CN110544613B - 等离子体处理装置和等离子体处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供等离子体处理装置和等离子体处理方法，能够抑制由于生成等离子体而导致的等离子体生成部的损伤。等离子体处理装置包括具有等离子体电极的等离子体生成部，能够对收纳在处理容器内的基片进行等离子体处理，上述等离子体生成部的至少与所述等离子体电极相对的部分由合成石英形成。

Description

等离子体处理装置和等离子体处理方法
技术领域
本发明涉及等离子体处理装置和等离子体处理方法。
背景技术
专利文献1中公开了一种等离子体处理装置，其在具有等离子体电极的等离子体发生部的开口配置有缝隙板，该缝隙板具有在等离子体发生部的长度方向形成的气体流通缝隙。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第4329403号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明提供一种等离子体处理装置和等离子体处理方法，其对于抑制生成等离子体而导致的等离子体生成部的损伤是有利的。
用于解决技术问题的技术方案
本发明的一个方式的等离子体处理装置包括具有等离子体电极的等离子体生成部，能够对收纳在处理容器内的基片进行等离子体处理，上述等离子体生成部的至少与上述等离子体电极相对的部分由合成石英形成。
发明效果
依照本发明，能够提供等离子体处理装置和等离子体处理方法，其能够抑制由于生成等离子体导致的等离子体生成部的损伤。
附图说明
图1是表示实施方式的等离子体处理装置的整体结构的一例的截面图。
图2是图1的II－II向视图。
图3是将等离子体生成部的实施例与处理容器一起表示的图。
图4是将等离子体生成部的变形例与处理容器一起表示的图。
图5是表示中空突起中与等离子体电极相对的壁面变质的状况和在中空突起的等离子体电极的界面附近产生最大主应力的状况的示意图。
图6是表示对应于自中空突起的内部的表面起的距离的、关于氧浓度的EPMA分析结果的图。
图7是表示对应于自中空突起的内部的表面起的距离的、关于硅醇基相对量拉曼光谱分析结果的图。
图8A是说明氧化硅玻璃中的三元环结构的图。
图8B是说明氧化硅玻璃中的四元环结构的图。
图9是表示对应于自中空突起的内部的表面起的距离的、关于三元环结构的比例的拉曼光谱分析结果的图。
图10是表示对应于自中空突起的内部的表面起的距离的、关于四元环结构的比例的拉曼光谱分析结果的图。
图11是表示在验证中空突起中的等离子体电极的界面附近的最大主应力的产生部位的热应力分析中所使用的仿真模型的图。
图12A是表示热应力分析结果的图，上图是模型整体的应力图，下图是将上图的四方区域放大了的应力图。
图12B是将图12A的四方区域进一步放大了的应力图。
图13是表示关于氧化硅玻璃的蚀刻量与氧化硅玻璃中产生的最大主应力的关系的实验结果的图。
图14是表示关于氧化硅玻璃的硅醇基浓度与氧化硅玻璃的蚀刻量的关系的实验结果的图。
附图标记说明
10 处理容器
30、30A 等离子体生成部
34 等离子体电极
100 等离子体处理装置
W 基片(晶片)。
具体实施方式
以下，参照所附的附图，对本发明的实施方式的等离子体处理装置和等离子体处理方法进行说明。其中，在本说明书和附图中，存在对于实质上相同的结构要素标注相同的附图标记而省略重复的说明的情况。
[实施方式]
<等离子体处理装置>
首先，关于本发明的实施方式的等离子体处理装置的一例，参照图1至图3进行说明。此处，图1是表示实施方式的等离子体处理装置的整体结构的一例的截面图，图2是图1的II-II向视图。另外，图3是将等离子体生成部的实施例与处理容器一起表示的图。
以下，所谓“合成石英”是指将高纯度的四氯硅烷(SiCl4)氧化合成而得的合成氧化硅玻璃(silica glass)。此外，所谓“天然石英”是指将天然的石英粉末熔融而成的熔融氧化硅玻璃(电熔融和火焰熔融)。另外，将合成石英和天然石英一并称为氧化硅玻璃。
图1所示的等离子体处理装置100例如能够在基于CVD(Chemical VaporDeposition：化学气相成长法)或ALD(Atomic Layer Deposition：原子层成膜法)的成膜处理中使用。通过这些方法，能够在作为基片W的半导体晶片(以下称为：“晶片”)上形成氮化硅膜(SiN膜)、氧化硅膜(SiO2膜)、或者这些膜的层叠膜等。本实施方式是使用能够得到良好的台阶覆盖(step coverage)的ALD法，例如在栅极电极周边使用的SiN膜中形成衬膜、偏移间隔膜、侧壁间隔膜等时能够适当地使用的装置。等离子体处理装置100是使用ALD法并实现良好的生产性的批量式的等离子体处理装置。以下，以SiN膜的成膜为例进行说明。
如图1所示，等离子体处理装置100在下端具有开口部，并具有有顶的筒状的竖式处理容器10。此外，处理容器10也可以叫做反应管或处理管等。处理容器10由天然石英形成，在处理容器10的内部的顶设有由天然石英形成的顶板11并将处理容器10内密封。另外，在该处理容器10的下端，设有向外侧突出的环状凸缘10c，其被由例如不锈钢形成的筒状的歧管(manifold)12支承着。
更具体而言，在筒状的歧管12的上端，支承处理容器10的环状凸缘12a以向外侧伸出的方式形成，并且在歧管12的下端，也形成有向外侧伸出的环状凸缘12b。在歧管12的环状凸缘12a上，隔着O形环等密封部件13气密地载置有处理容器10的环状凸缘10c。此外，在圆筒状的歧管12的下端的环状凸缘12b，隔着O形环等密封部件15气密地安装有盖体14，气密地封闭处理容器10的下端的开口。该盖体14由例如不锈钢形成。
在盖体14的中央安装有磁性流体密封部件26，旋转轴25以可旋转且气密状态而贯通(游嵌)于该磁性流体密封部件26。旋转轴25的下端以可旋转的方式支承于支承臂27，通过电动机等致动器(未图示)而能够在Z1方向旋转，其中上述支承臂27从作为升降机构的晶舟升降机(未图示)向侧方延伸。
在旋转轴25的上端设置有旋转板24，在旋转板24搭载有由天然石英形成的保温筒22。并且，在保温筒22载置着晶片舟20(基片保持部的一例)，该晶片舟20以将多个晶片W在上下方向隔开规定间隔地排列的方式保持多个晶片W。晶片舟20由天然石英形成，晶片舟20所具有的支承臂21构成为将例如30个至50个程度的、直径为300mm程度的晶片W以大致等间距多层地支承。通过使晶舟升降机升降，利用支承臂21、盖体14和保温筒22使晶片舟20一体地在Z2方向升降，由此能够对处理容器10送入、送出晶片舟20。
将等离子体气体经由设置在歧管12的侧壁的气体导入端口(未图示)导入构成等离子体气体供给部40的等离子体气体供给管41。等离子体气体供给部40包括等离子体气体供给源、MFC(Mass Flow Controller，质量流量控制器)、开闭阀(均未图示)和由天然石英形成的等离子体气体供给管41。
将等离子体气体经由等离子体气体供给管41在X1方向导入处理容器10内。作为等离子体气体，能够举例不含氧而含有氢的含氢气体，更具体而言，能够举出氨气(NH3)、氢气(H2)等。
另外，经由设置在歧管12的侧壁的气体导入端口(未图示)，导入形成原料气体供给部50的原料气体供给管51。原料气体供给部50包括原料气体供给源、MFC、开闭阀(均未图示)和由天然石英形成的原料气体供给管51。
将原料气体经由原料气体供给管51在X2方向导入处理容器10内。被导入处理容器10内的原料气体为非等离子体气体。作为原料气体，举一个例子是作为硅烷类气体的二氯硅烷(DCS：SiH2Cl2)气体。作为能够应用的硅烷类气体，除此以外还能够应用甲硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)、六甲基二硅氮烷(HMDS)、一氯硅烷(SiH3Cl)、三氯硅烷(SiHCl3)、四氯硅烷(SiCl4)、二甲硅烷基胺(DSA)。此外，能够应用三甲硅烷基胺(TSA)、双(叔丁基氨基)硅烷(BTBAS)等。
在处理容器10的侧壁的一部分，开设有在处理容器10的高度方向延伸地设置的开口10b，以包围该开口10b的方式形成有在处理容器10的高度方向延伸地设置的等离子体生成部30。此外，处理容器10中，在与等离子体生成部30相对的相反侧，设置有用于对处理容器10内的气氛进行真空排气的细长的排气口10a。
如图1所示，在处理容器10的侧壁中的包围排气口10a的部位，由天然石英形成的截面为
Figure BDA0002071090090000051
字状的排气口覆盖部件16通过焊接安装在处理容器10的侧壁的外周面。排气覆盖部件16沿处理容器10的侧壁向上方延伸，在处理容器10的上方设置有排气口17。排气口17与有具有真空泵或开闭阀(均未图示)等的真空排气部连通。当使真空排气部工作时，将包含处理气体在内的处理容器10内的气体从处理容器10的内部在X5方向向排气覆盖部件16排气，并经由排气口17在X6方向向真空泵排气。通过真空排气部的工作，能够将处理容器10内抽真空至处理中规定的真空度，能够从处理容器10内将处理气体等向外部吹扫(purge)。
另外，以包围处理容器10的外周的方式设置有筒状的加热部18，该加热部18用于对处理容器10和收纳在处理容器10内的多个晶片W进行加热。加热部18由加热器等形成。此外，如图2所示，在处理容器10的排气口覆盖部件16的附近设置有热电偶等温度传感器19，该温度传感器19测量处理容器10内的温度并用于加热部18的温度控制。另外，设置有测量处理容器10内的压力并用于真空排气部的排气控制的压力传感器(未图示)。
如图1至图3所示，等离子体生成部30中，具有细长的中空部的中空突起31，该中空突起31与长度方向正交的截面呈
Figure BDA0002071090090000061
字状。在中空突起31的端部设有凸缘32，凸缘32通过焊接等而安装在处理容器10的侧壁。即，中空突起31经由凸缘32气密地焊接接合于处理容器10的外侧，由此在处理容器10的侧壁的开口10b的外侧，以与处理容器10的内部连通的方式在外侧形成突出地设置的等离子体生成部30。此外，也可以为在中空突起31的外侧，安装包围中空突起31的天然石英制的绝缘保护罩(未图示)。
另外，如图1所示，开口10b的长度方向的长度及中空突起31的长度方向的长度均是与晶片舟20的长度方向的长度大致相应的长度。
图1至图3所示的中空突起31包括凸缘32在内其整体由合成石英形成。即，形成等离子体处理装置100的部件中形成等离子体生成部30的中空突起31(包括凸缘32在内)以外的石英制的部件全部由天然石英形成，仅中空突起31(包括凸缘32在内)由合成石英形成。在等离子体生成部30中，因利用等离子体进行的溅射(spattering)或蚀刻(etching)而容易受到产生裂纹等的损伤，这一方面在下文中进行详细说明。尤其是，本发明的发明人发现，利用作为等离子体气体的含氢气体而生成的含有氢的离子或自由基与氧化硅玻璃中的氧选择性地发生反应，能够从氧化硅玻璃的表面脱去氧。
由于与天然石英相比，合成石英具有大量的硅醇基(OH基)，因而对于形成等离子体生成部30的中空突起31适合使用合成石英。另外，相比天然石英，合成石英的材料成本更高。鉴于这些情况，仅将中空突起31(包括凸缘32在内)用合成石英形成，将形成等离子体处理装置100的其它石英制部件全部用天然石英形成，由此能够获得尽可能地抑制了材料成本的等离子体处理装置100。
中空突起31具有隔着中空部相对的一对侧壁，在该一对侧面配置有一对平行平板型的等离子体电极34。如图3所示，对于在铅直方向延伸地设置的中空突起31的侧壁，安装有同样地在铅直方向延伸地设置的等离子体电极34。如图2所示，一对等离子体电极34经由供电线36与等离子体发生用的高频电源35连接。对等离子体电极34施加例如13.56MHz的高频电压，由此能够产生等离子体，如图2所示，在中空突起31的中空部内形成等离子体生成区域PA。此外，高频电压的频率并不限定于13.56MHz，也可以使用例如400kHz等其它频率的高频电压。另外，虽然省略图示，但是也可以在高频电源35与一对等离子体电极34之间设置自动调谐器(autotuner)、系统控制器和匹配网络(matching network)等。如此，等离子体生成部30至少由中空突起31、一对等离子体电极34、高频电源35和供电线36形成。
返回图1，经由歧管12的侧壁导入的等离子体气体供给管41弯曲之后，沿歧管12的侧壁和处理容器10的下方的侧壁向上方延伸地设置。接着，等离子体气体供给管41在中空突起31的下方位置向中空突起31的中空侧(处理容器10的径向外侧)弯曲。向中空侧弯曲的等离子体气体供给管41在中空突起31的端壁(距处理容器10最远的壁)附近向铅直上方侧弯曲，并向铅直上方延伸地设置直至中空突起31的上端附近。如图2所示，等离子体气体供给管41位于中空突起31的端壁附近且比一对等离子体电极34靠外侧(远离处理容器10的位置)的位置。
在等离子体气体供给管41，在其长度方向隔开间隔地开设有多个等离子体气体排出孔42，能够经由各等离子体气体排出孔42在水平方向(图1和图2的X3方向)大致均匀地排出氨气气体和氢气气体之类的等离子体气体。如图1所示，等离子体气体排出孔42在等离子体气体供给管41中从中空突起31的上端附近设置至下端附近，对搭载在晶片舟20的全部晶片W供给等离子体气体。此外，等离子体气体排出孔42的直径例如能够被设定为0.4mm的程度。
如图2所示，在等离子体生成部30中，在对一对等离子体电极34之间施加了高频电压的状态下，能够将等离子体气体从等离子体气体排出孔42供给到该一对等离子体电极34之间。所供给的等离子体气体到达等离子体生成区域PA，在等离子体生成区域PA中被分解或者活化，一边向处理容器10的中心侧扩散一边在X3方向流入。
另一方面，如图1和图2所示，经由歧管12的侧壁导入的原料气体供给管51弯曲之后，沿歧管12的侧壁，进而沿处理容器10的侧壁向上方延伸地设置，达到晶片舟20的上端附近。如图2所示，图示例的原料气体供给管51在处理容器10的侧壁的开口10b的一侧设置有1根，但是也可以例如隔着开口10b在两侧设置2根以上。
在原料气体供给管51在其长度方向隔开间隔地开设有多个原料气体排出孔52，能够经由各原料气体排出孔52在水平方向(图1和图2的X3方向)上大致均匀地排出DCS气体等的原料气体。如图1所示，原料气体排出孔52在原料气体供给管51中从晶片舟20的下端设置至上端，能够对搭载在晶片舟20的全部晶片W供给原料气体。此外，原料气体排出孔52的直径也与等离子体气体排出孔42同样地例如能够被设定为0.4mm的程度。
另外，等离子体处理装置100具有控制部(未图示)。控制部控制等离子体处理装置100的各构成部，例如加热部18、真空排气部、构成等离子体生成部30的高频电源35、等离子体气体供给部40、原料气体供给部50等的工作。控制部包括CPU(Central ProcessingUnit：中央处理器)、ROM(Read Only Memory：只读存储器)和RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)。
CPU根据保存在RAM等的存储区域中的方案(处理方案)，实施规定的处理。在方案中，设定了与处理条件相应的等离子体处理装置100的控制信息。在控制信息中，例如包含气体流量、处理容器10内的压力、处理容器10内的温度、处理时间等。例如，在SiN膜成膜时，将处理容器10内控制为规定的压力和规定的温度，在规定的时间中生成等离子体之后，在规定的时间中供给原料气体，将该等离子体生成和原料气体供给反复实施规定次数的流程包含在方案中。
方案和控制部适用的程序例如可以存储在硬盘、光盘、光磁盘等中。此外，方案等可以以保存在CD-ROM、DVD、存储卡等可移动式的计算机可读取的存储介质中的状态被安装到控制部中，能够读取的方式。控制部除此以外还包括：进行命令的输入操作等的键盘或鼠标等输入装置；可视化地显示使等离子体处理装置100的工作状况的显示器等显示装置；和打印机等输出装置之类的用户接口。
(等离子体生成部的变形例)
接着，参照图4，说明等离子体生成部的变形例。在图1至图3所示的等离子体处理装置100中，等离子体生成部30中包括凸缘32在内的中空突起31整体由合成石英形成。与此不同的是，在图4所示的变形例的等离子体生成部30A中，使中空突起中的与等离子体电极34相对的部分为由合成石英形成的第一部分33A。并且，使包括凸缘32在内的其它部分为由天然石英形成的第二部分33B，通过焊接将第一部分33A与第二部分33B连接，由此形成中空突起31A。
此处，所谓“与等离子体电极34相对的部分”不仅是指安装等离子体电极34的部分，还指比安装等离子体电极34的部分稍大一些的部分。在下文中进行详细的说明，根据本发明的发明人等的验证，能够确定因利用等离子体进行的溅射或蚀刻而在中空突起的壁面内产生最大主应力的位置为等离子体电极的轮廓线及其附近。
具体而言，如图5所示，在中空突起31的壁面中，在等离子体电极34的轮廓的内侧(等离子体电极34的中央侧)产生压缩应力C，在等离子体电极34的外侧(远离等离子体电极34的一侧)产生拉伸应力T。其结果是，在中空突起31的壁面中，在等离子体电极34的轮廓位置及其附近产生最大主应力。
因此，优选将比安装等离子体电极34的部分稍大一些的部分作为第一部分33A，用合成石英形成第一部分33A，由此能够抑制等离子体生成部30A的损伤。例如，能够将相对于安装等离子体电极34的部分进一步扩大5cm至20cm程度的范围设定为第一部分33A。
<等离子体处理方法>
接着，对使用了图1至图3中记载的等离子体处理装置100的、实施方式的等离子体处理方法的一例进行说明。此处，采用应用ALD法，使用NH3气体作为等离子体气体并使用DCS气体作为原料气体，在晶片W上形成SiN膜的处理流程并进行说明。
首先，在晶片舟20搭载30个至50个程度的晶片W，装载到处理容器10内。然后将处理容器10内调温到规定的处理温度，将处理容器10内抽真空并调节为规定的处理压力。
接着，在等离子体生成部30中，对高频电源35进行开启(ON)控制将高频电压施加到等离子体电极34间，通过等离子体气体供给管41将NH3气体供给到等离子体电极34间。通过供给NH3气体，在中空突起31的中空部内形成等离子体生成区域PA。在等离子体生成区域PA中，能够生成NH4 *、NH3 *、NH2 *、NH*、N2 *、H2 *、H*(标记*表示自由基)等自由基(活性种)。此外，能够生成NH4 +、NH3 +、NH2 +、NH+、N2 +、H2 +等的离子(活性种)。
将氨自由基等活性种供给到处理容器10内使之化学吸附于晶片W的表面，并对处理容器10内进行吹扫。此处，所谓吹扫是指使氮气(N2)等非活性气体流到处理容器10内的动作、使真空排气系统工作来除去处理容器10内的残留气体的动作。例如，在数十秒至数分钟程度的期间，进行氨自由基的供给和吹扫。
接着，由原料气体供给管51将DCS气体供给到处理容器10内，使其吸附在晶片W的表面。DCS气体的供给也进行例如数分钟的程度。在各晶片W上已经附着有氨自由基，该氨自由基与所供给的DCS气体发生反应，由此在各晶片W的表面形成一层SiN膜。此外，举例实施方式的等离子体处理方法中的处理条件的一例，如下所述。即，处理温度在300至600℃程度的范围内，处理压力为1333Pa(10Torr)以下，NH3气体的流量为3000sccm(sccm：standardcc/min)以下、DCS气体的流量为10至80sccm程度的范围内。
在使用ALD法的成膜中，通过将上述一系列的流程反复实施规定次数，能够在晶片W的表面上形成规定厚度的SiN膜。
<对由等离子体导致的氧化硅玻璃表面的损伤进行验证的分析和解析>
本发明的发明人等使用各种方法验证了因等离子体而氧化硅玻璃表面发生损伤的状况。
(EPMA分析)
首先，对于EPMA(Electron Probe Micro Analyzer：电子探针显微分析仪)分析及其结果进行说明。如使用图5进行的概略说明，在较长期间中反复实施生成等离子体的成膜处理时，在氧化硅玻璃制的中空突起的内部，设置有等离子体电极的部位的氧化硅玻璃表面由于利用等离子体进行的溅射或蚀刻而可能受到损伤。尤其是，当生成不含氧而含有氢的含氢气体(NH3气体、H2气体等)的等离子体时，等离子体中生成的含氢的离子或自由基与氧化硅玻璃中的氧选择性地发生反应。其结果是，从氧化硅玻璃表层脱去氧。具体而言，从氧化硅玻璃表层脱去氧化硅玻璃中的OH基，生成H2O、SiH4等副产物。
在长期间使用的处理容器中，切出等离子体生成部的中空突起的氧化硅玻璃的一部分，对板厚方向的截面进行了EPMA分析。在图6中示出EPMA分析的结果。
由图6可知，从与等离子体接触的氧化硅玻璃的表层至500μm的范围(尤其是至200μm的范围)，氧浓度减少了。根据该分析结果，证实了越靠近与等离子体接触的氧化硅玻璃表面，氧浓度的降低越显著。
当用灵敏色法测量该氧化硅玻璃中的氧浓度降低了的变质层附近的应变应力时，在变质层周边部产生应力，在变质层两端部与正常部的边界观察到了最大主应力(参照图5)。该最大主应力局限在氧化硅玻璃的表层的100μm至200μm厚度范围中，该最大主应力的产生部位有可能成为破损起点。推测该应力是由于因氧被还原而产生的E'中心(E-Prime中心)或ODC(Oxygen deficient center：缺氧中心)等结构缺陷的再结合，而氧化硅玻璃的细微结构被再构筑而体积收缩所产生的应力。此外，E'中心是指玻在璃网络(glass network)中的与3个氧结合的Si中存在1个不成对电子的结构。
(拉曼光谱分析)
接着，对于为了确认上述的氧化硅玻璃的变质层的结构变化而进行的拉曼光谱分析及其结果进行说明。首先，测量了变质层的厚度方向的硅醇基相对量。在3680cm-1附近较弱地观察到由OH基的伸缩振动产生的拉曼带(Raman Band)。
此处，计算3680cm-1的带相对于800cm-1的带的相对强度(I(3680)/I(800))，由此求得出了等离子体生成部中的从中空突起的内部的表面起在厚度方向的硅醇基(OH基)的相对量变化。其结果如图7所示。
从图7可知，在中空突起的内部的表面侧，尤其是在从内部的表面起50μm的范围，OH基浓度减少。
接着，对与氧化硅玻璃中的三元环结构和四元环结构对应的610cm-1、495cm-1的带进行分析。其中，氧化硅玻璃中的三元环结构和四元环结构分别在图8A和图8B中示出。
计算出了610cm-1的带相对于800cm-1的带的相对强度(I(610)/I(800))和495cm-1的带相对于800cm-1的带的相对强度(I(495)/I(800))。然后，根据这些计算结果，求出了等离子体生成部中的从中空突起表面起厚度方向的硅醇基(OH基)的相对量变化。分别在图9和图10中示出这些结果。
从图9和图10可知，都是在中空突起的内部的表面侧，尤其是在从表面起50μm的范围中，OH基浓度减少。启示了I(610)/I(800)的值、I(495)/I(800)的值均越小，氧化硅玻璃的三元环结构和四元环结构的比例越小的情况。即，能够推测出：与中空突起的内部相比，在从中空突起表面起厚度大约50μm的范围中，三元环结构和四元环结构的比例减少。
另外，可知在设想温度(认为氧化硅玻璃的结构被冻结的温度)为1500℃以下时，I(610)/I(800)的值、I(495)/I(800)的值降低，即三元环和四元环结构减少的情况，与氧化硅玻璃的密度的降低有关。据此，能够推测出在从分析试样的表面起厚度约50μm的范围中，石英的密度降低了。
以上，根据EPMA分析和拉曼光谱分析的结果，在与等离子体接触的面的氧化硅玻璃的变质层产生的应力，能够推测是以下的第1阶段至第3阶段连续地产生的结构(Mechanism)导致的应力。首先，第1阶段是伴随着含氢的等离子体导致的氧还原而产生的氧化硅玻璃表层的密度降低。接着，第2阶段是氧化硅玻璃中的缺氧缺陷的再结合导致的体积收缩。最后，第3阶段是在氧化硅玻璃内部产生并积蓄应变。
(结构分析)
接着，为验证在变质层两端部产生最大主应力的理由，实施了使用仿真模型的结构分析。图11中示出该结构分析中在计算机内制作的仿真模型M。仿真模型M中，对于氧化硅玻璃模型M1，为了将氧化硅玻璃的变质层的结构变化导致的收缩置换为金属的热收缩，将铝片形成的变质层模型M2作为由温度变化导致的热收缩模型进行了模拟。
使等离子体生成部的中空突起的氧化硅玻璃和相同尺寸的氧化硅玻璃片为1mm的厚度，将由等离子体导致的变质层置换为线性膨胀系数较大的铝。在图11中，将氧化硅玻璃模型M1的长度设为t1，将氧化硅玻璃模型M1中的等离子体电极的宽度设为t2，将变质层的长度设为t3。模拟变质层的铝采用A5052，使厚度为0.3mm。另外，氧化硅玻璃、铝A5052的线性膨胀系数分别为4.8×10-7(K-1)、2.38×10-5(K-1)。
从稳定状态降温100℃，计算出这时在铝和氧化硅玻璃中产生的应力。在图12A和图12B中示出其结果。此处，图12A是表示热应力分析结果的图，上图是模型整体的应力图。此外，下图是将上图的四方区域放大了的应力图，图12B是将图12A的四方区域进一步放大了的应力图。
从图12A和图12B可知，在变质层中所鉴定的铝层的边缘部，产生最大主应力。其结果与用灵敏色法观察实际的试样的结果一致。根据本分析结果，再现了由于变质层的体积收缩，在变质层与正常层的内部边界端部产生最大主应力σ1的状况。
(关于OH基浓度与最大主应力的相关性的验证)
接着，进行了关于OH基浓度与最大主应力的相关性的验证。如前文所述，氧化硅玻璃因利用不含氧而含有氢的含氢气体的等离子体进行的溅射和蚀刻，而可能在与等离子体接触的等离子体电极正下的表层受到损伤。其结果是，氧化硅玻璃的表层缺乏氧，因密度降低和结构的再构建而体积收缩。由于该体积收缩，在变质层端部产生较大的应力，导致氧化硅玻璃的破损。
此处，对于等离子体电极正下的等离子体生成区域中的氧化硅玻璃，以对等离子体生成没有影响的状态设置较薄的氧化硅玻璃芯片(silica glass chip)，实施了在与实际的成膜温度相同的温度下在一定时间中暴露于氨等离子体的加速实验。发明人研究了氧化硅玻璃芯片的蚀刻量与在氧化硅玻璃芯片中产生的最大主应力的关系。在图13中示出实验结果。
如图13所示，氧化硅玻璃芯片的蚀刻量与氧化硅玻璃芯片中产生的最大主应力之间存在相关性。知晓了在所评价的蚀刻量的范围中，当蚀刻量增加时，产生的应力也增加。此外，也知晓了蚀刻量也依赖于处理温度，在室温中几乎不被蚀刻。
如果减少该现象，即减少由等离子体导致的氧化硅玻璃表层被选择性地氧还原和蚀刻，则能够提供具有可长期地稳定地使用的等离子体生成部的等离子体处理装置。因此，可知优选在等离子体生成部应用即使由氨气气体和氢气气体的等离子体也难以还原氧且难以被蚀刻的氧化硅玻璃。
一直以来，由合成石英来形成等离子体生成部，该合成石英比在等离子体生成部中应用的天然石英的细微结构更致密且能够期待更高的耐蚀刻性。进而，作为能够左右在光学系统中利用的合成石英的特性的成分有OH基浓度，使用氧化硅玻璃芯片将OH基浓度作为参数来评价了由氨等离子体导致的蚀刻量。将其结果示出在图14中。
从图14可知，虽然观测次数少，但蚀刻量随着OH基浓度的增加以OH基浓度的幂函数减少。
从图13和图14可知，OH基浓度与在氧化硅玻璃中产生的最大主应力也相关，OH基浓度较大的一者最大主应力变小。因此，在等离子体生成部中使用含有OH基至少为90ppm至100ppm以上，优选为200ppm以上的合成石英。
更具体而言，可知相对于OH基浓度为10ppm程度的天然玻璃中产生的应力，OH基浓度为90ppm至100ppm的合成石英的应力降低效果为40％的程度。此外，可知相对于OH基浓度为10ppm程度的天然玻璃中产生的应力，OH基浓度为200ppm的合成石英的应力降低效果为60％的程度。基于这些结果，将上述的数值范围规定为适当的范围。
也可以为对上述实施方式中所举例的结构等，组合了其它构成要素等的其它实施方式，此外本说明书中对于此处所公开的结构不作限定。关于这一点，在不脱离本说明书的主旨的范围内能够进行变更，能够根据其应用方式而适当地决定。
图示例的等离子体处理装置100是批量式的竖式炉，但也可以是除此以外的形式的等离子体处理装置。例如，可以是如下方式：处理容器为中空的圆盘状的处理容器，在处理容器内收纳用于载置多个基片并进行旋转的旋转台，配置有对旋转台的上表面供给原料气体的原料气体供给部和供给反应气体的反应气体供给部。
在该等离子体处理装置中，处理容器具有的顶板的一部分为等离子体生成部，该顶板的一部分由合成石英形成。并且，能够在顶板的等离子体生成部中，配置由电感耦合等离子体(Inductive Coupled Plasma：ICP)发生器构成的等离子体电极。该等离子体处理装置一次能够对5个程度的晶片W进行成膜处理，因此能够被称为所谓的半批量型的等离子体处理装置。
另外，也可以是在圆盘状的处理容器内收纳1个晶片W来进行成膜处理的、单片型的等离子体处理装置。该等离子体处理装置中，在处理容器的内侧上方具有天线室，在天线室的下方形成有具有基座的腔室。处理容器中，能够用合成石英形成划分出天线室的壁面等。
该等离子体处理装置也能够适用电感耦合型的等离子体处理装置，除此之外，也能够适用电子回旋共振等离子体(Electron Cyclotron resonance Plasma；ECP)。此外，也能够适用螺旋波激励等离子体(Helicon Wave Plasma；HWP)。另外，也能够适用微波激励表面波等离子体(Surface Wave Plasma；SWP)。
另外，图示例中说明了使用等离子体处理装置100，利用ALD法的氮化硅膜的成膜方法，但具有等离子体处理装置100、本发明的特征的半批量型的等离子体处理装置、单片型的等离子体处理装置也能够适用于蚀刻处理。

Claims (11)

1.一种等离子体处理装置，其特征在于：
包括具有等离子体电极的等离子体生成部，能够对收纳在处理容器内的基片进行等离子体处理，
所述等离子体生成部的至少与所述等离子体电极相对的部分由合成石英形成，
在所述等离子体生成部和所述处理容器中，由所述合成石英形成的部分以外的部分由天然石英形成，
合成石英是指将高纯度的四氯硅烷氧化合成而得的合成氧化硅玻璃，所述合成石英的OH基的浓度为90ppm以上。
2.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述等离子体生成部全部由所述合成石英形成。
3.如权利要求1或2所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述合成石英的OH基的浓度为200ppm以上。
4.如权利要求1或2所述的等离子体处理装置，其特征在于：
在所述等离子体生成部中设置有等离子体气体供给部，所述等离子体气体供给部能够将由所述等离子体电极等离子体化的等离子体气体供给到所述处理容器内，
所述等离子体气体是不含氧而含有氢的含氢气体。
5.如权利要求4所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述含氢气体为NH3气体、H2气体的任一种。
6.如权利要求1或2所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述处理容器为竖式的筒状的处理容器，
在所述处理容器内收纳有能够多层地保持多个所述基片的基片保持部，
所述处理容器在筒状的侧壁的一部分形成有具有中空部的中空突起，该中空突起向外侧突出地设置且在所述侧壁的高度方向延伸地设置，该中空突起形成了所述等离子体生成部。
7.如权利要求6所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述中空突起中，在隔着所述中空部相对的一对侧面设置有一对平行平板型的所述等离子体电极。
8.如权利要求1或2所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述处理容器为中空的圆盘状的处理容器，
在所述处理容器内，收纳有能够载置多个所述基片并使所述基片旋转的旋转台，
配置有对所述旋转台的上表面供给原料气体的原料气体供给部和供给反应气体的反应气体供给部，
所述处理容器具有的顶板的一部分为所述等离子体生成部。
9.如权利要求8所述的等离子体处理装置，其特征在于：
在所述顶板的所述等离子体生成部中，配置有由电感耦合等离子体发生器构成的所述等离子体电极。
10.一种等离子体处理方法，其特征在于：
所述等离子体处理方法能够在等离子体处理装置中执行，
所述等离子体处理装置包括具有等离子体电极的等离子体生成部和处理容器，所述等离子体生成部的至少与所述等离子体电极相对的部分由合成石英形成，在所述等离子体生成部中设置有等离子体气体供给部，所述等离子体气体供给部能够将由所述等离子体电极等离子体化的等离子体气体供给到所述处理容器内，对收纳在处理容器内的基片进行等离子体处理，
在所述等离子体处理方法中，由所述等离子体气体供给部供给不含氧而含有氢的含氢气体作为所述等离子体气体，将等离子体化了的所述等离子体气体供给到所述处理容器内来对所述基片进行等离子体处理，
在所述等离子体生成部和所述处理容器中，由所述合成石英形成的部分以外的部分由天然石英形成，
合成石英是指将高纯度的四氯硅烷氧化合成而得的合成氧化硅玻璃，所述合成石英的OH基的浓度为90ppm以上。
11.如权利要求10所述的等离子体处理方法，其特征在于：
所述含氢气体为NH3气体、H2气体的任一种。
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