JP5835985B2 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハ等の被処理体にプラズマ処理を施すためのプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。

半導体デバイスの製造工程においては、被処理体である半導体ウエハに対してエッチング、アッシング、成膜等の種々のプロセスが行われている。これらの処理には真空雰囲気に保持可能な処理容器内で半導体ウエハにプラズマ処理を施すプラズマ処理装置が用いられている。

近年、半導体ウエハの大型化と、デバイスの微細化が進展しつつあり、これらに対応して、プラズマ処理の効率性（例えば成膜レート）とウエハ面内での処理の均一性を改善することが求められている。そのために、プラズマ処理装置の処理容器内で半導体ウエハを載置する載置台に電極を埋設し、その電極に高周波電力を供給して、半導体ウエハにバイアス電圧を印加しながらプラズマ処理を行う方法が着目されている（例えば、特許文献１）。

載置台の電極に高周波電力を供給する場合、載置台に埋設された電極に対して、プラズマ生成空間を隔てて配置された接地電位の導電性部材が対向電極となる。つまり、載置台内の電極にバイアス用の高周波電力を供給すると、この載置台からプラズマを介して対向電極へ、さらに対向電極から処理容器の壁等を介してバイアス用の高周波電源のアースへ戻る高周波電流の経路（ＲＦリターン回路）が形成される。このような高周波電流の経路が安定して形成されない場合、処理容器内で生成するプラズマの電位（Ｖｐ）の振動幅が大きくなり、安定したプラズマ処理が困難になる。また、プラズマ電位の振動幅が大きいと、特に数十Ｐａ以下の低い圧力での処理において、通常アルミニウムなどで形成されている対向電極の表面がプラズマの作用によりスパッタされてコンタミネーションを生じることがある。プラズマ電位の振動を抑えるためには、対向電極の面積を十分に確保しておくことが必要である。しかし、特許文献１のような従来技術のマイクロ波プラズマ処理装置では、処理容器の上部にマイクロ波透過板が配置されるため、平行平板方式などのプラズマ処理装置と違って対向電極の面積を十分に確保することは、装置構成上の制約があった。

このようなことから、マイクロ波プラズマ処理装置において、処理容器の内側であって、マイクロ波透過板の周縁部に、シリコンやアルミニウム製の環状の対向電極を着脱可能に設けたプラズマ処理装置が提案されている（例えば、特許文献２、３）。これら特許文献２、３の従来技術では、対向電極の面積を充分に確保することによって、載置台に高周波電力を供給する際のプラズマの電位（Ｖｐ）を安定化させることができる。しかし、特許文献２、３の対向電極は、マイクロ波透過板に密着して配備されているため、マイクロ波導入のための有効面積が狭まり、マイクロ波の導入自体が不安定になって処理容器内でプラズマが安定的に生成しない可能性がある。また、マイクロ波プラズマ処理装置では、マイクロ波透過板の直下でプラズマが生成するため、マイクロ波透過板に近い領域で電子温度が最も高くなる。そのため、特許文献２、３のように対向電極をマイクロ波透過板に密着させて処理空間へ突出させた場合には、対向電極の先端がプラズマにより削られやすくなり、コンタミネーションの発生も懸念される。

国際公開ＷＯ２００９／１２３１９８ Ａ１ 特開平９−２６６０９５号公報 特開平１０−２１４８２３号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、被処理体を載置する載置台の電極にバイアス用の高周波電力を供給する方式のプラズマ処理装置において、プラズマ電位の振動を抑制し、安定なプラズマを生成させると共に、金属製の対向電極のスパッタリングによるコンタミネーションの発生を防止することである。

本発明のプラズマ処理装置は、プラズマを用いて被処理体を処理する上部が開口した処理容器と、前記処理容器内で被処理体を載置する載置台と、前記載置台に埋設され、被処理体にバイアス電圧を印加する第１の電極と、前記処理容器の開口を塞いでプラズマ生成空間を画成するとともに、マイクロ波を透過させて前記処理容器内に導入する誘電体板と、前記誘導体板の上方に設けられ、マイクロ波発生装置で発生した前記マイクロ波を、前記誘電体板を介して前記処理容器内に導入する平面アンテナと、前記処理容器の上部に配置され、環状をなすとともに、その内周側に前記プラズマ生成空間へ向けて突出する当接支持部を有し、該当接支持部の上面で前記誘電体板の外周部を支持する蓋部材と、前記処理容器又は前記当接支持部から前記処理容器内のプラズマ生成空間に向けて前記誘電体板との間に間隔をあけて突出し、前記第１の電極に対して前記プラズマ生成空間を隔てて対をなす第２の電極の少なくとも一部分を構成する環状の拡張突出部と、前記拡張突出部の上面と前記誘電体板の下面との間に形成される空間と、を備えている。

本発明のプラズマ処理装置は、前記拡張突出部の上面と前記誘電体板の下面との間隔が１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲内であることが好ましい。

また、本発明のプラズマ処理装置において、前記拡張突出部は、その先端が、前記載置台に載置された被処理体の端部の上方に達しない突出量で設けられていることが好ましい。

また、本発明のプラズマ処理装置は、前記誘電体板と前記拡張突出部との間の空間に処理ガスを導入するガス導入口が設けられていることが好ましい。

また、本発明のプラズマ処理装置は、前記拡張突出部が、前記蓋部材と一体に形成されていてもよいし、あるいは、前記拡張突出部が、前記処理容器と一体に形成されていてもよい。また、前記拡張突出部が、前記蓋部材に固定された補助電極部材であってもよいし、前記処理容器に固定された補助電極部材であってもよい。

また、本発明のプラズマ処理装置は、前記拡張突出部の表面に凹凸が設けられていることが好ましい。

また、本発明のプラズマ処理装置は、前記プラズマ生成空間に臨む前記第２の電極の表面積が前記載置台における前記第１の電極の埋設領域の面積に対して、１以上５以下の範囲内であることが好ましい。

また、本発明のプラズマ処理装置は、前記拡張突出部の表面に、保護膜をさらに備えていることが好ましい。この場合、前記保護膜はシリコンからなることが好ましい。

また、本発明のプラズマ処理装置は、少なくとも前記載置台の載置面の高さより低い位置の前記処理容器の内壁に沿って絶縁板をさらに備えていることが好ましい。この場合、前記絶縁板は、前記処理容器の下部に連設された排気室に達する位置まで形成されていることが好ましい。

本発明のプラズマ処理方法は、プラズマを用いて被処理体を処理する上部が開口した処理容器と、前記処理容器内で被処理体を載置する載置台と、前記載置台に埋設され、被処理体にバイアス電圧を印加する第１の電極と、前記処理容器の開口を塞いでプラズマ生成空間を画成するとともに、マイクロ波を透過させて前記処理容器内に導入する誘電体板と、前記誘導体板の上方に設けられ、マイクロ波発生装置で発生した前記マイクロ波を、前記誘電体板を介して前記処理容器内に導入する平面アンテナと、前記処理容器の上部に配置され、環状をなすとともに、その内周側に前記プラズマ生成空間へ向けて突出する当接支持部を有し、該当接支持部の上面で前記誘電体板の外周部を支持する蓋部材と、前記処理容器又は前記当接支持部から前記処理容器内のプラズマ生成空間に向けて前記誘電体板との間に間隔をあけて突出し、前記第１の電極に対して前記プラズマ生成空間を隔てて対をなす第２の電極の少なくとも一部分を構成する環状の拡張突出部と、前記拡張突出部の上面と前記誘電体板の下面との間に形成される空間と、を備えたプラズマ処理装置を用い、前記処理容器内でプラズマを生成させて該プラズマにより被処理体を処理するものである。この場合、処理圧力が、４０Ｐａ以下であってもよい。

本発明のプラズマ処理装置は、処理容器又は当接支持部からプラズマ生成空間に向けて誘電体板との間に間隔をあけて突出し、第１の電極に対してプラズマ生成空間を隔てて対をなす第２の電極の少なくとも一部分を構成する拡張突出部を備えているので、第２の電極の面積が十分に確保されており、プラズマ電位（Ｖｐ）の振動を抑制できる。また、第２の電極の面積を大きくすることによって、プラズマの作用で第２の電極の表面がスパッタされることも抑制され、コンタミネーションを防止できる。また、第２の電極の面積を十分な広さで確保することによって、他の部位における短絡や異常放電も抑制できる。さらに、誘電体板との間に間隔をあけて拡張突出部を設けているため、誘電体板の有効面積を縮小させずにすみ、十分なマイクロ波パワーを導入して処理容器内で形成されるプラズマを安定化できる。

本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略断面図である。 図１の要部を拡大して示す断面図である。 蓋部材の外観を示す斜視図である。 平面アンテナの構造を示す図面である。 異なる処理圧力とギャップについて処理容器内の電子密度と電子温度を計測した結果を示すグラフである。 制御部の構成を示す説明図である。 本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ処理装置の要部断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係るプラズマ処理装置の要部断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係るプラズマ処理装置の要部断面図である。 本発明の第５の実施の形態に係るプラズマ処理装置の要部断面図である。 対向電極表面積に対し、バイアス用電極面積が不十分である場合に載置台の電極へ高周波電圧を印加した時の載置台の電位を示す説明図である。 対向電極表面積に対し、バイアス用電極面積が十分である場合に載置台の電極へ高周波電圧を印加した時の載置台の電位を示す説明図である。 プラズマ酸化処理におけるアルミニウム（Ａｌ）コンタミネーションの量とＶｍａｘとの関係を示すグラフ図面である。 プラズマ酸化処理における対向電極面積比（横軸）とＶｍａｘ（縦軸）との関係を示すグラフである。 別の条件でのプラズマ酸化処理における対向電極面積比（横軸）とＶｍａｘ（縦軸）との関係を示すグラフである。 さらに別の条件でのプラズマ酸化処理における対向電極面積比（横軸）とＶｍａｘ（縦軸）との関係を示すグラフである。 さらに別の条件でのプラズマ酸化処理における対向電極面積比（横軸）とＶｍａｘ（縦軸）との関係を示すグラフである。 さらに別の条件でのプラズマ酸化処理における対向電極面積比（横軸）とＶｍａｘ（縦軸）との関係を示すグラフである。 さらに別の条件でのプラズマ酸化処理における対向電極面積比（横軸）とＶｍａｘ（縦軸）との関係を示すグラフである。 処理圧力及び対向電極面積比を変えてプラズマ酸化処理を行った場合のＶｍａｘ（縦軸）と、アルミニウム（Ａｌ）コンタミネーションの量を示すグラフ図である。 プラズマ窒化処理におけるウエハの中央部での酸素量の測定結果を示すグラフである。 プラズマ窒化処理におけるウエハのエッジ部での酸素量の測定結果を示すグラフである。 本発明の第３の実施の形態に係るプラズマ処理装置の変形例を示す要部断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、本発明のプラズマ処理装置の第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００の概略構成を模式的に示す断面図である。また、図２Ａは、図１の要部を拡大して示す断面図である。図２Ｂは、プラズマ処理装置１００の構成部材である蓋部材の外観斜視図である。また、図３Ａは、図１のプラズマ処理装置１００の平面アンテナを示す平面図である。

プラズマ処理装置１００は、複数のスロット状の孔を有する平面アンテナ、特にＲＬＳＡ（Ｒａｄｉａｌ Ｌｉｎｅ Ｓｌｏｔ Ａｎｔｅｎｎａ；ラジアルラインスロットアンテナ）にて処理容器内にマイクロ波を導入して処理容器内で高密度かつ低電子温度のマイクロ波励起プラズマを発生させ得るＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置として構成されている。プラズマ処理装置１００では、１×１０^１０〜５×１０^１２／ｃｍ^３のプラズマ密度で、かつ０．７〜２ｅＶの低電子温度を有するプラズマによる処理が可能である。従って、プラズマ処理装置１００は、各種半導体装置の製造過程において、例えば被処理体のシリコンを酸化してシリコン酸化膜（例えばＳｉＯ_２膜）を形成したり、窒化してシリコン窒化膜（例えばＳｉＮ膜）を形成したりする目的で好適に利用できる。

プラズマ処理装置１００は、気密に構成され、被処理体である半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」と記す）Ｗを収容するための略円筒状の処理容器１を有している。この処理容器１は、接地電位であり、例えばアルミニウムもしくはその合金、又はステンレス鋼等の金属材料から構成されている。なお、処理容器１は、単一の容器ではなく、複数の部分に分割されていてもよい。また、処理容器１の上部には、プラズマ生成空間Ｓにマイクロ波を導入するためのマイクロ波導入部２６が開閉可能に設けられている。つまり、処理容器１の上端部にマイクロ波導入部２６が配置されている。また、処理容器１の下部には、排気室１１が連結されている。処理容器１には、複数の冷却水流路３ａが形成されて処理容器１の壁を冷却できるようになっている。従って、プラズマの熱による熱膨張によってマイクロ波導入部２６との接面部の位置ずれやプラズマダメージが生じることを抑制し、シール性の低下やパーティクルの発生が防止されている。

処理容器１内にはウエハＷを水平に支持するための載置台５が、排気室１１の底部中央から上方に延びる円筒状の支持部４により支持された状態で設けられている。載置台５および支持部４を構成する材料としては、例えば石英やＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３等のセラミックス材料を挙げることができるが、これらの中でも熱伝導性の良好なＡｌＮが好ましい。また、載置台５には、抵抗加熱型のヒーター５ａが埋め込まれており、例えば２００Ｖの交流電源であるヒーター電源６から給電されることにより載置台５を加熱して、その熱で被処理体であるウエハＷを加熱する。ヒーター５ａとヒーター電源６とを接続する給電線６ａには、ＲＦ（高周波）をフィルタリングするフィルタボックス４５が設けられている。載置台５の温度は、載置台５に挿入された図示しない熱電対によって測定され、熱電対からの信号に基づいてヒーター電源６が制御され、例えば室温から８００℃までの範囲で安定した温度制御が可能となっている。

また、載置台５の内部の表面側には、ヒーター５ａより上方に、第１の電極としてのバイアス用の電極７が埋設されている。この電極７は、載置台５に載置されるウエハＷに略対応する領域に埋設されている。電極７の材質としては、例えばモリブデン、タングステンなどの導電性材料を用いることができる。電極７は、例えば網目状、格子状、渦巻き状等の形状に形成されている。また、載置台５の表面及び側壁の全面を覆うようにカバー８ａが設けられる。カバー８ａは、載置台５にプラズマが作用してスパッタされ、金属汚染の原因となることを防止する。このカバー８ａの表面にはウエハＷをガイドするため、ウエハサイズより大きく、略ウエハＷの厚みと同じ深さの窪み（溝）が設けられている。この窪みにウエハＷが配置される。また、載置台５の周囲には、処理容器１内を均一排気するため、石英製のバッフルプレート８ｂが環状に設けられている。このバッフルプレート８ｂは、複数の孔８ｃを有し、支柱（図示せず）により支持されている。さらに、載置台５には、ウエハＷを支持して昇降させるための複数のウエハ支持ピン（図示せず）が載置台５の表面に対して突没可能に設けられている。

処理容器１の底壁１ａの略中央部には円形の開口部１０が形成されており、底壁１ａには、この開口部１０と連通し、下方に向けて突出して処理容器１内部を均一に排気するための排気室１１が連設されている。排気室１１の側面には排気口１１ｂが形成され、そこに排気管２３が接続されている。この排気管２３には真空ポンプを含む排気装置２４が接続されている。そしてこの排気装置２４を作動させることにより処理容器１内のガスが、排気室１１の空間１１ａ内へ均一に排出され、排気管２３を介して排気される。これにより処理容器１内は所定の真空度、例えば０．１３３Ｐａまで高速に減圧することが可能となっている。なお、排気管２３は、排気室１１の底面に接続されていてもよい。なお、排気室１１は、処理容器１の内部に形成してもよい。

なお、処理容器１の側壁１ｂには、ウエハＷの搬入出を行うための搬入出口と、この搬入出口を開閉するゲートバルブとが設けられている（いずれも図示せず）。

処理容器１の上部は開口部となっており、この開口部を塞ぐようにマイクロ波導入部２６が気密に配置可能となっている。このマイクロ波導入部２６は、図示しない開閉機構により開閉可能となっている。マイクロ波導入部２６は、主要な構成として、載置台５の側から順に、蓋部材２７、マイクロ波透過板２８、平面アンテナ３１、遅波材３３を有しており、さらに、遅波材３３を覆うように、例えばＳＵＳ、アルミニウム、その合金等の材質からなる導電性のカバー３４によって覆われている。カバー３４の外周部は、固定部材３６を介して環状の押えリング３５により蓋部材２７に固定されている。

蓋部材２７は、接地電位であり、処理容器１と同様の材質で形成されている。本実施の形態において、環状の蓋部材２７には、開口部が形成されている。蓋部材２７の内周部分は処理容器１内のプラズマ生成空間Ｓに露出しており、下部電極である載置台５の電極７に対向する第２の電極としての対向電極を構成している。環状の蓋部材２７の内周面は、処理容器１の内壁面よりもプラズマ生成空間Ｓへ向けて突出する突出部６０を形成する。図２Ａ，図２Ｂに示すように、突出部６０は、その上面にマイクロ波透過板２８に当接して支持する当接支持部６０Ａと、該当接支持部６０Ａよりもさらに処理容器１内のプラズマ生成空間Ｓに向けて大きく突出する拡張突出部６０Ｂとを有している。当接支持部６０Ａと拡張突出部６０Ｂとは段差を形成し、当接支持部６０Ａにマイクロ波透過板２８を配置した際、マイクロ波透過板２８と拡張突出部６０Ｂの間に環状の空間Ｓ１が形成される。本実施の形態では、この拡張突出部６０Ｂが対向電極として中心的に機能する部分である。なお、空間Ｓ１はプラズマ生成空間Ｓの一部分を構成している。

また、蓋部材２７の当接支持部６０Ａの内周面には、複数箇所（例えば３２箇所）にガス導入口１５ａが均等に設けられている。つまり、当接支持部６０Ａと拡張突出部６０Ｂとの間で段差を形成している当接支持部６０Ａの壁に、環状に点在してガス導入口１５ａが開口している。各ガス導入口１５ａは、それぞれ空間Ｓ１に処理ガスを導入できるように、空間Ｓ１に臨んで開口している。これらガス導入口１５ａのそれぞれから蓋部材２７の内部に斜めに延びるガス導入路１５ｂが設けられている。なお、ガス導入路１５ｂは、水平に形成しても良い。各ガス導入路１５ｂは、蓋部材２７と処理容器１の上部の間に水平方向に形成された環状通路１３と連通している。これにより、処理ガスを処理容器１内のプラズマ生成空間Ｓ及び空間Ｓ１に均一に供給することができる。

処理容器１と蓋部材２７との当接部には、例えばＯリングなどのシール部材９ａ，９ｂが環状通路１３に沿ってその外側及び内側に配備されており、これにより当接部の気密状態が保たれる。すなわち、マイクロ波導入部２６が閉じられた状態においては、処理容器１の側壁１ｂの上端面と、開閉機能を持つ蓋部材２７との間がシール部材９ａ及び９ｂによりシールされた状態となる。シール部材９ａ，９ｂは、例えばカルレッツ（商品名；デュポン社製）などのフッ素系ゴム材料からなっている。また、蓋部材２７の外周面には、複数の冷媒流路２７ａが形成されている。冷媒流路２７ａに冷媒を流すことにより、蓋部材２７及びマイクロ波透過板２８の外周部を冷却できるようになっている。これにより、プラズマの熱に起因する熱膨張による接面部位の位置ずれの発生が防止され、シール性低下やパーティクルの発生が防止されている。

誘電体板としてのマイクロ波透過板２８は、誘電体、例えば石英やＡｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、サファイヤ、ＳｉＮ等のセラミックスにより構成されている。マイクロ波透過板２８は、平面アンテナ３１からのマイクロ波を透過し処理容器１内のプラズマ生成空間Ｓに導入するマイクロ波導入窓として機能する。マイクロ波透過板２８の下面（載置台５側）は平坦状に限らず、マイクロ波を均一化してプラズマを安定化させるため、例えば凹部や溝を形成してもよい。

マイクロ波透過板２８の外周部は、蓋部材２７の突出部６０の当接支持部６０Ａの上に、シール部材２９を介して気密状態で支持されている。したがって、マイクロ波導入部２６が閉じられた状態で処理容器１とマイクロ波透過板２８とによりプラズマ生成空間Ｓが画成され、かつ、プラズマ生成空間Ｓが気密に保持される。

平面アンテナ３１は、円板状をなしており、マイクロ波透過板２８の上方において、カバー３４の外周部により係止されている。この平面アンテナ３１は、例えば表面が金又は銀メッキされた銅板、アルミニウム板、ニッケル板、真鍮板等の金属板からなり、マイクロ波などの電磁波を放射するための多数のスロット孔３２を有している。このスロット孔３２は、平面アンテナ３１を貫通して形成されており、二つの孔が対をなして所定のパターンに配列されている。

スロット孔３２は、例えば図３Ａに示すように長溝状をなし、典型的には隣接するスロット孔３２同士が「Ｔ」字状に配置され、これら複数のスロット孔３２が同心円状に配置されている。スロット孔３２の長さや配列間隔は、導波管３７内のマイクロ波の波長（λｇ）に応じて決定され、例えばスロット孔３２の間隔は、λｇ／４からλｇとなるように配置される。なお、図３Ａにおいては、同心円状に形成された隣接するスロット孔３２同士の間隔をΔｒで示している。また、スロット孔３２は、円形状、円弧状等の他の形状であってもよい。さらに、スロット孔３２の配置形態は特に限定されず、同心円状のほか、例えば、螺旋状、放射状に配置することもできる。

遅波材３３は、真空よりも大きい誘電率を有しており、平面アンテナ３１の上面に設けられている。この遅波材３３は、例えば、石英、セラミックス、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂やポリイミド系樹脂により構成される。そして、真空中ではマイクロ波の波長が長くなることから、マイクロ波の波長を短くしてプラズマを調整する機能を有している。なお、平面アンテナ３１とマイクロ波透過板２８との間、また、遅波材３３と平面アンテナ３１との間は、それぞれ密着させても離間させてもよいが、密着させることが好ましい。

カバー３４には、冷媒流路３４ａが形成されており、そこに冷媒を通流させることにより、カバー３４、遅波材３３、平面アンテナ３１、マイクロ波透過板２８及び蓋部材２７を冷却するようになっている。これにより、これらの部材の変形や破損を防止し、安定したプラズマを生成することが可能である。なお、平面アンテナ３１及びカバー３４は接地されている。

カバー３４の上部の中央には、開口部３４ｂが形成されており、この開口部３４ｂには導波管３７が接続されている。この導波管３７の端部には、マッチング回路３８を介してマイクロ波発生装置３９が接続されている。これにより、マイクロ波発生装置３９で発生した、例えば周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波が導波管３７を介して上記平面アンテナ３１へ伝搬されるようになっている。マイクロ波の周波数としては、８．３５ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ等を用いることもできる。

導波管３７は、上記カバー３４の開口部３４ｂから上方へ延出する断面円筒状の同軸導波管３７ａと、この同軸導波管３７ａの上端部にモード変換器４０を介して接続された水平方向に延びる矩形導波管３７ｂとを有している。矩形導波管３７ｂと同軸導波管３７ａとの間のモード変換器４０は、矩形導波管３７ｂ内をＴＥモードで伝播するマイクロ波をＴＥＭモードに変換する機能を有している。同軸導波管３７ａの中心には内導体４１がモード変換器４０から平面アンテナ３１へかけて延在しており、内導体４１は、その下端部において平面アンテナ３１の中心に接続固定されている。また、平面アンテナ３１とカバー３４により偏平導波路が形成されている。これにより、マイクロ波は、同軸導波管３７ａの内導体４１を介して平面アンテナ３１の中央部へ導入され、そこから放射状に効率よく均一に伝播される。

次に、プラズマ処理装置１００におけるガス供給構造について説明する。図２Ａに拡大して示したように、処理容器１の側壁１ｂの任意の箇所（例えば均等な４箇所）には、垂直方向に側壁１ｂの内部及び底壁１ａを貫通して複数のガス供給路１２が形成されている。ガス供給路１２は、処理容器１の側壁１ｂの上端部と、蓋部材２７の下端部との接面部に形成された環状通路１３に接続している。環状通路１３は、ガス供給路１２、ガス供給管１２ａを介してガス供給装置１６と接続されている。なお、ガス供給路を水平方向に形成することにより、ガス供給装置１６を処理容器１の側面から環状通路１３に接続する構成としてもよい。

環状通路１３は、処理容器１の上端面と、蓋部材２７の下端面との当接部分において、段部１８と段部１９とによって形成されたガスの流路である。段部１８は蓋部材２７の下面に設けられている。段部１９は、処理容器１の側壁１ｂの上端面に設けられている。この環状通路１３は、処理容器１内のプラズマ生成空間Ｓを囲むように略水平方向に環状に形成されている。なお、処理容器１の側壁１ｂの上端面又は蓋部材２７の下面に溝（凹部）を形成することによって環状通路１３を形成してもよい。環状通路１３は、各ガス導入路１５ｂへガスを均等配分して供給するガス分配手段としての機能を有しており、処理ガスが特定のガス導入口１５ａに偏って供給されて処理容器１内に不均一に供給されることを防ぐように機能する。このように本実施形態では、ガス供給装置１６からの処理ガスを、各ガス供給路１２、環状通路１３、各ガス導入路１５ｂを介して例えば３２箇所のガス導入口１５ａから均一に処理容器１内のプラズマ生成空間Ｓ及び空間Ｓ１に導入できるので、処理容器１内のプラズマの均一性を高めることができる。

次に、載置台５に載置されたウエハＷにバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段について説明する。載置台５に埋設された電極７には、支持部４の中を通る給電線４２、マッチングボックス（Ｍ．Ｂ．）４３を介してバイアス印加用の高周波電源４４が接続されており、ウエハＷに高周波バイアスを印加できる構成となっている。前記のとおり、ヒーター電源６からの電力をヒーター５ａへ供給する給電線６ａには、フィルタボックス４５が設けられている。そして、マッチングボックス４３とフィルタボックス４５が、シールドボックス４６を介して連結されてユニット化され、排気室１１の底部に装着されている。シールドボックス４６は、例えばアルミニウム、ＳＵＳなどの導電性材料で形成されている。シールドボックス４６内には、給電線４２に接続された銅などの材質の導電板４７が配備されてマッチングボックス４３内のマッチャー（図示せず）に接続されている。導電板４７を用いることによって、給電線４２との接触面積を大きくとることができ、接触抵抗を少なくして接続部分での電流損失を低減できる。このように、本実施の形態のプラズマ処理装置１００では、マッチングボックス４３とフィルタボックス４５を、シールドボックス４６を介して連結してユニット化し、処理容器１の排気室１１の下部に直接接続する構成としたので、高周波電源４４から電極７へ供給する高周波電力の損失を低減し、電力消費効率を高め、電力を安定して供給できる。これにより、載置台５に載置されたウエハＷに高周波バイアスを安定して印加できるため、処理容器１内で生成するプラズマが安定化され、均一なプラズマ処理が可能である。

上述のように、上記蓋部材２７の内周側には、蓋部材２７の一部分として、当接支持部６０Ａと拡張突出部６０Ｂとを有する突出部６０が形成されている。このように、蓋部材２７と突出部６０を一体に形成することにより、熱伝導性と導通性を確保できる。突出部６０の拡張突出部６０Ｂは、その上面６０Ｂ１、先端面６０Ｂ２及び下面６０Ｂ３を有している。これらの突出部６０は、プラズマ生成空間Ｓに臨んで形成されており、第１の電極である載置台５の電極７に対してプラズマ生成空間Ｓを隔てて対向する対向電極（第２の電極）として機能する主要部分である。具体的には、図２Ａ中の蓋部材２７の当接支持部６０Ａとマイクロ波透過板２８との当接部位の端である図中に丸で示す部位Ａから、突出部６０の露出した表面（つまり、当接支持部６０Ａの表面及び拡張突出部６０Ｂの上面６０Ｂ１、先端面６０Ｂ２及び下面６０Ｂ３）を迂回して当接支持部６０Ａの露出した下面の端である図中に丸で示す部位Ｂ（上部ライナー４９ａとの当接端）に至る表面が対向電極として機能する部分である。本実施の形態では、部位Ａから部位Ｂに至る環状の蓋部材２７の内周表面が、プラズマ生成空間Ｓに露出して環状に対向電極を形成している。このように、主に対向電極となる環状の部材をプラズマ生成空間に突出させて設けることにより、マイクロ波透過板２８を備えているために載置台５の直上位置に対向電極を配備することが困難なＲＬＳＡ方式のプラズマ処理装置１００においても、対向電極の表面積を十分に広く確保できる。

本実施の形態のプラズマ処理装置１００において、下部電極に対して対向電極として機能する部分は、プラズマ生成空間Ｓに露出しており、かつ接地電位にある導電性部材である、と定義することができる。なお、後述するように、対向電極の表面には保護膜４８を設けることができるため、「プラズマ生成空間Ｓに露出している」ことには、保護膜４８に覆われた状態も含む。また、対向電極として機能するためのより具体的な定義として、例えば、対向電極は、載置台５のウエハ載置面より上方においてプラズマ生成空間Ｓに臨む露出表面を有し、かつ処理容器１内にプラズマを生成させた場合に１×１０^１１／ｃｍ^３以上の電子密度のプラズマに曝される導電性部材であること、を一つの目安にすることもできる。ただし、上記電子密度の値はあくまで例示であり、この数字に限定されるものではない。例えば、図３Ｂは、プラズマ処理装置１００において、処理圧力とギャップＧ（ウエハＷの表面からマイクロ波透過板２８までの距離）を変化させた場合に、処理容器１内のマイクロ波透過板２８の中心部直下の部位において電子密度と電子温度を計測した結果を示している。このように、処理容器１内で生成するプラズマの電子密度や電子温度は、処理圧力や、ギャップＧによっても変化するので、処理圧力やギャップＧに応じて対向電極表面積を調節することが好ましい。なお、ギャップＧは、例えば５０ｍｍ〜１５０ｍｍの範囲内が好ましく、７０ｍｍ〜１２０ｍｍの範囲内がより好ましい。

プラズマ生成空間Ｓに露出している対向電極として機能する部分の面積（本明細書において「対向電極表面積」と記すことがある）は、載置台５における電極７の埋設領域の面積（本明細書において「バイアス用電極面積」と記すことがある）に対する面積比として、１以上であることが好ましく、１以上５以下の範囲内であることがより好ましく、１以上４以下の範囲内であることがさらに好ましく、２以上４以下の範囲内であることが望ましい。バイアス用電極面積に対する対向電極表面積の比（対向電極表面積／バイアス用電極面積）が１未満であると、プラズマ電位の振動が大きくなって処理容器１内で安定したプラズマを生成することができなくなるとともに、対向電極近傍でのプラズマによるスパッタ作用が強くなって対向電極の表面が削られ、アルミコンタミネーションの原因となることがある。また、バイアス用電極面積に対する対向電極表面積の比（対向電極表面積／バイアス用電極面積）は、大きいほど好ましいといえるが、装置サイズ及び構造上の制約から、上限を５とすればよく、４以下とすることが好ましい。なお、載置台５における電極７の埋設領域の面積とは、例えば網目状、格子状、渦巻き状等の開口や隙間を有する形状の電極７を、開口や隙間の部分を含めて一つの平面と考えた場合の該平面領域の面積を意味する。

対向電極として機能する突出部６０の先端部（拡張突出部６０Ｂの先端面６０Ｂ２）は、載置台５に載置されたウエハＷの上方（ウエハＷの周縁端の位置Ｐ_ＷＥ）に達しない突出長さであることが好ましい。突出部６０の先端が、ウエハＷの周縁端の位置Ｐ_ＷＥより内側に達すると、処理容器１内で生成する高密度で均一なプラズマの大きさがウエハサイズより小さくなり、ウエハＷの周縁部のプラズマ密度が減少して、ウエハＷの外周部における処理内容の均一性に悪影響がでることがある。一方、対向電極として機能する突出部６０は、その先端部（先端面６０Ｂ２）の反対側（処理容器１の側壁１ｂ側）では、側壁１ｂとの当接端が基端部となるが、本実施の形態ではその途中にある部位Ｂまでがプラズマ生成空間Ｓに露出していればよい。すなわち、本実施の形態においては、対向電極として機能する突出部６０の露出した下面６０Ｂ３の端は、図２Ａに部位Ｂで示す上部ライナー４９ａとの接点になっている。

また、空間Ｓ１に臨む拡張突出部６０Ｂの上面６０Ｂ１は、マイクロ波透過板２８の下面から離間して配置されている。つまり、拡張突出部６０Ｂは、プラズマ生成空間Ｓに向けて、マイクロ波透過板２８との間に間隔Ｌ１をあけて突出している。このように、マイクロ波透過板２８と拡張突出部６０Ｂとの間に間隔Ｌ１をあけることによって、マイクロ波透過板２８のマイクロ波導入のための有効面積を狭めずに、対向電極としての表面積を充分に広く確保できる。また、空間Ｓ１はプラズマ生成空間Ｓの一部分となり、空間Ｓ１でもプラズマが生成されるので、処理容器１内のプラズマを安定に維持することが出来る。これに対し、従来のプラズマ処理装置のように間隔Ｌ１を設けずに、マイクロ波透過板２８と拡張突出部６０Ｂとを密着させて配備した場合、処理容器１内で対向電極の表面積を大きくしようとすると、マイクロ波透過板２８の中心側への突出量を大きくする必要がある。そうすると、プラズマを生成する際に、マイクロ波透過板２８の有効面積が拡張突出部６０Ｂの上面６０Ｂ１との接触面積分だけ減少するので、処理容器１内へのマイクロ波パワーの供給量が低下してプラズマが生成しないか、生成しても不安定になってしまう。これを解決するには、処理容器１を大きくする必要があるが、設置面積が増大し、装置の製造コストも大きくなる。また、マイクロ波透過板２８と拡張突出部６０Ｂとを密着させて配備した場合、マイクロ波透過板２８と対向電極の接点近傍（つまり、拡張突出部６０Ｂの先端）の対向電極表面が高密度のプラズマでスパッタされて金属コンタミネーションを発生させやすくなる。

この間隔Ｌ１は、マイクロ波透過板２８の直下で生成するプラズマとマイクロ波透過板２８との間のシースの厚みよりも大きいことが好ましく、また、電子の平均自由行程よりも十分に大きい距離であることが好ましい。例えば、図１のプラズマ処理装置１００では、処理圧力が６．７Ｐａのときに高周波バイアス電圧を５０Ｖ印加した場合のシースの厚みは０．２５ｍｍ程度、電子の平均自由行程は８ｍｍ程度である。従って、間隔Ｌ１は例えば１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲内とすることが好ましく、２０ｍｍ以上２５ｍｍ以下の範囲内とすることがより好ましい。間隔Ｌ１を上記範囲とすることにより、処理容器１内で安定したプラズマを保つことが出来る。間隔Ｌ１が１０ｍｍ未満では、空間Ｓ１内で異常放電が生じるなどプラズマが安定化しないことがあり、特に間隔Ｌ１がシース厚以下である場合には、処理容器１内でのプラズマの生成が困難になる場合がある。一方、間隔Ｌ１が３０ｍｍを超えると、拡張突出部６０Ｂが載置台５の電極７に近づきすぎるため、対向電極として機能し難くなり、さらに載置台５の熱によって拡張突出部６０Ｂが熱ダメージを受ける可能性もある。

また、同様に、拡張突出部６０Ｂが載置台５の電極７に近づきすぎることを避けるため、拡張突出部６０Ｂの厚み（つまり、上面６０Ｂ１と下面６０Ｂ３との距離）Ｌ２の上限は、例えば２０ｍｍとすることが好ましい。ただし、拡張突出部６０Ｂの厚みＬ２が小さすぎると対向電極としての効果が低下するので、厚みＬ２の下限は例えば５ｍｍとすることが好ましい。従って、拡張突出部６０Ｂの厚みＬ２は、５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲内とすることが好ましく、７ｍｍ以上１７ｍｍ以下の範囲内とすることがより好ましい。

さらに、拡張突出部６０Ｂの下面６０Ｂ３から載置台５の上面までの距離Ｌ３（ここでは、両部材の高さ位置の差を意味する）は、拡張突出部６０Ｂを対向電極として機能させながら、拡張突出部６０Ｂが載置台５の電極７に近づきすぎることを避けるため、例えば１５ｍｍ以上６０ｍｍ以下の範囲内とすることが好ましく、２０ｍｍ以上２５ｍｍ以下の範囲内とすることがより好ましい。

また、本実施の形態のプラズマ処理装置１００では、ガス導入口１５ａを拡張突出部６０Ｂよりも上方位置に設け、拡張突出部６０Ｂとマイクロ波透過板２８との間の空間Ｓ１に処理ガスを供給する構成とした。かかる構成によって、マイクロ波透過板２８直下の空間Ｓ１のガスの置換と排出を促すことができるとともに処理ガスが活性化されやすくなる。その結果、マイクロ波透過板２８の直下の空間Ｓ１の全域で効率よくプラズマを生成させることができる。なお、空間Ｓ１はプラズマ生成空間Ｓの一部分である。さらに別の効果として、後記実施例に示すように、マイクロ波透過板２８の直下の空間Ｓ１に処理ガスを供給することによって、プラズマ処理装置１００でプラズマ窒化プロセスを行う場合などに、石英製のマイクロ波透過板２８から放出される酸素の処理容器１外への排出を促すことができるので、成膜される窒化膜中の窒素濃度の低下を抑制できる。なお、マイクロ波透過板２８から酸素が放出される原因としては、石英製のマイクロ波透過板２８中に元々存在する酸素が放出される場合と、プラズマ処理装置１００において過去に酸化膜を有するウエハＷへのプラズマ処理を行った際に、ウエハＷから放出された酸素が、マイクロ波透過板２８に一旦吸着され、その酸素がプラズマ窒化処理の際に放出される場合と、が考えられる。

本実施の形態のプラズマ処理装置１００では、対向電極を構成する蓋部材２７の突出部６０の露出した表面に、保護膜４８を設けている。すなわち、蓋部材２７は、例えばアルミニウム又はその合金などの金属製であるため、プラズマに曝され、スパッタリングされてメタルコンタミネーションやパーティクルが発生することを防止するために、図２Ａに拡大して示したように、保護膜４８がコーティングされている。保護膜４８は、当接支持部６０Ａの表面及び拡張突出部６０Ｂの上面６０Ｂ１、先端面６０Ｂ２及び下面６０Ｂ３に形成されている。保護膜４８の材質としては、保護膜４８が削られることによるコンタミネーションやパーティクル発生を考慮して、シリコンが好ましい。シリコンとしては、例えば単結晶シリコンや多結晶シリコンなどの結晶構造を有していてもよいし、アモルファス構造であってもよい。突出部６０に保護膜４８を形成しても対向電極としての機能は維持され、安定なプラズマが生成されて均一なプラズマ処理が可能である。保護膜４８は、載置台５からプラズマ生成空間Ｓを隔てて対向電極である突出部６０を介して蓋部材２７へと流れる高周波電流経路を効率的に形成して他の部位における短絡や異常放電を抑制すると同時に、対向電極の表面をプラズマによる酸化作用やスパッタ作用から保護し、対向電極の構成材質であるアルミニウム等の金属によるコンタミネーションの発生を抑制する。また、保護膜４８としてシリコン膜を形成した場合は、プラズマの酸化作用によってシリコン膜が酸化されて二酸化珪素膜（ＳｉＯ_２膜）となっても、非常に薄く、かつ誘電率と抵抗率の積が小さな材質であるため、載置台５からプラズマ生成空間Ｓを隔てて対向電極である蓋部材２７へと流れる電流経路を妨げることが少なく、安定した適正な高周波電流経路を維持できる。

また、保護膜４８としてのシリコン膜は、膜中の気孔率が小さく緻密で低抵抗率の膜であることが好ましい。膜中の気孔率が大きくなると体積抵抗率も大きくなることから、例えば気孔率が１〜１０％の範囲内で、体積抵抗率が５×１０^４〜５×１０^５Ω・ｃｍ^２の範囲内であることが好ましい。このようなシリコン膜は、例えばプラズマ溶射法で形成することが好ましい。また、保護膜４８の厚さは、例えば１０〜８００μｍの範囲内が好ましく、５０〜５００μｍの範囲内がより好ましく、５０〜１５０μｍの範囲内が望ましい。保護膜４８の厚さが１０μｍ未満であると十分な保護作用が得られず、８００μｍを超えると応力によりクラックやはがれ等が生じやすくなる。

保護膜４８は、例えばプラズマ溶射法のほか、ＰＶＤ（物理気相成長）、ＣＶＤ（化学気相成長）等の薄膜形成技術で形成することができる。その中でも比較的安価で、加工し易く、容易に上記気孔率、体積抵抗率が良好な範囲内になるように制御可能な保護膜４８を形成することができる溶射法が好ましい。溶射法には、フレーム溶射、アーク溶射、レーザー溶射、プラズマ溶射等があるが、制御性良く高純度の膜を形成できるプラズマ溶射が好ましい。また、プラズマ溶射法としては、大気圧プラズマ溶射法、真空プラズマ溶射法が挙げられ、どちらでも使用可能である。

なお、保護膜４８としては、シリコンに代えて、例えばＴｉＮ、Ｙ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２等を用いることもできる。

また、本実施の形態に係るプラズマ処理装置１００では、処理容器１の内周に石英からなる円筒状のライナーが設けられている。ライナーは、主に処理容器１の上部の内面を覆う第１の絶縁板としての上部ライナー４９ａと、この上部ライナー４９ａに連なって主に処理容器１の下部の内面を覆う第２の絶縁板としての下部ライナー４９ｂとを含む構成となっている。上部ライナー４９ａ及び下部ライナー４９ｂは、処理容器１の壁とプラズマとの接触を防止し、処理容器１の構成材料による金属汚染を防止するとともに、載置台５から処理容器１の側壁１ｂへ向かって高周波電流の短絡や異常放電が生じないにように作用する。載置台５との間隔が小さく近接した位置に配備される下部ライナー４９ｂは上部ライナー４９ａに比べて厚みが大きく形成されている。上部ライナー４９ａ及び下部ライナー４９ｂの厚みは、高周波電流の短絡や異常放電が生じない程度の厚みにするとともに、インピーダンスも考慮して設定すればよい。例えば２ｍｍ〜３０ｍｍの厚みの範囲内から、上部ライナー４９ａより下部ライナー４９ｂが厚くなるように設定することが好ましい。

また、下部ライナー４９ｂは、電極７が埋設された載置台５の高さより低い高さ位置の処理容器１と排気室１１の内面の少なくとも一部分、好ましくはほぼ全部を覆うように設けられている。載置台５の下方部分において、載置台５と処理容器１との距離が最も短くなることに対応して、この部位での異常放電を防ぐためである。なお、上部ライナー４９ａ及び下部ライナー４９ｂの材質としては、石英が好ましいが、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、Ｙ_２Ｏ_３等のセラミックスなどの誘電体を適用することもできる。なお、上部ライナー４９ａ及び下部ライナー４９ｂは、上記材料をコーティングすることによって形成してもよい。また、例えばアルミニウム製の上部ライナー４９ａ，下部ライナー４９ｂの表面に、例えばＳｉＯ_２膜をプラズマ溶射法でコーティングして用いてもよい。

プラズマ処理装置１００の各構成部は、コンピュータを有する制御部５０に接続されて制御される構成となっている。制御部５０は、例えば図４に示したように、ＣＰＵを備えたプロセスコントローラ５１と、このプロセスコントローラ５１に接続されたユーザーインターフェース５２および記憶部５３を備えている。プロセスコントローラ５１は、プラズマ処理装置１００において、例えば温度、圧力、ガス流量、マイクロ波出力、バイアス印加用の高周波電力などのプロセス条件に関係する各構成部（例えば、ヒーター電源６、ガス供給装置１６、排気装置２４、マイクロ波発生装置３９、高周波電源４４など）を統括して制御する制御手段である。

ユーザーインターフェース５２は、工程管理者がプラズマ処理装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマ処理装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を有している。また、記憶部５３には、プラズマ処理装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ５１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記録されたレシピなどが保存されている。

そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース５２からの指示等にて任意のレシピを記憶部５３から呼び出してプロセスコントローラ５１に実行させることで、プロセスコントローラ５１による制御の下でプラズマ処理装置１００の処理容器１内で所望の処理が行われる。また、前記制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリ、ＤＶＤ、ブルーレイディスクなどに格納された状態のものを利用できる。さらに、前記レシピを他の装置から例えば専用回線を介して伝送させて利用することも可能である。

このように構成された本発明のプラズマ処理装置１００では、例えば室温（２５℃程度）以上６００℃以下の低温で下地膜や基板（ウエハＷ）等へのダメージフリーなプラズマ酸化処理やプラズマ窒化処理等を行うことができる。また、プラズマ処理装置１００は、プラズマの均一性に優れていることから、大口径のウエハＷ（被処理体）に対してもプロセスの均一性を実現できる。

次に、プラズマ処理装置１００の動作について説明する。まず、ウエハＷを処理容器１内に搬入し、載置台５上に載置する。そして、ガス供給装置１６から、処理ガスをガス供給路１２、環状通路１３、ガス導入口１５ａを介して処理容器１内に導入する。処理ガスとしては、例えばＡｒ、Ｋｒ、Ｈｅなどの希ガスに加え、プラズマ酸化処理の場合は例えばＯ_２、Ｎ_２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ_２、ＣＯ_２などの酸化ガス、あるいはプラズマ窒化処理の場合は例えばＮ_２、ＮＨ_３等の窒素含有ガスを所定の流量で供給する。なお、プラズマ酸化処理の場合は必要に応じてＨ_２を添加してもよい。

次に、マイクロ波発生装置３９からのマイクロ波を、マッチング回路３８を経て導波管３７に導き、矩形導波管３７ｂ、モード変換器４０、および同軸導波管３７ａを順次通過させて内導体４１を介して平面アンテナ３１に供給し、平面アンテナ３１のスロット孔３２からマイクロ波透過板２８を介して処理容器１内に放射させる。この間、マイクロ波は、矩形導波管３７ｂ内ではＴＥモードで伝搬し、このＴＥモードのマイクロ波はモード変換器４０でＴＥＭモードに変換されて、同軸導波管３７ａ内を平面アンテナ３１に向けて伝搬されていく。平面アンテナ３１からマイクロ波透過板２８を経て処理容器１に放射されたマイクロ波により処理容器１内で電磁界が形成され、処理ガスがプラズマ化する。

このプラズマは、マイクロ波が平面アンテナ３１の多数のスロット孔３２から放射されることにより、略１×１０^１０〜５×１０^１２／ｃｍ^３の高密度で、かつウエハＷ近傍では、略１．５ｅＶ以下の低電子温度プラズマとなる。したがって、このプラズマをウエハＷに対して作用させることにより、プラズマダメージを抑制した処理が可能になる。

また、本実施の形態では、プラズマ処理を行なっている間、高周波電源４４から所定の周波数で高周波電力を載置台５の電極７に供給する。高周波電源４４から供給される高周波電力の周波数は、例えば１００ｋＨｚ以上６０ＭＨｚ以下の範囲内が好ましく、４００ｋＨｚ以上１３．５ＭＨｚ以下の範囲内がより好ましい。高周波電力の周波数を上記範囲内とすることによって、負バイアスが効率的に載置台５に印加される。

高周波電力は、ウエハＷの面積当たりのパワー密度として例えば０．２Ｗ／ｃｍ^２以上２．３Ｗ／ｃｍ^２以下の範囲内で供給することが好ましく、０．３５Ｗ／ｃｍ^２以上１．２Ｗ／ｃｍ^２以下の範囲内で供給することがより好ましい。高周波のパワー密度を上記範囲内とすることによって、負バイアスが効率的に載置台５に印加される。

また、高周波のパワーは２００Ｗ以上２０００Ｗ以下の範囲内が好ましく、３００Ｗ以上１２００Ｗ以下の範囲内がより好ましい。高周波のパワーを上記範囲内とすることによって、負バイアスが効率的に載置台５に印加される。

載置台５の電極７に供給された高周波電力は、プラズマの低い電子温度を維持しつつ、プラズマ中のイオン種をウエハＷへ引き込む作用を有している。従って、電極７に高周波電力を供給して、ウエハＷにバイアスを印加することにより、プラズマ酸化処理やプラズマ窒化処理のレートを速め、かつウエハ面内における処理の均一性を高めることができる。

この場合、高周波電源４４から、ユニット化された高周波電力の導入部（マッチングボックス４３およびシールドボックス４６内の導電板４７）と給電線４２を介して、電力損失が少ない状態で載置台５の電極７へ効率良く高周波電力が供給される。電極７へ供給された高周波電力は、載置台５からプラズマ生成空間Ｓを介して対向電極として機能する中心的な部分である突出部６０を有する蓋部材２７へ伝わり、処理容器１の側壁１ｂ、さらに排気室１１の壁を介して高周波電源４４のアースへと伝わる高周波電流経路（ＲＦリターン回路）を形成する。本実施の形態では、拡張突出部６０Ｂを設けたことにより、プラズマ電位（Ｖｐ）の振動を抑制して処理容器１内で安定したプラズマを生成することが可能であり、プラズマのスパッタ作用によって対向電極の表面が削られ、金属コンタミネーションの発生原因となることを防止できる。

また、対向電極である突出部６０のプラズマ生成空間Ｓに臨む露出表面には、導電性の保護膜４８（シリコン膜又はシリコンが酸化されてなるＳｉＯ_２膜）が設けられているので、対向電極の表面を保護できるとともに、載置台５からプラズマ生成空間Ｓを隔てて対向電極である蓋部材２７へと高周波電流が適正に流れる高周波電流経路の形成が妨げられることがない。また、保護膜４８に隣接して処理容器１の内面には、上部ライナー４９ａおよびこれよりも肉厚の下部ライナー４９ｂが設けられているので、これらの部位への短絡や異常放電を確実に抑制することができる。つまり、保護膜４８によって、異常放電を抑制できるとともに、金属コンタミネーションを防止することができる。

以上のように、本実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００では、対向電極である突出部６０の拡張突出部６０Ｂによって対向電極表面積を十分に広く確保し、適正な高周波電流経路を形成していることにより、ウエハＷを載置する載置台５の電極７に供給されたバイアス用の高周波電力の電力消費効率を向上させることができる。また、拡張突出部６０Ｂとマイクロ波透過板２８の間に空間Ｓ１を形成して対向電極をプラズマ生成空間Ｓに突出して配置することで、プラズマ生成空間Ｓ及び空間Ｓ１において、安定したプラズマを生成することが出来る。また、異常放電を防止してプロセスの効率化と安定化を図ることができる。また、拡張突出部６０Ｂをマイクロ波透過板２８から間隔Ｌ１をあけて設けているので、マイクロ波透過板２８の有効面積を縮小させずにすみ、十分なマイクロ波パワーの導入が可能であり、処理容器１内で形成されるプラズマを安定化できる。

［第２の実施の形態］
次に、図５を参照しながら、本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ処理装置について説明する。なお、第２の実施の形態のプラズマ処理装置１０１は、その特徴部分以外は第１の実施の形態のプラズマ処理装置１００と同様であるため、全体的な構成についての説明（図１、図３Ａ、図４）を省略するとともに、図５において図２Ａと同じ構成には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施の形態のプラズマ処理装置１０１において、蓋部材２７の内周側には、蓋部材２７の一部分として、突出部６１が形成されている。このように、蓋部材２７と突出部６１を一体に形成することにより、熱伝導性と導通性を確保できる。突出部６１は、当接支持部６１Ａと拡張突出部６１Ｂとを有している。突出部６１の拡張突出部６１Ｂは、上面６１Ｂ１、先端面６１Ｂ２及び下面６１Ｂ３を有している。突出部６１は、プラズマ生成空間Ｓに臨んで形成されており、第１の電極である載置台５の電極７に対してプラズマ生成空間Ｓを隔てて対をなす対向電極（第２の電極）として機能する主要部分である。具体的には、図５中の蓋部材２７の当接支持部６１Ａとマイクロ波透過板２８との当接部位の端である図中に丸で示す部位Ａから、突出部６１の露出した表面（つまり、当接支持部６１Ａの表面及び拡張突出部６１Ｂの上面６１Ｂ１、先端面６１Ｂ２及び下面６１Ｂ３）を迂回して当接支持部６１Ａの露出した下面の端である図中に丸で示す部位Ｂ（上部ライナー４９ａとの当接端）に至る内周表面が対向電極として機能する部分である。本実施の形態では、部位Ａから部位Ｂに至る表面が、プラズマ生成空間Ｓに露出して環状に対向電極を形成している。このように、主に対向電極となる環状の部材をプラズマ生成空間に突出させて設けることにより、マイクロ波透過板２８を備えているために載置台５の直上位置に対向電極を配備することが困難なＲＬＳＡ方式のマイクロ波プラズマ処理装置１０１においても、対向電極の表面積を十分に広く確保できる。

そして、本実施の形態のプラズマ処理装置１０１では、対向電極として中心的に機能する突出部６１の拡張突出部６１Ｂの表面（つまり、上面６１Ｂ１、先端面６１Ｂ２及び下面６１Ｂ３）を、断面形状が凹凸になるように形成し、対向電極の表面積を十分広く確保できるようにしている。このように、対向電極を構成する拡張突出部６１Ｂの形状を工夫することにより、処理容器１内の限られたスペースの中で対向電極の面積を広く確保することができる。本実施の形態においても、プラズマ生成空間Ｓに露出している対向電極表面積は、プラズマ電位の振動を抑制して処理容器１内で安定したプラズマを生成させるとともに、対向電極近傍でのプラズマによるスパッタ作用を弱めるために、バイアス用電極面積に対する面積比として、１以上であることが好ましく、１以上５以下の範囲内であることがより好ましく、１以上４以下の範囲内であることがさらに好ましく、２以上４以下の範囲内であることが望ましい。なお、図５に示したプラズマ処理装置１０１で上記面積比が約５となっている。

また、対向電極として機能する突出部６１の先端面６１Ｂ２は、載置台５に載置されたウエハＷの周縁端の位置Ｐ_ＷＥに達しない突出量であることが好ましい。突出部６１の先端が、ウエハＷの周縁端の位置Ｐ_ＷＥより内側に達すると、処理容器１内で生成する高密度のプラズマ領域がウエハサイズより小さくなり、ウエハＷの周縁部のプラズマ密度が減少して、ウエハＷの外周部における処理内容の均一性に悪影響がでることがある。一方、対向電極として機能する突出部６１は、先端部（先端面６１Ｂ２）の反対側（処理容器１の側壁１ｂ側）では、側壁１ｂとの当接端が基端部となるが、本実施の形態ではその途中にある部位Ｂまでが、プラズマ生成空間Ｓに露出していればよい。すなわち、本実施の形態においては、対向電極として機能する突出部６１の当接支持部６１Ａの露出した下面の端は、図５に部位Ｂで示す上部ライナー４９ａとの接点になっている。

また、空間Ｓ１に臨む拡張突出部６１Ｂの上面６１Ｂ１は、マイクロ波透過板２８の下面から離間して配置されている。つまり、拡張突出部６１Ｂは、プラズマ生成空間Ｓに向けて、マイクロ波透過板２８との間に間隔Ｌ１をあけて突出している。このように、マイクロ波透過板２８と拡張突出部６１Ｂとの間に間隔Ｌ１をあけることによって、マイクロ波透過板２８のマイクロ波導入のための有効面積を狭めずに、対向電極としての表面積を充分に広く確保できる。また、空間Ｓ１はプラズマ生成空間Ｓの一部分となり、そこでもプラズマが生成されるので、ウエハＷへのプラズマ処理を均一にすることが出来る。これに対し、間隔Ｌ１を設けずに、マイクロ波透過板２８と拡張突出部６１Ｂとを密着させて配備した場合、処理容器１内で対向電極の表面積を大きくしようとすると、マイクロ波透過板２８の中心側への突出量を大きくする必要が有る。そうすると、プラズマを生成する際にマイクロ波透過板２８の有効面積が拡張突出部６１Ｂの分だけ減少するので、処理容器１内へのマイクロ波パワーの供給量が低下してプラズマが生成しないか、生成しても不安定になってしまう。これを解決するには、処理容器１を大きくする必要があるが、設置面積が増大し、装置の製造コストも大きくなる。

この間隔Ｌ１は、マイクロ波透過板２８の直下で生成するプラズマとマイクロ波透過板２８との間のシースの厚みよりも大きいことが好ましく、また、電子の平均自由行程よりも十分に大きい距離であることが好ましい。例えば間隔Ｌ１は１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲内とすることが好ましく、２０ｍｍ以上２５ｍｍ以下の範囲内とすることがより好ましい。間隔Ｌ１が１０ｍｍ未満では、空間Ｓ１内で異常放電が生じるなどプラズマが安定化しないことがあり、特に間隔Ｌ１がシース厚以下である場合には、処理容器１内でのプラズマの生成が困難になる場合がある。一方、間隔Ｌ１が３０ｍｍを超えると、拡張突出部６１Ｂが載置台５の電極７に近づきすぎるため、対向電極として機能し難くなり、さらに載置台５の熱によって拡張突出部６１Ｂが熱ダメージを受ける可能性もある。

また、同様に、拡張突出部６１Ｂが載置台５の電極７に近づきすぎることを避けるため、拡張突出部６１Ｂの厚み（つまり、上面６１Ｂ１と下面６１Ｂ３との距離）Ｌ２の上限は、例えば２０ｍｍとすることが好ましい。ただし、拡張突出部６１Ｂの厚みＬ２が小さすぎると対向電極としての効果が低下するので、厚みＬ２の下限は例えば５ｍｍ以上とすることが好ましい。従って、拡張突出部６１Ｂの厚みＬ２は、５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲内とすることが好ましく、７ｍｍ以上１７ｍｍ以下の範囲内とすることがより好ましい。

さらに、拡張突出部６１Ｂの下面６１Ｂ３から載置台５の上面までの距離Ｌ３（ここでは、両部材の高さ位置の差を意味する）は、拡張突出部６１Ｂを対向電極として機能させながら、拡張突出部６１Ｂが載置台５の電極７に近づきすぎることを避けるため、例えば１５ｍｍ以上６０ｍｍ以下の範囲内とすることが好ましく、２０ｍｍ以上２５ｍｍ以下の範囲内とすることがより好ましい。

また、本実施の形態のプラズマ処理装置１０１では、ガス導入口１５ａを拡張突出部６１Ｂよりも上方位置の当接支持部６１Ａに設け、拡張突出部６１Ｂとマイクロ波透過板２８との間の空間Ｓ１に処理ガスを供給する構成とした。かかる構成によって、プラズマ生成空間Ｓの一部分であるマイクロ波透過板２８直下の空間Ｓ１のガスの置換と排出を促すことができるとともに処理ガスが活性化されやすくなる。その結果、マイクロ波透過板２８の直下の空間Ｓ１の全域で効率よくプラズマを生成させることができる。さらに別の効果として、マイクロ波透過板２８の直下の空間Ｓ１に処理ガスを供給することによって、プラズマ処理装置１０１で例えばプラズマ窒化プロセスを行う場合などに、石英製のマイクロ波透過板２８から放出される酸素の排出を促すことができるので、成膜される窒化膜中の窒素濃度の低下を抑制できる。

また、本実施の形態においても、突出部６１の露出した表面に保護膜４８を設けている。保護膜４８は、突出部６１がプラズマに曝され、スパッタリングされてメタルコンタミネーションやパーティクルが発生することを防止する。突出部６１に保護膜４８を形成しても対向電極としての機能は維持され、安定なプラズマを生成して均一なプラズマ処理が可能である。

なお、拡張突出部６１Ｂの凹凸は、図５に示したような波形に限るものではなく、表面積を拡大できる形状として、例えば溝形状、ホール形状等の任意の形状とすることができる。ただし、プラズマ生成空間Ｓに臨む拡張突出部６１Ｂの表面での異常放電の防止やパーティクル発生防止の観点から、図５に示すような角部を丸めた波形が好ましい。なお、凹凸は、必ずしも拡張突出部６１Ｂの全面に形成する必要はなく、例えば、拡張突出部６１Ｂの上面６１Ｂ１のみ、あるいは下面６１Ｂ３のみに設けることもできる。

本実施の形態の他の構成及び効果は、第１の実施の形態と同様である。

［第３の実施の形態］
次に、図６を参照しながら、本発明の第３の実施の形態に係るプラズマ処理装置について説明する。なお、第３の実施の形態のプラズマ処理装置１０２は、その特徴部分以外は第１の実施の形態のプラズマ処理装置１００と同様であるため、全体的な構成についての説明（図１、図３Ａ、図４）を省略するとともに、図６において図２Ａと同じ構成には同一の符号を付して説明を省略する。

第１及び第２の実施の形態のプラズマ処理装置では、蓋部材２７の突出部６０，６１に拡張突出部６０Ｂ，６１Ｂを設け、主に対向電極として機能する部分としていたが、本実施の形態のプラズマ処理装置１０２では、処理容器１の上部に、処理容器１の一部分として内側に突出する拡張突出部６２を設け、対向電極として機能する部分の面積を広げている。このように、処理容器１と拡張突出部６２を一体に形成することにより、熱伝導性と導通性を確保できる。拡張突出部６２は、蓋部材２７においてマイクロ波透過板２８を支持する当接支持部６０’に部分的に当接し、電気的に接続されている。

拡張突出部６２は、処理容器１の側壁１ｂの上端に設けられている。拡張突出部６２は、蓋部材２７の当接支持部６０’に当接した当接部分６２Ａと、露出した上面６２Ｂ１、先端面６２Ｂ２及び下面６２Ｂ３を有する露出部分６２Ｂを備えている。当接支持部６０’及び拡張突出部６２は、ともにプラズマ生成空間Ｓに臨んで形成されており、第１の電極である載置台５の電極７に対してプラズマ生成空間Ｓを隔てて対をなす対向電極（第２の電極）として機能する主要部分である。具体的には、図６中の蓋部材２７の当接支持部６０’とマイクロ波透過板２８との当接部位の端である図中に丸で示す部位Ａから、当接支持部６０’の露出した表面及び拡張突出部６２の表面（つまり、拡張突出部６２の露出した上面６２Ｂ１、先端面６２Ｂ２及び下面６２Ｂ３）を迂回して拡張突出部６２の露出した下面の端である図中に丸で示す部位Ｂ（上部ライナー４９ａとの当接端）に至る内周表面が対向電極として機能する部分である。本実施の形態では、部位Ａから部位Ｂに至る表面が、プラズマ生成空間Ｓに露出して環状に対向電極を形成している。このように、対向電極は、プラズマ生成空間Ｓに臨む表面を有する複数の部材（蓋部材２７と処理容器１）により形成することができる。そして、主に対向電極となる環状の部材をプラズマ生成空間に突出させて設けることにより、マイクロ波透過板２８を備えているために載置台５の直上位置に対向電極を配備することが困難なＲＬＳＡ方式のマイクロ波プラズマ処理装置１０２においても、対向電極の表面積を十分に広く確保できる。また、本実施の形態では、対向電極の拡張部分ともいうべき拡張突出部６２を処理容器１の上部に設けているので、載置台５に載置されたウエハＷの表面からマイクロ波透過板２８までの距離（ギャップＧ；図１参照）を小さくしたい場合に有効である。

本実施の形態においても、プラズマ生成空間Ｓに露出している対向電極表面積は、プラズマ電位の振動を抑制して処理容器１内で安定したプラズマを生成させるとともに、対向電極近傍でのプラズマによるスパッタ作用を弱めるために、バイアス用電極面積に対する面積比として、１以上であることが好ましく、１以上５以下の範囲内であることがより好ましく、１以上４以下の範囲内であることがさらに好ましく、２以上４以下の範囲内であることが望ましい。

また、対向電極として機能する拡張突出部６２の先端面６２Ｂ２が、載置台５に載置されたウエハＷの周縁端の位置Ｐ_ＷＥに達しない突出量であることが好ましい。拡張突出部６２の先端が、ウエハＷの周縁端の位置Ｐ_ＷＥより内側に達すると、処理容器１内で生成する高密度のプラズマ領域がウエハサイズより小さくなり、ウエハＷの周縁部のプラズマ密度が減少して、ウエハＷの外周部における処理内容の均一性に悪影響がでることがある。一方、対向電極として機能する拡張突出部６２は、先端部（先端面６２Ｂ２）とは反対側（処理容器１の側壁１ｂ側）では、側壁１ｂから折曲した角部が基端部となるが、本実施の形態ではその途中にある部位Ｂまでがプラズマ生成空間Ｓに露出していればよい。すなわち、本実施の形態においては、対向電極として機能する拡張突出部６２の露出した下面の端は、図６に部位Ｂで示す上部ライナー４９ａとの接点になっている。

また、空間Ｓ１に臨む拡張突出部６２の上面６２Ｂ１は、マイクロ波透過板２８の下面から離間して配置されている。つまり、拡張突出部６２は、プラズマ生成空間Ｓに向けて、マイクロ波透過板２８との間に間隔Ｌ１をあけて突出している。このように、マイクロ波透過板２８と拡張突出部６２との間に間隔Ｌ１をあけることによって、マイクロ波透過板２８のマイクロ波導入のための有効面積を狭めずに、対向電極としての表面積を充分に広く確保できる。また、空間Ｓ１はプラズマ生成空間Ｓの一部分となり、そこでもプラズマが生成されるので、ウエハＷへのプラズマ処理を均一にすることが出来る。これに対し、間隔Ｌ１を設けずに、マイクロ波透過板２８と拡張突出部６２とを密着させて配備した場合、処理容器１内で対向電極の表面積を大きくしようとすると、マイクロ波透過板２８の中心側への突出量を大きくする必要が有る。そうすると、プラズマを生成する際に、マイクロ波透過板２８の有効面積が拡張突出部６２の上面６２Ｂ１との接触面積分だけ減少し、処理容器１内へのマイクロ波パワーの供給量が低下してプラズマが生成しないか、生成しても不安定になってしまう。これを解決するには、処理容器１を大きくする必要があるが、設置面積が増大し、装置の製造コストも大きくなる。

この間隔Ｌ１は、マイクロ波透過板２８の直下で生成するプラズマとマイクロ波透過板２８との間のシースの厚みよりも大きいことが好ましく、例えば間隔Ｌ１は１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲内とすることが好ましく、２０ｍｍ以上２５ｍｍ以下の範囲内とすることがより好ましい。間隔Ｌ１が１０ｍｍ未満では、空間Ｓ１内で異常放電が生じるなどプラズマが安定化しないことがあり、特に間隔Ｌ１がシース厚以下である場合には、処理容器１内でのプラズマの生成が困難になる場合がある。一方、間隔Ｌ１が３０ｍｍを超えると、拡張突出部６２が載置台５の電極７に近づきすぎるため、対向電極として機能し難くなり、さらに載置台５の熱によって拡張突出部６２が熱ダメージを受ける可能性もある。

また、同様に、拡張突出部６２が載置台５の電極７に近づきすぎることを避けるため、拡張突出部６２の厚み（つまり、上面６２Ｂ１と下面６２Ｂ３との距離）Ｌ２の上限は、例えば２０ｍｍとすることが好ましい。ただし、拡張突出部６２の厚みＬ２が小さすぎると対向電極としての効果が低下するので、厚みＬ２の下限は例えば５ｍｍとすることが好ましい。従って、拡張突出部６２の厚みＬ２は、５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲内とすることが好ましく、７ｍｍ以上１７ｍｍ以下の範囲内とすることがより好ましい。

さらに、拡張突出部６２の下面６２Ｂ３から載置台５の上面までの距離Ｌ３（ここでは、両部材の高さ位置の差を意味する）は、拡張突出部６２を対向電極として機能させながら、拡張突出部６２が載置台５の電極７に近づきすぎることを避けるため、例えば１５ｍｍ以上６０ｍｍ以下の範囲内とすることが好ましく、２０ｍｍ以上２５ｍｍ以下の範囲内とすることがより好ましい。

また、本実施の形態のプラズマ処理装置１０２では、ガス導入口１５ａを拡張突出部６２よりも上方位置の当接支持部６０’に設け、拡張突出部６２とマイクロ波透過板２８との間の空間Ｓ１に処理ガスを供給する構成とした。かかる構成によって、プラズマ生成空間Ｓの一部分であるマイクロ波透過板２８直下の空間Ｓ１のガスの置換と排出を促すことができるとともに処理ガスが活性化されやすくなる。その結果、マイクロ波透過板２８の直下の空間Ｓ１の全域で効率よくプラズマを生成させることができる。さらに別の効果として、マイクロ波透過板２８の直下の空間Ｓ１に処理ガスを供給することによって、プラズマ処理装置１０２で例えばプラズマ窒化プロセスを行う場合などに、石英製のマイクロ波透過板２８から放出される酸素の排出を促すことができるので、成膜される窒化膜中の窒素濃度の低下を抑制できる。

本実施の形態のプラズマ処理装置１０２では、対向電極を構成する当接支持部６０’及び拡張突出部６２の表面に、保護膜４８を設けている。すなわち、図６に示したように、アルミニウム製の蓋部材２７の当接支持部６０’のプラズマに曝される露出した表面には、保護膜４８がコーティングされている。また、処理容器１に設けられた拡張突出部６２のプラズマに曝される露出した表面にも、保護膜４８がコーティングされている。保護膜４８は、当接支持部６０’及び拡張突出部６２がプラズマに曝され、スパッタリングされてメタルコンタミネーションやパーティクルが発生することを防止する。当接支持部６０’や拡張突出部６２に保護膜４８を形成しても対向電極としての機能は維持され、安定なプラズマを生成して均一なプラズマ処理が可能である。

本実施の形態の他の構成及び効果は、第１の実施の形態と同様である。

［第４の実施の形態］
次に、図７を参照しながら、本発明の第４の実施の形態に係るプラズマ処理装置について説明する。なお、第４の実施の形態のプラズマ処理装置１０３は、その特徴部分以外は第１の実施の形態と同様であるため、全体的な構成についての説明（図１、図３Ａ、図４）を省略するとともに、図７において図２Ａと同じ構成には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施の形態のプラズマ処理装置１０３では、蓋部材２７の当接支持部６０’に、付加的に環状の補助電極部材を着脱可能に装着して拡張突出部６３を設けている。このように、対向電極の一部又は全部を、付加的な部材を装着することにより形成してもよい。拡張突出部６３を蓋部材２７や処理容器１とは別部材とすることで、消耗品として容易に交換が可能になる。拡張突出部６３は、上面６３ａ、先端面６３ｂ及び下面６３ｃを有している。

拡張突出部６３を構成する補助電極部材は、導電体であれば特に制限はなく、例えばアルミニウムもしくはその合金、又はステンレス鋼等の金属材料のほか、例えばシリコンなどを用いることもできる。特に拡張突出部６３をシリコンにより形成する場合には、表面に保護膜を設ける必要がないので有利である。拡張突出部６３は、例えば図示しない螺子等の任意の固定方向によって蓋部材２７の当接支持部６０’の内周面に固定することができる。

本実施の形態のプラズマ処理装置１０３では、拡張突出部６３は、プラズマ生成空間Ｓに臨んで形成されており、第１の電極である載置台５の電極７に対してプラズマ生成空間Ｓを隔てて対をなす対向電極（第２の電極）として機能する主要部分である。具体的には、図７中の蓋部材２７の当接支持部６０’とマイクロ波透過板２８との当接部位の端である図中に丸で示す部位Ａから当接支持部６０’の露出した表面及び拡張突出部６３の表面（つまり、拡張突出部６３の露出した上面６３ａ、先端面６３ｂ及び下面６３ｃ）を迂回して当接支持部６０’の露出した下面の端である図中に丸で示す部位Ｂに至る内周表面が対向電極として機能する部分である。本実施の形態では、部位Ａから部位Ｂに至る表面が、プラズマ生成空間Ｓに露出して環状に対向電極を形成している。このように、対向電極は、プラズマ生成空間Ｓに臨む表面を有する複数の部材（蓋部材２７と拡張突出部６３の補助電極部材）により形成することができる。そして、主に対向電極となる環状の部材をプラズマ生成空間Ｓに突出させて設けることにより、マイクロ波透過板２８を備えているために載置台５の直上位置に対向電極を配備することが困難なＲＬＳＡ方式のマイクロ波プラズマ処理装置１０３においても、対向電極の表面積を十分に広く確保できる。

本実施の形態では、蓋部材２７の当接支持部６０’に、付加的に拡張突出部６３を装着することによって、対向電極として機能する部分の表面積を十分確保できるようにしている。このように、対向電極を複数の部材で組み合わせて構成することにより、処理容器１内の限られたスペースの中で対向電極の面積を充分な広さで確保することができる。本実施の形態においても、プラズマ生成空間Ｓに露出している対向電極表面積は、プラズマ電位の振動を抑制して処理容器１内で安定したプラズマを生成させるとともに、対向電極近傍でのプラズマによるスパッタ作用を弱めるために、バイアス用電極面積に対する面積比として、１以上であることが好ましく、１以上５以下の範囲内であることがより好ましく、１以上４以下の範囲内であることがさらに好ましく、２以上４以下の範囲内であることが望ましい。

また、対向電極として機能する拡張突出部６３の先端部（先端面６３ｂ）は、載置台５に載置されたウエハＷの周縁端の位置Ｐ_ＷＥに達しない突出長さであることが好ましい。拡張突出部６３の先端が、ウエハＷの周縁端の位置Ｐ_ＷＥより内側に達すると、処理容器１内で生成する高密度のプラズマ領域がウエハサイズより小さくなり、ウエハＷの周縁部のプラズマ密度が減少して、ウエハＷの外周部における処理内容の均一性に悪影響がでることがある。一方、拡張突出部６３の先端部（先端面６３ｂ）とは反対側では、拡張突出部６３と当接支持部６０’との接合部位を越えて、部位Ｂまでがプラズマ生成空間Ｓに露出している。すなわち、本実施の形態においては、対向電極として機能する当接支持部６０’の露出した下面の端が、図７に部位Ｂで示す上部ライナー４９ａとの接点になっている。

また、拡張突出部６３の上面６３ａは、マイクロ波透過板２８の下面から離間して配置されている。つまり、拡張突出部６３は、プラズマ生成空間Ｓに向けて、マイクロ波透過板２８との間に間隔Ｌ１をあけて突出している。このように、マイクロ波透過板２８と拡張突出部６３との間に間隔Ｌ１をあけることによって、マイクロ波透過板２８のマイクロ波導入のための有効面積を狭めずに、対向電極としての表面積を充分に広く確保できる。また、空間Ｓ１はプラズマ生成空間Ｓの一部分となり、そこでもプラズマが生成されるので、ウエハＷへのプラズマ処理を均一にすることが出来る。これに対し、間隔Ｌ１を設けずに、マイクロ波透過板２８と拡張突出部６３とを密着させて配備した場合、処理容器１内で対向電極の表面積を大きくしようとすると、マイクロ波透過板２８の中心側への突出量を大きくする必要がある。そうすると、プラズマを生成する際に、マイクロ波透過板２８の有効面積が拡張突出部６３の上面６３ａとの接触面積分だけ減少し、処理容器１内へのマイクロ波パワーの供給量が低下してプラズマが生成しないか、生成しても不安定になってしまう。これを解決するには、処理容器１を大きくする必要があるが、設置面積が増大し、装置の製造コストも大きくなる。

この間隔Ｌ１は、マイクロ波透過板２８の直下で生成するプラズマとマイクロ波透過板２８との間のシースの厚みよりも大きいことが好ましく、例えば間隔Ｌ１は１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲内とすることが好ましく、２０ｍｍ以上２５ｍｍ以下の範囲内とすることがより好ましい。間隔Ｌ１が１０ｍｍ未満では、空間Ｓ１内で異常放電が生じるなどプラズマが安定化しないことがあり、特に間隔Ｌ１がシース厚以下である場合には、処理容器１内でのプラズマの生成が困難になる場合がある。一方、間隔Ｌ１が３０ｍｍを超えると、拡張突出部６３が載置台５の電極７に近づきすぎるため、対向電極として機能し難くなり、さらに載置台５の熱によって拡張突出部６３が熱ダメージを受ける可能性もある。

また、同様に、拡張突出部６３が載置台５の電極７に近づきすぎることを避けるため、拡張突出部６３の厚み（つまり、上面６３ａと下面６３ｃとの距離）Ｌ２の上限は、例えば２０ｍｍとすることが好ましい。ただし、拡張突出部６３の厚みＬ２が小さすぎると対向電極としての効果が低下するので、厚みＬ２の下限は例えば５ｍｍとすることが好ましい。従って、拡張突出部６３の厚みＬ２は、５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲内とすることが好ましく、７ｍｍ以上１７ｍｍ以下の範囲内とすることがより好ましい。

さらに、拡張突出部６３の下面６３ｃから載置台５の上面までの距離Ｌ３（ここでは、両部材の高さ位置の差を意味する）は、拡張突出部６３を対向電極として機能させながら、上記と同様に拡張突出部６３が載置台５の電極７に近づきすぎることを避けるため、例えば１５ｍｍ以上６０ｍｍ以下の範囲内とすることが好ましく、２０ｍｍ以上２５ｍｍ以下の範囲内とすることがより好ましい。

また、本実施の形態のプラズマ処理装置１０３では、ガス導入口１５ａを拡張突出部６３よりも上方位置の当接支持部６０’に設け、拡張突出部６３とマイクロ波透過板２８との間の空間Ｓ１に処理ガスを供給する構成とした。かかる構成によって、プラズマ生成空間Ｓの一部分であるマイクロ波透過板２８直下の空間Ｓ１のガスの置換と排出を促すことができるとともに処理ガスが活性化されやすくなる。その結果、マイクロ波透過板２８の直下の空間Ｓ１の全域で効率よくプラズマを生成させることができる。さらに別の効果として、マイクロ波透過板２８の直下の空間Ｓ１に処理ガスを供給することによって、プラズマ処理装置１０３で例えばプラズマ窒化プロセスを行う場合などに、石英製のマイクロ波透過板２８から放出される酸素の排出を促すことができるので、成膜される窒化膜中の窒素濃度の低下を抑制できる。

なお、拡張突出部６３の形状は、図７に示したような断面形状に限るものではなく、表面積を拡大できる形状として例えば断面Ｌ字状としたり、表面に凹凸や溝を設けた形状等の任意の形状とすることができる。ただし、プラズマ生成空間Ｓに臨む拡張突出部６３の表面での異常放電の防止やパーティクル発生防止の観点から、図７に示すような角部を丸めた形状とすることが好ましい。また、本実施の形態においても、当接支持部６０’及び拡張突出部６３のプラズマ生成空間Ｓに臨む露出した表面に保護膜４８を設けている。保護膜４８は、当接支持部６０’及び拡張突出部６３がプラズマに曝され、スパッタリングされてメタルコンタミネーションやパーティクルが発生することを防止する。当接支持部６０’及び拡張突出部６３に保護膜４８を形成しても対向電極としての機能は維持され、安定なプラズマを生成して均一なプラズマ処理が可能である。なお、拡張突出部６３の全体をシリコンにより形成する場合は、保護膜は設けなくてもよい。

本実施の形態の他の構成及び効果は、第１の実施の形態と同様である。

［第５の実施の形態］
次に、図８を参照しながら、本発明の第５の実施の形態に係るプラズマ処理装置について説明する。なお、第５の実施の形態のプラズマ処理装置１０４は、その特徴部分以外は第１の実施の形態と同様であるため、全体的な構成についての説明（図１、図３Ａ、図４）を省略するとともに、図８において図２Ａと同じ構成には同一の符号を付して説明を省略する。

第４の実施の形態のプラズマ処理装置１０３では、拡張突出部６３（補助電極部材）を蓋部材２７に装着したが、本実施の形態のプラズマ処理装置１０４では、拡張突出部６４（環状の補助電極部材）を処理容器１の上部に着脱可能に装着した。このように、対向電極の一部又は全部を、付加的な部材を装着することにより形成してもよい。拡張突出部６４を蓋部材２７や処理容器１とは別部材とすることで、消耗品として容易に交換が可能になる。拡張突出部６４は、上面６４ａ、先端面６４ｂ及び下面６４ｃを有している。拡張突出部６４の上面６４ａには、蓋部材２７の当接支持部６０’の形状にあわせて段差が設けられている。また、拡張突出部６４の下面６４ｃは、複数（図８では２重）の環状の溝６４ｄを有している。

拡張突出部６４は、導電体であれば特に制限はなく、例えばアルミニウムもしくはその合金、又はステンレス鋼等の金属材料のほか、例えばシリコンなどを用いることもできる。拡張突出部６４をシリコンにより形成する場合には、表面に保護膜を設ける必要がないので有利である。拡張突出部６４は、例えば図示しない螺子等の任意の固定方向によって処理容器１の側壁１ｂの内面に固定することができる。

本実施の形態のプラズマ処理装置１０４では、拡張突出部６４は、プラズマ生成空間Ｓに臨んで形成されており、第１の電極である載置台５の電極７に対してプラズマ生成空間Ｓを隔てて対をなす対向電極（第２の電極）として機能する主要部分である。具体的には、図８中の蓋部材２７の当接支持部６０’とマイクロ波透過板２８との当接部位の端である図中に丸で示す部位Ａから当接支持部６０’の露出した表面及び拡張突出部６４の表面（つまり、拡張突出部６４の上面６４ａ、先端面６４ｂ及び下面６４ｃ）を迂回して拡張突出部６４の露出した下面の端である図中に丸で示す部位Ｂに至る内周表面が対向電極として機能する部分である。本実施の形態では、部位Ａから部位Ｂに至る表面が、プラズマ生成空間Ｓに露出して環状に対向電極を形成している。このように、対向電極は、プラズマ生成空間Ｓに臨む表面を有する複数の部材（蓋部材２７と拡張突出部６４）により形成することができる。そして、主に対向電極となる環状の部材をプラズマ生成空間に突出させて設けることにより、マイクロ波透過板２８を備えているために載置台５の直上位置に対向電極を配備することが困難なＲＬＳＡ方式のマイクロ波プラズマ処理装置１０４においても、対向電極の表面積を十分に広く確保できる。

本実施の形態では、蓋部材２７の当接支持部６０’に、付加的に拡張突出部６４を装着することによって、対向電極として機能する部分の表面積を十分確保できるようにしている。このように、対向電極を複数の部材で組み合わせて構成することにより、処理容器１内の限られたスペースの中で対向電極の面積を確保することができる。本実施の形態においても、プラズマ生成空間Ｓに露出している対向電極表面積は、プラズマ電位の振動を抑制して処理容器１内で安定したプラズマを生成させるとともに、対向電極近傍でのプラズマによるスパッタ作用を弱めるために、バイアス用電極面積に対する面積比として、１以上であることが好ましく、１以上５以下の範囲内であることがより好ましく、１以上４以下の範囲内であることがさらに好ましく、２以上４以下の範囲内であることが望ましい。

また、対向電極として機能する拡張突出部６４の先端部（先端面６４ｂ）は、載置台５に載置されたウエハＷの周縁端の位置Ｐ_ＷＥに達しない突出長さであることが好ましい。拡張突出部６４の先端が、ウエハＷの周縁端の位置Ｐ_ＷＥより内側に達すると、処理容器１内で生成する高密度のプラズマ領域がウエハサイズより小さくなり、ウエハＷの周縁部のプラズマ密度が減少して、ウエハＷの外周部における処理内容の均一性に悪影響がでることがある。一方、拡張突出部６４の先端部（先端面６４ｂ）とは反対側では、側壁１ｂとの当接端が拡張突出部６４の基端部となっているが、本実施の形態ではその途中にある部位Ｂまでがプラズマ生成空間Ｓに露出している。すなわち、本実施の形態においては、対向電極として機能する拡張突出部６４の露出した下面６４ｃの端は、図８に部位Ｂで示す上部ライナー４９ａとの接点になっている。

また、拡張突出部６４の上面６４ａは、マイクロ波透過板２８の下面から離間して配置されている。つまり、拡張突出部６４は、プラズマ生成空間Ｓに向けて、マイクロ波透過板２８との間に間隔Ｌ１をあけて突出している。このように、マイクロ波透過板２８と拡張突出部６４との間に間隔Ｌ１をあけることによって、マイクロ波透過板２８のマイクロ波導入のための有効面積を狭めずに、対向電極の表面積を充分に広く確保できる。また、空間Ｓ１はプラズマ生成空間Ｓの一部分となり、そこでもプラズマが生成されるので、ウエハＷへのプラズマ処理を均一にすることが出来る。これに対し、間隔Ｌ１を設けずに、マイクロ波透過板２８と拡張突出部６４とを密着させて配備した場合、処理容器１内で対向電極の表面積を大きくしようとすると、マイクロ波透過板２８の中心側への突出量を大きくする必要が有る。そうすると、プラズマを生成する際に、マイクロ波透過板２８の有効面積が拡張突出部６４の上面６４ａとの接触面積分だけ減少し、処理容器１内へのマイクロ波パワーの供給量が低下してプラズマが生成しないか、生成しても不安定になってしまう。これを解決するには、処理容器１を大きくする必要があるが、設置面積が増大し、装置の製造コストも大きくなる。

この間隔Ｌ１は、マイクロ波透過板２８の直下で生成するプラズマとマイクロ波透過板２８との間のシースの厚みよりも大きいことが好ましく、例えば間隔Ｌ１は１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲内とすることが好ましく、２０ｍｍ以上２５ｍｍ以下の範囲内とすることがより好ましい。間隔Ｌ１が１０ｍｍ未満では、プラズマが安定化しないことがあり、特に間隔Ｌ１がシース厚以下である場合には、処理容器１内でのプラズマの生成が困難になる場合がある。一方、間隔Ｌ１が３０ｍｍを超えると、拡張突出部６４が載置台５の電極７に近づきすぎるため、対向電極として機能し難くなり、さらに載置台５の熱によって拡張突出部６４が熱ダメージを受ける可能性もある。

また、同様に、拡張突出部６４が載置台５の電極７に近づきすぎることを避けるため、拡張突出部６４の厚み（ここでは、上面６４ａと下面６４ｃの下端までの距離）Ｌ２の上限は、例えば２０ｍｍとすることが好ましい。ただし、拡張突出部６４の厚みＬ２が小さすぎると対向電極としての効果が低下するので、厚みＬ２の下限は例えば５ｍｍ以上とすることが好ましい。従って、拡張突出部６４の厚みＬ２は、５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲内とすることが好ましく、７ｍｍ以上１７ｍｍ以下の範囲内とすることがより好ましい。なお、溝６４ｄの深さは任意である。

さらに、拡張突出部６４の下面６４ｃの下端から載置台５の上面までの距離Ｌ３（ここでは、両部材の高さ位置の差を意味する）は、拡張突出部６４を対向電極として機能させながら、上記と同様に拡張突出部６４が載置台５の電極７に近づきすぎることを避けるため、例えば１５ｍｍ以上６０ｍｍ以下の範囲内とすることが好ましく、２０ｍｍ以上２５ｍｍ以下の範囲内とすることがより好ましい。

また、本実施の形態のプラズマ処理装置１０４では、ガス導入口１５ａを拡張突出部６４よりも上方位置の当接支持部６０’に設け、拡張突出部６４とマイクロ波透過板２８との間の空間Ｓ１に処理ガスを供給する構成とした。かかる構成によって、プラズマ生成空間Ｓの一部分であるマイクロ波透過板２８直下の空間Ｓ１のガスの置換と排出を促すことができるとともに処理ガスが活性化されやすくなる。その結果、マイクロ波透過板２８の直下の空間Ｓ１の全域で効率よくプラズマを生成させることができる。さらに副次的な効果として、マイクロ波透過板２８の直下の空間Ｓ１に処理ガスを供給することによって、プラズマ処理装置１０４で例えばプラズマ窒化プロセスを行う場合などに、石英製のマイクロ波透過板２８から放出される酸素の排出を促すことができるので、成膜される窒化膜中の窒素濃度の低下を抑制できる。

図８の拡張突出部６４は、表面積を確保するため、下面６４ｃに環状の溝６４ｄを２重に設けているが、表面積を拡大させ得る形状は、図８に示したような断面形状に限るものではない。拡張突出部６４の形状は、例えば環状、複数の穴部が任意の配置で形成された形状等の任意の形状とすることができる。ただし、プラズマ生成空間Ｓに臨む拡張突出部６４の表面での異常放電の防止やパーティクル発生防止の観点から、図８に示すような角部を丸めた形状とすることが好ましい。なお、図８では、拡張突出部６４を蓋部材２７の当接支持部６０’に当接させているが、当接支持部６０’から離間させて設けてもよい。

本実施の形態においては、当接支持部６０’のプラズマ生成空間Ｓに臨む露出表面に保護膜４８を設けている。一方、拡張突出部６４は例えば全体をシリコンで形成することにより、保護膜を設けていない。ただし、拡張突出部６４をアルミニウム等の金属材料により形成する場合は、例えばその表面にＳｉＯ_２膜をプラズマ溶射でコーティングするなどして保護膜を設けることが出来る。なお、保護膜４８を形成しても対向電極としての機能は維持され、安定なプラズマを生成して均一なプラズマ処理が可能である。

本実施の形態の他の構成及び効果は、第１の実施の形態と同様である。

上記第１〜第５の実施の形態で説明した特徴的構成は、相互に組み合わせることができる。例えば、第１の実施の形態（図１、図２Ａ、図２Ｂ）における拡張突出部６０Ｂや、第３の実施の形態（図６）における拡張突出部６２に、第２の実施の形態のように凹凸を設けて表面積をさらに拡大させてもよい。同様に、第４の実施の形態（図７）、第５の実施の形態（図８）の拡張突出部６３、６４においても、第２の実施の形態のように凹凸を設けて表面積をさらに拡大させてもよい。

また、蓋部材２７と処理容器１の両方に、対向電極として機能する突出部を設けてもよいし、蓋部材２７と処理容器１の両方に、対向電極として機能する補助電極部材（拡張突出部６３，６４）を設けてもよい。

次に、本発明の作用効果について、実験結果に基づき説明する。図１のプラズマ処理装置１００と同様の構成のプラズマ処理装置において、載置台５の電極７へ高周波電圧を印加した時に載置台５の電位を測定すると、図９Ａ及び図９Ｂに模式的に示すような交流波形が発生する。図９Ａは、対向電極表面積がバイアス用電極面積に対して不十分な大きさである場合を示し、図９Ｂは、対向電極表面積がバイアス用電極面積に対して十分な大きさである場合を示している。図中のＶｍａｘは、載置台５の高周波電圧の振幅の最大値であり、一般的に、Ｖｍａｘ―ＧＮＤ（接地電位）の電位差がプラズマ電位（Ｖｐ）の振動の振幅に対応するものと考えられる。対向電極表面積がバイアス用電極面積に対して不十分な大きさである図９Ａでは、Ｖｐが高周波によって振動し、Ｖｍａｘが大きくなっている。一方、対向電極表面積がバイアス用電極面積に対して十分な大きさである図９Ｂでは、プラズマ電位をほとんど変化させずに、セルフバイアス（Ｖｄｃ）を発生させることが可能になっている。

次に、図１０は、プラズマ処理装置において、処理条件を変えてプラズマ酸化処理を行った場合に発生するアルミニウム（Ａｌ）コンタミネーションの量とＶｍａｘとの関係を調べた結果を示している。処理条件は次のとおりである。処理圧力は６．６７Ｐａ、２０Ｐａ、又は４０Ｐａとした。処理ガスとしてＡｒガスとＯ_２ガスを用い処理ガス中の酸素ガスの流量比率を０．５体積％、１体積％、２５体積％、又は５０体積％とした。また、載置台５の電極７に供給するバイアス用の高周波電力の周波数は１３．５６ＭＨｚで、高周波パワーは４５０Ｗ、６００Ｗ、又は９００Ｗとした。図１０から、処理条件に係わりなく、Ｖｍａｘが上昇すると、それに正比例してＡｌコンタミネーションが増加している。Ａｌコンタミネーションは、Ａｌ製の蓋部材２７がスパッタされたことが原因と考えられる。Ａｌコンタミネーションを抑制するには、Ｖｍａｘの値を小さく抑えることが有効であり、例えばＡｌコンタミネーションを７×１０^１０［ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２］以下に抑えるには、Ｖｍａｘを７０Ｖ以下にすればよいことが理解される。そして、Ｖｍａｘを抑制するには、図９Ｂに示すように、対向電極表面積をバイアス用電極面積よりも大きくすることが有効である。

そこで、バイアス用電極面積を一定にし、対向電極表面積を変化させた場合のＶｍａｘの変化を調べるための実験を行った。図１１〜図１６は、図１のプラズマ処理装置１００と同様の構成のプラズマ処理装置において、種々の処理条件でプラズマ酸化処理を行った場合の対向電極面積比（横軸）とＶｍａｘ（縦軸）との関係を示すグラフである。ここで、対向電極面積比は、対向電極表面積をバイアス用電極面積で除した値を意味する。なお、処理ガスとしてはＡｒガスと酸素ガスを用いた。また、載置台５の電極７に供給するバイアス用の高周波電力の周波数は１３．５６ＭＨｚ、高周波パワーは０Ｗ（印加せず）、３００Ｗ、４５０Ｗ、６００Ｗ又は９００Ｗとした。

図１１は、処理圧力を６．６７Ｐａ、酸素ガス流量比率を０．５体積％とし、プラズマを生成させるためのマイクロ波パワーを１２００Ｗに設定した条件での実験結果である。図１２は、処理圧力を６．６７Ｐａ、酸素ガス流量比率を５０体積％とし、マイクロ波パワーを３４００Ｗに設定した条件での実験結果である。図１３は、処理圧力を２０Ｐａ、酸素ガス流量比率を０．５体積％とし、マイクロ波パワーを１２００Ｗに設定した条件での実験結果である。図１４は、処理圧力を２０Ｐａ、酸素ガス流量比率を５０体積％とし、マイクロ波パワーを３４００Ｗに設定した条件での実験結果である。図１５は、処理圧力を４０Ｐａ、酸素ガス流量比率を０．５体積％とし、マイクロ波パワーを１２００Ｗに設定した条件での実験結果である。図１６は、処理圧力を４０Ｐａ、酸素ガス流量比率を５０体積％とし、マイクロ波パワーを３４００Ｗに設定した条件での実験結果である。対向電極表面積は、５００ｃｍ^２、１４００ｃｍ^２、１８００ｃｍ^２、２２００ｃｍ^２、又は３１５０ｃｍ^２とし、バイアス用電極面積は、８５５ｃｍ^２とした。

図１１〜１６のグラフから、対向電極面積比が大きくなるに従い、Ｖｍａｘは低下していくことがわかる。また、この傾向は、処理圧力が６．６７Ｐａの場合に一番顕著であり、圧力が低いほど、対向電極面積比を増加させることによるＶｍａｘの抑制効果が大きく得られることが判明した。図１のプラズマ処理装置１００と同様の構成のプラズマ処理装置において、対向電極面積比を増加させることによるＶｍａｘの抑制効果を確実に得るためには、４０Ｐａ以下の処理圧力でプラズマ処理を行うことが好ましいと考えられる。

以上の結果を踏まえ、図１のプラズマ処理装置１００と同様の構成のプラズマ処理装置において、対向電極表面積を変えてプラズマ酸化処理を行った場合に発生するアルミニウム（Ａｌ）コンタミネーションの量を調べた。この実験では、対向電極表面積を２２００ｃｍ^２（面積比：大）、１８００ｃｍ^２（面積比：中）、５００ｃｍ^２（面積比：小）とし、バイアス用電極面積は、８５５ｃｍ^２とした。また、処理圧力は、６．６７Ｐａ〜４０Ｐａの範囲内で異なる圧力条件に設定した。その結果を図１７に示した。なお、図１７中の「５．０Ｅ１０」、「１．８Ｅ１１」等の表記は、それぞれＡｌコンタミネーション量が「５．０×１０^１０個」、「１．８×１０^１１個」等であることを意味する。この結果から、対向電極表面積が２２００ｃｍ^２（面積比：大）又は１８００ｃｍ^２（面積比：中）である場合は、４０Ｐａ以下の処理圧力でＶｍａｘを７０Ｖ以下（図１０参照）に抑えることができており、Ａｌコンタミネーションも十分に抑制された値となっている。しかし、対向電極表面積が５００ｃｍ^２（面積比：小）では、２０Ｐａ以下の処理圧力のときにＶｍａｘを７０Ｖ以下（図１０参照）に抑えることができておらず、Ａｌコンタミネーションも大幅に増加している。この結果から、Ｖｍａｘを７０Ｖ以下に抑えるためには、対向電極表面積を１８００ｃｍ^２（面積比：中）以上にすることが有効である。従って、対向電極面積比（対向電極表面積／バイアス用電極面積）は、１以上５以下が好ましく、２以上５以下とすることがより好ましく、２以上４以下とすることが望ましいことが示された。

次に、図１のプラズマ処理装置１００と同様の構成のプラズマ処理装置において、処理ガスの導入位置の違いによる効果を検証するための実験を行った。この実験では、プラズマ窒化処理において、図１のガス導入口１５ａから処理ガスを導入した場合（実施例；図１の態様）と、突出部６０より下方の側壁１ｂに環状にガスリングを設けて処理ガスを導入した場合（比較例；図示省略）と、によるシリコン窒化膜中の酸素量を比較した。プラズマ窒化処理の対象は、３００ｍｍ径ウエハＷの表面のシリコンである。シリコン窒化膜中の酸素量は、Ｘ線光電子分析装置（ＸＰＳ）により、ウエハＷの中央部とエッジ部について測定した。

プラズマ窒化処理条件は以下のとおりであり、Ｎ_２流量比率、処理圧力及び高周波バイアス電力を変化させた。
＜Ｎ_２流量比率１７％＞
Ｎ_２流量；３３３ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ａｒ流量；１６６７ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
＜Ｎ_２流量比率４０％＞
Ｎ_２流量；８００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ａｒ流量；１２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
処理圧力；６．６７Ｐａ、２０Ｐａ、又は１３３Ｐａ
マイクロ波パワー；１５００Ｗ
高周波バイアス電力；０Ｗ（印加せず）、４５０Ｗ、又は９００Ｗ
処理時間；９０秒

図１８Ａに、ウエハＷの中央部のシリコン窒化膜中の酸素量の測定結果を、図１８ＢにウエハＷのエッジ部のシリコン窒化膜中の酸素量の測定結果をそれぞれ示した。ガス導入口１５ａから処理ガスを導入した実施例では、突出部６０より下方の位置から処理ガスを導入した比較例に比べて、処理圧力６．６７Ｐａ〜１３３Ｐａの範囲内でシリコン窒化膜中の酸素濃度が低下していることが確認出来た。実施例の酸素濃度の低下は、高周波バイアス印加の有無に関わらず認められ、ウエハＷの中央部でもエッジ部でも同じような傾向を示した。元々酸素濃度が高い処理圧力１３３ＰａのウエハＷエッジ部の測定結果では、比較例に比べて実施例は最大で８％程度もの酸素濃度の低減を確認することができた。

対向電極面積を拡張するために、拡張突出部６０Ｂを設けた図１と同様の構成のプラズマ処理装置では、拡張突出部６０Ｂとマイクロ波透過板２８との間の閉鎖的な空間Ｓ１がガス溜まりとなり、プラズマ窒化処理の際にシリコン窒化膜中への酸素混入の原因となりやすい。酸素混入は、マイクロ波透過板２８中に存在していた酸素がプラズマの作用でプラズマ生成空間Ｓに放出され、プラズマ窒化処理によって形成されるシリコン窒化膜中に混入する現象である。比較例では、突出部６０より下方の位置から処理ガスを導入したため、マイクロ波透過板２８の直下の空間Ｓ１においてガスの滞留が生じる。その結果、マイクロ波透過板２８から放出された酸素が長時間空間Ｓ１に留まり、処理容器１内から排出されにくくなって、ウエハＷ表面のシリコン窒化膜中への酸素の混入確率が高まってしまったものと考えられる。一方、実施例では、ガス導入口１５ａからマイクロ波透過板２８の直下の空間Ｓ１に処理ガスを導入することにより、マイクロ波透過板２８から排出された酸素を空間Ｓ１から速やかに移動させることができる。その結果、酸素を効率よく処理容器１外へ排出できるため、ウエハＷ上のシリコン窒化膜中への酸素の混入を低減できたものと考えられる。

以上、詳述したように、本発明の各実施の形態のプラズマ処理装置は、処理容器１又は蓋部材２７からプラズマ生成空間Ｓに向けてマイクロ波透過板２８との間に間隔Ｌ１をあけて突出し、電極７に対してプラズマ生成空間Ｓを隔てて対をなす対向電極の少なくとも一部分を構成する拡張突出部６０Ｂ，６１Ｂ，６２，６３，６４を備えているので、対向電極の面積が十分に確保されており、プラズマ電位（Ｖｐ）の振動を抑制できる。また、対向電極の面積を大きくすることによって、プラズマの作用で対向電極の表面がスパッタされることも抑制され、コンタミネーションを防止できる。また、対向電極の面積を十分な広さで確保することによって、他の部位における短絡や異常放電も抑制できる。さらに、マイクロ波透過板２８との間に間隔をあけて拡張突出部６０Ｂ，６１Ｂ，６２，６３，６４を設けているため、マイクロ波透過板２８の有効面積を縮小させずにすみ、十分なマイクロ波パワーを導入して処理容器１内で形成されるプラズマを安定化できる。

以上、本発明の実施の形態を例示の目的で詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に制約されることはない。例えば、上記実施の形態では、マイクロ波透過板２８を支持する蓋部材２７がマイクロ波導入部２６の一部である構成を例示したが、マイクロ波透過板２８を支持する蓋部材２７は処理容器１の一部分をなすものであってもよい。

また、上記実施の形態では、蓋部材２７にガス導入口１５ａを設けたが、蓋部材２７以外の部材にガス導入口１５ａを設けてもよい。例えば、図１９は、処理容器１の側壁１ｂと一体に拡張突出部６２を設けた態様（第３の実施の形態；図６参照）の変形例のプラズマ処理装置１０２Ａを示す要部断面図である。図１９に示したように、処理容器１の側壁１ｂの上端に設けた溝形の環状通路１３Ａを形成し、この環状通路１３Ａと連通するガス導入路１５ｂを側壁１ｂ内に形成することにより、側壁１ｂの上部にガス導入口１５ａを設けることができる。このようにしても、ガス導入口１５ａからマイクロ波透過板２８と拡張突出部６２との間の空間Ｓ１に処理ガスを供給することが可能である。

また、上記実施の形態では、プラズマに曝される部材としての蓋部材２７の本体の材質にアルミニウムを用いた場合の実験結果を示したが、ステンレス鋼等の他の金属を用いた場合であっても同様の効果を得ることができる。

また、拡大突出部は、必ずしも環状に限らず、互いに分離した複数の拡大突出部がプラズマ生成空間Ｓへ向けて突出する形状としてもよい。

また、プラズマ処理の内容も、載置台５の電極７に高周波電力を供給するプロセスであれば、プラズマ酸化処理又はプラズマ窒化処理に限るものではなく、例えば、プラズマＣＶＤ処理、エッチング処理などの種々のプラズマ処理を対象とすることができる。さらに、被処理体についても、半導体ウエハに限らず、ＦＰＤ用ガラス基板などの他の基板を対象にすることができる。

１…処理容器、４…支持部、５…載置台、７…電極、１２…ガス供給路、１３…環状通路、１５ａ…ガス導入口、１５ｂ…ガス導入路、１６…ガス供給装置、１８，１９…段部、２４…排気装置、２６…マイクロ波導入部、２７…蓋部材、２８…マイクロ波透過板、２９…シール部材、３１…平面アンテナ、３２…スロット孔、３７…導波管、３７ａ…同軸導波管、３７ｂ…矩形導波管、３９…マイクロ波発生装置、４０…モード変換器、４３…マッチングボックス、４４…高周波電源、４５…フィルタボックス、４６…シールドボックス、４７…導電板、４８…保護膜、４９ａ…上部ライナー、４９ｂ…下部ライナー、６０…突出部、６０Ａ…当接支持部、６０Ｂ…拡張突出部、１００…プラズマ処理装置、Ｗ…半導体ウエハ（被処理体）

Claims (15)

1. プラズマを用いて被処理体を処理する上部が開口した処理容器と、
   前記処理容器内で被処理体を載置する載置台と、
   前記載置台に埋設され、被処理体にバイアス電圧を印加する第１の電極と、
   前記処理容器の開口を塞いでプラズマ生成空間を画成するとともに、マイクロ波を透過させて前記処理容器内に導入する誘電体板と、
   前記誘導体板の上方に設けられ、マイクロ波発生装置で発生した前記マイクロ波を、前記誘電体板を介して前記処理容器内に導入する平面アンテナと、
   前記処理容器の上部に配置され、環状をなすとともに、その内周側に前記プラズマ生成空間へ向けて突出する当接支持部を有し、該当接支持部の上面で前記誘電体板の外周部を支持する蓋部材と、
   前記処理容器又は前記当接支持部から前記処理容器内のプラズマ生成空間に向けて前記誘電体板との間に間隔をあけて突出し、前記第１の電極に対して前記プラズマ生成空間を隔てて対をなす第２の電極の少なくとも一部分を構成する環状の拡張突出部と、
   前記拡張突出部の上面と前記誘電体板の下面との間に形成される空間と、
   を備え、
   前記誘電体板の下面と前記拡張突出部の上面との間隔が１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲内であるとともに、前記誘電体板と前記拡張突出部との間の空間に処理ガスを導入するガス導入口が設けられており、前記誘電体板と前記拡張突出部との間の空間を含む前記誘電体板の直下の空間の全域でプラズマを生成させるようにしたプラズマ処理装置。
2. 前記拡張突出部は、その先端が、前記載置台に載置された被処理体の端部の上方に達しない突出量で設けられている請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記拡張突出部が、前記蓋部材と一体に形成されている請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記拡張突出部が、前記処理容器と一体に形成されている請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記拡張突出部が、前記蓋部材に固定された補助電極部材である請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記拡張突出部が、前記処理容器に固定された補助電極部材である請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記誘電体板の下面と、前記載置台に載置された前記被処理体の表面との間隔が５０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲内である請求項１から６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記拡張突出部の表面に凹凸が設けられている請求項１から７のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記プラズマ生成空間に臨む前記第２の電極の表面積が前記載置台における前記第１の電極の埋設領域の面積に対して、１以上５以下の範囲内である請求項１から８のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
10. 前記拡張突出部の表面に、保護膜をさらに備えている請求項１から９のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
11. 前記保護膜はシリコンからなる請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
12. 少なくとも前記載置台の載置面の高さより低い位置の前記処理容器の内壁に沿って絶縁板をさらに備えている請求項１から１１のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
13. 前記絶縁板は、前記処理容器の下部に連設された排気室に達する位置まで形成されている請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
14. プラズマを用いて被処理体を処理する上部が開口した処理容器と、
    前記処理容器内で被処理体を載置する載置台と、
    前記載置台に埋設され、被処理体にバイアス電圧を印加する第１の電極と、
    前記処理容器の開口を塞いでプラズマ生成空間を画成するとともに、マイクロ波を透過させて前記処理容器内に導入する誘電体板と、
    前記誘導体板の上方に設けられ、マイクロ波発生装置で発生した前記マイクロ波を、前記誘電体板を介して前記処理容器内に導入する平面アンテナと、
    前記処理容器の上部に配置され、環状をなすとともに、その内周側に前記プラズマ生成空間へ向けて突出する当接支持部を有し、該当接支持部の上面で前記誘電体板の外周部を支持する蓋部材と、
    前記処理容器又は前記当接支持部から前記処理容器内のプラズマ生成空間に向けて前記誘電体板との間に間隔をあけて突出し、前記第１の電極に対して前記プラズマ生成空間を隔てて対をなす第２の電極の少なくとも一部分を構成する環状の拡張突出部と、
    前記拡張突出部の上面と前記誘電体板の下面との間に形成される空間と、
    を備え、
    前記誘電体板の下面と前記拡張突出部の上面との間隔が１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲内であるとともに、前記誘電体板と前記拡張突出部との間の空間に処理ガスを導入するガス導入口が設けられており、前記誘電体板と前記拡張突出部との間の空間を含む前記誘電体板の直下の空間の全域でプラズマを生成させるようにしたプラズマ処理装置を用い、前記処理容器内でプラズマを生成させて該プラズマにより被処理体を処理するプラズマ処理方法。
15. 処理圧力が、４０Ｐａ以下である請求項１４に記載のプラズマ処理方法。

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