(57)【要約】【課題】  従来無電極放電装置で用いられていた誘電体窓は、装置内部を減圧した状態で破損を引き起こした場合、誘電体窓の損失のみならず、処理装置全体に悪影響が及んでいた。本発明はかかる問題を解決し、誘電体窓が破壊されても処理装置全体に及ぼす影響を低減することが可能な誘電体窓を提供する。【解決手段】  前記誘電体窓１０９は、２つ以上の誘電体板１１０、１１１と、各誘電体板の間に挟み込まれた樹脂層１１２とを張り合わせ、積層された構造を有する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体窓を有する処理容器と、該処理容器の内部を減圧する手段と、該処理容器内に前記誘電体窓を通して高周波電力を導入する高周波電力供給手段とを有するプラズマ処理装置であって、
前記誘電体窓は２つ以上の誘電体板と、各誘電体板の間に挟み込まれた樹脂層とを張り合わせ積層した構造を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記誘電体窓の前記処理容器内に面する誘電体板以外の誘電体板の熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、前記処理容器外に面する誘電体板の表面を液体または気体の冷媒によって冷却する手段を更に有す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】
前記処理容器内に面する誘電体板以外の誘電体板は窒化アルミであ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】
前記樹脂層はフッ素を含む耐熱性樹脂膜からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記誘電体窓の前記処理容器外に面する誘電体板の表面に更に樹脂膜を張り合わせた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】
請求項1乃至５のいずれかに記載の誘電体窓。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本発明は、無電極放電を行う為に誘電体窓を用いるプラズマ処理装置及び該プラズマ処理装置用の誘電体窓に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、例えばエッチング、アッシング、ＣＶＤなどの半導体素子の製造工程では高周波放電によって生成されたプラズマを利用したプロセスが多く取り入れられている。これらプラズマプロセスを行う為のプラズマの生成方法としては、容量結合方式、マグネトロン方式、誘導結合方式、電子サイクロトロン共鳴方式、ヘリコン波方式、マイクロ波方式、表面波方式等の各種の方法が知られている。このように様々あるプラズマ生成方式は、電極、コイル、導波管、或いはアンテナなどの高周波電力を供給する手段が配置される位置によって大別される。すなわち、高周波電力を供給する手段がプラズマを発生する空間に直接面する位置に配置される有電極放電と、高周波電力を供給する手段がプラズマを発生する空間に直接面しない位置に配置される無電極放電である。
【０００３】
無電極放電では、処理容器外部に高周波電力供給手段を有しており、高周波電力供給手段から供給された高周波電力は、高周波電力が透過可能な誘電体窓を通して処理容器内へと導入される。前記誘電体窓は処理容器内外を隔てる壁の一部であり、高周波電力供給手段が処理容器内で生成されたプラズマに直接曝されることはない。したがって、無電極放電ではプラズマ粒子衝撃による高周波電力供給手段の損傷が起こらず、またこれに伴う金属汚染を引き起こす虞がない。そのため、例えば半導体製造フロントエンドにおける成膜やエッチング、アッシングなど清浄な処理を必要とする工程に好適である。
【０００４】
無電極放電を用いたプラズマ処理装置の一例を図７に示す。図７のプラズマ処理装置は、排気部１０６を介して図示しない排気手段によって内部が減圧可能な処理容器１０１を有し、処理容器１０１内部には処理用の基体１０３を載置する為の支持体１０４が設けられている。基体は例えば、半導体ウエハ、液晶表示パネル用のガラス基板または液晶表示パネルのカラーフィルタ用のガラス基板である。また処理容器内部側面には処理用ガスを導入するガス導入部１０５が備えられている。処理容器壁の一部には処理容器内を気密にしつつ、処理容器外に設置された高周波電力供給手段１０７より放射された高周波電力を導入させる為の誘電体窓１０９が備えられている。誘電体窓１０９の材料としては、プラズマに対する耐性が高く、また高周波電力損失の少ない石英や窒化珪素、アルミナ、窒化アルミなどのセラミックス等が用いられる。
【０００５】
高周波電力供給手段から放射された高周波電力は誘電体窓１０９を透過して処理容器１０１内に導入される。処理容器内に導入された高周波電力によって処理容器内の処理用ガスは励起され、プラズマが生成される。
【０００６】
誘電体窓１０９は減圧された処理容器内と大気圧である処理容器外とを隔てている為、処理容器内外の圧力差による荷重が加わっている。また、さらにプラズマが生成されると、誘電体窓には高エネルギーの電子やイオンが流入する為、誘電体窓１０９は加熱され熱応力が発生する場合がある。このため、誘電体窓１０９と導波管との間に冷却用の冷媒１０８を循環し、熱応力を低減することで、熱応力による誘電体窓の破損が起こり難くする装置の構造が知られている。
誘電体窓１０９はこれらの荷重や応力に十分耐えうるような構造で設計される。
【特許文献１】特開平６−２７５３９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、誘電体窓の材料として一般に用いられる石英や、アルミナ、窒化アルミ等のセラミックスは脆性材料である。そのような材料からなる誘電体窓表面に細かい傷などが生じた場合、本来耐えうる力よりも小さな力であっても脆性破壊に至る虞がある。このため例えば、誘電体窓が繰り返し使用される間に、他の部品との接触等によって表面に傷を生じた場合、著しく強度が低下し、処理容器の減圧時に破壊に至る場合があった。処理容器内が減圧中に誘電体窓が破壊された場合、大気圧によって押された破片が一気に処理容器内に飛散し、基体を支持するステージや処理容器の内壁を傷つける虞があった。また誘電体の細かな破片が大量に発生する為、それらを除去するのに長期間装置停止を余儀なくされるという問題があった。
【０００８】
このように従来は、消耗部品である誘電体窓が破損を生じた場合、誘電体窓の損失のみならず、処理装置全体に悪影響が及んでいたので、それに対する種々の対策が望まれていた。
本発明はかかる問題を解決し、誘電体窓が破壊されても処理装置全体に及ぼす影響を低減することが可能なプラズマ処理装置及び誘電体窓を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明のプラズマ処理装置は、誘電体窓を有する処理容器と、該処理容器の内部を減圧する手段と、該処理容器内に前記誘電体窓を通して高周波電力を導入する高周波電力供給手段とを有するプラズマ処理装置であって、前記誘電体窓は２つ以上の誘電体板と、各誘電体板の間に挟み込まれた樹脂層とを張り合わせ積層した構造を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高周波電力を透過する誘電体窓を用いてプラズマを生成し基体の処理を行う装置において、誘電体窓破壊時の誘電体窓以外の処理装置部品等への損害を抑えることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の更なる目的またはその他の特徴は、以下添付図面を参照して説明される好ましい実施の形態によって明らかにされるであろう。
以下、図１〜図４を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係るプラズマ処理装置の断面図である。図１において、１０１は処理容器、１０２は処理室、１０３は基体、１０４は支持体、１０５はガス導入部、１０６はガス排気部、１０７は高周波電力供給手段、１０８は誘電体窓を冷却する冷媒、１０９は誘電体窓である。
【００１２】
図２は図１の装置における誘電体窓１０９の構造を示す断面図である。ここで、１１０は処理容器外部に面する誘電体板、１１１は処理容器内部に面する誘電体板、１１２は樹脂層を構成する樹脂膜である。本処理装置では排気手段（不図示）によって減圧された処理容器内に、高周波電力が透過可能な誘電体窓１０９を介し、処理容器内に高周波電力を導入することでプラズマの生成を行う。
【００１３】
本実施形態の誘電体窓１０９は、図２に示すように、誘電体板１１０と誘電体板１１１との間に樹脂膜１１２が挟みこまれ、それらが張り合わされ積層された構造を有する。なお、本発明において、誘電体窓は、少なくとも２つ以上の誘電体板と各誘電体板の間に挟み込まれた樹脂膜とが積層され張り合わせられた構造を有するものであれば良い。例えば図３に示すように３つの誘電体板１１０、１１１に２つの樹脂膜１１２を挟み込んで張り合わせたものであっても良い。樹脂膜１１２と誘電体板１１０及び誘電体板１１１との張り合わせは接着剤を用いて行う。また樹脂膜１１２を誘電体板１１０及び１１１で挟んだ状態で加圧加熱して溶接する所謂ヒートシール法で張り合わせてもよい。接着剤を用いて張り合わせる場合、例えばアクリル系接着剤やシリコン系の接着剤等を用いることが可能である。特にシリコン系接着剤は耐熱性に優れ、更に誘電正接が低い為、高周波電力を透過させる誘電体板と樹脂膜との接着に好適である。誘電体板１１０及び１１１は処理容器外部から加わる大気圧荷重、及び熱応力に十分耐えうる強度を有する材料及び形状が好ましい。誘電体板１１０、及び誘電体板１１１は同じ材料であっても異なる材料であっても良い。例えば、熱膨張係数が大きく異なるような材料からなる誘電体窓であっても、延性を有する樹脂膜を挟んで張り合わされることで、熱膨張率の違いによって生じる応力はがれを抑制することが可能である。
【００１４】
本実施形態に係る誘電体窓を減圧された処理容器の窓として用いる場合、樹脂膜と該樹脂膜を挟んで張り合わせられた誘電体板からなる窓全体が少なくとも大気圧などによって生じる応力に耐えうる厚さを有しておればよい。但し、好ましくは誘電体窓を構成する個々の誘電体板単独でも、応力に耐えうる事が可能な厚さを有するのが良い。例えば２つの平板状誘電体板を樹脂膜（樹脂層）で張り合わせた構造の窓を使用する場合、仮に片側の誘電体板が破損したとしても、もう一方の誘電体板には影響しない。このため、処理容器内の真空を破ることが無く、窓の飛散などを抑制することができる。また万が一、２つの誘電体板が同時に破損した場合においても従来の誘電体窓に比べ飛散を抑制することが可能となる。
【００１５】
本発明において、樹脂膜（樹脂層）の厚さは誘電体板同士を張り合わせ、密着性を保持することが可能であれば良く、例えば０．１ｍｍ〜１ｍｍの範囲の厚さを有するものが使用可能である。
【００１６】
本発明の誘電体窓は、誘電体板の間に樹脂層が挟みこまれ、それらが張り合わされ積層された構造を有し、各誘電体板は樹脂層によって密着保持されている。従来の誘電体窓では、例えば一部にヒビなどを生じた誘電体窓が大気圧や熱応力等に屈した場合、大気圧によって一気に脆性破壊され誘電体窓の破片が処理容器内に飛散し、処理容器壁や基体の支持手段などを傷つける場合があった。しかしながら、本発明の誘電体窓は、誘電体窓が複数の誘電体板と、それらを密着している樹脂層からなり、仮に誘電体板の一部が破損した場合でも、その他の誘電体板が大気圧を支えるため、誘電体窓全体に脆性破壊が及ぶ虞がない。また誘電体板が樹脂層によって密着されている為、亀裂によって生じる虞のある破片の飛び散りを抑制することができる。このため従来のような破片による処理容器内の損傷や破片の清掃負荷を大幅に低減することが可能となる。
【００１７】
本発明の樹脂層を構成する樹脂膜１１２の材料としては、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリイミド、ポリアセタールが挙げられる。また、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルブチラール、エチレン酢酸ビニル共重合体が挙げられる。さらに、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）が挙げられる。但し、高周波放電によってプラズマが生成された後、処理容器内に面する誘電体は、その表面に流入する高エネルギーの電子或いはイオンによって加熱される場合がある。誘電体の温度が樹脂膜１１２の溶融熱温度以上にまで上昇すると、樹脂膜１１２は大きく熱変形或いは溶融し、誘電体との密着性を失う虞がある。このため樹脂膜１１２の耐熱温度は高い方が好ましく、ＰＴＦＥ、ＰＦＡなどの耐熱性の高いフッ素系の樹脂膜（フッ素を含む耐熱性樹脂膜）を用いるのが好ましい。
【００１８】
また樹脂膜の温度上昇を防ぐ為、プラズマに直接面しない誘電体の材料は少なくとも２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、より好ましくは１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有するものを用い、さらに冷媒などを用いて誘電体を冷却するのが好ましい。
例えば、処理容器内に面する側の誘電体板及び処理容器外に面する側の誘電体の材料を共に石英とした場合、石英の熱伝導率は約１．６Ｗ／ｍ・Ｋ程度と極めて低いため蓄熱しやすい。このため、処理容器外部から冷媒によって誘電体窓の冷却を行っても誘電体板に挟まれた樹脂膜の温度を下げるのは困難である。しかし、プラズマに面する誘電体板以外の誘電体板が少なくとも２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、より好ましくは１００Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有する材料からなる場合、プラズマの流入よって生じた熱を速やかに除熱することができる。そのため、樹脂膜の温度上昇を防ぐことが可能となる。
【００１９】
本発明の誘電体窓に用いられる誘電体の材料としては石英、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素、窒化アルミ等が挙げられる。これらのうちアルミナは約３０Ｗ／ｍ・Ｋ、窒化アルミは約１６０Ｗ／ｍ・Ｋという高い熱伝導率を有している。このような材料からなる誘電体板は、誘電体板に挟まれた樹脂膜の温度上昇を抑えるのに好適である。
【００２０】
また、本発明の誘電体窓の別構造としては図４に示すように、図２に示した誘電体窓構造に加え、更に片側の誘電体板の表面に樹脂膜１１３を密着させた構造であっても良い。樹脂膜１１３を密着させる面は、処理容器外部に面する側である。これにより、誘電体板破損時の保持力をさらに高めることが可能になる他、誘電体表面への微少な傷の発生などの消耗を抑えることが可能となり、誘電体窓の長寿命化を図ることが可能となる。誘電体板に挟まれた樹脂膜１１２と、誘電体表面に密着させた樹脂膜１１３とは同一材料であっても、別材料のものであっても良い。
【００２１】
次に本発明の特徴とする誘電体窓を適用したプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法について説明する。
図１において処理室１０２は、基体１０３を収容し減圧下で被処理基体１０３に対しプラズマ処理を施す。なお図１においては、基体１０３を図示しないロードロック室との間で受け渡すためのゲートバルブなどは省略されている。
【００２２】
被処理基体１０３は、半導体であっても、導電性のものであっても、あるいは電気絶縁性のものであってもよい。
導電性基体としては、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｂ等の金属またはこれらの合金、例えば真鍮、ステンレス鋼等が挙げられる。
絶縁性基体としては、ＳｉＯ２系の石英や各種ガラス、Ｓｉ３Ｎ４、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＬｉＦ、ＣａＦ２、ＢａＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＭｇＯなどの無機物を挙げることができる。また、ポリエチレン、ポリエステル、ポリカーボネート、セルロースアセテート、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミドなどの有機物のフィルム、シート等が挙げられる。
基体１０３は支持体１０４に載置される。必要があれば、支持体１０４は高さ調整が可能に構成されてもよい。また支持体１０４は温調手段を内蔵し、プラズマ処理中の基体温度を調整しても良い。
【００２３】
ガス導入部１０５は処理容器１０１の側壁に設けられ、プラズマ処理用のガスを処理室内に供給する。ガス導入部１０５は、ガス供給手段の一部である。ガス供給手段は、ガス供給源と、バルブと、マスフローコントローラと、これらを接続するガス導入管を含み、マイクロ波により励起されて所定のプラズマを得る為の処理ガスや放電ガスを供給する。プラズマの迅速な着火のために少なくとも着火時にＸｅやＡｒ、Ｈｅなどの希ガスを添加してもよい。希ガスは反応性がないので基体１０３に悪影響せず、また、電離しやすいのでプラズマ着火速度を上昇することができる。
【００２４】
ＣＶＤ法により基体１０３上に薄膜を形成する場合に用いられるガスとしては、一般に公知のガスが使用できる。
ａ−Ｓｉ、ｐｏｌｙ−Ｓｉ、ＳｉＣなどのＳｉ系半導体薄膜を形成する場合のガスの原料は、常温常圧でガス状態であるか、または容易にガス化し得る化合物である。例えば、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６などの無機シラン類、テトラエチルシラン（ＴＥＳ）、テトラメチルシラン（ＴＭＳ）、ジメチルシラン（ＤＭＳ）、ジメチルジフルオロシラン（ＤＭＤＦＳ）、ジメチルジクロルシラン（ＤＭＤＣＳ）などの有機シラン類である。または、ＳｉＦ４、Ｓｉ２Ｆ６、Ｓｉ３Ｆ８、ＳｉＨＦ３、ＳｉＨ２Ｆ２、ＳｉＣｌ４、Ｓｉ２Ｃｌ６、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ３Ｃｌ、ＳｉＣｌ２Ｆ２などのハロゲン化シラン類である。また、この場合のＳｉ原料ガスと混合して導入してもよい添加ガスまたはキャリアガスとしては、Ｈ２、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎが挙げられる。
【００２５】
Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２などのＳｉ化合物系薄膜を形成する場合の原料としては、常温常圧でガス状態であるか、または容易にガス化し得る化合物を用いることができる。このような化合物としては、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６などの無機シラン類がある。また、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）、テトラメトキシシラン（ＴＭＯＳ）、オクタメチルシクロテトラシラン（ＯＭＣＴＳ）、ジメチルジフルオロシラン（ＤＭＤＦＳ）、ジメチルジクロルシラン（ＤＭＤＣＳ）などの有機シラン類がある。さらに、ＳｉＦ４、Ｓｉ２Ｆ６、Ｓｉ３Ｆ８、ＳｉＨＦ３、ＳｉＨ２Ｆ２、ＳｉＣｌ４、Ｓｉ２Ｃｌ６、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ３Ｃｌ、ＳｉＣｌ２Ｆ２などのハロゲン化シラン類がある。また、この場合の同時に導入する窒素原料ガスまたは酸素原料ガスとしては、Ｎ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２が挙げられる。
【００２６】
Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａなどの金属薄膜を形成する場合の原料としては、以下の有機金属またはハロゲン化金属を例示することができる。有機金属としては、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡｌ）、トリイソブチルアルミニウム（ＴＩＢＡｌ）、ジメチルアルミニウムハイドライド（ＤＭＡｌＨ）、タングステンカルボニル（Ｗ（ＣＯ）６）がある。また、モリブデンカルボニル（Ｍｏ（ＣＯ）６）、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）がある。ハロゲン化金属としては、ＡｌＣｌ３、ＷＦ６、ＴｉＣｌ３、ＴａＣｌ５がある。また、この場合のＳｉ原料ガスと混合して導入してもよい添加ガスまたはキャリアガスとしては、Ｈ２、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎが挙げられる。
【００２７】
Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＴｉＮ、ＷＯ３などの金属化合物薄膜を形成する場合の原料としては、以下の有機金属またはハロゲン化金属を例示することができる。有機金属としては、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡｌ）、トリイソブチルアルミニウム（ＴＩＢＡｌ）、ジメチルアルミニウムハイドライド（ＤＭＡｌＨ）、タングステンカルボニル（Ｗ（ＣＯ）６）がある。また、モリブデンカルボニル（Ｍｏ（ＣＯ）６）、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）がある。また、ハロゲン化金属としては、ＡｌＣｌ３、ＷＦ６、ＴｉＣｌ３、ＴａＣｌ５がある。また、この場合の同時に導入する酸素原料ガスまたは窒素原料ガスとしては、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、Ｎ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）が挙げられる。
【００２８】
基体表面をエッチングする場合のエッチング用ガスとしては、Ｆ２、ＣＦ４、ＣＨ２Ｆ２、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ８、ＣＦ２Ｃｌ２、ＳＦ６、ＮＦ３、Ｃｌ２、ＣＣｌ４、ＣＨ２Ｃｌ２、Ｃ２Ｃｌ６などが挙げられる。
フォトレジストなど基体表面上の有機成分をアッシング除去する場合のアッシング用ガスとしては、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、Ｈ２などが挙げられる。
【００２９】
また本実施例に係るプラズマ処理装置を表面改質にも適用する場合、使用するガスを適宜選択することにより、各種の処理が可能である。例えば基体もしくは表面層としてＳｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｔａなどを使用してこれら基体もしくは表面層の酸化処理あるいは窒化処理さらにはＢ、Ａｓ、Ｐなどのドーピング処理等が可能である。更に本実施例において採用する成膜技術はクリーニング方法にも適用できる。その場合酸化物あるいは有機物や重金属などのクリーニングに使用することもできる。
【００３０】
被処理基体１０３を酸化表面処理する酸化性ガスとしては、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２などが挙げられる。また、被処理基体１０３を窒化表面処理する窒化性ガスとしては、Ｎ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）などが挙げられる。
基体表面の有機物をクリーニングする場合、またはフォトレジストなど被処理基体１０３表面上の有機成分をアッシング除去する場合のクリーニング／アッシング用ガスとしては、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、Ｈ２などが挙げられる。また、基体表面の無機物をクリーニングする場合のクリーニング用ガスとしては、Ｆ２、ＣＦ４、ＣＨ２Ｆ２、Ｃ２Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、ＣＦ２Ｃｌ２、ＳＦ６、ＮＦ３などが挙げられる。
【００３１】
排気部１０６は、処理室のガス下流側に設けられ、図示しない圧力調整弁、圧力計、真空ポンプ及び制御部と共に圧力調整機構を構成する。すなわち、図示しない制御部は、真空ポンプを運転しながら、処理室１０２の圧力を検出する圧力計が所定の値になるように、処理室１０２の圧力を弁の開き具合で調整する圧力調整弁を制御することによって調節する。この結果、排気部１０６を介して、処理室１０２の内部圧力を処理に適した圧力に制御する。圧力は、好ましくは１３ｍＰａから１３３０Ｐａの範囲、より好ましくは６６５ｍＰａから６６５Ｐａの範囲が適当である。圧力調整弁は、例えば、ＶＡＴ製の圧力調整機能つきゲートバルブやＭＫＳ製排気スロットバルブである。真空ポンプは、例えばドライポンプ、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）等により構成され、図示しないコンダクタンスバルブなどの圧力調整バルブを介して排気部１０６に接続されている。
【００３２】
高周波電力供給手段１０７は高周波を発振する手段であり、誘電体窓を介して減圧された処理室内の処理用ガスを解離し、プラズマの生成を行う。
本実施例におけるプラズマ励起方法は誘電体窓を介して処理容器内に高周波電力を供給して無電極放電を行うものであればいかなるものであっても良い。例えば電子サイクロトロン共鳴、誘導結合、表面波など各種モードのプラズマ励起方法が挙げられる。また、そのようなモードのプラズマを励起する為の高周波電力供給手段としては、例えばコイル、導波管、スロット付きアンテナなどが挙げられる。高周波電力供給手段から発振される高周波は、例えば数１０ｋＨｚ〜数１０ＧＨｚの間の周波数から適宜選ばれる。
【００３３】
放電を行う間の誘電体窓の昇温を防ぐ為、誘電体窓１０９の処理容器外側の面には冷媒１０８を循環させ、誘電体窓表面を冷却するのが好ましい。なお冷媒１０８としては、例えば乾燥空気などの気体や水、オイルなどの液体など、高周波電力の透過を妨げないものであればいずれのものであっても選ぶことが可能である。
【００３４】
本プラズマ処理装置を用いたプラズマ処理は以下のようにして行う。
まず基体１０３を、支持体１０４上に設置する。ついで、プラズマ処理装置の処理容器１０１内を排気手段（不図示）によりガス排気部１０６を介して十分排気する。次に、ガス導入手段（不図示）によりガス導入部１０５を介して所定の流量のガスを処理室１０２内に導入し、排気手段中に設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）により所望の圧力に保持する。続いて、高周波電力供給手段１０７より高周波を発振し、誘電体窓１０９を介して処理室内に供給する。高周波放電により処理用ガスが解離して処理室１０２内にプラズマを生成する。かくして生成したプラズマにより基体の各種プラズマ処理を行う。
【００３５】
放電を行う間、誘電体窓１０９の大気側の面には誘電体窓１０９を冷却する為の冷媒が循環され、誘電体窓の温度上昇を抑制する。これにより誘電体窓１０９の各誘電体を密着している樹脂膜の熱変形を抑制し、誘電体との密着性を保持することが可能となる。但し、誘電体窓へのプラズマ粒子の流入が少ない、或いは高周波電力による損失加熱が少ない場合など、誘電体窓が加熱する虞が無い場合は誘電体窓を冷却する為の冷媒は必ずしも必要ではない。
【実施例】
【００３６】
以下実施例を挙げて本発明の特徴とする誘電体窓を用いたプラズマ処理装置の具体的な適用例を説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
[実施例１]
本発明の実施例１に係る処理装置を図５を用いて説明する。
本実施例の処理装置は表面波干渉プラズマを発生させ、基体の処理を行う処理装置である。ここで１０１は処理容器、１０２は処理室、１０３は基体、１０４はステージ、１０５はガス導入部、１０６はガス排気部である。また、１０７はマイクロ波を処理室に供給するためのスロット付き無終端環状導波管、１０９はマイクロ波を導入する為の誘電体窓、１０８は誘電体窓１０９を冷却する為の冷媒である。
【００３７】
処理容器１０１の材質はアルミニウム合金製で、内径は３５０ｍｍである。誘電体窓１０９は、図２に示す構造を有するもので、石英平板１１１、ＰＴＦＥ樹脂膜１１２、アルミナセラミックス平板１１０をシリコン系接着剤で張り合わせたものである。厚みはそれぞれ、石英平板１１１が９ｍｍ、ＰＴＦＥ樹脂膜１１２は０．３５ｍｍ、アルミナセラミックス平板１１０は７ｍｍのものを使用した。スロット付き無終端環状導波管１０７は、ＴＥ１０モードで、内壁断面の寸法が２７ｍｍ×９６ｍｍ（管内波長１５８．８ｍｍ）、導波管の中心径が１５１．６ｍｍ（一周長は管内波長の３倍）のものを用いた。スロット付き無終端環状導波管１０７のＨ面には、マイクロ波を処理室１０２へ導入するためのスロットが形成されている。スロットは、長さ４０ｍｍ、幅４ｍｍの矩形で、中心直径が１５１．６ｍｍの位置に、放射状に６０°間隔で６本形成されている。
【００３８】
まず排気部１０６を介して処理容器１０１内を真空排気し、１×１０−２Ｐａの値まで減圧させた。続いてガス導入部１０５を介して酸素ガスを１００ｓｃｃｍの流量で処理室１０２に導入した。ついで、排気系（不図示）に設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）を調整し、処理室１０２を４００Ｐａに保持した。ついで、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源（不図示）より１ｋＷの電力を、スロット付無終端環状導波管１０７を介して供給し表面波プラズマを発生させた。また、放電中誘電体窓の温度上昇を抑える為、誘電体窓表面に室温に保たれた乾燥空気を当てて冷却を行った。以上のような方法でダミーランニングを繰り返し行ったが、誘電体窓１０９には特に異常は見られなかった。
【００３９】
次に誘電体窓を構成するアルミナセラミックス平板表面に、意図的に微少な傷をつけた誘電体窓を用いて、同様のダミーランニングを行った。その結果ダミーランニング中に、前記微少な傷を起点とした亀裂がアルミナセラミックス平板に生じた。しかしながら、そのような亀裂はアルミナセラミックス平板内に留まり、石英平板部に損傷が及ぶことは無く、処理容器内の真空を破ることも無かった。
【００４０】
[実施例２]
本発明の実施例２に係る処理装置を図６を用いて説明する。
本実施例の処理装置は誘導結合プラズマを発生させ、基体の処理を行う処理装置である。ここで１０１は処理容器、１０２は処理室、１０３は基体、１０４はステージ、１０５はガス導入部、１０６はガス排気部である。また、１０７はＲＦ高周波を発振する渦巻状のコイル、１０９はＲＦ高周波を導入する為の誘電体窓、１０８は誘電体窓１０９を冷却する為の冷媒である。
【００４１】
処理容器１０１の材質はアルミニウム合金製で、内径は３５０ｍｍである。誘電体窓１０９は、図２に示す構造を有するもので、石英平板、ＰＴＦＥ樹脂膜、窒化アルミ平板をシリコン系接着剤で張り合わせたものである。厚みはそれぞれ、石英平板１１１が８ｍｍ、ＰＴＦＥ樹脂膜１１２は０．６ｍｍ、窒化アルミセラミックス平板１１０は５ｍｍのものを使用した。
【００４２】
まず基体１０３として８インチＰ型Ｓｉウエハをステージ（支持体）１０４上に設置し、ついで排気部１０６を介して処理容器１０１内を真空排気し、１×１０−２Ｐａの値まで減圧させた。続いてガス導入部１０５を介して酸素ガスを５０ｓｃｃｍの流量で処理室１０２に導入した。ついで、排気系（不図示）に設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）を調整し、処理室１０２を２．６Ｐａに保持した。ついで、１３．５６ＭＨｚのＲＦ電源（不図示）より５００Ｗの電力を、渦巻状コイルに供給し誘導結合プラズマを発生させた。また、放電中誘電体窓の温度上昇を抑える為、誘電体窓表面に室温に保たれた乾燥空気をあてて冷却を行った。以上のような方法でダミーランニングを繰り返し行ったが、誘電体窓１０９には特に異常は見られなかった。
【００４３】
次に誘電体窓を構成する石英平板、及び窒化アルミセラミックス平板表面に、それぞれ意図的に微少な傷をつけた誘電体窓を用いて、同様のダミーランニングを行った。その結果ダミーランニング中に、前記微少な傷を起点とした亀裂が石英平板、窒化アルミセラミックス平板両方に生じた。その結果処理容器内部の真空は破られたものの、処理容器内への石英や窒化アルミセラミックスの飛び散りは極めて少なく、また破片によってステージや、処理容器壁が大きく傷つけられる事は無かった。
【００４４】
[実施例３]
図６に示したプラズマ処理装置を使用し、フォトレジストのアッシング処理を行った。但し本実施例において誘電体窓１０９には図４に示すような構造を有する誘電体窓を使用した。すなわち、誘電体窓１０９は石英平板、ＰＴＦＥ樹脂膜、窒化アルミセラミックス平板をシリコン系接着剤により張り合わせたもので、さらに窒化アルミセラミックス平板表面にＰＴＦＥ樹脂膜を張り合わせた。厚みはそれぞれ、石英平板１１１が８ｍｍ、ＰＴＦＥ樹脂膜１１２は０．３５ｍｍ、窒化アルミセラミックス平板１１０は５ｍｍのものを使用した。基体１０３は、φ１２”Ｐ型単結晶シリコンウエハであり、その表面にフォトレジストを塗布し、さらにイオン注入したものを使用した。
【００４５】
まずシリコンウエハをステージ１０４上に設置し、ついで排気部１０６を介して処理容器１０１内を真空排気し、１×１０−２Ｐａの値まで減圧させた。続いてガス導入部１０５を介して酸素ガスを５０ｓｃｃｍの流量で処理室１０２に導入した。ついで、排気系（不図示）に設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）を調整し、処理室１０２を２．６Ｐａに保持した。ついで、１３．５６ＭＨｚのＲＦ電源（不図示）より５００Ｗの電力を、渦巻状コイルに供給し誘導結合プラズマを発生させた。また、放電中誘電体窓の温度上昇を抑える為、誘電体窓表面に室温に保たれた乾燥空気をあてて冷却を行った。
【００４６】
かくして生成した酸素プラズマによるアッシング処理を行った。その結果シリコン基板１０３上のレジストはアッシングによって全面的に除去され、また残渣も見あたらなかった。一定枚数のアッシング処理を行った後、誘電体窓を取り外して装置内のクリーニングを行う作業を繰り返し行っても、誘電体窓表面には接触等による傷がつき難く、従来の誘電体窓に比べ寿命を大幅に延ばすことができた。
【００４７】
[実施例４]
図６に示したプラズマ処理装置を使用し、シリコンウエハの酸化処理を行った。但し本実施例において誘電体窓には図３に示すような構造を有する誘電体窓を使用した。すなわち、誘電体窓１０９は石英平板、ＰＴＦＥ樹脂膜、窒化アルミセラミックス平板、ＰＴＦＥ樹脂膜、窒化アルミセラミックス平板からなる５層をそれぞれシリコン系接着剤により張り合わせたものである。厚みはそれぞれ、石英平板１１１が８ｍｍ、ＰＴＦＥ樹脂膜１１２は０．３５ｍｍ、窒化アルミセラミックス平板１１０は５ｍｍのものを使用した。基体１０３は、φ１２”Ｐ型単結晶シリコンウエハを使用した。
【００４８】
まず公知のＲＣＡ洗浄法により表面を清浄化したシリコンウエハをステージ１０４上に設置し、ついで排気部１０６を介して処理容器１０１内を真空排気し、１×１０−２Ｐａの値まで減圧させた。続いてガス導入部１０５を介して酸素ガスを１００ｓｃｃｍの流量で処理室１０２に導入した。ついで、排気系（不図示）に設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）を調整し、処理室１０２を４００Ｐａに保持した。ついで２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源（不図示）より１ｋＷの電力を、スロット付無終端環状導波管１０７を介して供給し表面波プラズマを発生させた。また、放電中誘電体窓の温度上昇を抑える為、誘電体窓表面に室温に保たれた乾燥空気をあてて冷却を行った。
【００４９】
かくして生成した酸素プラズマによるシリコンウエハの酸化処理を行った。その結果シリコンウエハ１０３上は酸化され膜厚１０ｎｍのシリコン酸化膜が形成された。かくして形成したシリコン酸化膜の電気特性を調べたところ耐圧が約１３ＭＶ／ｃｍと良好であることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の一形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の模式図である。
【図２】図１の装置の誘電体窓構造を示す概略断面図である。
【図３】本発明に係る誘電体窓の別形態を示す概略部分拡大図である。
【図４】本発明に係る誘電体窓の更に別の形態を示す概略部分拡大図である。
【図５】本発明に係る誘電体窓を適用した表面波干渉プラズマ処理装置を示す概略断面図である。
【図６】本発明に係る誘電体窓を適用した誘導結合プラズマ処理装置を示す概略断面図である。
【図７】従来例であり本発明の適用対象の一例でもある無電極放電プラズマ処理装置の概略断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０１  処理容器
１０２  処理室
１０３  基体
１０４  支持手段
１０５  ガス導入部
１０６  排気部
１０７  高周波電力供給手段
１０８  冷媒
１０９  誘電体窓
１１０、１１１  誘電体板
１１２  樹脂膜（樹脂層）
１１３  樹脂膜
【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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