(57)【要約】【課題】  高価なクリプトン、キセノンガスの消費量をできるだけ抑制するとともにプラズマ処理時の被処理物へのダメージを低減すること。【解決手段】  希ガスを用いて行う基板のプラズマ処理において、２種類以上の異なる希ガスを用い、希ガスの―つを安価なアルゴンガスとし、それ以外のガスがアルゴンガスより電子との衝突断面積が大きいクリプトン、キセノンのいずれか又は両方とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
希ガスを用いてプラズマを発生させ該プラズマを用いて被処理物の処理を行うプラズマ処理方法において、前記希ガスとして２種類以上の異なる希ガスを用いることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ処理方法において、前記異なる希ガスは電子との衝突断面積が互いに異なる希ガスであることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のプラズマ処理方法において、前記２種類以上の異なる希ガスのうちの―つとしてアルゴンガスを用い、それ以外のガスとしてアルゴンガスよりも電子との衝突断面積が大きいガスを用いることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項４】
請求項１乃至３の内のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法において、前記２種類以上の異なる希ガスのうちの―つとしてアルゴンガスを用い、それ以外のガスとしてクリプトンおよびキセノンの一方または両方を用いることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項５】
請求項１乃至４の内のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法において、マイクロ波励起によって前記プラズマを発生させることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項６】
請求項１乃至５の内のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法において、前記処理は、前記被処理物表面の少なくとも一部の酸化、窒化もしくは酸窒化、前記被処理物表面の少なくとも一部への成膜、または前記被処理物表面の少なくとも一部のエッチングであることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項７】
請求項１乃至６の内のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法において、前記プラズマを用いて前記被処理物表面の少なくとも一部を酸化、窒化または酸窒化するために、窒化性のガスまたは酸化性のガスを前記プラズマ中に導入することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項８】
請求項１乃至６の内のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法において、前記被処理物表面の少なくとも一部に成膜を行うために、成膜に必要なガスを前記プラズマ中に導入することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項９】
請求項８に記載のプラズマ処理方法において、前記成膜が絶縁膜の形成であることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１０】
請求項１乃至６の内のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法において、エッチングに必要なガスを前記プラズマ中に導入して前記被処理物表面の選択された部分または全面をエッチングすることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１１】
請求項２乃至１０の内のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法において、前記２種類以上の異なる希ガスのうちの電子との衝突断面積が大きい方のガスをプラズマ励起領域に導入し、衝突断面積が小さい方のガスをプラズマ励起領域の外に導入することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の内のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法において、前記希ガスの一部又は全てを再利用のために回収することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１３】
プラズマ処理室に２種類以上の異なる希ガスを供給する手段を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載のプラズマ処理装置において、前記希ガスの一つがアルゴンガスでありそれ以外のガスがアルゴンガスより電子との衝突断面積が大きいガスであることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載のプラズマ処理装置において、前記それ以外のガスがクリプトンおよびキセノンの一方又は両方であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１６】
請求項１３乃至１５の内のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置において、前記プラズマ処理室にプラズマを発生させるためのマイクロ波励起手段を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１７】
請求項１３乃至１６の内のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置において、前記プラズマ室に窒化性のガスまたは酸化性のガスをさらに供給する手段を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１８】
請求項１３乃至１６の内のいずれか一つに記載のプラズマの処理装置において、被処理物上に成膜を行うためのガスを前記プラズマ室にさらに供給する手段を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１９】
請求項１３乃至１６の内のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置において、被処理物の少なくとも一部をエッチングするためのガスを前記プラズマ室にさらに供給する手段を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２０】
請求項１４乃至１９の内のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置において、前記希ガスを供給する手段は、前記電子との衝突断面積が大きい方の希ガスをプラズマ励起領域に導入する手段と前記アルゴンガスをプラズマ励起領域の外に導入する手段とを含むことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２１】
請求項１３乃至２０の内のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置において、希ガス回収装置を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２２】
請求項１乃至１２の内のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法によって被処理物を処理する工程を有することを特徴とする電子装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子、半導体チップ搭載基板、配線基板、フラットパネルディスプレイ装置基板等電子装置の基板または被処理物をプラズマ処理する方法およびその処理装置、かかるプラズマ処理により電子装置を製造する製造方法に関する
【背景技術】
【０００２】
従来、プラズマを用いてシリコン半導体等の被処理物表面を酸化、窒化、酸窒化したり、被処理物表面上に酸化膜、窒化膜、酸窒化膜、ポリシリコン膜、有機ＥＬ膜等を成膜したり、被処理物表面をエッチングしたりする際のプラズマ処理では、単一の希ガスを用いてプラズマを発生させていた。希ガスとしては、被処理物に対するプラズマのダメージを小さくするため、電子との衝突断面積が大きく、プラズマの電子温度が低いクリプトン（Ｋｒ）ガスやキセノン（Ｘｅ）ガスが用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１には、酸化膜及び窒化膜形成のために、Ｋｒをプラズマ励起ガスとして用いた装置が開示されている。この装置は、処理室である真空容器上部に、外側から順に同軸導波管、ラジアルラインスロットアンテナ、マイクロ波導入窓を設け、真空容器内部にシャワープレートを設けて、その下部に被処理物を載置するための加熱機構付きステージを配置した構成である。プラズマ処理方法としては、真空容器内を真空に排気し、シャワープレートからＡｒガスを導入し、次にＡｒガスからＫｒガスに切り替えて、圧力を１３３Ｐａとする。次に、希フッ酸洗浄が施されたシリコン基板（被処理物）を処理室内に導入してステージに載置し、被処理物が４００℃に保持されるように被処理物を加熱する。同軸導波管からマイクロ波を例えば、１分間ラジアルスロットアンテナに供給し、マイクロ波を誘電体板（マイクロ波導入窓およびシャワープレート）を介して処理室内に導入する。このようにして、処理室内に生成した高密度Ｋｒプラズマに、シリコン基板の表面を曝すことによって、表面終端水素を除去する。次に、処理室内の圧力を１３３Ｐａ程度に保持したまま、シャワープレートから予め定められた分圧比のＫｒ／Ｏ２混合ガスを導入し、シリコン基板表面にナノ単位の厚さのシリコン酸化膜を形成する。次にマイクロ波の供給を一時停止して、Ｏ２ガスの導入を停止し、処理室内をＫｒでパージした後、シャワープレートからＫ２／ＮＨ３混合ガスを導入し、処理室内の圧力を１３３Ｐａ程度に設定したまま、再びマイクロ波を供給し、処理室内に高密度プラズマを生成して、シリコン酸化膜表面にナノ単位の厚さのシリコン窒化膜を形成する。さらに、シリコン窒化膜が形成されたところで、マイクロ波パワーの導入を停止して、プラズマ励起を終了し、さらに、Ｋｒ／ＮＨ３混合ガスをＡｒガスに置換して酸化窒化工程を終了する。このように、上記装置を用いて半導体集積回路装置の製造が行われる。
【０００４】
しかしながら、Ｋｒガス，Ｘｅガスは、通常のプラズマ処理に用いられるＡｒガスに比べると自然界における存在量が少なく高価であり、産業に用いるのは困難だった。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２６１０９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明では、高価なクリプトンガス、キセノンガスの消費量をできるだけ抑制するとともにプラズマ処理時の被処理物へのダメージを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明のプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置においては、プラズマ中の電子温度は電子との衝突断面積か大きい希ガスで定義し、ガスの希釈はそれより安価な希ガスで行い、これらの２種類以上の希ガスでプラズマ中のガスを構成するようにしたことを特徴とするものである。
【０００８】
即ち、本発明によれば、希ガスを用いてプラズマを発生させ該プラズマを用いて被処理物の処理を行うプラズマ処理方法において、前記希ガスとして２種類以上の異なる希ガスを用いることを特徴とするプラズマ処理方法が得られる。
【０００９】
また、本発明によれば、前記プラズマ処理方法において、前記異なる希ガスは電子との衝突断面積が互いに異なる希ガスであることを特徴とするプラズマ処理方法が得られる。
【００１０】
また、本発明によれば、前記いずれか一つのプラズマ処理方法において、前記２種類以上の異なる希ガスのうちの―つとしてアルゴンガスを用い、それ以外のガスとしてアルゴンガスよりも電子との衝突断面積が大きいガスを用いることを特徴とするプラズマ処理方法が得られる。
【００１１】
また、本発明によれば、前記いずれか一つのプラズマ処理方法において、前記２種類以上の異なる希ガスのうちの―つとしてアルゴンガスを用い、それ以外のガスとしてクリプトンおよびキセノンの一方または両方を用いることを特徴とするプラズマ処理方法が得られる。
【００１２】
また、本発明によれば、前記いずれか一つのプラズマ処理方法において、マイクロ波励起によって前記プラズマを発生させることを特徴とするプラズマ処理方法が得られる。
【００１３】
また、本発明によれば、前記いずれか一つのプラズマ処理方法において、前記処理は、前記基板表面の少なくとも一部の酸化、窒化もしくは酸窒化、前記基板表面の少なくとも一部への成膜、または前記基板表面の少なくとも一部のエッチングであることを特徴とするプラズマ処理方法が得られる。
【００１４】
また、本発明によれば、前記いずれか一つのプラズマ処理方法において、前記プラズマを用いて前記基板表面の少なくとも一部を酸化、窒化または酸窒化するために、窒化性のガスまたは酸化性のガスを前記プラズマ中に導入することを特徴とするプラズマ処理方法が得られる。
【００１５】
また、本発明によれば、前記いずれか一つのプラズマ処理方法において、前記基板表面の少なくとも一部に成膜を行うために、成膜に必要なガスを前記プラズマ中に導入することを特徴とするプラズマ処理方法が得られる。
【００１６】
また、本発明によれば、前記いずれか一つのプラズマ処理方法において、前記成膜が絶縁膜の形成であることを特徴とするプラズマ処理方法が得られる。
【００１７】
また、本発明によれば、前記いずれか一つのプラズマ処理方法において、エッチングに必要なガスを前記プラズマ中に導入して前記基板表面の選択された部分または全面をエッチングすることを特徴とするプラズマ処理方法が得られる。
【００１８】
また、本発明によれば、前記いずれか一つのプラズマ処理方法において、前記２種類以上の異なる希ガスのうちの電子との衝突断面積が大きい方のガスをプラズマ励起領域に導入し、衝突断面積が小さい方のガスをプラズマ励起領域の外に導入することを特徴とするプラズマ処理方法が得られる。
【００１９】
また、本発明によれば、前記いずれか一つのプラズマ処理方法において、前記希ガスの一部又は全てを再利用のために回収することを特徴とするプラズマ処理方法が得られる。
【００２０】
また、本発明によれば、前記いずれか一つのプラズマ処理方法によって被処理物を処理する工程を有することを特徴とする、半導体装置やフラットパネルディスプレイ装置やコンピュータや携帯電話端末等の電子装置の製造方法が得られる。
【００２１】
また、本発明によれば、プラズマ処理室に２種類以上の異なる希ガスが供給できることを特徴とするプラズマ処理装置が得られる。
【００２２】
また、本発明によれば、前記プラズマ処理装置において、前記希ガスの電子との衝突断面積が異なることを特徴とするプラズマ処理装置が得られる。
【００２３】
また、本発明によれば、前記いずれか一つのプラズマ処理装置において、前記希ガスの一つがアルゴンガスてありそれ以外のガスがアルゴンガスより電子との衝照明面積が大きいガスを用いることを特徴とするプラズマ処理装置が得られる。
【００２４】
また、本発明によれば、前記いずれか一つのプラズマ処理装置において、前記希ガスの一つがアルゴンガスであり、それ以外がクリプトン、キセノンのいすれか、又は両方であることを特徴とするプラズマ処理装置が得られる。
【００２５】
また、本発明によれば、前記いずれか一つのプラズマ処理装置において、前記プラズマをマイクロ波励起で行うことを特徴とするプラズマ処理装置が得られる。
【００２６】
また、本発明によれば、前記いずれか一つのプラズマ処理装置において、前記プラズマ室に希ガスに加えて、窒化性のガスまたは酸化性のガスを供給できることを特徴とするプラズマ処理装置が得られる。
【００２７】
また、本発明によれば、前記いずれか一つのプラズマの処理装置において、前記プラズマ室に希ガスに加えて、所望のガスを加えて、被処理物上に成膜を行うことを特徴とするプラズマ処理装置が得られる。
【００２８】
また、本発明によれば、前記いずれか一つのプラズマ処理装置において、前記プラズマ室に希ガスに加えて、被処理物の一部又は全面をエッチングすることを特徴とするプラズマ処理装置が得られる。
【００２９】
また、本発明によれば、前記いずれか一つのプラズマ処理装置において、前記希ガスの電子との衝突断面積が大きい方のガスをプラズマ励起領域に導入し衝突断面積の小さい方のガスをプラズマ励起領域の外に導入することを特徴とするプラズマ処理装置が得られる。
【００３０】
また、本発明によれば、前記いずれか一つのプラズマ処理装置において、希ガス回収装置を備えることを特徴とするプラズマ処理装置が得られる。
【００３１】
さらに、本発明においては、使用後の希ガスを回収再生利用することにより、さらに高効率に高価な希ガスを使用できるようにするプラズマ処理方法が得られる。
【００３２】
本発明のよればＸｅ、Ｋｒの一方または両方にＡｒガスを加えたガスを用いるが、該混合ガス中のＸｅ、Ｋｒの必要割合は諸種の条件によって変化するが、多くの場合最低２０体積％が必要であり、４０％程度から１００％の場合との効果の差異があまりみられず、５０％以上であれば問題がない。勿論１００％未満とする。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、Ｋｒ、Ｘｅの一方または両方にＡｒガスを加えたガスを用いてプラズマ発生を行うので、プラズマ処理中のダメージを低減するとともに高価なＫｒ、Ｘｅガスの使用量の削減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００３５】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態では、プラズマ処理がシリコンの直接酸化／窒化プロセスである場合の形態について説明する。
【００３６】
図１はマイクロ波励起のプラズマ処理装置の断面図である。図２は電子エネルギーと全イオン化断面積との関係を示す図である。図３はプラズマ計測方法を示す断面図である。図４はＡｒ／Ｘｅ混合プラズマの発光強度を示す図で、（ａ）はＸｅ＋（４６６．８ｎｍ）の２．６６Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ）における相対強度、（ｂ）はＸｅ＋（４６６．８ｎｍ）の５．３３Ｐａ（４０ｍＴｏｒｒ）における相対強度、（ｃ）はＡｒ（７５０．４ｎｍ）の２．６６Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ）における相対強度、（ｄ）はＡｒ（７５０．４ｎｍ）の５．３３Ｐａ（４０ｍＴｏｒｒ）における相対強度を夫々示している。また、図５はプラズマ電子密度を示す図で、（ａ）はＡｒの動作圧力（ｍＴｏｒｒ＝×０．１３３Ｐａ）と、電子数（１０１２ｃｍ−３）との関係を示す図で、（ｂ）はＸｅの動作圧力（ｍＴｏｒｒ＝×０．１３３Ｐａ）と電子数（１０１２ｃｍ−３）との関係を示す図である。図６（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）はＡｒ／Ｘｅ混合プラズマの電子密度、ＶＳＷＲ，イオン電流、電子温度を夫々示す図である。図７（ａ）はＡｒ／Ｘｅ混合ガス中のＸｅの割合を０から１まで変化させたときのイオン電流密度を示す図で、図７（ｂ）はＡｒ／Ｘｅ混合ガス中のＸｅの割合（圧力）を同様に変化させたときの電子温度を示す図である。
【００３７】
図１を参照すると、マイクロ波はプラズマ処理装置１０１の上部に絶縁体板２を介して設置されたアンテナ１によって装置内部１１に放射される。ＡｒガスとＫｒガス（またはＸｅガス）および酸素ガス（窒化処理の場合はＮ２／Ｈ２またはＮＨ３ガス、酸窒化プロセスの場合は，Ｏ２／ＮＨ３またはＯ２／Ｎ２Ｏ、Ｏ２／ＮＯガス等の酸化性ガスと窒化性ガスの混合ガス）は、ガス導入管１３からシャワープレート３を経て装置内部１１に導入され、そこに上記のように照射されているマイクロ波によって装置内部１１、被処理物４の上部でプラズマが励起される。
【００３８】
図１に戻ると、被処理物の基板であるシリコンウェハ４は処理室１１内でプラズマか直接照射される場所に設置され、プラズマにより励起された酸素ラジカル等により酸化される。このとき被処理物４は、処理室１１内でもプラズマが励起される空間ではなくプラズマが拡散されている空間に設置されることが望ましい。
【００３９】
また、処理室１１内の排ガスは、排気ポート５を介して、排気ダクト６内を通り、破線の矢印１９に示すように、小型ポンプへのいずれかの流入口７ａ，７ｂから、図示しない小型ポンプへと夫々導かれる。
【００４０】
励起されたプラズマを計測するには、図３に示すように、処理室１１内に先端部が突き入るようにプローブ９が設けられ、このプローブ９は取付部材１５によって固定される。発光計測１４は、別の窓から矢印のように行われる。
【００４１】
ここで、図２に示すように、Ａｒに比べＫｒ、Ｘｅガスは電子温度が低いところで電子との衝突断面積が小さく、イオン化エネルギーも小さいため、ＡｒとＫｒ（あるいはＸｅ）の混合ガスにマイクロ波が照射されると選択的にＫｒ（あるいはＸｅ）がイオン化してプラズマが形成され、プラズマの電子温度はＫｒ（あるいはＸｅ）で定義され、成謨中でのあるいは形成されたＳｉＯ２膜（Ｓｉ３Ｎ４膜、ＳｉＯＮ膜）へのダメージを抑制できるとともに高価なＫｒ（あるいはＸｅ）ガスの使用を抑制できる。
【００４２】
また、図４（ａ），（ｂ）及び（ｃ），（ｄ）を参照すると、Ｘｅ＋の発光強度（相対強度）は、２０ｍＴｏｒｒ（２．６６Ｐａ）よりも４０ｍＴｏｒｒ（５．３３Ｐａ）の方が大きいが，Ａｒの発光強度は、Ｘｅの分圧（モル分率）が０．２以上においては、圧力に依存しないことが分かる。
【００４３】
また、図５を参照すると、Ａｒの電子密度は、Ｘｅの流量比（即ち、分圧）が大きくなると増加するが、Ｘｅの電子密度は流量比が増加すると、減少することが分かる。
【００４４】
また、図６を参照すると、電子密度は、Ｘｅの構成比率が２０％から増加し、以後は構成比率が大きくなるにつれ単調に増加し、ＶＳＷＲはＸｅの構成比率が大きくなるにつれ単調に若干減少する。イオン電流はＸｅの構成比率が２０％で急激に増加し、電子温度はＸｅのＸｅの構成比率が２０％までに急激に減少しそれ以降は構成比率が大きくなるにつれ単調減少していることが分かる。
【００４５】
さらに、図７（ａ）を参照すると、イオン電流密度は、全流量が２０ｍＴｏｒｒ（２．６６Ｐａ）の場合には、Ｘｅの流量比０．７５付近で急激に増加することが分かる。また、全流量が４０ｍＴｏｒｒ（５．３３Ｐａ）の場合には、Ｘｅの流量比が０．２を越えると急激に増加することが分かる。また、全流量が１００ｍＴｏｒｒ（１３．３３Ｐａ）の場合には、ほぼ単調増加傾向にあることが分かる。
【００４６】
また、図７（ｂ）を参照すると、電子温度は、Ｘｅの流量比が大きくなるにつれ全流量が２０ｍＴｏｒｒ（２．６６Ｐａ）、４０ｍＴｏｒｒ（５．３３Ｐａ）、１００ｍＴｏｒｒ（１３．３３Ｐａ）となるにつれて、小さくなるとともに、夫々Ｘｅの流量比が０．２から増加するにつれて単調減少していることが分かる。
【００４７】
以上のデータはすべて、Ｘｅの構成比率が１００％でなくても、２０％以上、好ましくは５０％以上であれば、１００％の場合とほぼ同じ効果が得られることを示している。すなわち、８０％程度、好ましくは５０％程度を安価なＡｒとしても、プラズマ処理中のダメージを低減することが出来ることが分かる。この結果、本発明によれば高価なＫｒ、Ｘｅガスの使用量の削減を図ることができる。
【００４８】
（第２の実施の形態）
次に、本発明によるプラズマ処理を成膜に適用した例を示す。本例では、成膜としてＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）プロセスによるＳｉＯ２膜形成を行った。図８は本発明の第２の実施の形態に使用される二段シャワープレートマイクロ波励起プラズマ処理装置の概略断面図である。図８の装置は、図１に示したマイクロ波励起プラズマ処理装置の拡散プラズマ領域に下段シャワープレート２２を設置した構造となっている。上段のシャワープレート２１からはプラズマ励起用のＫｒ（又はＸｅ）およびＡｒとＯ２ガスとを導入する。下段シャワープレート２２からは成膜用の反応性ガスであるＳｉＨ４ガスを導入する。上段のシャワープレート２１と下段シャワープレート２２との間の空間で高密度プラズマが励起され、そのプラズマは下段シャワープレート２２の格子状パイプ（反応性ガスを放出する多数の孔を有する）の間隙からシリコンウェハ４表面上に拡散し、そこに供給された反応性ガスによって被処理物４の表面にＳｉＯ２膜が形成される。
【００４９】
このとき、上段シャワープレート２１からＫｒ（又はＸｅ）およびＡｒとＮＨ３（又はＮ２／Ｈ２混合）ガスを、下段シャワープレート２２からＳｉＨ４ガスを流せば、Ｓｉ３Ｎ４膜の形成ができる。
【００５０】
また、上段シャワープレート２１からＫｒ（又はＸｅ）およびＡｒを、下段シャワープレート２２からＣｘＦｙ（Ｃ５Ｆ８，Ｃ４Ｆ８等）ガスを流せば、フロロカーボン膜が形成できる。
【００５１】
また、上段シャワープレート２１からＫｒ（又はＸｅ）およびＡｒを、下段シャワープレート２２からＳｉＨ４ガスを流せば、シリコン膜の形成ができる。
【００５２】
以上、いずれの場合も、図２、図６及び図７から明らかなように、Ａｒに比べＫｒ、Ｘｅガスは電子温度が低いところで電子との衝突断面積か小さくイオン化エネルギーも小さいため、ＡｒとＫｒ（あるいはＸｅ）の混合ガスにマイクロ波が照射されると選択的にＫｒ（Ｘｅ）がイオン化しプラズマが形成されプラズマの電子温度は、Ｋｒ（Ｘｅ）で定義され、成膜中でのまたは形成された各種膜へのダメージを抑制できるとともに高価なＫｒ（Ｘｅ）ガスの使用を抑制できる。
【００５３】
（第３の実施の形態）
次に、本発明のプラズマ処理をエッチングプロセスに適用した場合の例を示す。図８を参照すると、上段のシャワープレート２１からはプラズマ励起用のＫｒ（又はＸｅ）およびＡｒガスを導入する。下段シャワープレート２２からは反応性ガスであるＣｘＨｙガスを導入する。ここで、基板４にバイアス（ＲＦ）２５を印加することにより、シリコンウェハ４側に負のＤＣバイアスが加わりシリコン基板４上にあるＳｉＯ２がエッチングされる。このときも、図２及び図６，７から明らかなように、Ａｒに比べ、Ｋｒ、Ｘｅガスは電子温度が低いところで電子との衝突断面積が小さくイオン化エネルギーも小さいためＡｒとＫｒ（あるいはＸｅ）の混合ガスにマイクロ波が照射されると選択的にＫｒ（Ｘｅ）がイオン化し、プラズマが形成されプラズマの電子温度はＫｒ（Ｘｅ）で定義されエッチング中でのシリコン基板４表面およびシリコン基板上に形成されている膜へのダメージが抑制できるとともに高価なＫｒ（Ｘｅ）ガスの使用を抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
以上説明したように、本発明に係るプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法は、半導体製造プロセスは勿論のこと、電子・電気機器の製造、各種機械部品の製造に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の態様１で用いるマイクロ波励起プラズマ処理装置の断面図である。
【図２】各希ガスの電子温度と衝突断面積を表す説明図とＡｒ、Ｋｒ、Ｘｅガスの励起エネルギ、イオン化エネルギ、電子温度を夫々示す図である。
【図３】プラズマ計測方法を示す断面図である。
【図４】Ａｒ／Ｘｅ混合プラズマの発光強度を示す図で、（ａ）はＸｅ＋（４６６．８ｎｍ）の２０ｍＴｏｒｒ（２．６６Ｐａ）における相対強度、（ｂ）はＸｅ＋（４６６．８ｎｍ）の４０ｍＴｏｒｒ（５．３３Ｐａ）における相対強度、（ｃ）はＡｒ（７５０．４ｎｍ）の２０ｍＴｏｒｒ（２．６６Ｐａ）における相対強度、（ｄ）はＡｒ（７５０．４ｎｍ）の４０ｍＴｏｒｒ（５．３３Ｐａ）における相対強度を夫々示している。
【図５】プラズマ電子密度を示す図で、（ａ）はＡｒの動作圧力（ｍＴｏｒｒ＝×０．１３３Ｐａ）と、電子数（１０１２ｃｍ−３）との関係を示す図で、（ｂ）はＸｅの動作圧力（ｍＴｏｒｒ＝０．１３３Ｐａ）と電子数（１０１２ｃｍ−３）との関係を示す図である。
【図６】（ａ），（ｂ），（ｃ），及び（ｄ）はＡｒ／Ｘｅ混合プラズマの電子密度、ＶＳＷＲ，イオン電流、電子温度を夫々示す図である。
【図７】（ａ）は混合ガス圧力を変化させたときのイオン電流密度を示す図で、（ｂ）は混合ガスの圧力を変化させたときの電子温度を示す図である。
【図８】本発明の実施の態様２および３で用いる二段シャワープレートマイクロ波励起プラズマ処理装置の断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１    マイクロ波照射用アンテナ
２    絶縁体
３    シャワープレート
４    ウェハ
５    排気ポート
６    排気ダクト
７ａ，７ｂ    小型ポンプ流入管（排気管）
１０    チャンバー
１３    ガス導入管
１５    取り付け部材
１９    ガスの流れ
２１  上段シャワープレート
２２    下段シャワープレート
２５    ＲＦバイアス電源
１０１    マイクロ波励起プラズマ処理装置
１０２    二段シャワープレートマイクロ波励起プラズマ処理装置
【図１】
2005285942.tif 000003
【図２】
2005285942.tif 000004
【図３】
2005285942.tif 000005
【図４】
2005285942.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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