プラズマ処理装置
【課題】 プラズマ生成室１０２と基体１０４の処理室１０３との間にガスの流れを制御する仕切り板１１１を有する装置において仕切り板の交換なしにガスコンダクタンスの変更を行う。
【解決手段】 仕切り板１１１内部に仕切り板を加熱あるいは冷却する手段を設ける。
【解決手段】 仕切り板１１１内部に仕切り板を加熱あるいは冷却する手段を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを利用し、基体表面におけるエッチング、アッシング、成膜、改質等を行うプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プラズマによる半導体製造処理がエッチング、アッシング、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等多くのプロセスに用いられている。これらのプラズマ処理装置の中にはプラズマの生成を行う生成室と、前記生成室において生成されたプラズマによって基体の処理を行う処理室とを、複数の貫通孔があけられた仕切り板により分離した装置があり、例えば特許文献１に提案されている。このような装置では、仕切り板に設けられた貫通孔の穴径や穴の長さおよび穴数に基づいたコンダクタンスにより、プラズマ生成室と基体処理室との間に圧力差が生じる。この圧力差を利用し、例えばＣＶＤ装置では、プラズマ処理室側に導入した前駆体となる原料ガスをプラズマ生成室側に回りこませないようにする方法も提案されている。
【０００３】
また近年、プラズマ処理時に被処理基体へ到達する活性種のフラックスを極少量に制御する処理方法として、被処理基体をプラズマ発生領域よりもガス流の上流に設ける上流（またはアップフロー）プラズマ処理と呼ばれる方法が特許文献２に提案されている。アップフロープラズマ処理法においても活性種のフラックスを一層低く抑える方法として、基体の設置された処理室とプラズマ生成室との間に、複数の貫通孔が設けられた仕切り板を用いる方法が提案されている。この仕切り板のコンダクタンスによって生じる圧力差を利用して活性種の逆拡散を低減し、極低フラックスのプラズマ処理が可能となる。
【０００４】
以下、図８によりダウンフロープラズマ処理装置の例について説明する。
ここで、１０１は処理容器、１０２はプラズマ生成室、１０３は処理室、１０４は被処理基体、１０５は支持手段、１０７はガス導入部、１０８はガス排気部、１０９は高周波電力供給手段、１１０は高周波電力が透過する誘電体、１１１は仕切り板である。
【０００５】
まず、プラズマ処理装置の処理容器１０１内を排気手段（不図示）によりガス排気部１０８を介して十分真空引きする。次に、ガス導入手段（不図示）によりガス導入部１０７を介して所定の流量のガスを生成室１０２内に導入し、排気手段中に設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）により所望の圧力に保持する。続いて、高周波電力供給手段１０９より高周波電力を放射し、誘電体１１０を介して放電を行い生成室１０２内にプラズマを生成する。
【０００６】
仕切り板１１１にはガスが通過するための貫通孔があけられており、プラズマ生成領域において生成されたイオンや中性ラジカルといった活性種は、導入ガスと共に仕切り板１１１を通過し、処理室１０３内に流入する。
仕切り板にあけられた貫通孔をガスが通過する際、仕切り板が有するガスコンダクタンスによって、生成室１０２と処理室１０３との間には圧力差が生じる。この圧力差を利用して例えば生成室１０２と処理室１０３との間の中性ラジカルの移動量を制御することが可能である。
【特許文献１】特開平７−２６３３５３号公報
【特許文献２】特開２００５−１４２２３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで前記の仕切り板のコンダクタンスは、仕切り板上にあけられた貫通孔の穴数、穴径、穴の長さに基づく。このため異なるコンダクタンスを得ようとした場合、穴径や穴数などが異なる別の仕切り板への交換が必要となり、装置の稼働率低下を引き起こす問題があった。
そこで本発明は、仕切り板の交換を行うことなく、コンダクタンスを制御可能な仕切り板を有するプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、プラズマが生成される生成室と被処理基体が配置される処理室とを備える処理容器と、前記生成室と処理室との間を仕切るように設置されるとともに処理用ガスを通過させる貫通孔が開けられた仕切り板とを有するプラズマ処理装置であって、前記仕切り板の温度を調整する温調手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、仕切り板の温度を調整することにより仕切り板のコンダクタンスを制御することができる。したがって、仕切り板の交換無しでコンダクタンス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】
【００１０】
本発明では、プラズマ生成室と基体処理室との間にガスの流れを制御する仕切り板を有するプラズマ処理装置において、仕切り板の温度を調整する温調手段を設ける。仕切り板を加熱または冷却することで処理ガスのコンダクタンスを変更することができる。すなわち、仕切り板の交換なしにガスコンダクタンスの変更を行うことができる。
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態において、前記仕切り板の温度は−２０℃乃至６００℃の範囲内より選ばれる。温調手段としては、前記仕切り板に加熱用の発熱体（ヒータ）を内蔵する。または、前記仕切り板の内部に冷却用の媒質流路を備える。あるいは、処理容器の仕切り板を支持する部分の近傍に、処理容器を冷却する手段（冷却用の媒質流路）を設ける。
前記仕切り板の温度調整は複数のゾーン別に行うことが好ましい。前記複数のゾーンは例えば、同心を有する輪帯状のゾーンに区分する。
前記仕切り板は複数の貫通孔があけられた平板とすることができる。前記仕切り板は３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する材質からなることが好ましい。
【００１２】
本発明は、ダウンフロー処理およびアップフロー処理のいずれを行う場合にも適用可能である。
ダウンフロー処理においては、前記プラズマ処理におけるプロセスガスの導入はプラズマ生成が行われるプラズマ生成室側から行われる。導入されたプロセスガスは、仕切り板を通過した後に被処理基体の配置された処理室に流入し、被処理基体表面を処理した後に装置外に排気される。アップフロー処理においては、前記プラズマ処理におけるプロセスガスの導入は被処理基体の配置された処理室側から行われる。導入されたプロセスガスは、仕切り板を通過した後にプラズマ生成が行われるプラズマ生成室に流入した後に装置外に排気される。
【００１３】
前記プラズマ処理は、例えば、前記被処理基体の表面をエッチング、アッシングもしくは改質する処理、または前記被処理基体の表面に薄膜堆積させる処理である。ここで、前記改質する処理は前記被処理基体の表面を酸化または窒化する処理である。
【００１４】
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から図３を参照して詳細に説明する。図１において、１０１は処理容器、１０２はプラズマ生成室、１０３は処理室、１０４は被処理基体、１０５は支持体、１０７はガス導入部、１０８はガス排気部である。１０９はマイクロ波を処理室に供給するためのマイクロ波供給手段、１１０はマイクロ波が透過する誘電体、１１１は仕切り板、１１２は冷却用の媒質流路である。また、図２において、２０２は貫通孔、２０３はヒータ（加熱手段）、２０４は温調用の媒質流路である。ヒータ２０３および媒質流路２０４は仕切り板１１１を温調する温調手段を構成する。
すなわち、図１の装置は、図８のものに対し、仕切り板１１１内部に設けられた温調手段（ヒータ２０３および媒質流路２０４）を含む温度調整機構と、処理容器１０１を冷却するための媒質流路１１２を設けたものである。
なお、各図面において、共通または対応する部分は同一の符号を付してある。
【００１５】
図示しないマイクロ波発生源は、例えばマグネトロンからなり、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生する。但し、本発明は０．８ＧＨｚから２０ＧＨｚの範囲の中からマイクロ波周波数を適宜選択することができる。マイクロ波発生源からのマイクロ波は、その後図示しないモード変換機によりＴＭ、ＴＥモードなどに変換され導波管内を伝播する。マイクロ波の導波経路には、アイソレータやインピーダンス整合器などが設けられる。アイソレータは、反射されたマイクロ波がマイクロ波発生源に戻ることを防止し、そのような反射波を吸収する。
【００１６】
インピーダンス整合器は、マイクロ波発生源と負荷側とのマッチングをとる機能を果たすものである。このインピーダンス整合器は、マイクロ波発生源から負荷に供給される進行波と、負荷により反射されてマイクロ波発生源に戻ろうとする反射波のそれぞれの強度と位相を検知するパワーメータを有する。また、４Ｅチューナ、ＥＨチューナやスタブチューナ等から構成される。
【００１７】
処理室１０３は、被処理基体１０４を収納して真空または減圧環境下で被処理基体１０４に対しプラズマ処理を施す。なお、図１においては、被処理基体１０４を図示しないロードロック室との間で受け渡すためのゲートバルブなどは省略されている。
【００１８】
被処理基体１０４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、窓などが挙げられる。
【００１９】
被処理基体１０４は支持体１０５に載置される。必要があれば、支持体１０５は高さや温度の調整が可能に構成されてもよい。支持体１０５は処理室１０３に収納され、被処理基体１０４を支持する。
【００２０】
ガス導入部１０７はプラズマ生成室１０２の壁面に設けられ、プラズマ処理用のガスを処理室内に供給する。ガス導入部１０７は、ガス供給手段の一部である。ガス供給手段は、ガス供給源と、バルブと、マスフローコントローラと、これらを接続するガス導入管を含み、マイクロ波により励起されて所定のプラズマを得る為の処理ガスや放電ガスを供給する。プラズマの迅速な着火のために少なくとも着火時にＸｅ、Ａｒ、Ｈｅなどの希ガスを添加してもよい。希ガスは反応性がないので被処理基体１０４に悪影響を及ぼさず、また、電離しやすいのでマイクロ波投入時のプラズマ着火速度を上昇することができる。
【００２１】
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類である。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。
【００２２】
Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２などのＳｉ化合物系薄膜を形成する場合の原料としては、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。さらに、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。
【００２３】
Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａなどの金属薄膜を形成する場合の原料としては、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）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。
【００２４】
Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＴｉＮ、ＷＯ３などの金属化合物薄膜を形成する場合の原料としては、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）がある。ハロゲン化金属としては、ＡｌＣｌ３、ＷＦ６、ＴｉＣｌ３、ＴａＣｌ５などがある。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。
【００２５】
基体表面をエッチングする場合のエッチング用ガスとしては、Ｆ２、ＣＦ４、ＣＨ２Ｆ２、Ｃ２Ｆ６、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。
【００２６】
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置を被処理基体１０４の表面改質に適用する場合、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。
【００２７】
被処理基体１０４を酸化表面処理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、被処理基体１０４を窒化表面処理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。
【００２８】
基体表面の有機物をクリーニングする場合、またはフォトレジストなど被処理基体１０４表面上の有機成分をアッシング除去する場合のクリーニング／アッシング用ガスとしては、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、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。
【００２９】
ガス排気部１０８は、処理室のガス下流側に設けられ、図示しない圧力調整弁、圧力計、真空ポンプおよび制御部と共に圧力調整機構を構成する。すなわち、図示しない制御部は、真空ポンプを運転しながら、処理室１０３の圧力を検出する圧力計が所定の値になるように、処理室１０３の圧力を弁の開き具合で調整する圧力調整弁を制御することによって調節する。圧力調整弁としては、例えば、ＶＡＴ製の圧力調整機能つきゲートバルブやＭＫＳ製排気スロットバルブを用いることができる。この結果、排気部１０８を介して、処理室１０３の内部圧力を処理に適した圧力に制御する。圧力は、好ましくは１３ｍＰａから１３３０Ｐａの範囲、より好ましくは６６５ｍＰａから６６５Ｐａの範囲が適当である。真空ポンプは、例えばドライポンプ、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）等により構成され、図示しないコンダクタンスバルブなどの圧力調整バルブを介して処理室１０３に接続されている。
【００３０】
仕切り板１１１はプラズマ生成室１０２と処理室１０３との間に配置され、複数の貫通孔２０２があけられている。複数の貫通孔の穴径は同一であっても、異なるものであっても良い。また貫通孔の配置は例えば等間隔ピッチの格子状の配置であっても、同心を有する異なる径の円周上に配置であっても良い。仕切り板１１１の内部には仕切り板の温度を調整する温調手段が埋設されている。
【００３１】
温調手段は加熱手段２０３および冷却用の媒質を流通させる流路２０４などから構成された温度調整機構の一部である。温度調整機構は、仕切り板１１１の温度を測定する図示しない温度計と、加熱手段２０３へ電力を供給する電源、冷却用の媒質の循環器および制御部からなる。また温調手段は加熱手段２０３のみで構成されても良い。
【００３２】
仕切り板１１１は、温度調整機構により所定の温度、例えば−２０℃以上６００℃以下に制御される。
仕切り板の温度制御は、例えば図３に示すように同心の輪帯形状を有する複数の区画（輪帯状区画）３０１、３０２，３０３に分けて、それぞれ独立して温度調整を行ってもよい。
【００３３】
仕切り板１１１の材料としては、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。導電性の材料としては、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。絶縁性の材料としては、ＳｉＯ２系の石英や各種ガラス、Ｓｉ３Ｎ４、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＬｉＦ、ＣａＦ２、ＢａＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＭｇＯなどの無機物などが挙げられる。
【００３４】
仕切り板１１１の材料としては熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが望ましい。上記のような熱伝導率を有する材料で仕切り板を形成した場合、温調手段で発生した熱が速やかに伝導し、局所的な温度の偏りを生じにくくするためである。
仕切り板１１１近傍の処理容器１０１壁内には、仕切り板から伝わる熱によって処理容器１０１が過加熱されるのを防ぐための冷却用媒質を流通させる流路１１２が設けられる。冷却用の媒質としては例えば純水やエチレングリコール、フロリナートなどが挙げられ、外部冷凍機で例えば室温など一定温度に冷却されたものを流通させるのが好ましい。
【００３５】
プラズマ処理は以下のようにして行う。まず、プラズマ処理装置の処理容器１０１内を排気手段（不図示）によりガス排気部１０８を介して十分真空引きする。次に、ガス導入手段（不図示）によりガス導入部１０７を介して所定の流量のガスをプラズマ生成室１０２内に導入し、排気手段中に設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）により処理室１０３内を所望の圧力に保持する。さらに仕切り板１１１の温度を温調手段によって所望の温度に保持する。
【００３６】
加熱手段２０３によって加熱された仕切り板１１１をガスが通過する際、ガスは仕切り板からの加熱を受けるため体積膨張する。このため仕切り板１１１の温度が高くなればなるほどガスは流れにくくなりコンダクタンスは低下する。また、プラズマ生成室１０２と処理室１０３との間に生じる圧力差は大きくなる。
以上のように、従来装置では所望のコンダクタンスを得るために穴径、穴数の異なる仕切り板への交換が必要であったものが、本発明においては仕切り板１１１の温度を調整することで所望のコンダクタンスを得ることが可能となる。
【実施例】
【００３７】
以下実施例を挙げて本発明の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４は本発明の第１の実施例に係るプラズマ処理装置の個性を示す。図４において、１０１処理容器、１０２はプラズマの生成室、１０３は処理室、１０４は被処理基体(基板）、１０５は支持台（支持体）、１０６はヒータ、１０７はガス導入部、１０８はガス排気部、１１１は仕切り板、１１２は冷却用の媒質流路である。
【００３８】
処理容器１０１の材質はアルミニウム合金製で、内径は３５０ｍｍである。仕切り板１１１は厚さが１０ｍｍのアルミニウム製であり、内部にヒータが埋設されている。また仕切り板１１１には開口径１．５ｍｍの貫通孔が２８８個あけられている。媒質流路１１２には処理容器１０１を冷却するため、装置外部の冷凍機（不図示）において室温に冷却保持された水が循環している。
【００３９】
まず排気系（不図示）を介して処理容器１０１内を真空排気し、１０−２Ｐａの値まで減圧させた。続いてガス導入部１０７を介して窒素ガスを１５００ｓｃｃｍの流量で生成室１０２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、処理室１０３内を４００Ｐａに保持した。
次に仕切り板１１１に内蔵されたヒータに電力を供給し、仕切り板の温度を２０℃から３００℃まで加熱した。
【００４０】
このとき生成室１０２の圧力を圧力計（不図示）で測定し、処理室１０３との圧力差を調べた。その結果、図５に示すように仕切り板１１１の温度が上昇するにつれて、生成室１０２と処理室１０３との圧力差は大きくなった。このときコンダクタンスは図６のように変化する。仕切り板温度３００℃におけるコンダクタンスは、２０℃におけるコンダクタンスの約半分の０．０６ｍ３／ｓであった。これは仕切り板１１１の貫通孔の穴数を約半分の１４４穴に減らしたものを使用したときに得られるコンダクタンスとほぼ同等の結果であった。
【００４１】
［実施例２］
図４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処理を行った。ここで１０９はスロット付き無終端環状導波管（マイクロ波供給手段）、１１０は誘電体（または誘電体窓）である。
基体１０４は、φ１２”Ｐ型単結晶シリコン基板であり、その表面にフォトレジストを塗布し、さらにイオン注入したものを使用した。誘電体１１０の材質は窒化アルミニウム製のものを用いた。
【００４２】
まず、シリコン基板１０４を基体支持台１０５上に設置した後、排気系（不図示）を介して処理室１０３内を真空排気し、１０−２Ｐａの値まで減圧させた。次にヒータ１０６に通電し、シリコン基板１０４を２８０℃に加熱、保持した。続いて仕切り板１１１に内蔵されたヒータに電力を供給し、仕切り板の温度を１００℃まで加熱した。さらにガス導入部１０７を介して酸素ガスを１０００ｓｃｃｍの流量で生成室１０２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、処理室１０３内を２６Ｐａに保持した。ついで、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源（不図示）より２ｋＷの電力をスロット付無終端環状導波管１０９を介して供給し、表面波プラズマを発生させ６０秒間アッシング処理を行った。
アッシング前後の膜厚変化からアッシングレートを測定したところ２．７μｍ／ｍｉｎであった。
【００４３】
次に仕切り板１１１の温度を３００℃にした条件で、同様の処理を別の基板対して行った。このときのアッシングレートを測定したところ２．１μｍ／ｍｉｎであった。
【００４４】
［実施例３］
図４に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、半導体基体の酸化および窒化処理を行った。基体１０４は、φ１２”Ｐ型単結晶シリコン基板であり、ＲＣＡ洗浄により表面の自然酸化膜や重金属不純物などを除去したものを使用した。誘電体窓１１０の材質は石英製のものを用いた。仕切り板１１１は厚さが１０ｍｍのシリコン製であり、内部にヒータが埋設されている。また仕切り板には開口径２ｍｍの貫通孔が４９個あけられている。
【００４５】
まず、シリコン基板１０４を基体支持台１０５上に設置した後、排気系を介して処理室１０３内を真空排気し、１０−２Ｐａの値まで減圧させた。続いてヒータ１０６に通電し、シリコン基板１０４を２８０℃に加熱、保持した。続いて仕切り板１１１に内蔵されたヒータに電力を供給し、仕切り板の温度を１００℃まで加熱した。さらにガス導入部１０７を介して酸素ガスを５００ｓｃｃｍの流量で生成室１０２内に導入した。ついで、排気系に設けられたコンダクタンスバルブを調整し、処理室１０３内を１３３Ｐａに保持した。
【００４６】
ついで、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より３ｋＷの電力をスロット付無終端環状導波管１０９を介して供給し、表面波プラズマを発生させ１２０秒間酸化処理を行った。次に一旦マイクロ波の供給及びガス導入を停止し、処理室１０３内を真空排気し、１０−２Ｐａの値まで減圧した。続いてガス導入部１０７を介して窒素ガスを５００ｓｃｃｍの流量で生成室１０２内に導入した。ついで、コンダクタンスバルブを調整し、処理室１０３内を１３３Ｐａに保持した。ついで、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より３ｋＷの電力をスロット付無終端環状導波管１０９を介して供給し、表面波プラズマを発生させ６０秒間窒化処理を行った。
【００４７】
処理終了後シリコン基板１０４上に形成された酸窒化膜の膜厚と窒素の面密度をＸＰＳにより測定した。その結果膜厚は２．４ｎｍ、窒素の面密度は８．２×１０１４原子／ｃｍ２であった。
【００４８】
次に窒化処理の際のみ仕切り板１１１の温度を３００℃にした条件で、同様の処理を別の基板に対して行った。処理終了後シリコン基板１０４上に形成された酸窒化膜の膜厚と窒素の面密度をＸＰＳにより測定した。その結果膜厚は２．３ｎｍ、窒素の面密度は３．５×１０１４原子／ｃｍ２であった。
【００４９】
［実施例４］
図７に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、半導体基体の酸化処理を行った。基体１０４は、φ１２”Ｐ型単結晶シリコン基板であり、ＲＣＡ洗浄により表面の自然酸化膜や重金属不純物などを除去したものを使用した。誘電体窓１１０の材質は石英製のものを用いた。仕切り板１１１は厚さが１０ｍｍのシリコン製であり、内部にヒータが埋設されている。また仕切り板には開口径２ｍｍの貫通孔が４９個あけられている。図４に示す装置との相違は図４のガス導入部１０７とガス排気部１０８の位置が、図７ではガス導入部７０７とガス排気部７０８のように反対になっていることである。すなわち、図４の装置では、ダウンフロープラズマ処理を行うのに対し、図７の装置では、アップフロープラズマ処理を行う。
【００５０】
図７の装置において、まず、シリコン基板１０４を基体支持台１０５上に設置した後、排気系を介して処理室１０３内を真空排気し、１０−２Ｐａの値まで減圧させた。続いてヒータ１０６に通電し、シリコン基板１０４を２８０℃に加熱、保持した。続いて仕切り板１１１に内蔵されたヒータに電力を供給し、仕切り板の温度を１００℃まで加熱した。さらにガス導入部７０７を介して酸素ガスを１０００ｓｃｃｍの流量で反応室（処理室）１０３内に導入した。
【００５１】
ついで、排気系に設けられたコンダクタンスバルブを調整し、反応室１０３内を４００Ｐａに保持した。ついで、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より３ｋＷの電力をスロット付無終端環状導波管１０９を介して供給し、表面波プラズマを発生させ６０秒間酸化処理を行った。
処理終了後シリコン基板１０４上に形成された酸化膜厚をエリプソメータにより測定したところ、平均膜厚は１．６ｎｍ、面内均一性は±１．９％であった。
【００５２】
次に仕切り板１１１の温度を３００℃にした条件で、同様の処理を別の基板対して行った。処理終了後シリコン基板１０４上に形成された酸化膜厚をエリプソメータにより測定したところ、平均膜厚は１．０ｎｍ、面内均一性は±２．２％であった。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の仕切り板を使用するプラズマ処理装置の概略断面図である。
【図２】図１に示すプラズマ処理装置が使用する仕切り板の貫通孔と温度調整手段構造を示す概略部分拡大図である。
【図３】図１に示すプラズマ処理装置が使用する仕切り板の貫通孔の配置と温度制御区画を示す概略部分拡大図である。
【図４】図１に示すプラズマ処理装置がマイクロ波供給手段としてスロット付き無終端環状導波管を使用する例を示す概略断面図である。
【図５】図４に示すプラズマ処理装置に使用する仕切り板の温度変化に対する生成室と反応室の間の圧力差の変化を示す図である。
【図６】図４に示すプラズマ処理装置に使用する仕切り板の温度変化に対するコンダクタンスの変化を示す図である。
【図７】図１に示すプラズマ処理装置が反応室からガスを導入し生成室から排気しながら処理を行う例を示す概略断面図である。
【図８】従来の仕切り板を使用するプラズマ処理装置例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０１ 処理容器
１０２ プラズマ生成室
１０３ 処理室（反応室）
１０４ 基板（被処理基体）
１０７、７０７ ガス導入部
１０８、７０８ ガス排気部
１０９ 無終端環状導波管（マイクロ波供給手段）
１１０ 誘電体（誘電体窓）
１１１ 仕切り板
１１２ 冷却用の媒質流路
２０２ 貫通孔
２０３ 温調手段を構成するヒータ（加熱手段）
２０４ 温調手段を構成する冷却用媒質流路
３０１、３０２、３０３ 輪帯状区画
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを利用し、基体表面におけるエッチング、アッシング、成膜、改質等を行うプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プラズマによる半導体製造処理がエッチング、アッシング、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等多くのプロセスに用いられている。これらのプラズマ処理装置の中にはプラズマの生成を行う生成室と、前記生成室において生成されたプラズマによって基体の処理を行う処理室とを、複数の貫通孔があけられた仕切り板により分離した装置があり、例えば特許文献１に提案されている。このような装置では、仕切り板に設けられた貫通孔の穴径や穴の長さおよび穴数に基づいたコンダクタンスにより、プラズマ生成室と基体処理室との間に圧力差が生じる。この圧力差を利用し、例えばＣＶＤ装置では、プラズマ処理室側に導入した前駆体となる原料ガスをプラズマ生成室側に回りこませないようにする方法も提案されている。
【０００３】
また近年、プラズマ処理時に被処理基体へ到達する活性種のフラックスを極少量に制御する処理方法として、被処理基体をプラズマ発生領域よりもガス流の上流に設ける上流（またはアップフロー）プラズマ処理と呼ばれる方法が特許文献２に提案されている。アップフロープラズマ処理法においても活性種のフラックスを一層低く抑える方法として、基体の設置された処理室とプラズマ生成室との間に、複数の貫通孔が設けられた仕切り板を用いる方法が提案されている。この仕切り板のコンダクタンスによって生じる圧力差を利用して活性種の逆拡散を低減し、極低フラックスのプラズマ処理が可能となる。
【０００４】
以下、図８によりダウンフロープラズマ処理装置の例について説明する。
ここで、１０１は処理容器、１０２はプラズマ生成室、１０３は処理室、１０４は被処理基体、１０５は支持手段、１０７はガス導入部、１０８はガス排気部、１０９は高周波電力供給手段、１１０は高周波電力が透過する誘電体、１１１は仕切り板である。
【０００５】
まず、プラズマ処理装置の処理容器１０１内を排気手段（不図示）によりガス排気部１０８を介して十分真空引きする。次に、ガス導入手段（不図示）によりガス導入部１０７を介して所定の流量のガスを生成室１０２内に導入し、排気手段中に設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）により所望の圧力に保持する。続いて、高周波電力供給手段１０９より高周波電力を放射し、誘電体１１０を介して放電を行い生成室１０２内にプラズマを生成する。
【０００６】
仕切り板１１１にはガスが通過するための貫通孔があけられており、プラズマ生成領域において生成されたイオンや中性ラジカルといった活性種は、導入ガスと共に仕切り板１１１を通過し、処理室１０３内に流入する。
仕切り板にあけられた貫通孔をガスが通過する際、仕切り板が有するガスコンダクタンスによって、生成室１０２と処理室１０３との間には圧力差が生じる。この圧力差を利用して例えば生成室１０２と処理室１０３との間の中性ラジカルの移動量を制御することが可能である。
【特許文献１】特開平７−２６３３５３号公報
【特許文献２】特開２００５−１４２２３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで前記の仕切り板のコンダクタンスは、仕切り板上にあけられた貫通孔の穴数、穴径、穴の長さに基づく。このため異なるコンダクタンスを得ようとした場合、穴径や穴数などが異なる別の仕切り板への交換が必要となり、装置の稼働率低下を引き起こす問題があった。
そこで本発明は、仕切り板の交換を行うことなく、コンダクタンスを制御可能な仕切り板を有するプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、プラズマが生成される生成室と被処理基体が配置される処理室とを備える処理容器と、前記生成室と処理室との間を仕切るように設置されるとともに処理用ガスを通過させる貫通孔が開けられた仕切り板とを有するプラズマ処理装置であって、前記仕切り板の温度を調整する温調手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、仕切り板の温度を調整することにより仕切り板のコンダクタンスを制御することができる。したがって、仕切り板の交換無しでコンダクタンス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】
【００１０】
本発明では、プラズマ生成室と基体処理室との間にガスの流れを制御する仕切り板を有するプラズマ処理装置において、仕切り板の温度を調整する温調手段を設ける。仕切り板を加熱または冷却することで処理ガスのコンダクタンスを変更することができる。すなわち、仕切り板の交換なしにガスコンダクタンスの変更を行うことができる。
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態において、前記仕切り板の温度は−２０℃乃至６００℃の範囲内より選ばれる。温調手段としては、前記仕切り板に加熱用の発熱体（ヒータ）を内蔵する。または、前記仕切り板の内部に冷却用の媒質流路を備える。あるいは、処理容器の仕切り板を支持する部分の近傍に、処理容器を冷却する手段（冷却用の媒質流路）を設ける。
前記仕切り板の温度調整は複数のゾーン別に行うことが好ましい。前記複数のゾーンは例えば、同心を有する輪帯状のゾーンに区分する。
前記仕切り板は複数の貫通孔があけられた平板とすることができる。前記仕切り板は３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する材質からなることが好ましい。
【００１２】
本発明は、ダウンフロー処理およびアップフロー処理のいずれを行う場合にも適用可能である。
ダウンフロー処理においては、前記プラズマ処理におけるプロセスガスの導入はプラズマ生成が行われるプラズマ生成室側から行われる。導入されたプロセスガスは、仕切り板を通過した後に被処理基体の配置された処理室に流入し、被処理基体表面を処理した後に装置外に排気される。アップフロー処理においては、前記プラズマ処理におけるプロセスガスの導入は被処理基体の配置された処理室側から行われる。導入されたプロセスガスは、仕切り板を通過した後にプラズマ生成が行われるプラズマ生成室に流入した後に装置外に排気される。
【００１３】
前記プラズマ処理は、例えば、前記被処理基体の表面をエッチング、アッシングもしくは改質する処理、または前記被処理基体の表面に薄膜堆積させる処理である。ここで、前記改質する処理は前記被処理基体の表面を酸化または窒化する処理である。
【００１４】
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から図３を参照して詳細に説明する。図１において、１０１は処理容器、１０２はプラズマ生成室、１０３は処理室、１０４は被処理基体、１０５は支持体、１０７はガス導入部、１０８はガス排気部である。１０９はマイクロ波を処理室に供給するためのマイクロ波供給手段、１１０はマイクロ波が透過する誘電体、１１１は仕切り板、１１２は冷却用の媒質流路である。また、図２において、２０２は貫通孔、２０３はヒータ（加熱手段）、２０４は温調用の媒質流路である。ヒータ２０３および媒質流路２０４は仕切り板１１１を温調する温調手段を構成する。
すなわち、図１の装置は、図８のものに対し、仕切り板１１１内部に設けられた温調手段（ヒータ２０３および媒質流路２０４）を含む温度調整機構と、処理容器１０１を冷却するための媒質流路１１２を設けたものである。
なお、各図面において、共通または対応する部分は同一の符号を付してある。
【００１５】
図示しないマイクロ波発生源は、例えばマグネトロンからなり、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生する。但し、本発明は０．８ＧＨｚから２０ＧＨｚの範囲の中からマイクロ波周波数を適宜選択することができる。マイクロ波発生源からのマイクロ波は、その後図示しないモード変換機によりＴＭ、ＴＥモードなどに変換され導波管内を伝播する。マイクロ波の導波経路には、アイソレータやインピーダンス整合器などが設けられる。アイソレータは、反射されたマイクロ波がマイクロ波発生源に戻ることを防止し、そのような反射波を吸収する。
【００１６】
インピーダンス整合器は、マイクロ波発生源と負荷側とのマッチングをとる機能を果たすものである。このインピーダンス整合器は、マイクロ波発生源から負荷に供給される進行波と、負荷により反射されてマイクロ波発生源に戻ろうとする反射波のそれぞれの強度と位相を検知するパワーメータを有する。また、４Ｅチューナ、ＥＨチューナやスタブチューナ等から構成される。
【００１７】
処理室１０３は、被処理基体１０４を収納して真空または減圧環境下で被処理基体１０４に対しプラズマ処理を施す。なお、図１においては、被処理基体１０４を図示しないロードロック室との間で受け渡すためのゲートバルブなどは省略されている。
【００１８】
被処理基体１０４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、窓などが挙げられる。
【００１９】
被処理基体１０４は支持体１０５に載置される。必要があれば、支持体１０５は高さや温度の調整が可能に構成されてもよい。支持体１０５は処理室１０３に収納され、被処理基体１０４を支持する。
【００２０】
ガス導入部１０７はプラズマ生成室１０２の壁面に設けられ、プラズマ処理用のガスを処理室内に供給する。ガス導入部１０７は、ガス供給手段の一部である。ガス供給手段は、ガス供給源と、バルブと、マスフローコントローラと、これらを接続するガス導入管を含み、マイクロ波により励起されて所定のプラズマを得る為の処理ガスや放電ガスを供給する。プラズマの迅速な着火のために少なくとも着火時にＸｅ、Ａｒ、Ｈｅなどの希ガスを添加してもよい。希ガスは反応性がないので被処理基体１０４に悪影響を及ぼさず、また、電離しやすいのでマイクロ波投入時のプラズマ着火速度を上昇することができる。
【００２１】
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類である。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。
【００２２】
Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２などのＳｉ化合物系薄膜を形成する場合の原料としては、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。さらに、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。
【００２３】
Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａなどの金属薄膜を形成する場合の原料としては、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）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。
【００２４】
Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＴｉＮ、ＷＯ３などの金属化合物薄膜を形成する場合の原料としては、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）がある。ハロゲン化金属としては、ＡｌＣｌ３、ＷＦ６、ＴｉＣｌ３、ＴａＣｌ５などがある。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。
【００２５】
基体表面をエッチングする場合のエッチング用ガスとしては、Ｆ２、ＣＦ４、ＣＨ２Ｆ２、Ｃ２Ｆ６、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。
【００２６】
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置を被処理基体１０４の表面改質に適用する場合、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。
【００２７】
被処理基体１０４を酸化表面処理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、被処理基体１０４を窒化表面処理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。
【００２８】
基体表面の有機物をクリーニングする場合、またはフォトレジストなど被処理基体１０４表面上の有機成分をアッシング除去する場合のクリーニング／アッシング用ガスとしては、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、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。
【００２９】
ガス排気部１０８は、処理室のガス下流側に設けられ、図示しない圧力調整弁、圧力計、真空ポンプおよび制御部と共に圧力調整機構を構成する。すなわち、図示しない制御部は、真空ポンプを運転しながら、処理室１０３の圧力を検出する圧力計が所定の値になるように、処理室１０３の圧力を弁の開き具合で調整する圧力調整弁を制御することによって調節する。圧力調整弁としては、例えば、ＶＡＴ製の圧力調整機能つきゲートバルブやＭＫＳ製排気スロットバルブを用いることができる。この結果、排気部１０８を介して、処理室１０３の内部圧力を処理に適した圧力に制御する。圧力は、好ましくは１３ｍＰａから１３３０Ｐａの範囲、より好ましくは６６５ｍＰａから６６５Ｐａの範囲が適当である。真空ポンプは、例えばドライポンプ、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）等により構成され、図示しないコンダクタンスバルブなどの圧力調整バルブを介して処理室１０３に接続されている。
【００３０】
仕切り板１１１はプラズマ生成室１０２と処理室１０３との間に配置され、複数の貫通孔２０２があけられている。複数の貫通孔の穴径は同一であっても、異なるものであっても良い。また貫通孔の配置は例えば等間隔ピッチの格子状の配置であっても、同心を有する異なる径の円周上に配置であっても良い。仕切り板１１１の内部には仕切り板の温度を調整する温調手段が埋設されている。
【００３１】
温調手段は加熱手段２０３および冷却用の媒質を流通させる流路２０４などから構成された温度調整機構の一部である。温度調整機構は、仕切り板１１１の温度を測定する図示しない温度計と、加熱手段２０３へ電力を供給する電源、冷却用の媒質の循環器および制御部からなる。また温調手段は加熱手段２０３のみで構成されても良い。
【００３２】
仕切り板１１１は、温度調整機構により所定の温度、例えば−２０℃以上６００℃以下に制御される。
仕切り板の温度制御は、例えば図３に示すように同心の輪帯形状を有する複数の区画（輪帯状区画）３０１、３０２，３０３に分けて、それぞれ独立して温度調整を行ってもよい。
【００３３】
仕切り板１１１の材料としては、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。導電性の材料としては、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。絶縁性の材料としては、ＳｉＯ２系の石英や各種ガラス、Ｓｉ３Ｎ４、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＬｉＦ、ＣａＦ２、ＢａＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＭｇＯなどの無機物などが挙げられる。
【００３４】
仕切り板１１１の材料としては熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが望ましい。上記のような熱伝導率を有する材料で仕切り板を形成した場合、温調手段で発生した熱が速やかに伝導し、局所的な温度の偏りを生じにくくするためである。
仕切り板１１１近傍の処理容器１０１壁内には、仕切り板から伝わる熱によって処理容器１０１が過加熱されるのを防ぐための冷却用媒質を流通させる流路１１２が設けられる。冷却用の媒質としては例えば純水やエチレングリコール、フロリナートなどが挙げられ、外部冷凍機で例えば室温など一定温度に冷却されたものを流通させるのが好ましい。
【００３５】
プラズマ処理は以下のようにして行う。まず、プラズマ処理装置の処理容器１０１内を排気手段（不図示）によりガス排気部１０８を介して十分真空引きする。次に、ガス導入手段（不図示）によりガス導入部１０７を介して所定の流量のガスをプラズマ生成室１０２内に導入し、排気手段中に設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）により処理室１０３内を所望の圧力に保持する。さらに仕切り板１１１の温度を温調手段によって所望の温度に保持する。
【００３６】
加熱手段２０３によって加熱された仕切り板１１１をガスが通過する際、ガスは仕切り板からの加熱を受けるため体積膨張する。このため仕切り板１１１の温度が高くなればなるほどガスは流れにくくなりコンダクタンスは低下する。また、プラズマ生成室１０２と処理室１０３との間に生じる圧力差は大きくなる。
以上のように、従来装置では所望のコンダクタンスを得るために穴径、穴数の異なる仕切り板への交換が必要であったものが、本発明においては仕切り板１１１の温度を調整することで所望のコンダクタンスを得ることが可能となる。
【実施例】
【００３７】
以下実施例を挙げて本発明の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４は本発明の第１の実施例に係るプラズマ処理装置の個性を示す。図４において、１０１処理容器、１０２はプラズマの生成室、１０３は処理室、１０４は被処理基体(基板）、１０５は支持台（支持体）、１０６はヒータ、１０７はガス導入部、１０８はガス排気部、１１１は仕切り板、１１２は冷却用の媒質流路である。
【００３８】
処理容器１０１の材質はアルミニウム合金製で、内径は３５０ｍｍである。仕切り板１１１は厚さが１０ｍｍのアルミニウム製であり、内部にヒータが埋設されている。また仕切り板１１１には開口径１．５ｍｍの貫通孔が２８８個あけられている。媒質流路１１２には処理容器１０１を冷却するため、装置外部の冷凍機（不図示）において室温に冷却保持された水が循環している。
【００３９】
まず排気系（不図示）を介して処理容器１０１内を真空排気し、１０−２Ｐａの値まで減圧させた。続いてガス導入部１０７を介して窒素ガスを１５００ｓｃｃｍの流量で生成室１０２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、処理室１０３内を４００Ｐａに保持した。
次に仕切り板１１１に内蔵されたヒータに電力を供給し、仕切り板の温度を２０℃から３００℃まで加熱した。
【００４０】
このとき生成室１０２の圧力を圧力計（不図示）で測定し、処理室１０３との圧力差を調べた。その結果、図５に示すように仕切り板１１１の温度が上昇するにつれて、生成室１０２と処理室１０３との圧力差は大きくなった。このときコンダクタンスは図６のように変化する。仕切り板温度３００℃におけるコンダクタンスは、２０℃におけるコンダクタンスの約半分の０．０６ｍ３／ｓであった。これは仕切り板１１１の貫通孔の穴数を約半分の１４４穴に減らしたものを使用したときに得られるコンダクタンスとほぼ同等の結果であった。
【００４１】
［実施例２］
図４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処理を行った。ここで１０９はスロット付き無終端環状導波管（マイクロ波供給手段）、１１０は誘電体（または誘電体窓）である。
基体１０４は、φ１２”Ｐ型単結晶シリコン基板であり、その表面にフォトレジストを塗布し、さらにイオン注入したものを使用した。誘電体１１０の材質は窒化アルミニウム製のものを用いた。
【００４２】
まず、シリコン基板１０４を基体支持台１０５上に設置した後、排気系（不図示）を介して処理室１０３内を真空排気し、１０−２Ｐａの値まで減圧させた。次にヒータ１０６に通電し、シリコン基板１０４を２８０℃に加熱、保持した。続いて仕切り板１１１に内蔵されたヒータに電力を供給し、仕切り板の温度を１００℃まで加熱した。さらにガス導入部１０７を介して酸素ガスを１０００ｓｃｃｍの流量で生成室１０２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、処理室１０３内を２６Ｐａに保持した。ついで、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源（不図示）より２ｋＷの電力をスロット付無終端環状導波管１０９を介して供給し、表面波プラズマを発生させ６０秒間アッシング処理を行った。
アッシング前後の膜厚変化からアッシングレートを測定したところ２．７μｍ／ｍｉｎであった。
【００４３】
次に仕切り板１１１の温度を３００℃にした条件で、同様の処理を別の基板対して行った。このときのアッシングレートを測定したところ２．１μｍ／ｍｉｎであった。
【００４４】
［実施例３］
図４に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、半導体基体の酸化および窒化処理を行った。基体１０４は、φ１２”Ｐ型単結晶シリコン基板であり、ＲＣＡ洗浄により表面の自然酸化膜や重金属不純物などを除去したものを使用した。誘電体窓１１０の材質は石英製のものを用いた。仕切り板１１１は厚さが１０ｍｍのシリコン製であり、内部にヒータが埋設されている。また仕切り板には開口径２ｍｍの貫通孔が４９個あけられている。
【００４５】
まず、シリコン基板１０４を基体支持台１０５上に設置した後、排気系を介して処理室１０３内を真空排気し、１０−２Ｐａの値まで減圧させた。続いてヒータ１０６に通電し、シリコン基板１０４を２８０℃に加熱、保持した。続いて仕切り板１１１に内蔵されたヒータに電力を供給し、仕切り板の温度を１００℃まで加熱した。さらにガス導入部１０７を介して酸素ガスを５００ｓｃｃｍの流量で生成室１０２内に導入した。ついで、排気系に設けられたコンダクタンスバルブを調整し、処理室１０３内を１３３Ｐａに保持した。
【００４６】
ついで、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より３ｋＷの電力をスロット付無終端環状導波管１０９を介して供給し、表面波プラズマを発生させ１２０秒間酸化処理を行った。次に一旦マイクロ波の供給及びガス導入を停止し、処理室１０３内を真空排気し、１０−２Ｐａの値まで減圧した。続いてガス導入部１０７を介して窒素ガスを５００ｓｃｃｍの流量で生成室１０２内に導入した。ついで、コンダクタンスバルブを調整し、処理室１０３内を１３３Ｐａに保持した。ついで、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より３ｋＷの電力をスロット付無終端環状導波管１０９を介して供給し、表面波プラズマを発生させ６０秒間窒化処理を行った。
【００４７】
処理終了後シリコン基板１０４上に形成された酸窒化膜の膜厚と窒素の面密度をＸＰＳにより測定した。その結果膜厚は２．４ｎｍ、窒素の面密度は８．２×１０１４原子／ｃｍ２であった。
【００４８】
次に窒化処理の際のみ仕切り板１１１の温度を３００℃にした条件で、同様の処理を別の基板に対して行った。処理終了後シリコン基板１０４上に形成された酸窒化膜の膜厚と窒素の面密度をＸＰＳにより測定した。その結果膜厚は２．３ｎｍ、窒素の面密度は３．５×１０１４原子／ｃｍ２であった。
【００４９】
［実施例４］
図７に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、半導体基体の酸化処理を行った。基体１０４は、φ１２”Ｐ型単結晶シリコン基板であり、ＲＣＡ洗浄により表面の自然酸化膜や重金属不純物などを除去したものを使用した。誘電体窓１１０の材質は石英製のものを用いた。仕切り板１１１は厚さが１０ｍｍのシリコン製であり、内部にヒータが埋設されている。また仕切り板には開口径２ｍｍの貫通孔が４９個あけられている。図４に示す装置との相違は図４のガス導入部１０７とガス排気部１０８の位置が、図７ではガス導入部７０７とガス排気部７０８のように反対になっていることである。すなわち、図４の装置では、ダウンフロープラズマ処理を行うのに対し、図７の装置では、アップフロープラズマ処理を行う。
【００５０】
図７の装置において、まず、シリコン基板１０４を基体支持台１０５上に設置した後、排気系を介して処理室１０３内を真空排気し、１０−２Ｐａの値まで減圧させた。続いてヒータ１０６に通電し、シリコン基板１０４を２８０℃に加熱、保持した。続いて仕切り板１１１に内蔵されたヒータに電力を供給し、仕切り板の温度を１００℃まで加熱した。さらにガス導入部７０７を介して酸素ガスを１０００ｓｃｃｍの流量で反応室（処理室）１０３内に導入した。
【００５１】
ついで、排気系に設けられたコンダクタンスバルブを調整し、反応室１０３内を４００Ｐａに保持した。ついで、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より３ｋＷの電力をスロット付無終端環状導波管１０９を介して供給し、表面波プラズマを発生させ６０秒間酸化処理を行った。
処理終了後シリコン基板１０４上に形成された酸化膜厚をエリプソメータにより測定したところ、平均膜厚は１．６ｎｍ、面内均一性は±１．９％であった。
【００５２】
次に仕切り板１１１の温度を３００℃にした条件で、同様の処理を別の基板対して行った。処理終了後シリコン基板１０４上に形成された酸化膜厚をエリプソメータにより測定したところ、平均膜厚は１．０ｎｍ、面内均一性は±２．２％であった。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の仕切り板を使用するプラズマ処理装置の概略断面図である。
【図２】図１に示すプラズマ処理装置が使用する仕切り板の貫通孔と温度調整手段構造を示す概略部分拡大図である。
【図３】図１に示すプラズマ処理装置が使用する仕切り板の貫通孔の配置と温度制御区画を示す概略部分拡大図である。
【図４】図１に示すプラズマ処理装置がマイクロ波供給手段としてスロット付き無終端環状導波管を使用する例を示す概略断面図である。
【図５】図４に示すプラズマ処理装置に使用する仕切り板の温度変化に対する生成室と反応室の間の圧力差の変化を示す図である。
【図６】図４に示すプラズマ処理装置に使用する仕切り板の温度変化に対するコンダクタンスの変化を示す図である。
【図７】図１に示すプラズマ処理装置が反応室からガスを導入し生成室から排気しながら処理を行う例を示す概略断面図である。
【図８】従来の仕切り板を使用するプラズマ処理装置例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０１ 処理容器
１０２ プラズマ生成室
１０３ 処理室（反応室）
１０４ 基板（被処理基体）
１０７、７０７ ガス導入部
１０８、７０８ ガス排気部
１０９ 無終端環状導波管（マイクロ波供給手段）
１１０ 誘電体（誘電体窓）
１１１ 仕切り板
１１２ 冷却用の媒質流路
２０２ 貫通孔
２０３ 温調手段を構成するヒータ（加熱手段）
２０４ 温調手段を構成する冷却用媒質流路
３０１、３０２、３０３ 輪帯状区画
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマが生成される生成室と被処理基体が配置される処理室とを備える処理容器と、前記生成室と処理室との間を仕切るように設置されるとともに処理用ガスを通過させる貫通孔が開けられた仕切り板とを有するプラズマ処理装置であって、
前記仕切り板の温度を調整する温調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】
前記温調手段は、前記仕切り板の温度を−２０℃乃至６００℃の範囲内より選ばれる温度に調整す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】
前記温調手段は、前記仕切り板に内蔵され前記仕切り板を加熱する発熱体を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記温調手段は、前記処理容器の前記仕切り板を支持する部分の近傍に前記仕切り板を冷却する手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記仕切り板は内部に冷却用の媒質流路を備え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】
前記仕切り板の温度調整は複数のゾーン別に行われることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記複数のゾーンは同心を有する輪帯状の区画からなることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記仕切り板は複数の貫通孔があけられた平板であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記仕切り板は３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する材質からなることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記生成室側からプロセスガスを導入する手段と、前記仕切り板を通過して被処理基体の配置された前記処理室に流入し該被処理基体の表面を処理した後のガスを排気する手段とを有し、前記被処理基体をダウンフロー処理することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
被処理基体の配置された処理室側からプロセスガスを導入する手段と、前記仕切り板を通過してプラズマ生成室に流入した後のガスを排気する手段とを有し、前記被処理基体をアップフロー処理することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記プラズマ処理は、前記被処理基体の表面をエッチング、アッシングもしくは改質する処理、または前記被処理基体の表面に薄膜堆積させる処理であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記改質する処理は前記被処理基体の表面を酸化または窒化する処理であることを特徴とする請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１】
プラズマが生成される生成室と被処理基体が配置される処理室とを備える処理容器と、前記生成室と処理室との間を仕切るように設置されるとともに処理用ガスを通過させる貫通孔が開けられた仕切り板とを有するプラズマ処理装置であって、
前記仕切り板の温度を調整する温調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】
前記温調手段は、前記仕切り板の温度を−２０℃乃至６００℃の範囲内より選ばれる温度に調整す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】
前記温調手段は、前記仕切り板に内蔵され前記仕切り板を加熱する発熱体を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記温調手段は、前記処理容器の前記仕切り板を支持する部分の近傍に前記仕切り板を冷却する手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記仕切り板は内部に冷却用の媒質流路を備え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】
前記仕切り板の温度調整は複数のゾーン別に行われることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記複数のゾーンは同心を有する輪帯状の区画からなることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記仕切り板は複数の貫通孔があけられた平板であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記仕切り板は３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する材質からなることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記生成室側からプロセスガスを導入する手段と、前記仕切り板を通過して被処理基体の配置された前記処理室に流入し該被処理基体の表面を処理した後のガスを排気する手段とを有し、前記被処理基体をダウンフロー処理することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
被処理基体の配置された処理室側からプロセスガスを導入する手段と、前記仕切り板を通過してプラズマ生成室に流入した後のガスを排気する手段とを有し、前記被処理基体をアップフロー処理することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記プラズマ処理は、前記被処理基体の表面をエッチング、アッシングもしくは改質する処理、または前記被処理基体の表面に薄膜堆積させる処理であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記改質する処理は前記被処理基体の表面を酸化または窒化する処理であることを特徴とする請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−１８１９１２（Ｐ２００８−１８１９１２Ａ）
【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２００７−１２１９７（Ｐ２００７−１２１９７）
【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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