(57)【要約】【課題】処理容器内にてプラズマに接する面をより平坦化するマイクロ波プラズマ処理装置を提供する。【解決手段】マイクロ波プラズマ処理装置１００は，処理室Ｕと，処理室Ｕ内にマイクロ波を透過させる複数の誘電体パーツ３１と，誘電体パーツ３１を支持する梁２７と，処理室Ｕの外部から梁２７を処理容器に固定する固定手段と，を備える。固定手段は，処理室Ｕの外部から処理室Ｕに設けられた複数の貫通孔２１ｂを貫通して梁２７と螺合する複数の雄ネジ５６を有する。複数のネジ５６により処理室Ｕの外部から梁２７を処理室Ｕに固定するため，プラズマに接する梁２７の面Ｓが平坦化する。これにより，面Ｓの凸部に電界エネルギーが集中したり，面Ｓの凹部に異常放電が生じることを回避することができる。この結果，ガスが過剰解離することなく，均一なプラズマにより基板Ｇに良質な膜を形成することができる。【選択図】図５
2007273637.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波によってガスをプラズマ化することにより被処理体をプラズマ処理するマイクロ波プラズマ処理装置であって，
処理室と，
前記処理室内にマイクロ波を透過させる誘電体と，
前記誘電体を支持する梁と，
前記処理室の外部から前記梁を処理室に固定する固定手段と，を備えるマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記処理室は，
複数の貫通孔を有し，
前記固定手段は，
前記処理室の外部から前記処理室に設けられた複数の貫通孔を貫通して前記梁と螺合する複数のネジを有する請求項１に記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項３】
前記複数のネジの間隔は，λｇ／４以下である請求項２に記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項４】
さらに，各ネジが挿入された貫通孔と前記各ネジとの隙間をそれぞれ封止するＯリングをネジ毎に備える請求項２または請求項３のいずれかに記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項５】
前記梁は，
非磁性体である導電性材料から形成されている請求項１〜４のいずれかに記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項６】
前記ネジは，
非磁性体である導電性材料から形成されている請求項２〜５のいずれかに記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項７】
前記誘電体は，
複数枚の誘電体パーツから構成され，
前記梁は，
前記複数枚の誘電体パーツを支持するために格子状に形成される請求項１〜６のいずれかに記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項８】
前記処理室の大きさは，７２０ｍｍ×７２０ｍｍ以上である請求項１〜７のいずれかに記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項９】
マイクロ波発生器により１〜４Ｗ／ｃｍ２のパワーのマイクロ波が処理室内に供給される請求項１〜８のいずれかに記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記処理室内を所望の真空度に減圧後，前記処理室内にてプラズマを生成し，生成されたプラズマにより被処理体を処理する請求項１〜９のいずれかに記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項１１】
処理室と，前記処理室内にマイクロ波を透過させる誘電体と，前記誘電体を支持する梁と，を備え，前記誘電体を透過したマイクロ波によってガスをプラズマ化することにより被処理体をプラズマ処理するマイクロ波プラズマ処理装置の製造方法であって，
前記誘電体を梁により支持し，
複数のネジを前記処理室の外部から前記処理室に設けられた複数の貫通孔に通して前記梁に螺合させることにより前記梁を処理室に固定するマイクロ波プラズマ処理装置の製造方法。
【請求項１２】
前記複数のネジをλｇ／４以下の間隔にて前記処理室に設けられた複数の貫通孔に通することにより，複数のネジをλｇ／４以下の間隔に配置する請求項１１に記載されたマイクロ波プラズマ処理装置の製造方法。
【請求項１３】
処理室と，前記処理室内にマイクロ波を透過させる誘電体と，前記誘電体を支持する梁と，を備えるマイクロ波プラズマ処理装置を使用して被処理体をプラズマ処理する方法であって，
前記処理室の外部から処理室に固定された前記梁によって支持された誘電体にマイクロ波を透過させ，
前記透過させたマイクロ波によってガスをプラズマ化することにより被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理方法。
【請求項１４】
前記梁は，前記処理室の外部から前記処理室に設けられた複数の貫通孔を貫通して前記梁と螺合する複数のネジにより前記処理室に固定され，その梁に支持された誘電体にマイクロ波を透過させる請求項１３に記載されたプラズマ処理方法。
【請求項１５】
前記複数のネジをλｇ／４以下の間隔にて前記処理室に設けられた複数の貫通孔に通することにより，複数のネジがλｇ／４以下の間隔に配置されたマイクロ波プラズマ処理装置を使用して被処理体をプラズマ処理する請求項１３または請求項１４のいずれかに記載されたプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，マイクロ波のパワーによりガスをプラズマ化させて被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置，マイクロ波プラズマ処理装置の製造方法およびプラズマ処理方法に関する。より詳細には，誘電体を支持する梁の固定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から，処理室内に供給されたガスをプラズマ化させて，基板等の被処理体をプラズマ処理する種々のプラズマ処理装置が開発されている。このうち，マイクロ波プラズマ処理装置は，マイクロ波のパワーによってガスを電離および解離させることによりプラズマを生成し，生成されたプラズマにより基板にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）処理やエッチング処理を施す。
【０００３】
このとき，マイクロ波は，導波管を伝播し，スロットアンテナのスロットを通過した後，誘電体を透過して処理室内に供給される。このようにして供給されたマイクロ波の電界エネルギーは，とがった所に集中する。また，マイクロ波の電界エネルギーにより生成されたプラズマは，狭い場所に入り込み，異常放電が生じる。このようにして発生した電界エネルギーの集中や異常放電は，ガスの過剰解離を引き起こし，プラズマを不均一かつ不安定にする。この結果，基板に良好なプラズマ処理を施すことが妨げられる。したがって，均一なプラズマを安定的に生成するためには，処理室内のプラズマの接する面にできるだけ凹凸を設けないようにすることが望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
たとえば、誘電体の周縁を梁により支持した状態で誘電体の上面と処理室の天井面（天板の下面）とを面接触させ，処理室の内部から梁に設けられた貫通孔に雄ネジを通し，さらに，その雄ねじを天板に設けられた雌ねじと螺合させることにより，梁と天板とを固定させる（すなわち，誘電体を処理室の天井面に固定させる）場合，ネジの頭部が処理室内のプラズマの接する面に露出してしまう。このため，露出したネジ頭部の凸部や凹部やネジ受け角にて電界エネルギーが集中したり，ネジ頭部の凹部やネジとネジ受けの隙間にプラズマが入り込み，異常放電が発生する。これにより，ガスの過剰解離が引き起こされ，プラズマが不均一かつ不安定になり，プラズマ処理の劣化を招く。
【０００５】
上記問題を解消するために，本発明では，処理室内のプラズマに接する面を平坦化して電界集中の起きにくいマイクロ波プラズマ処理装置，マイクロ波プラズマ処理装置の製造方法およびプラズマ処理方法が提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち，上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，マイクロ波によってガスをプラズマ化することにより被処理体をプラズマ処理するマイクロ波プラズマ処理装置であって，処理室と，上記処理室の内部にマイクロ波を透過させる誘電体と，上記誘電体を支持する梁と，上記処理室の外部から上記梁を処理室に固定する固定手段と，を備えるマイクロ波プラズマ処理装置が提供される。
【０００７】
上記固定手段は，複数のネジを上記処理室の外部から上記処理室に設けられた複数の貫通孔に挿入し，貫通された雄ネジを上記梁に設けられた雌ネジと螺合させることにより，処理室の外部から上記梁を処理室に固定されていてもよい。
【０００８】
前述したように，マイクロ波の電界エネルギーは，とがった所に集中する傾向がある。また，マイクロ波の電界エネルギーにより生成されたプラズマは，狭い場所に入り込む傾向がある。よって，処理室内には，できるだけ凹凸を設けないように考慮する必要がある。
【０００９】
かかる観点から，本発明によれば，たとえば，梁は処理室の外部から天板にネジ止めされることにより，梁は処理室の外部から処理室に固定される。この結果，ネジが処理室内のプラズマの接する面に露出しない。このため，処理室内のプラズマの接する面が平坦化される。この結果，処理室内のプラズマの接する面に凹凸がないので，凸部に電界エネルギーが集中したり，凹部にプラズマが入り込み，異常放電が発生することを回避することができる。これにより，ガスの過剰解離を引き起こすことなく，均一なプラズマを安定して生成することができる。この結果，基板に良好なプラズマ処理を施すことができる。
【００１０】
上記複数のネジの間隔は，λｇ／４以下であることが好ましい。ここで，λｇは導波管内のマイクロ波の波長である。一般的に，λの波長を有する波は，λ／４以下の間隔にて設けられた隙間を進行することができないという波の性質を持っている。よって，複数のネジの間隔をλｇ／４以下にすることにより，導波管を伝播して誘電体を透過したマイクロ波が，複数のネジが挿入された貫通孔とネジとの隙間から漏れ，これによりマイクロ波のパワーの損失を招くことを防ぐことができる。
【００１１】
また，各ネジが挿入された貫通孔と上記各ネジとの隙間には，その隙間を封止するＯリングがネジ毎に備えられていてもよい。これによれば，Ｏリングによって処理室の内部と外部とを分離することができる。この結果，上記処理室の内部を所望の真空度に減圧後，気密な状態に保たれた処理室内にて被処理体に良好なプラズマ処理を施すことができる。
【００１２】
上記梁は，非磁性体である導電性材料から形成されていてもよい。同様に，上記ネジは，非磁性体である導電性材料から形成されていてもよい。これによれば，各部材の導電性をよくすることにより，マイクロ波の電磁界エネルギーによって各部材が磁化されることを回避することができる。この結果，梁やネジから発せられる磁気の影響をプラズマに与えることにより，不均一なプラズマが生成されることを回避することができる。
【００１３】
上記誘電体は，複数枚の誘電体パーツから構成され，上記梁は，複数枚の誘電体パーツを支持するために格子状に形成されていてもよい。これによれば，梁を天井面に固定するために，梁の形状に合わせて複数のネジを天井面に点在させる必要がある。このような場合であっても，本発明によれば，梁は処理室の外部からネジ止めされるので，ネジが天井面に点在して露出されることを回避することができる。この結果，誘電体の下部にて電界エネルギーの集中や異常放電が発生しないため，ガスの過剰解離が引き起こされず，均一なプラズマを安定して生成することができる。
【００１４】
なお，上記処理室の大きさは，７２０ｍｍ×７２０ｍｍ以上であることが好ましい。また，マイクロ波発生器により１〜４Ｗ／ｃｍ２のパワーのマイクロ波が処理室内に供給されることが好ましい。
【００１５】
また，上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，処理室と，上記処理室の内部にマイクロ波を透過させる誘電体と，上記誘電体を支持する梁と，を備え，上記誘電体を透過したマイクロ波によってガスをプラズマ化することにより被処理体をプラズマ処理するマイクロ波プラズマ処理装置の製造方法であって，上記誘電体を梁により支持し，複数のネジを上記処理室の外部から上記処理室に設けられた複数の貫通孔に通して上記梁に螺合させることにより上記梁を処理室に固定するマイクロ波プラズマ処理装置の製造方法が提供される。
【００１６】
これによれば，梁は，処理室の外部から処理室に固定される。すなわち，梁は，処理室の外部から天板にネジ止めされる。このため，ネジが処理室内のプラズマの接する面に露出しない。これにより，処理室内のプラズマの接する面に凹凸のない，平坦化されたマイクロ波プラズマ装置を製造することができる。この結果，処理室内の凸部に電界エネルギーが集中したり，凹部にプラズマが入り込み，異常放電が発生することを回避することができる。これにより，ガスの過剰解離を引き起こすことなく，均一なプラズマを安定して生成することができる。この結果，基板に良好なプラズマ処理を施すことができる。
【００１７】
このとき，上記複数のネジをλｇ／４以下の間隔にて上記処理室に設けられた複数の貫通孔に通することにより，複数のネジがλｇ／４以下の間隔に配置されることが好ましい。
【００１８】
また，上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，処理室と，上記処理室の内部にマイクロ波を透過させる誘電体と，上記誘電体を支持する梁と，を備えるマイクロ波プラズマ処理装置を使用して被処理体をプラズマ処理する方法であって，上記処理室の外部から処理室に固定された上記梁によって支持された誘電体にマイクロ波を透過させ，上記透過させたマイクロ波によってガスをプラズマ化することにより被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理方法が提供される。
【００１９】
このとき，上記梁は，上記処理室の外部から上記処理室に設けられた複数の貫通孔を貫通して上記梁と螺合する複数のネジにより上記処理室に固定され，その梁に支持された誘電体にマイクロ波を透過させるようにしてもよい。
【００２０】
これによれば，処理室の外部から梁と天板とがネジ止めされる。この結果，ネジの頭部が処理室内のプラズマの接する面に露出しない。このため，処理室内のプラズマの接する面が平坦化される。この結果，処理室内の凸部に電界エネルギーが集中したり，凹部にプラズマが入り込み，異常放電が発生することを回避することができる。これにより，ガスの過剰解離を引き起こすことなく，均一なプラズマを安定して生成することができる。この結果，基板に良好なプラズマ処理を施すことができる。
【００２１】
なお，上記複数のネジをλｇ／４以下の間隔にて上記処理室に設けられた複数の貫通孔に通することにより，複数のネジがλｇ／４以下の間隔に配置されたマイクロ波プラズマ処理装置を使用して被処理体をプラズマ処理するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように，本発明によれば，処理室内にてプラズマに接する面を平坦化して電界集中の起きにくいマイクロ波プラズマ処理装置，マイクロ波プラズマ処理装置の製造方法およびプラズマ処理方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の一実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置について詳細に説明する。なお，以下の説明及び添付図面において，同一の構成及び機能を有する構成要素については，同一符号を付することにより重複説明を省略する。また，本明細書中１ｍＴｏｒｒは（１０−３×１０１３２５／７６０）Ｐａ，１ｓｃｃｍは（１０−６／６０）ｍ３／ｓｅｃとする。
【００２４】
まず，本実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置の構成について，本装置を縦方向（ｙ軸に垂直な方向）に切断した断面図である図１，および，処理室の天井面を示した図２を参照しながら説明する。また，以下の説明では，本実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置を用いたゲート酸化膜形成プロセスを例に挙げて説明する。
【００２５】
（マイクロ波プラズマ処理装置の構成）
マイクロ波プラズマ処理装置１００は，処理容器１０と蓋体２０とを備えている。処理容器１０は，その上部が開口された有底立方体形状を有している。処理容器１０と蓋体２０とは，蓋体２０の下面外周部と処理容器１０の上面外周部との間に配設されたＯリング３２により密閉され，これにより，プラズマ処理を施す処理室Ｕが形成されている。処理容器１０および蓋体２０は，たとえば，アルミニウム等の金属からなり，電気的に接地されている。
【００２６】
処理容器１０には，その内部にてガラス基板（以下「基板」という）Ｇを載置するためのサセプタ１１（載置台）が設けられている。サセプタ１１は，たとえば窒化アルミニウムからなり，その内部には，給電部１１ａおよびヒータ１１ｂが設けられている。
【００２７】
給電部１１ａには，整合器１２ａ（たとえば，コンデンサ）を介して高周波電源１２ｂが接続されている。また，給電部１１ａには，コイル１３ａを介して高圧直流電源１３ｂが接続されている。整合器１２ａ，高周波電源１２ｂ，コイル１３ａおよび高圧直流電源１３ｂは処理容器１０の外部に設けられていて，高周波電源１２ｂおよび高圧直流電源１３ｂは接地されている。
【００２８】
給電部１１ａは，高周波電源１２ｂから出力された高周波電力により処理容器１０の内部に所定のバイアス電圧を印加するようになっている。また，給電部１１ａは，高圧直流電源１３ｂから出力された直流電圧により基板Ｇを静電吸着するようになっている。
【００２９】
ヒータ１１ｂには，処理容器１０の外部に設けられた交流電源１４が接続されていて，交流電源１４から出力された交流電圧により基板Ｇを所定の温度に保持するようになっている。
【００３０】
処理容器１０の底面は筒状に開口され，その外部周縁にはベローズ１５の一端が装着されている。また，ベローズ１５の他端は昇降プレート１６に固着されている。このようにして，処理容器１０底面の開口部分は，ベローズ１５および昇降プレート１６により密閉されている。
【００３１】
サセプタ１１は，昇降プレート１６上に配設された筒体１７に支持されていて，昇降プレート１６および筒体１７と一体となって昇降し，これにより，サセプタ１１を処理プロセスに応じた高さに調整するようになっている。また，サセプタ１１の周囲には，処理室Ｕのガスの流れを好ましい状態に制御するためのバッフル板１８が設けられている。
【００３２】
処理容器１０の底部には，処理容器１０の外部に設けられた真空ポンプ（図示せず）が備えられている。真空ポンプは，ガス排出管１９を介して処理容器１０内のガスを排出することにより処理室Ｕを所望の真空度まで減圧するようになっている。
【００３３】
蓋体２０には，蓋本体２１（天板），６本の方形導波管３３，スロットアンテナ３０，および，誘電体（複数枚の誘電体パーツ３１から構成）が設けられている。
【００３４】
６本の方形導波管３３は，その断面形状が矩形状であり，蓋本体２１の内部にて平行に並べて設けられている。各方形導波管３３の内部は，フッ素樹脂（たとえばテフロン（登録商標）），アルミナ（Ａｌ２Ｏ３），石英などの誘電部材３４で充填されていて，その誘電部材３４により，λｇ１＝λｃ／（ε１）１／２の式に従って各方形導波管３３の管内波長λｇ１が制御される。ここで，λｃは自由空間の波長，ε１は誘電部材３４の誘電率である。
【００３５】
各方形導波管３３は，上部にて開口し，その開口には，可動部３５が昇降自在に挿入されている。可動部３５は，アルミニウムなどの非磁性体である導電性材料から形成されている。
【００３６】
蓋体２０の外部であって，各可動部３５の上面には，昇降機構３６がそれぞれ設けられていて，可動部３５を昇降移動させる。かかる構成により，誘電部材３４の上面までを限度として可動部３５を昇降移動させるにより，方形導波管３３は，その高さを任意に変えることができるようになっている。
【００３７】
スロットアンテナ３０は，蓋体２０の下方にて蓋本体２１と一体となって形成されている。スロットアンテナ３０は，アルミニウムなどの非磁性体である金属から形成されている。スロットアンテナ３０には，各方形導波管３３の下面にて，図２に示した１３個のスロット３７（開口）が，方形導波管毎にそれぞれ直列に並べて設けられている。各スロット３７の内部には，フッ素樹脂，アルミナ（Ａｌ２Ｏ３），石英などの誘電部材が充填されていて，その誘電部材により，λｇ２＝λｃ／（ε２）１／２の式に従って各スロット３７の管内波長λｇ２が制御される。ここで，λｃは自由空間の波長，ε２はスロット３７内部の誘電部材の誘電率である。スロット３７の外周近傍とスロット３７下面の誘電体パーツとの当接部分は，Ｏリング５２により封止され，これにより処理室Ｕ内部の密閉性が保たれている。
【００３８】
誘電体は，タイル状に形成された複数の誘電体パーツ３１から構成されている。１３枚の誘電体パーツ３１は，各マイクロ波発生器４０からＹ分岐管４１を介して接続された２本の方形導波管３３を跨ぐように３列に設けられている。
【００３９】
各誘電体パーツ３１は，互いに隣接する２本の方形導波管３３（すなわち，同じマイクロ波発生器４０に接続された２本の方形導波管３３）の下面に設けられた２６個（＝１３個×２列）のスロット３７のうち，ｙ座標が同一となる２つのスロットを跨ぐようにそれぞれ取り付けられている。以上の構成により，スロットアンテナ３０の下面には，全部で３９枚（＝１３枚×３列）の誘電体パーツ３１が取り付けられる。
【００４０】
各誘電体パーツ３１は，石英ガラス，ＡｌＮ，Ａｌ２Ｏ３，サファイア，ＳｉＮ，セラミックスなどの誘電材料を用いて形成されている。各誘電体パーツ３１には，図１に示したように基板Ｇと対向する面にて凹凸が形成されている。このように，各誘電体パーツ３１に凹部または凸部の少なくともいずれかを設けることによって，表面波が，各誘電体パーツ３１の表面を伝播する際の電界エネルギーの損失が増加し，これにより，表面波の伝播を抑止することができる。この結果，定在波の発生を抑制して，均一なプラズマを生成することができる。
【００４１】
なお，各方形導波管３３の下面に形成されるスロット３７の個数は任意であり，たとえば，各方形導波管３３の下面にそれぞれ１２個ずつのスロット３７を設け，スロットアンテナ３０の下面に全部で３６枚（＝１２枚×３列）の誘電体パーツ３１を配設させてもよい。また，各誘電体パーツ３１の上面に設けるスロット３７の個数も２つに限られず，１つ，または，３つ以上であってもよい。
【００４２】
スロットアンテナ３０の下面には，図２に示したように，格子状に形成された梁２７が設けられている。梁２７は，３９枚の誘電体パーツ３１の周縁にて各誘電体パーツ３１を支持するようになっている。梁２７は，たとえば，アルミニウム（Ａｌ），銅（Ｃｕ），ステンレス（ＳＵＳ）などの非磁性体である導電性材料から形成されていて，さらに，耐食性強化のために，Ｃｒ−Ｎｉ−Ａｌ拡散処理などの表面処理が施されている。なお，梁２７は，処理室Ｕ野天上面にネジにより固定されるため，機械的強度を考慮すると，梁２７の材料は，強度の高いステンレスを用いることが好ましい。梁２７の固定方法については後述する。
【００４３】
図１に示したように，ガス供給源４３は，複数のバルブ（バルブ４３ａ１，４３ａ３，４３ｂ１，４３ｂ３，４３ｂ５，４３ｂ７），複数のマスフローコントローラ（マスフローコントローラ４３ａ２，４３ｂ２，４３ｂ６），アルゴンガス供給源４３ａ４，シランガス供給源４３ｂ４および酸素ガス供給源４３ｂ８から構成されている。
【００４４】
ガス供給源４３は，各バルブ４３ａ１，４３ａ３，４３ｂ１，４３ｂ３，４３ｂ５，４３ｂ７の開閉および各マスフローコントローラ４３ａ２，４３ｂ２，４３ｂ６の開度をそれぞれ制御することにより，所望の濃度のアルゴンガス，シランガスおよび酸素ガスを処理容器１０内にそれぞれ供給するようになっている。
【００４５】
ガス導入管２９ａ〜２９ｄは，梁２７の内部を貫通している。ガス導入管２９ａ，２９ｃには，第１の流路４２ａを介してアルゴンガス供給源４３ａ４が接続されている。また，ガス導入管２９ｂ，２９ｄには，第２の流路４２ｂを介してシランガス供給源４３ｂ４および酸素ガス供給源４３ｂ８が接続されている。
【００４６】
図１の冷却水配管４４には，マイクロ波プラズマ処理装置１００の外部に配置された冷却水供給源４５が接続されていて，冷却水供給源４５から供給された冷却水が冷却水配管４４内を循環して冷却水供給源４５に戻ることにより，蓋本体２１は，所望の温度に保たれるようになっている。
【００４７】
以上に説明した構成により，たとえば，２．４５ＧＨｚ×３のマイクロ波が各スロット３７を通り，各誘電体パーツ３１を透過して処理室Ｕ内に入射されるとともに，ガス供給源４３から所望のガスが処理室Ｕ内に供給される。供給されたガスは，所望の真空度に保たれた処理容器内にてマイクロ波の電界エネルギーによりプラズマ化され，これにより基板Ｇ上にゲート酸化膜が形成される。
【００４８】
（梁の固定方法）
つぎに，発明者が考案した梁２７の固定方法について図２〜図５を参照しながら説明する。図２および図３は，梁２７を下からネジ止めする場合，図４および図５は，梁２７を上からネジ止めする場合の固定方法および各固定方法によりネジ止めされた天井面を示した図である。
【００４９】
（ネジ下止め）
図３に示したように，梁２７を下から（すなわち，処理室Ｕの内側から）ネジ止めする場合について説明する。図３の拡大図に示したように，梁２７には，雄ネジ５０を貫通させるための貫通孔２７ａが図２に示したλｇ／４以下のピッチ（ここでは，λｇ／４のピッチ）で梁２７の一面に設けられている。ここで，λｇは導波管内の波長である。
【００５０】
ネジを用いて梁２７を処理室Ｕの内側から固定する場合，まず，各誘電体パーツ３１をその周縁にて梁２７に支持させた状態で，処理室Ｕの天井部を構成する天板（蓋本体２１）の下面に各誘電体パーツ３１の上面を面接触させる。さらに，梁２７に設けられた貫通孔２７ａに処理室Ｕの内側から雄ネジ５０を挿入し，挿入した雄ネジ５０のネジ部５０ａ（図３の拡大図参照）を，六角レンチを用いて天板（蓋本体２１）に予め形成された雌ネジ２１ａに螺合させる。これにより，梁２７が，処理室Ｕの内部から天板に固定される。このようにして，複数の雄ネジ５０を用いて処理室Ｕの内部から梁２７と天板とを固定した後，アルミキャップ５１の外側に設けられた凹部５１ａにドライバを差し込んで，雄ネジ５０の頭部５０ｂとアルミキャップ５１の雌ネジ５１ｂとを螺合させながら，アルミキャップ５１を梁２７と雄ネジ５０の頭部５０ｂとの間にねじ込んでいく。これにより，雄ネジ５０の頭部５０ｂにアルミキャップ５１がかぶされる。
【００５１】
このようにして，雄ネジ５０を用いて処理室Ｕの内部から梁２７を天板に固定すると，アルミキャップ５１が，梁２７の面Ｓ（プラズマに接する側の梁の面）から突出した状態にて処理室Ｕの内部に露出する。その結果，図２に示したように，多数のアルミキャップ５１が処理室Ｕの天井面にてほぼλｇ／４のピッチに配置される。このようにして，梁２７の面Ｓにて円状の凸部Ａがほぼλｇ／４の間隔で処理室Ｕの天井面に点在すると，誘電体パーツ３１を透過して処理室Ｕ内に供給されたマイクロ波の電界エネルギーが，天井面に点在した凸部Ａに集中する。
【００５２】
また，前述したように，アルミキャップ５１にはドライバを差し込むための凹部５１ａ（図３拡大図）が設けられている。これにより，図２および図３に示したように，梁２７の面ＳにてＢにて示された凹部がほぼλｇ／４の間隔で点在する。誘電体パーツ３１下方にて生成されたプラズマは，狭い場所に入り込む性質があるので，この凹部Ｂにプラズマが入り込み，凹部Ｂの内部にて異常放電が発生する。
【００５３】
以上の結果，梁２７の面Ｓに露出したアルミキャップ５１の凹凸により，誘電体パーツ３１の下面近傍にてマイクロ波の電界エネルギーの集中や異常放電が生じてＳｉＨ４ガスの過剰解離を引き起こし，形成される膜質が劣化するとともに，プラズマが不均一になるため，形成される膜が不均一になる。
【００５４】
（ネジ上止め）
そこで，発明者は，梁２７の面Ｓをより平坦化するために改良を行い，図５に示したように，処理室Ｕの外部から梁２７を天板にネジ止めする方法を考案した。この場合，蓋本体２１（天板）には，雄ネジ５６を貫通させるための貫通孔２１ｂがλｇ／４以下のピッチ（ここでは，λｇ／４のピッチ）で多数設けられる。
【００５５】
梁２７を処理室Ｕの外部から固定する場合，まず，各誘電体パーツ３１をその周縁にて梁２７に支持させた状態で，処理室Ｕの天井部を構成する天板（蓋本体２１）の下面に各誘電体パーツ３１の上面を面接触させる。さらに，蓋本体２１に設けられた貫通孔２１ｂに処理室Ｕの外部から雄ネジ５６を挿入し，六角レンチを用いて挿入した雄ネジ５６のネジ部５６ａを梁２７に形成された雌ネジ２７ｂに螺合させる。これにより，梁２７が処理室Ｕの外部から天板に固定される。このようにして，複数の雄ネジ５６を用いて処理室Ｕの外部から梁２７と天板とを固定した後，雄ネジ５６が挿入された貫通孔２１ｂと雄ネジ５６との間の隙間をＯリング５７により封止する。
【００５６】
このようにして，各雄ネジ５６を用いて処理室Ｕの外部から梁２７を天板に固定すると，図４に示したように，処理室Ｕの天井面にてほぼλｇ／４のピッチに配置された多数の雄ネジ５６は天井面に露出しない。すなわち，梁２７の面Ｓは，凹凸がなく平坦な状態となる。この結果，電界エネルギーの集中や異常放電によりガスの過剰解離を引き起こすことなく，均一かつ安定したプラズマにより良質な膜を形成ことができる。
【００５７】
以上の固定方法において，多数の雄ネジ５６（およびネジ下止めの場合に使用された雄ネジ５０）をλｇ／４以下のピッチに配置することは非常に大きな意義を有する。その理由を説明すると，一般的に，λの波長を有する波は，λ／４以下の間隔に設けられた隙間を進行することができないという性質を持っている。よって，方形導波管３３を伝播して誘電体パーツ３１を透過したマイクロ波にとって，λｇ／４以下の間隔に設けられた隙間は壁として見え，その隙間を進行することはできない。この結果，マイクロ波が，雄ネジ５６や雄ネジ５０が固定された部分の隙間から漏れ，これによりマイクロ波のパワーの損失を招くという事態を防ぐことができる。
【００５８】
また，雄ネジ５０および雄ネジ５６は，梁２７と同様に非磁性体である導電性材料から形成されていることが好ましい。これによれば，梁２７や各ネジの導電性をよくすることにより，マイクロ波の電磁界エネルギーによって各ネジが磁化されることを回避することができる。この結果，梁２７や各ネジから発せられる磁気の影響をプラズマに与えることにより，不均一なプラズマが生成されることを回避することができる。なお，複数の雄ネジ５６は，処理室Ｕの外部から梁２７を天板（蓋本体２１）に固定する固定手段に相当する。
【００５９】
（実験結果）
つぎに，発明者は，梁２７を下から固定した（ネジ下止め）マイクロ波プラズマ処理装置および梁２７を上から固定した（ネジ上止め）マイクロ波プラズマ処理装置を用いて，実際にゲート酸化膜処理を実行した。その結果を図６〜図９に示す。
【００６０】
このとき，発明者は，下記に示すプロセス条件にて，ネジ下止めした場合とネジ上止めした場合との固定電荷密度の変化を測定した。固定電荷密度は，ゲート酸化膜の性能およびその均一性を評価するための指標となるものであり，固定電荷密度が低いと膜の性能がよいことを示し，各変数の変化に対して固定電荷密度の変化が少ないと膜が均一に生成されていることを示す。
【００６１】
（マイクロ波のパワー依存）
実験結果について以下に考察する。まず，マイクロ波のパワーを変更させたときの固定電荷密度の変化について図６を参照しながら説明する。この実験においては，プロセス条件は，マイクロ波パワーがｘ（図６の横軸）ｋＷ×３（マイクロ波発生器４０が３台），圧力（Ｐｒｅｓ．）が６０ｍＴｏｒｒ，ステージ温度（Ｓｕｂ．Ｔｅｍｐ）が２８０℃，ガス種および各ガスの流量がＳｉＨ４／Ｏ２／Ａｒ＝１００／８３３／１５００ｓｃｃｍ，誘電体（誘電体パーツ３１）と基板（サセプタ１１）との間隔が１５０ｍｍであった。
【００６２】
実験では，発明者は，マイクロ波のパワーを１．５５ｋＷ，２，５５ｋＷ，３．５５ｋＷと変動させながら，形成されたゲート酸化膜の固定電荷密度を測定した。その結果，ネジ上止めの場合の固定電荷密度は，ネジ下止めの場合に比べてほぼ１／２と明らかに小さくなった。この結果，発明者は，処理室Ｕの天井面にネジが露出するネジ下止めによれば，露出したネジ部の凸部にて電界エネルギーが集中したり，露出したネジ部の凹部にて異常放電が発生することにより，ＳｉＨ４の過剰解離が促進され，形成されるゲート酸化膜の膜質を劣化させていたのに対して，処理室Ｕの天井面にネジが露出しないネジ上止めによれば，上記電界エネルギーの集中や異常放電が発生しないので，ＳｉＨ４の過剰解離が促進されず，この結果，ゲート酸化膜の性能を顕著に向上させることができると結論付けた。
【００６３】
また，マイクロ波のパワーを変動させた場合の固定電荷密度の変動についても，ネジ上止めのマイクロ波プラズマ処理装置の場合は，ネジ下止めの場合に比べて変動が少なかった。これについては，発明者は，ネジ下止めの場合，露出したネジ部の凸部や凹部やネジ受け角にて生じる電界エネルギーの集中や，露出したネジ部の凹部やネジとネジ受けの隙間にて生じる異常放電によりプラズマが不均一かつ不安定になるのに対し，ネジ上止めの場合には処理室の天井面に凹凸がないので，このような現象は起こらず，この結果，均一なプラズマが安定して生成されるためであると論理付けた。この結果，発明者は，ネジ上止めのマイクロ波プラズマ処理装置によれば，処理容器内に透過されるマイクロ波のパワーにある程度のバラツキが生じても，均一なプラズマを安定して生成することができ，この結果，ゲート酸化膜を均一に形成することができると結論付けた。
【００６４】
この結果は，実験中，ネジ下止めのマイクロ波プラズマ処理装置にて生成されたプラズマには，局所的に発光が見られたのに対し，ネジ上止めのマイクロ波プラズマ処理装置にて生成されたプラズマには，このような局所的な発光は見られなかったことによっても立証された。
【００６５】
（ＳｉＨ４／Ｏ２分圧依存）
つぎに，ＳｉＨ４／Ｏ２流量比を変更させたときの実験結果について，図７を参照しながら説明する。この実験においては，プロセス条件は，マイクロ波パワーが２．５５ｋＷ×３（マイクロ波発生器４０が３台），圧力（Ｐｒｅｓ．）が６０ｍＴｏｒｒ，ステージ温度（Ｓｕｂ．Ｔｅｍｐ）が２８０℃，ガス種および各ガスの流量がＳｉＨ４／Ｏ２／Ａｒ＝ｘ／ｘ（図７の横軸）／１５００ｓｃｃｍ，誘電体（誘電体パーツ３１）と基板（サセプタ１１）との間隔が１５０ｍｍであった。
【００６６】
実験では，発明者は，ＳｉＨ４／Ｏ２流量比を７５／６２５ｓｃｃｍ，１００／８３３ｓｃｃｍ，１２５／１０４１ｓｃｃｍと変動させながら，ネジ下止めおよびネジ上止めマイクロ波プラズマ処理装置により形成されたゲート酸化膜の固定電荷密度を測定した。その結果，ネジ上止めの場合の固定電荷密度は，ネジ下止めの場合に比べてほぼ１／２と明らかに小さくなった。これにより，発明者は，ＳｉＨ４／Ｏ２分圧依存の実験においても，マイクロ波のパワー依存の実験と同様の結果が導き出されたことを確認した。
【００６７】
（ＳｉＨ４分圧依存）
つぎに，ＳｉＨ４流量比を変更させたときの実験結果について，図８を参照しながら説明する。この実験においては，プロセス条件は，マイクロ波パワーが２．５５ｋＷ×３（マイクロ波発生器４０が３台），圧力（Ｐｒｅｓ．）が６０ｍＴｏｒｒ，ステージ温度（Ｓｕｂ．Ｔｅｍｐ）が２８０℃，ガス種および各ガスの流量がＳｉＨ４／Ｏ２／Ａｒ＝ｘ（図８の横軸）／６２５／１５００ｓｃｃｍ，誘電体（誘電体パーツ３１）と基板（サセプタ１１）との間隔が９１ｍｍであった。
【００６８】
実験では，発明者は，ＳｉＨ４流量比を７５，１００，１５０，２００ｓｃｃｍと変動させながら，ネジ下止めおよびネジ上止めマイクロ波プラズマ処理装置により形成されたゲート酸化膜の固定電荷密度を測定した。その結果，ネジ上止めの場合の固定電荷密度は，ネジ下止めの場合に比べてほぼ１／２と明らかに小さくなった。
【００６９】
また，ＳｉＨ４流量比を変動させた場合の固定電荷密度の変動についても，ネジ上止めの場合が，ネジ下止めの場合に比べて顕著に少なかった。この結果，発明者は，ＳｉＨ４分圧依存の実験においても，マイクロ波のパワー依存の実験と同様の結果が導き出されたことを確認した。
【００７０】
（Ｏ２分圧依存）
最後に，Ｏ２流量比を変更させたときの実験結果について，図９を参照しながら説明する。この実験においては，プロセス条件は，マイクロ波パワーが２．５５ｋＷ×３（マイクロ波発生器４０が３台），圧力（Ｐｒｅｓ．）が６０ｍＴｏｒｒ，ステージ温度（Ｓｕｂ．Ｔｅｍｐ）が２８０℃，ガス種および各ガスの流量がＳｉＨ４／Ｏ２／Ａｒ＝１００／ｘ（図９の横軸）／１５００ｓｃｃｍ，誘電体（誘電体パーツ３１）と基板（サセプタ１１）との間隔が１５０ｍｍであった。
【００７１】
実験では，発明者は，Ｏ２流量比を４１７，６２５，８３３ｓｃｃｍと変動させながら，ネジ下止めおよびネジ上止めの場合のゲート酸化膜の固定電荷密度を測定した。その結果，ネジ上止めの場合の固定電荷密度は，ネジ下止めの場合に比べて１／２以下と明らかに小さくなった。
【００７２】
また，Ｏ２流量比を変動させた場合の固定電荷密度の変動についても，ネジ上止めの場合が，ネジ下止めの場合に比べて顕著に少なかった。これにより，発明者は，Ｏ２分圧依存の実験においても，マイクロ波のパワー依存の実験と同様の結果が導き出されたことを確認した。
【００７３】
以上の結果，発明者は，ネジ上止めに改良したマイクロ波プラズマ処理装置が，簡単な構成でありながら，均一なプラズマを安定して生成する装置として非常に有効であることを実証することができた。
【００７４】
なお，ガラス基板のサイズは，７２０ｍｍ×７２０ｍｍ以上であればよく，たとえば，Ｇ３基板サイズで７２０ｍｍ×７２０ｍｍ（チャンバ内の径：４００ｍｍ×５００ｍｍ），Ｇ４．５基板サイズで７３０ｍｍ×９２０ｍｍ（チャンバ内の径：１０００ｍｍ×１１９０ｍｍ），Ｇ５基板サイズで１１００ｍｍ×１３００ｍｍ（チャンバ内の径：１４７０ｍｍ×１５９０ｍｍ）である。上記大きさの処理室内に１〜４Ｗ／ｃｍ２のパワーのマイクロ波が供給される。
【００７５】
上記実施形態において，各部の動作はお互いに関連しており，互いの関連を考慮しながら，一連の動作として置き換えることができる。そして，このように置き換えることにより，マイクロ波プラズマ処理装置の発明の実施形態をマイクロ波を用いたプラズマ処理方法の実施形態とすることができる。
【００７６】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００７７】
たとえば，本発明にかかるプラズマ処理装置は，タイル状の複数の誘電体（すなわち，誘電体パーツ３１）を有するマイクロ波プラズマ処理装置であってもよく，タイル状に分断されていない大面積の誘電体を有するマイクロ波プラズマ処理装置であってもよい。
【００７８】
また，上記実施形態では，大型ディスプレイ装置製造において大型のガラス基板を処理するためのマイクロ波プラズマ処理装置について説明したが，本発明は半導体装置製造用のマイクロ波プラズマ処理装置にも適用できる。
【００７９】
また，本発明にかかるマイクロ波プラズマ処理装置では，成膜処理に限られず，拡散処理，エッチング処理，アッシング処理などのあらゆるプラズマ処理を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の一実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置の縦断面図である。
【図２】同実施形態において梁を下からネジ止めした場合の処理室の天井面を示した図である。
【図３】同実施形態において梁を下からネジ止めした状態を示した図である。
【図４】同実施形態において梁を上からネジ止めした場合の処理室の天井面を示した図である。
【図５】同実施形態において梁を上からネジ止めした状態を示した図である。
【図６】同実施形態においてネジ上止め／ネジ下止めの場合に形成される膜の固定電荷密度のパワー依存性を示した図である。
【図７】同実施形態においてネジ上止め／ネジ下止めの場合に形成される膜の固定電荷密度のＳｉＨ４／Ｏ２分圧依存性を示した図である。
【図８】同実施形態においてネジ上止め／ネジ下止めの場合に形成される膜の固定電荷密度のＳｉＨ４分圧依存性を示した図である。
【図９】同実施形態においてネジ上止め／ネジ下止めの場合に形成される膜の固定電荷密度のＯ２分圧依存性を示した図である。
【符号の説明】
【００８１】
１１            サセプタ
２１            蓋本体
２１ｂ，２７ａ  貫通孔
２１ａ，２７ｂ  雌ネジ
２７            梁
３１            誘電体パーツ
３３            方形導波管
３７            スロット
４０            マイクロ波発生器
４３            ガス供給源
５０，５６      雄ネジ
５０ｂ          頭部
５１            アルミキャップ
５１ａ          凹部
５１ｂ          雌ネジ
３２，５２，５７      Ｏリング
１００          マイクロ波プラズマ処理装置
【図１】
2007273637.tif 000003
【図２】
2007273637.tif 000004
【図３】
2007273637.tif 000005
【図４】
2007273637.tif 000006
【図５】
2007273637.tif 000007
【図６】
2007273637.tif 000008
【図７】
2007273637.tif 000009
【図８】
2007273637.tif 000010
【図９】
2007273637.tif 000011