JP3373468B2

JP3373468B2 - 半導体製造装置

Info

Publication number: JP3373468B2
Application number: JP33252799A
Authority: JP
Inventors: 亘佐々木; 宏黒澤; 昌一窪寺; 理一本山; 哲郎横山; 清彦歳川; 淳一宮野
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd; Kiyomoto Iron and Machinery Works Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd; Kiyomoto Iron and Machinery Works Co Ltd
Priority date: 1999-11-24
Filing date: 1999-11-24
Publication date: 2003-02-04
Anticipated expiration: 2019-11-24
Also published as: JP2001156057A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、真空紫外光を用
いた半導体製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】文献「特開平７−３００６７８」には、
真空紫外光を利用してウエハの成膜や洗浄を行う半導体
製造装置が開示されている。このような半導体製造装置
は、主として、真空紫外光発生部（以下、光源と称す
る。）と反応室とで構成されている。光源としては大気
圧以上の雰囲気で発光するエキシマランプ（Ｘｅ₂ 放電
管など）が用いられる。光源と反応室との間は、反応室
の真空度を維持するためのガラス板（石英など）による
窓で隔てられている。光源からの真空紫外光は、この窓
を透過して反応室に導入される。反応室では、真空紫外
光を利用して、成膜や洗浄のために必要な所定の反応が
誘起される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
窓としては、大気圧による破壊を防止するために、大口
径で厚みのあるものを用いる必要がある。このような窓
は非常に高価であり、初期透過率が５０％以下と悪く、
経時変化によるガラスの劣化によりさらに透過率が３０
％にまで低下する。

【０００４】また、成膜装置の場合は、ウエハ表面のみ
ならず、反応室内側の窓の表面も反応ガスにさらされる
ために、窓にも膜が堆積してしまい、窓に曇りが生じ
る。同様に、洗浄装置の場合も、分解物の付着による窓
の曇りが発生する。その結果、窓の透過率が低下し、反
応室内における真空紫外光の放射照度が低下する。この
ため、成膜および洗浄の速度が遅くなって量産性に問題
が生じる。

【０００５】従来、このような窓の曇り止め対策とし
て、１）Ｎ₂ やＡｒなどのような反応に寄与しない不活
性ガスを反応室内側から窓表面に吹き付ける方法や、
２）窓表面にフィルムを貼ったり、油膜などを塗る方法
が知られている。

【０００６】しかし、上記１）の方法では、反応室内に
不活性ガスを流すため、反応室内の反応ガスが希釈され
てしまい、成膜および洗浄の速度が遅くなる。また、成
膜装置の場合、この方法では、窓表面に原料ガスが回り
込んでしまい、窓表面に膜が堆積してしまう。

【０００７】一方、上記２）の方法では、真空紫外光の
透過率が劣化し、成膜や洗浄の速度が遅くなる。また、
油膜は当然のことながら、フィルムも材質によっては、
Ｃ（炭素）などのウエハへの汚染が発生する。

【０００８】したがって、従来より、真空紫外光を良好
な効率で反応室内に導入できるような半導体製造装置の
出現が望まれていた。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、この出願に係る
発明の半導体製造装置によれば、発光ガスにエネルギを
注入して真空紫外光を発生させる領域である真空紫外光
発生部と、この真空紫外光発生部からの真空紫外光によ
り所定の反応が誘起される反応室と、この反応を使った
処理が施される基板を支持するために反応室内に設けら
れた支持台とを具えている。この半導体装置において、
真空紫外光発生部は、反応室の内部に画成される構成と
することが好ましい。

【００１０】このように、真空紫外光発生部と反応室と
の間に、窓のような仕切りを設けないように構成するこ
とにより、真空紫外光発生部からの真空紫外光は、従来
問題となっていた窓による損失を受けずに、真空紫外光
発生部から反応室に至る真空紫外光の伝搬経路を経て反
応室に導入される。よって、従来に比べて光量が増加
し、その結果、処理速度が向上する。

【００１１】

【００１２】また、反応室内に真空紫外光発生部を設け
ることにより、反応室内で反応に必要な真空紫外光を発
生させることができる。反応室では、その反応を使った
処理も一緒に行われる。よって、窓による損失の問題が
解消する。しかも、真空紫外光発生部と基板との間の距
離を短くすることができるから、光が広がらず、さらに
処理速度の向上が図れる。

【００１３】また、好ましくは、真空紫外光発生部に、
誘電体膜で被覆された電極が設けられていると良い。

【００１４】このような電極は容易に反応室内に設置で
きる。反応室には、反応ガスとともに発光ガスが導入さ
れるようになっている。このように構成してあるので、
誘電体バリア放電により発光ガスにエネルギが注入さ
れ、真空紫外光の発生が可能になる。

【００１５】また、好ましくは、前述した電極が冷却水
用の水路を兼ねた絶縁性の管状体の表面に導電体膜を設
けたものであると良い。

【００１６】導電体膜は電極がショートしないように管
状体表面の所定の位置に設けられている。電極は冷却水
によって冷却されるため、電極に高電力を印加すること
ができ、したがって真空紫外光の高出力化が図れる。

【００１７】前述の管状体は、例えば電極が櫛形状とな
るように延在している。また、前述の管状体を、電極が
渦巻き形状となるように延在させても良い。

【００１８】さらに、前述の電極が２種類の誘電体膜で
被覆されていて、電極に関して支持台に対向する側に設
けられた誘電体膜の一方の誘電率を、誘電体膜の他方の
誘電率に比べて大きくするのが好適である。

【００１９】例えば、前述した誘電体膜の一方をシリコ
ン窒化膜とし、前述した誘電体膜の他方を石英ガラスと
するのが良い。

【００２０】高誘電体膜は高周波的に容量結合が大きい
ため、高誘電体膜側に高周波エネルギが集中する。した
がって、高誘電体膜側すなわち支持台側に、真空紫外光
を効率良く発生させることができる。

【００２１】また、前述した電極の支持台に対向する側
に設けられた誘電体膜の部分の膜厚ｄ２を、電極の支持
台とは反対側に設けられた誘電体膜の部分の膜厚ｄ１に
比べて小さくしても良い。

【００２２】例えば、前述の誘電体膜を石英ガラスとし
たとき、ｄ１≧２×ｄ２の関係が満足されていると良
い。

【００２３】このように構成すると、膜厚の小さい誘電
体膜の部分の方が膜厚の大きい誘電体膜の部分に比べて
高周波的に容量結合が大きくなり、膜厚の小さい誘電体
膜の部分の側に高周波エネルギが集中する。したがっ
て、膜厚の小さい誘電体膜側すなわち支持台側に、真空
紫外光を効率良く発生させることができる。

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【００３０】また、この発明の半導体製造装置におい
て、好ましくは、真空紫外光発生部がプラズマ放電のた
めのキャビティとして構成されていて、このキャビティ
が反応室に連通している構成にしても良い。

【００３１】このように構成すると、キャビティに導入
された発光ガスに高密度プラズマ放電によるエネルギ注
入が可能となり、真空紫外光を発生させることができ
る。

【００３２】

【００３３】

【００３４】

【００３５】

【００３６】

【００３７】

【００３８】

【００３９】また、この発明の半導体製造装置におい
て、好ましくは、キャビティと反応室との境界に金属網
が設けられていると良い。

【００４０】このように金属網を設けておくと、キャビ
ティで発生した真空紫外光は反応室側に透過することが
できるし、荷電粒子のトラップにもなる。

【００４１】さらに、プラズマ中の荷電粒子がキャビテ
ィを叩き汚染が発生する場合は、金属網と支持台との間
にスパッタ物遮蔽用のガラス板を設けておくと良い。

【００４２】

【００４３】

【００４４】

【００４５】

【００４６】

【００４７】

【００４８】

【００４９】

【００５０】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して、この発明の
実施の形態につき説明する。なお、図は、この発明が理
解できる程度に形状、大きさおよび配置関係を概略的に
示しているに過ぎない。また、以下に記載される数値等
の条件や材料などは単なる一例に過ぎない。よって、こ
の発明は、この実施の形態に何ら限定されることがな
い。

【００５１】［第１の実施の形態］図１は、第１の実施
の形態の半導体製造装置の構成を示す断面図である。こ
の半導体製造装置は、真空紫外光発生部（以下、光源と
称する。）１０、反応室１２およびステージ１４を具え
ている。光源１０は、発光ガスにエネルギを注入して真
空紫外光を発生させる領域である。この装置によれば、
光源１０で発生した真空紫外光が反応室１２中に放射さ
れる。そして、この光源１０からの真空紫外光により、
反応室１２内に所定の反応が誘起される。また、支持台
としてのステージ１４が反応室１２内に設けられてい
る。このステージ１４上にシリコンウエハなどの基板３
０が支持されている。この基板３０に上述の反応を使っ
た処理が施される。

【００５２】そして、この半導体製造装置では、光源１
０の圧力と、反応室１２の内部の圧力と、光源１０から
反応室１２に至る真空紫外光の伝搬経路の圧力とを同圧
にしている。このように構成するために、この例では、
光源１０を反応室１２の内部に画成してある。したがっ
て、反応室１２では、真空紫外光の発生と、真空紫外光
による反応の誘起と、その反応を使った基板に対する処
理とが行われる。

【００５３】上述の光源１０には、誘電体膜で被覆され
た電極が設けられている。この電極の詳細な構成を図２
に示す。図２（Ａ）には電極の断面が示されており、図
２（Ｂ）および図２（Ｃ）には電極の平面形状の例が示
されている。

【００５４】図２（Ａ）に示すように、電極は絶縁性の
パイプ１６の表面に導電体膜１８を設けたものである。
パイプ１６は石英ガラスやアルミナなどで形成されてお
り、導電体膜１８としてはアルミニウムや銅などのメッ
キが用いられる。図２（Ａ）に示される、パイプ１６の
長手方向に垂直な断面の形状は長方形である。管状体で
あるパイプ１６の空洞部は冷却水用の水路２０として用
いられ、パイプ１６中に冷却水を流すことができる。こ
のように、電極が冷却水によって冷却されるので、電極
に高電力を印加することができ、真空紫外光の高出力化
が図れる。

【００５５】図２（Ｂ）には、電極の平面形状が櫛形と
なるようにパイプ１６を延在させた例を示してある。パ
イプ１６は、互いに平行な２本の長めの主管１６ａの間
に、長さの一致した短めの互いに平行に配列する複数本
の副管１６ｂが接続されてなっている。主管１６ａの空
洞部と副管１６ｂの空洞部とは連通した状態にある。し
たがって、一方の主管１６ａに導入された冷却水は各副
管１６ｂを通って他方の主管１６ａへと流れる。

【００５６】また、上述したように主管１６ａおよび副
管１６ｂの外側表面には導電体膜１８（図２（Ｂ）中の
黒塗り部分）が被覆されているが、各副管１６ｂのいず
れか一方の端部は導電体膜１８を設けない絶縁部分２２
（図２（Ｂ）中の白抜き部分）にしてある。したがっ
て、副管１６ｂと一方の主管１６ａとの接続部分および
副管１６ｂと他方の主管１６ａとの接続部分のいずれか
一方は電気的に絶縁された状態になっている。この例で
は、隣接し合う副管１６ｂ同士が異なる電気状態となる
ように、副管１６ｂの配列順に交互に、一方の主管１６
ａ側あるいは他方の主管１６ａ側に絶縁部分２２を設け
てある。そして、一方の主管１６ａと他方の主管１６ａ
との間に交流電源２４が接続されている。交流電源２４
を作動させると、一方の主管１６ａに電気的に接続され
ている副管１６ｂと、他方の主管１６ａに電気的に接続
されている副管１６ｂとの間に放電を起こすことができ
る。

【００５７】図２（Ｃ）には、電極の平面形状が渦巻き
形となるようにパイプ１６を延在させた例を示してあ
る。パイプ１６は、一定の間隔をあけた状態で隣接して
それぞれ渦巻き状に延在する２本の主管１６ａと、渦巻
きの中心部分において各主管１６ａの端部の間に接続さ
れた１本の副管１６ｂとで構成される。主管１６ａの空
洞部と副管１６ｂの空洞部とは連通した状態にある。し
たがって、一方の主管１６ａに導入された冷却水は副管
１６ｂを経て他方の主管１６ａへと流れる。

【００５８】また、主管１６ａの外側表面には導電体膜
１８（図２（Ｃ）中の黒塗り部分）が被覆されている
が、副管１６ｂの表面は導電体膜１８を設けない絶縁部
分２２（図２（Ｃ）中の白抜き部分）にしてある。した
がって、一方の主管１６ａと他方の主管１６ａとは電気
的に絶縁された状態になる。そして、一方の主管１６ａ
と他方の主管１６ａとの間には交流電源２４が接続され
ている。交流電源２４を作動させると、一方の主管１６
ａと他方の主管１６ａとの間に放電を起こすことができ
る。

【００５９】反応室１２内には、以上説明したいずれか
の形状の平板電極がステージ１４上の基板３０に対向し
た状態に置かれる。なお、この平板電極のまわりは誘電
体膜で被覆されている。この例の電極は２種類の誘電体
膜で被覆される。すなわち、電極のステージ１４に対向
する側の面が高誘電体膜２６で被覆される一方、電極の
残りの部分が低誘電体膜２８で被覆される。このよう
に、電極の上下が低誘電体膜２８と高誘電体膜２６とで
はさまれた格好になっている。高誘電体膜２６の誘電率
は低誘電体膜２８の誘電率に比べて大きい。例えば、高
誘電体膜２６をシリコン窒化膜とし、低誘電体膜２８を
石英ガラスとするのが好適である。低誘電体膜２８に比
べて高誘電体膜２６の方が高周波的に容量結合が大きい
から、電極の高誘電体膜２６側すなわちステージ１４側
に高周波エネルギが集中する。したがって、反応室１２
内に発光ガスを導入したときには、電極のステージ１４
側に効率良く真空紫外光３４を発生させることができ
る。

【００６０】また、図３に示すように、電極は１種類の
誘電体膜のみで被覆される場合もある。図３には半導体
製造装置の変形例の断面図が示されている。図示の通
り、この例の電極は、誘電体膜３２としての石英ガラス
により被覆されている。そして、電極のステージ１４に
対向する側の誘電体膜３２の部分の膜厚ｄ２を、電極の
ステージ１４とは反対側の誘電体膜３２の部分の膜厚ｄ
１に比べて小さくしてある。すなわち、ｄ１≫ｄ２とな
るように膜厚ｄ１およびｄ２を設定する。好ましくは、
ｄ１≧２×ｄ２の関係が満足されていると良い。例え
ば、膜厚ｄ１を０．５〜５ｍｍにしたときは、膜厚ｄ２
を０．２５〜２．５ｍｍにするのが好適である。膜厚の
小さい誘電体膜３２の部分の方が膜厚の大きい誘電体膜
３２の部分に比べて高周波的に容量結合が大きくなるか
ら、膜厚の小さい誘電体膜３２の部分の側に高周波エネ
ルギが集中する。したがって、反応室１２内に発光ガス
を導入したとき、膜厚の小さい誘電体膜３２側すなわち
ステージ１４側に真空紫外光３４を効率良く発生させる
ことができる。このように、この例の電極は１種類の誘
電体膜で被覆すれば良いため、上述した２種類の誘電体
膜を用いる場合に比べて低コスト化が図れる。

【００６１】なお、電極を被覆する誘電体膜が曇っても
真空紫外光の発生には影響しない。実際には、放電時の
自己発熱によりほとんど曇ることがない。

【００６２】この例の半導体製造装置では、反応室１２
の排気口３６に設けられた圧力調整機３８により、反応
室１２内の圧力が１〜１０気圧の圧力となるように微調
整される。この反応室１２には、真空紫外光を発光させ
るための発光ガスと、反応を起こすための反応ガスとが
それぞれガス流入口４０を通って導入されるようになっ
ている。これら発光ガスおよび反応ガスの流量は、ガス
流入口４０に設けられたガス流量調整機４２により、そ
れぞれ０．１〜５００ｓｃｃｍの流量に調整される。な
お、反応ガスを分解できる量は真空紫外光の照射量で決
定されるが、真空紫外光を発生させるには発光ガスの濃
度を反応ガスの濃度よりも大きくする必要がある。した
がって、例えば、ガス流量調整機４２により、発光ガス
の流量を１００〜５００ｓｃｃｍに調整するとともに、
反応ガスの流量を０．１〜５０ｓｃｃｍに調整するのが
好ましい。

【００６３】上述の発光ガスとしては、Ｘｅ、Ｋｒ、Ａ
ｒ、ＮｅおよびＨｅのような不活性ガスや、水素（Ｈ）
のような軽元素ガスや、これらの混合ガスなどが用いら
れる。上述の反応ガスとしては、成膜や洗浄などのため
の所望の反応に応じて、例えば、Ａｒ希釈ＴＥＯＳやハ
ロゲンガスや酸素やこれらの混合ガスなどが用いられ
る。

【００６４】このように、発光ガスおよび反応ガスの双
方が反応室１２内に導入される。そして、上述の交流電
源２４により上述の電極に対して１０〜１０００ＫＨｚ
の周波数で５〜２０ＫＶの電圧を印加して放電を起こ
す。すると、発光ガスが励起され、真空紫外光が発生す
る。また、反応ガスに真空紫外光が照射され、成膜や洗
浄などのための所定の反応が誘起される。このように、
反応室１２内に光源１０を設けたため、反応室１２内で
真空紫外光の発生と成膜や洗浄のための反応とを一緒に
行うことができる。従来のように、光源と反応室とが窓
により仕切られていないので、窓の劣化や曇りなどの悪
影響はない。よって、成膜や洗浄などの処理速度が向上
する。

【００６５】そして、反応室１２内に誘起された反応に
より、ステージ１４上の基板３０に対して成膜や洗浄な
どといった所定の処理が施される。ステージ１４は、温
度や上下方向への移動や回転を自在に制御することがで
きる。そのため、基板３０に施される処理が成膜である
なら、膜質および膜厚のバラツキの改善や成膜速度の向
上という効果を奏する。また、基板３０に施される処理
が洗浄であるなら、洗浄のバラツキの改善や洗浄速度の
向上という効果を奏する。この例の装置では、光源１０
が反応室１２内に設けられているため、ステージ１４の
高さを調整することにより、光源１０と基板３０との間
の距離を１ｍｍ〜５０ｍｍという短い距離にすることが
できる。よって、光源１０からの光が広がらず、十分な
照射強度が得られる。このような利点と、真空紫外光の
高出力化が可能であることと、窓による損失がないこと
との相乗効果により、ステージ温度が常温から数１００
℃程度低い温度であるにもかかわらず、この実施の形態
の半導体製造装置は成膜や洗浄の処理速度が速く、従来
の装置と比較して極めて量産性に優れている。

【００６６】また、ステージ１４は光源１０に対して鉛
直方向上側に配置されても良い。一般に、異物は上から
下へ落ちて行くので、ステージ１４を上側に配置すれば
基板３０への異物の付着を防止することができる。

【００６７】［第２の実施の形態］図４は、第２の実施
の形態の半導体製造装置の構成を示す断面図である。こ
の半導体製造装置は、真空紫外光発生部（以下、光源と
称する。）としてのキャビティ４４と、反応室４６と、
ステージ４８とを具えている。この装置では、キャビテ
ィ４４内で高密度プラズマ放電を起こし、真空紫外光を
発生させる。キャビティ４４は反応室４６に連通してお
り、キャビティ４４で発生した真空紫外光は反応室４６
中に放射される。この真空紫外光により、反応室４６内
に所定の反応が誘起される。また、支持台としてのステ
ージ４８が反応室４６内に設けられている。このステー
ジ４８により、シリコンウエハなどの基板５０が支持さ
れている。この基板５０に対して上述の反応を使った処
理が施される。

【００６８】上述したキャビティ４４は反応室４６の上
側に設けられている。これらキャビティ４４および反応
室４６は、これらが接続しているところで互いに連通し
ている。したがって、この半導体製造装置では、光源の
圧力（すなわちキャビティ４４内の圧力）と、反応室４
６の内部の圧力と、光源から反応室４６に至る真空紫外
光の伝搬経路の圧力とが同圧になっている。

【００６９】この例の半導体製造装置では、反応室４６
の排気口５２に設けられた圧力調整機５４により、反応
室４６内の圧力すなわちキャビティ４４内の圧力が０．
０１〜数１００Ｔｏｒｒ（好ましくは０．１〜１００Ｔ
ｏｒｒ）の圧力となるように微調整される。キャビティ
４４および反応室４６には、それぞれガス流入口５５お
よび５６が形成されている。キャビティ４４には、真空
紫外光を発光させるための発光ガスがガス流入口５５を
通って導入されるようになっている。反応室４６には、
反応を起こすための反応ガスがガス流入口５６を通って
導入されるようになっている。これら発光ガスおよび反
応ガスの流量は、ガス流入口５５および５６にそれぞれ
設けられたガス流量調整機５８および６０により、それ
ぞれ１〜数１００ｓｃｃｍ（好ましくは１〜１００ｓｃ
ｃｍ）の流量に調整される。

【００７０】このように、キャビティ４４内でプラズマ
を発生させるためには、キャビティ４４および反応室４
６を０．０１〜数１００Ｔｏｒｒの低圧にする必要があ
る。この場合、一般的な真空ポンプの排気能力を考慮す
ると、発光ガスおよび反応ガスを流せる流量は上述した
値１〜数１００ｓｃｃｍとなる。

【００７１】上述の発光ガスとしては、Ｘｅ、Ｋｒ、Ａ
ｒ、ＮｅおよびＨｅのような不活性ガスや、水素（Ｈ）
のような軽元素ガスや、これらの混合ガスなどが用いら
れる。上述の反応ガスとしては、成膜や洗浄などのため
の所望の反応に応じて、例えば、Ａｒ希釈ＴＥＯＳやハ
ロゲンガスや酸素やこれらの混合ガスなどが用いられ
る。

【００７２】次に、真空紫外光の発生機構につき説明す
る。上述したように、この例の半導体製造装置では、キ
ャビティ４４中に高密度プラズマ放電を起こすことによ
り真空紫外光を発生させる。そのため、キャビティ４４
内にマイクロ波を入力し、そのマイクロ波をキャビティ
４４内で共振させる。これにより、キャビティ４４内に
導入された発光ガスにエネルギが注入される。その結
果、キャビティ４４中にプラズマ６２が形成され、真空
紫外光が放射される。

【００７３】このため、キャビティ４４の隔壁は金属材
料で形成されている。例えば、キャビティ４４の隔壁材
をアルミニウムまたはタングステンとするのが良い。し
かし、プラズマが発生すると発光ガスのイオンがキャビ
ティ４４の内壁面に当たってキャビティ４４の隔壁材を
スパッタするため、隔壁材としては半導体に影響が少な
いアルミニウムを用いるのが望ましい。

【００７４】そして、キャビティ４４の上壁にはマイク
ロ波入力口６４が形成されている。このマイクロ波入力
口６４には、キャビティ４４内の真空を保持するため
に、石英ガラスなどで形成された真空分離窓６６が挿入
されている。マイクロ波入力口６４に入力されたマイク
ロ波は、真空分離窓６６を透過してキャビティ４４内に
導入される。入力されるマイクロ波は、例えば、周波数
が２．４５ＧＨｚであり、パワーが５００Ｗである。

【００７５】また、同じくキャビティ４４の上壁には、
マイクロ波共振調整ツマミ６８が取り付けられている。
このマイクロ波共振調整ツマミ６８は金属材料で形成さ
れており、キャビティ４４内に設けられた幅広の金属片
と、この金属片に接続され、キャビティ４４の上壁の孔
を通って外側に突出した金属棒の部分とからなる。当然
のことながら、金属棒を通す孔の部分には所定の真空封
止が施されている。そして、金属棒の部分を孔に出し入
れすることで、キャビティ４４内の金属片の位置を調節
することができる。この金属片の位置に応じてキャビテ
ィ４４の共振周波数が変化するので、キャビティ４４に
入力されたマイクロ波の周波数とキャビティ４４の共振
周波数とを一致させるようにする。すると、キャビティ
４４内でマイクロ波が共振し、ガス流入口５５から導入
された発光ガスを基にプラズマが形成され、その結果、
真空紫外光が発生する。

【００７６】また、キャビティ４４と反応室４６との境
界に金属網７０が設けられている。この金属網７０は反
応室４６の隔壁と電気的に接続されグランドレベルにあ
る。この金属網７０には、真空紫外光が通る多数の照射
孔７２が形成されている。キャビティ４４内で発生した
真空紫外光は、照射孔７２を通って反応室４６に導入さ
れる。また、この金属網７０は、キャビティ４４で生成
される荷電粒子のトラップも兼ねている。プラズマ中の
荷電粒子は平均自由行程が１ｍｍ以下と短いので、この
荷電粒子は金属網７０による荷電粒子トラップにより捕
獲される。よって、荷電粒子が反応室４６中のステージ
４８に届くことはなく、基板５０はチャージアップなど
のダメージを受けないで済む。

【００７７】図５は、真空度と平均自由行程との関係を
示すグラフである。横軸に真空度を取り、１０^-7Ｔｏｒ
ｒから１０³ Ｔｏｒｒの範囲を示してある。縦軸には平
均自由行程を取ってあり、１０^-4ｃｍから１０⁵ ｃｍの
範囲を示してある。図中、黒塗りの四角マークは電子の
データを、白抜きの四角マークはイオン化したＨｅのデ
ータを、白抜きの丸マークはイオン化したＸｅのデータ
をそれぞれ示している。図５に示す通り、０．１〜数１
００Ｔｏｒｒの圧力領域では、各荷電粒子の平均自由行
程はほとんど１ｍｍ以下である。

【００７８】このように、荷電粒子が反応室４６に進入
することはない。しかし、この荷電粒子はキャビティ４
４の内壁面をスパッタして、ステージ４８上の基板５０
に金属汚染を発生させることもある。その場合には、金
属網７０とステージ４８との間にスパッタ物遮蔽用のガ
ラス板７４を設けると良い。このガラス板７４は、真空
紫外光の透過が問題にならない厚さ１ｍｍ程度の薄いも
のである。あるいは、ガラス板７４を設ける代わりに、
キャビティ４４を単独で真空排気するようにしても良
い。

【００７９】以上説明した構成によれば、反応室４６に
導入された真空紫外光は、ガス流入口５６から導入され
た反応ガスを基に所定の反応を反応室４６内に誘起す
る。反応室４６内には、キャビティ４４に対向した状態
で基板５０がステージ４８によって支持されている。反
応室４６内に誘起された反応により、ステージ４８上の
基板５０に対して成膜や洗浄などといった所定の処理が
施される。

【００８０】また、ステージ４８は、温度や上下方向へ
の移動や回転を自在に制御することができる。そのた
め、基板５０に施される処理が成膜であるなら、膜質お
よび膜厚のバラツキの改善や成膜速度の向上が図れる。
また、基板５０に施される処理が洗浄であるなら、洗浄
のバラツキの改善や洗浄速度の向上が図れる。

【００８１】以上説明したように、この実施の形態の半
導体製造装置によれば、従来のように、光源と反応室と
が窓により仕切られていないので、窓の劣化や曇りなど
の悪影響はない。よって、反応室４６で行われる反応に
基づく成膜や洗浄などの処理速度が向上する。

【００８２】また、この例の装置では、光源としてマイ
クロ波キャビティを採用したため、低圧下で高出力の真
空紫外光を発生させることができる。

【００８３】このような利点の相乗効果により、ステー
ジ温度が常温から数１００℃程度低い温度であるにもか
かわらず、この実施の形態の半導体製造装置は、成膜や
洗浄の処理速度が速く、従来の装置と比較して極めて量
産性に優れている。

【００８４】［第３の実施の形態］図６は、第３の実施
の形態の半導体製造装置の構成を示す断面図である。こ
の半導体製造装置は、真空紫外光発生部（以下、光源と
称する。）としてのキャビティ７６と、反応室４６と、
ステージ４８とを具えている。この装置では、キャビテ
ィ７６内で高密度プラズマ放電を起こし、真空紫外光を
発生させる。キャビティ７６は反応室４６に連通してお
り、キャビティ７６で発生した真空紫外光は反応室４６
中に放射される。この真空紫外光により、反応室４６内
に所定の反応が誘起される。また、支持台としてのステ
ージ４８が反応室４６内に設けられている。このステー
ジ４８により、シリコンウエハなどの基板５０が支持さ
れている。この基板５０に対して上述の反応を使った処
理が施される。

【００８５】なお、第３の実施の形態の半導体製造装置
と第２の実施の形態の半導体製造装置とを対比すると、
両者の相違点はプラズマの発生機構の点のみであり、反
応室やステージの構成は同じである。以下、プラズマの
発生機構につき、キャビティ７６周辺の構成を中心に説
明する。

【００８６】まず、上述したキャビティ７６は反応室４
６の上側に設けられている。これらキャビティ７６およ
び反応室４６は、これらが接続しているところで互いに
連通している。したがって、この半導体製造装置では、
光源の圧力（すなわちキャビティ７６内の圧力）と、反
応室４６の内部の圧力と、光源から反応室４６に至る真
空紫外光の伝搬経路の圧力とが同圧になっている。

【００８７】第２の実施の形態でも説明したように、反
応室４６内の圧力すなわちキャビティ７６内の圧力は、
反応室４６の排気口５２に設けられた圧力調整機５４に
より、０．０１〜数１００Ｔｏｒｒ（好ましくは０．１
〜１００Ｔｏｒｒ）の圧力となるように微調整される。
キャビティ７６および反応室４６には、それぞれガス流
入口７８および５６が形成されている。キャビティ７６
には、真空紫外光を発光させるための発光ガスがガス流
入口７８を通って導入されるようになっている。このガ
ス流入口７８は、キャビティ７６の上壁に形成されてい
る。また、反応室４６には、反応を起こすための反応ガ
スがガス流入口５６を通って導入されるようになってい
る。これら発光ガスおよび反応ガスの流量は、ガス流入
口７８および５６にそれぞれ設けられたガス流量調整機
８０および６０により、それぞれ１〜数１００ｓｃｃｍ
（好ましくは１〜１００ｓｃｃｍ）の流量に調整され
る。

【００８８】上述の発光ガスとしては、Ｘｅ、Ｋｒ、Ａ
ｒ、ＮｅおよびＨｅのような不活性ガスや、水素（Ｈ）
のような軽元素ガスや、これらの混合ガスなどが用いら
れる。上述の反応ガスとしては、成膜や洗浄などのため
の所望の反応に応じて、例えば、Ａｒ希釈ＴＥＯＳやハ
ロゲンガスや酸素やこれらの混合ガスなどが用いられ
る。

【００８９】次に、真空紫外光の発生機構につき説明す
る。上述したように、この例の半導体製造装置では、キ
ャビティ７６中に高密度プラズマ放電を起こすことによ
って真空紫外光を発生させる。この例では、キャビティ
７６内に磁界を発生させることにより、キャビティ７６
内に導入した発光ガスにエネルギを注入する。その結
果、キャビティ７６中にプラズマ６２が形成され、真空
紫外光が放射される。

【００９０】このため、キャビティ７６の隔壁にコイル
８２ａ、８２ｂおよび８２ｃが巻かれている。これらコ
イル８２ａ、８２ｂおよび８２ｃは、ステージ４８面に
垂直な方向の軸を中心にそれぞれ巻かれている。また、
これらコイル８２ａ、８２ｂおよび８２ｃは、この順序
でキャビティ７６の上側から反応室４６にわたって設け
られている。キャビティ７６の上部に設けられたコイル
８２ａと、キャビティ７６の下部（反応室４６側）に設
けられたコイル８２ｃとは、ヘリコン波を発生させるた
めのアンテナコイルとして用いられる。これらコイル８
２ａおよび８２ｃには、１３．５６ＭＨｚの周波数で１
０００Ｗのパワーの高周波電力がそれぞれ供給される。
これらコイル８２ａおよび８２ｃで発生した磁界によ
り、発光ガスをイオン化してプラズマを発生させる。ま
た、これらコイル８２ａおよび８２ｃの間に位置するコ
イル８２ｂは、軸方向の直流磁場を発生させるコイルで
ある。この直流磁場によって、イオン化した発光ガスの
プラズマをステージ４８側に移動させたり、面内分布を
改善したりすることができる。直流磁場の向きは、最適
化に従い、ステージ４８側かガス流入口７８側かに制御
される。

【００９１】なお、キャビティ７６の隔壁は絶縁体材料
で形成されている。例えば、キャビティ７６の隔壁材を
石英ガラスまたはアルミナとするのが良い。

【００９２】また、第２の実施の形態で説明したよう
に、キャビティ７６と反応室４６との境界に金属網７０
を設けておくと良い。キャビティ７６内で発生した真空
紫外光は、金属網７０の照射孔７２を通って反応室４６
に導入される。一方、図５を参照して説明したように、
この金属網７０はキャビティ７６で生成される荷電粒子
のトラップとなるため、この荷電粒子が反応室４６中の
ステージ４８に届くことはない。

【００９３】さらに、第２の実施の形態で説明したよう
に、金属網７０とステージ４８との間にスパッタ物遮蔽
用のガラス板７４を設けるか、キャビティ７６を単独で
真空排気するようにすると良い。

【００９４】以上説明したように、この例の半導体製造
装置では、キャビティ７６内に発光ガスを導入し、コイ
ル８２ａ、８２ｂおよび８２ｃを作動させることにより
キャビティ７６内にプラズマを形成して真空紫外光を発
生させる。反応室４６に導入された真空紫外光は、ガス
流入口５６から導入された反応ガスを基に所定の反応を
反応室４６内に誘起する。反応室４６内には、キャビテ
ィ７６に対向した状態で基板５０がステージ４８によっ
て支持されている。反応室４６内に誘起された反応によ
り、ステージ４８上の基板５０に対して成膜や洗浄など
といった所定の処理が施される。

【００９５】また、ステージ４８は、温度や上下方向へ
の移動や回転を自在に制御することができる。そのた
め、基板５０に施される処理が成膜であるなら、膜質お
よび膜厚のバラツキの改善や成膜速度の向上が図れる。
また、基板５０に施される処理が洗浄であるなら、洗浄
のバラツキの改善や洗浄速度の向上が図れる。

【００９６】この実施の形態の半導体製造装置によれ
ば、従来のように、光源と反応室とが窓により仕切られ
ていないので、窓の劣化や曇りなどの悪影響はない。よ
って、反応室４６で行われる反応に基づく成膜や洗浄な
どの処理速度が向上する。

【００９７】また、この例の装置では、光源に高密度プ
ラズマ放電を利用したため、低圧下で高出力の真空紫外
光を発生させることができる。

【００９８】このような利点の相乗効果により、ステー
ジ温度が常温から数１００℃程度低い温度であるにもか
かわらず、この実施の形態の半導体製造装置は、成膜や
洗浄の処理速度が速く、従来の装置と比較して極めて量
産性に優れている。

【００９９】以上説明した第１、第２および第３の実施
の形態の各装置は、反応ガスの種類に応じて、ＳｉＯ₂
膜、低誘電体膜、高誘電体膜および金属膜の成膜や、有
機膜および無機膜の洗浄に利用することができる。ま
た、基板表面の浅いエッチングに利用することも可能で
ある。さらに、製造段階で受けた基板ダメージの除去
（エッチングなどでの荷電粒子叩きこみ）にも利用でき
る。

【０１００】例えば、ＳｉＯ₂ 膜を成膜する場合は、反
応ガスとしてＡｒ希釈かＮ₂ 希釈のＴＥＯＳ［Ｓｉ（Ｏ
Ｃ₂ Ｈ₅ ）₄ 、Ｓｉ（ＯＣＨ₃ ）₄ など］を用いる。ま
た、低誘電体膜であるＳｉＦ系の膜を成膜する場合は、
反応ガスとしてＡｒ希釈ＴＥＯＳにＳｉＦ₄ 、Ｆ₂ また
はＣＦ₄ などのフロンガスを微量添加したものを用い
る。また、高誘電体膜であるＳｉＯＮ系の膜を成膜する
場合は、反応ガスとしてＡｒ希釈ＴＥＯＳにＮＨ₃ （ア
ンモニア）または（ＣＨ₃ ）₃ Ｎ（トリメチルアミン）
を微量添加したものを用いる。また、高誘電体膜である
酸化チタン膜を成膜する場合は、反応ガスとしてＯ₂ 希
釈［Ｔｉ（Ｃ₂ Ｈ₅ ）₂ ］₂ を用いる。また、金属膜で
あるＭｏ膜を成膜する場合は、反応ガスとしてＡｒ希釈
かＮ₂ 希釈のＭｏ（ＣＯ）₆ （ヘキサカルボニルモリブ
デン）を用いる。また、金属膜であるＷ膜を成膜する場
合は、反応ガスとしてＡｒ希釈かＮ₂ 希釈のＷ（ＣＯ）
₆ （ヘキサカルボニルタングステン）を用いる。また、
金属膜であるＡｌ膜を成膜する場合は、反応ガスとして
Ａｒ希釈かＮ₂ 希釈の（ＣＨ₃ ）₃ Ａｌ（トリメチルア
ルミニウム）を用いる。また、金属膜であるＺｎ膜を成
膜する場合は、反応ガスとしてＡｒ希釈かＮ₂ 希釈の
（ＣＨ₃ ）₂ Ｚｎ（ジメチル亜鉛）を用いる。

【０１０１】また、有機膜を洗浄する場合は、反応ガス
としてＯ₂ を用いる。また、無機膜を洗浄する場合は、
反応ガスとして塩素やフッ素などのハロゲンガスを用
い、塩化物の昇華およびシリコン基板のエッチングを行
うと良い。

【０１０２】また、製造段階で受けたシリコン基板のダ
メージを除去する場合は、反応ガスとして塩素やフッ素
などのハロゲンガスを用い、基板表面を２００Åほどエ
ッチングしてダメージ層を除去すると良い。

【０１０３】

【０１０４】

【０１０５】

【０１０６】

【０１０７】

【０１０８】

【０１０９】

【０１１０】

【０１１１】

【０１１２】

【０１１３】

【０１１４】

【０１１５】

【０１１６】

【０１１７】

【０１１８】

【０１１９】

【０１２０】

【０１２１】

【０１２２】

【０１２３】

【０１２４】

【０１２５】

【発明の効果】この出願に係る発明の半導体製造装置に
よれば、真空紫外光発生部と、反応室の内部と、真空紫
外光発生部から反応室に至る真空紫外光の伝搬経路とを
同圧にするため、これらの間に圧力の相違を生じさせる
窓のような仕切りを設けないようにしている。したがっ
て、真空紫外光発生部と反応室との間は、従来のように
窓で隔離されない。このため、真空紫外光発生部からの
真空紫外光は、従来問題となっていた窓による損失を受
けずに、上述した伝搬経路を経て反応室に導入される。
よって、従来に比べて光量が増加し、その結果、処理速
度が向上する。

【０１２６】

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態の半導体製造装置の構成を示
す図である。

【図２】電極の構成を示す図である。

【図３】半導体製造装置の変形例を示す図である。

【図４】第２の実施の形態の半導体製造装置の構成を示
す図である。

【図５】真空度と平均自由行程との関係を示す図であ
る。

【図６】第３の実施の形態の半導体製造装置の構成を示
す図である。

【符号の説明】

１０：真空紫外光発生部１２，４６：反応室１４，４８：ステージ１６：パイプ１６ａ：主管１６ｂ：副管１８：導電体膜２０：水路２２：絶縁部分２４：交流電源２６：高誘電体膜２８：低誘電体膜３０，５０：基板３２：誘電体膜３４：真空紫外光３６，５２：排気口３８，５４：圧力調整機４０，５５，５６，７８：ガス流入口４２，５８，６０，８０：ガス流量調整機４４，７６：キャビティ６２：プラズマ６４：マイクロ波入力口６６：真空分離窓６８：マイクロ波共振調整ツマミ７０：金属網７２：照射孔７４：ガラス板８２ａ，８２ｂ，８２ｃ：コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 599165717 窪寺昌一宮崎県宮崎市学園木花台西１丁目１番地宮崎大学工学部内 (73)特許権者 390008855 宮崎沖電気株式会社宮崎県宮崎郡清武町大字木原727番地 (73)特許権者 592075884 清本鐵工株式会社宮崎県延岡市土々呂町６丁目1633番地 (73)特許権者 598075217 日之出酸素株式会社宮崎県延岡市桜園町86番地１ (73)特許権者 598049746 宮崎ダイシンキャノン株式会社宮崎県児湯郡木城町大字高城4308−１ (73)特許権者 000000295 沖電気工業株式会社東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 (72)発明者佐々木亘宮崎県宮崎市学園木花台西１丁目１番地宮崎大学地域共同研究センター内 (72)発明者黒澤宏愛知県岡崎市明大寺町字西郷中38番地岡崎国立共同研究機構分子科学研究所内 (72)発明者窪寺昌一宮崎県宮崎市学園木花台西１丁目１番地宮崎大学工学部内 (72)発明者本山理一宮崎県宮崎郡清武町大字木原727番地宮崎沖電気株式会社内 (72)発明者横山哲郎宮崎県宮崎郡清武町大字木原727番地宮崎沖電気株式会社内 (72)発明者歳川清彦宮崎県宮崎郡清武町大字木原727番地宮崎沖電気株式会社内 (72)発明者宮野淳一宮崎県宮崎郡清武町大字木原727番地宮崎沖電気株式会社内 (56)参考文献特開昭63−128723（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−229711（ＪＰ，Ａ) 特開平３−211283（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−222424（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 16/48 H01L 21/205 H01L 21/31

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】発光ガスにエネルギを注入して真空紫外
光を発生させる領域である真空紫外光発生部と、該真空
紫外光発生部からの真空紫外光により所定の反応が誘起
される反応室と、該反応を使った処理が施される基板を
支持するために前記反応室内に設けられた支持台とを具
えた半導体製造装置において、前記反応室の内部に画成された前記真空紫外光発生部
に、誘電体膜で被覆された電極を設け、該電極を、冷却水用の水路を兼ねた絶縁性の管状体の表
面に導電体膜を設けたものとすることを特徴とする半導
体製造装置。
【請求項２】請求項１に記載の半導体製造装置におい
て、前記電極が櫛形状となるように前記管状体を延在させた
ことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項３】請求項１に記載の半導体製造装置におい
て、前記電極が渦巻き形状となるように前記管状体を延在さ
せたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項４】発光ガスにエネルギを注入して真空紫外
光を発生させる領域である真空紫外光発生部と、該真空
紫外光発生部からの真空紫外光により所定の反応が誘起
される反応室と、該反応を使った処理が施される基板を
支持するために前記反応室内に設けられた支持台とを具
えた半導体製造装置において、前記反応室の内部に画成された前記真空紫外光発生部
に、２種類の誘電体膜で被覆された電極を設け、該電極に関して前記支持台に対向する側に設けられた前
記誘電体膜の一方の誘電率を、前記誘電体膜の他方の誘
電率に比べて大きくしてあることを特徴とする半導体製
造装置。
【請求項５】請求項４に記載の半導体製造装置におい
て、前記誘電体膜の一方をシリコン窒化膜とし、前記誘電体
膜の他方を石英ガラスとしたことを特徴とする半導体製
造装置。
【請求項６】発光ガスにエネルギを注入して真空紫外
光を発生させる領域である真空紫外光発生部と、該真空
紫外光発生部からの真空紫外光により所定の反応が誘起
される反応室と、該反応を使った処理が施される基板を
支持するために前記反応室内に設けられた支持台とを具
えた半導体製造装置において、前記反応室の内部に画成された前記真空紫外光発生部
に、誘電体膜で被覆された電極を設け、該電極の前記支持台に対向する側に設けられた前記誘電
体膜の部分の膜厚ｄ２を、前記電極の前記支持台とは反
対側に設けられた前記誘電体膜の部分の膜厚ｄ１に比べ
て小さくしてあることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項７】請求項６に記載の半導体製造装置におい
て、前記誘電体膜を石英ガラスとしたとき、ｄ１≧２×ｄ２
の関係が満足されていることを特徴とする半導体製造装
置。
【請求項８】発光ガスにエネルギを注入して真空紫外
光を発生させる領域である真空紫外光発生部と、該真空
紫外光発生部からの真空紫外光により所定の反応が誘起
される反応室と、該反応を使った処理が施される基板を
支持するために前記反応室内に設けられた支持台とを具
えた半導体製造装置において、前記真空紫外光発生部を、プラズマ放電のためのキャビ
ティとして構成し、該キャビティを前記反応室に連通させ、前記キャビティと前記反応室との境界に設けられた金属
網と、前記支持台との間に、スパッタ物遮蔽用のガラス
板が設けられていることを特徴とする半導体製造装置。