(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱状に構成され回転軸を中心として回転する回転電極と、
前記回転電極に高周波電圧を印加する高周波電源と、
前記回転電極の外周面に対向して配置された基板を、前記回転電極に対して前記回転軸が延びる方向と直角方向に走査させる走査手段とを設け、
９０％以上のヘリウムガスと、反応ガスとの混合ガスからなる、０．１〜１気圧の混合ガス雰囲気中で、
前記回転電極を高速に回転させて、前記回転電極と前記基板との間を横切る前記混合ガスの高速ガス流を形成するとともに、
前記高周波電源より前記回転電極に前記高周波電圧を印加して、前記混合ガスに基づく高密度プラズマを前記基板に対して局所的に発生し、
前記走査手段により、前記基板を一方向に走査させながら、前記基板の全面に対して、前記高密度プラズマと前記基板との間でプラズマ反応を行う高密度プラズマ反応方法であって、
前記走査手段による前記基板の走査速度ｖ（ｍｍ／ｓ）は、
ρ：前記基板の密度（ｇ／ｍｍ3）、
ｃ：前記基板の比熱（Ｊ／ｇ・Ｋ）、
Ｗ：前記高周波電源から前記回転電極に投入される電力（Ｗ）、
ｄｗ：前記基板の厚さ（ｍｍ）、
Ｗｐ：前記回転電極の回転軸方向の前記プラズマの長さ（ｍｍ）、
Ｔａｌ．：前記基板の許容温度（℃）、
Ｔｏ：前記基板の初期基板温度（℃）、
としたとき、
ｖ≧０．０１６／（ρ・ｃ）×Ｗ／（ｄｗ×Ｗｐ×（Ｔａｌ．−Ｔｏ））
で示される、前記電力Ｗ、及び前記許容温度Ｔａｌ．に応じた走査速度ｖとして与えられる、高密度プラズマ反応方法。
【請求項２】
円柱状に構成され回転軸を中心として回転する回転電極と、
前記回転電極に高周波電圧を印加する高周波電源と、
前記回転電極の外周面に対向して配置された基板を、前記回転電極に対して前記回転軸が延びる方向と直角方向に走査させる走査手段とを設け、
９０％以上のヘリウムガスと、反応ガスとの混合ガスからなる、０．１〜１気圧の混合ガス雰囲気中で、
前記回転電極を高速に回転させて、前記回転電極と前記基板との間を横切る前記混合ガスの高速ガス流を形成するとともに、
前記高周波電源より前記回転電極に前記高周波電圧を印加して、前記混合ガスに基づく高密度プラズマを前記基板に対して局所的に発生し、
前記走査手段により、前記基板を往復走査させながら、前記基板の全面に対して、前記高密度プラズマと前記基板との間でプラズマ反応を行う高密度プラズマ反応方法であって、
前記回転電極に対して前記基板を往復走査させる場合において、前記走査手段による前記基板の走査速度ｖ（ｍｍ／ｓ）は、
ρ：前記基板の密度（ｇ／ｍｍ3）、
ｃ：前記基板の比熱（Ｊ／ｇＫ）、
Ｗ：前記高周波電源から前記回転電極に投入される電力（Ｗ）、
ｄｗ：前記基板の厚さ（ｍｍ）、
Ｗｐ：前記回転電極の回転軸方向の前記プラズマの長さ（ｍｍ）、
Ｔａｌ．：前記基板の許容温度（℃）、
Ｔｏ：前記基板の初期基板温度（℃）、
としたとき、
ｖ≧２×０．０１６／（ρ・ｃ）×Ｗ／（ｄｗ×Ｗｐ×（Ｔａｌ．−Ｔｏ））
で示される、前記電力Ｗ、及び前記許容温度Ｔａｌ．に応じた走査速度ｖとして与えられる、高密度プラズマ反応方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン等の半導体、ガラス等の絶縁体の加工や成膜等のデバイス分野のプロセスに関し、特に高密度プラズマを用いて加工や成膜を行う高密度プラズマ反応方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
成膜、加工、表面処理などのプラズマ反応方法においては、プラズマ処理速度の高速化が要求されている。処理速度を高めるための手法としては、反応ガスに不活性ガスを加え、反応ガスと不活性ガスとの混合ガスの圧力を０．１〜１気圧の高圧力に設定し、高密度のプラズマを発生させる手法が知られている。ところが、前記混合ガスの圧力が高いとプラズマ処理を行う電極と基板とのギャップ部に、安定に混合ガスを供給することが困難になる。そこで、０．１気圧以上の高圧力下において、高能率なプラズマ反応を行う方法として、例えば、特開平９−３１６７０号公報および特開平１０−２２２７３号公報に開示されているような回転電極を用いる方法が発明されている。尚、前記公報では、回転電極を用いる加工方法について教示されているが、その基本思想は、成膜、表面処理までの如何なるプラズマ反応にも適用できるものである。
【０００３】
この回転電極を用いる方法は、反応ガスと不活性ガスからなる混合ガスの圧力を大気圧近傍の高圧力に設定し、前記混合ガス雰囲気で構成された反応容器内に配設した回転電極を高速に回転させて、回転電極表面で前記混合ガスを巻き込むことによって回転電極と基板との間を横切る前記混合ガス流を形成するとともに、回転電極に高周波電圧を印加して回転電極と基板間でプラズマを発生させ、混合ガス中の反応ガスに基づく中性ラジカルを生成する。この中性ラジカルの作用により、基板がプラズマ処理される。
【０００４】
なお、この方式では基板の一部のみが回転電極と対向し、その対向部分のみがプラズマ処理されるため、基板全面の処理を行うために、回転電極の回転軸に対して直角方向に基板を移動させる必要がある。
【０００５】
上記した方式では、回転電極を用いることにより、高圧力下においても回転電極と基板との間の非常に微小なギャップに十分なガスを供給することが可能となる。また、電極の回転による電極自身の冷却効果のため大電力を投入することが可能である。その結果、高圧力下で高密度のプラズマを発生する事が出来、非常に高速な基板の処理が可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の通り、特開平９−３１６７０号公報および特開平１０−２２２７３号公報に開示されているような回転電極を用いる方法は、基板の高速なプラズマ処理が可能であり、非常に有効な手法である。
【０００７】
しかしながら、回転電極を用いる方法では基板の一部のみが回転電極の先端部と対向し、高密度なプラズマを局所的に発生させるが故に、基板の温度が局所的にかなり上昇する。
【０００８】
そのため、大きな投入電力を印加して基板の高速処理を行う場合には、基板の温度が許容温度を超え、素子破壊や基板の熱変形等を引き起こすおそれがあった。
【０００９】
したがって、基板の温度上昇による、素子破壊や基板の熱変形等を抑えるために、投入電力が制限を受け、その結果、基板の処理速度向上を妨げていた。
【００１０】
なお、基板の温度を決める要因としては、プラズマから基板への熱移動、基板から雰囲気への放熱、基板内の熱伝導などが挙げられるが、これらを定量的に把握する事が困難であるため基板の温度を予測することは困難であった。
【００１１】
さらに、図１に示すように、回転電極の接線方向におけるプラズマの長さＬｐが基板の長さＬｗより小さいので、基板全面を処理するためには、走査手段を用いて基板を走査させる必要がある。
【００１２】
したがって、上記の基板の温度を決める要因の他に、走査による基板温度の時間的変化が加わるため、基板の温度を予測することをさらに困難にさせていた。
【００１３】
本発明の目的は、基板の温度が基板の許容温度を超えることなく、基板の高速な加工や成膜が可能な高密度プラズマ反応方法を提供する事にある。
【００１４】
本発明の他の目的は、基板の温度を予測することができる高密度プラズマ反応方法を提供する事にある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る高密度プラズマ反応方法は、円柱状に構成され回転軸を中心として回転する回転電極と、前記回転電極に高周波電圧を印加する高周波電源と、前記回転電極の外周面に対向して配置された基板を、前記回転電極に対して前記回転軸が延びる方向と直角方向に走査させる走査手段とを設け、９０％以上のヘリウムガスと、反応ガスとの混合ガスからなる、０．１〜１気圧の混合ガス雰囲気中で、前記回転電極を高速に回転させて、前記回転電極と前記基板との間を横切る前記混合ガスの高速ガス流を形成するとともに、前記高周波電源より前記回転電極に前記高周波電圧を印加して、前記混合ガスに基づく高密度プラズマを前記基板に対して局所的に発生し、前記走査手段により、前記基板を一方向に走査させながら、前記基板の全面に対して、前記高密度プラズマと前記基板との間でプラズマ反応を行う高密度プラズマ反応方法であって、前記走査手段による前記基板の走査速度ｖ（ｍｍ／ｓ）は、ρ：前記基板の密度（ｇ／ｍｍ3）、ｃ：前記基板の比熱（Ｊ／ｇ・Ｋ）、Ｗ：前記高周波電源から前記回転電極に投入される電力（Ｗ）、ｄｗ：前記基板の厚さ（ｍｍ）、Ｗｐ：前記回転電極の回転軸方向の前記プラズマの長さ（ｍｍ）、Ｔａｌ．：前記基板の許容温度（℃）、Ｔｏ：前記基板の初期基板温度（℃）、としたとき、ｖ≧０．０１６／（ρ・ｃ）×Ｗ／（ｄｗ×Ｗｐ×（Ｔａｌ．−Ｔｏ））で示される、前記電力Ｗ、及び前記許容温度Ｔａｌ．に応じた走査速度ｖとして与えられ、このことにより上記目的が達成される。
【００１６】
また、本発明に係る高密度プラズマ反応方法は、円柱状に構成され回転軸を中心として回転する回転電極と、前記回転電極に高周波電圧を印加する高周波電源と、前記回転電極の外周面に対向して配置された基板を、前記回転電極に対して前記回転軸が延びる方向と直角方向に走査させる走査手段とを設け、９０％以上のヘリウムガスと、反応ガスとの混合ガスからなる、０．１〜１気圧の混合ガス雰囲気中で、前記回転電極を高速に回転させて、前記回転電極と前記基板との間を横切る前記混合ガスの高速ガス流を形成するとともに、前記高周波電源より前記回転電極に前記高周波電圧を印加して、前記混合ガスに基づく高密度プラズマを前記基板に対して局所的に発生し、前記走査手段により、前記基板を往復走査させながら、前記基板の全面に対して、前記高密度プラズマと前記基板との間でプラズマ反応を行う高密度プラズマ反応方法であって、前記回転電極に対して前記基板を往復走査させる場合において、前記走査手段による前記基板の走査速度ｖ（ｍｍ／ｓ）は、ρ：前記基板の密度（ｇ／ｍｍ3）、ｃ：前記基板の比熱（Ｊ／ｇＫ）、Ｗ：前記高周波電源から前記回転電極に投入される電力（Ｗ）、ｄｗ：前記基板の厚さ（ｍｍ）、Ｗｐ：前記回転電極の回転軸方向の前記プラズマの長さ（ｍｍ）、Ｔａｌ．：前記基板の許容温度（℃）、Ｔｏ：前記基板の初期基板温度（℃）、としたとき、ｖ≧２×０．０１６／（ρ・ｃ）×Ｗ／（ｄｗ×Ｗｐ×（Ｔａｌ．−Ｔｏ））で示される、前記電力Ｗ、及び前記許容温度Ｔａｌ．に応じた走査速度ｖとして与えられる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１を参照して本実施の形態に係るプラズマ反応装置１００の構成および動作を説明する。
【００２２】
反応容器６内には反応ガスと不活性ガスとの混合ガスが密封もしくは循環されている。プラズマ反応における処理速度（成膜速度、加工速度など）の高速度化を図るため前記混合ガスの圧力は０．１〜１気圧程度とし、前記の高圧力下で安定にプラズマを発生させるため不活性ガスの濃度は９０％以上としている。不活性ガスにはヘリウム、ネオン、アルゴン等が用いられるが、放電の安定性の観点からヘリウムを用いることが望ましい。
【００２３】
反応ガスにはプラズマ反応の目的に応じたガスが用いられる。例えば、シリコン基板の加工を行う場合には六フッ化硫黄等のガス、基板上にシリコン薄膜を形成する場合にはシラン等のガスが用いられる。
【００２４】
反応容器６に設けられた回転電極１の回転によって回転電極１と基板２とのギャップＧに前記の混合ガスが導入される。回転電極１にマッチング装置４を介して高周波電源３から高周波電圧が供給されることにより、ギャップＧにおいて混合ガスに基づくプラズマＰを発生させ、プラズマ反応を基板２の表面で行う。
【００２５】
図示の様に、プラズマ長さＬｐは基板長さＬｗより小さいため、基板２を基板走査装置５により、一回の一方向走査または、一回または複数回の往復走査をすることにより、基板２の全面を処理する。
【００２６】
次に本実施の形態に基づく、回転電極方式における基板温度特性モデルについて説明する。
【００２７】
回転電極方式においては、回転電極１が周囲流体を引き連れながら高速に回転するため、回転電極１の近傍の空間熱伝達率が非常に大きい。この性質に基づき、本願発明者等は回転電極方式における基板２の温度上昇を簡単なモデルで近似し、このモデルに基づき、基板２の基板温度の低減手法を見いだし、本願発明に至った。
【００２８】
まず、基板２を静止させた状態で、回転電極１を用いて基板２を処理する場合を考えると、回転電極１の近傍空間の熱伝達率が非常に大きいため、熱移動は模式的には図２のように表現できる。すなわち、図２中ＤＨ方向への基板２内の熱伝導による熱流束は、ＤＶ方向への熱伝達による熱流束に比べて非常に小さい。
【００２９】
そこで、回転電極方式においては、プラズマからの熱移動によって、近似的にプラズマ対向部２Ａのみが加熱され、それ以外の部分２Ｂは加熱されていないものと見なし、次のようなモデルを考えた。
【００３０】
すなわち、試料である基板２を走査させる場合に、基板２上の一点に着目すれば、この点は単純にＯＮ／ＯＦＦを繰り返すようなタイミングで加熱、放熱を繰り返し、温度変化するものと考えた。
【００３１】
上記のモデルについて、図３から図５を参照して具体的に説明する。図３は走査による基板のプラズマ加熱領域の時間的変化の一例を示す模式図、図４は矢印Ａの位置における熱供給と温度の時間的変化を模式的に示した図、図５は矢印Ｂの位置における熱供給と温度の時間的変化を模式的に示した図である。
【００３２】
なお、図４および図５は、基板上のある一点が、プラズマと対向する期間には加熱され、それ以外の期間には加熱されないという、上記の考え方に基づく模式図である。又、これらの模式図では、基板２を往復走査させる場合の例を示している。
【００３３】
図３〜図５中のｖは基板走査装置５による基板２の走査速度（以下、「走査速度」と称す。）（ｍｍ／ｓ）を示す。基板２の走査条件を、例えば、走査長さＬｓ：２１５ｍｍ、基板長さＬｗ：２００ｍｍ、プラズマ長さＬｐ：１５ｍｍ、の場合を例に挙げる。
【００３４】
図３、図４および図５を参照して、上記の走査条件の場合には、図３中に矢印Ａで示す位置においては、時刻ｔ＝０から時刻ｔ＝２００／ｖ秒の間はプラズマＰと対向せず、時刻ｔ＝２００／ｖ秒から時刻ｔ＝２１５／ｖ秒までの間はプラズマＰと対向する。
【００３５】
時刻ｔ＝２１５／ｖ秒で折り返し、連続して時刻ｔ＝２１５／ｖ秒から時刻ｔ＝２３０／ｖ秒までの間はプラズマＰと対向する。その後、ｔ＝４３０／ｖ秒において、元の位置（ｔ＝０）に戻り、この間プラズマＰと対向しない。
【００３６】
図３中にＢで示す位置においては、時刻ｔ＝０から時刻ｔ＝１６０／ｖ秒までの間はプラズマＰと対向せず、時刻ｔ＝１６０／ｖ秒から時刻ｔ＝１７５／ｖ秒までの間はプラズマＰと対向し、時刻ｔ＝１７５／ｖ秒から時刻ｔ＝２１５／ｖ秒までの間はプラズマＰと対向しない。
【００３７】
時刻ｔ＝２１５／ｖ秒で折り返し、時刻ｔ＝２１５／ｖ秒から時刻ｔ＝２５５／ｖ秒までの間はプラズマＰ対向せず、時刻ｔ＝２５５／ｖ秒から時刻ｔ＝２７０／ｖ秒までの間はプラズマＰと対向する。その後、ｔ＝４３０／ｖ秒において、元の位置（ｔ＝０）に戻り、この間プラズマＰと対向しない。
【００３８】
複数回の往復走査を繰り返す場合は、プラズマ反応装置１００は４３０／ｖ秒おきに上記動作を繰り返す。したがって、矢印Ａに示すような基板端部付近の位置においては、走査の折り返しにより、連続的にプラズマと対向する時間ｔＡが、矢印Ｂに示す位置における連続的にプラズマと対向する時間ｔＢよりも長い。
【００３９】
したがって、基板２を往復走査させる場合には、矢印Ａの位置において、時刻ｔ＝２３０／ｖ秒における温度、すなわち、基板端部付近においてプラズマと対向し終わる瞬間がプロセスにおける最高温度ＴＡｍａｘとなる。矢印Ｂの位置においては時刻ｔ＝２７０／ｖ秒における温度がプロセスにおける最高温度ＴＢｍａｘとなる。矢印Ａの位置での最高温度ＴＡｍａｘは、矢印Ｂの位置での最高温度ＴＢｍａｘよりも高い。
【００４０】
図６は図１に示したプラズマ反応装置１００を用い、ｖ＝１０ｍｍ／ｓに設定し、実際に基板２のプラズマ処理を行った際に測定した基板２の基板温度の時間的変化を示す。図６は図３中の矢印Ａで示す位置に相当する、すなわち、基板２ａの端部における温度を示す。
【００４１】
図６を参照して基板温度はプラズマＰと対向する時にはほぼ直線的に上昇し、プラズマＰと対向しない時には指数的に下降していき、時間の経過とともにある一定温度に漸近する様子がわかる。このように、図６に示す基板温度の測定結果は図４で示すモデルと対応した結果となっており、図４で示すモデルが定性的に正しいことを確認した。
【００４２】
次に、上記モデルを定式化して説明する。上記モデルより、基板温度は端部付近で最大となるため、図３中のＡ点に着目して説明する。上記のモデルに基づけば、Ａ点がプラズマＰと対向している時の温度Ｔはプラズマと対向しはじめてからの時間をｔ（ｓ）として、下記のように表せる。
【００４３】
Ｔ＝Ｗ’／（ｈ・Ａ）×（ｌ−ｅｘｐ（−ｔ／ｔｓ））＋Ｔｏ
ここで、Ｗ’はＡ点がプラズマＰと対向するときに、プラズマＰより基板に供給される単位時間あたり熱量（以下、「プラズマ熱量」と称す。）（Ｗ）である。プラズマ熱量は、主に、プラズマ中の粒子が電界から得るエネルギと、プラズマ中の粒子間の衝突に起因し、プラズマ部で発生した熱量が熱輻射や熱伝達により基板に移動したものである。
【００４４】
ｈは熱伝達率（Ｗ／ｍｍ2／Ｋ）、ＡはプラズマＰの面積（ｍｍ2）（＝Ｌｐ×Ｗｐ）、ｔｓは時定数（ｓ）（＝（ｍ・ｃ）／（ｈ・Ａ）、ｍ：プラズマＰと対向している部分の基板質量（ｇ）、ｃ：基板の比熱（Ｊ／ｇ／Ｋ））、Ｔｏは初期の基板温度（℃）である。
【００４５】
上式を時間ｔで微分すると、
ｄＴ／ｄｔ＝Ｗ’／（ｈ・Ａ）×ｌ／ｔｓ×ｅｘｐ（−ｔ／ｔｓ）
ここでｔ≪ｔｓの場合には、
0003797827.tif 000002
よって、プラズマＰと対向し始めて、時定数ｔｓよりも十分短い時間ｔ秒経過後の基板２の温度Ｔは下記のように近似できる。
【００４６】
Ｔ＝Ｗ’／（ｍ・ｃ）×ｔ＋Ｔｏ
ここで、プラズマＰと対向する基板２の質量ｍは、
0003797827.tif 000003
となる。ここで、ρ：基板２の密度（ｇ／ｍｍ3）、Ｗｐ：回転軸方向のプラズマの長さ（以下「プラズマ幅」と称す。）（ｍｍ）、ｄｗ：基板厚さ（ｍｍ）である。したがって、
Ｔ＝Ｗ’／（ρ×Ｌｐ×Ｗｐ×ｄｗ）／ｃ×ｔ＋Ｔｏ
ここで、１方向の基板の移動により、Ａ点がプラズマＰと対向する時間はＬｐ／ｖ（ｓ）であり、これが時定数ｔｓに比べ小さいものとすると、１方向の移動による１回のプラズマ対向直後の位置における基板２の温度は下記のようになる。
【００４７】
Ｔ＝Ｗ’／（ρ×Ｌｐ×Ｗｐ×ｄｗ）／ｃ×Ｌｐ／ｖ＋Ｔｏ
Ｔ＝１／（ρ×ｄｗ×ｃ×ｖ）×（Ｗ’／Ｗｐ）＋Ｔｏ
ここで、Ａ点では走査の折り返しにより、２×Ｌｐ／ｖ秒間連続してプラズマＰと対向するため、プラズマＰと対向し終わる２×Ｌｐ／ｖ（ｓ）後に基板２の温度はプラズマ処理中で最も高くなる。したがって、基板２の最高温度Ｔｍａｘ．は下記のようになる。
【００４８】
Ｔｍａｘ＝２×１／（ρ×ｄｗ×ｃ×ｖ）×（Ｗ’／Ｗｐ）＋Ｔｏ・・・式（１）
ここで、プラズマ熱量Ｗ’は高周波電源３から回転電極１に投入される投入電力（以下、「投入電力」と称す。）Ｗ（Ｗ）に比例するものと考えられるから、
α＝Ｗ’／Ｗ
で与えられるような無次元パラメータαを導入し、これを用いて、式（１）を下記のように表現した。
【００４９】
Ｔｍａｘ＝２×α／（ρ・ｃ）×Ｗ／（ｄｗ×Ｗｐ×ｖ）＋Ｔｏ…式（２）
なお、Ａ点においてプラズマが連続に対向する時間（以下、プラズマ対向時間、と称す。）２×Ｌｐ／ｖが時定数ｔｓよりも大きくなる場合は基板温度が熱平衡温度に漸近するから、その温度は式（２）よりも低くなり、Ｔｍａｘ≦２×α／（ρ・ｃ）×Ｗ／（ｄｗ×Ｗｐ×ｖ）＋Ｔｏ…式（２）’で表される。
【００５０】
次に、上記のαを定量的に求める実験を行った。ここで、プラズマ熱量Ｗ’は前述したように、主にプラズマ中の粒子が電界から得るエネルギとプラズマ中の粒子間の衝突に起因する。ここで、プラズマ中の粒子が、電界から得るエネルギとは、投入電力Ｗに相当するものである。すなわち、Ｗ’を投入電力Ｗで規格化したものがαであるから、αは粒子間の衝突に起因する。本発明においては、０．１〜１気圧の高圧プラズマにおいて、プラズマ中のガスの主成分を不活性ガスとしているから、上記パラメータαを決定する因子は、主として上記高圧プラズマ中の不活性ガスの作用であると考えられる。すなわち、不活性ガスに基づくイオンやラジカル粒子の相互の衝突、および、不活性ガスに基づく粒子と、電子などの他の粒子との衝突であると考えられる。したがって、αは不活性ガスの種類に依存し、反応ガスの種類には依存しないものと考えられる。
【００５１】
そこで、不活性ガスとしてヘリウムを用い、反応ガスの一例として六フッ化硫黄を用いてシリコン基板の加工を行い、同時に基板２の基板温度を測定し、αを定量的に求めた。
【００５２】
図６は図１に示したプラズマ装置１００を用いて、投入電力Ｗ＝５０００Ｗ、プラズマ幅Ｗｐ＝１００ｍｍ、走査長さＬｓ＝２１５ｍｍ、基板長さＬｗ＝２００ｍｍ、プラズマ長さＬｐ＝１５ｍｍ、走査速度１０ｍｍ／ｓｅｃ、ヘリウム９９％、六フッ化硫黄１％の混合ガスを用い、大気圧雰囲気下で基板２の加工を行った際に測定した基板２の基板温度の時間的変化を示す。前述したように、図６は基板端部における温度を示す。
【００５３】
図示の様に本測定においては、プラズマ対向時間２×Ｌｐ／ｖが時定数ｔｓに比べて小さいため、最高温度Ｔｍａｘは、式（２）の様に表現でき、この測定結果より、α／（ρ・ｃ）＝１０（Ｋ・ｍｍ3／Ｊ）が求められた。
【００５４】
ここで、シリコンの密度：２．３×１０-3ｇ／ｍｍ3、比熱：０．７０Ｊ／（ｇ・ｋ）であるから、α＝０．０１６が求められる。
【００５５】
さらに、図７に、ヘリウム９８．５％、六フッ化硫黄１．５％の混合ガスを用い、基板２の加工を行った際に測定した基板２の基板温度の時間的変化を示す。他の条件は図６の条件と同じである。本測定においても、温度上昇量は図６と同じであり、したがって本測定結果より得られるαも０．０１６である。
【００５６】
すなわち、図６と図７とを比較し、六フッ化硫黄の量は１％から１．５％と５０％増加しているのに対し、基板の温度上昇は変化していない。これは、プラズマ中のガスの大半がヘリウムであることに起因しており、プラズマ熱量Ｗ’およびαを決定する因子が主にヘリウムガスに基づくイオンやラジカル粒子の相互の衝突、および、ヘリウムガスに基づく粒子と電子などの他の粒子との衝突であることを裏付ける１つの結果である。したがって、式（２）より、基板端部における温度が基板２の許容温度Ｔａｌ．（℃）を越えないためには、
ｖ≧２×０．０１６／（ρ・ｃ）×Ｗ／（ｄｗ×Ｗｐ×（Ｔａｌ．−Ｔｏ））…式（３）
という関係を満足するように走査速度ｖを定めればよい。尚、（３）式はプラズマ対向時間２×Ｌｐ／ｖが時定数ｔｓよりも小さい場合に、基板温度がその許容温度を超えない様な走査速度を与えるものであるが、少なくともこの条件を満たしていれば、プラズマ対向時間２×Ｌｐ／ｖが時定数ｔｓより大きい場合にも適用可能である。なぜなら、プラズマ対向時間２×Ｌｐ／ｖが時定数ｔｓよりも大きい場合の基板の最高温度は式（２）’の様に表現されるからである。
例えば、シリコン基板を用い、投入電力Ｗ：５０００Ｗ、
プラズマ幅Ｗｐ：１００ｍｍ、
基板厚さｄｗ：０．６２５ｍｍ
で基板を往復走査する場合には、走査速度ｖは９ｍｍ／ｓ以上であれば基板２の最高温度上昇は１７０℃以下となる。
【００５７】
なお、上記では基板２が往復移動し、その端部（Ａ点）における温度を式（２）にて表現したが、一方向のみに基板が移動する場合には前記した折り返しの影響があらわれないため、基板２のいずれの位置においても最高温度はほぼ同じであり、
Ｔｍａｘ＝α／（ρ・ｃ）×Ｗ／（ｄｗ×Ｗｐ×ｖ）＋Ｔｏ…式（４）
で表される。したがって、一方向のみに基板が移動する場合には、基板２が許容温度Ｔａｌ．を超えないための走査速度は、
ｖ≧０．０１６／（ρ・ｃ）×Ｗ／（ｄｗ×Ｗｐ×（Ｔａｌ．−Ｔｏ））…式（５）となる。
【００５８】
基板許容温度Ｔａｌ．はデバイスによって決まる数値であり、例えば、保護シート付きのＩＣウェハを加工する場合は２００℃程度、アモルファスシリコン膜を成膜する場合には、３５０℃以上になると欠陥密度が急激に増加するため、３５０℃程度となる。
【００５９】
また、走査長さＬｓを、基板長さＬｗとプラズマ長さＬｐの和より大きくする、すなわち、
Ｌｓ＞Ｌｗ＋Ｌｐ
とすると、図８に模式的に示したように、往復走査する場合の基板端部付近においても、プラズマＰと連続的に対向せず、放熱する期間ｔ１が存在するため、基板２の最高温度ＴＡ１ｍａｘは、Ｌｓ≦Ｌｗ＋Ｌｐとした場合の基板２の最高温度ＴＡｍａｘよりも低くなる。
【００６０】
Ｌｓ＞Ｌｗ＋Ｌｐとした場合には、式（３）に示した走行速度以下の走査速度であっても、基板許容温度以下で基板２を処理することが可能である。
【００６１】
なお、本実施の形態では基板の長さなどに具体的な数値を挙げたが、この数値に限定されるものではない。
【００６２】
以上のように本実施の形態によれば、基板温度の基板許容温度Ｔａｌ．を超えないような走査速度ｖにより、基板を加工することができる高密度プラズマ反応方法を提供することができる。
【００６３】
また、本実施の形態によれば、基板２の最高温度を下げることができる高密度プラズマ反応方法を提供することができる。
【００６４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、基板の温度が基板の許容温度を超えることなく、基板の高速な加工が可能な高密度プラズマ反応方法を提供する事ができる。
【００６５】
さらに本発明によれば、基板の温度を予測することができる高密度プラズマ反応方法を提供する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係るプラズマ反応装置の構成図である。
【図２】放電空間から基板への熱移動を表す模式図である。
【図３】本実施の形態に係る基板のプラズマ加工領域の時間的変化の一例を示す模式図である。
【図４】図３の矢印Ａの位置における熱供給量と基板の温度変化を示すグラフである。
（ａ）熱供給量を示すグラフである。
（ｂ）基板の温度変化を示すグラフである。
【図５】図３の矢印Ｂの位置における熱供給量と基板の温度変化を示すグラフである。
（ａ）熱供給量を示すグラフである。
（ｂ）基板の温度変化を示すグラフである。
【図６】本実施の形態に係るプラズマ反応装置を用いて基板の加工を行った場合に測定した基板温度の時間的変化の測定結果を示すグラフである。基板：シリコン基板。投入電力：５０００Ｗ。プラズマ幅：１００ｍｍ。走査長さ：２１５ｍｍ。基板長さ：２００ｍｍ。プラズマ長さ：１５ｍｍ。走査速度：１０ｍｍ／ｓ。ガス：ヘリウム９９％、六フッ化硫黄１％。圧力：大気圧。
【図７】本実施の形態に係るプラズマ反応装置を用いて基板の加工を行った場合に測定した基板温度の時間的変化の測定結果を示すグラフである。基板：シリコン基板。投入電力：５０００Ｗ。プラズマ幅：１００ｍｍ。走査長さ：２１５ｍｍ。基板長さ：２００ｍｍ。プラズマ長さ：１５ｍｍ。走査速度：１０ｍｍ／ｓ。ガス：ヘリウム９８．５％、六フッ化硫黄１．５％。圧力：大気圧。
【図８】本実施の形態に係るプラズマ反応装置を用いて、走査長さＬｓを基板長さＬｗとプラズマ長さＬｐとの和よりも大きくした場合の、図３の矢印Ａの位置における熱供給量と基板の温度変化を示すグラフである。
（ａ）熱供給量を示すグラフである。
（ｂ）基板の温度変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１  回転電極
２  基板
３  高周波電源
４  マッチング装置
５  基板走査装置
Ｐ  プラズマ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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