JP2008124424A - プラズマ成膜装置及びプラズマ成膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】成膜レートを高く維持すると共に、膜厚の面内均一性も高く維持することが可能なプラズマ成膜装置を提供する。
【解決手段】真空引き可能になされた処理容器４４と、被処理体Ｗを載置するための載置台４６と、天井部に装着されてマイクロ波を透過する誘電体よりなる天板８８と、成膜用の原料ガスと支援ガスとを含む処理ガスを導入するガス導入手段５４と、マイクロ波を導入するために天板側に設けられた平面アンテナ部材を有するマイクロ波導入手段９２とを有するプラズマ成膜装置において、ガス導入手段は、被処理体の中央部の上方に位置された原料ガス用の中央部ガス噴射孔１１２Ａと、被処理体の周辺部の上方にその周方向に沿って配列された原料ガス用の複数の周辺部ガス噴射孔１１４Ａとを有し、被処理体の中周部の上方にその周方向に沿ってプラズマを遮蔽するためのプラズマ遮蔽部１３０を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエハ等に対してマイクロ波により生じたプラズマを作用させて薄膜を形成するプラズマ成膜装置及びプラズマ成膜方法に関する。

近年、半導体製品の高密度化及び高微細化に伴い半導体製品の製造工程において、成膜、エッチング、アッシング等の各種処理のためにプラズマ処理装置が多用される場合があり、特に、０．１ｍＴｏｒｒ（１３．３ｍＰａ）〜数Ｔｏｒｒ（数百Ｐａ）程度の比較的圧力が低い高真空状態でも安定してプラズマを立てることができることからマイクロ波を用いて、高密度プラズマを発生させるマイクロ波を用いたプラズマ処理装置が使用される傾向にある。
このようなプラズマ処理装置は、特許文献１〜５等に開示されている。ここで、半導体ウエハに薄膜を形成するためにマイクロ波を用いた一般的なプラズマ成膜装置を図１１乃至図１３を参照して概略的に説明する。図１１は従来の一般的なプラズマ成膜装置を示す概略構成図、図１２はガス導入手段を下方から見た時の状態を示す平面図である。

図１１において、このプラズマ成膜装置２は、真空引き可能になされた処理容器４内に半導体ウエハＷを載置する載置台６を設けており、この載置台６に対向する天井部にマイクロ波を透過する円板状のアルミナや窒化アルミや石英等よりなる天板８を気密に設けている。そして処理容器４の側壁には、容器内へ所定のガスを導入するためのガス導入手段１０が設けられていると共に、ウエハＷの搬出入用の開口部１２が設けられ、この開口部１２には、これを気密に開閉するゲートバルブＧが設けられる。また処理容器４の底部には、排気口１４が設けられており、この排気口１４には図示しない真空排気系が接続されて、上述のように処理容器４内を真空引きできるようになっている。

そして、上記天板８の上側に、上記処理容器４内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段１６が設けられる。具体的には、このマイクロ波導入手段１６は、上記天板８の上面に設けられた厚さ数ｍｍ程度の例えば銅板よりなる円板状の平面アンテナ部材１８を有しており、この平面アンテナ部材１８の上面側にはマイクロ波の波長を短縮するための例えば誘電体よりなる遅波部材２０が設けられている。そして、平面アンテナ部材１８には多数の、例えば長溝状の貫通孔よりなるマイクロ波放射用のスロット２２が形成されている。

そして、同軸導波管２４の中心導体２４Ａを上記平面アンテナ部材１８に接続し、また同軸導波管２４の外側導体２４Ｂを、上記遅波部材２０の全体を覆う導波箱２６の中央部に接続するようになっている。そして、マイクロ波発生器２８より発生した、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波をモード変換器３０にて所定の振動モードへ変換した後に平面アンテナ部材１８や遅波部材２０へ導くようになっている。そして、マイクロ波をアンテナ部材１８の半径方向へ放射状に伝搬させつつ平面アンテナ部材１８に設けた各スロット２２からマイクロ波を放射させてこれを天板８に透過させて、下方の処理容器４内へマイクロ波を導入し、このマイクロ波により処理容器４内の処理空間Ｓにプラズマを立てて半導体ウエハＷに成膜処理を施すようになっている。また上記導波箱２６の上面には、マイクロ波の誘電損失で加熱された遅波部材２０を冷却する冷却器３２が設けられている。

そして、上記ガス導入手段１０は、処理容器４内の処理空間Ｓの全域に原料ガスを供給するために、例えば図１２に示すように、井桁状、或いは格子状になされた例えば石英管製のシャワーヘッド部３４を有しており、このシャワーヘッド部３４の下面の略全域に亘るように多数のガス噴射孔３４Ａを設けて、各ガス噴射孔３４Ａから原料ガスを噴射するようになっている。またこのガス導入手段１０は、他の支援ガスを導入するために例えば石英管製のガスノズル３６を有ししている。

また従来のプラズマ成膜装置の他の一例として図１３に示す概略構成図のように、図１１のガスノズル３６に替えて天板８の直下の処理容器側壁に、円環状のガスリング３８を設けると共に、このガスリング３８にその周方向に沿って所定の間隔でガス噴射孔３８Ａを形成し、これらの各ガス噴射孔３８ＡからＯ_２ ガスやＡｒガスをそれぞれ供給するようにした成膜装置も知られている。この場合には、原料ガスであるＴＥＯＳは、図１１に示す場合と同様にシャワーヘッド部３４から供給するようになっている。

特開平３−１９１０７３号公報 特開平５−３４３３３４号公報 特開平９−１８１０５２号公報 特開２００３−３３２３２６号公報 特開２００６−１２８５２９号公報

ところで、上述したようなプラズマ成膜装置を用いて、例えばＣＦ膜等の比較的結合エネルギーが小さい薄膜をプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により形成する場合には、チャージアップダメージは少なく、成膜レートは十分に大きく且つ膜厚の面内均一性も高く、それ程問題は生じなかった。
しかしながら、ＳｉＯ_２ 膜などの比較的結合エネルギーが大きい薄膜をプラズマＣＶＤにより形成する場合には、成膜レートがかなり低下するのみならず、膜厚の面内均一性も悪化してしまう、という問題があった。

この点を具体的に説明すると、プラズマＣＶＤによりＳｉＯ_２ 膜を形成する場合には、例えば原料ガスとしてＴＥＯＳ（テトラエチルオルソシリケート）を用い、支援ガスとして酸化用のＯ_２ ガスとプラズマ安定用のＡｒガスを用いている。そして、図１１及び図１２に示すように、支援ガスに比べて供給量が非常に少ない原料であるＴＥＯＳは、上記シャワーヘッド部３４へ流して、各ガス噴射孔３４Ａから処理空間Ｓへ略均一に導入するようにし、他方、ＴＥＯＳに比べて供給量が遥かに多いＯ_２ ガスやＡｒガスはガスノズル３６から導入するようにしている。尚、図１３に示す装置例の場合にはＯ_２ ガスやＡｒガスはガスリング３８から供給される。

しかし、この場合、上述したように、ＳｉＯ_２ の結合エネルギーが大きいことから、成膜レートがかなり低下するのみならず、膜厚の面内均一性も悪化してしまう、という問題があった。この理由は、上記シャワーヘッド部３４が格子状に形成されていることから、処理空間Ｓの水平面内全域に亘って形成されているこの格子部分がプラズマ遮蔽機能を有するのでプラズマが格子部分で阻害されてしまい、ＳｉＯ_２ を形成するエネルギーが十分に得られないからである、と考えられる。この場合、ガス導入手段１０の形状を種々変更する試みも行われているが、十分な結果を得られていないのが現状である。

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、成膜レートを高く維持すると共に、膜厚の面内均一性も高く維持することが可能なプラズマ成膜装置及びプラズマ成膜方法を提供することにある。

請求項１に係る発明は、天井部が開口されて内部が真空引き可能になされた処理容器と、被処理体を載置するために前記処理容器内に設けた載置台と、前記天井部の開口に気密に装着されてマイクロ波を透過する誘電体よりなる天板と、前記処理容器内へ成膜用の原料ガスと支援ガスとを含む処理ガスを導入するガス導入手段と、前記処理容器内へマイクロ波を導入するために前記天板側に設けられた平面アンテナ部材を有するマイクロ波導入手段と、を有するプラズマ成膜装置において、前記ガス導入手段は、前記被処理体の中央部の上方に位置された原料ガス用の中央部ガス噴射孔と、前記被処理体の周辺部の上方にその周方向に沿って配列された原料ガス用の複数の周辺部ガス噴射孔とを有し、前記被処理体の中周部の上方にその周方向に沿ってプラズマを遮蔽するためのプラズマ遮蔽部を設けるように構成したことを特徴とするプラズマ成膜装置である。

このように、被処理体の中心部の上方に中央部ガス噴射孔を設け、周辺部の上方に周辺部ガス噴射孔を設けると共に、中周部の上方にその周方向にに沿ってプラズマ遮蔽部を設けて、このプラズマ遮蔽部の部分でプラズマを遮蔽するようにした。このためプラズマ遮蔽機能を有するガス導入手段の占有面積をできるだけ小さくしてプラズマの電子密度の低下を防止すると共に、膜厚が他の部分と比較して厚くなる傾向にある被処理体の中周部分のプラズマを積極的に抑制することができ、この結果、成膜レートを高く維持すると共に、膜厚の面内均一性も高く維持することができる。

この場合、例えば請求項２に記載したように、前記プラズマ遮蔽部は、該プラズマ遮蔽部を設けないで前記中央部ガス噴射孔と前記周辺部ガス噴射孔とから原料ガスを噴射して成膜を行った時に前記被処理体の表面に形成される薄膜が厚くなる部分の上方に対応させて位置させている。
また例えば請求項３に記載したように、前記プラズマ遮蔽部は、環状になされた単数、或いは複数のリング部材よりなる。
また例えば請求項４に記載したように、前記プラズマ遮蔽部は、石英、セラミック、アルミニウム、半導体よりなる群より選択される１の材料よりなる。

また例えば請求項５に記載したように、前記ガス導入手段は、前記中央部ガス噴射孔の形成された中央部ガスノズル部と、前記周辺部ガス噴射孔の形成された周辺部ガスノズル部とを有する。
また例えば請求項６に記載したように、前記中央部ガスノズル部と前記周辺部ガスノズル部は共にリング状に形成されている。
また例えば請求項７に記載したように、前記中央部ガスノズル部と前記周辺部ガスノズル部とは、それぞれ個別にガス流量が制御可能になされている。
また例えば請求項８に記載したように、前記ガス導入手段は、前記支援ガスを導入する支援ガス用ノズル部を有している。

また例えば請求項９に記載したように、前記支援ガス用ノズル部は、前記天板の中央部の直下にて、前記天板に向けてガスを噴射する支援ガス用のガス噴射孔を有する。
このように、支援ガスを天板の下面の中央部に向けて噴射するようにしたので、この支援ガスにより原料ガスが天板の下面と接触することを阻止することができるので、天板の下面にパーティクルの原因となる不要な薄膜が堆積するとを防止することができる。

また例えば請求項１０に記載するように、前記ガス導入手段は、前記支援ガスを導入するために前記天板に設けられた支援ガス用供給部を有する。
また例えば請求項１１に記載するように、前記支援ガス用供給部は、前記天板に設けられた前記支援ガス用のガス通路と、前記ガス通路に連通されて前記天板の下面に設けられた前記支援ガス用の複数のガス噴射孔とよりなる。
また例えば請求項１２に記載するように、前記ガス噴射孔は、前記天板の下面に分散させて設けられる。

また例えば請求項１３に記載するように、前記支援ガス用のガス通路及び／又は前記支援ガス用のガス噴射孔には、通気性のあるポーラス状誘電体が設けられている。
また例えば請求項１４に記載するように、前記原料ガスの導入量は０．３３１ｓｃｃｍ／ｃｍ^２ 〜０．５２２ｓｃｃｍ／ｃｍ^２ の範囲内である。
また例えば請求項１５に記載するように、前記載置台と前記原料ガス用のガス噴射孔の位置する水平レベルとの間の距離は、４０ｍｍ以上に設定されている。

また例えば請求項１６に記載したように、前記載置台には、前記被処理体を加熱するための加熱手段が設けられる。
また例えば請求項１７に記載したように、前記原料ガスは、ＴＥＯＳとＳｉＨ_４ とＳｉ_２ Ｈ_６ とよりなる群より選択される１の材料であり、前記支援ガスは、Ｏ_２ とＮＯとＮＯ_２ とＯ_３ とよりなる群より選択される１の材料である。

請求項１８に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器内へ成膜用の原料ガスと支援ガスとを含む処理ガスを導入すると共に、前記処理容器の天井からマイクロ波を導入してプラズマ発生させて前記処理容器内に設置した被処理体の表面に薄膜を形成するようにしたプラズマ成膜方法において、前記被処理体の中心部の上方と周辺部の上方とから前記原料ガスを噴射して導入しつつ前記被処理体の中周部の上方に設けたプラズマ遮蔽部によりプラズマを遮蔽するようにして前記薄膜を形成するようにしたことを特徴とするプラズマ成膜方法である。

本発明に係るプラズマ成膜装置及びプラズマ成膜方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
被処理体の中心部の上方に中央部ガス噴射孔を設け、周辺部の上方に周辺部ガス噴射孔を設けると共に、中周部の上方にその周方向にに沿ってプラズマ遮蔽部を設けて、このプラズマ遮蔽部の部分でプラズマを遮蔽するようにしたので、プラズマ遮蔽機能を有するガス導入手段の占有面積をできるだけ小さくしてプラズマ密度の低下を防止すると共に、膜厚が他の部分と比較して厚くなる傾向にある被処理体の中周部分のプラズマを積極的に抑制することができ、この結果、成膜レートを高く維持すると共に、膜厚の面内均一性も高く維持することができる。

以下に、本発明に係るプラズマ成膜装置及びプラズマ成膜方法の一実施例の形態について添付図面を参照して説明する。
＜第１実施例＞
図１は本発明に係るプラズマ成膜装置の第１実施例を示す構成図、図２はガス導入手段を下方より見た時の状態を示す平面図である。ここでは原料ガスとしてＴＥＯＳを用い、支援ガスとして酸化用のＯ_２ ガスとプラズマ安定用のＡｒガスを用いており、ＳｉＯ_２ 膜よりなる薄膜をプラズマＣＶＤにより形成する場合を例にとって説明する。尚、上記ＴＥＯＳには必要に応じてＡｒガス等の希ガスが加えられる。

図示するように、プラズマ成膜装置４２は、例えば側壁や底部がアルミニウム等の導体により構成されて、全体が筒体状に成形された処理容器４４を有しており、内部は密閉された例えば円形の処理空間Ｓとして構成されて、この処理空間Ｓにプラズマが形成される。この処理容器４４自体は接地されている。

この処理容器４４内には、上面に被処理体としての例えば半導体ウエハＷを載置する載置台４６が収容される。この載置台４６は、例えばアルマイト処理したアルミニウム等により平坦になされた略円板状に形成されており、例えばアルミニウム等よりなる支柱４８を介して容器底部より起立されている。この処理容器４４の側壁には、この内部に対してウエハＷを搬入・搬出する時に用いる被処理体搬出入用の搬出入口５０が設けられ、この搬出入口５０には密閉状態で開閉するゲートバルブ５２が設けられている。

また、この処理容器４４には、この中へ必要な上記各種ガスを導入するためのガス導入手段５４が設けられている。このガス導入手段５４の具体的構造については後述する。また、容器底部には、排気口５６が設けられると共に、この排気口５６には、圧力制御弁５８及び真空ポンプ６０が順次介接された排気路６２が接続されており、必要に応じて処理容器４４内を所定の圧力まで真空引きできるようになっている。

また、上記載置台４６の下方には、ウエハＷの搬出入時にこれを昇降させる複数、例えば３本の昇降ピン６４（図１においては２本のみ記す）が設けられており、この昇降ピン６４は、伸縮可能なベローズ６６を介して容器底部を貫通して設けた昇降ロッド６８により昇降される。また上記載置台４６には、上記昇降ピン６４を挿通させるためのピン挿通孔７０が形成されている。上記載置台４６の全体は耐熱材料、例えばアルミナ等のセラミックにより構成されており、このセラミック中に加熱手段７２が設けられる。この加熱手段７２は、載置台４６の略全域に亘って埋め込まれた例えば薄板状の抵抗加熱ヒータよりなり、この加熱手段７２は、支柱４８内を通る配線７４を介してヒータ電源７６に接続されている。尚、この加熱手段７２を設けない場合もある。

また、この載置台４６の上面側には、内部に例えば網目状に配設された導体線７８を有する薄い静電チャック８０が設けられており、この載置台４６上、詳しくはこの静電チャック８０上に載置されるウエハＷを静電吸着力により吸着できるようになっている。そして、この静電チャック８０の上記導体線７８は、上記静電吸着力を発揮するために配線８２を介して直流電源８４に接続されている。またこの配線８２には、必要時に例えば１３．５６ＭＨｚのバイアス用の高周波電力を上記静電チャック８０の導体線７８へ印加するためにバイアス用高周波電源８６が接続されている。尚、処理の態様によっては、このバイアス用高周波電源８６は設けられない。

そして、処理容器４４の天井部は開口されて、ここに例えば石英やセラミック、例えばアルミナ（Ａｌ_２ Ｏ_３ ）や窒化アルミ（ＡｌＮ）等の誘電体よりなるマイクロ波に対して透過性を有する天板８８がＯリング等のシール部材９０を介して気密に設けられる。この天板８８の厚さは耐圧性を考慮して例えば２０ｍｍ程度に設定される。

そして、この天板８８の上面側にマイクロ波導入手段９２が設けられる。具体的には、このマイクロ波導入手段９２は、上記天板８８の上面に接して設けられ、この処理容器４４内へマイクロ波を導入するための平面アンテナ部材９４を有している。上記平面アンテナ部材９４は、大きさが３００ｍｍサイズのウエハ対応の場合には、例えば直径が４００〜５００ｍｍ、厚みが１〜数ｍｍの導電性材料よりなる、例えば表面が銀メッキされた銅板或いはアルミ板よりなり、この円板には、例えば長溝状の貫通孔よりなる多数のマイクロ波放射用のスロット９６が形成されている。このスロット９６の配置形態は、特に限定されず、例えば同心円状、渦巻状、或いは放射状に配置させてもよいし、アンテナ部材全面に均一になるように分布させてもよい。この平面アンテナ部材９４は、いわゆるＲＬＳＡ（Ｒａｄｉａｌ Ｌｉｎｅ Ｓｌｏｔ Ａｎｔｅｎｎａ）方式のアンテナ構造となっており、これにより、高密度で低い電子温度のプラズマが得られる。

また、この平面アンテナ部材９４上に接して、例えば石英やセラミック、例えばアルミナや窒化アルミ等の誘電体等よりなる平板状の遅波部材９８が設けられている。この遅波部材９８は、マイクロ波の波長を短縮するために高誘電率特性を有している。この遅波部材９８は、薄板円板状に成形されて平面アンテナ部材９４の上面の略全面に亘って設けられている。

そして、この遅波部材９８の上面及び側面を全部覆うようにして導体製の中空円筒状容器よりなる導波箱１００が設けられている。上記平面アンテナ部材９４は、この導波箱１００の底板として構成される。この導波箱１００の上部には、これを冷却するために冷媒を流す冷却手段として冷却ジャケット１０２が設けられる。

この導波箱１００及び平面アンテナ部材９４の周辺部は共に処理容器４４に導通される。そして上記平面アンテナ部材９４には、同軸導波管１０４が接続されている。具体的には、この同軸導波管１０４は、中心導体１０４Ａと、この周囲に所定の間隙を隔てて配置される断面円形の外側導体１０４Ｂとよりなり、上記導波箱１００の上部の中心には、上記断面円形状の外側導体１０４Ｂが接続され、内側の中心導体１０４Ａは、上記遅波部材９８の中心を通って上記平面アンテナ部材９４の中心部に接続される。

そして、この同軸導波管１０４は、モード変換器１０６及びその経路の途中にマッチャー（図示せず）を有する矩形導波管１０８を介して例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波発生器１１０に接続されており、上記平面アンテナ部材９４や遅波部材９８へマイクロ波を伝搬するようになっている。この周波数は２．４５ＧＨｚに限定されず、他の周波数、例えば８．３５ＧＨｚを用いてもよい。

そして、上記処理容器４４内へ各種ガスを導入する上記ガス導入手段５４について説明する。このガス導入手段５４は、このウエハＷの中央部の上方に位置された原料ガス用の中央部ガス噴射孔１１２Ａと、このウエハＷの周辺部の上方に、その周方向に沿って配列された原料ガス用の周辺部ガス噴射孔１１４Ａとを有している。具体的には、上記ガス導入手段５４は、図２にも記すように、ウエハＷの中心部の上方に位置された直径が小さな円形リング状の中央部ガスノズル部１１２と、ウエハＷの周辺部（エッジ部）の上方に位置された直径がウエハＷと略同じに設定された円形リング状の周辺部ガスノズル部１１４とを有している。

上記中央部ガスノズル部１１２及び周辺部ガスノズル部１１４は、共に例えば外径が５ｍｍ程度のリング状の石英管よりなる。上記中央部ガスノズル部１１２の下面側には、その周方向に沿って上記中央部ガス噴射孔１１２Ａが所定のピッチでもって複数個形成されており、下方のウエハＷの表面中央部に向けて原料ガスとしてＴＥＯＳガスを噴射し得るようになっている。尚、上記中央部ガスノズル部１１２はリング状に成形しないで、単に直線状の石英管で形成し、その先端部を下方に屈曲させて１つの中央部ガス噴射孔１１２Ａを設けるようにしてもよい。

また上記周辺部ガスノズル部１１４の下面側には、その周方向に沿って上記周辺部ガス噴射孔１１４Ａが所定のピッチでもって複数個形成されており、下方のウエハＷの表面の周辺部（エッジ部）に向けてＴＥＯＳガスを噴射し得るようになっている。この周辺部ガス噴射孔１１４Ａの個数は、ウエハの直径にもよるが、例えばウエハＷの直径が３００ｍｍの場合には、６４個程度である。

上記中央部ガスノズル部１１２及び周辺部ガスノズル部１１４には、それぞれ処理容器４４内の部分が例えば石英管により形成されたガス通路１１６、１１８がそれぞれ接続されている。これらのガス通路１１６、１１８はそれぞれ処理容器４４の側壁を貫通して設けられ、各ガス通路１１６、１１８には、それぞれマスフローコントローラのような流量制御器１１６Ａ、１１８Ａが介設されており、それぞれ個別に流量制御しつつＴＥＯＳを供給できるようになっている。このＴＥＯＳには必要に応じてＡｒガス等の希ガスがキャリアガスとして混入される。尚、上記ＴＥＯＳを個別に流量制御するのではなく、上記中央部ガスノズル部１１２と周辺部ガスノズル部１１４へ固定的な流量比率でもってＴＥＯＳを供給できるようにしてもよい。

また上記中央部ガスノズル部１１２と周辺部ガスノズル部１１４とは、図２中において処理空間Ｓ中に一点鎖線で示すように十字状に配設された細い支持ロッド１２０によって容器側壁へ支持されている。尚、この支持ロッド１２０は、図１中においては図示省略している。また、この支持ロッド１２０を例えば石英管で形成して、上記ガス通路１１６、１１８として兼用するようにしてもよい。

また上記ガス導入手段５４は、支援ガスを処理容器４４内へ導入する支援ガス用ノズル部１２４（図１参照）を有している。この支援ガス用ノズル部１２４は、図２においては図示省略されている。この支援ガス用ノズル部１２４は、例えば処理容器４４の側壁を貫通して設けられる石英管よりなり、その先端部に支援ガス用のガス噴射孔１２４Ａが設けられる。そして、のガス噴射孔１２４Ａは、ウエハＷの中央部の上方であって、天板８８の直下に位置されると共に、その噴射方向は上方に向けられており、天板８８の下面に向けてガスを噴射するようになっている。

ここでは支援ガスとしては、酸化用のＯ_２ ガスとプラズマ安定化用のＡｒガスとを供給できるようになっており、上記各ガスのガス流路１２６、１２８にはそれぞれマスフローコントローラのような流量制御器１２６Ａ、１２８Ａが介設され、それぞれ個別に流量制御しつつＯ_２ ガスとＡｒガスとを供給できるようになっている。尚、上記支援ガスノズル部１２４を複数個設けて、上記Ｏ_２ ガスとＡｒガスとをそれぞれ独立して別系路で供給するようにしてもよい。

そして、この処理空間Ｓには、プラズマを遮断するために本発明の特徴とするプラズマ遮蔽部１３０が設けられている。このプラズマ遮蔽部１３０は、ウエハＷの中周部の上方にその周方向に沿ってプラズマを遮断するために設けられている。尚、ここで上記中周部とはウエハＷの中心部と周辺部との間の領域を意味する。具体的には、上記プラズマ遮蔽部１３０は、このプラズマ遮蔽部１３０を設けないで、上記中央部ガス噴射孔１１２Ａと周辺部ガス噴射孔１１４Ａとからそれぞれ原料ガスを噴射してウエハＷ上に成膜を行った時に、このウエハＷの表面に形成される薄膜（ＳｉＯ_２ ）が厚くなった部分の上方に対応させて位置されている。

尚、この成膜時に、支援ガス用のガス噴射孔１２４ＡからＯ_２ ガスとＡｒガスも供給するのは勿論である。換言すれば、高い成膜レートを維持するために、ガスノズル部の位置する水平面内において、プラズマ遮蔽機能を有するガスノズル部の占有面積をできるだけ抑制しつつ膜厚が厚くなった部分のプラズマを選択的に僅かに遮断することにより、膜厚の面内均一性を高く維持する。

本実施例の場合には、上記プラズマ遮蔽部１３０は、ウエハＷの中心とエッジとの間の略中央部の上方、或いはそれよりも少し半径方向外側の上方に位置させて設けられており、しかも、上記中央部ガスノズル部１１２及び周辺部ガスノズル部１１４と略同じ水平レベルに位置されている。具体的には、このプラズマ遮蔽部１３０は、環状（リング状）になされた内側のリング部材１３０Ａと、これと同心円状に配置された外側のリング部材１３０Ｂとにより形成されている。この両リング部材１３０Ａ、１３０Ｂは、例えばリング状の石英板により形成されている。そして、内側のリング部材１３０Ａの幅は１０ｍｍ程度、厚さは３ｍｍ程度であり、外側のリング部材１３０Ｂの幅は４ｍｍ程度、厚さは３ｍｍ程度である。

またウエハＷの直径が３００ｍｍの場合には、処理空間Ｓの中心と内側のリング部材１３０Ａとの間の距離Ｈ１は５．４ｃｍ程度、内側のリング部材１３０Ａと外側のリング部材１３０Ｂとの間の距離Ｈ２は２．８ｃｍ程度、外側のリング部材１３０Ｂと周辺部ガスノズル部１１４との間の距離Ｈ３は１．８ｃｍ程度である。また、上記内側及び外側のリング部材１３０Ａ、１３０Ｂは、図２において一点鎖線で示される支持ロッド１２０により支持固定されている。尚、ここではプラズマ遮蔽部１３０を、同心円状に２つに分割された内側及び外側のリング部材１３０Ａ、１３０Ｂで構成するようにしたが、これらを一体化して１つのリング部材で形成するようにしてもよい。

そして、図１に戻って、このように形成されたプラズマ成膜装置４２の全体の動作は、例えばコンピュータ等よりなる制御手段１３２により制御されるようになっており、この動作を行うコンピュータのプログラムはフレキシブルディスクやＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）やフラッシュメモリ等の記憶媒体１３４に記憶されている。具体的には、この制御手段１３２からの指令により、各ガスの供給や流量制御、マイクロ波や高周波の供給や電力制御、プロセス温度やプロセス圧力の制御等が行われる。

次に、以上のように構成されたプラズマ成膜装置４２を用いて行なわれる成膜方法の一例について説明する。
まず、ゲートバルブ５２を開いて被処理体用の搬出入口５０を介して半導体ウエハＷを搬送アーム（図示せず）により処理容器４４内に収容し、昇降ピン６４を上下動させることによりウエハＷを載置台４６の上面の載置面に載置し、そして、このウエハＷを静電チャック８０により静電吸着する。このウエハＷは、必要な場合は加熱手段７２により所定のプロセス温度に維持され、図示しないガス源より供給した所定の各種ガスを流量制御しつつガス導入手段５４より処理容器４４内へ供給し、圧力制御弁５８を制御して処理容器４４内を所定のプロセス圧力に維持する。

これと同時に、マイクロ波導入手段９２のマイクロ波発生器１１０を駆動することにより、このマイクロ波発生器１１０にて発生したマイクロ波を、矩形導波管１０８及び同軸導波管１０４を介して平面アンテナ部材９４と遅波部材９８とに供給して遅波部材９８によって波長が短くなされたマイクロ波を、各スロット９６より下方へ放射させて天板８８に透過させて天板直下にプラズマを発生させ、このプラズマは処理空間Ｓに拡散して行き、所定のプラズマＣＶＤ処理が行なわれる。

ここで各種ガスに関しては、ＴＥＯＳはガス導入手段５４の一部を構成する中央部ガスノズル部１１２に設けた各中央部ガス噴射孔１１２Ａと、周辺部ガスノズル部１１４に設けた各周辺部ガス噴射孔１１４Ａとからそれぞれ流量制御されつつ処理空間Ｓに向けて下向きに供給され、処理空間Ｓに拡散して行く。また支援ガスとして、酸化用のＯ_２ ガスとプラズマ安定化用のＡｒガスは、ガス導入手段５４の一部を構成する支援ガス用ノズル部１２４のガス噴射孔１２４Ａから天板８８の下面中央部に向けて上向きに噴射され、処理空間Ｓに拡散して行く。

そして、上記ＴＥＯＳとＯ_２ ガスとは、この処理容器４４内にてマイクロ波によって発生したプラズマにより活性化されて両ガスの反応が促進され、ウエハＷの表面にシリコン酸化膜がプラズマＣＶＤにより堆積されて行くことになる。この場合、図１１乃至図１３に示す従来のプラズマ成膜装置にあっては、ガス導入手段１０のＴＥＯＳを供給するシャワーヘッド部３４が井桁状、或いは格子状に形成されていたので、処理空間Ｓに均一に原料ガスを供給できたが、その反面、占有面積の大きなこの格子状のシャワーヘッド部３４がプラズマ遮蔽機能を併せ持っているので、その分、プラズマが遮蔽されてプラズマの電子密度が低下し、成膜レートが低下してしまう、という不都合があった。

これに対して、本実施例では、ウエハＷの中心部の上方と周辺部の上方に、できるだけ少ない占有面積しか占めないように中央部ガスノズル部１１２と周辺部ガスノズル部１１４とを設け、各ノズル部１１２、１１４に設けた中央部ガス噴射孔１１２Ａ及び周辺部ガス噴射孔１１４Ａからそれぞれ原料ガスを噴射して供給することにより、支援ガスと比較して流量がかなり少ない原料ガスを可能な限り処理空間Ｓに均一に分散させるようにし、また、プラズマ遮蔽機能のある各ノズル部１１２、１１４の占有面積をできるだけ少なくして発生したプラズマをできるだけ効率良く用いるようにしている。しかも、ウエハＷ上の膜厚が厚くなる傾向にある中周部分では、例えば内側及び外側のリング部材１３０Ａ、１３０Ｂよりなるプラズマ遮蔽部１３０を設けてプラズマを部分的に、且つ選択的に遮蔽してこの部分における成膜作用を抑制するようにしている。この結果、プラズマの電子密度が高まり、成膜レートを可能な限り高く維持することができると共に、膜厚の面内均一性も高い状態でＳｉＯ_２ 膜の成膜を行うことができる。

換言すれば、ウエハＷの中心部の上方に中央部ガスノズル部１１２に形成された中央部ガス噴射孔１１２Ａを設け、周辺部の上方に周辺部ガスノズル部１１４に形成された周辺部ガス噴射孔１１４Ａを設けると共に、中周部の上方にその周方向に沿ってプラズマ遮蔽部１３０を設けて、このプラズマ遮蔽部１３０の部分でプラズマを遮蔽するようにしたので、プラズマ遮蔽機能を有するガス導入手段５４の占有面積をできるだけ小さくすると共に、膜厚が他の部分と比較して厚くなる傾向にあるウエハＷの中周部分のプラズマを積極的に抑制することができ、この結果、成膜レートを高く維持すると共に、膜厚の面内均一性も高く維持することができる。

また、支援ガス、すなわちＯ_２ ガスとＡｒガスとを天板８８の下面の中央部に向けて噴射するようにしたので、この支援ガスにより原料ガス、すなわちＴＥＯＳガスが天板の下面と接触することを阻止することができるので、天板８８の下面にパーティクルの原因となる不要な薄膜が堆積するとを防止することができる。

ここで上記プラズマＣＶＤにおけるプロセス条件に関しては、以下の通りである。プロセス圧力は１．３〜６６Ｐａ程度の範囲内、好ましくは８Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）〜３３Ｐａ（２５０ｍＴｏｒｒ）の範囲内である。プロセス温度は２５０〜４５０℃程度の範囲内、例えば３９０℃程度である。ＴＥＯＳの流量は１０〜５００ｓｃｃｍの範囲内、例えば７０〜８０ｓｃｃｍ程度である。Ｏ_２ の流量は上記ＴＥＯＳより多く、１００〜１０００ｓｃｃｍの範囲内、例えば９００ｓｃｃｍ程度である。Ａｒの流量は、５０〜５００ｓｃｃｍの範囲内、例えば１００〜３００ｓｃｃｍ程度である。

ここで上記本発明装置に至るまでの過程で行った各種評価について説明する。
＜成膜レートに対する格子状シャワーヘッド部の評価＞
まず、成膜レートに対して格子状シャワーヘッド部がどのように影響を与えるかについて実験を行ったので、その評価結果について説明する。
図３は成膜レートに対して格子状シャワーヘッド部が与える影響を評価するためのグラフである。図３において横軸はウエハＷと天板８８との間の距離Ｌ１（図１１参照）をとっており、縦軸に成膜レートをとっている。図中、曲線Ａは図１１及び図１２に示すようにガス導入手段５４として格子状のシャワーヘッド部を設けた装置を示し、曲線Ｂはガス導入手段５４として直管状のノズルの先端を処理空間の中央部まで挿入してその先端部を下方に屈曲させて設けた装置を示し、いずれの場合も、その模式図を図３中に示している。

この時のプロセス条件は、プロセス圧力は５０〜２５０ｍＴｏｒｒ、プロセス温度は３９０℃、ＴＥＯＳの流量は８０ｓｃｃｍ、Ｏ_２ の流量は９００ｓｃｃｍ、Ａｒの流量は３００ｓｃｃｍである。
図３中の曲線Ａから明らかなように、格子状のシャワーヘッド部を用いてＴＥＯＳを供給している場合には、ギャップの大きさに関係なく成膜レートは一定であり、しかもグラフ中には表れていないが膜厚の面内均一性は良好である。しかし、この場合には成膜レートは５００Å／ｍｉｎであってかなり低い、という欠点を有している。この理由は、占有面積の大きな格子状のシャワーヘッド部がプラズマ遮蔽機能を有しており、その分、プラズマの電子密度が低下し、成膜が阻害されるからである。

これに対して、曲線Ｂに示すように、処理空間の中央部の一点からＴＥＯＳを供給している場合には、成膜レートはギャップにより少しは変動するが、全体的に非常に高くて２０００Å／ｍｉｎ程度になっており、上記曲線Ａの４倍程度の高い成膜レートが得られることが判る。ただし、曲線Ｂの場合には、グラフ中には表れていないが膜厚の面内均一性がかなり劣化している。このように両曲線Ａ、Ｂを比較すると、格子状のシャワーヘッド部を用いると、成膜レートを大きく低下させてしまうことが理解できる。

そこで、本発明では、高い成膜レートを維持するためにガス導入手段の占有面積をできるだけ少なくし、且つ処理空間へのＴＥＯＳガスの均一分散供給を実現するために、ウエハの中心部の上方と、周辺部の上方とにそれぞれガス噴射孔１１２Ａ、１１４Ａを設けてＴＥＯＳガスを供給する構造を採用している。

＜プラズマ遮蔽部の評価＞
しかし、上記したように、ウエハ中心部の上方と周辺部の上方にガス噴射孔１１２Ａ、１１４Ａを設けるようにしたガス導入手段の構造では、成膜レートは高く維持することができるが、膜厚の面内均一性が悪化するので、これを解決するために膜厚が大きくなる傾向の部分に対応させて、成膜レートを過度に低下させないような僅かな占有面積のプラズマ遮蔽部１３０を設けるようにしている。

図４はプラズマ遮蔽部が膜厚の面内均一性の改善に寄与する原理を説明するために各ガス噴射孔の位置とウエハ断面方向の膜厚との関係を示す模式図である。図４（Ａ）は中央部ガス噴射孔１１２Ａと周辺部ガス噴射孔１１４Ａとを設けてプラズマ遮蔽部を設けない場合のガス噴射孔と膜厚との関係を示し、図４（Ｂ）は中央部ガス噴射孔１１２Ａと周辺部ガス噴射孔１１４Ａとプラズマ遮蔽部１３０とを設けた場合（本発明装置に対応）のガス噴射孔とプラズマ遮蔽部と膜厚との関係を示す。尚、中央部ガス噴射孔１１２Ａは簡略化して１つだけ示しており、またプラズマ遮蔽部１３０も簡略化して１つのリング部材として示している。

図４（Ａ）において、破線の曲線１１２Ａ−１は中央部ガス噴射孔１１２ＡからのＴＥＯＳにより形成される膜厚の分布を示し、破線の曲線１１４Ａ−１は図中右側の周辺部ガス噴射孔１１４ＡからのＴＥＯＳにより形成される膜厚の分布を示し、破線の曲線１１４Ａ−２は図中左側の周辺部ガス噴射孔１１４ＡからのＴＥＯＳにより形成される膜厚の分布を示す。

また図中の実線は上記各破線の１１２Ａ−１、１１４Ａ−１、１１４Ａ−２を重ね合わせた全体の膜厚を示す。図４（Ａ）に示すように、プラズマ遮蔽部１３０を設けないで、中央部ガス噴射孔１１２Ａと周辺部ガス噴射孔１１４Ａを設けた場合には、成膜レート（膜厚）は非常に大きくなるが、中央部ガス噴射孔１１２Ａと周辺部ガス噴射孔１１４Ａとの間の中周部において領域Ｐ１で示すように膜厚が凸状に盛り上がってピークを示す部分が発生し、膜厚の面内均一性を劣化させてしまう。

そこで、図４（Ｂ）に示すように、上記領域Ｐ１に示す部分に対応させて、すなわち、薄膜の膜厚が最も厚くなった部分の上方に対応させて僅かな占有面積のプラズマ遮蔽部１３０を設けるようにする。この場合には、プラズマが遮蔽された分だけ図４（Ａ）中の領域Ｐ１の部分における成膜レート（膜厚）が僅かに低下し、この結果、高い成膜レートを維持しつつ膜厚の面内均一性を改善して、これを高く維持できることが判る。

実際の成膜装置では、各ガスの供給量やプロセス圧力等によって領域Ｐ１の位置は変動するので、それに対応させてプラズマ遮蔽部１３０の設置位置を調整するのが好ましい。この場合、先に説明したように、プラズマ遮蔽部１３０を単一のリング部材、或いは同心円状に配置した２つのリング部材１３０Ａ、１３０Ｂで形成してもよいし、更に、上記構造に限定されず、同心円状に配置した３つ以上のリング部材で構成するようにしてもよい。

いずれにしても、成膜レートを過度に低下させない範囲内で、膜厚の面内均一性を高く維持するように、プラズマ遮蔽部１３０の全体の占有面積、プラズマ遮蔽部１３０の分割数及びその厚さ等を設定することになる。また、領域Ｐ１の位置は、中央部ガス噴射孔１１２Ａと周辺部ガス噴射孔１１４Ａとの間の中間位置になるとは限らず、それよりも内周側へ片寄る場合もあるし、或いは外周側へ片寄る場合もあり、それに対応させてプラズマ遮蔽部１３０の設置位置を設定することになる。

＜プラズマ遮蔽部の効果を示すシミュレーション結果＞
図５はプラズマ遮蔽部の効果を説明するための膜厚分布のシミュレーション結果を示す図である。図５（Ａ）はウエハの中心から端までの膜厚の平均値の変化を示すグラフであり、図５（Ｂ）の左側の図はプラズマ遮蔽部を設けないで処理空間の中央部と周辺部にＴＥＯＳのガス噴射孔を設けた場合（図４（Ａ）の曲線を得た時の成膜装置に対応）の３次元膜厚分布を示し、図５（Ｂ）の右側の図はプラズマ遮蔽部を設けた本発明装置（図４（Ｂ）の曲線を得た時の成膜装置に対応）の３次元膜厚分布を示す。ここではウエハは直径が２００ｍｍのものを用いており、プロセス条件はＯ_２ ガスの流量が３２５ｓｃｃｍ、Ａｒガスの流量が５０ｓｃｃｍ、ＴＥＯＳガスの流量が７８ｓｃｃｍ、圧力が９０ｍＴｏｒｒ、温度が３９０℃、プロセス時間が６０ｓｅｃである。

図５（Ｂ）の左側の図に示すように、プラズマ遮蔽部を設けない場合には、成膜レート（膜厚）は高いが上面の膜厚の凹凸の段差が大きくて膜厚の面内均一性が劣っていることが判る。
これに対して、図５（Ｂ）の右側の図に示すプラズマ遮蔽部を設けた本発明装置の場合には、成膜レート（膜厚）が高く、且つ上面の膜厚の凹凸の段差は、図５（Ｂ）の左側の図に示す場合よりも抑制されており、膜厚の面内均一性を向上できることが判る。この点は、図５（Ａ）に示すグラフにも現れており、プラズマ遮蔽部を設けた本発明の場合は、プラズマ遮蔽部を設けていない場合よりも膜厚の面内均一性がかなり改善されているのが判る。

＜実際の酸化処理による評価＞
ここで実際に本発明装置を用いてＳｉＯ_２ 膜の成膜処理を行ったので、その評価結果について説明する。
図６はウエハの直径方向における位置と成膜レートとの関係を示すグラフであり、図６（Ａ）はプラズマ遮蔽部を設けないで処理空間の中央部と周辺部にＴＥＯＳのガス噴射孔を設けた場合（図４（Ａ）の曲線を得た時の成膜装置に対応）の膜厚分布を示し、図６（Ｂ）はプラズマ遮蔽部を設けた本発明装置（図４（Ｂ）の曲線を得た時の成膜装置に対応）の膜厚分布を示す。

ここではウエハは直径が２００ｍｍのものを用いており、プロセス条件はＯ_２ ガスの流量が３２５ｓｃｃｍ、Ａｒガスの流量が５０ｓｃｃｍ、ＴＥＯＳガスの流量が７８ｓｃｃｍ、圧力が９０ｍＴｏｒｒ、温度が３９０℃、プロセス時間が６０ｓｅｃである。また、ここでは膜厚の測定はウエハの互いに直交する方向（Ｘ，Ｙ方向）に対して行っている。

図６（Ａ）に示すように、プラズマ遮蔽部を設けない場合には、中央部の成膜レートが非常に大きくピークとなっており、周辺部に行く程小さくなっている。これに対して、図６（Ｂ）に示すプラズマ遮蔽部を設けた本発明装置の場合には、成膜レートは、中央部では略均一になっているのに対して、周辺部では僅かに低下しているに過ぎず、全体的に膜厚の面内均一性を大幅に向上させることができることを確認することができた。

＜第２実施例＞
次に本発明のプラズマ処理装置の第２実施例について説明する。先の図１に示す装置を用いての第１実施例にあっては、成膜レートを高く維持しつつ膜厚の面内均一性をある程度改善できたが、この膜厚の面内均一性をより向上させることが望まれる。先の第１実施例においては支援ガス用ノズル部１２４の支援ガス用のガス噴射孔１２４Ａを中央部に設けて、これよりＯ_２ ガス等を供給していたが、この膜厚の面内均一性を高めるためには、このＯ_２ ガス等を、処理空間Ｓの全域に渡って均一に供給し、且つマイクロ波を遮断しないシャワーヘッド構造を構築する必要がある。そこで、この第２実施例では処理容器の天井を形成する天板８８にこのシャワーヘッド機能を持たせるようにしている。

図７はこのような本発明のプラズマ成膜装置の第２実施例を示す概略構成図、図８は第２実施例の天板の部分を示す平面図であり、図８（Ａ）は下面図を示し、図８（Ｂ）は後述する下側天板部材の上面図を示す。尚、図１及び図２に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付してその説明を省略する。

図７に示すように、ここでは図１に示すガス導入手段５４の一部である支援ガス用ノズル部１２４に替えて、処理容器４４の天井を区画する天板８８に支援ガス用供給部１４０が形成されている。具体的には、前述したように上記天板８８は、石英やセラミック、例えばアルミナや窒化アルミ等の誘電体よりなるマイクロ波に対して透過性のある材料により構成される。

そして、上記支援ガス用供給部１４０は、上記天板８８に、この天板８８の下方の処理空間Ｓに向けて開口された支援ガス用の複数のガス噴射孔１４２を有している。このガス噴射孔１４２は、上方向へは貫通しておらず、天板８８内に形成されたガス通路１４４を介してこのガス噴射孔１４２へ所定のガス、すなわちＯ_２ やＡｒを供給するガス流路１２６、１２８へ接続されており、所定のガス、すなわちＯ_２ やＡｒを流量制御しつつ供給できるようになっている。

上記ガス噴射孔１４２は、天板８８に同心円状に複数、図示例では１０個設けられており、天板８８の下面の略全面に亘って分布されている。そして、上記ガス通路１４４は、上記ガス噴射孔１４２の配列に対応させて同心円状に複数、図示例では２重に設けられると共に、互いに連通されている。そして、このガス通路１４４は上記各ガス噴射孔１４２の上端部を連通して上記Ｏ_２ 等のガスを搬送できるようになっている。尚、上記ガス噴射孔１４２の個数は１０個に限定されず、１０個以下、或いは１０個以上設けてもよく、またガス噴射孔１４２の配列は、２列に限定されず、１列、或いは３列以上に設定してもよい。これにより、天板８８が、いわゆるシャワーヘッド構造のようになされている。

そして、上記ガス噴射孔１４２及びガス通路１４４には、通気性のあるポーラス状の誘電体よりなるポーラス状誘電体１４６がそれぞれ充填された状態で設けられている。このように、ポーラス状誘電体１４６を充填することによって、所定のガスであるＯ_２ やＡｒガスの流通を許容しつつマイクロ波による異常放電の発生を抑制するようになっている。

ここで各部の寸法について説明すると、ガス噴射孔１４２の直径Ｄ１は、天板８８中を伝搬する電磁波（マイクロ波）の波長λｏの１／２以下に設定し、例えばここでは１〜３５ｍｍ程度の範囲内である。上記直径Ｄ１が波長λｏの１／２よりも大きいと、このガス噴射孔１４２の部分での比誘電率が大きく変化する結果、この部分の電界密度が他の部分とは異なってプラズマ密度の分布に大きな差異を生ぜしめるので好ましくない。

また上記ポーラス状誘電体１４６中に含まれる気泡の直径は０．１ｍｍ以下に設定する。この気泡の直径が０．１ｍｍより大きい場合には、マイクロ波によるプラズマ異常放電の発生する確率が大きくなってしまう。尚、ここでポーラス状誘電体１４６中では上記無数の気泡が連なって通気性が確保されることになる。更には、上記各ガス通路１４４の直径は、ガスの流れを阻害しない範囲で可能な限り小さくし、少なくとも上記ガス噴射孔１４２の直径Ｄ１よりも小さく設定してマイクロ波、或いは電界の分布に悪影響を与えないようにする。

ここで上記した天板８８が石英である場合の製造方法の一例を簡単に説明する。この天板８８は、上下に２分割された下側天板部材８８Ａと上側天板部材８８Ｂとを接合して形成する。まず、下側天板部材８８Ａの母材となる所定の厚さの円板状の石英基板を用意し、この所定の位置にガス噴射孔１４２を形成し、更にこの石英基板の表面に溝を形成することによって各ガス通路１４４を形成する。

次に、上記各ガス噴射孔１４２や各ガス通路１４４に溶融状態の気泡を含んだ多孔質石英よりなるポーラス状誘電体１４６を流し込み、この表面全体を研磨して平坦化した後に、これと別途平坦化された円板状の石英基板よりなる上側天板部材８８Ｂとを接合し、その石英の歪点以下の温度で焼成乃至熱処理して接着する。これにより、通気性のあるポーラス（多孔質）状の誘電体１４６がガス噴射孔１４２やガス通路１４４に充填された天板８８を作製することができる。上記ガス通路１４４やガス噴射孔１４２においてプラズマの異常放電の恐れが少ない場合には、上記ポーラス状誘電体１４６の気泡の直径を大きくしたり、更にはこれをを設置しなくてもよい。

尚、ここでは同心円状に配列された各ガス通路１４４を互いに連通させたが、これに限定されず、上記ガス通路１４４におけるＯ_２ 等のガスの流れを促進させるために、同心円状に配列された各ガス通路１４４に対してＯ_２ ガス源やＡｒガス源に通じるガス通路１２６、１２８側からそれぞれ別個独立に連通させるようにしてもよい。

このように構成されたこの第２実施例においては、ＴＥＯＳ（必要な場合にはＡｒガス等の希ガスも含む）は先の第１実施例と同様に、中心部ガスノズル部１１２の中央部ガス噴射孔１１２と周辺部ガスノズル部１１４の周辺部ガス噴射孔１１４Ａとから処理空間Ｓにそれぞれ供給される。

これに対して、Ｏ_２ ガスやＡｒガスは天板８８に設けた支援ガス用供給部１４０の支援ガス用の各ガス噴射孔１４２から処理空間Ｓに供給されることになる。この場合、載置台４６の上方に形成したプラズマ遮蔽部１３０Ａ、１３０Ｂの作用効果に加えて、上記支援ガス用のガス噴射孔１４２は、天板８８の面内方向の略全域に亘って形成されているので、Ｏ_２ ガスやＡｒガスは処理空間Ｓの面内方向に亘って略均一に供給することができ、この結果、先の第１実施例の場合よりも、ウエハＷ上に形成されるシリコン酸化膜の膜厚の面内均一性を一層向上させることができる。

また、ＲＬＳＡによるプラズマは、いわゆる表面波プラズマであり、天板８８から数ｍｍ程度離れた天板直下に形成されるので、ガス噴射孔から供給されるＯ_２ ガスやＡｒガスはこの天板直下ですぐに解離されるので、先の第１実施例と同様に成膜レートを高く維持することができる。尚、プロセス条件、例えばプロセス圧力、プロセス温度、各ガスの供給量は先の第１実施例の場合と同じである。

ここで上記プラズマ成膜装置の第２実施例を用いて実際に薄膜を形成し、成膜レートと膜厚の面内均一性について評価を行ったので、その評価結果について説明する。図９はＴＥＯＳの流量に対する成膜レート及び膜厚の面内均一性の依存性を示すグラフである。この時のプロセス条件は、プロセス圧力が２７０ｍＴｏｒｒ、プロセス温度が３９０℃、Ｏ_２ の流量が５００ｓｃｃｍ、Ａｒの流量が５０ｓｃｃｍである。成膜には直径２００ｍｍのシリコンウエハを用いた。また横軸には、ウエハの単位面積当たりのＴＥＯＳの流量を併記した。ここではＴＥＯＳの流量を７８ｓｃｃｍ〜１８２ｓｃｃｍまで変化させている。

図９から明らかなように、成膜レートに関しては、ＴＥＯＳの流量を７８ｓｃｃｍから１８２ｓｃｃｍまで増加させるに従って、成膜レートは緩やかな曲線を描いて次第に上昇している。これに対して、膜厚の面内均一性は、ＴＥＯＳの流量の増加に伴ってはじめは減少するがＴＥＯＳ流量が１３０ｓｃｃｍ程度でボトム（最下点）になり、その後は上昇に転じており、全体で下に凸状の特性曲線となっている。従って、膜厚の面内均一性の許容範囲を７［シグマ％］以下とすると、ＴＥＯＳ流量は１０４〜１６４ｓｃｃｍの範囲、すなわちウエハの単位面積の流量に換算すると０．３３１〜０．５２２ｓｃｃｍ／ｃｍ^２ の範囲であり、好ましくは６％以下となる１０９〜１５６ｓｃｃｍの範囲、すなわちウエハの単位面積の流量は０．３４７〜０．４９７ｓｃｃｍ／ｃｍ^２ の範囲である。

この膜厚の面内均一性に関しては、図５（Ａ）に示す第１実施例の膜厚分布より求めた膜厚の面内均一性は１８［シグマ％］程度なので、これと比較して上記第２実施例の場合には、容易に７［シグマ％］以下までにすることができ、従って、この第２実施例は第１実施例と比較して膜厚の面内均一性を更に向上させることができることが判る。

次に、上記プラズマ成膜装置の第２実施例に関して、実際に薄膜を形成し、載置台とＴＥＯＳのガス噴射ノズルとの間の最適な距離について検討を行ったので、その検討結果について説明する。図１０は載置台とＴＥＯＳのガス噴射ノズルの位置する水平レベルとの間の距離Ｌ２に対する成膜レート及び膜厚の面内均一性の依存性を示すグラフである。尚、図中には上記距離Ｌ２を示す模式図を併記している。

この時のプロセス条件は、プロセス圧力が１２０〜１４０ｍＴｏｒｒ、プロセス温度が３９０℃、ＴＥＯＳの流量が７８ｓｃｃｍ、Ａｒの流量が５０ｓｃｃｍである。またＯ_２ の流量は２７５ｓｃｃｍと５００ｓｃｃｍの２種類について行っている。ここで上記距離Ｌ２を２０〜８５ｍｍまで変化させており、距離Ｌ２が２０〜５０ｍｍまではＯ_２ の流量を２７５ｓｃｃｍに設定し、距離Ｌ２が５０〜８５ｍｍまではＯ_２ の流量を５００ｓｃｃｍに設定している。

図１０から明らかなように、成膜レートに関しては、距離Ｌ２を２０〜８５ｍｍまで変化させるに従って、次第に低下しており、しかも、Ｏ_２ ガスの流量の大小による影響はほとんどない。

また膜厚の面内均一性に関しては、上記距離Ｌ２を２０〜８５ｍｍまで変化させるに従って、２０〜５０ｍｍまでは膜厚の面内均一性は急激に向上しており、５０〜８５ｍｍまでは略飽和して１０［シグマ％］程度で略一定になっている。尚、この場合にも、Ｏ_２ ガスの流量の大小による影響はほとんどない。

従って、成膜レート及び膜厚の面内均一性を考慮すると、距離Ｌ２は、膜厚の面内均一性が飽和する直前の４０ｍｍを下限として、４０ｍｍ以上が必要であり、好ましくは５０ｍｍ以上に設定するのがよいことが理解できる。ただし、上記距離Ｌ２がが過度に大きくなると、成膜レートが極端に低下する恐れがあるので、距離Ｌ２の上限は８５ｍｍ程度である。

尚、上記実施例にあっては、プラズマ遮蔽部１３０は、石英により形成したが、これに限定されず、上記プラズマ遮蔽部１３０は、石英、セラミック、アルミニウム、半導体よりなる群より選択される１の材料により形成することができる。この場合、セラミックとしては例えばＡｌＮ、Ａｌ_２ Ｏ_３ 等を用いることができ、半導体としてはシリコンやゲルマニウム等を用いることができる。また、ここではプラズマ安定化のための支援ガスとしてＡｒガスを用いたが、これに限定されず、他の希ガス、例えばＨｅ、Ｎｅ、Ｘｅ等を用いるようにしてもよい。

更に、ここでは酸化性ガスであるＯ_２ ガスや上記Ａｒガスを天板８８の下面の中央部の直下に設けたガス噴射孔１２４Ａから供給するようにしたり、天板８８を、いわゆるシャワーヘッド構造として供給するようにしたが、これらのガスはＴＥＯＳガスの供給量と比較してかなり多いので処理容器４４内で偏在することなく迅速に、且つ容易に処理空間Ｓの全域に拡散するので、このガス噴射孔１２４Ａを容器内の側壁近傍等に設けるようにしてもよい。

また、ここではＳｉＯ_２ 膜をプラズマＣＶＤにより成膜するために原料ガスとしてＴＥＯＳを用い、酸化ガスとしてＯ_２ ガスを用いたが、これに限定されず、原料ガスとしてＳｉＨ_４ 、Ｓｉ_２ Ｈ_６ 等を用いることができ、また酸化ガスとしてＮＯ、ＮＯ_２ 、Ｎ_２ Ｏ、Ｏ_３ 等を用いることができる。

更には、ここではＳｉＯ_２ 膜を成膜する場合を例にとって説明したが、これに限定されず、ＳｉＮ膜、ＣＦ膜等の他の膜種の薄膜を形成する場合にも本発明を適用することができる。
また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。

本発明に係るプラズマ成膜装置の第１実施例を示す構成図である。 ガス導入手段を下方より見た時の状態を示す平面図である。 成膜レートに対して格子状シャワーヘッド部が与える影響を評価するためのグラフである。 プラズマ遮蔽部が膜厚の面内均一性の改善に寄与する原理を説明するために各ガス噴射孔の位置とウエハ断面方向の膜厚との関係を示す模式図である。 プラズマ遮蔽部の効果を説明するための膜厚分布のシミュレーション結果を示す図である。 ウエハの直径方向における位置と成膜レートとの関係を示すグラフである。 本発明のプラズマ成膜装置の第２実施例を示す概略構成図である。 第２実施例の天板の部分を示す平面図である。 ＴＥＯＳの流量に対する成膜レート及び膜厚の面内均一性の依存性を示すグラフである。 載置台とＴＥＯＳのガス噴射ノズルの位置する水平レベルとの間の距離に対する成膜レート及び膜厚の面内均一性の依存性を示すグラフである。 従来の一般的なプラズマ成膜装置を示す概略構成図である。 ガス導入手段を下方から見た時の状態を示す平面図である。 従来のプラズマ成膜装置の他の一例を示す概略構成図である。

符号の説明

４２ プラズマ成膜装置
４４ 処理容器
４６ 載置台
５４ ガス導入手段
６０ 真空ポンプ
７２ 加熱手段
８８ 天板
９２ マイクロ波導入手段
９４ 平面アンテナ部材
１１２ 中央部ガスノズル部
１１２Ａ 中央部ガス噴射孔
１１４ 周辺部ガスノズル部
１１４Ａ 周辺部ガス噴射孔
１２４ 支援ガス用ノズル部
１２４Ａ ガス噴射孔
１３０ プラズマ遮蔽部
１３０Ａ 内側のリング部材
１３０Ｂ 外側のリング部材
１３２ 制御手段
１４０ 支援ガス用供給部
１４２ 支援ガス用のガス噴射孔
１４４ ガス通路
１４６ ポーラス状誘電体
Ｓ 処理空間
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）

Claims (18)

1. 天井部が開口されて内部が真空引き可能になされた処理容器と、
   被処理体を載置するために前記処理容器内に設けた載置台と、
   前記天井部の開口に気密に装着されてマイクロ波を透過する誘電体よりなる天板と、
   前記処理容器内へ成膜用の原料ガスと支援ガスとを含む処理ガスを導入するガス導入手段と、
   前記処理容器内へマイクロ波を導入するために前記天板側に設けられた平面アンテナ部材を有するマイクロ波導入手段と、を有するプラズマ成膜装置において、
   前記ガス導入手段は、前記被処理体の中央部の上方に位置された原料ガス用の中央部ガス噴射孔と、
   前記被処理体の周辺部の上方にその周方向に沿って配列された原料ガス用の複数の周辺部ガス噴射孔とを有し、
   前記被処理体の中周部の上方にその周方向に沿ってプラズマを遮蔽するためのプラズマ遮蔽部を設けるように構成したことを特徴とするプラズマ成膜装置。
2. 前記プラズマ遮蔽部は、該プラズマ遮蔽部を設けないで前記中央部ガス噴射孔と前記周辺部ガス噴射孔とから原料ガスを噴射して成膜を行った時に前記被処理体の表面に形成される薄膜が厚くなる部分の上方に対応させて位置させていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ成膜装置。
3. 前記プラズマ遮蔽部は、環状になされた単数、或いは複数のリング部材よりなることを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマ成膜装置。
4. 前記プラズマ遮蔽部は、石英、セラミック、アルミニウム、半導体よりなる群より選択される１の材料よりなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のプラズマ成膜装置。
5. 前記ガス導入手段は、前記中央部ガス噴射孔の形成された中央部ガスノズル部と、前記周辺部ガス噴射孔の形成された周辺部ガスノズル部とを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のプラズマ成膜装置。
6. 前記中央部ガスノズル部と前記周辺部ガスノズル部は共にリング状に形成されていることを特徴とする請求項５記載のプラズマ成膜装置。
7. 前記中央部ガスノズル部と前記周辺部ガスノズル部とは、それぞれ個別にガス流量が制御可能になされていることを特徴とする請求項５又は６記載のプラズマ成膜装置。
8. 前記ガス導入手段は、前記支援ガスを導入する支援ガス用ノズル部を有していることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のプラズマ成膜装置。
9. 前記支援ガス用ノズル部は、前記天板の中央部の直下にて、前記天板に向けてガスを噴射する支援ガス用のガス噴射孔を有することを特徴とする請求項８記載のプラズマ成膜装置。
10. 前記ガス導入手段は、前記支援ガスを導入するために前記天板に設けられた支援ガス用供給部を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のプラズマ成膜装置。
11. 前記支援ガス用供給部は、前記天板に設けられた前記支援ガス用のガス通路と、前記ガス通路に連通されて前記天板の下面に設けられた前記支援ガス用の複数のガス噴射孔とよりなることを特徴とする請求項１０記載のプラズマ成膜装置。
12. 前記ガス噴射孔は、前記天板の下面に分散させて設けられることを特徴とする請求項１０又は１１記載のプラズマ成膜装置。
13. 前記支援ガス用のガス通路及び／又は前記支援ガス用のガス噴射孔には、通気性のあるポーラス状誘電体が設けられていることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれかに記載のプラズマ成膜装置。
14. 前記原料ガスの導入量は０．３３１ｓｃｃｍ／ｃｍ^２ 〜０．５２２ｓｃｃｍ／ｃｍ^２ の範囲内であることを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれかに記載のプラズマ成膜装置。
15. 前記載置台と前記原料ガス用のガス噴射孔の位置する水平レベルとの間の距離は、４０ｍｍ以上に設定されていることを特徴とする請求項１０乃至１４のいずれかに記載のプラズマ成膜装置。
16. 前記載置台には、前記被処理体を加熱するための加熱手段が設けられることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載のプラズマ成膜装置。
17. 前記原料ガスは、ＴＥＯＳとＳｉＨ_４ とＳｉ_２ Ｈ_６ とよりなる群より選択される１の材料であり、前記支援ガスは、Ｏ_２ とＮＯとＮＯ_２ とＯ_３ とよりなる群より選択される１の材料であることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれかに記載のプラズマ成膜装置。
18. 真空引き可能になされた処理容器内へ成膜用の原料ガスと支援ガスとを含む処理ガスを導入すると共に、前記処理容器の天井からマイクロ波を導入してプラズマ発生させて前記処理容器内に設置した被処理体の表面に薄膜を形成するようにしたプラズマ成膜方法において、
    前記被処理体の中心部の上方と周辺部の上方とから前記原料ガスを噴射して導入しつつ前記被処理体の中周部の上方に設けたプラズマ遮蔽部によりプラズマを遮蔽するようにして前記薄膜を形成するようにしたことを特徴とするプラズマ成膜方法。

Images