(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面又は平面に近い曲面からなる被処理物の表面に対して、複数の単位電極を密集させて構成した実質的に電極面が平面である集合型電極を所定のギャップを設けて配置し、該ギャップにプロセスガスを供給するとともに、前記集合型電極に高周波電源から高周波電圧を印加して前記ギャップでプラズマを発生させて被処理物表面を処理するプラズマ処理装置であって、前記集合型電極は、高周波電源に接続する共通の導電性ベース板に、各単位電極を電気的に接続状態で且つ該導電性ベース板に対して直交方向に変位可能に設けるとともに、制御装置で駆動されたアクチュエータによって各単位電極が個別に規準位置と後退位置とをとる構造であり、前記単位電極が規準位置をとるときその先端でプラズマが発生し、後退位置をとるときプラズマが消滅することにより、プラズマの面内分布を制御することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記集合型電極の各単位電極は断面円形又は六角形の同一部材で、周囲部を除いて特定の単位電極の周りに６個の単位電極が等距離に位置した稠密配列であり、各単位電極が作る電極面の大きさを被処理物の処理対象表面よりも大きく設定してなる請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記アクチュエータがソレノイドであり、前記導電性ベース板の背後に平行に配置した保持構造体にソレノイドの本体部を固定し、ソレノイドの駆動部を前記単位電極の電極面とは反対側端部に直接連結してなる請求項１又は２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記アクチュエータがソレノイドであり、前記導電性ベース板の背後に配置した保持構造体にソレノイドの本体部を固定し、ソレノイドの駆動部を前記単位電極の電極面とは反対側端部に駆動力伝達ワイヤーを介して連結してなる請求項１又は２記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記ギャップに挿入した薄い板状の誘電体窓によって、被処理物側と前記集合型電極側を区画し、被処理物側には該被処理物の表面と誘電体窓の間にプロセスガス供給空間を形成してなる請求項１〜４何れかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記高周波電源と前記集合型電極との間に、単位電極が変位することにより変化するインピーダンスを整合するとともに、各単位電極が作る局所プラズマの状態を一定に維持するための電力制御システムを介在させてなる請求項１〜５何れかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記集合型電極の単位電極の個数が１００以上、１００００以下である請求項１〜６何れかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記プロセスガスの圧力が、０．０１〜１ＭＰａである請求項１〜７何れかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記請求項１〜８何れかに記載のプラズマ処理装置を用い、前記被処理物がＳＯＩウエハであり、予めＳＯＩウエハのシリコン層全面を計測して除去データを取得し、酸素ガスを不活性ガスで希釈したプロセスガスを用いて、前記除去データに基づいて各単位電極を駆動するアクチュエータを制御して面内分布を有する酸素プラズマを発生させ、この酸素プラズマで生成した酸素ラジカルをＳＯＩウエハのシリコン層の表面に作用させて除去部位を酸化させた後、プラズマ処理装置から取り出したＳＯＩウエハをフッ酸で処理して酸化膜を除去することを特徴とするＳＯＩウエハの加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理物表面をプラズマによって処理するためのプラズマ処理装置に係わり、更に詳しくは空間的及び時間的にプラズマ分布を制御して被処理物表面に対する実効的プラズマ作用時間を空間的に制御可能なプラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置においては、一対の電極間に基板を載置し、電極間に反応ガスを供給した状態で高周波電力を印加することにより、電極間に供給された反応ガスをイオン種、ラジカル種等に分解してプラズマを発生させ、このプラズマを用いて、電極間に載置された基板に対して、エッチング、薄膜形成、表面改質等の表面処理を行うプラズマ処理装置が広く用いられている。また、特許文献１には、高周波電力を印加した加工電極により発生させたプラズマ中で、反応ガスに基づく中性ラジカルを生成し、この中性ラジカルを被加工物の加工面に供給し、この中性ラジカルと加工面の原子又は分子とのラジカル反応によって生成した揮発性物質を気化させて除去し、加工電極を加工面に対して相対的に変化させて加工するプラズマＣＶＭ（Chemical Vaporization Machining）が開示され、更に反応ガスの種類と被加工物の材質に応じて決定される、加工時間と加工量との間の相関データと、前加工面と目的加工面の座標データとに基づきその座標差に応じて加工時間を数値制御して加工する数値制御プラズマＣＶＭが提案されている。
【０００３】
前述の特許文献１では、被加工物に対して十分小さいプラズマを発生させ、その局在化プラズマを走査して被加工物の表面全面を加工するのであり、この際に走査速度を制御することによりプラズマの滞在時間を制御し、各部での加工量を調節して任意曲面を加工するものである。しかし、小さなプラズマを被加工物の全面にわたり走査する必要があるので、加工能率の向上が困難であり、大量処理には不向きである。
【０００４】
また、特許文献２には、平行状として対向配置された一対の平板電極と、これら平板電極のうちの一方側に接続される高周波電源とを具備してなる平行平板型ドライエッチング装置であって、高周波電源が接続される側の平板電極は、その平面方向に沿って分割され、かつ、相互間が電気的に絶縁された複数の電力印加部から構成されたものであり、これら電力印加部のそれぞれは高周波電源に対して各別に接続された平行平板型ドライエッチング装置が開示されている。そして、電力印加部のそれぞれに対して印加される高周波電源からの高周波電力を調整することにより、各電力印加部における電力密度、すなわち、電力印加部のそれぞれ及びこれらと対向配置された平板電極（上部電極）との間におけるプラズマ密度を局部ごとに制御することできる。
【０００５】
ところが、特許文献２の電極を小電極に分割するだけでは、各小電極の境界付近で高周波の重畳により過大あるいは過小な電界が生じ、均一なプラズマを生成させるには不充分である。そこで、特許文献３には、隣接する各小電極に印加する高周波電圧の位相のずれが１２０〜２４０度の範囲になるように調整する点が開示されている。
【０００６】
しかし、特許文献２，３に示すように、互いに絶縁状態で複数の小電極を配置し、各小電極に高周波電圧の位相を制御して印加するのは、小電極の面積が大きく且つ数が少ない場合には不可能ではないが、多数、例えば１００個以上の小電極を有する場合には現実的でない。特に、小電極の面積が小さくなると、高周波電界の重畳の問題は、隣接する小電極間だけではなく、いくつか離れた位置の小電極からの寄与も考慮しなければならず、半導体ウエハのような比較的小さな被処理物を対象として空間的に制御されたプラズマを発生させることは不可能である。
【特許文献１】特許第２９６２５８３号公報
【特許文献２】特開平７−１６９７４５号公報
【特許文献３】特開２００２−３１３７４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、プラズマ発生用電極として、被処理物面全体にプラズマを発生させることのできる大きさを有し、発生させたプラズマの面内分布を任意に制御できる機構を持った電極を備えた汎用的なプラズマ処理装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前述の課題解決のために、平面又は平面に近い曲面からなる被処理物の表面に対して、複数の単位電極を密集させて構成した実質的に電極面が平面である集合型電極を所定のギャップを設けて配置し、該ギャップにプロセスガスを供給するとともに、前記集合型電極に高周波電源から高周波電圧を印加して前記ギャップでプラズマを発生させて被処理物表面を処理するプラズマ処理装置であって、前記集合型電極は、高周波電源に接続する共通の導電性ベース板に、各単位電極を電気的に接続状態で且つ該導電性ベース板に対して直交方向に変位可能に設けるとともに、制御装置で駆動されたアクチュエータによって各単位電極が個別に規準位置と後退位置とをとる構造であり、前記単位電極が規準位置をとるときその先端でプラズマが発生し、後退位置をとるときプラズマが消滅することにより、プラズマの面内分布を制御することを特徴とするプラズマ処理装置を構成した（請求項１）。
【０００９】
ここで、前記集合型電極の各単位電極は断面円形又は六角形の同一部材で、周囲部を除いて特定の単位電極の周りに６個の単位電極が等距離に位置した稠密配列であり、各単位電極が作る電極面の大きさを被処理物の処理対象表面よりも大きく設定してなるのである（請求項２）。
【００１０】
また、前記アクチュエータがソレノイドであり、前記導電性ベース板の背後に平行に配置した保持構造体にソレノイドの本体部を固定し、ソレノイドの駆動部を前記単位電極の電極面とは反対側端部に直接連結してなることが好ましい（請求項３）。
【００１１】
あるいは、前記アクチュエータがソレノイドであり、前記導電性ベース板の背後に配置した保持構造体にソレノイドの本体部を固定し、ソレノイドの駆動部を前記単位電極の電極面とは反対側端部に駆動力伝達ワイヤーを介して連結してなることも好ましい（請求項４）。
【００１２】
更に、前記ギャップに挿入した薄い板状の誘電体窓によって、被処理物側と前記集合型電極側を区画し、被処理物側には該被処理物の表面と誘電体窓の間にプロセスガス供給空間を形成してなることが好ましい（請求項５）。
【００１３】
また、前記高周波電源と前記集合型電極との間に、単位電極が変位することにより変化するインピーダンスを整合するとともに、各単位電極が作る局所プラズマの状態を一定に維持するための電力制御システムを介在させてなることも好ましい（請求項６）。
【００１４】
そして、前記集合型電極の単位電極の個数が１００以上、１００００以下である（請求項７）。また、前記プロセスガスの圧力が、０．０１〜１ＭＰａであると、プラズマ発生領域がより局在化し、またプラズマの発生状態がギャップ間隔に敏感になるので、本発明にとってより好ましい（請求項８）。
【００１５】
そして、本発明は、前記請求項１〜８何れかに記載のプラズマ処理装置を用い、前記被処理物がＳＯＩウエハであり、予めＳＯＩウエハのシリコン層全面を計測して除去データを取得し、酸素ガスを不活性ガスで希釈したプロセスガスを用いて、前記除去データに基づいて各単位電極を駆動するアクチュエータを制御して面内分布を有する酸素プラズマを発生させ、この酸素プラズマで生成した酸素ラジカルをＳＯＩウエハのシリコン層の表面に作用させて除去部位を酸化させた後、プラズマ処理装置から取り出したＳＯＩウエハをフッ酸で処理して酸化膜を除去することを特徴とするＳＯＩウエハの加工方法を提供するものである（請求項９）。
【発明の効果】
【００１６】
以上にしてなる本発明のプラズマ処理装置は、本質的に局在化プラズマを発生させることができ、その局在化プラズマの発生場所を被処理物の面内において空間的に制御することができるので、被処理物表面の各部位に対するプラズマ処理時間を任意に制御することができるのである。プラズマ処理時間によって加工量が変化するプロセスに本発明を適用した場合には、被処理物全面の高能率一括形状創成加工が可能になる。更に、本発明は、数値制御加工を行うことが可能な装置でありながら、ＸＹテーブル等の駆動機構を有する必要がなく、極めてシンプルな構造となる。結果的に装置容積が小さくなり、プロセスに用いる反応ガスの使用量も少なくて済み、低ランニングコストを実現できる。
【００１７】
本発明のプラズマ処理装置をＳＯＩウエハの加工方法に適用した場合には、サブｎｍ精度でＳＯＩウエハのシリコン層の厚さばらつきを修正し、また平坦化することができ、シリコン層の厚さも１００ｎｍ以下の任意の厚さに加工することができ、次世代の高性能な電子デバイスを作製することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、添付図面に示した実施形態に基づき、本発明を更に詳細に説明する。図１及び図２は本発明の原理を説明するための簡略説明図である。先ず、図１に基づいて本発明のプラズマ処理装置の概略を説明する。
【００１９】
本発明のプラズマ処理装置は、平面又は平面に近い曲面からなる被処理物１の表面に対して、複数の単位電極３，…を密集させて構成した実質的に電極面が平面である集合型電極２を所定のギャップ４を設けて配置し、該ギャップ４にプロセスガスを供給するとともに、前記集合型電極２に高周波電源５から高周波電圧を印加して前記ギャップ４でプラズマを発生させて被処理物表面を処理するのであり、更に詳しくは、前記集合型電極２は、高周波電源５に接続する共通の導電性ベース板６に、各単位電極３，…を電気的に接続状態で且つ該導電性ベース板６に対して直交方向に変位可能に設けるとともに、制御装置７で駆動されたアクチュエータ８，…によって各単位電極３，…が個別に規準位置と後退位置とをとる構造であり、前記単位電極３が規準位置をとるときその先端でプラズマが発生し、後退位置をとるときプラズマが消滅することにより、プラズマの面内分布を制御するのである。
【００２０】
具体的には、アクチュエータ８がソレノイドであり、前記導電性ベース板６の背後に平行に配置した保持構造体（図示せず）にソレノイド８の本体部８Ａを固定し、ソレノイド８の駆動部８Ｂを前記単位電極３の電極面とは反対側端部に直接連結している。また、前記高周波電源５と前記集合型電極２との間に、単位電極３が変位することにより変化するインピーダンスを整合するとともに、各単位電極３が作る局所プラズマの状態を一定に維持するための電力制御システム９を介在させている。
【００２１】
そして、前記ギャップ４に挿入した薄い板状の誘電体窓１０によって、被処理物１側と前記集合型電極２側を区画し、被処理物１側には該被処理物１の表面と誘電体窓１０の間にプロセスガス供給空間１１を形成している。より具体的には、前記被処理物１は、反応容器１２内に固定した試料台１３に真空チャック等によって保持され、該被処理物１の表面と平行に配した石英ガラス製の誘電体窓１０が前記反応容器１２の開口部に機密状に取付けられている。そして、前記反応容器１２内には、プロセスガスを供給し、適所から排気して常に新しいプロセスガスがギャップ４に供給されている。尚、被処理物１の表面を酸化させる目的では、プロセスガスを反応容器１２内に充填してプラズマ処理を行うことも可能である。
【００２２】
前記集合型電極２は、前記誘電体窓１０に接近させて固定的に配置している。ここで、本来は、前記集合型電極２の単位電極３の電極面と被処理物１の表面との間がギャップ４であるが、本実施形態ではこのギャップ４に薄い誘電体窓１０が挿入された状態となる。従って、前記ギャップ４の間隔は、誘電体窓１０の厚さ分だけ広くなるが、誘電体窓１０は真空の誘電率よりも十分に大きいので、プラズマの発生には大きな影響は及ぼさない。逆に、単位電極３がプロセスガスに接触し、またプラズマに曝されないので、清浄な状態を保つことができ、耐久性を高めるといった利点がある。
【００２３】
本発明では、前記集合型電極２の単位電極３，…の個数が１００以上、１００００以下とする。前記単位電極３の個数が１００より少ないと、プラズマの面内分布の制御が大雑把になり、被処理物１の表面の所望部位をプラズマで処理できるほど局在化させることができない。一方、前記単位電極３の個数が１００００より多いと、各単位電極３を駆動するアクチュエータ８の個数も同数だけ必要であるので、その制御が極めて難しくなるので、実用的でない。
【００２４】
また、本発明では、前記プロセスガスの圧力が、０．０１〜１ＭＰａであり、好ましくは大気圧近傍である。プロセスガスの圧力が大気圧近傍であると、プラズマ発生領域がより局在化するので、面内位置におけるプラズマの分布を制御し易くなり、またプラズマの発生状態がギャップ間隔に敏感になるので、単位電極３が僅かに後退位置に変位するだけでプラズマは消滅するのである。従って、アクチュエータ８のストロークが小さいものでも使用することができる。例えば、前述のソレノイドの代わりに、ピエゾ素子を用いること、あるいはその変位を増幅させる構造と組み合わせたものを使用することができる。また、プロセスガスの圧力が大気圧近傍であると、誘電体窓１０の内外圧力差が小さくなるので、誘電体窓１０を薄くすることができ、従って単位電極３と被処理物１との距離を短くすることができる。
【００２５】
（発明の原理）
図２に示すように、６個の単位電極３，…が一列に並んだ構造の集合型電極２を用いて被処理物１の表面をプラズマ処理する方法を説明する。ここでは、プラズマ処理の一例として酸素プラズマを発生させて単結晶シリコンからなる被処理物１の表面を酸化させる場合について説明する。図２（ａ）は、全ての単位電極３，…が規準位置にあり、各単位電極３，…の先端の電極面が同一面上に整列して、実質的に電極面が平面である平行平板型電極を構成し、この集合型電極２に高周波電圧を印加すると被処理物１の表面との間に面内分布が均一な酸素プラズマが発生し、一定時間この状態を維持すると表面に一様な厚さの酸化膜１４が形成される。図２（ｂ）では、両側２つの単位電極３，３を後退位置に変位させると、その単位電極３，３に対応する領域の酸素プラズマは消滅するが、中央の４つの単位電極３，…に対応する領域では依然として酸素プラズマは持続し、この領域の酸化膜１４はプラズマの持続時間に比例して深さが深くなる。それから、図２（ｃ）では、４つの単位電極３，…のうち両側２つの単位電極３，３を後退位置に変位させると、その単位電極３，３に対応する領域の酸素プラズマは消滅するが、中央の２つの単位電極３，３に対応する領域では依然として酸素プラズマは持続し、この領域の酸化膜１４はプラズマの持続時間に比例して深さが更に深くなる。そして、所定時間の経過後、図２（ｄ）のように、中央の２つの単位電極３，３を後退位置に変位させるか、高周波電圧を遮断することにより、全てのプラズマを消滅させる。
【００２６】
シリコンの表面に酸素ラジカルが到達すると、シリコン結晶の表面から徐々に酸素ラジカルと結合して酸化シリコンが生成し、時間の経過とともに内部まで酸素ラジカルが拡散して行き、酸化シリコン層が徐々に深くなる。シリコン表面が酸素プラズマに曝されている時間の経過とともに酸化膜の深さは深くなるので、酸素プラズマの照射時間を制御することにより、酸化膜の深さを制御することができるのである。つまり、被処理物１と電極の一方を固定し、他方をＸＹテーブルに保持して走査するといったことをしなくても、個別に単位電極３を進退駆動して面内各部のプラズマ照射時間を制御することで、プラズマ照射時間制御による数値制御加工を実現することができる。尚、プラズマ処理効果の度合いをプラズマ照射時間で制御するので、各単位電極３で常に一定条件のプラズマを発生させる必要があるため、各単位電極３に発生させたプラズマに対する投入電力が等しくなるように、投入電力の制御が必要になる。この投入電力の制御は、電力制御システム９で行うのである。
【００２７】
（実証実験）
そこで、そのための基礎実験として、３つの単位電極３，…からなる集合型電極２を試作し、単結晶シリコンを被加工物１として数値制御酸化実験を行った。基礎実験の概念を図３（ａ）に、実験結果を図３（ｂ）に示す。試料台１３の上に厚さ０．７２ｍｍのシリコンウエハ１を保持し、シリコンウエハ１の表面に対して０．２５ｍｍの平行なギャップ４を設けて、厚さ２ｍｍの石英ガラス１０を配置し、更に石英ガラス１０の上に一辺が１０ｍｍの角柱状の電極１、電極２、電極３を互いに密着させて一列に配置して集合型電極２する。
【００２８】
プロセスガスは、混合比がヘリウム：酸素＝９９：１の大気圧ガスであり、集合型電極２に周波数が１３．５６ＭＨｚの７０Ｗの高周波電力を印加する。そして、プラズマの発生している単位電極３，…を始めの３つから２つ、１つへと一定時間ごとに減少させた結果、具体的にはプラズマ発生時から２分３０秒毎に電極１、電極２、電極３と除去してプラズマの発生時間を空間的に三段階に制御した。シリコンウエハ１の表面に形成された酸化膜１４の厚さを、分光エリプソメータ（ＳＯＰＲＡ社製、ＧＥＳ−５）で測定した結果、図３（ｂ）に示されるような階段状の厚さ分布を持つ酸化膜が形成されていることを確認した。
【実施例１】
【００２９】
次に、本発明のプラズマ処理装置の具体例を図４〜図６に基づいて説明する。図４は、集合型電極２を上方から見た省略平面図であり、図５は被処理物１を反応容器１２内にセットし、集合型電極２を固定した使用状態の省略断面図、図６は同じく省略拡大断面図を示している。本実施形態の集合型電極２は、円形リング状のフランジ部材１５の上面側に前記導電性ベース板６を取付け、該導電性ベース板６には円柱状又は六角柱状の前記単位電極３，…を上下移動可能に貫通する孔又は開口１６を形成し、該孔又は開口１６に貫通させて前記単位電極３，…を配置している。そして、前記導電性ベース板６の上面に平行に配置した保持構造体１７にソレノイド８の本体部８Ａを固定し、該保持構造体１７から下方に突出したソレノイド８の駆動部８Ｂを前記単位電極３に連結している。尚、図４には、前記保持構造体１７やソレノイド８は省略している。また、図４では、１／６の空間のみに単位電極３，…を記載しているが、全周に設けるものとする。
【００３０】
前記保持構造体１７は、平行に間隔をおいて固定した上板１７Ａと下板１７Ｂとから構成され、下板１７Ｂには前記駆動部８Ｂが貫通する孔１７Ｃを設け、前記ソレノイド８の本体部８Ａを上板１７Ａと下板１７Ｂとの間に挟むようにして固定している。前記各単位電極３，…は、同電位となるようにそれぞれ前記導電性ベース板６に電気的に接続されている。また、各単位電極３，３の間は特に絶縁する必要はないので直接接触していても構わないが、各単位電極３が周囲の単位電極３，…とは独立してスムーズに上下変位する必要があるから、ポリテトラフルオロエチレン製のスライダー若しくはスペーサーを介在させることも好ましい。また、各単位電極３の上部に直径が小さい縮径部を形成し、下部は隣接する単位電極３に接触し、上部の縮径部に前述のスライダー若しくはスペーサーを介在させることも好ましい。尚、図５及び図６には、一つの単位電極３にのみソレノイド８を連結しているが、その他の全ての単位電極３，…にそれぞれ同様にソレノイド８が連結されている。そして、前記各単位電極３，…を基準位置に設定したときに、その電極面と微小間隙を設けて前記フランジ部材１５の開口部の下面を塞ぐように薄い石英ガラス製の誘電体窓１０を保持している。
【００３１】
次に、本実施形態では、前記反応容器１２は、前記被処理物１としてウエハを保持する構造になっている。前記反応容器１２は、前記フランジ部材１５と同一外径の曲げ剛性が高い金属製の圧肉板体で、外周部を除く上面中央部を減肉して凹部１８を形成し、該凹部１８の底面の周囲に環状溝１９を形成してＯリング２０を嵌め、該環状溝１９の内方に同心リング状及び直径方向に排気溝２１，…を形成し、そして前記凹部１８内に試料台１３を嵌合し、周囲をボルトで締結している。また、前記試料台１３には、中央部に前記ウエハ１を面一に嵌合する係合凹部２２を形成するとともに、該係合凹部２２から前記排気溝２１に連通する吸引孔２３，…を多数形成して真空チャックを構成している。そして、前記反応容器１２の底面中央には前記排気溝２１に連通する排気管２４を設けている。また、前記反応容器１２の底面周囲には複数の脚部２５，…を同心円上に突設している。更に、前記反応容器１２の周囲から半径方向内方へ延びた後、Ｌ字状に上方へ屈曲して前記試料台１３の周縁部を貫通したプロセスガス流路２６，…を偶数箇所に対称に形成し、該プロセスガス流路２６，…の半数に供給管２７，…を接続し、他の半数に排出管２８，…を接続している。
【００３２】
そして、前記反応容器１２の試料台１３の係合凹部２２にウエハ１をオリフラで位置決めして嵌合し、真空チャックにより吸着して固定した後、上方から前記集合型電極２を載置して正確に位置決めしてボルトや図示しない真空チャックで固定する。この状態で、前記誘電体窓１０は反応容器１２の上部開口を閉鎖し、前記ウエハ１及び試料台１３の上面との間に一定のギャップ４が形成される。そして、前記誘電体窓１０で閉鎖されたプロセスガス供給空間１１内に、前記供給管２７，…からプロセスガスを供給し、排出管２８，…から排気して常に一定の圧力、流量に調節する。ここで、前記誘電体窓１０の上方は大気開放されているので、該誘電体窓１０の変形を防止する意味でも上下が略同一圧力に設定する必要がある。つまり、プロセスガスを大気圧近傍に設定する。
【００３３】
高性能半導体デバイス用基板として用いられているＳＯＩ(Silicon On Insulator)ウエハは、半導体素子の微細化に伴い、より薄くて均一な厚さのシリコン層が求められている。通常、ＳＯＩウエハは、単結晶シリコン表面を酸化させて酸化シリコン層を作っておいたウエハと、別の単結晶シリコンのウエハを重ね合わせて接合した状態で１０００℃程度の熱処理で一体化した後、重ねたシリコンウエハを削って薄膜化する貼合わせ法によって製造されている。ここで、ＳＯＩウエハのシリコン層の厚さと平坦度及び表面粗さは直接電子デバイスの性能に影響を与えるため、高い精度で加工する必要がある。超ＬＳＩＣＭＯＳにおいては、シリコン活性層として１００ｎｍ以下の厚さのものが要求される。従来、ＳＯＩウエハのシリコン層の薄膜化には、貼り合わせ時の５００μｍ程度から研削や研磨などの機械研磨法で１００μｍ程度に薄膜化した後、ウエットエッチングやプラズマエッチングによって所望の厚さにする方法がとられている。また、最近は、水素イオン注入剥離法で直接１００ｎｍ程度のシリコン層を形成し、その後その表面を研磨して厚さを調整したＳＯＩウエハも提供されている。しかし、何れの方法によっても、機械研磨法では研磨精度に限界があり、またその後に行うエッチングは等方的であるため空間制御性に乏しく、そのためシリコン層の厚さと平坦度及び表面粗さを、１ｎｍを切る面内均一性で工業的に加工することはできなかった。
【００３４】
既に、本発明者は、酸素ガスをヘリウムガスで希釈した大気圧近傍のプロセスガスを用いて局所プラズマを発生させ、生成した酸素ラジカルでＳＯＩウエハのシリコン層を所望厚さ分布で酸化した後、酸化部位をフッ酸で溶解して除去することによりｎｍ精度で加工することができる局所プラズマによる数値制御犠牲酸化法を提案している。これによって、シリコン層の厚さばらつきの修正を行うことで、極めて均一なシリコン層を有するＳＯＩウエハを作製できることを実証している。本発明のプラズマ処理装置を用いて数値制御犠牲酸化法を実施することで、極めて高能率にＳＯＩウエハのシリコン層の厚さ均一化が実現できると考えられる。
【００３５】
この局所プラズマによる数値制御犠牲酸化法では、従来のプラズマエッチングのようにフッ素系ガスを使用しないので、環境負荷を低減でき、加工コストも低減できる。また、従来のプラズマエッチングでは、ＳｉＦ4などの揮発性の反応生成物が発生するため、反応生成物によってプロセスガスが汚染されたり、加工装置が腐食されたりする可能性があった。そのため、プロセスガスからの反応生成物の分離除去を行う必要があり、加工プロセスが複雑化するおそれがあった。それに対して、局所プラズマによる数値制御犠牲酸化法では、フッ素系ガスを使わずに、酸素プラズマのみを用いた酸化反応であるので、加工プロセスの簡易化が可能となる。更に、最終的に酸化膜をフッ酸などで除去する加工方法であるので、新しい加工面が露出ため、加工面の汚染を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明のプラズマ処理装置を示す概念図である。
【図２】本発明の原理を説明するための説明図である。
【図３】（ａ）は本発明の原理を実証するための実証実験装置の配置図、（ｂ）はその実験結果のグラフである。
【図４】本発明の代表的実施形態を示すプラズマ処理装置の一部省略平面図である。
【図５】同じく一部省略断面図である。
【図６】同じく一部省略部分拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  被処理物（ウエハ）
２  集合型電極
３  単位電極
４  ギャップ
５  高周波電源
６  導電性ベース板
７  制御装置
８  アクチュエータ（ソレノイド）
８Ａ  本体部
８Ｂ  駆動部
９  電力制御システム
１０  誘電体窓（石英ガラス）
１１  プロセスガス供給空間
１２  反応容器
１３  試料台
１４  酸化膜
１５  フランジ部材
１６  孔又は開口
１７  保持構造体
１７Ａ  上板
１７Ｂ  下板
１７Ｃ  孔
１８  凹部
１９  環状溝
２０  Ｏリング
２１  排気溝
２２  係合凹部
２３  吸引孔
２４  排気管
２５  脚部
２６  プロセスガス流路
２７  供給管
２８  排出管
【図１】
0005013332.tif 000002
【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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