JP4669153B2 - プラズマ処理装置、プラズマ処理方法および素子の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大面積基体を高速かつ均一に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できるプラズマ処理装置、プラズマ処理方法および素子の製造方法に関する。
【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、クリーニング装置、ＣＶＤ装置、ドーピング装置、表面改質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する被処理基体のエッチング処理は、例えば次のようにして行われる。即ち、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、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する被処理基体のアッシング処理は、例えば次のようにして行われる。即ち、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、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、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する被処理基体のドーピング処理は、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、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】
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、励起させることができる。それ故、プラズマ処理装置については、ガスの電離効率、励起効率及び分解効率が高く、高速に低温でも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、これが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。ＥＣＲは、磁束密度が８７．５ｍＴの場合、磁力線の周りを電子が回転する電子サイクロトロン周波数が、マイクロ波の一般的な周波数２．４５ＧＨｚと一致し、電子がマイクロ波を共鳴的に吸収して加速され、高密度プラズマが発生する現象である。こうした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、（ｉ）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）；（ii）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）；（iii）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）；（iv）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】
プラズマ処理装置の例として、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磁界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（特開平１０−２３３２９５号公報）。このプラズマ処理装置を図５（ａ）に、そのプラズマ発生機構を図５（ｂ）に示す。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の温度を調節する基体温度調節手段、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はマイクロ波を誘電体１０９を通してプラズマ処理室１０１に導入するためのスロット付無終端環状導波管、１１１は無終端環状導波管１１０内のマイクロ波導波路、１１２は無終端環状導波管内に導入されたマイクロ波を左右に分配するＥ分岐、１１３はＥ分岐１１２で分配されたマイクロ波同士の干渉により生じた定在波、１１４はスロット、１１５はスロット１１４を通して導入され誘電体１０９の表面を伝播する表面波、１１６は隣接するスロット１１４から導入された表面波１１５同士の干渉により生じた表面定在波、１１７は表面定在波による電子励起により生じた表面波干渉プラズマである。
【００１１】
プラズマの発生及び処理は以下のようにして行なう。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。続いてプラズマ処理用ガスを処理用ガス導入手段１０６を介して所定の流量でプラズマ処理室１０１内に導入する。次にプラズマ処理室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。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。マイクロ波電源（不図示）より所望の電力を無終端環状導波管１１０を介してプラズマ処理室１０１内に供給する。この際、無終端環状導波管１１０内に導入されたマイクロ波は、Ｅ分岐１１２で左右に二分配され、自由空間よりも長い管内波長をもって導波路１１１を伝搬する。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１１３を生じる。電流が最大になる位置、即ち、隣接する２つの定在波の間で無終端環状導波管１１０内のマイクロ波導波路１１１の中央に設置されたスロット１１４から誘電体１０９を通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。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（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する。この際、電子密度は、
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（石英窓［ε_d：３．８］の場合３．４×１０¹¹ｃｍ^-3，ＡｌＮ窓［ε_d：９．８］の場合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、誘電体窓１０９の表面を表面波１１５として伝搬する。この際、隣接するスロット１１４から導入された表面波１１５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１１５の波長の１／２毎に表面定在波１１６の腹を生じる。プラズマ処理室１０１にしみ出したこの表面定在波１１６によって電子が加速され表面波干渉プラズマ（ＳＩＰ：Surface-wave Interfered Plasma）１１７が生成される。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処理用ガスは発生した高密度プラズマにより励起され、支持体１０３上に載置された被処理基体１０２の表面が処理される。
【００１２】
このようなプラズマ処理装置を用いることにより、圧力１．３３Ｐａ，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が発生できるので、ガスを充分に反応させ活性な状態で基板に供給でき、かつ入射イオンやチャージアップによる基板表面ダメージも低減するので、高品質で高速な処理が可能になる。
【００１３】
また、アッシング処理などで使用する１３３Ｐａ程度の高圧条件では電子密度５×１０¹²ｃｍ^-3程度の高密度プラズマが誘電体１０９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。
【００１４】
【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プラズマ処理装置を用いて処理を行う場合、中央部の電子密度が多少低く、処理によっては均一性が低下したり、放電が不安定になる場合があった。
【００１５】
本発明の主たる目的は、上述した問題点を解決し、中央部の電子密度も高い高密度低電子温度プラズマを安定して発生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にある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、従来のプラズマ処理装置における上述した問題点を解決し、上記目的を達成すべく鋭意努力した結果、プラズマ処理室内に被処理基体を支持する手段と、前記プラズマ処理室内にガスを導入する手段と、前記プラズマ処理室内を排気する手段と、スロットが形成された導波路と誘電体窓とを通してマイクロ波を該プラズマ処理室に導入するためのプラズマ発生用マイクロ波導入手段とを有するプラズマ処理装置において、
前記スロットは、前記導波路のマイクロ波の磁界面と平行な面に半径の異なる複数の同心円上に所定の角度間隔及び所定の開き角で穿孔されて設けられた円弧状スロットであり、ｎ_lを円弧状スロット間に生じる表面定在波の腹の個数（奇数）、λ_sを表面波の波長とすると、該複数の同心円の半径の差Δｒ_sは略、
Δｒ_s＝ｎ_lλ_s／２
であることを特徴とす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が可能であるという知見を得た。
【００１７】
【発明の実施形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１８】
図１、図２は本発明のプラズマ処理装置の一実施形態を示す。図１（ａ）は装置全体の断面を、図１（ｂ）はそのスロット近傍の断面を拡大して示したものであり、図２はスロットの配置を示す。
【００１９】
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はマイクロ波を誘電体１０９を通してプラズマ処理室１０１に導入するためのスロット付無終端環状導波管、１１１は無終端環状導波管１１０内の環状のマイクロ波導波路、１１２は無終端環状導波管内に導入されたマイクロ波を左右に分配するＥ分岐、１１３はＥ分岐１１２で分配されたマイクロ波同士の干渉により生じた定在波、１１４はスロット、１１５はスロット１１４を通して導入され誘電体１０９の表面を伝播する表面波、１１６は隣接するスロット１１４から導入された表面波１１５同士の干渉により生じた表面定在波、１１７は表面定在波による電子励起により生じた表面波干渉プラズマである。
【００２０】
ＴＥ₁₀（Ｅ₀₁）モードの場合、１２０は導波路のＥ面、１２１は導波路のＨ面となる。
【００２１】
ここで、スロット１１４は、図２に示すように、従来例のような放射状ではなく、半径の異なる２つの同心円上に所定の角度間隔及び所定の開き角で穿孔されて設けられた円弧状スロットであり、ｎ_gを該環状導波管（路）一周長ｌ_gの管内波長（路内波長）λ_gに対する倍率、ｎ_lを円弧状スロット間に生じる表面定在波の腹の個数（奇数）、λ_sを表面波の波長とすると、該２つの同心円の半径の差は略、
Δｒ_s＝ｎ_lλ_s／２
である。この結論に至った経緯を図１を用いて説明する。内側と外側のスロット１１４から発生した表面波１１５同士の干渉によって内外スロット１１４間に奇数個の表面定在波１１６が表面波の波長λ_sの１／２間隔で発生する。したがって、最も効率的に表面定在波を発生させるには、内外スロット間隔は、
Δｒ_s＝ｎ_lλ_s／２
であるべきとの結論に至った。また、干渉を効率的に生じさせるため、内外スロットから導入されるマイクロ波強度を同程度にしたい場合には、
ｒ_c＝ｎ_gλ_g／２π
で表される導波管中心半径から等間隔に内外スロットを形成すべきである。したがって、この場合には、内外スロットの存在する同心円の半径は
ｒ_s＝（ｎ_gλ_g／２π）±（ｎ_lλ_s／４）
である必要がある。
【００２２】
また、窓の外周付近でのマイクロ波の遺漏や異常放電の発生を抑制するために外周付近における表面波強度を低下したい場合には、窓外縁での入射波と反射波が干渉により強めあうことがないようする必要がある。そのためには、ｎ_wを奇数とすると、外側スロットと窓縁との距離ｄ_swを、
ｄ_sw＝ｎ_wλ_s／４
にすることが有効である。したがって、この場合の窓の半径ｒ_wは、
ｒ_w＝（ｎ_gλ_g／２π）＋｛（ｎ_l＋ｎ_w）λ_s／４｝
で表される。
【００２３】
プラズマの発生及び処理は以下のようにして行なう。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。続いてプラズマ処理用ガスを処理用ガス導入手段１０６を介して所定の流量でプラズマ処理室１０１内に導入する。次にプラズマ処理室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。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。マイクロ波電源（不図示）より所望の電力を無終端環状導波管１１０を介してプラズマ処理室１０１内に供給する。この際、無終端環状導波管１１０内に導入されたマイクロ波は、Ｅ分岐１１２で左右に二分配され、自由空間よりも長い管内波長をもって導波路１１１を伝搬する。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“腹”をもつ定在波１１３を生じる。“腹”の中心を挟んで内側と外側に形成された円弧状スロット１１４から誘電体１０９を通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。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（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する。この時、電子密度は、
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（石英窓［ε_d：３．８］の場合３．４×１０¹¹ｃｍ^-3，ＡｌＮ窓［ε_d：９．８］の場合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、誘電体窓１０９の表面を表面波１１５として伝搬する。この時、隣接するスロット１１４から導入された表面波１１５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１１５の波長の１／２毎に表面定在波１１６の腹を生じる。プラズマ処理室１０１にしみ出したこの表面定在波１１６によって電子が加速され表面波干渉プラズマ（ＳＩＰ：Surface-wave Interfered Plasma）１１７が生成される。
【００２４】
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処理用ガスは発生した高密度プラズマにより励起され、支持体１０３上に載置された被処理基体１０２の表面が処理される。
【００２５】
一周長／管内波長倍率ｎ_gは、２乃至５にするとよい。さらに、円弧状スロット間表面定在波の腹の個数ｎ_lは１，３，５のいずれかにするとより効果的である。また、円弧状スロットの角度間隔は、π／ｎ_gの関係にするとより効果的である。
【００２６】
円弧状スロットの開き角は、π／２ｎ_g乃至１５π／１６ｎ_gにするとより効果的である。さらに、円弧状スロットの開き角は内側よりも外側のほうを大きくするとより効果的である。
【００２７】
無終端環状導波管１１０の材質は、導電体であれば使用可能であるが、マイクロ波の伝搬ロスをできるだけ抑えるため導電率の高いＡｌ、Ｃｕ、 Ａｇ／ＣｕメッキしたＳＵＳなどが最適である。
【００２８】
本実施形態に用いられる無終端環状導波管１１０の導入口の向きは、無終端環状導波管１１０内のマイクロ波導波路１１１に効率よくマイクロ波を導入できるものであれば、磁界面に平行で伝搬空間の接線方向でも、磁界面に垂直方向で導入部で導波管内部の左右方向に二分配するものでもよい。更に、アンテナの対称性を向上させるため、アンテナ中心で二分岐し、二箇所以上の導入口から無終端環状導波管１１０に導入してもよい。
【００２９】
無終端環状導波管１１０の内外スロット１１４から導入されるマイクロ波強度を調整したい場合には、スロットの開き角を変化させても良いし、内外スロットを一緒に間隔を変えずに径方向にずらしても良い。
【００３０】
また、用いられるマイクロ波周波数は、０．８ＧＨｚ乃至２０ＧＨｚの範囲から適宜選択することができる。
【００３１】
用いられる誘電体１０９としては、ＳｉＯ₂系の石英や各種ガラス、Ｓｉ₃Ｎ₄，ＮａＣｌ，ＫＣｌ，ＬｉＦ，ＣａＦ₂，ＢａＦ₂，Ａｌ₂Ｏ₃，ＡｌＮ，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、シートなども適用可能である。
【００３２】
また、処理の高速化のために、磁界発生手段を用いても良い。用いられる磁界としては、ミラー磁界なども適用可能であるが、スロット１１４近傍の磁界の磁束密度は基板１０２近傍の磁界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、コイル以外でも、永久磁石でも使用可能である。コイルを用いる場合には過熱防止のため水冷機構や空冷など他の冷却手段を用いてもよい。
【００３３】
また、処理のより高品質化のため、紫外光を基体表面に照射してもよい。光源としては、被処理基体１０２もしくは基体１０２上に付着したガスに吸収される光を放射するものなら適用可能で、エキシマレーザ、エキシマランプ、希ガス共鳴線ランプ、低圧水銀ランプなどが適当である。
【００３４】
プラズマ処理室１０１内の圧力は１．３３×１０^-2Ｐａ乃至１３３０Ｐａの範囲、より好ましくは、ＣＶＤの場合１．３３×１０^-1Ｐａ乃至１３．３Ｐａ、エッチングの場合６．６５×１０^-2Ｐａから６．６５Ｐａ、アッシングの場合１３．３Ｐａから１３３０Ｐａの範囲から選択することができる。
【００３５】
以下のような処理を施すことにより素子を製造する。上記のプラズマ処理装置を利用した堆積膜の形成は、使用するガスを適宜選択することによりＳｉ₃Ｎ₄、ＳｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、ＴｉＯ₂、ＴｉＮ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮ、ＭｇＦ₂などの絶縁膜、ａ−Ｓｉ、poly−Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＡｓなどの半導体膜、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａなどの金属膜等、各種の堆積膜を効率よく形成することが可能である。
【００３６】
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。
【００３７】
導電性基体としては、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｍｏ，Ａｕ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｖ，Ｔｉ，Ｐｔ，Ｐｂなどの金属またはこれらの合金、例えば真鍮、ステンレス鋼などが挙げられる。
【００３８】
絶縁性基体としては、ＳｉＯ₂系の石英や各種ガラス、Ｓｉ₃Ｎ₄，ＮａＣｌ，ＫＣｌ，ＬｉＦ，ＣａＦ₂，ＢａＦ₂，Ａｌ₂Ｏ₃，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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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）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。
【００４３】
Ａｌ₂Ｏ₃、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）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。
【００４４】
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などが挙げられる。
【００４５】
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。
【００４６】
また、上記のプラズマ処理装置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。更に本発明において採用するプラズマ処理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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
【実施例】
以下、本発明のプラズマ処理装置を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、実施例１、２および３はプラズマを発生させる実施例で、実施例５〜１１は、実施例１、２または３において発生させたプラズマを用いた処理についての実施例である。
【００５０】
（実施例１）
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置の、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１、誘電体が石英（ε_d：３．８）の場合の実施例について説明する。スロットの配置が図３に示すようになるが、装置の基本構成は図１に示したものと同様である。
【００５１】
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石英窓、１１０はマイクロ波を石英窓１０９を通してプラズマ処理室１０１に導入するための無終端環状導波管、１１１は無終端環状導波管１１０内のマイクロ波導波路、１１２は無終端環状導波管内に導入されたマイクロ波を左右に分配するＥ分岐、１１３はＥ分岐１１２で分配されたマイクロ波同士の干渉により生じた定在波、１１４はスロットである。
【００５２】
プラズマの発生及び処理は以下のようにして行なう。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。続いてプラズマ処理用ガスを処理用ガス導入手段１０６を介して所定の流量でプラズマ処理室１０１内に導入する。次にプラズマ処理室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。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。マイクロ波電源（不図示）より所望の電力を無終端環状導波管１１０を介してプラズマ処理室１０１内に供給する。この際、無終端環状導波管１１０内に導入されたマイクロ波は、Ｅ分岐１１２で左右に二分配され、自由空間よりも長い管内波長をもって導波路１１１を伝搬する。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８個の“腹”をもつ定在波１１３を生じる。“腹”の中央を挟んで内側と外側に設置されたスロット１１４から誘電体窓１０９を通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。生成したプラズマの電子プラズマ周波数が電源周波数を超える（例えば、電子密度が７×１０¹⁰ｃｍ^-3を超える場合、電子プラズマ周波数が電源周波数２．４５ＧＨｚ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（いわゆるカットオフ）、さらに電子密度が増加し、
δ＝（２／ωμ₀σ）^1/2
［ω：電源角周波数，μ₀：真空透磁率，σ：プラズマ導電率］
で表される表皮厚が十分薄くなる（例えば、電子密度が２×１０¹²ｃｍ^-3以上になると、表皮厚は２０mm以下になる）と、石英窓１０９の表面を表面波１１５として伝搬する。内側と外側のスロット１１４から導入された表面波１１５同士が干渉し、約２８mm毎に表面定在波１１６を生じる。プラズマ処理室１０１にしみ出したこの表面定在波１１６によって電子が加速され表面波干渉プラズマ（ＳＩＰ：Surface-wave Interfered Plasma）１１７が生成される。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、処理用ガスは発生した高密度プラズマにより励起され、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。
【００５３】
石英窓１０９には、直径３６８ｍｍ、厚さ１６ｍｍの無水合成石英を用いた。
無終端環状導波管１１０は、内部導波部断面の寸法が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。無終端環状導波管１１０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。無終端環状導波管１１０の磁界面には、マイクロ波をプラズマ処理室１０１へ導入するためのスロット１１４が形成されている。ここで、スロット１１４は、半径が略略８７．３mmと１１５mmである二つの同心円周上に４５°間隔、開き角内側３４°／外側３９°で８組形成されている。無終端環状導波管１１０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。
【００５４】
図３に示したスロットを有するマイクロ波プラズマ処理装置を使用して、Ａｒ流量５００ｓｃｃｍ、圧力１．３３Ｐａ，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。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、１．３３Ｐａの場合２．１×１０¹²ｃｍ^-3±２．７％（φ３００面内）であり、低圧領域でも電子密度の高い安定したプラズマが形成されていることが確認された。
【００５５】
（実施例２）
本発明のプラズマ処理装置の、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ＡｌＮ（ε_d：９．８）の場合の実施例について説明する。装置の構成は図１、図２と同様である。
【００５６】
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ＡｌＮ窓、１１０はマイクロ波をＡｌＮ窓１０９を通してプラズマ処理室１０１に導入するための無終端環状導波管、１１１は無終端環状導波管１１０内のマイクロ波導波路、１１２は無終端環状導波管内に導入されたマイクロ波を左右に分配するＥ分岐、１１３はＥ分岐１１２で分配されたマイクロ波同士の干渉により生じた定在波、１１４はスロットである。
【００５７】
プラズマの発生及び処理は以下のようにして行なう。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。続いてプラズマ処理用ガスを処理用ガス導入手段１０６を介して所定の流量でプラズマ処理室１０１内に導入する。次にプラズマ処理室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。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。マイクロ波電源（不図示）より所望の電力を無終端環状導波管１１０を介してプラズマ処理室１０１内に供給する。この際、無終端環状導波管１１０内に導入されたマイクロ波は、Ｅ分岐１１２で左右に二分配され、自由空間よりも長い管内波長をもって導波路１１１を伝搬する。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６個の“腹”をもつ定在波１１３を生じる。“腹”の中央を挟んで内側と外側に設置されたスロット１１４から誘電体窓１０９を通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。生成したプラズマの電子プラズマ周波数が電源周波数を超える（例えば、電子密度が７×１０¹⁰ｃｍ^-3を超える場合、電子プラズマ周波数が電源周波数２．４５ＧＨｚ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（いわゆるカットオフ）、さらに電子密度が増加し、
δ＝（２／ωμ₀σ）^1/2
［ω：電源角周波数，μ₀：真空透磁率，σ：プラズマ導電率］
で表される表皮厚が十分薄くなる（例えば、電子密度が２×１０¹²ｃｍ^-3以上になると、表皮厚は２０mm以下になる）と、ＡｌＮ窓１０９の表面を表面波１１５として伝搬する。内側と外側のスロット１１４から導入された表面波１１５同士が干渉し、約１７mm毎に表面定在波１１６を生じる。プラズマ処理室１０１にしみ出したこの表面定在波１１６によって電子が加速され表面波干渉プラズマ（ＳＩＰ：Surface-wave Interfered Plasma）１１７が生成する。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、処理用ガスは発生した高密度プラズマにより励起され、支持体１０３上に載置された被処理基体１０２の表面が処理される。
【００５８】
ＡｌＮ窓１０９には、直径３２２ｍｍ、厚さ１０ｍｍのイットリア入り常圧焼結高純度ＡｌＮ窓を用いた。無終端環状導波管１１０は、内部導波部断面の寸法が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。無終端環状導波管１１０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。無終端環状導波管１１０の磁界面には、マイクロ波をプラズマ処理室１０１へ導入するためのスロット１１４が形成されている。ここで、スロット１１４は、半径が略略５０．３mmと１０１mmである二つの同心円周上に６０°間隔、開き角内側４５°／外側５３°で６組形成されている。無終端環状導波管１１０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。
【００５９】
図３に示したプラズマ処理装置を使用して、Ａｒ流量５００ｓｃｃｍ、圧力１３．３×１０^-1Ｐａ，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。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、１３．３×１０^-1Ｐａの場合２．８×１０¹²/ｃｍ³±４．３％（φ３００面内）であり、低圧領域でも電子密度の高い安定したプラズマが形成されていることが確認された。
【００６０】
（実施例３）
本発明のプラズマ処理装置の、導波路周長／管内波長倍率ｎ_gが５、スロット間表面定在波個数ｎ_lが３、誘電体がＡｌＮ（ε_d：９．８）の場合の装置例について説明する。スロットの配置が図４に示すようになるが、装置の基本構成は図１に示すものと同じである。
【００６１】
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石英窓、１１０はマイクロ波を石英窓１０９を通してプラズマ処理室１０１に導入するための無終端環状導波管、１１１は無終端環状導波管１１０内のマイクロ波導波路、１１２は無終端環状導波管内に導入されたマイクロ波を左右に分配するＥ分岐、１１３はＥ分岐１１２で分配されたマイクロ波同士の干渉により生じた定在波、１１４はスロットである。
【００６２】
プラズマの発生及び処理は以下のようにして行なう。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。続いてプラズマ処理用ガスを処理用ガス導入手段１０６を介して所定の流量でプラズマ処理室１０１内に導入する。次にプラズマ処理室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。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。マイクロ波電源（不図示）より所望の電力を無終端環状導波管１１０を介してプラズマ処理室１０１内に供給する。この際、無終端環状導波管１１０内に導入されたマイクロ波は、Ｅ分岐１１２で左右に二分配され、自由空間よりも長い管内波長をもって導波路１１１を伝搬する。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１０個の“腹”をもつ定在波１１３を生じる。“腹”の中央を挟んで内側と外側に設置されたスロット１１４から誘電体窓１０９を通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。生成したプラズマの電子プラズマ周波数が電源周波数を超える（例えば、電子密度が７×１０¹⁰ｃｍ^-3を超える場合、電子プラズマ周波数が電源周波数２．４５ＧＨｚ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（いわゆるカットオフ）、さらに電子密度が増加し、
δ＝（２／ωμ₀σ）^1/2
［ω：電源角周波数，μ₀：真空透磁率，σ：プラズマ導電率］
で表される表皮厚が十分薄くなる（例えば、電子密度が２×１０¹²ｃｍ^-3以上になると、表皮厚は２０mm以下になる）と、ＡｌＮ窓１０９の表面を表面波１１５として伝搬する。内側と外側のスロット１１４から導入された表面波１１５同士が干渉し、約１７mm毎に表面定在波１１６を生じる。プラズマ処理室１０１にしみ出したこの表面定在波１１６によって電子が加速され表面波干渉プラズマ（ＳＩＰ：Surface-wave Interfered Plasma）１１７が生成する。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、処理用ガスは発生した高密度プラズマにより励起され、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。
【００６３】
ＡｌＮ窓１０９は、直径３５４ｍｍ、厚さ１０ｍｍのイットリア助剤入り常圧焼結高純度ＡｌＮを用いた。無終端環状導波管１１０は、内部導波部断面の寸法が２７ｍｍ×９６ｍｍであって、中心径が２５２．７ｍｍ（導波路周長が管内波長の５倍）である。無終端環状導波管１１０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。無終端環状導波管１１０の磁界面には、マイクロ波をプラズマ処理室１０１へ導入するためのスロット１１４が形成されている。ここで、スロット１１４は、半径が略略１０１mmと１５２mmである二つの同心円周上に３６°間隔、開き角内側３２°／外側２７°で８組形成されている。無終端環状導波管１１０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。
【００６４】
図４に示すスロットを有するマイクロ波プラズマ処理装置を使用して、Ａｒ流量５００ｓｃｃｍ、圧力１．３３Ｐａ，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。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、１．３３Ｐａの場合２．１×１０¹²ｃｍ^-3±２．３％（φ３００面内）であり、低圧領域でも電子密度の高い安定したプラズマが形成されていることが確認された。
【００６５】
（実施例４）
図３に示すスロットと図１に示すマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、フォトレジストのアッシングを行った。
【００６６】
基体１０２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（Ｓｉ）基板（φ８インチ）を使用した。まず、Ｓｉ基板１０２を基体支持体１０３上に設置し、温度調節手段１０４を介してＳｉ基板１０２を２５０℃に加熱した後、排気系１０７を介してプラズマ処理室１０１内を真空排気し、１．３３×１０^-3Ｐａまで減圧させた。プラズマ処理用ガス導入口１０６を介して酸素ガスを５００ｓｃｃｍの流量でプラズマ処理室１０１内に導入した。ついで、プラズマ処理室１０１と排気系１０７との間に設けられたコンダクタンスバルブ１０８を調整し、処理室１０１内を３．９９Ｐａに保持した。プラズマ処理室１０１内に、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より１．５ｋＷの電力を無終端環状導波管１１０を介して供給した。かくして、プラズマ処理室１０１内にプラズマを発生させた。この際、プラズマ処理用ガス導入口１０６を介して導入された酸素ガスはプラズマ処理室１０１内で励起、分解、反応して酸素ラジカルとなり、Ｓｉ基板１０２の方向に輸送され、Ｓｉ基板１０２上のフォトレジストを酸化し、気化・除去された。アッシング後、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。
【００６７】
得られたアッシング速度及び均一性は、５．８μｍ／ｍｉｎ±４．７％と極めて良好で、表面電荷密度も−１．５×１０¹¹ｃｍ^-2と充分低い値を示した。
【００６８】
（実施例５）
図４に示したスロットと図１に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、フォトレジストのアッシングを行った。
【００６９】
基体１０２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（Ｓｉ）基板（φ８インチ）を使用した。まず、Ｓｉ基板１０２を基体支持体１０３上に設置した後、排気系（不図示）を介してプラズマ処理室１０１内を真空排気し、１．３３×１０^-3Ｐａまで減圧させた。プラズマ処理用ガス導入口１０６を介して酸素ガスを１ｓｌｍの流量でプラズマ処理室１０１内に導入した。ついで、プラズマ処理室１０１と排気系１０７との間に設けられたコンダクタンスバルブ１０８を調整し、処理室１０１内を７９．８Ｐａに保持した。プラズマ処理室１０１内に、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より１．５ｋＷの電力を無終端環状導波管１０３を介して供給した。かくして、プラズマ処理室１０１内にプラズマを発生させた。この際、プラズマ処理用ガス導入口１０６を介して導入された酸素ガスはプラズマ処理室１０１内で励起、分解、反応して酸素ラジカルとなり、Ｓｉ基板１０２の方向に輸送され、基板１０２上のフォトレジストを酸化し、気化・除去された。アッシング後、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。
【００７０】
得られたアッシング速度及び均一性は、５．３μｍ／ｍｉｎ±４．４％と極めて大きく、表面電荷密度も−１．７×１０¹¹ｃｍ^-2と充分低い値を示した。
【００７１】
（実施例６）
図１、図２に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、半導体素子保護用窒化シリコン膜の形成を行った。
【００７２】
基体１１２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）を使用した。まず、シリコン基板１０２を基体支持台１０３上に設置した後、排気系１０７を介してプラズマ処理室１０１内を真空排気し、１．３３×１０^-5Ｐａの値まで減圧させた。続いてヒータ（不図示）に通電し、シリコン基板１０２を３００℃に加熱し、該基板をこの温度に保持した。プラズマ処理用ガス導入口１０６を介して窒素ガスを６００ｓｃｃｍの流量で、また、モノシランガスを２００ｓｃｃｍの流量で処理室１０１内に導入した。ついで、プラズマ処理室１０１と排気系１０７との間に設けられたコンダクタンスバルブ１０８を調整し、処理室１０１内を２．６６Ｐａに保持した。ついで、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源（不図示）より３．０ｋＷの電力を無終端環状導波管１０３を介して供給した。かくして、プラズマ処理室１０１内にプラズマを発生させた。この際、プラズマ処理用ガス導入口１０６を介して導入された窒素ガスはプラズマ処理室１０１内で励起、分解されて活性種となり、シリコン基板１０２の方向に輸送され、モノシランガスと反応し、窒化シリコン膜がシリコン基板１０２上に１．０μｍの厚さで形成した。成膜後、成膜速度、応力などの膜質について評価した。応力は成膜前後の基板の反り量の変化をレーザ干渉計Ｚｙｇｏ（商品名）で測定し求めた。
【００７３】
得られた窒化シリコン膜の成膜速度及び均一性は、５２０ｎｍ／ｍｉｎ±３．２％と極めて大きく、膜質も応力１．２×１０⁹ｄｙｎｅ／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された。
【００７４】
（実施例７）
図４に示したスロットと図１に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、プラスチックレンズ反射防止用酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜の形成を行った。
【００７５】
基体１０２としては、直径５０ｍｍプラスチック凸レンズを使用した。レンズ１０２を基体支持台１０３上に設置した後、排気系１０７を介してプラズマ処理室１０１内を真空排気し、１．３３×１０^-5Ｐａの値まで減圧させた。プラズマ処理用ガス導入口１１５を介して窒素ガスを１６０ｓｃｃｍの流量で、また、モノシランガスを１００ｓｃｃｍの流量で処理室１０１内に導入した。ついで、プラズマ処理室１０１と排気系１０７との間に設けられたコンダクタンスバルブ１０８を調整し、処理室１０１内を９．３１×１０^-1Ｐａに保持した。ついで、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源（不図示）より３．０ｋＷの電力を無終端環状導波管１０３を介してプラズマ処理室１０１内に供給した。かくして、プラズマ処理室１０１内にプラズマを発生させた。この際、プラズマ処理用ガス導入口１０６を介して導入された窒素ガスは、プラズマ処理室１０１内で励起、分解されて窒素原子などの活性種となり、レンズ１０２の方向に輸送され、モノシランガスと反応し、窒化シリコン膜がレンズ１０２上に２１ｎｍの厚さで形成された。
【００７６】
次に、プラズマ処理用ガス導入口１０６を介して酸素ガスを２００ｓｃｃｍの流量で、また、モノシランガスを１００ｓｃｃｍの流量で処理室１０１内に導入した。ついで、プラズマ処理室１０１と排気系１０７との間に設けられたコンダクタンスバルブ１０８を調整し、処理室１０１内を１．３３×１０^-1Ｐａに保持した。ついで、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源（不図示）より２．０ｋＷの電力を無終端環状導波管１０３を介してプラズマ発生室１０１内に供給した。かくして、プラズマ処理室１０１内にプラズマを発生させた。この際、プラズマ処理用ガス導入口１０６を介して導入された酸素ガスは、プラズマ処理室１０１内で励起、分解されて酸素原子などの活性種となり、ガラス基板１０２の方向に輸送され、モノシランガスと反応し、酸化シリコン膜がガラス基板１０２上に８６ｎｍの厚さで形成された。成膜後、成膜速度、反射特性について評価した。
【００７７】
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３３０ｎｍ／ｍｉｎ±２．４％、３５０ｎｍ／ｍｉｎ±２．６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された。
【００７８】
（実施例８）
図３に示したスロットと図１に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、半導体素子層間絶縁用酸化シリコン膜の形成を行った。
【００７９】
基体１０２としては、最上部にＡｌパターン（ラインアンドスペース０．５μｍ）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）を使用した。まず、シリコン基板１０２を基体支持体１０３上に設置した。排気系１０７を介してプラズマ処理室１０１内を真空排気し、１.３３×１０^-5Ｐａの値まで減圧させた。続いてヒータ１０４に通電し、シリコン基板１０２を３００℃に加熱し、該基板をこの温度に保持した。プラズマ処理用ガス導入口１０６を介して酸素ガスを５００ｓｃｃｍの流量で、また、モノシランガスを２００ｓｃｃｍの流量で処理室１０１内に導入した。ついで、プラズマ処理室１０１と排気系１０７との間に設けられたコンダクタンスバルブ１０８を調整し、プラズマ処理室１０１内を３．９９Ｐａに保持した。ついで、１３．５６ＭＨｚの高周波印加手段１０５を介して３００Ｗの電力を基板支持体１０２に印加するとともに、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より２．０ｋＷの電力を無終端環状導波管１１０を介してプラズマ処理室１０１内に供給した。かくして、プラズマ処理室１０１内にプラズマを発生させた。プラズマ処理用ガス導入口１０６を介して導入された酸素ガスはプラズマ処理室１０１内で励起、分解されて活性種となり、シリコン基板１０２の方向に輸送され、モノシランガスと反応し、酸化シリコン膜がシリコン基板１０２上に０．８μｍの厚さで形成された。この時、イオン種はＲＦバイアスにより加速されて基板１０２に入射しパターン上の膜を削り平坦性を向上させる。処理後、成膜速度、均一性、絶縁耐圧、及び段差被覆性について評価した。段差被覆性は、Ａｌ配線パターン上に成膜した酸化シリコン膜の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観測し、ボイドを観測することにより評価した。
【００８０】
得られた酸化シリコン膜の成膜速度及び均一性は２５０ｎｍ／ｍｉｎ±２．７％と良好で、膜質も絶縁耐圧８．５ＭＶ／ｃｍ、ボイドフリーであって良質な膜であることが確認された。
【００８１】
（実施例９）
図３に示したスロットと図１に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、半導体素子層間ＳｉＯ₂膜のエッチングを行った。
【００８２】
基体１０２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）を使用した。まず、シリコン基板１０２を基体支持台１０３上に設置した後、排気系１０７を介してプラズマ処理室１０１内を真空排気し、１．３３×１０^-5Ｐａの値まで減圧させた。プラズマ処理用ガス導入口１０６を介してＣ₄Ｆ₈を１００ｓｃｃｍの流量でプラズマ処理室１０１内に導入した。ついで、プラズマ処理室１０１と排気系１０７との間に設けられたコンダクタンスバルブ１０８を調整し、プラズマ処理室１０１内を１．３３Ｐａの圧力に保持した。ついで、１３．５６ＭＨｚの高周波印加手段を介して３００Ｗの電力を基板支持体１０２に印加するとともに、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より２．０ｋＷの電力を無終端環状導波管１１０を介してプラズマ処理室１０１内に供給した。かくして、プラズマ処理室１０１内にプラズマを発生させた。プラズマ処理用ガス導入口１０６を介して導入されたＣ₄Ｆ₈ガスはプラズマ処理室１０１内で励起、分解されて活性種となり、シリコン基板１０２の方向に輸送され、自己バイアスによって加速されたイオンによって層間ＳｉＯ₂膜がエッチングされた。クーラ１０４により基板温度は８０℃までしか上昇しなかった。エッチング後、エッチング速度、選択比、及びエッチング形状について評価した。エッチング形状は、エッチングされた酸化シリコン膜の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観測し、評価した。
【００８３】
エッチング速度及び均一性と対ＰＲ選択比は５４０ｎｍ／ｍｉｎ±４．２％、１６と良好で、エッチング形状もほぼ垂直で、マイクロローディング効果も少ないことが確認された。
【００８４】
（実施例１０）
図３に示したスロットと図１に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、半導体素子層間絶縁用ポリアリールエーテル（ＰＡＥ）膜のエッチングを行った。
【００８５】
基体１０２としては、０．６μｍ厚のＰＡＥ膜上にハードマスクとして０．１８μｍＳｉＯ₂膜パターンが０．３μｍ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）を使用した。まず、シリコン基板１０２を基体支持台１０３上に設置し、クーラ１０４により基板温度を−１０℃に冷却した後、排気系１０７を介してプラズマ処理室１０１内を真空排気し、１．３３×１０^-5Ｐａの値まで減圧させた。プラズマ処理用ガス導入口１０６を介してＮ₂を２００ｓｃｃｍの流量でプラズマ処理室１０１内に導入した。ついで、プラズマ処理室１０１と排気系１０７との間に設けられたコンダクタンスバルブ１０８を調整し、プラズマ処理室１０１内を１．３３Ｐａの圧力に保持した。ついで、１ＭＨｚの高周波印加手段１０５を介して３００Ｗの電力を基板支持体１０２に印加するとともに、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より２．０ｋＷの電力を無終端環状導波管１１０を介してプラズマ処理室１０１内に供給した。かくして、プラズマ処理室１０１内にプラズマを発生させた。プラズマ処理用ガス導入口１０６を介して導入されたＮ₂ガスはプラズマ処理室１０１内で励起、分解されて活性種となり、シリコン基板１０２の方向に輸送され、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た。エッチング後、エッチング速度、選択比、及びエッチング形状について評価した。エッチング形状は、エッチングされた酸化シリコン膜の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観測し、評価した。
【００８６】
エッチング速度及び均一性と対ＳｉＯ₂選択比は６６０ｎｍ／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された。
【００８７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、中央部の電子密度も高い高密度低電子温度プラズマを安定して発生でき、高品質な処理を高速・均一かつ安定に行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプラズマ処理装置の一実施形態の模式図である。
【図２】本発明の一実施例であるＡｌＮ窓使用定在波３個励起３λｇＰＭＡアンテナを用いたプラズマ処理装置のスロットの模式図である。
【図３】本発明の一実施例である石英窓使用定在波１個励起４λｇＰＭＡアンテナを用いたプラズマ処理装置のスロットの模式図である。
【図４】本発明の一実施例であるＡｌＮ窓使用定在波３個励起５λｇＰＭＡアンテナを用いたプラズマ処理装置のスロットの模式図である。
【図５】従来例のプラズマ処理装置の模式図である。
【符号の説明】
１０１ プラズマ処理室
１０２ 被処理基体
１０３ 基体支持体
１０４ 基体温度調節手段
１０５ 高周波バイアス印加手段
１０６ 処理用ガス導入手段
１０７ 排気手段
１０８ コンダクタンス調節手段
１０９ 誘電体
１１０ 無終端環状導波管
１１１ マイクロ波環状導波路
１１２ マイクロ波導入Ｅ分岐
１１３ 導波路内定在波
１１４ スロット
１１５ 表面波
１１６ 表面定在波
１１７ 表面波干渉プラズマ
１２０ 導波路のＥ面
１２１ 導波路のＨ面

Claims (16)

1. プラズマ処理室内に被処理基体を支持する手段と、前記プラズマ処理室内にガスを導入する手段と、前記プラズマ処理室内を排気する手段と、スロットが形成された導波路と誘電体窓とを通してマイクロ波を該プラズマ処理室に導入するためのプラズマ発生用マイクロ波導入手段とを有するプラズマ処理装置において、
   前記スロットは、前記導波路のマイクロ波の磁界面と平行な面に半径の異なる複数の同心円上に所定の角度間隔及び所定の開き角で穿孔されて設けられた円弧状スロットであり、ｎ_lを円弧状スロット間に生じる表面定在波の腹の個数（奇数）、λ_sを表面波の波長とすると、該複数の同心円の半径の差Δｒ_sは略、
   Δｒ_s＝ｎ_lλ_s／２
   であることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記同心円の数は２つであることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
3. 前記２つの同心円の半径ｒ_sは、ｎ_gを環状導波路一周長ｌ_gの路内波長λ_gに対する倍率、ｎ_lを円弧状スロット間に生じる表面定在波の腹の個数（奇数）、λ_sを表面波の波長とすると略、
   ｒ_s＝（ｎ_gλ_g／２π）±（ｎ_lλ_s／４）
   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。
4. 前記誘電体窓の半径ｒ_wは、ｎ_wを奇数とすると略、
   ｒ_w＝（ｎ_gλ_g／２π）＋｛（ｎ_l＋ｎ_w）λ_s／４｝
   であることを特徴とする請求項２または３に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記一周長／路内波長倍率ｎ_gの値は、２乃至５であることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記円弧状スロット間表面定在波の腹の個数ｎ_lは１，３，５のいずれかであることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記円弧状スロットの角度間隔は、π／ｎ_gであることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記円弧状スロットの開き角は、π／２ｎ_g乃至１５π／１６ｎ_gであることを特徴とする請求項７に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記円弧状スロットの開き角は内側よりも外側のほうが大きいことを特徴とする請求項２から８のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
10. 前記誘電体窓は主成分が窒化アルミニウムであることを特徴とする請求項２から９のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
11. 高周波バイアスを前記被処理基体を支持する手段に印加する手段をさらに有する請求項２から１０のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
12. プラズマ処理室内に被処理基体を設置し、プラズマ処理室内に誘電体窓を通してマイクロ波を該プラズマ処理室に導入することによって前記被処理基体を処理するプラズマ処理方法において、
    前記プラズマ処理室内にマイクロ波を導入する手段として、マイクロ波の磁界面に半径の異なる２つの同心円上に所定の角度間隔及び所定の開き角で穿孔されて設けられた円弧状スロットを有する環状導波路を有し、ｎ_lを円弧状スロット間に生じる表面定在波の腹の個数（奇数）、λ_sを表面波の波長とすると、該２つの同心円の半径の差は略、
    Δｒ_s＝ｎ_lλ_s／２
    であるマイクロ波導入手段を用意し、前記プラズマ処理室に被処理基体を設置するステップと、前記プラズマ処理室内を排気するステップと、該プラズマ処理室内にガスを導入し所定の圧力に保持するステップと、該プラズマ処理室に前記環状導波管を用いてマイクロ波を導入してプラズマを発生せしめ、前記基体を処理するステップとを含むことを特徴とするプラズマ処理方法。
13. 前記基体を処理するステップにおける処理は、エッチング、アッシング、クリーニングのうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１２に記載のプラズマ処理方法。
14. 前記基体を処理するステップにおける処理は、ＣＶＤ、表面改質、ドーピングのうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１２に記載のプラズマ処理方法。
15. 素子の製造方法において、素子が形成される基体の表面を請求項１２記載のプラズマ処理方法により処理する工程を含むことを特徴とする素子の製造方法。
16. 前記プラズマ処理は、前記基体の表面にあるレジストのアッシングである請求項１５記載の素子の製造方法。

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