(57)【要約】【課題】プラズマ生成室に連通した成膜室で形成される膜の重金属汚染を抑制できるプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】ＥＣＲプラズマを生成するプラズマ生成室１と、このプラズマ生成室１にマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段２と、プラズマ生成室１に連通した成膜室３とを備えたプラズマ処理装置において、プラズマ生成室１に対するマイクロ波供給手段２の接続部に、たとえばそのマイクロ波整流板１９に、プラズマ生成室１との連通開口たる角穴１９ａに臨んだ金属内壁を覆う耐プラズマ性の保護部材２１を設ける。これによりプラズマ生成室１外まで広がるプラズマによって金属内壁がスパッタされるのを抑止することができ、成膜室３への金属元素の飛来、それによる膜汚染を防止することが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＣＲプラズマを生成するプラズマ生成室と、このプラズマ生成室にマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段と、前記プラズマ生成室に連通した成膜室とを備えたプラズマ処理装置において、前記プラズマ生成室に対する前記マイクロ波供給手段の接続部に、プラズマ生成室との連通開口に臨んだ金属内壁の少なくとも一部を覆う耐プラズマ性の保護材を設けたプラズマ処理装置。
【請求項２】
プラズマ生成室に対するマイクロ波供給手段の接続部にマイクロ波整流板を有し、耐プラズマ性の保護材は、前記マイクロ波整流板の開口部の内周面を覆っている請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
耐プラズマ性の保護材が石英ガラス製の枠状部材あるいは高純度アルミナ皮膜である請求項１または請求項２のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイス製造工程などで薄膜形成に用いられるプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス製造工程などで薄膜形成に用いられる代表的なプラズマ処理装置として、特許文献１に示されたような、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）プラズマを利用したプラズマ処理装置がある。
【０００３】
このプラズマ処理装置は、図４に示すように、ＥＣＲプラズマを生成するプラズマ生成室１と、このプラズマ生成室１にマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段２と、プラズマ生成室１に連通した成膜室(スパッタチャンバー)３とを備えている。
【０００４】
プラズマ生成室１は、上端と下端のそれぞれに開口が同軸状に形成されており、下端に、その下端開口を通じて周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を真空度を維持して供給するようにマイクロ波供給手段２が接続されるとともに、スパッタガス及び清浄化ガスとしてのアルゴン(Ａｒ)ガス、及び反応性ガスとしての酸素(Ｏ２)ガスを導入するガス導入管４が接続されている。プラズマ生成室１の周囲にはＥＣＲ条件を満たす磁界を生成するための磁気コイル５が設けられている。
【０００５】
成膜室３は、その下端開口において生成室１の上端開口に接続されており、室内を真空にするための排気口６が側壁に開口している。成膜室３の内部には、プラズマ生成室１の上端にその上端開口を囲んで設けられたＳｉやＡｌなどのターゲット材７が、下端開口に臨む内壁を覆うように設置されるとともに、この下端開口に対向するように成膜対象物としての基板８を設置するためのステージ９が設けられている。ターゲット材７には負のバイアス電圧を印加するためのＲＦ電源１０が接続されている。
【０００６】
図５はプラズマ生成室１に接続したマイクロ波供給手段２を拡大図示している。
図５（ａ）に示すように、マイクロ波源１１は、矩形導波管１２と整合器１３と矩形導波管１４，１５と真空導波管１６とを介してプラズマ生成室１に接続している。矩形導波管１５は、マイクロ波を２つに分岐するもので、マイクロ波回路におけるＥ面Ｙ分岐回路である。真空導波管１６は、マイクロ波を送りだすためのスリット１７を中央部に有するもので、図５（ｂ）にも示すように、マイクロ波がそのマイクロ波電界を外部磁界と平行として外部磁界に垂直な方向へ進む導波管部１６−１と、このマイクロ波を外部磁界に沿ってプラズマ生成室１へ導くテーパー管部１６−２とから構成されている。
【０００７】
スリット１７は、導波管部１６−１におけるマイクロ波の進行方向（導波管部１６−１の長手方向）に短く、それに直角な方向に長い矩形開口（たとえば５０ｍｍ×９６ｍｍ）であり、テーパー管部１６−２のプラズマ生成室側は、スリット１７の長手方向寸法と等しい直径の円形のマイクロ波導入開口１８（９６ｍｍφ）となっている。このテーパー管部１６−２のマイクロ波導入開口１８側の端部には、マイクロ波整流用の角穴１９ａが中央に形成された円板状のマイクロ波整流板１９（外径１２２ｍｍφ）が設けられている。角穴１９ａはスリット１７の直上にあり、スリット１７と同等の寸法である。
【０００８】
スリット１７の両側の対称な位置、マイクロ波が外部磁界に垂直に進行する部分には、真空を維持してマイクロ波を導入するためのマイクロ波導入窓２０−１、２０−２が設置されている。この例では石英板が用いられている。
【０００９】
このような構成により、マイクロ波源１１からのマイクロ波は、矩形導波管１２、整合器１３、矩形導波管１４を経て分岐回路たる矩形導波管１５に導かれ、そこで２つに分岐され、それぞれ等しい伝播距離で進行した後に、マイクロ波導入窓２０−１，２０−２を通り、スリット１７に到達する。
【００１０】
このとき、矩形導波管１５で分岐された２つのマイクロ波の位相は互いに１８０度異なっているため、導波管部１６−１のスリット１７付近では、マイクロ波導入窓２０−１からのマイクロ波とマイクロ波導入窓２０−２からのマイクロ波とが互いに打ち消しあって定在波の節となり、マイクロ波電界強度は非常に弱くなり、導波管部１６−１内でのプラズマ発生は防止される。一方で、導波管壁を流れる高周波電流はスリット１７によって断ち切られるため、スリット１７に到達したマイクロ波はテーパー管部１６−２内へ放射され、さらにプラズマ生成室１内に放射される。
【００１１】
この様子を図５（ｃ）に示す。管内の矢印がマイクロ波の電気力線を模式的に示している。導波管部１６−１内ではマイクロ波電界は外部磁界と平行となり、プラズマ生成室内に放射されるマイクロ波の電界は外部磁界と垂直になっている。
【００１２】
このようにしてプラズマ生成室１内に放射されるマイクロ波によって、ガス導入管４より導入されるガスが励起されてプラズマ化し、そのプラズマが成膜室３に流れ込んでターゲット材７をスパッタする結果、ターゲット材７の薄膜が基板８上に形成される。
【００１３】
なおこの際に、マイクロ波導入窓２０−１，２０−２がマイクロ波導入用開口１８からみて死角の位置にあるため、プラズマ生成室１内で生成されたプラズマ中の粒子が直接飛来することはなく、マイクロ波導入窓２０−１，２０−２への膜の付着は防止される。
【００１４】
このようにＥＣＲプラズマを利用して薄膜を形成するプラズマ処理装置は、低ガス圧(１０−４〜１０−５Torr)、低プラズマダメージ、低イオン損傷などの特徴を有しており、Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＳｉＮなどの各種薄膜を、加熱無しの低温で緻密かつ高品質に形成することができる。
【００１５】
このため化合物半導体レーザの製造工程において、レーザ端面に誘電体膜を形成する端面コートプロセスに使用されることがある。この端面コートプロセスでは、レーザの高出力化がすすむにともない、形成される端面コート膜中の重金属汚染量が低いこと、例えばＦｅ，Ｃｒ，Ｎｉについては３×１０１７atoms/cm3以下であることが要求されている。これは、重金属元素が端面コート膜中へ入り込むことで素子の信頼性低下を引き起こすためである。
【００１６】
そこで上述したプラズマ処理装置でも、プラズマ生成室１は、石英チューブ１０１と、プラズマ引き出し窓となる円形の開口を形成した石英板１０２と、マイクロ波導入窓となる角形の開口を形成した石英板１０３とで構成することによって、基板８への金属元素の飛来を抑制している。
【特許文献１】特開平６−５３８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、プラズマ処理装置では一般に、プラズマ生成室１で生成したプラズマの一部はマイクロ波供給手段２側まで広がるため、その接続部分、上述した例ではマイクロ波整流板１９の角穴１９ａ部分の金属面がスパッタされ、金属元素の飛散、基板８上への飛来が起こる。これまでは、基板８上に形成される膜の重金属汚染量を３×１０１７atoms/cm３以下に抑えることは困難であった。
【００１８】
本発明の目的は、プラズマ生成室に連通した成膜室で形成される膜の重金属汚染を抑制できるプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するために本発明は、ＥＣＲプラズマを生成するプラズマ生成室と、このプラズマ生成室にマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段と、前記プラズマ生成室に連通した成膜室とを備えたプラズマ処理装置において、前記プラズマ生成室に対する前記マイクロ波供給手段の接続部に、プラズマ生成室との連通開口に臨んだ金属内壁の少なくとも一部を覆う耐プラズマ性の保護材を設けたもので、これによりプラズマ生成室外まで広がるプラズマによって前記金属内壁がスパッタされるのを抑止することができ、成膜室への金属元素の飛来、それによる膜汚染を防止することが可能となる。
【００２０】
プラズマ生成室に対するマイクロ波供給手段の接続部にマイクロ波整流板を有し、耐プラズマ性の保護材は、前記マイクロ波整流板の開口部の内周面を覆っていることを特徴とする。耐プラズマ性の保護材は、石英ガラス製の枠状部材あるいは高純度アルミナ皮膜であってよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のプラズマ処理装置は、プラズマ生成室との連通開口に臨んだ金属内壁を耐プラズマ性の保護材で覆ったことにより、金属内壁からの金属元素の飛散を抑止することができ、成膜室で形成される膜中の金属汚染レベルを従来よりも低減すること、具体的には３×１０17atoms/cm3以下までも低減することが可能となる。よって、このプラズマ処理装置で薄膜形成する化合物半導体レーザなどの半導体デバイスの信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態におけるプラズマ処理装置の概略全体構成を示す断面図であり、図２（ａ）（ｂ）はそれぞれ同プラズマ処理装置の一部を拡大して示す平面図、断面図である。図１、図２において、先に図４、図５を用いて説明した従来のプラズマ処理装置と同様の作用を有する部材は、図４、図５と同じ符号を付して説明を省略する。
【００２３】
図１に示すように、プラズマ生成室１に対するマイクロ波供給手段２の接続部に、ここではプラズマ生成室１に最も近接しているマイクロ波整流板１９に、プラズマ生成室１との連通開口たる角穴１９ａに臨んだ内壁を覆う耐プラズマ性の保護部材２１が設けられている。
【００２４】
この保護部材２１は、石英ガラスで作製されたもので、図２（ａ）（ｂ）に示すように四角枠状である。マイクロ波整流板１９の内壁１９ｂと保護部材２１の外壁とは互いに勘合する凹凸状に加工されており、マイクロ波整流板１９と保護部材２１は隙間なく一体化されている。
【００２５】
この構成によれば、プラズマ生成室１で生成したプラズマの一部がマイクロ波整流板１９側まで広がっても、その角穴１９ａに臨んだ内壁（金属面）１９ｂは石英ガラスという耐プラズマ性の保護部材２１で覆われているためスパッタリングされることはなく、マイクロ波整流板１９からの金属の飛散、放出を抑止できる。このことにより、成膜室３で基板８上に形成される薄膜中の金属汚染量を１〜３×１０１７atoms/cm3レベルまで低減できる。
【００２６】
上述した保護部材２１に代えて、図３（ａ）（ｂ）に示すように、マイクロ波整流板１９に、その角穴１９ａに臨んだ内壁１９ｂを覆う耐プラズマ性の保護被膜２２を設けてもよい。保護被膜２２の一例は、プラズマ溶射法を用いて形成される高純度アルミナ皮膜である。この構成によっても、マイクロ波整流板１９からの金属の飛散、放出を抑止することができ、成膜室３で基板８上に形成される薄膜中の金属汚染量を１〜３×１０１７atoms/cm3レベルまで低減できる。
【００２７】
具体例を挙げると、保護被膜２２として高純度アルミナ皮膜を形成した装置において、Ｓｉ基板上にＳｉＯ２を成膜し、原子吸光により不純物解析を実施したところ、Ｆｅ：１．８×１０１７atoms/cm3、Ｃｒ：２．５×１０１６atoms/cm3、Ｎｉ：１．９×１０１６atoms/cm3の結果が得られた。
【００２８】
なおここでは、マイクロ波整流板１９の開口部を角穴１９ａとし、それに対応する枠状の保護部材２１あるいは保護被膜２２を設けたが、プラズマ生成に支障を来たさなければ、マイクロ波整流板１９の開口部の形状は角穴１９ａに限られるものではない。保護部材２１、保護被膜２２の材料も上記したものに限定されず、プラズマ耐性（プラズマ耐圧）に優れていれば他の材料を使用してもよい。マイクロ波整流板１９とともに、あるいはマイクロ波整流板１９が設けられていない場合に、プラズマが回り込む可能性があるテーパー管部１６−２に保護被膜２２を設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明のプラズマ処理装置は、金属汚染レベルが低いことが要求される膜、たとえば半導体レーザ装置の端面コートプロセスに必要な誘電体膜などの成膜に特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態におけるプラズマ処理装置の概略全体構成を示す断面図
【図２】図１のプラズマ処理装置の一部拡大図
【図３】図１のプラズマ処理装置の変形例を示す一部拡大図
【図４】従来のプラズマ処理装置の概略全体構成を示す断面図
【図５】図４のプラズマ処理装置の一部拡大図
【符号の説明】
【００３１】
１    プラズマ生成室
２    マイクロ波供給手段
３    成膜室
19    マイクロ波整流板
19a   角穴
21    保護部材
22    保護被膜
【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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