JP3160194B2 - プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置また
は半導体集積回路デバイス等の製造に用いられるプラズ
マ処理方法及び該方法を実現するプラズマ処理装置に関
し、特に、大面積基板上における高品質薄膜形成、エッ
チングあるいは表面処理等の工程に用いられるプラズマ
処理方法及びプラズマ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、プラズマ処理は、液晶表示装置ま
たはＩＣ、ＬＳＩに代表される半導体集積回路デバイス
等の製造に広く用いられている。例えば、薄膜トランジ
スタを備えるアクティブマトリックス駆動方式の液晶表
示装置の製造では、基板上への薄膜形成、パターン形成
時のエッチング、表面クリーニング等の表面処理および
リソグラフィ後のレジスト除去などにプラズマ処理が用
いられる。より具体的には、ガラス基板上に非晶質（ま
たは多結晶）シリコン薄膜、ゲート酸化膜あるいは電極
用金属膜等を形成するに際して、プラズマを用いた化学
的気相堆積（Plasma Enhanced CVD ；以下、ＰＣＶＤと
略称する）やスパッタ成膜が行われ、エッチングに際し
て、反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching；
以下、ＲＩＥと略称する）や反応性イオンビームエッチ
ング（Reactive Ion Beam Etching；以下、ＲＩＢＥと
略称する）等のプラズマエッチングが行われる。半導体
集積回路デバイスの製造においても同様にプラズマ処理
が用いられ、基板としてシリコンまたは砒化ガリウム等
の半導体基板が使用される。

【０００３】典型的なプラズマ処理として、二通りの従
来技術があげられる。第１の従来技術では、一対の平行
平板電極間に投入された通常１３．５６ＭＨｚの高周波
により反応性ガスをプラズマ化し、一方の電極上に設置
された基板のプラズマ処理を行う。第２の従来技術で
は、プラズマ発生室と基板の設置されるプラズマ処理室
とを分離し、プラズマ発生室に投入された通常２．４５
ＧＨｚのマイクロ波により反応性ガスをプラズマ化し、
プラズマ中の活性粒子を電界、磁界または拡散によりプ
ラズマ処理室内の基板上へ導きプラズマ処理を行う。

【０００４】以下、前記二通りの従来技術について、図
７及び図８に基づいて説明する。図７は、前記第１の従
来技術を実現する平行平板型プラズマ処理装置５１を示
す概略構成図である。平行平板型プラズマ処理装置５１
は、電気的に接地された真空容器５２、互いに平行な一
対の平行平板電極５３ａ・５３ｂ、周波数１３．５６Ｍ
Ｈｚの高周波電源５４、マッチング回路５５および反応
性ガス導入管５６を主要構成要素として備えている。

【０００５】前記平行平板型プラズマ処理装置５１をＰ
ＣＶＤ装置として用いる場合、基板５７を電気的に接地
された電極５３ａ上に設置し、マッチング回路５５を介
して高周波電源５４を電極５３ｂ側に接続する。これに
より、プラズマ発生時の自己バイアスによる電圧降下が
電極５３ｂ側に比べ電極５３ａ側で小さくなり、加速イ
オンによる基板表面損傷がある程度軽減される。ただ
し、前記電圧降下は、投入高周波電力、反応性ガス種と
圧力（換言すればプラズマ密度）等の関数でもあり、そ
の完全な独立制御は難しい。

【０００６】平行平板型プラズマ処理装置５１をＰＣＶ
Ｄ装置として用い、例えば以下のように二酸化シリコン
（ＳｉＯ₂ ）膜を形成する。反応性ガスとしてモノシラ
ン（ＳｉＨ₄ ）と亜酸化窒素（Ｎ₂ Ｏ）との混合ガスを
用いて、混合割合をＳｉＨ₄：Ｎ₂ Ｏ＝１：１５といっ
たようにＮ₂ Ｏリッチの状態にし、真空容器５２内を高
真空（例えば背圧１０^-4Ｐａ台以下）に排気した後、反
応性ガス導入管５６を通じて前記反応性ガスを導入す
る。導入するガスの吸気速度と排気速度との制御により
真空容器５２内のガス圧力を一定（例えば１００Ｐａ）
に保ち、平行平板電極５３ａ・５３ｂ間に高周波を投入
しプラズマを発生させることで、プラズマからのシリコ
ンと酸素との活性粒子同士が基板５７表面あるいは表面
近傍で化学反応することによりＳｉＯ₂ 膜が形成され
る。このとき、マッチング回路５５の調整によりインピ
ーダンス整合をとる。

【０００７】周波数１３．５６ＭＨｚで代表される高周
波利用の場合、プラズマ発生が可能なガス圧力の下限は
通常十数Ｐａ程度で、プラズマ発生状態を維持できるの
は数Ｐａ台までである。より低いガス圧力でプラズマ発
生状態を維持させる目的で、あるいは同じガス圧力でプ
ラズマ密度を高める目的で、磁界を併用することがあ
る。例えば、電極５３ｂの裏面側に同心円上一対のリン
グ状磁石５８あるいは電磁コイルを設置し、電極５３ｂ
表面近傍に磁界５９を形成させることにより、前記目的
を達成できる。これは、磁界５９の存在により磁界５９
を横切るプラズマ中の電子に回転運動成分が加わること
で、中性原子やイオンとの衝突確率が高まるためであ
る。

【０００８】平行平板型プラズマ処理装置５１をスパッ
タ成膜装置として用いる場合、電極５３ｂを所望の材料
にて構成されるターゲットに置き換えるか、あるいは電
極５３ｂ上に前記ターゲットを設置する。そして、反応
性ガス導入管５６からアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガス
を導入し、該不活性ガスプラズマ中のイオン（以下、ス
パッタリングイオンと呼ぶ）により物理的にスパッタさ
れたターゲット粒子によって、基板５７への薄膜堆積を
行うことができる。スパッタリングイオンのターゲット
上への加速は、電極５３ｂ側の自己バイアスによる電圧
降下によって行われ、該電圧降下は投入高周波電力並び
にガス圧力により制御されるが、電極５３ｂに直流バイ
アスを印加し積極的に前記電圧降下を増加させることも
ある。また、リング状磁石５８からの磁界５９を併用し
スパッタリング効率（換言すれば堆積速度）を高めたも
のが、いわゆるマグネトロンスパッタ成膜である。

【０００９】平行平板型プラズマ処理装置５１をＲＩＥ
装置として用いる場合、基板５７を電極５３ｂ上に設置
する。そして、反応性ガス導入管５６からエッチング用
反応性ガス（以下、エッチングガスと呼ぶ）を導入し、
エッチングガスプラズマからの加速イオンによる物理的
スパッタリングと活性粒子による化学的エッチングとの
双方を利用して基板５７のエッチングを行う。加速イオ
ンによる物理的スパッタリングの効果により、化学的エ
ッチングのみの場合に比べ、垂直エッチング等の異方性
エッチングが可能になる。前記イオンの加速は前記スパ
ッタ成膜のときと同様の方法にて制御され、例えば、表
面クリーニングやレジスト除去等のプラズマ処理の際に
は、前記異方性エッチングのときに比べ加速電圧を抑制
する等の制御が行われる。また、エッチング速度を高め
るためにリング状磁石５８からの磁界５９を併用するこ
ともある。エッチングガスとしては、シリコンや砒化ガ
リウムのような半導体には塩素系ガスが、シリコン酸化
膜や窒化膜には弗素系ガスが、炭素系高分子レジストに
は酸素系ガスが、それぞれ用いられる。

【００１０】図８は、前記第２の従来技術を実現するマ
イクロ波励起型プラズマ処理装置６１を示す概略構成図
である。マイクロ波励起型プラズマ処理装置６１は、プ
ラズマ発生室６２、プラズマ処理室６３、基板ホルダ６
４、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を投入する手段
としてのマイクロ波導波管６５および反応性ガス導入管
６６を主要構成要素として備えている。

【００１１】前記マイクロ波励起型プラズマ処理装置６
１をＰＣＶＤ装置として用い、基板６７上にＳｉＯ₂ 膜
を形成する場合、基板ホルダ６４の表面近傍へ反応性ガ
スを導入するための第２反応性ガス導入管６８がさらに
設けられる。そして、プラズマ発生室６２とプラズマ処
理室６３とを高真空（例えば背圧１０^-4Ｐａ台以下）に
排気した後、反応性ガス導入管６６から酸素（Ｏ₂ ）ガ
スを、第２反応性ガス導入管６８からＳｉＨ₄ を、それ
ぞれ導入する。プラズマ発生室６２に導入されたＯ₂ ガ
スは、導波管６５から投入された周波数２．４５ＧＨｚ
のマイクロ波によりプラズマ化される。

【００１２】周波数２．４５ＧＨｚで代表されるマイク
ロ波利用の場合、プラズマ発生状態を維持できるガス圧
力の下限は、高周波利用の場合に比べ少なくとも一桁程
度低く設定できる。これは、マイクロ波が高周波に比べ
高密度プラズマを発生させることができることに起因す
る。また、電磁コイル６９を用いてプラズマ発生室６２
内にマイクロ波進行方向へ形成させた磁界７０を併用す
ることにより、前記平行平板型プラズマ処理装置５１の
場合と同様に、より低いガス圧力でプラズマ発生状態を
維持させる、あるいは同じガス圧力でプラズマ密度を高
めることができる。さらに、マイクロ波の周波数をｆと
し、磁界７０の磁束密度をＢとしたとき、Ｂ＝２πｍｆ
／ｅ（ｅ／ｍ：比電荷、π：円周率）なる電子サイクロ
トロン共鳴（ＥＣＲ）条件を満たすような周波数と磁束
密度との組み合わせ（例えば、周波数２．４５ＧＨｚの
とき、磁束密度８．７５×１０^-2Ｔ）を用いれば、プラ
ズマ中の電子系によるマイクロ波エネルギの吸収が急激
に高まり電子エネルギが増大するので、さらなるプラズ
マ密度の増大が図れる。したがって、マイクロ波励起型
プラズマ処理装置６１では、プラズマ発生室６２内に導
入されたＯ₂ ガス圧力を１０^-2Ｐａ台と低くしても、プ
ラズマ発生状態の維持が容易に可能となる。

【００１３】プラズマ中の酸素活性粒子は拡散により基
板ホルダ６４上に設置された基板６７の表面に達し、基
板６７の表面あるいはその近傍で、第２反応性ガス導入
管６８から導入されたＳｉＨ₄ ガスと化学反応すること
によりＳｉＯ₂ 膜が形成される。ここで、プラズマの発
生に磁界７０を併用している場合には、酸素活性粒子は
拡散に加えプラズマ処理室６３内での発散磁界の効果に
よっても基板６７の表面に輸送される。また、イオン加
速用グリッド電極７１を設け、プラズマ発生室６２とプ
ラズマ処理室６３とを電気的に分離し、両者間に直流バ
イアス７２を印加することで積極的に酸素活性粒子中の
イオンの輸送速度を制御することも可能である。

【００１４】ところで、マイクロ波励起型プラズマ処理
装置６１では、前記平行平板型プラズマ処理装置５１に
比べてプラズマ発生領域と基板（試料）設置位置とが離
れていることから、より指向性のある活性粒子ビームを
必然的に用いることになる。したがって、指向性ビーム
の影響を弱めて段差被覆性の良好な成膜を行うために、
マッチング回路７３を介して基板ホルダ６４に接続され
た高周波バイアス電源７４を用いて、基板６７（試料）
に高周波バイアスを印加する場合もある。

【００１５】マイクロ波励起型プラズマ処理装置６１を
ＲＩＢＥ装置として用いる場合、反応性ガス導入管６６
からエッチングガスを導入し、導波管６５から投入され
た周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波によりプラズマ化
を行う。このとき、ＰＣＶＤ装置として用いる場合と同
様に磁界７０を併用することもある。エッチングガスと
しては、シリコンや砒化ガリウムのような半導体には塩
素系ガスが、シリコン酸化膜や窒化膜には弗素系ガス
が、炭素系高分子レジストには酸素系ガスが、それぞれ
用いられる。ガス圧力は、例えば１〜１０^-2Ｐａの範囲
で設定する。プラズマ中の活性粒子は、ＰＣＶＤ装置と
して用いる場合と同様の輸送機構により基板６７の表面
に達し、エッチングが行われる。ただし、ＲＩＢＥ装置
として用いエッチングを行う場合、プラズマ発生室６２
とプラズマ処理室６３との間に印加した直流バイアス７
２を用いて、イオンの輸送速度を積極的に制御するのが
通例である。

【００１６】ＲＩＢＥの基本的エッチング機構は、加速
イオンによる物理的スパッタリングと活性粒子による化
学的エッチングとを併用しているので、加速イオンによ
る物理的スパッタリングの効果により、化学的エッチン
グのみの場合に比べ、垂直エッチング等の異方性エッチ
ングが可能になる。この点で、ＲＩＢＥはＲＩＥと同様
である。しかし、ＲＩＥに比べて、直流バイアス７２に
よりイオンの加速が他のプロセス条件と独立に制御でき
る点、および、より低ガス圧力でのプラズマ発生が可能
であるので指向性の高い活性粒子ビームを利用できる点
などにＲＩＢＥの特徴がある。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】前記平行平板型プラズ
マ処理装置５１は、平行平板電極のサイズを大きくする
ことで基板の大面積化の要請に容易に対応することがで
きるので、現在、大面積基板（例えば、４００×５００
ｍｍ² 以上）を用いた液晶表示装置あるいは半導体集積
回路素子等の製造に広く用いられている。さらに、基本
的に同一構成からなる装置で、ＰＣＶＤ、スパッタ成
膜、ＲＩＥ、表面クリーニングおよびレジスト除去等の
プラズマ処理に幅広く用いることができるので、装置製
造コストの低減化が可能になるとともに、真空一貫デバ
イス生産ラインの構築も容易である。

【００１８】しかしながら、平行平板型プラズマ処理装
置５１では、非晶質（または多結晶）シリコン薄膜やゲ
ート酸化膜といった薄膜形成において、膜質並びにスル
ープットの向上等のためのプラズマの高密度化が制限さ
れる、あるいは、異方性エッチング時に重要な高指向性
活性粒子ビームの利用等のための動作ガス圧力の低減化
が制限されるという問題が生じる。ガス圧力の観点から
言えば、プラズマ発生可能なガス圧力の下限は通常十数
Ｐａ程度で、プラズマ発生状態を維持できるのが数Ｐａ
台までである（ただし、磁界併用でさらに数分の一から
一桁程度低減する）。

【００１９】さらに、プラズマ処理では、薄膜表面への
イオン照射損傷を防ぎながら照射イオンの効果を利用し
て緻密で膜質の良好な薄膜形成を行うこと、あるいは、
異方性エッチング時にエッチ表面モルフォロジーやエッ
チングプロファイルの微細精密制御を行うことが求めら
れる。このために、特に加速イオンの輸送速度制御が重
要となるが、平行平板型プラズマ処理装置５１では、基
板（試料）設置電極上に自己バイアスによる電圧降下が
必然的に生じるとともに、該電圧降下は、投入高周波電
力、反応性ガス種と圧力（換言すればプラズマ密度）等
の関数でもあるため、その完全な独立制御が難しい。し
たがって、加速イオンの輸送速度を十分に制御すること
ができないという問題も生じる。

【００２０】一方、前記マイクロ波励起型プラズマ処理
装置６１では、プラズマ発生状態を維持できるガス圧力
の下限は、平行平板型プラズマ処理装置５１に比べ少な
くとも一桁程度低く設定できる。通常、ガス圧力を１０
^-2Ｐａ台と低くしてもプラズマ発生状態の維持が容易に
可能である。また、自己バイアスによる電圧降下に起因
する問題がなく、外部から印加した直流バイアスにより
イオンの加速が他のプロセス条件と独立に制御できる。

【００２１】しかしながら、マイクロ波励起型プラズマ
処理装置６１では、プラズマ発生領域と基板（試料）設
置位置とが離れていることから、必然的に、より指向性
のある活性粒子ビームを用いることになる。したがっ
て、微細凹凸基板上への薄膜形成の場合に、指向性ビー
ムの影響を弱めて段差被覆性の良好な成膜を行うため
に、前記基板に高周波バイアスを印加する必要が生じ
る。それゆえ、マイクロ波励起型プラズマ処理装置６１
は、高周波バイアスを印加するための手段を新たに具備
しなければばらないという問題が生じる。

【００２２】さらに重要な問題は、マイクロ波励起型プ
ラズマ処理装置６１では、大面積基板に十分対応できな
いことである。これは、プラズマ発生室内のイオンを含
む活性粒子を距離の離れた基板上まで輸送しなければな
らないので、活性粒子ビーム断面が大きくなるにしたが
って該断面内で活性粒子を均質かつ均一密度分布に保つ
ことが困難になるためである。ＥＣＲ条件下でのプラズ
マ発生では、磁界密度集中による発生プラズマの凝集が
起こり、大面積活性粒子ビームを得るのがさらに難しく
なる。例えば、この場合、ビーム径により容易に対応で
きる基板寸法は、最大でも直径１００ｍｍ程度であり、
４００×５００ｍｍ² 以上の矩形基板に対応することは
困難である。

【００２３】加えて、マイクロ波励起型プラズマ処理装
置６１では、活性粒子輸送方向における装置サイズが、
必然的に平行平板型プラズマ処理装置５１に比べ大きく
ならざるを得ないという問題も生じる。

【００２４】また、特開昭６４−２３２１号公報では、
被処理物にダメージを与えることなく高速でエッチング
することを目的として、平行平板電極間のエッチングガ
スに対してマイクロ波を印加する手段を備えたプラズマ
エッチング装置が開示されている。このプラズマエッチ
ング装置は、以下の問題点を有している。

【００２５】プラズマの生成に、マイクロ波のみなら
ず、高周波電界および封込用磁界の併用が必要不可欠で
ある。磁界分布が、真空容器内全体に広がるととも
に、平行平板電極間において不均一となる。これは、真
空容器外に配置される一対のコイルを用いて磁界を印加
しているからである。したがって、平行平板電極間で均
一なプラズマ分布を得ることが困難となり、大面積基板
のエッチング処理に適さない。導波管を真空容器の側
面に接続してマイクロ波を導入しているので、マイクロ
波は真空容器内全域に拡散する。したがって、平行平板
電極間で効率よくプラズマを生成させることができな
い。さらに、真空容器の石英管内にエッチングガスを導
入しているので、エッチングガスも真空容器内全域に拡
散してしまう。平行平板電極間でプラズマ分布をより
均一化させるために求められるガス排気位置の考慮が何
らなされていない。

【００２６】以上のように、このプラズマエッチング装
置では、大面積基板に十分対応することができない。さ
らに、ＰＣＶＤ、スパッタ成膜または表面処理などのプ
ラズマ処理に幅広く用いることもできない。

【００２７】本発明は、上述の問題点を解決するために
なされたもので、その目的は、大面積基板上における高
品質薄膜形成、エッチングおよび表面処理を可能にし、
大面積あるいは多面取り液晶表示パネルの製造、およ
び、高スループットかつ高歩留りな液晶表示装置並びに
半導体集積回路デバイス等の製造を実現するプラズマ処
理方法及びプラズマ処理装置を提供することにある。

【００２８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係るプ
ラズマ処理方法は、上記の課題を解決するために、真空
容器内の互いに平行な一対の平行平板の一方の平板面上
に基板などの被処理物を設置し、前記平行平板間に導入
されるガスを用いて前記被処理物をプラズマ処理するプ
ラズマ処理方法において、前記ガスのプラズマ化に、前
記平行平板間に投入方向が相対向するように直接投入さ
れるマイクロ波を用いることを特徴としている。

【００２９】上記の方法によれば、一対の平行平板間に
導入されるガスを、平行平板間に投入方向が相対向する
ように直接投入されるマイクロ波を用いてプラズマ化し
ている。したがって、平行平板で囲まれた領域内で均質
かつ均一なプラズマ密度分布を容易に得ることができ
る。この結果、被処理物が基板の場合、一方の平板面上
に設置された基板面全体にわたり均一なプラズマ処理が
可能となり、平行平板のサイズを大きくすることで基板
の大面積化の要請に容易に対応することができる。ま
た、基本的にマイクロ波のみによってプラズマを生成す
ることが可能であり、直流バイアスおよび高周波バイア
スを必要としない場合には、一対の平行平板は金属電極
で構成されなくてもよい。

【００３０】さらに、従来のマイクロ波励起型プラズマ
処理装置を用いる場合に比べて、活性粒子輸送方向にお
ける装置サイズを小さくすることができ、微細凹凸基板
上への薄膜形成時にかならずしも基板に高周波バイアス
を印加する必要がない。

【００３１】一方、プラズマ発生にマイクロ波を用いて
いることから、プラズマ発生状態を維持できるガス圧力
の下限は、従来の平行平板型プラズマ処理装置を用いる
場合に比べて、少なくとも一桁程度低く設定できる。換
言すれば、従来のマイクロ波励起型プラズマ処理装置を
用いる場合と同等またはそれ以上に、高密度プラズマの
発生あるいは動作ガス圧力の低減を図ることができる。

【００３２】ところで、従来の平行平板型プラズマ処理
装置を用いる場合に生じる自己バイアス発生機構は以下
のように説明できる。平行平板電極間に投入した高周波
（例えば、１３．５６ＭＨｚ）により主としてプラスイ
オンと電子とからなるプラズマを発生させた場合、質量
の小さい電子は前記周波数での前記電極間電圧の極性の
変動に追随して大きく動くが、質量の大きいプラスイオ
ンは前記極性の変動に追随することができない。この結
果、電子が前記電極表面にトラップされる確率が高くな
り、前記表面近傍には電子の欠乏したプラスイオン過剰
のシース領域（すなわち、非発光領域）が形成される。
シース領域では、該領域から電極表面へ向かう電圧降
下、換言すれば、自己バイアスによる電圧降下が発生す
る。そして、プラスイオンは前記電圧降下により電極表
面に輸送されることになる。

【００３３】しかしながら、本発明のプラズマ処理方法
では、高周波に比べ遙かに高い周波数領域のマイクロ波
を用いることで、プラスイオンと電子との間で生じる電
圧極性の変動に追随できる度合いの差が少なくなるの
で、自己バイアスによる電圧降下が発生せず、加速イオ
ンの輸送速度の独立制御も容易に行うことができる。

【００３４】請求項２の発明に係るプラズマ処理方法
は、上記の課題を解決するために、請求項１の方法に加
えて、前記マイクロ波により前記ガスをプラズマ化する
際に、マイクロ波投入領域に分布させた磁界を併用する
ことを特徴としている。

【００３５】上記の方法によれば、磁界の存在により磁
界を横切るプラズマ中の電子に回転運動成分が加わるこ
とで、中性原子やイオンとの衝突確率が高まる。

【００３６】請求項３の発明に係るプラズマ処理方法
は、上記の課題を解決するために、請求項２の方法に加
えて、前記マイクロ波の周波数をｆとし、前記磁界の磁
束密度をＢとするとき、Ｂ＝２πｍｆ／ｅ（ｅ／ｍ：比
電荷、π：円周率）なる電子サイクロトロン共鳴（ＥＣ
Ｒ）条件を満たすような周波数と磁束密度との組み合わ
せを用いることを特徴としている。

【００３７】上記の方法によれば、プラズマ中の電子系
によるマイクロ波エネルギの吸収が急激に高まり電子エ
ネルギが増大する。

【００３８】請求項４の発明に係るプラズマ処理方法
は、上記の課題を解決するために、請求項１〜３の方法
に加えて、前記プラズマ処理の際に、前記平行平板間に
印加される直流バイアスを併用することを特徴としてい
る。

【００３９】上記の方法によれば、イオンの輸送速度を
他のプロセス条件と独立に制御できる。

【００４０】請求項５の発明に係るプラズマ処理方法
は、上記の課題を解決するために、請求項１〜４の方法
に加えて、前記プラズマ処理の際に、前記平行平板間に
印加される高周波バイアスを併用することを特徴として
いる。

【００４１】上記の方法によれば、平板面全体に均一に
投入される高周波とプラズマの主たる発生手段であるマ
イクロ波とが併用されるので、一対の平行平板に平行な
面内でプラズマの均一性を高めることができる。

【００４２】請求項６の発明に係るプラズマ処理方法
は、上記の課題を解決するために、請求項１〜５の方法
に加えて、前記平行平板間に、グリッド板を該グリッド
板の板面が前記平行平板面と略平行になるように設け、
前記平行平板の一方または他方の平板と前記グリッド板
との間に前記マイクロ波を直接投入することを特徴とし
ている。

【００４３】上記の方法によれば、一方または他方の平
板とグリッド板との間に効率よくマイクロ波が閉じ込め
られる。

【００４４】請求項７の発明に係るプラズマ処理方法
は、上記の課題を解決するために、請求項１〜６の方法
に加えて、周波数が１ＧＨｚ以上であるマイクロ波を用
いることを特徴としている。

【００４５】上記の方法によれば、１ＧＨｚ以上の高い
周波数のマイクロ波がプラズマ化に用いられるので、自
己バイアスによる電圧降下の発生を防ぐとともに、高密
度プラズマの発生あるいは動作ガス圧力の低減を図るこ
とができる。

【００４６】請求項８の発明に係るプラズマ処理装置
は、上記の課題を解決するために、真空容器と、前記真
空容器内に設けられる互いに平行な一対の平行平板と、
前記平行平板間にガスを導入するためのガス導入手段
と、前記平行平板間に相対向する管口からマイクロ波を
直接投入するマイクロ波投入手段とを備えることを特徴
としている。

【００４７】上記の構成によれば、一対の平行平板間に
導入されるガスは、平行平板間に相対向する管口から直
接投入されるマイクロ波によってプラズマ化される。し
たがって、平行平板で囲まれた領域内で均質かつ均一な
プラズマ密度分布を容易に得ることができる。この結
果、被処理物が基板の場合、一方の平板面上に設置され
た基板面全体にわたり均一なプラズマ処理が可能とな
り、平行平板のサイズを大きくすることで基板の大面積
化の要請に容易に対応することができる。また、基本的
にマイクロ波のみによってプラズマを生成することが可
能であり、直流バイアスおよび高周波バイアスを必要と
しない場合には、一対の平行平板は金属電極で構成され
なくてもよい。

【００４８】さらに、従来のマイクロ波励起型プラズマ
処理装置に比べて、活性粒子輸送方向における装置サイ
ズを小さくすることができ、微細凹凸基板上への薄膜形
成時にかならずしも基板に高周波バイアスを印加する必
要がない。また、従来のマイクロ波励起型プラズマ処理
装置と同等またはそれ以上に、高密度プラズマの発生あ
るいは動作ガス圧力の低減を図ることができる。

【００４９】加えて、高周波に比べ遙かに高い周波数領
域のマイクロ波を用いることで、プラスイオンと電子と
の間で生じる電圧極性の変動に追随できる度合いの差が
少なくなるので、自己バイアスによる電圧降下が発生せ
ず、加速イオンの輸送速度の独立制御も容易に行うこと
ができる。

【００５０】請求項９の発明に係るプラズマ処理装置
は、上記の課題を解決するために、請求項８の構成に加
えて、前記マイクロ波の投入領域に磁界を分布させるた
めに、前記平行平板の一方の平板面近傍に複数の磁石が
配置されていることを特徴としている。

【００５１】上記の構成によれば、磁界の存在により磁
界を横切るプラズマ中の電子に回転運動成分が加わるこ
とで、中性原子やイオンとの衝突確率が高まる。

【００５２】請求項１０の発明に係るプラズマ処理装置
は、上記の課題を解決するために、請求項８または９の
構成に加えて、前記平行平板間に直流バイアスを印加す
るための直流バイアス印加手段が設けられていることを
特徴としている。

【００５３】上記の構成によれば、イオンの輸送速度を
他のプロセス条件と独立に制御できる。

【００５４】請求項１１の発明に係るプラズマ処理装置
は、上記の課題を解決するために、請求項８〜１０の構
成に加えて、前記平行平板間に高周波バイアスを印加す
るための高周波バイアス印加手段が設けられていること
を特徴としている。

【００５５】上記の構成によれば、平板面全体に均一に
投入される高周波とプラズマの主たる発生手段であるマ
イクロ波とが併用されるので、一対の平行平板に平行な
面内でプラズマの均一性を高めることができる。

【００５６】請求項１２の発明に係るプラズマ処理装置
は、上記の課題を解決するために、請求項８〜１１の構
成に加えて、前記平行平板間に、グリッド板が、該グリ
ッド板の板面が前記平行平板面と略平行になるように設
けられ、前記マイクロ波投入手段が、前記平行平板の一
方または他方の平板と前記グリッド板との間に前記マイ
クロ波を直接投入するように設けられていることを特徴
としている。

【００５７】上記の構成によれば、一方または他方の平
板とグリッド板との間に効率よくマイクロ波が閉じ込め
られる。

【００５８】請求項１３の発明に係るプラズマ処理装置
は、上記の課題を解決するために、請求項８〜１２の構
成に加えて、前記マイクロ波投入手段によって投入され
る前記マイクロ波の周波数が１ＧＨｚ以上であることを
特徴としている。

【００５９】上記の構成によれば、１ＧＨｚ以上の高い
周波数のマイクロ波がプラズマ化に用いられるので、自
己バイアスによる電圧降下の発生を防ぐとともに、高密
度プラズマの発生あるいは動作ガス圧力の低減を図るこ
とができる。

【００６０】

【発明の実施の形態】〔実施形態１〕 本発明の実施の一形態について図１〜図３に基づいて説
明すれば、以下のとおりである。

【００６１】図１は、本形態に係るプラズマ処理装置１
を示す概略構成図である。プラズマ処理装置１は、真空
容器２、互いに平行な一対の平行平板３ａ・３ｂ、平行
平板３ａ・３ｂ間にマイクロ波を直接投入するマイクロ
波投入手段としての一対のマイクロ波導波管４ａ・４
ｂ、平板３ｂの内部より平行平板３ａ・３ｂ間に反応性
ガスを導入するガス導入手段としての反応性ガス導入路
５、平板３ｂの裏面側（図中、平板３ｂの上面側）に配
される磁石群６、直流バイアス電源７、スイッチ８およ
び真空容器２の中央部直下に配されるガス排気口９を備
えている。

【００６２】プラズマ処理装置１では、一対の平行平板
３ａ・３ｂの間にプラズマを発生させるための高周波を
投入する必要がない。したがって、直流バイアスを加え
ない、あるいは電荷によるチャージアップに起因する問
題もないといった場合には、平板３ａ・３ｂは金属電極
で構成されなくてもよい。この場合、平板３ａ・３ｂの
構成材料の選択の幅が広がることになる。

【００６３】マイクロ波の投入は基本的に一方向からで
もよいが、プラズマ処理装置１では、より均一なマイク
ロ波分布（換言すれば、均一なプラズマ分布）を平板３
ｂ表面近傍で得るために、一対のマイクロ波導波管４ａ
・４ｂが設けられている。マイクロ波導波管４ａ・４ｂ
は、相対向し、各々平板３ｂの一辺の長さと同様の横幅
からなる矩形状の管口を有している（例えば、図２参
照）。また、プラズマ処理装置１では、反応性ガス導入
路５によって平板３ｂの内部から反応性ガスが導入され
るので、マイクロ波投入位置はなるべく平板３ｂ表面に
近づけることが好ましい。これにより、導入された反応
性ガスが四方に拡散する前に、効率よくプラズマ化する
ことができる。

【００６４】ガス排気は、ガス排気口９を通して真空容
器２の中央部直下から行われる。この構成により、真空
容器２の水平面内で反応性ガス（換言すれば、プラズ
マ）の分布を均一化させることができる。

【００６５】投入マイクロ波周波数は、１ＧＨｚ以上と
いったようになるべく高い周波数とするのが好ましい。
これにより、自己バイアスによる電圧降下の発生を防ぐ
ことができる。さらに、プラズマ発生効率（換言すれ
ば、プラズマ密度）を高めることや、動作ガス圧力を低
くすることができる。例えば、産業上広く用いられてい
る周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用いれば、マイ
クロ波電源コストを低減できるとともに、前記の高い周
波数の利用といった要請にも応えることができる。

【００６６】図２及び図３は、プラズマ処理装置１の構
成の変更例を示す斜視図である。プラズマ処理装置１で
は、反応性ガス導入路５によって平板３ｂの内部から反
応性ガスが導入される構成であったが、図２及び図３に
示すように、平行平板面に平行な方向から反応性ガスが
導入される構成としてもよい。この構成では、反応性ガ
スを効率よくプラズマ化するために、反応性ガス導入位
置は上下方向でマイクロ波投入位置となるべく一致させ
ることが好ましい。また、反応性ガスの均一な流れを形
成するために、ガス排気は水平方向に行うのがよい。さ
らに、この構成では、前記平板３ｂのかわりに、図２及
び図３に示すように、反応性ガス導入手段を備えない平
板３ｃでよい。尚、前記各平板３ａ・３ｂ・３ｃは、平
面から見て例えば正方形に形成されているものとする。

【００６７】磁界併用でプラズマ処理を行うときに使用
する磁石群６は、例えば、図２に示すようにライン状に
配列された磁石群６ａとするか、あるいは図３に示すよ
うにドットマトリックス状に配列された磁石群６ｂと
し、磁石の数はなるべく多くするのがよい。これは、前
記平行平板３ａ・３ｂ（または、３ａ・３ｃ）間でプラ
ズマ分布の均一性を保ちつつプラズマ密度を高める、あ
るいは動作ガス圧力を低減するためのものである。ライ
ン状磁石群６ａを用いる場合、その配列方向は、図２に
示すようにマイクロ波投入方向と垂直にするのがよい。
これは、マイクロ波投入方向に一致した磁界成分を大き
くするものであり、マイクロ波投入方向成分の磁界が必
要な電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）条件下でのプラ
ズマ処理を行う際に特に重要となる。また、磁石群６ａ
・６ｂは、所望の磁界強度と磁束密度が得られれば永久
磁石であっても電磁石であってもよい。マイクロ波の周
波数をｆとし、磁界の磁束密度をＢとするとき、Ｂ＝２
πｍｆ／ｅ（ｅ／ｍ：比電荷、π：円周率）なるＥＣＲ
条件を満たすような周波数と磁束密度との組み合わせを
用いれば、プラズマ中の電子系によるマイクロ波エネル
ギの吸収が急激に高まり電子エネルギが増大するので、
さらなるプラズマ密度の増大が図れる。例えば、投入マ
イクロ波周波数を２．４５ＧＨｚとする場合、磁束密度
８．７５×１０^-2Ｔの磁界を発生できれば、ＥＣＲ条件
でのプラズマ処理ができる。

【００６８】図１を参照して、プラズマ処理装置１で
は、平板３ａ上に設置した基板１０上に照射される活性
粒子の指向性をより高めたい場合、動作ガス圧力を低減
する以外に、直流バイアス電源７を用いて平板３ａを陰
極、平板３ｂを陽極として両者３ａ・３ｂ間に直流バイ
アスを印加する。このとき、真空容器２は電気的に接地
し、平板３ａはスイッチ８によって接地または浮遊の状
態にする。図２及び図３に示す変更例では、直流バイア
ス電源７を用いて平板３ａを陰極、平板３ｃを陽極とし
て両者３ａ・３ｃ間に直流バイアスを印加する。

【００６９】上記構成からなるプラズマ処理装置１を用
いて、ＰＣＶＤ、スパッタ成膜、エッチング、表面クリ
ーニングおよびレジスト除去等のプラズマ処理を行うこ
とができる。以下、プラズマ処理装置１を用いて、ＰＣ
ＶＤ、スパッタ成膜およびエッチングを行う場合のプラ
ズマ処理方法について説明する。

【００７０】まず、プラズマ処理装置１を用いて基板１
０上にＳｉＯ₂ 膜を形成する場合のプラズマ処理方法に
ついて説明する。反応性ガスとしてＳｉＨ₄ とＮ₂ Ｏと
の混合ガスを用いて、混合割合をＳｉＨ₄ ：Ｎ₂ Ｏ＝
１：１５といったようにＮ₂ Ｏリッチの状態にし、真空
容器２内を高真空（例えば背圧１０^-4Ｐａ台以下）に排
気した後、反応性ガス導入路５を通じて前記反応性ガス
を導入する。導入するガスの吸気速度と排気速度との制
御により真空容器２内のガス圧力を一定（例えば１００
Ｐａ）に保ち、一対のマイクロ波導波管４ａ・４ｂを通
じて同一電力のマイクロ波（例えば、２．４５ＧＨｚ）
を投入しプラズマを発生させる。同一電力とするのは、
プラズマ分布の均一化の観点からである。プラズマ化効
率の高いマイクロ波を用いていることから、投入電力が
同一の高周波（例えば、１３．５６ＭＨｚ）利用のとき
と比べ、プラズマ密度が同一でよい場合には、ガス圧力
を一桁以上（例えば、１０Ｐａ以下に）下げられる可能
性がある。一方、ガス圧力が一定のときは、プラズマ密
度が一桁以上高まる可能性がある。発生したプラズマ中
のイオン等の活性粒子は、拡散並びに排気ガス流に乗る
ことで基板１０表面上に達し、シリコンと酸素との活性
粒子同士が基板１０表面あるいは表面近傍で化学反応す
ることによりＳｉＯ₂ 膜が形成される。

【００７１】磁石群６からの磁界を併用する場合、プラ
ズマ化効率を高めるために、磁石群６の配置や磁界強度
等を調整することにより、磁界の水平方向成分が上下方
向でのマイクロ波投入位置となるべく一致して分布する
ようにする。これは、特に、ＥＣＲ条件下でのプラズマ
発生の際に重要である。また、プラズマ処理装置１で
は、図２に示すようなライン状配列磁石群６ａまたは図
３に示すようなドットマトリックス状配列磁石群６ｂを
用いることで平行平板面内方向で均一な磁界分布が得ら
れる。したがって、従来のＥＣＲ条件下でのプラズマ処
理の際に生じる問題、すなわち磁界密度集中による発生
プラズマの凝集に起因して大面積基板への対応が困難で
あるという問題が生じない。

【００７２】プラズマ処理装置１によってスパッタ成膜
を行う場合、平板３ｂのかわりに、図２及び図３に示す
変更例のように、反応性ガス導入手段を備えない平板３
ｃとし、平行平板３ａ・３ｃ面に平行な方向からＡｒ等
の不活性ガスを導入するものとする。スパッタ成膜で
は、まず、陰極である平板３ａ上にターゲットを設置す
るとともに、平板３ｃ上に基板を設置する。そして、前
記不活性ガスを導入する。スパッタリングイオンのター
ゲット上への加速は、直流バイアス電源７を用いて平行
平板３ａ・３ｃ間に所望のバイアスを印加することによ
り行う。本形態では、従来の平行平板型プラズマ処理装
置のように自己バイアスによる電圧降下に起因する問題
がないので、スパッタリングイオンの輸送速度を独立制
御できる。

【００７３】プラズマ処理装置１によってエッチングを
行う場合、平板３ａ上に基板１０を設置する。反応性ガ
スの導入は、反応性ガス導入路５によって行われてもよ
いし、変更例のように行われてもよい。イオンのターゲ
ット上への加速は、前記スパッタ成膜と同様に、直流バ
イアス電源７を用いて平行平板３ａ・３ｂ（または、３
ａ・３ｃ）間に所望のバイアスを印加することにより行
う。本形態によるエッチングでは、従来技術のＲＩＥに
比べ、イオンの加速が他のプロセス条件と独立に制御で
きる。さらに、より低いガス圧力でのプラズマの発生が
可能であるので、指向性の高い活性粒子ビームを利用で
きる。

【００７４】以上のように、本形態のプラズマ処理装置
１では、一対の平行平板３ａ・３ｂ間に導入されるガス
を、平行平板３ａ・３ｂ間に直接投入されるマイクロ波
を用いてプラズマ化している。したがって、平行平板３
ａ・３ｂで囲まれた領域内で均質かつ均一なプラズマ密
度分布を容易に得ることができる。この結果、一方の平
板３ａ面上に設置された基板１０面全体にわたり均一な
プラズマ処理が可能となり、平行平板３ａ・３ｂのサイ
ズを大きくすることで基板１０の大面積化の要請に容易
に対応することができる。また、従来のマイクロ波励起
型プラズマ処理装置に比べて、活性粒子輸送方向におけ
る装置サイズを小さくすることができ、微細凹凸基板上
への薄膜形成時にかならずしも基板１０に高周波バイア
スを印加する必要がない。

【００７５】さらに、従来のマイクロ波励起型プラズマ
処理装置と同等またはそれ以上に、高密度プラズマの発
生あるいは動作ガス圧力の低減を図ることができる。

【００７６】さらに、高周波に比べ遙かに高い周波数領
域のマイクロ波を用いることで、プラスイオンと電子と
の間で生じる電圧極性の変動に追随できる度合いの差が
少なくなるので、自己バイアスによる電圧降下が発生せ
ず、加速イオンの輸送速度の独立制御も容易に行うこと
ができる。

【００７７】加えて、プラズマ処理装置１、およびプラ
ズマ処理装置１を用いてのプラズマ処理方法をデバイス
生産ラインに導入するにあたり、新たに複雑な製造工程
の開発をする必要がなく、従来のプラズマ処理装置およ
びプラズマ処理方法との置換を容易に実施することがで
きる。

【００７８】〔実施形態２〕 本発明の他の実施形態について図４に基づいて説明すれ
ば、以下のとおりである。尚、説明の便宜上、上述の実
施形態１と同一の機能を有する部材には、同一の番号を
付記し、その説明は省略する。

【００７９】本形態のプラズマ処理装置１１は、図４に
示すように、真空容器２と陽極である平板３ｂとが接地
状態とされ、平板３ａと平板３ｂとの間に直流バイアス
が印加される構成になっている。この構成により、プラ
ズマ処理装置１１では、前記プラズマ処理装置１に比
べ、平板３ａに向かって輸送されるイオンビームの広が
りが少なくなり、イオンビームが平板３ａ面上に集束さ
れるがごとく照射される。したがって、平板３ａ表面近
傍でイオン密度並びに指向性をより高くしたい場合に
は、プラズマ処理装置１１の構成が適している。

【００８０】また、活性粒子の指向性並びに輸送速度を
高めるためにプラズマ処理装置１１の直流バイアス回路
構成を用いるとき、磁石群６を平板３ａ裏面側（図中、
平板３ａの下面側）に設置し、平板３ａ表面近傍に磁界
を分布させることが好ましい。これは、平板３ａ表面近
傍に分布した磁界が電子をトラップすることで、平板３
ａ表面近傍の電位が下がり平板３ａに向かうイオンの加
速が促進されるからである。

【００８１】尚、上記構成からなるプラズマ処理装置１
１を用いて、ＰＣＶＤ、スパッタ成膜、エッチング、表
面クリーニングおよびレジスト除去等のプラズマ処理を
行う方法は、前記プラズマ処理装置１によるプラズマ処
理方法と基本的に同様である。

【００８２】また、前記プラズマ処理装置１と同様に、
プラズマ処理装置１１の構成要素のうち、平板３ｂのか
わりに、図２及び図３に示す変更例のように、反応性ガ
ス導入手段を備えない平板３ｃとし、平行平板３ａ・３
ｃ面に平行な方向から反応性ガスを導入する構成として
もよい。

【００８３】〔実施形態３〕 本発明のさらに他の実施形態について図５に基づいて説
明すれば、以下のとおりである。尚、説明の便宜上、上
述の実施形態１と同一の機能を有する部材には、同一の
番号を付記し、その説明は省略する。

【００８４】本形態のプラズマ処理装置１２は、図５に
示すように、前記プラズマ処理装置１１の構成における
直流バイアス電源７に加え、マッチング回路１３を介し
て高周波バイアス電源１４が平板３ａに接続される構成
になっている。また、真空容器２と平板３ｂとは電気的
に接地されている。この構成により、プラズマ処理装置
１２では、平板面全体に均一に投入される高周波とプラ
ズマの主たる発生手段であるマイクロ波とが併用される
ので、水平面内でプラズマの均一性を高めることができ
る。また、基板１０上で電荷によるチャージアップが問
題になる場合には、直流バイアス印加の割合を低減する
かわりに高周波バイアスの自己バイアスによる電圧降下
を加えることも可能である。

【００８５】高周波を主たるプラズマ発生手段とする場
合、前記電圧降下は、上述のように、投入高周波電力、
反応性ガス種と圧力（換言すればプラズマ密度）等の関
数でもあるため、その完全な独立制御が難しい。しかし
ながら、プラズマ処理装置１２では、マイクロ波励起を
主たるプラズマ発生手段とし、これと高周波バイアスお
よび直流バイアスとの併用であるために、プロセスパラ
メータ設定の自由度が高い。したがって、前記電圧降下
を十分に制御することが可能である。

【００８６】上記構成からなるプラズマ処理装置１２を
用いて、ＰＣＶＤ、スパッタ成膜、エッチング、表面ク
リーニングおよびレジスト除去等のプラズマ処理を行う
方法は、前記プラズマ処理装置１によるプラズマ処理方
法と基本的に同様である。

【００８７】尚、プラズマ処理装置１２は、直流バイア
ス電源７に加え高周波バイアス電源１４を備える構成で
あったが、これに限らず、直流バイアス電源７を高周波
バイアス電源１４に置き換える構成であってもよい。こ
の場合も、プラズマの主たる発生手段であるマイクロ波
と高周波バイアス電源１４との併用により、プロセスパ
ラメータ設定の自由度が高いので、前記電圧降下を十分
に制御することができる。

【００８８】また、前記プラズマ処理装置１と同様に、
プラズマ処理装置１２の構成要素のうち、平板３ｂのか
わりに、図２及び図３に示す変更例のように、反応性ガ
ス導入手段を備えない平板３ｃとし、平行平板３ａ・３
ｃ面に平行な方向から反応性ガスを導入する構成として
もよい。

【００８９】さらに、プラズマ処理装置１２は、前記プ
ラズマ処理装置１１の構成における直流バイアス電源７
に加え、高周波バイアス電源１４およびマッチング回路
１３が設けられる構成であったが、これに限らず、前記
プラズマ処理装置１の構成における直流バイアス電源７
に加え、高周波バイアス電源１４およびマッチング回路
１３が設けられる構成でもよいし、あるいは、前記プラ
ズマ処理装置１の構成における直流バイアス電源７を高
周波バイアス電源１４に置き換える構成であってもよ
い。

【００９０】〔実施形態４〕 本発明のさらに他の実施形態について図６に基づいて説
明すれば、以下のとおりである。尚、説明の便宜上、上
述の実施形態１と同一の機能を有する部材には、同一の
番号を付記し、その説明は省略する。

【００９１】本形態のプラズマ処理装置１５は、図６に
示すように、前記プラズマ処理装置１の構成に加え、一
対の平行平板３ａ・３ｂの間に金属製のグリッド板１６
が設けられている。グリッド板１６は、その平板面が平
行平板３ａ・３ｂと平行になるように設置されている。
マイクロ波の投入と反応性ガスの導入とは、グリッド板
１６と平板３ｂとの間に行う。これにより、グリッド板
１６と平板３ｂとの間に効率よくマイクロ波が閉じ込め
られるので、両平板１６・３ｂ間でより高密度で均一な
プラズマの発生が可能となる。両平板１６・３ｂ間での
マイクロ波の閉じ込め効率は、両平板１６・３ｂ間距離
を小さくすることでも高まるので、グリッド板１６はな
るべく平板３ｂに近づけて設けられるとよい。また、両
平板１６・３ｂ間の最適距離は、ガス種、ガス圧力等に
も依存し変化するので、グリッド板１６は上下方向での
位置を可変できるように設けられることが好ましい。

【００９２】プラズマ処理装置１５において直流バイア
スを併用する場合には、平板３ａを陰極、グリッド板１
６を陽極として両者１６・３ａ間に直流バイアスを印加
する。このとき、平板３ｂはグリッド板１６と同電位と
し、真空容器２は電気的に接地し、平板３ａはスイッチ
８により接地または浮遊の状態にする。

【００９３】上記構成からなるプラズマ処理装置１５を
用いて、ＰＣＶＤ、スパッタ成膜、エッチング、表面ク
リーニングおよびレジスト除去等のプラズマ処理を行う
方法は、前記プラズマ処理装置１によるプラズマ処理方
法と基本的に同様である。ただし、スパッタ成膜を行う
場合では、スパッタリングイオンのターゲット上への加
速は、直流バイアス電源７を用いてグリッド板１６と平
板３ａとの間に所望のバイアスを印加することにより行
う。また、エッチングを行う場合においても、イオンの
ターゲット上への加速は、直流バイアス電源７を用いて
グリッド板１６と平板３ａとの間に所望のバイアスを印
加することにより行う。

【００９４】尚、前記プラズマ処理装置１と同様に、プ
ラズマ処理装置１５の構成要素のうち、平板３ｂのかわ
りに、図２及び図３に示す変更例のように、反応性ガス
導入手段を備えない平板３ｃとし、平行平板３ａ・３ｃ
面に平行な方向から反応性ガスを導入する構成としても
よい。この場合、マイクロ波の投入と反応性ガスの導入
とは、グリッド板１６と平板３ｃとの間に行ってもよい
し、また、グリッド板１６と平板３ａとの間に行っても
よい。

【００９５】また、プラズマ処理装置１５は、直流バイ
アス電源７に加え、図５に示すようにさらに高周波バイ
アス電源１４を備える構成としてもよいし、あるいは、
直流バイアス電源７を高周波バイアス電源１４に置き換
える構成としてもよい。

【００９６】また、プラズマ処理装置１５は、前記プラ
ズマ処理装置１の構成に加え、さらにグリッド板１６を
備える構成であったが、これに限らず、前記プラズマ処
理装置１１・１２の構成に加え、グリッド板１６を備え
る構成としてもよい。

【００９７】

【発明の効果】請求項１の発明に係るプラズマ処理方法
は、以上のように、前記ガスのプラズマ化に、前記平行
平板間に投入方向が相対向するように直接投入されるマ
イクロ波を用いる方法である。

【００９８】これにより、大面積基板に容易に対応する
ことができる。また、基本的にマイクロ波のみによって
プラズマを生成することが可能であり、直流バイアスお
よび高周波バイアスを必要としない場合には、一対の平
行平板は金属電極で構成されなくてもよいので、平行平
板の構成材料の選択の幅を広げることができる。

【００９９】さらに、従来のマイクロ波励起型プラズマ
処理装置を用いる場合に比べて、活性粒子輸送方向に
おける装置サイズを小さくすること、微細凹凸基板上
への薄膜形成時にかならずしも基板に高周波バイアスを
印加する必要がなくなること、同程度またはそれ以上
に、高密度プラズマの発生あるいは動作ガス圧力の低減
を図ること、を達成できる。加えて、自己バイアスによ
る電圧降下が発生せず、加速イオンの輸送速度の独立制
御も容易に行うことができる。

【０１００】それゆえ、大面積基板上における高品質薄
膜形成、エッチングおよび表面処理を可能にし、大面積
あるいは多面取り液晶表示パネルの製造、および、高ス
ループットかつ高歩留りな液晶表示装置並びに半導体集
積回路デバイス等の製造を実現するプラズマ処理方法を
提供することができる。

【０１０１】請求項２の発明に係るプラズマ処理方法
は、以上のように、請求項１の方法に加えて、前記マイ
クロ波により前記ガスをプラズマ化する際に、マイクロ
波投入領域に分布させた磁界を併用する方法である。

【０１０２】これにより、磁界の存在により磁界を横切
るプラズマ中の電子に回転運動成分が加わることで、中
性原子やイオンとの衝突確率が高まる。

【０１０３】それゆえ、請求項１の方法による効果に加
えて、さらに、一対の平行平板間でプラズマ分布の均一
性を保ちつつプラズマ密度を高める、あるいは動作ガス
圧力を低減することができる。

【０１０４】請求項３の発明に係るプラズマ処理方法
は、以上のように、請求項２の方法に加えて、前記マイ
クロ波の周波数をｆとし、前記磁界の磁束密度をＢとす
るとき、Ｂ＝２πｍｆ／ｅ（ｅ／ｍ：比電荷、π：円周
率）なる電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）条件を満た
すような周波数と磁束密度との組み合わせを用いる方法
である。

【０１０５】これにより、プラズマ中の電子系によるマ
イクロ波エネルギの吸収が急激に高まり電子エネルギが
増大する。

【０１０６】それゆえ、請求項２の方法による効果に加
えて、さらなるプラズマ密度の増大を図ることができ
る。

【０１０７】請求項４の発明に係るプラズマ処理方法
は、以上のように、請求項１〜３の方法に加えて、前記
プラズマ処理の際に、前記平行平板間に印加される直流
バイアスを併用する方法である。

【０１０８】これにより、イオンの輸送速度を他のプロ
セス条件と独立に制御できる。

【０１０９】それゆえ、請求項１〜３の方法による効果
に加えて、基板上に照射される活性粒子の指向性をより
高めることが容易にできる。

【０１１０】請求項５の発明に係るプラズマ処理方法
は、以上のように、請求項１〜４の方法に加えて、前記
プラズマ処理の際に、前記平行平板間に印加される高周
波バイアスを併用する方法である。

【０１１１】これにより、平板面全体に均一に投入され
る高周波とプラズマの主たる発生手段であるマイクロ波
とが併用される。

【０１１２】それゆえ、請求項１〜４の方法による効果
に加えて、一対の平行平板に平行な面内でプラズマの均
一性を高めることができる。

【０１１３】請求項６の発明に係るプラズマ処理方法
は、以上のように、請求項１〜５の方法に加えて、前記
平行平板間に、グリッド板を該グリッド板の板面が前記
平行平板面と略平行になるように設け、前記平行平板の
一方または他方の平板と前記グリッド板との間に前記マ
イクロ波を直接投入する方法である。

【０１１４】これにより、一方または他方の平板とグリ
ッド板との間に効率よくマイクロ波が閉じ込められる。

【０１１５】それゆえ、請求項１〜５の方法による効果
に加えて、一方または他方の平板とグリッド板との間で
より高密度で均一なプラズマの発生が可能となる。

【０１１６】請求項７の発明に係るプラズマ処理方法
は、以上のように、請求項１〜６の方法に加えて、周波
数が１ＧＨｚ以上であるマイクロ波を用いる方法であ
る。

【０１１７】これにより、１ＧＨｚ以上の高い周波数の
マイクロ波がプラズマ化に用いられる。

【０１１８】それゆえ、請求項１〜６の方法による効果
に加えて、さらに、自己バイアスによる電圧降下の発生
を防ぐとともに、高密度プラズマの発生あるいは動作ガ
ス圧力の低減を図ることができる。

【０１１９】請求項８の発明に係るプラズマ処理装置
は、以上のように、真空容器と、前記真空容器内に設け
られる互いに平行な一対の平行平板と、前記平行平板間
にガスを導入するためのガス導入手段と、前記平行平板
間に相対向する管口からマイクロ波を直接投入するマイ
クロ波投入手段とを備える構成である。

【０１２０】これにより、大面積基板に容易に対応する
ことができる。また、基本的にマイクロ波のみによって
プラズマを生成することが可能であり、直流バイアスお
よび高周波バイアスを必要としない場合には、一対の平
行平板は金属電極で構成されなくてもよいので、平行平
板の構成材料の選択の幅を広げることができる。

【０１２１】さらに、従来のマイクロ波励起型プラズマ
処理装置に比べて、活性粒子輸送方向における装置サ
イズを小さくすること、微細凹凸基板上への薄膜形成
時にかならずしも基板に高周波バイアスを印加する必要
がなくなること、同程度またはそれ以上に、高密度プ
ラズマの発生あるいは動作ガス圧力の低減を図ること、
を達成できる。加えて、自己バイアスによる電圧降下が
発生せず、加速イオンの輸送速度の独立制御も容易に行
うことができる。

【０１２２】それゆえ、大面積基板上における高品質薄
膜形成、エッチングおよび表面処理を可能にし、大面積
あるいは多面取り液晶表示パネルの製造、および、高ス
ループットかつ高歩留りな液晶表示装置並びに半導体集
積回路デバイス等の製造を実現するプラズマ処理装置を
提供することができる。

【０１２３】請求項９の発明に係るプラズマ処理装置
は、以上のように、請求項８の構成に加えて、前記マイ
クロ波の投入領域に磁界を分布させるために、前記平行
平板の一方の平板面近傍に複数の磁石が配置されている
構成である。

【０１２４】これにより、磁界の存在により磁界を横切
るプラズマ中の電子に回転運動成分が加わることで、中
性原子やイオンとの衝突確率が高まる。

【０１２５】それゆえ、請求項８の構成による効果に加
えて、さらに、一対の平行平板間でプラズマ分布の均一
性を保ちつつプラズマ密度を高める、あるいは動作ガス
圧力を低減することができる。

【０１２６】請求項１０の発明に係るプラズマ処理装置
は、以上のように、請求項８または９の構成に加えて、
前記平行平板間に直流バイアスを印加するための直流バ
イアス印加手段が設けられている構成である。

【０１２７】これにより、イオンの輸送速度を他のプロ
セス条件と独立に制御できる。

【０１２８】それゆえ、請求項８または９の構成による
効果に加えて、基板上に照射される活性粒子の指向性を
より高めることが容易にできる。

【０１２９】請求項１１の発明に係るプラズマ処理装置
は、以上のように、請求項８〜１０の構成に加えて、前
記平行平板間に高周波バイアスを印加するための高周波
バイアス印加手段が設けられている構成である。

【０１３０】これにより、平板面全体に均一に投入され
る高周波とプラズマの主たる発生手段であるマイクロ波
とが併用される。

【０１３１】それゆえ、請求項８〜１０の構成による効
果に加えて、一対の平行平板に平行な面内でプラズマの
均一性を高めることができる。

【０１３２】請求項１２の発明に係るプラズマ処理装置
は、以上のように、請求項８〜１１の構成に加えて、前
記平行平板間に、グリッド板が、該グリッド板の板面が
前記平行平板面と略平行になるように設けられ、前記マ
イクロ波投入手段が、前記平行平板の一方または他方の
平板と前記グリッド板との間に前記マイクロ波を直接投
入するように設けられている構成である。

【０１３３】これにより、一方または他方の平板とグリ
ッド板との間に効率よくマイクロ波が閉じ込められる。

【０１３４】それゆえ、請求項８〜１１の構成による効
果に加えて、一方または他方の平板とグリッド板との間
でより高密度で均一なプラズマの発生が可能となる。

【０１３５】請求項１３の発明に係るプラズマ処理装置
は、以上のように、請求項８〜１２の構成に加えて、前
記マイクロ波投入手段によって投入される前記マイクロ
波の周波数が１ＧＨｚ以上である構成である。

【０１３６】これにより、１ＧＨｚ以上の高い周波数の
マイクロ波がプラズマ化に用いられる。

【０１３７】それゆえ、請求項８〜１２の構成による効
果に加えて、さらに、自己バイアスによる電圧降下の発
生を防ぐとともに、高密度プラズマの発生あるいは動作
ガス圧力の低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態に係るプラズマ処理装置
を示す概略構成図である。

【図２】上記プラズマ処理装置の変更例を示す斜視図で
ある。

【図３】上記プラズマ処理装置の変更例を示す斜視図で
ある。

【図４】本発明の他の実施形態に係るプラズマ処理装置
を示す概略構成図である。

【図５】本発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処
理装置を示す概略構成図である。

【図６】本発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処
理装置を示す概略構成図である。

【図７】従来の平行平板型プラズマ処理装置を示す概略
構成図である。

【図８】従来のマイクロ波励起型プラズマ処理装置を示
す概略構成図である。

【符号の説明】

１ プラズマ処理装置 ２ 真空容器 ３ａ 平板 ３ｂ 平板 ３ｃ 平板 ４ａ マイクロ波導波管（マイクロ波投入手段） ４ｂ マイクロ波導波管（マイクロ波投入手段） ５ 反応性ガス導入路（ガス導入手段） ６ 磁石群 ７ 直流バイアス電源（直流バイアス印加手段） ８ スイッチ ９ ガス排気口 １０ 基板 １３ マッチング回路 １４ 高周波バイアス電源（高周波バイアス印加手
段） １６ グリッド板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｍ Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｃ (56)参考文献 特開 平２−83924（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−211695（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−132827（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−93277（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−182785（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/31 C23C 16/50 C30B 35/00 H01L 21/205 H01L 21/3065 H05H 1/46

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空容器内の互いに平行な一対の平行平板
   の一方の平板面上に基板などの被処理物を設置し、前記
   平行平板間に導入されるガスを用いて前記被処理物をプ
   ラズマ処理するプラズマ処理方法において、 前記ガスのプラズマ化に、前記平行平板間に投入方向が
   相対向するように直接投入されるマイクロ波を用いるこ
   とを特徴とするプラズマ処理方法。
2. 【請求項２】前記マイクロ波によって前記ガスをプラズ
   マ化する際に、マイクロ波投入領域に分布させた磁界を
   併用することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処
   理方法。
3. 【請求項３】前記マイクロ波の周波数をｆとし、前記磁
   界の磁束密度をＢとするとき、Ｂ＝２πｍｆ／ｅ（ｅ／
   ｍ：比電荷、π：円周率）なる電子サイクロトロン共鳴
   （ＥＣＲ）条件を満たすような周波数と磁束密度との組
   み合わせを用いることを特徴とする請求項２に記載のプ
   ラズマ処理方法。
4. 【請求項４】前記プラズマ処理の際に、前記平行平板間
   に印加される直流バイアスを併用することを特徴とする
   請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
5. 【請求項５】前記プラズマ処理の際に、前記平行平板間
   に印加される高周波バイアスを併用することを特徴とす
   る請求項１〜４のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
6. 【請求項６】前記平行平板間に、グリッド板を該グリッ
   ド板の板面が前記平行平板面と略平行になるように設
   け、前記平行平板の一方または他方の平板と前記グリッ
   ド板との間に前記マイクロ波を直接投入することを特徴
   とする請求項１〜５のいずれかに記載のプラズマ処理方
   法。
7. 【請求項７】周波数が１ＧＨｚ以上であるマイクロ波を
   用いることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載
   のプラズマ処理方法。
8. 【請求項８】真空容器と、 前記真空容器内に設けられる互いに平行な一対の平行平
   板と、 前記平行平板間にガスを導入するためのガス導入手段
   と、 前記平行平板間にマイクロ波を相対向する管口から直接
   投入するマイクロ波投入手段とを備えることを特徴とす
   るプラズマ処理装置。
9. 【請求項９】前記マイクロ波の投入領域に磁界を分布さ
   せるために、前記平行平板の一方の平板面近傍に複数の
   磁石が配置されていることを特徴とする請求項８に記載
   のプラズマ処理装置。
10. 【請求項１０】前記平行平板間に直流バイアスを印加す
    るための直流バイアス印加手段が設けられていることを
    特徴とする請求項８または９に記載のプラズマ処理装
    置。
11. 【請求項１１】前記平行平板間に高周波バイアスを印加
    するための高周波バイアス印加手段が設けられているこ
    とを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載のプラ
    ズマ処理装置。
12. 【請求項１２】前記平行平板間に、グリッド板が、該グ
    リッド板の板面が前記平行平板面と略平行になるように
    設けられ、前記マイクロ波投入手段が、前記平行平板の
    一方または他方の平板と前記グリッド板との間に前記マ
    イクロ波を直接投入するように設けられていることを特
    徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載のプラズマ処
    理装置。
13. 【請求項１３】前記マイクロ波投入手段によって投入さ
    れる前記マイクロ波の周波数が１ＧＨｚ以上であること
    を特徴とする請求項８〜１２のいずれかに記載のプラズ
    マ処理装置。