JP4217420B2 - マイクロ波プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

【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 Deposition）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（ＥＣＲ）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（ＮＴＴ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５０２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５０１に導入するためのスロット付無終端環状導波管、５１２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、５１６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５０８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５１０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７．６×１０¹¹ｃｍ^-3）を超え、
δ＝Ｃ／ω_p＝Ｃ（ε₀ｍ_e／ｅ²ｎ_e）^1/2＝（２／ωμ₀σ）^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５１７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２×１０¹²ｃｍ^-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５×１０¹²ｃｍ^-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し、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放射状もしくは円弧状の出力側スロットとを備えており、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。
【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１０２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１０１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１１０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、１１４は入力側環状導波路１１１と出力側環状導波路１１２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１０９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５１３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１１２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１１１内の管内波長の１／４程度に、また、出力スロット１１５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１０１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１０８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１１０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１１４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７．６×１０¹¹ｃｍ^-3）を超え、
δ＝Ｃ／ω_p＝Ｃ（ε₀ｍ_e／ｅ²ｎ_e）^1/2＝（２／ωμ₀σ）^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１１７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ＳＵＳ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（ＳｉＯ₂）系の石英や各種ガラス、窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）、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（ＡｌＮ）、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１０２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〜１０Ｔｏｒｒ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、Ａｌ₂Ｏ₃、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、ＬｉＦ、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Ｓｉ系半導体薄膜を形成する場合の処理用ガス導入手段１０６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（ＤＭＳ）、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、ＳｉＨ₂Ｆ₂、ＳｉＣｌ₄、Ｓｉ₂Ｃｌ₆、ＳｉＨＣｌ₃、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂、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、Ｒｎ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、ＳｉＨ₄、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（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、Ｓｉ₂Ｆ₆、Ｓｉ₃Ｆ₈、ＳｉＨＦ₃、ＳｉＨ₂Ｆ₂、ＳｉＣｌ₄、Ｓｉ₂Ｃｌ₆、ＳｉＨＣｌ₃、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂、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（ＨＭＤＳ）、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（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）、ペンタエトキシチタン（ＰＥＯＴａ）などの有機金属、ＡｌＣｌ₃、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（ＡｌＮ）、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（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）、ペンタエトキシチタン（ＰＥＯＴａ）などの有機金属、 ＡｌＣｌ₃、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、Ｈ₂Ｏ、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、ＣＦ₂Ｃｌ₂、ＳＦ₆、ＮＦ₃、Ｃｌ₂、ＣＣｌ₄、ＣＨ₂Ｃｌ₂、Ｃ₂Ｃｌ₆、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、Ｈ₂Ｏ、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１０２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、ＣＨ₂Ｆ₂、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２０２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２０１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２０１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２０８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２１０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２１４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／ωμ₀σ）^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２１７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２１１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４０ｍｍ×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１０ｍＴｏｒｒ、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＋３０Ｖ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１０ｍＴｏｒｒ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３０２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３０１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３０１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３０８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３１０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３１４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７．６×１０¹¹ｃｍ^-3）を超え、
δ＝Ｃ／ω_p＝Ｃ（ε₀ｍ_e／ｅ²ｎ_e）^1/2＝（２／ωμ₀σ）^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３１７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３１１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３１１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０．１Ｔｏｒｒ、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＋３０Ｖ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４０２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４０１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４０１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４０８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４１０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４１４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７．６×１０¹¹ｃｍ^-3）を超え、
δ＝Ｃ／ω_p＝Ｃ（ε₀ｍ_e／ｅ²ｎ_e）^1/2＝（２／ωμ₀σ）^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４１７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４１１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４１１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０．１Ｔｏｒｒ、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＋３０Ｖ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３０３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^-5Ｔｏｒｒ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、５．６μｍ／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５１０¹⁵ｃｍ^-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^-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１ｓｌｍ、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、３．１μｍ／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３０３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６００ｓｃｃｍの流量で、また、モノシランガスを２００ｓｃｃｍ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２０ｍＴｏｒｒ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Ｚｙｇｏ（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、５１０ｎｍ／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２４０ｓｃｃｍの流量で、また、モノシランガスを１００ｓｃｃｍ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２００ｓｃｃｍの流量で、また、モノシランガスを１００ｓｃｃｍ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２０３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５００ｓｃｃｍの流量で、また、モノシランガスを２００ｓｃｃｍ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３０ｍＴｏｒｒ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ＲＦ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ＳｉＯ₂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４０３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１００ｓｃｃｍ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１０ｍＴｏｒｒ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％、１２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、０．５μｍ厚のＰＡＥ膜上にハードマスクとして０．１３μｍＳｉＯ₂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１０Ωｃｍ）を使用している。
【０１６０】
まず、シリコン基板２０２を基体支持体２０３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^-7Ｔｏｒｒ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２００ｓｃｃｍ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１０ｍＴｏｒｒ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２０１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。
【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

Claims (5)

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し、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放射状もしくは円弧状の出力側スロットとを備えており、
   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マイクロ波プラズマ処理装置。
2. 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１に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
3. 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１または２に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
4. 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ｎ₁、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＝ｎ₁λ_s／［２tan［（π／２ｎ_g）］［１＋cos（π／ｎ_g）］］
   であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
5. 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１〜４のいずれか１項に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。

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