JP2006278643A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマをより均一にたてることができるプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】電磁波が入射される電磁波入射面Ｆを有し、内部に被処理基板１００を配置可能な真空容器１０と、電磁波入射面Ｆを通じて真空容器１０の内部に電磁波を入射させるアンテナ２０と、アンテナ２０を電磁波入射面Ｆと平行な面上で周期的に移動させるアンテナ走査装置８０ａ、８０ｂとを備える。プラズマを生成させるためのガスを真空容器１０の内部に導入するとともに、アンテナ２０をアンテナ走査装置８０ａ、８０ｂによって周期的に移動させながら、電磁波を電磁波入射面Ｆを通じて真空容器１０の内部に入射させることで、真空容器１０の内部に表面波プラズマを生成させて、被処理基板１００をプラズマ処理するように構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば半導体集積回路装置のような半導体装置や液晶表示装置のような表示装置の製造プロセス等で絶縁膜を形成する場合に適用されるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。

従来、半導体装置や液晶表示装置等の製造プロセスにおいて、膜堆積、表面改質、あるいはエッチング等のプラズマ処理を施すためには、平行平板型の高周波プラズマ処理装置や、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマ処理装置等が用いられている。
しかしながら、平行平板型プラズマ処理装置は、プラズマ密度が低く、電子温度が高いため、被処理体にダメージを与え易いという問題がある。また、ＥＣＲプラズマ処理装置は、プラズマ励起に直流磁場が必要であるため、大面積の基板の処理が困難であるという問題がある。

このような問題に対して、近年、プラズマ励起に磁場が不要であり、高密度でかつ電子温度が低いプラズマを生成することが可能なプラズマ処理装置が提案されている。
この種のプラズマ処理装置としては、同心円状或いは渦巻き状に形成された複数のスロットを有する円形の平面アンテナ部材を備えたものが知られている。このプラズマ処理装置では、マイクロ波発生器にて発生したマイクロ波が同軸導波管内を伝播して平面アンテナ部材に到達し、この平面アンテナ部材の中心部から放射状に周辺部に伝搬される間に、スリット間に静電界が生じるように構成されている。これにより、平面アンテナ部材直下に電界が形成されるため、この静電場によりエッチングガスが励起されてプラズマ化する（例えば、特許文献１参照。）。

また、プラズマ処理装置としては、矩形状の導波管のＨ面に配された導波管アンテナをなす２つのスロットから、誘電体窓を介してチャンバ内にマイクロ波が供給されるように構成されたものが知られている。このプラズマ処理装置では、反射面に近いほど、スロットの幅が狭くなるように形成されている。また、スロットは、導波管の反射面に向かって狭くなるように、階段状あるいはテーパ状に形成されている（例えば、特許文献２参照。）。

さらに、プラズマ処理装置としては、複数の矩形状の導波管を等間隔に平行に配置したものが知られている。各導波管には、その先端側に向かって結合係数を順次大きくした結合孔が設けられている。真空容器には、各結合孔に対応して分割形成した複数の誘電体窓が設けられている（例えば、特許文献３参照。）。

また、プラズマ処理装置としては、マイクロ波がマイクロ波導波管を介して板状の誘電体電路に導入されるように構成されたものが知られている。誘電体電路は、マイクロ波導波管に挿入されている導入部と、矩形部と、導入部と矩形部とを結ぶ整合部とを有している。このプラズマ処理装置では、マイクロ波は、整合部から導入され、仕切り板と矩形部とにより形成される導波管相当部分を通り、マイクロ波導入口から反応室に導かれる（例えば、特許文献４参照。）。

さらに、プラズマ処理装置としては、マイクロ波発振器から供給されたマイクロ波が、複数の分岐路を有するマイクロ波分配器を通って、複数の誘電体線路に分配されるように構成されたものが知られている。誘電体線路は、分岐路の先端から延びる複数の矩形板で構成されており、複数の矩形板の間は導電体板で仕切られている（例えば、特許文献５参照。）。

なお、本願発明者らは、電磁波源と結合する電磁波分配用導波管の電界面又は磁界面から垂直方向に分岐するように、複数の電磁波放射用導波管を互いに平行に並べて配置したプラズマ処理装置を提案している（例えば、非特許文献１及び非特許文献２参照。）。

特開平９−０６３７９３号公報

特許第２８５７０９０号公報

特開２００２−２８０１９６号公報

特開平１１−４５７９９号公報

特開平１１−１１１４９３号公報

第４９回応用物理学関係連合講演会 講演予稿集１２８頁 （２００２年３月）

ＥＳＣＡＭＰＩＧ１６＆ＩＣＲＰ５ 予稿集３２１頁 （２００２年７月１４日〜１８日）

ところで、プラズマ処理装置としては、大面積の被処理体であってもより均一にプラズマ処理を施すことができるように、処理容器の内部により均一なプラズマをたてることができるものが求められている。
本発明は、このような事情にもとづいてなされたもので、大面積の被処理体であっても均一にプラズマ処理することができる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。

本発明の第１の形態に係るプラズマ処理装置は、ガスを電磁波によってプラズマ化させて被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、電磁波が入射される電磁波入射面を有し、内部に前記被処理体を配置可能な処理容器と、前記処理容器に設けられ、ガスを前記処理容器の内部に導入させるガス導入部を有する導入系と、前記電磁波入射面と対向するように設けられ、前記処理容器の内部に前記電磁波入射面を通じて電磁波を入射させるアンテナと、前記アンテナの少なくとも一部が前記電磁波入射面と対向している状態を保ちながら、前記アンテナを前記電磁波入射面と平行な面上で周期的に移動させるアンテナ走査装置とを具備する。

本発明の第２の形態に係るプラズマ処理装置は、電磁波が入射される電磁波入射面を有し、内部に被処理体を配置可能な処理容器と、前記処理容器に設けられ、第１のガスを前記処理容器内に導入させる第１のガス導入部を有する第１のガス導入系と、前記処理容器に設けられ、第２のガスを前記処理容器内に導入させる第２のガス導入部を有する第２のガス導入系と、前記処理容器内に前記電磁波入射面を通じて電磁波を入射させるアンテナと、前記アンテナの少なくとも一部が前記電磁波入射面と対向している状態を保ちながら、前記アンテナを前記電磁波入射面と平行な面上で周期的に移動させるアンテナ走査装置とを具備し、前記第１のガス導入部と前記電磁波入射面との間の距離が１０ｍｍ未満に設定されているとともに、前記第２のガス導入部と前記電磁波入射面との間の距離が１０ｍｍ以上に設定されており、前記第１のガス及び第２のガスのうちの少なくとも一方を前記電磁波によってプラズマ化させて前記被処理体をプラズマ処理するものである。

本発明の第３の形態に係るプラズマ処理装置は、電磁波が入射される電磁波入射面を有し、内部に被処理体を配置可能な処理容器と、前記電磁波入射面と対向して設けられ、前記処理容器の内部に前記電磁波入射面を通じて電磁波を入射させるアンテナと、前記アンテナの少なくとも一部が前記電磁波入射面と対向している状態を保ちながら、前記アンテナを前記電磁波入射面と平行な面上で周期的に移動させるアンテナ走査装置とを具備し、プラズマを生成させるためのガスを前記処理容器の内部に導入するとともに、前記アンテナを前記アンテナ走査装置によって周期的に移動させながら、電磁波を前記電磁波入射面を通じて前記処理容器の内部に入射させることで、前記処理容器の内部に表面波プラズマを生成させて、前記被処理体をプラズマ処理するものである。

これらのプラズマ処理装置によれば、アンテナをアンテナ走査装置によって電磁波入射面と平行な面上で周期的に移動させながら、電磁波を電磁波入射面から処理容器の内部に入射させることができる。したがって、電磁波入射面から処理容器の内部に入射される電磁波の強度分布を時間領域で平均化させることができる。そのため、これらのプラズマ処理装置によれば、処理容器の内部においてより均一にプラズマをたてる（生成する）ことができるため、大面積の被処理体であっても均一にプラズマ処理することができる。

本発明の第４の形態に係るプラズマ処理方法は、外壁及び電磁波が入射される電磁波入射面を有し、内部に被処理体を配置可能な処理容器と、前記処理容器に設けられ、第１のガスを前記処理容器の内部に導入させる第１のガス導入系と、前記処理容器に設けられ、第２のガスを前記処理容器の内部に導入させる第２のガス導入系と、前記電磁波入射面と対向するように設けられ、前記処理容器の内部に前記電磁波入射面を通じて電磁波を入射させるアンテナと、前記アンテナの少なくとも一部が前記電磁波入射面と対向している状態を保ちながら、前記アンテナを前記電磁波入射面と平行な面上で周期的に移動させるアンテナ走査装置とを具備するプラズマ処理装置を用い、前記被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理方法であって、前記処理容器の内部に、前記被処理体を配置する工程と、希ガス及び酸素ガスのうちの少なくとも一方を含む第１のガスを、前記電磁波入射面からの距離が１０ｍｍ未満となる位置から前記処理容器の内部に導入させるとともに、有機シリコン化合物又は有機金属化合物のうちの少なくとも一方を含む第２のガスを、前記電磁波入射面からの距離が１０ｍｍ以上となる位置から、前記第１のガスと分離して前記処理容器の内部に導入させる工程と、前記アンテナを前記アンテナ走査装置によって周期的に移動させながら、電磁波を前記電磁波入射面を通じて前記処理容器の内部に入射させることにより、前記処理容器の内部に前記第１及び第２のガスによる表面波プラズマを生じさせ、前記被処理体に酸化膜を形成する工程と、を有する。

このプラズマ処理方法によれば、アンテナをアンテナ走査装置によって周期的に移動させながら、電磁波を電磁波入射面を通じて処理容器の内部に入射させることにより、処理容器の内部に第１及び第２のガスによる表面波プラズマを生じさせる。このようにすることにより、強度分布が時間領域で平均化された電磁波が処理容器の内部に入射されることとなるため、第１及び第２のガスによる表面波プラズマが電磁波入射面の全域にわたってより均一に生成される。したがって、被処理基体を均一にプラズマ処理することができる。すなわち、被処理基板に均一に酸化膜を形成することができる。

本発明によれば、大面積の被処理体であっても均一にプラズマ処理することができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法が得られる。

以下、本発明の第１の実施形態を、図１乃至図６を参照して説明する。本実施形態では、本発明のプラズマ処理装置の一実施形態を説明する。また本実施形態では、本発明のプラズマ処理方法の一例として、被処理体としての被処理基板１００に絶縁膜１０１を形成する方法について説明する。

図１に示すように、プラズマ処理装置１は、処理容器としての真空容器１０、アンテナ２０、導波管３０、電磁波源としての高周波電源４０、第１のガス導入系としての上部ガス導入系５０、第２のガス導入系としての下部ガス導入系６０、ガス排出系７０、第１のアンテナ走査装置８０ａ、及び第２のアンテナ走査装置８０ｂ、等を備えている。

前記真空容器１０は、外壁としての上壁１１ａ、底壁１１ｂ、及び、上壁１１ａの周縁と底壁１１ｂの周縁とを繋ぐ周壁１１ｃを有して、内部を真空状態或いはその近傍にまで減圧することが可能な強度に形成されている。上壁１１ａ、底壁１１ｂ、及び周壁１１ｃを形成する材料としては、例えばアルミニウム等の金属材料を用いることができる。

上壁１１ａには、真空容器１０の壁の一部を構成するように、誘電体部材１２が設けられている。誘電体部材１２もまた、真空容器１０の内部を真空状態或いはその近傍にまで減圧することが可能な強度に形成されている。誘電体部材１２を形成する誘電体材料としては、例えば合成石英を用いることができる。

詳しく説明すると、図２及び図５に示すように、上壁１１ａは、開口部１３を有している。誘電体部材１２は、前記開口部１３に嵌合するような横断面略Ｔ字状の部材とされている。誘電体部材１２は、開口部１３に嵌合させることで、該開口部１３を気密に閉塞させている。つまり、真空容器１０の上壁１１ａには、真空容器１０の壁の一部を構成するように、誘電体部材１２が設けられている。以下、誘電体部材１２を誘電体窓と言う。

また、前記真空容器１０は、図示しないが、上壁１１ａと誘電体窓１２との間を封止する封止機構を有している。封止機構は、例えば、開口部１３を規定する内面にその周方向に沿って設けられた溝と、この溝に沿って設けられたシール部材としてのＯ−リングとを有して構成されている。このような封止機構により、開口部１３を規定する内面とこれに対応する誘電体窓１２との間が気密にシールされている。

前記真空容器１０の内部には、被処理体としての矩形状の被処理基板１００を支持する基板支持台１４が設けられている。本実施形態では、この基板支持台１４は、例えば、被処理基板１００が、後述する下部ガス導入系６０のガス噴出口６２の下方２５ｍｍの位置に保持されるように、その配置位置が設定されている。

前記アンテナ２０としては、例えば、少なくとも１つの導波管スロットアンテナ２１を備えているものを用いることができる。本実施形態では、前記アンテナ２０として、その長手方向が互いに平行となるように並べて配置された複数例えば１０本の同形状の導波管スロットアンテナ２１を備えたものを用いている。図１及び図２に示すように、これら導波管スロットアンテナ２１は、上述した誘電体窓１２の外面と対向するように配置されている。なお、本実施形態のアンテナ２０では、互いに隣り合う導波管スロットアンテナ２１同士を接触させているが、互いに隣り合う導波管スロットアンテナ２１の間には所定の間隔を設けてもよい。

これら導波管スロットアンテナ２１は夫々、管壁の一部である下壁に複数のスリット状の開口部（スロット）２１ａを有している。このようなアンテナ２０では、導波管スロットアンテナ２１の開口部２１ａ近傍で起きる電磁界結合を利用して広域に電磁波を放射する。

導波管スロットアンテナ２１は、金属で形成することができる。そのため、誘電体で形成されるアンテナと比べて誘電損失が少なく、大電力に対する耐性が高いという特長がある。また、導波管スロットアンテナ２１は、構造が単純で放射特性の設計が比較的正確に行えるため、大型の被処理基板をプラズマ処理するためのプラズマ処理装置に好適である。特に、複数の導波管スロットアンテナ２１を互いに並べて配置してなる前記アンテナ２０を設けたプラズマ処理装置１は、大型の液晶表示装置等に用いる角型で面積の大きい基板に絶縁膜を形成するようなプラズマ処理に好適である。

各導波管スロットアンテナ２１の長手方向の一端部は夫々、導波管３０を介して高周波電源４０と連結されている。これにより、高周波電源４０が発生した電磁波は、導波管３０を介して各導波管スロットアンテナ２１に導かれる。各導波管スロットアンテナ２１に導かれた電磁波は、誘電体窓１２を透過して真空容器１０の内部に入射することとなる。したがって、このプラズマ処理装置１では、誘電体窓１２の内面が電磁波入射面Ｆとなる。前記高周波電源としては、例えば、２．４５ＧＨｚの電源を用いることができる。本実施形態では、アンテナ２０、導波管３０、及び、高周波電源４０は、一体構造物となるように組み付けられている。

前記第1のアンテナ走査装置８０ａは、アンテナ２０の少なくとも一部が電磁波入射面Ｆと対向している状態を保ちながら、該アンテナ２０を電磁波入射面Ｆと平行な面上で周期的に移動させるものである、前記第２のアンテナ走査装置８０ｂは、アンテナ２０の少なくとも一部が電磁波入射面Ｆと対向している状態を保ちながら、該アンテナ２０を電磁波入射面Ｆと平行な面上で前記第1のアンテナ走査装置８０ａによる移動方向と直交する方向に周期的に移動させるものである。本実施形態では、高周波電源４０とアンテナ２０との間を接続する導波管３０の一部分にフレキシブル導波管を用い、アンテナ２０のみを電磁波入射面Ｆと平行な面上で、一定の方向に周期的に揺動させている。

また、本実施形態では、第1のアンテナ走査装置８０ａは、導波管スロットアンテナ２１の長手方向に、第２のアンテナ走査装置８０ｂは、それと直交する方向に、アンテナ２０を周期的に揺動させるように構成されている。さらに、本実施形態では、第1のアンテナ走査装置８０ｂは、アンテナ２０が揺動する揺動幅ｗ１が、導波管スロットアンテナ２１の長手方向のスロットピッチと略同じとなるように設計されており、第２のアンテナ走査装置８０ｂは、アンテナ２０が揺動する揺動幅ｗ２が、導波管スロットアンテナ２１の並列方向における内径と略同じとなるように設計されている。

また、本実施形態では、第1のアンテナ走査装置８０ｂは、アンテナ２０を、導波管スロットアンテナ２１の長手方向の一端にｗ１／２、他端にｗ１／２揺動させるように設計されており、第２のアンテナ走査装置８０ｂは、アンテナ２０を、導波管スロットアンテナ２１の長手方向と直交する方向のうちの一端にｗ２／２、他端にｗ２／２揺動させるように設計されている。第1のアンテナ走査装置８０ａによる揺動と第２のアンテナ走査装置８０ｂによる揺動の位相差を９０度にすると、アンテナ２０は楕円状に揺動する。

上述のような第1のアンテナ走査装置８０ａ及び第２のアンテナ走査装置８０ｂとしては、例えば、図１乃至４に示すように、１以上例えば３本のピストンロッド８１ａ、８１ｂと、これらピストンロッド８１ａ、８１ｂを同期して突没させる駆動源８２ａ、８２ｂとを備えたアクチュエータ等を用いることができる。駆動源８２ａ、８２ｂの駆動力はモーター、水圧、油圧及びガス圧等を用いて得ることができる。なお、ピストンロッド８１ａ、８１ｂの数は任意である。これらピストンロッド８１ａ、８１ｂは、駆動方向に直交する方向に摺動するようにアンテナ２０と連結されている。

なお、第1のアンテナ走査装置８０ａ及び第２のアンテナ走査装置８０ｂは、アンテナ２０の少なくとも一部が電磁波入射面Ｆと対向している状態を保ちながら、該アンテナ２０を電磁波入射面Ｆと平行な面上で機械的且つ周期的に移動させるものであればよく、上述のようなアクチュエータに限定されるものではない。また、第1のアンテナ走査装置８０ａ及び第２のアンテナ走査装置８０ｂは、アンテナ２０を安定に支持し、且つ、機械的に移動（本実施形態では揺動）させることができるものであればよい。

図２及び図５に示すように、上部ガス導入系５０は、例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、又はキセノンのうちの少なくとも１種の希ガス又は酸素のうちの少なくとも一方のガスを含む第１のガスを真空容器１０の内部に導入するためのものである。本実施形態のプラズマ処理装置１では、上部ガス導入系５０は、例えば、第１のガス導入部としての上部ガス導入管５１を有している。

上部ガス導入管５１は、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン等の金属、或いは酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等の誘電体によって形成されている。なお、上部ガス導入管５１が電磁界やプラズマに影響を与える影響を考慮すると、上部ガス導入管５１は、誘電体材料で形成するのが好ましい。しかしながら、管の形成する際の加工を考慮すると、上部ガス導入管５１は、金属材料で形成する方が安価で容易である。そのため、上部ガス導入管５１を金属材料で形成するような場合には、上部ガス導入管５１の外面に絶縁膜を形成しておくとよい。

図５に示すように、上部ガス導入管５１は、真空容器１０の上壁１１ａの内面（誘電体窓１２の内面）に沿って設けられている。詳しくは、上部ガス導入管５１は、複数の配管部５１ａと１つの延出部５１ｂとを有している。複数の配管部５１ａは、互いに平行に配管されている。また、これら配管部５１ａには、複数のガス噴出口５２が略等間隔で下向きに設けられている。したがって、複数のガス噴出口５２は、略同一面上に位置することとなる。延出部５１ｂは、これら配管部５１ａと夫々直交するように配管されているとともに、これら配管部５１ａを互いに連通させている。この延出部５１ｂの両端は、真空容器１０の周壁１１ｃを介して、真空容器１０の外方に延出している。延出部５１ｂの両端又は一端には、上記第１のガスを収容する第１のガスシリンダ（図示せず）を着脱自在に取り付けることができるようになっている。

図２及び図６に示すように、下部ガス導入系６０は、例えば、有機シリコン化合物又は有機金属化合物のような原料ガスを含む第２のガスを真空容器１０の内部に導入するためのものである。本実施形態のプラズマ処理装置１では、下部ガス導入系６０は、例えば、第２のガス導入部としての下部ガス導入管６１を有している。

下部ガス導入管６１は、上部ガス導入管５１と同様に、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン等の金属、或いは酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等の誘電体によって形成されている。
ところで、本実施形態のプラズマ処理装置１は、後に詳しく説明するように、電磁波入射面Ｆの近傍に表面波プラズマを生成させて、被処理基板１００にプラズマ処理を施すものである。そのため、放電初期のプラズマが表面波プラズマ状態に至るまでの間のような過渡状態では、電磁波は下部ガス導入系６０まで到達することがある。そのため、下部ガス導入管６１を金属材料によって形成すると、上記過渡状態において、下部ガス導入系６０が電磁界やプラズマに影響を与える場合がある。そのため、下部ガス導入管６１が電磁界やプラズマに影響を与える影響を考慮すると、下部ガス導入管６１は、誘電体材料で形成するのが好ましい。下部ガス導入管６１を金属材料で形成するような場合には、下部ガス導入管６１の外面に絶縁膜を形成しておくのが好ましい。

図６に示すように、下部ガス導入管６１は、環状部６１ａと一対の延出部６１ｂとを有している。環状部６１ａは、被処理基板１００の外周よりも一回り大きく形成されている。この環状部６１ａには、複数のガス噴出口６２が略等間隔で下向きに設けられている。したがって、複数のガス噴出口６２は、略同一面上に位置することとなる。各延出部６１ｂは、環状部６１ａと連通されている。各延出部６１ｂの一端は、真空容器１０の周壁１１ｃを介して、真空容器１０の外方に延出している。少なくとも一方の延出部６１ｂの一端には、上記第２のガスを収容する第２のガスシリンダ（図示せず）を着脱自在に取り付けることができるようになっている。

図２に示すように、ガス排出系７０は、真空容器１０の内部と連通するようにこの真空容器１０に設けられたガス排出部７１、及び真空排気システム７２等を有している。真空排気システム７２は、例えば、ターボ分子ポンプを用いることができる。この真空排気システム７２を稼動させることにより、真空容器１０の内部の気体を所定の真空度に達するまで外部に排出することができる。

このプラズマ処理装置１では、表面波プラズマを生じさせることができる。すなわち、真空容器１０の内部に電磁波入射面Ｆから電磁波を入射させると、上部ガス導入系５０によって真空容器１０の内部に導入される第１ガス及び下部ガス導入系６０によって真空容器１０の内部から導入される第２のガスが励振されてプラズマが生じ、電磁波入射面Ｆ近傍のプラズマ内の電子密度が増加する。電磁波入射面Ｆ近傍のプラズマ内の電子密度が増加していくと、電磁波はプラズマ内を伝播することが困難になり、このプラズマ内で減衰する。したがって、電磁波入射面Ｆから離れた領域には電磁波が届かなくなり、第１のガス及び第２のガスが電磁波によって励振される領域は、電磁波入射面Ｆの近傍に限られるようになる。この状態が、表面波プラズマが生じている状態である。

表面波プラズマが生じている状態においては、電磁波によるエネルギーが与えられて化合物の電離が生じる領域が電磁波入射面Ｆの近傍に局在する。つまり、表面波プラズマは、電磁波入射面Ｆからの距離によってその状態が異なる。また、表面波プラズマが生じている状態においては、被処理基板１００の表面近傍に生じるシースの電界が小さい。そのため、被処理基板１００へのイオンの入射エネルギーが低く、イオンによる被処理基板１００の損傷が少ない。

表面波プラズマが発生する領域の境界は、電磁波入射面（ここでは誘電体窓１２の内面）Ｆと真空容器１０の内部空間（第１のガスが供給されている領域）との界面である。また、表面波プラズマが発生している状態において、プラズマのエネルギーが高い領域、すなわち、電磁波が到達して第１及び第２のガスを直接励振させている領域は、表皮厚さδによって知ることができる。表皮厚さδは、電磁波入射面Ｆから電磁波の電界が１／ｅに減衰する位置までの距離を示しており、その値は電磁波の入射面近傍の電子密度に依存する。

つまり、表面波プラズマが発生している状態において、電磁波入射面Ｆからの距離が表皮厚さδよりも小さい領域では、高密度のプラズマが発生している。また、電磁波入射面Ｆからの距離が表皮厚さδよりも大きい領域（表皮厚さを外れた領域）では、電磁波は高密度のプラズマによって遮蔽されて到達せず、酸素ラジカルは拡散流として到達する。

したがって、真空容器１０の内部で表面波プラズマを生じさせ、該真空容器１０の内部に配置された被処理基板１００上に絶縁膜を形成するようなプラズマ処理においては、電磁波入射面Ｆからの距離Ｌ２が表皮厚さδよりも大きくなるような位置から第２のガスを供給すれば、有機シリコン化合物又は有機金属化合物の過度な分解を抑止でき、しかも、酸素ラジカルと有機シリコン化合物又は有機金属化合物とを効率良く反応させ、被処理基板１００に、酸素欠損が少なく、均一で、段差被覆性に優れる良好な膜質の絶縁膜（酸化シリコン膜又は金属酸化物膜）を形成することができると考えられる。

表皮厚さδは、以下の（１）式で求めることができる。

ω：電磁波の角振動数
ｃ：真空中の光速（定数）
ｎ_e：電子密度
ｎ_C：カットオフ密度
カットオフ密度ｎ_Cは、以下の（２）式で求めることができる。

ε_０：真空中の誘電率（定数）
ｍ_ｅ：電子の質量（定数）
ω：電磁波の角振動数
ｅ：素電荷（定数）
表面波プラズマの分散関係は、以下の（３）式で示される。

ω：電磁波の角振動数
ｃ：真空中の光速（定数）
ε_ｄ：誘電体窓１２の誘電率
ω_ｐ：プラズマの角振動数
プラズマの角振動数ω_ｐは、以下の（４）式で求めることができる。

ｅ：素電荷（定数）
ｎ_０：電子密度
ε_０：真空中の誘電率（定数）
ｍ_ｅ：電子の質量（定数）
電磁波入射面（誘電体窓１２）とプラズマの境界面を表面波が伝播するには、（３）式の分母が正の値をとる必要がある。そのため、（４）式の関係も含めると、以下の（５）式の関係を満たす必要がある。

ｎ_０：電子密度
ε_０：真空中の誘電率（定数）
ｍ_ｅ：電子の質量（定数）
ε_ｄ：誘電体窓１２の誘電率
ｅ：素電荷（定数）
ω：電磁波の角振動数
（５）式を用い、電磁波の周波数が２．４５ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ及び２２．１２５ＧＨｚであって、且つ、誘電体窓１２に合成石英（比誘電率 ３．８）及びアルミナ（比誘電率 ９．９）を用いた場合に関し、プラズマの境界面を表面波が伝播するのに必要な電子密度ｎ_０を夫々求め、このときの表皮厚さδを計算すると表１のようになる。なお、２．４５ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ及び２２．１２５ＧＨｚの電磁波源（高周波電源）は、日本国内において、工業目的の電磁波使用のため、基本波又はスプリアス発射による電界強度の許容値の特例として最大許容値を定めずに用いることができる（無線設備規則第６５条、及び郵政省告示第２５７号）。表１より、電磁波の周波数が２．４５ＧＨｚ以上、誘電体窓１２の比誘電率が３．８以上の場合、完全な表面波プラズマ状態では、表皮厚さδは１０ｍｍ以下であることがわかる。

マイクロ波を用いたプラズマ処理では、上述のような理由により、２．４５ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ又は２２．１２５ＧＨｚの高周波電源が用いられることが多い。また、誘電体窓１２の材質としては、石英、あるいはアルミナが一般的である。したがって、石英の誘電体窓１２を使用し、周波数を２．４５ＧＨｚとしたときの表皮厚さδ以上、つまり、電磁波入射面Ｆから１０ｍｍ以上離れていれば、電磁波は高密度のプラズマに遮蔽されて到達せず、酸素ラジカルは拡散流として到達すると考えてよい。

また、本発明者らは、電子温度が２ｅＶ以下となるような位置から第２のガスを真空容器１０の内部に導入すれば、有機シリコン化合物や有機金属化合物といった化合物が過度に分解されるのを抑制できることを突き止めた。また、プラズマを発生させるための第１のガスの種類及び分圧を変化させても、電磁波入射面Ｆから１０ｍｍ以上離れた領域では、電子温度が大凡２ｅＶ以下であり、上述の推論と矛盾しないことがわかった。

さらに、本発明者らは、電子密度が電磁波入射面Ｆの５０％以下に減少するような位置から第２のガスを真空容器１０の内部に導入すれば、有機シリコン化合物や有機金属化合物が過度に分解されるのを抑制できることを突き止めた。また、プラズマを発生させるための第１のガスの種類及び分圧を変化させても、電磁波入射面Ｆから１０ｍｍ以上離れた領域では、電子密度は電磁波入射面の５０％以下に減少しており、上述の推論と矛盾しないことがわかった。

このような結果から、本発明者らは、電磁波入射面Ｆから１０ｍｍ以上離れた位置から第２のガスを真空容器１０の内部に導入することで、酸素欠損が少なく、均一で、段差被覆性に優れた絶縁膜（シリコン酸化膜又は金属酸化物膜）を、イオン損傷を殆ど与えることなく被処理基板に形成することができることを突き止めた。

したがって、被処理基板１００に絶縁膜１０１を形成するようなプラズマ処理を行う場合、ガス噴出口５２は、電磁波入射面Ｆからの距離が表面波プラズマの表皮厚さδよりも小さくなる位置に設けるのが好ましい。本実施形態では、図２に示すように、ガス噴出口５２が設けられている仮想平面Ｆ１と電磁波入射面Ｆとの距離Ｌ１が１０ｍｍ未満、例えば、３ｍｍとなるように、上部ガス導入管５１が形成されている。

一方、ガス噴出口６２は、電磁波入射面Ｆからの距離Ｌ２が表面波プラズマの表皮厚さδよりも大きくなる位置に設けるのが好ましい。本実施形態では、図２に示すように、ガス噴出口６２が設けられている仮想平面Ｆ２と電磁波入射面Ｆとの距離が１０ｍｍ以上、例えば、３０ｍｍとなるように、下部ガス導入管６１が形成されている。

また、有機シリコン化合物ガスや有機金属化合物ガスは、モノシラン等と比べて沸点が高いため、液化し易い。そのため、第２のガスとして、有機シリコン化合物ガスや有機金属化合物ガスを用いる場合、第２のガスを安定して真空容器２の内部に導入するためには、下部ガス導入系６０を適切な温度、すなわち８０℃から２００℃程度に保つのが望ましい。そのため、本実施形態のプラズマ処理装置１では、下部ガス導入系６０に加熱手段９０を設けている。加熱手段９０は、例えば、ヒータを有している。

ヒータは、各延出部６１ｂの外周に設けることができる。このようにすることにより、下部ガス導入管６１を構成する材料の熱伝導によって下部ガス導入系６０全体に熱を伝えることができる。また、このようにすることにより、加熱手段９０を真空容器１０内に設置する場合に比べて簡単な構成で下部ガス導入系６０を適切な温度に保つことができる。なお、本実施形態のように、下部ガス導入管６１を構成する材料の熱伝導によって下部ガス導入系６０全体に熱を伝えるような構成とする場合には、下部ガス導入管６１は、窒化アルミニウム等のように、熱伝導係数の大きい材料で形成するのが望ましい。

次に、上述したプラズマ処理装置１を用いたプラズマ処理方法の一例を説明する。本実施形態では、第１のガスとして酸素ガスを用いるともに、第２のガスとしてテトラアルコキシシランの一種であるテトラエトキシシランを用い、被処理基板１００に絶縁膜１０１を形成するようなプラズマ処理方法について説明する。

まず、基板支持台１４上に被処理基板１００を配置する。ガス排出系７０を稼動させ、真空容器１０の内部を実質的に真空にする。真空容器１０の内部のガス圧が８０Ｐａとなるように、上部ガス導入系５０から真空容器１０の内部に酸素ガスを４００ＳＣＣＭの流量で供給するとともに、下部ガス導入系６０から真空容器１０の内部にテトラエトキシシランガスを１２ＳＣＣＭの流量で供給する。このとき、加熱手段９０によって、下部ガス導入系６０を適切な温度（８０℃から２００℃程度）に保っておく。

高周波電源４０をＯＮにするとともに、アンテナ走査装置８０をＯＮにする。これにより、２．４５ＧＨｚの電磁波は、導波管３０を介してアンテナ２０を構成する各導波管スロットアンテナ２１に導かれる。これと略同時に、アンテナ２０は、第1のアンテナ走査装置８０ａによる揺動と第２のアンテナ走査装置８０ｂによる揺動により、例えば、楕円状に揺動する。したがって、誘電体窓１２の内面近傍により均一に電磁波を照射することができる。すなわち、電磁波入射面Ｆから真空容器１０の内部に入射される電磁波の強度分布を時間領域で平均化させることができる。

高周波電源４０によって発生された電磁波は、導波管スロットアンテナ２１の開口部２１ａ近傍で起きる電磁界結合により、電磁波入射面Ｆを介して真空容器１０の内部に所定の電力密度で入射される。これにより、酸素ガスが励振されて、誘電体窓１２の内面近傍に均一にプラズマが生じ、電磁波入射面Ｆ近傍のプラズマ内の電子密度が増加する。

電磁波入射面Ｆ近傍のプラズマ内の電子密度が増加していくと、電磁波はプラズマ内を伝播することが困難になり、このプラズマ内で減衰する。したがって、電磁波入射面Ｆから離れた領域には電磁波が届かなくなる。つまり、表面波プラズマが生じる。酸素ガスは、電磁波入射面Ｆとの距離Ｌ１が３ｍｍとなる位置、すなわち、電磁波入射面Ｆからの距離Ｌ１が表皮厚さδよりも小さい領域から真空容器１０の内部に導入される。したがって、表面波プラズマが生じている状態において、高密度なプラズマにより酸素分子が励振され、効率良く酸素ラジカルが生成される。

一方、テトラエトキシシランガスは、電磁波入射面Ｆとの距離Ｌ２が３０ｍｍとなる位置、すなわち、電磁波入射面Ｆからの距離Ｌ２が表皮厚さδよりも大きい領域から真空容器１０の内部に導入される。したがって、テトラエトキシシランガスが真空容器１０の内部に導入されている領域には、電磁波は高密度のプラズマに遮蔽されて到達しないため、テトラエトキシシランが電磁波によって過度に分解されるのが抑制される。また、電磁波入射面との距離が３０ｍｍとなる位置であっても、酸素ラジカルは拡散流として到達するため、テトラエトキシシランと酸素ラジカルとは効率良く反応し、テトラエトキシシランの分解は促進される。したがって、被処理基板１００の表面には、酸化シリコンが堆積する。

また、テトラエトキシシランは、モノシラン等と比べて分子容積の大きい化合物であるため、その立体効果により被処理基板１００の表面でマイグレーションしながら、該被処理基板１００の表面に比較的均一に付着する。したがって、被処理基板１００に膜質の良好な絶縁膜（酸化シリコン膜）１０１が形成される。

以上のように、本実施形態のプラズマ処理装置１は、アンテナ２０の少なくとも一部が電磁波入射面Ｆと対向している状態を保ちながら、該アンテナ２０を電磁波入射面Ｆと平行な面上で周期的に移動させるアンテナ走査装置８０ａ、８０ｂを備えている。そのため、アンテナ２０をアンテナ走査装置８０ａ、８０ｂによって電磁波入射面Ｆと平行な面上で周期的に移動させながら、真空容器１０の内部に電磁波入射面Ｆから電磁波を入射させることで、電磁波入射面Ｆから真空容器１０の内部に入射される電磁波の強度分布を時間領域で平均化させることができる。したがって、本実施形態のプラズマ処理装置によれば、真空容器１０の内部においてより均一にプラズマを生成することができるため、大面積の被処理基板１００であっても均一にプラズマ処理することができる。

また、本実施形態のプラズマ処理装置１では、プラズマを生成させるためのガス（本実施形態では第１及び第２のガス）を真空容器１０の内部に導入するとともに、アンテナ２０をアンテナ走査装置８０ａ、８０ｂによって周期的に移動させながら、電磁波を電磁波入射面Ｆを通じて真空容器１０の内部に入射させることで、真空容器１０の内部に均一な表面波プラズマを生成させることが可能である。上述のように、表面波プラズマが生じている状態においては、電磁波によるエネルギーが与えられて化合物の電離が生じる領域が電磁波入射面Ｆの近傍に局在する。したがって、被処理基板１００へのイオンの入射エネルギーが低いため、イオンによる被処理基板１００の損傷を抑制することができる。

さらに、本実施形態のプラズマ処理装置１では、前記アンテナ２０として、その長手方向が互いに平行となるように並べて配置された複数の導波管スロットアンテナを備えたものを用いている。導波管スロットアンテナ２１は、金属で形成することができるため、誘電体で形成されるアンテナと比べて誘電損失が少なく、大電力に対する耐性が高い。また、導波管スロットアンテナ２１は、構造が単純で放射特性の設計が比較的正確に行えるため、大型の被処理基板１００（例えば、大型の液晶表示装置等に用いる角型で面積の大きい基板）をプラズマ処理するような場合であっても装置の設計が容易である。また、このような大型の被処理基板１００であっても、均一にプラズマ処理することができる。

さらに、本実施形態のプラズマ処理装置１は、前記アンテナ２０とともに、第１のガスを真空容器１０内に導入させる上部ガス導入管５１を有する上部ガス導入系５０と、第２のガスを真空容器１０内に導入させる下部ガス導入管６１を有する下部ガス導入系６０とを備えている。そして、第１のガス及び第２のガスのうちの少なくとも一方をアンテナ２０から放射された電磁波によってプラズマ化させて被処理基板１００をプラズマ処理するように構成されている。したがって、真空容器１０の内部に均一な表面波プラズマを生じさせることができるとともに、第２のガスの過度な分解を抑止することができる。

より具体的には、本実施形態のプラズマ処理装置１では、第１のガス導入部５１と電磁波入射面Ｆとの間の距離Ｌ１が１０ｍｍ未満に設定されているとともに、第２のガス導入部６１と電磁波入射面Ｆとの間の距離Ｌ２が１０ｍｍ以上となるように設定されている。そのため、被処理基板１００に損傷が与えられるのを抑制しつつ、該被処理基板１００に良好にプラズマ処理を施すことができる。

また、本実施形態のプラズマ処理方法は、本実施形態のプラズマ処理装置１のように、アンテナ２０を電磁波入射面Ｆと平行に移動させるアンテナ走査装置８０ａ、８０ｂを備えたプラズマ処理装置を用いて、被処理基板１００にプラズマ処理を施している。第１のガスは、電磁波入射面Ｆからの距離が１０ｍｍ未満となる位置から真空容器１０の内部に導入させ、第２のガスは、電磁波入射面Ｆからの距離が１０ｍｍ以上となる位置から、第１のガスと分離して真空容器１０の内部に導入させている。そして、アンテナ２０によって電磁波の指向性を時間変化させながら該電磁波を電磁波入射面Ｆを介して真空容器１０の内部に入射させることにより、真空容器１０の内部に第１及び第２のガスによる表面波プラズマを生じさせ、被処理基板１００に酸化膜１０１を形成している。

本実施形態のプラズマ処理方法によれば、電磁波入射面Ｆから真空容器１０の内部に入射される電磁波の強度分布を時間領域で平均化させることができるため、第１及び第２のガスによる表面波プラズマを電磁波入射面Ｆの全域にわたってより均一に生成させることができる。したがって、被処理基板１００に均一にプラズマ処理、すなわち、酸化膜１０１の形成を行うことができる。

また、表面波プラズマを用いることによって、プラズマのエネルギーの高い領域を被処理基板１００から離れた位置に局在化させることができる。これにより、被処理基板１００近傍のシース電界が小さくなるため、被処理基板１００に入射するイオンのエネルギーも減少する。したがって、被処理基板１００やこの被処理基板１００に形成される絶縁膜１０１に与えられるイオン損傷を抑制することができる。

しかも、電磁波入射面Ｆからの距離Ｌ１が１０ｍｍ未満となる位置から第１のガスを真空容器１０の内部に導入するようにしている。電磁波入射面Ｆからの距離Ｌ１が１０ｍｍ未満となる領域では、電磁波による電界で電子が直接に加速されるため、電子のエネルギーが大きい。したがって、真空容器１０内において酸素ラジカルを効率良く生成させることができる。

さらに、電磁波入射面Ｆからの距離Ｌ２が１０ｍｍ以上となる位置から第２のガスを真空容器１０の内部に導入するようにしている。電磁波入射面Ｆからの距離Ｌ２が１０ｍｍ以上となる領域では、電磁波が高密度のプラズマによって遮蔽されるため、有機シリコン化合物や有機金属化合物が過度に分解されるのを抑制することができる。したがって、被処理基板１００に、酸素欠損が少なく、均一で、段差被覆性に優れる良好な膜質の絶縁膜１０１を形成することができる。

また、電磁波入射面から１０ｍｍ以上離れた位置では、その殆どの場合において、電子温度が２ｅＶ以下となる。このように、電子温度の低い領域、すなわち電子のエネルギーが低く、有機シリコン化合物又は有機金属化合物の電子の衝突による過度な分解が抑止される領域で、拡散流として到達する酸素ラジカルと有機シリコン化合物又は有機金属化合物とを反応させ、被処理基板１００への絶縁膜堆積を行うことで、被処理基板１００に損傷を殆ど与えることなく、酸素欠損が少なく、均一で、段差被覆性に優れる良好な膜質の絶縁膜１０１を形成することができる。

さらに、電磁波入射面から１０ｍｍ以上離れた位置では、その殆どの場合において、電子密度が電磁波の入射面の５０％以下に減少している。このように、電子密度が低い領域、すなわち電子とプロセスガスとの衝突頻度が低く、有機シリコン化合物又は有機金属化合物の電子の衝突による過度な分解が抑止される領域で、拡散流として到達する酸素ラジカルと有機シリコン化合物又は有機金属化合物とを反応させ、被処理基板１００への絶縁膜堆積を行うことで、被処理基板１００に損傷を殆ど与えることなく、酸素欠損が少なく、均一で、段差被覆性に優れる良好な膜質の絶縁膜１０１を形成することができる。

なお、本実施形態では、プラズマ処理として、絶縁膜の形成を例に挙げたが、本発明のプラズマ処理装置は、絶縁膜の形成だけでなく、表面改質やエッチング等にも広く用いることができる。
また、本実施形態のプラズマ処理方法のように、被処理基板１００上に絶縁膜１０１を形成するようなプラズマ処理を行う場合、第１のガスは、希ガス及び酸素ガスのうちの少なくとも一方を含むガスを採用すればよい。第１のガスとしては、酸素と、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンのうちの１以上の希ガスと混合ガスを用いることもできる。酸素へのヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンの添加は、１０％から９９％までの広い添加比率で可能であり、その添加比率によって絶縁膜の形成速度を増加させることができる。

また、有機シリコン化合物及び有機金属化合物は、その殆どが構成元素中に酸素を含んでいる。そのため、第１のガスには、必ずしも酸素ガスを含ませなくてもよく、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、又はキセノンのうちの少なくとも１種の希ガスを含ませることで、真空容器１０内において酸素ラジカルを発生させ、被処理基板１００に絶縁膜１０１を形成することができる。

ただし、第１のガスとしては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、又はキセノンのうちの少なくとも１種の希ガスと酸素ガスとを含んでいるガスを用いるのがさらに好ましい。このようにすることにより、真空容器１０内において酸素ラジカルを多く発生させ、被処理基板１００に酸素欠損の少ない絶縁膜１０１を形成することができる。

また、真空容器１０内において酸素ラジカルをより効率良く生成するためには、誘電体窓１２近傍の領域、特に表面波プラズマ状態でも電磁波が到達してガスを直接励振している領域、すなわち表皮厚さδで示される領域に酸素を供給することが望ましい。つまり、第１のガスとして酸素ガスを含むガスを用いる場合には、第１のガスは、表皮厚さδで示される領域内に供給するのが好ましい。

さらに、第１のガスが酸素ガスを含んでいる場合、酸素ガスを真空容器１０の内部に供給する際の流量が、第２のガスを真空容器１０の内部に供給する際の流量よりも多くなるように設定するのが好ましい。このようにすることにより、第２のガスが導入される位置よりも下方において、酸素ラジカルを第２のガスよりも多く存在させることができる。したがって、有機シリコン化合物中のシリコン原子や有機金属酸化物中の金属原子の酸化が促進されるので、より酸素欠損の少ない高品質な酸化膜１０１を形成することができる。

第２のガスとしては、モノシラン等のように比較的分子量の小さい化合物を含むガスを用いるよりも、有機シリコン化合物や有機金属酸化物のように比較的分子量が大きく、被処理基板上でマイグレーションを起こしやすい化合物を含むようなガスを採用するのが好ましい。このようにすることにより、被処理基板１００上により均一に絶縁膜１０１を形成することができる。

また、第２のガスとしては、例えば、テトラアルコキシシラン、ビニルアルコキシシラン、アルキルトリアルコキシシラン、フェニルトリアルコキシシラン、ポリメチルジシロキサン、ポリメチルシクロテトラシロキサン等を用いることもできる。さらに、第２のガスとしては、例えば、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、テトラプロポキシジルコニウム、ペンタエトキシタンタル、テトラプロポキシハフニウム等を用いることもできる。トリメチルアルミニウム又はトリエチルアルミニウムを選択することで、被処理基板１００上に酸化アルミニウム膜を形成することができる。テトラプロポキシジルコニウムを選択することで、被処理基板１００上に酸化ジルコニウム膜を形成することができる。ペンタエトキシタンタルを選択することで、被処理基板１００上に酸化タンタル膜を形成することができる。テトラプロポキシハフニウムを選択することで、被処理基板に酸化ハフニウム膜を形成することができる。また、酸化ハフニウムや酸化ジルコニウムは、酸化シリコンよりも誘電率が高い。したがって、テトラプロポキシハフニウムやテトラプロポキシジルコニウムを選択することで、酸化シリコン膜よりも絶縁性の良好な絶縁膜１０１を形成することができる。

以下、本発明の第２の実施形態を、図７及び図８を参照して説明する。本実施形態では、本発明のプラズマ処理装置の他の実施形態について説明する。
本実施形態のプラズマ処理装置１は、下部ガス導入系６０及び加熱手段９０が第１の実施の形態で説明したプラズマ処理装置１と異なっている。他の構成は上述した第１の実施形態のプラズマ処理装置１と実質的に同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。

下部ガス導入系６０は、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン等の金属、或いは、酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等の誘電体により形成されている。なお、下部ガス導入系６０の材料として誘電体を用いるのが望ましいことは、第１の実施形態のプラズマ処理装置１と同様である。

図７及び図８に示すように、下部ガス導入系６０は、第１のガス導入部（下部ガス導入部）としてのシャワープレート６３を有している。このシャワープレート６３は、互いに対向する一対の板材６３ａ,６３ｂを有して偏平な箱状に形成されており、内部空間Ｓに第２のガスが流通されるようになっている。このシャワープレート６３は、真空容器１０を上側の部屋と下側の部屋とに分断する大きさに形成されており、基板支持台４を上方から覆うように設けられている。シャワープレート６３から延びる延出部分は、真空容器１０の周壁１１ｃに設けられた開口部６５を介して、真空容器１０の外方に開放している。シャワープレート６３から延びる延出部分には、第１のガスが収容された第１のガスシリンダ（図示せず）を着脱自在に取り付けることができるようになっている。

また、このシャワープレート６３には、第１のガスや酸素ラジカルを上側の部屋と下側の部屋との間で流通させるための多数の貫通部６６が設けられている。さらに、このシャワープレート６３には、下側の板材６３ｂの壁に多数のガス噴出口６７が設けられている。

さらに、このシャワープレート６３には、高温媒体循環器６９を有する加熱手段６８が設けられている。高温媒体循環器６９は、ポンプ６９ａ、循環路６９ｂ、ヒータ（図示せず）、及び、高温流体（図示せず）等を有して構成されている。高温流体としては、例えば、空気や、窒素、アルゴン、クリプトン、キセノン等のガス、或いは、水、エチレングリコール、鉱油、アルキルベンゼン、ジアリールアルカン、トリアリールジアルカン、ジフェニル-ジフェニルエーテル混合体、アルキルビフェニル、アルキルナフタレン等の液体から選択することができる。

高温流体（高温気体又は高温液体）を循環させる循環路６９ｂは、シャワープレート６３の内部に設けられている。なお、上記循環路６９ｂは、第１のガスを流通させる内部空間Ｓからは隔離されている。この高温媒体循環器６９では、ヒータで流体を加熱するとともに、ポンプ６９ａを稼動させて加熱された高温流体をシャワープレート６３の内部に流通させることによって、下部ガス導入系６０を８０℃乃至２００℃程度の温度に保つように構成されている。

このように下部ガス導入系６０を高温媒体の循環によって加熱すると、下部ガス導入系６０にすばやく熱エネルギーが伝えられるとともに、下部ガス導入系６０を均等に加熱することができる。そのため、有機シリコン化合物ガスや有機金属化合物ガスを含むガスを使用して絶縁膜を形成するようなプラズマ処理に好適であり、有機シリコン化合物ガスや有機金属化合物ガスの液化によるガス供給量の変動を抑止することができる。したがって、被処理基板１００上に絶縁膜１０１を形成する場合において、良好な膜厚制御性及び膜厚均一性を実現することが可能である。

以上のように、本実施形態のプラズマ処理装置１を用いれば、有機シリコン化合物ガスや有機金属化合物ガスの液化によるガス供給量の変動を抑止することができる。そのため、本実施形態のプラズマ処理装置１は、有機シリコン化合物ガスや有機金属化合物ガスといった比較的液化し易いガスを用いるようなプラズマ処理に好適である。

以下、本発明の第３の実施形態を、図９及び図１０を参照して説明する。本実施形態では、本発明のプラズマ処理装置のさらに他の一実施形態について説明する。本実施形態のプラズマ処理装置１では、アンテナ２０が第１及び第２の実施の形態で説明したプラズマ処理装置１と異なっている。

本実施形態のプラズマ処理装置１では、アンテナ２０が、複数例えば７本の分配導波管３１と、各分配導波管３１に夫々設けられた複数例えば１０個のホーンアンテナとを備えている。分配導波管３１は夫々、導波管３０と直交し、且つ、真空容器の上壁１１ａと対向するように、互いに平行に略等間隔で並んでいる。各分配導波管３１には夫々、複数例えば１０個のホーンアンテナ２５が略等間隔で設けられている。すなわち、本実施形態のプラズマ処理装置１は、７０個のホーンアンテナ２５を備えたアンテナ２０を適用している。また、高周波電源４０とアンテナ２０との間を接続する導波管３０の一部分にフレキシブル導波管を用い、アンテナ２０のみを電磁波入射面Ｆと平行な面上で、揺動させられるように構成している。

このような構成とすることにより、高周波電源４０において発生させた電磁波を、導波管３０を介して各分配導波管３１に導き、さらに各ホーンアンテナ２５に分配することができる。したがって、上述のように構成したアンテナ２０では、各ホーンアンテナ２５近傍で起きる電磁界結合を利用して広域に電磁波を放射することができる。

上述のようなアンテナ２０を使用するのに伴い、真空容器１１の上壁１１ａには、各ホーンアンテナ２５と対向するように１つの誘電体窓１２が設けられている。

他の構成は上述した第１の実施形態のプラズマ処理装置１と同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。
本実施形態のプラズマ処理装置１によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、本実施形態のプラズマ処理装置１によれば、アンテナ２０が同型のホーンアンテナを二次元に配置したものであるため、アンテナ２０を二次元平面内で揺動し、電磁波の強度分布を時間領域で平均化したときに、均一な強度分布が得られやすい。

なお、本発明のプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲において種々に実施することができる。
プラズマ処理を行う際に用いるガスを真空容器１０の内部に導入するためのガス導入部は、誘電体部材（誘電体窓１２）と一体化に形成してもよい。

また、被処理体としては、例えば、ガラス基板、石英ガラス基板、セラミックス基板、樹脂基板、又は、シリコンウエハ等の基板を用いることができる。また、被処理体としては、上述のような基板上に、単結晶シリコン、レーザ結晶化や固相結晶化等により形成した多結晶シリコン、微結晶シリコン、又は、アモルファスシリコン等の半導体層が形成されたものを用いてもよい。さらに、被処理体としては、上述のような基板上に、半導体層と絶縁膜とを順不同で積層させたものや、上述のような基板上に、半導体層と絶縁膜とが順不同で積層されてなる部分を有する回路素子や回路素子の一部を形成したもの等を用いてもよい。

なお、アンテナ走査装置は、使用するアンテナによって決定すればよい。アンテナ走査装置は、一方向や２方向に揺動するものに限定されるものではなく、アンテナを電磁波入射面と平行な面上で周期的に移動させるようなものであればよい。例えば、アンテナを電磁波入射面と平行な面上で、アンテナの縁部に沿って周期的に回転するようなものとしてもよい。

さらに、上記第１乃至第３の実施形態のプラズマ処理装置１では、ガスを処理容器（真空容器１０）に導入させるガス導入系を２系統有しているが、本発明のプラズマ処理装置では、ガスを処理容器（真空容器１０）に導入させるガス導入系を、少なくとも１系統有していればよい。ガス導入系は、被処理体に対する処理（例えば、成膜、エッチング、酸化等）や、使用するガスの数や種類等によって、任意に選択することができる。

本発明の第１の実施形態に係るプラズマ処理装置を示す上面図。 図１中II−II線に沿って切断して示す断面図。 図１のプラズマ処理装置のアンテナ近傍を、該アンテナを第１の位置に移動させた状態で示す断面図。 図１のプラズマ処理装置のアンテナ近傍を、該アンテナを第２の位置に移動させた状態で示す断面図。 図２中V−V線に沿って切断して示す断面図。 図２中VI−VI線に沿って切断して示す断面図。 本発明の第２の実施形態に係るプラズマ処理装置を示す断面図。 図７中VIII−VIII線に沿って切断して示す断面図。 本発明の第３の実施形態に係るプラズマ処理装置を示す上面図。 図９のプラズマ処理装置を示す断面図。

符号の説明

１…プラズマ処理装置、 １０…真空容器（処理容器）、 ２０…アンテナ、 ２１…導波管スロットアンテナ、 ２５…ホーンアンテナ、 ５０…上部ガス導入系（第１のガス導入系）、 ６０…下部ガス導入系(第２のガス導入系)、 ７０…アンテナ走査装置、 １００…被処理基板（被処理体）、 Ｆ…電磁波入射面

Claims (11)

1. ガスを電磁波によってプラズマ化させて被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
   電磁波が入射される電磁波入射面を有し、内部に前記被処理体を配置可能な処理容器と、
   前記処理容器に設けられ、ガスを前記処理容器の内部に導入させるガス導入部を有するガス導入系と、
   前記電磁波入射面と対向するように設けられ、前記処理容器の内部に前記電磁波入射面を通じて電磁波を入射させるアンテナと、
   前記アンテナの少なくとも一部が前記電磁波入射面と対向している状態を保ちながら、前記アンテナを前記電磁波入射面と平行な面上で周期的に移動させるアンテナ走査装置とを具備することを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記処理容器に設けられ、第１のガスを前記処理容器内に導入させる第１のガス導入部を有する第１のガス導入系と、
   前記処理容器に設けられ、第２のガスを前記処理容器内に導入させる第２のガス導入部を有する第２のガス導入系とを具備し、
   前記第１のガス導入部と前記電磁波入射面との間の距離が１０ｍｍ未満に設定されているとともに、前記第２のガス導入部と前記電磁波入射面との間の距離が１０ｍｍ以上に設定されており、
   前記第１のガス及び第２のガスのうちの少なくとも一方を前記電磁波によってプラズマ化させて前記被処理体をプラズマ処理するものであることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記アンテナは、少なくとも１つの導波管スロットアンテナを備えていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記アンテナは、複数の導波管スロットアンテナを備えており、
   前記複数の導波管スロットアンテナは、その長手方向が互いに平行となるように並べて配置されていることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記アンテナは、少なくとも１つのホーンアンテナを備えていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記アンテナ走査装置は、前記アンテナを所定の一方向に揺動可能であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記アンテナ走査装置は、前記アンテナを互いに異なる２方向に夫々揺動可能であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記第１のガスは、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンのうちの少なくとも１種の希ガス及び酸素ガスのうちの少なくとも一方のガスを含むガスであることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記第２のガスは、有機シリコン化合物及び有機金属化合物のうちの少なくとも一方のガスを含むガスであることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
10. 電磁波が入射される電磁波入射面を有し、内部に被処理体を配置可能な処理容器と、
    前記電磁波入射面と対向して設けられ、前記処理容器の内部に前記電磁波入射面を通じて電磁波を入射させるアンテナと、
    前記アンテナの少なくとも一部が前記電磁波入射面と対向している状態を保ちながら、前記アンテナを前記電磁波入射面と平行な面上で周期的に移動させるアンテナ走査装置とを具備し、
    プラズマを生成させるためのガスを前記処理容器の内部に導入するとともに、前記アンテナを前記アンテナ走査装置によって周期的に移動させながら、電磁波を前記電磁波入射面を通じて前記処理容器の内部に入射させることで、前記処理容器の内部に表面波プラズマを生成させて、前記被処理体をプラズマ処理するものであることを特徴とするプラズマ処理装置。
11. 外壁及び電磁波が入射される電磁波入射面を有し、内部に被処理体を配置可能な処理容器と、前記処理容器に設けられ、第１のガスを前記処理容器の内部に導入させる第１のガス導入系と、前記処理容器に設けられ、第２のガスを前記処理容器の内部に導入させる第２のガス導入系と、前記電磁波入射面と対向するように設けられ、前記処理容器の内部に前記電磁波入射面を通じて電磁波を入射させるアンテナと、前記アンテナの少なくとも一部が前記電磁波入射面と対向している状態を保ちながら、前記アンテナを前記電磁波入射面と平行な面上で周期的に移動させるアンテナ走査装置とを具備するプラズマ処理装置を用い、前記被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理方法であって、
    前記処理容器の内部に、前記被処理体を配置する工程と、
    希ガス及び酸素ガスのうちの少なくとも一方を含む第１のガスを、前記電磁波入射面からの距離が１０ｍｍ未満となる位置から前記処理容器の内部に導入させるとともに、有機シリコン化合物又は有機金属化合物のうちの少なくとも一方を含む第２のガスを、前記電磁波入射面からの距離が１０ｍｍ以上となる位置から、前記第１のガスと分離して前記処理容器の内部に導入させる工程と、
    前記アンテナを前記アンテナ走査装置によって周期的に移動させながら、電磁波を前記電磁波入射面を通じて前記処理容器の内部に入射させることにより、前記処理容器の内部に前記第１及び第２のガスによる表面波プラズマを生じさせ、前記被処理体に酸化膜を形成する工程と、を有することを特徴とするプラズマ処理方法。

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