JP3477573B2 - プラズマ処理装置、プラズマ生成導入部材及びスロット電極 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ処理装
置、プラズマ生成導入部材及びスロット電極に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体製品の製造工程において、
成膜、エッチング、アッシング等の処理のためにプラズ
マ処理装置が使用される場合がある。例えば、典型的な
マイクロ波プラズマ処理装置においては、２．４５ＧＨ
ｚ程度のマイクロ波が導波管、スロット電極を通過し、
半導体ウェハやＬＣＤ基板などの被処理体が配置され、
真空ポンプで減圧環境下に維持された処理室内に導入さ
れる。一方、反応ガスも処理室に導入され、マイクロ波
によってプラズマ化され、活性の強いラジカルとイオン
となり、これが被処理体と反応して成膜処理やエッチン
グ処理などが行われる。

【０００３】マイクロ波は、スロット電極と処理室との
間で誘電板を通過する場合もある。誘電板は処理室の真
空を維持すると共にマイクロ波を通過させる。マイクロ
波は誘電板のように絶縁材でないと通過することができ
ない。従来のスロット電極は、マイクロ波を処理室に案
内するための渦巻状や同心円状に配列された多数のスリ
ットを有している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のスロッ
ト電極はスリットの密度について考慮していなかったた
め高品質のプラズマ処理を行えないという問題を有して
いた。例えば、スロット電極のスリットから供給される
マイクロ波からのイオンエネルギーの強弱が場所により
異なり、誘電板が遊離する場合がある。誘電板が遊離す
ると、誘電体材料が不純物として被処理体に混入し、高
品質のプラズマ処理を妨げる。その一方、誘電板の遊離
を防止するためにスリットを小さくするとプラズマ処理
速度が低下して歩留まりが低下する。また、スリット密
度が異なるとプラズマ密度が不均一になり被処理体の処
理深さが部分的に変化して高品質のプラズマ処理を妨げ
る。

【０００５】そこで、このような課題を解決する新規か
つ有用なプラズマ処理装置、プラズマ生成導入部材及び
スロット電極を提供することを本発明の概括的目的とす
る。

【０００６】より特定的には、被処理体へのプラズマ処
理速度を確保しつつ不純物の混入を防止することによっ
て高品質のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置、プラ
ズマ生成導入部材及びスロット電極を提供することを本
発明の例示的目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の例示的一態様で
あるスロット電極は、被処理体にプラズマ処理を行う処
理室に当該プラズマ処理に必要な電源周波数の波を案内
するスリットを有するスロット電極であって、当該スロ
ット電極を均等な面積を有する複数の多角形領域に分割
して各領域に前記スリットを配置し、前記スリットは、
前記スロット電極の中心から見てほぼ４５度に傾斜する
Ｔ字形又はＶ字形の組から構成される。かかるスロット
電極は、均等な面積を有する複数の領域に分割して各領
域に前記スリットを配置しているために、ほぼ一定のス
リット密度を有する。また、かかるスロット電極と当該
スロット電極に接続されて前記処理室の雰囲気を維持す
ると共に前記波の透過を可能にする誘電板を有するプラ
ズマ生成導入部材、及び、当該プラズマ生成導入部材と
処理室とを有するプラズマ処理装置も前記スロット電極
の作用を奏することができる。

【０００８】本発明の他の目的及び更なる特徴は以下添
付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明
らかにされるであろう。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の例示的なマイクロ波プラズマ処理装置１００につい
て説明する。なお、各図において同一の参照符号は同一
部材を表している。ここで、図１は、マイクロ波プラズ
マ処理装置１００の概略ブロック図である。本実施例の
マイクロ波プラズマ処理装置１００は、クラスターツー
ル３００に連通されたゲートバルブ１０１と、半導体ウ
ェハ基板やＬＣＤ基板などの被処理体Ｗを載置している
サセプタ１０４を収納可能な処理室１０２と、処理室１
０２に接続されている高真空ポンプ１０６と、マイクロ
波源１１０と、アンテナ部材１２０と、ガス供給系１３
０及び１６０とを有している。なお、プラズマ処理装置
１００の制御系については図示が省略されている。

【００１０】処理室１０２は側壁や底部がアルミニウム
などの導体により構成される。本実施例では処理室１０
２は例示的に円筒形状を有するが、その形状は断面的に
矩形上に限定されずに凸状などに成形されることができ
る。処理室１０２内には、サセプタ１０４とその上に被
処理体Ｗが支持されている。なお、図１においては、被
処理体Ｗを固定する静電チャックやクランプ機構などは
便宜上省略されている。

【００１１】サセプタ１０４は、処理室１０２内で被処
理体Ｗの温度制御を行う。サセプタ１０４の温度は、所
定の温度範囲に温度調節装置１９０によって調節され
る。

【００１２】温度制御装置１９０は、図２に示すよう
に、制御装置１９１と、冷却ジャケット１９２と、封止
部材１９４と、温度センサ１９６とヒータ装置１９８と
を有し、水道などの水源１９９から冷却水を供給され
る。ここで、図２は図１に示す温度調節装置１９０のよ
り詳細な構造を示すブロック図である。制御装置１９１
は、サセプタ１０４及び被処理体Ｗの温度が所定の温度
範囲になるように制御する。制御の容易性から、水源１
９９から供給される冷却水の温度は恒温であることが好
ましい。

【００１３】例えば、被処理体Ｗの処理として、シリコ
ン基板上にシリコン窒化膜（Ｓｉ₃Ｎ₄）を直接形成する
場合（単層窒化膜の場合）、制御装置１９１は、サセプ
タ１０４及び被処理体Ｗの温度が約４５０℃乃至約５０
０℃になるようにヒータ装置１９８を制御する。被処理
体Ｗは約４５０℃以上に維持されないとダングリングボ
ンドが生じてしまう。ダングリングボンドを生じると後
述するように閾値電圧が変化するので好ましくない。

【００１４】次に、被処理体Ｗの処理として、シリコン
基板上にシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）を形成してからシ
リコン窒化膜を形成する積層構造を作る場合について考
えてみる。この場合、シリコン酸化膜上に窒素を導入し
てプラズマ処理をしてシリコン酸化膜の上部をシリコン
窒化膜に変化させる。かかる処理においては、制御装置
１９１は、サセプタ１０４及び被処理体Ｗの温度を約２
５０℃乃至約３５０℃になるようにヒータ装置１９８を
制御する。

【００１５】まず、制御装置１９１が約３５０℃以下に
温度を設定する理由は以下の通りである。即ち、図３に
示すように、ヒータ装置１９８の温度を約３５０℃以上
に設定すると窒素分布がシリコン酸化膜の表面（上部）
だけでなくシリコン酸化膜の内部にも多量導入される。
ここで、図３は、高温（例えば、５００℃程度）で被処
理体Ｗに積層構造を形成する場合の深さ方向の窒素分布
を示すグラフであり、窒素がシリコン酸化膜の表面から
２０Åまで到達していることが理解されるであろう。

【００１６】この場合、窒素がシリコン基板とシリコン
酸化膜との境界に到達してシリコン、酸素及び窒素の化
合物を形成し、これが半導体の性能が低下させる（例え
ば、増幅率が低下させるなど）ので好ましくない。窒素
がシリコン基板とシリコン酸化膜との境界に到達する割
合は素子の大きさにも依存する。従来のように、ゲート
長が０．１８μｍ乃至０．３μｍ程度であればその影響
も無視できるであろうが、近年の素子の小型化に伴うゲ
ート長の短縮化（例えば、０．１３μｍ、０．１０μｍ
など）に伴い、その影響は今後ますます無視できなくな
るであろうと本発明者らは予想している。

【００１７】一方、図４に示すように、ヒータ装置１９
８の温度を約３５０℃以下に設定すると窒素分布がシリ
コン酸化膜の表面（上部）だけでなくシリコン酸化膜の
内部への浸透量は許容範囲内（１０Å以下）になる。こ
こで、図４は、適温（例えば、３５０℃程度）で被処理
体Ｗに積層構造を形成する場合の深さ方向の窒素分布を
示すグラフである。この結果、設定温度を約３５０℃以
下にすれば上述の問題は回避できることが理解されるで
あろう。

【００１８】次に、制御装置１９１が約２５０℃以上に
温度を設定する理由は以下の通りである。被処理体Ｗ
（半導体）の動作特性を表すものとして、ゲート電圧Ｖ
と容量Ｃとの関係を示すＣＶ特性がしばしば使用され
る。かかるＣＶ特性においてはヒステリシスがゲート電
圧Ｖの印加時と解除時に発生する。ヒステリシスが高い
とゲート電圧の閾値電圧（半導体がオンする電圧とオフ
する電圧）が変わることになり信頼性が低下するため、
ヒステリシスを所定電圧以内（例えば、０．０２Ｖ以
内）に抑えることが好ましい。これは積層構造にも当て
はまるが、ヒステリシスはシリコン窒化膜の欠陥（ダン
グリングボンド）に起因して大きくなり、０．０２Ｖ以
内に抑えるためには図５の点線で示すようなシリコン窒
化膜の欠陥密度を維持しなければならず、その欠陥密度
は約２５０℃以上に対応することを本発明者らは発見し
た。ここで、図５は、シリコン窒化膜中の欠陥濃度の温
度分布であり、点線は許容される欠陥密度を示してい
る。

【００１９】制御装置１９１は、その他のＣＶＤプロセ
スであれば約４５０℃に、エッチングプロセスであれば
少なくとも８０℃以下に温度を制御する。いずれの場合
にしろ、被処理体Ｗには不純物としての水分が付着しな
いような温度に設定される。

【００２０】冷却ジャケット１９２はプラズマ処理時の
被処理体Ｗを冷却するための冷却水を流す。冷却ジャケ
ット１９２は、例えば、ステンレスなど熱伝導率がよ
く、流路１９３を加工しやすい材料が選択される。流路
１９３は、例えば、矩形状の冷却ジャケット１９２を縦
横に貫通し、ねじなどの封止部材１９４を貫通孔にねじ
込むことによって形成することができる。もちろん、図
２に拘らず、冷却ジャケット１９２と流路１９３それぞ
れは任意の形状を有することができる。冷却水の代わり
に他の種類の冷媒（アルコール、ガルデン、フロン等）
を使用することができるのはもちろんである。温度セン
サ１９６は、ＰＴＣサーミスタ、赤外線センサ、熱電対
など周知のセンサを使用することができる。温度センサ
１９６は流路１９３に接続してもよいし、接続していな
くてもよい。

【００２１】ヒータ装置１９８は、例えば、冷却ジャケ
ット１９２の流路１９３に接続された水道管の周りに巻
かれたヒータ線などとしてから構成される。ヒータ線に
流れる電流の大きさを制御することによって冷却ジャケ
ット１９２の流路１９３を流れる水温を調節することが
できる。冷却ジャケット１９２は熱伝導率が高いので流
路１９３を流れる水の水温と略同じ温度に制御されるこ
とができる。

【００２２】サセプタ１０４は処理室１０２内で昇降可
能に構成されている。サセプタ１０４の昇降系は、昇降
部材、ベローズ、昇降装置などから構成され、当業界で
周知のいかなる構造も適用することができる。サセプタ
１０４は、昇降装置により、例えば、ホームポジション
とプロセスポジションの間を昇降する。サセプタ１０４
はプラズマ処理装置１００のオフ時や待機時にホームポ
ジションに配置され、また、ホームポジションにおい
て、サセプタ１０４はクラスターツール３００からゲー
トバルブ１０１を介して被処理体Ｗの受け渡しを行う
が、選択的に、サセプタ１０４にはゲートバルブ１７０
と連絡するために、受け渡しポジションが設定されても
よい。サセプタ１０４の昇降距離は図示しない昇降装置
の制御装置又はプラズマ処理装置１００の制御装置によ
って制御することができ、図示しないビューポートから
目視することができる。

【００２３】サセプタ１０４は、一般に、図示しないリ
フタピン昇降系に接続される。リフタピン昇降系は、昇
降部材、ベローズ、昇降装置などから構成され、当業界
で周知のいかなる構造も適用することができる。昇降部
材は、例えばアルミニウムから構成され、例えば正三角
形の頂点に配置された垂直に延びる３本のリフタピンに
接続されている。リフタピンは、サセプタ１０４内部を
貫通して被処理体Ｗを支持してサセプタ１０４上で昇降
させることができる。被処理体Ｗの昇降は、被処理体Ｗ
をクラスターツール３００から処理室１０２に導入する
際に、及び、プロセス後の被処理体Ｗをクラスターツー
ル３００に導出する際に行われる。昇降装置は、サセプ
タ１０４が所定位置（例えば、ホームポジション）にあ
るときにのみリフタピンの昇降を許容するよう構成され
てもよい。また、リフタピンの昇降距離は図示しない昇
降装置の制御装置又はプラズマ処理装置１００の制御装
置によって制御することができるし、図示しないビュー
ポートからも目視することができる。

【００２４】サセプタ１０４は、必要があれば、バッフ
ル板（又は整流板）を有してもよい。バッフル板はサセ
プタ１０４と共に昇降してもよいし、プロセスポジショ
ンに移動したサセプタ１０４と係合するように構成され
てもよい。バッフル板は被処理体Ｗが存在する処理空間
とその下の排気空間を分離して、主として、処理空間の
電位を確保（即ち、マイクロ波を処理空間に確保）する
と共に真空度（例えば、５０ｍＴｏｒｒ）を維持する機
能を有する。バッフル板は、例えば、純アルミニウム製
で中空のディスク形状を有する。バッフル板は、例え
ば、厚さ２ｍｍを有し、径２ｍｍ程度の孔をランダムに
多数（例えば、開口率５０％以上）有する。なお、選択
的に、バッフル板はメッシュ構造を有していてもよい。
必要があれば、バッフル板は排気空間から処理空間への
逆流を防止したり、処理空間と排気空間の差圧をとった
りする機能を有していてもよい。

【００２５】サセプタ１０４には、バイアス用高周波電
源２８２とマッチングボックス（整合回路）２８４が接
続されて、アンテナ部材１２０と共にイオンプレーティ
ングを構成している。バイアス用高周波電源２８２は被
処理体Ｗに負の直流バイアス（例えば、１３．５６ＭＨ
ｚの高周波）を印加している。マッチングボックス２８
４は、処理室１０２内の電極浮遊容量、ストレーインダ
クタンスなどの影響を防止する。マッチングボックス２
８４は、例えば、負荷に対して並列及び直列に配置され
たバリコンを利用してマッチングをとることができる。
この結果、被処理体Ｗに向かってイオンがそのバイアス
電圧によって加速されてイオンによる処理が促進され
る。イオンエネルギーはバイアス電圧によって定まり、
バイアス電圧は高周波電力によって制御することができ
る。電源２８３が印加する周波数はスロット電極２００
のスリット２１０に応じて調節することができる。

【００２６】処理室１０２の内部は高真空ポンプ１０６
により所定の減圧又は真空密閉空間に維持されることが
できる。高真空ポンプ１０６は処理室１０２を均一に排
気して、プラズマ密度を均一に保ち、部分的にプラズマ
密度が集中して部分的に被処理体Ｗの処理深さが変化す
ることを防止する。高真空ポンプ１０６は、図１におい
ては、一つのみ処理室１０２の端部に設けられている
が、その位置や数は例示的である。高真空ポンプ１０６
は、例えば、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）により構成さ
れ、図示しない圧力調整バルブを介して処理室１０２に
接続されている。圧力調整バルブはコンダクタンスバル
ブ、ゲートバルブ又は高真空バルブなどの名称で当業界
では周知である。圧力調整バルブは不使用時に閉口さ
れ、使用時に処理室１０２の圧力を高真空ポンプ１０６
によって真空引きされた所定の圧力（例えば、０．１乃
至数１０ｍＴｏｒｒ）に保つように開口される。

【００２７】なお、図１に示すように、本実施例によれ
ば、高真空ポンプ１０６は処理室１０２に直接接続され
ている。ここで、「直接接続」とは、配管を介さない
で、という意味であり、圧力調整バルブが介在すること
は問わない。

【００２８】処理室１０２の側壁には、（反応）ガス供
給系１３０に接続された石英パイプ製ガス供給リング１
４０と、（放電）ガス供給系１６０に接続された石英パ
イプ製ガス供給リング１７０とが取り付けられている。
ガス供給系１３０及び１６０は、ガス源１３１及び１６
１と、バルブ１３２及び１６２と、マスフローコントロ
ーラ１３４及び１６４と、これらを接続するガス供給路
１３６及び１６６とを有している。ガス供給路１３６及
び１６６はガス供給リング１４０及び１７０に接続され
ている。

【００２９】例えば、窒化シリコン膜を堆積する場合に
は、ガス源１３１はＮＨ₃やＳｉＨ₄ガスなどの反応ガス
（又は材料ガス）を供給し、ガス源１６１はネオン、キ
セノン、アルゴン、ヘリウム、ラドン、クリプトンのい
ずれかにＮ₂とＨ₂を加えたもの等の放電ガスを供給す
る。但し、ガスはこれらに限定されず、Ｃｌ₂、ＨＣ
ｌ、ＨＦ、ＢＦ₃、ＳｉＦ₃、ＧｅＨ₃、ＡｓＨ₃、Ｐ
Ｈ₃、Ｃ₂Ｈ₂、Ｃ₃Ｈ₈、ＳＦ₆、Ｃｌ₂、ＣＣｌ₂Ｆ₂、Ｃ
Ｆ₄、Ｈ₂Ｓ、ＣＣｌ₄、ＢＣｌ₃、ＰＣｌ₃、ＳｉＣｌ₄Ｃ
Ｏなど広く適用することができる。

【００３０】ガス供給系１６０は、ガス源１３１をガス
源１３１及び１６１のそれぞれのガスを混合したガスを
供給する一のガス源に置換することにより省略すること
ができる。バルブ１３２及び１６２は、被処理体Ｗのプ
ラズマ処理時に開口され、プラズマ処理以外の期間に閉
口されるように制御される。

【００３１】マスフローコントローラ１３４及び１６４
はガスの流量を制御し、例えば、ブリッジ回路、増幅回
路、コンパレータ制御回路、流量調節バルブ等を有し、
ガスの流れに伴う上流から下流への熱移動を検出するこ
とによって流量測定して流量調節バルブを制御する。但
し、マスフローコントローラ１３４及び１６４には、こ
れ以外に当業界で周知のいかなる構造をも適用すること
ができる。

【００３２】ガス供給路１３６及び１６６は、例えば、
シームレスパイプを使用したり、接続部に食い込み継ぎ
手やメタルガスケット継ぎ手を使用したりして供給ガス
への配管からの不純物の混入が防止している。また、配
管内部の汚れや腐食に起因するダストパーティクルを防
止するために配管は耐食性材料から構成されるか、配管
内部がＰＴＦＥ（テフロン（登録商標））、ＰＦＡ、ポ
リイミド、ＰＢＩその他の絶縁材料により絶縁加工され
たり、電解研磨処理がなされたり、更には、ダストパー
ティクル捕捉フィルタを備えたりしている。

【００３３】図６に示すように、ガス供給リング１４０
は石英からなるリング形状の筐体又は本体部を有し、ガ
ス供給路１３６に接続された導入口１４１と、導入口１
４１に接続された流路１４２と、流路１４２に接続され
た複数のガス供給ノズル１４３と、流路１４２及びガス
排出路１３８に接続された排出口１４４と、処理室１０
２への取付部１４５とを有する。ここで、図６はガス供
給リング１４０の平面図である。

【００３４】均一に配置された複数のガス供給ノズル１
４３は処理室１０２内にガスの均一な流れを作るのに寄
与している。もちろん、本発明のガス導入手段はこれに
限定されず、中心から周辺へガスを流すラジアルフロー
方式や被処理体Ｗの対向面に多数の小孔を設けてガスを
導入する後述のシャワーヘッド方式も適用することがで
きる。

【００３５】後述するように、本実施例のガス供給リン
グ１４０（の流路１４２及びガス供給ノズル１４３）は
ガス排出路１３８に接続された排出口１４４から排気可
能である。ガス供給ノズル１４３は０.１ｍｍ程度の口
径しか有しないためにガス供給ノズル１４３を介してガ
ス供給リング１４０を高真空ポンプ１０６により排気し
てもその内部に残留し得る水分を効果的に除去できな
い。このため、本実施例のガス供給リング１４０はノズ
ル１４３よりも口径の大きな排出口１４４を介して流路
１４２及びガス供給ノズル１４３内の水分などの残留物
を効果的に除去することを可能にしている。

【００３６】なお、ガス供給ノズル１７３も、ガス供給
ノズル１４３と同様に、ガス供給リング１７０に設けら
れており、ガス供給リング１７０はガス供給リング１４
０と同様の構成を有している。従って、ガス供給リング
１７０は、図示しない導入口１７１と、流路１７２と、
複数のガス供給ノズル１７３と、排出口１７４と、取付
部１７５とを有する。ガス供給リング１４０と同様に、
本実施例のガス供給リング１７０（の流路１７２及びガ
ス供給ノズル１７３）はガス排出路１６８に接続された
排出口１７４から排気可能である。ガス供給ノズル１７
３も０.１ｍｍ程度の口径しか有しないためにガス供給
ノズル１７３を介してガス供給リング１７０を高真空ポ
ンプ１０６により排気してもその内部に残留し得る水分
を効果的に除去できない。このため、本実施例のガス供
給リング１７０はノズル１７３よりも口径の大きな排出
口１７４を介して流路１７２及びガス供給ノズル１７３
内の水分などの残留物を効果的に除去することを可能に
している。

【００３７】ガス供給リング１４０の排出口１４４に接
続されているガス排出路１３８の多端には真空ポンプ１
５２が圧力調整バルブ１５１を介して接続されている。
また、ガス供給リング１７０の排出口１７４に接続され
ているガス排出路１６８の多端には真空ポンプ１５４が
圧力調整バルブ１５３を介して接続されている。真空ポ
ンプ１５２及び１５４には、例えば、ターボ分子ポン
プ、スパッターイオンポンプ、ゲッターポンプ、ソープ
ションポンプ、クライオポンプなどを使用することがで
きる。

【００３８】圧力調整バルブ１５１と１５３は、バルブ
１３２及び１６２の開口時に閉口され、バルブ１３２及
び１６２の閉口時に開口されるように開閉時期が制御さ
れる。この結果、バルブ１３２及び１６２が開口される
プラズマ処理時には真空ポンプ１５２及び１５４は閉口
されて、ガスがプラズマ処理に使用されることを確保す
る。一方、プラズマ処理の終了後、被処理体Ｗを処理室
１０２に導入排出期間、サセプタ１０４の昇降期間な
ど、バルブ１３２及び１６２が閉口されるプラズマ処理
以外の期間においては真空ポンプ１５２及び１５４は開
口される。これにより、真空ポンプ１５２及び１５４
は、ガス供給リング１４０及び１７０をそれぞれ残留ガ
スの影響を受けない真空度まで排気する。この結果、真
空ポンプ１５２及び１５４は、その後のプラズマ処理に
おいてガス供給ノズル１４３及び１７３が詰まることに
よるガスの不均一な導入や水分などの不純物が被処理体
Ｗに混入することを防止することができ、高品質なプラ
ズマ処理が被処理体Ｗに施されることを可能にする。

【００３９】代替的に、図７に示すように、ガス供給リ
ング１４０の排出口１４４を高真空ポンプ１０６に接続
するバイパスライン１８２や、ガス供給リング１７０の
排出口１７４を高真空ポンプ１０６に接続するバイパス
ライン１８４を設けてもよい。ここで、図７は、ガス供
給リング１４０及び１７０にガス排出路１３８及び１６
８を接続する代わりにバイパスライン１８２及び１８４
を接続した構造を示す概略断面図である。バイパスライ
ン１８２及び１８４は周知の真空保持用のフランジやガ
スケット及びバルブ１８１を介してガス供給リング１４
０に接続可能である。また、これらのバイパスライン１
８２及び１８４は接続されてもよい。

【００４０】バイパスライン１８２及び１８４は、本実
施例では、ガス供給ノズル１４３及び１７３よりも大き
い口径２５ｍｍ乃至４０ｍｍを有するため、高真空ポン
プ１０６は、ガス供給ノズル１４３及び１７３を利用す
るよりも効率的に、バイパスライン１８２及び１８４を
利用してガス供給リング１４０及び１７０を排気するこ
とができる。なお、本実施例では、バイパスライン１８
２及び１８４は高真空ポンプ１０６に接続されている
が、本発明は、図示しない処理室１０２の粗引き用ポン
プやその他の排気用ポンプに接続されることを妨げるも
のではない。

【００４１】マイクロ波源１１０は、例えば、マグネト
ロンからなり、通常２．４５ＧＨｚのマイクロ波（例え
ば、５ｋＷ）を発生することができる。マイクロ波は、
その後、モード変換器１１２により伝送形態がＴＭ、Ｔ
Ｅ又はＴＥＭモードなどに変換される。なお、図１で
は、発生したマイクロ波がマグネトロンへ戻る反射波を
吸収するアイソレータや、負荷側とのマッチングをとる
ためのＥＨチューナ又はスタブチューナは省略されてい
る。

【００４２】アンテナ部材１２０は、温調板１２２と、
収納部材１２３と、誘電板２３０とを有している。温調
板１２２は、温度制御装置１２１に接続され、収納部材
１２３は、遅波材１２４と遅波材１２４に接触するスロ
ット電極２００とを収納している。また、スロット電極
２００の下部には誘電板２３０が配置されている。収納
部材１２３には熱伝導率が高い材料（例えば、ステンレ
ス）が使用されており、その温度は温調板１２２の温度
とほぼ同じ温度に設定される。

【００４３】遅波材１２４には、マイクロ波の波長を短
くするために所定の誘電率を有すると共に熱伝導率が高
い所定の材料が選ばれる。処理室１０２に導入されるプ
ラズマ密度を均一にするには、スロット電極２００に多
くのスリット２１０を形成する必要があり、遅波材１２
４は、スロット電極２００に多くのスリット２１０を形
成することを可能にする機能を有する。遅波材１２４と
しては、例えば、アルミナ系セラミック、ＳｉＮ、Ａｌ
Ｎを使用することができる。例えば、ＡｌＮは比誘電率
ε_tが約９であり、波長短縮率ｎ＝１／（ε_t）^1/2＝
０．３３である。これにより、遅波材１２４を通過した
マイクロ波の速度は０．３３倍となり波長も０．３３倍
となり、スロット電極２００のスリット２１０間隔を短
くすることができ、より多くのスリットが形成されるこ
とを可能にしている。

【００４４】スロット電極２００は、遅波材１２４にね
じ止めされており、例えば、直径５０ｃｍ、厚さ１ｍｍ
以下の円筒状銅板から構成される。スロット電極２００
は、当業界ではラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬ
ＳＡ）（又は超高能率平面アンテナ）と呼ばれる場合も
ある。但し、本発明はその他の形式のアンテナ（一層構
造導波管平面アンテナ、誘電体基板平行平板スロットア
レーなど）の適用を排除するものではない。スロット電
極２００には、図８に示すスロット電極２００ａ、図９
に示すスロット電極２００ｂ、図１０に示すスロット電
極２００ｃ、図１１に示すスロット電極２００ｄを適用
することができる。ここで、図８乃至図１１は、図１に
適用可能なスロット電極の例示的な構造を示す平面図で
ある。また、特に断らない限り、以下の説明ではアルフ
ァベットのない参照番号はアルファベットを付した参照
番号を総括するものとする。

【００４５】スロット電極２００は、円盤を均等な面積
を持つ複数の（仮想）領域に分割して各領域に略Ｔ字状
にわずかに離間されたスリット２１２ａ及び２１４ａ、
２１２ｂ及び２１４ｂの組を配置している。図８に示す
スリット電極２００ａにおいては各領域は６角形を有
し、図９乃至図１１に示すスリット電極２００ｂ乃至２
００ｄにおいては各領域は４角形を有する。スリット電
極２００ｂ及び２００ｃは共にＴ字形のスリット２１０
を有するが、スリット２１０の寸法と配置において相違
する。また、スリット電極２００ｄはスリット２１０が
Ｖ字形を有する。

【００４６】スロット電極２００は円盤状のスリット密
度がほぼ一定になるようにスリット２１０を配置し、直
下の誘電板２３０が遊離して反応ガスに不純物として混
入することを防止する。従来技術は、同心円状又はスパ
イラル(渦巻状)などにスリットを配置したスロット電極
２００を提案しているがスリット密度については考慮し
ていなかった。このため、スロット電極直下の誘電板で
はスリット部分に対応する部分がその他の部分に比較し
て高いイオンエネルギーを受けて元素脱離（遊離）が発
生し、後述する問題を生じる。これに対して、本実施例
のスロット電極は誘電板２３０に略均一なイオンエネル
ギーの分布をもたらすため誘電板２３０の遊離を防止し
て高品質なプラズマ処理を達成することができる。

【００４７】各スリット２１２、２１４の長さＬ１はマ
イクロ波の管内波長λの略１／２から自由空間波長の略
２．５倍の範囲内に設定されると共に幅は１ｍｍ程度に
設定され、スリット外輪と内輪との間隔Ｌ２は僅かな調
整はあるが管内波長λと略同一の長さに設定されてい
る。スリットの長さＬ１は、次の式で示される範囲内に
設定される。このように各スリット２１２、２１４を形
成することにより、処理室１０２に均一なマイクロ波の
分布を形成することが可能になる。

【００４８】

【数１】 各スリット２１２ａ及び２１４ａ、２１２ｂ及び２１４
ｂは中心から見て４５度傾斜しているが中心から離れる
につれて大きくその形状は大きく設定されている。例え
ば、中心からの距離が２倍になるとスリット２１２ａ及
び２１４ａ、２１２ｂ及び２１４ｂの大きさは１.２倍
乃至２倍に設定される。

【００４９】なお、円盤上のスリット密度を略一定にで
きる限り、スリット２１０の形状や配置は問わない。ま
た、分割された各領域の形状も問わない。従って、各領
域は同一形状を有してもよいし、異なる形状を有しても
よい。また、同一形状を有する場合でもその形状は６角
形及び４角形に限定されず、３角形など任意の形状を採
用することができる。但し、本発明は、スリット２１０
がスリット密度の一定ではない同心円又は渦巻状に多数
配列されることを妨げるものではない。

【００５０】選択的に、スロット電極２００のアンテナ
効率を上げるために、スロット電極２００の周縁部には
これに沿って幅数ｍｍ程度のマイクロ波電力反射防止用
放射素子が形成されてもよい。なお、本実施例のスロッ
ト電極２００のスリットの模様は単なる例示であり、任
意のスリット形状を有する電極をスロット電極として利
用することができることはいうまでもない。

【００５１】温度制御装置１２１は、マイクロ熱による
収納部材１２３及びこの近傍の構成要素の温度変化が所
定の範囲になるように制御する機能を有する。温度制御
装置１２１は、図示しない温度センサとヒーター装置と
を温調板１２２に接続し、温調板１２２に冷却水や冷媒
（アルコール、ガルデン、フロン等）を導入することに
より温調板１２２の温度を所定の温度に制御する。温調
板１２２は、例えば、ステンレスなど熱伝導率がよく、
冷却水などが流れる流路を内部に加工しやすい材料が選
択される。温調板１２２は収納部材１２３に接触してお
り、収納部材１２３と遅波材１２４は熱伝導率が高い。
この結果、温調板１２２の温度を制御することによって
遅波材１２４とスロット電極２００の温度を制御するこ
とができる。遅波材１２４とスロット電極２００は、温
調板１２２などがなければ、マイクロ波源１１０の電力
(例えば、５ｋＷ)を長時間加えることにより、遅波材１
２４とスロット電極２００での電力ロスから電極自体の
温度が上昇する。この結果、遅波材１２４とスロット電
極２００が熱膨張して変形する。

【００５２】例えば、スロット電極２００は、熱膨張に
より最適なスリット長さが変化して処理室１０２内の全
体のプラズマ密度が低下したり部分的にプラズマ密度が
集中したりする。全体のプラズマ密度が低下すれば被処
理体Ｗの処理速度が変化する。その結果、プラズマ処理
が時間的に管理して、所定時間（例えば、２分）経過す
れば処理を停止して被処理体Ｗを処理室１０２から取り
出すというように設定した場合、全体のプラズマ密度が
低下すれば所望の処理深さ（エッチング深さや成膜厚
さ）が被処理体Ｗに形成されていない場合がある。ま
た、部分的にプラズマ密度が集中すれば、部分的に被処
理体Ｗの処理深さが変化してしまう。このようにスロッ
ト電極２００が温度変化により変形すればプラズマ処理
の品質が低下する。

【００５３】更に、温調板１２２がなければ、遅波材１
２４とスロット電極２００の材質が異なり、また、両者
はねじ止めされているから、スロット電極２００が反る
ことになる。この場合も同様にプラズマ処理の品質が低
下することが理解されるであろう。

【００５４】誘電板２３０はスロット電極２００と処理
室１０２との間に配置されている。スロット電極２００
と誘電板２３０は、例えば、ロウにより強固にかつ機密
に面接合される。代替的に、焼成されたセラミック又は
窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる誘電板２３０の裏
面に、スクリーン印刷などの手段により銅薄膜を、スリ
ットを含むスロット電極２００の形状にパターン形成し
て、これを焼き付けるように銅箔のスロット電極２００
を形成してもよい。

【００５５】なお、温調板１２２の機能を誘電板２３０
に持たせてもよい。即ち、誘電板２３０の側部周辺に流
路を有する温調板を誘電板２３０に一体的に取り付ける
ことによって誘電板２３０の温度を制御し、これによっ
て遅波材１２４とスロット電極２００とを制御すること
ができる。誘電板２３０は例えばオーリングにより処理
室１０２に固定されている。従って、代替的に、オーリ
ングの温度を制御することにより誘電板２３０、そして
この結果、遅波材１２４とスロット電極２００の温度を
制御するように構成してもよい。

【００５６】誘電板２３０は、減圧又は真空環境にある
処理室１０２の圧力がスロット電極２００に印加されて
スロット電極２００が変形したり、スロット電極２００
が処理室１０２に剥き出しになってスパッタされたり銅
汚染を発生したりすることを防止している。また、絶縁
体である誘電板２３０はマイクロ波が処理室１０２に透
過することを可能にしている。必要があれば、誘電板２
３０を熱伝導率の低い材質で構成することによって、ス
ロット電極２００が処理室１０２の温度により影響を受
けるのを防止してもよい。

【００５７】本実施例の誘電板２３０の厚みは誘電板２
３０内のマイクロ波の波長の０.５倍よりも大きく０.７
５倍よりも小さく、好ましくは、約０.６倍から約０.７
倍の範囲に設定されている。２．４５ＧＨｚのマイクロ
波は真空中で約１２２．５ｍｍの波長を有する。誘電板
２３０がＡｌＮから構成されれば、上述したように、比
誘電率ε_tが約９であるから波長短縮率ｎ＝１／（ε_t）
^1/2＝０．３３となり、誘電板２３０内のマイクロ波の
波長は約４０．８ｍｍとなる。従って、誘電板２３０が
ＡｌＮから構成されれば、誘電板２３０の厚さは約２
０.４ｍｍよりも大きく約３０.６ｍｍよりも小さく、好
ましくは、約２４.５ｍｍ乃至約２８.６ｍｍの範囲に設
定される。より一般的には、誘電板２３０の厚さＨは、
誘電板２３０内のマイクロ波の波長λを用いて、０.５
λ＜Ｈ＜０.７５λを満足し、より好ましくは、０.６λ
≦Ｈ≦０.７λを満足する。ここで、誘電板２３０内の
マイクロ波の波長λは、真空中のマイクロ波の波長λ₀
と波長短縮率ｎ＝１／（ε_t）^1/2とを用いて、λ＝λ₀
ｎを満足する。

【００５８】誘電板２３０の厚みが誘電板２３０内のマ
イクロ波の波長の０.５倍の場合は定在波であるマイク
ロ波の誘電板２３０の表面への前進波と裏面から反射さ
れた後退波が合成され、反射が最大になり図１２に示す
ようにマイクロ波の処理室１０２への透過が最低にな
る。従って、この場合にはプラズマの生成が不十分にな
り、所望の処理速度が得られなくなる。ここで、図１２
は、誘電板２３０の厚みとマイクロ波の透過電力との関
係を示すグラフである。

【００５９】一方、誘電板２３０の厚みが誘電板２３０
内のマイクロ波波長の０.７５倍の場合は反射は最小と
なって透過電力が最大になるものの図１２に示すように
プラズマ中のイオンエネルギーも最大となる。本発明者
らは、プラズマ中のイオンエネルギーに依存して誘電板
２３０からは元素脱離（遊離）が図１３に示すように発
生することを発見した。ここで、図１３は、誘電板２３
０の厚みと誘電板２３０からの元素脱離量（スパッタ
率）との関係を示すグラフである。誘電板２３０からの
元素脱離は反応ガスへの不純物となり、高品質なプラズ
マ処理を阻害する。

【００６０】そこで、本発明では、マイクロ波の処理室
１０２への透過を所望の処理速度を得る程度に確保しつ
つ高品質なプラズマ処理を達成するために誘電板２３０
からの遊離を防止するために、図１４に示すように、誘
電板２３０の厚みＨを０.３λ乃至０.４λ、０.６λ乃
至０.７λ、…０．３Ｎλ乃至０．３Ｎλ＋０．１に設
定している（但し、Ｎは整数）。換言すれば、誘電板２
３０の厚みＨは、一般式として、０.３λＮ≦Ｈ≦０.３
λＮを満足する。なお、本実施例では、誘電板２３０の
材料（例えば、アルミナ）に依存する機械的強度を考慮
して０.３λ乃至０.４λの範囲を採用しなかったが機械
的強度が維持できる限り（例えば、誘電板２３０が石英
（比誘電率３.８）によって形成される場合など）かか
る範囲を除外するものではない。また、上述の一般式は
マイクロ波に限定されず、広くプラズマ生成に使用され
るその他の波にも適用することができる。

【００６１】ガス供給系１３０及び１６０は、上述した
ように、処理室１０２の側壁にノズル１４３及び１７３
を設けて側部から反応ガスと放電ガスを供給する構造で
あるため、ガスが被処理体Ｗの上面を横切ったり、ある
いは、ノズル１４３及び１７３をサセプタ１０４の中心
に関する点対称の位置に設けたとしても、被処理体Ｗの
上面でガスの密度が均一でなく均一なプラズマ密度を確
保できなかったりするおそれがある。これを解決するた
めにサセプタ１０４の上方に電界を乱さないようなガラ
ス管製のシャワーヘッド構造を設置することが考えられ
る。以下、かかる実施例について図１５乃至図１９を参
照して説明する。ここで、図１５は、図１に示す給排気
系の変形例を示す概略断面図である。

【００６２】図１５に示すガス給排気系は、誘電板２４
０とシャワー板２５０とを有している。なお、誘誘電板
２４０とシャワー板２５０とを一の誘電体として観念し
てもよい。誘電板２４０は、例えば、厚さ３０ｍｍを有
し、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）により構成される板形
状を有する。シャワー板２５０は誘電板２５０の下部に
取り付けられる。誘電板２４０は、導入口２４１と、流
路２４２と、排出口２４４とを画定している。

【００６３】導入口２４１には、ガス供給系１３０の供
給路１３６が接続されている。排出口２４４にはガス排
出路１３８が接続されている。図１５に示す誘電板２４
０は、ガス供給系１３０のみに適用されているが、ガス
源１３１及び１６１の混合ガスの供給路を図１５に示す
供給路１３６に置換してもよい。代替的に、誘電板２４
０は、好ましくは誘電板２４０の中心に関して対称に配
置された図示しない一対のガス供給路１３６に接続され
る。一対としたのは、シャワー板２５０のノズル２５２
に取り付けられた噴出部材２６０から均一な密度で反応
ガスを処理室１０２に導入するためである。なお、誘電
板２４０に設けられるガス導入口の位置及び数は限定さ
れないことはいうまでもない。また、一対の導入口２４
１を設けて一方をガス供給路１３６に他方をガス供給路
１６６に接続してもよい。

【００６４】代替的に、ガス供給系１６０は処理室１０
２の側部に図１と同様に接続されてもよい。なぜなら、
アルゴンなどの放電ガスはシランやメタンなどの反応ガ
スと比較して分解しにくいから処理室１０２の側部から
処理室１０２に導入しても反応ガスほどの不均一なプラ
ズマ密度をもたらさないからである。誘電板２４０に接
続された真空ポンプ１５２の動作及び効果は上述と同様
なので説明は省略する。真空ポンプ１５２の代わりにバ
イパスライン１８２及び１８４を接続してもよいことは
図７を参照して説明された上述の実施例と同様である。

【００６５】次に、図１５に示すシャワー板２５０の詳
細を図１６乃至図１９を参照して説明する。ここで、図
１６は、図１５に示すシャワー板２５０のノズル２５２
の拡大断面図である。図１６に示すように、誘電板２４
０はシャワー板２５０のノズル２５２の上部に円筒形の
凹部２４６を有する。

【００６６】シャワー板２５０は、例えば、厚さ６ｍｍ
の薄板形状を有して、ＡｌＮから構成される。シャワー
板２５０は、所定の均一な配置で多数の（例えば、１０
個以上、２０個、４０個などの）ノズル２５３を形成し
ている。図１６に示すように、各ノズル２５３には噴射
部材２６０が取り付けられている。噴射部材２６０は、
ねじ（２６２及び２６４）とナット２６６から構成され
ている。

【００６７】噴出部材２６０は、選択的に、シャワー部
材２５０と全部又は部分的に一体的に構成されてもよい
し、その形状は問わない。例えば、噴出部材２６０は、
図１７乃至図１９に示すように、流路３５２ａ乃至３５
２ｃと噴出口３５４ａ乃至３５４ｃを有する噴出部材３
５０ａ乃至３５０ｃに置換されてもよい。ここで、図１
７乃至図１９は、図１６に示す噴出部材２６０の変形例
の構造を示す概略断面図である。

【００６８】ねじは、ねじ頭部２６２とねじ胴部２６４
から構成されている。ねじ頭部２６２は約２ｍｍの高さ
を有し、その内部には一対の噴射流路２６９がシャワー
板２５０の下面２５６に対して±４５度の角度でそれぞ
れ形成されている。各噴射流路２６９は、後述する流路
２６８から分岐しており、例えば、０．１ｍｍ径を有す
る。噴射流路２６９は反応ガスの均一な噴射を達成する
ためにこのように傾斜されており、この目的が達成され
る限り、その角度及び個数は問わない。

【００６９】本発明者らの実験によれば、シャワー板２
５０の下面２５６に対して９０度に（即ち、垂直に）設
定された一の噴射流路２６９は処理室１０２内において
均一な噴射を成功裡に達成しなかったので図１６に示す
ように傾斜していることが好ましい。流路２６８は、例
えば、１ｍｍ径を有し、誘電板２４０の下面２４１とシ
ャワー板２５０との間に形成された空隙部（流路）２４
２に接続されている。ナット２６６は、ねじ胴部２６４
の端部と係合し、誘電板２４０の凹部２４６に収納され
る。

【００７０】流路２４２はプラズマが発生を抑制する薄
い空間であることが好ましい。プラズマの発生を抑制す
るのに必要な厚さは、圧力によって変化し、例えば、圧
力１０Ｔｏｒｒの下では厚さは約０．５ｍｍに設定され
る。また、この場合、シャワー板２５０下の処理室１０
２の処理空間は約５０ｍＴｏｒｒに設定される。このよ
うに流路２４２と処理空間との間に圧力差を設けて反応
ガスを所定の速度で導入している。

【００７１】本実施例のシャワー板２５０によれば、反
応ガスは流路２４２でプラズマを発生せずに処理空間に
均一且つ流量制御良く導入される。流量制御は、空隙部
２４２と処理空間との間に圧力差、噴射流路２６９の
数、角度、大きさなどにより行うことができる。例え
ば、ノズル２５３に詰め物をしてその詰め物の表面を介
して反応ガスを噴射することも考えられる。しかし、か
かる構造では詰め物とノズルとの間隔を制御するのが困
難で、詰め物が取れたり、詰め物が完全にノズルを塞い
だりするため、正確な流量制御が難しい。従って、本実
施例のシャワー板２５０は、このような構造に比べて優
れている。

【００７２】次に、本実施例のクラスターツール３００
について、図２０を参照して説明する。ここで、図２０
は、図１に示すプラズマ処理装置１００に接続可能なク
ラスターツール３００の構造を示す概略平面図である。
上述したように、被処理体Ｗの温度制御はサセプタ１０
４によって行うことができる（なお、以下、サセプタ１
０４は特に断らない限りサセプタのその他の変形例を総
括しているものとする）。しかし、積層成膜処理におい
て、例えば、被処理体Ｗを常温からサセプタ１０４によ
り約２５０℃乃至約３５０℃まで加熱するには時間がか
かり、不便且つ不経済である。そこで、本実施例のクラ
スターツール３００は、被処理体Ｗを処理室１０２に導
入する前に被処理体Ｗを加熱しておき、プロセスの迅速
な開始を達成しようとするものである。同様に、プロセ
ス終了後に約２５０℃乃至約３５０℃から常温に戻すに
は時間がかかるため、本実施例のクラスターツール３０
０は、被処理体Ｗを処理室１０２から導出した後に被処
理体Ｗを冷却し、次段のプロセス（イオン注入やエッチ
ングなど）の迅速な開始を達成しようとするものであ
る。

【００７３】図２０に簡略的に示すように、本発明のク
ラスターツール３００は、搬送部３２０と、予備加熱部
３４０と、予備冷却部３６０と、その他のロードロック
（Ｌ/Ｌ）室３８０とを有している。なお、図２０で
は、処理室１０２と同様の２つの処理室１０２Ａ、１０
２Ｂを示しているが、その数は所望の数に変更すること
ができる。予備加熱部３４０や予備冷却部３６０は、ロ
ードロック室（処理室を待機中に開放しないで被処理体
の取り入れと取り出しを可能にする真空室）内に形成さ
れている。

【００７４】搬送部３２０は、被処理体Ｗを支持する搬
送アームと、搬送アームを回転する回転機構とを含んで
いる。予備加熱部３４０は、ランプなどのヒータを有し
て被処理体Ｗがいずれかの処理室１０２Ａ又は１０２Ｂ
に導入される前に、処理温度付近までこれを加熱する。
また、予備冷却部３４０は、冷媒により冷却されている
冷却室を有して処理室１０２Ａ又は１０２Ｂから導入さ
れた被処理体Ｗを次段の装置（イオン注入装置やエッチ
ャーなど）に搬送する前に常温まで冷却する。なお、好
ましくは、クラスターツール３００は、図示しない回転
角検出センサと、温度センサと、一又は複数の制御部
と、制御プログラムを格納しているメモリとを更に有し
て搬送部３２０の回転制御、予備加熱部３４０及び予備
冷却部３６０の温度制御を行う。かかるセンサ、制御方
法及び制御プログラムは当業界で周知のいかなるものを
も適用することができるので、ここでは詳しい説明は省
略する。また、制御部は、プラズマ処理装置１００の図
示しない制御部が兼ねてもよい。搬送部３２０の搬送ア
ームは被処理体Ｗを図１に示すゲートバルブ１０１を介
して処理室１０２に導入する。

【００７５】次に、以上のように構成された本実施例の
マイクロ波プラズマ処理装置１００の動作について説明
する。まず、図２０に示す搬送部３２０の搬送アームが
被処理体Ｗを処理室１０２に導入する。ここで、処理室
１０２（図２０においてはいずれかの処理室１０２Ａ又
は１０２Ｂ。以下、「処理室１０２」はこれらを総括す
るものとする。）では被処理体にプラズマＣＶＤ処理を
施すとすると、クラスターツール３００の図示しない制
御部が、被処理体Ｗを処理室１０２に導入する前に、被
処理体Ｗを例えば、３００℃付近まで加熱するために、
搬送部３２０に被処理体Ｗを予備加熱部３４０に搬送す
るように命令する。

【００７６】例えば、クラスターツール３００は処理室
１０２Ａでシリコン基板にシリコン酸化膜をプラズマ処
理により形成し、処理室１０２Ｂでシリコン酸化膜の形
成されたシリコン基板上に窒素を導入してシリコン酸化
膜の表面をプラズマ処理してシリコン窒化膜を形成する
ことができる。処理室１０２Ａにおけるプラズマシリコ
ン酸化膜用の反応ガス系は、典型的には、ＳｉＨ₄−Ｎ₂
Ｏ系であるがＳｉＨ₄の代わりにＴＥＯＳ（ｔｅｔｒａ
ｅｔｈｙｌｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）、ＴＭＣＴＳ
（ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌｃｙｃｌｏｔｅｔｒａｓｉｌ
ｏｘａｎｅ）、ＤＡＤＢＳ（ｄｉａｃｅｔｏｘｙｄｉｔ
ｅｒｔｉａｒｙｂｕｔｏｘｙｓｉｌａｎｅ）等を利用し
てもよい。処理室１０２Ｂにおけるプラズマ表面窒化用
の反応ガス系は、典型的には、ＳｉＨ₄−ＮＨ₃系である
が、ＳｉＨ₄の代わりにＳｉ₂Ｆ₆、ＮＦ₃、ＳｉＦ₄など
も使用することができる。

【００７７】これに応答して、搬送部３２０は予備加熱
部３４０に被処理体Ｗを導入して加熱する。クラスター
ツール３００の図示しない温度センサが被処理体Ｗの温
度が３００℃付近まで過熱されたことを検出すると、か
かる検出結果に応答してクラスターツール３００の図示
しない制御部は搬送部１７２に被処理体Ｗを予備加熱部
３４０から導出してゲートバルブ１０１から処理室１０
２に導入する。被処理体Ｗを支持した搬送部３２０の搬
送アームがサセプタ１０４の上部に到着すると、リフタ
ピン昇降系がサセプタ１０４から（例えば、３本の）図
示しないリフタピンを突出させて被処理体Ｗを支持す
る。この結果、被処理体Ｗの支持は、搬送アームからリ
フタピンに移行するので、搬送部３２０は搬送アームを
ゲートバルブ１０１より帰還させる。その後、ゲートバ
ルブ１０１は閉口される。搬送部３２０は搬送アームを
その後図示しないホームポジションに移動させてもよ
い。

【００７８】一方、リフタピン昇降系は、その後、図示
しないリフタピンをサセプタ１０４の中に戻し、これに
よって被処理体Ｗをサセプタ１０４の所定の位置に配置
する。図示しないベローズは昇降動作中処理室１０２の
減圧環境を維持すると共に処理室１０２内の雰囲気が外
部に流出するのを防止する。サセプタ１０４はその後、
被処理体Ｗを３００℃まで加熱するが、既に被処理体Ｗ
は予熱されているのでプロセス準備が完了するまでの時
間は短くて済む。より詳細には、図２に示す制御装置１
９１がヒータ装置１９８を制御してサセプタ１０４の温
度が３００℃にする。

【００７９】次に、高真空ポンプ１０６が図示しない圧
力調整バルブを介して処理室１０２の圧力を、例えば、
５０ｍＴｏｒｒに維持する。また、図１においては、バ
ルブ１５１及び１５３が開口されて真空ポンプ１５２及
び１５４がガス供給リング１４０及び１７０を排気す
る。代替的に、図７に示すバルブ１８１が開口されて高
真空ポンプ１０６がバイアスライン１８２及び１８４を
介してガス供給リング１４０及び１７０を排気する。こ
の結果、ガス供給リング１４０及び１７０に残留する水
分など十分に排気可能となる。

【００８０】また、サセプタ昇降系が予め設定されたプ
ロセスポジションにサセプタ１０４と被処理体Ｗをホー
ムポジションから移動させる。図示しないベローズは昇
降動作中処理室１０２の減圧環境を維持すると共に処理
室１０２内の雰囲気が外部に流出するのを防止する。そ
の後、図１に示すバルブ１５１及び１５３又は図７に示
すバルブ１８１は閉口される。

【００８１】次いで、バルブ１３２及び１６２が開口さ
れ、マスフローコントローラ１３４及び１６４を介して
ガス供給リング１４０及び１７０から反応ガスをそれぞ
れ処理室１０２に導入する。図１に示すバルブ１５１及
び１５３又は図７に示すバルブ１８１は閉口されるの
で、真空ポンプ１５２及び１５４又は１０６がガス供給
系１３０及び１６０からのガスが処理室１０２に導入さ
れることを妨げることはない。

【００８２】図１５のシャワー板２５０が使用される場
合には、処理室１０２内を所定の処理圧力、例えば、５
０ｍＴｏｒｒに維持してガス供給路１３６から導入口２
４１を介して、例えば、ヘリウム、窒素及び水素の混合
ガスにＮＨ₃を更に混合した一以上の反応ガスを誘電板
２４０に導入する。その後、ガスは、図１６に示す空隙
部２４２を通って凹部２４６から噴出部材２６０の流路
２６８及び２６９を介して処理室１０２に導入される。
ガスは空隙部２４２ではプラズマ化せずに流量制御良く
安定かつ均一な密度で処理室１０２に導入される。

【００８３】処理室１０２の処理空間の温度は３００℃
程度になるようにより調整される。一方、マイクロ波源
１１０からのマイクロ波を図示しない矩形導波管や同軸
導波管などを介してアンテナ部材１２０の遅波材１２４
に、例えば、ＴＥＭモードなどで導入する。遅波材１２
４を通過したマイクロ波はその波長が短縮されてスロッ
ト電極２００に入射し、スリット２１０から処理室１０
２に誘電板２３０を介して導入される。遅波材１２４と
スロット電極２００は温度制御されているので、熱膨張
などによる変形はなく、スロット電極２００は最適なス
リット長さを維持することができる。これによってマイ
クロ波は、均一に（即ち、部分的集中なしに）かつ全体
として所望の密度で（即ち、密度の低下なしに）処理室
１０２に導入される。

【００８４】その後、マイクロ波は、反応ガスをプラズ
マ化して積層成膜処理を行う。バッフル板が使用される
場合には、バッフル板は処理空間の電位及び真空度を維
持して処理空間からマイクロ波が逃げるのを防止する。
これにより、所望のプロセス速度を維持することができ
る。

【００８５】継続的使用により、サセプタ１０４の温度
が所望の設定温度よりも高くなれば制御装置１９１はサ
セプタ１０４を冷却する。同様に、処理開始時や過冷却
によりサセプタ１０４の温度が設定温度よりも低くなれ
ば制御装置１９１はサセプタ１０４を加熱する。

【００８６】成膜処理は、予め設定された所定時間（例
えば、約２分）だけ行われてその後、被処理体Ｗは上述
したのと逆の手順によりゲートバルブ１０１から処理室
１０２の外へクラスターツール３００の搬送部３２０に
より導出される。導出時に図示しない昇降装置は、サセ
プタ１０４と被処理体Ｗを搬送部３２０との接続位置に
戻す。ここで、「約２分」としたのは積層窒化膜の形成
に一般的な必要なプラズマＣＶＤ処理時間だからであ
る。たとえ、温度調節装置１９０が温度を約２５０℃乃
至約３５０℃に設定しても長時間成膜処理は温度を３５
０℃以上に設定したのと同様の問題を引き起こす場合が
あるからである。また、短時間であれば被処理体Ｗから
生成された半導体はリーク電流を効果的に防止できない
場合があるからである。

【００８７】処理室１０２には所望の密度のマイクロ波
が均一に供給されるので被処理体Ｗにはシリコン酸化膜
とシリコン窒化膜が所定の厚さで形成される。また、処
理室１０２の温度は水分などがウェハＷに混入すること
のない温度に維持されるので所望の成膜品質を維持する
ことができる。処理室１０２から導出された被処理体Ｗ
はまず予備冷却部３６０は導入されて常温まで短時間で
冷却される。次いで、必要があれば、搬送部３２０は、
被処理体Ｗを次段のイオン注入装置などに搬送する。

【００８８】以上、本発明の好ましい実施例を説明した
が、本発明はその要旨の範囲内で種々の変形及び変更が
可能である。例えば、本発明のマイクロ波プラズマ処理
装置１００は電子サイクロトロン共鳴の利用を妨げるも
のではないため、所定の磁場を発生させるコイルなどを
有してもよい。また、本実施例のマイクロ波プラズマ処
理装置１００はプラズマＣＶＤ装置として説明されてい
るが、マイクロ波プラズマ処理装置１００は被処理体Ｗ
をエッチングしたりクリーニングしたりする場合にも使
用することができることはいうまでもない。また、本発
明は、ＲＬＳＡ方式のプラズマ装置だけでなくグロー放
電を利用した平行平板型プラズマ装置への適用を妨げる
ものではない。

【００８９】

【発明の効果】本発明の例示的一態様であるプラズマ処
理装置、プラズマ生成導入部材及びスロット電極によれ
ば、被処理体の歩留まりを下げることなく、一定に維持
されたスリット密度がスリットを通過する波のイオンエ
ネルギーの集中を防止して誘電板が遊離することを防止
することができる。また、一定に維持されたスリット密
度が均一なプラズマ密度の生成を可能にする。この結
果、本発明の例示的一態様であるプラズマ処理装置、プ
ラズマ生成導入部材及びスロット電極は、被処理体に高
品質のプラズマ処理を施すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施例の例示的一態様としてのマイクロ波
プラズマ処理装置の構造を示す概略ブロック図である。

【図２】 図１に示すプラズマ処理装置の温度調節装置
のより詳細な構造を示すブロック図である。

【図３】 図１に示すプラズマ処理装置により高温で被
処理体Ｗに積層構造を形成する場合の深さ方向の窒素分
布を示すグラフである。

【図４】 図１に示すプラズマ処理装置により適温で被
処理体Ｗに積層構造を形成する場合の深さ方向の窒素分
布を示すグラフである。

【図５】 シリコン窒化膜中の欠陥濃度の温度分布であ
る。

【図６】 図１に示すプラズマ処理装置に適用可能なガ
ス供給リングの平面図である。

【図７】 図１の変形例を示す概略断面図である。

【図８】 図１に示すプラズマ処理装置のスロット電極
に適用可能な例示的な構造を示す平面図である。

【図９】 図１に示すプラズマ処理装置のスロット電極
に適用可能な例示的な別の構造を示す平面図である。

【図１０】 図１に示すプラズマ処理装置のスロット電
極に適用可能な例示的な更に別の構造を示す平面図であ
る。

【図１１】 図１に示すプラズマ処理装置のスロット電
極に適用可能な例示的な更に別の構造を示す平面図であ
る。

【図１２】 図１に示すプラズマ処理装置の誘電板の厚
みとマイクロ波の透過電力との関係を示すグラフであ
る。

【図１３】 図１に示すプラズマ処理装置の誘電板の厚
みと誘電板からの元素脱離量（スパッタ率）との関係を
示すグラフである。

【図１４】 図７に示すシャワー板のノズル付近の拡大
断面図である。

【図１５】 図１に示す給排気系の変形例を示す概略断
面図である。

【図１６】 図１５に示す給排気系のシャワー板のノズ
ル付近の拡大断面図である。

【図１７】 図１６に示すシャワー板に取り付けられる
噴出部材の変形例の構造を示す概略断面図である。

【図１８】 図１６に示すシャワー板に取り付けられる
噴出部材の別の変形例の構造を示す概略断面図である。

【図１９】 図１６に示すシャワー板に取り付けられる
噴出部材の別の変形例の構造を示す概略断面図である。

【図２０】 図１に示すプラズマ処理装置に接続可能な
クラスターツールの構造を示す概略平面図である。

【符号の説明】

１００ プラズマ処理装置 １０２ 処理室 １０２Ａ 処理室 １０２Ｂ 処理室 １０４ サセプタ １０６ 高真空ポンプ １１０ マイクロ波源 １２０ アンテナ部材 １３０ （反応）ガス供給系 １４０ ガス供給リング １５１ バルブ １５２ 真空ポンプ １５３ バルブ １５４ 真空ポンプ １６０ （放電）ガス供給系 １７０ ガス供給リング １８２ バイパスライン １８４ バイパスライン １９０ 温度制御装置 １９１ 制御装置 １９２ 冷却ジャケット １９８ ヒータ装置 ２００ スロット電極 ２３０ 誘電板 ３００ クラスターツール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−181052（ＪＰ，Ａ) 特開2000−58294（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−129095（ＪＰ，Ａ) 特開2000−77335（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−117437（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/31 B01J 19/08 C23C 16/511 H01L 21/3065 H05H 1/46

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理体にプラズマ処理を行う処理室に
   当該プラズマ処理に必要な電源周波数の波を案内するス
   リットを有するスロット電極であって、 当該スロット電極を均等な面積を有する複数の多角形領
   域に分割して各領域に前記スリットを配置し、前記スリ
   ットは、前記スロット電極の中心から見てほぼ４５度に
   傾斜するＴ字形又はＶ字形の組から構成されるスロット
   電極。
2. 【請求項２】 前記多角形領域は６角形である請求項１
   記載のスロット電極。
3. 【請求項３】 前記多角形領域は４角形である請求項１
   記載のスロット電極。
4. 【請求項４】 前記スロット電極はラジアルラインスロ
   ットアンテナである請求項１記載のスロット電極。
5. 【請求項５】 前記スリットの大きさは前記スロット電
   極の中心からの距離に比例する請求項１記載のスロット
   電極。
6. 【請求項６】 被処理体にプラズマ処理を行う処理室に
   接続されるプラズマ生成導入部材であって、 前記プラズマ処理に必要な電源周波数の波を案内するス
   リットを有するスロット電極であって、当該スロット電
   極を均等な面積を有する複数の多角形領域に分割して各
   領域に前記スリットを配置し、前記スリットは前記スロ
   ット電極の中心から見てほぼ４５度に傾斜するＴ字形又
   はＶ字形の組から構成されるスロット電極と、 前記スロット電極に接続されて前記処理室の雰囲気を維
   持すると共に前記波の透過を可能にする誘電板とを有す
   るプラズマ生成導入部材。
7. 【請求項７】 前記スロット電極はラジアルラインスロ
   ットアンテナである請求項６記載のプラズマ生成導入部
   材。
8. 【請求項８】 被処理体にプラズマ処理を行う処理室
   と、 前記プラズマ処理に必要な電源周波数の波を案内するス
   リットを有するスロット電極であって、当該スロット電
   極を均等な面積を有する複数の多角形領域に分割して各
   領域に前記スリットを配置し、前記スリットは前記スロ
   ット電極の中心から見てほぼ４５度に傾斜するＴ字形又
   はＶ字形の組から構成されるスロット電極と、 前記処理室と前記スロット電極の間に配置されて前記処
   理室の雰囲気を維持すると共に前記波の前記処理室への
   透過を可能にする誘電板とを有するプラズマ処理装置。
9. 【請求項９】 前記スロット電極はラジアルラインスロ
   ットアンテナである請求項８記載のプラズマ処理装置。