WO2002080254A1 - Dispositif de traitement plasma par micro-ondes, procede d'allumage de plasma, procede de formation de plasma et procede de traitement plasma - Google Patents

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WO2002080254A1
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Tadahiro Ohmi
Masaki Hirayama
Shigetoshi Sugawa
Tetsuya Goto
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Tokyo Electron Limited
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    • H01J37/32339—Discharge generated by other radiation using electromagnetic radiation

Definitions

  • Microwave plasma processing apparatus Description Microwave plasma processing apparatus, plasma ignition method, plasma forming method and plasma processing method
  • the present invention relates to a plasma processing apparatus, and more particularly to a microphone-mouth-wave plasma processing apparatus that performs a plasma process using plasma excited by microwaves.
  • Microwave plasma processing equipment has attracted attention in plasma processing equipment.
  • Microwave plasma processing equipment has a low plasma potential compared to other plasma processing equipment such as parallel plate plasma processing equipment and ECR plasma processing equipment, so it has low ray-electron and low-ion irradiation energy. Can be generated.
  • the microwave plasma processing apparatus it is possible to prevent damage to the substrate to be subjected to the plasma processing due to the irradiation of the metal-contaminated ions, and to separate the plasma excitation space from the process space. Therefore, a plasma process that does not depend on the substrate material or the pattern formed on the substrate can be performed.
  • a microphone mouth-wave plasma processing apparatus plasma is ignited by a microphone mouth-wave by introducing a plasma excitation gas into a process chamber and then introducing a microwave into the plasma-excitation gas.
  • microwaves have a high frequency
  • the electric field is reversed before the electrons of the plasma excitation gas are sufficiently accelerated, and it has the characteristic that plasma ignition is unlikely to occur.
  • recent plasma processes may require very high efficiency, for example, less than 67 Pa (approximately 0.5 Torr). There is a problem when the density is low and plasma ignition becomes difficult.
  • a microphone mouth-wave plasma probe that radiates microphone mouth-waves from a microphone mouth-wave antenna
  • the process equipment does not apply an electric field to the S3 ⁇ 4 to be processed, so that the phenomenon that triggers plasma ignition such as emission of free electrons does not occur, and this problem becomes even more serious. It is assumed.
  • the pressure in the process chamber is set high at the time of plasma ignition, for example, set to 133 Pa (about 1 Torr) so that ignition by microwave is easy to occur. It is common to use an ignition method in which the pressure is reduced to, for example, 7 Pa (about 5 OmTorr) after ignition. However, in such a method, the pressure inside the process chamber is increased only for the purpose of ignition, and the pressure is reduced again after the ignition, thereby performing control unnecessary for the original plasma process. ⁇ ⁇ 1 hour before performing this plasma process is long, resulting in throughput loss. Disclosure of the invention
  • the present invention has been made in view of the above points, and has a microwave plasma processing apparatus, a plasma ignition method, a plasma formation method, and a plasma that can easily and quickly perform plasma ignition at a desired pressure for performing a process.
  • the purpose is to »process method.
  • the present invention is characterized by taking the following means.
  • Means of the present invention is a microwave plasma processing apparatus for performing plasma processing by generating plasma by using microwaves, wherein the apparatus has plasma ignition promoting means for promoting plasma ignition by microwaves. is there.
  • Another means of the present invention is a plasma ignition method using microwaves, wherein the inside of the process chamber is evacuated to a predetermined vacuum atmosphere, and a plasma excitation gas is introduced into the process chamber. At least one of vacuum ultraviolet light, X-ray, laser beam, electron beam, and excimer lamp light is projected onto the plasma excitation gas, and a microphone mouth wave is introduced into the plasma excitation gas in the process chamber to ignite plasma. That is! 3 ⁇ 4.
  • a plasma forming method for forming a process chamber is evacuated to a predetermined vacuum atmosphere, a plasma excitation gas is introduced into the process chamber, and the plasma excitation gas in the process chamber is Vacuum ultraviolet light is supplied through a vacuum ultraviolet light window provided in the process chamber, the vacuum ultraviolet light is concentrated at a predetermined position by the window, and at least a part of the plasma excitation gas is ionized. Then, the plasma is ignited by putting the microphone mouth wave into the flit self-process chamber.
  • Another means of the present invention is a plasma processing method for performing processing on a substrate to be processed with plasma formed by applying a microphone mouth wave from a microphone mouth wave antenna, wherein the inside of the process chamber is set to a predetermined vacuum atmosphere. Then, a plasma excitation gas is introduced into the process chamber, and vacuum ultraviolet light is supplied to the plasma excitation gas in the process chamber through a vacuum ultraviolet light window provided in the process chamber. sit, concentrate the vacuum ultraviolet light at a predetermined position by a window, ionize at least a part of the mm gas, ignite the plasma by ltating the microwave into a tins process chamber, and after the plasma ignition A process gas for treating the substrate to be lifted is introduced into the process chamber.
  • the plasma ignition promoting means for promoting the plasma ignition by the microwave is provided, so that the plasma ignition can be easily and quickly performed even under the condition that the plasma ignition is difficult only by the microphone mouth wave.
  • a means for promoting plasma ignition there is a configuration for promoting plasma ignition by projecting vacuum ultraviolet light, X-ray, laser beam, electron beam, excimer lamp light, etc. into a space for plasma excitation. It is preferable to project the generated vacuum ultraviolet light having a wavelength of, for example, 135 nm to a plasma excitation space in the process chamber through a transmission window.
  • the plasma excitation gas in the plasma excitation space is generated by vacuum ultraviolet light.
  • seeds of plasma generation are formed. Plasma can be easily generated by introducing microwaves here.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a microphone mouth-wave plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a plan view showing the focus position of the transmission window with respect to the semiconductor wafer
  • FIG. 3 is a flowchart of a plasma process performed by the microphone mouth-wave plasma processing apparatus shown in FIG. 1;
  • FIG. 4 shows a modified example of the microphone mouth-wave plasma processing apparatus shown in FIG.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing another modification of the microwave plasma processing apparatus shown in FIG. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a microwave plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the microwave plasma processing apparatus 10 shown in FIG. 1 includes a process chamber 12, a slot antenna (microwave antenna) 14 provided above the process chamber 12, and a lower part provided below the slot antenna 14. , A plasma excitation gas shower plate 18 provided below the dielectric partition 16, and a process gas shower plate provided below the plasma excitation gas shower plate 18. 20; a mounting table 22 provided below the process gas shower plate 20; and a magnetron 24 that generates microwaves.
  • the microwave of, for example, 2.45 GHz generated by the magnetron 24 is guided to the slot antenna 14 via a waveguide (not shown).
  • the microwave guided to the slot antenna 14 passes through the dielectric partition 16 and the plasma excitation gas shear plate 18 and is introduced into the plasma excitation space 26.
  • the plasma excitation space 26 is supplied with a plasma excitation gas composed of a rare gas such as argon (A r), krypton (K r), xenon (X e) from the plasma excitation gas shower plate 18,
  • the excited gas is excited by microwaves to generate plasma.
  • the plasma generated in the plasma excitation space 26 passes, for example, through an opening of a process gas shower plate 20 formed in a lattice shape. Is supplied to the process space 28.
  • a predetermined process gas is supplied to the process space 28 from the 20 gas shower plates for process gas.
  • a semiconductor wafer W such as a silicon wafer is mounted as an object to be processed on the mounting table 22 arranged in the process space 28, and a predetermined plasma process is performed using a process gas and plasma.
  • Exhaust gas generated as a result of the plasma process is exhausted by a vacuum pump (not shown) through an exhaust port 12 a provided at the bottom of the process chamber 12.
  • the microwave plasma processing apparatus 10 In the microwave plasma processing apparatus 10, plasma ignition is performed in the plasma process space 26 by the introduced microwave. However, when the pressure in the process chamber 12 is low, it is difficult for the microphone mouth wave alone to induce plasma ignition. Therefore, the microwave plasma processing apparatus 10 according to the present embodiment is provided with a plasma ignition accelerating means for assisting or accelerating the plasma ignition by the microwave.
  • the plasma ignition accelerating means in the present embodiment includes a deuterium lamp 30 and a 3 ⁇ 4g window 32 provided on the side wall of the process chamber 12 that defines the plasma excitation space 26.
  • the deuterium lamp 30 generates vacuum ultraviolet light having a wavelength of 135 nm.
  • the generated vacuum ultraviolet light passes through the transmission window 32 and enters the plasma excitation space 26.
  • Vacuum ultraviolet light incident on the plasma excitation space 26 induces ionization of the plasma excitation gas to promote plasma ignition by microwaves.
  • the transmission window 32 is used to prevent absorption of short-wavelength vacuum ultraviolet light of a wavelength. , CaF 2 , MgF 2 , LiF and the like.
  • vacuum ultraviolet light has an extremely good ionization efficiency in the vicinity of a pressure of 1.34 Pa (0.0 l Torr) to 13.4 Pa (0.1 Torr), so that the plasma ignition promoting means of the present invention Suitable for use.
  • the vacuum ultraviolet light generated by the deuterium lamp 30 has a short wavelength and a large energy, and can efficiently ionize a rare gas for plasma excitation.
  • krypton (Kr) force is used as a plasma excitation gas. It is necessary for electrons to be emitted from krypton atoms.
  • ⁇ Nergie is 13.8 eV.
  • the energy of vacuum ultraviolet light with a wavelength of 135 nm is 9 eV, and when energy of 18 eV is given to krypton atoms by two-photon absorption, electrons are emitted from krypton atoms.
  • the i-window 32 is formed as a convex lens and the vacuum ultraviolet light is focused on a predetermined position of the plasma excitation space 26.
  • the position P at which the vacuum ultraviolet light is focused is more preferably a position at which the electric field generated by the microwave is strongest. As such a position, there is a node between the nodes of the wave of the microphone mouth wave in the space 26 for plasma excitation, that is, an antinode of the standing wave.
  • the microwave plasma processing apparatus 10 is provided with a process gas shield plate 20 made of a conductor, and the microwave is reflected by the plasma excitation shield plate 18. As a result, a wave is generated between the plasma excitation shower plate 18 and the process gas shower plate 20. Therefore, in the present embodiment, the transmission window 32 is configured as a convex lens, and the focal point of the transmission window 32 is the position P where the distance L from the plasma excitation shower plate 18 corresponds to the antinode of the standing wave. Are aligned as follows. That is, the distance L is equal to the wavelength of the microphone mouthwave; I 1 Z4 / A).
  • FIG. 2 is a plan view of a plasma excitation space 26 of ⁇ when the semiconductor wafer W is viewed from above vertically. As shown in Fig.
  • the position where the vacuum ultraviolet light is focused is a region that extends vertically upward from the semiconductor wafer /, which is the object to be processed. It is preferable that the region be other than the above. In other words, if plasma ignition occurs near the upper portion of the semiconductor wafer, the semiconductor wafer may fall on a path through which the plasma ignition gas propagates the plasma excitation gas, which may adversely affect the semiconductor wafer. In order to avoid this, it is preferable that the position where plasma ignition occurs is a position other than a region extending vertically upward from the semiconductor wafer. In FIG. 2, the illustration of the process gas shower plate 20 is omitted.
  • the microwave plasma processing apparatus 10 As described above, in the microwave plasma processing apparatus 10 according to the present embodiment, as shown in FIG. 3, first, the inside of the process chamber 12 is evacuated to a predetermined vacuum atmosphere (Step 1), and thereafter, Then, a plasma excitation gas is supplied to the plasma excitation space 26 (step 2). Then, vacuum ultraviolet light is generated by the deuterium lamp 30 and the vacuum ultraviolet light is projected through the transmission window 32 toward the plasma excitation space 26 (step 3). With the electrons of the plasma excitation gas being emitted by the vacuum ultraviolet light, microwaves are introduced from the slot antenna 14 into the plasma excitation space 26 to ignite the plasma (step 4). When plasma ignition occurs, plasma is generated continuously thereafter. The generated plasma passes through the opening of the process gas shower plate 20 and is supplied to the process space 28, where the process gas and the plasma supplied from the process gas shower plate 20 generate the semiconductor wafer. W is subjected to a predetermined plasma process (Step 5).
  • a silicon oxide film, a nitride film, or an oxynitride film is formed on a silicon wafer
  • O 2 , NH 3 , N 2 , H 2, etc. are used as process gases from the process gas shower plate 20 to the process space. Supplied to 28.
  • fluorocarbon or a halogen-based gas is supplied as a process gas from the process gas shower plate 20 to the process space 28.
  • the process gas is plasmad by the process gas shower plate 20.
  • the process gas is supplied to the process space 28 separated from the pumping space 26, and flows from the wafer W toward the exhaust port 12a provided at the bottom of the process chamber 12, so that the process gas is supplied to the plasma pumping space. You can't get into 26. Therefore, at the time of plasma ignition, no process gas exists in the plasma excitation space 26, and the problem caused by the dissociation of the process gas at the time of plasma ignition can be prevented.
  • the deuterium lamp 30 and the bundle 32 are provided on the side wall of the process chamber 12.
  • the wall defining the plasma excitation space can be kept in a smooth state, abnormal discharge due to microwaves caused by the discontinuity tt of the wall defining the plasma excitation space can be generated. Life can be prevented.
  • a deuterium lamp 30 is mounted on the outer periphery of the process chamber 12 so that the space formed between the deuterium lamp 30 and the transmission window 32 is maintained at a vacuum.
  • Vacuum ultraviolet light with a wavelength of 135 nm from the deuterium lamp 30 is absorbed by air, so that the space through which the vacuum ultraviolet light passes is maintained at a vacuum.
  • the space formed between the deuterium lamp 30 and the transmission window 32 may be filled with helium (He) instead of maintaining a vacuum.
  • the deuterium lamp 30 has a reflector and the reflector collects the vacuum ultraviolet light, there is no need to make the window 32 a convex lens configuration. It may be.
  • vacuum ultraviolet light is projected as the plasma ignition promoting means.
  • the present invention is not limited to this, and any apparatus capable of ionizing a plasma excitation gas may be used.
  • Other configurations can also be used.
  • vacuum ultraviolet light X-rays, laser beams, electron beams, excimer lamp light, etc. may be projected to perform ionization of plasma excitation gas.
  • the plasma ignition promoting means for promoting the plasma ignition by the microwave is provided, so that the plasma ignition is difficult only by the microphone mouth wave.
  • plasma ignition can be performed easily and quickly. If plasma ultraviolet light generated by a deuterium lamp is projected to a plasma excitation space in a process chamber through a window as a plasma ignition promoting means, plasma ignition can be promoted with a simple configuration.

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Description

明細書 マイクロ波プラズマプロセス装置、 プラズマ着火方法、 プラズマ形成方法及ぴプ ラズマプロセス方法
技術分野
本発明はプラズマプロセス装置に係り、 特にマイクロ波により励起したプラズ マによりプラズマプロセスを行うマイク口波プラズマプロセス装置に関する。 背景技術
近年、 プラズマプロセス装置において、 マイクロ波プラズマプロセス装置が注 目されている。 マイクロ波プラズマプロセス装置は、 平行平板型プラズマプロセ ス装置や E C Rプラズマプロセス装置のような他のプラズマプロセス装置と比較 してブラズマポテンシャルが低レヽため、 低レヽ電子^^及び低レヽィオン照射エネル ギを有するプラズマを発生することができる。
したがって、 マイクロ波プラズマプロセス装置によれば、 プラズマ処理を施す 基板に ¾ "る金属汚染ゃィオン照射によるダメージを防止することができる。 ま た、 プラズマ励起空間をプロセス空間から分離することが可能なため、 基板材料 や基板上に形成されたパターンに依存しないプラズマプロセスを施すことができ る。
マイク口波プラズマプロセス装置では、 プロセスチャンバ内にプラズマ励起ガ スを導入してからマイクロ波をプラズマ励起ガスに導入することにより、 マイク 口波によりプラズマ着火を行う。 し力 し、 マイクロ波は周波数が高いため、 ブラ ズマ励起ガスの電子を十分に加速する前に電界が反転してしまレヽ、 ブラズマ着火 が起こり難いという特性を有している。 力 Πえて、 近年のプラズマプロセスは、 例 えば 6 7 P a (約 0. 5 T o r r ) 以下というような非常に ffiでの処理が要求 され場合があり、 このような低圧ではブラズマ励起ガスの密度が低く、 プラズマ 着火が困難となるといつた問題がある。
また、 マイク口波アンテナからマイク口波を放射するマイク口波プラズマプロ セス装置は、 平行平板型プラズマプロセス装置と異なり、 被処理 S¾に対して電 界を印加しないので、 自由電子の放出といったプラズマ着火のきっかけとなる現 象が起こらず、 より一層この問題を深刻なものとしている。
現状でのマイク口波プラズマプロセス装置では、 プラズマ着火時にプロセスチ ヤンバ内の圧力を高く、 例えば 1 3 3 P a (約 1 T o r r ) に設定してマイクロ 波による着火が起こり易いようにしておき、 着火後に圧力を例えば 7 P a (約 5 O mT o r r ) に下げる、 といった着火方法が一般的である。 し力 し、 このよう な方法では、 着火のためだけにプロセスチャンバ内の圧力を上昇し、 着火後に再 び圧力を下げるといった、 本来のプラズマプロセスには必要のない制御を行うこ ととなり、 実際のプラズマプロセスを行うまでの ¾1時間が長くなり、 スループ ットの ヒを招いてしまう。 発明の開示
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、 プロセス処理を行なう所望の 圧力においてプラズマ着火を容易に且つ迅速に行うことのできるマイクロ波プラ ズマプロセス装置、 プラズマ着火方法、 プラズマ形成方法及びプラズマプロセス 方法を »することを目的とする。
上記の課題を解決するために本発明では、 次に述べる各手段を講じたことを特 徴とするものである。
本発明の手段は、 マイクロ波によりプラズマを発生してプラズマプロセスを行 うマイクロ波プラズマプロセス装置であって、 マイクロ波によるプラズマ着火を 促進するプラズマ着火促進手段を有することを W [とするものである。
本発明の他の手段は、 マイクロ波によるプラズマ着火方法であって、 プロセス チャンバ内を所定の真空雰囲気になるように排気し、 前記プロセスチャンバにプ ラズマ励起ガスを導入し、前記プロセスチャンバ内のプラズマ励起ガスに対して、 真空紫外光、 エックス線、 レーザビーム、 電子ビーム、 エキシマランプ光のうち 少なくとも一つを投射し、 前記プロセスチャンバ内のプラズマ励起ガスにマイク 口波を導入してプラズマ着火することを !¾とするものである。
本発明の他の手段は、 マイク口波アンテナからマイク口波を ¾Ιίしてプラズマ を形成するプラズマ形成方法であって、 プロセスチャンバ内を所定の真空雰囲気 になるように排気し、 前記プロセスチャンバにプラズマ励起ガスを導入し、 前 記プロセスチャンバ内のプラズマ励起ガスに対して、 前記プロセスチャンバに設 けられた真空紫外光 ¾ 窓を介して、 真空紫外光を ¾l†し、 前記 窓により前 記真空紫外光を所定の位置に集中し、 前記プラズマ励起ガスの少なくとも一部を 電離させ、 前記マイク口波を flit己プロセスチヤンバ内に ¾l†することによりブラ ズマを着火することを とするものである。
本発明の他の手段は、 マイク口波アンテナからマイク口波を して形成した プラズマにより、 被処理基体に処理を行なうプラズマプロセス方法であって、 プ ロセスチャンバ内を所定の真空雰囲気になるように排気し、 前記プロセスチャン バにプラズマ励起ガスを導入し、 前記プロセスチヤンバ内のプラズマ励起ガスに 対して、 前記プロセスチャンバに設けられた真空紫外光 ¾ϋ窓を介して、 真空紫 外光を sitし、 tit己 窓により前記真空紫外光を所定の位置に集中し、 mm ガスの少なくとも一部を電離させ、 前記マイクロ波を tinsプロセスチャンバ内に ltすることによりプラズマを着火し、 プラズマ着火後に前記プロセスチャンバ 内に lift己被処理基体を処理するためのプロセスガスを導入することを特徴とする ものである。
上述の発明によれば、 マイクロ波によるブラズマ着火を促進するブラズマ着火 促進手段が設けられるため、 マイク口波だけではプラズマ着火が困難な条件であ つても、 容易に且つ迅速にプラズマ着火を行なうことができる。 プラズマ着火促 進手段としては、 真空紫外光、 エックス線、 レーザビーム、 電子ビーム、 エキシ マランプ光等をプラズマ励起用空間に投射することによりプラズマ着火を促進す る構成があるが、 特に重水素ランプにより発生した例えば波長が 1 3 5 n mの真 空紫外光を透過窓を通じてプロセスチャンバ内のプラズマ励起用空間に投射する こ が好ましい、 プラズマ励起用空間内のプラズマ励起ガスは、 真空紫外光によ り電離して、 プラズマ発生の種が形成される。 ここにマイクロ波を導入すること でプラズマを容易に発生させることができる。 図面の簡単な説明 図 1は、 本発明の一実施の形態によるマイク口波プラズマプロセス装置の概略 構成図；
図 2は、 半導体ウェハに対する透過窓の焦点位置を示す平面図；
図 3は、 図 1に示すマイク口波プラズマプロセス装置により行われるプラズマ プロセスのフローチャート ；
図 4は、 図 1に示すマイク口波プラズマプロセス装置の変形例を示 成 図；
図 5は、 図 1に示すマイクロ波プラズマプロセス装置の他の変形例を示 1ϋΕ略 構成図である。 発明を実施するための最良の形態
次に、 本発明の実施の形態について図面と共に説明する。 図 1は本発明の一実 施の形態によるマイクロ波プラズマプロセス装置の概,成図である。
図 1に示すマイクロ波プラズマプロセス装置 1 0は、プロセスチャンバ 1 2と、 プロセスチャンバ 1 2の上部に設けられたスロットアンテナ （マイクロ波アンテ ナ） 1 4と、 スロットァンテナ 1 4の下方に設けられた誘電体隔壁 1 6と、 誘電 体隔壁 1 6の下に設けられたプラズマ励起ガス用シャワープレート 1 8と、 ブラ ズマ励起ガス用シャワープレート 1 8の下に設けられたプロセスガス用シャワー プレート 2 0と、 プロセスガス用シャワープレート 2 0の下に設けられた載置台 2 2と、 マイクロ波を発生するマグネトロン 2 4とよりなる。
マグネトロン 2 4により発生した、 例えば 2. 4 5 GH zのマイクロ波は、 導 波管 （図示せず） を介してスロットアンテナ 1 4へと導力れる。 スロットアンテ ナ 1 4へと導力、れたマイクロ波は、 誘電体隔壁 1 6とプラズマ励起ガス用シャヮ 一プレート 1 8とを通過して、 プラズマ励起用空間 2 6へと導入される。
プラズマ励起用空間 2 6には、 プラズマ励起ガス用シャワープレート 1 8から 例えばアルゴン （A r )、 クリプトン （K r )、 キセノン （X e ) 等の稀ガスより なるプラズマ励起ガスが供給され、 プラズマ励起ガスがマイクロ波により励起さ れてプラズマが発生する。プラズマ励起用空間 2 6において発生したプラズマは、 例えば格子状に形成されたプロセスガス用シャワープレ一ト 2 0の開口部分を通 過してプロセス空間 28へと供給される。
プロセスガス用シャワープレート 20カゝらは、 所定のプロセスガスがプロセス 空間 28に供給される。 プロセス空間 28に配置された載置台 22には、 被処理 体としてシリコンウェハ等の半導体ウェハ Wが載置され、 プロセスガスとプラズ マにより所定のプラズマプロセスが施される。 プラズマプロセスの結果生じる排 気ガスは、 プロセスチャンバ 12の底部に設けられた排気口 12 aを介して真空 ポンプ （図示せず） により 気さ ήる。
次に、 マイクロ波プラズマプロセス装置 10におけるプラズマ着火について説 明する。
マイクロ波プラズマプロセス装置 10では、 プラズマプロセス空間 26内にお いて、 導入されたマイクロ波によりプラズマ着火が行われる。 し力 し、 プロセス チヤンバ 12内の圧力が低レヽと、 マイク口波だけではブラズマ着火を誘発するこ とが難くなる。 そこで、 本実施の形態によるマイクロ波プラズマプロセス装置 1 0には、 マイクロ波によるプラズマ着火を補助あるいは促進する めのプラズマ 着火促進手段が設けられている。
本実施の形態におけるプラズマ着火促進手段は、 プラズマ励起用空間 26を画 成するプロセスチャンバ 12の側壁に設けられた重水素ランプ 30と ¾g窓 32 とよりなる。 重水素ランプ 30は、 波長 135 nmの真空紫外光を発生する。 発 生した真空紫外光は、.透過窓 32を透過してプラズマ励起用空間 26に入射する。 ブラズマ励起用空間 26に入射した真空紫外光は、 ブラズマ励起ガスの電離を誘 発してマイクロ波によるプラズマ着火を促進する、 なお、 透過窓 32は、 波長の 短レヽ真空紫外光が吸収されないように、 CaF2， MgF2， L i F等の材料によ り形成することが好ましレ、。 また、 真空紫外光は、 圧力が 1. 34Pa (0. 0 lTo r r) 〜13. 4P a (0. 1 T o r r ) 付近での電離効率が極めて良い ので、 本発明によるプヲズマ着火促進手段での使用に好適である。
上述のように、 重水素ランプ 30により発生する真空紫外光は波長が短く、 大 きなエネルギを有しており、 稀ガスよりなるプラズマ励起用ガスを効率良く電離 することができる。 例えば、 プラズマ励起用ガスとしてクリプトン （Kr) 力;用 いられた場合を想定する。 クリプトン原子から電子が放出されるために必要なェ ^ ネルギは 1 3 . 8 e Vである。 ここで、 波長 1 3 5 n mの真空紫外光のエネルギ は 9 e Vであり、 2光子吸収により 1 8 e Vのェネルギがクリプトン原子に与え られると、 クリプトン原子から電子が放出される。
すなわち、 波長 1 3 5 n mの真空紫外光をクリブトン原子に照射することによ りクリプトン原子から電子が放出され、 これによりクリプトンガスの電離が誘発 される。 このような状態のクリプトンガスにマイクロ波を導入することにより、 容易にブラズマ着火を行うことができる。
ここで、 2光子吸収を達成するには、 連続的にエネルギをクリプトン原子に与 えることが必要になるため、 電離を起こさせる対象となるクリプトン原子に対す る真空紫外光の強度が大きい方が好ましい。 このため、 ¾i窓 3 2を凸レンズと して構成し、 プラズマ励起用空間 2 6の所定の位置に真空紫外光を集束させるこ とが好ましい。 真空紫外光を集束させる位置 Pとしては、 マイクロ波による電界 の最も強くなる位置がさらに好ましい。 このような位置として、 プラズマ励起用 空間 2 6におけるマイク口波の 波の節と節の中間部分、 すなわち定在波の腹 の部分が挙げられる。
■ 本実施の形態によるマイクロ波プラズマプロセス装置 1 0には、 導電体よりな るプロセスガス用シャヮ一プレート 2 0が設けられており、 プラズマ励起用シャ ヮ一プレート 1 8によりマイクロ波が反射されることにより、 プラズマ励起用シ ャヮ一プレート 1 8とプロセスガス用シャワープレート 2 0との間で 波が発 生する。 したがって、 本実施の形態では、 透過窓 3 2を凸レンズとし構成し、 透 過窓 3 2の焦点がプラズマ励起用シャワープレート 1 8からの距離 Lが定在波の 腹に相当する位置 Pとなるように位置合わせしている。 すなわち、 距離 Lは、 マ イク口波の波長; Iの 1 Z4 / A ) に等しい。
したがって、 透過窓 3 2により集束された強度の大きい真空紫外光が、 プラズ マ励起用空間 2 6内の最も電離しやすい部分に投射されるので、 容易に 2光子吸 収を達成することができ、 プラズマ着火を一層促進することができる。 なお、 上 述の距離 Lは、 マイクロ波の波長の 1 Z4の距離に限られることはなく、 定在波 の腹に相当する距離である例えば 3 Z4， 5 / 4 ( n / 4 ： nは整数） 等の距離 としてもよレ、。 ここで、 図 2は半導体ウエノ、 Wを垂直上方から見た^のプラズマ励起用空間 2 6の平面図である。 真空紫外光を集束する位置 P げなわち凸レンズとして構 成した翻窓の焦点位置） は、 図 2に示すように、 被処¾¾体である半導体ゥェ /、から垂直上方に延在する領域以外の領域とすることが好ましい。 すなわち、 半 導体ウェハの上方近傍でプラズマ着火が生じると、 プラズマ着火がプラズマ励起 用ガスを伝播する ¾路に半導体ウェハが することとなり、 半導体ウェハに悪 影響を及ぼすおそれがある。 これを回避するため、 プラズマ着火が起こる位置を 半導体ウェハから垂直上方に延在する領域以外の位置とすることが好ましい。 な お、 図 2において、 プロセスガス用シャワープレート 2 0の図示は省略されてい る。
以上のように、本実施の形態によるマイクロ波プラズマプロセス装置 1 0では、 図 3に示すように、 まず、 プロセスチャンバ 1 2内を所定の真空雰囲気となるま で排気し （ステップ 1 )、 その後、 プラズマ励起用空間 2 6にプラズマ励起ガスを 供給する（ステップ 2 )。そして、重水素ランプ 3 0により真空紫外光を発生して、 真空紫外光を透過窓 3 2を介してブラズマ励起用空間 2 6に向けて投射する （ス テツプ 3 )。真空紫外光によりプラズマ励起ガスの電子が放出された状態で、 スロ ットアンテナ 1 4からプラズマ励起用空間 2 6にマイクロ波を導入してプラズマ 着火を行う （ステップ 4 )。 プラズマ着火が起こると、 その後はプラズマが連続し て生成される。 生成されたプラズマはプロセスガス用シャワープレート 2 0の開 口部分を通過してプロセス空間 2 8に供給され、 プロセスガス用シャワープレー ト 2 0力 ら供給されたプロセスガスとプラズマとにより、 半導体ゥェハ Wに所定 のプラズマプロセスが施される （ステップ 5 )。
例えば、 シリコンゥェハ上にシリコンの酸化膜、 窒化膜、 又は酸窒化膜を形成 する場合は、 プロセスガスとして、 O 2、 NH3、 N2、 H2等がプロセスガス用シ ャワープレート 2 0からプロセス空間 2 8へと供給される。 また、 シリコンゥェ ハ等にエッチング処理を施す場合は、 プロセスガスとして、 フルォロカーボン又 はハロゲン系ガスがプロセスガス用シャワープレ一ト 2 0からプロセス空間 2 8 へと供給される。
ここで、 プロセスガスは、 プロセスガス用シャワープレート 2 0によりプラズ マ励起用空間 2 6から分離されたプロセス空間 2 8に供給され、 ウェハ Wからプ ロセスチャンバ 1 2の底部に設けられた排気口 1 2 aに向かって流れるので、 プ ロセスガスがプラズマ励起用空間 2 6に進入することはなレ、。 したがって、 ブラ ズマ着火時にはプラズマ励起用空間 2 6にプロセスガスは存在せず、 プラズマ着 火時におけるプロセスガスの解離に起因する問題を防止することができる。
なお、 上述の実施の形態では、 重水素ランプ 3 0ど纏 3 2とをプロセスチ ヤンバ 1 2の側壁に設けたが、 図 4に示すマイクロ波プラズマプロセス装置 1 0 ■ Aでは、 プロセスチャンバ 1 2の底部に設けている。 この場合、 プラズマ励起用 空間を画成する壁面を滑ら力な状態に維持しておくことができるため、 プラズマ 励起用空間を画成する壁面の不連 ttに起因したマイクロ波による異常放電の発 生を防止することができる。
また、 図 5に示すように、 重水素ランプ 3 0をプロセスチャンバ 1 2の外周に 取り付け、 重水素ランプ 3 0と透過窓 3 2との間に形成される空間を真空に維持 することとしてもよレ、。 重水素ランプ 3 0から腿される波長 1 3 5 n mの真空 紫外光は空気に吸収されてしまうため、 真空紫外光の通過する空間を真空に維持 するものである。 重水素ランプ 3 0と透過窓 3 2との間に形成される空間を真空 に維持する代わりにヘリウム （H e ) を充填することとしてもよレ、。
また、、重水素ランプ 3 0がリフレクタを有しており、 リフレクタにより真空紫 外光を集光する構成であれば、 ¾ 窓 3 2を凸レンズ構成とする必要はなく、 平 板状の ¾1窓であってもよレ、。
また、 上述の実施の形態では、 プラズマ着火促進手段として、 真空紫外光を投 射する構成について説明したが、 これに限定されるものではなく、 プラズマ励起 ガスの電離を行なうことができるものであれば他の構成も用いることができる。 例えば、 真空紫外光の代わりに、 エックス線、 レーザビーム、 電子ビーム、 ェキ シマランプ光等を投射してブラズマ励起ガスの電離を行なうこととしてもよレヽ 産業上の利用可能性
上述の如く本発明によれば、 マイクロ波によるブラズマ着火を促進するブラズ マ着火促進手段が設けられるため、 マイク口波だけではプラズマ着火が困難な条 件であっても、 容易に且つ迅速にプラズマ着火を行なうことができる。 プラズマ 着火促進手段として、 重水素ランプにより発生した真空紫外光を ¾i窓を通じて プロセスチャンバ内のプラズマ励起用空間に投射する構成とすれば、 簡単な構成 でプラズマ着火を促進することができる。

Claims

請求の範囲
1. マイクロ波によりプラズマを発生してプラズマプロセスを行うマイク口 波プラズマプロセス装置であって、
マイク口波によるプラズマ着火を促進するプラズマ着火促進手段を有すること を |¾とするマイクロ波プラズマプロセス装 go
2. 請求項 1記載のマイクロ波プラズマプロセス装置であって、
tijiaプラズマを発生するマイクロ波は、 プロセスチャンバの一部を形成するマイ クロ波透過窓を介して、 マイクロ波アンテナより前記プロセスチャンバ内にお cl されることを mとするマイク口波プラズマプロセス装 ¾
3. 請求項 1記載のマイクロ波プラズマプロセス装置であって、
前記プラズマ着火促進手段は、 真空紫外光、 エックス線、 レーザビーム、 電子 ビーム、 エキシマランプ光のうち少なくとも一つをプラズマ励起用空間に投射す ることによりブラズマ着火を促進することを特徴とするマイク口波プラズマプロ セス装 ¾o
4. 請求項 3記載のマイクロ波プラズマプロセス装置であって、
前記プラズマ着火促進手段は、 真空紫外光を発生する重水素ランプと、 該真空 紫外光を透過して前記プラズマ励起用空間に導く mm窓とを有することを w [と するマイクロ波プラズマプロセス装
5. 請求項 4記載のマイク口波ブラズマプロセス装置であつて、
前記重水素ランプと前記 窓との間の空間を真空に維持することを特徴とす るマイクと波プラズマプロセス装 go
6. 請求項 4記載のマイク口波プラズマプロセス装置であって、
前記重水素ランプと tiff己透過窓との間の空間にへリゥムが充填されることを特 徴とするマイクと波プラズマプロセス装齓
7. 請求項 4項記載のマイクロ波プラズマプロセス装置であって、 前記重水素ランプと前記透過窓は、 前記ブラズマ励起用空間を画成するプロセ スチャンバの側壁に設けられることを特徴とするマイクロ波プラズマプロセス装
8. 請求項 4記載のマイク口波プラズマプロセス装置であって、 前記重水素ランプと前記 ¾ 窓はプロセスチャンバの底部に設けられることを とするマイクロ波プラズマプロセス装 ¾
9. 請求項 4記載のマイク口波プラズマプロセス装置であって、
前記透過窓は、 前記ブラズマ励起用空間の所定の位置に焦点が合わせられた凸 レンズとして構成されることを樹数とするマイク口波プラズマプロセス装置。
1 0. 請求項 9記載のマイクロ波プラズマプロセス装置であって、 前記所定の位置は、 被処理基体の垂直上方に延在する領域以外の位置であるこ とを樹数とするマイク口波プラズマプロセス装
1 1 . 請求項 9記載のマイクロ波プラズマプロセス装置であって、 前記所定の位置は、 前記プロセスチヤンバ内に されたマイク口波の電界が 最大となる位置であることを とするマイク口波プラズマプロセス装 So
1 2. 請求項 9記載のマイクロ波プラズマプロセス装置であって、 前記所定の位置は、 前記ブラズマ励起用空間にブラズマ励起ガスを導入するた めのシャワープレートの表面から、 マイクロ波の波長の n/ 4 (nは整数） に等 しい距離だけ離れた位置であることを特徴とするマイク口波プラズマプロセス装
1 3. 請求項 4記載のマイクロ波プラズマプロセス装置であって、 前言 過窓の材質は、 C a F 2， M g F 2, L i Fから選択されることを特徴と するマイクロ波プラズマプロセス装 go
1 4. 請求項 3記載のマイクロ波プラズマプロセス装置であって、 前記プラズマ励起用空間は、 プロセスガス用シャワープレートによりプロセス 空間から分離されており、 プロセスガスは前記プロセスガス用シャワープレート から Ιίίϊ己プロセス空間に供給され、 これによりプロセスガスのプラズマ励起用空 間への進入が防止されることを とするマイクロ波プラズマプロセス装 go
1 5. マイクロ波によるプラズマ着火方法であって、
プロセスチャンバ内を所定の真空雰囲気になるように排気し、
前記プロセスチャンバにプラズマ励起ガスを導入し、
前記プロセスチャンバ内のプラズマ励起ガスに対して、 真空紫外光、 エックス 線、 レーザビーム、 電子ビーム、 エキシマランプ光のうち少なくとも一つを投射 し、
前記プロセスチャンバ内のプラズマ励起ガスにマイク口波を導入してプラズマ着 火することを,とするブラズマ着火方法。
1 6. マイクロ波アンテナからマイクロ波を¾1^してプラズマを形成するプ ラズマ形成方法であって、
プロセスチヤンバ内を所定の真空雰囲気になるように排気し、
ΙίίΙΞプロセスチャンバにプラズマ励起ガスを導入し、
前記プロセスチャンバ内のプラズマ励起ガスに対して、 前記プロセスチャンバ に設けられた真空紫外光; ®i窓を介して、 真空紫外光を ¾ltし、
前記 窓により tin己真空紫外光を所定の位置に集中し、
前記プラズマ励起ガスの少なくとも一部を電離させ、
前記マイクロ波を前記プロセスチャンバ内に することによりプラズマを着 火することを特徴とするマイク口波プラズマ処3¾置のプラズマ形成方法。
1 7. マイクロ波アンテナからマイクロ波を放射して形成したプラズマによ り、 被処理基体に処理を行なうプラズマプロセス方法であって、
プロセスチヤンバ内を所定の真空雰囲気になるように排気し、
前記プロセスチヤンバにプラズマ励起ガスを導入し、
前記プロセスチャンバ内のプラズマ励起ガスに対して、 前記プロセスチャンバ に設けられた真空紫外光 窓を介して、 真空紫外光を投射し、
tin己 ¾i窓により tins真空紫外光を所定の位置に集中し、
稀ガスの少なくとも一部を電離させ、
前記マイク口波を前記プロセスチヤンバ内に放射することによりプラズマを着 火し、
ブラズマ着火後に前記プロセスチヤンバ内に前記被処理基体を処理するための プロセスガスを導入することを特徴とするマイクロ波プラズマ処 a¾置のプラズ マプロセス方法。
1 8. 請求項 1 7記載のプラズマプロセス方法であって、
前記プラズマ励起ガスは、 アルゴン （A r )、 クリプトン （K r )、 キセノン（X e ) を含む稀ガスよりなることを とするプラズマプロセス方法。
1 9. 請求項 1 7記載のプラズマプロセス方法であって、 前記プロセスガス は、 02、 NH3、 N2及び H2のうち少なくとも一つを含むことを«とするブラ ズマプロセス方法。
2 0. 請求項 1 9記載のプラズマプロセス方法であって、
前記被処理基体はシリコンウェハであり、 前記プロセスガスをプロセス空間に 導入して前記シリコンゥヱハ上にシリコン酸化膜、 窒化膜及び酸窒化膜のうち少 なくとも一つを形成することを とするプラズマプロセス方法。
2 1 . 請求項 1 7記載のプラズマプロセス方法であって、 前記プロセスガス はフゾレオ口カーボン又はハロゲン系ガスであることを樹教とするプラズマプロセ ス方法。
2 2. 請求項 2 1記載のプラズマプロセス方法であって、
前記プロセスガスをプロセス空間に導入して前記被処理基体にエツチング処理 を施すことを«とするプラズマプロセス方法。
2 3. 請求項 1 7項記載のプラズマプロセス方法であって、
被処理基体が配置されるプロセス空間から分離されたプラズマ励起用空間 にブラズマ励起ガスを供給し、 プロセスガスを前記プロセス空間に供給すること により、 プラズマ着火時におけるプロセスガスのプラズマ励起用空間への進入を 防止することを樹数とするプラズマプロセス方法。
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