(57)【要約】【課題】  キュアリングを目的としてプラズマ処理を行なう際に、プラズマ中のイオン成分によるＬｏｗ−ｋ膜への悪影響を防止もしくは抑制することが可能なプラズマ処置装置およびプラズマ処理方法を提供する。【解決手段】  プラズマ処理装置１００において、サセプタ２の上方には、上側のプレート６０および下側のプレート６１が配備されている。上側のプレート６０および下側のプレート６１は、石英等の耐熱性絶縁体で構成され、所定間隔、例えば５ｍｍの間隔を以て互いに離間して平行に配置されており、複数の貫通孔６０ａまたは６１ａを有している。二枚のプレートを重ねた状態で、下側のプレート６１の貫通孔６１ａと上側のプレート６０の貫通孔６０ａが重ならないように、位置をずらして形成されている。【選択図】図１
2006086449.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板に対してプラズマ処理を行なうための処理室を区画する処理容器と、
前記処理容器内で前記被処理基板を載置する基板保持台と、
を備え、
前記処理容器内の上部から前記基板保持台に載置された被処理基板に対してプラズマが供給されるように構成されたプラズマ処理装置であって、
前記基板保持台の上部に、プラズマ中のイオンを遮断し、水素ラジカルを選択的に通過させる選択通過手段を設けたことを特徴とする、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記選択通過手段は、複数の貫通開口部が形成された２枚以上のプレートを、該貫通開口部の位置が重ならないように配置したもの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】
被処理基板に対してプラズマ処理を行なうための処理室を区画する処理容器と、
前記処理容器内で前記被処理基板を載置する基板保持台と、
を備え、
前記処理容器内の上部から前記基板保持台に載置された被処理基板に対してプラズマが供給されるように構成されたプラズマ処理装置であって、
前記基板保持台の上部に、複数の貫通開口部が形成された２枚以上のプレートを、該貫通開口部の位置が重ならないように配置したことを特徴とする、プラズマ処理装置。
【請求項４】
被処理基板に対しプラズマ処理を行なうための処理室を区画する処理容器と、
前記処理容器内で前記被処理基板を載置する基板保持台と、
前記処理容器内を減圧するための排気手段と、
前記処理容器内にガスを供給するためのガス供給手段と、
外部のマイクロ波発生装置と接続されており、前記処理室内にマイクロ波を導入してプラズマを発生させるための複数のスロットを有する平面アンテナと、
を備えたプラズマ処理装置であって、
前記処理容器内の上部に配備された前記平面アンテナと、前記基板保持台との間に、複数の貫通開口部が形成された２枚以上のプレートを、該貫通開口部の位置が重ならないように配備したことを特徴とする、プラズマ処理装置。
【請求項５】
前記貫通開口部が、貫通孔またはスリットであることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記プレートが、絶縁体で構成されていることを特徴とする請求項２ないし請求項５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法。
【請求項８】
被処理基板上に形成されたＬｏｗ−ｋ膜に対して、水素ラジカルを選択的に作用させ、該Ｌｏｗ−ｋ膜を硬化処理することを特徴とする、請求項７に記載のプラズマ処理方法。
【請求項９】
前記Ｌｏｗ−ｋ膜がＳｉＯＣＨ系膜であることを特徴とする、請求項８に記載のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを用いて半導体基板等の被処理基板を処理するプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の高速ロジックデバイスにおいて、配線間の寄生容量を低減するために層間絶縁膜の低誘電率化（Ｌｏｗ−ｋ化）が進んでいる。超ＬＳＩデバイス、特に６５ｎｍ技術ノード以降のＬｏｗ−ｋ膜には、空孔率の大きなポーラス材料の採用が検討されている。一般的にポーラスＬｏｗ−ｋ膜は、膜の機械的強度が乏しいため、Ｌｏｗ−ｋ膜形成後にＣｕを埋め込み形成しＣＭＰで平坦化した際に、膜剥離が生じてしまうおそれがある。そのため、事前にＬｏｗ−ｋ膜の硬化処理（キュアリング）が必要であり、例えば熱処理、ＵＶ処理、電子ビーム処理などの方法でキュアリングが行なわれている。また、プラズマによるキュアリング処理として、平行平板方式のプラズマ処理装置を用い、Ｌｏｗ−ｋ膜へのプラズマ処理を行なう方法も提案されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００４−１０３７４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１のように、プラズマ処理によりＬｏｗ−ｋ膜のキュアリングを行なうことによって、膜の機械的強度を上昇させることが可能である。しかし、キュアリングの過程でＬｏｗ−ｋ膜の誘電率も上昇してしまうという課題があった。本発明者らは、この原因を調査した結果、プラズマ中のイオン成分がＬｏｗ−ｋ膜に内在するメチル基などのアルキル基やアルコキシ基を脱離させ、膜中分子の分極化を進行させる現象が起こっていることが判明した。
【０００４】
従って、本発明の目的は、キュアリングを目的としてプラズマ処理を行なう際に、プラズマ中のイオン成分によるＬｏｗ−ｋ膜への悪影響を防止もしくは抑制することが可能なプラズマ処置装置およびプラズマ処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点によれば、被処理基板に対してプラズマ処理を行なうための処理室を区画する処理容器と、
前記処理容器内で前記被処理基板を載置する基板保持台と、
を備え、
前記処理容器内の上部から前記基板保持台に載置された被処理基板に対してプラズマが供給されるように構成されたプラズマ処理装置であって、
前記基板保持台の上部に、プラズマ中のイオンを遮断し、水素ラジカルを選択的に通過させる選択通過手段を設けたことを特徴とする、プラズマ処理装置が提供される。ここで、前記選択通過手段は、複数の貫通開口部が形成された２枚以上のプレートを、該貫通開口部の位置が重ならないように配置したものであることが好ましい。
【０００６】
また、本発明の第２の観点によれば、被処理基板に対してプラズマ処理を行なうための処理室を区画する処理容器と、
前記処理容器内で前記被処理基板を載置する基板保持台と、
を備え、
前記処理容器内の上部から前記基板保持台に載置された被処理基板に対してプラズマが供給されるように構成されたプラズマ処理装置であって、
前記基板保持台の上部に、複数の貫通開口部が形成された２枚以上のプレートを、該貫通開口部の位置が重ならないように配置したことを特徴とする、プラズマ処理装置が提供される。
【０００７】
また、本発明の第３の観点によれば、被処理基板に対しプラズマ処理を行なうための処理室を区画する処理容器と、
前記処理容器内で前記被処理基板を載置する基板保持台と、
前記処理容器内を減圧するための排気手段と、
前記処理容器内にガスを供給するためのガス供給手段と、
外部のマイクロ波発生装置と接続されており、前記処理室内にマイクロ波を導入してプラズマを発生させるための複数のスロットを有する平面アンテナと、
を備えたプラズマ処理装置であって、
前記処理容器内の上部に配備された前記平面アンテナと、前記基板保持台との間に、複数の貫通開口部が形成された２枚以上のプレートを、該貫通開口部の位置が重ならないように配備したことを特徴とする、プラズマ処理装置が提供される。
【０００８】
上記プラズマ処理装置において、前記貫通開口部は、貫通孔またはスリットであることが好ましい。また、前記プレートは、絶縁体で構成されていることが好ましい。
【０００９】
また、本発明の第４の観点によれば、前記プラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法が提供される。このプラズマ処理方法では、被処理基板上に形成されたＬｏｗ−ｋ膜に対して、水素ラジカルを選択的に作用させ、該Ｌｏｗ−ｋ膜を硬化処理することが好ましい。ここで、前記Ｌｏｗ−ｋ膜はＳｉＯＣＨ系膜であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のプラズマ処理装置では、プラズマ中のイオンを遮断し、水素ラジカルを選択的に通過させる選択通過手段を備えているので、例えば、被処理基板であるウエハ上に形成された膜へのイオンの影響を排除し、膜の誘電率を上昇させることなく水素ラジカルによるキュアリングを行なうことができる。
【００１１】
また、選択通過手段として、複数の貫通開口部が形成された２枚以上のプレートを、該貫通開口部の位置が重ならないように配置したものを用いることにより、簡易な構成でほとんどのイオンを遮断することが可能になる。
【００１２】
さらに、本発明のプラズマ処理方法では、上記プラズマ処理装置を用いることによって、Ｌｏｗ−ｋ膜のキュアリング処理を確実に行なうことができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を模式的に示す断面図である。このプラズマ処理装置は、複数のスロットを有する平面アンテナにて処理室内にマイクロ波を導入してプラズマを発生させるＲＬＳＡ（Radial Line Slot Antenna；ラジアルラインスロットアンテナ）プラズマ生成技術を利用することにより、高密度かつ低電子温度のマイクロ波プラズマを発生させ得るものである。
【００１４】
このプラズマ処理装置１００は、５００度以下の低温で下地膜等へのダメージフリーなプラズマ処理を進めることができるとともに、プラズマ均一性に優れており、ＩＣＰ方式や平行平板方式のプラズマ処理装置に比べても遜色無いプロセスの均一性を実現できる。このため、プラズマ処理装置１００は、Ｌｏｗ−ｋ膜へのキュアリング処理に好適に利用可能なものである。
【００１５】
このプラズマ処理装置１００は、気密に構成され、接地された略円筒状のチャンバー１を有している。チャンバー１の底壁１ａの略中央部には円形の開口部１０が形成されており、底壁１ａにはこの開口部１０と連通し、下方に向けて突出する排気室１１が設けられている。
【００１６】
チャンバー１内には被処理基板であるウエハＷを水平に支持するためのＡｌＮ等のセラミックスからなる基板保持台としてのサセプタ２が設けられている。このサセプタ２は、排気室１１の底部中央から上方に延びる円筒状のＡｌＮ等のセラミックスからなる支持部材３により支持されている。サセプタ２の外縁部には、ウエハＷをガイドするためのガイドリング４が設けられている。また、サセプタ２には抵抗加熱型のヒータ５が埋め込まれており、このヒータ５はヒータ電源６から給電されることによりサセプタ２を加熱して、その熱で被処理体であるウエハＷを加熱する。このとき、例えば室温から８００℃までの範囲で温度制御可能となっている。なお、チャンバー１の内周には、石英からなる円筒状のライナー７が設けられている。
【００１７】
サセプタ２には、ウエハＷを支持して昇降させるためのウエハ支持ピン（図示せず）がサセプタ２の表面に対して突没可能に設けられている。
【００１８】
サセプタ２の上方には、プラズマ生成されたイオンをトラップし、あるいは邪魔板として作用する上側のプレート６０および下側のプレート６１が配備されている。上下のプレート６０および６１は、例えば石英、サファイヤ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ等のセラミックの誘電体からなる絶縁体で構成されている。上側のプレート６０および下側のプレート６１は、周縁部近傍で部分的に連結され、これら２枚のプレート６０，６１は、所定間隔（後述）を以て互いに離間して平行に配置されている。そして、下側のプレート６１は、その外周部が、チャンバー１内のライナー７から内側に向けて全周にわたって突起した支持部７０と係合することにより支持されている。
【００１９】
プレート６０および６１の取付け位置は、ウエハＷに近接した位置が好ましく、例えば下側のプレート６１の下端とウエハＷとの距離は、例えば３〜２０ｍｍが好ましく、１０ｍｍ程度とすることがより好ましい。この場合、上側のプレート６０の上端とマイクロ波透過板２８（後述）の下端との距離は、例えば２０〜５０ｍｍが好ましく、３５ｍｍ程度とすることがより好ましい。
【００２０】
上側のプレート６０には、複数の貫通孔６０ａが形成されており、また下側のプレート６１にも同様に複数の貫通孔６１ａが形成されている。図２は、上下のプレート６０，６１の詳細を示す図面である。図２（ａ）は、上下のプレート６０，６１を重ねて上から見た状態を示しており、同図（ｂ）は、上下のプレート６０，６１を重ねた状態における要部断面を示している。
【００２１】
上側のプレート６０の厚さ（Ｔ１）および下側のプレート６１の厚さ（Ｔ２）は、ともに、例えば２〜１０ｍｍ程度が好ましく、それぞれ５ｍｍ程度に設定することがより好ましい。なお、上下のプレート６０，６１の厚さＴ１およびＴ２は同じである必要はない。
また、２枚のプレート６０，６１の間隔（Ｌ１）は、例えば３〜１０ｍｍ程度とすることが好ましく、５ｍｍに設定することがより好ましい。
【００２２】
上側のプレート６０の貫通孔６０ａおよび下側のプレート６１の貫通孔６１ａは、図２（ａ）中、破線で示すウエハＷの載置領域を覆うように略均等に配置されている。そして、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、二枚のプレート６０，６１を重ねた状態で、下側のプレート６１の貫通孔６１ａと上側のプレート６０の貫通孔６０ａが重ならないように、互いに位置をずらして形成されている。つまり、上側のプレート６０より上方から直線的にウエハ面までを結ぶ開口が形成されないように貫通孔６０ａと貫通孔６１ａが配置されている。
【００２３】
貫通孔６０ａの径Ｄ１および貫通孔６１ａの径Ｄ２は、任意に設定することが可能であり、例えば、本実施形態の場合は５ｍｍ程度に設定されている。なお、同一プレート内で貫通孔６０ａまたは６１ａの位置により孔の大きさを変化させてもよく、上側のプレート６０の貫通孔６０ａと下側のプレート６１の貫通孔６１ａとを異なる大きさに形成することもできる。また、貫通孔６０ａ，６１ａの配置も、上下のプレート６０，６１で孔の位置がずれていれば、同心円状、放射状、螺旋状等の任意の配列を選択できる。
【００２４】
また、貫通孔６０ａと貫通孔６１ａとの位置のずれ、つまり上側のプレート６０の貫通孔６０ａを構成する壁６０ｂと、下側のプレート６１の貫通孔６１ａを構成する壁６１ｂとの距離Ｌ２は、上下のプレート６０，６１の間隔Ｌ１との関係で最適な条件を決定することができる。
すなわち、プラズマ中のラジカルのみを選択的に通過させ、イオンをブロックする観点から、上下のプレート６０，６１の間隔Ｌ１が大きい場合には、Ｌ２も相対的に大きくする必要がある。逆にＬ１が小さい場合には、Ｌ２を相対的に小さくしても、ラジカル選択通過手段としての作用を発揮させることが可能である。また、Ｌ１とＬ２の関係に加え、上下のプレート６０，６１の厚さＴ１，Ｔ２（つまり、壁６０ｂ，６１ｂの高さ）、貫通孔６０ａ，６１ａの径Ｄ１，Ｄ２、さらには貫通孔６０ａ，６１ａの形状や配置、上下のプレート６０，６１の設置位置（ウエハＷからの距離）などを総合的に考慮することにより、ラジカルの選択性とイオンのブロック作用を最大限に引き出すことが可能になる。
【００２５】
図１において、チャンバー１の側壁には環状をなすガス導入部材１５が設けられており、このガス導入部材１５にはガス供給系１６が接続されている。なお、ガス導入部材はシャワー状に配置してもよい。このガス供給系１６は、アルゴンガスを供給するためのＡｒガス供給源１７および水素ガスを供給するためのＨ２ガス供給源１８を有しており、これらのガスが、それぞれガスライン２０を介してガス導入部材１５に至り、ガス導入部材１５からチャンバー１内に導入される。つまり、ガス導入部材１５およびガス供給系１６は、ガス供給手段を構成している。
ガスライン２０の各々には、マスフローコントローラ２１およびその前後の開閉バルブ２２が設けられている。
【００２６】
ウエハＷ上のＬｏｗ−ｋ膜に対してキュアリングを行なう際のガスとしては、水素含有ガスが用いられ、具体的には、水素と、クリプトン、キセノン、ヘリウム、アルゴン等から選ばれる希ガスからなる不活性ガスとを所定比率で組み合わせたガスが好ましい。
【００２７】
上記排気室１１の側面には、排気管２３が接続されており、この排気管２３には高速真空ポンプを含む排気装置２４が接続されている。そしてこの排気装置２４を作動させることによりチャンバー１内のガスが、排気室１１の空間１１ａ内へ均一に排出され、排気管２３を介して排気される。つまり、排気管２３と排気装置２４は排気手段を構成している。これによりチャンバー１内は所定の真空度、例えば０．１３３Ｐａまで高速に減圧することが可能となっている。
【００２８】
チャンバー１の側壁には、プラズマ処理装置１００に隣接する搬送室（図示せず）との間でウエハＷの搬入出を行うための搬入出口２５と、この搬入出口２５を開閉するゲートバルブ２６とが設けられている。
【００２９】
チャンバー１の上部は開口部となっており、この開口部の周縁部に沿ってリング状の支持部２７が設けられている。この支持部２７に誘電体、例えば石英等からなり、マイクロ波を透過するマイクロ波透過板２８がシール部材２９を介して気密に配備されている。したがって、チャンバー１内は気密に保持される。マイクロ波透過板２８を支持する支持部２７は、例えばＡｌ合金やＳＵＳにより形成されている。
【００３０】
プラズマ処理装置１００の上部の構成として、マイクロ波透過板２８の上方には、サセプタ２と対向するように、円板状の平面アンテナ部材３１が設けられている。この平面アンテナ部材３１は、マイクロ波透過板２８の上に配置され、さらに平面アンテナ部材３１の上部を覆うように遅波材３３が配備されている。これらの平面アンテナ部材３１と遅波材３３は、その周縁部において押え部材３４ｂにより固定される。また、遅波材３３を覆うようにシールド蓋体３４が設けられ、このシールド蓋体３４はチャンバー１の側壁上端に支持されている。
【００３１】
平面アンテナ部材３１は、例えば８インチサイズのウエハＷに対応する場合には、直径が３００〜４００ｍｍ、厚みが１〜数ｍｍ（例えば５ｍｍ）の導電性材料からなる円板である。具体的には、平面アンテナ部材３１は、例えば表面が金メッキされた銅板またはアルミニウム板からなり、多数のマイクロ波放射孔３２が所定のパターンで貫通して形成された構成となっている。このマイクロ波放射孔３２は、例えば図３に示すように長溝状のスロット３２ａからなり、隣接するスロット３２ａ同士が「Ｔ」字状に配置され、さらに、これら複数のスロット３２ａがΔｒの間隔で、径外方向に同心円状に配置された構造を採用することができる。スロット３２ａの長さや配列間隔は、マイクロ波発生装置３９で発生した高周波の波長に応じて決定される。なお、マイクロ波放射孔３２（スロット３２ａ）は、円形状の貫通孔等の他の形状であってもよい。また、マイクロ波放射孔３２（スロット３２ａ）の配置形態は、特に限定されず、同心円状のほか、例えば、螺旋状、放射状等に配置させてもよい。
【００３２】
前記のように、平面アンテナ部材３１の上面には、真空よりも大きい誘電率を有する遅波材３３が設けられている。チャンバー１の上面には、これら平面アンテナ部材３１および遅波材３３を覆うように、例えばアルミニウムやステンレス鋼等の金属材からなるシールド蓋体３４が設けられている。チャンバー１の上面とシールド蓋体３４とはシール部材３５によりシールされている。シールド蓋体３４には、複数の冷却水流路３４ａが形成されており、そこに冷却水を通流させることにより、平面アンテナ３１、マイクロ波透過板２８、遅波材３３、シールド蓋体３４を冷却するようになっている。なお、シールド蓋体３４は接地されている。
【００３３】
シールド蓋体３４の上壁の中央には、開口部３６が形成されており、この開口部３６には導波管３７が接続されている。この導波管３７の端部には、マッチング回路３８を介してマイクロ波発生装置３９が接続されている。これにより、マイクロ波発生装置３９で発生した例えば周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波が導波管３７を介して上記平面アンテナ部材３１へ伝搬されるようになっている。なお、マイクロ波の周波数としては、８．３５ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ等を用いることもできる。
【００３４】
導波管３７は、上記シールド蓋体３４の開口部３６から上方へ延出する断面円形状の同軸導波管３７ａと、この同軸導波管３７ａの上端部に接続された水平方向に延びる矩形導波管３７ｂとを有している。矩形導波管３７ｂの同軸導波管３７ａとの接続部側の端部はモード変換器４０となっている。同軸導波管３７ａの中心には内導体４１が延在しており、この内導体４１の下端部は、平面アンテナ部材３１の中心にバンブ４１ａを介して接続固定されている。バンブ４１ａは、平面アンテナ部材３１に向けて拡開した形状であり、マイクロ波を水平方向に均一に効率良く伝播させるように作用する。これにより、マイクロ波は、同軸導波管３７ａの内導体４１、バンブ４１ａを介して効率よく平面アンテナ部材３１へ伝播される。
【００３５】
プラズマ処理装置１００の各構成部は、プロセスコントローラ５０に接続されて制御される構成となっている。プロセスコントローラ５０には、工程管理者がプラズマ処理装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマ処理装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェイス５１が接続されている。
【００３６】
また、プロセスコントローラ５０には、プラズマ処理装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ５０の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件データ等が記録されたレシピが格納された記憶部５２が接続されている。
【００３７】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェイス５１からの指示等にて任意のレシピを記憶部５２から呼び出してプロセスコントローラ５０に実行させることで、プロセスコントローラ５０の制御下で、プラズマ処理装置１００での所望の処理が行われる。
【００３８】
このように構成されたＲＬＳＡ方式のプラズマ処理装置１００においては、以下のような手順でウエハＷに形成されたＬｏｗ−ｋ膜に対するキュアリングが行われる。なお、キュアリングの対象となるＬｏｗ−ｋ膜としては、例えばＳｉＯＣＨ系のＬｏｗ−ｋ膜が挙げられ、特に多孔質なＳｉＯＣＨ系Ｌｏｗ−ｋ膜へのキュアリングに対し、本実施形態のプラズマ処理装置１００を用いることにより、誘電率を上昇させることなく膜硬度を向上させ得るので、効果が大きい。また、その他のＬｏｗ−ｋ材料として、ポーラスシリカ（多孔質シリカ）系、ＣＦ系、有機ポリマー系、ＭＳＱ、ポーラスＭＳＱなどへのキュアリングにも適用可能である。
【００３９】
まず、ゲートバルブ２６を開にして搬入出口２５からウエハＷをチャンバー１内に搬入し、サセプタ２上に載置する。そして、例えばガス供給系１６のＡｒガス供給源１７およびＨ２ガス供給源１８から、それぞれＡｒガスおよびＨ２ガスを所定の流量でガス導入部材１５を介してチャンバー１内に導入し、所定の圧力に維持する。好適なプラズマ処理条件として、例えば、Ａｒガスの流量は、５０〜１０００ｍＬ／ｍｉｎ、Ｈ２ガスの流量は、５０〜１０００ｍＬ／ｍｉｎ、圧力は１００ｍＴｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ、マイクロ波パワーは０．５〜５ｋＷ、温度２５〜５００℃の範囲から選択することができる。
【００４０】
次いで、マイクロ波発生装置３９からのマイクロ波を、マッチング回路３８を経て導波管３７に導く。マイクロ波は、矩形導波管３７ｂ、モード変換器４０、および同軸導波管３７ａを順次通って平面アンテナ部材３１に供給され、平面アンテナ部材３１からマイクロ波透過板２８を経てチャンバー１内におけるウエハＷの上方空間に放射される。マイクロ波は、矩形導波管３７ｂ内ではＴＥモードで伝搬し、このＴＥモードのマイクロ波はモード変換器４０でＴＥＭモードに変換されて、同軸導波管３７ａ内を平面アンテナ部材３１に向けて伝搬されていく。
【００４１】
平面アンテナ部材３１からマイクロ波透過板２８を経てチャンバー１に放射されたマイクロ波によりチャンバー１内ではＡｒガスおよびＨ２ガスがプラズマ化し、このプラズマによりウエハＷのＬｏｗ−ｋ膜のキュアリング処理が行なわれる。このマイクロ波プラズマは、略１０１１／ｃｍ３以上のプラズマ密度で、かつウエハＷ付近では略１．５ｅＶ以下の低電子温度プラズマであるため、低温かつ短時間でキュアリング処理を行うことができ、下地膜へのイオン等によるプラズマダメージが小さいものであるが、プラズマ中のイオンを遮断し、水素ラジカルを選択的に通過させる選択通過手段としての上側のプレート６０および下側のプレート６１を二重に配置することにより、イオンの影響を極限まで低減させた処置が可能になる。
【００４２】
次に、図４を参照しながら、本発明の作用について述べる。図４は、プラズマ処理装置１００によるウエハＷのキュアリング処理の模様を模式的に示す原理図である。プラズマ処理装置１００の平面アンテナ部材３１から供給されるマイクロ波と、Ａｒ／Ｈ２ガスとが作用して発生したプラズマは、チャンバー１内の空間をサセプタ２に載置されたウエハＷの方向へ向けて降下してくる。その途中には、２重に重ね合わされた上側のプレート６０および下側のプレート６１が配備されているため、ここでプラズマ中のラジカルの選択的な通過が起こる。
すなわち、図４に示すように、プラズマ中に含まれる１価のアルゴンイオン（Ａｒ＋）、水素イオン（Ｈ＋）などのイオンや電子（ｅ−）は、荷電粒子であるため、石英等の材質からなる上側のプレート６０および下側のプレート６１を通過できず失活するが、中性粒子である水素ラジカル（Ｈ＊）は、貫通孔６０ａおよび６１ａをすり抜けて通過し、ウエハＷまで到達する。プラズマ中のイオンをカットするためには、二枚のプレートを重ねた状態で、下側のプレート６１の貫通孔６１ａと上側のプレート６０の貫通孔６０ａが重ならないように、位置をずらして形成することが重要である（図２参照）。このような貫通孔６０ａ，６１ａの配置により、プラズマ中のイオンの通過をブロックしながら、水素ラジカルを選択的に通過させることが可能になる。
【００４３】
上下のプレート６０，６１を通過した水素ラジカルは、ウエハＷ上のＬｏｗ−ｋ膜に作用して膜質を硬化させる。この際に、Ｌｏｗ−ｋ膜の誘電率上昇の原因となるイオンの作用が排除されるため、誘電率を上昇させることなく良好な膜質を維持したまま膜を硬化させることができる。この効果は、多孔質のＬｏｗ−ｋ膜において一層顕著に現れる。
【００４４】
次に、本発明の基礎となる実験データについて、図５を参照しながら説明を行なう。図５は、図１と同様の構成のプラズマ処理装置１００を用いてＳｉＯＣＨ系Ｌｏｗ−ｋ膜に対してプラズマ処理を行ない、キュアリングをした後の膜の誘電率と弾性率の関係を示す図面である。
図５のグラフの縦軸は、膜厚１５％における弾性率（ＧＰａ）を示し、横軸は、誘電率を示している。なお、プラズマ処理条件は、処理ガスとしてＡｒ／Ｈ２を流量比５０／５００で用い、ウエハ温度４００℃、圧力は約４００Ｐａ（３Ｔｏｒｒ）、プラズマへの供給パワーは２ｋＷ、処理時間６０〜６００秒で行なった。
なお、本発明のプラズマ処理装置による結果（直線Ａ）との比較のため、上下のプレート６０，６１を設けていない点以外はプラズマ処理装置１００と同様の構成の従来のプラズマ処理装置を用い、同様のプラズマ処理条件で処理を行なった場合の結果（直線Ｂ）、ならびにプラズマ中でイオンの存在がより支配的となる低圧力条件（６．７Ｐａ；他の条件は上記と同様）で処理を行なった場合の結果（直線Ｃ）についても併記した。
【００４５】
図５より、従来型のプラズマ処理装置による結果（直線Ｂ）では、Ｌｏｗ−ｋ膜の弾性率が上昇するに伴い、誘電率も上昇しており、膜の硬化性と低誘電率とはトレードオフの関係にあることが理解される。そして、この傾向は、プラズマ中のイオンの割合が高い低圧力条件（直線Ｃ）の場合、より一層顕著であることがわかる。
一方、上下のプレート６０，６１を備えたプラズマ処理装置１００によるキュアリング処理では、直線Ａで示すように低い誘電率を維持したまま膜の弾性率を高めることができた。
【００４６】
以上の結果から、上下のプレート６０，６１を設け、プラズマ処理装置１００において、イオンの通過を妨げ、水素ラジカルの選択的な通過を図ることにより、キュアリング処理におけるイオンの影響を排除もしくは低減して、Ｌｏｗ−ｋ膜を確実に硬化させ得ることが示された。
【００４７】
以上、本発明の実施形態を述べたが、本発明は上記実施形態に制約されることはなく、種々の変形が可能である。
たとえば、図１では、ＲＬＳＡ方式のプラズマ処理装置１００を例に挙げたが、被処理基板に対してプラズマが一定方向から供給される装置であれば、そこに２枚のプレート６０，６１を配備することにより同様の効果が得られるので、例えばリモートプラズマ方式、ＩＣＰ方式、ＥＣＲ方式等のプラズマ処理装置であってもよい。
【００４８】
また、必要に応じてプレートを三枚以上重ねて配備することもできる。
さらに、貫通孔６０ａ、６１ａの形状は円形に限らず任意であり、例えば四角等でもよく、さらには、図６に示すように上側のプレート６２と下側のプレート６３に、それぞれスリット６２ａ、６３ａを互いに位置がずれるように形成することもできる。
【００４９】
また、貫通孔６０ａ，６１ａ等、スリット６２ａ，６３ａ等の開口面積やその比率などは、キュアリングの対象となるＬｏｗ−ｋ膜の種類やプラズマ処理条件等に応じて適宜調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す概略断面図である。
【図２】プレートの説明に供する図面であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は要部断面図である。
【図３】平面アンテナ部材の説明に供する図面である。
【図４】上下のプレートの作用を説明するための原理図である。
【図５】膜の誘電率と弾性率との関係を示すグラフ図面である。
【図６】上下のプレートの別の実施形態を説明する図面である。
【符号の説明】
【００５１】
１；チャンバー
２；サセプタ
３；支持部材
５；ヒータ
１５；ガス導入部材
１６；ガス供給系
１７；Ａｒガス供給源
１８；Ｈ２ガス供給源
２３；排気管
２４；排気装置
２５；搬入出口
２６；ゲートバルブ
２７；支持部
２８；マイクロ波透過板
２９；シール部材
３１；平面アンテナ部材
３２；マイクロ波放射孔
３７；導波管
３７ａ；同軸導波管
３７ｂ；矩形導波管
３９；マイクロ波発生装置
４０；モード変換器
５０；プロセスコントローラ
６０；プレート
６０ａ；貫通孔
６０ｂ；壁
６１；プレート
６１ａ；貫通孔
６１ｂ；壁
６２；プレート
６２ａ；スリット
６３；プレート
６３ａ；スリット
１００；プラズマ処理装置
Ｗ…ウエハ（基板）
【図１】
2006086449.tif 000003
【図２】
2006086449.tif 000004
【図３】
2006086449.tif 000005
【図４】
2006086449.tif 000006
【図５】
2006086449.tif 000007
【図６】
2006086449.tif 000008