(57)【要約】【課題】プロセスガスが早期にプラズマ化することで、被処理体に対する成膜などの処理が良好になされないのを改善する。【解決手段】プラズマ処理チャンバ、チャンバ内に設けられたプラズマ発生源、チャンバ内で被処理体を支持する支持台、プラズマ発生源と前記支持台との間に配置されてプラズマ発生源側空間と被処理体が配置される前記支持台側空間を隔てる仕切材、支持台側空間にプロセスガスを供給するプロセスガス導入部、を備えることで、プロセスガスをプラズマ源近傍を通すことなく、基板近傍にのみ流すことができ、そのガスは基板近傍でプラズマにより分解され、より多くのラジカルを基板表面に到達させることができ、例えばＣＶＤプロセスの場合、ＳｉＨ３ラジカルがより多く基板表面まで到達することになり、それにより欠陥密度の少ない良い特性の膜が得られる（光劣化に対して強くなるなど）。【選択図】図１
2011243732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理が行われるチャンバと、
該チャンバ内に設けられたプラズマ発生源と、
前記チャンバ内で被処理体を支持する支持台と、
前記プラズマ発生源と前記支持台との間に配置されて前記プラズマ発生源側空間と前記被処理体が配置される前記支持台側空間とを隔てる仕切材と、
前記支持台側空間にプロセスガスを供給するプロセスガス導入部と、を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記仕切材は、前記支持台で支持された前記被処理体全表面を覆う大きさを有し、かつ前記被処理体表面に間隙を有して沿う、板形状を有してい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】
前記プラズマ発生源が高周波アンテナであり、前記仕切材が誘電体で構成されてい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】
前記プロセスガス導入部は、前記プラズマ発生源側空間を介することなく、前記支持台側空間に直接プロセスガスを供給するものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記支持台側空間に位置する排気部を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
プラズマ処理が行われるチャンバ内で、仕切材で隔てられたプラズマ発生源側空間と被処理体を支持する支持台側空間のうち、前記被処理体を支持した前記支持台側空間に前記プラズマ発生源側空間を介することなく直接プロセスガスを供給して、プラズマ処理をすることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項７】
前記プロセスガスを、前記プラズマ発生源によって生成される高密度プラズマに直接晒されることなく、前記支持台側空間でプラズマ化させることを特徴とする請求項６記載のプラズマ処理方法。
【請求項８】
前記支持台側空間で排気するとともに、該支持台側空間に前記プラズマガスを供給することによって前記プラズマガスを前記支持台側空間に滞留させつつ前記プラズマ処理を行うことを特徴とする請求項６または７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、プラズマ処理に関するものであり、特に被処理体近傍で発生したガスプラズマによって被処理体を処理するプラズマ処理方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスをプラズマ化させる装置には、高周波を放電させるアンテナをチャンバの外部に備えるものと、チャンバの内部に備えるものとが知られている（例えば特許文献１、２参照）。
図３は、外部アンテナ型誘導結合型ＣＶＤ装置であり、図４は、内部アンテナ型誘導結合型ＣＶＤ装置を示すものであり、以下に説明する。
【０００３】
図３は外部アンテナ方式の誘導結合型ＣＶＤ装置８０を模式的に示す図である。
該ＣＶＤ装置８０は、半球状の石英容器を備えた反応室８１の外周に沿って上部から下部に向かって巻線状のヘリカルアンテナコイル８２が配置されており、該アンテナコイル８２に高周波電源８３が接続されている。すなわち、高周波電源８３の一端は、マッチングボックス８４を介してヘリカルアンテナコイル上部８２ａに接続され、他端はヘリカルアンテナコイル下部８２ｂと接続され接地されている。反応室８１は真空排気口８５を介して排気系８６に接続されている。反応室８１上部には、シャワーヘッド８９が配置されており、該シャワーヘッド８９にはガス導入管８８が接続され、ガス導入管８８にはガス導入系８７が接続されている。反応室８１内の下部には、処理対象物９０を載置するためのステージ９１が設置されていて、このステージ９１は接地されている。
【０００４】
上記ＣＶＤ装置８０の作用について説明する。
反応室８１は、真空排気口８５を介して排気系８６により真空排気される。ガスは、ガス導入系８７からガス導入管８８を介して反応室８１上部のシャワーヘッド８９に導入される。アンテナコイル８２に高周波電源８３から高周波が印加されると、プラズマを生成する。高周波電源８３によるアンテナ電流が作る磁界の時間変化により電界を誘導し、この電界で電子が加速してプラズマ放電が起き、原料ガスによって処理対象物９０表面に薄膜が形成される。
【０００５】
図４は内部アンテナ方式の誘導結合型ＣＶＤ装置を模式的に示す図である。
矩形の真空槽１００の側壁１１２の各々より、導入フランジ１３０を介して、アンテナ１２５を内部に導入している。アンテナ１２５は一端をマッチングボックス１２６を介して、高周波電源１２７に接続されており、他端は接地電位に接続されている。真空槽１００の下部には、真空槽１００内の排気を行うための排気用ポート１２３とヒーターが埋め込まれた基板ホルダー１２４が設けられる。ガスは側壁１１２に取り付けられたガス導入ポート１２２を介して導入される。真空槽１００を所定圧力まで真空排気し、基板ホルダ１２４上に処理対象物１４０を配置した状態で、ヒーターにより加熱し、ガス導入ポート１２２よりガスを導入し、アンテナ１２５に高周波電圧を印加すると、アンテナ１２５の周囲にプラズマが形成され、活性化された原料ガスによって処理対象物１４０表面に薄膜が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−３０２６９４号公報
【特許文献２】特開２００４−３９７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来技術におけるプラズマ処理装置では、大面積の基板でも均一な膜厚の薄膜を形成することができる。しかし、その一方で、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）・ＣＶＤ装置特有のアンテナ近傍における高密度プラズマによって、プロセスガスであるシランの乖離が早期に進み、成膜種であるＳｉＨ３の生成がうまくできず、ＳｉＨ３よりもＳｉ、ＳｉＨ、ＳｉＨ２の生成量が増加し、結果として、成膜が良好になされず、膜の欠陥密度が増加し膜質が悪くなるという問題がある。
上記のような理由により、従来のプラズマ処理装置では、膜質向上のためにＳｉＨ３ラジカルだけを増加させ基板に到達させることは困難である。
【０００８】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、その目的は基板近傍のみにプロセスガスが流れるようにすることにより、プラズマ発生源近傍でのプロセスガスのプラズマ化及び分解が抑制され、基板近傍でプロセスガスの分解が起こり、ＳｉＨ３ラジカルのような膜質に有利に働く粒子を基板表面に到達させやすくすることができるプラズマ処理方法及びその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】
【０００９】
すなわち、本発明のプラズマ処理装置は、プラズマ処理が行われるチャンバと、該チャンバ内に設けられたプラズマ発生源と、前記チャンバ内で被処理体を支持する支持台と、前記プラズマ発生源と前記支持台との間に配置されて前記プラズマ発生源側空間と前記被処理体が配置される支持台側空間とを隔てる仕切材と、前記支持台側空間にプロセスガスを供給するプロセスガス導入部と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明により、プロセスガスがプラズマ発生源に晒されて早期にプラズマ化され所望のラジカルなどが十分に得られなくなることはなく、プロセスガスは支持台側空間、すなわち被処理体の近傍で緩やかにプラズマ化され、被処理体に対するプラズマ処理が良好になされる。
本発明では、例えば、ＣＶＤプロセスなどにおいて、基板近傍でプラズマ化され分解し発生したＳｉＨ３ラジカルのような、成膜に有利に働く材料を基板上に到達させやすくすることができる。
【００１１】
なお、上記作用を確実にするために、前記プロセスガス導入部は、前記プラズマ発生源側空間を介することなく、前記支持台側空間に直接プロセスガスを供給するものが望ましい。例えば、支持台側空間にプロセスガス導入部の導入口を設けることによって上記した支持台側空間へプロセスガスを直接供給することが可能になる。
また、支持台側空間に排気部を位置させて、該排気部を通してチャンバ内を緩やかに排気しつつ該チャンバ内にプロセスガスを支持台側空間に供給することによって、プロセスガスがプラズマ発生源側空間に拡散するのを抑制し、支持台側空間にできるだけ滞留させることができる。これにより、プラズマ化したプロセスガスをできるだけ支持台側の空間に位置させて被処理体に対するプラズマ処理を一層効果的に行うことができる。
【００１２】
また、上記仕切材は、前記支持台で支持された前記被処理体に対し、その全表面を覆う大きさを有し、被処理体表面と間隙を有して沿う板形状のものを好適に用いることができる。これにより、支持台側空間に供給されたプロセスガスがプラズマ発生源に直接的に晒されるのを極力防止し、また、上記プロセスガスを支持台側空間にできるだけとどめることを助長できる。
仕切材は、平板状の前記被処理体に対しては、前記支持台に支持された被処理体表面に対し略平行な状態で設置する平板状のものとすることができる。これによりプロセスガスを被処理体表面の面方向において略均等に滞留させてプラズマ処理の均等化を図ることができる。
【００１３】
また、前記プラズマ発生源には、高周波電源に接続したアンテナを用いることができる。この際に、アンテナから放射された電磁波が直接プロセスガスに放射されず、仕切材を介して照射される割合が高くなり、プロセスガスが早期にプラズマ化されるのを抑制することができる。このため、仕切材は誘電体で構成することで、電磁波によるエネルギー授与を抑えて支持材で隔てられたプロセスガスを緩やかにプラズマ化させてプラズマ処理に供することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように本発明によれば、プラズマ処理が行われるチャンバと、該チャンバ内に設けられたプラズマ発生源と、前記チャンバ内で被処理体を支持する支持台と、前記プラズマ発生源と前記支持台との間に配置されて前記プラズマ発生源側空間と前記被処理体が配置される前記支持台側空間とを隔てる仕切材と、前記支持台側空間にプロセスガスを供給するプロセスガス導入部と、を備えるので、支持台に支持させた被処理体の近傍でプロセスガスをプラズマ化させて被処理体のプラズマ処理を行うことができる。
【００１５】
すなわち、本発明では、プロセスガスをプラズマ発生源の近傍を通すことなく、被処理体近傍に流す、または滞留させることができ、そのガスをプラズマ化により分解し、成膜やエッチングなどのプロセスに有利なラジカルを被処理体に近い場所で発生させることができる。その結果として、ＣＶＤプロセスなどでは欠陥密度の低い良質な膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のプラズマ処理装置の一実施形態を示す説明図である。
【図２】同じく、その平面構造を示す図である。
【図３】従来の外部アンテナ型誘導結合型ＣＶＤ装置を模式的に示す図である。
【図４】従来の内部アンテナ型誘導結合型ＣＶＤ装置を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態を図１、２に基づいて説明する。図１は本発明の一例のプラズマ処理装置の正面断面を示すものであり、図２は、平面断面図である。
プラズマ処理装置は、本発明のチャンバに相当する真空槽１を有しており、該真空槽１には、電位を与える電源５が接続されている
真空槽１内には、被処理体である基板１０を保持するためのステージ２と、プラズマを発生させるプラズマ発生源３と、を備えている。ステージ２は、本発明の支持台に相当する。
【００１８】
プラズマ発生源３と、基板１０を保持するためのステージ２との中間には、仕切材である平面板４がステージ２の上面と間隙を有してステージ２の周りを囲うように設置されている。平面板４は、誘電体で構成され、ステージ２に保持した基板１０の上面と平行に位置するように設置される。
この実施形態では、図２に示すように、プラズマ発生源３側の空間とステージ２側の空間とを、前記平面板４で仕切っている。ただし、平面板４は、Ｏリングシールなどで完全に両エリアを分離するものではない。したがって、プラズマ発生源３側の空間とステージ２側の空間とは通気が可能になっている。
また、本発明としては両空間が完全に仕切られることは必要ではなく、仕切材の周囲に両空間に連なる隙間などを有するものであってもよく、また、仕切材自体に通気性を持たせるようにしてもよい。
【００１９】
また、真空槽１には、上記平面板４とステージ２の上面との間で挟まれた空間にガスを導入するプロセスガス導入部６が設けられており、該プロセスガス導入部６の導入路６ａが真空槽１内に開口している。該プロセスガス導入部６によってステージ側２の空間に各プロセスに対応したガスを流せるようになっている。
さらに、真空槽１にはステージ２側の空間に開口するように真空排気系７が接続されており、真空槽１の内部は真空排気系７により真空排気される。
真空槽１の天板部に設置されているプラズマ発生源３は、一端が真空槽１外部に配置される高周波電源８（ここでは１３．５６ＭＨｚ）に接続され、高周波電源８の他端はアースに接続されている。プラズマ発生源３に備えるアンテナ３ａは、真空槽１内に位置している。
【００２０】
前記平面板４は誘電体でできているためプラズマ発生源３のアンテナ３ａで発生した電磁波を通すことができ、さらに平面板４を境にプラズマ発生源３のエリアとステージ２のエリアの雰囲気とが分離するように隔てられている。
【００２１】
次に、上記プラズマ処理装置の動作について説明する。
ステージ２上に基板１０を保持させ、密閉した真空槽１内を、前記真空排気系７によって真空排気する。真空排気完了後は、プロセスガス導入部６の導入路６ａを通して真空槽１内、すなわち、平面板４とステージ２との間の空間にプロセスガス（この形態ではシラン）を導入し、真空排気系７からはガス導入に見合った通常排気を行う。
また、高周波電源８によってプラズマ発生源３に高周波を印加して、アンテナ３ａから真空槽１内に電磁波を放射する。
【００２２】
上記動作により、プロセスガス導入部６より導入されたガスは、プラズマ発生源３の近傍を通ることなく、平面板４とステージ２との間のエリア（空間）に流れ込み、プラズマ発生源３側などの他のエリアより、より多く充満することになる。この際に、ステージ２側の空間に開口する真空排気系７によって通常排気をすることで、プロセスガスがプラズマ発生源３側に拡散するのを抑制し、平面板４とステージ２との間にプロセスガスが滞留しやすくなる。
【００２３】
ステージ２側空間に充満したガスは、プラズマ発生源３により放射される電磁波によって、プラズマ化し、イオンやラジカルなどに分離される。また基板１０近傍のエリアは、プラズマ発生源３より離れているため、プラズマ発生源近傍に比べて相対的にプラズマエネルギーが低くなっており、例えばこのプロセスガスがシラン（ＳｉＨ４）であれば、より多くのＳｉＨ３ラジカルを基板１０近傍で発生させ、ＳｉＨ３ラジカルが基板１０表面に、より多く到達することができ、欠陥密度の低いシリコン薄膜を生成することができる。
なお平面板４は雰囲気を分離するためのものであり、孔などがあっても良い。
【００２４】
なお、上記では説明しなかったが、プラズマ発生源側に他のガスを導入し、該ガスをプラズマ化させ、このプラズマによってステージ２側空間に供給されるプロセスガスのプラズマ化を行うものであってもよい。
【００２５】
以上、本発明について上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明は上記実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明を逸脱しない限りは適宜の変更が可能である。
【符号の説明】
【００２６】
１    真空槽
２    ステージ
３    プラズマ発生源
４    平面板
６    プロセスガス導入部
７    真空排気系
１０    基板
【図１】
2011243732.tif 000003
【図２】
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【図３】
2011243732.tif 000005
【図４】
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