JP5222040B2

JP5222040B2 - マイクロ波プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP5222040B2
Application number: JP2008166347A
Authority: JP
Inventors: 宏治田中
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2008-06-25
Filing date: 2008-06-25
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2028-06-25
Also published as: KR20100002139A; JP2010010297A; US20090320756A1

Description

本発明は、マイクロ波により処理容器内にプラズマを生成し、プラズマを利用して、処理容器内に保持される基板を処理するプラズマ処理装置に関する。

プラズマ処理技術は半導体デバイスの製造に不可欠である。近年、ＬＳＩの高集積化の要請からデバイス要素の微細化が進んでおり、これに従って、微細化に適したプラズマ処理装置が求められている。例えば、従来から多用されてきた平行平板型や誘導結合型の高周波プラズマ処理装置では、電子温度が高いため、堆積した膜やエッチング後の下地層にダメージを与える場合がある。そのようなダメージはデバイス要素の微細化とともに特に問題となる虞がある。また、ゲート絶縁膜の薄層化に伴い、従来の熱酸化ゲート絶縁膜に代わって、より高い絶縁性を有する酸窒化シリコンが検討されているが、従来のプラズマ処理装置では、プラズマダメージのため、ゲート絶縁膜として十分な絶縁性を有する酸窒化シリコン膜を実現することができない。

このため、高密度で低電子温度のプラズマを均一に形成することができるＲＬＳＡ（Radial Line Slot Antenna）マイクロ波プラズマ処理装置が注目されている（例えば特許文献１）。ＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置においては、所定のパターンで多数のスロットが形成されたＲＬＳＡから、マイクロ波透過板を通して、処理容器内へマイクロ波が放射され、マイクロ波電界によってマイクロ波プラズマが生成され、このプラズマにより半導体ウエハ等が処理される。

マイクロ波は、プラズマ中の電子密度がマイクロ波のカットオフ密度を超えると、その中を伝播することができなくなる。このため、マイクロ波透過板から数ｍｍから数十ｍｍのプラズマ励起領域ではプラズマ密度が高く電子温度も高いが、この領域を超えた拡散プラズマ領域では電子温度が約１ｅＶにまで低下する。すなわち、マイクロ波プラズマ装置は、プラズマ密度を高く維持しつつ電子温度を低くすることができるという利点を有しており、堆積層やエッチング後の下地層へのダメージを低減することが可能となる。また、本来的に処理容器内に電極を必要としないため、電極へのプラズマダメージや、これに由来する電極からの金属汚染などを低減することができ、素子へのダメージを小さくすることができる。
特開２０００−２９４５５０号公報「薄膜太陽電池の基礎と応用―環境にやさしい太陽光発電の新しい展開」、太陽光発電技術研究組合、小長井誠 (著)、ｐｐ．７５〜８１、２００１年３月発行、オーム社

しかしながら、従来のプラズマ処理装置に比べ、素子に与えるダメージが小さいマイクロ波プラズマ処理装置においても尚、素子へのダメージ等を更に低減したいという要望がある。

本発明は、上記の事情に鑑みて為され、マイクロ波プラズマによる基板へのダメージを更に低減するとともに、欠陥密度が低減された高品質な膜を堆積することが可能なマイクロ波プラズマ処理装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の第１の観点によれば、内部を減圧に維持することが可能な処理容器と、処理容器内に設けられ、基板を保持する保持台と、処理容器内にガスを供給するガス供給部と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生部と、保持台と対向して配置され、マイクロ波発生部により発生されたマイクロ波を処理容器内に導入するプラズマ導入部と、プラズマ導入部と保持台との間に配置されるメッシュ部材と、前記メッシュ部材の温度を調整する温度調整部と、前記メッシュ部材に電圧を印加する電源装置と、を備え、前記ガス供給部が第１の部材と第２の部材とを含み、前記第１の部材が、当該第１の部材の内部に形成される、プラズマ生成ガス用の第１のガス通路と、前記第１のガス通路に連通し、第１の方向に開口する複数の第１のガス吐出孔と、を含み、前記第２の部材が、当該第２の部材の内部に形成される、処理ガス用の第２のガス通路と、前記第２のガス通路に連通し、前記第１の方向と異なる第２の方向に開口する複数の第２のガス吐出孔と、を含み、前記プラズマ導入部と前記保持台との間において、前記第１の部材、前記メッシュ部材、および前記第２の部材が、前記マイクロ波導入部から前記保持台へ向かう方向に沿って記載の順に配置される、マイクロ波プラズマ処理装置が提供される。

本発明の一実施形態によれば、マイクロ波プラズマによる基板へのダメージを更に低減するとともに、欠陥密度が低減された高品質な膜を堆積することが可能なマイクロ波プラズマ処理装置が提供される。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態によるマイクロ波プラズマ処理装置について説明する。添付図面において、同一又は対応する部材又は部品には同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面は、部材または部品間の相対比を示すことを目的とせず、したがって、具体的な寸法は、以下の限定的でない実施形態に照らし、当業者により決定されるべきものである。
＜第１の実施形態＞
図１（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態によるマイクロ波プラズマ処理装置１０を示す概略構成図である。本実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置１０は、アモルファスシリコン膜や多結晶シリコン膜などのシリコン膜を基板上に堆積するプラズマ支援薄膜堆積装置である。

図１（Ａ）を参照すると、マイクロ波プラズマ処理装置１０は処理容器１１と、処理容器１１内に設けられ、基板Ｓを静電チャック等により保持する保持台１３とを含む。
処理容器１１は、処理容器１１は、好ましくはアルミニウム（Ａｌ）で作製して良く、また、Ａｌを含有するオーステナイトステンレス鋼で作製しても良い。このステンレス鋼で処理容器１１を作製する場合には、処理容器１１の内壁面に酸化処理による酸化アルミニウムよりなる保護膜を形成すると好ましい。また、処理容器１１の側面には、処理容器１１内へ基板を搬入出するための搬入出口（図示せず）と、搬入出口を開閉するゲートバルブ（図示せず）とが設けられている。

処理容器１１の底部には、保持台１３上の基板Ｓの中心を軸として、軸対称に少なくとも２箇所、好ましくは３箇所以上に排気ポート１１ａが形成されている。後述するシャワープレート３１から処理容器１１へ供給されるガスは、排気ポート１１ａを介して排気装置４１により排気される。また、処理容器１１と排気装置４１とをつなぐ配管４２の途中に、圧力制御バルブ４３が設けられ、これにより、処理容器１１内の圧力は、約４Ｐａ〜１３３Ｐａ（約０．０３〜１０Ｔｏｒｒ）の範囲に制御される。

保持台１３には、熱電対１３ｂと電熱線などのヒータ１３ａとが埋め込まれている。ヒータ１３ａは電源１４に接続され、電源１４からヒータ１３ａに電力が供給される。また、熱電対１３ｂは温調器１５に接続されている。温調器１５は、熱電対１３ｂからの信号に基づいて、電源１４からヒータ１３ａへ供給される電力を制御するための信号を電源１４へ出力する。これにより、ヒータ１３ａひいては保持台１３が所定の温度に維持される。

また、処理容器１１の上部には、後述するマイクロ波発生装置２４からのマイクロ波を処理容器１１内に導入するマイクロ波導入部２０が配置されている。マイクロ波導入部２０は、例えばアルミナなどのセラミック材料から作製されるマイクロ波透過窓２０Ａと、マイクロ波透過窓２０Ａに密接するラジアルラインスロットアンテナ２０Ｂ（以下、アンテナ２０Ｂ）と、アンテナ２０Ｂを保持するディスク状の保持板２０Ｃと、アンテナ２０Ｂと保持板２０Ｃとの間に挟まれる遅相板２０Ｄと、を有している。

マイクロ波透過窓２０Ａは、誘電体材料、例えば石英、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、サファイア、ＳｉＮ等のセラミックス材料で作製され、マイクロ波を透過して処理容器１１内にマイクロ波を導入する窓として機能する。アンテナ２０Ｂは、表面が金もしくは銀メッキされた銅板又はアルミニウム板で作製され、図１（Ｂ）に示すように、アンテナ２０Ｂを貫通する多数のスロット２０Ｂａ、２０Ｂｂが形成されている。遅相板２０Ｄは、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＡｌＮ又はＳｉ_３Ｎ_４などの高い誘電率を有する誘電体材料で作製される。

保持板２０Ｃの中央部には、同軸導波管２１が配置されている。具体的には、同軸導波管２１の外側の導波管２１Ａは保持板２０Ｃと接続され、内側の導波管２１Ｂは、遅相板２０Ｄの中央に形成された開口部を通ってアンテナ２０Ｂに接続されている。また、同軸導波管２１は、マッチング回路２３を介してマイクロ波発生装置２４に接続されている。マイクロ波発生装置は、９１５ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚ又は８．３ＧＨｚといった周波数を有するマイクロ波を発生する。

本実施形態においては、マイクロ波透過窓２０Ａの下方に例えばＡｌ_２Ｏ_３などのセラミック材料やＡｌなどの金属で作製されるシャワープレート３１が配置されている。シャワープレート３１は、二つの別個のガス供給ラインを含んでいる。一のラインからプラズマ生成ガスが処理容器１１内で上向きに放出され、他のラインから処理ガスが処理容器１１内で下向きに放出される。以下、図２（Ａ）〜（Ｃ）を参照しながら、シャワープレート３１を詳しく説明する。

図２（Ａ）は、シャワープレート３１の２つの面のうち処理容器１１内でマイクロ波透過窓２０Ａに対向する面を示している。シャワープレート３１は、図２（Ａ）に示すとおり、格子状部材３１０を有している。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）におけるＡ−Ａ線に沿った格子状部材３１０の断面図である。図示のとおり、格子状部材３１０内には、上下に配置される２つのガス通路３１Ａ，３１Ｂが形成されている。上方のガス通路３１Ａは、格子状部材３１０の上面に形成されたガス吐出孔３１ＡＨと連通している。再び図２（Ａ）を参照すると、格子状部材３１０にはガス通路３１Ａと連通する複数のガス吐出孔３１ＡＨが所定の間隔で形成されている。また、ガス通路３１Ａは、ガスポート３１ＡＲを介して、プラズマ処理装置１０の外部に設置されたガス供給源６０からのガス供給管６１と連通している。ガス供給源６０からガス通路３１Ａへ供給されるガスは、ガス供給管６１（図１（Ａ））、ガスポート３１ＡＲ、及びガス通路３１Ａをこの順に流れて、処理容器１１内においてガス吐出孔３１ＡＨからマイクロ波透過窓２０Ａに向けて放出される（図１（Ａ））。このガスは、Ａｒ，Ｈｅなどの不活性ガス（プラズマ生成ガス）であって良く、アンテナ２０Ｂから処理容器１１内に導入されるマイクロ波により励起されて、処理容器１１内にプラズマが生成される。

一方、シャワープレート３１内のガス通路３１Ｂは、格子状部材３１０の下面に形成されたガス吐出孔３１ＢＨと連通している（図２（Ｂ））。また、図２（Ａ）に図示される面と反対側の面を示す図２（Ｃ）を参照すると、ガス通路３１Ｂには、所定の間隔で形成される複数のガス吐出孔３１ＢＨが形成されている。さらに、ガス通路３１Ｂは、ガスポート３１ＢＲを介して、ガス供給源６０からのガス供給管６２と連通している。ガス供給源６０からガス通路３１Ｂへ供給されるガスは、ガス供給管６２（図１（Ａ））、ガスポート３１ＢＲ、及びガス通路３１Ｂをこの順に流れて、処理容器１１内においてガス吐出孔３１ＢＨから保持台１３に向けて放出される（図１（Ａ））。このガスは、典型的にはＳｉＨ_４であって良く、処理容器１１内で生成されたマイクロ波プラズマにより分解され、その結果、保持台１３に載置される基板Ｓにシリコンが堆積される。

なお、シャワープレート３１とマイクロ波透過窓２０Ａとの間の距離は、処理容器１１内に生成されるプラズマのプラズマ励起領域の厚さ以上であると好ましい。これにより、シャワープレート３１をプラズマ励起領域の外側に、すなわち拡散プラズマ領域に配置することができ、プラズマによるシャワープレート３１へのダメージを低減することができる。ただし、シャワープレート３１を拡散プラズマ領域の外側に配置する必要はない。これは、拡散プラズマ領域におけるマイクロ波プラズマの電子温度は十分に低く、この領域にシャワープレート３１を配置しても、シャワープレート３１へのプラズマダメージは殆ど問題とならないためである。

再び図１（Ａ）を参照すると、シャワープレート３１と保持台１３との間にメッシュプレート５０が配置されている。メッシュプレート５０は、処理容器１１の底部から垂直に伸びる支持部材５１によって支持されている。支持部材５１には、支持部材５１を上下に移動する駆動装置５２が接続され、これにより、メッシュプレート５０と保持台１３の上面との距離を調節することができる。また、メッシュプレート５０は、導電性の材料、例えばステンレススチールやアルミニウムなどの金属により作製されている。さらに、メッシュプレート５０には、支持部材５１を介してメッシュプレート５０に電圧を印加する電源５３が接続されている。電源５３により、メッシュプレート５０は処理容器１１に対して所定の電位差に維持することができる。ただし、メッシュプレート５０は接地されていても良く、接地から分離（フローティング）していても良い。また、図示のように、スイッチ５３Ｓを設けて、電圧の印加、接地、フローティングに切り替えることができるようにすると好ましい。

次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置１０（プラズマ支援堆積装置）を用いて実施される本実施形態のシリコン膜の形成方法について説明する。
まず、駆動装置５２により、メッシュプレート５０と保持台１３との距離を調整する。例えば、この距離は、処理容器１１内の圧力ひいては処理容器１１内のガス分子等の平均自由行程により決定して良く、定性的には、処理容器１１内の圧力が比較的高い場合は短くし、比較的低い場合は長くすることができる。また、必要に応じて電源１４および温調器１５により保持台１３を加熱する。保持台１３の温度は、堆積しようとするシリコン膜の膜質に応じて適宜決定してよい。また、必要に応じて電源５３によりメッシュプレート５０へ電圧を印加してもよい。

次に、図示しない搬送部により、基板Ｓを処理容器１１内に搬入し保持台１３上に載置する。次いで、プラズマ生成ガスとして例えばＡｒガスをガス供給源６０からガス供給管６１を通してシャワープレート３１へ供給する。このＡｒガスは、シャワープレート３１のガス吐出孔３１ＡＨからマイクロ波透過窓２０Ａに向けて上向きに放出される。また、Ａｒガスの供給と併せて、排気装置４１により処理容器１１内を排気し、圧力制御バルブ４３により処理容器１１内を所定の圧力に維持する。

この後、プラズマ発生装置２４を起動して、マッチング回路２３及び導波管２１Ｂを通してプラズマ導入部２０のアンテナ２０Ｂにマイクロ波を導入する。このマイクロ波は、アンテナ２０Ｂの径方向に伝播するとともに、遅相板２０Ｄにより所定の波長を有するマイクロ波に変換され、アンテナ２０Ｂの多数のスロット２０Ｂａ，２０Ｂｂからマイクロ波透過窓２０Ａを通して処理容器１１内に導入される。これにより、ガス吐出孔３１ＡＨから供給されたＡｒガスが励起されて、処理容器１１内にプラズマが生成される。Ａｒが励起されて発生した活性種は拡散等により、処理容器１１内を下方に向けて流れていく。ここで、メッシュプレート５０を通過する際、イオンや電子はメッシュプレート５０により捕捉されて消滅する。このため、メッシュプレート５０の下方では、プラズマ生成ガスから生じた電気的に中性の活性種の濃度が高くなっている。

この後、シリコン膜の原料ガスであるＳｉＨ_４ガスをガス供給源６０からガス供給管６２を通してシャワープレート３１へ供給する。このＳｉＨ_４ガスは、シャワープレート３１のガス吐出孔３１ＢＨから、保持台１３へ向けて放出される。ＳｉＨ_４は、基板Ｓへ到達するまでの間に、シャワープレート３１の上方から流れてくる活性種と衝突し、ＳｉＨ_３等の分子種が生成される。このようにして生成されたＳｉＨ_４起源の活性な分子種が基板Ｓ上に到達し、基板Ｓ上にシリコン膜が堆積される。

プラズマ支援堆積装置においては、一般に、プラズマ中の高エネルギーのイオンや電子により、基板上に堆積される膜がダメージを受けて品質が低下する場合がある。また、例えばＳｉＨ_４ガスを原料として薄膜太陽電池用のシリコン（アモルファスシリコン）膜を堆積する場合、ＳｉＨ_３のようなエネルギーが低く、解離が進んでいない前駆体により生成されるシリコン膜の品質が良いことが知られている（例えば、非特許文献１）。ガスの解離を抑えるには、ガス種同士の衝突回数を減らす必要があり、基板をプラズマに近づけることが有効である。しかし、この場合、基板Ｓがイオンや電子に晒されてダメージを受けるといった問題や、ガスの流れを均一にできず膜質の均一性が悪化するといった問題が生じる。

しかし、本実施形態によるプラズマ処理装置１０においては、基板Ｓの上方に配置されたメッシュプレート５０により、プラズマ中のイオンや電子が捕捉されるため、堆積される膜へのダメージを低減することができるとともに、ＳｉＨ_４分子やＳｉＨ_３が更に解離されるのを低減することができる。したがって、イオンや電子による膜質の低下が防止され、ＳｉＨ_３のような低エネルギー前駆体による高品質な膜の堆積を実現できる。

なお、メッシュプレート５０の目開き寸法（メッシュ開口部の幅）は、プラズマ処理装置１０で実施される堆積処理中の処理容器１１内のガス分子等の平均自由行程に基づいて、イオンや電子がメッシュプレート５０に衝突する確率が高くなるように決定して良い。このようにすれば、メッシュプレート５０により捕捉されるイオンや電子の数を増加させることができ、これらによる膜質の低下をより低減することができる。

また、本実施形態によるプラズマ処理装置１０では、シャワーヘッド５０と保持台１３との距離を短くする必要がないため、この距離を任意に調整して、膜厚の均一性を向上することも可能である。

さらに、マイクロ波プラズマのプラズマ密度は高く、解離される原料ガス分子の密度を高くすることができるため、メッシュプレート５０によりイオンや電子が捕捉されても、また、メッシュプレート５０にシリコンが堆積したとしても、基板Ｓに堆積されるシリコン膜の堆積速度を十分に確保することができる。

さらにまた、第１の実施形態によるプラズマ処理装置１０は、メッシュプレート５０に対して電圧を印加する電源５３を有しているため、メッシュプレート５０へ印加される電圧を調整することにより、メッシュプレート５０で捕捉されるイオンや電子の量を調整することができる。これにより、基板Ｓ上に堆積されるシリコン膜の性質や堆積速度を制御することが可能となる。

また、プラズマ処理装置１０は、保持台１３に対するメッシュプレート５０の相対距離を調整することができる駆動装置５２を有しているため、相対距離を調整することにより、処理ガスの解離を、ひいては膜質や堆積速度を制御することができる。例えば、相対距離を短くすれば、解離を抑制して一層高品質な堆積膜を得ることができ、相対距離を長くすれば、解離を促進して堆積速度を向上することができる。
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態によるプラズマ処理装置について説明する。このプラズマ処理装置は、第１の実施形態によるプラズマ処理装置１０に比して、メッシュプレート５０の温度を調整する温度調整部を有する点で相違し、他の点で同一である。以下、相違点を中心に説明する。

図３（Ａ）を参照すると、第２の実施形態によるプラズマ処理装置２００は、温度調整部５４を有している。温度調整部５４は、本実施形態においては、メッシュプレート５０に取り付けられたヒータ５４ａ（図３（Ｂ））と、ヒータ５４ａへ電力を供給する電源５４ｂと、支持部材５１を通ってメッシュプレート５０に至り、メッシュプレート５０の温度を測定する熱電対５４ｃと、熱電対５４ｃからの信号に基づいて電源５４ｂからヒータ５４ａに供給される電力を制御するための信号を電源５４ｂへ出力する温度調整器５４ｄと、を有する。なお、図示の簡便のため、図３において電源５３、排気装置４１、配管４２、圧力制御バルブ４３、及び駆動装置５２などは省略してある。

図３（Ｂ）を参照すると、メッシュプレート５０の外周部に沿ってヒータ５４ａが取り付けられている。ヒータ５４ａは、例えば、プラズマ処理装置２００で使用される処理ガスに対して耐性を有するシースヒータやリボンヒータであってよい。このようなヒータ５４ａへ電力を供給することにより、ヒータ５４ａの熱がメッシュプレート５０全体に伝搬し、メッシュプレート５０の温度を所定の温度に加熱することができる。具体的には、メッシュプレート５０の温度は、例えばシリコン膜の堆積の場合、２００℃〜３５０℃が好ましい。これにより、メッシュプレート５０へのシリコンの堆積を防止することができ、基板Ｓ上のシリコン膜の堆積速度の低下を防止することができる。また、メッシュプレート５０の温度が２００℃以上の場合、高次シランの発生の一層の抑制が期待され、よって、基板Ｓ上に堆積されるシリコン膜の品質の向上に寄与する。

また、メッシュプレート５０は、温度調整可能に構成されていることを除き、第１の実施形態によるプラズマ処理装置１０のメッシュプレート５０と同様であるため、イオンや電子を捕捉することができる。したがって、第２の実施形態によるプラズマ処理装置２００においても第１の実施形態によるプラズマ処理装置１０と同様の効果が発揮される。
＜第３の実施形態＞
次いで、本発明の第３の実施形態によるプラズマ処理装置について説明する。
図４は、第３の実施形態によるプラズマ処理装置３００を示す概略図である。図４を図１と比較すると明らかなように、第３の実施形態によるプラズマ処理装置３００は、ガス供給部（シャワープレート）の構造と、ガス供給部とメッシュプレートとの位置関係の点で、第１の実施形態によるプラズマ処理装置１０と相違し、他の点で同様である。以下、相違点を中心に説明する。

図４を参照すると、プラズマ処理装置３００は、プラズマ生成ガス（典型的にはＡｒガス）を処理容器１１内でプラズマ導入部２０へ向けて放出するシャワープレート７１と、処理ガス（シリコン膜の堆積の場合、典型的にはＳｉＨ_４ガス）を処理容器１１内で保持台１３へ向けて放出するシャワープレート７２とを有する。ここで、シャワープレート７１はプラズマ導入部２０とメッシュプレート５０との間に配置され、シャワープレート７２はメッシュプレート５０と保持台１３との間に配置されている。

シャワープレート７１，７２は、格子状に形成され、第１の実施形態におけるシャワープレート３１とほぼ同一の平面形状を有している。一方、第１の実施形態におけるシャワープレート３１が２つのガス供給ラインを有していたのに対して、シャワープレート７１，７２はそれぞれ１つのガス供給ラインを有している点で、シャワープレート３１と相違する。換言すると、シャワープレート７１は、シャワープレート３１のガス通路３１Ａ、複数のガス吐出孔３１ＡＨ、およびガスポート３１ＡＲに相当する構造を有し、シャワープレート７２は、シャワープレート３１のガス通路３１Ｂ、複数のガス吐出孔３１ＢＨ、およびガスポート３１ＢＲに相当する構造を有している。

このような構成によれば、ガス吐出孔３１ＡＨから上方に放出されるプラズマ生成ガスが、プラズマ導入部２０により処理容器１１内へ導入されるマイクロ波により励起されてプラズマが生成され、励起されたプラズマ生成ガス（活性種）は拡散等により、処理容器１１内を下方に向けて流れていく。メッシュプレート５０を通過する際、イオンや電子はメッシュプレート５０により捕捉されて消滅する。このため、メッシュプレート５０の下方では、プラズマ生成ガスから生じた電気的に中性の活性種の濃度が高くなっている。

一方、メッシュプレート５０の下方に配置されるシャワープレート７２のガス吐出孔３１ＢＨから下方へ放出される処理ガス（ＳｉＨ_４ガス）は、保持台１３上の基板Ｓに到達するまでの間に、上方より流れてくる活性種と衝突し、ＳｉＨ_３等の分子種が生成される。このようにして生成されたＳｉＨ_４起源の活性な分子種が基板Ｓ上に到達し、基板Ｓ上にシリコン膜が堆積される。

本実施形態によるプラズマ処理装置３００においても、メッシュプレート５０によりイオンや電子を捕捉し、メッシュプレート５０と保持台１３との間のラジカル密度を相対的に高くすることができるため、第１の実施形態によるプラズマ処理装置１０と同様の効果が発揮される。
＜第４の実施形態＞
続けて、本発明の第４の実施形態によるプラズマ処理装置について説明する。
図５は、第４の実施形態によるプラズマ処理装置４００を示す概略図である。図５を図４と比較すると明らかなように、第４の実施形態によるプラズマ処理装置４００は、シャワープレート７１とメッシュプレート５０との位置関係の点で、第３の実施形態によるプラズマ処理装置３００と相違し、他の点で同様である。以下、相違点を中心に説明する。

図５を参照すると、第４の実施形態によるプラズマ処理装置２００では、メッシュプレート５０がプラズマ導入部２０とシャワープレート７１との間に配置されている。ここで、メッシュプレート５０とプラズマ導入部２０との間の距離は、処理容器１１内に生成されるプラズマのプラズマ励起領域の厚さ以上であると好ましい。これにより、メッシュプレート５０をプラズマ励起領域の外側に、すなわち拡散プラズマ領域に配置することができ、プラズマによるメッシュプレート５０へのダメージを低減することができる。ただし、メッシュプレート５０を拡散プラズマ領域の外側に配置する必要はない。これは、拡散プラズマ領域におけるマイクロ波プラズマの電子温度は十分に低く、メッシュプレート５０を配置しても、シャワープレート３１へのプラズマダメージは殆ど問題とならないためである。

この構成によれば、ガス吐出孔３１ＡＨから上方に放出されるプラズマ生成ガスは、メッシュプレート５０を通過し、プラズマ導入部２０の近傍に到達し、プラズマ導入部２０により処理容器１１内へ導入されるマイクロ波により励起されてプラズマが生成される。プラズマにより生じた活性種、イオン、及び電子は、再びメッシュプレート５０を通過して下方へと流れていく。メッシュプレート５０を通過する際、イオンや電子はメッシュプレート５０により捕捉されて消滅する。このため、主として、プラズマ生成ガスから生じたラジカル等の電気的に中性の活性種が更に下方へと流れていく。一方、シャワープレート７２のガス吐出孔３１ＢＨから下方へ放出される処理ガスは、保持台１３上の基板Ｓに到達するまでの間に、上方より流れてくるラジカル等と衝突し、ラジカル等によりＳｉＨ_３等の分子種が生成される。このようにして生成されたＳｉＨ_４起源の活性な分子種が基板Ｓ上に到達し、基板Ｓ上にシリコン膜が堆積される。

本実施形態によるプラズマ処理装置４００においても、メッシュプレート５０によりイオンや電子を捕捉し、メッシュプレート５０と保持台１３との間のラジカル密度を相対的に高くすることができるため、第１の実施形態によるプラズマ処理装置１０と同様の効果が発揮される。
＜第５の実施形態＞
次に、本発明の第５の実施形態によるプラズマ処理装置について説明する。
図６は、第５の実施形態によるプラズマ処理装置５００を示す概略図である。図６を図１と比較すると明らかなように、第５の実施形態によるプラズマ処理装置５００は、第１の実施形態によるプラズマ処理装置１０のメッシュプレート５０の代わりに、メッシュドーム５０Ｄが利用されている点で、プラズマ処理装置１０と相違し、他の点で同様である。

図６を参照すると、メッシュドーム５０Ｄは、導電性の材料で作製されるメッシュをドーム状に湾曲させることにより構成され、保持台１３上に配置されている。また、メッシュドーム５０Ｄは、基板Ｓの直径よりも大きい直径を有し、このため、保持台１３上で基板Ｓを覆うように載置される。メッシュドーム５０Ｄのメッシュの目開きは、メッシュプレート５０と同様に決定されてよい。また、メッシュドーム５０Ｄは、ドーム形状の湾曲（曲率）を適宜調整することにより、保持台１３の上面との距離を実質的に調節することができる。

メッシュドーム５０Ｄは、所定の搬送部によって基板Ｓを保持台１３上に載置するときに基板Ｓと同時に載置してよい。また、メッシュドーム５０Ｄは、保持台１３上に配置されているため、保持台１３を加熱することにより、基板Ｓと同様に加熱され得る。このため、本実施形態においては、第２の実施形態における温度調整部５４は不要である。

メッシュドーム５０Ｄによっても、プラズマ中のイオンや電子を捕捉することができるため、第１の実施形態によるプラズマ処理装置１０と同様の効果が発揮される。

以上、幾つかの実施形態を参照しながら本発明を説明したが、本発明は上記の実施形態に限られることなく、添付の特許請求の範囲の要旨内において種々に変更および改変が可能である。

例えば、メッシュプレート５０は、導電性の材料、例えばステンレススチールやアルミニウムなどの金属により作製されるが、他の実施形態によるプラズマ処理装置においては、非導電性の材料、例えばアルミナ、ＡｌＮなどのセラミックにより作製されてもよい。メッシュプレートが導電性を有していなくても、イオンや電子はメッシュプレート衝突することによって捕捉されるため、イオンや電子を低減する効果が期待される。

また、他の実施形態においては、１又は２以上のメッシュプレートを設けてもよい。これにより、イオンや電子をより効果的に捕捉することも可能となる。

また、上記の実施形態の２以上を組み合わせてもよい。例えば、第２の実施形態によるプラズマ装置２００に設けられていた温度調整部５４を第３から第５の実施形態によるプラズマ処理装置３００，４００，５００に設け、これらのプラズマ処理装置においてメッシュプレート５０を加熱してよいことは言うまでもない。

また、本発明の第１の実施形態によるプラズマ処理装置１０（図１）においては、シャワープレート３１は、二つの独立したガス供給ラインを含み、一のラインからプラズマ生成ガスを上向きに放出し、他のラインから処理ガスを下向きに放出するように構成されていたが、これに限られることはない。例えば、シャワープレート３１の代わりに、それぞれ一つのガス供給ラインを含む２つのシャワープレート（例えばシャワープレート７１，７２）を用意し、プラズマ導入部２０とメッシュプレート５０との間において、一つをプラズマ生成ガス用に用いてプラズマ生成ガスを上向きに放出するように配置し、他の一つを処理ガス用に用いて処理ガスを下向きに放出するように配置してもよい。

また、上述のいずれのプラズマ処理装置１０；２００，３００，４００，５００において、シャワープレート３１；７１，７２は格子状の形状を有しているが、シャワープレートの形状はこれに限らず、同心円状でも螺旋状でも良い。

また、本発明の第４の実施形態によるプラズマ処理装置４００（図５）において、シャワープレート７１，７２の代わりに、第１の実施形態によるプラズマ処理装置１０のシャワープレート３１を用意し、これをメッシュプレート５０と保持台１３との間に配置してもよい。

また、上述のいずれのプラズマ処理装置１０；２００，３００，４００，５００においても、ガス供給部として、シャワープレート３１；７１，７２が利用されていたが、これに限られることはない。シャワープレート３１，７１，７２の代わりに、処理容器１１の側壁からガスノズルを処理容器１１内へ挿入し、ガスノズルからプラズマ生成ガスや処理ガスを処理容器１１内へ供給するようにしてもよい。この場合、ガスノズルとメッシュプレート５０との位置関係は、上述のシャワープレート３１，７１，７２とメッシュプレート５０との位置関係と同様であってよい。また、ガスノズルを使用する場合には、ガスノズルからのガスを均一な濃度で基板Ｓへと導くため、プラズマ導入部２０側と保持台１３側との間に比較的大きな圧力差を生じさせる圧力差形成部をプラズマ導入部２０と保持台１３との間に設けることが好ましい。

また、シャワープレート３１のガス吐出孔３１ＢＨは、ガス吐出孔３１ＡＨと正反対の垂直方向下向きに形成されていたが、図７に示すように、ガス通路３１Ｂに連通する２つのガス吐出孔３１ＢＨをガス吐出孔３１ＡＨと反対向きに互いに所定の角度をもって形成してもよい。これにより、処理ガスが垂直方向からずれた方向へ放出されるので、処理容器１１内の処理ガスの濃度を容易に均一にすることができる。また、シャワープレート７２においてガス吐出孔３１ＢＨを同様に形成してもよい。

さらに、上述の実施形態においては、プラズマ生成ガスと処理ガスとに対して別途のガス供給部を設けたが、マイクロ波により処理ガスを励起してプラズマを生成することが可能な場合には、プラズマ生成ガス用のガス供給部を設けることなく、処理ガスのみを処理容器１１へ供給するようにしても構わない。

第５の実施形態におけるメッシュドーム５０Ｄの形状は、ドーム形状に限らず、頂部に相当する部分が平面状であってもよく、基板Ｓに接しない限りにおいて凹状に変形していても構わない。また、保持台１３上に、支持部材を介して、基板Ｓに接しないようにメッシュを載置してもよい。

さらに、メッシュドーム５０Ｄにヒータを設け、所定の温度調整部により、メッシュドーム５０Ｄの温度を制御するようにしても良い。このヒータは、例えば、第２の実施形態におけるヒータ５４ａと同様の構成とすることができる。この場合、メッシュドーム５０Ｄを保持台１３上に載置するのではなく、所定の支持部材で支持することによって、メッシュドーム５０Ｄの温度を保持台１３の温度と異なる温度に設定することができるようにすると好ましい。また、メッシュドーム５０Ｄの温度を保持台１３の温度と異なる温度に設定することができれば、例えば、熱伝導率の低い材料で作製された部材を介してメッシュドーム５０Ｄを保持台１３に載置しても良い。なお、メッシュドーム５０Ｄの温度は、処理容器１１の内壁の温度以上であっても良く、また、保持台１３の温度より高くすれば、メッシュドーム５０Ｄへの堆積を抑制できる点で好ましい。

また、アンテナ２０Ｂは、ラジアルラインスロットアンテナに限らず、他の平面アンテナであってもよい。また、処理容器１１中にマイクロ波を導入できるのであれば、アンテナ２０Ｂに代わり、導波管を用いても良い。

上記の実施形態においては、プラズマ処理装置として、シリコン膜の堆積を行うプラズマ支援薄膜堆積装置を例示したが、本発明の実施形態によるプラズマ処理装置は、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜の堆積を行うプラズマ支援薄膜堆積装置であってよい。また、本発明の実施形態によるプラズマ処理装置は、シリコンの表面を酸化して酸化シリコン層を形成したり、シリコンの表面を窒化して窒化シリコン層を形成したりする表面改質処理装置であってよい。この装置は、プラズマダメージを一層低減できるため、例えば、ゲート絶縁膜の形成に好適である。また、本発明の実施形態によるプラズマ処理装置は、処理ガスとしてエッチングガスを用いるプラズマエッチング装置であってもよい。プラズマエッチング装置においては、プラズマ中のイオンや電子により、エッチング後の下地層がダメージを受けるという問題があるが、本発明の実施形態であるプラズマエッチング装置によれば、メッシュプレートによってイオンや電子を捕捉することができるため、下地層へのダメージを低減することができる。

（Ａ）は、本発明の第１の実施形態によるマイクロ波プラズマ処理装置を示す概略構成図であり、（Ｂ）は、図１Ａのマイクロ波プラズマ処理装置のラジアルラインスロットアンテナの平面図である。（Ａ）は、図１（Ａ）のマイクロ波プラズマ処理装置のシャワープレートの一の面を示す平面図であり、（Ｂ）は、図２（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、（Ｃ）は、図２Ａのシャワープレートの他の面を示す平面図である。（Ａ）は、本発明の第２の実施形態によるマイクロ波プラズマ処理装置を示す概略構成図であり、（Ｂ）は、図３Ａのマイクロ波プラズマ処理装置のメッシュプレートを示す上面図である。本発明の第３の実施形態によるマイクロ波プラズマ処理装置を示す概略構成図である。本発明の第４の実施形態によるマイクロ波プラズマ処理装置を示す概略構成図である。本発明の第５の実施形態によるマイクロ波プラズマ処理装置を示す概略構成図である。本発明の実施形態によるマイクロ波プラズマ処理装置のシャワープレートの変形例を示す断面図である。

符号の説明

１０，２００，３００，４００，５００プラズマ処理装置
１３保持台
１４電源
１５温調器
２０プラズマ導入部
２０Ｂラジアルラインスロットアンテナ
２１同軸導波管
２３マッチング回路
２４マイクロ波発生装置
３１，７１，７２シャワープレート
３１Ａ，３１Ｂガス通路
３１ＡＨ，３１ＢＨガス吐出孔
４１排気装置
４３圧力調整器
５０メッシュプレート
５３電源
６０ガス供給源
Ｓ基板

Claims

内部を減圧に維持することが可能な処理容器と、
前記処理容器内に設けられ、基板を保持する保持台と、
前記処理容器内にガスを供給するガス供給部と、
マイクロ波を発生するマイクロ波発生部と、
前記保持台と対向して配置され、前記マイクロ波発生部により発生されたマイクロ波を前記処理容器内に導入するプラズマ導入部と、
前記プラズマ導入部と前記保持台との間に配置されるメッシュ部材と、
前記メッシュ部材の温度を調整する温度調整部と、
前記メッシュ部材に電圧を印加する電源装置と、
を備え、
前記ガス供給部が第１の部材と第２の部材とを含み、
前記第１の部材が、
当該第１の部材の内部に形成される、プラズマ生成ガス用の第１のガス通路と、
前記第１のガス通路に連通し、第１の方向に開口する複数の第１のガス吐出孔と、
を含み、
前記第２の部材が、
当該第２の部材の内部に形成される、処理ガス用の第２のガス通路と、
前記第２のガス通路に連通し、前記第１の方向と異なる第２の方向に開口する複数の第２のガス吐出孔と、
を含み、
前記プラズマ導入部と前記保持台との間において、前記第１の部材、前記メッシュ部材、および前記第２の部材が、前記マイクロ波導入部から前記保持台へ向かう方向に沿って記載の順に配置される、マイクロ波プラズマ処理装置。