(57)【要約】【課題】本発明は、被処理物の表面に形成された凹凸部にピッチ寸法が相対的に短い部分が設けられている場合であっても、均一な厚みの処理層を得ることができる表面処理方法およびプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】処理チャンバ内を大気圧よりも減圧し、前記処理チャンバ内に反応ガスを導入し、前記処理チャンバ内にプラズマを発生させ、前記プラズマにより前記反応ガスを分解、活性化し、前記プラズマと被処理物との間に設けた電荷透過制御部の電界を調節することににより、前記被処理物の表面における電荷の量を制御しつつ前記被処理物の処理を行うこと、を特徴とする表面処理方法が提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバ内を大気圧よりも減圧し、
前記処理チャンバ内に反応ガスを導入し、
前記処理チャンバ内にプラズマを発生させ、
前記プラズマにより前記反応ガスを分解、活性化し、
前記プラズマと被処理物との間に設けた電荷透過制御部の電界を調節することににより、前記被処理物の表面における電荷の量を制御しつつ前記被処理物の処理を行うこと、を特徴とする表面処理方法。
【請求項２】
前記被処理物の前記表面に、ピッチ寸法が相対的に短い部分と長い部分とを有する凹凸部が設けられていること、を特徴とする請求項１記載の表面処理方法。
【請求項３】
前記被処理物の前記表面が平坦または一様な凹凸を有する場合には、前記電荷透過制御部に負電圧を印加し、
前記被処理物の前記表面にピッチ寸法が相対的に短い部分と長い部分とを有する凹凸が形成されている場合には、前記電荷透過制御部に正電圧を印加することを特徴とする請求項１記載の表面処理方法。
【請求項４】
前記電荷透過制御部は、導体からなる網状体であることを特徴とする請求項１〜３のいすれか１つに記載の表面処理方法。
【請求項５】
前記反応ガスは、酸素を含むガスであること、を特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の表面処理方法。
【請求項６】
大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な処理チャンバと、
前記処理チャンバ内のプラズマ発生空間にプラズマを発生させる手段と、
前記プラズマ発生空間に反応ガスを導入する手段と、
前記プラズマ発生空間の下方に設けられ、被処理物を載置するステージと、
前記ステージの上面を覆うようにして設けられた電荷透過制御部と、前記電荷透過制御部における電圧と極性とを制御可能とする電源部と、を有する処理制御手段と、
を備えたこと、を特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記処理制御手段は、前記透過制御部の電圧と極性とを制御することで、前記被処理物の表面における電子の量を制御可能とされたこと、を特徴とする請求項６記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理物の表面処理方法およびプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、シリコン基板の表面を酸化させる場合のように、被処理物の表面を処理する方法としてプラズマ処理法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。      
プラズマ処理法は、典型的には５００℃以下の低温で実施が可能であり、被処理物表面の変質や熱応力の発生などを抑制することができる。
【０００３】
また、被処理物の表面をプラズマ処理可能なプラズマ処理装置が提案されている（例えば、特許文献２を参照）。    
この特許文献２に開示をされたプラズマ処理装置は、プラズマ発生領域と被処理物との間に荷電粒子を遮蔽可能な穴開き板を出し入れ自在に設けるとともに、穴の開度を調整可能とすることで処理の面内均一性を向上させることができる。
【０００４】
しかしながら、特許文献１、２に開示をされた技術においては、表面に形成された凹凸部のピッチ寸法に関する考慮がされておらず、凹凸部にピッチ寸法が相対的に短い部分が設けられている場合には、均一な厚みの処理層が得られないおそれがあった。
【特許文献１】特開２００４−２６６０７５号公報
【特許文献２】特開平５−２４３１８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、被処理物の表面に形成された凹凸部にピッチ寸法が相対的に短い部分が設けられている場合であっても、均一な厚みの処理層を得ることができる表面処理方法およびプラズマ処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、処理チャンバ内を大気圧よりも減圧し、前記処理チャンバ内に反応ガスを導入し、前記処理チャンバ内にプラズマを発生させ、前記プラズマにより前記反応ガスを分解、活性化し、前記プラズマと被処理物との間に設けた電荷透過制御部の電界を調節することににより、前記被処理物の表面における電荷の量を制御しつつ前記被処理物の処理を行うこと、を特徴とする表面処理方法が提供される。
【０００７】
また、本発明の他の一態様によれば、大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な処理チャンバと、前記処理チャンバ内のプラズマ発生空間にプラズマを発生させる手段と、前記プラズマ発生空間に反応ガスを導入する手段と、前記プラズマ発生空間の下方に設けられ、被処理物を載置するステージと、前記ステージの上面を覆うようにして設けられた電荷透過制御部と、前記電荷透過制御部における電圧と極性とを制御可能とする電源部と、を有する処理制御手段と、を備えたこと、を特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、被処理物の表面に形成された凹凸部にピッチ寸法が相対的に短い部分が設けられている場合であっても、均一な厚みの処理層を得ることができる表面処理方法およびプラズマ処理装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について例示をする。  
図１は、本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置を例示するための模式断面図である。        
図１に示すように、プラズマ処理装置１は、処理チャンバ２と、処理チャンバ２の天井部に設けられた誘電体板からなる透過窓３と、処理チャンバ２の外部であって透過窓３の上面に設けられたマイクロ波導波管４と、透過窓３の下方のプラズマ発生空間７を画するための遮蔽体８と、プラズマ発生空間７の下方の処理空間６において半導体ウェーハなどの被処理物Ｗを載置して保持するためのステージ５と、プラズマ発生空間７の下方においてステージ５の上面を覆うようにして設けられた電荷透過制御部９ａを有する処理制御手段９と、を備えている。
【００１０】
処理チャンバ２は、図示しない排気手段により形成される減圧雰囲気を維持可能であり、その壁面が接地されている。処理チャンバ２の底面には、排気管１０の一端が連通しており、排気管１０の他端には図示しない排気手段が接続されている。処理チャンバ２の側壁と遮蔽体８とを層通するようにしてガス供給管１１が設けられている。ガス供給管１１の一端は、プラズマ発生空間７内のプラズマＰが発生する部分に向けて開口されており、他端は反応ガスＧをプラズマ発生空間７内に供給する図示しないガス供給手段と接続されている。
【００１１】
マイクロ波導波管４は、透過窓３に対向しマイクロ波Ｍの電界方向に垂直なＨ面４ａと、Ｈ面４ａに対して垂直方向であってマイクロ波Ｍの電界方向に平行なＥ面４ｂと、マイクロ波Ｍの進行方向終端部にＨ面４ａ、Ｅ面４ｂに対して垂直方向に設けられたマイクロ波Ｍを反射する反射面４ｃとを備えている。また、マイクロ波導波管４の透過窓３との接続部分には、スロットアンテナ１２が設けられている。マイクロ波導波管４の他端は、図示しないマイクロ波発振器と接続されている。
【００１２】
遮蔽体８は、円筒状を呈し、その一端が処理チャンバ２の天井部に設けられ、他端は処理空間６に向けて開口されている。また、遮蔽体８は、その内側の空間がプラズマ発生空間７となるような処理チャンバ２内の位置に配設されている。そのため、遮蔽体８によりプラズマ発生空間７を画することができ、プラズマ生成物（荷電粒子や中性活性種など）の処理チャンバ２内壁面への拡散を抑制し、かつ、プラズマ生成物を被処理物Ｗに向けて効率よく供給できるようになっている。
【００１３】
ステージ５には、被処理物Ｗを保持するための図示しない静電チャックや、被処理物Ｗの温度調整をするための図示しない温度調整手段などが設けられている。また、ステージ５は、スタンド５ａを介して処理チャンバ２の底面と接続されている。そのため、ステージ５は、スタンド５ａと処理チャンバ２を介して接地され、ステージ５に載置された被処理物Ｗも接地されることになる。  
処理制御手段９は、導電性を有する電荷透過制御部９ａと、電荷透過制御部９ａと電気的に接続され電荷透過制御部９ａにおける電圧と極性とを制御するための電源部９ｂと、を備えている。
【００１４】
電荷透過制御部９ａには、貫通孔が複数設けられている。例えば、電荷透過制御部９ａを金属製の網状体（例えば、金属メッシュ、グリッド状の導電性シートなど）や複数の孔を有するパンチングメタルとすることができる。電荷透過制御部９ａは、金属などの導電体からなるものとすることができ、例えば、ステンレスとすることができる。尚、反応性の高いプラズマ（例えば、後述する酸素プラズマなど）を用いる場合には、耐食性に優れた金や金メッキなどの表面処理を施したものとすることが好ましい。    
電源部９ｂは、例えば、電圧と極性（正と負）とを可変可能な直流電源とすることができる。この場合、−１００Ｖ程度〜１００Ｖ程度の間で制御可能なものとすることが好ましい。
【００１５】
次に、処理制御手段９の作用について例示をする。      
ここで、プラズマＰの発生位置における電圧をプラズマＰの電位＋Ｖ０（一般的には＋１０Ｖ程度）、電荷透過制御部９ａの位置における電圧を電源部９ｂにより制御可能な−Ｖ２〜＋Ｖ１の範囲の電圧、被処理物Ｗの表面位置における電圧を接地電圧（０Ｖ）とする。
【００１６】
電荷透過制御部９ａの電圧を−Ｖ２とするとプラズマＰの発生位置から電荷透過制御部９ａの位置までの間における空間の電位はプラズマＰの電位＋Ｖ０から−Ｖ２に向けて下降し、電荷透過制御部９ａの位置から被処理物Ｗの表面位置までの間の空間における電位は−Ｖ２から接地電圧（０Ｖ）に向けて上昇すると考えられる。
【００１７】
一方、電荷透過制御部９ａの電圧を＋Ｖ１とするとプラズマＰの発生位置から電荷透過制御部９ａの位置までの間における空間の電位はプラズマＰの電位＋Ｖ０から＋Ｖ１に向けて上昇し、電荷透過制御部９ａの位置から被処理物Ｗの表面位置までの間の空間における電位は＋Ｖ１から接地電圧（０Ｖ）に向けて下降すると考えられる。  
また、電荷透過制御部９ａの電圧を−Ｖ２〜＋Ｖ１の範囲で可変させる場合においても、それぞれの空間において同様に電位の上昇や下降をさせることができると考えられる。
【００１８】
ここで、反応ガスＧがプラズマＰにより励起、活性化されることで生成されるプラズマ生成物には、電子、正や負に帯電した荷電粒子、中性活性種などが含まれている。
【００１９】
そのため、電荷透過制御部９ａの電圧を負（例えば、−Ｖ２）とすれば、プラズマ生成物のうち負に帯電した荷電粒子や電子は斥力を受けるため電荷透過制御部９ａを透過することができず、プラズマＰの発生位置から電荷透過制御部９ａの位置までの間の空間に閉じ込められると考えられる。この場合、正に帯電した荷電粒子は電荷透過制御部９ａに捕捉され、中性活性種のみが電荷透過制御部９ａを透過することができると考えられる。
【００２０】
また、電荷透過制御部９ａの電圧を正（例えば、＋Ｖ１）とすれば、プラズマ生成物のうち正に帯電した荷電粒子は斥力を受けるため電荷透過制御部９ａを透過することができずプラズマＰの発生位置から電荷透過制御部９ａの位置までの間の空間に閉じ込められると考えられる。この場合、負に帯電した荷電粒子や電子は電荷透過制御部９ａに捕捉され、中性活性種のみが電荷透過制御部９ａを透過することができると考えられる。      
このように電荷透過制御部９ａに電圧を印加すれば、荷電粒子や電子を排除することができると考えられる。
【００２１】
ところが、本発明者の得た知見によれば、電荷透過制御部９ａに正電圧を印加すると被処理物Ｗの表面に正に帯電した荷電粒子が入射し、電荷透過制御部９ａに負電圧を印加すると被処理物Ｗの表面に電子や負に帯電した荷電粒子が入射することが判明した。
【００２２】
図２は、電荷透過制御部へ印加する電圧と被処理物表面に流れる電流との関係を例示するための模式グラフ図である。    
図２に示すように、電荷透過制御部９ａに正電圧を印加すると被処理物Ｗの表面には正電流が流れる。一方、電荷透過制御部９ａに負電圧を印加すると被処理物Ｗの表面には負電流が流れる。このことは、電荷透過制御部９ａに正電圧を印加すると被処理物Ｗの表面に正に帯電した荷電粒子が入射し、電荷透過制御部９ａに負電圧を印加すると被処理物Ｗの表面に電子や負に帯電した荷電粒子が入射することを意味する。
【００２３】
この理由は必ずしも明らかではないが、以下のように考えることができる。      
電荷透過制御部９ａには、複数の穴が設けられているが穴の中央部分は電界の作用が相対的に弱く、この部分は荷電粒子や電子が通過しやすい。また、プラズマＰから引き出された荷電粒子や電子の速度によっては電荷透過制御部９ａを透過できる場合もある。そのため、電荷透過制御部９ａに電圧を印加しても一部の荷電粒子や電子が電荷透過制御部９ａを透過することが考えられる。
【００２４】
すなわち、電荷透過制御部９ａに負の電圧（例えば、−Ｖ２）を印加しても、一部の電子や負に帯電した荷電粒子が電荷透過制御部９ａを透過し、接地電圧とされた被処理物Ｗの表面に引き寄せられるようにして入射する。この場合、正に帯電した荷電粒子は電荷透過制御部９ａに捕捉され電荷透過制御部９ａを透過することができない。
【００２５】
また、電荷透過制御部９ａに正の電圧（例えば、＋Ｖ１）を印加しても、一部の正に帯電した荷電粒子が電荷透過制御部９ａを透過し、接地電圧とされた被処理物Ｗの表面に引き寄せられるようにして入射する。この場合、負に帯電した荷電粒子や電子は電荷透過制御部９ａに捕捉され電荷透過制御部９ａを透過することができない。
【００２６】
また、これらの場合、電荷透過制御部９ａの電圧を高くすれば被処理物Ｗの表面に入射する荷電粒子や電子の量を増加させることができる。そのため、電荷透過制御部９ａの電圧を制御することで被処理物Ｗの表面に入射する荷電粒子や電子の量を制御することができる。また、電荷透過制御部９ａに印加する電圧の極性を切り替えることで、正の荷電粒子と、負の荷電粒子・電子との切り替えを行うこともできる。
【００２７】
次に、電荷透過制御部９ａに印加する電圧の極性を切り替える場合について例示をする。
尚、説明の便宜上、パターン（凹凸部）が形成されたシリコン基板の表面を酸化処理する場合を例にとり例示をする。この場合、パターンにピッチ寸法が相対的に短い部分が設けられているものとする。
【００２８】
図３は、比較例に係る酸化処理を例示するための模式グラフ図である。    
図３に示すものは、処理制御手段９を備えていないプラズマ処理装置を用いてシリコン基板の表面を酸化処理する場合である。
【００２９】
シリコン基板の表面を酸素プラズマを用いて酸化処理すると、表面に酸化層（ＳｉＯ）が形成される。そして、絶縁体である酸化層が形成されるとその表面に電子ｅが付着するようになる。この付着した電子ｅによる電界の作用によって正に帯電した酸素イオンが加速されてシリコン基板表面に引き込まれ、酸化が進行するようになる。
【００３０】
このように表面に付着した電子ｅによる電界の作用によって酸化が進行するような場合には、パターンのピッチ寸法の分布（パターンの形態上の疎密差）が酸化速度（処理速度）に影響を与える。    
図４は、パターンのピッチ寸法が酸化速度に与える影響を例示するための模式図である。  図４に示すように、パターンのピッチ寸法が長く「疎」な部分においては、パターンの「谷底」の部分にも電子ｅが飛来するので、シリコン（Ｓｉ）基板の表面に形成された酸化層（ＳｉＯ）上に均一に電子ｅが付着する。一方、パターンのピッチ寸法が短く「密」な部分においては、パターンの開口付近に付着した電子ｅにより飛来してきた電子ｅが排斥されるので、パターンの「谷底」の部分に電子ｅが付着しにくくなる。そのため、パターンのピッチ寸法に分布（パターンの形態上の疎密差）があると、電子ｅの付着量が不均一となる要因となる。
【００３１】
そして、電子ｅの付着量が不均一となると形成される電界も不均一となり、電界により引き込まれる正に帯電した酸素イオンの量も不均一となる。その結果、パターンが「疎」な部分においては、引き込まれる酸素イオンの量が多くなるので酸化層の厚みが厚くなる。一方、パターンが「密」な部分においては、引き込まれる酸素イオンの量が少なくなるので酸化層の厚みが薄くなる。
【００３２】
このように、パターンのピッチ寸法に分布（パターンの形態上の疎密差）があるシリコン基板の表面を酸化する場合には、形成される酸化層の厚みにバラツキが生じ、例えば半導体装置のように均一な厚みの酸化層を必要とするものの場合には、動作不良などの不具合の原因となるおそれがある。
【００３３】
図５は、電荷透過制御部に印加する電圧の極性を切り替える場合を例示するための模式グラフ図である。  
図５に示すように、電荷透過制御部９ａに負の電圧を印加すると酸化速度は増加する。これは、前述したように、電荷透過制御部９ａに負の電圧を印加することで酸化層の表面に電子ｅが付着し、付着した電子ｅによる電界の作用で正に帯電した酸素イオンがより多く引き込まれるためであると考えられる。
【００３４】
そして、被処理物Ｗ（例えば、シリコン基板）の表面に形成されているパターン（凹凸部）のピッチ寸法に分布（パターンの形態上の疎密差）があると、形成される処理層（例えば、酸化層）の厚みが不均一となるが、酸化速度が増加すると厚みの差が拡大することになる。
【００３５】
この場合、ピッチ寸法の差に応じた厚みの処理層を形成させる必要がある場合（ピッチ寸法が長い部分の処理層の厚みを厚く、ピッチ寸法が短い部分の処理層の厚みを薄くする必要があるような場合）には、電荷透過制御部９ａに印加する電圧の極性を切り替えずに印加電圧の制御を行うことができる。  
一方、均一な厚みの処理層を形成させる必要がある場合には、電荷透過制御部９ａに印加する電圧の極性の切り替え、印加電圧の制御を行うようにすればよい。
【００３６】
例えば、前述の場合において、電荷透過制御部９ａに印加する電圧の極性を切り替えて正の電圧を印加するようにすれば、負に帯電した荷電粒子や電子ｅを電荷透過制御部９ａに捕捉させることができる。そのため、被処理物表面に飛来する電子ｅの量を極めて少なくすることができるので、被処理物表面に付着する電子の量を非常に少なくすることができる。その結果、付着した電子ｅによる電界の作用で正に帯電した荷電粒子が引き込まれることを抑制することができる。
【００３７】
この場合、電荷透過制御部９ａには正の電圧が印加されているので、正に帯電した荷電粒子は斥力を受けるため電荷透過制御部９ａを透過することができずプラズマＰの発生位置から電荷透過制御部９ａの位置までの間の空間に閉じ込められる。そのため、被処理物表面に飛来する正に帯電した荷電粒子の量は少なく、電荷透過制御部９ａの影響を余り受けない中性活性種を主体とした表面処理が行われることになる。
【００３８】
そして、中性活性種が処理の主体となる場合には、化学的な処理となるので等方性の処理が行われることになる。また、付着した電子ｅの影響を抑制することができるのでパターン（凹凸部）のピッチ寸法に分布（パターンの形態上の疎密差）がある場合であっても均一な厚みの処理層を得ることができる。
【００３９】
一方、パターン（凹凸部）自体がない場合、パターン（凹凸部）のピッチ寸法が均一な場合などでは、前述したように、電荷透過制御部９ａに負の電圧を印加して被処理物表面に付着する電子の量を増加させ、付着した電子ｅによる電界の作用を利用することで表面処理速度を増加させることができる。
【００４０】
また、パターン（凹凸部）のピッチ寸法に分布（パターンの形態上の疎密差）がある場合であっても、電荷透過制御部９ａに負の高い電圧を印加するようにすれば、被処理物の表面に電子ｅを均一に付着させることができる。
【００４１】
このことは必ずしも明らかではないが、飛来する電子ｅが加速されることで、パターン（凹凸部）の開口付近に付着した電子ｅによる電界を破り、パターン（凹凸部）の「谷底」の部分にも電子ｅが付着することができるようになるためであると考えられる。  
そのため、電荷透過制御部９ａに印加する負の電圧は、飛来する電子ｅをパターン（凹凸部）の開口付近に付着した電子ｅによる電界を破れる速度にまで加速可能な値以上とすればよい。
【００４２】
この場合、被処理物表面に付着する電子の量を増加させ、付着した電子ｅによる電界の作用を利用することで表面処理速度を増加させることもできる。
【００４３】
尚、電荷透過制御部９ａに印加する負の電圧（飛来する電子ｅをパターン（凹凸部）の開口付近に付着した電子ｅによる電界を破れる速度にまで加速可能な電圧）は、被処理物表面の材質やピッチ寸法の影響を受ける。そのため、被処理物表面の材質やピッチ寸法などの条件に応じて、前述の正の電圧を印加する場合と、負の高い電圧を印加する場合を選択するようにすることが好ましい。
【００４４】
また、以上のことを被処理物表面に付着する電子ｅの量からみると以下のようになる。  電荷透過制御部９ａに正の電圧を印加すると、電子ｅは電荷透過制御部９ａに捕捉されるので被処理物表面に付着する電子ｅの量は減少する。そして、電圧を高くすれば付着する電子ｅの量をより少なくすることができる。尚、正の電圧を印加する場合、付着する電子ｅの量が少なくなるほど中性活性種による等方性処理が行われやすくなる。
【００４５】
一方、電荷透過制御部９ａに負の電圧を印加すると、電子ｅは電荷透過制御部９ａにより斥力を受けるが、一部の電子ｅは電荷透過制御部９ａを透過して被処理物表面に付着する。この場合、パターン（凹凸部）のピッチ寸法に分布（パターンの形態上の疎密差）があると、電子ｅの付着が不均一となる。ただし、高い負の電圧を印加すると電子ｅが加速されて、パターン（凹凸部）の開口付近に付着した電子ｅによる電界を破ることができるようになるので、被処理物表面に電子ｅを均一に付着させることができるようになる。尚、負の電圧を印加する場合、付着する電子ｅの量が多くなるほど付着した電子ｅによる電界を利用した処理が行われやすくなる。
【００４６】
すなわち、被処理物の表面の上方に形成させた電荷透過制御部９ａによる電界の作用により、被処理物の表面に付着する電子ｅの量を制御して被処理物の適切な処理を行うことができるようになる。
【００４７】
次に、プラズマ処理装置の作用とともに本発明の実施の形態に係る表面処理方法を例示する。      
まず、被処理物Ｗが、処理される面を上方に向けた状態でステージ５の上に載置される。次に、図示しない排気手段によって処理チャンバ２内が減圧状態にされた後、プラズマ発生空間７内にガス供給管１１を介して反応ガスＧが導入される。
【００４８】
一方、図示しないマイクロ波発振器から発振されたマイクロ波Ｍは、マイクロ波導波管４内を導波し、スロットアンテナ１２から透過窓３に導入される。導入されたマイクロ波Ｍは、透過窓３の表面を伝搬して、プラズマ発生空間７内に向けて放射される。このようにして放射されたマイクロ波Ｍのエネルギーにより、反応ガスＧのプラズマが形成される。
【００４９】
そして、こうして発生したプラズマＰ中の電子密度が透過窓３を透過して供給されるマイクロ波Ｍを遮蔽できる密度（カットオフ密度）以上になると、マイクロ波Ｍは透過窓３の下面からプラズマ発生空間７内に向けて一定距離（スキンデプス）だけ入るまでの間に反射され、このマイクロ波Ｍの反射面とスロットアンテナ１２の下面との間にはマイクロ波の定在波が形成されるようになる。
【００５０】
すると、マイクロ波Ｍの反射面がプラズマ励起面となって、このプラズマ励起面で安定なプラズマＰが励起されるようになる。このプラズマ励起面で励起された安定なプラズマＰ中においては、イオンや電子が反応ガスＧの分子と衝突することにより、荷電粒子、中性活性種などが生成される。これらプラズマ生成物は、遮蔽体８で画されたプラズマ発生空間７内を下降して処理制御手段９の電荷透過制御部９ａに到達する。
【００５１】
電荷透過制御部９ａには、必要に応じて正または負の電圧が印加され、被処理物Ｗの表面に電子ｅが付着することを抑制した処理や、被処理物Ｗの表面に電子ｅを付着させることで表面処理速度を高めた処理が行われる。
すなわち、被処理物Ｗの表面の上方に形成させた電界の作用により、被処理物Ｗの表面に付着する電子の量を制御した被処理物Ｗの処理が行われる。
【００５２】
以後、必要があれば前述の手順を繰り返すことで表面処理を行うことができる。
【００５３】
ここで、表面処理の処理条件を例示する。      
例えば、表面にパターンが形成されたシリコン基板の表面を酸化処理する場合には、反応ガスＧを、酸素ガス、または、酸素ガスと不活性ガス（例えば、Ｈｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなど）との混合ガスとし、シリコン基板の温度を４００℃〜６００℃程度、処理時間を１０分程度、処理圧力を数１００Ｐａ程度とすることができる。
【００５４】
そして、パターン（凹凸部）のピッチ寸法に分布（パターンの形態上の疎密差）がある場合には、電荷透過制御部９ａに正の電圧を印加することで、均一な厚みを有する酸化膜を得ることができる。尚、電荷透過制御部９ａに負の高い電圧を印加することもできる。
一方、パターンのピッチ寸法が均一な場合には、電荷透過制御部９ａに負の電圧を印加することで、付着した電子ｅの電界を利用した酸化速度の速い処理を行うことができる。
【００５５】
ここで、処理制御手段９を備えていないプラズマ処理装置を用いてパターン（凹凸部）のピッチ寸法に分布（パターンの形態上の疎密差）があるシリコン基板の酸化処理を行ったところ、ピッチ寸法が短い部分の処理層の厚み／ピッチ寸法が長い部分の処理層の厚み＝０．７２であった。
【００５６】
一方、本実施の形態に係るプラズマ処理装置１を用い、電荷透過制御部９ａに高い負の電圧（−１００Ｖ）を印加して、同じ被処理物の酸化処理を行ったところ、ピッチ寸法が短い部分の処理層の厚み／ピッチ寸法が長い部分の処理層の厚み＝１．００となり大幅な均一性の改善ができることが確認できた。これは、前述したように、高い負の電圧を印加すると電子ｅが加速されて、パターン（凹凸部）の開口付近に付着した電子ｅによる電界を破ることができるようになるので、被処理物表面に電子ｅを均一に付着させることができるようになるからであると考えられる。
また、電荷透過制御部９ａに高い正の電圧（＋１００Ｖ）を印加して、同じ被処理物の酸化処理を行ったところ、ピッチ寸法が短い部分の処理層の厚み／ピッチ寸法が長い部分の処理層の厚み＝０．８６となり、この場合も均一性の改善ができることが確認できた。これは、前述したように、高い正の電圧を印加すれば付着する電子ｅの量をより少なくすることができるからであると考えられる。
尚、説明の便宜上、本発明の実施の形態に係る表面処理方法としてシリコン基板の酸化処理（半導体装置の製造方法）を例示したが、これに限定されるわけではない。例えば、液晶表示装置の製造、燃料電池の製造、太陽電池の製造、その他、各種電子部品や精密部品などの製造にも適応が可能であるし、酸化処理の他にも、例えば、窒化処理、酸窒化処理などにも適応させることができる。
【００５７】
また、プラズマ処理装置１として表面波プラズマを用いるものを例示したが、これに限定されるわけではない。例えば、並行平板型のプラズマ処理装置、誘導結合プラズマ処理装置などに処理制御手段９を備えるようにしたものであってもよい。ただし、前述したシリコン基板の酸化処理などの場合には、高密度プラズマを発生可能なものとすることが好ましい。
【００５８】
以上、本発明の実施の形態について説明をした。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。  
前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。  
例えば、プラズマ処理装置１が備える各要素の形状、寸法、材質、配置などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。  
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置を例示するための模式断面図である。
【図２】電荷透過制御部へ印加する電圧と被処理物表面に流れる電流との関係を例示するための模式グラフ図である。
【図３】比較例に係る酸化処理を例示するための模式グラフ図である。
【図４】パターンの疎密差が酸化速度に与える影響を例示するための模式図である。
【図５】電荷透過制御部に印加する電圧の極性を切り替える場合を例示するための模式グラフ図である。
【符号の説明】
【００６０】
１  プラズマ処理装置、２  処理チャンバ、３  透過窓、４  マイクロ波導波管、５  ステージ、６  処理空間、７  プラズマ発生空間、８  遮蔽体、９  処理制御手段、９ａ  電荷透過制御部、９ｂ  電源部、１０  排気管、１１  ガス供給管、１２  スロットアンテナ、Ｍ  マイクロ波、Ｐ  プラズマ、Ｗ  被処理物
【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５】
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