(57)【要約】【課題】  局所的応力がかかった場合にも破損し難く、たとえ破損した場合にも真空容器内が損傷を被り難いプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】  誘電体窓１０７を有する真空容器１００と、該真空容器内に設置された被処理基体１０２を支持する手段１０３と、該真空容器内を排気する第１の排気手段１０６と、該真空容器内へ処理用ガスを導入する手段とを有する。また、該真空容器内へ前記誘電体窓を通してマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段１０５と、前記誘電体窓の前記マイクロ波導入手段側に閉空間を形成する閉空間形成手段１２１、１２２、１２３と、該閉空間内を排気する第２の排気手段１２４、１２５とを有する。【選択図】  図１
2008159763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体窓を有する真空容器と、該真空容器内に設置された被処理基体を支持する手段と、該真空容器内を排気する第１の排気手段と、該真空容器内へ処理用ガスを導入する手段と、該真空容器内へ前記誘電体窓を通してマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段とを有するプラズマ処理装置であって、
前記誘電体窓の前記マイクロ波導入手段側に閉空間を形成する閉空間形成手段と、該閉空間内を排気する第２の排気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】
前記閉空間形成手段は、前記マイクロ波導入手段のマイクロ波入口及び該マイクロ波導入手段と前記誘電体窓との接触部を真空封止する手段であることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項３】
前記第２の排気手段は、前記マイクロ波導入手段内部の圧力を、１０Ｐａ以下とすることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記第２の排気手段は、前記マイクロ波導入手段内部の圧力を、１ｋＰａ乃至１０ｋＰａの範囲とすることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記誘電体窓は石英製であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記第１の排気手段と前記第２の排気手段とが均圧弁を介して連通されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記第２の排気手段は、前記閉空間を前記第１の排気手段に連通する均圧弁であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波を励起源として用いるプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種電子デバイス製造工程における低温化の要求に応えるため、プロセシングプラズマ技術が益々重要になってきている。とりわけ、ラジオ波よりも高い周波数をもつ電磁波であるマイクロ波を励起源として用いるマイクロ波プラズマは、１０１２ｃｍ−３以上の高密度、かつ、１ｅＶ以下の低電子温度プラズマをも得ることができる。それ故、マイクロ波プラズマは、低ダメージ、高品質で高速な処理が可能であり、今後、更なる発展が期待されるプラズマである。マイクロ波プラズマ処理装置は、ＣＶＤ、エッチング、アッシング、窒化、酸化、クリーニングなどのプロセスに実用されている。
【０００３】
マイクロ波を処理用ガスの励起源として使用するプラズマ処理装置においては、電子を高い周波数をもつ電界により加速でき、ガス分子を効率的に励起、電離、分解させることができる。それ故、マイクロ波プラズマは、ガスの励起効率、電離効率及び分解効率が高く、高密度のプラズマを比較的容易に形成し得るので、低温で高速に処理できるという利点を有する。また、カットオフ密度以上の高密度プラズマ発生によりバルクプラズマ中にマイクロ波電界が浸透できず、電子温度が緩和するので、低ダメージで高品質な処理が可能であるという利点もある。また、マイクロ波が誘電体を透過する性質を有することから、プラズマ処理装置を無電極放電タイプのものとして構成でき、これが故に金属汚染の少ない清浄なプラズマ処理を行うことができる。
【０００４】
マイクロ波プラズマ処理装置の例として、近年、マイクロ波の均一で効率的な導入装置として複数の円弧状スロットがＨ面に形成された無終端環状導波管を用いた装置が提案されている（特許文献１）。このマイクロ波プラズマ処理装置の模式図を図３に、そのプラズマ発生機構を図４に示す。図中、１０１はプラズマ処理室、１０２は被処理基体、１０３は基体１０２の支持体、１０４は基板温度調整手段、１０５はプラズマ処理室１０１の周辺に設けられたプラズマ処理用ガス導入口、１０６は排気口である。１０７はプラズマ処理室１０１を大気側と分離する平板状誘電体窓、１０８はマイクロ波を誘電体窓１０７を通してプラズマ処理室１０１に導入するための環状導波管マルチスロットアンテナである。１１１はマイクロ波を環状導波管へ導入するＥ分岐、１１２は環状導波路、１１４は円弧状スロットである。１１５は誘電体窓１０７表面を伝搬する表面波、１１６は隣接するスロットからの表面波同士が干渉して生じる表面定在波、１１７は表面波定在波により生成した発生プラズマ、１１８は発生プラズマの拡散により生成したプラズマバルクである。
【０００５】
プラズマ処理は以下のようにして行う。被処理基体１０２を基体支持体１０３上に設置する。排気口１０６を通して排気系（不図示）によりプラズマ処理室１０１内を真空排気する。続いて処理用ガスをプラズマ処理室１０１の周辺に設けられたガス導入口１０５を介して所定の流量でプラズマ処理室１０１内に導入する。次に排気系（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、プラズマ処理室１０１内を所定の圧力に保持する。マイクロ波電源（不図示）より所望の電力を無終端環状導波管１０８を介してプラズマ処理室１０１内に供給する。この際、無終端環状導波管１０８内に導入されたマイクロ波は、導入部のＥ分岐１１１で左右に二分配され、無終端環状導波路１１２内で干渉し、管内波長の１／２毎に管内定在波の“腹”を生じる。この定在波の腹と腹の間の表面電流が最大になる位置に設置されたスロット１１４を介し誘電体窓１０７を透過してプラズマ処理室１０１に導入されたマイクロ波によりプラズマが発生する。
【０００６】
プラズマの電子密度がカットオフ密度、より明確には表面波モード発生しきい密度を超えると、誘電体窓１０７とプラズマの界面に入射したマイクロ波は、プラズマ中には伝搬できず、誘電体窓１０７の表面を表面波１１５として伝搬する。カットオフ密度は、例えば、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波の場合、７．５×１０１０ｃｍ−３である。表面波モード発生しきい密度は、例えば、石英窓使用の場合、３．４×１０１１ｃｍ−３である。隣接するスロットから導入された表面波１１５同士が相互干渉し、表面波１１５の波長の１／２毎に腹をもつ表面定在波１１６が生じる。誘電体窓１０７表面近傍に局在した表面定在波１１６によって誘電体窓１０７近傍に超高密度高電子温度の発生プラズマ１１７が生成する。発生プラズマ１１７は被処理基体１０２方向に純粋拡散して緩和し、被処理基体１０２近傍に高密度低電子温度のプラズマバルク１１８を生成する。処理用ガスは発生した高密度プラズマにより励起され、基体支持体１０３上に載置された被処理基体１０２の表面を処理する。
【０００７】
このようなマイクロ波プラズマ処理装置を用いることにより、均一性の高い高密度低電子温度プラズマを発生させることができる。プラズマとしては、マイクロ波パワー１ｋＷ以上で、直径３００ｍｍ程度の大口径空間に±５％程度の均一性をもって、電子密度１０１１ｃｍ−３以上、電子温度１．５ｅＶ以下、プラズマ電位７Ｖ以下の高密度低電子温度プラズマを発生させることができる。故に、ガスを充分に反応させ活性な状態で基板に供給でき、かつ入射イオンによる基板表面ダメージも低減するので、低温でも高品質で均一かつ高速な処理が可能になる。
【特許文献１】特開２０００−１３８１７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述したようなマイクロ波プラズマ処理装置を用いた場合、誘電体窓が破損し、真空装置内が多大な損傷を被ることがある、という問題があった。本発明者の知見によると、それは、正常な状態でも大気圧がかかっている上に、何らかの原因により温度ムラなどが発生し誘電体窓に局所的応力がかかった場合に生じている。
本発明の主たる目的は、上述した従来のマイクロ波プラズマ処理装置における問題点を解決し、局所的応力がかかった場合にも破損し難く、たとえ破損した場合にも真空容器内が損傷を被り難いプラズマ処理装置を提供することにある。
【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のプラズマ処理装置は、誘電体窓を有する真空容器と、該真空容器内に設置された被処理基体を支持する手段と、該真空容器内を排気する第１の排気手段と、該真空容器内へ処理用ガスを導入する手段とを有する。また、該真空容器内へ前記誘電体窓を通してマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段を有する。そして本発明は、前記誘電体窓の前記マイクロ波導入手段側に閉空間を形成する閉空間形成手段と、該閉空間内を排気する第２の排気手段と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、破損し難く、たとえ破損した場合にも真空容器内が損傷を被り難いプラズマ処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態に係るプラズマ処理装置は、一部が誘電体窓で形成された真空容器と、該真空容器内に設置された被処理基体を支持する手段と、該真空容器内へ処理用ガスを導入する手段と、該真空容器内を排気する第１の排気手段とを有する。また、該真空容器内へマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段と、マイクロ波導入手段のマイクロ波入口及び該誘電体窓との接触部を真空封止する手段と、マイクロ波導入手段の内部を排気する第２の排気手段とを有する。そして、マイクロ波導入手段の内部を真空に保つことにより、局所的応力がかかった場合にも破損し難く、たとえ破損した場合にも真空容器内が損傷を被り難いプラズマ処理装置としている。ここで、前記マイクロ波導入手段のマイクロ波入口を真空封止する手段及び該マイクロ波導入手段と前記誘電体窓との接触部を真空封止する手段とは、前記誘電体窓の前記マイクロ波導入手段側に閉空間を形成する閉空間形成手段を構成している。
【００１２】
本発明の好ましい実施の一形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置を図１を用いて説明する。図１において、１００は真空容器、１０１はプラズマ処理室、１０２は被処理基体、１０３は基体１０２の支持体、１０４は基板温度調整手段、１０５はプラズマ処理室１０１の周辺に設けられたプラズマ処理用ガス導入口（処理用ガス導入手段）である。また、１０６は処理室排気口、１０７はプラズマ処理室１０１をマイクロ波導入手段側と分離する誘電体窓である。マイクロ波導入手段側において、１０８はマイクロ波を誘電体窓１０７を通してプラズマ処理室１０１に導入するための環状導波管マルチスロットアンテナ、１１１はマイクロ波を左右に分配するＥ分岐である。１１２は環状導波路、１１４は円弧状スロット、１２１はマイクロ波入口に設けられた入口窓、１２２は入口窓１２１を真空封止するシール材、１２３は誘電体窓１０７と無終端環状導波管１０８との接触部を真空封止するシール材である。１２４は環状導波路１１２内を真空にするための導波路排気口、１２５は開けることによってプラズマ処理室１０１と環状導波路１１２を連通させるための均圧弁である。
【００１３】
すなわち、図１の装置は、図３の従来例に対し、入口窓１２１、シール材１２２、シール材１２３、導波路排気口１２４及び均圧弁１２５を付加したものである。入口窓１２１及びシール材１２２は、マイクロ波導入手段のマイクロ波入口を真空封止する手段を構成している。また、シール材１２３は、マイクロ波導入手段と誘電体窓との接触部を真空封止する手段を構成している。さらに、これらの真空封止手段は、誘電体窓１０７のマイクロ波導入手段側に閉空間を形成する閉空間形成手段を構成している。
【００１４】
プラズマ処理は以下のようにして行う。まず、被処理基体１０２を基体支持体１０３上に設置する。均圧弁１２５を開き、プラズマ処理室１０１内を処理室排気口１０６を通して、導波管１０８内を導波路排気口１２４を通して、同一の圧力を維持しながら排気手段（不図示）を介して真空排気する。充分高真空に到達した後、均圧弁１２５を閉じ、続いて処理用ガスをプラズマ処理室１０１の周辺に設けられた処理用ガス導入口１０５を介して所定の流量でプラズマ処理室１０１内に導入する。次に処理室排気系（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、プラズマ処理室１０１内を所定の圧力に保持する。
【００１５】
マイクロ波電源（不図示）より所望の電力を無終端環状導波管１０８、円弧状スロット１１４を介してプラズマ処理室１０１内に供給する。この際、無終端環状導波管１０８内に導入されたマイクロ波は、Ｅ分岐１１１で左右に二分配され、自由空間よりも長い管内波長をもって伝搬する。分配されたマイクロ波同士が干渉し、管内波長の１／２毎に“腹”を有する定在波を生じる。表面電流を横切るように設けられた円弧状スロット１１４を介し誘電体窓１０７を透過してプラズマ処理室１０１にマイクロ波が導入される。プラズマ処理室１０１に導入されたマイクロ波により円弧状スロット１１４近傍に初期高密度プラズマが発生する。
【００１６】
初期高密度プラズマの電子密度がカットオフ密度、より明確には表面波モード発生しきい密度を超えると、誘電体窓１０７と初期高密度プラズマの界面に入射したマイクロ波は、初期高密度プラズマ中には伝搬できない。そのため、マイクロ波は、誘電体窓１０７の表面を表面波１１５として伝搬する。ここで、カットオフ密度は、例えば、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波の場合、７．５×１０１０ｃｍ−３である。表面波モード発生しきい密度は、例えば、石英窓使用の場合、３．４×１０１１ｃｍ−３である。
【００１７】
複数の円弧状スロット１１４から導入された表面波同士が相互干渉し、表面波の波長の１／２毎に“腹”を有する表面定在波を生じる。これらの表面定在波によって外周部と中央部に超高密度高電子温度の発生プラズマが生成する。発生プラズマの拡散、緩和により高密度低電子温度のプラズマバルクが生成する。処理用ガスは高密度低電子温度プラズマにより励起、分解して活性化し、基体支持体１０３上に載置された被処理基体１０２の表面を処理する。
処理中に誘電体窓１０７内に温度ムラが発生しても、誘電体窓１０７は、大気圧がかかっていないので破損し難い。また、たとえ破損しても大気が突入する訳ではないので、誘電体窓１０７や処理室１０１内パーツが甚大な損害を被ることがない。
【００１８】
図２に放電開始電力の環状導波管内圧力依存性を示す。常用最大電力３ｋＷの場合、１０〜１ｋＰａの圧力範囲では環状導波管１０８内で放電する虞があり、処理室１０１内に正常なプラズマを発生することが出来ない。また処理室１０１との差圧を１０ｋＰａ以下にしないと誘電体窓１０７にかかる圧力を従来の１０分の１以下にはできない。したがって、本発明のプラズマ処理装置に用いられる環状導波管内（マイクロ波導入手段側）の圧力は、１０Ｐａ以下、若しくは１ｋＰａ〜１０ｋＰａの範囲が適当である。
【００１９】
本発明のプラズマ処理装置に用いられる誘電体窓の材質は、機械的強度が充分でマイクロ波の透過率が充分高くなるように誘電欠損の小さなものであれば適用可能である。例えば石英やアルミナ（サファイア）、窒化アルミニウム、弗化炭素ポリマ（登録商標：テフロン）などが適当である。誘電体窓の厚さは、従来は大気圧に耐えうるように機械的強度なども考慮して決定しなければならない制限があった。しかし、本発明では、薄くても破壊され難いので、マイクロ波透過率が極大になるλｎεｒ−１／２／４（λｎ：マイクロ波自然波長、εｒ：比誘電率）を選択できる可能性が拡がる。
【００２０】
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置に用いられるマイクロ波の周波数は、３００ＭＨｚから３ＴＨｚまでが適用可能であるが、波長が誘電体窓１０７の寸法と同程度になる、１〜１０ＧＨｚが特に有効である。
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置に用いられる環状導波管マルチスロットアンテナ１０８の材質は、導電体であれば使用可能であるが、マイクロ波の伝搬ロスをできるだけ抑えるため、導電率の高いＡｌ、Ｃｕ、Ａｇ／ＣｕメッキしたＳＵＳなどが最適である。本発明に用いられる環状導波管マルチスロットアンテナ１０８の導入口の向きは、環状導波管マルチスロットアンテナ１０８内のマイクロ波伝搬空間に効率よくマイクロ波を導入できるものであればよい。すなわち、Ｈ面に平行でも垂直でも、伝搬空間の接線方向でも伝搬空間の左右方向に二分配するものでもよい。
【００２１】
本発明に使用されるマイクロ波導入手段は、環状導波管マルチスロットアンテナに限らず、空洞共振器型、同軸結合アプリケータ、同軸導波管導入平板アンテナ、パッチアンテナなど、中空構造をもつマイクロ波導入手段であれば適用可能である。
【００２２】
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置においては、より低圧で処理するために、磁界発生手段を用いても良い。この場合に用いられる磁界としては、スロットの幅方向に発生する電界に垂直な磁界であれば適用可能である。磁界発生手段としては、コイル以外でも、永久磁石でも使用可能である。コイルを用いる場合には過熱防止のため水冷機構や空冷など他の冷却手段を用いてもよい。
また、紫外光を基体表面に照射してもよい。光源としては、被処理基体もしくは基体上に付着したガスに吸収される光を放射するものなら適用可能で、エキシマレーザ、エキシマランプ、希ガス共鳴線ランプ、低圧水銀ランプなどが適当である。
本発明のマイクロ波プラズマ処理方法におけるプラズマ処理室内の圧力は１００ｍＰａ〜１ｋＰａの範囲、より好ましくは、３００ｍＰａから３００Ｐａの範囲が適当である。
【００２３】
本発明のプラズマ処理装置においては、使用するガスを適宜選択することにより、各種の堆積膜を効率よく形成することが可能である。形成される堆積膜は、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、ＳｉＯＦ、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＴｉＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＭｇＦ２、ＨｆＳｉＯ、ＨｆＡｌＯなどの絶縁膜を例示することができる。また、ａ−Ｓｉ、ｐｏｌｙ−Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、ＧａＡｓなどの半導体膜、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａなどの導電膜やカーボン膜を例示することができる。
【００２４】
本発明のプラズマ処理装置により処理する被処理基体１０２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などの金属またはこれらの合金、例えば真鍮、ステンレス鋼などが挙げられる。
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、シートなどが挙げられる。
【００２５】
本発明のプラズマ処理装置に用いられるガス導入口１０５の向きは、ガスが誘電体窓１０７近傍に発生するプラズマ領域を経由した後中央付近に十分に供給されてから基板表面を中央から周辺に向かって流れるような向きが最適である。よって、誘電体窓１０７に向けてガスを吹き付けられる構造を有することが最適である。
【００２６】
ＣＶＤ法により基板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処理用ガス導入口１０５を介してプラズマ処理室１０１へ導入するＳｉ原子を含有する原料ガスは、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がある。
【００２７】
Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２などのＳｉ化合物系薄膜を形成する場合の処理用ガス導入口１０５を介して導入するＳｉ原子を含有する原料としては、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を挙げることができる。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を挙げることができる。また、ＳｉＦ４、Ｓｉ２Ｆ６、Ｓｉ３Ｆ８、ＳｉＨＦ３、ＳｉＨ２Ｆ２、ＳｉＣｌ４、Ｓｉ２Ｃｌ６、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ３Ｃｌ、ＳｉＣｌ２Ｆ２などのハロゲン化シランを挙げることができる。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などが挙げられる。
【００２８】
Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａなどの金属薄膜を形成する場合の処理用ガス導入口１０５を介して導入する金属原子を含有する原料としては、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）、テトライソプロポキシチタン（ＴＩＰＯＴｉ）、ペンタエトキシタンタル（ＰＥＯＴａ）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。
【００２９】
Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＴｉＮ、ＷＯ３などの金属化合物薄膜を形成する場合の処理用ガス導入口１０５を介して導入する金属原子を含有する原料としては、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）、テトライソプロポキシチタン（ＴＩＰＯＴｉ）、ペンタエトキシタンタル（ＰＥＯＴａ）がある。ハロゲン化金属としては、ＡｌＣｌ３、ＷＦ６、ＴｉＣｌ３、ＴａＣｌ５などのハロゲン化金属がある。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）などが挙げられる。
【００３０】
グラファイト、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、ダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、ダイアモンドなどのカーボン系薄膜を形成する場合の処理用ガス導入口１０５を介して導入する原料としては、炭素原子を含めば可能である。例えば、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ６、Ｃ３Ｈ８などの飽和炭化水素、Ｃ２Ｈ４、Ｃ３Ｈ６、Ｃ２Ｈ２、Ｃ３Ｈ４などの不飽和炭化水素、Ｃ６Ｈ６などの芳香族炭化水素、Ｃ３ＯＨ、Ｃ２Ｈ５ＯＨなどのアルコール類が適当である。また、（ＣＨ３）２ＣＯなどのケトン類、ＣＨ３ＣＨＯなどのアルデヒド類、ＨＣＯＯＨ、ＣＨ３ＣＯＯＨなどのカルボン酸類なども適当である。
【００３１】
基体表面をエッチングする場合の処理用ガス導入口１０５から導入する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処理用ガス導入口１０５から導入するアッシング用ガスとしては、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、Ｎ２、Ｈ２などが挙げられる。
【００３２】
また本発明のマイクロ波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。更に本発明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。
【００３３】
基体を酸化表面処理する場合の処理用ガス導入口１０５を介して導入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、基体を窒化表面処理する場合の処理用ガス導入口１０５を介して導入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のガス導入口１０５から導入するクリーニング／アッシング用ガスとしては、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、Ｎ２、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プラズマ発生用ガス導入口から導入する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。さらに、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ガス導入口１０５から導入するクリーニング／アッシング用ガスとしては、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、Ｎ２、Ｈ２などが挙げられる。
【実施例】
【００３４】
以下実施例を挙げて本発明のマイクロ波プラズマ処理装置をより具体的に説明するが、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]
図１に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、硬化したフォトレジストのアッシングを行った。誘電体窓１０７として、直径３８０ｍｍ、厚さ１０．５ｍｍの窒化アルミニウム円板を用いた。
基体１０２としては、７×１０１４ｃｍ−２の高ドーズＢ＋イオン注入直後のシリコン（Ｓｉ）基板（φ３００ｍｍ）を使用した。まず、Ｓｉ基板１０２を基体支持体１０３上に設置した後、ヒータ（基板温度調整手段）１０４を用いて２５０℃まで加熱し、排気系（不図示）を介してプラズマ処理室１０１内を真空排気し、１０−１Ｐａまで減圧させた。プラズマ処理用ガス導入口１０５を介して５％ＳＦ６添加の酸素ガスを２ｓｌｍの流量でプラズマ処理室１０１内に導入した。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１０１内を４００Ｐａに保持した。プラズマ処理室１０１内に、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より２．５ｋＷの電力を環状導波管マルチスロットアンテナ１０８を介して供給した。かくして、プラズマ処理室１０１内にプラズマを発生させた。この際、プラズマ処理用ガス導入口１０５を介して導入されたＳＦ６添加の酸素ガスはプラズマ処理室１０１内で励起、分解、反応して弗素や酸素原子となり、Ｓｉ基板１０２の方向に輸送された。その結果、基板１０２上の硬化したフォトレジストと反応し、気化、除去された。１０００回ラニングテストを行ったが、窒化アルミニウム窓１０７及びそのシール材に異常は観られなかった。
【００３５】
[実施例２]
図１に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、極薄酸化膜の表面窒化を行った。誘電体窓１０７として、直径３４０ｍｍ、厚さ１６ｍｍの酸化シリコン円板を用いた。
基体１０２としては、１．４ｎｍ厚表面酸化膜付きシリコン（Ｓｉ）基板（φ８インチ）を使用した。まず、Ｓｉ基板１０２を基体支持体１０３上に設置した後、ヒータ１０４を用いて１５０℃まで加熱し、排気系（不図示）を介してプラズマ処理室１０１内を真空排気し、１０−５Ｐａまで減圧させた。プラズマ処理用ガス導入口１０５を介して窒素ガスを５０ｓｃｃｍ、ヘリウムガスを４５０ｓｃｃｍの流量でプラズマ処理室１０１内に導入した。次いで、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１０１内を３０Ｐａに保持した。プラズマ処理室１０１内に、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より１．５ｋＷの電力を環状導波管マルチスロットアンテナ１０８を介して供給した。かくして、プラズマ処理室１０１内にプラズマを発生させた。この際、プラズマ処理用ガス導入口１０５を介して導入された窒素ガスはプラズマ処理室１０１内で励起、分解、反応して窒素イオンや原子となり、Ｓｉ基板１０２の方向に輸送され、基板１０２上の酸化膜表面を室化した。１０００回ラニングテストを行ったが、酸化シリコン窓１０７及びそのシール材に異常は観られなかった。
【００３６】
[実施例３]
図１に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、Ｓｉ基板の直接窒化を行った。誘電体窓１０７として、直径３３０ｍｍ、厚さ１６ｍｍの酸化シリコン円板を用いた。
基体１０２としては、ベアシリコン（Ｓｉ）基板（φ８インチ）を使用した。まず、Ｓｉ基板１０２を基体支持体１０３上に設置した後、ヒータ１０４を用いて１５０℃まで加熱し、排気系（不図示）を介してプラズマ処理室１０１内を真空排気し、１０−５Ｐａまで減圧させた。プラズマ処理用ガス導入口１０５を介して窒素ガスを５００ｓｃｃｍの流量でプラズマ処理室１０１内に導入した。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１０１内を２０Ｐａに保持した。プラズマ処理室１０１内に、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より１．５ｋＷの電力を環状導波管マルチスロットアンテナ１０８を介して供給した。かくして、プラズマ処理室１０１内にプラズマを発生させた。この際、プラズマ処理用ガス導入口１０５を介して導入された窒素ガスはプラズマ処理室１０１内で励起、分解、反応して窒素イオンや原子となり、Ｓｉ基板１０２の方向に輸送され、Ｓｉ基板１０２の表面を直接室化した。１０００回ラニングテストを行ったが、酸化シリコン窓１０７及びそのシール材に異常は観られなかった。
【００３７】
[実施例４]
図１に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、半導体素子保護用窒化シリコン膜の形成を行った。誘電体窓１０７として、直径３８０ｍｍ、厚さ１６ｍｍの酸化シリコン円板を用いた。
基体１０２としては、Ａｌ配線パターン（ラインアンドスペース０．５μｍ）が形成された層間ＳｉＯ２膜付きφ３００ｍｍＰ型単結晶Ｓｉ基板（面方位〈１００〉、抵抗率１０Ωｃｍ）を使用した。まず、Ｓｉ基板１０２を基体支持体１０３上に設置した後、排気系（不図示）を介してプラズマ処理室１０１内を真空排気し、１０−５Ｐａの値まで減圧させた。続いてヒータ１０４に通電し、Ｓｉ基板１０２を３００℃に加熱し、該基板をこの温度に保持した。プラズマ処理用ガス導入口１０５を介して窒素ガスを６００ｓｃｃｍの流量で、また、モノシランガスを１５０ｓｃｃｍの流量で処理室１０１内に導入した。次いで、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１０１内を３Ｐａに保持した。次に、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源（不図示）より３．０ｋＷの電力を環状導波管マルチスロットアンテナ１０８を介して供給した。かくして、プラズマ処理室１０１内にプラズマを発生させた。この際、プラズマ処理用ガス導入口１０５を介して導入された窒素ガスはプラズマ処理室１０１内で励起、分解されて窒素原子となり、Ｓｉ基板１０２の方向に輸送された。その結果、モノシランガスと反応し、窒化シリコン膜がＳｉ基板１０２上に１．０μｍの厚さで形成した。１０００回ラニングテストを行ったが、酸化シリコン窓１０７及びそのシール材に、膜付着以外の異常は観られなかった。
【００３８】
[実施例５]
図１に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、半導体素子層間絶縁用酸化シリコン膜の形成を行った。誘電体窓１０７として、直径３７０ｍｍ、厚さ１６ｍｍの酸化シリコン円板を用いた。
基体１０２としては、最上部にＡｌパターン（ラインアンドスペース０．５μｍ）が形成されたφ３００ｍｍＰ型単結晶Ｓｉ基板（面方位〈１００〉、抵抗率１０Ωｃｍ）を使用した。まず、Ｓｉ基板１０２を基体支持体１０３上に設置した。排気系（不図示）を介してプラズマ処理室１０１内を真空排気し、１０−５Ｐａの値まで減圧させた。続いてヒータ１０４に通電し、Ｓｉ基板１０２を３００℃に加熱し、該基板をこの温度に保持した。プラズマ処理用ガス導入口１０５を介して酸素ガスを４００ｓｃｃｍの流量で、また、モノシランガスを２００ｓｃｃｍの流量で処理室１０１内に導入した。次に、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、プラズマ処理室１０１内を３Ｐａに保持した。次いで、２ＭＨｚの高周波印加手段を介して３００Ｗの電力を基体支持体１０３に印加するとともに、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より２．５ｋＷの電力を環状導波管マルチスロットアンテナ１０８を介してプラズマ処理室１０１内に供給した。かくして、プラズマ処理室１０１内にプラズマを発生させた。プラズマ処理用ガス導入口１０５を介して導入された酸素ガスはプラズマ処理室１０１内で励起、分解されて活性種となり、Ｓｉ基板１０２の方向に輸送された。その結果、モノシランガスと反応し、酸化シリコン膜がＳｉ基板１０２上に０．８μｍの厚さで形成された。この時、イオン種はＲＦバイアスにより加速されて基板に入射しパターン上の膜を削り平坦性を向上させる。酸化シリコン窓１０７及びそのシール材に、膜付着以外の異常は観られなかった。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施の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の装置における放電開始電力の圧力依存性を示す図である。
【図３】従来例のマイクロ波プラズマ処理装置の模式図である。
【図４】図３におけるプラズマ発生機構説明図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０１  プラズマ処理室
１０２  被処理基体
１０３  基体支持体
１０４  基板温度調整手段
１０５  処理用ガス導入口
１０６  処理室排気口
１０７  誘電体窓
１０８  環状導波管マルチスロットアンテナ
１１１  マイクロ波導入用のＥ分岐
１１２  環状導波路
１１４  円弧状スロット
１１５  表面波
１１６  表面定在波
１１７  発生プラズマ
１１８  プラズマバルク
１２１  入口窓
１２２  入口窓用のシール材
１２３  誘電体窓と環状導波管とのシール材
１２４  導波管排気口
１２５  均圧弁
【図１】
2008159763.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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