JP2017183611A

JP2017183611A - プラズマ処理方法、およびプラズマ処理装置

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Publication number: JP2017183611A
Application number: JP2016071355A
Authority: JP
Inventors: 将文鈴木; Masafumi Suzuki
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2017-10-05

Abstract

【課題】炭化シリコンを含みダメージが発生している表面領域を除去することができ、且つ、表面領域を除去した際に露出する下層にダメージが発生するのを抑制することができるプラズマ処理方法、およびプラズマ処理装置を提供することである。
【解決手段】実施形態に係るプラズマ処理方法は、炭化シリコンを含む基板の、ダメージが発生している表面領域を除去するプラズマ処理方法である。
前記プラズマ処理方法は、前記基板を載置する雰囲気から離隔された雰囲気において、プラズマを用いて水素ラジカルを生成し、前記表面領域に前記水素ラジカルを供給する第１の処理工程と、前記基板を載置する雰囲気から離隔された雰囲気において、前記プラズマを用いてフッ素ラジカルを生成し、前記水素ラジカルが供給された前記表面領域に前記フッ素ラジカルを供給する第２の処理工程と、を備えている。
【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、プラズマ処理方法、およびプラズマ処理装置に関する。

スイッチング損失の低減や、高温領域における電気特性の向上などのために、シリコン（Ｓｉ）に代えて炭化シリコン（ＳｉＣ）を用いた半導体装置が提案されている。
シリコンを用いた半導体装置と同様に、炭化シリコンを用いた半導体装置においても、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）によりトレンチや孔が形成される。
ＲＩＥにより、イオンを基板に打ち込めば、アスペクト比の高いトレンチを形成することができる。

ところが、トレンチを形成する際に、トレンチの側面や底面などのようにレジストマスクやハードマスクで覆われていない部分にイオンが打ち込まれると、表面荒れや結晶欠陥などのダメージが発生する場合がある。
また、プラズマを用いてイオンやラジカルなどのプラズマ生成物を生成した際に発生した光には、波長の短い紫外線が含まれている。紫外線が、基板の、レジストマスクやハードマスクで覆われていない部分に入射すると、紫外線が基板に吸収されてダメージが発生する場合がある。

イオンや紫外線によるダメージは、半導体装置の電気特性を悪化させる要因となる。そのため、シリコンを用いた半導体装置の場合には、ダメージの発生の少ないラジカルを用いた処理を施すことで、ダメージが発生している表面領域を除去するとともに、表面領域を除去した際に露出する下層にダメージが発生するのを抑制している。
また、炭化シリコンを用いた半導体装置の場合にも、ラジカルを用いた処理を施すことで、ダメージが発生している表面領域を除去することが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

ところが、炭化シリコンは、シリコンに比べて元素間の結合強度が高い。そのため、単に、ラジカルを用いた処理を施すだけでは、ダメージが発生している表面領域を除去することが困難であった。

特許第５７３２７９０号公報

本発明が解決しようとする課題は、炭化シリコンを含みダメージが発生している表面領域を除去することができ、且つ、表面領域を除去した際に露出する下層にダメージが発生するのを抑制することができるプラズマ処理方法、およびプラズマ処理装置を提供することである。

実施形態に係るプラズマ処理方法は、炭化シリコンを含む基板の、ダメージが発生している表面領域を除去するプラズマ処理方法である。
前記プラズマ処理方法は、前記基板を載置する雰囲気から離隔された雰囲気において、プラズマを用いて水素ラジカルを生成し、前記表面領域に前記水素ラジカルを供給する第１の処理工程と、前記基板を載置する雰囲気から離隔された雰囲気において、前記プラズマを用いてフッ素ラジカルを生成し、前記水素ラジカルが供給された前記表面領域に前記フッ素ラジカルを供給する第２の処理工程と、を備えている。

本発明の実施形態によれば、炭化シリコンを含みダメージが発生している表面領域を除去することができ、且つ、表面領域を除去した際に露出する下層にダメージが発生するのを抑制することができるプラズマ処理方法、およびプラズマ処理装置が提供される。

トレンチ１１０の形成を例示するための模式断面図である。（ａ）は、本実施の形態に係るプラズマ処理方法の効果を例示するためのグラフ図である。（ｂ）は、トレンチ１１０における位置を例示するための模式断面図である。第２の実施形態に係るプラズマ処理装置１を例示するための模式断面図である。他の実施形態に係る接続管１４ａを例示するための模式断面図である。

以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１の実施形態）
本実施の形態に係るプラズマ処理方法により処理される基板１００は、炭化シリコンを含んでいる。基板１００は、例えば、半導体装置の製造において用いられるＳｉＣウェーハなどとすることができる。ただし、基板１００は、ＳｉＣウェーハに限定されるわけではなく、少なくとも表面に炭化シリコンからなる層が露出したものであればよい。

ここで、例えば、シリコンを用いた半導体装置と同様に、炭化シリコンを用いた半導体装置においても、ＲＩＥによりトレンチや孔が形成される。

例えば、半導体装置がパワー半導体装置である場合には、トレンチゲート構造が採用される場合がある。トレンチゲート構造においては、基板１００の表面に形成されたトレンチの内部にゲート電極が設けられる。

一般的に、トレンチは、ＲＩＥにより形成される。
図１は、トレンチ１１０の形成を例示するための模式断面図である。
トレンチ１１０の形成工程は以下の通りである。
まず、基板１００の上に、ハードマスク１０１を形成する。
ハードマスク１０１は、例えば、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）とすることができ、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）や熱酸化法などにより形成することができる。

次に、ハードマスク１０１の上に、パターン１０２ａを有するレジストマスク１０２を形成する。
レジストマスク１０２は、例えば、フォトリソグラフィ法などにより形成することができる。

次に、レジストマスク１０２をエッチングマスクとして、ハードマスク１０１および基板１００を順次エッチングして、トレンチ１１０を形成する。
なお、ハードマスク１０１の形成、レジストマスク１０２の形成、トレンチ１１０の形成には、既知の技術を適用することができるので詳細な説明は省略する。

ここで、ＲＩＥによりイオンを基板１００に打ち込めば、異方性の高いエッチングを行うことができる。そのため、アスペクト比の高いトレンチ１１０を容易に形成することができる。ところが、トレンチ１１０の壁面（側面および底面）にイオンが打ち込まれると、表面荒れや結晶欠陥などのダメージが発生する場合がある。

また、ＲＩＥでの処理において処理ガスを励起させ、イオンやラジカルなどのプラズマ生成物を生成した際に発生した光には、波長の短い紫外線が含まれている。紫外線がトレンチ１１０の壁面に入射すると、紫外線がトレンチ１１０の壁面に吸収されてトレンチ１１０の壁面にダメージが発生する場合がある。

トレンチ１１０の壁面のように、基板１００の、レジストマスク１０２やハードマスク１０１で覆われていない部分に、イオンや紫外線が入射すると、同様のダメージが発生する場合がある。
トレンチ１１０の壁面は、トレンチの内部にゲート電極を形成する際にゲート絶縁膜となる酸化膜が形成される界面となる。そのため、トレンチ１１０の壁面にダメージが発生している表面領域があれば、半導体装置としての電気特性を悪化させる要因となる。

ここで、ＣＤＥ（Chemical Dry Etching）などのように、ダメージの発生の少ないラジカルを用いた処理を施すことで、ダメージが発生している表面領域１００ａを除去すれば、表面領域１００ａを除去した際に露出する下層にダメージが発生するのを抑制することができる。これにより、ダメージが発生している表面領域１００ａを除去し、ダメージのないピュアなＳｉＣ基板の表面を形成することができる。
ところが、ラジカルを用いた処理は、被エッチング物である表面領域１００ａとの化学反応によりエッチングを行う処理であるのに加えて炭化シリコンは、シリコンに比べて元素間の結合強度が高いので、単に、ラジカルを用いた処理を施すだけでは、ダメージが発生している表面領域１００ａを除去することが困難であった。
なお、表面領域１００ａを除去した際に露出する下層とは、例えば、炭化シリコンからなる基板１００が露出したトレンチ１１０の壁面である。

そこで、本実施の形態に係るプラズマ処理方法においては、以下の様にしてダメージが発生している表面領域１００ａを除去するようにしている。
まず、炭化シリコンを含む基板１００の、ダメージが発生している表面領域１００ａに対して、水素ラジカルを供給する。

例えば、基板１００を載置する雰囲気から離隔された雰囲気において、プラズマＰを用いて水素ラジカルを生成し、表面領域１００ａに水素ラジカルを供給する処理工程（第１の処理工程）を実行する。
例えば、表面領域１００ａに対して、水素原子を含むガスＧ１を用いたリモートプラズマ処理を施す。
ガスＧ１は、例えば、水素ガス、水蒸気などとすることができる。
また、ガスＧ１は、水素ガスにさらに酸素ガスを加えた混合ガスとすることができる。この場合、表面領域１００ａには水素ラジカルに加え、酸素ラジカルも供給される。
ガスＧ１を用いたプラズマ処理は、後述するガスＧ２を用いたプラズマ処理の前に行うことができる。
ガスＧ１を用いたプラズマ処理は、後述するガスＧ２を用いたプラズマ処理とともに行うこともできる。例えば、ガスＧ１とガスＧ２を用いたプラズマ処理を行うようにしてもよい。

次に、基板１００を載置する雰囲気から離隔された雰囲気において、プラズマＰを用いてフッ素ラジカルを生成し、水素ラジカルが供給された表面領域１００ａにフッ素ラジカルを供給する処理工程（第２の処理工程）を実行する。
すなわち、基板１００を載置する雰囲気から離隔された雰囲気においてプラズマＰを用いてガスＧ２からフッ素ラジカルを生成し、フッ素ラジカルを基板１００が載置された雰囲気に輸送し、輸送されたフッ素ラジカルにより、表面領域１００ａを除去する。

ガスＧ２は、少なくともフッ素原子を含むガスを含む。
フッ素原子を含むガスは、例えば、ＣＨＦ_３、ＣＦ_４、Ｃ_４Ｆ_８などとすることができる。ただし、フッ素原子を含むガスは、例示をしたものに限定されるわけではない。フッ素原子を含むガスは、フッ素ラジカルを生成することができるものであればよい。
また、ガスＧ２は、フッ素原子を含むガスと酸素ガスとを含むガスとすることもできる。
酸素ガスは、フッ素ラジカルの寿命を延ばすために添加される。酸素ガスは、必ずしも必要となるものではない。
なお、フッ素原子を含むガスと酸素ガスは、混合された状態でプラズマＰを発生させる領域に供給してもよいし、別々にプラズマＰを発生させる領域に供給してもよい。

また、本実施の形態に係るプラズマ処理方法は、例えば、表面領域１００ａに水を付着する工程を備えた処理工程（第３の処理工程）を備えることもできる。
水の付着方法には特に限定はない。
水の付着方法は、例えば、回転する基板１００に水を供給するスピンコーティング法、基板１００に水を噴霧するスプレー法、基板１００を水に浸漬させる浸漬法などとすることができる。または、ＲＩＥにてトレンチや孔を形成した後に、エッチング残渣（デポ物）やパーティクルを除去するために洗浄処理を行うが、基板１００を洗浄した後、乾燥工程を経ずに、または乾燥を行っても完全に乾燥させない状態にすることで、水を付着させた状態とすることができる。
また、水を付着させた後、基板１００を載置する雰囲気から離隔された雰囲気において、プラズマＰを用いて不活性ガスからラジカルを生成し、水が付着した表面領域１００ａにラジカルを供給する処理工程を備えることもできる。
不活性ガスは、例えば、Ａｒ、Ｈｅ、Ｘｅなどの希ガスや、窒素ガスなどとすることができる。

次に、基板１００を載置する雰囲気から離隔された雰囲気において、プラズマＰを用いてフッ素ラジカルを生成し、第３の処理工程において水が供給された表面領域１００ａにフッ素ラジカルを供給する（第４の処理工程）。
すなわち、基板１００を載置する雰囲気から離隔された雰囲気においてプラズマＰを用いてガスＧ２からフッ素ラジカルを生成し、フッ素ラジカルを基板１００が載置された雰囲気に輸送し、輸送されたフッ素ラジカルにより、表面領域１００ａを除去する。

本発明者の得た知見によれば、第１の処理工程によってダメージが発生している表面領域１００ａに、水素ラジカルを供給すると、第２の処理工程においてフッ素ラジカルによる表面反応を促進させることができる。
あるいは、第３の処理工程のように、ダメージが発生している表面領域１００ａに水を供給すると、第４の処理工程においてフッ素ラジカルによる表面反応を促進させることができる。
フッ素ラジカルによる表面反応を促進させることができれば、シリコンに比べて元素間の結合強度が高い炭化シリコンが、表面領域１００ａに含まれていても、後述するフッ素ラジカルを用いた表面領域１００ａの除去（エッチング）が容易となる。

この場合、表面領域１００ａに水素ラジカルを供給すれば、表面領域１００ａにおけるＳｉ−Ｃ結合をＳｉ−Ｈ結合に変えることができる。水素は質量が小さいので、Ｓｉ−Ｃ結合をＳｉ−Ｈ結合に変えることができれば表面領域１００ａの除去が容易となる。

このように、第１の処理工程または第３の処理工程を行うと、フッ素ラジカルによる表面反応を促進させることができる。そのため、シリコンに比べて元素間の結合強度が高い炭化シリコンが表面領域１００ａに含まれていても、フッ素ラジカルにより表面領域１００ａを容易に除去することができる。
一方、表面領域１００ａの下層は、表面領域１００ａが除去されるまで、前述した第１の処理工程または第３の処理工程時には露出していないため、ＳｉとＣの結合強度が高いままとなっているので、フッ素ラジカルにより除去されにくい。そのため、オーバーエッチングによりトレンチ孔径などの寸法が不必要に大きくなるのを抑制することができる。

以上に説明した第１の処理工程および第２の処理工程は、１回ずつ行うこともできるし、繰り返し行うこともできる。
第３の処理工程および第４の処理工程は、１回ずつ行うこともできるし、繰り返し行うこともできる。

図２（ａ）は、本実施の形態に係るプラズマ処理方法の効果を例示するためのグラフ図である。
なお、図２（ａ）中のＡ１、Ａ２は、フッ素ラジカルを用いたプラズマ処理のみを行った場合である。
図２（ａ）中のＢ１、Ｂ２は、第１の処理工程および第２の処理工程を行った場合である。
この場合、ガスＧ１は、水蒸気としている。
図２（ａ）中のＣ１、Ｃ２は、第３の処理工程および第４の処理工程を行った場合である。

図２（ｂ）は、トレンチ１１０における位置を例示するための模式断面図である。
すなわち、Ａ１、Ｂ１、およびＣ１は、トレンチ１１０における開口部の位置である。Ａ２、Ｂ２、およびＣ２は、トレンチ１１０における底部の位置である。

図２（ａ）中のＢ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２からも明らかなように、第１の処理工程および第２の処理工程、第３の処理工程および第４の処理工程を行うことで、トレンチ１１０における開口と底部のエッチングレートが向上していることが分かる。特に、Ｂ２、Ｃ２とＡ２を比較すると、ラジカルが届きにくいトレンチ１１０における底部もエッチングレートが向上していることが分かる。
図２（ａ）から分かるように、本実施の形態に係るプラズマ処理方法によれば、エッチングレートを向上させることができる。
このことは、シリコンに比べて元素間の結合強度が高い炭化シリコンが表面領域１００ａに含まれていても、表面領域１００ａを容易に除去することができることを意味する。
また、ダメージの発生の少ないフッ素ラジカルを用いて、表面領域１００ａを除去するので、表面領域１００ａを除去した際に露出する下層にダメージが発生するのを抑制することができる。

またさらに、イオンやラジカルなどのプラズマ生成物を生成した際に発生した光には、波長の短い紫外線が含まれている。
ダメージが発生している表面領域１００ａに紫外線が照射されると、紫外線が表面領域１００ａにある炭化シリコンに吸収されてＳｉとＣの結合が励起される。ＳｉとＣの結合が励起されると、ＳｉとＣの結合が弱まるので、フッ素ラジカルを用いた表面領域１００ａの除去がさらに容易となる。

また、ダメージが発生している表面領域１００ａに、イオンを打ち込めば、フッ素ラジカルを用いた表面領域１００ａの除去がさらに容易となる。
この場合、表面領域１００ａに紫外線やイオンが供給されると、表面領域１００ａにダメージが発生することになる。しかしながら、表面領域１００ａは、後述するフッ素ラジカルを用いた処理により除去されるので問題はない。
そのため、第１の処理工程または第３の処理工程において、生成された紫外線およびイオンの少なくともいずれかが表面領域１００ａに供給されるようにすることが好ましい。

ここで、フッ素ラジカルが生成される際に、イオンや紫外線も生成される。
生成されたイオンや紫外線が基板１００の表面に到達すると、表面領域１００ａを除去した際に露出する下層にダメージが発生するおそれがある。
そのため、ダメージが発生している表面領域１００ａを除去する際には、イオンや紫外線は基板１００の表面に到達しないようにする。

例えば、リモートプラズマ処理装置などのように、基板１００を載置する雰囲気（例えば、後述する処理空間１０ｃ）から離隔された雰囲気（例えば、後述する放電管１１ａ内）においてプラズマ生成物を生成し、生成されたプラズマ生成物を基板１００を載置する雰囲気に輸送するようにすればよい。この様にすれば、寿命の短いイオンが基板１００を載置する雰囲気に到達しないようにすることができる。また、紫外線が基板１００を載置する雰囲気に到達しないようにすることができる。この場合、イオンよりも寿命の長いフッ素ラジカルは、基板１００を載置する雰囲気に到達することができる。
すなわち、第２の処理工程または第４の処理工程において、生成された紫外線およびイオンの基板１００への供給が抑制されるようにすることが好ましい。

（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態に係るプラズマ処理装置１を例示するための模式断面図である。
図４は、他の実施形態に係る接続管１４ａを例示するための模式断面図である。
プラズマ処理装置１は、前述したプラズマ処理方法を実行することができる。
図３に例示をしたプラズマ処理装置１は、リモートプラズマ処理装置の一種であるＣＤＥ装置である。

図３に示すように、プラズマ処理装置１には、処理容器１０、プラズマ発生部１１、減圧部１２、ガス供給部１３、接続管１４、移動部１５、および制御部１６が設けられている。
処理容器１０は、大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な気密構造を有している。処理容器１０には、図示しない搬入搬出口が設けられ、図示しない搬入搬出口を介して基板１００の搬入と搬出が行えるようになっている。

処理容器１０の内部には、基板１００を載置する載置部１０ａが設けられている。載置部１０ａには、図示しない静電チャックを内蔵させることができる。また、載置部１０ａには、基板１００の温度を制御するための図示しない加熱装置などを設けることができる。
処理容器１０の内部であって、載置部１０ａの上方には整流板１０ｂが設けられている。整流板１０ｂは、接続管１４から導入されるラジカルを含んだガスの流れを整流し、基板１００の上方におけるラジカルの量が均一となるようにする。整流板１０ｂと載置部１０ａの上面（載置面）との間の領域が、基板１００に対するエッチング処理が行われる処理空間１０ｃとなる。

プラズマ発生部１１には、放電管１１ａ、導入導波管１１ｂ、およびマイクロ波発生部１１ｃが設けられている。
放電管１１ａは、内部にプラズマＰを発生させる領域を有し、処理容器１０から離隔された位置に設けられている。放電管１１ａは管状を呈し、マイクロ波Ｍに対する透過率が高くエッチングされにくい材料から形成されている。例えば、放電管１１ａは、アルミナや石英などの誘電体から形成することができる。

導入導波管１１ｂは、マイクロ波発生部１１ｃから放射されたマイクロ波Ｍを伝播させて、プラズマＰを発生させる領域にマイクロ波Ｍを導入する。
導入導波管１１ｂは、筒状を呈している。マイクロ波発生部１１ｃから放射されたマイクロ波Ｍは、導入導波管１１ｂの内部の空間を伝播する。
導入導波管１１ｂの一方の端部にはマイクロ波発生部１１ｃが接続されている。導入導波管１１ｂの他方の端部は、遮蔽部１１ｂ１を介して放電管１１ａと接続されている。また、導入導波管１１ｂと遮蔽部１１ｂ１との接続部分には、環状のスロット１１ｂ２が設けられている。導入導波管１１ｂの内部を伝播してきたマイクロ波Ｍは、スロット１１ｂ２を介して放電管１１ａの内部に導入される。

マイクロ波発生部１１ｃは、所定の周波数（例えば２．７５ＧＨｚ）のマイクロ波Ｍを発生させ、導入導波管１１ｂに向けて放射する。
減圧部１２は、処理容器１０の内部を所定の圧力まで減圧する。
減圧部１２は、例えば、ターボ分子ポンプなどとすることができる。減圧部１２は、圧力制御部（Auto Pressure Controller：ＡＰＣ）１２ａを介して処理容器１０と接続されている。

ガス供給部１３は、ガス供給源１３ａ１、１３ａ２、１３ａ３、および、流量制御部１３ｂ１、１３ｂ２、１３ｂ３を有する。
ガス供給部１３は、プラズマＰを発生させる領域にガスＧ１〜Ｇ３を適宜供給する。すなわち、ガス供給部１３は、放電管１１ａの内部にガスＧ１〜３を適宜供給する。

ガス供給源１３ａ１は、前述したガスＧ１をプラズマＰを発生させる領域に供給する。ガス供給源１３ａ１は、例えば、ガスＧ１を収納した高圧ボンベや工場配管などとすることができる。
流量制御部１３ｂ１は、ガスＧ１の供給量を制御する。流量制御部１３ｂ１は、例えば、ＭＦＣ（Mass Flow Controller）などとすることができる。

ガス供給源１３ａ２は、前述したガスＧ２をプラズマＰを発生させる領域に供給する。ガス供給源１３ａ２は、例えば、ガスＧ２を収納した高圧ボンベや工場配管などとすることができる。
流量制御部１３ｂ２は、ガスＧ２の供給量を制御する。流量制御部１３ｂ２は、例えば、ＭＦＣなどとすることができる。

ガス供給源１３ａ３は、ガスＧ３をプラズマＰを発生させる領域に供給する。ガス供給源１３ａ３は、例えば、ガスＧ３を収納した高圧ボンベや工場配管などとすることができる。
流量制御部１３ｂ３は、ガスＧ３の供給量を制御する。流量制御部１３ｂ３は、例えば、ＭＦＣなどとすることができる。
ガスＧ３は、例えば、Ａｒ、Ｈｅ、Ｘｅなどの希ガスや、窒素ガスなどの不活性ガスとすることができる。ガスＧ３は、水が付着した表面領域１００ａに対して不活性ガスを用いたプラズマ処理を施す場合などに用いられる。

なお、ガス供給部１３の構成は、例示をしたものに限定されるわけではない。ガス供給部１３の構成は、実行するプラズマ処理により適宜変更することができる。
例えば、前述したガスＧ１を用いたプラズマ処理と、ガスＧ２を用いたプラズマ処理を行う場合には、ガス供給源１３ａ３および流量制御部１３ｂ３を省くことができる。
また、水が付着した表面領域１００ａに対して不活性ガスを用いたプラズマ処理を施す場合には、ガス供給源１３ａ１および流量制御部１３ｂ１を省くことができる。

接続管１４は、放電管９と処理容器１０とを接続する。
接続管１４の一方の端部は、放電管１１ａの、ガス供給部１３側とは反対側の端部に接続されている。接続管１４の他方の端部は、処理容器１０と接続されている。
なお、接続管１４は必ずしも必要ではない。例えば、放電管１１ａと処理容器１０が接続されるようにしてもよい。

また、処理容器１０における接続管１４の配設位置には特に限定はないが、載置部１０ａの真上とすることが好ましい。また、接続管１４の形状には特に限定はないが、直線状、すなわち真っ直ぐな筒状体とすることが好ましい。この様にすれば、生成したラジカルを効率よく基板１００に供給することができる。
また、前述した、表面領域１００ａに対する紫外線やイオンの供給を行うことが容易となる。

また、図４に例示をしたように、屈曲した接続管１４ａとすれば、表面領域１００ａを除去した際に露出する下層に紫外線やイオンが供給されるのを抑制することができる。例えば、前述した表面領域１００ａに対する紫外線やイオンの供給を行わない場合には、屈曲した接続管１４ａとすることが好ましい。

移動部１５は、放電管９に対する導入導波管１１ｂの位置を移動させる。すなわち、移動部１５は、プラズマＰの位置を変化させる。
例えば、移動部１５は、放電管１１ａに沿って、遮蔽部１１ｂ１、スロット１１ｂ２、導入導波管１１ｂ、およびマイクロ波発生部１１ｃを移動させる。
移動部１５は、放電管１１ａに沿って、遮蔽部１１ｂ１、スロット１１ｂ２、および、導入導波管１１ｂを移動させるものとすることもできる。この場合、マイクロ波発生部１１ｃと導入導波管１１ｂの間には、可撓性を有する筒状体を設けることができる。
移動部１５は、例えば、サーボモータなどの制御モータ、直動軸受けなどの案内機構、ボールネジなどの伝導機構を備えたものとすることができる。

移動部１５を設ける様にすれば、プラズマＰと表面領域１００ａとの間の距離を制御することが容易となる。
例えば、紫外線やイオンを表面領域１００ａに供給する際には、プラズマＰと表面領域１００ａとの間の距離が短くなるようにする。この様にすれば、表面領域１００ａへの紫外線やイオンの供給が容易となるので、フッ素ラジカルによる表面領域１００ａの除去が容易となる。
基板１００への紫外線やイオンの供給を抑制する際には、プラズマＰと表面領域１００ａとの間の距離が長くなるようにする。この様にすれば、表面領域１００ａを除去した際に露出する下層に紫外線やイオンが供給されるのが抑制されるので、下層にダメージが発生するのを抑制することができる。

また、プラズマＰと表面領域１００ａとの間の距離は、プラズマＰの拡がりを変えることで変化させることができる。
例えば、プラズマＰの拡がりを大きくすれば、プラズマＰと表面領域１００ａとの間の距離を短くすることができる。
プラズマＰの拡がりを小さくすれば、プラズマＰと表面領域１００ａとの間の距離を長くすることができる。

プラズマＰの拡がりは、処理圧力、マイクロ波などのパワー、ガスの組成などにより変化させることができる。
例えば、処理圧力を低くすればプラズマＰの拡がりを大きくすることができる。処理圧力を高くすればプラズマＰの拡がりを小さくすることができる。
マイクロ波などのパワーを高くすればプラズマＰの拡がりを大きくすることができる。マイクロ波などのパワーを低くすればプラズマＰの拡がりを小さくすることができる。
ガスＧ１またはガスＧ２を供給する際に、ガスＧ３を添加すれば、プラズマＰの拡がりを大きくすることができる。

なお、プラズマＰの拡がりを変えることでプラズマＰと表面領域１００ａとの間の距離を変化させる場合には、移動部１５を省くこともできる。
また、移動部１５によるプラズマＰの位置制御と、減圧部１２やガス供給部１３などによるプラズマＰの拡がりの制御とを行う様にすることもできる。
なお、プラズマＰと表面領域１００ａとの間の適切な距離は、実験やシミュレーションを行うことで適宜決定することができる。

制御部１６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算部と、メモリなどの記憶部とを備えている。
制御部１６は、記憶部に格納されている制御プログラムに基づいて、プラズマ処理装置１に設けられた各要素の動作を制御する。なお、各要素の動作を制御する制御プログラムには既知の技術を適用することができるので、詳細な説明は省略する。

また、制御部１６は、以下の制御を行うことができる。
制御部１６は、移動部１５を制御して、プラズマＰの位置制御を行う。
制御部１６は、移動部１５を制御して、プラズマＰと表面領域１００ａとの間の距離を短くすることで、紫外線とイオンが表面領域１００ａに供給される様にする。
また、制御部１６は、移動部１５を制御して、プラズマＰと表面領域１００ａとの間の距離を長くすることで、紫外線とイオンが表面領域１００ａが除去された際に露出する下層に供給されないようにする。

制御部１６は、減圧部１２、マイクロ波発生部１１ｃ、およびガス供給部１３の少なくともいずれかを制御して、プラズマＰの拡がりの制御を行う。
制御部１６は、減圧部１２を制御して、処理圧力を低くすることでプラズマＰの拡がりを大きくして、紫外線とイオンが表面領域１００ａに供給される様にする。
制御部１６は、減圧部１２を制御して、処理圧力を高くすることでプラズマＰの拡がりを小さくして、紫外線とイオンが表面領域１００ａが除去された際に露出する下層に供給されないようにする。

制御部１６は、マイクロ波発生部１１ｃを制御して、出力を高くすることでプラズマＰの拡がりを大きくして、紫外線とイオンが表面領域１００ａに供給される様にする。
制御部１６は、マイクロ波発生部１１ｃを制御して、出力を低くすることでプラズマＰの拡がりを小さくして、紫外線とイオンが表面領域１００ａが除去された際に露出する下層に供給されないようにする。

制御部１６は、ガス供給部１３を制御して、ガスＧ１またはガスＧ２にガスＧ３を添加することで、プラズマＰの拡がりを大きくして、紫外線とイオンが表面領域１００ａに供給される様にする。

プラズマ処理装置１は、水供給部１７をさらに備えることができる。
水供給部１７は、処理容器１０の外部に設けられている。水供給部１７は、収納容器２００の内部に設けることができる。水供給部１７は、表面領域１００ａに水を付着することができるものであれば特に限定はない。水供給部１７は、例えば、回転する基板１００に水を供給するスピンコーティング法、基板１００に水を噴霧するスプレー法、基板１００を水に浸漬させる浸漬法などを実行可能なものとすることができる。または、ＲＩＥにてトレンチや孔を形成した後に、エッチング残渣（デポ物）やパーティクルを除去するために洗浄処理を行うが、基板１００を洗浄した後、乾燥工程を経ずに、または乾燥を行っても完全に乾燥させない状態にすることで、基板１００の表面領域１００ａに水を付着させた状態とすることができる。なお、スピンコーティング法、スプレー法、および浸漬法などを実行可能な装置には既知の技術を適用することができるので、詳細な説明は省略する。

収納容器２００は、水密構造を有している。収納容器２００には、図示しない搬入搬出口が設けられ、図示しない搬入搬出口を介して基板１００の搬入と搬出が行えるようになっている。
収納容器２００の内部には、基板１００を載置する載置部２００ａなどを設けることができる。

プラズマ処理装置１は、例えば、以下の様にして、ダメージが発生している表面領域１００ａを除去する。
まず、図示しない搬送装置により、基板１００が載置部１０ａの上に載置される。
次に、ガス供給源１３ａ１から流量制御部１３ｂ１を介して所定流量のガスＧ１が放電管１１ａ内に供給される。一方、マイクロ波発生部１１ｃから所定のパワーのマイクロ波Ｍが導入導波管１１ｂ内に放射される。放射されたマイクロ波Ｍは導入導波管１１ｂ内を伝播して、スロット１１ｂ２を介して放電管１１ａに向けて放射される。

放電管１１ａに向けて放射されたマイクロ波Ｍは、放電管１１ａの表面を伝搬して、放電管１１ａ内に放射される。このようにして放電管１１ａ内に放射されたマイクロ波Ｍのエネルギーにより、プラズマＰが発生する。そして、発生したプラズマＰ中の電子密度が、放電管１１ａを介して供給されるマイクロ波Ｍを遮蔽できる密度（カットオフ密度）以上になると、マイクロ波Ｍは放電管１１ａの内壁面から放電管１１ａ内の空間に向けて一定距離（スキンデプス）だけ入るまでの間に反射されるようになる。そのため、このマイクロ波Ｍの反射面とスロット１１ｂ２の下面との間にはマイクロ波Ｍの定在波が形成されることになる。その結果、マイクロ波Ｍの反射面がプラズマ励起面となって、このプラズマ励起面で安定的にプラズマＰが励起、発生するようになる。このプラズマ励起面で励起、発生したプラズマＰ中において、ガスＧ１が励起、活性化されて水素ラジカル、イオンなどのプラズマ生成物が生成される。

生成されたプラズマ生成物を含むガスは、接続管１４、１４ａを介して処理容器１０内に搬送される。この際、寿命の短いイオンなどは処理容器１０にまで到達できず、寿命の長い水素ラジカルのみが処理容器１０に到達することになる。処理容器１０内に導入された水素ラジカルを含むガスは、整流板１０ｂで整流されて表面領域１００ａに供給される。
なお、ガスＧ１は、水素ガスにさらに酸素ガスを加えた混合ガスとすることができる。この場合、表面領域１００ａには水素ラジカルに加え、酸素ラジカルも供給される。
この様にすることで、次に行うフッ素ラジカルによる表面反応を促進させることができる。

次に、ガス供給源１３ａ２から流量制御部１３ｂ２を介して所定流量のガスＧ２が放電管１１ａ内に供給される。
前述したものと同様にしてプラズマＰを発生させ、ガスＧ２を励起、活性化させてフッ素ラジカル、酸素ラジカル、イオンなどのプラズマ生成物を生成する。
そして、前述したものと同様にして、フッ素ラジカルと酸素ラジカルのみを表面領域１００ａに供給する。前述した処理を行うことで、フッ素ラジカルによる表面反応が促進されるので、シリコンに比べて元素間の結合強度が高い炭化シリコンが表面領域１００ａに含まれていても、表面領域１００ａを容易に除去することができる。
また、ダメージの発生の少ないフッ素ラジカルにより表面領域１００ａを除去するので、表面領域１００ａを除去した際に露出する下層にダメージが発生するのを抑制することができる。

また、表面領域１００ａに水を付着させ、水が付着した表面領域１００ａに対してプラズマ処理を行う場合には以下のようにすることができる。
まず、水供給部１７により、表面領域１００ａに水を付着させる。
次に、図示しない搬送装置により、水が付着した基板１００が載置部１０ａの上に載置される。
次に、ガス供給源１３ａ３から流量制御部１３ｂ３を介して所定流量のガスＧ３が放電管１１ａ内に供給される。
前述したものと同様にしてプラズマＰを発生させ、ガスＧ３励起、活性化させてプラズマ生成物を生成する。
そして、前述したものと同様にして、ラジカルのみを表面領域１００ａに供給する。表面領域１００ａに付着した水とラジカルにより、次に行うフッ素ラジカルによる表面反応が促進されるようにすることができる。

また、前述したように、プラズマ生成物を生成した際に発生した紫外線やイオンを表面領域１００ａに供給するようにしてもよい。
例えば、移動部１５により、プラズマＰと表面領域１００ａとの間の距離を短くすることで、紫外線やイオンが表面領域１００ａに供給されるようにする。
また、減圧部１２、マイクロ波発生部１１ｃ、およびガス供給部１３の少なくともいずれかにより、プラズマＰの拡がりを大きくすることで、紫外線やイオンが表面領域１００ａに供給されるようにする。
なお、プラズマＰの位置制御、およびプラズマＰの拡がりの制御は、前述したものと同様とすることができるので詳細な説明は省略する。

また、これとは逆に、フッ素ラジカルにより表面領域１００ａを除去する際に、紫外線やイオンが表面領域１００ａに供給されないようにすることもできる。
例えば、移動部１５により、プラズマＰと表面領域１００ａとの間の距離を長くすることで、紫外線やイオンが表面領域１００ａに供給されないようにする。
また、減圧部１２、マイクロ波発生部１１ｃ、およびガス供給部１３の少なくともいずれかにより、プラズマＰの拡がりを小さくすることで、紫外線やイオンが表面領域１００ａに供給されないようにする。

以上、実施の形態について例示をした。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。
前述の実施の形態に関して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、または、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
例えば、プラズマ処理装置１が備える各要素の形状、寸法、材質、配置、数などは、例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１プラズマ処理装置、１０処理容器、１０ａ載置部、１１プラズマ発生部、１１ａ放電管、１１ｂ導入導波管、１１ｃマイクロ波発生部、１２減圧部、１３ガス供給部、１４接続管、１５移動部、１６制御部、１７水供給部、１００基板、１００ａ表面領域、Ｇガス、Ｍマイクロ波、Ｐプラズマ

Claims

炭化シリコンを含む基板の、ダメージが発生している表面領域を除去するプラズマ処理方法であって、
前記基板を載置する雰囲気から離隔された雰囲気において、プラズマを用いて水素ラジカルを生成し、前記表面領域に前記水素ラジカルを供給する第１の処理工程と、
前記基板を載置する雰囲気から離隔された雰囲気において、前記プラズマを用いてフッ素ラジカルを生成し、前記水素ラジカルが供給された前記表面領域に前記フッ素ラジカルを供給する第２の処理工程と、
を備えたプラズマ処理方法。
前記第１の処理工程において、水素ガス、および水蒸気の少なくともいずれかが、プラズマを発生させる領域に供給される請求項１記載のプラズマ処理方法。
前記第１の処理工程において、前記プラズマを発生させる領域に酸素ガスをさらに供給し、前記表面領域に酸素ラジカルも供給することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理方法。
前記第１の処理工程において、生成された紫外線およびイオンの少なくともいずれかが前記表面領域に供給される請求項１〜３のいずれか１つに記載のプラズマ処理方法。
炭化シリコンを含む基板の、ダメージが発生している表面領域を除去するプラズマ処理方法であって、
前記表面領域に水を付着させる第３の処理工程と、
前記基板を載置する雰囲気から離隔された雰囲気において、前記プラズマを用いてフッ素ラジカルを生成し、前記水が付着した前記表面領域に前記フッ素ラジカルを供給する第４の処理工程と、
を備えたプラズマ処理方法。
前記第３の処理工程において、生成された紫外線およびイオンの少なくともいずれかが前記表面領域に供給される請求項５記載のプラズマ処理方法。
前記第４の処理工程において、生成された紫外線およびイオンの前記基板への供給が抑制される請求項５または６に記載のプラズマ処理方法。
大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な処理容器と、
前記処理容器の内部を所定の圧力まで減圧する減圧部と、
前記処理容器の内部に設けられ、基板を載置する載置部と、
内部にプラズマを発生させる領域を有し、前記処理容器から離隔された位置に設けられた放電管と、
マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部と、
前記マイクロ波を伝播させて、前記プラズマを発生させる領域に前記マイクロ波を導入する導入導波管と、
前記プラズマを発生させる領域にガスを供給するガス供給部と、
を備え、
前記基板は、炭化シリコンを含み、ダメージが発生している表面領域を有し、
前記ガス供給部が、水素ガス、および水蒸気の少なくともいずれかを前記プラズマを発生させる領域に供給することで、前記プラズマを発生させる領域において発生させたプラズマにより水素ラジカルが生成され、前記生成された前記水素ラジカルが、前記表面領域に供給され、
前記ガス供給部が、フッ素原子を含むガスを前記プラズマを発生させる領域に供給することで、前記プラズマを発生させる領域において前記発生させたプラズマによりフッ素ラジカルが生成され、前記生成された前記フッ素ラジカルが、前記水素ラジカルが供給された前記表面領域に供給されるプラズマ処理装置。
前記プラズマを発生させる領域に前記水素ガスの供給とともに、酸素ガスをさらに供給し、前記表面領域に酸素ラジカルも供給することを特徴とする請求項８記載のプラズマ処理装置。
前記プラズマにより前記水素ラジカルが生成された際に生成された紫外線およびイオンの少なくともいずれかが前記表面領域に供給される請求項８記載のプラズマ処理装置。
大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な処理容器と、
前記処理容器の内部を所定の圧力まで減圧する減圧部と、
前記処理容器の内部に設けられ、基板を載置する載置部と、
内部にプラズマを発生させる領域を有し、前記処理容器から離隔された位置に設けられた放電管と、
マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部と、
前記マイクロ波を伝播させて、前記プラズマを発生させる領域に前記マイクロ波を導入する導入導波管と、
前記プラズマを発生させる領域にガスを供給するガス供給部と、
前記処理容器の外部に設けられ、前記基板のダメージが発生している表面領域に水を付着させる水供給部と、
を備え、
前記基板は、炭化シリコンを含み、
前記ガス供給部が、フッ素原子を含むガスを前記プラズマを発生させる領域に供給することで、前記プラズマを発生させる領域において前記発生させたプラズマによりフッ素ラジカルが生成され、前記生成された前記フッ素ラジカルが、前記水が付着した前記表面領域に供給されるプラズマ処理装置。
前記プラズマにより前記ラジカルが生成された際に生成された紫外線およびイオンの少なくともいずれかが前記表面領域に供給される請求項１１記載のプラズマ処理装置。