200811950 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於產生電漿並對被處理體進行電漿處理之 電漿處理裝置及電漿處理方法。 ' 【先前技術】 如第1 〇圖所示般，以往即已得知，於以微波放電產 Φ 生電漿時，一旦入射的微波功率改變，則由於其功率變化 的程度與製程條件的不同，可能會非連續性地激發特有模 式的表面波（例如參照非專利文獻1 )。如此，一旦非連 續性地激發表面波的模式時，則於電介質的下方所產生之 電漿的電子密度（或是電漿電子密度）產生非連續性變化 ，亦即產生所謂電漿的電子密度跳躍（模式跳躍）。 [非專利文獻1]電氣學會（日本）•微波電漿調查專 門委員會編「微波電漿之技術」Ohmsha出版，平成15年 φ 9月25日發行，P71-p80 【發明內容】 然而，於電漿的產生過程中，若頻繁產生如此的模式 跳躍，則無法進行良好的電漿處理。例如，若於CVD ( Chemical Vapor Deposition:化學氣相沉積）處理過程中 頻繁產生模式跳躍，則於每次產生模式跳躍時，隨著電漿 狀態產生非連續性變化，氣體的解離程度會改變，此時所 形成的膜質亦會改變。結果爲階梯性地層積出不均一的膜 -5- 200811950 (2) 因此，本發明係鑑於上述問題點而創作之發明，本發 明之目的在於提供一種，可抑制電漿的模式跳躍之嶄新且 經改良後的電漿處理裝置及電漿處理方法。 如上述般，關於在電漿的產生過程中電漿產生模式跳 躍之原因，可考量爲入射的微波之電場能量的變動之故。 此電場能量的變動係因下列因素所產生，亦即，於導波管 _ 內所傳播之行進波的振幅狀態，以及行進波於導波管端面 反射所產生之反射波的振幅狀態，係隨著時間的經過而經 常改變，藉此，使成爲行進波與反射波的合成波之導波管 內的駐波的振幅狀態，亦隨著時間的經過而經常改變。 此外，若隨著此微波之電場能量的變動使電漿內的阻 抗改變，則於表面波於電介質與電漿之間傳播時，表面波 的電場能量被電漿吸收之比例以及於電漿中產生反射之比 例產生變化者，亦可考量爲電漿密度改變而產生模式跳躍 的因素之一。 尤其是’於設置於電漿處理裝置之電介質由以樑所區 隔之多數片電介質配件所形成時，電漿係於每一片電介質 配件的下方附近產生。此時，因透射各片電介質配件之微 波的電場能量而於各片電介質配件上產生表面波，並且由 於此表面波而使鄰接的電介質配件的電漿被干涉，此情況 亦可考量爲模式跳躍的另一因素。再者，於各片電介質配 件的電漿擴散時，由於其擴散的電漿中所包含之電子或離 子’使鄰接的電介質配件的電漿被干涉，此情況亦可考量 200811950 (3) 爲模式跳躍的另一因素。此外，實際上由於這些因素的「 複雜的互相關聯」，因此，於各片電介質配件的下方所產 生之電漿的密度產生非連續性變動，使電漿產生模式跳躍 〇 ^ 爲了抑制如此之模式跳躍的產生，根據本發明的一項 ' 觀點，係提供一種電漿處理裝置，係具備，形成有多數個 槽孔的開口之多數個導波管；傳播上述多數個導波管，並 Φ 使上述多數個槽孔中所通過之微波透射之電介質；及藉由 透射上述電介質之微波使氣體達到電漿化，並對被處理體 進行電漿處理之處理室，其特徵爲：上述電介質係以多數 片電介質配件所構成；各片電介質配件係配置爲，以支撐 於樑之狀態，將上述多數個導波管中之1個或2個以上的 導波管加以傳播，使各個導波管之1個或2個以上的槽孔 中所通過之微波透射；上述樑，係以使上述被處理體側的 端部周邊之電漿中的電子密度Ne成爲截止的電漿電子密 φ 度Ne以上之方式，突出設置於上述被處理體側。藉此， 本發明之電漿處理裝置，係傳播導波管，並使槽孔中所通 過之微波透射至各片電介質配件，以對被處理體進行電漿 處理。 此時，上述各片電介質配件，亦可由該各片電介質配 件的周緣而支撐於上述樑。 因電介質配件下面的電場能量所產生之表面波，係一 邊於電介質配件或樑的表面與電漿之間反射，一邊傳播。 此時，表面波之電場能量的一部分，係作爲所謂的衰減波 200811950 (4) 而消耗於電漿的產生。此外，一般而言，於未從外部供應 能源時，消耗於電漿的產生之表面波的電場能量，係隨著 表面波的傳播距離愈長而增加。 於樑以非磁性體的導電性材料所形成時，樑並不會讓 ' 微波透射。因此，表面波於樑的表面傳播中，無法接收新 ' 的電場能量之供應。於各片電介質配件與樑之間設置有階 差時（參照第4圖），其表面波傳播至鄰接之電介質配件 ^ 的電漿爲止之距離，僅較各片電介質配件與樑之間爲平坦 (樑未突出）時（參照第7圖）多出樑的側壁部分，並且 ，於樑當中所傳播之表面波，無法接收電場能量的供應。 因此，表面波於朝向鄰接的電介質配件而傳播之間，係消 耗較多的電場能量，於到達鄰接的電介質配件下方之前即 衰減。因此可抑制表面波對鄰接的電介質配件下方的電漿 所產生之干涉。 此外，藉由使樑突出，隨著樑的壁面面積的增加，使 φ 與壁面碰撞的電子或離子呈指數函數（電子或離子的擴散 係數係以指數函數所表示）增加，結果爲傳播至鄰接的電 介質配件下方的電漿爲止之電子或離子的數目減少。因此 可抑制擴散電漿對鄰接的各片電介質配件下方的電漿所產 生之干涉。 如上述般，根據本發明之電漿處理裝置，藉由使樑突 出，可抑制表面波所形成的干涉及擴散電漿所形成的干涉 ，而抑制電漿的模式跳躍，因此可安定的產生均一的電漿 -8 - 200811950 (5) 此外，根據本發明之電漿處理裝置，係以使樑之被處 理體側的端部周邊之電漿電子密度Ne成爲截止的電漿電 子密度Ne以上之方式地使樑突出。因此’於樑之被處理 體側的端部周邊之電漿電子密度Ne成爲截止的電漿電子 ‘ 密度N。時，係成爲樑的突出位置之上限値h。。具體而言 ^ ，若以上述電介質配件附近的電漿電子密度爲Ν〇 ’以互 相鄰接的樑之間的間隔的最小値爲a ’則樑的突出位置之 0 上限値he，係以he = 21/2xax ( ΙηΝο-ΙηΝ。）/2π之式子所求 取，實際上約爲〇.〇38nm。此外，所謂的樑之被處理體側 的端部周邊，是指從樑的端部開始往被處理體側大約距離 數mm〜約lcm以上之位置。 如上述般，因電介質配件下面的電場能量所產生之表 面波，係一邊於電介質配件或樑的表面與電漿之間反射， 一邊傳播。此時，表面波之電場能量的一部分，係作爲所 謂的衰減波而消耗於電漿的產生。此外，於微波在導體的 φ 樑的周圍中傳播時，由於未從外部供應能源，因此，表面 波的電場能量係持續消耗於電漿的產生，藉此使表面波衰 減。 在此，係以電介質附近的電漿電子密度爲N〇 (參照 第3圖），以截止的電漿電子密度爲Ne (參照第3圖） 。若由於上述表面波的衰減，使樑的端部附近之電漿電子 密度Ne較截止的電漿電子密度Ne還小，則樑於端部周邊 的電子密度變薄，於樑當中傳播之表面波（微波），係無 法作爲衰減波保持於融入在電漿中之狀態，而直接進入電 -9- 200811950 (6) 漿。結果導致處理容器內部之電漿的不安定。 然而，根據本發明之電漿處理裝置’樑係以使樑的端 部附近之電漿電子密度Ne成爲截止的電漿電子密度N。以 上之方式地突出。亦即，樑的上限値he係以21/2xax ( ' InNo-lnN。）Ι2π之式子所模擬求取，而獲得約爲「 ' 0.03 8nm」之結果。根據此，樑的端部附近之電漿電子密 度係保持在某個程度的密度，而不會變得極度薄化。藉此 0 ，於樑當中傳播之表面波（微波）係通過電漿內而進入至 處理容器內，因此可避免處理容器內部之電漿的不安定現 象。結果可以精密度極高的方式，以均一產生之電漿對基 板進行電漿處理。 此時，亦可於上述各片電介質配件中，於與被處理體 對向之面上形成有凹部或凸部當中至少任一項。根據此， 可藉由各片電介質配件的凹部或凸部，於各片電介質配件 下面，增加表面波傳播時之電場能量的損失。藉此，可抑 φ 制表面波的傳播並抑制駐波的產生，而產生均一的電漿。 此外，上述電漿處理裝置可更具備，從第1氣體噴射 孔當中供應第1氣體之第1氣體供應部；及從設置於較上 述第1氣體噴射孔更往被處理體側之第2氣體噴射孔當中 ，供應第2氣體之第2氣體供應部。此時，上述樑亦可以 位於較上述第2氣體噴射孔更往電介質側地設置。根據此 ，由於樑位於較第2氣體噴射孔更往電介質側，因此不會 妨礙電漿朝向被處理體擴散。 此時，上述第1氣體較理想爲結合能量的最小値較上 -10- 200811950 (7) 述第2氣體還大之氣體。 根據此，結合能量較大的第1氣體，於入射至處理室 後立即因較強之微波的電場能量而達到電漿化。此外，結 合能量較小的第2氣體，係藉由因第1氣體的電漿化而消 ' 耗某種程度的能量並因此弱化之電場能量，例如可適當的 ' 解離爲用以形成優良膜質之前驅物。所謂「適當的解離」 是指，例如矽烷（SiH4 )氣體解離爲SiH3自由基，而不 φ 會過度解離爲SiH2自由基之解離。藉此，可藉由適當的 解離且以放射狀均一地擴散之擴散電漿，以精密度極高的 方式對被處理體進行電漿處理。 惟上述第1氣體或上述第2氣體當中至少任一項，爲 混合有多數種氣體之混合氣體，且於該混合氣體產生過剩 反應等的特殊情況下，與第1氣體及第2氣體之結合能量 的大小關係無關，係以不會產生過剩反應之方式地決定各 個氣體的噴射位置。此外，上述第1氣體及上述第2氣體 φ ’可爲用以激發電漿之氣體，亦可用以進行氧化處理、氮 化處理、蝕刻處理、CVD處理等的處理之氣體。 上述樑可由導電性材料所形成。根據此，可抑制於鄰 接的電介質配件之間所傳播之微波，藉此可激發更安定且 均一之電漿。此外，上述樑可由非磁性體所構成。根據此 ’可避免因樑的磁化而從樑當中所產生的磁場，對電漿產 生影響而產生不均一的電漿之情形。 此外’爲了解決上述課題，根據本發明的其他觀點， 係提供一種使用電漿處理裝置之電漿處理方法，其特徵爲 -11 - 200811950 (8) :係以使樑之被處理體側的端部周邊之電漿中的電子密度 Ne成爲截止的電獎電子岔度Ne以上之方式，於突出設置 於被處理體側之上述樑上所支撐之多數片電介質配件的各 片電介質配件上，將多數個導波管中之1個或2個以上的 ' 導波管加以傳播，使各個導波管之1個或2個以上的槽孔 ' 中所通過之微波透射；藉由上述透射的微波使氣體達到電 漿化，並對被處理體進行電漿處理。 0 根據此，由於樑與電介質配件之間的階差，表面波傳 播至鄰接之電介質配件的電漿爲止之距離，僅多出樑的側 壁部分。於未從外部供應能源時，消耗於電漿的產生之表 面波的電場能量，係隨著表面波的傳播距離愈長而增加， 但由於樑係以非磁性體的導電性材料所形成，因此於樑的 表面中傳播之表面波，無法接收電場能量的供應。因此， 表面波於樑當中傳播時，係消耗較多的電場能量，於到達 鄰接的電介質配件下方之前即衰減。因此可抑制表面波對 φ 鄰接的電介質配件下方的電漿所產生之干涉。此外，根據 本發明之電漿處理裝置，由於上述樑係於不會阻礙電漿於 被處理體上擴散之位置上突出，因此擴散電漿不會受到樑 的阻礙，而能夠於被處理體上以放射狀均一地擴散。 此外，根據本發明，樑係以使樑的端部周邊之電漿電 子密度Ne成爲截止的電漿電子密度N。以上之方式地突出 。亦即，樑的上限値he係成爲21/2xax ( InNo-lnNe) /2π (根據模擬結果爲0.03 8nm)之値。根據此，樑的端部附 近之電漿電子密度係保持在某個程度的密度，而不會變得 -12- 200811950 Ο) 極度薄化。結果爲，可避免於樑當中傳播之表面波（微波 )，無法作爲衰減波保持於融入在電漿中之狀態而直接進 入電漿，並導致處理容器內部之電漿的不安定之現象。因 此可以精密度極高的方式，以均一產生之電漿對基板進行 _ 電漿處理。 ‘ 此外，若於各個電介質配件與樑之間設置階差，則能 夠使與樑的壁面碰撞的電子或離子呈指數函數增加，藉此 0 可降低傳播至鄰接的電介質配件下方的電漿爲止之電子或 離子的數目。因此可抑制擴散電漿對鄰接的各片電介質配 件下方的電漿所產生之干涉。從以上的結果當中得知，可 抑制表面波所形成的干涉及擴散電漿所形成的干涉，而抑 制電漿的模式跳躍，因此可安定的產生均一的電漿。 上述電漿處理方法亦可構成爲，從第1氣體噴射孔當 中供應第1氣體；於上述所供應的第1氣體進行電漿點火 後，從設置於較上述第1氣體噴射孔的位置及上述樑所突 φ 出的位置還接近被處理體側之第2氣體噴射孔當中，供應 第2氣體。此外，此時上述第1氣體及上述第2氣體當中 至少任一種，較理想爲混合有多數種氣體之混合氣體；上 述第1氣體較理想爲結合能量的最小値較上述第2氣體還 大之氣體。 根據此，首先，結合能量較大的第1氣體，於入射後 立即因較強之微波的電場能量而達到電漿化。接下來，於 第1氣體進行電漿點火後，結合能量較第1氣體還小的第 2氣體，係藉由因第1氣體的電漿化而消耗能量並因此弱 -13- 200811950 (10) 化之微波的電場能量，例如可適當的解離爲用以形成優良 膜質之前驅物。此外，由於第2氣體噴射孔係設置於較第 1氣體噴射孔的位置及樑26的突出位置更往被處理體側 ，因此不會妨礙電漿朝向被處理體擴散。結果可藉由均一 地產生於被處理體之電漿，以精密度極高的方式對被處理 體進行電漿處理。 惟上述第1氣體或上述第2氣體當中至少任一項，爲 混合有多數種氣體之混合氣體，且於該混合氣體產生過剩 反應等的特殊情況下，與第1氣體及第2氣體之結合能量 的大小關係無關，係以不會產生過剩反應之方式地決定各 個氣體的噴射位置。 如以上所說明般，根據本發明，可提供一種可抑制電 漿的模式跳躍之嶄新且經改良後的電漿處理裝置及電漿處 理方法。 【實施方式】 以下係參照附加圖式，詳細說明本發明的較佳實施型 態。於以下的說明及附加圖式中，關於同等構成及功能之 構成要素，係附加相同符號並藉此省略其詳細說明。 此外，於本申請書中，係以ImTorr爲（1(Γ3χ 1 0 1 325/760 ) Pa，lsccm 爲（1〇-6/6〇) m3/sec。 首先針對本發明的一項實施型態之微波電漿處理裝置 的構成，參照縱向切斷本裝置之剖面圖的第1圖，以及顯 示處理室的頂面之第2圖而進行說明。於以下的說明中， •14- 200811950 (11) 係以使用本實施型態之微波電漿處理裝置（相當於電漿處 理裝置），進行閘極氧化膜的形成製程爲例而進行說明。 (微波電漿處理裝置的構成） 微波電漿處理裝置100，係具備處理容器10及蓋體 20。處理容器10係具有其上部形成開口之有底的立方體 形狀。處理容器1 0與蓋體2 0，係以配設於蓋主體21的 φ 下面外周部與處理容器10的上面外周部之間之0型環32 所密閉，藉此形成有進行電漿處理之處理室U。處理容器 1 〇及蓋體20例如由鋁等金屬所構成，且爲電性接地。 於處理容器1 0中，設置有用以於其內部載置玻璃基 板（以下稱爲「基板」）G之承受器1 1 (載置台）。承 受器1 1例如由氮化鋁所構成，於其內部設置有供電部 1 1 a及加熱器1 1 b。 於供電部1 1 a中，係隔著匹配器1 2a (例如電容器） φ 連接有高頻電源12b。此外，於供電部11a中，係隔著線 圈13a連接有高壓直流電源13b。匹配器12a、高頻電源 12b、線圈13a及高壓直流電源13b，係設置於處理容器 1〇的外部。此外，高頻電源12b高壓直流電源13b爲接 地。 供電部1 1 a係藉由從高頻電源1 2b所輸出之高頻電力 ，對處理容器1 〇的內部施加特定的偏壓電壓。此外，供 電部1 1 a係藉由從高壓直流電源1 3b所輸出之直流電壓， 將基板G予以靜電吸附。 -15- 200811950 (12) 於加熱器lib中，連接有處理容器10的外部所設置 之交流電源1 4，並藉由從交流電源1 4所輸出之交流電壓 ，將基板G保持於特定溫度。 處理容器10的形成筒狀開口，其外部周緣上安裝有 風箱1 5的一端。此外，風箱1 5的另一端固接於升降板 1 6。如此，處理容器1 0底面的開口部分係以風箱1 5及升 降板1 6所密閉。 0 承受器11係支撐於升降板16上所配設置筒狀體17 ，升降板1 6及筒狀體1 7爲一體地升降，藉此可將承受器 1 1調整於因應處理製程之高度。此外，於承受器1 1的周 圍，設置有將處理室U的氣體流動控制爲較佳狀態之障 板18。 於處理容器1 〇的底部，具有處理容器1 〇的外部中所 設置之真空泵（圖中未顯示）。真空泵係隔著氣體排出管 1 9，將處理容器1 0內的氣體予以排出，藉此可將處理室 φ U減壓至期望的真空度。 於蓋體20中，設置有蓋主體21、6根的方形導波管 3 3、槽孔天線3 0及電介質（由多數片的電介質配件3 1所 構成）。 6根的方形導波管33 (相當於導波管），其剖面形狀 爲矩形狀，且於蓋主體2 1的內部爲平行排列而設置。各 根方形導波管33的內部，係以氟樹脂（例如Teflon (註 冊商標））、二氧化鋁（Al2〇3 )、石英等的電介質構材 34所塡入，藉由該電介質構材34’可依循λ§1=λχ/(ει)ι/2 -16- 200811950 (13) 的式子，控制各根方形導波管3 3的管內波長Xg!。在此 ，λς：爲自由空間的波長’ ει爲電介質構材34的介電常數 〇 各根方形導波管3 3係於上部形成開口 ’於其開口上 ，以可自由升降之方式插入有可動部35。可動部35係由 ' 鋁等的非磁性體之導電性材料所形成。 於蓋主體2 1的外部且爲各個可動部3 5的上面上’各 血 自設置有升降機構36，以使可動部35升降移動。藉由該 構成，能夠以電介質構材34的上面爲止爲界限使可動部 3 5升降移動，藉此，方形導波管3 3可任意改變其高度。 槽孔天線3 0係於蓋主體2 1的下方，與蓋主體21 — 體地形成。槽孔天線3 0係由鋁等的非磁性體之金屬所形 成。於槽孔天線3 0中，於各根方形導波管3 3的下面，第 2圖所示之1 3個槽孔3 7 (開口）係各自串聯排列而設置 。於各個槽孔37的內部，係以氟樹脂、二氧化鋁（Α12〇3 φ )、石英等的電介質構材所塡入，藉由該電介質構材，可 依循Xg24c/(s2)1/2的式子，控制各個槽孔37的管內波長 Xg2。在此，λε爲自由空間的波長，ε2爲電介質構材的介 電常數。 電介質係由3 9片的電介質配件3 1所構成，各片電介 質配件3 1係形成爲磁磚狀。1 3片的電介質配件3 1，係以 橫跨隔著Υ分歧管41連接於1個微波產生器40之2根 方形導波管3 3之方式，設置爲3列。 各片電介質配件3 1，係於互相鄰接的2根方形導波 -17- 200811950 (14) 管3 3 (亦即隔著Y分歧管41連接於相同的微波 40之2根方形導波管33 )的下面所設置之26個（ X 2列）槽孔3 7當中，以橫跨y座標爲相同之2個 方式地各自裝設。藉由上述構成，於槽孔天線30 ' 裝設有全部爲39片（=13個x3列）的電介質配件3 各片電介質配件3 1，係使用石英玻璃、A1N、 、藍寶石、SiN、陶瓷等的電介質材料所形成。於 0 介質配件31中，如第1圖及第3圖所示般’於與 對向的面上形成有凹凸。如此，係於各片電介質蔭 中形成有凹部或凸部當中至少任一項，藉此可增加 於各片電介質配件31中傳播時之電場能量的損失 此抑制表面波的傳播。結果爲可抑制駐波的產生， 均一的電漿。 各根方形導波管3 3的下面所形成之槽孔3 7的 爲任意數，例如可於各根方形導波管3 3的下面’ φ 置12個槽孔37，並於槽孔天線30的下面配設全g 片（=12個X 3列）的電介質配件3 1。此外，於各 質配件3 1的上面所設置之槽孔3 7的數目亦不限於 可爲1個或3個以上。 (樑的突出） 於槽孔天線30的下面，如第2圖所示般’爲 列爲1 3個X 3列之狀態支撐3 9片的電介質配件3 1 置有形成爲方格狀的樑26。各片電介質配件31， 產生器 =13個 槽孔之 的下面 ί 1 〇 Al2〇3 各片電 基板G !件3 1 表面波 ，並藉 而產生 數目可 各自設 β爲3 6 片電介 2個， 了以配 ，係設 係以於 -18- 200811950 (15) 該電介質配件31與樑26 (於第1圖中係表示爲樑26a〜 樑26d )之間設置階差之方式，以該周緣各自支撐於樑26 。亦即，樑26係以各片電介質配件31的周緣使樑26突 出於基板G側之方式而設置。樑26係由鋁等的非磁性體 ‘ 之導電性材料所形成。 ' 於樑26的下面，係以其一部分設置有多數個支撐體 27 (於第1圖中係表示爲支撐體27a〜支撐體27d)。各 0 個氣體管路28(例如成爲構成下段的氣體噴淋頭的一單 位之構件）的兩端，係由支撐體27所支撐。氣體管路28 係由二氧化鋁等之電介質所形成。 於第1圖的冷卻水配管44上，連接有微波電漿處理 裝置1 00的外部所配置之冷卻水供應源45，從冷卻水供 應源45所供應之冷卻水，於冷卻水配管44當中循環並返 回冷卻水供應源45，藉此可將蓋主體2 1保持於期望的溫 度。 φ 藉由以上所說明的構成，從第2圖所示之3個微波產 生器40所輸出之例如爲2.45GHzx3的微波，係經由各個 Y分歧管4 1於各根方形導波管3 3中傳播，並通過各個槽 孔3 7，透射各片電介質配件3 1而入射於處理室U內。 (第1氣體供應部及第2氣體供應部） 接下來參照第1圖及第3圖，說明本實施型態之微波 電漿處理裝置1〇〇之氣體供應部。如第1圖所示般，氣體 供應源43係由，多數個閥（閥43al、43a3、43bl、43b3 -19- 200811950 (16) 、43 b5、43 b7 );多數個質量流量控制器（質量流量控制 器43a2、43b2、43b6 );氧氣供應源43 a4、矽烷氣供應 源43 b4及氬氣供應源43 b8所構成。 氣體供應源43係各自控制各個閥（閥43 al、43 a3、 43bl、43b3、43b5、43b7)的開閉以及各個質量流量控制 器（質量流量控制器43a2、43b2、43b6 )的開放度，藉 此可各自將期望濃度的氧氣、矽烷氣及氬氣供應至處理容 ^ 器1〇內。 氣體導入管29 (於第1圖中係表示爲氣體導入管29a 〜氣體導入管29d)，係貫通樑26 (於第1圖中係表示爲 樑26a〜樑26d)的內部。於氣體導入管29a、29c上，係 隔著第1流路4 2 a而連接有氧氣供應源4 3 a4。此外，於 氣體導入管29b、29d上，係隔著第2流路42b而連接有 矽烷氣供應源43b4及氬氣供應源43b8。 此外，如第1圖以及第3圖的部分擴大所示般，氧氣 φ 例如通過氣體導入管29a、29c，從第3圖所示之氣體噴 射孔A當中，往各片電介質配件31與各個氣體管路28 之間的空間噴射。例如，於第3圖中，係藉由在方形導波 管33al及方形導波管33a2當中傳播，且從槽孔37al及 槽孔37a2當中漏出並透射電介質配件31a之微波的電場 能量，使從氧氣供應源43 a4所供應之氧氣產生電離及解 離，並因此使氧氣達到電漿化。 另一方面，矽烷氣及氬氣的混合氣體，於氧氣進行電 漿點火後，例如通過氣體導入管29b、2 9d，並如第3圖 -20- 200811950 (17) 所示般，隔著貫通於支撐體27b之氣體管，從連接於氣體 管之各個氣體管路28的氣體噴射孔B當中，往承受器1 1 上的基板G側噴射。藉此，矽烷氣及氬氣的混合氣體， 係藉由因氧氣的電漿化而消耗某種程度的能量並因此弱化 * 之電場能量，而解離爲用以形成優良膜質之前驅物（ ' Precursor )之SiH3自由基（亦即，不會解離爲SiH2自由 基）。藉由如此產生之電漿，可於基板G上形成膜質極 ^ 爲優良之閘極氧化膜。 一般而言，從上段的氣體噴射孔A所噴射之氣體（ 第1氣體），較理想爲其結合能量較從下段（亦即位於較 氣體噴射孔A還下方之位置）的氣體噴射孔B所噴射之 氣體（第2氣體）還大之氣體。 根據此，如上述般，首先，結合能量較大的第1氣體 ，係因相對較強之微波的電場能量而達到電漿化。接下來 ，於所供應的氣體進行電漿點火後，結合能量較第1氣體 φ 還小的第2氣體，係從設置於較氣體噴射孔A的位置及 樑26所突出的位置還下方之氣體噴射孔B當中噴射。藉 此，第2氣體係藉由因第1氣體的電漿化而消耗能量並因 此弱化之微波的電場能量，而解離爲用以形成優良膜質之 ~ 前驅物。結果爲可形成膜質優良之閘極氧化膜。 根據此原則，由於〇與〇之分子結合能量爲5.2 ( eV )，Si與Η之間之分子結合能量爲3·2 ( eV ) ，Ar之離 子化能量爲1 5.759 ( eV )，因此，原先較理想爲，從上 段噴射結合能量較大的氬氣，從下段噴射結合能量較小之 -21 - 200811950 (18) 矽烷氣及氧氣的混合氣體。 然而，若混合矽烷氣及氧氣，則混合氣體會產生過剩 反應，因此無法混合這些氣體而供應。由於如此的特殊理 由，於本實施型態之微波電漿處理裝置1 00中，係從上段 噴射氧氣，從下段噴射矽烷氣。此外，於本實施型態之微 波電漿處理裝置1 〇〇中，由於從下段所噴射的矽烷氣的量 較少（具體而言，相對於氧氣的 8 3 3 seem，矽烷氣爲 1 0 0 s c c m )，將砂院氣1 〇 〇 S c C rn與氬氣1 5 0 0 s c c m混合使氣 體流量增加，之後從下段噴射該混合氣體。如此，藉由從 下段噴射以氬氣爲主體之混合氣體，可以氬氣爲主體產生 解離，而產生更爲均一的電漿。 此外，於本實施型態之微波電漿處理裝置100中，樑 2 6係以不位於較氣體噴射孔B還下方之位置而突出。根 據該構成，於解離爲期望程度後的電漿，朝向基板G並 以放射狀往下方擴散時，樑26並不會妨礙其擴散。藉此 ，不會產生過度解離，並藉由解離爲做爲前驅物的Si H3 自由基之電漿，而形成膜質優良之閘極氧化膜。 此外，將供應氧氣（相當於第1氣體），並將所供應 的氧氣從氣體噴射孔A (相當於第1氣體噴射孔）當中噴 射之氣體供應部稱爲第1氣體供應部。此外’將供應矽烷 氣及氬氣（相當於第2氣體）’並將所供應的混合氣體從 氣體噴射孔B (相當於第2氣體噴射孔）當中噴射之氣體 供應部稱爲第2氣體供應部。 -22- 200811950 (19) (電漿模式跳躍） 接下來參照第4圖及第7圖，依序說明於上述所說明 之微波電漿處理裝置10 0之各片電介質配件31的下面附 近所產生之各個電漿，產生模式跳躍之因素，之後說明， 本發明者們使用本實施型態之微波電漿處理裝置1 00，成 ‘ 功的抑制模式跳躍並安定產生均一的電漿之情形。 第4圖及第7圖爲用以說明電介質附近的狀態之模式 φ 圖，第4圖係顯示於用以支撐電介質配件31之樑26爲突 出時之情況，第7圖係顯示於用以支撐電介質配件3 1之 樑26爲未突出（平坦）時之情況。於第4圖及第7圖中 ，未裝設下段的氣體管路28，氣體係從貫通樑26之氣體 導入管2 9所噴射。 首先參照第7圖，說明於電介質配件31的下面附近 所產生之各個電漿產生模式跳躍之3項因素。 (第1項因素：微波） 如第2圖所示般，從微波產生器40所射出之微波， 係於方形導波管33內傳播並通往各個槽孔37。此時，於 方形導波管3 3內所傳播之行進波的振幅狀態，以及行進 波於方形導波管3 3端面反射所產生之反射波的振幅狀態 ，係隨著時間的經過而經常改變。伴隨於此，成爲行進波 與反射波的合成波之方形導波管3 3內的駐波的振幅狀態 ，亦隨著時間的經過而經常改變。受到此變動的影響，從 各個槽孔3 7漏出之微波的電場能量亦經常改變。 -23- 200811950 (20) 此外，若微波的電場能量產生變動，則使電漿內的阻 抗改變。一旦電漿內的阻抗改變，則於因透射電介質配件 31之電場能量而產生之表面波，於電介質配件31與電漿 之間一邊反射一邊傳播時，表面波的電場能量被電漿吸收 之比例，以及於電漿中產生反射之比例，亦會產生變化。 ' 如此，若入射之微波的電場能量改變，或電漿內的阻 抗改變，則因製程條件的不同，可能會產生模式跳躍。具 φ 體而言，如第1 〇圖所示般，於以微波放電產生電漿時， 一旦入射的微波功率改變，則由於其功率變化的程度與製 程條件的不同，於電介質的下方附近非連續性地激發特有 模式（TMGn()模式）的表面波。如此，一旦非連續性地激 發表面波的模式時，則電介質下部的電磁場強度的分布， 會成爲與以往的分布完全不同之分布，於電介質的下方所 產生之電漿的電子密度產生非連續性變化，而產生電漿的 電子密度跳躍（模式跳躍）。第1 0圖所示之Pf爲入射功 φ 率，Pc爲受到製程條件影響之常數。 如此之表面波的模式跳躍，爲於感應耦合型電漿處理 裝置或電容耦合型電漿處理裝置中所不具有之特有的現象 。因此，於微波電漿處理裝置中，係較感應耦合型電漿處 理裝置或電容耦合型電漿處理裝置更容易產生電漿的模式 跳躍。除此之外，如第7圖所示般，於各片電介質配件 31與樑26形成爲平坦時，各個電漿更因下列的2項因素 而相互干涉。 -24- 200811950 (21) (第2項因素：表面波所形成的干涉） 其中之一爲表面波所形成的干涉。例如，如第7圖所 示般，入射之微波的電磁場，係從開口（槽孔口）C，以 放射狀於電介質內部均一地擴散，透射各片電介質配件 31的下部爲止，並於各片電介質配件31的下面產生表面 - 波。 於所產生的表面波於電介質配件3 1及電漿之間一邊 產生反射一^邊傳播時，該電場能量的一*部分，係作爲辰減 波而消耗於電漿的產生。然而，若於各片電介質配件31 與樑26之間未設置有階差等的阻礙，則雖然表面波之電 場能量的一部分被消耗於電漿的產生，但其消耗量較低， 因此表面波會傳播至鄰接之電介質配件爲止。 如此，一旦表面波傳播至鄰接之電介質配件爲止，則 鄰接之電漿的密度變化被增幅，鄰接之電介質配件31下 方之電漿的狀態變得不安定。此係成爲各片電介質配件 φ 3 1下方的電漿產生模式跳躍之第2項因素。 (第3項因素：電子或離子所形成的干涉） 另外一項因素爲，擴散電漿中的電子或離子於電漿中 傳播所造成之干涉。例如，於電漿擴散時，於擴散電漿中 的電子或離子當中，其一部分會於電漿中傳播而到達鄰接 之電漿爲止。如此，一旦電子或離子到達鄰接之電漿，則 鄰接之電漿的電子密度或離子密度產生較大的變動。此係 成爲各片電介質配件31下方的電漿產生模式跳躍之第3 -25· 200811950 (22) 項因素。 如上述所說明般，電漿的模式跳躍，係因所入射之微 波的電場能量的變動以及伴隨於此之電漿內的阻抗改變（ 第1項因素），及表面波所形成的干涉（第2項因素）， 以及擴散電漿所造成之干涉（第3項因素）之間的「複雜 的互相關聯」，於各片電介質配件31下方之電漿的密度 產生非連續性變動，而產生電漿的模式跳躍。 然而，於電漿的產生過程中，若頻繁產生如此的模式 跳躍，則於每次產生模式跳躍時，隨著電漿狀態產生非連 續性變化，氣體的解離程度會改變，此時所形成的膜質亦 會改變。結果爲階梯性地層積出不均一的膜。 爲了解決如此的問題，本發明者們係於處理容器1 〇 的頂面使樑26突出，藉此成功的抑制電漿的模式跳躍。 接下來參照第4圖，說明發明者們如何成功的抑制電漿的 模式跳躍。 (第2項因素（表面波所形成的干涉）之抑制） 若以突出的樑26區隔各片電介質配件31，則樑26 係成爲可保護電介質配件31下方的電漿免於受到外部的 干涉之壁。如上述般，因透射電介質配31之微波的電場 能量而產生之表面波，一邊於電介質配件31或樑26的表 面與電漿之間反射，一邊朝向電介質配件31或傳播時， 表面波之電場能量的一部分，係作爲所謂的衰減波而消耗 於電漿的產生。此外，——般而言，於未從外部供應能源時 -26- 200811950 (23) ’消耗於電漿的產生之表面波的電場能量，係隨 的傳播距離愈長而增加。 於樑26以非磁性體的導電性材料所形成時， 不會讓微波透射。因此，表面波於樑26的表面 無法接收新的電場能量之供應。結果爲，於各片 件3 1與樑26之間設置有階差時，其表面波傳播 電介質配件的電漿爲止之距離，僅較各片電介， 與樑26之間爲平坦（樑未突出）時多出樑26的 ’並且，於樑2 6當中所傳播之表面波，無法接 量的供應。因此，表面波於朝向鄰接的電介質配 傳播之間，係消耗較多的電場能量，於到達鄰接 配件下方之前即衰減。因此可抑制鄰接之電介f 下方所產生之電漿的電子密度變化之增幅。 (第3項因素（擴散電漿所形成的干涉）之抑制 此外，藉由使樑26突出，隨著樑26的壁面 加，使與樑26的壁面碰撞之電子或離子呈指數 子或離子的擴散係數係以指數函數所表示）增加 傳播至鄰接的電介質配件31下方的電漿爲止之 子的數目減少。因此可抑制鄰接之電介質配件3 產生之電漿的電子密度變化之增幅。 如上述般，根據本實施型態之電漿處理裝置 抑制表面波對鄰接之電介質配件所形成的千涉及 對鄰接之電介質配件所形成的干涉，而抑制電漿 著表面波 樑26並 傳播中， 電介質配 至鄰接之 t配件3 1 側壁部分 收電場能 件31而 的電介質 『配件31 面積的增 函數（電 ’結果爲 電子或離 1下方所 100，可 擴散電漿 的模式跳 -27- 200811950 (24) 躍，因此可安定的產生均一的電漿。 (實驗結果） 爲了證明以上的思考及邏輯，本發明者們係設計出， 實際上具有突出的樑26之本實施型態之微波電漿處理裝 置1 00，並使用此裝置執行閘極氧化膜形成製程。此時的 製程條件爲，處理室U的壓力爲60mT〇rr ( 7.98Pa )，微 φ 波功率2.55kWx3 (使用3個微波產生器40 )。玻璃基板 的尺寸只要爲73 0mmx920mm以上即可，例如爲G4.5基 板尺寸之730mmx920mm (反應室內的內徑：lOOOmmx 1190mm) ，G5基板尺寸之 1100mmxl 300mm (反應室內 的內徑：1 470mmx 1 590mm )。 此外，氣體種類可使用氧氣、矽烷氣及氬氣，該氣體 流量爲，氧氣833sccm、砂院氣lOOsccm、氬氣1500sccm 。此外，係使處理室U的溫度成爲120 t：之方式，將承受 φ 器1 1 (承載台）的溫度設定爲3 0〇 °c。此外，如上述般， 氧氣係從位於上段的氣體噴射孔A當中噴射，矽烷氣及 氬氣從位於下段之氣體噴淋（氣體管路28)的氣體噴射 孔B當中噴射。 結果爲，於各片電介質配件31與樑26之間爲平坦之 微波電槳處理裝置中，以目視方式於樑2 6下面的多數處 上，觀察到被認爲是模式跳躍之売度較高的發光，相對於 此，於使樑26突出之本實施型態之微波電漿處理裝置 100中，於樑26的表面上幾乎觀察不到發光。 -28- 200811950 (25) 由於此發光係於電子的狀態從激發狀態返回基 時所產生，因此，發光的部分與未發光的部分中’ 爲電子密度的分布產生偏差者。於使樑26突出之 型態之微波電漿處理裝置1〇〇中，由於幾乎觀察不 處理中的發光，因此於電介質配件31附近，電子 分布未產生偏差，因此可預想到未產生模式跳躍， 安定地產生均一的電漿。 _ 爲了算出客觀的數値，於採用樑26的高度爲 10mm、2 0mm時之微波電漿處理裝置進行閘極氧化 成處理中，發明者們係使用膜評估裝置（SSM State Measurement Inc.):水銀探針），對所產生 氧化膜進行C 一 V測定。結果如第5圖及第6圖所： 測定的結果爲，如第5圖所示般，樑的高度愈 定電荷密度之値愈小。此外，如第6圖所示般，於 度爲0 m m時’固疋電何密度爲2 · 7 c m 2 ’目視所觀 φ 發光爲「〇（具有發光）」，於樑的高度爲l〇mm 定電荷密度爲1.8cnT2，目視所觀察到的發光爲「X 光）」，於樑的高度爲20mm時，固定電荷密度爲 cnT2，目視所觀察到的發光爲「X (無發光）」。 固定電荷密度爲表示出所形成的膜是否優良之 具體而言，固定電荷密度愈小，表示出所形成的閘 膜愈優良。因此，從上述測定結果當中，可證明樑 愈高，愈能夠形成膜質優良的閘極氧化膜。 底狀態 可考量 本實施 到製程 密度的 而能夠 0mm、 膜的形 (Solid 的閘極 K ° 高，固 樑的高 察到的 時，固 (無發 1.3 指標， 極氧化 的高度 -29- 200811950 (26) (樑的突出之上限値） 樑26的高度h，係以使樑26的端部周邊之電漿電子 密度Ne成爲截止的電漿電子密度N。（參照第3圖）以上 者爲限制條件。因此，於樑26的端部周邊之電漿電子密 度Ne成爲截止的電漿電子密度Ne時，係成爲樑的突出位 置之上限値h。。具體而言，若以電介質正下方之樑26的 端部周邊之電漿電子密度爲N〇 (參照第3圖），以互相 φ 鄰接的樑之間的間隔的最小値爲a，則樑的突出位置之上 限値，可由he = 21/2xax ( lnN〇-lnNc ) /2π之式子所求取 因電介質配件31下面的電場能量所產生之表面波， 係一邊於電介質配件31或樑26的表面與電漿之間反射一 邊傳播。此時，表面波之電場能量的一部分，係作爲所謂 的衰減波而消耗於電漿的產生。此外，於表面波在金屬的 樑26的周圍中傳播時，由於未從外部供應能源，因此， φ 表面波的電場能量係持續消耗於電漿的產生，藉此使表面 波衰減。 若因上述表面波的衰減，使樑26的端部附近之電漿 電子密度Ne較截止的電漿電子密度Ne還小，則於樑當中 傳播之表面波（微波），無法作爲衰減波保持於融入在電 漿中之狀態，而直接進入電漿。結果導致處理容器內部之 電漿的不安定。 因此，樑26的高度h，必須保持於滿足樑26的端部 周邊之電漿電子密度Ne較截止的電漿電子密度Ν。還大之 -30- 200811950 (27) 條件之筒度。根據此，樑2 6的端部附近之電漿電子密度 係保持在某個程度的密度。結果爲，於樑當中傳播之表面 波（微波），可作爲衰減波保持於融入在電漿中之狀態。 結果可以精密度極高的方式，以均一產生之電漿對基板G 進行電漿處理。 (模擬結果） φ 導出以上邏輯之本發明者們，係執行予以求取樑26 的高度h之上限値之以下的模擬模型。於此模擬模型中， 如第8圖所示般，係以互相鄰接的樑之間的間隔的最小値 爲a，以樑2 6的高度爲h。 若以樑26的高度爲h的位置時之樑的周邊的電漿電 子密度爲Nh，則可由下列近似的模型所表示之第（1 )式 加以表示。
Nh = N0xexp{-27ih/(21/2xa)} …（1) 若將上述式子予以變形，則成爲以下的對數函數。 h = 21/2xax(ln Ν〇-1η Ν0)/2π …(2 ) 第9圖係顯示第（2 )式的函數。於第9圖中’橫軸 爲樑26的高度爲h，縱軸爲電漿電子密度Ne之對數圖表 〇 在此，根據上述理論，樑26的高度h滿足Nh>Nc者 ，爲安定地保持將的狀態之條件。因此’樑26的高度h -31 - 200811950 (28) 於Nh = Ne時，係取其上限値he。若將此値代入於第（2 ) 式，則成爲下列式子。 hc = 21/2xax(ln Ν〇-1η Ν0)/2π …（3) 在此，一般而言，截止的電漿電子密度Ne係以下列 ' 第（4 )式所表示。 N c = m e X ε 〇 X ω 2 / e 2 …(4 ) me爲電子質量，ε()爲真空的介電常數，ω爲入射波 的角頻率數，e爲電子的電荷。 從上述第（4)式當中，可算出截止的電漿電子密度 Nc = 7.5xe1() ( cnT3 )。將此算出結果N。以及電介質正下方 之樑的端部周邊之電漿電子密度N〇 = 5.〇xe12 ( cm·3 )，代 入至上述第（3)式，藉此，本發明者們乃獲得「0.038m 」爲樑26的高度h之上限値he。此模擬結果如第9圖所 • 示。 如此，若樑26的高度h爲「0.03 8m」以下，則樑的 端部周邊的電漿電子密度爲Nh可保持於某種程度。結果 爲，於樑當中傳播之表面波（微波），可作爲衰減波保持 於融入在電漿中之狀態。如此，若將樑26的高度h設定 爲「0.03 8m」以下，則可避免於樑當中傳播之表面波（微 波）無法作爲衰減波保持於融入在電漿中之狀態而直接進 入電漿，並導致處理容器內部之電漿的不安定之現象。 以上，根據本實施型態之微波電漿處理裝置1 〇〇，藉 -32- 200811950 (29) 由使樑26突出於各片電介質配件3 1，可抑制表面波所形 成的干涉及擴散電漿所形成的干涉，而抑制電漿的模式跳 躍，因此可安定地產生均一的電漿，並以精密度極高的方 式對基板G進行電漿處理。 ' 於本實施型態之微波電漿處理裝置1 〇〇中，氧氣係從 * 位於上段的氣體噴射孔A當中噴射，矽烷氣及氬氣從位 於下段的氣體噴射孔B當中噴射。然而，氣體噴射孔的位 ^ 置並不限定於此，例如，亦可從設置於相同高度的多數個 噴射孔當中之任一個噴射孔，各自噴射各種氣體。 此外，亦可從以冰柱狀突出於樑26之多數個噴嘴當 中，噴射第2氣體。 此外，於處理室U的內部中，例如以0.7eV〜2.0eV 的低電子密度、1011〜1013cm_3的高密度電漿，對基板G 進行損傷較少之均一的成膜。例如，若以非晶質矽成膜時 的條件爲例，則處理室U內的壓力可爲5〜1 0 0 P a，較理 ^ 想爲1 〇〜6 0 P a，基板G的溫度可爲2 0 0〜4 5 0 °C，較理想 爲250〜3 80 °C。此外，處理室U的大小較適當爲G3以上 ，例如爲G4.5 (基板G的尺寸：730mmx920mm，處理室 U的內部尺寸：1000mmxll90mm) ，G5(基板G的尺寸 :1100mmxl3 0 0mm，處理室 U 的內部尺寸·· 1470mmx 1 590mm )。再者，微波產生器的功率輸出，只要爲位於 1〜8W/cm2之範圍即可，較理想爲位於2.2〜3 W/cm2之範 圍。若微波產生器的功率輸出爲1 W/cm2以上，則容易使 電漿點火而產生相對安定的電漿。若微波產生器的功率輸 -33- 200811950 (30) 出未滿1 W/cm2，則電漿不易點火或是電漿的產生極不安 定，使製程處於不安定的狀態而變得不均一，因而難以達 到實用性。 於上述實施型態中，各部的動作係互爲關聯，因此可 一邊考量到互相的關連性，一邊置換爲一連串的動作。此 外，藉由如此的置換，亦可將電漿處理裝置之發明的實施 型態，設定爲電漿處理方法的實施型態。 以上係參照附加圖式說明本發明的較佳實施型態，但 是本發明當然並不限定於上述例子。對相關業者而言極爲 明顯的是，於申請專利範圍所記載之範疇內，係能夠思考 到各種變更例或修正例，並且這些變更例或修正例當然屬 於本發明之技術性範圍內。 例如，以本發明的電漿處理裝置所進行之電漿處理， 並不限定於CVD處理，亦可使用於灰化處理或蝕刻處理 等之所有的電漿處理。 本發明可適用於能夠抑制電漿的模式跳躍之嶄新且經 改良後的電漿處理裝置。 【圖式簡單說明】 第1圖係顯示本發明的一項實施型態之微波電漿處理 裝置之剖面圖。 第2圖係顯示同實施型態之處理容器的頂面之圖式。 第3圖係擴大顯示同實施型態之電介質附近之剖面圖 34- 200811950 (31) 第4圖係顯示用以說明於樑爲突出時對電漿所形成的 千涉之說明圖。 第5圖係顯示同實施型態之固定電荷密度對樑的高度 之依存性之圖表。 ' 第6圖係顯示同實施型態之樑的高度、固定電荷密度 ' 、與目視（發光的程度）之間的關係之圖式。 第7圖係顯示用以說明於電介質與樑爲平坦時對電漿 A 所形成的干涉之說明圖。 第8圖係顯示用以求取同實施型態之樑的高度的上限 値之模擬模型之圖式。 第9圖係顯示同實施型態之樑的高度與電漿電子密度 之間的關係之圖式。 第10圖係顯示微波的入射功率與電子密度及表面波 的模式之間的關係之圖式。 φ 【主要元件符號說明】 I 〇 :處理容器 II :承受器 20 :蓋體 21 :蓋主體 26 :樑 27 :支撐體 28 :氣體管路 29 :氣體導入管 -35- 200811950 (32) 3 0 :槽孔天線 3 1 :電介質配件 33 :方形導波管 3 7 :槽孔 40 :微波產生器 4 3 ·氣體供應源 43a4 :氧氣供應源 43b4 :矽烷氣供應源 43b8 :氬氣供應源 1〇〇 :微波電漿處理裝置 U :處理室 36·