JP4947982B2 - 基板処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は一般に半導体装置の製造に係り、特に半導体装置の製造工程で使われる光源装置、およびかかる光源装置を備えた基板処理装置に関する。
紫外光源は、液晶表示装置を含む半導体装置の製造工程において、紫外光により基板上に形成された膜などの改質や、酸素ラジカルやハロゲンラジカルなどのラジカルを発生させるのに広く使われている。
例えば紫外光源を使って酸素ガスを励起し、形成された酸素ラジカルによりシリコン基板表面を酸化する技術が知られている。また紫外光励起されたハロゲンラジカルを使って行うエッチング技術が知られている。
特開平７−１０６２９９号公報
このような紫外光源としては、従来高圧水銀ランプ、低圧水銀ランプ、エキシマランプなどが広く使われているが、これらは管状形状を有した管状あるいは点状の光源であり、大面積にわたり一様に紫外光を発生させようとすると、光源を複数設けたり、被処理基板を回転させるなどの複雑な機構を用いたりする必要があった。
また従来、これらの光源は寿命が短く、頻繁に交換する必要があり、特に複数の光源を使って大口径基板を処理する基板処理装置においては、紫外光源の費用が半導体装置の製造費用を押し上げる要因となっている。
本発明は、大面積にわたり、一様な紫外発光を行うことのできる紫外光源装置、およびかかる紫外光源装置を有する基板処理装置を提供する。
一の側面によれば本発明は、被処理基板を保持する基板保持台を設けられた処理容器と、前記処理容器の天井部に、前記基板保持台上の被処理基板に対向するように設けられたマイクロ波透過窓と、前記処理容器の外側上部に、前記マイクロ波透過窓と結合して設けられたマイクロ波アンテナと、前記処理容器中、前記基板保持台上の被処理基板と前記マイクロ波透過窓との間に設けられ、前記マイクロ波透過窓との間にプラズマ形成領域を、前記基板保持台上の被処理基板との間にプロセス空間を、それぞれ画成する光学窓と、前記プラズマ形成領域に第１のガスを導入する第１のガス入り口と、前記プロセス空間に第２のガスを導入する第２のガス入り口と、前記プラズマ形成領域を排気する第１の排気口と、前記プロセス空間を排気する第２の排気口と、前記第１の排気口に設けられた第１のバルブと、前記第２の排気口に設けられた第２のバルブと、前記プラズマ形成空間と前記プロセス空間とを結合するガス通路と、前記ガス通路に設けられた第３のバルブと、を備えた基板処理装置による基板処理方法であって、前記第３のバルブを閉鎖し、前記第１および第２のバルブを開放した状態で、前記プラズマ形成領域にプラズマを形成し、前記被処理基板表面をプラズマ発光に対して露光する第１の工程と、前記第２および第３のバルブを開放し、前記第１のバルブを閉鎖した状態で、前記プロセス空間において前記被処理基板表面を、前記プラズマに伴うラジカルにより処理する第２の工程の、少なくとも一方を含む基板処理方法を提供する。
本発明によれば、光学窓に対向したマイクロ波透過窓を介して、プラズマ形成領域中にマイクロ波アンテナによる無電極放電によりプラズマを形成し、形成されたプラズマに伴う発光を光学窓から放射することにより、大面積にわたり一様な発光が実現され、寿命の長い大口径の光源が得られる。このような光源を使うことにより、高品質な基板処理を安価に行うことが可能となる。このような光源は、プラズマを使った基板処理装置に一体化することが可能である。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態による、マイクロ波プラズマ光源装置を備えた基板処理装置５０の構成を示す。
図１は、本発明の第１の実施形態による、マイクロ波プラズマ光源装置を備えた基板処理装置５０の構成を示す。
図１を参照するに、基板処理装置５０は処理容器５１を含み、前記処理容器５１中には、被処理基板Ｗを保持する基板保持台５２が設けられている。前記処理容器５１は排気ポート５１Ｄにおいて、前記基板保持台５２を囲むように形成された空間５１Ｃを介して排気される。
前記基板保持台５２はヒータ５２Ａを設けられ、前記ヒータ５２Ａは電源５２Ｃにより、駆動ライン５２Ｂを介して駆動される。
前記処理容器５１中には、前記被処理基板Wに対面して紫外線を透過する誘電体等の石英ガラスよりなる光学窓６１Ａが配置されており、前記光学窓６１Ａにより、前記処理容器内の空間は、上方のプラズマ形成空間５１Ａと、下方のプロセス空間５１Ｂとに分けられる。図示の実施形態では、前記プラズマ形成空間５１Ａとプロセス空間５１Ｂとは、前記光学窓６１Ａ中、前記被処理基板Ｗの外側に設けられた開口部６１ａを介して連通している。
前記処理容器５１上部には、前記光学窓６１Ａに対面して開口部が形成されており、前記開口部は誘電体等の石英ガラスよりなる天板５３により塞がれている。また前記天板５３の下方、前記光学窓６１Ａの上方には、ガス入口およびこれに連通する多数のノズル開口部を設けられたガスリング５４が設けられ、Ａｒ、Ｋｒ，Ｘｅ、Ｈｅ，Ｎｅなどの希ガスや酸素ガス、窒素ガスが、前記プラズマ形成空間５１Ａに導入される。
さらに、前記処理容器５１には、前記光学窓６１Ａの下に別のガスリング５４Ｂが設けられ、前記プロセス空間５１Ｂに、例えば酸素ガス、窒素ガス、Ｎ2Ｏガス、ＮＯガス、ＮＯ2ガス、炭化水素ガス、フルオロカーボンガスや希ガスなどが、前記被処理基板Ｗの基板処理の目的で導入される。
ここで前記天板５３はマイクロ波透過窓として機能し、前記天板５３の上部には、ラジアルラインスロットアンテナ５５Ｃを構成するアンテナ部５５が設けられている。前記マイクロ波アンテナの代わりにホーンアンテナを使うことも可能である。
図示の例ではラジアルラインスロットアンテナ５５Ｃからなる平面状のアンテナで形成されており、従って前記アンテナ部５５は、平坦な導体部５５Ａと遅波板５５Ｂと平面アンテナ板５５Ｃを含んでいる。遅波板５５Ｂは平面アンテナ板５５Ｃを覆うように設けられ、石英あるいはアルミナなどの誘電体で構成する。
平面アンテナ板５５Ｃは図４で説明する多数のスロット５５ａ，５５ｂを形成されており、さらにアンテナ５５は、外部導波路５６Ａと内部導波路５６Ｂよりなる同軸導波管５６に、前記外部導波路５６Ａが前記アンテナ５５の導体部５５Ａに、また前記内部導波路５６Ｂが前記平面アンテナ板５５Ｃに前記遅波板５５Ｂを貫通して接続され、結合されている。
前記内部導波路はモード変換部１１０Ａを介して矩形断面の導波路１１０Ｂに接続され、前記導波路１１０Ｂはマイクロ波源１１２にインピーダンス整合器１１１を介して結合される。そこで前記マイクロ波源１１２で形成されたマイクロ波は矩形導波管１１０Ｂおよび同軸導波管５６を介してアンテナ５５に供給される。
また図１の構成では、前記導体部５５Ａに冷却ユニット５５Ｄが設けられている。
図２は、前記ラジアルラインスロットアンテナ５５Ｃの構成を詳細に示す。ただし図２は、前記平面アンテナ板５５Ｃの上面図になっている。
図２を参照するに、前記平面アンテナ板５５Ｃには多数のスロット５５ａ，５５ｂが同心円状に、かつ隣接するスロット５５ａと５５ｂが直交するような向きで形成されているのがわかる。前記スロット５５ａ，５５ｂはらせん状でも直線状でもよい。
そこで、このようなラジアルラインスロットアンテナ５５Ｃにマイクロ波が同軸導波管５６から供給されると、マイクロ波はアンテナ５５Ｃ中を径方向に広がりながら伝播し、その際に前記遅波板５５Ｂにより波長圧縮を受ける。そこでマイクロ波は前記スロット５５ａ，５５ｂから、一般に平面アンテナ板５５Ｃに略垂直方向に、円偏波として放射される。
動作時には、前記処理容器５１内のプラズマ形成空間５１Ａおよびプロセス空間５１Ｂが、前記排気口５１Ｃを介した排気により、所定の圧力に設定され、Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｎｅなどの希ガスが、前記ガスリング５４から、前記プラズマ形成空間５１Ａに導入される。
さらに前記プロセス空間５１Ａには周波数が１〜２０ＧＨｚ、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波が、前記マイクロ波源１１２からアンテナ５５を介して導入され、その結果、前記被処理基板Ｗの表面にはプラズマ密度が１０11〜１０13／ｃｍ3の高密度プラズマが励起される。このようにアンテナを介して導入されたマイクロ波により励起されたプラズマは、０．５〜７ｅＶあるいはそれ以下の低い電子温度を特徴とする。
このようなプラズマ励起にともない、前記プラズマ形成空間５１Ａには、図３に示す連続スペクトルを有する紫外光が形成される。そこで、図１，２の基板処理装置５０では、前記プロセス空間５１Ｂにおける基板処理を、前記プラズマ形成空間５１Ａにおける無電極放電によるプラズマ発光を光源として、行うことが可能となる。この場合、前記光学窓６１Ａよりも上方の部分が、マイクロ波プラズマ光源装置を構成する。
図１の構成では、前記プラズマ形成空間５１Ａは前記プロセス空間５１Ｂと、前記開口部６１ａを介して連通しているため、前記プラズマ形成空間５１Ａは、前記プロセス空間と同時に排気される。
図１，２の構成によれば、プラズマが大口径のマイクロ波アンテナにより均一に形成され、プラズマに伴う紫外光により、大面積を有する被処理体に単一の光源で、均一に照射することが可能となり、光源を寿命の短い放電管を多数配列することにより構成したり、被処理基板を回転させたりする必要がない。その結果、紫外光処理や酸素ラジカルを使った酸化処理、エッチング処理などにおいて、基板処理費用を大きく低減することが可能となる。
［第２の実施形態］
図４は、本発明の第２の実施形態による、無電極放電光源装置を備えた基板処理装置５０Ａの構成を示す。ただし図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
［第２の実施形態］
図４は、本発明の第２の実施形態による、無電極放電光源装置を備えた基板処理装置５０Ａの構成を示す。ただし図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
図４を参照するに、本実施形態では前記光学窓６１Ａの代わりに、前記プラズマ形成空間５１Ａとプロセス空間５１Ｂを、間に連通部を形成することなく分離する石英光学窓６１Ｂが設けられており、さらに前記処理容器５１には、前記プラズマ形成領域５１Ａを排気する排気口５１Ｅが形成されている。
図４の構成では、このように、前記プラズマ形成領域５１Ａが、前記プロセス空間５１Ｂに対して独立しており、前記光学窓６１Ｂの上方には、前記光学窓６１Ｂの下方の基板処理装置とは独立の光源装置が形成される。プラズマ処理装置５０Ａにプラズマガスをガスリング５４Ｂから導入してプラズマを生成し、紫外光が生成される。
この場合、前記プロセス空間５１Ｂにおいては、前記プラズマ形成領域５１Ａにおいて形成されたプラズマに伴う紫外光により前記ガス入り口５４Ｂから供給されたプロセスガスが励起され、その結果形成された前記プロセスガスの活性ラジカルにより、被処理基板Ｗの基板処理がなされる。
さらに、図４の構成のうち、光源装置部分だけを図５に示すように分離させ、独立した光源装置７０を構成することも可能である。また、図６に示すように、前記光源装置７０において、ガス入り口５４Ａおよび排気口５１Ｅを省略し、前記プラズマ形成領域５１ＡにＡｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｎｅ，Ｈｅなどの希ガスを封入した光源装置７０Ａを構成することも可能である。
［第３の実施形態］
図７は、本発明の第３の実施形態による基板処理装置５０Ｂの構成を示す。ただし図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
［第３の実施形態］
図７は、本発明の第３の実施形態による基板処理装置５０Ｂの構成を示す。ただし図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
図７を参照するに、基板処理装置５０Bは前記基板処理装置５０Ａと同様な構成を有しているが、処理容器５１の外部に、前記プラズマ形成空間５１Ａとプロセス空間５１Ｂを連結するライン７１を設け、さらに前記ライン７１中にバルブ７１Ａを設けている。さらに図６の構成では、前記排気口５１Dを、バルブ５１ｄを介して排気し、排気口５１E、バルブ５１ｅを介して排気している。
前記バルブ７１Ａは、前記プラズマ形成空間５１Ａで形成されたラジカルを前記プロセス空間５１Ｂに導入する場合に開放される。
図８Ａおよび図８Ｂは、図７の基板処理装置５０Bの二つの運転モードを示す。
図８Ａの運転モードでは、前記バルブ７１Ａは閉鎖され、前記バルブ５１ｄおよび５１ｅを開放することにより、前記光学窓６１Ｂおよびその上側のプラズマ形成空間５１Ａを含む光源部が、前記光学窓６１Ｂより下方の基板処理部に対して独立に駆動され、前記基板保持台５２上の被処理基板Ｗが、前記プラズマ形成空間に形成されたプラズマに伴う発行に露出される。
これに対し図８Ｂの運転モードでは、前記バルブ７１Ａは開放され、一方バルブ５１ｅは閉鎖される。
その結果、例えば前記プラズマ形成空間５１ＡにＡｒガスなどの希ガスとともに酸素ガスあるいは窒素ガスを導入した場合、前記プラズマ形成空間５１Ａにおいて形成された酸素ラジカルあるいは窒素ラジカルが、前記排気口５１Ｄおよびバルブ５１ｄを介した排気作用の結果、前記ライン７１を通ってプロセス空間５１Ｂに流れ、前記被処理基板Ｗ表面に対して酸素ラジカル処理が施される。本実施形態では、処理容器５１内の有機物（Ｃ、Ｈなどの炭化水素等）を、酸素、水素を用い、紫外線照射して活性化し、クリーニングすることができる。
図８Ａの運転モードおよび図８Ｂの運転モードは独立であり、別々に実行することが可能である。また、図８Ａの運転モードを図８Ｂの運転モードの後で実行することも可能であるし、図８Ｂの運転モードを図７Ａの運転モードの後で実行することも可能である。
以上、本発明をこのましい実施例について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
５０，５０Ａ，５０Ｂ マイクロ波プラズマ処理装置
５１ 処理容器
５１Ａ プラズマ形成空間
５１Ｂ プロセス空間
５１Ｃ 空間
５１Ｄ，５１Ｅ 排気口
５２ 基板保持台
５２Ａ ヒータ
５２Ｂ 駆動ライン
５２Ｃ ヒータ電源
５３ 天板
５４Ａ，５４Ｂ ガスリング
５５ マイクロ波アンテナ
５５Ａ 導体部
５５Ｂ 遅波板
５５Ｃ 平面アンテナ板
５５ａ，５５ｂ スロット
５６ 同軸導波管
５６Ａ 外側導波管
５６Ｂ 内側導体
６１Ａ，６１Ｂ 光学窓
６１ａ 開口部
１０１Ａ，１０１Ｈ，１０１Ｏ ガス源
１０３Ａ，１０３Ｈ，１０３Ｏ ＭＦＣ
１０４Ａ，１０４Ｈ，１０４Ｏ、１０５Ａ，１０５Ｈ，１０５Ｏ，１０６ バルブ
１１０Ａ モード変換部
１１０Ｂ 矩形導波管
１１１ インピーダンス整合器
１１２ マイクロ波源
５１ 処理容器
５１Ａ プラズマ形成空間
５１Ｂ プロセス空間
５１Ｃ 空間
５１Ｄ，５１Ｅ 排気口
５２ 基板保持台
５２Ａ ヒータ
５２Ｂ 駆動ライン
５２Ｃ ヒータ電源
５３ 天板
５４Ａ，５４Ｂ ガスリング
５５ マイクロ波アンテナ
５５Ａ 導体部
５５Ｂ 遅波板
５５Ｃ 平面アンテナ板
５５ａ，５５ｂ スロット
５６ 同軸導波管
５６Ａ 外側導波管
５６Ｂ 内側導体
６１Ａ，６１Ｂ 光学窓
６１ａ 開口部
１０１Ａ，１０１Ｈ，１０１Ｏ ガス源
１０３Ａ，１０３Ｈ，１０３Ｏ ＭＦＣ
１０４Ａ，１０４Ｈ，１０４Ｏ、１０５Ａ，１０５Ｈ，１０５Ｏ，１０６ バルブ
１１０Ａ モード変換部
１１０Ｂ 矩形導波管
１１１ インピーダンス整合器
１１２ マイクロ波源
Claims (2)
- 被処理基板を保持する基板保持台を設けられた処理容器と、
前記処理容器の天井部に、前記基板保持台上の被処理基板に対向するように設けられたマイクロ波透過窓と、
前記処理容器の外側上部に、前記マイクロ波透過窓と結合して設けられたマイクロ波アンテナと、
前記処理容器中、前記基板保持台上の被処理基板と前記マイクロ波透過窓との間に設けられ、前記マイクロ波透過窓との間にプラズマ形成領域を、前記基板保持台上の被処理基板との間にプロセス空間を、それぞれ画成する光学窓と、
前記プラズマ形成領域に第１のガスを導入する第１のガス入り口と、
前記プロセス空間に第２のガスを導入する第２のガス入り口と、
前記プラズマ形成領域を排気する第１の排気口と、
前記プロセス空間を排気する第２の排気口と、
前記第１の排気口に設けられた第１のバルブと、
前記第２の排気口に設けられた第２のバルブと、
前記プラズマ形成空間と前記プロセス空間とを結合するガス通路と、
前記ガス通路に設けられた第３のバルブと、を備えた基板処理装置による基板処理方法であって、
前記第３のバルブを閉鎖し、前記第１および第２のバルブを開放した状態で、前記プラズマ形成領域にプラズマを形成し、前記被処理基板表面をプラズマ発光に対して露光する第１の工程と、
前記第２および第３のバルブを開放し、前記第１のバルブを閉鎖した状態で、前記プロセス空間において前記被処理基板表面を、前記プラズマに伴うラジカルにより処理する第２の工程の、少なくとも一方を含むことを特徴とする基板処理方法。 - 前記第１おのび第２の工程は、前記第２の工程が前記第１の工程の後で行われる第１のシーケンスおよび前記第１の工程が前記第２の工程の後で行われる第２のシーケンスのいずれか一方に従って実行されることを特徴とする請求項１記載の基板処理方法。
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