JP2003324094A - マイクロ波プラズマ処理装置、プラズマ処理方法及び電子部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 環状導波管の周方向に発生する表面波干渉プ
ラズマ（ＳＩＰ）の均一化を図り、高品質なマイクロ波
プラズマ処理装置を提供することができるようにする。 【解決手段】 Ｈ面に所定の間隔で穿孔されて設けられ
た放射状もしくは円弧状のスロットを有する無終端環状
導波路を２層に積層した構造の無終端導波管１１０にマ
イクロ波を導入することにより、１層構造の無終端環状
導波路の場合に比して、無終端環状導波路の周方向に発
生する定在波をより均一にできるようにする。これによ
り、プラズマ処理室に均一なマイクロ波を供給すること
ができるようになり、高品質なマイクロ波プラズマ処理
装置とすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子、液晶
素子、発光素子などの電子部品を作製するための被処理
基体（シリコンウエハ、ガラス基板など）に処理を施す
マイクロ波プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関
し、特に、大面積基体を高品質処理するために、高密度
・均一・低電子温度で安定な平板状プラズマを発生させ
るマイクロ波プラズマ処理装置及びプラズマ方法に用い
て好適なものである。

【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、エッチング装
置、アッシング装置、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposit
ion）装置、ドーピング装置等が知られている。

【０００３】マイクロ波プラズマエッチング装置を使用
した被処理基体のエッチング処理としては、例えば次の
ようにして行われる。即ち、マイクロ波プラズマエッチ
ング装置のプラズマ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エッチャン
トガスを励起し、分解して、プラズマ処理室内に配され
た被処理基体の表面をエッチングする。

【０００４】また、マイクロ波プラズマアッシング装置
を使用した被処理基体のアッシング処理としては、例え
ば次のようにして行われる。即ち、マイクロ波プラズマ
アッシング装置のプラズマ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アッシ
ングガスを励起し、分解して、プラズマ処理室内に配さ
れた被処理基体の表面をアッシングする。

【０００５】また、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置を使
用する被処理基体の成膜処理としては、例えば次のよう
にして行われる。即ち、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置
のプラズマ処理室内に反応ガスを導入し、同時にマイク
ロ波エネルギーを投入して反応ガスを励起し、分解し
て、プラズマ処理室内に配された被処理基体上に堆積膜
を形成する。

【０００６】また、マイクロ波プラズマドーピング装置
を使用した被処理基体のドーピング処理としては、例え
ば次のようにして行われる。即ち、マイクロ波プラズマ
ドーピング装置のプラズマ処理室内にドーピングガスを
導入し、同時にマイクロ波エネルギーを投入して反応ガ
スを励起し、分解して、プラズマ処理室内に配された被
処理基体の表面にドーピングを行う。

【０００７】マイクロ波プラズマ処理装置においては、
ガスの励起源として高い周波数を持つマイクロ波を使用
することから、電子加速の回数が増加するので電子密度
が高くなり、ガス分子を効率的に電離させ、励起させる
ことができる。それ故に、マイクロ波プラズマ処理装置
は、ガスの電離効率、励起効率及び分解効率が高く、低
温でも高速で高品質処理できるといった利点を有する。
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、これ故に高清浄なプラズマ処理を行い得る
という利点もある。

【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。電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）とは、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
的に吸収して加速し、高密度プラズマが発生する現象で
ある。こうした電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラ
ズマ処理装置においては、マイクロ波導入手段と磁界発
生手段との構成について、代表的なものとして次の４つ
の構成が知られている。

【０００９】即ち、第１の構成としては、導波管を介し
て伝搬されるマイクロ波を被処理基体の対向面から透過
窓を介して円筒状のプラズマ発生室に導入し、プラズマ
発生室の中心軸と同軸の発散磁界をプラズマ発生室の周
辺に設けられた電磁コイルを介して導入する構成（ＮＴ
Ｔ方式）であり、第２の構成としては、導波管を介して
伝送されるマイクロ波を被処理基体の対向面から釣鐘状
のプラズマ発生室に導入し、プラズマ発生室の中心軸と
同軸の磁界をプラズマ発生室の周辺に設けられた電磁コ
イルを介して導入する構成（日立方式）であり、第３の
構成としては、円筒状スロットアンテナの一種であるリ
ジターノコイルを介してマイクロ波を周辺からプラズマ
発生室に導入し、プラズマ発生室の中心軸と同軸の磁界
をプラズマ発生室の周辺に設けられた電磁コイルを介し
て導入する構成（リジターノ方式）であり、第４の構成
としては、導波管を介して伝送されるマイクロ波を被処
理基体の対向面から平板状のスロットアンテナを介して
円筒状のプラズマ発生室に導入し、アンテナ平面に平行
なループ状磁界を平面アンテナの背面に設けられた永久
磁石を介して導入する構成（平面スロットアンテナ方
式）である。

【００１０】マイクロ波プラズマ処理装置の一例とし
て、近年、マイクロ波の均一で効率的な導入装置として
複数の直線状スロットが平板状Ｈ面に放射状に形成され
た無終端環状導波管を用いた装置が提案されている（公
開平１０−２３３２９５号公報）。図５は、この従来例
のマイクロ波プラズマ処理装置の模式図であり、図５
（ａ）にその概略断面図、図５（ｂ）にその上面図、図
５（ｃ）にそのプラズマ発生機構部の詳細図を示す。

【００１１】５０１はプラズマ処理室、５０２は被処理
基体、５０３は基体５０２の支持体、５０４は基体５０
２の温度を調節する手段、５０５は高周波バイアス印加
手段、５０６は処理用ガス導入手段、５０７は排気手
段、５０８は排気コンダクタンス調整手段、５０９はプ
ラズマ処理室５０１を大気側と分離する誘電体、５１０
はマイクロ波を誘電体５０９を透してプラズマ処理室５
０１に導入するためのスロット付無終端環状導波管、５
１２は無終端環状導波管５１０内のマイクロ波導波路、
５１３は無終端環状導波管５１０内に導入されたマイク
ロ波を左右に分配するＥ分岐、５１５はスロット、５１
６はスロット５１５を通して導入され誘電体５０９の表
面を伝播する表面波、５１７は隣接するスロットから導
入された表面波５１６同士の干渉により生じた表面定在
波、５１８は表面定在波５１７により生じた表面プラズ
マ、５１９は表面プラズマ５１８の拡散により生じたバ
ルクプラズマである。

【００１２】次に、プラズマの発生及びその処理につい
て以下に説明する。まず、排気手段５０７を介してプラ
ズマ処理室５０１内を真空排気する。続いて、処理用ガ
ス導入手段５０６を介してプラズマ処理用ガスを所定の
流量でプラズマ処理室５０１内に導入する。

【００１３】続いて、プラズマ処理室５０１と排気手段
５０７との間に設けられたコンダクタンス調整手段５０
８を調整し、プラズマ処理室５０１内を所定の圧力に保
持する。ここで必要に応じて、高周波バイアス印加手段
５０５を介して被処理基体５０２にバイアスを印加す
る。

【００１４】続いて、マイクロ波電源（不図示）から無
終端環状導波管５１０を介してプラズマ処理室５０１内
に所望の電力を供給する。この際、無終端環状導波管５
１０内に導入されたマイクロ波は、Ｅ分岐５１３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導
波路５１２を伝搬する。この分配されたマイクロ波同士
は干渉しあい、管内波長の１／２毎に定在波５１７を生
じる。電流が最大になる位置、即ち、隣接する２つの定
在波５１７の間で無終端環状導波管５１０内のマイクロ
波導波路５１２の中央、に設置されたスロット５１５か
ら誘電体５０９を透してプラズマ処理室５０１に導入さ
れたマイクロ波は、スロット５１５近傍にプラズマを生
成する。

【００１５】この生成したプラズマの電子密度が、 ｎ_ec＝ε₀ｍ_eω²／ｅ² ［ε₀：真空誘電率，ｍ_e：電子質量，ω：電源角周波
数，ｅ：電子電荷］で表されるカットオフ密度ｎ_ec（電
源周波数２．４５ＧＨｚの場合、７×１０¹⁰ｃｍ^-3）を
超えると、マイクロ波はプラズマ中を伝搬できなくな
り、さらに電子密度が増加し、 ｎ_es＝（１＋ε_d）ε₀ｍ_eω²／ｅ² ［ε_d：誘電体窓比誘電率］で表される真正表面波モー
ドの閾値密度ｎ_es（誘電体５０９が石英窓［ε_d：３．
８］の場合は３．４×１０¹¹ｃｍ^-3、窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）窓［ε_d：９．８］の場合は７．６×１０¹¹
ｃｍ^-3）を超え、 δ＝Ｃ／ω_p＝Ｃ（ε₀ｍ_e／ｅ²ｎ_e）^1/2＝（２／ωμ₀
σ）^1/2 ［Ｃ：光速，ω_p：電子プラズマ角周波数，μ₀：真空透
磁率，σ：プラズマ導電率］で表される表皮厚δが十分
薄くなる（例えば、電子密度が１×１０¹²ｃｍ^-3以上に
なると、表皮厚は１０ｍｍ以下になる）と、マイクロ波
は誘電体５０９の表面を表面波５１６として伝搬する。

【００１６】また、隣接するスロット５１５から導入さ
れた表面波５１６同士が干渉し、 λ_s＝λ_w｛１−（ε₀ｍ_eω²／ｅ²ｎ_e）^1/2｝ ［λ_w：完全導体間誘電体窓内マイクロ波波長］で表さ
れる表面波５１６の波長λ_sの１／２毎に表面定在波５
１７の腹を生じ、プラズマ処理室５０１にしみ出したこ
の表面定在波５１７によって電子が加速され表面プラズ
マ５１８が生じる。更に、表面プラズマ５１８の拡散に
よりバルクプラズマ５１９が生じる。

【００１７】このようにして生成される表面波干渉プラ
ズマ（ＳＩＰ：Surface-wave Interfered Plasma）は、
表面プラズマ５１８とバルクプラズマ５１９の２層構造
を有する。この時に処理用ガス導入手段５０６を介して
処理用ガスをプラズマ処理室５０１内に導入しておく
と、発生した高密度プラズマにより処理用ガスが励起さ
れ、支持体５０３上に載置された被処理基体５０２の表
面を処理する。

【００１８】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、圧力１０ｍＴｏｒｒ、マイクロ波パ
ワー３ｋＷの条件で、直径３００ｍｍ以上の大口径空間
に±３％以内の均一性をもって、電子密度２×１０¹²ｃ
ｍ^-3以上、電子温度３ｅＶ以下、プラズマ電位１５Ｖ以
下の高密度低電子温度プラズマを発生させることができ
るので、ガスを充分に反応させ活性な状態で被処理基体
５０２に供給でき、かつ入射イオンやチャージアップに
よる被処理基体５０２の表面ダメージも低減でき、高品
質で高速な処理が可能になる。

【００１９】また、アッシング処理などで使用する圧力
１Ｔｏｒｒ程度の高圧条件では、電子密度５×１０¹²ｃ
ｍ^-3以上の高密度プラズマが誘電体窓５０９近傍に局所
的に発生するので、高速で極めて低ダメージな処理が可
能になる。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５に
示したような高密度低電子温度プラズマを発生するマイ
クロ波プラズマ処理装置を用いて処理を行う場合に、そ
のプラズマ発生条件によっては無終端環状導波管５１０
の周方向に発生する表面干渉プラズマ（ＳＩＰ）に偏り
が生じて、その均一性が低下する場合があった。

【００２１】この不均一を本質的に解決するために、環
状導波路５１２への導入口を軸対称に複数、できれば環
状導波路５１２内に生じる定在波５１７の腹の数設ける
ことにより不均一を回避することも考えられるが、導入
部Ｅ分岐５１３を多数形成することは構造的に難しく、
また、各Ｅ分岐５１３へマイクロ波を均一に分配するこ
とも容易ではない。

【００２２】本発明は前述の問題点にかんがみてなされ
たもので、環状導波管の周方向に発生する表面波干渉プ
ラズマ（ＳＩＰ）の均一化・安定化を図り、高品質なマ
イクロ波プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供
することを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明者は、従来のマイ
クロ波プラズマ処理装置における前述した問題点を解決
し、前記目的を達成すべく鋭意努力した結果、以下に示
す発明の諸様態に想到した。

【００２４】本発明のマイクロ波プラズマ処理装置は、
プラズマ処理室と、前記プラズマ処理室内に設置された
被処理基体を支持する基体支持手段と、前記プラズマ処
理室内にガスを導入するガス導入手段と、前記プラズマ
処理室内を排気する排気手段と、前記プラズマ処理室に
マイクロ波を導入するマイクロ波導入手段とを含み、前
記マイクロ波導入手段は、Ｈ面に所定の間隔で穿孔され
て設けられたスロットを有する無終端環状導波路を２層
に積層した構造を備えていることを特徴とするものであ
る。

【００２５】本発明のプラズマ処理方法は、プラズマ処
理室と、前記プラズマ処理室にマイクロ波を導入し、Ｈ
面に所定の間隔で穿孔されて設けられたスロットを有す
る無終端環状導波路を２層に積層した構造を備えるマイ
クロ波導入手段とを有するマイクロ波プラズマ処理装置
に用いるプラズマ処理方法であって、前記プラズマ処理
室内に設置された基体を支持する基体支持工程と、前記
プラズマ処理室内を排気する排気工程と、前記プラズマ
処理室内にガスを導入するガス導入工程と、前記プラズ
マ処理室内を所定の圧力に保持する圧力保持工程と、前
記マイクロ波導入手段から前記プラズマ処理室にマイク
ロ波を導入してプラズマを発生させ、前記基体を処理す
る基体処理工程とを含むことを特徴とするものである。

【００２６】本発明は前記技術手段を有するので、スロ
ットを有する２層に積層した構造の無終端環状導波路を
備えるマイクロ波導入手段にマイクロ波を導入すること
により、１層構造の無終端環状導波路の場合に比して、
無終端環状導波路の周方向に発生する定在波をより均一
にすることができる。これにより、プラズマ処理室に均
一なマイクロ波を供給することができるようになり、高
品質なマイクロ波プラズマ処理装置とすることができ
る。

【００２７】

【発明の実施の形態】次に、添付図面を参照しながら本
発明のマイクロ波プラズマ処理装置、プラズマ処理方法
及びプラズマ処理により作製された電子部品の実施形態
について説明する。

【００２８】図１は、本発明の実施形態におけるマイク
ロ波プラズマ処理装置の模式図であり、図１（ａ）にそ
の概略断面図、図１（ｂ）にその上面図、図１（ｃ）に
そのプラズマ発生機構部の詳細図を示す。

【００２９】１０１はプラズマ処理室、１０２は被処理
基体、１０３は基体１０２の支持体、１０４は基体１０
２の温度を調節する手段、１０５は高周波バイアス印加
手段、１０６は処理用ガス導入手段、１０７は排気手
段、１０８は排気コンダクタンス調整手段、１０９はプ
ラズマ処理室１０１を大気側と分離する誘電体、１１０
は誘電体１０９を透してマイクロ波をプラズマ処理室１
０１に導入するためのスロット付２層無終端環状導波管
（ＤＭＡアンテナ）、１１１は２層無終端環状導波管１
１０内の入力側環状導波路、１１２は２層無終端環状導
波管１１０内の出力側環状導波路、１１３は入力側環状
導波路１１１の２箇所の導入口からマイクロ波を導入す
るためのＥ分岐もしくはＨ分岐などの２分岐導波管、１
１４は入力側環状導波路１１１と出力側環状導波路１１
２とを結合する導波路結合スロット、１１５は出力側ス
ロット、１１６は出力側スロットから導入され誘電体１
０９表面を伝播する表面波、１１７は隣接するスロット
から導入された表面波１１６同士の干渉により生じた表
面定在波、１１８は表面定在波１１７により発生した表
面プラズマ、１１９は表面プラズマの拡散により生じた
バルクプラズマである。

【００３０】次に、このような構成とする結論に至った
経緯について説明する。図５に示す従来例の場合、マイ
クロ波がスロット５１５から均一に導入される為には、
環状導波路５１２内に均一にその定在波が生じる必要が
ある。しかし、圧力やマイクロ波パワーなどの条件変化
により１スロットを介したカップリング度が変化した場
合、導入Ｅ分岐５１３に近い方への偏りや逆に遠い方へ
の偏りが生じ、無終端環状導波管５１０の周方向に発生
するプラズマの不均一の原因になる。

【００３１】この不均一を本質的に解決するために、環
状導波路５１２への導入口を軸対称に複数、できれば環
状導波路５１２内に生じる定在波５１７の腹の数（例え
ば１周長が管内波長の４倍の環状導波路５１２である場
合には８個）設けることを考えたが、導入Ｅ分岐５１３
を多数形成することは構造的に難しく、各Ｅ分岐５１３
へマイクロ波を均一に分配することも容易ではない。

【００３２】そこで、様々な思索の結果、導入Ｅ分岐５
１３ではなくスロットを介した環状導波路５１２へのマ
イクロ波導入を考え付いた。更に、この入力側スロット
への分配は、環状導波路が簡便であると考え、その結
果、従来例の環状導波路５１２を２層の積層構造にする
結論に至った。また、入力側環状導波路１１１へのマイ
クロ波導入は、軸対称にする為、Ｅ分岐もしくはＨ分岐
導波管１１３を用いて２分配し２箇所から導入すること
が望ましいと考えた。

【００３３】また、入力側環状導波路１１１の断面寸法
は、真正反射の低減のため入力用２分岐導波管１１３の
断面寸法と同一であることが望ましいと考えた。さら
に、出力側環状導波路１１２の中心径は、表面定在波励
起用の出力側スロット１１５の中心径と同一であること
が最も効率的であり望ましいと考えた。従ってこの場
合、出力側環状導波路１１２の断面寸法は、出力側環状
導波路１１２の１周長とその管内波長との比が入力側環
状導波路１１１の１周長とその管内波長との比とが同一
になるような寸法が望ましい。

【００３４】真正反射の低減のために、出力側環状導波
路１１２の中心半径ｒ_g1が出力側スロット１１５の中心
半径と同一の場合において、さらに、隣接する出力側ス
ロット１１５間に励起される表面定在波１１７の腹の数
をｎ_l、表面波１１６の波長をλ_S、出力側環状導波路１
１２の１周長に対する出力側無終端環状導波路１１２内
のマイクロ波長の倍率をｎ_gとすると、 ｒ_g1＝ｎ_lλ_S／[２tan[(π／２ｎ_g)][１＋cos（π／
ｎ_g）]] と表せる。

【００３５】一般的には、入力側環状導波路１１１と出
力側環状導波路１１２の中心径と断面寸法は異なる。導
波路結合スロット１１４の位置は、入力側電界が強く反
射側電界が弱くなるように、その中心半径が入力側環状
導波路１１１の中心半径と一致するように配置する。導
波路結合スロット１１４の長さは入力側環状導波路１１
１内の管内波長の１／４程度に、また、出力スロット１
１５の長さも出力側環状導波路１１２内の管内波長の１
／４程度に設定する。

【００３６】次に、プラズマの発生及びその処理につい
て以下に説明する。まず、排気手段１０７を介してプラ
ズマ処理室１０１内を真空排気する。

【００３７】続いて、処理用ガス導入手段１０６を介し
てプラズマ処理用ガスを所定の流量でプラズマ処理室１
０１内に導入する。

【００３８】続いて、プラズマ処理室１０１と排気手段
１０７との間に設けられたコンダクタンス調整手段１０
８を調整し、プラズマ処理室１０１内を所定の圧力に保
持する。ここで必要に応じて、高周波バイアス印加手段
１０５を介して被処理基体１０２にバイアスを印加す
る。

【００３９】続いて、マイクロ波電源（不図示）から無
終端環状導波管１１０を介してプラズマ処理室１０１内
に所望の電力を供給する。この際、無終端環状導波管１
１０内に導入されたマイクロ波は、２分岐導波管１１３
で２分配されて入力側環状導波路１１１に２箇所から導
入され、入力側環状導波路１１１内をそれぞれ伝搬して
干渉しあい、管内波長の１／２毎に“腹”をもつ定在波
がほぼ均一に生じる。

【００４０】さらに、入力側環状導波路１１１から導波
路結合スロット１１４を介して出力側環状導波路１１２
に導入されたマイクロ波が干渉しあってほぼ完全に均一
な定在波の“腹”を生じる。このとき、出力側環状導波
路１１２に導入されたマイクロ波の一部は、導波路結合
スロット１１４を介して入力側環状導波路１１１へ反射
電力として戻るが、反射電界が充分弱くなるように導波
路結合スロット１１４を配置してあるので、その反射を
最小限に抑えることができる。そして、出力スロット１
１４から誘電体１０９を透してプラズマ処理室１０１に
導入されたマイクロ波は、スロット１１４近傍にプラズ
マを生成する。

【００４１】この生成したプラズマの電子密度が、 ｎ_ec＝ε₀ｍ_eω²／ｅ² ［ε₀：真空誘電率，ｍ_e：電子質量，ω：電源角周波
数，ｅ：電子電荷］で表されるカットオフ密度ｎ_ec（電
源周波数２．４５ＧＨｚの場合、７×１０¹⁰ｃｍ^-3）を
超えると、マイクロ波はプラズマ中を伝搬できなくな
り、さらに電子密度が増加し、 ｎ_es＝（１＋ε_d）ε₀ｍ_eω²／ｅ² ［ε_d：誘電体窓比誘電率］で表される真正表面波モー
ドの閾値密度ｎ_es（誘電体１０９が石英窓［ε_d：３．
８］の場合は３．４×１０¹¹ｃｍ^-3、窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）窓［ε_d：９．８］の場合は７．６×１０¹¹
ｃｍ^-3）を超え、 δ＝Ｃ／ω_p＝Ｃ（ε₀ｍ_e／ｅ²ｎ_e）^1/2＝（２／ωμ₀
σ）^1/2 ［Ｃ：光速，ω_p：電子プラズマ角周波数，μ₀：真空透
磁率，σ：プラズマ導電率］で表される表皮厚δが十分
薄くなる（例えば、電子密度が１×１０¹²ｃｍ^-3以上に
なると、表皮厚は１０ｍｍ以下になる）と、マイクロ波
は誘電体１０９の表面を表面波１１６として伝搬する。

【００４２】また、隣接する出力スロット１１５から導
入された表面波１１６同士が干渉し、 λ_s＝λ_w｛１−（ε₀ｍ_eω²／ｅ²ｎ_e）^1/2｝ ［λ_w：完全導体間誘電体窓内マイクロ波波長］で表さ
れる表面波１１６の波長λ_sの１／２毎に表面定在波１
１７の腹を生じ、プラズマ処理室１０１にしみ出したこ
の表面定在波１１７によって電子が加速され表面プラズ
マ１１８が生じる。更に、表面プラズマ１１８の拡散に
よりバルクプラズマ１１９が生じる。

【００４３】このようにして生成する表面波干渉プラズ
マ（ＳＩＰ：Surface-wave Interfered Plasma）は、表
面プラズマ１１８とバルクプラズマ１１９の２層構造を
有する。この時に処理用ガス導入手段１０６を介して処
理用ガスをプラズマ処理室１０１内に導入しておくと、
発生した高密度プラズマにより処理用ガスが励起され、
支持体１０３上に載置された被処理基体１０２の表面を
処理する。

【００４４】本発明のマイクロ波プラズマ処理装置に用
いる無終端環状導波管１１０の材質としては、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アルミニウム（Ａｌ）、
銅（Ｃｕ）、 銀（Ａｇ）／銅（Ｃｕ）メッキしたＳＵ
Ｓなどが最適である。

【００４５】また、本発明のマイクロ波プラズマ処理装
置に用いるマイクロ波導入方法としては、アンテナの軸
対称性を向上させるため、アンテナ中心で２分配し、２
箇所の導入口から無終端環状導波管１１０に導入するの
が望ましい。例えば、入力側無終端環状導波路１１１の
１周長に対する前記入力側無終端環状導波路内のマイク
ロ波長の倍率が奇数の場合はＨ分岐を用い、偶数の場合
はＥ分岐を用いてマイクロ波を２分配し、入力側無終端
環状導波路１１に１８０度間隔で２個設けられた導入口
から２分配したマイクロ波を導入する形態などである。
また、無終端環状導波管１１０の出力スロット１１５か
ら導出されるマイクロ波の強度を調整したい場合には、
出力スロット１１５の開き角を変化させても良いし、導
波管結合スロット１１４と出力ロット１１５とを間隔を
変えずに一緒に径方向にずらしても良い。

【００４６】また、本発明のマイクロ波プラズマ処理装
置及び処理方法で用いるマイクロ波周波数としては、
０．８ＧＨｚ〜２０ＧＨｚの範囲から適宜選択すること
ができる。

【００４７】また、本発明のマイクロ波プラズマ処理装
置に用いる誘電体１０９としては、二酸化ケイ素（Ｓｉ
Ｏ₂）系の石英や各種ガラス、窒化シリコン（Ｓｉ
₃Ｎ₄）、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、塩化カリウム
（ＫＣｌ）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化カルシ
ウム（ＣａＦ₂）、フッ化バリウム（ＢａＦ₂）、酸化ア
ルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などの無機物が適当
であるが、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やシートなど
も適用可能である。マイクロ波プラズマ処理装置にマイ
クロ波を透過する性質を有する誘電体１０９を用いるこ
とで、プラズマ処理装置を無電極放電タイプのものとし
て構成することができ、これにより高清浄なプラズマ処
理を行うことができるようになるという利点がある。

【００４８】また、本発明のマイクロ波プラズマ処理装
置及び処理方法において、磁界発生手段を用いても良
い。ここで用いられる磁界としては、ミラー磁界なども
適用可能であるが、スロット１１５近傍の磁束密度が被
処理基体１０２近傍の磁束密度よりも大きいマグネトロ
ン磁界が最適である。磁界発生手段としては、永久磁石
などのコイル以外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。

【００４９】また、プラズマ処理のより高品質化のた
め、紫外光を被処理基体１０２表面に照射してもよい。
光源としては、被処理基体１０２もしくは被処理基体１
０２上に付着したガスで吸収される光を放射するもので
あれば適用可能であり、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。

【００５０】また、本発明のプラズマ処理方法における
プラズマ処理室１０１内の圧力は０．１ｍＴｏｒｒ〜１
０Ｔｏｒｒの範囲、より好ましくは、ＣＶＤの場合は圧
力１ｍＴｏｒｒ〜１００ｍＴｏｒｒ、隔離ＣＶＤの場合
は圧力１００ｍＴｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ、エッチングの
場合は圧力０．５ｍＴｏｒｒ〜５０ｍＴｏｒｒ、アッシ
ングの場合は圧力１００ｍＴｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒの範
囲から選択することができる。

【００５１】また、本発明のプラズマ処理方法による堆
積膜の形成は、使用するガスを適宜選択することにより
Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、ＴｉＯ₂、ＴｉＮ、Ａｌ
₂Ｏ₃、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜、ＭｇＦ₂などの
絶縁膜、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、ポリシリ
コン（poly−Ｓｉ）、ＳｉＣ、ＧａＡｓなどの半導体
膜、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、モリ
ブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（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。

【００５２】また、本発明のプラズマ処理方法により処
理する被処理基体１０２は、半導体であっても、導電性
のものであっても、あるいは電気絶縁性のものであって
もよい。導電性基体としては、鉄（Ｆｅ）、ニッケル
（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、モ
リブデン（Ｍｏ）、金（Ａｕ）、ニオブ（Ｎｂ）、タン
タル（Ｔａ）、バナジウム（Ｖ）、チタン（Ｔｉ）、白
金（Ｐｔ）、鉛（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。ま
た、絶縁性基体としては、二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）系
の石英や各種ガラス、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、Ｌ
ｉＦ、ＣａＦ₂、ＢａＦ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、窒化アルミニウム
（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。

【００５３】ＣＶＤ法により基板１０２上に薄膜を形成
する場合に用いられるガスとしては、一般に公知のガス
が使用できる。ａ−Ｓｉ、poly−Ｓｉ、ＳｉＣなどのＳ
ｉ系半導体薄膜を形成する場合の処理用ガス導入手段１
０６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、Ｓｉ₂Ｈ₆など
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、Ｓｉ₂Ｆ₆、Ｓｉ₃Ｆ₈、ＳｉＨＦ₃、ＳｉＨ
₂Ｆ₂、ＳｉＣｌ₄、Ｓｉ₂Ｃｌ₆、ＳｉＨＣｌ₃、ＳｉＨ₂
Ｃｌ₂、ＳｉＨ₃Ｃｌ、ＳｉＣｌ₂Ｆ₂などのハロシラン類
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、Ｘｅ、Ｒ
ｎが挙げられる。

【００５４】また、Ｓｉ₃Ｎ₄ 、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１０６
を介して導入するＳｉ原子を含有する原料としては、Ｓ
ｉＨ ₄、Ｓｉ₂Ｈ₆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（ＴＭＯ
Ｓ）、オクタメチルシクロテトラシラン（ＯＭＣＴ
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、Ｓｉ₂Ｆ₆、Ｓｉ₃Ｆ₈、ＳｉＨＦ₃、ＳｉＨ
₂Ｆ₂、ＳｉＣｌ₄、Ｓｉ₂Ｃｌ₆、ＳｉＨＣｌ₃、ＳｉＨ₂
Ｃｌ₂、ＳｉＨ₃Ｃｌ、ＳｉＣｌ₂Ｆ₂などのハロシラン類
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、Ｎ₂Ｈ₄、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤ
Ｓ）、Ｏ₂、Ｏ₃、Ｈ₂Ｏ、ＮＯ、Ｎ₂Ｏ、ＮＯ₂などが挙
げられる。

【００５５】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１０６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
キシチタン（ＰＥＯＴａ）などの有機金属、ＡｌＣ
ｌ₃、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。

【００５６】また、Ａｌ₂Ｏ₃、窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）、Ｔａ₂Ｏ₅、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１０６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（ＴＩ
ＢＡｌ）、ジメチルアルミニウムハイドライド（ＤＭＡ
ｌＨ）、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
トキシチタン（ＰＥＯＴａ）などの有機金属、 ＡｌＣ
ｌ₃、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、Ｈ
₂Ｏ、ＮＯ、Ｎ₂Ｏ、ＮＯ₂、Ｎ₂、ＮＨ₃、Ｎ₂Ｈ₄、ヘキ
サメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）などが挙げられる。

【００５７】基体表面をエッチングする場合の処理用ガ
ス導入口１０６から導入するエッチング用ガスとして
は、Ｆ₂、ＣＦ₄、ＣＨ₂Ｆ₂、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ₄Ｆ₈、ＣＦ₂Ｃ
ｌ₂、ＳＦ₆、ＮＦ₃、Ｃｌ₂、ＣＣｌ₄、ＣＨ₂Ｃｌ₂、Ｃ₂
Ｃｌ₆、Ｏ₂、Ｎ₂、ＮＨ₃、Ｈ₂などが挙げられる。

【００５８】フォトレジストなど基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１０６か
ら導入するアッシング用ガスとしては、Ｏ₂、Ｏ₃、Ｈ₂
Ｏ、Ｈ₂、ＮＯ、Ｎ₂Ｏ、ＮＯ₂などが挙げられる。

【００５９】また、本発明のマイクロ波プラズマ処理装
置及び処理方法を表面改質にも適用する場合、使用する
ガスを適宜選択することにより、例えば被処理基体１０
２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基体１０２もしくは表面層
の酸化処理あるいは窒化処理さらにはＢ、Ａｓ、Ｐなど
のドーピング処理等が可能である。

【００６０】更に、本発明において採用する成膜技術は
クリーニング方法にも適用できる。その場合酸化物ある
いは有機物や重金属などのクリーニングに使用すること
もできる。

【００６１】基体１０２を酸化表面処理する場合の処理
用ガス導入口１０６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、基体１０２を窒化表面処理する場合の処
理用ガス導入口１０６を介して導入する窒化性ガスとし
ては、Ｎ₂、ＮＨ₃、Ｎ₂Ｈ₄、ヘキサメチルジシラザン
（ＨＭＤＳ）などが挙げられる。

【００６２】基体１０２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基体１０２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
１０６から導入するクリーニング／アッシング用ガスと
しては、Ｏ₂、Ｏ₃、Ｈ₂Ｏ、Ｈ₂、ＮＯ、Ｎ₂Ｏ、ＮＯ₂な
どが挙げられる。また、基体１０２表面の無機物をクリ
ーニングする場合の処理用ガス導入口１０６から導入す
るクリーニング用ガスとしては、Ｆ₂、ＣＦ₄、ＣＨ
₂Ｆ₂、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ₄Ｆ₈、ＣＦ₂Ｃｌ₂、ＳＦ₆、ＮＦ₃など
が挙げられる。

【００６３】前述した基体１０２の各種薄膜の成膜、ク
リーニング、フォトレジスト等のアッシングを半導体素
子、液晶素子、発光素子などの電子部品の作製に適用す
ることにより、信頼性の高い高品質の電子部品を容易か
つ確実に作製することができる。

【００６４】−プラズマ処理装置例− 以下に装置例を挙げて本発明のマイクロ波プラズマ処理
装置をより具体的に説明するが、本発明はこれら装置例
に限定されるものではない。

【００６５】（装置例１）図２は、本発明のマイクロ波
プラズマ処理装置の装置例１を示す模式図であり、 図
２（ａ）にその概略断面図、図２（ｂ）にその上面図、
図２（ｃ）にそのプラズマ発生機構部の詳細図を示す。
装置例１のマイクロ波プラズマ処理装置では、導波路周
長／管内波長倍率ｎ_gが４、スロット間表面定在波個数
ｎ_lが３、誘電体が石英（ε_d：３．８）で構成されてい
るものである。

【００６６】２０１はプラズマ処理室、２０２は被処理
基体、２０３は基体２０２の支持体、２０４は基体２０
２の温度を調節する手段、２０５は高周波バイアス印加
手段、２０６は処理用ガス導入手段、２０７は排気手
段、２０８は排気コンダクタンス調整手段、２０９はプ
ラズマ処理室２０１を大気側と分離する誘電体、２１０
は誘電体２０９を透してマイクロ波をプラズマ処理室２
０１に導入するためのスロット付２層無終端環状導波
管、２１１は２層無終端環状導波管２１０内の入力側環
状導波路、２１２は２層無終端環状導波管２１０内の出
力側環状導波路、２１３は入力側環状導波路２１１の２
箇所の導入口からマイクロ波を導入するためのＥ分岐の
２分岐導波管、２１４は入力側環状導波路２１１と出力
側環状導波路２１２とを結合する導波路結合スロット、
２１５は出力側スロット、２１６は出力側スロットから
導入され誘電体２０９表面を伝播する表面波、２１７は
隣接するスロットから導入された表面波２１６同士の干
渉により生じた表面定在波、２１８は表面定在波２１７
により発生した表面プラズマ、２１９は表面プラズマの
拡散により生じたバルクプラズマである。

【００６７】次に、プラズマの発生及びその処理につい
て以下に説明する。まず、排気手段２０７を介してプラ
ズマ処理室２０１内を真空排気する。

【００６８】続いて、処理用ガス導入手段２０６を介し
てプラズマ処理用ガスを所定の流量でプラズマ処理室２
０１内に導入する。

【００６９】続いて、プラズマ処理室２０１と排気手段
２０７との間に設けられたコンダクタンス調整手段２０
８を調整し、プラズマ処理室２０１内を所定の圧力に保
持する。ここで必要に応じて、高周波バイアス印加手段
２０５を介して被処理基体２０２にバイアスを印加す
る。

【００７０】続いて、マイクロ波電源（不図示）より無
終端環状導波管２１０を介してプラズマ処理室２０１内
に所望の電力を供給する。この際、無終端環状導波管２
１０内に導入されたマイクロ波は、Ｅ分岐の２分岐導波
管２１３で２分配されて入力側環状導波路２１１に２箇
所から導入され、入力側環状導波路２１１内をそれぞれ
伝搬して干渉しあい、管内波長の１／２毎に“腹”をも
つ定在波がほぼ均一に生じる。

【００７１】さらに、入力側環状導波路２１１から導波
路結合スロット２１４を介して出力側環状導波路２１２
に導入されたマイクロ波が干渉しあってほぼ完全に均一
な定在波の“腹”を生じる。このとき、出力側環状導波
路２１２に導入されたマイクロ波の一部は、導波路結合
スロット２１４を介して入力側環状導波路２１１へ反射
電力として戻るが、反射電界が充分弱くなるように導波
路結合スロット２１４を配置してあるので、その反射を
最小限に抑えることができる。そして、出力スロット２
１４から誘電体２０９を透してプラズマ処理室２０１に
導入されたマイクロ波は、スロット２１４近傍にプラズ
マを生成する。

【００７２】この生成したプラズマの電子密度が、 ｎ_ec＝ε₀ｍ_eω²／ｅ² ［ε₀：真空誘電率，ｍ_e：電子質量，ω：電源角周波
数，ｅ：電子電荷］で表されるカットオフ密度ｎ_ec（電
源周波数２．４５ＧＨｚの場合、７×１０¹⁰ｃｍ^-3）を
超えると、マイクロ波はプラズマ中を伝搬できなくな
り、さらに電子密度が増加し、 ｎ_es＝（１＋ε_d）ε₀ｍ_eω²／ｅ² ［ε_d：誘電体窓比誘電率］で表される真正表面波モー
ドの閾値密度ｎ_es（誘電体２０９が石英窓［ε_d：３．
８］の場合は３．４×１０¹¹ｃｍ^-3）を超え、 δ＝Ｃ／ω_p＝Ｃ（ε₀ｍ_e／ｅ²ｎ_e）^1/2＝（２／ωμ₀
σ）^1/2 ［Ｃ：光速，ω_p：電子プラズマ角周波数，μ₀：真空透
磁率，σ：プラズマ導電率］で表される表皮厚δが十分
薄くなる（例えば、電子密度が１×１０¹²ｃｍ^-3以上に
なると、表皮厚は１０ｍｍ以下になる）と、マイクロ波
は誘電体２０９の表面を表面波２１６として伝搬する。

【００７３】また、隣接する出力スロット２１５から導
入された表面波２１６同士が干渉し、 λ_s＝λ_w｛１−（ε₀ｍ_eω²／ｅ²ｎ_e）^1/2｝ ［λ_w：完全導体間誘電体窓内マイクロ波波長］で表さ
れる表面波２１６の波長λ_sの１／２毎に表面定在波２
１７の腹を生じ、プラズマ処理室２０１にしみ出したこ
の表面定在波２１７によって電子が加速され表面プラズ
マ２１８が生じる。更に、表面プラズマ２１８の拡散に
よりバルクプラズマ２１９が生じる。

【００７４】このようにして生成する表面波干渉プラズ
マ（ＳＩＰ：Surface-wave Interfered Plasma）は、表
面プラズマ２１８とバルクプラズマ２１９の２層構造を
有する。この時に処理用ガス導入手段２０６を介して処
理用ガスをプラズマ処理室２０１内に導入しておくと、
発生した高密度プラズマにより処理用ガスが励起され、
支持体２０３上に載置された被処理基体２０２の表面を
処理する。

【００７５】ここで石英からなる誘電体２０９は、直径
３７８ｍｍ、厚さ１６ｍｍの無水合成石英で形成されて
いる。

【００７６】２層無終端環状導波管２１０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。２層無終端環状導波管内の入力側環状導波路２１
１は、断面寸法が２７ｍｍ×９６ｍｍであって、中心径
が２０２．２ｍｍ（導波路周長が管内波長の４倍）であ
る。出力側環状導波路２１２は、断面寸法が２７ｍｍ×
８０．４ｍｍであって、中心径が２４０ｍｍ（導波路周
長が管内波長［１８８．５ｍｍ］の４倍）である。導波
路結合スロット２１４は、入力側環状導波路２１１と出
力側環状導波路２１２との重なり部分に入力側環状導波
路２１１の中心径と等しい２０２．２ｍｍの位置に４０
ｍｍ×４ｍｍの寸法で８個放射状に形成されている。出
力スロット２１５は中心径が出力側環状導波管２１２と
同一の２４０ｍｍの位置に４８×４ｍｍの寸法でやはり
８個放射状に形成されている。

【００７７】Ｅ分岐の２分岐導波管２１３には、４Ｅチ
ューナ、方向性結合器、アイソレータ、２．４５ＧＨｚ
の周波数を持つマイクロ波電源（不図示）が順に接続さ
れている。

【００７８】図２に示したマイクロ波プラズマ処理装置
を使用して、Ａｒ流量５００ｓｃｃｍ、圧力１０ｍＴｏ
ｒｒ、マイクロ波パワー３．０ｋＷの条件でプラズマを
発生させ、得られたプラズマの計測を行った。プラズマ
計測は、シングルプローブ法により以下のようにして行
った。

【００７９】プローブに印加する電圧を−１０から＋３
０Ｖの範囲で変化させ、プローブに流れる電流をＩ−Ｖ
測定器により測定し、得られたＩ−Ｖ曲線からラングミ
ュアらの方法により電子密度、電子温度、プラズマ電位
を算出した。その結果、電子密度は、圧力１０ｍＴｏｒ
ｒの場合２．１ｘ１０¹²/ｃｍ³±２．９％（φ３００面
内）であり、均一で高電子密度の安定したプラズマが形
成されていることが確認された。

【００８０】（装置例２）図３は、本発明のマイクロ波
プラズマ処理装置の装置例２を示す模式図であり、 図
３（ａ）にその概略断面図、図３（ｂ）にその上面図、
図３（ｃ）にそのプラズマ発生機構部の詳細図を示す。
装置例２のマイクロ波プラズマ処理装置では、導波路周
長／管内波長倍率ｎ_gが３、スロット間表面定在波個数
ｎ_lが３、誘電体が石英（ε_d：３．８）で構成されてい
るものである。

【００８１】３０１はプラズマ処理室、３０２は被処理
基体、３０３は基体３０２の支持体、３０４は基体３０
２の温度を調節する手段、３０５は高周波バイアス印加
手段、３０６は処理用ガス導入手段、３０７は排気手
段、３０８は排気コンダクタンス調整手段、３０９はプ
ラズマ処理室３０１を大気側と分離する誘電体、３１０
は誘電体３０９を透してマイクロ波をプラズマ処理室３
０１に導入するためのスロット付２層無終端環状導波
管、３１１は２層無終端環状導波管３１０内の入力側環
状導波路、３１２は２層無終端環状導波管３１０内の出
力側環状導波路、３１３は入力側環状導波路３１１の２
箇所の導入口からマイクロ波を導入するためのＨ分岐の
２分岐導波管、３１４は入力側環状導波路３１１と出力
側環状導波路３１２とを結合する導波路結合スロット、
３１５は出力側スロット、３１６は出力側スロットから
導入され誘電体３０９表面を伝播する表面波、３１７は
隣接するスロットから導入された表面波３１６同士の干
渉により生じた表面定在波、３１８は表面定在波３１７
により発生した表面プラズマ、３１９は表面プラズマの
拡散により生じたバルクプラズマである。

【００８２】次に、プラズマの発生及びその処理につい
て以下に説明する。まず、排気手段３０７を介してプラ
ズマ処理室３０１内を真空排気する。

【００８３】続いて、処理用ガス導入手段３０６を介し
てプラズマ処理用ガスを所定の流量でプラズマ処理室３
０１内に導入する。

【００８４】続いて、プラズマ処理室３０１と排気手段
３０７との間に設けられたコンダクタンス調整手段３０
８を調整し、プラズマ処理室３０１内を所定の圧力に保
持する。ここで必要に応じて、高周波バイアス印加手段
３０５を介して被処理基体３０２にバイアスを印加す
る。

【００８５】続いて、マイクロ波電源（不図示）より無
終端環状導波管３１０を介してプラズマ処理室３０１内
に所望の電力を供給する。この際、無終端環状導波管３
１０内に導入されたマイクロ波は、Ｈ分岐の２分岐導波
管３１３で２分配されて入力側環状導波路３１１に２箇
所から導入され、入力側環状導波路３１１内をそれぞれ
伝搬して干渉しあい、管内波長の１／２毎に“腹”をも
つ定在波がほぼ均一に生じる。

【００８６】さらに、入力側環状導波路３１１から導波
路結合スロット３１４を介して出力側環状導波路３１２
に導入されたマイクロ波が干渉しあってほぼ完全に均一
な定在波の“腹”を生じる。このとき、出力側環状導波
路３１２に導入されたマイクロ波の一部は、導波路結合
スロット３１４を介して入力側環状導波路３１１へ反射
電力として戻るが、反射電界が充分弱くなるように導波
路結合スロット３１４を配置してあるので、その反射を
最小限に抑えることができる。そして、出力スロット３
１４から誘電体３０９を透してプラズマ処理室３０１に
導入されたマイクロ波は、スロット３１４近傍にプラズ
マを生成する。

【００８７】この生成したプラズマの電子密度が、 ｎ_ec＝ε₀ｍ_eω²／ｅ² ［ε₀：真空誘電率，ｍ_e：電子質量，ω：電源角周波
数，ｅ：電子電荷］で表されるカットオフ密度ｎ_ec（電
源周波数２．４５ＧＨｚの場合、７×１０¹⁰ｃｍ^-3）を
超えると、マイクロ波はプラズマ中を伝搬できなくな
り、さらに電子密度が増加し、 ｎ_es＝（１＋ε_d）ε₀ｍ_eω²／ｅ² ［ε_d：誘電体窓比誘電率］で表される真正表面波モー
ドの閾値密度ｎ_es（誘電体３０９が石英窓［ε_d：３．
８］の場合は３．４×１０¹¹ｃｍ^-3、窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）窓［ε_d：９．８］の場合は７．６×１０¹¹
ｃｍ^-3）を超え、 δ＝Ｃ／ω_p＝Ｃ（ε₀ｍ_e／ｅ²ｎ_e）^1/2＝（２／ωμ₀
σ）^1/2 ［Ｃ：光速，ω_p：電子プラズマ角周波数，μ₀：真空透
磁率，σ：プラズマ導電率］で表される表皮厚δが十分
薄くなる（例えば、電子密度が１×１０¹²ｃｍ^-3以上に
なると、表皮厚は１０ｍｍ以下になる）と、マイクロ波
は誘電体３０９の表面を表面波３１６として伝搬する。

【００８８】また、隣接する出力スロット３１５から導
入された表面波３１６同士が干渉し、 λ_s＝λ_w｛１−（ε₀ｍ_eω²／ｅ²ｎ_e）^1/2｝ ［λ_w：完全導体間誘電体窓内マイクロ波波長］で表さ
れる表面波３１６の波長λ_sの１／２毎に表面定在波３
１７の腹を生じ、プラズマ処理室３０１にしみ出したこ
の表面定在波３１７によって電子が加速され表面プラズ
マ３１８が生じる。更に、表面プラズマ３１８の拡散に
よりバルクプラズマ３１９が生じる。

【００８９】このようにして生成する表面波干渉プラズ
マ（ＳＩＰ：Surface-wave Interfered Plasma）は、表
面プラズマ３１８とバルクプラズマ３１９の２層構造を
有する。この時に処理用ガス導入手段３０６を介して処
理用ガスをプラズマ処理室３０１内に導入しておくと、
発生した高密度プラズマにより処理用ガスが励起され、
支持体３０３上に載置された被処理基体３０２の表面を
処理する。

【００９０】ここで石英からなる誘電体３０９は、直径
３３０ｍｍ、厚さ１６ｍｍの無水合成石英で形成されて
いる。

【００９１】２層無終端環状導波管３１０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。２層無終端環状導波管内の入力側環状導波路３１
１は、断面寸法が２７ｍｍ×９６ｍｍであって、中心径
が１５１．６ｍｍ（導波路周長が管内波長の３倍）であ
る。出力側環状導波路３１２は、断面寸法が２７ｍｍ×
７４ｍｍであって、中心径が２０８ｍｍ（導波路周長が
管内波長［２１７．８ｍｍ］の３倍）である。導波路結
合スロット３１４は、入力側環状導波路３１１と出力側
環状導波路３１２との重なり部分に入力側環状導波路３
１１の中心径と等しい１５１．６ｍｍの位置に４０ｍｍ
×４ｍｍの寸法で６個放射状に形成されている。出力ス
ロット３１５は中心径が出力側環状導波管３１２と同一
の２０８ｍｍの位置に５６×４ｍｍの寸法で形成されて
いる。

【００９２】Ｈ分岐の２分岐導波管３１３には、４Ｅチ
ューナ、方向性結合器、アイソレータ、２．４５ＧＨｚ
の周波数を持つマイクロ波電源（不図示）が順に接続さ
れている。

【００９３】図３に示したマイクロ波プラズマ処理装置
を使用して、Ａｒ流量５００ｓｃｃｍ、圧力０．１Ｔｏ
ｒｒ、マイクロ波パワー３．０ｋＷの条件でプラズマを
発生させ、得られたプラズマの計測を行った。プラズマ
計測は、シングルプローブ法により以下のようにして行
った。

【００９４】プローブに印加する電圧を−１０から＋３
０Ｖの範囲で変化させ、プローブに流れる電流をＩ−Ｖ
測定器により測定し、得られたＩ−Ｖ曲線からラングミ
ュアらの方法により電子密度、電子温度、プラズマ電位
を算出した。その結果、電子密度は、０．１Ｔｏｒｒの
場合３．１ｘ１０¹²/ｃｍ³±３．９％（φ３００面内）
であり、均一で高電子密度の安定したプラズマが形成さ
れていることが確認された。

【００９５】（装置例３）図４は、本発明のマイクロ波
プラズマ処理装置の装置例３を示す模式図であり、 図
４（ａ）にその概略断面図、図４（ｂ）にその上面図、
図４（ｃ）にそのプラズマ発生機構部の詳細図を示す。
装置例３のマイクロ波プラズマ処理装置では、導波路周
長／管内波長倍率ｎ_gが３、スロット間表面定在波個数
ｎ_lが５、誘電体４０９が窒化アルミニウム（ＡｌＮ）
（ε_d：９．８）で構成されているものである。

【００９６】４０１はプラズマ処理室、４０２は被処理
基体、４０３は基体４０２の支持体、４０４は基体４０
２の温度を調節する手段、４０５は高周波バイアス印加
手段、４０６は処理用ガス導入手段、４０７は排気手
段、４０８は排気コンダクタンス調整手段、４０９はプ
ラズマ処理室４０１を大気側と分離する誘電体、４１０
は誘電体４０９を透してマイクロ波をプラズマ処理室４
０１に導入するためのスロット付２層無終端環状導波
管、４１１は２層無終端環状導波管４１０内の入力側環
状導波路、４１２は２層無終端環状導波管４１０内の出
力側環状導波路、４１３は入力側環状導波路４１１の２
箇所の導入口からマイクロ波を導入するためのＨ分岐の
２分岐導波管、４１４は入力側環状導波路４１１と出力
側環状導波路４１２とを結合する導波路結合スロット、
４１５は出力側スロット、４１６は出力側スロットから
導入され誘電体４０９表面を伝播する表面波、４１７は
隣接するスロットから導入された表面波４１６同士の干
渉により生じた表面定在波、４１８は表面定在波４１７
により発生した表面プラズマ、４１９は表面プラズマの
拡散により生じたバルクプラズマである。

【００９７】次に、プラズマの発生及びその処理につい
て以下に説明する。まず、排気手段４０７を介してプラ
ズマ処理室４０１内を真空排気する。

【００９８】続いて、処理用ガス導入手段４０６を介し
てプラズマ処理用ガスを所定の流量でプラズマ処理室４
０１内に導入する。

【００９９】続いて、プラズマ処理室４０１と排気手段
４０７との間に設けられたコンダクタンス調整手段４０
８を調整し、プラズマ処理室４０１内を所定の圧力に保
持する。ここで必要に応じて、高周波バイアス印加手段
４０５を介して被処理基体４０２にバイアスを印加す
る。

【０１００】続いて、マイクロ波電源（不図示）より無
終端環状導波管４１０を介してプラズマ処理室４０１内
に所望の電力を供給する。この際、無終端環状導波管４
１０内に導入されたマイクロ波は、Ｈ分岐の２分岐導波
管４１３で２分配されて入力側環状導波路４１１に２箇
所から導入され、入力側環状導波路４１１内をそれぞれ
伝搬して干渉しあい、管内波長の１／２毎に“腹”をも
つ定在波がほぼ均一に生じる。

【０１０１】さらに、入力側環状導波路４１１から導波
路結合スロット４１４を介して出力側環状導波路４１２
に導入されたマイクロ波が干渉しあってほぼ完全に均一
な定在波の“腹”を生じる。このとき、出力側環状導波
路４１２に導入されたマイクロ波の一部は、導波路結合
スロット４１４を介して入力側環状導波路４１１へ反射
電力として戻るが、反射電界が充分弱くなるように導波
路結合スロット４１４を配置してあるので、その反射を
最小限に抑えることができる。そして、出力スロット４
１４から誘電体４０９を透してプラズマ処理室４０１に
導入されたマイクロ波は、スロット４１４近傍にプラズ
マを生成する。

【０１０２】この生成したプラズマの電子密度が、 ｎ_ec＝ε₀ｍ_eω²／ｅ² ［ε₀：真空誘電率，ｍ_e：電子質量，ω：電源角周波
数，ｅ：電子電荷］で表されるカットオフ密度ｎ_ec（電
源周波数２．４５ＧＨｚの場合、７×１０¹⁰ｃｍ^-3）を
超えると、マイクロ波はプラズマ中を伝搬できなくな
り、さらに電子密度が増加し、 ｎ_es＝（１＋ε_d）ε₀ｍ_eω²／ｅ² ［ε_d：誘電体窓比誘電率］で表される真正表面波モー
ドの閾値密度ｎ_es（誘電体４０９が窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）窓［ε_d：９．８］の場合は７．６×１０¹¹
ｃｍ^-3）を超え、 δ＝Ｃ／ω_p＝Ｃ（ε₀ｍ_e／ｅ²ｎ_e）^1/2＝（２／ωμ₀
σ）^1/2 ［Ｃ：光速，ω_p：電子プラズマ角周波数，μ₀：真空透
磁率，σ：プラズマ導電率］で表される表皮厚δが十分
薄くなる（例えば、電子密度が１×１０¹²ｃｍ^-3以上に
なると、表皮厚は１０ｍｍ以下になる）と、マイクロ波
は誘電体４０９の表面を表面波４１６として伝搬する。

【０１０３】また、隣接する出力スロット４１５から導
入された表面波４１６同士が干渉し、 λ_s＝λ_w｛１−（ε₀ｍ_eω²／ｅ²ｎ_e）^1/2｝ ［λ_w：完全導体間誘電体窓内マイクロ波波長］で表さ
れる表面波４１６の波長λ_sの１／２毎に表面定在波４
１７の腹を生じ、プラズマ処理室４０１にしみ出したこ
の表面定在波４１７によって電子が加速され表面プラズ
マ４１８が生じる。更に、表面プラズマ４１８の拡散に
よりバルクプラズマ４１９が生じる。

【０１０４】このようにして生成する表面波干渉プラズ
マ（ＳＩＰ：Surface-wave Interfered Plasma）は、表
面プラズマ４１８とバルクプラズマ４１９の２層構造を
有する。この時に処理用ガス導入手段４０６を介して処
理用ガスをプラズマ処理室４０１内に導入しておくと、
発生した高密度プラズマにより処理用ガスが励起され、
支持体４０３上に載置された被処理基体４０２の表面を
処理する。

【０１０５】ここで窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からな
る誘電体４０９は、直径３２０ｍｍ、厚さ１０ｍｍのイ
ットリア助剤入り高熱伝導型で形成されている。

【０１０６】２層無終端環状導波管４１０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。２層無終端環状導波管内の入力側環状導波路４１
１は、断面寸法が２７ｍｍ×９６ｍｍであって、中心径
が１５１．６ｍｍ（導波路周長が管内波長の３倍）であ
る。出力側環状導波路４１２は、断面寸法が２７ｍｍ×
７３ｍｍであって、中心径が２１４ｍｍ（導波路周長が
管内波長［２２４．１ｍｍ］の３倍）である。導波路結
合スロット４１４は、入力側環状導波路４１１と出力側
環状導波路４１２との重なり部分に入力側環状導波路４
１１と等しい中心径１５１．６ｍｍの位置に４０ｍｍ×
４ｍｍの寸法で６個放射状に形成されている。出力スロ
ット４１５は中心径が出力側環状導波管４１２と同一の
２１４ｍｍの位置に５６×４ｍｍの寸法で形成されてい
る。

【０１０７】Ｈ分岐の２分岐導波管４１３には、４Ｅチ
ューナ、方向性結合器、アイソレータ、２．４５ＧＨｚ
の周波数を持つマイクロ波電源（不図示）が順に接続さ
れている。

【０１０８】図４に示したマイクロ波プラズマ処理装置
を使用して、Ａｒ流量５００ｓｃｃｍ、圧力０．１Ｔｏ
ｒｒ、マイクロ波パワー３．０ｋＷの条件でプラズマを
発生させ、得られたプラズマの計測を行った。プラズマ
計測は、シングルプローブ法により以下のようにして行
った。

【０１０９】プローブに印加する電圧を−１０から＋３
０Ｖの範囲で変化させ、プローブに流れる電流をＩ−Ｖ
測定器により測定し、得られたＩ−Ｖ曲線からラングミ
ュアらの方法により電子密度、電子温度、プラズマ電位
を算出した。その結果、電子密度は、０．１Ｔｏｒｒの
場合１．７ｘ１０¹²/ｃｍ³±３．２％（φ３００面内）
であり、均一で高電子密度の安定したプラズマが形成さ
れていることが確認された。

【０１１０】−プラズマ処理方法例− 以下に方法例を挙げて本発明のプラズマ処理方法をより
具体的に説明するが、本発明はこれら方法例に限定され
るものではない。

【０１１１】（プラズマ処理方法例１）図３のマイクロ
波プラズマ処理装置を使用したプラズマ処理方法例１を
説明する。プラズマ処理方法例１は、フォトレジストの
アッシング処理を行ったものである。被処理基体３０２
としては、層間ＳｉＯ₂膜をエッチングし、ビアホール
を形成した直後のシリコン基板（φ８インチ）を使用し
ている。

【０１１２】まず、シリコン基板３０２を基体支持体３
０３上に設置し、温度調節手段３０４を介してシリコン
基板３０２を２５０℃に加熱した後、排気手段３０７を
介してプラズマ処理室３０１内を真空排気して、１０^-5
Ｔｏｒｒまで減圧させる。

【０１１３】続いて、プラズマ処理用ガス導入口３０６
を介してプラズマ処理室３０１内に１．５ｓｌｍの流量
で酸素ガスを導入する。

【０１１４】続いて、プラズマ処理室３０１と排気手段
３０７との間に設けられたコンダクタンスバルブ３０８
を調整し、プラズマ処理室３０１内を１Ｔｏｒｒに保持
する。

【０１１５】続いて、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源
（不図示）から無終端環状導波管３１０を介してプラズ
マ処理室３０１内に１．５ｋＷの電力を供給する。

【０１１６】かくして、プラズマ処理室３０１内にプラ
ズマを発生させることができる。この際、プラズマ処理
用ガス導入口３０６を介して導入された酸素ガスは、プ
ラズマ処理室３０１内で励起、分解、反応して酸素ラジ
カルとなり、シリコン基板の被処理基体３０２の方向に
送られて、シリコン基板３０２上のフォトレジストを酸
化する。これにより、フォトレジストを気化し除去する
ことができる。

【０１１７】実際にアッシングを行って、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。この評価
により得られたアッシング速度及び均一性は、５．６μ
ｍ／ｍｉｎ±４．２％と極めて良好で、表面電荷密度も
−１．３×１０¹¹／ｃｍ²と充分低い値を示している。

【０１１８】（プラズマ処理方法例２）次に、図４のマ
イクロ波プラズマ処理装置を使用したプラズマ処理方法
例２を説明する。プラズマ処理方法例２も、プラズマ処
理方法例１と同様にフォトレジストのアッシング処理を
行ったものである。被処理基体４０２としては、濃度５
１０¹⁵ｃｍ^-2の高濃度インプラ後のフォトレジストが表
面硬化したシリコン基板（φ８インチ）を使用してい
る。

【０１１９】まず、シリコン基板４０２を基体支持体４
０３上に設置した後、排気手段４０７を介してプラズマ
処理室４０１内を真空排気して、圧力１０^-5Ｔｏｒｒま
で減圧させる。

【０１２０】続いて、プラズマ処理用ガス導入口４０６
を介してプラズマ処理室４０１内に酸素ガスを１ｓｌ
ｍ、ＣＦ₄を１０ｓｃｃｍの流量で導入する。

【０１２１】続いて、プラズマ処理室４０１と排気手段
４０７との間に設けられたコンダクタンスバルブ４０８
を調整し、プラズマ処理室４０１を０．６Ｔｏｒｒに保
持する。

【０１２２】続いて、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源
（不図示）から無終端環状導波管４１０を介してプラズ
マ処理室４０１内に１．５ｋＷの電力を供給する。

【０１２３】かくして、プラズマ処理室４０１内にプラ
ズマを発生させることができる。この際、プラズマ処理
用ガス導入口４０６を介して導入されたＣＦ₄添加酸素
ガスは、プラズマ処理室４０１内で励起、分解、反応し
て弗素ラジカルを含む酸素ラジカルとなり、シリコン基
板４０２の方向に送られて、基板４０２上のフォトレジ
ストを酸化する。これにより、フォトレジストを気化し
除去することができる。

【０１２４】実際にアッシングを行って、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。この評価
により得られたアッシング速度及び均一性は、３．１μ
ｍ／ｍｉｎ±４．４％と極めて大きく、表面電荷密度も
−１．７×１０¹¹／ｃｍ²と充分低い値を示している。

【０１２５】（プラズマ処理方法例３）次に、図３のマ
イクロ波プラズマ処理装置を使用したプラズマ処理方法
例３を説明する。プラズマ処理方法例３は、半導体素子
保護用窒化シリコン膜の形成を行ったものである。被処
理基体３０２としては、Ａｌ配線パターン（ラインアン
ドスペース０．５μｍ）が形成された層間ＳｉＯ₂膜付
きＰ型単結晶シリコン基板（面方位〈１００〉、抵抗率
１０Ωｃｍ）を使用している。

【０１２６】まず、シリコン基板３０２を基体支持体３
０３上に設置した後、排気手段３０７を介してプラズマ
処理室３０１内を真空排気して、圧力１０^-7Ｔｏｒｒま
で減圧させる。

【０１２７】続いて、基体温度調節手段２０４であるヒ
ータに通電して、シリコン基板３０２を３００℃に加熱
し、シリコン基板３０２をこの温度に保持する。

【０１２８】続いて、プラズマ処理用ガス導入口３０６
を介してプラズマ処理室３０１内に窒素ガスを６００ｓ
ｃｃｍの流量で、また、モノシランガスを２００ｓｃｃ
ｍの流量で導入する。

【０１２９】続いて、プラズマ処理室３０１と排気手段
３０７との間に設けられたコンダクタンスバルブ３０８
を調整し、プラズマ処理室３０１内を圧力２０ｍＴｏｒ
ｒに保持する。

【０１３０】続いて、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源
（不図示）から無終端環状導波管３１０を介してプラズ
マ処理室３０１内に３．０ｋＷの電力を供給する。

【０１３１】かくして、プラズマ処理室３０１内にプラ
ズマを発生させることができる。この際、プラズマ処理
用ガス導入口３０６を介して導入された窒素ガスはプラ
ズマ処理室３０１内で励起、分解されて窒素ラジカルと
なり、シリコン基板３０２の方向に送られて、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３０２
上に１．０μｍの厚さで形成される。

【０１３２】実際に窒化シリコン膜の成膜を行って、そ
の成膜速度、応力などの膜質について評価した。ここで
応力は、成膜前後の基板反り量の変化をレーザ干渉計Ｚ
ｙｇｏ（商品名）で測定し求めた。この評価により得ら
れた窒化シリコン膜の成膜速度及び均一性は、５１０ｎ
ｍ／ｍｉｎ±３．２％と極めて大きく、膜質も応力１．
１×１０⁹ｄｙｎｅ／ｃｍ²（圧縮）、リーク電流１．３
×１０^-10Ａ／ｃｍ²、絶縁耐圧９ＭＶ／ｃｍの極めて良
質な膜であることが確認できた。

【０１３３】（プラズマ処理方法例４）図４のマイクロ
波プラズマ処理装置を使用したプラズマ処理方法例４を
説明する。プラズマ処理方法例４は、プラスチックレン
ズ反射防止用の酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜の形
成を行ったものである。被処理基体４０２としては、直
径５０ｍｍプラスチック凸レンズを使用している。

【０１３４】まず、レンズ４０２を基体支持体４０３上
に設置した後、排気手段４０７を介してプラズマ処理室
４０１内を真空排気して、圧力１０^-7Ｔｏｒｒまで減圧
させる。

【０１３５】続いて、プラズマ処理用ガス導入口４０６
を介してプラズマ処理室４０１内に窒素ガスを２４０ｓ
ｃｃｍの流量で、また、モノシランガスを１００ｓｃｃ
ｍの流量で導入する。

【０１３６】続いて、プラズマ処理室４０１と排気手段
４０７との間に設けられたコンダクタンスバルブ４０８
を調整し、プラズマ処理室４０１内を７ｍＴｏｒｒに保
持する。

【０１３７】続いて、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源
（不図示）から無終端環状導波管４１０を介してプラズ
マ処理室４０１内に３．０ｋＷの電力を供給する。

【０１３８】かくして、プラズマ処理室４０１内にプラ
ズマを発生させることができる。この際、プラズマ処理
用ガス導入口４０６を介して導入された窒素ガスは、プ
ラズマ処理室４０１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４０２の方向に送られて、モノ
シランガスと反応し、窒化シリコン膜がレンズ４０２上
に２１ｎｍの厚さで形成される。

【０１３９】続いて、プラズマ処理用ガス導入口４０６
を介してプラズマ処理室４０１内に酸素ガスを２００ｓ
ｃｃｍの流量で、また、モノシランガスを１００ｓｃｃ
ｍの流量で導入する。

【０１４０】続いて、プラズマ処理室４０１と排気手段
４０７との間に設けられたコンダクタンスバルブ４０８
を調整し、処理室４０１内を３ｍＴｏｒｒに保持する。

【０１４１】続いて、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源
（不図示）から無終端環状導波管４１０を介してプラズ
マ発生室４０１内に２．０ｋＷの電力を供給する。

【０１４２】かくして、プラズマ処理室４０１内にプラ
ズマを発生させることができる。この際、プラズマ処理
用ガス導入口４０６を介して導入された酸素ガスは、プ
ラズマ処理室４０１内で励起、分解されて酸素原子など
の活性種となり、レンズ４０２の方向に送られて、モノ
シランガスと反応し、酸化シリコン膜がレンズ４０２上
に８６ｎｍの厚さで形成される。

【０１４３】実際に酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜
の成膜を行って、その成膜速度、反射特性について評価
した。この評価により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及び均一性はそれぞれ３１０ｎｍ
／ｍｉｎ±２．３％、３３０ｎｍ／ｍｉｎ±２．５と良
好で、膜質も、５００ｎｍ付近の反射率が０．２％と極
めて良好な光学特性であることが確認できた。

【０１４４】（プラズマ処理方法例５）図２のマイクロ
波プラズマ処理装置を使用したプラズマ処理方法例５を
説明する。プラズマ処理方法例５は、半導体素子層間絶
縁用の酸化シリコン膜の形成を行ったものである。被処
理基体２０２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）が形成されたＰ型単結晶シ
リコン基板（面方位〈１００〉、抵抗率１０Ωｃｍ）を
使用している。

【０１４５】まず、シリコン基板２０２を基体支持体２
０３上に設置した後、排気手段２０７を介してプラズマ
処理室２０１内を真空排気して、圧力１０^-7Ｔｏｒｒま
で減圧させる。

【０１４６】続いて、基体温度調節手段２０４であるヒ
ータに通電して、シリコン基板２０２を３００℃に加熱
し、シリコン基板２０２をこの温度に保持する。

【０１４７】続いて、プラズマ処理用ガス導入口２０６
を介してプラズマ処理室２０１内に酸素ガスを５００ｓ
ｃｃｍの流量で、また、モノシランガスを２００ｓｃｃ
ｍの流量で導入する。

【０１４８】続いて、プラズマ処理室２０１と排気手段
２０７との間に設けられたコンダクタンスバルブ２０８
を調整し、プラズマ処理室２０１内を圧力３０ｍＴｏｒ
ｒに保持する。

【０１４９】続いて、１３．５６ＭＨｚの高周波印加手
段２０５を介して基板支持体２０２に３００Ｗの電力を
印加するとともに、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源
（不図示）から無終端環状導波管２１０を介してプラズ
マ処理室２０１内に２．０ｋＷの電力を供給する。

【０１５０】かくして、プラズマ処理室２０１内にプラ
ズマを発生させることができる。この際、プラズマ処理
用ガス導入口２０６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、分解されて活性種となり、
シリコン基板２０２の方向に送られて、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２０２上に
０．８μｍの厚さで形成される。この時、イオン種はＲ
Ｆバイアスにより加速されて基板２０２に入射しパター
ン上の膜を削り平坦性を向上させる。

【０１５１】実際に酸化シリコン膜の成膜を行って、そ
の成膜速度、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。この
評価により得られた酸化シリコン膜の成膜速度及び均一
性は２５０ｎｍ／ｍｉｎ±２．８％と良好で、膜質も絶
縁耐圧８．７ＭＶ／ｃｍ、ボイドフリーであって良質な
膜であることが確認できた。

【０１５２】（プラズマ処理方法例６）図４のマイクロ
波プラズマ処理装置を使用したプラズマ処理方法例６を
説明する。プラズマ処理方法例６は、半導体素子層間Ｓ
ｉＯ₂膜のエッチングを行ったものである。被処理基体
４０２としては、Ａｌパターン（ラインアンドスペース
０．１８μｍ）上に１μｍ厚の層間ＳｉＯ₂膜が形成さ
れたＰ型単結晶シリコン基板（面方位〈１００〉、抵抗
率１０Ωｃｍ）を使用している。

【０１５３】まず、シリコン基板４０２を基体支持体４
０３上に設置した後、排気手段４０７を介してプラズマ
４０１内を真空排気して、圧力１０^-7Ｔｏｒｒまで減圧
させる。

【０１５４】続いて、プラズマ処理用ガス導入口４０６
を介してプラズマ処理室４０１内にＣ₄Ｆ₈を１００ｓｃ
ｃｍの流量で導入する。

【０１５５】続いて、プラズマ処理室４０１と排気手段
４０７との間に設けられたコンダクタンスバルブ４０８
を調整し、プラズマ処理室４０１内を圧力１０ｍＴｏｒ
ｒの圧力に保持する。

【０１５６】続いて、１３．５６ＭＨｚの高周波バイア
ス印加手段４０５を介して基板支持体４０２に３００Ｗ
の電力を印加するとともに、２．４５ＧＨｚのマイクロ
波電源（不図示）から無終端環状導波管４１０を介して
プラズマ処理室４０１内に２．０ｋＷの電力を供給す
る。

【０１５７】かくして、プラズマ処理室４０１内にプラ
ズマを発生させることができる。この際、プラズマ処理
用ガス導入口４０６を介して導入されたＣ₄Ｆ₈ガスは、
プラズマ処理室４０１内で励起、分解されて活性種とな
り、シリコン基板４０２の方向に送られて、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
エッチングされる。基体温度調節手段４０４であるクー
ラによりシリコン基板４０２温度は８０℃程度までしか
上昇しない。

【０１５８】実際にエッチング処理を行って、そのエッ
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）で観測して評価
した。この評価により得られたエッチング速度及び均一
性と対ＰＲ選択比は４４０ｎｍ／ｍｉｎ±４．２％、１
２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できた。

【０１５９】（プラズマ処理方法例７）図２のマイクロ
波プラズマ処理装置を使用したプラズマ処理方法例７を
説明する。プラズマ処理方法例７は、半導体素子層間絶
縁用ポリアリールエーテル（ＰＡＥ）膜のエッチングを
行ったものである。被処理基体２０２としては、０．５
μｍ厚のＰＡＥ膜上にハードマスクとして０．１３μｍ
ＳｉＯ₂膜パターンが０．１μｍ厚形成されたＰ型単結
晶シリコン基板（面方位〈１００〉、抵抗率１０Ωｃ
ｍ）を使用している。

【０１６０】まず、シリコン基板２０２を基体支持体２
０３上に設置し、基体温度調節手段２０４であるクーラ
により基板温度を０℃に冷却した後、排気手段２０７を
介してプラズマ２０１内を真空排気して、圧力１０^-7Ｔ
ｏｒｒまで減圧させる。

【０１６１】続いて、プラズマ処理用ガス導入口２０６
を介してプラズマ処理室２０１内にＮＨ₃を２００ｓｃ
ｃｍの流量で導入する。

【０１６２】続いて、プラズマ処理室２０１と排気手段
２０７との間に設けられたコンダクタンスバルブ２０８
を調整し、プラズマ処理室２０１内を圧力１０ｍＴｏｒ
ｒの保持する。

【０１６３】続いて、２ＭＨｚの高周波印加手段２０５
を介して基板支持体２０２に３００Ｗの電力を印加する
とともに、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源（不図示）
から無終端環状導波管２１０を介してプラズマ処理室２
０１内に２．０ｋＷの電力を供給する。

【０１６４】かくして、プラズマ処理室２０１内にプラ
ズマを発生させることができる。この際、プラズマ処理
用ガス導入口２０６を介して導入されたＮＨ₃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の方向に送られて、自己バイア
スによって加速されたイオンによってＰＡＥ膜がエッチ
ングされる。

【０１６５】実際にエッチング処理を行って、そのエッ
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）で観測して評価
した。この評価により得られたエッチング速度及び均一
性と対ＳｉＯ₂選択比は４６０ｎｍ／ｍｉｎ±３．７
％、１０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できた。

【０１６６】

【発明の効果】本発明によれば、スロットを有する２層
構造の無終端環状導波路を備えるマイクロ波導入手段に
マイクロ波を導入することにより、１層構造の無終端環
状導波路の場合に比して、無終端環状導波路の周方向に
発生する定在波をより均一にすることができる。これに
より、プラズマ処理室に均一なマイクロ波を供給するこ
とができるようになり、高品質なマイクロ波プラズマ処
理装置とすることができる。

【０１６７】本発明の他の特徴によれば、導波路結合ス
ロットを入力側無終端環状導波路の周方向の中心に配置
するようにしたので、導波路結合スロットから出力側無
終端環状導波路に導入したマイクロ波の反射電界を最小
限に抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態におけるマイクロ波プラズマ
処理装置の模式図である。

【図２】本発明のマイクロ波プラズマ処理装置の装置例
１を示す模式図である。

【図３】本発明のマイクロ波プラズマ処理装置の装置例
２を示す模式図である。

【図４】本発明のマイクロ波プラズマ処理装置の装置例
３を示す模式図である。

【図５】従来例のマイクロ波プラズマ処理装置の模式図
である。

【符号の説明】

１０１、２０１、３０１、４０１、５０１ プラズマ処
理室 １０２、２０２、３０２、４０２、５０２ 被処理基体 １０３、２０３、３０３、４０３、５０３ 基体支持体 １０４、２０４、３０４、４０４、５０４ 基体温度調
節手段 １０５、２０５、３０５、４０５、５０５ 高周波バイ
アス印加手段 １０６、２０６、３０６、４０６、５０６ 処理用ガス
導入手段 １０７、２０７、３０７、４０７、５０７ 排気手段 １０８、２０８、３０８、４０８、５０８ コンダクタ
ンス調節手段 １０９、２０９、３０９、４０９、５０９ 誘電体 １１０、２１０、３１０、４１０、５１０ 無終端環状
導波管 １１１、２１１、３１１、４１１ 入力側環状導波路 １１２、２１２、３１２、４１２ 出力側環状導波路 ５１２ 無終端環状導波路 １１３、２１３、３１３、４１３ ２分岐導波管 ５１３ 導入部Ｅ分岐 １１４、２１４、３１４、４１４ 導波路結合スロット １１５、２１５、３１５、４１５ 出力スロット ５１５ スロット １１６、２１６、３１６、４１６、５１６ 表面波 １１７、２１７、３１７、４１７、５１７ 表面定在波 １１８，２１８，３１８，４１８，５１８ 表面プラズ
マ １１９，２１９，３１９，４１９，５１９ バルクプラ
ズマ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K030 AA06 AA14 BA29 BA44 CA04 CA12 CA17 FA02 JA19 5F004 BB11 BB32 BD01 DA00 DA01 DA02 DA04 DA05 DA06 DA15 DA17 DA18 DA24 DA25 DA26 DA27 DA28 DB03 DB23 DB26 EB03 5F045 AA09 AA20 AB09 AB31 AB32 AB33 AC01 AC02 AC03 AC07 AC11 EH02 EH03

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラズマ処理室と、 前記プラズマ処理室内に設置される被処理基体を支持す
   る基体支持手段と、 前記プラズマ処理室内にガスを導入するガス導入手段
   と、 前記プラズマ処理室内を排気する排気手段と、 前記プラズマ処理室にマイクロ波を導入するマイクロ波
   導入手段とを含み、 前記マイクロ波導入手段は、Ｈ面に所定の間隔で穿孔さ
   れて設けられたスロットを有する無終端環状導波路を２
   層に積層した構造を備えていることを特徴とするマイク
   ロ波プラズマ処理装置。
2. 【請求項２】 前記マイクロ波導入手段は、入力側無終
   端環状導波路と出力側無終端環状導波路との２層の積層
   構造で形成され、 前記入力側無終端環状導波路と前記出力側無終端環状導
   波路との間に設けられた放射状もしくは円弧状の導波路
   結合スロットと、 前記出力側無終端環状導波路と前記プラズマ処理室との
   間に設けられた放射状もしくは円弧状の出力側スロット
   とを備え、 前記導波路結合スロットは、前記入力側無終端環状導波
   路の周方向の中心に配置されていることを特徴とする請
   求項１に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
3. 【請求項３】 前記入力側無終端環状導波路の１周長に
   対する前記入力側無終端環状導波路内のマイクロ波長の
   倍率が奇数の場合はＨ分岐を用い、偶数の場合はＥ分岐
   を用いてマイクロ波を２分配し、前記入力側無終端環状
   導波路に１８０度間隔で２個設けられた導入口から前記
   ２分配したマイクロ波を導入することを特徴とする請求
   項２に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
4. 【請求項４】 前記入力側無終端環状導波路の内断面
   は、前記入力側無終端環状導波路にマイクロ波を導入す
   る為の矩形導波管の内断面と同一寸法であることを特徴
   とする請求項２または３に記載のマイクロ波プラズマ処
   理装置。
5. 【請求項５】 前記導波路結合スロットの中心半径が前
   記入力側無終端環状導波路の中心半径と等しいことを特
   徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載のマイクロ
   波プラズマ処理装置。
6. 【請求項６】 前記出力側無終端環状導波路の中心半径
   ｒ_g1が前記出力側スロットの中心半径と等しく、さら
   に、隣接する出力側スロット間に励起される表面定在波
   の腹の数をｎ_l、表面波の波長をλ_S、前記出力側無終端
   環状導波路の１周長に対する前記出力側無終端環状導波
   路内のマイクロ波長の倍率をｎ_gとすると、 ｒ_g1＝ｎ_lλ_S／[２tan[(π／２ｎ_g)][１＋cos（π／
   ｎ_g）]] であることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に
   記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
7. 【請求項７】 前記出力側スロットの長さｌ_S1は、前記
   出力側無終端環状導波路内のマイクロ波長をλ_g1とする
   と、 ｌ_S1＝λ_g1／４ であることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に
   記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
8. 【請求項８】 プラズマ処理室と、 前記プラズマ処理室にマイクロ波を導入し、Ｈ面に所定
   の間隔で穿孔されて設けられたスロットを有する無終端
   環状導波路を２層に積層した構造を備えるマイクロ波導
   入手段とを有するマイクロ波プラズマ処理装置に用いる
   プラズマ処理方法であって、 前記プラズマ処理室内に基体を支持する基体支持工程
   と、 前記プラズマ処理室内を排気する排気工程と、 前記プラズマ処理室内にガスを導入するガス導入工程
   と、 前記プラズマ処理室内を所定の圧力に保持する圧力保持
   工程と、 前記マイクロ波導入手段から前記プラズマ処理室にマイ
   クロ波を導入してプラズマを発生させ、前記基体を処理
   する基体処理工程とを含むことを特徴とするプラズマ処
   理方法。
9. 【請求項９】 前記マイクロ波導入手段は、入力側無終
   端環状導波路と出力側無終端環状導波路との２層の積層
   構造で形成され、 前記入力側無終端環状導波路と前記出力側無終端環状導
   波路との間に設けられた導波路結合スロットと、 前記出力側無終端環状導波路と前記プラズマ処理室との
   間に設けられた出力側スロットとを備え、 前記導波路結合スロットは、前記入力側無終端環状導波
   路の環状半径の中心に形成されていることを特徴とする
   請求項８に記載のプラズマ処理方法。
10. 【請求項１０】 前記基体処理工程がエッチング工程、
    アッシング工程、ＣＶＤ工程、ドーピング工程、酸化工
    程もしくは窒化工程であることを特徴とする請求項８ま
    たは９に記載のプラズマ処理方法。
11. 【請求項１１】 請求項８〜１０のいずれか１項に記載
    のプラズマ処理方法により処理された基体から作製され
    たことを特徴とする電子部品。