(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波によりプラズマを発生してプラズマプロセスを行うマイクロ波プラズマプロセス装置であって、
真空紫外光をプラズマ励起用空間に投射することにより、マイクロ波によるプラズマ着火を促進するプラズマ着火促進手段を有し、
投射された真空紫外光は、前記プラズマ励起用空間の所定の位置で集束され、
前記所定の位置は、前記プラズマ励起用空間にプラズマ励起ガスを供給するプラズマ励起ガス供給装置の表面から、マイクロ波の波長のｎ／４（ｎは整数）に等しい距離だけ離れた位置であることを特徴とするマイクロ波プラズマプロセス装置。
【請求項２】
請求項１記載のマイクロ波プラズマプロセス装置であって、
前記プラズマ励起用空間は、プロセスガスを供給するプロセスガス供給装置によりプロセス空間から分離されていることを特徴とするマイクロ波プラズマプロセス装置。
【請求項３】
請求項１記載のマイクロ波プラズマプロセス装置であって、
前記所定の位置は、被処理基体の垂直上方に延在する領域以外の位置であることを特徴とするマイクロ波プラズマプロセス装置。
【請求項４】
請求項１記載のマイクロ波プラズマプロセス装置であって、
プロセスガスが存在しない状態でプラズマ着火することを特徴とするマイクロ波プラズマプロセス装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちいずれか一項記載のマイクロ波プラズマプロセス装置であって、
前記プラズマを発生するマイクロ波は、プロセスチャンバの一部を形成するマイクロ波透過窓を介して、マイクロ波アンテナより前記プロセスチャンバ内に放射されることを特徴とするマイクロ波プラズマプロセス装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のうちいずれか一項記載のマイクロ波プラズマプロセス装置であって、
前記プラズマ着火促進手段は、真空紫外光を発生する重水素ランプと、該真空紫外光を透過して前記プラズマ励起用空間に導く透過窓とを有することを特徴とするマイクロ波プラズマプロセス装置。
【請求項７】
請求項６記載のマイクロ波プラズマプロセス装置であって、
前記重水素ランプと前記透過窓との間の空間を真空に維持することを特徴とするマイクロ波プラズマプロセス装置。
【請求項８】
請求項６記載のマイクロ波プラズマプロセス装置であって、
前記重水素ランプと前記透過窓との間の空間にヘリウムが充填されることを特徴とするマイクロ波プラズマプロセス装置。
【請求項９】
請求項６乃至８のうちいずれか一項記載のマイクロ波プラズマプロセス装置であって、
前記重水素ランプと前記透過窓は、前記プラズマ励起用空間を画成するプロセスチャンバの側壁に設けられることを特徴とするマイクロ波プラズマプロセス装置。
【請求項１０】
請求項６乃至８のうちいずれか一項記載のマイクロ波プラズマプロセス装置であって、
前記重水素ランプと前記透過窓はプロセスチャンバの底部に設けられることを特徴とするマイクロ波プラズマプロセス装置。
【請求項１１】
請求項６乃至１０のうちいずれか一項記載のマイクロ波プラズマプロセス装置であって、
前記透過窓は、前記所定の位置に焦点が合わせられた凸レンズとして構成されることを特徴とするマイクロ波プラズマプロセス装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のうちいずれか一項記載のマイクロ波プラズマプロセス装置であって、
前記所定の位置は、プロセスチャンバ内に放射されたマイクロ波の電界が最大となる位置であることを特徴とするマイクロ波プラズマプロセス装置。
【請求項１３】
請求項２記載のマイクロ波プラズマプロセス装置であって、
プロセスガスが前記プロセスガス供給装置から前記プロセス空間に供給されることによりプロセスガスの前記プラズマ励起用空間への進入が防止されることを特徴とするマイクロ波プラズマプロセス装置。
【請求項１４】
マイクロ波によるプラズマ着火方法であって、
プロセスチャンバ内を所定の真空雰囲気になるように排気し、
プラズマ励起用空間にプラズマ励起ガスを導入し、
前記プラズマ励起用空間内のプラズマ励起ガスに対して、真空紫外光を投射し、
投射された真空紫外光を、前記プラズマ励起用空間の所定の位置に集束させ、
前記プラズマ励起用空間内のプラズマ励起ガスにマイクロ波を導入してプラズマ着火するものであり、
前記所定の位置は、前記プラズマ励起用空間にプラズマ励起ガスを供給するプラズマ励起ガス供給装置の表面から、マイクロ波の波長のｎ／４（ｎは整数）に等しい距離だけ離れた位置であることを特徴とするプラズマ着火方法。
【請求項１５】
マイクロ波アンテナからマイクロ波を放射してプラズマを形成するプラズマ形成方法であって、
プロセスチャンバ内を所定の真空雰囲気になるように排気し、
プラズマ励起用空間にプラズマ励起ガスを導入し、
前記プラズマ励起用空間内のプラズマ励起ガスに対して、前記プロセスチャンバに設けられた真空紫外光透過窓を介して、真空紫外光を投射し、
投射された前記真空紫外光を、前記プラズマ励起用空間の所定の位置に集束させ、
前記プラズマ励起ガスの少なくとも一部を電離させ、
前記マイクロ波を前記プロセスチャンバ内に放射することによりプラズマを着火するものであり、
前記所定の位置は、前記プラズマ励起用空間にプラズマ励起ガスを供給するプラズマ励起ガス供給装置の表面から、マイクロ波の波長のｎ／４（ｎは整数）に等しい距離だけ離れた位置であることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置のプラズマ形成方法。
【請求項１６】
マイクロ波アンテナからマイクロ波を放射して形成したプラズマにより、被処理基体に処理を行なうプラズマプロセス方法であって、
プロセスチャンバ内を所定の真空雰囲気になるように排気し、
プラズマ励起用空間にプラズマ励起ガスを導入し、
前記プラズマ励起用空間内のプラズマ励起ガスに対して、前記プロセスチャンバに設けられた真空紫外光透過窓を介して、真空紫外光を投射し、
投射された真空紫外光を、前記プラズマ励起用空間の所定の位置に集束させ、
前記プラズマ励起ガスの少なくとも一部を電離させ、
前記マイクロ波を前記プロセスチャンバ内に放射することによりプラズマを着火し、
プラズマ着火後に前記プロセスチャンバ内に前記被処理基体を処理するためのプロセスガスを導入するものであり、
前記所定の位置は、前記プラズマ励起用空間にプラズマ励起ガスを供給するプラズマ励起ガス供給装置の表面から、マイクロ波の波長のｎ／４（ｎは整数）に等しい距離だけ離れた位置であることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置のプラズマプロセス方法。
【請求項１７】
請求項１６記載のプラズマプロセス方法であって、
前記プラズマ励起ガスは、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）を含む稀ガスよりなることを特徴とするプラズマプロセス方法。
【請求項１８】
請求項１６又は１７記載のプラズマプロセス方法であって、
前記プロセスガスは、Ｏ２、ＮＨ３、Ｎ２及びＨ２のうち少なくとも一つを含むことを特徴とするプラズマプロセス方法。
【請求項１９】
請求項１８記載のプラズマプロセス方法であって、
前記被処理基体はシリコンウェハであり、前記プロセスガスをプロセス空間に導入して前記シリコンウェハ上にシリコン酸化膜、窒化膜及び酸窒化膜のうち少なくとも一つを形成することを特徴とするプラズマプロセス方法。
【請求項２０】
請求項１６又は１７記載のプラズマプロセス方法であって、
前記プロセスガスはフルオロカーボン又はハロゲン系ガスであることを特徴とするプラズマプロセス方法。
【請求項２１】
請求項１６乃至２０のうちいずれか一項記載のプラズマプロセス方法であって、
前記被処理基体が配置されるプロセス空間から分離された前記プラズマ励起用空間にプラズマ励起ガスを供給し、プロセスガスを前記プロセス空間に供給することにより、プラズマ着火時におけるプロセスガスの前記プラズマ励起用空間への進入を防止することを特徴とするプラズマプロセス方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマプロセス装置に係り、特にマイクロ波により励起したプラズマによりプラズマプロセスを行うマイクロ波プラズマプロセス装置に関する。
【０００２】
【徒来の技術】
近年、プラズマプロセス装置において、マイクロ波プラズマプロセス装置が注目されている。マイクロ波プラズマプロセス装置は、平行平板型プラズマプロセス装置やＥＣＲプラズマプロセス装置のような他のプラズマプロセス装置と比較してプラズマポテンシャルが低いため、低い電子温度及び低いイオン照射エネルギを有するプラズマを発生することができる。
【０００３】
したがって、マイクロ波プラズマプロセス装置によれば、プラズマ処理を施す基板に対する金属汚染やイオン照射によるダメージを防止することができる。また、プラズマ励起空間をプロセス空間から分離することが可能なため、基板材料や基板上に形成されたパターンに依存しないプラズマプロセスを施すことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
マイクロ波プラズマプロセス装置では、プロセスチャンバ内にプラズマ励起ガスを導入してからマイクロ波をプラズマ励起ガスに導入することにより、マイクロ波によりプラズマ着火を行う。しかし、マイクロ波は周波数が高いため、プラズマ励起ガスの電子を十分に加速する前に電界が反転してしまい、プラズマ着火が起こり難いという特性を有している。加えて、近年のプラズマプロセスは、例えば６７Ｐａ（約０．５Ｔｏｒｒ）以下というような非常に低圧での処理が要求され場合があり、このような低圧ではプラズマ励起ガスの密度が低く、プラズマ着火が困難となるといった問題がある。
【０００５】
また、マイクロ波アンテナからマイクロ波を放射するマイクロ波プラズマプロセス装置は、平行平板型プラズマプロセス装置と異なり、被処理基板に対して電界を印加しないので、自由電子の放出といったプラズマ着火のきっかけとなる現象が起こらず、より一層この問題を深刻なものとしている。
【０００６】
現状でのマイクロ波プラズマプロセス装置では、プラズマ着火時にプロセスチャンバ内の圧力を高く、例えば１３３Ｐａ（約１Ｔｏｒｒ）に設定してマイクロ波による着火が起こり易いようにしておき、着火後に圧力を例えば７Ｐａ（約５０ｍＴｏｒｒ）に下げる、といった着火方法が一般的である。しかし、このような方法では、着火のためだけにプロセスチャンバ内の圧力を上昇し、着火後に再び圧力を下げるといった、本来のプラズマプロセスには必要のない制御を行うこととなり、実際のプラズマプロセスを行うまでの準備時間が長くなり、スループットの悪化を招いてしまう。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、プロセス処理を行なう所望の圧力においてプラズマ着火を容易に且つ迅速に行うことのできるマイクロ波プラズマプロセス装置、プラズマ着火方法、プラズマ形成方法及びプラズマプロセス方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項１記載の発明は、マイクロ波によりプラズマを発生してプラズマプロセスを行うマイクロ波プラズマプロセス装置であって、真空紫外光をプラズマ励起用空間に投射することにより、マイクロ波によるプラズマ着火を促進するプラズマ着火促進手段を有し、投射された真空紫外光は、前記プラズマ励起用空間の所定の位置で集束され、前記所定の位置は、前記プラズマ励起用空間にプラズマ励起ガスを供給するプラズマ励起ガス供給装置の表面から、マイクロ波の波長のｎ／４（ｎは整数）に等しい距離だけ離れた位置であることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のマイクロ波プラズマプロセス装置であって、前記プラズマ励起用空間は、プロセスガスを供給するプロセスガス供給装置によりプロセス空間から分離されていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１記載のマイクロ波プラズマプロセス装置であって、前記所定の位置は、被処理基体の垂直上方に延在する領域以外の位置であることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１記載のマイクロ波プラズマプロセス装置であって、プロセスガスが存在しない状態でプラズマ着火することを特徴とするものである。
【００１４】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のうちいずれか一項記載のマイクロ波プラズマプロセス装置であって、前記プラズマを発生するマイクロ波は、プロセスチャンバの一部を形成するマイクロ波透過窓を介して、マイクロ波アンテナより前記プロセスチャンバ内に放射されることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項６記載の発明は、請求項１乃至５のうちいずれか一項記載のマイクロ波プラズマプロセス装置であって、前記プラズマ着火促進手段は、真空紫外光を発生する重水素ランプと、該真空紫外光を透過して前記プラズマ励起用空間に導く透過窓とを有することを特徴とするものである。
【００１６】
請求項７記載の発明は、請求項６記載のマイクロ波プラズマプロセス装置であって、前記重水素ランプと前記透過窓との間の空間を真空に維持することを特徴とするものである。
【００１７】
請求項８記載の発明は、請求項６記載のマイクロ波プラズマプロセス装置であって、前記重水素ランプと前記透過窓との間の空間にヘリウムが充填されることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項９記載の発明は、請求項６乃至８のうちいずれか一項記載のマイクロ波プラズマプロセス装置であって、前記重水素ランプと前記透過窓は、前記プラズマ励起用空間を画成するプロセスチャンバの側壁に設けられることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項１０記載の発明は、請求項６乃至８のうちいずれか一項記載のマイクロ波プラズマプロセス装置であって、前記重水素ランプと前記透過窓はプロセスチャンバの底部に設けられることを特徴とするものである。
【００２０】
請求項１１記載の発明は、請求項６乃至１０のうちいずれか一項記載のマイクロ波プラズマプロセス装置であって、前記透過窓は、前記所定の位置に焦点が合わせられた凸レンズとして構成されることを特徴とするものである。
【００２１】
請求項１２記載の発明は、請求項１乃至１１のうちいずれか一項記載のマイクロ波プラズマプロセス装置であって、前記所定の位置は、プロセスチャンバ内に放射されたマイクロ波の電界が最大となる位置であることを特徴とするものである。
【００２２】
請求項１３記載の発明は、請求項２記載のマイクロ波プラズマプロセス装置であって、プロセスガスが前記プロセスガス供給装置から前記プロセス空間に供給されることによりプロセスガスの前記プラズマ励起用空間への進入が防止されることを特徴とするものである。
【００２３】
請求項１４記載の発明は、マイクロ波によるプラズマ着火方法であって、プロセスチャンバ内を所定の真空雰囲気になるように排気し、プラズマ励起用空間にプラズマ励起ガスを導入し、前記プラズマ励起用空間内のプラズマ励起ガスに対して、真空紫外光を投射し、投射された真空紫外光を、前記プラズマ励起用空間の所定の位置に集束させ、前記プラズマ励起用空間内のプラズマ励起ガスにマイクロ波を導入してプラズマ着火するものであり、前記所定の位置は、前記プラズマ励起用空間にプラズマ励起ガスを供給するプラズマ励起ガス供給装置の表面から、マイクロ波の波長のｎ／４（ｎは整数）に等しい距離だけ離れた位置であることを特徴とするものである。
【００２５】
請求項１５記載の発明は、マイクロ波アンテナからマイクロ波を放射してプラズマを形成するプラズマ形成方法であって、プロセスチャンバ内を所定の真空雰囲気になるように排気し、プラズマ励起用空間にプラズマ励起ガスを導入し、前記プラズマ励起用空間内のプラズマ励起ガスに対して、前記プロセスチャンバに設けられた真空紫外光透過窓を介して、真空紫外光を投射し、投射された前記真空紫外光を、前記プラズマ励起用空間の所定の位置に集束させ、前記プラズマ励起ガスの少なくとも一部を電離させ、前記マイクロ波を前記プロセスチャンバ内に放射することによりプラズマを着火するものであり、前記所定の位置は、前記プラズマ励起用空間にプラズマ励起ガスを供給するプラズマ励起ガス供給装置の表面から、マイクロ波の波長のｎ／４（ｎは整数）に等しい距離だけ離れた位置であることを特徴とするものである。
【００２６】
請求項１６記載の発明は、マイクロ波アンテナからマイクロ波を放射して形成したプラズマにより、被処理基体に処理を行なうプラズマプロセス方法であって、プロセスチャンバ内を所定の真空雰囲気になるように排気し、プラズマ励起用空間にプラズマ励起ガスを導入し、前記プラズマ励起用空間内のプラズマ励起ガスに対して、前記プロセスチャンバに設けられた真空紫外光透過窓を介して、真空紫外光を投射し、投射された真空紫外光を、前記プラズマ励起用空間の所定の位置に集束させ、前記プラズマ励起ガスの少なくとも一部を電離させ、前記マイクロ波を前記プロセスチャンバ内に放射することによりプラズマを着火し、プラズマ着火後に前記プロセスチャンバ内に前記被処理基体を処理するためのプロセスガスを導入するものであり、前記所定の位置は、前記プラズマ励起用空間にプラズマ励起ガスを供給するプラズマ励起ガス供給装置の表面から、マイクロ波の波長のｎ／４（ｎは整数）に等しい距離だけ離れた位置であることを特徴とするものである。
【００２７】
請求項１７記載の発明は、請求項１６記載のプラズマプロセス方法であって、前記プラズマ励起ガスは、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）を含む稀ガスよりなることを特徴とするものである。
【００２８】
請求項１８記載の発明は、請求項１６又は１７記載のプラズマプロセス方法であって、前記プロセスガスは、Ｏ２、ＮＨ３、Ｎ２及びＨ２のうち少なくとも一つを含むことを特徴とすることを特徴とするものである。
【００２９】
請求項１９記載の発明は、請求項１８記載のプラズマプロセス方法であって、前記被処理基体はシリコンウェハであり、前記プロセスガスをプロセス空間に導入して前記シリコンウェハ上にシリコン酸化膜、窒化膜及び酸窒化膜のうち少なくとも一つを形成することを特徴とするものである。
【００３０】
請求項２０記載の発明は、請求項１６又は１７記載のプラズマプロセス方法であって、前記プロセスガスはフルオロカーボン又はハロゲン系ガスであることを特徴とするものである。
【００３１】
請求項２１記載の発明は、請求項１６乃至２０のうちいずれか一項記載のプラズマプロセス方法であって、前記被処理基体が配置されるプロセス空間から分離された前記プラズマ励起用空間にプラズマ励起ガスを供給し、プロセスガスを前記プロセス空間に供給することにより、プラズマ着火時におけるプロセスガスの前記プラズマ励起用空間への進入を防止することを特徴とするものである。
【００３２】
上述の発明によれば、マイクロ波によるプラズマ着火を促進するプラズマ着火促進手段が設けられるため、マイクロ波だけではプラズマ着火が困難な条件であっても、容易に且つ迅速にプラズマ着火を行なうことができる。プラズマ着火促進手段としては、真空紫外光、エックス線、レーザビーム、電子ビーム、エキシマランプ光等をプラズマ励起用空間に投射することによりプラズマ着火を促進する構成があるが、特に重水素ランプにより発生した例えば波長が１３５ｎｍの真空紫外光を透過窓を通じてプロセスチャンバ内のプラズマ励起用空間に投射することが好ましい、プラズマ励起用空間内のプラズマ励起ガスは、真空紫外光により電離して、プラズマ発生の種が形成される。ここにマイクロ波を導入することでプラズマを容易に発生させることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。図１は本発明の一実施の形態によるマイクロ波プラズマプロセス装置の概略構成図である。
【００３４】
図１に示すマイクロ波プラズマプロセス装置１０は、プロセスチャンバ１２と、プロセスチャンバ１２の上部に設けられたスロットアンテナ（マイクロ波アンテナ）１４と、スロットアンテナ１４の下方に設けられた誘電体隔壁１６と、誘電体隔壁１６の下に設けられたプラズマ励起ガス用シャワープレート１８と、プラズマ励起ガス用シャワープレート１８の下に設けられたプロセスガス用シャワープレート２０と、プロセスガス用シャワープレート２０の下に設けられた載置台２２と、マイクロ波を発生するマグネトロン２４とよりなる。
【００３５】
マグネトロン２４により発生した、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波は、導波管（図示せず）を介してスロットアンテナ１４へと導かれる。スロットアンテナ１４へと導かれたマイクロ波は、誘電体隔壁１６とプラズマ励起ガス用シャワープレート１８とを通過して、プラズマ励起用空間２６へと導入される。
【００３６】
プラズマ励起用空間２６には、プラズマ励起ガス用シャワープレート１８から例えばアルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）等の稀ガスよりなるプラズマ励起ガスが供給され、プラズマ励起ガスがマイクロ波により励起されてプラズマが発生する。プラズマ励起用空間２６において発生したプラズマは、例えば格子状に形成されたプロセスガス用シャワープレート２０の開口部分を通過してプロセス空間２８へと供給される。
【００３７】
プロセスガス用シャワープレート２０からは、所定のプロセスガスがプロセス空間２８に供給される。プロセス空間２８に配置された載置台２２には、被処理体としてシリコンウェハ等の半導体ウェハＷが載置され、プロセスガスとプラズマにより所定のプラズマプロセスが施される。プラズマプロセスの結果生じる排気ガスは、プロセスチャンバ１２の底部に設けられた排気口１２ａを介して真空ポンプ（図示せず）により排気される。
【００３８】
次に、マイクロ波プラズマプロセス装置１０におけるプラズマ着火について説明する。
【００３９】
マイクロ波プラズマプロセス装置１０では、プラズマプロセス空間２６内において、導入されたマイクロ波によりプラズマ着火が行われる。しかし、プロセスチャンバ１２内の圧力が低いと、マイクロ波だけではプラズマ着火を誘発することが難くなる。そこで、本実施の形態によるマイクロ波プラズマプロセス装置１０には、マイクロ波によるプラズマ着火を補助あるいは促進するためのプラズマ着火促進手段が設けられている。
【００４０】
本実施の形態におけるプラズマ着火促進手段は、プラズマ励起用空間２６を画成するプロセスチャンバ１２の側壁に設けられた重水素ランプ３０と透過窓３２とよりなる。重水素ランプ３０は、波長１３５ｎｍの真空紫外光を発生する。発生した真空紫外光は、透過窓３２を透過してプラズマ励起用空間２６に入射する。プラズマ励起用空間２６に入射した真空紫外光は、プラズマ励起ガスの電離を誘発してマイクロ波によるプラズマ着火を促進する、なお、透過窓３２は、波長の短い真空紫外光が吸収されないように、ＣａＦ２，ＭｇＦ２，ＬｉＦ等の材料により形成することが好ましい。また、真空紫外光は、圧力が１．３４Ｐａ（０．０１Ｔｏｒｒ）〜１３．４Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）付近での電離効率が極めて良いので、本発明によるプラズマ着火促進手段での使用に好適である。
【００４１】
上述のように、重水素ランプ３０により発生する真空紫外光は波長が短く、大きなエネルギを有しており、稀ガスよりなるプラズマ励起用ガスを効率良く電離することができる。例えば、プラズマ励起用ガスとしてクリプトン（Ｋｒ）が用いられた場合を想定する。クリプトン原子から電子が放出されるために必要なエネルギは１３．８ｅＶである。ここで、波長１３５ｎｍの真空紫外光のエネルギは９ｅＶであり、２光子吸収により１８ｅＶのエネルギがクリプトン原子に与えられると、クリプトン原子から電子が放出される。
【００４２】
すなわち、波長１３５ｎｍの真空紫外光をクリプトン原子に照射することによりクリプトン原子から電子が放出され、これによりクリプトンガスの電離が誘発される。このような状態のクリプトンガスにマイクロ波を導入することにより、容易にプラズマ着火を行うことができる。
【００４３】
ここで、２光子吸収を達成するには、連続的にエネルギをクリプトン原子に与えることが必要になるため、電離を起こさせる対象となるクリプトン原子に対する真空紫外光の強度が大きい方が好ましい。このため、透過窓３２を凸レンズとして構成し、プラズマ励起用空間２６の所定の位置に真空紫外光を集束させることが好ましい。真空紫外光を集束させる位置Ｐとしては、マイクロ波による電界の最も強くなる位置がさらに好ましい。このような位置として、プラズマ励起用空間２６におけるマイクロ波の定在波の節と節の中間部分、すなわち定在波の腹の部分が挙げられる。
【００４４】
本実施の形態によるマイクロ波プラズマプロセス装置１０には、導電体よりなるプロセスガス用シャワープレート２０が設けられており、プラズマ励起用シャワープレート１８によりマイクロ波が反射されることにより、プラズマ励起用シャワープレート１８とプロセスガス用シャワープレート２０との間で定在波が発生する。したがって、本実施の形態では、透過窓３２を凸レンズとし構成し、透過窓３２の焦点がプラズマ励起用シャワープレート１８からの距離Ｌが定在波の腹に相当する位置Ｐとなるように位置合わせしている。すなわち、距離Ｌは、マイクロ波の波長λの１／４（λ／４）に等しい。
【００４５】
したがって、透過窓３２により集束された強度の大きい真空紫外光が、プラズマ励起用空間２６内の最も電離しやすい部分に投射されるので、容易に２光子吸収を達成することができ、プラズマ着火を一層促進することができる。なお、上述の距離Ｌは、マイクロ波の波長の１／４の距離に限られることはなく、定在波の腹に相当する距離である例えば３／４，５／４（ｎ／４：ｎは整数）等の距離としてもよい。
【００４６】
ここで、図２は半導体ウェハＷを垂直上方から見た場合のプラズマ励起用空間２６の平面図である。真空紫外光を集束する位置Ｐ（すなわち凸レンズとして構成した透過窓の焦点位置）は、図２に示すように、被処理基体である半導体ウェハから垂直上方に延在する領域以外の領域とすることが好ましい。すなわち、半導体ウェハの上方近傍でプラズマ着火が生じると、プラズマ着火がプラズマ励起用ガスを伝播する経路に半導体ウェハが存在することとなり、半導体ウェハに悪影響を及ぼすおそれがある。これを回避するため、プラズマ着火が起こる位置を半導体ウェハから垂直上方に延在する領域以外の位置とすることが好ましい。なお、図２において、プロセスガス用シャワープレート２０の図示は省略されている。
【００４７】
以上のように、本実施の形態によるマイクロ波プラズマプロセス装置１０では、図３に示すように、まず、プロセスチャンバ１２内を所定の真空雰囲気となるまで排気し（ステップ１）、その後、プラズマ励起用空間２６にプラズマ励起ガスを供給する（ステップ２）。そして、重水素ランプ３０により真空紫外光を発生して、真空紫外光を透過窓３２を介してプラズマ励起用空間２６に向けて投射する（ステップ３）。真空紫外光によりプラズマ励起ガスの電子が放出された状態で、スロットアンテナ１４からプラズマ励起用空間２６にマイクロ波を導入してプラズマ着火を行う（ステップ４）。プラズマ着火が起こると、その後はプラズマが連続して生成される。生成されたプラズマはプロセスガス用シャワープレート２０の開口部分を通過してプロセス空間２８に供給され、プロセスガス用シャワープレート２０から供給されたプロセスガスとプラズマとにより、半導体ウエハＷに所定のプラズマプロセスが施される（ステップ５）。
【００４８】
例えば、シリコンウェハ上にシリコンの酸化膜、窒化膜、又は酸窒化膜を形成する場合は、プロセスガスとして、Ｏ２、ＮＨ３、Ｎ２、Ｈ２等がプロセスガス用シャワープレート２０からプロセス空間２８へと供給される。また、シリコンウェハ等にエッチング処理を施す場合は、プロセスガスとして、フルオロカーボン又はハロゲン系ガスがプロセスガス用シャワープレート２０からプロセス空間２８へと供給される。
【００４９】
ここで、プロセスガスは、プロセスガス用シャワープレート２０によりプラズマ励起用空間２６から分離されたプロセス空間２８に供給され、ウェハＷからプロセスチャンバ１２の底部に設けられた排気口１２ａに向かって流れるので、プロセスガスがプラズマ励起用空間２６に進入することはない。したがって、プラズマ着火時にはプラズマ励起用空間２６にプロセスガスは存在せず、プラズマ着火時におけるプロセスガスの解離に起因する問題を防止することができる。
【００５０】
なお、上述の実施の形態では、重水素ランプ３０と透過窓３２とをプロセスチャンバ１２の側壁に設けたが、図４に示すマイクロ波プラズマプロセス装置１０Ａでは、プロセスチャンバ１２の底部に設けている。この場合、プラズマ励起用空間を画成する壁面を滑らかな状態に維持しておくことができるため、プラズマ励起用空間を画成する壁面の不連続性に起因したマイクロ波による異常放電の発生を防止することができる。
【００５１】
また、図５に示すように、重水素ランプ３０をプロセスチャンバ１２の外周に取り付け、重水素ランプ３０と透過窓３２との間に形成される空間を真空に維持することとしてもよい。重水素ランプ３０から放射される波長１３５ｎｍの真空紫外光は空気に吸収されてしまうため、真空紫外光の通過する空間を真空に維持するものである。重水素ランプ３０と透過窓３２との間に形成される空間を真空に維持する代わりにヘリウム（Ｈｅ）を充填することとしてもよい。
【００５２】
また、重水素ランプ３０がリフレクタを有しており、リフレクタにより真空紫外光を集光する構成であれば、透過窓３２を凸レンズ構成とする必要はなく、平板状の透過窓であってもよい。
【００５３】
また、上述の実施の形態では、プラズマ着火促進手段として、真空紫外光を投射する構成について説明したが、これに限定されるものではなく、プラズマ励起ガスの電離を行なうことができるものであれば他の構成も用いることができる。
例えば、真空紫外光の代わりに、エックス線、レーザビーム、電子ビーム、エキシマランプ光等を投射してプラズマ励起ガスの電離を行なうこととしてもよい。
【００５４】
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、マイクロ波によるプラズマ着火を促進するプラズマ着火促進手段が設けられるため、マイクロ波だけではプラズマ着火が困難な条件であっても、容易に且つ迅速にプラズマ着火を行なうことができる。プラズマ着火促進手段として、重水素ランプにより発生した真空紫外光を透過窓を通じてプロセスチャンバ内のプラズマ励起用空間に投射する構成とすれば、簡単な構成でプラズマ着火を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態によるマイクロ波プラズマプロセス装置の概略構成図である。
【図２】半導体ウェハに対する透過窓の焦点位置を示す平面図である。
【図３】図１に示すマイクロ波プラズマプロセス装置により行われるプラズマプロセスのフローチャートである。
【図４】図１に示すマイクロ波プラズマプロセス装置の変形例を示す概略構成図である。
【図５】図１に示すマイクロ波プラズマプロセス装置の他の変形例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１０，１０Ａ  マイクロ波プラズマプロセス装置
１２  プロセスチャンバ
１２ａ  排気口
１４  スロットアンテナ
１６  誘電体隔壁
１８  プラズマ励起ガス用シャワープレート
２０  プロセスガス用シャワープレート
２２  載置台
２４  マグネトロン
２６  プラズマ励起用空間
２８  プロセス空間
【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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