JP4580235B2 - Formation method of insulating film - Google Patents

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Description

本発明は、硬化性の有機材料を含む電子デバイス用基材上の膜を、低エネルギーのプラズマを用いて硬化させる絶縁膜の形成方法に関する。   The present invention relates to a method for forming an insulating film in which a film on an electronic device substrate containing a curable organic material is cured using low-energy plasma.

本発明は半導体ないし半導体デバイス、液晶デバイス等の電子デバイス材料の製造に広く一般的に適用可能であるが、ここでは説明の便宜のために、半導体デバイスの背景技術を例にとって説明する。   The present invention can be widely applied to the manufacture of electronic device materials such as semiconductors, semiconductor devices, and liquid crystal devices. Here, for convenience of explanation, the background technology of semiconductor devices will be described as an example.

半導体デバイスにおいては、従来より、設計ルールを微細化することで、高集積化および／又は高性能が進められて来た。しかしながら、設計ルールが微細化（例えば、０．１８μｍ以下程度）になると、配線抵抗および配線間容量の増加が顕著となり、従来の配線材料ではこれ以上デバイスを高性能化することが困難となる。   Conventionally, in semiconductor devices, high integration and / or high performance have been promoted by miniaturizing design rules. However, when the design rule becomes finer (for example, about 0.18 μm or less), the wiring resistance and the capacitance between the wirings increase remarkably, and it becomes difficult to improve the performance of the device with the conventional wiring material.

例えば、半導体デバイスの動作速度を上げるためには、電気信号の速度を上げる必要がある。しかしながら、従来のアルミニウム配線では、これ以上（例えば、０．１８μｍ以下程度に）半導体デバイスの微細化が進むと、半導体デバイスを構成する回路を流れる電気信号の速度に限界が生じる（いわゆる「配線遅延」が生じる）。従って、アルミニウムよりも電気抵抗の低い銅（Ｃｕ）等の材料からなる配線を使うことが必要になって来る。Ｃｕはアルミニウムよりも電気抵抗が低いため配線遅延が低下し、細い配線にしても電気がスムーズに流れるという特徴を有する。   For example, in order to increase the operation speed of a semiconductor device, it is necessary to increase the speed of an electrical signal. However, in the conventional aluminum wiring, when the semiconductor device is further miniaturized (for example, to about 0.18 μm or less), the speed of the electric signal flowing through the circuit constituting the semiconductor device is limited (so-called “wiring delay”). Is generated). Therefore, it is necessary to use a wiring made of a material such as copper (Cu) having a lower electrical resistance than aluminum. Since Cu has a lower electrical resistance than aluminum, wiring delay is reduced, and electricity flows smoothly even with thin wiring.

上記のような電気抵抗が低い銅等の材料を使用するに際しては、絶縁膜として、電気が「より漏れにくい絶縁膜」を使用する必要がある。このような電気の通り易いＣｕ配線と、電気の漏れにくい絶縁膜を組み合わせことにより、極めて高速で動作する半導体デバイスを作製することができるからである。   When using a material such as copper having a low electrical resistance as described above, it is necessary to use an “insulating film that is less likely to leak” as an insulating film. This is because a semiconductor device that operates at an extremely high speed can be manufactured by combining such Cu wiring that easily conducts electricity and an insulating film that is difficult to leak electricity.

従来のアルミニウム配線の時代には、絶縁膜としてＳｉＯ２膜（比誘電率＝４．１）が使用されていたが、Ｃｕ配線を使用する場合には、これよりも遙かに低い比誘電率（Ｌｏｗ−ｋ）の絶縁膜が必要となる。一般にＬｏｗ−ｋ膜といえば、比誘電率が３．０以下の膜を意味する。 In the era of conventional aluminum wiring, a SiO 2 film (relative dielectric constant = 4.1) was used as an insulating film. However, when using Cu wiring, the dielectric constant is much lower than this. A (Low-k) insulating film is required. In general, a low-k film means a film having a relative dielectric constant of 3.0 or less.

このようなＬｏｗ−ｋ膜を作製する方法としては、従来より２つの方法が知られている。その一つは、ＣＶＤ装置を使う方法である。この方法は、品質のよいＬｏｗ−ｋ膜を与えることができるとされているが、当然ながら、Ｌｏｗ−ｋ膜作製の生産性は低く、従ってランニングコストは高い。他の方法は、スピンコータ等を用いて、液体等の流動性を有するＬｏｗ−ｋ材料を基材等の上に塗布する方法である（いわゆるＳＯＤ（Spin On Dielectric）絶縁膜を形成する方法）。   As a method for manufacturing such a Low-k film, two methods are conventionally known. One of them is a method using a CVD apparatus. This method is said to be able to provide a low-k film with good quality, but of course, the productivity of producing a low-k film is low and therefore the running cost is high. Another method is a method in which a low-k material having fluidity such as a liquid is applied onto a substrate or the like using a spin coater or the like (a method of forming a so-called SOD (Spin On Dielectric) insulating film).

このようなコーティング法によれば、ランニングコストおよび生産性が優れるという利点が得られる。   According to such a coating method, there is an advantage that running cost and productivity are excellent.

上記コーティング法においては、基材等の上に塗布された塗布膜を硬化させる工程（架橋等の反応に基づくキュア工程）が、絶縁膜の膜質を向上させるために実際上は必須である。しかしながら、例えば半導体デバイスを構成する配線層が多層になった場合等に、該塗布膜、ないしはその硬化により形成された絶縁膜に過度な熱履歴（サーマルバジェット）が加わり、その結果、該塗布膜からなる絶縁膜の劣化が生じ易くなるという問題があった。   In the coating method, a step of curing a coating film applied on a substrate or the like (a curing step based on a reaction such as crosslinking) is practically essential in order to improve the film quality of the insulating film. However, for example, when the wiring layer constituting the semiconductor device is multilayered, an excessive heat history (thermal budget) is applied to the coating film or an insulating film formed by curing thereof, and as a result, the coating film There has been a problem that the insulating film made of is easily deteriorated.

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を解消した絶縁膜の形成方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a method of forming an insulating film that eliminates the drawbacks of the prior art described above.

本発明の他の目的は、過度な熱履歴が加わることを防止しつつ、しかも良質な絶縁膜を与えることができる絶縁膜の形成方法を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a method of forming an insulating film that can provide a high-quality insulating film while preventing an excessive heat history from being applied.

本発明者は鋭意研究の結果、低エネルギープラズマを照射して有機材料含有膜を硬化させることが、上記目的の達成のために極めて効果的なことを見出した。   As a result of intensive studies, the present inventors have found that it is extremely effective to cure the organic material-containing film by irradiating with low energy plasma in order to achieve the above object.

本発明の絶縁膜の形成方法は上記知見に基づくものであり、より詳しくは、電子デバイス用基材上に配置された硬化性材料含有膜に対して、低エネルギープラズマを照射して、該硬化性材料含有膜を硬化させることを特徴とするものである。   The method for forming an insulating film of the present invention is based on the above knowledge. More specifically, the curable material-containing film disposed on the substrate for an electronic device is irradiated with low-energy plasma to thereby cure the film. The film containing the functional material is cured.

上述したように本発明によれば、過度な熱履歴が加わることを防止しつつ、しかも良質な絶縁膜を与えることができる絶縁膜の形成方法が提供される。   As described above, according to the present invention, there is provided an insulating film forming method capable of providing a high-quality insulating film while preventing an excessive heat history from being applied.

以下、必要に応じて図面を参照しつつ本発明を更に具体的に説明する。以下の記載において量比を表す「部」および「％」は、特に断らない限り質量基準とする。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to the drawings as necessary. In the following description, “parts” and “%” representing the quantity ratio are based on mass unless otherwise specified.

（絶縁膜の形成方法）
本発明の絶縁膜の形成方法においては、電子デバイス用基材上に配置された硬化性の材料を含む有機材料含有膜に対して、低エネルギープラズマを照射して、該硬化性材料含有膜を硬化させる。 (Method of forming insulating film)
In the method for forming an insulating film according to the present invention, the organic material-containing film containing a curable material disposed on the substrate for an electronic device is irradiated with low energy plasma to form the curable material-containing film. Harden.

（電子デバイス用基材）
本発明において使用可能な上記の電子デバイス用基材は特に制限されず、公知の電子デバイス用基材の１種または２種以上の組合せから適宜選択して使用することが可能である。このような電子デバイス用基材の例としては、例えば、半導体材料、液晶デバイス材料等が挙げられる。半導体材料の例としては、例えば、単結晶シリコンを主成分とする材料等が挙げられる。 (Electronic device substrate)
The substrate for electronic devices that can be used in the present invention is not particularly limited, and can be appropriately selected from one or a combination of two or more known substrates for electronic devices. Examples of such electronic device base materials include semiconductor materials and liquid crystal device materials. Examples of the semiconductor material include a material mainly composed of single crystal silicon.

（電子デバイス用基材上）
本発明において、「電子デバイス用基材上」とは、形成すべき絶縁膜が、電子デバイス用基材の上方（すなわち、該基材の電子デバイスを構成する各層を形成する側の上方）に位置していれば足りる。換言すれば、その間に他の絶縁層、導体層（例えば、Ｃｕ層）、半導体層等が配置されていてもよい。また、本発明で形成すべき絶縁膜を含む、各種絶縁層、導体層（例えば、Ｃｕ層）、半導体層等が、必要に応じて、複数配置されていてもよいことは、もちろんである。 (On substrate for electronic devices)
In the present invention, “on the substrate for electronic device” means that the insulating film to be formed is above the substrate for electronic device (that is, above the side on which the layers constituting the electronic device of the substrate are formed). If it is located, it is enough. In other words, other insulating layers, conductor layers (for example, Cu layers), semiconductor layers, and the like may be disposed therebetween. Of course, a plurality of various insulating layers, conductor layers (for example, Cu layers), semiconductor layers, and the like including the insulating film to be formed in the present invention may be arranged as necessary.

（硬化性材料）
本発明において使用可能な硬化性材料は特に制限されないが、Ｃｕ等の電導性の良好な配線材料と組み合わせにおいて好適な点からは、硬化後に誘電率が３以下の絶縁膜を与える硬化性材料が好ましい。 (Curable material)
Although the curable material that can be used in the present invention is not particularly limited, a curable material that provides an insulating film having a dielectric constant of 3 or less after curing is preferable in terms of combination with a wiring material having good electrical conductivity such as Cu. preferable.

このような硬化性材料としては、例えば、誘電率が３以下の低誘電率特性の有機絶縁膜を用いることができ、例えばＰＡＥ−２（Shumacher社製)、ＨＳＧ−Ｒ７(Hitachi Chemical社製）、ＦＬＡＲＥ（Ａplied Signal社製）、ＢＣＢ（Dow Chemical社製）、ＳＩＬＫ（Dow Chemical社製）、Speed Film（Ｗ．Ｌ．Ｇｏｒｅ社製）などの有機ポリマーを用いることができる。   As such a curable material, for example, an organic insulating film having a low dielectric constant having a dielectric constant of 3 or less can be used. For example, PAE-2 (manufactured by Shuchercher), HSG-R7 (manufactured by Hitachi Chemical) Organic polymers such as FLARE (manufactured by Applied Signal), BCB (manufactured by Dow Chemical), SILK (manufactured by Dow Chemical), and Speed Film (manufactured by WL Gore) can be used.

（硬化性材料の配置方法）
上記の硬化性材料を電子デバイス用基材上に配置すべき方法は、特に制限されないが流動性を有する硬化性材料の溶液ないし分散液を前記電子デバイス用基材上に塗布することが好ましい。均一性の点からは、この塗布は、スピンコートであることが好ましい。 (Arrangement method of curable material)
The method for disposing the curable material on the electronic device substrate is not particularly limited, but it is preferable to apply a solution or dispersion of a curable material having fluidity on the electronic device substrate. From the viewpoint of uniformity, this coating is preferably spin coating.

（膜厚）
本発明において、プラズマ照射による硬化前後の膜厚は特に制限されないが、下記のような膜厚が好適に使用可能である。 (Film thickness)
In the present invention, the film thickness before and after curing by plasma irradiation is not particularly limited, but the following film thickness can be suitably used.

＜硬化前の膜厚＞
好ましくは、１００〜１０００ｎｍ程度、更に好ましくは４００〜６００ｎｍ程度
＜硬化後の膜厚＞
好ましくは、数％（例えば５〜６％）膜厚が減少する程度、
（低エネルギープラズマ）
本発明においては、上記した硬化性の塗布膜に対して、低エネルギープラズマを照射する。ここに、「低エネルギープラズマ」とは、電子温度が２ｅＶ以下であるものをいう。 <Film thickness before curing>
Preferably, about 100 to 1000 nm, more preferably about 400 to 600 nm <Film thickness after curing>
Preferably, the degree to which the film thickness is reduced by several% (for example, 5 to 6%),
(Low energy plasma)
In the present invention, the above-described curable coating film is irradiated with low energy plasma. Here, “low energy plasma” refers to one having an electron temperature of 2 eV or less.

（プラズマ処理条件）
本発明の下地膜作製においては、形成されるべき絶縁膜の特性の点からは、下記のプラズマ処理条件条件が好適に使用できる。 (Plasma treatment conditions)
In the preparation of the base film of the present invention, the following plasma processing condition conditions can be preferably used from the viewpoint of the characteristics of the insulating film to be formed.

希ガス（例えば、Ｋｒ、Ａｒ、ＨｅまたはＸｅ）：１．６７×１０ −７ 〜５．００×１０ −５ ｍ ３ ／ｓ（１０〜３０００ｓｃｃｍ）、より好ましくは３．３３×１０ −６ 〜８．３３×１０ −６ ｍ ３ ／ｓ（２００〜５００ｓｃｃｍ）、 Noble gas (for example, Kr, Ar, He or Xe): 1.67 × 10 −7 to 5.00 × 10 −5 m 3 / s ( 10 to 3000 sccm ) , more preferably 3.33 × 10 −6 to 8.33 × 10 −6 m 3 / s ( 200 to 500 sccm ) ,

Ｎ２：１．６７×１０ −７ 〜１．６７×１０ −５ ｍ ３ ／ｓ（１０〜１０００ｓｃｃｍ）、より好ましくは１．６７×１０ −６ 〜３．３３×１０ −６ ｍ ３ ／ｓ（１００〜２００ｓｃｃｍ） N 2 : 1.67 × 10 −7 to 1.67 × 10 −5 m 3 / s ( 10 to 1000 sccm ) , more preferably 1.67 × 10 −6 to 3.33 × 10 −6 m 3 / s ( 100-200sccm )

温度：室温（２５℃）〜５００℃、より好ましくは室温〜４００℃、特に好ましくは２５０〜３５０℃   Temperature: Room temperature (25 ° C.) to 500 ° C., more preferably room temperature to 400 ° C., particularly preferably 250 to 350 ° C.

圧力：０．１〜１０００Ｐａ、より好ましくは１〜１００Ｐａ、特に好ましくは１〜１０Ｐａ   Pressure: 0.1 to 1000 Pa, more preferably 1 to 100 Pa, particularly preferably 1 to 10 Pa

マイクロ波：１〜１０Ｗ／ｃｍ2、より好ましくは２〜５Ｗ／ｃｍ2、特に好ましくは３〜４Ｗ／ｃｍ2 Microwave: 1 to 10 W / cm 2 , more preferably 2 to 5 W / cm 2 , particularly preferably 3 to 4 W / cm 2

処理時間：１０〜３００秒、より好ましくは６０〜１２０秒
（好適な条件の例）
本発明においては、例えば、下記条件が好適に使用可能である。
マイクロ波：２ｋＷ／ｃｍ2
ガス：Ａｒ １．６７×１０ −５ ｍ ３ ／ｓ（１０００ｓｃｃｍ）＋Ｎ２ １．６７×１０ −６ ｍ ３ ／ｓ（１００ｓｃｃｍ）、または、
Ｋｒ １．６７×１０ −５ ｍ ３ ／ｓ（１０００ｓｃｃｍ）＋Ｎ２ １．６７×１０ −６ ｍ ３ ／ｓ（００ｓｃｃｍ） Processing time: 10 to 300 seconds, more preferably 60 to 120 seconds (example of suitable conditions)
In the present invention, for example, the following conditions can be preferably used.
Microwave: 2 kW / cm 2
Gas: Ar 1.67 × 10 −5 m 3 / s ( 1000 sccm ) + N 2 1.67 × 10 −6 m 3 / s ( 100 sccm ) , or
Kr 1.67 × 10 −5 m 3 / s ( 1000 sccm ) + N 2 1.67 × 10 −6 m 3 / s ( 00 sccm )

圧力：１３．３〜１３３Ｐａ
基材温度：３５０±５０℃
処理時間：６０〜１２０秒
（絶縁膜の好適な特性） Pressure: 13.3 to 133 Pa
Substrate temperature: 350 ± 50 ° C
Processing time: 60 to 120 seconds (suitable characteristics of insulating film)

本発明によれば、下記のように好適な特性を有する硬化された絶縁膜を容易に形成することができる。   According to the present invention, a cured insulating film having suitable characteristics can be easily formed as follows.

本発明においては、上記した低エネルギープラズマの照射が可能である限り、使用可能なプラズマは特に制限されない。サーマルバジェットが実質的に低減された硬化膜が容易に得られる点からは、電子温度が比較的に低く、且つ高密度なプラズマを用いることが好ましい。サーマルバジェットが実質的に低減された硬化膜を形成することにより、膜の剥がれや、Ｃｕ等の絶縁膜へのシミ出しを抑制することができ、したがって高品質の絶縁膜を形成することが可能となる。特に、４００℃以下の温度で硬化性材料に対して低エネルギープラズマ処理を行った場合には、特にダメージの少ない絶縁膜を得ることができる。   In the present invention, the usable plasma is not particularly limited as long as the above-described low energy plasma irradiation is possible. From the viewpoint of easily obtaining a cured film having a substantially reduced thermal budget, it is preferable to use a plasma having a relatively low electron temperature and a high density. By forming a cured film with a substantially reduced thermal budget, it is possible to suppress film peeling and smearing on an insulating film such as Cu, and thus it is possible to form a high-quality insulating film. It becomes. In particular, when a low energy plasma treatment is performed on a curable material at a temperature of 400 ° C. or lower, an insulating film with particularly little damage can be obtained.

（好適なプラズマ）
本発明において好適に使用可能なプラズマの特性は、以下の通りである。
電子温度：１ｅＶ〜２ｅＶ
密度：１Ｅ１２〜１Ｅ１３ｃｍ -3
プラズマ密度の均一性：±５％以下 (Preferred plasma)
The characteristics of plasma that can be suitably used in the present invention are as follows.
Electron temperature: 1 eV to 2 eV
Density: 1E12-1E13 cm -3
Plasma density uniformity: ± 5% or less

（平面アンテナ部材）
本発明の絶縁膜の形成方法においては、複数のスロットを有する平面アンテナ部材を介してマイクロ波を照射することにより電子温度が低くかつ高密度なプラズマを形成することが好ましい。本発明においては、このような優れた特性を有するプラズマを用いて絶縁膜の形成を行った場合、プラズマダメージが特に小さく、かつ低温で反応性の高いプロセスが可能となる。本発明においては、更に、（従来のプラズマを用いた場合に比べ）平面アンテナ部材を介してマイクロ波を照射することにより、良質な絶縁膜の形成が容易であるという利点が得られる。 (Flat antenna member)
In the method for forming an insulating film of the present invention, it is preferable to form a plasma having a low electron temperature and a high density by irradiating microwaves through a planar antenna member having a plurality of slots. In the present invention, when the insulating film is formed using plasma having such excellent characteristics, a plasma damage is particularly small, and a process having high reactivity at a low temperature is possible. In the present invention, an advantage that a high-quality insulating film can be easily formed can be obtained by irradiating microwaves through a planar antenna member (compared to the case of using conventional plasma).

（プラズマ照射装置の一態様）
以下、添付図面を参照して、プラズマ照射装置として使用可能な、例示的なマイクロ波プラズマ装置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。従来のマイクロ波は１〜１００ＧＨｚの周波数をいうが、本発明のマイクロ波はこれに限らず、およそ５０ＭＨｚ〜１００ＧＨｚのものをいう。 (One aspect of plasma irradiation apparatus)
Hereinafter, an exemplary microwave plasma apparatus 100 that can be used as a plasma irradiation apparatus will be described with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals denote the same members. The conventional microwave refers to a frequency of 1 to 100 GHz, but the microwave of the present invention is not limited to this, and refers to a frequency of approximately 50 MHz to 100 GHz.

ここで、図１は、マイクロ波プラズマ装置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装置１００は、マイクロ波源１０と反応ガス供給ノズル５０と真空ポンプ６０とに接続され、アンテナ収納部材２０と、第１の温度制御装置３０と、処理室４０と、第２の温度制御装置７０とを有している。   Here, FIG. 1 is a schematic block diagram of the microwave plasma apparatus 100. The microwave plasma apparatus 100 of the present embodiment is connected to the microwave source 10, the reactive gas supply nozzle 50, and the vacuum pump 60, and includes an antenna housing member 20, a first temperature control device 30, a processing chamber 40, a first chamber, 2 temperature control devices 70.

マイクロ波源１０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、図示しないモード変換器により伝送形態がＴＭ、ＴＥ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。   The microwave source 10 is made of, for example, a magnetron, and can usually generate a microwave of 2.45 GHz (for example, 5 kW). Thereafter, the transmission form of the microwave is converted into a TM, TE, or TEM mode by a mode converter (not shown). In FIG. 1, an isolator that absorbs a reflected wave from which the generated microwave returns to the magnetron, and an EH tuner or a stub tuner for matching with the load side are omitted.

アンテナ収納部材２０には波長短縮部材２２が収納され、波長短縮部材２２に接触してスロット電極２４がアンテナ収納部材２０の底板として構成されている。アンテナ収納部材２０には熱伝導率が高い材料（例えば、アルミニウム）が使用されており、また、後述するように、温調板３２と接触している。従って、アンテナ収納部材２０の温度は温調板３２の温度と略同じ温度に設定される。   A wavelength shortening member 22 is housed in the antenna housing member 20, and the slot electrode 24 is configured as a bottom plate of the antenna housing member 20 in contact with the wavelength shortening member 22. The antenna housing member 20 is made of a material having high thermal conductivity (for example, aluminum) and is in contact with the temperature control plate 32 as will be described later. Therefore, the temperature of the antenna housing member 20 is set to be substantially the same as the temperature of the temperature adjustment plate 32.

波長短縮部材２２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４０に導入されるプラズマ密度を均一にするには、後述するスロット電極２４に多くのスリット２５を形成する必要がある。波長短縮部材２２は、スロット電極２４に多くのスリット２５を形成することを可能にする機能を有する。波長短縮部材２２としては、例えば、アルミナ系セラミック、ＳｉＮ、ＡｌＮを使用することができる。例えば、ＡｌＮは比誘電率εｔが約９であり、波長短縮率ｎ＝１／（εｔ）１／２＝０．３３である。これにより、波長短縮部材２２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、後述するスロット電極２４のスリット２５の間隔を短くすることができ、より多くのスリット２５が形成されることを可能にしている。   For the wavelength shortening member 22, a predetermined material having a predetermined dielectric constant and high thermal conductivity is selected in order to shorten the wavelength of the microwave. In order to make the plasma density introduced into the processing chamber 40 uniform, it is necessary to form many slits 25 in the slot electrode 24 described later. The wavelength shortening member 22 has a function that makes it possible to form many slits 25 in the slot electrode 24. As the wavelength shortening member 22, for example, alumina-based ceramic, SiN, or AlN can be used. For example, AlN has a relative dielectric constant εt of about 9, and a wavelength shortening rate n = 1 / (εt) 1/2 = 0.33. As a result, the speed of the microwave that has passed through the wavelength shortening member 22 is 0.33 times and the wavelength is also 0.33 times, so that intervals between slits 25 of the slot electrode 24 described later can be shortened, and more slits 25 can be obtained. Allows to be formed.

スロット電極２４は、波長短縮部材２２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２４は、図２に示すように、中心から少し外側へ、例えば、数ｃｍ程度離れた位置から開始されて多数のスリット２５が渦巻状に次第に周縁部に向けて形成されている。   The slot electrode 24 is screwed to the wavelength shortening member 22 and is made of, for example, a cylindrical copper plate having a diameter of 50 cm and a thickness of 1 mm or less. As shown in FIG. 2, the slot electrode 24 starts from a position slightly away from the center, for example, about several centimeters, and a large number of slits 25 are formed in a spiral shape gradually toward the peripheral edge.

図２においては、スリット２５は、２回渦巻されている。本実施例では、略Ｔ字状にわずかに離間させて配置した一対のスリット２５Ａ及び２５Ｂを組とするスリット対を上述したように配置することによってスリット群を形成している。各スリット２５Ａ、２５Ｂの長さＬ１はマイクロ波の管内波長λの略１／１６から１／２の範囲内に設定されると共に幅は１ｍｍ程度に設定され、スリット渦巻の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。即ち、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。   In FIG. 2, the slit 25 is spiraled twice. In the present embodiment, the slit group is formed by arranging the slit pair, which is a pair of the slits 25A and 25B arranged in a substantially T-shape slightly apart from each other, as described above. The length L1 of each of the slits 25A and 25B is set within a range of about 1/16 to 1/2 of the in-tube wavelength λ of the microwave and the width is set to about 1 mm. The distance between the outer ring and the inner ring of the slit spiral L2 is set to substantially the same length as the guide wavelength λ, although there is a slight adjustment. That is, the slit length L1 is set within a range represented by the following equation.

（数１）

Figure 0004580235
(Equation 1)
Figure 0004580235

このように各スリット２５Ａ、２５Ｂを形成することにより、処理室４０には均一なマイクロ波の分布を形成することが可能になる。渦巻状スリットの外側であって円盤状スロット電極２４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２６が形成される場合もある（省略も可能）。これにより、スロット電極２４のアンテナ効率を上げている。なお、本実施例のスロット電極２４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（例えば、Ｌ字状など）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。   By forming the slits 25A and 25B in this way, a uniform microwave distribution can be formed in the processing chamber 40. A microwave power reflection preventing radiating element 26 having a width of several millimeters may be formed along the periphery of the disk-shaped slot electrode 24 outside the spiral slit (may be omitted). Thereby, the antenna efficiency of the slot electrode 24 is increased. It should be noted that the slit pattern of the slot electrode 24 of this embodiment is merely an example, and it goes without saying that an electrode having an arbitrary slit shape (for example, an L shape) can be used as the slot electrode.

アンテナ収納部材２０には第１の温度制御装置３０が接続されている。第１の温度制御装置３０は、マイクロ熱によるアンテナ収納部材２０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。第１の温度制御装置３０は、図３に示すように、温調板３２と、封止部材３４と、温度センサ３６とヒータ装置３８とを有し、水道などの水源３９から冷却水を供給される。制御の容易性から、水源３９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。温調板３２は、例えば、ステンレスなど熱伝導率がよく、流路３３を加工しやすい材料が選択される。流路３３は、例えば、矩形状の温調板３２を縦横に貫通し、ねじなどの封止部材３４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３に拘らず、温調板３２と流路３３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。   A first temperature control device 30 is connected to the antenna housing member 20. The first temperature control device 30 has a function of controlling the temperature change of the antenna housing member 20 and its neighboring components due to micro heat to be within a predetermined range. As shown in FIG. 3, the first temperature control device 30 includes a temperature adjustment plate 32, a sealing member 34, a temperature sensor 36, and a heater device 38, and supplies cooling water from a water source 39 such as water supply. Is done. In view of ease of control, the temperature of the cooling water supplied from the water source 39 is preferably constant. For the temperature control plate 32, for example, a material having good thermal conductivity such as stainless steel and easily processing the flow path 33 is selected. The flow path 33 can be formed by, for example, penetrating the rectangular temperature control plate 32 vertically and horizontally and screwing a sealing member 34 such as a screw into the through hole. Of course, regardless of FIG. 3, each of the temperature control plate 32 and the flow path 33 can have an arbitrary shape. Of course, other types of refrigerants (alcohol, galden, chlorofluorocarbon, etc.) can be used instead of the cooling water.

温度センサ３６は、ＰＴＣサーミスタ、赤外線センサなど周知のセンサを使用することができる。なお、熱電対も温度センサ３６使用することができるが、マイクロ波の影響を受けないように構成することが好ましい。温度センサ３６は流路３３に接続してもよいし、接続していなくてもよい。代替的に、温度センサ３６は、アンテナ収納部材２０、波長短縮部材２２及び／又はスロット電極２４の温度を測定してもよい。   As the temperature sensor 36, a known sensor such as a PTC thermistor or an infrared sensor can be used. Although the temperature sensor 36 can be used as the thermocouple, it is preferable that the thermocouple is not affected by the microwave. The temperature sensor 36 may be connected to the flow path 33 or may not be connected. Alternatively, the temperature sensor 36 may measure the temperature of the antenna housing member 20, the wavelength shortening member 22 and / or the slot electrode 24.

ヒータ装置３８は、例えば、温調板３２の流路３３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温調板３２の流路３３を流れる水温を調節することができる。温調板３２は熱伝導率が高いので流路３３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。   The heater device 38 is composed of, for example, a heater wire wound around a water pipe connected to the flow path 33 of the temperature control plate 32. By controlling the magnitude of the current flowing through the heater wire, the temperature of the water flowing through the flow path 33 of the temperature control plate 32 can be adjusted. Since the temperature control plate 32 has a high thermal conductivity, the temperature control plate 32 can be controlled to substantially the same temperature as the temperature of the water flowing through the flow path 33.

温調板３２はアンテナ収納部材２０に接触しており、アンテナ収納部材２０と波長短縮部材２２は熱伝導率が高い。この結果、温調板３２の温度を制御することによって波長短縮部材２２とスロット電極２４の温度を制御することができる。   The temperature control plate 32 is in contact with the antenna housing member 20, and the antenna housing member 20 and the wavelength shortening member 22 have high thermal conductivity. As a result, the temperature of the wavelength shortening member 22 and the slot electrode 24 can be controlled by controlling the temperature of the temperature control plate 32.

波長短縮部材２２とスロット電極２４は、温調板３２などがなければ、マイクロ波源１０の電力(例えば、５ｋＷ)を長時間加えることにより、波長短縮部材２２とスロット電極２４での電力ロスから電極自体の温度が上昇する。この結果、波長短縮部材２２とスロット電極２４が熱膨張して変形する。   If the wavelength shortening member 22 and the slot electrode 24 are not provided with a temperature control plate 32 or the like, the power of the microwave source 10 (for example, 5 kW) is applied for a long time, so that the power is lost from the wavelength shortening member 22 and the slot electrode 24. The temperature of itself rises. As a result, the wavelength shortening member 22 and the slot electrode 24 are thermally expanded and deformed.

例えば、スロット電極２４は、熱膨張により最適なスリット長さが変化して後述する処理室４０内における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半導体ウェハ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半導体ウェハＷを処理室４０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（エッチング深さや成膜厚さ）が半導体ウェハ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、部分的に半導体ウェハＷの処理が変化してしまう。このようにスロット電極２４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。   For example, in the slot electrode 24, the optimum slit length changes due to thermal expansion, and the overall plasma density in the processing chamber 40 described later is lowered or the plasma density is partially concentrated. If the overall plasma density decreases, the processing speed of the semiconductor wafer W changes. As a result, when the plasma processing is managed in terms of time and set to stop the processing and take out the semiconductor wafer W from the processing chamber 40 when a predetermined time (for example, 2 minutes) elapses, the entire plasma density is reduced. If it decreases, a desired process (etching depth or film thickness) may not be formed on the semiconductor wafer W. If the plasma density is partially concentrated, the processing of the semiconductor wafer W is partially changed. As described above, if the slot electrode 24 is deformed due to a temperature change, the quality of the plasma processing is lowered.

更に、温調板３２がなければ、波長短縮部材２２とスロット電極２４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２４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。   Further, if the temperature control plate 32 is not provided, the materials of the wavelength shortening member 22 and the slot electrode 24 are different, and both are screwed, so that the slot electrode 24 warps. It will be understood that the quality of the plasma treatment is also reduced in this case.

一方、スロット電極２４は、温度が一定であれば高温下に配置されても、変形を生じない。また、プラズマＣＶＤ装置においては、処理室４０に水分が液状又は霧状で存在すれば半導体ウェハＷの膜中に不純物として混入されることになるためできるだけ温度を上げておく必要がある。また、処理室４０と後述する誘電体２８との間を密封するオーリング９０などの部材は８０〜１００℃程度の耐熱性を有することを考慮すると、温調板３２（即ち、スロット電極２４）は、例えば、７０℃を基準に±５℃程度となるように制御される。７０℃などの設定温度と±５℃などの許容温度範囲は要求される処理や構成部材の耐熱性その他によって任意に設定することができる。   On the other hand, the slot electrode 24 does not deform even if it is disposed at a high temperature as long as the temperature is constant. In the plasma CVD apparatus, if water is present in the processing chamber 40 in a liquid or mist state, it will be mixed as an impurity in the film of the semiconductor wafer W, so that the temperature needs to be raised as much as possible. Considering that members such as an O-ring 90 that seals between the processing chamber 40 and the dielectric 28 described later have a heat resistance of about 80 to 100 ° C., the temperature control plate 32 (that is, the slot electrode 24). Is controlled to be about ± 5 ° C. with respect to 70 ° C., for example. The set temperature such as 70 ° C. and the allowable temperature range such as ± 5 ° C. can be arbitrarily set depending on the required processing, the heat resistance of the constituent members, and the like.

この場合、第１の温度制御装置３０は、温度センサ３６の温度情報を得て、温調板３２の温度が７０℃±５℃になるようにヒータ装置３８に供給する電流を（例えば、可変抵抗などを使用して）制御する。スロット電極２４は、７０℃で使用されることを前提に、即ち、７０℃の雰囲気下に置かれた時に最適なスリット長さを有するように設計される。代替的に、温度センサ３６が温調板３２に配置される場合には、温調板３２からスロット電極２４へあるいはこの逆へ熱が伝搬するには時間がかかるから７０℃±１０℃にするなどより広い許容範囲を設定してもよい。   In this case, the first temperature control device 30 obtains temperature information of the temperature sensor 36 and supplies a current (for example, variable) to the heater device 38 so that the temperature of the temperature adjustment plate 32 becomes 70 ° C. ± 5 ° C. Control (using resistors etc.). The slot electrode 24 is designed on the assumption that it is used at 70 ° C., that is, has an optimum slit length when placed in an atmosphere of 70 ° C. Alternatively, when the temperature sensor 36 is disposed on the temperature adjustment plate 32, it takes time for heat to propagate from the temperature adjustment plate 32 to the slot electrode 24 or vice versa. A wider allowable range may be set.

第１の温度制御装置３０は、最初は、室温下に置かれた温調板３２の温度は７０℃よりも低いからヒータ装置３８を最初に駆動して水温を７０℃程度にして温調板３２に供給してもよい。代替的に、マイクロ熱による温度上昇を７０℃付近になるまで温調板３２に水を流さなくてもよい。従って、図３に示す例示的な温度制御機構は水源３９からの水量を調節するマスフローコントローラと開閉弁とを含んでいてもよい。温調板３２の温度が７５℃を超えた場合には、例えば、１５℃程度の水を水源３９から供給して温調板３２の冷却を開始し、その後、温度センサ３６が６５℃を示したときにヒータ装置３８を駆動して温調板３２の温度が７０℃±５℃になるように制御する。第１の温度制御装置３０は、上述のマスフローコントローラと開閉弁を利用することによって、例えば、１５℃程度の水を水源３９から供給して温調板３２の冷却を開始し、その後、温度センサ３６が７０℃を示したときに水の供給を停止するなど様々な制御方法を採用することができる。   Since the temperature of the temperature control plate 32 initially placed at room temperature is lower than 70 ° C., the first temperature control device 30 drives the heater device 38 first to bring the water temperature to about 70 ° C. 32 may be supplied. Alternatively, water does not have to flow through the temperature control plate 32 until the temperature rise due to micro heat reaches about 70 ° C. Therefore, the exemplary temperature control mechanism shown in FIG. 3 may include a mass flow controller that adjusts the amount of water from the water source 39 and an on-off valve. When the temperature of the temperature control plate 32 exceeds 75 ° C., for example, water of about 15 ° C. is supplied from the water source 39 to start cooling the temperature control plate 32, and then the temperature sensor 36 indicates 65 ° C. The heater device 38 is driven to control the temperature of the temperature control plate 32 so that it becomes 70 ° C. ± 5 ° C. The first temperature control device 30 uses the mass flow controller and the on-off valve described above to supply, for example, water at about 15 ° C. from the water source 39 to start cooling the temperature adjustment plate 32, and then the temperature sensor Various control methods such as stopping the supply of water when 36 indicates 70 ° C. can be employed.

このように、第１の温度制御装置３０は、波長短縮部材２２とスロット電極２４が所定の設定温度を中心とする所定の許容温度範囲になるように温度制御をするという点でこれらを設定せずに単に冷却するという特開平３−１９１０７３号の冷却手段と相違する。これにより、処理室４０における処理の品質を維持することができる。例えば、スロット電極２４は、７０℃の雰囲気下に置かれた時に最適なスリット長さを有するように設計された場合に、これを単に１５℃程度に冷却するだけでは最適な処理環境を得るのに無意味であることが理解されるであろう。   As described above, the first temperature control device 30 sets these in that the wavelength shortening member 22 and the slot electrode 24 perform temperature control so that the predetermined temperature range is centered on the predetermined set temperature. This is different from the cooling means of Japanese Patent Laid-Open No. 3-191073 in which the cooling is simply performed. Thereby, the quality of the process in the process chamber 40 can be maintained. For example, when the slot electrode 24 is designed to have an optimum slit length when placed in an atmosphere of 70 ° C., an optimum processing environment can be obtained by simply cooling the slot electrode 24 to about 15 ° C. It will be understood that it is meaningless.

また、第１の温度制御装置３０は、温調板３２を流れる水の温度を制御することによって波長短縮部材２２とスロット電極２４の温度を同時に制御している。これは、温調板３２、アンテナ収納部材２０及び波長短縮部材２２を熱伝導率の高い材料で構成したことによるものである。かかる構成を採用することにより、これら３つの温度制御を１の装置で兼用することができるので複数の装置を要しない点で装置全体の大型化とコストアップを防止することができる。なお、温調板３２は、温調手段の単なる一例であり、冷却ファンなどその他の冷却手段を採用することができることはいうまでもない。   In addition, the first temperature control device 30 controls the temperature of the wavelength shortening member 22 and the slot electrode 24 simultaneously by controlling the temperature of the water flowing through the temperature control plate 32. This is because the temperature control plate 32, the antenna housing member 20, and the wavelength shortening member 22 are made of a material having high thermal conductivity. By adopting such a configuration, these three temperature controls can be shared by a single device, so that it is possible to prevent an increase in size and cost of the entire device in that a plurality of devices are not required. Needless to say, the temperature adjustment plate 32 is merely an example of temperature adjustment means, and other cooling means such as a cooling fan may be employed.

次に、図４を参照して、第３の温度制御装置９５について説明する。ここで、図４は、第３の温度制御装置９５を説明するための部分拡大断面図である。第３の温度制御装置９５は、誘電体２８の周辺を冷却水や冷媒等を利用して温度制御するものである。第３の温度制御装置９５は、第１の温度制御装置のように、温度センサ、ヒータ装置を利用して同様に構成することができるのでその詳細な説明は省略する。   Next, the third temperature controller 95 will be described with reference to FIG. Here, FIG. 4 is a partially enlarged sectional view for explaining the third temperature control device 95. The third temperature control device 95 controls the temperature around the dielectric 28 using cooling water, a refrigerant, or the like. Since the third temperature control device 95 can be similarly configured using a temperature sensor and a heater device like the first temperature control device, detailed description thereof is omitted.

本態様では、温調板３２とアンテナ収納部材２０は別個の部材であったが、温調板３２の機能をアンテナ収納部材２０にもたせてもよい。例えば、アンテナ収納部材２０の上面及び／又は側面に流路３２を形成することによりアンテナ収納部材２０を直接冷却することができる。また、図５に示すように、アンテナ収納部材２０の側面に流路３３に類似の流路９９を有する温調板９８を形成すれば、波長短縮部材２２とスロット電極２４とを同時に冷却することも可能である。ここで、図５は、図１に示すマイクロ波プラズマ装置１００の温調板３２の変形例を示す部分拡大断面図である。また、スロット電極２４の周囲に温調板を設けたり、若しくは、スリット２５の配置を妨げないようにスロット電極２４自体に流路を形成することもできる。   In this embodiment, the temperature control plate 32 and the antenna housing member 20 are separate members, but the function of the temperature control plate 32 may be provided to the antenna housing member 20. For example, the antenna housing member 20 can be directly cooled by forming the flow path 32 on the upper surface and / or the side surface of the antenna housing member 20. Further, as shown in FIG. 5, if the temperature control plate 98 having the flow path 99 similar to the flow path 33 is formed on the side surface of the antenna housing member 20, the wavelength shortening member 22 and the slot electrode 24 can be cooled simultaneously. Is also possible. Here, FIG. 5 is a partially enlarged cross-sectional view showing a modification of the temperature control plate 32 of the microwave plasma apparatus 100 shown in FIG. Further, a temperature adjusting plate can be provided around the slot electrode 24, or a flow path can be formed in the slot electrode 24 itself so as not to disturb the arrangement of the slit 25.

誘電体２８はスロット電極２４と処理室４０との間に配置されている。スロット電極２４と誘電体２８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製の誘電体２８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２４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２４を形成してもよい。誘電体２８と処理室４０はオーリング９０によって接合されている。誘電体２８の周辺を例えば８０℃〜１００℃に温調する第３の温度制御装置９５が設けられる場合には、図４に示すように構成される。第３の温度制御装置９５は温調板３２と同様に誘電体２８を取り囲む流路９６を有している。このように第３の温度制御装置は、オーリング９０の近傍に設けられているため、誘電体２８及びスロット電極２４を温調すると共にオーリング９０の温調も効果的に行うことができる。誘電体２８は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などからなり、減圧又は真空環境にある処理室４０の圧力がスロット電極２４に印加されてスロット電極２４が変形したり、スロット電極２４が処理室４０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。必要があれば、誘電体２８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２４が処理室４０の温度により影響を受けるのを防止してもよい。   The dielectric 28 is disposed between the slot electrode 24 and the processing chamber 40. The slot electrode 24 and the dielectric 28 are surface-bonded firmly and secretly, for example, by soldering. Alternatively, a copper thin film is formed on the back surface of the fired ceramic dielectric 28 by patterning a copper thin film into the shape of a slot electrode 24 including a slit by means of screen printing or the like, and baking this. The electrode 24 may be formed. The dielectric 28 and the processing chamber 40 are joined by an O-ring 90. When the third temperature control device 95 for adjusting the temperature of the periphery of the dielectric 28 to, for example, 80 ° C. to 100 ° C. is provided, the configuration is as shown in FIG. Similar to the temperature control plate 32, the third temperature control device 95 has a flow path 96 surrounding the dielectric 28. As described above, since the third temperature control device is provided in the vicinity of the O-ring 90, the temperature of the O-ring 90 can be effectively adjusted while the temperature of the dielectric 28 and the slot electrode 24 is controlled. The dielectric 28 is made of aluminum nitride (AlN) or the like, and the pressure in the processing chamber 40 in a reduced pressure or vacuum environment is applied to the slot electrode 24 to deform the slot electrode 24 or the slot electrode 24 is exposed to the processing chamber 40. Therefore, spattering and copper contamination are prevented. If necessary, the dielectric 28 may be made of a material having low thermal conductivity to prevent the slot electrode 24 from being affected by the temperature of the processing chamber 40.

選択的に、誘電体２８は、波長短縮部材２２と同様に、熱伝導率の高い材質（例えば、ＡｌＮ）で形成することができる。この場合は、誘電体２８の温度を制御することによってスロット電極２４の温度制御を行うことができ、スロット電極２４を介して波長短縮部材２２の温度制御を行うことができる。この場合、誘電体２８の内部にマイクロ波の処理室４０への導入を妨げないように流路を形成することも可能である。なお、上述した温度制御は任意に組み合わせることもできる。   Alternatively, the dielectric 28 can be formed of a material having high thermal conductivity (for example, AlN), similar to the wavelength shortening member 22. In this case, the temperature of the slot electrode 24 can be controlled by controlling the temperature of the dielectric 28, and the temperature of the wavelength shortening member 22 can be controlled via the slot electrode 24. In this case, a flow path can be formed inside the dielectric 28 so as not to prevent introduction of the microwave into the processing chamber 40. In addition, the temperature control mentioned above can also be combined arbitrarily.

処理室４０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て、全体が筒状に成形されており、内部は後述する真空ポンプ６０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。処理室４０内には、熱板４２とその上に被処理体である半導体ウェハＷが収納されている。なお、図１においては、半導体ウェハ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。   The processing chamber 40 has a side wall and a bottom made of a conductor such as aluminum, and is entirely formed in a cylindrical shape. The inside of the processing chamber 40 can be maintained in a predetermined reduced pressure or a vacuum sealed space by a vacuum pump 60 described later. . In the processing chamber 40, a hot plate 42 and a semiconductor wafer W as an object to be processed are accommodated. In FIG. 1, an electrostatic chuck and a clamp mechanism for fixing the semiconductor wafer W are omitted for convenience.

熱板４２は、ヒータ装置３８と同様の構成を有して、半導体ウェハＷの温度制御を行う。例えば、プラズマＣＶＤ処理においては、熱板４２は、半導体ウェハＷを例示的に約４５０℃に加熱する。また、プラズマエッチング処理においては、熱板４２は、半導体ウェハＷを例示的に約８０℃以下に加熱する。熱板４２によるこれらの加熱温度はプロセスにより異なる。いずれにしろ、熱板４２は、半導体ウェハＷに不純物としての水分が付着・混入しないように半導体ウェハＷを加熱する。第２の温度制御装置７０は、熱板４２の温度を測定する温度センサ７２が測定した温度に従って熱板４２に流れる加熱用電流の大きさを制御することができる。   The hot plate 42 has the same configuration as the heater device 38 and controls the temperature of the semiconductor wafer W. For example, in the plasma CVD process, the hot plate 42 heats the semiconductor wafer W to about 450 ° C., for example. Further, in the plasma etching process, the hot plate 42 exemplarily heats the semiconductor wafer W to about 80 ° C. or less. These heating temperatures by the hot plate 42 vary depending on the process. In any case, the hot plate 42 heats the semiconductor wafer W so that moisture as an impurity does not adhere to and mix in the semiconductor wafer W. The second temperature control device 70 can control the magnitude of the heating current flowing through the hot plate 42 according to the temperature measured by the temperature sensor 72 that measures the temperature of the hot plate 42.

処理室４０の側壁には、反応ガスを導入するための石英パイプ製ガス供給ノズル５０が設けられ、このノズル５０は、ガス供給路５２によりマスフローコントローラ５４及び開閉弁５６を介して反応ガス源５８に接続されている。例えば、窒化シリコン膜を堆積させようとする場合には、反応ガスとして所定の混合ガス（即ち、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）にＮＨ３やＳｉＨ４ガスなどを混合したものが選択されることができる。 A gas supply nozzle 50 made of quartz pipe for introducing a reaction gas is provided on the side wall of the processing chamber 40, and this nozzle 50 is connected to a reaction gas source 58 via a mass flow controller 54 and an opening / closing valve 56 by a gas supply path 52. It is connected to the. For example, (those words, neon, xenon, argon, helium, radon, and N 2 and H 2 in any of krypton added) when attempting to deposit a silicon nitride film, a predetermined mixture gas as reactive gas A mixture of NH 3 and SiH 4 gas may be selected.

真空ポンプ６０は、処理室４０の圧力を所定の圧力（例えば、１３．３〜数１３３３ｍＰａ（０．１〜数１０ｍＴｏｒｒ））まで真空引きすることができる。なお、図１においては、排気系の詳細な構造も省略されている。 The vacuum pump 60 can evacuate the processing chamber 40 to a predetermined pressure (for example, 13.3 to several 1333 mPa ( 0.1 to several tens mTorr ) ). In FIG. 1, the detailed structure of the exhaust system is also omitted.

（プラズマ処理装置の動作）
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、通常処理室４０の側壁に設けられている図示しないゲートバルブを介して半導体ウェハＷを搬送アームにより処理室４０に収納する。その後、図示しないリフタピンを上下動させることによって半導体ウェハＷを所定の載置面に配置する。 (Operation of plasma processing equipment)
Next, the operation of the microwave plasma processing apparatus 100 of the present embodiment configured as described above will be described. First, the semiconductor wafer W is accommodated in the processing chamber 40 by the transfer arm via a gate valve (not shown) provided on the side wall of the normal processing chamber 40. Thereafter, the semiconductor wafer W is placed on a predetermined placement surface by moving a lifter pin (not shown) up and down.

次に、処理室４０内を所定の処理圧力、例えば、６６６６ｍＰａ（５０ｍＴｏｒｒ）に維持してノズル５０から、例えば、アルゴンおよび窒素の混合ガスを混合した一以上の反応ガス源５８からマスフローコントローラ５４及び開閉弁５６を介して流量制御しつつ処理室４０に導入される。 Next, the inside of the processing chamber 40 is maintained at a predetermined processing pressure, for example, 6666 mPa ( 50 mTorr ) , from the nozzle 50, for example, from one or more reaction gas sources 58 in which a mixed gas of argon and nitrogen is mixed, The gas is introduced into the processing chamber 40 while controlling the flow rate through the on-off valve 56.

処理室４０の温度は７０℃程度になるように第２の温度制御装置７０と熱板４２により調整される。また、第１の温度制御装置３０は、温調板３２の温度が７０℃程度になるようにヒータ装置３８を制御する。これにより、温調板３２を介して波長短縮部材２２とスロット電極２４の温度も７０℃程度に維持される。スロット電極２４は７０℃で最適のスリット長を有するように設計されている。また、スロット電極２４は±５℃程度の温度誤差が許容範囲であるということが予め分かっているものとする。プラズマが発生する際には、スロット電極がプラズマによる熱で加熱されるのでスロットも所定の温度以下になった時にマイクロ波を供給するようにしてプラズマ立上げ時の熱を抑制するように制御してもよい。   The temperature of the processing chamber 40 is adjusted by the second temperature controller 70 and the hot plate 42 so as to be about 70 ° C. Further, the first temperature control device 30 controls the heater device 38 so that the temperature of the temperature control plate 32 is about 70 ° C. Thereby, the temperature of the wavelength shortening member 22 and the slot electrode 24 is also maintained at about 70 ° C. via the temperature control plate 32. The slot electrode 24 is designed to have an optimum slit length at 70 ° C. Further, it is assumed in advance that the slot electrode 24 has an allowable range of a temperature error of about ± 5 ° C. When plasma is generated, the slot electrode is heated by the heat generated by the plasma, so when the slot falls below a predetermined temperature, microwaves are supplied to control the heat generated during plasma startup. May be.

一方、マイクロ波源１０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収納部材２０内の波長短縮部材２２に、例えば、ＴＥＭモードなどで導入する。波長短縮部材２２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２４に入射し、スリット２５から処理室４０に誘電体２８を介して導入される。波長短縮部材２２とスロット電極２４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２４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４０に導入されることができる。   On the other hand, the microwave from the microwave source 10 is introduced into the wavelength shortening member 22 in the antenna housing member 20 through a rectangular waveguide or a coaxial waveguide (not shown) in the TEM mode, for example. The microwave that has passed through the wavelength shortening member 22 has its wavelength shortened, enters the slot electrode 24, and is introduced from the slit 25 into the processing chamber 40 via the dielectric 28. Since the wavelength shortening member 22 and the slot electrode 24 are temperature-controlled, there is no deformation due to thermal expansion or the like, and the slot electrode 24 can maintain an optimum slit length. This allows the microwaves to be introduced into the processing chamber 40 uniformly (ie, without partial concentration) and as a whole at the desired density (ie, without a decrease in density).

継続的な使用により、温調板３２の温度が７５℃よりも上昇すれば第１の温度制御装置３０は水源３９より１５℃程度の冷却水を温調板３２に導入することによりこれを７５℃以内になるように制御する。同様に、処理開始時や過冷却により温調板３２の温度が６５℃以下になれば第１の温度制御装置３０はヒータ装置３８を制御して水源３９から温調板３２に導入される水温を上げて温調板３２の温度を６５℃以上にすることができる。   If the temperature of the temperature control plate 32 rises from 75 ° C. due to continuous use, the first temperature control device 30 introduces cooling water of about 15 ° C. from the water source 39 into the temperature control plate 32. Control to be within ℃. Similarly, when the temperature of the temperature adjusting plate 32 becomes 65 ° C. or less at the start of processing or due to supercooling, the first temperature control device 30 controls the heater device 38 to introduce the water temperature introduced from the water source 39 into the temperature adjusting plate 32. To increase the temperature of the temperature control plate 32 to 65 ° C. or higher.

一方、温調板３２による過冷却によって処理室４０の温度が所定温度以下になったことを温度センサ７２が検知すれば、水分が不純物としてウェハＷに付着・混入することを防ぐため第２の温度制御装置７０は熱板４２を制御して処理室４０の温度を制御することができる。   On the other hand, if the temperature sensor 72 detects that the temperature of the processing chamber 40 has become equal to or lower than the predetermined temperature due to overcooling by the temperature control plate 32, the second is to prevent moisture from adhering to and mixing into the wafer W as impurities. The temperature control device 70 can control the temperature of the processing chamber 40 by controlling the hot plate 42.

その後、マイクロ波は、反応ガスをプラズマ化して、電子デバイス用基材上に配置された硬化性材料含有膜に対して、低エネルギープラズマを照射し、該硬化性材料含有膜を硬化させる。この硬化処理は、例えば、予め設定された所定時間だけ行われてその後、半導体ウェハＷは上述の図示しないゲートバルブから処理室４０の外へ出される。処理室４０には所望の密度のマイクロ波が均一に供給されるのでウェハＷには所望の厚さの膜が均一に形成されることになる。また、処理室４０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。   Thereafter, the microwave turns the reaction gas into plasma and irradiates the curable material-containing film disposed on the substrate for an electronic device with low energy plasma to cure the curable material-containing film. This curing process is performed, for example, for a predetermined time set in advance, and then the semiconductor wafer W is taken out of the processing chamber 40 from the gate valve (not shown). Since a microwave having a desired density is uniformly supplied to the processing chamber 40, a film having a desired thickness is uniformly formed on the wafer W. Further, since the temperature of the processing chamber 40 is maintained at a temperature at which moisture or the like is not mixed into the wafer W, desired film formation quality can be maintained.

以上、本発明において好適に使用可能な装置の態様を説明したが、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は半導体ウェハ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。更に、本発明で処理される被処理体は半導体ウェハに限られず、ＬＣＤなどを含むものである。   As mentioned above, although the aspect of the apparatus which can be used conveniently in this invention was demonstrated, this invention can be variously changed and changed within the scope of the gist. For example, since the microwave plasma processing apparatus 100 of the present invention does not prevent the use of electron cyclotron resonance, it may have a coil for generating a predetermined magnetic field. Further, although the microwave plasma processing apparatus 100 of the present embodiment is described as a plasma CVD apparatus, the microwave plasma processing apparatus 100 can also be used when the semiconductor wafer W is etched or cleaned. Needless to say. Further, the object to be processed in the present invention is not limited to a semiconductor wafer, but includes an LCD or the like.

図１は、本発明において好適に使用可能な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。FIG. 1 is a schematic block diagram showing the structure of a microwave plasma processing apparatus that can be suitably used in the present invention. 図２は、図１に示すマイクロ波プラズマ処理装置に使用されるスロット電極の具体的構成例を説明するための概略平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view for explaining a specific configuration example of the slot electrode used in the microwave plasma processing apparatus shown in FIG. 図３は、図１に示すマイクロ波プラズマ処理装置に使用される第１の温度制御装置と温調板の構成を示す概略ブロック図である。FIG. 3 is a schematic block diagram showing the configuration of the first temperature control device and the temperature control plate used in the microwave plasma processing apparatus shown in FIG. 図４は、第３の温度制御装置９５を説明するための部分拡大断面図である。FIG. 4 is a partial enlarged cross-sectional view for explaining the third temperature control device 95. 図５は、図１に示すマイクロ波プラズマ装置の温調板の変形例を示す部分拡大断面図である。FIG. 5 is a partially enlarged cross-sectional view showing a modification of the temperature control plate of the microwave plasma apparatus shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

図中における符号の意味は、以下の通りである。
１０ マイクロ波源
２０ アンテナ収納部材
２２ 波長短縮部材
２４ スロット電極
２５ スリット
２８ 誘電体
３０ 第１の温度制御装置
３２ 温調板
３６ 温度センサ
３８ ヒータ装置
３９ 水源
４０ 処理室
４２ 熱板
５０ 反応ガス供給ノズル
５８ 反応ガス源
６０ 真空ポンプ
７０ 第２の温度制御装置
７２ 温度センサ The meanings of the symbols in the figure are as follows.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Microwave source 20 Antenna accommodation member 22 Wavelength shortening member 24 Slot electrode 25 Slit 28 Dielectric 30 1st temperature control apparatus 32 Temperature control board 36 Temperature sensor 38 Heater apparatus 39 Water source 40 Processing chamber 42 Hot plate 50 Reaction gas supply nozzle 58 Reaction gas source 60 Vacuum pump 70 Second temperature control device 72 Temperature sensor

Claims (6)

電子デバイス用基材上に配置された膜厚１００〜１０００ｎｍの有機硬化性材料含有膜に対して、希ガス中において０．１〜１０００Ｐａの圧力および２５℃〜５００℃の温度で、複数のスリットを有する平面アンテナ部材を介するマイクロ波照射に基づく電子温度１ｅＶ〜２ｅＶの低エネルギープラズマを照射して該有機硬化性材料含有膜を硬化させ、誘電率が３以下の絶縁膜を得ることを特徴とする絶縁膜の形成方法。The organic curable material-containing film having a thickness of 100~1000nm disposed on an electronic device substrate at a pressure of 0.1~1000Pa and 2 5 ℃ ~ 500 ℃ temperatures in rare gas, Irradiating a low energy plasma having an electron temperature of 1 eV to 2 eV based on microwave irradiation through a planar antenna member having a plurality of slits to cure the organic curable material-containing film to obtain an insulating film having a dielectric constant of 3 or less A method of forming an insulating film characterized by the above. 有機硬化性材料含有膜が、流動性を有する該材料の溶液または分散液を前記電子デバイス用基材上にコーティングすることにより配置されたものである請求項１に記載の絶縁膜の形成方法。  The method for forming an insulating film according to claim 1, wherein the organic curable material-containing film is disposed by coating a solution or dispersion of the material having fluidity on the substrate for electronic devices. 有機硬化性材料含有膜が、前記電子デバイス用基材上にスピンコートにより配置されたものである請求項２に記載の絶縁膜の形成方法。  The method for forming an insulating film according to claim 2, wherein the organic curable material-containing film is disposed by spin coating on the electronic device substrate. 前記硬化により形成された絶縁膜が、層間絶縁膜である請求項１〜３のいずれかに記載の絶縁膜の形成方法。  The method for forming an insulating film according to claim 1, wherein the insulating film formed by the curing is an interlayer insulating film. 前記プラズマの密度が１Ｅ１２〜１Ｅ１３ｃｍ-3である請求項１〜４のいずれかに記載の絶縁膜の形成方法。The insulating film forming method according to claim 1, wherein the plasma has a density of 1E12 to 1E13 cm −3 . 硬化後の膜厚が硬化前の膜厚より５〜６％減少する請求項１〜５のいずれかに記載の絶縁膜の形成方法。  The method for forming an insulating film according to claim 1, wherein the film thickness after curing is reduced by 5 to 6% from the film thickness before curing.
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