JP4478352B2 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法並びに構造体の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波を用いて被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置に関し、特に、環状導波路を有するマイクロ波供給器を備えたプラズマ処理装置、並びにプラズマ処理方法並びに構造体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ波をプラズマ励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、構造体の製造に用いられるプラズマ重合装置、ＣＶＤ装置、表面改質装置、エッチング装置、アッシング装置、クリーニ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処理装置を使用するＣＶＤは例えば次のように行われる。即ち、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置のプラズマ発生室及び／又は成膜室内にガスを導入し、同時にマイクロ波エネルギーを投入してプラズマ発生室内にプラズマを発生させ、ガスを励起、解離、イオン化する等してイオンやラジカル等を生成しプラズマ発生室又はプラズマ発生室から離れた成膜室内に配された被処理体上に堆積膜を形成する。そして同様の手法で有機物のプラズマ重合や酸化、窒化、フッ化等の表面改質を行うこともできる。
【０００４】
又、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処理室内にプラズマを発生させ、エッチャントガスを励起、解離、イオン化して生成したイオンやラジカル等により該処理室内に配された被処理体の表面をエッチングする。
【０００５】
又、いわゆるマイクロ波プラズマアッシング装置を使用する被処理体のアッシング処理は、例えば次のようにして行われる。即ち、該装置の処理室内にアッシングガスを導入し、同時にマイクロ波エネルギーを投入して該処理室内にプラズマを発生させ、該アッシングガスを励起、解離、イオン化して生成したイオンやラジカルやオゾン等により該処理室内に配された被処理体の表面即ちホトレジストをアッシングする。アッシング同様にして、被処理体の被処理面に付着した不要物を除去するクリーニングを行うこともできる。
【０００６】
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もつ電界により加速でき、ガス分子を効率的にイオン化、励起させることができる。それ故、マイクロ波プラズマ処理装置については、ガスのイオン化効率、励起効率及び解離効率が高く、高密度のプラズマを比較的容易に形成し得る、低温で高速に高品質処理できるといった利点を有する。又、マイクロ波が石英ガラスのような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。
【０００７】
こうしたマイクロ波プラズマ処理装置の更なる高速化のために、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を利用したプラズマ処理装置も実用化されてきている。ＥＣＲは、磁束密度が８７．５ｍＴの場合、磁力線の周りを電子が回転する電子サイクロトロン周波数が、マイクロ波の一般的な周波数２．４５ＧＨｚと一致し、電子がマイクロ波を共鳴的に吸収して加速され、高密度プラズマが発生する現象である。又、別のタイプの高密度プラズマ発生用のプラズマ処理装置も提案されている。
【０００８】
例えば、米国特許第５，０３４，０８６号の明細書には、ラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ）を用いたプラズマ処理装置が開示されている。
【０００９】
或いは、特開平５−２９０９９５号公報や、米国特許第５，３５９，１７７号の明細書や、ＥＰ０５６４３５９公報には、終端付環状導波管を用いたプラズマ処理装置が開示されている。
【００１０】
これらとは別に、マイクロ波プラズマ処理装置の例として、近年、マイクロ波の均一で効率的な導入装置として複数のスロットが内側面に形成された無終端環状導波管を用いた装置が提案されている（特開平５−３４５９８２号公報、米国特許第５，５３８，６９９号）。
【００１１】
しかしながら、内側面にスロットを有する無終端環状導波管を備えた従来のマイクロ波プラズマ処理装置を用いて、例えばアッシング処理の場合のように、１００ｍＴｏｒｒ（約１３．３Ｐａ）以上の高圧領域で処理を行う場合、プラズマの拡散が抑制されるため、プラズマが周辺に局在し基体中央部分の処理速度が低下することがある。又、プラズマ発生空間の容積が非常に大きくなる。
【００１２】
一方、特開平７−９０５９１号公開特許公報には、円盤状のマイクロ波導入装置を用いたプラズマ処理装置が開示されている。この装置ではガスを導波管内に導入し、導波管に設けられたスロットからガスをプラズマ発生室に向けて放出している。
【００１３】
これら従来の装置に対して、本発明者が先に提案したプラズマ処理装置の構成は図１２に示すようなものである。
【００１４】
１は内部が排気可能な容器、２は被処理体の保持手段、３は内部に環状導波路を有する環状導波管からなるマイクロ波供給器、４は誘電体窓、７はガス供給口７ａを有するガス供給管である。これらの部品から組み立てられた装置では、マイクロ波供給器３のマイクロ波導入口１５よりマイクロ波を導入して、スロット３６から誘電体窓４を介して容器１内にマイクロ波を供給する。
【００１５】
図１３〜図１５は、マイクロ波供給器の環状導波路内におけるマイクロ波の伝搬と、スロットからのマイクロ波の放射の様子を説明するための模式図である。
【００１６】
図１３は、環状導波路を上方から見た時の様子をスロットを省略して示している。図１４は、図１３のＢ−Ｂ’線による断面を図１５はＣ−Ｃ’線による断面を示している。
【００１７】
マイクロ波導入口１５付近はＥ面Ｔ分岐の等価回路となっており、マイクロ波導入口１５より導入されたマイクロ波は時計回りｄ₂と反時計回りｄ₁とに分配されるように進路を変更する。各スロット３ｂはマイクロ波の進行方向ｄ₁，ｄ₂と交差するように設けられており、マイクロ波はスロットからマイクロ波を放出しながら進む。
【００１８】
環状導波路は無終端であるため、方向ｄ₁、ｄ₂（ｚ軸方向）に伝搬していくマイクロ波は互いに干渉し合う。Ｃ１は導波路の中心を結んで形成される環（輪）を示しており、この長さ即ち周長を管内波長（路内波長）に整数倍とすれば、所定のモードの定在波を生成し易くなる。
【００１９】
図１４はマイクロ波の進行方向（ｚ軸方向）に垂直な断面を示しており、導波路の上下の面３ｃは電界ＥＦの向きに垂直なＨ面となっており、導波管の左右の面３ｄは電界ＥＦの向きに平行なＥ面となっている。Ｃ０はスロット３ｂの長手方向、即ちマイクロ波の進行・伝搬方向と垂直な方向（ｘ軸方向）の中心である。
【００２０】
このように導波路のマイクロ波進行方向に垂直な断面はｘ軸、ｙ軸を長辺、短辺とする矩形断面になっている。
【００２１】
環状導波路３ａ内に導入されたマイクロ波ＭＷは、Ｅ面Ｔ分岐の分配ブロック１０で左右に二分配され、自由空間よりも長い管内波長をもって伝搬する。分配されたマイクロ波同士は対向部で干渉し、管内波長の１／２毎に定在波を生じる。スロットを横切る電界が最大になるような位置に設置されたスロット３ｂから誘電体窓４を透して放射された漏れ波ＥＷは、スロット３ｂ近傍のプラズマＰ１を生成する。生成したプラズマＰ１の電子周波数がマイクロ波電源の周波数を超える（例えば電源周波数が２．４５ＧＨｚの場合、電子密度が７×１０¹⁰ｃｍ^-3を超える）と、マイクロ波はプラズマ中を伝搬できなくなる、いわゆるカットオフが生じ、誘電体窓４とプラズマの界面を表面波ＳＷとして伝搬する。隣接するスロットから導入された表面波ＳＷ同士が干渉し、表面波ＳＷの波長（λ・ε_r ^-1/2〔λ：自由空間マイクロ波波長、ε_r：比誘電率〕）の１／２毎に電界の腹を生じる。プラズマ発生空間側１にしみ出したこの表面波干渉による腹電界によって表面波干渉プラズマ（ＳＩＰ：Ｓｕｒｆａｃｅ−ｗａｖｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｄ Ｐｌａｓｍａ）Ｐ２が生成する。この時に処理用ガスをプラズマ処理室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、解離、イオン化され、被処理基体の表面を処理することができる。
【００２２】
このようなマイクロ波プラズマ処理装置を用いることにより、圧力１．３３Ｐａ程度、マイクロ波パワー１ｋＷ以上で、直径３００ｍｍ以上の口径を有する空間に±３％以内の均一性をもって、電子密度１０¹²／ｃｍ³以上、電子温度３ｅＶ以下、プラズマ電位２０Ｖ以下の高密度低電位プラズマが発生できる。
【００２３】
よって、ガスを充分に反応させ活性な状態で被処理面に供給できる。しかも、圧力２．７Ｐａ、マイクロ波電力２ｋＷとした時、誘電体窓内面から８〜１０ｍｍ離れた位置でマイクロ波による電流は検出できなくなる。これはプラズマ拡散が抑えられる高圧領域では非常に薄いプラズマの層が誘電体窓近傍にできることを意味する。よって、入射イオンによる基板表面ダメージも減るので、低温でも高品質で高速な処理が可能になる。
【００２４】
ところで、環状導波路の周長は、被処理体の被処理面積に応じて、管内波長の２倍、３倍、４倍…の中から選択しなければならない。路内が大気圧の空気の場合、この管内波長が約１５９ｍｍであることを考慮すると、選択できる周長は約３１８ｍｍ、約４７７ｍｍ、約６３６ｍｍ…である。これを環の直径に換算すると約１０１ｍｍ、約１５１ｍｍ、約２０２ｍｍとなる。
【００２５】
一方、被処理体として一般的な８インチウエハ、１２インチウエハを用いる場合、それぞれの直径は約２００ｍｍ、約３００ｍｍである。両者を組み合わせて最適な組み合わせを選んでみても、プラズマの均一性、処理の均一性という点で未だ充分なものとは言えず、例えば被処理体の中心付近でプラズマ密度が低下して処理速度が低くなる現象が生じたり、或いは被処理体の外周端付近でプラズマ密度が低下して処理速度が低くなる現象が生じることがある。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、環の半径方向或いはそれに等価な方向におけるマイクロ波放射特性をより精密に制御できるマイクロ波供給器を提供することにある。
【００２７】
本発明の別の目的は、被処理体の半径方向における処理の均一性をより一層高めることができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することにある。
【００２８】
本発明の更に別の目的は、環の半径方向及び周方向或いはこれらに等価な方向におけるマイクロ波放射均一性を向上させることができるマイクロ波供給器を提供することにある。
【００２９】
本発明の他の目的は、被処理体の半径方向及び周方向或いはこれらに等価な方向における処理の均一性を共に高めることができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することにある。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
本発明のプラズマ処理装置は、容器と、前記容器内に処理ガスを供給するガス供給口と、誘電体窓を透してマイクロ波を前記容器内に供給するマイクロ波供給器とを備えたプラズマ処理装置であって、前記マイクロ波供給器は、前記誘電体窓に接する面に所定の間隔で設けられた複数のスロットを有する環状導波路を有しており、ｎ₁を前記スロット間に生じる表面定在波の腹の個数、λ₅を表面波の波長、ｎ_gを路内波長λ_gに対する前記環状導波路の一周長１_gの倍率として、半径ｒ_eが略、
ｒ_e＝ｎ₁λ₅／｛２ｔａｎ（π／（２ｎ_g））｝｛１＋ｃｏｓ（π／ｎ_g）｝
である円周上に前記スロットの中心が存在することを特徴とする。
【００３１】
本発明のプラズマ処理装置の一態様では、ｎ_gの値は、２〜５の範囲内にある。
【００３２】
本発明のプラズマ処理装置の一態様では、前記スロットの角度間隔は、π／ｎ_gである。
【００３３】
本発明のプラズマ処理装置の一態様では、前記スロット間に生じる表面定在波の腹の個数ｎ₁は、３，５，７のいずれかである。
【００３４】
本発明のプラズマ処理装置の一態様では、前記誘電体窓は、主成分が窒化アルミニウムである。
【００３５】
本発明のプラズマ処理方法は、マイクロ波が透過可能な誘電体窓を有する容器内に被処理体を設置する工程と、前記容器内を排気する工程と、前記容器内に処理ガスを導入する工程と、前記誘電体窓に接する面に所定の間隔で穿孔されて設けられた複数のスロットを有しており、ｎ₁を前記スロット間に生じる表面定在波の腹の個数、λ₅を表面波の波長、ｎ_gを路内波長λ_gに対する前記環状導波路の一周長１_gの倍率として、半径ｒ_eが略、
ｒ_e＝ｎ₁λ₅／｛２ｔａｎ（π／（２ｎ_g））｝｛１＋ｃｏｓ（π／ｎ_g）｝
である円周上に前記スロットの中心が存在するように構成された環状導波路を用い、当該環状導波路から前記容器内にマイクロ波を供給することによりプラズマを発生させる工程とを有することを特徴とする。
【００３６】
本発明のプラズマ処理方法の一態様では、前記被処理体に化学気相成長法により成膜を施す。
【００３７】
本発明のプラズマ処理方法の一態様では、前記被処理体にエッチング処理を施す。
【００３８】
本発明のプラズマ処理方法の一態様では、前記被処理体にアッシング処理を施す。
【００３９】
本発明のプラズマ処理方法の一態様では、前記被処理体にドーピング処理を施す。
【００４０】
本発明のプラズマ処理装置は、内部が排気可能な容器と、前記容器内に処理ガスを供給するガス供給口とを有し、該容器内に配された被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、前記容器内に前記ガスのプラズマを発生させるためのマイクロ波エネルギーを供給する手段を有し、当該マイクロ波エネルギーを供給する手段は、前記誘電体窓側の面に所定の間隔で設けられた複数のスロットを有する無終端の環状導波路を有しており、ｎ₁を前記スロット間に生じる表面定在波の腹の個数、λ₅を表面波の波長、ｎ_gを路内波長λ_gに対する前記環状導波路の一周長１_gの倍率として、半径ｒ_eが略、
ｒ_e＝ｎ₁λ₅／｛２ｔａｎ（π／（２ｎ_g））｝｛１＋ｃｏｓ（π／ｎ_g）｝
である円周上に前記スロットの中心が存在するように前記複数のスロットの中心が前記面に沿った方向に前記環状導波路の中心に対して偏って配置されていることを特徴とする。
【００４１】
本発明のプラズマ処理装置の一態様では、ｎ_gの値は、２〜５の範囲内にある。
【００４２】
本発明のプラズマ処理装置の一態様では、前記スロットの角度間隔は、π／ｎ_gである。
【００４３】
本発明のプラズマ処理装置の一態様では、前記スロット間に生じる表面定在波の腹の個数ｎ₁は、３，５，７のいずれかである。
【００４４】
本発明のプラズマ処理装置の一態様では、前記誘電体窓は、主成分が窒化アルミニウムである。
【００４５】
本発明のプラズマ処理装置の一態様では、前記ガス供給口が前記容器の側壁に設けられている。
【００４６】
本発明のプラズマ処理装置の一態様では、前記ガス供給口が前記被処理体より前記複数のスロットが設けられた面寄りに設けられている。
【００４７】
本発明のプラズマ処理装置の一態様では、前記ガス供給口から前記複数のスロットが設けられた面に向けて前記処理ガスを放出する。
【００４８】
本発明のプラズマ処理装置の一態様では、前記容器には、該容器内を１．３４×１０³Ｐａ以下に減圧できる排気ポンプが設けられている。
【００４９】
本発明のプラズマ処理方法は、被処理体をプラズマ処理するためのプラズマ処理方法において、前記プラズマ処理装置を用いて前記被処理体をプラズマ処理することを特徴とする。
【００５０】
本発明のプラズマ処理方法の一態様では、アッシング、エッチング、クリーニング、ＣＶＤ、プラズマ重合、ドーピング、酸化、窒化の少なくともいずれか一種である。
【００５１】
本発明の構造体の製造方法は、前記プラズマ処理装置を用いて前記被処理体をプラズマ処理する工程を含むことを特徴とする。
【００５２】
【発明の実施の形態】
図１は、プラズマ処理装置を示す模式的断面図である。
このマイクロ波を放射するための複数のスロット３３が設けられた面を有する環状導波路１３を備えたマイクロ波供給器３は、前記環状導波路１３の中心Ｃ１に対して前記複数のスロット３３の中心Ｃ２が前記面に沿った方向に偏って配置されていることを特徴とする。
【００５３】
１は被処理体Ｗを内部に収容し、プラズマをプラズマ発生空間９に発生し得る真空容器であり、例えば大気開放型の容器或いは並設される不図示のロードロック室により大気と遮断された容器である。
【００５４】
２は被処理体Ｗを容器１内に収容し、保持するためのサセプタ或いはホルダーと呼ばれる被処理体保持手段であり、被処理体Ｗを昇降し得るリフトピン１２を有している。更に必要に応じて保持手段２に、被処理体Ｗを加熱するためのヒーター或いは被処理体を冷却するためのクーラー等の温度調整手段を付設してもよい。
【００５５】
３は容器１内にプラズマを発生させるためのマイクロ波エネルギーを供給するマイクロ波供給器である。スロット３３の位置は内方にオフセットしている。因みに、図１４に示したスロットがオフセットしていないものである。
【００５６】
４は容器１内を気密に封止するとともにマイクロ波を透過させる誘電体窓である。
【００５７】
５はマイクロ波導波管、６はマイクロ波電源である。
【００５８】
７はマイクロ波によってプラズマ化される処理ガスを供給するためのガス供給路であり、斜め上方を向いた放出路の先にガス供給口１７を有する。
【００５９】
ガス供給路７は各種ガスボンベ５７、バルブ４７、流量コントローラー３７等のガス供給系２７に連通している。
【００６０】
８は、容器１内を排気するための排気路であり、真空ポンプ１８、バルブ２８等を含む排気系に不図示の排気口を通じて連通している。
【００６１】
図２は、図１の装置のマイクロ波供給器３に用いられるスロット付平板２３を示している。
【００６２】
スロット付平板２３は、複数のスロット３３を有している。スロットは、環状導波路１３の中心Ｃ１を結ぶ線より、環の内方にスロットの中心Ｃ２を結ぶ線が位置するように、平板２３の表面に沿った方向に偏在して設けられている。Ｃ３は環状導波路１３の外側面の位置を、Ｃ４はその内側面の位置を示している。
【００６３】
図１の装置によるプラズマ処理方法は以下のとおりである。所定の圧力まで減圧、排気された容器１内にガス供給口１７から処理ガスを供給する。
【００６４】
処理ガスはプラズマ発生室となる空間９に放出された後、排気路８へと流れていく。
【００６５】
一方、マグネトロンのようなマイクロ波電源６において発生したマイクロ波は、同軸導波管、円筒導波管又は矩形導波管のような導波管５を介して伝搬し、導入口１５よりマイクロ波供給器３内に導入される。
【００６６】
１つのスロット３３に対向する上方のＨ面から導入されたマイクロ波は、そのスロット３３からマイクロ波を放射するとともに、図２中時計回わり乃至反時計回わりにマイクロ波供給器３の無終端環状導波路１３内を伝搬する。
【００６７】
環状導波路１３のＨ面には、例えばＴＥ₁₀モードにて路内を伝搬・進行するマイクロ波の伝搬・進行方向と交差する縦長のスロット３３が設けられているために、そのスロット３３から、空間９に向かって、マイクロ波が放射される。
【００６８】
マイクロ波は、誘電体からなるマイクロ波透過窓４を透過して空間９に供給される。
【００６９】
空間９には、処理ガスが存在しており、この処理ガスはマイクロ波エネルギーによって励起されプラズマを発生させる。マイクロ波の放射及びプラズマ発生の仕組みは、図１５を参照して説明したとおりである。
【００７０】
被処理体Ｗの表面には、このプラズマを利用して表面処理が施される。プラズマＰは、投入されるマイクロ波の電力や容器内の圧力に応じて、図１のようにスロット下方のみに存在することもあるし、又、窓４の下面全面に拡がることもある。
【００７１】
被処理体Ｗの大きさや、マイクロ波供給器導波路の周長に応じて、スロットを外方に偏在させることもできる。
【００７２】
図３はプラズマ処理装置を示す模式的断面図である。
【００７３】
この装置は、図４に示すようなスロット付平板２３を有している。図１の装置との相違点は、図４のスロット付平板２３が付設されている点と、被処理体バイアス電源２２が付設されている点である。
【００７４】
空間９内の圧力を低くして、プラズマがより拡がるように調整し、被処理体Ｗにバイアス電源２２よりバイアス電圧を印加しながらプラズマ処理を行える構成になっている。このような構成はエッチングに好適なものである。
【００７５】
更に、必要に応じて保持手段２にクーラーを付設して被処理体Ｗの昇温を抑制することも好ましいものである。
【００７６】
図１、２と同符号で示す部位は、図１の実施形態の装置と同じ構成であるので、詳述を省略する。
【００７７】
図４は本発明に用いられるマイクロ波供給器のスロット付平板の別の例を示す。
【００７８】
図４の例では図２と同様に設けられたスロット３３の延長線上に更に別のスロット４３が設けられている点が図２に示した平板とは異なっている。
【００７９】
この外方のスロット４３も又、その中心を結ぶ線Ｃ５が、環状導波路１３の中心を結ぶ線Ｃ１に対して、環の外方に偏在して設けられている。
【００８０】
同一径方向にある一対のスロット３３とスロット４３とは不連続直線状に形成されることにより、従来のスロットの場合よりも径方向に均一にマイクロ波を放射することができる。又、スロット３３とスロット４３とを一体化した長尺スロットとした場合よりも、周方向（マイクロ波の進行方向）において、より均一にマイクロ波を放射することができる。
【００８１】
本発明に用いられるスロットの偏心量は、使用する処理条件に応じて適宜定められる。特にスロット付平板２３を導波路１３となる凹部を有する導電性基材に対して交換可能に構成すれば、処理条件の変更にも柔軟に対応できる。
【００８２】
本発明に用いられるスロットの中心が、環状導波路の中心とは異なっている異中心スロットの形状は、各々のスロットの中心が導波路の中心に対して内方及び／又は外方に偏在しているのであれば、１つの矩形状穿孔でも、長さが管内波長の１／４から３／８である穿孔が複数、不連続かつ直線上に配置されたものでも適用可能である。
【００８３】
図５は不連続直線状スロット付の平板状環状導波管を用いたマイクロ波プラズマ処理装置の横断面模式図で、図６は環状導波管のスロット板の上面図である。
図３、図４に示した装置と異なる点は、被処理体Ｗの大きさに比べて環状導波管（マイクロ波供給器）３の大きさが相対的に大きい点、ガス放出口１７が斜め下方を向いている点、内方及び外方に偏在した一組のスロット３３，４３からなる不連続線状スロットの数が８個になっている点である。又、被処理体の温度制御用にヒーター１１４が保持手段２に設けられている。
排気系やガス供給系は、図１、図３に示したものと同様のものを使用できる。
図５ではスロット３３，４３は省略されて図示されている。
【００８４】
プラズマの発生及び処理は以下のようにして行なう。排気系（不図示）を介して容器１内を真空排気する。続いて、プラズマ処理用ガスをガス供給路７を介して所定の流量で容器１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、容器１内を所定の圧力に保持する。マイクロ波電源（不図示）より所望の電力を、マイクロ波供給器３を介して、容器１内に供給することにより、容器１内にプラズマが発生する。この時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、解離、イオン化され、保持手段２上に載置された被処理体Ｗの表面が処理される。
【００８５】
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置に用いられるマイクロ波供給器となる環状導波管の材質は、導電体であれば使用可能であるが、マイクロ波の伝搬ロスをできるだけ抑えるため導電率の高いＡｌ、Ｃｕ、Ａｇ／ＣｕメッキしたＳＵＳなどが最適である。本発明に用いられる環状導波管のマイクロ波導入口１５の向きは、マイクロ波供給器内の導波路に効率よくマイクロ波を導入できるものであれば、図のようにＨ面に垂直方向で導入部で伝搬空間の左右方向に二分配するものでも、Ｈ面に平行で伝搬空間の接線方向でもよい。本発明に用いられるマイクロ波供給器のマイクロ波進行方向におけるスロット間隔は、管内波長の１／２が最適である。
【００８６】
本発明においては、不連続スロットの連続部分のそれぞれの長さ即ちスロット３３又はスロット４３の長さはそれぞれ管内波長の１／４から３／８であるのが好ましい。不連続線状スロット３３，４３はマイクロ波の進行方向１２１に対して交差する方向を向いている。即ちスロットの長手方向がマイクロ波の進行方向１２１と交差、ここでは垂直に交わっている。ここでは、矩形導波管を無終端となるように環状（勿論、円環状だけではなく、楕円環状、四角環状、五角環状等も含む）とし、ＴＥ₁₀モード（Ｈ₀₁モード）のマイクロ波を伝搬させている為、振動の腹一個に対して一個の不連続線状スロット（一対のスロット）が対応している。符号１２０は磁界の向きを模式的に示している。
【００８７】
図７は接線導入型の平板状環状導波管を用いたマイクロ波プラズマ処理装置の横断面模式図である。
【００８８】
マイクロ波電源（不図示）より所望の電力を、Ｅ面に形成された導入口１５より平板状環状導波管３内に導入する。導入されたマイクロ波は、管内波長の１／２毎に形成されたスロットを介し誘電体窓４を透してプラズマ発生空間９に導入される。導入されずに１周伝搬したマイクロ波は、導入口１５付近で新たに接線導入されたマイクロ波と干渉して強め合い、数周伝搬するまでにほとんどのマイクロ波はプラズマ発生空間に導入される。
【００８９】
図７もスロットが省略されて図示されている。
図７に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用して、Ａｒ流量５００ｓｃｃｍ、圧力１．３３Ｐａと１３３Ｐａ、マイクロ波パワー３．０ｋＷの条件でプラズマを発生させ、得られたプラズマの計測を行った。プラズマ計測は、シングルプローブ法により以下のようにして行なった。プローブに印加する電圧を−５０から＋１００Ｖの範囲で変化させ、プローブに流れる電流をＩ−Ｖ測定器により測定し、得られたＩ−Ｖ曲線からラングミュアらの方法により電子密度、電子温度、プラズマ電位を算出した。その結果、電子密度は、１．３３Ｐａの場合１．９×１０¹²／ｃｍ³±２．７％（φ３００面内）、１３３Ｐａ場合８．７×１０¹¹／ｃｍ³±５．６％（φ３００面内）であり、高圧領域でも高密度で均一なプラズマが形成されていることが確認された。
【００９０】
図８はＲＦバイアス印加機構を用いたマイクロ波プラズマ処理装置の横断面模式図である。２２はＲＦバイアス印加手段である。図８もスロットは省略されて図示されている。
【００９１】
プラズマの発生及び処理は以下のようにして行なう。被処理体Ｗを保持手段２上に設置し、ヒータ１１４を用いて所望の温度まで加熱する。排気系（不図示）を介してプラズマ発生空間９を真空排気する。続いて、プラズマ処理用ガスを所定の流量でプラズマ発生空間９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、プラズマ発生空間を所定の圧力に保持する。ＲＦバイアス印加手段２２を用いて保持手段２にＲＦ電力を供給するとともに、マイクロ波電源（不図示）より所望の電力を、平板状環状導波管３を介し誘電体窓４を透してプラズマ発生空間９に導入する。導入されたマイクロ波の電界により電子が加速され、プラズマ発生空間９にプラズマが発生する。この際、処理用ガスは発生した高密度プラズマにより励起、解離、イオン化され、被処理体Ｗの表面が処理される。また、ＲＦバイアスにより基板に入射するイオンの運動エネルギーを制御できる。
【００９２】
図９は温度制御用の冷却機構付きマイクロ波プラズマ処理装置の横断面模式図、４１４は基体を冷却するクーラである。
図９もスロットが省略されて図示されている。
【００９３】
プラズマの発生及び処理は以下のようにして行なう。被処理体Ｗを保持手段２上に設置し、クーラ４１４を用いて冷却する。排気系（不図示）を介してプラズマ発生空間９を真空排気する。続いて、プラズマ処理用ガスを導入する。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、プラズマ発生空間９を所定の圧力に保持する。ＲＦバイアス印加手段２２を用いて保持手段２にＲＦ電力を供給するとともに、マイクロ波電源（不図示）より所望の電力を、平板状環状導波管３を介し誘電体窓４を透してプラズマ発生空間に導入する。導入されたマイクロ波の電界により電子が加速され、プラズマが発生する。クーラ４１４を用いることにより、高密度プラズマと高バイアスを用いた場合に問題となるイオン入射による基板の過加熱を抑制することができる。
【００９４】
本発明に用いられる環状導波路は、前述したとおり環状であれば、円環状に限らず、楕円環状、四角環状、五角環状、等様々な形状であり得る。
半導体ウエハや光ディスクや磁気ディスクのような円盤状の被処理体を処理する場合には、円環状が好適である。
【００９５】
本発明に用いられる環状導波路を有するマイクロ波供給器としては、導波路となる環状凹部を有する導電性基材と、スロット付平板との組み立て体を用いることも好ましいものである。
【００９６】
又、必要に応じて導波路内に管内波長を短くするべく誘電体を充てんすることも好ましいものである。このような誘電体としてはテトラフルオロエチレン等の樹脂が好ましく用いられる。そして、本発明におけるスロットの位置は、後述するように設定する。
【００９７】
（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態について述べる。図１６（ａ）〜１６（ｃ）は、マイクロ波プラズマ処理装置を示す模式図である。図１６（ａ）は装置の断面図、図１６（ｂ）はマイクロ波供給器の平面図、図１６（ｃ）はマイクロ波伝搬の様子を示す模式図である。
【００９８】
ここで、１はプラズマ処理室を構成する容器、Ｗは被処理体、２は被処理体Ｗの支持体、１１４は被処理体Ｗの温度を調節する手段、２２は高周波バイアス印加手段、７は処理ガス供給口、１８は排気ポンプ、２８は排気コンダクタンス調整バルブ、４はプラズマ処理室を大気側と分離する誘電体窓、３はマイクロ波を誘電体窓４を透してプラズマ処理室に導入するためのスロット付無終端環状導波管からなるマイクロ波供給器、１３は無終端環状導波管内のマイクロ波導波路、１５は無終端環状導波管内に導入されたマイクロ波を左右に分配するＥ分岐を構成しているマイクロ波導入口、ＳＴＷはＥ分岐で分配された導波路内を伝播したマイクロ波同士の干渉により生じた定在波、３３は誘電体窓４に接する面（ここではＨ面）に所定の間隔で穿孔されて設けられた複数のスロットである。
【００９９】
そして、ＳＷはスロット３３を通して導入された誘電体４の表面を伝播する表面波、ＳＳＴＷは隣接するスロット３３から放出された表面波ＳＷ同士の干渉により生じた表面定在波である。プラズマは表面定在波ＳＳＴＷによる電子励起により誘電体窓の下方側に生じるので、表面波干渉プラズマと呼ぶ。
【０１００】
ここで、スロット３３は、無終端環状導波管内のマイクロ波導波路１３の中央ではなく、ｎ₁をスロット３３間に生じる表面定在波ＳＳＴＷの腹の個数、λ₅を表面波ＳＷの波長、ｎ_gを路内波長λ_gに対する環状導波路１３の一周長ｌ_gの倍率として、
半径ｒ_eが略、
ｒ_e＝ｎ₁λ₅／｛２ｔａｎ（π／（２ｎ_g））｝｛１＋ｃｏｓ（π／ｎ_g）｝
である円周Ｃ２上にスロット３３の中心が存在する。
【０１０１】
この理由を図１７を用いて説明する。
隣接するスロット３３から発生した表面波ＳＷ同士の干渉により、スロット３３間に奇数個の表面定在波ＳＳＴＷがスロットの配列方向と平行に複数生じると近似できる場合には、表面定在波ＳＳＴＷは、表面波ＳＷの波長λ₅の１／２間隔で発生する。したがって、最も効率的に等間隔に表面定在波ＳＳＴＷを発生させるには、スロット間の表面波ＳＷの伝播長（これは中央定在波間隔Ｌに等しい）を、
Ｌ＝ｎ₁λ₅／２
にする必要がある。スロットの配列方向と複数発生した表面定在波ＳＳＴＷの配列方向とが平行と近似できない一般的場合に、
Ｌ＝ｎ₁λ₅／｛１＋ｃｏｓ（π／ｎ_g）｝
で置き換える必要がある。
【０１０２】
また、伝播長Ｌはスロット中心が存在すべき円周の半径ｒ_eとスロット間半角度θとを用いて、
Ｌ＝２ｒ_eｔａｎθ
＝２ｒ_eｔａｎ（π／（２ｎ_g）
とも表される（この場合、スロットの角度間隔はπ／ｎ_gとなる）。したがって、スロット中心が存在すべき円周の半径ｒ_eは、
ｒ_e＝ｎ₁λ₅／｛２ｔａｎ（π／（２ｎ_g））｝｛１＋ｃｏｓ（π／ｎ_g）｝
と表される。
【０１０３】
ここで、ｎ_g（＝１_g／λ_g）の値は、２〜５の範囲内にあることが望ましい。また、スロット３３間に生じる表面定在波ＳＳＴＷの腹の個数ｎ₁は、３，５，７のいずれかであることが望ましい。
【０１０４】
一例として、スロット間表面定在波個数ｎ₁：３，５、マイクロ波周波数２．４５ＧＨｚ（λ₀：２２．４４ｍｍ）、ｎ_g：２，３，４、誘電体窓：石英ガラス（ε_w：３．８）、窒化アルミニウム（ε_w：９．８）の場合のスロット中心半径を以下の表１に示す。
【０１０５】
【表１】

【０１０６】
プラズマの発生及び処理は以下のようにして行なう。
先ず、排気手段１８を介してプラズマ処理室を真空排気する。
続いて、プラズマ処理ガスを処理ガス供給口７を介して所定の流量でプラズマ処理室に導入する。
【０１０７】
次に、プラズマ処理室と排気ポンプ１８との間に設けられたコンダクタンス調整手段２８を調整し、プラズマ処理室を所定の圧力に保持する。必要に応じて、高周波バイアス印加手段２２を介して被処理体Ｗにバイアスを印加する。マイクロ波電源ＭＷより所望の電力を無終端環状導波路１３を介してプラズマ処理室に供給する。
【０１０８】
この際、無終端環状導波路１３内に導入されたＴＥ₁₀モードのマイクロ波は、導入口１５のＥ分岐で左右に二分配され、自由空間よりも長い路内波長をもって導波路１３内を伝搬する。分配されたマイクロ波同士は干渉しあい、管内波長の１／２毎に“腹”をもつ定在波ＳＴＷを生じる。導波管の導電性の面、ここではＨ面を流れる電流が最大になる位置、即ち、隣接する２つの“腹”間の中央に設置されたスロット３３から誘電体窓４を透してプラズマ処理室に導入されたマイクロ波は、スロット３３近傍にプラズマを生成する。生成したプラズマの電子プラズマ周波数が電源周波数を超える（例えば、電子密度が７×１０¹⁰／ｃｍ³を超える場合、電子プラズマ周波数が電源周波数２．４５ＧＨｚを超える）と、マイクロ波はプラズマ中を伝搬できなくなり（いわゆるカットオフ）、更に電子密度が増加し、
δ＝（２／ωμ₀σ）^1/2
［ω：電源角周波数、μ₀：真空透磁率、σ：プラズマ導電率］
で表される表皮厚が十分薄くなる（例えば、電子密度が２×１０¹²ｃｍ^-3以上になると、表皮厚は４ｍｍ以下になる）と、誘電体窓４の表面を表面波ＳＷとして伝搬する。
【０１０９】
隣接するスロット３３から導入された表面波ＳＷ同士が干渉し、略、
λ₅＝λ₀ε_r ^-1/2
［λ₀：自由空間マイクロ波波長、ε_r：誘電体比誘電率］
で表される表面波ＳＷの波長の１／２毎に表面定在波ＳＳＴＷを生じる。
【０１１０】
プラズマ処理室にしみ出したこの表面定在波ＳＳＴＷによって電子が加速され表面波干渉プラズマ（ＳＩＰ：Ｓｕｒｆａｃｅ−ｗａｖｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｄ Ｐｌａｓｍａ）が生成される。この時に処理ガス供給口７を介して処理ガスをプラズマ処理室に導入しておくと、処理ガスは発生した高密度プラズマにより励起され、支持体２上に載置された被処理体Ｗの表面を処理する。
【０１１１】
本実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置に用いられるスロット３３の形状は、スロット３３の中心が略、
ｒ_e＝ｎ₁λ₅／｛２ｔａｎ（π／（２ｎ_g））｝｛１＋ｃｏｓ（π／ｎ_g）｝
で表される位置Ｃ２に存在するのであれば、長さが管内波長の１／４から３／８である矩形状穿孔でなくても適用可能である。
【０１１２】
（第２の実施形態）
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置において、ｎ_gが３、スロット間表面定在波個数ｎ₁が３、誘電体が石英ガラス（誘電率ε_r：３．８）の場合のマイクロ波供給器を図１８に示す。装置本体の構成は図１６（ａ）等とほぼ同じである。
【０１１３】
ここでは、スロット３３は、無終端環状導波管内のマイクロ波導波路１３の中央より外側の、半径が略１０３．９ｍｍである円周Ｃ５上にスロットの中心が存在するように形成されている。
【０１１４】
この際、無終端環状導波管内に導入されたＴＥ₁₀モードのマイクロ波は、Ｅ分岐で左右に二分配され、自由空間よりも長い管内波長をもって導波路１３内を伝搬する。分配されたマイクロ波同士は干渉しあい、路内波長の１／２毎に６個の“腹”をもつ定在波を生じる。電流が最大になる位置、即ち、隣接する２つの“腹”間の中央に設置されたスロット３３から誘電体窓を透してプラズマ処理室に導入されたマイクロ波は、スロット３３近傍にプラズマを生成する。
【０１１５】
生成したプラズマの電子プラズマ周波数が電源周波数を超える（例えば、電子密度が７×１０¹⁰／ｃｍ³を超える場合、電子プラズマ周波数が電源周波数２．４５ＧＨｚを超える）と、マイクロ波はプラズマ中を伝搬できなくなり（いわゆるカットオフ）、更に電子密度が増加し、
δ＝（２／ωμ₀σ）^1/2
［ω：電源角周波数、μ₀：真空透磁率、σ：プラズマ導電率］
で表される表皮厚が十分薄くなる（例えば、電子密度が２×１０¹²ｃｍ^-3以上になると、表皮厚は４ｍｍ以下になる）と、石英製の誘電体の表面を表面波として伝搬する。
【０１１６】
隣接するスロット３３から導入された表面波同士が干渉し、約３１ｍｍ毎に表面定在波を生じる。プラズマ処理室にしみ出したこの表面定在波によって電子が加速され表面波干渉プラズマが生成する。
【０１１７】
誘電体窓の材質は無水合成石英、直径３００ｍｍ、厚さ１２ｍｍである。無終端環状導波管は、内部導波路断面の寸法が２７ｍｍ×９６ｍｍであって、中心直径が１５２ｍｍ（導波路周長ｌ_gが路内波長λ_gの３倍）である。
【０１１８】
無終端環状導波管の材質は、マイクロ波の伝搬損失を抑えるため、すべてＡｌを用いている。無終端環状導波管のＨ面には、マイクロ波をプラズマ処理室を導入するためのスロット３３が形成されている。スロット３３は、長さ４０ｍｍ、幅４ｍｍの矩形状であり、中心が半径１０３．９ｍｍの円周Ｃ５上にあり放射状に６０°間隔で計６個形成されている。無終端環状導波管には、４Ｅチューナ、方向性結合器、アイソレータ、２．４５ＧＨｚの周波数を持つマイクロ波電源（不図示）が順に接続されている。
【０１１９】
図１８に示したマイクロ波供給器を有するプラズマ処理装置を使用して、Ａｒ流量５００ｓｃｃｍ、圧力１．３３Ｐａ、マイクロ波パワー３．０ｋＷの条件でプラズマを発生させ、得られたプラズマの計測を行った。プラズマ計測は、シングルプローブ法により以下のようにして行った。プローブに印加する電圧を−５０から＋１００Ｖの範囲で変化させ、プローブに流れる電流をＩ−Ｖ測定器により測定し、得られたＩ−Ｖ曲線からラングミュアらの方法により電子密度、電子温度、プラズマ電位を算出した。その結果、電子密度は、１．３３Ｐａの場合、２．１×１０¹²ｃｍ^-3±２．７％（φ３００面内）であり、低圧領域でも電子密度の高い安定したプラズマが形成されていることが確認された。
【０１２０】
（第３の実施形態）
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置において、導波路周長／管内波長倍率ｎ_gが３、スロット間表面定在波個数ｎ₁が３、誘電体がＡＩＮ（誘電率ε_w：９．８）の場合のマイクロ波供給器の例を図１９に示す。装置本体の構成は図１６（ａ）等と同じである。
【０１２１】
ここで、スロット３３は、無終端環状導波管内のマイクロ波導波路１３の中央より内側の、半径が略６７．７ｍｍである円周Ｃ２上にスロットの中心が存在するようにオフセットをもって形成されている。
【０１２２】
無終端環状導波管に導入されたＴＥ₁₀モードのマイクロ波は、Ｅ分岐で左右に二分配され、自由空間よりも長い路内波長をもって導波路１３内を伝搬する。分配されたマイクロ波同士は干渉しあい、路内波長の１／２毎に定在波を生じる。電流が最大になる位置、即ち、隣接する２つの定在波間の中央に設置されたスロット３３からＡｌＮ製の誘電体窓４を透してプラズマ処理室に導入されたマイクロ波は、スロット３３近傍にプラズマを生成する。生成したプラズマの電子プラズマ周波数が電源周波数を超える（例えば、電子密度が７×１０¹⁰ｃｍ^-3を超える場合、電子プラズマ周波数が電源周波数２．４５ＧＨｚを超える）と、マイクロ波はプラズマ中を伝搬できなくなり（いわゆるカットオフ）、更に電子密度が増加し、
δ＝（２／ωμ₀σ）^1/2
［ω：電源角周波数、μ₀：真空透磁率、σ：プラズマ導電率］
で表される表皮厚が十分薄くなる（例えば、電子密度が２×１０¹²ｃｍ^-3以上になると、表皮厚は４ｍｍ以下になる）と、誘電体窓４の表面を表面波として伝搬する。
【０１２３】
隣接するスロット３３から導入された表面波同士が干渉し、約２０ｍｍ毎に表面定在波を生じる。プラズマ処理室にしみ出したこの表面定在波によって電子が加速された表面波干渉プラズマが生成する。
【０１２４】
ＡｌＮ製の誘電体窓４は、直径３００ｍｍ、厚さ１２ｍｍである。無終端環状導波管は、内部導波路断面の寸法が２７ｍｍ×９６ｍｍであって、中心直径が１５２ｍｍ（導波路周長ｌ_gが路内波長λ_gの３倍）である。無終端環状導波管の材質は、マイクロ波の伝搬損失を抑えるため、すべてＡｌを用いている。
【０１２５】
無終端環状導波管のＨ面には、マイクロ波をプラズマ処理室へ導入するためのスロット３３が形成されている。スロット３３は、長さ４０ｍｍ、幅４ｍｍの矩形状であり、中心が半径６７．７ｍｍの円周Ｃ２上にあり放射状に６０°間隔で計６個形成されている。無終端環状導波管には、４Ｅチューナ、方向性結合器、アイソレータ、２．４５ＧＨｚの周波数を持つマイクロ波電源が順に接続されている。
【０１２６】
図１９に示したマイクロ波供給器を有するプラズマ処理装置を使用して、Ａｒ流量５００ｓｃｃｍ、圧力１．３３Ｐａ、マイクロ波パワー３．０ｋＷの条件でプラズマを発生させ、得られたプラズマの計測を行った。プラズマ計測は、シングルプローブ法により以下のようにして行った。プローブに印加する電圧を−５０から＋１００Ｖの範囲で変化させ、プローブに流れる電流をＩ−Ｖ測定器により測定し、得られたＩ−Ｖ曲線からラングミュアらの方法により電子密度、電子温度、プラズマ電位を算出した。その結果、電子密度は、１．３３Ｐａの場合、１．９×１０¹²ｃｍ^-3±３．１％（φ３００面内）であり、低圧領域でも電子密度の高い安定したプラズマが形成されていることが確認された。
【０１２７】
（第４の実施形態）
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置において、導波路周長／管内波長倍率ｎ_gが４、スロット間表面定在波個数ｎ₁が３及び５、誘電体がＡｌＮ（誘電率ε_w：９．８）の場合のマイクロ波供給器の例を図２０に示す。装置本体の構成は図１６（ａ）の他の装置と同じである。
【０１２８】
ここで、スロット３３は、無終端環状導波管内のマイクロ波導波路１３の中央の内側と外側、即ち、半径が略８２．９ｍｍの円周Ｃ２上と、半径がほぼ１２７．２ｍｍである円周Ｃ５上とに一対のスロット３３の中心がそれぞれ存在するよう直線状に並んで形成されている。
【０１２９】
この際、無終端環状導波管内に導入されたＴＥ₁₀モードのマイクロ波は、Ｅ分岐で左右に二分配され、自由空間よりも長い路内波長をもって導波路を伝搬する。
【０１３０】
分配されたマイクロ波同士は干渉しあい、路内波長の１／２毎に導波路内に定在波を生じる。電流が最大になる位置、即ち、隣接する２つの定在波間の中央に設置されたスロット３３から誘電体窓４を透してプラズマ処理室に導入されたマイクロ波は、スロット３３近傍にプラズマを生成する。生成したプラズマの電子プラズマ周波数が電源周波数を超える（例えば、電子密度が７×１０¹⁰ｃｍ^-3を超える場合、電子プラズマ周波数が電源周波数２．４５ＧＨｚを超える）と、マイクロ波はプラズマ中を伝搬できなくなり（いわゆるカットオフ）、更に電子密度が増加し、
δ＝（２／ωμ₀σ）^1/2
［ω：電源角周波数、μ₀：真空透磁率、σ：プラズマ導電率］
で表される表皮厚が十分薄くなる（例えば、電子密度が２×１０¹²ｃｍ^-3以上になると、表皮厚は４ｍｍ以下になる）と、誘電体窓の表面を表面波として伝搬する。
【０１３１】
隣接するスロット３３から放出された表面波同士が干渉し、約２０ｍｍ毎に表面定在波を生じる。プラズマ処理室にしみ出したこの表面定在波によって電子が加速された表面波干渉プラズマが生成する。
【０１３２】
ＡｌＮ製の誘電体窓は、直径３５０ｍｍ、厚さ１３ｍｍである。無終端環状導波管は、内部導波路断面の寸法が９ｍｍ×９６ｍｍであって、中心径が２０２ｍｍ（導波路周長が路内波長の４倍）である。無終端環状導波管の材質は、マイクロ波の伝搬損失を抑えるため、すべてＡｌを用いている。
【０１３３】
無終端環状導波管のＨ面には、マイクロ波をプラズマ処理室へ導入するためのスロット３３が形成されている。スロット３３は、内側の半径８２．９ｍｍの円周Ｃ２上にあるものが長さ４０ｍｍ、幅４ｍｍの矩形状であり、外側の半径１２７．２ｍｍの円周Ｃ５上にあるものが長さ４６ｍｍ、幅４ｍｍの矩形状であり、それぞれ、放射状に４５°間隔で８組計６個形成されている。無終端環状導波管には、４Ｅチューナ、方向性結合器、アイソレータ、２．４５ＧＨｚの周波数を持つマイクロ波電源ＭＷが順に接続されている。
【０１３４】
図２０に示したマイクロ波供給器を有するプラズマ処理装置を使用して、Ａｒ流量５００ｓｃｃｍ、圧力１０ｍＴｏｒｒ、マイクロ波パワー３．０ｋＷの条件でプラズマを発生させ、得られたプラズマの計測を行った。プラズマ計測は、シングルプローブ法により以下のようにして行った。プローブに印加する電圧を−５０から＋１００Ｖの範囲で変化させ、プローブに流れる電流をＩ−Ｖ測定器により測定し、得られたＩ−Ｖ曲線からラングミュアらの方法により電子密度、電子温度、プラズマ電位を算出した。その結果、電子密度は、１．３３Ｐａの場合、１．９×１０¹²ｃｍ^-3±２．２％（φ３００面内）であり、低圧領域でも電子密度の高い安定したプラズマが形成されていることが確認された。
【０１３５】
本発明に用いられるスロットの偏心量は、前述したとおり使用する処理条件に応じて適宜定められる。特にスロット付平板２３を交換可能に構成すれば、処理条件の変更にも柔軟に対応できる。
【０１３６】
本発明に用いられるスロットの中心が、環状導波路の中心とは異なっている異中心スロットの形状は、前述したとおり各々のスロットの中心が導波路の中心に対して内方及び／又は外方に偏在しているのであれば、１つの矩形状穿孔でも、長さが管内波長の１／４から３／８である穿孔が複数、不連続かつ直線上に配置されたものでも適用可能である。
【０１３７】
本発明に用いられるスロット付平板や環状導波管の材質は、導電体であれば使用可能であるが、マイクロ波の伝搬ロスをできるだけ抑えるため導電率の高いＡｌ，Ｃｕ，Ａｇ／Ｃｕメッキしたステンレススチールなどが最適である。本発明に用いられる環状導波路への導入口の向きは、環状導波路内のマイクロ波伝搬空間に効率よくマイクロ波を導入できるものであれば、Ｈ面Ｔ分岐や接線導入のようにＨ面に平行にマイクロ波を導入できる向き、又はＥ面Ｔ分岐のようにＨ面に垂直に導入できる向きでもよい。又、導入口付近に図１５の符号１０に示したような分配器を設けてもよい。本発明に用いられるマイクロ波進行方向のスロット間隔は、管内波長の１／２もしくは１／４が最適である。
【０１３８】
本発明に用いられるマイクロ波周波数は、０．８ＧＨｚ乃至２０ＧＨｚの範囲から適宜選択することができる。
【０１３９】
本発明に用いられるマイクロ波透過窓の誘電体としては、石英ガラスやＳｉＯ₂系のその他各種ガラス、Ｓｉ₃Ｎ₄，ＮａＣｌ，ＫＣｌ，ＬｉＦ，ＣａＦ₂，ＢａＦ₂，Ａｌ₂Ｏ₃，ＡｌＮ，ＭｇＯなどの無機物が適当であるが、ポリエチレン、ポリエステル、ポリカーボネート、セルロースアセテート、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミドなどの有機物のフィルム、シートなども適用可能である。
【０１４０】
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置及び処理方法においては、磁界発生手段を用いても良い。本発明において用いられる磁界としては、ミラー磁界なども適用可能であるが、スロット近傍の磁界の磁束密度は基板近傍の磁界の磁束密度よりも大きいマグネトロン磁界が最適である。磁界発生手段としては、コイル以外でも、永久磁石でも使用可能である。コイルを用いる場合には過熱防止のため水冷機構や空冷など他の冷却手段を用いてもよい。
【０１４１】
また、処理のより高品質化のため、紫外光を被処理体表面に照射してもよい。光源としては、被処理体もしくはその上に付着したガスに吸収される光を放射するものなら適用可能で、エキシマレーザ、エキシマランプ、希ガス共鳴線ランプ、低圧水銀ランプなどが適当である。
【０１４２】
本発明のプラズマ処理室内の圧力は１．３３×１０^-2Ｐａ乃至１．３３×１０³Ｐａの範囲、より好ましくは、ＣＶＤの場合１．３３×１０^-1Ｐａ乃至１．３３×１０¹Ｐａ、エッチングの場合６．６５×１０^-2Ｐａから６．６５Ｐａ、アッシングの場合１．３３×１０¹Ｐａから１．３３×１０³Ｐａの範囲から選択することができる。
【０１４３】
本発明によるプラズマ処理方法について図１０（ａ）〜図１０（ｅ）を参照して説明する。
【０１４４】
図１０（ａ）に示すようにシリコン基板のような被処理体１０１の表面にＣＶＤ装置又は表面改質装置により、酸化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化タンタル等の無機物や、テトラフルオロエチレン、ポリアリールエーテル等の有機物からなる絶縁膜１０２を形成する。
【０１４５】
図１０（ｂ）に示すようにフォトレジストを塗布して、ベーキングを行いフォトレジスト層１０３を形成する。
【０１４６】
図１０（ｃ）に示すように、露光装置によりホールパターン潜像の形成を行い、これを現像してホール１０４を有するフォトレジストパターン１０３’を形成する。
【０１４７】
図１０（ｄ）に示すように、エッチング装置により、フォトレジストパターン１０３’の下の絶縁膜１０２をエッチングしてホール１０５を形成する。
【０１４８】
図１０（ｅ）に示すように、アッシング装置を用いてフォトレジストパターン１０３’をアッシングして除去する。
【０１４９】
こうして、ホール付絶縁膜を有する構造体が得られる。
【０１５０】
続いて、ホール内に導電体等を堆積させる場合には、前もって、クリーニング装置等によりホール内をクリーニングすることも好ましいものである。
【０１５１】
そして、図１〜図９を参照して説明した本発明によるプラズマ処理装置は、前述した工程に用いられるＣＶＤ装置、表面改質装置、エッチング装置、アッシング装置のうちの少なくともいずれか１つとして利用可能である。
【０１５２】
図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は本発明による別のプラズマ処理方法を示している。
【０１５３】
図１１（ａ）に示すようにアルミニウム、銅、モリブデン、クロム、タングステンのような金属或いはこれらの金属のうち少なくとも一つを主成分とする各種合金等からなる導電体のパターン又は多結晶シリコンのパターン（ここではラインアンドスペース）を形成する。
【０１５４】
図１１（ｂ）に示すようにＣＶＤ装置等により絶縁膜１０７を形成する。
【０１５５】
不図示のフォトレジストパターンを形成した後、エッチング装置にて絶縁膜１０７にホール１０８を形成する。
【０１５６】
フォトレジストパターンをアッシング装置等により除去すると図１１（ｃ）に示すような構造体が得られる。
【０１５７】
そして、本発明のプラズマ処理装置は、上述ＣＶＤ装置、エッチング装置、アッシング装置として使用できるが、後述するようにこれらにのみ限定的に適用されるわけではない。
【０１５８】
本発明のマイクロ波プラズマ処理方法による堆積膜の形成は、使用するガスを適宜選択することによりＳｉ₃Ｎ₄，ＳｉＯ₂，Ｔａ₂Ｏ₅，ＴｉＯ₂，ＴｉＮ，Ａｌ₂Ｏ₃，ＡｌＮ，ＭｇＦ₂，フルオロカーボンなどの絶縁膜、ａ−Ｓｉ，ｐｏｌｙ−Ｓｉ，ＳｉＣ，ＧａＡｓなどの半導体膜、Ａｌ，Ｗ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｔａなどの金属膜、アモーファスカーボン、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンド等、各種の堆積膜を効率よく形成することが可能である。
【０１５９】
本発明のプラズマ処理方法により処理する被処理体の基体は、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よい。具体的にはＳｉウエハ、ＳＯＩウエハ等の半導体基体が挙げられる。
【０１６０】
導電性基体としては、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｍｏ，Ａｕ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｖ，Ｔｉ，Ｐｔ，Ｐｂなどの金属またはこれらの合金、例えば真鍮、ステンレス鋼などが挙げられる。
【０１６１】
絶縁性基体としては、石英ガラスやそれ以外の各種ガラス、Ｓｉ₃Ｎ₄，ＮａＣｌ，ＫＣｌ，ＬｉＦ，ＣａＦ₂，ＢａＦ₂，Ａｌ₂Ｏ₃，ＡｌＮ，ＭｇＯなどの無機物、ポリエチレン、ポリエステル、ポリカーボネート、セルロースアセテート、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミドなどの有機物のフィルム、シートなどが挙げられる。
【０１６２】
ＣＶＤ法により基板上に薄膜を形成する場合に用いられるガスとしては、一般に公知のガスが使用できる。
【０１６３】
ａ−Ｓｉ，ｐｏｌｙ−Ｓｉ，ＳｉＣなどのＳｉ系半導体薄膜を形成する場合のＳｉ原子を含有する原料ガスとしては、ＳｉＨ₄，Ｓｉ₂Ｈ₆などの無機シラン類、テトラエチルシラン（ＴＥＳ），テトラメチルシラン（ＴＭＳ），ジメチルシラン（ＤＭＳ），ジメチルジフルオロシラン（ＤＭＤＦＳ），ジメチルジクロルシラン（ＤＭＤＣＳ）などの有機シラン類、ＳｉＦ₄，Ｓｉ₂Ｆ₆，Ｓｉ₃Ｆ₈，ＳｉＨＦ₃，ＳｉＨ₂Ｆ₂，ＳｉＣｌ₄，Ｓｉ₂Ｃｌ₆，ＳｉＨＣｌ₃，ＳｉＨ₂Ｃｌ₂，ＳｉＨ₃Ｃｌ，ＳｉＣｌ₂Ｆ₂などのハロシラン類等、常温常圧でガス状態であるものまたは容易にガス化し得るものが挙げられる。また、この場合のＳｉ原料ガスと混合して導入してもよい添加ガスまたはキャリアガスとしては、Ｈ₂，Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｒｎが挙げられる。
【０１６４】
Ｓｉ₃Ｎ₄，ＳｉＯ₂などのＳｉ化合物系薄膜を形成する場合のＳｉ原子を含有する原料としては、ＳｉＨ₄，Ｓｉ₂Ｈ₆などの無機シラン類、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）、テトラメトキシシラン（ＴＭＯＳ）、オクタメチルシクロテトラシラン（ＯＭＣＴＳ）、ジメチルジフルオロシラン（ＤＭＤＦＳ）、ジメチルジクロルシラン（ＤＭＤＣＳ）などの有機シラン類、ＳｉＦ₄，Ｓｉ₂Ｆ₆，Ｓｉ₃Ｆ₈，ＳｉＨＦ₃，ＳｉＨ₂Ｆ₂，ＳｉＣｌ₄，Ｓｉ₂Ｃｌ₆，ＳｉＨＣｌ₃，ＳｉＨ₂Ｃｌ₂，ＳｉＨ₃Ｃｌ，ＳｉＣｌ₂Ｆ₂などのハロゲン化シラン類等、常温常圧でガス状態であるものまたは容易にガス化し得るものが挙げられる。また、この場合の同時に導入する窒素原料ガスまたは酸素原料ガスとしては、Ｎ₂，ＮＨ₃，Ｎ₂Ｈ₄、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、Ｏ₂，Ｏ₃，Ｈ₂Ｏ，ＮＯ，Ｎ₂Ｏ，ＮＯ₂などが挙げられる。
【０１６５】
Ａｌ，Ｗ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｔａなどの金属薄膜を形成する場合の金属原子を含有する原料としては、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡｌ）、トリイソブチルアルミニウム（ＴＩＢＡｌ）、ジメチルアルミニウムハイドライド（ＤＭＡｌＨ）、タングステンカルボニル（Ｗ（ＣＯ）₆）、モリブデンカルボニル（Ｍｏ（ＣＯ）₆）、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）などの有機金属、ＡｌＣｌ₃，ＷＦ₆，ＴｉＣｌ₃，ＴａＣｌ₅などのハロゲン化金属等が挙げられる。また、この場合のＳｉ原料ガスと混合して導入してもよい添加ガスまたはキャリアガスとしては、Ｈ₂，Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｒｎが挙げられる。
【０１６６】
Ａｌ₂Ｏ₃，ＡｌＮ，Ｔａ₂Ｏ₅，ＴｉＯ，ＴｉＮ，ＷＯ₃などの金属化合物薄膜を形成する場合の金属原子を含有する原料としては、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡｌ）、トリイソブチルアルミニウム（ＴＩＢＡｌ）、ジメチルアルミニウムハイドライド（ＤＭＡｌＨ）、タングステンカルボニル（Ｗ（ＣＯ）₆）、モリブデンカルボニル（Ｍｏ（ＣＯ）₆）、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）などの有機金属、ＡｌＣｌ₃，ＷＦ₆，ＴｉＣｌ₃，ＴａＣｌ₅などのハロゲン化金属等が挙げられる。また、この場合の同時に導入する酸素原料ガスまたは窒素原料ガスとしては、Ｏ₂，Ｏ₃，Ｈ₂Ｏ，ＮＯ，Ｎ₂Ｏ，ＮＯ₂，Ｎ₂，ＮＨ₃，Ｎ₂Ｈ₄、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）などが挙げられる。アモーファスカーボン、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンド等のカーボン膜を形成する場合には、ＣＨ₄，Ｃ₂Ｈ₆等の炭素含有ガスを、フルオロカーボン膜を形成する場合には、ＣＦ₄やＣ₂Ｆ₆等のフッ素、炭素含有ガスを用いるとよい。
【０１６７】
基体表面をエッチングする場合のエッチング用ガスとしては、Ｆ₂，ＣＦ₄，ＣＨ₂Ｆ₂，Ｃ₂Ｆ₆，Ｃ₄Ｆ₈，ＣＦ₂Ｃｌ₂，ＳＦ₆，ＮＦ₃，Ｃｌ₂，ＣＣｌ₄，ＣＨ₂Ｃｌ₂，Ｃ₂Ｃｌ₆などが挙げられる。
【０１６８】
フォトレジストなど基体表面上の有機成分をアッシング除去する場合アッシング用ガスとしては、Ｏ₂，Ｏ₃，Ｈ₂Ｏ，Ｎ₂，ＮＯ，Ｎ₂Ｏ，ＮＯ₂などが挙げられる。
【０１６９】
また本発明のマイクロ波プラズマ処理装置及び処理方法を表面改質にも適用する場合、使用するガスを適宜選択することにより、例えば基体もしくは表面層としてＳｉ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｔａなどを使用してこれら基体もしくは表面層の酸化処理あるいは窒化処理さらにはＢ，Ａｓ，Ｐなどのドーピング処理等が可能である。更に本発明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を除去するクリーニングに使用することもできる。
【０１７０】
基体を酸化表面処理する場合の酸化性ガスとしては、Ｏ₂，Ｏ₃，Ｈ₂Ｏ，ＮＯ，Ｎ₂Ｏ，ＮＯ₂などが挙げられる。また、基体を窒化表面処理する場合の窒化性ガスとしては、Ｎ₂，ＮＨ₃，Ｎ₂Ｈ₄、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）などが挙げられる。
【０１７１】
基体表面の有機物をクリーニングする場合、またはフォトレジストなど基体表面上の有機成分をアッシング除去する場合のクリーニング／アッシング用ガスとしては、Ｏ₂，Ｏ₃，Ｈ₂Ｏ，Ｈ₂，ＮＯ，Ｎ₂Ｏ，ＮＯ₂などが挙げられる。また、基体表面の無機物をクリーニングする場合のクリーニング用ガスとしては、Ｆ₂，ＣＦ₄，ＣＨ₂Ｆ₂，Ｃ₂Ｆ₆，Ｃ₄Ｆ₈，ＣＦ₂Ｃｌ₂，ＳＦ₆，ＮＦ₃などが挙げられる。
【０１７２】
【実施例】
（実施例１）
図１６（ａ）〜１６（ｃ）に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、フォトレジストのアッシングを行った。
被処理体としては、層間ＳｉＯ₂膜をエッチングし、ビアホールを形成した直後のシリコン（Ｓｉ）基板（φ８インチ）を使用した。
【０１７３】
先ず、Ｓｉ基板を支持体２上に設置し、温度調節手段１１４としてのヒータを用いてＳｉ基板を２５０℃に加熱した後、排気系を介してプラズマ処理室を真空排気し、１．３３×１０^-3Ｐａまで減圧させた。プラズマ処理ガス供給口７を介して酸素ガスを５００ｓｃｃｍの流量でプラズマ処理室に導入した。
【０１７４】
次いで、プラズマ処理室と排気ポンプ１８との間に設けられたコンダクタンスバルブ２８を調整し、処理室を４０Ｐａに保持した。プラズマ処理室に、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源ＭＷより１．５ｋＷの電力を無終端環状導波管を介して供給した。
【０１７５】
かくして、プラズマ処理室にプラズマを発生させた。この際、プラズマ処理ガス供給口７を介して導入された酸素ガスはプラズマ処理室で励起、分解、反応して酸素ラジカルとなり、Ｓｉ基板の方向に輸送され、Ｓｉ基板上のフォトレジストを酸化し、排気系側に排出除去された。アッシング後、アッシング速度と基板表面電荷密度などについて評価した。
【０１７６】
得られたアッシング速度及び均一性は、５．６μｍ／ｍｉｎ±４．５％と極めて良好で、表面電荷密度も、−１．３×１０¹¹ｃｍ^-2と充分低い値を示した。
【０１７７】
（実施例２）
図１７に示したマイクロ波供給器を有するプラズマ処理装置を使用し、フォトレジストのアッシングを行った。
被処理体Ｗとしては、層間ＳｉＯ₂膜をエッチングし、ビアホールを形成した直後のシリコン（Ｓｉ）基板（φ８インチ）を使用した。
【０１７８】
先ず、Ｓｉ基板を支持体２上に設置した後、排気系を介してプラズマ処理室を真空排気し、１．３３×１０^-3Ｐａまで減圧させた。プラズマ処理ガス供給口を介して酸素ガスを１ｓｌｍの流量でプラズマ処理室に導入した。
【０１７９】
次いで、プラズマ処理室と排気ポンプ１８との間に設けられたコンダクタンスバルブ２８を調整し、処理室を８０Ｐａに保持した。プラズマ処理室に、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より１．５ｋＷのＴＥ₁₀モードのマイクロ波電力を無終端環状導波管を介して供給した。
【０１８０】
かくして、プラズマ処理室内にプラズマを発生させた。この際、プラズマ処理ガス供給口７を介して導入された酸素ガスはプラズマ処理室で励起、分解、反応して酸素ラジカルとなり、Ｓｉ基板の方向に輸送され、基板上のフォトレジストを酸化し、気化・除去された。アッシング後、アッシング速度と基板表面電荷密度などについて評価した。
【０１８１】
得られたアッシング速度及び均一性は、５．４μｍ／ｍｉｎ±３．４％と極めて大きく、表面電荷密度も−１．４×１０¹¹ｃｍ^-2と充分低い値を示した。
【０１８２】
（実施例３）
図１６（ａ）〜１６（ｃ）に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、半導体素子保護用の窒化シリコン膜の形成を行った。
被処理体としては、Ａｌ配線パターン（ラインアンドスペース０．５μｍ）が形成された層間ＳｉＯ₂膜付きＰ型単結晶シリコン基板（面方位〈１００〉、抵抗率１０Ωｃｍ）を使用した。
【０１８３】
先ず、シリコン基板を支持台２上に設置した後、排気系を介してプラズマ処理室を真空排気し、１．３３×１０^-5Ｐａの値まで減圧させた。
【０１８４】
次いで、温度調整手段としてのヒータ１１４に通電し、シリコン基板を３００℃に加熱し、該基板をこの温度に保持した。プラズマ処理ガス供給口を介して窒素ガスを６００ｓｃｃｍの流量で、また、モノシランガスを２００ｓｃｃｍの流量で処理室に導入した。
【０１８５】
次いで、プラズマ処理室と排気ポンプ１８との間に設けられたコンダクタンスバルブ１８を調整し、処理室を２．６７Ｐａに保持した。
【０１８６】
次いで、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源ＭＷより３．０ｋＷの電力を無終端環状導波管を介して供給した。
【０１８７】
かくして、プラズマ処理室にプラズマを発生させた。この際、プラズマ処理ガス供給口７を介して導入された酸素ガスはプラズマ処理室で励起、分解されて活性種となり、シリコン基板の方向に輸送され、モノシランガスと反応し、窒化シリコン膜がシリコン基板上に１．０μｍの厚さで形成した。
【０１８８】
成膜後、成膜速度、応力などの膜質について評価した。応力は成膜前後の基板の反り量の変化をレーザ干渉計Ｚｙｇｏ（商品名）で測定し求めた。
得られた窒化シリコン膜の成膜速度及び均一性は、５３０ｎｍ／ｍｉｎ±３．５％と極めて大きく、膜質も応力１．２×１０⁹ｄｙｎｅ／ｃｍ²（圧縮）、リーク電流１．２×１０^-10Ａ／ｃｍ²、絶縁耐圧９ＭＶ／ｃｍの極めて良質な膜であることが確認された。
【０１８９】
（実施例４）
図１９に示したマイクロ波供給器を有するプラズマ処理装置を使用し、プラスチックレンズ反射防止用酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜の形成を行った。
被処理体としては、直径５０ｍｍプラスチック凸レンズを使用した。レンズを支持台２上に設置した後、排気系を介してプラズマ処理室を真空排気し、１．３３×１０^-5Ｐａの値まで減圧させた。プラズマ処理ガス供給口７を介して窒素ガスを１６０ｓｃｃｍの流量で、また、モノシランガスを１００ｓｃｃｍの流量で処理室に導入した。
【０１９０】
次いで、プラズマ処理室と排気ポンプ１８との間に設けられたコンダクタンスバルブ２８を調整し、処理室を９．３３Ｐａに保持した。
【０１９１】
次いで、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源ＭＷより３．０ｋＷの電力を無終端環状導波管を介してプラズマ処理室に供給した。
【０１９２】
かくして、プラズマ処理室にプラズマを発生させた。この際、プラズマ処理ガス供給口を介して導入された窒素ガスは、プラズマ処理室で励起、分解されて窒素原子などの活性種となり、レンズの方向に輸送され、モノシランガスと反応し、窒化シリコン膜がレンズ上に２１ｎｍの厚さで形成された。
【０１９３】
次いで、プラズマ処理ガス供給口を介して酸素ガスを２００ｓｃｃｍの流量で、また、モノシランガスを１００ｓｃｃｍの流量で処理室に導入した。
【０１９４】
次いで、プラズマ処理室と排気ポンプ１８との間に設けられたコンダクタンスバルブ２８を調整し、処理室を０．１３Ｐａに保持した。ついで、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源ＭＷより２．０ｋＷの電力を無終端環状導波管を介してプラズマ処理室に供給した。
【０１９５】
かくして、プラズマ処理室にプラズマを発生させた。この際、プラズマ処理ガス供給口を介して導入された酸素ガスは、プラズマ処理室で励起、分解されて酸素原子などの活性種となり、レンズの方向に輸送され、モノシランガスと反応し、酸化シリコン膜がレンズ上に８６ｎｍの厚さで形成された。成膜後、成膜速度、反射特性について評価した。
【０１９６】
得られた窒化シリコン膜及び酸化シリコン膜の成膜速度及び均一性はそれぞれ３３０ｎｍ／ｍｉｎ±２．４％、３５０ｎｍ／ｍｉｎ±２．６％と良好であり、膜質も５００ｎｍ付近の反射率が０．２％と極めて良好な光学特性であることが確認された。
【０１９７】
（実施例５）
図２０に示したマイクロ波供給器を有するプラズマ処理装置を使用し、半導体素子層間絶縁用酸化シリコン膜の形成を行った。
被処理体としては、最上部にＡｌパターン（ラインアンドスペース０．５μｍ）が形成されたＰ型単結晶シリコン基板（面方位〈１００〉、抵抗率１０Ωｃｍ）を使用した。
【０１９８】
先ず、シリコン基板を支持台２上に設置した後、排気系を介してプラズマ処理室を真空排気し、１．３３×１０^-5Ｐａの値まで減圧させた。
【０１９９】
続いて、ヒータに通電し、シリコン基板を３００℃に加熱し、該基板をこの温度に保持した。プラズマ処理ガス供給口７を介して酸素ガスを５００ｓｃｃｍの流量で、また、モノシランガスを２００ｓｃｃｍの流量で処理室に導入した。
【０２００】
次いで、プラズマ処理室と排気ポンプ１８との間に設けられたコンダクタンスバルブ２８を調整し、プラズマ処理室を４．０Ｐａに保持した。
【０２０１】
次いで、１３．５６ＭＨｚの高周波印加手段２２を介して３００Ｗの電力を支持体２に印加するとともに、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より２．０ｋＷの電力を無終端環状導波管を介してプラズマ処理室に供給した。
【０２０２】
かくして、プラズマ処理室にプラズマを発生させた。プラズマ処理ガス供給口７を介して導入された酸素ガスはプラズマ処理室で励起、分解されて活性種となり、シリコン基板の方向に輸送され、モノシランガスと反応し、酸化シリコン膜がシリコン基板上に０．８μｍの厚さで形成された。この時、イオン種はＲＦバイアスにより加速されて基板に入射しパターン上の膜を削り平坦性を向上させる。処理後、成膜速度、均一性、絶縁耐圧、及び段差被覆性について評価した。段差被覆性は、Ａｌ配線パターン上に成膜した酸化シリコン膜の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観測し、ボイドを観測することにより評価した。
【０２０３】
得られた酸化シリコン膜の成膜速度及び均一性は２５０ｎｍ／ｍｉｎ±２．７％と良好で、膜質も絶縁耐圧８．５ＭＶ／ｃｍ、ボイドフリーであって良質な膜であることが確認された。
【０２０４】
（実施例６）
図２０に示したマイクロ波供給器を有するプラズマ処理装置を使用し、半導体素子の層間ＳｉＯ₂膜のエッチングを行った。
被処理体としては、Ａｌパターン（ラインアンドスペース０．１８μｍ）上に１μｍ犀の層間ＳｉＯ₂膜が形成されたＰ型単結晶シリコン基板（面方位〈１００〉、抵抗率１０Ωｃｍ）を使用した。
【０２０５】
先ず、シリコン基板を支持台２上に設置した後、排気系を介して処理室を真空排気し、１．３３×１０^-5Ｐａの値まで減圧した。プラズマ処理ガス供給口７を介してＣ₄Ｆ₈を１００ｓｃｃｍの流量でプラズマ処理室に導入した。
【０２０６】
次いで、プラズマ処理室と排気ポンプ１８との間に設けられたコンダクタンスバルブ２８を調整し、プラズマ処理室を１．３３Ｐａの圧力に保持した。
【０２０７】
次いで、１３．５６ＭＨｚの高周波印加手段２２を介して３００Ｗの電力を支持体２に印加するとともに、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より２．０ｋＷの電力を無終端環状導波管を介してプラズマ処理室に供給した。
【０２０８】
かくして、プラズマ処理室にプラズマを発生させた。プラズマ処理ガス供給口７を介して導入されたＣ₄Ｆ₈ガスはプラズマ処理室で励起、分解されて活性種となり、シリコン基板の方向に輸送され、自己バイアスによって加速されたイオンによって層間ＳｉＯ₂膜がエッチングされた。
【０２０９】
温度調整手段としてのクーラ１１４により基板温度は８０℃までしか上昇しなかった。エッチング後、エッチング速度、選択比、及びエッチング形状について評価した。エッチング形状は、エッチングされた酸化シリコン膜の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観測し、評価した。
【０２１０】
エッチング速度及び均一性と対ＰＲ選択比は５６０ｎｍ／ｍｉｎ±３．２％、１５と良好で、エッチング形状もほぼ垂直であり、マイクロローディング効果も少ないことが確認された。
【０２１１】
（実施例７）
図２０に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、低誘電率絶縁体としての半導体素子層間絶縁用ポリアリールエーテル（ＰＡＥ）膜のエッチングを行った。
被処理体Ｗとしては、０．６μｍ厚のＰＡＥ膜上にハードマスクとして０．１８μｍのＳｉＯ₂膜パターンが０．３μｍ厚に形成されたＰ型単結晶シリコン基板（面方位〈１００〉、抵抗率１０Ωｃｍ）を使用した。
【０２１２】
先ず、シリコン基板を支持台２上に設置し、温度調整手段としてのクーラ１１４により基板温度を−１０℃に冷却した後、排気系を介してプラズマ処理室を真空排気し、１．３３×１０^-5Ｐａの値まで減圧した。処理ガス供給口７を介してＮ₂を２００ｓｃｃｍの流量でプラズマ処理室に導入した。
【０２１３】
次いで、プラズマ処理室と排気ポンプ１８との間に設けられたコンダクタンスバルブ２８を調整し、プラズマ処理室を１．３３Ｐａの圧力に保持した。
【０２１４】
次いで、１ＭＨｚの高周波印加手段２２を介して３００Ｗの電力を支持体２に印加するとともに、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より２．０ｋＷの電力を無終端環状導波管を介してプラズマ処理室に供給した。
【０２１５】
かくして、プラズマ処理室にプラズマを発生させた。処理ガス供給口７を介して導入されたＮ₂ガスはプラズマ処理室で励起、分解されて活性種となり、シリコン基板の方向に輸送され、自己バイアスによって加速されたイオンによってＰＡＥ膜がエッチングされた。
【０２１６】
エッチング後、エッチング速度、選択比、及びエッチング形状について評価した。エッチング形状は、エッチングされた酸化シリコン膜の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観測し、評価した。
【０２１７】
エッチング速度及び均一性と対ＳｉＯ₂選択比は６６０ｎｍ／ｍｉｎ±３．７％、１０と良好で、エッチング形状もほぼ垂直で、マイクロローディング効果も少ないことが確認された。
【０２１８】
【発明の効果】
本発明によれば、低圧・低パワーで処理を行う場合でも、高品質な処理を高速・均一かつ安定に行うことが可能になるように、高密度低電子温度プラズマを安定して発生できるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法が実現する。
【０２１９】
本発明によれば、マイクロ波の放射特性をより精密に制御できるので、被処理体の半径方向及び周方向或いはこれらに等価な方向における処理の制御性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプラズマ処理装置を示す断面図である。
【図２】本発明に用いられるスロット付平板の一例を示す平面図である。
【図３】本発明による別のプラズマ処理装置を示す断面図である。
【図４】本発明に用いられるスロット付平板の他の例を示す平面図である。
【図５】本発明による環状導波管を用いた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】スロット付平板の上面図である。
【図７】本発明による接線導入型の環状導波管を用いたマイクロ波プラズマ処理装置の模式断面図である。
【図８】本発明による他のマイクロ波プラズマ処理装置の模式断面図である。
【図９】本発明による他のマイクロ波プラズマ処理装置の模式断面図である。
【図１０】プラズマ処理方法の一例を示す図である。
【図１１】プラズマ処理方法の別の例を示す図である。
【図１２】プラズマ処理装置の構成を示す図である。
【図１３】マイクロ波供給器の断面図である。
【図１４】導波路の断面図である。
【図１５】マイクロ波の放射の様子を示す図である。
【図１６】本発明の他の実施形態によるプラズマ処理装置、本発明に用いられるマイクロ波供給器、及び本発明に用いられるマイクロ波供給器におけるマイクロ波伝搬の様子を示す模式図である。
【図１７】スロットの配置を示す模式図である。
【図１８】本発明に用いられるマイクロ波供給器の模式図である。
【図１９】本発明に用いられるマイクロ波供給器の模式図である。
【図２０】本発明に用いられるマイクロ波供給器の模式図である。
【符号の説明】
１ 真空容器
２ 被処理体保持手段
３ マイクロ波供給器
４ 誘電体窓
５ 導波管
６ マイクロ波電源
７ ガス供給路
８ 排気路
９ プラズマ発生空間
３３ スロット

Claims (23)

1. 容器と、前記容器内に処理ガスを供給するガス供給口と、誘電体窓を透してマイクロ波を前記容器内に供給するマイクロ波供給器とを備えたプラズマ処理装置であって、前記マイクロ波供給器は、前記誘電体窓に接する面に所定の間隔で設けられた複数のスロットを有する環状導波路を有しており、ｎ₁を前記スロット間に生じる表面定在波の腹の個数、λ₅を表面波の波長、ｎ_gを路内波長λ_gに対する前記環状導波路の一周長ｌ_gの倍率として、半径ｒ_eが、ｒ_e＝ｎ₁λ₅／｛２ｔａｎ（π／（２ｎ_g））｝｛１＋ｃｏｓ（π／ｎ_g）｝
   である円周上に前記スロットの中心が存在することを特徴とするプラズマ処理装置。
2. ｎ_gの値は、２〜５の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記スロットの角度間隔は、π／ｎ_gであることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記スロット間に生じる表面定在波の腹の個数ｎ₁は、３，５，７のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記誘電体窓は、主成分が窒化アルミニウムであることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
6. マイクロ波が透過可能な誘電体窓を有する容器内に被処理体を設置する工程と、前記容器内を排気する工程と、前記容器内に処理ガスを導入する工程と、前記誘電体窓に接する面に所定の間隔で穿孔されて設けられた複数のスロットを有しており、ｎ₁を前記スロット間に生じる表面定在波の腹の個数、λ₅を表面波の波長、ｎ_gを路内波長λ_gに対する環状導波路の一周長ｌ_gの倍率として、半径ｒ_eが、ｒ_e＝ｎ₁λ₅／｛２ｔａｎ（π／（２ｎ_g））｝｛１＋ｃｏｓ（π／ｎ_g）｝
   である円周上に前記スロットの中心が存在するように構成された前記環状導波路を用い、当該環状導波路から前記容器内にマイクロ波を供給することによりプラズマを発生させる工程とを有することを特徴とするプラズマ処理方法。
7. 前記被処理体に化学気相成長法により成膜を施すことを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理方法。
8. 前記被処理体にエッチング処理を施すことを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理方法。
9. 前記被処理体にアッシング処理を施すことを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理方法。
10. 前記被処理体にドーピング処理を施すことを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理方法。
11. 内部が排気可能な容器と、前記容器内に処理ガスを供給するガス供給口とを有し、該容器内に配された被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、前記容器内に前記ガスのプラズマを発生させるためのマイクロ波エネルギーを供給する手段を有し、当該マイクロ波エネルギーを供給する手段は、誘電体窓側の面に所定の間隔で設けられた複数のスロットを有する無終端の環状導波路を有しており、ｎ₁を前記スロット間に生じる表面定在波の腹の個数、λ₅を表面波の波長、ｎ_gを路内波長λ_gに対する前記環状導波路の一周長ｌ_gの倍率として、半径ｒ_eが、ｒ_e＝ｎ₁λ₅／｛２ｔａｎ（π／（２ｎ_g））｝｛１＋ｃｏｓ（π／ｎ_g）｝
    である円周上に前記スロットの中心が存在するように前記複数のスロットの中心が前記面に沿った方向に前記環状導波路の中心に対して偏って配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
12. ｎ_gの値は、２〜５の範囲内にあることを特徴とする請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
13. 前記スロットの角度間隔は、π／ｎ_gであることを特徴とする請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
14. 前記スロット間に生じる表面定在波の腹の個数ｎ₁は、３，５，７のいずれかであることを特徴とする請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
15. 前記誘電体窓は、主成分が窒化アルミニウムであることを特徴とする請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
16. 前記ガス供給口が前記容器の側壁に設けられていることを特徴とする請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
17. 前記ガス供給口が前記被処理体より前記複数のスロットが設けられた面寄りに設けられていることを特徴とする請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
18. 前記ガス供給口から前記複数のスロットが設けられた面に向けて前記処理ガスを放出することを特徴とする請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
19. 前記容器には、該容器内を１．３４×１０³Ｐａ以下に減圧できる排気ポンプが設けられていることを特徴とする請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
20. 被処理体をプラズマ処理するためのプラズマ処理方法において、請求項１１に記載のプラズマ処理装置を用いて前記被処理体をプラズマ処理することを特徴とするプラズマ処理方法。
21. アッシング、エッチング、クリーニング、ＣＶＤ、プラズマ重合、ドーピング、酸化、窒化の少なくともいずれか一種であることを特徴とする請求項２０に記載のプラズマ処理方法。
22. 構造体の製造方法において、請求項１に記載のプラズマ処理装置を用いて被処理体をプラズマ処理する工程を含むことを特徴とする構造体の製造方法。
23. 構造体の製造方法において、請求項１１に記載のプラズマ処理装置を用いて前記被処理体をプラズマ処理する工程を含むことを特徴とする構造体の製造方法。

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