(57)【要約】【課題】  同一の処理容器内でプラズマ窒化処理の処理条件を変化させた場合でもパーティクルの発生を防止できるプラズマ窒化処理方法を提供する。【解決手段】  第１のプラズマ窒化処理が終了し、処理容器１から１枚のウエハＷを搬出した後に、処理容器１内から酸素を排出させるプラズマシーズニングを行う。プラズマシーズニングでは、ウエハＷを配置せず又はダミー基板を配置し、処理容器１内に窒素ガス／希ガスの流量比０．２以上１以下で希ガスと窒素ガスの処理ガスを導入し、第２の条件で第２の窒素プラズマを生成させ、処理容器１内の酸素を除去する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理装置の処理容器内に窒素ガス／希ガスの流量比０．０１以上０．２未満で希ガスと窒素ガスの処理ガスを導入し、第１の条件で第１の窒素プラズマを生成させ、前記第１の窒素プラズマにより少なくとも１枚の被処理体上の酸化膜を窒化処理する第１の窒化処理工程と、
前記第１の窒化処理工程の後で、前記処理容器内に被処理体を配置せず又はダミー基板を配置し、該処理容器内に窒素ガス／希ガスの流量比０．２以上１以下で希ガスと窒素ガスの処理ガスを導入し、第２の条件で第２の窒素プラズマを生成させ、前記第２の窒素プラズマにより前記処理容器内の酸素を除去する窒素プラズマシーズニング処理工程と、
前記窒素プラズマシーズニング処理工程の後で、前記処理容器内に窒素ガス／希ガスの流量比０．２以上１以下で希ガスと窒素ガスの処理ガスを導入し、第３の条件で第３の窒素プラズマを生成させ、前記第３の窒素プラズマにより被処理体上の酸化膜を窒化処理する第２の窒化処理工程と、
を備えているプラズマ窒化処理方法。
【請求項２】
前記第１の窒化処理工程における被処理体への窒素ドーズ量の目標値が１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２未満であり、前記第２の窒化処理工程における被処理体への窒素ドーズ量の目標値が１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下である請求項１に記載のプラズマ窒化処理方法。
【請求項３】
前記第１の窒化処理工程は、前記第２の窒化処理工程よりも被処理体からの酸素の放出量が大きい請求項１又は２に記載のプラズマ窒化処理方法。
【請求項４】
前記第３のプラズマ生成条件における前記処理容器内の圧力が１．３Ｐａ以上１３３．３Ｐａ以下の範囲内である請求項１から３のいずれか１項に記載のプラズマ窒化処理方法。
【請求項５】
前記プラズマシーズニング処理の１回の処理時間が１秒以上３００秒以下である請求項１から４のいずれか１項に記載のプラズマ窒化処理方法。
【請求項６】
前記プラズマが、前記処理ガスと、複数のスロットを有する平面アンテナにより前記処理容器内に導入されるマイクロ波と、によって形成されるマイクロ波励起プラズマである請求項１から５のいずれか１項に記載のプラズマ窒化処理方法。
【請求項７】
前記第３のプラズマ生成条件における前記マイクロ波のパワー密度が、被処理体の面積あたり０．５１１Ｗ／ｃｍ２以上２．５５Ｗ／ｃｍ２以下の範囲内である請求項６に記載のプラズマ窒化処理方法。
【請求項８】
前記第３のプラズマ生成条件における処理温度が、前記処理容器内で被処理体を載置する載置台の温度として、２５℃(室温)以上６００℃以下の範囲内である請求項１から７のいずれか１項に記載のプラズマ窒化処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ窒化処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマを利用して成膜等の処理を行なうプラズマ処理装置は、例えば、シリコンや化合物半導体から作製される各種半導体装置、液晶表示装置（ＬＣＤ）に代表されるＦＰＤ（フラット・パネル・ディスプレイ）などの製造過程で使用されている。このようなプラズマ処理装置においては、処理容器内の部品として、石英などの誘電体を材質とするパーツが多用されている。例えば、複数のスロットを有する平面アンテナによって処理容器内にマイクロ波を導入してプラズマを発生させるマイクロ波励起プラズマ処理装置では、平面アンテナまで導かれたマイクロ波を石英製のマイクロ波透過板（天板あるいは透過窓と呼ばれることもある）を介して処理容器内の空間に導入することにより、処理ガスと反応させて高密度プラズマを生成させる構成となっている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
ところで、各種半導体装置やＦＰＤ等の製品を製造する際には、製品管理上許容されるパーティクル数の基準値（許容パーティクル数）が設定されているため、パーティクル数の低減を図ることは製品の歩留りを向上させる上で極めて重要である。例えば、上記特許文献１では、石英製のマイクロ波透過板の表面に多数存在するマイクロクラックが、プラズマによるスパッタ作用やマイクロアーキングによって破壊されてパーティクル原因となっていることに着目している。その対策として、特許文献１では、パーティクルの発生を防止するため、プラズマ曝露環境下で使用される石英製部材に対し、５．３［ｅＶ］超のイオンエネルギーを有するプラズマによって表面処理を行なうことが提案されている。
【０００４】
しかし、上記のような構成のプラズマ処理装置を用い、被処理体表面のシリコンを窒化処理するプラズマ窒化処理においては、処理条件の変化によっても、前記基準値を超えるパーティクルが発生してしまうことがある。例えば、プラズマ処理装置を用い低窒素ドーズ量のプラズマ窒化処理を複数の被処理体に対して繰り返し実施した後、同じ処理容器内で、引き続き高窒素ドーズ量のプロセスに切り替えてプラズマ窒化処理を再開した直後に、パーティクル数が急激に上昇し、前記基準値を超えてしまうことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−３４５７９号公報（図１など）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者らは、プラズマ窒化処理において、処理条件の変化でパーティクル数が変化する現象について、その原因究明を行った結果、処理条件によってプラズマ処理装置内の部材（例えば石英製部材）の表面状態が変化し、それがパーティクルの発生に深く関与しているとの知見を得た。本発明は、このような知見に基づいて完成されたものであり、同一の処理容器内でプラズマ窒化処理の処理条件を変化させた場合でもパーティクルの発生を確実に防止できるプラズマ窒化処理方法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】
【０００７】
本発明のプラズマ窒化処理方法は、プラズマ処理装置の処理容器内に窒素ガス／希ガスの流量比０．０１以上０．２未満で希ガスと窒素ガスの処理ガスを導入し、第１の条件で第１の窒素プラズマを生成させ、前記第１の窒素プラズマにより少なくとも１枚の被処理体上の酸化膜を窒化処理する第１の窒化処理工程と、
前記第１の窒化処理工程の後で、前記処理容器内に被処理体を配置せず又はダミー基板を配置し、該処理容器内に窒素ガス／希ガスの流量比０．２以上１以下で希ガスと窒素ガスの処理ガスを導入し、第２の条件で第２の窒素プラズマを生成させ、前記第２の窒素プラズマにより前記処理容器内の酸素を除去する窒素プラズマシーズニング処理工程と、
前記窒素プラズマシーズニング処理工程の後で、前記処理容器内に窒素ガス／希ガスの流量比０．２以上１以下で希ガスと窒素ガスの処理ガスを導入し、第３の条件で第３の窒素プラズマを生成させ、前記第３の窒素プラズマにより被処理体上の酸化膜を窒化処理する第２の窒化処理工程と、
を備えている。
【０００８】
本発明のプラズマ窒化処理方法は、前記第１の窒化処理工程における被処理体への窒素ドーズ量の目標値が１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２未満であり、前記第２の窒化処理工程における被処理体への窒素ドーズ量の目標値が１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下であることが好ましい。
【０００９】
また、本発明のプラズマ窒化処理方法において、前記第１の窒化処理工程は、前記第２の窒化処理工程よりも被処理体からの酸素の放出量が大きいことが好ましい。
【００１０】
また、本発明のプラズマ窒化処理方法は、前記第３のプラズマ生成条件における前記処理容器内の圧力が１．３Ｐａ以上１３３．３Ｐａ以下の範囲内であることが好ましい。
【００１１】
また、本発明のプラズマ窒化処理方法は、前記プラズマシーズニング処理の１回の処理時間が１秒以上３００秒以下であることが好ましい。
【００１２】
また、本発明のプラズマ窒化処理方法は、前記プラズマが、前記処理ガスと、複数のスロットを有する平面アンテナにより前記処理容器内に導入されるマイクロ波と、によって形成されるマイクロ波励起プラズマであることが好ましい。
【００１３】
また、本発明のプラズマ窒化処理方法は、前記第３のプラズマ生成条件における前記マイクロ波のパワー密度が、被処理体の面積あたり０．５１１Ｗ／ｃｍ２以上２．５５Ｗ／ｃｍ２以下の範囲内であることが好ましい。
【００１４】
また、本発明のプラズマ窒化処理方法は、前記第３のプラズマ生成条件における処理温度が、前記処理容器内で被処理体を載置する載置台の温度として２５℃（室温）以上６００℃以下の範囲内であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のプラズマ窒化処理方法によれば、窒素ガス／希ガスの流量比が小さい条件の窒素プラズマで酸化膜を窒化処理する第１の窒化処理工程の後に、窒素ガス／希ガスの流量比が大きい条件の窒素プラズマで窒素プラズマシーズニング処理をするので、処理容器内の酸素量が抑制されて、窒素ガス／希ガスの流量比が大きい条件の窒素プラズマで酸化膜を窒化処理する第２の窒化処理工程へ移行した場合でも、処理容器内でのパーティクルの発生を効果的に抑制できる。従って、パーティクル発生の少ない信頼性の高いプラズマ窒化処理を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のプラズマ窒化処理方法の実施に適したプラズマ窒化処理装置の構成例を示す概略断面図である。
【図２】平面アンテナの構造を示す図面である。
【図３】制御部の構成を示す説明図である。
【図４】プラズマ窒化処理における石英製部材の表面の変化を説明する図面である。
【図５】図４に続く石英製部材の表面の状態を説明する図面である。
【図６】図５に続く石英製部材の表面の状態を説明する図面である。
【図７】図６に続く石英製部材の表面の状態を説明する図面である。
【図８】実験例１における窒素プラズマシーズニング前後のパーティクル数の変化を示す図面である。
【図９】実験例２におけるコンディショニング内容の違いによるパーティクル数を比較する図面である。
【図１０】実験例３における窒素プラズマシーズニング処理を含まないプラズマ窒化処理のパーティクル数変化を示す図面である。
【図１１】実験例３における窒素プラズマシーズニング処理を含むプラズマ窒化処理のパーティクル数変化を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明のプラズマ窒化処理方法の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。まず、図１〜３を参照しながら、本発明のプラズマ窒化処理方法に利用可能なプラズマ窒化処理装置の構成について説明する。図１はプラズマ窒化処理装置１００の概略構成を模式的に示す断面図である。また、図２は、図１のプラズマ窒化処理装置１００の平面アンテナを示す平面図であり、図３はプラズマ窒化処理装置１００の制御系統の構成を説明する図面である。
【００１８】
プラズマ窒化処理装置１００は、複数のスロット状の孔を有する平面アンテナ、特にＲＬＳＡ（Ｒａｄｉａｌ Ｌｉｎｅ Ｓｌｏｔ Ａｎｔｅｎｎａ；ラジアルラインスロットアンテナ）にて直接処理容器内にマイクロ波を導入して処理容器内でプラズマを発生させることにより、高密度かつ低電子温度のマイクロ波励起プラズマを発生させ得るＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置として構成されている。プラズマ窒化処理装置１００では、１×１０１０〜５×１０１２／ｃｍ３のプラズマ密度で、かつ０．７〜２ｅＶの低電子温度を有するプラズマによる処理が可能である。従って、プラズマ窒化処理装置１００は、各種半導体装置の製造過程において、窒化珪素膜（ＳｉＮ膜）等の窒化膜を形成する目的で好適に利用できる。
【００１９】
プラズマ窒化処理装置１００は、主要な構成として、被処理体である半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」と記す）Ｗを収容する処理容器１と、処理容器１内でウエハＷを載置する載置台２と、処理容器１内にガスを導入するガス供給装置１８に接続されたガス導入部１５と、処理容器１内を減圧排気するための排気装置２４と、処理容器１の上部に設けられ、処理容器１内にマイクロ波を導入してプラズマを生成するプラズマ生成手段としてのマイクロ波導入装置２７と、これらプラズマ窒化処理装置１００の各構成部を制御する制御部５０と、を備えている。なお、被処理体（ウエハＷ）というときは、その表面に成膜された各種薄膜、例えばポリシリコン層や、二酸化珪素膜等も含む意味で用いる。また、ガス供給装置１８は、プラズマ窒化処理装置１００の構成部分には含めずに、外部のガス供給装置をガス導入部１５に接続して使用する構成としてもよい。
【００２０】
処理容器１は、接地された略円筒状の容器により形成されている。なお、処理容器１は角筒形状の容器により形成してもよい。処理容器１は、上部が開口しており、アルミニウム等の材質からなる底壁１ａと側壁１ｂとを有している。
【００２１】
処理容器１の内部には、被処理体であるウエハＷを水平に載置するための載置台２が設けられている。載置台２は、例えばＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３等のセラミックスにより構成されている。その中でも特に熱伝導性の高い材質例えばＡｌＮが好ましく用いられる。この載置台２は、排気室１１の底部中央から上方に延びる円筒状の支持部材３により支持されている。支持部材３は、例えばＡｌＮ等のセラミックスにより構成されている。
【００２２】
また、載置台２には、その外縁部または全面をカバーし、かつウエハＷをガイドするためのカバー部材４が設けられている。このカバー部材４は、環状に形成され、載置台２の載置面及び／または側面をカバーしている。カバー部材４によって、載置台２とプラズマの接触を遮断し、載置台２がスパッタリングされることを防止して、ウエハＷへの不純物の混入防止を図ることができる。カバー部材４は、例えば石英、単結晶シリコン、ポリシリコン、アモルファスシリコン、窒化珪素等の材質で構成され、これらの中でもプラズマとの相性がよい石英がもっとも好ましい。また、カバー部材４を構成する前記材質は、アルカリ金属、金属などの不純物の含有量が少ない高純度のものが好ましい。
【００２３】
また、載置台２には、抵抗加熱型のヒータ５が埋め込まれている。このヒータ５は、ヒータ電源５ａから給電されることにより載置台２を加熱して、その熱で被処理体であるウエハＷを均一に加熱する。
【００２４】
また、載置台２には、熱電対（ＴＣ）６が配備されている。この熱電対６によって温度計測を行うことにより、ウエハＷの加熱温度を例えば室温から９００℃までの範囲で制御可能になっている。
【００２５】
また、載置台２には、ウエハＷを処理容器１内に搬入する際にウエハＷの受け渡しに用いるウエハ支持ピン（図示せず）が設けられている。各ウエハ支持ピンは、載置台２の表面に対して突没可能に設けられている。
【００２６】
処理容器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。また、載置台２の外周側には、処理容器１内で均一な排気を実現するため、多数の排気孔８ａを有する石英製のバッフルプレート８が環状に設けられている。このバッフルプレート８は、複数の支柱９により支持されている。
【００２７】
処理容器１の底壁１ａの略中央部には、円形の開口部１０が形成されている。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。この排気室１１には、排気管１２が接続されており、この排気管１２は排気装置２４に接続されている。このようにして、処理容器１内を真空排気できるように構成されている。
【００２８】
処理容器１の上部には、開口部を有するプレート１３が配置されている。プレート１３の内周は、内側（処理容器内空間）へ向けて突出し、環状の支持部１３ａを形成している。このプレート１３と処理容器１との間は、シール部材１４を介して気密にシールされている。
【００２９】
処理容器１の側壁１ｂには、プラズマ窒化処理装置１００と、これに隣接する搬送室（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１６と、この搬入出口１６を開閉するゲートバルブ１７とが設けられている。
【００３０】
また、処理容器１の側壁１ｂには、環状をなすガス導入部１５が設けられている。このガス導入部１５は、プラズマ励起用ガスや窒素ガスを供給するガス供給装置１８に接続されている。なお、ガス導入部１５はノズル状またはシャワー状に設けてもよい。
【００３１】
ガス供給装置１８は、ガス供給源と、配管（例えば、ガスライン２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）と、流量制御装置（例えば、マスフローコントローラ２１ａ、２１ｂ）と、バルブ（例えば、開閉バルブ２２ａ、２２ｂ）とを有している。ガス供給源としては、例えば希ガス供給源１９ａ、窒素ガス供給源１９ｂを有している。なお、ガス供給装置１８は、上記以外の図示しないガス供給源として、例えば酸素ガスを供給する酸素ガス供給源や、処理容器１内雰囲気を置換する際に用いるパージガス供給源等を有していてもよい。
【００３２】
希ガス供給源１９ａから供給される希ガスとしては、例えばＡｒガス、Ｋｒガス、Ｘｅガス、Ｈｅガスなどを用いることができる。これらの中でも、経済性に優れている点でＡｒガスを用いることが特に好ましい。図１では代表的にＡｒガスを図示した。
【００３３】
希ガス及び窒素ガスは、ガス供給装置１８の希ガス供給源１９ａ、窒素ガス供給源１９ｂから、それぞれガスライン（配管）２０ａ，２０ｂを介して供給され、ガスライン２０ｃにおいて合流し、このガスライン２０ｃに接続されたガス導入部１５から処理容器１内に導入される。各ガス供給源に接続する各々のガスライン２０ａ，２０ｂには、それぞれマスフローコントローラ２１ａ，２１ｂおよびその前後に配備された一組の開閉バルブ２２ａ，２２ｂが設けられている。このようなガス供給装置１８の構成により、供給されるガスの切替えや流量等の制御が出来るようになっている。
【００３４】
排気装置２４は、例えばターボ分子ポンプなどの高速真空ポンプを備えている。前記のように、排気装置２４は、排気管１２を介して処理容器１の排気室１１に接続されている。処理容器１内のガスは、排気室１１の空間１１ａ内へ均一に流れ、さらに空間１１ａから排気装置２４を作動させることにより、排気管１２を介して外部へ排気される。これにより、処理容器１内を所定の真空度、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。
【００３５】
次に、マイクロ波導入装置２７の構成について説明する。マイクロ波導入装置２７は、主要な構成として、透過板２８、平面アンテナ３１、遅波材３３、カバー部材３４、導波管３７、マッチング回路３８およびマイクロ波発生装置３９を備えている。マイクロ波導入装置２７は、処理容器１内に電磁波（マイクロ波）を導入してプラズマを生成させるプラズマ生成手段である。
【００３６】
マイクロ波を透過させる機能を有する透過板２８は、プレート１３において内周側に突出した支持部１３ａ上に配備されている。透過板２８は、誘電体、例えば石英等の材質で構成されている。この透過板２８と支持部１３ａとの間は、Ｏリング等のシール部材２９を介して気密にシールされている。したがって、処理容器１内は気密に保持される。
【００３７】
平面アンテナ３１は、透過板２８の上方（処理容器１の外側）において、載置台２と対向するように設けられている。平面アンテナ３１は、円板状をなしている。なお、平面アンテナ３１の形状は、円板状に限らず、例えば四角板状でもよい。この平面アンテナ３１は、プレート１３の上端に係止されている。
【００３８】
平面アンテナ３１は、例えば表面が金または銀メッキされた銅板、アルミニウム板、ニッケル板およびそれらの合金などの導電性部材で構成されている。平面アンテナ３１は、マイクロ波を放射する多数のスロット状のマイクロ波放射孔３２を有している。マイクロ波放射孔３２は、所定のパターンで平面アンテナ３１を貫通して形成されている。
【００３９】
個々のマイクロ波放射孔３２は、例えば図２に示すように、細長い長方形状（スロット状）をなしている。そして、典型的には隣接するマイクロ波放射孔３２が「Ｌ」字状に配置されている。また、このように所定の形状（例えばＬ字状）に組み合わせて配置されたマイクロ波放射孔３２は、さらに全体として同心円状に配置されている。マイクロ波放射孔３２の長さや配列間隔は、マイクロ波の波長（λｇ）に応じて決定される。例えば、マイクロ波放射孔３２の間隔は、λｇ／４〜λｇとなるように配置される。図２においては、同心円状に形成された隣接するマイクロ波放射孔３２どうしの間隔をΔｒで示している。なお、マイクロ波放射孔３２の形状は、円形状、円弧状等の他の形状であってもよい。さらに、マイクロ波放射孔３２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、放射状等に配置することもできる。
【００４０】
平面アンテナ３１の上面（平面アンテナ３１とカバー部材３４との間で形成される偏平導波管）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。この遅波材３３は、真空中ではマイクロ波の波長が長くなることから、マイクロ波の波長を短くしてプラズマを調整する機能を有している。遅波材３３の材質としては、例えば石英、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、ポリイミド樹脂などを用いることができる。なお、平面アンテナ３１と透過板２８との間、また、遅波材３３と平面アンテナ３１との間は、それぞれ接触させても離間させてもよいが、接触させることが好ましい。
【００４１】
処理容器１の上部には、これら平面アンテナ３１および遅波材３３を覆うように、カバー部材３４が設けられている。カバー部材３４は、例えばアルミニウムやステンレス鋼等の金属材料によって構成されている。カバー部材３４と平面アンテナ３１によって、偏平導波路が形成され、マイクロ波を処理容器１内に均一に供給できるようになっている。プレート１３の上端とカバー部材３４とは、シール部材３５によりシールされている。また、カバー部材３４の壁体の内部には、冷却水流路３４ａが形成されている。この冷却水流路３４ａに冷却水を通流させることにより、カバー部材３４、遅波材３３、平面アンテナ３１および透過板２８を冷却できるようになっている。なお、カバー部材３４は接地されている。
【００４２】
カバー部材３４の上壁（天井部）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。導波管３７の他端側には、マッチング回路３８を介してマイクロ波を発生するマイクロ波発生装置３９が接続されている。
【００４３】
導波管３７は、上記カバー部材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の上端部にモード変換器４０を介して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。モード変換器４０は、矩形導波管３７ｂ内をＴＥモードで伝播するマイクロ波をＴＥＭモードに変換する機能を有している。
【００４４】
同軸導波管３７ａの中心には内導体４１が延在している。この内導体４１は、その下端部において平面アンテナ３１の中心に接続固定されている。このような構造により、マイクロ波は、同軸導波管３７ａの内導体４１を介して平面アンテナ３１により形成される偏平導波路へ放射状に効率よく均一に伝播される。
【００４５】
以上のような構成のマイクロ波導入装置２７により、マイクロ波発生装置３９で発生したマイクロ波が導波管３７を介して平面アンテナ３１へ伝搬され、さらにマイクロ波放射孔３２（スロット）から透過板２８を介して処理容器１内に導入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、例えば２．４５ＧＨｚが好ましく用いられ、他に８．３５ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ等を用いることもできる。
【００４６】
プラズマ窒化処理装置１００の各構成部は、制御部５０に接続されて制御される構成となっている。制御部５０は、典型的にはコンピュータであり、例えば図３に示したように、ＣＰＵを備えたプロセスコントローラ５１と、このプロセスコントローラ５１に接続されたユーザーインターフェース５２および記憶部５３を備えている。プロセスコントローラ５１は、プラズマ窒化処理装置１００において、例えば温度、圧力、ガス流量、マイクロ波出力などの処理条件に関係する各構成部（例えば、ヒータ電源５ａ、ガス供給装置１８、排気装置２４、マイクロ波発生装置３９など）を統括して制御する制御手段である。
【００４７】
ユーザーインターフェース５２は、工程管理者がプラズマ窒化処理装置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、プラズマ窒化処理装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を有している。また、記憶部５３には、プラズマ窒化処理装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ５１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記録されたレシピなどが保存されている。
【００４８】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース５２からの指示等にて任意のレシピを記憶部５３から呼び出してプロセスコントローラ５１に実行させることで、プロセスコントローラ５１による制御のもとでプラズマ窒化処理装置１００の処理容器１内で所望の処理が行われる。また、前記制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリ、ＤＶＤ、ブルーレイディスクなどに格納された状態のものを利用できる。さらに、前記レシピを他の装置から例えば専用回線を介して伝送させて利用することも可能である。
【００４９】
このように構成されたプラズマ窒化処理装置１００では、例えば室温（２５℃程度）以上６００℃以下の低温でウエハＷへのダメージフリーなプラズマ処理を行うことができる。また、プラズマ窒化処理装置１００は、プラズマの均一性に優れていることから、大口径のウエハＷに対してもプロセスの均一性を実現できる。
【００５０】
次に、ＲＬＳＡ方式のプラズマ窒化処理装置１００を用いたプラズマ窒化処理の一般的な手順について説明する。まず、ゲートバルブ１７を開にして搬入出口１６からウエハＷを処理容器１内に搬入し、載置台２上に載置する。次に、処理容器１内を減圧排気しながら、ガス供給装置１８の希ガス供給源１９ａおよび窒素ガス供給源１９ｂから、希ガスおよび窒素ガスを所定の流量でそれぞれガス導入部１５を介して処理容器１内に導入する。このようにして、処理容器１内を所定の圧力に調節する。
【００５１】
次に、マイクロ波発生装置３９で発生させた所定周波数例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を、マッチング回路３８を介して導波管３７に導く。導波管３７に導かれたマイクロ波は、矩形導波管３７ｂおよび同軸導波管３７ａを順次通過し、内導体４１を介して平面アンテナ３１に供給される。つまり、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３１に向けて伝搬されていく。そして、マイクロ波は、平面アンテナ３１に貫通形成されたスロット状のマイクロ波放射孔３２から透過板２８を介して処理容器１内においてウエハＷの上方空間に放射される。
【００５２】
平面アンテナ３１から透過板２８を経て処理容器１内に放射されたマイクロ波により、処理容器１内で電磁界が形成され、希ガスおよび窒素ガス等の処理ガスがプラズマ化する。このようにして生成するマイクロ波励起プラズマは、マイクロ波が平面アンテナ３１の多数のマイクロ波放射孔３２から放射されることにより、略１×１０１０〜５×１０１２／ｃｍ３の高密度で、かつウエハＷ近傍では、略１．２ｅＶ以下の低電子温度プラズマとなる。
【００５３】
プラズマ窒化処理装置１００で実施されるプラズマ窒化処理の条件は、制御部５０の記憶部５３にレシピとして保存しておくことができる。そして、プロセスコントローラ５１がそのレシピを読み出してプラズマ窒化処理装置１００の各構成部、例えばガス供給装置１８、排気装置２４、マイクロ波発生装置３９、ヒータ電源５ａなどへ制御信号を送出することにより、所望の条件でのプラズマ窒化処理が実現する。
【００５４】
次に、本実施の形態のプラズマ窒化処理方法の手順について説明する。プラズマ窒化処理方法は、第１の窒化処理工程と、窒素プラズマシーズニング処理工程と、第１の窒化処理工程とは異なる種類のプラズマ窒化処理を行なう第２の窒化処理工程とを、有している。より具体的には、第１の窒化処理工程は、プラズマ窒化処理装置１００の処理容器１内に窒素ガス／希ガスの流量比０．０１以上０．２未満で希ガスと窒素ガスの処理ガスを導入し、第１の条件で第１の窒素プラズマを生成させ、第１の窒素プラズマにより少なくとも１枚のウエハＷ上の酸化膜を窒化処理する工程である。
【００５５】
窒素プラズマシーズニング処理工程は、第１の窒化処理工程の後で、処理容器１内にウエハＷを配置せず又はダミー基板を配置し、処理容器１内に窒素ガス／希ガスの流量比０．２以上１以下で希ガスと窒素ガスの処理ガスを導入し、第２の条件で第２の窒素プラズマを生成させ、第２の窒素プラズマにより処理容器１内の酸素を除去する工程である。
【００５６】
第２の窒化処理工程は、窒素プラズマシーズニング処理工程の後で、処理容器１内に窒素ガス／希ガスの流量比０．２以上１以下で希ガスと窒素ガスの処理ガスを導入し、第３の条件で第３の窒素プラズマを生成させ、第３の窒素プラズマによりウエハＷ上の酸化膜を窒化処理する工程である。
【００５７】
第１の窒化処理工程と第２の窒化処理工程は、いずれもプラズマ窒化処理を含む点で共通するが、例えば、各工程で目標とする窒化力の程度によって、第１の窒化処理工程と第２の窒化処理工程におけるプラズマ窒化処理の内容を区別することができる。具体的には、第１の窒化処理工程のプラズマ窒化処理は、窒素ガス／希ガスの流量比０．０１以上０．２未満の第１の条件で窒素プラズマを生成させ、ウエハＷに対して処理を行なうものであり、第２の窒化処理工程でのプラズマ窒化処理は、窒素ガス／希ガスの流量比０．２以上１以下で第３の条件で窒素プラズマを生成させウエハＷに対してプラズマ窒化処理を行なう工程である。この場合、窒素ガス／希ガスの流量比が大きい第３の条件は、第１の条件よりも窒化力の強いプラズマ生成条件と言うことができる。例えば、第１の窒化処理工程におけるウエハＷへの窒素ドーズ量の目標値は、１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２未満することができる。また、第２の窒化処理工程におけるウエハＷへの窒素ドーズ量の目標値は１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下とすることができる。
【００５８】
また、別の観点では、第１の窒化処理工程と第２の窒化処理工程のプラズマ窒化処理を、処理容器１内に残留する酸素量の大小によって区別することもできる。例えば、第１の窒化処理工程は、第２の窒化処理工程よりもウエハＷからの酸素の放出量が大きい処理である場合がこれに該当する。第２の窒化処理工程よりも第１の窒化処理工程の方が、ウエハＷからの酸素の放出量が多くなる要因としては、例えば第２の窒化処理工程の処理対象のウエハＷに比べ、第１の窒化処理工程の処理対象のウエハＷの表面に、酸素を放出しやすい酸素含有膜（例えば二酸化珪素膜）がより多く存在している場合である。ウエハＷ表面の膜を窒素プラズマで窒化すると膜中の酸素と窒素が入れ代わり該膜中から酸素が追い出され、プラズマ窒化処理装置１００の処理容器１内に放出され、その酸素によって処理容器１内の部材（パーツ）、例えば石英製の透過板２８の表面が酸化されやすくなる。
【００５９】
本実施の形態のプラズマ窒化処理方法は、以上に説明したような第１の窒化処理工程と第２の窒化処理工程の処理内容の違いを前提とするものである。なお、第１の窒化処理工程が、例えば酸素ガスを処理容器１内に導入するプロセスである場合も、酸素が処理容器１内に残留しやすくなる。
【００６０】
次に、本実施の形態のプラズマ窒化処理方法の手順について説明する。まず、図示しない搬送装置により、１枚のウエハＷをプラズマ窒化処理装置１００の処理容器１内に搬入する。このウエハＷには、例えば二酸化珪素膜などの酸素を放出しやすい薄膜が形成されていてもよい。
【００６１】
次に、プラズマ窒化処理装置１００の処理容器１内でウエハＷに対してプラズマ窒化処理を行なう。プラズマ窒化処理は、処理容器１内において、第１の条件で窒素ガスのプラズマを生成させ、該プラズマをウエハＷへ作用させることにより行われる。第１の条件は、上記のとおり第３の条件との相対的関係で窒素ガス／希ガスの流量比が小さく、ウエハＷへの窒素ドーズ量が少なくなるように設定される。第１のプラズマ窒化処理が終了した後、図示しない搬送装置により処理容器１からウエハＷを搬出する。これで１枚のウエハに対するプラズマ窒化処理が終了する。
【００６２】
次に、処理容器１内から酸素を排出させる目的で窒素プラズマシーズニング処理を行う。窒素プラズマシーズニング処理は、処理容器１内において、第２の条件で窒素ガスのプラズマを生成させ、処理容器１内の部材、例えば透過板２８などの石英製部材を強い窒化力の窒素プラズマに曝し、酸素を除去する処理である。このような観点から、窒素プラズマシーズニング処理における窒素プラズマの窒化力（つまり、対象への窒素ドーズ能力）は、第１の窒化処理工程のプラズマ窒化処理より大きく、好ましくは第２の窒化処理工程でのプラズマ窒化処理以上である。すなわち、第１のプラズマ窒化処理工程の窒化力＜第２のプラズマ窒化処理工程の窒化力≦窒素プラズマシーズニング処理の窒化力、の関係が成り立つことが好ましい。
【００６３】
プラズマ窒化処理装置１００で行われる窒素プラズマシーズニング処理は、ウエハＷを処理対象としない点を除き、第１のプラズマ窒化処理の手順に準じて実施できる。すなわち、ゲートバルブ１７を閉じた状態で、処理容器１内を減圧排気しながら、ガス供給装置１８の希ガス供給源１９ａおよび窒素ガス供給源１９ｂから、希ガスおよび窒素ガスを所定の流量でそれぞれガス導入部１５を介して処理容器１内に導入する。このようにして、処理容器１内を所定の圧力に調節する。次に、マイクロ波発生装置３９で発生させた所定周波数例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波をマッチング回路３８、導波管３７を介して平面アンテナ３１に導き、平面アンテナ３１のマイクロ波放射孔３２から透過板２８を介して処理容器１内に放射させる。このようにして処理容器１内に放射されたマイクロ波により、処理容器１内で電磁界が形成され、希ガスおよび窒素ガスがプラズマ化する。生成した窒素プラズマに曝すことによって、処理容器１内の石英製部材に付着若しくはＳｉＯＮ層として取り込まれた酸素をプラズマのスパッタ作用で放出させ、排気装置２４によって排気ガスとともに処理容器１外へ排出させることができる。なお、窒素プラズマシーズニング処理は、載置台２にダミーウエハを載置した状態で行ってもよい。
【００６４】
第２の窒化処理工程は、窒素プラズマシーズニング処理工程の後で、処理条件を第３の条件とする点以外は第１の窒化処理工程と同様の手順で実施できる。
【００６５】
＜窒素プラズマシーズニングの条件＞
ここで、プラズマ窒化処理装置１００において行なわれる窒素プラズマシーズニングの好ましい条件（第２の条件）について説明を行う。窒素プラズマシーズニング処理では、下記の条件の中で、特に処理ガスの流量比率と処理圧力が重要であり、これらのバランスを考慮することによって窒化力の強いプラズマが生成され、処理容器１内の酸素を効率よく排除できる。
【００６６】
［処理ガス］
処理ガスとしては、Ｎ２ガスとともに、希ガスとしてＡｒガスを使用することが好ましい。このとき、窒素ガス／希ガスの流量比（体積比率）を０．２以上１以下の範囲内とする。例えば３００ｍｍ径のウエハＷを処理する場合には、Ａｒガスの流量は３０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以上５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以下の範囲内、Ｎ２ガスの流量は５ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以上１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以下の範囲内から、上記流量比になるように設定することができる。なお、ウエハＷのサイズが大きくなれば、処理容器１のサイズも大きくなるので、前記流量の範囲も処理容器１のサイズに応じて設定できる。
【００６７】
［処理圧力］
処理圧力は、強い窒化力のプラズマを生成させる観点から、１．３Ｐａ以上１３３．３Ｐａ以下の範囲内に設定することが好ましく、１．３Ｐａ以上５０Ｐａ以下の範囲内がより好ましい。処理圧力が１．３Ｐａ未満では、プラズマが不安定であり、１３３．３Ｐａを超えると、十分な窒化力が得られず、石英製部材等からの酸素の放出効果が小さくなる。
【００６８】
［処理時間］
処理時間は、第１の窒化処理工程におけるプラズマ窒化処理の条件に応じて設定できるが、１枚のウエハＷを処理する毎に窒素プラズマシーズニング処理を実施する場合は、例えば１秒以上３００秒以下に設定することが好ましく、１秒以上１８０秒以下に設定することがより好ましい。酸素の除去効果はある程度の時間までは処理時間に比例して大きくなるが、処理時間が長くなりすぎると頭打ちになり、第１の窒化処理工程のスループットが低下する。従って、所望の酸素排出効果が得られる範囲で、出来るだけ処理時間を短く設定することが好ましい。
【００６９】
［マイクロ波パワー］
窒素プラズマシーズニング処理におけるマイクロ波のパワー密度は、安定かつ均一に窒素プラズマを生成させるとともに、窒化力を高めて窒化することにより処理容器内の石英製部材の表面を安定な窒化膜に改質させる観点から、０．５１１Ｗ／ｃｍ２以上２．５５Ｗ／ｃｍ２以下の範囲内とすることが好ましい。なお、本発明においてマイクロ波のパワー密度は、透過板２８の面積１ｃｍ２あたりのマイクロ波パワーを意味する。また、例えば３００ｍｍ径以上のウエハＷを処理する場合には、マイクロ波パワーを１０００Ｗ以上５０００Ｗ以下の範囲内とすることが好ましく、１５００Ｗ以上５０００Ｗ以下とすることがより好ましい。
【００７０】
［処理温度］
処理温度（ウエハＷの加熱温度）は、窒素ドーズ量をより向上させる観点から、載置台２の温度として、例えば２５℃（室温）以上６００℃以下の範囲内とすることが好ましく、２００℃以上５００℃以下の範囲内に設定することがより好ましく、４００℃以上５００℃以下の範囲内に設定することが望ましい。
【００７１】
以上の窒素プラズマシーズニングの条件は、制御部５０の記憶部５３にレシピとして保存しておくことができる。そして、プロセスコントローラ５１がそのレシピを読み出してプラズマ窒化処理装置１００の各構成部、例えばガス供給装置１８、排気装置２４、マイクロ波発生装置３９、ヒータ電源５ａなどへ制御信号を送出することにより、所望の条件での窒素プラズマシーズニングが行われる。
【００７２】
窒素プラズマシーズニング処理は、第１の窒化処理工程で１枚若しくは複数枚のウエハＷへの処理を一単位として、該一単位のプラズマ窒化処理を行なう毎に実施することができる。例えば１枚のウエハＷを第１の条件でプラズマ窒化処理する毎に、１回の窒素プラズマシーズニングを行ってもよいし、所定枚数のウエハＷを第１の条件でプラズマ窒化処理した後に、１回の窒素プラズマシーズニングを行うこともできる。なお、窒素プラズマシーズニングは、載置台２にウエハＷを載置しない状態で行うことができるが、例えばダミーウエハを載置台２に載置した状態で行ってもよい。
【００７３】
＜作用＞
図４〜図７は、プラズマ窒化処理装置１００の処理容器１内で、プラズマ窒化処理を行なう際の石英製部材（例えば透過板２８）の表面の状態変化を示している。プラズマ窒化処理装置１００の処理容器１内で、プラズマ窒化処理（例えば、上記第１の窒化処理工程）を行なうと、透過板２８などの石英製部材の表面が窒素プラズマに曝されるため、ＳｉＯ２が窒化されてＳｉＯＮとなり、さらに窒化が進み、図４に示すように、薄いＳｉＮ層１０１が形成される。
【００７４】
図４の状態で、表面に二酸化珪素膜などの酸素を含有する膜（酸素含有膜）が形成されたウエハＷに対してプラズマ窒化処理を続けていくと、窒素と酸素が入れ替わり酸素含有膜中の酸素原子（Ｏ＊）が処理容器１内に放出される。酸素含有膜から放出された酸素原子（Ｏ＊）は、処理容器１内に拡散し、透過板２８などの石英製部材に付着してその表面を酸化する。このような機構の酸化が進むと、図５に示すように、処理容器１内の透過板２８などの石英製部材の表面のＳｉＮ層１０１が酸化されて窒化酸化珪素層（ＳｉＯＮ層）１０２が形成される。
【００７５】
次に、図５の状態で、最初のプラズマ窒化処理とはプラズマ生成条件が異なり、より窒化力が強いプラズマによる窒化処理（例えば、上記第２の窒化処理工程）が開始されると、図６に示すように、ＳｉＯＮ層１０２の表面が窒化されて、ＳｉＮ層１０３が形成される。ＳｉＯＮ層１０２と、窒素プラズマへの曝露により新しく形成されたＳｉＮ層１０３とは、層のストレスが異なるため、クラックが入りプラズマの作用により熱応力が加わると、図７に示すように容易に膜が剥離する。これが、第１の窒化処理工程から第２の窒化処理工程へ移行した直後に発生するパーティクルＰの原因であると考えられる。
【００７６】
本実施の形態のプラズマ窒化処理方法では、例えばウエハＷからの酸素放出が多く、かつ窒素ドーズ量が相対的に低い第１の窒化処理工程の間、１枚のウエハＷを処理する毎に、窒化力の強いプラズマを利用する窒素プラズマシーズニング処理を実施することによって、処理容器１内に付着若しくは滞留している酸素を速やかに排出させることができる。その結果、第１の窒化処理工程でプラズマ窒化処理を繰り返し実施しても、常に石英製部材の表面を図４に示す状態（ＳｉＮ層１０１が形成された状態）に維持することができる。つまり、石英製部材等の表面の酸化（ＳｉＯＮ層１０２の形成）を防止することで、熱応力による剥離が生じ難い状態に維持する。従って、第１の窒化処理工程の後で、より窒化力の強い条件で行なわれる第２の窒化処理工程に移行しても、上記のように石英製部材の表面が剥離してパーティクル原因となる現象を未然に防止できる。
【００７７】
次に、本発明の基礎となった実験結果について説明する。まず、窒素プラズマシーズニングの効果を確認するために、下記の実験例１及び実験例２を実施した。
実験例１：
図１のプラズマ窒化処理装置１００と同様の構成の装置を用い、窒素ガス／Ａｒガスの流量比が低いプラズマ窒化条件から下記の窒素ガス／Ａｒガスの流量比が高いプラズマ窒化条件に切り替えて、基板上の酸化膜に対して窒化処理し、その際、パーティクルモニタリングをした。パーティクルが発生した時点で、下記に示す条件で窒素プラズマシーズニングを実施し、その前後のパーティクル数の変化を調べた。その結果を図８に示した。なお、図１０中Ａ−１、Ｂ−１、Ｃ−１等は、パーティクルを計測したモニターウエハの番号である。
【００７８】
＜プラズマ窒化条件＞
処理圧力；２０Ｐａ
Ａｒガス流量；８０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｎ２ガス流量；１０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
マイクロ波の周波数：２．４５ＧＨｚ
マイクロ波パワー：２０００Ｗ（パワー密度１．０１Ｗ／ｃｍ２）
処理温度：５００℃
処理時間：９０秒
ウエハ径：３００ｍｍ
【００７９】
＜窒素プラズマシーズニング条件＞
処理圧力；２０Ｐａ
Ａｒガス流量；２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｎ２ガス流量；１３４ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
マイクロ波の周波数：２．４５ＧＨｚ
マイクロ波パワー：２０００Ｗ（パワー密度１．０１Ｗ／ｃｍ２）
処理温度：５００℃
処理時間：９０秒
【００８０】
図８に示したように、窒素ガス／Ａｒガスの流量比を第１の窒化処理より大きい流量比の条件で窒素プラズマシーズニングを実施することによって、石英製部材の表面のＳｉＯＮ膜を強い窒化力により窒化してＳｉＮ膜に改質して、膜のストレスを緩和させクラックが入るのを抑制することにより剥離が防止され、パーティクル数が大幅に低減した。従って、上記条件での窒素プラズマシーズニングによって、プラズマ窒化処理において処理容器内で発生するパーティクルを効果的に低減できることが確認できた。
【００８１】
実験例２：
図１のプラズマ窒化処理装置１００と同様の構成の装置でウエハ上の酸化膜にプラズマ窒化処理を実施した後、大気開放でのメンテナンスを行った。メンテナンス後、処理容器１内のコンタミネーションを除去する目的で、下記の条件２−１（２−１ａ，２−１ｂ）及び２−２によって処理容器内のコンディショニングを実施した。条件２−１（２−１ａ，２−１ｂ）は、窒素ガスと酸素ガスを含有するプラズマによるコンディショニングである。また、条件２−２は、酸素ガスを含有しない窒素ガスのプラズマによるコンディショニングであり、上記窒素プラズマシーズニングに相当する処理である。条件２−１ａと条件２−１ｂを交互に繰り返して、６０回の酸素枯らしシーズニングをして、条件２−２で処理し、実験例１と同様にしてパーティクル数を計測した結果を図９に示した。
【００８２】
＜条件２−１ａ（コンディショニング）＞
処理圧力；４００Ｐａ
Ａｒガス流量；２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｈ２ガス流量；２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｏ２ガス流量；８０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
マイクロ波の周波数：２．４５ＧＨｚ
マイクロ波パワー：３８００Ｗ（パワー密度１．９２Ｗ／ｃｍ２）
処理温度：５００℃
処理時間：６０秒
【００８３】
＜条件２−１ｂ（コンディショニング）＞
処理圧力；４００Ｐａ
Ａｒガス流量；２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｏ２ガス流量；８０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
マイクロ波の周波数：２．４５ＧＨｚ
マイクロ波パワー：３８００Ｗ（パワー密度１．９２Ｗ／ｃｍ２）
処理温度：５００℃
処理時間：６０秒
【００８４】
＜条件２−２（コンディショニング＆パーティクルモニタリング）＞
処理圧力；２０Ｐａ
Ａｒガス流量；１０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｎ２ガス流量；２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
マイクロ波の周波数：２．４５ＧＨｚ
マイクロ波パワー：１５００Ｗ（パワー密度０．７６Ｗ／ｃｍ２）
処理温度：５００℃
処理時間：６０秒（モニタリングは９０秒）
【００８５】
図９に示したように、酸素を含有する条件２−１のプラズマコンディショニングでは、多くのパーティクル数が確認された。メンテナンス前のプラズマ窒化処理で石英製部材の表面に形成されていたＳｉＮ層が、条件２−１のプラズマコンディショニングで処理容器内が酸化雰囲気になったため、ＳｉＯＮ層に変化して、パーティクル発生原因になったものと考えられた。一方、酸素を含有しない条件２−２のプラズマコンディショニングでは、パーティクル数が大幅に抑制された。これは、メンテナンス前のプラズマ窒化処理で石英製部材の表面に形成されたＳｉＮ層がそのままの状態で維持されたため、ＳｉＮ層が剥がれず、パーティクル発生源にならなかったものと考えられた。
【００８６】
実験例３：
次に、窒素プラズマシーズニングをプラズマ窒化処理に組み込んだ実験例３について、図１０及び図１１を参照しながら説明する。まず、図１のプラズマ窒化処理装置１００と同様の構成の装置を用い、約２６００枚のウエハＷにプラズマ窒化処理を行なった。ここでは、下記に示すように、窒化条件Ａの処理ガスに強制的に酸素を添加し、ウエハＷから酸素が放出された場合の雰囲気状態と同様の雰囲気状態を模擬的に再現した。次に、同じ処理容器内で、下記の窒化条件Ｂに切り替え、約１０枚のウエハＷにプラズマ窒化処理を行なった。この窒化条件Ａ→窒化条件Ｂでのランニング試験におけるパーティクル数を計測した結果を図１０に示した。
【００８７】
＜窒化条件Ａ＞
処理圧力；２０Ｐａ
Ａｒガス流量；２１０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｎ２ガス流量；１０．５ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
マイクロ波の周波数：２．４５ＧＨｚ
マイクロ波パワー：１１００Ｗ（パワー密度０．４２Ｗ／ｃｍ２）
処理温度：５００℃
処理時間：２０秒
ウエハ径：３００ｍｍ
【００８８】
＜ダミーウエハ処理用条件／窒化条件Ａ＋酸素添加＞
処理圧力；２０Ｐａ
Ａｒガス流量；２１０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｎ２ガス流量；１０．５ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｏ２ガス流量；９ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
マイクロ波の周波数：２．４５ＧＨｚ
マイクロ波パワー：１１００Ｗ（パワー密度０．４２Ｗ／ｃｍ２）
処理温度：５００℃
処理時間：２０秒
ウエハ径：３００ｍｍ
【００８９】
＜窒化条件Ｂ＞
処理圧力；２０Ｐａ
Ａｒガス流量；５５ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｎ２ガス流量；３６．８ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
マイクロ波の周波数：２．４５ＧＨｚ
マイクロ波パワー：２０００Ｗ（パワー密度１．０１Ｗ／ｃｍ２）
処理温度：５００℃
処理時間：９０秒
【００９０】
図１０は、上記ランニング試験において計測された粒径０．２μｍ以上のパーティクル数を示している。ここでは、許容できるパーティクル数の基準値を３０個に設定した。図１０から、プラズマ窒化処理の条件を、窒化条件Ａから窒化条件Ｂに変化させた直後に、パーティクル数が急激に増加し、基準値を大幅に超えていることが解る。この原因として、酸素を添加した窒化条件Ａでの約２６００枚のウエハＷへのプラズマ窒化処理の間に、処理容器内に存在する石英製部材の表面が酸化され、ＳｉＯＮ層が形成されていた状態で窒化条件Ｂに切り替えたため、応力変化によってＳｉＯＮ層が剥離したものと考えられた。なお、図１０中の２６００枚前後、パーティクル数１５０以上のところにある２個の窒化条件Ａのプロット（黒の菱形）は、窒化条件Ａから窒化条件Ｂ条件に切り替えたところ、窒化条件Ｂでパーティクルが発生したため、再び窒化条件Ａでモニタリングした結果、パーティクルが発生したことを示している。
【００９１】
図１１は、１枚のダミーウエハＷを処理する毎に下記の条件で窒素プラズマシーズニングを実施した点以外は、図１０と同様に窒化条件Ａ及びＢでランニング試験を実施した結果を示している。ここでは、窒化条件Ａで約２５００枚のウエハＷを処理した後に、窒化条件Ｂに切り替えた。図１１に示したように、窒化条件Ａから窒化条件Ｂに切り替えた後、さらに２５００枚程度処理を続けても、パーティクル数は基準値を下回っており、パーティクルの抑制効果が確認できた。このようなパーティクルの抑制効果は、１枚のウエハＷに対して窒化処理を行なう毎に、１回のプラズマシーズニングを実施することによって、石英製部材の表面の酸化が防止された結果であると考えられた。つまり、石英製部材の表面にパーティクル原因となるＳｉＯＮ層が形成されず、ＳｉＮ層が形成されたままの状態で窒化条件Ｂへ移行できた結果、その後処理を続けてもパーティクルの発生が見られなかったものと考えられた。
【００９２】
＜窒素プラズマシーズニング条件＞
処理圧力；２０Ｐａ
Ａｒガス流量；２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｎ２ガス流量；１３４ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
マイクロ波の周波数：２．４５ＧＨｚ
マイクロ波パワー：２０００Ｗ（パワー密度１．０１Ｗ／ｃｍ２）
処理温度：５００℃
処理時間：９０秒
【００９３】
以上のように、本実施の形態のプラズマ窒化処理方法によれば、第１の窒化処理工程の後に窒素プラズマシーズニング処理を含むため、第１の窒化処理工程とはプラズマ窒化処理条件が異なる第２の窒化処理工程へ移行した場合でも、処理容器１内でのパーティクルの発生を効果的に抑制できる。従って、プラズマ窒化処理装置１００において、パーティクル発生の少ない信頼性の高いプラズマ窒化処理を実現できる。
【００９４】
以上、本発明の実施の形態を例示の目的で詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に制約されることはない。当業者は本発明の思想及び範囲を逸脱することなく多くの改変を成し得、それらも本発明の範囲内に含まれる。例えば、上記実施の形態では、ＲＬＳＡ方式のプラズマ窒化処理装置１００を使用したが、他の方式のプラズマ処理装置を用いてもよく、例えば平行平板方式、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマ、マグネトロンプラズマ、表面波プラズマ（ＳＷＰ）等の方式のプラズマ処理装置を利用してもよい。
【００９５】
また、上記実施の形態では、半導体ウエハを被処理体とするプラズマ窒化処理を例に挙げて説明したが、被処理体は、例えばＦＰＤ（フラットパネルディスプレー）用の基板や太陽電池用基板などでもよい。
【符号の説明】
【００９６】
１…処理容器、２…載置台、３…支持部材、５…ヒータ、１２…排気管、１５…ガス導入部、１６…搬入出口、１７…ゲートバルブ、１８…ガス供給装置、１９ａ…希ガス供給源、１９ｂ…窒素ガス供給源、２４…排気装置、２８…透過板、２９…シール部材、３１…平面アンテナ、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、５０…制御部、５１…プロセスコントローラ、５２…ユーザーインターフェース、５３…記憶部、１００…プラズマ窒化処理装置、Ｗ…ウエハ（半導体基板）
【図１】
2011216593.tif 000003
【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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【図１１】
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