WO2004012251A1

WO2004012251A1 - プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法

Info

Publication number: WO2004012251A1
Application number: PCT/JP2003/009695
Authority: WO
Inventors: Toshiaki Hongoh
Original assignee: Tokyo Electron Limited
Priority date: 2002-07-30
Filing date: 2003-07-30
Publication date: 2004-02-05
Also published as: AU2003252351A1; JP2006054206A

Abstract

プラズマ処理装置を、被処理体にプラズマ処理を行うためのプラズマ処理室と、該プラズマ処理のためのマイクロ波を案内するスロット電極と、該プラズマを着火させるためのプラズマ源とで構成する。電子デバイスの製造において好適に使用可能な、より選択性の高い（プラズマエネルギーが比較的に低い）プラズマを与えることができるプラズマ処理装置が提供される。

Description

明細書プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法

技術分野

本発明は、電子デバイス等を作製するために、電子デバイス用基材に対してプラズマ処理を行う際に好適に使用可能なプラズマ処理装置に関する。背景技術

本発明のプラズマ処理装置は、半導体ないし半導体デバイス、液晶デパイス等の電子デパイス材料の製造に広く一般的に適用可能であるが、ここでは説明の便宜のために、半導体デパイスの背景技術を例にとつて説明する。

近年、半導体デバイスの高密度化及び高微細化に伴い、半導体デパイスの製造工程において、成膜、エッチング、アツシング等の種々の処理のためにプラズマ処理装置が使用される場合が増大している。

例えば、従来より、シリコン酸化膜のエッチングのためのプラズマ処理装置においては、平行平板型のプラズマ源が広く使用されて来た。この平行平板型のプラズマ源は、これにより発生するプラズマのエネルギーが高いという特徴を有するが、逆に、このプラズマのエネルギーが高いことが不都合な場合もある。

例えば、近年の半導体デパイスの微細化に伴って、該デパイスを構成する種々の要素の微細化が要請されているが、ある要素（例えば、層間絶縁膜）の場合には、スケール則に従って薄くはならない。このため、エッチング処理においても、ァスぺクト比が大きなものが必要となって来た。

典型的には、デパイスの微細化に伴ぅリソグラフィの解像度向上のため、レジスト膜厚の薄膜化、およびノ又はエッチング耐性の低い A r F レジストの採用が急務となっている。

しかしながら、発生するプラズマのエネルギーが高い平行平板型のプラズマ源を用いた場合には、エッチングガスの乖離が著しく進行する傾向があるため、例えば、シリコン酸化膜とレジストとの選択性は比較的に低くならざるを得ない。

特に、今後は採用が広がることが確実な上記 A r Fレジストを用いた場合には、 (該レジストのエツチング耐性が低いため) シリコン酸化膜とレジストとの選択性は更に低くなってしまう。発明の開示

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を解消したプラズマ処理装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、電子デパイスの製造において好適に使用可能な、より選択性の高い（プラズマエネルギーが比較的に低い）プラズマを与えることができるプラズマ処理装置を提供することにある。

本発明者は鋭意研究の結果、プラズマ処理のためのマイクロ波を案内するスロット電極と、該プラズマを着火させるための他のブラズマ源と組み合わせることが、上記目的の達成のために極めて効果的なことを見出した。

本発明のプラズマ処理装置は上記知見に基づくものであり、より詳しくは、被処理体にプラズマ処理を行うためのプラズマ処理室と、該プラズマ処理のためのマイク口波を案内するスロット電極と、該プラズマを着火させるためのプラズマ源とを有することを特徴とするものである。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の例示的な態様の例示的なマイクロ波プラズマ処理装置の全体構成を示す模式断面図である。

図 2は、従来の平行平板型プラズマ処理装置の一例を示す模式断面図である。

図 3は、従来の平行平板型プラズマ処理装置と、本発明において好適に使用可能な R L S Aプラズマとのプラズマ密度を比較した例を示すダラフである。

図 4は、本発明において好適に使用可能な着火およびプラズマ生成のシーケンス例を示すフローチヤ一トである。

図 5は、図 1に示すマイクロ波プラズマ処理装置に使用可能なス口ット電極の具体的構成例を説明するための概略平面図である。図 6は、図 1 に示すマイクロ波プラズマ処理装置に使用可能な第 1 の温度制御装置と温調板の構成を示す概略ブロック図である。図 7は、第 3の温度制御装置 9 5を説明するための部分拡大断面図である。

図 8は、図 1 に示すマイク口波プラズマ装置の温調板の変形例を示す部分拡大断面図である。

図 9は、本発明で好適に使用可能な、着火用プラズマ発生用エネルギ一源の他の構成を示す模式断面図である。

図 1 0は、本発明で好適に使用可能な（リモートプラズマ源を構成する）着火用プラズマ発生用エネルギー源の他の構成を示す模式断面図である。

上記図面中、各符号の意味は、以下の通りである。

1 0…マイクロ波源 2 0 …アンテナ収納部材

2 2…波長短縮部材

2 4 …スロット電極

2 5 …スリット

2 8…誘電体

3 0…第 1の温度制御装置

3 2…温調板

3 6…温度センサ

3 8…ヒータ装置

3 9…水源

4 0…処理室

4 2…熱板

5 0…反応ガス供給ノズル

5 8…反応ガス源

6 0…真空ポンプ

7 0…第 2の温度制御装置

7 2…温度センサ

1 1 0…着火プラズマ源発明を実施するための最良の形態

以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明を詳細に説明する。以下の記載において量比を表す「部」および「％」は、特に断らない限り質量基準とする。

(プラズマ処理装置）

本発明のプラズマ処理装置は、被処理体にプラズマ処理を行うためのプラズマ処理室と、該プラズマ処理のためのマイク口波を案内するスロット電極と、該プラズマを着火させるためのプラズマを発生させるエネルギー源とを少なくとも有する。

(着火プラズマ発生用エネルギー源）

本発明においては、上記スロット電極によって案内されるマイク口波に基づくプラズマの着火を容易にするための着火プラズマ発生用エネルギー源が配置される。このように着火のためのプラズマ源を配置することにより、上記スロット電極によって案内されるマイクロ波に基づくプラズマの着火が必ずしも容易でない場合に、必要に応じて、この着火プラズマ発生用エネルギー源を動作させることにより、スロット電極によって案内されるマイクロ波に基づくプラズマの着火を促進することができる。

後述するような R L S A (ラジアルラインスロットアンテナ) プラズマを用いる際には、このような着火プラズマエネルギー源の配置が更に有利となる。これは、 R L S Aプラズマは、特に圧力が比較的に低い場合には、着火し難い傾向があるからである。このような着火がやや困難な傾向は、絶縁膜ェツチングに好適な 5 0 m T o r r以下の領域では特に著しい（よって、このような場合に、着火プラズマエネルギー源の配置が特に有効である）。

(着火プラズマ発生用エネルギー源）

着火プラズマ発生用エネルギー源（および又は着火プラズマ源 ) の型、大きさ、配置の位置、数、等は特に制限されない。

本発明のプラズマ処理装置は、少なくとも着火プラズマ発生用ェネルギ一源を有すればよい。すなわち、スロット電極によって案内されるマイクロ波に基づくプラズマの着火を促進することが可能である限り、本発明における着火プラズマ発生用エネルギー源は、ス口ット電極によって案内されるマイク口波に基づくプラズマが発生すべきプラズマ処理室の内部または近傍に配置された「エネルギー源」自体（例えば、コイル）であってもよく、またこのようなエネルギ一源を含む追加的なプラズマ源（例えば、リモートプラズマを発生させるプラズマ源）であってもよい。

(着火プラズマ発生用エネルギー源を配置する態様）

本発明において、着火プラズマ発生用エネルギー源をプラズマ処理室の内部または近傍に配置する場合には、その着火プラズマを発生用のエネルギー源は、スロット電極によって案内されるマイク口波に基づくプラズマ発生の促進が容易な点からは、前記プラズマ処理室を構成する周方向の側壁に沿って配置されることが好ましい。このような態様においては、例えば、該着火プラズマ発生用ェネルギ一源（例えば、プラズマ処理室の周方向の側壁に沿って配置されたコイル等）から供給されるエネルギーにより、プラズマ処理室内のガスがプラズマ化されて着火用プラズマが発生し、このような（スロット電極によって案内されるマイクロ波に基づくプラズマが発生されるべき同じ処理室内における）着火用プラズマの発生に基づき、スロット電極によって案内されるマイクロ波に基づくプラズマ発生が促進される。

(他のプラズマ源が配置される態様）

本発明において、着火用プラズマ発生用エネルギー源は、それ自体でプラズマ源（例えば、リモートプラズマ源）を構成していてもよい。この場合、追加的なプラズマ源は、プラズマ発生用のガスを流すための管状構造と、該管状構造の周囲に配置されたコイルとを含む I C Pプラズマ源であることが好ましい。

このような態様においては、例えば、リモートプラズマ源を構成する管状構造内に供給されたガスに対して、該着火プラズマ発生用エネルギー源（例えば、プラズマ処理室の外部に配置され.たリモートプラズマ源を構成する）からエネルギーが供給されることにより、該着火プラズマ発生用のガスがプラズマ化されて着火用プラズマが発生し、このような着火用プラズマの発生に基づき、プラズマ処理室において、スロット電極によって案内されるマイク口波に基づくプラズマ発生が促進される。

(スロット電極）

本発明において、スロット電極に基づき与えられるべき、好適に使用可能なプラズマの特性は、以下の通りである。

電子温度： 1〜 2 e V

密度： 1 E ^{1 2}〜 1 E ^{1 3}

プラズマ密度の均一性：土 5 %以下

(平面アンテナ部材）

本発明の電子デパイス材料の製造方法においては、複数のスロットを有する平面アンテナ部材（「R L S A」と称される）を介してマイクロ波を照射することにより電子温度が低くかつ高密度なブラズマを形成することができる。本発明においては、このような優れた特性を有するプラズマを用いて種々の処理が可能となるため、プラズマダメージが小さく、かつ低温でも反応性の高いプロセスが可能となる。

(好適な一態様）

図 1の模式断面図に、本発明のプラズマ処理装置の一態様を示す (なお、比較のために、図 2に、従来の平行平板型エッチング装置の概要を示し、図 3に、従来の平行平板型プラズマと、 R L S Aプラズマとのプラズマ密度、プラズマエネルギーの関係を示す）。

(着火シーケンス）

本発明においては、スロット電極によって案内されるマイク口波に基づくプラズマの着火を促進することが可能である限り、着火用プラズマ発生 .停止に関するシーケンスおよび/又はマイクロ波に基づく（メイン）プラズマの着火に関するシーケンスは、特に制限されない。本発明において好適に使用可能な具体的なシーケンスは、以下の通りである。

( 1 ) 着火用プラズマを発生させるエネルギー源からのエネルギ一供給の開始により、スロット電極へのエネルギー供給に基づくプラズマを着火させ、該スロット電極に基づくプラズマの着火後に、前記着火用プラズマ発生用エネルギー源からのエネルギー供給を停止するシーケンス。

( 2 ) 着火用プラズマを発生させるためのガスの供給開始、および着火用エネルギー源からのエネルギー供給の開始により着火用プラズマを発生させ；その後、該スロット電極に基づくプラズマを発生させるためのガスの供給開始、および該スロット電極に基づくプラズマを発生させるためのスロット電極へのエネルギー供給の開始により、スロット電極に基づくプラズマを発生させるシーケンス。

( 3 ) 上記（ 2 ) のシーケンスにおいて、前記スロット電極へのエネルギー供給に基づくプラズマの着火後に、前記着火用ガスの供給、および前記着火用エネルギー源からのエネルギー供給を停止するシーケンス。

(着火シーケンスの一例）

図 4に、本発明において好適に使用可能な着火シーケンスの一例を示す。この図 4のフ口一を、エッチング処理に用いる場合を例にとつて説明する。

図 4を参照して、例えば、 R L S Aプラズマをエッチング処理に用いる場合には、その着火は低圧では、やや困難になる傾向がある。ェツチヤーの場合、 1 0 m T o r r程度のプロセス圧力が必要となる場合が多い。しかしながら、このような圧力下では、通常の R L S Aプラズマ着火方法（すなわち、単に R L S A部材からプラズマ処理室内にマイクロ波を供給する方法）では、プラズマが点火しない場合が比較的多く生ずる可能性がある。よって、ここで着火プラズマ源（この例では I C Pプラズマ源）を動作させて I C Pブラズマを生じさせ、その後に R L S Aプラズマを着火させると、極めて容易に、種々の処理に好適な R L S Aプラズマが着火する。

この際のシーケンスの概要は、以下の通りである。

( 1 ) 着火用のガス（例えば、アルゴン）をプラズマ処理室内に流す。

( 2 ) メインのプロセスガス（例えば、 C F₄ ) をプラズマ処理室内に流す。

( 3 ) 着火用のガス流が安定したら、着火用の I C P電源を投入する。

( 4 ) 着火用の I C Pプラズマを発生させる。

( 5 ) プラズマ生成用電源を投入する。

( 6 ) R L S Aプラズマが着火する。

( 7 ) R L S Aブラズマの着火が完了したら、着火用 I C P電源を O F F とし、着火用プラズマを消灯する。

(詳細な構成）

以下、図 1等を参照しつつ、上記態様の例示的なマイクロ波ブラズマ装置 1 0 0について説明する。なお、各図において同一の参照符号は同一部材を表している。従来のマイクロ波は 1〜 1 0 0 GH zの周波数をいうが、本発明のマイクロ波はこれに限らず、およそ 4 0 0 MH z〜： L O O GH zのものをレ、う。ここで、図 1 は、マイクロ波プラズマ装置 1 0 0の概略ブロック図である。本態様のマイクロ波プラズマ装置 1 0 0は、マイクロ波源 1 0 と反応ガス供給ノズル 5 0 と真空ポンプ 6 0 とに接続され、アンテナ収納部材 2 0 と、第 1の温度制御装置 3 0 と、処理室 4 0 と、第 2の温度制御装置 7 0 とを有している。マイクロ波源 1 0は、例えば、マグネトロンからなり、通常 2. 4 5 GH zのマイクロ波（例えば、 5 kW) を発生することができる（マイクロ波は、その後、図示しないモード変換器により伝送形' 態が TM、 T E又は T EMモードなどに変換される）。なお、図 1 では、発生したマイクロ波がマグネトロンへ戻る反射波を吸収するアイソレータゃ、負荷側とのマッチングをとるための E Hチューナ又はスタブチューナは省略されている。

アンテナ収納部材 2 0には波長短縮部材 2 2が収納され、波長短縮部材 2 2に接触してスロット電極 2 4がアンテナ収納部材 2 0の底板として構成されている。アンテナ収納部材 2 0には熱伝導率が高い材料（例えば、アルミニウム）が使用されており、また、後述するように、温調板 3 2 と接触している。従って、アンテナ収納部材 2 0の温度は温調板 3 2の温度と略同じ温度に設定される。

(着火プラズマ源）

本発明のこの態様においては、図 1に示すように、前記プラズマ処理室を構成する周方向の側壁に沿って、着火プラズマ源（例えば、 I C Pプラズマ源） 1 1 0が配置される。

波長短縮部材 2 2には、マイクロ波の波長を短くするために所定の誘電率を有する材料が選ばれる。処理室 4 0に導入されるプラズマ密度を均一にするには、後述するスロット電極 2 4に多くのスリット 2 5を形成する必要がある。波長短縮部材 2 2は、スロット電極 2 4に多くのスリット 2 5を形成することを可能にする機能を有する。波長短縮部材 2 2 としては、例えば、アルミナ系セラミック A 1₂ O₃ 、 S i N、 A 1 Nを使用することができる。例えば、 A I Nは比誘電率 ε t が約 9であり、波長短縮率 η = ΐ Ζ ( _ε t ) 1 / 2 = 0. 3 3である。これにより、波長短縮部材 2 2を通過したマイクロ波の速度は 0. 3 3倍となり波長も 0. 3 3倍となり、後述するスロット電極 2 4 のスリット 2 5 の間隔を短くすることができ、より多くのスリット 2 5が形成されることを可能にしている。スロット電極 2 4は、波長短縮部材 2 2にねじ止めされており、例えば、直径 5 0 c m、厚さ 1 m m以下の円筒状銅板から構成される。スロット電極 2 4は、図 5に示すように、中心から少し外側へ、例えば、数 c m程度離れた位置から開始されて多数のスリット 2 5が渦卷状に次第に周縁部に向けて形成されている。

図 5においては、スリット 2 5は、 2回渦卷されている。本態様では、略 T字状にわずかに離間させて配置した一対のスリット 2 5 A及び 2 5 Bを組とするスリット対を上述したように配置することによってスリット群を形成している。各スリット 2 5 A、 2 5 Bの長さ L 1はマイクロ波の管内波長えの略 1 Z 1 6から 1 / 2の範囲内に設定されると共に幅は 1〜 3 m m程度に設定され、スリット渦巻の外輪と内輪との間隔 L 2は僅かな調整はあるが管内波長 λ と略同一の長さに設定されている。即ち、スリットの長さ L 1 は、次の式で示される範囲内に設定される。

(数 1 ) t:比誘電率

このように各スリット 2 5 A、 2 5 Bを形成することにより、処理室 4 0には均一なマイクロ波の分布を形成することが可能になる。渦卷状スリットの外側であつて円盤状スロット電極 2 4の周縁部にはこれに沿って幅数 m m程度のマイク口波電力反射防止用放射素子 2 6が形成される場合もある。これにより、スロット電極 2 4のァンテナ効率を上げている。なお、本態様のスロット電極 2 4 のスリットの模様は単なる例示であり、任意のスリット形状（例えば、 L字状など）を有する電極をスロット電極として利用することができることはレヽうまでもない。

ァンテナ収納部材 2 0には第 1の温度制御装置 3 0が接続されている。第 1 の温度制御装置 3 0は、マイクロ熱によるアンテナ収納部材 2 0及びこの近傍の構成要素の温度変化が所定の範囲になるように制御する機能を有する。第 1の温度制御装置 3 0は、図 6に示すように、温調板 3 2 と、封止部材 3 4 と、温度センサ 3 6 とヒータ装置 3 8 とを有し、水道などの水源 3 9から冷却水を供給される。制御の容易性から、水源 3 9から供給される冷却水の温度は恒温であることが好ましい。温調板 3 2は、例えば、銅など熱伝導率がよく、流路 3 3を加工しやすい材料が選択される。流路 3 3は、例えば、矩形状の温調板 3 2を縦横に貫通し、ねじなどの封止部材 3 4を貫通孔にねじ込むことによって形成することができる。もちろん、図 6に拘らず、温調板 3 2 と流路 3 3それぞれは任意の形状を有することができる。冷却水の代わりに他の種類の冷媒（アルコール、ガルデン、フロン等）を使用することができるのはもちろんである。

温度センサ 3 6は、 P T Cサーミスタ、赤外線センサなど周知のセンサを使用することができる。なお、熱電対も温度センサ 3 6使用することができるが、マイクロ波の影響を受けないように構成することが好ましい。温度センサ 3 6は流路 3 3に接続してもよいし、接続していなくてもよい。代替的に、温度センサ 3 6は、アンテナ収納部材 2 0、波長短縮部材 2 2及び Z又はスロット電極 2 4の温度を測定してもよい。

ヒータ装置 3 8は、例えば、温調板 3 2の流路 3 3に接続された水道管の周りに巻かれたヒータ線などとしてから構成される。ヒ一タ線に流れる電流の大きさを制御することによつて温調板 3 2の流路 3 3を流れる水温を調節することができる。温調板 3 2は熱伝導率が高いので流路 3 3を流れる水の水温と略同じ温度に制御されることができる。

温調板 3 2はアンテナ収納部材 2 0に接触しており、ァンテナ収納部材 2 0 と波長短縮部材 2 2は熱伝導率が高い。この結果、温調板 3 2の温度を制御することによつて波長短縮部材 2 2 とスロット電極 2 4の温度を制御することができる。

波長短縮部材 2 2 とスロット電極 2 4は、温調板 3 2などがなければ、マイクロ波源 1 0の電力（例えば、 5 k W )を長時間加えることにより、波長短縮部材 2 2 とスロット電極 2 4での電力ロスから電極自体の温度が上昇する。この結果、波長短縮部材 2 2 とスロット電極 2 4が熱膨張して変形する。

例えば、スロット電極 2 4は、熱膨張により最適なスリット長さが変化して後述する処理室 4 0内における全体のプラズマ密度が低下したり部分的にプラズマ密度が集中したりする。全体のプラズマ密度が低下すれば半導体ゥハ Wの処理速度が変化する。その結果、プラズマ処理が時間的に管理して、所定時間（例えば、 2分）経過すれば処理を停止して半導体ゥハ Wを処理室 4 0から取り出すというように設定した場合、全体のプラズマ密度が低下すれば所望の処理（エッチング深さや成膜厚さ）が半導体ウェハ wに形成されていない場合がある。また、部分的にプラズマ密度が集中すれば、部分的に半導体ウェハ Wの処理が変化してしまう。このようにスロット電極 2 4が温度変化により変形すればプラズマ処理の品質が低下する。

更に、温調板 3 2がなければ、波長短縮部材 2 2 とスロット電極 2 4の材質が異なり、また、両者はねじ止めされているから、スロット電極 2 4が反ることになる。この場合も同様にプラズマ処理の品質が低下することが理解されるであろう。一方、スロット電極 2 4は、温度が一定であれば高温下に配置されても、変形を生じない。また、プラズマ処理装置においては、処理室 4 0に水分が液状又は霧状で存在すれば半導体ゥニハ Wの膜中に不純物として混入されることになるためできるだけ温度を上げておく必要がある。また、処理室 4 0 と後述する誘電体 2 8 との間を密封するォーリング 9 0などの部材は 8 0乃至 1 0 0 °C程度の耐熱性を有することを考慮すると、温調板 3 2 (即ち、スロット電極 2 4 ) は、例えば、 7 0 °Cを基準に ± 5 °C程度となるように制御される。 7 0 °Cなどの設定温度と ± 5 °Cなどの許容温度範囲は要求される処理や構成部材の耐熱性その他によって任意に設定することができる。

この場合、第 1の温度制御装置 3 0は、温度センサ 3 6の温度情報を得て、温調板 3 2 の温度が 7 0 °C ± 5 °Cになるようにヒータ装置 3 8に供給する電流を（例えば、可変抵抗などを使用して）制御する。スロット電極 2 4は、 7 0 °Cで使用されることを前提に、即ち、 7 0 °Cの雰囲気下に置かれた時に最適なスリット長さを有するように設計される。代替的に、温度センサ 3 6が温調板 3 2に配置される場合には、温調板 3 2カゝらスロット電極 2 4へあるいはこの逆へ熱が伝搬するには時間がかかるから 7 0 °C ± 1 0 °Cにするなどより広い許容範囲を設定してもよい。

第 1 の温度制御装置 3 0は、最初は、室温下に置かれた温調板 3 2の温度は 7 0 °Cよりも低いからヒータ装置 3 8を最初に駆動して水温を 7 0 °C程度にして温調板 3 2に供給してもよい。代替的に、マイクロ熱による温度上昇を 7 0 °C付近になるまで温調板 3 2に水を流さなくてもよい。従って、図 6に示す例示的な温度制御機構は水源 3 9からの水量を調節するマスフローコントローラと開閉弁とを含んでいてもよい。温調板 3 2 の温度が 7 5 °Cを超えた場合には、例えば、 1 5 °C程度の水を水源 3 9から供給して温調板 3 2の冷却を開始し、その後、温度センサ 3 6が 6 5 °Cを示したときにヒータ装置 3 8を駆動して温調板 3 2の温度が 7 0 °C ± 5 °Cになるように制御する。第 1の温度制御装置 3 0は、上述のマスフローコントローラと開閉弁を利用することによって、例えば、 1 5 °C程度の水を水源 3 9から供給して温調板 3 2の冷却を開始し、その後、温度センサ 3 6が 7 0 °Cを示したときに水の供給を停止するなど様々な制御方法を採用することができる。

このように、第 1 の温度制御装置 3 0は、波長短縮部材 2 2 とスロット電極 2 4が所定の設定温度を中心とする所定の許容温度範囲になるように温度制御をするという点でこれらを設定せずに単に冷却するといぅ特開平 3 — 1 9 1 0 7 3号の冷却手段と相違する。これにより、処理室 4 0における処理の品質を維持することができる。例えば、スロット電極 2 4は、 7 0 °Cの雰囲気下に置かれた時に最適なスリット長さを有するように設計された場合に、これを単に 1 5 °C程度に冷却するだけでは最適な処理環境を得るのに無意味であることが理解されるであろう。

また、第 1 の温度制御装置 3 0は、温調板 3 2を流れる水の温度を制御することによつて波長短縮部材 2 2 とスロット電極 2 4の温度を同時に制御している。これは、温調板 3 2、アンテナ収納部材 2 0及び波長短縮部材 2 2を熱伝導率の高い材料で構成したことによるものである。かかる構成を採用することにより、これら 3つの温度制御を 1 の装置で兼用することができるので複数の装置を要しない点で装置全体の大型化とコストアップを防止することができる。なお、温調板 3 2は、温調手段の単なる一例であり、冷却ファンなどその他の冷却手段を採用することができることはいうまでもない次に、図 7を参照して、第 3の温度制御装置 9 5について説明する。ここで、図 7は、第 3の温度制御装置 9 5を説明するための部分拡大断面図である。第 3の温度制御装置 9 5は、誘電体 2 8の周辺を冷却水や冷媒等を利用して温度制御するものである。第 3の温度制御装置 9 5は、第 1 の温度制御装置のように、温度センサ、ヒータ装置を利用して同様に構成することができるのでその詳細な説明は省略する。

本態様では、温調板 3 2 とァンテナ収納部材 2 0は別個の部材であつたが、温調板 3 2の機能をアンテナ収納部材 2 0にもたせてもよい。例えば、アンテナ収納部材 2 0の上面及び/又は側面に流路 3 2を形成することによりァンテナ収納部材 2 0を直接冷却することができる。また、図 8に示すように、アンテナ収納部材 2 0の側面に流路 3 3に類似の流路 9 9を有する温調板 9 8を形成すれば、波長短縮部材 2 2 とスロット電極 2 4 とを同時に冷却することも可能である。ここで、図 8は、図 1 に示すマイクロ波プラズマ装置 1 0 0の温調板 3 2の変形例を示す部分拡大断面図である。また、スロット電極 2 4の周囲に温調板を設けたり、若しくは、スリット 2 5の配置を妨げないようにス口ット電極 2 4 自体に流路を形成することもできる。

誘電体 2 8はスロット電極 2 4 と処理室 4 0 との間に配置されている。スロット電極 2 4 と誘電体 2 8は、例えば、ロウにより強固にかつ機密に面接合される。代替的に、焼成されたセラミック製の誘電体 2 8の裏面に、スクリーン印刷などの手段により銅薄膜を、スリットを含むスロット電極 2 4の形状にパターン形成して、これを焼き付けるように銅箔のスロット電極 2 4を形成してもよい。誘電体 2 8 と処理室 4 0はォーリング 9 0によって接合されている。誘電体 2 8の周辺を例えば 8 0 °C乃至 1 0 0 °Cに温調する第 3の温度制御装置 9 5が設けられる場合には、図 7に示すように構成される。第 3の温度制御装置 9 5は温調板 3 2 と同様に誘電体 2 8を取り囲む流路 9 6を有している。このように第 3の温度制御装置は、ォーリング 9 0の近傍に設けられているため、誘電体 2 8及びスロット電極 2 4を温調すると共にォーリング 9 0の温調も効果的に行うことができる。誘電体 2 8は、窒化アルミニウム（A 1 N ) などからなり、減圧又は真空環境にある処理室 4 0 の圧力がスロット電極 2 4に印加されてスロット電極 2 4が変形したり、スロット電極 2 4が処理室 4 0に剥き出しになつてスパッタされたり銅汚染を発生したりすることを防止している。必要があれば、誘電体 2 8 を熱伝導率の低い材質で構成することによって、スロット電極 2 4が処理室 4 0の温度により影響を受けるのを防止してもよい。

選択的に、誘電体 2 8は、波長短縮部材 2 2 と同様に、熱伝導率の高い材質（例えば、 A 1 N ) で形成することができる。この場合は、誘電体 2 8の温度を制御することによってスロット電極 2 4の温度制御を行うことができ、スロット電極 2 4を介して波長短縮部材 2 2の温度制御を行うことができる。この場合、誘電体 2 8の内部にマイクロ波の処理室 4 0への導入を妨げないように流路を形成することも可能である。なお、上述した温度制御は任意に組み合わせることもできる。

処理室 4 0は、側壁や底部がアルミニウムなどの導体により構成されて、全体が筒状に成形されており、内部は後述する真空ポンプ 6 0により所定の減圧又は真空密閉空間に維持されることができる。処理室 4 ◦内には、熱板 4 2 とその上に被処理体である半導体ゥヱハ Wが収納されている。なお、図 1においては、半導体ウェハ W を固定する静電チャックやクランプ機構などは便宜上省略されている。熱板 4 2は、ヒータ装置 3 8 と同様の構成を有して、半導体ゥェハ Wの温度制御を行う。例えば、プラズマ C V D処理においては、熱板 4 2は、半導体ウェハ Wを例示的に約 4 5 0 °Cに加熱する。また、プラズマエッチング処理においては、熱板 4 2は、半導体ゥェハ Wを例示的に約 8 0 °C以下に加熱する。熱板 4 2によるこれらの加熱温度はプロセスにより異なる。いずれにしろ、熱板 4 2は、半導体ウェハ Wに不純物としての水分が付着 ' 混入しないように半導体ウェハ Wを加熱する。第 2の温度制御装置 7 0は、熱板 4 2の温度を測定する温度センサ 7 2が測定した温度に従って熱板 4 2に流れる加熱用電流の大きさを制御することができる。

処理室 4 0の側壁には、反応ガスを導入するための石英パイプ製ガス供給ノズル 5 0 が設けられ、このノズル 5 0は、ガス供給路 5 2によりマスフローコントローラ 5 4及び開閉弁 5 6を介して反応ガス源 5 8に接続されている。例えば、窒化シリコン膜を堆積させようとする場合には、反応ガスとして所定の混合ガス（即ち、ネオン，キセノン、アルゴン、ヘリウム、クリプトンのいずれかに N 2 と H 2を加えたもの）に N H ₃ や S i H ₄ ガスなどを混合したものが選択されることができる。

真空ポンプ 6 0は、処理室 4 0の圧力を所定の圧力（例えば、 0 . 1乃至数 1 0 m T 0 r r ) まで真空引きすることができる。なお、図 1においては、排気系の詳細な構造も省略されている。

次に、以上のように構成された本態様のマイクロ波プラズマ処理装置 1 0 0の動作について説明する。まず、通常処理室 4 0の側壁に設けられている図示しないゲートバルブを介して半導体ゥェハ W を搬送アームにより処理室 4 0に収納する。その後、図示しないリフタピンを上下動させることによつて半導体ゥヱハ Wを所定の載置面に配置する。次に、処理室 4 0内を所定の処理圧力、例えば、 5 0 m T o r r に維持してノズル 5 0から、例えば、ヘリウム、窒素及び水素の混合ガスに N H 3を更に混合した一以上の反応ガス源 5 8からマスフローコントローラ 5 4及び開閉弁 5 6を介して流量制御しつつ処理室 4 0に導入される。

処理室 4 0 の温度は 7 0 °C程度になるように第 2の温度制御装置 7 0 と熱板 4 2により調整される。また、第 1の温度制御装置 3 0 は、温調板 3 2 の温度が 7 0 °C程度になるようにヒータ装置 3 8を制御する。これにより、温調板 3 2を介して波長短縮部材 2 2 とスロット電極 2 4 の温度も 7 0 ^DC程度に維持される。スロット電極 2 4は 7 0 °Cで最適のスリット長を有するように設計されている。また、スロット電極 2 4は ± 5 °C程度の温度誤差が許容範囲であるということが予め分かっているものとする。プラズマが発生する際には、スロット電極がプラズマによる熱で加熱されるのでスロットも所定の温度以下になった時にマイクロ波を供給するようにしてブラズマ立上げ時の熱を抑制するように制御してもよい。

一方、マイクロ波源 1 0からのマイクロ波を図示しない矩形導波管や同軸導波管などを介してアンテナ収納部材 2 0内の波長短縮部材 2 2に、例えば、 T E Mモードなどで導入する。波長短縮部材 2 2を通過したマイクロ波はその波長が短縮されてスロット電極 2 4 に入射し、スリット 2 5から処理垒 4 0に誘電体 2 8を介して導入される。波長短縮部材 2 2 とスロット電極 2 4は温度制御されているので、熱膨張などによる変形はなく、スロット電極 2 4は最適なスリット長さを維持することができる。これによつてマイク口波は、均一に（即ち、部分的集中なしに）かつ全体として所望の密度で (即ち、密度の低下なしに）処理室 4 0に導入されることができる継続的な使用により、温調板 3 2の温度が 7 5 °Cよりも上昇すれば第 1の温度制御装置 3 0は水源 3 9 より 1 5 °C程度の冷却水を温調板 3 2に導入することによりこれを 7 5 °C以内になるように制御する。同様に、処理開始時や過冷却により温調板 3 2の温度が 6 5 °C以下になれば第 1 の温度制御装置 3 0はヒータ装置 3 8を制御して水源 3 9から温調板 3 2に導入される水温を上げて温調板 3 2の温度を 6 5 °C以上にすることができる。

一方、温調板 3 2による過冷却によつて処理室 4 0の温度が所定温度以下になつたことを温度センサ 7 2が検知すれば、水分が不純物としてウェハ Wに付着 '混入することを防ぐため第 2の温度制御装置 7 0は熱板 4 2を制御して処理室 4 0の温度を制御することができる。

その後、マイクロ波は、反応ガスをプラズマ化して成膜処理を行う。成膜処理は、例えば、予め設定された所定時間だけ行われてその後、半導体ゥヱハ Wは上述の図示しないゲートバルブから処理室 4 0の外へ出される。処理室 4 0には所望の密度のマイクロ波が均一に供給されるのでウェハ Wには所望の厚さの膜が均一に形成されることになる。また、処理室 4 0の温度は水分などがウェハ Wに混入することのない温度に維持されるので所望の成膜品質を維持することができる。

以上、本発明の好ましい態様を説明したが、このような態様は、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本発明のマイクロ波プラズマ処理装置 1 0 0は電子サイクロトロン共鳴の利用を妨げるものではないため、所定の磁場を発生させるコィルなどを有してもよい。また、本態様のマイクロ波プラズマ処理装置 1 0 0はプラズマ処理装置として説明されているが、マイクロ波プラズマ処理装置 1 0 0は半導体ゥヱハ Wをエッチングしたりクリ一ユングしたりする場合にも使用することができることはいうまでもない。更に、本発明で処理される被処理体は半導体ウェハに限られず、 L C D (液晶デバイス）用基材などを含むものである。

(他の態様）

図 9の模式断面図に、本発明で好適に使用可能な他の構成を示す。この図 9においては、プラズマ処理室の側壁内に、着火用プラズマ源が配置されている以外は、図 1 に示した態様と同様である。このような図 9の着火用プラズマ源は、この図に示すように、着火用プラズマ発生のためのエネルギー源であることが好ましい。

図 1 0の模式断面図に、本発明で好適に使用可能な他の構成を示 · す。この図 1 0においては、着火用プラズマ源がリモートプラズマ源として配置されている以外は、図 1に示した態様と同様である。このような図 1 0の着火用プラズマ源は、この図に示すように、リモートプラズマ発生用の I C Pプラズマ源であることが好ましい。産業上の利用可能性

上述したように本発明によれば、電子デパイスの製造において好適に使用可能な、より選択性の高い（プラズマエネルギーが比較的に低い）プラズマを与えることができるプラズマ処理装置が提供される。

Claims

1 . 被処理体にプラズマ処理を行うためのプラズマ処理室と、該プラズマ処理のためのマイクロ波を案内するスロット電極と、該プラズマを着火させるためのエネルギー源とを有することを特徴とするプラズマ処理装置。

冑

2 . 前記スロット電極が、複数のスロットを有する平面アンテナ ( R L S A ) 部材を含む請求項 1 に記載のプラズマ処理装置。

の

3 . 前記プラズマを着火させるためのエネルギー源が、リモートプラズマ源である請求項 1または 2に記載のプラズマ処理装置。

4 . 前記リモートプラズマ源が、管状構囲造と、該管状構造の周囲に配置されたコイルとを含む請求項 3に記載のプラズマ処理装置。

5 . 前記プラズマを着火させるためのエネルギー源が、前記ブラズマ処理室を構成する周方向の側壁に沿って配置される請求項 1 または 2に記載のプラズマ処理装置。

6 . 前記プラズマを着火させるためのエネルギー源が、前記ブラズマ処理室を構成する周方向の側壁に沿って配置されたコイルを含み、且つ、該コイルから供給されるエネルギーにより前記プラズマ処理室内のガスがプラズマ化される請求項 5に記載のプラズマ処理

7 . 被処理体にプラズマ処理を行うためのプラズマ処理室と、該プラズマ処理のためのマイク口波を案内するスロット電極と、該プラズマを着火させるためのプラズマを着火させるためのエネルギー源とを有するプラズマ処理装置を用いて、前記被処理体をプラズマ処理するに際し；

前記プラズマを着火させるためのエネルギー源への電力供給の開始により、前記スロット電極への電力供給に基づくプラズマを着火させ、該プラズマの着火後に、前記着火させるためのエネルギー源への電力供給を停止することを特徴とするプラズマ処理方法。

8 . 前記着火させるためのエネルギー源へのガスの供給開始、前記スロット電極に基づくプラズマを発生させるためのガスの供給開始、および前記着火させるためのエネルギー源への電力供給の開始、その後、前記スロット電極への電力供給の開始により、スロット電極に基づくプラズマを発生させる請求項 8に記載のプラズマ処理方法。

9 . 前記ス口ット電極への電力供給に基づくプラズマの着火後に、前記着火させるためのエネルギー源へのガスの供給、および前記着火させるためのエネルギー源への電力供給を停止する請求項 7または 8に記載のプラズマ処理方法。