プラズマ処理装置及び方法
【課題】 マイクロ波プラズマ処理装置において、マイクロ波導入用誘電体窓表面に付着した反応生成物が成長後剥離し、パーティクルとして基板上に降りデバイス不良を生起する問題を解決する。また、放電条件により低下するプラズマ均一性を改善する。
【解決手段】 マイクロ波導入手段１０８と誘電体窓１０７の間に絶縁されたラジオ波電極１１４を設けるか、またはマイクロ波導入手段自体をラジオ波電極としても併用し、プラズマ発生用のマイクロ波にラジオ波を重畳する。これにより、従来は反応生成物が付着しやすかったマイクロ波プラズマの弱かった部分にも、より強いプラズマを発生させる。これはパーティクル抑制のみならず、プラズマの均一性改善にも効果がある。
【解決手段】 マイクロ波導入手段１０８と誘電体窓１０７の間に絶縁されたラジオ波電極１１４を設けるか、またはマイクロ波導入手段自体をラジオ波電極としても併用し、プラズマ発生用のマイクロ波にラジオ波を重畳する。これにより、従来は反応生成物が付着しやすかったマイクロ波プラズマの弱かった部分にも、より強いプラズマを発生させる。これはパーティクル抑制のみならず、プラズマの均一性改善にも効果がある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波プラズマ処理装置及び方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、特にデバイス不良の原因になるパーティクル発生を抑制し、均一性も改善したマイクロ波プラズマ処理装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種電子デバイス製造工程における低温化の要求に応えるため、プロセシングプラズマ技術が益々重要になってきている。とりわけ、ラジオ波よりも高い周波数をもつ電磁波であるマイクロ波を励起源として用いるマイクロ波プラズマは、１０１２ｃｍ−３以上の高密度、かつ、１ｅＶ以下の低電子温度プラズマをも得ることができる。それ故、マイクロ波プラズマは、低ダメージ、高品質で高速な処理が可能であり、今後、更なる発展が期待されるプラズマである。マイクロ波プラズマ処理装置は、ＣＶＤ、エッチング、アッシング、窒化、酸化、クリーニングなどのプロセスに実用されている。
【０００３】
マイクロ波を処理用ガスの励起源として使用するプラズマ処理装置においては、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励起、電離、分解させることができる。それ故、マイクロ波プラズマは、ガスの励起効率、電離効率及び分解効率が高く、高密度のプラズマを比較的容易に形成し得るので、低温で高速に処理できるという利点を有する。また、カットオフ密度以上の高密度プラズマ発生によりバルクプラズマ中にマイクロ波電界が浸透できず、電子温度が緩和するので、低ダメージで高品質な処理が可能であるという利点もある。また、マイクロ波が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、これが故に金属汚染の少ない清浄なプラズマ処理を行うことができる。
【０００４】
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Ｈ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（特許文献１、特許文献２）。このマイクロ波プラズマ処理装置の模式図を図５に、そのプラズマ発生機構を図６に示す。図中、１０１はプラズマ処理室、１０２は被処理基体、１０３は基体１０２の支持体、１０４は基板温度調整手段、１０５はプラズマ処理室１０１の周辺に設けられたプラズマ処理用ガス導入手段、１０６は排気である。１０７はプラズマ処理室１０１を大気側と分離する平板状誘電体窓、１０８はマイクロ波を誘電体窓１０７を透してプラズマ処理室１０１に導入するためのスロット付無終端環状導波管である。１１１はマイクロ波を環状導波管へ導入する導入Ｅ分岐、１１２は環状導波路、１１４は放射状スロットである。また、１１３は環状導波管内に生じる定在波、１１５は誘電体窓１０７表面を伝搬する表面波、１１６は隣接するスロットからの表面波同士が干渉して生じる表面定在波である。さらに、１１７は表面波定在波により生成した発生プラズマ、１１８は発生プラズマの拡散により生成したプラズマバルクである。
【０００５】
プラズマ処理は以下のようにして行う。被処理基体１０２を支持体１０３上に設置する。排気系（不図示）を介してプラズマ処理室１０１内を真空排気する。続いて処理用ガスをプラズマ処理室１０１の周辺に設けられたガス導入手段１０５を介して所定の流量でプラズマ処理室１０１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、プラズマ処理室１０１内を所定の圧力に保持する。マイクロ波電源（不図示）より所望の電力を無終端環状導波管１０８を介してプラズマ処理室１０１内に供給する。この際、無終端環状導波管１０８内に導入されたマイクロ波は、導入部のＥ分岐１１１で左右に二分配され、無終端環状導波路１１２内で干渉し、管内波長の１／２毎に管内定在波１１３の“腹”を生じる。この定在波の腹と腹の間の表面電流が最大になる位置に設置されたスロット１１４を介し誘電体窓１０７を透過してプラズマ処理室１０１に導入されたマイクロ波によりプラズマが発生する。
【０００６】
プラズマの電子密度がカットオフ密度、さらに、表面波モード発生しきい密度を超えると、誘電体窓１０７とプラズマの界面に入射したマイクロ波は、プラズマ中には伝搬できず、誘電体窓１０７の表面を表面波１１５として伝搬する。カットオフ密度は、例えば、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波の場合、７．５×１０１０ｃｍ−３である。表面波モード発生しきい密度は、例えば、石英窓使用の場合、３．４×１０１１ｃｍ−３である。隣接するスロットから導入された表面波１１５同士が相互干渉し、表面波１１５の波長の１／２毎に腹をもつ表面定在波１１６が生じる。誘電体窓１０７表面近傍に局在した表面定在波１１６によって誘電体窓１０７近傍に超高密度高電子温度の発生プラズマ１１７が生成する。発生プラズマ１１７は被処理基体１０２方向に純粋拡散して緩和し、被処理基体１０２近傍に高密度低電子温度のプラズマバルク１１８を生成する。処理用ガスは発生した高密度プラズマにより励起され、支持体１０３上に載置された被処理基体１０２の表面を処理する。
【０００７】
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、均一性の高い高密度低電子温度プラズマを発生させることができる。例えば、マイクロ波パワー１ｋＷ以上で、直径３００ｍｍ程度の大口径空間に±５％程度の均一性をもって、電子密度１０１１ｃｍ−３以上、電子温度１．５ｅＶ以下、プラズマ電位７Ｖ以下の高密度低電子温度プラズマを発生させることができる。故に、ガスを充分に反応させ活性な状態で基板に供給でき、かつ入射イオンによる基板表面ダメージも低減するので、低温でも高品質で均一かつ高速な処理が可能になる。
【特許文献１】特許登録第２８８６７５２号公報
【特許文献２】特許登録第２９２５５３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述したようなマイクロ波プラズマ処理装置を用いて堆積性の生成物が生じるプロセスに使用した場合、マイクロ波導入誘電体窓上の表面波電界強度の弱い部分、即ちプラズマ密度の低い部分に堆積物が付着する。そして、これが、成長後、パーティクルとなって基板上に降り、デバイス不良の原因になる場合がある。
本発明の主たる目的は、上述した従来のマイクロ波プラズマ処理装置における問題点を解決し、パーティクルの原因になる誘電体窓上堆積を抑えたプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明のプラズマ処理装置は、誘電体窓を有する真空容器と、該真空容器内へ前記誘電体窓を透してマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段とを有するプラズマ処理装置であって、前記真空容器内へ導入されるマイクロ波にラジオ波を重畳するラジオ波重畳手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、プラズマ発生用のマイクロ波に、ラジオ波を重畳して印加することにより、プラズマ発生部における電子密度分布のばらつきが減少し、誘電体窓表面への堆積物の付着を防止してパーティクル発生を抑制することができる。また、副次的に被処理基体近傍におけるプラズマの空間分布を制御することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明者は、従来のマイクロ波プラズマ処理装置における発明が解決しようとする課題において述した問題点を解決し、上記目的を達成すべく鋭意努力した。その結果、上記の構成により、誘電体窓上の表面波電界強度の弱かった部分、即ちプラズマ密度の低かった部分への堆積物の付着を防止し、パーティクル発生を抑制したプラズマ処理装置を提供することが可能であるという知見を得た。
検討を進めていく中で、ラジオ波を印加することによって生じる誘電体窓表面における電界強度分布は表面波電界強度分布とは異なる。したがって、供給するマイクロ波の電力とラジオ波の電力または周波数とを調整することにより、発生するプラズマの空間分布を制御できるという知見も得た。
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態に係る第１のプラズマ処理装置は、マイクロ波を透過可能な誘電体窓で一部が形成された真空容器と、該真空容器内に設けられた被処理基体支持手段と、該真空容器内のガスを排気する手段とを有する。また、該真空容器内に処理用ガスを導入する手段と、該真空容器内に該誘電体窓を透してマイクロ波を導入する手段とを有する。そして、該マイクロ波導入手段と該誘電体窓の間に設けられ該マイクロ波導入手段とは電気的に絶縁されたラジオ波電極を有することを特徴とする。すなわち、第１のプラズマ処理装置は、ラジオ波重畳手段として、前記マイクロ波導入手段と前記誘電体窓との間に設けられ該マイクロ波導入手段とは電気的に絶縁されたラジオ波電極を用いている。
ここで、前記マイクロ波導入手段は、例えばスロットアンテナであり、前記ラジオ波電極の、該アンテナのスロットの直下に当る部分は開口されていることが好ましい。
【００１３】
本発明の好ましい実施の形態に係る第２のプラズマ処理装置は、マイクロ波を透過可能な誘電体窓で一部が形成された真空容器と、該真空容器内に設けられた被処理基体支持手段と、該真空容器内のガスを排気する手段とを有する。また、該真空容器内に処理用ガスを導入する手段と、該真空容器内に該誘電体窓を透してマイクロ波を導入する手段とを有する。そして、該マイクロ波導入手段に該マイクロ波とは異なる周波数を有するラジオ波を重畳して印加し、ラジオ波電極の機能をも持たせたことを特徴とする。すなわち、第２のプラズマ処理装置は、ラジオ波重畳手段として、前記マイクロ波導入手段に印加されるマイクロ波とは異なる周波数を有するラジオ波を該マイクロ波に重畳して該マイクロ波導入手段に印加する手段を用いている。
前記第１及び第２のプラズマ処理装置において、ラジオ波電極に印加する電力の周波数は、好ましくは０．０３〜３００ＭＨｚである。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態に係る第１及び第２のプラズマ処理方法は、前記第１及び第２のプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法である。そして、第１のプラズマ処理方法は、供給するマイクロ波の電力とラジオ波の電力または周波数とを調整することにより、プラズマの空間分布を制御することを特徴とする。また、第２のプラズマ処理方法は、供給するマイクロ波の電力とラジオ波の電力または周波数とを時間的に変化させることにより、プラズマの空間分布を時間的に変化させることを特徴とする。
【００１５】
本発明の好ましい実施の一形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置を図１を用いて説明する。図１において、１００は真空容器、１０１はプラズマ処理室、１０２は被処理基体、１０３は基体１０２の支持体、１０４は基板温度調整手段、１０５はプラズマ処理室１０１の周辺に設けられたプラズマ処理用ガス導入手段である。また、１０６は排気、１０７はプラズマ処理室１０１を大気側と分離する誘電体窓である。大気側において、１０８はマイクロ波を誘電体窓１０７を透してプラズマ処理室１０１に導入するためのマイクロ波導入手段、例えば無終端環状導波管である。また、１０９はラジオ波電極、１１０はマイクロ波導入手段１０８とラジオ波電極１０９とを絶縁する絶縁体、１１４はマイクロ波導入手段１０８の放射部分に形成されたスロットである。図２に示すように、ラジオ波電極１０９には、スロット１１４とを重ねたときにスロット１１４の直下に当る位置に開口部１２０が形成されている。さらに、１１１はマイクロ波を環状導波管１０８へ導入する導入Ｅ分岐、１１２は環状導波路である。
【００１６】
すなわち、図１の装置は、図５の従来例に対し、ラジオ波電極１０９及び絶縁体１１０を付加したものである。
なお、本発明に係る別の構成として、ラジオ波電極１０９と絶縁体１１０を用いず、マイクロ波導入手段１０８に直接、ラジオ波を導入しても良い。
【００１７】
プラズマ処理は以下のようにして行う。被処理基体１０２を支持体１０３上に設置した状態で、排気系（不図示）を介してプラズマ処理室１０１内を真空排気する。続いて処理用ガスをプラズマ処理室１０１の周辺に設けられたガス導入手段１０５を介して所定の流量でプラズマ処理室１０１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、プラズマ処理室１０１内を所定の圧力に保持する。
【００１８】
マイクロ波電源（不図示）より所望の電力をマイクロ波導入手段１０８を介してプラズマ処理室１０１内に供給することにより、誘電体窓１０７近傍に初期高密度プラズマが発生する。
【００１９】
初期高密度プラズマの電子密度がカットオフ密度、より明確には表面波モード発生しきい密度を超えると、誘電体窓１０７と初期高密度プラズマの界面に入射したマイクロ波は、初期高密度プラズマ中には伝搬できない。ここで、カットオフ密度は、例えば、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波の場合、７．５×１０１０ｃｍ−３である。表面波モード発生しきい密度は、例えば、石英窓使用の場合、３．４×１０１１ｃｍ−３である。初期高密度プラズマ中に伝搬できないマイクロ波は、誘電体窓１０７と初期高密度プラズマとの界面を表面波１１５（図６）として伝搬する。すると、表面波同士が干渉し、特定の表面波モードに規定される電界強度分布を示す。そして、誘電体窓１０７表面に局在した表面波電界により誘電体窓１０７近傍に非常に高密度の発生プラズマ１１７（図６）が生成する。発生したプラズマは拡散、緩和により高密度低電子温度のプラズマバルク１１８（図６）を生成する。処理用ガスは高密度低電子温度プラズマにより励起、分解して活性化し、支持体１０３上に載置された被処理基体１０２の表面を処理する。
【００２０】
この際に、マイクロ波電力導入と同時に、ラジオ波電極１０９にラジオ波電力を印加することにより、表面波電界の弱い部分にもプラズマが発生する。そして、誘電体窓１０７表面にセルフバイアスが生じ、シース電界に因りイオンがプラズマから誘電体窓１０７表面方向に加速され、誘電体窓１０７表面への堆積物の付着を抑制する。これにより、主に誘電体窓１０７表面付着物に起因するパーティクル発生を低減できる。
【００２１】
図３は、マイクロ波導入手段１０８のみを使用し、ガスＨｅ、圧力０．５Ｔｏｒｒ、マイクロ波パワー３ｋＷの条件で放電した場合の、プラズマ発生部（丸ドット）と被処理基体（四角ドット）近傍の電子密度分布を示す。また、図４は、さらに、ラジオ波電極１０９も使用し、ガスＨｅ、圧力０．５Ｔｏｒｒ、マイクロ波パワー３ｋＷ、１３．５６ＭＨｚのラジオ波パワー１．２ｋＷの条件で放電した場合の、プラズマ発生部と被処理基体近傍の電子密度分布を示す。図３の場合、スロット近傍に強いリング上のプラズマが発生し、基板近傍でも発生部の分布の影響が多少観られ、±４％程度のばらつきをもつ。これに対して図４の場合には、図３の場合に表面波電界強度が弱くプラズマ密度が低かった部分にもプラズマが発生し、被処理基体近傍で±２．４％程度に改善された均一性を示す。
【００２２】
このように、プラズマ発生用のマイクロ波に、ラジオ波を重畳して印加することにより、プラズマ発生部における電子密度分布のばらつきが減少し、その結果として、誘電体窓表面への堆積物の付着を防止してパーティクル発生を抑制できる。また、副次的に被処理基体近傍におけるプラズマの空間分布を制御することが可能である。
なお、ここでは、マイクロ波導入手段と誘電体窓の間にマイクロ波導入手段とは電気的に絶縁されたラジオ波電極を設けた例について説明した。しかし、マイクロ波導入手段にマイクロ波とは異なる周波数を有するラジオ波を重畳して印加しても結果は同様である。
【００２３】
本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置に用いられるラジオ波電極は、マイクロ波導入を妨げないように、スロットなどのマイクロ波放射部位に当る箇所は開口されていることが望ましい。
本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置に用いられるラジオ波電極は、マイクロ波導入手段との電気的絶縁性を確保するため、間に絶縁体を挟むことが望ましい。
本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置に用いられるラジオ波の周波数は、０．０３〜３００ＭＨｚが適当である。
【００２４】
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置に用いられる誘電体窓１０７の材質は、機械的強度が充分でマイクロ波の透過率が充分高くなるように誘電欠損の小さなものであれば適用可能である。例えば石英やアルミナ（サファイア）、窒化アルミニウム、弗化炭素ポリマ（テフロン：登録商標）などが最適である。
【００２５】
本発明に使用されるマイクロ波導入手段は、例えば、環状導波管マルチスロットアンテナ、空洞共振器型アンテナ、同軸結合アプリケータ、同軸導波管導入平板アンテナ、パッチアンテナなど、中空構造をもつマイクロ波導入手段である。
本発明は、マイクロ波導入手段としてスロットなどのマイクロ波放射部位が比較的局在したもの、特に、スロット付き環状導波管のようにスロットの数が少ないものを用いる場合に好適である。
【００２６】
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導入手段の１例であるスロット付き無終端環状導波管１０８の材質は、導電体であれば使用可能である。但し、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。スロット付無終端環状導波管１０８の導入口の向きは、スロット付無終端環状導波管１０８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れば、Ｈ面に平行でも垂直でも、伝搬空間の接線方向でも伝搬空間の左右方向に二分配するものでもよい。
【００２７】
本発明においては、より低圧で処理するために、磁界発生手段を用いても良い。この場合、磁界としては、スロットの幅方向に発生する電界に垂直な磁界であれば適用可能である。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。
また、紫外光を基体表面に照射してもよい。光源としては、被処理基体もしくは基体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。
【００２８】
本発明のマイクロ波プラズマ処理方法におけるプラズマ処理室内の圧力は０．１ｍＴｏｒｒ乃至１０Ｔｏｒｒの範囲、より好ましくは、１０ｍＴｏｒｒから３Ｔｏｒｒの範囲が適当である。
【００２９】
本発明のプラズマ処理装置及び方法によれば、使用するガスを適宜選択することにより、各種の堆積膜を効率よく形成することが可能である。形成される堆積膜は、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、ＳｉＯＦ、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＴｉＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＭｇＦ２、ＨｆＳｉＯ、ＨｆＳｉＯＮ、ＨｆＡｌＯ、ＨｆＡｌＯＮなどの絶縁膜を例示することができる。また、ａ−Ｓｉ、ｐｏｌｙ−Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、ＧａＡｓなどの半導体膜、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａなどの導電膜やカーボン膜を例示することができる。
【００３０】
本発明のプラズマ処理装置により処理する被処理基体１０２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。
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。
絶縁性基体としては、ＳｉＯ２系の石英や各種ガラス、Ｓｉ３Ｎ４、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＬｉＦ、ＣａＦ２、ＢａＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＭｇＯなどの無機物を挙げることができる。また、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。
【００３１】
本発明のプラズマ処理装置に用いられるガス導入手段１０５の向きは、ガスが誘電体窓１０７近傍に発生するプラズマ領域を経由した後中央付近に十分に供給されてから基板表面を中央から周辺に向かって流れるような向きが最適である。よって、誘電体窓１０７に向けてガスを吹き付けられる構造を有することが最適である。
【００３２】
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。
ａ−Ｓｉ、ｐｏｌｙ−Ｓｉ、ＳｉＣなどのＳｉ系半導体薄膜を形成する場合の処理用ガス導入手段１０５を介してプラズマ処理室１０１へ導入するＳｉ原子を含有するガスの原料は、常温常圧でガス状態であるか、または容易にガス化し得る化合物である。例えば、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である。または、ＳｉＦ４、Ｓｉ２Ｆ６、Ｓｉ３Ｆ８、ＳｉＨＦ３、ＳｉＨ２Ｆ２、ＳｉＣｌ４、Ｓｉ２Ｃｌ６、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ３Ｃｌ、ＳｉＣｌ２Ｆ２などのハロゲン化シランである。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がある。
【００３３】
Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２などのＳｉ化合物系薄膜を形成する場合の処理用ガス導入手段１０５を介して導入するＳｉ原子を含有する原料としては、常温常圧でガス状態であるか、または容易にガス化し得る化合物を用いることができる。このような化合物としては、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６などの無機シラン類を挙げることができる。また、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を挙げることができる。また、ＳｉＦ４、Ｓｉ２Ｆ６、Ｓｉ３Ｆ８、ＳｉＨＦ３、ＳｉＨ２Ｆ２、ＳｉＣｌ４、Ｓｉ２Ｃｌ６、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ３Ｃｌ、ＳｉＣｌ２Ｆ２などのハロゲン化シラン類を挙げることができる。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。
【００３４】
Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａなどの金属薄膜を形成する場合の処理用ガス導入手段１０５を介して導入する金属原子を含有する原料としては、以下の有機金属またはハロゲン化金属を例示することができる。有機金属としては、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）がある。また、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）、テトライソプロポキシチタン（ＴＩＰＯＴｉ）、ペンタエトキシタンタル（ＰＥＯＴａ）がある。ハロゲン化金属としては、ＡｌＣｌ３、ＷＦ６、ＴｉＣｌ３、ＴａＣｌ５がある。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。
【００３５】
Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＴｉＮ、ＷＯ３などの金属化合物薄膜を形成する場合の処理用ガス導入手段１０５を介して導入する金属原子を含有する原料としては、以下の有機金属またはハロゲン化金属を例示することができる。有機金属としては、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）がある。また、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）、テトライソプロポキシチタン（ＴＩＰＯＴｉ）、ペンタエトキシタンタル（ＰＥＯＴａ）がある。ハロゲン化金属としては、ＡｌＣｌ３、ＷＦ６、ＴｉＣｌ３、ＴａＣｌ５などのハロゲン化金属がある。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。
【００３６】
グラファイト、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、ダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、ダイアモンドなどのカーボン系薄膜を形成する場合の処理用ガス導入手段１０５を介して導入する原料としては、炭素原子を含めば可能である。例えば、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ６、Ｃ３Ｈ８などの飽和炭化水素、Ｃ２Ｈ４、Ｃ３Ｈ６、Ｃ２Ｈ２、Ｃ３Ｈ４などの不飽和炭化水素、Ｃ６Ｈ６などの芳香族炭化水素、Ｃ３ＯＨ、Ｃ２Ｈ５ＯＨなどのアルコール類が適当である。また、（ＣＨ３）２ＣＯなどのケトン類、ＣＨ３ＣＨＯなどのアルデヒド類、ＨＣＯＯＨ、ＣＨ３ＣＯＯＨなどのカルボン酸類なども適当である。
【００３７】
基体表面をエッチングする場合の処理用ガス導入手段１０５から導入するエッチング用ガスとしては、Ｆ２、ＣＦ４、ＣＨ２Ｆ２、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ８、ＣＦ２Ｃｌ２、ＳＦ６、ＮＦ３、Ｃｌ２、ＣＣｌ４、ＣＨ２Ｃｌ２、Ｃ２Ｃｌ６などが挙げられる。
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処理用ガス導入手段１０５から導入するアッシング用ガスとしては、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、Ｎ２、Ｈ２などが挙げられる。
【００３８】
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、各種の処理が可能である。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。さらに本発明において採用する成膜技術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のクリーニングに使用することもできる。また、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にも使用することもできる。
【００３９】
基体を酸化表面処理する場合の処理用ガス導入手段１０５を介して導入する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処理用ガス導入手段１０５を介して導入する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。
【００４０】
基体表面の有機物をクリーニング、またはアッシング除去する場合のガス導入手段１０５から導入するクリーニング／アッシング用ガスとしては、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、Ｎ２、Ｈ２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プラズマ発生用ガス導入手段から導入する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。
【実施例】
【００４１】
以下実施例を挙げて本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
図１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。
基体１０２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（φ３００ｍｍ）を使用した。
【００４２】
まず、Ｓｉ基板１０２を支持体１０３上に設置した後、ヒータ１０４を用いて２５０℃まで加熱し、排気系（不図示）を介してプラズマ処理室１０１内を真空排気し、１０−４Ｔｏｒｒまで減圧させた。プラズマ処理用ガス導入手段１０５を介して酸素ガスを２ｓｌｍの流量でプラズマ処理室１０１内に導入した。ついで、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、プラズマ処理室１０１内を１．５Ｔｏｒｒに保持した。プラズマ処理室１０１内に、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源よりスロット付無終端環状導波管１０８を介して２．５ｋＷの電力を、同時に１３．５６ＭＨｚのラジオ波電源よりラジオ波電極１０９を介して１．２ｋＷの電力を、供給した。かくして、プラズマ処理室１０１内にプラズマを発生させた。この際、プラズマ処理用ガス導入手段１０５を介して導入された酸素ガスはプラズマ処理室１０１内で励起、分解、反応して酸素原子となり、シリコン基板１０２の方向に輸送され、基板１０２上のフォトレジストを酸化し、気化、除去された。
【００４３】
アッシング後、アッシング速度の均一性と基板表面電荷密度、１０００枚処理後のパーティクル発生について評価した。
得られたアッシング速度の均一性は、±２．４％（６．１μｍ／ｍｉｎ）と極めて良好で、表面電荷密度も０．６×１０１１ｃｍ−２と充分低い値を示し、パーティクル発生も問題なかった。
【００４４】
［実施例２］
図１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。基体１０２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（φ１２インチ）を使用した。
【００４５】
まず、Ｓｉ基板１０２を支持体１０３上に設置した後、ヒータ１０４を用いて２５０℃まで加熱し、排気系（不図示）を介してプラズマ処理室１０１内を真空排気し、１０−５Ｔｏｒｒまで減圧させた。プラズマ処理用ガス導入手段１０５を介して酸素ガスを２ｓｌｍの流量でプラズマ処理室１０１内に導入した。ついで、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、プラズマ処理室１０１内を２Ｔｏｒｒに保持した。プラズマ処理室１０１内に、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源よりスロット付無終端環状導波管１０８を介して２．５ｋＷの電力を、同時に１３．５６ＭＨｚのラジオ波電源よりラジオ波電極１０９を介して１．２ｋＷの電力を、供給した。かくして、プラズマ処理室１０１内にプラズマを発生させた。この際、プラズマ処理用ガス導入手段１０５を介して導入された酸素ガスはプラズマ処理室１０１内で励起、分解、反応して酸素原子となり、シリコン基板１０２の方向に輸送され、基板１０２上のフォトレジストを酸化し、気化、除去された。
【００４６】
アッシング後、アッシング速度の均一性と基板表面電荷密度、１０００枚処理後のパーティクル発生について評価した。
得られたアッシング速度の均一性は、±３．１％（７．９μｍ／ｍｉｎ）と極めて良好で、表面電荷密度も１．０×１０１１ｃｍ−２と充分低い値を示し、パーティクルも問題なかった。
【００４７】
［実施例３］
図１に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、極薄酸化膜の表面窒化を行った。基体１０２としては、１６Ａ厚表面酸化膜付きシリコン（Ｓｉ）基板（φ８インチ）を使用した。
【００４８】
まず、Ｓｉ基板１０２を支持体１０３上に設置した後、ヒータ１０４を用いて１５０℃まで加熱し、排気系（不図示）を介してプラズマ処理室１０１内を真空排気し、１０−３Ｔｏｒｒまで減圧させた。プラズマ処理用ガス導入手段１０５を介して窒素ガスを５０ｓｃｃｍ、ヘリウムガスを４５０ｓｃｃｍの流量でプラズマ処理室１０１内に導入した。ついで、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、プラズマ処理室１０１内を０．２Ｔｏｒｒに保持した。プラズマ処理室１０１内に、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源よりスロット付無終端環状導波管１０８を介して１．５ｋＷの電力を、同時に１３．５６ＭＨｚのラジオ波電源よりラジオ波電極１０９を介して１．２ｋＷの電力を、供給した。かくして、プラズマ処理室１０１内にプラズマを発生させた。この際、プラズマ処理用ガス導入手段１０５を介して導入された窒素ガスはプラズマ処理室１０１内で励起、分解、反応して窒素イオンや原子となり、シリコン基板１０２の方向に輸送され、基板１０２上の酸化膜表面を窒化した。
【００４９】
窒化後、窒化速度の均一性と基板表面電荷密度、１０００枚処理後のパーティクル発生について評価した。
得られた窒化速度の均一性は、±１．５％と極めて良好で、表面電荷密度も０．９×１０１１ｃｍ−２と充分低い値を示し、パーティクルも問題なかった。
【００５０】
［実施例４］
図１に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、シリコン基板の直接窒化を行った。基体１０２としては、ベアシリコン（Ｓｉ）基板（φ８インチ）を使用した。
【００５１】
まず、Ｓｉ基板１０２を支持体１０３上に設置した後、ヒータ１０４を用いて１５０℃まで加熱し、排気系（不図示）を介してプラズマ処理室１０１内を真空排気し、１０−３Ｔｏｒｒまで減圧させた。プラズマ処理用ガス導入手段１０５を介して窒素ガスを５００ｓｃｃｍの流量でプラズマ処理室１０１内に導入した。ついで、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、プラズマ処理室１０１内を０．１Ｔｏｒｒに保持した。プラズマ処理室１０１内に、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源よりスロット付無終端環状導波管１０８を介して１．５ｋＷの電力を、同時に１３．５６ＭＨｚのラジオ波電源よりラジオ波電極１０９を介して１．２ｋＷの電力を、供給した。かくして、プラズマ処理室１０１内にプラズマを発生させた。この際、プラズマ処理用ガス導入手段１０５を介して導入された窒素ガスはプラズマ処理室１０１内で励起、分解、反応して窒素イオンや原子となり、シリコン基板１０２の方向に輸送され、シリコン基板１０２の表面を直接窒化した。
【００５２】
窒化後、窒化速度の均一性と基板表面電荷密度、１０００枚処理後のパーティクル発生について評価した。
得られた窒化速度の均一性は、±１．１％と極めて良好で、表面電荷密度も１．７×１０１１ｃｍ−２と充分低い値を示し、パーティクルも問題なかった。
【００５３】
［実施例５］
図１に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、半導体素子保護用窒化シリコン膜の形成を行った。基体１０２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φ３００ｍｍＰ型単結晶シリコン基板（面方位〈１００〉、抵抗率１０Ωｃｍ）を使用した。
【００５４】
まず、シリコン基板１０２を支持体１０３上に設置した後、排気系（不図示）を介してプラズマ処理室１０１内を真空排気し、１０−７Ｔｏｒｒの値まで減圧させた。続いてヒータ１０４に通電し、シリコン基板１０２を３００℃に加熱し、該基板をこの温度に保持した。プラズマ処理用ガス導入手段１０５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の流量でプラズマ処理室１０１内に導入した。ついで、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、プラズマ処理室１０１内を２０ｍＴｏｒｒに保持した。ついで、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源（不図示）より３．０ｋＷの電力を、同時に１３．５６ＭＨｚのラジオ波電源より１．２ｋＷの電力を、スロット付無終端環状導波管１０８を介して供給した。かくして、プラズマ処理室１０１内にプラズマを発生させた。この際、プラズマ処理用ガス導入手段１０５を介して導入された窒素ガスはプラズマ処理室１０１内で励起、分解されて窒素原子となり、シリコン基板１０２の方向に輸送され、モノシランガスと反応する。結果、窒化シリコン膜がシリコン基板１０２上に１．０μｍの厚さで形成した。
【００５５】
成膜後、成膜速度の均一性、応力などの膜質、１０００枚処理後のパーティクル発生について評価した。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の均一性は、±２．６％（５３０ｎｍ／ｍｉｎ）と極めて良好であった。また、膜質も応力０．９ｘ１０９ｄｙｎｅ・ｃｍ−２（圧縮）、リーク電流１．１×１０−１０Ａ・ｃｍ−２、絶縁耐圧１０．７ＭＶ／ｃｍの極めて良質な膜であることが確認された。さらに、パーティクルも問題なかった。
【００５６】
［実施例６］
図１に示したマイクロ波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。基体１０２としては、直径５０ｍｍプラスチック凸レンズを使用した。
【００５７】
レンズ１０２を支持体１０３上に設置した後、排気系（不図示）を介してプラズマ処理室１０１内を真空排気し、１０−７Ｔｏｒｒの値まで減圧させた。プラズマ処理用ガス導入手段１０５を介して窒素ガスを１５０ｓｃｃｍの流量で、また、モノシランガスを７０ｓｃｃｍの流量でプラズマ処理室１０１内に導入した。ついで、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、プラズマ処理室１０１内を５ｍＴｏｒｒに保持した。ついで、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源（不図示）より３．０ｋＷの電力を、同時に１３．５６ＭＨｚのラジオ波電源より１．２ｋＷの電力を、スロット付無終端環状導波管１０８を介してプラズマ処理室１０１内に供給した。かくして、プラズマ処理室１０１内にプラズマを発生させた。この際、プラズマ処理用ガス導入手段１０５を介して導入された窒素ガスは、プラズマ処理室１０１内で励起、分解されて窒素原子などの活性種となり、レンズ１０２の方向に輸送され、モノシランガスと反応する。結果、窒化シリコン膜がレンズ１０２上に２０ｎｍの厚さで形成された。
【００５８】
次に、プラズマ処理用ガス導入手段１０５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の流量でプラズマ処理室１０１内に導入した。ついで、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、プラズマ処理室１０１内を２ｍＴｏｒｒに保持した。ついで、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源（不図示）より２．０ｋＷの電力を、同時に１３．５６ＭＨｚのラジオ波電源より１．２ｋＷの電力を、スロット付無終端環状導波管１０８を介してプラズマ処理室１０１内に供給した。かくして、プラズマ処理室１０１内にプラズマを発生させた。この際、プラズマ処理用ガス導入手段１０５を介して導入された酸素ガスは、プラズマ処理室１０１内で励起、分解されて酸素原子などの活性種となり、活性種はレンズ１０２の方向に輸送され、モノシランガスと反応する。結果、酸化シリコン膜がレンズ１０２上に８５ｎｍの厚さで形成された。
【００５９】
成膜後、成膜速度の均一性、反射特性、１０００枚処理後のパーティクル発生について評価した。
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の均一性はそれぞれ±２．７％（３８０ｎｍ／ｍｉｎ）、±２．９％（４１０ｎｍ／ｍｉｎ）と良好で、膜質も、５００ｎｍ付近の反射率が０．１４％と極めて良好な光学特性であることが確認された。また、パーティクルも問題なかった。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施の一形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の模式図である。
【図２】図１の装置におけるラジオ波電極とスロットの位置関係を説明するための図である。
【図３】図１の装置においてマイクロ波導入手段のみを用いた場合の電子密度分布を示す図である。
【図４】図１の装置においてマイクロ波導入手段とラジオ波導入手段の双方を用いた場合の電子密度分布を示す図である。
【図５】従来例のマイクロ波プラズマ処理装置の模式図である。
【図６】図５の装置におけるプラズマ発生原理を説明する図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０１ プラズマ処理室
１０２ 被処理基体
１０３ 支持体
１０４ ヒータ（基板温度調整手段）
１０５ 処理用ガス導入手段
１０６ 排気
１０７ 誘電体窓
１０８ スロット付無終端環状導波管（マイクロ波導入手段）
１０９ ラジオ波電極
１１０ 絶縁体
１１１ マイクロ波導入Ｅ分岐
１１２ 環状導波路
１１３ 管内定在波
１１４ スロット
１１５ 表面波
１１６ 表面定在波
１１７ 発生プラズマ
１１８ プラズマバルク
１２０ ラジオ波電極の開口部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波プラズマ処理装置及び方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、特にデバイス不良の原因になるパーティクル発生を抑制し、均一性も改善したマイクロ波プラズマ処理装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種電子デバイス製造工程における低温化の要求に応えるため、プロセシングプラズマ技術が益々重要になってきている。とりわけ、ラジオ波よりも高い周波数をもつ電磁波であるマイクロ波を励起源として用いるマイクロ波プラズマは、１０１２ｃｍ−３以上の高密度、かつ、１ｅＶ以下の低電子温度プラズマをも得ることができる。それ故、マイクロ波プラズマは、低ダメージ、高品質で高速な処理が可能であり、今後、更なる発展が期待されるプラズマである。マイクロ波プラズマ処理装置は、ＣＶＤ、エッチング、アッシング、窒化、酸化、クリーニングなどのプロセスに実用されている。
【０００３】
マイクロ波を処理用ガスの励起源として使用するプラズマ処理装置においては、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励起、電離、分解させることができる。それ故、マイクロ波プラズマは、ガスの励起効率、電離効率及び分解効率が高く、高密度のプラズマを比較的容易に形成し得るので、低温で高速に処理できるという利点を有する。また、カットオフ密度以上の高密度プラズマ発生によりバルクプラズマ中にマイクロ波電界が浸透できず、電子温度が緩和するので、低ダメージで高品質な処理が可能であるという利点もある。また、マイクロ波が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、これが故に金属汚染の少ない清浄なプラズマ処理を行うことができる。
【０００４】
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Ｈ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（特許文献１、特許文献２）。このマイクロ波プラズマ処理装置の模式図を図５に、そのプラズマ発生機構を図６に示す。図中、１０１はプラズマ処理室、１０２は被処理基体、１０３は基体１０２の支持体、１０４は基板温度調整手段、１０５はプラズマ処理室１０１の周辺に設けられたプラズマ処理用ガス導入手段、１０６は排気である。１０７はプラズマ処理室１０１を大気側と分離する平板状誘電体窓、１０８はマイクロ波を誘電体窓１０７を透してプラズマ処理室１０１に導入するためのスロット付無終端環状導波管である。１１１はマイクロ波を環状導波管へ導入する導入Ｅ分岐、１１２は環状導波路、１１４は放射状スロットである。また、１１３は環状導波管内に生じる定在波、１１５は誘電体窓１０７表面を伝搬する表面波、１１６は隣接するスロットからの表面波同士が干渉して生じる表面定在波である。さらに、１１７は表面波定在波により生成した発生プラズマ、１１８は発生プラズマの拡散により生成したプラズマバルクである。
【０００５】
プラズマ処理は以下のようにして行う。被処理基体１０２を支持体１０３上に設置する。排気系（不図示）を介してプラズマ処理室１０１内を真空排気する。続いて処理用ガスをプラズマ処理室１０１の周辺に設けられたガス導入手段１０５を介して所定の流量でプラズマ処理室１０１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、プラズマ処理室１０１内を所定の圧力に保持する。マイクロ波電源（不図示）より所望の電力を無終端環状導波管１０８を介してプラズマ処理室１０１内に供給する。この際、無終端環状導波管１０８内に導入されたマイクロ波は、導入部のＥ分岐１１１で左右に二分配され、無終端環状導波路１１２内で干渉し、管内波長の１／２毎に管内定在波１１３の“腹”を生じる。この定在波の腹と腹の間の表面電流が最大になる位置に設置されたスロット１１４を介し誘電体窓１０７を透過してプラズマ処理室１０１に導入されたマイクロ波によりプラズマが発生する。
【０００６】
プラズマの電子密度がカットオフ密度、さらに、表面波モード発生しきい密度を超えると、誘電体窓１０７とプラズマの界面に入射したマイクロ波は、プラズマ中には伝搬できず、誘電体窓１０７の表面を表面波１１５として伝搬する。カットオフ密度は、例えば、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波の場合、７．５×１０１０ｃｍ−３である。表面波モード発生しきい密度は、例えば、石英窓使用の場合、３．４×１０１１ｃｍ−３である。隣接するスロットから導入された表面波１１５同士が相互干渉し、表面波１１５の波長の１／２毎に腹をもつ表面定在波１１６が生じる。誘電体窓１０７表面近傍に局在した表面定在波１１６によって誘電体窓１０７近傍に超高密度高電子温度の発生プラズマ１１７が生成する。発生プラズマ１１７は被処理基体１０２方向に純粋拡散して緩和し、被処理基体１０２近傍に高密度低電子温度のプラズマバルク１１８を生成する。処理用ガスは発生した高密度プラズマにより励起され、支持体１０３上に載置された被処理基体１０２の表面を処理する。
【０００７】
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、均一性の高い高密度低電子温度プラズマを発生させることができる。例えば、マイクロ波パワー１ｋＷ以上で、直径３００ｍｍ程度の大口径空間に±５％程度の均一性をもって、電子密度１０１１ｃｍ−３以上、電子温度１．５ｅＶ以下、プラズマ電位７Ｖ以下の高密度低電子温度プラズマを発生させることができる。故に、ガスを充分に反応させ活性な状態で基板に供給でき、かつ入射イオンによる基板表面ダメージも低減するので、低温でも高品質で均一かつ高速な処理が可能になる。
【特許文献１】特許登録第２８８６７５２号公報
【特許文献２】特許登録第２９２５５３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述したようなマイクロ波プラズマ処理装置を用いて堆積性の生成物が生じるプロセスに使用した場合、マイクロ波導入誘電体窓上の表面波電界強度の弱い部分、即ちプラズマ密度の低い部分に堆積物が付着する。そして、これが、成長後、パーティクルとなって基板上に降り、デバイス不良の原因になる場合がある。
本発明の主たる目的は、上述した従来のマイクロ波プラズマ処理装置における問題点を解決し、パーティクルの原因になる誘電体窓上堆積を抑えたプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明のプラズマ処理装置は、誘電体窓を有する真空容器と、該真空容器内へ前記誘電体窓を透してマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段とを有するプラズマ処理装置であって、前記真空容器内へ導入されるマイクロ波にラジオ波を重畳するラジオ波重畳手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、プラズマ発生用のマイクロ波に、ラジオ波を重畳して印加することにより、プラズマ発生部における電子密度分布のばらつきが減少し、誘電体窓表面への堆積物の付着を防止してパーティクル発生を抑制することができる。また、副次的に被処理基体近傍におけるプラズマの空間分布を制御することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明者は、従来のマイクロ波プラズマ処理装置における発明が解決しようとする課題において述した問題点を解決し、上記目的を達成すべく鋭意努力した。その結果、上記の構成により、誘電体窓上の表面波電界強度の弱かった部分、即ちプラズマ密度の低かった部分への堆積物の付着を防止し、パーティクル発生を抑制したプラズマ処理装置を提供することが可能であるという知見を得た。
検討を進めていく中で、ラジオ波を印加することによって生じる誘電体窓表面における電界強度分布は表面波電界強度分布とは異なる。したがって、供給するマイクロ波の電力とラジオ波の電力または周波数とを調整することにより、発生するプラズマの空間分布を制御できるという知見も得た。
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態に係る第１のプラズマ処理装置は、マイクロ波を透過可能な誘電体窓で一部が形成された真空容器と、該真空容器内に設けられた被処理基体支持手段と、該真空容器内のガスを排気する手段とを有する。また、該真空容器内に処理用ガスを導入する手段と、該真空容器内に該誘電体窓を透してマイクロ波を導入する手段とを有する。そして、該マイクロ波導入手段と該誘電体窓の間に設けられ該マイクロ波導入手段とは電気的に絶縁されたラジオ波電極を有することを特徴とする。すなわち、第１のプラズマ処理装置は、ラジオ波重畳手段として、前記マイクロ波導入手段と前記誘電体窓との間に設けられ該マイクロ波導入手段とは電気的に絶縁されたラジオ波電極を用いている。
ここで、前記マイクロ波導入手段は、例えばスロットアンテナであり、前記ラジオ波電極の、該アンテナのスロットの直下に当る部分は開口されていることが好ましい。
【００１３】
本発明の好ましい実施の形態に係る第２のプラズマ処理装置は、マイクロ波を透過可能な誘電体窓で一部が形成された真空容器と、該真空容器内に設けられた被処理基体支持手段と、該真空容器内のガスを排気する手段とを有する。また、該真空容器内に処理用ガスを導入する手段と、該真空容器内に該誘電体窓を透してマイクロ波を導入する手段とを有する。そして、該マイクロ波導入手段に該マイクロ波とは異なる周波数を有するラジオ波を重畳して印加し、ラジオ波電極の機能をも持たせたことを特徴とする。すなわち、第２のプラズマ処理装置は、ラジオ波重畳手段として、前記マイクロ波導入手段に印加されるマイクロ波とは異なる周波数を有するラジオ波を該マイクロ波に重畳して該マイクロ波導入手段に印加する手段を用いている。
前記第１及び第２のプラズマ処理装置において、ラジオ波電極に印加する電力の周波数は、好ましくは０．０３〜３００ＭＨｚである。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態に係る第１及び第２のプラズマ処理方法は、前記第１及び第２のプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法である。そして、第１のプラズマ処理方法は、供給するマイクロ波の電力とラジオ波の電力または周波数とを調整することにより、プラズマの空間分布を制御することを特徴とする。また、第２のプラズマ処理方法は、供給するマイクロ波の電力とラジオ波の電力または周波数とを時間的に変化させることにより、プラズマの空間分布を時間的に変化させることを特徴とする。
【００１５】
本発明の好ましい実施の一形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置を図１を用いて説明する。図１において、１００は真空容器、１０１はプラズマ処理室、１０２は被処理基体、１０３は基体１０２の支持体、１０４は基板温度調整手段、１０５はプラズマ処理室１０１の周辺に設けられたプラズマ処理用ガス導入手段である。また、１０６は排気、１０７はプラズマ処理室１０１を大気側と分離する誘電体窓である。大気側において、１０８はマイクロ波を誘電体窓１０７を透してプラズマ処理室１０１に導入するためのマイクロ波導入手段、例えば無終端環状導波管である。また、１０９はラジオ波電極、１１０はマイクロ波導入手段１０８とラジオ波電極１０９とを絶縁する絶縁体、１１４はマイクロ波導入手段１０８の放射部分に形成されたスロットである。図２に示すように、ラジオ波電極１０９には、スロット１１４とを重ねたときにスロット１１４の直下に当る位置に開口部１２０が形成されている。さらに、１１１はマイクロ波を環状導波管１０８へ導入する導入Ｅ分岐、１１２は環状導波路である。
【００１６】
すなわち、図１の装置は、図５の従来例に対し、ラジオ波電極１０９及び絶縁体１１０を付加したものである。
なお、本発明に係る別の構成として、ラジオ波電極１０９と絶縁体１１０を用いず、マイクロ波導入手段１０８に直接、ラジオ波を導入しても良い。
【００１７】
プラズマ処理は以下のようにして行う。被処理基体１０２を支持体１０３上に設置した状態で、排気系（不図示）を介してプラズマ処理室１０１内を真空排気する。続いて処理用ガスをプラズマ処理室１０１の周辺に設けられたガス導入手段１０５を介して所定の流量でプラズマ処理室１０１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、プラズマ処理室１０１内を所定の圧力に保持する。
【００１８】
マイクロ波電源（不図示）より所望の電力をマイクロ波導入手段１０８を介してプラズマ処理室１０１内に供給することにより、誘電体窓１０７近傍に初期高密度プラズマが発生する。
【００１９】
初期高密度プラズマの電子密度がカットオフ密度、より明確には表面波モード発生しきい密度を超えると、誘電体窓１０７と初期高密度プラズマの界面に入射したマイクロ波は、初期高密度プラズマ中には伝搬できない。ここで、カットオフ密度は、例えば、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波の場合、７．５×１０１０ｃｍ−３である。表面波モード発生しきい密度は、例えば、石英窓使用の場合、３．４×１０１１ｃｍ−３である。初期高密度プラズマ中に伝搬できないマイクロ波は、誘電体窓１０７と初期高密度プラズマとの界面を表面波１１５（図６）として伝搬する。すると、表面波同士が干渉し、特定の表面波モードに規定される電界強度分布を示す。そして、誘電体窓１０７表面に局在した表面波電界により誘電体窓１０７近傍に非常に高密度の発生プラズマ１１７（図６）が生成する。発生したプラズマは拡散、緩和により高密度低電子温度のプラズマバルク１１８（図６）を生成する。処理用ガスは高密度低電子温度プラズマにより励起、分解して活性化し、支持体１０３上に載置された被処理基体１０２の表面を処理する。
【００２０】
この際に、マイクロ波電力導入と同時に、ラジオ波電極１０９にラジオ波電力を印加することにより、表面波電界の弱い部分にもプラズマが発生する。そして、誘電体窓１０７表面にセルフバイアスが生じ、シース電界に因りイオンがプラズマから誘電体窓１０７表面方向に加速され、誘電体窓１０７表面への堆積物の付着を抑制する。これにより、主に誘電体窓１０７表面付着物に起因するパーティクル発生を低減できる。
【００２１】
図３は、マイクロ波導入手段１０８のみを使用し、ガスＨｅ、圧力０．５Ｔｏｒｒ、マイクロ波パワー３ｋＷの条件で放電した場合の、プラズマ発生部（丸ドット）と被処理基体（四角ドット）近傍の電子密度分布を示す。また、図４は、さらに、ラジオ波電極１０９も使用し、ガスＨｅ、圧力０．５Ｔｏｒｒ、マイクロ波パワー３ｋＷ、１３．５６ＭＨｚのラジオ波パワー１．２ｋＷの条件で放電した場合の、プラズマ発生部と被処理基体近傍の電子密度分布を示す。図３の場合、スロット近傍に強いリング上のプラズマが発生し、基板近傍でも発生部の分布の影響が多少観られ、±４％程度のばらつきをもつ。これに対して図４の場合には、図３の場合に表面波電界強度が弱くプラズマ密度が低かった部分にもプラズマが発生し、被処理基体近傍で±２．４％程度に改善された均一性を示す。
【００２２】
このように、プラズマ発生用のマイクロ波に、ラジオ波を重畳して印加することにより、プラズマ発生部における電子密度分布のばらつきが減少し、その結果として、誘電体窓表面への堆積物の付着を防止してパーティクル発生を抑制できる。また、副次的に被処理基体近傍におけるプラズマの空間分布を制御することが可能である。
なお、ここでは、マイクロ波導入手段と誘電体窓の間にマイクロ波導入手段とは電気的に絶縁されたラジオ波電極を設けた例について説明した。しかし、マイクロ波導入手段にマイクロ波とは異なる周波数を有するラジオ波を重畳して印加しても結果は同様である。
【００２３】
本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置に用いられるラジオ波電極は、マイクロ波導入を妨げないように、スロットなどのマイクロ波放射部位に当る箇所は開口されていることが望ましい。
本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置に用いられるラジオ波電極は、マイクロ波導入手段との電気的絶縁性を確保するため、間に絶縁体を挟むことが望ましい。
本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置に用いられるラジオ波の周波数は、０．０３〜３００ＭＨｚが適当である。
【００２４】
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置に用いられる誘電体窓１０７の材質は、機械的強度が充分でマイクロ波の透過率が充分高くなるように誘電欠損の小さなものであれば適用可能である。例えば石英やアルミナ（サファイア）、窒化アルミニウム、弗化炭素ポリマ（テフロン：登録商標）などが最適である。
【００２５】
本発明に使用されるマイクロ波導入手段は、例えば、環状導波管マルチスロットアンテナ、空洞共振器型アンテナ、同軸結合アプリケータ、同軸導波管導入平板アンテナ、パッチアンテナなど、中空構造をもつマイクロ波導入手段である。
本発明は、マイクロ波導入手段としてスロットなどのマイクロ波放射部位が比較的局在したもの、特に、スロット付き環状導波管のようにスロットの数が少ないものを用いる場合に好適である。
【００２６】
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導入手段の１例であるスロット付き無終端環状導波管１０８の材質は、導電体であれば使用可能である。但し、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。スロット付無終端環状導波管１０８の導入口の向きは、スロット付無終端環状導波管１０８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れば、Ｈ面に平行でも垂直でも、伝搬空間の接線方向でも伝搬空間の左右方向に二分配するものでもよい。
【００２７】
本発明においては、より低圧で処理するために、磁界発生手段を用いても良い。この場合、磁界としては、スロットの幅方向に発生する電界に垂直な磁界であれば適用可能である。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。
また、紫外光を基体表面に照射してもよい。光源としては、被処理基体もしくは基体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。
【００２８】
本発明のマイクロ波プラズマ処理方法におけるプラズマ処理室内の圧力は０．１ｍＴｏｒｒ乃至１０Ｔｏｒｒの範囲、より好ましくは、１０ｍＴｏｒｒから３Ｔｏｒｒの範囲が適当である。
【００２９】
本発明のプラズマ処理装置及び方法によれば、使用するガスを適宜選択することにより、各種の堆積膜を効率よく形成することが可能である。形成される堆積膜は、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、ＳｉＯＦ、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＴｉＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＭｇＦ２、ＨｆＳｉＯ、ＨｆＳｉＯＮ、ＨｆＡｌＯ、ＨｆＡｌＯＮなどの絶縁膜を例示することができる。また、ａ−Ｓｉ、ｐｏｌｙ−Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、ＧａＡｓなどの半導体膜、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａなどの導電膜やカーボン膜を例示することができる。
【００３０】
本発明のプラズマ処理装置により処理する被処理基体１０２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。
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。
絶縁性基体としては、ＳｉＯ２系の石英や各種ガラス、Ｓｉ３Ｎ４、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＬｉＦ、ＣａＦ２、ＢａＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＭｇＯなどの無機物を挙げることができる。また、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。
【００３１】
本発明のプラズマ処理装置に用いられるガス導入手段１０５の向きは、ガスが誘電体窓１０７近傍に発生するプラズマ領域を経由した後中央付近に十分に供給されてから基板表面を中央から周辺に向かって流れるような向きが最適である。よって、誘電体窓１０７に向けてガスを吹き付けられる構造を有することが最適である。
【００３２】
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。
ａ−Ｓｉ、ｐｏｌｙ−Ｓｉ、ＳｉＣなどのＳｉ系半導体薄膜を形成する場合の処理用ガス導入手段１０５を介してプラズマ処理室１０１へ導入するＳｉ原子を含有するガスの原料は、常温常圧でガス状態であるか、または容易にガス化し得る化合物である。例えば、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である。または、ＳｉＦ４、Ｓｉ２Ｆ６、Ｓｉ３Ｆ８、ＳｉＨＦ３、ＳｉＨ２Ｆ２、ＳｉＣｌ４、Ｓｉ２Ｃｌ６、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ３Ｃｌ、ＳｉＣｌ２Ｆ２などのハロゲン化シランである。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がある。
【００３３】
Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２などのＳｉ化合物系薄膜を形成する場合の処理用ガス導入手段１０５を介して導入するＳｉ原子を含有する原料としては、常温常圧でガス状態であるか、または容易にガス化し得る化合物を用いることができる。このような化合物としては、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６などの無機シラン類を挙げることができる。また、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を挙げることができる。また、ＳｉＦ４、Ｓｉ２Ｆ６、Ｓｉ３Ｆ８、ＳｉＨＦ３、ＳｉＨ２Ｆ２、ＳｉＣｌ４、Ｓｉ２Ｃｌ６、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ３Ｃｌ、ＳｉＣｌ２Ｆ２などのハロゲン化シラン類を挙げることができる。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。
【００３４】
Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａなどの金属薄膜を形成する場合の処理用ガス導入手段１０５を介して導入する金属原子を含有する原料としては、以下の有機金属またはハロゲン化金属を例示することができる。有機金属としては、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）がある。また、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）、テトライソプロポキシチタン（ＴＩＰＯＴｉ）、ペンタエトキシタンタル（ＰＥＯＴａ）がある。ハロゲン化金属としては、ＡｌＣｌ３、ＷＦ６、ＴｉＣｌ３、ＴａＣｌ５がある。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。
【００３５】
Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＴｉＮ、ＷＯ３などの金属化合物薄膜を形成する場合の処理用ガス導入手段１０５を介して導入する金属原子を含有する原料としては、以下の有機金属またはハロゲン化金属を例示することができる。有機金属としては、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）がある。また、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）、テトライソプロポキシチタン（ＴＩＰＯＴｉ）、ペンタエトキシタンタル（ＰＥＯＴａ）がある。ハロゲン化金属としては、ＡｌＣｌ３、ＷＦ６、ＴｉＣｌ３、ＴａＣｌ５などのハロゲン化金属がある。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。
【００３６】
グラファイト、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、ダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、ダイアモンドなどのカーボン系薄膜を形成する場合の処理用ガス導入手段１０５を介して導入する原料としては、炭素原子を含めば可能である。例えば、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ６、Ｃ３Ｈ８などの飽和炭化水素、Ｃ２Ｈ４、Ｃ３Ｈ６、Ｃ２Ｈ２、Ｃ３Ｈ４などの不飽和炭化水素、Ｃ６Ｈ６などの芳香族炭化水素、Ｃ３ＯＨ、Ｃ２Ｈ５ＯＨなどのアルコール類が適当である。また、（ＣＨ３）２ＣＯなどのケトン類、ＣＨ３ＣＨＯなどのアルデヒド類、ＨＣＯＯＨ、ＣＨ３ＣＯＯＨなどのカルボン酸類なども適当である。
【００３７】
基体表面をエッチングする場合の処理用ガス導入手段１０５から導入するエッチング用ガスとしては、Ｆ２、ＣＦ４、ＣＨ２Ｆ２、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ８、ＣＦ２Ｃｌ２、ＳＦ６、ＮＦ３、Ｃｌ２、ＣＣｌ４、ＣＨ２Ｃｌ２、Ｃ２Ｃｌ６などが挙げられる。
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処理用ガス導入手段１０５から導入するアッシング用ガスとしては、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、Ｎ２、Ｈ２などが挙げられる。
【００３８】
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、各種の処理が可能である。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。さらに本発明において採用する成膜技術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のクリーニングに使用することもできる。また、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にも使用することもできる。
【００３９】
基体を酸化表面処理する場合の処理用ガス導入手段１０５を介して導入する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処理用ガス導入手段１０５を介して導入する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。
【００４０】
基体表面の有機物をクリーニング、またはアッシング除去する場合のガス導入手段１０５から導入するクリーニング／アッシング用ガスとしては、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、Ｎ２、Ｈ２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プラズマ発生用ガス導入手段から導入する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。
【実施例】
【００４１】
以下実施例を挙げて本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
図１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。
基体１０２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（φ３００ｍｍ）を使用した。
【００４２】
まず、Ｓｉ基板１０２を支持体１０３上に設置した後、ヒータ１０４を用いて２５０℃まで加熱し、排気系（不図示）を介してプラズマ処理室１０１内を真空排気し、１０−４Ｔｏｒｒまで減圧させた。プラズマ処理用ガス導入手段１０５を介して酸素ガスを２ｓｌｍの流量でプラズマ処理室１０１内に導入した。ついで、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、プラズマ処理室１０１内を１．５Ｔｏｒｒに保持した。プラズマ処理室１０１内に、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源よりスロット付無終端環状導波管１０８を介して２．５ｋＷの電力を、同時に１３．５６ＭＨｚのラジオ波電源よりラジオ波電極１０９を介して１．２ｋＷの電力を、供給した。かくして、プラズマ処理室１０１内にプラズマを発生させた。この際、プラズマ処理用ガス導入手段１０５を介して導入された酸素ガスはプラズマ処理室１０１内で励起、分解、反応して酸素原子となり、シリコン基板１０２の方向に輸送され、基板１０２上のフォトレジストを酸化し、気化、除去された。
【００４３】
アッシング後、アッシング速度の均一性と基板表面電荷密度、１０００枚処理後のパーティクル発生について評価した。
得られたアッシング速度の均一性は、±２．４％（６．１μｍ／ｍｉｎ）と極めて良好で、表面電荷密度も０．６×１０１１ｃｍ−２と充分低い値を示し、パーティクル発生も問題なかった。
【００４４】
［実施例２］
図１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。基体１０２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（φ１２インチ）を使用した。
【００４５】
まず、Ｓｉ基板１０２を支持体１０３上に設置した後、ヒータ１０４を用いて２５０℃まで加熱し、排気系（不図示）を介してプラズマ処理室１０１内を真空排気し、１０−５Ｔｏｒｒまで減圧させた。プラズマ処理用ガス導入手段１０５を介して酸素ガスを２ｓｌｍの流量でプラズマ処理室１０１内に導入した。ついで、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、プラズマ処理室１０１内を２Ｔｏｒｒに保持した。プラズマ処理室１０１内に、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源よりスロット付無終端環状導波管１０８を介して２．５ｋＷの電力を、同時に１３．５６ＭＨｚのラジオ波電源よりラジオ波電極１０９を介して１．２ｋＷの電力を、供給した。かくして、プラズマ処理室１０１内にプラズマを発生させた。この際、プラズマ処理用ガス導入手段１０５を介して導入された酸素ガスはプラズマ処理室１０１内で励起、分解、反応して酸素原子となり、シリコン基板１０２の方向に輸送され、基板１０２上のフォトレジストを酸化し、気化、除去された。
【００４６】
アッシング後、アッシング速度の均一性と基板表面電荷密度、１０００枚処理後のパーティクル発生について評価した。
得られたアッシング速度の均一性は、±３．１％（７．９μｍ／ｍｉｎ）と極めて良好で、表面電荷密度も１．０×１０１１ｃｍ−２と充分低い値を示し、パーティクルも問題なかった。
【００４７】
［実施例３］
図１に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、極薄酸化膜の表面窒化を行った。基体１０２としては、１６Ａ厚表面酸化膜付きシリコン（Ｓｉ）基板（φ８インチ）を使用した。
【００４８】
まず、Ｓｉ基板１０２を支持体１０３上に設置した後、ヒータ１０４を用いて１５０℃まで加熱し、排気系（不図示）を介してプラズマ処理室１０１内を真空排気し、１０−３Ｔｏｒｒまで減圧させた。プラズマ処理用ガス導入手段１０５を介して窒素ガスを５０ｓｃｃｍ、ヘリウムガスを４５０ｓｃｃｍの流量でプラズマ処理室１０１内に導入した。ついで、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、プラズマ処理室１０１内を０．２Ｔｏｒｒに保持した。プラズマ処理室１０１内に、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源よりスロット付無終端環状導波管１０８を介して１．５ｋＷの電力を、同時に１３．５６ＭＨｚのラジオ波電源よりラジオ波電極１０９を介して１．２ｋＷの電力を、供給した。かくして、プラズマ処理室１０１内にプラズマを発生させた。この際、プラズマ処理用ガス導入手段１０５を介して導入された窒素ガスはプラズマ処理室１０１内で励起、分解、反応して窒素イオンや原子となり、シリコン基板１０２の方向に輸送され、基板１０２上の酸化膜表面を窒化した。
【００４９】
窒化後、窒化速度の均一性と基板表面電荷密度、１０００枚処理後のパーティクル発生について評価した。
得られた窒化速度の均一性は、±１．５％と極めて良好で、表面電荷密度も０．９×１０１１ｃｍ−２と充分低い値を示し、パーティクルも問題なかった。
【００５０】
［実施例４］
図１に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、シリコン基板の直接窒化を行った。基体１０２としては、ベアシリコン（Ｓｉ）基板（φ８インチ）を使用した。
【００５１】
まず、Ｓｉ基板１０２を支持体１０３上に設置した後、ヒータ１０４を用いて１５０℃まで加熱し、排気系（不図示）を介してプラズマ処理室１０１内を真空排気し、１０−３Ｔｏｒｒまで減圧させた。プラズマ処理用ガス導入手段１０５を介して窒素ガスを５００ｓｃｃｍの流量でプラズマ処理室１０１内に導入した。ついで、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、プラズマ処理室１０１内を０．１Ｔｏｒｒに保持した。プラズマ処理室１０１内に、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源よりスロット付無終端環状導波管１０８を介して１．５ｋＷの電力を、同時に１３．５６ＭＨｚのラジオ波電源よりラジオ波電極１０９を介して１．２ｋＷの電力を、供給した。かくして、プラズマ処理室１０１内にプラズマを発生させた。この際、プラズマ処理用ガス導入手段１０５を介して導入された窒素ガスはプラズマ処理室１０１内で励起、分解、反応して窒素イオンや原子となり、シリコン基板１０２の方向に輸送され、シリコン基板１０２の表面を直接窒化した。
【００５２】
窒化後、窒化速度の均一性と基板表面電荷密度、１０００枚処理後のパーティクル発生について評価した。
得られた窒化速度の均一性は、±１．１％と極めて良好で、表面電荷密度も１．７×１０１１ｃｍ−２と充分低い値を示し、パーティクルも問題なかった。
【００５３】
［実施例５］
図１に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、半導体素子保護用窒化シリコン膜の形成を行った。基体１０２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φ３００ｍｍＰ型単結晶シリコン基板（面方位〈１００〉、抵抗率１０Ωｃｍ）を使用した。
【００５４】
まず、シリコン基板１０２を支持体１０３上に設置した後、排気系（不図示）を介してプラズマ処理室１０１内を真空排気し、１０−７Ｔｏｒｒの値まで減圧させた。続いてヒータ１０４に通電し、シリコン基板１０２を３００℃に加熱し、該基板をこの温度に保持した。プラズマ処理用ガス導入手段１０５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の流量でプラズマ処理室１０１内に導入した。ついで、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、プラズマ処理室１０１内を２０ｍＴｏｒｒに保持した。ついで、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源（不図示）より３．０ｋＷの電力を、同時に１３．５６ＭＨｚのラジオ波電源より１．２ｋＷの電力を、スロット付無終端環状導波管１０８を介して供給した。かくして、プラズマ処理室１０１内にプラズマを発生させた。この際、プラズマ処理用ガス導入手段１０５を介して導入された窒素ガスはプラズマ処理室１０１内で励起、分解されて窒素原子となり、シリコン基板１０２の方向に輸送され、モノシランガスと反応する。結果、窒化シリコン膜がシリコン基板１０２上に１．０μｍの厚さで形成した。
【００５５】
成膜後、成膜速度の均一性、応力などの膜質、１０００枚処理後のパーティクル発生について評価した。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の均一性は、±２．６％（５３０ｎｍ／ｍｉｎ）と極めて良好であった。また、膜質も応力０．９ｘ１０９ｄｙｎｅ・ｃｍ−２（圧縮）、リーク電流１．１×１０−１０Ａ・ｃｍ−２、絶縁耐圧１０．７ＭＶ／ｃｍの極めて良質な膜であることが確認された。さらに、パーティクルも問題なかった。
【００５６】
［実施例６］
図１に示したマイクロ波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。基体１０２としては、直径５０ｍｍプラスチック凸レンズを使用した。
【００５７】
レンズ１０２を支持体１０３上に設置した後、排気系（不図示）を介してプラズマ処理室１０１内を真空排気し、１０−７Ｔｏｒｒの値まで減圧させた。プラズマ処理用ガス導入手段１０５を介して窒素ガスを１５０ｓｃｃｍの流量で、また、モノシランガスを７０ｓｃｃｍの流量でプラズマ処理室１０１内に導入した。ついで、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、プラズマ処理室１０１内を５ｍＴｏｒｒに保持した。ついで、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源（不図示）より３．０ｋＷの電力を、同時に１３．５６ＭＨｚのラジオ波電源より１．２ｋＷの電力を、スロット付無終端環状導波管１０８を介してプラズマ処理室１０１内に供給した。かくして、プラズマ処理室１０１内にプラズマを発生させた。この際、プラズマ処理用ガス導入手段１０５を介して導入された窒素ガスは、プラズマ処理室１０１内で励起、分解されて窒素原子などの活性種となり、レンズ１０２の方向に輸送され、モノシランガスと反応する。結果、窒化シリコン膜がレンズ１０２上に２０ｎｍの厚さで形成された。
【００５８】
次に、プラズマ処理用ガス導入手段１０５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の流量でプラズマ処理室１０１内に導入した。ついで、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、プラズマ処理室１０１内を２ｍＴｏｒｒに保持した。ついで、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源（不図示）より２．０ｋＷの電力を、同時に１３．５６ＭＨｚのラジオ波電源より１．２ｋＷの電力を、スロット付無終端環状導波管１０８を介してプラズマ処理室１０１内に供給した。かくして、プラズマ処理室１０１内にプラズマを発生させた。この際、プラズマ処理用ガス導入手段１０５を介して導入された酸素ガスは、プラズマ処理室１０１内で励起、分解されて酸素原子などの活性種となり、活性種はレンズ１０２の方向に輸送され、モノシランガスと反応する。結果、酸化シリコン膜がレンズ１０２上に８５ｎｍの厚さで形成された。
【００５９】
成膜後、成膜速度の均一性、反射特性、１０００枚処理後のパーティクル発生について評価した。
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の均一性はそれぞれ±２．７％（３８０ｎｍ／ｍｉｎ）、±２．９％（４１０ｎｍ／ｍｉｎ）と良好で、膜質も、５００ｎｍ付近の反射率が０．１４％と極めて良好な光学特性であることが確認された。また、パーティクルも問題なかった。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施の一形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の模式図である。
【図２】図１の装置におけるラジオ波電極とスロットの位置関係を説明するための図である。
【図３】図１の装置においてマイクロ波導入手段のみを用いた場合の電子密度分布を示す図である。
【図４】図１の装置においてマイクロ波導入手段とラジオ波導入手段の双方を用いた場合の電子密度分布を示す図である。
【図５】従来例のマイクロ波プラズマ処理装置の模式図である。
【図６】図５の装置におけるプラズマ発生原理を説明する図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０１ プラズマ処理室
１０２ 被処理基体
１０３ 支持体
１０４ ヒータ（基板温度調整手段）
１０５ 処理用ガス導入手段
１０６ 排気
１０７ 誘電体窓
１０８ スロット付無終端環状導波管（マイクロ波導入手段）
１０９ ラジオ波電極
１１０ 絶縁体
１１１ マイクロ波導入Ｅ分岐
１１２ 環状導波路
１１３ 管内定在波
１１４ スロット
１１５ 表面波
１１６ 表面定在波
１１７ 発生プラズマ
１１８ プラズマバルク
１２０ ラジオ波電極の開口部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体窓を有する真空容器と、該真空容器内へ前記誘電体窓を透してマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段とを有するプラズマ処理装置であって、
前記真空容器内へ導入されるマイクロ波にラジオ波を重畳するラジオ波重畳手段を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記ラジオ波重畳手段は、前記マイクロ波導入手段と前記誘電体窓との間に設けられ該マイクロ波導入手段とは電気的に絶縁されたラジオ波電極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。
【請求項３】
前記マイクロ波導入手段はスロットアンテナであり、前記ラジオ波電極の、該アンテナのスロットの直下に当る部分は開口されていることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記ラジオ波重畳手段は、前記マイクロ波導入手段に印加されるマイクロ波とは異なる周波数を有するラジオ波を該マイクロ波に重畳して該マイクロ波導入手段に印加する手段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。
【請求項５】
前記ラジオ波の周波数は０．０３〜３００ＭＨｚであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載のプラズマ処理装置を用いるプラズマ処理方法であって、供給するマイクロ波の電力とラジオ波の電力または周波数とを調整することにより、プラズマの空間分布を制御することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれかに記載のプラズマ処理装置を用いるプラズマ処理方法であって、供給するマイクロ波の電力とラジオ波の電力または周波数とを時間的に変化させることにより、プラズマの空間分布を時間的に変化させることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１】
誘電体窓を有する真空容器と、該真空容器内へ前記誘電体窓を透してマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段とを有するプラズマ処理装置であって、
前記真空容器内へ導入されるマイクロ波にラジオ波を重畳するラジオ波重畳手段を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記ラジオ波重畳手段は、前記マイクロ波導入手段と前記誘電体窓との間に設けられ該マイクロ波導入手段とは電気的に絶縁されたラジオ波電極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。
【請求項３】
前記マイクロ波導入手段はスロットアンテナであり、前記ラジオ波電極の、該アンテナのスロットの直下に当る部分は開口されていることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記ラジオ波重畳手段は、前記マイクロ波導入手段に印加されるマイクロ波とは異なる周波数を有するラジオ波を該マイクロ波に重畳して該マイクロ波導入手段に印加する手段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。
【請求項５】
前記ラジオ波の周波数は０．０３〜３００ＭＨｚであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載のプラズマ処理装置を用いるプラズマ処理方法であって、供給するマイクロ波の電力とラジオ波の電力または周波数とを調整することにより、プラズマの空間分布を制御することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれかに記載のプラズマ処理装置を用いるプラズマ処理方法であって、供給するマイクロ波の電力とラジオ波の電力または周波数とを時間的に変化させることにより、プラズマの空間分布を時間的に変化させることを特徴とするプラズマ処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−１８１７１０（Ｐ２００８−１８１７１０Ａ）
【公開日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１２９０２（Ｐ２００７−１２９０２）
【出願日】平成１９年１月２３日（２００７．１．２３）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月２３日（２００７．１．２３）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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