
【０１２２】
図３８は絶縁耐圧の測定結果を示すグラフである。図３８（ａ）は本発明に係る装置でゲート酸化膜を作製した場合を示す。一方、図３８（ｂ）は従来の装置でゲート酸化膜を作製した場合である。従来の装置とは、平行平板型の電極に周波数１００ＭＨｚの高周波を印加してプラズマを発生させ、ゲート酸化膜を形成する装置である。
図３８において、横軸は絶縁耐圧、縦軸は各絶縁耐圧が得られた素子の頻度を示す。例えば、横軸１０ＭＶ／ｃｍの棒グラフは、絶縁耐圧か９．５〜１０．
４ＭＶ／ｃｍの範囲にある素子の発生頻度である。測定した素子数は、図３８（ａ）、図３８（ｂ）それぞれ３０個である。
【０１２３】
図３８から以下に示す点が明らかとなった。
１．従来の装置で作製した素子は、絶縁耐圧の分布が広く（すなわち均一性が悪く）かつ平均耐圧は１０．２ＭＶ／ｃｍであった［図３８（ｂ）］。
２．■本発明の装置で作製した素子は、絶縁耐圧の分布が狭く（すなわち均一性が良く）かつ１１．９ＭＶ／ｃｍの高い平均耐圧が得られることから、ゲート酸化膜の膜質が向上したことが分かった［図３８（ａ）］。
従って、本発明に係るラジアル・ライン・スロット・アンテナを備えたプラズマ装置を用いて直接酸化を行うことにより、高い均一性と高い耐圧とを有する酸化膜が形成できるため、優れた絶縁耐圧を有する素子が安定して作製できることが確認された。
また本例では、本発明の装置を、被処理体の表面を低温で酸化するためのプラズマ酸化装置に応用したが、被処理体の表面を窒化するためのプラズマ窒化装置に応用しても均一性の高い窒化膜が得られることが確認された。
【０１２４】
（実施例１９）
本例は、本発明を基板表面に薄膜を成膜するためのプラズマＣＶＤ装置に適応した場合における実施例を示すものである。アモルファスＳｉ基板上に単結晶Ｓｉを成膜する場合について説明する。
本例では、アモルファスＳｉ上に単結晶Ｓｉの成膜を行ったが、前記アモルファスＳｉ上に多結晶Ｓｉを成膜することも可能である。成膜される基板の材質はＳｉに限定されるわけではなく、ガラス、石英基板などでも構わない。
原料ガスとしてＳｉＨ4、Ｈ2及びＡｒを用いているが、これらの組み合わせに限定されるわけではなく、Ａｒの代わりにＸｅを用いてもよいが、Ｘｅのほうが好ましい。
Ａｒの比率はＡｒを全体の半分以上に保つ必要がある。本例では５０％に設定したがこの値に限定されるわけではない。これはマイクロ波を用いたプラズマ励起方法では、プラズマの励起を維持するためには、該プラズマ中の電子密度がある程度高い必要があるためで、より高い電子密度を得ることのできるＡｒの比率を多くする必要がある。
また、アモルファスＳｉ基板表面はキセノンランプを照射することで温度５００℃に昇温し、プラズマのイオン照射で足りないエネルギーを補った。また、他の昇温方法でも構わないがキセノンランプによる方法が好ましい。
単結晶ＳｉをアモルファスＳｉ基板上に成膜するためには、成膜中の基板表面で成長する結晶Ｓｉの核が面内でその配向性が等しい必要がある。そのため、面内での成膜条件に差が存在すると、結晶核の配向性が揃わないで成膜されてしまうため、面内での成膜条件を完全に均一にする必要性がある。
【０１２５】
本発明のプラズマ装置を用いることで、大面積内で均一な成膜条件に設定することが可能であり、従来のプラズマ装置では不可能であったアモルファス基板上への低温での単結晶Ｓｉの成膜が初めて可能となった。
結果、単結晶Ｓｉを直径３００ｍｍのＳｉ基板上に温度５００℃において成膜速度毎分０．１μｍで成膜することができた。
また、ガラス基板上にＰｏｌｙ−Ｓｉを成膜した結果も、モビリテイ（キャリア移動度）が３００以上という良質な薄膜を得ることができた。
（
【０１２６】
実施例２０）
本例が、実施例１９と異なるところは、Ｓｉ基板上にＳｉＯ2を成膜する点で あり、その他は実施例１９と同様であるので省略する。
本例では、原料ガスとしてＳｉＨ4、Ｏ2及びＡｒを用いているが、これらの組み合わせに限定されるわけではなく、キャリアガスとしてＡｒの代わりにＸｅを用いてもよいし、Ｏ2の代わりにＮ2Ｏ用いても構わない。また、ＳｉＨ4とＯ2とＡｒとからなる混合ガスに、Ｈｅなどを加えてもよい。
結果、直径３００ｍｍのＳｉ基板上に温度３５０℃において成膜速度毎分０．１μｍで成膜することができ、その面内均一性は±５％未満であった。
【０１２７】
（実施例２１）
本例が、実施例１９と異なるところＡｒは、Ｓｉ基板上にＳｌ3Ｎ4を成膜する点であり、その他は実施例１９と同様であるので省略する。
本例では、原料ガスとしてＳｉＨ4及びＮＨ3を用いているが、これらの組み合わせに限定されるわけではなく、Ａｒの代わりにＸｅを用いてもよいし、ＮＨ３にＮ２を用いても構わない。
結果、直径３００ｍｍのSi基板上に室温において均一に成膜速度毎分０．１μｍで成膜することができ、その面内均一性は±５％未満であった。
【０１２８】
（実施例２２）
本例が、実施例１９と異なるところは、Ｓｉ基板上に形成したＰｔ薄膜上に強誘電体薄膜であるＢＳＴ薄膜［（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3薄膜］を形成する点である。その他は実施例１９と同様であるので省略する。
本例では、原料ガスとしてＢａ（ＤＰＭ）2、Ｓｒ（ＤＰＭ）2、ＴｉＯ（Ｏ−ｉ−Ｃ3Ｈ7）2、Ｏ2及びＡｒを用いたが、これらの組み合わせに限定されるわけではなく、Ａｒの代わりにＸｅを用いても構わないが、ＡｒよりもＸｅを用いる方が好ましい。
Ｐｔ薄膜は先だってスパッタ法によりＳｉ基板上に成膜してあり、電極とＢａ、Ｓｒ、Ｔｉが下地Ｓｉ基板と反応することを防止するバリアメタルの機能を兼ねている。Ｐｔ薄膜に限定されるわけではなく、ＲｕやＲｕＯ2などでも構わない。
結果、直径３００ｍｍのＰｔ薄膜上に均一に毎分０．５ｎｍの成膜速度を４５０℃で得られ、その比誘電率は約１６０であった。
【０１２９】
（実施例２３）
本例が、実施例１９と異なるところは、Ｓｉ基板上に形成したＰｔ薄膜上に強誘電体薄膜であるＳＢＴ薄膜［ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9薄膜］を形成する点であり、 その他は実施例１９と同様であるので省略する。
本例では、原料ガスとして、Ｓｒ（ＤＰＭ）2、Ｂｉ（Ｃ6Ｈ5）3、ＴｉＯ（Ｏ−ｉ−Ｃ3Ｈ7）2及びＡｒを用いたが、これらの組み合わせに限定されるわけではなく、ＡｒにＸｅを用いても構わないが、ＡｒよりもＸｅを用いる方が好ましい。
結果、残留分極率約３０μＣ／ｃｍ2の強誘電体薄膜が得られた。
【０１３０】
（実施例２４）
本例は、本発明を基板表面にダイヤモンド薄膜を成膜するためのプラズマＣＶＤ装置に適応した場合の例を示すものである。ここでは、基板としてＳｉを用い、この基板上に成膜をする場合について説明する。
本例では原料ガスとして、ＣＯ、Ｈ2、Ｏ2、Ａｒとしたがこれらの組み合わせに限定されるわけではない。
基板温度は５００℃に設定した。また、ダイヤモンド薄膜は、炭素ガスの分解及び堆積、ダイヤモンドの核生成、ｓｐ3炭素の生成、副生成物（黒鉛状炭素、ポリマー）の除去の素反応が同時に進行し成膜される。ダイヤモンド薄膜の形成には、イオンエネルギの低い必要があり、従来のプラズマ装置と比較し、本装置は大面積上に高密度でかつ低エネルギーのプラズマ生成が可能であるため、成膜速度の高速化および良質な薄膜形成が可能である。
【０１３１】
（実施例２５）
本例が、実施例１９と異なるところは、Ｓｉ基板上にＰ−ＳｉＮを成膜する点であり、その他は実施例１９と同様であるので省略する。
本例では、基板温度３００℃、原料ガスとしてＳｉＨ4、ＮＨ3及びＡｒを用いているがこれらの組み合わせに限定されるわけではなく、Ａｒの代わりにＸｅを用いてもよいし、ＮＨ3にＮ2を用いても構わない。
結果、直径３００ｍｍのＳｉ基板上に成膜速度毎分０．１μｍで成膜することができ、その面内均一性は±５％未満であった。
【０１３２】
（実施例２６）
本例が、実施例１９と異なるところは、Ｓｉ基板上にＰ−ＳｉＯを成膜する点であり、その他は実施例１９と同様であるので省略する。
本例では、基板温度３００℃、原料ガスとしてＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ及びＡｒを用いているがこれらの組み合わせに限定されるわけではなく、Ａｒの代わりにＸｅを用いてもよい。
その結果、直径３００ｍｍのＳｉ基板上に成膜速度毎分０．１μｍで成膜することができ、その面内均一性は±５％未満であった。
【０１３３】
（実施例２７）
本例が、実施例１９と異なるところは、Ｓｉ基板上にＢＰＳＧを成膜する点であり、その他は実施例１９と同様であるので省略する。
本例では、基板温度４５０℃、原料ガスとしてＳｉＨ4、ＰＨ3、Ｂ2Ｈ6、Ｏ2及びＡｒを用いているが、これらの組み合わせに限定されるわけではなく、Ａｒの代わりにＸｅを用いてもよい。
その結果、直径３００ｍｍのＳｉ基板上に成膜速度毎分０．１μｍで成膜することができ、その面内均一性は±５％未満であった。
【０１３４】
（実施例２８）
本例では、本発明の装置を、被処理体の表面を低温で窒化するためのプラズマ窒化装置に応用した場合を示す。ここでは被処理体としてＳｉ基板を用い、Ｓｉ基板表面をＮ2で直接窒化した場合について説明する。原料ガスはＡｒ及びＮ2を用いている。キャリアガスとしてＡｒの代わりにＨｅやＸｅを用いても構わない。また、ＡｒとＮ2からなる混合ガスに、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅなどを加えてもよい。また、Ｎ2の代わりにＮＨ3を用いてもよい。
【０１３５】
図３９は、本発明の装置を用い、Ａｒ／Ｎ2＝９７％／３％の混合ガスを用いて、３０分間Ｓｉ基板表面を直接窒化し、５ｎｍのシリコン窒化膜を成長させた後、Ｘ線光電子分光装置を用いてＳｉ表面の化学的結合状態を分析した結果を示すグラフである。横軸は、光電子と原子核との結合エネルギーを示し、縦軸はその結合エネルギーをもった電子の数を示す。比較のため、1300℃、Ｎ2雰囲気中で１２０分間処理し、５ｎｍのシリコン窒化膜を成長させた表面のスペクトルも示した。図３９から、本装置を用いて成膜したシリコン窒化膜のスペクトルには、シリコン基板に起因するピークと表面に成長したシリコン窒化膜のピークが確認された。シリコン窒化膜に起因するピーク位置と形が、1300℃で成膜したシリコン窒化膜のそれとほぼ等しいことから、形成されたシリコン窒化膜が、完全なシリコン窒化膜であることが確認された。
【０１３６】
図４０は、本例で作成した素子の断面図と、素子の絶縁破壊注入電荷量の測定系とを合わせて示した模式図である。図４０において、絶縁破壊注入電荷量の測定をした素子は、ｎ型Ｓｉウェハからなる被処理体８０１、フィールド酸化膜８０２、ゲート窒化膜８０３、ゲート電極８０４から構成される。また、８０５は絶縁破壊注入電荷量の測定に用いた探針、８０６は電圧計、８０７は定電流源、８０８は電流計である。
【０１３７】
図４１に示す素子の形成および絶縁破壊注入電荷量の測定は、図４０に示した測定計を用いて、次に示す手順で行った。
（１）ｎ型Ｓｉウェハ８０１上に、ＳｉＯ2からなるフィールド酸化膜８０２（厚さ：８００ｎｍ）を熱酸化法［（Ｈ2＋Ｏ2）ガス、Ｈ2＝１ｌ／ｍｉｎ、Ｏ2＝１ｌ／ｍｉｎ、被処理体の温度＝１０００℃］で形成後、フィールド酸化膜８０２の一部をウェットエッチング処理し、ｎ型Ｓｉウェハ８０１の表面を露出させた。
（２）ｎ型Ｓｉウェハ８０１の露出させた表面のみ、本発明に係るプラズマ装置を用いて直接窒化させ、Ｓｉ3Ｎ4からなるゲート窒化膜８０３（面積＝１．０ｘ１０-4ｃｍ2、厚さ＝５．６ｎｍ）を形成した。その際の成膜条件は、成膜ガスは（Ａｒ＋Ｎ2）、ガス圧は３０ｍＴｏｒｒ〜１００ｍＴｏｒｒ、分圧比はＡｒ／Ｎ２＝９９．７％〜−９０％／０．３％〜１０％、マイクロ波オパワーは７００Ｗ、窒化処理時間は３０分、被処理体は電気的にフローティング状態に保持し、被処理体の温度は４３０℃、とした。
（３）フィールド酸化膜８０２およびゲート窒化膜８０３の上に、Ａｌからなるゲート電極８０４（厚さ＝１０００ｎｍ）を蒸着法で形成した。
（４）探針８０５をゲート電極８０４に接触させ、ゲート電極８０４を介して定電流源８０７より、電流密度が２００ｍＡ／ｃｍ2となるように、一定電流をｎ型Ｓｉウェハからなる被処理体８０１に印加し、ゲート窒化膜８０３が絶縁破壊する時間を測定した。電流密度値にこの時間をかけたものが絶縁破壊注入電荷量である。
【０１３８】
図４１は、本装置を用いて４３０℃で成膜したシリコン窒化膜の絶縁破壊注入電荷量の測定結果を示すグラフである。比較のため、１３００℃、Ｎ2雰囲気中で成膜したシリコン窒化膜の絶縁破壊注入電荷量も同時に示した。図４１において、横軸は注入電荷量、縦軸は各注入電荷量が得られた素子の累積頻度を示す。
測定した素子数は２０個である。図４１から、本発明の装置を用いて、Ｓｉ基板表面に窒化膜を形成した場合、成膜温度が４３０℃と低温であるにも拘わらず（通常成膜温度４３０℃では、シリコン基板表面を直接窒化させることすらできない。シリコン表面をＮ2ガスを用いて窒化させるためには、１０００℃以上の基板温度が必要である。）、最大絶縁破壊注入電荷量１２３Ｃ／ｃｍ2が得られ、１３００℃で成膜した膜の絶縁破壊注入電荷量と同等の特性を示すことが分かった。
【０１３９】
従って、本発明の装置を用いてシリコン表面の直接窒化を行うことにより、４３０℃の低温であるにも拘わらず、１３００℃で成膜したシリコン窒化膜と同等の電気特性を有するシリコン窒化膜の成膜が可能であった。
本例では、本発明の装置を、被処理体のＳｉ表面を低温で窒化するためのプラズマ窒化装置に応用したが、Ｓｉ表面に限らず、Ｔａ、Ｗ、Ａｌ、Ｔｉなどの金属表面の窒化に応用しても高品質の金属窒化膜が低い基板温度で得られることが確認された。
【０１４０】
（実施例２９）
本例では、本発明の装置を、基板表面に多結晶シリコン薄膜を成膜するためのプラズマＣＶＤ装置として用い、Ｓｉ基板上に形成された酸化膜上に多結晶シリコン膜を形成した例について示す。原料ガスにはＡｒ及びＳｉＨ4の混合ガスを用いている。また、ＡｒとＳｉＨ4からなる混合ガスに、Ｈ2、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅなどを加えてもよい。Ａｒの代わりにＨｅやＸｅを用いても構わない。また、ＳｉＨ4の代わりに、Ｓｉ2Ｈ6、ＳｉＨＣｌ3、ＳｉＨ2Ｃｌ2、ＳｉＣｌ4を用いても同様の効果が得られる。基板には、Ｓｉ基板上に酸化膜を熱酸化法［（Ｈ2＋Ｏ2）ガス、Ｈ2＝１ｌ／ｍｉｎ、Ｏ2＝１ｌ／ｍｉｎ、Ｓｉ基板の温度＝１０００℃］において５０ｎｍ形成したものを使用した。
【０１４１】
本例においては、酸化膜の形成は熱酸化法によっておこなったが、酸化膜の形成の手段は熱酸化法に限るものではなく、いかなる手段によって形成された酸化膜でも構わない。Ｓｉ基板表面に酸化膜を形成後、本発明の装置を用いて、基板温度300℃、Ar／ＳｉＨ4＝９９．９５％／０．０５％の条件で多結晶シリコン薄膜を、１２０ｎｍ堆積後、Ｘ線ディフラクトメータで多結晶シリコン薄膜の分析を行った。比較のため、従来技術の平行平板型ＣＶＤ装置を用いて、基板温度３００℃、Ａｒ／ＳｉＨ4＝９９．９５％／０．０５％の条件で多結晶シリコン薄膜を、１２０ｎｍ堆積後、同様にＸ線ディフラクトメータで多結晶シリコン薄膜の分析を行った。
【０１４２】
図４２は、多結晶シリコン薄膜のＸ線ディフラクトメータの測定結果を示すグラフである。横軸は面方位に起因するＸ線の散乱角２θを示し、縦軸はその散乱角でのＸ線強度を示す。Ｘ線ディフラクトメータは、ピークの強度が大きいほど、その面方位の結晶性が高いことを示している。図４２から、本発明の装置によって成膜された多結晶シリコン膜は、従来技術の平行平板のＣＶＤによって成膜された膜よりも、明らかに結晶性が向上していることが分かった。
【０１４３】
（実施例３０）
本例では、本発明をマグネトロンプラズマエッチング装置に用いた場合の実施例を示すものである。
平行平板型の２つの電極Ｉ及びＩＩを備え、前記電極Ｉの前記電極ＩＩと対向する面の上にはプラズマを用いて処理が行われる基体を載置しており、前記基体上に水平でかつ一方向性を有する磁場の印加手段を設けたプラズマ装置であり、前記電極ＩＩは、電気的に接地された中心部と前記電極Ｉに接続された高周波電源とは独立して制御できる高周波電源に接続された外周部とから構成され、基体表面付近に生成するプラズマの密度の均一化を図る目的で前記電極Ｉと電気的接合する部分に設けた接合インピーダンスを調整する手段を付設したフォーカスリングを備えていることを特徴とする。
【０１４４】
本発明に係るエッチング装置構成図は前記図４４と同様であるので省略する。
本装置では、磁場の印加手段４４１３として、複数の永久磁石を環状に並べたダイポールリングマグネット（以下ＤＲＭ）を用いている。ＤＲＭを構成する永久磁石は、永久磁石の位置が半周する間に磁化方向が一回転するような向きで並べられている。尚、ここでは磁場としてＤＲＭを用いたが他の磁場印加手段でも構わない。またここでは磁場を用いてプラズマ密度を上げているが、他の手段でも構わず、プラズマ密度を上げる必要がないときは用いなくとも良い。
【０１４５】
また、電極ＩＩは、ここではリング状の金属板であり、基体表面付近のプラズマの面内均一性を向上させるために設けられたものである。高周波電源ＩＩから出力された高周波電力は、整合回路ＩＩを通して電極ＩＩに印加される。電極ＩＩに適切な高周波電力を印加することによって磁場印加によって生じる電極ＩＩ面上の電子のドリフトと基体面上の電子のドリフトのバランスをとることで、基体表面付近のプラズマはほぼ完全に均一化される。なお、電極ＩＩに高周波を印加しなくても基体表面付近のプラズマの面内均一性が良好な場合や、不均一でも問題が生じない場合には特に電極ＩＩを設ける必要はない。これと同様に基体表面付近に生成するプラズマの密度の均一化を図る目的で設けたフォーカスリングにおいても基体表面付近のプラズマの面内均一性が良好な場合や、不均一でも問題が生じない場合には小型化する、もしくは設けなくとも良い。
【０１４６】
容器内壁面の材質としては、可能な限り放出ガス（水分等）の少ない材質、ここではＡｌＮを用いた。ただし、この材料に限定されるわけではない。前記電極Ｉに印加する高周波は周波数１３．５６ＭＨｚ、前記電極ＩＩに印加する高周波の周波数は１００ＭＨｚを用いた。この際、前記電極ＩＩに印加する高周波は電極Ｉに印加する高周波よりも高い周波数とすることにより、電極ＩＩにかかるセルフバイアス電位が小さくなるため、前記電極ＩＩが前記プラズマによりスパッタされ、前記容器内が金属汚染するという問題が解決される。またここで電極Ｉ、ＩＩに印加する高周波の周波数はこれに限定されるものではない。
【０１４７】
そこで、上記装置の排気システムのみを変更し本発明に関わる排気システムの優位差を従来の排気システム（詳細には、図４３（ａ）に記載の方法である）と比較した実験を行った。実験方法は、プラズマ処理する基体として直径２００ｍｍのＳｉウェハ上に絶縁膜ＢＰＳＧを１．５μｍ成膜したものを準備し、これを電極Ｉ上に載置してプロセスガス比一定でトータルガス流量を増やしながらエッチングを行い、排気システムの違いによるエッチングルートの測定を行った。尚、基体をエッチングする条件は、電極Ｉに印加する高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）１７００Ｗ、電極ＩＩに印加する高周波電力（１００ＭＨｚ）４００Ｗ、プロセス圧力４０ｍＴｏｒｒ、電極間隔１０ｍｍ、プロセスガス比Ｃ4Ｆ8：５％、ＣＯ：１５％、Ａｒ：７８％、Ｏ2：２％であるがこれらの条件はこれに限定されるものではない。
実験結果を図５７に示す。(▲、△は、ウェハ中心のエッチングルートを示し、また■、□は、ウェハの端でのエッチングレートを示す。)この結果より、以下のことが明らかとなった。
【０１４８】
（１）本発明の排気システムを採用した場合、従来の排気システムより高いエッチングレート及び均一性が得られている事が分かる。
また、上記基体としてＳｉウェハ上にＢＰＳＧ膜の代わりに他絶縁膜ＳｉＯ2、Ｐ−ＴＥＯＳ、ＳｉＮ、ＳｉＯもしくは金属膜であるＰｏｌｙ−Ｓｉ、Ｓｉ、Ａｌを成膜した基体に関しても上記と同様の効果が得られたことが確認された。
続いて、上記基体として直径２００ｍｍのＳｉウェハ上にＢＰＳＧを１．５μｍ程度成膜し、その上にレジストと呼ばれるマスク材０．７μｍを塗布し、露光、現像のプロセスを経て、前記マスク材に直径０．１８μｍのホールパターンを形成した。その前記基体を前記実験と同様の条件でエッチングし、エッチング後のホール形状を観察した。この結果より、以下のことが明らかとなった。
（２）排気速度の向上および、プロセスガス流量の増大により、ホール内に付着する反応副生成物が効率よく排気されているため、良好なホール形状が得られた。従来の排気システムではテーパ角８６°に対し、本発明の排気システムではテーパ角８９°と理想的な形状となった。ここでテーパ角とは、Ｓｉウェハとホール側壁のなす角度のことをいう（図５８参照）。
【０１４９】
（実施例３１）
本例では、本発明をマグネトロンスパッタリング装置に応用した場合の実施例を示すものである。
本装置の構成図は、前記図５４と同様であるため省略する。尚、ここでのターケットとは図５４に記載のプラズマ処理される基体５４０４である。磁場の印加手段としては、複数の永久磁石を環状に並べたダイポールリングマグネット（以下ＤＲＭ）を用いているがこれに限定されるわけではない。前記容器の内壁材料は可能な限り放出ガス（水分等）を放出しない材料とするため、ここではＡｌＮとした。ただし、この材料に限定されるわけではない。前記電極Ｉに印加する高周波電力の周波数４３．０ＭＨｚ、前記電極ＩＩに印加する周波数１３．５６ＭＨｚとし、補助電極Ｂに印加する周波数を１００ＭＨｚとした。それぞれの電極に印加する高周波の周波数は、上記値に限定されるものではないが補助電極Ｂに印加される高周波の周波数は、補助電極Ｂにかかるセルフバイアス電位を低くし、それ自身のスパッタを避けるようになるべく高く設定することが好ましい。
【０１５０】
上記装置の排気システムのみを変更し本発明に関わる排気システムの優位差を従来の排気システム（一方向からだけの排気方法、詳細には、図４３（ａ）に記載の方法である）と比較した実験を行った。圧力１０ｍＴｏｒｒ、キャリアガスとしてＡｒを用い、プラズマを生成し、スパッタリングを行い、Ａｌのターゲットの削れ量の分布を測定し、ターゲット付近に生成されているプラズマの状態を比較、検討した。成膜する基体としては単結晶Ｓｉウェハ（６インチ）を使用した。
【０１５１】
その結果を図５９に示す。この結果より以下のことが明らかとなった。
（１）ここでは前記容器内の圧力１０ｍＴｏｒｒ時のガス流量１．５ｓｃｃｍまでガス流量を増加させて行くことにより、ターゲットの削れ量の面内均一性が向上する。これはターゲット付近の均一な排気速度およびガスフローが実現されているためと思われる。
ターゲットとしてここでは、Ａｌのターゲットを用いたか、Ｃｕでも同様の結果が確認された。
【０１５２】
（実施例３２）
本例では、大流量のガスを均一に供給することが可能なラジアルラインスロットアンテナを用いたプラズマ装置において、本装置を前記基体の表面を低温で酸化するためのプラズマ酸化装置に応用した場合を示す。
本装置構成図は、前記図５３と同様であるため省略する。
ここでは前記基体としてＳｉウェハを用い、Ｓｉウェハ表面をＯ2で直接酸化し、ゲート酸化膜を形成した場合について説明する。原料ガスはＡｒ及びＯ2を用いている。キャリアガスとしてＡｒの代わりにＸｅを用いても構わない。また、ＡｒとＯ2からなる混合ガスに、Ｈｅなどを加えてもよい。
【０１５３】
図６０は、本例で作製した素子の断面図と、素子の絶縁耐圧の測定系とを合わせて示した模式図である。図６０において、絶縁耐圧の測定をした素子は、ｎ型Ｓｉウェハからなる前記基体６００１、フィールド酸化膜６００２、ゲート酸化膜６００３、ゲート電極６００４から構成される。また、６００５は絶縁耐圧の測定に用いた探針、６００６は電圧計、６００７は電圧印加手段、６００８は電流計である。
【０１５４】
図６０に示す素子の形成および絶縁耐圧の測定は、次に示す手順で行った。ｎ型Ｓｉウェハ４００１上に、ＳｉＯ2からなるフィールド酸化膜６００２（厚さ：８００ｎｍ）を熱酸化法［（Ｈ2＋Ｏ2）ガス、Ｈ2＝１ｌ／ｍｉｎ、Ｏ2＝１ｌ／ｍｉｎ、被処理体の温度＝１０００°］で形成後、フィールド酸化膜６００２の一部をウェットエッチング処理し、ｎ型Ｓｉウェハ６００１の表面を露出させた。
ｎ型Ｓｉウェハ６００１の露出させた表面のみ、本発明に係るプラズマ装置を用いて直接酸化させ、ＳｉＯ2からなるゲート酸化膜６００３（面積＝１．０ｘ１０-4ｃｍ2、厚さ＝７．６ｎｍ）を形成した。
【０１５５】
その際の成膜条件は、成膜ガスは（Ａｒ＋Ｏ2）、ガス圧は３０ｍＴｏｒｒ、分圧比はＡｒ：Ｏ2＝９８％：２％、マイクロ波パワーは７００Ｗ、酸化処理時間は２０分、前記基体は電気的にフローティング状態に保持、被処理体の温度は４３０℃した。但し、成膜条件はこれに限定されるものではない。
フィールド酸化膜６００２およびゲート酸化膜６００３の上に、Ａｌからなるゲート電極６００４（厚さ＝１０００ｎｍ）を蒸着法で形成した。
探針６００５をゲート電極６００４に接触させ、ゲート電極６００４を介して直流電圧をｎ型Ｓｉウェハからなる被処理体６００１に印加し、ゲート酸化膜６００３が絶縁破壊する電圧（すなわち絶縁耐圧）を電圧計６００６で測定した。
【０１５６】
図６１は絶縁耐圧の測定結果を示すグラフである。図６１（ａ）は本発明に係る装置でゲート絶縁膜を作製した場合を示す。一方、図６１（ｂ）は従来の装置でゲート絶縁膜を作製した場合である。
【０１５７】
ここで、図６２に従来の排気システムを付設したラジアルラインスロットアンテナを用いたプラズマ装置の平面図を示す。本発明の排気システムを用いた装置と違う点は、排気システムのみである。本発明の排気システムは真空ポンプの上部に比較的広い空間が設けてあり、前記基体側部に略々等間隔に並べられた複数の真空ポンプから排気すると、ガスのコンダクタンスをほとんど低下させることなく回転方向に均一な基体上のガス流を実現することができる。すなわち、真空ポンプの許容値近くまで多量のガスを流すことができるようになり、大口径基体の超高速プロセスに対応することが可能となる。反して、従来の排気システムは、一方向からだけの真空ポンプ２００１の排気により、真空ポンプの上部の空間が狭く、ガスのコンダクタンスが低下し、均一な基体上のガス流を実現することができない。このため多量のガスを流すことができず、大口径基体の高速プロセスには対応不可能である。
【０１５８】
図６１において、横軸は絶縁耐圧、縦軸は各絶縁耐圧が得られた素子の頻度を示す。例えば、横軸１０ＭＶ／ｃｍの棒グラフは、絶縁耐圧が９．５〜１０．４ＭＶ／ｃｍの範囲にある素子の発生頻度である。測定した素子数は、図６１（ａ）、図６１（ｂ）それぞれ３０個である。図６１から以下に示す点が明らかとなった。
従来の排気システムを備えた装置で作製した素子は、絶縁耐圧の分布が広く（すなわち膜質の均一性がく）かつ平均耐圧は１０．３ＭＶ／ｃｍでった［図６１（ｂ）］。
本発明の装置で作製した素子は、絶縁耐圧の分布が狭く（すなわち膜質の均一性が良く）かつ１１．５ＭＶ／ｃｍの高い平均耐圧が得られることから、ゲート酸化膜の膜質が向上したことがわかった［図６１（ａ）］。
【０１５９】
図６３はＳｉ酸化膜のウェハ面内の膜厚分布を示すグラフである。横軸はウェハ中心からの距離を示し、縦軸は直接酸化膜の膜厚を示している。従来の排気システムを備えた装置で成膜した直接酸化膜の膜厚は、均一性が低い。それに対し本発明の装置で成膜した直接酸化膜の膜厚はウェハ面内でほとんど一定であり、均一性が高いことがわかった。従って、本発明に係るプラズマ装置を用いて直接酸化を行うことにより、高い均一性と高い耐圧とを有する酸化膜が形成できるため、優れた絶縁耐圧を有する素子が安定して作製できることが確認された。
また本例では、本発明の装置を、前記基体のＳｉ表面を低温で酸化するためのプラズマ酸化装置に応用したが、Ｓｉ表面に限らず、金属表面に応用しても均一性の高い酸化膜が得られることが確認された。
【０１６０】
（実施例３３）
本例では、大流量のガスを均一に供給することが可能なラジアルラインスロットアンテナを用いたプラズマ装置において、本装置を前記基体の表面を低温で窒化するためのプラズマ窒化装置に応用した場合を示す。
本装置の構成並びに従来の排気システムを付設したラジアルラインスロットアンテナを用いたプラズマ装置については、実施例３と同様であるため省略する。実施例３と同様ここでは前記基体としてＳｉウェハを用い、Ｓｉウェハ表面をＮ2で直接窒化し、ゲート窒化膜を形成した場合について説明する。
原料ガスはＡｒ及びＮ2を用いている。キャリアガスとしてＡｒの代わりにｘｅを用いても構わない。また、ＡｒとＮ2からなる混合ガスに、Ｈｅ、Ｎｅなどを加えてもよい。また、Ｎ2の代わりにＮＨ3を用いてもよい。
【０１６１】
図６４は、本例で作成した素子の断面図と、素子の絶縁破壊注入電荷量の測定系とを合わせて示した模式図である。図６４において、絶縁破壊注入電荷量の測定をした素子は、ｎ型Ｓｉウェハからなる被処理体６４０１、フィールド酸化膜６４０２、ゲート窒化膜６４０３、ゲート電極６４０４から構成される。また、６４０５は絶縁破壊注入電荷量の測定に用いた探針、６４０６は電圧計、６４０７は定電流源、６４０８は電流計である。図６４に示す素子の形成および絶縁破壊注入電荷量の測定は、次に示す手順で行った。
【０１６２】
ｎ型Ｓｉウェハ６４０１上に、ＳｉＯ2からなるフィールド酸化膜６４０２（厚さ：８００ｎｍ）を熱酸化法［（Ｈ2＋Ｏ2）ガス、Ｈ2＝１ｌ／ｍｉｎ、Ｏ2＝１ｌ／ｍｉｎ、被処理体の温度＝１０００℃］で形成後、フィールド酸化膜６４０２の一部をウェットエッチング処理し、ｎ型Ｓｉウェハ６４０１の表面を露出させた。
【０１６３】
ｎ型Ｓｉウェハ６４０１の露出させた表面のみ、本発明に係るプラズマ装置を用いて直接窒化させ、Ｓｉ3Ｎ4からなるゲート窒化膜６４０３（面積＝１．０ｘ１０-4ｃｍ2、厚さ＝５．６ｎｍ）を形成した。その際の成膜条件は、成膜ガスは（Ａｒ＋Ｎ2）、ガス圧は３０ｍＴｏｒｒ，分圧比はＡｒ：Ｎ2＝９９．７％：０．３％、マイクロ波パワーは７００Ｗ、窒化処理時間は２０分、被処理体は電気的にフローティング状態に保持、被処理体の温度は４３０℃、とした。但し、成膜条件はこれに限定されるわけではない。
【０１６４】
フィールド酸化膜６４０２およびゲート窒化膜６４０３の上に、Ａｌからなるゲート電極６４０４（厚さ＝１０００ｎｍ）を蒸着法で形成した。
探針６４０５をゲート電極６４０４に接触させ、ゲート電極６４０４を介して定電流源６４０７より、電流密度が１００ｍＡ／ｃｍ2となるように、一定電流をｎ型Ｓｉウェハからなる前記基体６４０１に印加し、ゲート窒化膜６４０３が絶縁破壊する時間を測定した。電流密度値にこの時間をかけたものが絶縁破壊注入電荷量である。
【０１６５】
図６５は絶縁破壊注入電荷量の測定結果を示すグラフである。
図６５において、横軸は注入電荷量、縦軸は各注入電荷量が得られた素子の累積頻度を示す。測定した素子数は、従来の方式、本発明それぞれ２０個である。
【０１６６】
図６５から以下に示す点が明らかとなった。
従来の装置で作製した素子は、注入電荷量の分布が広く（すなわち膜質の均一性が悪く）かつ平均電荷注入量は５９．３Ｃ／ｃｍ2であった。
本発明の装置で作製した素子は、注入電荷量の分布が狭く（すなわち膜質の均一性が良く）かつ５７２Ｃ／ｃｍ2の高い平均電荷注入量が得られることから、ゲート窒化膜の膜質が向上したことがわかった。
【０１６７】
図６６は直接窒化膜のウェハ面内の膜厚分布を示すグラフである。横軸はウェハ面内の中心からの距離を示し、縦軸は直接窒化膜の膜厚を示している。従来の排気システムを備えた装置で成膜した直接窒化膜の膜厚は、均一性が低い。それに対し本発明の装置で成膜した直接窒化膜の膜厚はウェハ面内でほとんど一定であり、均一性が高いことがわかった。
【０１６８】
図６７は直接窒化膜のバリア性の測定結果を示すグラフである。従来の排気システムを備えた装置と本発明の排気システムを備えた本装置で直接窒化したＳｉウェハを、６００℃，１００％Ｏ2雰囲気中に１時間から５時間晒した後、Ｘ線光電子分光装置で測定した。図６７において、横軸は直接窒化したＳｉウェハを上記のＯ2雰囲気に晒した時間、縦軸は直接窒化したＳｉ表面が酸化されケミカルシフトしたＳｉＯ2のピークの面積を表している。図から以下に示す点が明らかとなった。
従来の装置で直接窒化したＳｉウェハ表面では、時間とともにピーク面積が増加し、Ｏ2雰囲気で時間とともに酸化されている。このことから従来の装置で成膜した直接窒化膜は酸素に対するバリア性が低いことがわかった。
本発明の装置で直接窒化したＳｉウェハ表面では、ピーク面積は時間とともにほとんど増加せず、Ｏ2雰囲気でほとんど酸化されていない。このことから本発明の装置で成膜した直接窒化膜は酸素に対するバリア性が高いことがわかった。
【０１６９】
図６８は成膜雰囲気から成膜された直接窒化膜中に含有される酸素及び炭素の量とプロセスガスの総流量との関係を示したものである。この図から以下に示す点が明らかになった。
プロセスガスの総流量が多いほど、成膜された直接窒化膜中に含有される酸素および炭素の量は減少し、酸素および炭素汚染の少ない直接窒化膜が成膜可能となる。このことから本発明の装置は、大流量のガスを流しながら成膜する事が可能なため、酸素および炭素汚染の少ない直接窒化膜を成膜するのに適している。
従って、本発明に係るプラズマプロセス装置を用いて直接窒化を行うことにより、膜中の不純物濃度を低く押さえ、高い膜質均一性と高い注入電荷量を有し、膜厚分布が均一で、かつ高いバリア性をもつ窒化膜が形成できるため、優れた特性を有する素子が安定して作製できることが確認された。
【０１７０】
また本例では、本発明の装置を、前記基体のＳｉ表面を低温で窒化するためのプラズマ窒化装置に応用したが、Ｓｉ表面に限らず、Ｔａ、Ｗ、Ａｌ、Ｔｉなどの金属表面の窒化に応用しても均一性の高い金属窒化膜が得られることが確認された。
【０１７１】
（実施例３８）
本例では、大流量のガスを均一に供給することが可能なラジアルラインスロットアンテナを用いたプラスマ装置において、本装置を前記基体上にダイヤモンドを成膜するプラズマＣＶＤ装置に応用した場合を示す。
本装置の構成は実施例３と同様であるので省略する。
ダイヤモンド薄膜はその優れた機械的、熱的科学的、電気的、光学的特性を有し、さらに適当な不純物を添加することによって半導体特性を制御できることから注目されている。
本実施例では、ダイヤモンド薄膜を、ＵＬＳＩシリコンの次世代の加工技術として期待されているＸ線リソグラフィに用いられる、マスクへの応用を目指した成膜について述べる。
【０１７２】
図６９にＸ線リソグラフィ用マスクの構成の一例を示す。図の中央正方形部の吸収体には転写する回路パターンが形成される。基板側から平行光のＸ線が入射し、中央正方形部の、吸収体のない部分をＸ線が通過し、吸収体側に設置された、不図示の被パターン形成Ｓｉウエハに投影される。吸収体の支持層として使われるダイヤモンド薄膜には、透明であること、表面が平滑であること、面内で均一な特性であることが要求される。
【０１７３】
本実施例では、Ｓｉウェハ上へのダイヤモンド薄膜の成膜を実施した。以下に実施方法を述べる。
表面の汚染物（パーティクル、有機物、金属）と自然酸化膜を除去したＳｉ基板をチャンバに導入する。ローディング後、ダイヤモンド薄膜を前記装置にて、１〜２μｍ程度成膜する。まずＡｒ／Ｈ2／ＣＨ4もしくはＡｒ／Ｈ2／ＣＯ2雰囲気中でＳｉ基板表面を炭化処理した後、Ｓｉ基板を負にバイアスして、Ｓｉ基板上にダイヤモンド結晶の核を生成させる。この処理の後、Ａｒ／Ｈ2／ＣＨ4／Ｏ2もしくはＡｒ／Ｈ2／ＣＯ2／Ｏ2雰囲気中でダイヤモンド薄膜を１〜２μｍ程度成膜する。上記のＡｒの代わりにＸｅを用いても良い。プロセス時のチャンバー圧力は３〜５００ｍＴｏｒｒであり、プロセスガス流量は、３ＳＬＭまで流せることが可能であり、Ｓｉウェハは３００〜７００℃に温度制御されている。本装置では、大面積に高密度かつ均一なプラズマを生成でき、シャワープレートを設けることにより原料ガスの供給の均一化を図り、大口径基板に均一に成膜できる。
【０１７４】
また、プロセス空間を狭くし、大流量のプロセスガスを均一かつ高速に排気することで反応副生成物ガスの高速除去が可能となるため、均一に原子状水素でエッチングされた非ダイヤモンド成分などの反応副生成物が高速に排気され、高品質なダイヤモンドが生成できる。
【０１７５】
Ｓｉウェハ上に成膜した厚さ２μｍのダイヤモンド薄膜の評価結果を表２に示す。
【表２】
2008277306.tif 000004
【０１７６】
透過率は、Ｓｉウェハの裏面（薄膜形成した表面と反対側）中央部をウエットエッチングにて除去し、ダイヤモンド薄膜を露出させた後に測定した。測定系を図７０に示す。
【０１７７】
図７１にプロセスガスの総流量を変えた時の、表面荒さおよび透過率の変化を示す。従来技術では、プロセスガス総流量を上げられず、平坦なダイヤモンド薄膜が形成できないため、成膜後に機械研磨を行っていた。本発明に係るプラズマ装置を用いることによって、原子状水素でエッチングされた非ダイヤモンド成分などの反応副生成物が高速に排気され、高品質なダイヤモンドが生成できる。
【０１７８】
（実施例３９）
本例では、本発明をマグネトロンスパッタリング装置に応用した場合の実施例を示すものである。
本装置構成図は、実施例３１と同様であるので省略する。アモルファスＴａ4Ｂは実施例５で説明したようにＸ線リソグラフィ用マスクの吸収体材料として応用できる。実施例５で述べたように、まず平坦なダイヤモンド薄膜を成膜後、クラスタツールにより、クリーンルームの雰囲気に一切触れさせず、Ｔａ4Ｂを連続成膜した。
【０１７９】
本クラスタツールの特徴は、各プロセスチャンバ間をＡｒもしくはＮ2トンネルで接続することにより、ウェハ上の半導体、金属、絶縁体を大気に一切曝すことなく、高清浄な雰囲気下で連続的に薄膜形成ができることにある。また、各プラズマチャンバーは、到達真空度１0-10Ｔｏｒｒ台の超高真空を達成しているか、ウエハ搬送時は常に超高純度ＡｒもしくはＮ2により数ｍＴｏｒｒ〜数十Ｔｏｒｒに保たれており、ウエハ表面への有機物・水分等の汚染を防止している。さらに、各クラスタ間は、Ｎ2もしくは乾燥空気で密閉したポッドを用いた搬送を行い、また、ウェット洗浄・リソグラフィ工程もＮ2もしくは乾燥空気雰囲気中で行っており、大気からのあらゆる不純物要素を完全に排除したプロセスが可能となっている。
【０１８０】
本実施例では、Ｓｉウェハ上およびＳｉウェハ上ダイヤモンド薄膜上へのアモルファスＴａ4Ｂの成膜を実施した。以下に実施方法を述べる。
表面の汚染物（パーティクル、有機物、金属）と自然酸化膜を除去したＳｉウェハ上に成膜するか、もしくはダイヤモンドとの連続成膜により、Ｔａ4Ｂを０．５〜１μｍ程度成膜する。尚、本装置の構成は図４４と同様であるので省略する。
【０１８１】
スパッタリングのターゲットには、原子数の比が４：１のタンタルとホウ素の化合物を用いた。ＡｒもしくはＸｅ雰囲気でスッパッタリングを行う。このときのチャンバ圧力は３〜５００ｍＴｏｒｒである。プロセスガス流量は、３ＳＬＭまで流すことが可能である。
Ｓｉウェハ上およびＳｉウェハ上の２μｍダイヤモンド薄膜上に成膜した厚さ１μｍのアモルファスＴａ4Ｂ薄膜の評価結果を表３に示す。この結果より以下のことが明らかとなった。
【０１８２】
（１）本発明に係るプラズマ装置を用いることで、大口径基板においても面内均一性が高い成膜が可能である。
【表３】
2008277306.tif 000005
（実施例４０）
本例では、大流量のガスを均一に供給することが可能なラジアルラインスロットアンテナを用いたプラズマ装置において、本装置を前記基体上に多結晶シリコン薄膜を成膜するプラズマＣＶＤ装置に応用した場合を示す。
本装置の構成は実施例３と同様であるので省略する。
【０１８３】
ガラス基板上に薄膜を成膜する場合について説明する。下地の基板としてはガラス基板に限定される訳ではなく、ＳｉＮX、ＳｉＯ2等非結晶質の材料であればよい。多結晶シリコン薄膜の用途としてはトランジスタの能動層やゲート電極として使用可能である。原料ガスとしてＳｉＨ4Ｘｅを用いているが、これらの組み合わせに限定されるわけではない。ＳｉＨ4の代わりにＳｉ2Ｈ6等を、Ｘｅの代わりにＡｒやＨ2等を用いてもよい。
Ｘｅ、ＳｉＨ4のガス流量比を１００：１となるように設定して実験を行った。
マイクロ波パワーは１６００Ｗ、プロセスチャンバ内に導入するガスの総流量を３００ｓｃｃｍから３０００ｓｃｃｍまで変化させる。多結晶シリコンは３００ｍｍガラス基板上に成膜し、表面ラフネス、均一性及び多結晶シリコンの結晶子サイズを測定した。基板温度は３００℃に設定した。尚、ここに挙げたプロセス条件は本発明の効果を示すための一例であり、上記の値に限定されるものではない。
【０１８４】
図７２に、成膜された多結晶シリコン薄膜の表面粗さのトータルガス流量依存性を示す。測定は原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で行った。トータルガス流量を増やしていくと表面ラフネスが低下していくことがわかる。
【０１８５】
図７３に、成膜された多結晶シリコン薄膜のガラス基板上での面内均一性のトータルガス流量依存性を示す。トータルガス流量の増加に伴い、面内均一性も向上していくことが分かる。
【０１８６】
図７４に、成膜された多結晶シリコン薄膜の結晶子サイズのトータルガス流量依存性を示す。結晶子サイズの測定はＸ線薄膜法によりＳｉのピークの半値幅からシェラー法により計算して導出した。トータルガス流量の増加に従い、結晶子サイズも増大していくことがわかる。
【０１８７】
図７５に、成膜された多結晶シリコン薄膜の膜中水素量のトータルガス流量依存性を示す。膜中水素量の測定はＦＴ−ＩＲを用いて行い、相対値により示した。トータルガス流量の増加に従い、反応副生成物の除去が促進され膜中水素量が減少していくことがわかる。
【０１８８】
図７６に、Ｘｅ、ＳｉＨ4のプロセスガスにＰＨ3を加えてＰドープした場合の、膜の比抵抗のトータルガス流量依存性を示す。Ｘｅ：ＳｉＨ4：ＰＨ3の流量比は１０００００：１０００：１に固定して実験を行ったが、これらの値に限定されるものではない。トータルガス流量の増加に従い、膜の比抵抗が小さくなりドーパントの活性化率が増大していくことがわかる。ドーパントのガスはＰＨ3の他、ＡｓＨ3、Ｂ2Ｈ6等のドーパントの水素化物を加えることによってドープした場合についても上記と同様の結果が確認された。
以上説明したように、本発明により、大流量の均一排気が可能となったことにより、反応副生成物の除去が促進され面内均一性が向上し、表面ラフネスが小さく、かつ結晶子サイズの大きい良質な多結晶シリコン薄膜が形成できる。
【０１８９】
（実施例４１）
本例では、大流量のガスを均一に供給することが可能なラジアルラインスロットアンテナを用いたプラズマ装置において、本装置を前記基体上にＳｉ3Ｎ4薄膜を成膜するプラズマＣＶＤ装置に応用した場合について示す。
本装置の構成は実施例３２と同様であるので省略する。
【０１９０】
Ｓｉ3Ｎ4膜の用途としてはＴＦＴなどのゲート絶縁膜、ＬＯＣＯＳ用のマスク、パッシベーション膜等に使われる。
原料ガスとしてＳｉＨ4、Ｘｅ、Ｎ2を用いているが、これらの組み合わせに限定されるわけてはない。ＳｉＨ4の代わりにｉ１2Ｈ6等を、Ｘｅの代わりにＡｒやＨ2等を、Ｎ2の代わりにＮＨ3等を用いることが可能である。ＳｉＨ4、Ｘｅ、Ｎ2のガス流量比を１：１００：５となるように設定する。マイクロ波パワーは１６００Ｗ、プロセスチャンバ内の圧力は３００ｍＴｏｒｒに設定し、トータルガス流量を３００ｓｃｃｍから３０００ｓｃｃｍまで変化させる。ＳｉＮｘ薄膜は３３００ｍｍガラス基板上に成膜し、膜の均一性及び絶縁耐圧を測定した。基板温度は３００℃に設定した。
尚、ここに挙げたプロセス条件は本発明の効果を示すための一例であり、上記の値に限定されるものではない。
【０１９１】
図７７に、成膜されたＳｉ3Ｎ4薄膜のガラス基板上での面内均一性のトータルガス流量依存性を示す。トータルガス流量の増加に伴い、面内均一性も向上していくことが分かる。
【０１９２】
図７８に、成膜されたＳｉ3Ｎ4薄膜の絶縁耐圧に対するトータルガス流量依存性を示す。絶縁耐圧は専用のＴＥＧを作成して測定した。トータルガス流量の増加に従い、絶縁耐圧も増大していくことがわかる。
【０１９３】
図７９に、成膜されたＳｉ3Ｎ4薄膜のＳｉとＮの組成比に対するトータルガス流量依存性を示す。測定はＸ線光電子分光法を用いて行った。トータルガス流量の増加に従い、反応副生成物の除去が促進され、Ｓｉ3Ｎ4の原子組成としてはＳｉとＮの組成比が３：４の理想的な値に近づくことが分かる。
以上説明したように、本発明により、大流量の均一排気が可能となったことにより、反応副生成物の除去が促進され面内均一性が向上し、絶縁耐圧の高い良質なＳｉＮｘ薄膜が形成できた。
【０１９４】
（実施例４２）
本例では、大流量のガスを均一に供給することが可能なラジアルラインスロットアンテナを用いたプラズマ装置において、本装置を前記基体上にフロロカーボン系の低誘電率薄膜を成膜するプラズマＣＶＤ装置に応用した場合について示す。
本装置の構成は実施例３２と同様であるので省略する。
【０１９５】
フロロカーボン系の低誘電率薄膜は、半導体素子の配線間の層間絶縁膜として成膜する場合について説明する。
第１層目ＡｌＣｕ配線がパターン形成済みのウェハを、クラスタツールに導入する。本プロセスでは第２層目のＡｌＣｕ膜を成膜するまでのすべての工程をクラスタツールで行う。本クラスタツールは、実施例６と同様であるので省略する。
【０１９６】
ローディング後、まず第１層目配線表面をＮｅ／Ｆ２混合ガスを用いて、表面処理を行う。本マイクロ波装置内にＮｅ／Ｆ２ガスを導入し、チャンバー内てプラズマを発生し、約５分間ウエハ表面をプラズマにさらし、弗化処理を行う。引き続き、同一チャンバーにて、フロロカーボン系低誘電率膜をウェハ上に成膜する。原料ガスとしてＣ4Ｆ8、Ｈ2及びＡｒを用いているが、これらの組合わせに限定されるわけではない。Ｃ4Ｆ8の代わりにＣＦ4等を、Ｈ2の代わりにＯ2等を、Ａｒの代わりにＸｅ等を用いても構わない。Ｃ4Ｆ8、Ｈ2及びＡｒのガス流量比を１：１：５となる様に設定する。マイクロ波パワーは１６００Ｗ、プロセスチャンバー内の圧力は１０〜２００ｍＴｏｒｒに設定し、トータルガス流量を５００ｓｃｃｍから３０００ｓｃｃｍまで変化させる。３００ｍｍのウェハ上に成膜し、デポジションレートとその均一性を測定した。ウエハ温度は２５０度に制御した。
尚、前記成膜条件については、この条件に限定されないのは言うまでもない。
【０１９７】
図８０に成膜されたフロロカーボン膜のデポジションレートのトータルガス流量依存性を示す。トータルガス流量を増加させていくと、反応副生成物の除去が促進され、デポジションレートが増加し、８００ｎｍ／ｍｉｎ以上に達しているのがわかる。
【０１９８】
また、図８１にデポジションレートの面内均一性のトータルガス流量依存性を示す。プロセスガスの流量を十分に増やすことでウェハ面内均一性の改善がみられているのがわかる。
以上説明したように、本発明に係るプラズマ装置を用いることにより、高速かつ均一な膜の形成が大面積上で可能である。また、引き続き第二層配線の成膜をクラスターツール内で行えば、多層配線の半導体素子の製造が可能である。
【０１９９】
（実施例４３）
本例では、大流量のガスを均一に供給することが可能なラジアルラインスロットアンテナを用いたプラズマ装置において、本装置を前記基体上にＢＳＴ薄膜〔（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3薄膜〕を成膜するプラズマＣＶＤ装置に応用した場合について示す。
本装置の構成は実施例３２と同様であるので省略する。
【０２００】
尚、本プロセスはＢＳＴ膜を半導体素子内のキャパシタの絶縁膜として使用するものとし、キャパシタ下部電極形成からキャパシタ上部電極形成までの工程の内、ウエット洗浄工程、リソグラフィ工程を除く全ての工程をクラスターツール内で行う。本クラスタツールの特徴は、実施例６と同様であるので省略する。まず、基板をクラスターツール内にローディングし、ｐｏｌｙ−Ｓｉの下部電極を形成する。さらに、Ｒｕ／ＲｕＯx層を成膜する。引き続き、ＢＳＴ膜の成膜を行う。
【０２０１】
本例では原料ガスとしてＢａ（ＤＰＭ）2、Ｓｒ（ＤＰＭ）2、Ｔｉ（Ｉ−ＯＣ3Ｈ7）4、Ｏ2及びＡｒを用いたがこれらの組み合わせに限定されるわけではなく、Ａｒの代わりにＸｅ等を用いても構わない。ガス導入口よりＡｒをキャリアガスとして、Ｂａ（ＤＰＭ）2、Ｓｒ（ＤＰＭ）2、Ｔｉ（Ｉ−ＯＣ3Ｈ7）4より、プロセスガスを装置内に導入する。さらに、ＡｒとＯ2を添加ガスとして、１：２の割合でプロセスチャンバー内に導入する。マイクロ波パワーは１６００Ｗ、プロセスチャンバー内の圧力は１０〜２００ｍＴｏｒｒに設定し、添加ガス流量を５００ｓｃｃｍから３０００ｓｃｃｍまで変化させる。その際、添加ガスのみ流量を変化させ、Ｂａ（ＤＰＭ）2、Ｓｒ（ＤＰＭ）2、Ｔｉ（Ｉ−ＯＣ3Ｈ7）4の供給条件は変化させずにおこなった。３００ｍｍウェハ上に成膜し、デポジションレートとその均一性を測定した。なお、前記成膜条件については、この条件に限定されないのは言うまでもない。
【０２０２】
図８２に成膜されたＢＳＴ膜のデポジションレートの添加ガス流量依存性を示す。添加ガス流量を増加させていくと、デポジションレートは減少する傾向にある。一方、図８３にデポジションレートの面内均一性の添加ガス流量依存性を示す。プロセスガスの流量を十分に増やすことで均一性の改善がみられ、３００ｍｍ基板で面内±２％以下を達成しているのがわかる。
以上説明したように、本発明に係るプラズマ装置を用いることにより、均一かつ良質な膜の形成が大面積上で可能である。また、ＢＳＴ成膜後、上部電極としてＴｉＮを成膜すれば半導体素子に用いるキャパシタ構造が形成可能である。
【０２０３】
本実施例ではキャパシタ下部、上部電極及びスタック電極として、それぞれｐｏｌｙ−Ｓｉ、ＴＮ、Ｒｕ／ＲｕＯXを用いているが、Ｐｔ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｈ、Ｉｎ、ＩｎＯX、Ｔｉ、ＴｉＳｉXなどを使用する場合においても、本発明は適用可能であるのは言うまでもない。本実施例ではキャパシタ絶縁膜として、それぞれＢＳＴ膜を用いているが、ＰＺＴ、ＳｒＴｉＯ3などを使用する場合においても、本実施例と同様な効果があるのは言うまでもない。
【０２０４】
（実施例４４）
図８４に本発明を用いて製作したデバイスの断面図を示す。
本プロセスでは、以下のプロセスのうちウェット洗浄・リソグラフィ工程を除く全ての工程をクラスタツールで行った。
【０２０５】
クラスタツールの一部を図８５に示す。本クラスタツールの特徴は、各プロセスチャンバ間をＡｒもしくはＮ2トンネルで接続することにより、基板上の半導体、金属、絶縁体を大気に一切曝すことなく、高清浄な雰囲気下で連続的に薄膜形成ができることにある。また、各プラズマチャンバーは、到達真空度１0-10Ｔｏｒｒ台の超高真空を達成しているが、ウエハ搬送時は常に超高純度ＡｒもしくはＮ2により数ｍＴｏｒｒ〜数十Ｔｏｒｒに保たれており、ウエハ表面への有機物・水分等の汚染を防止している。さらに、各クラスタ間は、Ｎ2もしくは乾燥空気で密閉したポッドを用いた搬送を行い、また、ウェット洗浄・リソグラフィ工程もＮ2もしくは乾燥空気雰囲気中で行っており、大気からのあらゆる不純物要素を完全に排除したプロセスが可能となっている。
【０２０６】
表面近傍の酸化膜が除去されたＳＯＩウエハをクラスタツール６１０１にローディングする。ローディング後、Ｔａ薄膜を前記図５４に示した本発明に関わる均一水平磁場を用いたプラズマプロセス装置において、１〜５０ｎｍ程度成膜する。このとき、ウエハ全面に均一に印可した高周波を制御することにより、イオン照射エネルギーを制御し、希望する膜質のＴａを得ることか可能である。次に前記図５３に示した本発明に係るラジアルラインスロットアンテナを用いたプラズマプロセス装置に導入し、Ａｒ／Ｈｅ／Ｏ2、Ｘｅ／Ｏ2もしくはＸｅ／Ｈｃ／Ｏ2雰囲気中でプラズマ酸化を行い、前工程で成膜したＴａのみを全て酸化し、タンタルオキサイド薄膜８４０１を得る。プラズマ酸化時の圧力は、３〜５００ｍＴｏｒｒであり、ウエハは３００〜５５０℃に温度制御されている。さらに前記図５４に示した本発明に係わる均一水平磁場を用いたプラズマプロセス装置にて、ゲート電極となるＴａ薄膜８４０２を０．１〜２μｍ程度成膜する。連続して、前記図５３に示した本発明に係るラジアルラインスロットアンテナを用いたプラズマプロセス装置によりＣＶＤ
ＮＳＧを１〜５０ｎｍ程度成膜する。このキャップ工程により、タンタルオキサイドをゲート側面のみに選択的に形成することが可能になり、ゲート電極上コンタクトホール形成時のエッチングプロセスを容易に、かつ高選択比で行うことが可能となる。
【０２０７】
つぎに、前記図４４に示した本発明に係る均一水平磁場を用いたプラズマプロセス装置を用い、ゲートエッチングを行う。この工程よりバリアメタル形成にかけてのプロセスの詳細図を以下に示す。
本装置を用いることで、大口径基板にもかかわらず面内均一性が高く、微細加工が可能となっている。自己整合的に高清浄イオン注入を行い、４５０〜５５０℃のアクティベーションアニールを経て、ソースドルイン８４０３形成を行う（ａ）。サイドウォール８４０４形成工程として、前記図５３に示した本発明に係るラジアルラインスロットアンテナを用いたプラズマプロセス装置により、先ほどと同様に酸化を行う（ｂ）。
【０２０８】
ウェットエッチングによりＳｉ表面のＳｉＯ2を除去した後、Ｔａを２〜１００ｎｍ程度成膜する（ｃ）。Ｍｉｘｉｎｇ Ｉ／Ｉにより表面のＴａおよびＳ／Ｄ部Ｓｉのアモルファス化およびミキシングを行った後、アニールによりタンタルシリサイド８４０５を形成する（ｄ）。この後、パターンニングを経て（ｅ）、前記図４４に示した本発明に係る均一水平磁場を用いたプラスマプロセス装置により、Ｔａをエッチングした後（ｆ）、キャップＳｉＯ2をウェットエッチにより除去する（ｇ）。この後、バリアメタル形成６００６を行う（ｈ）。前記図５３に示した本発明に係るラジアルラインスロットアンテナを用いたプラズマプロセス装置に導入し、Ｎ2、Ａｒ／Ｎ2もしくはＸｅ／Ｎ2雰囲気中で窒化を行う。膜厚は、１０〜５０ｎｍ程度とした。プラズマ酸化時の圧力は、３〜５００ｍＴｏｒｒであり、ウエハは３００〜５５０℃に温度制御されている。
【０２０９】
さらに、前記図５３に示した本発明に係るラジアルラインスロットアンテナを用いたプラスマプロセス装置を用いて、ＣＶＤ
ＮＳＧ ８４０７を成膜し、ＣＭＰにより平坦化、前記図４４に示した本発明に係る均一水平磁場を用いたプラズマプロセス装置を用いてコンタクトエッチングを行う。
【０２１０】
また、キャパシタ形成は、下部Ｔａ電極８４０８を０．１〜２μｍ程度成膜したのち、表層を５〜５００ｎｍ酸化、タンタルオキサイド８４０９を形成し、さらに上部Tａ電極８４１０を０．１〜２μｍ程度成膜することで形成する。これらのプロセスも本発明に係る均一水平磁場を利用したプラズマプロセス装置およびラジアルラインスロットアンテナを用いたプラズマプロセス装置において行う。
これらの素子を形成した後、Ｃｕ配線８４１１形成を行い、デバイスを完成させる。配線間のバリアメタルとしてＴａ窒化物を用いる場合は、ゲート電極上のバリアメタル形成工程に準ずる。
このようにして形成したタンタルオキサイドゲート絶縁膜ＭＯＳＦＥＴ・タンタルオキサイドキャパシタを電気的に評価した。
【０２１１】
図８６にタンタルオキサイドケート絶縁膜ＭＯＳＦＥＴのサブスレッショルド係数の分散を示す。ゲート絶縁膜形成のみを従来のプラズマ装置を用いたものは、サブスレショルド係数が大きく分散しているが、本発明においては、高い均一性が実現されている。
【０２１２】
バリアメタルであるタンタル窒化物形成プロセスを従来のプラズマ装置を用いて行った場合のＭＯＳＦＥＴの初期破壊率、さらには本発明を用いた例と大気中で７００℃２４時間の加熱試験を行った後のサンプルの初期破壊率を図８７に示す。従来技術では、ウエハエッジ部において初期破壊率が低いが、これは配線材料として用いたＣｕが、不完全なタンタル窒化物中を拡散したことによる。本発明においては、ウエハ全面で低い破壊率を実現している。
【０２１３】
図８８にタンタルオキサイドキャパシタの容量の面内均一性を示す。従来技術においては、半径方向に膜厚の増加傾向が見られるが、本発明においては全面に均一な容量が得られている。
本実施例において、スターティングウエハとしてＳＯＩウエハを用いているが、Ｓｉウエハ・Ｓｉエピタキシャルウエハ・金属基板ＳＯＩウエハ・ＧａＡｓウエハ・ダイヤモンドウエハ、また、石英・ガラス・セラミック・プラスチック等の表面にＳｉ・エピタキシャルＳｉ・ＧａＡｓ・ダイヤモンド薄膜を形成した基体などを用いても本実施例と同様の結果が得られることは言うまでもない。
【０２１４】
本実施例において、ＭＯＳＦＥＴのゲート電極としてＴａを用いているか、ｎ+ポリシリコン・ｐ+ポリシリコンなどを用いても本実施例と同様の結果が得られることは言うまでもない。
本実施例において、酸化プロセスガスとしてＡｒ・Ｘｅ・Ｈｅ等のキャリアガスとＯ2の混合ガスを用いているが、その他のキャリアガスや酸化種（Ｈ2Ｏ・ＮＯX等）との混合ガスを用いても本実施例と同様の結果が得られることは言うまでもない。
本実施例において、窒化プロセスガスとしてＡｒ・Ｘｅ等のキャリアガスとＮ2の混合ガスを用いているが、その他のキャリアガスや酸化種（ＮＨ3等）との混合ガスを用いても本実施例と同様の結果が得られることは言うまでもない。
【０２１５】
本実施例において、キャパシタの上部電極・下部電極にＴａを用いているが、Ｐｔ・Ｒｕ・Ｔｉ・Ｗ・Ｍｏ・ＲｕＯX・ＴａＮX・ＴｉＮX・ＷＮX・ＴａＳｉXＮY・ＴｉＳｉXＮY・ＷＳｉXＮYなど、もしくはこれらのスタック電極を用いても本実施例と同様の結果が得られることは言うまでもない。
本実施例において、ＭＯＳＦＥＴのゲート絶縁膜・キャパシタの絶縁膜としてタンタルオキサイドのみを扱ったが、タンタルオキサイドとＳｉＯ2Ｓｉ3Ｎ4・ＢＳＴ・ＰＺＴなどとのスタック絶縁膜を用いても本実施例と同様の結果が得られることは言うまでもない。
【０２１６】
本実施例において、ＭＯＳＦＥＴのゲート加工のキャップ材料としてＳｉＯ2を用いているが、Ｓｉ・Ｓｉ3Ｎ4などの材料を用いても本実施例と同様の結果が得られることは言うまでもない。
本実施例において、ＭＯＳＦＥＴのゲートサイドウォール工程としてＴａの酸化を行っているが、本工程を再酸化工程とし、新たにＮＳＧ等を用いてサイドウォールを形成しても本実施例と同様の結果が得られることは言うまでもない。本実施例において、バリアメタルであるＴａＮX形成をＴａより行っているが、ＴａＳｉXを用いてＴａＳｉXＮYを形成しても本実施例と同様の結果が得られることは言うまでもない。
本実施例において、バリアメタルとしてＴａＮXを用いているが、ＴｉＮX・ＷＮX・ＴａＳｉXＮY・ＴｉＳｉXＮY・ＷＳｉXＮYなどの材料を用いても本実施例と同様の結果が得られることは言うまでもない。
本実施例では、ロジック混載型のテバイスを製作したが、ロジックＬＳＩ・ＤＲＡＭ等、それぞれ独立に用いても本実施例と同様の結果が得られることは言うまでもない。
【０２１７】
（実施例４５）
図８９は、ターボ分子ポンプの排気特性を示したものである。低圧力領域で２２０、５４０、及び１８００ｌ／ｓｅｃの排気速度を有するそれぞれのポンプの排気特性と、２２０ｌ／ｓｅｃの排気速度を有するポンプ４台で排気した場合の排気特性が示されている。排気速度が圧力によらず一定の揚合、ポンプ入口圧力と排気ガス流量は比例する。図より、高圧力領域では、圧力の増加とともに排気速度が低下することが分かる。
また、排気速度の大きなポンプでは、排気速度の小さなポンプと比較して、より低圧力領域から排気速度が低下することが分かる。排気速度が２２０ｌ／ｓｅｃと小さなポンプにおいては、エッチングプロセスが行われる２０〜３０ｍＴｏｒｒの圧力領域では、排気速度の低下はほとんど見られない。すなわち、ポンプの排気特性を見ても、排気速度が大きく口径の大きな１台のポンプで排気するよりも、排気速度が小さく口径の小さな複数のポンプで排気した方が、通常の半導体プロセスが行われる圧力領域でより大流量のガスを流せるという点で有利である。
【０２１８】
（実施例４６）
図９０〜９２は、本発明のプラズマ装置を、真空間搬送での連続プロセスを行うクラスターツールに利用した一例を示した平面図である。
【０２１９】
図９０は、４角形のプロセスチャンバと４角形のウェハ搬送チャンバみ合わせた場合である。９００１はウェハ搬入チャンバ、９００２はウェハ搬出チャンバ、９００３はプロセスチャンバ１、９００４はプロセスチャンバ２、９００５はウェハ搬送チャンバ、９００６はゲートバルブである。プロセスチャンバ１、及び２は、図４４、４８〜５４に記載のいずれかのチャンバである。例えは、プロセスチャンバ１はエッチングチャンバ、プロセスチャンバ２はレジストアッシングチャンバである。ウェハ搬送チャンバ９００５内には１台、あるいは複数台のウェハ搬送ロボットが設置されており、プロセスチャンバとウェハ搬入／搬出チャンバとのウェハの受け渡しを行う。
【０２２０】
図９０の例では、小型のプロセスチャンバが効率的に配置されており、クリーンルームを占めるクラスターツールの占有面積が非常に小さい。直径３００ｍｍウェハ用のクラスターツールの占有面積が、従来の直径２００ｍｍウェハ用の最も小さなクラスターツールの占有面積よりも小さくすることが可能となる。図９０の構成では、直径３００ｍｍウェハ用のクラスターツールの占有面積は３．６４ｍ2であり、従来の直径２００ｍｍウェハ用の最も小さなクラスターツールの占有面積の約０．９倍となる。なお、ウェハ搬送チャンバに接続されるチャンバの数は、６個に限定されるものではない。
【０２２１】
図９１は、４角形のプロセスチャンバと６角形のウェハ搬送チャンバみ合わせた場合である。９１０１はウェハ搬入チャンバ、９１０２はウェハ搬出チャンバ、９１０３はプロセスチャンバ１、９１０４はプロセスチャンバ２、９１０５はウェハ搬送チャンバである。プロセスチャンバ１、及び２は、図４４、４６〜５４に記載のいずれかのチャンバである。例えば、プロセスチヤンバ１はエッチングチャンバ、プロセスチャンバ２はレジストアッシングチャンバである。
ウェハ搬送チャンバ内にウェハ搬送ロボットを一台のみ設置すればよいため、図９０の場合よりもコストが安くなる。その反面、装置占有面積は図９０の場合よりも多少大きくなる。図９１の構成では、直径３００ｍｍウェハ用のクラスターツールの占有面積は４．３４ｍ2となる。これは、従来の直径２００ｍｍウェハ用の最も小さなクラスターツールの占有面積と同程度である。なお、ウェハ搬送チャンバは、６角形に限定されるものではないし、ウェハ搬送チャンバに接続されるチャンバの数も６個に限定されるものではない。
【０２２２】
図９２は、３角形のプロセスチャンバと６角形のウェハ搬送チャンバみ合わせた場合である。９２０１はウェハ搬入チャンバ、９２０２はウェハ搬出チャンバ、９２０３はプロセスチャンバ１、９２０４はプロセスチャンバ２、９２０５はウェハ搬送チャンバである。プロセスチャンバ１、及び２は、図４５、４８〜５４に記載のいずれかのチャンバである。例えは、プロセスチヤンバ１はエッチングチャンバ、プロセスチャンバ２はレジストアッシングチャンバである。
真空ポンプの台数が少ないため、図９０、９１の場合よりもコストが安く、また、装置のメンテナンススペースを広くとることができる。その反面、装置占有面積は図９１の場合よりも多少大きくなる。図９２の構成では、直径３００ｍｍウェハ用のクラスターツールの占有面積は４．９４ｍｍ2となる。なお、ウェハ搬送チャンバは、６角形に限定されるものではないし、ウェハ搬送チャンバに接続されるチャンバの数も６個に限定されるものではない。なお、図９０〜９２は２種類のプロセスチャンバを２個ずつ組み合わせた場合であるが、他の組み合わせであっても一向に構わない。
【０２２３】
図９３〜９５は、図９０におけるウェハ搬送チャンバ内のウェハ搬送ロボットの配置を示したものである。図９３において、９３０１はウェハ搬入チャンバ、９３０２はウェハ搬出チャンバ、９３０３はプロセスチャンバ、９３０４はウェハ搬送チャンバ、９３０５はウェハ搬送ロボット、９３０６はウェハ退避ユニットである。ウェハ搬送ロボット９３０５ａは、ウェハ搬入チャンバ９３０１、ウェハ搬出チャンバ９３０２とウェハ退避ユニット９３０６ａ間のウェハの受け渡しを行う。ウェハ搬送ロボット９３０５ｂは、プロセスチャンバ９３０３ａ，ｃとウェハ退避ユニット９３０３ａ，ｂ間のウェハの受け渡しを行う。ウェハ退避ユニット９３０６は、一枚、あるいは複数枚のウェハを保持する機能を有する。
ウェハ退避ユニットには、ウェハのオリフラやノッチの位置を合わせる機能や、ウェハの加熱、冷却等を行う機能を設けても良い。
【０２２４】
図９３の例では、ウェハ搬送ロボット間のウェハの受け渡しはウェハ退避ユニットを介して行うようになっているが、ウェハ退避ユニットを設置せずにウェハの受け渡しを直接行っても良い。図９３の例では、ウェハ搬送ロボットが複数設置されているため、ウェハ搬入／搬出チャンバと各プロセスチャンバに対するウェハの出し入れが同時に行える。このため、ウェハ搬送に要する時間が短くてすみ、スループットが高い。
【０２２５】
図９４は、図９３のウェハ搬送チャンバが複数のユニットで構成されたものである。９４０１はウェハ搬送チャンバ、９４０２はウェハ退避チャンバである。
同型のウェハ搬送チャンバ９４０１やウェハ退避チャンバ９４０２の接続台数を変えることにより、プロセスチャンバの接続台数を任意に変えることができる。
また、任意のプロセスチャンバの台数に対して常にクラスターツールの占有面積を最小にすることができる。
【０２２６】
図９５において、９５０１はウェハ搬送ロボットである。ウェハ搬送ロボット９５０１は、図中の矢印の方向に移動することができ、一台でウェハ搬入／搬出チャンバと全てのプロセスチャンバに対するウェハの出し入れを行う。この例では、ウェハ搬送ロボットが一台で良いため、図９３の場合よりもコストが安い。
反面、ウェハ搬送に要する時間が長くかかり、スループットが低下する可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【０２２７】
【図１】実施例１に係る装置の断面図である。
【図２】図１の装置に用いるラジアル・ライン・スロット・アンテナの一例を示す平面図である。
【図３】実施例１に係るプラズマ着火実験の結果であり、マイクロ波パワー及びチャンバ材質の依存性を示す。
【図４】実施例１に係るプラズマ着火実験の結果であり、めっき層の厚さ及びマイクロ波周波数の依存性を示す。
【図５】実施例１に係る装置の断面図であり、チャンバの内表面にめっき層を設けた場合を示す。
【図６】実施例１に係る装置の断面図てあり、チャンバの内表面を所定の材質からなる板材で覆った場合を示す。
【図７】実施例２に係る装置の断面図である。
【図８】図７における領域Ａの拡大図であり、第１の誘電体板が第１のＯリングと接触して真空シールする領域に金属薄膜１１４を設けた場合を示す。
【図９】図７における領域Ａの拡大図であり、第１のＯリング自体を金属薄膜１１５で被覆した場合を示す。
【図１０】実施例３に係る装置の断面図である。
【図１１】実施例３に係る飽和イオン電流密度を示すグラフである。
【図１２】実施例４に係る装置の断面図である。
【図１３】図１2の領域Ｂの拡大図である。
【図１４】実施例５に係る飽和イオン電流密度を示すグラフである。
【図１５】実施例７に係る装置の断面図である。
【図１６】実施例７においてプラズマ励起の有無を確認するために用いた治具の概略図である。
【図１７】実施例７に係るプローブ電圧とプローブ電流との関係を示すグラフである。
【図１８】実施例７に係る最小放電パワーとＡｒ圧との関係を示すグラフである。
【図１９】実施例８に係る装置の部分断面図であり、遮蔽板を用いた場合を示す。
【図２０】実施例８に係る装置の部分平面図であり、スロットを小型化した場合を示す。
【図２１】実施例８に係る飽和イオン電流密度を示すグラフである。
【図２２】実施例９に係る装置の部分断面図である。
【図２３】実施例１０に係る装置の部分断面図である。
【図２４】実施例１１に係る装置の断面図である。
【図２５】実施例１２に係る装置の断面図である。
【図２６】実施例１２に係る重合膜の堆積速度とチャンバの内壁温度との関係を示すグラフである。
【図２７】実施例１３に係る装置の断面図である。
【図２８】実施例１４に係るフロロカーボン系ガスの回収・再利用にステージドクーラー方式を採用したときのシステムを示す概略図である。
【図２９】実施例１５に係るフッ素系ガスの平均結合エネルギーとそのプラズマパラメタとの関係を示すグラフである。
【図３０】実施例１５に係るＡｌＦ3／ＭｇＦ2合金のプラズマ照射によるダメージ評価結果を示すグラフであり、（ａ）はＮＦ3プラズマ照射前、（ｂ）はＮＦ3プラズマ２時間照射後を示す。
【図３１】実施例１６に係る飽和イオン電流密度の分布を示すグラフである。
【図３２】実施例１６に係る電子温度の分布を示すグラフである。
【図３３】実施例１６に係る電子密度の分布を示すグラフである。
【図３４】実施例１６に係るイオン電流分布を測定するシステムの概略図である。
【図３５】実施例１６に係る電子温度および電子密度の測定に用いたシングルプローブの構造を示す模式図である。
【図３６】実施例１７におけるプラズマエッチングの結果を示すグラフである。
【図３７】実施例１８に係る素子の断面図と、素子の絶縁耐圧の測定系とを合わせて示した模式図である。
【図３８】実施例１８における絶縁耐圧の結果を示すグラフである。
【図３９】実施例２８に係るシリコン窒化膜に対して、Ｘ線光電子分光装置を用いてＳｉ表面の化学的結合状態を分析した結果を示すグラフである。
【図４０】実施例２８に係る素子の断面図と、素子の絶縁破壊注入電荷量の測定系とを合わせて示した模式図である。
【図４１】実施例２８における絶縁破壊注入電荷量の結果を示すグラフである。
【図４２】実施例２９におけるＸ線ディフラクトメータの結果を示すグラフである。
【図４３】従来のマグネトロンプラズマエッチング装置の概略図である。
【図４４】本発明に係るプラズマ装置の一例を示す模式図である。
【図４５】本発明に係わるプラズマ装置の一例を示す平面図である。
【図４６】本発明に係わるプラズマ装置の一例を示す平面図である。
【図４７】本発明に係わるプラズマ装置の一例を示す平面図である。
【図４８】本発明に係わるプラズマ装置の一例を示す平面図である。
【図４９】本発明に係わるプラズマ装置の一例を示す平面図である。
【図５０】本発明に係るプラズマ処理装置の一例を示す平面図である。
【図５１】本発明に係るプラズマ処理装置の一例を示す平面図である。
【図５２】本発明に係るプラズマ処理装置の一例を示す平面図である。
【図５３】本発明に係わるプラズマ装置の一例を示す平面図である。
【図５４】本発明に係わるプラズマ装置の一例を示す平面図である。
【図５５】電極ＩＩに高周波を印加する手段の一例を示す図である。
【図５６】電極ＩＩに高周波を印加する手段の一例を示す図である。
【図５７】本実施例と従来例との排気量を比較したグラフである。
【図５８】本実施例のパターン製作のフローを示す図である。
【図５９】本実施例と従来例との比抵抗を比較したグラフである。
【図６０】本実施例の素子の断面図と絶縁耐圧の測定系とをあわせて示した模式図。
【図６１】本実施例及び従来例の絶縁耐圧の測定結果を示すグラフである。
【図６２】従来のプラズマ装置の平面図である。
【図６３】Ｓｉ酸化膜のウエハ面内の膜厚分布を示すグラフである。
【図６４】本実施例の素子の断面図と絶縁破壊注入電荷量の測定系とをあわせて示した模式図である。
【図６５】絶縁破壊注入電荷量の測定結果を示すグラフである。
【図６６】直接窒化膜のウエハ面内の膜厚分布を示すグラフである。
【図６７】直接窒化膜のバリア性の測定系結果を示すグラフである。
【図６８】酸素及び炭素の量とプロセスガスの総流量との関係を示したグラフてある。
【図６９】Ｘ線リソグラフィ用マスクの構成の一例を示す図である。
【図７０】ダイヤモンド薄膜の透過率測定系を示す模式図である。
【図７１】ダイヤモンド薄膜の評価結果を示すグラフである。
【図７２】多結晶シリコン薄膜の表面荒さの総流量依存性を示すグラフである。
【図７３】多結晶シリコン薄膜のガラス基板面内均一性のトータルガス流量依存性を示すグラフである。
【図７４】多結晶シリコンの結晶子サイズのトータルガス流量依存性を示すグラフである。
【図７５】多結晶シリコン膜の膜中水素量のトータルガス流量依存性を示すグラフである。
【図７６】多結晶シリコン（Ｐドープ）の比抵抗のトータルガス流量依存性を示すグラフである。
【図７７】ＳｉＮｘ膜の面内均一性のトータルガス流量依存性を示すグラフである。
【図７８】ＳｉＮｘ膜の絶縁耐圧のトータルガス流量依存性を示すグラフである。
【図７９】ＳｉｘＮｙ膜のＳｉとＮの原子組成比に対するトータルガス流量依存性を示すグラフである。
【図８０】フロロカーボン膜デポジションレートのトータルガス流量依存性を示すグラフである。
【図８１】フロロカーボン膜デポジションレートのトータルガス流量依存性を示すグラフである。
【図８２】ＢＳＴ膜デポジションレートの添加ガス流量依存性を示すグラフである。
【図８３】ＢＳＴ膜デポジションレートのウエハ面内均一性の添加ガス流量依存性を示すグラフである。
【図８４】本発明を用いて製作したデバイスの断面図を示す。
【図８５】絶縁膜形成及びタンタルシリサイド形成の工程のクラスタツールを示す図である。
【図８６】タンタルオキサイドゲート絶縁膜ＭＯＳＦＥＴのサブスレッショルド係数の分散を示す図である。
【図８７】従来及び本発明のサンプルの初期破壊率を示すグラフである。
【図８８】タンタルオキサイドキャパシタの容量の面内均一性を示す図である。
【図８９】ターボ分子ポンプの排気特性を示すグラフである。
【図９０】本発明のプラズマ装置の適用例を示す平面図である。
【図９１】本発明のプラズマ装置の適用例を示す平面図である。
【図９２】本発明のプラズマ装置の適用例を示す平面図である。
【図９３】図９０におけるウエハ搬送チャンバ内のウエハ搬送ロボットの配置図である。
【図９４】図９０におけるウエハ搬送チャンバ内のウエハ搬送ロボットの配置図である。
【図９５】図９０におけるウエハ搬送チャンバ内のウエハ搬送ロボットの配置図である。
【符号の説明】
【０２２８】
１００・・容器、１０１・・チャンバ、１０２・・第１の誘電体板、１０３・・導波誘電体板、１０４・・被処理体、
１０５・・プラズマ、１０６・・アンテナスロット板、１０７・・同軸管、１０８・・アンテナガイド、１０９・・電極、１１０，１１０’，１１０”，１１１・・スロット、１１２・・めっき層、１１３・・板材、１１４，１１５・・金属薄膜、１１６・・第２の誘電体板、１１７・・ガス導入口、１１８・・スロット板の湾曲を防止する手段８１１９・・遮蔽板、１２０・・アンテナを所定の温度に保つ手段６、１２１・・第１の誘電体板を所定の温度に保つ手段７、１２２・・空間２に発生したプラズマの有無を検知する手段９、１２３・・光を透す材料からなる窓、１２４・・光の導入口、１２５・・Ｘｅランプ、２０１・・ラジアル・ライン・スロット・アンテナ、２０２・・第１のＯリング、２０５・・空間３、２０６・・空間４、２０７・・空間５、２０８・・空間１、２０９・・空間２、２１４・・金属薄膜、２１６・・第２のＯリング、３０１・・上部ガラス板、３０２・・下部ガラス板、３０３・・中間ガラス板、３０４・・空間６、３０５・・タングステンワイヤ、
３０６・・セラミックで被覆されたアルミニウムワイヤ、４０１・・円盤状電極、４０２・・ピン、４０３・・アルミニウム線、４０４・・抵抗、４０５・・オペアンプ、４０６・・Ａ−Ｄコンバータ、４０７・・コンピュータ、４０８・・ステッピングモータ、４０９・・電源、５０１・・チャンバ、５０２・・プラズマ、５０３・・被処理体、５０４・・電極、５０５・・ヒータ、５０６・・レーザ、５０７・・フォトディテクター、６０１・・プローブチップ、６０２・・銀ワイヤ、６０３・・セラミックチューブ、６０４・・ＳＵＳチューブ、６０５・・リングシール、６０６・・ローブ測定システム、７０１・・被処理体、７０２・・フィールド酸化膜、７０３・・ゲート酸化膜、７０４・・ゲート電極、７０５・・探針、７０６・・電圧計、７０７・・電圧印加手段、８０１・・被処理体、８０２・・フィールド酸化膜、８０３・・ゲート窒化膜、８０４・・ゲート電極、８０５・・探針、８０６・・電圧計、８０７・・定電流源、８０８・・電流計、４３０１・・真空容器、４３０２・・電極Ｉ、４３０３・・基体、４３０４・・ガス導入口、４３０５・・シャワープレート、４３０６・・ダイポールリンクマグネット、４３０７・・ベロース、４３０８・・多孔板、４３０９・・ゲートバルブ、４３１０・・基体搬送口、４３１１・・ガス排気口、４３１２・・真空ポンプ、４３１３・・整合回路、４３１４・・高周波電源、４４０６・・真空容器、４４０７・・電極Ｉ、４４０８・・基体、４４０９・・フォーカスリング、４４１０・・シャワープレート、４４１１・・電極ＩＩ、４４１２・・ガス導入口、４４１３・・磁場の印加手段、４４１４・・真空ポンプ、４４１５・・整合回路Ｉ、４４１６・・高周波電源Ｉ、４４１７・・整合回路ＩＩ、４４１８・・高周波電源ＩＩ、１５０１・・真空容器、４５０２・・ガス導入口、４５０３・・磁場の印加手段、４５０４・・ガス排気口、・・４５０５・・ゲートバルブ、４６０１・・真空容器、４６０２・・カス導入口、４６０３・・磁場の印加手段、４６０４・・ガス排気口、４６０５・・ゲートバルブ、４７０１・・真空容器、４７０２・・ガス導入口、４７０３・・磁場の印加手段、４７０４・・ガス排気口、４７０５・・真空ポンプ、４７０６・・ゲートバルブ、４８０１・・真空容器、４８０２・・真空ポンプ、４９０１・・真空容器、４９０２・・真空ポンプ、５００１・・真空容器、５００２，５００３・・磁場を容器内に印加する手段、５００４・・電極Ｉ、５００５・・電極ＩＩ、５００６，５００７・・原料ガス、反応生成ガスを排気するための手段、５００４・・電極Ｉ、５００５・・電極ＩＩ、５００６，５００７・・原料ガス、反応生成ガスを排気するための手段、５１０８・・高周波を印加する手段、５２０４・・電極Ｉ、５２０６，５２０７・・原料ガス、反応生成ガスを排気するための手段、５３０１・・真空容器、５３０２・・原料ガスの導入口、５３０３・・真空ポンプ、５３０４・・誘電体板Ｉ、５３０５・・アンテナ、５３０６・・電極Ｉ、５３０７・・シャワープレート、５３０８・・基体、５３０９・・反射板、５４０１．.真空容器、５４０２・・電極Ｉ、５４０３・・電極１１、５４０４・・ターゲット、５��０５・・基体、５４０６・・整合回路Ｉ、５４０８・・高周波電源Ｉ、５４１２・・整合回路ＩＩ、５４１３・・高周波電源ＩＩ、５４１４・・磁場を印加する手段、５４１０・・補助電極Ａ、５４１１・・補助電極Ｂ、５４１４ａ・・磁場の印加手段、５４１５・・真空ポンプ、５５０１・・電極ＩＩａ、５５０２・・電極ＩＩｂ、５５０３・・ターゲット、５５０４・・高周波電源Ｉ、５５０５・・整合回路Ｉ、５５０６・・高周波電源ＩＩ、５５０７・・整合回路、５５０８・・位相調節回路、５６０１・・電極ＩＩａ、５６０２・・電極ＩＩｂ、５６０３・・ターゲット、５６０５・・整合回路。
【図１】
2008277306.tif 000006
【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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【図１５】
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【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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【図２７】
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【図３０】
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【図３１】
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【図４０】
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【図５０】
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【図６０】
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