用多缝隙天线的表面波等离子体处理装置.pdf

提供一种用多缝隙天线的表面波等离子体处理装置。该表面波等离子体处理装置，包括：其一部分形成为可使微波透过的介电体窗的等离子体处理室、在该等离子体处理室内设置的被处理基体支撑体、向该等离子体处理室内导入等离子体处理用气体的等离子体处理用气体导入单元、使该等离子体处理室内排气成真空的排气单元、和采用了与上述被处理基体支撑体对置且配置在上述介电体窗的外侧的多缝隙天线的微波导入单元，其特征在于：作为缝隙并设有向周边方向上传播表面波的放射状缝隙和在径向上传播表面波的圆弧状缝隙。

1.  一种表面波等离子体处理装置，包括：其一部分形成为可使微波透过的介电体窗的等离子体处理室、在该等离子体处理室内设置的被处理基体支撑体、向该等离子体处理室内导入等离子体处理用气体的等离子体处理用气体导入单元、使该等离子体处理室内排气成真空的排气单元、和采用了与上述被处理基体支撑体对置且配置在上述介电体窗的外侧的多缝隙天线的微波导入单元，其特征在于：
作为缝隙并设有向周边方向上传播表面波的放射状缝隙和在径向上传播表面波的圆弧状缝隙。

2.  如权利要求1所述的表面波等离子体处理装置，其特征在于：上述微波导入单元是在无终端环状导波管的H面上形成有缝隙的多缝隙天线。

3.  如权利要求1所述的表面波等离子体处理装置，其特征在于：上述放射状缝隙的中心之间的间隔是表面波半波长的奇数倍。

4.  如权利要求1所述的表面波等离子体处理装置，其特征在于：上述圆弧状缝隙的把圆弧连起来形成的圆的直径是表面波半波长的偶数倍。

5.  如权利要求1所述的表面波等离子体处理装置，其特征在于：通过使上述放射状缝隙和上述圆弧状缝隙的各自的微波放射率相对地变化来调整径向上的等离子体分布。

6.  如权利要求1所述的表面波等离子体处理装置，其特征在于：通过改变上述放射状缝隙的长度和上述圆弧状缝隙的开角来进行上述等离子体分布调整。

7.  如权利要求1所述的表面波等离子体处理装置，其特征在于：通过改变上述放射状缝隙和上述圆弧状缝隙的宽度来进行上述等离子体分布调整。

8.  如权利要求1所述的表面波等离子体处理装置，其特征在于：通过改变上述放射状缝隙和上述圆弧状缝隙的厚度来进行上述等离子体分布调整。

用多缝隙天线的表面波等离子体处理装置
技术领域
本发明涉及微波等离子体处理装置。更具体地，本发明尤其涉及径向的等离子体分布可调整的微波等离子体处理装置。
背景技术
作为使用微波作等离子体生成用的激励源的等离子体处理装置，已知有CVD装置、蚀刻装置、灰化装置等。
在微波等离子体处理装置中，由于作为气体的激励源使用微波，可以用具有高频率的电场加速电子，可以有效地电离、激发气体分子。因此，在微波等离子体处理装置中，具有气体的电离效率、激发效率和分解效率高，可以比较容易地形成得到高密度的等离子体，可以在低温下高速进行高品质处理的优点。另外，由于微波具有透过介电体的性质，等离子体处理装置可以构成无电极放电型，因此具有可进行高清洁的等离子体处理的优点。
为了使这样的微波等离子体处理装置更加高速化，利用电子同步回旋共振(ECR)的等离子体处理装置也正在实用化。ECR指磁场强度为87.5mT时，电子绕磁力线旋转的电子同步回旋频率与微波的一般频率2.45GHz一致，电子共振吸收微波而被加速，产生高密度等离子体的现象。在这样的ECR等离子体处理装置中，微波导入单元和磁场产生单元的结构有以下四种代表性的结构。
即，(i)通过导波管搬运的微波从被处理基体的对置面通过透过窗导入圆筒状的等离子体发生室，通过在等离子体发生室的周边设置的电磁线圈导入与等离子体发生室的中心轴同轴的发散磁场而构成(NTT方式)；(ii)通过导波管搬运的微波从被处理基体的对置面导入吊钟状的等离子体发生室，通过在等离子体发生室的周边设置的电磁线圈导入与等离子体发生室的中心轴同轴的磁场而构成(日立方式)；(iii)通过作为圆筒状缝隙天线的一种的Lisitano线圈从周边向等离子体发生室导入微波，通过在等离子体发生室的周边设置的电磁线圈导入与等离子体发生室的中心轴同轴的发散磁场而构成(Lisitano方式)；(iv)通过导波管传送的微波从被处理基体的对置面通过平板状的缝隙天线导入圆筒状的等离子体发生室，通过在平面天线的背面上设置的永磁体导入与天线平面平行的环状磁场而构成(平面缝隙天线方式)。
作为微波等离子体处理装置的例子，近年来提出了作为均匀有效地导入微波的装置采用在H面上形成有多个缝隙的无终端环状导波管的装置(USP5487875、US5538699、USP6497783)。该微波等离子体处理装置示于图4A，其等离子体发生机构示于图4B。501是等离子体处理室，502是被处理基体，503是被处理基体502的支撑体，504是基板温度调整单元，505是在等离子体处理室501的周边设置的等离子体处理用气体导入单元，506是排出的气体，507是使等离子体处理室501和大气侧分离的平板状介电体窗，508是用来使微波通过平板状介电体窗507导入等离子体处理室501的带缝隙无终端环状导波管，511是把微波导入带缝隙无终端环状导波管508的导入口的E分支；512是在带缝隙无终端环状导波管508内产生的驻波，513是缝隙，514是传送于平板状介电体窗507表面的表面波，515是从相邻的缝隙513来的表面波514之间相干涉而产生的表面驻波，516是由表面驻波515产生的产生部等离子体，517是由于产生部等离子体516的扩散而生成的体(bulk)等离子体。
通过使用这样的微波等离子体处理装置，由于可以产生微波功率≥1kW、在直径300mm左右的大口径空间中有±3％以内的均匀性、电子密度≥10¹²cm^-3、电子温度≤2eV、等离子体电位≤10V的高密度低电子温度的等离子体，所以可以以充分反应且活性的状态向基板供给气体，且可以减少入射离子对基板表面的损伤，从而即使在低温下也能够进行高品质、均匀且高速地处理。
但是，在采用上述的微波等离子体处理装置时，由于表面波在与缝隙垂直的方向即周边方向上传播于介电体窗表面，所以内侧的表面波电场强度比缝隙位置弱，有时中央部的等离子体处理速度低。
发明内容
本发明涉及一种强化内侧的表面波电场强度、调整径向的分布，尤其是改善了均匀性的等离子体处理装置。
本发明的表面波等离子体处理装置，包括：其一部分形成为可使微波透过的介电体窗的等离子体处理室、在该等离子体处理室内设置的被处理基体支撑体、向该等离子体处理室内导入等离子体处理用气体的等离子体处理用气体导入单元、使该等离子体处理室内排气成真空的排气单元、和采用了与上述被处理基体支撑体对置且配置在上述介电体窗的外侧的多缝隙天线的微波导入单元，其特征在于：作为缝隙并设有向周边方向上传播表面波的放射状缝隙和在径向上传播表面波的圆弧状缝隙。
上述微波导入单元可以是在无终端环状导波管的H面上形成有缝隙的多缝隙天线。
上述放射状缝隙的中心之间的间隔可以是表面波半波长的奇数倍。
上述圆弧状缝隙的把圆弧连起来形成的圆的直径可以是表面波半波长的偶数倍。
可以通过使上述放射状缝隙和上述圆弧状缝隙的各自的微波放射率相对地变化来调整径向上的等离子体分布。
可以通过改变上述放射状缝隙的长度和上述圆弧状缝隙的开角来进行上述等离子体分布调整。
可以通过改变上述放射状缝隙和上述圆弧状缝隙的宽度来进行上述等离子体分布调整。
可以通过改变上述放射状缝隙和上述圆弧状缝隙的厚度来进行上述等离子体分布调整。
因此，在本发明的表面波等离子体处理装置中，通过并设放射状缝隙和圆弧状缝隙作为缝隙，可以提供一种强化内侧的表面波电场强度、调整径向的分布，尤其是改善了均匀性的等离子体处理装置。
本发明的其它特征和优点通过下面的结合附图的详述会显而易见，其中相同或相似的附图标记在全部附图中表示相同或相似的部件。
附图结合在并构成说明书的一部分，用来详述本发明的实施方式，并与详述部分一起解释本发明的原理。
图1A和1B是本发明的实施方式的微波等离子体处理装置的示意图；
图2A、2B和2C是用来说明本发明的、通过电磁波模拟得到的表面波电场强度分布的图；
图3A和3B是用来说明本发明的、通过探针测量得到的等离子体密度分布的图；
图4A和4B是现有例的微波等离子体处理装置的示意图。
下面，结合附图描述本发明的优选实施方式。
用图1说明本发明的实施方式的微波等离子体处理装置。101是等离子体处理室，102是被处理基体，103是被处理基体102的支撑体，104是基板温度调整单元，105是在等离子体处理室101的周边设置的等离子体处理用气体导入单元，106是排出的气体，107是使等离子体处理室101和大气侧分离的平板状介电体窗，108是用来使微波通过平板状介电体窗107导入等离子体处理室101的带缝隙无终端环状导波管，111是把微波导入带缝隙无终端环状导波管108的导入口的E分支；113a是放射状缝隙，113b是圆弧状缝隙。
如下进行等离子体处理。通过排气系统(未图示)把等离子体处理室101内排气成真空。然后，通过在等离子体处理室101的周边设置的气体导入单元105把处理用气体以预定的流量导入到等离子体处理室101内。然后调整在排气系统(未图示)中设置的传导阀(未图示)，使等离子体处理室101内保持预定的压力。从微波电源(未图示)通过无终端环状导波管108、放射状缝隙113a和圆弧状缝隙113b向等离子体处理室101内供给所希望的电力。此时，导入到无终端环状导波管108内的微波被E分支111左右二分配，具有比自由空间长的管内波长并被传送。被分配的微波之间相干涉，生成在每个管内波长的1/2处具有“腹谷”的驻波。通过以横切表面电流的方式设置的放射状缝隙113a和圆弧状缝隙113b透过介电体窗107把微波导入等离子体处理室101。由导入到等离子体处理室101内的微波在放射状缝隙113a和圆弧状缝隙113b附近产生初期高密度等离子体。在该状态下，入射到介电体窗107和初期高密度等离子体的界面上的微波不能在初期高密度等离子体中传送，介电体窗107和初期高密度等离子体的界面作为表面波传送。从相邻的放射状缝隙113a和圆弧状缝隙113b导入的表面波之间相互干涉，生成在表面波的每个波长的1/2处有“腹谷”的表面驻波。由该表面驻波生成表面等离子体。而且通过表面等离子体的扩散生成体等离子体。由被产生的表面波干涉等离子体激励处理用气体，对载置在支撑体103上的被处理基体102的表面进行处理。
图2A-2C分别示出了只设置放射状缝隙113a时(图2A)、只设置圆弧状缝隙113b时(图2B)、并设两种缝隙(图2C)时的通过电磁波模拟得到的表面波电场强度分布。在只有放射状缝隙113a时，表面波向周边方向传播，并在外侧附近分布表面驻波，中央部的表面波电场弱，但是通过并设表面波在径向上传播并在中央部上也可以产生表面驻波的圆弧状缝隙113a，可以使表面波电场大致分布在整个表面上。
图3A和3B示出分别改变放射状缝隙113a的长度和圆弧状缝隙113b的开角时的等离子体密度分布。放射状缝隙113a十分短时，与只有圆弧状缝隙113b时的分布相似，呈向上凸的分布。相反，在圆弧状缝隙113b的开角十分小时，与只有放射状缝隙113a时的分布相似，呈向下凸的分布。随着放射状缝隙113a的长度增加，外侧的等离子体密度增加，从向上凸到平坦进而到向下凸变化。相反，随着圆弧状缝隙113b的开角增加，内侧的等离子体密度增加，从向下凸到平坦进而到向上凸变化。
这样，通过改变放射状缝隙113a的长度和圆弧状缝隙113b的开角，可以调整径向的分布，可得到均匀的分布。通过不仅改变长度也改变宽度和厚度，使导入率变化，也可以实现这一点。
本发明的微波等离子体处理装置中采用的放射状缝隙，环状导波路内驻波的节的位置以由导波路一周的长度/管内半波长得到的个数等角度间隔形成，且长度为管内波长的1/8～1/2，更优选为3/16～3/8。
本发明的微波等离子体处理装置中采用的圆弧状缝隙，环状导波路内驻波的腹谷的位置以由导波路一周的长度/管内半波长得到的个数等间隔形成，且开角为360°×管内半波长/导波路一周的长度的1/2～9/10，更优选为3/5～4/5。
在本发明的微波等离子体处理装置中采用的微波的频率可使用300MHz～3THz，但波长与介电体窗107尺寸差不多，1～10GHz特别有效。
在本发明的微波等离子体处理装置中采用的介电体窗109的材料，只要机械强度足够、介电损失小到微波的透射率足够高，就能适用。例如石英、氧化铝(兰宝石)、氮化铝、氟化碳聚合物(特弗隆)等是最合适的。
在本发明的微波等离子体处理装置中采用的带缝隙无终端环状导波管108的材料，只要是导电体就能使用，但为了尽可能抑制微波的传输损失，电镀了导电率高的Al、Cu、Ag/Cu的SUS等是最合适的。本发明中采用的带缝隙无终端环状导波管108的导入口的方向，只要能把微波有效地导入带缝隙无终端环状导波管108内的微波传输空间，是与H面平行的传输空间的接线方向也可以，在与H面垂直的方向上用导入部在传输空间的左右方向上二分配也可以。
在本发明的微波等离子体处理装置和处理方法中，为了在更低的压强下处理，也可以使用磁场产生单元。作为在本发明的等离子体处理装置和处理方法中使用的磁场，只要是与在缝隙的宽度方向上产生的电场垂直的磁场，就可以适用。作为磁场产生单元，除了线圈以外还可以使用永磁体。在使用线圈时为了防止过热还可以采用水冷机构、空冷等的其它冷却手段。
另外，为了使处理品质更高，也可以向基体表面照射紫外线。作为光源，可适用使在被处理基体或基体上附着的气体中吸收的光放射的光源，可使用激态激光器、激态灯、稀有气体共振线灯、低压水银灯等。
在本发明的微波等离子体处理方法中等离子体处理室内的压力为0.1毫乇～10乇，更优选为10毫乇～5乇。
本发明的微波等离子体处理方法中的淀积膜的形成，通过根据使用的气体适当选择，可以有效地地形成Si₃N₄、SiO₂、SiOF、Ta₂O₅、TiO₂、TiN、Al₂O₃、AlN、MgF₂等的绝缘膜，α-Si、多晶硅、SiC、GaAs等的半导体膜，Al、W、Mo、Ti、Ta等的金属膜等各种淀积膜。
由本发明的微波等离子体处理方法处理的被处理基体102可以是半导体、可以是导电性的，也可以是电绝缘的。
作为导电性基体，可以举出Fe、Ni、Cr、Al、Mo、Au、Nb、Ta、V、Ti、Pt、Pb等的金属或其合金，例如黄铜、不锈钢等。
作为绝缘性基体，可以举出SiO₂系的石英或各种玻璃、Si₃N₄、NaCl、KCl、LiF、CaF₂、BaF₂、Al₂O₃、AlN、MgO等的无机物、聚乙烯、聚酯、聚碳酸酯、乙酸纤维素、聚丙烯、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺等的有机物的膜、薄板等。
优选地，本发明的等离子体处理装置中用的气体导入单元105的方向为，气体经在介电体窗108附近产生的等离子体区后被充分供给到中央附近，然后以从中央到周边的方向在基板表面上流动，具有向介电体窗108吹附气体的结构。
作为通过CVD法在基板上形成薄膜时使用的气体，一般可使用公知的气体。
在形成α-Si、多晶硅、SiC等的Si系半导体薄膜时，作为通过处理用气体导入单元105向等离子体处理室101导入的含有Si原子的原料气体，可使用SiH₄、Si₂H₆等的无机硅烷类，四乙基硅烷(TES)、四甲基硅烷(TMS)、二甲基硅烷(DMS)、二甲基二氟硅烷(DMDFS)、二甲基二氯硅烷(DMDCS)等的有机硅烷类，SiF₄、Si₂F₆、Si₃F₈、SiHF₃、SiH₂F₂、SiCl₄、Si₂Cl₆、SiHCl₃、SiH₂Cl₂、SiH₃Cl、SiCl₂F₂等的卤化硅烷类等在常温常压下是气体状态或容易气化的物质。另外，作为与此时的Si原料气体混合导入的添加气体或载体气体，可举出H₂、He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn等。
在形成Si₃N₄、SiO₂等的Si化合物系薄膜时，作为通过处理用气体导入单元105向等离子体处理室101导入的含有Si原子的原料气体，可使用SiH₄、Si₂H₆等的无机硅烷类，四乙氧基硅烷(TEOS)、四甲氧基硅烷(TMOS)、八甲基环四硅烷(OMCT)、二甲基二氟硅烷(DMDFS)、二甲基二氯硅烷(DMDCS)等的有机硅烷类，SiF₄、Si₂F₆、Si₃F₈、SiHF₃、SiH₂F₂、SiCl₄、Si₂Cl₆、SiHCl₃、SiH₂Cl₂、SiH₃Cl、SiCl₂F₂等的卤化硅烷类等在常温常压下是气体状态或容易气化的物质。另外，作为此时同时导入的氮原料气体或氧原料气体，可举出N₂、NH₃、N₂H₄、六甲基二硅氨烷(HMDS)、O₂、O₃、H₂O、NO、N₂O、NO₂等。
在形成Al、W、Mo、Ti、Ta等的金属薄膜时，作为通过处理用气体导入单元105导入的含有金属原子的原料，可以举出三甲基铝(TMAl)、三乙基铝(TEAl)、三异丁基铝(TiBAl)、二甲基铝氢化物(DMAlH)、羰化钨(W(CO)₆)、羰化钼(Mo(CO)₆)、三甲基镓(TMGa)、三乙基镓(TEGa)、四异丙氧基钛(TiPOTi)、五乙氧基钽(PEOTa)等的有机金属，AlCl₃、WF₆、TiCl₃、TaCl₅等的金属卤化物等。另外，另外，作为与此时的Si原料气体混合导入的添加气体或载体气体，可举出H₂、He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn等。
在形成Al₂O₃、AlN、Ta₂O₅、TiO₂、TiN、WO₃等的金属化合物薄膜时，作为通过处理用气体导入单元105导入的含有金属原子的原料，可以举出三甲基铝(TMAl)、三乙基铝(TEAl)、三异丁基铝(TiBAl)、二甲基铝氢化物(DMAlH)、羰化钨(W(CO)₆)、羰化钼(Mo(CO)₆)、三甲基镓(TMGa)、三乙基镓(TEGa)、四异丙氧基钛(TiPOTi)、五乙氧基钽(PEOTa)等的有机金属，AlCl₃、WF₆、TiCl₃、TaCl₅等的金属卤化物等。另外，作为此时同时导入的氧原料气体或氮原料气体，可举出O₂、O₃、H₂O、NO、N₂O、NO₂、N₂、NH₃、N₂H₄、六甲基二硅氨烷(HMDS)等。
在蚀刻基体表面时，作为从处理用气体导入口105导入的蚀刻用气体，可举出F₂、CF₄、CH₂F₂、C₂F₆、C₃F₈、C₄F₈、CF₂Cl₂、SF₆、NF₃、Cl₂、CCl₄、CH₂Cl₂、C₂Cl₆等。
在灰化除去光刻胶等基体表面上的有机成分时，作为从处理用气体导入口105导入的灰化用气体，可举出O₂、O₃、H₂O、NO、N₂O、NO₂、H₂等。
另外，在表面改质中也使用本发明的微波等离子体处理装置和处理方法时，通过适当选择使用的气体，可以用Si、Al、Ti、Zn、Ta等作为例如基体或表面层，进行这些基体或表面层的氧化处理或氮化处理，还可以进行B、As、P等的掺杂处理等。而且，在本发明中采用的成膜技术也可在清洗技术中使用。也可以在此时的氧化物或有机物和重金属等的清洗中使用。
在对基体进行氧化表面处理时，作为通过处理用气体导入口105导入的氧化性气体可举出O₂、O₃、H₂O、NO、N₂O、NO₂等。另外，在对基体进行氮化表面处理时，作为通过处理用气体导入口105导入的氮化性气体可举出N₂、NH₃、N₂H₄、六甲基二硅氨烷(HMDS)等。
在清洗基体表面的有机物时，或在灰化除去光刻胶等基体表面上的有机成分时，作为从处理用气体导入口105导入的灰化用气体，可举出O₂、O₃、H₂O、NO、N₂O、NO₂、H₂等。在清洗基体表面的无机物时，作为从等离子体发生用气体导入口导入的清洗气体，可举出F₂、CF₄、CH₂F₂、C₂F₆、C₃F₈、C₄F₈、CF₂Cl₂、SF₆、NF₃等。
下面，举出以下实施例对本发明的微波等离子体处理装置及处理方法进行更具体的说明，但本发明不仅限于这些实施例。
(实施例1)
使用图1A和图1B所示的微波等离子体处理装置，进行光刻胶的灰化。
作为基体102，使用了刚刚蚀刻层间SiO₂膜而形成了通路孔后的硅(Si)基板(ψ300mm)。首先，在基体支撑体103上设置Si基板102后，用加热器104加热到≤250℃，通过排气系统(未图示)把等离子体处理室101内排气成真空，减压到≤10^-4乇。通过等离子体处理用气体导入口105以2slm的流量向等离子体处理室101内导入氧气。然后，调整在排气系统(未图示)中设置的传导阀(未图示)，使等离子体处理室101内保持在1.5乇。从2.45GHz的微波电源通过带缝隙无终端环状导波管108向等离子体处理室101内供给2.5kW的电力。从而在等离子体处理室101内产生等离子体。此时，通过等离子体用处理用气体导入口105导入的氧气在等离子体处理室101内被激发、分解、反应而成为氧原子，向硅基板102的方向输送，使基板102上的光刻胶氧化，被气化和除去。灰化后，评价了栅绝缘破坏、灰化速度和基板表面电荷密度等。
得到的灰化速度的均匀性为±3.4％(6.2μm/min)，很好；表面电荷密度是0.5×10¹¹cm^-2，是足够低的值；而且未观测到栅绝缘破坏。
(实施例2)
使用图1A和图1B所示的微波等离子体处理装置，进行光刻胶的灰化。
作为基体102，使用了刚刚蚀刻层间SiO₂膜而形成了通路孔后的硅(Si)基板(ψ12英寸)。首先，在基体支撑体103上设置Si基板102后，用加热器104加热到≤250℃，通过排气系统(未图示)把等离子体处理室101内排气成真空，减压到≤10^-5乇。通过等离子体处理用气体导入口105以2slm的流量向等离子体处理室101内导入氧气。然后，调整在排气系统(未图示)中设置的传导阀(未图示)，使等离子体处理室101内保持在2乇。从2.45GHz的微波电源通过带缝隙无终端环状导波管108向等离子体处理室101内供给2.5kW的电力。从而在等离子体处理室101内产生等离子体。此时，通过等离子体用处理用气体导入口105导入的氧气在等离子体处理室101内被激发、分解、反应而成为氧原子，向硅基板102的方向输送，使基板102上的光刻胶氧化，被气化和除去。灰化后，评价了栅绝缘破坏、灰化速度和基板表面电荷密度等。
得到的灰化速度的均匀性为±4.4％(8.2μm/min)，很好；表面电荷密度是1.1×10¹¹cm^-2，是足够低的值；而且未观测到栅绝缘破坏。
(实施例3)
使用图1A和图1B所示的微波等离子体处理装置，进行极薄氧化膜的表面氮化。
作为基体102，使用了带有16埃厚的表面氧化膜的硅(Si)基板(ψ8英寸)。首先，在基体支撑体103上设置Si基板102后，用加热器104加热到≤150℃，通过排气系统(未图示)把等离子体处理室101内排气成真空，减压到≤10^-3乇。通过等离子体处理用气体导入口105以氮气50sccm和氦气450sccm的流量向等离子体处理室101内导入。然后，调整在排气系统(未图示)中设置的传导阀(未图示)，使等离子体处理室101内保持在0.2乇。从2.45GHz的微波电源通过带缝隙无终端环状导波管108向等离子体处理室101内供给1.5kW的电力。从而在等离子体处理室101内产生等离子体。此时，通过等离子体用处理用气体导入口105导入的氮气在等离子体处理室101内被激发、分解、反应而成为氮离子或原子，向硅基板102的方向输送，使硅基板102的氧化膜表面氮化。氮化后，评价了栅绝缘破坏、氮化速度和基板表面电荷密度等。
得到的氮化速度的均匀性为±2.2％(6.2埃/min)，很好；表面电荷密度是0.9×10¹¹cm^-2，是足够低的值；而且未观测到栅绝缘破坏。
(实施例4)
使用图1A和图1B所示的微波等离子体处理装置，进行硅基板的直接氮化。
作为基体102，使用了裸硅(Si)基板(ψ8英寸)。首先，在基体支撑体103上设置Si基板102后，用加热器104加热到≤150℃，通过排气系统(未图示)把等离子体处理室101内排气成真空，减压到≤10^-3乇。通过等离子体处理用气体导入口105以氮气500sccm的流量向等离子体处理室101内导入。然后，调整在排气系统(未图示)中设置的传导阀(未图示)，使等离子体处理室101内保持在0.1乇。从2.45GHz的微波电源通过带缝隙无终端环状导波管108向等离子体处理室101内供给1.5kW的电力。从而在等离子体处理室101内产生等离子体。此时，通过等离子体用处理用气体导入口105导入的氮气在等离子体处理室101内被激发、分解、反应而成为氮离子或原子，向硅基板102的方向输送，使硅基板102的表面直接氮化。氮化后，评价了栅绝缘破坏、氮化速度和基板表面电荷密度等。
得到的氮化速度的均匀性为±1.6％(22埃/min)，很好；表面电荷密度是1.7×10¹¹cm^-2，是足够低的值；而且未观测到栅绝缘破坏。
(实施例5)
使用图1A和图1B所示的微波等离子体处理装置，进行半导体元件保护用氮化硅膜的形成。
作为基体102，使用了形成有Al布线图案(线和间隔为0.5μm)的、带有层间SiO₂膜的ψ300mm的P型单晶硅基板(晶面方位<100>，电阻率10Ωcm)。首先，在基体支撑台103上设置Si基板102后，通过排气系统(未图示)把等离子体处理室101内排气成真空，减压到≤10^-7乇。然后对加热器104通电，把Si基板102加热到≤300℃，并在该温度下保持该基板。通过等离子体处理用气体导入口105向等离子体处理室101内以600sccm的流量导入氮气，以200sccm的流量导入单硅烷气体。然后，调整在排气系统(未图示)中设置的传导阀(未图示)，使等离子体处理室101内保持在20毫乇。然后，从2.45GHz的微波电源(未图示)通过带缝隙无终端环状导波管108向等离子体处理室101内供给3.0kW的电力。从而在等离子体处理室101内产生等离子体。此时，通过等离子体用处理用气体导入口105导入的氮气在等离子体处理室101内被激发、分解、反应而成为氮原子，向硅基板102的方向输送，与单硅烷气体反应，在硅基板102上形成1.0μm厚的氮化硅膜。形成膜后，对栅绝缘破坏、成膜速度、应力等的膜质量进行了评价。用激光干涉仪Zygo(商品名)测量成膜前后的基板的翘曲量的变化求得应力。
得到的氮化硅膜的成膜速度均匀性为±2.8％(530nm/min)，很大；膜的应力为0.9×10⁹达因·cm^-2(压缩)；泄露电流为1.1×10^-10A·cm^-2，绝缘耐压为10.7MV/cm，确认是质量很好的膜；且未观测到栅绝缘破坏。
(实施例6)
使用图1A和图1B所示的微波等离子体处理装置，进行塑料透镜反射防止用氧化硅膜和氮化硅膜的形成。
作为基体102，使用了直径50mm的塑料凸透镜。首先，在基体支撑体103上设置透镜102后，通过排气系统(未图示)把等离子体处理室101内排气成真空，减压到≤10^-7乇。通过等离子体处理用气体向等离子体处理室101内导入口105以150sccm的流量导入氮气，以70sccm的流量导入单硅烷气体。然后，调整在排气系统(未图示)中设置的传导阀(未图示)，使等离子体处理室101内保持在5毫乇。从2.45GHz的微波电源通过带缝隙无终端环状导波管108向等离子体处理室101内供给3.0kW的电力。从而在等离子体处理室101内产生等离子体。此时，通过等离子体用处理用气体导入口105导入的氮气在等离子体处理室101内被激发、分解成为氮原子等的活性种，在透镜102的方向上输送，与单硅烷气体反应，在透镜102上形成20nm厚的氮化硅膜。
然后，通过等离子体处理用气体导入口105向等离子体处理室101内以200sccm的流量导入氧气，以100sccm的流量导入单硅烷气体。然后，调整在排气系统(未图示)中设置的传导阀(未图示)，使等离子体处理室101内保持在2毫乇。从2.45GHz的微波电源通过带缝隙无终端环状导波管108向等离子体处理室101内供给2.0kW的电力。从而在等离子体处理室101内产生等离子体。此时，通过等离子体用处理用气体导入口105导入的氧气在等离子体处理室101内被激励、分解而成为氧原子等的活性种，在透镜102的方向上输送，与单硅烷气体反应，在透镜102上形成85nm厚的氧化硅膜。成膜后，评价了栅绝缘破坏、成膜速度、反射特性。
已确认，得到的氮化硅膜和氧化硅膜的成膜速度均匀性分别为±2.6％(390nm/min)、±2.8％(420nm/min)，良好；500nm附近的反射率为0.14％，光学特性极好。
(实施例7)
使用图1A和图1B所示的微波等离子体处理装置，进行半导体元件层间绝缘用氧化硅膜的形成。
作为基体102，使用了最上部形成有Al图案(线和间隔为0.5μm)的ψ300mm的P型单晶硅基板(晶面方位<100>，电阻率10Ωcm)。首先，在基体支撑体103上设置Si基板102后，通过排气系统(未图示)把等离子体处理室101内排气成真空，减压到≤10^-7乇。然后对加热器104通电，把Si基板102加热到≤300℃，并在该温度下保持该基板。通过等离子体处理用气体导入口105向等离子体处理室101内以400sccm的流量导入氧气，以200sccm的流量导入单硅烷气体。然后，调整在排气系统(未图示)中设置的传导阀(未图示)，使等离子体处理室101内保持在20毫乇。然后，通过2MHz的高频施加单元向基板支撑体102施加300W的电力，同时，从2.45GHz的微波电源通过带缝隙无终端环状导波管108向等离子体处理室101内供给2.5kW的电力。从而在等离子体处理室101内产生等离子体。此时，通过等离子体用处理用气体导入口105导入的氧气在等离子体处理室101内被激发、分解而成为活性种，向硅基板102的方向输送，与单硅烷气体反应，在硅基板102上形成0.8μm厚的氧化硅膜。此时，用RF偏压加速离子种，入射到基板上，削去图案上的膜，提高平坦性。处理后，评价了成膜速度、均匀性、绝缘耐压和台阶覆盖性。通过用扫描电子显微镜(SEM)观测在Al布线图案上形成的氧化硅膜的断面，观测空穴来评价台阶覆盖性。
得到的氧化硅膜的成膜速度均匀性为±2.6％(320nm/min)，良好；膜的绝缘耐压为9.8MV/cm，没有空穴，确认是质量很好的膜；且未观测到栅绝缘破坏。
(实施例8)
使用图1A和图1B所示的微波等离子体处理装置，进行半导体元件层间SiO₂膜的蚀刻。
作为基体102，使用了在Al图案(线和间隔为0.35μm)上形成有1μm厚的层间SiO₂膜的ψ300mm的P型单晶硅基板(晶面方位<100>，电阻率10Ωcm)。首先，在基体支撑台103上设置Si基板102后，通过排气系统(未图示)把等离子体处理室101内排气成真空，减压到≤10^-7乇。通过等离子体处理用气体导入口105向等离子体处理室101内以80sccm的流量导入C₄F₈、以120sccm的流量导入Ar、以40sccm的流量导入O₂。然后，调整在排气系统(未图示)中设置的传导阀(未图示)，使等离子体处理室101内保持在20毫乇。然后，通过2MHz的高频施加单元向基板支撑体102施加280W的电力，同时，从2.45GHz的微波电源通过带缝隙无终端环状导波管108向等离子体处理室101内供给3.0kW的电力。从而在等离子体处理室101内产生等离子体。此时，通过等离子体用处理用气体导入口105导入的C₄F₈气在等离子体处理室101内被激发、分解而成为活性种，向硅基板102的方向输送，借助于被自偏压加速的离子蚀刻层间SiO₂膜。由于带静电吸盘的冷却器107基板温度仅上升到30℃。蚀刻后，评价了栅绝缘破坏、蚀刻速度、选择比和蚀刻形状。用扫描电子显微镜(SEM)观测了蚀刻后的氧化硅膜的断面，评价了蚀刻形状。
已确认，蚀刻速度均匀性为±2.8％(620nm/min)，对多晶硅的选择比是23，良好；蚀刻形状基本垂直，微加载效果也少。也没有观察到栅绝缘破坏。
(实施例9)
使用图1A和图1B所示的微波等离子体处理装置，进行半导体元件栅极间多晶硅膜的蚀刻。
作为基体102，使用了在最上部形成有多晶硅膜的ψ300mm的P型单晶硅基板(晶面方位<100>，电阻率10Ωcm)。首先，在基体支撑台103上设置Si基板102后，通过排气系统(未图示)把等离子体处理室101内排气成真空，减压到≤10^-7乇。通过等离子体处理用气体导入口105向等离子体处理室101内以300sccm的流量导入CF₄、以20sccm的流量导入O₂。然后，调整在排气系统(未图示)中设置的传导阀(未图示)，使等离子体处理室101内保持在2毫乇。然后，通过2MHz的高频施加单元向基板支撑体102施加300W的电力，同时，从2.45GHz的微波电源通过带缝隙无终端环状导波管108向等离子体处理室101内供给2.0kW的电力。从而在等离子体处理室101内产生等离子体。此时，通过等离子体用处理用气体导入口105导入的CF₄气在等离子体处理室101内被激发、分解而成为活性种，向硅基板102的方向输送，借助于被自偏压加速的离子蚀刻多晶硅膜。由于带静电吸盘的冷却器104基板温度仅上升到30℃。蚀刻后，评价了栅绝缘破坏、蚀刻速度、选择比和蚀刻形状。用扫描电子显微镜(SEM)观测了蚀刻后的多晶硅膜的断面，评价了蚀刻形状。
已确认，蚀刻速度均匀性为±2.8％(780nm/min)，对SiO₂的选择比是25，良好；蚀刻形状基本垂直，微加载效果也少。也没有观察到栅绝缘破坏。