(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波プラズマ処理容器内を減圧するための排気手段と、前記処理容器内にプラズマを励起するためのガスを供給するガス供給手段と、前記処理容器の壁面に設けられたマイクロ波透過用誘電体窓と、前記誘電体窓のマイクロ波導入側に設けられたアンテナ手段と、前記アンテナ手段の上流側に設けられたマイクロ波発生手段とを備え、前記誘電体窓に対向して前記処理容器内に基板が設置されるように構成されているマイクロ波プラズマ処理装置において、
前記誘電体窓の処理容器側の面の外周部に、プラズマ励起領域が直接処理容器壁の金属表面と接触しないように、リング状のスリーブを設け、
前記誘電体窓の中央部に処理容器側又はマイクロ波導入側に突出する凸部を設け、
前記凸部の厚さが誘電体内のマイクロ波の波長の１／４程度であることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項２】
マイクロ波プラズマ処理容器内を減圧するための排気手段と、前記処理容器内にプラズマを励起するためのガスを供給するガス供給手段と、前記処理容器の壁面に設けられたマイクロ波透過用誘電体窓と、前記誘電体窓のマイクロ波導入側に設けられたアンテナ手段と、前記アンテナ手段の上流側に設けられたマイクロ波発生手段とを備え、前記誘電体窓に対向して前記処理容器内に基板が設置されるように構成されているマイクロ波プラズマ処理装置において、
前記誘電体窓の処理容器側の面の外周部に、プラズマ励起領域が直接処理容器壁の金属表面と接触しないように、リング状のスリーブを設け、
前記誘電体窓に、前記誘電体内のマイクロ波の波長の１／４程度の厚さを有する凸部を同心円状に設けたことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置
【請求項３】
マイクロ波プラズマ処理容器内を減圧するための排気手段と、前記処理容器内にプラズマを励起するためのガスを供給するガス供給手段と、前記処理容器の壁面に設けられたマイクロ波透過用誘電体窓と、前記誘電体窓のマイクロ波導入側に設けられたアンテナ手段と、前記アンテナ手段の上流側に設けられたマイクロ波発生手段とを備え、前記誘電体窓に対向して前記処理容器内に基板が設置されるように構成されているマイクロ波プラズマ処理装置において、
前記誘電体窓の処理容器側の面の外周部に、プラズマ励起領域が直接処理容器壁の金属表面と接触しないように、リング状のスリーブを設け、
前記誘電体窓に同心円状の凸部を、前記誘電体窓の径方向に１／２波長の整数倍の直径で不連続に設けたことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項４】
前記凸部の厚さが誘電体内のマイクロ波の波長の１／４程度であることを特徴とする請求項３記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項５】
マイクロ波プラズマ処理容器内にガス供給手段によってプラズマを励起するための原料ガスを供給し、排気ポンプにより原料および反応副生成ガスを排気して容器内を減圧にし、マイクロ波発生手段により発振、増幅せしめたマイクロ波をアンテナ手段に導入してスロットを通して放射し、放射されたマイクロ波をマイクロ波透過窓を介して真空雰囲気下の前記処理容器内へ導入し、このマイクロ波の作る電磁界によって処理容器内にプラズマを生成し、前記誘電体窓に対向して設けられた基板をマイクロ波プラズマ処理するマイクロ波プラズマ処理方法において、
前記誘電体窓として、その処理容器側の面の外周部に、プラズマ励起領域が処理容器壁の金属表面と直接接触しないように、リング状のスリーブを有しており、さらに、前記誘電体窓の中央部に処理容器側又はマイクロ波導入側に突出する凸部を設けて、かつ、前記凸部の厚さを誘電体内のマイクロ波の波長の１／４程度にした誘電体窓を備えたプラズマ処理装置を用いてプラズマ処理を行うことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理方法。
【請求項６】
マイクロ波プラズマ処理容器内にガス供給手段によってプラズマを励起するための原料ガスを供給し、排気ポンプにより原料および反応副生成ガスを排気して容器内を減圧にし、マイクロ波発生手段により発振、増幅せしめたマイクロ波をアンテナ手段に導入してスロットを通して放射し、放射されたマイクロ波をマイクロ波透過窓を介して真空雰囲気下の前記処理容器内へ導入し、このマイクロ波の作る電磁界によって処理容器内にプラズマを生成し、前記誘電体窓に対向して設けられた基板をマイクロ波プラズマ処理するマイクロ波プラズマ処理方法において、
前記誘電体窓として、その処理容器側の面の外周部に、プラズマ励起領域が処理容器壁の金属表面と直接接触しないように、リング状のスリーブを有しており、さらに、同心円状の凸部を前記誘電体窓の径方向に１／２波長の整数倍の直径で不連続に設けた誘電体窓を備えたプラズマ処理装置を用いてプラズマ処理を行うことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理方法。
【請求項７】
前記誘電体窓の前記凸部の厚さを誘電体内のマイクロ波の波長の１／４程度にしたことを特徴とする請求項６記載のマイクロ波プラズマ処理方法。
【請求項８】
前記処理容器内の前記ガス圧は０．１Ｐａ〜１０００Ｐａであり、電極に印加されるマイクロ波の周波数は２ＧＨｚ〜１０ＧＨｚであることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項記載のマイクロ波プラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波励起プラズマ処理装置（以下、マイクロ波プラズマ処理装置と称す。）およびこの装置を用いるプラズマ処理方法に係わり、特に、０．５Ｗ／ｃｍ２〜２０Ｗ／ｃｍ２の大電力密度のマイクロ波導入窓を有するマイクロ波プラズマ処理装置であって、半導体ＬＳＩ作製における被処理物である基板に成膜、エッチング、膜組成の改善・改質、アッシングを行うことのできるマイクロ波プラズマ処理装置、およびこの装置を用いるプラズマ処理方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体ＬＳＩにおけるデバイスの微細化、ウェーハの大口径化に伴い、ウェーハの微細加工は枚葉処理が主流になっている。その中のＣＶＤやエッチングやアッシングのプラズマ処理ではＤＣや高周波励起のプラズマ源が用いられている。また、マイクロ波を用いたプラズマ源ではＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）が用いられている。
上記のように高周波やＥＣＲで励起されたプラズマの場合、高密度のプラズマを生成するためには磁場の印加が必要である上、大口径で均一なプラズマを生成することが困難であった。また、プラズマ電位が約２０ｅＶと高いために、チャンバ壁をスパッタリングして金属汚染が発生したり、さらに、フローティング基板に対するイオン照射エネルギーも１０ｅＶ以上と高いために、基板にダメージを与えるといった問題もあった。
【０００３】
そこで、ラジアルラインスロットアンテナ(以下、ＲＬＳＡと称す。)などのアンテナ手段を用い、スロットから誘電体を介してマイクロ波を真空雰囲気中に導入し、強いマイクロ波電界を作り出すことによって表面波プラズマを生成する方式が開発されている。例えば、特開２０００−２９４５４８号公報には、誘電体窓の厚さを連続的に変えた方式が記載されている。この方式では、アンテナのスロットパターンにより円偏波マイクロ波を放射するので、大口径で均一なプラズマが生成でき、また、周波数が高いため、低温かつ高密度のプラズマを生成することができ、高速で良質なプラズマ処理が実現できるとされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記特開２０００−２９４５４８号公報記載の従来技術では、マイクロ波は、導波路をある特定モードで伝播し、アンテナ手段から放射されて真空容器内にマイクロ波電界を作り出し、それによってプラズマを形成しているが、プラズマが高密度になると、エネルギー吸収が起こると同時にプラズマ表面でマイクロ波は反射され、不特定多数のモードが誘電体を挟んだアンテナ表面とプラズマ励起部との間で発生する。このように誘電体窓の厚さを連続的に変え、プラズマ処理室側の面を錐状にしたものを用いる場合、モードの安定性等に問題がある。
【０００５】
この反射波は、アンテナ表面とプラズマ励起部との間を空洞共振器として減衰されるモードと増幅されるモードとに分かれる。しかし、この反射波が、導入されたマイクロ波と干渉して減衰すると、プラズマへのパワー供給が安定せず、プラズマは不安定になる。その結果、反射波をチューナーで抑え切れなかったり、常にオートマッチングが大きく揺れてしまい、プラズマが点滅するといった問題もあった。
【０００６】
また、マイクロ波は周波数が高いため、プラズマのある一部が低インピーダンスになる程、パワーがその一部に集中する傾向がある。
さらに、径方向には表面波モードが形成され、これも多数のモードが結合して最も安定する状態を取るが、経時変化によりプラズマインピーダンスのバランスが少しでも崩れると、モードジャンプを起こしてプラズマ分布の再現性がとれないといった問題があった。また、この表面波モードはプロセス圧力にも大きく依存し、低圧（５〜１００Ｐａ程度）と高圧（１００Ｐａ〜）とではプラズマ密度分布が中央部と外周部で逆転するといった現象がある。
【０００７】
本発明の課題は、上記従来技術の問題を解決することにあり、基板表面で均一なプラズマ密度を得ることができ、信頼性、安定性の高い高効率プラズマ処理を行うことができるマイクロ波プラズマ処理装置およびこの装置を用いる処理方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のマイクロ波励起プラズマ処理装置は、マイクロ波プラズマ処理容器内を減圧するための排気手段と、前記処理容器内にプラズマを励起するためのガスを供給するガス供給手段と、前記処理容器の壁面に設けられたマイクロ波透過用誘電体窓と、前記誘電体窓のマイクロ波導入側に設けられたアンテナ手段と、前記アンテナ手段の上流側に設けられたマイクロ波発生手段とを備え、前記誘電体窓に対向して前記処理容器内に基板が設置されるように構成されているマイクロ波プラズマ処理装置において、前記誘電体窓の処理容器側の面の外周部に、プラズマ励起領域が直接処理容器壁の金属表面と接触しないように、リング状のスリーブを設け、前記誘電体窓の中央部に処理容器側又はマイクロ波導入側に突出する凸部を設け、前記凸部の厚さが誘電体内のマイクロ波の波長の１／４程度であることを特徴とする。
また、本発明のマイクロ波励起プラズマ処理装置は、マイクロ波プラズマ処理容器内を減圧するための排気手段と、前記処理容器内にプラズマを励起するためのガスを供給するガス供給手段と、前記処理容器の壁面に設けられたマイクロ波透過用誘電体窓と、前記誘電体窓のマイクロ波導入側に設けられたアンテナ手段と、前記アンテナ手段の上流側に設けられたマイクロ波発生手段とを備え、前記誘電体窓に対向して前記処理容器内に基板が設置されるように構成されているマイクロ波プラズマ処理装置において、前記誘電体窓の処理容器側の面の外周部に、プラズマ励起領域が直接処理容器壁の金属表面と接触しないように、リング状のスリーブを設け、前記誘電体窓に、前記誘電体内のマイクロ波の波長の１／４程度の厚さを有する凸部を同心円状に設けたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のマイクロ波励起プラズマ処理装置は、マイクロ波プラズマ処理容器内を減圧するための排気手段と、前記処理容器内にプラズマを励起するためのガスを供給するガス供給手段と、前記処理容器の壁面に設けられたマイクロ波透過用誘電体窓と、前記誘電体窓のマイクロ波導入側に設けられたアンテナ手段と、前記アンテナ手段の上流側に設けられたマイクロ波発生手段とを備え、前記誘電体窓に対向して前記処理容器内に基板が設置されるように構成されているマイクロ波プラズマ処理装置において、前記誘電体窓の処理容器側の面の外周部に、プラズマ励起領域が直接処理容器壁の金属表面と接触しないように、リング状のスリーブを設け、前記誘電体窓に同心円状の凸部を、前記誘電体窓の径方向に１／２波長の整数倍の直径で不連続に設けたことを特徴とする。この場合、前記凸部の厚さを誘電体内のマイクロ波の波長の１／４程度にする。
【００１０】
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置によれば、大口径の誘電体窓、例えば、直径２５０ｍｍ以上を有するか、または直径２５０ｍｍの円と同等以上の面積を有する誘電体窓を用い、大電力密度のマイクロ波を導入することが可能である。
【００１１】
本発明のマイクロ波プラズマ処理方法は、マイクロ波プラズマ処理容器内にガス供給手段によってプラズマを励起するための原料ガスを供給し、排気ポンプにより原料および反応副生成ガスを排気して容器内を減圧にし、マイクロ波発生手段により発振、増幅せしめたマイクロ波をアンテナ手段に導入してスロットを通して放射し、放射されたマイクロ波をマイクロ波透過窓を介して真空雰囲気下の前記処理容器内へ導入し、このマイクロ波の作る電磁界によって処理容器内にプラズマを生成し、前記誘電体窓に対向して設けられた基板をマイクロ波プラズマ処理するマイクロ波プラズマ処理方法において、上記したように構成された誘電体窓を備えたプラズマ処理装置を用いてプラズマ処理する。上記処理容器内のガス圧は０．１Ｐａ〜１０００Ｐａであり、電極に印加されるマイクロ波の周波数は２ＧＨｚ〜１０ＧＨｚであることが好ましい。ガス圧が０．１Ｐａ未満であり、また、１０００Ｐａを超えると放電開始及び維持が困難となる。また、周波数が２ＧＨｚ未満であると所望のプラズマ密度が得られず、１０ＧＨｚを超えると電力増幅のための設備が大がかりになるほか、その取り扱いに難がある。
【００１２】
本発明によれば、マイクロ波プラズマ処理装置において、上記したように誘電体窓の表面形状や厚さを面内調整し、供給するマイクロ波と反射波が共振器内で増幅される領域とそうでない領域とを形成する事で、パワーをその増幅される領域に効率的に集中させ、また、空間で安定する表面波モードを制限する事でモードジャンプの発生を抑制できるため、信頼性、安定性の高い高効率プロセスを行うことができる。
また、プラズマは、誘電体窓の表面から僅か数ミリ以内離れた領域で励起され、拡散によって対向する基板上に到達する。この拡散によるプラズマ密度の減衰は略々距離の二乗に比例する。プラズマ密度の低い領域に対応する誘電体部分を基板側に近づけるように誘電体窓の形状に段差をつける事により、基板表面で均一なプラズマ密度を得る事が出来る。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置を、図１、２、５、および６を参照して説明する。
図１は、本発明の第一実施態様として、ＲＬＳＡを用いた半導体基板用マイクロ波プラズマ処理装置において、外周部にリング状のスリーブを有するマイクロ波透過窓を備えた装置の概略の構成を示す断面図である。
【００１４】
図１において、１０１はプラズマ処理を行うための処理容器、１０２は同軸導波変換器およびアンテナ手段、１０３はマイクロ波を放射するスロット、１０４はマイクロ波透過用誘電体窓、１０５はエッチングや成膜を行うために基板上方にマイクロ波電界により形成されたプラズマ、１０６はマイクロ波を発振するマグネトロン、１０７はアイソレータ、１０８は４Ｅチューナー、１０９は導波管、１１０はプラズマ形成用ガスの供給手段、１１１は排気ポンプ、１１２は容器１０１内の圧力を調整する圧力調整弁、１１３はプラズマ処理をされる基板、１１４は基板を保持する電極、１１５は基板電極１１４および基板１１３に必要に応じて高周波を印加するための高周波電源、１１６は高周波のインピーダンス調整をとるための整合器である。誘電体窓１０４の外周部、すなわち中央部から離れた部分には、プラズマ励起領域が直接処理容器壁の金属表面と接触しないようにリング状のスリーブ１１７が形成されている。
【００１５】
以下、図１に示す装置を用いて行うプラズマ処理方法についての概要を説明する。
処理容器１０１内にガス供給手段１１０によってプラズマ１０５を励起させるためのガスを供給し、排気ポンプ１１１を作動させ、原料および反応副生成ガスを排気して処理容器１０１内を減圧にし、処理容器１０１内のプロセス圧力を圧力調整弁１１２によって調整する。マグネトロン１０６で発振、増幅されたマイクロ波は４Ｅチューナー１０８を通してアンテナ１０２に導入され、スロット１０３から放射される。このとき、反射波は４Ｅチューナー１０８によって処理容器１０１側へと戻されるが、調整しきれない反射波についてはアイソレータ１０７で吸収し、マグネトロン１０６へ戻ることを防いでいる。スロット１０３から放射されたマイクロ波は誘電体窓１０４を介して真空雰囲気下の処理容器１０１の内部へ導入され、このマイクロ波の作る電磁界によって処理容器１０１内にプラズマ１０５を形成する。
【００１６】
形成されたプラズマ１０５の密度が誘電体窓１０４の近傍でマイクロ波のカットオフ密度を越えると、マイクロ波の侵入長は数ミリとなってプラズマ中の数ミリの範囲において一部のエネルギーがプラズマ１０５に吸収され残りは反射される。生成されたプラズマ１０５の密度分布は、スロットパターンによっては平面で均一に調整することができるが、その時の処理容器１０１内の圧力や誘電体窓１０４の形状にも大きく依存する。このようにして生成されたプラズマ１０５は拡散によって基板１１３へ到達し、基板１１３に対して所望のプラズマ処理を施すことができる。
【００１７】
図２は、本発明の第二実施態様として、ＲＬＳＡを用いた半導体基板用マイクロ波プラズマ処理装置の構成において、アンテナ手段側の面に凸部を設けたマイクロ波透過窓を備えた装置の概略の構成を示す断面図である。
この装置においては、マイクロ波の導入窓を構成する誘電体窓２０４として、同心円の領域、すなわち、円形の誘電体窓の中心から所定の等距離までの領域において大気側（マイクロ波導入側）の表面に凸部（直径：Ｄ２）を設けて、その部分の厚さを変えた誘電体窓を用いている。その他の構成は図１に示すものと同じ構成であり、図中の符号については、特に断らない限り、図１と同じ符号は同じ構成を示す。
【００１８】
マイクロ波の導入窓である誘電体窓２０４は、誘電体窓１０４と同様の材質のものから作製され得る。厚さ５０ｍｍの石英板を用いる場合、例えば、φ＝９５ｍｍまでの範囲（Ｄ２）の領域において誘電体窓２０４の大気側を凸型にし、その凸型部分の厚さを６０ｍｍにしてある。例えば、直径（Ｄｗ）２００ｍｍのシリコン基板の直上にある誘電体窓の厚さは、基板の半径が０ｍｍから４７．５ｍｍまでの範囲（Ｄ２Ｘ１／２）の領域においてその直上に位置する領域の厚さが６０ｍｍになり、その他の領域における厚さが５０ｍｍになる。
【００１９】
図５は、本発明の第三実施態様として、ＲＬＳＡを用いた半導体基板用マイクロ波プラズマ処理装置の構成において、処理容器１０１側の面に凸部を設けたマイクロ波透過窓を備えた装置の概略の構成を示す断面図である。
この装置においては、マイクロ波の導入窓を構成する誘電体窓５０４として、同心円の領域、すなわち誘電体窓の中心から所定の等距離までの領域において図２の場合とは逆に真空側の表面に凸部（直径：Ｄ５）を設けて、その部分の厚さを変えた誘電体窓を用いている。その他の構成は図１に示すものと同じ構成であり、図中の符号については、特に断らない限り、図１と同じ符号は同じ構成を示す。
【００２０】
マイクロ波の導入窓である誘電体窓５０４は、誘電体窓１０４と同様の材質のものから作製され得る。厚さ４４ｍｍの石英板を用いる場合、例えば、φ＝６０ｍｍまでの範囲（Ｄ５）の領域において誘電体窓５０４の真空側を凸型にし、その凸型部分の厚さを６０ｍｍにしてある。例えば、直径（Ｄｗ）２００ｍｍのシリコン基板の直上にある誘電体窓の厚さは、基板の半径が０ｍｍから３０ｍｍまでの範囲（Ｄ５Ｘ１／２）の領域においてその直上に位置する領域の厚さが６０ｍｍになり、その他の領域における厚さが４４ｍｍになる。また、基板の半径が０ｍｍから３０ｍｍまでの領域（Ｄ５Ｘ１／２）において、基板から誘電体板までの距離（Ｌ５２）を４０ｍｍとし、その他の領域においてはその距離（Ｌ５１）を５６ｍｍとしてある。
【００２１】
図６は、本発明の第四実施態様として、ＲＬＳＡを用いた半導体基板用マイクロ波プラズマ処理装置の構成において、アンテナ手段側の面に凸部を設け、かつ、該凸部に対応する処理容器１０１側の領域に凹部を設けたマイクロ波透過窓を備えた装置の概略の構成を示す断面図である。
この装置においては、マイクロ波の導入窓を構成する誘電体窓６０４として、同心円の領域、すなわち誘電体窓の中心から所定の等距離までの領域においてマイクロ波導入側の表面に凸部、真空側の表面に凹部を設けるように加工し、誘電体窓自体の厚さがどの領域においても同じ厚さになるように構成した誘電体窓を用いている。その他の構成は図１に示すものと同じ構成であり、図中の符号については、特に断らない限り、図１と同じ符号は同じ構成を示す。
【００２２】
マイクロ波の導入窓である誘電体窓６０４は、誘電体窓１０４と同様の材質のものから作製され得る。厚さ５０ｍｍの石英板を用いる場合、例えば、φ＝６０ｍｍまでの範囲（Ｄ６）の領域において誘電体窓６０４の真空側を凹型にし、基板６１３から直径（Ｄｗ）２００ｍｍの基板の直上にある誘電体窓までの距離については、基板の半径が０ｍｍから３０ｍｍまでの範囲（Ｄ６）の領域においてはその距離（Ｌ６２）を６５ｍｍとし、その他の領域においてはその距離（Ｌ６１）を６０ｍｍとしてある。
上記プラズマ処理容器内の圧力は、プロセス条件により異なるが、一般に、５Ｐａ〜１０００Ｐａの範囲において所望の効果を得ることができる。誘電体窓の下面と基板の上面との距離（Ｌ１１、Ｌ２１、Ｌ５１、Ｌ５２、Ｌ６１、Ｌ６２）は、プラズマ密度、酸化速度、膜厚分布均一性等の関係により、一般に、３０ｍｍ〜１２０ｍｍの範囲にすることが好ましい。
【００２３】
上記したように誘電体窓の厚さを所定の範囲内で変える場合は、その厚さを誘電体内のマイクロ波の波長（λｇ）のλｇ／４程度にする事が望ましい。マイクロ波の電界強度はそこに存在する定在波の状況により交播するので、中央部が最適厚さであれば、薄い外周部ではプラズマ密度が低くなってしまう。これは、誘電体窓の厚さを単に部分的に薄くしただけではその薄い部分で電界強度が強くなるとは限らないからである。そのために、本発明におけるように、中央部の厚さを規定して、誘電体内のマイクロ波の波長のλｇ／４の段差を設けることが効果的である。誘電体窓の厚さを変える範囲または段差をつける範囲は、同心円のリング状に配置されたものであっても、または適宜分布させて配置されたものでも良い。
【００２４】
高密度のプラズマを生成するためには、投入するマイクロ波の周波数を、一般に、２ＧＨｚ〜１０ＧＨｚの範囲内から適宜選択し、また、誘電体窓の直下のプラズマ密度がマイクロ波のカットオフ密度に達するようにするためには、投入電力を、誘電体窓下面の面積に対して、好ましくは１Ｗ／ｃｍ２〜５Ｗ／ｃｍ２の範囲内から適宜選択してプロセスを行うのがよい。プロセスガスとしては、堆積膜（絶縁膜、半導体膜、金属膜等）の形成、ＣＶＤ法による薄膜（シリコン系半導体薄膜、シリコン化合物系薄膜、金属薄膜、金属化合物薄膜等）の形成、基板表面のエッチング、基板表面上の有機成分のアッシング除去、基板表面の酸化処理、基板表面の有機物のクリーニング等の各プロセスによって異なるが、公知の各種ガスを適宜選択して用いることができる。例えば、一種類以上の公知のガスをプロセス中に少なくとも合計８．５Ｘ１０−２Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ以上導入すればよい。
【００２５】
基板の支持ステージ温度は、エッチングや成膜等の各プロセスによって異なるが、一般に、−４０℃〜６００℃の範囲内から適宜選択すればよい。
処理対象とする基板は、特に制限されず、例えば、半導体基板に限らず、ガラス基板、プラスチック基板、ＡｌＴｉＣ基板等を使用できる。
マイクロ波の導入窓を構成する誘電体としては、機械的強度が十分で、マイクロ波の透過率が十分高くなるように誘電損失が非常に小さい材料であれば特に制限されず、例えば、石英、アルミナ（サファイア）、窒化アルミニウム、窒化シリコン、フッ化炭素ポリマー等を用いることができる。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照してさらに詳細に説明する。
（実施例１）
図１および図２に示す本発明の装置を用いてＫｒ／Ｏ２プラズマを生成し、シリコン基板を直接酸化処理した後の処理ウェーハの酸化膜の厚さの測定について説明する。
はじめに、図１に示す装置を用いて行うシリコン基板の酸化処理について説明する。マイクロ波の導入窓に誘電体窓１０４を設置し、シリコン基板１１３を真空処理容器１０１内にセットした後、マグネトロン１０６からマイクロ波を出力して下記の条件でプラズマを生成し、プラズマ酸化後のシリコン基板１１３の酸化膜の厚さをエリプソメータにより測定した。
【００２７】
誘電体窓１０４として、直径３８０ｍｍ（真空容器側：３５０ｍｍ）、厚さ５０ｍｍの石英板（誘電率３．８、誘電損失＜１．０Ｘ１０−４＠２．４５ＧＨｚ）を設置した。マイクロ波は周波数：２．４５ＧＨｚで出力：２．５ｋＷ（約２．６Ｗ／ｃｍ２）とし、ホットプレート温度を４００℃に維持し、シリコン基板１１３の上面と誘電体窓１０４の下面との間の距離（Ｌ１１）を６０ｍｍとして、基板電極１１４上にあるシリコン基板１１３には高周波バイアスを印加することなく、プラズマ処理を行った。プラズマ励起用ガスとして、Ｋｒを０．５Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ、Ｏ２を１．７Ｘ１０−２Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ供給し、圧力調整弁１１２によって処理容器１０１内の圧力を１３３Ｐａに調整し、１０分間放電して、ウェーハのプラズマ酸化処理を行った。
また、圧力調整弁１１２によって処理容器１０１内の圧力を８０Ｐａに調整したこと以外は、上記と同じ条件でプラズマ処理を行った。
【００２８】
その結果、基板上に形成されたシリコン酸化膜の厚さの分布はほぼ同心円状となった。図３にその径方向の平均厚さを示す。図３から、８０Ｐａの場合は、基板上の外周部が中央部よりも膜厚が厚く、酸化速度が速いのに対し、１３３Ｐａの場合は、中央部の酸化速度の方が速いという事がわかる。
【００２９】
次に、図２に示す装置を用いて、図１に示す装置の場合と同様の条件で、シリコン基板２１３をプラズマ酸化処理し、酸化膜（酸化シリコン膜）の厚さをエリプソメータにより測定した。
その結果、基板上に形成されたシリコン酸化膜の厚さの分布はほぼ同心円状に均一となった。図４にその径方向の平均厚さを示す。この結果を図３と比較すると、８０Ｐａの場合の酸化膜の膜厚分布から、外周部は依然中央部よりも酸化速度は速いがその差違は小さくなっており、また、分布均一性が改善されていることがわかる。また、全体的に酸化膜の形成速度が速くなっている。このことから、誘電体窓の形状を変更する事でマイクロ波のパワーが効率的にプラズマに供給されるようになるとともに、分布均一性が向上している事がわかる。１３３Ｐａの場合も、全体的に酸化速度が速くなっており、８０Ｐａの場合と同様のことがいえる。
【００３０】
（実施例２）
図５に示す装置を用いてＫｒ／Ｏ２プラズマを生成し、シリコン基板を直接酸化処理した後の処理ウェーハの酸化膜の厚さの測定について説明する。
実施例１に記載した図１に示す装置の場合と同様の条件で、シリコン基板５１３をプラズマ酸化処理し、酸化膜の厚さをエリプソメータにより測定した。
【００３１】
その結果、基板上に形成されたシリコン酸化膜の厚さの分布はほぼ同心円状に均一となった。図７にその径方向の平均厚さを示す。この結果を図３と比較すると、８０Ｐａの場合の酸化膜の膜厚分布から、図３の場合と逆に中央部が外周部よりも酸化速度が速くなっていることがわかる。これは、シリコン基板の半径が０ｍｍから３０ｍｍまでの範囲において、誘電体窓（プラズマ生成領域）までの距離（Ｌ５２）が短いために基板に到達するプラズマの密度が他の範囲（距離：Ｌ５１）より高いためである。
よって、領域ごとに真空側の誘電体窓下面から基板までの距離を近づける事でその領域での成膜速度が上昇し、また、その距離を調整する事で膜厚の分布均一性を改善する事が出来る。
【００３２】
（実施例３）
図６に示す装置を用いてＫｒ／Ｏ２プラズマを生成し、シリコン基板を直接酸化処理した後の処理ウェーハの酸化膜の厚さの測定について説明する。
実施例１に記載した図１に示す装置の場合と同様の条件で、シリコン基板６１３をプラズマ酸化処理し、酸化膜の厚さをエリプソメータにより測定した。
【００３３】
その結果、基板上に形成されたシリコン酸化膜の厚さの分布はほぼ同心円状に均一となった。図８にその径方向の平均厚さを示す。この結果を図３と比較すると、８０Ｐａの場合の酸化膜の膜厚分布から、中央部の酸化速度が上昇する方向に改善され、また、均一性が上がっている事がわかる。一方、１３３Ｐａにおいては逆に外周部の酸化速度が上昇する方向に改善され、また、均一性が上がっている。これは、一見、上記実施例の結果と矛盾するが、１３３Ｐａの高圧条件においては平面形状の誘電体窓１０４（図１）を用いてもプラズマが中央部に集中する傾向がある。しかし、実施例２における結果のように基板中央部は誘電体窓（プラズマ生成領域）までの距離（Ｌ６２）が他の領域（距離：Ｌ６１）に比べて５ｍｍ遠いため、基板に到達するプラズマの密度が他の範囲より薄くなり、分布が改善されたと考えられる。逆に、８０Ｐａの低圧ではプラズマ密度が薄いためにプラズマは広がる傾向があるが、表面波の発生する面の一部を凹型にすることで凹型の領域でのプラズマ生成が多くなり、マイクロ波の安定結合モードが圧力条件により影響を受け難くなったためと考えられる。そのため、プラズマの広がりが抑えられ、高圧条件の場合に近い分布が得られるようになったのである。
【００３４】
上記の様に、領域ごとに誘電体窓の両面に凹凸加工を施す事で、この領域にマイクロ波のパワーを意図的に集中させ、圧力依存が少なくかつ均一性の良いプラズマの生成が可能になった。
上記実施例では、図１、２、５および６に示すマイクロ波プラズマ処理装置を用いて、シリコン基板をプラズマ酸化処理し、酸化膜を形成したが、同じプラズマ処理装置を用いて、半導体ＬＳＩ作製における被処理物である基板に対して、成膜、エッチング、膜組成の改善・改質、アッシング等の工程を、公知の薄膜形成ガス、エッチャントガス、アッシングガス等を用いて行う事ができた。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、マイクロ波プラズマ処理装置において、誘電体窓の表面形状や誘電体窓の厚さを面内調整し、供給するマイクロ波と反射波が共振器内で増幅される領域とそうでない領域を形成する事で、パワーをその増幅される領域に効率的に集中させることができるため、また、空間で安定する表面波モードを制限する事でモードジャンプの発生を抑制できるため、信頼性、安定性の高い高効率プロセスを行うことができる。
また、プラズマは誘電体窓から数ミリ以内の領域で励起され、拡散によって対向する基板上に到達する。この拡散によるプラズマ密度の減衰は略々距離の二乗に比例する。密度の低い領域の誘電体窓を基板側に近づくように段差をつける事により基板表面で均一なプラズマ密度を得る事が出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第一実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の概略の構成を示す模式的断面図。
【図２】  本発明の第二実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の概略の構成を示す模式的断面図。
【図３】  図１に示す装置を用いて形成されたシリコン酸化膜について、その径方向の平均厚さを示すグラフ。
【図４】  図２に示す装置を用いて形成されたシリコン酸化膜について、その径方向の平均厚さを示すグラフ。
【図５】  本発明の第三実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の概略の構成を示す模式的断面図。
【図６】  本発明の第四実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の概略の構成を示す模式的断面図。
【図７】  図５に示す装置を用いて形成されたシリコン酸化膜について、その径方向の平均厚さを示すグラフ。
【図８】  図６に示す装置を用いて形成されたシリコン酸化膜について、その径方向の平均厚さを示すグラフ。
【符号の説明】
１０１  プラズマ処理容器            １０２  同軸導波変換器およびアンテナ
１０３  スロット                    １０４  誘電体板
１０５  プラズマ                    １０６  マグネトロン
１０７  アイソレータ                １０８  ４Ｅチューナー
１０９  導波管                      １１０  ガス供給手段
１１１  排気ポンプ                  １１２  圧力調整弁
１１３  基板                        １１４  基板電極
１１５  基板電極用高周波電源        １１６  基板電極用整合器
１１７  スリーブ                    ２０４  誘電体板
２１３  基板                        Ｌ２１  誘電体板−基板間距離
Ｄｗ    基板範囲                    Ｄ２    誘電体板厚さ変更範囲
５０４  誘電体板                    ５１３  基板
Ｌ５１  誘電体板−基板間距離        Ｌ５２  誘電体板−基板間距離（厚さ変更部）                              Ｄ５    誘電体板厚さ変更範囲
６０４  誘電体板                    ６１３  基板
Ｌ６１  誘電体板−基板間距離        Ｌ６２  誘電体板−基板間距離（形状変更部）                              Ｄ６誘電体厚さ変更範囲
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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