JPH06280028A

JPH06280028A - プラズマ処理方法及び装置

Info

Publication number: JPH06280028A
Application number: JP5091813A
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

Abstract

(57)【要約】【目的】ヘリコン波高温非平衡プラズマで発生させた
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の内部にヘリコン波高温非平衡プラズ
マ６０を発生させる。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２００℃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Ｓ
ｉＯ₂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。

【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
を実現するためのプラズマとしてヘリコン波高温非平衡
プラズマを用いることが考えられている。ヘリコン波を
用いて高温非平衡プラズマを作成すると、低圧力で高密
度のプラズマを得ることができ、このプラズマを利用し
たプロセス技術が注目されている。なお、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４−７
１５７５号公報、特開昭６２−２２７０８９号公報、及
び特開昭６３−１６６９７１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４−７
１５７５号公報に記載されたプラズマ処理装置は、J. V
ac. Sci.Technol. 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「ＬＴ
Ｅ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】また、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成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】ヘリコン波プラズマに
よる低圧高密度プラズマの利点と、高温非平衡プラズマ
の活性種密度の高さと、マルチカスプ磁場による均一性
の利点とを生かすための具体的なプラズマ処理装置が望
まれている。この発明の目的は、高速かつ大面積で均一
な基板処理を実現するためのプラズマ処理方法及び装置
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段及び作用】第１の発明は、
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
マ発生室でヘリコン波を発生させ、このヘリコン波によ
って高温非平衡プラズマを作り気体を活性化することに
よって活性種を生成し、この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中央付近に閉じ込め、前記活性種に
よって基板を処理するようにしたものである。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。

【０００９】このプラズマ処理方法では、まず、ヘリコ
ン波を用いることによって効果的に高温非平衡プラズマ
を作り、低圧で多量の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影響を及ぼして、プラズマを
処理室の中央付近に閉じ込めることができる。これによ
り、高密度で均一なプラズマを処理室内に維持すること
ができ、このプラズマ中に存在する活性種を用いて基板
を均一に処理することができる。なお、気体プラズマに
おける「ヘリコン波」は、別名「ホイッスラーモード」
とも呼ばれる。

【００１０】また、中性の活性種が基板処理に関与する
場合も多い。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。遊離種とは、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。励起種とは、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。マルチカスプ磁場は、これらの中性活性
種の挙動には直接は影響を及ぼさない。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、この発明のようにマルチカ
スプ磁場を用いていると、プラズマが処理室の内壁面か
ら離れているので、最適な中性活性種反射部材を選択で
きる利点がある。中性活性種反射部材の材質としてはフ
ッ素樹脂または酸化物が好ましい。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。酸化物としてはＳｉＯ₂
系のガラスやアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）などを用いることが
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。

【００１１】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
ることができる。

【００１２】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の気体をヘリコン波高温非平衡プラズマ内
を通過させて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
するものである。

【００１３】第３の発明は、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、前記プラズマ発生室をヘ
リコン波高温非平衡プラズマ発生室として、前記処理室
にマルチカスプ磁場発生機構を設けたものである。

【００１４】

【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、ヘリコン波高温
非平衡プラズマ発生機構５０と、第１の気体導入機構７
０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。

【００１５】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。処理室３の材質はアル
ミニウム系の金属を用いてもよい。

【００１６】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。

【００１７】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、
活性種の照射と負電荷の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。

【００１８】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。

【００１９】次に、ヘリコン波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（ＳｉＯ₂）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５１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。

【００２０】放電管５１の周囲にはアンテナ５２ａが配
置されている。アンテナ５２ａの周囲には電磁石５５か
らなる磁場発生機構がある。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
５２ａに印加される。プラズマ発生室に気体を導入し
て、上述の交番電力と磁場と放電管５１の内径等が所定
の条件を満足すると、ヘリコン波高温非平衡プラズマ６
０が発生する。スイッチ５４は、アンテナ５２ａの接地
の方向を選択するものである。なお、アンテナ５２ａ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。

【００２１】図４（Ａ）はヘリコン波プラズマ発生機構
５０のアンテナ５２ａの形状を示す。このアンテナ５２
ａは、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、高いイオン密度のヘリコン波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。

【００２２】図５は高温非平衡プラズマの特定波長の発
光強度を示すグラフである。このグラフは、放電管５１
に窒素ガスを導入してヘリコン波高温非平衡プラズマを
発生させ、４種類の特定波長についてその発光強度の電
力依存性を測定したものである。電力が６０Ｗを越える
と高温非平衡プラズマが発生する。図６はプラズマ中の
気体温度を測定した一例であり、高温となっていること
がわかる。

【００２３】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の気体はヘリコン波高温非平衡プラズ
マ６０により活性化され、これにより高濃度の活性種４
が生じる。

【００２４】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。

【００２５】第２の気体のみではヘリコン波高温非平衡
プラズマ６０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、ヘリコン波高温非平衡プラズマ６
０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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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の内部にヘリコン波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１３．５
６２ＭＨｚ、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２００℃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ＳｉＯ₂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。

【００３０】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ヘリコン波高温非平衡プラズ
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ＳｉＯ₂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。

【００３１】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。

【００３２】結局、この実施例によれば、ヘリコン波高
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。

【００３３】また、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３
０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、
ＳｉＯ₂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３０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４μｍ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。

【００３４】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、主としてヘリコ
ン波プラズマ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ヘリコ
ン波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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】上述のすべての実施例において、第１の気
体導入機構７０を取り除くこともでいる。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。

【００４０】

【発明の効果】本発明は、ヘリコン波高温非平衡プラズ
マを用いて低圧で多量の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均一に閉
じ込めることにより、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】アンテナの形状を示す斜視図である。

【図５】プラズマの発光強度を示すグラフである。

【図６】プラズマ中の気体温度を示すグラフである。

【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…ヘリコン波高温非平衡プラズマ発生機構６０…ヘリコン波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】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ヘリコン波を発生させ、このヘリ
コン波によって高温非平衡プラズマを作り気体を活性化
することによって活性種を生成し、この活性種を処理室
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中央付近に閉じ込め、前
記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の気体をヘリコン波高温
非平衡プラズマ内を通過させて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】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、前記プラズマ発生室はヘリコン波高温非平衡プラズマ発
生室であり、前記処理室にはマルチカスプ磁場発生機構
を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。