JP2019009305A - プラズマ処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ウェハへのダメージの発生を防止することを目的とする。【解決手段】表面波プラズマ源における出力部から出力されたマイクロ波を処理容器内に放射する複数のマイクロ波放射機構を有するプラズマ処理装置であって、基板へプラズマ処理を行っていない間、基板へプラズマ処理を行う際に放射する単位面積当たりのマイクロ波の総パワーの１／５０以下の総パワーでマイクロ波を放射させ、プラズマを生成する制御部を有する、プラズマ処理装置が提供される。【選択図】図４

Description

本発明は、プラズマ処理装置に関する。
プラズマを生成した状態でウェハを搬送すると、プラズマの作用によりウェハ表面の電位に不均一が生じ、ウェハ表面に電位差が生じる場合がある。そうすると、ウェハ表面に電流が流れ、ウェハ表面の素子が破壊されてしまう現象、所謂、チャージアップダメージが生じる。ウェハにチャージアップダメージを与えないためには、処理容器内にプラズマが生成されていない状態でウェハを搬送する方がよい。
一方、プラズマ着火（点灯）時には、電子温度が急激に上がり、また、プラズマ内のイオン衝撃が発生し、ウェハ表面にダメージを与えることがある。このため、処理容器内にウェハを搬送している状態でプラズマを着火することはできるだけ回避することが好ましい。
そこで、プラズマ処理を開始する際にプラズマ用電極へ供給する電力を徐々に増加することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、成膜処理が終了した後、プラズマを消滅させることなくウェハを搬送することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００５−６４０１７号公報 特開平６−２９１０６２号公報 特開平１０−１４４６６８号公報 特開２００１−３３５９３８号公報 特開２００９−９４３１１号公報
しかしながら、特許文献１、２では、容量結合型プラズマ処理装置（ＣＣＰ：Capacitively Coupled Plasma）を使用して電子密度及び電子温度が中程度又は高いプラズマが生成される。よって、プラズマ用電極へ供給する電力を徐々に増加させたとしても、電子密度及び電子温度が中程度又は高いプラズマが生成されている状態でウェハを搬送すると、プラズマの電位がウェハ表面で大きく変化し、チャージアップダメージが引き起こされる。また、電子密度及び電子温度が中程度又は高いプラズマが生成されている状態で、プラズマを消滅させることなくウェハを搬送すると、ウェハにダメージを与えてしまう。
上記課題に対して、一側面では、本発明は、ウェハへのダメージの発生を防止することを目的とする。
上記課題を解決するために、一の態様によれば、表面波プラズマ源における出力部から出力されたマイクロ波を処理容器内に放射する複数のマイクロ波放射機構を有するプラズマ処理装置であって、基板へプラズマ処理を行っていない間、基板へプラズマ処理を行う際に放射する単位面積当たりのマイクロ波の総パワーの１／５０以下の総パワーでマイクロ波を放射させ、プラズマを生成する制御部を有する、プラズマ処理装置が提供される。
一の側面によれば、ウェハへのダメージの発生を防止することができる。
一実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の一例を示す図。 一実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の天板の内壁の一例を示す図。 一実施形態に係るプラズマ処理の一例を示すフローチャート。 一実施形態に係るプラズマの状態を説明するための図。 一実施形態に係るプラズマ着火時のパワーの一例を示すフローチャート。 一実施形態に係る表面波プラズマの電子密度及び電子温度の一例を示す図。 一実施形態に係る表面波プラズマ及びＩＣＰの一例を示す図。 一実施形態に係るマイクロ波導入シーケンスを説明するための図。
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
［マイクロ波プラズマ処理装置］
図１は、本発明の一実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１００の断面図の一例を示す。マイクロ波プラズマ処理装置１００は、ウェハＷを収容する処理容器（チャンバ）１を有する。マイクロ波プラズマ処理装置１００は、マイクロ波によって処理容器１の天井面に形成される表面波プラズマにより、半導体ウェハＷ（以下、「ウェハＷ」という。）に対して所定のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置の一例である。所定のプラズマ処理としては、成膜処理、エッチング処理またはアッシング処理等が例示される。
マイクロ波プラズマ処理装置１００は、処理容器１とマイクロ波プラズマ源２と制御装置３とを有する。処理容器１は、気密に構成されたアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属材料からなる略円筒状の容器であり、接地されている。本体部１０は、処理容器１の天井部を構成する天板である。処理容器１の上部と本体部１０との接触面に設けられた支持リング１２９により、処理容器１内は気密にシールされている。本体部１０は、金属から構成されている。
マイクロ波プラズマ源２は、マイクロ波出力部３０とマイクロ波伝送部４０とマイクロ波放射機構５０とを有する。マイクロ波プラズマ源２は、処理容器１の天井部（天板）の内壁に形成された誘電体窓部１ａから処理容器１の内部に臨むように設けられている。マイクロ波出力部３０は、複数経路に分配してマイクロ波を出力する。マイクロ波プラズマ源２から誘電体窓部１ａを通って処理容器１内にマイクロ波が導入されると、マイクロ波の電界により処理容器１内のガスが乖離し、表面波プラズマが形成される。マイクロ波出力部３０は、表面波プラズマ源における出力部の一例である。
処理容器１内にはウェハＷを載置する載置台１１が設けられている。載置台１１は、処理容器１の底部中央に絶縁部材１２ａを介して立設された筒状の支持部材１２により支持されている。載置台１１および支持部材１２を構成する材料としては、表面をアルマイト処理（陽極酸化処理）したアルミニウム等の金属や内部に高周波用の電極を有した絶縁部材（セラミックス等）が例示される。載置台１１には、ウェハＷを静電吸着するための静電チャック、温度制御機構、ウェハＷの裏面に熱伝達用のガスを供給するガス流路等が設けられてもよい。
載置台１１には、整合器１３を介して高周波バイアス電源１４が電気的に接続されている。高周波バイアス電源１４から載置台１１に高周波電力が供給されることにより、ウェハＷ側にプラズマ中のイオンが引き込まれる。なお、高周波バイアス電源１４はプラズマ処理の特性によっては設けなくてもよい。
処理容器１の底部には排気管１５が接続されており、この排気管１５には真空ポンプを含む排気装置１６が接続されている。排気装置１６を作動させると処理容器１内が排気され、これにより、処理容器１内が所定の真空度まで高速に減圧される。処理容器１の側壁には、ウェハＷの搬入出を行うための搬入出口１７と、搬入出口１７を開閉するゲートバルブ１８とが設けられている。
マイクロ波伝送部４０は、マイクロ波出力部３０から出力されたマイクロ波を伝送する。マイクロ波伝送部４０に設けられた周縁マイクロ波導入部４３ａおよび中央マイクロ波導入部４３ｂは、それぞれに対応して設けられるアンプ部４２から出力されたマイクロ波をマイクロ波放射機構５０に導入する機能およびインピーダンスを整合する機能を有する。以下、周縁マイクロ波導入部４３ａおよび中央マイクロ波導入部４３ｂの総称して、マイクロ波導入部４３ともいう。
本実施形態のマイクロ波放射機構５０では、図１及び図１のＡ−Ａ断面の図２に示すように、６つの周縁マイクロ波導入部４３ａに対応する６つの誘電体層１２３が、本体部１０の外周において周方向に等間隔に配置され、６つの誘電体窓部１ａが処理容器１の内部に円形に露出する。
また、中央マイクロ波導入部４３ｂに対応する１つの誘電体層１３３が、本体部１０の中央Ｏに配置され、１つの誘電体窓部１ａが処理容器１の内部に円形に露出する。中央マイクロ波導入部４３ｂは、本体部１０の中央Ｏにて６つの周縁マイクロ波導入部４３ａから等間隔の位置に配置されている。
本実施形態では、周縁マイクロ波導入部４３ａの数は６つであるが、これに限らず、Ｎ個配置される。Ｎは、１であってもよく、２以上であってもよいが、３以上が好ましく、例えば３〜６であってもよい。
図１に戻り、周縁マイクロ波導入部４３ａおよび中央マイクロ波導入部４３ｂは、筒状の外側導体５２およびその中心に設けられた棒状の内側導体５３を同軸状に配置する。外側導体５２と内側導体５３の間には、マイクロ波電力が給電され、マイクロ波放射機構５０に向かってマイクロ波が伝播するマイクロ波伝送路４４となっている。
周縁マイクロ波導入部４３ａおよび中央マイクロ波導入部４３ｂには、スラグ５４と、その先端部に位置するインピーダンス調整部材１４０とが設けられている。スラグ５４を移動させることにより、処理容器１内の負荷（プラズマ）のインピーダンスをマイクロ波出力部３０におけるマイクロ波電源の特性インピーダンスに整合させる機能を有する。インピーダンス調整部材１４０は、誘電体で形成され、その比誘電率によりマイクロ波伝送路４４のインピーダンスを調整するようになっている。
マイクロ波放射機構５０は、本体部１０の内部に構成されている。マイクロ波出力部３０から出力され、マイクロ波伝送部４０から伝送されたマイクロ波は、マイクロ波放射機構５０から処理容器１内に放射される。
マイクロ波放射機構５０は、誘電体天板１２１，１３１、スロット１２２，１３２及び誘電体層１２３，１３３を有する。誘電体天板１２１は、周縁マイクロ波導入部４３ａに対応して本体部１０の上部に配置され、誘電体天板１３１は、中央マイクロ波導入部４３ｂに対応して本体部１０の上部に配置されている。誘電体天板１２１，１３１は、マイクロ波を透過させる円盤状の誘電体から形成されている。誘電体天板１２１，１３１は、真空よりも大きい比誘電率を有しており、例えば、石英、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックス、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂やポリイミド系樹脂により形成され得る。誘電体天板１２１，１３１は、比誘電率が真空よりも大きい材料で構成される。これにより、誘電体天板１２１，１３１内を透過するマイクロ波の波長を、真空中を伝播するマイクロ波の波長よりも短くしてスロット１２２，１３２を含むアンテナを小さくする機能を有する。
誘電体天板１２１の下には、本体部１０に形成されたスロット１２２を介して誘電体層１２３が本体部１０の開口に嵌め込まれている。誘電体天板１３１の下には、本体部１０に形成されたスロット１３２を介して誘電体層１３３が本体部１０の開口に嵌め込まれている。
誘電体層１２３、１３３は、天井部の内部表面において均一にマイクロ波の表面波プラズマを形成するための誘電体窓として機能し、それぞれが誘電体窓部１ａとなっている。誘電体層１２３、１３３は、誘電体天板１２１，１３１と同様、例えば、石英、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックス、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂やポリイミド系樹脂により形成されてもよい。
本体部１０の金属には、シャワー構造のガス導入部２１が設けられている。ガス導入部２１には、ガス供給源２２が接続され、ガス供給源２２から供給されるガスは、ガス供給配管１１１を介してガス拡散室６２からガス導入部２１を通り、処理容器１内にシャワー状に供給される。ガス導入部２１は、処理容器１の天井部に形成された複数のガス供給孔６０からガスを供給するガスシャワーヘッドの一例である。ガスの一例としては、例えばＡｒガス等のプラズマ生成用のガスや、例えばＯ２ガスやＮ２ガス等の高エネルギーで分解させたいガス、シランガス等の処理ガスが挙げられる。
マイクロ波プラズマ処理装置１００の各部は、制御装置３により制御される。制御装置３は、マイクロプロセッサ４、ＲＯＭ（Read Only Memory）５、ＲＡＭ（Random Access Memory）６を有している。ＲＯＭ５やＲＡＭ６にはマイクロ波プラズマ処理装置１００のプロセスシーケンス及び制御パラメータであるプロセスレシピが記憶されている。マイクロプロセッサ４は、プロセスシーケンス及びプロセスレシピに基づき、マイクロ波プラズマ処理装置１００の各部を制御する制御部の一例である。また、制御装置３は、タッチパネル７及びディスプレイ８を有し、プロセスシーケンス及びプロセスレシピに従って所定の制御を行う際の入力や結果の表示等が可能になっている。
かかる構成のマイクロ波プラズマ処理装置１００においてプラズマ処理を行う際には、まず、ウェハＷが、搬送アーム上に保持された状態で、開口したゲートバルブ１８から搬入出口１７を通り処理容器１内に搬入される。ゲートバルブ１８はウェハＷを搬入後に閉じられる。ウェハＷは、載置台１１の上方まで搬送されると、搬送アームからプッシャーピンに移され、プッシャーピンが降下することにより載置台１１に載置される。処理容器１の内部の圧力は、排気装置１６により所定の真空度に保持される。処理ガスがガス導入部２１からシャワー状に処理容器１内に導入される。周縁マイクロ波導入部４３ａおよび中央マイクロ波導入部４３ｂを介してマイクロ波放射機構５０から放射されたマイクロ波が天井部の内部表面を伝播する。表面波となって伝播するマイクロ波の電界により、ガスが乖離され、処理容器１側の天井部の表面近傍に生成された表面波プラズマによってウェハＷにプラズマ処理が施される。以下では、処理容器１の天井部と載置台１１の間の空間を、プラズマ処理空間Ｕという。本実施形態では、上記ウェハＷの搬送時にも極弱のプラズマが生成され、常時プラズマが生成されている状態である。以下に、本実施形態に係るプラズマ処理の一例について説明する。
［プラズマ処理］
かかる構成のマイクロ波プラズマ処理装置１００を用いて実行されるプラズマ処理の一例について、図３を参照しながら説明する。本実施形態に係るプラズマ処理は、制御装置３により制御される。
本処理が開始されると、制御装置３は、マイクロ波導入部４３から総パワーが０．３Ｗ／ｃｍ２以下のマイクロ波を放射する（ステップＳ１０）。次に、制御装置３は、ガス供給源２２から出力されたＡｒガスをガス導入部２１からシャワー状に供給し、プラズマを生成する（ステップＳ１２）。なお、ステップＳ１２において供給するガスは、Ａｒガスに限らず、例えば、Ｎ２ガス等であってもよい。
次に、制御装置３は、ゲートバルブ１８を開け、ウェハＷを処理容器１内に搬入する（ステップＳ１４）。次に、制御装置３は、ゲートバルブ１８を閉め、ガス供給源２２から出力された処理ガスをガス導入部２１から処理容器１内にシャワー状に供給する（ステップＳ１６）。なお、ステップＳ１６において供給する処理ガスは、シランガス及びＨ２ガスの混合ガスであってもよい。
次に、制御装置３は、マイクロ波導入部４３から総パワーが１５．６Ｗ／ｃｍ２以上のマイクロ波を放射する（ステップＳ１８）。これにより、処理ガスから生成された表面波プラズマによってウェハＷに所望の処理が施される（ステップＳ２０）。
次に、制御装置３は、、ウェハＷへのプラズマ処理が完了したかを判定する（ステップＳ２２）。制御装置３は完了していないと判定すると、ステップＳ２０に戻り、ウェハＷへのプラズマ処理を続ける。一方、制御装置３は、ウェハＷへのプラズマ処理が完了したと判定すると、ステップＳ２４に進み、マイクロ波導入部４３から総パワーが０．３Ｗ／ｃｍ２以下のマイクロ波を放射する（ステップＳ２４）。
次に、制御装置３は、ガス供給源２２からＡｒガスを供給し、継続して、極弱のプラズマを生成する（ステップＳ２６）。次に、制御装置３は、ゲートバルブ１８を開け、ウェハＷを処理容器１内から搬出する（ステップＳ２８）。次に、制御装置３は、次の未処理ウェハがあるか否かを判定する（ステップＳ３０）。制御装置３は、次の未処理ウェハがあると判定すると、ステップＳ１４に戻り、ゲートバルブ１８を開け、次のウェハＷを処理容器１内に搬入し、ステップＳ１４以降の処理を繰り返す。一方、制御装置３は、次の未処理ウェハがないと判定すると、本処理を終了する。
以上に説明したように、本実施形態に係るプラズマ処理方法によれば、ウェハＷの搬送中及び処理中を含めて、常時、連続的にプラズマが生成される。具体的には、直径３００ｍｍのウェハＷを処理する場合、図４（ａ）に示すように、ウェハＷの搬入時には、予めマイクロ波導入部４３から総パワーが０．３Ｗ／ｃｍ２以下のマイクロ波を放射し、極弱のプラズマを生成する。例えば、６本の周縁マイクロ波導入部４３ａ及び１本の中央マイクロ波導入部４３ｂの合計７本のマイクロ波導入部４３のそれぞれから１０Ｗのマイクロ波を処理容器１内に導入する。これにより、導入された低パワーのマイクロ波の電界によって、処理容器１内に供給されたＡｒガスが乖離され、処理容器１の天井面には極弱の表面波プラズマが生じる。これによれば、生成された表面波プラズマは極弱であるため、ウェハを搬入及び搬出する際に、ウェハＷはプラズマの影響を受けず、ウェハ表面に電位差が生じないため、ウェハ表面に電流は流れない。このようにして、本実施形態では、プラズマを生成している状態でウェハＷを搬入しても、プラズマによってウェハＷにダメージが与えられることを回避できる。
一方、ウェハＷに所定のプラズマ処理を施すプロセス中には、図４（ｂ）に示すように、マイクロ波導入部４３から総パワーが１５．６Ｗ／ｃｍ２以上のマイクロ波を放射し、高密度プラズマを生成する。例えば、７本のマイクロ波導入部４３のそれぞれから５００Ｗのマイクロ波を処理容器１内に導入する。これにより、図４（ａ）のウェハ搬入時の５０倍のパワーのマイクロ波の電界によってシランガス及びＨ２ガス等の処理ガスが乖離され、処理容器１の天井面には高密度の表面波プラズマが生じる。これによれば、生成された高密度の表面波プラズマにより、ウェハＷに成膜やエッチング等の所定のプラズマ処理が施される。
以上、本実施形態に係るプラズマ処理によれば、常時プラズマが生成されているため、ウェハＷに所定のプラズマ処理を施す前に、プラズマを着火（点灯）させる必要がない。このため、プラズマ着火によるウェハＷへの影響をなくすことができる。また、ウェハＷの搬送時には、極弱のプラズマを生成するため、プラズマの作用によりウェハ表面に電流が流れ、表面の素子を破壊するチャージアップダメージは生じない。
つまり、本実施形態に係るプラズマ処理方法によれば、ウェハＷ搬送時のチャージアップダメージの発生を回避するとともに、プロセス実行時のプラズマ着火によるウェハＷへのダメージをなくすことができる。
［極弱のプラズマ］
極弱のプラズマは、本実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１００によって生成され得る。図５は、本実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１００（ＳＷＰ：Surface Wave Plasma）の天井面にて、１本のマイクロ波導入部４３の直下の処理空間１内に生成された極弱のプラズマの状態を示す。図５では、（ａ）５０Ｗ、（ｂ）３０Ｗ、（ｃ）２０Ｗ、（ｄ）１０Ｗ、（ｅ）５Ｗ、（ｆ）３Ｗのいずれにおいても誘電体窓部１ａの直下に発光している部分が見える。この部分がプラズマからの発光であり、プラズマの生成領域である。つまり、（ａ）５０Ｗ〜（ｆ）３Ｗのいずれにおいても誘電体窓部１ａの直下にて極弱のプラズマが着火（点火）している。
なお、トータルのパワーが０．３Ｗ／ｃｍ２以下となるように、７本のマイクロ波導入部４３のそれぞれから３Ｗ〜５０Ｗのパワーのマイクロ波を出力してもよい。１本のマイクロ波導入部４３又は２本〜６本のマイクロ波導入部４３のそれぞれからトータルのパワーが０．３Ｗ／ｃｍ２以下となるパワーのマイクロ波を出力してもよい。
導入するマイクロ波のパワーとプラズマの電子密度Ｎｅ［１０１０ｃｍ−３］及びプラズマの電子温度Ｔｅ［Ｖ］との関係を図６のグラフに示す。枠Ｍｕ内は、５Ｗのマイクロ波を導入したときのプラズマの電子密度Ｎｅ及びプラズマの電子温度Ｔｅであり、１本のマイクロ波導入部４３から５Ｗ程度の低パワーのマイクロ波を導入した場合であっても誘電体窓部１ａの下方にプラズマを着火できることがわかる。なお、図６のグラフでは、Ａｒガス及びＮ２ガスを供給し、横軸に示すマイクロ波のパワーによりプラズマを生成した。
図７は、本実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置（ＳＷＰ）１００によって生成されるマイクロ波の表面波プラズマの電子密度Ｎｅ及び電子温度Ｔｅを、誘導結合型プラズマ処理装置（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）の場合と比較して示したグラフである。これによれば、マイクロ波の表面波プラズマの電子密度Ｎｅは、誘導結合型プラズマの電子密度Ｎｅよりも高い。また、本実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１００では、複数のマイクロ波導入部４３（マルチプラズマ源）からマイクロ波を導入することができる。このため、複数のマイクロ波導入部４３のそれぞれから導入されるトータルのパワーが０．３Ｗ／ｃｍ２以下となるように、７本のマイクロ波導入部４３のそれぞれから出力するマイクロ波を低パワーに制御することができる。たとえば、０．３Ｗ／ｃｍ２のマイクロ波のパワーは、３００ｍｍのウェハＷで、複数のマイクロ波導入部４３から出力されるマイクロ波のトータルのパワーが１３５Ｗ以下である。
これにより、極弱のプラズマを複数のマイクロ波導入部４３の下方に局所的に生成することができる。例えば、図７の左のグラフでは、複数のマイクロ波導入部４３のそれぞれから３Ｗの低パワーのマイクロ波を導入した場合においてもプラズマの点灯が可能であり、極弱のプラズマが生成可能であることがわかる。
複数のマイクロ波導入部４３のうち、少なくともいずれかを用いてマイクロ波を導入すればよいが、より多い本数のマイクロ波導入部４３を使用することが好ましい。より多い本数のマイクロ波導入部４３を使用してマイクロ波を導入することで、１本当たりのマイクロ波導入部４３から出力するマイクロ波のパワーをより低くでき、より極弱のプラズマを生成できるためである。
また、図７の左のグラフの電子密度Ｎｅに示すように、誘導結合型プラズマ処理装置（ＩＣＰ）では、導入する高周波の最大パワーが１０００Ｗ以下の場合、プラズマを着火できず、プラズマを生成できない。これに対して、本実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置（ＳＷＰ）１００では、導入するマイクロ波の最大パワーが１０００Ｗ以下でもプラズマを生成できる。つまり、本実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置（ＳＷＰ）１００では、導入するマイクロ波の最大パワーが３Ｗ〜１０００Ｗであっても、プラズマを着火することができ、プラズマを生成できる。例えば、最大パワーが３Ｗ以上のマイクロ波を、複数のマイクロ波導入部４３のそれぞれから導入した場合であっても、図５（ｆ）に示すように、プラズマが点灯（着火）する。
これに対して、誘導結合型プラズマ処理装置（ＩＣＰ）では、３００ｍｍのウェハを処理可能なプラズマが安定して点灯するためには、最大パワーが８００Ｗ以上の高周波が必要である。
また、図７の右のグラフによれば、本実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置（ＳＷＰ）１００によって生成されるプラズマの電子温度Ｔｅは、誘導結合型プラズマ処理装置（ＩＣＰ）によって生成されるプラズマの電子温度Ｔｅよりも１［ｅＶ］以上低い。よって、本実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１００によれば、導入するマイクロ波のトータルのパワーが０．３Ｗ／ｃｍ２以下になるようにマイクロ波導入部４３を使用してマイクロ波を導入することで、プラズマの電子温度Ｔｅのより低い極弱のプラズマを生成することができる。このような極弱のプラズマは、誘導結合型プラズマ処理装置（ＩＣＰ）及び容量結合型プラズマ処理装置（ＣＣＰ：Capacitively Coupled Plasma）では生成することができない。つまり、本実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置（ＳＷＰ）１００は、複数のマイクロ波導入部４３から導入される低パワーのマイクロ波によってもプラズマを局所的に着火させることができる。これにより、生成される極弱なプラズマによりウェハＷの搬送時のチャージアップダメージ及びプロセス中におけるプラズマ着火によるウェハＷのダメージの発生を回避できる。
［マイクロ波導入シーケンス］
最後に、本実施形態において、ウェハＷへプラズマ処理を行っていない間（ウェハ搬送時等）に放射するマイクロ波の導入シーケンスについて、図８を参照しながら説明する。本実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１００では、６本の周縁マイクロ波導入部４３ａおよび１本の中央マイクロ波導入部４３ｂからなる７本のマイクロ波導入部４３の少なくとも一つからマイクロ波が処理容器１内に導入される。
マイクロ波導入シーケンスの一例（シーケンス１）を図８（ａ）に示す。シーケンス１では、まず、中央マイクロ波導入部４３ｂからマイクロ波を放射させ、中央マイクロ波導入部４３ｂの誘電体窓部１ａの下方にてプラズマを着火する。次に、６本の周縁マイクロ波導入部４３ａからマイクロ波を放射させ、６本の周縁マイクロ波導入部４３ａのそれぞれの誘電体窓部１ａの下方にてプラズマを着火する。
このようにして、中央マイクロ波導入部４３ｂを用いてプラズマ着火後、周縁マイクロ波導入部４３ａを用いてプラズマ着火することが好ましい。その理由は、中央マイクロ波導入部４３ｂの下方にてプラズマが着火していれば、周縁マイクロ波導入部４３ａの下方にてプラズマ着火がし易く、より弱い電力でプラズマを点灯できるため、ウェハＷへのプラズマ着火時の影響をより少なくできるためである。
ただし、シーケンス１に限らず、他のシーケンスによってプラズマを点灯させてもよい。図８（ｂ）のマイクロ波導入シーケンス２の例では、まず、中央マイクロ波導入部４３ｂと、周方向の隣接しない３本の周縁マイクロ波導入部４３ａからマイクロ波を放射させる。その後、周方向の隣接しない残りの３本の周縁マイクロ波導入部４３ａからマイクロ波を放射させる。
図８（ｃ）のマイクロ波導入シーケンス３の例では、まず、周方向の隣接しない３本の周縁マイクロ波導入部４３ａからマイクロ波を放射させる。その後、中央マイクロ波導入部４３ｂと、周方向の隣接しない残りの３本の周縁マイクロ波導入部４３ａからマイクロ波を放射させる。
図８（ｄ）のマイクロ波導入シーケンス４の例では、まず、中央マイクロ波導入部４３ｂからマイクロ波を放射させる。その後、周方向の隣接しない３本の周縁マイクロ波導入部４３ａからマイクロ波を放射させる、その後、周方向の隣接しない残りの３本の周縁マイクロ波導入部４３ａからマイクロ波を放射させる。
図８（ｅ）のマイクロ波導入シーケンス５の例では、中央マイクロ波導入部４３ｂ及び６本の周縁マイクロ波導入部４３ａのすべてから同じタイミングでマイクロ波を放射させる。
なお、ウェハＷへプラズマ処理を行っていない間（ウェハ搬送時等）に放射するマイクロ波の導入シーケンスでは、図８（ａ）〜図８（ｅ）に示すように、すべてのマイクロ波導入部４３からマイクロ波を放射させる場合に限らず、例えば、マイクロ波導入部４３の一部からマイクロ波を放射させてもよい。図８（ａ）〜図８（ｅ）に示す導入シーケンス又はマイクロ波導入部４３の一部からマイクロ波を放射する場合のいずれにおいても、ウェハ搬入後、すべてのマイクロ波導入部４３からマイクロ波を放射する。
また、図８（ａ）〜図８（ｅ）に示す導入シーケンス又はマイクロ波導入部４３の一部からマイクロ波を放射する場合のいずれにおいても、ウェハＷへプラズマ処理を行っていない間、トータルのパワーが０．３Ｗ／ｃｍ２以下となるようにマイクロ波の出力を制御する。一方、ウェハＷへプラズマ処理を行っている間、７本のマイクロ波導入部４３のすべてを用いてマイクロ波のトータルのパワーが１５．６Ｗ／ｃｍ２以上となるようにマイクロ波の出力を制御する。つまり、本実施形態では、ウェハＷへプラズマ処理を行っていない間に放射する単位面積当たりのマイクロ波の総パワーは、プロセス中（ウェハＷへプラズマ処理を行っている間）に放射する単位面積当たりのマイクロ波の総パワーの１／５０以下に制御される。ウェハＷへプラズマ処理を行っていない間は、ウェハＷ搬送時を含む。
以上に説明したように、本実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１００によれば、極弱のプラズマを常時点灯することで、プラズマ着火によるウェハＷへのダメージを回避できるとともに、極弱のプラズマを生成した状態でウェハを搬入及び搬出することで、チャージアップダメージを抑制することができる。さらに、ウェハＷへのダメージを回避することで、パーティクルの発生を回避できる。また、プラズマの点灯及び消灯ステップが不要になるため、プラズマ処理工程を短縮化することができる。更に、プラズマによるパーティクルの捕獲によって、パーティクルを低減することができる。また、プロセス時には、マイクロ波の総パワーを上げることによって、高密度のプラズマを生成することにより、ウェハＷに所望の処理を施すことができる。
以上、プラズマ処理装置を上記実施形態により説明したが、本発明にかかるプラズマ処理装置は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
本明細書では、基板の一例として半導体ウェハＷを挙げて説明した。しかし、基板は、これに限らず、LCD(Liquid Crystal Display)、FPD(Flat Panel Display)に用いられる各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等であっても良い。
１ 処理容器
１ａ 誘電体窓部
２ マイクロ波プラズマ源
３ 制御装置
１０ 本体部
１１ 載置台
２１ ガス導入部
２２ ガス供給源３
３０ マイクロ波出力部
４０ マイクロ波伝送部
４３ａ 周縁マイクロ波導入部
４３ｂ 中央マイクロ波導入部
４４ マイクロ波伝送路
５０ マイクロ波放射機構
５２ 外側導体
５３ 内側導体
５４ スラグ
６０ ガス供給孔
６０ａ 細孔
６１ 空洞部
６１ｃ 段差部
６２ ガス拡散室
６３ 金属製の部材
６４ 空洞部の開口部
６５ 空洞部の底部
１００ マイクロ波プラズマ処理装置
１２１，１３１ 誘電体天板
１２２，１３２ スロット
１２３、１３３ 誘電体層
１４０ インピーダンス調整部材
Ｕ プラズマ処理空間

Claims (11)

  1. 表面波プラズマ源における出力部から出力されたマイクロ波を処理容器内に放射する複数のマイクロ波放射機構を有するプラズマ処理装置であって、
    基板へプラズマ処理を行っていない間、基板へプラズマ処理を行う際に放射する単位面積当たりのマイクロ波の総パワーの１／５０以下の総パワーでマイクロ波を放射させ、プラズマを生成する制御部を有する、
    プラズマ処理装置。
  2. 前記制御部は、前記１／５０以下の総パワーで、前記複数のマイクロ波放射機構の少なくともいずれかからマイクロ波を放射させる、
    請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記複数のマイクロ波放射機構は、前記処理容器の天板の中心と外周とに複数配置され、
    前記制御部は、中心の前記マイクロ波放射機構からマイクロ波を放射させた後、外周の前記マイクロ波放射機構の少なくともいずれかからマイクロ波を放射させる、
    請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記複数のマイクロ波放射機構は、前記処理容器の天板の中心と外周とに複数配置され、
    前記制御部は、外周の前記マイクロ波放射機構の少なくともいずれかからマイクロ波を放射させた後、中心の前記マイクロ波放射機構からマイクロ波を放射させる、
    請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記複数のマイクロ波放射機構は、前記処理容器の天板の中心と外周とに複数配置され、
    前記制御部は、中心の前記マイクロ波放射機構と、外周にて周方向に配置された、隣接しない複数の前記マイクロ波放射機構からマイクロ波を放射させた後、外周の残りの前記マイクロ波放射機構の少なくともいずれかからマイクロ波を放射させる、
    請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
  6. 前記複数のマイクロ波放射機構は、前記処理容器の天板の中心と外周とに複数配置され、
    前記制御部は、外周にて周方向に配置された、隣接しない複数の前記マイクロ波放射機構からマイクロ波を放射させた後、中心の前記マイクロ波放射機構と外周の残りの前記マイクロ波放射機構の少なくともいずれかからマイクロ波を放射させる、
    請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
  7. 前記複数のマイクロ波放射機構は、前記処理容器の天板の中心と外周とに複数配置され、
    前記制御部は、配置されたすべての前記マイクロ波放射機構から同じタイミングにマイクロ波を放射させる、
    請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
  8. 前記制御部は、基板へプラズマ処理を行っていない間、前記単位面積当たりのマイクロ波の総パワーを０．３Ｗ／ｃｍ２以下に制御する、
    請求項１〜７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  9. 前記制御部は、基板へプラズマ処理を行っている間、前記単位面積当たりのマイクロ波の総パワーを１５．６Ｗ／ｃｍ２以上に制御する、
    請求項１〜８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  10. 前記制御部は、前記単位面積当たりのマイクロ波の総パワーを０．３Ｗ／ｃｍ２以下に制御し、電子温度が１［ｅＶ］以下のプラズマを生成した状態で、ゲートバルブを開いて基板を前記処理容器内に搬入し、
    前記基板を搬入した後、前記ゲートバルブを閉めて前記単位面積当たりのマイクロ波の総パワーを１５．６Ｗ／ｃｍ２以上に制御し、基板へプラズマ処理を行う、
    請求項１〜９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  11. 前記制御部は、基板へプラズマ処理を行った後、前記単位面積当たりのマイクロ波の総パワーを０．３Ｗ／ｃｍ２以下に制御し、電子温度が１［ｅＶ］以下のプラズマを生成した状態で、前記ゲートバルブを開いて基板を前記処理容器から搬出する、
    請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
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