JP2007081341A - 処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1の処理室101aは、ラジカル生成手段108が設けられ、ラジカルをラジカル発生領域111にて発生する室、第2の処理室101bは第1の処理室101aに連通路120を介して連通され、連通路120をラジカルが通過して導入され、被処理基体102を収容しラジカル処理する室である。ガス導入手段105から第1の処理室101aに導入され、連通路120を通過して第2の処理室101bに導入された処理用ガスは支持手段103表面近傍を通過する。ラジカルの運動エネルギー制御手段109はラジカルが導入される連通路120に設けられる
【選択図】図1
Description
また、近年では半導体素子の微細化の要求に応えるべく極薄のゲート絶縁膜形成や表面改質にラジカル処理が用いられるようになっている。
このような極薄膜形成、表面改質プロセスにおいては、形成する膜厚や改質度合いを制御するため被処理基体へ入射させるラジカルフラックスを精密に制御する必要がある。
ここで、被処理基体への入射フラックスを制御する従来のプラズマ励起処理装置を図6を参照して説明する。
この従来のプラズマ励起処理装置は、処理室601、被処理基体602、ラジカル発生領域611との距離が可変な被処理基体602を支持する被処理基体支持体603とを有する。
さらに、被処理基体602の温度調整手段604、処理室601の排気を行う排気手段606を有する。
この排気手段606には、コンダクタンスバルブ615が接続され、このコンダクタンスバルブ615には排気用ポンプ616が接続される。さらに、コンダクタンスバルブ615は制御装置617に接続される。
さらに、プラズマ処理用ガスのガス導入手段605、電力を処理室601に導入する電力導入手段608、表面に複数の貫通孔を有する平板状のフラックス制御手段609を有する。
続いて処理用ガスを処理室601の下部に設けられたガス導入手段605を介して所定の流量で導入する。
次に排気手段606に設けられたコンダクタンスバルブ615を調整し、処理室601内を所定の圧力に保持する。
電力導入手段608を介し所望の電力を処理室601に導入し、プラズマを発生させる。
導入された処理用ガスは、発生したプラズマにより励起・イオン化・反応してラジカル発生領域611にてラジカルが生成され、被処理基体支持体603上に載置された被処理基体602の表面を処理する。
このとき被処理基体602へのラジカルフラックスは以下の方法により制御することができる。即ち、
(a)ラジカル発生領域611と被処理基体602との物理的な距離を被処理基体支持台603により変化させる。
それにより、ラジカル発生領域611から被処理基体602に導入される間に生じるラジカルの失活に基づいてフラックスを制御する。
(b)ラジカル発生領域611と被処理基体602を有する処理室601との間に設置されたラジカルの通過を制御する。
例えば複数の貫通孔を有する板状のコンダクタンス制御手段609のコンダクタンスを変化させることでラジカルフラックスを制御する。
(c)ラジカル生成のための電力導入手段608への投入電力を変化させることで、生成されるラジカル密度を変化させフラックスを制御する。
(d)処理室601内の圧力を変化させることにより、処理室601内のラジカル密度を変化させフラックスを制御する。
しかし、上記のラジカルフラックス制御方法においてはいくつかの弊害がある。
例えば(a)の方法では、広範囲のラジカルフラックスを制御しようとした場合、ラジカル発生領域611との距離を十分とる必要があり、装置の大型化を招く。
また(b)の方法ではフラックス制御の為にはその都度コンダクタンスの異なる制御板への交換が必要となる。
また(c)、(d)の方法ではプラズマの生成条件と、ラジカルのフラックスを独立に制御することができない。
さらに上記(a)〜(d)全ての方法において被処理基体表面の数分子層程度の処理を行うような極低フラックスに制御することが非常に困難であるという問題点を有していた。
また、マイクロ波プラズマにより励起したラジカルの被処理基体への微小入射フラックスを精密制御するプラズマ処理装置及び方法が、例えば、特開2005−142234号公報(特許文献1)で提案されている。
前記ラジカル生成手段が設けられ、前記ラジカルをラジカル発生領域にて発生する第1の処理室と、
前記第1の処理室に連通路を介して連通され、前記連通路を前記ラジカルが通過して導入され、被処理基体を収容しラジカル処理する第2の処理室と、
前記第2の処理室内で前記被処理基体を支持する支持手段と、
前記第1の処理室に処理用ガスを導入するガス導入手段と、
前記第2の処理室から前記処理用ガスの排気を行う排気手段と、を有する処理装置において、
前記連通路に前記ラジカルの運動エネルギーを制御する手段を有することを特徴とする。
さらに、本発明に係る処理装置は、前記ラジカルの運動エネルギーを制御する手段は、前記連通路の壁面を加熱或いは冷却保持する温調手段であることを特徴とする。
さらに、本発明に係る処理装置は、前記ラジカルの運動エネルギーを制御する手段は、前記処理用ガスを直接に加熱可能な赤外光を放射することを特徴とする。
さらに、本発明に係る処理装置は、前記赤外光は、前記温調手段により加熱保持された前記連通路の前記壁面からの放射光であって、前記壁面の材質が赤外放射率の高いグラファイトから成ることを特徴とする。
さらに、本発明に係る処理装置は、前記グラファイト素材から成り赤外放射を行う前記壁面の表面を、赤外放射が透過する石英で覆ったことを特徴とする。
さらに、本発明に係る処理装置は、前記赤外光は、赤外ランプからの放射光であることを特徴とする。
さらに、本発明に係る処理装置は、前記ラジカル生成手段は紫外光励起源であることを特徴とする。
さらに、本発明に係る処理装置は、前記ラジカル生成手段は高周波プラズマ励起源であることを特徴とする。
さらに、前記連通路に前記ラジカルの運動エネルギーを制御する手段を有するため、ラジカルのフラックスを制御する効果が得られ、広範囲のラジカルフラックスを制御することが可能となる。
ラジカル生成手段108は、ラジカルを生成する手段である。
第1の処理室101aは、ラジカル生成手段108が設けられ、ラジカルをラジカル発生領域111にて発生する室である。
さらに、第2の処理室101bは第1の処理室101aに連通路120を介して連通され、連通路120をラジカルが通過して導入され、被処理基体102を収容しラジカル処理する室である。
支持手段103は第2の処理室101b内で被処理基体102を載置して支持する手段である。
温度調整手段104は、支持手段103上に載置された被処理基体102の温度を調整する手段である。
ガス導入手段105は、第1の処理室101aに処理用ガスを導入する手段である。
ガス導入手段105から第1の処理室101aに導入され、連通路120を通過して第2の処理室101bに導入された処理用ガスは支持手段103表面近傍を通過する。
さらに、ガス排気手段106は処理用ガスが第2の処理室101bの下部から排気されるように設けられる。
このガス排気手段106には、コンダクタンスバルブ115が接続される。
このコンダクタンスバルブ115には排気用ポンプ116が接続される。
さらに、コンダクタンスバルブ115は制御装置117に接続される。
ラジカルの運動エネルギー制御手段109はラジカルが導入される連通路120の壁面に設けられる
まず、制御装置117によりコンダクタンスバルブ115を制御し、排気手段106、排気用ポンプ116を介して第1の処理室101a、第2の処理室101b内を真空状態に排気する。
続いて処理用ガスを第1の処理室101aの周辺に設けられたガス導入手段105を介して所定の流量で第1の処理室101a、第2の処理室101b内に導入する。
次に排気手段106に接続されたコンダクタンスバルブ115を調整し、第1の処理室101a、第2の処理室101b内を所定の圧力に保持する。
次にラジカル発生手段108に所望の電力投入し、第1の処理室101aに導入した処理用ガスを解離・励起してラジカル発生領域111にてラジカルを発生させる。
このとき発生したラジカルは導入ガスと共に連通路120を通過して、被処理基体102が収容される第2の処理室101bへと拡散によって導入される。
この導入中、連通路120の壁面に設けられたラジカルの運動エネルギーを制御する手段109により、ラジカルの運動エネルギーは制御される。
その結果、活性なラジカル同士の再結合等により失活する反応速度が変化し、第2の処理室101b内にまで到達するラジカルのフラックスを制御することが可能となる。
ラジカルの運動エネルギーを制御する手段109としては、ラジカルを導入中の連通路120の壁面を加熱或いは冷却保持する温調手段が適用可能である。
例えば、加熱の場合、壁内部にセラミックヒーター等を埋設したものや、外部からの高周波加熱等のいかなる加熱手段を用いることが可能である。
処理用ガスにH2O、CO2、CO、NO、NH3等の赤外活性気体が少なくとも一種類以上含まれる場合には赤外光によって処理用ガスを加熱することによっても同様の効果を得ることが可能である。
例えば、壁面を赤外放射率の高いグラファイト等で構成し、壁面を加熱することにより赤外光を放射させて加熱する方法や、赤外光を発光可能な赤外ランプを配設し、その発光により加熱する方法等が可能である。
また、MOS−FETのゲート酸化/窒化等の処理中の汚染が問題になる場合には、赤外放射を透過する石英製のライナーで壁面を覆うのが好ましい。
また壁面を冷却する場合、外部冷凍機により室温或いは室温以下に冷却された純水や冷媒を壁内部に循環させ所定の温度に保持するのが好ましい。
本実施例1の処理装置に用いられるラジカル発生手段108は高周波プラズマ励起、紫外光励起のいずれの励起手段を用いることが可能であり、それらを併用することも可能である。
高周波プラズマ励起としてはCCP、ICP、ヘリコン、ECR、マイクロ波、表面波、表面波干渉型プラズマ源等のいかなるプラズマ励起手段について適用可能である。
また紫外光励起手段としては所望のラジカル状態に励起可能なエネルギーを有する光が放射可能なものであればいずれの光源も適用可能であり、例えば、キセノンショートアークランプ、キセノンフラッシュランプが用いられる。
さらに、ショートアーク型超高圧水銀ランプ、キャピラリーランプ、ロングアークランプ、低圧水銀ランプ、Deep UVランプ、メタルハライドランプ、エキシマランプ、窒素レーザー、エキシマレーザ等の光源が用いられる。
エキシマランプを用いた場合F2、Cl2、Br2、I2、ArBr、KrBr,XeBr、ArCl、KrCl、XeCl、ArF、KrF、XeF、XeI等封止ガスによって発光中心波長が異なる。
それらの中から所望のラジカルの生成に最も適した波長の光を効率よく発光させることができるものを選ぶのが好ましい。
導電性基体としては、Fe,Ni,Cr,Al,Mo,Au,Nb,Ta,V,Ti,Pt,Pb等の金属またはこれらの合金、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,Al2O3,AlN,MgO等の無機物が用いられる。
さらに、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、窓等が用いられる。
本実施例1の処理装置を表面改質に適用する場合、使用するガスを適宜選択する。
例えば、被処理基体102もしくは表面層としてSi、Al、Ti、Zn、Ta等を使用して、これら被処理基体102もしくは表面層の酸化処理あるいは窒化処理さらにはB、As、P等のドーピング処理等が可能である。
更に本実施例1において採用する成膜技術はクリーニング方法にも適用できる。
その場合酸化物あるいは有機物や重金属等のクリーニングに使用することもできる。
被処理基体102を酸化表面処理する場合の処理用ガス導入手段105を介して導入する酸化性ガスとしては、O2、O3、H2O、NO、N2O、NO2等が挙げられる。
また、被処理基体102を窒化表面処理する場合の処理用ガス導入手段105を介して導入する窒化性ガスとしては、N2、NH3、N2H4、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)等が挙げられる。
被処理基体102の表面の有機物をクリーニングする場合、または、フォトレジスト等基体表面上の有機成分をアッシング除去する場合の処理用ガス導入手段105から導入するクリーニング/アッシング用ガスとしては、O2、O3、H2O、NO、N2O、NO2、H2等が挙げられる。
また、被処理基体102の表面の無機物をクリーニングする場合の処理用ガス導入手段105から導入するクリーニング用ガスとしては、F2、CF4、CH2F2、C2F6、C4F8、CF2Cl2、SF6、NF3等が挙げられる。
このガスの選択によりSi3N4、SiO2、SiOF,Ta2O5、TiO2、TiN、Al2O3、AlN、MgF2等の絶縁膜、a−Si、poly−Si、SiC、GaAs等の半導体膜を効率よく形成することが可能である。
さらに、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。
CVD法により基板上に薄膜を形成する場合に用いられるガスとしては、一般に公知のガスが使用できる。
a−Si、poly−Si、SiC等のSi系半導体薄膜を形成する場合の処理用ガス導入手段105を介して処理室101へ導入するSi原子を含有する原料ガスとしては、以下のものが用いられる。
SiH4,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),ジメチルジフルオロシラン(DMDFS),ジメチルジクロルシラン(DMDCS)等の有機シラン類が用いられる。
さらに、SiF4,Si2F6,Si3F8,SiHF3,SiH2F2,SiCl4,Si2Cl6,SiHCl3,SiH2Cl2,SiH3Cl,SiCl2F2等のハロゲン化シラン類等、常温常圧でガス状態であるものまたは容易にガス化し得るものが挙げられる。
また、この場合のSi原料ガスと混合して導入してもよい添加ガスまたはキャリアガスとしては、H2、He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rnが挙げられる。
SiH4、Si2H6等の無機シラン類,テトラエトキシシラン(TEOS),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),ジメチルジフルオロシラン(DMDFS),ジメチルジクロルシラン(DMDCS)等の有機シラン類が用いられる。
さらに、SiF4,Si2F6,Si3F8,SiHF3,SiH2F2,SiCl4,Si2Cl6,SiHCl3,SiH2Cl2,SiH3Cl,SiCl2F2等のハロゲン化シラン類等、常温常圧でガス状態であるものまたは容易にガス化し得るものが挙げられる。
また、この場合の同時に導入する窒素原料ガスまたは酸素原料ガスとしては、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。
Al、W、Mo、Ti、Ta等の金属薄膜を形成する場合の処理用ガス導入手段105を介して導入する金属原子を含有する原料としては、以下のものが用いられる。
トリメチルアルミニウム(TMAl)、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(CO)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、WF6、TiCl3、TaCl5等のハロゲン化金属等が挙げられる。
また、この場合のSi原料ガスと混合して導入してもよい添加ガスまたはキャリアガスとしては、H2、He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rnが挙げられる。
Al2O3、AlN、Ta2O5、TiO2、TiN、WO3等の金属化合物薄膜を形成する場合の処理用ガス導入手段105を介して導入する金属原子を含有する原料としては、以下のものが用いられる。
トリメチルアルミニウム(TMAl)、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(CO)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、WF6、TiCl3、TaCl5等のハロゲン化金属等が挙げられる。
また、この場合の同時に導入する酸素原料ガスまたは窒素原料ガスとしては、O2、O3、H2O、NO、N2O、NO2、N2、NH3、N2H4、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)等が挙げられる。
被処理基体102の表面をエッチングする場合の処理用ガス導入手段105から導入するエッチング用ガスとしては、F2、CF4、CH2F2、C2F6、C3F8、C4F8、CF2Cl2、SF6、NF3、Cl2、CCl4、CH2Cl2、C2Cl6等が挙げられる。
フォトレジスト等の被処理基体102の表面上の有機成分をアッシング除去する場合の処理用ガス導入手段105から導入するアッシング用ガスとしては、O2、O3、H2O、NO、N2O、NO2、H2等が挙げられる。
ラジカル生成手段208は、ラジカルを生成する手段で、誘電体窓207を透してマイクロ波を第1の処理室201aに導入するためのスロット付無終端環状導波管である。
第1の処理室201aは、ラジカル生成手段208が誘電体窓207を介して設けられ、ラジカルをラジカル発生領域211にて発生する室である。
さらに、第2の処理室201bは第1の処理室201aに連通路220を介して連通され、連通路220をラジカルが通過して導入され、被処理基体202を収容しラジカル処理する室である。
支持手段203は第2の処理室201b内で被処理基体202を載置して支持する手段である。
温度調整手段204は、支持手段203上に載置された被処理基体202の温度を調整する手段である。
ガス導入手段205は、第1の処理室201aに処理用ガスを導入する手段である。
ガス導入手段205から第1の処理室201aに導入され、連通路220を通過して第2の処理室201bに導入された処理用ガスは支持手段203表面近傍を通過する。
さらに、ガス排気手段206は処理用ガスが第2の処理室201bの下部から排気されるように設けられる。
このガス排気手段206には、コンダクタンスバルブ215が接続される。
このコンダクタンスバルブ215には排気用ポンプ216が接続される。
さらに、コンダクタンスバルブ215は制御装置217に接続される。
ラジカルの運動エネルギーを制御する手段209はラジカルが導入される連通路220である導入チューブ220の壁面に設けられる温調手段である。
ラジカルの運動エネルギーを制御する温調手段209は、プラズマ発生部から処理室へとラジカルが導入されるチューブ壁内部に埋設された抵抗発熱体と、電力投入手段と、温度検知手段及び制御手段(共に不図示)から成る。
このジカルの運動エネルギーを制御する温調手段209により所望の温度に調節可能である。
ラジカル生成手段208であるスロット付無終端環状導波管208は、TE10モードで、内壁断面の寸法が27mm×96mm(管内波長158.8mm)、導波管の中心径が151.6mm(一周長は管内波長の3倍)のものを用いた。
スロット付無終端環状導波管208の材質は、マイクロ波の伝搬損失を抑えるため、すべてAl合金を用いている。
スロット付無終端環状導波管208のH面には、マイクロ波を処理室201へ導入するためのスロットが形成されている。
スロットは、長さ40mm,幅4mmの矩形で、中心直径が151.6mmの位置に、放射状に60°間隔で6本形成されている。
スロット付無終端環状導波管208には、4Eチューナ、方向性結合器、アイソレータ、2.45GHzの周波数を持つマイクロ波電源(不図示)が順に接続されている。
まず、制御装置217によりコンダクタンスバルブ215を制御し、排気手段206、排気用ポンプ216を介して第1の処理室201a、第2の処理室201b内を真空状態に排気する。
続いて処理用ガスを第1の処理室201aの周辺に設けられたガス導入手段205を介して所定の流量で第1の処理室201a、第2の処理室201b内に導入する。
次に排気手段206に接続されたコンダクタンスバルブ215を調整し、第1の処理室201a、第2の処理室201b内を所定の圧力に保持する。
次に、マイクロ波電源(不図示)より所望の電力をラジカル発生手段208であるスロット付無終端環状導波管208を介し誘電体窓207を透過して第1の処理室201a内に供給する。
第1の処理室201aに導入した処理用ガスは解離・励起してラジカル発生領域211にてラジカルを発生する。
このとき励起された活性な発生したラジカルは導入ガスと共に連通路220である導入チューブ220を通過して、被処理基体202が収容される第2の処理室201bへと拡散によって導入される。
これにより支持体203上に載置された被処理基体202の表面を処理する。
この際、連通路220である導入チューブ220を覆うように設けられたラジカルの運動エネルギーを制御する手段209により、導入チューブ220の壁面が加熱保持される。
さらに、導入チューブ220の壁面からの加熱を受けたラジカルの運動エネルーは制御され、ガス流の中に存在する他のラジカル等との再結合による反応速度が変化し、その結果ラジカルのフラックスを制御することが可能となる。
被処理基体202としては、洗浄により表面の自然酸化膜を除去したφ8”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、被処理基体202であるシリコン基板202を支持手段203上に設置した。
その後、排気用ポンプ216を介して第1の処理室201a、第2の処理室201b内を真空排気し、10−2Paの値まで減圧させた。
続いてヒータ204に通電し、被処理基体202であるシリコン基板202を280℃に加熱し、被処理基体202をこの温度に保持した。
さらに、ラジカルを第1の処理室201aから第2の処理室201bに導入する連通路220である導入チューブ220の壁面を加熱するラジカルの運動エネルギーを制御する手段209であるヒータ209により連通路220である導入チューブ220の壁面を200℃に加熱した。
さらにプラズマ処理用ガス導入手段205を介して酸素ガスを100sccmの流量で第1の処理室201a内に導入した。
ついで、排気手段206に設けられたコンダクタンスバルブ215を調整し、第1の処理室201a、第2の処理室201b内を400Paに保持した。
ついで、2.45GHzのマイクロ波電源(不図示)より1.5kWの電力をラジカル発生手段208であるスロット付無終端環状導波管208を介して供給し、プラズマを発生させ60秒間処理を行った。
この際、プラズマ処理用ガス導入手段205を介して導入された酸素ガスは励起、分解されてO+イオンやOラジカル等の活性種となり、被処理基体202であるシリコン基板202が収容される第2の処理室201bへ導入されシリコン基板202の表面のラジカル処理を行った。
処理後、酸化膜厚をエリプソメーターにより測定したところ酸化膜厚は2.8nm,膜厚均一性は±3.5%であった。
また同様の処理においてラジカルを導入する連通路220である導入チューブ220の壁面の温度を400℃に加熱保持した場合酸化膜厚は2.2nmとなり、また他の温度条件についても壁面温度に応じて膜厚が変化することを確認した。
ラジカル生成手段308は、ラジカルを生成する手段で、反射板307を有する紫外光光源である。
第1の処理室301aは、ラジカル生成手段308が設けられ、ラジカルをラジカル発生領域311にて発生する室である。
さらに、第2の処理室301bは第1の処理室301aに連通路320を介して連通され、連通路320をラジカルが通過して導入され、被処理基体302を収容しラジカル処理する室である。
支持手段303は第2の処理室301b内で被処理基体302を載置して支持する手段である。
温度調整手段304は、支持手段303上に載置された被処理基体302の温度を調整する手段である。
ガス導入手段305は、第1の処理室301aに処理用ガスを導入する手段である。
ガス導入手段305から第1の処理室301aに導入され、連通路320を通過して第2の処理室301bに導入された処理用ガスは支持手段303表面近傍を通過する。
さらに、ガス排気手段306は処理用ガスが第2の処理室301bの下部から排気されるように設けられる。
このガス排気手段306には、コンダクタンスバルブ315が接続される。
このコンダクタンスバルブ315には排気用ポンプ316が接続される。
さらに、コンダクタンスバルブ315は制御装置317に接続される。
ラジカルの運動エネルギーを制御する手段309としては、ラジカルを導入中の連通路320の壁面を加熱或いは冷却保持する温調手段が適用可能である。
例えば、加熱の場合、壁内部にセラミックヒーター等を埋設したものや、外部からの高周波加熱等のいかなる加熱手段を用いることが可能である。
まず、制御装置317によりコンダクタンスバルブ315を制御し、排気手段306、排気用ポンプ316を介して第1の処理室301a、第2の処理室301b内を真空状態に排気する。
続いて処理用ガスを第1の処理室301aの周辺に設けられたガス導入手段305を介して所定の流量で第1の処理室301a、第2の処理室301b内に導入する。
次に排気手段306に接続されたコンダクタンスバルブ315を調整し、第1の処理室301a、第2の処理室301b内を所定の圧力に保持する。
次に、所望の電力をラジカル生成手段308である紫外光光源308に投入し紫外光を放射させる。
第1の処理室301aに導入した処理用ガスは、放射された紫外光により励起し活性なラジカルとなる。
このとき励起された活性な発生したラジカルは導入ガスと共に連通路320である導入チューブ320を通過して、被処理基体302が収容される第2の処理室301bへと拡散によって導入される。
これにより支持手段303上に載置された被処理基体302の表面を処理する。
この際、連通路320である導入チューブ320を覆うように設けられたラジカルの運動エネルギーを制御する手段309により、導入チューブ320の壁面が加熱保持される。
さらに、導入チューブ320の壁面からの加熱を受けたラジカルの運動エネルーは制御され、ガス流の中に存在する他のラジカル等との再結合による反応速度が変化し、その結果ラジカルのフラックスを制御することが可能となる。
被処理基体302としては、φ8”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、被処理基体302であるシリコン基板302を支持手段303上に設置した。
排気手段306、コンダクタンスバルブ315、排気用ポンプ316を介して第1の処理室301a、第2の処理室301b内を真空排気し、10−2Paの値まで減圧させた。
続いて温度調整手段304であるヒータ304に通電し、シリコン基板302を280℃に加熱し、シリコン基板302をこの温度に保持した。
さらに、ラジカルを第1の処理室301aから第2の処理室301bに導入する連通路320である導入チューブ320の壁面を冷却するラジカルの運動エネルギーを制御する手段309であるチラー309により壁面を0℃に保持した。
さらにラジカル処理用ガス導入手段305を介して酸素ガスを50sccmの流量で、第1の処理室301aに導入した。
ついで、排気手段306に接続されたコンダクタンスバルブ315を調整し、第1の処理室301a、第2の処理室301b内を133Paに保持した。
ついで、ラジカル生成手段308である低圧水銀ランプ308に300Wの電力を供給し紫外光を発光させた。
水銀ランプ308から放射された紫外光のうち185nmの光は酸素ガスを解離して活性な一重項酸素原子へと解離することができる。
かくして、原子状酸素ラジカルを第1の処理室301a内に発生させ、第2の処理室301bに導入し、被処理基板302に60秒間ラジカルを曝して酸化を行った。
処理後、酸化膜厚をエリプソメーターにより測定したところ酸化膜厚は1.3nm,膜厚均一性は±2.9%であった。
ラジカル生成手段408は、ラジカルを生成する手段で、マイクロ波透過手段407を透してマイクロ波を第1の処理室401aに導入するためのスロット付無終端環状導波管である。
第1の処理室401aは、ラジカル生成手段408が設けられ、ラジカルをラジカル発生領域411にて発生する室である。
さらに、第2の処理室401bは第1の処理室401aに連通路420を介して連通され、連通路420をラジカルが通過して導入され、被処理基体402を収容しラジカル処理する室である。
支持手段403は第2の処理室401b内で被処理基体402を載置して支持する手段である。
温度調整手段404は、支持手段403上に載置された被処理基体402の温度を調整する手段である。
ガス導入手段405は、第1の処理室401aに処理用ガスを導入する手段である。
ガス導入手段405から第1の処理室401aに導入され、連通路420を通過して第2の処理室401bに導入された処理用ガスは支持手段403表面近傍を通過する。
さらに、ガス排気手段406は処理用ガスが第2の処理室401bの下部から排気されるように設けられる。
このガス排気手段406には、コンダクタンスバルブ415が接続される。
このコンダクタンスバルブ415には排気用ポンプ416が接続される。
さらに、コンダクタンスバルブ415は制御装置417に接続される。
このラジカルの運動エネルギーを制御する制御手段409は、複数の貫通孔が形成された平板であり、図4bに示されるように加熱手段410を赤外放射率の高いグラファイト材413で覆い、さらにその表面が石英製のカバー412で覆われた構造を有する。
まず、制御装置417によりコンダクタンスバルブ415を制御し、排気手段406、排気用ポンプ416を介して第1の処理室401a、第2の処理室401b内を真空状態に排気する。
続いて処理用ガスを第1の処理室401aの周辺に設けられたガス導入手段405を介して所定の流量で第1の処理室401a、第2の処理室401b内に導入する。
次に排気手段406に接続されたコンダクタンスバルブ415を調整し、第1の処理室401a、第2の処理室401b内を所定の圧力に保持する。
マイクロ波電源(不図示)より所望の電力を、ラジカル生成手段408であるスロット付無終端環状導波管408を介しマイクロ波透過手段407を透過して第1の処理室401a内に供給する。
周辺から導入された処理用ガスは、発生したプラズマにより解離・励起されラジカル等が発生する。
このようにして励起された活性なラジカルは連通路420である導入チューブ420を経由して第2の処理室401bへと導入され、支持体403上に載置された被処理基体402の表面をラジカル処理する。
このとき加熱手段410により加熱されたグラファイト材413から赤外光が放射され、赤外光を吸収可能な処理用ガスを用いた場合、処理用ガスは赤外光を吸収し加熱される。
また加熱された処理用ガスとの衝突を介してラジカルにも運動エネルギーを与えることができ、再結合による反応速度が変化し、その結果ラジカルのフラックスを制御することが可能となる。
被処理基体402としては、表面にフォトレジストが塗布されたφ8”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、被処理基体402であるシリコン基板402を支持手段403上に設置した。
排気手段406、排気用ポンプ416を介して第1の処理室401a、第2の処理室401b内を真空排気し、10−2Paの値まで減圧させた。
続いて温度調整手段404であるヒータ404に通電し、シリコン基板402を200℃に加熱し、シリコン基板402をこの温度に保持した。
ガス導入手段405を介してバブリングにより気化されたH2Oガスを500sccmの流量で第1の処理室401a内に導入した。
さらにラジカルを第1の処理室401aから第2の処理室401bに導入する連通路420である導入チューブに設けられたφ5mmの貫通孔がラジカルの運動エネルギーを制御する制御手段409である加熱平板409を加熱し、その表面からの輻射により導入ガスの加熱を行った。
ついで、排気手段406に設けられたコンダクタンスバルブ415を調整し、第1の処理室401a、第2の処理室401b内を133Paに保持した。
ついで、2.45GHzのマイクロ波電源より3.0kWの電力をラジカル生成手段408であるスロット付無終端環状導波管408を介して第1の処理室401a内に供給した。
かくして、第1の処理室401a内のラジカル発生領域411にてプラズマを発生させ処理を行った。
この際、処理用ガス導入手段405を介して導入されたH2Oガスは励起、分解されてOラジカル、OHラジカル等の活性種となり、シリコン基板402のある第2の処理室401bへ導入されシリコン基板402表面のフォトレジストのアッシング処理を行った。
処理後、アッシングレートを計測したところ約1.6um/min、均一性は5.8%であった。
また同様の処理においてラジカルを第1の処理室401aから第2の処理室401bに導入する連通路420である導入チューブの壁面の温度を振ることによりアッシングレートが約0.4um変動することを確認した。
ラジカル生成手段508は、ラジカルを生成する手段で、マイクロ波透過手段507を透してマイクロ波を第1の処理室501aに導入するためのスロット付無終端環状導波管である。
第1の処理室501aは、ラジカル生成手段508が設けられ、ラジカルをラジカル発生領域511にて発生する室である。
さらに、第2の処理室501bは第1の処理室501aに連通路520を介して連通され、連通路520をラジカルが通過して導入され、被処理基体502を収容しラジカル処理する室である。
支持手段503は第2の処理室501b内で被処理基体502を載置して支持する手段である。
温度調整手段504は、支持手段503上に載置された被処理基体502の温度を調整する手段である。
ガス導入手段505は、第1の処理室501aに処理用ガスを導入する手段である。
ガス導入手段505から第1の処理室501aに導入され、連通路520を通過して第2の処理室501bに導入された処理用ガスは支持手段503表面近傍を通過する。
さらに、ガス排気手段506は処理用ガスが第2の処理室501bの下部から排気されるように設けられる。
このガス排気手段506には、コンダクタンスバルブ515が接続される。
このコンダクタンスバルブ515には排気用ポンプ516が接続される。
さらに、コンダクタンスバルブ515は制御装置517に接続される。
このラジカルの運動エネルギーを制御する制御手段509は、赤外光放射手段であり例えばハロゲンランプ等が用いられる。
まず、制御装置517によりコンダクタンスバルブ515を制御し、排気手段506、排気用ポンプ516を介して第1の処理室501a、第2の処理室501b内を真空状態に排気する。
続いて処理用ガスを第1の処理室501aの周辺に設けられたガス導入手段505を介して所定の流量で第1の処理室501a、第2の処理室501b内に導入する。
次に排気手段506に接続されたコンダクタンスバルブ515を調整し、第1の処理室501a、第2の処理室501b内を所定の圧力に保持するすると共に第1の処理室501a、第2の処理室501b内に発生するガスの流れを制御する。
マイクロ波電源(不図示)より所望の電力を、ラジカル生成手段508であるスロット付無終端環状導波管508を介しマイクロ波透過手段507を透過して第1の処理室501a内に供給する。
周辺から導入された処理用ガスは、発生したプラズマにより解離・励起されラジカル等が発生する。
このようにして励起された活性なラジカルは連通路520を経由して第2の処理室501bへと導入され、支持体503上に載置された被処理基体502の表面をラジカル処理する。
このときラジカルの運動エネルギーを制御する制御手段509である赤外放射手段509より赤外光が放射され、赤外光を吸収可能な処理用ガスを用いた場合、処理用ガスは赤外光を吸収し加熱される。
また加熱された処理用ガスとの衝突を介してラジカルにも運動エネルギーを与えることができ、再結合による反応速度が変化し、その結果ラジカルのフラックスを制御することが可能となる。
被処理基体502としては、洗浄により表面の自然酸化膜を除去した後、表面に2nmの膜厚の熱酸化膜を成長させたφ8”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、被処理基体502であるシリコン基板502を基体支持台503上に設置した後、排気系(不図示)を介して第1の処理室501a、第2の処理室501b内を真空排気し、10−2Paの値まで減圧させた。
続いて温度調整手段504であるヒータ504に通電し、シリコン基板502を200℃に加熱し保持した。
プラズマ処理用ガス導入手段505を介してNH3ガスを250sccmの流量で第1の処理室501a内に導入した。
さらにラジカルを第2の処理室501bに導入する連通路520に設けられたラジカルの運動エネルギーを制御する制御手段509であるハロゲンランプ409からの赤外放射光により導入ガスの加熱を行った。
ついで、排気手段506に設けられたコンダクタンスバルブ515を調整し、第1の処理室501a、第2の処理室501b内を66Paに保持した。
ついで、2.45GHzのマイクロ波電源(不図示)3kWの電力をラジカル生成手段508であるスロット付無終端環状導波管508を介して供給した。
かくして、第1の処理室501a内のラジカル発生領域511にプラズマを発生させ処理を行った。
プラズマにより励起、分解されて発生したNHラジカル等の活性種は、シリコン基板502表面に到達し、その表面に形成されている酸化膜層を窒化した。
窒化後、酸化膜中の窒素濃度についてXPSにより評価した結果、ランプ加熱を行わない場合ピーク濃度は約12%、ランプ加熱を行った場合ピーク濃度は約10%であった。
101b、201b、301b、401b、501b、601b 第2の処理室
120、220、320、420、520 連通路
102、202、302、402、502、602 被処理基体
・ 203、303、403、503、603 支持体
104、204、304、404、504、604 基体温度調整手段
105、205、305、405、505、605 処理用ガス導入手段
106、206、306、406、506、606 排気手段
207、407、507 誘電体窓
・ 208、308、408、508、608 ラジカル発生手段
109、209、309、409,509 ラジカルの運動エネルギー制御手段
Claims (8)
- ラジカルを生成するラジカル生成手段と、
前記ラジカル生成手段が設けられ、前記ラジカルをラジカル発生領域にて発生する第1の処理室と、
前記第1の処理室に連通路を介して連通され、前記連通路を前記ラジカルが通過して導入され、被処理基体を収容しラジカル処理する第2の処理室と、
前記第2の処理室内で前記被処理基体を支持する支持手段と、
前記第1の処理室に処理用ガスを導入するガス導入手段と、
前記第2の処理室から前記処理用ガスの排気を行う排気手段と、を有する処理装置において、
前記連通路に前記ラジカルの運動エネルギーを制御する手段を有することを特徴とする処理装置。 - 前記ラジカルの運動エネルギーを制御する手段は、前記連通路の壁面を加熱或いは冷却保持する温調手段であることを特徴とする請求項1記載の処理装置。
- 前記ラジカルの運動エネルギーを制御する手段は、前記処理用ガスを直接に加熱可能な赤外光を放射することを特徴とする請求項1または2記載の処理装置。
- 前記赤外光は、前記温調手段により加熱保持された前記連通路の前記壁面からの放射光であって、前記壁面の材質が赤外放射率の高いグラファイトから成ることを特徴とする請求項3記載の処理装置。
- 前記グラファイト素材から成り赤外放射を行う前記壁面の表面を、赤外放射が透過する石英で覆ったことを特徴とする請求項4記載の処理装置。
- 前記赤外光は、赤外ランプからの放射光であることを特徴とする請求項3記載の処理装置。
- 前記ラジカル生成手段は紫外光励起源であることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の処理装置。
- 前記ラジカル生成手段は高周波プラズマ励起源であることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の処理装置。
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