(57)【要約】【課題】真空処理容器内におけるパーティクルの落下を低減し、半導体基板の製品歩留まりの低下を低減するプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供する。【解決手段】真空処理容器内に配置され、マイクロ波を吸収し発熱、昇温するマイクロ波吸収発熱体を有するプラズマ処理装置であって、マイクロ波を使用する真空処理容器内での昇華物再付着防止のため、真空処理容器内部にマイクロ波吸収発熱体を設け、プラズマ生成用のマイクロ波発振器を使用し、第1の処理工程でプラズマを励起せず、マイクロ波吸収発熱体を加熱し、第２の処理工程で被処理基板を挿入し、通常のプラズマ処理を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧状態でマイクロ波がマイクロ波の発振源から導入され、プラズマを生成する真空処理容器と、
前記プラズマにて活性種を生成するガスを前記真空処理容器に導入するガス導入手段と、
前記真空処理容器から排気する排気手段と、
前記真空処理容器内に配置され、処理される被処理基板を載置する基板載置台と、を有するプラズマ処理装置であって、
前記真空処理容器内に配置され、前記マイクロ波を吸収し発熱、昇温するマイクロ波吸収発熱体を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記マイクロ波吸収発熱体の表面は、窒化アルミニウム、アルミナ、炭化珪素、石英、イットリアのいずれかで被覆されていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記真空処理容器内への一定時間の前記マイクロ波照射による加熱到達温度が、前記マイクロ波吸収発熱体の全体で均一となるように、前記マイクロ波吸収発熱体の材料組成、体積、容積、厚さが構成されていることを特徴とする請求項１または２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載のプラズマ処理装置を用いて前記被処理基板を処理するプラズマ処理方法であって、
前記真空処理容器に前記被処理基板を挿入しないで、前記ガスを制御しながら前記真空処理容器内に導入し、前記真空処理容器から制御しながら排気して前記真空処理容器内の圧力を制御し、前記真空処理容器内に前記プラズマを生成させない状態で前記マイクロ波を導入し、前記マイクロ波により前記マイクロ波吸収発熱体を発熱、昇温させる第１の処理工程と、
前記真空処理容器に前記被処理基板を挿入し、前記ガスを制御しながら前記真空処理容器内に導入し、前記真空処理容器から制御しながら排気して前記真空処理容器内の圧力を制御し、前記真空処理容器内に前記プラズマを生成させる状態で前記マイクロ波を導入し、前記プラズマを生成し前記被処理基板を処理する第２の処理工程と、を有し、
前記第１の処理工程と前記第２の処理工程に使用される前記マイクロ波の発振源は同一であることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項５】
前記第1の処理工程において、前記マイクロ波吸収発熱体を発熱、昇温させた後、前記マイクロ波の導入を停止し、
その後、前記第２の処理工程を行うことを特徴とする請求項４記載のプラズマ処理方法。
【請求項６】
前記第１の処理工程および前記第２の処理工程を、１サイクルとして予め指定された時間、圧力、出力、温度の条件にて、繰り返し連続して実施し、
予め指定された計測内容をモニターしながら、繰り返し連続して実施することを特徴とする請求項４または５記載のプラズマ処理方法。
【請求項７】
前記第１の処理工程における前記マイクロ波吸収発熱体の到達温度を計測し、予め定められた温度となるように、前記マイクロ波の発振時間および発振出力のいずれか１つ以上の制御を行うことを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子製造に用いられる半導体基板を真空処理容器に収納し、マイクロ波を導入してプラズマを励起し、エッチング、アッシング等の加工を半導体基板に対して行うプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子は、半導体表面に製膜した酸化膜等を選択的にエッチングし、局所的にリン、砒素、硼素等の物質をドーパントとしてイオン注入する。
さらに、半導体中に電子または正孔を発生して、半導体の伝導性を変化させる工程を繰り返し、所定の回路素子を形成する。
この選択的なエッチング、局所的なイオン注入のためマスク材として感光性を持たせた樹脂から構成されるフォトレジストが用いられる。
このフォトレジストは、エッチング、イオン注入の工程が終了後は不要となるため除去される。
フォトレジストの除去には、ガスをマイクロ波により励起したプラズマより生成される活性種（ラジカル、イオン、オゾン）を使用し除去を行う、マイクロ波プラズマ処理装置が使用される。
【０００３】
このマイクロ波プラズマ処理装置は、複数の真空処理容器を有し、この真空処理容器内に処理される半導体基板は収納される。
予め定められたガス種、温度、圧力、マイクロ波出力制御の条件の下、被処理半導体基板上の不要となったフォトレジストは、水蒸気、二酸化炭素又は一酸化炭素、その他生成物の低沸点のガス状の生成物となる。
この不要となったフォトレジストは、励起されたプラズマにより生成された活性種（ラジカル、イオン、オゾン）により、このガス状の生成物となる。
さらに、真空処理容器外へ排出され、被処理半導体基板上のフォトレジストは除去され、この工程は灰化工程あるいはアッシング工程と称される。
アッシング工程において不要となったフォトレジストを、プラズマにより生成された活性種（ラジカル、イオン、オゾン）で、被処理半導体基板上からガス化して除去する。
このアッシング工程において、一旦、ガス化したフォトレジストの昇華物が真空処理容器の低温の内壁へ触れ、凝華、堆積し、パーティクルとして基板上へ落下する場合がある。
この対策として、特開平５−２１１１２５号公報にて電気的な加熱源を組み込み真空処理容器の内壁を１００℃以上に加熱する「気相成長装置」が提案されているが、常時通電が前提となるため電力消費が増大する。
【特許文献１】特開平５−２１１１２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように真空処理容器内においてパーティクルとして落下した場合、半導体基板の製品歩留まりの低下を招く。
そこで、本発明は、真空処理容器内におけるパーティクルの落下を低減し、半導体基板の製品歩留まりの低下を低減するプラズマ処理装置およびプラズマ処理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】
【０００５】
上記課題を解決するための本発明のプラズマ処理装置は、減圧状態でマイクロ波がマイクロ波の発振源から導入され、プラズマを生成する真空処理容器と、前記プラズマにて活性種を生成するガスを前記真空処理容器に導入するガス導入手段と、前記真空処理容器から排気する排気手段と、前記真空処理容器内に配置され、処理される被処理基板を載置する基板載置台と、を有するプラズマ処理装置であって、前記真空処理容器内に配置され、前記マイクロ波を吸収し発熱、昇温するマイクロ波吸収発熱体を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、真空処理容器内におけるパーティクルの落下を低減し、半導体基板の製品歩留まりの低下を低減する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【０００８】
図１および図２を参照して、本発明の実施例のプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を説明する。
真空処理容器１は、減圧状態でマイクロ波がマイクロ波の発振源であるマイクロ波発振器２ａから導入され、プラズマ領域１０にプラズマを生成する容器である。
マイクロ波導波管２は、マイクロ波をマイクロ波の発振源であるマイクロ波発振器２ａから真空処理容器１に導入する手段である。
マイクロ波が真空処理容器１に導入されることにより、プラズマ領域１０にプラズマが生成される。
ガス導入手段であるガスポート７は、プラズマにて活性種を生成するガスを真空処理容器１に導入する手段である。
真空処理容器１から排気する排気手段である排気ポート６は、真空処理容器１内を排気し、所定の圧力に制御するための排気機構が接続される。
基板載置台であるステージ４は、真空処理容器１内に配置され、処理される被処理基板９を載置する台である。
本実施例のプラズマ処理装置は、さらに、マイクロ波を導波管内と圧力差のある処理容器内に透過させる誘電体３と被処理基板９を出し入れするゲート５を有する。
さらに、リング状のマイクロ波吸収発熱体８は、真空処理容器内１に配置され、マイクロ波を吸収し発熱、昇温する。
マイクロ波吸収発熱体８の表面は、窒化アルミニウム、アルミナ、炭化珪素、石英、イットリアのいずれかで被覆されている。
また、真空処理容器１内への一定時間のマイクロ波照射による加熱到達温度が、マイクロ波吸収発熱体８の全体で均一となるように、マイクロ波吸収発熱体８の材料組成、体積、容積、厚さが構成されている。
【０００９】
次に、図1、図３を参照して、本発明の実施例のプラズマ処理方法を説明する。
本実施例のプラズマ処理方法は、上記プラズマ処理装置を用いて被処理基板９を処理する方法で、以下の第１の処理工程と第２の処理工程を行い、第１の処理工程と第２の処理工程に使用されるマイクロ波の発振源であるマイクロ波発振器２ａは同一である。
この第１の処理工程は、真空処理容器１に被処理基板９を挿入しないで、ガスを制御しながら真空処理容器１内に導入し、真空処理容器１から制御しながら排気して真空処理容器１内の圧力を制御する。
さらに、真空処理容器１内にプラズマを生成させない状態でマイクロ波を導入し、マイクロ波によりマイクロ波吸収発熱体８を発熱、昇温させる。
【００１０】
図３に示されるように第１の処理工程は、真空処理容器１内を、制御されたガス導入と、排気による圧力制御を行い、マイクロ波が導入されても、プラズマが生成しない圧力制御状態とする。（ステップ１０１）
マイクロ波をマイクロ波導入管２により、予め定められた出力にて真空処理容器１内に導入する。（ステップ１０２）
マイクロ波吸収発熱体８の発熱、昇温が、予め定められた時間、又は、予め定められた温度であることを確認する。（ステップ１０３）
予め定められた時間、又は、予め定められた温度でない場合には、マイクロ波の導入は継続される。（ステップ１０２）
予め定められた時間、又は、予め定められた温度である場合には、マイクロ波の導入を停止する。（ステップ１０４）
この第１の処理工程においては、真空処理容器１は被処理基板９が無い状態で真空処理容器１内にマイクロ波を導入し、プラズマを励起することは無い。
さらに、真空処理容器１内に設置されたマイクロ波吸収発熱体８をマイクロ波により発熱、昇温させる。
マイクロ波の発振源であるマイクロ波発振器２ａで発振されたマイクロ波は、マイクロ波導波管２を通じて真空処理容器１に導入される。
マイクロ波をマイクロ波導波管２内と圧力差のある真空処理容器１内に透過させる誘電体３を透過したマイクロ波は、プラズマが生成されない圧力条件に制御された真空処理容器１内に導入される。
さらに、真空処理容器１内のリング状のマイクロ波吸収発熱体８に吸収され、発熱し、マイクロ波吸収発熱体８の温度を上昇させる。
マイクロ波吸収発熱体８の温度上昇は、予め設定された時間での管理、もしくは直接モニターを行う等の手法にて管理される。
予め定められた状況にマイクロ波吸収発熱体８の温度が到達したのち、マイクロ波導波管２を通じてのマイクロ波の導入は停止され、ゲート５より、装置に予め備えられている被処理基板９の搬送系にて、被処理基板９が搬入されステージ４上に載置される。
【００１１】
この第２の処理工程は、真空処理容器１に被処理基板９を挿入し、ガスを制御しながら真空処理容器１内に導入し、真空処理容器１から制御しながら排気して真空処理容器内１の圧力を制御する。
さらに、真空処理容器１内にプラズマを生成させる状態でマイクロ波を導入し、プラズマを生成し被処理基板９を処理する。
さらに、第1の処理工程において、マイクロ波吸収発熱体８を発熱、昇温させた後、マイクロ波の導入を停止し、その後、前記第２の処理工程を行うことが好適である。
さらに、第１の処理工程および第２の処理工程を、１サイクルとして予め指定された時間、圧力、出力、温度の条件にて、繰り返し連続して実施し、予め指定された計測内容をモニターしながら、繰り返し連続して実施する場合もある。
さらに、第１の処理工程におけるマイクロ波吸収発熱体８の到達温度を計測し、予め定められた温度となるように、マイクロ波の発振時間および発振出力のいずれか１つ以上の制御を行う場合もある。
【００１２】
図３に示されるように第２の処理工程は、被処理基板９を真空処理容器１内に挿入し、制御されたガス導入と、排気による圧力制御を行い、マイクロ波の導入でプラズマを生成する状態とする。（ステップ１０５）
マイクロ波をマイクロ波導入管２により、予め定められた出力にて真空処理容器１内に導入する。プラズマが生成され、被処理基板９が予め定められた時間、もしくは、図示されない終点検出手段で終点が検出かを確認する。（ステップ１０６）
被処理基板９が予め定められた時間でない、もしくは、図示されない終点検出手段で終点が検出されない場合には、処理は継続される。（ステップ１０５）（ステップ１０６）
被処理基板９が予め定められた時間、もしくは、図示されない終点検出手段で終点が検出されるまで処理される。（ステップ１０７）
処理の終了した被処理基板９を真空処理容器１より排出する。（ステップ１０８）
処理が継続するかを判断し（ステップ１０９）、終了するか（ステップ１１０）あるいは第１の処理工程のステップ１０１に戻る。
プラズマ励起により活性種を生成する目的でガスポート７より導入されるガスと、排気ポート６により真空処理容器内を排気し、規定の圧力としてプラズマ生成条件が整えられた真空処理容器１にマイクロ波導波管２よりマイクロ波が導入される。
マイクロ波をマイクロ波導波管２内と圧力差のある真空処理容器１内に透過させる誘電体３と、被処理基板９を載置するステージ４との間にプラズマが励起され、生成される活性種により、処理対象物である被処理基板９上のフォトレジストがアッシング処理される。
真空処理容器１の内壁部は、マイクロ波を吸収し発熱、昇温するリング状のマイクロ波吸収発熱体８で構成される。
【００１３】
このため、発生するフォトレジストの昇華物は、真空処理容器１の内壁に凝華、堆積せず、パーティクルとして被処理基板９上へ落下することを防止する。
パーティクルの凝華、堆積の対策として、マイクロ波吸収発熱セラミックにて製作されたリング状部材であるマイクロ波吸収発熱体８を、真空処理容器１内に設置し、プラズマを生成せずに真空処理容器１内にマイクロ波を導入する。
さらに、リング状部材であるマイクロ波吸収発熱体８を、凝華、堆積しにくい１００℃以上の温度に加熱後、処理体基板９を真空処理容器１内に挿入し、ガス量、圧力を制御しプラズマ処理を行う。
プラズマ処理中、圧力は通常１００Ｐａ〜３００Ｐａの圧力範囲のため、熱が放散しにくく処理前に加熱したリング状部材であるマイクロ波吸収発熱体８は処理中、ほぼその温度を保持する。
このため、一旦、ガス化したフォトレジストの昇華物が真空処理容器１の低温の内壁へ触れ、凝華、堆積することを低減できる。
また、凝華、堆積の対策として、従来用いられている電気的な加熱源を組み込み真空処理容器１の内壁を加熱する方式と比較し、待機時の消費電力を削減できる。
本実施例は、マイクロ波プラズマを使用するエッチング工程、ＣＶＤ工程にて、同時に加熱工程を必要とする用途について有効である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例のプラズマ処理装置の第１の処理工程の状態図である。
【図２】本発明の実施例のプラズマ処理装置の第２の処理工程の状態図である。
【図３】本発明の実施例のプラズマ処理方法のフローチャート図である。
【符号の説明】
【００１５】
１  真空処理容器
２  マイクロ波導波管
３  誘電体
４  ステージ
５  ゲート
６  排気ポート
７  ガスポート
８  マイクロ波吸収発熱体
９  被処理基板
１０  プラズマ領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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