JP2000348898A - 表面波励起プラズマの生成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】反応性の表面波励起プラズマの大面積化を適切
なかたちで図る。 【解決手段】本発明の表面波励起プラズマの生成方法
は、ガス導入部３からメインガスである酸素ガスまたは
水素ガスと、プラズマ生成を促進する触媒ガスとして水
ガスおよび／または希ガス族元素のガスとをチャンバー
１へ同時に導入するとともに、スロットアンテナ６から
石英板窓４を介してマイクロ波電力を供給する構成を備
えており、チャンバー１の内で触媒ガスを酸素ガスに混
在させることによりプラズマ密度が高まる結果、チャン
バー１の内に供給されたマイクロ波が表面波となって伝
搬してプラズマが面方向へ速やかに広がる。触媒ガスの
併用により、処理対象物に熱ダメージを与えるような温
度上昇を伴うこともないので、表面波励起プラズマの大
面積化が適切なかたちで実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面波励起プラズ
マの生成方法に係り、特にプラズマの面積を拡大するた
めの技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、特に半導体産業界ではプラズマの
利用が盛んである。具体的には、半導体製造プロセスで
は、エッチング処理を始めとして、デポジション処理、
アッシング処理、表面改質処理などがプラズマの利用に
よりドライ化され、プラズマはＬＳＩなどに必要な微細
加工技術に使われているだけでなく、現今では太陽電池
や大型液晶パネル等に必要な大面積加工技術にも使われ
ている。後者の大面積加工技術の場合、プラズマの面積
拡大が必要となる。一回の処理面積が増えれば、処理回
数も減り、コストダウンも図れる。もちろん、プラズマ
の面積が単に大きくなればよいのではなく、プラズマ密
度分布（電子密度分布）が安定している（均一である）
のでなければ、プラズマの大面積化が図れたことにはな
らない。不均一なプラズマでは、処理むらが生じて歩留
りが悪くなり、結果的にコストダウンも実現できない。

【０００３】ただ、現在、広く実用されている平行平板
型やエレクトロン・サイクロトロン・レゾナンス（ＥＣ
Ｒ）型のプラズマの場合は、面積拡大を図ることが困難
である。平行平板型のプラズマの場合、電極の端部で
は、電力が伝わり難くて（電界が弱くて）プラズマ密度
が低くなり、均一性が十分でなくなることから、プラズ
マの面積は直径２０ｃｍ程度が限界である。ＥＣＲ型の
プラズマの場合、面積拡大が装置の規模拡大を伴うこと
から、装置規模が実用的である範囲を考慮すれば、やは
りプラズマの面積は直径２０ｃｍ程度が限界である。

【０００４】一方、平行平板型やＥＣＲ型のプラズマと
は違ったタイプのプラズマとして表面波励起プラズマが
ある。この表面波励起プラズマは、スロットアンテナか
らチャンバー壁に設けられている誘電体窓を介してマイ
クロ波電力をチャンバー内に供給してプラズマを生成す
るので、マイクロ波が表面波となって誘電体窓とプラズ
マの間をプラズマの面方向へ向けて速やかに伝搬するの
で、プラズマが広がり易くて大面積化に適する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
表面波励起プラズマでも、酸素ガスまたは水素ガスを導
入しながら生成する反応性プラズマの場合は、大面積化
が図り難いという問題がある。表面波励起プラズマで
は、マイクロ波が表面波となって伝搬するためには十分
な所定のプラズマ密度（カットオフ密度）以上であるこ
とが前提となるのであるが、酸素ガスや水素ガスは、負
イオン化傾向が強く、負イオン化の際にプラズマ中の電
子がイオンに取り込まれて、プラズマ中の電子密度（プ
ラズマ密度）が低下するので、マイクロ波が表面波とな
って伝搬することができなくなり、大面積化を達成する
ことができないのである。

【０００６】勿論、マイクロ波電力の供給量を増やして
強制的にプラズマ密度を上げれば、プラズマの面積は多
少は大きくなるけれども、消滅するプラズマ量も比例し
て増加する結果、損失の増加が著しくて、プラズマ直下
やチャンバー内側壁近傍が高温になり、処理対象物（被
処理物）が熱ダメージを受けるという別の問題を生じ
る。

【０００７】本発明は、上記の事情に鑑み、酸素ガスま
たは水素ガスを用いる反応性プラズマの大面積化を適切
なかたちで実現することのできる表面波励起プラズマの
生成方法を提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、請求項１の発明に係る表面波励起プラズマの生成
方法は、チャンバー内にガスを導入しながらチャンバー
内を減圧雰囲気に保持するとともに、スロットアンテナ
からチャンバー壁に設けられている誘電体窓を介してマ
イクロ波電力をチャンバー内に供給して表面波励起プラ
ズマを生成するプラズマの生成方法において、チャンバ
ー内に酸素ガスを導入するとともに、触媒ガスとして水
ガス（水蒸気）および／または希ガス族元素のガスをも
同時に導入するようにする。

【０００９】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の表面波励起プラズマの生成方法において、酸素
ガスと触媒ガスとの割合（酸素ガス：触媒ガス）が、モ
ル比で２０：１〜１：５の範囲にある。

【００１０】さらに、請求項３の発明に係る表面波励起
プラズマの生成方法は、チャンバー内にガスを導入しな
がらチャンバー内を減圧雰囲気に保持するとともに、ス
ロットアンテナからチャンバー壁に設けられている誘電
体窓を介してマイクロ波電力をチャンバー内に供給して
表面波励起プラズマを生成するプラズマの生成方法にお
いて、チャンバー内に水素ガスを導入するとともに、触
媒ガスとして水ガス（水蒸気）および／または希ガス族
元素のガスをも同時に導入するようにする。

【００１１】また、請求項４に記載の発明は、請求項３
に記載の表面波励起プラズマの生成方法において、水素
ガスと触媒ガスとの割合（水素ガス：触媒ガス）が、モ
ル比で２０：１〜１：５の範囲にある。

【００１２】

【作用】本発明の表面波励起プラズマの生成方法の作用
について説明する。請求項１の発明によりプラズマを生
成する場合、チャンバー内に酸素ガスを導入するととも
に、水ガス（水蒸気）および希ガス族元素のガスの少な
くとも一方のガスを触媒ガスとして同時に導入しながら
チャンバー内を減圧雰囲気に保持しつつ、スロットアン
テナからチャンバー壁に設けられている誘電体窓を介し
てマイクロ波電力をチャンバー内へ供給する。したがっ
て、チャンバー内ではプラズマ化し難い酸素ガスの他
に、プラズマ化し易い水ガスおよび／または希ガス族元
素のガスが必ず混在しており、このプラズマ化し易い触
媒ガスの混在で酸素ガス単独の場合に比べてプラズマ密
度が高くなる結果、チャンバー内に供給されたマイクロ
波が着実に表面波となって誘電体窓とプラズマとの間を
プラズマの面方向へ向けて伝搬してゆくと同時に、表面
波の伝搬に相伴って十分なプラズマ密度の領域がプラズ
マの面方向へ速やかに広がる結果、表面波励起プラズマ
の大面積化が実現される。

【００１３】つまり、請求項１の表面波励起プラズマの
生成方法の場合、プラズマ生成を促進する触媒的機能を
有するガス（触媒ガス）として、水ガスおよび／または
希ガス族元素のガスを酸素ガスに混在させることによ
り、チャンバー内に供給されたマイクロ波が表面波とな
って伝搬できるだけのカットオフ密度以上の十分なプラ
ズマ密度が得られるのである。プラズマの面積拡大が、
マイクロ波電力の供給量増大ではなく、触媒ガスの併用
によるものであるから、処理対象物の熱ダメージの原因
となる温度上昇を誘発することもなく、プラズマの大面
積化は適切なかたちで実現されることになる。勿論、酸
素ガスが主ガス（メインガス）として必ず含まれている
ことから生成されるプラズマは酸化作用の強いプラズマ
となる。

【００１４】請求項２の発明では、酸素ガスと触媒ガス
との割合（酸素ガス：触媒ガス）が、モル比で２０：１
〜１：５の範囲内で混在している、換言すれば触媒ガス
がモル比率で１／２１〜５／６の範囲内で混在している
ので、大面積化が確実に実現される。また、主ガスであ
る酸素ガスがモル比率で２０／２１〜１／６と適当な割
合で含まれていることにもなるので、生成される表面波
励起プラズマは十分な酸化作用を有する。

【００１５】請求項３の発明によりプラズマを生成する
場合、チャンバー内に水素ガスを導入するとともに、水
ガス（水蒸気）および希ガス族元素のガスの少なくとも
一方のガスを触媒ガスとして同時に導入しながらチャン
バー内を減圧雰囲気に保持しつつ、スロットアンテナか
らチャンバー壁に設けられている誘電体窓を介してマイ
クロ波電力をチャンバー内へ供給する。したがって、チ
ャンバー内ではプラズマ化し難い水素ガスの他に、プラ
ズマ化し易い水ガスおよび／または希ガス族元素のガス
が必ず混在しており、このプラズマ化し易いガスの混在
で水素ガス単独の場合に比べてプラズマ密度が高くなる
結果、チャンバー内に供給されたマイクロ波が着実に表
面波となって誘電体窓とプラズマとの間をプラズマの面
方向へ向けて伝搬してゆくと同時に、表面波の伝搬に相
伴って十分なプラズマ密度の領域がプラズマの面方向へ
速やかに広がる結果、表面波励起プラズマの大面積化が
実現される。

【００１６】つまり、請求項３の表面波励起プラズマの
生成方法の場合、プラズマ生成を促進する触媒的機能を
有するガス（触媒ガス）として、水ガスおよび／または
希ガス族元素のガスを水素ガスに混在させることによ
り、チャンバー内に供給されたマイクロ波が表面波とな
って伝搬できるだけのカットオフ密度以上の十分なプラ
ズマ密度が得られるのである。プラズマの面積拡大が、
マイクロ波電力の供給量増大ではなく、触媒ガスの併用
によるものであるから、処理対象物の熱ダメージの原因
となる温度上昇を誘発することもなく、プラズマの大面
積化は適切なかたちで実現されることになる。勿論、水
素ガスが主ガス（メインガス）として必ず含まれている
ことから生成されるプラズマは還元作用の強いプラズマ
となる。

【００１７】請求項４の発明では、水素ガスと触媒ガス
との割合（水素ガス：触媒ガス）が、モル比で２０：１
〜１：５の範囲内で混在している、換言すれば触媒ガス
がモル比率で１／２１〜５／６の範囲内で混在している
ので、大面積化が確実に実現される。また、主ガスであ
る水素ガスがモル比率で２０／２１〜１／６と適当な割
合で含まれていることにもなるので、生成される表面波
励起プラズマは十分な還元作用を有する。

【００１８】

【発明の実施の形態】続いて、本発明の実施例を図面を
参照しながら説明する。図１は本発明の実施に用いられ
る表面波励起プラズマ発生装置（以下、適宜「プラズマ
発生装置」と略記）の構成を示すブロック図、図２はプ
ラズマ発生装置におけるスロットアンテナを示す部分平
面図である。以下、図１のプラズマ発生装置の構成を先
ず説明してから、ついで本発明の実施例による表面波励
起プラズマの生成について説明する。

【００１９】図１のプラズマ発生装置は、表面波励起プ
ラズマが形成される生成空間Ｓを有する内直径約３０ｃ
ｍの円筒状のチャンバー１と、プラズマ生成エネルギー
であるマイクロ波電力を出力するマイクロ波電力出力部
２と、チャンバー１内へ必要なガスを導入するガス導入
部３と、チャンバー１の上面開口を塞ぐようにして取り
付けられた石英板窓（誘電体窓）４と、石英板窓４の上
に設けられたＳＷＰランチャー（マイクロ波導波管）５
およびスロットアンテナ６とを備え、ガス導入部３から
チャンバー１の内に必要なガスが導入されるとともに、
スロットアンテナ６からチャンバー１の石英板窓４を介
してマイクロ波電力が供給されて生成空間Ｓに表面波励
起プラズマが生成される構成となっている。以下、図１
のプラズマ発生装置の各部の構成をより具体的に説明す
る。

【００２０】チャンバー１の底面１Ｂには排気管１Ｃが
接続されていて、排気管１Ｃの下流側に介設されている
真空排気機構（図示省略）によりチャンバー１の排気が
行われる構成となっている。また、チャンバー１の側方
にはチャンバー１の室内圧力（真空度）を測定するため
の真空計測部７が設けられている。さらに、チャンバー
１には処理対象物を載せておくステージＳＴの他、処理
対象物の搬入・搬出に必要な機構（図示省略）なども設
けられている。マイクロ波電力出力部２は、高圧電源２
Ａとマイクロ波発振器２Ｂとを備え、例えば２．４５Ｇ
Ｈｚのマイクロ波電力を出力するよう構成されている。

【００２１】ガス導入部３は、反応性のメインガスをチ
ャンバー１の内に導入するためのメインガス導入系３Ａ
と、プラズマ生成を促進する触媒ガスをチャンバー１の
内に導入するための触媒ガス導入系３Ｂとを具備してい
る。メインガス導入系３Ａはメインガス源３ａと導入量
調整用のマスフローＦａを有している。メインガス（主
ガス）は酸素ガスまたは水素ガスであり、メインガス導
入系３Ａは、酸素ガスまたは水素ガスのいずれか一方を
チャンバー１へ導入することになる。触媒ガス導入系３
Ｂは触媒ガス源３ｂと導入量調整用のマスフローＦｂを
有している。触媒ガスは水ガス（水蒸気）または希ガス
族元素のガス、あるいは前記両ガスの混合ガスである。
希ガス族元素のガスとしてはＡｒガス，Ｈｅガス，Ｎｅ
ガス，Ｘｅガスなどが挙げられる。触媒ガス導入系３Ｂ
は、水ガス，Ａｒガス，Ｈｅガス，Ｎｅガス，Ｘｅガス
の中の少なくとも一つのガスをチャンバー１へ導入する
ことになる。

【００２２】したがって、チャンバー１へは、酸素ガス
または水素ガスのいずれか一方のガスと、水ガス，Ａｒ
ガス，Ｈｅガス，Ｎｅガス，Ｘｅガスの中の少なくとも
一つのガスとが同時に導入され、チャンバー１の中では
メインガスと触媒ガスは混合状態となっている。なお、
メインガスと触媒ガスとは別々の流入口から個別にチャ
ンバー１へ導入される構成でもよいし、ガスの種類によ
っては、メインガスと触媒ガスがチャンバー１の手前で
混合されてから同一の流入口から導入される構成でもよ
い。

【００２３】メインガスが酸素ガスの場合も、また水素
ガスの場合でも、メインガスおよびメインガスと同時に
導入するガス（触媒ガス）の割合（メインガス：触媒ガ
ス）は、好ましくはモル比で２０：１〜１：５、より好
ましくは１０：１〜１：４の範囲とする。すなわち、触
媒ガスの割合が１／２１より少なくなると生成プラズマ
の面積の拡大傾向が次第に低下し、一方、メインガスの
割合が１／６より少なくなる（触媒ガスの割合が５／６
よりも多くなる）とプラズマの反応性（酸化性または還
元性）が次第に低下する傾向がでる。

【００２４】また、図１のプラズマ発生装置の場合、ガ
ス導入部３によりメインガスおよび触媒ガスを導入しな
がら、真空計測部７の計測結果に基づき制御される真空
排気機構によってチャンバー１の内を、通常、１mmTorr
〜５Torr程度の減圧雰囲気に保持するよう構成されてい
る。

【００２５】チャンバー１の上面開口を塞ぐ石英板窓４
は、厚み１〜２ｃｍ前後の円板状のものであって、真空
シール機能とマイクロ波伝達機能の両方を担っている。
そして、石英板窓４の表面にＳＷＰランチャー５の底面
（Ｈ面）でもあるスロットアンテナ６が載せられてい
る。スロットアンテナ６は、図２（ａ）に示すように、
複数個の細長いスロット６ａを互いに少し斜めに傾むい
た状態で千鳥状に並ぶように金属プレートに開けたもの
であり、マイクロ波電力がスロット６ａから石英板窓４
へ伝達される。スロット６ａの寸法としては、幅１ｃ
ｍ：長さ６ｃｍが例示される。勿論、スロットアンテナ
６におけるスロット６ａの形状・寸法や配置あるいは個
数は図示のものに限られない。例えば、図２（ｂ）に示
すように、スロット６ａが真っ直ぐな状態で千鳥状に並
ぶように金属プレートの長手方向に沿って開けられたも
のでもよい。

【００２６】また、マイクロ波電力出力部２から送出さ
れるマイクロ波電力は、図１に示すように、アイソレー
タ８を通り抜けたあと方向性結合器９を経てＥＨ型整合
機１０からＳＷＰランチャー５へ達するよう構成されて
いる。一方、ＳＷＰランチャー５の先端側にはショート
プランジャ１１がＳＷＰランチャー５の長手方向に沿っ
てＳＷＰランチャー５の中を摺動することができるよう
にして嵌め込まれている。これらＥＨ型整合機１０やシ
ョートプランジャ１１によりマイクロ波電力出力部２か
らの入射電力を無駄にすることなくチャンバー１へ入射
させられるようになっている。

【００２７】なお、図１のプラズマ発生装置では、チャ
ンバー１の上面端から１０ｃｍほど下がった位置にチャ
ンバー１の中を上下に仕切るかたちでシールドプレート
１２が取り付けられている。このシールドプレート１２
は薄板に穴を一面に開けた所謂シールドメッシュの役割
を果たすものであり、表面波励起プラズマはシールドプ
レート１２より上側に生じることになる。

【００２８】続いて、図１のプラズマ装置を用いて表面
波励起プラズマの生成を行う本発明の実施例について説
明する。 〔第１実施例〕第１実施例は請求項１，２の発明の実施
例である。チャンバー１の内を排気しながら、メインガ
ス導入系３Ａから酸素ガスを導入すると同時に、触媒ガ
ス導入系３Ｂから水ガス（水蒸気）を導入した。第１実
施例では、触媒ガスが水ガスであるので、触媒ガス導入
系３Ｂの方の触媒ガス源３ｂにヒータが配設されてい
て、触媒ガス源３ｂから適当な状態の水ガス（水蒸気）
が送り出される。酸素ガスと水ガスの割合は、モル比で
酸素ガス：水ガス＝２：１とした。酸素ガスと水ガスが
混在しているチャンバー１の生成空間Ｓは約１Torrの減
圧雰囲気に保つようにした。

【００２９】そして、マイクロ波電力出力部２から２ｋ
Ｗのマイクロ波電力を出力した。そうすると、図３に示
すように、チャンバー１の生成空間Ｓの略全域に渡って
均一な表面波励起プラズマが生じた。生成空間Ｓの水平
断面は直径約３０ｃｍの円形であるから、生成した表面
波励起プラズマも直径約３０ｃｍの円形の大面積プラズ
マである。そして、生成プラズマに対する目視観察によ
り、チャンバー１の内側壁面（石英板窓４のエッジ近
傍）１Ａのところも含めて均一な点灯状態が確認され
た。また生成した表面波励起プラズマについてプラズマ
密度（電子密度）を測定した結果を図４のグラフに実線
で示す。図４のグラフでは、横軸が生成空間Ｓの中心点
ＯＣから左右水平方向の距離を示しており、縦軸が表面
波励起プラズマの電子密度を示している。さらに、酸素
ガスと水ガスの割合を、モル比で酸素ガス：水ガス＝１
０：１程度と水ガスの割合を減らした場合も、２ｋＷの
マイクロ波電力で同様に表面波励起プラズマを生成でき
ることも確認した。

【００３０】なお、第１実施例の場合、生成した表面波
励起プラズマ中には、電子や酸素イオンの他に、化学反
応性の高い酸素ラジカルが多数存在する。酸素ラジカル
は電子が内殻から外殻へ移動しすることで活性を帯びて
反応性が高まった酸素である。この酸素ラジカルは、半
導体プロセスにおけるレジストのアッシング処理などに
適している。図１のプラズマ発生装置の場合、シールド
プレート１２により酸素ラジカルが選択的に通過させら
れて下方のステージＳＴの処理対象物へ向かう。第１実
施例のように酸素ガスに水ガスが含まれる場合、酸素ラ
ジカルがチャンバー１の内壁面で消滅することが少なく
なるというメリットもある。

【００３１】図５に示すように、ステージＳＴの上に処
理対象物である直径約３０ｃｍの円板状半導体ウエハＳ
Ｗを水平に載置して実際にアッシング処理を行って、ア
ッシングレートを測定した。測定した結果を図６のグラ
フに示す。図６のグラフでは、横軸が半導体ウエハＳＷ
の中心ＯＤから左右両方向（面方向）への距離を示し、
また縦軸が１分間当たりのアッシング量（μｍ）を示し
ている。第１実施例の場合、アッシング量のバラツキは
±３％と非常に僅かであった。

【００３２】〔第１比較例〕水ガスは導入せずに酸素ガ
スだけを導入した場合、２ｋＷの供給電力ではスロット
６ａの近傍のみにプラズマが局在的に生成するだけであ
り、供給電力を５ｋＷに増加しても、第１実施例のよう
な広くて均一なプラズマは生成できない。生成プラズマ
に対する目視観察では、チャンバー１の内側壁面（石英
板窓のエッジ近傍）１Ａのところは点灯状態が確認でき
なかった。また、第１比較例において生成した表面波励
起プラズマについて、そのプラズマ密度を測定した結果
を図４のグラフに一点鎖線で示す。

【００３３】図４のグラフに示すように、酸素ガスと水
ガスを併用した場合は、酸素ガスだけの場合に比べ、生
成空間Ｓの中心と端とではプラズマ密度の差が少なく必
要な均一性が達成されていることが分かる。つまり、１
ｋＷ程度のマイクロ波電力（１Torrの場合）でも十分に
表面波励起プラズマを生成できる水ガスを混在させるこ
とで酸化作用の強い大面積の反応性プラズマが生成でき
るのである。酸化作用の強い大面積プラズマは、例えば
半導体製造プロセスでの表面酸化処理（表面改質処理）
に威力を発揮する。

【００３４】また、第１比較例の場合も、第１実施例の
場合と同様にして、ステージＳＴの上に処理対象物であ
る直径約３０ｃｍの半導体ウエハを水平に載置して実際
にアッシング処理を行って、アッシングレートを測定し
た。測定結果によると、第１比較例の場合のアッシング
量のバラツキが±２６％と、第１実施例の場合の±３％
より遙に大きく、アッシング量のバラツキの違いの結果
からも、第１実施例で生成された表面波励起プラズマの
均一性が確認された。

【００３５】〔第２実施例〕第２実施例も請求項１，２
の発明の実施例である。チャンバー１の内を排気しなが
ら、メインガス導入系３Ａから酸素ガスを導入すると同
時に、触媒ガス導入系３ＢからＡｒガスを導入した。酸
素ガスとＡｒガスの割合は、モル比で酸素ガス：Ａｒガ
ス＝１：４とした。酸素ガスとＡｒガスが混在している
チャンバー１の生成空間Ｓは約１Torrの減圧雰囲気に保
つようにした。

【００３６】そして、マイクロ波電力出力部２から２ｋ
Ｗのマイクロ波電力を出力した。マイクロ波電力の供給
に伴って、チャンバー１の生成空間Ｓの略全域に渡って
均一な表面波励起プラズマが生じた。目視観察により、
生成したプラズマは、チャンバー１の内側壁面（石英板
窓４のエッジ近傍）１Ａのところも含めて均一な点灯状
態であることが確認された。やはり第２実施例の場合
も、触媒ガスであるＡｒガスを混在させることで酸化作
用の十分な大面積の反応性プラズマが生成できるのであ
る。さらに、酸素ガスとＡｒガスの割合を、モル比で酸
素ガス：Ａｒガス＝１０：１とＡｒ水ガスの割合を減ら
した場合でも、２ｋＷのマイクロ波電力で同様に酸化作
用の強い表面波励起プラズマを生成できることも確認し
た。

【００３７】〔第３実施例〕第３実施例は請求項３，４
の発明の実施例である。チャンバー１の内を排気しなが
ら、メインガス導入系３Ａから水素ガスを導入すると同
時に、触媒ガス導入系３ＢからＡｒガスを導入した。水
素ガスとＡｒガスの割合は、モル比で水素ガス：Ａｒガ
ス＝２：１とした。水素ガスとＡｒガスが混在している
チャンバー１の生成空間Ｓは約１００ｍTorrの減圧雰囲
気に保つようにした。

【００３８】そして、マイクロ波電力出力部２から２．
５ｋＷのマイクロ波電力を出力した。そうすると、やは
りチャンバー１の生成空間Ｓの略全域に渡って均一な表
面波励起プラズマが生じた。この第３実施例において、
表面波励起プラズマが生成する過程を、図７を参照しな
がら、より具体的に説明する。図７（ａ）に示すよう
に、石英板窓４からマイクロ波電力が生成空間Ｓに供給
されると、図７（ｂ）に示すように、石英板窓４の内面
直下に局所的なプラズマが生じる。石英板窓４の内面直
下の局所的なプラズマ中には水素プラズマ〔Ｈ₂〕と共
にＡｒイオン（Ａｒ⁺ ）の発生に伴って生じた電子ｅ
が、相当量含まれており、十分なプラズマ濃度となって
いる。その結果、石英板窓４から供給されるマイクロ波
は、石英板窓４の内面とプラズマの間を水平方向に表面
波となって伝搬する。

【００３９】表面波の水平方向への伝搬は、図７（ｃ）
に示すように、プラズマの水平方向への拡張を伴いなが
ら、さらに図７（ｄ）に示すように、表面波はチャンバ
ー１の内側壁面１Ａへ向けて伝搬してゆく。そして、チ
ャンバー１の内側壁面１Ａに達して戻るマイクロ波によ
り共振現象の様相を呈して、石英板窓４の内面とプラズ
マのと間に、いわゆるマイクロ波の表面波モードが立っ
た状態となる結果、表面波励起プラズマは直径約３０ｃ
ｍの円形の大面積プラズマを生成することとなる。生成
した表面波励起プラズマは、目視観察により、チャンバ
ー１の内側壁面（石英板窓のエッジ近傍）１Ａのところ
も含めて均一な点灯状態であることが確認された。つま
り、第３実施例においては、３ｋＷでも十分なプラズマ
を生成できない水素ガスに２．５ｋＷ程度のマイクロ波
電力で十分な濃度のプラズマを生成できるＡｒガスを混
在させることで、還元作用の強い大面積の反応性プラズ
マが生成できるのである。還元作用の強い大面積プラズ
マは、例えば半導体製造プロセスにおけるウエハの表面
還元処理（表面改質処理）に威力を発揮する。

【００４０】また、水素ガスとＡｒガスの割合を、モル
比で水素ガス：Ａｒガス＝１：１とＡｒガスの割合を増
やした場合も、１．５ｋＷのマイクロ波電力で同様に還
元性の十分な表面波励起プラズマを生成できることを確
認した。

【００４１】〔第２比較例〕Ａｒガスは導入せずに水素
ガスだけを導入した場合、２．５ｋＷの供給電力ではス
ロット６ａの近傍のみにプラズマが局在的に生成するだ
けであり、第３実施例のような広くて均一なプラズマは
生成できない。生成プラズマに対する目視観察では、チ
ャンバー１の内側壁面（石英板窓のエッジ近傍）１Ａの
ところは点灯状態が確認できなかった。

【００４２】〔第４実施例〕第４実施例も請求項３，４
の発明の実施例である。チャンバー１の内を排気しなが
ら、メインガス導入系３Ａから水素ガスを導入すると同
時に、触媒ガス導入系３Ｂから水ガスを導入した。モル
比で水素ガス：水ガス＝１０：１とした。水素ガスと水
ガスが混在しているチャンバー１の生成空間Ｓは１００
ｍTorrの減圧雰囲気に保つようにした。

【００４３】そして、マイクロ波電力出力部２から２．
５ｋＷのマイクロ波電力を出力した。マイクロ波電力の
供給に伴って、チャンバー１の生成空間Ｓの略全域に渡
って均一な表面波励起プラズマが生じた。目視観察で
も、生成したプラズマは、チャンバー１の内側壁面（石
英板窓のエッジ近傍）１Ａのところも含めて均一な点灯
状態であることが確認された。やはり第４実施例の場合
も、触媒ガスである水ガスを混在させることで還元作用
の強い大面積の反応性プラズマが生成できるのである。

【００４４】本発明は、上記実施の形態に限られること
はなく、下記のように変形実施することができる。 （１）上記の実施例では、触媒ガスが水ガスあるいはＡ
ｒガスであったが、触媒ガスが他のガス、例えばＨｅガ
スであってもよい。Ｈｅガスは軽いので石英板窓４の内
面付近で局所的にＨｅガスの割合が高まるので、プラズ
マ生成がいっそう促進される傾向がある。

【００４５】実施例では、図１のプラズマ発生装置によ
り表面波励起プラズマを生成したが、本発明の方法の実
施に用いるプラズマ発生装置は、図１のものに限らず、
例えば、チャンバー１の内にシールドプレート１２が設
けられていないプラズマ発生装置を用いることもでき
る。

【００４６】

【発明の効果】以上に詳述したように、請求項１の発明
に係る表面波励起プラズマの生成方法によれば、プラズ
マ生成を促進する触媒的機能を有するガス（触媒ガス）
として、水ガスおよび／または希ガス族元素のガスを酸
素ガスに混在させることにより、チャンバー内に供給さ
れたマイクロ波が表面波となって伝搬できるだけのカッ
トオフ密度以上の十分なプラズマ密度を現出させられる
構成となっているので、チャンバー内に供給されたマイ
クロ波が着実に表面波となってプラズマの面方向へ向け
て伝搬してゆくと同時に、表面波の伝搬により十分なプ
ラズマ密度の領域がプラズマの面方向へ速やかに広がる
結果、酸化作用の強い大面積のプラズマが生成される。
また、マイクロ波電力の供給量増加ではなくて、触媒ガ
スの併用によりプラズマの面積が拡大される結果、処理
対象物に熱ダメージを与えるような温度上昇を伴うこと
もなくなり、表面波励起プラズマの大面積化が適切なか
たちで実現されることとなる。

【００４７】また、請求項２の発明の表面波励起プラズ
マの生成方法によれば、酸素ガスと触媒ガスとの割合
が、モル比で２０：１〜１：５の範囲内にあるので、プ
ラズマの大面積化が確実に実現されるとともに、生成さ
れる表面波励起プラズマは十分な酸化作用を有する。

【００４８】さらに、請求項３の発明に係る表面波励起
プラズマの生成方法によれば、プラズマ生成を促進する
触媒的機能を有するガス（触媒ガス）として、水ガスお
よび／または希ガス族元素のガスを水素ガスに混在させ
ることにより、チャンバー内に供給されたマイクロ波が
表面波となって伝搬できるだけのカットオフ密度以上の
十分なプラズマ密度を現出させられる構成となっている
ので、チャンバー内に供給されたマイクロ波が着実に表
面波となってプラズマの面方向へ向けて伝搬してゆくと
同時に、表面波の伝搬により十分なプラズマ密度の領域
がプラズマの面方向へ速やかに広がる結果、還元作用の
強い大面積のプラズマが生成される。また、マイクロ波
電力の供給量増加ではなくて、触媒ガスの併用によりプ
ラズマの面積が拡大される結果、処理対象物に熱ダメー
ジを与えるような温度上昇を伴うこともなくなり、表面
波励起プラズマの大面積化が適切なかたちで実現される
こととなる。

【００４９】また、請求項４の発明の表面波励起プラズ
マの生成方法によれば、水素ガスと触媒ガスとの割合
が、モル比で２０：１〜１：５の範囲内にあるので、プ
ラズマの大面積化が確実に実現されるとともに、生成さ
れる表面波励起プラズマは十分な還元作用を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の実施に使用するプラズマ発生装置
の全体構成を示すブロック図である。

【図２】本発明方法の実施に使用するプラズマ発生装置
におけるスロットアンテナの構成例を示す部分平面図で
ある。

【図３】プラズマ発生装置のチャンバー内での表面波励
起プラズマ生成状況を示す断面図である。

【図４】酸素ガス系の表面波励起プラズマにおけるプラ
ズマ密度の分布状況を示すグラフである。

【図５】本発明方法により生成したプラズマで半導体ウ
エハをアッシング処理している状況を示す概略模式図で
ある。

【図６】本発明方法により生成したプラズマで半導体ウ
エハをアッシング処理した結果を示すグラフである。

【図７】水素ガス系の表面波励起プラズマの生成過程を
示す模式図である。

【符号の説明】

１ …チャンバー ２ …マイクロ波電力出力部 ３ …ガス導入部３ ３Ａ …メインガス導入系 ３Ｂ …触媒ガス導入系 ４ …石英板窓（誘電体窓） ５ …ＳＷＰランチャー（マイクロ波導波管） ６ …スロットアンテナ ６ａ …スロット Ｓ …（プラズマ）生成空間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤立 隆史 兵庫県宝塚市亀井町10番７号 株式会社ニ ッシン内 (72)発明者 豊田 直樹 兵庫県宝塚市亀井町10番７号 株式会社ニ ッシン内 (72)発明者 小野 義暢 兵庫県神戸市西区高塚台３丁目１番35号 神港精機株式会社内 (72)発明者 橋本 孝 兵庫県神戸市西区高塚台３丁目１番35号 神港精機株式会社内 (72)発明者 中野 賀正 兵庫県神戸市西区高塚台３丁目１番35号 神港精機株式会社内 (72)発明者 竹内 達也 兵庫県神戸市西区高塚台３丁目１番35号 神港精機株式会社内 (72)発明者 加々見 丈二 兵庫県神戸市西区高塚台３丁目１番35号 神港精機株式会社内 Ｆターム(参考） 5F004 AA00 BA20 BB11 BB14 BB28 DA22 DA23 DA24 DA26 5F045 AA08 AA09 AC11 AC14 AC16 AC17 AE15 AE17 AE19 AE21 DP01 DP02 DP03 DQ10 EF05 EH01 EH02 EH03

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】チャンバー内にガスを導入しながらチャン
   バー内を減圧雰囲気に保持するとともに、スロットアン
   テナからチャンバー壁に設けられている誘電体窓を介し
   てマイクロ波電力をチャンバー内に供給して表面波励起
   プラズマを生成するプラズマの生成方法において、チャ
   ンバー内に酸素ガスを導入するとともに、触媒ガスとし
   て水ガス（水蒸気）および／または希ガス族元素のガス
   をも同時に導入するようにすることを特徴とする表面波
   励起プラズマの生成方法。
2. 【請求項２】請求項１に記載の表面波励起プラズマの生
   成方法において、酸素ガスと触媒ガスとの割合（酸素ガ
   ス：触媒ガス）が、モル比で２０：１〜１：５の範囲に
   ある表面波励起プラズマの生成方法。
3. 【請求項３】チャンバー内にガスを導入しながらチャン
   バー内を減圧雰囲気に保持するとともに、スロットアン
   テナからチャンバー壁に設けられている誘電体窓を介し
   てマイクロ波電力をチャンバー内に供給して表面波励起
   プラズマを生成するプラズマの生成方法において、チャ
   ンバー内に水素ガスを導入するとともに、触媒ガスとし
   て水ガス（水蒸気）および／または希ガス族元素のガス
   をも同時に導入するようにすることを特徴とする表面波
   励起プラズマの生成方法。
4. 【請求項４】請求項３に記載の表面波励起プラズマの生
   成方法において、水素ガスと触媒ガスとの割合（水素ガ
   ス：触媒ガス）が、モル比で２０：１〜１：５の範囲に
   ある表面波励起プラズマの生成方法。