WO2011125470A1 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

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WO2011125470A1
WO2011125470A1 PCT/JP2011/056701 JP2011056701W WO2011125470A1 WO 2011125470 A1 WO2011125470 A1 WO 2011125470A1 JP 2011056701 W JP2011056701 W JP 2011056701W WO 2011125470 A1 WO2011125470 A1 WO 2011125470A1
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plasma
processing apparatus
processing
plasma processing
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PCT/JP2011/056701
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成則 尾▲崎▼
伸彦 山本
豊 藤野
篤 植田
淳一 北川
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Tokyo Electron Ltd
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Tokyo Electron Ltd
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H01J37/32211—Means for coupling power to the plasma
    • H01J37/3222—Antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge

Definitions

  • the present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method for guiding an electromagnetic wave having a predetermined frequency to a processing container and generating plasma to plasma process an object to be processed.
  • microwaves are introduced into the processing container using an antenna having a plurality of slots.
  • a slot antenna type plasma processing apparatus that introduces and generates plasma is known.
  • an inductively coupled plasma (ICP) type plasma processing apparatus that generates plasma by introducing a high frequency into a processing container using a coiled antenna. ing. In such a plasma processing apparatus, it is possible to generate high-density plasma in the processing container.
  • a plasma processing apparatus in order to process a plurality of large substrates simultaneously, a plasma processing apparatus has been proposed in which a plurality of microwave introduction windows are provided and a sample stage is provided below each microwave introduction window.
  • a plasma processing apparatus has been proposed in which uniform plasma processing is performed on a single large substrate by introducing plasma from a plurality of microwave introduction windows to form plasma.
  • Patent Document 2 A plasma processing apparatus has also been proposed in which a microwave having different power is supplied to each antenna in an apparatus having a plurality of antennas and a plurality of microwave introduction windows (for example, Patent Document 3).
  • the slot antenna type plasma processing apparatus as a mechanism for introducing the microwave into the processing container, the plasma processing apparatus using a plurality of antenna modules configured such that the phase of the microwave can be changed by the slag tuner.
  • Patent Document 5 Has also been proposed (for example, Patent Document 5).
  • An object of the present invention is to realize a desired process in a plane of a target object by facilitating control of a plasma density distribution in a plasma processing apparatus that generates a plurality of plasmas in a processing container. .
  • one object to be processed sequentially passes through a position at least partially facing the electromagnetic wave transmission region of the two or more electromagnetic wave introduction windows. It may be configured as follows.
  • the two or more electromagnetic wave introduction windows are integrated with time and / or integrated plasma irradiation time due to plasma generated by electromagnetic waves introduced from the electromagnetic wave introduction windows.
  • the plasma processing apparatus of the present invention may include a plurality of electromagnetic wave introducing units having different areas of the electromagnetic wave introducing window.
  • the power of the electromagnetic wave supplied to the plurality of electromagnetic wave introduction units may be set individually.
  • the plasma processing apparatus of the present invention may further include a drive unit that relatively moves either one or both of the object to be processed supported by the support device and the electromagnetic wave introduction window in opposite directions. Good.
  • the electromagnetic wave is introduced into the processing container through the plurality of electromagnetic wave introducing windows to generate plasma, and the processing target is at least one of the electromagnetic waves in the processing container.
  • the plasma processing is performed so that the integrated values of the plasma irradiation times are the same.
  • the object to be processed supported by the support device and the electromagnetic wave introduction window are relatively moved in opposite directions in the processing container and pass through at least one opposing position of the electromagnetic wave introduction window. Since it is comprised in this way, the uniformity of the process in the surface of a to-be-processed object can be improved. Further, the plasma distribution in the processing container can be independently controlled without exchanging the antenna or changing the process conditions. Accordingly, it is possible to stably maintain the plasma with a desired distribution in the processing container.
  • the processing container can be changed by changing the arrangement of the plurality of electromagnetic wave introduction units, the area of the electromagnetic wave introduction window, the power of the electromagnetic wave to be supplied, etc.
  • the plasma distribution generated inside can be easily adjusted.
  • positioning of the microwave introduction unit in the plasma processing apparatus of FIG. It is drawing explaining the principle of the plasma processing in the plasma processing apparatus of FIG.
  • 6 is a graph showing a measurement result of plasma density in Experiment 1.
  • 6 is a graph showing a measurement result of plasma density in Experiment 2.
  • 10 is a graph showing measurement results of the thickness of a silicon nitride film in Experiment 3.
  • 10 is a graph showing measurement results of the thickness of a silicon nitride film in Experiment 4.
  • the plasma processing apparatus 100 includes, as main components, a processing container 101 configured to be airtight, a support transport apparatus 103 that supports a substrate G as a target object in the processing container 101 and transports the substrate G in a certain direction, and a processing container.
  • a gas introduction unit 115 that introduces gas into the 101, an exhaust device 124 for evacuating the inside of the processing vessel 101, and a microwave for generating plasma in the processing vessel 101 provided at the top of the processing vessel 101.
  • the microwave introduction unit 127, the waveguide 137, and the microwave generator 139 constitute plasma generation means for generating plasma of the processing gas in the processing container 101.
  • the processing container 101 has a bottom wall 101a, a side wall 101b, and a top wall 101c made of a material such as aluminum.
  • a gas introduction unit 115 is provided on the side wall 101 b of the processing container 101.
  • the gas introduction unit 115 has, for example, a plurality of gas holes and is connected to a gas supply device 118.
  • the substrate G is carried into the side wall 101b of the processing vessel 101 between the plasma processing apparatus 100 and a room adjacent to the plasma processing apparatus 100 (for example, a load lock chamber (not shown) capable of alternately switching between vacuum and atmospheric pressure).
  • a loading / unloading port 119 for exiting and a gate valve 120 for opening and closing the loading / unloading port 119 are provided on the side walls 101b facing each other.
  • the processing container 101 includes an exhaust device 124.
  • the exhaust device 124 includes, for example, an APC valve and a turbo molecular pump as a high-speed vacuum pump.
  • the support conveyance device 103 includes a conveyance mechanism (not shown) such as a roller method, a belt method, an air levitation method, and a magnetic levitation method, and is configured to convey the substrate G in one direction indicated by an arrow in FIG. ing.
  • the support conveyance device 103 includes a first conveyance unit 103A, a second conveyance unit 103B, and a third conveyance unit 103C from the upstream side to the downstream side in the conveyance direction.
  • the substrate G can be transferred between the sections.
  • the support conveyance device 103 includes a drive unit 103a for driving the conveyance mechanism.
  • the microwave introduction unit 127 as an electromagnetic wave introduction unit will be described.
  • the microwave introduction unit 127 includes a transmission plate 128 and a planar antenna plate 131 as main components.
  • the microwave introduction unit 127 may be a horn type that does not include the planar antenna plate 131.
  • a transmission plate 128 as an electromagnetic wave introduction window that transmits microwaves is provided on a support portion 113a formed on the top wall 101c.
  • a portion facing the processing container 1 between the support portions 113a is a microwave transmission region as an electromagnetic wave transmission region.
  • the transmission plate 128 is made of a dielectric material such as quartz, Al 2 O 3 , or AlN.
  • a gap between the transmission plate 128 and the support portion 113a is hermetically sealed through a seal member 129. Therefore, each transmission plate 128 closes the opening of the top wall 101c, and the airtightness in the processing container 101 is maintained.
  • the individual microwave radiation holes 132 have an elongated rectangular shape (slot shape) as shown in FIG. 3A, for example.
  • the microwave radiation hole 132 may have another shape such as a circular shape or an arc shape.
  • the arrangement form of the microwave radiation holes 132 is not particularly limited.
  • the plurality of curved elongated microwave radiation holes 132 may be arranged in a circular shape as a whole.
  • the elongated microwave radiation holes 132 may be arranged so as to extend radially from the center of the planar antenna plate 131.
  • the lower end of the waveguide 137 is connected on the planar antenna plate 131.
  • a microwave generator 139 that generates microwaves is connected to the other end of the waveguide 137 via a matching circuit 138.
  • a microwave generator 139 as an electromagnetic wave generator generates microwaves having a predetermined frequency.
  • the microwave frequency for example, 2.45 GHz is preferably used, and 800 MHz to 1 GHz (preferably 800 MHz to 915 MHz), 8.35 GHz, 1.98 GHz, and the like can also be used.
  • the microwave generated by the microwave generator 139 is propagated to the planar antenna plate 131 of the microwave introduction unit 127 through the waveguide 137 and further into the processing container 101 through the transmission plate 128.
  • the mechanism for introducing the microwave into the processing container 1 is not limited to the configuration illustrated in FIG.
  • the microwave introduction mechanism disclosed in Patent Document 5 can also be suitably used.
  • control is performed from the controller 151 to each end device of the plasma processing apparatus 100, such as the drive unit 103a, the gas supply device 118, the exhaust device 124, the microwave generation device 139, etc., so that the plasma nitriding process is performed under conditions based on the recipe.
  • a signal is sent out.
  • microwave introduction units 127 are arranged, and an electromagnetic field is formed in the processing container 101 by the microwaves introduced into the processing container 101 through the microwave introduction units 127.
  • the inert gas and the nitrogen-containing gas introduced into the processing vessel 101 are turned into plasma.
  • the plasma excited by the microwave has a high density of, for example, 10 10 / cm 3 to 10 13 / cm 3 when the microwave is radiated from the microwave radiation hole 132 of the planar antenna plate 131, and the substrate G In the vicinity, the plasma has a low electron temperature of about 2 eV or less.
  • the high-density plasma formed in this way has little plasma damage due to ions or the like on the underlying film.
  • the silicon surface of the substrate G is nitrided by the action of active species such as radicals or ions in the plasma to form a thin film of silicon nitride film SiN.
  • active species such as radicals or ions in the plasma
  • silicon can be oxidized by using an oxygen-containing gas instead of a nitrogen-containing gas, and a film can be formed by a plasma CVD method by using a film-forming material gas.
  • FIG. 5 is a bottom view of the top wall 101c as viewed from the inside of the processing vessel 101.
  • the transmission plate 128, a total of five transmission plates 128A, 128B1, 128B2, 128C1, and 128C2 are illustrated. . That is, a total of five microwave introduction units 127 are provided in the plasma processing apparatus 100 of the present embodiment.
  • the arrangement of the microwave introduction unit 127 will be described according to the position of the microwave transmission region of the transmission plate 128.
  • the transmission plate 128 as the electromagnetic wave introduction window is not limited to a circle, and may be another shape such as a rectangle.
  • the transmission plate 128 ⁇ / b> A has a large area almost the same as the area of the substrate G, and is a main plasma generation unit that introduces microwaves into the processing container 1 from a wide microwave transmission region.
  • the transmissive plates 128B1 and 128B2 and the transmissive plates 128C1 and 128C2 are auxiliary plasma generation units that have a smaller area than the transmissive plate 128A and introduce microwaves into the processing container 1 from a relatively small microwave transmission region.
  • the transmission plate 128A is disposed on the most upstream side in the transport direction of the substrate G indicated by an arrow in FIG.
  • the plurality of substrates G are sequentially transferred by the support transfer apparatus 103 driven by the driving unit 103a, and are loaded into the processing container 101 of the plasma processing apparatus 100 one by one. Then, in the processing container 101 of the plasma processing apparatus 100, each of the transmission plate 128A, the transmission plates 128B1, 128B2, and the transmission plates 128C1, 128C2 is moved while the substrate G is moved in the transfer direction at a constant speed by the second transfer unit 103B. A microwave is introduced into the processing container 101 from the microwave transmission region, and plasma of the processing gas introduced from the gas introduction unit 115 is generated to perform plasma processing.
  • the entire surface of the substrate G can be processed by the plasma generated immediately below the transmission plate 128A, but microwaves are also introduced from the microwave transmission regions of the transmission plates 128B1 and 128B2 and the transmission plates 128C1 and 128C2.
  • microwaves are also introduced from the microwave transmission regions of the transmission plates 128B1 and 128B2 and the transmission plates 128C1 and 128C2.
  • the substrate G is configured to move relative to the transmission plates 128A, 128B1, 128B2, 128C1, and 128C2 and pass through at least one facing position in the transmission plates 128A, 128B1, 128B2, 128C1, and 128C2. ing.
  • the substrate G is configured to move relative to the transmission plates 128A, 128B1, 128B2, 128C1, and 128C2 and pass through the positions facing the transmission plates 128A, 128B1, and 128B2.
  • the temporal integration value of the plasma density above the substrate G after the substrate G is moved by a predetermined distance can be obtained as a plurality of values. It can be made substantially uniform between the substrates G and in the plane of the substrate G. That is, the density of the total plasma generated by the microwaves radiated from the microwave transmission regions of the transmission plates 128A, 128B1, 128B2, 128C1, and 128C2 and acting on the substrate G is time-averaged at any part of the substrate G surface. Almost equal results.
  • 7A and 7B linearly show the trajectory of the substrate G that moves relative to a plurality of transmission plates 201A, 201B, 201C, and 201D (here, the areas are equal).
  • L 1 indicates an interval between adjacent ones of the transmission plates 201A to 201D (a distance between the centers)
  • M indicates a distance between the centers of the two outermost transmission plates 201A and 201D.
  • D G represents the width of the substrate G (i.e., the direction of length perpendicular to the relative moving direction).
  • 7A is the moving direction of the substrate G with respect to the plurality of transmission plates 201A to 201D, and the arrow in FIG.
  • the distance M between the centers of the microwave transmissive areas of 201D, or equal to the width D G of the substrate G is preferably wider than that. That is, it is preferable that the relationship of M ⁇ D G holds. 7A and 7B, is greater than the slight width D G center distance M. In the example shown in FIGS.
  • P1 passes just below the microwave transmission region of the transmission plate 201A
  • P3 passes just below the microwave transmission region of the transmission plate 201D
  • P2 transmits through the transmission plate 201B. Since P2 passes directly under both microwave transmission regions of the plate 201C, the plasma irradiation time of P2 is longer than P1 and P3.
  • the plasma density below the transmission plates 201A to 201D is uniform, in P2, for example, in the nitriding process, the nitrogen dose amount and the nitride film thickness become larger than P1 and P3.
  • FIG. 8 shows a configuration example of an inline-type plasma processing apparatus 100A different from FIG.
  • transmission plates 203A, 203B, 203C, 203D, and 203E having the same area are arranged in the width direction of the substrate G.
  • the transmission plates 203A to 203E are arranged so as to slightly overlap in the direction orthogonal to the transport direction of the substrate G indicated by the arrow in FIG. 8, and are configured so that no valley of plasma density occurs between the transmission plates 203A to 203E.
  • the distance M of the straight line connecting the centers of the outermost transparent plate 203A and 203E microwave transparent region is slightly larger than the width D G of the substrate G. In the example shown in FIG. 8, all the microwave transmission regions of the transmission plates 203A to 203E may overlap with the substrate G at the same time.
  • FIG. 9 shows a configuration example of yet another inline-type plasma processing apparatus 100B.
  • transmission plates 205, 207A, and 207B are arranged in the width direction of the substrate G.
  • transmission plates 209A and 209B are provided on side walls facing each other parallel to the transport direction of the substrate G in the processing container 101B.
  • the transmission plate 205 is a main plasma generation unit having a large area substantially the same as the area of the substrate G.
  • the transmission plates 207 ⁇ / b> A and 207 ⁇ / b> B are auxiliary plasma generation units having a smaller area than the transmission plate 205.
  • the transmission plates 209A and 209B are auxiliary plasma generation units that generate plasma by introducing microwaves in the horizontal direction from the side of the substrate G passing between the transmission plates.
  • the transmission plate 205 is disposed on the most upstream side in the transport direction indicated by the arrow, and the transmission plates 207 ⁇ / b> A and 207 ⁇ / b> B are disposed slightly downstream in the transport direction from the transmission plate 205.
  • Distance M of a straight line connecting transmission plate 207A, the centers of 207B is slightly larger than the width D G of the substrate G.
  • the two transmission plates 209A and 209B provided on the side wall of the processing container 101B are arranged on the side so as to face the transport path of the substrate G.
  • the vertical axis indicates the average value obtained by dividing the time integrated value of the electron density (plasma density) by the passage time
  • the horizontal axis indicates the distance in the direction perpendicular to the moving direction of the substrate G. ing.
  • the size (width) of the substrate G is shown on the horizontal axis in FIGS.
  • M 270mm
  • FIG. 10 in the comparison of the sum of the plasma densities at the central portion and the end portion of the substrate G in the direction orthogonal to the relative movement direction (the width direction of the substrate G), it is high at the central portion and falls at the end portion. It has a mountain shape as a whole.
  • the sum of the plasma densities at the central portion and the end portion of the substrate G in the direction orthogonal to the relative movement direction is substantially equal.
  • FIG. 12 shows a case where the microwave power introduced from the transmission plates 201A and 201D arranged on the outside is 1000 W, and the microwave power introduced from the two transmission plates 201B and 201C arranged on the inside is 600 W. .
  • the total value of the plasma density falls at the center portion of the substrate G in the direction (width direction) orthogonal to the relative movement direction, and is higher at the end portion.
  • the microwave power introduced from the transmission plates 201A and 201D arranged on the outside is 1000 W
  • the microwave power introduced from the two transmission plates 201B and 201C arranged on the inside is 1300 W.
  • the total value of the plasma density is high at the central portion of the substrate G in the direction orthogonal to the relative movement direction and low at the end portions.
  • the microwave power introduced from the transmission plates 201A and 201D arranged outside is increased to 1000 W each, and the microwave power introduced from the two transmission plates 201B and 201C arranged inside is reduced to 700 W each. ing.
  • M ⁇ D G the drop in total value of the plasma density at the edge of the substrate G in the direction perpendicular to the relative movement direction is not improved.
  • Example 1 As shown in FIG. 15, a plasma processing apparatus was used in which transmission plates 128X, 128Y, and 128Z having a circular microwave transmission region having a width (diameter) of 90 mm were linearly arranged on the top wall 101c. A microwave introduction unit is provided at each of the transmission plates 128X, 128Y, and 128Z.
  • the transmission plate 128X will be referred to as a “first plasma source 128X”, the transmission plate 128Y as a “second plasma source 128Y”, and the transmission plate 128Z as a “third plasma source 128Z”.
  • the distance to the center of the second plasma source 128Y and the distance to the center of the third plasma source 128Z were set to 175 mm, respectively, with the center of the first plasma source 128X as a reference (zero). .
  • it was the objective of evaluating the uniformity of a process it carried out supposing the board
  • Plasma was generated under the following conditions, and the plasma density was measured at a position 49 mm below the top plate 101c.
  • FIG. 16 shows the plasma density when the microwave introduction units of the first plasma source 128X, the second plasma source 128Y, and the third plasma source 128Z are operated independently, and when all are operated simultaneously. It is the graph which piled up and showed the plasma density of.
  • the vertical axis in FIG. 16 represents the plasma density, and the horizontal axis represents the distance from the center of the first plasma source 128X serving as a reference.
  • the width of the substrate G is indicated by a dotted line (the same applies to FIGS. 17 to 19).
  • the plasma density is a mountain shape with the vicinity of the center of each transmission plate as an apex. I am doing. However, when the microwave introduction units of the first plasma source 128X, the second plasma source 128Y, and the third plasma source 128Z are operated at the same time, they are almost constant (about 1 over the entire width direction of the substrate G). It was confirmed that the plasma density was ⁇ 10 11 / cm 3 . In FIG.
  • the plot “combined (calculated)” is the sum of the calculated plasma densities of the first plasma source 128X, the second plasma source 128Y, and the third plasma source 128Z. It was almost consistent with the result of “synthesis (actual measurement)”.
  • FIG. 17 shows the results when only the microwave power of the microwave introduction unit of the first plasma source 128X is changed to 100 W, 260 W, or 500 W under the same conditions as in Experimental Example 1.
  • the symbol A in the graph means that the microwave power of the microwave introduction unit of the first plasma source 128X is 100 W, the symbol B is 260 W, and the symbol C is 500 W.
  • the case (B) in which the microwave power of the microwave introduction unit of the first plasma source 128X is 260 W is a reprint of Experimental Example 1.
  • the plasma density is increased in the width direction of the substrate G by increasing or decreasing the microwave power of the microwave introduction unit of the first plasma source 128X arranged at the center of the three. It became convex (C; 500 W) or convex downward (A; 100 W), and was confirmed to change. As a result, it was confirmed that when a plurality of microwave introduction units are provided, the intensity distribution of the synthesized plasma density can be controlled by changing the microwave power of each microwave introduction unit.
  • Plasma nitriding was performed on the silicon layer of the substrate G under the following conditions, and the thickness of the silicon nitride film was measured.
  • the distance (gap) from the top plate 101c to the substrate G was 85 mm.
  • ⁇ Plasma nitriding conditions> Ar gas flow rate: 1000 mL / min (sccm) N 2 gas flow rate; 200 mL / min (sccm) Processing pressure: 20 Pa Processing temperature: 500 ° C Microwave power; Only the microwave power of the microwave introduction unit of the first plasma source 128X was changed to 100W, 260W, or 500W.
  • the power configuration of each plasma source is as follows.
  • the results are shown in FIG.
  • the vertical axis in FIG. 18 indicates the optical film thickness (refractive index 2.0) of the silicon nitride film, and the horizontal axis indicates the distance from the center of the first plasma source 128X serving as a reference.
  • the meanings of A, B, and C in the graph of FIG. 18 are the same as those in FIG. From FIG. 18, when the microwave power of the three microwave introduction units is set to be the same (B), the silicon nitride film is uniformly formed in the width direction of the substrate G.
  • the in-plane film thickness of the silicon nitride film is increased in the width direction of the substrate G. It was confirmed that it changed from convex (C; 500 W) or downward (A; 100 W). From FIG. 18, a tendency similar to that in FIG. 17 can be seen. That is, it was confirmed that the measurement result of the plasma density in FIG. 17 corresponds to the measurement result of the film thickness of the silicon nitride film in FIG.
  • Range / 2AVE that is, (maximum value of nitride film thickness ⁇ minimum value of nitride film thickness) / average value of nitride film thickness ⁇ 2] which is an index of in-plane uniformity is 4. 2%, B was 1.3%, and C was 1.9%. From the above results, when a plurality of microwave introduction units are arranged, the thickness of the silicon nitride film can be controlled in the plane of the substrate G by changing the microwave power of each microwave introduction unit. Was confirmed.
  • the silicon of the substrate G is the same as in Experiment 3, except that the microwave power of the microwave introduction units of the first plasma source 128X, the second plasma source 128Y, and the third plasma source 128Z is uniformly changed.
  • Plasma nitriding was performed on the layer.
  • the results are shown in FIG.
  • the vertical axis in FIG. 19 indicates the optical film thickness (refractive index 2.0) of the silicon nitride film, and the horizontal axis indicates the distance from the center of the first plasma source 128X serving as a reference.
  • D, E, and F in the graph of FIG. 19 mean the said plasma nitriding conditions. From FIG. 19, it is confirmed that when the microwave powers of the three microwave introduction units are set to be the same, the distribution of the in-plane film thickness of the silicon nitride film on the substrate G shifts almost in parallel with the magnitude of the power. It was done.
  • Range / 2AVE (maximum value of nitride film thickness ⁇ minimum value of nitride film thickness) / average value of nitride film thickness ⁇ 2] which is an index of in-plane uniformity of the substrate G of the silicon nitride film is:
  • D was 1.06%
  • E was 1.26%
  • F was 0.85%, all of which were excellent values.
  • the substrate G is provided so as to be relatively movable so as to pass the position opposite to the microwave transmission region of the transmission plate 128 of the at least one microwave introduction unit 127. Therefore, the uniformity of processing between the plurality of substrates G and within the surface of one substrate G can be improved. Further, the plasma distribution in the processing chamber 101 can be controlled independently without replacing the planar antenna plate 131 or changing the process conditions. Therefore, it is possible to stably maintain the plasma with a desired distribution in the processing container 101. Further, even when the processing container 101 is enlarged in response to the increase in the size of the substrate G, the plasma distribution generated in the processing container 101 can be easily adjusted by changing the number and arrangement of the microwave introduction units 127. .
  • the plasma processing apparatus of the present invention can be applied to, for example, a plasma oxidation processing apparatus, a plasma CVD processing apparatus, a plasma etching processing apparatus, a plasma ashing processing apparatus, etc. in addition to a plasma nitriding processing apparatus.
  • the plasma processing apparatus 100 of the present invention is not limited to the case where the substrate as the object to be processed is a flat panel display substrate.
  • the plasma processing apparatus 100 may be a plasma processing apparatus using a semiconductor substrate or a solar cell panel substrate as the object to be processed. Is also applicable.
  • the microwaves are individually supplied from a plurality of microwave generators to the plurality of microwave introduction units.
  • a branched waveguide is provided from a single microwave generator. You may comprise so that a microwave may be supplied to two or more microwave introduction units.
  • the microwave plasma processing apparatus is used.
  • the present invention can also be applied to a plasma processing apparatus using a high frequency as an electromagnetic wave.
  • a plasma generation method other types of plasma processing apparatuses such as an ICP plasma method, an ECR plasma method, a surface wave plasma method, and a magnetron plasma method can be used.
  • not only a vacuum process but atmospheric pressure plasma can also be utilized. When the atmospheric pressure plasma is used, the gate valve 120 shown in FIG.
  • the substrate G can be continuously transported into the processing container 101, plasma processing can be performed while moving in the processing container 101 at a predetermined speed, and the substrate G can be continuously unloaded. Therefore, the number of substrates G existing in the processing container 101 at the same time is not limited to one, and a plurality of substrates G may be subjected to plasma processing simultaneously. Further, when atmospheric pressure plasma is used, an air curtain may be used instead of the gate valve in order to prevent outside air from being mixed into the processing container 101.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Plasma processing apparatus, 101 ... Processing container, 103 ... Support conveyance apparatus, 103a ... Drive part, 118 ... Gas supply apparatus, 119 ... Carry-in / out port, 120 ... Gate valve, 124 ... Exhaust device, 127 ... Microwave introduction unit, 137: Waveguide, 139: Microwave generator, 150: Control unit, G: Substrate

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Abstract

　支持搬送装置１０３によって、複数の基板Ｇが順次搬送され、プラズマ処理装置１００の処理容器１０１内に１枚ずつ搬入される。そして、プラズマ処理装置１００の処理容器１０１内で、第２の搬送部１０３Ｂにより基板Ｇを一定速度で搬送方向に移動させながら、透過板１２８Ａ、透過板１２８Ｂ１，１２８Ｂ２、透過板１２８Ｃ１，１２８Ｃ２の電磁波透過領域から処理容器１０１内にマイクロ波や高周波などの電磁波を導入し、ガス導入部１１５から導入された処理ガスのプラズマを生成させてプラズマ処理を行う。

Description

プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
　本発明は、処理容器へ所定周波数の電磁波を導き、プラズマを生成させて被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
　被処理体に対し、例えば酸化処理や窒化処理、ＣＶＤ（Chemical　Vapor　Deposition）処理、エッチング処理などのプラズマ処理を行うプラズマ処理装置として、複数のスロットを有するアンテナを用いて処理容器内にマイクロ波を導入してプラズマを生成させるスロットアンテナ方式のプラズマ処理装置が知られている。また、他の方式のプラズマ処理装置として、コイル状のアンテナを用いて処理容器内に高周波を導入してプラズマを生成させる誘導結合型プラズマ（Inductively　Coupled　Plasma；ＩＣＰ）方式のプラズマ処理装置が知られている。このようなプラズマ処理装置では、処理容器内で高密度のプラズマを生成させることが可能である。
　ところで、液晶ディスプレイに代表されるＦＰＤ（フラット・パネル・ディスプレイ）用のガラス基板は、近年では１辺が３ｍを超えるものもあり、それを処理するプラズマ処理装置の処理容器の大きさは、小さな建築物ほどにもなる。このように大型の処理容器内で、大面積のガラス基板に対して均一なプラズマ処理を行うためには、プラズマ処理装置の処理容器内でプラズマ密度の分布を均一化させる必要がある。
　上記スロットアンテナ方式のプラズマ処理装置において、処理容器内で生成したプラズマの密度の制御は、スロットの形状や配置、処理容器やマイクロ波導入窓の形状設計などにより行われていた。例えば、処理内容に応じてプラズマ密度の分布を変えるためには、スロットの形状や配置が異なるアンテナに交換することが必要である。また、上記ＩＣＰ方式のプラズマ処理装置においても、プラズマ密度の分布を変えるためには、コイルの形状や配置が異なるアンテナに変換することが必要である。しかし、このアンテナの交換は手間と時間を要する大掛かりな作業であった。
　また、処理容器内で生成するプラズマ密度の分布は、例えば、マイクロ波のパワー、処理圧力、ガス流量などのプロセスパラメーターを変えることで微調整することも可能である。しかし、これらのプロセスパラメーターは、プロセス条件と切り離すことが出来ないため、プロセスパラメーターを変化させ得る範囲でのプラズマ密度分布の変化幅(マージン)が小さく、その効果には限界があった。
　また、アンテナ、処理容器などの製作公差、組み立て誤差、同一仕様の装置間での機差などの諸要因により、処理容器内でプラズマの対称性が崩れプラズマ密度の分布が偏心した場合も、これを簡易な方法で補正する手段がなかったため、アンテナの交換などの大掛かりな装置改変が必要になってしまうという問題があった。
　ところで、複数の大型基板を同時に処理するために、複数のマイクロ波導入窓を設けるとともに、各マイクロ波導入窓に対応させて、それぞれの下方に試料台を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１）。さらに、複数のマイクロ波導入窓からそれぞれマイクロ波を導入してプラズマを形成することにより、一枚の大型の基板に対して均一なプラズマ処理を行うようにしたプラズマ処理装置も提案されている（例えば、特許文献２）。また、複数のアンテナと複数のマイクロ波導入窓を有する装置において、アンテナ毎に異なる電力のマイクロ波を供給できるようにしたプラズマ処理装置も提案されている（例えば、特許文献３）。
　また、複数の処理工程を効率的に行うために、処理容器内に隔壁によって分割された複数の処理室を設け、その下方に複数の基板を載置する載置台を回転可能に配備した処理装置も提案されている（例えば、特許文献４）。
　また、スロットアンテナ方式のプラズマ処理装置において、処理容器内にマイクロ波を導入する機構として、スラグチューナによりマイクロ波の位相を変化させることができるように構成された複数のアンテナモジュールを用いるプラズマ処理装置も提案されている（例えば、特許文献５）。
日本国特開平８－２５５７８５号公報 日本国特開平１０－９２７９７号公報 日本国特開２００４－１２８３８５号公報 日本国特開平６－２０４１４７号公報 日本国特開２０１０－１７０９７４号公報
　処理容器内におけるプラズマ密度の分布を調整するためには、処理容器内で複数のプラズマを独立して生成させることが有効であると考えられる。しかし、各プラズマの生成部位と被処理体の配置が固定的であると、隣接するプラズマどうしの距離や、プラズマの拡散の程度によって、プラズマ密度に高低の分布が生じ、被処理体の面内における処理の均一化を図ることがかえって難しくなる、という課題があった。
　本発明の目的は、処理容器内で複数のプラズマを生成させる方式のプラズマ処理装置において、プラズマ密度の分布の制御を容易にして、被処理体の面内で所望の処理を実現することである。
　本発明の第１の観点のプラズマ処理装置は、被処理体を処理する処理空間を形成する処理容器と、前記被処理体を支持する支持装置と、前記処理容器内でプラズマを生成させるための電磁波を発生させる電磁波発生装置と、前記電磁波発生装置で発生した電磁波を前記処理容器内に導入する複数の電磁波導入ユニットと、を備えている。そして、前記電磁波導入ユニットは、前記処理空間に臨む電磁波導入窓を有しており、前記処理容器内で、前記支持装置に支持された被処理体と、前記電磁波導入窓とが、互いに反対方向に相対移動し、被処理体が少なくとも一つの前記電磁波導入窓の電磁波透過領域の対向位置を通過するように構成されている。
　また、本発明のプラズマ処理装置は、前記相対移動の間に、一つの被処理体が、２つ以上の前記電磁波導入窓の電磁波透過領域に対して少なくとも部分的に対向する位置を順次通過するように構成されていてもよい。
　また、本発明のプラズマ処理装置は、前記相対移動の間に、一つの被処理体が、同時に２つ以上の前記電磁波導入窓の電磁波透過領域に対して少なくとも部分的に対向する位置を通過するように構成されていてもよい。
　また、本発明のプラズマ処理装置において、前記２つ以上の電磁波導入窓は、各電磁波導入窓から導入される電磁波によって生成するプラズマによるプラズマ密度の時間的積算値及び／又はプラズマ照射時間の積算値が、一つの被処理体の面内で同じになるように配置されていてもよい。
　また、本発明のプラズマ処理装置は、前記相対移動する被処理体の軌道に対し、対向する位置から外れた位置に設けられた電磁波導入窓を有する補助的な電磁波導入ユニットを、さらに備えていてもよい。
　また、本発明のプラズマ処理装置は、前記電磁波導入窓の面積が異なる複数の電磁波導入ユニットを備えていてもよい。
　また、本発明のプラズマ処理装置は、前記電磁波発生装置が、前記電磁波導入ユニットに対して個別に設けられていてもよい。
　また、本発明のプラズマ処理装置は、前記複数の電磁波導入ユニットに供給する電磁波のパワーが、個別に設定可能であってもよい。
　また、本発明のプラズマ処理装置は、前記支持装置に支持された被処理体と前記電磁波導入窓のいずれか片方又は両方を互いに反対方向に向かって相対移動させる駆動部を、さらに備えていてもよい。
　本発明のプラズマ処理方法は、被処理体を処理する処理空間を形成する処理容器と、前記被処理体を支持するとともに一定方向に搬送する支持装置と、前記処理容器内でプラズマを生成させるための電磁波を発生させる電磁波発生装置と、前記電磁波発生装置で発生した電磁波を前記処理容器内に導入する複数の電磁波導入ユニットと、を備えたプラズマ処理装置を用いる。このプラズマ処理装置において、前記電磁波導入ユニットは、前記処理空間に臨む電磁波導入窓を有しており、前記処理容器内で、前記支持装置に支持された被処理体と、前記電磁波導入窓とが、互いに反対方向に相対移動するように構成されている。そして、本発明のプラズマ処理方法は、複数の前記電磁波導入窓を介して電磁波を前記処理容器内に導入してプラズマを生成させるとともに、前記処理容器の中で被処理体が少なくとも一つの前記電磁波導入窓の電磁波透過領域の対向位置を通過するように、被処理体を前記電磁波導入窓に対して相対移動させながら、被処理体上のどの位置においても、プラズマ密度の時間的積算値及び／又はプラズマ照射時間の積算値が同じになるようにプラズマ処理を行なうものである。
　本発明によれば、処理容器内で、支持装置に支持された被処理体と、前記電磁波導入窓とが、互いに反対方向に相対移動し、少なくとも一つの前記電磁波導入窓の対向位置を通過するように構成されているため、被処理体の面内での処理の均一性を向上させることができる。また、アンテナを交換したり、プロセス条件を変更したりしなくても、処理容器内におけるプラズマ分布を独立して制御することができる。従って、処理容器内で所望の分布でプラズマを安定的に維持することができる。また、被処理体の大型化に対応して処理容器を大型化させた場合でも、複数の電磁波導入ユニットの配置や電磁波導入窓の面積、供給する電磁波のパワー等を変化させることによって、処理容器内で生成するプラズマ分布を簡単に調節できる。
本発明の一実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成例を示す概略断面図である。 マイクロ波供給部の概略構成図である。 平面アンテナの一例の平面図である。 平面アンテナの別の例の平面図である。 平面アンテナのさらに別の例の平面図である。 制御部の構成例を示す図面である。 図１のプラズマ処理装置におけるマイクロ波導入ユニットの配設例を示す天壁の底面図である。 図１のプラズマ処理装置におけるプラズマ処理の原理を説明する図面である。 本発明の別の実施の形態に係るプラズマ処理装置におけるプラズマ処理の原理を説明する図面である。 本発明のさらに別の実施の形態に係るプラズマ処理装置におけるプラズマ処理の原理を説明する図面である。 プラズマ処理装置の変形例を説明する図面である。 プラズマ処理装置の別の変形例を説明する図面である。 マイクロ波導入ユニットの配置と電子密度との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。 マイクロ波導入ユニットの配置と電子密度との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。 マイクロ波導入ユニットの配置と電子密度との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。 マイクロ波導入ユニットの配置と電子密度との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。 マイクロ波導入ユニットの配置と電子密度との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。 実験に使用したプラズマ処理装置における透過板（マイクロ波導入ユニット）の配置を説明する図面である。 実験１におけるプラズマ密度の測定結果を示すグラフである。 実験２におけるプラズマ密度の測定結果を示すグラフである。 実験３におけるシリコン窒化膜の膜厚の測定結果を示すグラフである。 実験４におけるシリコン窒化膜の膜厚の測定結果を示すグラフである。
　以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００の構成例を概念的に示している。図２は、プラズマ処理装置１００におけるマイクロ波供給部の概略構成図である。図３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、図１のプラズマ処理装置１００に用いられる平面アンテナを示す平面図である。図４は、図１のプラズマ処理装置１００における制御系統の概要を示す図面である。本実施の形態のプラズマ処理装置１００は、例えばＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）用のガラス基板（以下、単に「基板」と記す）Ｇを処理対象とするものである。なお、ＦＰＤとしては、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、エレクトロルミネセンス（Electro　Luminescence；ＥＬ）ディスプレイ、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等が例示される。
　プラズマ処理装置１００は、主要な構成として、気密に構成された処理容器１０１と、処理容器１０１内で被処理体としての基板Ｇを支持するとともに一定方向に搬送する支持搬送装置１０３と、処理容器１０１内にガスを導入するガス導入部１１５と、処理容器１０１内を減圧排気するための排気装置１２４と、処理容器１０１の上部に設けられ、処理容器１０１内にプラズマを生成させるためのマイクロ波を導入する複数のマイクロ波導入ユニット１２７と、一端がマイクロ波導入ユニット１２７に接続された導波管１３７と、この導波管１３７の他端に接続され、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置１３９と、これらプラズマ処理装置１００の各構成部を制御する制御手段としての制御部１５０と、を備えている。なお、マイクロ波導入ユニット１２７、導波管１３７、及びマイクロ波発生装置１３９により、処理容器１０１内で処理ガスのプラズマを生成させるプラズマ生成手段が構成されている。
　処理容器１０１は、アルミニウム等の材質からなる底壁１０１ａと側壁１０１ｂと天壁１０１ｃを有している。処理容器１０１の側壁１０１ｂには、ガス導入部１１５が設けられている。このガス導入部１１５は、例えば複数のガス孔を有しており、ガス供給装置１１８に接続されている。また、処理容器１０１の側壁１０１ｂには、プラズマ処理装置１００と、これに隣接する部屋（例えば、真空と大気圧とを交互に切り替え可能な図示しないロードロック室）との間で基板Ｇの搬入出を行うための搬入出口１１９と、この搬入出口１１９を開閉するゲートバルブ１２０とが、互いに対向する側壁１０１ｂにそれぞれ設けられている。また、処理容器１０１は、排気装置１２４を備えており、この排気装置１２４は、例えばＡＰＣバルブと、高速真空ポンプとしてのターボ分子ポンプを備えている。
　支持搬送装置１０３は、例えばローラ方式、ベルト方式、エア浮上方式、磁気浮上方式などの図示しない搬送機構を備えており、基板Ｇを図１中の矢印で示す一方向に搬送できるように構成されている。具体的には、支持搬送装置１０３は、搬送方向の上流側から下流側へ向けて、第１の搬送部１０３Ａ、第２の搬送部１０３Ｂ、第３の搬送部１０３Ｃを備えており、各搬送部の間で基板Ｇを受け渡し可能に構成されている。また、支持搬送装置１０３は、上記搬送機構を駆動するための駆動部１０３ａを備えている。
　次に、処理容器１０１内にマイクロ波を導入する機構について図２～図４を参照しながら説明する。プラズマ処理装置１００では、複数のマイクロ波発生装置１３９で発生させたマイクロ波を、それぞれマイクロ波導入ユニット１２７を介して、処理容器１０１内に供給する構成となっている。マイクロ波発生装置１３９とマイクロ波導入ユニット１２７との間は、それぞれ導波管１３７により接続されている。
　まず、電磁波導入ユニットとしての、マイクロ波導入ユニット１２７について説明する。マイクロ波導入ユニット１２７は、主要な構成として、透過板１２８、平面アンテナ板１３１を備えている。なお、マイクロ波導入ユニット１２７は、平面アンテナ板１３１を備えないホーン型でもよい。
　マイクロ波を透過させる電磁波導入窓としての透過板１２８は、天壁１０１ｃに形成された支持部１１３ａ上に配備されている。透過板１２８において、支持部１１３ａの間の処理容器１内に面した部分が、電磁波透過領域としてのマイクロ波透過領域となっている。透過板１２８は、誘電体、例えば石英やＡｌ２Ｏ３、ＡｌＮ等のセラミックスから構成されている。この透過板１２８と支持部１１３ａとの間は、シール部材１２９を介して気密にシールされている。したがって、各透過板１２８は、それぞれ天壁１０１ｃの開口を塞いでおり、処理容器１０１内の気密性が保持されている。
　平面アンテナ板１３１は、透過板１２８の上方において、支持搬送装置１０３と対向するように設けられている。平面アンテナ板１３１は、円板状をなしている。なお、平面アンテナ板１３１の形状は、円板状に限らず、例えば四角板状でもよい。平面アンテナ板１３１は、例えば表面が金または銀メッキされた銅板またはアルミニウム板から構成されている。平面アンテナ板１３１は、マイクロ波を放射する複数のスロット状のマイクロ波放射孔１３２を有している。マイクロ波放射孔１３２は、平面アンテナ板１３１を貫通して形成されている。
　個々のマイクロ波放射孔１３２は、例えば図３Ａに示すように、細長い長方形状（スロット状）をなしている。なお、マイクロ波放射孔１３２の形状は、円形状、円弧状等の他の形状であってもよい。さらに、マイクロ波放射孔１３２の配置形態は特に限定されず、例えば図３Ｂのように、湾曲した細長い複数のマイクロ波放射孔１３２が全体として円形になるように配置してもよいし、図３Ｃのように細長いマイクロ波放射孔１３２が平面アンテナ板１３１の中心から放射状に延びるように配置することもできる。
　平面アンテナ板１３１の上には、導波管１３７の下端が接続されている。導波管１３７の他端側には、マッチング回路１３８を介してマイクロ波を発生するマイクロ波発生装置１３９が接続されている。電磁波発生装置としてのマイクロ波発生装置１３９は、所定の周波数のマイクロ波を発生させる。マイクロ波の周波数としては、例えば２．４５ＧＨｚが好ましく用いられ、他に８００ＭＨｚ～１ＧＨｚ（好ましくは８００ＭＨｚ～９１５ＭＨｚ）、８．３５ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ等を用いることもできる。
　導波管１３７は、平面アンテナ板１３１から上方へ延出する断面円形状の円形導波管１３７ａと、この円形導波管１３７ａの上端部にモード変換器１４０を介して接続された水平方向に延びる矩形導波管１３７ｂとを有している。モード変換器１４０は、矩形導波管１３７ｂ内をＴＥモードで伝播するマイクロ波をＴＭモードに変換する機能を有している。このような構造により、マイクロ波は、円形導波管１３７ａを介して平面アンテナ板１３１へ伝播される。
　以上のような構成により、マイクロ波発生装置１３９で発生したマイクロ波が導波管１３７を介してマイクロ波導入ユニット１２７の平面アンテナ板１３１へ伝搬され、さらに透過板１２８を介して処理容器１０１内に導入されるようになっている。なお、本実施の形態のプラズマ処理装置１００において、処理容器１内にマイクロ波を導入する機構としては、図２に例示した構成に限るものではない。例えば、特許文献５に開示されたマイクロ波導入機構も好適に利用することができる。
　プラズマ処理装置１００の各構成部は、制御部１５０に接続されて制御される構成となっている。制御部１５０は、コンピュータであり、例えば図４に示したように、ＣＰＵを備えたコントローラ１５１と、このコントローラ１５１に接続されたユーザーインターフェース１５２および記憶部１５３を備えている。コントローラ１５１は、プラズマ処理装置１００において、例えば基板搬送速度、ガス流量、圧力、マイクロ波出力などのプロセス条件に関係する各構成部（例えば、駆動部１０３ａ、ガス供給装置１１８、排気装置１２４、マイクロ波発生装置１３９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１５２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１５３には、プラズマ処理装置１００で実行される各種処理をコントローラ１５１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１５２からの指示等にて任意のレシピを記憶部１５３から呼び出してコントローラ１５１に実行させることで、コントローラ１５１の制御下、プラズマ処理装置１００の処理容器１０１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録媒体１５４に格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。コンピュータ読み取り可能な記録媒体１５４としては、例えばＣＤ－ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、ＳＳＤ、フラッシュメモリ、ＤＶＤ、ブルーレイディスクなどを挙げることができる。
　次に、本実施の形態に係るプラズマ処理装置１００を用いたプラズマ処理の手順の一例について説明する。ここでは、処理ガスとして窒素を含有するガスを用い、基板Ｇの表面をプラズマ窒化処理する場合を例に挙げる。まず、例えばユーザーインターフェース１５２から、プラズマ処理装置１００でプラズマ窒化処理を行うように指令が入力される。この指令を受けて、コントローラ１５１は、記憶部１５３又は記録媒体１５４に保存されたレシピを読み出す。そして、レシピに基づく条件でプラズマ窒化処理が実行されるように、コントローラ１５１からプラズマ処理装置１００の各エンドデバイス例えば駆動部１０３ａ、ガス供給装置１１８、排気装置１２４、マイクロ波発生装置１３９などへ制御信号が送出される。
　そして、支持搬送装置１０３の第１の搬送部１０３Ａで支持した基板Ｇを、ゲートバルブ１２０を開にして搬入出口１１９から第２の搬送部１０３Ｂに受け渡し、処理容器１０１内に搬入する。次に、ゲートバルブ１２０を閉じ、処理容器１０１内を減圧排気し、ガス供給装置１１８から不活性ガスおよび窒素含有ガスを所定の流量でそれぞれガス導入部１１５を介して処理容器１０１内に導入する。さらに、排気量およびガス供給量を調整して処理容器１０１内を所定の圧力に調節する。次に、各マイクロ波発生装置１３９のパワーをオン（入）にして、マイクロ波を発生させる。そして、所定の周波数例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波は、各マイクロ波発生装置１３９から、それぞれ、マッチング回路１３８を介して導波管１３７に導かれ、矩形導波管１３７ｂおよび円形導波管１３７ａを順次通過し、平面アンテナ板１３１に供給される。マイクロ波は、矩形導波管１３７ｂ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１４０でＴＭモードに変換されて、円形導波管１３７ａ内をマイクロ波導入ユニット１２７の平面アンテナ板１３１に向けて伝搬していく。マイクロ波は、平面アンテナ板１３１に貫通形成された孔であるマイクロ波放射孔１３２から、透過板１２８を介して処理容器１０１内における基板Ｇの上方空間に放射される。このようにして、各マイクロ波導入ユニット１２７から、マイクロ波がそれぞれ処理容器１０１内に導入される。そして、第２の搬送部１０３Ｂによって基板Ｇを所定の速度で一方向（図１中の矢印の方向）に移動させながら、処理容器１０１内で基板Ｇに対してプラズマ窒化処理を行う。
　本実施の形態では、例えば５箇所のマイクロ波導入ユニット１２７を配置しており、各マイクロ波導入ユニット１２７を介して処理容器１０１に導入されたマイクロ波により、処理容器１０１内に電磁界が形成され、例えば処理容器１０１内に導入された不活性ガスおよび窒素含有ガスがプラズマ化される。このマイクロ波により励起されたプラズマは、マイクロ波が平面アンテナ板１３１のマイクロ波放射孔１３２から放射されることにより、例えば１０１０／ｃｍ３～１０１３／ｃｍ３の高密度で、かつ基板Ｇ近傍では、略２ｅＶ以下の低電子温度のプラズマとなる。このようにして形成される高密度プラズマは、下地膜へのイオン等によるプラズマダメージが少ないものである。そして、プラズマ中の活性種例えばラジカルやイオンの作用により基板Ｇのシリコン表面が窒化されてシリコン窒化膜ＳｉＮの薄膜が形成される。なお、窒素含有ガスに代えて酸素含有ガスを用いることにより、シリコンの酸化処理が可能であり、また、成膜原料ガスを用いることによりプラズマＣＶＤ法による成膜を行うことも可能である。
　基板Ｇがプラズマ中を通過し終えると、第２の搬送部１０３Ｂにおいて、基板Ｇを停止させ、コントローラ１５１からプラズマ処理を終了させる制御信号が送出され、各マイクロ波発生装置１３９のパワーがオフ（切）にされる。次に、ガス供給装置１１８からの処理ガスの供給を停止して処理容器内を真空引きする。そして、支持搬送装置１０３を駆動させて基板Ｇを第２の搬送部１０３Ｂから第３の搬送部１０３Ｃへ受け渡すことにより、基板Ｇを処理容器１０１内から搬出する。このようにして、１枚の基板Ｇに対するプラズマ処理が終了する。
　本実施の形態において、マイクロ波導入ユニット１２７は、複数設けられている。図５は、処理容器１０１の内部からみた天壁１０１ｃの底面図であり、透過板１２８として、合計５個の透過板１２８Ａ，１２８Ｂ１，１２８Ｂ２，１２８Ｃ１，１２８Ｃ２のマイクロ波透過領域が描かれている。つまり、本実施の形態のプラズマ処理装置１００には、合計５個のマイクロ波導入ユニット１２７が設けられている。以下の説明では、透過板１２８のマイクロ波透過領域の位置によって、マイクロ波導入ユニット１２７の配置を説明する。なお、電磁波導入窓としての透過板１２８は、円形に限らず、例えば矩形等の他の形状であってもよい。
　次に、図６を参照しながら、プラズマ処理装置１００におけるプラズマ処理の原理を説明する。透過板１２８Ａは、基板Ｇの面積とほぼ同程度の大面積を有しており、広いマイクロ波透過領域からマイクロ波を処理容器１内へ導入する主なプラズマ生成部である。透過板１２８Ｂ１，１２８Ｂ２及び透過板１２８Ｃ１，１２８Ｃ２は、透過板１２８Ａより面積が小さく、相対的に小さなマイクロ波透過領域からマイクロ波を処理容器１内へ導入する補助的なプラズマ生成部である。透過板１２８Ａは、図６において、矢印で示す基板Ｇの搬送方向の最も上流側に配置され、透過板１２８Ｂ１，１２８Ｂ２は、透過板１２８Ａよりも搬送方向の下流側に配置され、さらにその下流側に、透過板１２８Ｃ１，１２８Ｃ２が配置されている。透過板１２８Ｂ１，１２８Ｂ２の中心間を結ぶ直線の距離Ｍ１は、基板Ｇの搬送方向に直交する方向の基板Ｇの幅ＤＧよりもわずかに大きく形成されている。透過板１２８Ｃ１，１２８Ｃ２の中心間を結ぶ直線の距離Ｍ２は、距離Ｍ１よりもさらに大きく、透過板１２８Ｃ１，１２８Ｃ２は、基板Ｇの幅ＤＧの外側に配置されている。
　プラズマ処理装置１００では、駆動部１０３ａにより駆動される支持搬送装置１０３によって、複数の基板Ｇが順次搬送され、プラズマ処理装置１００の処理容器１０１内に１枚ずつ搬入される。そして、プラズマ処理装置１００の処理容器１０１内で、第２の搬送部１０３Ｂにより基板Ｇを一定速度で搬送方向に移動させながら、透過板１２８Ａ、透過板１２８Ｂ１，１２８Ｂ２、透過板１２８Ｃ１，１２８Ｃ２の各マイクロ波透過領域から処理容器１０１内にマイクロ波を導入し、ガス導入部１１５から導入された処理ガスのプラズマを生成させてプラズマ処理を行う。プラズマの拡散を考慮すると、透過板１２８Ａの直下で生成するプラズマによって基板Ｇの略全面を処理できるが、透過板１２８Ｂ１，１２８Ｂ２、透過板１２８Ｃ１，１２８Ｃ２のマイクロ波透過領域からもマイクロ波を導入し、複数の箇所でプラズマを生成させることによって、大面積の基板Ｇにおける処理の均一化を実現することができる。
　そして、透過板１２８Ａ，１２８Ｂ１，１２８Ｂ２，１２８Ｃ１，１２８Ｃ２のうち少なくとも一つは、基板Ｇが移動する間に、少なくともその一部分が基板Ｇに対して上下に重なりあうように配置されている。つまり、基板Ｇが、透過板１２８Ａ，１２８Ｂ１，１２８Ｂ２，１２８Ｃ１，１２８Ｃ２に対して相対移動し、透過板１２８Ａ，１２８Ｂ１，１２８Ｂ２，１２８Ｃ１，１２８Ｃ２の中の少なくとも一つの対向位置を通過するように構成されている。なお、本実施の形態では、基板Ｇは、透過板１２８Ａ，１２８Ｂ１，１２８Ｂ２，１２８Ｃ１，１２８Ｃ２に対して相対移動し、透過板１２８Ａ，１２８Ｂ１，１２８Ｂ２の対向位置を通過するように構成されている。ここで、「対向位置」とは、透過板１２８Ａ，１２８Ｂ１，１２８Ｂ２のマイクロ波透過領域の面積を支持搬送装置１０３（基板Ｇ）へ向けて、そのまま垂直に投影した場合に、該投影領域と基板Ｇとが少なくとも部分的に重なることを意味する。このような配置によって、透過板１２８Ａ，１２８Ｂ１，１２８Ｂ２は、時間をずらして順次、一部分もしくは全体が基板Ｇと上下にオーバーラップしていく。それに対し、基板Ｇは、透過板１２８Ｃ１，１２８Ｃ２の対向位置は通過しない。つまり、透過板１２８Ｃ１，１２８Ｃ２は、基板Ｇの移動の軌跡に対して対向する位置から外れた位置に設けられている。
　上記のように複数の透過板１２８Ａ，１２８Ｂ１，１２８Ｂ２，１２８Ｃ１，１２８Ｃ２を配置することによって、基板Ｇを所定の距離移動させた後の基板Ｇの上方におけるプラズマ密度の時間的積算値を、複数の基板Ｇ間及び基板Ｇの面内において略均等にすることができる。つまり、透過板１２８Ａ，１２８Ｂ１，１２８Ｂ２，１２８Ｃ１，１２８Ｃ２のマイクロ波透過領域から放射されるマイクロ波によって生成し、基板Ｇに作用する合計のプラズマの密度は、基板Ｇ表面のどの部位でも時間平均すれば略等しい結果となる。なお、処理容器１０１内では、透過板１２８のマイクロ波透過領域の直下で生成したプラズマが拡散していくため、基板Ｇの表面に到達するプラズマは、透過板１２８のマイクロ波透過領域の面積よりも大きな面積（水平断面積）を持つことになる。このプラズマ拡散領域の面積は、透過板１２８から基板Ｇの表面までの距離（ギャップＬＧ）によっても違ってくる。このようなプラズマの拡散を考慮して透過板１２８の配置を決定することができる。また、支持搬送装置１０３によって基板Ｇを移動させる代わりに、透過板１２８を移動させても同様になることが理解される。つまり、マイクロ波導入ユニット１２７と基板Ｇとを相対移動させればよく、どちらか片方を移動させてもよいし、両方を移動させてもよい。
　図７Ａ及び図７Ｂは、複数の透過板２０１Ａ，２０１Ｂ，２０１Ｃ，２０１Ｄ（ここでは均等な面積とする）に対して相対移動する基板Ｇの軌跡を直線的に示したものである。図７Ａ、図７Ｂ中、Ｌ１は、透過板２０１Ａ～２０１Ｄの隣接するものどうしの間隔（中心間の距離）を示し、Ｍは最も外側の２つの透過板２０１Ａ及び２０１Ｄの中心間の距離を示し、ＤＧは基板Ｇの幅（つまり、相対移動方向に直交する方向の長さ）を示している。また、図７Ａ中の矢印は、複数の透過板２０１Ａ～２０１Ｄに対する基板Ｇの移動方向であり、図７Ｂ中の矢印は、基板Ｇに対する複数の透過板２０１Ａ～２０１Ｄの移動方向である。このように、基板Ｇと透過板２０１Ａ～２０１Ｄとは相対移動すればよいので、基板Ｇが移動してもよいし、透過板２０１Ａ～２０１Ｄを備えた処理容器１０１が移動してもよい。
　図７Ａ及び図７Ｂに示した例においては、基板Ｇの端部でのプラズマ密度の時間的積算値が、他の部位（例えば基板Ｇの中央付近）に比べて落ち込むことを避けるため、最も外側の２つの透過板２０１Ａ，２０１Ｄのマイクロ波透過領域の中心間の距離Ｍは、基板Ｇの幅ＤＧと同じか、それより広いことが好ましい。つまり、Ｍ≧ＤＧの関係が成り立つことが好ましい。図７Ａ及び図７Ｂでは、中心間距離Ｍはわずかに幅ＤＧより大きい。また、図７Ａ及び図７Ｂに示した例においては、透過板２０１Ａ～２０１Ｄの相対移動方向における間隔をとることによって、基板Ｇを、透過板２０１Ａ～２０１Ｄのマイクロ波透過領域の対向位置を順次通過させることができる。また、逆に、透過板２０１Ａ～２０１Ｄの相対移動方向における間隔を狭くすることによって、透過板２０１Ａ～２０１Ｄのうち、２つ以上の透過板のマイクロ波透過領域と基板Ｇが相対移動中に同時に重なり合うようにすることもできる。
　また、相対移動方向に順番に隣り合って配置される透過板２０１Ａ～２０１Ｄのマイクロ波透過領域の、相対移動方向に直交する方向での間隔Ｌ１は、隣接する透過板間でプラズマ密度の時間的積算値が、大きくなりすぎないように、かつ落ち込みが生じないように設定することが好ましい。つまり、間隔Ｌ１が小さすぎたり、大きすぎたりすると、プラズマの拡散を考慮しても、プラズマ密度が大きな山の部分と小さな谷の部分が生じ、基板Ｇの面内での処理の均一性が低下する場合がある。例えば、図７Ａにおいて、Ｐ１は透過板２０１Ａのマイクロ波透過領域のみの直下を通過し、Ｐ３は透過板２０１Ｄのマイクロ波透過領域のみの直下を通過するのに対し、Ｐ２は透過板２０１Ｂと透過板２０１Ｃの両方のマイクロ波透過領域の直下を通過するため、Ｐ２はプラズマ照射時間がＰ１、Ｐ３よりも多くなる。透過板２０１Ａ～２０１Ｄの下方のプラズマ密度が均一である場合、Ｐ２では例えば窒化処理では窒素ドーズ量や窒化膜厚がＰ１、Ｐ３よりも大きくなってしまう。従って、基板Ｇ上のＰ１，Ｐ２、Ｐ３のどの点においても、プラズマ密度の時間的積算値が同じになるように、透過板２０１Ａ～２０１Ｄの大きさや間隔Ｌ１、透過板２０１Ａ～２０１Ｄから基板Ｇの表面までの最短距離（ギャップＬＧ）、各マイクロ波導入ユニット１２７のマイクロ波パワー等を調節する。さらに、基板Ｇ上のどの位置でもプラズマ照射時間の積算値が同じになるように、プラズマ源（透過板）を配置することにより、より均一な処理が可能になる。
　図８は、図６とは別のインライン方式のプラズマ処理装置１００Ａの構成例を示している。このプラズマ処理装置１００Ａでは、基板Ｇの幅方向に、等しい面積の透過板２０３Ａ，２０３Ｂ，２０３Ｃ，２０３Ｄ，２０３Ｅが配置されている。透過板２０３Ａ～２０３Ｅは、図８中の矢印で示す基板Ｇの搬送方向に直交する方向に僅かに重なり合って配置されており、透過板２０３Ａ～２０３Ｅ間でプラズマ密度の谷が生じないように構成されている。また、最も外側の透過板２０３Ａと２０３Ｅのマイクロ波透過領域の中心間を結ぶ直線の距離Ｍは、基板Ｇの幅ＤＧよりもわずかに大きく形成されている。なお、図８に示した例では、透過板２０３Ａ～２０３Ｅのすべてのマイクロ波透過領域が同時に基板Ｇと重なり合う場合がある。
　プラズマ処理装置１００Ａでは、図示しない搬送装置によって、複数の基板Ｇが順次搬送され、プラズマ処理装置１００Ａの処理容器１０１Ａ内を１枚ずつ通過させる。そして、プラズマ処理装置１００Ａの処理容器１０１Ａ内で、基板Ｇを一定速度で搬送方向（図８中矢印で示す）に移動させながら、透過板２０３Ａ～２０３Ｅから処理容器１０１Ａ内にマイクロ波を導入し、ガス導入部１１５から導入された処理ガスのプラズマを生成させてプラズマ処理を行う。この場合も、基板Ｇ上のどの位置でも、プラズマ密度の時間的積算値及び／又はプラズマ照射時間の積算値が同じになるようにプラズマ源（透過板）を配置することにより、均一な処理が可能になる。
　図９は、さらに別のインライン方式のプラズマ処理装置１００Ｂの構成例を示している。このプラズマ処理装置１００Ｂでは、基板Ｇの幅方向に、透過板２０５，２０７Ａ，２０７Ｂが配置されている。また、処理容器１０１Ｂにおける基板Ｇの搬送方向に平行な互いに対向する側壁には、透過板２０９Ａ，２０９Ｂが設けられている。透過板２０５は、基板Ｇの面積とほぼ同程度の大面積を有している主なプラズマ生成部である。透過板２０７Ａ，２０７Ｂは、透過板２０５より面積が小さな補助的なプラズマ生成部である。さらに、透過板２０９Ａ，２０９Ｂは、間を通過する基板Ｇの側方から、水平方向にマイクロ波を導入してプラズマを生成させる補助的なプラズマ生成部である。
　透過板２０５は、図９において、矢印で示す搬送方向の最も上流側に配置され、透過板２０７Ａ，２０７Ｂは、透過板２０５よりも搬送方向のわずかに下流側に配置されている。透過板２０７Ａ，２０７Ｂの中心間を結ぶ直線の距離Ｍは、基板Ｇの幅ＤＧよりもわずかに大きく形成されている。処理容器１０１Ｂの側壁に設けられた２つの透過板２０９Ａ，２０９Ｂは、基板Ｇの搬送経路に臨むように側方に配置されている。
　プラズマ処理装置１００Ｂでは、図示しない搬送装置によって、複数の基板Ｇが順次搬送され、プラズマ処理装置１００Ｂの処理容器１０１Ｂ内に１枚ずつ搬入される。そして、プラズマ処理装置１００Ｂの処理容器１０１Ｂ内で、基板Ｇを一定速度で搬送方向（図９中矢印で示す）に移動させながら、透過板２０５、透過板２０７Ａ，２０７Ｂ、透過板２０９Ａ，２０９Ｂのマイクロ波透過領域から処理容器１０１Ｂ内にマイクロ波を導入し、ガス導入部１１５から導入された処理ガスのプラズマを生成させてプラズマ処理を行う。プラズマの拡散を考慮すると、透過板２０５のマイクロ波透過領域の直下で生成するプラズマによって基板Ｇの略全面を処理できるが、補助的な透過板２０７Ａ，２０７Ｂ、透過板２０９Ａ，２０９Ｂのマイクロ波透過領域からもマイクロ波を導入し、複数の箇所でプラズマを生成させることによって、大面積の基板Ｇにおける処理の均一化を実現することができる。この場合も、基板Ｇ上のどの位置でも、プラズマ密度の時間的積算値及び／又はプラズマ照射時間の積算値が同じになるようにプラズマ源（透過板）を配置することにより、均一な処理が可能になる。
　次に、本発明の基礎となったシミュレーション実験について説明する。図１０～図１４は、４つ透過板２０１Ａ，２０１Ｂ，２０１Ｃ，２０１Ｄ（直径１０９ｍｍ）のマイクロ波透過領域を所定の間隔で配置した場合のプラズマ密度の時間的積算値の重なりをシミュレーションした結果を示している。各透過板２０１Ａ～２０１Ｄから基板Ｇの表面までの最短距離（ギャップＬＧ）は８９ｍｍとした。基板Ｇの幅ＤＧは３００ｍｍとした。図１０～図１４の縦軸は電子密度（プラズマ密度）の時間的積算値を、通過時間で割った平均値を示し、横軸は基板Ｇの移動方向に対して垂直な方向の距離を示している。また、図１０～図１４の横軸には、基板Ｇの大きさ（幅）を重ねて示している。
　まず、図１０は、Ｌ１＝９０ｍｍ（Ｍ＝２７０ｍｍ）であり、Ｍ＜ＤＧとなる場合である。図１０に示すように、相対移動方向に直交する方向（基板Ｇの幅方向）における基板Ｇの中央部分と端部でのプラズマ密度の合算値の比較では、中央部分で高く、端部で落ち込んでおり、全体に山型になっている。一方、図１１は、Ｌ１＝１２０ｍｍ（Ｍ＝３６０ｍｍ）であり、Ｍ＞ＤＧとなる場合である。図１１に示すように、相対移動方向に直交する方向における基板Ｇの中央部分と端部でのプラズマ密度の合算値は、ほぼ均等である。図１０の場合と同様に、両端に配置された透過板２０１Ａ，２０１Ｄの下方の領域のプラズマ密度は外側で落ち込んでいる。しかし、基板Ｇの幅ＤＧを外れた部分で落ち込みが生じているため、基板Ｇの面内では、ほぼ均一なプラズマ密度が保たれている。
　図１２から図１４は、Ｌ１＝１２０ｍｍ（Ｍ＝３６０ｍｍ）であり、Ｍ＞ＤＧとなる設定において、透過板２０１Ａ～２０１Ｄ（つまり、それぞれに対応するマイクロ波導入ユニット２７）から導入するマイクロ波パワーを変化させた場合を示している。図１２は、外側に配置された透過板２０１Ａ，２０１Ｄから導入するマイクロ波パワーを１０００Ｗ、内側に配置された２つの透過板２０１Ｂ，２０１Ｃから導入するマイクロ波パワーを６００Ｗとした場合を示している。プラズマ密度の合算値は、相対移動方向に直交する方向（幅方向）における基板Ｇの中央部分で落ち込み、端部の方が高くなっている。図１３は、外側に配置された透過板２０１Ａ，２０１Ｄから導入するマイクロ波パワーを１０００Ｗ、内側に配置された２つの透過板２０１Ｂ，２０１Ｃから導入するマイクロ波パワーを１３００Ｗとした場合を示している。プラズマ密度の合算値は、相対移動方向に直交する方向における基板Ｇの中央部分で高く、端部で低くなっている。
　図１４は、Ｌ１＝９０ｍｍ（Ｍ＝２７０ｍｍ）であり、Ｍ＜ＤＧとなる設定で、透過板２０１Ａ～２０１Ｄから導入するマイクロ波パワーを変化させた場合を示している。図１４では、外側に配置された透過板２０１Ａ，２０１Ｄから導入するマイクロ波パワーを各１０００Ｗと大きく、内側に配置された２つの透過板２０１Ｂ，２０１Ｃから導入するマイクロ波パワーを各７００Ｗと小さくしている。しかし、Ｍ＜ＤＧであるため、相対移動方向に直交する方向における基板Ｇの端部でのプラズマ密度の合算値の落ち込みは改善されていない。
　上記シミュレーション結果からも、基板Ｇの面内に到達するプラズマの密度を均一化し、処理の均一化を実現するには、Ｍ≧ＤＧの関係が成り立つことが好ましいことが確認された。
　次に、本発明の効果を確認した実験データについて説明する。まず、実験に使用したプラズマ処理装置の構成について説明する。
［実験１］
　図１５に示したように、天壁１０１ｃに、幅（直径）９０ｍｍの円形のマイクロ波透過領域を有する透過板１２８Ｘ，１２８Ｙ，１２８Ｚが直線的に配設されたプラズマ処理装置を用いた。各透過板１２８Ｘ，１２８Ｙ，１２８Ｚの位置に、それぞれマイクロ波導入ユニットが設けられている。以下、透過板１２８Ｘを「第１のプラズマ源１２８Ｘ」、透過板１２８Ｙを「第２のプラズマ源１２８Ｙ」、透過板１２８Ｚを「第３のプラズマ源１２８Ｚ」と記す。本実験では、第１のプラズマ源１２８Ｘの中心を基準（ゼロ）として、第２のプラズマ源１２８Ｙの中心までの距離、及び第３のプラズマ源１２８Ｚの中心までの距離を、それぞれ１７５ｍｍに設定した。また、本実験では、処理の均一性を評価する目的であるため、被処理体として、３００ｍｍ幅の一枚の基板Ｇを想定して行った。
　下記の条件でプラズマを生成させ、天板１０１ｃから４９ｍｍ下方の位置でプラズマ密度を測定した。
＜プラズマ生成条件＞
　Ａｒガス流量；１０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
　Ｎ２ガス流量；２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
　処理圧力；２０Ｐａ
　処理温度；室温（２５℃）
　各プラズマ源のマイクロ波パワー；
　　第１のプラズマ源１２８Ｘ…２６０Ｗ
　　第２のプラズマ源１２８Ｙ…２６０Ｗ
　　第３のプラズマ源１２８Ｚ…２６０Ｗ
　図１６は、第１のプラズマ源１２８Ｘ、第２のプラズマ源１２８Ｙ、第３のプラズマ源１２８Ｚのそれぞれのマイクロ波導入ユニットを単独で稼動させた場合のプラズマ密度と、全部を同時に稼動させた場合のプラズマ密度を重ねて示したグラフである。図１６の縦軸はプラズマ密度であり、横軸は基準となる第１のプラズマ源１２８Ｘの中心からの距離を示している。なお、図１６では基板Ｇの幅を点線で示している（図１７～図１９も同様である）。
　図１６より、第１のプラズマ源１２８Ｘ、第２のプラズマ源１２８Ｙ、又は第３のプラズマ源１２８Ｚの各マイクロ波導入ユニットの単独稼動では、プラズマ密度は、各透過板の中心付近を頂点として山形をなしている。しかし、第１のプラズマ源１２８Ｘ、第２のプラズマ源１２８Ｙ、第３のプラズマ源１２８Ｚのマイクロ波導入ユニットを同時に稼動させた場合は、基板Ｇの幅方向の全域に亘り、ほぼ一定（約１×１０１１／ｃｍ３）のプラズマ密度となることが確認された。また、図１６において、「合成（計算）」となっているプロットは、第１のプラズマ源１２８Ｘ、第２のプラズマ源１２８Ｙ、第３のプラズマ源１２８Ｚの単独稼動のプラズマ密度を計算上合計したものであり、「合成（実測）」の結果とほぼ一致していた。
［実験２］
　図１７は、実験例１と同様の条件で、第１のプラズマ源１２８Ｘのマイクロ波導入ユニットのマイクロ波パワーのみを１００Ｗ，２６０Ｗ，又は５００Ｗに変化させたときの結果を示している。グラフ中のＡの符号は第１のプラズマ源１２８Ｘのマイクロ波導入ユニットのマイクロ波パワーが１００Ｗ，Ｂの符号は同２６０Ｗ，Ｃの符号は同５００Ｗであることをそれぞれ意味している。なお、第１のプラズマ源１２８Ｘのマイクロ波導入ユニットのマイクロ波パワーが２６０Ｗの場合（Ｂ）については、実験例１の再掲である。
　図１７に示したように、３つのうちの中央に配置された第１のプラズマ源１２８Ｘのマイクロ波導入ユニットのマイクロ波パワーを増減することによって、プラズマ密度が、基板Ｇの幅方向において上に凸（Ｃ；５００Ｗ）又は下に凸（Ａ；１００Ｗ）となり、変化することが確認された。これにより、複数個のマイクロ波導入ユニットを配設した場合に、各マイクロ波導入ユニットのマイクロ波パワーを変化させることによって、合成されるプラズマ密度の強弱の分布を制御できることが確認された。
［実験３］
　基板Ｇのシリコン層に対して、下記の条件でプラズマ窒化処理を行い、シリコン窒化膜の膜厚を測定した。なお、天板１０１ｃから基板Ｇまでの距離（ギャップ）は、８５ｍｍとした。
＜プラズマ窒化処理条件＞
　Ａｒガス流量；１０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
　Ｎ２ガス流量；２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
　処理圧力；２０Ｐａ
　処理温度；５００℃
　マイクロ波パワー；
　第１のプラズマ源１２８Ｘのマイクロ波導入ユニットのマイクロ波パワーのみを１００Ｗ，２６０Ｗ，又は５００Ｗに変化させた。
　各プラズマ源のパワー構成は以下のとおりである。
　Ａ；１２８Ｙ，１２８Ｘ，１２８Ｚ＝２６０Ｗ，１００Ｗ，２６０Ｗ
　Ｂ；１２８Ｙ，１２８Ｘ，１２８Ｚ＝２６０Ｗ，２６０Ｗ，２６０Ｗ
　Ｃ；１２８Ｙ，１２８Ｘ，１２８Ｚ＝２６０Ｗ，５００Ｗ，２６０Ｗ
　処理時間；９０秒
　結果を図１８に示した。図１８の縦軸は、シリコン窒化膜の光学膜厚（屈折率２．０）を示しており、横軸は、基準となる第１のプラズマ源１２８Ｘの中心からの距離を示している。また、図１８のグラフ中のＡ，Ｂ，Ｃの意味は、図１７と同様である。図１８から、３つのマイクロ波導入ユニットのマイクロ波パワーを同じに設定した場合（Ｂ）と、基板Ｇの幅方向において、均等にシリコン窒化膜が形成されている。また、３つのうちの中央に配置された第１のプラズマ源１２８Ｘのマイクロ波導入ユニットのマイクロ波パワーを増減することによって、シリコン窒化膜の面内膜厚が、基板Ｇの幅方向において上に凸（Ｃ；５００Ｗ）又は下に凸（Ａ；１００Ｗ）と変化することが確認された。図１８からは、図１７とほぼ同様の傾向が見て取れる。すなわち、図１７のプラズマ密度の計測結果と、図１８のシリコン窒化膜の膜厚の計測結果は対応していることが確認された。
　また、面内均一性の指標であるＲａｎｇｅ／２ＡＶＥ［すなわち、（窒化膜厚の最大値－窒化膜厚の最小値）／窒化膜厚の平均値×２］は、図１８のＡが４．２％、Ｂが１．３％、Ｃが１．９％であった。以上の結果から、複数個のマイクロ波導入ユニットを配設した場合に、各マイクロ波導入ユニットのマイクロ波パワーを変化させることによって、シリコン窒化膜の膜厚を、基板Ｇの面内において制御できることが確認された。
［実験４］
　第１のプラズマ源１２８Ｘ、第２のプラズマ源１２８Ｙ、及び第３のプラズマ源１２８Ｚのマイクロ波導入ユニットのマイクロ波パワーを一律に変化させた以外は、実験３と同様にして、基板Ｇのシリコン層に対してプラズマ窒化処理を行った。
＜プラズマ窒化処理条件＞
　各プラズマ源のパワー構成は以下のとおりである。
　Ｄ；１２８Ｙ，１２８Ｘ，１２８Ｚ＝１００Ｗ，１００Ｗ，１００Ｗ
　Ｅ；１２８Ｙ，１２８Ｘ，１２８Ｚ＝２６０Ｗ，２６０Ｗ，２６０Ｗ
　Ｆ；１２８Ｙ，１２８Ｘ，１２８Ｚ＝４００Ｗ，４００Ｗ，４００Ｗ
　他の条件は、実験３と同様である。
　結果を図１９に示した。図１９の縦軸は、シリコン窒化膜の光学膜厚（屈折率２．０）を示しており、横軸は、基準となる第１のプラズマ源１２８Ｘの中心からの距離を示している。また、図１９のグラフ中のＤ，Ｅ，Ｆは、上記プラズマ窒化条件を意味している。図１９から、３つのマイクロ波導入ユニットのマイクロ波パワーを同じに設定した場合、パワーの大きさによって、基板Ｇにおけるシリコン窒化膜の面内膜厚の分布は、ほぼ平行にシフトすることが確認された。また、シリコン窒化膜の基板Ｇの面内均一性の指標であるＲａｎｇｅ／２ＡＶＥ［すなわち、（窒化膜厚の最大値－窒化膜厚の最小値）／窒化膜厚の平均値×２］は、図１９のＤが１．０６％、Ｅが１．２６％、Ｆが０．８５％であり、いずれも優れた値であった。
　以上の実験結果から、複数の透過板（マイクロ波導入ユニット）を所定の間隔で配置することによって、プラズマ密度の制御が容易になり、プラズマ密度を均一化できることが確認された。また、基板Ｇの端部でのプラズマ密度の時間的積算値が、他の部位（例えば基板Ｇの中央付近）に比べて落ち込むことを避けるため、複数（例えば３つ以上）の同じ大きさのプラズマ源（透過板のマイクロ波透過領域）を基板Ｇの相対移動方向に直交する方向に等間隔で配置し、最も外側の２つの透過板のマイクロ波透過領域の中心間の距離Ｍを、基板Ｇの幅ＤＧと同じか、それより広くする（Ｍ≧ＤＧ）ことが有効であった。かかる構成によって、少なくとも基板Ｇの幅方向に均質な処理（例えばプラズマ窒化処理）が可能であることが確認された。これらの実験結果は、プラズマ密度の時間的積算値の重なりをシミュレーションした結果（図１０～図１４）とも符合するものであった。
　以上のように、本実施の形態のプラズマ処理装置１００では、基板Ｇが、少なくとも一つのマイクロ波導入ユニット１２７の透過板１２８のマイクロ波透過領域の対向位置を通過するように相対移動可能に設けられているので、複数枚の基板Ｇ間、及び１枚の基板Ｇ面内での処理の均一性を向上させることができる。また、平面アンテナ板１３１を交換したり、プロセス条件を変更したりしなくても、処理容器１０１内におけるプラズマ分布を独立して制御することができる。従って、処理容器１０１内で所望の分布でプラズマを安定的に維持することができる。また、基板Ｇの大型化に対応して処理容器１０１を大型化させた場合でも、マイクロ波導入ユニット１２７の数や配置を変えることによって、処理容器１０１内で生成するプラズマ分布を簡単に調節できる。
　以上、本発明の実施形態を述べたが、本発明は上記実施形態に制約されることはなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明のプラズマ処理装置は、プラズマ窒化処理装置以外にも、例えばプラズマ酸化処理装置やプラズマＣＶＤ処理装置、プラズマエッチング処理装置、プラズマアッシング処理装置などに適用できる。さらに、本発明のプラズマ処理装置１００は、被処理体としての基板がフラットパネルディスプレイ用基板である場合に限らず、例えば半導体基板や、太陽電池パネルの基板を被処理体とするプラズマ処理装置にも適用できる。
　また、上記実施の形態では、複数のマイクロ波発生装置から、個別に複数のマイクロ波導入ユニットへマイクロ波を供給する構成としたが、単一のマイクロ波発生装置から、分岐した導波管を用いて２以上のマイクロ波導入ユニットへマイクロ波を供給するように構成してもよい。また、上記実施の形態では、マイクロ波プラズマ処理装置を用いたが、電磁波として高周波を用いるプラズマ処理装置にも適用できる。さらに、プラズマの生成方式として、例えばＩＣＰプラズマ方式、ＥＣＲプラズマ方式、表面波プラズマ方式、マグネトロンプラズマ方式等の他の方式のプラズマ処理装置を用いることもできる。また、真空処理に限らず、大気圧プラズマを利用することもできる。大気圧プラズマを利用する場合には、図１にあるゲートバルブ１２０は必要ない。この場合、基板Ｇを処理容器１０１内に連続的に搬送し、処理容器１０１内を所定の速度で移動させながらプラズマ処理を行い、また連続的に搬出することができる。従って、処理容器１０１内に同一時間に存在する基板Ｇは１つと限らず、複数の基板Ｇが同時にプラズマ処理されてもよい。さらに、大気圧プラズマを利用する場合、処理容器１０１内への外気の混入を防ぐために、エアーカーテンをゲートバルブの代りに用いてもよい。
　本国際出願は、２０１０年３月３１日に出願された日本国特許出願２０１０－８１９８６号に基づく優先権を主張するものであり、当該出願の全内容をここに援用する。
　１００…プラズマ処理装置、１０１…処理容器、１０３…支持搬送装置、１０３ａ…駆動部、１１８…ガス供給装置、１１９…搬入出口、１２０…ゲートバルブ、１２４…排気装置、１２７…マイクロ波導入ユニット、１３７…導波管、１３９…マイクロ波発生装置、１５０…制御部、Ｇ…基板

Claims (10)

  1. 　被処理体を処理する処理空間を形成する処理容器と、
    　前記被処理体を支持する支持装置と、
    　前記処理容器内でプラズマを生成させるための電磁波を発生させる電磁波発生装置と、
    　前記電磁波発生装置で発生した電磁波を前記処理容器内に導入する複数の電磁波導入ユニットと、を備え、
    　前記電磁波導入ユニットは、前記処理空間に臨む電磁波導入窓を有しており、
    　前記処理容器内で、前記支持装置に支持された被処理体と、前記電磁波導入窓とが、互いに反対方向に相対移動し、被処理体が少なくとも一つの前記電磁波導入窓の電磁波透過領域の対向位置を通過するように構成されているプラズマ処理装置。
  2. 　前記相対移動の間に、一つの被処理体が、２つ以上の前記電磁波導入窓の電磁波透過領域に対して少なくとも部分的に対向する位置を順次通過するように構成されている請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 　前記相対移動の間に、一つの被処理体が、同時に２つ以上の前記電磁波導入窓の電磁波透過領域に対して少なくとも部分的に対向する位置を通過するように構成されている請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  4. 　前記２つ以上の電磁波導入窓は、各電磁波導入窓から導入される電磁波によって生成するプラズマによるプラズマ密度の時間的積算値及び／又はプラズマ照射時間の積算値が、一つの被処理体の面内で同じになるように配置されている請求項２又は３に記載のプラズマ処理装置。
  5. 　前記相対移動する被処理体の軌道に対し、対向する位置から外れた位置に設けられた電磁波導入窓を有する補助的な電磁波導入ユニットを、さらに備えている請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  6. 　前記電磁波導入窓の面積が異なる複数の電磁波導入ユニットを備えている請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  7. 　前記電磁波発生装置が、前記電磁波導入ユニットに対応して個別に設けられている請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  8. 　前記複数の電磁波導入ユニットに供給する電磁波のパワーが、個別に設定可能である請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  9. 　前記支持装置に支持された被処理体と前記電磁波導入窓のいずれか片方又は両方を互いに反対方向に向かって相対移動させる駆動部を、さらに備えた請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  10. 　被処理体を処理する処理空間を形成する処理容器と、前記被処理体を支持するとともに一定方向に搬送する支持装置と、前記処理容器内でプラズマを生成させるための電磁波を発生させる電磁波発生装置と、前記電磁波発生装置で発生した電磁波を前記処理容器内に導入する複数の電磁波導入ユニットと、を備え、前記電磁波導入ユニットは、前記処理空間に臨む電磁波導入窓を有しており、前記処理容器内で、前記支持装置に支持された被処理体と、前記電磁波導入窓とが、互いに反対方向に相対移動するように構成されたプラズマ処理装置を用い、複数の前記電磁波導入窓を介して電磁波を前記処理容器内に導入してプラズマを生成させるとともに、前記処理容器の中で被処理体が少なくとも一つの前記電磁波導入窓の電磁波透過領域の対向位置を通過するように、被処理体を前記電磁波導入窓に対して相対移動させながら、被処理体上のどの位置においても、プラズマ密度の時間的積算値及び／又はプラズマ照射時間の積算値が同じになるようにプラズマ処理を行なうプラズマ処理方法。
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