JP3093718B2

JP3093718B2 - マイクロ波導入装置及び表面処理方法

Info

Publication number: JP3093718B2
Application number: JP10077349A
Authority: JP
Inventors: 伸昌鈴木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-03-25
Filing date: 1998-03-25
Publication date: 2000-10-03
Anticipated expiration: 2015-10-03
Also published as: JPH10233295A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波エネル
ギーを使用するプラズマＣＶＤ装置等に用いられるマイ
クロ波導入装置及びマイクロ波エネルギーを使用する表
面処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、マイクロ波プラズマ発生装置を
使用しての成膜は例えば次のように行われる。即ち該マ
イクロ波プラズマＣＶＤ装置の成膜室内にガスを導入
し、同時にマイクロ波エネルギーを投入して該成膜室内
にプラズマを発生させ前記ガスを励起、分解して、該成
膜室内に配された基体上に堆積膜を形成する。

【０００３】マイクロ波プラズマＣＶＤ装置において
は、ガスの励起源としてマイクロ波エネルギーを使用す
るのは、ＲＦエネルギーに比べて電子を高い周波数をも
つ電界により加速でき、ガス分子を連鎖的に電離し、励
起させることができるからである。それ故、ガスの励起
効率及び分解効率が高く、高密度のプラズマを比較的容
易に形成し得る、成膜を高速で行い得るといった利点が
ある。

【０００４】本発明者は、マイクロ波の均一で効率的な
導入装置として複数のスロットがプラズマ発生室側の面
に形成された無終端環状導波管を用いたマイクロ波プラ
ズマＣＶＤ装置を提案した（特許出願番号平３−２９３
０１０号）。このマイクロ波プラズマＣＶＤ装置を図４
に示す。図４において、１１０１はプラズマ発生室、１
１０２はプラズマ発生室１１０１を形成する石英管、１
１０３はマイクロ波をプラズマ発生室１１０１に導入す
るためのスロット付環状導波管、１１０４は環状導波管
１１０４にマイクロ波１１０３を導入するマイクロ波導
入部である。１１０６はマイクロ波を二分配する二分配
ブロック、１１０７は環状導波管１１０４の内側に形成
された複数のスロット、１１０８はプラズマ発生用ガス
導入手段、１１１１はプラズマ発生室１１０１に連結し
た成膜室、１１１２は被覆基体、１１１３は基体１１１
２の支持体、１１１４は基体１１１２を加熱するヒー
タ、１１１５は成膜用ガス導入手段、１１１６は排気で
ある。プラズマの発生及び成膜は以下のようにして行
う。排気系（不図示）を介してプラズマ発生室１１０１
内及び成膜室１１１１内を真空排気する。続いてプラズ
マ発生用ガスをガス導入口１１０８を介して所定の流量
でプラズマ発生室１１０１内に導入する。次に排気系
（不図示）に設けられたコンダクタンスバルブ（不図
示）を調整し、プラズマ発生室１１０１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
を環状導波管１１０３を介してプラズマ発生室１１０１
内に供給する。こうすることで電子がマイクロ波電界に
より加速され、プラズマ発生室１１０１内に高密度プラ
ズマが発生する。この時に成膜用ガス導入管１１１５を
介して成膜用ガスを成膜室１１１１内に導入しておくと
成膜用ガスは発生した高密度プラズマにより励起され、
支持体１１１３上に載置された被覆基体１１１２の表面
に成膜される。この際用途に応じて、プラズマ発生用ガ
ス導入口１１０８に成膜用ガスを導入しても良い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この図
４に示される装置では、プラズマ発生室の中心のプラズ
マ密度が低下し易い。その為、被処理面の面積が大きく
なると中心付近と周辺付近との間に処理の不均一性を生
じ易い。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、これらの知見
に基づいてなされたものである。本発明のマイクロ波プ
ラズマ発生装置の第１の態様は次のとおりのものであ
る。即ち、排気手段によりプラズマ発生室を減圧してマ
イクロ波導波管を介して前記プラズマ発生室内にマイク
ロ波エネルギーを供給し、前記プラズマ発生室内にプラ
ズマを発生させるマイクロ波プラズマ発生装置におい
て、前記プラズマ発生室側の基体の被処理面に対向した
前記マイクロ波導波管の同一平面に形成された全てのマ
イクロ波導入用のスロットが、マイクロ波の進行方向に
垂直な長辺を有するスロットであり、前記マイクロ波導
波管が無終端環状導波管であることを特徴とするもので
ある。

【０００７】本発明によれば、上述の課題が解決され、
効率的な処理が可能となる。

【０００８】本発明においては、プラズマ発生室内の圧
力は０．５Ｔｏｒｒ以下に保たれるのが望ましく、マイ
クロ波導波管内の圧力は１．０Ｔｏｒｒ以上に保たれる
のが望ましい。

【０００９】プラズマは１Ｔｏｒｒ以上の圧力では作ら
れにくいので、プラズマ発生室のみでプラズマを起こす
上で有効な作用をする。このため該装置を使用すればマ
イクロ波をプラズマ発生室内に均一にして効率的に導入
することができ、均一かつ高密度なプラズマを発生させ
ることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】まず、環状導波管を用いた装置の
一例を図５に示す。図５に示した装置を使用した堆積膜
の形成は、マイクロ波導波管１０３を排気手段１１６に
より減圧させ、マイクロ波導波管１０３を介してプラズ
マを発生させるエネルギーをプラズマ発生室１０１に供
給しながら堆積膜の形成を行う。さらにこの装置の環状
導波管には、複数のスロットが前記プラズマ発生室側の
面に形成されていて、前記プラズマを発生させるエネル
ギーを前記スロットを介して前記プラズマ発生室内に導
入するような構造にしたマイクロ波プラズマ発生装置で
ある。

【００１１】この装置を使用したプラズマの発生及び成
膜は以下のようにして行われる。排気系（不図示）を介
してプラズマ発生室１０１内及び成膜室１１１内を真空
排気する。続いてプラズマ発生用のガスをガス導入口１
０８を介して所定の流量で導波管１０３及びスロット１
０７を経てプラズマ発生室１０１内に導入する。次に排
気系（不図示）に設けられたコンダクタンスバルブ（不
図示）を調整し、プラズマ発生室１０１内及び成膜室１
１１内を所定の圧力に保持する。マイクロ波電源（不図
示）より所望の電力を導波管１０３を介してプラズマ発
生室１０１内に供給することによりプラズマ発生室１０
１内にプラズマが発生する。この時、成膜用ガス導入管
１１５を介して成膜用ガスを成膜室１１１内に導入して
おくと成膜用ガスは発生した高密度プラズマにより励起
され、支持体１１３上に載置された被覆基体１１２の表
面上に堆積膜が形成される。この際用途に応じて、プラ
ズマ発生用ガス導入口１０８に成膜用ガスを導入しても
良い。

【００１２】本発明のマイクロ波導入装置の使用におい
ては、用いられるマイクロ波の周波数は、２．４５ＧＨ
ｚ以外でも、０．８ＧＨｚ乃至２０ＧＨｚの範囲から適
宜選択することができる。

【００１３】本発明において用いられる導波管の形状
は、プラズマ発生室の形状によって円盤状や多角形など
他の形でも良い。導波管の断面の形状については、ＷＲ
Ｔ−２規格導波管と同様の寸法で矩形のものでも、寸法
は任意で形状も円形でも半円形でも他の形状でも、マイ
クロ波が伝搬可能でありさえすれば良い。環状導波管の
構成材料については、ステンレスに銅コートした上に更
に銀コートした二層メッキを施したものでも、Ｃｕ、Ａ
１、Ｆｅ、Ｎｉなどの金属や合金、各種ガラス、石英、
窒化シリコン、アルミナ、アクリル、ポリカーボネー
ト、ポリ塩化ビニル、ポリイミドなどの絶縁体にＡ１、
Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｃｕ、Ａｇなどの金属薄膜をコ
ーティングしたものなど、機械的強度が充分で表面がマ
イクロ波の浸透厚以上の厚さの導電層で覆われているも
のならいずれも使用可能である。

【００１４】本発明のスロットの形状は、長辺がマイク
ロ波の進行方向に垂直な矩形状のものでも、長辺がマイ
クロ波の進行方向に平行でも傾いていても、矩形ではな
く円形でも多角形でも鉄アレイ型でも星型でも、そのス
ロットからマイクロ波が導入可能であれば良い。但し、
効率的な導入やリーク率の調整し易さを考慮すると、長
辺がマイクロ波の進行方向に垂直な４０ｍｍ乃至６０ｍ
ｍ×０．５ｍｍ乃至３ｍｍの矩形状のものが最適であ
る。スロットの長さについては、各スロットからのマイ
クロ波のリーク量がほぼ等しくなるように調整する。ス
ロットの長さの調整は、導電性テープを貼っても、シャ
ッタを用いてもよい。設けられる各スロットの間隔は、
管内波長の１／４でも、その整数倍であってもよく、プ
ラズマ発生の必要のない部分には設けなくてもよい。

【００１５】導波管内では放電せずプラズマ発生室にマ
イクロ波が導入されて初めて放電するものであるが、用
途によっては導波管内部で共振的に放電し、放電の強い
部分から高密度の非イオン性活性種を供給することも可
能である。この場合、スロットの形状は、導波管内の圧
力が導波管内で放電が起こる範囲になるようなコンダク
タンスをもつものであれば採用可能であり、長辺がマイ
クロ波の進行方向に垂直な４０ｍｍ乃至６０ｍｍ×２ｍ
ｍ乃至５ｍｍの矩形状のものが最適である。

【００１６】また、プラズマの高密度化のために磁界発
生手段を設けても良い。磁界発生手段としては導波管の
スロット付近の電界に垂直な磁界を発生できるものな
ら、コイル以外でも、永久磁石でも使用可能である。ま
た磁気回路は、ミラー磁場以外でも、発散磁場でも、マ
ルチカスプ磁場でも、円筒マグネトロン磁場でも、使用
可能である。コイルを用いる場合には過熱防止のため水
冷機構や空冷など他の冷却手段を用いてもよい。

【００１７】プラズマ発生室内もしくはプラズマ発生室
に連結された成膜室内に配置される被覆基体上に良質な
堆積膜を均一にして効率的に成膜することができる。

【００１８】参考例１本発明の一例である円筒状の環状導波管を使用したマイ
クロ波プラズマＣＶＤ装置を図５の（Ａ）に、マイクロ
波導入装置を図５の（Ｂ）に示す。１０１はプラズマ発
生室、１０３はマイクロ波をプラズマ発生室１０１に導
入するためのスロット付環状導波管、１０４は環状導波
管１０３にマイクロ波を導入するマイクロ波導入部、１
０５は導入部１０４に設けられたマイクロ波導入窓であ
る。１０６はマイクロ波を二分配する分配ブロック、１
０７は環状導波管１０３の内側に形成された複数のスロ
ット、１０８はプラズマ発生用ガス導入手段、１１１は
プラズマ発生室に連結した成膜室である。１１２は被覆
基体、１１３は基体１１２の支持体、１１４は基体１１
２を加熱するヒータ、１１５は成膜用ガス導入手段、１
１６は排気系である。

【００１９】環状導波管１０３は、内壁断面の寸法がＷ
ＲＴ−２規格導波管と同じ２７ｍｍ×９６ｍｍであっ
て、中心径が３５４ｍｍである。環状導波管１０３の材
質は、機械的強度を保つためステンレス鋼で構成されて
いて、その内壁面にはマイクロ波の伝搬損失を抑えるた
め銅をコーティングした上に更に銀をコーティングした
二層メッキが施されている。

【００２０】スロット１０７の形状は長さ４２ｍｍ、幅
２ｍｍの矩形であり、管内波長の１／４間隔に形成され
ている。管内波長は、使用するマイクロ波の周波数と導
波管の断面の寸法に依存するが、周波数２．４５ＧＨｚ
のマイクロ波と上記の寸法の導波管を用いた場合には約
１５９ｍｍである。使用した環状導波管１０３では、ス
ロットは約４０ｍｍ間隔で２８個形成されている。

【００２１】マイクロ波導入部１０４には、４スタブチ
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。

【００２２】プラズマの発生及び成膜は以下のようにし
て行われる。排気系（不図示）を介してプラズマ発生室
１０１内及び成膜室１１１内を真空排気する。続いてプ
ラズマ発生用のガスをガス導入口１０８を介して所定の
流量で環状導波管１０３及びスロット１０７を経てプラ
ズマ発生室１０１内に導入する。次に排気系（不図示）
に設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）を調整
し、プラズマ発生室１０１内及び成膜室１１１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
の電力を環状導波管１０３を介してプラズマ発生室１０
１内に供給することによりプラズマ発生室１０１内にプ
ラズマが発生する。この時に成膜用ガス導入管１１５を
介して成膜用ガスを成膜室１１１内に導入しておくと成
膜用ガスは発生した高密度プラズマにより励起され、支
持体１１３上に載置された被覆基体１１２の表面上に成
膜する。この際用途に応じて、プラズマ発生用ガス導入
口１０８に成膜用ガスを導入しても良い。

【００２３】図５の（Ａ）に示したマイクロ波プラズマ
ＣＶＤ装置を使用して、Ｎ₂ 流量５００ｓｃｃｍ、圧力
５ｍＴｏｒｒ、マイクロ波パワー１ｋＷの条件でプラズ
マを発生させ、得られたプラズマの電子密度の均一性を
評価した。電子密度の均一性の評価は、プローブ法によ
り以下のようにして行った。プローブに印加する電圧を
−５０から＋５０Ｖの範囲で変化させ、プローブに流れ
る電流をＩ−Ｖ測定器により測定し、得られたＩ−Ｖ曲
線からラングミュアの方法により電子密度を算出した。
電子密度の測定をプラズマ発生室中央断面内の１９点で
行い、その最大値／最小値のばらつきで均一性を評価し
た。その結果、電子密度はφ２００面内で９．６×１０
¹¹／ｃｍ³ ±４．８％であり、高密度かつ均一なプラズ
マが形成されていることが確認された。

【００２４】本発明の一実施の形態につき説明する。

【００２５】円盤状の環状導波管を使用したマイクロ波
プラズマＣＶＤ装置の一例を図１に示す。２０１はプラ
ズマ発生室、２０３はマイクロ波をプラズマ発生室２０
１に導入するためのスロット付円盤状導波管、２０４は
マイクロ波を円盤状導波管２０３内に導入する導入部、
２０５は導入部に設けられたマイクロ波導入窓である。
２０６はマイクロ波を二分配する分配ブロック、２０７
は円盤状導波管２０３の内側に形成された複数のスロッ
ト、２０８はプラズマ発生用ガス導入手段、２１１はプ
ラズマ発生室に連結した成膜室である。２１２は被覆基
体、２１３は基体２１２の支持体、２１４は基体を加熱
するヒータ、２１４は成膜用ガス導入手段、２１５は排
気系である。マイクロ波導入部２０４には、４スタブチ
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。

【００２６】プラズマの発生及び成膜は以下のようにし
て行われる。排気系（不図示）を介してプラズマ発生室
２０１内及び成膜室２１１内を真空排気する。続いてプ
ラズマ発生用のガスをガス導入口２０８を介して所定の
流量で円盤状導波管２０３及びスロット２０７を経てプ
ラズマ発生室２０１内に導入する。次に排気系（不図
示）に設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）を調
整し、プラズマ発生室２０１内及び成膜室２１１内を所
定の圧力に保持する。ついでマイクロ波電源（不図示）
より所望の電力を円盤状導波管２０３を介してプラズマ
発生室２０１内に供給することによりプラズマ発生室２
０１内にプラズマが発生する。この時に成膜用ガス導入
管２１５を介して成膜用ガスを成膜室２１１内に導入し
ておくと成膜用ガスは発生したプラズマにより励起さ
れ、支持体２１３上に載置された被覆基体２１２の表面
上に成膜する。この際用途に応じて、プラズマ発生用ガ
ス導入口２０８に成膜用ガスを導入しても良い。

【００２７】図１の（Ａ）に示したマイクロ波プラズマ
ＣＶＤ装置を使用して、Ｎ₂ 流量５００ｓｃｃｍ、圧力
３ｍＴｏｒｒ、マイクロ波パワー８００Ｗの条件でプラ
ズマを発生させ、得られたプラズマの電子密度の均一性
を評価した。その結果、電子密度はφ２００面内で８．
４×１０¹¹／ｃｍ³ ±３．６％であり、高密度かつ均一
なプラズマが形成されていることが確認された。

【００２８】環状の円筒状マイクロ波導入装置と円盤状
のマイクロ波導入装置とをあわせて設けたマイクロ波プ
ラズマＣＶＤ装置を図２の（Ａ）に示す。円盤状マイク
ロ波導入装置を図２の（Ａ）に、円筒状マイクロ波導入
装置を図２の（Ｂ）に示す。７０１はプラズマ発生室、
７０３ａ、７０３ｂはマイクロ波をプラズマ発生室７０
１に導入するためのスロット付導波管（７０３ａは円盤
状導波管、７０３ｂは円筒導波管のもの、以後、指標の
終わりに付いているａ、ｂはそれぞれ円盤状導波管のも
の、円筒状導波管のものを表す。）、７０４は環状導波
管７０３にマイクロ波を導入するマイクロ波導入部、７
０５は導入部７０４に設けられたマイクロ波導入窓であ
る。７０６はマイクロ波を二分配する分配ブロック、７
０７は環状導波管７０３の内側に形成された複数のスロ
ット、７０８はプラズマ発生用ガス導入手段、７１１は
プラズマ発生室に連結した成膜室である。７１２は被覆
基体、７１３は基体７１２の支持体、７１４は基体７１
２を加熱するヒータ、７１５は成膜用ガス導入手段、７
１６は排気系である。

【００２９】本発明のプラズマ発生室内もしくは成膜室
内の圧力は好ましくは０．５ｍＴｏｒｒ乃至０．５Ｔｏ
ｒｒの範囲から選択することができる。

【００３０】基体温度は、使用する成膜用ガスの種類や
堆積膜の種類、及び用途により多少異なるが、一般的に
は、好ましくは５０乃至６００℃の範囲、最適には１０
０乃至４００℃の範囲である。

【００３１】本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置に
よる堆積膜の形成は、使用するガスを適宜選択すること
によりＳｉ₃ Ｎ₄ 、ＳｉＯ₂ 、Ｔａ₂ Ｏ₅ 、ＴｉＯ₂ 、
ＴｉＮ、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＡｌＮ、ＭｇＦ₂ などの絶縁膜、
ａ−Ｓｉ、ｐｏｌｙ−Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＡｓなどの半
導体膜、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａなどの金属膜等、
各種の堆積膜を効率よく形成することが可能である。

【００３２】また本発明のマイクロ波プラズマ発生装置
は表面改質にも適用できる。例えば、使用するガスを適
宜選択することによりＳｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｔａな
どの基体もしくは表面層に酸化処理あるいは窒化処理さ
らにはＢ、Ａｓ、Ｐなどのドーピング処理等が可能であ
る。更に本発明において採用する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
金属などのクリーニングに使用することもできる。

【００３３】基体は、半導体であっても、導電性のもの
であっても、あるいは電気絶縁性のものであってもよ
い。また、これらの基体には、緻密性、密着性、段差被
覆性などの性能の改善のため、−５００Ｖから＋２００
Ｖの直流バイアスもしくは周波数４０Ｈｚから３００Ｍ
Ｈｚの交流バイアスを印加してもよい。

【００３４】導電性基体としては、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、
Ａｌ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｂ
などの金属またはこれらの合金、例えば真鍮、ステンレ
ス鋼などが挙げられる。

【００３５】絶縁性基体としては、ＳｉＯ₂ 系の石英や
各種ガラス、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＬｉＦ、
ＣａＦ₂ 、ＢａＦ₂ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＡｌＮ、ＭｇＯなど
の無機物の他、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、ポリイミドなどの有機物のフィルム、シート
などが挙げられる。

【００３６】堆積膜形成用ガスとしては、一般に公知の
ガスが使用できる。

【００３７】プラズマの作用で容易に分解され単独でも
堆積し得るガスは、化学量論的組成の達成やプラズマ発
生室内の膜付着防止のため成膜室内の成膜用ガス導入手
段などを介して成膜室内へ導入することが望ましい。ま
た、プラズマの作用で容易に分解されにくく単独では堆
積し難いガスは、プラズマ発生室内のプラズマ発生用ガ
ス導入口を介してプラズマ発生室内へ導入することが望
ましい。

【００３８】ａ−Ｓｉ、ｐｏｌｙ−Ｓｉ、ＳｉＣなどの
Ｓｉ系半導体薄膜を形成する場合の成膜用ガス導入手段
を介して導入するＳｉ原子を含有する原料としては、Ｓ
ｉＨ₄ 、Ｓｉ₂ Ｈ₆ などの無機シラン類、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）などの有機シラン類、ＳｉＦ
₄ 、Ｓｉ₂ Ｆ₆ 、ＳｉＨＦ₃ 、ＳｉＨ₂ Ｆ₂ 、ＳｉＣｌ
₄ 、Ｓｉ₂ Ｃｌ₆ 、ＳｉＨＣｌ₃ 、ＳｉＨ₂ Ｃｌ₂ 、Ｓ
ｉＨ₃ Ｃｌ、ＳｉＣｌ₂ Ｆ₂ などのハロシラン類等、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、この場合のプラズマ発生用ガ
ス導入口を介して導入するプラズマ発生用ガスとして
は、Ｈ₂ 、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎが挙げ
られる。

【００３９】Ｓｉ₃ Ｎ₄ 、ＳｉＯ₂ などのＳｉ化合物系
薄膜を形成する場合の成膜用ガス導入手段を介して導入
するＳｉ原子を含有する原料としては、ＳｉＨ₄ 、Ｓｉ
₂ Ｈ₆ などの無機シラン類、テトラエトキシシラン（Ｔ
ＥＯＳ）、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）などの有機シ
ラン類、ＳｉＦ₄ 、Ｓｉ₂ Ｆ₆ 、ＳｉＨＦ₃ 、ＳｉＨ₂
Ｆ₂ 、ＳｉＣｌ₄ 、Ｓｉ₂ Ｃｌ₆ 、ＳｉＨＣｌ₃ 、Ｓｉ
Ｈ₂ Ｃｌ₂ 、ＳｉＨ₃ Ｃｌ、ＳｉＣｌ₂ Ｆ₂ などのハロ
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、この場合のプ
ラズマ発生用ガス導入口を介して導入する原料として
は、Ｎ₂ 、ＮＨ₃ 、Ｎ₂ Ｈ₄ 、ヘキサメチルジシラザン
（ＨＭＤＳ）、Ｏ₂ 、Ｏ₃ 、Ｈ₂ Ｏ、ＮＯ、Ｎ₂ Ｏ、Ｎ
Ｏ₂ などが挙げられる。

【００４０】Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａなどの金属薄
膜を形成する場合の成膜用ガス導入手段を介して導入す
る金属原子を含有する原料としては、トリメチルアルミ
ニウム（ＴＭＡｌ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ
ｌ）、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（ＴＭ
Ｇａ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）などの有機金
属、ＡｌＣｌ₃ 、ＷＦ₆ 、ＴｉＣｌ₃ 、ＴａＣｌ₅ など
のハロゲン化金属等が挙げられる。また、この場合のプ
ラズマ発生用ガス導入口を介して導入するプラズマ発生
用ガスとしては、Ｈ₂ 、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘ
ｅ、Ｒｎが挙げられる。

【００４１】Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＡｌＮ、Ｔａ₂ Ｏ₅ 、ＴｉＯ
₂ 、ＴｉＮ、ＷＯ₃ などの金属化合物薄膜を形成する場
合の成膜用ガス導入手段を介して導入する金属原子を含
有する原料としては、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ
ｌ）、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）などの有機金属、ＡｌＣｌ
₃ 、ＷＦ₆ 、ＴｉＣｌ₃ 、ＴａＣｌ₅ などのハロゲン化
金属等が挙げられる。また、この場合のプラズマ発生用
ガス導入口を介して導入する原料ガスとしては、Ｏ₂ 、
Ｏ₃ 、Ｈ₂Ｏ、ＮＯ、Ｎ₂ Ｏ、ＮＯ₂ 、Ｎ₂ 、ＮＨ₃ 、
Ｎ₂ Ｈ₄ 、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）などが
挙げられる。

【００４２】基体を表面酸化処理する場合のプラズマ発
生用ガス導入口を介して導入する酸化性ガスとしては、
Ｏ₂ 、Ｏ₃ 、Ｈ₂ Ｏ、ＮＯ、Ｎ₂ Ｏ、ＮＯ₂ などが挙げ
られる。また、基体を窒化表面処理する場合のプラズマ
発生用ガス導入口を介して導入する窒化性ガスとして
は、Ｎ₂ 、ＮＨ₃ 、Ｎ₂ Ｈ₄ 、ヘキサメチルジシラザン
（ＨＭＤＳ）などが挙げられる。この場合成膜しないの
で、成膜用ガス導入手段を介して原料ガスは導入しな
い、もしくはプラズマ発生用ガス導入口を介して導入す
るガスと同様のガスを導入する。

【００４３】基体表面の有機物をクリーニングする場合
のプラズマ発生用ガス導入口から導入するクリーニング
用ガスとしては、Ｏ₂ 、Ｏ₃ 、Ｈ₂ Ｏ、ＮＯ、Ｎ₂ Ｏ、
ＮＯ₂ などが挙げられる。また、基体表面の無機物をク
リーニングする場合のプラズマ発生用ガス導入口から導
入するクリーニング用ガスとしては、Ｆ₂ 、ＣＦ₄ 、Ｃ
Ｈ₂ Ｆ₂ 、Ｃ₂ Ｆ₆ 、ＣＦ₂ Ｃｌ₂ 、ＳＦ₆ 、ＮＦ₃ な
どが挙げられる。この場合成膜しないので、成膜用ガス
導入手段を介して原料ガスは導入しない、もしくはプラ
ズマ発生用ガス導入口を介して導入するガスと同様のガ
スを導入する。

【００４４】

【実施例】以下実施例を挙げて本発明を具体的に説明す
るが、本発明はこれら実施例に限定されるものではな
い。

【００４５】実施例１図１に示したマイクロ波プラズマ発生装置を使用し、半
導体素子保護用窒化シリコン膜の形成を行った。

【００４６】基体２１２としては、Ｐ型単結晶シリコン
基板（面方位〔１００〕、抵抗率１０Ω・ｃｍ）を使用
した。まず、シリコン基板２１２を基体支持台２１３上
に設置した後、排気系（不図示）を介してプラズマ発生
室２０１及び成膜質２１１内を真空排気し、１０^-6Ｔｏ
ｒｒの値まで減圧させた。続いてヒータ（不図示）に通
電し、シリコン基板２１２を３００℃に加熱し、該基板
をこの温度に保持した。プラズマ発生用ガス導入口２０
８を介して窒素ガスを５００ｓｃｃｍの流量でプラズマ
発生室２０１内に導入した。同時に、成膜用ガス導入手
段２１５を介してモノシランガスを１００ｓｃｃｍの流
量で成膜室２１１内に導入した。ついで、排気系（不図
示）に設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）を調
整し、成膜室２１１内を３０ｍＴｏｒｒに保持した。
２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より５００Ｗの電力を
円盤状導波管２０３を介してプラズマ発生室２０１内に
供給した。かくして、プラズマ発生室２０１内にプラズ
マを発生させた。この際、プラズマ発生用ガス導入口２
０８を介して導入された窒素ガスはプラズマ発生室２０
１内で励起、分解されて活性種となり、シリコン基板２
１２の方向に輸送され、成膜用ガス導入手段２１５を介
して導入されたモノシランガスと反応し、窒化シリコン
膜がシリコン基板２１２上に１．０μｍの厚さで形成し
た。成膜後、成膜速度、応力などの膜質について評価し
た。応力は成膜前後の基板の反り量の変化をレーザ干渉
計Ｚｙｇｏ（商品名）で測定し求めた。

【００４７】得られた窒化シリコン膜の成膜速度は、４
６０ｎｍ／ｍｉｎと極めて大きく、膜質も応力１．１×
１０⁹ ｄｙｎ／ｃｍ² 、リーク電流１．２×１０^-10 Ａ
／ｃｍ² 、絶縁耐圧９ＭＶ／ｃｍの極めて良質な膜であ
ることが確認された。また、パーティクル発生によって
決定されるメンテナンスサイクルである１０００回まで
膜厚・膜質が安定した膜が得られた。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、大面積の基体の被処理
面にも均一な表面処理を施すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の環状の円盤状導波管を使用するマイク
ロ波プラズマ発生装置の一例を示す模式図である。

【図２】本発明の２つの環状のマイクロ波導入装置を設
けたマイクロ波プラズマ発生装置の一例を示す模式図で
ある。

【図３】本発明の環状のマイクロ波導入装置を設けたマ
イクロ波プラズマ発生装置の一例を示す模式図であり、
（Ａ）は円盤状マイクロ波導入装置を示し、（Ｂ）は円
筒状マイクロ波導入装置を示す。

【図４】マイクロ波プラズマ発生装置の一例を示す模式
図である。

【図５】円筒状環状導波管を用いたマイクロ波プラズマ
発生装置を示す模式図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05H 1/46 C23C 16/511 C23F 1/00 - 4/04 H01L 21/205 H01L 21/3065 H01L 21/31

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】排気手段によりプラズマ発生室を減圧
し、マイクロ波導波管を介して前記プラズマ発生室内に
マイクロ波エネルギーを供給して前記プラズマ発生室内
にプラズマを発生させる装置に用いられるマイクロ波導
入装置おいて、前記プラズマ発生室側の基体の被処理面に対向した前記
マイクロ波導波管の同一平面に形成された全てのマイク
ロ波導入用のスロットが、マイクロ波の進行方向に垂直
な長辺を有するスロットであり、前記マイクロ波導波管が無終端の環状導波管であること
を特徴とするマイクロ波導入装置。
【請求項２】前記スロットの形状は、短辺が０．５ｍ
ｍ〜３ｍｍの範囲にあり、長辺が４０ｍｍ〜６０ｍｍの
範囲にある矩形である請求項１に記載のマイクロ波導入
装置。
【請求項３】前記スロットの間隔は、前記マイクロ波
エネルギーの前記マイクロ波導波管内における波長の１
／４、あるいはその整数倍である請求項２に記載のマイ
クロ波導入装置。
【請求項４】前記プラズマ発生室が略略円柱状であ
り、前記マイクロ波導波管が該プラズマ発生室の円形上
面部上にある外形が略略円盤状の導波管である請求項１
乃至３に記載のマイクロ波導入装置。
【請求項５】排気手段によりプラズマ発生室を減圧
し、マイクロ波導波管を介して前記プラズマ発生室内に
マイクロ波エネルギーを供給し、前記プラズマ発生室内
にプラズマを発生させて、前記プラズマ発生室内に配さ
れた基体の被処理面を処理する表面処理方法において、
前記プラズマ発生室内の前記基体の被処理面に対向す
る、無終端環状の前記マイクロ波導波管の平面に設けら
れた複数のスロットであってその全てがマイクロ波の進
行方向に垂直な長辺を有するスロットより前記プラズマ
発生室にマイクロ波エネルギーを供給しながら表面処理
を行うことを特徴とする表面処理方法。
【請求項６】前記プラズマ発生室内の圧力を０．５ｍ
Ｔｏｒｒ乃至０．５Ｔｏｒｒの範囲に制御する請求項５
に記載の表面処理方法。