JP2005142234A5 - - Google Patents

Description

本発明の一側面としての処理装置は、被処理基体にプラズマ処理を施す処理装置であって、前記被処理基体を収納してプラズマを発生する処理室と、当該処理室にガスを導入する手段とを有し、更に、前記プラズマの発生領域よりも前記ガスの上流に前記被処理基体を配置する手段、前記プラズマの発生領域と前記被処理基体との間に配置された排気手段、又は、前記被処理基体上の活性種濃度は１Ｅ９ｃｍ ^−３ 乃至１Ｅ１１ｃｍ^−３に維持する手段を有することを特徴とする。

本発明の別の側面としての処理方法は、処理室に被処理基体を収納すると共に酸素を含むガスを導入して前記被処理基体に１ｎｍ以下の膜厚の酸化膜を形成するプラズマ処理を施す処理方法であって、前記被処理基体上の活性種濃度を１Ｅ９ｃｍ ^−３ 乃至１Ｅ１１ｃｍ^−３に維持するステップと、前記プラズマ処理を５秒以上の処理時間だけ行うステップとを有することを特徴とする。

ガス導入部１０５は、プラズマ処理室１０１の下部に設けられ、プラズマ処理用のガスをプラズマ処理室１０１に供給する。ガス導入部１０５は、ガス供給手段の一部であり、ガス供給手段は、ガス供給源と、バルブと、マスフローコントローラと、これらを接続するガス導入管を含み、マイクロ波により励起されて所定のプラズマを得るための処理ガスや放電ガスを供給する。プラズマの迅速な着火のために少なくとも着火時にＸｅやＡｒ、Ｈｅなどの希ガスを添加してもよい。希ガスは反応性がないので被処理基体１０２に悪影響せず、また、電離しやすいのでマイクロ波投入時のプラズマ着火速度を上昇することができる。もっとも後述するように、ガス導入部１０５を、例えば、処理ガスを導入する導入部と不活性ガスを導入する導入部に分けて、これらの導入部を別々の位置に配置してもよい。例えば、処理ガス導入部を上部に設け、不活性ガス導入部を下部に設け、不活性ガスが処理ガスの活性種が被処理基体１０２に到達すること防止するように不活性ガスの流れを下から上向きにするなどである
ガス導入部１０５の向きは、図１に示すように、下から上である。この結果、プラズマが発生する誘電体窓１０７の処理室１０１側の表面（プラズマ発生領域Ｐ）に対して被処理基板１０２は上流に配置される。この結果、ガスは、誘電体窓１０７近傍に発生するプラズマ発生領域を経由した後に被処理基体１０２の表面に供給されるが、ガスから生成される活性種の被処理基体１０２の濃度は、従来のように、ガス導入手段が図１に示す１０６付近に配置される場合と比較して１Ｅ９ｃｍ ^−３ 乃至１Ｅ１１ｃｍ^−３程度と著しく低下する。

以下、処理装置１００の動作について説明する。まず、図示しない真空ポンプを介してプラズマ処理室１０１内を真空排気する。続いて、ガス供給手段の図示しないバルブが開口され、マスフローコントローラを介して処理ガスが所定の流量でガス導入部１０５からプラズマ処理室１０１に導入される。次に図示しない圧力調整弁を調整し、プラズマ処理室１０１内を所定の圧力に保持する。また、マイクロ波発生源よりマイクロ波を、マイクロ波供給手段、誘電体窓１０７を介してプラズマ処理室１０１に供給し、プラズマ処理室１０１内でプラズマを発生させる。マイクロ波供給手段内に導入されたマイクロ波は、自由空間よりも長い管内波長をもって伝搬し、スロットから誘電体窓１０８を介してプラズマ処理室１０１に導入され、誘電体窓１０７の表面を表面波として伝搬する。この表面波は、隣接するスロット間で干渉し、表面定在波を形成する。この表面定在波の電界により高密度プラズマを生成する。プラズマ生成域の電子密度が高いので処理ガスを効率良く解離できる。また、電界が誘電体近傍に局在するので、電子温度はプラズマ生成域から離れると急速に低下するため、デバイスへのダメージも抑制できる。プラズマ中の活性種は、被処理基体１０２近辺に拡散等で輸送され、被処理基体１０２の表面に到達する。しかし、排気路１０６がプラズマ発生領域と被処理基体１０２との間に配置され、また、ガス導入部１０５が導入するガスから見て被処理基体１０２はプラズマ発生領域の上流に配置されている。この結果、被処理基体１０２上の活性種（例えば、酸素ラジカル）濃度は１Ｅ９ｃｍ ^−３ 乃至１Ｅ１１ｃｍ^−３以下となり、安定した制御が可能な時間（例えば、５秒以上）のプラズマ処理を実施することにより、例えば、膜厚が１ｎｍ以下の極薄の（例えば、ゲート酸化）膜を被処理基体１０２上に形成することができる。

Claims (10)

1. 被処理基体にプラズマ処理を施す処理装置であって、
   前記被処理基体を収納してプラズマを発生する処理室と、
   当該処理室にガスを導入する手段と、
   前記プラズマの発生領域よりも前記ガスの上流に前記被処理基体を配置する手段とを有することを特徴とする処理装置。
2. 被処理基体にプラズマ処理を施す処理装置であって、
   前記被処理基体を収納してプラズマを発生する処理室と、
   当該処理室にガスを導入する手段と、
   前記プラズマの発生領域と前記被処理基体との間に配置された排気手段とを有することを特徴とする処理装置。
3. 前記被処理基体と前記プラズマの発生領域の間に、前記被処理基体が配置される処理空間の活性種濃度を所定の範囲に維持するためのコンダクタンス調整手段を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の処理装置。
4. 被処理基体にプラズマ処理を施す処理装置であって、
   前記被処理基体を収納してプラズマを発生する処理室と、
   当該処理室にガスを導入する手段と、
   前記被処理基体上の活性種濃度は１Ｅ９ｃｍ ^−３ 乃至１Ｅ１１ｃｍ^−３に維持する手段とを有することを特徴とする処理装置。
5. 前記維持手段は、前記被処理基体と前記プラズマの発生領域の間に設けられ、前記被処理基体が配置される処理空間の前記活性種濃度を所定の範囲に維持するためのコンダクタンス調整手段を含むことを特徴とする請求項４記載の処理装置。
6. 前記コンダクタンス調整手段は、複数の孔が穿られた平板であることを特徴とする請求項３又は５記載の処理装置。
7. 前記コンダクタンス調整手段で分けられた前記処理室の前記プラズマの発生領域側に排気手段を、前記被処理基体側に前記ガス導入手段を配置したことを特徴とする請求項３又は５記載の処理装置。
8. 前記ガス導入手段は、前記被処理基体をプラズマ処理するための処理ガスを前記処理室に導入する第１のガス導入手段と、不活性ガスを前記処理室に導入する第２のガス導入手段とを含み、
   前記コンダクタンス調整手段で分けられた前記処理室の前記プラズマの発生領域側に前記第１のガス導入手段と排気手段を配置し、前記被処理基体側に前記第２のガス導入手段を配置したことを特徴とする請求項３又は５記載の処理装置。
9. 前記プラズマ処理は、前記被処理基体の表面を酸化又は窒化する処理である請求項１乃至８のうちいずれか一項記載の処理装置。
10. 処理室に被処理基体を収納すると共に酸素を含むガスを導入して前記被処理基体に８ｎｍ以下の膜厚の酸化膜を形成するプラズマ処理を施す処理方法であって、
    前記被処理基体上の活性種濃度を１Ｅ９ｃｍ ^−３ 乃至１Ｅ１１ｃｍ^−３に維持するステップと、
    前記プラズマ処理を５秒以上の処理時間だけ行うステップとを有することを特徴とする処理方法。