JP2003142471A - Plasma treatment apparatus and method of manufacturing constitutional body - Google Patents

Plasma treatment apparatus and method of manufacturing constitutional body

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JP2003142471A
JP2003142471A JP2001336572A JP2001336572A JP2003142471A JP 2003142471 A JP2003142471 A JP 2003142471A JP 2001336572 A JP2001336572 A JP 2001336572A JP 2001336572 A JP2001336572 A JP 2001336572A JP 2003142471 A JP2003142471 A JP 2003142471A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma treatment apparatus which can control radiation damage by reducing the amount of radiation of a microwave to a substrate even in an initial condition of discharge. SOLUTION: The plasma treatment apparatus which performs plasma treatment by evacuating an almost cylindrical plasma treatment chamber 101 with an evacuation means 106, introducing the microwave into the plasma treatment chamber 101 via a microwave waveguide 108, and generating plasma in the plasma treatment chamber 101. In this plasma treatment apparatus, the microwave conversion distance between the surface of a plasma treated object 102 and the microwave waveguide 108 is set almost to quarter of add numbers of an natural wavelength. Moreover, the microwave is introduced into the plasma treatment chamber 101 via a dielectric material window 107. The microwave conversion thickness of the dielectric material window 107 is equal to the value obtained by multiplying the actual thickness of the dielectric material window 107 with a square root value of the specific dielectric constant of the dielectric material window 107 at the frequency of the microwave introduced.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波を用い
てプラズマを発生させて処理を行うプラズマ処理装置及
び構造体の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing apparatus and a method for manufacturing a structure, in which plasma is generated by using microwaves for processing.

【0002】[0002]

【従来の技術】マイクロ波をプラズマ生起用の励起源と
して使用するプラズマ処理装置としては、光学部品、L
SI、フラットパネルディスプレイ、マイクロメカニク
スなどの構造体の製造工程などに用いられる、CVD装
置、エッチング装置、アッシング装置等が知られてい
る。
2. Description of the Related Art As a plasma processing apparatus using microwaves as an excitation source for generating plasma, an optical component, L
A CVD apparatus, an etching apparatus, an ashing apparatus, etc., which are used in manufacturing processes of structures such as SI, flat panel displays, and micromechanics are known.

【0003】こうしたいわゆるマイクロ波プラズマCV
D装置を使用するCVDは例えば次のように行われる。
即ち、マイクロ波プラズマCVD装置のプラズマ発生室
及び成膜室内にプラズマ発生用のガスを導入し、同時に
マイクロ波エネルギーを投入してプラズマ発生室内にプ
ラズマを発生させガスを励起、分解して、成膜室内に配
された被処理体上に堆積膜を形成する。
Such so-called microwave plasma CV
The CVD using the D apparatus is performed as follows, for example.
That is, a gas for plasma generation is introduced into the plasma generation chamber and the film formation chamber of the microwave plasma CVD apparatus, and at the same time, microwave energy is input to generate plasma in the plasma generation chamber to excite and decompose the gas, thereby forming the gas. A deposited film is formed on the object to be processed arranged in the film chamber.

【0004】また、いわゆるマイクロ波プラズマエッチ
ング装置を使用する被処理体のエッチング処理は、例え
ば次のようにして行われる。即ち、該装置の処理室内に
エッチャントガスを導入し、同時にマイクロ波エネルギ
ーを投入して該エッチャントガスを励起、分解して該処
理室内にプラズマを発生させ、これにより該処理室内に
配された被処理体の表面をエッチングする。
Further, the etching process of the object to be processed using a so-called microwave plasma etching apparatus is performed as follows, for example. That is, an etchant gas is introduced into the processing chamber of the apparatus, and at the same time, microwave energy is input to excite and decompose the etchant gas to generate plasma in the processing chamber. The surface of the processing body is etched.

【0005】また、いわゆるマイクロ波プラズマアッシ
ング装置を使用する被処理体のアッシング処理は、例え
ば次のようにして行われる。即ち、該装置の処理室内に
アッシングガスを導入し、同時にマイクロ波エネルギー
を投入して該アッシングガスを励起、分解して該処理室
内にプラズマを発生させ、これにより該処理室内に配さ
れた被処理体の表面をアッシングする。
Further, the ashing process of the object to be processed using the so-called microwave plasma ashing device is performed as follows, for example. That is, ashing gas is introduced into the processing chamber of the apparatus, and at the same time, microwave energy is input to excite and decompose the ashing gas to generate plasma in the processing chamber. Ashing the surface of the processing body.

【0006】マイクロ波を用いてプラズマを発生させる
プラズマ処理装置においては、ガスの励起源としてマイ
クロ波を使用することから、電子を高い周波数をもつ電
界により加速でき、ガス分子を効率的に電離、励起させ
ることができる。それゆえ、マイクロ波を用いたプラズ
マ処理装置では、ガスの電離効率、励起効率及び分解効
率が高く、高密度のプラズマを比較的容易に形成し得
る、低温で高速に高品質処理できるといった利点を有す
る。
In a plasma processing apparatus for generating plasma using microwaves, since microwaves are used as a gas excitation source, electrons can be accelerated by an electric field having a high frequency, and gas molecules can be efficiently ionized, Can be excited. Therefore, the plasma processing apparatus using microwaves has the advantages of high ionization efficiency, excitation efficiency and decomposition efficiency of gas, relatively high density plasma formation, and high-speed processing at low temperature. Have.

【0007】また、マイクロ波が誘電体を透過する性質
を有することから、プラズマ処理装置を無電極放電タイ
プのものとして構成でき、これがゆえに高清浄なプラズ
マ処理を行い得るという利点もある。
Further, since the microwave has a property of transmitting the dielectric, the plasma processing apparatus can be constructed as an electrodeless discharge type, which has an advantage that a highly clean plasma processing can be performed.

【0008】こうしたマイクロ波プラズマ処理装置の更
なる高速化のために、電子サイクロトロン共鳴(EC
R)を利用したプラズマ処理装置も実用化されてきてい
る。ECRは、磁束密度が87.5mTの場合、磁力線
の周りを電子が回転する電子サイクロトロン周波数が、
マイクロ波の一般的な周波数2.45GHzと一致し、
電子がマイクロ波を共鳴的に吸収して加速され、高密度
プラズマが発生する現象である。
In order to further increase the speed of such a microwave plasma processing apparatus, electron cyclotron resonance (EC
A plasma processing apparatus utilizing R) has also been put into practical use. When the magnetic flux density is 87.5 mT, the ECR shows that the electron cyclotron frequency at which electrons rotate around the lines of magnetic force is
It matches the general frequency of microwaves of 2.45 GHz,
This is a phenomenon in which electrons are resonantly absorbed by microwaves and accelerated, and high-density plasma is generated.

【0009】これとは別に、マイクロ波プラズマ処理装
置の例として、近年、マイクロ波を均一かつ効率的に導
入する装置として複数のスロットが形成された無終端環
状導波管を用いた装置が提案されている(特開平5−3
45982号公報,特開平10−233295号公
報)。このマイクロ波プラズマ処理装置を図5(a)
に、そのプラズマ発生機構を図5(b)に示す。901
はプラズマ処理室、902は被処理体、903は被処理
体902の支持体、904は基板温度調整手段、905
はプラズマ処理室901の周辺に設けられたプラズマ処
理用ガス導入手段、906は排気、907はプラズマ処
理室901を大気側と分離する平板状誘電体窓、908
はマイクロ波を誘電体窓907を通してプラズマ処理室
901に導入するためのスロット付無終端環状導波管、
911はマイクロ波を左右に分配するE分岐、912は
無終端環状導波管908内部で生じる定在波、913は
スロット、914は誘電体窓907表面を伝搬する表面
波、915は隣接するスロットから導入された表面波同
士の干渉により生じる表面定在波、916は表面定在波
915により生成した表面プラズマ、917は表面プラ
ズマ916の拡散により生成したバルクプラズマであ
る。
Separately from this, as an example of a microwave plasma processing apparatus, in recent years, an apparatus using an endless annular waveguide having a plurality of slots formed therein has been proposed as an apparatus for uniformly and efficiently introducing microwaves. (Japanese Patent Laid-Open No. 5-3
45982, JP-A-10-233295). This microwave plasma processing apparatus is shown in FIG.
FIG. 5B shows the plasma generating mechanism. 901
Is a plasma processing chamber, 902 is an object to be processed, 903 is a support for the object to be processed 902, 904 is substrate temperature adjusting means, and 905.
Is a plasma processing gas introduction means provided around the plasma processing chamber 901, 906 is exhaust gas, 907 is a flat dielectric window for separating the plasma processing chamber 901 from the atmosphere side, 908.
Is a slotted endless annular waveguide for introducing microwaves into the plasma processing chamber 901 through the dielectric window 907,
911 is an E branch that splits the microwave into left and right, 912 is a standing wave generated inside the endless annular waveguide 908, 913 is a slot, 914 is a surface wave propagating on the surface of the dielectric window 907, and 915 is an adjacent slot. Is a surface standing wave generated by the interference of the surface waves introduced from each other, 916 is a surface plasma generated by the surface standing wave 915, and 917 is a bulk plasma generated by the diffusion of the surface plasma 916.

【0010】上記の装置を用いたプラズマ処理は以下の
ようにして行う。排気系(不図示)を介してプラズマ処
理室901内を真空排気する。続いて処理用ガスをプラ
ズマ処理室901の周辺に設けられたガス導入手段90
5を介して所定の流量でプラズマ処理室901内に導入
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、プラズマ処理室901内
を所定の圧力に保持する。マイクロ波電源(不図示)よ
り所望の電力を無終端環状導波管908を介してプラズ
マ処理室901内に供給する。この際、無終端環状導波
管908内に導入されたマイクロ波は、E分岐911で
左右に2分配され、自由空間よりも長い管内波長をもっ
て伝搬する。分配されたマイクロ波同士が干渉し、管内
波長の1/2ごとに定在波の“腹”を生じる。
Plasma processing using the above apparatus is performed as follows. The inside of the plasma processing chamber 901 is evacuated through an exhaust system (not shown). Subsequently, a processing gas is introduced into the plasma processing chamber 901 by a gas introduction means 90 provided around
5 is introduced into the plasma processing chamber 901 at a predetermined flow rate. Next, a conductance valve (not shown) provided in the exhaust system (not shown) is adjusted to maintain the inside of the plasma processing chamber 901 at a predetermined pressure. A desired power is supplied from a microwave power source (not shown) into the plasma processing chamber 901 through the endless annular waveguide 908. At this time, the microwave introduced into the endless annular waveguide 908 is divided into two parts on the left and right by the E branch 911, and propagates with a guide wavelength longer than the free space. The distributed microwaves interfere with each other to generate "antinodes" of standing waves for each 1/2 of the in-tube wavelength.

【0011】表面電流を横切るように設けられたスロッ
ト913を介し誘電体窓907を透過してプラズマ処理
室901に導入されたマイクロ波によりスロット913
近傍に初期高密度プラズマが発生する。この状態で、誘
電体窓907と初期高密度プラズマの界面に入射したマ
イクロ波は、初期高密度プラズマ中を伝搬できず、誘電
体窓907と初期高密度プラズマとの界面を表面波91
4として伝搬する。
A slot 913 is formed by a microwave that is transmitted through the dielectric window 907 and introduced into the plasma processing chamber 901 through the slot 913 provided so as to cross the surface current.
Initial high-density plasma is generated in the vicinity. In this state, the microwave incident on the interface between the dielectric window 907 and the initial high-density plasma cannot propagate in the initial high-density plasma, and the surface wave 91 is generated on the interface between the dielectric window 907 and the initial high-density plasma.
Propagate as 4.

【0012】隣接するスロットから導入された表面波9
14同士が相互干渉し、表面波914の波長の1/2ご
とに“腹”を有する表面定在波915を生じる。この表
面定在波915によって表面プラズマ916が生成され
る。さらに表面プラズマ916の拡散によりバルクプラ
ズマ917が生成する。処理用ガスは発生した表面波干
渉プラズマにより励起され、支持体903上に固定され
て置かれた被処理体902の表面を処理する。
Surface waves 9 introduced from adjacent slots
14 interfere with each other to generate a surface standing wave 915 having an “antinode” for each half of the wavelength of the surface wave 914. Surface plasma 916 is generated by this surface standing wave 915. Further, bulk plasma 917 is generated by diffusion of surface plasma 916. The processing gas is excited by the generated surface wave interference plasma and processes the surface of the object 902 to be processed which is fixedly placed on the support 903.

【0013】このようなマイクロ波プラズマ処理装置を
用いることにより、マイクロ波パワー1kW以上で、直
径300mm程度の大口径空間に±3%以内の均一性を
もって、電子密度1012cm-3以上、電子温度3eV以
下、プラズマ電位15V以下の高密度低電位プラズマが
発生できるので、ガスを充分に反応させ活性な状態で被
処理体に供給でき、かつ入射イオンによる基板表面ダメ
ージも低減するので、低温でも高品質で均一かつ高速な
処理が可能になる。
By using such a microwave plasma processing apparatus, with a microwave power of 1 kW or more, an electron density of 10 12 cm -3 or more, an electron density of 10 12 cm -3 or more can be obtained in a large diameter space of about 300 mm with uniformity. Since a high-density low-potential plasma having a temperature of 3 eV or less and a plasma potential of 15 V or less can be generated, a gas can be sufficiently reacted to be supplied to an object to be processed in an active state, and substrate surface damage due to incident ions can be reduced. High quality, uniform and high speed processing becomes possible.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たようなマイクロ波プラズマ処理装置を用いてプラズマ
処理を行った場合、カットオフ密度以上のプラズマを生
成してしまえばマイクロ波の被処理体方向への伝播が抑
制されるが、放電初期の未発生時及び低密度時には被処
理体にマイクロ波が伝播してしまいマイクロ波の照射に
よる損傷が発生する場合がある。
However, when plasma processing is performed using the microwave plasma processing apparatus as described above, if plasma having a cutoff density or higher is generated, the microwave processing object is directed toward the processing object. However, the microwave may propagate to the object to be processed when the discharge is not generated and the density is low at the initial stage of the discharge, and damage may occur due to the irradiation of the microwave.

【0015】本発明は上記の点に鑑みてされたものであ
り、放電初期においても、基板へのマイクロ波照射を低
減し照射損傷を抑制できるプラズマ処理装置を提供する
ことを目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of reducing microwave irradiation to a substrate and suppressing irradiation damage even at the initial stage of discharge.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、本発明は、マイクロ波導波管を介してプラズマ処
理室内にマイクロ波を導入し、前記プラズマ処理室内で
プラズマを発生させプラズマ処理を行うプラズマ処理装
置において、プラズマ処理される被処理体表面と前記マ
イクロ波導波管とのマイクロ波換算距離が自然波長の略
4分の奇数倍であることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention is directed to plasma treatment by introducing microwaves into a plasma treatment chamber through a microwave waveguide and generating plasma in the plasma treatment chamber. In the plasma processing apparatus for performing the above, the microwave-converted distance between the surface of the object to be plasma-processed and the microwave waveguide is an odd multiple of about ¼ of the natural wavelength.

【0017】また、本発明は、排気手段により略円筒形
状のプラズマ処理室を排気し、マイクロ波導入管を介し
て前記プラズマ処理室内にマイクロ波を導入し、前記プ
ラズマ処理室内でプラズマを発生させるプラズマ処理装
置において、プラズマ処理される被処理体表面からマイ
クロ波換算距離でマイクロ波自然波長の略4分の奇数倍
の位置に、前記被処理体表面で反射されたマイクロ波を
反射するマイクロ波反射手段を備えることを特徴とす
る。
Further, according to the present invention, the substantially cylindrical plasma processing chamber is evacuated by the exhaust means, the microwave is introduced into the plasma processing chamber through the microwave introducing pipe, and the plasma is generated in the plasma processing chamber. In the plasma processing apparatus, a microwave that reflects the microwave reflected on the surface of the object to be processed at a position that is an odd multiple of a quarter of the natural wavelength of the microwave at a microwave conversion distance from the surface of the object to be processed by plasma. It is characterized by comprising a reflecting means.

【0018】更に、本発明は、高周波供給器を介して前
記プラズマ処理室内に高周波を導入し、前記プラズマ処
理室内でプラズマを発生させるプラズマ処理装置におい
て、前記高周波供給器に形成された高周波放出用のスロ
ットを介してプラズマを検出するためのプラズマ検出素
子を有することを特徴とする。そして、前記スロットは
被処理体の被処理面と平行になるように配されたスロッ
ト板に設けられているとよく、又、プラズマ検出素子の
検出結果に基づいてマイクロ波の供給を停止する制御装
置を更に有するとよい。
Further, according to the present invention, in a plasma processing apparatus for introducing a high frequency wave into the plasma processing chamber through a high frequency supply device to generate plasma in the plasma processing chamber, the high frequency emission device for high frequency emission is formed. It is characterized by having a plasma detection element for detecting plasma through the slot. The slot is preferably provided on a slot plate arranged in parallel with the surface to be processed of the object to be processed, and control for stopping the supply of microwaves based on the detection result of the plasma detection element is performed. It is preferable to further include a device.

【0019】加えて、本発明は、構造体が形成されるべ
き基板の表面をプラズマ処理する工程を有する構造体の
製造方法において、上述したプラズマ処理装置を用いて
前記プラズマ処理を行うことを特徴とする。
In addition, the present invention is a method of manufacturing a structure having a step of plasma-treating a surface of a substrate on which the structure is to be formed, wherein the plasma treatment is performed by using the plasma treatment apparatus described above. And

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、図1を用いて本発明の基本
的な考え方について説明する。101は内壁が略円筒形
状のプラズマ処理室、102は被処理体、103は被処
理体102の支持体、104は基板温度調整手段、10
5はプラズマ処理室101の周辺に設けられたプラズマ
処理用ガス導入手段、106は排気、107はプラズマ
処理室101を大気側と分離する誘電体窓、108は高
周波としてのマイクロ波を誘電体窓107を通してプラ
ズマ処理室101に導入するための高周波供給器として
のスロット付無終端環状導波管、109はマイクロ波反
射手段としてのマイクロ波反射部材、111はマイクロ
波を左右に分配するE分岐、112は無終端環状導波管
108内部に生じる定在波、113はスロット、114
はスロット113を介し誘電体窓107表面を伝播する
表面波、115は隣接するスロット113から導入され
た表面波114同士の干渉により生じる表面定在波、1
16は表面定在波115により生じる表面プラズマ、1
17は表面プラズマの拡散によって生じるバルクプラズ
マである。121は任意のスロット113の上方に設け
られた受光素子などを含むプラズマ検出素子であり、検
出光透過性の誘電体窓107、スロット113及び無終
端環状導波管108を構成する導電性上部壁に形成され
た貫通孔を介してプラズマ光をモニタする。検出素子1
21は不図示の制御装置に接続されており、プラズマを
その場観測することによって処理状態を制御することが
できる。例えば、検出素子121は、プラズマ非発生な
どの誤動作を検知する誤動作検知モニターや、プラズマ
処理を適切に終了させるためのエンドポイントモニター
として用いることができる。マイクロ波反射部材109
は、被処理体支持体103上面と無終端環状導波管10
8下面(即ち、スロット113が形成された導電性スロ
ット板120の下面)とのマイクロ波換算間隔をマイク
ロ波自然波長の4分の奇数倍にする場合には、使用しな
くても良い。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The basic concept of the present invention will be described below with reference to FIG. Reference numeral 101 denotes a plasma processing chamber whose inner wall has a substantially cylindrical shape, 102 denotes an object to be processed, 103 denotes a support for the object to be processed 102, 104 denotes substrate temperature adjusting means,
Reference numeral 5 is a plasma processing gas introduction means provided around the plasma processing chamber 101, 106 is an exhaust gas, 107 is a dielectric window for separating the plasma processing chamber 101 from the atmosphere side, and 108 is a dielectric window for microwaves of high frequency. An endless annular waveguide with a slot as a high-frequency feeder for introduction into the plasma processing chamber 101 through 107, a microwave reflecting member as a microwave reflecting means, 111 an E branch for dividing the microwave into left and right, 112 is a standing wave generated inside the endless annular waveguide 108, 113 is a slot, 114
Is a surface wave propagating on the surface of the dielectric window 107 through the slot 113, 115 is a surface standing wave generated by interference between surface waves 114 introduced from the adjacent slots 113, 1
16 is a surface plasma generated by the surface standing wave 115,
Reference numeral 17 is a bulk plasma generated by diffusion of surface plasma. Reference numeral 121 is a plasma detection element including a light receiving element and the like provided above an arbitrary slot 113, and a conductive upper wall constituting the detection light transmitting dielectric window 107, the slot 113 and the endless annular waveguide 108. Plasma light is monitored through a through hole formed in the. Detection element 1
Reference numeral 21 is connected to a control device (not shown), and the processing state can be controlled by observing the plasma in situ. For example, the detection element 121 can be used as a malfunction detection monitor that detects malfunction such as non-generation of plasma, or an endpoint monitor for appropriately ending plasma processing. Microwave reflection member 109
Is the upper surface of the object support 103 and the endless annular waveguide 10.
8 When the microwave conversion interval with the lower surface (that is, the lower surface of the conductive slot plate 120 in which the slot 113 is formed) is set to an odd multiple of ¼ of the natural wavelength of the microwave, it may not be used.

【0021】プラズマ処理は以下のようにして行う。排
気系(不図示)を介してプラズマ処理室101内を真空
排気する。続いて処理用ガスをプラズマ処理室101の
周辺に設けられたガス導入手段105を介して所定の流
量でプラズマ処理室101内に導入する。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、プラズマ処理室101内を所定の圧力に
保持する。マイクロ波電源(不図示)より所望の電力を
無終端環状導波管108を介してプラズマ処理室101
内に供給する。この際、無終端環状導波管108内に導
入されたマイクロ波は、E分岐111で左右に分配さ
れ、自由空間よりも長い管内波長をもって伝搬する。分
配されたマイクロ波同士が干渉し、管内波長の約1/2
ごとに“腹”を有する定在波112を生じる。表面電流
を横切るように設けられたスロット113を介し誘電体
窓107を透過してプラズマ処理室101にマイクロ波
が導入される。
The plasma treatment is performed as follows. The inside of the plasma processing chamber 101 is evacuated via an exhaust system (not shown). Subsequently, the processing gas is introduced into the plasma processing chamber 101 at a predetermined flow rate through the gas introduction means 105 provided around the plasma processing chamber 101. Next, a conductance valve (not shown) provided in the exhaust system (not shown) is adjusted to maintain the inside of the plasma processing chamber 101 at a predetermined pressure. A desired power from a microwave power source (not shown) is passed through the endless annular waveguide 108 to the plasma processing chamber 101.
Supply in. At this time, the microwaves introduced into the endless annular waveguide 108 are distributed to the left and right by the E branch 111, and propagate with a guide wavelength longer than the free space. The distributed microwaves interfere with each other, resulting in about 1/2 of the guide wavelength.
Each produces a standing wave 112 having an "antinode". Microwaves are introduced into the plasma processing chamber 101 through the dielectric window 107 through the slot 113 provided so as to cross the surface current.

【0022】この時、カットオフ密度以上のプラズマが
発生するまでは、被処理体102方向にマイクロ波が伝
播するが、被処理体支持体103上面と無終端環状導波
管108下面とのマイクロ波換算間隔をマイクロ波自然
波長の約4分の奇数倍にするか、被処理体支持体表面1
03からマイクロ波自然波長の約4分の奇数倍の位置に
被処理体支持体103方向にマイクロ波を反射するマイ
クロ波反射手段109を形成していれば、被処理体10
2方向に向かうものと被処理体102で反射されたもの
とで干渉し弱め合って、被処理体支持体103直上での
定在波の励起を抑制できる。それにより、被処理体10
2へのマイクロ波の照射を低減することができる。
At this time, the microwave propagates in the direction of the object 102 to be processed until the plasma having the cut-off density or higher is generated, but the microwave between the upper surface of the object support 103 and the lower surface of the endless annular waveguide 108 is maintained. Set the wave conversion interval to an odd multiple of about 4 minutes of the microwave natural wavelength, or
If the microwave reflecting means 109 for reflecting microwaves toward the object support 103 is formed at a position at an odd multiple of 3/4 from the natural wavelength of the microwave, the object to be processed 10
It is possible to suppress the excitation of the standing wave right above the support 103 of the object to be processed, by weakening and interfering with each other in the two directions and the one reflected by the object to be processed 102. Thereby, the object to be processed 10
It is possible to reduce the irradiation of microwaves on the second.

【0023】プラズマ処理室101に導入されたマイク
ロ波によりスロット113近傍に初期高密度プラズマが
発生する。この状態で、誘電体窓107と初期高密度プ
ラズマの界面に入射したマイクロ波は、初期高密度プラ
ズマ中は伝搬できず、誘電体窓107と初期高密度プラ
ズマとの界面を表面波114として伝搬する。
The microwave introduced into the plasma processing chamber 101 generates initial high density plasma in the vicinity of the slot 113. In this state, the microwave incident on the interface between the dielectric window 107 and the initial high-density plasma cannot propagate in the initial high-density plasma, and propagates on the interface between the dielectric window 107 and the initial high-density plasma as a surface wave 114. To do.

【0024】隣接するスロットから導入された表面波1
14同士が相互干渉し、表面波114の波長の約1/2
ごとに“腹”を有する表面定在波115を生じる。この
表面定在波115によって表面プラズマ116が生成さ
れる。さらに表面プラズマ116の拡散によりバルクプ
ラズマ117が生成される。処理用ガスは発生した表面
波干渉プラズマにより励起され、支持体103上に固定
して置かれた被処理体102の表面を処理する。
Surface wave 1 introduced from an adjacent slot
14 interfere with each other, and are about 1/2 of the wavelength of the surface wave 114.
Each produces a surface standing wave 115 having an "antinode". A surface plasma 116 is generated by the surface standing wave 115. Further, bulk plasma 117 is generated by diffusion of surface plasma 116. The processing gas is excited by the generated surface wave interference plasma, and processes the surface of the object to be processed 102 fixedly placed on the support 103.

【0025】プラズマの状態は検出素子121によって
モニタできるので、マイクロ波供給開始の後、所定の時
間が経過しても、所望のプラズマが発生しない場合に
は、そうしたモニタ結果を基にマイクロ波の供給を停止
して、処理動作を中断させることができる。このような
場合であっても、被処理体のマイクロ波損傷を予防する
ことができる。とくに、上述した位置に検出素子を配置
するとマイクロ波が処理室内に供給される源となるスロ
ット113近傍のプラズマを観測できるので、より精度
が高いプラズマ観測を行うことができる。スロットは複
数あるので、2箇所以上のスロットそれぞれの位置に検
出素子121を設けてもよい。
Since the state of the plasma can be monitored by the detection element 121, if the desired plasma is not generated even after a lapse of a predetermined time after the start of supplying the microwave, the microwave is detected based on the monitoring result. The supply can be stopped to interrupt the processing operation. Even in such a case, it is possible to prevent microwave damage to the object to be processed. In particular, when the detection element is arranged at the above-mentioned position, the plasma in the vicinity of the slot 113, which is a source of the microwave supplied to the processing chamber, can be observed, so that more accurate plasma observation can be performed. Since there are a plurality of slots, the detecting element 121 may be provided at each of two or more slots.

【0026】また、エッチングやアッシングなどの処理
を行う際、被処理面を構成する原子によっては、所望の
処理が終了する頃にプラズマの発光状態が変化すること
があるので、それを検出素子121で検出して、マイク
ロ波の供給を中止するなどして、処理を終了させること
ができる。
Further, when performing processing such as etching and ashing, the emission state of plasma may change around the end of the desired processing depending on the atoms forming the surface to be processed. Then, the processing can be terminated by, for example, stopping the supply of the microwave.

【0027】被処理体支持体103の上面から無終端環
状導波管108の下面までのマイクロ波換算距離は、導
入されるマイクロ波の周波数に対する各材料の比誘電率
の平方根を実厚に乗じた換算厚を各材料について合計し
たものである。マイクロ波の周波数は通常300MHz
程度から3THz程度であるが、実施形態で用いられる
周波数は、波長がリアクタ寸法と同程度になる、1〜1
0GHz程度が特に有効である。
The microwave conversion distance from the upper surface of the object support 103 to the lower surface of the endless annular waveguide 108 is obtained by multiplying the actual thickness by the square root of the relative permittivity of each material with respect to the frequency of the introduced microwave. The converted thickness is the total for each material. Microwave frequency is usually 300MHz
However, the frequency used in the embodiment is such that the wavelength is approximately the same as the reactor size, 1 to 1
About 0 GHz is particularly effective.

【0028】マイクロ波反射手段は、プラズマ処理室1
01の断面積の約5%以上の面積を有する被処理体支持
体103方向への反射構造であれば適用可能で、単純な
反射面でも、庇状に突出している構造でも、溝状に入り
込んでいるものでも、マイクロ波自然波長の約1/8以
下の孔径のメッシュ状でもよい。
The microwave reflection means is used in the plasma processing chamber 1
Any reflective structure in the direction of the support 103 of the object to be processed having an area of about 5% or more of the cross-sectional area of 01 can be applied, and a simple reflective surface, a structure protruding like an eaves, or a groove can be entered. Alternatively, it may be in the form of a mesh having a hole diameter of about 1/8 or less of the natural wavelength of microwaves.

【0029】誘電体窓109の材質は、機械的強度が充
分でマイクロ波の透過率が充分高くなるように誘電欠損
の小さなものであれば適用可能であり、例えば石英、ア
ルミナ、サファイア、窒化アルミニウム、弗化炭素ポリ
マなどが適用可能である。
The dielectric window 109 may be made of any material as long as it has a small dielectric loss so as to have a sufficient mechanical strength and a sufficiently high microwave transmittance. For example, quartz, alumina, sapphire or aluminum nitride may be used. , Fluorocarbon polymers, etc. are applicable.

【0030】高周波供給器を構成するスロット付き無終
端環状導波管108やスロット板120の材質は、導電
体であれば使用可能であるが、マイクロ波の伝搬ロスを
できるだけ抑えるため、導電率の高いAl、Cu、Ag
/CuメッキしたSUSなどが最適である。スロット付
無終端環状導波管108の導入口の向きは、スロット付
無終端環状導波管108内のマイクロ波伝搬空間に効率
よくマイクロ波を導入できるものであれば、H面に平行
で伝搬空間の接線方向でも、H面に垂直方向で導入部で
伝搬空間の左右方向に分配するものでもよい。
As the material of the endless annular waveguide 108 with a slot and the slot plate 120 which constitute the high frequency feeder, a conductive material can be used, but in order to suppress microwave propagation loss as much as possible, the conductivity of High Al, Cu, Ag
The most suitable is SUS plated with / Cu. The direction of the introduction port of the slotted endless annular waveguide 108 is parallel to the H-plane as long as the microwave can be efficiently introduced into the microwave propagation space in the slotted endless annular waveguide 108. It may be a tangential direction of the space or a direction perpendicular to the H plane and distributed in the lateral direction of the propagation space at the introduction portion.

【0031】スロット付無終端環状導波管108のスロ
ットの形状は、マイクロ波の伝搬方向に垂直な方向の長
さが管内波長の1/4程度であれば、矩形でも楕円形で
もアレイ状でもなんでもよい。実施形態に用いられるス
ロット付無終端環状導波管108のスロット間隔は、干
渉によりスロットを横切る電界が強め合うように、管内
波長の1/2が最適である。
The shape of the slot of the endless annular waveguide 108 with a slot may be rectangular, elliptical or array-shaped as long as the length in the direction perpendicular to the microwave propagation direction is about ¼ of the guide wavelength. Anything is fine. The slot spacing of the endless annular waveguide with slot 108 used in the embodiment is optimally ½ of the guide wavelength so that the electric fields crossing the slots are mutually strengthened by interference.

【0032】また、より低圧下で処理を行うために、磁
界発生手段を用いても良い。用いられる磁界としては、
スロットの幅方向に発生する電界に垂直な磁界であれば
適用可能である。磁界発生手段としては、コイル以外で
も、永久磁石でも使用可能である。コイルを用いる場合
には過熱防止のため水冷機構や空冷など他の冷却手段を
用いてもよい。
A magnetic field generating means may be used in order to carry out the treatment under a lower pressure. The magnetic field used is
A magnetic field perpendicular to the electric field generated in the width direction of the slot can be applied. As the magnetic field generating means, a permanent magnet other than a coil can be used. When using a coil, other cooling means such as a water cooling mechanism or air cooling may be used to prevent overheating.

【0033】また、処理のより高品質化のため、紫外光
を被処理体表面に照射してもよい。光源としては、被処
理体もしくは被処理体上に付着したガスに吸収される光
を放射するものなら適用可能で、エキシマレーザ、エキ
シマランプ、希ガス共鳴線ランプ、低圧水銀ランプなど
が適当である。
Further, in order to improve the quality of the treatment, the surface of the object to be treated may be irradiated with ultraviolet light. The light source is applicable as long as it emits light absorbed by the object to be processed or the gas attached to the object to be processed, and an excimer laser, an excimer lamp, a rare gas resonance line lamp, a low-pressure mercury lamp, etc. are suitable. .

【0034】プラズマ処理室内の圧力は1.33×10
-2Pa程度から13.3×102Pa程度の範囲、より
好ましくは、1.33Pa程度から6.65×102
a程度の範囲が適当である。
The pressure inside the plasma processing chamber is 1.33 × 10.
-2 Pa to 13.3 × 10 2 Pa, more preferably 1.33 Pa to 6.65 × 10 2 P
A range of about a is suitable.

【0035】堆積膜の形成は、使用するガスを適宜選択
することによりSi34、SiO2、SiOF、Ta2
5、TiO2、TiN、Al23、AlN、MgF2など
の絶縁膜、a−Si、poly−Si、SiC、GaA
sなどの半導体膜、Al、W、Mo、Ti、Taなどの
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。
The deposited film is formed by appropriately selecting the gas to be used, by using Si 3 N 4 , SiO 2 , SiOF, Ta 2 O.
5 , insulating film such as TiO 2 , TiN, Al 2 O 3 , AlN, MgF 2 , a-Si, poly-Si, SiC, GaA
It is possible to efficiently form various deposited films such as a semiconductor film such as s and a metal film such as Al, W, Mo, Ti, and Ta.

【0036】構造体を製造するための、被処理体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。
Object to be processed 102 for manufacturing a structure
May be a semiconductor, a conductive material, or an electrically insulating material.

【0037】導電性被処理体としては、Fe,Ni,C
r,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
ンレス鋼などが挙げられる。
As the conductive object, Fe, Ni, C
r, Al, Mo, Au, Nb, Ta, V, Ti, Pt,
Examples include metals such as Pb or alloys thereof, such as brass and stainless steel.

【0038】絶縁性被処理体としては、SiO2系の石
英や各種ガラス、Si34,NaCl,KCl,Li
F,CaF2,BaF2,Al23,AlN,MgOなど
の無機物、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、ポリイミドなどの有機物のフィルム、シートなど
が挙げられる。
Examples of the insulative object to be processed include SiO 2 -based quartz, various glasses, Si 3 N 4 , NaCl, KCl, and Li.
Inorganic substances such as F, CaF 2 , BaF 2 , Al 2 O 3 , AlN and MgO, films of organic substances such as polyethylene, polyester, polycarbonate, cellulose acetate, polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polystyrene, polyamide and polyimide, Examples include sheets.

【0039】ガス導入手段105の向きは、ガスが誘電
体窓108近傍に発生するプラズマ領域を経由した後中
央付近に十分に供給されてから基板表面を中央から周辺
に向かって流れるように、誘電体窓108に向けてガス
を吹き付けられる構造を有することが最適である。
The direction of the gas introducing means 105 is such that the gas is sufficiently supplied to the vicinity of the center after passing through the plasma region generated near the dielectric window 108 and then flows from the center to the periphery on the substrate surface. It is optimal to have a structure in which gas can be blown toward the body window 108.

【0040】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、知られたガスが使用でき
る。
Known gases can be used as the gas used when the thin film is formed on the substrate by the CVD method.

【0041】a−Si、poly−Si、SiCなどの
Si系半導体薄膜を形成する場合の処理用ガス導入手段
105を介してプラズマ処理室101へ導入するSi原
子を含有する原料ガスとしては、SiH4,Si26
どの無機シラン類,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(DM
S),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)などの有機シラン
類、SiF4,Si26,Si38,SiHF3,SiH
22,SiCl4,Si2Cl6,SiHCl3,SiH2
Cl2,SiH3Cl,SiCl22などのハロゲン化シ
ラン類等、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挙げられる。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、X
e、Rnが挙げられる。
As a source gas containing Si atoms, which is introduced into the plasma processing chamber 101 through the processing gas introducing means 105 when forming a Si-based semiconductor thin film such as a-Si, poly-Si, or SiC, SiH is used. 4 , Inorganic silanes such as Si 2 H 6 , tetraethylsilane (TES), tetramethylsilane (TMS), dimethylsilane (DM)
S), organic silanes such as dimethyldifluorosilane (DMDFS) and dimethyldichlorosilane (DMDCS), SiF 4 , Si 2 F 6 , Si 3 F 8 , SiHF 3 , SiH
2 F 2 , SiCl 4 , Si 2 Cl 6 , SiHCl 3 , SiH 2
Examples thereof include halogenated silanes such as Cl 2 , SiH 3 Cl and SiCl 2 F 2 which are in a gas state at room temperature and normal pressure or which can be easily gasified. Also, in this case Si
The additive gas or carrier gas that may be mixed with the raw material gas and introduced is H 2 , He, Ne, Ar, Kr, X.
e and Rn are mentioned.

【0042】Si34,SiO2などの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、SiH4
Si26などの無機シラン類,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)などの有機シラン類、SiF4
Si26,Si38,SiHF3,SiH22,SiC
4,Si2Cl6,SiHCl3,SiH2Cl2,SiH
3Cl,SiCl2 2などのハロゲン化シラン類等、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
ものが挙げられる。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
24、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)、O2
3、H2O、NO、N2O、NO2などが挙げられる。
Si3NFour, SiO2Si compound-based thin
Via the processing gas introducing means 105 for forming a film
As a raw material containing Si atoms to be introduced, SiHFour,
Si2H6Inorganic silanes such as tetraethoxysilane
(TEOS), tetramethoxysilane (TMOS), o
Kutamethylcyclotetrasilane (OMCTS), Dimethy
Ludifluorosilane (DMDFS), dimethyldichloro
Organic silanes such as silane (DMDCS), SiFFour
Si2F6, Si3F8, SiHF3, SiH2F2, SiC
lFour, Si2Cl6, SiHCl3, SiH2Cl2, SiH
3Cl, SiCl2F 2Halogenated silanes such as
Those that are in a gas state at normal temperature and pressure or can be easily gasified
There are things. In addition, in this case
As the raw material gas or the oxygen raw material gas, N2, NH3,
N2HFour, Hexamethyldisilazane (HMDS), O2,
O3, H2O, NO, N2O, NO2And so on.

【0043】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、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(TIBA
l)、ジメチルアルミニウムハイドライド(DMAl
H)、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)、テト
ライソプロポキシチタン(TIPOTi)、ペンタエト
キシタンタル(PEOTa)などの有機金属、AlCl
3、WF6、TiCl3、TaCl5などのハロゲン化金属
等が挙げられる。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が挙げ
られる。
As a raw material containing metal atoms introduced through the processing gas introducing means 105 when forming a metal thin film of Al, W, Mo, Ti, Ta or the like, trimethylaluminum (TMAl), triethylaluminum ( TEAl), triisobutylaluminum (TIBA)
l), dimethyl aluminum hydride (DMAl
H), tungsten carbonyl (W (CO) 6 ), molybdenum carbonyl (Mo (CO) 6 ), trimethylgallium (TMGa), triethylgallium (TEGa), tetraisopropoxytitanium (TIPOTi), pentaethoxytantalum (PEOTa), etc. Organic metal, AlCl
Metal halides such as 3 , WF 6 , TiCl 3 and TaCl 5 can be cited. The additive gas or carrier gas that may be mixed with the Si source gas and introduced in this case includes H 2 , He, Ne, Ar, Kr, Xe, and Rn.

【0044】Al23、AlN、Ta25、TiO2
TiN、WO3など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、トリメチルアルミニウム(TM
Al)、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)、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)、テトライソプロポキシチタ
ン(TIPOTi)、ペンタエトキシタンタル(PEO
Ta)などの有機金属、AlCl3、WF6、TiC
3、TaCl5などのハロゲン化金属等が挙げられる。
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、N24、ヘキサメチルジシラザン
(HMDS)などが挙げられる。
Al 2 O 3 , AlN, Ta 2 O 5 , TiO 2 ,
As a raw material containing a metal atom introduced through the processing gas introducing means 105 when forming a metal compound thin film such as TiN or WO 3 , trimethylaluminum (TM) is used.
Al), triethyl aluminum (TEAl), triisobutyl aluminum (TIBAl), dimethyl aluminum hydride (DMAlH), tungsten carbonyl (W (CO) 6), molybdenum carbonyl (Mo).
(CO) 6 ), trimethylgallium (TMGa), triethylgallium (TEGa), tetraisopropoxytitanium (TIPOTi), pentaethoxytantalum (PEO)
Organic metal such as Ta), AlCl 3 , WF 6 , TiC
Examples thereof include metal halides such as l 3 and TaCl 5 .
Further, in this case, as the oxygen source gas or the nitrogen source gas introduced at the same time, O 2 , O 3 , H 2 O, NO, N 2 O,
NO 2, N 2, NH 3 , N 2 H 4, etc. hexamethyldisilazane (HMDS) may be cited.

【0045】被処理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、CH22、C26、C38、C
48、CF2Cl2、SF6、NF3、Cl2、CCl4、C
2Cl2、C2Cl6などが挙げられる。
The etching gas introduced from the processing gas introduction port 105 for etching the surface of the object to be processed includes F 2 , CF 4 , CH 2 F 2 , C 2 F 6 , C 3 F 8 and C.
4 F 8 , CF 2 Cl 2 , SF 6 , NF 3 , Cl 2 , CCl 4 , C
Such as H 2 Cl 2, C 2 Cl 6 and the like.

【0046】フォトレジストなど被処理体表面上の有機
成分をアッシング除去する場合の処理用ガス導入口10
5から導入するアッシング用ガスとしては、O2、O3
2O、NO、N2O、NO2、H2などが挙げられる。
Processing gas introduction port 10 for ashing and removing organic components such as photoresist on the surface of the object to be processed
As the ashing gas introduced from No. 5, O 2 , O 3 ,
H 2 O, NO, N 2 O, NO 2, such as H 2 and the like.

【0047】また、表面改質を行う場合、使用するガス
を適宜選択することにより、例えば被処理体もしくは表
面層としてSi、Al、Ti、Zn、Taなどを使用し
てこれら被処理体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。さらに、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。
In the case of surface modification, by appropriately selecting the gas to be used, for example, Si, Al, Ti, Zn, Ta or the like is used as the target object or surface layer, and the target object or surface is treated. Oxidation treatment or nitridation treatment of the layer, and doping treatment of B, As, P or the like can be performed. Further, the film forming technique adopted can also be applied to the cleaning method. In that case, it can also be used for cleaning oxides, organic substances, heavy metals and the like.

【0048】被処理体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などが挙げ
られる。また、被処理体を窒化表面処理する場合の処理
用ガス導入口115を介して導入する窒化性ガスとして
は、N2、NH3、N24、ヘキサメチルジシラザン(H
MDS)などが挙げられる。
As the oxidizing gas introduced through the processing gas introducing port 105 when the object to be treated is subjected to the oxidation surface treatment, O 2 , O 3 , H 2 O, NO, N 2 O, NO 2 and the like are used. Can be mentioned. In addition, as the nitriding gas introduced through the processing gas introduction port 115 when the object is subjected to the nitriding surface treatment, N 2 , NH 3 , N 2 H 4 , hexamethyldisilazane (H
MDS) and the like.

【0049】被処理体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など被処理体表面上の有機
成分をアッシング除去する場合のガス導入口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、O
2、O3、H2O、NO、N2O、NO2、H2などが挙げら
れる。また、被処理体表面の無機物をクリーニングする
場合のプラズマ発生用ガス導入口から導入するクリーニ
ング用ガスとしては、F2、CF4、CH22、C26
48、CF2Cl2、SF6、NF3などが挙げられる。
As a cleaning / ashing gas to be introduced from the gas introduction port 105 when the organic matter on the surface of the object to be processed is cleaned or when the organic components such as the photoresist on the surface of the object to be processed are removed by ashing,
2 , O 3 , H 2 O, NO, N 2 O, NO 2 , H 2 and the like. Further, the cleaning gas introduced from the plasma generating gas introduction port when cleaning the inorganic substance on the surface of the object to be treated includes F 2 , CF 4 , CH 2 F 2 , C 2 F 6 ,
Such as C 4 F 8, CF 2 Cl 2, SF 6, NF 3 and the like.

【0050】以下、本発明にかかるプラズマ処理装置に
ついて実施形態によって説明するが、本発明は以下の実
施形態に限定されない。
The plasma processing apparatus according to the present invention will be described below with reference to embodiments, but the present invention is not limited to the following embodiments.

【0051】(実施形態1)本発明の実施形態1として
反射構造不使用・石英窓使用した例について図1を用い
て説明する。101は略円筒形状のプラズマ処理室、1
02は被処理体、103は被処理体102の支持体、1
04は基板温度調整手段、105はプラズマ処理室10
1の周辺に設けられたプラズマ処理用ガス導入手段、1
06は排気、107はプラズマ処理室101を大気側と
分離する誘電体窓、108はマイクロ波を誘電体窓10
7を通してプラズマ処理室101に導入するためのスロ
ット付無終端環状導波管であり、ここではスロット板1
20を有する組み立て体となっている。
(Embodiment 1) As Embodiment 1 of the present invention, an example in which a reflecting structure is not used and a quartz window is used will be described with reference to FIG. 101 is a substantially cylindrical plasma processing chamber, 1
Reference numeral 02 is a target object, 103 is a support for the target object 102, 1
Reference numeral 04 is a substrate temperature adjusting means, and 105 is a plasma processing chamber 10.
1, a plasma processing gas introduction means provided around 1
06 is an exhaust, 107 is a dielectric window for separating the plasma processing chamber 101 from the atmosphere side, 108 is a microwave for dielectric window 10
7 is a slotted endless circular waveguide for introduction into the plasma processing chamber 101 through the slot plate 1.
It is an assembly having 20.

【0052】誘電体窓107の材質は無水合成石英で、
厚みは16mm程度、導入されるマイクロ波周波数2.
45GHzにおける比誘電率は3.8である。スロット
付無終端環状導波管108は、内壁断面の寸法が約27
mm×96mmであって、導波管の中心径が202mm
程度(周長4λg程度)である。スロット付無終端環状
導波管108の材質は、マイクロ波の伝搬損失を抑える
ため、すべてAlを用いている。スロット付無終端環状
導波管108のH面には、マイクロ波をプラズマ処理室
101へ導入するためのスロットが形成されている。ス
ロットの形状は長さ40mm程度、幅4mm程度の矩形
のものが2本直線上に不連続に、管内波長の約1/2間
隔に放射状に形成されている。管内波長は、導入される
マイクロ波の周波数と、導波管の断面の寸法とに依存す
るが、周波数2.45GHz程度のマイクロ波と、上記
の寸法の導波管とを用いた場合には約159mmであ
る。使用したスロット付無終端環状導波管108では、
スロットは約45度間隔で8組16個形成されている。
スロット付無終端環状導波管108には、4Eチュー
ナ、方向性結合器、アイソレータ、2.45GHz程度
の周波数のマイクロ波を発生するマイクロ波電源(不図
示)が順に接続されている。
The material of the dielectric window 107 is anhydrous synthetic quartz,
Thickness is about 16 mm, microwave frequency to be introduced 2.
The relative dielectric constant at 45 GHz is 3.8. The slotted endless annular waveguide 108 has an inner wall cross-sectional dimension of about 27.
mm × 96 mm, the center diameter of the waveguide is 202 mm
It is about (perimeter 4λg). The material of the slotted endless annular waveguide 108 is Al in order to suppress the propagation loss of microwaves. A slot for introducing microwaves into the plasma processing chamber 101 is formed on the H surface of the slotted endless annular waveguide 108. The shape of the slot is a rectangular shape having a length of about 40 mm and a width of about 4 mm, which are discontinuously formed on two straight lines and radially at intervals of about 1/2 of the guide wavelength. The in-tube wavelength depends on the frequency of the introduced microwave and the size of the cross section of the waveguide, but when the microwave having the frequency of about 2.45 GHz and the waveguide of the above size are used, It is about 159 mm. In the used endless annular waveguide 108 with a slot,
Eight sets of 16 slots are formed at intervals of about 45 degrees.
To the slotted endless annular waveguide 108, a 4E tuner, a directional coupler, an isolator, and a microwave power source (not shown) for generating microwaves having a frequency of about 2.45 GHz are sequentially connected.

【0053】ここで、無終端環状導波管108下面から
被処理体支持体103上面までのマイクロ波換算間隔
は、 (1)無終端環状導波管108下面から石英窓107上
面までエアギャップ 実厚約1mm×比誘電率の平方根1=換算厚約1mm (2)石英窓107 実厚約16mm×比誘電率の平方根1.95=換算厚約
31.2mm (3)石英窓107下面から被処理体支持体103上面
まで真空 実厚約120.8mm×比誘電率の平方根1=換算厚約
120.8mm を合計した値である153mm程度、即ち、2.45G
Hzのマイクロ波の自然波長122.4mmの5/4倍
程度の値に設定してある。
Here, the microwave conversion interval from the lower surface of the endless annular waveguide 108 to the upper surface of the object support 103 is as follows: (1) The actual air gap from the lower surface of the endless annular waveguide 108 to the upper surface of the quartz window 107. Thickness about 1 mm × relative permittivity square root 1 = converted thickness about 1 mm (2) Quartz window 107 Actual thickness about 16 mm × relative permittivity square root 1.95 = converted thickness about 31.2 mm (3) From the bottom of the quartz window 107 Approximately 153 mm, which is the sum of the actual vacuum thickness of about 120.8 mm and the square root of relative permittivity 1 = converted thickness of about 120.8 mm up to the upper surface of the processing body support 103, that is, 2.45 G
The value is set to about 5/4 times the natural wavelength 122.4 mm of the microwave of Hz.

【0054】プラズマ処理は以下のようにして行う。排
気系(不図示)を介してプラズマ処理室101内を真空
排気する。続いて処理用ガスをプラズマ処理室101の
周辺に設けられたガス導入手段105を介して所定の流
量でプラズマ処理室101内に導入する。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、プラズマ処理室101内を所定の圧力に
保持する。マイクロ波電源(不図示)より所望の電力を
無終端環状導波管108を介してプラズマ処理室101
内に供給する。カットオフ密度以上のプラズマが生成す
るまで基板方向へマイクロ波が伝播するが、無終端環状
導波管108の下面と被処理体支持体103の上面まで
のマイクロ波換算距離がマイクロ波自然波長の4分の奇
数倍であるので、マイクロ波の基板照射が抑制されその
照射による損傷は低減する。この際、周辺から導入され
た処理用ガスは、発生した高密度プラズマにより励起・
イオン化・反応して活性化し、支持体103上に固定し
て置かれた被処理体102の表面を処理する。
The plasma treatment is performed as follows. The inside of the plasma processing chamber 101 is evacuated via an exhaust system (not shown). Subsequently, the processing gas is introduced into the plasma processing chamber 101 at a predetermined flow rate through the gas introduction means 105 provided around the plasma processing chamber 101. Next, a conductance valve (not shown) provided in the exhaust system (not shown) is adjusted to maintain the inside of the plasma processing chamber 101 at a predetermined pressure. A desired power from a microwave power source (not shown) is passed through the endless annular waveguide 108 to the plasma processing chamber 101.
Supply in. Microwaves propagate toward the substrate until plasma with a cutoff density or higher is generated, but the microwave conversion distance between the lower surface of the endless annular waveguide 108 and the upper surface of the object support 103 is the natural wavelength of the microwave. Since it is an odd multiple of 4 minutes, microwave irradiation on the substrate is suppressed, and damage due to the irradiation is reduced. At this time, the processing gas introduced from the periphery is excited / excited by the generated high density plasma.
The surface of the object 102 to be processed, which is fixedly placed on the support 103, is processed by ionization / reaction and activation.

【0055】(実施形態2)本発明の実施形態2として
下面反射面を使用した例について図2を用いて説明す
る。201は円筒形状のプラズマ処理室、202は被処
理体、203は被処理体202の支持体、204は基板
温度調整手段、205はプラズマ処理室201の周辺に
設けられたプラズマ処理用ガス導入手段、206は排
気、207はプラズマ処理室201を大気側と分離する
誘電体窓、208はマイクロ波を誘電体窓207を通し
てプラズマ処理室201に導入するためのスロット付平
板型無終端環状導波管、209は下面反射面である。
(Embodiment 2) An example in which a lower reflection surface is used as Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. 201 is a cylindrical plasma processing chamber, 202 is an object to be processed, 203 is a support for the object 202 to be processed, 204 is a substrate temperature adjusting means, and 205 is a plasma processing gas introduction means provided around the plasma processing chamber 201. 206 is an exhaust gas, 207 is a dielectric window that separates the plasma processing chamber 201 from the atmosphere side, and 208 is a flat plate type endless annular waveguide with a slot for introducing microwaves into the plasma processing chamber 201 through the dielectric window 207. , 209 are bottom reflecting surfaces.

【0056】誘電体窓207の材質は無水合成石英で、
厚みは約16mmである。スロット付無終端環状導波管
208は、内壁断面の寸法が約27mm×96mmであ
って、導波管の中心径が約202mm(周長4λg程
度)である。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を
用いている。スロット付無終端環状導波管208のH面
即ち、導電性のスロット板220には、マイクロ波をプ
ラズマ処理室201へ導入するためのスロット213が
形成されている。スロットの形状は長さ40mm程度、
幅4mm程度の矩形のものが2本直線上に不連続に、管
内波長の1/2間隔に放射状に形成されている。管内波
長は、使用するマイクロ波の周波数と、導波管の断面の
寸法とに依存するが、周波数2.45GHz程度のマイ
クロ波と、上記の寸法の導波管とを用いた場合には約1
59mmである。使用したスロット付無終端環状導波管
208では、スロットは約45度間隔で8組16個形成
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、2.45
GHz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。221はプラズマ検出素子である。
The material of the dielectric window 207 is anhydrous synthetic quartz,
The thickness is about 16 mm. The slotted endless annular waveguide 208 has a dimension of the inner wall cross section of about 27 mm × 96 mm, and the center diameter of the waveguide is about 202 mm (peripheral length about 4λg). The material of the slotted endless annular waveguide 208 is Al in order to suppress the propagation loss of microwaves. A slot 213 for introducing microwaves into the plasma processing chamber 201 is formed on the H surface of the endless annular waveguide 208 with slots, that is, on the conductive slot plate 220. The shape of the slot is about 40 mm long,
A rectangular shape having a width of about 4 mm is formed discontinuously on two straight lines and radially at intervals of 1/2 of the guide wavelength. The wavelength in the tube depends on the frequency of the microwave used and the size of the cross section of the waveguide. However, when the microwave having the frequency of about 2.45 GHz and the waveguide of the above size are used, the wavelength is about 1
It is 59 mm. In the used endless annular waveguide 208 with slots, eight sets of 16 slots are formed at intervals of about 45 degrees. The slotted endless annular waveguide 208 includes
4E tuner, directional coupler, isolator, 2.45
A microwave power source (not shown) having a frequency of GHz is sequentially connected. 221 is a plasma detection element.

【0057】ここで、下面反射面209から被処理体支
持体203上面までの距離は、約30.6mm、即ち、
2.45GHzのマイクロ波の自然波長122.4mm
の約1/4の値に設定してある。
Here, the distance from the lower reflecting surface 209 to the upper surface of the object support 203 is about 30.6 mm, that is,
Natural wavelength of microwave of 2.45 GHz 122.4 mm
Is set to a value of about 1/4.

【0058】プラズマ処理は以下のようにして行う。排
気系(不図示)を介してプラズマ処理室201内を真空
排気する。続いて処理用ガスをプラズマ処理室201の
周辺に設けられたガス導入手段205を介して所定の流
量でプラズマ処理室201内に導入する。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、プラズマ処理室201内を所定の圧力に
保持する。マイクロ波電源(不図示)より所望の電力を
無終端環状導波管208を介してプラズマ処理室201
内に供給する。カットオフ密度以上のプラズマが生成す
るまで基板方向へマイクロ波が伝播するが、下面反射面
209から被処理体支持体203上面までの距離がマイ
クロ波自然波長の約1/4であるので、マイクロ波の基
板照射が抑制されその照射による損傷は低減する。この
際、周辺から導入された処理用ガスは、発生した高密度
プラズマにより励起・イオン化・反応して活性化し、支
持体203上に固定して置かれた被処理体202の表面
を処理する。
The plasma treatment is performed as follows. The inside of the plasma processing chamber 201 is evacuated through an exhaust system (not shown). Then, the processing gas is introduced into the plasma processing chamber 201 at a predetermined flow rate through the gas introducing means 205 provided around the plasma processing chamber 201. Next, a conductance valve (not shown) provided in the exhaust system (not shown) is adjusted to maintain the inside of the plasma processing chamber 201 at a predetermined pressure. Desired power from a microwave power source (not shown) is passed through the endless annular waveguide 208 to the plasma processing chamber 201.
Supply in. Microwaves propagate toward the substrate until plasma with a cut-off density or higher is generated. However, since the distance from the lower reflection surface 209 to the upper surface of the target support 203 is about 1/4 of the natural wavelength of microwaves, Substrate irradiation of waves is suppressed and damage due to the irradiation is reduced. At this time, the processing gas introduced from the periphery is excited, ionized, and reacted by the generated high-density plasma to be activated, and the surface of the object 202 to be processed fixedly placed on the support 203 is processed.

【0059】(実施形態3)本発明の実施形態3として
庇状反射面を使用した例について図3を用いて説明す
る。301は円筒形状のプラズマ処理室、302は被処
理体、303は被処理体302の支持体、304は基板
温度調整手段、305はプラズマ処理室301の周辺に
設けられたプラズマ処理用ガス導入手段、306は排
気、307はプラズマ処理室301を大気側と分離する
誘電体窓、308はマイクロ波を誘電体窓307を通し
てプラズマ処理室301に導入するためのスロット付平
板型無終端環状導波管、309は庇状反射面である。
(Embodiment 3) An example in which an eaves-shaped reflecting surface is used as Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG. Reference numeral 301 denotes a cylindrical plasma processing chamber, 302 denotes an object to be processed, 303 denotes a support for the object to be processed 302, 304 denotes substrate temperature adjusting means, and 305 denotes plasma processing gas introducing means provided around the plasma processing chamber 301. Reference numeral 306 is an exhaust gas, 307 is a dielectric window that separates the plasma processing chamber 301 from the atmosphere side, and 308 is a flat plate type endless annular waveguide with a slot for introducing microwaves into the plasma processing chamber 301 through the dielectric window 307. , 309 are eaves-shaped reflecting surfaces.

【0060】誘電体窓307の材質は無水合成石英で、
厚みは約16mmである。スロット付無終端環状導波管
308は、内壁断面の寸法が約27mm×96mmであ
って、導波管の中心径が約302mm(周長4λg程
度)である。スロット付無終端環状導波管308の材質
は、マイクロ波の伝搬損失を抑えるため、すべてAlを
用いている。スロット付無終端環状導波管308のH面
即ち、導電性のスロット板320には、マイクロ波をプ
ラズマ処理室301へ導入するためのスロット313が
形成されている。スロットの形状は長さ約40mm、幅
約4mmの矩形のものが2本直線上に不連続に、管内波
長の1/2程度の間隔で放射状に形成されている。管内
波長は、使用するマイクロ波の周波数と、導波管の断面
の寸法とに依存するが、周波数約2.45GHzのマイ
クロ波と、上記の寸法の導波管とを用いた場合には約1
59mmである。使用したスロット付無終端環状導波管
308では、スロットは約45度間隔で8組16個形成
されている。スロット付無終端環状導波管308には、
4Eチューナ、方向性結合器、アイソレータ、2.45
GHz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。321はプラズマ検出素子である。
The material of the dielectric window 307 is anhydrous synthetic quartz,
The thickness is about 16 mm. The slotted endless annular waveguide 308 has a dimension of the inner wall cross section of about 27 mm × 96 mm, and the center diameter of the waveguide is about 302 mm (peripheral length about 4λg). The material of the slotted endless annular waveguide 308 is Al in order to suppress the propagation loss of microwaves. A slot 313 for introducing microwaves into the plasma processing chamber 301 is formed on the H surface of the endless annular waveguide with slot 308, that is, on the conductive slot plate 320. The shape of the slot is a rectangular shape having a length of about 40 mm and a width of about 4 mm, which are discontinuously formed on two straight lines and radially at intervals of about 1/2 of the guide wavelength. The in-tube wavelength depends on the frequency of the microwave used and the size of the cross section of the waveguide, but when the microwave of the frequency of about 2.45 GHz and the waveguide of the above size are used, 1
It is 59 mm. In the used endless annular waveguide 308 with slots, eight sets of 16 slots are formed at intervals of about 45 degrees. In the slotted endless annular waveguide 308,
4E tuner, directional coupler, isolator, 2.45
A microwave power source (not shown) having a frequency of GHz is sequentially connected. Reference numeral 321 is a plasma detection element.

【0061】ここで、庇状反射面309から被処理体支
持体303上面までの距離は、約30.6mm、即ち、
2.45GHzのマイクロ波の自然波長122.4mm
の約1/4の値に設定してある。
Here, the distance from the eaves-shaped reflecting surface 309 to the upper surface of the object support 303 is about 30.6 mm, that is,
Natural wavelength of microwave of 2.45 GHz 122.4 mm
Is set to a value of about 1/4.

【0062】プラズマ処理は以下のようにして行う。排
気系(不図示)を介してプラズマ処理室301内を真空
排気する。続いて処理用ガスをプラズマ処理室301の
周辺に設けられたガス導入手段305を介して所定の流
量でプラズマ処理室301内に導入する。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、プラズマ処理室301内を所定の圧力に
保持する。マイクロ波電源(不図示)より所望の電力を
無終端環状導波管308を介してプラズマ処理室301
内に供給する。カットオフ密度以上のプラズマが生成す
るまで基板方向へマイクロ波が伝播するが、庇状反射面
309から被処理体支持体303上面までの距離がマイ
クロ波自然波長の約1/4に設定してあるので、マイク
ロ波の基板照射が抑制されその照射による損傷は低減す
る。この際、周辺から導入された処理用ガスは、発生し
た高密度プラズマにより励起・イオン化・反応して活性
化し、支持体303上に固定して置かれた被処理体30
2の表面を処理する。
The plasma treatment is performed as follows. The inside of the plasma processing chamber 301 is evacuated through an exhaust system (not shown). Then, the processing gas is introduced into the plasma processing chamber 301 at a predetermined flow rate through the gas introduction unit 305 provided around the plasma processing chamber 301. Next, a conductance valve (not shown) provided in the exhaust system (not shown) is adjusted to maintain the inside of the plasma processing chamber 301 at a predetermined pressure. Desired power from a microwave power source (not shown) is passed through the endless annular waveguide 308 to the plasma processing chamber 301.
Supply in. The microwave propagates toward the substrate until plasma with a cutoff density or higher is generated, but the distance from the eaves-shaped reflection surface 309 to the upper surface of the support body 303 to be processed is set to about 1/4 of the natural wavelength of the microwave. Therefore, the microwave irradiation of the substrate is suppressed, and the damage caused by the irradiation is reduced. At this time, the processing gas introduced from the periphery is excited, ionized, and reacted by the generated high-density plasma to be activated, and the object to be processed 30 fixedly placed on the support 303.
Treat surface 2.

【0063】(実施形態4)本発明の実施形態4として
溝状反射面を使用した例について図4を用いて説明す
る。401は円筒形状のプラズマ処理室、402は被処
理体、403は被処理体402の支持体、404は基板
温度調整手段、405はプラズマ処理室401の周辺に
設けられたプラズマ処理用ガス導入手段、406は排
気、407はプラズマ処理室401を大気側と分離する
誘電体窓、408はマイクロ波を誘電体窓407を通し
てプラズマ処理室401に導入するためのスロット付平
板型無終端環状導波管、409は溝状反射面である。
(Embodiment 4) An example in which a groove-shaped reflecting surface is used as Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to FIG. Reference numeral 401 is a cylindrical plasma processing chamber, 402 is an object to be processed, 403 is a support for the object to be processed 402, 404 is a substrate temperature adjusting means, and 405 is a plasma processing gas introducing means provided around the plasma processing chamber 401. 406 is an exhaust gas, 407 is a dielectric window that separates the plasma processing chamber 401 from the atmosphere side, and 408 is a flat plate type endless annular waveguide with a slot for introducing microwaves into the plasma processing chamber 401 through the dielectric window 407. , 409 are groove-shaped reflecting surfaces.

【0064】誘電体窓407の材質は無水合成石英で、
厚みは約16mmである。スロット付無終端環状導波管
408は、内壁断面の寸法が約27mm×96mmであ
って、導波管の中心径が402mm程度(周長4λg程
度)である。スロット付無終端環状導波管408の材質
は、マイクロ波の伝搬損失を抑えるため、すべてAlを
用いている。スロット付無終端環状導波管408のH面
即ち、導電性のスロット板420には、マイクロ波をプ
ラズマ処理室401へ導入するためのスロット413が
形成されている。スロットの形状は長さ約40mm、幅
約4mmの矩形のものが2本直線上に不連続に、管内波
長の1/2程度の間隔で放射状に形成されている。管内
波長は、使用するマイクロ波の周波数と、導波管の断面
の寸法とに依存するが、周波数約2.45GHzのマイ
クロ波と、上記の寸法の導波管とを用いた場合には約1
59mmである。使用したスロット付無終端環状導波管
408では、スロットは約45度間隔で8組16個形成
されている。スロット付無終端環状導波管408には、
4Eチューナ、方向性結合器、アイソレータ、約2.4
5GHz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。421はプラズマ検出素子である。
The material of the dielectric window 407 is anhydrous synthetic quartz,
The thickness is about 16 mm. The slotted endless annular waveguide 408 has a dimension of the inner wall cross section of about 27 mm × 96 mm, and the center diameter of the waveguide is about 402 mm (peripheral length about 4λg). The material of the slotted endless annular waveguide 408 is all Al in order to suppress the propagation loss of microwaves. A slot 413 for introducing microwaves into the plasma processing chamber 401 is formed on the H surface of the slotted endless annular waveguide 408, that is, on the conductive slot plate 420. The shape of the slot is a rectangular shape having a length of about 40 mm and a width of about 4 mm, which are discontinuously formed on two straight lines and radially at intervals of about 1/2 of the guide wavelength. The in-tube wavelength depends on the frequency of the microwave used and the size of the cross section of the waveguide, but when the microwave of the frequency of about 2.45 GHz and the waveguide of the above size are used, 1
It is 59 mm. In the used endless annular waveguide 408 with slots, eight sets of 16 slots are formed at intervals of about 45 degrees. In the slotted endless annular waveguide 408,
4E tuner, directional coupler, isolator, about 2.4
A microwave power source (not shown) having a frequency of 5 GHz is sequentially connected. 421 is a plasma detection element.

【0065】ここで、溝状反射面409から被処理体支
持体403上面までの間隔は、約30.6mm、即ち、
2.45GHzのマイクロ波の自然波長122.4mm
の約1/4の値に設定してある。
Here, the distance from the groove-shaped reflecting surface 409 to the upper surface of the object support 403 is about 30.6 mm, that is,
Natural wavelength of microwave of 2.45 GHz 122.4 mm
Is set to a value of about 1/4.

【0066】プラズマ処理は以下のようにして行う。排
気系(不図示)を介してプラズマ処理室401内を真空
排気する。続いて処理用ガスをプラズマ処理室401の
周辺に設けられたガス導入手段405を介して所定の流
量でプラズマ処理室401内に導入する。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、プラズマ処理室401内を所定の圧力に
保持する。マイクロ波電源(不図示)より所望の電力を
無終端環状導波管408を介してプラズマ処理室401
内に供給する。カットオフ密度以上のプラズマが生成す
るまで基板方向へマイクロ波が伝播するが、溝状反射面
409から被処理体支持体403上面までの間隔がマイ
クロ波自然波長の約1/4に設定してあるので、マイク
ロ波の基板照射が抑制されその照射による損傷は低減す
る。この際、周辺から導入された処理用ガスは、発生し
た高密度プラズマにより励起・イオン化・反応して活性
化し、支持体403上に固定して置かれた被処理体40
2の表面を処理する。
The plasma treatment is performed as follows. The inside of the plasma processing chamber 401 is evacuated via an exhaust system (not shown). Subsequently, the processing gas is introduced into the plasma processing chamber 401 at a predetermined flow rate through the gas introduction unit 405 provided around the plasma processing chamber 401. Next, a conductance valve (not shown) provided in the exhaust system (not shown) is adjusted to maintain the inside of the plasma processing chamber 401 at a predetermined pressure. A desired power from a microwave power source (not shown) is supplied to the plasma processing chamber 401 via the endless annular waveguide 408.
Supply in. Microwaves propagate toward the substrate until plasma with a cut-off density or higher is generated, but the distance from the groove-shaped reflecting surface 409 to the upper surface of the support body 403 to be processed is set to about 1/4 of the natural wavelength of microwaves. Therefore, the microwave irradiation of the substrate is suppressed, and the damage caused by the irradiation is reduced. At this time, the processing gas introduced from the periphery is excited, ionized, and reacted by the generated high-density plasma to be activated, and the object to be processed 40 fixedly placed on the support 403.
Treat surface 2.

【0067】(プラズマ処理例)以下、上記の実施形態
を用いて行ったプラズマ処理について具体的に説明する
が、本発明の表面処理方法はこれらの例に限定されな
い。
(Examples of Plasma Treatment) Hereinafter, the plasma treatment performed by using the above embodiment will be specifically described, but the surface treatment method of the present invention is not limited to these examples.

【0068】(処理例1)図1に示したマイクロ波プラ
ズマ処理装置を使用し、フォトレジストのアッシングを
行った。
(Processing Example 1) The microwave plasma processing apparatus shown in FIG. 1 was used to ash the photoresist.

【0069】被処理体102としては、層間SiO2
をエッチングし、ビアホールを形成した直後のシリコン
(Si)基板(φ約300mm)を使用した。まず、S
i基板102を被処理体支持体103上に設置した後、
ヒータ104を用いて約250℃まで加熱し、排気系
(不図示)を介してプラズマ処理室101内を真空排気
し、1.33×10-2Pa程度まで減圧させた。
As the object to be processed 102, a silicon (Si) substrate (φ about 300 mm) was used immediately after the interlayer SiO 2 film was etched to form a via hole. First, S
After the i substrate 102 is placed on the object support 103,
The heater 104 was used to heat up to about 250 ° C., and the inside of the plasma processing chamber 101 was evacuated through an exhaust system (not shown) to reduce the pressure to about 1.33 × 10 −2 Pa.

【0070】プラズマ処理用ガス導入口105を介して
酸素ガスを2slm程度の流量でプラズマ処理室101
内に導入した。ついで、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、処理室10
1内を1.995×102Pa程度に保持した。
Oxygen gas is supplied through the plasma processing gas inlet 105 at a flow rate of about 2 slm to the plasma processing chamber 101.
Introduced in. Then, a conductance valve (not shown) provided in the exhaust system (not shown) is adjusted to adjust the processing chamber 10
The inside of 1 was maintained at about 1.995 × 10 2 Pa.

【0071】プラズマ処理室101内に、2.45GH
zのマイクロ波電源より約2.5kWの電力をスロット
付無終端環状導波管108を介して供給した。このよう
にして、プラズマ処理室101内にプラズマを発生させ
た。この時プラズマ検出素子121を用いて、プラズマ
状態をモニタしながら処理を行い、フォトレジストの構
成原子である炭素に因る波長の発光がある程度弱くなっ
た時点でマイクロ波の供給を停止した。処理中、プラズ
マ処理用ガス導入口105を介して導入された酸素ガス
はプラズマ処理室101内で励起、分解、反応して酸素
原子となり、シリコン基板102の方向に移動し、基板
102上のフォトレジストを酸化し、気化・除去され
た。アッシング後、ゲート絶縁破壊評価、アッシング速
度と基板表面電荷密度などについて評価した。
Inside the plasma processing chamber 101, 2.45 GH
About 2.5 kW of electric power was supplied from the microwave power source of z through the endless annular waveguide 108 with slots. In this way, plasma was generated in the plasma processing chamber 101. At this time, the plasma detection element 121 was used to perform processing while monitoring the plasma state, and the microwave supply was stopped when the emission of the wavelength due to carbon, which is a constituent atom of the photoresist, weakened to some extent. During the processing, the oxygen gas introduced through the plasma processing gas introduction port 105 is excited, decomposed, and reacted in the plasma processing chamber 101 to become oxygen atoms, which moves toward the silicon substrate 102 and moves on the substrate 102. The resist was oxidized and vaporized and removed. After the ashing, the gate dielectric breakdown evaluation, the ashing speed and the charge density on the substrate surface were evaluated.

【0072】得られたアッシング速度の均一性は、±
3.7%程度(約6.7μm/min)と極めて大き
く、表面電荷密度も約0.4×1011cm-2と充分低い
値を示し、ゲート絶縁破壊も観測されなかった。
The uniformity of the obtained ashing rate is ±
It was extremely large at about 3.7% (about 6.7 μm / min), the surface charge density was about 0.4 × 10 11 cm −2, which was a sufficiently low value, and no gate dielectric breakdown was observed.

【0073】(処理例2)図2に示したマイクロ波プラ
ズマ処理装置を使用し、フォトレジストのアッシングを
行った。
(Processing Example 2) Photoresist ashing was performed using the microwave plasma processing apparatus shown in FIG.

【0074】被処理体202としては、層間SiO2
をエッチングし、ビアホールを形成した直後のシリコン
(Si)基板(φ12インチ程度)を使用した。まず、
Si基板202を被処理体支持体203上に設置した
後、ヒータ204を用いて約250℃まで加熱し、排気
系(不図示)を介してプラズマ処理室201内を真空排
気し、1.33×10-3Pa程度まで減圧させた。プラ
ズマ処理用ガス導入口205を介して酸素ガスを2sl
m程度の流量でプラズマ処理室201内に導入した。
As the object 202 to be processed, a silicon (Si) substrate (about 12 inches in diameter) was used immediately after the interlayer SiO 2 film was etched to form a via hole. First,
After the Si substrate 202 is placed on the target support 203, it is heated to about 250 ° C. by using the heater 204, and the inside of the plasma processing chamber 201 is evacuated through an exhaust system (not shown). The pressure was reduced to about 10 −3 Pa. 2 sl of oxygen gas is supplied through the plasma processing gas inlet 205.
It was introduced into the plasma processing chamber 201 at a flow rate of about m.

【0075】ついで、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、処理室201
内を2.66×102Pa程度に保持した。プラズマ処
理室201内に、2.45GHzのマイクロ波電源より
約2.5kWの電力をスロット付無終端環状導波管20
8を介して供給した。このようにして、プラズマ処理室
201内にプラズマを発生させた。この時プラズマ検出
素子221を用いて、プラズマ状態をモニタしながら処
理を行い、フォトレジストの構成原子である炭素に因る
波長の発光がある程度弱くなった時点でマイクロ波の供
給を停止した。処理中、プラズマ処理用ガス導入口20
5を介して導入された酸素ガスはプラズマ処理室201
内で励起、分解、反応して酸素原子となり、シリコン基
板202の方向に移動し、基板202上のフォトレジス
トを酸化し、気化・除去された。アッシング後、ゲート
絶縁評価、アッシング速度と基板表面電荷密度などにつ
いて評価した。
Then, the conductance valve (not shown) provided in the exhaust system (not shown) is adjusted to adjust the process chamber 201.
The inside was maintained at about 2.66 × 10 2 Pa. In the plasma processing chamber 201, about 2.5 kW of electric power is supplied from a 2.45 GHz microwave power source to the slotted endless annular waveguide 20.
Feed via 8 In this way, plasma was generated in the plasma processing chamber 201. At this time, the plasma detection element 221 was used to perform processing while monitoring the plasma state, and the microwave supply was stopped when the emission of the wavelength due to carbon, which is a constituent atom of the photoresist, weakened to some extent. During processing, gas inlet 20 for plasma processing
Oxygen gas introduced through the plasma processing chamber 201
It was excited, decomposed, and reacted inside to become oxygen atoms, moved to the silicon substrate 202, oxidized the photoresist on the substrate 202, and vaporized and removed. After ashing, gate insulation evaluation, ashing speed and substrate surface charge density were evaluated.

【0076】得られたアッシング速度均一性は、±4.
8%程度(約8.6μm/min)と極めて大きく、表
面電荷密度も約1.2×1011cm-2と充分低い値を示
し、ゲート絶縁破壊も観測されなかった。
The obtained ashing rate uniformity was ± 4.
It was extremely large at about 8% (about 8.6 μm / min), the surface charge density was about 1.2 × 10 11 cm -2, which was a sufficiently low value, and no gate dielectric breakdown was observed.

【0077】(処理例3)図1に示したマイクロ波プラ
ズマ処理装置を使用し、半導体素子保護用窒化シリコン
膜の形成を行った。
(Processing Example 3) Using the microwave plasma processing apparatus shown in FIG. 1, a silicon nitride film for protecting a semiconductor element was formed.

【0078】被処理体102としては、Al配線パター
ン(ラインアンドスペース約0.5μm)が形成された
層間SiO2膜付きφ300mm程度のp型単結晶シリ
コン基板(面方位〈100〉,抵抗率約10Ωcm)を
使用した。まず、シリコン基板102を被処理体支持台
103上に設置した後、排気系(不図示)を介してプラ
ズマ処理室101内を真空排気し、1.33×10-5
a程度の値まで減圧させた。続いてヒータ104に通電
し、シリコン基板102を300℃程度に加熱し、該基
板をこの温度に保持した。プラズマ処理用ガス導入口1
05を介して窒素ガスを約600sccmの流量で、ま
た、モノシランガスを200sccmの流量で処理室1
01内に導入した。ついで、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、処理室
101内を2.66Pa程度に保持した。
As the object 102 to be processed, a p-type single crystal silicon substrate (plane orientation <100>, resistivity of about 300 mm) with an interlayer SiO 2 film having an Al wiring pattern (line and space of about 0.5 μm) formed thereon was used. 10 Ωcm) was used. First, after the silicon substrate 102 is placed on the object support 103, the inside of the plasma processing chamber 101 is evacuated through an exhaust system (not shown) to obtain 1.33 × 10 −5 P.
The pressure was reduced to a value of about a. Then, the heater 104 was energized to heat the silicon substrate 102 to about 300 ° C., and the substrate was kept at this temperature. Gas inlet for plasma processing 1
Nitrogen gas at a flow rate of about 600 sccm and monosilane gas at a flow rate of 200 sccm via Process 05.
It was introduced in 01. Then, a conductance valve (not shown) provided in the exhaust system (not shown) was adjusted to maintain the inside of the processing chamber 101 at about 2.66 Pa.

【0079】ついで、2.45GHzのマイクロ波電源
(不図示)より約3.0kWの電力をスロット付無終端
環状導波管108を介して供給した。このようにして、
プラズマ処理室101内にプラズマを発生させた。この
時プラズマ検出素子121を用いて、プラズマ状態をモ
ニタしながら処理を行った。処理中、プラズマ処理用ガ
ス導入口105を介して導入された窒素ガスはプラズマ
処理室101内で励起、分解されて窒素原子となり、シ
リコン基板102の方向に移動し、モノシランガスと反
応し、窒化シリコン膜がシリコン基板102上に1.0
μm程度の厚さで形成した。成膜後、ゲート絶縁破壊評
価、成膜速度、応力などの膜質について評価した。応力
は成膜前後の基板の反り量の変化をレーザ干渉計Zyg
o(商品名)で測定し求めた。
Next, a power of about 3.0 kW was supplied from a 2.45 GHz microwave power source (not shown) through the endless annular waveguide 108 with slots. In this way
Plasma was generated in the plasma processing chamber 101. At this time, the plasma detection element 121 was used to perform processing while monitoring the plasma state. During the processing, the nitrogen gas introduced through the plasma processing gas introduction port 105 is excited and decomposed in the plasma processing chamber 101 to become nitrogen atoms, which moves toward the silicon substrate 102, reacts with the monosilane gas, and reacts with silicon nitride. The film is 1.0 on the silicon substrate 102.
It was formed with a thickness of about μm. After film formation, evaluation of gate dielectric breakdown, film formation speed, film quality such as stress was evaluated. As for the stress, the change in the amount of warp of the substrate before and after the film formation is measured by laser interferometer
It was measured and obtained with o (trade name).

【0080】得られた窒化シリコン膜の成膜速度均一性
は、±2.6%程度(約560nm/min)と極めて
大きく、膜質も応力0.8×109dyne・cm-2
度(圧縮)、リーク電流1.2×10-10A・cm-2
度、絶縁耐圧10.3MV/cm程度の極めて良質な膜
であることが確認され、ゲート絶縁破壊も観測されなか
った。
The uniformity of the film formation rate of the obtained silicon nitride film was extremely large, about ± 2.6% (about 560 nm / min), and the film quality was about 0.8 × 10 9 dyne · cm −2 (compressed). ), A leakage current of about 1.2 × 10 −10 A · cm −2 and a dielectric strength of about 10.3 MV / cm were confirmed to be extremely high quality films, and no gate dielectric breakdown was observed.

【0081】(処理例4)図2に示したマイクロ波プラ
ズマ処理装置を使用し、プラスチックレンズ反射防止用
酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜の形成を行った。
(Processing Example 4) Using the microwave plasma processing apparatus shown in FIG. 2, a plastic lens antireflection silicon oxide film and a silicon nitride film were formed.

【0082】被処理体202としては、直径約50mm
プラスチック凸レンズを使用した。レンズ202を被処
理体支持台203上に設置した後、排気系(不図示)を
介してプラズマ処理室201内を真空排気し、1.33
×10-5Pa程度の値まで減圧させた。プラズマ処理用
ガス導入口205を介して窒素ガスを約150sccm
の流量で、また、モノシランガスを約70sccmの流
量で処理室201内に導入した。ついで、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、処理室201内を6.55×10-1Pa程度に保
持した。
The object 202 to be processed has a diameter of about 50 mm.
A plastic convex lens was used. After the lens 202 is placed on the object support base 203, the inside of the plasma processing chamber 201 is evacuated through an exhaust system (not shown) to 1.33.
The pressure was reduced to a value of about 10 −5 Pa. About 150 sccm of nitrogen gas is supplied through the plasma processing gas inlet 205.
And the monosilane gas was introduced into the processing chamber 201 at a flow rate of about 70 sccm. Then, a conductance valve (not shown) provided in the exhaust system (not shown) was adjusted to maintain the inside of the processing chamber 201 at about 6.55 × 10 -1 Pa.

【0083】ついで、2.45GHzのマイクロ波電源
(不図示)より約3.0kWの電力をスロット付無終端
環状導波管203を介してプラズマ処理室201内に供
給した。このようにして、プラズマ処理室201内にプ
ラズマを発生させた。この際、プラズマ処理用ガス導入
口205を介して導入された窒素ガスは、プラズマ処理
室201内で励起、分解されて窒素原子などの活性種と
なり、レンズ202の方向に移動し、モノシランガスと
反応し、窒化シリコン膜がレンズ202上に20nm程
度の厚さで形成された。
Next, a power of about 3.0 kW was supplied from a 2.45 GHz microwave power source (not shown) into the plasma processing chamber 201 through the endless annular waveguide 203 with slots. In this way, plasma was generated in the plasma processing chamber 201. At this time, the nitrogen gas introduced through the plasma processing gas introduction port 205 is excited and decomposed in the plasma processing chamber 201 to become active species such as nitrogen atoms, moves toward the lens 202, and reacts with the monosilane gas. Then, a silicon nitride film was formed on the lens 202 with a thickness of about 20 nm.

【0084】次に、プラズマ処理用ガス導入口205を
介して酸素ガスを約200sccmの流量で、また、モ
ノシランガスを約100sccmの流量で処理室201
内に導入した。ついで、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、処理室20
1内を2.66×10-1Pa程度に保持した。ついで、
2.45GHzのマイクロ波電源(不図示)より2.0
kWの電力をスロット付無終端環状導波管208を介し
てプラズマ発生室201内に供給した。このようにし
て、プラズマ処理室201内にプラズマを発生させた。
この際、プラズマ処理用ガス導入口205を介して導入
された酸素ガスは、プラズマ処理室201内で励起、分
解されて酸素原子などの活性種となり、ガラス基板20
2の方向に移動し、モノシランガスと反応し、酸化シリ
コン膜がガラス基板202上に85nm程度の厚さで形
成された。成膜後、ゲート絶縁破壊評価、成膜速度、反
射特性について評価した。
Next, the processing chamber 201 is supplied with oxygen gas at a flow rate of about 200 sccm and monosilane gas at a flow rate of about 100 sccm through the plasma processing gas introduction port 205.
Introduced in. Then, the conductance valve (not shown) provided in the exhaust system (not shown) is adjusted to adjust the process chamber 20.
The inside of 1 was maintained at about 2.66 × 10 −1 Pa. Then,
2.0 from a 2.45 GHz microwave power source (not shown)
Electric power of kW was supplied into the plasma generation chamber 201 through the endless annular waveguide 208 with a slot. In this way, plasma was generated in the plasma processing chamber 201.
At this time, the oxygen gas introduced through the plasma processing gas introduction port 205 is excited and decomposed in the plasma processing chamber 201 to become active species such as oxygen atoms, and the glass substrate 20.
It moved in the direction 2 and reacted with monosilane gas to form a silicon oxide film on the glass substrate 202 with a thickness of about 85 nm. After the film formation, the gate dielectric breakdown evaluation, the film formation speed, and the reflection characteristics were evaluated.

【0085】得られた窒化シリコン膜及び酸化シリコン
膜の成膜速度均一性はそれぞれ±2.7%程度(約37
0nm/min)、±2.8%程度(約410nm/m
in)と良好で、膜質も、500nm付近の反射率が約
0.17%と極めて良好な光学特性であることが確認さ
れ、ゲート絶縁破壊も観測されなかった。
The film-forming rate uniformity of the obtained silicon nitride film and silicon oxide film is about ± 2.7% (about 37%).
0 nm / min), about ± 2.8% (about 410 nm / m
in), and the film quality was confirmed to have extremely good optical characteristics with a reflectance of about 0.17% in the vicinity of 500 nm, and no gate dielectric breakdown was observed.

【0086】(処理例5)図1に示したマイクロ波プラ
ズマ処理装置を使用し、半導体素子層間絶縁用酸化シリ
コン膜の形成を行った。
(Processing Example 5) The microwave plasma processing apparatus shown in FIG. 1 was used to form a silicon oxide film for semiconductor element interlayer insulation.

【0087】被処理体102としては、最上部にAlパ
ターン(ラインアンドスペース0.5μm程度)が形成
されたφ300mm程度のp型単結晶シリコン基板(面
方位〈100〉,抵抗率約10Ωcm)を使用した。ま
ず、シリコン基板102を被処理体支持体103上に設
置した。排気系(不図示)を介してプラズマ処理室10
1内を真空排気し、1.33×10-5Pa程度の値まで
減圧させた。続いてヒータ104に通電し、シリコン基
板102を300℃に加熱し、該基板をこの温度に保持
した。プラズマ処理用ガス導入口105を介して酸素ガ
スを約400sccmの流量で、また、モノシランガス
を約200sccmの流量で処理室101内に導入し
た。
As the object to be processed 102, a p-type single crystal silicon substrate (plane orientation <100>, resistivity about 10 Ωcm) of about φ300 mm having an Al pattern (line and space of about 0.5 μm) formed on the uppermost portion is used. used. First, the silicon substrate 102 was placed on the object support 103. Plasma processing chamber 10 via an exhaust system (not shown)
The inside of 1 was evacuated and the pressure was reduced to a value of about 1.33 × 10 −5 Pa. Subsequently, the heater 104 was energized to heat the silicon substrate 102 to 300 ° C. and maintain the substrate at this temperature. Oxygen gas was introduced into the processing chamber 101 at a flow rate of about 400 sccm and monosilane gas at a flow rate of about 200 sccm through the plasma processing gas introduction port 105.

【0088】ついで、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、プラズマ処理
室101内を2.66Pa程度に保持した。ついで、約
2MHzの高周波印加手段を介して300W程度の電力
を基板支持体102に印加するとともに、2.45GH
zのマイクロ波電源より約2.5kWの電力をスロット
付無終端環状導波管103を介してプラズマ処理室10
1内に供給した。
Then, a conductance valve (not shown) provided in the exhaust system (not shown) was adjusted to maintain the inside of the plasma processing chamber 101 at about 2.66 Pa. Then, about 300 W of electric power is applied to the substrate support 102 through a high frequency applying means of about 2 MHz, and 2.45 GH is applied.
About 2.5 kW of electric power from the microwave power source of z is supplied to the plasma processing chamber 10 through the endless annular waveguide 103 with slots.
It was supplied within 1.

【0089】このようにして、プラズマ処理室101内
にプラズマを発生させた。プラズマ処理用ガス導入口1
05を介して導入された酸素ガスはプラズマ処理室10
1内で励起、分解されて活性種となり、シリコン基板1
02の方向に移動し、モノシランガスと反応し、酸化シ
リコン膜がシリコン基板102上に0.8μm程度の厚
さで形成された。この時、イオン種はRFバイアスによ
り加速されて基板に入射しパターン上の膜を削り平坦性
を向上させる。処理後、成膜速度、均一性、絶縁耐圧、
及び段差被覆性について評価した。段差被覆性は、Al
配線パターン上に成膜した酸化シリコン膜の断面を走査
型電子顕微鏡(SEM)で観測し、ボイドを観測するこ
とにより評価した。
In this way, plasma was generated in the plasma processing chamber 101. Gas inlet for plasma processing 1
Oxygen gas introduced through 05 is the plasma processing chamber 10
The silicon substrate 1 is excited and decomposed in 1 to become active species.
It moved in the direction of 02 and reacted with monosilane gas to form a silicon oxide film on the silicon substrate 102 with a thickness of about 0.8 μm. At this time, the ion species are accelerated by the RF bias and enter the substrate to scrape the film on the pattern and improve the flatness. After processing, film formation speed, uniformity, withstand voltage,
And the step coverage. The step coverage is Al
The cross section of the silicon oxide film formed on the wiring pattern was observed by a scanning electron microscope (SEM), and the voids were observed to evaluate.

【0090】得られた酸化シリコン膜の成膜速度均一性
は±2.8%程度(約310nm/min)と良好で、
膜質も絶縁耐圧9.1MV/cm程度、ボイドフリーで
あって良質な膜であることが確認され、ゲート絶縁破壊
も観測されなかった。
The film formation rate uniformity of the obtained silicon oxide film was as good as about ± 2.8% (about 310 nm / min),
It was confirmed that the film quality was a void-free, high-quality film with a withstand voltage of about 9.1 MV / cm, and no gate dielectric breakdown was observed.

【0091】(処理例6)図2に示したマイクロ波プラ
ズマ処理装置を使用し、半導体素子層間SiO2膜のエ
ッチングを行った。
(Processing Example 6) The microwave plasma processing apparatus shown in FIG. 2 was used to etch the SiO 2 film between semiconductor elements.

【0092】被処理体202としては、Alパターン
(ラインアンドスペース0.35μm程度)上に約1μ
m厚の層間SiO2膜が形成されたφ300mm程度の
p型単結晶シリコン基板(面方位〈100〉,抵抗率1
0Ωcm程度)を使用した。まず、シリコン基板202
を被処理体支持台203上に設置した後、排気系(不図
示)を介してエッチング室201内を真空排気し、1.
33×10-5Pa程度の値まで減圧させた。プラズマ処
理用ガス導入口205を介してC48を約80scc
m、Arを約120sccm、O2を40sccm程度
の流量でプラズマ処理室201内に導入した。ついで、
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、プラズマ処理室201内を6.6
5×10-1Paの圧力に保持した。
As the object 202 to be processed, about 1 μm is formed on the Al pattern (line and space is about 0.35 μm).
m p-type single crystal silicon substrate of about φ300mm interlayer SiO 2 film is formed in thickness (face orientation <100>, resistivity 1
0 Ωcm) was used. First, the silicon substrate 202
After being installed on the object support base 203, the inside of the etching chamber 201 is evacuated through an exhaust system (not shown).
The pressure was reduced to a value of about 33 × 10 −5 Pa. About 80 scc of C 4 F 8 through the plasma processing gas inlet 205
m and Ar were introduced into the plasma processing chamber 201 at a flow rate of about 120 sccm and O 2 at a flow rate of about 40 sccm. Then,
The conductance valve (not shown) provided in the exhaust system (not shown) is adjusted to adjust the inside of the plasma processing chamber 201 to 6.6.
The pressure was kept at 5 × 10 −1 Pa.

【0093】ついで、約2MHzの高周波印加手段を介
して約280Wの電力を基板支持体202に印加すると
ともに、2.45GHzのマイクロ波電源より約3.0
kWの電力をスロット付無終端環状導波管203を介し
てプラズマ処理室201内に供給した。このようにし
て、プラズマ処理室201内にプラズマを発生させた。
この時プラズマ検出素子221を用いて、プラズマ状態
をモニタしながら処理を行い、酸化シリコンの構成原子
に因る発光の変化を検出してマイクロ波の供給を停止し
た。プラズマ処理用ガス導入口205を介して導入され
たC48ガスはプラズマ処理室201内で励起、分解さ
れて活性種となり、シリコン基板202の方向に移動
し、自己バイアスによって加速されたイオンによって層
間SiO2膜がエッチングされた。静電チャック付クー
ラ207により基板温度は30℃程度までしか上昇しな
かった。エッチング後、ゲート絶縁破壊評価、エッチン
グ速度、選択比、及びエッチング形状について評価し
た。エッチング形状は、エッチングされた酸化シリコン
膜の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観測し、評価
した。
Then, an electric power of about 280 W is applied to the substrate support 202 through a high frequency applying means of about 2 MHz, and an electric power of about 3.0 is applied from a microwave power source of 2.45 GHz.
Electric power of kW was supplied into the plasma processing chamber 201 through the endless annular waveguide 203 with a slot. In this way, plasma was generated in the plasma processing chamber 201.
At this time, the plasma detection element 221 was used to perform processing while monitoring the plasma state, detect changes in light emission due to constituent atoms of silicon oxide, and stop the supply of microwaves. The C 4 F 8 gas introduced through the plasma processing gas introduction port 205 is excited and decomposed in the plasma processing chamber 201 to become active species, which moves toward the silicon substrate 202 and is accelerated by self-bias. The inter-layer SiO 2 film was etched by. The cooler 207 with an electrostatic chuck increased the substrate temperature to only about 30 ° C. After etching, the gate dielectric breakdown evaluation, etching rate, selection ratio, and etching shape were evaluated. The etching shape was evaluated by observing the cross section of the etched silicon oxide film with a scanning electron microscope (SEM).

【0094】エッチング速度均一性と対ポリシリコン選
択比は±2.4%程度(約720nm/min)、20
と良好で、エッチング形状もほぼ垂直で、マイクロロー
ディング効果も少ないことが確認され、ゲート絶縁破壊
も観測されなかった。
Uniformity of etching rate and selectivity to polysilicon are about ± 2.4% (about 720 nm / min), 20
It was confirmed that the etching shape was almost vertical, the microloading effect was small, and no gate dielectric breakdown was observed.

【0095】(処理例7)図1に示したマイクロ波プラ
ズマ処理装置を使用し、半導体素子ゲート電極間ポリシ
リコン膜のエッチングを行った。
(Processing Example 7) The microwave plasma processing apparatus shown in FIG. 1 was used to etch the polysilicon film between semiconductor element gate electrodes.

【0096】被処理体102としては、最上部にポリシ
リコン膜が形成されたφ300mm程度のp型単結晶シ
リコン基板(面方位〈100〉,抵抗率約10Ωcm)
を使用した。まず、シリコン基板102を被処理体支持
台103上に設置した後、排気系(不図示)を介してプ
ラズマ処理室101内を真空排気し、1.33×10 -5
Pa程度の値まで減圧させた。プラズマ処理用ガス導入
口105を介してCF 4ガスを約300sccm、酸素
を約20sccmの流量でプラズマ処理室101内に導
入した。
As the object to be processed 102, a policy is provided at the top.
Φ300mm p-type single crystal film with recon film
Recon substrate (plane orientation <100>, resistivity about 10 Ωcm)
It was used. First, the silicon substrate 102 is supported on an object to be processed.
After installation on the stand 103, the exhaust system (not shown)
The inside of the plasma processing chamber 101 was evacuated to 1.33 × 10 -Five
The pressure was reduced to a value of about Pa. Gas introduction for plasma processing
CF through mouth 105 FourAbout 300 sccm gas, oxygen
At a flow rate of about 20 sccm into the plasma processing chamber 101.
I entered.

【0097】ついで、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、プラズマ処理
室101内を2.66×10-1Pa程度の圧力に保持し
た。ついで、2MHzの高周波電源(不図示)からの高
周波電力約300Wを基板支持体103に印加するとと
もに、2.45GHzのマイクロ波電源より約2.0k
Wの電力をスロット付無終端環状導波管103を介して
プラズマ処理室101内に供給した。
Then, a conductance valve (not shown) provided in the exhaust system (not shown) was adjusted to maintain the inside of the plasma processing chamber 101 at a pressure of about 2.66 × 10 -1 Pa. Next, about 300 W of high-frequency power from a high-frequency power supply of 2 MHz (not shown) is applied to the substrate support 103, and about 2.0 k from the microwave power supply of 2.45 GHz.
Power of W was supplied into the plasma processing chamber 101 through the endless annular waveguide 103 with slots.

【0098】このようにして、プラズマ処理室101内
にプラズマを発生させた。この時プラズマ検出素子12
1を用いて、プラズマ状態をモニタしながら処理を行
い、シリコンに因る発光の変化を検出してマイクロ波の
供給を停止した。プラズマ処理用ガス導入口105を介
して導入されたCF4ガス及び酸素はプラズマ処理室1
01内で励起、分解されて活性種となり、シリコン基板
102の方向に移動し、自己バイアスにより加速された
イオンによりポリシリコン膜がエッチングされた。静電
チャック付クーラ104により、基板温度は30℃程度
までしか上昇しなかった。エッチング後、ゲート絶縁破
壊評価、エッチング速度、選択比、及びエッチング形状
について評価した。エッチング形状は、エッチングされ
たポリシリコン膜の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)
で観測し、評価した。
In this way, plasma was generated in the plasma processing chamber 101. At this time, the plasma detection element 12
1 was used to perform processing while monitoring the plasma state, detect changes in light emission due to silicon, and stop the supply of microwaves. The CF 4 gas and oxygen introduced through the plasma processing gas inlet 105 are used in the plasma processing chamber 1
In 01, the polysilicon film was excited and decomposed to become active species, moved to the direction of the silicon substrate 102, and the polysilicon film was etched by the ions accelerated by self-bias. Due to the cooler 104 with an electrostatic chuck, the substrate temperature rose only up to about 30 ° C. After etching, the gate dielectric breakdown evaluation, etching rate, selection ratio, and etching shape were evaluated. The etching shape is the scanning electron microscope (SEM) of the cross section of the etched polysilicon film.
Was observed and evaluated.

【0099】エッチング速度均一性と対SiO2選択比
はそれぞれ±2.9%程度(約820nm/min)、
22と良好で、エッチング形状も垂直で、マイクロロー
ディング効果も少ないことが確認され、ゲート絶縁破壊
も観測されなかった。
The etching rate uniformity and the SiO 2 selection ratio are about ± 2.9% (about 820 nm / min),
22, the etching shape was vertical, the microloading effect was small, and no gate dielectric breakdown was observed.

【0100】[0100]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
被処理体の表面とマイクロ波導波管のプラズマ処理室側
の面との距離をマイクロ波換算波長で4分の奇数倍と
し、プラズマ処理室に導入されるマイクロ波と、被処理
体の被処理面で反射するマイクロ波が弱め合う構成とし
たので、放電の初期においても、被処理体表面へのマイ
クロ波の照射を低減し、その照射による損傷を抑制でき
るようになった。
As described above, according to the present invention,
The distance between the surface of the object to be processed and the surface of the microwave waveguide on the side of the plasma processing chamber is set to an odd multiple of a quarter of the microwave conversion wavelength, and the microwave introduced into the plasma processing chamber and the object to be processed are processed. Since the microwaves reflected on the surface weaken each other, it is possible to reduce the irradiation of the microwave on the surface of the object to be treated and suppress the damage due to the irradiation even in the initial stage of the discharge.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のプラズマ処理装置の一例を示す模式図
である。
FIG. 1 is a schematic view showing an example of a plasma processing apparatus of the present invention.

【図2】本発明の一実施形態である下面反射面を用いた
例を示す模式図である。
FIG. 2 is a schematic view showing an example using a lower reflecting surface which is one embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施形態である庇状反射面を用いた
例を示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing an example using an eaves-shaped reflecting surface which is an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施形態である溝状反射面を用いた
例を示す模式図である。
FIG. 4 is a schematic view showing an example using a groove-shaped reflecting surface which is an embodiment of the present invention.

【図5】従来例を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101、201、301、401、901 プラズマ処
理室 102、202、302、402、902 被処理体 103、203、303、403、903 被処理体支
持体 104、204、304、404、904 基板温度調
整手段 105、205、305、405、905 処理用ガス
導入手段 106、206、306、406、906 排気 107、207、307、407、907 誘電体窓 108、208、308,408、908 スロット付
き無終端環状導波管 109、209、309、409 反射手段 111、911 E分岐 112、912 管内定在波 113、913 スロット 114、914 表面波 115、915 表面定在波 116、916 表面プラズマ 117、917 バルクプラズマ 120、220、320、420 スロット板 121、221、321、421 プラズマ検出素子
101, 201, 301, 401, 901 Plasma processing chambers 102, 202, 302, 402, 902 Object 103, 203, 303, 403, 903 Object support 104, 204, 304, 404, 904 Substrate temperature adjustment Means 105, 205, 305, 405, 905 Processing gas introduction means 106, 206, 306, 406, 906 Exhaust gas 107, 207, 307, 407, 907 Dielectric window 108, 208, 308, 408, 908 Slotted endless Annular waveguide 109, 209, 309, 409 Reflecting means 111, 911 E branch 112, 912 In-tube standing wave 113, 913 Slot 114, 914 Surface wave 115, 915 Surface standing wave 116, 916 Surface plasma 117, 917 Bulk Plasma 120, 220, 320, 420 slots 121,221,321,421 plasma detection element

フロントページの続き Fターム(参考) 4K030 FA02 JA03 KA15 KA39 KA41 KA46 5F004 AA06 BA20 BB14 BB18 BB22 BB25 BC08 BD01 BD04 CB02 CB16 DA00 DA01 DA23 DA26 DB02 DB03 DB26 EB02 EB03 5F045 AA09 AB03 AB04 AB06 AB10 AB32 AB33 AB40 AC01 AC02 AC08 AC09 AC11 AC12 AC16 AC17 AE13 AE15 AE17 AE19 AE21 AE23 BB16 CB04 CB05 DP03 DQ10 EB02 EE20 EH03 EH19 GB08 Continued front page    F-term (reference) 4K030 FA02 JA03 KA15 KA39 KA41                       KA46                 5F004 AA06 BA20 BB14 BB18 BB22                       BB25 BC08 BD01 BD04 CB02                       CB16 DA00 DA01 DA23 DA26                       DB02 DB03 DB26 EB02 EB03                 5F045 AA09 AB03 AB04 AB06 AB10                       AB32 AB33 AB40 AC01 AC02                       AC08 AC09 AC11 AC12 AC16                       AC17 AE13 AE15 AE17 AE19                       AE21 AE23 BB16 CB04 CB05                       DP03 DQ10 EB02 EE20 EH03                       EH19 GB08

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 マイクロ波供給器を介してプラズマ処理
室内にマイクロ波を導入し、前記プラズマ処理室内でプ
ラズマを発生させプラズマ処理を行うプラズマ処理装置
において、 該プラズマ処理される被処理体の表面と前記マイクロ波
供給器とのマイクロ波換算距離が自然波長の略4分の奇
数倍であることを特徴とするプラズマ処理装置。
1. A plasma processing apparatus for performing plasma processing by introducing microwaves into a plasma processing chamber through a microwave supplier to generate plasma in the plasma processing chamber, the surface of an object to be plasma-treated. And a microwave conversion distance between the microwave supply device and the microwave supply device is an odd multiple of a quarter of a natural wavelength.
【請求項2】 前記マイクロ波供給器と前記プラズマ処
理室との間には誘電体窓が設けられ、該誘電体窓のマイ
クロ波換算厚の値は、前記導入されたマイクロ波の周波
数に対する該誘電体窓の材料の比誘電率の平方根を実厚
に乗じて得られた値であることを特徴とする請求項1記
載のプラズマ処理装置。
2. A dielectric window is provided between the microwave supplier and the plasma processing chamber, and a value of a microwave-converted thickness of the dielectric window corresponds to a frequency of the introduced microwave. 2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the value is obtained by multiplying the actual thickness by the square root of the relative permittivity of the material of the dielectric window.
【請求項3】 前記マイクロ波供給器は、無終端環状導
波管を用いた平板状マルチスロットアンテナであること
を特徴とする請求項1または2に記載のプラズマ処理装
置。
3. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the microwave supplier is a plate-shaped multi-slot antenna using an endless annular waveguide.
【請求項4】 マイクロ波供給器を介してプラズマ処理
室内にマイクロ波を導入し、前記プラズマ処理室内でプ
ラズマを発生させるプラズマ処理装置において、 該プラズマ処理される被処理体の表面からマイクロ波換
算距離でマイクロ波自然波長の略4分の奇数倍の位置
に、前記被処理体表面で反射されたマイクロ波を反射す
るマイクロ波反射手段を備えることを特徴とするプラズ
マ処理装置。
4. A plasma processing apparatus which introduces microwaves into a plasma processing chamber through a microwave supplier to generate plasma in the plasma processing chamber, wherein the surface of the object to be plasma-treated is converted into microwaves. A plasma processing apparatus comprising microwave reflecting means for reflecting the microwave reflected on the surface of the object to be processed, at a position that is an odd multiple of a quarter of the natural wavelength of the microwave at a distance.
【請求項5】 前記マイクロ波供給器は、無終端環状導
波管を用いた平板状マルチスロットアンテナであること
を特徴とする請求項4記載のプラズマ処理装置。
5. The plasma processing apparatus according to claim 4, wherein the microwave supplier is a flat plate-shaped multi-slot antenna using an endless annular waveguide.
【請求項6】 前記マイクロ波反射手段は、前記プラズ
マ処理室の断面積の5%以上の面積を有する反射面であ
ることを特徴とする請求項4または5に記載のプラズマ
処理装置。
6. The plasma processing apparatus according to claim 4, wherein the microwave reflecting means is a reflecting surface having an area of 5% or more of a cross-sectional area of the plasma processing chamber.
【請求項7】 前記マイクロ波反射手段は、前記プラズ
マ処理室の断面積の5%以上の面積を有する該プラズマ
処理室の壁面から内側に突出した庇状構造であることを
特徴とする請求項4または5に記載のプラズマ処理装
置。
7. The microwave reflecting means has an eaves-like structure protruding inward from a wall surface of the plasma processing chamber having an area of 5% or more of a cross-sectional area of the plasma processing chamber. The plasma processing apparatus of 4 or 5.
【請求項8】 前記マイクロ波反射手段は、前記プラズ
マ処理室の断面積の5%以上の面積を有する該プラズマ
処理室の壁面に入り込んだ溝状構造であることを特徴と
する請求項4または5に記載のプラズマ処理装置。
8. The microwave reflecting means has a groove-like structure that is inserted into a wall surface of the plasma processing chamber and has an area of 5% or more of a cross-sectional area of the plasma processing chamber. 5. The plasma processing apparatus according to item 5.
【請求項9】 前記マイクロ波反射手段は、前記プラズ
マ処理室の断面積の5%以上の面積を有する該プラズマ
処理室の壁面から該プラズマ処理室内に突出したメッシ
ュ状構造であることを特徴とする請求項4または5に記
載のプラズマ処理装置。
9. The microwave reflecting means has a mesh-like structure projecting into the plasma processing chamber from a wall surface of the plasma processing chamber having an area of 5% or more of a cross-sectional area of the plasma processing chamber. The plasma processing apparatus according to claim 4 or 5.
【請求項10】 前記メッシュ状構造のメッシュ孔径は
マイクロ波の自然波長の1/8以下であることを特徴と
する請求項9に記載のプラズマ処理装置。
10. The plasma processing apparatus according to claim 9, wherein the mesh hole diameter of the mesh structure is ⅛ or less of a natural wavelength of microwave.
【請求項11】 高周波供給器を介して前記プラズマ処
理室内に高周波を導入し、前記プラズマ処理室内でプラ
ズマを発生させるプラズマ処理装置において、 前記高周波供給器に形成された高周波放出用のスロット
を介してプラズマを検出するプラズマ検出素子を有する
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
11. A plasma processing apparatus for introducing a high frequency into the plasma processing chamber through a high frequency supply device to generate plasma in the plasma processing chamber, wherein a high frequency emission slot is formed in the high frequency supply device. A plasma processing apparatus having a plasma detection element for detecting plasma.
【請求項12】 前記スロットは被処理体の被処理面と
対向する位置に配されたスロット板に設けられているこ
とを特徴とする請求項11に記載のプラズマ処理装置。
12. The plasma processing apparatus according to claim 11, wherein the slot is provided in a slot plate arranged at a position facing the surface to be processed of the object to be processed.
【請求項13】 前記プラズマ検出素子は、該プラズマ
検出素子の検出結果に基づいてマイクロ波の供給を停止
する制御装置に接続されていることを特徴とする請求項
11に記載のプラズマ処理装置。
13. The plasma processing apparatus according to claim 11, wherein the plasma detection element is connected to a control device that stops the supply of microwaves based on the detection result of the plasma detection element.
【請求項14】 構造体が形成される基板の表面をプラ
ズマ処理する工程を有する構造体の製造方法において、 請求項1から13のいずれか1項に記載のプラズマ処理
装置を用いて前記プラズマ処理を行うことを特徴とする
構造体の製造方法。
14. A method of manufacturing a structure, comprising a step of plasma-treating a surface of a substrate on which the structure is formed, wherein the plasma treatment is performed by using the plasma treatment apparatus according to any one of claims 1 to 13. The manufacturing method of the structure characterized by performing.
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