(57)【要約】【課題】処理容器内のプラズマ生成部と被処理基板を支持する基板支持台の間にガス通過プレートを設けた場合に、プラズマ処理の所望の面内均一性を達成することができるプラズマ処理装置を提供すること。【解決手段】処理容器内で処理ガスのプラズマを生成し、基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、処理容器内のプラズマ生成部とサセプタ２の間に設けられたガス通過プレート60は、貫通孔形成領域61がサセプタ2上の基板Ｗに対応する領域およびその外方領域を含み、貫通孔形成領域61は、基板Ｗの中央部分に対応する第１領域61aと、第１領域61aの外周に配置された第２領域61bと、第２領域61bの外周に配置され基板Ｗの外方領域を含む第３領域61cとを有し、第１領域61aの貫通孔62aの径が最も小さく、第３領域61cの貫通孔62cの径が最も大きい。【選択図】図4
2007042951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板を処理するための真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内に処理ガスを導入する処理ガス導入機構と、
前記処理容器内に前記処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成機構と、
前記処理容器内で被処理基板を支持する基板支持台と、
前記処理容器内のプラズマ生成部と前記基板支持台との間に設けられ、プラズマ化されたガスが通過する複数の貫通孔を有するガス通過プレートと
を具備し、
前記ガス通過プレートは、前記貫通孔が形成された貫通孔形成領域が前記基板支持台に支持されている基板に対応する領域を含み、さらにその外方領域に広がるように設けられ、
前記貫通孔形成領域は、それぞれ貫通孔の径が異なる、被処理基板の中央部分に対応する第１領域と、被処理基板の外側部分に対応するように前記第１領域の外周に配置された第２領域と、前記第２領域の外周に配置され基板の外方領域を含む第３領域とを有し、
前記第１領域の貫通孔の径が最も小さく、前記第３領域の貫通孔の径が最も大きくなるように前記複数の貫通孔が形成されることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記第１領域の貫通孔の径、前記第２領域の貫通孔の径、および前記第３領域の貫通孔の径が５〜１５ｍｍの範囲であり、これらの比が１：１〜１．２：１．１〜１．４であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記第２領域と前記第３領域との境界は、前記基板支持台に支持された被処理基板の外周縁に対応することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記貫通孔形成領域の直径は、前記被処理基板の直径を１とした場合に、１．１〜２．０の範囲であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
被処理基板として直径３００ｍｍの半導体ウエハを用いた場合に、前記第１領域の直径が８０〜１９０ｍｍで貫通孔の径が７〜１０ｍｍであり、前記第２領域の直径が２５０〜４５０ｍｍで貫通孔の径が７．５〜１０．５ｍｍであり、前記第３領域の直径が４００〜６５０ｍｍで貫通孔の径が９〜１３ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
被処理基板を処理するための真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内に処理ガスを導入する処理ガス導入機構と、
前記処理容器内に前記処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成機構と、
処理容器内で被処理基板を支持する基板支持台と、
前記処理容器内のプラズマ生成部と前記基板支持台との間に設けられ、プラズマ化されたガスが通過する複数の貫通孔を有するガス通過プレートと
を具備し、
前記ガス通過プレートは、前記貫通孔が形成された貫通孔形成領域が前記基板支持台に支持されている基板に対応する領域を含み、さらにその外方領域に広がるように設けられ、
前記貫通孔形成領域は、それぞれ貫通孔の開口率が異なる、被処理基板の中央部分に対応する第１領域と、被処理基板の外側部分に対応するように前記第１領域の外周に配置された第２領域と、前記第２領域の外周に配置され基板の外方領域を含む第３領域とを有し、
前記第１領域の貫通孔の開口率が最も小さく、前記第３領域の貫通孔の開口率が最も大きくなるように前記複数の貫通孔が形成されることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記第１領域の貫通孔の開口率が２５〜５５％の範囲であり、前記第２領域の貫通孔の開口率が３０〜６５％の範囲であり、前記第３領域の貫通孔の開口率が５０〜８０％の範囲であることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記第２領域と前記第３領域との境界は、前記基板支持台に支持された被処理基板の外周縁に対応することを特徴とする請求項６または請求項７に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記貫通孔形成領域の直径は、前記被処理基板の直径を１とした場合に、１．１〜２．０の範囲であることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
被処理基板として直径３００ｍｍの半導体ウエハを用いた場合に、前記第１領域の直径が８０〜１９０ｍｍで貫通孔の開口率が２５〜５５％であり、前記第２領域の直径が２５０〜４５０ｍｍで貫通孔の開口率が３０〜６５％であり、前記第３領域の直径が４００〜６５０ｍｍで貫通孔の開口率が５０〜８０％であることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記プラズマ生成機構は、マイクロ波発生源と、前記処理容器の上方に配置されマイクロ波を前記処理容器に放射するための平面アンテナと、前記マイクロ波発生源から前記平面アンテナにマイクロ波を導く導波路とを有することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項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、プラズマを用いて半導体基板等の被処理基板に窒化処理および酸化処理等の所定の処理を施すプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理は、半導体デバイスの製造に不可欠な技術であるが、近時、ＬＳＩの高集積化、高速化の要請からＬＳＩを構成する半導体素子のデザインルールが益々微細化され、また、半導体ウエハが大型化されており、それにともなって、プラズマ処理装置においてもこのような微細化および大型化に対応するものが求められている。
【０００３】
ところが、従来から多用されてきた平行平板型や誘導結合型のプラズマ処理装置では、電子温度が高いため微細素子にプラズマダメージを生じてしまい、また、プラズマ密度の高い領域が限定されるため、大型の半導体ウエハを均一かつ高速にプラズマ処理することは困難である。
【０００４】
そこで、高密度で低電子温度のプラズマを均一に形成することができるＲＬＳＡ（Radial Line Slot Antenna）マイクロ波プラズマ処理装置が注目されている（例えば特許文献１）。
【０００５】
ＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置は、チャンバーの上部に所定のパターンで多数のスロットが形成された平面アンテナ（Radial Line Slot Antenna）を設け、マイクロ波発生源から導かれたマイクロ波を、平面アンテナのスロットから真空に保持されたチャンバー内に放射し、このマイクロ波電界によりチャンバー内に導入されたガスをプラズマ化し、このプラズマにより半導体ウエハ等の被処理基板を処理するものである。
【０００６】
このＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置では、アンテナ直下の広い領域に亘って高いプラズマ密度を実現でき、短時間で均一なプラズマ処理を行うことが可能であるとともに、低電子温度プラズマが形成されるため、下地へのダメージ小さい。このため、下地へのダメージが特に問題となるシリコン基板の窒化処理や酸化処理への適用が検討されている。
【０００７】
そして、ＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置を用いて一層の低ダメージプロセスを実現するために、多数の貫通孔が形成されたガス通過プレートをプラズマ生成部とサセプタとの間に設けてイオンエネルギーを抑制する技術が提案されている（特許文献２）。
【０００８】
この文献には、ガス通過プレートとして石英製プレートに均一に貫通孔を形成した構造のものが開示されている。
【０００９】
しかしながら、このように均一に貫通孔を形成してもアンテナの構造、ガス種、圧力等の影響で、基板上でのプラズマ化されたガスによる処理が均一とはならず、プロセスの面内均一性が不十分となってしまう。上記特許文献２には、このような不均一性を解消すべく、ガス通過プレートの中央部の貫通孔の径を小さくし、中央部のガス供給量を低下させることも記載されているが、未だ十分とはいえず、特に３００ｍｍウエハ、さらには４５０ｍｍウエハと大口径になるにつれてこのようなプロセスの不均一が顕著なものとなってしまう。また、液晶表示装置（ＬＣＤ）用ガラス基板においても同様のプロセスが存在するが、ＬＣＤ用のガラス基板として１辺が２ｍにも及ぶ極めて巨大なものが出現するに至っており、このようなプロセスの不均一が一層顕著なものとなる。
【特許文献１】特開２０００−２９４５５０号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ２００４／０４７１５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、処理容器内のプラズマ生成部と被処理基板を支持する基板支持台の間にガス通過プレートを設けたプラズマ処理装置において、プラズマ処理の所望の面内均一性を達成することができるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、被処理基板を処理するための真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に処理ガスを導入する処理ガス導入機構と、前記処理容器内に前記処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成機構と、処理容器内で被処理基板を支持する基板支持台と、前記処理容器内のプラズマ生成部と前記基板支持台との間に設けられ、プラズマ化されたガスが通過する複数の貫通孔を有するガス通過プレートとを具備し、前記ガス通過プレートは、前記貫通孔が形成された貫通孔形成領域が前記基板支持台に支持されている基板に対応する領域を含み、さらにその外方領域に広がるように設けられ、前記貫通孔形成領域は、それぞれ貫通孔の径が異なる、被処理基板の中央部分に対応する第１領域と、被処理基板の外側部分に対応するように前記第１領域の外周に配置された第２領域と、前記第２領域の外周に配置され基板の外方領域を含む第３領域とを有し、前記第１領域の貫通孔の径が最も小さく、前記第３領域の貫通孔の径が最も大きくなるように前記複数の貫通孔が形成されることを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。
【００１２】
上記第１の観点において、前記第１領域の貫通孔の径、前記第２領域の貫通孔の径、および前記第３領域の貫通孔の径が５〜１５ｍｍの範囲であり、これらの比が１：１〜１．２：１．１〜１．４であることが好ましい。
【００１３】
また、前記第２領域と前記第３領域との境界は、前記基板支持台に支持された被処理基板の外周縁に対応することが好ましい。さらに、前記貫通孔形成領域の直径は、前記被処理基板の直径を１とした場合に、１．１〜２．０の範囲であることが好ましい。
【００１４】
さらにまた、被処理基板として直径３００ｍｍの半導体ウエハを用いた場合に、前記第１領域の直径が８０〜１９０ｍｍで貫通孔の径が７〜１０ｍｍであり、前記第２領域の直径が２５０〜４５０ｍｍで貫通孔の径が７．５〜１０．５ｍｍであり、前記第３領域の直径が４００〜６５０ｍｍで貫通孔の径が９〜１３ｍｍであることが好ましい。
【００１５】
本発明の第２の観点では、被処理基板を処理するための真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に処理ガスを導入する処理ガス導入機構と、前記処理容器内に前記処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成機構と、処理容器内で被処理基板を支持する基板支持台と、前記処理容器内のプラズマ生成部と前記基板支持台との間に設けられ、プラズマ化されたガスが通過する複数の貫通孔を有するガス通過プレートとを具備し、前記ガス通過プレートは、前記貫通孔が形成された貫通孔形成領域が前記基板支持台に支持されている基板に対応する領域を含み、さらにその外方領域に広がるように設けられ、前記貫通孔形成領域は、それぞれ貫通孔の開口率が異なる、被処理基板の中央部分に対応する第１領域と、被処理基板の外側部分に対応するように前記第１領域の外周に配置された第２領域と、前記第２領域の外周に配置され基板の外方領域を含む第３領域とを有し、前記第１領域の貫通孔の開口率が最も小さく、前記第３領域の貫通孔の開口率が最も大きくなるように前記複数の貫通孔が形成されることを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。
【００１６】
上記第２の観点において、前記第１領域の貫通孔の開口率が２５〜５５％の範囲であり、前記第２領域の貫通孔の開口率が３０〜６５％の範囲であり、前記第３領域の貫通孔の開口率が５０〜８０％の範囲であることが好ましい。
【００１７】
また、前記第２領域と前記第３領域との境界は、前記基板支持台に支持された被処理基板の外周縁に対応することが好ましい。さらに、前記貫通孔形成領域の直径は、前記被処理基板の直径を１とした場合に、１．１〜２．０の範囲であることが好ましい。
【００１８】
さらにまた、被処理基板として直径３００ｍｍの半導体ウエハを用いた場合に、前記第１領域の直径が８０〜１９０ｍｍで貫通孔の開口率が２５〜５５％であり、前記第２領域の直径が２５０〜４５０ｍｍで貫通孔の開口率が３０〜６５％であり、前記第３領域の直径が４００〜６５０ｍｍで貫通孔の開口率が５０〜８０％であることが好ましい。
【００１９】
上記第１および第２の観点において、前記プラズマ生成機構としては、マイクロ波発生源と、前記処理容器の上方に配置されマイクロ波を前記処理容器に放射するための平面アンテナと、前記マイクロ波発生源から前記平面アンテナにマイクロ波を導く導波路とを有するものを用いることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の第１の観点によれば、ガス通過プレートとして、貫通孔が形成された貫通孔形成領域を、前記基板支持台に支持されている基板に対応する領域を含み、さらにその外側領域に広がるように設け、被処理基板の中央部分に対応する第１領域と、被処理基板の外側部分に対応するように前記第１領域の外周に配置された第２領域と、前記第２領域の外周に配置され基板の外方領域を含む第３領域とを有するものとし、第１領域の貫通孔の径が最も小さく、前記第３領域の貫通孔の径が最も大きくなるように貫通孔を形成したものを用いたので、プラズマ化された処理ガスが被処理基板の中央に集中することを極めて効果的に緩和することができるとともに、その周辺の処理ガスの供給の不均一も緩和される。したがってプラズマ化された処理ガスによるプラズマ処理の所望の面内均一性を達成することができる。
【００２１】
また、本発明の第２の観点によれば、ガス通過プレートとして、第１の観点と同様に、貫通孔が形成された貫通孔形成領域を、前記基板支持台に支持されている基板に対応する領域を含み、さらにその外方領域に広がるように設け、被処理基板の中央部分に対応する第１領域と、被処理基板の外側部分に対応するように前記第１領域の外周に配置された第２領域と、前記第２領域の外周に配置され基板の外方領域を含む第３領域とを有するものとし、第１領域の貫通孔の開口率が最も小さく、前記第３領域の貫通孔の開口率が最も大きくなるように貫通孔を形成したものを用いたので、第１の観点の場合と同様、プラズマ化された処理ガスが被処理基板の中央に集中することを極めて効果的に緩和することができるとともに、その周辺の処理ガスの不均一も緩和される。したがって、プラズマ化された処理ガスによるプラズマ処理の所望の面内均一性を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、適宜添付図面を参照して本発明の実施の形態について具体的に説明する。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置を模式的に示す断面図である。このプラズマ処理装置１００は、複数のスロットを有する平面アンテナ、特にＲＬＳＡ（Radial Line Slot Antenna；ラジアルラインスロットアンテナ）にて処理室内にマイクロ波を導入してプラズマを発生させることにより、高密度かつ低電子温度のマイクロ波プラズマを発生させ得るＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置として構成されている。本実施形態では、例えばＭＯＳトランジスタ等のゲート絶縁膜の窒化処理に適用される装置を例にとって説明する。
【００２４】
このプラズマ処理装置１００は、気密に構成され、接地された略円筒状のチャンバー１を有している。チャンバー１の底壁１ａの略中央部には円形の開口部１０が形成されており、底壁１ａにはこの開口部１０と連通し、下方に向けて突出する排気室１１が設けられている。
【００２５】
チャンバー１内には被処理体であるウエハＷを水平に支持するためのＡｌＮ等のセラミックスからなるサセプタ２が設けられている。このサセプタ２は、排気室１１の底部中央から上方に延びる円筒状のＡｌＮ等のセラミックスからなる支持部材３により支持されている。サセプタ２の外縁部にはウエハＷをガイドするためのガイドリング４が設けられている。また、サセプタ２には抵抗加熱型のヒータ５が埋め込まれており、このヒータ５はヒータ電源５ａから給電されることによりサセプタ２を加熱して、その熱で被処理体であるウエハＷを加熱する。また、サセプタ２には熱電対６ａが埋設されており、この検出温度の信号に基づいてコントローラ６によりサセプタ２を例えば室温から１０００℃までの範囲で温度制御可能となっている。なお、チャンバー１の内周には、例えば石英からなる円筒状のライナー７が設けられている。ライナー７は以下に説明するガス透過プレート６０を挟んで上下に分割されている。このように、石英等からなるライナー７を設けることにより、チャンバー１内が金属やアルカリ元素等のコンタミネーションが非常に少なく、極めて清浄な環境が形成されている。また、サセプタ２の外周側にはライナー７の底部につながる環状のバッフルプレート８が設けられており、これによりチャンバー１内を均一排気することが可能となっている。このバッフルプレート８は複数の支柱９によりチャンバー１の底壁に支持されている。
【００２６】
サセプタ２には、ウエハＷを支持して昇降させるためのウエハ支持ピン（図示せず）がサセプタ２の表面に対して突没可能に設けられている。
【００２７】
サセプタ２の上方には、プラズマ化したガスを、その中の活性種（イオン、ラジカルなど）のエネルギーを減衰させた状態で通過させるための複数の貫通孔を有するガス通過プレート６０が配置されている。このガス透過プレート６０は、例えば石英や、サファイヤ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ等のセラミックスの誘電体や、シリコン単結晶、ポリシリコン、アモルファスシリコン等により構成することができる。この例では石英で構成されている。このガス透過プレート６０は、その外周部が、上下に分割されたライナー７に挟まれた状態で固定されている。図２に示すように、このガス透過プレート６０は、ライナー７の内周の突起部７ａに載せた状態で取り付けられるようにしてもよい。なお、このガス透過プレート６０の詳細については後述する。
【００２８】
チャンバー１の側壁には環状をなすガス導入部材１５が設けられており、このガス導入部材１５にはガス供給系１６が接続されている。なお、ガス導入部材はシャワー状に配置してもよい。このガス供給系１６は、例えばＡｒガス供給源１７、Ｎ２ガス供給源１８を有しており、これらガスが、それぞれガスライン２０を介してガス導入部材１５に至り、ガス導入部材１５からチャンバー１内に導入される。ガスライン２０の各々には、マスフローコントローラ２１およびその前後の開閉バルブ２２が設けられている。なお、前記Ａｒガスに代えて、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｈｅなどの希ガスを用いることもできる。
【００２９】
上記排気室１１の側面には排気管２３が接続されており、この排気管２３には高速真空ポンプを含む排気装置２４が接続されている。そしてこの排気装置２４を作動させることによりチャンバー１内のガスが、排気室１１の空間１１ａ内へ均一に排出され、排気管２３を介して排気される。これによりチャンバー１内は所定の真空度、例えば０．１３３Ｐａまで高速に減圧することが可能となっている。
【００３０】
チャンバー１の側壁には、プラズマ処理装置１００に隣接する搬送室（図示せず）との間でウエハＷの搬入出を行なうための搬入出口２５と、この搬入出口２５を開閉するゲートバルブ２６とが設けられている。
【００３１】
チャンバー１の上部は開口部となっており、この開口部の周縁部に沿ってリング状の支持部２７が設けられており、この支持部２７に誘電体、例えば石英やＡｌ２Ｏ３、ＡｌＮ等のセラミックスからなり、マイクロ波を透過する透過板２８がシール部材２９を介して気密に設けられている。したがって、チャンバー１内は気密に保持される。
【００３２】
透過板２８の上方には、サセプタ２と対向するように、円板状の平面アンテナ部材３１が設けられている。この平面アンテナ部材３１はチャンバー１の側壁上端に係止されている。平面アンテナ部材３１は、例えば表面が金または銀メッキされた銅板またはアルミニウム板からなり、マイクロ波を放射するための多数のスロット孔３２が所定のパターンで貫通して形成された構成となっている。スロット孔３２は、例えば図３に示すように長溝状をなし、典型的には隣接するスロット孔３２同士が「Ｔ」字状に配置され、これら複数のスロット孔３２が同心円状に配置されている。スロット孔３２の長さや配列間隔は、マイクロ波の波長（λｇ）に応じて決定され、例えばスロット孔３２の間隔は、１／２λｇまたはλｇとなるように配置される。なお、図３において、同心円状に形成された隣接するスロット孔３２同士の間隔をΔｒで示している。また、スロット孔３２は、円形状、円弧状等の他の形状であってもよい。さらに、スロット孔３２の配置形態は特に限定されず、同心円状のほか、例えば、螺旋状、放射状に配置することもできる。
【００３３】
この平面アンテナ部材３１の上面には、真空よりも大きい誘電率を有する遅波材３３が設けられている。この遅波材３３は、例えば石英、Ａｌ２Ｏ３等のセラミックス、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂やポリイミド系樹脂により構成されており、真空中ではマイクロ波の波長が長くなることから、マイクロ波の波長を短くしてプラズマを調整する機能を有している。なお、平面アンテナ部材３１と透過板２８との間、また、遅波材３３と平面アンテナ３１との間は、それぞれ密着させても離間させてもよい。
【００３４】
チャンバー１の上面には、これら平面アンテナ部材３１および遅波材３３を覆うように、例えばアルミニウムやステンレス鋼等の金属材からなるシールド蓋体３４が設けられている。チャンバー１の上面とシールド蓋体３４とはシール部材３５によりシールされている。シールド蓋体３４には、冷却水流路３４ａが形成されており、そこに冷却水を通流させることにより、シールド蓋体３４、遅波材３３、平面アンテナ３１、透過板２８を冷却するようになっている。なお、シールド蓋体３４は接地されている。
【００３５】
シールド蓋体３４の上壁の中央には、開口部３６が形成されており、この開口部には導波管３７が接続されている。この導波管３７の端部には、マッチング回路３８を介してマイクロ波発生装置３９が接続されている。これにより、マイクロ波発生装置３９で発生した、例えば周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波が導波管３７を介して上記平面アンテナ部材３１へ伝搬されるようになっている。マイクロ波の周波数としては、８．３５ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ等を用いることもできる。
【００３６】
導波管３７は、上記シールド蓋体３４の開口部３６から上方へ延出する断面円形状の同軸導波管３７ａと、この同軸導波管３７ａの上端部にモード変換器４０を介して接続された水平方向に延びる矩形導波管３７ｂとを有している。矩形導波管３７ｂと同軸導波管３７ａとの間のモード変換器４０は、矩形導波管３７ｂ内をＴＥモードで伝播するマイクロ波をＴＥＭモードに変換する機能を有している。同軸導波管３７ａの中心には内導体４１が延在しており、内導体４１は、その下端部において平面アンテナ部材３１の中心に接続固定されている。これにより、マイクロ波は、同軸導波管３７ａの内導体４１を介して平面アンテナ部材３１へ放射状に効率よく均一に伝播される。
【００３７】
プラズマ処理装置１００の各構成部は、ＣＰＵを備えたプロセスコントローラ５０に接続されて制御される構成となっている。プロセスコントローラ５０には、工程管理者がプラズマ処理装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行なうキーボードや、プラズマ処理装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース５１が接続されている。
【００３８】
また、プロセスコントローラ５０には、プラズマ処理装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ５０の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記録されたレシピが格納された記憶部５２が接続されている。
【００３９】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース５１からの指示等にて任意のレシピを記憶部５２から呼び出してプロセスコントローラ５０に実行させることで、プロセスコントローラ５０の制御下で、プラズマ処理装置１００での所望の処理が行われる。また、前記制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリなどに格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
【００４０】
次に、上記ガス通過プレート６０についてより詳細に説明する。
図４はガス通過プレート６０を示す平面図、図５はその断面図である。ガス通過プレート６０は、貫通孔が形成された貫通孔形成領域６１が、サセプタ２に支持されているウエハＷに対応する領域を含み、さらにその外方領域に広がるように設けられている。この貫通孔形成領域６１は、それぞれ貫通孔の径が異なる、ウエハＷの中央部分に対応する第１領域６１ａと、ウエハＷの外側部分に対応するように第１領域６１ａの外周に配置された第２領域６１ｂと、第２領域６１ｂの外周に配置されウエハＷの外方領域を含む第３領域６１ｃとを有している。そして、第１領域６１ａには最も小さい径を有する貫通孔６２ａが形成されており、第３領域６１ｃには最も大きい径を有する貫通孔６２ｃが形成されており、第２領域６１ｂにはこれらの間の径を有する貫通孔６２ｂが形成されている。
【００４１】
ここで、第１領域６１ａの貫通孔６２ａの径、第２領域６１ｂの貫通孔６２ｂの径、第３領域６１ｃの貫通孔６２ｃの径としては、いずれも５〜１５ｍｍの範囲であることが好ましく、より好ましくは７〜１２ｍｍである。また、貫通孔６２ａの径：貫通孔６２ｂの径：貫通孔６２ｃの径は、１：１〜１．２：１．１〜１．４であることが好ましい。
【００４２】
また、貫通孔の開口率も重要であり、第１領域６１ａの貫通孔６２ａの開口率が最も小さく、第３領域６１ｃの貫通孔６２ｃの開口率が最も大きく、第２領域６１ｂの貫通孔６２ｂの開口率がその間の値であることが必要である。そして、第１領域６１ａの貫通孔６２ａの開口率は２５〜５５％の範囲が好ましく、第２領域６１ｂの貫通孔６２ｂの開口率が３０〜６５％の範囲が好ましく、第３領域６１ｃの貫通孔６２ｃの開口率は５０〜８０％の範囲が好ましい。第１領域６１ａの貫通孔６２ａの開口率と、第２領域６１ｂの貫通孔６２ｂの開口率と、第３領域６１ｃの貫通孔６２ｃの開口率との比は、１：１〜２．６：１．１〜３．２の範囲が好ましい。
【００４３】
第１領域６１ａの直径Ｄ１、第２領域６１ｂの直径Ｄ２、第３領域６１ｃの直径Ｄ３は適宜決定すればよいが、図４に示すように、直径Ｄ２がウエハＷの直径にほぼ一致することが好ましい。すなわち、第２領域６１ｂと第３領域６１ｃとの境界は、サセプタ２に支持されたウエハＷの外周縁に対応することが好ましい。また、貫通孔形成領域６１の直径は、ウエハＷの直径を１とした場合に、１．１〜２．０の範囲が好ましく、１．１〜１．５の範囲であることがより好ましい。
【００４４】
ウエハＷとして３００ｍｍウエハを用いる場合には、第１領域６１ａの貫通孔６２ａの径が７〜１１ｍｍであり、第２領域６１ｂの貫通孔６２ｂの径が７〜１１ｍｍであり、前記第３領域６１ｃの貫通孔６２ｃの径が９〜１３ｍｍであり、第１領域６１ａの直径Ｄ１：８０〜１９０ｍｍ、第２領域６１ｂの直径Ｄ２：２５０〜４５０ｍｍ、第３領域６１ｃの直径Ｄ３：４００〜６５０ｍｍであることが好ましい。３００ｍｍウエハの場合の好適な典型例としては、第１領域６１ａの貫通孔６２ａの径：９．５ｍｍ、第２領域の貫通孔６２ｂの径：９．７ｍｍ、第３領域の貫通孔６２ｃの径：１１ｍｍ、第１領域６１ａの直径Ｄ１：１２５ｍｍ、第２領域６１ｂの直径Ｄ２：３００ｍｍ、第３領域６１ｃの直径Ｄ３：４２５ｍｍを挙げることができる。
【００４５】
ウエハＷとして３００ｍｍウエハを用いる場合の開口率については、第１領域６１ａの直径Ｄ１：８０〜１９０ｍｍ、第２領域６１ｂの直径Ｄ２：２５０〜４５０ｍｍ、第３領域６１ｃの直径Ｄ３：４００〜６５０ｍｍの上記好ましい範囲を満たした上で、第１領域６１ａの貫通孔６２ａの開口率が２５〜５５％であり、第２領域６１ｂの貫通孔６２ｂの開口が３０〜６５％であり、第３領域６１ｃの貫通孔６２ｃの開口率が５０〜８０％であることが好ましい。３００ｍｍウエハの場合の好適な典型例としては、第１領域６１ａの貫通孔６２ａの開口率：４２．２％、第２領域６１ｂの貫通孔６２ｂの開口率：４７．６％、第３領域６１ｃの貫通孔６２ｃの開口率：６６．８％、第１領域６１ａの直径Ｄ１：１２５ｍｍ、第２領域６１ｂの直径Ｄ２：３００ｍｍ、第３領域６１ｃの直径Ｄ３：４２５ｍｍを挙げることができる。このときの第１領域６１ａの貫通孔６２ａの開口率と、第２領域６１ｂの貫通孔６２ｂの開口率と、第３領域６１ｃの貫通孔６２ｃの開口率との比は、１：１．１２：１．５８である。
【００４６】
ガス透過プレート６０の取付け位置は、ウエハＷに近接した位置が好ましく、ガス透過プレート６０の下端とウエハＷとの距離は、例えば３〜２０ｍｍが好ましく、１０ｍｍ程度とすることがより好ましい。この場合、ガス透過プレート６０の上端と透過板２８の下端との距離は、例えば２０〜５０ｍｍが好ましい。
【００４７】
このガス通過プレート６０は、上述したように、プラズマ化したガス中の活性種（イオン、ラジカルなど）のエネルギーを減衰させるためのものであり、このガス通過プレート６０を誘電体とすることにより、主にプラズマ中のラジカルを通過させ、イオンのエネルギーを減衰させることが可能になる。
【００４８】
このように構成されたＲＬＳＡ方式のプラズマ処理装置１００においては、まず、ゲートバルブ２６を開にして搬入出口２５からシリコン層を有するウエハＷをチャンバー１内に搬入し、サセプタ２上に載置する。そして、ガス供給系１６のＡｒガス供給源１７およびＮ２ガス供給源１８から、Ａｒガス、Ｎ２ガスを所定の流量でガス導入部材１５を介してチャンバー１内に導入する。
【００４９】
具体的には、例えばＡｒなどの希ガス流量を１００〜３０００ｍＬ／ｍｉｎ、Ｎ２ガス流量を１０〜１０００ｍＬ／ｍｉｎに設定し、チャンバー内を１．３〜１３３３Ｐａの処理圧力に調整し、ウエハＷの温度を３００〜５００℃に加熱する。
【００５０】
次に、マイクロ波発生装置３９からのマイクロ波を、マッチング回路３８を経て導波管３７に導き、矩形導波管３７ｂ、モード変換器４０、および同軸導波管３７ａを順次通過させて内導体４１を介して平面アンテナ部材３１に供給し、平面アンテナ部材３１のスロットから透過板２８を介してチャンバー１内に放射させる。マイクロ波は、矩形導波管３７ｂ内ではＴＥモードで伝搬し、このＴＥモードのマイクロ波はモード変換器４０でＴＥＭモードに変換されて、同軸導波管３７ａ内を平面アンテナ部材３１に向けて伝搬されていく。平面アンテナ部材３１から透過板２８を経てチャンバー１に放射されたマイクロ波によりチャンバー１内で電磁界が形成され、Ａｒガス、Ｎ２ガスがプラズマ化する。この窒素含有プラズマにより、ウエハＷに形成されたシリコン酸化膜を窒化処理する。この際、マイクロ波発生装置３９のパワーは、０．５〜５ｋＷとすることが好ましく、１〜３ｋＷとすることがより好ましい。
【００５１】
このマイクロ波プラズマは、マイクロ波が平面アンテナ部材３１の多数のスロット孔３２から放射されることにより、略１×１０１０〜５×１０１２／ｃｍ３の高密度で、かつウエハＷ近傍では、略１．５ｅＶ以下、さらには０．７ｅＶ以下の低電子温度プラズマとなる。このようにして形成されるマイクロ波プラズマは、イオン等によるプラズマダメージが少ないものであるが、ガス通過プレート６０を設けることにより、このようなプラズマダメージを一層少なくすることができる。すなわち、プラズマがこのようなガス通過プレート６０のガス貫通孔を通過する際に、プラズマ中の活性種（イオン等）のエネルギーを減衰させることができ、活性種を均一に通過制御することができるので、ガス通過プレート６０を通過後のプラズマはよりマイルドなものとなり、ウエハへのプラズマダメージをより一層低減することができる。そして、プラズマ中の活性種、主として窒素ラジカル（Ｎ＊）などの作用によってウエハＷ上に形成されたシリコン酸化膜の表面を窒化する。
【００５２】
この場合に、従来は、ガス通過プレートの貫通孔を均一に配置していたが、この場合には、ウエハＷの中心部付近でプラズマが強すぎるため、中心部の窒化力が強く、均一な窒化処理が困難であった。このため、ガス通過プレートのウエハ中央部に対応する部分の貫通孔の径を小さくして窒素ガス供給量を抑制し、ウエハ中央の窒化力を抑制することを試みたが、それだけでは不十分であった。
【００５３】
そこで、本発明では、上述したように、ガス通過プレート６０の貫通孔形成領域６１を、サセプタ２に支持されているウエハＷに対応する領域を含み、さらにその外方領域に広がるように設けるとともに、それぞれ貫通孔の径が異なる、ウエハＷの中央部分に対応する第１領域６１ａと、ウエハＷの外側部分に対応するように第１領域６１ａの外周に配置された第２領域６１ｂと、第２領域６１ｂの外周に配置されウエハＷの外方領域を含む第３領域６１ｃとを有するものとし、第１領域６１ａの貫通孔６２ａを最も小さい径とし、第３領域６１ｃの貫通孔６２ｃを最も大きいものとし、第２領域６１ｂの貫通孔６２ｂをこれらの間の径とした。
【００５４】
このように構成することにより、ウエハＷの中央部に窒素ガスプラズマが集中することを極めて効果的に緩和することができるとともに、その周辺の窒素ガスプラズマ分布の不均一も緩和され、ウエハＷ全面で均一な窒素ガスプラズマ処理を行うことができる。
【００５５】
具体的には、第１領域６１ａの貫通孔６２ａの径、第２領域６１ｂの貫通孔６２ｂの径、第３領域６１ｃの貫通孔６２ｃの径が、いずれも５〜１５ｍｍの範囲、より好ましくは７〜１２ｍｍとし、貫通孔６２ａの径：貫通孔６２ｂの径：貫通孔６２ｃの径は、１：１〜１．２：１．１〜１．４の範囲とすることにより、窒素ガスプラズマの分布を均一にする効果を一層高めることができる。
【００５６】
この場合の窒素ガスプラズマ分布の均一性は、貫通孔の開口率にも左右され、開口率に関しても第１領域６１ａの貫通孔６２ａの開口率が最も小さく、第３領域６１ｃの貫通孔６２ｃの開口率が最も大きく、第２領域６１ｂの貫通孔６２ｂの開口率がその間の値であるように構成することが必要である。
【００５７】
具体的には、第１領域６１ａの貫通孔６２ａの開口率は２５〜５５％の範囲が好ましく、第２領域６１ｂの貫通孔６２ｂの開口率が３０〜６５％の範囲が好ましく、第３領域６１ｃの貫通孔６２ｃの開口率は５０〜８０％の範囲とすることにより、窒素ガスプラズマの分布を均一にする効果を一層高めることができる。
【００５８】
第２領域６１ｂの直径Ｄ２がウエハＷの直径にほぼ一致する、すなわち、第２領域６１ｂと第３領域６１ｃとの境界がサセプタ２に支持されたウエハＷの外周縁に対応することにより、第２領域６１ｂの窒素ガスプラズマの分布を均一化する効果が高く、ウエハＷ全体の窒素ガスプラズマの分布の均一性をより高めることができる。また、貫通孔形成領域６１の直径を、ウエハＷの直径を１とした場合に、１．１〜２．０の範囲、好ましくは１．１〜１．５の範囲とすることにより、ウエハＷへの窒素導入の均一性を高めることができる。
【００５９】
ウエハＷとして３００ｍｍウエハを用いる場合には、第１領域６１ａの貫通孔６２ａの径が７〜１１ｍｍであり、第２領域の貫通孔の径が７〜１１ｍｍであり、前記第３領域の貫通孔の径が９〜１３ｍｍであり、第１領域６１ａの直径Ｄ１：８０〜１９０ｍｍ、第２領域６１ｂの直径Ｄ２：２５０〜４５０ｍｍ、第３領域６１ｃの直径Ｄ３：４００〜６５０ｍｍとすることにより、窒素ガスプラズマによる処理の均一性を極めて良好に維持することができる。
【００６０】
同様の場合に、貫通孔の径を規定する代わりに、第１領域６１ａの貫通孔６２ａの開口率を２５〜５５％とし、第２領域６１ｂの貫通孔６２ｂの開口を３０〜６５％とし、第３領域６１ｃの貫通孔６２ｃの開口率を５０〜８０％とすることにより、窒素ガスプラズマによる処理の均一性を極めて良好に維持することができる。
【００６１】
次に、本発明の効果を確認した実験について説明する。
ガス通過プレートとして、図４および図５に示すものにおいて、第１領域６１ａの貫通孔６２ａの径：９．５ｍｍ、第２領域６１ｂの貫通孔６２ｂの径：９．７ｍｍ、第３領域６１ｃの貫通孔６２ｃの径：１１ｍｍとしてこれらを１２．５ｍｍピッチで形成し（第１領域６１ａの貫通孔６２ａの開口率：４２．２％ｍｍ、第２領域６１ｂの貫通孔６２ｂの開口率：４７．６％、第３領域６１ｃの貫通孔６２ｃの開口率：６６．８％）、第１領域６１ａの直径Ｄ１：１２５ｍｍ、第２領域６１ｂの直径Ｄ２：３００ｍｍ、第３領域６１ｃの直径Ｄ３：４２５ｍｍとした本発明の範囲のもの（実施例）と、図６に示すように、貫通孔形成領域の直径を３５０ｍｍとし、そこに径１０ｍｍの貫通孔を１２．５ｍｍピッチで均一に形成したもの（開口率５１％）（比較例１）と、図７に示すように、貫通孔形成領域の直径を３５０ｍｍとし、中央部の直径２００ｍｍの領域において径９．５ｍｍの貫通孔を１２．５ｍｍピッチ（開口率４４．４％）で形成し、その外側の領域において径１０ｍｍの貫通孔を１２．５ｍｍピッチ（開口率５２．４％）で形成したもの（比較例２）を準備し、３００ｍｍウエハに形成した酸化膜を窒化処理し、その際のＮドーズ量（ＸＰＳで求めたＮ濃度（原子％））の面内均一性を求めた。この場合の条件としては、ガス通過プレートからウエハまでの距離を３０ｍｍとし、チャンバー内圧力を６．７Ｐａ、Ａｒガス流量を１０００ｍＬ／ｍｉｎ、Ｎ２ガス流量を４０ｍＬ／ｍｉｎとし、マイクロ波パワーを１５００Ｗ、温度を４００℃とした。なお、ウエハＷ上の酸化膜はＷＶＧ（Water Vapor Generator）により熱ＣＶＤで１．２ｎｍ、１．６ｎｍの厚さで成膜した。
【００６２】
その結果を図８に示す。この図に示すように、比較例１では、中央部のＮドーズ量がかなり高くなっており、均一性が悪いことがわかる。比較例２では、中央部のＮドーズ量は低下しているものの、その周囲にＮドーズ量の高い部分が形成されており、均一性が十分とはいえない。これに対して実施例では、全体にわたって均一性が高いことがわかる。
【００６３】
この際のＮドーズ量の均一性を数値で評価した結果、比較例１ではＮドーズ量の１σの平均値が７．９％であり、比較例２では４．２％であったのに対し、実施例ではその値が２．４％となりＮドーズ量の均一性が著しく高まり、要求値である３．０％未満を満たすレベルであった。このことから、実施例の場合には、比較例１，２よりもプラズマ処理の均一性を高くすることができることが確認された。
【００６４】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形することが可能である。たとえば、上記実施形態ではＲＬＳＡ方式のプラズマ処理装置を示したが、これに限らず、例えばリモートプラズマ方式、ＩＣＰプラズマ方式、ＥＣＲプラズマ方式、表面反射波プラズマ方式、マグネトロンプラズマ方式、容量結合プラズマ方式等のプラズマ処理装置であってもよい。
【００６５】
また、上記実施形態では、窒化処理を例にとって説明したが、これに限るものではなく、酸化処理にも適用することができるし、成膜処理やエッチング処理等、他のプラズマ処理にも適用可能である。ただし、本発明は、上述のような窒化処理、特に極薄膜（酸化膜）を窒化する場合により適している。このような場合、基板との界面までＮを拡散させず、表面０．５ｎｍ以内にＮをパイルアップさせることで、しきい値電圧、ボロン突き抜け、イオン特性等のデバイス特性を向上させることができる。また、ゲート酸化膜の窒化に適用する場合にはゲート酸化膜２．５ｎｍ以下の場合に特に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置を示す概略断面図。
【図２】ガス透過プレートの取り付け方法の他の形態を示す図。
【図３】図１のプラズマ処理装置に用いられている平面アンテナを示す平面図。
【図４】図１のプラズマ処理装置に用いられているガス通過プレートを示す平面図。
【図５】図１のプラズマ処理装置に用いられているガス通過プレートを示す断面図。
【図６】比較例１に係るガス通過プレートを示す平面図。
【図７】比較例２に係るガス通過プレートを示す平面図。
【図８】実施例、比較例１，２のガス通過プレートを使用した場合のＮドーズ量分布のシミュレーション結果を示すチャート。
【符号の説明】
【００６７】
１；チャンバー
２；サセプタ
３；支持部材
５；ヒータ
１５；ガス導入部材
１６；ガス供給系
１７；Ａｒガス供給源
１８；Ｎ２ガス供給源
２３；排気管
２４；排気装置
２５；搬入出口
２６；ゲートバルブ
２７；支持部
２８；透過板
２９；シール部材
３１；平面アンテナ部材
３２；スロット孔
３７；導波管
３７ａ；同軸導波管
３７ｂ；矩形導波管
３９；マイクロ波発生装置
４０；モード変換器
５０；プロセスコントローラ
６０；ガス通過プレート
６１；貫通孔形成領域
６１ａ；第１領域
６１ｂ；第２領域
６１ｃ；第３領域
６２ａ；第１領域の貫通孔
６２ｂ；第２領域の貫通孔
６２ｃ；第３領域の貫通孔
１００；プラズマ処理装置
Ｗ…ウエハ（基板）
【図１】
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【図２】
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【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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