(57)【要約】【課題】誘電体板（石英板など）の温度低下による基板処理速度の変動を防止し、かつ装置の稼働率を上げ、スループットを上げる。【解決手段】真空容器（１０）内の上部に誘電体板（１６）を通して供給されるマイクロ波によって生成したプラズマガスを、ヒータ付きの昇降可能な基板保持台（２６）に保持した基板（２８）に導いて基板（２８）をプラズマ処理するマイクロ波プラズマ処理方法において、基板（２８）の処理に先行して、基板保持台（２６）を誘電体板（１６）に近接させ、誘電体板（１６）を基板保持台（２６）によって加熱する。ヒータ付きの基板保持台（２６）は基板（２８）を保持していない時に上昇させてもよいが、基板（２８）を保持したままの状態で上昇させて誘電体板（１６）を加熱してもよい。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内の上部に誘電体板を通して供給されるマイクロ波によって生成したプラズマガスを、ヒータ付きの昇降可能な基板保持台に保持した基板に導いて基板をプラズマ処理するマイクロ波プラズマ処理方法において、前記基板の処理に先行して、前記基板保持台を前記誘電体板に近接させ、前記誘電体板を前記基板保持台によって加熱することを特徴とするマイクロ波プラズマ処理方法。
【請求項２】
請求項１の方法において、
ａ）複数枚の基板を収容したカセットから、１枚の基板を真空容器内に搬入し、基板保持台に保持する；
ｂ）基板をプラズマ処理する；
ｃ）基板を真空容器から搬出する；
ｄ）前記ａ）〜ｃ）を繰り返し前記カセットに収容した全ての基板を処理する；
ｅ）基板保持台を上昇させ、誘電体板に近接させて誘電体板を加熱する；
ｆ）カセットを交換して工程ａ）〜ｅ）を繰り返す；
以上の各工程を有するマイクロ波プラズマ処理方法。
【請求項３】
基板保持台を誘電体板に近接させて誘電体板を加熱した後下降させ、基板処理に先行して空放電を行う請求項１のマイクロ波プラズマ処理方法。
【請求項４】
真空容器内の上部に誘電体板を通して供給されるマイクロ波によって生成したプラズマガスを、昇降可能な基板保持台に保持した基板に導いて基板をプラズマ処理するマイクロ波プラズマ処理方法において、
前記誘電体板付近に取付けられた電気ヒータを備え、前記基板のプラズマ処理に先行して、前記ヒータによって前記誘電体板を加熱することを特徴とするマイクロ波プラズマ処理方法。
【請求項５】
真空容器内の上部に誘電体板を通して供給されるマイクロ波によって生成したプラズマガスを、ヒータ付き昇降可能な基板保持台に保持した基板に導いて基板をプラズマ処理するマイクロ波プラズマ処理装置において、
プラズマ発生部およびその下方に連続する反応室を有する真空容器と、
前記プラズマ発生部へ供給する反応ガスの流量を制御するガス流量制御弁と、
前記反応室から排気して前記真空容器内を減圧する排気ポンプと、
前記真空容器内で昇降し必要に応じて前記誘電体板に近接可能としたヒータ付きの基板保持台と、
前記真空容器内に反応ガスを供給しつつ前記真空容器内を排気し所定のガス雰囲気に保ちながら反応ガスをプラズマ放電させて基板の処理を行う一方、基板の非処理時に基板保持台を上昇させて誘電体板を基板保持台で加熱するコントローラと、
を備え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６】
誘電体板は石英板である請求項５のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項７】
真空容器に接続されたカセット収容室と、このカセット収容室に収容され複数枚の基板を装填したカセットとを備え、基板は前記カセットから１枚ずつ真空容器に搬入・搬出される請求項５または６のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項８】
コントローラは、カセットの交換中に基板保持台を誘電体板に接近させるように上昇させて誘電体板を加熱する請求項７のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項９】
真空容器内の上部に誘電体板を通して供給されるマイクロ波によって生成したプラズマガスを、昇降可能な基板保持台に保持した基板に導いて基板をプラズマ処理するマイクロ波プラズマ処理装置において、
前記誘電体板を加熱するための電気ヒータを備えることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、プラズマを用いて基板などにアッシングなどの処理を施すためのプラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より真空容器内に発生させたプラズマを用いて、基板（ウェハなど）にアッシング（灰化）処理や、エッチング処理や、薄膜形成処理などを行う方法が広く知られている。
【０００３】
アッシングでは、プラズマ発生室で反応ガスをプラズマ化し、基板表面のレジストをプラズマにより活性化したイオンやラジカルと反応させて気体にし、排気することによってレジストを除去する。エッチングでは、処理対象である基板（ウェハ）の保持台に放電用の高周波電圧を印加することによりイオンやラジカルを基板表面に衝突させたり（スパッタ）、基板表面と化学反応させてエッチングする（ドライエッチング）。
【０００４】
薄膜形成処理では、例えば反応ガスをプラズマ化し化学的に活性なイオンやラジカル（励起原子・分子）にし、これらの粒子により基板表面での化学反応を促進することによって、基板表面に生成物を堆積させる（プラズマＣＶＤなど）。
【０００５】
この種のプラズマを用いた処理装置で、プラズマ発生室にプラズマを発生させるためにマイクロ波を用いるものがある。例えばマイクロ波プラズマ源や電子サイクロトロン共鳴（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ，　ＥＣＲ）プラズマ源等がある。
【０００６】
このように石英板を通してマイクロ波を真空容器内に導くプラズマ源では、石英板にマイクロ波を導く導波管に導波管の長手方向に長い窓を設け、この窓を通して真空容器内へマイクロ波を導入することにより、効率を向上させている（スロットアンテナ方式という）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このようなマイクロ波源では、石英板の温度がプラズマの生成に大きな影響を及ぼす。すなわち石英板の温度が低く、たとえば室温程度に冷えている時には、プラズマ化により生成したラジカルの活性が著しく失われる（失活という）。
【０００８】
このため基板の処理速度が低下する。逆にプラズマ処理が続くことにより石英板の温度が上昇すると、処理速度が上昇する。このように石英板の温度変化が大きいと、プラズマ処理速度の変動が大きくなり、処理された製品の品質が不安定になる。例えばアッシング処理装置においては、単位時間で除去される量を示すアッシングレート（Ａ／Ｒ）が不安定になる。
【０００９】
そこで従来より、基板をプラズマ処理するのに先行して、一定時間プラズマ放電を行わせて石英板の温度を上昇させている。このような目的で行う放電をここでは空放電という。
【００１０】
一方この種の装置では、多数枚の基板をカセットに装填し、このカセットを真空容器に接続したカセット収容室に収容している。そしてこのカセットから基板を１枚ずつ真空容器に搬入・搬出し、全ての基板（１ロット）の処理が終わるとカセットを交換することによって処理を続ける。このようにカセットごとにまとめて処理することを、ここではロット処理という。
【００１１】
この場合には、前記の空放電はカセットを交換する度に行っていた。すなわちカセット交換の間（待機時、アイドリング時）に石英板が冷えるから、新しいカセットの基板に対して処理を開始する度に空放電を行うものである。
【００１２】
しかしこのようにカセットを交換する度に空放電を行う場合は、空放電が終わるまで基板の処理を始めることができないから、装置の稼働率が低下する。換言すれば単位時間当たりの処理枚数（スループット）が低下するという問題があった。
【００１３】
この発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、誘電体板（石英板など）の温度低下による基板処理速度の変動を防止し、かつ装置の稼働率を上げ、スループットを上げることができるマイクロ波プラズマ処理方法を提供することを第１の目的とする。またこの方法の実施に直接使用するマイクロ波プラズマ処理装置を提供することを第２の目的とする。
【００１４】
【発明の構成】
この発明によれば第１の目的は、真空容器内の上部に誘電体板を通して供給されるマイクロ波によって生成したプラズマガスを、ヒータ付きの昇降可能な基板保持台に保持した基板に導いて基板をプラズマ処理するマイクロ波プラズマ処理方法において、前記基板の処理に先行して、前記基板保持台を前記誘電体板に近接させ、前記誘電体板を前記基板保持台によって加熱することを特徴とするマイクロ波プラズマ処理方法、により達成される。
【００１５】
この場合、ヒータ付きの基板保持台は基板を保持していない時に上昇させてもよいが、基板を保持したままの状態で上昇させて誘電体板を加熱してもよい。例えば多数の基板をカセットに装填し、カセットごとに連続処理する場合は、カセット交換中の待ち時間（アイドル時間）に保持台を上昇させて誘電体板を加熱すればよい。
【００１６】
またこの発明は、空放電と併用するものを包含する。例えば保持台の上昇により誘電体を予熱した後で、空放電を行うものを含む。この場合は空放電の時間を短縮できるので所期の効果が得られるものである。
【００１７】
同じ目的は、真空容器内の上部に誘電体板を通して供給されるマイクロ波によって生成したプラズマガスを、昇降可能な基板保持台に保持した基板に導いて基板プラズマ処理するマイクロ波プラズマ処理方法において、前記誘電体板付近に取付けられた電気ヒータを備え、前記基板のプラズマ処理に先行して、前記ヒータによって前記誘電体板を加熱することを特徴とするマイクロ波プラズマ処理方法、によっても達成可能である。
【００１８】
この発明によれば第２の目的は、真空容器内の上部に誘電体板を通して供給されるマイクロ波によって生成したプラズマガスを、ヒータ付き昇降可能な基板保持台に保持した基板に導いて基板をプラズマ処理するマイクロ波プラズマ処理装置において、プラズマ発生部およびその下方に連続する反応室を有する真空容器と、前記プラズマ発生部へ供給する反応ガスの流量を制御するガス流量制御弁と、前記反応室から排気して前記真空容器内を減圧する排気ポンプと、前記真空容器内で昇降し必要に応じて前記誘電体板に近接可能としたヒータ付きの基板保持台と、前記真空容器内に反応ガスを供給しつつ前記真空容器内を排気し所定のガス雰囲気に保ちながら反応ガスをプラズマ放電させて基板の処理を行う一方基板の非処理時に基板保持台を上昇させて誘電体板を基板保持台で加熱するコントローラと、を備えることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置、によって達成可能である。
【００１９】
誘電体板には通常石英板を用いるのがよい。基板は複数枚をカセットに装填しておき、このカセットをカセット収容室に収容して１つのカセットに含まれる基板を１ロットとして連続処理する場合（ロット処理）には、カセット交換中に基板保持台を上昇させて誘電体板を加熱するのがよい。カセット交換中の空き時間（待機時間、アイドル時間）を有効利用できるからである。
【００２０】
同じ目的は、真空容器内の上部に誘電体板を通して供給されるマイクロ波によって生成したプラズマガスを、昇降可能な基板保持台に保持した基板に導いて基板をプラズマ処理するマイクロ波プラズマ処理装置において、前記誘電体板を加熱するための電気ヒータを備えることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置、によっても達成可能である。
【００２１】
【実施態様】
図１は本発明の一実施態様であるマイクロ波プラズマエッチング装置の基本構成図、図２はその石英板加熱時の状態を示す図である。
【００２２】
この図１、２において符号１０は真空容器であり、その内部の上方が円筒型のプラズマ発生部１２となり、下方が円筒型の反応室１４となっている。プラズマ発生部１２の上壁には誘電体である石英板１６が嵌め込まれ、この石英板１６の上面には導波管１８によってマイクロ波２０がマイクロ波発振器２２から導かれる。
【００２３】
プラズマ発生部１２は反応室１４より小径であり、その壁面積を小さくすることにより壁面の状況が反応に及ぼす影響を少なくしている。プラズマ発生部１２には反応ガス導入孔２４からＯ２ガスなどの反応ガスが供給可能である。反応室１４にはヒータ付きの基板保持台２６が昇降可能に設けられ、この保持台２６の上にはプラズマ処理例えばアッシング処理の被処理物である基板２８が保持される。
【００２４】
基板２８は円形のシリコンウェハーであり、この基板２８は基板保持台２６の中央に保持される。基板２８は基板保持台２６より小径であり、基板２８とその外周を囲む石英製のマスクリング３０によってこの基板保持台２６の表面全体が覆われて、基板保持台２６がプラズマから保護されている。なお基板２８およびマスクリング３０は静電チャック（図示せず）で保持台２６に保持される。
【００２５】
反応室１４の内面には水平な環状の整流板３２が固定され、この整流板３２より下方に排気孔３４が開口している。整流板３２には周方向に等間隔に多数の小孔３６が形成され、反応室１４内の反応ガスの流れを安定化させる。
【００２６】
次にこの実施態様の動作をアッシング処理を例にして説明する。エッチングレジストが付着している被処理物である基板２８は、図示しないローディング装置によって真空容器１０内に搬入され、保持台２６上に保持される。この保持台２６上で基板２８を一定温度に保持した状態で反応ガス供給孔２４からＯ２ガスなどの反応ガスを供給する。
【００２７】
一方、排気孔３４からは排気して真空容器１０内を減圧する。この状態でマイクロ波発振器２２を起動させてマイクロ波をプラズマ発生部１２に導く。マイクロ波は反応ガスの種類によりその発振周波数を選定する。Ｏ２ガスの場合には２．４５ＧＨＺとする。
【００２８】
この場合反応ガス（Ｏ２）はプラズマ化され、プラズマ化により生成された活性な酸素ラジカル（Ｏ＊）と、有機膜であるレジストとが反応する。この反応によってレジストは、ＣＯ２、ＣＯ、Ｈ２Ｏ等となって排気孔３４から排気される。
【００２９】
石英板１６を加熱するためには、図２に示すように基板保持台２６を上昇させて石英板１６に近接させる。基板保持台２６は内蔵するヒータ（図示せず）によって加熱されている。アッシング処理の場合にはこの保持台２６の上面は通常約２５０℃に加熱されている。このように基板保持台２６を石英板１６に近接させることにより、減圧下の真空容器１０内で石英板１６を主として輻射熱により加熱することができる。
【００３０】
なお真空容器１０内は減圧状態に維持するのが望ましい。保持台２６による石英板１６の加熱時には、真空容器１０の真空度を下げて（内圧を上昇させ大気圧に近付けて）もよい。基板保持台２６により石英板１６を加熱した後に、さらに空放電を行ってもよいが、石英板１６は予熱されているから空放電の時間を短縮できる。
【００３１】
【他の実施態様】
前記図１、２に示した実施態様は、ヒータ付きの基板保持台２６を上昇させて石英板１６に近接させることによって石英板１６を加熱するものであった。この発明は石英板を加熱するためのヒータ、例えば電気ヒータを設けることによっても所期の目的が達成可能である。
【００３２】
例えば図１に仮想線で示すように、石英板１６の外周に電気ヒータ４０を取付ける。このヒータ４０を必要な時に発熱させて石英板１６を加熱すればよい。例えばマイクロ波２０の供給を止めてプラズマ発生を中断した時だけこのヒータ４０で石英板１６を加熱する。
【００３３】
ヒータ４０に代え、石英板１６の表面に密着させたヒータ（図示せず）を用いてもよい。例えば導波管１８に設けた長い窓（スロット）以外の表面に平面状のヒータを貼り付ければよい。ヒータ４０で石英板１６を空放電によってさらに加熱してもよい。
【００３４】
【他の実施態様】
図３はプラズマエッチング装置の制御系を示す系統図、図４はカセット収容室と組合せた状態を示す図、図５はその動作流れ図である。図３、４においては、前記図１と同一部分に同一符号を付したので、その説明は繰り返さない。
【００３５】
図３において、５０は保持台２６を昇降させる昇降機である。プラズマ発生部１２の壁面に設けた反応ガス導入孔２４には、反応ガスとしての酸素ガス（Ｏ２）が供給源５２から流量制御弁５４を通して供給される。
【００３６】
反応室１４の下部に設けた排気孔３４には、ドライポンプ５６が接続されている。真空容器１０内の圧力は、真空計（ＶＧ、Ｖａｃｕｕｍ　Ｇａｕｇｅ）５８で検出される。
【００３７】
６０はコントローラであり、ＣＰＵ６２、種々のインターフェースなどで構成される。このコントローラ６０は前記したように基板２８（図１参照）のアッシング処理などの制御を行う。例えば図５に示す動作によって、基板２８をアッシング処理するものである。
【００３８】
この真空容器１０には、図４に示すようにカセット収容室６４が接続される。真空容器１０とカセット収容室６４の仕切壁にはゲート弁６６が設けられている。カセット収容室６４内には他のゲート弁６８を開いてここからカセット７０が出し入れされる。カセット７０には多数枚の基板２８が装填されている。
【００３９】
未処理の基板２８はゲート弁６６を開いてローディング装置（図示せず）によってこのカセット７０から基板保持台２６に運ばれ、逆に処理済みの基板２８は基板保持台２６からカセット７０に戻される。カセット７０の全ての基板２８、すなわち１ロット分の基板２８が処理されると、ゲート弁６８を開いてこのカセット７０を搬出し、未処理基板２８を装填したカセット７０と交換する。
【００４０】
次にこの装置の動作を図５を用いて説明する。未処理基板２８を装填したカセット７０をカセット収容室６４に搬入し、このカセット収容室６４を減圧する。このカセット７０の搬入中にコントローラ６０は基板保持台２６を発熱させつつ上昇させて石英板１６に近接させ、図２の状態にする。この状態で石英板１６は加熱される（図５、ステップＳ１００）。
【００４１】
コントローラ６０は基板保持台２６を下降させ（ステップＳ１０２）、ゲート弁６６を開いて未処理基板２８をカセット７０から基板保持台２６上に搬入する（ステップＳ１０４）。ゲート弁６６を閉じた後、真空容器１０内を減圧しつつ反応ガスを供給してマイクロ波発振器２２を作動させ、プラズマを発生させる。このプラズマガスによって基板２８をプラズマ処理（アッシング処理）する（ステップＳ１０６）。
【００４２】
処理が終わった基板２８は、再び開いたゲート弁６６を通してカセット７０に戻される（ステップＳ１０８）。以上のステップＳ１０２〜Ｓ１０８の動作を繰り返して、カセット７０の全ての基板２８を処理する。すなわち１ロット分の処理を連続して行う（ステップＳ１１０）。
【００４３】
１ロット分の処理が終わり、他の未処理のカセット７０があれば（ステップＳ１１２）、カセット７０の交換を行う（ステップＳ１１６）。このカセット７０の交換に先行して、またはこの交換と並行して、基板保持台２６を上昇させて石英板１６に近接させる（ステップＳ１１４）、基板保持台２６はヒータで加熱されているから、石英板１６も輻射熱によって加熱される。カセット７０の交換が済めば基板保持台２６を下降させ（ステップＳ１０２）、以上の動作を繰り返す。
【００４４】
なお基板保持台２６によって石英板１６を加熱した後に、空放電を行って石英板１６をさらに加熱してから基板２８のプラズマ処理を行ってもよい。この場合には従来の空放電だけで石英板１６を加熱する方法に比べて空放電の時間を著しく短縮できる。
【００４５】
以上の実施態様は石英板１６を基板保持台２６により加熱するものであるが、石英板１６に電気ヒータ４０（図１、３参照）を設けた場合には、コントローラ６０は適時にこのヒータ４０を発熱させて石英板１６を加熱すればよい。
【００４６】
【発明の効果】
請求項１の発明は以上のように、基板保持台のヒータを利用して誘電体板を加熱することができ、基板をプラズマ処理する前に誘電体板を予め加熱しておくから、プラズマ処理の処理速度が安定化し、装置の稼働率とスループットが上昇する。
【００４７】
ここにカセットに複数の基板を装填して、１つのカセットを１ロットとして連続処理する場合には、カセット交換中に基板保持台で誘電体板を加熱することができ、装置の待ち時間を有効活用して装置の稼働率をさらに向上させることができる（請求項２）。基板保持台による誘電体板の加熱後に、空放電を併用して誘電体板をさらに加熱してもよい（請求項３）。この場合は誘電体板の加熱が一層確実に行われるから、プラズマ処理速度を一層安定化させることができる。
【００４８】
請求項４の発明によれば、石英板を加熱する電気ヒータを設けたので、請求項１の発明と同様な効果が得られる。請求項５〜８の発明によれば、請求項１〜３の方法の実施に直接使用する装置が得られる。請求項９の発明によれば、請求項４の発明の実施に直接使用する装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様装置の基本構成図
【図２】同じく石英板加熱状態を示す図
【図３】制御系統図
【図４】カセット収容室との結合状態を示す図
【図５】動作説明図
【符号の説明】
１０　真空容器
１２　プラズマ発生部
１６　反応室
１８　導波管
２０　マイクロ波
２２　マイクロ波発生器
２６　基板保持台
２８　基板
４０　ヒータ
５０　昇降機
６０　コントローラ
６４　カセット収容室
７０　カセット
【図１】
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【図２】
2004095704.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004095704.tif 000006
【図５】
2004095704.tif 000007