(57)【要約】【課題】  プラズマ密度を高くして、しかもプラズマ生成効率を向上させることができるプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】  被処理体Ｗに対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、真空引き可能になされた処理容器１２と、前記被処理体を保持する被処理体保持手段２０と、高周波電圧を発生する高周波電源５８と、前記処理容器内へプラズマ化されるプラズマ化ガスを供給するプラズマガス供給手段３８と、前記処理容器内にプラズマを発生させるために前記高周波電源の出力側に接地されることなく配線６０により接続されて、共に励起電極状態になされた対のプラズマ電極５６Ａ、５６Ｂと、前記配線の途中に介設された高周波整合手段７２とを備える。これにより、プラズマ密度を高くして、しかもプラズマ生成効率を向上させる。【選択図】  図１
2006073913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
真空引き可能になされた処理容器と、
前記被処理体を保持する被処理体保持手段と、
高周波電圧を発生する高周波電源と、
前記処理容器内へプラズマ化されるプラズマ化ガスを供給するプラズマガス供給手段と、
前記処理容器内にプラズマを発生させるために前記高周波電源の出力側に接地されることなく配線により接続されて、共に励起電極状態になされた対のプラズマ電極と、
前記配線の途中に介設された高周波整合手段と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記高周波整合手段は、前記プラズマ電極間のプラズマの負荷に対して並列に接続されると共に誘導性と容量性の内のいずれか一方の特性の１以上の第１のリアクタンスと、前記各プラズマ電極に対してそれぞれ直列に接続されると共に前記第１のリアクタンスとは異なる特性の複数の第２のリアクタンスとを含むことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記第１及び第２の各リアクタンスの内の少なくとも１つは可変になされていることを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記処理容器は、前記被処理体を複数枚収容できる縦型の処理容器であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記処理容器は、前記被処理体を１枚収容できる枚葉式の処理容器であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体に対して成膜やエッチング等のプラズマ処理を施すためのプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体集積回路を製造するためにはシリコン基板等よりなる半導体ウエハに対して、成膜処理、エッチング処理、酸化処理、拡散処理、改質処理、自然酸化膜の除去処理等の各種の処理が行なわれる。これらの処理を縦型の、いわゆるバッチ式の熱処理装置にて行う場合には、まず、半導体ウエハを複数枚、例えば２５枚程度収容できるカセットから、半導体ウエハを縦型のウエハボートへ移載してこれに多段に支持させる。このウエハボートは、例えばウエハサイズにもよるが３０〜１５０枚程度のウエハを載置できる。このウエハボートは、排気可能な処理容器内にその下方より搬入（ロード）された後、処理容器内が気密に維持される。そして、処理ガスの流量、プロセス圧力、プロセス温度等の各種のプロセス条件を制御しつつ所定の熱処理が施される。
【０００３】
ところで、最近にあっては半導体集積回路の更なる高集積化及び高微細化の要求が強くなされており、回路素子の特性の向上の上から半導体集積回路の製造工程における熱履歴も低減化することが望まれている。このような状況下において、縦型の、いわゆるバッチ式の縦型の処理装置においても、ウエハをそれ程の高温に晒さなくても目的とする処理が可能なことから、プラズマを用いた処理装置が各種提案されている（例えば特許文献１、２、３、４、５）。
例えば従来のプラズマ処理装置では、真空引き可能になされた円筒体状の処理容器の側壁の外側に、容器中心に対して対向させるようにして例えば１対の電極を設けており、一方の電極にプラズマ発生用の高周波電源を接続し、他方の電極を接地して、両電極間に高周波電圧を印加して処理容器内の全体にプラズマを発生させるようになっている。半導体ウエハＷは処理容器内の略中央部に多段に支持され、その一側に例えばプラズマ発生用のガスを導入するガスノズルを配置し、上記ウエハは処理容器の外周にこれを囲むようにして設けた加熱ヒータによりウエハＷは所定の温度に加熱維持されつつプラズマ処理される。
【０００４】
ここで上記高周波電源を含む高周波回路について説明する。図８は高周波電極を含む従来の高周波回路の等価回路を示す図である。図８中において、２Ａ、２Ｂは処理容器側に設けられる一対のプラズマ電極であり、両プラズマ電極２Ａ、２Ｂは配線４を介して例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電源６に接続されている。そして、上記プラズマ電極２Ａ、２Ｂ間に高周波を印加することにより、真空状態になされた両プラズマ電極２Ａ、２Ｂ間にプラズマＰが発生することになる。ここでプラズマＰは高周波電源６に対して負荷として作用し、コンデンサＣとコイルＬと抵抗Ｒの直列回路として等価的に示される。そして、上記２つのプラズマ電極の内、いずれか一方、図示例では下側のプラズマ電極２Ｂが接地されている。
また上記配線４の途中には、プラズマＰよりなる負荷に対して、この負荷からの反射波を相殺するようなインピーダンスの整合（マッチング）を行う高周波整合回路８が設けられており、プラズマの発生効率を高めるようになっている。この高周波整合回路８と、一方のプラズマ電極２Ａに対して直列に接続される第１の可変コンデンサＣ１及び第１のコイルＬ１と、高周波電源６側において上記プラズマＰの負荷に並列に接続される第２の可変コンデンサＣ２とよりなる。尚、上記接続状態の高周波整合回路８は逆Ｌ型整合回路と称される。
【０００５】
上記高周波整合回路８において、プラズマＰの負荷側の反射波を相殺するように第１及び第２の可変コンデンサＣ１、Ｃ２を自動的に調整することにより、インピーダンス整合が行われる。また高周波整合回路８の他の構成としては、例えば図９（Ａ）に示すように、プラズマＰの負荷に対してそれぞれ直列接続される第１及び第２の可変コンデンサＣ１、Ｃ２と、この２つの可変コンデンサＣ１、Ｃ２の接続点と他方の配線４を接続してプラズマＰの負荷に対して並列に接続された第１の可変コイルＬ２とで構成してもよいし、或いは図９（Ｂ）に示すように、プラズマＰの負荷に対してそれぞれ直列接続される第１及び第２の可変コイルＬ２、Ｌ３と、この２つの可変コイルＬ２、Ｌ３の接続点と、他方の配線４を接続してプラズマＰの負荷に対して並列に接続されたコンデンサＣ３とで構成してもよい。尚、図９に示すような回路構成をＴ型整合回路と称す。
【０００６】
【特許文献１】特開平３−２２４２２２号公報
【特許文献２】特開平５−２５１３９１号公報
【特許文献３】特開２００２−２８０３７８号公報
【特許文献４】特開２００１−４４７８０号公報
【特許文献５】特開２００３−２６４１００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記したような高周波整合回路８において、両プラズマ電極２Ａ、２Ｂ間に印加される電圧Ｖａｂは、一方のプラズマ電極２Ｂが接地されていることから、図１０に示すように正弦波となる。
このような高周波回路では、高いプラズマの生成効率が要求されるが、しかしながら、上述したような高周波回路では、発生するプラズマ密度がそれ程高くならず、プラズマ生成効率が十分に高くならない、といった問題があった。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、プラズマ密度を高くして、しかもプラズマ生成効率を向上させることができるプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明は、被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、真空引き可能になされた処理容器と、前記被処理体を保持する被処理体保持手段と、高周波電圧を発生する高周波電源と、前記処理容器内へプラズマ化されるプラズマ化ガスを供給するプラズマガス供給手段と、前記処理容器内にプラズマを発生させるために前記高周波電源の出力側に接地されることなく配線により接続されて、共に励起電極状態になされた対のプラズマ電極と、前記配線の途中に介設された高周波整合手段と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置である。
このように、処理容器に設けた対のプラズマ電極を、共に接地させることなく高周波電源の出力側に配線により接続して励起電極状態（ホット状態）となるようにしたので、インピーダンスを適正に調整することにより、両プラズマ電極に印加される電圧を大きくし、もって、プラズマ密度を高くして、しかもプラズマ生成効率を向上させることができる。
【０００９】
この場合、例えば請求項２に規定するように、前記高周波整合手段は、前記プラズマ電極間のプラズマの負荷に対して並列に接続されると共に誘導性と容量性の内のいずれか一方の特性の１以上の第１のリアクタンスと、前記各プラズマ電極に対してそれぞれ直列に接続されると共に前記第１のリアクタンスとは異なる特性の複数の第２のリアクタンスとを含む。
また例えば請求項３に規定するように、前記第１及び第２の各リアクタンスの内の少なくとも１つは可変になされている。
また例えば請求項４に規定するように、前記処理容器は、前記被処理体を複数枚収容できる縦型の処理容器である。
また例えば請求項５に規定するように、前記処理容器は、前記被処理体を１枚収容できる枚葉式の処理容器である。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、本発明のプラズマ処理装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
処理容器に設けた対のプラズマ電極を、共に接地させることなく高周波電源の出力側に配線により接続して励起電極状態（ホット状態）となるようにしたので、インピーダンスを適正に調整することにより、両プラズマ電極に印加される電圧を大きくし、もって、プラズマ密度を高くして、しかもプラズマ生成効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明に係るプラズマ処理装置の一例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明の係るプラズマ処理装置の一例を示す縦断面構成図、図２はプラズマ処理装置（加熱手段は省略）を示す横断面構成図、図３は高周波電源の接続された高周波回路の等価回路を示す図である。尚、ここではプラズマ化ガスとしてアンモニアガスを用い、成膜ガスとしてヘキサクロロジシラン（以下「ＨＣＤ」とも称す）ガスを用いてプラズマＣＶＤによりシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を成膜する場合を例にとって説明する。
図示するように、このプラズマ処理装置１０は、下端が開口された有天井の円筒体状の処理容器１２を有している。この処理容器１２の全体は、例えば石英により形成されており、この処理容器１２内の天井には、石英製の天井板１４が設けられて封止されている。また、この処理容器１２の下端開口部には、例えばステンレススチールにより円筒体状に成形されたマニホールド１６がＯリング等のシール部材１８を介して連結されている。
【００１２】
上記処理容器１２の下端は、上記マニホールド１６によって支持されており、このマニホールド１６の下方より多数枚の被処理体としての半導体ウエハＷを多段に載置した被処理体保持手段としての石英製のウエハボート２０が昇降可能に挿脱自在になされている。本実施例の場合において、このウエハボート２０の支柱２０Ａには、例えば３０枚程度の直径が３００ｍｍのウエハＷを略等ピッチで多段に支持できるようになっている。
このウエハボート２０は、石英製の保温筒２２を介してテーブル２４上に載置されており、このテーブル２４は、マニホールド１６の下端開口部を開閉する例えばステンレススチール製の蓋部２６を貫通する回転軸２８上に支持される。
そして、この回転軸２８の貫通部には、例えば磁性流体シール３０が介設され、この回転軸２８を気密にシールしつつ回転可能に支持している。また、蓋部２６の周辺部とマニホールド１６の下端部には、例えばＯリング等よりなるシール部材３２が介設されており、容器内のシール性を保持している。
【００１３】
上記した回転軸２８は、例えばボートエレベータ等の昇降機構３４に支持されたアーム３６の先端に取り付けられており、ウエハボート２０及び蓋部２６等を一体的に昇降して処理容器１２内へ挿脱できるようになされている。尚、上記テーブル２４を上記蓋部２６側へ固定して設け、ウエハボート２０を回転させることなくウエハＷの処理を行うようにしてもよい。
このマニホールド１６には、処理容器１２内の方へプラズマ化されるプラズマ化ガス、例えばアンモニア（ＮＨ３ ）ガスを供給するプラズマガス供給手段３８と、成膜ガス、例えばシラン系ガスとしてＨＣＤガスを供給する成膜ガス供給手段４０とが設けられる。具体的には、上記プラズマガス供給手段３８は、上記マニホールド１６の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて延びる石英管よりなるプラズマガス分散ノズル４２を有している。このプラズマガス分散ノズル４２には、その長さ方向に沿って複数（多数）のガス噴射孔４２Ａが所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス噴射孔４２Ａから水平方向に向けて略均一にアンモニアガスを噴射できるようになっている。
【００１４】
また同様に上記成膜ガス供給手段４０も、上記マニホールド１６の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて延びる石英管よりなる成膜ガス分散ノズル４４を有している。ここでは上記成膜ガス分散ノズル４４は２本設けられており（図２参照）、各成膜ガス分散ノズル４４には、その長さ方向に沿って複数（多数）のガス噴射孔４４Ａが所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス噴射孔４４Ａから水平方向に向けて略均一にシラン系ガスを噴射できるようになっている。
そして、上記処理容器１２の側壁の一部には、その高さ方向に沿ってプラズマ発生部４８が形成されると共に、このプラズマ発生部４８に対向する処理容器１２の反対側には、この内部雰囲気を真空排気するために処理容器１２の側壁を、例えば上下方向へ削りとることによって形成した細長い排気口５０が設けられている。
具体的には、上記プラズマ発生部４８は、上記処理容器１２の側壁を上下方向に沿って所定の幅で削りとることによって上下に細長い開口５２を形成し、この開口５２をその外側より覆うようにして断面凹部状になされた上下に細長い例えば石英製のプラズマ区画壁５４を容器外壁に気密に溶接接合することにより、容器内と一体化するように形成されている。これにより、この処理容器１２の側壁の一部を凹部状に外側へ窪ませることにより一側が処理容器１２内へ開口されて連通されたプラズマ発生部４８が形成されることになる。すなわちプラズマ発生部４８の内部空間は、上記処理容器１２内に一体的に連通された状態となっている。上記開口５２は、ウエハボート２０に保持されている全てのウエハＷを高さ方向においてカバーできるように上下方向に十分に長く形成されている。
【００１５】
そして、上記プラズマ区画壁５４の両側壁の外側面には、その長さ方向（上下方向）に沿って互いに対向するようにして細長い一対のプラズマ電極５６Ａ、５６Ｂが設けられると共に、このプラズマ電極５６Ａ、５６Ｂにはプラズマ発生用の高周波電源５８が配線６０を介して接続されており、上記プラズマ電極５６Ａ、５６Ｂに例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加することによりプラズマを発生し得るようになっている。尚、この高周波電圧の周波数は１３．５６ＭＨｚに限定されず、他の周波数、例えば４００ｋＨｚ等を用いてもよい。
そして、上記処理容器１２内を上方向に延びていくプラズマガス分散ノズル４２は途中で処理容器１２の半径方向外方へ屈曲されて、上記プラズマ発生部４８内の一番奥（処理容器１２の中心より一番離れた部分）に位置され、この一番奥の部分に沿って上方に向けて起立させて設けられている。従って、上記プラズマガス分散ノズル４２のガス噴射孔４２Ａから噴射されたアンモニアガスはここでプラズマにより分解、或いは活性化されて処理容器１２の中心に向けて拡散しつつ流れるようになっている。
【００１６】
そして上記プラズマ区画壁５４の外側には、これを覆うようにして例えば石英よりなる絶縁保護カバー６２が取り付けられている。この絶縁保護カバー６２の外側には、これを覆って高周波の漏洩を防ぐためにシールド６４が設けられており、このシールド６４は接地されている。
そして上記プラズマ発生部４８の開口５２の外側近傍、すなわち開口５２の外側（処理容器１２内）の両側には、上記２本の成膜ガス分散ノズル４４が起立させて設けられており、これに設けた各ガス噴射孔４４Ａより処理容器１２の中心方向に向けてシラン系ガスを噴射し得るようになっている。
【００１７】
一方、上記プラズマ発生部４８に対向させて設けた排気口５０には、これを覆うようにして石英よりなる断面コ字状に成形された排気口カバー部材６６が溶接により取り付けられている。この排気カバー部材６６は、上記処理容器１２の側壁に沿って上方に延びており、処理容器１２の上方のガス出口６８より図示しない真空ポンプ等を介設した真空排気系により真空引きされる。そして、この処理容器１２の外周を囲むようにしてこの処理容器１２及びこの内部のウエハＷを加熱する筒体状の加熱手段７０が設けられている。
ここで上記高周波電源５８と両プラズマ電極５６Ａ、５６Ｂとを接続する配線６０の途中に、本発明の特徴とする高周波整合手段７２が介設されている。具体的には、上記両プラズマ電極５６Ａ、５６Ｂは、上記高周波電源５８の出力側に接地されることなく上記配線６０により接続されており、共に励起電極状態、すなわちホット状態になされている。そして、上記高周波整合手段７２は、配線６０に介設した高周波整合回路７４と、この高周波整合回路７４に並列に接続されてプラズマ電極５６Ａ、５６Ｂ側からの反射波を検出する検波器７６と、この検波器７６の出力に基づいて上記高周波整合回路７４のインピーダンスを調整してコントロールする、例えばマイクロコンピュータ等よりなる制御部７８とにより構成されている。この時の高周波回路の等価回路は図３に示されている。
【００１８】
すなわち、ここでは両プラズマ電極５６Ａ、５６Ｂ間で発生するプラズマＰは高周波電源５８に対して負荷として作用し、このプラズマＰは、コンデンサＣとコイルＬと抵抗Ｒの直列回路として等価になっている。そして、上記高周波整合回路７４は、上記各プラズマ電極５６Ａ、５６Ｂに対してそれぞれ直列接続されている２つのコイルＬ１、Ｌ２と、上記プラズマＰの負荷に対して並列に接続されている２つのコンデンサＣ１、Ｃ２とにより構成されている。ここで上記コイルＬ１、Ｌ２は第１のリアクタンスとして誘導性リアクタンスを構成し、上記コンデンサＣ１、Ｃ２は第２のリアクタンスとして容量性リアクタンスを構成する。この場合、上記両コンデンサＣ１、Ｃ２は共に可変になされている。そして、一方のコンデンサＣ１は、両コイルＬ１、Ｌ２よりもプラズマ電極５６Ａ、５６Ｂに近い側の配線６０間に接続され、他方のコンデンサＣ２は両コイルＬ１、Ｌ２よりもプラズマ電極５６Ａ、５６Ｂに対して遠い側の配線６０間に接続され、いわゆるπ型の整合回路となっている。
【００１９】
次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置を用いて行なわれるプラズマ処理方法について説明する。ここではプラズマ処理として、ウエハ表面にプラズマＣＶＤによりシリコン窒化膜を形成する場合を例にとって説明する。
まず、常温の多数枚、例えば５０枚の３００ｍｍサイズのウエハＷが載置された状態のウエハボート２０を予め所定の温度になされた処理容器１２内にその下方より上昇させてロードし、蓋部２６でマニホールド１６の下端開口部を閉じることにより容器内を密閉する。
そして処理容器１２内を真空引きして所定のプロセス圧力に維持すると共に、加熱手段７０への供給電力を増大させることにより、ウエハ温度を上昇させてプロセス温度を維持し、各種の処理ガスをプラズマガス供給手段３８及び成膜ガス供給手段４０からそれぞれ交互に間欠的に供給して回転しているウエハボート２０に支持されているウエハＷの表面にシリコン窒化膜を形成する。
【００２０】
具体的には、ＮＨ３ ガスはプラズマ発生部４８内に設けたプラズマガス分散ノズル４２の各ガス噴射孔４２Ａから水平方向へ噴射され、また、成膜ガスであるＨＣＤガスは成膜ガス分散ノズル４４の各ガス噴射孔４４Ａから水平方向へ噴射され、両ガスが反応してシリコン窒化膜が形成される。この際、高周波電源５８からの高周波電圧が、プラズマ発生部４８の両プラズマ電極５６Ａ、５６Ｂ間に印加されている。従って、上記プラズマガス分散ノズル４４のガス噴射孔４４Ａより噴出されたＮＨ３ ガスが、高周波電圧が印加されているプラズマ電極５６Ａ、５６Ｂ間に流れ込み、ここでプラズマ化されて活性化し、例えばＮ＊、ＮＨ＊、ＮＨ２ ＊、ＮＨ３ ＊（記号＊はラジカルであることを示す）等のラジカル（活性種）を発生させる。このラジカルはプラズマ発生部４８の開口５２より処理容器１２内の中心方向に向けて放出されて拡散して、ウエハＷの相互間に層流状態で流れて行くことになる。そして、上記各ラジカルはウエハＷの表面に付着しているＨＣＤガスの分子と反応して上記したようにシリコン窒化膜を形成することになる。
【００２１】
さて、このような成膜動作中において、プラズマＰからの反射波は、図２或いは図３に示すような検波器７６により検出され、この反射波が”ゼロ”になるように制御部７８は高周波整合回路７４のインピーダンスを自動的にコントロールし、マッチングを行うことになる。図３に示す場合には、コンデンサＣ１、Ｃ２の値を適宜調整することになる。ここでは、例えばプラズマＰよりなる負荷のインピーダンスを”ａ＋ｊｂ”とした場合、制御部７８は上記高周波整合回路７４とプラズマＰの負荷が”５０Ω”になるように調整することになる。
上記のようにインピーダンス整合がとれた場合、両コンデンサＣ１、Ｃ２の合成インピーダンスを”−ｊ／（ωＣ）”とし、両コイルＬ１、Ｌ２のインピーダンスをそれぞれ”＋ｊωＬ１”及び”＋ｊωＬ２”とすると、虚数部がゼロになるので以下の式のようになる。
ωＬ１＋ωＬ２−１／（ωＣ）＝０
従って、プラズマＰ中の負荷の両端の電位、すなわちプラズマ電極５６Ａ（点ａ）とプラズマ電極５６Ｂ（点ｂ）の電位は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、位相は１８０度ずれることになる。
【００２２】
図４はプラズマ負荷の両端の電位とその合成電位を示すグラフである。図４（Ａ）は一方のプラズマ電極５６Ａ（点ａ）の電位Ｖａを示し、図４（Ｂ）は他方のプラズマ電極５６Ｂ（点ｂ）の電位Ｖｂを示す。従って、電位”ゼロ”のニュートラルの位置は負荷、すなわちプラズマＰ中の半分の所あたりに位置することになり、ここが仮想のグランド（接地）となる。この結果、両プラズマ電極５６Ａ、５６Ｂ間の電位差Ｖａｂ（＝Ｖａ−Ｖｂ）は図４（Ｃ）に示すように２倍の振幅で変化することになる。
このように、両プラズマ電極５６Ａ、５６Ｂを共に接地しないで励起電極状態（ホット状態）にすることにより、図８に示す従来の高周波回路のように両電極の内のいずれか一方を接地した場合と比較して２倍の電圧をプラズマＰに印加することができる。この結果、プラズマ密度を高くできるのみならず、プラズマの生成効率も向上させることが可能となる。
【００２３】
また、上述のように両プラズマ電極５６Ａ、５６Ｂを共に接地しないで励起電極状態（ホット状態）とすることにより、電極面積を増やすことができ、その分、単位面積当たりの電力パワー（電圧）を抑制することができる。このように単位面積当たりの電力パワーを抑制して電位差を小さくすることは、プラズマＰ中のイオンによるプラズマ電極５６Ａ、５６Ｂや処理容器１２（プラズマ区画壁５４）に対するダメージを抑制することが可能となる。
ここで、プラズマ電極間中のプラズマ密度をシミュレーションによって測定したので、その測定結果を図５に示す。図５においては、曲線Ａは従来装置のプラズマ密度の分布を示し、曲線Ｂは本発明装置のプラズマ密度を示す。図示するように、従来装置の曲線Ａは、左側の電極、すなわちホット状態の電極の近傍で１つのプラズマ密度のピークを示しているに過ぎない。これに対して、本発明装置の曲線Ｂは、両電極の近傍においてそれぞれプラズマ密度のピークを示しており、全体的にプラズマ密度を向上できることが確認できた。
【００２４】
また、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、図４（Ｂ）に示す電圧波形は図４（Ａ）に示す電圧波形に対して位相が１８０度ずれているが、図１中の可変になされたコンデンサＣ１、Ｃ２を適宜変化させることにより、図４（Ｂ）に示す電圧波形の位相差を変化させることができる。図６は電圧波形の位相差が変化する状態を示す図である。図６（Ａ）は図４（Ａ）と同じ電圧波形を示し、図６（Ｂ）は図６（Ａ）より位相が９０度ずれた時の電圧波形を示し、図６（Ｃ）は図６（Ａ）より位相が１８０度ずれた時の電圧波形を示す。
このように、プラズマ電極５６Ａ、５６Ｂ間の電圧位相を任意に変えることができるので、プラズマ密度を変えることができるのみならず、プラズマの時間依存安定性を変えることができ、プロセスに対応した最適なプラズマ密度を得ることができる。
尚、図１に示す装置例では、両コンデンサＣ１、Ｃ２を共に可変にしたが、これに限定されず、コンデンサＣ１、Ｃ２よりなる２つの容量性リアクタンス及びコイルＬ１、Ｌ２よりなる２つの誘導性リアクタンスの内、少なくとも１つのリアクタンスを可変にするように構成すればよい。
【００２５】
また、高周波整合回路７４の構成は、図３に示した構成に限定されず、例えば図７に示すように構成してもよい。図７は高周波整合回路の変形例を示す回路図である。図７（Ａ）に示す回路は、図３（Ａ）に示す回路において、誘導性リアクタンスであるコイルＬ１、Ｌ２と容量性リアクタンスであるコンデンサＣ１、Ｃ２との接続関係を逆にしたものであり、両コンデンサＣ１、Ｃ２をそれぞれ負荷からの各配線６０に対して直列に接続し、このコンデンサＣ１、Ｃ２を挟むようにして両コイルＬ１、Ｌ２を負荷に対して並列に接続している。また、ここでは両コイルＬ１、Ｌ２を可変にしている。
図７（Ｂ）に示す回路は、図３に示す回路において負荷に対して並列に接続した一方のコンデンサであって負荷に近い側のコンデンサＣ１を取り外して開放にした状態の回路構成であり、これに対して、図７（Ｃ）に示す回路は、図３に示す回路において負荷に対して並列に接続した他方のコンデンサであって負荷に遠い側のコンデンサＣ２を取り外して開放にした状態の回路構成であり、共にコンデンサＣ２、或いはコンデンサＣ１を可変にしている。
図７（Ｄ）に示す回路は、図７（Ａ）に示す回路において、負荷に対して並列に接続した一方のコイルであって負荷に近い側のコイルＬ１を取り外して開放にした状態の回路構成であり、これに対して、図７（Ｅ）に示す回路は、図７（Ａ）に示す回路において、負荷に対して並列に接続した他方のコンデンサであって負荷に遠い側のコイルＣ２を取り外して開放にした状態の回路構成であり、共にコイルＬ２、或いはコイルＬ１を可変にしている。
【００２６】
またここでは、シリコン窒化膜の成膜処理を例にとって説明したが、他の膜種の成膜処理でもよく、更には成膜処理に限定されず、プラズマエッチング処理、プラズマアッシング処理等に対しても本発明を適用することができる。
更には、ここでは一度に複数枚の半導体ウエハを処理できる縦型のバッチ式のプラズマ処理装置を例にとって説明したが、これに限定されず、半導体ウエハを１枚ずつ処理する枚葉式のプラズマ処理装置にも本発明を適用することができる。この場合には、例えば半導体ウエハを載置して保持する被処理体保持手段であるサセプタと、プラズマガスを含む処理ガス等を供給するシャワーヘッド部とが両プラズマ電極として構成されることになる。
また被処理体としては、半導体ウエハに限定されず、ガラス基板やＬＣＤ基板にも、本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の係るプラズマ処理装置の一例を示す縦断面構成図である。
【図２】プラズマ処理装置を示す横断面構成図である。
【図３】高周波電源の接続された高周波回路の等価回路を示す図である。
【図４】プラズマ負荷の両端の電位とその合成電位を示すグラフである。
【図５】従来装置と本発明装置のプラズマ密度の分布を示すグラフである。
【図６】電圧波形の位相差が変化する状態を示す図である。
【図７】高周波整合回路の変形例を示す回路図である。
【図８】高周波電極を含む従来の高周波回路の等価回路を示す図である。
【図９】従来の高周波整合回路の他の構成を示す図である。
【図１０】従来の高周波整合回路により両プラズマ電極に印加される電圧波形を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  プラズマ処理装置
１２  処理容器
２０  ウエハボート（被処理体保持手段）
３８  プラズマガス供給手段
４０  成膜ガス供給手段
４２  プラズマガス分散ノズル
４４  成膜ガス分散ノズル
４８  プラズマ発生部
５６Ａ，５６Ｂ  プラズマ電極
５８  高周波電源
６０  配線
６４  シールド
７０  加熱手段
７２  高周波整合手段
７４  高周波整合回路
７６  検波器
７８  制御部
Ｃ１，Ｃ２  コンデンサ
Ｌ１，Ｌ２  コイル
Ｗ  半導体ウエハ（被処理体）
【図１】
2006073913.tif 000003
【図２】
2006073913.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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