(57)【要約】電子デバイス用基材上に配置された硬化性材料含有膜に対して、低エネルギープラズマを照射して、該硬化性材料含有膜を硬化させる。過度な熱履歴が加わることを防止しつつ、しかも良質な絶縁膜を与えることができる絶縁膜の形成方法が提供される。
2004012252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子デバイス用基材上に配置された硬化性材料含有膜に対して、低エネルギープラズマを照射して、該硬化性材料含有膜を硬化させることを特徴とする絶縁膜の形成方法。
【請求項２】
前記硬化性材料が、有機の硬化性材料である請求項１に記載の絶縁膜の形成方法。
【請求項３】
前記硬化により得られた絶縁膜の誘電率が３以下である請求項１または２に記載の絶縁膜の形成方法。
【請求項４】
前記低エネルギープラズマが、複数のスロットを有する平面アンテナ部材を介するマイクロ波照射に基づくプラズマである請求項１〜３のいずれかに記載の絶縁膜の形成方法。
【請求項５】
硬化性材料含有膜が、流動性を有する該材料の溶液または分散液を前記電子デバイス用基材上にコーティングすることにより配置されたもの
である請求項１〜４のいずれかに記載の絶縁膜の形成方法。
【請求項６】
硬化性材料含有膜が、前記電子デバイス用基材上にスピンコートにより配置されたものである請求項５に記載の絶縁膜の形成方法。
【請求項７】
前記硬化により形成された絶縁膜が、層間絶縁膜である請求項１〜６のいずれかに記載の絶縁膜の形成方法。
【請求項８】
前記プラズマを、３００〜４００℃の温度で硬化性材料含有膜に照射する請求項１〜７のいずれかに記載の絶縁膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、硬化性の有機材料を含む電子デバイス用基材上の膜を、低エネルギーのプラズマを用いて硬化させる絶縁膜の形成方法に関する。
【背景技術】  本発明は半導体ないし半導体デバイス、液晶デバイス等の電子デバイス材料の製造に広く一般的に適用可能であるが、ここでは説明の便宜のために、半導体デバイスの背景技術を例にとって説明する。
半導体デバイスにおいては、従来より、設計ルールを微細化することで、高集積化および／又は高性能が進められて来た。しかしながら、設計ルールが微細化（例えば、０．１８μｍ以下程度）になると、配線抵抗および配線間容量の増加が顕著となり、従来の配線材料ではこれ以上デバイスを高性能化することが困難となる。
例えば、半導体デバイスの動作速度を上げるためには、電気信号の速度を上げる必要がある。しかしながら、従来のアルミニウム配線では、これ以上（例えば、０．１８μｍ以下程度に）半導体デバイスの微細化が進むと、半導体デバイスを構成する回路を流れる電気信号の速度に限界が生じる（いわゆる「配線遅延」が生じる）。従って、アルミニウムよりも電気抵抗の低い銅（Ｃｕ）等の材料からなる配線を使うことが必要になって来る。Ｃｕはアルミニウムよりも電気抵抗が低いため配線遅延が低下し、細い配線にしても電気がスムーズに流れるという特徴を有する。
上記のような電気抵抗が低い銅等の材料を使用するに際しては、絶縁膜として、電気が「より漏れにくい絶縁膜」を使用する必要がある。このような電気の通り易いＣｕ配線と、電気の漏れにくい絶縁膜を組み合わせことにより、極めて高速で動作する半導体デバイスを作製することができるからである。
従来のアルミニウム配線の時代には、絶縁膜としてＳｉＯ２膜（比誘電率＝４．１）が使用されていたが、Ｃｕ配線を使用する場合には、これよりも遙かに低い比誘電率（Ｌｏｗ−ｋ）の絶縁膜が必要となる。一般にＬｏｗ−ｋ膜といえば、比誘電率が３．０以下の膜を意味する。
このようなＬｏｗ−ｋ膜を作製する方法としては、従来より２つの方法が知られている。その一つは、ＣＶＤ装置を使う方法である。この方法は、品質のよいＬｏｗ−ｋ膜を与えることができるとされているが、当然ながら、Ｌｏｗ−ｋ膜作製の生産性は低く、従ってランニングコストは高い。他の方法は、スピンコータ等を用いて、液体等の流動性を有するＬｏｗ−ｋ材料を基材等の上に塗布する方法である（いわゆるＳＯＤ（Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）絶縁膜を形成する方法）。
このようなコーティング法によれば、ランニングコストおよび生産性が優れるという利点が得られる。
上記コーティング法においては、基材等の上に塗布された塗布膜を硬化させる工程（架橋等の反応に基づくキュア工程）が、絶縁膜の膜質を向上させるために実際上は必須である。しかしながら、例えば半導体デバイスを構成する配線層が多層になった場合等に、該塗布膜、ないしはその硬化により形成された絶縁膜に過度な熱履歴（サーマルバジェット）が加わり、その結果、該塗布膜からなる絶縁膜の劣化が生じ易くなるという問題があった。
【発明の開示】
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を解消した絶縁膜の形成方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、過度な熱履歴が加わることを防止しつつ、しかも良質な絶縁膜を与えることができる絶縁膜の形成方法を提供することにある。
本発明者は鋭意研究の結果、低エネルギープラズマを照射して有機材料含有膜を硬化させることが、上記目的の達成のために極めて効果的なことを見出した。
本発明の絶縁膜の形成方法は上記知見に基づくものであり、より詳しくは、電子デバイス用基材上に配置された硬化性材料含有膜に対して、低エネルギープラズマを照射して、該硬化性材料含有膜を硬化させることを特徴とするものである。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明において好適に使用可能なマイクロ波プラズマ処理装置の構造を示す概略ブロック図である。
図２は、図１に示すマイクロ波プラズマ処理装置に使用されるスロット電極の具体的構成例を説明するための概略平面図である。
図３は、図１に示すマイクロ波プラズマ処理装置に使用される第１の温度制御装置と温調板の構成を示す概略ブロック図である。
図４は、第３の温度制御装置９５を説明するための部分拡大断面図である。
図５は、図１に示すマイクロ波プラズマ装置の温調板の変形例を示す部分拡大断面図である。
図中における符号の意味は、以下の通りである。
１０…マイクロ波源
２０…アンテナ収納部材
２２…波長短縮部材
２４…スロット電極
２５…スリット
２８…誘電体
３０…第１の温度制御装置
３２…温調板
３６…温度センサ
３８…ヒータ装置
３９…水源
４０…処理室
４２…熱板
５０…反応ガス供給ノズル
５８…反応ガス源
６０…真空ポンプ
７０…第２の温度制御装置
７２…温度センサ
【発明を実施するための最良の形態】  以下、必要に応じて図面を参照しつつ本発明を更に具体的に説明する。以下の記載において量比を表す「部」および「％」は、特に断らない限り質量基準とする。
（絶縁膜の形成方法）
本発明の絶縁膜の形成方法においては、電子デバイス用基材上に配置された硬化性の材料を含む有機材料含有膜に対して、低エネルギープラズマを照射して、該硬化性材料含有膜を硬化させる。
（電子デバイス用基材）
本発明において使用可能な上記の電子デバイス用基材は特に制限されず、公知の電子デバイス用基材の１種または２種以上の組合せから適宜選択して使用することが可能である。このような電子デバイス用基材の例としては、例えば、半導体材料、液晶デバイス材料等が挙げられる。半導体材料の例としては、例えば、単結晶シリコンを主成分とする材料等が挙げられる。
（電子デバイス用基材上）
本発明において、「電子デバイス用基材上」とは、形成すべき絶縁膜が、電子デバイス用基材の上方（すなわち、該基材の電子デバイスを構成する各層を形成する側の上方）に位置していれば足りる。換言すれば、その間に他の絶縁層、導体層（例えば、Ｃｕ層）、半導体層等が配置されていてもよい。また、本発明で形成すべき絶縁膜を含む、各種絶縁層、導体層（例えば、Ｃｕ層）、半導体層等が、必要に応じて、複数配置されていてもよいことは、もちろんである。
（硬化性材料）
本発明において使用可能な硬化性材料は特に制限されないが、Ｃｕ等の電導性の良好な配線材料と組み合わせにおいて好適な点からは、硬化後に誘電率が３以下の絶縁膜を与える硬化性材料が好ましい。
このような硬化性材料としては、例えば、誘電率が３以下の低誘電率特性の有機絶縁膜を用いることができ、例えばＰＡＥ−２（Ｓｈｕｍａｃｈｅｒ社製）、ＨＳＧ−Ｒ７（Ｈｉｔａｃｈｉ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ社製）、ＦＬＡＲＥ（Ａｐｌｉｅｄ  Ｓｉｇｎａｌ社製）、ＢＣＢ（Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ社製）、ＳＩＬＫ（Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ社製）、Ｓｐｅｅｄ  Ｆｉｌｍ（Ｗ．Ｌ．Ｇｏｒｅ社製）などの有機ポリマーを用いることができる。
（硬化性材料の配置方法）
上記の硬化性材料を電子デバイス用基材上に配置すべき方法は、特に制限されないが流動性を有する硬化性材料の溶液ないし分散液を前記電子デバイス用基材上に塗布することが好ましい。均一性の点からは、この塗布は、スピンコートであることが好ましい。
（膜厚）
本発明において、プラズマ照射による硬化前後の膜厚は特に制限されないが、下記のような膜厚が好適に使用可能である。
＜硬化前の膜厚＞
好ましくは、１００〜１０００ｎｍ程度、更に好ましくは４００〜６００ｎｍ程度
＜硬化後の膜厚＞
好ましくは、数％（例えば５〜６％）膜厚が減少する程度、
（低エネルギープラズマ）
本発明においては、上記した硬化性の塗布膜に対して、低エネルギープラズマを照射する。ここに、「低エネルギープラズマ」とは、電子温度が２ｅＶ以下であるものをいう。
（プラズマ処理条件）
本発明の下地膜作製においては、形成されるべき絶縁膜の特性の点からは、下記のプラズマ処理条件条件が好適に使用できる。
希ガス（例えば、Ｋｒ、Ａｒ、ＨｅまたはＸｅ）：１０〜３０００ｓｃｃｍ、より好ましくは２００〜５００ｓｃｃｍ、
Ｎ２：１０〜１０００ｓｃｃｍ、より好ましくは１００〜２００ｓｃｃｍ、
温度：室温（２５℃）〜５００℃、より好ましくは室温〜４００℃、特に好ましくは２５０〜３５０℃
圧力：０．１〜１０００Ｐａ、より好ましくは１〜１００Ｐａ、特に好ましくは１〜１０Ｐａ
マイクロ波：１〜１０Ｗ／ｃｍ２、より好ましくは２〜５Ｗ／ｃｍ２、特に好ましくは３〜４Ｗ／ｃｍ２
処理時間：１０〜３００秒、より好ましくは６０〜１２０秒
（好適な条件の例）
本発明においては、例えば、下記条件が好適に使用可能である。
マイクロ波：２ｋＷ／ｃｍ２
ガス：Ａｒ  １０００ｓｃｃｍ＋Ｎ２  １００ｓｃｃｍ、または、
Ｋｒ  １０００ｓｃｃｍ＋Ｎ２  １００ｓｃｃｍ
圧力：１３．３〜１３３Ｐａ
基材温度：３５０±５０℃
処理時間：６０〜１２０秒
（絶縁膜の好適な特性）
本発明によれば、下記のように好適な特性を有する硬化された絶縁膜を容易に形成することができる。
本発明においては、上記した低エネルギープラズマの照射が可能である限り、使用可能なプラズマは特に制限されない。サーマルバジェットが実質的に低減された硬化膜が容易に得られる点からは、電子温度が比較的に低く、且つ高密度なプラズマを用いることが好ましい。サーマルバジェットが実質的に低減された硬化膜を形成することにより、膜の剥がれや、Ｃｕ等の絶縁膜へのシミ出しを抑制することができ、したがって高品質の絶縁膜を形成することが可能となる。特に、４００℃以下の温度で硬化性材料に対して低エネルギープラズマ処理を行った場合には、特にダメージの少ない絶縁膜を得ることができる。
（好適なプラズマ）
本発明において好適に使用可能なプラズマの特性は、以下の通りである。
電子温度：１ｅＶ〜２ｅＶ
密度：１Ｅ１２〜１Ｅ１３
プラズマ密度の均一性：±５％以下
（平面アンテナ部材）
本発明の絶縁膜の形成方法においては、複数のスロットを有する平面アンテナ部材を介してマイクロ波を照射することにより電子温度が低くかつ高密度なプラズマを形成することが好ましい。本発明においては、このような優れた特性を有するプラズマを用いて絶縁膜の形成を行った場合、プラズマダメージが特に小さく、かつ低温で反応性の高いプロセスが可能となる。本発明においては、更に、（従来のプラズマを用いた場合に比べ）平面アンテナ部材を介してマイクロ波を照射することにより、良質な絶縁膜の形成が容易であるという利点が得られる。
（プラズマ照射装置の一態様）
以下、添付図面を参照して、プラズマ照射装置として使用可能な、例示的なマイクロ波プラズマ装置１００について説明する。なお、各図において同一の参照符号は同一部材を表している。従来のマイクロ波は１〜１００ＧＨｚの周波数をいうが、本発明のマイクロ波はこれに限らず、およそ５０ＭＨｚ〜１００ＧＨｚのものをいう。
ここで、図１は、マイクロ波プラズマ装置１００の概略ブロック図である。本実施例のマイクロ波プラズマ装置１００は、マイクロ波源１０と反応ガス供給ノズル５０と真空ポンプ６０とに接続され、アンテナ収納部材２０と、第１の温度制御装置３０と、処理室４０と、第２の温度制御装置７０とを有している。
マイクロ波源１０は、例えば、マグネトロンからなり、通常２．４５ＧＨｚのマイクロ波（例えば、５ｋＷ）を発生することができる。マイクロ波は、その後、図示しないモード変換器により伝送形態がＴＭ、ＴＥ又はＴＥＭモードなどに変換される。なお、図１では、発生したマイクロ波がマグネトロンへ戻る反射波を吸収するアイソレータや、負荷側とのマッチングをとるためのＥＨチューナ又はスタブチューナは省略されている。
アンテナ収納部材２０には波長短縮部材２２が収納され、波長短縮部材２２に接触してスロット電極２４がアンテナ収納部材２０の底板として構成されている。アンテナ収納部材２０には熱伝導率が高い材料（例えば、アルミニウム）が使用されており、また、後述するように、温調板３２と接触している。従って、アンテナ収納部材２０の温度は温調板３２の温度と略同じ温度に設定される。
波長短縮部材２２には、マイクロ波の波長を短くするために所定の誘電率を有すると共に熱伝導率が高い所定の材料が選ばれる。処理室４０に導入されるプラズマ密度を均一にするには、後述するスロット電極２４に多くのスリット２５を形成する必要がある。波長短縮部材２２は、スロット電極２４に多くのスリット２５を形成することを可能にする機能を有する。波長短縮部材２２としては、例えば、アルミナ系セラミック、ＳｉＮ、ＡｌＮを使用することができる。例えば、ＡｌＮは比誘電率εｔが約９であり、波長短縮率ｎ＝１／（εｔ）１／２＝０．３３である。これにより、波長短縮部材２２を通過したマイクロ波の速度は０．３３倍となり波長も０．３３倍となり、後述するスロット電極２４のスリット２５の間隔を短くすることができ、より多くのスリット２５が形成されることを可能にしている。
スロット電極２４は、波長短縮部材２２にねじ止めされており、例えば、直径５０ｃｍ、厚さ１ｍｍ以下の円筒状銅板から構成される。スロット電極２４は、図２に示すように、中心から少し外側へ、例えば、数ｃｍ程度離れた位置から開始されて多数のスリット２５が渦巻状に次第に周縁部に向けて形成されている。
図２においては、スリット２５は、２回渦巻されている。本実施例では、略Ｔ字状にわずかに離間させて配置した一対のスリット２５Ａ及び２５Ｂを組とするスリット対を上述したように配置することによってスリット群を形成している。各スリット２５Ａ、２５Ｂの長さＬ１はマイクロ波の管内波長λの略１／１６から１／２の範囲内に設定されると共に幅は１ｍｍ程度に設定され、スリット渦巻の外輪と内輪との間隔Ｌ２は僅かな調整はあるが管内波長λと略同一の長さに設定されている。即ち、スリットの長さＬ１は、次の式で示される範囲内に設定される。
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このように各スリット２５Ａ、２５Ｂを形成することにより、処理室４０には均一なマイクロ波の分布を形成することが可能になる。渦巻状スリットの外側であって円盤状スロット電極２４の周縁部にはこれに沿って幅数ｍｍ程度のマイクロ波電力反射防止用放射素子２６が形成される場合もある（省略も可能）。これにより、スロット電極２４のアンテナ効率を上げている。なお、本実施例のスロット電極２４のスリットの模様は単なる例示であり、任意のスリット形状（例えば、Ｌ字状など）を有する電極をスロット電極として利用することができることはいうまでもない。
アンテナ収納部材２０には第１の温度制御装置３０が接続されている。第１の温度制御装置３０は、マイクロ熱によるアンテナ収納部材２０及びこの近傍の構成要素の温度変化が所定の範囲になるように制御する機能を有する。第１の温度制御装置３０は、図３に示すように、温調板３２と、封止部材３４と、温度センサ３６とヒータ装置３８とを有し、水道などの水源３９から冷却水を供給される。制御の容易性から、水源３９から供給される冷却水の温度は恒温であることが好ましい。温調板３２は、例えば、ステンレスなど熱伝導率がよく、流路３３を加工しやすい材料が選択される。流路３３は、例えば、矩形状の温調板３２を縦横に貫通し、ねじなどの封止部材３４を貫通孔にねじ込むことによって形成することができる。もちろん、図３に拘らず、温調板３２と流路３３それぞれは任意の形状を有することができる。冷却水の代わりに他の種類の冷媒（アルコール、ガルデン、フロン等）を使用することができるのはもちろんである。
温度センサ３６は、ＰＴＣサーミスタ、赤外線センサなど周知のセンサを使用することができる。なお、熱電対も温度センサ３６使用することができるが、マイクロ波の影響を受けないように構成することが好ましい。温度センサ３６は流路３３に接続してもよいし、接続していなくてもよい。代替的に、温度センサ３６は、アンテナ収納部材２０、波長短縮部材２２及び／又はスロット電極２４の温度を測定してもよい。
ヒータ装置３８は、例えば、温調板３２の流路３３に接続された水道管の周りに巻かれたヒータ線などとしてから構成される。ヒータ線に流れる電流の大きさを制御することによって温調板３２の流路３３を流れる水温を調節することができる。温調板３２は熱伝導率が高いので流路３３を流れる水の水温と略同じ温度に制御されることができる。
温調板３２はアンテナ収納部材２０に接触しており、アンテナ収納部材２０と波長短縮部材２２は熱伝導率が高い。この結果、温調板３２の温度を制御することによって波長短縮部材２２とスロット電極２４の温度を制御することができる。
波長短縮部材２２とスロット電極２４は、温調板３２などがなければ、マイクロ波源１０の電力（例えば、５ｋＷ）を長時間加えることにより、波長短縮部材２２とスロット電極２４での電力ロスから電極自体の温度が上昇する。この結果、波長短縮部材２２とスロット電極２４が熱膨張して変形する。
例えば、スロット電極２４は、熱膨張により最適なスリット長さが変化して後述する処理室４０内における全体のプラズマ密度が低下したり部分的にプラズマ密度が集中したりする。全体のプラズマ密度が低下すれば半導体ウェハＷの処理速度が変化する。その結果、プラズマ処理が時間的に管理して、所定時間（例えば、２分）経過すれば処理を停止して半導体ウェハＷを処理室４０から取り出すというように設定した場合、全体のプラズマ密度が低下すれば所望の処理（エッチング深さや成膜厚さ）が半導体ウェハＷに形成されていない場合がある。また、部分的にプラズマ密度が集中すれば、部分的に半導体ウェハＷの処理が変化してしまう。このようにスロット電極２４が温度変化により変形すればプラズマ処理の品質が低下する。
更に、温調板３２がなければ、波長短縮部材２２とスロット電極２４の材質が異なり、また、両者はねじ止めされているから、スロット電極２４が反ることになる。この場合も同様にプラズマ処理の品質が低下することが理解されるであろう。
一方、スロット電極２４は、温度が一定であれば高温下に配置されても、変形を生じない。また、プラズマＣＶＤ装置においては、処理室４０に水分が液状又は霧状で存在すれば半導体ウェハＷの膜中に不純物として混入されることになるためできるだけ温度を上げておく必要がある。また、処理室４０と後述する誘電体２８との間を密封するオーリング９０などの部材は８０〜１００℃程度の耐熱性を有することを考慮すると、温調板３２（即ち、スロット電極２４）は、例えば、７０℃を基準に±５℃程度となるように制御される。７０℃などの設定温度と±５℃などの許容温度範囲は要求される処理や構成部材の耐熱性その他によって任意に設定することができる。
この場合、第１の温度制御装置３０は、温度センサ３６の温度情報を得て、温調板３２の温度が７０℃±５℃になるようにヒータ装置３８に供給する電流を（例えば、可変抵抗などを使用して）制御する。スロット電極２４は、７０℃で使用されることを前提に、即ち、７０℃の雰囲気下に置かれた時に最適なスリット長さを有するように設計される。代替的に、温度センサ３６が温調板３２に配置される場合には、温調板３２からスロット電極２４へあるいはこの逆へ熱が伝搬するには時間がかかるから７０℃±１０℃にするなどより広い許容範囲を設定してもよい。
第１の温度制御装置３０は、最初は、室温下に置かれた温調板３２の温度は７０℃よりも低いからヒータ装置３８を最初に駆動して水温を７０℃程度にして温調板３２に供給してもよい。代替的に、マイクロ熱による温度上昇を７０℃付近になるまで温調板３２に水を流さなくてもよい。従って、図３に示す例示的な温度制御機構は水源３９からの水量を調節するマスフローコントローラと開閉弁とを含んでいてもよい。温調板３２の温度が７５℃を超えた場合には、例えば、１５℃程度の水を水源３９から供給して温調板３２の冷却を開始し、その後、温度センサ３６が６５℃を示したときにヒータ装置３８を駆動して温調板３２の温度が７０℃±５℃になるように制御する。第１の温度制御装置３０は、上述のマスフローコントローラと開閉弁を利用することによって、例えば、１５℃程度の水を水源３９から供給して温調板３２の冷却を開始し、その後、温度センサ３６が７０℃を示したときに水の供給を停止するなど様々な制御方法を採用することができる。
このように、第１の温度制御装置３０は、波長短縮部材２２とスロット電極２４が所定の設定温度を中心とする所定の許容温度範囲になるように温度制御をするという点でこれらを設定せずに単に冷却するという特開平３−１９１０７３号の冷却手段と相違する。これにより、処理室４０における処理の品質を維持することができる。例えば、スロット電極２４は、７０℃の雰囲気下に置かれた時に最適なスリット長さを有するように設計された場合に、これを単に１５℃程度に冷却するだけでは最適な処理環境を得るのに無意味であることが理解されるであろう。
また、第１の温度制御装置３０は、温調板３２を流れる水の温度を制御することによって波長短縮部材２２とスロット電極２４の温度を同時に制御している。これは、温調板３２、アンテナ収納部材２０及び波長短縮部材２２を熱伝導率の高い材料で構成したことによるものである。かかる構成を採用することにより、これら３つの温度制御を１の装置で兼用することができるので複数の装置を要しない点で装置全体の大型化とコストアップを防止することができる。なお、温調板３２は、温調手段の単なる一例であり、冷却ファンなどその他の冷却手段を採用することができることはいうまでもない。
次に、図４を参照して、第３の温度制御装置９５について説明する。ここで、図４は、第３の温度制御装置９５を説明するための部分拡大断面図である。第３の温度制御装置９５は、誘電体２８の周辺を冷却水や冷媒等を利用して温度制御するものである。第３の温度制御装置９５は、第１の温度制御装置のように、温度センサ、ヒータ装置を利用して同様に構成することができるのでその詳細な説明は省略する。
本態様では、温調板３２とアンテナ収納部材２０は別個の部材であったが、温調板３２の機能をアンテナ収納部材２０にもたせてもよい。例えば、アンテナ収納部材２０の上面及び／又は側面に流路３２を形成することによりアンテナ収納部材２０を直接冷却することができる。また、図５に示すように、アンテナ収納部材２０の側面に流路３３に類似の流路９９を有する温調板９８を形成すれば、波長短縮部材２２とスロット電極２４とを同時に冷却することも可能である。ここで、図５は、図１に示すマイクロ波プラズマ装置１００の温調板３２の変形例を示す部分拡大断面図である。また、スロット電極２４の周囲に温調板を設けたり、若しくは、スリット２５の配置を妨げないようにスロット電極２４自体に流路を形成することもできる。
誘電体２８はスロット電極２４と処理室４０との間に配置されている。スロット電極２４と誘電体２８は、例えば、ロウにより強固にかつ機密に面接合される。代替的に、焼成されたセラミック製の誘電体２８の裏面に、スクリーン印刷などの手段により銅薄膜を、スリットを含むスロット電極２４の形状にパターン形成して、これを焼き付けるように銅箔のスロット電極２４を形成してもよい。誘電体２８と処理室４０はオーリング９０によって接合されている。誘電体２８の周辺を例えば８０℃〜１００℃に温調する第３の温度制御装置９５が設けられる場合には、図４に示すように構成される。第３の温度制御装置９５は温調板３２と同様に誘電体２８を取り囲む流路９６を有している。このように第３の温度制御装置は、オーリング９０の近傍に設けられているため、誘電体２８及びスロット電極２４を温調すると共にオーリング９０の温調も効果的に行うことができる。誘電体２８は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などからなり、減圧又は真空環境にある処理室４０の圧力がスロット電極２４に印加されてスロット電極２４が変形したり、スロット電極２４が処理室４０に剥き出しになってスパッタされたり銅汚染を発生したりすることを防止している。必要があれば、誘電体２８を熱伝導率の低い材質で構成することによって、スロット電極２４が処理室４０の温度により影響を受けるのを防止してもよい。
選択的に、誘電体２８は、波長短縮部材２２と同様に、熱伝導率の高い材質（例えば、ＡｌＮ）で形成することができる。この場合は、誘電体２８の温度を制御することによってスロット電極２４の温度制御を行うことができ、スロット電極２４を介して波長短縮部材２２の温度制御を行うことができる。この場合、誘電体２８の内部にマイクロ波の処理室４０への導入を妨げないように流路を形成することも可能である。なお、上述した温度制御は任意に組み合わせることもできる。
処理室４０は、側壁や底部がアルミニウムなどの導体により構成されて、全体が筒状に成形されており、内部は後述する真空ポンプ６０により所定の減圧又は真空密閉空間に維持されることができる。処理室４０内には、熱板４２とその上に被処理体である半導体ウェハＷが収納されている。なお、図１においては、半導体ウェハＷを固定する静電チャックやクランプ機構などは便宜上省略されている。
熱板４２は、ヒータ装置３８と同様の構成を有して、半導体ウェハＷの温度制御を行う。例えば、プラズマＣＶＤ処理においては、熱板４２は、半導体ウェハＷを例示的に約４５０℃に加熱する。また、プラズマエッチング処理においては、熱板４２は、半導体ウェハＷを例示的に約８０℃以下に加熱する。熱板４２によるこれらの加熱温度はプロセスにより異なる。いずれにしろ、熱板４２は、半導体ウェハＷに不純物としての水分が付着・混入しないように半導体ウェハＷを加熱する。第２の温度制御装置７０は、熱板４２の温度を測定する温度センサ７２が測定した温度に従って熱板４２に流れる加熱用電流の大きさを制御することができる。
処理室４０の側壁には、反応ガスを導入するための石英パイプ製ガス供給ノズル５０が設けられ、このノズル５０は、ガス供給路５２によりマスフローコントローラ５４及び開閉弁５６を介して反応ガス源５８に接続されている。例えば、窒化シリコン膜を堆積させようとする場合には、反応ガスとして所定の混合ガス（即ち、ネオン、キセノン、アルゴン、ヘリウム、ラドン、クリプトンのいずれかにＮ２とＨ２を加えたもの）にＮＨ３やＳｉＨ４ガスなどを混合したものが選択されることができる。
真空ポンプ６０は、処理室４０の圧力を所定の圧力（例えば、０．１〜数１０ｍＴｏｒｒ）まで真空引きすることができる。なお、図１においては、排気系の詳細な構造も省略されている。
（プラズマ処理装置の動作）
次に、以上のように構成された本実施例のマイクロ波プラズマ処理装置１００の動作について説明する。まず、通常処理室４０の側壁に設けられている図示しないゲートバルブを介して半導体ウェハＷを搬送アームにより処理室４０に収納する。その後、図示しないリフタピンを上下動させることによって半導体ウェハＷを所定の載置面に配置する。
次に、処理室４０内を所定の処理圧力、例えば、５０ｍＴｏｒｒに維持してノズル５０から、例えば、アルゴンおよび窒素の混合ガスを混合した一以上の反応ガス源５８からマスフローコントローラ５４及び開閉弁５６を介して流量制御しつつ処理室４０に導入される。
処理室４０の温度は７０℃程度になるように第２の温度制御装置７０と熱板４２により調整される。また、第１の温度制御装置３０は、温調板３２の温度が７０℃程度になるようにヒータ装置３８を制御する。これにより、温調板３２を介して波長短縮部材２２とスロット電極２４の温度も７０℃程度に維持される。スロット電極２４は７０℃で最適のスリット長を有するように設計されている。また、スロット電極２４は±５℃程度の温度誤差が許容範囲であるということが予め分かっているものとする。プラズマが発生する際には、スロット電極がプラズマによる熱で加熱されるのでスロットも所定の温度以下になった時にマイクロ波を供給するようにしてプラズマ立上げ時の熱を抑制するように制御してもよい。
一方、マイクロ波源１０からのマイクロ波を図示しない矩形導波管や同軸導波管などを介してアンテナ収納部材２０内の波長短縮部材２２に、例えば、ＴＥＭモードなどで導入する。波長短縮部材２２を通過したマイクロ波はその波長が短縮されてスロット電極２４に入射し、スリット２５から処理室４０に誘電体２８を介して導入される。波長短縮部材２２とスロット電極２４は温度制御されているので、熱膨張などによる変形はなく、スロット電極２４は最適なスリット長さを維持することができる。これによってマイクロ波は、均一に（即ち、部分的集中なしに）かつ全体として所望の密度で（即ち、密度の低下なしに）処理室４０に導入されることができる。
継続的な使用により、温調板３２の温度が７５℃よりも上昇すれば第１の温度制御装置３０は水源３９より１５℃程度の冷却水を温調板３２に導入することによりこれを７５℃以内になるように制御する。同様に、処理開始時や過冷却により温調板３２の温度が６５℃以下になれば第１の温度制御装置３０はヒータ装置３８を制御して水源３９から温調板３２に導入される水温を上げて温調板３２の温度を６５℃以上にすることができる。
一方、温調板３２による過冷却によって処理室４０の温度が所定温度以下になったことを温度センサ７２が検知すれば、水分が不純物としてウェハＷに付着・混入することを防ぐため第２の温度制御装置７０は熱板４２を制御して処理室４０の温度を制御することができる。
その後、マイクロ波は、反応ガスをプラズマ化して、電子デバイス用基材上に配置された硬化性材料含有膜に対して、低エネルギープラズマを照射し、該硬化性材料含有膜を硬化させる。この硬化処理は、例えば、予め設定された所定時間だけ行われてその後、半導体ウェハＷは上述の図示しないゲートバルブから処理室４０の外へ出される。処理室４０には所望の密度のマイクロ波が均一に供給されるのでウェハＷには所望の厚さの膜が均一に形成されることになる。また、処理室４０の温度は水分などがウェハＷに混入することのない温度に維持されるので所望の成膜品質を維持することができる。
以上、本発明において好適に使用可能な装置の態様を説明したが、本発明はその要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本発明のマイクロ波プラズマ処理装置１００は電子サイクロトロン共鳴の利用を妨げるものではないため、所定の磁場を発生させるコイルなどを有してもよい。また、本実施例のマイクロ波プラズマ処理装置１００はプラズマＣＶＤ装置として説明されているが、マイクロ波プラズマ処理装置１００は半導体ウェハＷをエッチングしたりクリーニングしたりする場合にも使用することができることはいうまでもない。更に、本発明で処理される被処理体は半導体ウェハに限られず、ＬＣＤなどを含むものである。
【産業上の利用可能性】  上述したように本発明によれば、過度な熱履歴が加わることを防止しつつ、しかも良質な絶縁膜を与えることができる絶縁膜の形成方法が提供される。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成16年2月10日(2004.2.10)
【手続補正００１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】特許請求の範囲
【請求項１】電子デバイス用基材上に配置された有機硬化性材料含有膜に対して、複数のスリットを有する平面アンテナ部材を介するマイクロ波照射に基づくエネルギープラズマを照射して該有機硬化性材料含有膜を硬化させ、誘電率が３以下の絶縁膜を得ることを特徴とする絶縁膜の形成方法。
【請求項２】（削除）
【請求項３】（削除）
【請求項４】（削除）
【請求項５】有機硬化性材料含有膜が、流動性を有する該材料の溶液または分散液を前記電子デバイス用基材上にコーティングすることにより配置されたもの
である請求項１に記載の絶縁膜の形成方法。
【請求項６】有機硬化性材料含有膜が、前記電子デバイス用基材上にスピンコートにより配置されたものである請求項５に記載の絶縁膜の形成方法。
【請求項７】前記硬化により形成された絶縁膜が、層間絶縁膜である請求項１および５〜６のいずれかに記載の絶縁膜の形成方法。
【請求項８】前記プラズマを、３００〜４００℃の温度で硬化性材料含有膜に照射する請求項１および５〜７のいずれかに記載の絶縁膜の形成方法。
【請求項９】被処理体を載置するための載置手段と、
前記載置手段に対して対向して配置された誘電体を有する処理室と、
前記誘電体上に配置された、スリットを有するスロット電極と、
前記スロット電極上に配置された、マイクロ波に対する波長を短くするための波長短縮部材と、
前記波長短縮部材を収納するためのアンテナ収納部材と、
前記アンテナ収納部材、波長短縮部材およびスロット電極の温度を制御するための温調手段とを少なくとも有することを特徴とする処理装置。
【請求項１０】前記被処理体がプラズマ処理される請求項９に記載の処理装置。
【請求項１１】更に、前記温調手段の温度を制御するための温度制御装置を有する請求項９または１０に記載の処理装置。
【請求項１２】前記被処理体の温度を３００〜４００℃の範囲に制御可能とした請求項９〜１１のいずれかに記載の処理装置。




【国際調査報告】
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