JP3907444B2 - Plasma processing apparatus and structure manufacturing method - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波を用いてプラズマを発生させて処理を行うプラズマ処理装置及び構造体の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
マイクロ波をプラズマ生起用の励起源として使用するプラズマ処理装置としては、光学部品、LSI、フラットパネルディスプレイ、マイクロメカニクスなどの構造体の製造工程などに用いられる、CVD装置、エッチング装置、アッシング装置等が知られている。
【0003】
こうしたいわゆるマイクロ波プラズマCVD装置を使用するCVDは例えば次のように行われる。即ち、マイクロ波プラズマCVD装置のプラズマ発生室及び成膜室内にプラズマ発生用のガスを導入し、同時にマイクロ波エネルギーを投入してプラズマ発生室内にプラズマを発生させガスを励起、分解して、成膜室内に配された被処理体上に堆積膜を形成する。
【0004】
また、いわゆるマイクロ波プラズマエッチング装置を使用する被処理体のエッチング処理は、例えば次のようにして行われる。即ち、該装置の処理室内にエッチャントガスを導入し、同時にマイクロ波エネルギーを投入して該エッチャントガスを励起、分解して該処理室内にプラズマを発生させ、これにより該処理室内に配された被処理体の表面をエッチングする。
【0005】
また、いわゆるマイクロ波プラズマアッシング装置を使用する被処理体のアッシング処理は、例えば次のようにして行われる。即ち、該装置の処理室内にアッシングガスを導入し、同時にマイクロ波エネルギーを投入して該アッシングガスを励起、分解して該処理室内にプラズマを発生させ、これにより該処理室内に配された被処理体の表面をアッシングする。
【0006】
マイクロ波を用いてプラズマを発生させるプラズマ処理装置においては、ガスの励起源としてマイクロ波を使用することから、電子を高い周波数をもつ電界により加速でき、ガス分子を効率的に電離、励起させることができる。それゆえ、マイクロ波を用いたプラズマ処理装置では、ガスの電離効率、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、低温で高速に高品質処理できるといった利点を有する。
【0007】
また、マイクロ波が誘電体を透過する性質を有することから、プラズマ処理装置を無電極放電タイプのものとして構成でき、これがゆえに高清浄なプラズマ処理を行い得るという利点もある。
【0008】
こうしたマイクロ波プラズマ処理装置の更なる高速化のために、電子サイクロトロン共鳴(ECR)を利用したプラズマ処理装置も実用化されてきている。ECRは、磁束密度が87.5mTの場合、磁力線の周りを電子が回転する電子サイクロトロン周波数が、マイクロ波の一般的な周波数2.45GHzと一致し、電子がマイクロ波を共鳴的に吸収して加速され、高密度プラズマが発生する現象である。
【0009】
これとは別に、マイクロ波プラズマ処理装置の例として、近年、マイクロ波を均一かつ効率的に導入する装置として複数のスロットが形成された無終端環状導波管を用いた装置が提案されている(特開平5−345982号公報,特開平10−233295号公報)。このマイクロ波プラズマ処理装置を図5(a)に、そのプラズマ発生機構を図5(b)に示す。901はプラズマ処理室、902は被処理体、903は被処理体902の支持体、904は基板温度調整手段、905はプラズマ処理室901の周辺に設けられたプラズマ処理用ガス導入手段、906は排気、907はプラズマ処理室901を大気側と分離する平板状誘電体窓、908はマイクロ波を誘電体窓907を通してプラズマ処理室901に導入するためのスロット付無終端環状導波管、911はマイクロ波を左右に分配するE分岐、912は無終端環状導波管908内部で生じる定在波、913はスロット、914は誘電体窓907表面を伝搬する表面波、915は隣接するスロットから導入された表面波同士の干渉により生じる表面定在波、916は表面定在波915により生成した表面プラズマ、917は表面プラズマ916の拡散により生成したバルクプラズマである。
【0010】
上記の装置を用いたプラズマ処理は以下のようにして行う。排気系(不図示)を介してプラズマ処理室901内を真空排気する。続いて処理用ガスをプラズマ処理室901の周辺に設けられたガス導入手段905を介して所定の流量でプラズマ処理室901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、プラズマ処理室901内を所定の圧力に保持する。マイクロ波電源(不図示)より所望の電力を無終端環状導波管908を介してプラズマ処理室901内に供給する。この際、無終端環状導波管908内に導入されたマイクロ波は、E分岐911で左右に2分配され、自由空間よりも長い管内波長をもって伝搬する。分配されたマイクロ波同士が干渉し、管内波長の1/2ごとに定在波の“腹”を生じる。
【0011】
表面電流を横切るように設けられたスロット913を介し誘電体窓907を透過してプラズマ処理室901に導入されたマイクロ波によりスロット913近傍に初期高密度プラズマが発生する。この状態で、誘電体窓907と初期高密度プラズマの界面に入射したマイクロ波は、初期高密度プラズマ中を伝搬できず、誘電体窓907と初期高密度プラズマとの界面を表面波914として伝搬する。
【0012】
隣接するスロットから導入された表面波914同士が相互干渉し、表面波914の波長の1/2ごとに“腹”を有する表面定在波915を生じる。この表面定在波915によって表面プラズマ916が生成される。さらに表面プラズマ916の拡散によりバルクプラズマ917が生成する。処理用ガスは発生した表面波干渉プラズマにより励起され、支持体903上に固定されて置かれた被処理体902の表面を処理する。
【0013】
このようなマイクロ波プラズマ処理装置を用いることにより、マイクロ波パワー1kW以上で、直径300mm程度の大口径空間に±3%以内の均一性をもって、電子密度1012cm-3以上、電子温度3eV以下、プラズマ電位15V以下の高密度低電位プラズマが発生できるので、ガスを充分に反応させ活性な状態で被処理体に供給でき、かつ入射イオンによる基板表面ダメージも低減するので、低温でも高品質で均一かつ高速な処理が可能になる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したようなマイクロ波プラズマ処理装置を用いてプラズマ処理を行った場合、カットオフ密度以上のプラズマを生成してしまえばマイクロ波の被処理体方向への伝播が抑制されるが、放電初期の未発生時及び低密度時には被処理体にマイクロ波が伝播してしまいマイクロ波の照射による損傷が発生する場合がある。
【0015】
本発明は上記の点に鑑みてされたものであり、放電初期においても、基板へのマイクロ波照射を低減し照射損傷を抑制できるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、本発明は、マイクロ波導波管を介してプラズマ処理室内にマイクロ波を導入し、前記プラズマ処理室内でプラズマを発生させプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、プラズマ処理される被処理体表面と前記マイクロ波導波管とのマイクロ波換算距離が自然波長の略4分の奇数倍であることを特徴とする。
【0017】
また、本発明は、排気手段により略円筒形状のプラズマ処理室を排気し、マイクロ波導入管を介して前記プラズマ処理室内にマイクロ波を導入し、前記プラズマ処理室内でプラズマを発生させるプラズマ処理装置において、プラズマ処理される被処理体表面からマイクロ波換算距離でマイクロ波自然波長の略4分の奇数倍の位置に、前記被処理体表面で反射されたマイクロ波を反射するマイクロ波反射手段を備えることを特徴とする。
【0018】
更に、本発明は、高周波供給器を介して前記プラズマ処理室内に高周波を導入し、前記プラズマ処理室内でプラズマを発生させるプラズマ処理装置において、前記高周波供給器に形成された高周波放出用のスロットを介してプラズマを検出するためのプラズマ検出素子を有することを特徴とする。そして、前記スロットは被処理体の被処理面と平行になるように配されたスロット板に設けられているとよく、又、プラズマ検出素子の検出結果に基づいてマイクロ波の供給を停止する制御装置を更に有するとよい。
【0019】
加えて、本発明は、構造体が形成されるべき基板の表面をプラズマ処理する工程を有する構造体の製造方法において、上述したプラズマ処理装置を用いて前記プラズマ処理を行うことを特徴とする。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、図1を用いて本発明の基本的な考え方について説明する。101は内壁が略円筒形状のプラズマ処理室、102は被処理体、103は被処理体102の支持体、104は基板温度調整手段、105はプラズマ処理室101の周辺に設けられたプラズマ処理用ガス導入手段、106は排気、107はプラズマ処理室101を大気側と分離する誘電体窓、108は高周波としてのマイクロ波を誘電体窓107を通してプラズマ処理室101に導入するための高周波供給器としてのスロット付無終端環状導波管、109はマイクロ波反射手段としてのマイクロ波反射部材、111はマイクロ波を左右に分配するE分岐、112は無終端環状導波管108内部に生じる定在波、113はスロット、114はスロット113を介し誘電体窓107表面を伝播する表面波、115は隣接するスロット113から導入された表面波114同士の干渉により生じる表面定在波、116は表面定在波115により生じる表面プラズマ、117は表面プラズマの拡散によって生じるバルクプラズマである。121は任意のスロット113の上方に設けられた受光素子などを含むプラズマ検出素子であり、検出光透過性の誘電体窓107、スロット113及び無終端環状導波管108を構成する導電性上部壁に形成された貫通孔を介してプラズマ光をモニタする。検出素子121は不図示の制御装置に接続されており、プラズマをその場観測することによって処理状態を制御することができる。例えば、検出素子121は、プラズマ非発生などの誤動作を検知する誤動作検知モニターや、プラズマ処理を適切に終了させるためのエンドポイントモニターとして用いることができる。マイクロ波反射部材109は、被処理体支持体103上面と無終端環状導波管108下面(即ち、スロット113が形成された導電性スロット板120の下面)とのマイクロ波換算間隔をマイクロ波自然波長の4分の奇数倍にする場合には、使用しなくても良い。
【0021】
プラズマ処理は以下のようにして行う。排気系(不図示)を介してプラズマ処理室101内を真空排気する。続いて処理用ガスをプラズマ処理室101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プラズマ処理室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、プラズマ処理室101内を所定の圧力に保持する。マイクロ波電源(不図示)より所望の電力を無終端環状導波管108を介してプラズマ処理室101内に供給する。この際、無終端環状導波管108内に導入されたマイクロ波は、E分岐111で左右に分配され、自由空間よりも長い管内波長をもって伝搬する。分配されたマイクロ波同士が干渉し、管内波長の約1/2ごとに“腹”を有する定在波112を生じる。表面電流を横切るように設けられたスロット113を介し誘電体窓107を透過してプラズマ処理室101にマイクロ波が導入される。
【0022】
この時、カットオフ密度以上のプラズマが発生するまでは、被処理体102方向にマイクロ波が伝播するが、被処理体支持体103上面と無終端環状導波管108下面とのマイクロ波換算間隔をマイクロ波自然波長の約4分の奇数倍にするか、被処理体支持体表面103からマイクロ波自然波長の約4分の奇数倍の位置に被処理体支持体103方向にマイクロ波を反射するマイクロ波反射手段109を形成していれば、被処理体102方向に向かうものと被処理体102で反射されたものとで干渉し弱め合って、被処理体支持体103直上での定在波の励起を抑制できる。それにより、被処理体102へのマイクロ波の照射を低減することができる。
【0023】
プラズマ処理室101に導入されたマイクロ波によりスロット113近傍に初期高密度プラズマが発生する。この状態で、誘電体窓107と初期高密度プラズマの界面に入射したマイクロ波は、初期高密度プラズマ中は伝搬できず、誘電体窓107と初期高密度プラズマとの界面を表面波114として伝搬する。
【0024】
隣接するスロットから導入された表面波114同士が相互干渉し、表面波114の波長の約1/2ごとに“腹”を有する表面定在波115を生じる。この表面定在波115によって表面プラズマ116が生成される。さらに表面プラズマ116の拡散によりバルクプラズマ117が生成される。処理用ガスは発生した表面波干渉プラズマにより励起され、支持体103上に固定して置かれた被処理体102の表面を処理する。
【0025】
プラズマの状態は検出素子121によってモニタできるので、マイクロ波供給開始の後、所定の時間が経過しても、所望のプラズマが発生しない場合には、そうしたモニタ結果を基にマイクロ波の供給を停止して、処理動作を中断させることができる。このような場合であっても、被処理体のマイクロ波損傷を予防することができる。とくに、上述した位置に検出素子を配置するとマイクロ波が処理室内に供給される源となるスロット113近傍のプラズマを観測できるので、より精度が高いプラズマ観測を行うことができる。スロットは複数あるので、2箇所以上のスロットそれぞれの位置に検出素子121を設けてもよい。
【0026】
また、エッチングやアッシングなどの処理を行う際、被処理面を構成する原子によっては、所望の処理が終了する頃にプラズマの発光状態が変化することがあるので、それを検出素子121で検出して、マイクロ波の供給を中止するなどして、処理を終了させることができる。
【0027】
被処理体支持体103の上面から無終端環状導波管108の下面までのマイクロ波換算距離は、導入されるマイクロ波の周波数に対する各材料の比誘電率の平方根を実厚に乗じた換算厚を各材料について合計したものである。マイクロ波の周波数は通常300MHz程度から3THz程度であるが、実施形態で用いられる周波数は、波長がリアクタ寸法と同程度になる、1〜10GHz程度が特に有効である。
【0028】
マイクロ波反射手段は、プラズマ処理室101の断面積の約5%以上の面積を有する被処理体支持体103方向への反射構造であれば適用可能で、単純な反射面でも、庇状に突出している構造でも、溝状に入り込んでいるものでも、マイクロ波自然波長の約1/8以下の孔径のメッシュ状でもよい。
【0029】
誘電体窓109の材質は、機械的強度が充分でマイクロ波の透過率が充分高くなるように誘電欠損の小さなものであれば適用可能であり、例えば石英、アルミナ、サファイア、窒化アルミニウム、弗化炭素ポリマなどが適用可能である。
【0030】
高周波供給器を構成するスロット付き無終端環状導波管108やスロット板120の材質は、導電体であれば使用可能であるが、マイクロ波の伝搬ロスをできるだけ抑えるため、導電率の高いAl、Cu、Ag/CuメッキしたSUSなどが最適である。スロット付無終端環状導波管108の導入口の向きは、スロット付無終端環状導波管108内のマイクロ波伝搬空間に効率よくマイクロ波を導入できるものであれば、H面に平行で伝搬空間の接線方向でも、H面に垂直方向で導入部で伝搬空間の左右方向に分配するものでもよい。
【0031】
スロット付無終端環状導波管108のスロットの形状は、マイクロ波の伝搬方向に垂直な方向の長さが管内波長の1/4程度であれば、矩形でも楕円形でもアレイ状でもなんでもよい。実施形態に用いられるスロット付無終端環状導波管108のスロット間隔は、干渉によりスロットを横切る電界が強め合うように、管内波長の1/2が最適である。
【0032】
また、より低圧下で処理を行うために、磁界発生手段を用いても良い。用いられる磁界としては、スロットの幅方向に発生する電界に垂直な磁界であれば適用可能である。磁界発生手段としては、コイル以外でも、永久磁石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。
【0033】
また、処理のより高品質化のため、紫外光を被処理体表面に照射してもよい。光源としては、被処理体もしくは被処理体上に付着したガスに吸収される光を放射するものなら適用可能で、エキシマレーザ、エキシマランプ、希ガス共鳴線ランプ、低圧水銀ランプなどが適当である。
【0034】
プラズマ処理室内の圧力は1.33×10-2Pa程度から13.3×102Pa程度の範囲、より好ましくは、1.33Pa程度から6.65×102Pa程度の範囲が適当である。
【0035】
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Si34、SiO2、SiOF、Ta25、TiO2、TiN、Al23、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。
【0036】
構造体を製造するための、被処理体102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。
【0037】
導電性被処理体としては、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。
【0038】
絶縁性被処理体としては、SiO2系の石英や各種ガラス、Si34,NaCl,KCl,LiF,CaF2,BaF2,Al23,AlN,MgOなどの無機物、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。
【0039】
ガス導入手段105の向きは、ガスが誘電体窓108近傍に発生するプラズマ領域を経由した後中央付近に十分に供給されてから基板表面を中央から周辺に向かって流れるように、誘電体窓108に向けてガスを吹き付けられる構造を有することが最適である。
【0040】
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、知られたガスが使用できる。
【0041】
a−Si、poly−Si、SiCなどの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を介してプラズマ処理室101へ導入するSi原子を含有する原料ガスとしては、SiH4,Si26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),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)などの有機シラン類、SiF4,Si26,Si38,SiHF3,SiH22,SiCl4,Si2Cl6,SiHCl3,SiH2Cl2,SiH3Cl,SiCl22など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。
【0042】
Si34,SiO2などのSi化合物系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Si原子を含有する原料としては、SiH4、Si26などの無機シラン類,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)などの有機シラン類、SiF4,Si26,Si38,SiHF3,SiH22,SiCl4,Si2Cl6,SiHCl3,SiH2Cl2,SiH3Cl,SiCl22など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、N24、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)、O2、O3、H2O、NO、N2O、NO2などが挙げられる。
【0043】
Al、W、Mo、Ti、Taなど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、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)、テトライソプロポキシチタン(TIPOTi)、ペンタエトキシタンタル(PEOTa)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。
【0044】
Al23、AlN、Ta25、TiO2、TiN、WO3など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、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)、テトライソプロポキシチタン(TIPOTi)、ペンタエトキシタンタル(PEOTa)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、N24、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)などが挙げられる。
【0045】
被処理体表面をエッチングする場合の処理用ガス導入口105から導入するエッチング用ガスとしては、F2、CF4、CH22、C26、C38、C48、CF2Cl2、SF6、NF3、Cl2、CCl4、CH2Cl2、C2Cl6などが挙げられる。
【0046】
フォトレジストなど被処理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口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などが挙げられる。
【0047】
また、表面改質を行う場合、使用するガスを適宜選択することにより、例えば被処理体もしくは表面層としてSi、Al、Ti、Zn、Taなどを使用してこれら被処理体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などのドーピング処理等が可能である。さらに、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などのクリーニングに使用することもできる。
【0048】
被処理体を酸化表面処理する場合の処理用ガス導入口105を介して導入する酸化性ガスとしては、O2、O3、H2O、NO、N2O、NO2などが挙げられる。また、被処理体を窒化表面処理する場合の処理用ガス導入口115を介して導入する窒化性ガスとしては、N2、NH3、N24、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)などが挙げられる。
【0049】
被処理体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など被処理体表面上の有機成分をアッシング除去する場合のガス導入口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などが挙げられる。また、被処理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、CH22、C26、C48、CF2Cl2、SF6、NF3などが挙げられる。
【0050】
以下、本発明にかかるプラズマ処理装置について実施形態によって説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【0051】
(実施形態1)
本発明の実施形態1として反射構造不使用・石英窓使用した例について図1を用いて説明する。101は略円筒形状のプラズマ処理室、102は被処理体、103は被処理体102の支持体、104は基板温度調整手段、105はプラズマ処理室101の周辺に設けられたプラズマ処理用ガス導入手段、106は排気、107はプラズマ処理室101を大気側と分離する誘電体窓、108はマイクロ波を誘電体窓107を通してプラズマ処理室101に導入するためのスロット付無終端環状導波管であり、ここではスロット板120を有する組み立て体となっている。
【0052】
誘電体窓107の材質は無水合成石英で、厚みは16mm程度、導入されるマイクロ波周波数2.45GHzにおける比誘電率は3.8である。スロット付無終端環状導波管108は、内壁断面の寸法が約27mm×96mmであって、導波管の中心径が202mm程度(周長4λg程度)である。スロット付無終端環状導波管108の材質は、マイクロ波の伝搬損失を抑えるため、すべてAlを用いている。スロット付無終端環状導波管108のH面には、マイクロ波をプラズマ処理室101へ導入するためのスロットが形成されている。スロットの形状は長さ40mm程度、幅4mm程度の矩形のものが2本直線上に不連続に、管内波長の約1/2間隔に放射状に形成されている。管内波長は、導入されるマイクロ波の周波数と、導波管の断面の寸法とに依存するが、周波数2.45GHz程度のマイクロ波と、上記の寸法の導波管とを用いた場合には約159mmである。使用したスロット付無終端環状導波管108では、スロットは約45度間隔で8組16個形成されている。スロット付無終端環状導波管108には、4Eチューナ、方向性結合器、アイソレータ、2.45GHz程度の周波数のマイクロ波を発生するマイクロ波電源(不図示)が順に接続されている。
【0053】
ここで、無終端環状導波管108下面から被処理体支持体103上面までのマイクロ波換算間隔は、
(1)無終端環状導波管108下面から石英窓107上面までエアギャップ
実厚約1mm×比誘電率の平方根1=換算厚約1mm
(2)石英窓107
実厚約16mm×比誘電率の平方根1.95=換算厚約31.2mm
(3)石英窓107下面から被処理体支持体103上面まで真空
実厚約120.8mm×比誘電率の平方根1=換算厚約120.8mm
を合計した値である153mm程度、即ち、2.45GHzのマイクロ波の自然波長122.4mmの5/4倍程度の値に設定してある。
【0054】
プラズマ処理は以下のようにして行う。排気系(不図示)を介してプラズマ処理室101内を真空排気する。続いて処理用ガスをプラズマ処理室101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プラズマ処理室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、プラズマ処理室101内を所定の圧力に保持する。マイクロ波電源(不図示)より所望の電力を無終端環状導波管108を介してプラズマ処理室101内に供給する。カットオフ密度以上のプラズマが生成するまで基板方向へマイクロ波が伝播するが、無終端環状導波管108の下面と被処理体支持体103の上面までのマイクロ波換算距離がマイクロ波自然波長の4分の奇数倍であるので、マイクロ波の基板照射が抑制されその照射による損傷は低減する。この際、周辺から導入された処理用ガスは、発生した高密度プラズマにより励起・イオン化・反応して活性化し、支持体103上に固定して置かれた被処理体102の表面を処理する。
【0055】
(実施形態2)
本発明の実施形態2として下面反射面を使用した例について図2を用いて説明する。201は円筒形状のプラズマ処理室、202は被処理体、203は被処理体202の支持体、204は基板温度調整手段、205はプラズマ処理室201の周辺に設けられたプラズマ処理用ガス導入手段、206は排気、207はプラズマ処理室201を大気側と分離する誘電体窓、208はマイクロ波を誘電体窓207を通してプラズマ処理室201に導入するためのスロット付平板型無終端環状導波管、209は下面反射面である。
【0056】
誘電体窓207の材質は無水合成石英で、厚みは約16mmである。スロット付無終端環状導波管208は、内壁断面の寸法が約27mm×96mmであって、導波管の中心径が約202mm(周長4λg程度)である。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を用いている。スロット付無終端環状導波管208のH面即ち、導電性のスロット板220には、マイクロ波をプラズマ処理室201へ導入するためのスロット213が形成されている。スロットの形状は長さ40mm程度、幅4mm程度の矩形のものが2本直線上に不連続に、管内波長の1/2間隔に放射状に形成されている。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とに依存するが、周波数2.45GHz程度のマイクロ波と、上記の寸法の導波管とを用いた場合には約159mmである。使用したスロット付無終端環状導波管208では、スロットは約45度間隔で8組16個形成されている。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。221はプラズマ検出素子である。
【0057】
ここで、下面反射面209から被処理体支持体203上面までの距離は、約30.6mm、即ち、2.45GHzのマイクロ波の自然波長122.4mmの約1/4の値に設定してある。
【0058】
プラズマ処理は以下のようにして行う。排気系(不図示)を介してプラズマ処理室201内を真空排気する。続いて処理用ガスをプラズマ処理室201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プラズマ処理室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、プラズマ処理室201内を所定の圧力に保持する。マイクロ波電源(不図示)より所望の電力を無終端環状導波管208を介してプラズマ処理室201内に供給する。カットオフ密度以上のプラズマが生成するまで基板方向へマイクロ波が伝播するが、下面反射面209から被処理体支持体203上面までの距離がマイクロ波自然波長の約1/4であるので、マイクロ波の基板照射が抑制されその照射による損傷は低減する。この際、周辺から導入された処理用ガスは、発生した高密度プラズマにより励起・イオン化・反応して活性化し、支持体203上に固定して置かれた被処理体202の表面を処理する。
【0059】
(実施形態3)
本発明の実施形態3として庇状反射面を使用した例について図3を用いて説明する。301は円筒形状のプラズマ処理室、302は被処理体、303は被処理体302の支持体、304は基板温度調整手段、305はプラズマ処理室301の周辺に設けられたプラズマ処理用ガス導入手段、306は排気、307はプラズマ処理室301を大気側と分離する誘電体窓、308はマイクロ波を誘電体窓307を通してプラズマ処理室301に導入するためのスロット付平板型無終端環状導波管、309は庇状反射面である。
【0060】
誘電体窓307の材質は無水合成石英で、厚みは約16mmである。スロット付無終端環状導波管308は、内壁断面の寸法が約27mm×96mmであって、導波管の中心径が約302mm(周長4λg程度)である。スロット付無終端環状導波管308の材質は、マイクロ波の伝搬損失を抑えるため、すべてAlを用いている。スロット付無終端環状導波管308のH面即ち、導電性のスロット板320には、マイクロ波をプラズマ処理室301へ導入するためのスロット313が形成されている。スロットの形状は長さ約40mm、幅約4mmの矩形のものが2本直線上に不連続に、管内波長の1/2程度の間隔で放射状に形成されている。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とに依存するが、周波数約2.45GHzのマイクロ波と、上記の寸法の導波管とを用いた場合には約159mmである。使用したスロット付無終端環状導波管308では、スロットは約45度間隔で8組16個形成されている。スロット付無終端環状導波管308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。321はプラズマ検出素子である。
【0061】
ここで、庇状反射面309から被処理体支持体303上面までの距離は、約30.6mm、即ち、2.45GHzのマイクロ波の自然波長122.4mmの約1/4の値に設定してある。
【0062】
プラズマ処理は以下のようにして行う。排気系(不図示)を介してプラズマ処理室301内を真空排気する。続いて処理用ガスをプラズマ処理室301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プラズマ処理室301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、プラズマ処理室301内を所定の圧力に保持する。マイクロ波電源(不図示)より所望の電力を無終端環状導波管308を介してプラズマ処理室301内に供給する。カットオフ密度以上のプラズマが生成するまで基板方向へマイクロ波が伝播するが、庇状反射面309から被処理体支持体303上面までの距離がマイクロ波自然波長の約1/4に設定してあるので、マイクロ波の基板照射が抑制されその照射による損傷は低減する。この際、周辺から導入された処理用ガスは、発生した高密度プラズマにより励起・イオン化・反応して活性化し、支持体303上に固定して置かれた被処理体302の表面を処理する。
【0063】
(実施形態4)
本発明の実施形態4として溝状反射面を使用した例について図4を用いて説明する。401は円筒形状のプラズマ処理室、402は被処理体、403は被処理体402の支持体、404は基板温度調整手段、405はプラズマ処理室401の周辺に設けられたプラズマ処理用ガス導入手段、406は排気、407はプラズマ処理室401を大気側と分離する誘電体窓、408はマイクロ波を誘電体窓407を通してプラズマ処理室401に導入するためのスロット付平板型無終端環状導波管、409は溝状反射面である。
【0064】
誘電体窓407の材質は無水合成石英で、厚みは約16mmである。スロット付無終端環状導波管408は、内壁断面の寸法が約27mm×96mmであって、導波管の中心径が402mm程度(周長4λg程度)である。スロット付無終端環状導波管408の材質は、マイクロ波の伝搬損失を抑えるため、すべてAlを用いている。スロット付無終端環状導波管408のH面即ち、導電性のスロット板420には、マイクロ波をプラズマ処理室401へ導入するためのスロット413が形成されている。スロットの形状は長さ約40mm、幅約4mmの矩形のものが2本直線上に不連続に、管内波長の1/2程度の間隔で放射状に形成されている。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とに依存するが、周波数約2.45GHzのマイクロ波と、上記の寸法の導波管とを用いた場合には約159mmである。使用したスロット付無終端環状導波管408では、スロットは約45度間隔で8組16個形成されている。スロット付無終端環状導波管408には、4Eチューナ、方向性結合器、アイソレータ、約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。421はプラズマ検出素子である。
【0065】
ここで、溝状反射面409から被処理体支持体403上面までの間隔は、約30.6mm、即ち、2.45GHzのマイクロ波の自然波長122.4mmの約1/4の値に設定してある。
【0066】
プラズマ処理は以下のようにして行う。排気系(不図示)を介してプラズマ処理室401内を真空排気する。続いて処理用ガスをプラズマ処理室401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プラズマ処理室401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、プラズマ処理室401内を所定の圧力に保持する。マイクロ波電源(不図示)より所望の電力を無終端環状導波管408を介してプラズマ処理室401内に供給する。カットオフ密度以上のプラズマが生成するまで基板方向へマイクロ波が伝播するが、溝状反射面409から被処理体支持体403上面までの間隔がマイクロ波自然波長の約1/4に設定してあるので、マイクロ波の基板照射が抑制されその照射による損傷は低減する。この際、周辺から導入された処理用ガスは、発生した高密度プラズマにより励起・イオン化・反応して活性化し、支持体403上に固定して置かれた被処理体402の表面を処理する。
【0067】
(プラズマ処理例)
以下、上記の実施形態を用いて行ったプラズマ処理について具体的に説明するが、本発明の表面処理方法はこれらの例に限定されない。
【0068】
(処理例1)
図1に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、フォトレジストのアッシングを行った。
【0069】
被処理体102としては、層間SiO2膜をエッチングし、ビアホールを形成した直後のシリコン(Si)基板(φ約300mm)を使用した。まず、Si基板102を被処理体支持体103上に設置した後、ヒータ104を用いて約250℃まで加熱し、排気系(不図示)を介してプラズマ処理室101内を真空排気し、1.33×10-2Pa程度まで減圧させた。
【0070】
プラズマ処理用ガス導入口105を介して酸素ガスを2slm程度の流量でプラズマ処理室101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、処理室101内を1.995×102Pa程度に保持した。
【0071】
プラズマ処理室101内に、2.45GHzのマイクロ波電源より約2.5kWの電力をスロット付無終端環状導波管108を介して供給した。このようにして、プラズマ処理室101内にプラズマを発生させた。この時プラズマ検出素子121を用いて、プラズマ状態をモニタしながら処理を行い、フォトレジストの構成原子である炭素に因る波長の発光がある程度弱くなった時点でマイクロ波の供給を停止した。処理中、プラズマ処理用ガス導入口105を介して導入された酸素ガスはプラズマ処理室101内で励起、分解、反応して酸素原子となり、シリコン基板102の方向に移動し、基板102上のフォトレジストを酸化し、気化・除去された。アッシング後、ゲート絶縁破壊評価、アッシング速度と基板表面電荷密度などについて評価した。
【0072】
得られたアッシング速度の均一性は、±3.7%程度(約6.7μm/min)と極めて大きく、表面電荷密度も約0.4×1011cm-2と充分低い値を示し、ゲート絶縁破壊も観測されなかった。
【0073】
(処理例2)
図2に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、フォトレジストのアッシングを行った。
【0074】
被処理体202としては、層間SiO2膜をエッチングし、ビアホールを形成した直後のシリコン(Si)基板(φ12インチ程度)を使用した。まず、Si基板202を被処理体支持体203上に設置した後、ヒータ204を用いて約250℃まで加熱し、排気系(不図示)を介してプラズマ処理室201内を真空排気し、1.33×10-3Pa程度まで減圧させた。プラズマ処理用ガス導入口205を介して酸素ガスを2slm程度の流量でプラズマ処理室201内に導入した。
【0075】
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、処理室201内を2.66×102Pa程度に保持した。プラズマ処理室201内に、2.45GHzのマイクロ波電源より約2.5kWの電力をスロット付無終端環状導波管208を介して供給した。このようにして、プラズマ処理室201内にプラズマを発生させた。この時プラズマ検出素子221を用いて、プラズマ状態をモニタしながら処理を行い、フォトレジストの構成原子である炭素に因る波長の発光がある程度弱くなった時点でマイクロ波の供給を停止した。処理中、プラズマ処理用ガス導入口205を介して導入された酸素ガスはプラズマ処理室201内で励起、分解、反応して酸素原子となり、シリコン基板202の方向に移動し、基板202上のフォトレジストを酸化し、気化・除去された。アッシング後、ゲート絶縁評価、アッシング速度と基板表面電荷密度などについて評価した。
【0076】
得られたアッシング速度均一性は、±4.8%程度(約8.6μm/min)と極めて大きく、表面電荷密度も約1.2×1011cm-2と充分低い値を示し、ゲート絶縁破壊も観測されなかった。
【0077】
(処理例3)
図1に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、半導体素子保護用窒化シリコン膜の形成を行った。
【0078】
被処理体102としては、Al配線パターン(ラインアンドスペース約0.5μm)が形成された層間SiO2膜付きφ300mm程度のp型単結晶シリコン基板(面方位〈100〉,抵抗率約10Ωcm)を使用した。まず、シリコン基板102を被処理体支持台103上に設置した後、排気系(不図示)を介してプラズマ処理室101内を真空排気し、1.33×10-5Pa程度の値まで減圧させた。続いてヒータ104に通電し、シリコン基板102を300℃程度に加熱し、該基板をこの温度に保持した。プラズマ処理用ガス導入口105を介して窒素ガスを約600sccmの流量で、また、モノシランガスを200sccmの流量で処理室101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、処理室101内を2.66Pa程度に保持した。
【0079】
ついで、2.45GHzのマイクロ波電源(不図示)より約3.0kWの電力をスロット付無終端環状導波管108を介して供給した。このようにして、プラズマ処理室101内にプラズマを発生させた。この時プラズマ検出素子121を用いて、プラズマ状態をモニタしながら処理を行った。処理中、プラズマ処理用ガス導入口105を介して導入された窒素ガスはプラズマ処理室101内で励起、分解されて窒素原子となり、シリコン基板102の方向に移動し、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102上に1.0μm程度の厚さで形成した。成膜後、ゲート絶縁破壊評価、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。
【0080】
得られた窒化シリコン膜の成膜速度均一性は、±2.6%程度(約560nm/min)と極めて大きく、膜質も応力0.8×109dyne・cm-2程度(圧縮)、リーク電流1.2×10-10A・cm-2程度、絶縁耐圧10.3MV/cm程度の極めて良質な膜であることが確認され、ゲート絶縁破壊も観測されなかった。
【0081】
(処理例4)
図2に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、プラスチックレンズ反射防止用酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜の形成を行った。
【0082】
被処理体202としては、直径約50mmプラスチック凸レンズを使用した。レンズ202を被処理体支持台203上に設置した後、排気系(不図示)を介してプラズマ処理室201内を真空排気し、1.33×10-5Pa程度の値まで減圧させた。プラズマ処理用ガス導入口205を介して窒素ガスを約150sccmの流量で、また、モノシランガスを約70sccmの流量で処理室201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、処理室201内を6.55×10-1Pa程度に保持した。
【0083】
ついで、2.45GHzのマイクロ波電源(不図示)より約3.0kWの電力をスロット付無終端環状導波管203を介してプラズマ処理室201内に供給した。このようにして、プラズマ処理室201内にプラズマを発生させた。この際、プラズマ処理用ガス導入口205を介して導入された窒素ガスは、プラズマ処理室201内で励起、分解されて窒素原子などの活性種となり、レンズ202の方向に移動し、モノシランガスと反応し、窒化シリコン膜がレンズ202上に20nm程度の厚さで形成された。
【0084】
次に、プラズマ処理用ガス導入口205を介して酸素ガスを約200sccmの流量で、また、モノシランガスを約100sccmの流量で処理室201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、処理室201内を2.66×10-1Pa程度に保持した。ついで、2.45GHzのマイクロ波電源(不図示)より2.0kWの電力をスロット付無終端環状導波管208を介してプラズマ発生室201内に供給した。このようにして、プラズマ処理室201内にプラズマを発生させた。この際、プラズマ処理用ガス導入口205を介して導入された酸素ガスは、プラズマ処理室201内で励起、分解されて酸素原子などの活性種となり、ガラス基板202の方向に移動し、モノシランガスと反応し、酸化シリコン膜がガラス基板202上に85nm程度の厚さで形成された。成膜後、ゲート絶縁破壊評価、成膜速度、反射特性について評価した。
【0085】
得られた窒化シリコン膜及び酸化シリコン膜の成膜速度均一性はそれぞれ±2.7%程度(約370nm/min)、±2.8%程度(約410nm/min)と良好で、膜質も、500nm付近の反射率が約0.17%と極めて良好な光学特性であることが確認され、ゲート絶縁破壊も観測されなかった。
【0086】
(処理例5)
図1に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、半導体素子層間絶縁用酸化シリコン膜の形成を行った。
【0087】
被処理体102としては、最上部にAlパターン(ラインアンドスペース0.5μm程度)が形成されたφ300mm程度のp型単結晶シリコン基板(面方位〈100〉,抵抗率約10Ωcm)を使用した。まず、シリコン基板102を被処理体支持体103上に設置した。排気系(不図示)を介してプラズマ処理室101内を真空排気し、1.33×10-5Pa程度の値まで減圧させた。続いてヒータ104に通電し、シリコン基板102を300℃に加熱し、該基板をこの温度に保持した。プラズマ処理用ガス導入口105を介して酸素ガスを約400sccmの流量で、また、モノシランガスを約200sccmの流量で処理室101内に導入した。
【0088】
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、プラズマ処理室101内を2.66Pa程度に保持した。ついで、約2MHzの高周波印加手段を介して300W程度の電力を基板支持体102に印加するとともに、2.45GHzのマイクロ波電源より約2.5kWの電力をスロット付無終端環状導波管103を介してプラズマ処理室101内に供給した。
【0089】
このようにして、プラズマ処理室101内にプラズマを発生させた。プラズマ処理用ガス導入口105を介して導入された酸素ガスはプラズマ処理室101内で励起、分解されて活性種となり、シリコン基板102の方向に移動し、モノシランガスと反応し、酸化シリコン膜がシリコン基板102上に0.8μm程度の厚さで形成された。この時、イオン種はRFバイアスにより加速されて基板に入射しパターン上の膜を削り平坦性を向上させる。処理後、成膜速度、均一性、絶縁耐圧、及び段差被覆性について評価した。段差被覆性は、Al配線パターン上に成膜した酸化シリコン膜の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観測し、ボイドを観測することにより評価した。
【0090】
得られた酸化シリコン膜の成膜速度均一性は±2.8%程度(約310nm/min)と良好で、膜質も絶縁耐圧9.1MV/cm程度、ボイドフリーであって良質な膜であることが確認され、ゲート絶縁破壊も観測されなかった。
【0091】
(処理例6)
図2に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、半導体素子層間SiO2膜のエッチングを行った。
【0092】
被処理体202としては、Alパターン(ラインアンドスペース0.35μm程度)上に約1μm厚の層間SiO2膜が形成されたφ300mm程度のp型単結晶シリコン基板(面方位〈100〉,抵抗率10Ωcm程度)を使用した。まず、シリコン基板202を被処理体支持台203上に設置した後、排気系(不図示)を介してエッチング室201内を真空排気し、1.33×10-5Pa程度の値まで減圧させた。プラズマ処理用ガス導入口205を介してC48を約80sccm、Arを約120sccm、O2を40sccm程度の流量でプラズマ処理室201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、プラズマ処理室201内を6.65×10-1Paの圧力に保持した。
【0093】
ついで、約2MHzの高周波印加手段を介して約280Wの電力を基板支持体202に印加するとともに、2.45GHzのマイクロ波電源より約3.0kWの電力をスロット付無終端環状導波管203を介してプラズマ処理室201内に供給した。このようにして、プラズマ処理室201内にプラズマを発生させた。この時プラズマ検出素子221を用いて、プラズマ状態をモニタしながら処理を行い、酸化シリコンの構成原子に因る発光の変化を検出してマイクロ波の供給を停止した。プラズマ処理用ガス導入口205を介して導入されたC48ガスはプラズマ処理室201内で励起、分解されて活性種となり、シリコン基板202の方向に移動し、自己バイアスによって加速されたイオンによって層間SiO2膜がエッチングされた。静電チャック付クーラ207により基板温度は30℃程度までしか上昇しなかった。エッチング後、ゲート絶縁破壊評価、エッチング速度、選択比、及びエッチング形状について評価した。エッチング形状は、エッチングされた酸化シリコン膜の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観測し、評価した。
【0094】
エッチング速度均一性と対ポリシリコン選択比は±2.4%程度(約720nm/min)、20と良好で、エッチング形状もほぼ垂直で、マイクロローディング効果も少ないことが確認され、ゲート絶縁破壊も観測されなかった。
【0095】
(処理例7)
図1に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、半導体素子ゲート電極間ポリシリコン膜のエッチングを行った。
【0096】
被処理体102としては、最上部にポリシリコン膜が形成されたφ300mm程度のp型単結晶シリコン基板(面方位〈100〉,抵抗率約10Ωcm)を使用した。まず、シリコン基板102を被処理体支持台103上に設置した後、排気系(不図示)を介してプラズマ処理室101内を真空排気し、1.33×10-5Pa程度の値まで減圧させた。プラズマ処理用ガス導入口105を介してCF4ガスを約300sccm、酸素を約20sccmの流量でプラズマ処理室101内に導入した。
【0097】
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、プラズマ処理室101内を2.66×10-1Pa程度の圧力に保持した。ついで、2MHzの高周波電源(不図示)からの高周波電力約300Wを基板支持体103に印加するとともに、2.45GHzのマイクロ波電源より約2.0kWの電力をスロット付無終端環状導波管103を介してプラズマ処理室101内に供給した。
【0098】
このようにして、プラズマ処理室101内にプラズマを発生させた。この時プラズマ検出素子121を用いて、プラズマ状態をモニタしながら処理を行い、シリコンに因る発光の変化を検出してマイクロ波の供給を停止した。プラズマ処理用ガス導入口105を介して導入されたCF4ガス及び酸素はプラズマ処理室101内で励起、分解されて活性種となり、シリコン基板102の方向に移動し、自己バイアスにより加速されたイオンによりポリシリコン膜がエッチングされた。静電チャック付クーラ104により、基板温度は30℃程度までしか上昇しなかった。エッチング後、ゲート絶縁破壊評価、エッチング速度、選択比、及びエッチング形状について評価した。エッチング形状は、エッチングされたポリシリコン膜の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観測し、評価した。
【0099】
エッチング速度均一性と対SiO2選択比はそれぞれ±2.9%程度(約820nm/min)、22と良好で、エッチング形状も垂直で、マイクロローディング効果も少ないことが確認され、ゲート絶縁破壊も観測されなかった。
【0100】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被処理体の表面とマイクロ波導波管のプラズマ処理室側の面との距離をマイクロ波換算波長で4分の奇数倍とし、プラズマ処理室に導入されるマイクロ波と、被処理体の被処理面で反射するマイクロ波が弱め合う構成としたので、放電の初期においても、被処理体表面へのマイクロ波の照射を低減し、その照射による損傷を抑制できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のプラズマ処理装置の一例を示す模式図である。
【図2】本発明の一実施形態である下面反射面を用いた例を示す模式図である。
【図3】本発明の一実施形態である庇状反射面を用いた例を示す模式図である。
【図4】本発明の一実施形態である溝状反射面を用いた例を示す模式図である。
【図5】従来例を示す模式図である。
【符号の説明】
101、201、301、401、901 プラズマ処理室
102、202、302、402、902 被処理体
103、203、303、403、903 被処理体支持体
104、204、304、404、904 基板温度調整手段
105、205、305、405、905 処理用ガス導入手段
106、206、306、406、906 排気
107、207、307、407、907 誘電体窓
108、208、308,408、908 スロット付き無終端環状導波管
109、209、309、409 反射手段
111、911 E分岐
112、912 管内定在波
113、913 スロット
114、914 表面波
115、915 表面定在波
116、916 表面プラズマ
117、917 バルクプラズマ
120、220、320、420 スロット板
121、221、321、421 プラズマ検出素子
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma processing apparatus that performs processing by generating plasma using a microwave and a method for manufacturing a structure.
[0002]
[Prior art]
Plasma processing equipment that uses microwaves as an excitation source for plasma generation includes CVD equipment, etching equipment, ashing equipment, etc. used in manufacturing processes for optical parts, LSIs, flat panel displays, micromechanics, and other structures. It has been known.
[0003]
For example, CVD using such a so-called microwave plasma CVD apparatus is performed as follows. That is, a gas for plasma generation is introduced into the plasma generation chamber and the film formation chamber of the microwave plasma CVD apparatus, and at the same time, microwave energy is introduced to generate plasma in the plasma generation chamber to excite and decompose the gas. A deposited film is formed on the object to be processed disposed in the film chamber.
[0004]
Moreover, the etching process of the to-be-processed object which uses what is called a microwave plasma etching apparatus is performed as follows, for example. That is, an etchant gas is introduced into the processing chamber of the apparatus, and at the same time, microwave energy is injected to excite and decompose the etchant gas to generate plasma in the processing chamber. The surface of the treatment body is etched.
[0005]
Moreover, the ashing process of the to-be-processed object which uses what is called a microwave plasma ashing apparatus is performed as follows, for example. That is, an ashing gas is introduced into the processing chamber of the apparatus, and at the same time, microwave energy is injected to excite and decompose the ashing gas to generate plasma in the processing chamber, thereby causing the object to be disposed in the processing chamber. Ashing the surface of the treated body.
[0006]
In plasma processing equipment that generates plasma using microwaves, microwaves are used as a gas excitation source, so electrons can be accelerated by an electric field with a high frequency, and gas molecules can be efficiently ionized and excited. Can do. Therefore, the plasma processing apparatus using microwaves has the advantages of high gas ionization efficiency, excitation efficiency and decomposition efficiency, can form a high-density plasma relatively easily, and can perform high-quality processing at low temperature and high speed. Have.
[0007]
In addition, since the microwave has a property of transmitting through the dielectric, the plasma processing apparatus can be configured as an electrodeless discharge type, and there is also an advantage that highly clean plasma processing can be performed.
[0008]
In order to further increase the speed of such a microwave plasma processing apparatus, a plasma processing apparatus using electron cyclotron resonance (ECR) has been put into practical use. In the ECR, when the magnetic flux density is 87.5 mT, the electron cyclotron frequency at which the electrons rotate around the magnetic field lines matches the general microwave frequency of 2.45 GHz, and the electrons absorb the microwaves resonantly. This is a phenomenon in which high-density plasma is generated by acceleration.
[0009]
Apart from this, as an example of a microwave plasma processing apparatus, an apparatus using an endless annular waveguide in which a plurality of slots are formed has recently been proposed as an apparatus for uniformly and efficiently introducing microwaves. (Unexamined-Japanese-Patent No. 5-345882, Unexamined-Japanese-Patent No. 10-233295). FIG. 5A shows this microwave plasma processing apparatus, and FIG. 5B shows the plasma generation mechanism. 901 is a plasma processing chamber, 902 is an object to be processed, 903 is a support for the object to be processed 902, 904 is a substrate temperature adjusting means, 905 is a gas introduction means for plasma processing provided around the plasma processing chamber 901, and 906 is Exhaust, 907 is a flat dielectric window that separates the plasma processing chamber 901 from the atmosphere side, 908 is a slotless endless annular waveguide for introducing microwaves into the plasma processing chamber 901 through the dielectric window 907, and 911 E branch for distributing microwaves to the left and right, 912 is a standing wave generated inside the endless annular waveguide 908, 913 is a slot, 914 is a surface wave propagating on the surface of the dielectric window 907, and 915 is introduced from an adjacent slot Surface standing wave generated by interference between the generated surface waves, 916 is a surface plasma generated by the surface standing wave 915, and 917 is a surface plasma 916. A bulk plasma generated by diffusion.
[0010]
The plasma treatment using the above apparatus is performed as follows. The plasma processing chamber 901 is evacuated through an exhaust system (not shown). Subsequently, a processing gas is introduced into the plasma processing chamber 901 at a predetermined flow rate through a gas introduction means 905 provided around the plasma processing chamber 901. Next, a conductance valve (not shown) provided in the exhaust system (not shown) is adjusted to maintain the plasma processing chamber 901 at a predetermined pressure. A desired power is supplied from a microwave power source (not shown) into the plasma processing chamber 901 through an endless annular waveguide 908. At this time, the microwaves introduced into the endless annular waveguide 908 are distributed into the left and right by the E branch 911 and propagate with a longer in-tube wavelength than the free space. The distributed microwaves interfere with each other, and a standing wave “antinode” occurs every half of the guide wavelength.
[0011]
An initial high-density plasma is generated in the vicinity of the slot 913 by the microwave introduced through the dielectric window 907 through the slot 913 provided so as to cross the surface current and introduced into the plasma processing chamber 901. In this state, the microwave incident on the interface between the dielectric window 907 and the initial high-density plasma cannot propagate through the initial high-density plasma, and propagates as the surface wave 914 through the interface between the dielectric window 907 and the initial high-density plasma. To do.
[0012]
Surface waves 914 introduced from adjacent slots interfere with each other to generate a surface standing wave 915 having an “antinode” for every half of the wavelength of the surface wave 914. A surface plasma 916 is generated by the surface standing wave 915. Further, bulk plasma 917 is generated by the diffusion of the surface plasma 916. The processing gas is excited by the generated surface wave interference plasma and processes the surface of the object to be processed 902 fixed and placed on the support 903.
[0013]
By using such a microwave plasma processing apparatus, an electron density of 10% with a uniformity of within ± 3% in a large-diameter space having a diameter of about 300 mm with a microwave power of 1 kW or more. 12 cm -3 As described above, since a high-density low-potential plasma having an electron temperature of 3 eV or less and a plasma potential of 15 V or less can be generated, the gas can be sufficiently reacted and supplied to the object to be processed, and the substrate surface damage due to incident ions can be reduced. High quality, uniform and high speed processing is possible even at low temperatures.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the plasma processing is performed using the microwave plasma processing apparatus as described above, if the plasma having a cutoff density or higher is generated, the propagation of the microwave toward the object to be processed is suppressed. When the initial non-occurrence and low density, the microwave propagates to the object to be processed, and damage due to the microwave irradiation may occur.
[0015]
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of reducing microwave irradiation to a substrate and suppressing irradiation damage even in the initial stage of discharge.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a plasma processing apparatus for performing plasma processing by introducing a microwave into a plasma processing chamber via a microwave waveguide and generating plasma in the plasma processing chamber. The microwave conversion distance between the surface of the object to be processed and the microwave waveguide is an odd multiple of about a quarter of the natural wavelength.
[0017]
Further, the present invention provides a plasma processing apparatus that exhausts a substantially cylindrical plasma processing chamber by an exhaust means, introduces microwaves into the plasma processing chamber via a microwave introduction tube, and generates plasma in the plasma processing chamber. And a microwave reflecting means for reflecting the microwave reflected by the surface of the object to be processed at a position which is an odd multiple of the natural wavelength of the microwave at a microwave conversion distance from the surface of the object to be processed. It is characterized by providing.
[0018]
Furthermore, the present invention provides a high frequency emission slot formed in the high frequency supply device in a plasma processing apparatus for introducing a high frequency into the plasma processing chamber via a high frequency supply device and generating plasma in the plasma processing chamber. And a plasma detection element for detecting plasma. The slot is preferably provided in a slot plate arranged in parallel with the surface to be processed of the object to be processed, and the control for stopping the supply of microwaves based on the detection result of the plasma detection element. It is good to further have an apparatus.
[0019]
In addition, the present invention is characterized in that in the structure manufacturing method including the step of plasma processing the surface of the substrate on which the structure is to be formed, the plasma processing is performed using the plasma processing apparatus described above.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the basic concept of the present invention will be described with reference to FIG. 101 is a plasma processing chamber whose inner wall is substantially cylindrical, 102 is an object to be processed, 103 is a support for the object to be processed 102, 104 is a substrate temperature adjusting means, and 105 is for plasma processing provided around the plasma processing chamber 101. Gas introduction means 106, exhaust, 107 a dielectric window that separates the plasma processing chamber 101 from the atmosphere side, 108 a high frequency supply device for introducing microwaves as high frequency into the plasma processing chamber 101 through the dielectric window 107 , A slotless endless annular waveguide, 109 a microwave reflecting member serving as a microwave reflecting means, 111 an E branch for distributing the microwave to the left and right, and 112 a standing wave generated inside the endless annular waveguide. 113 is a slot, 114 is a surface wave that propagates through the surface of the dielectric window 107 through the slot 113, and 115 is guided from the adjacent slot 113. Surface waves 114 surface standing wave produced by interference between, 116 surface plasma caused by the surface standing waves 115, 117 is a bulk plasma caused by the diffusion of the surface plasma. Reference numeral 121 denotes a plasma detecting element including a light receiving element provided above an arbitrary slot 113, and a conductive upper wall constituting the detection light transmitting dielectric window 107, the slot 113, and the endless annular waveguide 108. The plasma light is monitored through the through-hole formed in. The detection element 121 is connected to a control device (not shown), and the processing state can be controlled by observing the plasma in situ. For example, the detection element 121 can be used as a malfunction detection monitor that detects malfunction such as non-plasma generation or an endpoint monitor for properly terminating the plasma processing. The microwave reflection member 109 has a microwave conversion interval between the upper surface of the workpiece support 103 and the lower surface of the endless annular waveguide 108 (that is, the lower surface of the conductive slot plate 120 in which the slot 113 is formed). If it is an odd multiple of a quarter of the wavelength, it need not be used.
[0021]
The plasma treatment is performed as follows. The plasma processing chamber 101 is evacuated through an exhaust system (not shown). Subsequently, a processing gas is introduced into the plasma processing chamber 101 at a predetermined flow rate through a gas introduction means 105 provided around the plasma processing chamber 101. Next, a conductance valve (not shown) provided in the exhaust system (not shown) is adjusted to maintain the plasma processing chamber 101 at a predetermined pressure. A desired power is supplied from a microwave power source (not shown) into the plasma processing chamber 101 through the endless annular waveguide 108. At this time, the microwave introduced into the endless annular waveguide 108 is distributed to the left and right by the E branch 111 and propagates with an in-tube wavelength longer than the free space. The distributed microwaves interfere with each other to generate a standing wave 112 having an “antinode” for every half of the guide wavelength. A microwave is introduced into the plasma processing chamber 101 through the dielectric window 107 through the slot 113 provided so as to cross the surface current.
[0022]
At this time, the microwave propagates in the direction of the object to be processed 102 until plasma having a cutoff density or higher is generated, but the microwave conversion interval between the upper surface of the object to be processed 103 and the lower surface of the endless annular waveguide 108. Is set to an odd multiple of about 4 times the natural wavelength of the microwave, or the microwave is reflected from the surface 103 of the object to be processed toward the target object support 103 at an odd multiple of the natural wavelength of about 4 minutes. If the microwave reflecting means 109 is formed, the object that is directed toward the object to be processed 102 and the object that is reflected by the object to be processed 102 interfere with each other and weaken each other. Wave excitation can be suppressed. Thereby, the microwave irradiation to the to-be-processed object 102 can be reduced.
[0023]
An initial high-density plasma is generated near the slot 113 by the microwave introduced into the plasma processing chamber 101. In this state, the microwave incident on the interface between the dielectric window 107 and the initial high-density plasma cannot propagate in the initial high-density plasma, and propagates as the surface wave 114 through the interface between the dielectric window 107 and the initial high-density plasma. To do.
[0024]
The surface waves 114 introduced from adjacent slots interfere with each other to generate a surface standing wave 115 having an “antinode” about every half of the wavelength of the surface wave 114. A surface plasma 116 is generated by the surface standing wave 115. Further, the bulk plasma 117 is generated by the diffusion of the surface plasma 116. The processing gas is excited by the generated surface wave interference plasma and processes the surface of the target object 102 placed on the support 103 in a fixed manner.
[0025]
Since the plasma state can be monitored by the detection element 121, if a desired plasma is not generated even after a predetermined time has elapsed after the microwave supply is started, the supply of the microwave is stopped based on the monitoring result. Thus, the processing operation can be interrupted. Even in such a case, microwave damage to the object to be processed can be prevented. In particular, when the detection element is arranged at the above-described position, plasma in the vicinity of the slot 113, which is a source of microwaves supplied into the processing chamber, can be observed, so that more accurate plasma observation can be performed. Since there are a plurality of slots, the detection elements 121 may be provided at the positions of two or more slots.
[0026]
In addition, when performing processing such as etching and ashing, depending on the atoms constituting the surface to be processed, the light emission state of the plasma may change around the end of the desired processing. Thus, the processing can be terminated by stopping the supply of the microwave.
[0027]
The microwave conversion distance from the upper surface of the workpiece support 103 to the lower surface of the endless annular waveguide 108 is an equivalent thickness obtained by multiplying the actual thickness by the square root of the relative dielectric constant of each material with respect to the frequency of the introduced microwave. Are totaled for each material. The frequency of the microwave is usually about 300 MHz to about 3 THz, but the frequency used in the embodiment is particularly effective about 1 to 10 GHz where the wavelength is about the same as the reactor size.
[0028]
The microwave reflection means can be applied as long as it has a reflection structure toward the workpiece support 103 having an area of about 5% or more of the cross-sectional area of the plasma processing chamber 101, and even a simple reflection surface protrudes like a bowl. It may be a structure having a hole diameter of about 1/8 or less of the natural wavelength of the microwave.
[0029]
The material of the dielectric window 109 can be applied as long as it has sufficient mechanical strength and has a small dielectric defect so that the microwave transmittance is sufficiently high. For example, quartz, alumina, sapphire, aluminum nitride, fluoride Carbon polymer and the like are applicable.
[0030]
The material of the slotted endless annular waveguide 108 and the slot plate 120 constituting the high-frequency feeder can be used as long as it is a conductor, but in order to suppress the microwave propagation loss as much as possible, Al having high conductivity, Cu, Ag / Cu plated SUS, etc. are optimal. The direction of the inlet of the slotted endless annular waveguide 108 is parallel to the H plane as long as the microwave can be efficiently introduced into the microwave propagation space in the slotted endless annular waveguide 108. Even in the tangential direction of the space, it may be distributed in the horizontal direction of the propagation space at the introduction portion in the direction perpendicular to the H plane.
[0031]
The slot shape of the slotted endless annular waveguide 108 may be rectangular, elliptical, or arrayed as long as the length in the direction perpendicular to the microwave propagation direction is about ¼ of the guide wavelength. The slot spacing of the slotted endless annular waveguide 108 used in the embodiment is optimally ½ of the guide wavelength so that the electric field across the slot is strengthened by interference.
[0032]
Further, a magnetic field generating means may be used to perform processing under a lower pressure. As the magnetic field used, any magnetic field that is perpendicular to the electric field generated in the width direction of the slot is applicable. As the magnetic field generating means, a permanent magnet can be used in addition to the coil. When using a coil, other cooling means such as a water cooling mechanism or air cooling may be used to prevent overheating.
[0033]
Moreover, you may irradiate the to-be-processed object surface for the quality improvement of a process. As the light source, any light source that emits light absorbed by the object to be processed or the gas attached to the object to be processed is applicable, and an excimer laser, an excimer lamp, a rare gas resonance line lamp, a low-pressure mercury lamp, etc. are suitable. .
[0034]
The pressure in the plasma processing chamber is 1.33 × 10 -2 From about Pa to 13.3 × 10 2 The range of about Pa, more preferably about 1.33 Pa to 6.65 × 10 2 A range of about Pa is appropriate.
[0035]
The formation of the deposited film can be achieved by appropriately selecting the gas to be used. Three N Four , SiO 2 , SiOF, Ta 2 O Five TiO 2 TiN, Al 2 O Three , AlN, MgF 2 It is possible to efficiently form various deposited films such as an insulating film such as a semiconductor film such as a-Si, poly-Si, SiC, and GaAs, and a metal film such as Al, W, Mo, Ti, and Ta. .
[0036]
The object to be processed 102 for manufacturing the structure may be a semiconductor, a conductive material, or an electrically insulating material.
[0037]
Examples of the conductive object include metals such as Fe, Ni, Cr, Al, Mo, Au, Nb, Ta, V, Ti, Pt, and Pb, or alloys thereof, such as brass and stainless steel.
[0038]
As an insulating object, SiO 2 Quartz, glass, Si Three N Four , NaCl, KCl, LiF, CaF 2 , BaF 2 , Al 2 O Three Inorganic films such as AlN, MgO, polyethylene, polyester, polycarbonate, cellulose acetate, polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polystyrene, polyamide, polyimide, and other organic films and sheets.
[0039]
The direction of the gas introduction means 105 is such that the gas flows through the plasma region generated in the vicinity of the dielectric window 108 and then sufficiently supplied to the vicinity of the center, and then flows on the substrate surface from the center toward the periphery. It is optimal to have a structure in which gas can be blown toward the surface.
[0040]
As a gas used when forming a thin film on a substrate by a CVD method, a known gas can be used.
[0041]
A source gas containing Si atoms introduced into the plasma processing chamber 101 via the processing gas introducing means 105 when forming a Si-based semiconductor thin film such as a-Si, poly-Si, SiC, etc. is SiH. Four , Si 2 H 6 Inorganic silanes such as tetraethylsilane (TES), tetramethylsilane (TMS), dimethylsilane (DMS), dimethyldifluorosilane (DMDFS), dimethyldichlorosilane (DMDCS), etc., SiF Four , Si 2 F 6 , Si Three F 8 , SiHF Three , SiH 2 F 2 , SiCl Four , Si 2 Cl 6 , SiHCl Three , SiH 2 Cl 2 , SiH Three Cl, SiCl 2 F 2 And halogenated silanes such as those that are in a gas state at normal temperature and pressure, or those that can be easily gasified. In addition, as an additive gas or carrier gas that may be introduced by mixing with the Si source gas in this case, H 2 , He, Ne, Ar, Kr, Xe, and Rn.
[0042]
Si Three N Four , SiO 2 As a raw material containing Si atoms introduced through the processing gas introduction means 105 when forming a Si compound-based thin film such as SiH, SiH Four , Si 2 H 6 Inorganic silanes such as tetraethoxysilane (TEOS), tetramethoxysilane (TMOS), octamethylcyclotetrasilane (OMCTS), dimethyldifluorosilane (DMDFS), dimethyldichlorosilane (DMDCS), etc., SiF Four , Si 2 F 6 , Si Three F 8 , SiHF Three , SiH 2 F 2 , SiCl Four , Si 2 Cl 6 , SiHCl Three , SiH 2 Cl 2 , SiH Three Cl, SiCl 2 F 2 And halogenated silanes such as those that are in a gas state at normal temperature and pressure, or those that can be easily gasified. In this case, the nitrogen source gas or oxygen source gas introduced at the same time is N 2 , NH Three , N 2 H Four , Hexamethyldisilazane (HMDS), O 2 , O Three , H 2 O, NO, N 2 O, NO 2 Etc.
[0043]
As raw materials containing metal atoms introduced through the processing gas introduction means 105 when forming a metal thin film such as Al, W, Mo, Ti, Ta, etc., trimethylaluminum (TMAl), triethylaluminum (TEAl), Triisobutylaluminum (TIBAl), dimethylaluminum hydride (DMAlH), tungsten carbonyl (W (CO) 6 ), Molybdenum carbonyl (Mo (CO) 6 ), Organic metals such as trimethylgallium (TMGa), triethylgallium (TEGa), tetraisopropoxytitanium (TIPOTi), pentaethoxytantalum (PEOTa), AlCl Three , WF 6 TiCl Three , TaCl Five And metal halides. In addition, as an additive gas or carrier gas that may be introduced by mixing with the Si source gas in this case, H 2 , He, Ne, Ar, Kr, Xe, and Rn.
[0044]
Al 2 O Three , AlN, Ta 2 O Five TiO 2 , TiN, WO Three Examples of raw materials containing metal atoms introduced through the processing gas introduction means 105 when forming a metal compound thin film such as trimethylaluminum (TMAl), triethylaluminum (TEAl), triisobutylaluminum (TIBAl), dimethyl Aluminum hydride (DMAlH), tungsten carbonyl (W (CO) 6), molybdenum carbonyl (Mo (CO) 6 ), Organic metals such as trimethylgallium (TMGa), triethylgallium (TEGa), tetraisopropoxytitanium (TIPOTi), pentaethoxytantalum (PEOTa), AlCl Three , WF 6 TiCl Three , TaCl Five And metal halides. In this case, the oxygen source gas or the nitrogen source gas introduced simultaneously is O 2 , O Three , H 2 O, NO, N 2 O, NO 2 , N 2 , NH Three , N 2 H Four , Hexamethyldisilazane (HMDS) and the like.
[0045]
The etching gas introduced from the processing gas inlet 105 when etching the surface of the object to be processed is F 2 , CF Four , CH 2 F 2 , C 2 F 6 , C Three F 8 , C Four F 8 , CF 2 Cl 2 , SF 6 , NF Three , Cl 2 , CCl Four , CH 2 Cl 2 , C 2 Cl 6 Etc.
[0046]
As an ashing gas introduced from the processing gas inlet 105 when ashing and removing organic components on the surface of the object to be processed such as a photoresist, 2 , O Three , H 2 O, NO, N 2 O, NO 2 , H 2 Etc.
[0047]
When surface modification is performed, by appropriately selecting the gas to be used, for example, Si, Al, Ti, Zn, Ta, etc. are used as the object to be processed or the surface layer. Treatment or nitridation treatment, doping treatment of B, As, P, etc. can be performed. Furthermore, the film forming technique employed can be applied to a cleaning method. In that case, it can also be used for cleaning oxides, organic substances, heavy metals, and the like.
[0048]
As an oxidizing gas introduced through the processing gas inlet 105 when an object to be processed is subjected to an oxidation surface treatment, an oxidizing gas is used. 2 , O Three , H 2 O, NO, N 2 O, NO 2 Etc. Further, as the nitriding gas introduced through the processing gas inlet 115 when the object to be treated is nitrided, N.sub. 2 , NH Three , N 2 H Four , Hexamethyldisilazane (HMDS) and the like.
[0049]
The cleaning / ashing gas introduced from the gas inlet 105 when the organic substance on the surface of the object to be processed is cleaned or the organic component on the surface of the object to be processed, such as a photoresist, is removed by ashing. 2 , O Three , H 2 O, NO, N 2 O, NO 2 , H 2 Etc. Further, as a cleaning gas introduced from the plasma generating gas inlet when cleaning the inorganic substance on the surface of the object to be processed, F 2 , CF Four , CH 2 F 2 , C 2 F 6 , C Four F 8 , CF 2 Cl 2 , SF 6 , NF Three Etc.
[0050]
Hereinafter, although the plasma processing apparatus concerning this invention is described by embodiment, this invention is not limited to the following embodiment.
[0051]
(Embodiment 1)
An example in which a reflecting structure is not used and a quartz window is used will be described with reference to FIG. 1 as Embodiment 1 of the present invention. 101 is a substantially cylindrical plasma processing chamber, 102 is an object to be processed, 103 is a support for the object to be processed 102, 104 is a substrate temperature adjusting means, and 105 is a gas for plasma processing provided around the plasma processing chamber 101. Means 106 is exhaust, 107 is a dielectric window for separating the plasma processing chamber 101 from the atmosphere side, and 108 is a slotted endless annular waveguide for introducing microwaves into the plasma processing chamber 101 through the dielectric window 107. Yes, here it is an assembly having a slot plate 120.
[0052]
The dielectric window 107 is made of anhydrous synthetic quartz, has a thickness of about 16 mm, and has a relative dielectric constant of 3.8 at an introduced microwave frequency of 2.45 GHz. The slotted endless annular waveguide 108 has an inner wall cross-sectional dimension of approximately 27 mm × 96 mm, and the center diameter of the waveguide is approximately 202 mm (circumferential length 4λg). Al is used as the material for the slotted endless annular waveguide 108 in order to suppress microwave propagation loss. A slot for introducing a microwave into the plasma processing chamber 101 is formed on the H surface of the slotted endless annular waveguide 108. The slot has a rectangular shape having a length of about 40 mm and a width of about 4 mm, and is formed discontinuously on two straight lines and radially at intervals of about ½ of the guide wavelength. The guide wavelength depends on the frequency of the introduced microwave and the size of the cross section of the waveguide, but when a microwave having a frequency of about 2.45 GHz and a waveguide having the above dimensions are used. About 159 mm. In the slotted endless annular waveguide 108 used, eight sets of 16 slots are formed at intervals of about 45 degrees. To the slotted endless annular waveguide 108, a 4E tuner, a directional coupler, an isolator, and a microwave power source (not shown) that generates a microwave having a frequency of about 2.45 GHz are sequentially connected.
[0053]
Here, the microwave conversion interval from the lower surface of the endless annular waveguide 108 to the upper surface of the workpiece support 103 is:
(1) Air gap from the bottom surface of endless annular waveguide 108 to the top surface of quartz window 107
Actual thickness of about 1 mm x square root of relative dielectric constant 1 = equivalent thickness of about 1 mm
(2) Quartz window 107
Actual thickness of about 16 mm x square root of relative dielectric constant 1.95 = equivalent thickness of about 31.2 mm
(3) Vacuum from the lower surface of the quartz window 107 to the upper surface of the workpiece support 103
Actual thickness about 120.8mm x square root of relative dielectric constant 1 = equivalent thickness about 120.8mm
Is about 153 mm, that is, about 5/4 times the natural wavelength 122.4 mm of the microwave of 2.45 GHz.
[0054]
The plasma treatment is performed as follows. The plasma processing chamber 101 is evacuated through an exhaust system (not shown). Subsequently, a processing gas is introduced into the plasma processing chamber 101 at a predetermined flow rate through a gas introduction means 105 provided around the plasma processing chamber 101. Next, a conductance valve (not shown) provided in the exhaust system (not shown) is adjusted to maintain the plasma processing chamber 101 at a predetermined pressure. A desired power is supplied from a microwave power source (not shown) into the plasma processing chamber 101 through the endless annular waveguide 108. The microwave propagates in the direction of the substrate until plasma having a cutoff density or higher is generated. The microwave conversion distance between the lower surface of the endless annular waveguide 108 and the upper surface of the workpiece support 103 is a microwave natural wavelength. Since it is an odd multiple of four, the microwave substrate irradiation is suppressed, and damage caused by the irradiation is reduced. At this time, the processing gas introduced from the periphery is activated by being excited, ionized, and reacted by the generated high-density plasma, and processes the surface of the target object 102 placed on the support 103 in a fixed manner.
[0055]
(Embodiment 2)
An example in which a lower reflective surface is used as Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. 201 is a cylindrical plasma processing chamber, 202 is an object to be processed, 203 is a support for the object to be processed 202, 204 is a substrate temperature adjusting means, and 205 is a gas introduction means for plasma processing provided around the plasma processing chamber 201. , 206 is exhaust, 207 is a dielectric window that separates the plasma processing chamber 201 from the atmosphere side, and 208 is a slotted flat plate type endless annular waveguide for introducing microwaves into the plasma processing chamber 201 through the dielectric window 207. , 209 are lower surface reflecting surfaces.
[0056]
The dielectric window 207 is made of anhydrous synthetic quartz and has a thickness of about 16 mm. The slotted endless annular waveguide 208 has an inner wall cross-sectional dimension of about 27 mm × 96 mm, and the center diameter of the waveguide is about 202 mm (around 4λg circumference). Al is used for the material of the slotted endless annular waveguide 208 in order to suppress microwave propagation loss. A slot 213 for introducing a microwave into the plasma processing chamber 201 is formed in the H surface of the slotted endless annular waveguide 208, that is, the conductive slot plate 220. The slot has a rectangular shape with a length of about 40 mm and a width of about 4 mm, and is formed discontinuously on two straight lines and radially at ½ intervals of the guide wavelength. The guide wavelength depends on the frequency of the microwave to be used and the size of the cross section of the waveguide. However, when a microwave having a frequency of about 2.45 GHz and a waveguide having the above dimensions are used, the guide wavelength is about 159 mm. In the slotted endless annular waveguide 208 used, 16 sets of 8 slots are formed at intervals of about 45 degrees. To the slotted endless annular waveguide 208, a 4E tuner, a directional coupler, an isolator, and a microwave power source (not shown) having a frequency of 2.45 GHz are sequentially connected. Reference numeral 221 denotes a plasma detection element.
[0057]
Here, the distance from the lower surface reflecting surface 209 to the upper surface of the workpiece support 203 is set to about 30.6 mm, that is, about 1/4 of the natural wavelength 122.4 mm of the microwave of 2.45 GHz. is there.
[0058]
The plasma treatment is performed as follows. The plasma processing chamber 201 is evacuated through an exhaust system (not shown). Subsequently, a processing gas is introduced into the plasma processing chamber 201 at a predetermined flow rate through a gas introduction unit 205 provided around the plasma processing chamber 201. Next, a conductance valve (not shown) provided in the exhaust system (not shown) is adjusted to keep the inside of the plasma processing chamber 201 at a predetermined pressure. A desired power is supplied from a microwave power source (not shown) into the plasma processing chamber 201 via the endless annular waveguide 208. Microwaves propagate in the direction of the substrate until plasma having a cutoff density or higher is generated. However, since the distance from the lower surface reflecting surface 209 to the upper surface of the workpiece support 203 is about 1/4 of the microwave natural wavelength, Wave substrate irradiation is suppressed and damage caused by the irradiation is reduced. At this time, the processing gas introduced from the periphery is activated by excitation, ionization, and reaction by the generated high-density plasma, and processes the surface of the target object 202 placed on the support 203 in a fixed manner.
[0059]
(Embodiment 3)
An example in which a bowl-shaped reflecting surface is used as Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG. 301 is a cylindrical plasma processing chamber, 302 is an object to be processed, 303 is a support for the object to be processed 302, 304 is a substrate temperature adjusting means, 305 is a gas introducing means for plasma processing provided around the plasma processing chamber 301 , 306 is an exhaust, 307 is a dielectric window that separates the plasma processing chamber 301 from the atmosphere side, and 308 is a slotted flat plate type endless annular waveguide for introducing microwaves into the plasma processing chamber 301 through the dielectric window 307. , 309 are bowl-shaped reflecting surfaces.
[0060]
The dielectric window 307 is made of anhydrous synthetic quartz and has a thickness of about 16 mm. The slotted endless annular waveguide 308 has an inner wall cross-sectional dimension of about 27 mm × 96 mm, and the center diameter of the waveguide is about 302 mm (around 4λg circumference). Al is used for the material of the slotted endless annular waveguide 308 in order to suppress the propagation loss of microwaves. A slot 313 for introducing a microwave into the plasma processing chamber 301 is formed on the H surface of the slotted endless annular waveguide 308, that is, the conductive slot plate 320. The slot has a rectangular shape having a length of about 40 mm and a width of about 4 mm, and is formed discontinuously on two straight lines and radially at intervals of about ½ of the guide wavelength. The in-tube wavelength depends on the frequency of the microwave used and the cross-sectional dimension of the waveguide. However, when a microwave having a frequency of about 2.45 GHz and a waveguide having the above dimensions are used, 159 mm. In the slotted endless annular waveguide 308 used, 16 sets of 8 slots are formed at intervals of about 45 degrees. The slotted endless annular waveguide 308 is connected in turn with a 4E tuner, a directional coupler, an isolator, and a microwave power source (not shown) having a frequency of 2.45 GHz. Reference numeral 321 denotes a plasma detection element.
[0061]
Here, the distance from the bowl-shaped reflecting surface 309 to the upper surface of the workpiece support 303 is set to about 30.6 mm, that is, about 1/4 of the natural wavelength 122.4 mm of the microwave of 2.45 GHz. It is.
[0062]
The plasma treatment is performed as follows. The inside of the plasma processing chamber 301 is evacuated through an exhaust system (not shown). Subsequently, a processing gas is introduced into the plasma processing chamber 301 at a predetermined flow rate through a gas introduction unit 305 provided around the plasma processing chamber 301. Next, a conductance valve (not shown) provided in the exhaust system (not shown) is adjusted to maintain the plasma processing chamber 301 at a predetermined pressure. A desired power is supplied from a microwave power source (not shown) into the plasma processing chamber 301 via the endless annular waveguide 308. The microwave propagates in the direction of the substrate until plasma having a cutoff density or higher is generated, but the distance from the bowl-shaped reflecting surface 309 to the upper surface of the workpiece support 303 is set to about ¼ of the natural wavelength of the microwave. Therefore, the substrate irradiation with microwaves is suppressed, and damage due to the irradiation is reduced. At this time, the processing gas introduced from the periphery is activated by excitation, ionization, and reaction by the generated high-density plasma, and processes the surface of the target object 302 placed fixedly on the support 303.
[0063]
(Embodiment 4)
An example in which a groove-like reflecting surface is used as Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to FIG. 401 is a cylindrical plasma processing chamber, 402 is an object to be processed, 403 is a support for the object to be processed 402, 404 is a substrate temperature adjusting means, 405 is a gas inlet for plasma processing provided around the plasma processing chamber 401 , 406 is exhaust, 407 is a dielectric window that separates the plasma processing chamber 401 from the atmosphere side, and 408 is a slotted flat plate type endless annular waveguide for introducing microwaves into the plasma processing chamber 401 through the dielectric window 407. , 409 are groove-like reflecting surfaces.
[0064]
The dielectric window 407 is made of anhydrous synthetic quartz and has a thickness of about 16 mm. The slotted endless annular waveguide 408 has an inner wall cross-sectional dimension of approximately 27 mm × 96 mm, and the center diameter of the waveguide is approximately 402 mm (circumferential length 4λg). Al is used for the material of the slotted endless annular waveguide 408 in order to suppress microwave propagation loss. A slot 413 for introducing a microwave into the plasma processing chamber 401 is formed on the H surface of the slotted endless annular waveguide 408, that is, the conductive slot plate 420. The slot has a rectangular shape having a length of about 40 mm and a width of about 4 mm, and is formed discontinuously on two straight lines and radially at intervals of about ½ of the guide wavelength. The in-tube wavelength depends on the frequency of the microwave used and the cross-sectional dimension of the waveguide. However, when a microwave having a frequency of about 2.45 GHz and a waveguide having the above dimensions are used, 159 mm. In the slotted endless annular waveguide 408 used, 16 sets of 8 slots are formed at intervals of about 45 degrees. To the slotted endless annular waveguide 408, a 4E tuner, a directional coupler, an isolator, and a microwave power source (not shown) having a frequency of about 2.45 GHz are sequentially connected. Reference numeral 421 denotes a plasma detection element.
[0065]
Here, the distance from the groove-like reflection surface 409 to the upper surface of the workpiece support 403 is set to about 30.6 mm, that is, about 1/4 of the natural wavelength 122.4 mm of the microwave of 2.45 GHz. It is.
[0066]
The plasma treatment is performed as follows. The plasma processing chamber 401 is evacuated through an exhaust system (not shown). Subsequently, a processing gas is introduced into the plasma processing chamber 401 at a predetermined flow rate through a gas introduction means 405 provided around the plasma processing chamber 401. Next, a conductance valve (not shown) provided in the exhaust system (not shown) is adjusted to maintain the inside of the plasma processing chamber 401 at a predetermined pressure. A desired power is supplied from a microwave power source (not shown) into the plasma processing chamber 401 via the endless annular waveguide 408. The microwave propagates in the direction of the substrate until plasma having a cutoff density or higher is generated, but the interval from the groove-like reflective surface 409 to the upper surface of the object support 403 is set to about 1/4 of the natural wavelength of the microwave. Therefore, the substrate irradiation with microwaves is suppressed, and damage due to the irradiation is reduced. At this time, the processing gas introduced from the periphery is activated by being excited, ionized, and reacted by the generated high-density plasma, and processes the surface of the target object 402 placed on the support 403.
[0067]
(Example of plasma treatment)
Hereinafter, although the plasma processing performed using said embodiment is demonstrated concretely, the surface treatment method of this invention is not limited to these examples.
[0068]
(Processing example 1)
Using the microwave plasma processing apparatus shown in FIG. 1, ashing of the photoresist was performed.
[0069]
As the object to be processed 102, interlayer SiO 2 A silicon (Si) substrate (φ about 300 mm) immediately after forming the via hole by etching the film was used. First, after the Si substrate 102 is placed on the workpiece support 103, it is heated to about 250 ° C. using the heater 104, and the plasma processing chamber 101 is evacuated through an exhaust system (not shown). .33 × 10 -2 The pressure was reduced to about Pa.
[0070]
Oxygen gas was introduced into the plasma processing chamber 101 through the plasma processing gas inlet 105 at a flow rate of about 2 slm. Next, a conductance valve (not shown) provided in the exhaust system (not shown) is adjusted to set the inside of the processing chamber 101 to 1.995 × 10. 2 It was kept at about Pa.
[0071]
Into the plasma processing chamber 101, power of about 2.5 kW was supplied from a 2.45 GHz microwave power source via a slotted endless annular waveguide 108. In this way, plasma was generated in the plasma processing chamber 101. At this time, processing was performed using the plasma detection element 121 while monitoring the plasma state, and the supply of microwaves was stopped when the light emission at a wavelength due to carbon that is a constituent atom of the photoresist became somewhat weak. During the processing, the oxygen gas introduced through the plasma processing gas inlet 105 is excited, decomposed, and reacted in the plasma processing chamber 101 to become oxygen atoms, move in the direction of the silicon substrate 102, and move to the photo on the substrate 102. The resist was oxidized, vaporized and removed. After ashing, gate dielectric breakdown evaluation, ashing speed and substrate surface charge density were evaluated.
[0072]
The uniformity of the obtained ashing speed is as very large as about ± 3.7% (about 6.7 μm / min), and the surface charge density is also about 0.4 × 10. 11 cm -2 The gate dielectric breakdown was not observed.
[0073]
(Processing example 2)
Photoresist ashing was performed using the microwave plasma processing apparatus shown in FIG.
[0074]
The object 202 is an interlayer SiO. 2 A silicon (Si) substrate (about φ12 inches) immediately after etching the film and forming a via hole was used. First, after the Si substrate 202 is placed on the workpiece support 203, it is heated to about 250 ° C. using the heater 204, and the plasma processing chamber 201 is evacuated through an exhaust system (not shown). .33 × 10 -3 The pressure was reduced to about Pa. Oxygen gas was introduced into the plasma processing chamber 201 through the plasma processing gas inlet 205 at a flow rate of about 2 slm.
[0075]
Next, a conductance valve (not shown) provided in the exhaust system (not shown) is adjusted to adjust the inside of the processing chamber 201 to 2.66 × 10. 2 It was kept at about Pa. The plasma processing chamber 201 was supplied with power of about 2.5 kW from a microwave power source of 2.45 GHz through a slotted endless annular waveguide 208. In this way, plasma was generated in the plasma processing chamber 201. At this time, processing was performed using the plasma detection element 221 while monitoring the plasma state, and the supply of microwaves was stopped when light emission at a wavelength due to carbon that is a constituent atom of the photoresist weakened to some extent. During the processing, the oxygen gas introduced through the plasma processing gas inlet 205 is excited, decomposed, and reacted in the plasma processing chamber 201 to become oxygen atoms, move in the direction of the silicon substrate 202, and the photo on the substrate 202. The resist was oxidized, vaporized and removed. After ashing, gate insulation evaluation, ashing speed and substrate surface charge density were evaluated.
[0076]
The obtained ashing speed uniformity is as extremely large as about ± 4.8% (about 8.6 μm / min), and the surface charge density is also about 1.2 × 10. 11 cm -2 The gate dielectric breakdown was not observed.
[0077]
(Processing example 3)
Using the microwave plasma processing apparatus shown in FIG. 1, a silicon nitride film for protecting a semiconductor element was formed.
[0078]
The object to be processed 102 is an interlayer SiO on which an Al wiring pattern (line and space of about 0.5 μm) is formed. 2 A p-type single crystal silicon substrate with a film of about φ300 mm (plane orientation <100>, resistivity of about 10 Ωcm) was used. First, after the silicon substrate 102 is placed on the workpiece support base 103, the inside of the plasma processing chamber 101 is evacuated through an exhaust system (not shown) to obtain 1.33 × 10 6. -Five The pressure was reduced to a value of about Pa. Subsequently, the heater 104 was energized, the silicon substrate 102 was heated to about 300 ° C., and the substrate was kept at this temperature. Nitrogen gas was introduced into the processing chamber 101 through the plasma processing gas inlet 105 at a flow rate of about 600 sccm and monosilane gas at a flow rate of 200 sccm. Next, a conductance valve (not shown) provided in the exhaust system (not shown) was adjusted to maintain the inside of the processing chamber 101 at about 2.66 Pa.
[0079]
Next, a power of about 3.0 kW was supplied from a 2.45 GHz microwave power source (not shown) through a slotted endless annular waveguide 108. In this way, plasma was generated in the plasma processing chamber 101. At this time, processing was performed using the plasma detection element 121 while monitoring the plasma state. During processing, the nitrogen gas introduced through the plasma processing gas inlet 105 is excited and decomposed in the plasma processing chamber 101 to become nitrogen atoms, move toward the silicon substrate 102, react with the monosilane gas, and react with silicon nitride. A film was formed on the silicon substrate 102 with a thickness of about 1.0 μm. After film formation, gate dielectric breakdown evaluation, film formation speed, and film quality such as stress were evaluated. The stress was determined by measuring the change in the amount of warpage of the substrate before and after film formation with a laser interferometer Zygo (trade name).
[0080]
The uniformity of the film formation rate of the obtained silicon nitride film is as extremely large as about ± 2.6% (about 560 nm / min), and the film quality is stress 0.8 × 10 9 dyne · cm -2 Degree (compression), leakage current 1.2 × 10 -Ten A ・ cm -2 As a result, it was confirmed that the film had a very high quality with a dielectric breakdown voltage of about 10.3 MV / cm, and no gate dielectric breakdown was observed.
[0081]
(Processing example 4)
The microwave plasma processing apparatus shown in FIG. 2 was used to form a plastic lens antireflection silicon oxide film and silicon nitride film.
[0082]
As the workpiece 202, a plastic convex lens having a diameter of about 50 mm was used. After the lens 202 is placed on the workpiece support table 203, the inside of the plasma processing chamber 201 is evacuated through an exhaust system (not shown) to obtain 1.33 × 10 6. -Five The pressure was reduced to a value of about Pa. Nitrogen gas was introduced into the processing chamber 201 through the plasma processing gas inlet 205 at a flow rate of about 150 sccm and monosilane gas at a flow rate of about 70 sccm. Next, a conductance valve (not shown) provided in the exhaust system (not shown) is adjusted to make the inside of the processing chamber 201 6.55 × 10 6. -1 It was kept at about Pa.
[0083]
Next, power of about 3.0 kW was supplied from a 2.45 GHz microwave power source (not shown) into the plasma processing chamber 201 through the slotted endless annular waveguide 203. In this way, plasma was generated in the plasma processing chamber 201. At this time, the nitrogen gas introduced through the plasma processing gas inlet 205 is excited and decomposed in the plasma processing chamber 201 to become active species such as nitrogen atoms, move toward the lens 202, and react with the monosilane gas. Then, a silicon nitride film was formed on the lens 202 with a thickness of about 20 nm.
[0084]
Next, oxygen gas was introduced into the processing chamber 201 through the plasma processing gas inlet 205 at a flow rate of about 200 sccm and monosilane gas at a flow rate of about 100 sccm. Next, a conductance valve (not shown) provided in the exhaust system (not shown) is adjusted to adjust the inside of the processing chamber 201 to 2.66 × 10. -1 It was kept at about Pa. Next, 2.0 kW of electric power was supplied into the plasma generation chamber 201 through a slotted endless annular waveguide 208 from a 2.45 GHz microwave power source (not shown). In this way, plasma was generated in the plasma processing chamber 201. At this time, the oxygen gas introduced through the plasma processing gas inlet 205 is excited and decomposed in the plasma processing chamber 201 to become active species such as oxygen atoms, move toward the glass substrate 202, and the monosilane gas. As a result, a silicon oxide film was formed on the glass substrate 202 with a thickness of about 85 nm. After film formation, gate dielectric breakdown evaluation, film formation speed, and reflection characteristics were evaluated.
[0085]
The film formation rate uniformity of the obtained silicon nitride film and silicon oxide film is as good as about ± 2.7% (about 370 nm / min) and about ± 2.8% (about 410 nm / min), respectively, and the film quality is also It was confirmed that the reflectivity in the vicinity of 500 nm was about 0.17%, which was very good optical characteristics, and no gate dielectric breakdown was observed.
[0086]
(Processing example 5)
The microwave plasma processing apparatus shown in FIG. 1 was used to form a silicon oxide film for semiconductor element interlayer insulation.
[0087]
As the object to be processed 102, a p-type single crystal silicon substrate (plane orientation <100>, resistivity of about 10 Ωcm) having an Al pattern (line and space of about 0.5 μm) formed on the uppermost portion and having a diameter of about 300 mm was used. First, the silicon substrate 102 was placed on the workpiece support 103. The inside of the plasma processing chamber 101 is evacuated through an exhaust system (not shown) to obtain 1.33 × 10 -Five The pressure was reduced to a value of about Pa. Subsequently, the heater 104 was energized, the silicon substrate 102 was heated to 300 ° C., and the substrate was kept at this temperature. Oxygen gas was introduced into the processing chamber 101 through the plasma processing gas inlet 105 at a flow rate of about 400 sccm and monosilane gas at a flow rate of about 200 sccm.
[0088]
Next, a conductance valve (not shown) provided in the exhaust system (not shown) was adjusted to maintain the plasma processing chamber 101 at about 2.66 Pa. Next, a power of about 300 W is applied to the substrate support 102 via a high frequency applying means of about 2 MHz, and a power of about 2.5 kW is applied from the 2.45 GHz microwave power source to the slotted endless annular waveguide 103. And supplied into the plasma processing chamber 101.
[0089]
In this way, plasma was generated in the plasma processing chamber 101. The oxygen gas introduced through the plasma processing gas inlet 105 is excited and decomposed in the plasma processing chamber 101 to become active species, move toward the silicon substrate 102, react with the monosilane gas, and the silicon oxide film becomes silicon. A thickness of about 0.8 μm was formed on the substrate 102. At this time, the ion species is accelerated by the RF bias and incident on the substrate, and the film on the pattern is shaved to improve the flatness. After the treatment, the film forming speed, uniformity, withstand voltage, and step coverage were evaluated. The step coverage was evaluated by observing a cross section of the silicon oxide film formed on the Al wiring pattern with a scanning electron microscope (SEM) and observing voids.
[0090]
The resulting silicon oxide film has a uniform film formation rate uniformity of about ± 2.8% (about 310 nm / min), and a film quality of about 9.1 MV / cm, which is a void-free and high-quality film. It was confirmed that no gate breakdown was observed.
[0091]
(Processing example 6)
Using the microwave plasma processing apparatus shown in FIG. 2 The film was etched.
[0092]
As an object 202 to be processed, an interlayer SiO having a thickness of about 1 μm on an Al pattern (line and space of about 0.35 μm) is used. 2 A p-type single crystal silicon substrate (plane orientation <100>, resistivity of about 10 Ωcm) having a film of about φ300 mm was used. First, after the silicon substrate 202 is placed on the workpiece support base 203, the etching chamber 201 is evacuated through an exhaust system (not shown) to obtain 1.33 × 10 6. -Five The pressure was reduced to a value of about Pa. C through the gas inlet 205 for plasma processing Four F 8 About 80 sccm, Ar about 120 sccm, O 2 Was introduced into the plasma processing chamber 201 at a flow rate of about 40 sccm. Next, a conductance valve (not shown) provided in the exhaust system (not shown) is adjusted to make 6.65 × 10 6 in the plasma processing chamber 201. -1 The pressure was maintained at Pa.
[0093]
Next, a power of about 280 W is applied to the substrate support 202 through a high-frequency applying means of about 2 MHz, and a slotted endless annular waveguide 203 is supplied with a power of about 3.0 kW from a 2.45 GHz microwave power source. And supplied into the plasma processing chamber 201. In this way, plasma was generated in the plasma processing chamber 201. At this time, processing was performed using the plasma detection element 221 while monitoring the plasma state, the change in light emission due to the constituent atoms of silicon oxide was detected, and the supply of microwaves was stopped. C introduced through the gas inlet 205 for plasma processing Four F 8 The gas is excited and decomposed in the plasma processing chamber 201 to become active species, moves in the direction of the silicon substrate 202, and is interlayer SiO by ions accelerated by self-bias. 2 The film was etched. The substrate temperature increased only to about 30 ° C. by the cooler 207 with the electrostatic chuck. After etching, gate dielectric breakdown evaluation, etching rate, selectivity, and etching shape were evaluated. The etched shape was evaluated by observing a cross section of the etched silicon oxide film with a scanning electron microscope (SEM).
[0094]
The uniformity of etching rate and the selectivity to polysilicon is about ± 2.4% (about 720 nm / min), good at 20, the etching shape is almost vertical, the microloading effect is small, and the gate dielectric breakdown is also Not observed.
[0095]
(Processing example 7)
Using the microwave plasma processing apparatus shown in FIG. 1, the polysilicon film between the gate electrodes of the semiconductor element was etched.
[0096]
As the object 102 to be processed, a p-type single crystal silicon substrate (plane orientation <100>, resistivity of about 10 Ωcm) having a polysilicon film formed on the uppermost portion and having a diameter of about 300 mm was used. First, after the silicon substrate 102 is placed on the workpiece support base 103, the inside of the plasma processing chamber 101 is evacuated through an exhaust system (not shown) to obtain 1.33 × 10 6. -Five The pressure was reduced to a value of about Pa. CF through the gas inlet 105 for plasma processing Four A gas was introduced into the plasma processing chamber 101 at a flow rate of about 300 sccm and oxygen at a flow rate of about 20 sccm.
[0097]
Next, a conductance valve (not shown) provided in the exhaust system (not shown) is adjusted to adjust the inside of the plasma processing chamber 101 to 2.66 × 10. -1 The pressure was maintained at about Pa. Next, about 300 W of high frequency power from a 2 MHz high frequency power source (not shown) is applied to the substrate support 103 and about 2.0 kW of power is supplied from the 2.45 GHz microwave power source to the slotted endless annular waveguide 103. Was supplied into the plasma processing chamber 101.
[0098]
In this way, plasma was generated in the plasma processing chamber 101. At this time, processing was performed using the plasma detection element 121 while monitoring the plasma state, the change in light emission due to silicon was detected, and the supply of microwaves was stopped. CF introduced through the gas inlet 105 for plasma processing Four The gas and oxygen were excited and decomposed in the plasma processing chamber 101 to become active species, moved toward the silicon substrate 102, and the polysilicon film was etched by ions accelerated by self-bias. The substrate temperature rose only to about 30 ° C. by the cooler 104 with the electrostatic chuck. After etching, gate dielectric breakdown evaluation, etching rate, selectivity, and etching shape were evaluated. The etched shape was evaluated by observing a cross section of the etched polysilicon film with a scanning electron microscope (SEM).
[0099]
Etch rate uniformity vs. SiO 2 It was confirmed that the selectivity was about ± 2.9% (about 820 nm / min) and 22 respectively, the etching shape was vertical, the microloading effect was small, and no gate dielectric breakdown was observed.
[0100]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the distance between the surface of the object to be processed and the surface of the microwave waveguide on the plasma processing chamber side is set to an odd multiple of 4 times the microwave conversion wavelength and introduced into the plasma processing chamber. Since the microwave that is reflected and the microwave that is reflected by the surface to be processed are weakened, the irradiation of the microwave on the surface of the object to be processed is reduced even during the initial discharge, and damage caused by the irradiation is reduced. Can be suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an example of a plasma processing apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example using a lower reflective surface according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing an example using a bowl-shaped reflecting surface according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram showing an example using a grooved reflecting surface according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a conventional example.
[Explanation of symbols]
101, 201, 301, 401, 901 Plasma processing chamber
102, 202, 302, 402, 902 Object to be processed
103, 203, 303, 403, 903 Workpiece support
104, 204, 304, 404, 904 Substrate temperature adjusting means
105, 205, 305, 405, 905 Processing gas introduction means
106, 206, 306, 406, 906 Exhaust
107, 207, 307, 407, 907 Dielectric window
108, 208, 308, 408, 908 Slotted endless annular waveguide
109, 209, 309, 409 Reflecting means
111,911 E branch
112,912 In-pipe standing wave
113, 913 slots
114, 914 Surface wave
115, 915 Surface standing wave
116,916 Surface plasma
117, 917 Bulk plasma
120, 220, 320, 420 Slot plate
121, 221, 321, 421 Plasma detection element

Claims (7)

マイクロ波供給器を介してプラズマ処理室内にマイクロ波を導入し、前記プラズマ処理室内でプラズマを発生させプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、該プラズマ処理される被処理体の表面と前記マイクロ波供給器とのマイクロ波換算距離が自然波長の略4分の奇数倍であることを特徴とするプラズマ処理装置。  In a plasma processing apparatus for performing plasma processing by introducing a microwave into a plasma processing chamber through a microwave supplier and generating plasma in the plasma processing chamber, the surface of the object to be processed and the microwave supply A plasma processing apparatus, characterized in that a microwave conversion distance to the vessel is an odd multiple of about a quarter of a natural wavelength. 前記マイクロ波供給器と前記プラズマ処理室との間には誘電体窓が設けられ、該誘電体窓のマイクロ波換算厚の値は、前記導入されたマイクロ波の周波数に対する該誘電体窓の材料の比誘電率の平方根を実厚に乗じて得られた値であることを特徴とする請求項1記載のプラズマ処理装置。  A dielectric window is provided between the microwave supply device and the plasma processing chamber, and the value of the microwave equivalent thickness of the dielectric window is the material of the dielectric window with respect to the frequency of the introduced microwave. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the plasma processing apparatus has a value obtained by multiplying an actual thickness by a square root of a relative dielectric constant. 前記マイクロ波供給器は、無終端環状導波管を用いた平板状マルチスロットアンテナであることを特徴とする請求項1または2に記載のプラズマ処理装置。  The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the microwave supplier is a flat multi-slot antenna using an endless annular waveguide. 高周波供給器を介してプラズマ処理室内に高周波を導入し、前記プラズマ処理室内でプラズマを発生させるプラズマ処理装置において、前記高周波供給器に形成された高周波放出用のスロットを介してプラズマを検出するプラズマ検出素子を有することを特徴とするプラズマ処理装置。The high frequency is introduced into flop plasma processing chamber via a high-frequency supply unit, in the plasma processing apparatus for generating a plasma in the plasma processing chamber, for detecting the plasma through the slots for high-frequency supply unit which is formed on the high-frequency discharge A plasma processing apparatus having a plasma detection element. 前記スロットは被処理体の被処理面と対向する位置に配されたスロット板に設けられていることを特徴とする請求項に記載のプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to claim 4 , wherein the slot is provided in a slot plate disposed at a position facing a surface to be processed of the object to be processed. 前記プラズマ検出素子は、該プラズマ検出素子の検出結果に基づいてマイクロ波の供給を停止する制御装置に接続されていることを特徴とする請求項に記載のプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to claim 4 , wherein the plasma detection element is connected to a control device that stops the supply of microwaves based on a detection result of the plasma detection element. 構造体が形成される基板の表面をプラズマ処理する工程を有する構造体の製造方法において、請求項1からのいずれか1項に記載のプラズマ処理装置を用いて前記プラズマ処理を行うことを特徴とする構造体の製造方法。In the manufacturing method of a structure which has the process of plasma-processing the surface of the board | substrate in which a structure is formed, the said plasma processing is performed using the plasma processing apparatus of any one of Claim 1 to 6. A method for manufacturing the structure.
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