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WO1998033362A1 - Plasma device - Google Patents

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WO1998033362A1
WO1998033362A1 PCT/JP1998/000364 JP9800364W WO9833362A1 WO 1998033362 A1 WO1998033362 A1 WO 1998033362A1 JP 9800364 W JP9800364 W JP 9800364W WO 9833362 A1 WO9833362 A1 WO 9833362A1
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plasma
dielectric plate
container
antenna
space
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PCT/JP1998/000364
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English (en)
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Inventor
Tadahiro Ohmi
Takahisa Nitta
Masaki Hirayama
Haruyuki Takano
Ryu Kaiwara
Original Assignee
Tadahiro Ohmi
Takahisa Nitta
Masaki Hirayama
Haruyuki Takano
Ryu Kaiwara
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    • H01L21/31675—Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass formed by oxidation of semiconductor materials, e.g. the body itself of anodic oxidation of silicon
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Definitions

  • the present invention relates to a plasma device.
  • FIG. 43 shows a schematic diagram of a conventional magnetron plasma etching apparatus using a dipole ring magnet.
  • FIG. 43 (a) shows the state during etching
  • FIG. 43 (b) shows the state during substrate transfer.
  • 4301 is a vacuum vessel
  • 4302 is electrode I
  • 4303 is a substrate
  • 4304 is a gas inlet
  • 4305 is a shower plate
  • 4306 is a dipole.
  • Ring magnet 4307 is a bellows
  • 4308 is a perforated plate
  • 4309 is a gate valve
  • 4310 is a substrate transfer port
  • 4311 is a gas exhaust port
  • 4 3 12 is a vacuum pump
  • 4 3 13 is a matching circuit
  • 4 3 14 is a high frequency power supply.
  • the raw material gas introduced from the gas inlet 4304 during etching is Emitted from a number of pores at rate 4305.
  • This source gas and the reaction product gas released from the substrate surface by the etching reaction pass through the side of the electrode I 432, the porous plate 430, the gas exhaust port 431, and the exhaust pump 43. Exhausted to the outside by 1 2.
  • the perforated plate 4308 reduces the conductance of the gas between the space above the substrate 4303 and the gas exhaust port 4311, and the gas substantially rotates the space above the substrate 4303 in the rotational direction. It is provided for the purpose of making the fluid flow evenly.
  • the conductance of the gas between the space above the substrate 433 and the gas exhaust port 431 is necessarily limited. As a result, there was a problem that a large amount of gas could not flow. For this reason, high-speed etching on a large-diameter substrate has a problem that the etching rate is reduced and the etching shape is deteriorated.
  • the position of the electrode I 4302 is lowered as shown in FIG. 43 (b), and the substrate is transported through the gate valve 4309 and the substrate transfer port 4310 using an external substrate transfer mechanism. Is transported. In order to move the electrode I 4 302, a bellows 4 3 0 7 is required.
  • a device using electron cyclotron resonance can be cited.
  • This device can excite high-density and uniform plasma on the substrate, but locally excites high-density plasma and spreads it over a wide area in the vessel to spread it uniformly on the object. Because of the supply method, it was difficult to install a shower plate, and it was difficult to quickly remove the reaction by-product gas.
  • the present invention is applicable to a large area with a low plasma potential in a narrow space inside the container. Exciting uniform high-density plasma and employing a mechanism equivalent to a shower plate enables uniform supply of raw material gas and high-speed removal of reaction by-product gas. It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus which can uniformly form a high-quality thin film at a low temperature and a high speed and can be used for an etching plasma process and other plasma processes. Disclosure of the invention
  • the plasma device of the present invention has a container whose inside can be depressurized and a part of which is constituted by a first dielectric plate made of a material capable of transmitting microwaves with substantially no loss;
  • a gas supply system for supplying a source gas required to excite plasma in the container
  • An exhaust system for exhausting the source gas supplied into the container and depressurizing the interior of the container
  • An antenna for radiating a microphone mouth wave comprising a slot plate and a waveguide dielectric, which is disposed facing an outer surface of the first dielectric plate;
  • An electrode for holding the object to be processed arranged inside the container
  • a plasma apparatus for performing plasma processing on an object to be processed by arranging a microphone mouth wave radiation surface of the antenna and a surface of the object to be subjected to plasma processing substantially in parallel and facing each other,
  • Wall of the container other than the first dielectric plate is 3. 7 X 1 0 7 ⁇ - 1 ⁇ m- 1 or more inner or or wall portion is a member made of a material having a conductivity Covered with the member,
  • the thickness of the member is [1]
  • the conductivity of the member is subtracted
  • the magnetic permeability of vacuum is // Q
  • the angular frequency of the microphone mouth wave emitted from the antenna is ⁇
  • the above d is characterized by being larger than (2 ⁇ ⁇ ) 1 .
  • the inside can be decompressed, and a part of A container constituted by a first dielectric plate made of a material which can be transmitted substantially without loss, a gas supply system for supplying a raw material gas necessary for exciting plasma in the container, and a supply in the container
  • An exhaust system for exhausting the exhausted raw material gas and depressurizing the inside of the container, and a microwave comprising a slot plate and a waveguide dielectric disposed on the outer surface of the first dielectric plate.
  • an electrode for holding the object disposed inside the container, and performing a plasma treatment of the microwave radiation surface of the antenna and the object.
  • a plasma apparatus is used which is disposed so as to face the surface substantially in parallel and performs plasma processing on the object to be processed.
  • the power density of the microwave input is set to 1.2 W. / cm "or more That. The by such conditions in the plasma can be generated stably.
  • the plasma apparatus of the present invention includes an electrode I in a vacuum vessel, and mounts a substrate to be processed using plasma so as to be in contact with the electrode I, for the purpose of applying a magnetic field to the plasma.
  • Magnetic field applying means I and II are provided outside the vacuum vessel, and at least a part of the gas introduced into the vacuum vessel is exhausted through a space between the magnetic field applying means I and II.
  • the plasma apparatus of the present invention includes two parallel plate-type electrodes I and II in a vacuum vessel, and mounts a substrate to be processed using plasma so as to be in contact with the electrodes I or II. It has means for applying a magnetic field into the plasma, and the electrode II comprises a central part and an outer peripheral part connected to a high-frequency power supply that can be controlled independently of the high-frequency power supply connected to the electrode I. It is characterized by having been done.
  • the plasma apparatus of the present invention is characterized in that an exhaust space formed directly connected to a suction port of a vacuum pump is provided on a side of a film formation space above a substrate.
  • the plasma apparatus of the present invention has a container whose inside can be decompressed and a part of which is constituted by a first dielectric plate made of a material capable of transmitting microphone mouth waves with substantially no loss;
  • a gas supply system for supplying a source gas necessary for exciting plasma in the container.
  • An exhaust system for exhausting the source gas supplied into the container and depressurizing the interior of the container;
  • An antenna for radiating a microphone mouth wave comprising a slot plate and a waveguide dielectric, which is disposed facing an outer surface of the first dielectric plate;
  • An electrode for holding the object to be processed arranged inside the container
  • a plasma apparatus for performing plasma processing on the object by arranging a microphone mouth wave radiation surface of the antenna and a surface of the object on which plasma processing is performed substantially in parallel and facing each other,
  • An evacuation space formed directly connected to a suction port of a vacuum pump is provided on a side of the film formation space above the substrate.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view showing an example of a radial 'line' slot 'antenna used in the apparatus of FIG.
  • Figure 3 shows the results of the plasma ignition experiment according to Example 1, and shows the dependence of the microwave power and the chamber material.
  • FIG. 4 shows the results of the plasma ignition experiment according to Example 1, and shows the dependence of the thickness of the plating layer and the microphone mouth wave frequency.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the apparatus according to the first embodiment, showing a case where a plating layer is provided on the inner surface of the chamber.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the apparatus according to the first embodiment, showing a case where the inner surface of the chamber is covered with a plate made of a predetermined material.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the device according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is an enlarged view of a region A in FIG. 7, and shows a case where the metal thin film 114 is provided in a region where the first dielectric plate is in contact with the first 0-ring and vacuum-sealed.
  • FIG. 9 is an enlarged view of a region A in FIG. 7, and shows a case where the first O-ring itself is covered with a metal thin film 115.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the device according to the third embodiment.
  • FIG. 11 is a graph illustrating a saturated ion current density according to the third embodiment.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 13 is an enlarged view of a region B in FIG.
  • FIG. 14 is a graph illustrating a saturated ion current density according to the fifth embodiment.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of the device according to the seventh embodiment.
  • FIG. 16 is a schematic diagram of a jig used in Example 7 to confirm the presence / absence of plasma excitation.
  • FIG. 17 is a graph showing the relationship between the probe voltage and the probe current according to the seventh embodiment.
  • FIG. 18 is a graph showing the relationship between the minimum discharge power and the Ar pressure according to the seventh embodiment.
  • FIG. 19 is a partial cross-sectional view of the device according to the eighth embodiment, showing a case where a shielding plate is used.
  • FIG. 20 is a partial plan view of the device according to the eighth embodiment, showing a case where the slot is downsized.
  • FIG. 21 is a graph showing a saturated ion current density according to Example 8.
  • FIG. 22 is a partial cross-sectional view of the device according to the ninth embodiment.
  • FIG. 23 is a partial cross-sectional view of the device according to the tenth embodiment.
  • FIG. 24 is a cross-sectional view of the device according to the eleventh embodiment.
  • FIG. 25 is a cross-sectional view of the device according to Example 12.
  • FIG. 26 is a graph showing the relationship between the deposition rate of the polymer film according to Example 12 and the inner wall temperature of the chamber.
  • FIG. 27 is a cross-sectional view of the device according to the thirteenth embodiment.
  • FIG. 28 is a schematic diagram showing a system in which a stage docker method is used for recovery and reuse of fluorocarbon-based gas according to Embodiment 14.
  • FIG. 29 is a graph showing the relationship between the average coupling energy of the fluorine-based gas and its plasma parameters according to Example 15.
  • FIG. 30 shows A 1F according to Example 15; / M g F alloy by plasma irradiation Is a graph showing the main temporary evaluation results, (a) shows the NF 3 plasma irradiation before, (b) is
  • FIG. 31 is a graph showing the distribution of the saturated ion current density according to Example 16.
  • FIG. 32 is a graph showing the distribution of the electron temperature according to Example 16.
  • FIG. 33 is a graph showing the distribution of electron density according to Example 16.
  • FIG. 34 is a schematic diagram of a system for measuring an ion current distribution according to Example 16.
  • FIG. 35 is a schematic diagram illustrating a structure of a single probe used for measurement of electron temperature and electron density according to Example 16.
  • FIG. 36 is a graph showing the results of plasma etching in Example 17.
  • FIG. 37 is a schematic diagram showing a cross-sectional view of the element according to Example 18 together with a measurement system of the withstand voltage of the element.
  • FIG. 38 is a graph showing the results of the withstand voltage in Example 18.
  • FIG. 37 is a graph showing the results of analyzing the chemical bonding state of the Si surface of the silicon nitride film according to Example 28 using an X-ray photoelectron spectrometer.
  • FIG. 40 is a schematic diagram showing a cross-sectional view of the device according to Example 28 and a measurement system of the amount of charge injected into the device for breakdown.
  • FIG. 41 is a graph showing the result of the charge injected into the dielectric breakdown in Example 28.
  • FIG. 42 is a graph showing the results of X-ray diffractometry in Example 29.
  • FIG. 43 is a schematic diagram of a conventional magnetron plasma etching apparatus.
  • FIG. 44 is a schematic view showing an example of the plasma device according to the present invention.
  • FIG. 45 is a plan view showing an example of the plasma device according to the present invention.
  • FIG. 46 is a plan view showing an example of the plasma device according to the present invention.
  • FIG. 47 is a plan view showing an example of the plasma device according to the present invention.
  • FIG. 48 is a plan view showing an example of the plasma device according to the present invention.
  • FIG. 49 is a plan view showing an example of the plasma device according to the present invention.
  • FIG. 50 is a plan view showing an example of the plasma processing apparatus according to the present invention.
  • FIG. 51 is a plan view showing an example of the plasma processing apparatus according to the present invention.
  • FIG. 52 is a plan view showing an example of the plasma processing apparatus according to the present invention.
  • FIG. 53 is a plan view showing an example of the plasma device according to the present invention.
  • FIG. 54 is a plan view showing an example of the plasma device according to the present invention.
  • FIG. 55 is a diagram showing an example of a means for applying a high frequency to the electrode II.
  • FIG. 56 is a diagram showing an example of a means for applying a high frequency to the electrode II.
  • FIG. 57 is a graph comparing the displacements of the present embodiment and the conventional example.
  • FIG. 58 is a view showing a flow of pattern production of the present example.
  • FIG. 59 is a graph comparing the specific resistance between the present example and the conventional example.
  • FIG. 60 is a schematic diagram showing a cross-sectional view of the element of this example and a measurement system of the withstand voltage.
  • FIG. 61 is a graph showing the measurement results of the dielectric strength of the present example and the conventional example.
  • FIG. 62 is a plan view of a conventional plasma device.
  • FIG. 63 is a graph showing the film thickness distribution of the Si oxide film on the wafer surface.
  • FIG. 64 is a schematic diagram showing both the cross-sectional view of the device of this example and the measurement system of the amount of charge injected into the dielectric breakdown.
  • FIG. 65 is a graph showing the measurement results of the amount of charge injected during breakdown.
  • FIG. 66 is a graph showing the film thickness distribution of the direct nitride film on the wafer surface.
  • FIG. 67 is a graph showing a measurement system result of the barrier property of the direct nitride film.
  • FIG. 68 is a graph showing the relationship between the amounts of oxygen and carbon and the total flow rate of the process gas.
  • FIG. 69 is a diagram showing an example of the configuration of an X-ray lithography mask.
  • FIG. 70 is a schematic diagram showing a system for measuring the transmittance of a diamond thin film.
  • FIG. 71 is a graph showing the evaluation results of the diamond thin film.
  • FIG. 72 is a graph showing the total flow rate dependence of the surface roughness of the polycrystalline silicon thin film.
  • FIG. 73 is a graph showing the total gas flow rate dependency of the in-plane uniformity of the polycrystalline silicon thin film.
  • Figure 74 is a graph showing the dependence of the crystallite size of polycrystalline silicon on the flow rate of toluene gas.
  • Figure 75 is a graph showing the total gas flow rate dependence of the amount of hydrogen in the polycrystalline silicon film.
  • Figure 76 is a graph showing the total gas flow rate dependence of the resistivity of polycrystalline silicon (P-doped).
  • FIG. 77 is a graph showing the total gas flow rate dependence of the in-plane uniformity of the SiNX film.
  • FIG. 78 is a graph showing the total gas flow rate dependence of the dielectric strength of the SiNX film.
  • FIG. 79 is a graph showing the dependence of the total gas flow rate on the atomic composition ratio of Si and N in the SixNy film.
  • FIG. 80 is a graph showing the total gas flow rate dependency of the fluorocarbon film deposition rate.
  • FIG. 81 is a graph showing the gas gas flow rate dependence of the fluorocarbon film deposition rate.
  • FIG. 82 is a graph showing the dependence of the BST film deposition rate on the flow rate of the added gas.
  • FIG. 83 is a graph showing the dependence of the uniformity of the BST film deposition rate within the wafer surface on the flow rate of the added gas.
  • FIG. 84 shows a cross-sectional view of a device manufactured using the present invention.
  • FIG. 85 is a diagram showing a cluster tool in the steps of forming an insulating film and forming tantalum silicide.
  • FIG. 86 is a diagram showing the dispersion of the sub-threshold coefficient of the tantalum oxide gate insulating film MOSFET.
  • FIG. 87 is a graph showing the initial destruction rates of the samples of the conventional and the present invention.
  • Fig. 88 shows the in-plane uniformity of the capacity of the tantalum oxide capacity.
  • FIG. 89 is a graph showing the exhaust characteristics of the evening molecular pump.
  • FIG. 90 is a plan view showing an application example of the plasma device of the present invention.
  • FIG. 91 is a plan view showing an application example of the plasma device of the present invention.
  • FIG. 92 is a plan view showing an application example of the plasma device of the present invention.
  • FIG. 93 is a layout view of the wafer transfer robot in the wafer transfer chamber in FIG.
  • FIG. 94 is a layout view of the wafer transfer robot in the wafer transfer chamber in FIG. 90.
  • FIG. 95 is a layout view of the wafer transfer robot in the wafer transfer chamber in FIG. 90.
  • Vacuum container 5002 means for applying to the 5003 ... magnetic field in the vessel, 5004.
  • an antenna for radiating microwaves is installed outside the container with the first dielectric plate interposed therebetween, and the first dielectric plate substantially eliminates loss of microphone mouth waves. Since it is made of a material that can be transmitted, by radiating a microphone mouth wave from the outside of the container, it is possible to excite the plasma inside the container, and the antenna converts the raw material gas and reaction by-product gas into gas. No direct exposure.
  • an electrode for holding the object to be processed is provided inside the container, and the radiation surface of the antenna's microphone mouth wave and the surface of the object to be processed for plasma processing are arranged substantially parallel to each other.
  • the wall of the container is made of a material having a conductivity of at least aluminum.
  • the member or the inside of the wall is covered with the member, and the thickness of the member is d, the conductivity of the member is ⁇ , and the magnetic permeability of vacuum is emitted from the antenna.
  • the angular frequency of the microwave is ⁇
  • d is larger than the skin depth (penetration length) determined by / 2/0 ⁇ ⁇ ) 1/2 of the microwave, so that the microwave introduced into the container is Waves can be propagated with almost no loss. As a result, plasma can be excited with low power and stable plasma excitation can be achieved.
  • a first O-ring having a vacuum sealing function is arranged between the inner surface of the first dielectric plate and the wall of the container, and is in contact with at least the ring of the first dielectric plate.
  • the ring absorbs the energy of the microphone mouth wave, and as a result, the ring becomes overheated. Also, the surface may melt. Leakage occurs when the O-ring becomes overheated or the surface melts.
  • the above is the cause L, which is likely to cause a leak force when microwaves are used, and the cause is the first one found by the present inventors. It is unexpected that the O-ring is exposed to such high temperatures when using microwaves.
  • the thin film made of the conductive material may be provided by attaching a film to the first dielectric plate, or by coating the first dielectric plate by coating, vapor deposition, or another method. Is also good.
  • the conductive material for example, titanium may be used.
  • a thin film made of a conductive material may be provided on the surface of the O-ring.
  • a titanium coat may be applied.
  • a ring having a low dielectric loss may be used as the base ring itself. For example, it is possible to use byton (product name).
  • This thin film may be a sheet corrected with a material having a conductivity of 3.7 X 10 ⁇ _1 ⁇ m _ 1 or more (Rule 91) It is preferable to form it. Further, the thickness of the thin film is preferably 10 m or more. By providing such a thin film having conductivity and thickness, it is possible to obtain a plasma device having even less leakage, having an excellent O-ring life, and having less microwave loss. .
  • a first O-ring having a vacuum sealing function is disposed between an inner surface of the first dielectric plate and a wall of the container, and a surface of the first O-ring includes The provision of the means 2 so that the first O-ring is not directly exposed to the microwave radiated from the antenna provides a leak amount recommendation, a longer life of the first O-ring, and a reduction in the microphone mouth wave. Loss can be reduced.
  • the source gas can be uniformly supplied into the container, and the reaction by-product gas can be uniformly removed.
  • the second dielectric plate separates the vacuum from the atmosphere. Therefore, it is not necessary to put the antenna in a vacuum. Putting the antenna in a vacuum will corrode the antenna and make it difficult to cool.
  • a second O-ring having a vacuum sealing function is disposed between an inner surface of the second dielectric plate and a wall of the container, and an inner surface of the second dielectric plate and / or The outer surface is provided with means 3 for preventing the second O-ring from being directly exposed to the microphone mouth wave radiated from the antenna, thereby preventing leakage, extending the life of the second O-ring, and increasing the life of the second O-ring. And the loss of the microphone mouth wave can be reduced.
  • a second O-ring having a vacuum sealing function is disposed between the inner surface of the second dielectric plate and the wall of the container, and the surface of the second O-ring has The provision of the means 4 for preventing the second O-ring from being directly exposed to the microwave radiated from the antenna prevents leakage, prolongs the life of the second O-ring, and reduces the frequency of the microphone mouth wave. Loss can be reduced.
  • the dielectric loss angle tan [delta] is by selecting the following material 1 0 3, the installed the antenna or et radiation outside the container
  • the transmitted microwave can be transmitted with almost no loss. It is possible to reduce the loss of the open mouth wave.
  • the frequency of the microwave feeding the antenna is 5.0 GHz or more, and the distance of the space 1 between the first dielectric plate and the second dielectric plate is 0.7 mm.
  • the plasma is not excited in the space 1, and no reaction by-product is generated by the discharge. Therefore, it is possible to avoid a phenomenon that the reaction by-product hinders the supply of the source gas.
  • the pressure 1 in the space 1 between the first dielectric plate and the second dielectric plate is such that an electrode for holding the object to be processed is arranged, and the second dielectric plate and the second
  • the means 5 for generating a differential pressure so as to be higher than the pressure 2 in the space 2 surrounded by the wall of the container other than the dielectric plate, plasma is not excited in the space 1 and reaction by-products due to discharge are generated. There is no generation.
  • the differential pressure can be easily set by changing the pressure of the source gas and the degree of vacuum in the container.
  • the slot which is located in a portion where the density of the plasma generated in the space 2 is locally high, has a smaller diameter, is shielded, or is not installed, so that it functions as a radiation surface of a microphone mouth wave.
  • the microwave output is partially reduced, and the plasma density can be made more uniform. Since the location where the plasma density locally increases depends on the conditions of the equipment, for example, an experiment was first performed with the same slot diameter. Just find it.
  • a space is formed between the antenna and the first dielectric plate.
  • the antenna and the first dielectric plate are in close contact with each other.
  • the antenna usually has a thickness of about 0.3 mm and is made of a copper plate.
  • the antenna becomes hot at about 150 ° C., the antenna expands due to heat, and the thickness becomes thin, so that the antenna becomes thin. It deflects locally. As a result, the radiation characteristics of the microwave from the antenna change and the plasma becomes non-uniform.
  • the spacer made of an elastic body is interposed in the space in contact with the antenna. Therefore, even if the antenna expands due to heat, local deflection does not occur in the antenna, and uniform plasma can be obtained.
  • an insulator is preferable, and for example, silicon rubber, Teflon (trade name), or the like is used.
  • the heat medium can be supplied to the space and the antenna can be cooled.
  • the antenna By cooling the antenna, it is possible to prevent deflection due to thermal expansion of the antenna without using a spacer.
  • the antenna may be cooled while using the spacer.
  • Supplying a heat medium to the space formed by the antenna and the first dielectric plate is one mode of the means 6 for cooling the antenna, but other means 6 include an antenna guide.
  • a passage may be formed in the passage, and a line for supplying a heat medium may be connected to the passage.
  • the source gas to be supplied is supplied onto the surface of the object to be processed while maintaining the supplied source gas at a predetermined temperature. it can.
  • the means 7 can prevent the slot plate from being bent, radiate microwaves into the container with almost no loss, and excite stable plasma.
  • a parallel beam-shaped microwave can be efficiently radiated into the container, so that stable plasma can be excited.
  • a mechanism is provided for raising the temperature inside the vessel other than the vessel wall and the portion other than the object to be processed to 150 ° C. or more, respectively, so that the amount of released gas that hinders the process is reduced, Product redeposition can be prevented. Corrected form (Rule 91) If the exhaust system is provided with a mechanism (for example, one night) that raises the temperature in the unit constituting the exhaust system to 150 ° C or higher, the temperature in the exhaust system can be increased by this mechanism. To prevent adhesion of reaction by-products to the inner wall of the unit.
  • the energy that is insufficient by plasma ion irradiation can be compensated by increasing the temperature of the object to be processed.
  • a steady cooler method is used to gradually cool high-boiling-point gas to liquefy and distill and purify it. It can be reused as liquid.
  • the inside of the container can be cleaned.
  • the inside of the container is made of an (A 1 Fg / Mg F 2 ) alloy that exhibits extremely excellent plasma resistance.
  • the electrode having the function of holding the object to be processed is provided with a means for applying a DC bias or Z and an AC bias, the ion energy applied to the object to be processed can be increased. For example, by adapting to plasma etching, it is possible to achieve high uniformity and high-speed etching.
  • etching, direct oxidation, and direct nitridation can be performed uniformly on the surface of a large-sized object to be processed, and a uniform film can be formed at a low temperature and at a high speed.
  • FIG. 44 is a schematic diagram showing an example of the plasma device according to the present invention.
  • FIG. 44 (a) is a plan view of the apparatus as viewed from above, and
  • FIG. 44 (b) is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 44 (a).
  • 4406 is a vacuum vessel
  • 4407 is electrode I
  • 4408 is a substrate
  • 4409 is a focus ring
  • 4410 is a shower plate
  • 4411 is a shower plate
  • 4 4 1 2 is gas inlet
  • 4 4 3 is magnetic field application means
  • 4 4 4 is vacuum pump
  • 4 4 5 is matching circuit I
  • 4 4 6 is high frequency power supply I
  • 4 4 17 is a matching circuit II
  • 4 18 is a high frequency power supply II.
  • the means for applying a magnetic field 4 4 13 as shown in FIG. 44 A dipole ring magnet in which a plurality of permanent magnets are arranged in a ring is used.
  • the permanent magnets that make up the dipole ring magnet are arranged in such a way that the magnetization direction makes one rotation while the position of the permanent magnet makes a half turn.
  • FIG. 44 (a) shows a projection plane from the top of the vacuum vessel 4406.
  • the vacuum container 4401 has a shape close to a square, and four vacuum pumps 4402 are installed at the corners.
  • the gas on the base is hardly reduced without substantially reducing the gas conductance.
  • a uniform gas flow in the rotation direction can be realized.
  • a large amount of gas can be flowed to near the allowable value of the vacuum pump, and it can be used for ultra-high-speed processing of large-diameter substrates.
  • the electrode I 14411 is a ring-shaped metal plate here, and is provided to improve the in-plane uniformity of plasma near the surface of the substrate 4408.
  • the high-frequency power output from the high-frequency power supply I 144 18 is applied to the electrode I 44 11 through the matching circuit I 44 17.
  • an appropriate high-frequency power to the electrode II 4411 By applying an appropriate high-frequency power to the electrode II 4411, the balance between the drift of the electrons on the electrode II 4411 and the drift of the electrons on the substrate 4408, caused by the application of the magnetic field, is improved. Then, the plasma near the surface of the substrate 4408 is almost completely homogenized.
  • the electrode is particularly suitable when the in-plane uniformity of the plasma near the surface of the substrate 4408 is good even if no high frequency is applied to the electrode I 14441 or when there is no problem even if the plasma is not uniform. There is no need to provide I 1 4 4 1 1.
  • the shower plate 405 In the plasma apparatus of FIG. 43, the shower plate 405 is grounded, but it is not necessary to be grounded, and a high frequency may be applied. Also, gas may be released from other parts without using the shear plate.
  • FIG. 45 is a plan view showing an example of the plasma device according to the present invention.
  • 4501 is a vacuum vessel
  • 4502 is a gas inlet
  • 4503 is a means for applying a magnetic field
  • 4504 is a gas.
  • the exhaust port 4500 is a gate valve.
  • the projection surface from the top of the vacuum vessel 4501 has a shape close to an equilateral triangle, and three vacuum pumps are installed at the corners. Other details are the same as those described in FIG.
  • the distance between the gate valve 4505 and the substrate is shorter than that of the plasma device shown in FIG. This is preferable when the stroke of the substrate transfer arm is limited.
  • FIG. 46 is a plan view showing an example of the plasma device according to the present invention.
  • FIG. 4601 is a vacuum vessel
  • 4602 is a gas inlet
  • 4603 is a means for applying a magnetic field
  • 4604 is a gas exhaust port
  • 4605 is a gate valve.
  • Two vacuum pumps are installed in the vacuum vessel 4601. Others are the same as the description of FIG. In the plasma device of FIG. 46, the distance between the gate valve 4605 and the substrate is shorter than in the plasma device of FIG. 44, as in the device of FIG. This is suitable when the stroke of the substrate transfer arm is limited, and when the vacuum pump has sufficient exhaust capacity.
  • FIG. 47 is a plan view showing an example of the plasma device according to the present invention.
  • 470 1 is a vacuum vessel
  • 470 2 is a gas inlet
  • 470 3 is a magnetic field applying means
  • 470 is a gas exhaust port
  • 470 is a vacuum pump
  • 470 is a vacuum pump. It is a gate valve.
  • Two vacuum pumps are installed in the vacuum vessel 4701 in a horizontal direction. Other details are the same as those described in FIG.
  • the occupied floor area of the plasma apparatus including the vacuum vessel 470 1 and the vacuum pump 475 becomes large, and the size of the vacuum vessel 470 becomes minimum. This is suitable when the stroke of the substrate carrying arm is limited and when the size of the vacuum vessel is limited.
  • vacuum pumps 480 2 are provided, four at the bottom and four at the top of the vacuum vessel 480 1.
  • the burden per unit is reduced and the vacuum pumps are downsized, so that the floor area occupied by the plasma apparatus can be reduced.
  • the other parts are the same as described in FIG.
  • FIG. 49 is a plan view showing an example of the plasma processing apparatus according to the present invention.
  • Vacuum container 503 and 503 are provided outside the 503 as means for applying a magnetic field into the container. Since 502 and 503 are vertically separated, the substrate can be transported without moving the electrode I504 on which the substrate to be processed is placed up and down.
  • the electrode II 5005 is electrically grounded and has a shower plate as a means for introducing a source gas.
  • 506 and 507 are means for exhausting the raw material gas and the reaction product gas, and are exhausted to the outside through the space between the magnetic field applying means 502 and 503 It has become a structure.
  • FIG. 51 is a plan view showing an example of the plasma processing apparatus according to the present invention. Equipped with a parallel plate type electrode 1510 4 and an electrode II 5105.Electrode II is connected to a means 5108 for applying a high frequency independent of electrode I, and the source gas is introduced. It has a shower plate, which is a means to perform it. Reference numerals 5106 and 5107 are means for exhausting the raw gas and the reaction product gas to the outside.
  • FIG. 52 is a plan view showing an example of the plasma processing apparatus according to the present invention. It has an electrode I 5204 and a shower plate as a means for introducing a source gas. Reference numerals 520 and 507 denote means for exhausting a source gas and a reaction product gas, and have a structure in which the gas is exhausted to the outside.
  • the plasma device shown in FIG. 53 has a vacuum vessel 5301 and an inlet 5302 for a source gas required to generate plasma in the vessel, and exhausts the source gas introduced into the vessel.
  • a part of the wall constituting the container is a dielectric plate I 5304 made of a material capable of transmitting microwaves with almost no loss.
  • An antenna 5305 that radiates a microphone mouth wave on the outside of the container with I interposed therebetween, and an electrode 1530 on which a substrate 5308 to be processed is placed inside the container.
  • the microwave radiating surface of the antenna and the surface of the substrate on which the plasma processing is performed are disposed so as to be substantially parallel to each other.
  • a reflecting plate 5309 may be provided for the purpose of preventing the emitted microwave from propagating to the exhaust port side and uniformly generating plasma only on the substrate.
  • the electrode I on which the base is mounted can be grounded, or a means for applying a DC bias or an AC bias is provided.
  • the raw material gas of the present apparatus is introduced into the process space through a number of small holes through the shear plate 5307 in order to make the introduction of the raw material gas uniform and to remove the reaction product gas at high speed.
  • the raw material gas and the reaction product gas are exhausted to the outside from the plurality of vacuum pumps 5303.
  • a relatively large space is provided at the top of each vacuum pump so that the gas conductance does not decrease.
  • the plasma device shown in Fig. 54 includes two parallel plate type electrodes 15402 and 1154 in a vacuum vessel 5401, and a target 5 above the electrode II. 404, a substrate 5405 on which a film is to be deposited on the electrode I, and a force "; and a source gas is introduced into the container, and the electrode I, the electrode II
  • the matching circuit I5406, the matching circuit II5402, the high-frequency power supply 154,08, and the high-frequency power supply I154413 are connected to apply a high frequency to the signal.
  • Means for applying a magnetic field to the surface 5 4 1 4 Force Provided outside the container, for the purpose of equalizing the density of plasma generated near the target surface in a region outside the outer peripheral edge of the target
  • an auxiliary electrode A54010 provided with a means for adjusting a junction impedance provided at a portion electrically connected to the electrode II is provided. It is applied to the electrodes I and II in a region outside the outer peripheral edge, at a position separated from the base and the electrode II, and also for the purpose of equalizing the density of plasma generated near the target surface.
  • the auxiliary electrode B 5 4 11 to which high frequency power independent from the high frequency power is applied is provided, as an alternative to providing the auxiliary electrode B, the pressure in the vessel at the time of plasma generation is increased to a high pressure (lTorr to several (10 Torr) may be used to alleviate the plasma bias due to the magnetic field.
  • a high pressure LTorr to several (10 Torr)
  • the plasma uniformity near the substrate surface is good even without the auxiliary electrode A or the auxiliary electrode B. It is not necessary to provide the auxiliary electrodes A and B especially when there is no problem even if the gas is not uniform, and the gas introduced into the container is a means for applying a magnetic field on the side of the substrate 5 4 14 a and Passing through the space between 5 4 1 4 b Of the exhaust from the vacuum pump 5 4 1 5 to the outside It is.
  • the vacuum pumps may be arranged as shown in FIGS. Further, other magnetic field applying means may be used as the magnetic field applying means. Although the magnetic field is used here to increase the plasma density, other means may be used, and the plasma density may not be used when it is not necessary to increase the plasma density.
  • the electrode I I which is an electrode that holds the gate one evening, may be divided into two equal parts, and a high frequency may be applied to each of the divided electrodes.
  • the high frequency phase of both is inverted by 180 °, and it is necessary to provide a means for preventing discharge from occurring between the electrode IIa and the electrode IIb.
  • this method is limited to the case where the target is an insulator, and when the target is conductive, the substrate itself needs to be divided according to the electrode II.
  • the amplitude of the plasma potential plasma potential
  • Means for applying to the electrode II include the following two methods, and either method may be used.
  • FIG. 55 shows the first method. High-frequency power supply for applying high frequency to each of divided electrode IIa5501, electrode IIb5502, target 5503, electrode IIa and electrode IIb By connecting the matching circuit 1550, the high-frequency power supply I1550, and the matching circuit II5507, and connecting the phase adjustment circuit 555 to the electrode IIb side, Is inverted and introduced.
  • Figure 56 shows the second method. 5501 indicates the divided electrode IIa, 5502 indicates the electrode IIb, and 5503 indicates the target, and the high frequency oscillated from the high-frequency power supply 5504 matches the matching circuit 55 0 5 is propagated and grounded through a balanced / unbalanced circuit (paran). This circuit allows 180 phases of each other. Inverted high frequency can be introduced.
  • the plasma apparatus of the present invention is provided with a suction port 5 3 of a vacuum pump 5 3 0 3 on the side of a film formation space 5 3 13 above a substrate 5 3 8.
  • An exhaust space 5 3 15 formed directly connected to 14 is provided.
  • the exhaust spaces 53 15 it is preferable to provide a plurality of the exhaust spaces 53 15, and in this case, it is preferable to arrange the exhaust spaces 53 15 at symmetric positions with respect to substantially the center of the substrate 5308. This effect is even more remarkable when a plurality of exhaust spaces 53 15 are arranged symmetrically.
  • the width L of the exhaust space 53 15 is preferably at least twice the height a of the film formation space 53 13. From the point of the width L and height a, the uniformity of the gas flow is sharply improved.
  • 100 is a container whose inside can be decompressed, 101 is a chamber, 102 is a first dielectric plate, 103 is a waveguide dielectric plate, 104 is an object to be processed, 105 is a plasma, 106 is an antenna slot plate, 107 is a coaxial tube, 108 is an antenna guide, 109 is an electrode, 110 is a slot, 201 is a radial 'line' slot 'antenna, and 202 is a first zero.
  • the ring 205 is space 3
  • 206 is space 4
  • 207 is space 5.
  • a container 100 whose interior can be decompressed includes a chamber 101 (material: SUS), a first dielectric plate 102 (material: quartz), and a vacuum sealing function provided therebetween. And the inside of the container 100 can be depressurized by an exhaust system (not shown), and the container 100 is electrically grounded.
  • a chamber 101 material: SUS
  • a first dielectric plate 102 material: quartz
  • a vacuum sealing function provided therebetween.
  • the inside of the container 100 can be depressurized by an exhaust system (not shown), and the container 100 is electrically grounded.
  • an antenna guide 108 (material: A1) and an antenna slot A radial 'line' slot 'antenna 201 consisting of a plate 106 (material: Cu) and a waveguide dielectric plate 103 (material: quartz) is installed, and a coaxial tube 107 ( The material: the microphone mouth wave is introduced into the antenna 201 through Cu), and propagates in the radial direction while leaking from each of the slots 110 provided in the antenna slot ⁇ 106.
  • a radio wave is radiated into the inside, and gas is flowed into the container 100 from a raw material gas supply system (not shown) to excite the plasma 105.
  • an electrode 109 having a function of holding the object 104, and the electrode 109 is placed so as to face the antenna 201 in parallel, and the object 100 4 has a mechanism to heat.
  • the electrode 109 can be moved up and down from the outside of the container 100, and the distance from the first dielectric plate 102 can be changed from about 10 mm to 60 mm. Can be done.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of the radial 'line' slot 'antenna 201 shown in FIG. 1 as viewed from below.
  • Antenna slot No. 106 has a hole (hereinafter, slot) 110 penetrating through the slot plate, but the arrangement of slot 110 is limited to the arrangement shown in FIG. Not done.
  • the slot 110 has two slots 1 1 1 a and 1 1 1 b as one pair, and the guide wavelength incident on the antenna 201 through the coaxial tube 107; 1 g of Ig They are arranged at right angles at a distance of 4.
  • the pair consisting of the slots 11a and 11b, that is, each of the slots 110 can emit a circularly polarized radio wave, and the plurality of slots 110 are concentric. Many are provided.
  • the arrangement of the slots 110 may be spirally provided in addition to the concentric circles.
  • the radio waves are provided so as to be uniformly radiated within a large area by being arranged concentrically.
  • the present invention is not limited to the emission of circularly polarized radio waves, and linearly polarized waves may be used, but the circularly polarized waves are more preferable.
  • Reference numeral 107 denotes a coaxial tube for supplying microwaves to the slot 106, and a microphone mouth wave through a matching unit and a waveguide through a coaxial tube-to-waveguide converter (not shown). Power supply is connected.
  • a plasma 105 was excited in a space 5 (207) of zero.
  • the plasma 105 was not excited in the space 5 (207)
  • a plating layer (seven types) made of lead, tantalum, tundane, aluminum, gold, copper, and silver was applied to the inner surface of the above-mentioned SUS chamber 101, and the above-described plasma ignition experiment was performed. At that time, Ar gas was used as the process gas, and the gas pressure was 50 OmT orr.
  • FIG. 4 shows the results of a plasma ignition experiment in which an aluminum plating layer was provided on the inner surface of the SUS chamber 101, and the thickness and the wavelength of the microwave introduced into the antenna 201 were changed.
  • the microwave frequency is 2.45 GHz
  • the frequency of the microwave is 8. 3 GH z
  • the microwave d (2 ⁇ 0 ⁇ ⁇ ) layer can aluminum dark than the skin depth 0.8 9 ⁇ M determined from 1 delta
  • the thickness was large, it was confirmed that the plasma was stable.
  • 0 is the vacuum permeability
  • ⁇ is the angular frequency of the microwave.
  • the apparatus shown in FIG. 5 differs from the apparatus shown in FIG. 1 in that an aluminum plating layer 112 is applied to the inner surface of the SU S channel 101 at a thickness of 10 m.
  • the apparatus shown in Fig. 6 uses a plate made of the above-mentioned material 113 (thickness equal to or greater than the skin depth determined by microwaves), etc., and covers the inner surface of the chamber in Fig. 1. Different from device. It was confirmed that the devices in Figs. 5 and 6 are equivalent in terms of plasma stability.
  • the first dielectric plate 102 comes into contact with the first O-ring 202 and is vacuum-sealed, as shown in FIG.
  • the first embodiment is different from the first embodiment in that a metal thin film 114 is provided on a first ring 202 so that the first ring 202 is not exposed to radio waves radiated from the antenna slot plate 106.
  • the first O-ring 202 was made of a fluororesin.
  • FIG. 8 is an enlarged view of a region A in FIG. 7, and a region where the first dielectric plate 102 (material: quartz) comes into contact with the first O-ring 202 and is vacuum-sealed has a thin metal film. The case where 1 14 is provided is shown.
  • the first O-ring 202 When the first O-ring 202 is made of a material such as a resin that absorbs microphone mouth waves, it is directly heated by radio waves radiated from the antenna slot plate 106, and is discharged by a long-time discharge. It turned out to be damaged.
  • the metal thin film 114 has high conductivity and good adhesion to the first dielectric plate 102.
  • FIG. 9 is an enlarged view of a region ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ in FIG. 7, in which the first O-ring 202 itself is provided on the first dielectric plate 102 instead of the metal thin film 114.
  • B shows a case in which a metal thin film 115 having the same function as that of the metal layer 114 is covered.
  • FIG. 10 shows an apparatus incorporating the results of Example 2.
  • the metal thin film 114 is shown in the region where the first dielectric plate 102 comes into contact with the first O-ring 202 and is vacuum-sealed.
  • Aluminum (A 1) was applied to a thickness of 10 ⁇ m.
  • a 1 (aluminum nitride) was used as the material of the second dielectric plate 116 shown in FIG.
  • Aluminum nitride does not contain oxygen, and thus has a characteristic that it emits less gas than quartz.
  • Ar gas is introduced as a process gas into space 1 (208), and a microphone mouth wave is introduced into antenna 201 to generate space 2 (209).
  • the saturated ion current density was examined.
  • the gas pressure in the space 2 (209) was 50 mTorr, and the power of the microphone mouth wave supplied to the antenna 201 was 160 W.
  • FIG. 11 is a graph showing the result of examining the saturated ion current density.
  • the mark indicates the case where the second dielectric plate 1 16 provided with the gas inlet 1 17 is provided, and the mark indicates the case where the second dielectric plate 1 16 is not provided.
  • the symbol ⁇ indicates that the second dielectric plate 116 without the gas inlet 111 is provided.
  • the source gas is uniformly supplied on the surface of the workpiece 104 having a diameter of 300 mm or more, which was impossible with the conventional apparatus.
  • the reaction by-product gas generated from the object to be processed 104 can be uniformly removed.
  • the number of gas inlets 1 17 per unit area is arranged so as to be equal.However, the present invention is not limited to this arrangement, and may satisfy the above condition. Any arrangement is acceptable.
  • the second dielectric plate 116 (material: aluminum nitride) is brought into contact with the second O-ring 211 to vacuum seal the region.
  • the metal thin film 214 was provided as shown in Fig. 24, and the effect of the second 0-ring 2 16 not being exposed to radio waves radiated from the antenna slot plate 106 was examined.
  • Aluminum (A 1) having a thickness of 10 / zm was used as the metal thin film 2 14, and a fluorine-based resin was used as the second 0-ring 2 16.
  • FIG. 13 is an enlarged view of a region B in FIG. The other points were the same as in Example 2.
  • Example 2 the degree of damage to the second O-ring 2 16 was examined. As a result, in the case where the metal thin film 214 is provided, the second ⁇ ring 2 16 is provided even after the discharge time is 100 hours, similarly to the case where the metal thin film 114 of Example 2 is provided. No damage was found.
  • the second O-ring 212 shown in FIG. Even when the thin metal film 114 having the same function as the thin film 114 was coated, the same effect as in the case where the metal thin film 214 was provided was confirmed.
  • the first dielectric plate 102 is made of a material having a different dielectric loss angle, and the density (saturation ion current) of the plasma generated in the space 2 (209) was examined.
  • the material constituting the second dielectric plate 116 was A 1 N.
  • FIG. 14 is a graph showing the measurement results of the saturated ion current density. From Fig. 14, it was found that the smaller the dielectric loss angle tan 5 is, the smaller the power loss is, and the microwave power is supplied to the vessel without loss, so that the plasma density (saturated ion current) increases.
  • the dielectric loss angle tan 5 when used the material of the 1 0 one 3 below as a first dielectric plate 1 0 2, the plasma having 1 2 m A / cm 2 higher than the saturation ion current is obtained I understood. From this, as the first dielectric plate 1 0 2 material, it is desirable that the lower material dielectric loss angle tan (5, e.g. tan 5 Chikaraku 1 0 one 3 or less is quartz (S i 0 2 ) and aluminum nitride (A 1) are preferred.
  • the lower material dielectric loss angle tan e.g. tan 5 Chikaraku 1 0 one 3 or less is quartz (S i 0 2 ) and aluminum
  • Example 6 In this example, in the plasma apparatus shown in FIG. 12, a material having a different dielectric loss angle is used as the second dielectric plate 1 16. L, the density of plasma generated in the space 2 (209) (saturation ion current) was examined.
  • FIG. 15 is a drawing showing the apparatus of FIG. 12 in which the pressure P 1 in space 1 (208), the pressure P 2 in space 2 (209), the first dielectric plate 102 and the second dielectric plate It is a drawing to which the distance tg between 1 and 16 is added.
  • FIG. 16 is a schematic diagram of a jig used to observe whether or not plasma was excited in the space 1 (208).
  • the jig shown in FIG. 16 was set immediately below a first dielectric plate 102 (material: quartz) which was a part of the container 100 of the plasma device shown in FIG.
  • reference numeral 301 denotes an upper glass plate
  • 302 denotes a lower glass plate
  • 303 denotes an intermediate glass plate
  • 304 denotes a space 6
  • 305 denotes a tungsten wire
  • 306 denotes a ceramic.
  • a coated aluminum wire is a coated aluminum wire.
  • two glass plates (301, 302) with a thickness of 2 mm are fixed at an interval of t g.
  • the side of space 6 (304), which is sandwiched between two glass plates (301, 302), is covered with another glass (303) so that plasma does not enter the space 5 at the interval tg. . Since the inside of the space 6 (304) is not sealed, gas enters and the pressure in the space 6 (304) is substantially equal to the pressure in the container.
  • the probes (305a, 305b) were inserted into the gap to confirm the presence or absence of plasma generation in space 6 (304).
  • the probes (305a, 305b) are tungsten wires with a diameter of 0.1 mm and a length of 8 mm.
  • the microphone ('305a, 305b) was irradiated with microphone mouth waves, the probe (305a, 305b) was shielded with a copper plate on the outer surface of the glass (not shown) because it would be heated.
  • a variable voltage was applied between the two electrically floating probes (305a, 305b), and the flowing current was measured with a multimeter.
  • FIG. 17 is a graph showing the relationship between the probe voltage and the probe current observed when a variable voltage is applied between two probes (305a, 305b).
  • the curve (a) in Fig. 17 shows the case where plasma is generated in the space 6 (304), and symmetric current-voltage characteristics are obtained.
  • the curve (b) in Fig. 17 is the case where no plasma is generated in the space 6 (304), and only the noise component is observed.
  • the plasma generated in the space 6 (304) is often unstable, it is not always possible to obtain L, current-voltage characteristics due to the symmetry as shown in FIG. Therefore, when the current value was observed over a 1 0- 7 A even one point, the plasma in the space 6 (304) is provided with a criterion to have occurred.
  • the microwave frequency is 2.45, 5.0, 8.3 GH
  • plasma ignition experiments were performed under six conditions by combining. At that time, Ar gas was introduced so that the pressure in the space 6 (304) became 0.1 to 10 Torr. Microwave power was applied up to 1600W.
  • Table 1 shows the results of the plasma ignition experiment under the above six conditions. Table 1 ⁇ indicates that plasma was not generated in the space 6 (304), and X indicates that plasma was generated in the space 6 (304).
  • the distance between the two glass plates (301, 302) [that is, the space 6 (304)] 8 is 0.7 mm, and the microwave frequency is 5.0, 8.3 GHz.
  • the plasma was not excited in the space 6 (304) even when the microwave power was applied up to 1600 W (power density 1.27 WZcm 2 ).
  • FIG. 18 shows the results of examining the relationship between the minimum discharge power and the Ar pressure under four conditions in which plasma was generated in the space 6 (304) out of the six conditions described above. From Fig. 18, when the microwave frequency is low (for example, 2.45 GHz), even if the interval tg of the space 6 (304) is narrowed to 0.7 mm, the space 6 (304) It was found that the plasma was excited even at low power.
  • the microwave frequency for example, 2.45 GHz
  • the microwave power is 1600W. (Power density 1.27 W / cm 2 ), plasma is not excited in space 6 (304).
  • the problem can be solved by setting the frequency of the microphone mouth wave to be 5.0 GHz or more and the space 1 (208) interval to be 0.7 mm or less.
  • the space 1 (208) can prevent the plasma from being excited.
  • FIG. 19 is a schematic cross-sectional view showing the slot plate when the shielding plate 1 19 is provided in the slot 110 ′ located near the center of the slot plate in the apparatus of FIG. You.
  • FIG. 20 is a schematic plan view showing the slot plate when the size of the slot 110 ′′ located near the center of the slot plate is reduced.
  • FIG. FIG. 20 is an enlarged view of a region A in FIG.
  • Fig. 20 shows a case where the length of only two slots from the inside of the slot plate is reduced, but the size of the slot can be reduced by, for example, reducing the length of the slot. It does not matter.
  • Fig. 21 shows the results of examining the density of plasma generated in the space 2 (209) using the slot plate shown in Fig. 19.
  • slot A is the name of the slot distribution indicating the case where the shielding area is small
  • slot B is the case where the shielding area is medium
  • slot C is the case where the shielding area is a dog.
  • Figure 21 shows that in slot A, the plasma density increases at the center of the measurement electrode.
  • a shielding plate 1 19 in this part and making the slot distribution like slot B, the plasma density can be made uniform.
  • the slot If the shielding area is further widened, the density of plasma increases around the electrode, contrary to slot A.
  • the shielding plate 119 having an appropriate shielding area, the output of the radio wave radiated from the slot can be reduced, and the density of the excited plasma can be made more uniform.
  • the shape and dimensions of the shielding plate 1 19, which can provide the above-described effects, are not limited as long as it can block the slot of the slot plate. In other words, it goes without saying that the same effect as when the slot is shielded can be expected even if the slot is made smaller or not installed.
  • the antenna guide 108, the waveguide dielectric plate 103, the slot plate 106 and the first antenna guide 108 are located near the antenna guide 108 as shown in FIG.
  • Mechanisms 120 and 121 capable of maintaining the dielectric plate 102 at a predetermined temperature are provided.
  • Mechanisms 120 and 121 correspond to means 6 and 7, respectively.
  • the slot plate 106 was arranged so as to be completely adhered to the waveguide dielectric plate 103.
  • the waveguide dielectric plate 103 should be made of a material that does not substantially change its shape due to external force and heat, has a high thermal conductivity, and has a small loss of microwave. Examples thereof include quartz glass (Si0 ? ) And aluminum nitride (A1N). However, the material is not limited thereto, and any material that satisfies the above conditions may be used.
  • a method of flowing a heat medium and cooling the desired portion is adopted, but a material having high heat conductivity is preferable as the heat medium.
  • a heat medium include liquids and gases (helium, nitrogen, etc.).
  • a spacer 8 is provided in the space between the slot plate 106 and the first dielectric plate 102 as means 8 for preventing the slot plate from bending.
  • Example 18 differs from Example 9 in that 1 18 was provided.
  • the spacer 118 was made of Teflon.
  • the spacer 118 is placed in the space between the slot 106 and the first dielectric plate 102. By providing them, the curvature of the slot plate 106 can be prevented.
  • the spacer 118 is provided at a position where the slot 119 of the slot plate 106 is not open so as not to hinder the emission of radio waves from the slot plate 106.
  • the present embodiment differs from the ninth embodiment in that, as shown in FIG. 24, as a means 9 for detecting the presence or absence of plasma generated in the space 2, a sensor 122 is installed in a container or its periphery.
  • the sensor 122 is connected to a microwave power source (not shown). When the plasma is excited in the vessel 101, the sensor detects the plasma, outputs the microwave power, and excites the plasma. When the plasma was extinguished, the output of the microwave power supply could be stopped immediately.
  • the light emission of plasma is detected using a phototransistor as the sensor 122, but other means may be used. However, it is preferable to be able to be installed outside the container 101 as in this example from the viewpoint of easy maintenance.
  • the inside of the container 101 and the object to be processed 104 are inadvertently inadvertently radiated from the antenna 201. It can be prevented from being heated and damaged.
  • a mechanism for raising the temperature of the inside of the container other than the container wall surface and the portion other than the object to be processed to 150 ° C or more, and / or the exhaust system constitutes all the units constituting the exhaust system The effect of having a mechanism to raise the temperature of the inside to more than 150 ° C was examined.
  • the investigation was performed in the range of 250 ° C.
  • 501 is a chamber
  • 502 is a plasma
  • 503 is an object to be processed
  • 504 is an electrode
  • 505 is a heater
  • 506 is a laser
  • 507 is a photodetector.
  • the gas used at that time was C.
  • Gas mixture of H 2 and H 2 [C 4 F 8 : H 2 7:
  • the pressure was 10 mT orr
  • the discharge power was 100 W.
  • the silicon wafer was attached to the flat end of a copper mouth to form a workpiece 503, and the heating was performed by a sheath heater 505 provided inside the rod.
  • Figure 26 shows the results of examining the relationship between the deposition rate of the polymer film and the inner wall temperature of the chamber. From FIG. 26, it was found that the amount of the polymer film deposited rapidly decreased with an increase in the wafer temperature, and that no polymer film deposition was observed at around 150 ° C.
  • the mechanism for raising the temperature of the container wall and the parts other than the object to be processed inside the container to 150 ° C or more, respectively, or Z, and all the components that constitute the exhaust system by the exhaust system It was determined that the provision of a mechanism for raising the temperature in the unit to 150 ° C. or higher could prevent the adhesion of a polymer film composed of water and reaction by-products.
  • This embodiment is different from the ninth embodiment in that a xenon (Xe) lamp is used as a means for heating the object 104 as shown in FIG.
  • Xe xenon
  • the Xe lamp 125 irradiates the xenon lamp light from the outside of the chamber 101 to the object 104 through the light inlet port 124 and the window 123 made of a transparent material. By doing so, only the surface of the object to be processed 104 can be effectively heated.
  • the Xe lamp was used as a means for heating the object 104, but other light sources may be used, or the electrode 109 holding the object 104 may be directly heated by heating. Although heating may be performed by a wire or the like, heating by Xe lamp irradiation is preferable.
  • the xenon lamp inlets 124 are provided in a part of the outside of the vessel 101, but it is more preferable to provide a plurality of vessels 110 uniformly on the outer periphery. (Example 14)
  • Figure 28 shows a simplified schematic diagram when a staged cutter system is used for recovery and reuse of fluorocarbon gas.
  • the gas exhausted from the container can be cooled step by step from a gas having a high boiling point, liquefied, distilled and purified, and reused as a liquid.
  • Fluorocarbon the effect of recovery and reuse of the order fluorocarbon gas global warming effect was as high as 1 00000-1 0 0 thousands of CO 2 are those immense.
  • a chamber inner wall material that is resistant to ion irradiation and has excellent plasma resistance is also required.
  • Figure 29 shows the relationship between the average binding energy of various fluorine gases and their plasma parameters. From this figure, it is clear that there is a close relationship between the binding energy and the plasma parameters. In other words, the smaller the binding energy, the lower the ion irradiation energy and the higher the ion density.
  • the plasma potential does not greatly depend on the binding energy of the gas molecule. NF from this. Is the most suitable gas for self-cleaning. Therefore, when a self-cleaning mechanism is provided, the inner wall of the container must have excellent plasma resistance. It is optimal to use a / Mg F 2 alloy or the like.
  • FIG. 30 shows A 1 F on the inner wall of the chamber of the apparatus of FIG. / With Mg F 2 alloy, as cleaning gas, when using gas species bonding energy is small gas molecules (NF 3, etc.), damage evaluation by Burazuma irradiation of the A 1 F 3 / M g F 2 Alloy It is the result of doing.
  • Figure 3 0 (a) is NF 3 plasma irradiation before
  • FIG. 3 0 (b) the NF 3 Burazuma 2 hours A 1 F / M g F 2 by that the depth of the alloy of the XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) after irradiation It is a direction profile.
  • the Al F 3 ZMg F 9 alloy It was found that almost no damage was caused by plasma irradiation.
  • the inner wall of the container must have excellent plasma resistance. It is best to use a / MgF 2 alloy or the like.
  • an antenna 201 is installed outside a vessel 101 via a first dielectric plate 102, and microwaves (frequency 8.3 GHz) are transmitted through a coaxial tube 1.
  • the plasma was excited by introducing the radio wave into the vessel 101 through the antenna 201 through 07.
  • FIG. 31 is a graph showing the measurement results of the saturation ion current density distribution
  • FIG. 32 is a measurement result of the electron temperature distribution
  • FIG. 33 is a measurement result of the electron density distribution.
  • a plasma apparatus From 3 1 to 33, a plasma apparatus according to the present invention, 1 4MAZcm more saturated Ion currents, 1. 0 eV (1 5000K) about electron temperature, a high-density plasma having 1 0 12 or more electron density It was found that uniform excitation could be achieved over a large area with a diameter of 300 mm or more in the vessel 101.
  • FIG. 34 is a schematic diagram of a system for measuring the ion current distribution. This is a measurement of the ion current distribution using the disc-shaped electrode 401. A disk-shaped electrode 401 was used instead of the object to be processed 104 and the electrode 109 in the plasma apparatus shown in FIG.
  • 401 is a disc-shaped electrode
  • 402 is a pin
  • 403 is an aluminum wire
  • 404 is a resistor
  • 405 is an operational amplifier
  • 406 is an A-D comparator
  • 407 is a computer
  • 408 is a stepping module
  • 409 is Power supply.
  • the disc-shaped electrode 401 shown in Fig. 34 is made of disc-shaped aluminum with a diameter of 300 mm0, and a pin 40.2 with a diameter of 4 mm0 is lined on the disc-shaped electrode 401 from the center to a point with a radius of 140 mm. Nine of them are embedded at equal intervals.
  • the current flowing from the plasma into the pin 402 is taken out of the chamber via the ceramic wire aluminum wire 403 connected to the pin 402 and a current introduction terminal (not shown).
  • a voltage of ⁇ 20 V with respect to the potential of the chamber is applied to the pin 402, and only positive ions in the plasma flow. This positive ion flow
  • the resulting current is converted to a voltage signal by the resistor 404, amplified by the operational amplifier 405, and then converted to a digital signal by the 16-channel A-D converter 406, and the computer 407 Is forwarded to
  • the aluminum electrode 401 is covered with polyimide tape (not shown).
  • the rotation of the electrode 401 by the stepping motor 408 and the measurement of the ion current by the A-D converter 406 are performed synchronously using the computer 407.
  • the number of times of measurement of the ion current per one rotation of the electrode 401 and one pin 402 is 200 times, and a fine two-dimensional distribution can be obtained.
  • FIG. 35 is a schematic diagram showing the structure of a single probe used for measuring the electron temperature and the electron density in this example.
  • the probe tip (tungsten wire, 0.1 mm0) 601 is heated by the microwave and thermionic could be released. Also, frequent ionization may occur in the probe sheath. In either case, the original single probe current-voltage characteristics cannot be obtained.
  • a silver wire 602 in which a 0.5 mm0 silver wire was spirally wound was installed with a gap around the probe tip 601 in order to shield microwaves.
  • the reason for using the silver wire is to use a material with low resistance to prevent microwaves from heating itself.
  • the reason for using relatively thin lines for shielding is to minimize the effect on the plasma.
  • the current-voltage characteristics of the case where the spiral silver wire is installed and the case where the silver wire is not so are compared. At low microwave power densities, there was little difference between the two characteristics. In the case where the microwave power density is large, if the spiral silver wire is not installed, the current value increases remarkably when a negative potential is applied to the probe. Normal characteristics were obtained when the wires were installed. Thus, when the microwave power density in the plasma is large, it is effective to shield the microphone mouth wave around the professional chip 601 with a metal wire 602 or the like.
  • plasma etching was performed on the object to be processed 104 by applying a high frequency to the electrode 109 having a function of holding the object to be processed 104.
  • the object to be processed 104 an Si wafer on the surface of which a Po y-Si film mainly used as a gate electrode material of a MOS transistor was formed, and the Po y-Si film was etched.
  • a high frequency was applied to the electrode 109 having a function of holding the object to be processed 104 from a means (not shown) capable of applying a high frequency bias.
  • Gases such as C 19 , ⁇ 2 , and HBr were used as source gases, but are not limited to these gases.
  • FIG. 36 is a graph showing the result of plasma etching. From Fig. 36, P o is measured at 9 points on the workpiece (300 mm ⁇ in size) (8 points divided into 4 points equally at the center point and at 150 and 280 mm ⁇ from the center). 1 The uniformity of the abrasion amount (etching rate) per unit time of the y-Si film is about 5%, making it possible to perform very uniform etching on a large-diameter (300 mm ⁇ ) workpiece. I was affirmed.
  • a case is shown in which the apparatus of the present invention is applied to a plasma oxidation apparatus for oxidizing the surface of an object to be processed at a low temperature.
  • a Si substrate is used as an object to be processed, and the surface of the Si substrate is directly oxidized on to form a gate oxide film.
  • Ar and On are used as source gases.
  • Xe may be used instead of Ar as the carrier gas.
  • a mixed gas consisting of A r and 0 0, may be while handling such H e.
  • FIG. 37 is a schematic diagram showing a cross-sectional view of the device manufactured in this example and a measurement system for measuring the withstand voltage of the device.
  • the element whose dielectric breakdown voltage was measured is composed of an object to be processed 701 made of n-type Si, a field oxide film 702, a gate oxide film 703, and a gate electrode 704.
  • Reference numeral 705 denotes a probe used for measuring the dielectric strength
  • 706 denotes a voltmeter
  • 707 denotes a voltage applying means
  • 708 denotes an ammeter.
  • the probe 705 is brought into contact with the gate electrode 704, and a direct voltage is applied to the object 701 made of n-type Si via the gate electrode 704, and the gate oxide film 703 is broken down.
  • the voltage ie, dielectric strength
  • FIG. 38 is a graph showing the measurement results of the withstand voltage.
  • FIG. 38 (a) shows a case where a gate oxide film is formed by the apparatus according to the present invention.
  • FIG. 38 (b) shows a case where a gate oxide film is formed by a conventional apparatus.
  • the conventional device is a device that applies a high frequency of 10 OMHz to a parallel plate type electrode to generate plasma and form a gate oxide film.
  • the horizontal axis indicates the withstand voltage
  • the vertical axis indicates the frequency of the element with each withstand voltage.
  • the bar graph with a horizontal axis of 10 MV / cm shows that the dielectric strength is 9.5 ⁇ 10. This is the frequency of occurrence of elements in the range of 4 MV / cm.
  • the number of measured elements is 30 in each of FIGS. 38 (a) and 38 (b).
  • the device fabricated with the conventional device had a wide breakdown voltage distribution (ie, poor uniformity) and an average withstand voltage of 10.2 MVZcm [Fig. 38 (b)].
  • the device fabricated with the device of the present invention has a narrow breakdown voltage distribution (that is, good uniformity) and a high average withstand voltage of 11.9 MVZ cm, so the film quality of the gate oxide film is improved. [Fig. 38 (a)].
  • an oxide film having high uniformity and high withstand voltage can be formed by directly oxidizing using a plasma apparatus having the radial 'line' slot 'antenna according to the present invention. It was confirmed that a device having a withstand voltage can be manufactured stably.
  • the apparatus of the present invention was applied to a plasma oxidizing apparatus for oxidizing the surface of an object to be processed at a low temperature, but also applied to a plasma nitriding apparatus for nitriding the surface of an object to be processed. It was confirmed that a nitride film having high uniformity was obtained.
  • This example shows an example in which the present invention is applied to a plasma CVD apparatus for forming a thin film on a substrate surface. A case where a single crystal Si is formed on an amorphous Si substrate will be described.
  • a single-crystal Si is formed on the amorphous Si, but a polycrystalline Si can be formed on the amorphous Si.
  • the material of the substrate on which the film is formed is not limited to Si, and may be a glass or quartz substrate.
  • Si H ⁇ , H 2 and Ar are used as the source gas
  • the present invention is not limited to these combinations, and Xe may be used instead of Ar, but Xe is more preferable.
  • the ratio of Ar must keep Ar at least half of the total. In this example, it is set to 50%, but it is not limited to this value. This is because in the plasma excitation method using the microphone mouth wave, the electron density in the plasma needs to be high to some extent in order to maintain the excitation of the plasma, so that a higher electron density can be obtained. Ar ratio Need to be more.
  • the temperature of the amorphous Si substrate surface was raised to 500 ° C by irradiating a xenon lamp, and the missing energy was compensated by plasma ion irradiation. Further, other methods of raising the temperature may be used, but a method using a xenon lamp is preferable.
  • the plasma apparatus of the present invention it is possible to set uniform film forming conditions in a large area, and a single-crystal Si at a low temperature on an amorphous substrate, which was impossible with a conventional plasma apparatus. Has become possible for the first time.
  • a single crystal Si could be formed on an Si substrate having a diameter of 300 mm at a temperature of 500 ° C. at a film formation rate of 0.1 ⁇ m per minute.
  • a high-quality thin film having a mobility (carrier mobility) of 300 or more could be obtained.
  • Example 1 9 This example, and it is different from Example 1 9, is the point of forming a S i 0 2 on S i substrate, omitted other elements are the same as Example 1 9.
  • a film can be formed on a Si substrate having a diameter of 300 mm at a film forming rate of 0.1 ⁇ m / min at a temperature of 350 ° C., and the in-plane uniformity is less than ⁇ 5%.
  • This example is different from Example 19.
  • Ar is that a Si 3 N 4 film is formed on a Si substrate.
  • Si and NH 3 are used as source gases, but the present invention is not limited to these combinations, and Xe may be used instead of Ar.
  • N 2 may be used for NH 3.
  • B ST film is a ferroelectric thin film on a P t thin film formed on a S i substrate [(B a, S r) T I_ ⁇ 3 film] It is a point.
  • Other details are the same as in the nineteenth embodiment, and a description thereof will be omitted.
  • B a (DPM) o as a source gas, S r (DPM) 2, T i 0 (0- i- C 3 H 7) 2, 0 was used 2 and Ar, limited to these combinations This is not the case, and Xe may be used instead of Ar, but it is preferable to use Xe rather than Ar.
  • the Pt thin film was previously formed on the Si substrate by sputtering, and also serves as a barrier metal that prevents the electrodes and Ba, Sr, and Ti from reacting with the underlying Si substrate. . It is not limited to Pt thin film. It does not matter.
  • the point of forming the SB T thin film [S r B i 2 T a 2 0 9 thin film is a ferroelectric thin film on P t thin film formed on a S i substrate
  • the other parts are the same as in the nineteenth embodiment, and a description thereof will be omitted.
  • S r (DPM) 2 and B i (C ⁇ H r ) are used as source gases.
  • T i 0 (0 i 1 C 3 H 7 ) 9 and Ar were used.
  • Xe may be used for Ar. It is preferable to use Xe rather than Xe.
  • This example shows an example in which the present invention is applied to a plasma CVD apparatus for forming a diamond thin film on a substrate surface.
  • Si is used as the substrate Use
  • the substrate temperature was set at 500 ° C.
  • a diamond thin film is formed by simultaneously performing elementary reactions of decomposition and deposition of carbon gas, nucleation of diamond, generation of sp 3 carbon, and removal of by-products (graphitic carbon, polymer).
  • graphitic carbon, polymer a by-products
  • this device can generate high-density and low-energy plasma over a large area. And a high-quality thin film can be formed.
  • Example 19 This example is different from Example 19 in that P—SiN is formed on the Si substrate, and the other points are the same as in Example 19, and will not be described.
  • the substrate temperature is 300 ° C.
  • SiH 4 , NH 3 and Ar are used as source gases, but the present invention is not limited to these combinations. May be used, or N 9 may be used for NH 9 .
  • a film could be formed on a Si substrate having a diameter of 300 mm at a film formation rate of 0.1 ⁇ m / min, and the in-plane uniformity was less than ⁇ 5%.
  • Example 19 This example is different from Example 19 in that P—S i 0 is formed on the Si substrate, and the other points are the same as in Example 19, and therefore will not be described.
  • the substrate temperature is 300 ° C.
  • SiH 4 , N 20 and Ar are used as the source gas.
  • the present invention is not limited to these combinations, and Xe is used instead of Ar. May be used.
  • a film could be formed on a Si substrate having a diameter of 300 mm at a film formation rate of 0.1 / m / min, and the in-plane uniformity was less than 5% of soil.
  • This example is different from Example 19 in that BPSG is formed on a Si substrate.
  • a film could be formed on the Si substrate having a diameter of 300 mm at a film forming rate of 0.1 ⁇ m / min, and the in-plane uniformity was less than ⁇ 5%.
  • the apparatus of the present invention is applied to a plasma nitriding apparatus for nitriding the surface of an object to be processed at a low temperature.
  • the Si substrate is used as the object to be processed, and the surface of the Si substrate is N.
  • the case of direct nitriding will be described.
  • the raw material gas is used A r and N 0. He or Xe may be used instead of Ar as the carrier gas.
  • a mixed gas consisting of A r and N 9, H e, N e , but it may also be like is added X e.
  • N instead of NH. May be used.
  • the Si substrate surface was directly nitrided for 30 minutes using a / 3% gas mixture, and a 5 nm silicon nitride film was grown.
  • 6 is a graph showing the results of analyzing the data. The horizontal axis shows the binding energy between the photoelectron and the nucleus, and the vertical axis shows the number of electrons having that binding energy. For comparison, the spectrum of the surface on which a 5 nm silicon nitride film was grown by treating in an N 2 atmosphere at 1300 ° C. for 120 minutes is also shown. From FIG.
  • FIG. 40 is a schematic diagram showing a cross-sectional view of the device fabricated in this example and a measurement system of the amount of charge injected into the device for breakdown.
  • the element for which the breakdown injection charge amount was measured was a processed object 81 made of n-type Si, a field oxide film 802, a gate nitride film 803, and a gate electrode. It consists of 804.
  • Reference numeral 805 denotes a probe used for measuring the amount of charge injected into the dielectric breakdown
  • 806 denotes a voltmeter
  • 807 denotes a constant current source
  • 808 denotes an ammeter.
  • the formation of the device shown in FIG. 41 and the measurement of the amount of charge injected by dielectric breakdown were performed by the following procedure using the measuring instrument shown in FIG.
  • deposition gas was (A r + N 2 )
  • gas pressure was 30 mTorr to 100 mTorr
  • partial pressure ratio was Ar / 2-99.7% to 90% / 0.3. %
  • microwave power was 700 W
  • nitriding time was 30 minutes
  • the object was kept electrically floating
  • the temperature of the object was 430 ° C.
  • the probe 805 is brought into contact with the gate electrode 804, and a constant current is supplied from the constant current source 807 through the gate electrode 804 so that the current density becomes 20 OmAZcm 2, which is composed of an n-type Si wafer.
  • the voltage was applied to the processing body 801, and the time required for the gate nitride film 803 to break down was measured. The value obtained by multiplying this time by the current density value is the breakdown injection charge.
  • FIG. 41 is a graph showing the measurement results of the charge of dielectric breakdown injection of a silicon nitride film formed at 430 ° C. using this apparatus. For comparison, the breakdown injection charge of the silicon nitride film formed at 1300 ° C in an N 2 atmosphere is also shown.
  • the horizontal axis represents the amount of injected charge
  • the vertical axis represents the cumulative frequency of the device from which each amount of injected charge was obtained. The number of measured elements is 20. From FIG. 41, when a nitride film is formed on the Si substrate surface by using the apparatus of the present invention, the silicon film is formed at a low temperature of 430 ° C.
  • the silicon nitride film having the same electrical characteristics as the silicon nitride film formed at 1300 ° C. despite the low temperature of 430 ° C.
  • the film could be formed.
  • the apparatus of the present invention was applied to a plasma nitriding apparatus for nitriding the Si surface of the object to be processed at a low temperature.
  • the apparatus is not limited to the Si surface, but may be Ta, W, A1, Ti or the like. It was confirmed that a high quality metal nitride film could be obtained at a low substrate temperature even if it was applied to nitriding of the metal surface.
  • the apparatus of the present invention is used as a plasma CVD apparatus for forming a polycrystalline silicon thin film on a substrate surface, and a polycrystalline silicon film is formed on an oxide film formed on a Si substrate. It shows about.
  • the raw material gas is a mixed gas of A r and S i H 4. Further, H 2 , He, Ne, Xe, etc. may be added to the mixed gas composed of Ar and SiH. He or Xe may be used instead of Ar. Further, instead of the S i H 4, S i Ri H 6, S i HC 1 S i HgC 1. , The same effect can be obtained by using the S i C 1 4.
  • the formation of the oxide film was performed by the thermal oxidation method, but the means of forming the oxide film is not limited to the thermal oxidation method, and an oxide film formed by any means may be used.
  • FIG. 42 is a graph showing the measurement results of X-ray diffractometry of a polycrystalline silicon thin film.
  • the horizontal axis shows the X-ray scattering angle 20 due to the plane orientation, and the vertical axis shows the X-ray intensity at that scattering angle.
  • the X-ray diffractometer indicates that the higher the peak intensity, the higher the crystallinity of the plane orientation. From FIG. 42, it can be seen that the polycrystalline silicon film formed by the apparatus of the present invention has clearly higher crystallinity than the conventional film formed by parallel plate CVD. Was.
  • This embodiment shows an embodiment in which the present invention is applied to a magnetron plasma etching apparatus.
  • It has two parallel plate type electrodes I and II, and a substrate to be processed using plasma is placed on a surface of the electrode I facing the electrode II, and is horizontally placed on the substrate.
  • a plasma device provided with a unidirectional magnetic field applying means, wherein the electrode II can be controlled independently of a central part electrically grounded and a high frequency power supply connected to the electrode I.
  • Means for adjusting a junction impedance provided at a portion electrically connected to the electrode I for the purpose of equalizing the density of plasma generated near the surface of the base body, the outer periphery being connected to a high-frequency power supply. A focus ring with a mark is provided.
  • the configuration diagram of the etching apparatus according to the present invention is the same as that of FIG.
  • a dipole ring magnet (DRM) in which a plurality of permanent magnets are arranged in a ring is used as the magnetic field applying means 4 4 13.
  • the permanent magnets that make up the DRM are arranged in such a way that the magnetization direction makes one rotation while the position of the permanent magnets makes a half turn.
  • DRM is used as the magnetic field, but other magnetic field applying means may be used.
  • the plasma density is increased by using a magnetic field here, other means may be used, and it is not necessary to use the plasma density when there is no need to increase the plasma density.
  • the electrode II is a ring-shaped metal plate, which is provided to improve the in-plane uniformity of the plasma near the surface of the base.
  • the high frequency power output from the high frequency power supply II is applied to the electrode II through the matching circuit II. Balancing the electron drift on the electrode II surface and the electron drift on the substrate surface caused by the application of a magnetic field by applying appropriate high-frequency power to the electrode II Therefore, the plasma near the substrate surface is almost completely homogenized.
  • the electrode II does not need to be provided if the uniformity of the plasma near the surface of the substrate is good even if a high frequency is not applied to the electrode II, or if there is no problem even if the plasma is not uniform.
  • the focus ring provided for the purpose of equalizing the density of plasma generated near the surface of the substrate has good in-plane uniformity of plasma near the surface of the substrate, or when there is no problem even if it is not uniform May be reduced in size or not provided.
  • the material of the container ⁇ wall surface As the material of the container ⁇ wall surface, a material that emitted as little gas (moisture and the like) as possible was used. In this case, AIN was used. However, it is not limited to this material.
  • the high frequency applied to the electrode I was 13.56 MHz, and the high frequency applied to the electrode I was 10 OMHz. At this time, by setting the high frequency applied to the electrode II higher than the high frequency applied to the electrode I, the self-bias potential applied to the electrode II becomes smaller, so that the electrode II is sputtered by the plasma. The problem of metal contamination in the container is solved.
  • the frequency of the high frequency applied to the electrodes I and II is not limited to this.
  • the conditions for etching the substrate were as follows: high-frequency power applied to electrode I (13.56 MHz) 170 W, high-frequency power applied to electrode II (10 OMHz) 400 W, process pressure 4 OmTorr electrode spacing 10 mm, the process gas ratio C 4 F n: 5%, CO: 15%, a r: 78%, 0: 2% but not these conditions is not limited to this.
  • BPSG BPSG was deposited to a thickness of about 1.5 ⁇ m on a silicon wafer with a diameter of 20 Omm as the above substrate, and a mask material called a resist, 0.7 ⁇ m, was applied thereon, and then exposed and developed.
  • a hole pattern having a diameter of 0.18 was formed in the mask material.
  • the substrate was etched under the same conditions as in the experiment, and the hole shape after the etching was observed. From the results, the following became clear.
  • the conventional exhaust system has a taper angle of 86.
  • the taper angle is 89. And became the ideal shape.
  • the taper angle refers to the angle between the Si wafer and the side wall of the hole (see FIG. 58).
  • the configuration of this apparatus is the same as that in FIG.
  • the target here is the substrate 5404 to be subjected to the plasma treatment shown in FIG.
  • a dipole ring magnet (hereinafter, DRM) in which a plurality of permanent magnets are arranged in a ring is used, but is not limited to this.
  • the inner wall material of the container is made of a material that does not release a released gas (moisture or the like) as much as possible. However, it is not limited to this material.
  • the frequency of the high-frequency power applied to the electrode I was 43.0 MHz
  • the frequency applied to the electrode II was 13.56 MHz
  • the frequency applied to the auxiliary electrode B was 10 OMHz.
  • the frequency of the high frequency applied to each electrode is not limited to the above value, but the frequency of the high frequency applied to the auxiliary electrode B lowers the self-bias potential applied to the auxiliary electrode B and reduces its own spatter. It is better to set as high as possible to avoid evening No.
  • this apparatus was applied to a plasma oxidation apparatus for oxidizing the surface of the base at a low temperature. Show the case.
  • Si wafer is used as the substrate, and the surface of Si is set to 0.
  • Source gases are Ar and 0. Is used.
  • Xe may be used instead of Ar as the carrier gas.
  • He or the like may be added to the mixed gas composed of Ar and 0 °.
  • FIG. 60 is a schematic diagram showing a cross-sectional view of the device manufactured in this example and a measurement system for measuring the withstand voltage of the device.
  • the elements for which the withstand voltage was measured were the substrate 4001, the field oxide film 4002, the gate oxide film 4003, and the gate electrode 400 made of n-type Si. It consists of 04.
  • 4005 is a probe used for measuring the withstand voltage
  • 4006 is a voltmeter
  • 4007 is a voltage applying means
  • 4008 is a voltage. It is a flow meter.
  • the film formation conditions for the, film gas (A r +0 2), the gas pressure is 3 OMT orr, partial pressure ratio A r: 0 0 98% : 2%, microphone port wave power 700 W, oxide
  • the treatment time was 20 minutes, the substrate was kept electrically floating, and the temperature of the object was 430 ° C.
  • the film forming conditions are not limited to these.
  • the probe 4005 is brought into contact with the gate electrode 4004, and a DC voltage is applied to the object 4001 made of n-type Si wafer via the gate electrode 4004, and the gate oxide film 4003 is broken down. Voltage (ie, dielectric strength) was measured with a voltmeter 4006.
  • FIG. 61 is a graph showing the measurement results of the withstand voltage.
  • FIG. 61 (a) shows a case where a gate insulating film is manufactured by the apparatus according to the present invention.
  • FIG. 61 (b) shows a case where a gate insulating film is manufactured by a conventional apparatus.
  • FIG. 62 shows a plan view of a plasma apparatus using a radial line slot antenna provided with a conventional exhaust system.
  • the only difference from the apparatus using the exhaust system of the present invention is the exhaust system.
  • the evacuation system of the present invention has a relatively large space at the top of the vacuum pump, and when a plurality of vacuum pumps are arranged at substantially equal intervals on the side of the substrate, the conductance of gas is almost reduced. A uniform gas flow on the substrate in the rotation direction can be realized without causing the rotation. That is, vacuum A large amount of gas can be flowed to near the permissible value of the pump, and it is possible to cope with ultra-high-speed processing of large-diameter substrates.
  • the conventional evacuation system uses only one direction of evacuation of the vacuum pump 2001, so the space above the vacuum pump is narrow, the gas conductance is reduced, and a uniform gas flow over the substrate is realized. I can't do that. For this reason, a large amount of gas cannot be flowed, and it is impossible to cope with a high-speed process of a large-diameter substrate.
  • the horizontal axis indicates the withstand voltage
  • the vertical axis indicates the frequency of the element having each withstand voltage.
  • the bar graph of 1 OMV / cm on the horizontal axis shows the frequency of occurrence of devices with a dielectric strength in the range of 9.5 to 10.4 MVZ cm.
  • the number of measured elements is 30 in each of FIGS. 61 (a) and 61 (b). The following points became clear from Figure 61.
  • a device fabricated using a device equipped with a conventional exhaust system had a wide withstand voltage distribution (ie, poor uniformity of film quality) and an average withstand voltage of 10.3 MVZcm [Fig. 61 (b)].
  • the device fabricated by the apparatus of the present invention has a narrow breakdown voltage distribution (that is, good film quality uniformity) and a high average withstand voltage of 11.5 MV / cm, so that the film quality of the gate oxide film is improved. [Fig. 61 (a)].
  • FIG. 63 is a graph showing the film thickness distribution of the Si oxide film in the plane C.
  • the horizontal axis indicates the distance from the center of the axis, and the vertical axis indicates the thickness of the direct oxide film.
  • the uniformity of the thickness of the direct oxide film formed by a device equipped with a conventional exhaust system is low.
  • the thickness of the direct oxide film formed by the apparatus of the present invention was almost constant in the wafer surface, and the uniformity was high. Therefore, by performing direct oxidation using the plasma apparatus according to the present invention, an oxide film having high uniformity and high withstand voltage can be formed, and it has been confirmed that an element having excellent withstand voltage can be stably manufactured. Was done.
  • the apparatus of the present invention was applied to a plasma oxidizing apparatus for oxidizing the Si surface of the substrate at a low temperature.
  • the present invention is not limited to the Si surface, and has high uniformity when applied to a metal surface. t, it was confirmed that an oxide film was obtained.
  • a radial line slot that can supply a large flow of gas uniformly
  • the present device is applied to a plasma nitriding device for nitriding the surface of the base at a low temperature.
  • the configuration of the present apparatus and a plasma apparatus using a radial line slot antenna provided with a conventional exhaust system are the same as those in the third embodiment, and a description thereof will be omitted.
  • the Si substrate is used as the substrate, and the surface of the Si substrate is directly nitrided with N 2 to form a gate nitride film.
  • Ar and N 2 are used as source gases.
  • Xe may be used instead of Ar as the carrier gas.
  • He, Ne, etc. may be added to the mixed gas composed of Ar and N 2 .
  • NH 3 may be used instead of N.
  • FIG. 64 is a schematic diagram showing a cross-sectional view of the device fabricated in this example and a measurement system for the amount of charge injected into the device for breakdown.
  • the element whose dielectric breakdown injection charge was measured is composed of an object to be processed 5001 made of n-type Si, a field oxide film 5002, a gate nitride film 5003, and a gate electrode 5004.
  • Reference numeral 50005 denotes a probe used for measuring the amount of electric charge injected for breakdown
  • 5006 denotes a voltmeter
  • 5007 denotes a constant current source
  • 5008 denotes an ammeter.
  • the formation of the device shown in FIG. 64 and the measurement of the amount of charge injected by dielectric breakdown were performed in the following procedure.
  • the film forming conditions are not limited to these.
  • the probe 505 is brought into contact with the gate electrode 504, and the current density becomes lOOm AZ cm 2 from the constant current source 507 through the gate electrode 504.
  • a constant current was applied to the substrate 5001 made of n-type Si, and the time required for insulation breakdown of the gate nitride film 5003 was measured. The value obtained by multiplying this time by the current density value is the breakdown injection charge.
  • FIG. 65 is a graph showing the measurement results of the charge injected into the dielectric breakdown.
  • the horizontal axis represents the amount of injected charge
  • the vertical axis represents the cumulative frequency of the device from which each amount of injected charge was obtained.
  • the number of elements measured was 20 for each of the conventional method and the present invention. The following points became clear from Fig. 65.
  • the device fabricated by the conventional apparatus had a wide distribution of injected charge (ie, poor uniformity of film quality) and an average charge injection of 59.3 C / cm 2 .
  • the device manufactured by the apparatus of the present invention has a narrow distribution of injected charge (that is, good uniformity of film quality) and a high average charge injection of 572 CZ cm. It was found that the film quality of was improved.
  • FIG. 66 is a graph showing the film thickness distribution of the direct nitride film in the plane C.
  • the abscissa indicates the distance from the center of the wafer surface, and the ordinate indicates the thickness of the nitride film directly.
  • the uniformity of the thickness of the direct nitride film formed by the equipment equipped with the conventional exhaust system is low.
  • it was found that the thickness of the direct nitride film formed by the apparatus of the present invention was almost constant in the wafer surface, and the uniformity was high.
  • FIG. 67 is a graph showing the measurement results of the barrier properties of the direct nitride film.
  • the Si wafer directly nitrided by the apparatus having the conventional exhaust system and the apparatus having the exhaust system of the present invention is exposed to an atmosphere of 600 ° C. and 100% 0 0 for 1 hour to 5 hours. After that, measurement was performed with an X-ray photoelectron spectrometer.
  • the horizontal axis represents the time during which the directly-nitrided Si wafer was exposed to the above-mentioned 02 atmosphere
  • the vertical axis represents the Si ⁇ which was oxidized and chemically shifted on the directly-nitrided Si surface. Represents the area of the peak. The following points became clear from the figure.
  • FIG. 68 shows the relationship between the amounts of oxygen and carbon contained in the direct nitride film formed from the film formation atmosphere and the total flow rate of the process gas. The following points became clear from this figure.
  • the apparatus of the present invention is capable of forming a film while flowing a large flow of gas, and is therefore suitable for forming an L-direct nitride film with little oxygen and carbon contamination. Therefore, by performing the direct nitridation using the plasma processing apparatus according to the present invention, the impurity concentration in the film is kept low, the film has high film quality uniformity and a high injected charge amount, and the film thickness distribution is uniform. Since a nitride film having high barrier properties can be formed, it was confirmed that a device having excellent characteristics can be stably manufactured.
  • the apparatus of the present invention was applied to a plasma nitriding apparatus for nitriding the Si surface of the substrate at a low temperature.
  • the present invention is not limited to the Si surface, and Ta, W, A1, Ti, etc. It has been confirmed that a highly uniform metal nitride film can be obtained even when applied to nitriding of the metal surface.
  • a plasma device using a radial line slot antenna capable of uniformly supplying a large flow rate of gas is shown, in which the present device is applied to a plasma CVD device for forming a diamond film on the substrate. .
  • Diamond thin films have attracted attention because of their excellent mechanical, thermal, scientific, electrical, and optical properties, and the ability to control semiconductor properties by adding appropriate impurities.
  • FIG. 69 shows an example of the configuration of an X-ray lithography mask.
  • the circuit pattern to be transferred is formed on the absorber in the central square part in the figure.
  • X-rays of parallel light enter from the substrate side, pass through the central square part, which has no absorber, and are projected onto a patterned Si wafer (not shown) installed on the absorber side.
  • the diamond thin film used as the support layer of the absorber is required to be transparent, have a smooth surface, and have in-plane uniform characteristics.
  • the Si substrate from which surface contaminants (particles, organic substances, metals) and native oxide have been removed is introduced into the chamber.
  • a diamond thin film is formed by about 1 to 2 im by the above-mentioned apparatus.
  • the diamond crystal on S i substrate Generate nuclei.
  • DoNarumaku the diamond film about. 1 to 2 m in A r / H 2 ZCH 4 Z 0 2 or A r / Ho / C0 9 Z0 9 atmosphere.
  • Xe may be used instead of Ar above.
  • the chamber pressure during the process is 3 to 50 OmTorr
  • the process gas flow can be up to 3 SLM
  • the temperature of the Si is controlled at 300 to 700 ° C.
  • high-density and uniform plasma can be generated in a large area, and by providing a shower plate, the supply of source gas can be made uniform and a uniform film can be formed on a large-diameter substrate.
  • high-speed removal of the reaction by-product gas is possible, such as non-diamond components uniformly etched with atomic hydrogen.
  • the reaction by-products are exhausted at high speed, and high quality diamond can be produced.
  • Table 2 shows the evaluation results of the 2 m-thick diamond thin film formed on Si SC.
  • Table 2 Diamond evaluation results Film thickness, in 4-inch substrate (Ellipsometry film thickness meter)
  • Transmittance (measured after removing Si substrate) The transmittance was measured after removing the diamond thin film by removing the center part of the rear surface of the Si wafer (the side opposite to the surface on which the thin film was formed) by means of ⁇ et etching.
  • Figure 70 shows the measurement system.
  • Figure 71 shows the changes in surface roughness and transmittance when the total flow rate of the process gas was changed.
  • the plasma apparatus according to the present invention reaction by-products such as non-diamond components etched with atomic hydrogen can be exhausted at high speed to produce high-quality diamond.
  • This embodiment shows an embodiment in which the present invention is applied to a magnetron sputtering device.
  • the amorphous o 1 T a ⁇ B can be applied as an absorber material for an X-ray lithography mask.
  • a flat diamond thin film was formed, and then Ta 4 B was continuously formed by a cluster without any contact with the clean room atmosphere.
  • the amorphous ⁇ 31 ⁇ film was formed on the Si thin film and the diamond thin film on the Si thin film. An implementation method is described below.
  • the sputtering target used was a compound of tantalum and boron with an atomic ratio of 4: 1. Perform sputtering in Ar or Xe atmosphere. The chamber pressure at this time is 3 to 50 OmT orr. Process gas flow rates can flow up to 3 S LM.
  • Table 3 shows the evaluation results of the amorphous Ta 4 B thin film with a thickness of 1 ⁇ m formed on the Si diamond and the two diamond thin films on the Si diamond. From the results, the following became clear.
  • a plasma device using a radial line slot antenna capable of uniformly supplying a large flow rate of gas is applied to a plasma CVD device for forming a polycrystalline silicon thin film on the substrate.
  • the following shows the case.
  • S i ⁇ ⁇ As long as the material of S I_ ⁇ 2 such as a non-crystalline Good.
  • the polycrystalline silicon thin film can be used as an active layer gate electrode of a transistor.
  • SiH 4 and Xe are used as source gases, the invention is not limited to these combinations.
  • S i 0 Hp or the like may be used instead of S i H 4
  • Ar or H 0 may be used instead of Xe.
  • the microwave power is 1600 W, and the total flow rate of the gas introduced into the process chamber is changed from 300 sccm to 300 sccm.
  • Polycrystalline silicon was deposited on a 300 mm glass substrate, and the surface roughness, uniformity, and crystallite size of the polycrystalline silicon were measured.
  • the substrate temperature was set at 300 ° C. Note that the process conditions listed here are merely examples for showing the effects of the present invention, and are not limited to the above values.
  • Figure 72 shows the total gas flow rate dependence of the surface roughness of the deposited polycrystalline silicon thin film. The measurement was performed with an atomic force microscope (AFM). It can be seen that the surface roughness decreases as the total gas flow rate increases.
  • AFM atomic force microscope
  • Figure 73 shows the total gas flow rate dependence of the in-plane uniformity of the deposited polycrystalline silicon thin film on a glass substrate. It can be seen that the in-plane uniformity improves as the total gas flow rate increases.
  • Figure 74 shows the dependence of the crystallite size of the deposited polycrystalline silicon thin film on the gas flow rate over time.
  • the crystallite size was calculated by the Schiller method from the half width of the Si peak by the X-ray thin film method. It can be seen that the crystallite size increases as the total gas flow increases.
  • Fig. 75 shows the dependence of the hydrogen content in the deposited polycrystalline silicon thin film on the total gas flow rate.
  • the amount of hydrogen in the film was measured using FT-IR and indicated by relative values. It can be seen that as the total gas flow rate increases, removal of reaction by-products is promoted and the amount of hydrogen in the film decreases.
  • Figure 76 shows that PH is used as the process gas for Xe and SiH.
  • the graph shows the dependence of the specific resistance of the film on the total gas flow when P is added by adding P.
  • Xe: S i H 4: PH 3 flow ratio is 1 00000: 1 000: 1 fixed to the were subjected to experiments, limited to these values It is not something to be done. It can be seen that as the total gas flow rate increases, the specific resistance of the film decreases and the activation rate of the dopant increases.
  • this apparatus is used as a plasma CVD apparatus for forming a Si 3 N 4 thin film on the substrate.
  • the case of application is shown.
  • Si Xe and N 2 are used as source gases, the invention is not limited to these combinations.
  • S i 2 H 6 etc. instead of S i, Ar or H 0 etc. instead of Xe, NH instead of N 2 .
  • Etc. can be used.
  • S i 1 ⁇ , Xe, N. Is set so that the gas flow ratio becomes 1: 1 00: 5.
  • the microwave power is set at 1600 W, the pressure inside the process chamber is set at 30 OmT orr, and the total gas flow is changed from 300 sccm to 3000 sccm.
  • the S i ⁇ ⁇ thin film was formed on a 300 mm glass substrate, and the film uniformity and dielectric strength were measured.
  • the substrate temperature was set at 300 ° C.
  • Figure 77 shows the dependence of the in-plane uniformity of the deposited Si 3 N 4 thin film on the glass substrate on the total gas flow rate. It can be seen that as the total gas flow rate increases, the in-plane uniformity also improves.
  • FIG. 78 shows the dependence of the dielectric breakdown voltage of the formed Si 3 N 4 thin film on the total gas flow rate.
  • the dielectric strength was measured by preparing a dedicated TEG. Increasing total gas flow It can be seen that the dielectric strength increases with the force ⁇ .
  • Figure 79 shows the deposited Si.
  • the dependence of the total gas flow rate on the composition ratio of Si and N in the N 4 thin film is shown.
  • the measurement was performed using X-ray photoelectron spectroscopy. It can be seen that the removal of reaction by-products is promoted with an increase in the flow rate of the toe gas, and that the atomic ratio of Si 3 N 4 approaches the ideal value of 3: 4 for the atomic composition of Si 3 N 4 .
  • a plasma CVD method for forming a fluorocarbon-based low dielectric constant thin film on the substrate was used.
  • the following is an example of application to a device.
  • the configuration of the present apparatus is the same as that of the embodiment 32, and will not be described.
  • the first layer A 1 Cu wiring is patterned into a cluster tool. In this process, all the steps up to the formation of the second layer A 1 Cu film are performed using a cluster tool.
  • This cluster tool is the same as in the sixth embodiment, and will not be described.
  • the surface of the first-layer wiring is first subjected to a surface treatment using a Ne / F2 mixed gas.
  • Ne / F 2 gas is introduced into this microwave device, plasma is generated in the chamber, and the wafer surface is exposed to plasma for about 5 minutes to perform fluoridation.
  • a fluorocarbon-based low dielectric constant film is formed on the substrate in the same chamber.
  • H 2 and Ar are used as source gases, the invention is not limited to these combinations. You may use C etc. instead of C 4 F 8 , 0 2 etc. instead of Ho, and X e etc. instead of Ar. Set the gas flow ratio of C 4 F 8 , H 2 and Ar to 1: 1: 5.
  • the microwave power is set to 160 W
  • the pressure inside the process chamber is set to 10 to 20 OmTorr
  • the total gas flow rate is set. From 500 sccm to 3000 sccm.
  • a film was formed on a 30 mm thick wafer, and the deposition rate and its uniformity were measured.
  • the wafer temperature was controlled at 250 degrees.
  • Figure 80 shows the dependence of the deposition rate of the deposited fluorocarbon film on the gas flow rate over time. As the total gas flow rate is increased, the removal of reaction by-products is promoted, and the deposition rate increases, reaching 800 nm / min or more.
  • Figure 81 shows the dependence of the in-plane uniformity of the deposition rate on the gas flow rate. It can be seen that the in-plane uniformity has been improved by sufficiently increasing the flow rate of the process gas.
  • the plasma apparatus As described above, by using the plasma apparatus according to the present invention, a high-speed and uniform film can be formed over a large area. Further, if the second layer wiring is continuously formed in the cluster tool, it is possible to manufacture a semiconductor element having a multilayer wiring.
  • a plasma processing apparatus comprising a BST thin film [(Ba, Sr) TioQ
  • a plasma CVD apparatus for forming a thin film
  • the BST film is used as the insulating film of the capacitor in the semiconductor device, and all the steps from the formation of the capacitor lower electrode to the formation of the capacitor upper electrode except the wet cleaning step and the lithography step Is performed in a cluster.
  • the features of this cluster tool are the same as in the sixth embodiment, and a description thereof will be omitted.
  • the substrate is loaded into a cluster tool to form the lower electrode of po 1 y—Si. Further, a Ru / R U O v layer is formed. Subsequently, a BST film is formed.
  • a r is limited to a combination of these
  • X e or the like may be used instead of Ar.
  • a process gas is introduced into the apparatus from Ba (DPM) 9 , Sr (DPM) 2 , and Ti (I—OCgH?) 4 .
  • a r and 0. Is introduced into the process chamber at a ratio of 1: 2 as an additive gas.
  • the microwave power is set at 160 W
  • the pressure inside the process chamber is set at 100 to 200 mTorr
  • the flow rate of the added gas is changed from 500 sccm to 3000 sccm.
  • an additive gas only by changing the flow rate, B a (DPM) 2, S r (DPM) 2, the supply condition of the T i (I one OC H 7) 4 was carried out without changing.
  • a film was formed on a substrate having a thickness of 300 mm, and the deposition rate and its uniformity were measured. Needless to say, the film forming conditions are not limited to these conditions.
  • Figure 82 shows the dependence of the deposition rate of the deposited BST film on the flow rate of the added gas. As the flow rate of additive gas is increased, the deposition rate tends to decrease.
  • Fig. 83 shows the dependence of the in-plane uniformity of the deposition rate on the flow rate of the added gas. The uniformity is improved by increasing the flow rate of the process gas sufficiently, and it can be seen that the in-plane ⁇ 2% or less is achieved with the 300 mm substrate.
  • a uniform and high-quality film can be formed over a large area.
  • a TiN film is formed as an upper electrode after the BST film formation, a capacity structure used for a semiconductor device can be formed.
  • S i T i N. are used R u / R u 0 ⁇ but, P t, T a, W , Mo, Rh, I n, ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ , in the case of using, for example, T i, T i S i ⁇ also, the present invention is of course applicable.
  • the present embodiment as a capacitor insulating film, is used the BS T membranes respectively, PZT, in the case of using, for example, S r T i 0 3 also, there is the same effect as in this embodiment is of course .
  • FIG. 84 shows a cross-sectional view of a device manufactured using the present invention.
  • Figure 85 shows a part of the class tool.
  • the features of this cluster tool are between Suchanba by connecting with A r or N 2 tunnel, semiconductors on the substrate, a metal, an insulator without exposing to the atmosphere at all, is that it is continuously forming a thin film under a highly clean atmosphere.
  • each plasma chamber achieves an ultimate vacuum of 10 to 10 Torr, which is an ultra-high vacuum, but is always ultra-high purity Ar or N when transferring wafers. To several tens of Torr, thereby preventing contamination of the wafer surface with organic substances such as water.
  • each cluster performs a conveyance with pod closed with N 9 or dry air, also Uwe' preparative cleaning and Risogura Fuie as also N. Alternatively, it operates in a dry air atmosphere, enabling a process that completely eliminates any impurities from the atmosphere.
  • the STI wafer from which the oxide film near the surface has been removed is loaded on the cluster tool 6101.
  • a Ta thin film is formed to a thickness of about 1 to 50 nm in the plasma processing apparatus using a uniform horizontal magnetic field according to the present invention shown in FIG.
  • the high frequency uniformly applied to the entire surface of the wafer it is possible to control the ion irradiation energy and obtain a desired film quality Ta.
  • a Ta thin film 6002 serving as a gate electrode is formed to a thickness of about 0.1 to 2 m.
  • a CVDNSG is formed to a thickness of about 1 to 50 nm by a plasma processing apparatus using the radial line slot antenna according to the present invention shown in FIG. This capping process makes it possible to selectively form tantalum oxide only on the side surfaces of the gate, making it possible to easily perform the etching process when forming contact holes on the gate electrode with a high selectivity. Become.
  • FIG. 44 shows a detailed diagram of the process from this step to the formation of the barrier metal.
  • Figure 85 shows a detailed diagram of the process from this step to the formation of the barrier metal.
  • High-purity ion implantation is performed in a self-aligned manner, and a source / drain 6003 is formed through an activation process at 450 to 550 ° C. (a).
  • As a side wall 6004 formation step oxidation is carried out in the same manner as described above by a plasma process apparatus using the radial line slot antenna according to the present invention shown in FIG. 53 (b).
  • a plasma processing apparatus using the radial line slot antenna according to the present invention shown in FIG. 53 It is introduced into a plasma processing apparatus using the radial line slot antenna according to the present invention shown in FIG. 53, and is nitrided in an atmosphere of N 2 , ArZN 9 or XeZN 2 .
  • the film thickness was about 10 to 500 nm.
  • the pressure during plasma oxidation is 3-50 OmTorr, and the temperature of the wafer is controlled at 300-550 ° C.
  • a CVD NSG 6007 film is formed using a plasma processing apparatus using the radial line slot antenna according to the present invention shown in FIG. 53, and is planarized by CMP, according to the present invention shown in FIG.
  • Contact etching is performed using a plasma process device using a uniform horizontal magnetic field.
  • the capacitor was formed by forming the lower Ta electrode 6008 to a thickness of about 0.1 to 2 / m, oxidizing the surface layer to 5 to 500 nm, forming tantalum oxide 6009, and then forming the upper Ta electrode. It is formed by forming 6010 into a film of about 0.1 to 2 / m. These processes are also performed in the plasma processing apparatus using a uniform horizontal magnetic field and the plasma processing apparatus using a radial line slot antenna according to the present invention.
  • Cu wiring 6011 is formed to complete the device.
  • Ta nitride as a barrier metal between wirings, follow the barrier metal formation process on the gate electrode.
  • the indium oxide gate insulating film MOSFET and the indium oxide capacitor formed in this manner were electrically evaluated.
  • Figure 86 shows the variance of the subthreshold coefficient of the tantalum oxide gate insulating film MOSFET.
  • the subthreshold coefficients are widely dispersed, but in the present invention, high uniformity is realized.
  • Figure 8.8 shows the in-plane uniformity of the capacitance of the tantalum oxide capacitor.
  • the film thickness tends to increase in the radial direction, but in the present invention, a uniform capacitance is obtained over the entire surface.
  • an S0I wafer is used as a starting wafer, and a strong Si wafer, a Si epitaxial wafer, a metal substrate S0I wafer, a GaAs wafer, a diamond wafer, It is possible to obtain the same results as in this example by using a substrate such as quartz, glass, ceramic, plastic, etc., on which a Si, epitaxial Si, GaAs, diamond thin film is formed. Needless to say.
  • a mixed gas of a carrier gas such as Ar ⁇ Xe and N 2 is used as the nitriding process gas, but the mixed gas with other carrier gas or oxidizing species (NH 3 or the like) is used. It is needless to say that the same result as in the present embodiment can be obtained by using the mixed gas.
  • Ta is used for the upper electrode and the lower electrode of the capacitor, but Pt, Ru, Ti, W, Mo-Ru0rac, TaNRON, TiN plague ⁇ WN ⁇ ⁇
  • the oxidation of Ta is performed as the gate sidewall process of the MOSFET.However, even if this process is a re-oxidation process and a new sidewall is formed by using NSG or the like, the present invention is also applicable. Needless to say, the same result as in the embodiment can be obtained. In the present embodiment, it is performed from the T a and T a New chi form a carbonochloridate barrier metal,
  • T a S i ⁇ is it is needless to say that similar results as the present embodiment be formed T a S i ⁇ ⁇ ⁇ with.
  • the force is used T a New chi as a barrier metal, such as T i ⁇ ⁇ ⁇ WN X ⁇ T a S i ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ T i S i ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ WS i ⁇ ⁇ ⁇ material It is needless to say that the same result as that of the present embodiment can be obtained even if is used.
  • Figure 89 shows the exhaust characteristics of the turbo-molecular pump. In low pressure area
  • the pumping characteristics of the pumps having pumping speeds of 220, 540, and 1800 1 / sec and the pumping characteristics of four pumps having pumping speeds of 220 1 Zsec are shown.
  • Pumping speed is constant regardless of pressure, pump inlet pressure Force and exhaust gas flow are proportional. From the figure, it can be seen that in the high pressure region, the exhaust speed decreases with increasing pressure. Also, it can be seen that the pumping speed of a pump with a high pumping speed decreases from a lower pressure region as compared with a pump with a low pumping speed. In a pump with a small pumping speed of 2201 / sec, a decrease in the pumping speed is hardly observed in the pressure region of 20 to 30 mTorr where the etching process is performed.
  • FIGS. 90 to 92 are plan views each showing an example in which the plasma device of the present invention is used for a cluster tool for performing a continuous process in vacuum transfer.
  • FIG. 90 shows a case where a square process chamber and a square transfer chamber are combined.
  • 9001 is a wafer carry-in chamber
  • 9002 is a wafer carry-out chamber
  • 9003 is a process chamber 1
  • 9004 is a process chamber 2
  • 9005 is a wafer transfer chamber
  • 900 6 is a gate valve.
  • Process chambers 1 and 2 are any of the champers' described in FIGS. 44 and 48-54.
  • the process chamber 1 is an etching chamber
  • the process chamber 2 is a resist-assisting chamber.
  • One or a plurality of wafer transfer robots are installed in the wafer transfer chamber 9005, and transfer the wafer between the process champer and the wafer transfer chamber.
  • Fig. 90 small process chambers are efficiently arranged, and the area of the cluster tools that occupy the clean room is very small.
  • the area occupied by the cluster-tool for a wafer having a diameter of 300 mm can be made smaller than the area occupied by the smallest cluster-tool for a wafer having a diameter of 200 mm.
  • diameter 3 0 0 mm occupied area of a cluster one tool for Uweha is 3.6 is 4 mm 2
  • the smallest cluster Ichi' one Le occupancy for a conventional diameter 2 0 0 mm wafer It is about 0.9 times the area.
  • the number of “champers” connected to the “c” transport champer is not limited to six.
  • 9101 is a wafer carry-in chamber
  • 9102 is a wafer carry-out chamber
  • 9103 is a process chamber 1
  • 910 is a process chamber 2
  • 9105 is a wafer transfer chamber.
  • Process chambers 1 and 2 are any of the chambers described in FIGS. 44 and 46-54.
  • process chamber 1 is an etching chamber
  • process chamber 2 is a resist assing chamber. Since only one transfer robot needs to be installed in the transfer chamber, the cost is lower than in the case of FIG.
  • the device occupied area is slightly larger than in the case of FIG. In the configuration shown in Fig.
  • the area occupied by the cluster tool for a diameter of 300 mm ⁇ ⁇ is 4 ⁇ 34 mm 2 . This is equivalent to the area occupied by the smallest cluster tool for a conventional diameter of 200 mm.
  • the wafer transfer chamber is not limited to a hexagon, and the number of champers connected to the wafer transfer chamber is not limited to six.
  • Fig. 92 shows a case in which a triangular process chamber and a hexagonal transfer chamber are combined.
  • Reference numeral 9201 denotes a wafer carry-in chamber
  • 9202 denotes a wafer unloader '
  • 9203 denotes a process chamber 1
  • 9204 denotes a process chamber 2
  • 9205 denotes a wafer transfer chamber.
  • Process chambers 1 and 2 are any of the chambers described in FIGS.
  • process chamber 1 is an etching chamber
  • process chamber 2 is a resist assing chamber. Since the number of vacuum pumps is small, the cost is lower than in the case of Figs. 90 and 91, and the maintenance space of the equipment can be widened.
  • the device occupied area is slightly larger than in the case of FIG. In the configuration of FIG. 9 2, the area occupied by the class evening one tool for diameter 3 0 0 mm wafer becomes 4. 9 4 mm 2.
  • the wafer transfer chamber is not limited to a hexagon, and the number of champers connected to the wafer transfer champ is not limited to six.
  • FIGS. 90 to 92 show a case where two types of process chambers are combined two by two, other combinations may be used.
  • FIGS. 93 to 95 show the arrangement of the wafer transfer robot in the wafer transfer chamber in FIG.
  • 9310 is a wafer loading chamber
  • 930 is a wafer unloading champ '
  • 930 is a process chamber
  • 930 is a wafer transfer champ
  • 930 is a wafer transfer robot
  • 930 is a unit evacuation unit.
  • the transfer robot 9305a transfers wafers between the transfer chamber 9301 and the discharge chamber 9302 and the wafer retreat unit 9306a.
  • the wafer transfer robot 9305b transfers a wafer between the process chambers 9303a and c and the wafer retreat units 9303a and b.
  • the wafer evacuation unit 9306 has a function of holding one or a plurality of wafers.
  • the wafer evacuation unit may be provided with a function for adjusting the position of the wafer orientation notch, and a function for heating and cooling the wafer.
  • the transfer of wafers between the transfer robots is performed via the evacuation unit. good.
  • (3) the loading / unloading chamber and the (3) loading / unloading of each process chamber can be performed simultaneously. Therefore, the time required for transportation is short, and the throughput is high.
  • FIG. 94 shows a configuration in which the “C transporter” of FIG. 93 is composed of a plurality of units.
  • Reference numeral 9401 denotes a wafer transfer champ
  • reference numeral 9402 denotes a wafer evacuation chamber.
  • the number of process chambers connected can be arbitrarily changed by changing the number of the same type transport conveyors '9401 and evacuation champers' 9402.
  • the area occupied by the cluster tool can be minimized for any number of process chambers.
  • reference numeral 9501 denotes a wafer transfer robot.
  • the transport robot 9501 can be moved in the direction of the arrow in the figure, and a single wafer can be loaded and unloaded into and out of the process chamber and all the process chambers.
  • the cost is lower than in the case of FIG. 93 because only one transport robot is required.
  • ⁇ C takes longer to transport and may lower the throughput.

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Description

明細書 プラズマ装置 技術分野
本発明は、 プラズマ装置に係る。 背景技術
近年、 U L S I (Ultra Large Scale Integrated Circuit) のチップサイズの 大型化に伴い、 その基体として用いられるシリコン基板も大口径化される傾向に ある。 基体が大口径化されると一枚ずつ処理を行う枚葉処理が主流となるため、 エツチングにしても成膜にしても高い生産性を維持するために毎分 lmm以上の 高速処理が要求される。 高速処理を可能とする大口径基板対応用のプラズマ装置 には、 電子密度が 1 0 1 1 c m— 3を越える高密度プラズマが生成可能なこと、 及び 高速処理によって基板表面から放出される大量の反応生成物を効率的に除去する ために大量のガスを流し得ることが不可欠である。 高密度プラズマを生成可能と するため、 磁場を導入した平行平板型のプラズマ装置が開発された。 従来のこの 種のプラズマ装置として、 ダイポールリングマグネッ 卜を利用したマグネトロン プラズマエツチング装置が公開されている （弓 I例①：特開平 6— 3 7 0 5 4号公 報） 。
図 4 3は、 従来のダイポールリングマグネッ トを利用したマグネトロンプラズ マエッチング装置の概略図を示したものである。 図 4 3 ( a ) は、 エッチング時 の状 態、 図 4 3 ( b ) は、 基体搬送時の状態を示している。 図中、 4 3 0 1は 真空容器、 4 3 0 2は電極 I、 4 3 0 3は基体、 4 3 0 4はガス導入口、 4 3 0 5はシャワープレー ト、 4 3 0 6はダイポールリ ングマグネッ ト、 4 3 0 7はべローズ、 4 3 0 8は多孔板、 4 3 0 9はゲ一トパ'ルブ、 4 3 1 0は 基体搬送口、 4 3 1 1はガス排気口、 4 3 1 2は真空ポンプ、 4 3 1 3は整合回 路、 4 3 1 4は高周波電源である。
エッチング時にガス導入口 4 3 0 4から導入された原料ガスは、 シャワープ レート 4 3 0 5の多数の小孔から放出される。 この原料ガス、 及びエッチング反 応によって基体表面から放出された反応生成ガスは、 電極 I 4 3 0 2側部、 多孔 板 4 3 0 8、 ガス排気口 4 3 1 1を通り、 排気ポンプ 4 3 1 2によって外部へ排 気される。 多孔板 4 3 0 8は、 基体 4 3 0 3上の空間とガス排気口 4 3 1 1間の ガスのコンダク夕ンスを低下させ、 ガスが基体 4 3 0 3上の空間を回転方向にほ ぼ均一に流れるようにする目的で設けられたものである。 ガスが基体 4 3 0 3上 の空間を回転方向に均一に流れるようにするためには、 必然的に基体 4 3 0 3上 の空間とガス排気口 4 3 1 1間のガスのコンダクタンスが制限され、 大量のガス を流せないという問題があった。 このため、 大口径基体上の高速エッチングで は、 エッチング速度の低下、 エッチング形状の悪化という問題が生じていた。 基体搬送時には、 電極 I 4 3 0 2の位置を図 4 3 ( b ) のごとく下げて、 ゲー 卜バルブ 4 3 0 9、 及び基体搬送口 4 3 1 0を通して外部の基体搬送機構を用い て基体を搬送する。 電極 I 4 3 0 2を移動させるためには、 ベロ一ズ 4 3 0 7が 必要となる。 プラズマ生成時には、 ベローズ 4 3 0 7に高周波電流が流れて電力 損失が発生し、 高周波電源 4 3 1 4の高周波出力電力を効率よくプラズマに供給 することができないという問題があった。 また、 電極 I 4 3 0 2を移動させるた めの複雑な機構が必要となるという問題があつた。
また、 マイク口波を用いたプラズマ装置として電子サイクロ トロン共鳴 ( E C R ) を用いた装置が挙げられる。 この装置は、 高密度で均一なプラズマを 基板上に励起することは可能であるが、 局所的に高密度のプラズマが励起し、 広 I、容器内で拡散させて被処理体上に均一に供給する方法であるため、 シャワープ レートを設置することが困難であり、 反応副生成物ガスを速やかに除去すること が困難であった。
また、 マイクロ波を用いた高密度プラズマ装置としては、 ラジアルラインス口 ッ トアンテナを用いた装置が挙げられる （特開平 8— 1 1 1 2 9 7号公報） 。 し かし、 この装置を実際に使用すると必ずしも高密度のブラズマを長期間にわたり 安定的に発生させることができない。 また、 プラズマを発生させるための条件が 明確ではない。
本発明は、 容器内部が狭い空間内部において、 プラズマ電位の低い大面積にお いて均一な高密度プラズマを励起し、 且つシャワープレー卜に相当する機構を採 用することで原料ガス供給の均一化および反応副生成物ガスの高速除去ができる ため、 大面積の基板上に高品質の薄膜を低温且つ高速で均一に成膜でき、 エッチ ングプラズマプロセスその他のプラズマ処理にも使用できるプラズマ処理装置を 提供することを目的とする。 発明の開示
本発明のプラズマ装置は、 内部が減圧可能であり、 その一部がマイクロ波を 略々損失なく透過できる材料からなる第 1の誘電体板により構成されている容器 と、
該容器内でプラズマを励起させるために必要な原料ガスを供給するガス供給シ ステムと、
該容器内に供給された原料ガスを排気すると共に該容器内を減圧するための排 気システムと、
該第 1の誘電体板の外面に面して配置された、 スロッ ト板及び導波誘電体から なるマイク口波を放射するためのアンテナと、
該容器の内側に配置された被処理体を保持するための電極と、
を有し、
該アンテナのマイク口波の放射面と該被処理体のプラズマ処理を行う面とを 略々平行に対向して配置して該被処理体に対してプラズマ処理をするプラズマ装 置において、
前記第 1の誘電体板以外の前記容器の壁部は、 3 . 7 X 1 0 7 Ω— 1 · m— 1以上 の導電率を有する材質からなる部材であるかもしくは該壁部の内側が該部材で被 覆されており、
かつ、
該部材の厚さを〔1、 該部材の導電率をひ、 真空の透磁率を// Q、 該アンテナか ら放出するマイク口波の角周波数を ωとした場合、
前記 dは、 （2ノ ^ひ ω ) 1 より大きいことを特徴とする。
本発明のプラズマ処理法は、 内部が減圧可能であり、 その一部がマイクロ波を 略々損失なく透過できる材料からなる第 1の誘電体板により構成されている容器 と、該容器内でブラズマを励起させるために必要な原料ガスを供給するガス供給 システムと、 該容器内に供給された原料ガスを排気すると共に該容器内を減圧す るための排気システムと、 該第 1の誘電体板の外面に面して配置された、 スロッ 卜板及び導波誘電体からなるマイクロ波を放射するためのアンテナと、 該容器の 内側に配置された被処理体を保持するための電極と、 を有し、 該アンテナのマイ クロ波の放射面と該被処理体のプラズマ処理を行う面とを略々平行に対向して配 置して該被処理体に対してブラズマ処理をするブラズマ装置を用 L、たブラズフ処 理方法において、 投入するマイクロ波のパワー密度を 1 . 2 W/ c m"以上とす ることを特徴とする。 かかる条件によりでプラズマを安定的に発生させることが できる。
本発明のプラズマ装置は、 真空容器内に電極 Iを備え、 プラズマを用いて処理 が行われる基体を前記電極 Iと接するように載置しており、 前記プラズマ中に磁 場を印加する目的で前記真空容器外に磁場の印加手段 I及び I Iを備え、 前記真 空容器内に導入された気体の少なくとも一部が前記磁場の印加手段 Iと I Iに挟 まれた空間を通つて排気することを特徴とする。
本発明のプラズマ装置は、 真空容器内に平行平板型の 2つの電極 I及び I Iを 備え、 プラズマを用いて処理が行われる基体を前記電極 Iまたは I Iと接するよ うに載置しており、 前記プラズマ中に磁場を印加する手段を有しており、 前記電 極 I Iは中央部と、 前記電極 Iに接続された高周波電源とは独立して制御できる 高周波電源に接続された外周部とから構成されていることを特徴とする。
本発明のプラズマ装置は、 基板上方の成膜空間の側方に、 真空ポンプの吸引口 に直結して形成された排気空間を設けたことを特徴とする。
本発明のブラズマ装置は、 内部が減圧可能であり、 その一部がマイク口波を 略々損失なく透過できる材料からなる第 1の誘電体板により構成されている容器 と、
該容器内でプラズマを励起させるために必要な原料ガスを供給するガス供給シ 該容器内に供給された原料ガスを排気すると共に該容器内を減圧するための排 気システムと、
該第 1の誘電体板の外面に面して配置された、 スロッ ト板及び導波誘電体から なるマイク口波を放射するためのアンテナと、
該容器の内側に配置された被処理体を保持するための電極と、
を有し、
該アンテナのマイク口波の放射面と該被処理体のブラズマ処理を行う面とを 略々平行に対向して配置して該被処理体に対してプラズマ処理をするブラズマ装 置において、
基板上方の成膜空間の側方に、 真空ポンプの吸引口に直結して形成された排気 空間を設けたことを特徴とする。 図面の簡単な説明
図 1は、 実施例 1に係る装置の断面図である。
図 2は、 図 1の装置に用いるラジアル ' ライン ' スロッ ト ' アンテナの一例を 示す平面図である。
図 3は、 実施例 1に係るプラズマ着火実験の結果であり、 マイクロ波パワー及 びチヤンバ材質の依存性を示す。
図 4は、 実施例 1に係るブラズマ着火実験の結果であり、 めつき層の厚さ及び マイク口波周波数の依存性を示す。
図 5は、 実施例 1に係る装置の断面図であり、 チャンバの内表面にめっき層を 設けた場合を示す。
図 6は、 実施例 1に係る装置の断面図であり、 チヤンバの内表面を所定の材質 からなる板材で覆つた場合を示す。
図 7は、 実施例 2に係る装置の断面図である。
図 8は、 図 7における領域 Aの拡大図であり、 第 1の誘電体板が第 1の 0リ ン グと接触して真空シールする領域に金属薄膜 1 1 4を設けた場合を示す。
図 9は、 図 7における領域 Aの拡大図であり、 第 1の 0リング自体を金属薄膜 1 1 5で被覆した場合を示す。 図 1 0は、 実施例 3に係る装置の断面図である。
図 1 1は、 実施例 3に係る飽和ィォン電流密度を示すグラフである。
図 1 2は、 実施例 4に係る装置の断面図である。
図 1 3は、 図 1 2の領域 Bの拡大図である。
図 1 4は、 実施例 5に係る飽和イオン電流密度を示すグラフである。
図 1 5は、 実施例 7に係る装置の断面図である。
図 1 6は、 実施例 7においてプラズマ励起の有無を確認するために用いた治具 の概略図である。
図 1 7は、 実施例 7に係るプローブ電圧とプローブ電流との関係を示すグラフ である。
図 1 8は、 実施例 7に係る最小放電パワーと A r圧との関係を示すグラフであ る。
図 1 9は、 実施例 8に係る装置の部分断面図であり、 遮蔽板を用いた場合を示 す。
図 2 0は、 実施例 8に係る装置の部分平面図であり、 スロッ トを小型化した場 合を示す。
図 2 1は、 実施例 8に係る飽和イオン電流密度を示すグラフである。
図 2 2は、 実施例 9に係る装置の部分断面図である。
図 2 3は、 実施例 1 0に係る装置の部分断面図である。
図 2 4は、 実施例 1 1に係る装置の断面図である。
図 2 5は、 実施例 1 2に係る装置の断面図である。
図 2 6は、 実施例 1 2に係る重合膜の堆積速度とチャンバの内壁温度との関係 を示すグラフである。
図 2 7は、 実施例 1 3に係る装置の断面図である。
図 2 8は、 実施例 1 4に係るフロロカーボン系ガスの回収'再利用にステージ ドク一ラ一方式を採用したときのシステムを示す概略図である。
図 2 9は、 実施例 1 5に係るフッ素系ガスの平均結合ェネルギとそのプラズマ パラメ夕との関係を示すグラフである。
図 3 0は、 実施例 1 5に係る A 1 F。/M g Fり合金のプラズマ照射によるダ メ一ジ評価結果を示すグラフであり、 （a ) は N F 3プラズマ照射前、 （b ) は
N F 3ブラズマ 2時間照射後を示す。
図 3 1は、 実施例 1 6に係る飽和イオン電流密度の分布を示すグラフである。 図 3 2は、 実施例 1 6に係る電子温度の分布を示すグラフである。
図 3 3は、 実施例 1 6に係る電子密度の分布を示すグラフである。
図 3 4は、 実施例 1 6に係るィォン電流分布を測定するシステムの概略図であ る。
図 3 5は、 実施例 1 6に係る電子温度および電子密度の測定に用いたシングル プローブの構造を示す模式図である。
図 3 6は、 実施例 1 7におけるプラズマエッチングの結果を示すグラフであ る。
図 3 7は、 実施例 1 8に係る素子の断面図と、 素子の絶縁耐圧の測定系とを合 わせて示した模式図である。
図 3 8は、 実施例 1 8における絶縁耐圧の結果を示すグラフである。
図 3 7は、 実施例 2 8に係るシリコン窒化膜に対して、 X線光電子分光装置を 用いて S i表面の化学的結合状態を分析した結果を示すグラフである。
図 4 0は、 実施例 2 8に係る素子の断面図と、 素子の絶縁破壊注入電荷量の測 定系とを合わせて示した模式図である。
図 4 1は、 実施例 2 8における絶縁破壊注入電荷量の結果を示すグラフであ る。
図 4 2は、 実施例 2 9における X線ディフラク トメ一夕の結果を示すグラフで ある。
図 4 3は、 従来のマグネトロンプラズマエッチング装置の概略図である。 図 4 4は、 本発明に係るプラズマ装置の一例を示す模式図である。
図 4 5は、 本発明に係わるプラズマ装置の一例を示す平面図である。
図 4 6は、 本発明に係わるプラズマ装置の一例を示す平面図である。
図 4 7は、 本発明に係わるプラズマ装置の一例を示す平面図である。
図 4 8は、 本発明に係わるプラズマ装置の一例を示す平面図である。
図 4 9は、 本発明に係わるプラズマ装置の一例を示す平面図である。 図 5 0は、 本発明に係るプラズマ処理装置の一例を示す平面図である。
図 5 1は、 本発明に係るプラズマ処理装置の一例を示す平面図である。
図 5 2は、 本発明に係るプラズマ処理装置の一例を示す平面図である。
図 5 3は、 本発明に係わるプラズマ装置の一例を示す平面図である。
図 5 4は、 本発明に係わるプラズマ装置の一例を示す平面図である。
図 5 5は、 電極 I Iに高周波を印加する手段の一例を示す図である。
図 5 6は、 電極 I Iに高周波を印加する手段の一例を示す図である。
図 5 7は、 本実施例と従来例との排気量を比較したグラフである。
図 5 8は、 本実施例のパターン製作のフローを示す図である。
図 5 9は、 本実施例と従来例との比抵抗を比較したグラフである。
図 6 0は、 本実施例の素子の断面図と絶縁耐圧の測定系とをあわせて示した模 式図。
図 6 1は、 本実施例及び従来例の絶縁耐圧の測定結果を示すグラフである。 図 6 2は、 従来のプラズマ装置の平面図である。
図 6 3は、 S i酸化膜のウェハ面内の膜厚分布を示すグラフである。
図 6 4は、 本実施例の素子の断面図と絶縁破壊注入電荷量の測定系とをあわせ て示した模式図である。
図 6 5は、 絶縁破壊注入電荷量の測定結果を示すグラフである。
図 6 6は、 直接窒化膜のウェハ面内の膜厚分布を示すグラフである。
図 6 7は、 直接窒化膜のバリア性の測定系結果を示すグラフである。
図 6 8は、 酸素及び炭素の量とプロセスガスの総流量との関係を示したグラフ である。
図 6 9は、 X線リソグラフィ用マスクの構成の一例を示す図である。
図 7 0は、 ダイヤモンド薄膜の透過率測定系を示す模式図である。
図 7 1は、 ダイヤモンド薄膜の評価結果を示すグラフである。
図 7 2は、 多結晶シリコン薄膜の表面荒さの総流量依存性を示すグラフであ る。
図 7 3は、 多結晶シリコン薄膜のガラス基板面内均一性のトータルガス流量依 存性を示すグラフである。 図 7 4は、 多結晶シリコンの結晶子サィズのトー夕ルガス流量依存性を示すグ ラフである。
図 7 5は、 多結晶シリコン膜の膜中水素量のトータルガス流量依存性を示すグ ラフである。
図 7 6は、 多結晶シリコン （P ド一プ） の比抵抗のトータルガス流量依存性を 示すグラフである。
図 7 7は、 S i N X膜の面内均一性の卜一タルガス流量依存性を示すグラフで ある。
図 7 8は、 S i N X膜の絶縁耐圧の卜―タルガス流量依存性を示すグラフであ る。
図 7 9は、 S i x N y膜のS i と Nの原子組成比に対するトータルガス流量依 存性を示すグラフである。
図 8 0は、 フロロカーボン膜デポジシヨンレー トのト一タルガス流量依存性を 示すグラフである。
図 8 1は、 フロロカーボン膜デポジシヨンレー トのト一夕ルガス流量依存性を 示すグラフである。
図 8 2は、 B S T膜デポジシヨンレートの添加ガス流量依存性を示すグラフで ある。
図 8 3は、 B S T膜デポジションレー卜のウェハ面内均一性の添加ガス流量依 存性を示すグラフである。
図 8 4は、 本発明を用いて製作したデバイスの断面図を示す。
図 8 5は、 絶縁膜形成及びタンタルシリサイ ド形成の工程のクラスタツールを 示す図である。
図 8 6は、 タンタルォキサイ ドゲ一卜絶縁膜 M O S F E Tのサブスレツショル ド係数の分散を示す図である。
図 8 7は、 従来及び本発明のサンプルの初期破壊率を示すグラフである。 図 8 8は、 タンタルォキサイ ドキャパシ夕の容量の面内均一性を示す図であ る。
図 8 9は、 夕一ボ分子ポンプの排気特性を示すグラフである。 図 90は、 本発明のプラズマ装置の適用例を示す平面図である。
図 9 1は、 本発明のプラズマ装置の適用例を示す平面図である。
図 92は、 本発明のプラズマ装置の適用例を示す平面図である。
図 93は、 図 90におけるウェハ搬送チャンバ内のウェハ搬送ロボッ 卜の配置 図である。
図 94は、 図 90におけるウェハ搬送チャンバ内のウェハ搬送ロボッ 卜の配置 図である。
図 95は、 図 90におけるウェハ搬送チャンバ内のウェハ搬送ロボッ 卜の配置 図である。
(符号の説明）
1 0 0 · · 容器、 1 0 1 · · チャ ンバ、 1 0 2 · · 第 1の誘電体板、 1 03 · · 導波誘電体板、 1 04 · · 被処理体、 1 05 · · プラズ マ、 1 06 · · アンテナスロッ ト板、 1 07 · · 同軸管、 108 · · アンテナガイ ド、 1 0 9 · · 電極、 1 1 0， 1 1 0' ， 1 1 0" ， 1 1 1 · · スロッ ト、 1 1 2 · · めっき層、 1 1 3 · · 板材、 1 1 4 , 1 1 5 · · 金属薄膜、 1 1 6 · · 第 2の誘電体板、 1 1 7 · · ガス導入口、 1 1 8 · · スロッ ト板の湾曲を防止する手段 8 1 1 9 · · 遮蔽板、 1 20 · · アンテナを所定の温度に保つ手段 6、 1 2 1 · · 第 1の誘電体板を所定の温度に保つ手段 7、 1 22 · · 空間 2 に発生したプラズマの有無を検知する手段 9、 1 23 · · 光を透す材料か らなる窓、 1 2 4 . · 光の導入口、 1 2 5 . . X e ラ ンプ、
20 1 · · ラジアル · ライン · スロッ ト · アンテナ、 202 · · 第 1の 0 リ ング、 205 · · 空間 3、 206 · · 空間 4、 207 · · 空間 5、 208 · · 空間 1、 209 · · 空間 2、 2 14 · · 金属薄 膜、 2 1 6 · · 第 2の 0 リ ング、 3 0 1 · · 上部ガラス板、
302 · · 下部ガラス板、 303 · · 中間ガラス板、 304 · · 空間 6、 305 . . タングステンワイヤ、 306 · . セラミ ックで被覆され たアルミニウムワイヤ、 4 0 1 . · 円盤状電極、 4 0 2 . . ピン、
403 · · アルミニゥム線、 404 · · 抵抗、 405 . . ォペアン プ、 4 0 6 · · A— Dコ ンバータ、 4 0 7 · コ ンビ 一夕、 408 · · ステッピングモータ、 409 · · 電源、 501 · · チャ ン パ'、 502 · · プラズマ、 503 · · 被処理体、 504 · · 電極、 505 · · ヒー夕、 506 · · レーザ、 507 フ ォ 卜デ'ィテク 夕一、 60 1 · · プローブチップ、 602 • 銀ワイヤ、 603 · . セラミ ックチューブ、 604 · ' SUSチュ -ブ、 605 · · リ ングシ一 ル、 606 · ·ローブ測定システム、 701 · 被処理体、 702 · · フィ— ノレド酸化膜、 703 · 'ゲ一ト酸化膜、 704 ' •ゲ—ト電極、 705 . '探 針、 7 0 6 · .電圧計、 7 0 7 · ·電圧印加手段、 8 0 1 . ·被処理体、 802 · · フィールド酸化膜、 803 · ' ゲート窒化膜、 804 · · ゲート電 極、 805 · ·探針、 806 · ·電圧計、 807 · ·定電流源、 808 . '電流 計、 4 3 0 1 . ·真空容器、 4 3 0 2 . · 電極 I、 4 3 0 3 · ·基体、 4304 · .ガス導入口、 4305 · ' シャワープレー ト、 4306 . 'ダイ ポールリ ングマグネッ ト、 4 3 0 7 · ' ベロ一ズ、 4 3 0 8 · ·多孔板、 4 309 · · ゲ— トバルブ、 4 3 1 0 · ·基体搬送口、 43 1 1 · ·ガス排気 □、 43 1 2 · ·真空ポンプ、 43 1 3 · ·整合回路、 43 14
• ·高周波電源、 4406 · ·真空容器、 4407 · '電極 I、 4408 · '基 体、 4 4 0 9 · · フォーカス リ ング、 4 4 1 0 · · シ ャワープレー ト、 44 1 1 · ·電極 I I、 44 1 2 · · ガス導入口、 44 1 3 · ·磁場の印加手 段、 44 14 · ·真空ポンプ、 44 1 5 · ·整合回路 I、 44 1 6 · ·高周波電 源 I、 44 1 7 · ·整合回路 I I、 4418 · ·高周波電源 I I、 450 1 · · 真空容器、 4 5 0 2 · · ガス導入口、 4 5 0 3 · · 磁場の印加手段、 4504 · ·ガス排気口、 · · 4505 · ' ゲ—卜バルブ、 4601 · ·真空容 器、 4602 · ·ガス導入口、 4603 · ·磁場の印加手段、 4604 · 'ガス 排気口、 4605 · 'ゲ— トバルブ、 4701 · ·真空容器、 4702 · ' ガス 導入口、 4703 · ·磁場の印加手段、 4704 · ·ガス排気口、 4705 · · 真空ポンプ、 4706 · 'ゲ—トバルブ、 4801 · ·真空容器、 4802 · · 真空ポンプ、 490 1 · ·真空容器、 4902 · ·真空ポンプ、 500 1 . .真 空容器、 5002， 5003 · ·磁場を容器内に印加する手段、 5004 . '電 極 I、 5005 · '電極 I I、 5006, 5007 · ·原-料ガス、 反応生成ガス を排気するための手段、 5 0 04 · ·電極 I、 5 0 0 5 · ·電極 I I、 5 006, 5 007 · ·原料ガス、 反応生成ガスを排気するための手段、 5 1 0 8 · ·高周波を印加する手段、 5 2 0 4 · ·電極 I、 5 2 0 6 , 5207 · ·原料ガス、 反応生成ガスを排気するための手段、 5301 · ■真空 容器、 5302 · ·原料ガスの導入口、 5303 · ·真空ポンプ、 5304 · · 誘電体板 I、 5305 · ·アンテナ、 5306 · '電極 I、 5307 ' ' シャ ワープレート、 5308 · ·基体、 5309 · ·反射板、 5301 · ·真空容 器、 5302 · '電極 I、 5303 · ·電極 I I、 5404 · . ターゲッ ト、 5405 · -基体、 5406 · ·整合回路 I、 5408 · ·高周波電源 I、 54 12 · ·整合回路 I I、 5413 ■ ·高周波電源 I I、 5414 · ·磁場を 印加する手段、 5 4 1 0 · ·補助電極 A、 5 4 1 1 · ·補助電極 B、 54 14 a - ·磁場の印加手段、 54 15 · ■真空ポンプ、 550 1 · I I a、 5502 · ·電極 I I b、 5503 · 'ターゲッ ト、 5504 · 波電源 I、 5 5 0 5 · ·整合回路 I、 5 5 0 6 · · 高周波電源 I I 、 5507 · ·整合回路、 5508 · ·位相調節回路、 5601 . .電極 I I a、 5602 · '電極 l i b、 5603 · ' ターゲッ ト、 5605 · ·整合回路。 発明を実施するための最良の形態
(1 ) 本発明のプラズマ装置において、 マイクロ波を放射するアンテナが第 1の 誘電体板を挟んで容器の外側に設置されており、 第 1の誘電体板はマイク口波を 略々損失なく透過できる材料からなるため、 容器の外部からマイク口波を放射す ることで、 容器内部に該プラズマを励起することができるようになつており、 ァ ンテナが原料ガス及び反応副生成物ガスに直接曝されることがない。 また、 容器 の内側には被処理体を保持する電極を設け、 アンテナのマイク口波の放射面と被 処理体のプラズマ処理を行う面とを略々平行に対向して配置したため、 その間隔 を狭めることが容易であり、 原^"ガス及び反応副生成物ガスの流速を上げ、 速や かに前記反応副生成物ガスを除去することができる。 さらに、 第 1の誘電体板以 外の容器の壁部は、 少なくともアルミニウム以上の導電率を有する材質からなる 部材であるかもしくは該壁部の内側が該部材で被覆されているおり、 かつ、 該部 材の厚さを d、 該部材の導電率を σ、 真空の透磁率を / 該アンテナから放出 するマイクロ波の角周波数を ωとした場合、 前記 dを、 マイクロ波の 、2 / 0 σ ω ) 1/2から決まる表皮深さ （侵入長） より大きくしたため、 前記容器内に導 入されたマイクロ波を略々損失なく、 伝搬させることができる。 その結果、 ブラ ズマを低出力で励起できると共に、 安定したプラズマ励起が可能となる。
前記第 1の誘電体板の内面と前記容器の壁部との間には真空シール機能を有す る第 1の 0リングが配置され、 該第 1の誘電体板の少なくとも該〇リングと接す る面に、 該第 1の 0リングが前記アンテナから放射されたマイクロ波に直接曝さ れないような手段 1として導電性材料からなる部材を設けたことにより、 リーク を防止し、 かつ、 該第 1の 0リングの長寿命化および該マイク口波の損失低減を 図ることができる。 マイクロ波を用いるプラズマ装置においては、 リークが発生 しゃすかった。 本発明者は、 マイクロ波を用いる場合にリークが発生しやすい原 因を鋭意探求したところ、 その原因は 0リングにあることを見いだした。
すなわち、 ◦リングはマイク口波のエネルギーを吸収し、 その結果、 〇リング は過熱状態となる。 また、 表面が溶融してしまうこともある。 0リングが過熱状 態になったり、 表面が溶融するとリークが生じる。 以上がマイクロ波を使用した 場合にリーク力起こりやす L、原因であり、 かかる原因は本発明者が初めて見 L、だ したものである。 なお、 マイクロ波を使用した場合に、 0リングがこのような高 温にさらされることは予想外のことである。 第 1の誘電体板の少なくとも第 1の 0リングと接する面に導電性材料 （例えば金属材料） からなる薄膜を設けること により 0リングが過熱状態になったり、 表面が溶融することを防止することがで きる。 この導電性材料からなる薄膜は、 第 1の誘電体板に膜を貼着して設けても よいし、 第 1の誘電体板に、 塗布、 蒸着その他の方法でコートすることにより設 けてもよい。 導電性材料としては、 例えばチタンを用いればよい。
また、 0リングの表面に導電性材料からなる薄膜を設けてもよい。 この場合に もチタンコートを行えばよい。 また、 下地となる〇リング自体に誘電損失の少な いものを用いればよい。 例えばバイ トン （商品名） を用いればよい。
この薄膜としては、 3 . 7 X 1 0 < Ω _ 1 · m_ 1以上の導電率を有する材料によ 訂正された用紙 （規則 91 ) り形成することが好ましい。 また、 薄膜の厚さは 1 0 m以上が好ましい。 かか る、 導電率、 厚さを有している薄膜を設けることにより、 より一層リークが少な く、 0リングの寿命に優れ、 また、 マイクロ波の損失の少ないプラズマ装置を得 ることができる。
前記第 1の誘電体板の内面と前記容器の壁部との間には真空シール機能を有す る第 1の 0リ ングが配置され、 該第 1の 0リ ングの表面には、 該第 1の 0リ ング が前記アンテナから放射されたマイクロ波に直接曝されないような手段 2を設け たことにより、 リーク量提言、 該第 1の 0リ ングの長寿命化および該マイク口波 の損失低減を図ることができる。
前記第 1の誘電体板と前記被処理体を保持する電極との間に、 所望のガスを 略々均一に供給するためのガス導入口を備えた第 2の誘電体板を設けることによ り、 均一に前記原料ガスを前記容器内に供給でき、 かつ前記反応副生成物ガスを 均一に除去できる。
また、 この第 2の誘電体板は、 真空と大気とを隔てる。 従ってアンテナを真空 中に入れなくとすむ。 アンテナを真空中に入れるとアンテナは腐食してしまい、 また、 冷却が困難となる。
前記第 2の誘電体板の内面と前記容器の壁部との間には真空シ一ル機能を有す る第 2の 0リングが配置され、 該第 2の誘電体板の内面又は/及び外面には、 該 第 2の 0リングが前記アンテナから放射されたマイク口波に直接曝されないよう な手段 3を設けたことにより、 リークの防止、 該第 2の 0リングの長寿命化およ び該マイク口波の損失低減を図ることができる。
前記第 2の誘電体板の内面と前記容器の壁部との間には真空シール機能を有す る第 2の 0リ ングが配置され、 該第 2の 0リ ングの表面には、 該第 2の 0リ ング が前記アンテナから放射されたマイクロ波に直接曝されないような手段 4を設け たことにより、 リークの防止、 該第 2の 0リ ングの長寿命化および該マイク口波 の損失低減を図ることができる。
前記第 1の誘電体板または前記第 2の誘電体板の材質として、 誘電損角 tan δ が 1 0—3以下の材質を選定することで、 前記容器外に設置された前記アンテナか ら放射されるマイクロ波を略々損失なく透過させることが可能となり、 前記マィ ク口波の損失低減を図ることができる。
前記アンテナに給電するマイクロ波の周波数が 5 . 0 G H z以上であり、 か つ、 前記第 1の誘電体板と前記第 2の誘電体板との間の空間 1の距離を 0 . 7 mm以下とすると、 空間 1においてプラズマが励起せず、 放電による反応副生 成物の発生がない。 従って、 反応副生成物が原料ガスの供給を妨げるという現象 の回避が可能となる。 また、 反応副生成物による、 被処理体上への薄膜形成、 被 処理体の酸化及び窒化、 被処理体のエツチングなどのプロセスへの影響も防止で きる。
前記第 1の誘電体板と前記第 2の誘電体板との間の空間 1における圧力 1が、 前記被処理体を保持する電極が配置され、 前記第 2の誘電体板と前記第 2の誘電 体板以外の前記容器の壁部で囲まれた空間 2における圧力 2より高くなるように 差圧を発生させる手段 5を設けることにより、 空間 1においてプラズマが励起せ ず、 放電による反応副生成物の発生がない。 なお、 差圧を設けためには、 原料ガ スの圧力、 容器内の真空度を変えれば容易に差圧を設けることができる。
前記空間 2で発生させたプラズマの密度が局所的に高い部分に位置する該スロ ッ トを、 他より小さい径とする、 遮蔽する、 あるいは設置しないことにより、 マ イク口波の放射面として機能するスロッ 卜板において、 部分的にマイクロ波の出 力低減を図り、 プラズマの密度をより均一化できる。 なお、 プラズマ密度が局所 的に高いくなる位置は、 装置の条件などによりかわるため、 例えば、 最初にスロ ッ ト径を同じとして実験を行い、 この実験によりプラズマ密度が局所的に高い部 分を見いだせばよい。
本発明では、 アンテナと第 1の誘電体板との間に空間を形成する。 マイクロ波 を用いる従来のプラズマ装置 （例えば、 特開平 8— 1 1 1 2 9 7号公報） では、 アンテナと第 1 の誘電体板とは密着している。 アンテナは通常、 厚さが 0 . 3 m m程度であり、 銅板により構成されている。 しかるに、 本発明者の実験によ れば、 マイクロ波を使用した場合、 アンテナは 1 5 0 °C程度の高温になり、 アン テナは熱のため膨張するとともに、 厚さが薄 tヽために局部的にたわんでしまう。 その結果、 アンテナからのマイクロ波の放射特性が変わり、 プラズマが不均一と なってしまう。 本発明では、 アンテナと第 1の誘電体板とを密着させず、 両者の間に空間を形 成しているため、 その空間に、 アンテナと接触させて弾性体からなるスぺーサー を介在させることができ、 熱による膨張があってもアンテナには局部的なたわみ は発生せず、 均一なプラズマを得ることができる。 なお、 弾性体からなるスぺー サ一としては、 絶縁体が好ましく、 例えばシリコンゴム、 テフロン （商品名） な どが用いられる。
また、 この空間に熱媒体を供給する手段を連通させれば、 空間に熱媒体を供給 することができ、 アンテナを冷却することができる。 アンテナを冷却することに より、 スぺーサを用いずともアンテナの熱膨張によるたわみを防止することが可 能となる。 もちろん、 スぺ一サ一を用いるとともにアンテナの冷却を行ってもよ い。
アンテナと第 1の誘電体板とにより形成される空間に熱媒体を供給すること は、 該アンテナを冷却するための手段 6の一態様であるが、 それ以外の手段 6と して、 アンテナガイドに通路を形成し、 この通路に熱媒体を供給するためのライ ンを連通させてもよい。
前記第 1の誘電体板近傍に、 該第 1の誘電体板を冷却するための手段 7を設け ることにより、 供給する原料ガスを所定の温度に保持しながら前記被処理体表面 上に供給できる。 また手段 7により、 前記スロッ ト板の湾曲を防止し、 マイクロ 波を略々損失なく前記容器内に放射することができ、 安定したプラズマを励起さ せることができる。
前記スロッ ト板の湾曲を防止する手段 8を備えたことにより、 効率よく平行 ビーム状のマイクロ波を容器内に放射することができるため、 安定したブラズマ を励起させることができる。
前記空間 2に発生したプラズマの有無を検知する手段 9を備えたことにより、 アンテナから放射されるマイクロ波によって容器内部及び被処理体などが不用意 に加熱され、 破損するのを防ぐことができる。
前記容器内部において容器壁面および前記被処理体以外の部分の温度をそれぞ れ 1 5 0 °C以上まで上昇させるための機構を備えているため、 プロセスを阻害す る放出ガスを減らし、 反応副生成物の再付着を防止することができる。 訂正された用紙 （規則 91) 排気システムに、 排気システムを構成するュニッ 卜内の温度を 1 5 0°C以上ま で上昇させるための機構 （例えばヒ一夕一） を設けておけば、 この機構により該 排気システム内の温度を上昇させてュニッ ト内壁への反応副生成物の付着を防止 することができる。
被処理体を加熱する機構を設けておけば、 被処理体の温度を上昇させること で、 プラズマのイオン照射で足りないエネルギーを補うことができる。
排気システムの下流にフロロ力一ボン系ガスの回収 ·再利用を行う機構を設け たおけば、 ステ一ジドクーラ一方式という方法を採用して高沸点のガスから段階 的に冷やし、 液化 ·蒸留精製し液体として再利用を行うことができる。
イオン · ラジカル密度が高く、 プラズマ電位が低いプラズマを容器内部で発生 させることにより、 容器内部をクリーニングすることができる。 その際容器内部 は非常に優れたプラズマ耐性を示す （A 1 Fg/Mg F2) 合金でできていること が望ましい。
前記被処理体の保持機能を有する電極が、 直流バイアス又は Z及び交流バイ Ύ スの印加手段を備えたことにより、 被処理体に照射するイオンエネルギーを増加 させることができる。 例えば、 プラズマエッチングに適応することで、 均一性の 良 L、高速なエツチングが実現できる。
本発明のプラズマ装置により、 大面積の被処理体の表面を均一に、 エッチング 処理、 直接酸化処理、 直接窒化処理ができ、 また、 低温かつ高速で均一に成膜で きる。
( 2) 図 4 4は、 本発明に係わるプラズマ装置の一例を示す模式図である。 図 4 4 (a) は装置を上部から見た平面図であり、 図 4 4 (b は、 図 4 4 (a) の A— A間断面図である。
図 4 4において、 4 4 0 6は真空容器、 4 4 0 7は電極 I、 4 4 0 8は基体、 4 4 0 9はフォーカスリ ング、 4 4 1 0はシャワープレー ト、 4 4 1 1は電極 I I、 4 4 1 2はガス導入口、 4 4 1 3は磁場の印加手段、 4 4 1 4は真空ポン プ、 4 4 1 5は整合回路 I 、 4 4 1 6は高周波電源 I 、 4 4 1 7は整合回路 I I、 4 1 8は高周波電源 I Iである。
図 4 4のプラズマ装置では、 磁場の印加手段 4 4 1 3として、 図に示すような 複数の永久磁石を環状に並べたダイポ一ルリングマグネッ 卜が用いられている。 ダイポールリングマグネッ トを構成する永久磁石は、 永久磁石の位置が半周する 間に磁化方向が一回転するような向きで並べられている。
ガス導入口 4 4 1 2から導入されたガスは、 シャワープレート 4 4 1 0の多数 の小孔からプロセス空間に放出される。 この導入ガス、 及び基体表面から放出さ れた反応生成ガスは、 基体側部の磁場の印加手段 4 4 1 3 a及び 4 4 1 3 bに挟 まれた空間を通り、 複数の真空ポンプ 4 4 1 4から外部へ排気される。 真空ボン プ 4 4 1 4の上部には、 ガスのコンダクタンスを低下させないよう比較的広い空 間が設けてある。 真空容器 4 4 0 6の上部からの投影面を図 4 4 (a)に示す。 真 空容器 4 4 0 1は正方形に近い形状をしており、 その角部に 4台の真空ポンプ 4 4 0 2が設置されている。 このように、 基体周辺に基体の中央を通り基体面と 垂直な軸に対して略々軸対称に並べられた複数の真空ポンプから排気すると、 ガ スのコンダクタンスをほとんど低下させることなく基体上の回転方向に均一なガ ス流を実現することができる。 すなわち、 真空ポンプの許容値近くまで多量のガ スを流すことができるようになり、 大口径基体の超高速プロセスに対応できる。 電極 I 1 4 4 1 1は、 ここではリング状の金属板であり、 基体 4 4 0 8表面付 近のプラズマの面内均一性を向上させるために設けられたものである。 高周波電 源 I 1 4 4 1 8から出力された高周波電力は、 整合回路 I I 4 4 1 7を通して電 極 I I 4 4 1 1に印加される。 電極 I I 4 4 1 1に適切な高周波電力を印加する ことによつて磁場印加によって生じる電極 I I 4 4 1 1面上の電子のドリフ トと 基体 4 4 0 8面上の電子のドリフトのバランスをとると、 基体 4 4 0 8表面付近 のプラズマはほぼ完全に均一化される。 なお、 電極 I 1 4 4 1 1に高周波を印加 しなくても基体 4 4 0 8表面付近のプラズマの面内均一性が良好な場合や、 不均 一でも問題が生じない場合には特に電極 I 1 4 4 1 1を設ける 必要はない。 図 4 3のプラズマ装置では、 シャワープレー卜 4 0 5は接地されているが、 必 ずしも接地されている必要はないし、 高周波を印加してもかまわない。 また、 シ ャヮ一プレー卜を用いずに、 他の部分からガスを放出してもかまわない。
図 4 5は、 本発明に係わるプラズマ装置の一例を示す平面図である。 4 5 0 1 は真空容器、 4 5 0 2はガス導入口、 4 5 0 3は磁場の印加手段、 4 5 0 4はガ ス排気口、 4 5 0 0 5はゲ一トバルブである。 真空容器 4 5 0 1の上部からの投 影面は正三角形に近い形状をしてお り、 その角部に 3台の真空ポンプが設置さ れている。 その他は図 4 4の説明と同様である。 図 4 5のプラズマ装置では、 ゲートバルブ 4 5 0 5と基体間の距離が図 4 4に示 したプラズマ装置よりも短 縮される。 基体搬送アームのストロークに制限がある場合には好適である。 図 4 6は、 本発明に係わるプラズマ装置の一例を示す平面図である。 4 6 0 1 は真空容器、 4 6 0 2はガス導入口、 4 6 0 3は磁場の印加手段、 4 6 0 4はガ ス排気口、 4 6 0 5はゲ—トバルブである。 真空容器 4 6 0 1には 2台の真空ポ ンプが設置されている。 その他は 図 4 4の説明と同様である。 図 4 6のプラズ マ装置では、 図 4 5の装置と同様にゲ一トバルブ 4 6 0 5と基体間の距離が図 4 4に示したプラズマ装置よりも短縮される。 基体搬送アームのス トロークに 制限がある場合、 及び真空ポンプの排気能力に余裕がある場合には好適である。 図 4 7は、 本発明に係わるプラズマ装置の一例を示す平面図である。 4 7 0 1 は真空容器、 4 7 0 2はガス導入口、 4 7 0 3は磁場の印加手段、 4 7 0 4はガ ス排気口、 4 7 0 5は真空ポンプ、 4 7 0 6はゲ一卜バルブである。 真空容器 4 7 0 1には 2台の真空ポンプが横向きに設置されている。 その他は図 4 4の説 明と同様である。 真空容器 4 7 0 1と真空ポンプ 4 7 0 5を含めたプラズマ装置 の占有床面積は大きくなるカ、 真空容器 4 7 0 1の大きさは最小となる。 基体搬 送アームのス卜ロークに制限がある場合、 及び真空容器の大きさに制限がある場 合には好適である。
図 4 8のプラズマ装置では、 真空容器 4 8 0 1の下部、 上部にそれぞれ 4台ず つ、 計 8台の真空ポンプ 4 8 0 2が設けられている。 このように、 真空ポンプの 台数を増やす と 1台あたりの負担が減少して真空ポンプがより小型化されるた めに、 プラズマ装置の床占有面積をより小さくすることが可能となる。 他の部分 は図 4 4の説明と同様である。
図 4 9のプラズマ装置は、 真空容器 4 9 0 1上部の角部を丸く したものであ る。 真空ポンプ 4 9 0 2上の真空容器 4 9 0 1内の空間のうち、 ガス流速が遅い 不要な部分が減少するため、 真空容器 4 9 0 1内の雰囲気がより清浄化される。 図 5 0は本発明に係るプラズマ処理装置の一例を示す平面図である。 真空容器 5 0 0 1の外部に、 磁場を容器内に印加する手段として 5 0 0 2、 5 0 0 3を設 けてある。 5 0 0 2、 5 0 0 3が上下に分けられているために処理される基体が 載置される電極 I 5 0 0 4を上下に動かすことなく前記基体の搬送が可能とな る。 平行平板型の電極 I及び電極 I Iを備え、 電極 I I 5 0 0 5は電気的に接地 されており、 かつ原料ガスを導入する手段であるシャワープレートを有してい る。 5 0 0 6、 5 0 0 7は原料ガス、 反応生成ガスを排気するための手段であ り、 磁場の印加手段 5 0 0 2及び 5 0 0 3に挟まれた空間を通して外部へ排気す る構^となっている。
図 5 1は本発明に係るプラズマ処理装置の一例を示す平面図である。 平行平板 型の電極 1 5 1 0 4及び電極 I I 5 1 0 5を備え、 電極 I Iは電極 Iとは独立し た高周波を印加する手段 5 1 0 8が接続されており、 かつ原料ガスを導入する手 段であるシャワープレートを有している。 5 1 0 6、 5 1 0 7は原ネ斗ガス、 反応 生成ガスを外部へ排気するための手段である。
図 5 2は本発明に係るプラズマ処理装置の一例を示す平面図である。 電極 I 5 2 0 4を備え、 原料ガスを導入する手段であるシャワープレートを有してい る。 5 2 0 6、 5 2 0 7は原料ガス、 反応生成ガスを排気するための手段であ り、 ここからガスを外部へ排気する構造となっている。
図 5 3のプラズマ装置は、 真空容器 5 3 0 1と前記容器内でプラズマを生成さ せるために必要な原料ガスの導入口 5 3 0 2 、 前記容器内に導入された原料ガ スを排気する真空ポンプ 5 3 0 3を有し、 前記容器を構成する壁部の一部はマイ ク口波を略略損失なく透過できる材料からなる誘電体板 I 5 3 0 4であり、 その 誘電体板 Iをはさんで前記容器の外側にはマイク口波を放射するアンテナ 5 3 0 5と、 前記容器の内側に処理される基体 5 3 0 8が載置される電極 1 5 3 0 6とを設け、 前記アンテナのマイクロ波の放射面と基体のプラズマ処理 を行う面とを略々平行に対向して配置されている。 ここで放射されたマイクロ波 を排気口側へ伝搬するのを防ぎ、 前記基体上だけに均一にプラズマを生成させる 目的で反射板 5 3 0 9を設けてもよい。
また、 前記基体が載置される電極 Iは接地させることも可能であり、 もしくは 直流バイアスまたは交流バイアスの印加も可能となる手段も設けている。 また、 原料ガスの導入の均一化および反応生成ガスの高速除去のため、 本装置の原料ガ スは、 シャヮ一プレート 5 3 0 7を通して多数の小孔からプロセス空間に導入さ れる。 この原料ガス及び反応生成ガスは複数の真空ポンプ 5 3 0 3より外部へ排 気される。 各真空ポンプの上部には、 ガスのコンダクタンスを低下させないよう 比較的広 t、空間が設けてある。 このように前記基体側部に略々等間隔に並べられ た複数の真空ポンプから排気すると、 ガスのコンダクタンスをほとんど低下させ ることなく回転方向に均一な基体上のガス流を実現することができる。 すなわ ち、 真空ポンプの許容値近くまで多量のガスを流すことができるようになり、 大 口径基体の超高速プロセスに対応することが可能となる。
図 5 4のプラズマ装置は真空容器 5 4 0 1の中に、 平行平板型の 2つの電極 1 5 4 0 2と電極 I 1 5 4 0 3を備え、 前記電極 I I の上にはターゲッ ト 5 4 0 4と、 前記電極 Iの上には膜を堆積させる基体 5 4 0 5と力";、 載置してあ り、 前記容器中に原料ガスを導入し、 前記電極 I、 前記電極 I Iに高周波を印加 する目的で整合回路 I 5 4 0 6、 整合回路 I I 5 4 1 2、 高周波電源 1 5 4 0 8、 高周波電源 I 1 5 4 1 3が接続されている。 少なくとも夕一ゲッ 卜 表面に対して磁場を印加する手段 5 4 1 4力 前記容器外に設けてあり、 ターゲ ッ トの外周端より外側の領域に、 ターゲッ ト表面付近に生成するプラズマの密度 の均一化を図る目的で前記電極 I Iと電気的接合する部分に設けた接合インピー ダンスを調整する手段を付設した補助電極 A 5 4 1 0を設け、 ターゲッ 卜の外周 端より外側の領域で、 前記基体及び前記電極 I Iとは離間した位置に、 これもま たターゲッ ト表面付近に生成するプラズマの密度の均一化を図る目的で電極 I、 I Iに印加される高周波とは別に独立した高周波電力が印加される補助電極 B 5 4 1 1を設けているが補助電極 Bを設ける代わりの方法として、 プラズマ生 成時の前記容器内の圧力を高圧（lTorr〜数十 Torr) にすることで磁場によるプ ラズマの偏りが緩和される方法をとつてもよい。 また補助電極 A、 もしくは補助 電極 Bを設けなくても基体表面付近のプラズマの面内均一性が良好な場合や、 不 均一でも問題が生じない場合には特に補助電極 A、 Bを設ける必要はない。 前記 容器内に導入されたガスは、 基体側部の磁場の印加手段 5 4 1 4 a及び 5 4 1 4 bに挟まれた空間を通り、 複数の真空ポンプ 5 4 1 5から外部へ排気さ れる。 真空ポンプの上部には、 ガスのコンダクタンスを低下させないよう比較的 広い空間が設けてある。 また、 真空ポンプの配置として前記図 4 5〜4 9に示 す様に配置しても構わない。 また、 磁場の印加手段として他の磁場印加手段でも 構わない。 また、 ここでは磁場を用いてプラズマ密度を上げているが、 他の手段 でも構わず、 プラズマ密度を上げる必要がないときは用いなくとも良い。
また、 夕一ゲッ トを保持する電極である前記電極 I Iは、 電極 I Iが二等分に 分割され、 分割された電極それぞれに高周波を印加してもよい。 但し、 この時両 者の高周波の位相は 1 8 0 ° 反転していることが特徵であり、 電極 I I aと電極 I I bの間で放電が起こらないような手段を付設することも必要である。 しかし この方法は、 ターゲッ トが絶縁物の時に限るものであり、 ターゲッ トが導電性の 場合は、 基体自体を電極 I Iにあわせて分割する必要がある。 この上記方法を用 いることにより、 プラズマポテンシャル （プラズマ電位） の振幅を低くおさえる ことが可能となる為、 前記夕一ゲッ 卜へのイオン衝突エネルギーを低減でき、 よ り良質な膜が形成できることが確認されている。 前記電極 I Iに印加する手段と して以下の二通りの方法が挙げられるがどちらを用いても構わな L、。
( a ) 図 5 5に第 1の方法を示す。 分割された電極 I I a 5 5 0 1、 電極 I I b 5 5 0 2、 ターゲッ ト 5 5 0 3、 電極 I I a、 電極 I I bにそれぞれ高周 波を印加するための高周波電源 1 5 5 0 4、 整合回路 1 5 5 0 5、 高周波電源 I 1 5 5 0 6、 整合回路 I I 5 5 0 7を接続し、 電極 I I b側に位相調節回路 5 5 0 8を接続することにより、 両者の高周波の位相を反転させ導入する。
( b ) 図 5 6に第 2の方法を示す。 5 5 0 1 は分割された電極 I I a、 5 5 0 2は電極 I I b、 5 5 0 3はターゲッ トを示しており、 高周波電源 5 5 0 4から発振された高周波は、 整合回路 5 5 0 5を伝播し、 平衡非平衡回路 (パラン） を介して接地される。 この回路により互いに位相の 1 8 0。 反転した 高周波を導入できる。
( 3 ) 図 5 3を例にとると、 本発明のプラズマ装置は、 基板 5 3 0 8の上方の成 膜空間 5 3 1 3の側方に、 真空ポンプ 5 3 0 3の吸引口 5 3 1 4に直結して形成 された排気空間 5 3 1 5を設けてある。
成膜空間 5 3 1 3の側方に、 比較的広い空間である排気空間 5 3 1 5を設ける ことにより、 外部から導入された原料ガス、 あるいは、 反応生成ガスは、 ガスの コンダクタンスを低下させることなく排気され、 また、 真空ポンプの許容値値近 くまで多量のガスを流すことができる。
この排気空間 53 1 5は複数個設けることが好ましく、 その場合基板 5308 の略々中心に関して対称の位置に配置することが好ましい。 排気空間 53 1 5を 複数個対称的に配置した場合かかる上記効果はより一層顕著である。
排気空間 53 1 5の高さ bは大きければ大きいほど好ましい。
排気空間 53 1 5の幅 Lは、 成膜空間 53 1 3の高さ aの 2倍以上が好まし い。 幅 Lを高さ aの 2場合の点からガス流の均一性は急激に向上する。 実施例
以下、 図面を参照して本発明のプラズマ装置を説明するが、 本発明はこれらの 実施例に限定されるものでないことはいうまでもない。
(実施例 1 )
本例では、 図 1に示すプラズマ装置を用い、 容器内にマイクロ波を導入してプ ラズマを生起させる際、 容器内面を構成する部材の材質および部材の厚さを変え てプラズマの安定性を調べた。
図 1において、 1 00は内部が減圧可能な容器、 10 1はチャンバ、 102は 第 1の誘電体板、 1 03は導波誘電体板、 1 04は被処理体、 1 05はプラズ マ、 1 06はアンテナスロッ ト板、 107は同軸管、 1 08はアンテナガイ ド、 1 09は電極、 1 1 0はスロッ ト、 201はラジアル ' ライン ' スロッ ト ' アン テナ、 202は第 1の 0リ ング、 205は空間 3、 206は空間 4、 207は空 間 5である。
図 1において、 内部が減圧可能な容器 1 00は、 チャンバ 1 0 1 (材質： SUS) と、 第 1の誘電体板 1 02 (材質：石英） と、 これらの間に設けた真空 シール機能を有する第 1の 0リング 202とから構成されており、 容器 1 00の 内部は不図示の排気システムによって減圧することができ、 容器 1 00は電気的 に接地してある。
容器 1 00外には、 アンテナガイ ド 1 08 (材質： A 1 ) 、 アンテナスロッ ト 板 1 0 6 (材質： C u ) 、 導波誘電体板 1 0 3 (材質：石英） から構成されるラ ジアル ' ライン ' スロッ ト ' アンテナ 2 0 1が設置され、 同軸管 1 0 7 (材質： C u ) を通しマイク口波がアンテナ 2 0 1内に導入され、 アンテナスロッ ト扳 1 0 6に設けられた各スロッ ト 1 1 0から漏れながら径方向に伝搬し、 容器 1 0 0内に電波を放射し、 不図示の原料ガス供給系から、 容器 1 0 0内部へガス を流し込み、 プラズマ 1 0 5を励起させる。 容器 1 0 0内には被処理体 1 0 4を 保持する機能を有する電極 1 0 9があり、 電極 1 0 9はアンテナ 2 0 1と平行に 対向するように設置され、 被処理体 1 0 4を加熱する機構を有している。 また、 容器 1 0 0外部から電極 1 0 9を上下に可動させることが可能となっており、 第 1の誘電体板 1 0 2との距離を約 1 0 mm〜6 0 mmまで変化させることができ る。
図 2は、 図 1に示したラジアル ' ライン ' スロッ ト ' アンテナ 2 0 1を下方か らみた模式的な平面図である。 アンテナスロッ ト扳 1 0 6には、 スロッ ト板を貫 通する穴部 （以下、 スロッ 卜） 1 1 0が配置されているが、 スロッ ト 1 1 0の配 置は図 2の配置に限定されない。
スロッ ト 1 1 0は、 2つのスロッ ト 1 1 1 aと 1 1 1 bを 1つの対としてお り、 アンテナ 2 0 1へ同軸管 1 0 7を通して入射される管内波長; I gの 1 Z 4の 距離で直角に配置されている。 前記スロッ ト 1 1 1 aと 1 1 1 bからなる対、 す なわちスロッ 卜 1 1 0は各々が円偏波の電波を出すことができ、 複数個のスロッ ト 1 1 0は同心円状に多数設けられている。 スロッ ト 1 1 0の配置は同心円の他 に螺旋状に設けてあっても構わない。 これらの例に限定されることはないが、 本 例では同心円状に配置することにより、 前記電波を大面積内で均一に放射できる ように設けた。
また、 円偏波の電波を放射することに限定されるわけではなく直線偏波を用 Lヽ てもよいが前記円偏波の方が好ましい。
1 0 7はスロッ ト扳 1 0 6にマイクロ波を供給するための同軸管であり、 不図 示の同軸管一導波管変換器を介して導波管から整合器を介してマイク口波電源が 接続されている。
また、 被処理体 1 0 4をチヤンバ 1 0 1内外に搬送するための手段などが必要 であるが、 図 1では省略してある。
本例では、 ラジアル 'ライン 'スロッ ト 'アンテナ 2 0 1に同軸管 1 0 7より マイク口波 （周波数 = 8. 3 GH z) を導入し、 アンテナ 2 0 1より電波を放射 し容器 1 0 0の空間 5 (2 0 7) の中にプラズマ 1 0 5を励起させた。 しかし、 S U Sチャンバ 1 0 1では、 空間 5 (2 0 7) の中にプラズマ 1 0 5が励起しな かった
そこで、 前記 S U Sチャンバ 1 0 1の内表面に、 鉛、 タンタル、 タンダステ ン、 アルミニウム、 金、 銅、 銀からなるめっき層 （7種） をそれぞれ施し、 上記 プラズマの着火実験を行なった。 その際、 プロセスガスとしては A rガスを用 い、 ガス圧力は 5 0 OmT o r rとした。
図 3は、 プラズマの着火実験の結果である。 この時、 めっきの厚さはマイクロ 波の d = ( 2 /μ^σ ω) 1 2から決定する表皮深さよりも厚い必要があるため、 約 1 0 imとした。 図 3から、 チャンバ 1 0 1の内表面の材質の導電率が高くな ればなるほどプラズマは励起しやすいことがわかった。 この実験結果は、 マイク 口波を容器 1 0 0内に導入した瞬間には、 容器 1 0 0内は共振器状態となってお り、 プラズマを着火するには高電界が必要なため、 共振器の Q値を高く しなけれ ばならないことを意味する。
図 4は、 S U Sチャンバ 1 0 1の内表面にアルミニウムめっき層を設け、 その 厚さとアンテナ 2 0 1に導入するマイクロ波の波長とを変えて、 プラズマの着火 実験を行った結果である。 図 4から、 マイクロ波の周波数が 2. 4 5 GH zの場 合には、 マイク口波の d = (2 ^0σω) 1 2から決定する表皮深さ 1. 6 7〃 mよりもアルミニウムめっき層が厚いとき、 プラズマが安定していることが分か つた。 また、 マイクロ波の周波数が 8. 3 GH zの場合には、 マイクロ波の d = (2 ^0σ ω) 1 Δから決定する表皮深さ 0. 8 9〃mよりもアルミニウムめつ き層が厚いとき、 プラズマが安定していることが確認できた。
ここで、 0は真空透磁率、 ひは該当材料の導電率、 ωはマイクロ波の角周波 数である。
上述した結果から、 以下の点が明らかとなつた。
①容器内面を構成する部材の材質が S U Sの場合は、 導体損が大きく着火しに くい。
②容器内面を構成する部材の材質を導電率の高い材料で置き換えることによ り、 共振器の Q値が比較的高くなり、 着火しにくいという問題は生じなくなる。
③チャンバ 1 0 1の内表面はアルミニウムの導電率 （3 . 7 X 1 0 7 [ Ω - 1 · m_ 1] ) 以上の導電率を有する材 *を用いたときプラズマは安定となり、 その具 体的な材料としては銅、 金、 銀などが挙げられる。
以上の結果を盛り込んだ装置としては、 図 5や図 6に示すものが挙げられる。 図 5の装置は、 S U Sチャンノく 1 0 1の内表面にアルミニウムのめっき層 1 1 2 を厚さ 1 0 m施した点が図 1の装置と異なる。 図 6の装置は、 上述した材料か らなる板材 1 1 3 (マイクロ波により決定される表皮深さ以上の厚さのもの） な どを用い、 チャンバの内表面を覆った点が図 1の装置と異なる。 図 5と図 6の装 置は、 プラズマの安定性という点から同等であることが確認された。
(実施例 2 )
本例では、 図 5のプラズマ装置において、 第 1の誘電体板 1 0 2 (材質：石 英） が第 1の 0リング 2 0 2と接触して真空シールする領域に、 図 7に示すよう に金属薄膜 1 1 4を設け、 第 1の〇リ ング 2 0 2がアンテナスロッ ト板 1 0 6か ら放射される電波に曝されないようにした点が実施例 1と異なる。 第 1の 0リン グ 2 0 2としてはフッ素系樹脂からなるものを用いた。
図 8は、 図 7における領域 Aの拡大図であり、 第 1の誘電体板 1 0 2 (材質： 石英） が第 1の 0リング 2 0 2と接触して真空シールする領域に、 金属薄膜 1 1 4を設けた場合を示す。
第 1の 0リング 2 0 2が樹脂などのマイク口波を吸収するような材料である場 合は、 アンテナスロッ 卜板 1 0 6から放射される電波により直接加熱され、 長時 間の放電により、 損傷してしまうことが分かった。
そこで、 第 1の誘電体板 1 0 2が第 1の 0リング 2 0 2と接触して真空シール する領域に、 金属薄膜 1 1 4としてアルミニウム， ニッケル， 銅それぞれの材質 からなるめっき層を各 1 0 mの厚さで設けた。 この 1 0〃mという厚さは、 実 施例 1で確認済みであり、 マイク口波を十分反射することができるマイク口波の d = ( 2 / () σ ω ) 1 2から決定する表皮深さよりも厚い値である。 このように 金属薄膜 1 1 4を設けた装置を用い、 第 1の 0リング 2 0 2の耐久試験をおこな つた。 その結果、 ニッケル （導電率： 1 . 4 X 1 0 6 [ Ω— 1 · m-1] ) を用いた 場合は、 導電率が低いため、 十分にマイクロ波を反射しきれず、 マイクロ波のパ ヮ一が熱損失となってしまい、 第 1の 0リング 2 0 2は過度に加熱され放電時間 が 2〜 3時間後には損傷がみられた。 一方、 導電率が比較的高いアルミニウム (導電率： 3 . 7 x 1 0 ' [ Ω— · m"1] ) や銅 （導電率： 6 . 0 x 1 0 7 [ Ω一 1 · m_ 1 ] ) を用いた場合は、 放電時間が 1 0 0時間後でも第 1の 0リ ング 2 0 2に損傷は確認されなかった。
ゆえに、 金属薄膜 1 1 4としては、 導電率が高く、 第 1の誘電体板 1 0 2との 密着性がよいことが挙げられる。 また金属薄膜 1 1 4の厚さは、 マイクロ波の d = I/ β 0 σ ω 1 2から決定する表皮深さよりも厚い必要があることは言うま でもない。
図 9は、 図 7における領域 Αの拡大図であり、 金属薄膜 1 1 4の代わりに、 第 1の 0リ ング 2 0 2自体を、 第 1の誘電体板 1 0 2に設けた金属薄 B莫 1 1 4と同 様の機能を有する金属薄膜 1 1 5で被覆した場合を示す。 このように、 第 1の 0 リ ング 2 0 2自体を金属薄膜 1 1 5で被覆しても、 図 8の装置と同様の効果がえ られる。 また、 第 1の 0リング 2 0 2を金属製とした場合にも、 上記の問題は解 決される。
(実施例 3 )
本例では、 図 1 0に示す通り、 第 1の誘電体板 1 0 2と被処理体 1 0 4を保持 する電極 1 0 9との間に、 所望のガスを略々均一に供給するためのガス導入口 1 1 7を備えた第 2の誘電体板 1 1 6を設けた装置を用い、 空間 2 ( 2 0 9 ) に 発生するプラズマ 1 0 5の均一性について検討した。
図 1 0は、 実施例 2の結果を盛り込んだ装置であり、 第 1の誘電体板 1 0 2が 第 1の 0リング 2 0 2と接触して真空シールする領域に、 金属薄膜 1 1 4として アルミニウム （A 1 ) を厚さ 1 0〃m施した。 また、 図 1 0に示す第 2の誘電体 板 1 1 6の材質としては、 A 1 (窒化アルミニウム） を用いた。 窒化アルミ二 ゥムは、 酸素を含んでいないため、 石英に比べ放出ガスが少ないという特徴を有 する。 図 1 0の装置において、 空間 1 ( 2 0 8 ) の中へプロセスガスとして A rガス を導入し、 アンテナ 2 0 1 にマイク口波を導入することによって、 空間 2 ( 2 0 9 ) に発生するプラズマ 1 0 5の均一性を評価するため、 飽和イオン電流 密度を調べた。 このとき、 空間 2 ( 2 0 9 ) のガス圧力は 5 0 m T o r r、 アン テナ 2 0 1に投入するマイク口波のパワーは 1 6 0 0 Wとした。
図 1 1は、 飽和イオン電流密度を調べた結果を示すグラフである。 図 1 1にお いて、 躍印はガス導入口 1 1 7を備えた第 2の誘電体板 1 1 6を設けた場合、 攀 印は第 2の誘電体板 1 1 6を設けない場合、 ▲印はガス導入口 1 1 7を備えない 第 2の誘電体板 1 1 6を設けた場合、 を示す。
図 1 1から、 ガス導入口 1 1 7を備えた第 2の誘電体板 1 1 6を設けることに より、 プラズマの均一化が図れることが分かった。 また、 ガス導入口 1 1 7を備 えない場合 （▲印） は、 プラズマを励起させるための反応活成種が容器内 [すな わち空間 2 ( 2 0 9 ) ] に存在しないため、 プラズマが励起されないということ は言うまでもない。
このような第 2の誘電体板 1 1 6を設けることにより、 従来の装置では不可能 であった直径 3 0 0 mm以上の被処理体 1 0 4の表面上に、 原料ガスを均一に供 給することができ、 さらに被処理体 1 0 4から発生する反応副生成物ガスも均一 に除去することが可能となつた。
上述した第 2の誘電体板 1 1 6では、 単位面積あたりのガス導入口 1 1 7の数 が等しくなるように配置したが、 この配置に限定されるわけではなく、 前記条件 を満たすような配置であればよい。
(実施例 4 )
本例では、 図 1 0のプラズマ装置において、 第 2の誘電体板 1 1 6 (材質：窒 化アルミニウム） が第 2の 0リング 2 1 6と接触して真空シールする領域に、 図 1 2に示すように金属薄膜 2 1 4を設け、 第 2の 0リ ング 2 1 6がアンテナスロ ッ ト板 1 0 6から放射される電波に曝されない効果について検討した。 金属薄膜 2 1 4としては厚さ 1 0 /z mのアルミニウム （A 1 ) を、 第 2の 0リング 2 1 6 としてはフッ素系樹脂からなるものを用いた。
図 1 3は、 図 1 2の領域 Bの拡大図である。 他の点は、 実施例 2と同様とした。
実施例 2と同様に、 第 2の 0リング 2 1 6の損傷度合いを調べた。 その結果、 金属薄膜 2 1 4を設けた場合は、 実施例 2の金属薄膜 1 1 4を設けた場合と同様 に、 放電時間が 1 0 0時間後でも第 2の◦リング 2 1 6には損傷がないことが分 かった。
また、 図 9に示した第 1の 0リング 2 0 2と同様に、 図 1 0に示した第 2の 0 リ ング 2 1 6自体を、 第 2の誘電体板 1 1 6に設けた金属薄膜 1 1 4と同様の機 能を有する金属薄膜 1 1 5で被覆しても、 上記金属薄膜 2 1 4を設けた場合と同 様の効果が確認された。
(実施例 5 )
本例では、 図 1 2のプラズマ装置において、 第 1の誘電体板 1 0 2として誘電 損角が異なる材質を用い、 空間 2 ( 2 0 9 ) に発生するプラズマの密度 （飽和ィ オン電流） を調べた。
第 1の誘電体板 1 0 2を構成する誘電損角が異なる材質としては、 ベークライ ト （ B M— 1 2 0、 誘電損角 = 0 . 0 4 4 ) 、 ガラス （コ一ニンク、' # 0 0 1 0、 誘電損角 = 0 . 0 0 6 ) 、 A 1 N (誘電損角 = 0 · 0 0 1 ) 、 S i 02 (誘電損角 = 0 . 0 0 0 1 ) を用いた。 このとき、 第 2の誘電体板 1 1 6を構成する材質は A 1 Nとした。
他の点は、 実施例 2と同様とした。
図 1 4は、 飽和ィォン電流密度の測定結果を示すグラフである。 図 1 4から、 誘電損角 t a n 5が小さくなるほど電力損失が小さくなり、 容器内へマイクロ波 電力が損失なく供給されるため、 プラズマの密度 （飽和イオン電流） が増加する ことが分かった。 特に、 第 1の誘電体板 1 0 2として誘電損角 t a n 5が 1 0一3 以下の材質を用いたとき、 1 2 m A / c m2以上の高い飽和イオン電流を有する プラズマが得られることが分かった。 これより、 第 1の誘電体板 1 0 2の材質と しては、 誘電損角 t a n (5がより低い材質のものが望ましく、 例えば t a n 5力く 1 0一3以下である石英 （S i 02 ) 、 窒化アルミニウム （A 1 ) が好適であ る。
(実施例 6) 本例では、 図 1 2のプラズマ装置において、 第 2の誘電体板 1 1 6として誘電 損角が異なる材質を用 L、、 空間 2 (209 ) に発生したブラズマの密度 （飽和ィ オン電流） を調べた。
第 2の誘電体板 1 1 6を構成する誘電損角が異なる材質としては、 ベークラ イ ト （ B M— 1 2 0、 誘電損角 = 0. 0 4 4) 、 ガラス （コ一ニンク -' # 0 0 1 0、 誘電損角 = 0. 0 0 6 ) 、 A 1 N (誘電損角 = 0. 0 0 1 ) 、 S i o2 (誘電損角 = 0. 0 0 0 1 ) を用いた。 このとき、 第 1の誘電体板 1 02を構成する材質は石英とした。
他の点は、 実施例 5と同様とした。
本例の場合も、 図 14とほぼ同様の結果が得られた。 すなわち、 第 2の誘電体 板 1 1 6として誘電損角 t a n 5が 1 0 ΰ以下の材質を用いたとき、 1 2mAZ cm2以上の高い飽和イオン電流を有するプラズマが得られることが分かった。 しかしながら、 第 2の誘電体板 1 1 6はガス導入口 1 1 7を備える必要があ り、 加工精度の良好な材質であることも要求される。 従って、 第 2の誘電体板 1 1 6の材質としては、 t a n Sが 1 0— 3以下である石英 （S i 09) 、 窒化ァ ルミニゥム （A 1 N) が挙げられる力 加工精度を考慮すると窒化アルミニウム (A 1 N) が好適である。
(実施例 7 )
本例では、 図 1 5に示すプラズマ装置において、 第 1の誘電体板 1 02と第 2 の誘電体板 1 1 6との間の空間 1 ( 208 ) でプラズマが励起されない条件を検 討するため、 以下のような実験を行った。
図 1 5は、 図 1 2の装置を示す図面に、 空間 1 (208) の圧力 P 1、 空間 2 ( 209 ) の圧力 P 2、 第 1の誘電体板 1 02と第 2の誘電体板 1 1 6との間の 距離 t gを付記した図面である。
図 1 6は、 空間 1 (208) でプラズマが励起されたか否かを観測するために 用いた治具の概略図である。 図 1 6の治具を、 図 1に示すプラズマ装置の容器 1 00の一部である第 1の誘電体板 1 02 (材質：石英） の直下に設置した。 図 1 6において、 301は上部ガラス板、 302は下部ガラス板、 303は中間ガ ラス板、 304は空間 6、 305はタングステンワイヤ、 306はセラミ ックで 被覆されたアルミニウムワイヤである。
図 1 6の治具は、 厚さ 2 mmの 2枚のガラス板 （30 1、 302) が t gなる 間隔を隔てて固定されている。 間隔 t gの空間 5の内側にプラズマが侵入しない ように、 2枚のガラス板 （30 1、 302) で挟まれた空間 6 (304) の側部 は別のガラス （ 303) でカバーされている。 なお、 空間 6 (304) 内は密閉 されてはいないため、 ガスが侵入して空間 6 (304 ) 内の圧力と前記容器内の 圧力はほぼ等しくなる。
空間 6 ( 304) 内におけるプラズマ生成の有無を確認するために、 ギャップ 内に 2本のプローブ （305 a、 305 b) を揷入した。 プローブ （305 a、 305 b) は、 直径 0. 1 mm ø、 長さ 8 mmのタングステン線である。 プロ一 ブ （' 305 a、 305 b) にマイク口波が照射すると加熱されてしまうため、 プ ローブ （305 a、 305 b) 周辺のガラスの外面は銅板でシールドした （不図 示） 。 電気的にフローティ ング状態にある 2本のプローブ （ 3 0 5 a、 305 b) 間に可変電圧を印加し、 流れる電流をマルチメータで測定した。 図 1 7は、 2本のプローブ （305 a、 305 b ) 間に可変電圧を印加したと き観測されるプローブ電圧とプローブ電流との関係を示すグラフである。 図 1 7 の曲線 （a) は、 空間 6 ( 304 ) 内でプラズマが発生した場合であり、 左右対 称の電流電圧特性が得られる。 一方、 図 1 7の曲線 （b ) は、 空間 6 ( 304) 内でプラズマが発生しない場合であり、 ノイズ成分のみが観測される。 しかし、 空間 6 ( 304 ) 内で発生するプラズマは不安定な場合が多いので、 図 17のよ うに対称性のよ L、電流電圧特性が得られるとは限らない。 そこで、 電流値が一点 でも 1 0— 7 Aを越えて観測された場合には、 空間 6 (304) 内でプラズマが発 生しているとする判断基準を設けた。
本例では、 2枚のガラス板 （3 0 1、 3 0 2 ) の間隔 t gが 0. 7、 1. 4 mmの場合、 マイクロ波の周波数が 2. 45、 5. 0、 8. 3 GH zの場合、 を組み合わせることにより 6条件にてプラズマの着火実験を行なった。 その際、 空間 6 ( 304) 内の圧力が 0. l〜1 0To r rとなるように A rガスを導入 した。 また、 マイクロ波パワーは最大 1 600Wまで投入した。
表 1は、 上記 6条件におけるプラズマの着火実験の結果を示す。 表 1におい て、 〇印は空間 6 (304 ) 内でプラズマが発生がしないことを、 X印は空間 6 ( 304 ) 内でプラズマが発生したことを、 それぞれ示す。
(表 1 )
Figure imgf000034_0001
表 1に示すとおり、 2枚のガラス板 （30 1、 302 ) の間隔 [すなわち空間 6 ( 304 ) の間隔] 8が0. 7mm、 マイクロ波の周波数が 5. 0、 8. 3 GH zという組み合わせの場合には、 マイクロ波パワー 1 600W (パワー密 度 1. 27WZcm2) まで投入しても、 空間 6 ( 304 ) 内でプラズマは励起 されなかった。 一方、 他の組み合わせでは、 プラズマが励起することが確認され た。
図 1 8は、 上記 6条件の内、 空間 6 ( 304 ) 内でプラズマが発生した 4条件 において、 最小放電パワーと A r圧との関係を調べた結果である。 図 1 8から、 マイクロ波の周波数が低い場合 （例えば、 2. 4 5 GH z ) には、 空間 6 ( 304 ) の間隔 t gを 0. 7 mmまで狭く しても、 空間 6 ( 304) 内におい て低パワーでもプラズマが励起してしまうことが分かった。
これに対して、 マイクロ波の周波数を高く し （例えば、 5. 0 GH z以上） か つ空間 6 ( 304 ) の間隔 t gを 0. 7 mm以下まで狭くすることにより、 マイ クロ波パワー 1 600W (パワー密度 1. 27W/cm2) まで投入しても、 空 間 6 ( 304 ) 内でプラズマは励起されない。
従って、 図 1 5に示すプラズマ装置において、 第 1の誘電体板 1 02と第 2の 誘電体板 1 1 6との間の空間 1 (208) でプラズマを励起させないためには、 ァンテナに投入されるマイク口波の周波数を 5. 0 GH z以上、 かつ、 空間 1 ( 208 ) の間隔を 0. 7 mm以下、 とすることで解決できる。
また、 図 1 5に示すプラズマ装置において、 第 1の誘電体板 1 02と第 2の誘 電体板 1 1 6との間の空間 1 ( 208) における圧力 1 (P 1) と、 被処理体 1 0 4を保持する電極 1 0 9が配置され、 第 2の誘電体板 1 1 6と第 2の誘電体 板 1 1 6以外の容器の壁部 （チャンバ） 1 0 1で囲まれた空間 2 ( 2 0 9 ) にお ける圧力 2 ( P 2 ) との関係が P 1〉P 2のとき、 空間 1 ( 2 0 8 ) でプラズマ が励起されないことも確認された。 特に、 P 1が P 2に比べて十分高いとき、 例 えば 1 0倍程度の圧力差があるとき、 その効果が極めて得られることも分かつ た。
従って、 空間 1における圧力 1 ( P 1 ) が空間 2 ( 2 0 9 ) における圧力 2 ( P 2 ) より高くなるように差圧を発生させる手段 5を設けることにより、 空間 1 ( 2 0 8 ) においてプラズマが励起されるのを防ぐことができる。
(実施例 8 )
本例では、 図 1 5に示すプラズマ装置において、 アンテナを構成するスロッ ト 板に設けられたスロ ッ 卜 （該スロ ッ ト板を貫通する穴部） のうち、 空間 2 ( 2 0 9 ) で発生させたプラズマの密度が局所的に高い部分に位置する該スロッ 卜を、 小型化する、 遮蔽する、 あるいは設置しない効果について検討した。 図 1 9は、 図 1 5の装置において、 スロッ ト板の中心付近に位置するスロッ ト 1 1 0 ' に遮蔽板 1 1 9を設けたときのスロッ ト板を示す模式的な断面図であ る。 図 2 0は、 スロッ ト板の中心付近に位置するスロッ ト 1 1 0 " のサイズを小 型化したときのスロッ ト板を示す模式的な平面図である。 図 2 0 ( b ) は、 図 2 0 ( a ) における領域 Aの拡大図である。
図 2 0では、 スロッ ト板の内側から 2周分のスロッ トのみ長さを短く した場合 を示しているが、 スロッ トのサイズを小型化は例えばスロッ 卜の長さを短くする ことにより達成しても構わない。
図 2 1は、 図 1 9に示すスロッ ト板を用い、 空間 2 ( 2 0 9 ) で発生させたプ ラズマの密度を調べた結果である。 図 2 1において、 スロッ ト Aは遮蔽領域が小 の場合、 スロッ 卜 Bは遮蔽領域が中の場合、 スロッ ト Cは遮蔽領域が犬の場合を それぞれ示すスロッ ト分布の名称である。
図 2 1から、 スロッ ト Aでは測定電極中心でプラズマの密度が上昇しているの がわかる。 この部分に遮閉板 1 1 9を設置し、 スロッ ト Bのようなスロッ ト分布 にすることでプラズマ密度の均一化を図ることができる。 しかし、 スロッ トじの ようにさらに遮蔽領域を広げると、 スロッ 卜 Aとは逆に、 電極外周でプラズマの 密度が上昇してしまう。
従って、 適当な遮蔽領域を有する遮蔽板 1 1 9を設けることにより、 スロッ ト から放射される電波の出力を低減し、 励起されるプラズマ密度をより均一化する ことができる。
上述した作用 '効果が望める遮閉板 1 1 9は、 スロッ 卜板のスロッ トを遮閉す るものであれば形状、 寸法にはこだわらない。 すなわち、 スロッ 卜を小型化した り、 あるいは設置しないという方法を用いても、 スロッ トを遮蔽したときと同様 の効果が期待できることはいうまでもない。
(実施例 9 )
本例では、 図 1 5に示すプラズマ装置において、 アンテナ近傍に該アンテナを 所定の温度に保つ手段 6と、 前記第 1の誘電体板近傍に該第 1の誘電体板を所定 の温度に保つ手段 7とを設ける効果について検討した。
図 1 5に示すブラズマ装置において、 図 2 2に示すようにアンテナガイ ド 1 0 8付近に、 アンテナガイ ド 1 0 8、 導波誘電体板 1 0 3、 スロッ ト板 1 0 6 及び第 1の誘電体板 1 0 2を所定の温度に保つことのできる機構 1 2 0、 1 2 1 を設けた。 機構 1 2 0と 1 2 1は、 それぞれ手段 6と 7に相当するものである。 その際、 スロッ ト板 1 0 6が導波誘電体板 1 0 3に完全に密着するように配置 した。 このような配置をとることにより、 スロッ ト板 1 0 6 と導波誘電体板 1 0 3の間に隙間が存在するとその部分で表面波が発生し、 効率よく電波を放射 できないという現象を回避できる。 そのため、 導波誘電体板 1 0 3は外部からの 力および熱に対して略々その形状を変化させることがない、 熱伝導率が高く、 マ ィク 口波の損失が少ない材料を用いる必要があり、 例えば石英ガラス ( S i 0 ? や、 チッ化アルミニウム （A 1 N ) 等があげられるが、 この材料に 限定されるわけではなく、 前記条件を満すような材料であればよい。
本例では、 上記機構 1 2 0、 1 2 1において、 熱媒体を流し、 前記所望の箇所 を冷却する方法をとつているが、 前記熱媒体としては熱伝導率の高い材料が好ま しい。 このような熱媒体としては、 液体、 気体 （ヘリウム、 窒素等） などが挙げ られる力 \ その限りでないことはいうまでもない。 (実施例 1 0 )
本例では、 図 2 3に示すように、 スロッ ト板 1 0 6と第 1の誘電体板 1 0 2と の間の空間に、 スロッ 卜板の湾曲を防止する手段 8としてスぺ一サ 1 1 8を設け た点が実施例 9と異なる。 本例では、 スぺ一サ 1 1 8をテフロンで作製した。 実施例 9によりスロッ ト板 1 0 6の湾曲を防止しきれない場合には、 スぺ一サ 1 1 8をスロッ ト 1 0 6と第 1の誘電体板 1 0 2との間の空間に設けることによ り、 スロッ ト板 1 0 6の湾曲を防止することができるようになつている。
スぺーサ 1 1 8はスロッ ト板 1 0 6からの電波の放射を阻害しないように、 ス 口ッ ト板 1 0 6のスロッ ト 1 1 9が開口していない位置に設けてある。
(実施例 1 1 )
本例では、 図 2 4に示すように、 空間 2に発生したプラズマの有無を検知する 手段 9として、 センサ 1 2 2を容器もしくはその周辺に設置した点が実施例 9と 異なる。
センサ 1 2 2は不図示のマイクロ波電源に接続されており、 容器 1 0 1内に該 プラズマが励起されているときは、 プラズマを検知し、 マイクロ波電源を出力さ せ、 該プラズマの励起が阻害され、 プラズマが消えてしまったときは、 ただちに 前記マイクロ波電源の出力を停止できるようにした。 本例では、 前記センサ 1 2 2としてフォ ト トランジスタを用いてプラズマの発光を検知したが、 その他 の手段でも構わない。 しかし本例のように、 容器 1 0 1外部に設置できるほうが メ ンテナンスの容易性という面から好ましい。
したがって、 センサ 1 2 2の採用により、 プラズマの励起が不意に絶たれた場 合、 アンテナ 2 0 1から放射される電波によって容器 1 0 1の内部及び被処理体 1 0 4などが不用意に加熱され、 破損するのを防ぐことができる。
(実施例 1 2 )
本例では、 容器内部において容器壁面および前記被処理体以外の部分の温度を それぞれ 1 5 0 °C以上まで上昇させるための機構、 又は/及び、 排気システムが 排気システムを構成する全てのュニッ 卜内の温度を 1 5 0 °C以上まで上昇させる ための機構を有する効果について検討した。
上記効果は、 図 2 5に示す真空装置を用い、 真空容器内壁の温度と反応副生成 物 （重合膜） 堆積の関係、 すなわち堆積膜厚の内壁温度依存性について、 5 0〜
2 5 0 °Cの範囲で調べた。
図 2 5において、 5 0 1はチャンバ、 5 0 2はプラズマ、 5 0 3は被処理体、 5 0 4は電極、 5 0 5はヒータ、 5 0 6はレーザ、 5 0 7はフォ トディテクタ、 である。 その際、 使用したガスは C 。と H2の混合ガス [ C 4 F 8 : H2 = 7 ：
3、 ト—夕ルガス流量： 4 0 ( s c c m) ] であり、 圧力を 1 0 m T o r r、 放 電パワーを 1 0 0 0 Wとした。 図 2 5の真空装置では、 S iゥヱハを銅製口ッ ド の平坦な先端に取り付け被処理体 5 0 3とし、 その加熱はロッ ドの内部に備えた シースヒータ 5 0 5で行なった。
図 2 6は、 重合膜の堆積速度とチャンバの内壁温度との関係を調べた結果で ある。 図 2 6から、 重合膜の堆積量はウェハ温度の増加と共に急激に減少し、 1 5 0 °C付近で重合膜の堆積が観察されなくなることが分かつた。
よって、 容器内部において容器壁面および前記被処理体以外の部分の温度をそ れぞれ 1 5 0 °C以上まで上昇させるための機構、 又は Z及び、 排気システムが排 気システムを構成する全てのュニッ ト内の温度を 1 5 0 °C以上まで上昇させるた めの機構を備えることにより、 水分および反応副生成物からなる重合膜の付着を 防止できると判断した。
(実施例 1 3 )
本例では、 図 2 7に示すように、 被処理体 1 0 4を加熱する手段としてキセノ ン （X e ) ランプを用いた点が実施例 9と異なる。
X eランプ 1 2 5は、 チャンバ 1 0 1の外部から、 光の導入口 1 2 4および光 を透す材料からなる窓 1 2 3を通してキセノ ンランプの光を被処理体 1 0 4に照 射することにより、 被処理体 1 0 4の表面のみを効果的に加熱することができ る。
本例では、 被処理体 1 0 4を加熱する手段として X eランプを用いたが、 他の 光源を用いても、 あるいは被処理体 1 0 4を保持している電極 1 0 9を直接電熱 線などで加熱してもよいが、 X eランプ照射による加熱が好ましい。
また、 図 2 7では容器 1 0 1の外部の一部にキセノンランプ導入口 1 2 4を設 けているが、 容器 1 0 1外周均一に複数個設けたほうがより好ましい (実施例 1 4 )
図 28にフロロカーボン系ガスの回収 ·再利用にステージドク一ラ一方式を採 用したときの簡単な概略図を示す。 前記容器内から排気されたガスを高沸点のガ スから段階的に冷やし、 液化 ·蒸留精製し液体として再利用を行なうことができ る。 フロロカーボンは、 地球温暖化効果が CO 2の 1 0万〜 1 0 0万にも達する た めフロロカーボン系ガスの回収 ·再利用の効果は絶大なものである。
(実施例 1 5 )
チャンバに付着した反応副生成物をチャンバ内壁にダメージを与えることなく 高速除去するという、 セルフクリ一ニング用ガスプラズマに求められることは、 以下の 2点である。
① イオン、 ラジカル密度が高い
② プラズマポテンシャルが低い （チャンバ壁に入射するイオンのエネルギー 力小さい）
また、 これらと同時にイオン照射に強いプラズマ耐性の優れたチャンバ内壁材 も求められる。
図 2 9にさまざまなフッ素系ガスの平均結合エネルギとそのプラズマパラメ夕 との関係を示す。 この図より、 結合エネルギとプラズマパラメタの間に密接な関 係があること力、 より明確にわかる。 つまり、 結合エネルギが小さい程イオンの 照射エネルギが小さく、 イオン密度が高くなる。 プラズマポテンシャルはガス分 子の結合エネルギに大きく依存しない。 このことから NF。がもっともセルフク リ一二ングに適したガスである事が分かる。 よってセルフクリ一ニング機構を持 たせる場合、 前記容器内壁をブラズマ耐性の優れたものにしなければならず A 1 F。/Mg F2合金などを用いることが最適である。
図 3 0は、 図 1 5の装置のチャンバ内壁材に A 1 F。/Mg F2合金を用い、 ク リーニング用ガスとして、 ガス分子の結合エネルギが小さいガス種 （NF 3等） を使用したとき、 前記 A 1 F 3/M g F 2合金のブラズマ照射によるダメージ評価 をした結果である。 図 3 0 (a) は NF3プラズマ照射前、 図 3 0 (b) は NF3 ブラズマ 2時間照射後の A 1 F /M g F 2合金の X P S (X線光電子分析） によ る深さ方向のプロファイルである。 図 3 0の結果から、 A l F3ZMg F9合金は プラズマ照射によって殆どダメ一ジが入らないことが分かつた。
従って、 装置にセルフクリーニング機構を持たせる場合、 容器内壁をプラズマ 耐性の優れたものにしなければならず、 A 1 F。/MgF2合金などを用いること が最適である。
(実施例 1 6 )
本例では、 図 1 5に示すプラズマ装置において、 容器 10 1外に第 1の誘電体 板 1 02を介してアンテナ 20 1を設置し、 マイクロ波 （周波数 8. 3 G H z ) を同軸管 1 07を通してアンテナ 201に導入し、 電波を容器 1 01内に放射す ることにより、 プラズマを励起させた。
図 3 1は飽和ィォン電流密度の分布を、 図 32は電子温度の分布を、 図 33は 電子密度の分布を、 それぞれ測定した結果を示すグラフである。
図 3 1乃至図 33から、 本発明に係るプラズマ装置は、 1 4mAZcm 以上 の飽和ィォン電流、 1. 0 eV (1 5000K) 程度の電子温度、 1 012以上の 電子密度を有する高密度プラズマを、 容器 1 0 1内において直径 300mm以上 の大面積上にわたって、 均一に励起できることが分かった。
図 34は、 上記イオン電流分布を測定するシステムの概略図である。 これは円 盤状電極 40 1を用いたイオン電流分布の測定である。 図 1 5に示すプラズマ装 置における被処理体 1 04及び電極 1 09の代わりに円盤状電極 40 1を用い た。
図 34において、 40 1は円盤状電極、 402はピン、 403はアルミニウム 線、 404は抵抗、 405はオペアンプ、 406は A— Dコンパ'一夕、 407は コンピュータ、 408はステッピングモ一夕、 409は電源である。
図 34の円盤状電極 401は直径 300 mm 0の円盤状のアルミニウム製であ り、 円盤状電極 4 0 1の上には直径 4 mm0のピン 4 0 2が中心から半径 140 mmの地点までライン上に 9本、 等間隔に埋め込まれている。
プラズマからピン 402に流れ込む電流は、 ピン 402に接続されたセラミッ クコ一卜のアルミニウム線 403及び電流導入端子 （不図示） を介してチャンバ 外部に取り出される。 ピン 402にはチャンバの電位に対して— 20 Vの電圧が 印加されており、 プラズマ中の正イオンのみが流れ込む。 この正イオンの流れ込 みにより生じた電流は抵抗 4 0 4によって電圧信号に変換され、 オペアンプ 4 0 5で増幅された後、 1 6チャネルの A— Dコンバータ 4 0 6でディジタル信 号に変換され、 コンピュータ 4 0 7に転送される。
なお、 アルミニウム製の電極 4 0 1は、 ポリイミ ドテープ （不図示） で覆われ ている。 ステッピングモ一夕 4 0 8による電極 4 0 1の回転と A— Dコンバータ 4 0 6によるイオン電流の測定は、 コンピュータ 4 0 7を用いて同期して行われ る。 電極 4 0 1の 1回転あたり、 ピン 4 0 2の 1本あたりのィォン電流の測定回 数は 2 0 0回であり、 細かい二次元分布が得られる。
図 3 5は、 本例において電子温度および電子密度の測定に用いたシングルプ ローブの構造を示す模式図である。
マイク口波電力密度が大きい部分に図 3 5に示すようなプロ一ブを揷入する と、 プローブチップ （タングステンワイヤ、 0 . I mm 0 ) 6 0 1がマイクロ波 で加熱されて、 熱電子が放出する可能性がある。 また、 プローブシース内で頻繁 に電離が起こる可能性がある。 どちらにしても、 本来のシングルプローブの電流 電圧特性が得られなくなる。
そこで、 マイクロ波を遮蔽する目的で、 0 . 5 mm 0の銀線を螺旋状に巻い た銀ワイヤ 6 0 2を、 プローブチップ 6 0 1の周りに隙間を空けて設置した。 前 記銀線を用いたのは、 抵抗の低い材 を用いることで、 マイクロ波によるそれ自 体の加熱を防止するためである。 また、 遮蔽するために比較的細い線を用いたの は、 プラズマに与える影響を最小限に抑えるためである。
螺旋状の前記銀線を設置した場合とそうでな L、場合の電流電圧特性の比較を行 つた。 マイクロ波電力密度が小さい部分では、 両者の特性にほとんど差は見られ なかった。 マイクロ波電力密度が大き 、部分では、 螺旋状の前記銀線を設置しな I、場合には前記プロ一ブに負電位を印加したときに電流値が著しく増加したが、 螺旋状の前記銀線を設置した場合には通常の特性が得られた。 このように、 ブラ ズマ中のマイクロ波電力密度が大きい場合には、 金属線 6 0 2等でプロ一ブチッ プ 6 0 1周辺のマイク口波を遮蔽することが有効である。
各プラズマパラメータの z方向 [図 1 5の装置において、 第 2の誘電体板 1 1 6から電極 4 0 1 ( 1 0 9 ) を望む方向] の分布を求めるために、 ステツピ ングモータ 4 08を用いて前記プローブを z方向に移動できる構造とした。 プ 口一ブの最高移動速度は 300 mm/ s e c, 位置分解能は 0. 02 mmとし た。 ステッビングモータ 408による前記プローブ位置の制御と電流電圧特性の 測定は、 コンピュータ 407を用いて同期して行われる。 前記プローブの加熱を 防止するため、 z方向の往復時間は 5秒以下に抑えて実験を行なつた。
(実施例〗 7)
本例では、 図 1 5に示すプラズマ装置において、 被処理体 1 04の保持機能を 有する電極 1 09に高周波を印加することにより、 被処理体 1 04に対してブラ ズマエッチングを行なった。 被処理体 104としては、 MOSトランジスタの ゲ一ト電極材料として主に用いられている P o 1 y-S i膜が表面に形成された S iウェハを用い、 この Po 1 y-S i膜をエッチングした。
被処理体 1 04の保持機能を有する電極 1 09には、 高周波バイアスを印加で きる手段 （不図示） から高周波を印加した。 原料ガスとして、 C 19、 〇2、 HB r等のガスを用いたが、 これらのガスに限定されるわけではない。
図 36は、 プラズマエッチングの結果を示すグラフである。 図 36から、 被処 理体 （サイズ 300mm ø) 上での測定ボイント計 9点 （中心点、 及び中心から 1 50、 280 mm ø上でそれぞれ等配 4分割された 8点） において、 P o 1 y - S i膜の単位時間当たりの削れ量 （エッチングレート） の均一性は約 5 %であ り、 非常に均一なエッチングが大口径 （300mm ø) の被処理体上で可能なこ とが確言忍された。
(実施例 1 8)
本例では、 本発明の装置を、 被処理体の表面を低温で酸化するためのプラズマ 酸化装置に応用した場合を示す。 ここでは被処理体として S i基板を用い、 S i 基板表面を Onで直接酸化し、 ゲート酸化膜を形成した場合について説明する。 原料ガスは A r及び Onを用いている。 キヤリァガスとして A rの代わりに Xeを用いても構わない。 また、 A rと 00からなる混合ガスに、 H eなどを加 えてもよい。
図 37は、 本例で作製した素子の断面図と、 素子の絶縁耐圧の測定系とを合わ せて示した模式図である。 図 37において、 絶縁耐圧の測定をした素子は、 n型 S iゥヱハからなる被処 理体 70 1、 フィールド酸化膜 702、 ゲ—ト酸化膜 703、 ゲー卜電極 704 から構成される。 また、 705は絶縁耐圧の測定に用いた探針、 706は電圧 計、 707は電圧印加手段、 708は電流計である。
図 37に示す素子の形成および絶縁耐圧の測定は、 次に示す手順で行った。
( 1 ) n型 S i ゥヱハ 70 1上に、 S i 02からなるフィールド酸化膜 702 (厚さ ： 800 nm) を熱酸化法 [ (H2+〇2) ガス、 H2= 1 1 /m i n、 〇2 = 1 1 Zm i n、 被処理体の温度 = 1 000 °C] で形成後、 フィ—ルド酸化膜 702の一部をゥヱッ トエッチング処理し、 n型 S iゥヱハ 701の表面を露出 させた。
(2 ) n型 S iゥヱハ 70 1の露出させた表面のみ、 本発明に係るプラズマ装置 を用いて直接酸化させ、 S i 0りからなるゲ一卜酸化膜 703 (面積 = 1. 0 1 0— 4cm2、 厚さ =7. 6 nm) を形成した。
その際の成膜条件は、 成膜ガスは （A r +02) 、 ガス圧は 30mT o r r、 分圧比は A r ： 0 = 98 ： 2、 マイク口波パワーは 700 W、 酸化処理時間は 20分、 被処理体は電気的にフローティ ング状態に保持、 被処理体の温度は 430°C、 とした。
(3) フィールド酸化膜 702およびゲート酸化膜 703の上に、 A 1からなる ゲー卜電極 704 (厚さ = 1 000 nm) を蒸着法で形成した。
(4 ) 探針 705をゲート電極 704に接触させ、 ゲート電極 704を介して直 流電圧を n型 S iゥヱハからなる被処理体 70 1に印加し、 ゲ—ト酸化膜 703 が絶縁破壊する電圧 （すなわち絶縁耐圧） を電圧計 706で測定した。
図 38は絶縁耐圧の測定結果を示すグラフである。 図 38 (a ) は本発明に係 る装置でゲート酸化膜を作製した場合を示す。 一方、 図 38 (b) は従来の装置 でゲー卜酸化膜を作製した場合である。 従来の装置とは、 平行平板型の電極に周 波数 1 0 OMH zの高周波を印加してプラズマを発生させ、 ゲート酸化膜を形成 する装置である。
図 38において、 横軸は絶縁耐圧、 縦軸は各絶縁耐圧が得られた素子の頻度を 示す。 例えば、 横軸 1 0 M V/ c mの棒グラフは、 絶縁耐圧が 9 · 5〜 1 0. 4MV/c mの範囲にある素子の発生頻度である。 測定した素子数は、 図 38 (a) 、 図 38 (b) それぞれ 30個である。
図 38から以下に示す点が明らかとなった。
①従来の装置で作製した素子は、 絶縁耐圧の分布が広く （すなわち均一性が悪 く） かつ平均耐圧は 10. 2MVZcmであった [図 38 (b) ] 。
②本発明の装置で作製した素子は、 絶縁耐圧の分布が狭く （すなわち均一性が 良く） かつ 1 1. 9 MVZ cmの高い平均耐圧が得られることから、 ゲート酸化 膜の膜質が向上したことが分かった [図 38 (a) ] 。
従って、 本発明に係るラジアル 'ライン ' スロッ ト 'アンテナを備えたプラズ マ装置を用いて直接酸化を行うことにより、 高い均一性と高い耐圧とを有する酸 化膜が形成できるため、 優れた絶縁耐圧を有する素子が安定して作製できること が確認された。
また本例では、 本発明の装置を、 被処理体の表面を低温で酸化するためのブラ ズマ酸化装置に応用したが、 被処理体の表面を窒化するためのプラズマ窒化装置 に応用しても均一性の高い窒化膜が得られることが確認された。
(実施例 19)
本例は、 本発明を基板表面に薄膜を成膜するためのプラズマ CVD装置に適 応した場合における実施例を示すものである。 アモルファス S i基板上に単結晶 S iを成膜する場合について説明する。
本例では、 アモルファス S i上に単結晶 S iの成膜を行ったが、 前記ァモルフ ァス S i上に多結晶 S iを成膜することも可能である。 成膜される基板の材質は S iに限定されるわけではなく、 ガラス、 石英基板などでも構わない。
原料ガスとして S i H^、 H2及び A rを用いているが、 これらの組み合わせに 限定されるわけではなく、 A rの代わりに X eを用いてもよいが、 Xeのほうが 好ましい。
A rの比率は A rを全体の半分以上に保つ必要がある。 本例では 50 %に設定 したがこの値に限定されるわけではない。 これはマイク口波を用いたプラズマ励 起方法では、 プラズマの励起を維持するためには、 該プラズマ中の電子密度があ る程度高い必要があるためで、 より高い電子密度を得ることのできる A rの比率 を多くする必要がある。
また、 アモルファス S i基板表面はキセノ ンランプを照射することで温度 5 0 0 °Cに昇温し、 プラズマのイオン照射で足りないエネルギーを補った。 ま た、 他の昇温方法でも構わないがキセノンランプによる方法が好ましい。
単結晶 S iをアモルファス S i基板上に成膜するためには、 成膜中の基板表面 で成長する結晶 S iの核が面内でその配向性が等しい必要がある。 そのため、 面 内での成膜条件に差が存在すると、 結晶核の配向性が揃わないで成膜されてしま うため、 面內での成膜条件を完全に均一にする必要性がある。
本発明のブラズマ装置を用いることで、 大面積内で均一な成膜条件に設定する ことが可能であり、 従来のプラズマ装置では不可能であったアモルファス基板上 への低温での単結晶 S iの成膜が初めて可能となった。
結果、 単結晶 S iを直径 3 0 0 mmの S i基板上に温度 5 0 0 °Cにおいて成膜 速度毎分 0 . 1〃 mで成膜することができた。
また、 ガラス基板上に P o 1 y - S iを成膜した結果も、 モビリティ （キヤリ ァ移動度） が 3 0 0以上という良質な薄膜を得ることができた。
(実施例 2 0 )
本例が、 実施例 1 9と異なるところは、 S i基板上に S i 0 2を成膜する点で あり、 その他は実施例 1 9と同様であるので省略する。
本例では、 原料ガスとして S i H 1 , 0り及び A rを用いている力 \ これらの 組み合わせに限定されるわけではなく、 キャリアガスとして A rの代わりに X e を用いてもよいし、 0 2の代わりに N 2 0を用いても構わない。 また、 S i H 4 と 0 nと A rとからなる混合ガスに、 H eなどを加えてもよい。
結果、 直径 3 0 0 mmの S i基板上に温度 3 5 0 °Cにおいて成膜速度毎分 0 . 1〃mで成膜することができ、 その面内均一性は ± 5 %未満であった。
(実施例 2 1 )
本例が、 実施例 1 9と異なるところ A rは、 S i基板上に S i 3 N 4を成膜す る点であり、 その他は実施例 1 9と同様であるので省略する。
本例では、 原料ガスとして S i 及び N H 3を用いているが、 これらの組み 合わせに限定されるわけではなく、 A rの代わりに X eを用いてもよいし、 NH 3に N 2を用いても構わない。
結果、 直径 30 Ommの S i基板上に室温において均一に成膜速度毎分 0. 1 /mで成膜することができ、 その面内均一性は ± 5%未満であった。
(実施例 22)
本例が、 実施例 19と異なるところは、 S i基板上に形成した P t薄膜上に強 誘電体薄膜である B ST薄膜 [ (B a， S r ) T i〇3薄膜] を形成する点であ る。 その他は実施例 19と同様であるので省略する。
本例では、 原料ガスとして B a (DPM) o、 S r (DPM) 2、 T i 0 (0— i— C3H7) 2、 02及び Arを用いたが、 これらの組み合わせに限定されるわけ ではなく、 A rの代わりに X eを用いても構わないが、 A rよりも Xeを用いる 方が好ましい。
P t薄膜は先だってスパッタ法により S i基板上に成膜してあり、 電極と B a、 S r、 T iが下地 S i基板と反応することを防止するパ'リアメタルの機能 を兼ねている。 P t薄膜に限定されるわけではなく、 尺1!ゃ1¾110。などでも構 わない。
結果、 直径 300 mmの P t薄膜上に均一に毎分 0. 5 n mの成膜速度を 450 °Cで得られ、 その比誘電率は約 160であった。
(実施例 23 )
本例が、 実施例 19と異なるところは、 S i基板上に形成した P t薄膜上に強 誘電体薄膜である SB T薄膜 [S r B i2T a209薄膜] を形成する点であり、 その他は実施例 19と同様であるので省略する。
本例では、 原料ガスとして、 S r (DPM) 2、 B i (C^Hr) 。、 T i 0 (0 一 i一 C3H7) 9及び A rを用いたが、 これらの組み合わせに限定されるわけで はなく、 A rに X eを用いても構わないが、 A rよりも X eを用いる方が好ま しい。
結果、 残留分極率約 3 O^CZ cm2の強誘電体薄膜が得られた。
(実施例 24 )
本例は、 本発明を基板表面にダイヤモンド薄膜を成膜するためのプラズマ CVD装置に適応した場合の例を示すものである。 ここでは、 基板として S iを 用い
、 この基板上に成膜をする場合について説明する。
本例では原料ガスとして、 C O、 H2、 09 、 A rとしたがこれらの組み合わ せ に限定されるわけではない。
基板温度は 5 0 0 °Cに設定した。 また、 ダイヤモンド薄膜は、 炭素ガスの分解 及び堆積、 ダイヤモンドの核生成、 s p 3炭素の生成、 副生成物 （黒鉛状炭素、 ポリマー） の除去の素反応が同時に進行し成膜される。 ダイヤモンド薄膜の形成 には、 イオンエネルギの低い必要があり、 従来のプラズマ装置と比較し、 本装置 は大面積上に高密度でかつ低エネルギーのプラズマ生成が可能であるため、 成膜 速度の高速化および良質な薄膜形成が可能である。
(実施例 2 5 )
本例が、 実施例 1 9と異なるところは、 S i基板上に P— S i Nを成膜する点 であり、 その他は実施例 1 9と同様であるので省略する。
本例では、 基板温度 3 0 0 °C、 原料ガスとして S i H4、 N H3及び A rを用い ているがこれらの組み合わせに限定されるわけではなく、 八 1"の代ゎりに乂6を 用いてもよいし、 N H9に N9を用いても構わない。
結果、 直径 3 0 0 mmの S i基板上に成膜速度毎分 0 . 1 ^ mで成膜すること ができ、 その面内均一性は ± 5 %未満であった。
(実施例 2 6 )
本例が、 実施例 1 9と異なるところは、 S i基板上に P— S i 0を成膜する点 であり、 その他は実施例 1 9と同様であるので省略する。
本例では、 基板温度 3 0 0 °C、 原料ガスとして S i H4、 N20及び A rを用い ているがこれらの組み合わせに限定されるわけではなく、 A rの代わりに X eを 用いてもよい。
その結果、 直径 3 0 0 mmの S i基板上に成膜速度毎分 0 . 1 / mで成膜す ることができ、 その面内均一性は土 5 %未満であった。
(実施例 2 7 )
本例が、 実施例 1 9と異なるところは、 S i基板上に B P S Gを成膜する点で あり、 その他は実施例 1 9と同様であるので省略する。 本例では、 基板温度 4 5 0°C、 原料ガスとして S i H4、 PH3、 B2H6、 〇2 及び A rを用いているが、 これらの組み合わせに限定されるわけではなく、 A r の代わりに X eを用いてもよい。
その結果、 直径 3 00 mmの S i基板上に成膜速度毎分 0. 1〃 mで成膜する ことができ、 その面内均一性は ± 5%未満であった。
(実施例 28)
本例では、 本発明の装置を、 被処理体の表面を低温で窒化するためのプラズマ 窒化装置に応用した場合を示す。 ここでは被処理体として S i基板を用い、 S i 基板表面を N。で直接窒化した場合について説明する。 原料ガスは A r及び N0を 用いている。 キャリアガスとして A rの代わりに H eや X eを用いても構わな い。 また、 A rと N9からなる混合ガスに、 H e、 N e、 X eなどを加えてもよ い。 また、 N。の代わりに NH。を用いてもよい。
図 3 9は、 本発明の装置を用い、 A rZN2= 9 7。/。/3%の混合ガスを用い て、 3 0分間 S i基板表面を直接窒化し、 5 nmのシリコン窒化膜を成長させた 後、 X線光電子分光装置を用いて S i表面の化学的結合状態を分析した結果を示 すグラフである。 横軸は、 光電子と原子核との結合エネルギーを示し、 縦軸はそ の結合エネルギ一をもった電子の数を示す。 比較のため、 1300°C、 N2雰囲気中 で 1 2 0分間処理し、 5 nmのシリコン窒化膜を成長させた表面のスぺク トルも 示した。 図 3 9から、 本装置を用いて成膜したシリコン窒化膜のスぺク トルに は、 シリコン基板に起因するピークと表面に成長したシリコン窒化膜のピークが 確認された。 シリコン窒化膜に起因するピーク位置と形が、 1300°Cで成膜したシ リコン窒化膜のそれとほぼ等しいことから、 形成されたシリコン窒化膜が、 完全 なシリコン窒化膜であることが確認された。
図 4 0は、 本例で作成した素子の断面図と、 素子の絶縁破壊注入電荷量の測定 系とを合わせて示した模式図である。 図 4 0において、 絶縁破壊注入電荷量の測 定をした素子は、 n型 S i ゥヱハからなる被処理体 8 0 1、 フィールド酸化膜 8 0 2、 ゲ一ト窒化膜 803、 ゲ一ト電極 804から構成される。 また、 8 0 5 は絶縁破壊注入電荷量の測定に用いた探針、 8 0 6は電圧計、 8 0 7は定電流 源、 8 0 8は電流計である。 図 41に示す素子の形成および絶縁破壊注入電荷量の測定は、 図 40に示した 測定計を用いて、 次に示す手順で行った。
(1) n型 S iウェハ 80 1上に、 S i 02からなるフィールド酸化膜 802 (厚さ ： 800 nm) を熱酸化法 [ (H2+〇2) ガス、 H2= 1 1 /m i n、 0? = 1 1 /m i n、 被処理体の温度- 1000 °C] で形成後、 フィ—ルド酸化膜 802の一部をゥヱッ トエッチング処理し、 n型 S iゥヱハ 801の表面を露出 させた。
(2) n型 S iゥヱハ 801の露出させた表面のみ、 本発明に係るプラズマ装置 を用いて直接窒化させ、 S i 3N4からなるゲート窒化膜 803 (面積 = 1. 0 X 10 4 cm2、 厚さ = 5. 6 nm) を形成した。 その際の成膜条件は、 成膜 ガスは （A r +N2) 、 ガス圧は 30mTo r r〜1 00mTo r r、 分圧比は A r / 2 - 99. 7%〜一 90%/0. 3 %〜 10 %、 マイクロ波パワーは 700W、 窒化処理時間は 30分、 被処理体は電気的にフローティング状態に保 持し、 被処理体の温度は 430°C、 とした。
( 3 ) フィ一ルド酸化膜 802およびゲート窒化膜 803の上に、 A 1からなる ゲー卜電極 804 (厚さ = 1000 nm) を蒸着法で形成した。
(4 ) 探針 805をゲート電極 804に接触させ、 ゲ一ト電極 804を介して定 電流源 807より、 電流密度が 20 OmAZcm2となるように、 一定電流を n 型 S iゥヱハからなる被処理体 801に印加し、 ゲート窒化膜 803が絶縁破壊 する時間を測定した。 電流密度値にこの時間をかけたものが絶縁破壊注入電荷量 である。
図 41は、 本装置を用いて 430°Cで成膜したシリコン窒化膜の絶縁破壊注入 電荷量の測定結果を示すグラフである。 比較のため、 1 300°C、 N2雰囲気中 で成膜したシリコン窒化膜の絶縁破壊注入電荷量も同時に示した。 図 41におい て、 横軸は注入電荷量、 縦軸は各注入電荷量が得られた素子の累積頻度を示す。 測定した素子数は 20個である。 図 41から、 本発明の装置を用いて、 S i基板 表面に窒化膜を形成した場合、 成膜温度が 430°Cと低温であるにも拘わらず (通常成膜温度 430°Cでは、 シリコン基板表面を直接窒化させることすらでき ない。 シリコン表面を N。ガスを用いて窒化させるためには、 1000°C以上の 基板温度が必要である。 ） 、 最大絶縁破壊注入電荷量 123 CZcm2 が得ら れ、 1300°Cで成膜した膜の絶縁破壊注入電荷量と同等の特性を示すことが分 かった。
従って、 本発明の装置を用いてシリコン表面の直接窒化を行うことにより、 430ての低温であるにも拘わらず、 1300 °Cで成膜したシリコン窒化膜と同 等の電気特性を有するシリコン窒化膜の成膜が可能であつた。
本例では、 本発明の装置を、 被処理体の S i表面を低温で窒化するためのブラ ズマ窒化装置に応用したが、 S i表面に限らず、 Ta、 W、 A 1、 T iなどの金 属表面の窒化に応用しても高品質の金属窒化膜が低い基板温度で得られることが 確認された。
(実施例 29 )
本例では、 本発明の装置を、 基板表面に多結晶シリコン薄膜を成膜するための プラズマ CVD装置として用い、 S i基板上に形成された酸化膜上に多結晶シリ コン膜を形成した例について示す。 原料ガスには A r及び S i H4の混合ガスを 用いている。 また、 A rと S i H からなる混合ガスに、 H2、 He, N e、 X e などを加えてもよい。 A rの代わりに Heや X eを用いても構わない。 また、 S i H4の代わりに、 S iり H6、 S i HC 1 S i HgC 1。、 S i C 14を用い ても同様の効果が得られる。 基板には、 S i基板上に酸化膜を熱酸化法 [ (H2+02) ガス、 H2= 1 1 Zm i n、 0.= 1 1 /m i n、 S i基板の温度 = 1000 °C] において 50 nm形成したものを使用した。 本例においては、 酸 化膜の形成は熱酸化法によっておこなつたが、 酸化膜の形成の手段は熱酸化法に 限るものではなく、 いかなる手段によって形成された酸化膜でも構わない。 S i 基板表面に酸化膜を形成後、 本発明の装置を用いて、 基板温度 300°C、 Ar/ S i H4 = 9 9. 9 5 %/ 0. 0 5 %の条件で多結晶シ リ コ ン薄膜を、 120 n m堆積後、 X線ディフラク トメータで多結晶シリコン薄膜の分析を行つ た。 比較のため、 従来技術の平行平板型 CVD装置を用いて、 基板温度 300 て、 A 1- / S i H = 99. 95 %/ 0. 05 %の条件で多結晶シリコン薄膜 を、 120 n m堆積後、 同様に X線ディフラク トメータで多結晶シリコン薄膜の 分析を行った。 図 4 2は、 多結晶シリコン薄膜の X線ディフラク トメ一夕の測定結果を示すグ ラフである。 横軸は面方位に起因する X線の散乱角 2 0を示し、 縦軸はその散乱 角での X線強度を示す。 X線ディフラク トメ一タは、 ピークの強度が大きいほ ど、 その面方位の結晶性が高いことを示している。 図 4 2から、 本発明の装置に よつて成膜された多結晶シリコン膜は、 従来技術の平行平板の C V Dによって成 膜された膜よりも、 明らかに結晶性が向上していることが分かった。
(実施例 3 0 )
本例では、 本発明をマグネトロンプラズマエツチング装置に用いた場合の実施 例を示すものである。
平行平板型の 2つの電極 I及び I Iを備え、 前記電極 Iの前記電極 I Iと対向す る面の上にはプラズマを用いて処理が行われる基体を載置しており、 前記基体上 に水平でかつ一方向性を有する磁場の印加手段を設けたブラズマ装置であり、 前 記電極 I Iは、 電気的に接地された中心部と前記電極 Iに接続された高周波電源 とは独立して制御できる高周波電源に接続された外周部とから構成され、 基体表 面付近に生成するプラズマの密度の均一化を図る目的で前記電極 Iと電気的接合 する部分に設けた接合ィンピ一ダンスを調整する手段を付設したフォーカスリ ン グを備えていることを特徴とする。
本発明に係るエッチング装置構成図は前記図 4 4と同様であるので省略する。 本装置では、 磁場の印加手段 4 4 1 3として、 複数の永久磁石を環状に並べた ダイポールリングマグネッ ト （以下 D R M) を用いている。 D RMを構成する永 久磁石は、 永久磁石の位置が半周する間に磁化方向が一回転するような向きで並 ベられている。 尚、 ここでは磁場として D RMを用いたが他の磁場印加手段でも 構わない。 またここでは磁場を用いてプラズマ密度を上げているが、 他の手段で も構わず、 プラズマ密度を上げる必要がないときは用いなくとも良い。
また、 電極 I Iは、 ここではリング状の金属板であり、 基体表面付近のブラズ マの面内均一性を向上させるために設けられたものである。 高周波電源 I Iから 出力された高周波電力は、 整合回路 I Iを通して電極 I Iに印加される。 電極 I Iに適切な高周波電力を印加することによって磁場印加によって生じる電極 I I面上の電子のドリフ トと基体面上の電子のドリフ 卜のバランスをとること で、 基体表面付近のプラズマはほぼ完全に均一化される。 なお、 電極 I Iに高周 波を印加しなくても基体表面付近のプラズマの面内均一性が良好な場合や、 不均 一でも問題が生じない場合には特に電極 I Iを設ける必要はない。 これと同様に 基体表面付近に生成するプラズマの密度の均一化を図る目的で設けたフォーカス リングにおいても基体表面付近のプラズマの面内均一性が良好な場合や、 不均一 でも問題が生じない場合には小型化する、 もしくは設けなくとも良い。
容器內壁面の材質としては、 可能な限り放出ガス （水分等） の少ない材質、 こ こでは A I Nを用いた。 ただし、 この材料に限定されるわけではない。 前記電極 Iに印加する高周波は周波数 13. 56 MHz、 前記電極 I Iに印加する高周波 の周波数は 10 OMH zを用いた。 この際、 前記電極 I Iに印加する高周波は電 極 Iに印加する高周波よりも高い周波数とすることにより、 電極 I Iにかかるセ ルフバイアス電位が小さくなるため、 前記電極 I Iが前記プラズマによりスパッ 夕され、 前記容器内が金属汚染するという問題が解決される。 またここで電極 I、 I Iに印加する高周波の周波数はこれに限定されるものではない。
そこで、 上記装置の排気システムのみを変更し本発明に関わる排気システムの 優位差を従来の排気システム （詳細には、 図 43 (a) に記載の方法である） と 比較した実験を行った。 実験方法は、 プラズマ処理する基体と して直径 200 mmの S iゥヱハ上に絶縁膜 B P S Gを 1. 5 m成膜したものを準備 し、 これを電極 I上に載置 してプロセスガス比一定で卜一タルガス流量を増や しながらエッチングを行い、 排気システムの違いによるエッチングレートの測定 を行った。 尚、 基体をエッチングする条件は、 電極 Iに印加する高周波電力 ( 1 3. 5 6 MH z ) 1 7 0 0 W、 電極 I I に印加する高周波電力 ( 10 OMH z ) 400W、 プロセス圧力 4 OmTo r r、 電極間隔 10mm、 プロセスガス比 C4Fn： 5%、 CO： 15%、 A r ： 78 %、 0 ： 2%である がこれらの条件はこれに限定されるものではない。
実験結果を図 57に示す。 （▲、 △は、 ウェハ中心のエッチングレートを示 し、 また画、 □は、 ゥヱハの端でのエッチングレートを示す。 ）この結果より、 以下のことが明らかとなった。
(1 ) 本発明の排気システムを採用した場合、 従来の排気システムより高いェ ッア ノ ン レート及び均一性が得られている事が分かる。
また、 上記基体として S i ゥ ハ上に B P S G膜の代わりに他絶縁膜 S i 09、 P— T E O S、 S i N、 S i Oもしくは金属膜である P o 1 y— S i、 S i、 A 1を成膜した基体に関しても上記と同様の効果が得られたことが 確認された。
続いて、 上記基体として直径 20 Ommの S iゥヱハ上に BP S Gを 1. 5〃 m程度成膜し、 その上にレジス トと呼ばれるマスク材 0. 7〃mを塗布し、 露 光、 現像のプロセスを経て、 前記マスク材に直径 0. 1 8 のホールパターン を形成した。 その前記基体を前記実験と同様の条件でエッチングし、 エッチング 後のホ一ル形状を観察した。 この結果より、 以下のことが明らかとなつた。
(2) 排気速度の向上および、 プロセスガス流量の増大により、 ホール内に付 着する反応副生成物が効率よく排気されているため、 良好なホ―ル形状が得られ た。 従来の排気システムではテ一パ角 86。 に対し、 本発明の排気システムでは テ一パ角 89。 と理想的な形状となった。 ここでテ一パ角とは、 S i ウェハと ホール側壁のなす角度のことをいう （図 58参照） 。
(実施例 3 1 )
本例では、 本発明をマグネ卜口ンスパッ夕リング装置に応用した場合の実施例 を示すものである。
本装置の構成図は、 前記図 54と同様であるため省略する。 尚、 ここでのター ゲッ トとは図 54に記載のプラズマ処理される基体 5404である。 磁場の印加 手段としては、 複数の永久磁石を環状に並べたダイポールリングマグネッ 卜 （以 下 DRM) を用いているがこれに限定されるわけではない。 前記容器の内壁材料 は可能な限り放出ガス （水分等） を放出しない材料とするため、 ここでは A 1 N とした。 ただし、 この材料に限定されるわけではない。 前記電極 Iに印加する高 周波電力の周波数 4 3. 0 M H z、 前記電極 I I に印加する周波数 1 3. 56MH zとし、 補助電極 Bに印加する周波数を 1 0 OMH zとした。 それぞれ の電極に印加する高周波の周波数は、 上記値に限定されるものではないが補助電 極 Bに印加される高周波の周波数は、 補助電極 Bにかかるセルフバイアス電位を 低く し、 それ自身のスパッ夕を避けるようになるべく高く設定することが好まし い。
上記装置の排気システムのみを変更し本発明に関わる排気システムの優位差を 従来の排気システム （一方向からだけの排気方法、 詳細には、 図 4 3 ( a ) に記 載の方法である） と比較した実験を行った。 圧力 1 O m T o r r、 キャリアガス として A rを用い、 プラズマを生成し、 スパッタリングを行い、 A 1のタ一ゲッ 卜の削れ量の分布を測定し、 ターゲッ ト付近に生成されているプラズマの状態を 比較、 検討した。 成膜する基体としては単結晶 S iゥヱハ （6インチ） を使用し た。
その結果を図 5 9に示す。 この結果より以下のことが明らかとなった。
( 1 ) ここでは前記容器内の圧力 1 O m T o r r時のガス流量 1 . 5 s c c m までガス流量を増加させて行くことにより、 ターゲッ 卜の削れ量の面内均一性が 向上する。 これはターゲッ 卜付近の均一な排気速度およびガスフローが実現され ているためと思われる。
ターゲッ トとしてここでは、 A 1のターゲッ トを用いたが、 C uでも同様の結 果が確認された。
(実施例 3 2 )
本例では、 大流量のガスを均一に供給することが可能なラジアルラインスロッ 卜アンテナを用いたブラズマ装置において、 本装置を前記基体の表面を低温で酸 化するためのプラズマ酸化装置に応用した場合を示す。
本装置構成図は、 前記図 5 3と同様であるため省略する。
ここでは前記基体として S iウェハを用い、 S i ゥヱハ表面を 0。で直接酸化 し、 ゲート酸化膜を形成した場合について説明する。 原料ガスは A r及び 0。を 用いている。 キャリアガスとして A rの代わりに X eを用いても構わない。 ま た、 A rと 0ゥからなる混合ガスに、 H eなどを加えてもよい。
図 6 0は、 本例で作製した素子の断面図と、 素子の絶縁耐圧の測定系とを合わ せて示した模式図である。 図 6 0において、 絶縁耐圧の測定をした素子は、 n型 S i ゥヱハからなる前記基体 4 0 0 1、 フィールド酸化膜 4 0 0 2、 ゲート酸化 膜 4 0 0 3、 ゲ一ト電極 4 0 0 4から構成される。 また、 4 0 0 5は絶縁耐圧の 測定に用いた探針、 4 0 0 6は電圧計、 4 0 0 7は電圧印加手段、 4 0 0 8は電 流計である。
図 60に示す素子の形成および絶縁耐圧の測定は、 次に示す手順で行った。 n型 S iゥヱハ 4001上に、 S i 0りからなるフィールド酸化膜 4002 (厚 さ ： 800 nm) を熱酸化法 [ (H2+〇2) ガス、 H2= 1 1 /m i n、 09 = 1 1 Zm i n、 被処理体の温度 = 1 000 °C] で形成後、 フィールド酸化膜 4002の一部をゥヱッ トエッチング処理し、 n型 S iゥヱハ 4001の表面を 露出させた。
n型 S iゥヱハ 4001の露出させた表面のみ、 本発明に係るプラズマ装置を 用いて直接酸化させ、 S i 02からなるゲー ト酸化膜 4003 (面積 = 1. 0 X 10— 4cn^、 厚さ = 7. 6 nm) を形成した。 その際の成膜条件は、 成 膜ガスは （A r +02) 、 ガス圧は 3 OmT o r r、 分圧比は A r ： 00= 98 %： 2%、 マイク口波パワーは 700W、 酸化処理時間は 20分、 前記基体は電 気的にフローティング状態に保持、 被処理体の温度は 430°Cとした。 但し、 成 膜条件はこれに限定されるものではない。
フィールド酸化膜 4002およびゲート酸化膜 4003の上に、 A 1からなる ゲ—ト電極 4004 (厚さ = 1000 nm) を蒸着法で形成した。
探針 4005をゲート電極 4004に接触させ、 ゲ—卜電極 4004を介して直 流電圧を n型 S i ゥヱハからなる被処理体 400 1に印力 Dし、 ゲ一 ト酸化膜 4003が絶縁破壊する電圧 （すなわち絶縁耐圧） を電圧計 4006で測定し た。
図 61は絶縁耐圧の測定結果を示すグラフである。 図 61 (a) は本発明に係 る装置でゲート絶縁膜を作製した場合を示す。 一方、 図 61 (b) は従来の装置 でゲ—卜絶縁膜を作製した場合である。
ここで、 図 62に従来の排気システムを付設したラジアルラインスロッ トアン テナを用いたプラズマ装置の平面図を示す。 本発明の排気システムを用いた装置 と違う点は、 排気システムのみである。 本発明の排気システムは真空ポンプの上 部に比較的広 L、空間が設けてあり、 前記基体側部に略々等間隔に並べられた複数 の真空ポンプから排気すると、 ガスのコンダクタンスをほとんど低下させること なく回転方向に均一な基体上のガス流を実現することができる。 すなわち、 真空 ポンブの許容値近くまで多量のガスを流すことができるようになり、 大口径基体 の超高速プロセスに対応することが可能となる。 反して、 従来の排気システム は、 一方向からだけの真空ポンプ 2001の排気により、 真空ポンプの上部の空 間が狭く、 ガスのコンダク夕ンスが低下し、 均一な基体上のガス流を実現するこ とができない。 このため多量のガスを流すことができず、 大口径基体の高速プロ セスには対応不可能である。
図 61において、 横軸は絶縁耐圧、 縦軸は各絶縁耐圧が得られた素子の頻度を 示す。 例えば、 横軸 1 OMV/cmの棒グラフは、 絶縁耐圧が 9. 5〜1 0. 4 MVZ c mの範囲にある素子の発生頻度である。 測定した素子数は、 図 61 (a ) 、 図 61 (b) それぞれ 30個である。 図 61から以下に示す点が明らか となった。
従来の排気システムを備えた装置で作製した素子は、 絶縁耐圧の分布が広く (すなわち膜質の均一性が悪く） かつ平均耐圧は 10. 3MVZcmであった [図 61 ( b ) ] 。
本発明の装置で作製した素子は、 絶縁耐圧の分布が狭く （すなわち膜質の均一 性が良く） かつ 1 1. 5MV/cmの高い平均耐圧が得られることから、 ゲート 酸化膜の膜質が向上したことがわかった [図 61 (a) ] 。
図 63は S i酸化膜のゥヱハ面内の膜厚分布を示すグラフである。 横軸はゥヱ ハ中心からの距離を示し、 縦軸は直接酸化膜の膜厚を示している。 従来の排気シ ステムを備えた装置で成膜した直接酸化膜の膜厚は、 均一性が低い。 それに対し 本発明の装置で成膜した直接酸化膜の膜厚はゥェハ面内でほとんど一定であり、 均一性が高いことがわかった。 従って、 本発明に係るプラズマ装置を用いて直接 酸化を行うことにより、 高い均一性と高い耐圧とを有する酸化膜が形成できるた め、 優れた絶縁耐圧を有する素子が安定して作製できることが確認された。 また本例では、 本発明の装置を、 前記基体の S i表面を低温で酸化するための プラズマ酸化装置に応用したが、 S i表面に限らず、 金属表面に応用しても均一 性の高 t、酸化膜が得られることが確認された。
(実施例 33 )
本例では、 大流量のガスを均一に供給することが可能なラジアルラインスロッ トアンテナを用いたプラズマ装置において、 本装置を前記基体の表面を低温で窒 化するためのプラズマ窒化装置に応用した場合を示す。
本装置の構成並びに従来の排気システムを付設したラジアルラインスロッ 卜アン テナを用いたプラズマ装置については、 実施例 3と同様であるため省略する。 実 施例 3と同様ここでは前記基体として S iゥヱハを用い、 S i ゥヱハ表面を N2で直接窒化し、 ゲ—ト窒化膜を形成した場合について説明する。
原料ガスは A r及び N2を用いている。 キヤリァガスとして A rの代わりに Xeを用いても構わない。 また、 A rと N2からなる混合ガスに、 He、 Neな どを加えてもよい。 また、 Nりの代わりに NH3を用いてもよい。
図 64は、 本例で作成した素子の断面図と、 素子の絶縁破壊注入電荷量の測定 系とを合わせて示した模式図である。 図 64において、 絶縁破壊注入電荷量の測 定をした素子は、 n型 S iゥヱハからなる被処理体 5001、 フィールド酸化膜 5002、 ゲート窒化膜 5003、 ゲート電極 5004から構成される。 また、 5 00 5は絶縁破壊注入電荷量の測定に用いた探針、 5006は電圧計、 5007は定電流源、 5008は電流計である。 図 64に示す素子の形成および 絶縁破壊注入電荷量の測定は、 次に示す手順で行った。
n型 S i ゥヱハ 500 1上に、 S i 09からなるフィ一ルド酸化膜 5002 (厚さ ： 800 nm) を熱酸化法 [ (Η9+〇2) ガス、 Η2= 1 1 Zm i η、 〇2 = 1 1 /m i η、 被処理体の温度 = 1000 °C] で形成後、 フィ—ルド酸化膜 5002の一部をゥヱッ トエッチング処理し、 n型 S iゥヱハ 5001の表面を 露出させた。
n型 S iゥヱハ 5001の露出させた表面のみ、 本発明に係るプラズマ装置を 用いて直接窒化させ、 S i。N4からなるゲート窒化膜 5003 (面積 = 1. 0 X 10— 4cm2、 厚さ = 5. 6 nm) を形成した。 その際の成膜条件は、 成膜 ガスは （A r +N2) 、 ガス圧は 3 OmT o r r， 分圧比は A r ： N2= 99. 7 % : 0. 3 %、 マイク口波パワーは 700W、 窒化処理時間は 20分、 被処理体 は電気的にフローティング状態に保持、 被処理体の温度は 430°C、 とした。 但 し、 成膜条件はこれに限定されるわけではない。
フィ一ルド酸化膜 5002およびゲート窒化膜 5003の上に、 A 1からなる ゲ一ト電極 5 0 0 4 (厚さ = 1 0 0 0 n m) を蒸着法で形成した。
探針 5 0 0 5をゲ—卜電極 5 0 0 4に接触させ、 ゲ一ト電極 5 0 0 4を介して定 電流源 5 0 0 7より、 電流密度が l O O m A Z c m2となるように、 一定電流を n型 S iゥヱハからなる前記基体 5 0 0 1に印加し、 ゲ一卜窒化膜 5 0 0 3が絶 縁破壊する時間を測定した。 電流密度値にこの時間をかけたものが絶縁破壊注入 電荷量である。
図 6 5は絶縁破壊注入電荷量の測定結果を示すグラフである。
図 6 5において、 横軸は注入電荷量、 縦軸は各注入電荷量が得られた素子の累 積頻度を示す。 測定した素子数は、 従来の方式、 本発明それぞれ 2 0個である。 図 6 5から以下に示す点が明らかとなった。
従来の装置で作製した素子は、 注入電荷量の分布が広く （すなわち膜質の均一 性が悪く） かつ平均電荷注入量は 5 9 . 3 C / c m2であつた。
本発明の装置で作製した素子は、 注入電荷量の分布が狭く （すなわち膜質の均 一性が良く） かつ 5 7 2 C Z c m の高い平均電荷注入量が得られることから、 ゲ一ト窒化膜の膜質が向上したことがわかった。
図 6 6は直接窒ィ匕膜のゥヱハ面内の膜厚分布を示すグラフである。 横軸はゥヱ ハ面内の中心からの距離を示し、 縦軸は直接窒化膜の膜厚を示している。 従来の 排気システムを備えた装置で成膜した直接窒化膜の膜厚は、 均一性が低い。 それ に対し本発明の装置で成膜した直接窒化膜の膜厚はゥ ハ面内でほとんど一定で あり、 均一性が高いことがわかった。
図 6 7は直接窒化膜のバリア性の測定結果を示すグラフである。 従来の排気シ ステムを備えた装置と本発明の排気システムを備えた本装置で直接窒化した S i ゥヱハを、 6 0 0 °C, 1 0 0 % 00雰囲気中に 1時間から 5時間晒した後、 X線 光電子分光装 置で測定した。 図 6 7において、 横軸は直接窒化した S iウェハ を上記の 0 2雰囲気に晒した時間、 縦軸は直接窒化した S i 表面が酸化されケ ミカルシフ 卜した S i◦。のピークの面積を表している。 図から以下に示す点が 明らかとなった。
従来の装置で直接窒化した S iウェハ表面では、 時間とともにピーク面積が増 加し、 02雰囲気で時間とともに酸化されている。 このことから従来の装置で成 月奠した直接窒化膜は酸素に対するバリァ性が低いことがわかった。
本発明の装置で直接窒化した S iウェハ表面では、 ピーク面積は時間とともにほ とんど増加せず、 O Q雰囲気でほとんど酸化されていない。 このことから本発明 の装置で成膜した直接窒化膜は酸素に対するバリァ性が高 、ことがわかつた。 図 6 8は成膜雰囲気から成膜された直接窒化膜中に含有される酸素及び炭素の 量とプロセスガスの総流量との関係を示したものである。 この図から以下に示す 点が明らかになった。
プロセスガスの総流量が多 L、ほど、 成膜された直接窒化膜中に含有される酸素 および炭素の量は減少し、 酸素および炭素汚染の少な L、直接窒化膜が成膜可能と なる。 このことから本発明の装置は、 大流量のガスを流しながら成膜する事が可 能なため、 酸素および炭素汚染の少な L、直接窒化膜を成膜するのに適している。 従って、 本発明に係るプラズマプロセス装置を用いて直接窒化を行うことによ り、 膜中の不純物濃度を低く押さえ、 高い膜質均一性と高い注入電荷量を有し、 膜厚分布が均一で、 かつ高いバリア性をもつ窒化膜が形成できるため、 優れた特 性を有する素子が安定して作製できることが確認された。
また本例では、 本発明の装置を、 前記基体の S i表面を低温で窒化するための プラズマ窒化装置に応用したが、 S i表面に限らず、 T a、 W、 A 1、 T iなど の金属表面の窒化に応用しても均一性の高い金属窒化膜が得られることが確認さ れた。
(実施例 3 8 )
本例では、 大流量のガスを均一に供給することが可能なラジアルラインスロッ 卜アンテナを用いたプラズマ装置において、 本装置を前記基体上にダイヤモンド を成膜するプラズマ C V D装置に応用した場合を示す。
本装置の構成は実施例 3と同様であるので省略する。
ダイヤモンド薄膜はその優れた機械的、 熱的科学的、 電気的、 光学的特性を有 し、 さらに適当な不純物を添加することによって半導体特性を制御できることか ら注目されている。
本実施例では、 ダイャモンド薄膜を、 U L S Iシリコンの次世代の加工技術と して期待されている X線リソグラフィに用いられる、 マスクへの応用を目指した 成膜について述べる。
図 69に X線リソグラフィ用マスクの構成の一例を示す。 図の中央正方形部の 吸収体には転写する回路パターンが形成される。 基板側から平行光の X線が入射 し、 中央正方形部の、 吸収体のない部分を X線が通過し、 吸収体側に設置され た、 不図示の被パターン形成 S iウェハに投影される。 吸収体の支持層として使 われるダイヤモンド薄膜には、 透明であること、 表面が平滑であること、 面内で 均一な特性であることが要求される。
本実施例では、 S iゥヱハ上へのダイヤモンド薄膜の成膜を実施した。 以下に 実施方法を述べる。
表面の汚染物 （パーティクル、 有機物、 金属） と自然酸化膜を除去した S i基 板をチャンバに導入する。 ローデイング後、 ダイヤモンド薄膜を前記装置にて、 1〜 2 im程度成膜する。 まず A r/H^/CH^もしくは A 112/じ02雰囲 気中で S i基板表面を炭化処理した後、 S i基板を負にバイアスして、 S i基板 上にダイヤモンド結晶の核を生成させる。 この処理の後、 A r/H2ZCH4Z 02もしくは A r/Ho/C09Z09雰囲気中でダイヤモンド薄膜を 1〜 2 m程 度成膜する。 上記の A rの代わりに Xeを用いても良い。 プロセス時のチャン バー圧力は 3〜50 OmTo r rであり、 プロセスガス流量は、 3 SLMまで流 せることが可能であり、 S iゥヱハは 300〜 700°Cに温度制御されている。 本装置では、 大面積に高密度かつ均一なプラズマを生成でき、 シャワープレート を設けることにより原料ガスの供給の均一化を図り、 大口径基板に均一に成膜で きる。 また、 プロセス空間を狭く し、 大流量のプロセスガスを均一かつ高速に排 気することで反応副生成物ガスの高速除去が可能となるため、 均一に原子状水素 でェッチングされた非ダイヤモンド成分などの反応副生成物が高速に排気され、 高品質なダイヤモンドが生成できる。
S iゥヱハ上に成膜した厚さ 2 mのダイヤモンド薄膜の評価結果を表 2に示 す。 (表 2 ) ダイヤモン ドの評価結果 膜厚、 4ィンチ基板内 （エリプソメ トリ膜厚計）
表面荒さ （原子間力顕微鏡）
透過率 （S i基板を除去した後に測定）
Figure imgf000061_0001
透過率は、 S i ウェハの裏面 （薄膜形成した表面と反対側） 中央部をゥエツ ト エツチングにて除去し、 ダイヤモンド薄膜を露出させた後に測定した。 測定系を 図 7 0に示す。
図 7 1にプロセスガスの総流量を変えた時の、 表面荒さおよび透過率の変化を 示す。 従来技術では、 プロセスガス総流量を上げられず、 平坦なダイヤモン ド薄 膜が形成できないため、 成膜後に機械研磨を行っていた。 本発明に係るプラズマ 装置を用 L、ることによって、 原子状水素でェッチングされた非ダイヤモンド成分 などの反応副生成物が高速に排気され、 高品質なダイャモンドが生成できる。
(実施例 3 9 )
本例では、 本発明をマグネトロンスパッ夕リング装置に応用した場合の実施例 を示すものである。
本装置構成図は、 実施例 3 1と同様であるので省略する。 アモルファス o 1 T a ^ B は実施例 5で説明したように X線リソグラフィ用マスクの吸収体材料として m応用 できる。 実施例 5で述べたように、 まず平坦なダイヤモンド薄膜を成膜後、 クラ スタツ一ルにより、 ク リーンルームの雰囲気に一切触れさせず、 T a 4 Bを連続 成膜した。
本クラス夕ツールの特徴は、 各プロセスチヤンバ間を A rもしくは N 2トンネ ルで接続することにより、 ゥヱハ上の半導体、 金属、 絶縁体を大気に一切曝すこ となく、 高清浄な雰囲気下で連続的に薄膜形成ができることにある。 また、 各プ ラズマチャンバ一は、 到達真空度 1 0— 1 Q T o r r台の超高真空を達成している 力、'、 ウェハ搬送時は常に超高純度 A rもしくは N 2により数 m T o r r〜数十 T o r rに保たれており、 ウェハ表面への有機物 '水分等の汚染を防止してい る。 さらに、 各クラスタ間は、 N。もしくは乾燥空気で密閉したポッ ドを用いた 搬送を行い、また、 ゥヱッ ト洗浄' リソグラフイエ程も N2もしくは乾燥空気雰囲 気中で行つており、 大気からのあらゆる不純物要素を完全に排除したプロセスが 可能となっている。
本実施例では、 S iゥヱハ上および S iゥヱハ上ダイヤモンド薄膜上へのァモ ルファス Τ 31Βの成膜を実施した。 以下に実施方法を述べる。
表面の汚染物 （パーティクル、 有機物、 金属） と自然酸化膜を除去した S iゥ ヱハ上に成膜するか、 もしくはダイヤモン ドとの連続成膜により、 T a4Bを 0. 5〜1 m程度成膜する。 尚、 本装置の構成は図 44と同様であるので省略 する。
スパッタリ ングのターゲッ トには、 原子数の比が 4 ： 1のタンタルとホウ素の 化合物を用いた。 A rもしくは Xe雰囲気でスッパッタリ ングを行う。 このとき のチヤンバ圧力は 3〜50 OmT o r rである。 プロセスガス流量は、 3 S LM まで流すことが可能である。
S iゥヱハ上および S iゥヱハ上の 2 ダイヤモンド薄膜上に成膜した厚さ 1〃mのアモルファス T a4B薄膜の評価結果を表 3に示す。 この結果より以下 のことが明らかとなった。
(1 ) 本発明に係るプラズマ装置を用いることで、 大口径基板においても面内 均一性が高い成膜が可能である。
(表 3) アモルファス T a 4 Bの評価結果
Figure imgf000062_0001
(実施例 40 )
本例では、 大流量のガスを均一に供給することが可能なラジアルラインスロッ トアンテナを用いたプラズマ装置において、 本装置を前記基体上に多結晶シリコ ン薄膜を成膜するプラズマ C V D装置に応用した場合を示す。
本装置の構成は実施例 3と同様であるので省略する。
ガラス基板上に薄膜を成膜する場合について説明する。 下地の基板としてはガ ラス基板に限定される訳ではなく、 S i Νχ、 S i〇2等非結晶質の材料であれば よい。 多結晶シリコン薄膜の用途としてはトランジス夕の能動層ゃゲ一卜電極と して使用可能である。 原料ガスとして S i H4、 Xeを用いているが、 これらの 組み合わせに限定されるわけではない。 S i H4の代わりに S i 0Hp等を、 Xe の代わりに A rや H0等を用いてもよい。
X e、 S i H4のガス流量比を 1 00 ： 1となるように設定して実験を行つ た。
マイクロ波パワーは 1 600W、 プロセスチャンバ内に導入するガスの総流量 を 3 0 0 s c c mから 3 0 0 0 s c c mまで変化させる。 多結晶シリコンは 300 mmガラス基板上に成膜し、 表面ラフネス、 均一性及び多結晶シリコンの 結晶子サイズを測定した。 基板温度は 300°Cに設定した。 尚、 ここに挙げたプ ロセス条件は本発明の効果を示すた めの一例であり、 上記の値に限定されるも のではない。
図 72に、 成膜された多結晶シリコン薄膜の表面粗さのトータルガス流量依存 性を示す。 測定は原子間力顕微鏡 （AFM) で行った。 トータルガス流量を増や していくと表面ラフネスが低下していくことがわかる。
図 7 3に、 成膜された多結晶シリコン薄膜のガラス基板上での面内均一性の トータルガス流量依存性を示す。 トータルガス流量の増加に伴い、 面内均一性も 向上していくことが分かる。
図 74に、 成膜された多結晶シリコン薄膜の結晶子サイズのト一夕ルガス流量 依存性を示す。 結晶子サイズの測定は X線薄膜法により S iのピークの半値幅か らシヱラー法により計算して導出した。 トータルガス流量の増加に従い、 結晶子 サイズも増大していくことがわかる。
図 75に、 成膜された多結晶シリコン薄膜の膜中水素量のトータルガス流量依 存性を示す。 膜中水素量の測定は FT— I Rを用いて行い、 相対値により示し た。 トータルガス流量の増加に従い、 反応副生成物の除去が促進され膜中水素量 が減少していくことがわかる。
図 76に、 X e、 S i H のプロセスガスに PH。を加えて P ド一プした場合 の、 膜の比抵抗のトータルガス流量依存性を示す。 Xe : S i H4： PH3の流量 比は 1 00000 : 1 000 : 1に固定して実験を行ったが、 これらの値に限定 されるものではない。 卜一タルガス流量の増加に従い、 膜の比抵抗が小さくなり ド一パン トの活性化率が増大していく ことがわかる。 ドーパン トのガスは PHりの他、 A s H3、 B2H6等のドーパントの水素化物を加えることによって ド一プした場合についても上記と同様の結果が確認された。
以上説明したように、 本発明により、 大流量の均一排気が可能となったことに より、 反応副生成物の除去が促進され面内均一性が向上し、 表面ラフネスが小さ く、 かつ結晶子サイズの大きい良質な多結晶シリコン薄膜が形成できる。
(実施例 4 1
本例では、 大流量のガスを均一に供給することが可能なラジアルラインスロッ 卜アンテナを用いたプラズマ装置において、 本装置を前記基体上に S i 3N4薄膜 を成膜するプラズマ C V D装置に応用した場合について示す。
本装置の構成は実施例 32と同様であるので省略する。
S i 31^膜の用途としては T FTなどのゲ一卜絶縁膜、 LOCOS用のマス ク、 パッシベ一シヨン膜等に使われる。
原料ガスとして S i Xe、 N2を用いているが、 これらの組み合わせに限 定されるわけではない。 S i の代わりに S i 2H6等を、 Xeの代わりに A r や H0等を、 N2の代わりに NH。等を用いることが可能である。 S i 1^、 Xe、 N。のガス流量比を 1 ： 1 00 ： 5となるように設定する。 マイクロ波パワーは 1 600W、 プロセスチヤンバ内の圧力は 30 OmT o r rに設定し、 トータル ガス流量を 300 s c cmから 3000 s c c mまで変化させる。 S i Νχ薄膜 は 300 mmガラス基板上に成膜し、 膜の均一性及び絶縁耐圧を測定した。 基板 温度は 300°Cに設定した。
尚、 ここに挙げたプロセス条件は本発明の効果を示すための一例であり、 上記 の値に限定されるものではない。
図 77に、 成膜された Si3N4薄膜のガラス基板上での面内均一性のト一タルガ ス流量依存性を示す。 トータルガス流量の増加に伴い、 面内均一性も向上してい くことが分かる。
図 78に、 成膜された S i 3N4薄膜の絶縁耐圧に対する卜一タルガス流量依存 性を示す。 絶縁耐圧は専用の T EGを作成して測定した。 トータルガス流量の増 力 Πに従い、 絶縁耐圧も増大していくことがわかる。
図 7 9に、 成膜された S i。N4薄膜の S i と Nの組成比に対する卜一タルガス 流量依存性を示す。 測定は X線光電子分光法を用 、て行った。 トー夕ルガス流量 の増加に従い、 反応副生成物の除去が促進され、 S i 3N4の原子組成としては S i と Νの組成比が 3 ： 4の理想的な値に近づくことが分かる。
以上説明したように、 本発明により、 大流量の均一排気が可能となったことに より、 反応副生成物の除去が促進され面内均一性が向上し、 絶縁耐圧の高い良質 な S i Νχ薄膜が形成できた。
(実施例 4 2 )
本例では、 大流量のガスを均一に供給することが可能なラジアルラインスロッ 卜アンテナを用いたプラズマ装置において、 本装置を前記基体上にフロロカーボ ン系の低誘電率薄膜を成膜するプラズマ C V D装置に応用した場合について示 す。
本装置の構成は実施例 3 2と同様であるので省略する。
フロロカーボン系の低誘電率薄膜は、 半導体素子の配線間の層間絶縁膜として 成膜する場合について説明する。
第 1層目 A 1 C u配線がパターン形成済みのゥヱハを、 クラスタツールに導入 する。 本プロセスでは第 2層目の A 1 C u膜を成膜するまでのすべての工程をク ラスタツールで行う。 本クラスタツールは、 実施例 6と同様であるので省略す る。
ローデイング後、 まず第 1層目配線表面を N e / F 2混合ガスを用いて、 表面 処理を行う。 本マイクロ波装置内に N e / F 2ガスを導入し、 チャンバ一内でプ ラズマを発生し、 約 5分間ウェハ表面をプラズマにさらし、 弗化処理を行う。 引 き続き、 同一チャンバ一にて、 フロロカーボン系低誘電率膜をゥヱハ上に成膜す る。 原料ガスとして H2及び A rを用いているが、 これらの組み合わせ に限定されるわけではない。 C 4 F 8の代わりに C 等を、 Hoの代わりに 02等 を、 A rの代わりに X e等を用 いても構わない。 C 4 F 8、 H2及び A rのガス 流量比を 1 ： 1 ： 5となる様に設定する。 マイクロ波パワーは 1 6 0 0 W、 プロ セスチヤンパ '一内の圧力は 1 0〜2 0 O m T o r rに設定し、 トータルガス流量 を 500 s c c mから 3000 s c c mまで変化させる。 30 Ommのゥヱハ上 に成膜し、 デポジションレー卜とその均一性を測定した。 ウェハ温度は 250度 に制御した。
尚、 前記成膜条件については、 この条件に限定されないのは言うまでもない。 図 80に成膜されたフロロカーボン膜のデポジシヨンレートのト一夕ルガス流量 依存性を示す。 トータルガス流量を増加させていくと、 反応副生成物の除去が促 進され、 デポジションレートが増加し、 800 nm/m i n以上に達しているの がわかる。
また、 図 8 1にデポジションレートの面内均一性のト一夕ルガス流量依存性を 示す。 プロセスガスの流量を十分に増やすことでゥヱハ面内均一性の改善がみら れているのがわかる。
以上説明したように、 本発明に係るプラズマ装置を用いることにより、 高速か つ均一な膜の形成が大面積上で可能である。 また、 引き続き第二層配線の成膜を クラスターツール内で行えば、 多層配線の半導体素子の製造が可能である。
(実施例 43 )
本例では、 大流量のガスを均一に供給することが可能なラジアルラインスロッ トアンテナを用いたプラズマ装置において、 本装置を前記基体上に B S T薄膜 〔 （B a， S r ) T i 0Q薄膜〕 を成膜するプラズマ C V D装置に応用した場合 について示す。
本装置の構成は実施例 32と同様であるので省略する。
尚、 本プロセスは B ST膜を半導体素子内のキャパシタの絶縁膜として使用 するものとし、 キャパシタ下部電極形成からキャパシタ上部電極形成までの工程 の内、 ウエッ ト洗浄工程、 リソグラフィ工程を除く全ての工程をクラスタ一ッ一 ル内で行う。 本クラスタツールの特徴は、 実施例 6と同様であるので省略する。 まず、 基板をクラスターツール内にローデイ ングし、 p o 1 y— S iの下部電極 を形成する。 さらに、 Ru/RUOv層を成膜する。 引き続き、 B ST膜の成膜 を行う。
本例では原料ガスとして B a (DPM) n、 S r (D PM) 2、 T i ( I 一 OC3H7) 4、 02及び A rを用いたがこれらの組み合わせに限定されるわけでは なく、 A rの代わりに X e等を用いても構わない。 ガス導入口より A rをキヤリ ァガスとして、 B a (DPM) 9、 S r (DPM) 2、 T i ( I—OCgH?) 4よ り、 プロセスガスを装置内に導入する。 さらに、 A rと 0。を添加ガスとして、 1 ： 2の割合でプロセスチャ ンバ一内に導入する。 マイクロ波パワーは 1 6 0 0W、 プロセスチャンバ一内の圧力は 1 0〜2 00mT o r rに設定し、 添加ガス流量を 5 00 s c cmから 3 000 s c cmまで変化させる。 その際、 添加ガスのみ流量を変化させ、 B a (DPM) 2、 S r (DPM) 2、 T i ( I 一 OC H7) 4の供給条件は変化させずにおこなった。 3 0 0 mmゥヱハ上に成膜 し、 デポジシヨンレートとその均一性を測定した。 なお、 前記成膜条件について は、 この条件に限定されないのは言うまでもない。
図 8 2に成膜された B S T膜のデポジシヨンレー トの添加ガス流量依存性を示 す。 添加ガス流量を増加させていくと、 デポジションレートは減少する傾向にあ る。 一方、 図 8 3にデポジションレートの面内均一性の添加ガス流量依存性を示 す。 プロセスガスの流量を十分に増やすことで均一性の改善がみられ、 3 00 mm基板で面内 ± 2%以下を達成しているのがわかる。
以上説明したように、 本発明に係るプラズマ装置を用いることにより、 均一かつ 良質な膜の形成が大面積上で可能である。 また、 B S T成膜後、 上部電極として T i Nを成膜すれば半導体素子に用いるキャパシ夕構造が形成可能である。 本実施例ではキャパシタ下部、 上部電極及びスタック電極として、 それぞれ p o l y - S i . T i N. R u/R u 0χを用いているが、 P t、 T a、 W、 Mo、 Rh、 I n、 Ι η Οχ、 T i、 T i S i χなどを使用する場合においても、 本発明は適用可能であるのは言うまでもない。 本実施例ではキャパシタ絶縁膜と して、 それぞれ B S Τ膜を用いているが、 P Z T、 S r T i 03などを使用する 場合においても、 本実施例と同様な効果があるのは言うまでもない。
(実施例 4 4 )
図 84に本発明を用いて製作したデバイスの断面図を示す。
本プロセスでは、 以下のプロセスのうちゥエツ ト洗浄' リソグラフイエ程を除 く全ての工程をクラスタツールで行った。
クラス夕ツールの一部を図 8 5に示す。 本クラスタツールの特徴は、 各プロセ スチャンバ間を A rもしくは N2トンネルで接続することにより、 基板上の半導 体、 金属、 絶縁体を大気に一切曝すことなく、 高清浄な雰囲気下で連続的に薄膜 形成ができることにある。 また、 各プラズマチヤンバ一は、 到達真空度 1 0— 10 T o r r台の超高真空を達成しているが、 ウェハ搬送時は常に超高純度 A rも しくは N。により数 m T o r r〜数十 T o r rに保たれており、 ウェハ表面への 有機物 '水分等の汚染を防止している。 さらに、 各クラスタ間は、 N9もしくは 乾燥空気で密閉したポッ ドを用いた搬送を行い、 また、 ゥヱッ ト洗浄 · リソグラ フイエ程も N。もしくは乾燥空気雰囲気中で行つており、 大気からのあらゆる不 純物要素を完全に排除したプロセスが可能となっている。
表面近傍の酸化膜が除去された S◦ Iウェハをクラスタツール 6 1 0 1にロー デイングする。 口一ディング後、 T a薄膜を前記図 5 4に示した本発明に関わる 均一水平磁場を用いたプラズマプロセス装置において、 1〜5 0 n m程度成膜す る。 このとき、 ウェハ全面に均一に印可した高周波を制御することにより、 ィォ ン照射エネルギーを制御し、 希望する膜質の T aを得ることが可能である。 次に 前記図 5 3に示した本発明に係るラジアルラインスロッ トアンテナを用いたブラ ズマプロセス装置に導入し、 A r ZH e / 02、 X e 0。もしくは X e /H e / 02雰囲気中でプラズマ酸化を行い、 前工程で成膜した T aのみを全て酸化し、 タンタルォキサイ ド薄膜 6 0 0 1を得る。 プラズマ酸化時の圧力は、 3〜 5 0 O m T 0 r rであり、 ウェハは 3 0 0〜5 5 0 °Cに温度 制御されている。 さらに前記図 5 4に示した本発明に係わる均一水平磁場を用いたプラズマプロセ ス装置にて、 ゲート電極となる T a薄膜 6 0 0 2を 0 . 1〜2 m程度成 膜す る。 連続して、 前記図 5 3に示した本発明に係るラジアルラインスロッ トァ ン テナを用いたプラズマプロセス装置により C V D N S Gを 1〜5 0 n m程度成 膜する。 このキャップ工程により、 タンタルオキサイ ドをゲート側面のみに選択 的に形成することが可能になり、 ゲート電極上コンタク トホール形成時のエッチ ングプロセスを容易に、かつ高選択比で行うことが可能となる。
つぎに、 前記図 4 4に示した本発明に係る均一水平磁場を用いたプラズマプロ セス装置を用い、 ゲートエッチングを行う。 この工程よりバリアメタル形成にか けてのプロセスの詳細図を図 8 5に示す。 本装置を用いることで、 大口径基板 にもかかわらず面内均一性が高く、 微細加工が可能となっている。 自己整合的に 高清净イオン注入を行い、 450〜550°Cのァクティべ一ションァ二一ルを経 て、 ソース ドレイン 6003形成を行う （a ) 。 サイ ドウォール 6004形成ェ 程として、 前記図 53に示した本発明に係るラジアルラインスロッ 卜アンテナを 用いたプラズマプロセス装置により、 先ほどと同様に酸化を行う （b) 。
ゥ エ ツ 卜エツチングにより S i表面の S i 02を除去した後、 T aを 2〜 1 00 nm程度成膜する （c) 。 M i X i n g I / Iにより表面の T aおよび S/D¾S iのアモルファス化およびミキシングを行った後、 ァニールにより夕 ンタルシリサイ ド 6005を形成する （ d ) 。 この後、 パターンニングを経て (e ) 、 前記図 44に示した本発明に係る均一水平磁場を用いたプラズマプロセ ス装置により、 Taをエッチングした後 （f ) 、 キヤップ S i 02をゥェッ 卜ェ ツチにより除去する （g) 。 この後、 バリアメタル形成 6006を行う （h) 。 前記図 53に示した本発明に係るラジアルラインスロッ トアンテナを用いたブラ ズマプロセス装置に導入し、 N2、 A rZN9もしくは X eZN2雰囲気中で窒化 を行う。 膜厚は、 10〜500 nm程度とした。 プラズマ酸化時の圧力は、 3〜 50 OmTo r rであり、 ウェハは 300〜550 °Cに温度制御されている。 さらに、 前記図 53に示した本発明に係るラジアルラインスロッ トアンテナを 用いたプラズマプロセス装置を用いて、 CVD N S G 6007を成膜し、 CMPにより平坦化、 前記図 44に示した本発明に係る均一水平磁場を用いたプ ラズマプロセス装置を用いてコンタク 卜エッチングを行う。
また、 キャパシタ形成は、 下部 T a電極 6008を 0. 1〜2 /m程度成膜し たのち、 表層を 5〜500 nm酸化、 タンタルォキサイ ド 6009を形成し、 さ らに上部 T a電極 6010を 0. 1〜2 / m程度成膜することで形成する。 これ らのプロセスも本発明に係る均一水平磁場を利用したプラズマプロセス装置およ びラジアルライ ンスロッ トアンテナを用いたプラズマプロセス装置において行
Ί o
これらの素子を形成した後、 Cu配線 601 1形成を行い、 デバイスを完成さ せる。 配線間のバリアメタルとして T a窒化物を用いる場合は、 ゲー ト電極上の バリアメタル形成工程に準ずる。 このようにして形成した夕ンタルォキサイ ドゲ一 卜絶縁膜 M O S F E T · タン 夕ルォキサイ ドキャパシ夕を電気的に評価した。
図 8 6にタンタルォキサイ ドゲ一 卜絶縁膜 M O S F E Tのサブスレツショルド 係数の分散を示す。 ゲ— ト絶縁膜形成のみを従来のプラズマ装置を用いたもの は、 サブスレショルド係数が大きく分散しているが、 本発明においては、 高い均 一性が実現されている。
パ'リアメタルであるタンタル窒化物形成プロセスを従来のプラズマ装置を用 いて行った場合の M O S F E Tの初期破壊率、 さらには本発明を用いた例と大気 中で 7 0 0 °C 2 4時間の加熱試験を行った後のサンプルの初期破壊率を図 8 7に 示す。 従来技術では、 ウェハエッジ部において初期破壊率が低いが、 これは配線 材料として用いた C u力 不完全なタンタル窒化物中を拡散したことによる。 本 発明においては、 ゥェハ全面で低 L、破壊率を実現している。
図 8 8にタンタルォキサイ ドキャパシタの容量の面内均一性を示す。 従来技術 においては、 半径方向に膜厚の増加傾向が見られるが、 本発明においては全面に 均一な容量が得られている。
本実施例において、 スターティ ングウェハとして S 0 I ウェハを用いている 力く、 S i ウェハ · S iェピタキシャルウェハ ·金属基板 S 0 I ウェハ · G a A s ウェハ · ダイャモンドウェハ、 また、 石英 ' ガラス ·セラミ ック . プラスチック 等の表面に S i 'ェピタキシャル S i · G a A s · ダイヤモン ド薄膜を形成した 基体などを用いても本実施例と同様の結果が得られることは言うまでもない。 本実施例において、 M O S F E Tのゲー ト電極として T aを用いているが、 n +ポリ シリコン ' ρ τポリシリコンなどを用いても本実施例と同様の結果が得られ ることは言うまでもない。
本実施例において、 酸化プロセスガスとして A r - X e ' H e等のキャリアガ スと 02の混合ガスを用いているが、 その他のキャリアガスや酸化種 （H20 · 0 χ等) との混合ガスを用いても本実施例と同様の結果が得られることは言う までもない。
本実施例において、 窒化プロセスガスとして A r · X e等のキヤ リァガスと N 2の混合ガスを用いているが、 その他のキャリアガスや酸化種 （N H3等） との 混合ガスを用いても'本実施例と同様の結果が得られることは言うまでもない。 本実施例において、 キャパシ夕の上部電極 ·下部電極に T aを用いているが、 P t · R u · T i · W · M o - R u 0„ · T a N„ · T i N„ · W N χ ·
T a S i χΝγ · T i S i νΝγ · WS i χΝγなど、 もしくはこれらのス夕ック電極 を用いても本 実施例と同様の結果が得られることは言うまでもない。
本実施例において、 MOS FETのゲート絶縁膜 ·キャパシ夕の絶縁膜として タ ンタルォキサイ ドのみを扱ったが、 タ ンタルォキサイ ドと S i 09 -
S i QN4 · B ST · P ZTなどとのスタック絶縁膜を用いても本実施例と同様の 結果が得られることは言うまでもない。
本実施例において、 MO S F E Tのゲー ト加工のキャ ップ材料と して
S i 02を用いているが、 S i ' S i 3N4などの材料を用いても本実施例と同様 の結果が得られることは言うまでもない。
本実施例において、 MOSFETのゲ一トサイ ドウオール工程として T aの酸 化を行っているが、 本工程を再酸化工程とし、 新たに NSG等を用いてサイ ドウ ォ一ルを形成しても本実施例と同様の結果が得られることは言うまでもない。 本実施例において、 ノくリアメタルである T a Νχ形成を T aより行っているが、
T a S i χを用いて T a S i χΝγを形成しても本実施例と同様の結果が得られる ことは言うまでもない。
本実施例において、 バリアメタルとして T a Νχを用いている力、 T i Νχ · WNX · T a S i χΝγ · T i S i χΝγ · WS i νΝγなどの材料を用いても本実施 例と同様の結果が得られることは言うまでもない。
本実施例では、 ロジック混載型のデバイスを製作したが、 ロジック L S I ·
DRA M等、 それぞれ独立に用いても本実施例と同様の結果が得られることは言 うまでもない。
(実施例 45 )
図 89は、 ターボ分子ポンプの排気特性を示したものである。 低圧力領域で
220、 540、 及び 1800 1 /s e cの排気速度を有するそれぞれのポンプ の排気特性と、 220 1 Zs e cの排気速度を有するポンプ 4台で排気した場合 の排気特性が示されている。 排気速度が圧力によらず一定の揚合、 ポンプ入口圧 力と排気ガス流量は比例する。 図より、 高圧力領域では、 圧力の増加とともに排 気速度が低下することが分かる。 また、 排気速度の大きなポンプでは、 排気速度 の小さなポンプと比較して、 より低圧力領域から排気速度が低下することが分か る。 排気速度が 2 2 0 1 / s e cと小さなポンプにおいては、 エッチングプロセ スが行われる 2 0〜3 0 m T o r rの圧力領域では、 排気速度の低下はほとんど 見られない。 すなわち、 ポンプの排気特性を見ても、 排気速度が大きく口径の大 きな 1台のポンプで排気するよりも、 排気速度が小さく口径の小さな複数のボン プで排気した方が、 通常の半導体プロセスが行われる圧力領域でより大流量のガ スを流せるという点で有利である。
(実施例 4 6 )
図 9 0〜9 2は、 本発明のプラズマ装置を、 真空間搬送での連続プロセスを行 うクラスタ一ツールに利用した一例を示した平面図である。
図 9 0は、 4角形のプロセスチャンバと 4角形のゥヱハ搬送チャンバみ合わせ た場合である。 9 0 0 1はゥヱハ搬入チャンバ、 9 0 0 2はウェハ搬出チャン パ'、 9 0 0 3はプロセスチャンバ 1、 9 0 0 4はプロセスチャンバ 2、 9 0 0 5 はゥヱハ搬送チャンバ、 9 0 0 6はゲートバルブである。 プロセスチャンバ 1、 及び 2は、 図 4 4、 4 8〜5 4に記載のいずれかのチャンパ'である。 例えば、 プ ロセスチヤンパ' 1はエッチングチヤンバ、 プロセスチヤンバ 2はレジス 卜アツシ ングチャンバである。 ゥヱハ搬送チャンバ 9 0 0 5内には 1台、 あるいは複数台 のゥヱハ搬送ロボッ トが設置されており、 プロセスチャンパ'とゥヱハ搬入ノ搬出 チヤンバとのゥヱハの受け渡しを行う。
図 9 0の例では、 小型のプロセスチヤンバが効率的に配置されており、 クリ一 ンルームを占めるクラスタ—ツールの占有面積が非常に小さい。 直径 3 0 0 mm ウェハ用のクラスタ一ツールの占有面積が、 従来の直径 2 0 0 mmウェハ用の最 も小さなクラスタ一ツールの占有面積よりも小さくすることが可能となる。 図 9 0の構成では、 直径 3 0 0 mmゥヱハ用のクラスタ一ツールの占有面積は 3 . 6 4 m m2であり、 従来の直径 2 0 0 mmウェハ用の最も小さなクラスタ一ッ一 ルの占有面積の約 0 . 9倍となる。 なお、 ゥヱハ搬送チャンパ'に接続されるチヤ ンパ'の数は、 6個に限定されるものではない。 図 9 1は、 4角形のプロセスチヤンバと 6角形のゥヱハ搬送チヤンバみ合わせ た場合である。 9 1 0 1はウェハ搬入チャンバ、 9 1 0 2はウェハ搬出チャン バ、 9 1 0 3はプロセスチャンバ 1、 9 1 0 4はプロセスチャンバ 2、 9 1 0 5 はウェハ搬送チャンバである。 プロセスチャンバ 1、 及び 2は、 図 4 4、 4 6〜 5 4に記載のいずれかのチャンバである。 例えば、 プロセスチャンバ 1はエッチ ングチヤンバ、 プロセスチヤンバ 2はレジストアツシングチヤンバである。 ゥヱハ搬送チャンバ内にゥヱハ搬送ロボッ トを一台のみ設置すればよいため、 図 9 0の場合よりもコス卜が安くなる。 その反面、 装置占有面積は図 9 0の場合 よりも多少大きくなる。 図 9 1の構成では、 直径 3 0 0 m mゥヱハ用のクラス ターツールの占有面積は 4 · 3 4 mm2となる。 これは、 従来の直径 2 0 0 mm ゥヱハ用の最も小さなクラスタ一ツールの占有面積と同程度である。 なお、 ゥェ ハ搬送チャンバは、 6角形に限定されるものではないし、 ゥヱハ搬送チャンバに 接続されるチャンパ'の数も 6個に限定されるものではない。
図 9 2は、 3角形のプロセスチャンバと 6角形のゥヱハ搬送チャンパみ合わせ た場合である。 9 2 0 1はウェハ搬入チャンバ、 9 2 0 2はウェハ搬出チャン パ'、 9 2 0 3はプロセスチャンバ 1、 9 2 0 4はプロセスチャンバ 2、 9 2 0 5 はウェハ搬送チヤンバである。 プロセスチャンバ 1、 及び 2は、 図 4 5、 4 8〜 5 4に記載のいずれかのチャンバである。 例えば、 プロセスチャンバ 1はエッチ ングチヤンバ、 プロセスチヤンバ 2はレジストアツシングチヤンバである。 真空ポンプの台数が少ないため、 図 9 0、 9 1の場合よりもコス トが安く、 ま た、 装置のメ ンテナンススペースを広くとることができる。 その反面、 装置占有 面積は図 9 1の場合よりも多少大きくなる。 図 9 2の構成では、 直径 3 0 0 mm ウェハ用のクラス夕一ツールの占有面積は 4 . 9 4 mm2となる。 なお、 ウェハ 搬送チャンバは、 6角形に限定されるものではないし、 ウェハ搬送チャンパ'に接 続されるチャンパ'の数も 6個に限定されるものではない。 なお、 図 9 0〜 9 2は 2種類のプロセスチャンバを 2個ずつ組み合わせた場合であるが、 他の組み合わ せであっても一向に構わない。
図 9 3〜 9 5は、 図 9 0におけるウェハ搬送チャンバ内のウェハ搬送ロボッ 卜 の配置を示したものである。 図 9 3において、 9 3 0 1はウェハ搬入チャンバ、 9 3 0 2はウェハ搬出チャンパ'、 9 3 0 3はプロセスチャンバ、 9 3 0 4はゥェ ハ搬送チャンパ'、 9 3 0 5はゥヱハ搬送ロボッ ト、 9 3 0 6はゥヱハ退避ュニッ 卜である。 ゥヱハ搬送ロボッ 卜 9 3 0 5 aは、 ゥヱハ搬入チャンバ 9 3 0 1、 ゥ ェハ搬出チャンバ 9 3 0 2とウェハ退避ュニッ ト 9 3 0 6 a間のウェハの受け渡 しを行う。 ウェハ搬送ロボッ ト 9 3 0 5 bは、 プロセスチャンバ 9 3 0 3 a， c とウェハ退避ユニッ ト 9 3 0 3 a , b間のゥヱハの受け渡しを行う。 ウェハ退避 ユニッ ト 9 3 0 6は、 一枚、 あるいは複数枚のゥヱハを保持する機能を有する。 ウェハ退避ュニッ トには、 ウェハのオリフラゃノツチの位置を合わせる機能や、 ウェハの加熱、 冷却等を行う機能を設けても良い。
図 9 3の例では、 ゥヱハ搬送ロボッ ト間のゥヱハの受け渡しはゥヱハ退避ュニ ッ 卜を介して行うようになっている力 ウェハ退避ュニッ トを設置せずにウェハ の受け渡しを直接行っても良い。 図 9 3の例では、 ゥヱハ搬送ロボッ 卜が複数設 置されているため、 ゥヱハ搬入/搬出チャンバと各プロセスチャンバに対するゥ ヱハの出し入れが同時に行える。 このため、 ゥヱハ搬送に要する時問が短くてす み、 スループッ 卜が高い。
図 9 4は、 図 9 3のゥヱハ搬送チャンパ'が複数のュニッ 卜で構成されたもので ある。 9 4 0 1はウェハ搬送チャンパ'、 9 4 0 2はウェハ退避チャンバである。 同型のゥヱハ搬送チャンパ' 9 4 0 1やゥヱハ退避チャンパ ' 9 4 0 2の接続台数を 変えることにより、 プロセスチャンバの接続台数を任意に変えることができる。 また、 任意のプロセスチャンバの台数に対して常にクラスタ一ツールの占有面積 を最小にすることができる。
図 9 5において、 9 5 0 1はウェハ搬送ロボッ トである。 ゥヱハ搬送ロボッ ト 9 5 0 1は、 図中の矢印の方向に移動することができ、 一台でゥヱハ搬入 Z搬出 チヤンバと全てのプロセスチヤンバに対するウェハの出し入れを行う。 この例で は、 ゥヱハ搬送ロボッ 卜が一台で良いため、 図 9 3の場合よりもコストが安い。 反面、 ゥ Xハ搬送に要する時間が長くかかり、 スループッ トが低下する可能性が ある。 産業上の利用可能性 以上説明したように、 本発明によれば、 低温で高速に良質且つ均一な薄膜の形 成を大面積上にお 、て可能なプラズマ装置が実現できる。
また、 本発明に係る技術思想は、 様々なプラズマプロセスを行うことが可能 で、 装置の汎用化を実現することができるため、 その保守などのコストも大幅に 削減することが実現可能となる。

Claims

請求の範囲
( 1 ) 内部が減圧可能であり、 その一部がマイク口波を略々損失なく透過でき る材料からなる第 1の誘電体板により構成されている容器と、
該容器内でプラズマを励起させるために必要な原ネ斗ガスを供給するガス供給シ 該容器内に供給された原料ガスを排気すると共に該容器内を減圧するための排 気システムと、
該第 1の誘電体板の外面に面して配置された、 スロッ 卜板及び導波誘電体か らなるマイク口波を放射するためのアンテナと、
該容器の内側に配置された被処理体を保持するための電極と、
を有し、
該アンテナのマイク口波の放射面と該被処理体のプラズマ処理を行う面とを 略々平行に対向して配置して該被処理体に対してブラズマ処理をするブラズマ装 置において、
前記第 1の誘電体板以外の前記容器の壁部は、 3 . 7 >: 1 0 ' Ω 1 · m— 1以 上の導電率を有する材質からなる部材であるかもしくは該壁部の内側が該部材で 被覆されており、
かつ、
該部材の厚さを d、 該部材の導電率をひ、 真空の透磁率を ^、 該アンテナか ら放出するマイク口波の角周波数を ωとした場合、
前記 dは、 （2 Ζ ^ 0 σ ω) 1 2より大きいことを特徴とするプラズマ装置。
( 2 ) 前記第 1の誘電体板の内面と前記容器の壁部との間には第 1の 0リング が配置され、
該第 1の誘電体板の少なくとも該第 1の 0リングと接する面に、 該第 1の 0リ ングが前記アンテナから放射されたマイク口波に直接曝されないような手段とし て導電性材料からなる薄膜を設けたことを特徴とする請求項 1に記載のブラズマ
( 3 ) 前記薄膜は、 3 . 7 X 1 07 Ω 1 · π 1以上の導電率を有する材質から なり、 厚さ 1 0 m以上であることを特徴とする請求項 2記載のプラズマ装置。
( 4 ) 前記第 1の誘電体板の内面と前記容器の壁部との間には真空シール機能 を有する第 1の 0リングが酉己置され、
該第 1の 0リングの表面には、 該第 1の 0リングが前記アンテナから放射され たマイクロ波に直接曝されないような手段として、 導電性材料からなる薄膜を コー卜したことを特徴とする請求項 1記載のプラズマ装置。
( 5 ) 前記金属薄膜は、 3 . 7 X 1 0 7 Ω _ 1 · m— 1以上の導電率を有する材質 からなり、 厚さ 1 0 以上であることを特徴とする請求項 4記載のプラズマ装
( 6 ) 前記第 1の誘電体板と前記被処理体を保持する電極との間に、 所望のガ スを略々均一に供給するためのガス導入口を備えた第 2の誘電体板を設けたこと を特徴とする請求項 1記載のプラズマ装置。
( 7 ) 前記第 2の誘電体板の内面と前記容器の壁部との間には真空シ―ル機能 を有する第 2の 0リングが配置され、
該第 2の誘電体板の少なくとも該第 2の 0リングと接する面には、 該第 2の 0 リングが前記アンテナから放射されたマイク口波に直接曝されないような手段と して導電性材料からなる薄膜を設けたことを特徴とする請求項 6に記載のプラズ
( 8 ) 前記第 2の誘電体板の内面と前記容器の壁部との間には真空シ―ル機能 を有する第 2の 0リングが配置され、
該第 2の 0リングの表面には、 該第 2の 0リングが前記アンテナから放射され たマイク口波に直接曝されないような手段として、 導電性材料からなる薄膜を コ一卜したことを特徴とする請求項 6記載のプラズマ装置。
( 9 ) 前記第 1の誘電体板は、 誘電損角 t a n <5が 1 0 3以下の材質からなる ことを特徴とする請求項 1記載のプラズマ装置。
( 1 0 前記第 2の誘電体板は、 誘電損角 t a n 5力 1 0 3以下の材質からな ることを特徴とする請求項 6記載のブラズマ装置。
( 1 1 ) 前記アンテナと前記第 1の誘電体板との間に空間を形成することを特 徴とする請求項 1記載のプラズマ装置。
(1 2) 前記ァンテナと前記第 1の誘電体板との間に形成された空間に、 熱媒 体を供給するラインを連通させたことを特徴とする請求項 1 1記載のプラズマ装
(1 3) 前記アンテナに給電するマイクロ波の周波数が 5. 0GHz以上であ り、 かつ、 前記第 1の誘電体板と前記第 2の誘電体板との間の空間 1の距離が 0. 7 mm以下であることを特徴とする請求項 6記載のブラズマ装置。
(1 4) 前記第 1の誘電体板と前記第 2の誘電体板との間の空間 1における圧 力 1が、 前記被処理体を保持する電極が配置され、 前記第 2の誘電体板と前記第 2の誘電体板以外の前記容器の壁部で囲まれた空間 2における圧力 2より高くな るように差圧を発生させる手段を設けたことを特徴とする請求項 6記載のブラズ
(15) 前記第 2の誘電体板と前記第 2の誘電体板以外の前記容器の壁部で囲 まれた空間 2内に熱媒体を導入するための手段を接続したことを特徴とする請求 項 6記載のプラズマ装置。
(1 6) 前記アンテナは、 マイクロ波の放射面として機能するスロッ ト板と、 該スロッ ト板を貫通する穴部 （以下、 スロッ卜と呼ぶ） を複数個配置してなるス 口ッ 卜の群を備えており、
前記空間 2で発生させたブラズマの密度が局所的に他の部分より高 t、部分に位 置する該スロッ トを、 他の部分より小径とする力、、 遮蔽板により遮蔽するか。 ま たは設置しないことを特徴とする請求項 1 4記載のプラズマ装置。
(1 7) 前記アンテナを冷却するための手段 6を設けたことを特徴とする請求 項 1記載のプラズマ装置。
(1 8) 前記アンテナガイ ドに通路を形成し、 該通路に熱媒体を供給するライ ンを連通させたことを特徴とする請求項 1 7記載のプラズマ装置。
(1 9) 前記第 1の誘電体板を冷却するための手段 7を設けたことを特徴とす る請求項 1記載のプラズマ装置。
(20) 前記スロッ ト板の湾曲を防止する手段 8を備えたことを特徴とする請 求項 1記載のプラズマ装置。
(2 1) 前記アンテナと前記第 1の誘電体板との間に空間を形成し、 該空間に 訂正された用紙 （規則 91) 該スロッ ト板の湾曲を防止するための手段として弾性材からなる板を介在せしめ たことを特徴とする請求項 2 0記載のプラズマ装置。
(2 2) 前記空間 2に発生したブラズマの有無を検知する手段 9を備えたこと を特徴とする請求項 1記載のプラズマ装置。
(2 3 ) 前記容器内部において容器壁面および前記被処理体以外の部分の温度 をそれぞれ 1 50°C以上まで上昇させるための機構を備えていることを特徴とす る請求項 1記載のブラズマ装置。
(24 ) 前記排気システムは、 該排気システムを構成する全てのュニッ ト内の 温度を 1 5 0 °C以上まで上昇させるための機構を備えていることを特徴とする請 求項 1記載のプラズマ装置。
(2 5 ) 前記被処理体の保持機能を有する電極が、 前記被処理体を加熱する機 構を備えていることを特徴とする請求項 1記載のプラズマ装置。
(2 6 ) 前記被処理体を加熱する機構として、 キセノンランプを用いたことを 特徴とする請求項 2 5記載のプラズマ装置。
(27 ) 前記排気システムの下流にフロロ力一ボン系ガスの回収'再利用を行 う機構を備えていることを特徴とする請求項 1記載のプラズマ装置。
(2 8 ) 前記容器の内壁表面に A 1 F3と Mg F2からなる層が形成されている ことを特徴とする請求項 1乃至 20のいずれか 1項に記載のプラズマ装置。
(2 9 ) 前記被処理体の保持機能を有する電極が、 直流バイアス又は Z及び交 流バイアスの印加手段を備えたことを特徴とする請求項 1記載のブラズマ装置。
(3 0) 前記プラズマプロセス装置は記被処理体の表面をエッチング処理する ための装置であることを特徴とする請求項 1記載のブラズマ装置。
(3 1 ) 前記プラズマプロセス装置は、 被処理体の表面を直接酸化させるため の装置であることを特徴とする請求項 1記載のプラズマ装置。
( 3 2 ) 前記プラズマプロセス装置は、 前記被処理体の表面を直接窒化させる ための装置であることを特徴とする請求項 1記載のブラズマ装置。
(3 3 ) 前記プラズマプロセス装置は、 前記被処理体上に薄膜を堆積させるた めの装置であることを特徴とする請求項 1記載のプラズマ装置。
(34 ) 内部が減圧可能であり、 その一部がマイク口波を略々損失なく透過で きる材料からなる第 1の誘電体板により構成されている容器と、 該容器内でプラ ズマを励起させるために必要な原料ガスを供給するガス供給システムと、 該容器 内に供給された原料ガスを排気すると共に該容器内を減圧するための排気システ ムと、 該第 1の誘電体板の外面に面して配置された、 スロッ 卜板及び導波誘電体 からなるマイクロ波を放射するためのアンテナと、 該容器の内側に配置された被 処理体を保持するための電極と、 を有し、 該アンテナのマイクロ波の放射面と該 被処理体のプラズマ処理を行う面とを略々平行に対向して配置して該被処理体に 対してブラズマ処理をするブラズマ装置を用いたブラズマ処理方法において、 投入するマイク口波のパワー密度を 1 · 2 W/ c m2以上とすることを特徴と するプラズマ処理方法。
( 3 5 ) 前記第 1の誘電体板と前記第 2の誘電体板との間の空間 1における圧 力 1を、 前記被処理体を保持する電極が配置され、 前記第 2の誘電体板と前記第 2の誘電体板以外の前記容器の壁部で囲まれた空間 2における圧力 2より高くす ることを特徴とする請求項 3 4記載のプラズマ処理方法。
( 3 6 ) 真空容器内に電極 Iを備え、 プラズマを用いて処理が行われる基体を 前記電極 Iと接するように載置しており、 前記プラズマ中に磁場を印加する目的 で前記真空容器外に磁場の印加手段 I及び I Iを備え、 前記真空容器内に導入さ れた気体の少なくとも一部が前記磁場の印加手段 Iと I Iに挟まれた空間を通つ て排気することを特徴とするブラズマ装置。
( 3 7 ) 前記磁場の印加手段 I、 または I I力 複数の永久磁石で構成された 環状の磁石であることを特徴とする請求項 3 6記載のブラズマ装置。
( 3 8 ) 前記磁場が、 前記基体のブラズマ処理が行われる面に対して略々水平 でかつ略々一方向性を有することを特徴とする請求項 3 6、 または請求項 3 7記
( 3 9 ) 真空容器内に平行平板型の 2つの電極 I及び I Iを備え、
用いて処理が行われる基体を前記電極 Iまたは I Iと接するように載置してお り、 前記プラズマ中に磁場を印加する手段を有しており、 前記電極 I Iは中央部 と、 前記電極 Iに接続された高周波電源とは独立して制御できる高周波電源に接 続された外周部とから構成されていることを特徴とするプラズマ装置。
(40) 前記電極 I Iの中央部が、 電気的に接地されていることを特徴とする 請求項 39に記載のプラズマ装置。
(41) 前記磁場が、 前記基体のプラズマ処理が行われる面に対して略々水平 でかつ略々一方向性を有することを特徴とする請求項 39または 40に記載のプ ラズマ装置。
(42) 前記磁場が、 前記真空容器外に備えられた複数の永久磁石で構成され た環状の磁石によって印加されていることを特徴とする請求項 39、 40または 41に記載のプラズマ装置。
(43) 前記磁場が、 前記真空容器外に備えられた複数の永久磁石で構成され た環状の磁石 I及び I Iによって印加され、 前記真空容器内に導入された気体の 少なくとも一部が前記磁石 Iと I Iに挟まれた空間を通って排気することを特徴 とする請求項 39， 40または 41に記載のプラズマ装置。
(44) 前記真空容器内に導入された気体の少なくとも一部が、 前記基体の周 辺に前記基体の中央を通り前記基体面に垂直な軸に対し略々軸対称な位置に配置 された 3個以上の略々断面積が等しい排気口から排気されることを特徴とする請 求項 36〜 43に記載のプラズマ装置。
(45) 真空容器内に電極を備え、 プラズマを用いて処理が行われる基体を前 記電極と接するように載置しており、 前記真空容器内に導入された気体の少なく とも一部が、 前記基体の周辺に前記基体の中央を通り前記基体面に垂直な軸に対 し略々軸対称な位置に配置された 3個以上の略々断面積が等し t、排気口から排気 されることを特徴とするブラズマ装置。
(46) 各々の排気口には真空ポンプが接続されていることを特徴とする請求 項 44、 45に記載のブラズマ装置。
(47) 基板上方の成膜空間の側方に、 真空ポンプの吸引口に直結して形成さ れた排気空間を設けたことを特徴とするプラズマ装置。
(48) 前記排気空間の横幅は、 成膜空間の高さの 2倍以上であることを特徴 とする請求項 47記載のプラズマ装置。
(49) 吸引口の面積が略々同じである真空ポンプを 2個以上、 基板の略々中 心点！こ関して対称的な位置に配置されていることを特徴とする請求項 47記載の 訂正された用紙 （規則 91) プラズマ装置。
( 5 0 ) 前記成膜空間は、 真空ポンプの吸引口の上部、 下部または側部に位置 していることを特徴とする請求項 4 7記載のプラズマ装置。
( 5 1 ) 内部が減圧可能であり、 その一部がマイク口波を略々損失なく透過で きる材料からなる第 1の誘電体板により構成されている容器と、
該容器内でプラズマを励起させるために必要な原料ガスを供給するガス供給シ ステムと、
該容器内に供給された原料ガスを排気すると共に該容器内を減圧するための排 気システムと、
該第 1の誘電体板の外面に面して配置された、 スロッ ト板及び導波誘電体か らなるマイクロ波を放射するためのアンテナと、
該容器の内側に配置された被処理体を保持するための電極と、
を有し、
該ァンテナのマイク口波の放射面と該被処理体のプラズマ処理を行う面とを 略々平行に対向して配置して該被処理体に対してプラズマ処理をするプラズマ装 置において、
基板上方の成膜空間の側方に、 真空ポンプの吸引口に直結して形成された排気 空間を設けたことを特徴とするとプラズマ装置。
( 5 2 ) 前記排気空間の横幅は、 成膜空間の高さの 2倍以上であることを特徴 とする請求項 5 1記載のプラズマ装置。
( 5 3 ) 前記第 1の誘電体板以外の前記容器の壁部は、 3 . 7 X 1 0 7 Ω_ 1 - m— 1以上の導電率を有する材質からなる部材であるかもしくは該壁部の内側力該 部材で被覆されており、
かつ、
該部材の厚さを d、 該部材の導電率を σ、 真空の透磁率を// Q、該アンテナか ら放出するマイク口波の角周波数を ωとした場合、
前記 dは、 ひ ω) 1/2より大きいことを特徴とする請求項 5 1記載 のプラズマ装置。
( 5 4 ) 前記第 1の誘電体板の内面と前記容器の壁部との間には第 1の 0リン 訂正された用紙 （規則 91 ) グが配置され、
該第 1の誘電体板の少なくとも該第 1の 0リングと接する面に、 該第 1の 0リ ングが前記アンテナから放射されたマイクロ波に直接曝されないような手段とし て導電性材料からなる薄膜を設けたことを特徴とする請求項 5 1に記載のプラズ
(55) 前記薄膜は、 3. 7 x 1 0 'Q_1 ' m_1以上の導電率を有する材質か らなり、 厚さ 1 0 / m以上であることを特徴とする請求項 54記載のプラズマ装
(56) 前記第 1の誘電体板の内面と前記容器の壁部との間には真空シール機 能を有する第 1の〇リングが配置され、
該第 1の 0リングの表面には、 該第 1の 0リングが前記アンテナから放射され たマイクロ波に直接曝されないような手段として、 導電性材料からなる薄膜を コートしたことを特徴とする請求項 5 1記載のプラズマ装置。
(57) 前記薄膜は、 3. 7 X 1 07Ω_1 · m_1以上の導電率を有する材質か らなり、 厚さ 1 0 m以上であることを特徴とする請求項 56記載のプラズマ装
(58) 前記第 1の誘電体板と前記被処理体を保持する電極との間に、 所望の ガスを略々均一に供給するためのガス導入口を備えた第 2の誘電体板を設けたこ とを特徴とする請求項 5 1記載のプラズマ装置。
(59) 前記第 2の誘電体板の内面と前記容器の壁部との間には真空シール機 能を有する第 2の 0リングが配置され、
該第 2の誘電体板の少なくとも該第 2の 0リングと接する面には、 該第 2の 0 リングが前記アンテナから放射されたマイクロ波に直接曝されないような手段と して導電性材料からなる薄膜を設けたことを特徴とする請求項 58記載のブラズ マ装置。
(60) 前記第 2の誘電体板の内面と前記容器の壁部との間には真空シール機 能を有する第 2の 0リングが配置され、
該第 2の 0リングの表面には、 該第 2の 0リングが前記アンテナから放射され たマイク口波に直接曝されないような手段として、 導電性材料からなる薄膜を 訂正された用紙 （規則 91) コ一トしたことを特徴とする請求項 58記載のプラズマ装置。
(6 1) 前記第 1の誘電体板は、 誘電損角 t a n 5が 1 0_3以下の材質からな ることを特徴とする請求項 5 1記載のプラズマ装置。
(62) 前記第 2の誘電体板は、 誘電損角 t 3116が1 0_3以下の材質からな ることを特徴とする請求項 58記載のプラズマ装置。
(63) 前記アンテナと前記第 1の誘電体板との間に空間を形成することを特 徴とする請求項 5 1記載のプラズマ装置。
(64) 前記アンテナと前記第 1の誘電体板との間に形成された空間に、 熱媒 体を供給するラインを連通させたことを特徴とする請求項 63記載のプラズマ装 置。
(65) 前記アンテナに給電するマイクロ波の周波数が 5. 0 GHz以上であ り、 かつ、 前記第 1の誘電体板と前記第 2の誘電体板との間の空間 1の距離が 0. 7 mm以下であることを特徴とする請求項 58記載のプラズマ装置。
(66) 前記第 1の誘電体板と前記第 2の誘電体板との間の空間 1における圧 力 1力 前記被処理体を保持する電極が配置され、 前記第 2の誘電体板と前記第 2の誘電体板以外の前記容器の壁部で囲まれた空間 2における圧力 2より高くな るように差圧を発生させる手段を設けたことを特徴とする請求項 58記載のブラ ズマ装置。
(67) 前記第 2の誘電体板と前記第 2の誘電体板以外の前記容器の壁部で囲 まれた空間 2内に熱媒体を導入するための手段を接続したことを特徴とする請求 項 58記載のプラズマ装置。
(68) 前記アンテナは、 マイクロ波の放射面として機能するスロッ ト板と、 該スロッ ト板を貫通する穴部 （以下、 スロッ 卜と呼ぶ） を複数個配置してなるス 口ッ 卜の群を備えており、
前記空間 2で発生させたプラズマの密度が局所的に他の部分より高い部分に位 置する該スロッ トを、 他の部分より小径とするか、 遮蔽板により遮蔽するか。 ま たは設置しないことを特徴とする請求項 5 1記載のブラズマ装置。
(69) 前記アンテナを冷却するための手段を設けたことを特徴とする請求項 5 1記載のプラズマ装置。 訂正された用紙 （規則 91)
(70) 前記アンテナガイドに通路を形成し、 該通路に熱媒体を供給するライ ンを連通させたことを特徴とする請求項 69記載のプラズマ装置。
(7 1) 前記第 1の誘電体板を冷却するための手段 7を設けたことを特徴とす る請求項 5 1記載のプラズマ装置。
(72) 前記スロッ 卜板の湾曲を防止する手段 8を備えたことを特徴とする請 求項 5 1記載のプラズマ装置。
(73) 前記アンテナと前記第 1の誘電体板との間に空間を形成し、 該空間に 該スロッ ト板の湾曲を防止するための手段として弾性材からなる板を介在せしめ たことを特徴とする請求項 72記載のプラズマ装置。
汀正された用紙 （規則 91)
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