(57)【要約】【課題】電子デバイスの製造において好適に使用可能な、より選択性の高い（プラズマエネルギーが比較的に低い）プラズマを与えることができるプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】プラズマ処理装置を、被処理体にプラズマ処理を行うためのプラズマ処理室と、該プラズマ処理のためのマイクロ波を案内するスロット電極と、該プラズマを着火させるためのプラズマ源とで構成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体にプラズマ処理を行うためのプラズマ処理室と、該プラズマ処理のためのマイクロ波を案内するスロット電極と、該プラズマを着火させるためのエネルギー源とを有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記スロット電極が、複数のスロットを有する平面アンテナ（ＲＬＳＡ）部材を含む請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記プラズマを着火させるためのエネルギー源が、リモートプラズマ源である請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記リモートプラズマ源が、管状構造と、該管状構造の周囲に配置されたコイルとを含む請求項３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記プラズマを着火させるためのエネルギー源が、前記プラズマ処理室を構成する周方向の側壁に沿って配置される請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記プラズマを着火させるためのエネルギー源が、前記プラズマ処理室を構成する周方向の側壁に沿って配置されたコイルを含み、且つ、該コイルから供給されるエネルギーにより前記プラズマ処理室内のガスがプラズマ化される請求項５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
被処理体にプラズマ処理を行うためのプラズマ処理室と、該プラズマ処理のためのマイクロ波を案内するスロット電極と、該プラズマを着火させるためのプラズマを着火させるためのエネルギー源とを有するプラズマ処理装置を用いて、前記被処理体をプラズマ処理するに際し；
前記プラズマを着火させるためのエネルギー源への電力供給の開始により、前記スロット電極への電力供給に基づくプラズマを着火させ、該プラズマの着火後に、前記着火させるためのエネルギー源への電力供給を停止することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項８】
前記着火させるためのエネルギー源へのガスの供給開始、前記スロット電極に基づくプラズマを発生させるためのガスの供給開始、および前記着火させるためのエネルギー源への電力供給の開始、その後、前記スロット電極への電力供給の開始により、スロット電極に基づくプラズマを発生させる請求項８に記載のプラズマ処理方法。
【請求項９】
前記スロット電極への電力供給に基づくプラズマの着火後に、前記着火させるためのエネルギー源へのガスの供給、および前記着火させるためのエネルギー源への電力供給を停止する請求項７または８に記載のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子デバイス等を作製するために、電子デバイス用基材に対してプラズマ処理を行う際に好適に使用可能なプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明のプラズマ処理装置は、半導体ないし半導体デバイス、液晶デバイス等の電子デバイス材料の製造に広く一般的に適用可能であるが、ここでは説明の便宜のために、半導体デバイスの背景技術を例にとって説明する。
【０００３】
近年、半導体デバイスの高密度化及び高微細化に伴い、半導体デバイスの製造工程において、成膜、エッチング、アッシング等の種々の処理のためにプラズマ処理装置が使用される場合が増大している。
【０００４】
例えば、従来より、シリコン酸化膜のエッチングのためのプラズマ処理装置においては、平行平板型のプラズマ源が広く使用されて来た。この平行平板型のプラズマ源は、これにより発生するプラズマのエネルギーが高いという特徴を有するが、逆に、このプラズマのエネルギーが高いことが不都合な場合もある。
【０００５】
例えば、近年の半導体デバイスの微細化に伴って、該デバイスを構成する種々の要素の微細化が要請されているが、ある要素（例えば、層間絶縁膜）の場合には、スケール則に従って薄くはならない。このため、エッチング処理においても、アスペクト比が大きなものが必要となって来た。
【０００６】
典型的には、デバイスの微細化に伴うリソグラフィの解像度向上のため、レジスト膜厚の薄膜化、および／又はエッチング耐性の低いＡｒＦレジストの採用が急務となっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発生するプラズマのエネルギーが高い平行平板型のプラズマ源を用いた場合には、エッチングガスの乖離が著しく進行する傾向があるため、例えば、シリコン酸化膜とレジストとの選択性は比較的に低くならざるを得ない。
【０００８】
特に、今後は採用が広がることが確実な上記ＡｒＦレジストを用いた場合には、（該レジストのエッチング耐性が低いため）シリコン酸化膜とレジストとの選択性は更に低くなってしまう。
【０００９】
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を解消したプラズマ処理装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、電子デバイスの製造において好適に使用可能な、より選択性の高い（プラズマエネルギーが比較的に低い）プラズマを与えることができるプラズマ処理装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は鋭意研究の結果、プラズマ処理のためのマイクロ波を案内するスロット電極と、該プラズマを着火させるための他のプラズマ源と組み合わせることが、上記目的の達成のために極めて効果的なことを見出した。
【００１２】
本発明のプラズマ処理装置は上記知見に基づくものであり、より詳しくは、被処理体にプラズマ処理を行うためのプラズマ処理室と、該プラズマ処理のためのマイクロ波を案内するスロット電極と、該プラズマを着火させるためのプラズマ源とを有することを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、必要に応じて図面を参照しつつ本発明を更に具体的に説明する。以下の記載において量比を表す「部」および「％」は、特に断らない限り質量基準とする。
（プラズマ処理装置）
【００１４】
本発明のプラズマ処理装置は、被処理体にプラズマ処理を行うためのプラズマ処理室と、該プラズマ処理のためのマイクロ波を案内するスロット電極と、該プラズマを着火させるためのプラズマを発生させるエネルギー源とを少なくとも有する。
【００１５】
（着火プラズマ発生用エネルギー源）
【００１６】
本発明においては、上記スロット電極によって案内されるマイクロ波に基づくプラズマの着火を容易にするための着火プラズマ発生用エネルギー源が配置される。このように着火のためのプラズマ源を配置することにより、上記スロット電極によって案内されるマイクロ波に基づくプラズマの着火が必ずしも容易でない場合に、必要に応じて、この着火プラズマ発生用エネルギー源を動作させることにより、スロット電極によって案内されるマイクロ波に基づくプラズマの着火を促進することができる。
【００１７】
後述するようなＲＬＳＡ（ラジアルラインスロットアンテナ）プラズマを用いる際には、このような着火プラズマエネルギー源の配置が更に有利となる。これは、ＲＬＳＡプラズマは、特に圧力が比較的に低い場合には、着火し難い傾向があるからである。このような着火がやや困難な傾向は、絶縁膜エッチングに好適な５０ｍＴｏｒｒ以下の領域では特に著しい（よって、このような場合に、着火プラズマエネルギー源の配置が特に有効である）。
【００１８】
（着火プラズマ発生用エネルギー源）
【００１９】
着火プラズマ発生用エネルギー源（および／又は着火プラズマ源）の型、大きさ、配置の位置、数、等は特に制限されない。
本発明のプラズマ処理装置は、少なくとも着火プラズマ発生用エネルギー源を有すればよい。すなわち、スロット電極によって案内されるマイクロ波に基づくプラズマの着火を促進することが可能である限り、本発明における着火プラズマ発生用エネルギー源は、スロット電極によって案内されるマイクロ波に基づくプラズマが発生すべきプラズマ処理室の内部または近傍に配置された「エネルギー源」自体（例えば、コイル）であってもよく、またこのようなエネルギー源を含む追加的なプラズマ源（例えば、リモートプラズマを発生させるプラズマ源）であってもよい。
（着火プラズマ発生用エネルギー源を配置する態様）
本発明において、着火プラズマ発生用エネルギー源をプラズマ処理室の内部または近傍に配置する場合には、その着火プラズマを発生用のエネルギー源は、スロット電極によって案内されるマイクロ波に基づくプラズマ発生の促進が容易な点からは、前記プラズマ処理室を構成する周方向の側壁に沿って配置されることが好ましい。このような態様においては、例えば、該着火プラズマ発生用エネルギー源（例えば、プラズマ処理室の周方向の側壁に沿って配置されたコイル等）から供給されるエネルギーにより、プラズマ処理室内のガスがプラズマ化されて着火用プラズマが発生し、このような（スロット電極によって案内されるマイクロ波に基づくプラズマが発生されるべき同じ処理室内における）着火用プラズマの発生に基づき、スロット電極によって案内されるマイクロ波に基づくプラズマ発生が促進される。
（他のプラズマ源が配置される態様）
本発明において、着火用プラズマ発生用エネルギー源は、それ自体でプラズマ源（例えば、リモートプラズマ源）を構成していてもよい。この場合、追加的なプラズマ源は、プラズマ発生用のガスを流すための管状構造と、該管状構造の周囲に配置されたコイルとを含むＩＣＰプラズマ源であることが好ましい。
このような態様においては、例えば、リモートプラズマ源を構成する管状構造内に供給されたガスに対して、該着火プラズマ発生用エネルギー源（例えば、プラズマ処理室の外部に配置されたリモートプラズマ源を構成する）からエネルギーが供給されることにより、該着火プラズマ発生用のガスがプラズマ化されて着火用プラズマが発生し、このような着火用プラズマの発生に基づき、プラズマ処理室において、スロット電極によって案内されるマイクロ波に基づくプラズマ発生が促進される。
【００２０】
（スロット電極）
【００２１】
本発明において、スロット電極に基づき与えられるべき、好適に使用可能なプラズマの特性は、以下の通りである。
【００２２】
電子温度：１〜２ｅＶ
【００２３】
密度：１Ｅ12〜１Ｅ13
【００２４】
プラズマ密度の均一性：±５％以下
【００２５】
（平面アンテナ部材）
【００２６】
本発明の電子デバイス材料の製造方法においては、複数のスロットを有する平面アンテナ部材（「ＲＬＳＡ」と称される）を介してマイクロ波を照射することにより電子温度が低くかつ高密度なプラズマを形成することができる。本発明においては、このような優れた特性を有するプラズマを用いて種々の処理が可能となるため、プラズマダメージが小さく、かつ低温でも反応性の高いプロセスが可能となる。
【００２７】
（好適な一態様）
【００２８】
図１の模式断面図に、本発明のプラズマ処理装置の一態様を示す（なお、比較のために、図２に、従来の平行平板型エッチング装置の概要を示し、図３に、従来の平行平板型プラズマと、ＲＬＳＡプラズマとのプラズマ密度、プラズマエネルギーの関係を示す）。
（着火シーケンス）
本発明においては、スロット電極によって案内されるマイクロ波に基づくプラズマの着火を促進することが可能である限り、着火用プラズマ発生・停止に関するシーケンスおよび／又はマイクロ波に基づく（メイン）プラズマの着火に関するシーケンスは、特に制限されない。本発明において好適に使用可能な具体的なシーケンスは、以下の通りである。
（１）着火用プラズマを発生させるエネルギー源からのエネルギー供給の開始により、スロット電極へのエネルギー供給に基づくプラズマを着火させ、該スロット電極に基づくプラズマの着火後に、前記着火用プラズマ発生用エネルギー源からのエネルギー供給を停止するシーケンス。
（２）着火用プラズマを発生させるためのガスの供給開始、および着火用エネルギー源からのエネルギー供給の開始により着火用プラズマを発生させ；その後、該スロット電極に基づくプラズマを発生させるためのガスの供給開始、および該スロット電極に基づくプラズマを発生させるためのスロット電極へのエネルギー供給の開始により、スロット電極に基づくプラズマを発生させるシーケンス。（３）上記（２）のシーケンスにおいて、前記スロット電極へのエネルギー供給に基づくプラズマの着火後に、前記着火用ガスの供給、および前記着火用エネルギー源からのエネルギー供給を停止するシーケンス。
【００２９】
（着火シーケンスの一例）
【００３０】
図４に、本発明において好適に使用可能な着火シーケンスの一例を示す。この図４のフローを、エッチング処理に用いる場合を例にとって説明する。
【００３１】
図４を参照して、例えば、ＲＬＳＡプラズマをエッチング処理に用いる場合には、その着火は低圧では、やや困難になる傾向がある。エッチャーの場合、１０ｍＴｏｒｒ程度のプロセス圧力が必要となる場合が多い。しかしながら、このような圧力下では、通常のＲＬＳＡプラズマ着火方法（すなわち、単にＲＬＳＡ部材からプラズマ処理室内にマイクロ波を供給する方法）では、プラズマが点火しない場合が比較的多く生ずる可能性がある。よって、ここで着火プラズマ源（この例ではＩＣＰプラズマ源）を動作させてＩＣＰプラズマを生じさせ、その後にＲＬＳＡプラズマを着火させると、極めて容易に、種々の処理に好適なＲＬＳＡプラズマが着火する。
【００３２】
この際のシーケンスの概要は、以下の通りである。
（１）着火用のガス（例えば、アルゴン）をプラズマ処理室内に流す。
（２）メインのプロセスガス（例えば、クリプトン）をプラズマ処理室内に流す。
（３）着火用のガス流が安定したら、着火用のＩＣＰ電源を投入する。
（４）着火用のＩＣＰプラズマを発生させる。
（５）プラズマ生成用電源を投入する。
（６）ＲＬＳＡプラズマが着火する。
（７）ＲＬＳＡプラズマの着火が完了したら、着火用ＩＣＰ電源をＯＦＦとし、着火用プラズマを消灯する。
【００３３】
（詳細な構成）
【００３４】
以下、図１等を参照しつつ、上記態様の例示的なマイクロ波プラズマ装置１００について説明する。なお、各図において同一の参照符号は同一部材を表している。従来のマイクロ波は１〜１００ＧＨｚの周波数をいうが、本発明のマイクロ波はこれに限らず、およそ５０ＭＨｚ〜１００ＧＨｚのものをいう。ここで、図１は、マイクロ波プラズマ装置１００の概略ブロック図である。本態様のマイクロ波プラズマ装置１００は、マイクロ波源１０と反応ガス供給ノズル５０と真空ポンプ６０とに接続され、アンテナ収納部材２０と、第１の温度制御装置３０と、処理室４０と、第２の温度制御装置７０とを有している。
【００３５】
マイクロ波源１０は、例えば、マグネトロンからなり、通常２．４５ＧＨｚのマイクロ波（例えば、５ｋＷ）を発生することができる。マイクロ波は、その後、図示しないモード変換器により伝送形態がＴＭ、ＴＥ又はＴＥＭモードなどに変換される。なお、図１では、発生したマイクロ波がマグネトロンへ戻る反射波を吸収するアイソレータや、負荷側とのマッチングをとるためのＥＨチューナ又はスタブチューナは省略されている。
【００３６】
アンテナ収納部材２０には波長短縮部材２２が収納され、波長短縮部材２２に接触してスロット電極２４がアンテナ収納部材２０の底板として構成されている。アンテナ収納部材２０には熱伝導率が高い材料（例えば、ステンレス）が使用されており、また、後述するように、温調板３２と接触している。従って、アンテナ収納部材２０の温度は温調板３２の温度と略同じ温度に設定される。
【００３７】
（着火プラズマ源）
【００３８】
本発明のこの態様においては、図１に示すように、前記プラズマ処理室を構成する周方向の側壁に沿って、着火プラズマ源（例えば、ＩＣＰプラズマ源）１１０が配置される。
【００３９】
波長短縮部材２２には、マイクロ波の波長を短くするために所定の誘電率を有すると共に熱伝導率が高い所定の材料が選ばれる。処理室４０に導入されるプラズマ密度を均一にするには、後述するスロット電極２４に多くのスリット２５を形成する必要がある。波長短縮部材２２は、スロット電極２４に多くのスリット２５を形成することを可能にする機能を有する。波長短縮部材２２としては、例えば、アルミナ系セラミック、ＳｉＮ、ＡｌＮを使用することができる。例えば、ＡｌＮは比誘電率εｔが約９であり、波長短縮率ｎ＝１／（εｔ）１／２＝０．３３である。これにより、波長短縮部材２２を通過したマイクロ波の速度は０．３３倍となり波長も０．３３倍となり、後述するスロット電極２４のスリット２５の間隔を短くすることができ、より多くのスリット２５が形成されることを可能にしている。
【００４０】
スロット電極２４は、波長短縮部材２２にねじ止めされており、例えば、直径５０ｃｍ、厚さ１ｍｍ以下の円筒状銅板から構成される。スロット電極２４は、図５に示すように、中心から少し外側へ、例えば、数ｃｍ程度離れた位置から開始されて多数のスリット２５が渦巻状に次第に周縁部に向けて形成されている。図５においては、スリット２５は、２回渦巻されている。本態様では、略Ｔ字状にわずかに離間させて配置した一対のスリット２５Ａ及び２５Ｂを組とするスリット対を上述したように配置することによってスリット群を形成している。各スリット２５Ａ、２５Ｂの長さＬ１はマイクロ波の管内波長λの略１／２から自由空間波長の略２.５倍の範囲内に設定されると共に幅は１ｍｍ程度に設定され、スリット渦巻の外輪と内輪との間隔Ｌ２は僅かな調整はあるが管内波長λと略同一の長さに設定されている。即ち、スリットの長さＬ１は、次の式で示される範囲内に設定される。
【数１】
2006054206.tif 000003
このように各スリット２５Ａ、２５Ｂを形成することにより、処理室４０には均一なマイクロ波の分布を形成することが可能になる。渦巻状スリットの外側であって円盤状スロット電極２４の周縁部にはこれに沿って幅数ｍｍ程度のマイクロ波電力反射防止用放射素子２６が形成されている。これにより、スロット電極２４のアンテナ効率を上げている。なお、本態様のスロット電極２４のスリットの模様は単なる例示であり、任意のスリット形状（例えば、Ｌ字状など）を有する電極をスロット電極として利用することができることはいうまでもない。
【００４１】
アンテナ収納部材２０には第１の温度制御装置３０が接続されている。第１の温度制御装置３０は、マイクロ熱によるアンテナ収納部材２０及びこの近傍の構成要素の温度変化が所定の範囲になるように制御する機能を有する。第１の温度制御装置３０は、図６に示すように、温調板３２と、封止部材３４と、温度センサ３６とヒータ装置３８とを有し、水道などの水源３９から冷却水を供給される。制御の容易性から、水源３９から供給される冷却水の温度は恒温であることが好ましい。温調板３２は、例えば、ステンレスなど熱伝導率がよく、流路３３を加工しやすい材料が選択される。流路３３は、例えば、矩形状の温調板３２を縦横に貫通し、ねじなどの封止部材３４を貫通孔にねじ込むことによって形成することができる。もちろん、図６に拘らず、温調板３２と流路３３それぞれは任意の形状を有することができる。冷却水の代わりに他の種類の冷媒（アルコール、ガルデン、フロン等）を使用することができるのはもちろんである。
【００４２】
温度センサ３６は、ＰＴＣサーミスタ、赤外線センサなど周知のセンサを使用することができる。なお、熱電対も温度センサ３６使用することができるが、マイクロ波の影響を受けないように構成することが好ましい。温度センサ３６は流路３３に接続してもよいし、接続していなくてもよい。代替的に、温度センサ３６は、アンテナ収納部材２０、波長短縮部材２２及び／又はスロット電極２４の温度を測定してもよい。
【００４３】
ヒータ装置３８は、例えば、温調板３２の流路３３に接続された水道管の周りに巻かれたヒータ線などとしてから構成される。ヒータ線に流れる電流の大きさを制御することによって温調板３２の流路３３を流れる水温を調節することができる。温調板３２は熱伝導率が高いので流路３３を流れる水の水温と略同じ温度に制御されることができる。
【００４４】
温調板３２はアンテナ収納部材２０に接触しており、アンテナ収納部材２０と波長短縮部材２２は熱伝導率が高い。この結果、温調板３２の温度を制御することによって波長短縮部材２２とスロット電極２４の温度を制御することができる。
【００４５】
波長短縮部材２２とスロット電極２４は、温調板３２などがなければ、マイクロ波源１０の電力(例えば、５ｋＷ)を長時間加えることにより、波長短縮部材２２とスロット電極２４での電力ロスから電極自体の温度が上昇する。この結果、波長短縮部材２２とスロット電極２４が熱膨張して変形する。
【００４６】
例えば、スロット電極２４は、熱膨張により最適なスリット長さが変化して後述する処理室４０内における全体のプラズマ密度が低下したり部分的にプラズマ密度が集中したりする。全体のプラズマ密度が低下すれば半導体ウェハＷの処理速度が変化する。その結果、プラズマ処理が時間的に管理して、所定時間（例えば、２分）経過すれば処理を停止して半導体ウェハＷを処理室４０から取り出すというように設定した場合、全体のプラズマ密度が低下すれば所望の処理（エッチング深さや成膜厚さ）が半導体ウェハＷに形成されていない場合がある。また、部分的にプラズマ密度が集中すれば、部分的に半導体ウェハＷの処理が変化してしまう。このようにスロット電極２４が温度変化により変形すればプラズマ処理の品質が低下する。
【００４７】
更に、温調板３２がなければ、波長短縮部材２２とスロット電極２４の材質が異なり、また、両者はねじ止めされているから、スロット電極２４が反ることになる。この場合も同様にプラズマ処理の品質が低下することが理解されるであろう。
【００４８】
一方、スロット電極２４は、温度が一定であれば高温下に配置されても、変形を生じない。また、プラズマ処理装置においては、処理室４０に水分が液状又は霧状で存在すれば半導体ウェハＷの膜中に不純物として混入されることになるためできるだけ温度を上げておく必要がある。また、処理室４０と後述する誘電体２８との間を密封するオーリング９０などの部材は８０乃至１００℃程度の耐熱性を有することを考慮すると、温調板３２（即ち、スロット電極２４）は、例えば、７０℃を基準に±５℃程度となるように制御される。７０℃などの設定温度と±５℃などの許容温度範囲は要求される処理や構成部材の耐熱性その他によって任意に設定することができる。
【００４９】
この場合、第１の温度制御装置３０は、温度センサ３６の温度情報を得て、温調板３２の温度が７０℃±５℃になるようにヒータ装置３８に供給する電流を（例えば、可変抵抗などを使用して）制御する。スロット電極２４は、７０℃で使用されることを前提に、即ち、７０℃の雰囲気下に置かれた時に最適なスリット長さを有するように設計される。代替的に、温度センサ３６が温調板３２に配置される場合には、温調板３２からスロット電極２４へあるいはこの逆へ熱が伝搬するには時間がかかるから７０℃±１０℃にするなどより広い許容範囲を設定してもよい。
【００５０】
第１の温度制御装置３０は、最初は、室温下に置かれた温調板３２の温度は７０℃よりも低いからヒータ装置３８を最初に駆動して水温を７０℃程度にして温調板３２に供給してもよい。代替的に、マイクロ熱による温度上昇を７０℃付近になるまで温調板３２に水を流さなくてもよい。従って、図６に示す例示的な温度制御機構は水源３９からの水量を調節するマスフローコントローラと開閉弁とを含んでいてもよい。温調板３２の温度が７５℃を超えた場合には、例えば、１５℃程度の水を水源３９から供給して温調板３２の冷却を開始し、その後、温度センサ３６が６５℃を示したときにヒータ装置３８を駆動して温調板３２の温度が７０℃±５℃になるように制御する。第１の温度制御装置３０は、上述のマスフローコントローラと開閉弁を利用することによって、例えば、１５℃程度の水を水源３９から供給して温調板３２の冷却を開始し、その後、温度センサ３６が７０℃を示したときに水の供給を停止するなど様々な制御方法を採用することができる。
【００５１】
このように、第１の温度制御装置３０は、波長短縮部材２２とスロット電極２４が所定の設定温度を中心とする所定の許容温度範囲になるように温度制御をするという点でこれらを設定せずに単に冷却するという特開平３−１９１０７３号の冷却手段と相違する。これにより、処理室４０における処理の品質を維持することができる。例えば、スロット電極２４は、７０℃の雰囲気下に置かれた時に最適なスリット長さを有するように設計された場合に、これを単に１５℃程度に冷却するだけでは最適な処理環境を得るのに無意味であることが理解されるであろう。
【００５２】
また、第１の温度制御装置３０は、温調板３２を流れる水の温度を制御することによって波長短縮部材２２とスロット電極２４の温度を同時に制御している。これは、温調板３２、アンテナ収納部材２０及び波長短縮部材２２を熱伝導率の高い材料で構成したことによるものである。かかる構成を採用することにより、これら３つの温度制御を１の装置で兼用することができるので複数の装置を要しない点で装置全体の大型化とコストアップを防止することができる。なお、温調板３２は、温調手段の単なる一例であり、冷却ファンなどその他の冷却手段を採用することができることはいうまでもない。
【００５３】
次に、図７を参照して、第３の温度制御装置９５について説明する。ここで、図７は、第３の温度制御装置９５を説明するための部分拡大断面図である。第３の温度制御装置９５は、誘電体２８の周辺を冷却水や冷媒等を利用して温度制御するものである。第３の温度制御装置９５は、第１の温度制御装置のように、温度センサ、ヒータ装置を利用して同様に構成することができるのでその詳細な説明は省略する。
【００５４】
本態様では、温調板３２とアンテナ収納部材２０は別個の部材であったが、温調板３２の機能をアンテナ収納部材２０にもたせてもよい。例えば、アンテナ収納部材２０の上面及び／又は側面に流路３２を形成することによりアンテナ収納部材２０を直接冷却することができる。また、図８に示すように、アンテナ収納部材２０の側面に流路３３に類似の流路９９を有する温調板９８を形成すれば、波長短縮部材２２とスロット電極２４とを同時に冷却することも可能である。ここで、図８は、図１に示すマイクロ波プラズマ装置１００の温調板３２の変形例を示す部分拡大断面図である。また、スロット電極２４の周囲に温調板を設けたり、若しくは、スリット２５の配置を妨げないようにスロット電極２４自体に流路を形成することもできる。
【００５５】
誘電体２８はスロット電極２４と処理室４０との間に配置されている。スロット電極２４と誘電体２８は、例えば、ロウにより強固にかつ機密に面接合される。代替的に、焼成されたセラミック製の誘電体２８の裏面に、スクリーン印刷などの手段により銅薄膜を、スリットを含むスロット電極２４の形状にパターン形成して、これを焼き付けるように銅箔のスロット電極２４を形成してもよい。誘電体２８と処理室４０はオーリング９０によって接合されている。誘電体２８の周辺を例えば８０℃乃至１００℃に温調する第３の温度制御装置９５が設けられる場合には、図７に示すように構成される。第３の温度制御装置９５は温調板３２と同様に誘電体２８を取り囲む流路９６を有している。このように第３の温度制御装置は、オーリング９０の近傍に設けられているため、誘電体２８及びスロット電極２４を温調すると共にオーリング９０の温調も効果的に行うことができる。誘電体２８は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などからなり、減圧又は真空環境にある処理室４０の圧力がスロット電極２４に印加されてスロット電極２４が変形したり、スロット電極２４が処理室４０に剥き出しになってスパッタされたり銅汚染を発生したりすることを防止している。必要があれば、誘電体２８を熱伝導率の低い材質で構成することによって、スロット電極２４が処理室４０の温度により影響を受けるのを防止してもよい。
【００５６】
選択的に、誘電体２８は、波長短縮部材２２と同様に、熱伝導率の高い材質（例えば、ＡｌＮ）で形成することができる。この場合は、誘電体２８の温度を制御することによってスロット電極２４の温度制御を行うことができ、スロット電極２４を介して波長短縮部材２２の温度制御を行うことができる。この場合、誘電体２８の内部にマイクロ波の処理室４０への導入を妨げないように流路を形成することも可能である。なお、上述した温度制御は任意に組み合わせることもできる。
【００５７】
処理室４０は、側壁や底部がアルミニウムなどの導体により構成されて、全体が筒状に成形されており、内部は後述する真空ポンプ６０により所定の減圧又は真空密閉空間に維持されることができる。処理室４０内には、熱板４２とその上に被処理体である半導体ウェハＷが収納されている。なお、図１においては、半導体ウェハＷを固定する静電チャックやクランプ機構などは便宜上省略されている。
【００５８】
熱板４２は、ヒータ装置３８と同様の構成を有して、半導体ウェハＷの温度制御を行う。例えば、プラズマＣＶＤ処理においては、熱板４２は、半導体ウェハＷを例示的に約４５０℃に加熱する。また、プラズマエッチング処理においては、熱板４２は、半導体ウェハＷを例示的に約８０℃以下に加熱する。熱板４２によるこれらの加熱温度はプロセスにより異なる。いずれにしろ、熱板４２は、半導体ウェハＷに不純物としての水分が付着・混入しないように半導体ウェハＷを加熱する。第２の温度制御装置７０は、熱板４２の温度を測定する温度センサ７２が測定した温度に従って熱板４２に流れる加熱用電流の大きさを制御することができる。
【００５９】
処理室４０の側壁には、反応ガスを導入するための石英パイプ製ガス供給ノズル５０が設けられ、このノズル５０は、ガス供給路５２によりマスフローコントローラ５４及び開閉弁５６を介して反応ガス源５８に接続されている。例えば、窒化シリコン膜を堆積させようとする場合には、反応ガスとして所定の混合ガス（即ち、ネオン，キセノン、アルゴン、ヘリウム、ラドン、クリプトンのいずれかにＮ２とＨ２を加えたもの）にＮＨ３やＳｉＨ４ガスなどを混合したものが選択されることができる。
【００６０】
真空ポンプ６０は、処理室４０の圧力を所定の圧力（例えば、０．１乃至数１０ｍＴｏｒｒ）まで真空引きすることができる。なお、図１においては、排気系の詳細な構造も省略されている。
【００６１】
次に、以上のように構成された本態様のマイクロ波プラズマ処理装置１００の動作について説明する。まず、通常処理室４０の側壁に設けられている図示しないゲートバルブを介して半導体ウェハＷを搬送アームにより処理室４０に収納する。その後、図示しないリフタピンを上下動させることによって半導体ウェハＷを所定の載置面に配置する。
【００６２】
次に、処理室４０内を所定の処理圧力、例えば、５０ｍＴｏｒｒに維持してノズル５０から、例えば、ヘリウム、窒素及び水素の混合ガスにＮＨ３を更に混合した一以上の反応ガス源５８からマスフローコントローラ５４及び開閉弁５６を介して流量制御しつつ処理室４０に導入される。
【００６３】
処理室４０の温度は７０℃程度になるように第２の温度制御装置７０と熱板４２により調整される。また、第１の温度制御装置３０は、温調板３２の温度が７０℃程度になるようにヒータ装置３８を制御する。これにより、温調板３２を介して波長短縮部材２２とスロット電極２４の温度も７０℃程度に維持される。スロット電極２４は７０℃で最適のスリット長を有するように設計されている。また、スロット電極２４は±５℃程度の温度誤差が許容範囲であるということが予め分かっているものとする。プラズマが発生する際には、スロット電極がプラズマによる熱で加熱されるのでスロットも所定の温度以下になった時にマイクロ波を供給するようにしてプラズマ立上げ時の熱を抑制するように制御してもよい。
【００６４】
一方、マイクロ波源１０からのマイクロ波を図示しない矩形導波管や同軸導波管などを介してアンテナ収納部材２０内の波長短縮部材２２に、例えば、ＴＥＭモードなどで導入する。波長短縮部材２２を通過したマイクロ波はその波長が短縮されてスロット電極２４に入射し、スリット２５から処理室４０に誘電体２８を介して導入される。波長短縮部材２２とスロット電極２４は温度制御されているので、熱膨張などによる変形はなく、スロット電極２４は最適なスリット長さを維持することができる。これによってマイクロ波は、均一に（即ち、部分的集中なしに）かつ全体として所望の密度で（即ち、密度の低下なしに）処理室４０に導入されることができる。
【００６５】
継続的な使用により、温調板３２の温度が７５℃よりも上昇すれば第１の温度制御装置３０は水源３９より１５℃程度の冷却水を温調板３２に導入することによりこれを７５℃以内になるように制御する。同様に、処理開始時や過冷却により温調板３２の温度が６５℃以下になれば第１の温度制御装置３０はヒータ装置３８を制御して水源３９から温調板３２に導入される水温を上げて温調板３２の温度を６５℃以上にすることができる。
【００６６】
一方、温調板３２による過冷却によって処理室４０の温度が所定温度以下になったことを温度センサ７２が検知すれば、水分が不純物としてウェハＷに付着・混入することを防ぐため第２の温度制御装置７０は熱板４２を制御して処理室４０の温度を制御することができる。
【００６７】
その後、マイクロ波は、反応ガスをプラズマ化して成膜処理を行う。成膜処理は、例えば、予め設定された所定時間だけ行われてその後、半導体ウェハＷは上述の図示しないゲートバルブから処理室４０の外へ出される。処理室４０には所望の密度のマイクロ波が均一に供給されるのでウェハＷには所望の厚さの膜が均一に形成されることになる。また、処理室４０の温度は水分などがウェハＷに混入することのない温度に維持されるので所望の成膜品質を維持することができる。
【００６８】
以上、本発明の好ましい態様を説明したが、このような態様は、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本発明のマイクロ波プラズマ処理装置１００は電子サイクロトロン共鳴の利用を妨げるものではないため、所定の磁場を発生させるコイルなどを有してもよい。また、本態様のマイクロ波プラズマ処理装置１００はプラズマ処理装置として説明されているが、マイクロ波プラズマ処理装置１００は半導体ウェハＷをエッチングしたりクリーニングしたりする場合にも使用することができることはいうまでもない。更に、本発明で処理される被処理体は半導体ウェハに限られず、ＬＣＤ（液晶デバイス）用基材などを含むものである。
【００６９】
（他の態様）
【００７０】
図９の模式断面図に、本発明で好適に使用可能な他の構成を示す。この図９においては、プラズマ処理室の側壁内に、着火用プラズマ源が配置されている以外は、図１に示した態様と同様である。このような図９の着火用プラズマ源は、この図に示すように、着火用プラズマ発生のためのエネルギー源であることが好ましい。
【００７１】
図１０の模式断面図に、本発明で好適に使用可能な他の構成を示す。この図１０においては、着火用プラズマ源がリモートプラズマ源として配置されている以外は、図１に示した態様と同様である。このような図１０の着火用プラズマ源は、この図に示すように、リモートプラズマ発生用のＩＣＰプラズマ源であることが好ましい。
【００７２】
【発明の効果】
上述したように本発明によれば、電子デバイスの製造において好適に使用可能な、より選択性の高い（プラズマエネルギーが比較的に低い）プラズマを与えることができるプラズマ処理装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の例示的な態様の例示的なマイクロ波プラズマ処理装置の全体構成を示す模式断面図である。
【図２】従来の平行平板型プラズマ処理装置の一例を示す模式断面図である。
【図３】従来の平行平板型プラズマ処理装置と、本発明において好適に使用可能なＲＬＳＡプラズマとのプラズマ密度を比較した例を示すグラフである。
【図４】本発明において好適に使用可能な着火およびプラズマ生成のシーケンス例を示すフローチャートである。
【図５】図１に示すマイクロ波プラズマ処理装置に使用可能なスロット電極の具体的構成例を説明するための概略平面図である。
【図６】図１に示すマイクロ波プラズマ処理装置に使用可能な第１の温度制御装置と温調板の構成を示す概略ブロック図である。
【図７】第３の温度制御装置９５を説明するための部分拡大断面図である。
【図８】図１に示すマイクロ波プラズマ装置の温調板の変形例を示す部分拡大断面図である。
【図９】本発明で好適に使用可能な、着火用プラズマ発生用エネルギー源の他の構成を示す模式断面図である。
【図１０】本発明で好適に使用可能な（リモートプラズマ源を構成する）着火用プラズマ発生用エネルギー源の他の構成を示す模式断面図である。
【符号の説明】
１０…マイクロ波源
２０…アンテナ収納部材
２２…波長短縮部材
２４…スロット電極
２５…スリット
２８…誘電体
３０…第１の温度制御装置
３２…温調板
３６…温度センサ
３８…ヒータ装置
３９…水源
４０…処理室
４２…熱板
５０…反応ガス供給ノズル
５８…反応ガス源
６０…真空ポンプ
７０…第２の温度制御装置
７２…温度センサ
１１０…着火プラズマ源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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