JPWO2009057583A1 - プラズマ処理システム及びプラズマ処理方法 - Google Patents

プラズマ処理システム及びプラズマ処理方法 Download PDF

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Abstract

プラズマ処理システムは、複数の膜を成膜又はエッチングするプラズマ処理装置と、複数の膜を成膜又はエッチングするために必要なすべてのガスを供給するガス供給源とを有している。そして、制御装置によって、複数の膜の各膜を成膜又はエッチングするために必要なガスが、ガス供給源からガス配管を通って、選択的にプラズマ処理装置内に供給される。これによって、一のプラズマ処理装置内で異なる組成の複数の膜を成膜又はエッチングすることができる。

Description

本発明は、異なる組成の複数の膜を成膜又はエッチングするプラズマ処理システム及びプラズマ処理方法に関する。
例えば半導体製造装置や液晶ディスプレイ製造装置の製造プロセスにおいては、マイクロ波を利用して処理室内にプラズマを発生させ、基板に対して成膜処理やエッチング処理等を行うプラズマ処理が行われる。
このようなプラズマ処理において、例えば異なる組成の複数の膜を成膜又はエッチングする場合、従来より、プロセスの一貫化、連結化あるいは複合化を図るために複数のプロセス・モジュールを主搬送室の周りに配置するマルチチャンバ装置、いわゆるクラスタツールが用いられている。
例えば、薄膜形成加工用のクラスタツールは、各プロセス・モジュールの処理容器だけでなく主搬送室も真空に保持し、主搬送室にゲートバルブを介してロードロック・モジュールを連結する。基板は、大気圧下でロードロック・モジュールに搬入され、その後減圧状態に切り替えられたロードロック・モジュールから主搬送室に取り出される。主搬送室に設置されている搬送機構は、ロードロック・モジュールから取り出した基板を１番目のプロセス・モジュールに搬入する。このプロセス・モジュールは、予め設定されたレシピに従い第１工程の処理（例えば第１層の成膜処理）を実施する。この第１工程の処理が終了すると、主搬送室の搬送機構は、基板を１番目のプロセス・モジュールから搬出し、次に２番目のプロセス・モジュールに搬入する。この２番目のプロセス・モジュールでも、予め設定されたレシピに従い第２工程の処理（例えば第２層の成膜処理）を実施する。この第２工程の処理が終了すると、主搬送室の搬送機構は、基板を２番目のプロセス・モジュールから搬出し、次工程があるときは３番目のプロセス・モジュールに搬入し、次工程がないときはロードロック・モジュールに戻す。３番目以降のプロセス・モジュールで処理が行われた場合も、その後に次工程があるときは後段のプロセス・モジュールに搬入し、次工程がないときはロードロック・モジュールに戻す。
こうしてプロセス・モジュールによる一連の処理を終えた基板がロードロック・モジュールに搬入されると、ロードロック・モジュールは減圧状態から大気圧状態に切り替えられ、主搬送室とは反対側の基板出入口から搬出される。
このように、クラスタツールにおいて、一群の基板を１つずつ真空雰囲気中で複数のプロセス・モジュールに順次搬送して一連の処理、例えば複数の膜の成膜処理やエッチング処理等のプラズマ処理が連続して実施される（特許文献１）。
日本国特開２００６−１９０８９４号公報
しかしながら、このように複数の膜の成膜処理やエッチング処理等のプラズマ処理を連続して行う際に、従来のクラスタツールを用いると、薄膜を成膜処理やエッチング処理するために各膜ごとに、一のプロセス・モジュールから基板を取り出して、別のプロセス・モジュールに搬送する必要がある。そのため、各プロセス・モジュールに基板を搬送する時間がかかり、基板のプラズマ処理のスループットに改善の余地があった。また、複数のプロセス・モジュールや主搬送室が必要になるため、基板の処理装置の占有面積が大きかった。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、異なる組成の複数の膜を成膜又はエッチングする際に、占有面積の小さい処理装置を用いて、基板のプラズマ処理のスループットを向上させることを目的とする。
前記の目的を達成するため、本発明は、異なる組成の複数の膜を成膜又はエッチングするプラズマ処理システムであって、高周波の供給によって発生したプラズマにより、基板に前記複数の膜の成膜を行う、又は基板上の前記複数の膜をエッチングするプラズマ処理装置と、前記プラズマ処理装置内に前記複数の膜を成膜又はエッチングするために必要なすべてのガスを供給するガス供給源と、前記ガス供給源から前記プラズマ処理装置に前記すべてのガスを別々に導入する複数のガス配管と、前記プラズマ処理装置内に発生する排ガスを排気する排気装置と、前記ガス供給源から、前記複数の膜の各膜を成膜又はエッチングするために必要なガスを前記各ガス配管を通して選択的に前記プラズマ処理装置内に供給する制御装置と、を備えたことを特徴としている。
本発明によれば、ガス供給源から、プラズマ処置装置内に複数の膜を成膜又はエッチングするために必要なすべてのガスを供給することができ、かつ、制御装置によって、ガス供給源から複数の膜のうち一の膜を成膜又はエッチングするために必要なガスを選択的にプラズマ処理装置内に供給することができるので、一のプラズマ処理装置内で異なる組成の複数の膜を成膜又はエッチングすることができる。これによって、従来のクラスタツールのように各膜の成膜やエッチングごとに各プロセス・モジュールに搬送する必要がなく、基板のプラズマ処理のスループットを向上させることができる。また、クラスタツールにあった複数のプロセス・モジュールや主搬送室が不要になるので、異なる組成の複数の膜を成膜又はエッチングする際の処理装置（処理システム）の占有面積を小さくすることができる。
前記制御装置は、前記プラズマ処理装置内に供給するガスの流量を制御する流量制御装置を含み、前記流量制御装置は、前記プラズマ処理装置に供給されるガスの圧力を測定し、測定された圧力に基づいて供給流量を制御するのが好ましい。これによって、適切な流量、適切なガス組成の処理ガスを常時プラズマ処理装置内に供給することができる。
前記プラズマ処理装置は、基板を収容し処理する処理容器と、前記処理容器内において基板を載置する載置部と、前記載置部に載置された基板に対向する位置に設けられ、前記処理容器内にプラズマ発生用の高周波を２次元的に均一に供給する高周波供給部と、前記高周波供給部と前記載置部との間に設けられ、前記高周波供給部から前記載置台までの領域を前記高周波供給部側の領域と前記載置部側の領域に区画する板状の構造体と、前記高周波供給部の下部であって、前記構造体の上面に対向する位置に設けられ、前記高周波供給部側の領域にプラズマを励起するためのガスを２次元的に均一に供給するプラズマガス供給部と、前記複数のガス配管から前記プラズマガス供給部及び前記構造体にガスを供給するガス供給路と、を有し、前記構造体には、前記載置部側の領域に前記成膜又はエッチングのための処理ガスを２次元的に均一に供給する複数の処理ガス供給口と、前記高周波供給部側の領域で２次元的に均一に生成されたプラズマが前記載置部側の領域に通過する複数の開口部が形成されているのが好ましい。かかる場合、高周波が載置部側の領域に進入するのを抑制することができる。また、処理ガスは、構造体の処理ガス供給口から載置部側の領域に均一に供給されるので、処理ガスが高周波供給部側の領域に戻ったり、処理容器の壁面に堆積せず、載置部側の領域内で均一なガスの流れを実現することができる。なお、「プラズマガス」とは、プラズマを励起するために用いられるガスをいう。
前記処理容器の内表面には、水分子を含まずピンホールボイドがなく、プラズマガス及び処理ガスに対して耐食性を有するのが好ましい。このようにプラズマガス及び処理ガスに対して耐食性を有するガス保護膜は、水分子を含まないので、水分子が処理容器内のガスと反応して反応生成物を発生させるのを抑制できる。そして発明者らが調べたところ、このようなガス保護膜としては、例えばＡｌ２Ｏ３膜（酸化アルミニウム膜）が適切であることが分かった。なお、かかるガス保護膜は、例えば１００℃〜２００℃の高温にも耐えることができる。
前記処理容器の内表面は、１００℃〜２００℃に加熱されるのが好ましい。このように処理容器の内表面を１００℃〜２００℃の高温にすることにより、処理容器内で発生した反応生成物を処理容器の内表面に堆積するのを抑制できる。なお、この加熱された温度を維持するために、処理容器の外表面に断熱材を設けてもよく、これによって処理容器の内表面の熱が外部に逃げることがなく、省エネルギーを促進することができる。
前記高周波供給部から供給される高周波の周波数は、９１５ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚあるいは４５０ＭＨｚのいずれかであることが好ましい。発明者らが調べたところ、これらの周波数の高周波を供給すれば、処理容器内の処理ガスの種類、圧力、組成濃度に関わらず、処理容器内に均一なプラズマが安定して発生することが分かった。
前記排気装置の内部の圧力は、入口側から出口側に行くにつれて連続的に上昇しているのが好ましい。これによって、圧力が急変することによる反応生成物の発生を抑制することができる。
前記排気装置の入口側と出口側の排ガスの圧力の比は、１００００以上であって、かつ、出口側の排ガスの圧力は、０．４ｋＰａ〜４．０ｋＰａ（３Ｔｏｒｒ〜３０Ｔｏｒｒ）であるのが好ましい。このように排気装置の出口側の排ガスの圧力を高くすることができるので、出口側に接続された排気管の径を小さくすることができる。
前記排気装置は、１段又は直列に接続された２段の真空ポンプを含み、前記各段の真空ポンプは、それぞれ１個又は並列に複数配置され、前記排気装置の出口側の排ガスの流れが粘性流であるのが好ましい。これによって、排気装置の出口側のコンダクタンスが向上するため、排気速度を低下させずに排ガスを流すことができ、異なる種類の排ガスでも同一速度で流すことができる。なお、「粘性流」とは、１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）以上の気体の流れをいう。
前記排気装置の真空ポンプは、スクリュー真空ポンプを含み、前記スクリュー真空ポンプは、歯車のねじれ角度が連続的に変化する噛み合わせロータと、前記噛み合わせロータを収納するケーシングと、を有し、前記噛み合わせロータと前記ケーシングとにより形成される作動室の容積が、排ガスの吸引側から吐出側に進行するにつれて連続的に減少するように構成されているのが好ましい。これによって、作動室が、排ガスの吸入作用、内部圧縮移送作用、吐出作用を有するので、排ガスの圧力を連続的に上昇させることができ、スクリュー真空ポンプ内での局部的な圧力上昇を抑制することができる。このように圧力が急変する部分がないので、反応生成物の発生を抑制することができる。
前記排気装置の真空ポンプの内表面には、水分子を含まずピンホールボイドがなく、排ガスに対して耐食性を有するのが好ましい。このような排ガス保護膜には、例えばＡｌ２Ｏ３膜又はＹ２Ｏ３膜（酸化イットリウム膜）を用いることができる。なお、かかる排ガス保護膜は、例えば１００℃〜２００℃の高温にも耐えることができる。
前記排気装置の真空ポンプの内表面は、１００℃〜２００℃に加熱されるのが好ましい。なお、この加熱された温度を維持するために、排気装置の真空ポンプの外表面に断熱材を設けてもよい。
前記排気装置の下流側には、前記プラズマ処理装置内で発生した異なる排ガスを処理する複数の排ガス処理装置と、前記複数の排ガス処理装置の出口側に設けられた他の排気装置と、前記排気装置から前記各排ガス処理装置への排ガスの流入を制御する複数の第１のバルブと、前記各排ガス処理装置から前記他の排気装置へ処理済みの排ガスの流入を制御する複数の第２のバルブと、が設けられ、前記プラズマ処理装置、前記排気装置、前記第１のバルブ、前記排ガス処理装置、前記第２のバルブ、前記他の排気装置は、この順でそれぞれ排気管によって接続されているのが好ましい。これによって、プラズマ処理装置内で発生した排ガスを無害のガスに処理することができる。
前記第１のバルブは、１００℃〜２００℃の温度の排ガスに対して作動可能であるのが好ましい。
前記第１のバルブのダイアフラムの表面には、ＰＦＡ膜（四フッ化エチレン-パーフロロアルキルビニルエーテル共重合樹脂膜）又はフルオロカーボン膜が形成されているのが好ましい。例えばバルブのダイアフラムにはニッケルを含む超弾性合金が用いられるが、このようにダイアフラムの表面がＰＦＡ膜又はフルオロカーボン膜で覆われていることにより、ニッケルの触媒効果を抑制することができる。
前記第１のバルブと前記排気管のそれぞれの内表面には、水分子を含まずピンホールボイドがなく、排ガスに対して耐食性を有するのが好ましい。このような排ガス保護膜には、例えばＡｌ２Ｏ３膜又はＹ２Ｏ３膜を用いることができる。なお、かかる排ガス保護膜は、例えば１００℃〜２００℃の高温にも耐えることができる。
前記第１のバルブと、前記排気装置から前記第１のバルブに排ガスを送る排気管と、前記第１のバルブから前記排ガス処理装置へ排ガスを送る排気管のそれぞれの内表面は、１００℃〜２００℃に加熱されるのが好ましい。なお、この加熱された温度を維持するために、前記第１のバルブと、前記排気装置から前記第１のバルブに排ガスを送る排気管と、前記第１のバルブから前記排ガス処理装置へ排ガスを送る排気管のそれぞれの外表面に断熱材を設けてもよい。
前記他の排気装置は、１段又は直列に接続された２段の真空ポンプを含んでいるのが好ましい。
前記他の排気装置の下流側には、Ｋｒ及び／又はＸｅの回収装置と、Ｋｒ及び／又はＸｅを含有する排ガスを選択的に前記回収装置へ供給する第３のバルブと、が設けられているのが好ましい。これによって、Ｋｒガス（クリプトンガス）あるいはＸｅガス（キセノンガス）を再利用することができる。
別な観点による本発明においては、異なる組成の複数の膜を連続して成膜又はエッチングするプラズマ処理方法であって、基板を収容した処理容器内に、流量を制御しながら、前記複数の膜のうちの第１の膜を成膜又はエッチングするために必要なガスを選択的に供給し、前記処理容器内に高周波を２次元的に均一に供給することによって２次元的に均一にプラズマを発生させ、前記プラズマを用いて前記第１の膜を成膜又はエッチングする第１の工程と、前記複数の膜のうちの第２の膜を成膜又はエッチングするために必要なガスを前記処理容器に選択的に供給し、前記プラズマを発生させ、前記プラズマを用いて前記第２の膜を成膜又はエッチングする第２の工程と、を連続して行うことを特徴としている。
前記第１の工程又は第２の工程において、前記処理容器から排ガスを排気し、排ガスを処理するのが好ましい。
前記第１の工程の後に、他の工程を介在させずに直ちに前記第２の工程を行ってもよい。
前記第１の工程の後に、不活性ガスを前記処理容器内に供給して排気し、しかる後に前記第２の工程を行ってもよい。
さらに別な観点による本発明においては、前記のプラズマ処理方法によって、異なる組成の複数の膜を連続成膜又は連続エッチングする工程を含むことを特徴とする電子装置の製造方法が提供される。
前記電子装置は、半導体装置、平面ディスプレイ装置又は太陽電池であってもよい。
本発明によれば、一のプラズマ処理装置内で、異なる組成の複数の膜を成膜又はエッチングすることができる。これによって、基板を搬送する時間を省略でき、基板のプラズマ処理のスループットを向上させることができる。また、複数のプロセス・モジュールや主搬送室が不要となり、異なる組成の複数の膜を成膜又はエッチングする際の処理装置（処理システム）の占有面積を小さくすることができる。
本実施の形態にかかるプラズマ処理システムの構成の概略を示す説明図である。 処理ガス供給構造体の平面図である。 処理ガス供給構造体の縦断面の一部の拡大図である。 排気装置の構成の概略を示す説明図である。 スクリューブースターポンプの横断面図である。 スクリューブースターポンプの縦断面図である。 スクリューブースターポンプのロータ部分の斜視図である。 スクリューブースターポンプのロータ部分の平面図である。 他の実施の形態にかかるプラズマ処理システムの構成の概略を示す説明図である。 排気装置の構成の概略を示す説明図である。 排気装置の構成の概略を示す説明図である。 排気装置の構成の概略を示す説明図である。 排気装置の構成の概略を示す説明図である。 他の排気装置の構成の概略を示す説明図である。 プラズマ処理装置の構成の概略を示す説明図である。 実施例にかかる各プラズマ処理後の状態を示した図であり、（ａ）はエッチング前の状態を示し、（ｂ）はＳｉＣＯ膜をエッチング後の状態を示し、（ｃ）はレジスト膜をアッシング後の状態を示し、（ｄ）はＳｉＣＮ膜とＣＦ膜をエッチング後の状態を示し、（ｅ）はＳｉＣＮ膜をエッチング後の状態を示し、（ｆ）はＣＦ膜をエッチング後の状態を示し、（ｇ）はＳｉＣＮ膜をエッチング後の状態を示している。
符号の説明
１ プラズマ処理システム
２ プラズマ処理装置
３ ガス供給源
４ プラズマガス供給源
５ 処理ガス供給源
１０ａ〜１６ａ、２０ａ〜３１ａ ガス配管
１７、３２ ガス供給管
４０ 制御装置
４０ａ 流量制御装置
５１ 処理容器
５２ 載置台
６１ シャワープレート
６３ ラジアルラインスロットアンテナ
６４ ガス供給孔
９０ 処理ガス供給構造体
９２ 開口部
９３ 処理ガス供給口
１０１ 排気管
１０２ 排気装置
１０３ 第１の真空ポンプ
１０４ 第２の真空ポンプ
１１１ 排気管
２０１ 雄ロータ
２０２ 雌ロータ
２０１ｂ 作動室
２０２ｂ 作動室
２０３ 主ケーシング
３０１〜３０４ 第１のバルブ
３０５〜３０７ 第２のバルブ
３１０〜３１２ 排ガス処理装置
３２２ 第３のバルブ
３３０、４３０ 回収装置
５００ 他の排気装置
Ｒ１ プラズマ励起領域
Ｒ２ プラズマ拡散領域
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、プラズマ処理の一例である異なる組成の複数の膜の成膜処理を行うプラズマ処理システム１の構成の概略を模式的に示した図である。本実施の形態においては、基板の成膜処理として、ラジアルラインスロットアンテナを用いてプラズマを発生させるＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いている。
プラズマ処理システム１は、図１に示すように、基板Ｗに複数の膜の成膜処理を行うプラズマ処理装置２と、プラズマ処理装置２内に複数の膜を成膜するために必要なすべてのガスを供給するガス供給源３を有している。
ガス供給源３は、プラズマ処理装置２内にプラズマを励起するためのプラズマガスを供給するプラズマガス供給源４と、プラズマ処理装置２内に処理ガスを供給する処理ガス供給源５とを有している。プラズマガス供給源４は、例えば７部のガス封入部１０〜１６を有し、それぞれのガス封入部１０〜１６には、異なる種類のプラズマガスが封入されている。例えばＮＦ３ガス（三フッ化窒素ガス）、Ａｒガス（アルゴンガス）、Ｘｅガス（キセノンガス）、Ｋｒガス（クリプトンガス）、Ｎ２ガス（窒素ガス）、Ｏ２ガス（酸素ガス）、Ｈ２ガス（水素ガス）が、ガス封入部１０〜１６にそれぞれ封入されている。ガス封入部１０〜１６にはガス配管１０ａ〜１６ａがそれぞれ接続し、ガス配管１０ａ〜１６ａにはガス封入部１０〜１６からのプラズマガスの供給を制御するバルブ１０ｂ〜１６ｂがそれぞれ設けられている。ガス配管１０ａ〜１６ａは、バルブ１０ｂ〜１６ｂの下流側でガス供給路としてのガス供給管１７に接続されている。そして、バルブ１０ｂ〜１６ｂの開閉によって、ガス封入部１０〜１６からプラズマ処理装置２内へ、例えば前記プラズマガスあるいはそれらの混合ガスが供給される。処理ガス供給源５は、例えば１２部のガス封入部２０〜３１を有し、それぞれのガス封入部２０〜３１には、異なる種類の処理ガスが封入されている。例えばＳｉＨ４ガス（モノシランガス）、ＮＨ３ガス（アンモニアガス）、ＰＨ３ガス（ホスフィンガス）、Ｂ２Ｈ６ガス（ジボランガス）、ＤＣＳガス（ジクロロシランガス）、Ｃ５Ｆ８ガス（オクタフルオロペンテンガス）、ＣＦ４ガス（四フッ化炭素ガス）、ＨＢｒガス（臭化水素ガス）、Ｃｌ２ガス（塩素ガス）、Ｘｅガス（キセノンガス）、Ｋｒガス（クリプトンガス）、Ａｒガス（アルゴンガス）が、ガス封入部２０〜３１にそれぞれ封入されている。ガス封入部２０〜３１にはガス配管２０ａ〜３１ａがそれぞれ接続し、ガス配管２０ａ〜３１ａにはガス封入部２０〜３１からの処理ガスの供給を制御するバルブ２０ｂ〜３１ｂがそれぞれ設けられている。ガス配管２０ａ〜３１ａは、バルブ２０ｂ〜３１ｂの下流側でガス供給路としてのガス供給管３２に接続されている。そして、バルブ２０ｂ〜３１ｂの開閉によって、ガス封入部２０〜３１からプラズマ処理装置２内へ、例えば前記処理ガスあるいはそれらの混合ガスが供給される。なお、バルブ１０ｂ〜１６ｂ及びバルブ２０ｂ〜３１ｂの開閉は、これらのバルブ１０ｂ〜１６ｂ、２０ｂ〜３１ｂに接続された制御装置４０によって行われる。
制御装置４０内には、プラズマ処理装置２内に供給するプラズマガス及び処理ガスの流量を制御する流量制御装置４０ａが設けられている。プラズマガス供給源４とプラズマ処理装置２の間のガス供給管１７には、ガス供給管１７内を流れるプラズマガスの温度を計測する温度計４１とプラズマガスの圧力を計測する圧力計４２が設けられている。温度計４１で計測されたプラズマガスの温度Ｔ１は、流量制御装置４０ａ内の温度補正回路４３ａに出力される。圧力計４２で計測されたプラズマガスの圧力Ｐ１は、流量制御装置４０ａ内の流量演算回路４３ｂに出力される。流量演算回路４３ｂでは、プラズマガスの流量をＱ１＝ＫＰ１（但し、Ｋは定数）と演算すると共に、温度補正回路４３ａからの補正信号を用いて流量Ｑ１の温度補正が行われ、プラズマガスの流量Ｑ１’が演算される。演算された流量Ｑ１’は、流量制御装置４０ａ内の比較回路４３ｃに出力される。比較回路４３ｃでは、演算された流量Ｑ１’と、プラズマ処理装置２内で行われる成膜の種類に応じたプラズマガスの設定流量ＱＳ１との差がゼロになるようにバルブ１０ｂ〜１６ｂの開度が演算される。演算された開度はバルブ１０ｂ〜１６ｂに出力され、バルブ１０ｂ〜１６ｂが自動制御される。
処理ガス供給源５とプラズマ処理装置２の間のガス供給管３２には、ガス供給管３２内を流れる処理ガスの温度を計測する温度計４４と処理ガスの圧力を計測する圧力計４５が設けられている。そして、既述のプラズマガスの流量制御と同様に、温度計４４で計測された処理ガスの温度Ｔ２は、流量制御装置４０ａ内の温度補正回路４６ａに出力される。圧力計４５で計測された処理ガスの圧力Ｐ２は、流量制御装置４０ａ内の流量演算回路４６ｂに出力される。流量演算回路４６ｂでは、処理ガスの流量をＱ２＝ＫＰ２（但し、Ｋは定数）と演算すると共に、温度補正回路４６ａからの補正信号を用いて流量Ｑ２の温度補正が行われ、処理ガスの流量Ｑ２’が演算される。演算された流量Ｑ２’は、流量制御装置４０ａ内の比較回路４６ｃに出力される。比較回路４６ｃでは、演算された流量Ｑ２’と設定流量ＱＳ２との差がゼロになるようにバルブ２０ｂ〜３１ｂの開度が演算される。演算された開度はバルブ２０ｂ〜３１ｂに出力され、バルブ２０ｂ〜３１ｂが自動制御される。
プラズマ処理装置２は、上面が開口した有底円筒状の処理容器５１を備えている。処理容器５１は、例えばアルミニウム合金により形成されている。処理容器５１は、接地されている。処理容器５１の外表面には、例えばグラスウールの断熱材が設けられている。これは、加熱装置（図示せず）によって、処理容器５１の内表面の温度を１００℃〜２００℃に昇温した状態を維持するためである。処理容器５１の内表面は、例えばピンホールボイドのないＡｌ２Ｏ３膜で覆われている。Ａｌ２Ｏ３膜は、プラズマガス及び処理ガスに耐食性を有するガス保護膜であり、水分を含まず、かつ、１００℃〜２００℃の温度に耐えることができる。Ａｌ２Ｏ３膜は、例えばアルミニウムを主成分とする金属又は高純度アルミニウムを主成分とする金属をｐＨ４〜１０の化成液中で陽極酸化することで製造される。化成液には、例えばｐＨ４〜１０の範囲で緩衝作用を示す酸や塩などの化合物、例えば硼酸、燐酸及び有機カルボン酸並びにそれらの塩よりなる群から選ばれる少なくとも一種が用いられる。処理容器５１の底部のほぼ中央部には、基板Ｗを載置するための載置部としての載置台５２が設けられている。
載置台５２には、電極板５３が内蔵されており、電極板５３は、処理容器５１の外部に設けられた、１３．５６ＭＨｚのバイアス用高周波電源５４に接続されている。このバイアス用高周波電源５４により載置台５２の表面が負の電位になったとき、プラズマ中の正の荷電粒子を引き込むことができる。また、電極板５３は、直流電源（図示せず）にも接続されており、載置台５２の表面に静電気力を生じさせて、基板Ｗを載置台５２上に静電吸着することができる。
載置台５２内には、冷却媒体を通流させる温度調整部である冷却ジャケット５５が設けられている。冷却ジャケット５５は、冷媒の温度を調整する冷媒温調部５６に接続されている。冷媒温調部５６における冷媒の調整温度は、温度制御部５７で制御されている。したがって、温度制御部５７によって冷媒温調部５６の冷媒調整温度を設定し、冷媒温調部５６によって冷却ジャケット５５に流れる冷媒の温度を調整して、載置台５２の温度を制御できる。この結果、載置台５２上に載置された基板Ｗを所定の温度以下に維持できる。
処理容器５１の上部開口には、気密性を確保するためのＯリングなどのシール材６０を介して、プラズマガス供給部としてのシャワープレート６１が設けられている。このシャワープレート６１によって処理容器５１内が閉鎖されている。シャワープレート６１の上部側には、カバープレート６２が設けられ、その上部には、プラズマ発生用の高周波のマイクロ波を２次元的に均一に供給する高周波供給部としてのラジアルラインスロットアンテナ６３が設けられている。
シャワープレート６１は、例えば円盤状に形成され、載置台５２に対向するように配置されている。シャワープレート６１の材質には、誘電率の高い例えば窒化アルミニウムが用いられている。
シャワープレート６１には、鉛直方向に貫通する複数のガス供給孔６４が形成されている。また、シャワープレート６１には、プラズマガス供給源４に接続されたガス供給管１７からのプラズマガスが、ガス入力ポート（図示せず）を介して処理容器５１の側面からシャワープレート６１の内部を水平に通過し、シャワープレート６１の中央部から上面に連通して供給される。このガス供給路が連通するシャワープレート６１の上面には、凹部が形成されており、シャワープレート６１とカバープレート６２との間には、ガス流路６５が形成されている。ガス流路６５は、各ガス供給孔６４に連通している。したがって、ガス供給管１７に供給されたプラズマガスは、ガス流路６５に送られ、ガス流路６５から各ガス供給孔６４を通って処理容器５１内に２次元的に均一に供給される。
カバープレート６２は、Ｏリング等のシール部材７０を介してシャワープレート６１の上面に接着されている。カバープレート６２は、例えばＡｌ２Ｏ３などの誘電体により形成されている。
ラジアルラインスロットアンテナ６３は、下面が開口した略円筒状のアンテナ本体８０を備えている。アンテナ本体８０の下面の開口部には、多数のスロットが形成された円盤状のスロット板８１が設けられている。アンテナ本体８０内のスロット板８１の上部には、低損失誘電体材料により形成された遅相板８２が設けられている。アンテナ本体８０の上部には、マイクロ波発振装置８３に通じる同軸導波管８４が接続されている。マイクロ波発振装置８３は、処理容器５１の外部に設置されており、ラジアルラインスロットアンテナ６３に対し、所定周波数、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発振できる。かかる構成により、マイクロ波発振装置８３から発振されたマイクロ波は、ラジアルラインスロットアンテナ６３内に伝搬され、遅相板８２で圧縮され短波長化され、スロット板８１で円偏波を発生させた後、カバープレート６２及びシャワープレート６１を介して処理容器５１内に向けて２次元的に均一に放射される。なお、放射されるマイクロ波の周波数は、９１５ＭＨｚあるいは４５０ＭＨｚであってもよい。
処理容器５１内の載置台５２とシャワープレート６１の間には、例えば平板形状の処理ガス供給構造体９０が設けられている。処理ガス供給構造体９０は、外形が平面から見て少なくとも基板Ｗの直径よりも大きい円形状に形成され、載置台５２とシャワープレート６１に対向するように設けられている。この処理ガス供給構造体９０によって、処理容器５１内は、シャワープレート６１側のプラズマ励起領域Ｒ１と、載置台５２側のプラズマ拡散領域Ｒ２とに区画されている。
処理ガス供給構造体９０には、図２に示すように、同一平面上で略格子状に配置された一続きの処理ガス供給管９１により構成されている。処理ガス供給管９１は、処理ガス供給構造体９０の外周部分に環状に配置された環状管９１ａと、管状管９１ａの内側において複数本の縦横の管が互いに直交するように配置された格子状管９１ｂにより構成されている。これらの処理ガス供給管９１は、軸方向から見て縦断面が方形に形成され、すべて互いに連通している。
また、処理ガス供給構造体９０における、格子状に配置された処理ガス供給管９１同士の隙間には、多数の開口部９２が形成されている。処理ガス供給構造体９０の上側のプラズマ励起領域Ｒ１で２次元的に均一に生成されたプラズマは、この開口部９２を通過して載置台５２側のプラズマ拡散領域Ｒ２に進入する。
各開口部９２の寸法は、ラジアルラインスロットアンテナ６３から放射されるマイクロ波の波長よりも短く設定される。こうすることによって、ラジアルラインスロットアンテナ６３から供給されたマイクロ波がプラズマ拡散領域Ｒ２への進入するのを抑制できる。この結果、載置台５２上の基板Ｗがマイクロ波に直接曝されることがなく、マイクロ波による基板Ｗの損傷を防止できる。処理ガス供給構造体９０の表面、すなわち処理ガス供給管９１の表面には、例えば不動態膜が被覆されており、プラズマ中の荷電粒子により処理ガス供給構造体９０がスパッタリングされることを防止し、スパッタリングで飛び出した粒子によって基板Ｗが金属汚染されることを防止できる。
処理ガス供給構造体９０の処理ガス供給管９１の下面には、図１及び図３に示すように、多数の処理ガス供給口９３が形成されている。これらの処理ガス供給口９３は、処理ガス供給構造体９０面内において均等に配置されている。なお、この処理ガス供給口９３は、載置台５２に載置された基板Ｗに対向する領域に均等に配置されていてもよい。処理ガス供給管９１には、図２に示すように、処理容器５１の外部に設置された処理ガス供給源５に連通するガス供給管３２が、処理ガス入力ポート（図示せず）を介して接続されている。したがって、処理ガス供給源５からガス供給管３２を通じて処理ガス供給管９１に供給された処理ガスは、各処理ガス供給口９３から下方のプラズマ拡散領域Ｒ２に向けて２次元的に均一に吐出される。
処理容器５１の底部には、図１に示すように、処理容器５１内の雰囲気を排気するための排気口１００が例えば２箇所に設けられている。この排気口１００からの排気により、処理容器５１内を所定の圧力、例えば０．１３３Ｐａ（１０−３Ｔｏｒｒ）以下に減圧できる。排気口１００には、排気管１０１が接続されている。
排気管１０１には、処理容器５１内の雰囲気を吸引して排気する排気装置１０２が設けられている。排気装置１０２は、図４に示すように、例えば２段に直列に接続された第１の真空ポンプ１０３と第２の真空ポンプ１０４を有している。第１の真空ポンプ１０３と第２の真空ポンプ１０４は、プラズマ処理装置２からこの順で排気管１０１に設けられている。第１の真空ポンプ１０３と第２の真空ポンプ１０４の間の排気管１０１には、バルブ１０５が設けられている。
なお、排気管１０１、第１の真空ポンプ１０３、第２の真空ポンプ１０４及びバルブ１０５のそれぞれの外表面には、例えばグラスウールの断熱材が設けられている。これは、加熱装置（図示せず）によって、排気管１０１、第１の真空ポンプ１０３、第２の真空ポンプ１０４及びバルブ１０５の内表面の温度を１００℃〜２００℃に昇温した状態を維持するためである。また、排気管１０１、第１の真空ポンプ１０３、第２の真空ポンプ１０４及びバルブ１０５のそれぞれの内表面は、例えばピンホールボイドのないＡｌ２Ｏ３膜あるいはＹ２Ｏ３膜で覆われている。Ａｌ２Ｏ３膜あるいはＹ２Ｏ３膜は、排ガスに耐食性を有する排ガス保護膜であり、水分を含まず、かつ、１００℃〜２００℃の温度に耐えることができる。
排気装置１０２の第１の真空ポンプ１０３の入口側の排気管１０１を流れる排ガスは、処理容器５１内で所定の圧力に減圧されているので、その流れは分子流となり、その圧力は０．１３３Ｐａ（１０−３Ｔｏｒｒ）以下となっている。第１の真空ポンプ１０３と第２の真空ポンプ１０４の間の排気管１０１を流れる排ガスは、第１の真空ポンプ１０３の吸引によって排ガスの圧力が上昇するので、その流れは粘性流となり、その圧力は１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）以上となっている。第２の真空ポンプ１０４の出口側の排気管１０１を流れる排ガスの圧力は、第２の真空ポンプ１０４の吸引によって、０．４ｋＰａ〜４．０ｋＰａ（３Ｔｏｒｒ〜３０Ｔｏｒｒ）となり、その流れは粘性流となっている。そして、第１の真空ポンプ１０３の入口側の排ガスの圧力と第２の真空ポンプ１０４の出口側の排ガスの圧力の比は、１００００以上となるように維持されている。ここで、「分子流」とは、０．１３３Ｐａ（１０−３Ｔｏｒｒ）以下の気体の流れをいい、「粘性流」とは、１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）以上の気体の流れをいう。
第１の真空ポンプ１０３は、ターボ分子ポンプ（スクリューポンプ）であり、第２の真空ポンプ１０４は、スクリューブースターポンプであり、図５及び図６に示すように、雄ロータ２０１（突出したロータ）と雌ロータ２０２（窪んだロータ）が主ケーシング２０３に収納されている。雄ロータ２０１と雌ロータ２０２の両者で雄雌ロータ（噛み合わせられるロータ）という。
雄雌ロ−タ２０１、２０２は、図７に示すように、ねじ歯車部２０１ａ、２０２ａと雄側ル−ツ部２０４、２０５、雌側ル−ツ部２０６、２０７とにより構成され、雄側ル−ツ部２０４、２０５、雌側ル−ツ部２０６、２０７はねじ歯車部２０１ａ、２０２ａの両端に形成されている。ねじ歯車部２０１ａ、２０２ａのねじれ角度は、雄雌ロ−タ２０１、２０２の回転角度にしたがって連続的に変化させている。そして、雄雌ロ−タ２０１、２０２と主ケーシング２０３により形成される後述するＶ字型の作動室２０１ｂ、２０２ｂの容積を連続的に変化させている。
また、図８に示すように、雄雌ロ−タ２０１、２０２のねじ歯車部２０１ａ、２０２ａ及び主ケーシング２０３によって形成される作動室２０１ｂ、２０２ｂと、雄側ル−ツ部２０４、雌側ル−ツ部２０６及び主ケーシング２０３によって形成される作動室２０４ａ、２０６ａとは連通している。同様に作動室２０１ｂ、２０２ｂと、雄側ル−ツ部２０５、雌側ル−ツ部２０７及び主ケーシング２０３によって形成される作動室２０５ａ、２０７ａとは連通している。なお、雄雌ロ−タ２０１、２０２の一端部には、図５及び図６に示したモータ２２１に接続される回転軸２０８、２０９が形成されている。
主ケーシング２０３に収納された雄雌ロ−タ２０１、２０２は、図５及び図６に示すように、主ケーシング２０３の一端面を密封する端板２１０に取りつけられた軸受２１１、２１２と副ケーシング２１３に取りつけられた軸受２１４、２１５とにより回転自在に支持されている。主ケーシング２０３の端板２１０側には雄雌ロ−タ２０１、２０２で圧縮された気体を外部に吐出する吐出口２０３ｂが設けられている。また、各軸受け２１１、２１２にはシ−ル材２１６、２１７が取りつけられ、シール材２１６、２１７によって後述するタイミングギヤ２１８、２１９による潤滑油が作動室内へ侵入するのを防いでいる。
雄雌ロータ２０１、２０２の回転軸２０８、２０９には、図５及び図６に示すように、副ケーシング２１３内に収納されたタイミングギヤ２１８、２１９が取り付けられ、雄雌ロータ２０１、２０２が互いに接触しないように両ロータ間を調整している。そして、軸受２１１、２１２の潤滑は飛まつ給油より行ない、副ケーシング２１３内に溜った潤滑油（図示せず）をタイミングギヤ２１８、２１９によって跳ねかけるように成されている。なお、主ケーシング２０３の他端側には副ケーシング２２０が取り付けられている。また、主ケーシング２０３の他端側には吸入口２０３ａが設けられている。
このように構成された第１の真空ポンプ１０３と第２の真空ポンプ１０４は、雄雌ロータ２０１、２０２の回転に伴い気体が吸入口２０３ａから作動室２０４ａ、２０６ａに吸い込まれる。この吸引時に作動室２０４ａ、２０６ａによって、吸引した気体は圧縮される。そして、作動室２０４ａ、２０６ａと連通している作動室２０１ｂ、２０２ｂに移送される。作動室２０１ｂ、２０２ｂは雄雌ロータ２０１、２０２の回転に伴い当初容積一定のまま気体を移送するが、さらに雄雌ロータ２０１、２０２が回転するとその容積を減少させ気体を圧縮する。さらに圧縮された気体は、作動室２０１ｂ、２０２ｂと連通している作動室２０５ａ、２０７ａに移送され、圧縮されながら吐出口２０３ｂから吐出される。
既述の構成の排気装置１０２の出口側に接続された排気管１１１は、図１に示すように、例えば４本の排気管１１１ａ〜１１１ｄに分岐している。排気管１１１ａ〜１１１ｃには、排ガス処理装置３１０〜３１２がそれぞれ設けられ、排ガス処理装置３１０〜３１２の上流側には第１のバルブ３０１〜３０３が、下流側には第２のバルブ３０５〜３０７がそれぞれ設けられている。排ガス処理装置３１０〜３１２は、プラズマ処理装置２から排出される排ガスの種類に応じて設けられ、例えば排ガス処理装置３１０はＰＦＣガス（パーフルオロコンパウンドガス）を回収する装置であり、排ガス処理装置３１１は水素化物を除去する装置であり、排ガス処理装置３１２はハロゲンを除去する装置である。排気管１１１ｄは、排出されたそのままの状態で排気できる排ガスを流すための配管であり、第１のバルブ３０４のみが設けられている。排気管１１１ａ〜１１１ｄは、下流側で再度合流し、バックポンプ３２０に接続されている。
なお、第１のバルブ３０１〜３０４は、内部を通過する排ガスが冷却されて堆積物が第１のバルブ３０１〜３０４の内表面に生じないよう、第１のバルブ３０１〜３０４の内表面が１００℃〜２００℃の温度に昇温され、その温度でも作動可能となっている。また、第１のバルブ３０１〜３０４と、排ガス処理装置３１０〜３１２及び第１のバルブ３０４の上流側の排気管１１１、１１１ａ〜１１１ｄのそれぞれの外表面には、例えばグラスウールの断熱材が設けられ、昇温された温度を維持するようにされている。また、第１のバルブ３０１〜３０４と排気管１１１、１１１ａ〜１１１ｄのそれぞれの内表面は、例えばピンホールボイドのないＡｌ２Ｏ３膜あるいはＹ２Ｏ３膜で覆われている。Ａｌ２Ｏ３膜あるいはＹ２Ｏ３膜は、排ガスに耐食性を有する排ガス保護膜であり、水分を含まず、かつ、１００℃〜２００℃の温度に耐えることができる。さらに、第１のバルブ３０１〜３０４のダイアフラムの表面には、ＰＦＡ膜又はフルオロカーボン膜が形成されている。ＰＦＡ膜又はフルオロカーボン膜は、ニッケルの触媒効果を抑制できる。なお、上記のような目的で内表面を１００℃〜２００℃、好ましくは１５０℃〜１８０℃に昇温し維持するのは、排ガス処理装置３１０〜３１２及び第１のバルブ３０４の上流側の排気管１０１、１１１、１１１ａ〜１１１ｄ、排気装置１０２、第１のバルブ３０１〜３０４でよい。排ガス処理装置３１０〜３１２及びそれらの下流側と第１のバルブ３０４の下流側は、その必要がない。
バックポンプ３２０の下流側には、回収管３２１を介して、排ガス中のＫｒガス、Ｘｅガスを回収する回収装置３３０が接続されている。回収管３２１には、第３のバルブ３２２が設けられている。そして、バックポンプ３２０から供給される排ガス中に少なくともＫｒガス又はＸｅガスが含まれている場合には、第３のバルブ３２２によって当該排ガスが選択的に回収装置３３０に供給される。また、回収管３２１には、回収装置３３０に回収されない排ガスを工場側排気ライン３２３に供給するための排気管３２４が分岐している。排気管３２４にはバルブ３２５が設けられ、バルブ３２５によって工場側排気ライン３２３への排ガスの流入が制御される。
回収装置３３０は、回収管３３１と当該回収管３３１に設けられたバルブ３３２〜３３５を介して、ガス供給源３のガス封入部１２、１４、２９、３１に接続されている。そして、回収装置３３０に回収された排ガスからＫｒガスとＸｅガスが精製され、精製されたＫｒガスとＸｅガスがガス封入部１２、１４、２９、３１にそれぞれ選択的に供給される。
本実施の形態にかかるプラズマ処理システム１は以上のように構成されており、次にそのプラズマ処理システム１で行われる成膜処理について説明する。ここでは、基板Ｗの表面上にＳｉ０２膜（シリコン酸化膜）、Ｓｉ３Ｎ４膜（シリコン窒化膜）、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ−Ｐｈｏｓｐｈｏｒ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ−Ｇｌａｓｓ）膜、ＳｉＯ２膜を下から順に連続的に形成する場合を例に採って説明する。
先ず、基板Ｗが処理容器５１内に搬入され、載置台５２上に吸着保持される。続いて、排気装置１０２により処理容器５１内の排気が開始され、処理容器５１内の圧力が所定の圧力、例えば０．１３３Ｐａ（１０−３Ｔｏｒｒ）に減圧される。
処理容器５１内が減圧されると、基板Ｗの表面上に最初に成膜するＳｉ０２膜を成膜するために、流量制御装置４０ａによってプラズマガス供給源４のバルブ１１ｂ、１５ｂを開いて、ガス封入部１１、１５からＡｒガスとＯ２ガスのプラズマガスをガス供給管１７に流す。このとき、流量制御装置４０ａによってバルブ１１ｂ、１５ｂの開度を制御することで、ＡｒガスとＯ２ガスのそれぞれの流量が制御されている。また、流量制御装置４０ａによって処理ガス供給源５のバルブ２０ｂを開いて、ガス封入部２０からＳｉＨ４ガスの処理ガスをガス供給管３２に流す。このとき、流量制御装置４０ａによってバルブ２０ｂの開度を制御することで、ＳｉＨ４ガスの流量が制御されている。なお、Ａｒガス、Ｏ２ガス、ＳｉＨ４ガスは常温で処理容器５１内に供給され、処理容器５１の内壁は加熱装置（図示せず）によって、所定の温度、例えば１５０℃に維持され、内壁面への堆積物の付着を防止している。この付着防止により、成膜処理終了後、クリーニング工程を必要とせず、次のプロセスに移ることができる。
ＡｒガスとＯ２ガスのプラズマガスは、ガス供給管１７を通って、シャワープレート６１からプラズマ励起領域Ｒ１に向けて供給される。また、ラジアルラインスロットアンテナ６３からは、直下のプラズマ励起領域Ｒ１に向けて、２．４５ＧＨｚのマイクロ波が放射される。このマイクロ波の放射によって、プラズマ励起領域Ｒ１内においてＡｒガスとＯ２ガスのプラズマガスがプラズマ化される。このプラズマは、処理ガス供給構造体９０の開口部９２を通って載置台５２側のプラズマ拡散領域Ｒ２へ侵入する。
一方、載置台５２には、バイアス用高周波電源５４によって電圧が印加され、プラズマ励起領域Ｒ１内のプラズマは、処理ガス供給構造体９０の開口部９２を通過して処理ガス供給構造体９０の下側のプラズマ拡散領域Ｒ２内に拡散する。プラズマ拡散領域Ｒ２には、ＳｉＨ４ガスの処理ガスがガス供給管３２を通って、処理ガス供給構造体９０の処理ガス供給口９３から供給される。ＳｉＨ４ガスは、例えば上方から供給されたプラズマによってラジカル化され、プラズマ中の酸素ラジカルと反応して、基板Ｗ上にはＳｉＯ２膜が堆積し成長する。
このようにプラズマ処理装置２内にプラズマガスと処理ガスを供給して、基板Ｗ上にＳｉＯ２膜を形成する間、排気装置１０２と第１のバルブ３０２によって、プラズマ処理装置２内で発生した排ガスが排気管１０１、１１１と第１のバルブ３０２を介して排ガス処理装置３１１に排気される。この排ガスは、ＳｉＯ２膜を形成する工程中、排気装置１０２によって同一速度で排気される。そして、排ガス処理装置３１に排気された排ガスは、排ガス処理装置３１１内で排ガス中の水素化物が除去される。水素化物が除去された排ガスは、Ｋｒガス及びＸｅガスを含んでおらず、バルブ３２５によってバックポンプ３２０から工場側排気ライン３２３に排気される。
そして、ＳｉＯ２膜の成長が進んで、基板Ｗ上に所定の厚さのＳｉＯ２膜が形成されると、マイクロ波を放射したまま、プラズマガス及び処理ガスを次の成膜プロセス用のガスに切り替える。
すなわち、基板ＷのＳｉ０２膜上にＳｉ３Ｎ４膜を成膜するために、流量制御装置４０ａによってプラズマガス供給源４のバルブ１１ｂ、１５ｂを閉じると同時に、バルブ１２ｂを開いて、ガス封入部１２からＸｅガスのプラズマガスをガス供給管１７に流す。また、流量制御装置４０ａによって処理ガス供給源５のバルブ２０ｂを閉じると同時に、２１ｂ、２４ｂを開いて、ガス封入部２１、２４からＮＨ３ガスとＤＣＳガスの処理ガスをガス供給管３２に流す。なお、Ｘｅガス、ＮＨ３ガス、ＤＣＳガスは常温で処理容器５１内に供給される。処理容器５１の内壁は加熱装置（図示せず）によって、所定の温度、例えば１５０℃に維持されている。
そして、Ｘｅガスのプラズマガスはシャワープレート６１からプラズマ励起領域Ｒ１に向けて供給され、ラジアルラインスロットアンテナ６３からのマイクロ波の放射によって、プラズマガスがプラズマ化される。プラズマ励起領域Ｒ１のプラズマは、処理ガス供給構造体９０の開口部９２を通過して処理ガス供給構造体９０の下側のプラズマ拡散領域Ｒ２内に拡散する。一方、ＮＨ３ガスとＤＣＳガスの処理ガスは処理ガス供給構造体９０の処理ガス供給口９３からプラズマ拡散領域Ｒ２に向けて供給される。そして、プラズマ拡散領域Ｒ２において、処理ガスは上方から供給されたプラズマによってラジカル化されて反応し、基板Ｗ上にはＳｉ３Ｎ４膜が堆積し成長する。この間、排ガスは、排ガス処理装置３１１で水素化物が除去された後、回収装置３３０に送られ、Ｘｅガスが回収される。Ｓｉ３Ｎ４膜の成膜が終了すると、マイクロ波が放射されたまま、プラズマガス及び処理ガスの切り替えが行われる。
すなわち、基板Ｗ上にＢＰＳＧ膜を成膜するため、ガス供給源３から、ＡｒガスとＯ２ガスのプラズマガスと、ＳｉＨ４ガス、ＰＨ３ガス及びＢ２Ｈ６ガスの処理ガスが、プラズマ処理装置２内に供給され、既述のＳｉ０２膜やＳｉ３Ｎ４膜の成膜の場合と同様に、基板ＷのＳｉ３Ｎ４膜上にＢＰＳＧ膜が形成される。
その後、基板Ｗ上にＳｉＯ２膜を成膜するため、ガス供給源３からのガスの切り替えによって、ＡｒガスとＯ２ガスのプラズマガスと、ＳｉＨ４ガスの処理ガスが、プラズマ処理装置２内に供給され、基板ＷのＢＰＳＧ膜上にＳｉＯ２膜が形成される。
以上のように、基板Ｗ上に所定の膜の成膜処理がプラズマ処理装置２内の排気処理を継続しつつ繰り返し行われ、基板Ｗの表面上にＳｉ０２膜、Ｓｉ３Ｎ４膜、ＢＰＳＧ膜、ＳｉＯ２膜が下から順に連続的に形成される。その後基板Ｗは、処理容器５１から搬出されて一連のプラズマ成膜処理が終了する。
以上の実施の形態によれば、流量制御装置４０ａによって、基板Ｗに成膜される所定の膜に応じたプラズマガスと処理ガスをガス供給源３からプラズマ処理装置２に選択的に供給しているので、一のプラズマ処理装置２内で基板Ｗに異なる組成の複数の膜の成膜処理を行うことができる。これによって、従来のクラスタツールのように基板Ｗを成膜処理ごとに各プロセス・モジュールに搬送する必要がなく、基板Ｗの成膜処理のスループットを向上させることができる。また、クラスタツールにあった複数のプロセス・モジュールや主搬送室が不要になるので、プラズマ処理システム１の占有面積を小さくすることができる。
また、制御装置４０には、プラズマ処理装置２内に供給するプラズマガスと処理ガスの流量を制御する流量制御装置４０ａが設けられているので、プラズマガスと処理ガスを常時適切な流量、適切な組成で供給することができる。また、プラズマ処理装置２の内壁が１５０℃に維持されるので、処理容器５１内で発生した反応生成物が処理容器５１の内表面に堆積するのを抑制できる。
また、ラジアルラインスロットアンテナ６３から放射されるマイクロ波の周波数は、２．４５ＧＨｚであり、このラジアルラインスロットアンテナ６３の使用により均一なマイクロ波の放射が行われ、またシャワープレート６１によってガスが均一に放出され、均一なガスの流れを保ったまま排気されるので、処理容器５１内に供給されるプラズマガスと処理ガスの種類、圧力、組成濃度に関わらず、処理容器５１内により均一なプラズマを安定して発生させ、連続成膜処理を一の処理容器５１で行うことができる。処理ガスは、処理ガス供給構造体９０の処理ガス供給口９３からプラズマ拡散領域Ｒ２に均一に供給されるので、処理ガスがプラズマ励起領域Ｒ１に戻ったり、処理容器５１の壁面に堆積せず、プラズマ拡散領域Ｒ２内で均一なガスの流れを実現することができる。
また、処理容器５１の内表面には、プラズマガス及び処理ガスに対して耐食性を有するガス保護膜のＡｌ２Ｏ３膜が形成されており、Ａｌ２Ｏ３膜は水分子を含まないので、処理容器５１内において水分子が処理容器５１内のガスと反応して反応生成物を発生させるのを抑制できる。また、Ａｌ２Ｏ３膜は１００℃〜２００℃の温度に耐えることができるので、処理容器５１の内壁の加熱による問題も生じない。また、処理容器５１の外表面には、断熱材が設けられているので、処理容器５１の内壁を１５０℃の高温に維持しても、その熱が処理容器５１外に逃げることがなく、省エネルギーを促進することができる。
また、排気装置１０２がスクリューブースターポンプである第１の真空ポンプ１０３と第２の真空ポンプ１０４を有し、第２の真空ポンプ１０４の出口側の排ガスの圧力を０．４ｋＰａ〜４．０ｋＰａ（３Ｔｏｒｒ〜３０Ｔｏｒｒ）と高い圧力にすることができるので、出口側に接続された排気管１１１の径を小さくすることができる。また、第２の真空ポンプ１０４の出口側の排気管１１１中の排ガスの流れが粘性流になるので、第２の真空ポンプ１０４の出口側のコンダクタンスが向上し、排気速度を低下させずに排ガスを流すことができ、異なる種類の排ガスでも同一速度で流すことができる。さらに、第１の真空ポンプ１０３と第２の真空ポンプ１０４の雄雌ロータ２０１、２０２の歯車のねじれ角度が連続的に変化しているので、作動室２０１ｂ、２０２ｂの容積を連続的に減少させ、排ガスの圧力を連続的に上昇させることができる。このように第１の真空ポンプ１０３と第２の真空ポンプ１０４内での局部的な圧力上昇を抑制することができるので、圧力が急変することによる反応生成物の発生を抑制することができる。
また、排気装置１０２の第１の真空ポンプ１０３、第２の真空ポンプ１０４、バルブ１０５と、排気管１０１、１１１、１１１ａ〜１１１ｄと、第１のバルブ３０１〜３０３のそれぞれの内表面には、排ガスに対して耐腐食性を有する排ガス保護膜のＡｌ２Ｏ３膜又はＹ２Ｏ３膜が形成されており、Ａｌ２Ｏ３膜又はＹ２Ｏ３膜は水分子を含まないので、排気装置１０２、排気管１０１、１１１、１１１ａ〜１１１ｄ、第１のバルブ３０１〜３０３内において水分子が排ガスと反応して反応生成物を発生させるのを抑制できる。また、Ａｌ２Ｏ３膜又はＹ２Ｏ３膜は１００℃〜２００℃の温度に耐えうることができるので、処理装置５１から排気された１５０℃の温度の排ガスにも耐えることができる。さらに、排気装置１０２と、排ガス処理装置３１０〜３１２及び第１のバルブ３０４の上流側の排気管１０１、１１１、１１１ａ〜１１１ｄと、第１のバルブ３０１〜３０３のそれぞれの内表面は１００℃〜２００℃に昇温され、外表面には断熱材が設けられているので、省エネルギーで堆積物の付着を防止することができる。
また、第１のバルブ３０１〜３０３のダイアフラムの表面には、ＰＦＡ膜又はフルオロカーボン膜が形成されているので、第１のバルブ３０１〜３０３のダイアフラムにニッケルを含む超弾性合金が用いられた場合でも、ニッケルの触媒効果を抑制することができる。
以上の実施の形態では、プラズマ処理システム１は、一基のプラズマ処理装置２を有していたが、基板上に金属膜を形成するマグネトロンスパッタ装置をさらに有していてもよい。マグネトロンスパッタ装置内では、処理容器内の載置台上の基板と、薄膜材料円盤に銅などのプレートを貼り付けたターゲットとが対向させて配置される。そして、ターゲットには、マイナスの高電圧を印加し、この処理容器内に例えばＡｒガスやＨ２ガス等のプラズマガスを供給すると、高電界によりＡｒガスやＨ２ガスはプラズマ状態になり、プラスイオン化する。そして、ターゲット側を陰極、基板側を陽極にして、直流電圧を印加すると、高速に加速されたＡｒイオンやＨ２イオンがターゲットに衝突する。そうすると、ＡｒイオンやＨ２イオンに玉突きのように押し出されて、ターゲット材料の原子が飛び出し、飛び出した原子が基板上に被着し、所定の膜が成長する。このようにマグネトロンスパッタ装置を有するプラズマ処理システム１によれば、例えば基板上に金属膜を形成する際にはマグネトロンスパッタ装置を用い、金属膜以外の膜を形成する際にはプラズマ処理装置２を用いることができ、効率的に基板上に多層の膜を形成することができる。
以上の実施の形態では、Ｓｉ０２膜を形成した後、Ｓｉ３Ｎ４膜を形成するためのプラズマガスと処理ガスをプラズマ処理装置２内に連続的に切り替えて供給していたが、当該プラズマガスと処理ガスの切り替えの前に、プラズマ処理装置２内に不活性ガス、例えばＡｒガスを供給してプラズマ処理装置２内を排気してから切り替えてもよい。また、Ｓｉ３Ｎ４膜の形成後、ＢＰＳＧ膜を形成するためのプラズマガスと処理ガスを供給する前、及びＢＰＳＧ膜の形成後、ＳｉＯ２膜を形成するためのプラズマガスと処理ガスを供給する前にも、プラズマ処理装置２内にＡｒガスを供給してプラズマ処理装置２内を排気してもよい。かかる場合、所定の膜を形成した後、当該所定の膜を形成する際に発生した排ガスをプラズマ処理装置２内から完全に排気することができ、次の膜を適切に形成することができる。
以上の実施の形態では、プラズマ処理システム１は、基板Ｗ上に多層の膜を成膜するものであったが、図９に示すプラズマ処理システム４００を用いて、基板Ｗ上に形成された多層の膜を連続エッチングしてもよい。本実施の形態においては、レジスト膜、ハードマスク（ＳｉＣＯ膜）、ＳｉＣＮ膜、ＣＦ膜、ＳｉＣＮ膜、ＣＦ膜、ＳｉＣＮ膜が基板Ｗ上に上から順に形成されている場合の連続エッチング処理について説明する。
プラズマ処理システム４００は、プラズマ処理システム１のガス供給源３に代えて、ガス供給源４０１を有している。ガス供給源４０１は、プラズマガスを供給するプラズマガス供給源４１０と、処理ガスを供給する処理ガス供給源４２０とを有している。プラズマガス供給源４１０は、例えば３部のガス封入部４１１、４１２、４１３を有し、それぞれのガス封入部４１１、４１２、４１３には、例えばＡｒガス、Ｘｅガス、Ｏ２ガスがそれぞれ封入されている。ガス封入部４１１、４１２、４１３にはガス配管４１１ａ、４１２ａ、４１３ａがそれぞれ接続し、ガス配管４１１ａ、４１２ａ、４１３ａにはガス封入部４１１、４１２、４１３からのプラズマガスの供給を制御するバルブ４１１ｂ、４１２ｂ、４１３ｂがそれぞれ設けられている。処理ガス供給源４２０は、例えば５部のガス封入部４２１〜４２５を有し、それぞれのガス封入部４２１〜４２５には、例えばＡｒガス、Ｘｅガス、ＣＦ４ガス、Ｃ４Ｆ８ガス、Ｃ５Ｆ８ガスがそれぞれ封入されている。ガス封入部４２１〜４２５にはガス配管４２１ａ〜４２５ａがそれぞれ接続し、ガス配管４２１ａ〜４２５ａにはガス封入部４２１〜４２５からの処理ガスの供給を制御するバルブ４２１ｂ〜４２５ｂがそれぞれ設けられている。
また、プラズマ処理システム４００は、プラズマ処理システム１の回収装置３３０に代えて、Ｘｅガスを回収する回収装置４３０が設けられている。回収装置４３０は、回収管４３１と回収管４３１に設けられたバルブ４３２、４３３を介して、ガス供給源４０１のガス封入部４１２、４３３に接続されている。プラズマ処理システム４００のその他の構成については、プラズマ処理システム１と同一である。
そして、前述の基板Ｗ上に連続して所定の膜を成膜処理する場合と同様に、先ず、処理容器５１内の雰囲気を減圧した後、処理容器５１内に、基板Ｗ上のハードマスクをエッチングするためのプラズマガスであるＡｒガスと、処理ガスであるＡｒガス、Ｃ５Ｆ８ガス、ＣＦ４ガスを供給する。その後、処理容器５１内に高周波電力を印加し、この高周波電力によってプラズマガスから反応性プラズマが生成される。そして、処理ガスに対する反応性プラズマの作用により、基板Ｗ上のハードマスクがエッチングされる。ここで、基板Ｗ上のハードマスクをエッチング中、排気装置１０２によって、プラズマ処理装置２内で発生した排ガスが排気される。そしてハードマスクがエッチングされると、高周波電力を印加したまま、ガスを次のプロセス用に切り替える。
すなわち、レジスト膜を剥離するプラズマアッシングを行うために、処理容器５１内にＡｒガス、Ｏ２ガスを供給する。そして、上述と同様に反応性プラズマを生成した後、レジスト膜をプラズマアッシングし、続いて、基板Ｗ上に形成されたＳｉＣＮ膜、ＣＦ膜、ＳｉＣＮ膜、ＣＦ膜、ＳｉＣＮ膜に対して、上述と同様にガスの切り替え供給、膜のエッチングを連続して行う。なお、最上層のＳｉＣＮ膜のエッチングには、プラズマガスとしてＡｒガス、処理ガスとしてＡｒガス、ＣＦ４ガスを用い、中間層と最下層のＳｉＣＮ膜のエッチングには、プラズマガスとしてＸｅガス、処理ガスとしてＸｅガス、Ｃ４Ｆ８ガスを用いられる。また、ＣＦ膜のエッチングには、プラズマガスとしてＡｒガス、処理ガスとしてＡｒガス、ＣＦ４ガスを用いられる。プラズマガスにＸｅガスを用いた場合には、処理容器５１内の排ガス中にＸｅガスが含まれており、当該排ガスは、第３のバルブ３２２を開けることにより回収装置４３０によってＸｅガスの回収がなされる。そして、回収装置４３０において排ガス中からＸｅガスが精製され、Ｘｅガスはガス封入部４１２又はガス封入部４２３のいずれかに供給される。
このように本実施の形態によれば、基板Ｗ上の所定の膜に応じた供給ガスの切り替え、その他エッチング条件の切り替えによって、当該所定の膜のエッチング処理を一の装置内で連続して繰り返し行うことができ、基板Ｗ上の異なる種類の多層の膜を連続してエッチングすることができる。
以上の実施の形態では、排気装置１０２が処理容器５１の底部に２箇所に設けられていたが、図１０に示すように、１箇所に設けてもよい。あるいは、基板Ｗに対して対称の位置に３箇所以上に設けられていてもよい。なお、第１の真空ポンプ１０３には、スクリューブースターポンプ又はターボ分子ポンプのいずれを用いてもよい。また、第２の真空ポンプ１０４には、スクリューブースターポンプが用いられる。
以上の実施の形態では、排気装置１０２には、２段の真空ポンプ（第１の真空ポンプ１０３と第２の真空ポンプ１０４）が直列に配置されていたが、図１１に示すように、１段の真空ポンプ（第２の真空ポンプ１０４）を配置してもよい。かかる場合、第２の真空ポンプ１０４には、スクリューブースターポンプが用いられる。また、図１２に示すように、かかる排気装置１０２を処理容器５１に対して１箇所に設けてもよい。
以上の実施の形態では、第２の真空ポンプ１０４は一基の第１の真空ポンプ１０３に対して直列に配置されていたが、図１３に示すように、二基の第１の真空ポンプ１０３、１０３に対して、一基の第２の真空ポンプ１０４が設けられていてもよい。かかる場合、第１の真空ポンプ１０３には、スクリューブースターポンプ又はターボ分子ポンプのいずれを用いてもよい。また、第２の真空ポンプ１０４には、スクリューブースターポンプが用いられる。
以上の実施の形態では、排ガス処理装置３１０〜３１２及び排気管１１１ｄには、バックポンプ３２０が接続されていたが、図１４に示すように、排ガス処理装置３１０〜３１２及び排気管１１１ｄと、バックポンプ３２０との間に他の排気装置５００を設けてもよい。他の排気装置５００は、スクリューブースターポンプを有するのが好ましい。
以上の実施の形態のプラズマ処理装置２において、図１５に示すように、シャワープレート６１の下面に金属板７００を設けてもよい。金属板７００は、導電性を有する材料、例えばアルミニウム合金からなる。金属板７００は、複数設けられ、シャワープレート６１の一部を処理容器５１の内部に露出させるように設けられている。各金属板７００はいずれも面積がほぼ同一になるように設けられている。これにより、金属板７００に対してはシャワープレート６１から伝搬したマイクロ波（導体表面波）がほとんど等しい状態で伝搬させられる。その結果、金属板７００の下面においては、全体的に均一な条件でマイクロ波によりプラズマを生成させることができる。なお、導体表面波とは、金属表面とプラズマとの間を金属表面に沿って伝搬するマイクロ波をいう。
また、各金属板７００の内部には、ガス供給孔６４に連通する複数のガス供給路７０１が形成されている。ガス供給路７０１は、例えばガス供給孔６４に対応する位置に形成されている。したがって、ガス供給管１７に供給されたプラズマガスは、ガス流路６５、ガス供給孔６４、ガス供給路７０１を通って処理容器５１内に２次元的に均一に供給される。
さらに、マイクロ波発振装置８３からは、ラジアルスロットアンテナ６３に対し、周波数が２ＧＨｚ以下、例えば９１５ＭＨｚや４５０ＭＨｚのマイクロ波が発振される。
以上のプラズマ処理装置２を用いた場合、プラズマ処理中、マイクロ波発振装置８３からシャワープレート６１に伝搬したマイクロ波は、処理容器５１内のプラズマ励起領域Ｒ１に露出しているシャワープレート６１から、導体表面波の状態で金属板７００の下面に沿って伝搬する。この導体表面波によって、プラズマ励起領域Ｒ１内においてプラズマガスがプラズマ化される。このとき、上述したように、金属板７００の下面全体において均一な条件でマイクロ波によりプラズマが生成されると共に、プラズマガスが処理容器５１内に２次元的に均一に供給されるので、基板Ｗの処理面全体に均一なプラズマ処理を施すことが可能となる。
また、シャワープレート６１が処理容器５１の内部に露出している部分でも、誘電体表面波によりプラズマが励起されるが、この誘電体表面波は、シャワープレート６１とプラズマの両方にマイクロ波電界がかかる。これに対し、金属板７００の下面に沿って伝搬する導体表面波は、プラズマのみにマイクロ波電界がかかるので、プラズマにかかるマイクロ波電界を強くすることができる。このため、金属板７００の表面にはシャワープレート６１の表面よりも密度の高いプラズマを励起することができる。さらに、２ＧＨｚ以下といった比較的周波数の低いマイクロ波を利用した場合、高周波数のマイクロ波を利用した場合と比べて、安定で電子温度が低いプラズマを得るための下限の電子密度を小さくすることができるので、より広範囲な条件でプラズマ処理に適したプラズマを得ることができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に相到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。本発明は、基板が例えば半導体ウェハや、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、フォトマスク用のマスクレチクルなどの電子装置の製造にも適用できる。また、本発明は、太陽電池等の電子装置の製造にも用いることができる。
以下、図９に示したプラズマ処理システム４００を用いて、基板上の異なる組成の複数の膜を連続してエッチングした場合について、図１６を参照して説明する。なお、本実施例を行うに際し、基板には半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）を用い、ウェハ上には所定のパターンが形成されたレジスト膜６０１、ハードマスクとしてのＳｉＣＯ膜６０２（厚さ１５０ｎｍ）、ＳｉＣＮ膜６０３（厚さ５０ｎｍ）、低誘電率のＣＦ膜６０４（厚さ２００ｎｍ）、ＳｉＣＮ膜６０５（厚さ５０ｎｍ）、低誘電率のＣＦ膜６０６（厚さ２００ｎｍ）、ＳｉＣＮ膜６０７（厚さ２０ｎｍ）が多層配線構造の一部として形成されている。下層の配線として所定パターンのＣｕ膜６０８が形成されており、その周囲にバリア層６０９を介して低誘電率のＣＦ層６１０が形成されている（図１６（ａ））。そして、本実施例においては、Ｃｕ膜６０８へのコンタクトホール形成のため、ＳｉＣＯ膜６０２、ＳｉＣＮ膜６０３、ＣＦ膜６０４、ＳｉＣＮ膜６０５、ＣＦ膜６０６、ＳｉＣＮ膜６０７の６層の膜のエッチングを行った。
先ず、ＳｉＣＯ膜６０２をエッチングするために、プラズマガス供給源４からシャワープレート６１を通って処理容器５１内に、プラズマガスであるＡｒガスを６．３×１０−６ｍ／ｓ（３８０ｓｃｃｍ）で供給した。また、処理ガス供給源５から処理ガス供給構造体９０を通って処理容器５１内に、処理ガスであるＡｒガス、Ｃ５Ｆ８ガス、ＣＦ４ガスをそれぞれ３．３×１０−７ｍ／ｓ（２０ｓｃｃｍ）、３．３×１０−７ｍ／ｓ（２０ｓｃｃｍ）、３．３×１０−７ｍ／ｓ（２０ｓｃｃｍ）、で供給した。この時、処理容器５１内の圧力を４．０Ｐａ（３０ｍＴｏｒｒ）に維持した。そして、ラジアルラインスロットアンテナ６３からプラズマ励起領域Ｒ１に向けて、２．０ｋＷの電力で２．４５ＧＨｚのマイクロ波を放射した。また、バイアス用高周波電源５４によって載置台５２に電力３００Ｗで１３．５６ＭＨｚの高周波を印加した。そして、このようなプラズマガスと処理ガスの供給、マイクロ波の放射、高周波の印加を２０秒間行い、レジスト膜６０１をマスクとしてＳｉＣＯ膜６０２を１５０ｎｍエッチングした（図１６（ｂ））。なお、このエッチング処理中、排気装置１０２によって、処理容器５１内で発生した排ガスが排気され、排ガス処理装置３１０内で排ガス中のＰＦＣガスが回収された。
次に、レジスト膜６０１をアッシングするために、ガスの切り替えを行った。すなわち、シャワープレート６１から処理容器５１内に、ＡｒガスとＯ２ガスを３．３×１０−６ｍ／ｓ（２００ｓｃｃｍ）及び６．７×１０−６ｍ／ｓ（４００ｓｃｃｍ）でそれぞれ供給した。また、処理ガス供給構造体９０から処理容器５１内に、Ａｒガスを３．３×１０−７ｍ／ｓ（２０ｓｃｃｍ）で供給した。この時、処理容器５１内の圧力を１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）に維持した。そして、ラジアルラインスロットアンテナ６３からプラズマ励起領域Ｒ１に向けて、２．５ｋＷの電力で２．４５ＧＨｚのマイクロ波を放射した。なお、載置台５２にはバイアス用高周波電源５４による高周波を印加しなかった。そして、このようなプラズマガスと処理ガスの供給、マイクロ波の放射を３０秒間行い、レジスト膜６０１をアッシングした（図１６（ｃ））。なお、このアッシング処理中、排気装置１０２によって、処理容器５１内で発生した排ガスは工場側排気ライン３２３に排気された。
その後、ＳｉＣＮ膜６０３をエッチングするために、シャワープレート６１から処理容器５１内に、プラズマガスであるＡｒガスを６．３×１０−６ｍ／ｓ（３８０ｓｃｃｍ）で供給した。また、処理ガス供給構造体９０から処理容器５１内に、処理ガスであるＡｒガス、ＣＦ４ガスをそれぞれ３．３×１０−７ｍ／ｓ（２０ｓｃｃｍ）、１．７×１０−７ｍ／ｓ（１０ｓｃｃｍ）で供給した。この時、処理容器５１内の圧力を６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）に維持した。そして、ラジアルラインスロットアンテナ６３から放射する２．４５ＧＨｚマイクロ波の電力を１．０ｋＷに切り替えた。また、バイアス用高周波電源５４によって載置台５２に電力１００Ｗで１３．５６ＭＨｚの高周波を印加した。そして、このようなプラズマガスと処理ガスの供給、マイクロ波の放射、高周波の印加を１０秒間行い、ＳｉＣＯ膜６０２をマスクとしてＳｉＣＮ膜６０３を５０ｎｍエッチングした。なお、このエッチング処理中、排気装置１０２によって、処理容器５１内で発生した排ガスが排気され、排ガス処理装置３１０内でＰＦＣガスが回収された。
そして、ＣＦ膜６０４をエッチングするために、シャワープレート６１から処理容器５１内に供給するプラズマガスであるＡｒガスの流量を３．３×１０−６ｍ／ｓ（２００ｓｃｃｍ）に切り替えた。また、処理ガス供給構造体９０から処理容器５１内に供給する処理ガスであるＡｒガス、ＣＦ４ガスの流量をそれぞれ３．３×１０−７ｍ／ｓ（２０ｓｃｃｍ）、３．３×１０−７ｍ／ｓ（２０ｓｃｃｍ）にした。この時、処理容器５１内の圧力を３．３Ｐａ（２５ｍＴｏｒｒ）に維持した。そして、ラジアルラインスロットアンテナ６３からの２．４５ＧＨｚのマイクロ波の電力を１．６ｋＷに切り替えた。また、バイアス用高周波電源５４の電力を１５０Ｗに切り替えた（１３．５６ＭＨｚ）。そして、このようなプラズマガスと処理ガスの供給、マイクロ波の放射、高周波の印加を６０秒間行って、ＣＦ膜６０４をエッチングした。
さらに、ＣＦ膜６０４をオーバーエッチングするために、プラズマガスであるＡｒガスを３．３×１０−６ｍ／ｓ（２００ｓｃｃｍ）で供給したままとし、処理ガスであるＡｒガス、ＣＦ４ガスの流量をそれぞれ３．３×１０−７ｍ／ｓ（２０ｓｃｃｍ）、１．７×１０−７ｍ／ｓ（１０ｓｃｃｍ）とした。この時、処理容器５１内の圧力は３．３Ｐａ（２５ｍＴｏｒｒ）のまま維持した。そして、ラジアルラインスロットアンテナ６３からのマイクロ波を維持し（１．６ｋＷの電力で２．４５ＧＨｚ）、バイアス用高周波電源５４による１３．５６ＭＨｚの高周波の電力を５０Ｗに減らした。そして、このようなプラズマガスと処理ガスの供給、マイクロ波の放射、高周波の印加を３０秒間行った。そうすると、ＳｉＣＯ膜６０２をマスクとしてＣＦ膜６０４がエッチングされた（図１６（ｄ））。なお、このエッチング処理中、排気装置１０２によって、処理容器５１内で発生した排ガスが排気され、排ガス処理装置３１０内でＰＦＣガスが回収された。
次に、ＳｉＣＮ膜６０５をエッチングするために、シャワープレート６１から処理容器５１内に供給するプラズマガスをＸｅガスに切り替え、６．７×１０−６ｍ／ｓ（４００ｓｃｃｍ）で供給した。また、処理ガス供給構造体９０から処理容器５１内への処理ガスをＸｅガス、Ｃ４Ｆ８ガスに切り替え、それぞれ３．３×１０−７ｍ／ｓ（２０ｓｃｃｍ）、１．７×１０−７ｍ／ｓ（１０ｓｃｃｍ）で供給した。この時、処理容器５１内の圧力を４．７Ｐａ（３５ｍＴｏｒｒ）に維持した。そして、ラジアルラインスロットアンテナ６３からプラズマ励起領域Ｒ１に向けての２．４５ＧＨｚのマイクロ波の電力を１．０ｋＷとし、また、１３．５６ＭＨｚのバイアス用高周波の電力を８０Ｗに切り替えた。そして、このようなプラズマガスと処理ガスの供給、マイクロ波の放射、高周波の印加を２０秒間行い、ＣＦ膜６０４をマスクとしてＳｉＣＮ膜６０５をエッチングした（図１６（ｅ））。なお、このエッチング処理中、排気装置１０２によって、処理容器５１内で発生した排ガスが排気され、排ガス処理装置３１０内でＰＦＣガスが回収された。また、排ガス処理装置３１０から排出された排ガスはさらに回収装置４３０に送られ、回収装置４３０内でＸｅガスが回収された。
その後、ＣＦ膜６０６をエッチングするために、シャワープレート６１から処理容器５１内に、プラズマガスであるＡｒガスを３．３×１０−６ｍ／ｓ（２００ｓｃｃｍ）で切り替え供給した。また、処理ガス供給構造体９０から処理容器５１内に、処理ガスであるＡｒガス、ＣＦ４ガスをそれぞれ３．３×１０−７ｍ／ｓ（２０ｓｃｃｍ）、３．３×１０−７ｍ／ｓ（２０ｓｃｃｍ）で切り替え供給した。この時、処理容器５１内の圧力を３．３Ｐａ（２５ｍＴｏｒｒ）に維持した。そして、ラジアルラインスロットアンテナ６３からプラズマ励起領域Ｒ１に向けて、１．６ｋＷの電力に切り替え、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を放射した。また、バイアス用高周波電源５４によって載置台５２に電力１５０Ｗに切り替えた１３．５６ＭＨｚの高周波を印加した。そして、このようなプラズマガスと処理ガスの供給、マイクロ波の放射、高周波の印加を６０秒間行った。
さらに、ＣＦ膜６０６をオーバーエッチングするために、プラズマガスであるＡｒガスを３．３×１０−６ｍ／ｓ（２００ｓｃｃｍ）で供給し、処理ガスであるＡｒガス、ＣＦ４ガスをそれぞれ３．３×１０−７ｍ／ｓ（２０ｓｃｃｍ）、１．７×１０−７ｍ／ｓ（１０ｓｃｃｍ）で供給した。この時、処理容器５１内の圧力を３．３Ｐａ（２５ｍＴｏｒｒ）に維持した。そして、ラジアルラインスロットアンテナ６３から１．６ｋＷの電力で２．４５ＧＨｚのマイクロ波を放射し、バイアス用高周波電源５４によって載置台５２に電力５０Ｗで１３．５６ＭＨｚの高周波を印加した。そして、このようなプラズマガスと処理ガスの供給、マイクロ波の放射、高周波の印加を３０秒間行った。そうすると、ＳｉＣＯ膜６０５をマスクとしてＣＦ膜６０６がエッチングされた（図１６（ｆ））。なお、このエッチング処理中、排気装置１０２によって、処理容器５１内で発生した排ガスが排気され、排ガス処理装置３１０内でＰＦＣガスが回収された。
最後に、ＳｉＣＮ膜６０７をエッチングするために、シャワープレート６１から処理容器５１内に、プラズマガスであるＸｅガスを６．７×１０−６ｍ／ｓ（４００ｓｃｃｍ）で切り替え供給した。また、処理ガス供給構造体９０から処理容器５１内に、処理ガスであるＸｅガス、Ｃ４Ｆ８ガスをそれぞれ３．３×１０−７ｍ／ｓ（２０ｓｃｃｍ）、１．７×１０−７ｍ／ｓ（１０ｓｃｃｍ）で切り替え供給した。この時、処理容器５１内の圧力を４．７Ｐａ（３５ｍＴｏｒｒ）に維持した。そして、ラジアルラインスロットアンテナ６３からプラズマ励起領域Ｒ１に向けて、１．０ｋＷの電力で２．４５ＧＨｚのマイクロ波を切り替えて放射した。また、１３．５６ＭＨｚのバイアス用高周波の電力を８０Ｗに切り替えた。そして、このようなプラズマガスと処理ガスの供給、マイクロ波の放射、高周波の印加を２０秒間行い、ＳｉＣＯ膜６０５をマスクとしてＳｉＣＮ膜６０７をエッチングした（図１６（ｇ））。なお、このエッチング処理中、排気装置１０２によって、処理容器５１内で発生した排ガスが排気され、排ガス処理装置３１０内でＰＦＣガスが回収された。また、排ガス処理装置３１０から排出された排ガスはさらに回収装置４３０に送られ、回収装置４３０内でＸｅガスが回収された。これによって、Ｃｕ膜６０８（下層配線層）へ達するコンタクトホール（ＶＩＡ）を形成した。
以上のように、本発明のプラズマ処理システム４００を用いれば、一のプラズマ処理装置２内で基板Ｗ上の異なる組成の複数の膜を連続してエッチングできることが分かった。
本発明は異なる組成の複数の膜を成膜又はエッチングするプラズマ処理システム及びプラズマ処理方法に有用である。

Claims (28)

  1. 異なる組成の複数の膜を成膜又はエッチングするプラズマ処理システムであって、
    高周波の供給によって発生したプラズマにより、基板に前記複数の膜の成膜を行う、又は基板上の前記複数の膜をエッチングするプラズマ処理装置と、
    前記プラズマ処理装置内に前記複数の膜を成膜又はエッチングするために必要なすべてのガスを供給するガス供給源と、
    前記ガス供給源から前記プラズマ処理装置に前記すべてのガスを別々に導入する複数のガス配管と、
    前記プラズマ処理装置内に発生する排ガスを排気する排気装置と、
    前記ガス供給源から、前記複数の膜の各膜を成膜又はエッチングするために必要なガスを前記各ガス配管を通して選択的に前記プラズマ処理装置内に供給する制御装置と、を備えている。
  2. 請求項１に記載のプラズマ処理システムにおいて、
    前記制御装置は、前記プラズマ処理装置内に供給するガスの流量を制御する流量制御装置を含み、
    前記流量制御装置は、前記プラズマ処理装置に供給されるガスの圧力を測定し、測定された圧力に基づいて供給流量を制御する。
  3. 請求項１に記載のプラズマ処理システムにおいて、
    前記プラズマ処理装置は、
    基板を収容し処理する処理容器と、
    前記処理容器内において基板を載置する載置部と、
    前記載置部に載置された基板に対向する位置に設けられ、前記処理容器内にプラズマ発生用の高周波を２次元的に均一に供給する高周波供給部と、
    前記高周波供給部と前記載置部との間に設けられ、前記高周波供給部から前記載置台までの領域を前記高周波供給部側の領域と前記載置部側の領域に区画する板状の構造体と、
    前記高周波供給部の下部であって、前記構造体の上面に対向する位置に設けられ、前記高周波供給部側の領域にプラズマを励起するためのガスを２次元的に均一に供給するプラズマガス供給部と、
    前記複数のガス配管から前記プラズマガス供給部及び前記構造体にガスを供給するガス供給路と、を有し、
    前記構造体には、前記載置部側の領域に前記成膜又はエッチングのための処理ガスを２次元的に均一に供給する複数の処理ガス供給口と、前記高周波供給部側の領域で２次元的に均一に生成されたプラズマが前記載置部側の領域に通過する複数の開口部が形成されている。
  4. 請求項３に記載のプラズマ処理システムにおいて、
    前記処理容器の内表面には、水分子を含まずピンホールボイドがなく、プラズマガス及び処理ガスに対して耐食性を有するガス保護膜が形成されている。
  5. 請求項４に記載のプラズマ処理システムにおいて、
    前記ガス保護膜は、Ａｌ２Ｏ３膜である。
  6. 請求項３に記載のプラズマ処理システムにおいて、
    前記処理容器の内表面は、１００℃〜２００℃に加熱される。
  7. 請求項３に記載のプラズマ処理システムにおいて、
    前記高周波供給部から供給される高周波の周波数は、９１５ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚあるいは４５０ＭＨｚのいずれかである。
  8. 請求項１に記載のプラズマ処理システムにおいて、
    前記排気装置の内部の圧力は、入口側から出口側に行くにつれて連続的に上昇している。
  9. 請求項１に記載のプラズマ処理システムにおいて、
    前記排気装置の入口側と出口側の排ガスの圧力の比は、１００００以上であって、かつ、出口側の排ガスの圧力は、０．４ｋＰａ〜４．０ｋＰａである。
  10. 請求項１に記載のプラズマ処理システムにおいて、
    前記排気装置は、
    １段又は直列に接続された２段の真空ポンプを含み、
    前記各段の真空ポンプは、それぞれ１個又は並列に複数配置され、
    前記排気装置の出口側の排ガスの流れが粘性流である。
  11. 請求項１０に記載のプラズマ処理システムにおいて、
    前記排気装置の真空ポンプは、スクリュー真空ポンプを含み、
    前記スクリュー真空ポンプは、
    歯車のねじれ角度が連続的に変化する噛み合わせロータと、
    前記噛み合わせロータを収納するケーシングと、を有し、
    前記噛み合わせロータと前記ケーシングとにより形成される作動室の容積が、排ガスの吸引側から吐出側に進行するにつれて連続的に減少するように構成されている。
  12. 請求項１０に記載のプラズマ処理システムにおいて、
    前記排気装置の真空ポンプの内表面には、水分子を含まずピンホールボイドがなく、排ガスに対して耐食性を有する排ガス保護膜が形成されている。
  13. 請求項１２に記載のプラズマ処理システムにおいて、
    前記排ガス保護膜は、Ａｌ２Ｏ３膜又はＹ２Ｏ３膜である。
  14. 請求項１０に記載のプラズマ処理システムにおいて、
    前記排気装置の真空ポンプの内表面は、１００℃〜２００℃に加熱される。
  15. 請求項１に記載のプラズマ処理システムにおいて、
    前記排気装置の下流側には、
    前記プラズマ処理装置内で発生した異なる排ガスを処理する複数の排ガス処理装置と、
    前記複数の排ガス処理装置の出口側に設けられた他の排気装置と、
    前記排気装置から前記各排ガス処理装置への排ガスの流入を制御する複数の第１のバルブと、
    前記各排ガス処理装置から前記他の排気装置へ処理済みの排ガスの流入を制御する複数の第２のバルブと、が設けられ、
    前記プラズマ処理装置、前記排気装置、前記第１のバルブ、前記排ガス処理装置、前記第２のバルブ、前記他の排気装置は、この順でそれぞれ排気管によって接続されている。
  16. 請求項１５に記載のプラズマ処理システムにおいて、
    前記第１のバルブは、１００℃〜２００℃の温度の排ガスに対して作動可能である。
  17. 請求項１５に記載のプラズマ処理システムにおいて、
    前記第１のバルブのダイアフラムの表面には、ＰＦＡ膜又はフルオロカーボン膜が形成されている。
  18. 請求項１５に記載のプラズマ処理システムにおいて、
    前記第１のバルブと前記排気管のそれぞれの内表面には、水分子を含まずピンホールボイドがなく、排ガスに対して耐食性を有する排ガス保護膜が形成されている。
  19. 請求項１８に記載のプラズマ処理システムにおいて、
    前記排ガス保護膜は、Ａｌ２Ｏ３膜又はＹ２Ｏ３膜である。
  20. 請求項１５に記載のプラズマ処理システムにおいて、
    前記第１のバルブと、前記排気装置から前記第１のバルブに排ガスを送る排気管と、前記第１のバルブから前記排ガス処理装置へ排ガスを送る排気管のそれぞれの内表面は、１００℃〜２００℃に加熱される。
  21. 請求項１５に記載のプラズマ処理システムにおいて、
    前記他の排気装置は、１段又は直列に接続された２段の真空ポンプを含む。
  22. 請求項１５に記載のプラズマ処理システムにおいて、
    前記他の排気装置の下流側に、
    Ｋｒ及び／又はＸｅの回収装置と、
    Ｋｒ及び／又はＸｅを含有する排ガスを選択的に前記回収装置へ供給する第３のバルブと、を設けている。
  23. 異なる組成の複数の膜を連続して成膜又はエッチングするプラズマ処理方法であって、
    基板を収容した処理容器内に、流量を制御しながら、前記複数の膜のうちの第１の膜を成膜又はエッチングするために必要なガスを選択的に供給し、
    前記処理容器内に高周波を２次元的に均一に供給することによって２次元的に均一にプラズマを発生させ、前記プラズマを用いて前記第１の膜を成膜又はエッチングする第１の工程と、
    前記複数の膜のうちの第２の膜を成膜又はエッチングするために必要なガスを前記処理容器に選択的に供給し、前記プラズマを発生させ、前記プラズマを用いて前記第２の膜を成膜又はエッチングする第２の工程と、を連続して行う。
  24. 請求項２３に記載のプラズマ処理方法において、
    前記第１の工程又は第２の工程において、前記処理容器から排ガスを排気し、排ガスを処理する。
  25. 請求項２３に記載のプラズマ処理方法において、
    前記第１の工程の後に、他の工程を介在させずに直ちに前記第２の工程を行う。
  26. 請求項２３に記載のプラズマ処理方法において、
    前記第１の工程の後に、不活性ガスを前記処理容器内に供給して排気し、しかる後に前記第２の工程を行う。
  27. 電子装置の製造方法であって、
    請求項２３に記載のプラズマ処理方法によって、異なる組成の複数の膜を連続成膜又は連続エッチングする工程を含む。
  28. 請求項２７に記載の電子装置の製造方法において、
    前記電子装置は、半導体装置、平面ディスプレイ装置又は太陽電池である。
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