JPH07130494A

JPH07130494A - マイクロ波プラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH07130494A
Application number: JP5273318A
Authority: JP
Inventors: Nobumasa Suzuki; 伸昌鈴木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-11-01
Filing date: 1993-11-01
Publication date: 1995-05-19

Abstract

(57)【要約】【構成】プラズマ発生室１０１を包囲するように配置
され、内側に複数の所定形状のスロット１０９が所定間
隔で設けられている環状のマイクロ波導波管１０４をマ
イクロ波導入手段として用い、プラズマ発生室の内壁面
に平行な均一磁界を発生させる磁界発生手段１０６を用
いるマイクロ波プラズマ処理装置。【効果】プラズマ発生室の周辺からマイクロ波をプラ
ズマ発生室内に均一かつ効率的に導入でき、均一かつ高
密度なプラズマを発生させることができ、また、該装置
のプラズマ処理室内に配置される被処理基体を均一かつ
効率的にプラズマ処理でき、さらに良質な堆積膜を均一
かつ効率的に形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、有磁場マイクロ波プラ
ズマ処理装置に関し、さらに詳しくは、マイクロ波の供
給対象となるプラズマ発生室の周囲壁の全域から該プラ
ズマ発生室の中心方向に向かってマイクロ波を均一かつ
効率的に導入し、均一かつ高速なプラズマ処理を可能に
する有磁場マイクロ波プラズマ処理装置に関する。

【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、ＣＶＤ装置、
エッチング装置等が知られている。

【０００３】こうしたいわゆるマイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ装置を使用しての成膜は、例えば、次のようにして行
われる。即ち、このマイクロ波プラズマＣＶＤ装置の成
膜室内に成膜用の原料ガスを導入し、同時にマイクロ波
エネルギーを投入して前記原料ガスを励起、分解して、
成膜室内にプラズマを発生させ、成膜室内に配された基
体上に堆積膜を形成する。

【０００４】また、いわゆる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、該装置の被処理室
内にエッチャントガスを導入し、同時にマイクロ波エネ
ルギーを投入して該エッチャントガスを励起、分解して
該処理室内にプラズマを発生させ、これにより該処理室
内に配された被処理基体の表面をエッチングする。

【０００５】これらのマイクロ波を使用する所謂マイク
ロ波プラズマ処理装置においては、ガスの励起源として
マイクロ波を使用することから、電子を高い周波数を持
つ電界により加速でき、ガス中の分子を連鎖的に電離
し、励起させることができる。それゆえ、このマイクロ
波プラズマ処理装置では、ガスの励起効率及び分解効率
が高く、高密度のプラズマを比較的容易に形成し得、プ
ラズマ処理を高速で行い得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。

【０００６】こうしたマイクロ波プラズマ処理装置の更
なる高速化のために、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣ
Ｒ）を利用したプラズマ処理装置が実用化されてきてい
る。ＥＣＲは、磁束密度が８７．５ｍＴの場合に、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場
導入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。

【０００７】即ち、（ｉ）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）；（i
i）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
面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構
成（平面スロットアンテナ方式）、である。

【０００８】上記（ｉ）の方式の構成を図６に示す。図
６に示したＥＣＲプラズマ処理装置において、６０１は
プラズマ発生室、６０２はプラズマ励起用ガスをプラズ
マ発生室６０１に導入する励起用ガス導入管、６０３は
マイクロ波、６０４はマイクロ波６０３をガイドする導
波管、６０５はマイクロ波６０３をプラズマ発生室６０
１に導入する透過窓、６０６はプラズマ発生室６０１内
に８７．５ｍＴの磁束密度を有する磁界を発生させるコ
イルなどの磁界発生手段、６１１はプラズマ発生室に連
結した処理室、６１２は被処理基体、６１３は基体６１
２を載置する支持体、６１４はプラズマ励起用ガス以外
の被処理ガスを処理室６１１に導入する処理用ガス導入
管、６１５はガス排気である。マイクロ波電源（不図
示）で発生したマイクロ波６０３は、導波管６０４内を
伝搬され、透過窓６０５を透過してプラズマ発生室６０
１の内部に導入される。磁界発生手段６０６によりプラ
ズマ発生室６０１内に生じた磁力線の周りに電子が螺旋
運動し、その電子サイクロトロン周波数が磁力線に垂直
な電界を持つマイクロ波の周波数と等しくなる磁束密度
（マイクロ波周波数が２．４５ＧＨｚの場合、８７．５
ｍＴ）になる領域で電子がマイクロ波を共鳴的に吸収し
て加速され、衝突によりガス分子が電離され、プラズマ
発生室６０１内に高密度プラズマが発生する。処理用ガ
ス導入管６１４を介して処理室６１１内に導入された処
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６１３の上に載置された被処理基体６１２の表面を
プラズマ処理する。

【０００９】上記（ii）の方式を図７に示す。図７に示
したＥＣＲプラズマ処理装置において、７０１はプラズ
マ発生室、７０３はマイクロ波、７０４はマイクロ波７
０３をガイドする導波管、７０５はマイクロ波７０３を
プラズマ発生室７０１に導入する透過ベルジャー、７０
６はプラズマ発生室７０１内に８７．５ｍＴの磁束密度
を持つ磁界を発生させるコイルなどの磁界発生手段、７
１１はプラズマ発生室に連結した処理室、７１２は被処
理基体、７１３は基体７１２を載置する支持体、７１４
は処理用ガスを処理室７１１に導入する処理用ガス導入
管、７１５はガス排気である。マイクロ波電源（不図
示）で発生したマイクロ波７０３は、導波管７０４内を
伝搬され、透過ベルジャー７０５を透過してプラズマ発
生室７０１の内部に導入される。磁界発生手段７０６に
よりプラズマ発生室７０１内に生じた磁力線の周りを螺
旋運動する電子がマイクロ波を共鳴的に吸収して加速さ
れ、プラズマ発生室７０１内に高密度プラズマが発生す
る。処理用ガス導入管７１４を介して処理室７１１内に
導入された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７１３の上に載置された被処理基体７
１２の表面をプラズマ処理する。

【００１０】上記（iii）の方式を図８に示す。図８に
示したＥＣＲプラズマ処理装置において、８０１はプラ
ズマ発生室、８０２はプラズマ励起用ガスをプラズマ発
生室６０１に導入する励起用ガス導入管、８０３はマイ
クロ波、８０４はマイクロ波８０３をガイドする同軸導
波管、８０５はマイクロ波８０３をプラズマ発生室８０
１に導入する透過円筒、８０６はプラズマ発生室８０１
内に８７．５ｍＴの磁束密度を持つ磁界を発生させるコ
イルなどの磁界発生手段、８０７はマイクロ波８０３を
プラズマ発生室内に導入するための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、８１１はプラズマ
発生室に連結した処理室、８１２は被処理基体、８１３
は基体８１２を載置する支持体、８１４は処理用ガスを
処理室８１１に導入する処理用ガス導入管、８１５はガ
ス排気である。マイクロ波電源（不図示）で発生したマ
イクロ波８０３は、導波管８０４内を伝搬され、リジタ
ーノコイル８０７を介して透過円筒８０５を透過しプラ
ズマ発生室８０１の内部に導入される。磁界発生手段８
０６によりプラズマ発生室８０１内に生じた磁力線の周
りを螺旋運動する電子がマイクロ波を共鳴的に吸収して
加速され、プラズマ発生室８０１内に高密度プラズマが
発生する。処理用ガス導入管８１４を介して処理室８１
１内に導入された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８１３の上に載置された被処理
基体８１２の表面をプラズマ処理する。

【００１１】上記（iv）の方式を図９に示す。図９に示
したＥＣＲプラズマ処理装置において、９０３はマイク
ロ波、９０４はマイクロ波９０３をガイドする同軸導波
管、９０５はマイクロ波８０９をプラズマ処理室９１１
に導入する透過窓、９０６はプラズマ処理室９１１内に
８７．５ｍＴの磁束密度を持つ磁界を発生させる永久磁
石などの磁界発生手段、９０７はマイクロ波９０３をプ
ラズマ処理室内に導入するための平板状スロットアンテ
ナ、９１２は被処理基体、９１３は基体９１２を載置す
る支持体、９１４は処理用ガスを処理室９１１に導入す
る処理用ガス導入管、９１５はガス排気である。マイク
ロ波電源（不図示）で発生したマイクロ波９０３は、導
波管９０４内を伝搬され、平板状スロットアンテナ９０
７を介して透過窓９０５を透過しプラズマ処理室９１１
の内部に導入される。磁界発生手段９０６によりプラズ
マ処理室９１１内に生じた磁力線の周りを螺旋運動する
電子がマイクロ波を共鳴的に吸収して加速され、プラズ
マ処理室９１１内に高密度プラズマが発生する。処理用
ガス導入管９１４を介して処理室９１１内に導入された
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９１３の上に載置された被処理基体９１２の表面
をプラズマ処理する。

【００１２】しかしながら、図６に示したＥＣＲプラズ
マ処理装置は、共振器であるプラズマ発生室の寸法に制
限があり、大口径化し難い。図７に示したＥＣＲプラズ
マ処理装置は、共振器ではないのでプラズマ発生室の寸
法に制限はないが、大口径プラズマ発生室にマイクロ波
を均一に導入することが難しく、均一なプラズマを発生
させることが困難である。図８に示したＥＣＲプラズマ
処理装置は、リジターノコイルの径を大口径化すること
は可能であるが、周方向に均一にマイクロ波を導入する
ことが難しく、均一なプラズマを発生させることは困難
である。図９に示したＥＣＲプラズマ処理装置は平板状
スロットアンテナを大口径化することは可能であるが、
大電力のマイクロ波を同軸で導入することが難しく、高
密度プラズマを発生させることが困難である。即ち、上
述した従来のＥＣＲプラズマ処理装置では、大口径に均
一な高密度プラズマを発生させることが困難である。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の種たる目的
は、上述した従来のＥＣＲプラズマ処理装置における諸
問題を解決し、マイクロ波の供給対象であるプラズマ発
生室周辺からマイクロ波を均一にして効率的にプラズマ
発生室へ導入することが可能である改善されたマイクロ
波導入装置を用いて、大口径で均一な高密度プラズマを
発生させ、大面積基板の均一かつ高速なプラズマ処理を
可能にするプラズマ処理装置を提供することにある。ま
た、本発明の他の目的は、上記プラズマ処理装置であっ
て、所望の絶縁体膜や半導体膜を均一に効率的に形成す
ることのできる改善されたプラズマ処理装置を提供する
ことにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、従来のＥＣ
Ｒプラズマ処理装置における上述の問題点を解決し、上
記目的を達成すべく鋭意検討した結果、本発明に到達し
たものである。即ち本発明は、マイクロ波を透過可能な
筒状管を構成要素として含む真空容器と、該真空容器内
に設置された被処理基体を支持する手段と、前記筒状管
を通して該真空容器内にマイクロ波を導入する手段と、
該マイクロ波の電界に垂直で前記筒状管の内壁面に平行
でかつマイクロ波の周波数のほぼ３．５７×１０
^-11（Ｔ／Ｈｚ）倍の磁束密度を有する磁界を該真空容
器内に発生させる手段と、該真空容器内に処理用ガスを
導入する手段とから構成される有磁場マイクロ波プラズ
マ処理装置であって、前記マイクロ波導入手段が、前記
筒状管の周りを囲むように配置され、複数のスロットが
内側面に形成された環状導波管であることを特徴とする
マイクロ波プラズマ処理装置である。

【００１５】

【作用】本発明では、プラズマ発生室を包囲するように
配置され、内側に複数の所定形状のスロットが所定間隔
で設けられている環状のマイクロ波導波管をマイクロ波
導入手段として用い、プラズマ発生室の内壁面に平行な
均一磁界を発生させる磁界発生手段を用いることによ
り、プラズマ発生室の周辺からマイクロ波をプラズマ発
生室内に均一かつ効率的に導入でき、均一かつ高密度な
プラズマを発生させることができるという知見を得た。
また、上記のプラズマ処理装置を用いることにより、該
装置のプラズマ処理室内に配置される被処理基体を均一
かつ効率的にプラズマ処理でき、さらに良質な堆積膜を
均一かつ効率的に形成できるという知見を得た。

【００１６】本発明のマイクロ波プラズマ処理装置の一
例を図１に示す。図１（ａ）は本装置の模式的断面図で
あり、１０１はプラズマ発生室、１０２はプラズマ発生
用ガス導入手段、１０３はマイクロ波、１０４はマイク
ロ波１０３をプラズマ発生室１０１に導入するためのス
ロット付き環状導波管、１０５はプラズマ発生室１０１
の内壁を構成するマイクロ波を透過可能な筒状の石英
管、１０６はプラズマ発生室内に石英管１０５内壁面に
平行な磁界を発生するコイルなどの磁界発生手段であり
環状導波管１０４を挟んで上下に設置される。１１１は
プラズマ発生室に連結したプラズマ処理室、１１２は被
処理基板、１１３は被処理基板１１３を載置する支持
体、１１４は処理用ガス導入手段、１１５は排気であ
る。また、図１（ｂ）はスロット付き環状導波管１０４
の上面断面図であり、１０８は環状導波管１０４にマイ
クロ波１０３を導入するマイクロ波導入部、１０９は環
状導波管１０４の内側に形成された複数のスロットであ
る。

【００１７】該装置におけるプラズマの発生及び処理は
以下のようにして行われる。排気系（不図示）を介して
プラズマ発生室１０１内を真空排気する。次にプラズマ
発生用のガスをガス導入手段１０２より所定の流量でプ
ラズマ発生室１０１内に導入する。前記排気系に設けら
れたコンダクタンスバルブ（不図示）を調整し、プラズ
マ発生室１０１内を所定の圧力に保持する。次いで磁界
発生手段１０６によりプラズマ発生室１０１内に中心磁
束密度８７．５ｍＴの均一磁界を発生させた後、マイク
ロ波電源（不図示）より所望の電力のマイクロ波を環状
導波管１０４の各スロット１０９を介して石英管１０５
を透過させてプラズマ発生室１０１内に供給する。磁界
発生手段１０６によりプラズマ発生室１０１内に生じた
磁力線の周りを螺旋運動する電子がマイクロ波を共鳴的
に吸収して加速され、プラズマ発生室１０１内に高密度
プラズマが発生する。この時に処理用ガス導入手段１１
４を介して処理用ガスを処理室１１１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１１３上に載置された被処理基板１１２の表
面がプラズマ処理される。この際、用途に応じてプラズ
マ発生用ガス導入手段１０２にプラズマ処理用ガスを導
入しても良い。

【００１８】本発明のマイクロ波プラズマ処理装置にお
いて、使用されるマイクロ波の周波数は２．４５ＧＨｚ
が好ましいが、これ以外に０．８乃至２０ＧＨｚの範囲
から適宜選択して使用することができる。

【００１９】本発明において用いられる環状導波管の形
状は、円筒状のものでも、プラズマ発生室の形状によっ
て多角形や他の形でも良い。該環状導波管の断面の形状
については、ＷＲＴ−２規格導波管と同様の寸法で矩形
のものでも、寸法は任意で形状も円形でも半円系でもあ
るいは他の形状でも、マイクロ波が伝搬可能でありさえ
すればいずれのものも採用できる。但し、均一性を保持
するため、管内周長が管内波長の３から２４倍の範囲の
整数倍であることが望ましい。環状導波管の構成材料に
ついては、ステンレスに銅コートした上にさらに銀コー
トした二層メッキを施したものでも、Ｃｕ，Ａｌ，Ｆ
ｅ，Ｎｉ等の金属や合金、あるいは各種ガラス、石英、
窒化シリコン、アルミナ、アクリル樹脂、ポリカーボネ
ート樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリイミド樹脂などの
絶縁体にＡｌ，Ｗ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｃｕ，Ａｇなど
の金属薄膜をコーティングしたものなど、機械的強度が
十分で表面がマイクロ波の浸透厚以上の厚さの導電層で
覆われているものならばいずれも使用可能である。

【００２０】本発明において、環状導波管に設けられる
スロットの形状は、長辺がマイクロ波の進行方向に垂直
な４０ｍｍ乃至６０ｍｍ×４ｍｍの矩形状のものでも、
長辺がマイクロ波の進行方向に平行でも傾いていても、
矩形ではなく円形でも多角形でも鉄アレイ型でも星型で
も、そのスロットからマイクロ波が導入可能で有る限
り、いずれのものも採用できる。但し、効率的な導入や
リーク率の調整し易さを考慮すると、長辺がマイクロ波
の進行方向に垂直な４０ｍｍ乃至６０ｍｍ×１ｍｍ乃至
５ｍｍの矩形状のものが最適である。スロットの長さに
ついては、各スロットからのマイクロ波のリーク量がほ
ぼ等しくなるように調整する。スロットの長さの調整
は、導電性テープを貼っても、シャッタを用いても良
い。設けられる各スロットの間隔は、管内波長の１／４
でも、その整数倍であってもよく、プラズマ発生の必要
のない部分には設けなくても良い。尚、スロットについ
ては、後述の実施例では孔としたが、孔に代えて誘電体
窓などのマイクロ波の透過を許す手段を用いることも可
能である。

【００２１】磁界発生手段としては、環状導波管のスロ
ット付近の電界（プラズマ発生室側壁に垂直）に垂直
（即ちプラズマ発生室側壁に平行）で、かつマイクロ波
の周波数のほぼ３．５７×１０^-11（Ｔ／Ｈｚ）倍の磁
束密度を有する磁界を発生できるものであれば、コイル
以外のものでも、例えば永久磁石でも使用可能である。
また磁気回路は、ミラー磁場以外でも、マルチカスプ磁
場でも、円筒マグネトロン磁場でも使用可能である。さ
らに該手段には、コイルの加熱防止のために水冷機構や
空冷等他の冷却手段を付加することも可能である。

【００２２】本発明のマイクロ波プラズマ処理装置にお
けるプラズマ処理室内もしくはプラズマ発生室内及び処
理室内の圧力は好ましくは０．１ｍＴｏｒｒ乃至１０ｍ
Ｔｏｒｒの範囲から選択することができる。

【００２３】本発明のマイクロ波プラズマ処理装置によ
り堆積膜を基体上に形成する際の基体温度は、使用する
成膜用原料ガスの種類や堆積膜の種類、及び用途により
多少異なるが、一般的には、好ましくは５０℃乃至６０
０℃の範囲、最適には１００乃至４００℃の範囲であ
る。

【００２４】本発明のマイクロ波プラズマ処理装置によ
る堆積膜の形成は、使用するガスを適宜選択することに
よりＳｉ₃Ｎ₄，ＳｉＯ₂，Ｔａ₂Ｏ₅，ＴｉＯ₂，ＴｉＮ，
Ａｌ ₂Ｏ₃，ＡｌＮ，ＭｇＦ₂等の絶縁膜、ａ−Ｓｉ，pol
y−Ｓｉ，ＳｉＣ，ＧａＡｓ等の半導体膜、Ａｌ，Ｗ，
Ｍｏ，Ｔｉ，Ｔａ等の金属膜等、各種の堆積膜を効率よ
く形成することが可能である。

【００２５】また本発明のマイクロ波プラズマ処理装置
は基体の表面改質にも適用できる。その場合、使用する
ガスを適宜選択することにより、例えば、基体もしくは
表面層としてＳｉ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｔａ等を使用し
て、これら基体もしくは表面層の酸化処理あるいは窒化
処理、更にはＢ，Ａｓ，Ｐなどのドーピング処理等が可
能である。また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
ることができる。

【００２６】本発明のプラズマ処理装置により機能性堆
積膜を形成する基体は、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良
い。また、これらの基体には、緻密性、密着性、段差被
覆性などの性能の改善のため、−５００Ｖから＋２００
Ｖの直流バイアスもしくは周波数４０Ｈｚから３００Ｍ
Ｈｚの交流バイアスを印加しても良い。

【００２７】本発明の装置によりプラズマ処理される導
電性基体としては、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｍｏ，Ａ
ｕ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｖ，Ｔｉ，Ｐｔ，Ｐｂ等の金属又はこ
れらの合金、例えば真鍮、ステンレス鋼などが挙げられ
る。

【００２８】本発明の装置によりプラズマ処理される絶
縁性基体としては、ＳｉＯ₂系の石英や各種ガラス、Ｓ
ｉ₃Ｎ₄，ＮａＣｌ，ＫＣｌ，ＬｉＦ，ＣａＦ₂，Ｂａ
Ｆ₂，Ａｌ₂Ｏ₃，ＡｌＮ，ＭｇＯ等の無機物の他、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
ド等の有機高分子のフィルム、シートなどが挙げられ
る。

【００２９】堆積膜形成用原料ガスとしては、一般に公
知のガスが使用できる。プラズマの作用で容易に分解さ
れ、単独でも堆積し得るガスは、化学量論的組成の達成
やプラズマ発生室内の膜付着防止のため、処理室内の処
理用ガス導入手段などを介して処理室内へ導入されるこ
とが望ましい。またプラズマの作用で容易には分解され
難く、単独では堆積し難いガスは、プラズマ発生室内の
プラズマ発生用ガス導入手段を介してプラズマ発生室内
へ導入されるのが望ましい。

【００３０】ａ−Ｓｉ，poly−Ｓｉ，ＳｉＣ等のＳｉ系
半導体薄膜を形成する場合の処理用ガス導入手段を介し
て導入されるＳｉ原子を含有する原料ガスとしては、Ｓ
ｉＨ ₄，Ｓｉ₂Ｈ₆等の無機シラン類、テトラエトキシシ
ラン（ＴＥＯＳ）、テトラメトキシシラン（ＴＭＯ
Ｓ）、オクタメチルシクロテトラシラン（ＯＭＣＴＳ）
等の有機シラン類、ＳｉＦ₄，Ｓｉ₂Ｆ₆，ＳｉＨＦ₃，Ｓ
ｉＨ₂Ｆ₂，ＳｉＣｌ₄，Ｓｉ₂Ｃｌ₆，ＳｉＨＣｌ₃，Ｓｉ
Ｈ₂Ｃｌ₂，ＳｉＨ₃Ｃｌ，ＳｉＣｌ₂Ｆ₂等のハロシラン
類等、常温常圧でガス状態であるもの又は容易にガス化
し得るものが挙げられる。また、この場合のプラズマ発
生用ガス導入手段を介して導入される原料ガスとして
は、Ｎ₂，ＮＨ₃，Ｎ₂Ｈ₄，ヘキサメチルジシラン（ＨＮ
ＤＳ）、Ｏ₂，Ｏ₃，Ｈ₂Ｏ，Ｎ₂Ｏ，ＮＯ₂等が挙げられ
る。

【００３１】Ａｌ，Ｗ，Ｍｏ，Ｇａ，Ｔｉ，Ｔａ等の金
属薄膜を形成する場合の処理用ガス導入手段を介して導
入される金属原子を含有する原料としては、トリメチル
アルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリエチルアルミニウム
（ＴＥＡｌ）、トリイソブチルアルミニウム（ＴＩＢＡ
ｌ）、ジメチルアルミニウムハイドライド（ＤＭＡｌ
Ｈ）、タングステンカルボニル（Ｗ（ＣＯ）₆）、モリ
ブデンカルボニル（Ｍｏ（ＣＯ）₆）、トリメチルガリ
ウム（ＴＭＧａ）等の有機金属、ＡｌＣｌ₃，ＷＦ₆，Ｔ
ｉＣｌ₃，ＴａＣｌ₅等のハロゲン化金属等が挙げられ
る。また、この場合のプラズマ発生用ガス導入手段を介
して導入されるプラズマ発生用ガスとしては、Ｈ₂，Ｈ
ｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｒｎが挙げられる。

【００３２】Ａｌ₂Ｏ₃，ＡｌＮ，Ｔａ₂Ｏ₅，ＴｉＯ₂，
ＴｉＮ，ＷＯ₃，Ｇａ₂Ｏ₃等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を介して導入される金属原
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（ＴＭＧ
ａ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）等の有機金属、
ＡｌＣｌ₃，ＷＦ₆，ＴｉＣｌ₃，ＴａＣｌ₅等のハロゲン
化金属等が挙げられる。また、この場合のプラズマ発生
用ガス導入手段を介して導入されるプラズマ発生用ガス
としては、Ｏ₂，Ｏ₃，Ｈ₂Ｏ，ＮＯ，Ｎ₂Ｏ，ＮＯ₂，
Ｎ₂，ＮＨ₃，Ｎ₂Ｈ₄，ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤ
Ｓ）等が挙げられる。

【００３３】基体を酸化表面処理する場合のプラズマ発
生用ガス導入手段を介して導入される酸化性ガスとして
は、Ｏ₂，Ｏ₃，Ｈ₂Ｏ，ＮＯ，Ｎ₂Ｏ，ＮＯ₂等が挙げら
れる。また、基体を窒化表面処理する場合のプラズマ発
生用ガス導入手段を介して導入される窒化性ガスとして
は、Ｎ₂，ＮＨ₃，Ｎ₂Ｈ₄，ヘキサメチルジシラザン（Ｈ
ＭＤＳ）等が挙げられる。この場合、成膜しないので、
処理用ガス導入手段を介して原料ガスの導入は行わな
い、もしくはプラズマ発生用ガス導入手段を介して導入
されるガスと同様のガスを導入する。

【００３４】基体表面の有機物をクリーニングする場合
のプラズマ発生用ガス導入手段から導入されるクリーニ
ング用ガスとしては、Ｏ₂，Ｏ₃，Ｈ₂Ｏ，ＮＯ，Ｎ₂Ｏ，
ＮＯ ₂等が挙げられる。また、基体表面の無機物をクリ
ーニングする場合のプラズマ発生用ガス導入手段から導
入されるクリーニング用ガスとしては、Ｆ₂，ＣＦ₄，Ｃ
Ｈ₂Ｆ₂，Ｃ₂Ｆ₆，ＣＦ₂Ｃｌ₂，ＳＦ₆，ＮＦ₃等が挙げら
れる。この場合、成膜しないので、処理用ガス導入手段
を介して原料ガスの導入は行わない、もしくはプラズマ
発生用ガス導入手段を介して導入されるガスと同様のガ
スを導入する。

【００３５】尚、マイクロ波が透過し難い堆積膜を形成
する場合、石英管内壁へのパージガス吹き付け、石英管
内壁へのカバーガラスもしくはフィルムの設置及び移動
もしくは除去、エッチングガスを使用したプラズマによ
るセルフクリーニング、容易な石英管の交換機構などの
石英管内壁への膜付着防止及び除去対策を講じておくこ
とが望ましい。

【００３６】

【実施例】以下実施例により本発明をさらに具体的に説
明する。

【００３７】装置例１まず本発明の一例であるコイル利用マイクロ波プラズマ
処理装置について説明する。

【００３８】前述した図１において、環状導波管１０４
は、内壁断面の寸法がＷＲＴ−２規格導波管と同じ２７
ｍｍ×９６ｍｍであって、中心径が３５４ｍｍである。
環状導波管１０４の材質は、機械的強度を保つためステ
ンレス鋼で構成されており、その内壁面にはマイクロ波
の伝搬損失を抑えるため銅をコーティングした上にさら
に銀をコーティングした二層メッキが施されている。ま
た、加熱による銀の酸化を防止する目的で、導波管内部
には空冷用エアが流せるようになっている。

【００３９】該導波管１０４に設けられるスロット１０
９の形状は高さ４２ｍｍ、幅３ｍｍの矩形であり、管内
波長の１／４間隔毎に設けられている。管内波長は、使
用するマイクロ波の周波数と導波管の断面の寸法に依存
するが、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波と上記の寸
法の導波管を用いた場合には約１５９ｍｍである。従っ
て、使用した環状導波管１０４では、スロット１０９は
約４０ｍｍ間隔で２８個形成されている。

【００４０】磁界発生手段であるコイル１０６は内径３
２４ｍｍ、長さ６２ｍｍの水冷機構付きステンレス製円
筒状ボビンに直径１．５ｍｍの被覆銅線を３００回巻き
付けワックスで固めたものである。

【００４１】環状導波管１０４のマイクロ導入部１０８
には、４スタブチューナー、方向性結合器、アイソレー
ター、２．４５ＧＨｚの周波数を持つマイクロ波電源
（各不図示）が順に接続されている。

【００４２】この装置を用いて、Ｎ₂流量５００ｓｃｃ
ｍ、圧力５ｍＴｏｒｒ、マイクロ波パワー１ｋＷの条件
でプラズマを発生させ、得られたプラズマの電子密度の
均一性を評価した。電子密度の均一性の評価は、プロー
ブ法により次のようにして行った。プローブに印加する
電圧を−５０〜＋５０Ｖ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を算出
した。このようにして電子密度の測定をプラズマ発生室
中央断面内の１９点で行い、その最大値／最小値のばら
つきで均一性を評価したところ、電子密度はφ２００面
内で９．６×１０¹¹／ｃｍ³±４．８％であり、高密度
かつ均一なプラズマが形成されていることが確認され
た。

【００４３】装置例２次に本発明の他の一例である永久磁石利用マイクロ波プ
ラズマ処理装置について図２を用いて説明する。図２に
おいて、２０１はプラズマ発生室、２０２はプラズマ発
生用ガス導入手段、２０４はマイクロ波をプラズマ発生
室２０１に導入するためのスロット付き環状導波管、２
０５はプラズマ発生室２０１の内壁を構成する石英管、
２０６はプラズマ発生室２０１内に石英管２０５内壁面
に平行な磁界を発生させる永久磁石、２０７はヨーク、
２１１はプラズマ発生室２０１に連結したプラズマ処理
室、２１２は被処理基板、２１３は基板２１２の支持
体、２１４は処理用ガス導入手段、２１５は排気であ
る。環状導波管２０４は図１のものと同等のものを用い
た。

【００４４】磁界発生手段である永久磁石２０６は、Ｓ
ｍ−Ｃｏ製で、径φ２５０ｍｍ、厚さ３０ｍｍ、厚さ方
向に磁化したものを２個、プラズマ発生室の上下に設置
し、ＮｉコートしたＦｅ製ヨーク２０７で囲んだ。

【００４５】該装置におけるプラズマの発生及び処理は
以下のようにして行われる。排気系（不図示）を介して
プラズマ発生室２０１内を真空排気する。次にプラズマ
発生用のガスをガス導入手段２０２より所定の流量でプ
ラズマ発生室２０１内に導入する。排気系（不図示）に
設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）を調整し、
プラズマ発生室２０１内を所定の圧力に保持する。次い
でマイクロ波電源（不図示）より所望の電力のマイクロ
波を環状導波管２０４の各スロットを介して石英管２０
５を透過させてプラズマ発生室２０１内に供給する。永
久磁石２０６によりプラズマ発生室２０１内に生じた磁
力線の周りを螺旋運動する電子がマイクロ波を共鳴的に
吸収して加速され、プラズマ発生室２０１内に高密度プ
ラズマを発生させる。この時に処理用ガス導入手段２１
４を介して処理用ガスを処理室２１１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２１３上に載置された被処理基板２１２の表
面をプラズマ処理する。この際、用途に応じてプラズマ
発生用ガス導入手段２０２にプラズマ処理用ガスを導入
しても良い。

【００４６】図２に示した装置を使用してＮ₂流量５０
０ｓｃｃｍ、圧力３ｍＴｏｒｒ、マイクロ波パワー８０
０Ｗの条件でプラズマを発生させ、得られたプラズマの
電子密度の均一性を評価した。その結果、電子密度はφ
２００面内で８．４×１０¹¹／ｃｍ³±３．６％であ
り、高密度かつ均一なプラズマが形成されていることが
確認された。

【００４７】装置例３本発明の一例であるマイクロ波隔離プラズマ処理装置を
図３に示す。図３において、３０１はプラズマ発生室、
３０２はプラズマ発生用ガス導入手段、３０４はマイク
ロ波をプラズマ発生室３０１に導入するためのスロット
付き環状導波管、３０５はプラズマ発生室３０１の内壁
を構成する石英管、３０６はプラズマ発生室３０１内に
石英管３０５内壁面に平行な磁界を発生させるコイル、
３１１はプラズマ発生室３０１に連結したプラズマ処理
室、３１２は被処理基板、３１３は基板３１２の支持
体、３１４は処理用ガス導入手段、３１５は排気、３１
６はプラズマ発生室３０１と処理室３１１とを分離し差
圧を発生させる手段である多孔分離板である。環状導波
管３０４及びコイル３０６は図１のものと同等のものを
用いた。

【００４８】該装置におけるプラズマの発生及び処理は
以下のようにして行われる。排気系（不図示）を介して
プラズマ発生室３０１内を真空排気する。次にプラズマ
発生用のガスをガス導入手段３０２より所定の流量でプ
ラズマ発生室３０１内に導入する。排気系（不図示）に
設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）を調整し、
プラズマ発生室３０１内を所定の圧力に保持する。次い
で直流電源（不図示）より所望の電力をコイル３０６に
供給し、プラズマ発生室３０１内に中心磁束密度８７．
５ｍＴの均一磁界を発生させた後、マイクロ波電源（不
図示）より所望の電力のマイクロ波を環状導波管３０４
の各スロットを介して石英管３０５を透過させてプラズ
マ発生室３０１内に供給する。コイル３０６によりプラ
ズマ発生室３０１内に生じた磁力線の周りを螺旋運動す
る電子がマイクロ波を共鳴的に吸収して加速され、プラ
ズマ発生室３０１内に高密度プラズマが発生する。この
時に処理用ガス導入手段３１４を介して処理用ガスを処
理室３１１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３１３上に載置
された被処理基板３１２の表面がプラズマ処理される。
この際、用途に応じてプラズマ発生用ガス導入手段３０
２にプラズマ処理用ガスを導入しても良い。

【００４９】装置例４図４に本発明の一例である光アシストマイクロ波プラズ
マＣＶＤ装置の構成を模式的に示す。本装置例は、装置
例１で示した装置に被処理基板表面に可視紫外光を照射
する光照射手段を設けたものであり、他の構成は装置例
１と同様である。従って、同図において、４０１〜４１
５は図１における１０１〜１１５にそれぞれ相当する。
４２１は基板４１２の表面に可視紫外光を照射するため
の照明系、４２５は照明系４２１からの可視紫外光をプ
ラズマ発生室４０１を通して処理室４１１へ導入する光
導入窓である。ここで照明系４２１は、光源４２２と、
光源４２２からの光を集光するリフレクトミラー４２３
と、光をミキシングし均一化するインテグレータ４２４
とで構成されている。

【００５０】本装置におけるプラズマの発生及び処理は
以下のようにして行う。排気系（不図示）を介してプラ
ズマ発生室４０１内を真空排気する。続いて照明系４２
１からの可視紫外光を光導入窓４２５を通して基板４１
２表面に照射するとともに基板４１２を所望の温度に保
持する。さらにプラズマ発生用のガスをガス導入手段４
０２より所定の流量でプラズマ発生室４０１内に導入す
る。次に排気系（不図示）に設けられたコンダクタンス
バルブ（不図示）を調整し、プラズマ発生室４０１内を
所定の圧力に保持する。次いで直流電源（不図示）より
所望の電力をコイル４０６に供給し、プラズマ発生室４
０１内に中心磁束密度８７．５ｍＴの均一磁界を発生さ
せた後、マイクロ波電源（不図示）より所望の電力のマ
イクロ波を環状導波管４０４の各スロットを介して石英
管４０５を透過させてプラズマ発生室４０１内に供給す
る。コイル４０６によりプラズマ発生室４０１内に生じ
た磁力線の周りを螺旋運動する電子がマイクロ波を共鳴
的に吸収して加速され、プラズマ発生室４０１内に高密
度プラズマが発生する。この時に処理用ガス導入手段４
１４を介して処理用ガスを処理室４１１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４１３上に載置された被処理基板４１２の
表面がプラズマ処理される。この時、基板４１２表面は
可視紫外光により活性化されるために、より高品質な処
理が可能となる。この際用途に応じてプラズマ発生用ガ
ス導入手段４０２にプラズマ処理用ガスを導入しても良
い。

【００５１】照明系４２１の光源４２２としては、低圧
水銀ランプ、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、キセ
ノン−水銀ランプ、キセノンランプ、重水素ランプ、Ａ
ｒ共鳴線ランプ、Ｋｒ共鳴線ランプ、Ｘｅ共鳴線ラン
プ、エキシマレーザ、Ａｒ⁺レーザ２倍高調波、Ｎ₂レー
ザ、ＹＡＧレーザ３倍高調波など基板表面に付着する前
駆体に吸収される波長を有する光源ならばいずれのもの
も使用可能である。

【００５２】装置例５本発明の一例であるバイアスマイクロ波プラズマ処理装
置を図５に示す。図５において、５０１はプラズマ発生
室、５０２はプラズマ発生用ガス導入手段、５０４はマ
イクロ波をプラズマ発生室５０１に導入するためのスロ
ット付き環状導波管、５０５はプラズマ発生室５０１の
内壁を構成する石英管、５０６はプラズマ発生室５０１
内に石英管５０５内壁面に平行な磁界を発生させるコイ
ル、５１１はプラズマ発生室５０１に連結したプラズマ
処理室、５１２は被処理基板、５１３は基板５１２の支
持体、５１４は処理用ガス導入手段、５１５は排気、５
１７は支持体５１３に高周波バイアスを印加する高周波
ロッド、５１８は支持体５１３をアース電位から絶縁す
る絶縁ロッドである。環状導波管５０４及びコイル５０
６は図１のものと同等のものを用いた。

【００５３】該装置におけるプラズマの発生及び処理は
以下のようにして行われる。排気系（不図示）を介して
プラズマ発生室５０１内を真空排気する。次にプラズマ
発生用のガスをガス導入手段５０２より所定の流量でプ
ラズマ発生室５０１内に導入する。排気系（不図示）に
設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）を調整し、
プラズマ発生室５０１内を所定の圧力に保持する。次い
で直流電源（不図示）より所望の電力をコイル５０６に
供給し、プラズマ発生室５０１内に中心磁束密度８７．
５ｍＴの均一磁界を発生させた、さらに支持体５１３に
高周波ロッド５１７を介して高周波を印加した後、マイ
クロ波電源（不図示）より所望の電力のマイクロ波を環
状導波管５０４の各スロットを介して石英管５０５を透
過させてプラズマ発生室５０１内に供給する。コイル５
０６によりプラズマ発生室５０１内に生じた磁力線の周
りを螺旋運動する電子がマイクロ波を共鳴的に吸収して
加速され、プラズマ発生室５０１内に高密度プラズマが
発生する。この時に処理用ガス導入手段５１４を介して
処理用ガスを処理室５１１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たプラズ
マ発生用ガスと反応し、イオン成分は支持体５１３表面
に発生したシース電界により加速され、支持体５１３上
に載置された被処理基板５１２の表面をプラズマ処理す
る。この際、用途に応じてプラズマ発生用ガス導入手段
５０２にプラズマ処理用ガスを導入しても良い。

【００５４】実施例１図１に示すプラズマ処理装置をマイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ装置として使用し、半導体素子保護用窒化シリコン膜
の形成を行った。

【００５５】基板１１２としては、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１１２を基体支持台１１３上に
設置した後、排気系（不図示）を介してプラズマ発生室
１０１及び処理室１１１内を真空排気し、１０^-6Torrの
値まで減圧させた。続いて支持台に内蔵されたヒータ
（不図示）に通電し、シリコン基板１１２を３００℃に
加熱し、該基板をこの温度に保持した。プラズマ発生用
ガス導入手段１０２を介して窒素ガスを５００ｓｃｃｍ
の流量でプラズマ発生室１０１内に導入した。同時に処
理用ガス導入手段１１４を介してモノシランガスを１０
０ｓｃｃｍの流量で処理室１１１内に導入した。次に排
気系に設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）を調
整し、処理室１１１内を３ｍＴｏｒｒに保持し、２．４
５ＧＨｚのマイクロ波電源より５００Ｗの電力を環状導
波管１０４を介してプラズマ発生室１０１内に供給し
た。こうしてプラズマ発生室内にプラズマが発生し、プ
ラズマ発生用ガス導入手段１０２を介して導入された窒
素ガスはプラズマ発生室１０１内で励起、分解されて活
性種となり、シリコン基板１１２の方向に輸送され、処
理用ガス導入手段１１４を介して導入されたモノシラン
ガスと反応し、その結果、窒化シリコン膜がシリコン基
板１１２上に１．０μｍの厚さで形成された。

【００５６】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社製）で測定し求めた。リーク電
流は堆積膜上にＡｌ電極を形成し、Ａｌ電極とＳｉ基板
間に直流電圧を印加することで堆積膜に５ＭＶ／ｃｍの
電界をかけ、この状態で流れる電流を測定して求めた。
また、絶縁耐圧は、リーク電流が１×１０^-6Ａ／ｃｍ²
以上流れる時の電界により評価した。

【００５７】その結果、得られた窒化シリコン膜の成膜
速度は、４８０ｎｍ／ｍｉｎと極めて大きく、膜質も応
力１×１０⁹ｄｙｎ／ｃｍ²、リーク電流１×１０^-10Ａ
／ｃｍ²、絶縁耐圧８ＭＶ／ｃｍの極めて良質の膜であ
ることが確認された。

【００５８】実施例２図１に示すプラズマ処理装置をマイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ装置として使用し、光磁気ディスク保護用窒化シリコ
ン膜の形成を行った。

【００５９】基板１１２としては、ポリカーボネート
（ＰＣ）基板（φ３．５インチ）を使用した。まず、Ｐ
Ｃ基板１１２を基体支持台１１３上に設置した後、排気
系（不図示）を介してプラズマ発生室１０１及び処理室
１１１内を真空排気し、１０^-6Torrの値まで減圧させ
た。プラズマ発生用ガス導入手段１０２を介して窒素ガ
スを２００ｓｃｃｍの流量でプラズマ発生室１０１内に
導入した。同時に処理用ガス導入手段１１４を介してモ
ノシランガスを２００ｓｃｃｍの流量で処理室１１１内
に導入した。次に排気系に設けられたコンダクタンスバ
ルブ（不図示）を調整し、処理室１１１内を５ｍＴｏｒ
ｒに保持し、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より１ｋ
Ｗの電力を環状導波管１０４を介してプラズマ発生室１
０１内に供給した。こうしてプラズマ発生室内にプラズ
マが発生し、プラズマ発生用ガス導入手段１０２を介し
て導入された窒素ガスはプラズマ発生室１０１内で励
起、分解されて活性種となり、ＰＣ基板１１２の方向に
輸送され、処理用ガス導入手段１１４を介して導入され
たモノシランガスと反応し、その結果、窒化シリコン膜
がＰＣ基板１１２上に１００ｎｍの厚さで形成された。
成膜後、成膜速度、屈折率などの膜質について評価し
た。

【００６０】得られた窒化シリコン膜の成膜速度は６０
０ｎｍ／ｍｉｎと極めて大きく、膜質も屈折率２．２、
応力１．８×１０⁹ｄｙｎ／ｃｍ²と極めて良質の膜であ
ることが確認された。

【００６１】実施例３図２に示したプラズマ処理装置を表面改質装置として使
用し、シリコン基板表面を酸化し、半導体素子ゲート絶
縁用酸化シリコン膜の形成を行った。

【００６２】基板２１２としては、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２１２を基体支持台２１３上に
設置した後、排気系（不図示）を介してプラズマ発生室
２０１及び処理室２１１内を真空排気し、１０^-6Torrの
値まで減圧させた。続いて支持台に内蔵されたヒータ
（不図示）に通電し、シリコン基板２１２を５００℃に
加熱し、該基板をこの温度に保持した。プラズマ発生用
ガス導入手段２０２を介して酸素ガスを５００ｓｃｃｍ
の流量でプラズマ発生室２０１内に導入した。次に排気
系に設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）を調整
し、処理室２１１内を１ｍＴｏｒｒに保持し、２．４５
ＧＨｚのマイクロ波電源より１ｋＷの電力を環状導波管
２０４を介してプラズマ発生室２０１内に供給した。こ
うしてプラズマ発生室２０１内にプラズマが発生し、プ
ラズマ発生用ガス導入手段２０２を介して導入された酸
素ガスはプラズマ発生室２０１内で励起、分解されて酸
素原子などの活性種となり、シリコン基板２１２の方向
に輸送され、シリコン基板２１２表面と反応し、その結
果、５０ｎｍ厚の酸化シリコン膜がシリコン基板２１２
上に形成された。酸化後、酸化速度、リーク電流、及び
絶縁耐圧について評価した。

【００６３】得られた酸化シリコン膜の酸化速度と均一
性は１．３ｎｍ／ｍｉｎ±２．４％と良好で、膜質もリ
ーク電流２×１０^-11Ａ／ｃｍ²、絶縁耐圧１１ＭＶ／ｃ
ｍであって、極めて良質の膜であることが確認された。

【００６４】実施例４図３に示したプラズマ処理装置をマイクロ波プラズマＣ
ＶＤ装置として使用し、半導体素子層間絶縁用酸化シリ
コン膜の形成を行った。

【００６５】基板３１２としては、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３１２を基体支持台３１３上に
設置した後、排気系（不図示）を介してプラズマ発生室
３０１及び処理室３１１内を真空排気し、１０^-6Torrの
値まで減圧させた。続いて支持台に内蔵されたヒータ
（不図示）に通電し、シリコン基板３１２を３００℃に
加熱し、該基板をこの温度に保持した。プラズマ発生用
ガス導入手段３０２を介して酸素ガスを１０００ｓｃｃ
ｍの流量でプラズマ発生室３０１内に導入した。同時
に、処理用ガス導入手段３１４を介してテトラエトキシ
シラン（ＴＥＯＳ）ガスを２００ｓｃｃｍの流量で処理
室３１１内に導入した。次に排気系に設けられたコンダ
クタンスバルブ（不図示）を調整し、プラズマ発生室３
０１内を０．１Ｔｏｒｒ、処理室３１１内を０．０３Ｔ
ｏｒｒに保持し、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より
５００Ｗの電力を環状導波管３０４を介してプラズマ発
生室３０１内に供給した。こうしてプラズマ発生室３０
１内にプラズマが発生し、プラズマ発生用ガス導入手段
３０２を介して導入された酸素ガスはプラズマ発生室３
０１内で励起、分解されて酸素原子などの活性種とな
り、シリコン基板３１２の方向に輸送され、処理用ガス
導入手段３１４を介して導入されたＴＥＯＳガスと反応
し、その結果、酸化シリコン膜がシリコン基板３１２上
に１．０μｍの厚さで形成された。成膜後、成膜速度、
均一性、絶縁耐圧及び段差被覆性につて評価した。段差
被覆性はラインアンドスペース０．５μｍのラインパタ
ーンに形成されたＡｌ段差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）で観察し、段差上
の膜厚に対する段差側壁上の膜厚の比（カバーファク
タ）を求め評価した。

【００６６】得られた酸化シリコン膜の成膜速度と均一
性は２２０ｎｍ／ｍｉｎ±３．１％と良好で、膜質も絶
縁耐圧９ＭＶ／ｃｍ、カバーファクタ０．９であって、
良質の膜であることが確認された。

【００６７】実施例５図４に示したプラズマ処理装置を光アシストマイクロ波
プラズマＣＶＤ装置として使用し、半導体素子ゲート絶
縁用酸化シリコン膜の形成を行った。

【００６８】基板４１２としては、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４１２を基体支持台４１３上に
設置した後、排気系（不図示）を介してプラズマ発生室
４０１及び処理室４１１内を真空排気し、１０^-6Torrの
値まで減圧させた。続いて照明系４２１の超高圧水銀ラ
ンプ４２２を点燈してシリコン基板４１２表面における
光照度が０．６Ｗ／ｃｍ²となるように光をシリコン基
板４１２の表面に照射した。続いて支持台に内蔵された
ヒータ（不図示）に通電し、シリコン基板４１２を３０
０℃に加熱し、該基板をこの温度に保持した。プラズマ
発生用ガス導入手段４０２を介して酸素ガスを５００ｓ
ｃｃｍの流量でプラズマ発生室４０１内に導入した。同
時に処理用ガス導入手段４１４を介してモノシランガス
を５０ｓｃｃｍの流量で処理室４１１内に導入した。次
に排気系に設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）
を調整し、プラズマ発生室４０１内を０．１Ｔｏｒｒ
に、処理室４１１内を０．０５Ｔｏｒｒに保持し、２．
４５ＧＨｚのマイクロ波電源より５００Ｗの電力を環状
導波管４０４を介してプラズマ発生室４０１内に供給し
た。こうしてプラズマ発生室４０１内にプラズマが発生
し、プラズマ発生用ガス導入手段４０２を介して導入さ
れた酸素ガスはプラズマ発生室４０１内で励起、分解さ
れて酸素原子などの活性種となり、シリコン基板４１２
の方向に輸送され、処理用ガス導入手段４１４を介して
導入された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４１２上に０．１μｍの厚さで形成され
た。成膜後、成膜速度、均一性、リーク電流、絶縁耐圧
及び界面準位密度について評価した。

【００６９】界面準位密度は容量測定器により得られた
１ＭＨｚＲＦ印加の場合のＣ−Ｖ曲線より求めた。

【００７０】得られた酸化シリコン膜の成膜速度と均一
性は１２０ｎｍ／ｍｉｎ±２．６％と良好で、膜質もリ
ーク電流４×１０^-11Ａ／ｃｍ²、絶縁耐圧１０ＭＶ／ｃ
ｍ、界面準位密度５×１０¹⁰ｃｍ^-2であって、極めて良
質の膜であることが確認された。

【００７１】実施例６図５に示したプラズマ処理装置をバイアスマイクロ波プ
ラズマＣＶＤ装置として使用し、光学素子反射防止用酸
化シリコン膜及び窒化シリコン膜の形成を行った。

【００７２】基板５１２としては、ＢＫ７ガラス基板を
使用した。まず、ガラス基板５１２を基体支持台５１３
上に設置した後、排気系（不図示）を介してプラズマ発
生室５０１及び処理室５１１内を真空排気し、１０^-6To
rrの値まで減圧させた。続いて支持台に内蔵されたヒー
タ（不図示）に通電し、ガラス基板５１２を３００℃に
加熱し、該基板をこの温度に保持した。プラズマ発生用
ガス導入手段５０２を介して窒素ガスを２００ｓｃｃｍ
の流量でプラズマ発生室５０１内に導入した。同時に処
理用ガス導入手段５１４を介してモノシランガスを３０
ｓｃｃｍの流量で処理室５１１内に導入した。次に排気
系に設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）を調整
し、処理室５１１内を１ｍＴｏｒｒに保持し、２．４５
ＧＨｚのマイクロ波電源より５００Ｗの電力を環状導波
管５０４を介してプラズマ発生室５０１内に供給した。
こうしてプラズマ発生室５０１内にプラズマが発生し、
プラズマ発生用ガス導入手段５０２を介して導入された
窒素ガスはプラズマ発生室５０１内で励起、分解されて
窒素原子などの活性種となり、ガラス基板５１２の方向
に輸送され、処理用ガス導入手段５１４を介して導入さ
れたモノシランガスと反応し、窒化シリコン膜がガラス
基板５１２上に６１ｎｍの厚さで形成された。

【００７３】次に、排気系（不図示）を介してプラズマ
発生室５０１及び処理室５１１内を真空排気し、プラズ
マ発生用ガス導入手段５０２より窒素ガスに代えて酸素
ガスを２００ｓｃｃｍの流量でプラズマ発生室５０１に
導入する以外は上記と同様にして、窒化シリコン膜の上
に酸化シリコン膜の形成を行った。その結果、８６ｎｍ
の厚さで酸化シリコン膜が形成された。

【００７４】成膜後、成膜速度、反射特性について評価
した。得られた酸化シリコン膜の成膜速度は１２０ｎｍ
／ｍｉｎと良好で、反射特性も５００ｎｍ付近の波長の
光の反射率が０．３％と極めて良好な光学特性であるこ
とが確認された。

【００７５】

【発明の効果】本発明のプラズマ処理装置によれば、マ
イクロ波を電磁波のままプラズマ発生室内に周囲壁の全
域から導入でき、また、各スロットを介して導入される
マイクロ波の導入量を制御できるので、大口径プラズマ
発生室内に極めて均一にして効率的にマイクロ波を導入
することができる。その結果、均一にして高密度なプラ
ズマを形成でき、これにより均一にして効率的な基体の
処理や堆積膜の形成を行うことができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のマイクロ波プラズマ処理装置の一例を
示す図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は該装置に用
いられるマイクロ波導入用環状導波管の上面断面図であ
る。

【図２】本発明の他の一例である永久磁石利用マイクロ
波プラズマ処理装置の模式的断面図である。

【図３】本発明の他の一例であるマイクロ波隔離プラズ
マ処理装置の模式的断面図である。

【図４】本発明の他の一例である光アシストマイクロ波
プラズマ処理装置の模式的断面図である。

【図５】本発明の他の一例であるバイアスマイクロ波プ
ラズマ処理装置の模式的断面図である。

【図６】従来例の一例である「ＮＴＴ方式」のＥＣＲプ
ラズマ処理装置の模式的断面図である。

【図７】従来例の一例である「日立方式」のＥＣＲプラ
ズマ処理装置の模式的断面図である。

【図８】従来例の一例である「リジターノ方式」のＥＣ
Ｒプラズマ処理装置の模式的断面図である。

【図９】従来例の一例である「平面スロットアンテナ方
式」のＥＣＲプラズマ処理装置の模式的断面図である。

【符号の説明】

１０１プラズマ発生室１０２プラズマ発生用ガス導入手段１０３マイクロ波１０４環状導波管１０５石英管１０６磁界発生手段１０９スロット１１１処理室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/3065 Ｈ０１Ｑ 13/10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マイクロ波を透過可能な筒状管を構成要
素として含む真空容器と、該真空容器内に設置された被
処理基体を支持する手段と、前記筒状管を通して該真空
容器内にマイクロ波を導入する手段と、該マイクロ波の
電界に垂直で前記筒状管の内壁面に平行でかつマイクロ
波の周波数のほぼ３．５７×１０^-11（Ｔ／Ｈｚ）倍の
磁束密度を有する磁界を該真空容器内に発生させる手段
と、該真空容器内に処理用ガスを導入する手段とから構
成される有磁場マイクロ波プラズマ処理装置であって、
前記マイクロ波導入手段が、前記筒状管の周りを囲むよ
うに配置され、複数のスロットが内側面に形成された環
状導波管であることを特徴とするマイクロ波プラズマ処
理装置。
【請求項２】前記磁界発生手段が、前記環状導波管を
挟んで上下に設置された電磁コイルであることを特徴と
する請求項１のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項３】前記磁界発生手段が、前記真空容器を挟
んで上下に設置された永久磁石であることを特徴とする
請求項１のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項４】前記真空容器内のプラズマ発生領域とは
隔離された位置に基体支持手段が配されていることを特
徴とする請求項１乃至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。
【請求項５】前記真空容器内のプラズマ発生領域と基
体支持手段との間に差圧発生手段が配されていることを
特徴とする請求項１乃至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。
【請求項６】被処理基体表面に可視紫外光を照射する
手段を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれ
か１項に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項７】前記基体支持手段にＲＦバイアスを印加
する手段を有する請求項１乃至６のいずれか１項に記載
のマイクロ波プラズマ処理装置。