JPH06280027A

JPH06280027A - プラズマ処理方法及び装置

Info

Publication number: JPH06280027A
Application number: JP5091812A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Sekiguchi; 敦関口; Akimi Tobe; 了己戸部
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1993-03-29
Filing date: 1993-03-29
Publication date: 1994-10-04
Anticipated expiration: 2017-09-24
Also published as: JP3327618B2

Abstract

(57)【要約】【目的】高温非平衡プラズマで発生させた中性活性種
を、マルチカスプ磁場を形成した処理室に導いて、高速
かつ大面積の基板処理を可能にする。【構成】酸素ガスを流量２００ｓｃｃｍで放電管５１
に導入し、シランガスを流量１００ｓｃｃｍで処理室３
に導入して、処理室３内の圧力を８×１０^-3Ｔｏｒｒに
保つ。放電管５１の内部に高温非平衡プラズマ６０を発
生させて、中性活性種としての酸素原子を生成する。処
理室３内には磁場発生機構９０によりマルチカスプ磁場
を形成する。高周波電源３３から１５００Ｗの電力を出
力して基板ホルダ−２にバイアス電圧を印加し、基板１
は１５０℃に加熱する。この条件で、直径１０インチの
大面積シリコンウェーハ上にＳｉＯ₂膜を堆積し、膜厚
分布２μｍ±３％を得た。処理室３の内壁面はフッ素樹
脂で覆い、中性活性種の減少を防いだ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、プラズマを用いて、
基板上に膜を堆積したり基板上の膜をエッチングしたり
基板上の膜を改質したりするプラズマ処理方法及び装置
に関する。この発明のプラズマ処理方法は、例えば、プ
ラズマで気体を活性化し、これを利用して、センサ−、
光学部品、音響製品、半導体デバイス等に用いられる各
種の膜（絶縁体膜、保護膜、半導体膜、金属膜等）を生
成すること、これらの膜をエッチングすること、被処理
物の表面クリ−ニングや表面改質を行うこと、刃物やバ
イトの表面硬化処理を行うこと、などの分野に関係す
る。

【０００２】

【従来の技術】気体を放電プラズマによって活性化し、
この活性種を用いて基板表面に目的物質を堆積させて薄
膜化したり、エッチングや表面改質等の処理をしたりす
る方法は、処理が低温で可能であること、従来にない処
理が可能となること、などの利点から、近年急速な進展
をみせている。活性種とは、遊離種（ラジカル）、励起
種、電子、イオン、またはこれらの混合物をいうが、こ
の発明は、そのうち、特に中性活性種を用いた処理方法
に関係する。中性活性種とは、電気的に中性の遊離種及
び励起種をいう。遊離種は、もとの安定した分子から遊
離した活性的な原子または分子を指し、原則的には基底
状態にある。励起種は、原子または分子が基底状態から
励起状態に移ったことによって活性的な状態になったも
のである。

【０００３】ところで、センサ−や光学部品、特に半導
体デバイス等の分野では、大面積で均一かつ高速な表面
処理が求められている。このため、大面積で均一な高密
度プラズマを作製して、活性種を制御しながら表面処理
が行える装置が求められている。一方、刃物、バイト等
の硬化を目的とした表面処理においては、ダイアモンド
ライク膜やＢＮ膜の作製を高速で行う必要性が生じてい
る。このため、活性種の濃度が高い場所に基板を設置し
て高速な表面処理を行う装置の開発が望まれるようにな
っている。

【０００４】このような高速で良質な表面処理プロセス
を実現した発明として、特公平４−７１５７５号公報、
特開昭６２−２２７０８９号公報、及び特開昭６３−１
６６９７１号公報に記載されたものがある。これらの発
明は本願出願人の出願によるものであり、その明細書に
記載された通り、極めて良質の表面処理を行なうことが
可能である。このうち、特公平４−７１５７５号公報に
記載されたプラズマ処理装置は、J. Vac. Sci. Techno
l. A4(3)(1986) の p.475-479に記載されているよう
に、半導体デバイス用薄膜作製装置として重要である。
なお、前記３件の公報の明細書中に「ＬＴＥプラズマ」
という用語が出てくるが、これは本願明細書における
「高温非平衡プラズマ」と同じものである。

【０００５】近年、たとえば半導体デバイスの作製にお
いて、ウェーハサイズがより一層大きくなってきてい
る。また、ディスプレイ関係においてもより大型のディ
スプレイが求められてきている。このように表面処理を
行う表面積が広がったため、またこれらについて高速な
表面処理も要求されるため、より一層、均一で大面積対
応の高密度プラズマ作製技術が求められている。

【０００６】ところで、大面積で均一な表面処理をする
技術として、マルチカスプ磁場を利用するものが知られ
ている。例えば、プラズマ発生室にマルチカスプ磁場を
形成するものや、プラズマ発生室から処理室に至る経路
あるいは処理室自体にマルチカスプ磁場を形成するもの
などが知られている（例えば、特開昭６３−１９２２２
９号公報、特開平２−１７６３６号公報、特開平２−２
２２５３２号公報）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】高温非平衡プラズマを
用いて多量の活性種を発生させ、これを用いて基板の処
理を行うことは上述の特公平４−７１５７５号公報など
から公知である。また、マルチカスプ磁場を用いてプラ
ズマを均一に閉じ込めることにより、大面積の基板を均
一に処理することも上述の特開昭６３−１９２２２９号
公報などから公知である。しかしながら、マルチカスプ
磁場を用いる従来のプラズマ処理装置では、マルチカス
プ磁場を用いてプラズマを均一に閉じ込め、プラズマ内
部の電子やイオンなどの荷電粒子を用いて、基板を処理
するものである。これに対して、中性活性種による基板
処理に関して、高速かつ大面積の処理を実現するための
装置が望まれている。

【０００８】したがって、この発明の目的は、中性活性
種を用いて高速かつ大面積の基板処理を可能にしたプラ
ズマ処理方法及び装置を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段及び作用】第１の発明は、
中性活性種を発生するプラズマ発生室と、プラズマ発生
室に隣接して配置された処理室と、処理室内に設置され
て被処理基板を保持する基板ホルダ−と、プラズマ発生
室と処理室内とを真空に排気する排気機構と、被処理基
板の表面処理に必要な気体をプラズマ発生室と処理室の
少なくとも一方に導入する気体導入機構とを備えるプラ
ズマ処理装置を用いて基板を処理するプラズマ処理方法
において、前記プラズマ発生室で高温非平衡プラズマを
発生させ、この高温非平衡プラズマによって気体を活性
化することによって中性活性種を生成し、この中性活性
種を処理室に導入し、処理室の内部に形成したマルチカ
スプ磁場によって処理室内部のプラズマを処理室の壁面
から離した状態で、中性活性種によって基板を処理する
ものである。なお、この明細書において「基板」とは、
プラズマ処理を実施する対象物を意味し、薄い板状のも
のに限らず、任意の形状を含む。

【００１０】このプラズマ処理方法では、まず、高温非
平衡プラズマを用いることによって通常のプラズマと比
較して多量の中性活性種を生成することができる。そし
て、マルチカスプ磁場を形成した処理室にこの中性活性
種を導いて、基板の処理を行う。ところで、マルチカス
プ磁場は荷電粒子の動きには影響を及ぼすが、中性活性
種の挙動には直接影響を及ぼすものではない。この発明
においては、処理室内のプラズマを処理室の内壁面に近
付けないようにするためにマルチカスプ磁場を用いてい
るものである。この発明は中性活性種を基板処理に積極
的に利用するものであるから、高温非平衡プラズマで発
生した多量の中性活性種が処理室内で無駄に減少しない
ようにすることが重要である。中性活性種は、電気的に
中性であるがゆえに、磁場によっては処理室内の中央付
近に閉じ込めることはできない。したがって、中性活性
種は、特に低い圧力領域では、処理室の内壁面にひんぱ
んに衝突することになる。処理室の内壁面に中性活性種
が衝突すると、内壁面の材質によっては活性状態が失わ
れることになる。そこで、処理室の内壁面の材質を工夫
することによって、中性活性種が衝突しても、できるだ
け活性状態のままで中性活性種が処理室の内部に戻るよ
うにすることが望ましい。しかしながら、処理室の内壁
面がプラズマにさらされると、内壁面の材質の選択の幅
が限られ、有効な中性活性種反射部材を用いることが不
可能になる。そこで、この発明では、マルチカスプ磁場
を用いることによって処理室内のプラズマが処理室の内
壁面から離れるようにし、これによって最適な中性活性
種反射部材を選択できるようにしたものである。

【００１１】この発明におけるマルチカスプ磁場は、ラ
イン状のカスプ磁場でも、リング状のカスプ磁場でも、
あるいは両者の組み合わせでもよく、いずれのカスプ磁
場も用いることができる。

【００１２】この発明における高温非平衡プラズマの意
味は、本願出願人の出願による特公平４−７２５７５号
公報に記載された「ＬＴＥプラズマ」と同じである。こ
の公報に記載された通り、高温非平衡プラズマは、通常
のグロー放電プラズマと比較して多量の活性種を発生す
ることができ、その中には多くの中性活性種が含まれて
いる。この発明ではこの多量の中性活性種を基板処理に
積極的に利用するものである。ところで、この発明は、
中性活性種以外の電子やイオンなどが基板処理に関与す
るのを排除するものではなく、中性活性種が基板処理に
重要な役割を果たしている限り、その他の荷電粒子が基
板処理に関与しても構わない。

【００１３】第２の発明は、第１の発明において、基板
の表面処理に必要な第１の気体をプラズマ室に導入し
て、この第１の気体を高温非平衡プラズマ内を通過させ
て中性活性種を生成するとともに、基板の表面処理に必
要な第２の気体を処理室に導入して基板を処理するよう
にしたものである。

【００１４】第３の発明は、中性活性種を発生するプラ
ズマ発生室と、プラズマ発生室に隣接して配置された処
理室と、処理室内に設置されて被処理基板を保持する基
板ホルダ−と、プラズマ発生室と処理室内とを真空に排
気する排気機構と、被処理基板の表面処理に必要な気体
をプラズマ発生室と処理室の少なくとも一方に導入する
気体導入機構とを備えるプラズマ処理装置において、処
理室の内部にマルチカスプ磁場を形成するとともに、処
理室の内壁面のうち、マルチカスプ磁場の尖点付近以外
の壁面を中性活性種反射部材で覆い、この中性活性種反
射部材の材質を処理室構成部材の材質と異ならせたもの
である。

【００１５】この発明は、処理室の内壁面を中性活性種
反射部材で覆ったものであり、これにより、中性活性種
をできるだけ活性状態のままで中性活性種反射部材で反
射させて、中性活性種の減少を防いでいる。マルチカス
プ磁場は、処理室内部のプラズマが処理室内壁面に近付
かないようにしているものであり、これにより、中性活
性種反射部材がプラズマにさらされて中性活性種反射部
材がダメージを受けたり、基板処理に不都合な物質が処
理室内に飛散したりするのを防いでいる。なお、マルチ
カスプ磁場の尖点付近では処理室内のプラズマが処理室
の内壁面に近付くことができるので、この尖点付近には
中性活性種反射部材を配置しない方がよい。中性活性種
反射部材は処理室の内壁面にコーティングしてもよい
し、処理室とは別個の部材を処理室の内壁面に近接して
配置してもよい。

【００１６】中性活性種が金属壁面に衝突すると、この
中性活性種が活性状態を維持したままで反射することが
ほとんど期待できなくなるので、処理室の内壁面は金属
以外の材質で覆うことが望ましい。そこで、第４の発明
は、第３の発明における中性活性種反射部材の材質とし
て、酸化物、フッ素樹脂、ケイ素化合物のいずれかを用
いている。酸化物としては石英ガラスやアルミナ（Ａｌ
₂Ｏ₃）やパイレックス（登録商標）ガラスなどを用いる
ことができる。フッ素樹脂としてはポリテトラフルオル
エチレンが化学安定性及び高温安定性に優れていて最も
好ましい。ケイ素化合物としてはＳｉＮやＳｉＣを用い
ることができる。中性活性種反射部材の材質は、使用す
る中性活性種の種類に応じて選択するのが好ましい。

【００１７】

【実施例】図１は本発明のプラズマ処理方法を実施する
ための装置の一例の正面断面図である。このプラズマ処
理装置は、主として、処理室３と、その内部の基板ホル
ダー２と、この基板ホルダー２の電位を制御するための
電位制御機構３０と、排気機構４０と、高温非平衡プラ
ズマ発生機構５０と、第１の気体導入機構７０と、第２
の気体導入機構８０と、マルチカスプ磁場発生機構９０
とから構成されている。以下、各部の構造を詳細に説明
する。

【００１８】処理室３内には基板ホルダー２があり、こ
の基板ホルダー２上に、表面処理を行う基板１が保持さ
れる。処理室３はオ−ステナイト系ステンレス鋼製で、
内径が約４５ｃｍ、高さが３０ｃｍである。基板ホルダ
−２の直径は約３０ｃｍである。

【００１９】基板ホルダ−２には温度調整機構２０が設
けられている。熱電対２１は基板ホルダー２の温度を測
定する。基板ホルダー２は加熱用ヒーター２２で加熱さ
れ、また、冷却パイプ２３内を流れる冷却媒体によって
冷却される。冷却媒体としては、圧縮空気やＨｅ等の気
体、あるいは水が使われる。熱電対２１で測定した基板
ホルダ−２の温度に基づいて、図示しない温度調整器に
より、ヒ−タ−２２への供給電力や、冷却パイプ２３内
の冷却媒体の温度や供給量を調整し、目的とする基板温
度に設定することができる。

【００２０】基板ホルダ−２には、また、基板の電位を
制御するための電位制御機構３０が設けられている。基
板ホルダ−２と処理室３との間には絶縁体３１があり、
両者を電気的に絶縁している。基板ホルダー２には、コ
ンデンサ−３２を通して高周波電源３３から高周波電力
を印加する。例えば周波数１３．５６２ＭＨｚの高周波
を電力１５００Ｗに調節して基板ホルダ−２に印加す
る。コンデンサ−３２は、高周波印加時のインピ−ダン
スを整合する。整合回路として一般に知られているＴ型
回路を用いると、このようなコンデンサー３２が必然的
に形成されるが、このコンデンサ−３２は、高周波電力
の印加によって生じる基板１のセルフバイアス（直流の
バイアス成分）が接地されないようにする役割を果た
す。このセルフバイアスは、一般に負の直流成分であ
り、これによって、処理室３内に存在する活性種のうち
正電荷を有するものが基板１に向かって加速される。ま
た、周波数がｋＨｚオーダーの高周波電源を用いること
も可能で、この場合は、セルフバイアス成分のみなら
ず、高周波電界によっても正電荷を運動させることがで
き、活性種の照射を任意に選択することが可能となる。
さらに、高周波電源３３の代わりに直流電源または５０
〜６０Ｈｚの商用周波数電源を用いることもできる。こ
の場合は、コンデンサ−３２は取り除くことになる。

【００２１】次に、排気機構４０について説明する。処
理室３内の気体は、メインバルブ４１を通してタ−ボ分
子ポンプ４２で排気する。油回転ポンプ４３はタ−ボ分
子ポンプ４２の差動排気を行なうためのものである。処
理室３内の圧力を精密に制御する必要がある場合は、メ
インバルブ４１とタ−ボ分子ポンプ４２との間にバリア
ブルコンダクタンスバルブ（図示しない）を設置すると
有効である。処理室３に設けた圧力計（図示しない）か
らの信号に基づいてバリアブルコンダクタンスバルブの
コンダクタンスを変化させることにより、処理室３内の
圧力を一定に保つことができる。また、基板交換時のよ
うに、処理室３を大気圧からタ−ボ分子ポンプ４２の動
作可能圧力（約１Ｔｏｒｒ）まで排気するためには、図
示しない荒引き排気系が必要である。荒引き排気系に
は、ル−ツポンプと油回転ポンプを併用することが有効
である。

【００２２】次に、高温非平衡プラズマ発生機構５０に
ついて説明する。プラズマ発生室は石英ガラス（ＳｉＯ
₂）製の放電管５１で形成される。この放電管５１は、
石英ガラスの２重管としてあり、その間に水を流して冷
却している。これにより、プラズマ加熱による放電管５
１の溶解を防止している。なお、フッ素ラジカルがプラ
ズマ発生室内にある場合は、放電管５１の温度が高くな
るほどフッ素ラジカルによる石英ガラスのエッチングレ
−トが増加し、石英ガラスのダメ−ジが大きくなるが、
上述の冷却手段はこれを阻止するにも有効である。

【００２３】放電管５１の周囲にはコイル状のアンテナ
５２が配置されている。高周波電源５３から発せられた
交番電力は、図示しない整合回路を通してアンテナ５２
に印加される。プラズマ発生室に気体を導入して、上述
の交番電力と放電管５１の内径等が所定の条件を満足す
ると、高温非平衡プラズマ６０が発生する。スイッチ５
４は、アンテナ５２の接地の方向を選択するものであ
る。なお、アンテナ５２の両端を浮遊電位としてもよ
く、あるいは、上端または下端を接地する構成としても
よい。

【００２４】高温非平衡プラズマ６０の作製方法とその
装置構成は、本願出願人の出願による特公平４−７１５
７５号公報、特開昭６２−２２７０８９号公報および特
開昭６３−１６６９７１号公報に詳しく記載されてい
る。なお、これら３件の公報に記載されたＬＴＥプラズ
マという用語は、本願明細書における高温非平衡プラズ
マと同じものを指している。本願明細書では、「ＬＴＥ
プラズマ」という用語よりも「高温非平衡プラズマ」の
方がプラズマの実態を反映したより適切な用語と考えて
これを採用している。

【００２５】次に気体導入機構について説明する。この
実施例は第１の気体導入機構７０と第２の気体導入機構
８０を備えている。第１の気体導入機構７０において、
第１の気体は、図示しない気体ボンベから減圧弁を通
り、流量コントロ−ラによって流量制御され、バルブ７
１を通して矢印７２の方向から放電管５１の内部に導入
される。この第１の気体は高温非平衡プラズマ６０によ
り活性化され、これにより高濃度の活性種４が生じ、こ
の活性種のうち主として中性活性種が目的とする表面処
理に利用される。

【００２６】第２の気体導入機構８０において、第２の
気体は、図示しない気体ボンベから減圧弁を通り、流量
コントロ−ラによって流量制御され、バルブ８１を通し
て矢印８２の方向から処理室３内に導入される。第２の
気体は、ド−ナツ形のガス吹き出しリング８３に設けた
多数の小孔８４を通して、処理室３の内部に導入され
る。

【００２７】第２の気体のみでは高温非平衡プラズマ６
０が不安定となる場合に第１の気体としてアルゴン等を
用いると、高温非平衡プラズマ６０を安定化させること
が可能となり、制御性の良い、良質な表面処理が可能と
なる。

【００２８】次に、マルチカスプ磁場発生機構９０につ
いて説明する。図２（Ａ）は図１のＡ−Ａ線断面図であ
る。処理室３の外壁の周囲に多数の磁石９１を配置する
ことによってマルチカスプ磁場９３を形成している。個
々の磁石９１は上下方向に長く延びており（図１参
照）、処理室の内部にはライン状のマルチカスプ磁場９
３が形成される。磁石９１は、サマリウム−コバルト磁
石などの強力な磁石を、小型にして密に配置するのが好
ましい。処理室３と反対側の磁極面は、フェライト系ス
テンレス鋼で作製したポ−ルピ−ス９２に固定してお
り、こうすると、より効果的に磁場を発生させることが
できる。

【００２９】図２（Ｂ）は処理室の壁面付近を拡大した
平面断面図である。処理室３の内壁面は中性活性種反射
部材９４で覆われている。この中性活性種反射部材９４
は、マルチカスプ磁場の尖点９５付近には存在せず、尖
点９５から離れた位置にだけ設置されている。この実施
例では中性活性種反射部材９４はポリテトラフルオルエ
チレンで形成されている。この中性活性種反射部材９４
は処理室３の内壁面にコーティングされている。マルチ
カスプ磁場９３の存在により、処理室３内のプラズマは
処理室３の中央付近に閉じ込められ、プラズマが中性活
性種反射部材９４に触れることはない。また、尖点９５
付近ではプラズマは壁面に近付くことができるが、この
部分には中性活性種反射部材９４は存在しないので、や
はり中性活性種反射部材９４がプラズマにさらされるこ
とはない。したがって、中性活性種反射部材９４がダメ
ージを受けたり、基板処理に不都合な物質が処理室内に
飛散したりすることがない。中性活性種はマルチカスプ
磁場９３に閉じ込められることなく中性活性種反射部材
９４に衝突することになるが、中性活性種は中性活性種
反射部材９４で反射して、活性状態を維持したまま、処
理室の内部に戻ることができる。もし、中性活性種反射
部材９４が存在しない場合には、中性活性種がステンレ
ス鋼の内壁面に衝突することになり、その活性が失われ
てしまう。

【００３０】なお、図２（Ａ）の例では、ポールピース
９２は環状に形成されているが、図２（Ｂ）の例では、
ポールピース９２ｂは隣り合う一対の磁石９１だけを連
結するように分割されている。後者のようにすると、ポ
ールピース９２ｂの間から処理室３の外壁に近付くこと
ができるので、のぞき窓や各種のポートを磁石９１の間
に設置することができる。

【００３１】次に、図１及び図２に示した装置を実際の
表面処理プロセスに応用した例を示す。図１において、
第１の気体導入機構７０を通して酸素ガスを２００ｓｃ
ｃｍの流量で流す。また、第２の気体導入機構８０を通
してシランガスを１００ｓｃｃｍの流量で流す。処理室
３内の圧力は８×１０^-3Ｔｏｒｒに保つ。高周波電源５
３から１３．５６０ＭＨｚ、２ｋＷの交番電力を出力
し、放電管５１の内部に高温非平衡プラズマ６０を発生
させる。また、高周波電源３３から１３．５６２ＭＨ
ｚ、１５００Ｗの交番電力を出力し、基板ホルダ−２に
バイアス電圧を印加する。基板１は基板ホルダ−２を通
して１５０℃に加熱保持する。このような条件を用い
て、直径１０インチの大面積シリコンウェーハ上にＳｉ
Ｏ₂膜を堆積した。その膜厚分布は２μｍ±３％とな
り、膜厚の均一性がきわめて良好であった。

【００３２】このＳｉＯ₂膜が基板に堆積するまでには
次のような現象が生じている。第１の気体導入機構７０
から導入された酸素ガスは高温非平衡プラズマ６０によ
って活性化され、多量の酸素原子（中性活性種）が生じ
る。一方、シランガス（ＳｉＨ₄）は処理室内のプラズ
マによって分解してＳｉＨ₃となる。上述の酸素原子は
処理室内で広がり、加熱された基板１からの熱エネルギ
ーの助けを借りて、ＳｉＨ₃と反応し、基板１上にＳｉ
Ｏ₂膜が堆積する。処理室３内の圧力は２×１０^-2〜５
×１０^-4Ｔｏｒｒと低いので、その平均自由行程は比較
的長く、酸素原子は他の粒子にあまり衝突することな
く、処理室の内壁面付近に頻繁に到達することになる。
酸素原子が中性活性種反射部材９４（図２（Ｂ）参照）
に衝突すると、その大部分は酸素原子のまま（すなわ
ち、活性状態を保ったまま）反射して、処理室内部に戻
っていく。

【００３３】もし、中性活性種反射部材９４が存在しな
いと、酸素原子はステンレス鋼製の処理室の内壁面に直
接衝突して、一時的に壁面金属と結合して酸化物となっ
てしまう。この部分にさらに酸素原子が衝突すると、金
属と結合していた酸素原子と反応して、酸素分子を作
る。この酸素分子が処理室内に戻っても、膜堆積反応に
寄与することはなく、単に排気されてしまうことにな
る。

【００３４】結局、この実施例によれば、高温非平衡プ
ラズマで生成された多量の酸素原子が、処理室内で無駄
に失われることなく膜堆積反応に寄与することができ、
低い圧力においても（すなわち平均自由行程が比較的長
くて、中性活性種が壁面に衝突しやすくても）、高速の
膜堆積処理が可能となった。

【００３５】この実施例において、電位制御機構３０
は、ＳｉＯ₂膜のステップカバレージを向上させるのに
役立っている。ＳｉＯ₂膜の堆積自体は、上述のように
酸素原子が反応に寄与しているが、電位制御機構３０を
用いると処理室内の正イオンによって膜を衝撃すること
ができる。これにより、シリコンウェーハ上にあらかじ
め作製されているパタ−ンの段差部側面において、Ｓｉ
Ｏ₂膜の被覆性を向上させることができる。この正イオ
ンに対しては、マルチカスプ磁場によるプラズマ閉じ込
め作用が働いて、正イオンによる衝撃作用の効果が大面
積にわたって均一に生じることになる。電位制御機構３
０を用いない場合にはステップカバレージ特性が劣るこ
とになる。電位制御機構３０を用いた場合、ウェーハ上
にあらかじめ存在した１μｍの段差上に、ＳｉＯ₂膜を
約２μｍの厚さで堆積することにより、表面が平坦にな
った。この技術は、半導体の集積度の増加にともなって
用いられる多層配線の作製技術や微細パタ−ンの露光技
術（露光の際に必要とされる被写体深度が浅い。）にと
って特に重要である。

【００３６】ところで、第１の気体導入機構７０から酸
素とシランの両者を導入した場合には、主として高温非
平衡プラズマ６０の内部およびその近傍で反応が進んで
しまい、その結果、基板処理の均一性が悪くなり、原料
ガスの有効利用もできないという欠点がある。一方、第
２の気体導入機構８０から酸素とシランの両者を導入し
た場合には、放電管５１内に拡散した酸素だけが高温非
平衡プラズマで活性化されることになり、酸素の活性化
効率が減少して、やはり原料ガスの有効利用ができない
欠点がある。したがって、ＳｉＯ2 膜の堆積には、上述
のように第１の気体導入機構７０と第２の気体導入機構
８０とを併用することが非常に有用であった。

【００３７】また、上記の膜作製条件において、第１の
気体導入機構７０から酸素ガスの代わりに亜酸化窒素ガ
ス（Ｎ₂Ｏ）を導入すると、窒素が少量混入したＳｉＯ₂
膜（ＳｉＯＮ膜と言うこともある。）を作製することが
できる。さらに、酸素ガスの代わりに、アンモニアガス
あるいは窒素希釈のアンモニアガスを用いるとＳｉＮ膜
を作製することができる。このＳｉＮ膜は半導体デバイ
スのパッシベ−ション用やＴＦＴ（薄膜トランジスタ）
のゲ−ト絶縁膜用として使用できる。このＳｉＮ膜の場
合、電位制御機構３０を用いるとステップカバレ−ジの
みならず堆積膜のストレスをも制御することが可能であ
る。

【００３８】さらに、第１の気体導入機構７０から酸素
ガスを導入するだけで、第２の気体導入機構８０を使用
しない場合には、フォトレジストのアッシングや有機物
除去のためのクリ−ニング、あるいは基板材質の表面酸
化等に利用することができる。たとえばフォトレジスト
のアッシングや有機物の除去のためのクリ−ニングにお
いては、基板の温度を約１２０℃にすると有効に処理で
きた。この場合、酸素の流量は１００ｓｃｃｍより多量
の方が効果は大であった。この場合にも直径１０インチ
のシリコンウェーハにおいて均一性の良い処理が可能で
あった。

【００３９】基板材質を酸化する処理としては、酸化物
超伝導体の作製、タンタル、チタン、ルテニウム、イリ
ジウム、タングステン、アルミニウム等の金属酸化膜の
作製、シリコンの酸化膜作製などに有効である。タンタ
ルの酸化膜は半導体デバイスのキャパシタ用誘電体膜と
して利用できる。チタンは二酸化チタン半導体電極とし
て、ルテニウム、イリジウム、タングステンの酸化物は
イオン導電性膜として、各種センサ−のセンシング物質
薄膜用あるいはクロミズム用薄膜として利用できる。ア
ルミニウム酸化物は各種デバイスの絶縁体薄膜として利
用できる。これらの酸化処理の酸化層の厚さは直径１０
インチの領域内で±３％の分布に収まり、非常に良好な
均一性を得ることができた。

【００４０】図３は本発明の第２実施例の正面断面図で
ある。図１に示す実施例とは、マルチカスプ磁場発生機
構が異なっており、その他の部分は同じである。したが
って、図１の実施例と同じ部分には同じ符号を付けてあ
る。この実施例のマルチカスプ磁場発生機構９０ａは、
その側壁の外側において上下方向に磁極を交互に配置す
ることによってリング状のマルチカスプ磁場を形成して
いる。また、処理室３の上側と下側にも磁石を配置して
いる。各磁石９１ａは図１に示す磁石よりも小型にし
て、かつ、密に配置している。この実施例では、図１の
実施例に比べてマルチカスプ磁場発生機構の製作に手数
がかかるが、処理室内での活性種の利用効率を上げるこ
とができる。

【００４１】図４は本発明の第３実施例の正面断面図で
ある。図１に示す実施例とは、放電管５１の周囲に放電
用磁場発生機構を設けた点が異なっており、その他の部
分は同じである。したがって、図１の実施例と同じ部分
には同じ符号を付けてある。この実施例では、放電管５
１の外側のアンテナ５２の周囲に、電磁石５５からなる
磁場発生機構を設けてある。これにより、放電管５１の
内部には、上下方向に磁場が形成される。放電管５１の
内部に磁場を発生させると、低圧力での高温非平衡プラ
ズマ６０の発生およびその維持が容易になる。

【００４２】図５は本発明の第４実施例の正面断面図で
ある。この実施例は、図３に示す装置に、図４に示す放
電用磁場発生機構を組み合わせたものであり、さらに、
放電管５１の周囲のアンテナ５２ａの形状を改良したも
のである。このアンテナ５２ａの形状を図６（Ａ）に示
す。このアンテナ５２ａは、図１に示すようなコイル状
ではなくて、二つのリングを上下方向に間隔をあけて配
置したような形状になっている。ただし、これらのリン
グは１本の導体で連続している。この形状のアンテナを
用いると、より高いイオン密度の高温非平衡プラズマを
発生させることができる。図６（Ｂ）は同様のアンテナ
の別の実施例であり、アンテナ５２ｂの根元の部分は同
軸ケーブル５２ｃとなっている。

【００４３】図７は本発明の第５実施例の正面断面図で
ある。この実施例は図１の装置から第１の気体導入機構
７０を取り除いたものである。このようにすると、活性
種の発生の観点からは上述の通り不利であるが、装置製
造上の観点からは、放電管５１の加工及び取り付けが容
易となる利点がある。

【００４４】次に、プラズマ処理に寄与する中性活性種
の種類と、中性活性種反射部材の材質との組み合わせに
ついて述べる。次の表１はプラズマ処理の目的と、その
処理に関与する中性活性種と、その中性活性種を効果的
に反射するための反射部材の材質とを示すものである。
反射部材の材質の一部は略号で示してあるが、その意味
は表の下に示す。

【００４５】

【表１】処理目的中性活性種反射部材ＳｉＯ2 堆積Ｏ原子ＳＧ、ＰＧ、ＡＯ、ＴＦＳｉＮ堆積Ｎ原子ＳＧ、ＰＧ、ＡＯ、ＳｉＮエッチングＦ原子ＴＦ、ＡＯエッチングＣｌ原子ＴＦ、ＳＧ、ＰＧ、ＡＯダイヤモンド膜堆積Ｈ原子ＳｉＣ、ＳｉＮ、ＳＧ、ＰＧ、ＡＯダイヤモンドライクカーボン膜堆積Ｈ原子ＳｉＣ、ＳｉＮ、ＳＧ、ＰＧ、ＡＯただし、ＳＧ…石英ガラスＰＧ…パイレックス（登録商標）
ガラスＡＯ…Ａｌ₂Ｏ₃ ＴＦ…ポリテトラフルオルエチレ
ン

【００４６】

【発明の効果】本発明は、高温非平衡プラズマを用いて
多量の中性活性種を生成するとともに、マルチカスプ磁
場によって処理室内のプラズマを処理室の内壁面から離
すようにしたので、中性活性種反射部材で処理室の内壁
面を覆うことが可能になり、中性活性種の無駄な減少を
防ぐことができる。その結果、高速かつ均一に大面積に
わたって良質の基板処理が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の正面断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図と、処理室壁面近傍の拡
大水平断面図である。

【図３】本発明の第２実施例の正面断面図である。

【図４】本発明の第３実施例の正面断面図である。

【図５】本発明の第４実施例の正面断面図である。

【図６】図５に示した実施例のアンテナの形状を示す斜
視図である。

【図７】本発明の第５実施例の正面断面図である。

【符号の説明】

１…基板２…基板ホルダ− ３…処理室４…活性種２０…温度調整機構３０…電位制御機構４０…排気機構５０…高温非平衡プラズマ発生機構６０…高温非平衡プラズマ７０…第１の気体導入機構８０…第２の気体導入機構９０…マルチカスプ磁場発生機構

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中性活性種を発生するプラズマ発生室
と、プラズマ発生室に隣接して配置された処理室と、処
理室内に設置されて被処理基板を保持する基板ホルダ−
と、プラズマ発生室と処理室内とを真空に排気する排気
機構と、被処理基板の表面処理に必要な気体をプラズマ
発生室と処理室の少なくとも一方に導入する気体導入機
構とを備えるプラズマ処理装置を用いて基板を処理する
プラズマ処理方法において、前記プラズマ発生室で高温非平衡プラズマを発生させ、
この高温非平衡プラズマによって気体を活性化すること
によって中性活性種を生成し、この中性活性種を処理室
に導入し、処理室の内部に形成したマルチカスプ磁場に
よって処理室内部のプラズマを処理室の壁面から離した
状態で、中性活性種によって基板を処理することを特徴
とするプラズマ処理方法。
【請求項２】基板の表面処理に必要な第１の気体をプ
ラズマ室に導入して、この第１の気体を高温非平衡プラ
ズマ内を通過させて中性活性種を生成するとともに、基
板の表面処理に必要な第２の気体を処理室に導入して基
板を処理することを特徴とする請求項１記載のプラズマ
処理方法。
【請求項３】中性活性種を発生するプラズマ発生室
と、プラズマ発生室に隣接して配置された処理室と、処
理室内に設置されて被処理基板を保持する基板ホルダ−
と、プラズマ発生室と処理室内とを真空に排気する排気
機構と、被処理基板の表面処理に必要な気体をプラズマ
発生室と処理室の少なくとも一方に導入する気体導入機
構とを備えるプラズマ処理装置において、処理室の内部にマルチカスプ磁場を形成するとともに、
処理室の内壁面のうち、マルチカスプ磁場の尖点付近以
外の壁面を中性活性種反射部材で覆い、この中性活性種
反射部材の材質を処理室構成部材の材質と異ならせたこ
とを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】前記中性活性種反射部材の材質は酸化
物、フッ素樹脂、ケイ素化合物のいずれかであることを
特徴とする請求項３記載のプラズマ処理装置。