JP2006100838A - Plasma treatment device - Google Patents

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朗 鈴木
Gohei Kawamura
剛平 川村
Shuichi Ishizuka
修一 石塚
Jiro Hata
次郎 畑
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma treating device that can improve in-plane uniformity in the film thickness of a wafer to be treated, even if the aperture of the wafer becomes large. <P>SOLUTION: In this plasma treatment device, plasma treatment is made to the wafer W to be treated, and is arranged in an airtight treatment container 4, and is placed on a susceptor 6. The plasma treatment device has an antenna member 22, a high-frequency power supply 32 connected to the antenna member, a plurality of treatment gas supply paths 56A and 56B, a gas supply section for supplying the treatment gas into the treatment container from a treatment gas jet hole communicating with the treatment gas supply path, and exhaust vents 58A and 58B for carrying out exhaust in the treatment vessel. The treatment gas jet hole, communicating with the treatment gas supply path, is positioned in the circumferential direction of the treatment vessel, is arranged nearly uniformly and discharges the treatment gas toward the center section in the treatment vessel, thus significantly improving the in-plane uniformity in the thickness in deposition. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

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。   The present invention relates to a plasma processing apparatus, and more particularly to a plasma processing apparatus for forming a film.

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。   In general, in a semiconductor manufacturing process, various types of processing, such as film formation processing, are performed on a semiconductor wafer as an object to be processed. As this film formation method, plasma using a combination of chemical and physical methods. CVD (Chemical Vapor Deposition) is known.

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。   A plasma processing apparatus that performs this processing, for example, places two flat electrodes in a processing container in parallel, and applies a high frequency voltage of 13.56 MHz, for example, from a high frequency power source for plasma generation between them. Plasma is generated, whereby the wafer surface is subjected to processing such as etching.

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。   As described above, the plasma generated between the parallel plate electrodes is an alternating magnetic field directed from one electrode to the other, so electrons are attracted along this electric field and collide with gas molecules. As a result, the gas that is hardly thermally excited is activated to perform a desired film formation.

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。
By the way, forming a film with a uniform thickness on the wafer surface is very important for improving the yield of semiconductor products, but the thickness of the film is greatly influenced by the method of supplying the source gas. Is the actual situation.
As this source gas supply method, a supply nozzle is inserted into the inside from the side wall of the processing vessel, and a source gas is supplied toward the wafer surface from this, or a flat shower head structure is provided on the upper electrode, From this, a method of supplying a source gas toward the wafer surface side is known.

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。
However, as described above, simply supplying the source gas from the side wall of the processing chamber makes it difficult for the reactive species that contribute to film formation to reach the vicinity of the center of the wafer sufficiently, and it is possible to form a film with a uniform thickness on the wafer surface. was difficult.
In addition, in a simple flat shower head structure, the flow of the supply gas may be disturbed, and in this case as well, it is relatively difficult to ensure the uniformity of the film thickness within the wafer surface.

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。   In addition, in the previous application (Japanese Patent Application No. 5-317375), the present inventor provided an antenna member in the upper part of the processing container or outside of the ceiling part, and so-called inductively coupled plasma that induces plasma by electromagnetic waves from now on. A forming method was proposed.

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。
According to this, since plasma can be generated even under a low pressure of 1 × 10 −3 Torr or less and the uniformity of the plasma can be improved, the processing characteristics of plasma etching and plasma film formation processing can be improved. When the above-described shower head structure is adopted in the inductively coupled plasma processing apparatus, a part of the electromagnetic wave from the antenna member is absorbed by the shower head structure made of a dielectric, leading to a decrease in plasma generation efficiency. End up. Therefore, in the case of an inductively coupled plasma processing apparatus, a raw material gas or the like must be introduced from the side wall of the processing vessel in order to prevent a decrease in plasma generation efficiency. There has been a problem in that it is impossible to ensure sufficient uniformity.
In particular, when a semiconductor wafer becomes large in diameter and becomes a large wafer such as an 8-inch wafer, it becomes a big problem to make the gas concentration uniform between the central portion and the peripheral portion of the wafer.

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。   The present invention has been devised to pay attention to the above problems and to effectively solve them. An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of improving the in-plane uniformity of the film thickness even if the object to be processed has a large diameter.

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。   As a result of diligent research, the present inventor has found that when the source gas is introduced from the side wall of the processing vessel, the distance between the nozzle tip and the wafer edge greatly affects the in-plane uniformity of the film formation, and the wafer diameter is increased. Accordingly, the present invention has been made by obtaining the knowledge that in order to supply a gas having a uniform concentration to the center of the wafer, it is preferable to provide ejection holes over a plurality of stages.

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。   In order to solve the above-mentioned problems, a first invention is a plasma processing apparatus that is disposed in an airtight processing container and performs plasma processing on an object to be processed placed on a susceptor. An antenna member provided outside, a high-frequency power source connected to the antenna member, and a plurality of processing gas supply passages, and processing gas is introduced into the processing container from a processing gas ejection hole communicating with the processing gas supply passage. A gas supply unit for supplying gas and an exhaust port for exhausting the inside of the processing container, wherein the gas supply unit is disposed above the surface of the object to be processed and communicates with the processing gas supply passage. The plasma processing apparatus is characterized in that the processing gas ejection holes are positioned in the circumferential direction of the processing container, are arranged substantially evenly, and the processing gas is discharged toward a central portion in the processing container.

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。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a plasma processing apparatus for performing plasma processing on an object to be processed which is disposed in an airtight processing container and placed on a susceptor, and an antenna member provided outside the processing container; A processing gas that includes a high-frequency power source connected to the antenna member, a mounting table that holds and heats an object to be processed in the processing container, and a plurality of processing gas supply passages, and communicates with the processing gas supply passage A gas supply unit for supplying a processing gas from the ejection hole into the processing container; and an exhaust port for exhausting the processing container; and the gas supply unit is disposed above the surface of the object to be processed. The processing gas ejection holes communicating with the processing gas supply passage are located in the circumferential direction of the processing container and are arranged substantially evenly to discharge the processing gas toward the central portion in the processing container. Features to do It is a plasma processing apparatus for.

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。   In this case, for example, as defined in claim 3, the gas supply unit is a nozzle. For example, as defined in claim 4, the gas supply unit is a gas supply head. Further, for example, as defined in claim 5, the gas supply port has a dome shape or a tapered shape on the gas ejection hole surface side.

<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。
<Action>
Since the present invention is configured as described above, the processing gas supplied from the processing gas ejection hole is excited by the electromagnetic wave from the antenna member connected to the high frequency power source, and becomes a reactive species for film formation. Here, the processing gas ejection holes are provided in a plurality of stages in the processing container, and the ejection holes located on the upper stage side are located on the center side of the processing container. Therefore, the source gas such as silane from the processing gas ejection hole located on the lower stage side mainly contributes to the film formation on the peripheral portion of the object to be treated, and the source gas from the processing gas ejection hole located on the upper stage side mainly. This contributes to film formation in the vicinity of the center of the object to be processed. Therefore, the in-plane uniformity of the film formed as a whole can be improved.
In this case, in order to form the processing gas supply passage, a plurality of supply nozzles extending radially from the side wall of the processing container may be provided.

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。
Further, by providing an additive gas injection hole for supplying an additive gas such as Ar gas or oxygen above the above-described process gas injection hole, the additive gas and the process gas can be mixed more uniformly. The uniformity can be further enhanced.
Further, as a processing gas supply method, a gas supply head having a gas dome-shaped or tapered surface is provided in the processing container as in the second or third invention, and the gas jetting surface is processed in a plurality of stages. Gas ejection holes can also be provided.

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。   According to this, similarly to the first invention, the processing gas ejection hole located on the upper stage side is located closer to the center side of the processing container than the processing gas ejection hole located on the lower stage side. The same effects as those of the first invention can be exhibited.

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。
According to the plasma processing apparatus of the present invention, the following excellent operational effects can be exhibited.
Since the processing gas ejection holes are provided in a plurality of stages in the processing container and the processing gas ejection holes located on the upper stage side are positioned closer to the center side of the processing container than the processing gas ejection holes located on the lower stage side, The plasma concentration and the concentration of reactive species above the object to be processed can be made uniform, and therefore the in-plane uniformity of the thickness of the film formed on the surface of the object to be processed can be greatly improved.
Therefore, even if the diameter of the object to be processed becomes large, it is possible to cope with this by providing a plurality of process gas ejection holes, and the in-plane uniformity of the film thickness can be kept high.
By providing a gas supply head having a dome-shaped or tapered gas supply surface with a plurality of stages of process gas injection holes, the upper process gas injection holes are located closer to the process vessel than the lower process gas injection holes as described above. As a result, the in-plane uniformity of the film thickness can be similarly improved.
Further, by providing the additive gas ejection hole on the upper stage side of the treatment gas ejection hole, the treatment gas (raw material gas) introduced into the treatment container and the additive gas can be mixed uniformly, and therefore the film thickness is increased. In-plane uniformity can be further improved.

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。
Hereinafter, an embodiment of a plasma processing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
1 is a schematic perspective view showing a plasma processing apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a sectional view of the processing apparatus shown in FIG. 1, FIG. 3 is a plan view of the processing apparatus shown in FIG. FIG. 5 is a graph showing the positional relationship between the nozzle and the wafer in order to evaluate the film formation, FIG. 5 is a graph showing the in-plane uniformity of the film thickness with respect to the distance in the height direction of the nozzle tip and the wafer, and FIG. 6 is the length of the nozzle. FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining the results of the graph shown in FIG. 6.
In this embodiment, the case where the plasma processing apparatus according to the present invention is applied to a plasma CVD apparatus will be described.

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。
The processing container 4 of the plasma CVD apparatus 2 is formed into a cylindrical shape with a conductive material such as aluminum or stainless steel, including the ceiling and bottom, and is grounded, and a susceptor 6 serving as a lower electrode is provided inside the processing container 4. Is installed.
The susceptor 6 is formed into a substantially cylindrical shape with a central portion made convex, for example, by anodized aluminum or the like, and the lower part is supported by a susceptor support base 8 that is also made cylindrical by aluminum or the like. In addition, the susceptor support 8 is installed on the bottom of the processing container 4 via an insulating material 10.

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。
The susceptor 6 can be selectively connected to the high-frequency power source 16 and the ground via the changeover switch 14 by the power supply path 12.
Then, a semiconductor wafer W as an object to be processed is placed and held on the susceptor 6 by an electrostatic chuck mechanism (not shown), for example.

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。   Between the susceptor 6 and the susceptor support base 8, for example, a ceramic heater 18 for heating or adjusting the temperature of the wafer W on the susceptor 6 is provided, and the susceptor support base 8 is for the purpose of cooling the heated wafer. For example, a cooling jacket 20 for flowing cooling water is provided.

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。
Further, for example, a copper antenna member 22 made of a spiral of about one turn or two turns is provided in the upper part of the processing container 4. The antenna member 22 is sandwiched between an upper insulating plate 24 and a lower insulating plate 26 made of, for example, quartz and fixed to the ceiling portion for the purpose of insulation from the container ceiling portion and prevention of heavy metal contamination due to plasma sputtering. A matching box 30 and a high-frequency power source 32 for generating electromagnetic waves are connected to both ends of the antenna member 22 via insulated feed lines 28 so that electromagnetic waves can be radiated toward the processing space S. Yes.
In addition, an exhaust port 33 connected to a vacuum pump (not shown) is provided at the bottom of the processing container 4, and a gate valve (not shown) that can be opened and closed to load and unload the wafer W is provided on the side wall. Provided.

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。
On the other hand, in order to introduce a raw material gas as a processing gas, for example, a silane gas, from the side wall of the processing vessel 4, a raw material gas supply nozzle 34 which is a feature of the present invention is radially inserted into the inside from eight directions.
The nozzle insertion direction is not limited to eight directions, and any number may be used as long as it is two directions or more, and the nozzles are arranged at substantially equal angles in the container circumferential direction.

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。
Specifically, each supply nozzle 34 constitutes a supply passage for supplying a processing gas, and is formed into a pipe shape with an insulator such as quartz, for example, and a plurality of supply nozzles 34 are formed on the side wall in the vertical direction. For example, in the illustrated example, the nozzles 34A, 34B, 34C are airtightly provided by a seal member (not shown) over three stages. The number of nozzles is not limited to three, and may be two or more, depending on the wafer size.
The base end portions of the nozzles 34A, 34B, and 34C are connected to a processing gas source 40 that stores a source gas such as silane as a processing gas via a gas supply pipe 38.

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。   Further, the processing gas ejection holes 36A, 36B, 36C at the tips of the nozzles 34A, 34B, 34C provided in three stages are located closer to the center side of the processing container as they are located in the upper stage. Therefore, the processing gas ejection hole 36B of the upper (middle) supply nozzle 34B is positioned closer to the center of the container than the processing gas ejection hole 36C of the lowermost supply nozzle 34C, and the ejection hole 36B The processing gas ejection hole 36A of the upper stage (upper stage) supply nozzle 34A is further located on the container center side.

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。   Further, the gas ejection hole 36C of the lowermost supply nozzle 34C is positioned between the side wall of the processing vessel and the edge of the wafer, and the distance L1 between the gas ejection hole 36C and the wafer edge is set to a horizontal distance of 25 mm. Set to degree. As a result, the source gas can be uniformly supplied into the processing space on the wafer surface to improve the in-plane uniformity of the film formation.

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。   Further, on the upper side wall of the uppermost processing gas supply nozzle 34A, an additive gas supply nozzle 42 made of quartz, which is arranged corresponding to each radial nozzle, is inserted in the horizontal direction. The proximal end portion is connected to an Ar gas source 48 and an oxygen gas source 50 for storing an additive gas, for example, Ar gas, through a gas supply pipe 46. The additive gas ejection hole 44, which is the tip of the nozzle 42, is positioned above the processing gas ejection holes 36A, 36B, 36C, and Ar gas, oxygen gas, etc. ejected from the additive gas ejection hole 44, etc. The additive gas can be efficiently and uniformly mixed with the raw material gas ejected from the processing gas ejection holes 36A, 36B, and 36C located below.

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。
Here, as described above, in-plane uniformity of the film formation can be improved by providing a plurality of stages of the processing gas ejection holes 36A, 36B, and 36C and positioning the ejection holes positioned in the upper stage closer to the center of the container. The reason will be described with reference to FIGS.
4, the vertical distance G between the wafer W and the source gas supply nozzle 52 is changed, and the case where the length L of the source gas supply nozzle 52 is changed to change the distance between the nozzle tip and the wafer edge. The in-plane uniformity of the film was examined. The space between the container side wall and the wafer edge is set to 100 mm, and the wafer size is 5 inches.

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。   First, in-plane uniformity was evaluated when film formation was performed while varying the vertical distance G of the nozzle. At this time, the length L between the nozzle and the wafer edge was set to 25 mm by fixing the nozzle length L to 75 mm. The result of the film thickness uniformity at this time is shown in FIG.

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。   As is apparent from FIG. 5, the in-plane uniformity improves as the distance G in the vertical direction of the nozzle increases, and the uniformity of the film thickness can be made substantially constant by setting the distance G to about 75 mm or more. Prove. However, in this case, although not shown in the graph, the in-plane uniformity is improved, but the deposition rate of the film formation is lowered, so the distance G cannot be set too large.

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。
Next, the in-plane uniformity when the film was formed while fixing the distance G in the vertical direction of the nozzle to 75 mm and changing the length L of the nozzle in various ways was evaluated. The results of in-plane uniformity of film thickness at this time are shown in FIGS.
As is apparent from the figure, the in-plane uniformity becomes better as the nozzle 52 is inserted into the container from the side wall of the container. When the distance L is 75 mm (the distance between the nozzle tip and the wafer edge is about 25 mm), the in-plane uniformity is the best. It becomes clear that the in-plane uniformity is deteriorated as the nozzle 52 is further inserted.

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。
When the film thickness in the wafer surface at this time was actually examined at three points of distances L = 0, L = 75, and L = 100, results as shown in FIG. 7 were obtained.
When the distance L = 0 mm as shown in FIG. 7A, the film thickness near the wafer center is too small, and when the distance L = 75 mm as shown in FIG. As shown in FIG. 7C, when the distance L = 100 mm, the film thickness in the vicinity of the wafer center and in the vicinity of the wafer periphery is small, and the film thickness in the intermediate portion is large. ing.

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。   Therefore, to increase the film thickness near the wafer center, insert the nozzle tip as far as the center of the container, and keep the nozzle tip far away from the wafer surface in order to suppress the effect on parts other than the vicinity of the wafer center. Also, in order to increase the film thickness around the wafer to some extent, the tip of the nozzle is positioned at a position slightly away from the wafer edge in the horizontal direction and lower than the nozzle position on the center side. Turns out to be good.

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。   For the reasons described above, as described above, the process gas ejection holes are provided in a plurality of stages, and the film ejection efficiency is maintained high by positioning the ejection holes located on the upper stage side and the container center side. It becomes clear that the in-plane uniformity of film formation can be improved.

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。
Next, the operation of the present embodiment configured as described above will be described.
First, the semiconductor wafer W is accommodated in the processing container 4 by an arm (not shown) via a gate valve (not shown), and this is placed and held on the susceptor 6.

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。 Then, the inside of the processing container 4 is evacuated by evacuating from the exhaust port 33, and a raw material gas such as silane is supplied from each of the raw material gas supply nozzles 34A, 34B, and 34C and positioned above this. From the additive gas supply nozzle 42, an additive gas mixed with Ar gas and oxygen is supplied to maintain the inside at a process pressure, for example, a considerably low pressure of about 1 × 10 −3 Torr. For example, a high frequency of 13.56 MHz is applied to the antenna member 32 from the high frequency power supply 32.

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SiO の成膜がウエハ表面に堆積することになる。 Then, electromagnetic waves are emitted to the processing space S by the induction effect of the inductance component of the antenna member 6, and at the same time, an alternating electric field is generated in the processing space S by the action of the capacitive component between the antenna member 6 and the processing container 4, As a result, Ar gas is excited in the processing space S to generate plasma, and as a result, a source gas and oxygen that are difficult to be thermally excited are activated to generate reactive species, and a SiO 2 film is deposited on the wafer surface. Will do.

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。 In this case, the plasma is generated even under a considerably low pressure between 1 × 10 −3 Torr and 1 × 10 −6 Torr as compared with the conventional parallel plate electrode type apparatus. Therefore, the film has a uniform direction and can be formed with a uniform thickness.

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。   In particular, in this embodiment, the raw material gas supply nozzles 34A, 34B, 34C for supplying the raw material gas are provided in a plurality of stages, and the nozzle located in the upper stage is made longer so that the processing gas injection hole at the tip thereof is formed in the processing space. Since it is positioned on the center side of S, the process gas injection holes located near the wafer peripheral portion, for example, the source gas from 36C mainly contributes to the film formation on the wafer peripheral portion and is located near the wafer central portion. The source gas from the processing gas ejection holes, for example, 36B and 36A, mainly contributes to the film formation in the vicinity of the intermediate portion between the peripheral portion and the central portion of the wafer and in the vicinity of the central portion of the wafer. The film can be formed in a well-balanced manner, and the in-plane uniformity of the film thickness can be greatly improved.

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。   In this case, as the processing gas injection holes are positioned closer to the center of the processing space S, the injection holes are installed at higher positions gradually away from the wafer surface by using a plurality of stages. The source gas from the processing gas injection hole located, for example, 36A is prevented from contributing excessively to the film formation, and as a result, the in-plane uniformity of the film thickness is greatly improved as described above. Can do.

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。
Furthermore, in the present embodiment, the additive gas supply nozzle 42 such as Ar gas or oxygen having a molecular weight larger than that of the source gas is positioned above the source gas supply nozzles 34A, 34B, 34C. Thus, the in-plane uniformity of the film thickness can be further improved than this point.
Therefore, even if the diameter of the wafer is increased, this can be dealt with. For example, the in-plane uniformity of the film thickness of a large diameter wafer of 8 inches or more can be improved.

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。   Further, the supply nozzles 34 and 42 are respectively inserted radially from the side walls so that the tip thereof is not positioned below the antenna member 22, so that electromagnetic waves from the antenna member 22 are not absorbed much. This electric power can contribute to plasma generation efficiently.

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。   In the above embodiment, the case where the nozzles are provided radially from eight directions as shown in FIG. 3 has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the nozzles of the cylindrical processing container are provided. As long as they are arranged uniformly along the circumferential direction, the number is not limited to 3, 4, 5, 6, 7 and the like.

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。   In the embodiment, the case where the raw material gas supply nozzles 34A, 34B, 34C are provided in three stages has been described as an example. However, the number of stages is not limited and is set to two stages or four stages or more. It may be.

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。   Furthermore, in the above embodiment, Ar gas and oxygen are mixed as additive gas and introduced from the additive gas supply nozzle 42 into the container. However, these additive gases can be mixed from separate nozzles without mixing. You may make it introduce each independently.

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。   Furthermore, since the antenna member 22 is installed in the processing container 4, the radiated electromagnetic waves are reflected on the container wall and used as electric power for plasmatization, so that energy efficiency can be improved.

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。   Further, in the above-described embodiment, a pipe-like quartz nozzle is inserted into the inside as the source gas supply nozzle 34 and the additive gas supply nozzle 42, but the present invention is not limited to this and is as follows. It may be configured. 2 that are the same as those shown in FIG.

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。   FIGS. 8 and 9 are diagrams showing an example of another gas supply method. In the upper part of the processing container 4 and below the antenna member 22 covered with the insulating plates 24 and 26 made of quartz glass, Similarly, a gas supply head 54 in which a gas ejection surface 54A on the lower surface is formed in a dome shape by quartz glass is provided.

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。   In the gas supply head 54, raw material gas supply passages 56A and 56B are formed along a horizontal direction in a plurality of stages in the vertical direction, and in the illustrated example in two stages in the vertical direction, and the tip of each passage is a gas ejection surface. 54A is configured as process gas ejection holes 58A and 58B. Accordingly, also in this case, the processing gas ejection hole 58A of the raw material gas supply passage 56A located in the upper stage is located closer to the center side in the processing container than the processing gas ejection hole 58B of the raw material gas supply passage 56B located in the lower stage. Will be.

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。   An additive gas supply passage 60 for introducing additive gas is formed above the upper raw material gas supply passage 56A, as in the above-described embodiment, and the tip of the additive gas supply passage 60 is an upper treatment at the gas ejection surface 54A. The additive gas ejection hole 62 is configured further above the gas ejection hole 58A. Also in this case, since the processing gas ejection holes 58A and 58B are located closer to the center side in the processing container as the ejection holes located in the upper stage, the same effect as the apparatus shown in FIG. In-plane uniformity of thickness can be improved, and it is possible to cope with an increase in wafer diameter.

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。   Further, in the apparatus example shown in FIG. 8, the raw material gas supply passages 56A and 56B and the additive gas supply passage 60 formed in the gas supply head 54 are configured as gas passages as they are. As shown in the enlarged view of FIG. 9, metal pipes 64A and 64B may be inserted into the gas supply passages 56A and 56B, and the gas may flow therethrough. In this case, in order to avoid plasma sputtering on the metal pipes 64A and 64B, the pipe tips do not protrude from the process gas ejection holes 58A and 58B at the tips of the gas supply passages 56A and 56B to the process space S side. It is located in a position slightly retracted. Each of the metal pipes 64A and 64B is connected to the ground so that plasma discharge does not occur. Although not shown in FIG. 9, the additive gas supply passage 60 is of course configured in the same manner as the source gas supply passages 56A and 56B.

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。   Further, in each of the above embodiments, each gas supply passage is entirely formed along a substantially horizontal direction, but the tip of each gas supply passage is bent downward toward the center direction of the susceptor. You may form in this way.

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。   In the embodiment shown in FIGS. 8 and 9, the case where the gas injection surface 54 </ b> A of the gas supply head 54 is formed in a dome shape has been described. However, the present invention is not limited to this, for example, as shown in FIGS. 10 and 11. You may form in a taper shape. FIG. 10 is a perspective view showing a modification of the gas supply head, and FIG. 11 is a cross-sectional view of the gas supply head shown in FIG.

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。   In this embodiment, the gas injection surface 54A inside the gas supply head 54 made of quartz glass is formed in a tapered shape so as to form a polygonal pyramid or a part of a conical slope instead of a dome shape. The gas supply head 54 is provided with a plurality of stages, for example, two stages of source gas supply passages 56A and 56B and an additive gas supply passage 60, as shown in FIG. In particular, in this embodiment, the distal ends of the gas supply passages 56A, 56B, 60 are bent obliquely downward toward the center direction of the susceptor, and the ejected gas is efficiently introduced into the processing space S above the susceptor. From this point, it is possible to further improve the in-plane uniformity of the thickness of the film formed on the wafer.

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。   Further, in each of the embodiments described above, the antenna member 22 covered with the insulating plates 24 and 26 is provided in the upper part in the processing container. However, the present invention is not limited to this, and FIGS. As shown in FIG. 4, the antenna member may be embedded and covered in an insulating member constituting the gas supply head. In FIG. 12, a quartz glass gas supply head 54 is formed into a dome shape having a predetermined thickness, and the head 54 can be divided into an upper head portion 66A and a lower head portion 66B in the vertical direction. Yes. A hemispherical lower surface of the lower head portion 66B is configured as a gas ejection surface 54A.

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。
Then, a spiral groove 68 capable of accommodating the antenna member 22 is provided at a joint portion between the upper and lower head portions 66A and 66B, and the upper and lower head portions 66A and 66B are accommodated in the state where the antenna member 22 is accommodated. Join.
Further, the dome-shaped gas supply head 54 is provided with a plurality of raw material gas supply passages 56A and 56B similar to those shown in FIG. 8, for example, two stages, and further, an additive gas supply passage 60 is provided on the upper stage. . As a result, the processing gas ejection hole 58A at the tip of the upper stage source gas supply passage 56A is positioned closer to the center of the processing vessel than the processing gas ejection hole 58B at the tip of the lower stage source gas supply passage 56B.

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。   In this case as well, not only the effects similar to those of FIG. 2 are exhibited, but also the antenna member 22 is incorporated in the gas supply head 54, so that, for example, the upper and lower insulations required in the apparatus example shown in FIG. The plates 24 and 26 can be omitted, and the structure can be simplified.

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。   13 is provided with a tapered gas supply head 54 having a predetermined thickness instead of the dome-shaped gas supply head 54 having a predetermined thickness shown in FIG. Also in this case, the tapered gas supply head 54 having a predetermined thickness can be separated into the upper head portion 66A and the lower head portion 66B in the vertical direction, and the antenna member 22 is interposed between these joint portions. The head 54 is provided with the raw material gas supply passages 56A and 56B over a plurality of stages, and the additive gas supply passage 60 is provided on the upper stage, which is the same structure as the embodiment shown in FIG.

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。   In addition, in the conventional showerhead structure, a film adheres to the stepped portion in the vicinity of the gas outlet and causes particles. However, as described above, the gas ejection surface should be dome-shaped or tapered. This eliminates the step portion in the vicinity of the gas outlet and prevents film formation, thereby contributing to the reduction of particles.

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。   In each of the above embodiments, the gas ejection surface is formed in a dome shape or a taper shape so that the upper process gas ejection hole is positioned closer to the center of the process vessel than the lower process gas ejection hole. As long as the positional relationship of the ejection holes is satisfied, the shape of the gas ejection surface is not limited to that described above, and may be formed in a stepped step shape, for example.

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。   Further, in each of the above-described embodiments, the case where the source gas supply passage and the additive gas supply passage are inserted or supplied from the side wall side in the processing container has been described. However, the present invention is not limited to this. Thus, the antenna member 22 sandwiched between the upper and lower insulating plates 24 and 26 is provided in the ceiling portion of the processing container 4, and a gas supply head 70 made of, for example, quartz glass for supplying source gas and additive gas from the ceiling portion. It is good also as a shower head structure so that it may suspend and support. In this case, in the conventional conventional showerhead structure, the gas ejection surface on the lower surface facing the lower electrode is formed in a flat plate shape. In this embodiment, the gas ejection surface 54A is, for example, as shown in FIGS. Similar to the structure shown, it is shaped like a dome, and a plurality of process gas ejection holes 58A, 58B are formed in this gas ejection surface 54A. Therefore, also in this case, among the processing gas ejection holes, the ejection hole 58A located on the upper stage side is located closer to the center side of the processing container than the ejection hole 58B located on the lower stage side. The same effect as the structure shown can be exhibited. In this case, by providing one or two diffusion plates 74A and 74B having a large number of diffusion holes 72 in the gas supply head 70, the supply amount of the supply gas to the processing space S can be made uniform. it can.

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(SiH )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。
In each of the above embodiments, the case where the antenna member 22 is accommodated in the container has been described. However, the antenna member 22 may be shielded and positioned outside the container, for example, on the upper surface side of the ceiling portion.
In each embodiment, silane gas (SiH 4 ) is used as a source gas and Ar gas and oxygen are used as additive gases. However, the present invention is not limited to these gases.

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。
As described above, the processing gas ejection holes are provided in a plurality of stages in the processing container, and the processing gas ejection holes located on the upper stage side are located closer to the center side of the processing container than the processing gas ejection holes located on the lower stage side. As a result, the plasma concentration and the concentration of reactive species above the object to be processed can be made uniform, and therefore the in-plane uniformity of the thickness of the film formed on the surface of the object to be processed can be greatly increased. Can be improved.
Therefore, even if the diameter of the object to be processed becomes large, it is possible to cope with this by providing a plurality of process gas ejection holes, and the in-plane uniformity of the film thickness can be kept high.
By providing a gas supply surface having a dome-shaped or tapered gas supply surface with a plurality of stages of process gas ejection holes, the upper process gas ejection holes are located closer to the process vessel than the lower process gas ejection holes as described above. As a result, the in-plane uniformity of the film thickness can be similarly improved.
Further, by providing the additive gas ejection hole on the upper stage side of the treatment gas ejection hole, the treatment gas (raw material gas) introduced into the treatment container and the additive gas can be mixed uniformly, and therefore the film thickness is increased. In-plane uniformity can be further improved.

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。1 is a schematic perspective view showing a plasma processing apparatus according to the present invention. 図1に示す処理装置の断面図である。It is sectional drawing of the processing apparatus shown in FIG. 図1に示す処理装置の平面図である。It is a top view of the processing apparatus shown in FIG. 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。It is a figure which shows the positional relationship of a nozzle and a wafer in order to evaluate the film-forming with respect to a gas supply nozzle position. 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。It is a graph which shows the in-plane uniformity of the film thickness with respect to the distance of the nozzle front-end | tip and the height direction of a wafer. 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。It is a graph which shows the in-plane uniformity of the film thickness with respect to the length of a nozzle. 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。It is explanatory drawing for demonstrating the result of the graph shown in FIG. 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。It is a schematic sectional drawing which shows the apparatus of this invention which formed the gas ejection surface in the dome shape. 図8に示す装置の変形例を示す要部拡大図である。It is a principal part enlarged view which shows the modification of the apparatus shown in FIG. 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。It is a perspective view which shows the gas supply head in which the gas ejection surface was formed in the taper shape. 図10に示すガス供給ヘッドの断面図である。It is sectional drawing of the gas supply head shown in FIG. 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。It is a schematic sectional drawing which shows the example of an apparatus of this invention which shape | molded gas supply head itself in the dome shape. 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。It is a schematic sectional drawing which shows the example of an apparatus of this invention which shape | molded gas supply head itself in the taper shape. 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。It is a schematic sectional drawing which shows the example of an apparatus of this invention which made the gas ejection surface of the gas supply head suspended from the ceiling part the dome shape.

符号の説明Explanation of symbols

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)

2 Plasma CVD equipment (plasma processing equipment)
4 Processing container 6 Susceptor (lower electrode)
8 susceptor support base 22 antenna member 24 upper insulating plate 26 lower insulating plate 32 high frequency power supply 34 raw material gas supply nozzle 34A upper raw material gas supply nozzle 34B middle raw material gas supply nozzle 34C lower raw material gas supply nozzle 36A, 36B, 36C processing gas ejection hole 40 Process gas source 48 Ar gas source 50 Oxygen gas source 54 Gas supply head 54A Gas ejection surface 56A, 56B Raw material gas supply passage 58A, 58B Process gas ejection hole 66A Upper head part 66B Lower head part 70 Shower head 74A, 74B Diffusion Plate W Semiconductor wafer (object to be processed)

Claims (5)

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。
In a plasma processing apparatus that is disposed in an airtight processing container and performs plasma processing on an object to be processed placed on a susceptor,
An antenna member provided outside the processing container;
A high-frequency power source connected to the antenna member;
A gas supply unit that includes a plurality of process gas supply passages and supplies process gas into the process container from a process gas ejection hole communicating with the process gas supply passage;
An exhaust port for exhausting the inside of the processing container,
The gas supply unit is disposed above the surface of the object to be processed, and the position of the processing gas ejection holes communicating with the processing gas supply passage is positioned in the circumferential direction of the processing container, and is disposed substantially evenly. A plasma processing apparatus that discharges a processing gas toward a central portion in the processing container.
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。
In a plasma processing apparatus that is disposed in an airtight processing container and performs plasma processing on an object to be processed placed on a susceptor,
An antenna member provided outside the processing container;
A high-frequency power source connected to the antenna member;
A mounting table that holds the object to be processed and can be heated in the processing container;
A gas supply unit that includes a plurality of process gas supply passages and supplies process gas into the process container from a process gas ejection hole communicating with the process gas supply passage;
An exhaust port for exhausting the inside of the processing container,
The gas supply unit is disposed above the surface of the object to be processed, and the position of the processing gas ejection holes communicating with the processing gas supply passage is positioned in the circumferential direction of the processing container, and is disposed substantially evenly. A plasma processing apparatus that discharges a processing gas toward a central portion in the processing container.
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。 The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the gas supply unit is a nozzle. 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。 The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the gas supply unit is a gas supply head. 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。

The plasma processing apparatus according to claim 4, wherein the gas supply hole has a dome shape or a tapered shape on the gas ejection hole surface side.

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