JP2007184611A - プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】均一なＣＶＤ処理をおこなうプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】電極板２０の、サセプタ１０に対向する面を凸型の形状とする。電極板２０は、凸部２０ａにおいてシールドリング２６の開口２６ａと嵌合する。このとき、凸部２０ａの厚さは、シールドリング２６の厚さとほぼ同一である。これにより、電極板２０と、シールドリング２６とは、実質的に同一の平面を形成する。また、凸部２０ａの主面は、ウェハＷの径の１．２〜１．５倍の径を有する。また、電極板２０は、例えば、ＳｉＣから構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、プラズマを用いて成膜処理、エッチング処理等の処理を行うプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。

半導体装置、液晶表示装置等の製造プロセスには、プラズマを用いて半導体ウェハ等の基板の表面を処理するプラズマ処理装置が使用されている。プラズマ処理装置としては、例えば、基板にエッチングを施すプラズマエッチング装置や、化学的気相成長(Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ)を施すプラズマＣＶＤ装置等が挙げられる。中でも、平行平板型のプラズマ処理装置は、処理の均一性に優れ、また、装置構成も比較的簡易であることから、広く使用されている。

平行平板型のプラズマ処理装置の構造を図１７に示す。図１７に示すように、プラズマ処理装置１０１は、チャンバ１０２と、チャンバ１０２内に処理ガスを供給し、上部電極を構成するシャワー電極１０３と、半導体ウェハ等の被処理体Ｗが載置され、下部電極を構成するサセプタ１０４と、から構成される。

シャワー電極１０３は、多数のガス穴１０５を有する電極板１０６と、電極板１０６を支持し、処理ガスをガス穴１０５に導く中空部１０７を備える電極支持体１０８と、から構成される。電極板１０６は、その周縁部において、電極支持体１０８にねじ等により支持され、支持部分は絶縁材からなるシールドリング１０９によって覆われている。シールドリング１０９は電極板１０６よりも小径の開口を有し、開口内に電極板１０６が露出する構成となっている。シールドリング１０９は、支持部分における異常放電の発生を低減させる。

上記プラズマ処理装置１０１は、電極板１０６のガス穴１０５から被処理体Ｗに処理ガス（図中実線矢印）を供給し、電極板１０６にＲＦ電力を供給して、電極板１０６の露出面と、サセプタ１０４と、の間にＲＦ電界（図中破線矢印）を形成する。これにより、被処理体Ｗの上に処理ガスのプラズマを発生させ、被処理体Ｗの表面に所定の処理を施す。

上記構成のプラズマ処理装置１０１には、下記（１）および（２）のような問題がある。

（１）電極板１０６の周縁を保護するシールドリング１０９は、絶縁性を確保するため、例えば、１０ｍｍ程度の厚さを有する板状部材から構成される。電極板１０６は、シールドリング１０９の開口内に露出するようにシールドリング１０９上に重ねられる。このとき、電極板１０６の露出面（下面）の周縁部と、シールドリング１０９の開口近傍の面と、の間には、段差Δが生じる。

このような段差Δは、被処理体Ｗの表面全体の処理特性を異なったものとし、処理の均一性を低下させる。すなわち、開口内のガス穴１０５から供給されるガスは、段差Δにおいて滞留などし、ガスの流れに乱れが生じる。これにより、例えば、被処理体Ｗの中心部と、端部と、におけるガス供給が不均一となり、処理の均一性が低下する。

また、プラズマと接触する電極板１０６の露出面の径（以下、上部電極径とする）は、対向する被処理体Ｗの表面の径とほぼ等しいように形成される。すなわち、上部電極径は、電極板１０６と被処理体Ｗとの間に形成される、ガスの流れおよび電界を最適化して、均一性の高い処理がなされるように決定されたものではない。このため、十分に均一性の高い処理が行われないおそれがある。

また、ガスの流れおよび電界を最適化するため、ガスの吹き出し径と、上部電極径と、を変化させる場合でも、ガスの吹き出し径および上部電極径は、実質的にシールドリング１０９の開口の径によって決定される。このため、ガスの吹き出し径と、上部電極径と、をそれぞれ独立に変化させて最適化し、処理の均一性を向上させることは難しい。

以上のように、従来のプラズマ処理装置１０１は、上部電極径と、ガスの吹き出し径と、が最適化され、処理の均一性が十分に高められたものとはいえなかった。

（２）上記プラズマ処理装置１０１には、フッ素系ガス等のハロゲン系ガスを用いたドライクリーニングが行われる。具体的には、チャンバ１０２の内部または外部でハロゲン系ガスのプラズマを生成し、ガスプラズマ中のハロゲン活性種（例えば、フッ素ラジカル）により、チャンバ１０２内に付着、堆積した膜を除去する。特に、フッ素は、シリコンとの反応性が高く、シリコン系の膜を処理する処理装置のクリーニングに好適である。

ここで、電極板１０６は、メタルコンタミを避けるため、シリコンから構成される。このようなシリコンからなる電極板１０６は、上記クリーニングによってエッチングされやすい。特に、チャンバ１０２の外部でクリーニングガスのプラズマを生成し、ラジカル種を選択的にチャンバ１０２内に導入するリモートプラズマクリーニングにおいては、ラジカル種の活性が高いため、電極板１０６の劣化（エッチング）が顕著となる。

電極板１０６の劣化は、電極板１０６の形状を変化を意味し、ＲＦ電界を変化させる。電界の変化により、例えば、被処理体Ｗの中心部と端部とにおける処理特性が変化し、処理の均一性が低下する。

以上のように、シリコンからなる電極板１０６を用いた場合には、クリーニングにより電極板１０６がエッチングされやすく、十分に均一性の高い処理が行われないおそれがあった。

上記事情を鑑みて、本発明は、被処理体に均一性の高い処理を施すことのできるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係るプラズマ処理装置（１）は、
一面上に被処理体が載置される第１の電極板（１０）と、
高周波電源に接続され、前記一面と平行に対向し、前記第１の電極板（１０）に載置された被処理体の径の１．２倍〜１．５倍の径を有する対向面を備える第２の電極板（２０）と、
を備える、ことを特徴とする。

上記構成の装置において、さらに、前記対向面の径と略同一の径を有する開口（２６ａ）が形成されてもよく、前記開口（２６ａ）の内側に前記対向面が露出するように、前記第２の電極板（２０）の周縁部を覆うシールドリング（２６）を備えてもよい。

上記構成の装置において、前記第２の電極板（２０）は、前記対向面を主面とし、前記開口（２６ａ）と嵌合する凸部（２０ａ）を備えてもよい。

上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係るプラズマ処理方法は、
内部でのプラズマの生成により、被処理体に所定の処理が施されるチャンバ（２）と、一面上に被処理体が載置される第１の電極板（１０）と、高周波電源（２４）に接続され、前記一面と平行に対向する対向面を有する第２の電極板（２０）と、を備えたプラズマ処理装置（１）を用いたプラズマ処理方法であって、
前記対向面の径を、前記第１の電極板（１０）に載置された被処理体の径の１．２倍〜１．５倍として、前記第２の電極に高周波電力を供給する工程を含む、ことを特徴とする。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態にかかる処理装置について、以下図面を参照して説明する。以下に示す実施の形態では、半導体ウェハ（以下、ウェハＷ）にＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)によりフッ化酸化シリコン（ＳｉＯＦ）膜を形成する、平行平板型のプラズマ処理装置を例として説明する。

図１に第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置１の構成を示す。
プラズマ処理装置１は、例えば、表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなる、円筒状のチャンバ２を有する。チャンバ２は接地され、共通電位とされている。

チャンバ２の上部にはガス供給管３が設けられている。ガス供給管３は、ＳｉＦ_４、ＳｉＨ_４、Ｏ_２、Ａｒ等が混合された処理ガスを供給するガス供給源４に接続されている。処理ガスは、ガス供給管３から、マスフローコントローラ（図示せず）により、所定の流量に調節されてチャンバ２内に供給される。

チャンバ２の底部側方には、排気口５が設けられている。排気口５には、ターボ分子ポンプなどから構成される排気装置６が接続されている。排気装置６は、チャンバ２内を所定の減圧雰囲気、例えば、１Ｐａ以下の所定の圧力まで排気する。

チャンバ２の側壁にはゲートバルブ７が設けられている。ゲートバルブ７を開放した状態で、チャンバ２と隣接するロードロック室（図示せず）との間でのウェハＷの搬入出がなされる。

チャンバ２内の底部中央からは、略円柱状のサセプタ支持台８が起立している。サセプタ支持台８の上にはセラミック等の絶縁体９を介してサセプタ１０が設けられている。また、サセプタ支持台８はチャンバ２の下方に設けられた昇降機構（図示せず）にシャフト１１を介して接続され、昇降可能となっている。

サセプタ１０上には、ウエハＷと略同径の図示しない静電チャックが設けられている。サセプタ１０上に載置されたウェハＷは、静電チャックによってクーロン力により固定される。

サセプタ１０は、アルミニウム等の導体から構成され、平行平板電極の下部電極を構成する。サセプタ１０には、第１のＲＦ電源１２が第１の整合器１３を介して接続されている。第１のＲＦ電源１２は０．１〜１３ＭＨｚの範囲の周波数を有している。第１のＲＦ電源１２に上記範囲の周波数を印加することにより、被処理体に適度なイオン衝撃を与える等の効果が得られる。

サセプタ支持台８の内部には、冷媒室１４が設けられている。冷媒室１４には冷媒が循環している。冷媒供給管１５から供給された冷媒は冷媒室１４を通って冷媒排出管１６から排出される。冷媒室１４を冷媒が循環することにより、サセプタ１０及びウエハＷの処理面は所望の温度に維持される。また、ウェハＷの受け渡し用のリフトピン（図示せず）が、サセプタ１０及び静電チャックを貫通して昇降可能に設けられている。

サセプタ１０表面の周縁部には、セラミック等の絶縁体から構成されるフォーカスリング１７が設けられている。フォーカスリング１７は中心に開口を有し、開口はウェハＷとやや大きい径とされている。ウェハＷは、フォーカスリング１７の開口の内側に露出したサセプタ１０の表面上に載置される。フォーカスリング１７は、ウェハＷにプラズマ活性種を効果的に入射させる。

チャンバ２の天井部には、平行平板電極の上部電極１８が設けられている。上部電極１８は、いわゆるシャワーヘッド構造を有し、多数のガス穴１９を有する電極板２０と、電極板２０との間に中空の拡散部２１を形成する電極支持体２２と、から構成される。

電極支持体２２は、ガス供給管３に接続されている。ガス供給管３から供給されたガスは、拡散部２１において拡散され、多数のガス穴１９から噴出される。電極板２０は、サセプタ１０と対向するように設けられ、ウェハＷよりもやや大径を有するように形成されている。これにより、処理ガスは、ウェハＷの表面全体に供給される。

電極板２０は、アルミニウム等の導体材料から構成され、円板状に形成されている。電極板２０は、第２の整合器２３を介して第２のＲＦ電源２４に接続されている。電極板２０へのＲＦ電力の印加により、ガス穴１９から供給されたガスのプラズマが生成する。

図２に、電極板２０の近傍の拡大図を示す。図２に示すように、電極板２０は、その周縁部の厚さが薄く形成され、円柱状の凸部２０ａを形成するように構成されている。電極板２０は、周縁部にはねじ溝等が形成されており、周縁部において電極支持体２２にねじ２５により止められる。

電極板２０の周縁部のねじ止め部分は、窒化アルミニウム等のセラミック等から構成されるシールドリング２６によって覆われている。シールドリング２６は、開口２６ａが形成された主面を有し、この主面がチャンバ２の天井面と略平行となるように、チャンバ２の天井の側部等に固定されている。シールドリング２６の開口２６ａは、電極板２０よりも小径に形成され、開口２６ａ内に電極板２０が露出するように設けられる。また、シールドリング２６の、少なくとも主面部分は、１０ｍｍ程度の厚さを有する板状に形成されている。シールドリング２６によりねじ止め部分が覆われることにより、プラズマ生成時のねじ止め部分における異常放電等は防がれる。

ここで、シールドリング２６の開口２６ａの径は、電極板２０の凸部２０ａの径と略同一に形成され、シールドリング２６は、その開口２６ａ内に電極板２０の凸部２０ａが下向きに嵌合するように設置される。

電極板２０の凸部２０ａの径は、シールドリング２６の開口の径とほぼ同じに設定されており、凸部２０ａはシールドリング２６の開口２６ａ内にほぼ隙間無く嵌合するよう構成されている。また、ガス穴１９は、凸部２０ａを貫通するように形成されており、シールドリング２６により処理ガスの噴出が妨げられることはない。

電極板２０の凸部２０ａと、シールドリング２６と、は、互いに嵌合したときに、実質的に同一の面を形成する。すわなち、電極板２０の凸部２０ａの高さは、シールドリング２６の開口２６ａ付近の厚さとほぼ同一の値（例えば、１０ｍｍ程度）に設定されている。

上記構成では、電極板２０と、シールドリング２６と、は、プラズマ生成領域に対して平坦な面を形成する。この場合、電極板２０の露出面と、シールドリング２６の主面と、の間に段差が形成されない。これにより、ガス穴１９から噴出される処理ガスの流れが、このような段差部分で乱れることはなく、ガス穴１９全体から噴出される処理ガスの流れは、ほぼ均等なものとなる。これにより、処理ガスは高い均一性でウェハＷの表面に供給され、ウェハＷに均一性の高い処理が行われる。

（実施例１）
図３Ａに、凸型の電極板２０を介してＡｒガスをチャンバ２内に供給した場合の、ウェハＷの上方の各地点における圧力を調べた結果を示す。また、図３Ｂに、凸部２０ａを有しない、平坦な電極板２０を用いた場合の結果を示す。ここで、電極板２０とサセプタ１０との距離（電極間ギャップ）は３０ｍｍであり、２００ｍｍのウェハＷの表面にＡｒガスを３００ｓｃｃｍで流した。

図３Ａに示されるように、凸型の電極板２０を用いた場合には、ウェハＷの上方では、中心部と端部とで圧力は変わらず、ほぼ１Ｐａ程度で一定である。一方、図２Ｂに示されるように、平坦な電極板２０を用いた場合には、ウェハＷ上方の端部では１Ｐａ程度であるのに対し、中心部では１．５Ｐａ程度と５０％近く高くなっている。この圧力の差は、電極板２０とシールドリング２６との段差部分の近くで発生している。このことから、段差を生じない凸型の電極板２０を用いることにより、ウェハＷの上方の圧力をほぼ一定とすることができることがわかる。

図４に、図３Ａ及び３Ｂに示す実験において、電極間ギャップを変化させたときのウェハＷの中心の上方の圧力変化を調べた結果を示す。図４に示されるように、平坦な電極板２０を用いた場合、圧力は電極間ギャップの減少とともに大きく上昇し、電極間ギャップ１０ｍｍでは約４Ｐａに達する。

一方、凸型の電極板２０を用いた場合、電極間ギャップが変化しても、大きな圧力上昇は見られず、電極間ギャップ１０ｍｍでも、圧力は平坦型のほぼ半分の約２Ｐａである。

図４に示す結果から、凸型の電極板２０を用いた場合、ウェハＷ上方の圧力（すなわち、実質的なプロセス圧力）は、比較的低くなることがわかる。一般に、高いプロセス圧力は、プラズマ処理に好ましくない影響を与える。特に、ＣＶＤによる埋め込み処理においては、圧力が高いとボイドが発生しやすい。このことから、凸型の電極板２０を用いることにより、信頼性の高い処理、特に、埋め込み処理が可能であることがわかる。

図５に、電極板２０の露出面とシールドリング２６の露出面との段差（凸部２０ａの高さ）を変化させたときの、ウェハＷの表面における成膜速度の均一性を調べた結果を示す。ここで、成膜条件は、ＳｉＨ_４／ＳｉＦ_４／Ｏ_２／Ａｒ＝２２／２８／２５０／５０（ｓｃｃｍ）、圧力（排気圧）１．３Ｐａ、電極間ギャップ２０ｍｍである。また、成膜速度均一性は、（成膜速度均一性（％））＝（（最大成膜速度）＋（最小成膜速度））／（（平均成膜速度）×２）×１００として算出した。なお、成膜速度均一性の値が低いほど、成膜速度のばらつきが少ないことを示し、処理の均一性が高いことを示す。また、シールドリング２６の厚さは１０ｍｍであり、段差の高さが０ｍｍの場合、電極板２０とシールドリング２６とは平坦面を形成する。

図５に示されるように、電極板２０とシールドリング２６との段差が小さいほど、成膜速度の均一性の値は減少し、ウェハＷの表面全体に均一性の高い成膜処理が行われることがわかる。

また、図６に、上記段差を変化させ、所定のアスペクト比を有する溝の埋め込み処理を行い、ボイドの発生なく良好な埋め込み処理の可能な最大のアスペクト比を調べた結果を示す。なお、図６中、アスペクト比は、平坦な電極板２０（段差−１０ｍｍ）を用いた場合の結果を１としたときの比として表した。

図６に示されるように、段差が小さいまたは無いほど、良好に埋め込み可能な最大のアスペクト比は高い。例えば、電極板２０とシールドリング２６とが平坦面を形成する場合（段差０ｍｍ）には、平坦な電極板２０を用いた場合（段差−１０ｍｍ）の１．５倍のアスペクト比を有する溝に対して良好な埋め込み処理が可能である。ここで、アスペクト比が高い溝ほど、埋め込み処理時にボイドが発生しやすい。

図４に示す結果とあわせて、凸型の電極板２０を用いて段差を小さくまたは無くすことにより、ウェハＷ上方のプロセス圧力が低く抑えられ、ボイドの発生の少ない信頼性の高い埋め込み処理が行われることがわかる。

以上説明したように、第１の実施の形態では、電極板２０を凸型に形成し、電極板２０の露出面とシールドリング２６の主面とが平坦面を形成する構成となっている。この構成により、電極板２０とシールドリング２６との段差は無くなり、ウェハＷの上方における処理ガスの乱れを低減し、または無くすことができる。これにより、ウェハＷの上方の圧力は、その表面上全体でほぼ均一となり、表面全体に均一性の高い処理を行うことができる。さらに、ウェハＷ上の圧力を、比較的低い圧力に保つことができ、ボイドの発生が抑えられた信頼性の高い埋め込み処理を行える。

上記第１の実施の形態では、電極板２０の凸部２０ａの高さは、シールドリング２６の厚さとほぼ同じであり、電極板２０とシールドリング２６とが実質的に同一の面を形成するものとした。しかし、凸部２０ａの高さは、これに限らず、シールドリング２６の厚さよりも大きく、シールドリング２６の開口から凸部２０ａが突出するような高さであってもよい。

（第２の実施の形態）
以下、本発明の第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態に係るプラズマ処理装置１は、図１に示す第１の実施の形態のプラズマ処理装置１とほぼ同一の構成を有する。図６に、第２の実施の形態の上下電極近傍の拡大図を示す。なお、図中、図１および図２と同一の部分には同一の符号を付し、理解を容易にするため説明を省略する。

第２の実施の形態では、電極板２０は、第１の実施の形態と同様の構成を有する。すなわち、図６に示すように、電極板２０は凸型に形成され、凸部２０ａの露出面（下面）と、シールドリング２６の露出面（下面）とが、略同一の平面を形成している。また、フォーカスリング１７の開口は、ウェハＷの径とほぼ同一の径に設定されている。

サセプタ１０の露出面の径（下部電極径Ｄ１）と、電極板２０の露出面の径（上部電極径Ｄ２）と、の比は、所定の値となるように構成されている。ここで、サセプタ１０の露出面とは、実質的に下部電極として機能する面を指し、下部電極径Ｄ１は、フォーカスリング１７の開口の径、または、ウェハＷの径と、ほぼ同一である。また、電極板２０の露出面とは、実質的に上部電極として機能する面を指し、上部電極径Ｄ２は、凸部２０ａの主面の径、または、シールドリング２６の開口２６ａの径とほぼ同一である。なお、以下では、下部電極径Ｄ１は、ウェハＷの径を指し、上部電極径Ｄ２は、凸部２０ａの主面の径を指すものとする。

例えば、下部電極径Ｄ１と上部電極径Ｄ２とは、その比（Ｄ２／Ｄ１）が、１．２〜１．５、特に、１．２５〜１．４５であるように構成されている。例えば、下部電極径Ｄ１を２００ｍｍとした場合、上部電極径Ｄ２は２６０ｍｍとされる。

ここで、ガス穴１９は、電極板２０の凸部２０ａを貫通するように、例えば、同心円状にそれぞれ設けられている。電極径の比（Ｄ２／Ｄ１）は、ガス穴１９の配置を変えないように変化させる。従って、電極径の比（Ｄ２／Ｄ１）を変えることにより、処理ガスの供給を一定としたままで、上下の電極間に形成されるＲＦ電界を変化させることができる。

（実施例２）
電極径の比（Ｄ２／Ｄ１）を変化させて成膜処理を行い、ウェハＷの表面におめる成膜速度の均一性を調べた結果を図８に示す。ここで、成膜条件は、ＳｉＨ_４／ＳｉＦ_４／Ｏ_２／Ａｒ＝２２／２８／２５０／５０（ｓｃｃｍ）、圧力１．３Ｐａ、電極間ギャップ２０ｍｍとした。また、成膜速度均一性は、（成膜速度均一性：％）＝（（最大成膜速度）＋（最小成膜速度））／（（平均成膜速度）×２）×１００として算出した。

図８に示す結果から、電極径の比（Ｄ２／Ｄ１）が１．２〜１．５の範囲にあるとき、成膜速度均一性は５％以下であり、ウェハＷの表面全体に膜が高い均一性で形成されることがわかる。また、特に、電極径の比が１．２５〜１．４５の範囲にあるとき一層高い均一性を示すことがわかる。

一方で、上下の電極径が等しい場合（Ｄ２／Ｄ１＝１）、および、上部電極径Ｄ２が大きすぎる場合（Ｄ２／Ｄ１＞１．５）の場合には、ウェハＷの表面全体に均一性の高い成膜が行われておらず、成膜速度均一性の値は高く、処理に適したＲＦ電界が形成されていないことがわかる。

電極径の比が、１．１（図８のＡ）、１．４（Ｂ）および１．６（Ｃ）の場合について、それぞれ、成膜処理後のウェハＷ表面の各地点における膜厚を調べた結果を図９に示す。

図９より、電極径の比が１．４（Ｂ）の場合、ウェハＷの中心から端部にわたってほぼ均一な厚さの膜が形成されており、均一性の高い成膜が行われていることがわかる。一方、比が１．１（Ａ）の場合、ウェハＷの中心部で成膜速度が高く、端部では低い。また、比が１．６（Ｃ）の場合には、逆に、端部で成膜速度が高く、中心部では低い。これらのことから、図８に示す結果と同様に、電極径の比が１．２〜１．５の範囲内にある場合に、最適なＲＦ電界が形成され、ウェハＷの表面全体に均一性の高い成膜が可能であることがわかる。

上記第２の実施の形態では、凸型の電極板２０を用いている。しかし、本発明は、凸型の電極板２０に限らず、平坦な電極板２０にも適用可能である。例えば、上部電極径Ｄ２を、電極板２０の露出面の径、すなわち、シールドリング２６の開口の径として、同様に上下の電極径の比を規定するようにしてもよい。

（第３の実施の形態）
以下、本発明の第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態に係るプラズマ処理装置１は、図１に示す第１の実施の形態のプラズマ処理装置１とほぼ同一の構成を有する。図１０に、第３の実施の形態の上下電極近傍の拡大図を示す。なお、図中、図１および図２と同一の部分には同一の符号を付し、理解を容易にするため、説明を省略する。

電極板２０は凸型に形成され、図１０に示すように、凸部２０ａの露出面（下面）と、シールドリング２６の露出面（下面）とが、略同一の平面を形成している。凸部２０ａの露出面が、実質的にＲＦ電界を形成する。

第３の実施の形態では、電極板２０の露出面の面積を一定に保ちつつ、処理ガスの供給面積（処理ガスの吹き出し径）を所望のように拡大可能な構成を有する。すなわち、ガス穴１９を、電極板２０だけでなく、これを包囲するシールドリング２６にも設けた構成を有する。

図１０に示すように、シールドリング２６は、電極板２０の周囲に形成されたガス穴２６ｂを有する。電極支持体２２は、内部に形成される拡散部２１と、ガス穴２６ｂと、が連通するように設けられている。これにより、処理ガスは、電極板２０に設けられたガス穴１９と、シールドリング２６のガス穴２６ｂと、から吹き出される。

ガス穴２６ｂは、電極板２０のガス穴１９と同様に配置されている。電極板２０のガス穴１９は、例えば、ほぼ同心円状に設けられており、シールドリング２６のガス穴２６ｂは、電極板２０のガス穴１９の外周に設けられる。

ここで、ガス穴１９とガス穴２６ｂとから構成される処理ガスの吹き出し径（Ｄ３）は、電極板２０の露出面の径（上部電極径Ｄ２）よりも大きく、特に、約１．１倍よりも大きい（Ｄ３／Ｄ１＞１．１）ように構成されている。ここで、吹き出し径Ｄ３は、例えば、最外周のガス穴２６ｂの径である。例えば、上部電極径Ｄ２を２６０ｍｍとしたとき、ガス吹き出し径Ｄ３は、Ｄ２の約１．１倍の約２８０ｍｍでとされる。

上記のように、シールドリング２６にガス穴２６ｂを設けることにより、電極板２０の露出面の面積を変えずに、ＲＦ電界を変えることなく、ガス供給面積の拡大を図れる。ガス供給面積を拡大させることにより、ウェハＷの表面全体により均等にガスを供給することができる。従って、ウェハＷの表面に均一性の高い処理が行える。

（実施例３）
処理ガスの吹き出し径Ｄ３を変化させて、成膜速度およびウェハＷの表面における成膜速度の均一性を調べた結果を、図１１に示す。ここで、上部電極径Ｄ２は、２６０ｍｍとした。また、成膜条件は、ＳｉＨ_４／ＳｉＦ_４／Ｏ_２／Ａｒ＝２２／２８／２５０／５０（ｓｃｃｍ）、圧力１．３Ｐａ、電極間ギャップ２０ｍｍとした。また、成膜速度均一性は、（成膜速度均一性：％）＝（（最大成膜速度）×（最小成膜速度））／（（平均成膜速度）×２）×１００として算出した。

図１１より、ガスの吹き出し径Ｄ３が大きいほど成膜速度は高いことがわかる。また、吹き出し径Ｄ３が約２４０ｍｍ以上（上部電極径Ｄ２の約０．８５倍以上、ウェハ径の約１．２倍以上）で、十分に高い成膜速度が得られることがわかる。

また、ガスの吹き出し径Ｄ３が大きいほど成膜速度の均一性は高いことがわかる。また、吹き出し径Ｄ３が上部電極径Ｄ２よりも大きく、特に、２８０ｍｍ以上（上部電極径Ｄ２の約１．１倍以上、ウェハ径の約１．４倍以上）であれば、成膜速度の均一性は、安定した高い値を示す。

これらのことから、ガスの吹き出し径Ｄ３が上部電極径Ｄ２よりも大きく、特に、約１．１倍以上であれば、ウェハＷの表面全体に均一性の高い処理を、高い成膜速度で行うことができる。

以上説明したように、第３の実施の形態では、シールドリング２６にガス穴２６ｂを設ける。これにより、上部電極として機能する電極板２０の露出面の面積を変えてＲＦ電界を変化させることなく、処理ガスの吹き出し径Ｄ３を拡大することができる。これにより、成膜速度の向上、および、処理の面内均一性の向上を図ることができる。

上記第３の実施の形態では、シールドリング２６に設けられたガス穴２６ｂは、電極支持体２２内の中空部と連通し、電極板２０のガス穴１９と同一の処理ガスの供給を受けるものとした。しかし、シールドリング２６のガス穴２６ｂに接続された独立なガス流路を設けるようしてもよい。またこのとき、シールドリング２６用のガス流路に流量制御装置等を設け、電極板２０とシールドリング２６とにおけるガス供給量をそれぞれ調節する構成としてもよい。

上記第３の実施の形態では、凸型の電極板２０を用いるものとした。しかし、凸型の電極板２０に限らず、平坦な電極板２０に関しても同様の構成とすることができる。この場合、電極板２０の露出面の径、すなわち、シールドリング２６の開口の内径を上部電極径（Ｄ２）とし、これに対してガス吹き出し径（Ｄ３）を決定するようにすればよい。

（第４の実施の形態）
以下、本発明の第４の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１について、図面を参照して説明する。第４の実施の形態に係るプラズマ処理装置１は、フッ素系のクリーニングガスを用いて、その内部をドライクリーニングする構成を有する。

第４の実施の形態に係るプラズマ処理装置１の構成を、図１２に示す。なお、図１２中、図１と同一の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。

図１２に示すように、チャンバ２の側壁には、クリーニングガス供給口３０が形成されている。クリーニングガス供給口３０は、クリーニングガス供給源３１およびキャリアガス源３２に接続されている。クリーニングガス供給源３１からは、フッ素系のクリーニングガス、例えば、三フッ化窒素（ＮＦ_３）が供給される。また、キャリアガス源３２からは、アルゴン（Ａｒ）、窒素等の不活性ガスが供給される。

クリーニングガス供給口３０と、クリーニングガス供給源３１およびキャリアガス供給源３２と、の間には、アクチベータ３３が設けられている。アクチベータ３３は、図示しないプラズマ発生機構を備え、内部を通過するガスの、例えば、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）プラズマ、誘導結合型プラズマ（Inductive Coupled Plasma：ＩＣＰ）等の高密度プラズマを発生させる。アクチベータ３３は、プラズマ中のフッ素ラジカルを選択的に排気する。

クリーニングガスをチャンバ２内に供給することにより、チャンバ２内に付着、堆積したシリコン系物質等の汚れ物質は、フッ素ラジカルにより分解され、排気とともに除去される。このように、クリーニングガスは、チャンバ２の外部でプラズマ化され、いわゆる、リモートプラズマクリーニングが行われる。

第４の実施の形態において、電極板２０は、ケイ素よりもフッ素ラジカルに耐性のある材料から構成されている。すなわち、電極板２０は、アルマイト処理されたアルミニウム、炭化ケイ素、カーボン、アルミニウム、アルミナ、石英アルミナ溶射等から構成されている。電極板２０を上記材料から構成することにより、フッ素ガスを用いたクリーニングによる、電極板２０の劣化を抑制することができる。これにより、電極板２０の劣化による成膜均一性の低下、および、電極板２０の交換頻度の増大による生産性の低下は抑制される。

次に、プラズマ処理装置１の成膜処理及びクリーニング時の動作に関して、図１２を参照して説明する。

まず、ウェハＷをチャンバ２内へ搬入し、サセプタ１０上に載置する。次いで、ＳｉＦ_４、ＳｉＨ_４、Ｏ_２およびＡｒからなる処理ガスをチャンバ２内に供給し、ＲＦ電力の印加により、処理ガスのプラズマを生成する。発生したプラズマにより、ウェハＷ上にＳｉＯＦ膜が成膜される。所定の厚さの膜がウェハＷ上に成膜され、ウェハＷはチャンバ２から搬出される。上述の動作を繰り返してウェハＷを連続的に処理する。このとき、所定枚数のウェハＷを処理する毎に、チャンバ２のクリーニングを行う。

クリーニング時、まず、ダミーウェハをチャンバ２内に搬入してサセプタ１０上に載置する。次いで、ＮＦ_３およびＡｒの供給を開始し、アクチベータ３３を作動させる。アクチベータ３３は処理ガスのプラズマを生成し、チャンバ２内にフッ素ラジカルを主成分として含むガスを供給する。クリーニングガスにより、例えば、チャンバ２内に付着したＳｉＯＦは、フッ素ラジカルと反応して、四フッ化シラン（ＳｉＦ_４）等に分解され、除去される。このようにして、チャンバ２内の堆積物等は除去され、クリーニングが進行する。

その後、時間、清浄度等の所定の終了条件に達した後、アクチベータ３３をオフとし、ガスの供給を停止する。以上でクリーニングは終了し、再び成膜処理を開始する。

（実施例４）
各種材料から構成された電極板２０を用い、上記クリーニングを行ったときの、電極板２０のエッチングレートを調べた。材料は、シリコン、酸化シリコン、窒化シリコン、アルマイト処理されたアルミニウム、炭化ケイ素、カーボン、アルミニウム、アルミナおよび石英アルミナ溶射を用いた。その結果を図１３に示す。なお、結果は、シリコンのエッチングレートを１００としたときの比として表した。また、クリーニング条件は、ＮＦ_３／Ａｒ＝１５００ｓｃｃｍ／１５００ｓｃｃｍ、圧力３００Ｐａ、電極間ギャップ４８ｍｍ、プラズマ供給パワー約２ｋＷである。

図１３より、アルマイト処理されたアルミニウム、炭化ケイ素、カーボン、アルミニウム、アルミナおよび石英アルミナ溶射のエッチングレートは、シリコン、酸化シリコンおよび窒化シリコンのエッチングレートよりも低いことがわかる。特に、シリコンのエッチングレートと比べて半分以下（５０％以下）となっている。これは、アルマイト処理されたアルミニウム、炭化ケイ素、カーボン、アルミニウム、アルミナおよび石英アルミナ溶射からなる電極板２０は、フッ素系ガスによりエッチングされにくく、腐食されにくいことを示す。

また、図１３には、リモートプラズマクリーニングではなく、その場（ｉｎ ｓｉｔｕ）プラズマクリーニングを行った場合の結果も示している。その場プラズマクリーニングでは、チャンバ２内にＮＦ_３およびＡｒを導入し、チャンバ２の内部でクリーニングガスのプラズマを生成する。また、クリーニング条件は、ＮＦ_３／Ａｒ＝１００ｓｃｃｍ／０ｓｃｃｍ、圧力６５Ｐａ、電極間ギャップ４８ｍｍ、上部電極供給パワー５００Ｗである。

図１３に示すように、その場プラズマクリーニングにおいても、リモートプラズマクリーニングの場合と同様の傾向が見られる。すなわち、シリコン、酸化シリコンおよび窒化シリコンからなる電極板２０を用いた場合のエッチングレート比が２０％近くであるのに対し、アルマイト処理されたアルミニウム、炭化ケイ素、カーボン、アルミニウム、アルミナおよび石英アルミナ溶射を用いた電極板２０のエッチングレート比は、約１０％以下となっている。このように、炭化ケイ素等の耐プラズマ性材料からなる電極板２０は、シリコン等からなる電極板２０よりもリモートおよびその場プラズマクリーニングによって劣化しにくい。

各種材料からなる電極板２０を用い、クリーニングを挟んで成膜処理を連続して行い、各成膜処理における成膜速度を調べた結果を、図１４に示す。電極板２０は、アルマイト、炭化ケイ素、カーボン、アルミニウム、アルミナ、石英アルミナ溶射又はシリコンのいずれかから構成した。また、成膜処理は、ウェハＷに所定の厚さの膜が形成されるよう行い、ウェハＷを１００枚処理するのに要する時間から、成膜速度を算出した。クリーニングは、２５枚のウェハＷを処理する毎に行った。

図１４からわかるように、シリコンからなる電極板２０を用いた場合、成膜速度は、処理の最初は、他の材料と比べて非常に高い。しかし、成膜速度は、その後大きく低下し、他の材料よりも低くなっている。

一方、シリコン以外の材料を用いた場合には、成膜速度は、それほど大きく減少せず、ウェハＷを１０００枚処理した後でも、比較的一定である。特に、炭化ケイ素からなる電極板２０を用いた場合には、最も高い成膜速度が維持されている。このことから、アルマイト、炭化ケイ素、カーボン、アルミニウム、アルミナおよび石英アルミナ溶射、特に、炭化ケイ素からなる電極板２０は、ドライクリーニングによって劣化しにくいことがわかる。このように、炭化ケイ素等のプラズマに耐性を有する材料からなる電極板２０は、フッ素を含むクリーニングガスによってエッチングされにくく、電極板２０の交換頻度が少ないなど、高い生産性を実現する。また、このとき、エッチングされにくいことから、電極板２０の形状も長期にわたって初期の形状に保持され、長期にわたって、均一性の高い処理が行われる。

上記第４の実施の形態では、電極板２０をフッ素ラジカル耐性のある材料から構成した。しかし、電極板２０に限らず、クリーニング時にフッ素ラジカルに曝される電極周辺部材を上記材料から構成するようにしてもよい。例えば、フォーカスリング１７を上記材料から構成するようにしてもよい。このように、電極周辺部材をプラズマ耐性材料から構成することにより、部材の劣化を抑えて高い生産性を実現できる。

上記第４の実施の形態では、クリーニング種としてフッ素系ガス、特に、ＮＦ_３を用いている。しかし、他のハロゲンガス、例えば、塩素系ガスを用いるようしてもよい。また、Ｓｉ系膜種に対して用いられるクリーニングガスとしては、ＮＦ_３の他に、Ｆ_２、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、ＳＦ_６等のフッ素系ガスを使用することができる。また、Ａｒの他に、Ｎｅ等の他の不活性ガスを用いてもよい。

また、上記ガスに、Ｏ_２、Ｏ_３、ＣＯ、ＣＯ_２、Ｎ_２Ｏ等の酸素含有物質を添加したクリーニングガスを用いてもよい。特に、電極板２０の材料として炭化ケイ素（ＳｉＣ）を用いる場合に有効である。すなわち、電極板２０のエッチングによって、チャンバ２内には炭素（Ｃ）を含む物質が付着する。炭素含有物質は、一般に、ハロゲン系ガスによってエッチングされにくい一方、酸素含有物質のガスにより、ＣＯ_２等に容易に分解される。

ＮＦ_３とＡｒとを含むクリーニングガスに、酸素含有物質を添加してクリーニングを行ったときのクリーニング速度を調べた結果を、図１５に示す。図１５では、ＳｉＣ膜を成膜する処理装置の内部を、Ｏ_２、ＣＯ、ＣＯ_２、Ｎ_２Ｏを添加したクリーニングガスでクリーニングした場合の結果を示す。また、クリーニングは、リモートプラズマの他に、その場プラズマ、および、リモートプラズマとその場プラズマの組み合わせで行った。ここで、リモートプラズマとその場プラズマの組み合わせとは、クリーニングガスをチャンバ２の外部でプラズマ化した後、チャンバ２内で再びプラズマ化してクリーニングする。

また、同様に、Ｆ_２とＡｒとを含むクリーニングガスに酸素含有物質を添加した場合の結果を図１６に示す。

リモートプラズマにおけるクリーニング条件は、ＮＦ_３／Ｏ_２／Ａｒ＝１５００ｓｃｃｍ／５００ｓｃｃｍ／１５００ｓｃｃｍ、圧力３００Ｐａ、電極間ギャップ４８ｍｍ、プラズマ供給パワー約２ｋＷである。また、その場プラズマにおけるクリーニング条件は、ＮＦ_３／Ｏ_２／Ａｒ＝１００ｓｃｃｍ／５０ｓｃｃｍ／０ｓｃｃｍ、圧力６５Ｐａ、電極間ギャップ４８ｍｍ、上部電極供給パワー５００Ｗである。また、リモートプラズマ＋その場プラズマにおけるクリーニング条件は、ＮＦ_３／Ｏ_２／Ａｒ＝１０００ｓｃｃｍ／５００ｓｃｃｍ／１５００ｓｃｃｍ、圧力３００Ｐａ、電極間ギャップ４８ｍｍ、プラズマ供給パワー約２ｋＷ、上部電極供給パワー５００Ｗである。

図１５および図１６から、酸素含有物質を添加したクリーニングガスを用いた場合には、添加しない場合よりも、高いクリーニング速度が得られることがわかる。これは、フッ素ラジカルによって除去されにくい炭素（Ｃ）を含有する堆積物が、酸素含有物質から発生する酸素ラジカルによってＣＯ等として容易に除去されることによる。このように、クリーニングガスに酸素含有物質を添加することにより、クリーニング速度を高めることができる。

上記第１〜第４の実施の形態では、平行平板型プラズマ処理装置１でウェハにＳｉＯＦ膜を成膜する場合を例として説明した。しかし、膜種は、上記の例に限らず、他のシリコン系膜、例えば、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＣＨ、ＳｉＯＣＨ等であってもよい。また、用いるガス種も、膜種に合わせて、種々のものを用いることができる。

さらに、本発明は、成膜装置に限らず、エッチング装置、熱処理装置等、ドライクリーニングが行われるいかなるプラズマ処理装置にも適用可能である。例えば、ＣＶＤ処理に限らず、エッチング処理等、種々のプラズマ処理に用いることができる。また、プラズマ発生方法に関しても、平行平板型に限らず、マグネトロン型、誘導結合型、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）型等、いかなるものであってもよい。さらにまた、被処理体としては、半導体ウェハに限らず、液晶表示装置用のガラス基板等であってもよい。

（産業上の利用可能性）
本発明は、半導体装置、液晶表示装置等の電子デバイスの製造に好適に用いることができる。
本発明は、２００１年１月２２日に出願された特願２００１−１３５７２号、２００１年１月２２日に出願された特願２００１−１３５７４号および２００１年８月７日に出願された特願２００１−２３９７２０号に基づき、その明細書、特許請求の範囲、図面および要約書を含む。上記出願における開示は、本明細書中にその全体が引例として含まれる。

図１は、第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す。 図２は、図１に示す上部電極の構成を示す。 図３Ａは、凸型の電極板を用いたときの、ウェハの上方の圧力を調べた結果を示し、図３Ｂは、平坦な電極板を用いたときの、ウェハの上方の圧力を調べた結果を示す。 図４は、凸型および平坦な電極板を用いたときの、電極間ギャップと圧力との関係を示す。 図５は、電極板とシールドリングとの段差と、成膜速度の均一性との関係を示す。 図６は、電極板とシールドリングとの段差と、埋め込み可能な溝のアスペクト比との関係を示す。 図７は、第２の実施の形態の上部電極およびサセプタの拡大図である。 図８は、上下の電極径比（Ｄ２／Ｄ１）と、成膜速度均一性と、の関係を示す。 図９は、図８のＡ、Ｂ、Ｃにおける、ウェハ表面の膜厚分布を示す。 図１０は、第３の実施の形態の上部電極およびサセプタの拡大図である。 図１１は、ガスの吹き出し径（Ｄ３）と、成膜速度と、の関係を示す。 図１２は、第４の実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す。 図１３は、各種材料からなる電極板のエッチングレートを調べた結果を示す。 図１４は、各種材料からなる電極板を用いて連続成膜処理を行ったときの、成膜速度を調べた結果を示す。 図１５は、酸素を添加したクリーニングガスを用いてクリーニングしたときの結果を示す。 図１６は、酸素を添加したクリーニングガスを用いてクリーニングしたときの結果を示す。 図１７は、従来のプラズマ処理装置の構成を示す。

Claims (4)

1. 一面上に被処理体が載置される第１の電極板（１０）と、
   高周波電源に接続され、前記一面と平行に対向し、前記第１の電極板（１０）に載置された被処理体の径の１．２倍〜１．５倍の径を有する対向面を備える第２の電極板（２０）と、
   を備える、ことを特徴とするプラズマ処理装置（１）。
2. さらに、前記対向面の径と略同一の径を有する開口（２６ａ）が形成され、前記開口（２６ａ）の内側に前記対向面が露出するように、前記第２の電極板（２０）の周縁部を覆うシールドリング（２６）を備える、ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置（１）。
3. 前記第２の電極板（２０）は、前記対向面を主面とし、前記開口（２６ａ）と嵌合する凸部（２０ａ）を備える、ことを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置（１）。
4. 内部でのプラズマの生成により、被処理体に所定の処理が施されるチャンバ（２）と、一面上に被処理体が載置される第１の電極板（１０）と、高周波電源（２４）に接続され、前記一面と平行に対向する対向面を有する第２の電極板（２０）と、を備えたプラズマ処理装置（１）を用いたプラズマ処理方法であって、
   前記対向面の径を、前記第１の電極板（１０）に載置された被処理体の径の１．２倍〜１．５倍として、前記第２の電極に高周波電力を供給する工程を含む、ことを特徴とするプラズマ処理方法。

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