(57)【要約】【課題】大流量のガス導入時にも被処理基体の表面近傍に不均一なガスの流れが発生することを防止し、ラジカル拡散濃度の空間分布を均一化し、被処理基体の表面の均一な処理を行うことができるラジカル処理装置及び方法を提供することを目的とする。【解決手段】処理室１０１、排気手段１０６、ガス導入手段１０５、処理室１０１内の上部のラジカル発生領域１１１に中性ラジカルを生成する中性ラジカル生成手段１０８、ラジカル発生領域１１１よりもガス流の上流に設置され、被処理基体１０２を支持する被処理基体支持手段１０３とを有し、ガス導入手段１０５をラジカル発生領域１１１と被処理基体支持手段１０３との間に設ける。【選択図】図１
2007088200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基体を収納する処理室と、
前記処理室内に中性ラジカルを生成するラジカル生成手段と、
前記処理室内で前記被処理基体を支持する被処理基体支持手段と、を有する処理装置において、
前記ラジカルの生成領域と前記被処理基体との間に処理用ガスを導入するガス導入手段と、
前記ラジカル生成領域と前記ガス導入手段との間に前記処理用ガスを排出するガス排出手段と、を備えることを特徴とする処理装置。
【請求項２】
前記ガス導入手段と前記プラズマ発生領域との間にコンダクタンス調整手段を備えることを特徴とする請求項１記載の処理装置。
【請求項３】
前記ガス導入手段と前記被処理基体支持手段との間にフラックス均一化手段を備えることを特徴とする請求項１または２記載の処理装置。
【請求項４】
前記フラックス均一化手段は複数の孔が穿られた板から成ることを特徴とする請求項３記載の処理装置。
【請求項５】
前記プラズマはマイクロ波により生成されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の処理装置。
【請求項６】
前記プラズマは紫外光により生成されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の処理装置。
【請求項７】
前記コンダクタンス調整手段及び／又は前記フラックス均一化手段は、前記紫外光に対し不透明な材質から成ることを特徴とする請求項６記載の処理装置。
【請求項８】
処理室内に中性ラジカルを生成し被処理基体をラジカル処理する処理方法において、
前記被処理基体と前記ラジカル生成領域との間に処理用ガスを導入すると共に、前記処理用ガスを前記ラジカル生成領域と前記処理用ガスの導入部との間から排出することを特徴とする処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理基体の表面の均一な処理を行うことができるエッチング装置、アッシング装置、表面改質装置等の処理装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、処理装置としては、エッチング装置、アッシング装置、表面改質装置等が知られている。
従来、マイクロ波プラズマにより励起したラジカルの被処理基体への微小入射フラックスを精密制御する処理装置及び方法が、例えば、特開２００５−１４２２３４号公報（特許文献１）で提案されている。
この従来の処理装置を図５に示す。処理室５０１、半導体ウェハ等から成る被処理基体５０２、被処理基体５０２を支持する支持体５０３、被処理基体５０２の温度調整手段５０４、処理室５０１の排気手段５０６、プラズマ処理用ガスの導入手段５０５、電力を処理室５０１に導入する電力導入手段５０８、コンダクタンス制御手段５０９等から成る。
この従来例において、排気手段５０６を介して処理室５０１内を真空状態になるように排気し、処理用ガスを処理室５０１下部に設けられたガス導入手段５０５を介して所定の流量で導入する。排気手段５０６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５０１内を所定の圧力に保持する。電力導入手段５０８を介し所望の電力を処理室５０１に導入し、プラズマ発生領域５１１においてプラズマを発生させる。
導入された処理用ガスは、発生したプラズマにより励起し、イオン化して活性化し、支持体５０３上に載置された被処理基体５０２の表面を処理する。
この際、プラズマで励起された中性ラジカルなどの活性種の多くは被処理基体５０２に到達することなく排気され、被処理基体５０２まで拡散して到達した一部の活性種のみがプラズマ処理に寄与する。ガス流量と排気コンダクタンスを変え流速を変化することにより、処理速度を高精度に制御でき、数分子層の極薄膜も形成可能になる。
【特許文献１】特開２００５−１４２２３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来例では、ラジカルの被処理基体への入射フラックスを極微小にする為に大流量の処理ガスを導入する場合があり、このとき導入ガスに起因する強いガスの流れが形成される恐れがあった。
このため、被処理基体支持手段近傍において、導入ガスの流れの影響によるラジカルの濃度ムラが発生し、被処理基体表面への均一な処理ができなくなる恐れがあった。
そこで、本発明は、大流量のガス導入時にも被処理基体の表面近傍に不均一なガスの流れが発生することを防止し、ラジカル拡散濃度の空間分布を均一化し、被処理基体の表面の均一な処理を行うことができるプラズマ処理装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の目的を達成するために本発明に係る処理装置は、被処理基体を収納する処理室と、
前記処理室内にラジカルを生成するラジカル生成手段と、
前記処理室内で前記被処理基体を支持する被処理基体支持手段と、を有する処理装置において、
前記ラジカルの生成領域と前記被処理基体との間に処理用ガスを導入するガス導入手段と、
前記ラジカル生成領域と前記ガス導入手段との間に前記処理用ガスを排出するガス排出手段と、を備えることを特徴とする。
さらに、本発明に係る処理装置は、前記ガス導入手段と前記ラジカル発生領域の間にコンダクタンス調整手段を備える。
さらに、本発明に係る処理装置は、前記ガス導入手段と前記被処理基体支持手段との間にフラックス均一化手段を備える。
さらに、本発明に係る処理装置は、前記フラックス均一化手段は複数の孔が穿られた板から成る。
さらに、本発明に係る処理装置は、前記中性ラジカルはマイクロ波により生成される。
さらに、本発明に係る処理装置は、前記中性ラジカルは紫外光により生成される。
さらに、本発明に係る処理装置は、前記コンダクタンス調整手段及び／又は前記フラックス均一化手段は、前記紫外光に対し不透明な材質から成る。
さらに、本発明に係る処理方法は、処理室内に中性ラジカルを生成し被処理基体をラジカル処理する処理方法において、
前記被処理基体と前記ラジカル生成領域との間に処理用ガスを導入すると共に、前記処理用ガスを前記ラジカル生成領域と前記処理用ガスの導入部との間から排出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の処理装置及び方法によれば、ガス導入手段をラジカル発生領域と被処理基体支持手段との間に設けることによって、被処理基体支持手段のある空間からの排気経路が存在せず、導入された処理ガスに起因する強いガスの流れが形成されない。これにより、ガスの滞留状態が被処理基体支持手段近傍に生じる。このため大流量のガスを導入した場合においても被処理基体支持手段近傍においては導入ガスの流れの影響による、ラジカル拡散のムラが殆ど発生せず均一に拡散し被処理基体の表面の均一な処理が可能となる。このため、大流量のガス導入時にも被処理基体の表面近傍に不均一なガスの流れが発生することを防止し、ラジカル拡散濃度の空間分布を均一化し、被処理基体の表面の均一な処理を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明を、その実施例に基づいて、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【０００７】
本発明の実施例１の処理装置について図１を用いて説明する。
処理室１０１は、半導体等の被処理基体１０２にラジカル処理を行う室である。排気手段１０６は、処理室１０１内を排気する処理用ガスの排気口である。ガス導入手段１０５は、処理室１０１に処理用ガスを導入する手段である。中性ラジカル生成手段１０８は、処理室１０１の上面に設けられ、処理室１０１内の上部のラジカル発生領域１１１に中性ラジカルを生成する手段である。被処理基体支持手段１０３は、ラジカル発生領域１１１よりもガス流の上流に設置され、被処理基体１０２を支持する手段である。ここで、ガス導入手段１０５をラジカル発生領域１１１と被処理基体支持手段１０３との間に設け、この点が図５に示される従来例と異なる。温度調整手段１０４は被処理基体１０２の温度調整を行う手段で、ガス導入手段１０５とラジカル発生領域１１１との間にコンダクタンス制御手段１０９が設けられる。
ラジカル処理は、まず、排気手段１０６であるガスの排気口を介して処理室１０１内をほぼ真空状態に排気する。続いて処理室１０１に設けられたガス導入手段１０５を介して処理用ガスを所定の流量で処理室１０１内に導入する。次に１０６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内を所定の圧力に保持する。さらに、ラジカル生成手段１０８に所望の電力投入し、処理室１０１に導入した処理用ガスを励起してラジカル発生領域１１１においてラジカルを発生させる。励起された活性なラジカルの多くは被処理基体１０２に到達することなく排気され、被処理基体１０２まで拡散してきた一部のラジカルのみが処理に寄与し、被処理基体支持手段１０３上に載置された被処理基体１０２の表面を処理する。またガス導入手段１０５によりガス流量を制御し、コンダクタンス制御手段１０９により排気コンダクタンスを変え流速を変化することにより、処理速度を高精度に制御することが可能となる。
本実施例１では、ガス導入手段１０５をラジカル発生領域１１１と被処理基体支持手段１０３との間に設け、被処理基体支持手段１０３のある空間からの排気経路が存在しない。よって、導入された処理ガスに起因する強いガスの流れが形成されず、ガスの滞留状態が被処理基体支持手段１０３近傍に生じる。このため大流量のガスを導入した場合においても被処理基体支持手段１０３近傍においては導入ガスの流れの影響による、ラジカル拡散のムラが殆ど発生せず均一に拡散し被処理基体１０２の表面の均一な処理が可能となる。このため、大流量のガス導入時にも被処理基体１０２の表面近傍に不均一なガスの流れが発生することを防止し、ラジカル拡散濃度の空間分布を均一化し、被処理基体１０２の表面の均一な処理を行うことができる。
【０００８】
さらに、本実施例１の処理装置には、被処理基体支持手段１０３傍におけるラジカルの拡散の均一性を向上させるため、ガス導入手段１０５と被処理基体支持手段１０３との間にフラックス均一化手段１１０を設置してもよい。フラックス均一化手段１１０は、複数の孔が穿けられた板等から成り、その形状は導入ガスの流れが被処理基体支持体１０３のある領域への均一なラジカル拡散を阻害するものでなければ平板状や、その他いかなる形状もよい。複数の孔の配置は等間隔格子状配列や、同心円状配列等のいかなる配列でもよく、また個々の孔の径は同一径であっても、異なる径であってもよい。
フラックス均一化手段１１０の材質は、金属汚染が問題になる場合には石英，窒化シリコン等のＳｉ系絶縁体材料を使用する。金属汚染が問題にならず、被処理基体１０２への電磁波照射をカットしたい場合には、アルミニウム等の金属を使用しても良い。金属汚染も電磁波照射も問題になる場合には、金属を内蔵したＳｉ系絶縁体を用いる場合もある。
またラジカル生成時に放射される高エネルギーの紫外光が被処理基体１０２に悪影響を及ぼす虞がある場合には、紫外光に対して不透明な材質でフラックス均一化手段１１０を形成しても良い。
本実施例１の処理装置に用いられるラジカル生成手段１０８は高周波プラズマ励起、紫外光励起のいずれの励起手段を用いることが可能であり、併用することも可能である。高周波プラズマ励起としてはＣＣＰ、ＩＣＰ、ヘリコン、ＥＣＲ、マイクロ波、表面波、表面波干渉型プラズマ源等のいかなるプラズマ励起手段について適用可能である。  
また紫外光励起手段としては所望のラジカル状態に励起可能なエネルギーを有する光が放射可能なものであればいずれの光源も適用可能である。例えばキセノンショートアークランプ、キセノンフラッシュランプ、ショートアーク型超高圧水銀ランプ、キャピラリーランプ、ロングアークランプ、低圧水銀ランプ、ＤｅｅｐＵＶランプ、メタルハライドランプ、エキシマランプ、窒素レーザー、エキシマレーザなどの光源が挙げられる。エキシマランプを用いた場合Ｆ2、Ｃｌ2、Ｂｒ2、Ｉ2、ＡｒＢｒ、ＫｒＢｒ，ＸｅＢｒ、ＡｒＣｌ、ＫｒＣｌ、ＸｅＣｌ、ＡｒＦ、ＫｒＦ、ＸｅＦ、ＸｅＩなど封止ガスによって発光中心波長が異なり、それらの中からラジカルの生成に最も適した波長の光を効率よく発光させることができるものを選ぶのが好ましい。
【０００９】
本実施例１の処理装置を用いた処理方法における処理室内の圧力は０．１ｍＴｏｒｒ乃至１０Ｔｏｒｒの範囲、より好ましくは、中間流から粘性流側の１０ｍＴｏｒｒから５Ｔｏｒｒの範囲が適当である。
本実施例１の処理装置を用いた処理方法による堆積膜の形成は、使用するガスを適宜選択することによりＳｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、ＳｉＯＦ，Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＴｉＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＭｇＦ２などの絶縁膜、ａ−Ｓｉ、ｐｏｌｙ−Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＡｓなどの半導体膜、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａなどの金属膜等、各種の堆積膜を効率よく形成することが可能である。
本実施例１の処理装置を用いた処理方法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、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、窓などが挙げられる。
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手段１０５を介して処理室１０１へ導入するＳｉ原子を含有する原料ガスとしては、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、ＳｉＦ４，Ｓｉ２Ｆ６，Ｓｉ３Ｆ８，ＳｉＨＦ３，ＳｉＨ２Ｆ２，ＳｉＣｌ４，Ｓｉ２Ｃｌ６，ＳｉＨＣｌ３，ＳｉＨ２Ｃｌ２，ＳｉＨ３Ｃｌ，ＳｉＣｌ２Ｆ２などのハロゲン化シラン類等、常温常圧でガス状態であるものまたは容易にガス化し得るものが挙げられる。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。
【００１０】
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手段１０５を介して導入するＳｉ原子を含有する原料としては、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６などの無機シラン類，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、ＳｉＦ４，Ｓｉ２Ｆ６，Ｓｉ３Ｆ８，ＳｉＨＦ３，ＳｉＨ２Ｆ２，ＳｉＣｌ４，Ｓｉ２Ｃｌ６，ＳｉＨＣｌ３，ＳｉＨ２Ｃｌ２，ＳｉＨ３Ｃｌ，ＳｉＣｌ２Ｆ２などのハロゲン化シラン類等、常温常圧でガス状態であるものまたは容易にガス化し得るものが挙げられる。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。
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手段１０５を介して導入する金属原子を含有する原料としては、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）、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）などの有機金属、ＡｌＣｌ３、ＷＦ６、ＴｉＣｌ３、ＴａＣｌ５などのハロゲン化金属等が挙げられる。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。
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手段１０５を介して導入する金属原子を含有する原料としては、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）、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）などの有機金属、  ＡｌＣｌ３、ＷＦ６、ＴｉＣｌ３、ＴａＣｌ５などのハロゲン化金属等が挙げられる。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。
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。
【００１１】
また使用するガスを適宜選択することにより、本発明の実施例１の処理装置による処理方法を表面改質にも適用可能である。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。
被処理基体１０２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、被処理基体１０２を窒化表面処理する場合の処理用ガス導入口１１５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。
被処理基体１０２の表面の有機物をクリーニングする場合、または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から導入するクリーニング／アッシング用ガスとしては、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、Ｈ２などが挙げられる。また、被処理基体１０２の表面の無機物をクリーニングする場合の処理用ガス導入口１０５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。
また、本発明の実施例１の処理装置による処理方法に用いられる不活性ガスとしては、Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅなどの希ガス、Ｎ２、もしくはそれらの混合ガスなどが挙げられる。
【実施例２】
【００１２】
次に、本発明の処理装置の実施例２として、スロット付無終端環状導波管を用いたマイクロ波励起表面波干渉型プラズマ装置について図２を用いて説明する。
処理室２０１は、半導体ウェハ等の被処理基体２０２にラジカル処理を行う室である。排気手段２０６は、処理室２０１内を排気する処理用ガスの排気口である。ガス導入手段２０５は、処理室２０１に処理用ガスを導入する手段である。スロット付無終端環状導波管２０８は、処理室２０１の上面に設けられ、処理室２０１内の上部のラジカル発生領域２１１に中性ラジカルを生成する手段である。
スロット付無終端環状導波管２０８は誘電体窓２０７を透してマイクロ波を処理室２０１に導入する。被処理基体支持手段２０３は、ラジカル発生領域２１１よりもガス流の上流に設置され、被処理基体２０２を支持する手段である。ここで、ガス導入手段２０５をラジカル発生領域２１１と被処理基体支持手段２０３との間に設け、この点が図５に示される従来例と異なる。温度調整手段２０４は被処理基体２０２の温度調整を行う手段で、ガス導入手段２０５とラジカル発生領域２１１との間にコンダクタンス制御手段２０９が設けられる。さらに、ガス導入手段２０５と被処理基体支持手段２０３との間にフラックス均一化手段２１０を設置してもよい。
コンダクタンス制御手段２０９は平板形状であり、φ１〜φ３孔が２０ｍｍピッチで形成されている。またフラックス均一化手段２１０も板形状で、ラジカルフラックスが均一になるようにφ５〜φ１０の孔が２０ｍｍピッチで形成されている。
スロット付無終端環状導波管２０８は、ＴＥ１０モードで、内壁断面の寸法が２７ｍｍ×９６ｍｍ（管内波長１５８．８ｍｍ）、導波管の中心径が１５１．６ｍｍ（一周長は管内波長の３倍）のものを用いた。スロット付無終端環状導波管２０８の材質は、マイクロ波の伝搬損失を抑えるため、すべてＡｌ合金を用いている。スロット付無終端環状導波管２０８のＨ面には、マイクロ波をプラズマ処理室２０１へ導入するためのスロットが形成されている。スロットは、長さ４０ｍｍ，幅４ｍｍの矩形で、中心直径が１５１．６ｍｍの位置に、放射状に６０°間隔で６本形成されている。スロット付無終端環状導波管２０８には、４Ｅチューナ、方向性結合器、アイソレータ、２．４５ＧＨｚの周波数を持つマイクロ波電源（不図示）が順に接続されている。
プラズマ処理は、まず、排気手段２０６を介して処理室２０１内をほぼ真空状態に排気する。続いて処理用ガスを処理室２０１に設けられたガス導入手段２０５を介して所定の流量で処理室２０１内に導入する。次に排気手段２０６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２０１内を所定の圧力に保持する。マイクロ波電源（不図示）より所望の電力をスロット付無終端環状導波管２０８を介し誘電体窓２０７を透過して処理室２０１内に供給する。
周辺から導入された処理用ガスは、発生したプラズマにより励起し、イオン化して活性化し、被処理基体支持体２０３上に載置された被処理基体２０２の表面を低速かつ高品質に処理する。
この際、プラズマで励起された中性ラジカルなどの活性種の多くは被処理基体２０２に到達することなく排気さる。コンダクタンス制御手段２０１、フラックス均一化手段２１０の孔を逆流し被処理基体２０２にまで拡散してきた一部の活性種のみが処理に寄与する。ガス流量と排気コンダクタンスを変え流速を変化することにより、処理速度を高精度に制御でき、例えば導入ガスとして酸素、被処理基体２０２としてシリコン基板を選べば数分子層の均一な極薄シリコン酸化膜も形成可能になる。
【００１３】
ここで、図２に示した本発明の実施例２のマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、半導体素子の極薄ゲート酸化膜形成を行った。
被処理基体２０２としては、洗浄により表面の自然酸化膜を除去したφ８”Ｐ型単結晶シリコン基板（面方位〈１００〉，抵抗率１０Ωｃｍ）を使用した。まず、被処理基体２０２であるシリコン基板を被処理基体支持台２０３上に設置した後、排気手段２０６を介して処理室２０１内を真空排気し、１０−７Ｔｏｒｒの値まで減圧させた。続いて温度調整手段２０４であるヒータに通電し、被処理基体２０２であるシリコン基板を２８０℃に加熱し、被処理基体２０２をこの温度に保持した。プラズマ処理用ガス導入口２０５を介して酸素ガスを２０００ｓｃｃｍの流量で処理室２０１内に導入した。ついで、排気手段２０６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２０１内を３Ｔｏｒｒに保持した。次に、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源（不図示）より１．０ｋＷの電力をスロット付無終端環状導波管２０８を介して供給した。かくして、処理室２０１内にプラズマを発生させ、６０秒間処理を行った。
この際、プラズマ処理用ガス導入口２０５を介して導入された酸素ガスは処理室２０１内で励起、分解されてＯ＋イオンやＯラジカルなどの活性種となる。その内一部の活性種は、拡散によってガスの流れに逆流しコンダクタンス制御板２０９の孔を抜け、さらにフラックス均一化板２１０を通過することにより被処理基体２０２であるシリコン基板の表面全体に均一なフラックスで微量到達する。
処理後、酸化膜厚，均一性，耐圧などの膜質について評価した。酸化膜厚は０.９ｎｍ，膜厚均一性は±１．５％，耐圧は１２.５ＭＶ／ｃｍで良好であった。
【００１４】
次に、図２に示した本発明の実施例２のマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、半導体素子の極薄ゲート窒化膜形成を行った。
被処理基体２０２としては、洗浄により表面の自然酸化膜を除去したφ８”Ｐ型単結晶シリコン基板（面方位〈１００〉，抵抗率１０Ωｃｍ）を使用した。まず、被処理基体２０２であるシリコン基板を被処理基体支持台２０３上に設置した後、排気手段２０６を介して処理室２０１内を真空排気し、１０−７Ｔｏｒｒの値まで減圧させた。続いて温度調整手段２０４であるヒータに通電し、被処理基体２０２であるシリコン基板を３８０℃に加熱し、被処理基体２０２であるシリコン基板をこの温度に保持した。プラズマ処理用ガス導入口２０５を介して窒素ガスを７００ｓｃｃｍの流量で処理室２０１内に導入した。次に、排気手段２０６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２０１内を０．１Ｔｏｒｒに保持した。次に、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源（不図示）より１．５ｋＷの電力をスロット付無終端環状導波管２０８を介して供給した。かくして、処理室２０１内にプラズマを発生させ、１００秒間処理を行った。
この際、プラズマ処理用ガス導入口２０５を介して導入された窒素ガスは処理室２０１内で励起、分解されてＮ２＋イオンやＮラジカルなどの活性種となる。その内一部の活性種は、コンダクタンス制御手段２０９の孔を逆流して被処理基体２０２であるシリコン基板の表面に到達し、被処理基体２０２であるシリコン基板の表面を窒化した。
処理後、窒化膜厚，均一性，耐圧，リーク電流などの膜質について評価した。窒化膜厚は１．３ｎｍ，膜厚均一性は±１．５％，耐圧は１２．５ＭＶ／ｃｍ，リーク電流は０．１ｍＡ／ｃｍ２＠１Ｖで良好であった。
【００１５】
次に、図２に示した本発明の実施例２のマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、半導体素子の極薄ゲート酸化膜の表面窒化を行った。
被処理基体２０２としては、１．２ｎｍ厚の酸化膜付きφ８”Ｐ型単結晶シリコン基板（面方位〈１００〉，抵抗率１０Ωｃｍ）を使用した。まず、被処理基体２０２であるシリコン基板を被処理基体支持台２０３上に設置した後、排気手段２０６を介して処理室２０１内を真空排気し、１０−７Ｔｏｒｒの値まで減圧させた。続いてヒータ２０４に通電し、被処理基体２０２であるシリコン基板を３５０℃に加熱し、被処理基体２０２であるシリコン基板をこの温度に保持した。プラズマ処理用ガス導入口２０５を介して窒素ガスを２００ｓｃｃｍの流量で処理室２０１内に導入した。次に、排気手段２０６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２０１内を０．２Ｔｏｒｒに保持した。次に、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源（不図示）より１．５ｋＷの電力をスロット付無終端環状導波管２０８を介して供給した。かくして、処理室２０１内のラジカル発生領域２１１にプラズマを発生させ、３０秒間処理を行った。
この際、プラズマ処理用ガス導入口２０５を介して導入された窒素ガスは処理室２０１内で励起、分解されてＮ２＋イオンやＮラジカルなどの活性種となる。その内一部の活性種は、コンダクタンス制御手段２０９の孔を逆流して被処理基体２０２であるシリコン基板の表面に到達し、被処理基体２０２であるシリコン基板の表面の酸化膜を窒化した。
処理後、酸窒化膜厚，均一性，耐圧，リーク電流などの膜質について評価した。酸化膜換算膜厚は１．０ｎｍ，膜厚均一性は±１．９％，耐圧は１３．９ＭＶ／ｃｍ，リーク電流は０．２ｍＡ／ｃｍ２＠１Ｖで良好であった。
【実施例３】
【００１６】
次に、本発明の実施例３の紫外光励起ラジカル処理装置を図３を用いて説明する。
処理室３０１は、半導体ウェハ等の被処理基体３０２にラジカル処理を行う室である。排気手段３０６は、処理室３０１内を排気する処理用ガスの排気口である。ガス導入手段３０５は、処理室３０１に処理用ガスを導入する手段である。中性ラジカル生成手段である紫外光光源３０８は、処理室３０１の上部に設けられ、処理室３０１内の上部のラジカル発生領域３１１に中性ラジカルを生成する手段である。
紫外光光源３０８は、電力を投入する事により紫外光を放射する。処理用ガスはこの紫外光により励起されラジカルを発生する。被処理基体支持手段３０３は、ラジカル発生領域３１１よりもガス流の上流に設置され、被処理基体３０２を支持する手段である。ここで、ガス導入手段３０５をラジカル発生領域３１１と被処理基体支持手段３０３との間に設け、この点が図５に示される従来例と異なる。温度調整手段３０４は被処理基体３０２の温度調整を行う手段で、ガス導入手段３０５とラジカル発生領域３１１との間にコンダクタンス制御手段３０９が設けられる。さらに、ガス導入手段３０５と被処理基体支持手段３０３との間にフラックス均一化手段３１０を設置してもよい。
コンダクタンス制御手段３０９はアルミ製の板形状であり、φ３〜φ５孔が２０mmピッチで形成されている。またフラックス均一化手段２１０も板形状で、ラジカルフラックスが均一になるようにφ５〜φ１０の孔が２０ｍｍピッチで形成されている。
紫外光励起手段である紫外光光源３０８としては所望のラジカル状態に励起可能なエネルギーを有する光が放射可能なものであればいずれの光源も適用可能である。例えばキセノンショートアークランプ、キセノンフラッシュランプ、ショートアーク型超高圧水銀ランプ、キャピラリーランプ、ロングアークランプ、低圧水銀ランプ、ＤｅｅｐＵＶランプ、メタルハライドランプ、エキシマランプ、窒素レーザー、エキシマレーザなどの光源が挙げられる。エキシマランプを用いた場合Ｆ2、Ｃｌ2、Ｂｒ2、Ｉ2、ＡｒＢｒ、ＫｒＢｒ，ＸｅＢｒ、ＡｒＣｌ、ＫｒＣｌ、ＸｅＣｌ、ＡｒＦ、ＫｒＦ、ＸｅＦ、ＸｅＩなど封止ガスによって発光中心波長が異なる。それらの中からラジカルの生成に最も適した波長の光を効率よく発光させることができるものを選ぶのが好ましい。
ラジカル処理は、まず、排気手段３０６を介して処理室３０１内をほぼ真空状態に排気する。続いて処理用ガスを処理室３０１の周辺に設けられたガス導入手段３０５を介して所定の流量で処理室３０１内に導入する。次に、排気手段３０６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３０１内を所定の圧力に保持する。所望の電力を紫外光光源３０８に投入し紫外光を放射させる。
周辺から導入された処理用ガスは、放射された紫外光より励起し、被処理基体支持体３０３上に載置された被処理基体３０２の表面を低速かつ高品質に処理する。
この際、紫外光で励起された中性ラジカルの多くは被処理基体３０２に到達することなく排気される。コンダクタンス制御手段３０９、フラックス均一化手段３１０の孔を逆流し被処理基体３０２まで拡散してきた一部の活性種のみが処理に寄与する。ガス流量と排気コンダクタンスを変え流速を変化することにより、例えば導入ガスとして酸素、被処理基体３０２としてシリコン基板を選べば数分子層の均一な極薄シリコン酸化膜も形成可能になる。
【００１７】
ここで、図３に示した本発明の実施例３の紫外光励起ラジカル処理装置を使用し、半導体素子の極薄ゲート酸化膜形成を行った。
被処理基体３０２としては、φ８”Ｐ型単結晶シリコン基板（面方位〈１００〉，抵抗率１０Ωｃｍ）を使用した。まず、被処理基体３０２であるシリコン基板を被処理基体支持体３０３上に設置した。排気手段３０６を介して処理室３０１内を真空排気し、１０−７Ｔｏｒｒの値まで減圧させた。続いて温度調整手段３０４であるヒータに通電し、被処理基体３０２であるシリコン基板を４５０℃に加熱し、被処理基体３０２であるシリコン基板をこの温度に保持した。ラジカル処理用ガス導入口３０５を介して酸素ガスを１０００ｓｃｃｍの流量で、処理室３０１に導入した。ついで、排気手段３０６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３０１内を１Ｔｏｒｒに保持した。次に、紫外光光源３０８である低圧水銀ランプに３００Ｗの電力を供給し紫外光を発光させた。紫外光光源３０８である低圧水銀ランプから放射された紫外光のうち２５４ｎｍの光は酸素ガスを解離して活性な一重項酸素原子へと解離することができる。かくして、原子状酸素ラジカルを処理室３０１内のラジカル発生領域３１１に発生させた。その極一部は導入ガス流れに逆らって被処理基体３０２であるシリコン基板方向に輸送され、被処理基体３０２であるシリコン基板の表面が０．８ｎｍ程度酸化された。
処理後、均一性，耐圧、リーク電流について評価した。均一性は±１．３％、耐圧は１０．９ＭＶ／ｃｍ、リーク電流は１．３ｍＡ／ｃｍ２＠１Ｖと良好であった。
【実施例４】
【００１８】
次に、フラックス均一化手段を使用しない本発明の実施例４のラジカル処理装置を図４を参照して説明する。
図２に示される本発明の実施例２とは、フラックス均一化手段２１０が無いことのみが異なり、ラジカル処理方法は図１に示される本発明の実施例１と同様である。
この際、ガス導入手段４０５から導入された処理用ガスはコンダクタンス制御手段４０９の貫通孔を抜け排気手段から排気される。被処理基体４０２の近傍では導入ガスによるガスの流れの影響が少ない状態となり、拡散により逆流してきたラジカルは均一な面内分布をもって基体に到達する。当然ながらガス流量と排気コンダクタンスを変え流速を変化することにより、処理速度を制御可能になる。
【００１９】
ここで、図４に示したフラックス均一化手段を使用しない本発明の実施例４のマイクロ波プラズマ処理装置であるラジカル処理装置を使用し、半導体素子キャパシタ絶縁用酸化チタン膜の形成を行った。
被処理基体４０２としては、φ８”Ｐ型単結晶シリコン基板（面方位〈１００〉，抵抗率１０Ωｃｍ）を使用した。まず、被処理基体４０２であるシリコン基板を被処理基体支持体４０３上に設置した。排気手段４０６を介して処理室４０１内を真空排気し、１０−７Ｔｏｒｒの値まで減圧させた。続いて温度調整手段４０４であるヒータに通電し、被処理基体４０２であるシリコン基板を３００℃に加熱し、被処理基体４０２であるシリコン基板をこの温度に保持した。プラズマ処理用ガス導入口４０５を介して酸素ガスを２００ｓｃｃｍの流量で、また、ＡｒのキャリアガスによりＴｉＣｌ４蒸気を１０ｓｃｃｍの流量で処理室４０１内に導入した。次に、排気手段４０６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４０１内を５０ｍＴｏｒｒに保持した。ついで、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より２．０ｋＷの電力を環状導波管４０３を介して処理室４０１内に供給した。かくして、処理室４０１内のラジカル発生領域４１１にラジカルを発生させた。プラズマ処理用ガス導入口４０５を介して導入された原料ガスは処理室４０１内で励起、分解されて被処理基体４０２であるシリコン基板の方向に輸送され、酸化チタン膜が被処理基体４０２であるシリコン基板上に５ｎｍの厚さで形成された。
処理後、均一性、耐圧について評価した。均一性は±２．７％、耐圧は８．２ＭＶ／ｃｍと良好であった。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例１のラジカル処理装置の断面図である。
【図２】本発明の実施例２のラジカル処理装置の断面図である。
【図３】本発明の実施例３のラジカル処理装置の断面図である。
【図４】本発明の実施例４のラジカル処理装置の断面図である。
【図５】従来例のラジカル処理装置の断面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１  処理室
１０２、２０２、３０２、４０２、５０２  被処理基体
１０３、２０３、３０３、４０３、５０３  被処理基体支持体
１０４、２０４、３０４、４０４、５０４  基体温度調整手段
１０５、２０５、３０５、４０５、５０５  処理用ガス用導入手段
１０６、２０６、３０６、４０６、５０６  排気手段
２０７、４０７  誘電体窓
１０８、２０８、３０８、４０８、５０８  ラジカル生成手段
１０９、２０９、３０９、４０９，５０９  コンダクタンス制御手段
１１０、２１０、３１０  フラックス均一化手段
【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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