(57)【要約】【課題】導波管の外周部及び中央部の表面波電界強度を強化して径方向の分布を調整し、表面波電界強度の高度の均一性を実現す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】プラズマ処理室１０１を真空に排気して処理用ガスを導入した後、マイクロ波をプラズマ処理室１０１に導入してプラズマを発生し被処理基体１０２を処理するプラズマ処理装置（プラズマ処理方法）において、スロット付無終端環状導波管（導波管）１０８の内側円弧状スロット１１４ａの中心線と外側円弧状スロット１１４ｂの中心線との間隔Ｌｓを誘電体窓１０７の表面を伝播するマイクロ波の表面波の半波長の偶数倍にする。外側円弧状スロット１１４ｂの中心線と誘電体窓１０７の外周との間隔Ｌｅをマイクロ波の表面波の半波長の奇数倍にする。【選択図】図１
2008059991.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波発生手段からマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段と、
一部が誘電体窓で形成され、前記誘電体窓により大気側と分離されるプラズマ処理室と、
前記プラズマ処理室内に設置された被処理基体を支持する基体支持手段と、
前記プラズマ処理室内へ処理用ガスを導入するガス導入手段と、
前記プラズマ処理室内を排気する排気手段と、
前記誘電体窓に接して前記大気側に配置され、前記マイクロ波導入手段から前記誘電体窓を通して前記マイクロ波を前記プラズマ処理室内へ導入するスロットを有する導波管と、を有し、
前記スロットは径の異なる二種の同心円上に配置された内側円弧状スロット及び外側円弧状スロットから構成されるプラズマ処理装置であって、
前記内側円弧状スロットの中心線と前記外側円弧状スロットの中心線との間隔は前記誘電体窓の表面を伝播する前記マイクロ波の表面波の半波長の偶数倍であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記外側円弧状スロットの中心線と前記誘電体窓の外周との間隔は前記マイクロ波の表面波の半波長の奇数倍であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
互いに軸対称の位置にある前記内側円弧状スロット同士の中心線の間隔が前記マイクロ波の表面波の半波長の整数倍であることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記外側円弧状スロットの開口角は前記内側円弧状スロットの開口角の１．１から１．５倍の範囲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】
前記誘電体窓と前記基体支持手段との距離は３０から１２０ｍｍ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】
前記内側円弧状スロットの中心線と前記外側円弧状スロットの中心線との間において、プラズマの電子密度が低くなり、
前記内側円弧状スロットの中心線の内側及び前記外側円弧状スロットの中心線の外側において、前記プラズマの電子密度が高くなるように、
前記内側円弧状スロットの中心線と前記外側円弧状スロットの中心線との前記間隔を調整することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載のプラズマ処理装置を用いるプラズマ処理方法において、
前記プラズマ処理室を真空に排気し、
処理用ガスを前記プラズマ処理室に導入し、
マイクロ波発生手段からマイクロ波を前記プラズマ処理室に導入し、プラズマを発生し、
前記プラズマにより前記被処理基体を処理することを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波を用いてプラズマを発生させる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、基板近傍のプラズマ均一性を向上させたプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種電子デバイス製造工程における低温化の要求に応えるため、プロセシングプラズマ技術が益々重要になってきている。
とりわけ、ラジオ波よりも高い周波数をもつ電磁波であるマイクロ波を励起源として用いるマイクロ波プラズマは、１ｅ１２ｃｍ−３以上の高密度、かつ、１ｅＶ以下の低電子温度プラズマをも得ることができる。
さらに、マイクロ波を励起源として用いるマイクロ波プラズマは、低ダメージ・高品質で高速な処理が可能であるため、今後、さらなる発展が期待されている。
マイクロ波プラズマを用いるプラズマ処理装置は、ＣＶＤ、エッチング、アッシング、窒化・酸化、クリーニング等のプロセスに実用されている。
【０００３】
マイクロ波を処理用ガスの励起源として使用するプラズマ処理装置においては、電子を高い周波数をもつ電界により加速でき、ガス分子を効率的に励起、電離、分解させることができる。
それゆえに、マイクロ波プラズマは、ガスの励起効率、電離効率及び分解効率が高く、高密度のプラズマを比較的容易に形成し得るので、低温で高速に処理できるという利点を有する。
また、マイクロ波プラズマは、カットオフ密度以上の高密度プラズマ発生によりバルクプラズマ中にマイクロ波電界が浸透せず、電子温度が緩和するので、低ダメージで高品質な処理が可能であるという利点もある。
また、マイクロ波が誘電体を透過する性質を有することから、プラズマ処理装置を無電極放電タイプのものとして構成でき、これがゆえに金属汚染の少ない清浄なプラズマ処理を行うことができる。
【０００４】
特開２０００−１３８１７１号公報（特許文献１）により、マイクロ波の均一で効率的な導入装置として複数の円弧状スロットがＨ面に形成された無終端環状導波管を用いたプラズマ処理装置が提案されている。
図５（ａ）は、上記従来のマイクロ波プラズマ処理装置の構成を模式的に説明する説明図であり、図５（ｂ）は、上記従来のマイクロ波プラズマ処理装置の強干渉型二重円弧状スロットの構成を説明する説明図を示す。
また、図６は、上記従来のマイクロ波プラズマ処理装置におけるプラズマ発生機構の構成を説明する説明図を示す。
プラズマ処理室５０１は壁体で囲まれており、後述する排気手段５０６により内部空間を真空にすることが可能である。
被処理基体５０２は、プラズマ処理室５０１内に設置された支持体５０３上に保持されるものであり、半導体基板等の種々の任意の基体（基板）である。
【０００５】
基板温度調整手段５０４は、支持体５０３において例えば被処理基体５０２の付近の位置に設置したヒータ等であり、ヒータの加熱で被処理基体５０２の温度を調整する。
ガス導入手段５０５は、プラズマ処理室５０１の周辺に設けらて処理用ガスを所定の流量でプラズマ処理室５０１内に導入する。
排気手段５０６は、プラズマ処理室５０１内の気体を排気してプラズマ処理室５０１内を所定の圧力に維持する。
誘電体窓５０７は、プラズマ処理室５０１を大気側と分離する平板状の誘電体窓である。
スロット付無終端環状導波管（強干渉型二重円弧状スロット）５０８は、内側円弧状スロット５１４ａ、外側円弧状スロット５１４ｂを有する。
スロット付無終端環状導波管５０８は、内側円弧状スロット５１４ａ、外側円弧状スロット５１４ｂからマイクロ波を誘電体窓５０７を通してプラズマ処理室５０１に導入する。
【０００６】
導入Ｅ分岐５１１は、環状導波路５１２を介してマイクロ波をスロット付無終端環状導波管５０８へ導入する。
一方、スロット付無終端環状導波管５０８の内側円弧状スロット５１４ａ、外側円弧状スロット５１４ｂは、図６に示すように誘電体窓５０７表面を伝搬する表面波５１５を発生させる。
また、図６に示すように隣接する上記スロット５１４ａ、５１４ｂからの表面波５１５同士の干渉は、表面定在波５１６を発生させる。
表面定在波５１６は、発生プラズマ５１７を生成し、発生プラズマ５１７は、その拡散によりプラズマバルク５１８を生成する。
【０００７】
一方、上記導波管５０８の中心から内側円弧状スロット５１４ａの中心線までの間隔をＬｃ、各円弧状スロット５１４ａ，５１４ｂの双方の中心線との間の間隔をＬｓとする。
また、外側円弧状スロット５１４ｂの中心線と上記導波管５０８外周（誘電体窓５０７外周）との間隔をＬｅとする。
ここで、各円弧状スロット５１４ａ，５１４ｂの中心線の間の間隔Ｌｓは次の式１の関係を有する。
Ｌｓ＝（２ｎ＋１）λｓ／２      …式１
ここに、ｎは整数であり、λｓは表面波５１５の波長である。
プラズマ処理は以下のようにして行なう。不図示の排気系（例えば排気手段５０６）を介してプラズマ処理室５０１内を真空排気する。
続いて処理用ガスをプラズマ処理室５０１の周辺に設けられたガス導入手段５０５を介して所定の流量でプラズマ処理室５０１内に導入する。
次いで排気系（不図示）に設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）を調整し、プラズマ処理室５０１内を所定の圧力に保持する。
次いでマイクロ波電源（不図示）より所望の電力をスロット付無終端環状導波管５０８を介してプラズマ処理室５０１内に供給する。
【０００８】
この際、スロット付無終端環状導波管５０８内に導入されたマイクロ波は、導入部の導入Ｅ分岐５１１で左右に二分配され、無終端環状導波路５１２内で干渉し、管内波長の１／２毎に管内定在波の“腹”を生じる。
この定在波の腹の中心から外れた導波管内壁表面に流れる電流が強くなる位置に設置された円弧状スロット５１４ａ及び５１４ｂを介しプラズマ処理室５０１にプラズマが発生する。
即ち、スロット付無終端環状導波管５０８の円弧状スロット５１４ａ及び５１４ｂを介し誘電体窓５０７を透過してプラズマ処理室５０１に導入されたマイクロ波によりプラズマが発生する。
【０００９】
プラズマの電子密度がカットオフ密度（周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波の場合、７．５×１０１０ｃｍ−３）を超えると、誘電体窓５０７とプラズマの界面に入射したマイクロ波は、プラズマ中には伝搬できない。
その結果、誘電体窓５０７とプラズマの界面に入射したマイクロ波は、誘電体窓５０７の表面を表面波５１５として伝搬する。
より明確にはプラズマの電子密度が表面波モード発生しきい密度（石英窓使用の場合、３．４×１０１１ｃｍ−３）を超えると、上記マイクロ波は、誘電体窓５０７の表面を表面波５１５として伝搬する。
【００１０】
また、隣接する円弧状スロット５１４ａ及び５１４ｂから導入された表面波５１５同士は相互干渉し、表面波５１５の波長の１／２毎に腹をもつ表面定在波５１６が生じる。
誘電体窓５０７表面近傍に局在した表面定在波５１６によって誘電体窓５０７近傍に超高密度高電子温度の発生プラズマ５１７が生成される。
発生プラズマ５１７は被処理基体５０２方向に純粋拡散して緩和し、被処理基体５０２近傍に高密度低電子温度のプラズマバルク５１８を生成する。
処理用ガスは発生した高密度プラズマにより励起され、支持体５０３上に載置された被処理基体５０２の表面を処理する。
【００１１】
このようなマイクロ波プラズマ処理装置を用いることにより、マイクロ波パワー１ｋＷ以上で、直径３００ｍｍ程度の大口径空間に±５％程度の均一性をもって、高密度低電子温度プラズマが発生する。
即ち直径３００ｍｍ程度の大口径空間に±５％程度の均一性をもって、電子密度１０１１ｃｍ−３以上、電子温度１．５ｅＶ以下、プラズマ電位７Ｖ以下の高密度低電子温度プラズマが発生する。
このため、処理用ガスを充分に反応させ活性な状態で被処理基体５０２に供給でき、かつ入射イオンによる被処理基体５０２の表面ダメージも低減するので、低温でも高品質で均一かつ高速な処理が可能になる。
【００１２】
しかしながら、上述のマイクロ波プラズマ処理装置を用いて±２％以下の高度の均一性の高密度低電子温度プラズマを得ようとした場合、表面波５１５はスロットに垂直な方向、即ち、径方向に誘電体窓５０７表面を伝播する。
即ち表面波５１５は、径方向に誘電体窓５０７表面を伝播するため、内側と外側の円弧状スロット５１４ａ及び５１４ｂ間で強く干渉し、それ以外の領域である外周部や中央部のプラズマ処理速度が不十分になる場合がある。
【特許文献１】特開２０００−１３８１７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そこで、本発明は、外周部及び中央部の表面波電界強度を強化して径方向の分布を調整し、表面波電界強度の高度の均一性を実現でき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】
【００１４】
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、マイクロ波発生手段からマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段と、一部が誘電体窓で形成され、前記誘電体窓により大気側と分離されるプラズマ処理室と、前記プラズマ処理室内に設置された被処理基体を支持する基体支持手段と、前記プラズマ処理室内へ処理用ガスを導入するガス導入手段と、前記プラズマ処理室内を排気する排気手段と、前記誘電体窓に接して前記大気側に配置され、前記マイクロ波導入手段から前記誘電体窓を通して前記マイクロ波を前記プラズマ処理室内へ導入するスロットを有する導波管と、を有し、前記スロットは径の異なる二種の同心円上に配置された内側円弧状スロット及び外側円弧状スロットから構成されるプラズマ処理装置であって、前記内側円弧状スロットの中心線と前記外側円弧状スロットの中心線との間隔は前記誘電体窓の表面を伝播する前記マイクロ波の表面波の半波長の偶数倍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、前記外側円弧状スロットの中心線と前記誘電体窓の外周との間隔は前記マイクロ波の表面波の半波長の奇数倍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、互いに軸対称の位置にある前記内側円弧状スロット同士の中心線の間隔が前記マイクロ波の表面波の半波長の整数倍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、前記外側円弧状スロットの開口角は前記内側円弧状スロットの開口角の１．１から１．５倍の範囲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、前記誘電体窓と前記基体支持手段との距離は３０から１２０ｍｍ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、前記内側円弧状スロットの中心線と前記外側円弧状スロットの中心線との間において、プラズマの電子密度が低くなり、前記内側円弧状スロットの中心線の内側及び前記外側円弧状スロットの中心線の外側において、前記プラズマの電子密度が高くなるように、前記内側円弧状スロットの中心線と前記外側円弧状スロットの中心線との前記間隔を調整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、上記プラズマ処理装置を用いるプラズマ処理方法において、前記プラズマ処理室を真空に排気し、処理用ガスを前記プラズマ処理室に導入し、マイクロ波発生手段からマイクロ波を前記プラズマ処理室に導入し、プラズマを発生し、前記プラズマにより前記被処理基体を処理することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のプラズマ処理装置によれば、前記内側円弧状スロットの中心線と前記外側円弧状スロットの中心線との間隔は前記誘電体窓の表面を伝播する前記マイクロ波の表面波の半波長の偶数倍である。
このため、前記導波管の外周部及び中央部の表面波電界強度を強化し、前記導波管の径方向の電子密度分布を最適化して、被処理基体付近の電子密度分布の高度の均一性を実現でき、高精度で安定したプラズマ処理を実現できる。
さらに、本発明のプラズマ処理装置によれば、前記外側円弧状スロットの中心線と前記誘電体窓の外周との間隔は前記マイクロ波の表面波の半波長の奇数倍である。
このため、同じく前記導波管の外周部及び中央部の表面波電界強度を強化し、前記導波管の径方向の電子密度分布を最適化して、被処理基体付近の電子密度分布の高度の均一性を実現でき、高精度で安定したプラズマ処理を実現できる。
さらに、本発明のプラズマ処理装置によれば、互いに軸対称の位置にある前記内側円弧状スロット同士の中心線の間隔が前記マイクロ波の表面波の半波長の整数倍である。
このため、同じく前記導波管の外周部及び中央部の表面波電界強度を強化し、前記導波管の径方向の電子密度分布を最適化して、被処理基体付近の電子密度分布の高度の均一性を実現でき、高精度で安定したプラズマ処理を実現できる。
さらに、本発明のプラズマ処理装置によれば、前記外側円弧状スロットの開口角は前記内側円弧状スロットの開口角の１．１から１．５倍の範囲である。
このため、同じく前記導波管の外周部及び中央部の表面波電界強度を強化し、前記導波管の径方向の電子密度分布を最適化して、被処理基体付近の電子密度分布の高度の均一性を実現でき、高精度で安定したプラズマ処理を実現できる。
さらに、本発明のプラズマ処理装置によれば、前記誘電体窓と前記基体支持手段との距離は３０から１２０ｍｍであるため、上述の効果をより効率的に的確に現すことができる。
さらに、本発明のプラズマ処理装置によれば、前記内側外側円弧状スロット間のプラズマの電子密度を低く、前記内側円弧状スロット内側及び前記外側円弧状スロット外側のプラズマの電子密度を高くすべく、前記内側外側円弧状スロット間の前記間隔を調整する。
このため、同じく前記導波管の外周部及び中央部の表面波電界強度を強化し、前記導波管の径方向の電子密度分布を最適化して、被処理基体付近の電子密度分布の高度の均一性を実現でき、高精度で安定したプラズマ処理を実現できる。
さらに、本発明のプラズマ処理方法によれば、上記プラズマ処理装置を用いて前記プラズマ処理室に真空排気の後、処理用ガスを導入し、かつマイクロ波発生手段からのマイクロ波を導入してプラズマを発生し、前記プラズマにより前記被処理基体を処理する。
この方法は上記プラズマ処理装置を用いるため、前記導波管の外周部及び中央部の表面波電界強度を強化し、前記導波管の径方向の電子密度分布を最適化し、被処理基体付近の電子密度分布の高度の均一性を実現し、高精度で安定したプラズマ処理を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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】
【００１７】
図１（ａ）は、実施例１のマイクロ波プラズマ処理装置の構成を模式的に説明する説明図であり、図１（ｂ）は、実施例１のマイクロ波プラズマ処理装置の弱干渉型二重円弧状スロットの構成を説明する説明図である。
また、図２は、実施例１のマイクロ波プラズマ処理装置におけるプラズマ発生機構の構成を説明する説明図である。
プラズマ処理室１０１は壁体で囲まれており、後述する排気手段１０６により内部空間を真空にすることが可能である。
被処理基体１０２は、プラズマ処理室１０１内に設置された支持体（基体支持手段）１０３上に保持されるものであり、半導体基板等の種々の任意の基体（基板）である。
【００１８】
基板温度調整手段１０４は、支持体１０３において例えば被処理基体１０２の付近の位置に設置したヒータ等であり、ヒータの加熱で被処理基体１０２の温度を調整する。以下ヒータ１０４と記す。
ガス導入手段１０５は、プラズマ処理室１０１の周辺の一部に設けられ処理用ガスを所定の流量でプラズマ処理室１０１内に導入する。
排気手段１０６は、プラズマ処理室１０１内の気体を排気してプラズマ処理室１０１内を所定の圧力に維持する。
誘電体窓１０７は、プラズマ処理室１０１を大気側（プラズマ発生機構側）と分離する平板状の誘電体窓である。
スロット付無終端環状導波管（プラズマ発生機構）１０８は、径の異なる二種の同心円上に配置された内側円弧状スロット１１４ａ、外側円弧状スロット１１４ｂを有し、マイクロ波を誘電体窓１０７を通してプラズマ処理室１０１に導入する。
【００１９】
導入Ｅ分岐１１１は、環状導波路１１２を介してマイクロ波をスロット付無終端環状導波管１０８へ導入する。
一方、スロット付無終端環状導波管１０８の内側円弧状スロット１１４ａ、外側円弧状スロット１１４ｂは、図２に示すように誘電体窓１０７表面を伝搬するマイクロ波の表面波１１５を発生させる。
また、図２に示すように隣接する内側円弧状スロット（スロットアンテナ）１１４ａ、及び外側円弧状スロット（スロットアンテナ）１１４ｂからのマイクロ波の表面波１１５同士の干渉は表面定在波１１６を発生させる。
表面定在波１１６は、発生プラズマ１１７を生成し、発生プラズマ１１７は、その拡散によりプラズマバルク１１８を生成する。
尚、マイクロ波発生手段は、不図示の例えばマグネトロン及びスロットアンテナからなり、マイクロ波のスロット付無終端環状導波管１０８に至る導波経路には、アイソレーターやインピーダンス整合器、導入Ｅ分岐１１１等のマイクロ波導入手段を備える。
【００２０】
一方、上記スロット付無終端環状導波管１０８の中心から内側円弧状スロット１１４ａの中心線までの間隔をＬｃとし、上記内側、外側円弧状スロット１１４ａ，１１４ｂの双方の中心線の間の間隔をＬｓとする。
また、外側円弧状スロット１１４ｂの中心線から上記導波管１０８外周（誘電体窓１０７外周）までの間隔をＬｅとし、内側円弧状スロット１１４ａの開口角をＡｉとし，外側円弧状スロット１１４ｂの開口角をＡｏとする。
ここで、本発明の実施例１では、実施例１における本発明の特徴として、上記間隔Ｌｃ、間隔Ｌｓ、間隔Ｌｅ、開口角Ａｉ、及び開口角Ａｏの各々が次の関係を有する。
【００２１】
即ち、第１に、内側円弧状スロット１１４ａの中心線と外側円弧状スロット１１４ｂの中心線との間隔Ｌｓは、誘電体窓１０７の表面を伝播するマイクロ波の表面波１１５の半波長の偶数倍である。
外側円弧状スロット１１４ｂの中心線と誘電体窓１０７の外周との間隔Ｌｅは、マイクロ波の表面波１１５の半波長の奇数倍である。
互いに軸対称の位置にある内側円弧状スロット１１４ａ同士の中心線の間隔は、マイクロ波の表面波１１５の半波長の整数倍である。
外側円弧状スロット１１４ｂの開口角Ａｏは、内側円弧状スロット１１４ａの開口角Ａｉの１．１から１．５倍の範囲である。
【００２２】
また、本発明の実施例１では、誘電体窓１０７と支持体１０３との間の距離は、例えば３０ｍｍから１２０ｍｍに設定する。
さらに、内側円弧状スロット１１４ａの中心線と外側円弧状スロット１１４ｂの中心線との間の間隔Ｌｓは、プラズマの電子密度が低くなるように例えば間隔を広げて調整する。
さらに、内側円弧状スロット１１４ａの中心線の内側の領域、及び外側円弧状スロット１１４ｂの中心線の外側の領域においては、プラズマの電子密度が高くなるように例えば間隔を狭めて調整する。
一方、内側、外側円弧状スロット１１４ａ，１１４ｂは、環状導波路１１２内の定在波の腹の位置を挟むように環状導波路１１２の一周長／管内半波長の数だけ等角度の間隔に形成される。
【００２３】
ここで、上記間隔Ｌｓは次の式２の関係を有し、上記間隔Ｌｅは次の式３の関係を有し、上記間隔Ｌｃは次の式４の関係を有する。
Ｌｓ＝ｎλｓ                …式２
Ｌｅ＝（２ｍ＋１）λｓ／２  …式３
Ｌｃ＝ｌλｓ／４            …式４
各式２から式４で、ｎ，ｍ，ｌは整数であり、λｓは表面波５１５の波長である。
また、表面波１１５の波長λｓは、次の式５から求められる。
λｓ＝λ０εｗ−１／２｛１−（ε０ｍｅω２／ｅ２ｎｅ）１／２｝  …式５
ここに、λ０は自由空間におけるマイクロ波波長、εｗは誘電体窓１０７の比誘電率、ε０は真空の誘電率、ｍｅは電子の質量、ωはマイクロ波の角周波数、ｅは電気素量、ｎｅは電子密度である。
【００２４】
上記プラズマ処理装置を用いたプラズマ処理（プラズマ処理方法）は以下のようにして行われる。即ち、まず、排気系（不図示）を介してプラズマ処理室１０１内を真空排気する。
続いて処理用ガスをプラズマ処理室１０１の周辺に設けられたガス導入手段１０５を介して所定の流量でプラズマ処理室１０１内に導入する。
次に排気系（不図示）に設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）を調整し、プラズマ処理室１０１内を所定の圧力に保持する。
次いでマイクロ波電源（不図示）より所望の電力をスロット付無終端環状導波管１０８の内側円弧状スロット１１４ａ及び外側円弧状スロット１１４ｂを介してプラズマ処理室１０１内に供給する。
【００２５】
この際、スロット付無終端環状導波管１０８内に導入されたマイクロ波は、導入Ｅ分岐１１１で左右に二分配され、自由空間よりも長い管内波長をもって伝搬する。
分配されたマイクロ波同士が干渉し、管内波長の１／２毎に“腹”を有する表面定在波１１６を生じる。
その結果、表面電流を横切るように設けられた内側円弧状スロット１１４ａ及び外側円弧状スロット１１４ｂを介し誘電体窓１０７を透過してプラズマ処理室１０１にマイクロ波が導入される。
プラズマ処理室１０１に導入されたマイクロ波により内側状スロット１１４ａ及び外側円弧状スロット１１４ｂ近傍に初期高密度プラズマが発生する。
【００２６】
初期高密度プラズマの電子密度がカットオフ密度（周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波の場合、７．５×１０１０ｃｍ−３）を超えると、初期高密度プラズマの界面に入射したマイクロ波は、初期高密度プラズマ中には伝搬できない。
即ち電子密度がカットオフ密度を超えると、誘電体窓１０７と初期高密度プラズマの界面に入射したマイクロ波は、誘電体窓１０７と初期高密度プラズマとの界面を表面波１１５として伝搬する。
より明確には電子密度が表面波モード発生しきい密度（石英窓使用の場合、３．４×１０１１ｃｍ−３）を超えると、誘電体窓１０７と初期高密度プラズマの界面に入射したマイクロ波は、初期高密度プラズマ中には伝搬できない。
このため、誘電体窓１０７と初期高密度プラズマの界面に入射したマイクロ波は、誘電体窓１０７と初期高密度プラズマとの界面を表面波１１５として伝搬する。
【００２７】
また、複数の内側円弧状スロット１１４ａから導入された表面波１１５同士は相互干渉し、外側円弧状スロット１１４ｂから導入された表面波１１５は誘電体窓１０７の外周端からの反射波と干渉する。
即ち表面波１１５同士の相互干渉、及び外側円弧状スロット１１４ｂから導入された表面波１１５の誘電体窓１０７の外周端からの反射波との干渉は、表面波１１５の波長の１／２毎に“腹”を有する表面定在波１１６を生じる。
これらの表面定在波１１６によって外周部と中央部に超高密度高電子温度の発生プラズマ１１７が生成される。
【００２８】
これに対して、内側円弧状スロット１１４ａと外側円弧状スロット１１４ｂとの間では、双方のスロット１１４ａ，１１４ｂから導入された表面波１１５同士が弱め合うので、表面波１１５の電界及び発生プラズマ１１７は弱くなる。
その結果、発生プラズマ１１７の拡散・緩和により高密度低電子温度のプラズマバルク１１８が生成される。
処理用ガスは高密度低電子温度プラズマにより励起・分解して活性化し、支持体１０３上に載置された被処理基体１０２の表面をプラズマ処理する。
【００２９】
図３（ａ）は、従来の強干渉型二重円弧状スロット（スロット付無終端環状導波管５０８：図５参照）を使用した場合のスロットアンテナ近傍と被処理基体１０２近傍の電子密度分布を示す。
図３（ｂ）は、本発明の弱干渉型二重円弧状スロット（スロット付無終端環状導波管１０８）を使用した場合のスロットアンテナ近傍と被処理基体１０２近傍の電子密度分布を示す。
尚、図３（ａ）、（ｂ）は、双方ともに、ガスＨｅ，圧力０．５Ｔｏｒｒ，マイクロ波パワー３ｋＷの条件で放電した場合のスロットアンテナ近傍と被処理基体１０２近傍の電子密度分布を示す。
【００３０】
図３（ａ）に示すように、従来の強干渉型二重円弧状スロットを使用した場合、内側、外側円弧状スロット５１４ａ，５１４ｂ間に強いリング上のプラズマが発生して、スロットアンテナ付近の電子密度分布（表面波電界強度）に変化が現れた。
また、従来の強干渉型二重円弧状スロットを使用した場合、被処理基体１０２近傍の電子密度分布にも、スロットアンテナ付近の上記電子密度分布（表面波電界強度）の変化の影響が観られ、±５％程度のばらつきが測定された。
これは従来の強干渉型二重円弧状スロット自体にプラズマの電子密度分布を均一化する構成が存在しなかったために生じた現象である。
【００３１】
これに対して図３（ｂ）に示すように、本発明の弱干渉型二重円弧状スロット（上記本発明のスロット（スロットアンテナ）１１４ａ，１１４ｂ）を用いた場合、その中央と外周部の電子密度分布（表面波電界強度）が拡散して均一化された。
これは例として内側、外側円弧状スロット１１４ａ，１１４ｂの間隔Ｌｓの電子密度を低くする調整と、内側円弧状スロット１１４ａの内側及び外側円弧状スロット１１４ｂの外側の電子密度を高くする調整で得られた現象である。
このため、被処理基体１０２近傍においても、スロットアンテナ付近の上記電子密度分布の均一性（最適性）により、電子密度分布が±２％程度のばらつきに改善されているという電子密度分布の高度な均一性が測定された。
【００３２】
図４（ａ）は、内側円弧状スロット１１４ａの開口角（Ａｉ）と外側円弧状スロット１１４ｂの開口角（Ａｏ）の角度比率に対応する本発明のスロット付無終端環状導波管１０８付近の電子密度分布（表面波電界強度）を示す。
図４（ｂ）は、内側円弧状スロット１１４ａの開口角（Ａｉ）と外側円弧状スロット１１４ｂの開口角（Ａｏ）の角度比率に対応する被処理基体１０２近傍の電子密度分布を示す。
尚、図４（ａ）、（ｂ）は、ガスＨｅ，圧力０．５Ｔｏｒｒ，マイクロ波パワー３ｋＷの条件で放電した場合の上記各電子密度分布を測定した結果を示す。
【００３３】
図４（ａ）に示すように、本発明のスロット付無終端環状導波管１０８付近の電子密度分布（表面波電界強度）は、開口角（Ａｉ）に対し開口角（Ａｏ）が０．９の場合、及び１．７の場合にその変化が大きかった。
即ち、本発明のスロット付無終端環状導波管１０８付近の電子密度分布（表面波電界強度）は、開口角（Ａｉ）に対し開口角（Ａｏ）が１．１以下では外周部が弱くなりすぎ、１．５以上では中央部が弱くなりすぎ、電子密度分布の変化が大きかった。
これに対して本発明のスロット付無終端環状導波管１０８付近の電子密度分布（表面波電界強度）は、開口角（Ａｉ）に対し開口角（Ａｏ）が１．１又は１．３若しくは１．５の場合にその変化が最も少なく良好な電子密度分布が得られた。
【００３４】
一方、図４（ｂ）に示すように、被処理基体１０２付近の電子密度分布も、同じく開口角（Ａｉ）に対し開口角（Ａｏ）が０．９の場合、及び１．７の場合にその変化が大きかった。
即ち、被処理基体１０２付近の電子密度分布は、開口角（Ａｉ）に対し開口角（Ａｏ）が１．１以下では外周部が弱くなり、１．５以上では中央部が弱くなり、電子密度分布の変化が大きかった。
これに対して被処理基体１０２付近の電子密度分布は、開口角（Ａｉ）に対し開口角（Ａｏ）が１．１又は１．３若しくは１．５の場合にその変化が最も少なく好ましい均一性を得ることができた。
【００３５】
（実施例１の概要の補足）
一方、本発明の実施例１のマイクロ波プラズマ処理装置に用いられるマイクロ波の周波数は、３００ＭＨｚから３ＴＨｚまでが適用可能であるが、波長が誘電体窓１０７の寸法と同程度になる、１から１０ＧＨｚが特に有効である。
本発明の実施例１のマイクロ波プラズマ処理装置に用いられる誘電体窓１０７の材質は、機械的強度が充分でマイクロ波の透過率が充分高くなるように誘電欠損の小さなもが好適である。
誘電体窓１０７の材質には、例えば石英やアルミナ（サファイア），窒化アルミニウム，弗化炭素ポリマ（テフロン（登録商標））等が最適である。
【００３６】
本発明の実施例１のマイクロ波プラズマ処理装置に用いられるスロット付き無終端環状導波管１０８の材質は、導電体であれば使用可能であるが、マイクロ波の伝搬ロスをできるだけ抑えるため、導電率の高いものが好ましい。
スロット付き無終端環状導波管１０８の材質には、例えばＡｌ、Ｃｕ、Ａｇ／ＣｕメッキしたＳＵＳ等が最適である。
本発明の実施例１に用いられるスロット付無終端環状導波管１０８の導入口の向きは、スロット付無終端環状導波管１０８内のマイクロ波伝搬空間に効率よくマイクロ波を導入できる向きが好ましい。
即ち、スロット付無終端環状導波管１０８の導入口の向きは、例えば、Ｈ面に平行でも垂直でも、伝搬空間の接線方向でも伝搬空間の左右方向に二分配する方向でもよい。
【００３７】
本発明の実施例１のマイクロ波プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法においては、より低圧で処理するために、磁界発生手段を用いてもよい。
即ち実施例１のプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法において用いられる磁界としては、スロットの幅方向に発生する電界に垂直な磁界であれば適用可能である。
磁界発生手段としては、コイル以外でも、永久磁石でも使用可能である。コイルを用いる場合には過熱防止のため水冷機構や空冷等他の冷却手段を用いてもよい。また、紫外光を被処理基体１０２表面に照射してもよい。
光源としては、被処理基体１０２もしくは基体上に付着したガスに吸収される光を放射するものなら適用可能で、エキシマレーザ、エキシマランプ、希ガス共鳴線ランプ、低圧水銀ランプ等が適当である。
【００３８】
本発明の実施例１のマイクロ波プラズマ処理方法におけるプラズマ処理室１０１内の圧力は０．１ｍＴｏｒｒ乃至１０Ｔｏｒｒの範囲、より好ましくは、１０ｍＴｏｒｒから３Ｔｏｒｒの範囲が適当である。
本発明の実施例１のマイクロ波プラズマ処理方法による堆積膜の形成は、使用するガスを適宜選択することで形成することができる。
堆積膜の形成では、例えば、第１に、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、ＳｉＯＦ，Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＴｉＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＭｇＦ２、ＨｆＳｉＯ、ＨｆＡｌＯ等の絶縁膜を形成することが可能である。
第２に、例えば、ａ−Ｓｉ、ｐｏｌｙ−Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、ＧａＡｓ等の半導体膜や、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ等の導電膜やカーボン膜等、各種の堆積膜を効率よく形成することが可能である。
【００３９】
本発明の実施例１のプラズマ処理方法により処理する被処理基体１０２は、半導体であっても、導電性のものであっても、あるいは電気絶縁性のものであってもよい。
導電性基体としては、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｍｏ，Ａｕ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｖ，Ｔｉ，Ｐｔ，Ｐｂ等の金属またはこれらの合金、例えば真鍮、ステンレス鋼等が挙げられる。
絶縁性基体としては、第１に、ＳｉＯ２系の石英や各種ガラス、Ｓｉ３Ｎ４，ＮａＣｌ，ＫＣｌ，ＬｉＦ，ＣａＦ２，ＢａＦ２，Ａｌ２Ｏ３，ＡｌＮ，ＭｇＯ等の無機物が挙げられる。
第２に、ポリエチレン，ポリエステル，ポリカーボネート，セルロースアセテート，ポリプロピレン，ポリ塩化ビニル，ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミド等の有機物のフィルム、シート等が挙げられる。
【００４０】
本発明の実施例１のプラズマ処理装置に用いられるガス導入手段１０５の向きは、ガスが誘電体窓１０８近傍に発生するプラズマ領域を経由した後、中央付近に十分に供給されられる向きが好ましい。
ガス導入手段１０５は、ガスが、そのように中央付近に十分に供給されられてから被処理基体１０２表面を中央から周辺に向かって流れるように、誘電体窓１０８に向けてガスを吹き付けられる構造を有することが最適である。
一方、ＣＶＤ法により被処理基体１０２上に薄膜を形成する場合に用いられるガスとしては、一般に公知のガスが使用できる。
【００４１】
ａ−Ｓｉ、ｐｏｌｙ−Ｓｉ、ＳｉＣ等のＳｉ系半導体薄膜を形成する場合の処理用ガス導入手段１０５を介してプラズマ処理室１０１へ導入するＳｉ原子を含有する原料ガスとしては、次のものがある。
例えば、ＳｉＨ４，Ｓｉ２Ｈ６等の無機シラン類がある。
また、テトラエチルシラン（ＴＥＳ），テトラメチルシラン（ＴＭＳ），ジメチルシラン（ＤＭＳ），ジメチルジフルオロシラン（ＤＭＤＦＳ），ジメチルジクロルシラン（ＤＭＤＣＳ）等の有機シラン類がある。
また、ＳｉＦ４，Ｓｉ２Ｆ６，Ｓｉ３Ｆ８，ＳｉＨＦ３，ＳｉＨ２Ｆ２，ＳｉＣｌ４，Ｓｉ２Ｃｌ６，ＳｉＨＣｌ３，ＳｉＨ２Ｃｌ２，ＳｉＨ３Ｃｌ，ＳｉＣｌ２Ｆ２等のハロゲン化シラン類等がある。
さらに、常温常圧でガス状態であるもの又は容易にガス化し得るものが挙げられる。
【００４２】
また、その場合のＳｉ原料ガスと混合して導入してもよい添加ガス又はキャリアガスとしては、例えば、Ｈ２、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎ等が挙げられる。
一方、Ｓｉ３Ｎ４，ＳｉＯ２ 等のＳｉ化合物系薄膜を形成する場合の処理用ガス導入手段１０５を介して導入するＳｉ原子を含有する原料としては、第１に、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６等の無機シラン類がる。
第２に、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ），テトラメトキシシラン（ＴＭＯＳ），オクタメチルシクロテトラシラン（ＯＭＣＴＳ）等の有機シラン類がある。
【００４３】
第３に、ジメチルジフルオロシラン（ＤＭＤＦＳ），ジメチルジクロルシラン（ＤＭＤＣＳ）等の有機シラン類がある。
第４に、ＳｉＦ４，Ｓｉ２Ｆ６，Ｓｉ３Ｆ８，ＳｉＨＦ３，ＳｉＨ２Ｆ２，ＳｉＣｌ４，Ｓｉ２Ｃｌ６，ＳｉＨＣｌ３，ＳｉＨ２Ｃｌ２，ＳｉＨ３Ｃｌ，ＳｉＣｌ２Ｆ２等のハロゲン化シラン類等がある。
さらに、常温常圧でガス状態であるもの又は容易にガス化し得るものが挙げられる。
また、その場合の同時に導入する窒素原料ガス又は酸素原料ガスとしては、Ｎ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２等が挙げられる。
【００４４】
Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ等の金属薄膜を形成する場合の処理用ガス導入手段１０５を介して導入する金属原子を含有する原料としては、第１に、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）等の有機金属がある。
第２に、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡｌ）、トリイソブチルアルミニウム（ＴＩＢＡｌ）、ジメチルアルミニウムハイドライド（ＤＭＡｌＨ）、タングステンカルボニル（Ｗ(ＣＯ)６）等の有機金属がある。
第３に、モリブデンカルボニル（Ｍｏ(ＣＯ)６）、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、テトライソプロポキシチタン（ＴＩＰＯＴｉ）、ペンタエトキシタンタル（ＰＥＯＴａ）等の有機金属がある。
第４に、ＡｌＣｌ３、ＷＦ６、ＴｉＣｌ３、ＴａＣｌ５等のハロゲン化金属等が挙げられる。
また、この場合のＳｉ原料ガスと混合して導入してもよい添加ガス又はキャリアガスとしては、Ｈ２、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎ等が挙げられる。
【００４５】
Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＴｉＮ、ＷＯ３等の金属化合物薄膜を形成する場合の処理用ガス導入手段１０５を介して導入する金属原子を含有する原料としては、次のものがある。
第１に、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡｌ）、トリイソブチルアルミニウム（ＴＩＢＡｌ）、ジメチルアルミニウムハイドライド（ＤＭＡｌＨ）等の有機金属がある。
第２に、タングステンカルボニル（Ｗ(ＣＯ)６）、モリブデンカルボニル（Ｍｏ(ＣＯ)６）、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）等の有機金属がある。
第３に、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、テトライソプロポキシチタン（ＴＩＰＯＴｉ）、ペンタエトキシタンタル（ＰＥＯＴａ）等の有機金属があり、ＡｌＣｌ３、ＷＦ６、ＴｉＣｌ３、ＴａＣｌ５等のハロゲン化金属等がある。
【００４６】
また、その場合の同時に導入する酸素原料ガスまたは窒素原料ガスとしては、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、Ｎ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）等が挙げられる。
グラファイト、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、ダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、ダイアモンド等のカーボン系薄膜を形成する場合の処理用ガス導入手段１０５を介して導入する原料としては、次のものがある。
第１に、炭素原子を含めば可能であるが、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ６、Ｃ３Ｈ８等の飽和炭化水素、Ｃ２Ｈ４、Ｃ３Ｈ６、Ｃ２Ｈ２、Ｃ３Ｈ４等の不飽和炭化水素、Ｃ６Ｈ６等の芳香族炭化水素等ある。
第２に、Ｃ３ＯＨ、Ｃ２Ｈ５ＯＨ等のアルコール類、（ＣＨ３）２ＣＯ等のケトン類、ＣＨ３ＣＨＯ等のアルデヒド類、ＨＣＯＯＨ、ＣＨ３ＣＯＯＨ等のカルボン酸類等が適当である。
【００４７】
基体表面をエッチングする場合の処理用ガス導入口１０５から導入するエッチング用ガスとしては、Ｆ２、ＣＦ４、ＣＨ２Ｆ２、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ８、ＣＦ２Ｃｌ２、ＳＦ６、ＮＦ３、Ｃｌ２、ＣＣｌ４、ＣＨ２Ｃｌ２、Ｃ２Ｃｌ６等がある。
フォトレジスト等基体表面上の有機成分をアッシング除去する場合の処理用ガス導入口１０５から導入するアッシング用ガスとしては、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、Ｎ２、Ｈ２等が挙げられる。
また、本発明の実施例１のマイクロ波プラズマ処理装置及び処理方法を表面改質にも適用する場合、使用するガスを適宜選択することにより次の処理が可能である。
即ち、例えば基体もしくは表面層としてＳｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｔａ等を使用してこれら基体もしくは表面層の酸化処理あるいは窒化処理、さらにはＢ、Ａｓ、Ｐ等のドーピング処理等が可能である。
【００４８】
さらに本発明において採用する成膜技術はクリーニング方法にも適用できる。その場合酸化物あるいは有機物や重金属等のクリーニングに使用することもできる。
基体を酸化表面処理する場合の処理用ガス導入口を介して導入する酸化性ガスとしては、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２等が挙げられる。
また、基体を窒化表面処理する場合の処理用ガス導入口を介して導入する窒化性ガスとしては、Ｎ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）等が挙げられる。
基体表面の有機物をクリーニングする場合、又はフォトレジスト等基体表面上の有機成分をアッシング除去する場合のガス導入口から導入するクリーニング／アッシング用ガスとしては、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、Ｎ２、Ｈ２等が挙げられる。
また、基体表面の無機物をクリーニングする場合のプラズマ発生用ガス導入口から導入するクリーニング用ガスとしては、Ｆ２、ＣＦ４、ＣＨ２Ｆ２、Ｃ２Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、ＣＦ２Ｃｌ２、ＳＦ６、ＮＦ３等が挙げられる。
【００４９】
以上本発明の実施例１においては、内側、外側円弧状スロット１１４ａ，１０４ｂの中心線の間隔Ｌｓを表面波１１５の半波長の偶数倍にし、外側円弧状スロット１１４ｂの中心線と誘電体窓１０７の外周との間隔Ｌｅを表面波１１５の半波長の奇数倍に設定した。
また、互いに軸対称の位置にある内側円弧状スロット１１４ａ同士の中心線の間隔を表面波１１５の半波長の整数倍とし、外側円弧状スロット１１４ｂの開口角Ａｏを内側円弧状スロット１１４ａの開口角Ａｉの１．１から１．５倍の範囲とした。
さらに、誘電体窓１０７と支持体１０３との間の距離は３０ｍｍから１２０ｍｍとし、内側、外側円弧状スロット１１４ａ，１１４ｂの間隔Ｌｓはプラズマの電子密度を低く、上記スロット１１４ａの内側及び上記スロット１１４ｂの外側は電子密度を高くした。
以上の構成により、スロット付無終端環状導波管１０８の周辺部及び中央部の表面波電界強度を強化し、スロット付無終端環状導波管１０８の径方向の電子密度分布の最適化を図ることができた。
このため、プラズマ処理中の被処理基体１０２近傍のプラズマの電子密度分布の高度の均一性を実現し、被処理基体１０２に高精度で良好に均一のプラズマ処理を施すことが可能となった。その結果、プラズマ処理の品質信頼性を向上させた。
【実施例２】
【００５０】
次に、本発明の実施例２を説明する。
図１、図２に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、フォトレジストのアッシングを行った。
被処理基体１０２としては、層間ＳｉＯ２膜をエッチングし、ビアホールを形成した直後のシリコン（Ｓｉ）基板（φ３００ｍｍ）を使用した。以下Ｓｉ基板１０２と記す。
まず、Ｓｉ基板１０２を支持体１０３上に設置した後、ヒータ１０４を用いて２５０℃まで加熱し、排気系（不図示）を介してプラズマ処理室１０１内を真空排気し、１０−４Ｔｏｒｒまで減圧させた。
プラズマ処理用ガス導入口１０５を介して酸素ガスを２ｓｌｍの流量でプラズマ処理室１０１内に導入した。ついで、排気系（不図示）に設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）を調整し、処理室１０１内を１．５Ｔｏｒｒに保持した。
次いでプラズマ処理室１０１内に、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より２．５ｋＷの電力をスロット付無終端環状導波管１０８を介して供給した。かくして、プラズマ処理室１０１内にプラズマを発生させた。
【００５１】
この際、プラズマ処理用ガス導入手段１０５を介して導入された酸素ガスはプラズマ処理室１０１内で励起、分解、反応して酸素原子となり、Ｓｉ基板１０２の方向に輸送されてＳｉ基板１０２上のフォトレジストを酸化し、気化・除去された。
アッシング後、ゲート絶縁破壊評価、アッシング速度と基板表面電荷密度等について評価した。
得られたアッシング速度の均一性は、±２．４％（６．１μｍ／ｍｉｎ）と極めて良好で、表面電荷密度も０．６×１０１１ｃｍ−２と充分低い値を示し、ゲート絶縁破壊も観測されなかった。
即ち、プラズマ処理に際してＳｉ基板１０２近傍のプラズマの電子密度分布の高度の均一性を実現し、Ｓｉ基板１０２に高精度で良好なアッシングを施すことができた。
【実施例３】
【００５２】
次に、本発明の実施例３を説明する。
図１、図２に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、フォトレジストのアッシングを行った。
被処理基体１０２としては、層間ＳｉＯ２膜をエッチングし、ビアホールを形成した直後のシリコン（Ｓｉ）基板（φ１２インチ）を使用した。以下Ｓｉ基板１０２と記す。
まず、Ｓｉ基板１０２を支持体１０３上に設置した後、ヒータ１０４を用いて２５０℃まで加熱し、排気系（不図示）を介してプラズマ処理室１０１内を真空排気し、１０−５Ｔｏｒｒまで減圧させた。
プラズマ処理用ガス導入手段１０５を介して酸素ガスを２ｓｌｍの流量でプラズマ処理室１０１内に導入した。次いで、排気系（不図示）に設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）を調整し、プラズマ処理室１０１内を２Ｔｏｒｒに保持した。
プラズマ処理室１０１内に、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より２．５ｋＷの電力をスロット付無終端環状導波管１０８を介して供給した。かくして、プラズマ処理室１０１内にプラズマを発生させた。
【００５３】
この際、プラズマ処理用ガス導入手段１０５を介して導入された酸素ガスはプラズマ処理室１０１内で励起、分解、反応して酸素原子となり、Ｓｉ基板１０２の方向に輸送され、Ｓｉ基板１０２上のフォトレジストを酸化し、気化・除去された。
アッシング後、ゲート絶縁評価、アッシング速度と基板表面電荷密度等について評価した。
得られたアッシング速度均一性は、 ±３．１％（７．９μｍ／ｍｉｎ）と極めて大きく、表面電荷密度も１．０×１０１１ｃｍ−２と充分低い値を示し、ゲート絶縁破壊も観測されなかった。
即ち、プラズマ処理に際してＳｉ基板１０２近傍のプラズマの電子密度分布の高度の均一性を実現し、Ｓｉ基板１０２に高精度で良好なアッシングを施すことができた。
【実施例４】
【００５４】
次に、本発明の実施例４を説明する。
図１、図２に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、極薄酸化膜の表面窒化を行った。
被処理基体１０２としては、１６Ａ厚表面酸化膜付きシリコン（Ｓｉ）基板（φ８インチ）を使用した。以下Ｓｉ基板１０２と記す。
まず、Ｓｉ基板１０２を支持体１０３上に設置した後、ヒータ１０４を用いて１５０℃まで加熱し、排気系（不図示）を介してプラズマ処理室１０１内を真空排気し、１０−３Ｔｏｒｒまで減圧させた。
プラズマ処理用ガス導入手段１０５を介して窒素ガスを５０ｓｃｃｍ、ヘリウムガスを４５０ｓｃｃｍの流量でプラズマ処理室１０１内に導入した。
次いで、排気系（不図示）に設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）を調整し、プラズマ処理室１０１内を０．２Ｔｏｒｒに保持した。
プラズマ処理室１０１内に、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より１．５ｋＷの電力をスロット付無終端環状導波管１０８を介して供給した。かくして、プラズマ処理室１０１内にプラズマを発生させた。
【００５５】
この際、プラズマ処理用ガス導入手段１０５を介して導入された窒素ガスはプラズマ処理室１０１内で励起、分解、反応して窒素イオンや原子となり、Ｓｉ基板１０２の方向に輸送され、Ｓｉ基板１０２上の酸化膜表面を室化した。
窒化後、ゲート絶縁評価、窒化速度と基板表面電荷密度等について評価した。
得られた窒化速度均一性は、 ±１．５％と極めて良好で、表面電荷密度も０．９×１０１１ｃｍ−２と充分低い値を示し、ゲート絶縁破壊も観測されなかった。
即ち、プラズマ処理に際してＳｉ基板１０２近傍のプラズマの電子密度分布の高度の均一性を実現し、Ｓｉ基板１０２に高精度で良好な極薄酸化膜の表面窒化を行うことができた。
【実施例５】
【００５６】
次に、本発明の実施例５を説明する。
図１、図２に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、シリコン基板の直接窒化を行った。
被処理基体１０２としては、ベアシリコン（Ｓｉ）基板（φ８インチ）を使用した。以下Ｓｉ基板１０２と記す。
まず、Ｓｉ基板１０２を支持体１０３上に設置した後、ヒータ１０４を用いて１５０℃まで加熱し、排気系（不図示）を介してプラズマ処理室１０１内を真空排気し、１０−３Ｔｏｒｒまで減圧させた。
プラズマ処理用ガス導入手段１０５を介して窒素ガスを５００ｓｃｃｍの流量でプラズマ処理室１０１内に導入した。次いで、排気系（不図示）に設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）を調整し、プラズマ処理室１０１内を０．１Ｔｏｒｒに保持した。
【００５７】
次いで、プラズマ処理室１０１内に、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より１．５ｋＷの電力をスロット付無終端環状導波管１０８を介して供給した。かくして、プラズマ処理室１０１内にプラズマを発生させた。
この際、プラズマ処理用ガス導入手段１０５を介して導入された窒素ガスはプラズマ処理室１０１内で励起、分解、反応して窒素イオンや原子となり、Ｓｉ基板１０２の方向に輸送され、Ｓｉ基板１０２の表面を直接室化した。
窒化後、ゲート絶縁評価、窒化速度と基板表面電荷密度等について評価した。
得られた窒化速度均一性は、±１．１％と極めて良好で、表面電荷密度も１．７×１０１１ｃｍ−２と充分低い値を示し、ゲート絶縁破壊も観測されなかった。
即ち、プラズマ処理に際してＳｉ基板１０２近傍のプラズマの電子密度分布の高度の均一性を実現し、高精度で良好なＳｉ基板１０２の直接窒化を行うことができた。
【実施例６】
【００５８】
次に、本発明の実施例６を説明する。
図１、図２に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、半導体素子保護用窒化シリコン膜の形成を行った。
被処理基体１０２としては、Ａｌ配線パターン（ラインアンドスペース０．５μｍ）が形成された層間ＳｉＯ２膜付きφ３００ｍｍＰ型単結晶シリコン基板（面方位〈１００〉，抵抗率１０Ωｃｍ）を使用した。以下Ｓｉ基板１０２と記す。
まず、Ｓｉ基板１０２を支持体１０３上に設置した後、排気系（不図示）を介してプラズマ処理室１０１内を真空排気し、１０−７Ｔｏｒｒの値まで減圧させた。続いてヒータ１０４に通電し、Ｓｉ基板１０２を３００℃に加熱し、前記基板をこの温度に保持した。
プラズマ処理用ガス導入手段１０５を介して窒素ガスを６００ｓｃｃｍの流量で、また、モノシランガスを２００ｓｃｃｍの流量でプラズマ処理室１０１内に導入した。
【００５９】
次いで、排気系（不図示）に設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）を調整し、プラズマ処理室１０１内を２０ｍＴｏｒｒに保持した。
次いで、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源（不図示）より３．０ｋＷの電力をスロット付無終端環状導波管１０８を介して供給した。かくして、プラズマ処理室１０１内にプラズマを発生させた。
この際、プラズマ処理用ガス導入口１０５を介して導入された窒素ガスはプラズマ処理室１０１内で励起、分解されて窒素原子となり、Ｓｉ基板１０２の方向に輸送され、モノシランガスと反応し、窒化シリコン膜をＳｉ基板１０２上に形成した。
【００６０】
特に、Ｓｉ基板１０２上に形成する窒化シリコン膜は１．０μｍの厚さで形成した。成膜後、ゲート絶縁破壊評価、成膜速度、応力等の膜質について評価した。
応力は成膜前後の基板の反り量の変化をレーザ干渉計Ｚｙｇｏ（商品名）で測定して求めた。得られた窒化シリコン膜の成膜速度均一性は±２．６％（５３０ｎｍ／ｍｉｎ）と極めて大きかった。
また、膜質も、応力０．９×１０９ｄｙｎｅ・ｃｍ−２（圧縮）、リーク電流１．１×１０−１０Ａ・ｃｍ−２、絶縁耐圧１０．７ＭＶ／ｃｍという極めて良質な膜であることが確認された。しかもゲート絶縁破壊も観測されなかった。
即ち、プラズマ処理に際してＳｉ基板１０２近傍のプラズマの電子密度分布の高度の均一性を実現し、高精度で良好な半導体素子保護用窒化シリコン膜の形成を行うことができた。
【実施例７】
【００６１】
次に、本発明の実施例７を説明する。
図１、図２に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、プラスチックレンズ反射防止用酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜の形成を行った。
被処理基体１０２としては、直径５０ｍｍプラスチック凸レンズを使用した。以下レンズ１０２と記す。
まず、レンズ１０２を支持体１０３上に設置した後、排気系（不図示）を介してプラズマ処理室１０１内を真空排気し、１０−７Ｔｏｒｒの値まで減圧させた。
プラズマ処理用ガス導入手段１０５を介して窒素ガスを１５０ｓｃｃｍの流量で、また、モノシランガスを７０ｓｃｃｍの流量でプラズマ処理室１０１内に導入した。
次いで、排気系（不図示）に設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）を調整し、プラズマ処理室１０１内を５ｍＴｏｒｒに保持した。
【００６２】
次いで、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源（不図示）より３．０ｋＷの電力をスロット付無終端環状導波管１０３を介してプラズマ処理室１０１内に供給した。かくして、プラズマ処理室１０１内にプラズマを発生させた。
この際、プラズマ処理用ガス導入手段１０５を介して導入された窒素ガスは、プラズマ処理室１０１内で励起、分解されて窒素原子等の活性種となり、レンズ１０２の方向に輸送され、モノシランガスと反応し、窒化シリコン膜がレンズ１０２上に形成された。
特に、レンズ１０２上に形成する窒化シリコン膜は２０ｎｍの厚さで形成した。次にプラズマ処理用ガス導入手段１０５を介して酸素ガスを２００ｓｃｃｍの流量で、また、モノシランガスを１００ｓｃｃｍの流量でプラズマ処理室１０１内に導入した。
次いで排気系（不図示）に設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）を調整し、プラズマ処理室１０１内を２ｍＴｏｒｒに保持した。
【００６３】
次いで２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源（不図示）より２．０ｋＷの電力をスロット付無終端環状導波管１０８を介してプラズマ発生室１０１内に供給した。かくして、プラズマ処理室１０１内にプラズマを発生させた。
この際、プラズマ処理用ガス導入手段１０５を介して導入された酸素ガスは、プラズマ処理室１０１内で励起、分解されて酸素原子等の活性種となり、レンズ１０２の方向に輸送される。
そして、酸素ガスは、モノシランガスと反応し、酸化シリコン膜がレンズ１０２上に８５ｎｍの厚さで形成された。成膜後、ゲート絶縁破壊評価、成膜速度、反射特性について評価した。
得られた窒化シリコン膜及び酸化シリコン膜の成膜速度均一性はそれぞれ±２．７％（３８０ｎｍ／ｍｉｎ）、±２．９％（４１０ｎｍ／ｍｉｎ）と良好で、膜質も、５００ｎｍ付近の反射率が０．１４％と極めて良好な光学特性であることが確認された。
即ち、プラズマ処理に際してレンズ１０２近傍のプラズマの電子密度分布の高度の均一性を実現し、高精度で良好なプラスチックレンズ反射防止用酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜の形成を行うことができた。
【実施例８】
【００６４】
次に、本発明の実施例８を説明する。
図１、図２に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、半導体素子層間絶縁用酸化シリコン膜の形成を行った。
被処理基体１０２としては、最上部にＡｌパターン（ラインアンドスペース０．５μｍ）が形成されたφ３００ｍｍＰ型単結晶シリコン基板（面方位〈１００〉，抵抗率１０Ωｃｍ）を使用した。以下Ｓｉ基板１０２と記す。
まず、Ｓｉ基板１０２を支持体１０３上に設置した。排気系（不図示）を介してプラズマ処理室１０１内を真空排気し、１０−７Ｔｏｒｒの値まで減圧させた。
続いてヒータ１０４に通電し、Ｓｉ基板１０２を３００℃に加熱し、Ｓｉ基板１０２をその温度に保持した。
プラズマ処理用ガス導入手段１０５を介して酸素ガスを４００ｓｃｃｍの流量で、また、モノシランガスを２００ｓｃｃｍの流量でプラズマ処理室１０１内に導入した。
【００６５】
次いで、排気系（不図示）に設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）を調整し、プラズマ処理室１０１内を２０ｍＴｏｒｒに保持した。
次いで、２ＭＨｚの高周波印加手段を介して３００Ｗの電力を支持体１０３に印加するとともに、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より２．５ｋＷの電力をスロット付無終端環状導波管１０３を介してプラズマ処理室１０１内に供給した。
かくして、プラズマ処理室１０１内にプラズマを発生させた。プラズマ処理用ガス導入手段１０５を介して導入された酸素ガスはプラズマ処理室１０１内で励起、分解されて活性種となり、Ｓｉ基板１０２の方向に輸送される。
【００６６】
酸素ガスは、モノシランガスと反応し、酸化シリコン膜がＳｉ基板１０２上に０．８μｍの厚さで形成された。このとき、イオン種はＲＦバイアスにより加速されてＳｉ基板１０２に入射しパターン上の膜を削り平坦性を向上させる。
処理後、成膜速度、均一性、絶縁耐圧、及び段差被覆性について評価した。段差被覆性は、Ａｌ配線パターン上に成膜した酸化シリコン膜の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観測し、ボイドを観測することにより評価した。
得られた酸化シリコン膜の成膜速度均一性は±２．８％（３１０ｎｍ／ｍｉｎ）と良好で、膜質も絶縁耐圧１０．１ＭＶ／ｃｍ、ボイドフリーであって良質な膜であることが確認され、ゲート絶縁破壊も観測されなかった。
即ち、プラズマ処理に際してＳｉ基板１０２近傍のプラズマの電子密度分布の高度の均一性を実現し、高精度で良好な半導体素子層間絶縁用酸化シリコン膜の形成を行うことができた。
【実施例９】
【００６７】
次に、本発明の実施例９を説明する。
図１、図２に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、半導体素子層間ＳｉＯ２膜のエッチングを行った。
被処理基体１０２としては、Ａｌパターン（ラインアンドスペース０．３５μｍ）上に１μｍ厚の層間ＳｉＯ２膜が形成されたφ３００ｍｍＰ型単結晶シリコン基板（面方位〈１００〉，抵抗率１０Ωｃｍ）を使用した。以下Ｓｉ基板１０２と記す。
まず、Ｓｉ基板１０２を支持体１０３上に設置した後、排気系（不図示）を介してプラズマ処理室１０１内を真空排気し、１０−７Ｔｏｒｒの値まで減圧させた。
プラズマ処理用ガス導入手段１０５を介してＣ４Ｆ８を８０ｓｃｃｍ、Ａｒを１２０ｓｃｃｍ、Ｏ２を４０ｓｃｃｍの流量でプラズマ処理室１０１内に導入した。
次いで、排気系（不図示）に設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）を調整し、プラズマ処理室１０１内を５ｍＴｏｒｒの圧力に保持した。
【００６８】
次いで、２ＭＨｚの高周波印加手段を介して２８０Ｗの電力を支持体１０３に印加するとともに、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より３．０ｋＷの電力をスロット付無終端環状導波管１０３を介してプラズマ処理室１０１内に供給した。
かくして、プラズマ処理室１０１内にプラズマを発生させた。プラズマ処理用ガス導入手段１０５を介して導入されたＣ４Ｆ８ガスはプラズマ処理室１０１内で励起、分解されて活性種となり、Ｓｉ基板１０２の方向に輸送される。
Ｓｉ基板１０２の方向に輸送されたプラズマ処理用ガス（Ｃ４Ｆ８ガス）は、自己バイアスによって加速されたイオンによって層間ＳｉＯ２膜をエッチングした。
【００６９】
静電チャック付クーラによりＳｉ基板１０２の温度は３０℃までしか上昇しなかった。エッチング後、ゲート絶縁破壊評価、エッチング速度、選択比、及びエッチング形状について評価した。
エッチング形状は、エッチングされた酸化シリコン膜の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観測し、評価した。
エッチング速度均一性と対ポリシリコン選択比は±２．７％（５８０ｎｍ／ｍｉｎ）と良好で、エッチング形状もほぼ垂直で、マイクロローディング効果も少ないことが確認され、ゲート絶縁破壊も観測されなかった。
即ち、プラズマ処理に際してＳｉ基板１０２近傍のプラズマの電子密度分布の高度の均一性を実現し、高精度で良好な半導体素子層間ＳｉＯ２膜のエッチングを行うことができた。
【実施例１０】
【００７０】
次に、本発明の実施例１０を説明する。
図１、図２に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、半導体素子ゲート電極間ポリシリコン膜のエッチングを行った。
被処理基体１０２としては、最上部にポリシリコン膜が形成されたφ３００ｍｍＰ型単結晶シリコン基板（面方位〈１００〉，抵抗率１０Ωｃｍ）を使用した。以下Ｓｉ基板１０２と記す。
まず、Ｓｉ基板１０２を支持体１０３上に設置した後、排気系（不図示）を介してプラズマ処理室１０１内を真空排気し、１０−７Ｔｏｒｒの値まで減圧させた。
プラズマ処理用ガス導入手段１０５を介してＣＦ４ガスを３００ｓｃｃｍ、酸素を２０ｓｃｃｍの流量でプラズマ処理室１０１内に導入した。
【００７１】
次いで排気系（不図示）に設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）を調整し、プラズマ処理室１０１内を２ｍＴｏｒｒの圧力に保持した。
次いで２ＭＨｚの高周波電源（不図示）からの高周波電力３００Ｗを支持体１０３に印加するとともに、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より２．０ｋＷの電力をスロット付無終端環状導波管１０３を介してプラズマ処理室１０１内に供給した。
かくして、プラズマ処理室１０１内にプラズマを発生させた。プラズマ処理用ガス導入手段１０５を介して導入されたＣＦ４ガス及び酸素はプラズマ処理室１０１内で励起、分解されて活性種となり、シリコン基板１０２の方向に輸送される。
ＣＦ４ガス及び酸素は、自己バイアスにより加速されたイオンによりポリシリコン膜をエッチングした。
【００７２】
静電チャック付クーラにより、Ｓｉ基板１０２の温度は３０℃までしか上昇しなかった。エッチング後、ゲート絶縁破壊評価、エッチング速度、選択比、及びエッチング形状について評価した。
エッチング形状は、エッチングされたポリシリコン膜の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観測し、評価した。
エッチング速度均一性と対ＳｉＯ２選択比はそれぞれ±２．８％（７４０ｎｍ／ｍｉｎ）と良好で、エッチング形状も垂直で、マイクロローディング効果も少ないことが確認され、ゲート絶縁破壊も観測されなかった。
即ち、プラズマ処理に際してＳｉ基板１０２近傍のプラズマの電子密度分布の高度の均一性を実現し、高精度で良好な半導体素子ゲート電極間ポリシリコン膜のエッチングを行うことができた。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】図１（ａ）は、本発明の実施例１のマイクロ波プラズマ処理装置の構成を模式的に説明する説明図である。図１（ｂ）は、本発明の実施例１のマイクロ波プラズマ処理装置の弱干渉型二重円弧状スロットの構成を説明する説明図である。
【図２】本発明の実施例１のマイクロ波プラズマ処理装置におけるプラズマ発生機構の構成を説明する説明図である。
【図３】図３（ａ）は、従来の強干渉型二重円弧状スロット（スロット付無終端環状導波管を使用した場合のスロットアンテナ近傍と被処理基体近傍の電子密度分布を示すグラフ図である。図３（ｂ）は、本発明の実施例１の弱干渉型二重円弧状スロット（スロット付無終端環状導波管１０８）を使用した場合のスロットアンテナ近傍と被処理基体１０２近傍の電子密度分布を示すグラフ図である。
【図４】図４（ａ）は、本発明の実施例１の内側円弧状スロットの開口角（Ａｉ）と外側円弧状スロットの開口角（Ａｏ）の角度比率に対応する本発明のスロット付無終端環状導波管付近の電子密度分布（表面波電界強度）を示すグラフ図である。図４（ｂ）は、本発明の実施例１の内側円弧状スロットの開口角（Ａｉ）と外側円弧状スロットの開口角（Ａｏ）の角度比率に対応する被処理基体近傍の電子密度分布を示すグラフ図である。
【図５】図５（ａ）は、従来のマイクロ波プラズマ処理装置の構成を模式的に説明する説明図である。図５（ｂ）は、従来のマイクロ波プラズマ処理装置の強干渉型二重円弧状スロットの構成を説明する説明図である。
【図６】従来のマイクロ波プラズマ処理装置におけるプラズマ発生機構の構成を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０１、５０１    プラズマ処理室
１０２、５０２    被処理基体
１０３、５０３    支持体
１０４、５０４    基板温度調整手段（ヒータ）
１０５、５０５    ガス導入手段
１０６、５０６    排気手段
１０７、５０７    誘電体窓
１０８、５０８    スロット付き無終端環状導波管
１１１、５１１    導入Ｅ分岐
１１２、５１２    環状導波路
１１４ａ、５１４ａ    内側円弧状スロット
１１４ｂ、５１４ｂ    外側円弧状スロット
１１５、５１５    表面波
１１６、５１６    表面定在波
１１７、５１７    発生プラズマ
１１８、５１８    プラズマバルク
Ｌｓ、Ｌｅ、Ｌｃ  間隔
Ａｉ、Ａｏ        開口角
【図１】
2008059991.tif 000003
【図２】
2008059991.tif 000004
【図３】
2008059991.tif 000005
【図４】
2008059991.tif 000006
【図５】
2008059991.tif 000007
【図６】
2008059991.tif 000008