(57)【要約】【課題】ラジカル処理においてラジカルフラックスを広範囲かつ精密に制御することが可能な処理装置を提供する。【解決手段】処理室１０１は、半導体等の被処理基体１０２の表面のラジカル処理を行う室であり、ガス導入手段１０５は、ラジカル生成手段１０８により生成されるラジカル生成領域１１１と、被処理基体支持手段１０３との間に設けられる。第１のガス排気手段１０６ａは、ガス導入手段１０５よりもラジカル生成領域１１１の側に設けられる。第２のガス排気手段１０６ｂは、ガス導入手段１０５よりも被処理基体支持体１０３の側に設けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基体を収容する処理室と、
前記処理室内で前記被処理基体を支持する支持手段と、
前記処理室内にラジカルを生成するラジカル生成手段とを有する処理装置において、
前記被処理基体と前記ラジカル発生領域との間に処理用ガスを導入するガス導入手段と、
前記ガス導入手段よりも前記ラジカル発生領域の側に設けられる第１のガス排気手段と、
前記ガス導入手段よりも前記支持手段の側に設けられる第２のガス排気手段と、
を有することを特徴とする処理装置。
【請求項２】
前記第1のガス排気手段と第２のガス排気手段は、それぞれコンダクタンスバルブを備えることを特徴とする請求項１記載の処理装置。
【請求項３】
前記第２のガス排気手段は、前記支持手段よりも前記ガス導入手段から離れた位置に設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の処理装置。  
【請求項４】
前記ラジカル発生領域と前記ガス導入手段との間に第１のコンダクタンス制御手段を備え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処理装置。
【請求項５】
前記支持手段と前記ガス導入手段との間に第２のコンダクタンス制御手段を備え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処理装置。
【請求項６】
前記ラジカル発生領域と前記支持手段との間に前記ラジカルの運動エネルギーを制御する手段を備え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処理装置。
【請求項７】
前記ラジカルの運動エネルギーを制御する手段は、前記ラジカル発生領域と前記支持手段との間における前記処理室の壁面の少なくとも一部を加熱又は冷却する温調手段であることを特徴とする請求項６記載の処理装置。
【請求項８】
前記ガス導入手段と前記支持手段との間に不活性ガス導入手段を備えることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の処理装置。
【請求項９】
前記ラジカル生成手段は紫外光励起することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の処理装置。
【請求項１０】
前記ラジカル生成手段はプラズマ励起することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子のゲート絶縁膜を形成するために好適な処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子製造工程において、ラジカルを処理に用いたものが知られており、例えばエッチング、アッシング、成膜処理など幅広いプロセスにおいて利用されている。
また、近年では半導体素子の微細化の要求に応えるべく極薄のゲート絶縁膜形成や表面改質にラジカル処理が用いられるようになっている。このような極薄膜形成、表面改質プロセスにおいては、形成する膜厚や改質度合いを制御するため被処理基体へ入射させるラジカルフラックスを精密に制御する必要がある。
ここで、被処理基体への入射フラックスを制御する従来のプラズマ励起処理装置を図６を参照して説明する。
この従来のプラズマ励起処理装置は、処理室６０１、被処理基体６０２、ラジカル発生領域６１１との距離が可変な被処理基体６０２を支持する被処理基体支持体６０３とを有する。さらに、被処理基体６０２の温度調整手段６０４、処理室６０１の排気を行う排気手段６０６、プラズマ処理用ガスのガス導入手段６０５を有する。さらに、電力を処理室６０１に導入する電力導入手段６０８、表面に複数の貫通孔を有する平板状のフラックス制御手段６０９を有する。
被処理基体６０２のプラズマ処理は、まず排気手段６０６により処理室６０１内を真空状態に排気する。続いて処理用ガスを処理室６０１の下部に設けられたガス導入手段６０５を介して所定の流量で導入する。次に排気手段６０６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６０１内を所定の圧力に保持する。電力導入手段６０８を介し所望の電力を処理室６０１に導入し、プラズマを発生させる。導入された処理用ガスは、発生したプラズマにより励起・イオン化・反応してラジカル発生領域６１１にてラジカルが生成され、被処理基体支持体６０３上に載置された被処理基体６０２の表面を処理する。
このとき被処理基体６０２へのラジカルフラックスは以下の方法により制御することができる。即ち、
（ａ）ラジカル発生領域６１１と被処理基体６０２との物理的な距離を被処理基体支持台６０３により変化させる。それにより、ラジカル発生領域６１１から被処理基体６０２に輸送される間に生じるラジカルの失活に基づいてフラックスを制御する。
（ｂ）ラジカル発生領域６１１と被処理基体６０２を有するラジカル処理室６０１との間に設置されたラジカルの通過を制御する。例えば複数の貫通孔を有する板状のコンダクタンス制御手段６０９のコンダクタンスを変化させることでラジカルフラックスを制御する。
（ｃ）ラジカル生成のための電力導入手段６０８への投入電力を変化させることで、生成されるラジカル密度を変化させフラックスを制御する。
（ｄ）ラジカル処理室６０１内の圧力を変化させることにより、処理室６０１内のラジカル密度を変化させフラックスを制御する。
しかし、上記のラジカルフラックス制御方法においてはいくつかの弊害がある。
例えば（ａ）の方法では、広範囲のラジカルフラックスを制御しようとした場合、ラジカル発生領域６１１との距離を十分とる必要があり、装置の大型化を招く。
また（ｂ）の方法ではフラックス制御の為にはその都度コンダクタンスの異なる制御板への交換が必要となる。
また（ｃ）、（ｄ）の方法ではプラズマの生成条件と、ラジカルのフラックスを独立に制御することができない。
さらに上記（ａ）〜（ｄ）全ての方法において被処理基体表面の数分子層程度の処理を行うような極低フラックスに制御することが非常に困難であるという問題点を有していた。
また、マイクロ波プラズマにより励起したラジカルの被処理基体への微小入射フラックスを精密制御するプラズマ処理装置及び方法が、例えば、特開２００５−１４２２３４号公報（特許文献１）で提案されている。
【特許文献１】特開２００５−１４２２３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そこで、本発明は、ラジカル処理においてラジカルフラックスを広範囲かつ精密に制御することが可能な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】
【０００４】
上述の本発明の課題を解決するために、本発明の処理装置は、被処理基体の表面のラジカル処理を行う処理室と、前記処理室内のラジカル発生領域にラジカルを生成するラジカル生成手段と、前記ラジカル発生領域に対向する空間に前記被処理基体を載置する被処理基体支持手段と、前記ラジカル発生領域と、前記被処理基体支持手段との間に設けられる前記処理室に処理用ガスを導入するガス導入手段と、前記ガス導入手段よりも前記ラジカル発生領域の側に設けられる第１のガス排気手段と、前記ガス導入手段よりも前記被処理基体支持体の側に設けられる第２のガス排気手段を有することを特徴とする。
【０００５】
さらに、本発明の処理装置は、前記ラジカル発生領域と前記ガス導入手段との間に少なくとも1つ以上の第１のコンダクタンス制御手段を備える。
さらに、本発明の処理装置は、前記被処理基体支持手段と前記ガス導入手段との間に少なくとも1つ以上の第２のコンダクタンス制御手段を備える。
さらに、本発明の処理装置は、前記ラジカルを前記被処理基体の載置された前記処理室へ輸送する流路中に前記ラジカルの運動エネルギーを制御する手段を備える。
さらに、本発明の処理装置において、前記ラジカルの運動エネルギーを制御する手段は、前記ラジカル発生領域に対面する前記処理室の壁面を加熱又は冷却する温調手段である。
前記ラジカルの運動エネルギーを制御する手段は、前記ラジカル発生領域と前記被処理基体の載置された前記処理室との間を流れる前記処理用ガスの流路に対面する前記処理室の壁面を加熱又は冷却する温調手段である。
さらに、本発明の処理装置は、前記ガス導入手段と前記被処理基体支持体との間に不活性ガス導入手段を備える。
さらに、本発明の処理装置において、前記ラジカル生成手段は紫外光励起する。
さらに、本発明の処理装置において、前記ラジカル生成手段はプラズマ励起する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の処理装置によれば、第１のガス排気手段は、ガス導入手段から導入された処理用ガスがラジカル発生領域を通過した後にラジカル処理室から排気されるように設けられる。さらに、第２のガス排気手段は、ガス導入手段から導入された処理用ガスが被処理基体支持体表面近傍を通過した後に処理室から排気されるように設けられる。
このため、第１のガス排気手段と第２のガス排気手段の排気コンダクタンスの比によって処理室内のラジカル密度を広範囲に制御するができる。
一方、第２のガス排気手段のコンダクタンスバルブを完全に閉じた場合、処理室内の処理用ガスは被処理基体側から処理用ガスが導入される。さらに、ラジカル発生領域へと流れ第１のガス排気手段から排気される。
このため処理用ガスの流れに逆らってラジカル生成領域から拡散するラジカルのみが被処理基体周辺の領域に存在できる。
この結果、従来の装置では成し得ないような極低フラックスのラジカルを被処理基体に供給することが可能となる。
また、そのフラックスは処理用ガスの流量に応じて容易に制御することが可能であり、第１のガス排気手段、第２のガス排気手段の排気コンダクタンスの比を変えることによっても同様に制御可能である。
この結果、被処理基体の表面のラジカル処理において大流量から極低流量に至るまでの広範囲にわたるラジカルフラックス供給の精密な制御が可能となる。
このため、数分子層レベルの極薄膜から厚い膜に至る成膜プロセスが一つの装置構成で行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
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】
【０００８】
図１を参照して本発明の実施例1の処理装置を説明する。
処理室１０１は、半導体等の被処理基体１０２の表面のラジカル処理を行う室である。
ラジカル生成手段１０８は、処理室１０１内の上部のラジカル発生領域１１１にラジカルを生成する手段である。
ガス導入手段１０５は、ラジカル生成手段１０８の下方に設けられ、処理室１０１に処理用ガスを導入する手段である。
被処理基体支持手段１０３は、ガス導入手段１０５の下方に設けられ、被処理基体１０２を載置する手段である。
なお、本実施例ではラジカル生成手段の下方にガス導入手段が設けられ、さらにガス導入手段の下方に被処理基体支持手段が設けられているが、それらの相対的な位置関係が変わらなければ上下逆であっても良い。
温度調整手段１０４は、被処理基体支持手段１０３上に載置された被処理基体１０２の温度を調整する手段である。
第１のガス排気手段１０６ａは、ガス導入手段１０５から導入された処理用ガスがラジカル発生領域１１１を通過した後に処理室１０１の上部から排気されるように設けられる。
第２のガス排気手段１０６ｂは、ガス導入手段１０５から導入された処理用ガスが被処理基体支持体１０３表面近傍を通過した後に処理室１０１の下部から排気されるように設けられる。
第１のコンダクタンス制御手段１０９ａは、ラジカル発生領域１１１とガス導入手段１０５との間に少なくとも1つ以上設けられ、通過する処理用ガスを加熱することによりラジカルの運動エネルギーを制御する機能も合わせ持つ。
第２のコンダクタンス制御手段１０９ｂは、被処理基体支持手段１０３とガス導入手段１０５との間に少なくとも1つ以上設けられ、通過する処理用ガスを加熱することによりラジカルの運動エネルギーを制御する機能も合わせ持つ。
【０００９】
本実施例1の処理装置を用いた被処理基体１０２の表面のラジカル処理は以下のようにして行う。
まず、第１のガス排気手段１０６ａ、第２のガス排気手段１０６ｂを介してラジカル処理室１０１内を真空状態に排気する。
続いて処理用ガスをラジカル発生領域１１１と被処理基体支持体１０３との間に設けられたガス導入手段１０５を介して所定の流量で処理室１０１内に導入する。
次に第１のガス排気手段１０６ａ、第２のガス排気手段１０６ｂに設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）をそれぞれ調整し、処理室１０１内を所定の圧力に保持する。
ラジカル生成手段１０８に所望の電力投入し、処理室１０１に導入した処理用ガスを励起してラジカルを発生させる。
このとき第１のガス排気手段１０６ａと第２のガス排気手段１０６ｂの排気コンダクタンスの比によって処理室１０１内のラジカル密度を広範囲に制御するができる。
例えば、第１のガス排気手段１０６ａのコンダクタンスバルブを完全に閉じた場合、処理室１０１内のガスはラジカル発生領域１１１から被処理基体１０２へと流れた後に処理室１０１の下部にある第２のガス排気手段１０６ｂから排気される。このとき、所謂ダウンフローと呼ばれる状態となり従来の処理装置と同様の大量のラジカルフラックスによる処理、プロセス制御を行うことが可能となる。
一方、第２のガス排気手段１０６ｂのコンダクタンスバルブを完全に閉じた場合、ラジカル処理室１０１内の処理用ガスは被処理基体１０２側から処理用ガスが導入される。さらに、ラジカル発生領域１１１へと流れ第１のガス排気手段１０６ａから排気される。
このため処理用ガスの流れに逆らってラジカル発生領域１１１から拡散するラジカルのみが被処理基体１０２周辺の領域に存在できる。
このため、従来の装置では成し得ないような極低フラックスのラジカルを被処理基体１０２に供給することが可能となる。
また、そのフラックスは処理用ガスの流量に応じて容易に制御することが可能であり、第１のガス排気手段１０６ａ、第２のガス排気手段１０６ｂの排気コンダクタンスの比を変えることによっても同様に制御可能である。
【００１０】
本発明の実施例１の処理装置には、ラジカルを被処理基体１０２の載置された処理室１０１へ輸送する流路中にラジカルの運動エネルギーを制御する手段を設置しても良い。このラジカルの運動エネルギーを制御する手段は、ラジカル発生領域１１１に対面する処理室１０１の壁面を加熱又は冷却する温調手段である。
このラジカルの運動エネルギーを制御する手段は、或いは、ラジカル生成領域１１１から下方へ流れる処理用ガスの流路に対面する処理室１０１の壁面の少なくとも一部を加熱又は冷却する温調手段である。
これにより拡散輸送中のラジカルの再結合反応速度が制御され一層フラックス制御性が向上する。
さらに本発明の実施例１の処理装置には、より制御性を向上させるため、ガス導入手段１０５と被処理基体支持体１０３との間に不活性ガス導入手段を設けてもよい。
導入する不活性ガスとしては、Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅなどの希ガス、Ｎ２、もしくはそれらの混合ガス等が用いられる。
本発明の実施例１の処理装置に用いられるラジカル生成手段１０８は高周波プラズマ励起、紫外光励起のいずれの励起手段を用いることが可能であり、それらを併用することも可能である。
高周波プラズマ励起としてはＣＣＰ、ＩＣＰ、ヘリコン、ＥＣＲ、マイクロ波、表面波、表面波干渉型プラズマ源等のいかなるプラズマ励起手段について適用可能である。  
また紫外光励起手段としては所望のラジカル状態に励起可能なエネルギーを有する光が放射可能なものであればいずれの光源も適用可能である。  
例えば、キセノンショートアークランプ、キセノンフラッシュランプ、ショートアーク型超高圧水銀ランプ、キャピラリーランプ、ロングアークランプが用いられる。
さらに、低圧水銀ランプ、ＤｅｅｐＵＶランプ、メタルハライドランプ、エキシマランプ、窒素レーザー、エキシマレーザなどの光源が用いられる。
エキシマランプを用いた場合Ｆ2、Ｃｌ2、Ｂｒ2、Ｉ2、ＡｒＢｒ、ＫｒＢｒ，ＸｅＢｒ、ＡｒＣｌ、ＫｒＣｌ、ＸｅＣｌ、ＡｒＦ、ＫｒＦ、ＸｅＦ、ＸｅＩ等封止ガスによって発光中心波長が異なる。
このため、それらの中から所望のラジカルの生成に最も適した波長の光を効率よく発光させることができるものを選ぶのが好ましい。
コンダクタンス制御板の材質は、ラジカル処理の対象がＭＯＳ−ＦＥＴのゲート酸化／窒化膜形成など金属汚染が問題になる場合には石英，窒化シリコンなどのＳｉ系絶縁体材料を使用する。
金属汚染が問題にならず、基板への電磁波照射をカットしたい場合には、アルミニウムなどの金属を使用しても良い。金属汚染も電磁波照射も問題になる場合には、金属を内蔵したＳｉ系絶縁体を用いる手段もある。
本発明の実施例１の処理装置を用いたラジカル処理方法におけるラジカル処理室内の圧力は１．３ｘ１０−２Ｐａ乃至１３３３Ｐａの範囲である。
より好適には、中間流から粘性流領域における１．３Ｐａから６６７Ｐａの範囲が適当であり、数分子層程度の表面処理を行う場合、１３３Ｐａから４００Ｐａの範囲が一層好適である。
【００１１】
本発明の実施例1の処理装置を用いる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などの金属またはこれらの合金、例えば真鍮、ステンレス鋼等が用いられる。
絶縁性基体としては、ＳｉＯ２系の石英や各種ガラス、Ｓｉ３Ｎ４，ＮａＣｌ，ＫＣｌ，ＬｉＦ，ＣａＦ２，ＢａＦ２，Ａｌ２Ｏ３，ＡｌＮ，ＭｇＯ等の無機物が用いられる。さらに、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、窓等が用いられる。
本発明の実施例1の処理装置を用いた処理方法を被処理基体１０２の表面改質に適用する場合、使用するガスを適宜選択する。
例えば、被処理基体１０２もしくは表面層としてＳｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｔａ等を使用してこれら被処理基体１０２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などのドーピング処理等が可能である。
更に本発明の実施例1の処理装置を用いた処理方法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などのクリーニングに使用することもできる。
被処理基体１０２を酸化表面処理する場合の処理用ガス導入口１０５を介して導入する酸化性ガスとしては、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２等が用いられる。
また、被処理基体１０２を窒化表面処理する場合のガス導入口１０５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）等が用いられる。
被処理基体１０２の表面の有機物をクリーニングする場合、または、フォトレジスト等被処理基体１０２の表面上の有機成分をアッシング除去する場合には、以下の処理用ガスが用いられる。ガス導入口１０５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、Ｈ２等が用いられる。
また、被処理基体１０２の表面の無機物をクリーニングする場合のガス導入口１０５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等が用いられる。
【００１２】
本発明の実施例1の処理装置を用いる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。
この選択によりＳｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、ＳｉＯＦ，Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＴｉＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＭｇＦ２等の絶縁膜、ａ−Ｓｉ、ｐｏｌｙ−Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ等の半導体膜、を効率よく形成することが可能である。
さらに、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ等の金属膜等、各種の堆積膜を効率よく形成することが可能である。
ＣＶＤ法により基板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。
ａ−Ｓｉ、ｐｏｌｙ−Ｓｉ、ＳｉＣ等のＳｉ系半導体薄膜を形成する場合のガス導入手段１０５を介してラジカル処理室１０１へ導入するＳｉ原子を含有する原料ガスとしては以下のものが用いられる。
まず、ＳｉＨ４，Ｓｉ２Ｈ６等の無機シラン類が用いられる。
さらに、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用いられる。
さらに、ＳｉＦ４，Ｓｉ２Ｆ６，Ｓｉ３Ｆ８，ＳｉＨＦ３，ＳｉＨ２Ｆ２，ＳｉＣｌ４，Ｓｉ２Ｃｌ６，ＳｉＨＣｌ３，ＳｉＨ２Ｃｌ２，ＳｉＨ３Ｃｌ，ＳｉＣｌ２Ｆ２等のハロゲン化シラン類等が用いられる。
さらに、常温常圧でガス状態であるものまたは容易にガス化し得るものが用いられる。
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またはキャリアガスとしては、Ｈ２、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎが用いられる。
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、以下のものが用いられる。まず、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６等の無機シラン類が用いられる。さらに、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），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用いられる。さらに、ＳｉＦ４，Ｓｉ２Ｆ６，Ｓｉ３Ｆ８，ＳｉＨＦ３，ＳｉＨ２Ｆ２，ＳｉＣｌ４，Ｓｉ２Ｃｌ６，ＳｉＨＣｌ３，ＳｉＨ２Ｃｌ２，ＳｉＨ３Ｃｌ，ＳｉＣｌ２Ｆ２等のハロゲン化シラン類等が用いられる。さらに、常温常圧でガス状態であるものまたは容易にガス化し得るものが用いられる。
また、この場合の同時に導入する窒素原料ガスまた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等が用いられる。
Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａなど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、以下のものが用いられる。
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）等の有機金属が用いられる。さらに、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）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）等の有機金属が用いられる。さらに、ＡｌＣｌ３、ＷＦ６、ＴｉＣｌ３、ＴａＣｌ５等のハロゲン化金属等が用いられる。
【００１３】
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またはキャリアガスとしては、Ｈ２、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎが用いられる。
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、以下のものが用いられる。
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）等の有機金属が用いられる。
さらに、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）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）等の有機金属が用いられる。さらに、ＡｌＣｌ３、ＷＦ６、ＴｉＣｌ３、ＴａＣｌ５などのハロゲン化金属等が用いられる。
また、こ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）等が用いられる。
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等が用いられる。フォトレジスト等被処理基体１０２の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、Ｈ２等が用いられる。
【実施例２】
【００１４】
次に、図２を参照して本発明の実施例２の処理装置であるスロット付無終端環状導波管を用いたマイクロ波励起表面波干渉型プラズマ処理装置について説明する。
ラジカル処理室２０１は、半導体等の被処理基体２０２の表面のラジカル処理を行う室である。
ラジカル生成手段であるスロット付無終端環状導波管２０８は、マイクロ波透過手段２０７を透してマイクロ波を処理室２０１に導入するための手段である。
このラジカル生成手段であるスロット付無終端環状導波管２０８は、処理室２０１内の上部のラジカル発生領域２１１にラジカルを生成する手段である。
ガス導入手段２０５は、ラジカル生成手段２０８の下方に設けられ、処理室２０１に処理用ガスを導入する手段である。
被処理基体支持手段２０３は、ガス導入手段２０５の下方に設けられ、被処理基体２０２を載置する手段である。
温度調整手段２０４は、被処理基体支持手段２０３上に載置された被処理基体２０２の温度を調整する手段である。
第１のガス排気手段２０６ａは、ガス導入手段２０５から導入された処理用ガスがラジカル発生領域２１１を通過した後に処理室２０１の上部から排気されるように設けられる。
第２のガス排気手段２０６ｂは、ガス導入手段２０５から導入された処理用ガスが被処理基体支持体２０３を通過した後に処理室２０１の下部から排気されるように設けられる。
第１のコンダクタンス制御手段２０９ａは、ラジカル発生領域２１１とガス導入手段２０５との間に少なくとも1つ以上設けられ、通過する処理用ガスを加熱することによりラジカルの運動エネルギーを制御する機能も合わせ持つ。
第２のコンダクタンス制御手段２０９ｂは、被処理基体支持手段２０３とガス導入手段２０５との間に少なくとも1つ以上設けられ、通過する処理用ガスを加熱することによりラジカルの運動エネルギーを制御する機能も合わせ持つ。
第１のコンダクタンス制御手段２０９ａ及び第２のコンダクタンス制御手段２０９ｂは平板形状であり、φ１〜φ３孔が２０mmピッチで形成され、導入された処理用ガスの流れ及びラジカル拡散を制御する。
但し、本実施例２においては所望のコンダクタンスが得られるものであれば任意の孔形状、配置のものを適宜選択することができる。
また、第１のコンダクタンス制御手段２０９ａ及び第２のコンダクタンス制御手段２０９ｂは同一であっても異なっても良く、然るに孔径や配置が同一であっても異なっても良い。
スロット付無終端環状導波管２０８は、ＴＥ１０モードで、内壁断面の寸法が２７ｍｍ×９６ｍｍ（管内波長１５８．８ｍｍ）、導波管の中心径が１５１．６ｍｍ（一周長は管内波長の３倍）のものを用いた。
スロット付無終端環状導波管２０８の材質は、マイクロ波の伝搬損失を抑えるため、すべてＡｌ合金を用いている。
スロット付無終端環状導波管２０８のＨ面には、マイクロ波をラジカル処理室２０１へ導入するためのスロットが形成されている。
スロットは、長さ４０ｍｍ，幅４ｍｍの矩形で、中心直径が１５１．６ｍｍの位置に、放射状に６０°間隔で６本形成されている。
スロット付無終端環状導波管２０８には、４Ｅチューナ、方向性結合器、アイソレータ、マイクロ波電源（不図示）が順に接続されている。
マイクロ波発生源は、例えば、マグネトロンからなり、例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生する。
但し、本実施例２においては、０．８ＧＨｚ乃至２０ＧＨｚの範囲からマイクロ波周波数を適宜選択することができる。
【００１５】
本実施例２を構成するラジカル処理室２０１は、被処理基体２０２を収容して真空又は減圧環境下で被処理基体２０２にプラズマ処理を施す真空容器から成る。
なお、図２に示される本実施例２においては、被処理基体２０２を図示しないロードロック室との間で受け渡すためのゲートバルブ等は省略されている。
被処理基体２０２は、支持体２０３に載置される。被処理基体支持体２０３は、処理室２０１に収容され、被処理基体２０２を支持する。
温度調整手段２０４は、ヒータなどから構成され、例えば、２００℃以上４００℃以下の処理に適した温度に制御される。
温度調整手段２０４は、被処理基体支持体２０３の温度を測定する温度計と、温度計が測定した温度が所定の温度になるように、例えば、温調部としてのヒータ線への図示しない電源からの通電を制御する制御部とを有する。
ガス導入手段２０５は、ラジカル発生領域２１１と被処理基体支持体２０３との間に設けられ、プラズマ処理用のガスを処理室２０１に供給する。
ガス導入手段２０５は、ガス供給手段の一部であり、ガス供給手段は、ガス供給源と、バルブと、マスフローコントローラと、これらを接続するガス導入管等から成る。
ガス導入手段２０５は、マイクロ波により励起されて所定のプラズマを得るための処理用ガスや放電ガスを供給する。プラズマの迅速な着火のために少なくとも着火時にＸｅやＡｒ、Ｈｅなどの希ガスを添加してもよい。希ガスは反応性がないので被処理基体２０２に悪影響せず、また、電離しやすいのでマイクロ波投入時のプラズマ着火速度を上昇することができる。
さらに、ガス導入手段２０５を、例えば、処理用ガスを導入する導入部と不活性ガスを導入する導入部に分けて、これらの導入部を別々の位置に配置してもよい。
ラジカルフラックスを制御する第１のコンダクタンス制御手段２０９ａはガス導入手段２０５とラジカル発生領域２１１との間に設けられる。第１のコンダクタンス制御手段２０９ａは、ラジカル発生領域２１１から拡散するラジカルフラックスを制御するとともにガスの整流作用をもつ。
また、第２のコンダクタンス制御手段２０９ｂはガス導入手段２０５と被処理基体２０２が載置された被処理基体支持体２０３との間に設けられる。
第２のコンダクタンス制御手段２０９ｂは、コンダクタンス制御手段２０９ａ同様にラジカル発生領域２１１から拡散するラジカルフラックスを制御するとともにガスの整流作用をもつ。
第１のガス排気手段２０６ａはラジカル発生領域２１１周辺に設けられ、第２のガス排気手段２０６ｂは被処理基体２０２処理領域周辺にそれぞれ設けられる。第１のガス排気手段２０６ａ、第２のガス排気手段２０６ｂは、図示しない圧力計、制御部、圧力調節機構、真空ポンプから構成される。
図示しない制御部は、真空ポンプを運転しながら、処理室２０１の圧力を検出する圧力計が所定の値になるように調節する。
この調節は、処理室２０１の圧力を弁の開き具合で調整する圧力調整弁（例えば、ＶＡＴ社製の圧力調整機能付きゲートバルブやＭＫＳ社製排気スロットバルブ）を制御することによって行う。
この結果、圧力調節機構を介して、処理室２０１の内部圧力を処理に適した圧力に制御する。
各排気手段の排気量は独立に制御可能であり、それぞれの排気手段から排気を行うガス排気量の比を変えることにより、ガス導入手段２０５から導入されたガスの流れの向きを制御することができる。
例えば第１のガス排気手段２０６ａからのガス排気流量が、第２のガス排気手段２０６ｂからのガス排気流量よりも大きい場合、ガス導入手段２０５からラジカル生成領域２１１を流れ、排気されるような強いガスの流れを発生する。
【００１６】
本実施例２によるプラズマ処理は以下のようにして行う。
第１のガス排気手段２０６ａ、第２のガス排気手段２０６ｂを介して処理室２０１内を真空排気する。
続いて処理用ガスを、ガス導入手段２０５を介して所定の流量で処理室２０１内に導入する。
次に第１のガス排気手段２０６ａ、第２のガス排気手段２０６ｂ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２０１内を所定の圧力に保持するとともに処理室２０１内に発生するガスの流れを制御する。
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２０８を介しマイクロ波透過手段２０７を透過して処理室２０１内に供給する。
ガス導入手段２０５から導入された処理用ガスは、発生したプラズマにより励起・イオン化・反応して活性なラジカルがラジカル発生領域２１１に生成される。
発生したラジカルは拡散により輸送され、被処理基体支持体２０３上に載置された被処理基体２０２の表面に到達したものだけがラジカル処理に寄与する。
この際、ラジカルが拡散しやすい方向は第１のガス排気手段２０６ａ、第２のガス排気手段２０６ｂから排気されるガスの排気量の比によって形成されるガスの流れに強く依存する。
さらに導入するガスの流量や、処理室内２０１内の圧力を種々の条件に変えることにより、被処理基体２０２表面へ到達するラジカルのフラックスを任意に制御することができる。
例えば、第１のガス排気手段２０６ａからのガスの排気量を完全に停止した場合、ガス導入手段２０５から導入された処理用ガスは、被処理基体２０２の処理領域を流れ第２のガス排気手段２０６ｂから排気されるガスの流れが形成される。
ラジカル生成領域２１１で生成されたラジカルは、このガスの流れに従い基体周辺方向に輸送されため、大量のラジカルフラックスを被処理基体２０２の処理領域に供給することができる。
また例えば、第２のガス排気手段２０６ｂからのガスの排気量を完全に停止した場合、ガス導入手段２０５から導入された処理用ガスは、ラジカル生成領域２１１を流れ第１のガス排気手段２０６ａから排気されるガスの流れが形成される。
ラジカル生成領域２１１で生成されたラジカルは、このガスの流れに従い大部分が被処理基体２０２に到達することなく排気される。さらに、被処理基体２０２の処理領域へはガスの流れを逆流し拡散してきた極低フラックスのラジカルを供給することができる。
以上のように２つの第１のガス排気手段２０６ａ、第２のガス排気手段２０６ｂから排気するガスの排気量を制御する。これより従来装置では成し得なかった極低フラックスから大フラックスまでの広範囲にわたるラジカルフラックスを被処理基体に供給、処理することが可能となる。
【００１７】
次に、図２に示される本発明の実施例２の処理装置であるマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、シリコン半導体基板の酸化を行い極薄酸化膜の形成を行った。
スロット付無終端環状導波管２０８は、誘電体窓２０７を介してマイクロ波を処理室２０１に導入する手段である。
スロット付無終端環状導波管２０８は、ＴＥ１０モードで、内壁断面の寸法が２７ｍｍ×９６ｍｍ（管内波長１５８．８ｍｍ）、導波管の中心径が１５１．６ｍｍ（一周長は管内波長の３倍）のものを用いた。
スロット付無終端環状導波管２０８の材質は、マイクロ波の伝搬損失を抑えるため、すべてアルミニウム合金を用いている。
スロット付無終端環状導波管２０８のＨ面には、マイクロ波を処理室２０１へ導入するためのスロットが形成されている。
スロットは、長さ４０ｍｍ，幅４ｍｍの矩形で、中心直径が１５１．６ｍｍの位置に、放射状に６０°間隔で６本形成されている。
スロット付無終端環状導波管２０８には、４Ｅチューナ、方向性結合器、アイソレーター、２．４５ＧＨｚの周波数を持つマイクロ波電源（不図示）が順に接続されている。
第１のコンダクタンス制御手段２０９ａ，第２のコンダクタンス制御手段２０９ｂは５ｍｍ厚の石英製の平板であり、１５ｍｍピッチでφ１の孔があけられている。
被処理基体２０２としては８インチＰ型単結晶シリコン基板（面方位１００、抵抗率１０Ωｃｍ）を使用した。
まず、被処理基体２０２であるシリコン基板を処理室２０１へ搬送し、被処理基体支持台２０３上に設置した。
このとき被処理基体２０２であるシリコン基板をヒータである温度調整手段２０４により３００℃に加熱及び保持した。
第１のガス排気手段２０６ａ、第２のガス排気手段２０６ｂを介して処理室２０１内を真空排気し、１０−７Ｔｏｒｒの値まで減圧させた。
次に、処理室２０１内にＯ２ガスを２０００ｓｃｃｍの流量で導入した。続いて第２のガス排気手段２０６ｂに設けられたコンダクタンスバルブをフルクローズした。
さらに第１のガス排気手段２０６ａに設けられたコンダクタンスバルブの開度を調整し、処理室２０１内の圧力を４００Ｐａに保持した。
その後、２．４５ＧＨｚ、３ｋＷのマイクロ波電力をスロット付無終端環状導波管２０８及び誘電体窓２０７を介して処理室２０１内に投入し、プラズマを発生させた。このとき発生した原子状酸素ラジカルの極一部は導入ガス流れに逆らってシリコン基板２０２の方向に輸送され、被処理基体２０２であるシリコン基板の表面を酸化する。
この状態でシリコン基板２０２に３分間暴露し、シリコン酸化膜の形成を行った。このとき形成されたシリコン酸化膜の膜厚をエリプソメーターで測定した結果１．６ｎｍの膜厚であった。
処理後、均一性，耐圧、リーク電流密度について評価した。その結果、均一性は±１．７％、耐圧は１２．３ＭＶ／ｃｍ、リーク電流密度は９．５ｘ１０−４Ａ/ｃｍ２＠１Ｖと良好であった。
【００１８】
次に、図２に示される本発明の実施例２の処理装置であるマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、シリコン半導体基板の酸化を行い厚い酸化膜の形成を行った。
被処理基体２０２としては８インチＰ型単結晶シリコン基板（面方位１００、抵抗率１０Ωｃｍ）を使用した。
まず、被処理基体２０２であるシリコン基板を処理室２０１へ搬送し、被処理基体支持台２０３上に設置した。
このとき被処理基体２０２であるシリコン基板をヒータである温度調整手段２０４により４００℃に加熱及び保持した。
第１のガス排気手段２０６ａ、第２のガス排気手段２０６ｂを介してラジカル処理室２０１内を真空排気し、１０−７Ｔｏｒｒの値まで減圧させた。
次に、ガス導入部２０５を介して処理室２０１内にＯ２ガスを２５０ｓｃｃｍ、Ａｒフォーミングガスを２５０ｓｃｃｍの流量でそれぞれ導入した。
続いて第１のガス排気手段２０６ａに設けられたコンダクタンスバルブをフルクローズした。
さらに第２のガス排気手段２０６ｂに設けられたコンダクタンスバルブの開度を調整し、処理室２０１内の圧力を１３．３Ｐａに保持した。
その後、２．４５ＧＨｚ、３ｋＷのマイクロ波電力をマイクロ波供給手段であるスロット付無終端環状導波管２０８及び誘電体窓２０７を介して処理室２０１内に投入し、プラズマを発生させた。
このとき発生した原子状酸素ラジカルは導入ガス流れに従い被処理基体２０２であるシリコン基板の方向に輸送され、被処理基体２０２であるシリコン基板の表面を酸化する。
この状態で被処理基体２０２であるシリコン基板に５分間暴露し、シリコン酸化膜の形成を行った。
このとき形成されたシリコン酸化膜の膜厚をエリプソメーターで測定した結果１０．５ｎｍの膜厚であった。
処理後、均一性，耐圧、界面準位密度について評価した。その結果、均一性は±２．６％、耐圧は１４．１ＭＶ／ｃｍ、界面準位密度は９．９ｘ１０−１０ｃｍ−２ｅＶ−１と良好であった。
【実施例３】
【００１９】
次に、図３を参照して、本発明の実施例３の処理装置である紫外光励起処理装置を説明する。
処理室３０１は、半導体等の被処理基体３０２の表面のラジカル処理を行う室である。
ラジカル生成手段である紫外光光源３０８は、電力を投入する事により紫外光を放射する。処理用ガスはこの紫外光により励起され、処理室３０１内の上部のラジカル発生領域３１１にラジカルを発生する。
ガス導入手段３０５は、ラジカル生成手段３０８の下方に設けられ、処理室３０１に処理用ガスを導入する手段である。
被処理基体支持手段３０３は、ガス導入手段３０５の下方に設けられ、被処理基体３０２を載置する手段である。
温度調整手段３０４は、被処理基体支持手段３０３上に載置された被処理基体３０２の温度を調整する手段である。
第１のガス排気手段３０６ａは、ガス導入手段３０５から導入された処理用ガスがラジカル発生領域３１１を通過した後に処理室３０１の上部から排気されるように設けられる。
第２のガス排気手段３０６ｂは、ガス導入手段３０５から導入された処理用ガスが被処理基体支持体３０３を通過した後に処理室３０１の下部から排気されるように設けられる。
第１のコンダクタンス制御手段３０９ａは、ラジカル発生領域３１１とガス導入手段３０５との間に少なくとも1つ以上設けられ、通過する処理用ガスを加熱することによりラジカルの運動エネルギーを制御する機能も合わせ持つ。
第２のコンダクタンス制御手段３０９ｂは、被処理基体支持手段３０３とガス導入手段３０５との間に少なくとも1つ以上設けられ、通過する処理用ガスを加熱することによりラジカルの運動エネルギーを制御する機能も合わせ持つ。
第１のコンダクタンス制御手段３０９ａ、第２のコンダクタンス制御手段３０９ｂはアルミ製の板形状であり、φ３〜５孔が１５mmピッチで形成されている。
【００２０】
本実施例３を用いるラジカル処理は以下のようにして行う。
排気系（不図示）を介して処理室３０１内を真空排気する。
続いてガス導入手段３０５を介して所定の流量で処理室３０１内に処理用ガスを導入する。
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、ラジカル処理室３０１内を所定の圧力に保持する。所望の電力を紫外光光源３０８に投入し紫外光を放射させる。
ガス導入手段３０５から導入された処理用ガスは、紫外光光源３０８より放射された紫外光のエネルギーを吸収、励起し活性なラジカルが生成される。
発生したラジカルは拡散により輸送され、被処理基体支持体３０３上に載置された被処理基体３０２の表面に到達したものだけがラジカル処理に寄与する。
この際、ラジカルが拡散しやすい方向は第１のガス排気手段３０６ａ、第２のガス排気手段３０６ｂから排気されるガスの排気量の比によって形成されるガスの流れに強く依存する。
さらに導入するガスの流量や、ラジカル処理室内３０１内の圧力を種々の条件に変えることにより、被処理基体３０２表面へ到達するラジカルのフラックスを任意に制御することができる。
また本実施例３では第１のコンダクタンス制御手段３０９ａ、第２のコンダクタンス制御手段３０９ｂにアルミ板を用いている。
このため、紫外光光源３０８から放射された紫外光が第１のコンダクタンス制御手段３０９ａ、第２のコンダクタンス制御手段３０９ｂより遮蔽され被処理基体３０２が直接曝されることが無い。
このため被処理基体３０２の表面に形成されている膜が高いエネルギーをもつ紫外光によるダメージを受けることが無く、高品質な成膜や、表面処理が可能となる。
【００２１】
図３に示される本発明の実施例３の処理装置である紫外光励起処理装置を使用し、シリコン半導体基板の酸化を行い極薄酸化膜の形成を行った。
紫外光光源３０８としては酸素ガスを活性な原子状ラジカルに励起可能な低圧水銀ランプを用いた。
第１のコンダクタンス制御手段３０９ａ、第２のコンダクタンス制御手段３０９ｂは表面が石英製のカバーで覆われ平板である。
このため紫外光光源３０８から放射された紫外光は被処理基体３０２まで透過することなく、被処理基体３０２に対して悪影響を及ぼすことは無い。
また表面には１５ｍｍピッチでφ１の孔があけられている。
被処理基体３０２としては、φ８”Ｐ型単結晶シリコン基板（面方位〈１００〉，抵抗率１０Ωｃｍ）を使用した。
まず、被処理基体３０２であるシリコン基板３０２を基体支持体３０３上に設置した。
第１のガス排気手段３０６ａ、第２のガス排気手段３０６ｂを介して処理室３０１内を真空排気し、１０−７Ｔｏｒｒの値まで減圧させた。
続いて温度調整手段３０４であるヒータ３０４に通電し、被処理基体３０２であるシリコン基板３０２を４００℃に加熱し、被処理基体３０２であるシリコン基板３０２をこの温度に保持した。
ラジカル処理用ガスのガス導入手段３０５を介して酸素ガスを１０００ｓｃｃｍの流量で、ラジカル処理室３０１に導入した。
続いて第２のガス排気手段３０６ｂに設けられたコンダクタンスバルブをフルクローズした。
さらに第１のガス排気手段３０６ａに設けられたコンダクタンスバルブの開度を調整し、処理室３０１内の圧力を４００Ｐａに保持した。
ついで、低圧水銀ランプ３０８に３００Ｗの電力を供給し紫外光を発光させた。水銀ランプ３０８から放射された紫外光のうち２５４ｎｍの光は酸素ガスを活性な一重項酸素原子へと解離することができる。
かくして、原子状酸素ラジカルを処理室３０１内に発生させた。その極一部は導入ガス流れに逆らって被処理基体３０２であるシリコン基板３０２の方向に輸送され、シリコン基板３０２表面が０．８ｎｍ程度酸化された。
処理後、均一性，耐圧について評価した。その結果、均一性は±１．３％、耐圧は１０．９ＭＶ／ｃｍと良好であった。
【実施例４】
【００２２】
次に、図４を参照して、本発明の実施例４の処理装置である被基体支持体が存在する側に不活性ガス導入手段を設けた処理装置について説明する。
処理室４０１は、半導体ウェハ等の被処理基体４０２の表面のラジカル処理を行う室である。
ラジカル生成手段であるスロット付無終端環状導波管４０８はマイクロ波透過手段４０７を透してマイクロ波を処理室４０１に導入する手段である。
ラジカル生成手段であるスロット付無終端環状導波管４０８は、処理室４０１内の上部のラジカル発生領域４１１にラジカルを生成する手段である。
ガス導入手段４０５aは、ラジカル生成手段であるスロット付無終端環状導波管４０８の下方に設けられ、処理室４０１に処理用ガスを導入する手段である。
被処理基体支持手段４０３は、ガス導入手段４０５aの下方に設けられ、被処理基体４０２を載置する手段である。
温度調整手段４０４は、被処理基体支持手段４０３上に載置された被処理基体４０２の温度を調整する手段である。
第１のガス排気手段４０６ａは、ガス導入手段４０５aから導入された処理用ガスがラジカル発生領域４１１を通過した後に処理室４０１の上部から排気されるように設けられる。
第２のガス排気手段４０６ｂは、ガス導入手段４０５aから導入された処理用ガスが被処理基体支持体４０３を通過した後に処理室４０１の下部から排気されるように設けられる。
第１のコンダクタンス制御手段４０９ａは、ラジカル発生領域４１１とガス導入手段４０５との間に少なくとも1つ以上設けられ、通過する処理用ガスを加熱することによりラジカルの運動エネルギーを制御する機能も合わせ持つ。
第２のコンダクタンス制御手段４０９ｂは、被処理基体支持手段４０３とガス導入手段４０５との間に少なくとも1つ以上設けられ、通過する処理用ガスを加熱することによりラジカルの運動エネルギーを制御する機能も合わせ持つ。
第１のコンダクタンス制御手段４０９ａ、第２のコンダクタンス制御手段４０９ｂは、石英等から成る。
ガス導入手段４０５aと被処理基体支持手段４０３との間で、第２のコンダクタンス制御手段４０９ｂの下方に不活性ガス導入手段４０５ｂが設けられる。
【００２３】
本実施例４によるプラズマ処理は以下のようにして行う。
第１のガス排気手段４０６ａ、第２のガス排気手段４０６ｂを介して処理室４０１内を真空状態に排気する。
続いてガス導入手段４０５ａを介して、処理用ガスを所定の流量で処理室４０１内に導入する。
また、不活性ガス導入手段４０５ｂを介して、不活性ガスを所定の流量で処理室４０１内に導入する。
次に、第１のガス排気手段４０６ａ、第２のガス排気手段４０６ｂ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４０１内を所定の圧力に保持する。これと同時に処理室４０１内に発生するガスの流れを制御する。
次に、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４０８を介しマイクロ波透過手段４０７を透過して処理室４０１内に供給する。
ガス導入手段４０５ａから導入された処理用ガスは、発生したプラズマにより励起・イオン化・反応して活性なラジカルがラジカル発生領域４１１にて生成される。
発生したラジカルは拡散により輸送され、被処理基体支持体４０３上に載置された被処理基体４０２の表面に到達したものだけがラジカル処理に寄与する。
この際、ラジカルが拡散しやすい方向は第１のガス排気手段４０６ａ、第２のガス排気手段４０６ｂから排気されるガスの排気量の比によって形成されるガスの流れに強く依存する。
さらに導入するガスの流量や、処理室内４０１内の圧力を種々の条件に変えることにより、被処理基体４０２表面へ到達するラジカルのフラックスを任意に制御することができる。
また、不活性ガスを被基体処理４０２の領域側に設けられた不活性ガス導入手段４０５ｂにより導入する。この導入により希釈、パージ効果が得られるため、一層低フラックスのラジカルを被処理基体４０２に供給することが可能となる。
【００２４】
次に、図４に示される本発明の実施例４の処理装置であるマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、シリコン半導体基板の窒化を行い窒化膜の形成を行った。
被処理基体４０２としては８インチＰ型単結晶シリコン基板（面方位１００、抵抗率１０Ωｃｍ）を使用した。
まず、被処理基体４０２であるシリコン基板４０２を処理室４０１へ搬送し、被処理基体支持体４０３上に設置した。このとき被処理基体４０２であるシリコン基板４０２を温度調整手段４０４であるヒータ４０４により３００℃に加熱及び保持した。
プラズマ装置室４０１内にガス導入部４０５ａよりＮ２ガスを１００ｓｃｃｍ、不活性ガス導入部４０５ｂよりＨｅガスを１０００ｓｃｃｍの流量でそれぞれ導入した。
続いて第１のガス排気手段４０６ａ、第２のガス排気手段４０６ｂから排気されるガスの排気量がほぼ等しくなるようにコンダクタンスバルブの開度を調整し、ラジカル処理室３０１内の圧力を４００Ｐａに保持した。
その後、２．４５ＧＨｚ、３ｋＷのマイクロ波電力をスロット付無終端環状導波管であるマイクロ波供給手段４０８及びマイクロ波透過手段である誘電体窓４０７を介して処理室４０１内に投入し、プラズマを発生させた。
このとき発生した窒素ラジカルを被処理基体４０２であるシリコン基板４０２に５分間暴露し、２．０ｎｍのシリコン窒化膜の形成を行った。
処理後、均一性，耐圧、リーク電流密度について評価した。その結果、均一性は±２．０％、耐圧は１５．８ＭＶ／ｃｍ、リーク電流密度は６．８ｘ１０−６Ａ/ｃｍ２＠１Ｖと良好であった。
【実施例５】
【００２５】
次に、図５ａを参照して本発明の実施例５のガスの温調手段を設けた処理装置を説明する。
処理室５０１は、半導体等の被処理基体５０２の表面のラジカル処理を行う室である。
ラジカル生成手段であるスロット付無終端環状導波管５０８はマイクロ波透過手段５０７を透してマイクロ波を処理室５０１に導入するための手段である。
このラジカル生成手段であるスロット付無終端環状導波管５０８は、処理室５０１内の上部のラジカル生成領域５１１にラジカルを生成する手段である。
ガス導入手段５０５は、ラジカル生成手段５０８の下方に設けられ、処理室５０１に処理用ガスを導入する手段である。
被処理基体支持手段５０３は、ガス導入手段５０５の下方に設けられ、被処理基体５０２を載置する手段である。
温度調整手段５０４は、被処理基体支持手段５０３上に載置された被処理基体５０２の温度を調整する手段である。
第１のガス排気手段５０６ａは、ガス導入手段５０５から導入された処理用ガスがラジカル発生領域５１１を通過した後に処理室５０１の上部から排気されるように設けられる。
第２のガス排気手段５０６ｂは、ガス導入手段５０５から導入された処理用ガスが被処理基体支持体５０３を通過した後に処理室５０１の下部から排気されるように設けられる。
第１のコンダクタンス制御手段５０９ａは、ラジカル発生領域５１１とガス導入手段５０５との間に少なくとも1つ以上設けられ、通過する処理用ガスを加熱することによりラジカルの運動エネルギーを制御する機能も合わせ持つ。
第２のコンダクタンス制御手段５０９ｂは、被処理基体支持体５０３とガス導入手段５０５との間に少なくとも1つ以上設けられ、通過する処理用ガスを加熱することによりラジカルの運動エネルギーを制御する機能も合わせ持つ。
第１のコンダクタンス制御手段５０９ａ、第２のコンダクタンス制御手段５０９ｂは、図５ｂに示すように加熱手段５１０を外側部材５１２で覆った平板で、貫通孔５１３が形成されている。加熱手段は温度検知手段及び制御手段（共に不図示）により所望の温度に調節可能である。
【００２６】
本実施例５を用いたプラズマ処理は以下のようにして行う。
第１のガス排気手段５０６ａ、第２のガス排気手段５０６ｂを介してラジカル処理室５０１内を真空状態に排気する。
続いてガス導入手段５０５を介して所定の流量で処理用ガスをラジカル処理室５０１内に導入する。
次に第１のガス排気手段５０６ａ、第２のガス排気手段５０６ｂ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５０１内を所定の圧力に保持するとともに処理室５０１内に発生するガスの流れを制御する。
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を介しマイクロ波透過手段５０７を透過して処理室５０１内に供給する。
ガス導入手段５０５から導入された処理用ガスは、発生したプラズマにより励起・イオン化・反応して活性なラジカルがラジカル発生領域５１１にて生成される。
発生したラジカルは拡散により輸送され、被処理基体支持体５０３上に載置された被処理基体５０２の表面に到達したものだけがラジカル処理に寄与する。
この際、ラジカルが拡散しやすい方向は第１のガス排気手段５０６ａ、第２のガス排気手段５０６ｂから排気されるガスの排気量の比によって形成されるガスの流れに強く依存する。
このため、導入するガスの流量や、処理室５０１内の圧力を種々の条件に変えることにより、被処理基体５０２表面へ到達するラジカルのフラックスを任意に制御することができる。
また第１のコンダクタンス制御手段５０９ａ、第２のコンダクタンス制御手段５０９ｂに内蔵された加熱手段により拡散輸送中のラジカル加熱することで、原子状ラジカル同士の再結合による失活速度を制御することができる。これにより、被処理基体５０２に供給するラジカルフラックスを制御することが可能となる。
【００２７】
次に、図５ａに示される本発明の実施例５の処理装置であるマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、被処理基体５０２であるシリコン半導体基板の酸化及び窒化を行い酸窒化膜の形成を行った。
第１のコンダクタンス制御手段５０９ａ、第２のコンダクタンス制御手段５０９ｂは図５ｂに示すように内部に加熱用のヒータを内蔵しており、２００〜４００℃に加熱保持される。
被処理基体５０２としては８インチＰ型単結晶シリコン基板（面方位１００、抵抗率１０Ωｃｍ）を使用した。
まず、被処理基体５０２であるシリコン基板５０２を処理室５０１へ搬送し、被処理基体支持体５０３上に設置した。
このとき被処理基体５０２であるシリコン基板５０２を温度調整手段５０４であるヒータ５０４により３００℃に加熱及び保持した。
第１のガス排気手段５０６ａ、第２のガス排気手段５０６ｂを介して処理室５０１内を真空排気し、１０−７Ｔｏｒｒの値まで減圧させた。
次にプラズマ装置室５０１内にガス導入部５０５よりＯ２ガスを２０００ｓｃｃｍ導入した。
続いて第２のガス排気手段５０６ｂに設けられたコンダクタンスバルブをフルクローズした。さらに第１のガス排気手段５０６ａに設けられたコンダクタンスバルブの開度を調整し、処理室５０１内の圧力を４００Ｐａに保持した。
その後、２．４５ＧＨｚ、３ｋＷのマイクロ波電力をラジカル生成手段であるスロット付無終端環状導波管５０８であるマイクロ波供給手段５０８及び誘電体窓５０７を介して処理室５０１内に投入し、プラズマを発生させた。
プラズマ中の酸素ラジカルは拡散により被処理基体５０２のある領域へと輸送され、その途中に設けられた第１のコンダクタンス制御手段５０９ａ、第２のコンダクタンス制御手段５０９ｂを通過する際に加熱される。
加熱温度によって原子状の酸素ラジカル同士が再結合し失活する反応速度が変化しラジカルフラックスが制御される。
このようにしてフラックス制御したラジカルを被処理基体５０２であるシリコン基板５０２に３分間暴露し、シリコン酸化膜の形成を行った。
次に、処理室５０１内を第１のガス排気手段５０６ａ、第２のガス排気手段５０６ｂを介して１０−３Ｐａまで十分に真空引きを行った後に、Ｎ２ガスを１０００ｓｃｃｍの流量でそれぞれ導入した。
第１のガス排気手段５０６ａに設けられたコンダクタンスバルブをフルクローズし、さらに第２のガス排気手段５０６ｂに設けられたコンダクタンスバルブの開度を調整し、処理室５０１内の圧力を１３３Ｐａに保持した。
その後、２．４５ＧＨｚ、３ｋＷのマイクロ波電力をラジカル生成手段であるスロット付無終端環状導波管５０８であるマイクロ波供給手段５０８及び誘電体窓５０７を介して処理室５０１内に投入しプラズマを発生させた。
このとき発生した窒素ラジカルを被処理基体５０２であるシリコン基板５０２上に形成されたシリコン酸化膜に１分間暴露し窒化処理を行った。
処理後、均一性，耐圧、リーク電流密度について評価した。その結果、ＥＯＴ１．５ｎｍ、均一性は±２．３％、リーク電流密度は５．２ｘ１０−５Ａ/ｃｍ２＠１Ｖと良好であった。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施例１の処理装置の構成図である。
【図２】本発明の実施例２の処理装置であるスロット付無終端環状導波管を用いたプラズマ処理装置の構成図である。
【図３】本発明の実施例３の処理装置である紫外光励起ラジカル源を用いた処理装置の構成図である
【図４】本発明の実施例４の処理装置である不活性ガス導入手段を付加したプラズマ処理装置の構成図である。
【図５ａ】本発明の実施例５の処理装置の構成図である。
【図５ｂ】本発明の実施例５の処理装置である内部に加熱機構を有するコンダクタンス制御手段を用いたプラズマ処理装置の構成図である。
【図６】従来例の処理装置の構成図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１  処理室
１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２  被処理基体
１０３、２０３、３０３、４０３、５０３、６０３  被処理基体支持体
１０４、２０４、３０４、４０４、５０４、６０４  加熱機構
１０５、２０５、３０５、４０５a、５０５、６０５  ガス導入手段
１０６ａ、２０６ａ、３０６ａ、４０６ａ、５０６ａ  第１のガス排気手段
１０６ｂ、２０６ｂ、３０６ｂ、４０６ｂ、５０６ｂ  第２のガス排気手段
２０７、４０７、５０７    誘電体
１０８、２０８、３０８、４０８、５０８、６０８  ラジカル生成手段
１０９ａ、２０９ａ、３０９ａ、４０９ａ、５０９ａ  第１のコンダクタンス制御手段
１０９ｂ、２０９ｂ、３０９ｂ、４０９ｂ、５０９ｂ  第２のコンダクタンス制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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