JPH10158846A - バッチ式マイクロ波プラズマ処理装置及び処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 欠陥の少ないプラズマ処理を高いスループッ
トで行うことが可能なバッチ式マイクロ波プラズマ処理
装置及び処理方法を提供する。 【解決手段】 処理室１０１と、該処理室内に複数の基
体を配する基体支持手段１０３と、該処理室内にマイク
ロ波を供給する手段とを有するマイクロ波プラズマ処理
装置であって、前記マイクロ波を供給する手段が、複数
の開口部（スロット１２２）を備えた無終端環状導波管
１０８であることを特徴とするバッチ式マイクロ波プラ
ズマ処理装置；及びこの装置を用いたプラズマ処理方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バッチ式マイクロ
波プラズマ処理装置及び処理方法に関する。更に詳しく
は、本発明は、高密度で閉じ込めた性能の極めて良好な
プラズマを用いることにより、大量の基体を高速かつ低
欠陥で処理可能なバッチ式マイクロ波プラズマ処理装置
及びプラズマ処理方法に関する。このプラズマ処理方法
は、ＣＶＤ等の堆積膜形成、アッシング、エッチング等
の表面改質などに有用である。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子等の電子部品の製造工程に用
いられるプラズマ処理としては、ＣＶＤ、スパッタリン
グ、エッチング、アッシング、クリーニング、表面改質
等が知られている。これら工程においては、例えばプラ
ズマ処理装置の処理室内にガスを導入し、同時に高周波
等の電力を供給して処理室内にプラズマを発生させ、ガ
スを励起・分解・反応させることにより、処理室内に配
された基体の表面をプラズマ処理する。

【０００３】図３は、従来のバッチ式誘導結合型ＲＦプ
ラズマ処理装置の一例を示す模式図である。図３中、３
０１はプラズマ処理室、３０２はプラズマ処理室３０１
内に配された複数の被処理基体、３０３は基体３０２の
支持体、３０４は基体３０２を加熱するヒータ、３０５
はプラズマ処理用ガス導入手段、３０６は排気口、３０
７はプラズマ処理室３０１を構成する誘電体、３０８は
高周波電力供給用コイルである。

【０００４】図３のプラズマ処理装置を用いたプラズマ
の発生及びプラズマ処理は、例えば以下の様にして行
う。排気系（不図示）を介して、排気口３０６からプラ
ズマ処理室３０１内を真空排気する。続いて、プラズマ
処理用ガスをガス導入手段３０５を介して、所定の流量
でプラズマ処理室３０１内に導入する。次に、排気口３
０６後段に設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）
を調整し、プラズマ処理室３０１内を所定の圧力に保持
する。高周波（ＲＦ）電源から所望の電力をコイル３０
８に供給することにより、コイル３０８の中心軸に平行
に誘導磁界が生じる。更に、この誘導磁界によりプラズ
マ処理室３０１内に渦状の誘電電界が生じ、この誘導電
界により電子が加速されプラズマが生じる。プラズマ処
理用ガスは発生したプラズマにより励起・分解・反応
し、支持体３０３に載置された複数の基体３０２の表面
をプラズマ処理する。

【０００５】図３に示す様な従来のバッチ式誘導結合型
プラズマ処理装置は、同時に複数の基体３０２を処理す
るので、スループットは高い。しかし、処理室３０１に
拡ったプラズマによって、基体３０２の表面がダメージ
を受け易いという欠点がある。更に、プロセスの制御性
も不十分である。

【０００６】一方、これら問題が生じないプラズマ処理
装置として、基体を１枚ずつ処理する枚葉式プラズマ処
理装置が知られている。この装置において、プラズマを
生起させるエネルギーを供給するための電磁波として
は、高周波（ＲＦ）、マイクロ波（ＭＷ）等がある。

【０００７】図４は、従来の枚葉式容量結合型ＲＦプラ
ズマ処理装置の一例を示す模式図である。図４中、４０
１はプラズマ処理室、４０２はプラズマ処理室４０１内
に配された被処理基体、４０３は基体４０２の支持体、
４０４は基体４０２を加熱するヒータ、４０５はプラズ
マ処理用ガス導入手段、４０６は排気口、４０８は高周
波電力供給用平板電極である。

【０００８】図４の枚葉式容量結合型ＲＦプラズマ処理
装置を用いたプラズマの発生及びプラズマ処理は、例え
ば以下の様にして行う。排気系（不図示）を介して、排
気口４０６からプラズマ処理室４０１内を真空排気す
る。続いて、プラズマ処理用ガスをガス導入手段４０５
を介して、所定の流量でプラズマ処理室４０１内に導入
する。次に、排気口４０６後段に設けられたコンダクタ
ンスバルブ（不図示）を調整し、プラズマ処理室４０１
内を所定の圧力に保持する。高周波電源から所望の電力
を平板電極４０８に供給することにより、電極４０８に
垂直に高周波電界が生じ、この電界により電子が加速さ
れプラズマが生じる。プラズマ処理用ガスは、発生した
プラズマにより励起・分解・反応し、支持体４０３上に
載置された被処理基体４０２の表面をプラズマ処理す
る。

【０００９】またＲＦプラズマ処理装置の代わりに、マ
イクロ波プラズマダウンフローを用いたプラズマ処理装
置も用いられている。これは、アッシングやゲート絶縁
膜のＣＶＤ等、プラズマ中のイオン入射による欠陥を嫌
うプロセス等に用いられている。

【００１０】図５は、従来の枚葉式マイクロ波プラズマ
処理装置の一例を示す模式図である。図５中、５０１は
プラズマ処理室、５０２はプラズマ処理室５０１内に配
された被処理基体、５０３は基体５０２の支持体、５０
４は基体５０２を加熱するヒータ、５０５はプラズマ処
理用ガス導入手段、５０６は排気口、５０８はマイクロ
波電力導入用共振器である。

【００１１】図５のプラズマ処理装置を用いたプラズマ
の発生及びプラズマ処理は、例えば以下の様にして行
う。排気系（不図示）を介して、排気口５０６からプラ
ズマ処理室５０１内を真空排気する。続いて、プラズマ
処理用ガスをガス導入手段５０５を介して、所定の流量
でプラズマ処理室５０１内に導入する。次に、排気口５
０６後段に設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）
を調整し、プラズマ処理室５０１内を所定の圧力（０．
０１乃至３Ｔｏｒｒ程度の低圧）に保持する。マイクロ
波電源（不図示）から所望の電力を共振器５０８を介し
て供給することにより、マイクロ波の進行方向に垂直な
電界により電子が加速されプラズマが生じる。プラズマ
処理用ガスは、発生したプラズマにより励起・分解・反
応し、支持体５０３上に載置された被処理基体５０２の
表面をプラズマ処理する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】図４又は図５に示した
様な枚葉式プラズマ処理装置を用いる場合、欠陥の少な
いプラズマ処理が可能である。しかしながら、スループ
ットを飛躍的に向上させるのは難しい。一方、図３に示
した様なバッチ式誘導結合プラズマ処理装置は、前述し
た様にスループットは高いが、欠陥の少ないプラズマ処
理は難しく、プロセスの制御性も不十分である。

【００１３】本発明の目的は、上述した従来のプラズマ
処理装置の各問題点を解決し、欠陥が少なく、プロセス
の制御性も良く、しかも高いスループットで行うことが
可能なバッチ式マイクロ波プラズマ処理装置及び処理方
法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、処理室と、該
処理室内に複数の基体を配置する基体支持手段と、該処
理室内にマイクロ波を供給する手段とを有するマイクロ
波プラズマ処理装置であって、前記マイクロ波を供給す
る手段が、複数の開口部を備えた無終端環状導波管であ
ることを特徴とするバッチ式マイクロ波プラズマ処理装
置である。

【００１５】また本発明は、上記装置を用いて、複数の
基体をプラズマ処理することを特徴とするバッチ式マイ
クロ波プラズマ処理方法である。

【００１６】本発明においては、マイクロ波供給手段と
して複数の開口部を備えた無終端環状導波管を用いるこ
とにより、高度なプラズマ閉じ込め性能を示し、基板入
射イオンの極めて少ない高密度プラズマを生成させるこ
とができ、これにより本発明の目的を達成できることと
なる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を
説明する。

【００１８】図１（ａ）は、本発明のマイクロ波プラズ
マ処理装置の一例を示す模式図であり、図１（ｂ）は、
この装置のプラズマ発生機構を示す模式図であり、図２
は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

【００１９】図１（ａ）（ｂ）及び図２中、１０１はプ
ラズマ処理室、１０２は被処理基体、１０３は基体１０
２の支持体、１０４は基体１０２を加熱するヒータ、１
０５はプラズマ処理用ガス導入手段、１０６は排気口、
１０７はプラズマ処理室１０１を形成する誘電体、１０
８はマイクロ波をプラズマ処理室１０１に導入するため
のスロット付無終端環状導波管、１２１はマイクロ波を
左右に分配するブロック、１２２はスロット、１２３は
環状導波管１０８内に導入されたマイクロ波、１２４は
環状導波管１０８内を伝搬するマイクロ波、１２５はス
ロット１２２を通し誘電体１０７を通してプラズマ処理
室１０１へ導入されたマイクロ波の漏れ波、１２６はス
ロット１２２を通し誘電体１０７内を伝搬するマイクロ
波の表面波、１２７は漏れ波により生成したプラズマ、
１２８は表面波により生成したプラズマである。

【００２０】図１のマイクロ波プラズマ処理装置を用い
たプラズマの発生及びプラズマ処理は、例えば以下の様
にして行う。排気系（不図示）を介して、排気口１０６
からプラズマ処理室１０１内を真空排気する。続いて、
プラズマ処理用ガスをガス導入手段１０５を介して、所
定の流量でプラズマ処理室１０１内に導入する。次に、
排気系（不図示）に設けられたコンダクタンスバルブ
（不図示）を調整し、プラズマ処理室１０１内を所定の
圧力に保持する。

【００２１】そして、マイクロ波電源（不図示）より所
望の電力を環状導波管１０８を介してプラズマ処理室１
０１内に供給すると、プラズマ処理室１０１内にプラズ
マが発生する。すなわち、環状導波管１０８内に導入さ
れたマイクロ波１２３は、分配ブロック１２１で左右に
二分配され、環状導波管１０８内を伝搬する。管内波長
の１／２又は１／４毎に設置されたスロット１２２から
誘電体１０７を通してプラズマ処理室１０１に導入され
た漏れ波１２５は、スロット１２２近傍のプラズマ１２
７を生成する。また、誘電体１０７の表面に垂直な直線
に対してブリュースタ角以上の角度で入射したマイクロ
波は、誘電体１０７表面で全反射し、誘電体１０７の表
面を表面波１２６として伝搬する。隣接するスロット１
２２から生じた表面波１２６は干渉し合い、表面波１２
６の波長１／２毎に電界の強い部分、すなわち“腹”を
生ずる。表面波１２６のしみ出した電界によっても、プ
ラズマ１２８が生成する。このときに、プラズマ処理用
ガス導入手段１０５よりガスを処理室１０１内に導入し
ておくと、このプラズマ処理用ガスは発生した高密度プ
ラズマにより励起され、支持体１０３上に載置された複
数の基体１０２の表面をプラズマ処理する。

【００２２】この図１（ａ）（ｂ）及び図２に示す装置
においては、処理室１０１の内壁の少なくとも一部が円
筒状の誘電体１０７から成り、複数の開口部（スロット
１２２）を備えた無終端環状導波管１０８がこの円筒状
の誘電体１０７を囲うように配置されている。そして、
この環状導波管１０８は、円筒状の内壁と外壁の二重管
構造を有し、内壁と外壁の間の空間にマイクロ波が伝搬
できる構成になっている。更に、この外壁側にはマイク
ロ波導入口が設けられ、その近傍に先に述べた分配ブロ
ック１２１が配置されている。また内壁には、先に述べ
た開口部（スロット１２２）が設けられている。このス
ロット１２２は、管内波長の１／２又は１／４毎に設置
することが好ましいが、これに限定されるものではな
い。なお、この管内波長は、使用するマイクロ波の周波
数と導波管の断面の寸法とに依存する。

【００２３】また環状導波管１０８の形状は、この様な
円筒状に限らず、プラズマ発生室の形状等に応じて所望
の形状にすればよい。例えば、円盤状や多角形等の形で
も構わない。

【００２４】本発明においては、プラズマ処理室１０１
を０．１Ｔｏｒｒ以上の内圧に保持しながらプラズマ処
理することが望ましい。更に、０．３Ｔｏｒｒ乃至１０
Ｔｏｒｒが好ましく、１Ｔｏｒｒ乃至５Ｔｏｒｒがより
好ましい。０．１Ｔｏｒｒ以上の圧力においてプラズマ
を発生させると、プラズマが誘電体１０７近傍に高度に
閉じ込められ、基体１０２近傍にはプラズマが存在しな
いという傾向がより強くなる。この結果、基板１０２に
入射するイオンのエネルギーがより低くなり、複数の基
体１０２を処理するバッチ式であっても、より欠陥の少
ないプラズマ処理を高いスループットで行える。

【００２５】更に、基体１０２の端部を処理室の内壁
（誘電体１０７）から２０ｍｍ以上離して配置すること
が、同様に、基板１０２へのプラズマの影響を防ぐ点で
好ましい。

【００２６】本発明において、マイクロ波周波数は０．
８ＧＨｚ乃至２０ＧＨｚの範囲から適宜選択することが
好ましい。ガスの励起源としてマイクロ波を使用する
と、電子を高い周波数をもつ電界により加速できる、ガ
ス分子を効率的に電離・励起できる、電子温度が低くイ
オン入射エネルギーが低くかつプラズマを閉じ込め易く
なる等の利点がある。それ故に、マイクロ波プラズマ処
理装置は、ガスの電離・励起・分解の効率が高く、高密
度のプラズマを比較的容易に形成し得る、低温で高速に
低欠陥処理できるといった効果をも奏する。更に、マイ
クロ波が誘電体を透過する性質を有するので、プラズマ
処理装置を無電極放電タイプのものとして構成でき、そ
れ故に高清浄なプラズマ処理を行い得るという効果もあ
る。

【００２７】処理室を構成するのに用いられる誘電体１
０７としては、ＳｉＯ₂ 系の石英や各種ガラス、Ｓｉ₃
Ｎ₄、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＬｉＦ、ＣａＦ₂、ＢａＦ₂、
Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮ、ＭｇＯ等の無機物、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、ポリイミド等の有機
物のフィルム、シート等が適用可能である。

【００２８】また、基体を処理室に搬送するための搬入
室をゲートバルブを介して処理室と接続し、基体を予備
加熱しておくことにより、スループットを更に向上させ
ることもできる。なお、処理室及び／又は前記基体搬入
室の内部に、所望の基体加熱手段を有することも望まし
い。

【００２９】また、装置に磁界発生手段を備え、これに
より基体に磁界を印加してプラズマ処理することもでき
る。この磁界発生手段としては、コイル又は永久磁石等
が使用可能である。コイルを用いる場合には過熱防止の
ため水冷機構や空冷等の冷却手段を用いてもよい。

【００３０】また、装置に紫外線照射手段を備え、基体
の表面への紫外線照射により。処理のより高品質化を図
ることもできる。この光源としては、被処理基体もしく
は基体上に付着した基体もしくは反応中間体に吸収され
る光を放射するものが適用可能で、エキシマレーザ、エ
キシマランプ、希ガス共鳴線ランプ、低圧水銀ランプ等
が適当である。

【００３１】（１）本発明を堆積膜形成に適用する場合 本発明はＣＶＤ等の堆積膜形成に適用できる。具体的に
は、使用するガスを適宜選択することにより、例えば、
Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、ＴｉＯ₂、ＴｉＮ、Ａｌ
₂Ｏ₃、ＡｌＮ、ＭｇＦ₂ 等の絶縁膜、ａ−Ｓｉ、ｐｏｌ
ｙ−Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ等の半導体膜、Ａｌ、Ｗ、
Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ等の金属膜等、各種の堆積膜を効率よ
く形成することが可能である。

【００３２】被処理基体としては、導電性、電気絶縁性
あるいは半導体の何れであってもよい。導電性基体とし
ては、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｎｂ、Ｔ
ａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｂ等の金属又はこれらの合金、
例えば真鍮、ステンレス鋼等が挙げられる。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、Ａｌ₂
Ｏ₃、ＡｌＮ、ＭｇＯ等の無機物、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、ポリイミド等の有機物
のフィルム、シート等が挙げられる。

【００３３】堆積膜形成用ガスとしては、一般に公知の
ガスが使用できる。プラズマの作用で容易に分解され単
独でも堆積し得るガスは、化学量論的組成の達成やプラ
ズマ発生室内の膜付着防止のため、基体近傍に成膜用ガ
ス導入手段を設けプラズマ処理室内へ導入することが望
ましい。また、プラズマの作用で容易に分解され難く単
独では堆積し難いガスは、プラズマの高密度領域にプラ
ズマ処理用ガス導入手段を設けプラズマ処理室内へ導入
することが望ましい。

【００３４】ａ−Ｓｉ、ｐｏｌｙ−Ｓｉ、ＳｉＣ等のＳ
ｉ系半導体薄膜を形成する場合の原料ガスとしては、Ｓ
ｉＨ₄、Ｓｉ₂Ｈ₆ 等の無機シラン類、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）等の有機シラン類、ＳｉＦ₄、Ｓｉ₂
Ｆ₆、ＳｉＨＦ₃、ＳｉＨ₂Ｆ₂、ＳｉＣｌ₄、Ｓｉ₂Ｃ
ｌ ₆、ＳｉＨＣｌ₃、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂、ＳｉＨ₃Ｃｌ、Ｓｉ
Ｃｌ₂Ｆ₂ 等のハロシラン類等、常温常圧でガス状態で
あるもの又は容易にガス化し得るものが挙げられる。ま
た、これらの原料ガスと同時に導入されるガスとして
は、Ｈ₂、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎ等が挙
げられる。

【００３５】Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＯ₂ 等のＳｉ化合物系薄膜
を形成する場合の原料ガスとしては、ＳｉＨ₄、Ｓｉ₂Ｈ
₆ 等の無機シラン類、テトラエトキシシラン（ＴＥＯ
Ｓ）、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）等の有機シラン
類、ＳｉＦ₄、Ｓｉ₂Ｆ₆、ＳｉＨＦ₃、ＳｉＨ₂Ｆ₂、Ｓｉ
Ｃｌ₄、Ｓｉ₂Ｃｌ₆、ＳｉＨＣｌ₃、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂、Ｓｉ
Ｈ₃Ｃｌ、ＳｉＣｌ₂Ｆ₂ 等のハロシラン類等、常温常圧
でガス状態であるもの又は容易にガス化し得るものが挙
げられる。また、これらの原料ガスと同時に導入される
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 等が挙げられる。

【００３６】Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ等の金属薄膜
を形成する場合の原料ガス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（ＴＥＡ
ｌ）、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（ＴＭＧ
ａ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）等の有機金属、
ＡｌＣｌ₃、ＷＦ₆、ＴｉＣｌ₃、ＴａＣｌ₅ 等のハロゲ
ン化金属等が挙げられる。また、これらの原料ガスと同
時に導入されるガスとしては、Ｈ₂、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａ
ｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎ等が挙げられる。

【００３７】Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮ、Ｔａ₂Ｏ₅、ＴｉＯ₂、
ＴｉＮ、ＷＯ₃ 等の金属化合物薄膜を形成する場合の原
料ガスとしては、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ
ｌ）、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(Ｃ
Ｏ)₆）、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリエチル
ガリウム（ＴＥＧａ）等の有機金属、ＡｌＣｌ₃、Ｗ
Ｆ₆、ＴｉＣｌ₃、ＴａＣｌ₅ 等のハロゲン化金属等が挙
げられる。また、これらの原料ガスと同時に導入される
ガスとしては、Ｏ₂、Ｏ₃、Ｈ₂Ｏ、ＮＯ、Ｎ₂Ｏ、Ｎ
Ｏ₂、Ｎ₂、ＮＨ₃、Ｎ₂Ｈ₄、ヘキサメチレンジシラザン
（ＨＭＤＳ）等が挙げられる。

【００３８】（２）本発明を表面改質に適用する場合 本発明は、アッシング、酸化表面処理、窒化表面処理、
ドーピング、エッチング、クリーニング等の表面改質に
適用できる。具体的には、使用するガスを適宜選択する
ことにより、例えば、基体もしくは表面層としてＳｉ、
Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｔａ等を使用して、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、更にはＢ、Ａ
ｓ、Ｐ等のドーピング処理等が可能である。またクリー
ニングについては、例えば、酸化物、有機物、重金属等
のクリーニング等が可能である。

【００３９】基体をアッシングや酸化表面処理する場合
の酸化性ガスとしては、Ｏ₂、Ｏ₃、Ｈ₂Ｏ、ＮＯ、Ｎ
₂Ｏ、ＮＯ₂ 等が挙げられる。また、基体を窒化表面処
理する場合の窒化性ガスとしては、Ｎ₂、ＮＨ₃、Ｎ
₂Ｈ₄、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）等が挙げら
れる。

【００４０】基体表面の有機物をクリーニングする場
合、クリーニング用ガスとしては、Ｏ ₂、Ｏ₃、Ｈ₂Ｏ、
ＮＯ、Ｎ₂Ｏ、ＮＯ₂ 等が挙げられる。また、基体表面
の無機物をクリーニングする場合、クリーニング用ガス
としては、Ｆ₂、ＣＦ₄、ＣＨ₂Ｆ₂、Ｃ₂Ｆ₆、ＣＦ₂Ｃ
ｌ₂、ＳＦ₆、ＮＦ₃ 等が挙げられる。

【００４１】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明のマイクロ波プ
ラズマ処理装置及びプラズマ処理方法をより具体的に説
明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【００４２】＜実施例１＞図１に示したマイクロ波プラ
ズマ処理装置を使用し、以下の通り、閉じ込め性能の良
好なプラズマが形成されていることを確認した。

【００４３】誘電体１０７として中心径が３２０ｍｍの
円筒状石英管を用い、環状導波管１０８は、内壁断面の
寸法が２６ｍｍ×９６ｍｍであって、中心径が３５４ｍ
ｍとした。環状導波管１０８の材質は、機械的強度を保
つためステンレス鋼で構成し、その内壁面にはマイクロ
波の伝搬損失を抑えるため銅をコーティングした上に更
に銀をコーティングした二層メッキを施した。環状導波
管１０８には、マイクロ波をプラズマ発生室１０１へ導
入するためのスロット１２２を形成した。スロット１２
２の形状は長さ４１ｍｍ、幅３ｍｍの矩形であり、管内
波長の１／４間隔に形成した。管内波長は、使用するマ
イクロ波の周波数と導波管の断面の寸法とに依存する
が、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波と、上記の寸法
の導波管とを用いた場合には約１５９ｍｍである。本実
施例の環状導波管１０８では、スロットは約４０ｍｍ間
隔で２８個形成した。また環状導波管１０８には、４Ｅ
チューナ、方向性結合器、アイソレータ、２．４５ＧＨ
ｚの周波数をもつマイクロ波電源（不図示）を順に接続
した。

【００４４】図１に示したマイクロ波プラズマ処理装置
を使用して、Ａｒ流量５００ｓｃｃｍ、圧力０．３Ｔｏ
ｒｒ、マイクロ波パワー３．０ｋＷの条件でプラズマを
発生させた。得られたプラズマについて、シングルプロ
ーブ法により次の様に計測を行った。プローブに印加す
る電圧を−５０から＋５０Ｖの範囲で変化させ、プロー
ブに流れる電流をＩ−Ｖ測定器により測定し、得られた
Ｉ−Ｖ曲線からラングミュアらの方法により電子密度、
電子温度、プラズマ電位を算出した。その結果、石英管
１０７近傍のプラズマの電子密度は１．２×１０¹²／ｃ
ｍ³ で高密度であるが、石英管から内部に２０ｍｍ以上
離れた位置では２．０×１０⁸／ｃｍ³で今回使用したプ
ローブの測定限界以下になり、極めて閉じ込め性能の良
好なプラズマが形成されていることが確認された。

【００４５】以下の各実施例においては、特記の無い限
り、本実施例のマイクロ波プラズマ処理装置を使用し
た。

【００４６】＜実施例２＞図１に示したマイクロ波プラ
ズマ処理装置を使用し、以下の通り、ＵＬＳＩ用フォト
レジストのアッシングを行った。

【００４７】基体１０２としては、１．２μｍ厚のフォ
トレジスト（東京応化製ＯＦＰＲ−８００、ハードベー
ク処理済み）付きのＳｉ基板（φ８インチ）を使用し
た。まず、Ｓｉ基板１０２を５枚搭載したキャリアを基
体支持体１０３上に設置し２００℃に加熱した後、排気
系（不図示）を介して排気口１０６からプラズマ処理室
１０１内を真空排気し、１０^-4Ｔｏｒｒまで減圧させ
た。プラズマ処理用ガス導入管１０５を介して酸素ガス
を５００ｓｃｃｍの流量でプラズマ処理室１０１内に導
入した。次いで、排気系（不図示）に設けられたコンダ
クタンスバルブ（不図示）を調整し、プラズマ処理室１
０１内を０．５Ｔｏｒｒに保持した。プラズマ処理室１
０１内に、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より３．０
ｋＷの電力を環状導波管１０８を介して供給した。かく
して、プラズマ処理室１０１内にプラズマが発生した。
この際、プラズマ処理用ガス導入管１０５を介して導入
された酸素ガスはプラズマ処理室１０１内で励起、分解
されて酸素原子等の活性種となり、Ｓｉ基板１０２上の
フォトレジストと反応して二酸化炭素等の気体を生成
し、フォトレジストを除去する作用を奏し、２３秒で全
てのフォトレジストが除去された。

【００４８】得られたフォトレジストのアッシング速度
は３．２μｍ／ｍｉｎと大きく、プラズマ中の荷電粒子
により熱酸化膜中／表面に発生した電荷密度も３．６×
１０ ¹¹／ｃｍ² で十分低い値であった。

【００４９】＜実施例３＞図１に示したマイクロ波プラ
ズマ処理の装置を使用し、以下の通り、光磁気ディスク
用窒化シリコン膜の形成を行った。

【００５０】基体１０２としては、１．２μｍ幅グルー
ブ付きのポリカーボネート（ＰＣ）基板（φ３．５イン
チ）を使用した。まず、ＰＣ基板１０２を１２枚搭載し
たキャリアを基体支持体１０３上に設置した後、排気系
（不図示）を介してプラズマ処理室１０１内を真空排気
し、１０^-6Ｔｏｒｒまで減圧させた。プラズマ処理用ガ
ス導入管１０５を介して窒素ガスを１００ｓｃｃｍ、ア
ルゴンガスを６００ｓｃｃｍの流量でプラズマ処理室１
０１内に導入した。同時に、成膜用ガス導入手段（不図
示）を介してモノシランガスを２００ｓｃｃｍの流量で
プラズマ処理室１０１内に導入した。次いで、排気系
（不図示）に設けられたコンダクタンスバルブ（不図
示）を調整し、プラズマ処理室１０１内を０．１Ｔｏｒ
ｒに保持した。プラズマ処理室１０１内に、２．４５Ｇ
Ｈｚのマイクロ波電源より３．０ｋＷの電力を環状導波
管１０３を介して供給した。かくして、プラズマ処理室
１０１内にプラズマが発生した。この際、プラズマ処理
用ガス導入管１０５を介して導入された窒素ガスはプラ
ズマ処理室１０１内で励起、分解されて活性種となり、
シリコン基板１０２の方向に輸送され、成膜用ガス導入
手段を介して導入されたモノシランガスと反応し、窒化
シリコン膜がシリコン基板１０２上に１２秒の間に１０
０ｎｍの厚さで形成された。

【００５１】得られた窒化シリコン膜の成膜速度は５０
０ｎｍ／ｍｉｎと極めて大きく、膜質も屈折率２．２で
あり、密着性・耐久性の良好な極めて良質な膜であるこ
とが確認された。また、プラズマが高密度に閉じ込めら
れているので、イオン入射による基板温度上昇が抑制さ
れ、基板の変形等は観測されなかった。

【００５２】＜実施例４＞図１に示したマイクロ波プラ
ズマ処理装置を使用し、以下の通り、プラスチックレン
ズ反射防止用酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜の形成
を行った。

【００５３】基体１０２としては、直径５０ｍｍのプラ
スチック凸レンズを使用した。レンズ１０２を２１枚搭
載したキャリアを基体支持体１０３上に設置した後、排
気系（不図示）を介してプラズマ処理室１０１内を真空
排気し、１０^-6Ｔｏｒｒの値まで減圧させた。プラズマ
処理用ガス導入管１０５を介して窒素ガスを１５０ｓｃ
ｃｍの流量でプラズマ処理室１０１内に導入した。同時
に、成膜用ガス導入管（不図示）を介してモノシランガ
スを１００ｓｃｃｍの流量でプラズマ処理室１０１内に
導入した。次いで、排気系（不図示）に設けられたコン
タクダンスバルブ（不図示）を調整し、プラズマ処理室
１０１内を０．５Ｔｏｒｒに保持した。次いで、２．４
５ＧＨｚのマイクロ波電源（不図示）より３．０ｋＷの
電力を環状導波管１０８を介してプラズマ発生室１０１
内に供給した。かくして、プラズマ発生室１０１内にプ
ラズマが発生した。この際、プラズマ処理用ガス導入管
１０５を介して導入された窒素ガスは、プラズマ処理室
１０１内で励起、分解されて窒素原子等の活性種とな
り、レンズ１０２の方向に輸送され、成膜用ガス導入手
段を介して導入されたモノシランガスと反応し、窒化シ
リコン膜がレンズ１０２上に２１ｎｍの厚さで形成され
た。

【００５４】次に、プラズマ処理用ガス導入管１０５を
介して酸素ガスを２００ｓｃｃｍの流量でプラズマ処理
室１０１内に導入した。同時に成膜用ガス導入管を介し
てモノシランガスを１００ｓｃｃｍの流量でプラズマ処
理室１０１内に導入した。次いで、排気系（不図示）に
設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）を調整し、
プラズマ処理室１０１内を０．１Ｔｏｒｒに保持した。
次いで、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源（不図示）よ
り２．０ｋＷの電力を環状導波管１０８を介してプラズ
マ処理室１０１内に供給した。かくして、プラズマ処理
室１０１内にプラズマが発生した。この際、プラズマ処
理用ガス導入管１０５を介して導入された酸素ガスは、
プラズマ処理室１０１内で励起、分解されて酸素原子等
の活性種となり、レンズ１０２の方向に輸送され、成膜
用ガス導入管を介して導入されたモノシランガスと反応
し、酸化シリコン膜がレンズ１０２上に８６ｎｍの厚さ
で形成された。

【００５５】得られた窒化シリコン膜及び酸化シリコン
膜の成膜速度はそれぞれ３００ｎｍ／ｍｉｎ、３６０ｎ
ｍ／ｍｉｎと良好で、膜質も５００ｎｍ付近の反射率が
０．３％と極めて良好な光学特性を示すことが確認され
た。

【００５６】＜実施例５＞図１に示したマイクロ波プラ
ズマ処理装置を使用し、以下の通り、半導体素子保護用
窒化シリコン膜の形成を行った。

【００５７】基体１０２としては、Ａｌ配線パターン
（ラインアンドスペース０．５μｍ）が形成された層間
ＳｉＯ₂ 膜付きＰ型単結晶シリコン基板（面方位＜１０
０＞、抵抗率１０Ωｃｍ）を使用した。まず、シリコン
基板１０２を５枚搭載したキャリアを基体支持体１０３
上に設置した後、排気系（不図示）を介してプラズマ処
理室１０１内を真空排気し、１０^-6Ｔｏｒｒの値まで減
圧させた。続いてヒータ（不図示）に通電し、シリコン
基板１０２を３００℃に加熱し、基板をこの温度に保持
した。プラズマ処理用ガス導入管１０５を介して窒素ガ
スを５００ｓｃｃｍの流量でプラズマ処理室１０１内に
導入した。同時に、成膜用ガス導入手段（不図示）を介
してモノシランガスを１００ｓｃｃｍの流量でプラズマ
処理室１０１内に導入した。次いで、排気系（不図示）
に設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）を調整
し、プラズマ処理室１０１内を０．０１Ｔｏｒｒに保持
した。次いで、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源（不図
示）より３．０ｋＷの電力を環状導波管１０８を介して
供給した。かくして、プラズマ処理室１０１内にプラズ
マが発生した。この際、プラズマ処理用ガス導入口１０
５を介して導入された窒素ガスはプラズマ処理室１０１
内で励起、分解されて活性種となり、シリコン基板１０
２の方向に輸送され、成膜用ガス導入手段を介して導入
されたモノシランガスと反応し、窒化シリコン膜がシリ
コン基板１０２上に１．０μｍの厚さで形成した。

【００５８】得られた窒化シリコン膜の成膜速度は４６
０ｎｍ／ｍｉｎと極めて大きく、膜質も応力１．１×１
０⁹ｄｙｎ／ｃｍ² （圧縮）、リーク電流１．２×１０
^-10Ａ／ｃｍ²、絶縁耐圧９ＭＶ／ｃｍの極めて良質な膜
であることが確認された。なお、この応力は成膜前後の
基板の反り量の変化をレーザ干渉計Ｚｙｇｏ（商品名）
で測定し求めた。

【００５９】＜実施例６＞図１に示したマイクロ波プラ
ズマ処理装置を使用し、以下の通り、半導体素子保護Ｓ
ｉＮ膜の等方性エッチングを行った。

【００６０】基体１０２としては、ポリシリコンパター
ン（ラインアンドスペース０．５μｍ）上に１μｍ厚の
ＢＰＳＧ膜が形成された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、
シリコン基板１０２を５枚搭載したキャリアを基体支持
体１０３上に設置した後、排気系（不図示）を介してプ
ラズマ処理室１０１内を真空排気し、１０^-6Ｔｏｒｒの
値まで減圧させた。プラズマ処理用ガス導入管１０５を
介して、ＣＦ₄ を３００ｓｃｃｍの流量でプラズマ処理
室１０１内に導入した。次いで、排気系（不図示）に設
けられたコンダクタンスバルブ（不図示）を調整し、プ
ラズマ処理室１０１内を０．１Ｔｏｒｒの保持した。
２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より１．５ｋＷの電力
を環状導波管１０３を介してプラズマ発生室１０１内に
供給した。かくして、プラズマ発生室１０１内にプラズ
マが発生した。プラズマ処理用ガス導入管１０５を介し
て導入されたＣＦ₄ ガスはプラズマ処理室１０１内で励
起・分解されて活性種となり、シリコン基板１０２の方
向に輸送され、ＳｉＮ膜がエッチングされた。

【００６１】エッチング速度は３００ｎｍ／ｍｉｎと良
好であった。また、エッチングの選択比及びエッチング
形状についても良好であった。なお、このエッチング形
状は、エッチングされた窒化シリコン膜の断面を走査型
電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観測し、評価した。

【００６２】＜実施例７＞図１に示したマイクロ波プラ
ズマ処理装置を使用し、以下の通り、半導体素子ゲート
絶縁用酸化シリコン膜の形成を行った。

【００６３】基体１０２としては、Ｐ型単結晶シリコン
基板（面方位＜１００＞、抵抗率１０Ωｃｍ）を使用し
た。シリコン基板１０２を５枚搭載したキャリアを基体
支持体１０３上に設置した後、排気系（不図示）を介し
てプラズマ処理室１０１内を真空排気し、１０^-6Ｔｏｒ
ｒの値まで減圧させた。続いてヒータ（不図示）に通電
し、シリコン基板１０２を３００℃に加熱し、シリコン
基板１０２をこの温度に保持した。プラズマ処理用ガス
導入管１０５を介して酸素ガスを２００ｓｃｃｍの流量
でプラズマ処理室２０１内に導入した。同時に、成膜用
ガス導入手段（不図示）を介して、モノシランガスを５
０ｓｃｃｍの流量でプラズマ処理室１０１内に導入し
た。次いで、排気系（不図示）に設けられたコンダクタ
ンスバルブ（不図示）を調整し、プラズマ処理室１０１
内を０．２ｍＴｏｒｒに保持した。次いで、２．４５Ｇ
Ｈｚのマイクロ波電源より１．５ｋＷの電力を環状導波
管１０８を介してプラズマ処理室１０１内に供給した。
かくして、プラズマ処理室１０１内にプラズマが発生し
た。この際、プラズマ処理用ガス導入口１０５を介して
導入された酸素ガスは、プラズマ処理室１０１内で励起
・分解されて酸素原子等の活性種となり、シリコン基板
１０２の方向に輸送され、成膜用ガス導入手段を介して
導入されたモノシランガスと反応し、酸化シリコン膜が
シリコン基板１０２上に０．１μｍの厚さで形成され
た。

【００６４】得られた酸化シリコン膜の成膜速度と均一
性は１２０ｎｍ／ｍｉｎ±２．２％と良好で、膜質もリ
ーク電流５×１０^-11 Ａ／ｃｍ²、絶縁耐圧１０ＭＶ／
ｃｍ、界面準位密度５×１０¹⁰ｃｍ^-2であって、極めて
良質な膜であることが確認された。なお、この界面準位
密度は、容量測定器により得られた１ＭＨｚの高周波印
加の場合のＣ−Ｖ曲線より求めた。

【００６５】＜実施例８＞図１に示したマイクロ波プラ
ズマ処理装置を使用し、以下の通り、半導体素子層間絶
縁膜用酸化シリコン膜の形成を行った。

【００６６】基体１０２としては、最上部にＡｌパター
ン（ラインアンドスペース０．５μｍ）が形成されたＰ
型単結晶シリコン基板（面方位＜１００＞、抵抗率１０
Ωｃｍ）を使用した。まず、シリコン基板１０２を５枚
搭載したキャリアを基体支持体１０３上に設置した後、
排気系（不図示）を介してプラズマ処理室１０１内を真
空排気し、１０^-6Ｔｏｒｒの値まで減圧させた。続いて
ヒータ１０４に通電し、シリコン基板１０２を３００℃
に加熱し、基板をこの温度に保持した。プラズマ処理用
ガス導入管１０５を介して酸素ガスを５００ｓｃｃｍの
流量でプラズマ処理室１０１内に導入した。同時に成膜
用ガス導入手段（不図示）からテトラエトキシシラン
（ＴＥＯＳ）ガスを２００ｓｃｃｍの流量でプラズマ処
理室１０１内に導入した。次いで、排気系（不図示）に
設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）を調整し、
プラズマ処理室１０１内を０．３Ｔｏｒｒに保持した。
次いで２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より１．５ｋＷ
の電力を環状導波管１０８を介してプラズマ処理室１０
１内に供給した。かくして、プラズマ処理室１０１内に
プラズマが発生した。プラズマ処理用ガス導入管１０５
を介して導入された酸素ガスはプラズマ処理室１０１内
で励起・分解された活性種となり、シリコン基板１０２
の方向に輸送され、成膜用ガス導入手段を介して導入さ
れたテトラエトキシシランガスと反応し、酸化シリコン
膜がシリコン基板１０２上に０．８μｍの厚さで形成さ
れた。

【００６７】得られた酸化シリコン膜の成膜速度と均一
性は１９０ｎｍ／ｍｉｎ±２．５％と良好で、膜質も絶
縁耐圧９．５ＭＶ／ｃｍで良質な膜であることが確認さ
れた。段差被覆性を示すカバーファクタは０．９であっ
て、プラズマ閉じ込めによってＴＥＯＳの気相分解が抑
制され良好な形状を示した。なお、この段差被覆性はＡ
ｌ配線パターン上に成膜した酸化シリコン膜の断面を走
査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観測し、段差上に膜厚に対
する段差側壁上の膜厚の比（カバーファクタ）を求め評
価した。

【００６８】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、プラズマ
処理室周辺に高度な閉じ込め性能を示し、基板入射イオ
ンの極めて少ない高密度プラズマを発生でき、欠陥の少
ないプラズマ処理を、プロセスの制御性も良く、しかも
高いスループットで行うことができる。

【００６９】本発明は、複数の基体を一度に処理するバ
ッチ式プラズマ処理に関し、例えばＣＶＤ等の堆積膜形
成、アッシング、エッチング等の表面改質など種々の処
理技術に非常に有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明のマイクロ波プラズマ処理装
置の一例を示す模式図であり、（ｂ）は、この装置のプ
ラズマ発生機構を示す模式図である。

【図２】図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】従来のバッチ式誘導結合型ＲＦプラズマ処理装
置を示す模式図である。

【図４】従来の枚葉式容量結合型ＲＦプラズマ処理装置
を示す模式図である。

【図５】従来の枚葉式マイクロ波プラズマ処理装置を示
す模式図である。

【符号の説明】

１０１，３０１，４０１，５０１ プラズマ処理室 １０２，３０２，４０２，５０２ 基体 １０３，３０３，４０３，５０３ 基体支持体 １０４，３０４，４０４，５０４ ヒータ １０５，３０５，４０５，５０５ プラズマ処理用ガ
ス導入手段 １０６，３０６，４０６，５０６ 排気口 １０７，３０７ 誘電体 １０８ 無終端環状導波管 ３０８ 誘導結合型コイル ４０８ 容量結合型電極 ５０８ マイクロ波共振器 １２１ マイクロ波を左右に分配するブロック １２２ スロット １２３ 環状導波管内に導入されたマイクロ波 １２４ 環状導波管内を伝搬するマイクロ波 １２５ 漏れ波 １２６ 表面波 １２７ 漏れ波により生成したプラズマ １２８ 表面波により生成したプラズマ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/027 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５７２Ａ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理室と、該処理室内に複数の基体を配
   置する基体支持手段と、該処理室内にマイクロ波を供給
   する手段とを有するマイクロ波プラズマ処理装置であっ
   て、 前記マイクロ波を供給する手段が、複数の開口部を備え
   た無終端環状導波管であることを特徴とするバッチ式マ
   イクロ波プラズマ処理装置。
2. 【請求項２】 前記処理室の内壁の少なくとも一部が円
   筒状の誘電体から成り、前記無終端環状導波管が前記円
   筒状の誘電体を囲うように配置されている請求項１記載
   のバッチ式マイクロ波プラズマ処理装置。
3. 【請求項３】 前記基体支持手段は、前記複数の基体の
   端部を前記処理室の内壁から２０ｍｍ以上離して配置す
   る手段である請求項１又は２記載のバッチ式マイクロ波
   プラズマ処理装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の処理装置を用いて、複数
   の基体をプラズマ処理することを特徴とするバッチ式マ
   イクロ波プラズマ処理方法。
5. 【請求項５】 複数の基体を処理室内に配置し、該処理
   室を排気してから、該処理室にプラズマ処理用ガスを導
   入して０．１Ｔｏｒｒ以上の内圧に保持しながら、前記
   無終端環状導波管によってマイクロ波を導入し、該処理
   室内にプラズマを発生させて、該複数の基体をプラズマ
   処理する請求項４記載のバッチ式マイクロ波プラズマ処
   理方法。
6. 【請求項６】 前記複数の基体の端部を前記処理室の内
   壁から２０ｍｍ以上離して配置する請求項４又は５記載
   のバッチ式マイクロ波プラズマ処理方法。
7. 【請求項７】 請求項４、５又は６記載のバッチ式マイ
   クロ波プラズマ処理方法を行う工程を含むことを特徴と
   する堆積膜形成方法。
8. 【請求項８】 前記プラズマ処理方法は、ＣＶＤのため
   に行う請求項７記載の堆積膜形成方法。
9. 【請求項９】 請求項４、５又は６記載のバッチ式マイ
   クロ波プラズマ処理方法を行う工程を含むことを特徴と
   する表面改質方法。
10. 【請求項１０】 前記プラズマ処理方法は、アッシング
    のために行う請求項９記載の表面改質方法。
11. 【請求項１１】 前記プラズマ処理方法は、エッチング
    のために行う請求項９記載の表面改質方法。