(57)【要約】【課題】誘電体の部品として石英ガラス等が用いられる場合に、Naの発生を低減するプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供する。【解決手段】  正イオンかつ可動イオンとなる不純物元素を含む誘電体部品と、一部が前記誘電体部品を用いて封止された真空容器と、前記真空容器内にガスを導入し、前記真空容器の内部の圧力を調整する手段と、前記誘電体部品を介して電磁波を前記真空容器の内部に放射する手段と、被処理体を保持する手段と、を有し、前記真空容器の内部でプラズマを発生させ、前記プラズマを用いて前記被処理体の処理を行うプラズマ処理装置であって、前記誘電体部品の前記プラズマが接する面と反対側に電極を設置し、前記電極に前記誘電体部品とプラズマが接する面のフローティング電位より負の直流電位を印加することによりNaの発生を低減させる。【選択図】図１
2008288348.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正イオンかつ可動イオンとなる不純物元素を含む誘電体部品と、
一部が前記誘電体部品を用いて封止された真空容器と、
前記真空容器の内部にガスを導入し、前記真空容器の内部の圧力を調整する圧力調整手段と、
前記誘電体部品を介して電磁波を前記真空容器の内部に放射する電磁波放射手段と、
被処理体を保持する手段と、を有し、
前記真空容器の内部でプラズマを発生させ、前記プラズマを用いて前記被処理体の処理を行うプラズマ処理装置であって、
前記誘電体部品の前記プラズマが接する面と反対側に設けられる電極と、
前記電極に前記誘電体部品と前記プラズマが接する面のフローティング電位より負の直流電位を印加する直流電位印加手段と、を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記不純物元素は、アルカリ金属又はアルカリ土類金属又は水素であることを特徴とする請求項1に記載の処理装置。
【請求項３】
前記誘電体部品は、石英ガラス、窒化アルミ、酸化アルミ、窒化珪素、炭化珪素、或いはそれらの混合物の焼結体であることを特徴とする請求項1に記載の処理装置。
【請求項４】
前記負の直流電位は、高周波が重畳した電位であり、時間平均を行った場合に負の直流電位となる電位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５】
前記電磁波放射手段は、コイル或いは電磁誘導により誘導電磁場を形成する手段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６】
前記電磁波放射手段は、導波管または空洞共振器の一面に形成された開口部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７】
前記電磁波放射手段は、同軸線路に接続された電磁波放射板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８】
前記負の直流電位を印加する電極は、前記電磁波を前記真空容器の内部に放射する手段と同一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９】
前記負の直流電位を印加する電極は、前記電磁波を真空容器の内部に放射する手段とは別に設置された電極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１０】
請求項１から９のいずれかに記載のプラズマ処理装置を用いて、前記真空容器の内部でプラズマを発生させ、前記プラズマを用いて前記被処理体の処理を行うプラズマ処理方法であって、
前記誘電体部品の前記プラズマが接する面と反対側に設置した電極に、前記誘電体部品と前記プラズマが接する面のフローティング電位より負の直流電位を印加することを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石英ガラス部品を有し、石英ガラス部品から放出される不純物を低減させるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＳＩのデザインルールの微細化に伴い、ＭＯＳＦＥＴには高い性能が求められる。
特に、携帯電話機等のバッテリー駆動携帯端末機器では、高速化のみならず、消費電力低減の観点から、ゲート絶縁膜やソース・ドレイン間のリーク電流を可能な限り低くすることが求められている。
また、近年急速に普及したデジタル撮像機器に使用されるＣＣＤやＣＭＯＳセンサーでも、暗電流低減のため、リーク電流を低減する努力がなされている。
ここで、リーク電流を増加させる原因としては、プラズマダメージなど様々な要因があるが、大きな要因の一つに不純物がある。
半導体製造装置では、金属部品が多用されているため、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒなどの重金属が汚染物質として混入する可能性はきわめて高い。
しかし、様々な不純物の中で、最も管理が困難なのは、Ｎａ，Ｋなどのアルカリ金属である。
特にＮａは、自然界に多量に存在するのみならず、人体からも汗などとして多量に放出されるため、半導体工場では、Ｎａ汚染が混入しないよう最大限の注意が払われている。
石英ガラスは、成分がシリコンと酸素であり、且つ不純物含有量もｐｐｍ以下という極めて高純度な材料を作成することが出来る。
表１は、石英ガラス中に含まれる不純物濃度の典型的な値を示す表である。
【０００３】
【表１】
2008288348.tif 000003
【０００４】
含有量が多いのはＡｌとＯＨであり、それ以外はほぼ１ｐｐｍ以下であることが分かる。
そのため、半導体製造装置において、金属汚染が懸念される工程では、処理容器を石英で作製したり、処理容器内部を石英で覆ったりする手法がよく用いられる。
更に、石英ガラスは、機械的、熱的にも強いので、例えば熱処理炉の炉心管や真空装置の窓など、幅広い分野で使用されている。
以上のように、非常に優れた性質を持つ石英ガラスであるが、問題点も有している。それは、Ｎａ等のアルカリ金属が材料内部に容易に拡散し、取り込まれてしまうということである。
Ｎａは、石英中ではイオン化し、Ｎａ+となる。そして、「可動イオン」と呼ばれる如く、熱或いは電界によって石英ガラス中をかなり速い速度で拡散する。
そのため、どんなに注意を払って高純度化した原材料を準備しても、部品に加工する工程や、人が扱う工程、装置に取り付けて使用する工程の何れか或いは全てにおいて、環境中のNaが石英ガラス中に取り込まれてしまう。
そして、実際の部品では、数ｐｐｍものＮａが内部に取り込まれているのである。
表２は、石英ガラスの加工工程におけるＮａ濃度の増加量を示す表である。
【０００５】
【表２】
2008288348.tif 000004
【０００６】
表２に示したＮａ濃度は、１０ｍｍ□×３ｍｍｔの試料片を全て溶解し、その中のＮａ濃度を平均値として求めたものである。
今回の実験では、原料の石英ガラス中のＮａ濃度は、０．１ｐｐｍという低い数値を示した。また、機械加工後の熱処理工程においてＮａが混入し、濃度が１０倍となっていることも判明した。
以上に示したように、石英ガラスは、その加工工程においても、かなりの量のＮａが混入することが判明した。
しかし、上記以外にも、装置に取り付ける際のハンドリングによる汚染、装置取り付け後、ウエハやガスによって持ち込まれた汚染等により、石英ガラス部品中にはＮａが徐々に蓄積していく。
このようにして蓄積されたＮａは、高温やプラズマとの接触等により、石英部品外部に放出され、ウエハを汚染させていた。
工場におけるＮａ汚染の管理値以下での変動に起因して、製品の特性が変動するという結果を招いていた。
【０００７】
石英材料の高純度化の方法に関しては、特公平７−８４３２号公報（特許文献１）により熱と電界を用いた方法が提案されている。
この従来例の方法を用いることで、Na濃度を低減させた石英ガラス材料を得ることが可能である。
しかし、石英ガラス材料は、実際に装置に装着する前に、機械加工や熱処理の工程を経る。
今回、本発明者が調査した結果から明らかなように、加工工程においても、数ｐｐｍレベルのＮａが混入するため、超高純度の素材を準備することは、全くの徒労となってしまうのである。
特公平７−８４３２号公報（特許文献１）の方法の応用として、加工後の部品に熱と電界を加えて、Ｎａを片側の面に移動させ、Ｎａ富化層を薬品または機械的にエッチング除去する方法も容易に考えられる。
しかし、そのようにして得た高純度石英ガラスも、長期間製造装置内で使用する間に、徐々にＮａが蓄積してしまう。
【特許文献１】特公平７−８４３２号公報
【特許文献２】特開２００６−４９８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
汚染された石英ガラスに対しては、特開２００６−４９８５号公報（特許文献２）にて提案されているように、フッ酸で表面の汚染層をエッチングするという対処方法しかなかったのである。
石英ガラスを高温化することによるＮａの吸収、放出は、物質の拡散の原理から理解することが出来る。
しかし、プラズマに接触した石英ガラスからのＮａの放出のメカニズムは、単純ではない。
イオン入射による局所的温度上昇や、表面物質のスパッタリング等が原因であるが、これらの現象が及ぶ範囲は、せいぜい表面から数ｎｍ〜数十ｎｍ程度である。
しかし、本発明者が精密な実験を行ったところ、電磁波透過窓として使用した石英ガラスにプラズマ照射を長期間行った際、表面より放出されるＮａの総量は、表面層に含まれているＮａでは到底説明出来ない程多量であった。
即ち、プラズマ照射による、石英ガラスからのＮａ放出メカニズムは、プラズマと石英ガラス表面との局所的な反応とは異なった、全く別のメカニズムが存在しているであろうと推定されたが、その詳細については全く不明であった。
以上説明したように、加工した石英ガラス中には数ｐｐｍオーダーのＮａ不純物が含まれていた。
そこで、プラズマ処理装置に搭載し、電磁波透過窓として使用した石英ガラスからは、長期間にわたってＮａが放出され続けることが判明した。
しかし、その放出量は、石英ガラス表面のＮａ汚染だけでは説明することが出来ず、そのメカニズムは全く不明であった。
そのため、石英ガラスから放出されるＮａによる汚染を可能な限り低く抑えたいにも関わらず、現実にはその汚染レベルを全く管理できなかった。
そこで、本発明は、誘電体の部品として石英ガラス等が用いられる場合に、Ｎａの発生を低減するプラズマ処理装置及びプラズマ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】
【０００９】
上記課題を解決するための本発明のプラズマ処理装置は、正イオンかつ可動イオンとなる不純物元素を含む誘電体部品と、一部が前記誘電体部品を用いて封止された真空容器と、前記真空容器の内部にガスを導入し、前記真空容器の内部の圧力を調整する圧力調整手段と、前記誘電体部品を介して電磁波を前記真空容器の内部に放射する電磁波放射手段と、被処理体を保持する手段と、を有し、前記真空容器の内部でプラズマを発生させ、前記プラズマを用いて前記被処理体の処理を行うプラズマ処理装置であって、前記誘電体部品の前記プラズマが接する面と反対側に設けられる電極と、前記電極に前記誘電体部品と前記プラズマが接する面のフローティング電位より負の直流電位を印加する直流電位印加手段と、を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、石英ガラス等を誘電体部品の電磁波透過窓として用いたプラズマ処理装置において、石英ガラス部品のプラズマが接する面と反対側の面に電極を設置する。
さらに、その電極に、石英ガラス部品とプラズマが接する面のフローティング電位より負の直流電位を印加することによりＮａの発生を低減させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施例を説明する。
図1を参照して、本発明の実施例のプラズマ処理装置及び方法を説明する。
本発明の実施例のプラズマ処理装置は、正イオンかつ可動イオンとなる不純物元素を含む誘電体部品である石英ガラス窓から成る誘電体窓１０６と、一部が誘電体部品を用いて封止された真空容器１０７とを有する。
さらに、真空容器１０７の内部にガスを導入し、真空容器１０７の内部の圧力を調整する圧力調整手段であるマスフローコントローラ１０８おおよび可変コンダクタンスバルブ１０９を有する。
さらに、誘電体部品である石英ガラス窓から成る誘電体窓１０６を介して電磁波を真空容器１０７の内部に放射する電磁波放射手段であるスロットアンテナ１０５と、被処理体である基板を保持する手段である基板支持第１１１と、を有する。
さらに、真空容器１０７の内部でプラズマ１２０を発生させ、プラズマ１２０を用いて前記被処理体である基板の処理を行う。
さらに、誘電体部品である石英ガラス窓から成る誘電体窓１０６のプラズマ１２０が接する面と反対側に設けられる電極である負電位印加電極１１２を有する。
さらに、電極である負電位印加電極１１２に誘電体部品である石英ガラス窓から成る誘電体窓１０６とプラズマ１２０が接する面のフローティング電位より負の直流電位を印加する直流電位印加手段である直流電源１２１を有する。
この不純物元素は、アルカリ金属又はアルカリ土類金属又は水素である。
また、誘電体部品は、石英ガラス、窒化アルミ、酸化アルミ、窒化珪素、炭化珪素、或いはそれらの混合物の焼結体である。
さらに、前記負の直流電位が、高周波が重畳した電位であり、時間平均を行った場合に負の直流電位となる電位である。
さらに、電磁波放射手段が、コイル或いは電磁誘導により誘導電磁場を形成する手段である。
さらに、電磁波放射手段が、導波管または空洞共振器の一面に形成された開口部である。
さらに、電磁波放射手段が、同軸線路に接続された電磁波放射板である。
さらに、負の直流電位を印加する電極が、電磁波を真空容器１０７の内部に放射する手段と同一である。
さらに、負の直流電位を印加する電極が、前記電磁波を真空容器１０７の内部に放射する手段とは別に設置された電極である。
【００１２】
本実施例のプラズマ処理装置は、高周波発振器１０１、導波管１０２、整合器１０３、環状導波管１０４、スロットアンテナ１０５、石英ガラス窓から成る誘電体窓１０６および真空容器１０７を有する。
さらに、本実施例のプラズマ処理装置は、マスフローコントローラ１０８、可変コンダクタンスバルブ１０９、シリコンウエハ１１０、基板支持第１１１および負電位印加電極１１２を有する。
図２は、負電位印加電極１１２とスロットアンテナ１０５および石英ガラス窓から成る誘電体窓１０６の位置関係を示す図である。
まず、所定の温度に設定された基板支持第１１１上にシリコンウエハ１１０を設置した後、不図示の排気手段により真空容器１０７の内部を０．１Ｐａ程度まで排気する。
次に、排気された真空容器１０７の内部にマスフローコントローラ１０８を用いてガスを導入し、不図示のバラトロンで圧力を計測しながら可変コンダクタンスバルブ１０９を調整して、所定の圧力に設定する。
次に、環状導波管１０４の下部に開口されたスロットアンテナ１０５より、石英ガラス窓から成る誘電体窓１０６を介して、真空容器１０７の内部に２．４５ＧＨｚのマイクロ波が放射される。
このため、石英ガラス窓から成る誘電体窓１０６の表面にシート状の表面波プラズマ１２０が発生する。
石英ガラス窓から成る誘電体窓１０６の表面で生成したプラズマ１２０は、両極性拡散により基板支持台１１１上に設置されたシリコンウエハ１１０まで輸送される。
プラズマ１２０中のイオンが、シリコンウエハ１１０の表面に形成されたシースにより加速されてシリコンウエハ１１０に入射することによって様々な処理が行われる。
負電位印加電極１１２は、石英ガラス窓から成る誘電体窓１０６と、スロット板に形成されるスロットアンテナ１０５との間に設置される。
負電位印加電極１１２の上下は、テフロン（登録商標）やポリイミドなどの耐熱シートで挟まれ、絶縁されている。負電位印加電極１１２には、直流電源によって負の電位が印加される。
プラズマ照射で温度が上がり、Naイオンが動きやすくなった石英ガラス窓から成る誘電体窓１０６に電界を印加することで、Ｎａイオンをプラズマ照射側表面から離れる方向に移動させ、結果として石英ガラス表面から放出されるＮａを低減させることが出来る。
【００１３】
図１０に、従来例のプラズマ処理装置の断面図を示す。
従来例と本発明の実施例との違いは、石英ガラス窓から成る誘電体窓１０６とスロット板に形成されるスロットアンテナ１０５との間に設置される負電位印加電極１１２及びそれに接続される直流電源の有無のみである。
以下、図３を参照して、従来例のプラズマ処理装置内における石英ガラス中のＮａイオンの移動メカニズムを説明する。
図３は、従来例のプラズマ処理装置の断面と、各部の電位が模式的に示される。
従来例のプラズマ処理装置は、接地電極３０１、接地電極３０１のシース３０２、プラズマ３０３、石英ガラス窓３０５のシース３０４、石英ガラス窓３０５、負電位印加電極３０６、直流電源３０７を有する。
接地電極３０１は、接地された金属部品である真空容器壁とプラズマが接する部分であり、図１０では、石英ガラス製容器壁の保護リングで覆われていない真空容器の下部に相当する。
接地電極３０１の電位はゼロである。プラズマ３０３の電位Ｖｐは、ラングミュアプローブを用いて計測することが出来、通常用いているプラズマ303では、１０Ｖ前後の値が得られている。プラズマ３０３は導体であるから、プラズマ中の電位は場所に寄らずほぼ一定である。
【００１４】
一方、絶縁体である石英ガラス窓表面の電位は、以下に説明される。
プラズマとプラズマ中のフローティングな物体との電位差は、シース電位と呼ばれ次式で表される。
Ｖｐ−Ｖｆ  ＝  −Ｔｅ／２(１＋ｌｎ(ｍｉ／２πｍｅ))  式１
ここで、Ｖｐはプラズマ電位、Ｖｆはフローティングな物体の電位、Ｔｅは電子温度、ｍｉ，ｍｅはイオンと電子の質量である。
イオンがＮ+の場合、式１）を用いて電子温度Ｔｅとシース電位の関係を計算した結果を図４に示す。
用いられた表面波干渉プラズマでは、石英ガラス窓近傍のプラズマ生成部と基板支持台近傍の拡散プラズマ部では、電子温度に大きな違いがある。
表面波干渉プラズマに限らず一般的なプラズマにおいても、プラズマ励起用電磁波の照射が強い部分は電子温度が高く、電磁波照射が弱い部分では電子温度が低くなっている。
計測した結果では、基板支持台近傍の電子温度は１.５ｅＶ程度であるのに対し、石英ガラス窓から２ｍｍの位置まで接近すると、４ｅＶ程度まで急激に上昇した。
この計測では、窓から２mmまでしか計測出来なかったが、窓に接している部分では、５ｅＶ以上である。
【００１５】
図４より、電子温度が５ｅＶの場合のシース電位は約−２５Ｖであるため、石英ガラス窓表面のフローティング電位は、接地電極に対して−１５Ｖ程度である。
一方、図１０の従来例の装置では、石英ガラス窓のプラズマと反対側の面には、接地されたスロット板が設置されている。
誘電体内部には、スロット板側からプラズマ側に向かう直流電界が存在する。この電界により、Ｎａイオンは、石英ガラス中でプラズマ側に向いた力を受ける。
プラズマ照射を受けた石英ガラス窓は、徐々にその温度が上昇する。
赤外放射温度計を用いて計測した結果では、３分間連続で放電を行った後に大気開放した状態で５００℃程度まで上昇していた。
このような高温と電界の相乗効果により、Ｎａ原子の拡散は加速される。
予想された以上に長い距離を移動し、石英ガラス窓内部からプラズマ側表面へとＮａ原子が集められ、真空容器中に放出された。
【００１６】
図５に、石英ガラス部品中のNa濃度の深さ方向分布を計測した結果の一例を示す。図中の実線は、加工直後でプラズマ非照射の状態の部品を分析した結果である。
表面濃度が最も高く、内部に向けて徐々に濃度が低下しているが、この分布は、加工時に表面から内部に向かってNaが拡散したことを示唆する結果である。
一方、図中点線で示したのは、１００時間のプラズマ照射を行った部品の分析結果である。
プラズマ照射を行うことで、５μｍから１ｍｍの深さでＮａ濃度が減少し、逆に５μｍ以下の深さの領域ではＮａ濃度が増加している。
この結果は、長時間プラズマ照射を行う間に、数ｍｍ或いは数十ｍｍという非常に長い距離をＮａが移動し、石英ガラスのプラズマ側表面に集まったことを示唆している。
【００１７】
以上説明したようにプラズマに接した石英ガラス表面からＮａが多量に放出される。
しかし、石英ガラス窓の、プラズマと接する面と反対側に電極を設置し、その電極に、石英ガラス窓とプラズマが接する面のフローティング電位より低い電位を印加することで、プラズマに接した石英ガラス部品からのＮａ放出量を低減させる。
図１に示した装置を用い、以下の様な実験を行って、このメカニズムの妥当性を検証した。
まず、負電位印加電極の電位を０Ｖとし、放電を行って、基板支持台上に設置したシリコンウエハ上に付着するＮａ量を調査した。放電条件は、以下の通りとした。
Ｎ２ガス流量：１０００ｓｃｃｍ
圧力：１３３Ｐａ
マイクロ波パワー：３ｋＷ
放電時間：１２分
上記実験に連続して、負電位印加電極の電位を−３５Ｖとして、同様の実験を行った。
更に、上記放電条件で、合計1時間のエージングを行い、その後、負電位印加電極電位−３５Ｖの条件で再度同様の実験を行った。この結果を図６に示す。
負電位印加電極に−３５Ｖの電位を与えることで、シリコンウエハ上に付着するＮａ量が１桁近く減少した。
更に、１時間エージングを行うことで、更に１桁近くＮａ濃度が低下した。
以上の結果から、Ｎａ放出のメカニズムが妥当なものであることが確認された。
更にシリコンウエハ表面に付着するＮａ量を低減させる為には、エージング時間を延ばし、電極に印加する負電位を更に大きくすることが有効である。
以上、図１に示した装置を用いて、本発明の効果を説明したが、本発明における負電荷印加電極の形態としては、図１に示した以外にも、様々な形態が考えられ、そして、何れの形態においても同様の効果を得ることが出来る。
【００１８】
図７に、スロット板に負電位を印加した実施例を示す。負電位印加電極１１２が導波管の一部であっても、その効果は全く同じである。
しかしこの場合、負電位印加電極には高周波が重畳する可能性があるので、負電位印加電極１１２と直流電源１２１の間には、ローパスフィルタ１２２の挿入が必須である。
図８を参照して、負電位印加電極として平面状コイル１１２ａを用いた本発明の実施例の誘導結合型プラズマ処理装置を説明する。
図８は、高周波コイルに直接負電位を重畳する装置を示している。
従来例の誘導結合型プラズマ処理装置との相違点は、給電線に直列に挿入されたコンデンサ１２４である。
従来例は、平面状コイ１１２ａの高周波電源と反対側の端子は、必ず接地されていた。
しかし、この装置形態では、平面状コイル１１２ａの平均電位は必ず接地電位と同じになる。
そこで、本実施例の効果を得るためには、平面状コイル１１２ａの給電側、接地側の両方にコンデンサ１２４を挿入し、平面状コイル１１２ａをフローティング電位より負の電位とすれば良い。
高周波の給電に関しては、コンデンサ１２４が挿入されたことによるインピーダンス変化は、整合器にて調整可能である。
また、図７の場合と同様、負電位印加電極である平面状コイル１１２ａに高周波が重畳するので、負電位印加電極である平面状コイル１１２ａと直流電源１２１の間には、ローパスフィルタ１２２の挿入が必須である。
図８は、平面状コイル１１２ａに負電位を直接重畳させる方法を示したが、平面状コイル１１２ａの無い空間に別途、負電位印加電極を設置しても良い。
また、両者を同時に行うことで、石英ガラス全面に渡って均一な電界を印加することが可能となり、より大きなＮａ汚染低減効果を得ることが出来る。
【００１９】
次に、図９を参照して、導波管同軸変換器１１２ｂにより同軸線路に接続された電磁波放射アンテナであるスロット付き平板状電極１１２ｃを用いた本発明の実施例のプラズマ処理装置を説明する。
図９は、電磁波放射アンテナであるスロット付き平板状電極１１２ｃに直接、負電位を重畳する装置を示している。
本実施例の効果を得るためには、電磁波放射アンテナであるスロット付き平板状電極１１２ｃをフローティング電位より負の電位とすれば良い。
ここで、図８と同様、負電位印加電極であるスロット付き平板状電極１１２ｃと直流電源１２１の間には、ローパスフィルタ１２２の挿入が必須である。
また、同軸線路上に直列にコンデンサを挿入しても構わない。
図９は、電磁波放射アンテナに負電位を直接重畳させる方法を示したが、電磁波放射アンテナと石英ガラス窓の隙間に別途負電位印加電極を挿入しても良い。
これまで、石英ガラス窓に電極が近接する形式の装置を説明してきた。
しかし、空洞共振器を用いた装置の様に、石英ガラス窓の近傍に電極を設置できない場合もある。
その場合には、空洞共振器に電位を印加するなど、石英ガラス窓から離して負電位印加電極を設置しても良い。
その場合には、近接して設置した場合と比較して、より大きな負電位を印加する必要があるが、石英ガラス窓内部の電界が同じになる様に電位を調整すれば、得られる効果は全く同様である。
また、石英ガラスに限らず、窒化アルミ、酸化アルミ、窒化珪素、炭化珪素、或いはそれらの混合物の焼結体を電磁波透過窓として用いた場合にも、同様の効果を得ることが出来る。
但し、上記材料における、バルク中のＮａイオン拡散は、石英ガラスに比べると小さい。しかし、空隙の大きい結晶粒界では、Ｎａイオンは急速に拡散する。
また、Ｎａイオンよりサイズの小さいＬｉイオン或いは水素イオンは、上記材質中でも、容易に拡散するため、これらイオンの拡散及び処理室中への放出を防止する目的でも、本発明は有効である。
【実施例１】
【００２０】
次に、ＭＯＳキャパシタのゲート酸化膜をプラズマ窒化するプロセスに適用した本発明の実施例１を説明する。
初期の酸化膜厚は１．５ｎｍとし、プラズマ処理装置は、図1に示される本実施例の表面波干渉プラズマ処理装置を用いた。
まず、温度を３００℃に設定した基板支持台上に前記シリコン基板を設置し、不図示のドライポンプにより１Ｐａまで排気した。
次に、真空容器に１０００ｓｃｃｍのＮ２ガスを導入し、圧力を１３３Ｐａに調整した。次に、１５００Ｗの高周波電力を印加し、プラズマを発生させた。
上記プラズマ処理を１８０秒間連続で行った。放電中に、負電位印加電極の電圧を０Ｖとしたサンプルと、−５０Ｖとしたサンプルを２枚作製し、その後ゲート電極を形成して、ＭＯＳキャパシタの特性を比較した。
その結果、ゲートリーク電流密度Ｊｇ（Ｖｇ＝１．０Ｖ）は、負電位印加電極の電圧を０Ｖとしたサンプルで１．０Ａ／ｃｍ２であった。
これに対し、負電位印加電極の電圧を−５０Ｖとした本実施例では０．６Ａ／ｃｍ２となった。
これは、プラズマ処理中にゲート酸化膜中に混入したＮａ量が減少したためであると考えられる。
以上のように、ゲート絶縁膜であるシリコン酸化膜をプラズマ窒化する工程において、本発明は有効であることが確認された。
【実施例２】
【００２１】
次に、ＭＯＳキャパシタのゲート酸化膜をプラズマ酸化法で形成するプロセスに適用した本発明の実施例２を説明する。
プラズマ処理装置の構造は、図1に示した表面波干渉プラズマ処理装置を用いた。
まず、温度を３００℃に設定した基板支持台上にフッ酸洗浄したシリコン基板を設置し、不図示のドライポンプにより1Ｐａまで排気した。
次に、真空容器に１０００ｓｃｃｍのＯ２ガスを導入し、圧力を１３３Ｐａに調整した。
次に、１３００Ｗの高周波電力を印加し、プラズマを発生させた。上記プラズマ処理を３０秒間連続で行った。
処理後に膜厚計測を行ったところ、上記放電にて得られた酸化膜厚は２．５ｎｍであった。
次に、実施例１と同様の条件を用いてプラズマ窒化を施した。酸化及び窒化処理中に、負電位印加電極の電圧を０Ｖとしたサンプル、−５０Ｖとしたサンプルを２枚作製し、その後ゲート電極を形成して、ＭＯＳキャパシタの特性を比較した。
その結果、ゲートリーク電流密度Ｊｇ（Ｖｇ＝１．０Ｖ）は、負電位印加電極の電圧を０Ｖとしたサンプルで５×１０−５Ａ／ｃｍ２であった。
これ対し、負電位印加電極の電圧を−５０Ｖとした本実施例では１×１０−５Ａ／ｃｍ２となった。
これは、プラズマ処理中にゲート酸化膜中に混入したＮａ量が減少したためであると考えられる。
以上のように、ゲート絶縁膜であるシリコン酸化膜をプラズマ酸化で形成し、引き続きプラズマ窒化する工程に適用しても、本発明は有効であることが確認された。
【実施例３】
【００２２】
次に、図８に示した平面コイル型誘導結合プラズマ処理装置を用い、ＭＯＳキャパシタのゲート酸化膜をプラズマ酸化法で形成するプロセスに適用した本発明の実施例３を説明する。
まず、温度を３００℃に設定した基板支持台上にフッ酸洗浄したシリコン基板を設置し、不図示のドライポンプにより1Ｐａまで排気した。
次に、真空容器に５００ｓｃｃｍのＯ２ガスを導入し、圧力を６６．５Ｐａに調整した。
次に、２０００Ｗの高周波電力を印加し、プラズマを発生させた。上記プラズマ処理を１８０秒間連続で行った。
処理後に膜厚計測を行ったところ、上記放電にて得られた酸化膜厚は２．８ｎｍであった。
次に、図８の装置を用い、プラズマ窒化を施した。処理条件は、Ｎ２ガス流量５００ｓｃｃｍ、圧力６６．５Ｐａ、高周波電力２０００Ｗとした。
上記プラズマ処理を１８０秒間連続で行った。酸化及び窒化処理中に、負電位印加電極の電圧を０Ｖとしたサンプルと、−５０Ｖとしたサンプルを２枚作製し、その後ゲート電極を形成して、ＭＯＳキャパシタの特性を比較した。
その結果、ゲートリーク電流密度Ｊｇ（Ｖｇ＝１．０Ｖ）は、負電位印加電極の電圧を０Ｖとしたサンプルで２×１０−５Ａ／ｃｍ２であった。
これに対し、負電位印加電極の電圧を−５０Ｖとした本実施例では８×１０−６Ａ／ｃｍ２となった。
これは、プラズマ処理中にゲート酸化膜中に混入したＮａ量が減少したためであると考えられる。
以上のように、平面コイル型誘導結合プラズマ処理装置においても、本発明は有効であることが確認された。
【実施例４】
【００２３】
次に、図９に示した同軸線路に接続した電磁波放射アンテナを有するプラズマ処理装置を用い、ＭＯＳキャパシタのゲート酸化膜をプラズマ酸化法で形成するプロセスに適用した本発明の実施例４を説明する。
まず、温度を３００℃に設定した基板支持台上にフッ酸洗浄したシリコン基板を設置し、不図示のドライポンプにより1Ｐａまで排気した。
次に、真空容器に５００ｓｃｃｍのＯ２ガスを導入し、圧力を６６．５Ｐａに調整した。次に、１０００Ｗの高周波電力を印加し、プラズマを発生させた。上記プラズマ処理を３００秒間連続で行った。
処理後に膜厚計測を行ったところ、上記放電にて得られた酸化膜厚は２．５ｎｍであった。
次に、図９の本実施例のプラズマ処理装置を用い、プラズマ窒化を施した。処理条件は、Ｎ２ガス流量５００ｓｃｃｍ、圧力６６．５Ｐａ、高周波電力１０００Ｗとした。上記プラズマ処理を１８０秒間連続で行った。
酸化及び窒化処理中に、負電位印加電極の電圧を０Ｖとしたサンプルと、−５０Ｖとしたサンプルを２枚作製し、その後ゲート電極を形成して、ＭＯＳキャパシタの特性を比較した。
その結果、ゲートリーク電流密度Ｊｇ（Ｖｇ＝１．０Ｖ）は、負電位印加電極の電圧を０Ｖとしたサンプルで６×１０−５Ａ／ｃｍ２であった。
これに対し、本実施例の処理である、負電位印加電極の電圧を−５０Ｖとしたサンプルでは２．５×１０−５Ａ／ｃｍ２となった。
これは、プラズマ処理中にゲート酸化膜中に混入したＮａ量が減少したためであると考えられる。
以上のように、同軸線路に接続した電磁波放射アンテナを有するプラズマ処理装置においても、本発明は有効であることが確認された。
【実施例５】
【００２４】
次に、ＣＣＤやフラッシュメモリー用の厚い酸化膜をプラズマ酸化法で形成するプロセスに適用した本発明の実施例５を説明する。
プラズマ処理装置の構造は、図1に示した表面波干渉プラズマ処理装置を用いた。
まず、温度を３００℃に設定した基板支持台上にフッ酸洗浄したシリコン基板を設置し、不図示のドライポンプにより1Ｐａまで排気した。
次に、真空容器に１０００ｓｃｃｍのＯ２ガスを導入し、圧力を１３３Ｐａに調整した。
次に、３０００Ｗの高周波電力を印加し、プラズマを発生させた。上記プラズマ処理を３００秒間連続で行った。
処理後に膜厚計測を行ったところ、上記放電にて得られた酸化膜厚は１０ｎｍであった。
酸化処理中に、負電位印加電極の電圧を０Ｖとしたサンプルと、−５０Ｖとしたサンプルを２枚作製し、その後、ウエハ表面のＮａ濃度をＩＣＰ−ＭＳを用いて測定した。
その結果、負電位印加電極の電圧を０Ｖとしたサンプルでは３×１０１２／ｃｍ２であったのに対し、本発明の処理である、負電位印加電極の電圧を−５０Ｖとしたサンプルでは１×１０１0／ｃｍ２以下となった。
以上のように、長時間プラズマ処理を行う工程においては、本発明を用いることで大きなＮａ低減効果が得られることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施例のプラズマ処理装置の構成図である。
【図２】本発明の実施例のプラズマ処理装置における石英ガラス窓と負電位印加電極、スロットアンテナとの位置関係の説明図である。
【図３】プラズマにさらされた石英ガラス窓からＮａが放出される原理を説明するためにの本発明の実施例のプラズマ処理装置内部の電位の模式的説明図である。
【図４】プラズマ中のイオン種をＮ＋とした場合に、電子温度Ｔｅとシース電位との関係を計算した説明図である。
【図５】加工直後と１００時間使用後の石英ガラス部品内部における、Ｎａ濃度の深さ方向分布を示す説明図である。
【図６】本発明の実施例の基板表面Ｎａ濃度の低減効果を示した説明図である。
【図７】本発明の実施例の表面波干渉プラズマ処理装置の図１の実施例の変形例の構成図である。
【図８】本発明の実施例の誘導結合プラズマ処理装置の構成図である。
【図９】本発明の実施例の同軸線路に電磁波放射アンテナが接続されたプラズマ処理装置の構成図である。
【図１０】従来例のプラズマ処理装置の構成図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０１  高周波発振器  １０２  導波管  １０３  整合器
１０４  環状導波管  １０５スロットアンテナ  
１０６  石英ガラス窓から成る誘電体窓  １０７  真空容器
１０８  マスフローコントローラ  １０９  可変コンダクタンスバルブ
１１０  シリコンウエハ１１１  基板支持台  １１２  負電位印加電極
【図１】
2008288348.tif 000005
【図２】
2008288348.tif 000006
【図３】
2008288348.tif 000007
【図４】
2008288348.tif 000008
【図５】
2008288348.tif 000009
【図６】
2008288348.tif 000010
【図７】
2008288348.tif 000011
【図８】
2008288348.tif 000012
【図９】
2008288348.tif 000013
【図１０】
2008288348.tif 000014