(57)【要約】      （修正有）【課題】被処理体が大口径化してもその膜厚の面内均一性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】気密な処理容器４内に配置され、サセプタ６上に載置された被処理体Ｗに対してプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、アンテナ部材２２と、アンテナ部材に接続された高周波電源３２と、複数の処理ガス供給通路５６Ａ，５６Ｂを備え、処理ガス供給通路と連通する処理ガス噴出孔から処理容器内に処理ガスを供給するためのガス供給部と、処理容器内を排気するための排気口５８Ａ，５８Ｂとを備え、ガス供給部は、処理ガス供給通路と連通する処理ガス噴出孔の位置が、処理容器の周方向に位置し、略均等に配置されて、処理容器内の中心部に向かって処理ガスを放出する。これにより、成膜の厚みの面内均一性を大幅に向上させることができる。【選択図】図８
2006100838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気密な処理容器内に配置され、サセプタ上に載置された被処理体に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
前記処理容器の外に設けられたアンテナ部材と、
前記アンテナ部材に接続された高周波電源と、
複数の処理ガス供給通路を備え、前記処理ガス供給通路と連通する処理ガス噴出孔から前記処理容器内に処理ガスを供給するためのガス供給部と、
前記処理容器内を排気するための排気口と、を備え、
前記ガス供給部は、前記被処理体面より上側に配置され、前記処理ガス供給通路と連通する前記処理ガス噴出孔の位置が、前記処理容器の周方向に位置し、略均等に配置されて、前記処理容器内の中心部に向かって処理ガスを放出することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
気密な処理容器内に配置され、サセプタ上に載置された被処理体に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
前記処理容器の外に設けられたアンテナ部材と、
前記アンテナ部材に接続された高周波電源と、
前記処理容器内に、被処理体を保持し、加熱可能な載置台と、
複数の処理ガス供給通路を備え、前記処理ガス供給通路と連通する処理ガス噴出孔から前記処理容器内に処理ガスを供給するためのガス供給部と、
前記処理容器内を排気するための排気口と、を備え、
前記ガス供給部は、前記被処理体面より上側に配置され、前記処理ガス供給通路と連通する前記処理ガス噴出孔の位置が、前記処理容器の周方向に位置し、略均等に配置されて、前記処理容器内の中心部に向かって処理ガスを放出することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記ガス供給部はノズルであることを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記ガス供給部はガス供給ヘッドであることを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記ガス供給部は、そのガス噴出孔面側がドーム状又はテーパ状であることを特徴とする請求項４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、プラズマ処理装置に係り、特に成膜を行うプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体製造工程にあっては、被処理体としての半導体ウエハに対して各種の処理、例えば成膜処理が施されるが、この成膜方法として化学的手法と物理的手法を併用したプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が知られている。
【０００３】
この処理を行うプラズマ処理装置は、例えば２枚の平板状の電極を平行に処理容器内に位置させ、これらの間にプラズマ発生用の高周波電源から例えば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させ、これによりウエハ表面にエッチング等の処理を施すようになっている。
【０００４】
上述のように平行平板電極間に発生したプラズマは、電界が一方の電極から他方の電極に向けられた交番磁界となることからこの電界に沿って電子が吸引されて気体分子と衝突してこれにより熱的に励起されにくい気体が活性化して所望の成膜を行うようになっている。
【０００５】
ところで、ウエハ面内に成膜を均一な厚さで形成することは、半導体製品の歩留まり向上のためには非常に重要であるが、成膜の厚みは原料ガス供給方法に大きく影響されるのが実情である。
この原料ガス供給方法としては、処理容器の側壁から供給ノズルを内部に挿通し、これよりウエハ表面に向けて原料ガスを供給する方法や、上部電極に平板状のシャワーヘッド構造を持たせて、これよりウエハ表面側に向けて原料ガスを供給する方法が知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のように処理室の側壁より単に原料ガスを供給するだけでは成膜に寄与する反応種がウエハ中心付近まで十分に到達し難く、ウエハ面内に均一厚さで成膜することが難しかった。
また、単なる平板状のシャワーヘッド構造では、供給ガスの流れが乱れる場合も生じ、この場合にも膜厚のウエハ面内均一性の確保が比較的難しかった。
【０００７】
また、本発明者は、先の出願（特願平５−３１７３７５号）において、処理容器内の上部或いは天井部外側にアンテナ部材を設けてこれからの電磁波によりプラズマを誘起するいわゆる誘導結合型のプラズマ形成方法を提案した。
【０００８】
これによれば１×１０−３Ｔｏｒｒ以下の低圧下でもプラズマを発生させて且つプラズマの均一性を高めることができることから、プラズマエッチングやプラズマ成膜処理の処理特性を高めることができるが、この誘導結合型のプラズマ処理装置において上述のシャワーヘッド構造を採用した場合には、アンテナ部材からの電磁波の一部が誘電体よりなるシャワーヘッド構造に吸収されてしまい、プラズマ生成効率の低下を招いてしまう。そのため、誘導結合型のプラズマ処理装置の場合には、プラズマ生成効率の低下を防止するために原料ガス等は処理容器の側壁から導入せざるを得ず、そのために前述したように膜厚の面内均一性を十分に確保できなくなるという問題が発生していた。
特に、半導体ウエハが大口径化し、例えば８インチウエハのような大きなウエハになるとウエハ中心部と周辺部とのガス濃度の均一化が大きな課題となる。
【０００９】
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、被処理体が大口径化してもその膜厚の面内均一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】
【００１０】
本発明者は、鋭意研究の結果、原料ガスを処理容器の側壁から導入する場合、ノズル先端とウエハエッジとの間の距離が成膜の面内均一性に大きく影響し、且つウエハの大口径化に伴ってウエハ中心部まで均一な濃度のガスを供給するには複数段に亘って噴出孔を設けるのが良い、という知見を得ることによって本発明はなされたものである。
【００１１】
上記問題点を解決するために、第１の発明は、気密な処理容器内に配置され、サセプタ上に載置された被処理体に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、前記処理容器の外に設けられたアンテナ部材と、前記アンテナ部材に接続された高周波電源と、複数の処理ガス供給通路を備え、前記処理ガス供給通路と連通する処理ガス噴出孔から前記処理容器内に処理ガスを供給するためのガス供給部と、前記処理容器内を排気するための排気口と、を備え、前記ガス供給部は、前記被処理体面より上側に配置され、前記処理ガス供給通路と連通する前記処理ガス噴出孔の位置が、前記処理容器の周方向に位置し、略均等に配置されて、前記処理容器内の中心部に向かって処理ガスを放出することを特徴とするプラズマ処理装置である。
【００１２】
第２の発明は、気密な処理容器内に配置され、サセプタ上に載置された被処理体に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、前記処理容器の外に設けられたアンテナ部材と、前記アンテナ部材に接続された高周波電源と、前記処理容器内に、被処理体を保持し、加熱可能な載置台と、複数の処理ガス供給通路を備え、前記処理ガス供給通路と連通する処理ガス噴出孔から前記処理容器内に処理ガスを供給するためのガス供給部と、前記処理容器内を排気するための排気口と、を備え、前記ガス供給部は、前記被処理体面より上側に配置され、前記処理ガス供給通路と連通する前記処理ガス噴出孔の位置が、前記処理容器の周方向に位置し、略均等に配置されて、前記処理容器内の中心部に向かって処理ガスを放出することを特徴とするプラズマ処理装置である。
【００１３】
この場合、例えば請求項３に規定するように、前記ガス供給部はノズルである。また、例えば請求項４に規定するように、前記ガス供給部はガス供給ヘッドである。更に、例えば請求項５に規定するように、前記ガス供給部は、そのガス噴出孔面側がドーム状又はテーパ状である。
【００１４】
＜作用＞
本発明は、以上のように構成したので、高周波電源に接続されたアンテナ部材からの電磁波により、処理ガス噴出孔から供給された処理ガスが励起され、成膜用の反応種となる。ここで、処理ガス噴出孔は、処理容器内に複数段に設けられ、上段側に位置する噴出孔は、処理容器の中心側に位置される。従って、下段側に位置する処理ガス噴出孔からのシラン等の原料ガスは主に被処理体の周縁部の成膜に寄与し、上段側に位置する処理ガス噴出孔からの原料ガスは主に被処理体の中心部近傍における成膜に寄与する。従って、全体として形成される成膜の面内均一性を高めることができる。
この場合、処理ガス供給通路を形成するために処理容器の側壁より内部に放射状に延びる複数の供給ノズルを設けるようにしてもよい。
【００１５】
また、上記した処理ガス噴出孔の上方に、Ａｒガスや酸素などの添加ガスを供給する添加ガス噴出孔を設けることにより、この添加ガスと処理ガスとをより均一に混合でき成膜の面内均一性を一層高めることができる。
更に、処理ガス供給方法として第２或いは第３の発明のように処理容器内にガス噴出面がドーム状或いはテーパ状になされたガス供給ヘッドを設け、このガス噴出面に複数段に亘って処理ガス噴出孔を設けることもできる。
【００１６】
これによれば、第１の発明と同様に、上段側に位置する処理ガス噴出孔は、下段側に位置する処理ガス噴出孔よりも処理容器の中心側に位置されることになるので、第１の発明と同様な作用効果を発揮することができる。
【発明の効果】
【００１７】
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。
処理容器内に処理ガス噴出孔を複数段に亘って設けると共に上段側に位置する処理ガス噴出孔を下段側に位置する処理ガス噴出孔よりも処理容器の中心側へ位置させるようにしたので、被処理体の上方のプラズマ濃度や反応種の濃度を均一化させることができ、従って、被処理体の表面に形成される成膜の厚みの面内均一性を大幅に向上させることができる。
従って、被処理体の直径が大きくなっても処理ガス噴出孔を複数段設けることによりこれに対応させることが可能となり、成膜の厚みの面内均一性を高く維持することができる。
ガス噴出面がドーム状或いはテーパ状のガス供給ヘッドに複数段の処理ガス噴出孔を設けることにより、前述と同様に上段側の処理ガス噴出孔は下段側の処理ガス噴出孔よりも処理容器の中心側に位置され、この結果、同様に膜厚の面内均一性を向上させることができる。
また、処理ガス噴出孔の上段側に添加ガス噴出孔を設けることにより、処理容器内へ導入された処理ガス（原料ガス）と添加ガスとを均一に混合させることができ、従って、膜厚の面内均一性を一層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】
【００１８】
以下に、本発明に係るプラズマ処理装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係るプラズマ処理装置を示す概略斜視図、図２は図１に示す処理装置の断面図、図３は図１に示す処理装置の平面図、図４はガス供給ノズル位置に対する成膜の評価を行うためにノズルとウエハとの位置関係を示す図、図５はノズル先端とウエハの高さ方向の距離に対する膜厚の面内均一性を示すグラフ、図６はノズルの長さに対する膜厚の面内均一性を示すグラフ、図７は図６に示すグラフの結果を説明するための説明図である。
本実施例においては、本発明に係るプラズマ処理装置をプラズマＣＶＤ装置に適用した場合について説明する。
【００１９】
このプラズマＣＶＤ装置２の処理容器４は、天井部及び底部も含めて例えばアルミニウムやステンレス等の導電性材料により円筒体状に成形されて接地されていると共にその内部には下部電極としてのサセプタ６が設置されている。
このサセプタ６は、例えばアルマイト処理したアルミニウム等により中央部が凸状に平坦になされた略円柱状に成形されており、この下部は同じくアルミニウム等により円柱状になされたサセプタ支持台８により支持されると共にこのサセプタ支持台８は、処理容器４の底部に絶縁材１０を介して設置されている。
【００２０】
このサセプタ６は、給電路１２により切替スイッチ１４を介して高周波電源１６とアースとに選択的に接続可能になされている。
そして、このサセプタ６上に例えば図示しない静電チャック機構等により被処理体としての半導体ウエハＷを載置保持するようになっている。
【００２１】
このサセプタ６とサセプタ支持台８との間には、サセプタ６上のウエハＷを加熱或いは温度調整するための例えばセラミックヒータ１８が設けられ、サセプタ支持台８には加熱したウエハを冷却する目的で例えば冷却水を流す冷却ジャケット２０が設けられている。
【００２２】
また、処理容器４内の上部には、１ターン或いは２ターン程度の渦巻状になされた例えば銅製のアンテナ部材２２が設けられている。このアンテナ部材２２は、容器天井部からの絶縁及びプラズマスパッタによる重金属汚染防止の目的で、例えば石英よりなる上部絶縁板２４と下部絶縁板２６とにより挟み込まれて天井部に取り付け固定されている。このアンテナ部材２２の両端には、絶縁された給電線２８を介してマッチングボックス３０及び電磁波発生用の高周波電源３２が接続されており、処理空間Ｓに向けて電磁波を放射し得るようになっている。
また、処理容器４の底部には、図示しない真空ポンプに接続された排気口３３が設けられ、また、その側壁には、ウエハＷの搬入・搬出を行う開閉可能になされた図示しないゲートバルブが設けられる。
【００２３】
一方、処理容器４の側壁からは処理ガスとしての原料ガス、例えばシランガスを導入するために本発明の特長とする原料ガス供給ノズル３４が内部に放射状に８方向から挿通されている。
尚、ノズル挿通方向は８方向に限定されず、２方向以上ならばどのような数でも良く、容器周方向へ略均等な角度で配置される。
【００２４】
具体的には、各供給ノズル３４は、処理ガスを供給するための供給通路を構成するものであり、例えば石英等の絶縁体によりパイプ状に成形されており、側壁に上下方向に沿って複数段、例えば図示例にあっては３段に亘ってノズル３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃが図示しないシール部材等により気密に設けられている。このノズルの段数は３段に限定されず、２段或いはそれ以上でも良くウエハサイズにより決定される。
各ノズル３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃの基端部は、ガス供給管３８を介して処理ガスとして例えばシラン等の原料ガスを貯める処理ガス源４０に接続される。
【００２５】
そして、３段に亘って設けられた各ノズル３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃの先端の処理ガス噴出孔３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃは、上段に位置するもの程、処理容器の中心側に位置されている。従って、最下段の供給ノズル３４Ｃの処理ガス噴出孔３６Ｃよりも、その上の段（中段）の供給ノズル３４Ｂの処理ガス噴出孔３６Ｂは容器中心側に位置され、この噴出孔３６Ｂよりも、その上の段（上段）の供給ノズル３４Ａの処理ガス噴出孔３６Ａは更に容器中心側に位置される。
【００２６】
また、最下段の供給ノズル３４Ｃのガス噴出孔３６Ｃは、処理容器の側壁とウエハのエッジとの間に位置するようにし、水平距離にしてガス噴出孔３６Ｃとウエハエッジとの間の距離Ｌ１は２５ｍｍ程度に設定する。これによりウエハ面上の処理空間内に原料ガスを均一に供給して成膜の面内均一性を向上させることが可能となる。
【００２７】
また、最上段の処理ガス供給ノズル３４Ａの更に上方の側壁には、放射状の各ノズルに対応させて配置された同じく石英製の添加ガス供給ノズル４２が水平方向に挿通されており、このノズルの基端部は、ガス供給管４６を介して添加ガス、例えばＡｒガスを貯めるＡｒガス源４８及び酸素ガス源５０に接続されている。そして、このノズル４２の先端部である添加ガス噴出孔４４は、各処理ガス噴出孔３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃの上方に位置されており、上記添加ガス噴出孔４４から噴出するＡｒガス、酸素ガス等の添加ガスをこの下方に位置する処理ガス噴出孔３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃから噴出される原料ガスと効率良く均一に混合させ得るようになっている。
【００２８】
ここで、上述のように処理ガス噴出孔３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃを複数段設けて上段に位置する噴出孔程、容器中心側に位置させることにより成膜の面内均一性を改善することができる理由を図４乃至図７に基づいて説明する。
図４においてウエハＷと原料ガス供給ノズル５２との間の垂直方向の距離Ｇを変えた場合及び原料ガス供給ノズル５２の長さＬを変えてノズル先端とウエハエッジの距離を変えた場合についてそれぞれ成膜の面内均一性を調べた。尚、容器側壁とウエハエッジとの間は１００ｍｍに設定されており、ウエハサイズは５インチである。
【００２９】
まず、ノズルの垂直方向の距離Ｇを種々変化させて成膜を行った時の面内均一性について評価した。この時、ノズルの長さＬを７５ｍｍに固定することによりノズル先端とウエハエッジとの間を２５ｍｍに設定した。この時の膜厚の均一性の結果は図５に示される。
【００３０】
図５から明らかなようにノズルの垂直方向の距離Ｇを大きくする程、面内均一性が向上し、距離Ｇを略７５ｍｍ以上に設定することにより膜厚の均一性が略一定になることが判明する。但し、この場合、グラフには現れていないが面内均一性は向上するが成膜の堆積率が低下するので過度には距離Ｇを大きく設定することはできない。
【００３１】
次に、ノズルの垂直方向の距離Ｇを７５ｍｍに固定し、ノズルの長さＬを種々変化させて成膜を行った時の面内均一性について評価した。この時の膜厚の面内均一性の結果は図６及び図７に示される。
図から明らかなようにノズル５２を容器側壁から内部に挿入するに従って面内均一性は良好となり、距離Ｌが７５ｍｍの時（ノズル先端とウエハエッジ間の距離は略２５ｍｍ）、面内均一性は最良となり、更にノズル５２を挿入するに従って今度は、面内均一性が劣化することが判明する。
【００３２】
この時のウエハ面内の膜厚を、距離Ｌ＝０、Ｌ＝７５、Ｌ＝１００の３点で実際に調べたところ図７に示すような結果を得た。
図７（Ａ）に示すように距離Ｌ＝０ｍｍの場合は、ウエハ中心近傍の膜厚が小さ過ぎ、図７（Ｂ）に示すように距離Ｌ＝７５ｍｍの場合は、膜厚がウエハ直径方向に沿って略均一で良好な結果となり、図７（Ｃ）に示すように距離Ｌ＝１００ｍｍの場合は、ウエハ中心近傍及びウエハ周辺近傍の膜厚が小さく、その中間部の膜厚が大きくなっている。
【００３３】
従って、ウエハ中心近傍の膜厚を大きくするには、ノズル先端を容器内中心側まで挿入し、且つウエハ中心近傍以外の部分への影響を抑制するためにノズル先端をウエハ面から遠く離すようにし、また、ウエハ周辺部の膜厚をある程度大きくするためにはウエハエッジよりも水平方向に僅かに離れた位置であって且つ先の中心部側のノズル位置よりも低い位置にノズル先端を位置させるのが良いことが判明する。
【００３４】
以上のような理由から、前述のように、処理ガス噴出孔を複数段に亘って設け、上段側に位置する噴出孔程、容器中心側に位置させることにより、成膜効率を高く維持した状態で成膜の面内均一性を改善できることが明らかとなる。
【００３５】
次に、以上のように構成された本実施例の動作について説明する。
まず、図示しないゲートバルブを介して半導体ウエハＷを、図示しないアームにより処理容器４内に収容し、これをサセプタ６上に載置保持させる。
【００３６】
そして、この処理容器４内は、排気口３３から真空排気することにより真空状態になされ、各原料ガス供給ノズル３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃからは、例えばシラン等の原料ガスを供給すると共にこの上方に位置する添加ガス供給ノズル４２からは、Ａｒガスと酸素の混合された添加ガスを供給して内部をプロセス圧、例えば１×１０−３Ｔｏｒｒ程度のかなり低い圧力状態に維持し、同時にプラズマ発生用の高周波電源３２より、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波をアンテナ部材３２に印加する。
【００３７】
すると、アンテナ部材６のインダクタンス成分の誘導作用により処理空間Ｓに電磁波が発射されると同時に、アンテナ部材６と処理容器４との間の容量成分の作用により処理空間Ｓには交番電界が生じ、この結果処理空間ＳにはＡｒガスが励起されてプラズマが生じ、この結果、熱的に励起され難い原料ガスや酸素が活性化されて反応種が生じてＳｉＯ２ の成膜がウエハ表面に堆積することになる。
【００３８】
この場合、従来の平行平板電極形の装置と比較してプラズマは１×１０−３Ｔｏｒｒ〜１×１０−６Ｔｏｒｒの間のかなり低い圧力下でも発生するので、成膜時の反応種の散乱も少なくて方向性が揃っており、均一な厚みの成膜を施すことができる。
【００３９】
特に、本実施例においては原料ガスを供給する原料ガス供給ノズル３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃを複数段に亘って設け、そして、上段に位置するノズル程長くしてその先端の処理ガス噴射孔を処理空間Ｓの中心側に位置させるようにしているので、ウエハ周辺部近傍に位置する処理ガス噴射孔、例えば３６Ｃからの原料ガスは主にウエハ周縁部の成膜に寄与し、ウエハ中央部近傍に位置する処理ガス噴出孔、例えば３６Ｂ、３６Ａからの原料ガスは主にウエハの周縁部と中央部の間の中間部近傍及びウエハ中央部近傍の成膜に寄与し、結果的に、ウエハ面内に亘ってバランス良く成膜を施すことができ、膜厚の面内均一性を大幅に改善することができる。
【００４０】
この場合、処理ガス噴射孔が処理空間Ｓの中心側に位置する程、複数段にすることによってその噴射孔をウエハ面から次第に離れた高い位置に設置するようにしているので、ウエハ中心側に位置する処理ガスの噴射孔、例えば３６Ａからの原料ガスが成膜に過度に寄与することを防止しており、結果的に、上述のように膜厚の面内均一性を大幅に改善することができる。
【００４１】
更には、本実施例においては、原料ガスと比較して分子量の大きなＡｒガスや酸素等の添加ガス供給ノズル４２を各原料ガス供給ノズル３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃの上方に位置させているので、供給された原料ガスと添加ガスが良く混合され、従って、この点よりも膜厚の面内均一性を一層改善することができる。
従って、ウエハが大口径化してもこれに対応することができ、例えば８インチ或いはそれ以上の大直径ウエハの膜厚の面内均一性も向上させることができる。
【００４２】
また、各供給ノズル３４、４２はそれぞれ側壁より放射状に挿入されてその先端がアンテナ部材２２の下方に余り位置しないようになっているので、アンテナ部材２２からの電磁波が余り吸収されることがなく、この電力を効率的にプラズマ発生に寄与させることができる。
【００４３】
尚、上記実施例にあっては、図３に示すように放射状に８方向からノズルを挿入させて設けた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、ノズルを円筒状の処理容器の周方向に沿って均等に配置するならば、３、４、５、６、７方向等その数に限定されない。
【００４４】
また、実施例にあっては３段に亘って原料ガス供給ノズル３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃを設けた場合を例にとって説明したが、この段数も限定されず、２段或いは４段以上に設定するようにしてもよい。
【００４５】
更には、上記実施例では、添加ガスとしてＡｒガスと酸素とを混合した状態で添加ガス供給ノズル４２から容器内に導入するようにしたが、これら添加ガスを混合することなしで別々のノズルからそれぞれ単独で導入するようにしてもよい。
【００４６】
更には、アンテナ部材２２を処理容器４内に設置してあることから、放射された電磁波は容器壁に反射してプラズマ化のための電力として使用されるので、エネルギ効率を高めることができる。
【００４７】
また、上記実施例にあっては、原料ガス供給ノズル３４や添加ガス供給ノズル４２としてパイプ状の石英製ノズルを内部に挿入させて形成するようにしたが、これに限定されず以下のように構成してもよい。尚、図２に示す部分と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００４８】
図８及び図９は他のガス供給方法の一例を示す図であり、処理容器４内の上部であって、石英ガラスよりなる絶縁板２４、２６で被われたアンテナ部材２２の下方には、同じく石英ガラスにより下面のガス噴出面５４Ａがドーム状に形成されたガス供給ヘッド５４が設けられている。
【００４９】
このガス供給ヘッド５４には、上下方向に複数段、図示例にあっては上下２段に原料ガス供給通路５６Ａ、５６Ｂが水平方向に沿って形成されており、各通路の先端はガス噴出面５４Ａにおいて処理ガス噴出孔５８Ａ、５８Ｂとして構成される。従って、この場合にも、上段に位置する原料ガス供給通路５６Ａの処理ガス噴出孔５８Ａは、この下段に位置する原料ガス供給通路５６Ｂの処理ガス噴出孔５８Ｂよりも処理容器内の中心側に位置されることになる。
【００５０】
そして、上段の原料ガス供給通路５６Ａの上方には、前述の実施例と同様に、添加ガスを導入するための添加ガス供給通路６０が形成され、この先端はガス噴出面５４Ａにおいて、上段の処理ガス噴出孔５８Ａの更に上方において添加ガス噴出孔６２として構成されることになる。この場合においても処理ガス噴出孔５８Ａ、５８Ｂは、上段に位置する噴出孔ほど処理容器内の中心側に位置させているので、図２に示す装置と同様な作用効果を発揮し、成膜の厚みの面内均一性を向上させることができ、しかもウエハの大口径化にも対応することができる。
【００５１】
また、図８に示す装置例にあっては、ガス供給ヘッド５４に形成した原料ガス供給通路５６Ａ、５６Ｂや添加ガス供給通路６０をそのままガス通路として構成したが、これに限定されず、例えば図９に示す拡大図のように各ガス供給通路５６Ａ、５６Ｂに金属製パイプ６４Ａ、６４Ｂを挿通させ、この中にガスを流すような構造としてもよい。この場合には、金属製パイプ６４Ａ、６４Ｂへのプラズマスパッタを避けるためにパイプ先端は、各ガス供給通路５６Ａ、５６Ｂの先端の処理ガス噴出孔５８Ａ、５８Ｂから処理空間Ｓ側に突出しないようにそれよりも僅かに後退させた所に位置させておく。そして、各金属製パイプ６４Ａ、６４Ｂ内にてプラズマ放電が発生しないようにそれぞれをグランドに接続しておくようにする。尚、図９には示されていないが添加ガス供給通路６０内も原料ガス供給通路５６Ａ、５６Ｂ内と同様に構成されているのは勿論である。
【００５２】
また、以上の各実施例にあっては各ガス供給通路は全体が略水平方向に沿って形成されているが、各ガス供給通路の先端部をサセプタの中心方向に向けて下方向に屈曲させるようにして形成してもよい。
【００５３】
図８及び図９に示す実施例にあっては、ガス供給ヘッド５４のガス噴射面５４Ａをドーム状に成形した場合について説明したが、これに限定されず、例えば図１０及び図１１に示すようにテーパ状に形成してもよい。図１０はガス供給ヘッドの変形例を示す斜視図、図１１は図１０に示すガス供給ヘッドの断面図である。
【００５４】
この実施例においては、石英ガラス製のガス供給ヘッド５４の内側のガス噴射面５４Ａは、ドーム状でなく多角錐或いは円錐体の斜面の一部を形成するようにテーパ状に形成されており、このガス供給ヘッド５４に、図８に示したと同様に複数段、例えば２段の原料ガス供給通路５６Ａ、５６Ｂ及び添加ガス供給通路６０を設けるようにする。特に、この実施例においては、各ガス供給通路５６Ａ、５６Ｂ、６０の先端部をサセプタの中心方向に向けて斜め下方向へ屈曲させてあり、噴出ガスを効率的にサセプタ上方の処理空間Ｓに向けるようになっており、この点よりウエハ上に形成される成膜の厚みの面内均一性を一層向上させることが可能となる。
【００５５】
また、以上説明した各実施例にあっては、処理容器内の上部に、絶縁板２４、２６により被われたアンテナ部材２２を設けるようにしたが、これに限定されず、図１２及び図１３に示すようにガス供給ヘッドを構成する絶縁部材内にアンテナ部材を埋め込んで覆うようにしてもよい。図１２においては、石英ガラス製のガス供給ヘッド５４を、所定の厚みを持ったドーム形状に成形し且つこのヘッド５４を上側ヘッド部６６Ａと下側ヘッド部６６Ｂとに上下方向に２分割可能としている。この下側ヘッド部６６Ｂの半球状の下面をガス噴出面５４Ａとして構成する。
【００５６】
そして、これら上側及び下側ヘッド部６６Ａ、６６Ｂの接合部にアンテナ部材２２を収容し得る螺旋状の溝６８を設け、これにアンテナ部材２２を収容した状態で上側及び下側ヘッド部６６Ａ、６６Ｂを接合する。
また、このドーム状のガス供給ヘッド５４には、図８に示したと同様な原料ガス供給通路５６Ａ、５６Ｂが複数段、例えば２段設けられ、更にその上段には添加ガス供給通路６０が設けられる。これにより、上段側の原料ガス供給通路５６Ａの先端の処理ガス噴出孔５８Ａを下段側の原料ガス供給通路５６Ｂの先端の処理ガス噴出孔５８Ｂよりも処理容器の中心側に位置させる。
【００５７】
この場合にも図２と同様な作用効果を発揮するのみならず、ガス供給ヘッド５４内にアンテナ部材２２を組み入れるようにしたので、例えば図８に示す装置例において必要とされた上部及び下部絶縁板２４、２６を不要にでき、構造を簡単化することができる。
【００５８】
また、図１３は図１２に示す、所定の厚みのドーム状のガス供給ヘッド５４に替えて、所定の厚みのテーパ状のガス供給ヘッド５４を設けている。この場合も、所定の厚みのテーパ状のガス供給ヘッド５４を上側ヘッド部６６Ａと下側ヘッド部６６Ｂとに上下に分離可能としてこれらの接合部にアンテナ部材２２を介在させ、更に、このガス供給ヘッド５４に複数段に亘って原料ガス供給通路５６Ａ、５６Ｂを設け、その上段に添加ガス供給通路６０を設けた点は図１２に示した実施例と同様な構造である。
【００５９】
また、従来のシャワーヘッド構造にあってはガス噴出口近傍に生じた段差部分に膜が付着してパーティクルの原因となったが、上述のようにガス噴出面をドーム形状或いはテーパ形状とすることによりガス噴出口近傍に段差部分がなくなり、膜形成を防止できるのでパーティクルの減少に寄与できる。
【００６０】
上記各実施例にあっては、ガス噴出面をドーム状或いはテーパ状にして上段側の処理ガス噴出孔を下段側の処理ガス噴出孔よりも処理容器の中心側に位置させるようにしたが、この噴出孔の位置関係を満足するものであればガス噴出面の形状は上述したものに限定されず、例えば階段状の段差形状に形成してもよい。
【００６１】
また、以上の各実施例にあっては、処理容器内の側壁側から原料ガス供給通路や添加ガス供給通路を挿入乃至供給する場合について説明したが、これに限定されず、例えば図１４に示すように処理容器４内の天井部に上部、下部絶縁板２４、２６で挟み込んだアンテナ部材２２を設け、この天井部から原料ガスや添加ガスを供給するための例えば石英ガラス製のガス供給ヘッド７０を垂下させて支持させるようにしてシャワーヘッド構造としてもよい。この場合、通常の従来のシャワーヘッド構造は下部電極に対向する下面のガス噴出面は平板プレート状に成形されているが、本実施例においてはガス噴出面５４Ａは、例えば図８や図１２に示す構造と同様にドーム状に成形されており、このガス噴出面５４Ａに複数の処理ガス噴出孔５８Ａ、５８Ｂを形成する。従って、この場合にも各処理ガス噴出孔の内、上段側に位置する噴出孔５８Ａは、下段側に位置する噴出孔５８Ｂよりも処理容器の中心側に位置するので、図８や図１２に示す構造と同様な作用効果を発揮することができる。この場合、ガス供給ヘッド７０内には、多数の拡散孔７２を有する１枚或いは２枚の拡散板７４Ａ、７４Ｂを設けることにより、処理空間Ｓに対する供給ガスの供給量の均一化を図ることができる。
【００６２】
尚、以上の各実施例においては、アンテナ部材２２を容器内に収容した場合について説明したが、これをシールドして容器の外側、例えば天井部の上面側に位置させるようにしてもよい。
また、各実施例においては、原料ガスとしてシランガス（ＳｉＨ４ ）を用い、添加ガスとしてＡｒガスと酸素を用いた場合を例にとって説明したが、これらのガスに限定されないのは勿論である。
【００６３】
以上説明したように、処理容器内に処理ガス噴出孔を複数段に亘って設けると共に上段側に位置する処理ガス噴出孔を下段側に位置する処理ガス噴出孔よりも処理容器の中心側へ位置させるようにしたので、被処理体の上方のプラズマ濃度や反応種の濃度を均一化させることができ、従って、被処理体の表面に形成される成膜の厚みの面内均一性を大幅に向上させることができる。
従って、被処理体の直径が大きくなっても処理ガス噴出孔を複数段設けることによりこれに対応させることが可能となり、成膜の厚みの面内均一性を高く維持することができる。
ガス噴出面がドーム状或いはテーパ状のガス供給ヘッドに複数段の処理ガス噴出孔を設けることにより、前述と同様に上段側の処理ガス噴出孔は下段側の処理ガス噴出孔よりも処理容器の中心側に位置され、この結果、同様に膜厚の面内均一性を向上させることができる。
また、処理ガス噴出孔の上段側に添加ガス噴出孔を設けることにより、処理容器内へ導入された処理ガス（原料ガス）と添加ガスとを均一に混合させることができ、従って、膜厚の面内均一性を一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に係るプラズマ処理装置を示す概略斜視図である。
【図２】図１に示す処理装置の断面図である。
【図３】図１に示す処理装置の平面図である。
【図４】ガス供給ノズル位置に対する成膜の評価を行うためにノズルとウエハとの位置関係を示す図である。
【図５】ノズル先端とウエハの高さ方向の距離に対する膜厚の面内均一性を示すグラフである。
【図６】ノズルの長さに対する膜厚の面内均一性を示すグラフである。
【図７】図６に示すグラフの結果を説明するための説明図である。
【図８】ガス噴出面をドーム状に形成した本発明の装置を示す概略断面図である。
【図９】図８に示す装置の変形例を示す要部拡大図である。
【図１０】ガス噴出面がテーパ状に形成されたガス供給ヘッドを示す斜視図である。
【図１１】図１０に示すガス供給ヘッドの断面図である。
【図１２】ガス供給ヘッド自体をドーム状に成形した本発明の装置例を示す概略断面図である。
【図１３】ガス供給ヘッド自体をテーパ状に成形した本発明の装置例を示す概略断面図である。
【図１４】天井部から垂下させたガス供給ヘッドのガス噴出面をドーム状にした本発明の装置例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
２        プラズマＣＶＤ装置（プラズマ処理装置）
４        処理容器
６        サセプタ（下部電極）
８        サセプタ支持台
２２      アンテナ部材
２４      上部絶縁板
２６      下部絶縁板
３２      高周波電源
３４      原料ガス供給ノズル
３４Ａ    上段原料ガス供給ノズル
３４Ｂ    中段原料ガス供給ノズル
３４Ｃ    下段原料ガス供給ノズル
３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃ    処理ガス噴出孔
４０      処理ガス源
４８      Ａｒガス源
５０      酸素ガス源
５４      ガス供給ヘッド
５４Ａ    ガス噴出面
５６Ａ、５６Ｂ    原料ガス供給通路
５８Ａ、５８Ｂ    処理ガス噴出孔
６６Ａ    上側ヘッド部
６６Ｂ    下側ヘッド部
７０      シャワーヘッド
７４Ａ、７４Ｂ    拡散板
Ｗ        半導体ウエハ（被処理体）
【図１】
2006100838.tif 000003
【図２】
2006100838.tif 000004
【図３】
2006100838.tif 000005
【図４】
2006100838.tif 000006
【図５】
2006100838.tif 000007
【図６】
2006100838.tif 000008
【図７】
2006100838.tif 000009
【図８】
2006100838.tif 000010
【図９】
2006100838.tif 000011
【図１０】
2006100838.tif 000012
【図１１】
2006100838.tif 000013
【図１２】
2006100838.tif 000014
【図１３】
2006100838.tif 000015
【図１４】
2006100838.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成17年10月12日(2005.10.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気密な処理容器内に配置された被処理体に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
前記処理容器の外に配置するアンテナ部材と、
前記処理容器内に前記アンテナ部材を介して、電磁波を供給するための電磁波発生電源と、
前記被処理体を保持する載置台と、
前記処理容器内に処理ガスを供給するための処理ガス噴出孔を有する複数のガス供給ノズルと、
前記処理容器内を排気する排気口と、
を備え、
前記ガス供給ノズルは、前記処理容器の側壁から前記処理容器内の中心側に所定の長さで形成され、前記被処理体面より上方に、前記処理容器の周方向に均等に配置する前記ガス供給ノズルの先端に形成する前記処理ガス噴出孔と前記被処理体のエッジとの間の距離が０〜１００ｍｍに設定されることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
気密な処理容器内に配置された被処理体に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
前記処理容器の外に配置するアンテナ部材と、
前記処理容器内に前記アンテナ部材を介して、電磁波を供給するための電磁波発生電源と、
前記被処理体を保持する載置台と、
前記処理容器内に処理ガスを供給するための処理ガス噴出孔を有する複数のガス供給ノズルと、
前記処理容器内を排気する排気口と、
を備え、
前記ガス供給ノズルは、前記処理容器の側壁から前記処理容器内の中心側に所定の長さで形成し、前記被処理体面より上方に、前記処理容器の周方向に均等に配置され、前記ガス供給ノズルの先端に形成する前記処理ガス噴出孔と前記被処理体のエッジとの間の距離が０〜１００ｍｍに設定され、且つ前記ガス供給ノズルと前記被処理体との間の垂直方向の距離が７５ｍｍ以上に設定されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記載置台は、下部電極としての機能を有することを特徴とする請求項１または２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記載置台は、前記処理容器の底部に絶縁材を介して配置す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】
前記載置台は、高周波電源が接続されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記載置台は、冷却手段を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記載置台は、前記被処理体を加熱する加熱手段を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記加熱手段は、セラミックヒータであることを特徴とする請求項７記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記載置台は、静電チャックとしての機能を有することを特徴とする１乃至８のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記アンテナ部材は、渦巻き状であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
被処理体上に、プラズマ処理により、所定の膜を形成するプラズマＣＶＤ装置において、
前記被処理体をプラズマ処理を施すための処理容器と、
前記処理容器の天井部に配置する絶縁板と、
前記処理容器の外に配置するアンテナ部材と、
前記処理容器内に前記アンテナ部材及び絶縁板を介して、電磁波を供給するための電磁波発生電源と、
前記処理容器内に配置され、前記被処理体を保持する載置台と、
前記処理容器内に処理ガスを供給するための処理ガス噴出孔を有する複数のガス供給ノズルと、
前記処理容器内を排気する排気口と、
を備え、
前記ガス供給ノズルは、前記処理容器の側壁から前記処理容器内の中心側に所定の長さで形成し、前記被処理体面より上方に、前記処理容器の周方向に均等に配置され、前記ガス供給ノズルの先端に形成された前記処理ガス噴出孔と前記被処理体のエッジとの距離が０〜１００ｍｍに設定されることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記処理ガス噴出孔と前記被処理体との間の垂直方向の距離が７５ｍｍ以上に設定されることを特徴とする請求項１１記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記載置台は、前記被処理体を加熱する加熱手段を有することを特徴とする請求項１１または１２記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記加熱手段は、セラミックヒータであることを特徴とする請求項１３記載のプラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記載置台は、静電チャックとしての機能を有することを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１６】
前記アンテナ部材は、渦巻き状であることを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１７】
前記処理ガス噴出孔と前記被処理体のエッジとの間の距離が０〜８０ｍｍに設定されることを特徴とする請求項１１乃至１６のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
上記問題点を解決するために、第１の発明は、気密な処理容器内に配置された被処理体に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、前記処理容器の外に配置するアンテナ部材と、前記処理容器内に前記アンテナ部材を介して、電磁波を供給するための電磁波発生電源と、前記被処理体を保持する載置台と、前記処理容器内に処理ガスを供給するための処理ガス噴出孔を有する複数のガス供給ノズルと、前記処理容器内を排気する排気口と、を備え、前記ガス供給ノズルは、前記処理容器の側壁から前記処理容器内の中心側に所定の長さで形成され、前記被処理体面より上方に、前記処理容器の周方向に均等に配置する前記ガス供給ノズルの先端に形成する前記処理ガス噴出孔と前記被処理体のエッジとの間の距離が０〜１００ｍｍに設定されることを特徴とするプラズマ処理装置である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
第２の発明は、気密な処理容器内に配置された被処理体に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、前記処理容器の外に配置するアンテナ部材と、前記処理容器内に前記アンテナ部材を介して、電磁波を供給するための電磁波発生電源と、前記被処理体を保持する載置台と、前記処理容器内に処理ガスを供給するための処理ガス噴出孔を有する複数のガス供給ノズルと、前記処理容器内を排気する排気口と、を備え、前記ガス供給ノズルは、前記処理容器の側壁から前記処理容器内の中心側に所定の長さで形成し、前記被処理体面より上方に、前記処理容器の周方向に均等に配置され、前記ガス供給ノズルの先端に形成する前記処理ガス噴出孔と前記被処理体のエッジとの間の距離が０〜１００ｍｍに設定され、且つ前記ガス供給ノズルと前記被処理体との間の垂直方向の距離が７５ｍｍ以上に設定されていることを特徴とするプラズマ処理装置である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
請求項１１に規定する発明は、被処理体上に、プラズマ処理により、所定の膜を形成するプラズマＣＶＤ装置において、前記被処理体をプラズマ処理を施すための処理容器と、前記処理容器の天井部に配置する絶縁板と、前記処理容器の外に配置するアンテナ部材と、前記処理容器内に前記アンテナ部材及び絶縁板を介して、電磁波を供給するための電磁波発生電源と、前記処理容器内に配置され、前記被処理体を保持する載置台と、前記処理容器内に処理ガスを供給するための処理ガス噴出孔を有する複数のガス供給ノズルと、前記処理容器内を排気する排気口と、を備え、前記ガス供給ノズルは、前記処理容器の側壁から前記処理容器内の中心側に所定の長さで形成し、前記被処理体面より上方に、前記処理容器の周方向に均等に配置され、前記ガス供給ノズルの先端に形成された前記処理ガス噴出孔と前記被処理体のエッジとの距離が０〜１００ｍｍに設定されることを特徴とするプラズマ処理装置である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
＜作用＞
本発明は、以上のように構成したので、高周波電源に接続されたアンテナ部材からの電磁波により、処理ガス噴出孔から供給された処理ガスが励起され、成膜用の反応種となる。ここで、処理ガス噴出孔は、処理容器内に複数段に設けられ、上段側に位置する噴出孔は、処理容器の中心側に位置される。従って、下段側に位置する処理ガス噴出孔からのシラン等の原料ガスは主に被処理体の周縁部の成膜に寄与し、上段側に位置する処理ガス噴出孔からの原料ガスは主に被処理体の中心部近傍における成膜に寄与する。そして、処理ガス供給通路を形成するために処理容器の側壁より内部に放射状に延びる複数のガス供給ノズルの先端である処理ガス噴出孔と被処理体のエッジとの間の距離を０〜１００ｍｍに設定している。従って、全体として形成される成膜の面内均一性を高めることができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
この場合、処理ガス噴出孔と被処理体との間の垂直方向の距離を７５ｍｍ以上に設定することにより、成膜の面内均一性を一層高めることができる。
また、上記した処理ガス噴出孔の上方に、Ａｒガスや酸素などの添加ガスを供給する添加ガス噴出孔を設けることにより、この添加ガスと処理ガスとをより均一に混合でき成膜の面内均一性を一層高めることができる。
更に、処理ガス供給方法として処理容器内にガス噴出面がドーム状或いはテーパ状になされたガス供給ヘッドを設け、このガス噴出面に複数段に亘って処理ガス噴出孔を設けることもできる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
これによれば、上段側に位置する処理ガス噴出孔は、下段側に位置する処理ガス噴出孔よりも処理容器の中心側に位置されることになるので、先に説明したと同様な作用効果を発揮することができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
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。
処理容器内へ挿通されるガス供給ノズルの先端である処理ガス噴出孔と被処理体のエッジとの間の距離を０〜１００ｍｍに設定するようにしたので、被処理体の上方のプラズマ濃度や反応種の濃度を均一化させることができ、従って、被処理体の表面に形成される成膜の厚みの面内均一性を大幅に向上させることができる。
またガス供給ノズルの先端である処理ガス噴出孔と被処理体のエッジとの間の距離を０〜１００ｍｍに設定し、且つガス供給ノズルの先端である処理ガス噴出孔と被処理体との間の垂直方向の距離を７５ｍｍ以上に設定することにより、成膜の厚みの面内均一性を高く維持することができる。