(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内でプラズマを生成して励起活性種を発生させ、この励起活性種で基板表面の処理を行う基板処理方法であって、
真空容器内部が導電性隔壁部によって二室に隔離されており、当該隔離された二室のうち、一方の室の内部は高周波電極が配置されたプラズマ生成空間として、他方の室の内部は基板を載置する基板保持機構が配置された基板処理空間としてそれぞれ形成され、
前記導電性隔壁部が、前記プラズマ生成空間と前記基板処理空間を通じさせる複数の貫通孔を有している真空容器を用い、
前記プラズマ生成空間にプラズマ生成用ガスを供給すると共に、前記高周波電極に高周波電力を与えてプラズマ放電を発生させることにより、前記プラズマ生成空間で生成されたプラズマ生成用ガスの励起活性種を、前記導電性隔壁部の複数の貫通孔を通して前記基板処理空間に導入させ、
前記基板処理空間において、導入された前記励起活性種で基板への処理を行う基板処理方法において、
前記プラズマ生成用ガスはＯ2、Ｏ3、Ｈ2Ｏ、ＣＯ、ＣＯ2、ＮＯ、ＮＯ2、Ｎ2Ｏのうちのいずれか一つのガスに希ガスあるいは窒素ガスを混合してなるガスであり、該プラズマ生成用ガスを前記プラズマ生成空間の前記高周波電極に対して前記基板と反対側の空間に供給し、前記導電性隔壁部の複数の貫通孔を介して前記基板処理空間に導入された励起活性種及び当該励起活性種から遷移した活性種が、基板上に形成されている酸化膜に作用してその酸化が促進されることを特徴とする基板処理方法。
【請求項２】
酸化が促進される酸化膜は、処理される基板表面に形成されている酸化シリコン（ＳｉＯX）薄膜又はＩＴＯ（酸化インジウム錫）薄膜であることを特徴とする請求項１記載の基板処理方法。
【請求項３】
真空容器内部を二室に隔離している導電性隔壁部に備えられている前記複数の貫通孔は、当該貫通孔内でのガス流速をｕ、実質的な貫通孔の長さをＬ、相互ガス拡散係数をＤとするとき、ｕＬ／Ｄ＞１の条件を満たすように形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマを利用して励起活性種を生成し、その励起活性種を利用して基板表面に形成されている酸化膜の酸化を促進させる基板処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置として、ＳｉＯ２薄膜などの酸化シリコン（ＳｉＯＸ）薄膜は絶縁膜として利用される。酸化シリコン（ＳｉＯＸ）薄膜の作成方法としては、シリコン基板を酸素雰囲気中でアニールする又は、ＣＶＤ法で堆積させる、あるいは酸素を導入しながら反応性スパッタリングを行う、等の手段がある。しかし、いずれの場合も、酸素の流量不足または基板の加熱不足等の理由から、膜への酸素の取り込みが不足し、十分な酸化を行うことは困難であった。
【０００３】
酸化不足の酸化シリコン（ＳｉＯＸ）薄膜を半導体装置として機能させると、電流が流れないはずの低い電圧でも電流が流れ、作動不良の原因となる。
【０００４】
このような酸化不足を補修するため、これまでは、酸素雰囲気中でアニールし直すか、酸素プラズマを利用する方法が考えられているが、いずれの方法も十分ではなかった。
【０００５】
また液晶表示装置等において、透明電極として用いられる酸化インジウム錫（本明細書において「ＩＴＯ」と表す。）薄膜の場合、スパッタリングによる成膜時に酸素が抜ける。これを補うため通常酸素を流しながらスパッタリングを行うが、それでも酸素が抜け出る方が取り込む量よりも多く、ＩＴＯ薄膜中の酸素が不足する場合がある。このような場合、従来は大気中または酸素雰囲気中でのアニールによって、酸素の欠乏を補っていた。
【０００６】
アニールの場合、温度との関係によってアニール時間が決まる。アニール時間を短くするには、基板温度を上げてやれば良い。しかしＴＦＴ用のガラス基板の場合には、あまり高い温度にすると基板自体が熱ダメージを受ける。熱ダメージを避けるために温度を下げると、アニール時間が長くなる。アニールに長い時間が掛ると、生産性が低下することとなる。
【０００７】
なお、ＩＴＯ薄膜の場合、完全酸化は好ましくない。適度に酸素が抜けた欠陥が必要である。欠陥部分の自由電子によって導電性が得られており、完全酸化してしまうとこの自由電子が失われるので、導電性がなくなる。逆に酸化が不十分すぎると結晶性が損なわれ、膜中で光の散乱が大きくなり、透過性が欠如することとなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
これまで、上記のような酸化シリコン（ＳｉＯＸ）薄膜、ＩＴＯ薄膜等の酸化膜中の酸化不足を補うには、酸素雰囲気中（ＩＴＯ薄膜の場合は大気も可）でアニールするか、酸素プラズマ中に基板を配置するという方法が行われてきた。しかしアニールの場合、アニール装置が大掛かりなものになる。また酸素プラズマを用いる場合は、薄膜表面に直接プラズマが接触してイオン衝撃によるダメージを受けることとなる。
【０００９】
これを防ぐため、プラズマ密度を低くしたり、処理時間を短くするなどの対応が考えられたが、十分でなかった。
【００１０】
この発明は、基板上に形成されている酸化シリコン（ＳｉＯＸ）薄膜、ＩＴＯ薄膜等の酸化膜の酸化を促進させる基板処理を行うにあたって、大掛かりなアニール装置を必要とせず又、前記の酸化促進処理がなされる薄膜表面に直接プラズマが接触することのない基板処理方法を提案することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、この発明が提案する基板処理方法は、真空容器内でプラズマを生成して励起活性種を発生させ、この励起活性種で基板表面の処理を行うものである。
【００１２】
この基板処理方法は、内部が導電性隔壁部によって二室に隔離されており、当該隔離された二室のうち、一方の室の内部は高周波電極が配置されたプラズマ生成空間として、他方の室の内部は基板を載置する基板保持機構が配置された基板処理空間としてそれぞれ形成され、前記導電性隔壁部が、前記プラズマ生成空間と前記基板処理空間を通じさせる複数の貫通孔を有している真空容器を用いて行われる。
【００１３】
すなわち、前記のような構成の真空容器を用い、前記プラズマ生成空間にプラズマ生成用ガスを供給すると共に、前記高周波電極に高周波電力を与えてプラズマ放電を発生させることにより、前記プラズマ生成空間で生成されたプラズマ生成用ガスの励起活性種を、前記導電性隔壁部の複数の貫通孔を通して前記基板処理空間に導入させ、前記基板処理空間において、導入された前記励起活性種で基板への処理を行うものである。
【００１４】
ここで、本発明の基板処理方法は、前記プラズマ生成用ガスは、Ｏ2、Ｏ3、Ｈ2Ｏ、ＣＯ、ＣＯ2、ＮＯ、ＮＯ2、Ｎ2Ｏのうちのいずれか一つのガスに希ガスあるいは窒素ガスを混合してなるガスであり、該プラズマ生成用ガスを前記プラズマ生成空間の前記高周波電極に対して前記基板と反対側の空間に供給し、前記導電性隔壁部の複数の貫通孔を介して前記基板処理空間に導入された励起活性種及び当該励起活性種から遷移した活性種が、基板上に形成されている酸化膜に作用してその酸化が促進されることを特徴とするものである。
【００１６】
また、前記の酸化が促進される酸化膜は、処理される基板表面に形成されている酸化シリコン（ＳｉＯＸ）薄膜又はＩＴＯ（酸化インジウム錫）薄膜とすることができる。
【００１７】
前記本発明の基板処理方法によれば、中性のプラズマ生成用ガスや、プラズマ生成空間の酸素プラズマにより生成されたこれらのプラズマ生成用ガスの電気的に中性な励起種（ラジカル）である励起活性種だけを選択的に基板処理空間へ導入し、酸化シリコン（ＳｉＯＸ）薄膜、ＩＴＯ薄膜等の、酸化をいっそう進行させる処理が行われる酸化膜が表面に形成されているガラス基板などの基板を、高エネルギーのイオンを含むプラズマに晒すことなく、前記励起活性種とこの励起活性種から遷移した活性種によって前記基板の処理を行うことができる。そこで、前記酸化膜表面に直接プラズマが接触して、酸化をいっそう進行させる処理が行われる酸化膜がイオン衝撃によるダメージを受けることを防止できる。
【００１８】
なお、前記のように、プラズマ生成用ガスとして、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、ＣＯ、ＣＯ２、ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏのうちのいずれか一つのガス、またはこれらのガスに希ガスあるいは窒素ガスを混合してなるガスを用いているので、励起活性種以外に、これらのプラズマ生成用ガスも基板処理空間へ導入されるが、基板自体が熱ダメージを受けるのを避けるために３００℃程度の温度で基板処理が行われている本発明においては、これらの基板処理空間に導入されたプラズマ生成用ガスが、基板に作用することはほとんどない。
【００１９】
前記において、中性のプラズマ生成用ガスや、プラズマ生成空間の酸素プラズマにより生成されたこれらのプラズマ生成用ガスの電気的に中性な励起種（ラジカル）である励起活性種だけが、導電性隔壁部の複数の貫通孔を通して基板処理空間に導入される、すなわち、プラズマ生成空間で生成されたプラズマの荷電粒子を選択的に基板処理空間に導入しないようにすることは、例えば、導電性隔壁部を真空容器と同じ接地電位に保つことによって高周波の基板処理空間への漏れを皆無にして実現することができる。
【００２０】
前述した本発明に用いられる基板処理装置の真空容器における内部を二室に隔離している導電性隔壁部に備えられている前記複数の貫通孔は、当該貫通孔内でのガス流速をｕ、実質的な貫通孔の長さをＬ（図４）、相互ガス拡散係数（貫通孔の両側、すなわち、プラズマ生成空間と基板処理空間とにおけるガスの相互ガス拡散係数）をＤとするとき、ｕＬ／Ｄ＞１の条件を満たすように形成されていることが望ましい。
【００２１】
この条件を満たさせることによって、一度基板処理空間に放出されたプラズマ生成用ガスやその活性種が再びプラズマ生成空間に逆拡散して戻ってくることを防止できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２３】
図１、図２および図３を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。
【００２４】
図１において、１はロードロックチャンバー、２は搬送チャンバー、３は本発明の基板処理方法が行われる基板処理チャンバーである。
【００２５】
ロードロックチヤンバー１、基板処理チヤンバー３はそれぞれゲートバルブ４ｂ、４ｃを介設して搬送チヤンバー２に接続されている。またロードロックチャンバー１は大気中から装置内に基板を配置するためのゲートバルブ４ａを持つ。これらのチャンバにはそれぞれ排気バルブ５が付設され、さらにこれに、図示しない排気機構が接続されている。基板処理が各チャンバで行われるときには、各チャンバー１、２、３の内部は、排気バルブ５を介して排気機構によって排気され、所要の真空状態（または減圧状態）に保持されている。なお、搬送チャンバー２の内部には破線で示されるごとく基板を搬送するためのロボットアーム２ａが内蔵されている。
【００２６】
図２は、図１を上から見た図である。図から解るとおり、図示の実施形態はクラスタータイプの装置として構成されている。
【００２７】
基板はロードロックチャンバー１内に搬入されて所要の真空状態に減圧される。その後、搬送チャンバー２内に設けられた基板搬送用ロボットアーム２ａによって搬送され、ゲートバルブ４ｂ、４ｃを経由して基板処理チャンバー３に搬入される。基板処理チャンバー３内に搬入された基板は、下部に配置された基板ホルダ１７（図３）の上に載置される。
【００２８】
図１に示された各チャンバー１〜３では、その特徴的な構成として、基板処理チャンバー３の構造が実線で示されている。基板処理チャンバー３は、基板上に形成されている酸化シリコン（ＳｉＯＸ）薄膜、ＩＴＯ薄膜等の酸化膜に対して本発明の方法による基板処理（基板上に形成されているこれらの酸化膜の酸化を一層進行させる処理）が行われる基板処理装置である。
【００２９】
この基板処理チャンバー３は、図３に例示されているように、その内部上方に基板処理空間１６に対して空間的に分離されたプラズマ生成空間１５を備えており、プラズマ分離型の基板処理装置として構成されている。
【００３０】
基板処理装置の真空容器１２は、成膜処理等の基板処理を行う際に、排気機構１３によってその内部が所望の真空状態に保持される真空容器である。排気機構１３は真空容器１２に形成された排気ポート１２ｂ−１に接続されている。
【００３１】
真空容器１２の内部には、導電性部材で作られた導電性隔壁部１４が水平な状態で設けられており、平面形状が例えば矩形の導電性隔壁部１４は、その周縁部が導電材固定部２２の下面に押さえ付けられて密閉状態を形成するように配置されている。
【００３２】
こうして、真空容器１２の内部は導電性隔壁部１４によって上下の２つの室に隔離されて、上側の室はプラズマ生成空間１５を形成し、下側の室は基板処理空間１６を形成する。
【００３３】
導電性隔壁部１４は、所望の特定の厚みを有し、かつ全体的に平板状の形態を有し、さらに真空容器１２の水平断面形状に類似した平面形状を有する。
【００３４】
基板１１は、基板処理空間１６に設けられた基板ホルダ１７の上に配置されている。基板１１は導電性隔壁部１４に実質的に平行であって、処理されるその成膜面（上面）が隔壁部１４の下面に対向するように配置されている。
【００３５】
基板ホルダ１７の電位は真空容器１２と同じ電位である接地電位４１に保持される。さらに基板ホルダ１７の内部にはヒータ１８が設けられている。このヒータ１８によって基板１１の温度は所定の温度に保持される。
【００３６】
真空容器１２の構造を更に説明する。真空容器１２は、その組立て性を良好にする観点から、プラズマ生成空間１５を形成する上容器１２ａと、基板処理空間１６を形成する下容器１２ｂとから構成される。上容器１２ａと下容器１２ｂを組み合わせて真空容器１２を作るとき、両者の間の位置に導電性隔壁部１４が設けられる。電極２０は、その周縁部の側面が上容器１２ａとの間に介設される絶縁部材２１ａ、２１ｂのうちの上側の絶縁部材２１ａに、その周縁部の下端面が下側の絶縁部材２１ｂにそれぞれ接触するようにして取り付けられる。これによって、導電性隔壁部１４の上側と下側に、隔離されたプラズマ生成空間１５と基板処理空間１６が形成される。
【００３７】
導電性隔壁部１４は、複数の貫通孔２５を備えており、プラズマ生成空間１５と基板処理空間１６とはこの複数の貫通孔２５によってのみつながっている。
【００３８】
なお、図示の実施形態において、複数の貫通孔２５は、貫通孔２５内でのガス流速をｕ、実質的な貫通孔の長さをＬ（図４）、相互ガス拡散係数（貫通孔の両側、すなわち、プラズマ生成空間１５と基板処理空間１６とにおけるガスの相互ガス拡散係数）をＤとするとき、ｕＬ／Ｄ＞１の条件を満たすように形成されている。
【００３９】
図３図示の本発明の基板処理方法が適用される基板処理装置の実施形態においては、プラズマ生成空間１５においてプラズマ１９が生成されている領域は、隔壁部１４と上容器１２ａ及びこれらのほぼ中央位置に配置される板状の電極（高周波電極）２０とから形成されている。電極２０には複数の孔２０ａが形成されている。
【００４０】
上容器１２ａの天井部には、電極２０に接続された電力導入棒２９が設けられている。電力導入棒２９によって電極２０に放電用高周波電力が給電される。電極２０は高周波電極として機能する。電力導入棒２９は絶縁物３１で覆われており、他の金属部分との絶縁が図られている。
【００４１】
導電性隔壁部１４は、導電材固定部２２を介して、接地電位４１となっている。
【００４２】
絶縁部材２１ａには外部からプラズマ生成空間１５へ励起活性種生成用としてのガスを導入するプラズマ生成用ガス導入パイプ２３が設けられている。プラズマ生成用ガスとしては、例えば、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、ＣＯ、ＣＯ２、ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏのいずれか、あるいはこれらのガスに、希ガスあるいは窒素ガスを混合したガスを使用することができる。
【００４３】
以上説明した基板処理チャンバー３を用いた本発明の好ましい実施形態を説明する。
【００４４】
プラズマ生成用ガス導入パイプ２３から、プラズマ生成用ガス（例えば、Ｏ２）をプラズマ生成空間１５に供給すると共に、プラズマ生成空間１５の電極２０に高周波電力を印加し、プラズマ放電を発生させることにより、プラズマ生成空間１５でプラズマ生成用ガス（Ｏ２）の励起活性種（Ｏ＊およびＯ２＊）を生成させる。
【００４５】
こうして生成された励起活性種とプラズマ生成用ガスとが導電性隔壁部１４の複数の貫通孔２５を介して基板処理空間１６に導入される。この時、励起活性種（Ｏ＊およびＯ２＊）の中には、貫通孔２５を通って基板処理空間１６に移動していく間にエネルギーの低い準位に遷移して、Ｏ原子の基底状態になるものもあるが、このように、基板処理空間１６に導入された励起活性種（Ｏ＊およびＯ２＊）と、当該励起活性種から前記のように遷移した活性種とが、基板１１に形成されている酸化シリコン（ＳｉＯＸ）薄膜、ＩＴＯ薄膜等の酸化膜に作用し、それらの酸化膜の酸化が促進されるという基板１１の処理が行われるものである。
【００４６】
ここで、本発明においては、前述のとおり、導電性隔壁部１４は接地電位の導電材固定部２２と確実に接触しているため、高周波の基板処理空間１６への漏れは皆無であり、前記のように生成された励起活性種（Ｏ＊およびＯ２＊）とプラズマ生成用ガス（Ｏ２）のみが、導電性隔壁部１４の複数の貫通孔２５を介して基板処理空間１６に導入されることになる。そこで、基板処理空間１６に導入された励起活性種と当該励起活性種から前記のように遷移した活性種が、基板ホルダ１７上の基板１１表面に形成されている酸化膜に作用し、基板１１の処理、すなわち基板１１上に形成されている酸化膜の酸化が促進されるという処理が行われる。
【００４７】
【実施例】
図３に例示されている基板処理装置を用いた本発明の好ましい実施例を説明する。
【００４８】
基板ホルダ１７上に、１０００オングストロームのシリコン酸化膜が成膜されているガラス基板１１（３７０ｍｍ×４７０ｍｍ）を載置する。真空容器１２内を所定の減圧状態（３２Ｐａ程度）にまで減圧し、ヒータ１８によってガラス基板１１を所定の温度（３１０℃程度）に保って、プラズマ生成用ガス導入パイプ２３から、Ｏ２  をプラズマ生成空間１５に、流量１．７ｇ／ｍｉｎ．（１．２ＳＬＭ）で供給する。ここで、電極２０に、電力導入棒２９を介して６０ＭＨｚ、１．２ＫＷの高周波電力を印加し、ガラス基板１１上に形成されているシリコン酸化膜の酸化を促進させるという基板処理を行った。
【００４９】
以上、本発明の好ましい実施形態、実施例を添付図面を参照して説明したが、本発明はかかる実施形態、実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において種々の形態に変更可能である。
【００５０】
例えば、表面に形成されている酸化膜の酸化を一層進行させるという基板処理が行われるガラス基板１１を、表面にＩＴＯ薄膜が形成されているガラス基板に換えて、前記実施例と同様の条件で基板の処理（ＩＴＯ薄膜の酸化を一層進行させる処理）を行うことが可能である。
【００５１】
また、本発明の基板処理方法が行われる基板処理チャンバー３と、ロードロックチャンバー１、搬送チャンバー２などとからなる装置全体の構成は図１、図２図示の形態に限られない。例えば、図２図示のように基板処理チャンバー３が４つ備えられている構成に換えて、基板処理チャンバー３の数を減らし、換わりに成膜チャンバー（例えば、基板の表面にシリコン系等の薄膜が成膜されるＣＶＤチャンバや、基板表面に透明導電薄膜であるＩＴＯ膜を成膜するスパッタリングチャンバー）、または加熱チャンバー等を取り付けることもできる。
【００５２】
【発明の効果】
この発明の方法によれば、大掛かりなアニール装置を必要とすることなく又、一層の酸化の進行を実現させる、基板上に形成されている酸化シリコン（ＳｉＯＸ）薄膜、ＩＴＯ薄膜等の酸化膜の表面に、直接、プラズマを接触させることなく、前記酸化膜の酸化が促進される基板処理を行って、前記酸化膜中の酸化不足を補うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が実施される基板処理装置が含まれている装置の全体を示す概略断面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】本発明が実施される基板処理装置の概略断面図である。
【図４】導電性隔壁部の一部拡大断面図。
【符号の説明】
１    ロードロックチャンバー
２    搬送チャンバー
２ａ  ロボットアーム
３    基板処理チャンバー
４ａ、４ｂ、４ｃ    ゲートバルブ
５    排気バルブ
１２    真空容器
１２ａ    上容器
１２ｂ    下容器
１２ｂ−１  排気ポート
１３    排気機構
１４    導電性隔壁部
１５    プラズマ生成空間
１６    基板処理空間
１７    基板ホルダ
１８    ヒータ
１９    プラズマ
２０    電極
２０ａ    電極の孔
２１ａ、２１ｂ  絶縁部材
２２    導電材固定部
２３    プラズマ生成用ガス導入パイプ
２５    貫通孔
２９    電力導入棒
３１    絶縁物
４１    接地電位
【図１】
0004406172.tif 000002
【図２】
0004406172.tif 000003
【図３】
0004406172.tif 000004
【図４】
0004406172.tif 000005