JP2022016049A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 Download PDF

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Abstract

Figure 2022016049000001
【課題】基板へのパーティクルの付着を抑制できる技術を提供する。
【解決手段】本開示の一態様によるプラズマ処理装置は、縦型の筒体状を有し、側壁に開口が形成された処理容器であり、内部に複数の基板を多段に収容する処理容器と、前記処理容器の外壁に気密に設けられ、前記開口を覆うと共にプラズマ生成空間を規定するプラズマ区画壁と、前記プラズマ区画壁に沿って設けられたプラズマ電極と、前記プラズマ生成空間の外部に設けられ、プラズマ生成用ガスを供給する処理ガス供給部と、を備える。
【選択図】図３

Description

本開示は、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
バッチ式の熱処理装置において、プラズマが発生するプラズマ発生部を処理容器内に対して開口させて連通状態で設けるようにした技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４－３４３０１７号公報
本開示は、基板へのパーティクルの付着を抑制できる技術を提供する。
本開示の一態様によるプラズマ処理装置は、縦型の筒体状を有し、側壁に開口が形成された処理容器であり、内部に複数の基板を多段に収容する処理容器と、前記処理容器の外壁に気密に設けられ、前記開口を覆うと共にプラズマ生成空間を規定するプラズマ区画壁と、前記プラズマ区画壁に沿って設けられたプラズマ電極と、前記プラズマ生成空間の外部に設けられ、プラズマ生成用ガスを供給する処理ガス供給部と、を備える。
本開示によれば、基板へのパーティクルの付着を抑制できる。
実施形態のプラズマ処理装置の一例を示す概略図 ガスノズルの配置を説明するための図 実施形態のプラズマ処理装置におけるガスの流れを説明するための図 第１の例及び第２の例のガスノズルの配置を説明するための図 実施形態のプラズマ処理方法のガス供給シーケンスの第１の例を示す図 実施形態のプラズマ処理方法のガス供給シーケンスの第２の例を示す図 第３の例及び第４の例のガスノズルの配置を説明するための図 実施形態のプラズマ処理方法のガス供給シーケンスの第３の例を示す図 実施形態のプラズマ処理方法のガス供給シーケンスの第４の例を示す図 参考例のガスノズルの配置を説明するための図 参考例のプラズマ処理方法のガス供給シーケンスの一例を示す図 参考例のプラズマ処理方法のガス供給シーケンスの別の一例を示す図 パーティクルの数の推移を示す図 ガスノズルの位置及び種類を説明するための図 ＳｉＮ膜の膜厚及び面内均一性を示す図 ＳｉＮ膜の膜厚及び面内均一性を示す図 ＳｉＮ膜のＷＥＲを示す図
以下、添付の図面を参照しながら、本開示の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。
〔プラズマ処理装置〕
図１から図３を参照し、実施形態のプラズマ処理装置の一例について説明する。図１は、実施形態のプラズマ処理装置の一例を示す概略図である。図２は、ガスノズルの配置を説明するための図である。図３は、実施形態のプラズマ処理装置におけるガスの流れを説明するための図である。
プラズマ処理装置１００は、処理容器１を有する。処理容器１は、下端が開口された有天井の縦型の筒体状を有する。処理容器１の全体は、例えば石英により形成されている。処理容器１内の上端近傍には、石英により形成された天井板２が設けられており、天井板２の下側の領域が封止されている。処理容器１の下端の開口には、筒体状に成形された金属製のマニホールド３がＯリング等のシール部材４を介して連結されている。
マニホールド３は、処理容器１の下端を支持しており、マニホールド３の下方から基板として多数枚（例えば２５～１５０枚）の半導体ウエハ（以下「ウエハＷ」という。）を多段に載置したウエハボート５が処理容器１内に挿入される。このように処理容器１内には、上下方向に沿って間隔を有して多数枚のウエハＷが略水平に収容される。ウエハボート５は、例えば石英により形成されている。ウエハボート５は、３本のロッド６を有し（図２参照）、ロッド６に形成された溝（図示せず）により多数枚のウエハＷが支持される。
ウエハボート５は、石英により形成された保温筒７を介してテーブル８上に載置されている。テーブル８は、マニホールド３の下端の開口を開閉する金属（ステンレス）製の蓋体９を貫通する回転軸１０上に支持される。
回転軸１０の貫通部には、磁性流体シール１１が設けられており、回転軸１０を気密に封止し、且つ回転可能に支持している。蓋体９の周辺部とマニホールド３の下端との間には、処理容器１内の気密性を保持するためのシール部材１２が設けられている。
回転軸１０は、例えばボートエレベータ等の昇降機構（図示せず）に支持されたアーム１３の先端に取り付けられており、ウエハボート５と蓋体９とは一体として昇降し、処理容器１内に対して挿脱される。なお、テーブル８を蓋体９側へ固定して設け、ウエハボート５を回転させることなくウエハＷの処理を行うようにしてもよい。
また、プラズマ処理装置１００は、処理容器１内へ各種のガスを供給するガス供給部２０を有する。
ガス供給部２０は、４本のガスノズル２１～２４を有する。ただし、ガス供給部２０は、４本のガスノズル２１～２４に加えて更に別のガスノズルを有していてもよい。
ガスノズル２１は、例えば石英により形成され、マニホールド３の側壁を内側へ貫通して上方へ屈曲されて垂直に伸びるＬ字形状を有する。ガスノズル２１は、その垂直部分がプラズマ生成空間Ｐの外部、例えば処理容器１内における該処理容器１の中心Ｃよりもプラズマ生成空間Ｐの側に設けられている。ただし、ガスノズル２１は、例えばその垂直部分が処理容器１内における該処理容器１の中心Ｃよりも排気口４０の側に設けられていてもよい。ガスノズル２１は、ジクロロシラン（ＤＣＳ）ガスの供給源と接続されている。ガスノズル２１の垂直部分には、ウエハボート５のウエハ支持範囲に対応する上下方向の長さに亘って複数のガス孔２１ａが間隔を空けて形成されている。ガス孔２１ａは、例えば処理容器１の中心Ｃに配向し、処理容器１の中心Ｃに向かって水平方向にＤＣＳガスを吐出する。ただし、ガス孔２１ａは、例えば処理容器１の近傍の内壁側に配向していてもよい。
ガスノズル２２は、例えば石英により形成され、マニホールド３の側壁を内側へ貫通して上方へ屈曲されて垂直に伸びるＬ字形状を有する。ガスノズル２２は、その垂直部分がプラズマ生成空間Ｐの外部、例えば処理容器１内における該処理容器１の中心Ｃよりもプラズマ生成空間Ｐの側に設けられている。ただし、ガスノズル２２は、例えばその垂直部分が処理容器１内における該処理容器１の中心Ｃよりも排気口４０の側に設けられていてもよい。ガスノズル２２は、アンモニアガスの供給源及び水素ガスの供給源と接続されている。アンモニアガス及び水素ガスは、プラズマ生成用ガスの一例である。ガスノズル２２の垂直部分には、ウエハボート５のウエハ支持範囲に対応する上下方向の長さ方向に亘って複数のガス孔２２ａが間隔を空けて形成されている。ガス孔２２ａは、例えば処理容器１の中心Ｃに配向し、処理容器１の中心Ｃに向かって水平方向にアンモニアガス及び水素ガスを吐出する。ただし、ガス孔２２ａは、例えばプラズマ生成空間Ｐ側に配向していてもよく、処理容器１の近傍の内壁側に配向していてもよい。
ガスノズル２３は、例えば石英により形成され、マニホールド３の側壁を内側へ貫通して上方へ屈曲されて垂直に伸びるＬ字形状を有する。ガスノズル２３は、その垂直部分がプラズマ生成空間Ｐに設けられている。ガスノズル２３は、パージガスの供給源と接続されている。ガスノズル２３の垂直部分には、ウエハボート５のウエハ支持範囲に対応する上下方向の長さ方向に亘って複数のガス孔２３ａが間隔を空けて形成されている。ガス孔２３ａは、例えば処理容器１の中心Ｃに配向し、処理容器１の中心Ｃに向かって水平方向にパージガスを吐出する。パージガスとしては、例えばアルゴンガス、窒素ガスが挙げられる。
ガスノズル２４は、例えば石英により形成され、マニホールド３の側壁を貫通して水平に伸びる直管形状を有する。ガスノズル２４は、その先端部分がプラズマ生成空間Ｐの外部、例えば処理容器１内に設けられている。ガスノズル２４は、パージガスの供給源と接続されている。ガスノズル２４は、先端部分が開口しており、開口から処理容器１内にパージガスを供給する。パージガスとしては、例えばアルゴンガス、窒素ガスが挙げられる。
処理容器１の側壁の一部には、プラズマ生成機構３０が形成されている。プラズマ生成機構３０は、ガスノズル２２から供給されるアンモニアガス及び水素ガスをプラズマ化して活性種を生成する。
プラズマ生成機構３０は、プラズマ区画壁３２、一対のプラズマ電極３３、給電ライン３４、ＲＦ電源３５及び絶縁保護カバー３６を有する。
プラズマ区画壁３２は、処理容器１の外壁に気密に溶接されている。プラズマ区画壁３２は、例えば石英により形成される。プラズマ区画壁３２は断面凹状をなし、処理容器１の側壁に形成された開口３１を覆う。開口３１は、ウエハボート５に支持されている全てのウエハＷを上下方向にカバーできるように、上下方向に細長く形成される。プラズマ区画壁３２により規定されると共に処理容器１内と連通する内側空間、すなわち、プラズマ生成空間Ｐには、パージガスを吐出するためのガスノズル２３が配置されている。なお、ＤＣＳガスを吐出するためのガスノズル２１と、アンモニアガス及び水素ガスを吐出するためのガスノズル２２は、プラズマ生成空間Ｐの外部の処理容器１の内側壁に沿ったウエハＷに近い位置に設けられている。
一対のプラズマ電極３３は、それぞれ細長い形状を有し、プラズマ区画壁３２の両側の壁の外面に、上下方向に沿って対向配置されている。各プラズマ電極３３の下端には、給電ライン３４が接続されている。
給電ライン３４は、各プラズマ電極３３とＲＦ電源３５とを電気的に接続する。給電ライン３４は、例えば一端が各プラズマ電極３３の短辺の側部である下端に接続されており、他端がＲＦ電源３５と接続されている。
ＲＦ電源３５は、各プラズマ電極３３の下端に給電ライン３４を介して接続され、一対のプラズマ電極３３に例えば１３．５６ＭＨｚのＲＦ電力を供給する。これにより、プラズマ区画壁３２により規定されたプラズマ生成空間Ｐに、ＲＦ電力が印加される。ガスノズル２２から処理容器１内に吐出されたアンモニアガス及び水素ガス（図３の矢印Ｆ１を参照）は、その一部が処理容器１内から開口３１を介してプラズマ生成空間Ｐに逆拡散する（図３の矢印Ｆ２、Ｆ３を参照）。そして、逆拡散したアンモニアガス及び水素ガスは、プラズマ生成空間Ｐにおいてプラズマ化され、これにより生成された活性種が開口３１を介して処理容器１内へと供給される（図３の矢印Ｆ４、Ｆ５を参照）。
絶縁保護カバー３６は、プラズマ区画壁３２の外側に、該プラズマ区画壁３２を覆うようにして取り付けられている。絶縁保護カバー３６の内側部分には、冷媒通路（図示せず）が設けられており、冷媒通路に冷却された窒素ガス等の冷媒を流すことによりプラズマ電極３３が冷却される。また、プラズマ電極３３と絶縁保護カバー３６との間に、プラズマ電極３３を覆うようにシールド（図示せず）が設けられていてもよい。シールドは、例えば金属等の良導体により形成され、接地される。
開口３１に対向する処理容器１の側壁部分には、処理容器１内を真空排気するための排気口４０が設けられている。排気口４０は、ウエハボート５に対応して上下に細長く形成されている。処理容器１の排気口４０に対応する部分には、排気口４０を覆うように断面Ｕ字状に成形された排気口カバー部材４１が取り付けられている。排気口カバー部材４１は、処理容器１の側壁に沿って上方に延びている。排気口カバー部材４１の下部には、排気口４０を介して処理容器１を排気するための排気配管４２が接続されている。排気配管４２には、処理容器１内の圧力を制御する圧力制御バルブ４３及び真空ポンプ等を含む排気装置４４が接続されており、排気装置４４により排気配管４２を介して処理容器１内が排気される。
また、処理容器１の外周を囲むようにして処理容器１及びその内部のウエハＷを加熱する筒体状の加熱機構５０が設けられている。
また、プラズマ処理装置１００は、制御部６０を有する。制御部６０は、例えばプラズマ処理装置１００の各部の動作を制御する。制御部６０は、例えばコンピュータであってよい。また、プラズマ処理装置１００の各部の動作を行うコンピュータのプログラムは、記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、フラッシュメモリ、ＤＶＤ等であってよい。
以上に説明したように、実施形態のプラズマ処理装置１００によれば、プラズマ生成用ガス（アンモニアガス及び水素ガス）を供給するためのガスノズル２２がプラズマ生成空間Ｐの外部に設けられている。これにより、プラズマ生成時にプラズマ生成空間Ｐから処理容器１内のウエハＷへの直接的なガスの流れを抑制できる。その結果、プラズマ区画壁３２の内壁がプラズマスパッタされることでプラズマ生成空間Ｐに発生するパーティクル（例えば、剥離したＳｉＮ膜、石英片）がウエハＷに付着することを抑制できる。
また、実施形態のプラズマ処理装置１００によれば、プラズマ生成用ガスを供給するためのガスノズル２２がプラズマ生成空間Ｐの外部に設けられているので、ガスノズル２２の設置領域を広くとれる。これにより、ガスノズル２２のノズル径を大きくしたり、ガスノズル２２を複数本設けたりできる。そのため、ガスの供給量を増やした場合においてもガスノズル２２内を流れるガスの流量を小さくできる。その結果、ガスノズル２２内を大流量のガスが流れた場合に生じ得るガスノズル２２の振動を減らし、ガスノズル２２の振動に起因するパーティクルの発生を抑制できる。
また、実施形態のプラズマ処理装置１００によれば、プラズマ生成用ガスを供給するためのガスノズル２２がプラズマ生成空間Ｐの外部に設けられているので、プラズマ生成空間Ｐの圧力上昇による活性種の失活を抑制できる。そのため、活性ガスの失活確率が小さくなり、ウエハ中心の反応促進効果が期待できる。
また、実施形態のプラズマ処理装置１００によれば、プラズマ生成用ガスを供給するためのガスノズル２２がプラズマ生成空間Ｐの外部に設けられているので、ガスノズル２２の設置領域が広くとれる。これにより、ガスノズル２２を複数本設けることができる。そのため、処理容器１内に複数種のプラズマ生成用ガスを同時に供給し、プラズマ生成空間Ｐに逆拡散させることで、複数種のプラズマ生成用ガスを、プラズマを発生させるために利用できる。一方、プラズマ生成用ガスを供給するためのガスノズル２２がプラズマ生成空間Ｐに設けられる場合、ガスノズル２２の設置領域が狭いため、例えばガスノズル２２を１本しか取り付けることができない。
〔プラズマ処理方法〕
図４及び図５を参照し、実施形態のプラズマ処理方法の第１の例について説明する。図４は、第１の例及び第２の例のガスノズルの配置を説明するための図である。図５は、実施形態のプラズマ処理方法のガス供給シーケンスの第１の例を示す図であり、原子層堆積（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）法によりＳｉＮ膜を成膜する際の１サイクル分のガス供給シーケンスの一例を示す。以下、図５に示されるガス供給シーケンスを「ガス供給シーケンスＡ」とも称する。
第１の例及び第２の例では、プラズマ生成空間Ｐの外部である処理容器１内にガスノズルＧＮ１、ＧＮ３、ＧＮ５、ＧＮ６が設けられ、プラズマ生成空間ＰにガスノズルＧＮ２が設けられている。
ガスノズルＧＮ１、ＧＮ２、ＧＮ３、ＧＮ５は、処理容器１の上下方向に沿って延設し、長さ方向に間隔を空けて形成された複数のガス孔からウエハＷに向かって略水平にガスを吐出する分散ノズルである。ガスノズルＧＮ６は、処理容器１の下部にガスを吐出するノズルである。
ガスノズルＧＮ１は、ＤＣＳガスの供給源に接続されており、処理容器１内にＤＣＳガスを供給する。ガスノズルＧＮ２は、窒素（Ｎ２）ガスの供給源に接続されており、プラズマ生成空間Ｐに窒素ガスを供給する。ガスノズルＧＮ３は、アンモニア（ＮＨ３）ガスの供給源及び水素（Ｈ２）ガスの供給源に接続されており、処理容器１内にアンモニアガス及び水素ガスを供給する。ガスノズルＧＮ５は、窒素（Ｎ２）ガスの供給源に接続されており、処理容器１内に窒素ガスを供給する。ガスノズルＧＮ６は、窒素（Ｎ２）ガスの供給源に接続されており、処理容器１内の下部に窒素ガスを常時供給する。なお、ガスノズルＧＮ１、ＧＮ３は、窒素ガスの供給源（図示せず）にも接続されている。
図５に示されるプラズマ処理方法は、ＤＣＳガスを供給する工程Ｓ１１、パージする工程Ｓ１２、アンモニアガスを供給する工程Ｓ１３及びパージする工程Ｓ１４を含むサイクルを繰り返し、ＳｉＮ膜を成膜する方法である。
ＤＣＳガスを供給する工程Ｓ１１では、ウエハＷにＤＣＳガスを吸着させる。本実施形態において、ガスノズルＧＮ１から処理容器１内にＤＣＳガスを供給し、ガスノズルＧＮ２からプラズマ生成空間Ｐに窒素ガスを供給し、ガスノズルＧＮ１、ＧＮ３、ＧＮ５、ＧＮ６から処理容器１内に窒素ガスを供給する。ＤＣＳガスは、アンモニアガスを供給する工程Ｓ１３においてバッファタンク内に一旦貯留され、ＤＣＳガスを供給する工程Ｓ１１において昇圧された状態で一気に処理容器１内に供給される。ただし、ＤＣＳガスは、バッファタンクに貯留されることなく処理容器１内に供給されるようにしてもよい。ガスノズルＧＮ１から供給するＤＣＳガスの供給量は、例えば３００ｓｃｃである。ガスノズルＧＮ１、ＧＮ２、ＧＮ３、ＧＮ５、ＧＮ６から供給する窒素ガスの流量は、例えばそれぞれ５００ｓｃｃｍ、５００ｓｃｃｍ、２００ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍである。なお、ＤＣＳガスを供給する工程Ｓ１１においては、プラズマ生成空間ＰにＲＦ電力を印加しない。
パージする工程Ｓ１２は、ＤＣＳガスを供給する工程Ｓ１１の後に行われる。パージする工程Ｓ１２では、プラズマ生成空間Ｐ及び処理容器１内に残留するＤＣＳガスを除去する。本実施形態において、ガスノズルＧＮ２からプラズマ生成空間Ｐに窒素ガスを供給し、ガスノズルＧＮ１、ＧＮ３、ＧＮ５、ＧＮ６から処理容器１内に窒素ガスを供給する。これにより、プラズマ生成空間Ｐ及び処理容器１内に残留するＤＣＳガスが排出され、プラズマ生成空間Ｐ及び処理容器１内が窒素雰囲気となる。ガスノズルＧＮ１、ＧＮ２、ＧＮ３、ＧＮ５、ＧＮ６から供給する窒素ガスの流量は、例えばそれぞれ５０００ｓｃｃｍ、５００ｓｃｃｍ、５０００ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍである。なお、パージする工程Ｓ１２においては、プラズマ生成空間ＰにＲＦ電力を印加しない。
アンモニアガスを供給する工程Ｓ１３は、パージする工程Ｓ１２の後に行われる。アンモニアガスを供給する工程Ｓ１３では、ウエハＷに吸着したＤＣＳガスとアンモニアガスとの反応生成物を生成する。本実施形態において、ガスノズルＧＮ３から処理容器１内にアンモニアガスを供給し、ガスノズルＧＮ２からプラズマ生成空間Ｐに窒素ガスを供給し、ガスノズルＧＮ１、ＧＮ３、ＧＮ５、ＧＮ６から処理容器１内に窒素ガスを供給する。また、ＲＦ電源３５をオンすることでプラズマ生成空間ＰにＲＦ電力を印加する。アンモニアガスを供給する工程Ｓ１３では、ガスノズルＧＮ３から処理容器１内に供給されたアンモニアガスは、その一部が処理容器１内からプラズマ生成空間Ｐに逆拡散する。そして、逆拡散したアンモニアガスは、プラズマ生成空間Ｐにおいてプラズマ化され、これにより生成された活性種が処理容器１内へと供給され、ＤＣＳガスと反応して反応生成物が生成される。ガスノズルＧＮ３から供給されるアンモニアガスの流量は、例えば５０００ｓｃｃｍである。ガスノズルＧＮ２から供給される窒素ガスの流量は、ＤＣＳガスを供給する工程Ｓ１１においてガスノズルＧＮ２から供給される窒素ガスの流量よりも小さいことが好ましく、例えば５０ｓｃｃｍである。このようにガスノズルＧＮ２から供給される窒素ガスの流量を小さくすることにより、ガスノズルＧＮ３から供給されるアンモニアガスが処理容器１内からプラズマ生成空間Ｐに逆拡散しやすくなる。また、ガスノズルＧＮ１、ＧＮ３、ＧＮ５、ＧＮ６から供給される窒素ガスの流量は、例えばそれぞれ１０００ｓｃｃｍ、５００ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍである。
パージする工程Ｓ１４は、アンモニアガスを供給する工程Ｓ１３の後に行われる。パージする工程Ｓ１４では、プラズマ生成空間Ｐ及び処理容器１内に残留するアンモニアガスを除去する。本実施形態において、ガスノズルＧＮ２からプラズマ生成空間Ｐに窒素ガスを供給し、ガスノズルＧＮ１、ＧＮ３、ＧＮ５、ＧＮ６から処理容器１内に窒素ガスを供給する。これにより、プラズマ生成空間Ｐ及び処理容器１内に残留するアンモニアガスが排出され、プラズマ生成空間Ｐ及び処理容器１内が窒素雰囲気となる。ガスノズルＧＮ１、ＧＮ２、ＧＮ３、ＧＮ５、ＧＮ６から供給する窒素ガスの流量は、例えばそれぞれ５００ｓｃｃｍ、５００ｓｃｃｍ、２００ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍである。なお、パージする工程Ｓ１４においては、プラズマ生成空間ＰにＲＦ電力を印加しない。
以上の工程Ｓ１１～Ｓ１４を含むサイクルを複数回実行することによりウエハＷの上にＳｉＮ膜を成膜できる。
以上に説明したように、ガス供給シーケンスＡによれば、アンモニアガスを供給する工程Ｓ１３において、プラズマ生成空間Ｐの外部である処理容器１内に設けられたガスノズルＧＮ３からアンモニアガスを供給し、プラズマ生成空間ＰにＲＦ電力を印加する。これにより、ガスノズルＧＮ３から処理容器１内に供給されたアンモニアガスは、その一部が処理容器１内からプラズマ生成空間Ｐに逆拡散する。そして、逆拡散したアンモニアガスは、プラズマ生成空間Ｐにおいてプラズマ化され、これにより生成された活性種が処理容器１内へと供給され、ＤＣＳガスと反応して反応生成物が生成される。そのため、プラズマ生成空間Ｐから処理容器１内のウエハＷへの直接的なガスの流れを抑制できる。その結果、プラズマ区画壁３２の内壁がプラズマスパッタされることでプラズマ生成空間Ｐにおいて発生するパーティクルがウエハＷ上に付着することを抑制できる。
また、ガス供給シーケンスＡによれば、少なくともＤＣＳガスを供給する工程Ｓ１１、パージする工程Ｓ１２及びパージする工程Ｓ１４において、プラズマ生成空間Ｐに設けられたガスノズルＧＮ２から窒素ガスを供給する。これにより、プラズマ区画壁３２の内壁への成膜量が少なくなり、膜剥がれの発生を抑制できる。その結果、プラズマ生成空間Ｐにおいて発生するパーティクルの量を少なくできる。
図４及び図６を参照し、実施形態のプラズマ処理方法の第２の例について説明する。図６は、実施形態のプラズマ処理方法のガス供給シーケンスの第２の例を示す図であり、ＡＬＤ法によりＳｉＮ膜を成膜する際の１サイクル分のガス供給シーケンスの一例を示す。以下、図６に示されるガス供給シーケンスを「ガス供給シーケンスＢ」とも称する。
図６に示されるプラズマ処理方法は、ＤＣＳガスを供給する工程Ｓ２１、パージする工程Ｓ２２、水素ガスを供給する工程Ｓ２５、アンモニアガスを供給する工程Ｓ２３及びパージする工程Ｓ２４を含むサイクルを繰り返し、ＳｉＮ膜を成膜する方法である。
ＤＣＳガスを供給する工程Ｓ２１、パージする工程Ｓ２２、アンモニアガスを供給する工程Ｓ２３及びパージする工程Ｓ２４は、第１の例における工程Ｓ１１～Ｓ１４と同じである。
水素ガスを供給する工程Ｓ２５は、パージする工程Ｓ２２の後であって、アンモニアガスを供給する工程Ｓ２３の前に行われる。水素ガスを供給する工程Ｓ２５では、水素プラズマを生成し、処理容器１内に収容されたウエハＷを水素プラズマで処理する。本実施形態において、ガスノズルＧＮ３から処理容器１内に水素ガスを供給し、ガスノズルＧＮ２からプラズマ生成空間Ｐに窒素ガスを供給し、ガスノズルＧＮ１、ＧＮ３、ＧＮ５、ＧＮ６から処理容器１内に窒素ガスを供給する。また、ＲＦ電源３５をオンすることでプラズマ生成空間ＰにＲＦ電力を印加する。水素ガスを供給する工程Ｓ２５では、ガスノズルＧＮ３から処理容器１内に供給された水素ガスは、その一部が処理容器１内からプラズマ生成空間Ｐに逆拡散する。そして、逆拡散した水素ガスは、プラズマ生成空間Ｐにおいてプラズマ化され、これにより生成された活性種が処理容器１内へと供給される。ガスノズルＧＮ３から供給される水素ガスの流量は、例えば２０００ｓｃｃｍである。ガスノズルＧＮ２から供給される窒素ガスの流量は、ＤＣＳガスを供給する工程Ｓ１１においてガスノズルＧＮ２から供給される窒素ガスの流量よりも小さいことが好ましく、例えば５０ｓｃｃｍである。このようにガスノズルＧＮ２から供給される窒素ガスの流量を小さくすることにより、ガスノズルＧＮ３から供給される水素ガスが処理容器１内からプラズマ生成空間Ｐに逆拡散しやすくなる。また、ガスノズルＧＮ１、ＧＮ３、ＧＮ５、ＧＮ６から供給される窒素ガスの流量は、例えばそれぞれ１０００ｓｃｃｍ、５００ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍである。
以上の工程Ｓ２１～Ｓ２５を含むサイクルを複数回実行することによりウエハＷの上にＳｉＮ膜を成膜できる。
以上に説明したように、ガス供給シーケンスＢによれば、アンモニアガスを供給する工程Ｓ２３において、プラズマ生成空間Ｐの外部である処理容器１内に設けられたガスノズルＧＮ３からアンモニアガスを供給し、プラズマ生成空間ＰにＲＦ電力を印加する。これにより、ガスノズルＧＮ３から処理容器１内に供給されたアンモニアガスは、その一部が処理容器１内からプラズマ生成空間Ｐに逆拡散する。そして、逆拡散したアンモニアガスは、プラズマ生成空間Ｐにおいてプラズマ化され、これにより生成された活性種が処理容器１内へと供給され、ＤＣＳガスと反応して反応生成物が生成される。そのため、プラズマ生成空間Ｐから処理容器１内のウエハＷへの直接的なガスの流れを抑制できる。その結果、プラズマ区画壁３２の内壁がプラズマスパッタされることでプラズマ生成空間Ｐにおいて発生するパーティクルがウエハＷ上に付着することを抑制できる。
また、ガス供給シーケンスＢによれば、少なくともＤＣＳガスを供給する工程Ｓ２１、パージする工程Ｓ２２及びパージする工程Ｓ２４において、プラズマ生成空間Ｐに設けられたガスノズルＧＮ２から窒素ガスを供給する。これにより、プラズマ区画壁３２の内壁への成膜量が少なくなり、膜剥がれの発生を抑制できる。その結果、プラズマ生成空間Ｐにおいて発生するパーティクルの量を少なくできる。
また、ガス供給シーケンスＢによれば、水素ガスを供給する工程Ｓ２５において、プラズマ生成空間Ｐの外部である処理容器１内に設けられたガスノズルＧＮ３から水素ガスを供給し、プラズマ生成空間ＰにＲＦ電力を印加する。これにより、ガスノズルＧＮ３から処理容器１内に供給された水素ガスは、その一部が処理容器１内からプラズマ生成空間Ｐに逆拡散する。そして、逆拡散した水素ガスは、プラズマ生成空間Ｐにおいてプラズマ化され、これにより生成された活性種が処理容器１内へと供給される。そのため、プラズマ生成空間Ｐから処理容器１内のウエハＷへの直接的なガスの流れを抑制できる。その結果、プラズマ区画壁３２の内壁がプラズマスパッタされることでプラズマ生成空間Ｐにおいて発生するパーティクルがウエハＷ上に付着することを抑制できる。
図７及び図８を参照し、実施形態のプラズマ処理方法の第３の例について説明する。図７は、第３の例及び第４の例のガスノズルの配置を説明するための図である。図８は、実施形態のプラズマ処理方法のガス供給シーケンスの第３の例を示す図であり、ＡＬＤ法によりＳｉＮ膜を成膜する際の１サイクル分のガス供給シーケンスの一例を示す。以下、図８に示されるガス供給シーケンスを「ガス供給シーケンスＣ」とも称する。
第３の例及び第４の例では、プラズマ生成空間Ｐの外部である処理容器１内にガスノズルＧＮ１、ＧＮ３、ＧＮ５、ＧＮ６が設けられているが、プラズマ生成空間Ｐにはガスノズルが設けられていない。
ガスノズルＧＮ１、ＧＮ３、ＧＮ５は、処理容器１の上下方向に沿って延設し、長さ方向に間隔を空けて形成された複数のガス孔からウエハＷに向かって略水平にガスを吐出する分散ノズルである。ガスノズルＧＮ６は、処理容器１の下部にガスを吐出するノズルである。ガスノズルＧＮ１、ＧＮ３、ＧＮ５、ＧＮ６は、図４と同じである。
図８に示されるプラズマ処理方法は、ＤＣＳガスを供給する工程Ｓ３１、パージする工程Ｓ３２、アンモニアガスを供給する工程Ｓ３３及びパージする工程Ｓ３４を含むサイクルを繰り返し、ＳｉＮ膜を成膜する方法である。
ガス供給シーケンスＣは、工程Ｓ３１～Ｓ３４において、プラズマ生成空間Ｐに窒素ガスを供給しない点で、ガス供給シーケンスＡと異なる。なお、その他の点については、ガス供給シーケンスＡと同じである。
ガス供給シーケンスＣによれば、アンモニアガスを供給する工程Ｓ３３において、プラズマ生成空間Ｐの外部である処理容器１内に設けられたガスノズルＧＮ３からアンモニアガスを供給し、プラズマ生成空間ＰにＲＦ電力を印加する。これにより、ガスノズルＧＮ３から処理容器１内に供給されたアンモニアガスは、その一部が処理容器１内からプラズマ生成空間Ｐに逆拡散する。そして、逆拡散したアンモニアガスは、プラズマ生成空間Ｐにおいてプラズマ化され、これにより生成された活性種が処理容器１内へと供給され、ＤＣＳガスと反応して反応生成物が生成される。そのため、プラズマ生成空間Ｐから処理容器１内のウエハＷへの直接的なガスの流れを抑制できる。その結果、プラズマ区画壁３２の内壁がプラズマスパッタされることでプラズマ生成空間Ｐにおいて発生するパーティクルがウエハＷ上に付着することを抑制できる。
図７及び図９を参照し、実施形態のプラズマ処理方法の第４の例について説明する。図９は、実施形態のプラズマ処理方法のガス供給シーケンスの第４の例を示す図であり、ＡＬＤ法によりＳｉＮ膜を成膜する際の１サイクル分のガス供給シーケンスの一例を示す。以下、図９に示されるガス供給シーケンスを「ガス供給シーケンスＤ」とも称する。
図９に示されるプラズマ処理方法は、ＤＣＳガスを供給する工程Ｓ４１、パージする工程Ｓ４２、水素ガスを供給する工程Ｓ４５、アンモニアガスを供給する工程Ｓ４３及びパージする工程Ｓ４４を含むサイクルを繰り返し、ＳｉＮ膜を成膜する方法である。
ガス供給シーケンスＤは、工程Ｓ４１～Ｓ４５において、プラズマ生成空間Ｐに窒素ガスを供給しない点で、ガス供給シーケンスＢと異なる。なお、その他の点については、ガス供給シーケンスＢと同じである。
ガス供給シーケンスＤによれば、アンモニアガスを供給する工程Ｓ４３において、プラズマ生成空間Ｐの外部である処理容器１内に設けられたガスノズルＧＮ３からアンモニアガスを供給し、プラズマ生成空間ＰにＲＦ電力を印加する。これにより、ガスノズルＧＮ３から処理容器１内に供給されたアンモニアガスは、その一部が処理容器１内からプラズマ生成空間Ｐに逆拡散する。そして、逆拡散したアンモニアガスは、プラズマ生成空間Ｐにおいてプラズマ化され、これにより生成された活性種が処理容器１内へと供給され、ＤＣＳガスと反応して反応生成物が生成される。そのため、プラズマ生成空間Ｐから処理容器１内のウエハＷへの直接的なガスの流れを抑制できる。その結果、プラズマ区画壁３２の内壁がプラズマスパッタされることでプラズマ生成空間Ｐにおいて発生するパーティクルがウエハＷ上に付着することを抑制できる。
また、ガス供給シーケンスＤによれば、水素ガスを供給する工程Ｓ４５において、プラズマ生成空間Ｐの外部である処理容器１内に設けられたガスノズルＧＮ３から水素ガスを供給し、プラズマ生成空間ＰにＲＦ電力を印加する。これにより、ガスノズルＧＮ３から処理容器１内に供給された水素ガスは、その一部が処理容器１内からプラズマ生成空間Ｐに逆拡散する。そして、逆拡散した水素ガスは、プラズマ生成空間Ｐにおいてプラズマ化され、これにより生成された活性種が処理容器１内へと供給される。そのため、プラズマ生成空間Ｐから処理容器１内のウエハＷへの直接的なガスの流れを抑制できる。その結果、プラズマ区画壁３２の内壁がプラズマスパッタされることでプラズマ生成空間Ｐにおいて発生するパーティクルがウエハＷ上に付着することを抑制できる。
図１０及び図１１を参照し、参考例のプラズマ処理方法の一例について説明する。図１０は、参考例のガスノズルの配置を説明するための図である。図１１は、参考例のプラズマ処理方法の一例を示す図であり、ＡＬＤ法によりＳｉＮ膜を成膜する際の１サイクル分のガス供給シーケンスの一例を示す。以下、図１１に示されるガス供給シーケンスを「ガス供給シーケンスＹ」とも称する。
参考例では、プラズマ生成空間Ｐの外部である処理容器１内にガスノズルＧＮ１、ＧＮ４、ＧＮ５、ＧＮ６が設けられ、プラズマ生成空間ＰにガスノズルＧＮ２が設けられている。
ガスノズルＧＮ１、ＧＮ２、ＧＮ４、ＧＮ５は、処理容器１の上下方向に沿って延設し、長さ方向に間隔を空けて形成された複数のガス孔からウエハＷに向かって略水平にガスを吐出する分散ノズルである。ガスノズルＧＮ６は、処理容器１の下部にガスを吐出するノズルである。
ガスノズルＧＮ１は、ＤＣＳガスの供給源に接続されており、処理容器１内にＤＣＳガスを供給する。ガスノズルＧＮ２は、水素（Ｈ２）ガスの供給源、アンモニア（ＮＨ３）ガスの供給源及び窒素（Ｎ２）ガスの供給源に接続されており、プラズマ生成空間Ｐに水素ガス、アンモニアガス及び窒素ガスを供給する。ガスノズルＧＮ４は、窒素（Ｎ２）ガスの供給源に接続されており、処理容器１内に窒素ガスを供給する。ガスノズルＧＮ５は、窒素（Ｎ２）ガスの供給源に接続されており、処理容器１内に窒素ガスを供給する。ガスノズルＧＮ６は、窒素（Ｎ２）ガスの供給源に接続されており、処理容器１内の下部に窒素ガスを常時供給する。なお、ガスノズルＧＮ１は、窒素ガスの供給源（図示せず）にも接続されている。
図１１に示されるプラズマ処理方法は、ＤＣＳガスを供給する工程Ｓ８１、パージする工程Ｓ８２、アンモニアガスを供給する工程Ｓ８３及びパージする工程Ｓ８４を含むサイクルを繰り返し、ＳｉＮ膜を成膜する方法である。
ガス供給シーケンスＹは、アンモニアガスを供給する工程Ｓ８３において、プラズマ生成空間Ｐに設けられたガスノズルＧＮ２からプラズマ生成空間Ｐにアンモニアガスを供給する点で、ガス供給シーケンスＡと異なる。なお、その他の点については、ガス供給シーケンスＡと同じである。
ガス供給シーケンスＹでは、プラズマ生成空間Ｐからアンモニアガスを流してガス励起させている。そのため、プラズマスパッタによるパーティクルがプラズマ生成空間Ｐから処理容器１内へ向かうガスの流れに乗ってウエハＷへ運ばれる。その結果、パーティクルがウエハＷ上に付着しやすい。
図１０及び図１２を参照し、参考例のプラズマ処理方法の別の一例について説明する。図１２は、参考例のプラズマ処理方法の別の一例を示す図であり、ＡＬＤ法によりＳｉＮ膜を成膜する際の１サイクル分のガス供給シーケンスの一例を示す。以下、図１２に示されるガス供給シーケンスを「ガス供給シーケンスＺ」とも称する。
図１２に示されるプラズマ処理方法は、ＤＣＳガスを供給する工程Ｓ９１、パージする工程Ｓ９２、水素ガスを供給する工程Ｓ９５、アンモニアガスを供給する工程Ｓ９３及びパージする工程Ｓ９４を含むサイクルを繰り返し、ＳｉＮ膜を成膜する方法である。
ガス供給シーケンスＺは、アンモニアガスを供給する工程Ｓ９３において、プラズマ生成空間Ｐに設けられたガスノズルＧＮ２からプラズマ生成空間Ｐにアンモニアガスを供給する点で、ガス供給シーケンスＢと異なる。また、ガス供給シーケンスＺは、水素ガスを供給する工程Ｓ９５において、プラズマ生成空間Ｐに設けられたガスノズルＧＮ２からプラズマ生成空間Ｐに水素ガスを供給する点で、ガス供給シーケンスＢと異なる。なお、その他の点については、ガス供給シーケンスＢと同じである。
ガス供給シーケンスＺでは、プラズマ生成空間Ｐからアンモニアガス及び水素ガスを流してガス励起させている。そのため、プラズマスパッタによるパーティクルがプラズマ生成空間Ｐから処理容器１内へ向かうガスの流れに乗ってウエハＷへ運ばれる。その結果、パーティクルがウエハＷ上に付着しやすい。
〔パーティクルの評価〕
実施形態のプラズマ処理装置１００の効果を確認するために、ＤＣＳガス及びアンモニアガスを用いたＡＬＤ法によりウエハＷ上にＳｉＮ膜を成膜する際のアンモニアガスの供給位置の違いがウエハＷ上に付着するパーティクルの数に与える影響について評価した。
パーティクルの評価では、処理容器１内にウエハＷを搬入し、搬入されたウエハＷ上にＳｉＮ膜を成膜する成膜処理を行い、処理後のウエハＷを搬出し、処理後のウエハＷ上に付着したパーティクルの数を測定する一連の動作を繰り返し行った。成膜処理では、ガス供給シーケンスＡ及びガス供給シーケンスＹを用いた。
図１３は、パーティクルの数の推移を示す図である。図１３（ａ）、図１３（ｂ）及び図１３（ｃ）は、それぞれウエハボート５の上下方向における上部（ＴＯＰ）領域、中央部（ＣＴＲ）領域及び下部（ＢＴＭ）領域に搭載されたウエハＷの結果を示す。図１３（ａ）～図１３（ｃ）において、横軸は処理容器１の内壁に堆積した堆積物の厚さ［μｍ］を示し、縦軸はウエハＷ上に付着した粒径が１μｍ以上のパーティクルの数［ｐｃｓ］を示す。また、図１３（ａ）～図１３（ｃ）において、実線は、ガス供給シーケンスＡを用いた場合、言い換えると、プラズマ生成空間Ｐの外部に設けられたガスノズルからアンモニアガスを供給した場合の結果を示す。破線は、ガス供給シーケンスＹを用いた場合、言い換えると、プラズマ生成空間Ｐに設けられたガスノズルからアンモニアガスを供給した場合の結果を示す。
図１３（ａ）に示されるように、ＴＯＰ領域では、プラズマ生成空間Ｐに設けられたガスノズルからアンモニアガスを供給した場合、処理容器１の内壁に堆積した堆積物の厚さが１．５μｍを超えると、ウエハＷ上に付着するパーティクルの数が増加している。これに対し、プラズマ生成空間Ｐの外部に設けられたガスノズルからアンモニアガスを供給した場合、処理容器１の内壁に堆積した堆積物の厚さが２．５μｍに到達しても、ウエハＷ上に付着するパーティクルの数の増加は見られない。
図１３（ｂ）に示されるように、ＣＴＲ領域では、プラズマ生成空間Ｐに設けられたガスノズルからアンモニアガスを供給した場合、処理容器１の内壁に堆積した堆積物の厚さが０．２５μｍを超えると、ウエハＷ上に付着するパーティクルの数が増加している。これに対し、プラズマ生成空間Ｐの外部に設けられたガスノズルからアンモニアガスを供給した場合、処理容器１の内壁に堆積した堆積物の厚さが２．５μｍに到達しても、ウエハＷ上に付着するパーティクルの数の増加は見られない。
図１３（ｃ）に示されるように、ＢＴＭ領域では、プラズマ生成空間Ｐの外部に設けられたガスノズルからアンモニアガスを供給した場合とプラズマ生成空間Ｐに設けられたガスノズルからアンモニアガスを供給した場合とでパーティクルの数に違いは見られない。
これらの結果から、プラズマ生成空間Ｐの外部に設けられたガスノズルからアンモニアガスを供給することにより、プラズマ生成空間Ｐに設けられたガスノズルからアンモニアガスを供給するよりもウエハＷ上へのパーティクルの付着を抑制できると言える。
〔膜厚の評価〕
実施形態のプラズマ処理装置１００を用いて成膜されるＳｉＮ膜の膜特性への影響を確認するために、ＤＣＳガス及びアンモニアガスを用いたＡＬＤ法によりウエハＷ上にＳｉＮ膜を成膜する際のアンモニアガスの供給位置の違いが膜厚に与える影響を評価した。
膜厚の評価では、処理容器１内にウエハＷを搬入し、搬入されたウエハＷ上にＳｉＮ膜を成膜する成膜処理を行い、処理後のウエハＷを搬出し、処理後のウエハＷの面内の複数位置においてＳｉＮ膜の膜厚を測定した。成膜処理では、ガス供給シーケンスＡ及びガス供給シーケンスＹを用いた。
具体的には、シリコン含有ガスの供給は、プラズマ生成空間Ｐの外部に設けられたガスノズルから行った。アンモニアガスの供給は、図１４（ａ）～図１４（ｃ）に示されるガスノズルから行った。図１４（ａ）に示されるガスノズルＧＮ－ａは、プラズマ生成空間Ｐの内部に、処理容器１の上下方向に沿って延設し、長さ方向に間隔を空けて形成された複数のガス孔からウエハＷに向かって略水平にガスを吐出する分散ノズルである。図１４（ｂ）に示されるガスノズルＧＮ－ｂは、プラズマ生成空間Ｐの外部に、処理容器１の上下方向に沿って延設し、長さ方向に間隔を空けて形成された複数のガス孔からウエハＷに向かって略水平にガスを吐出する分散ノズルである。図１４（ｃ）に示されるガスノズルＧＮ－ｃは、プラズマ生成空間Ｐの外部に設けられ、処理容器１の下方から上方に向けてガスを吐出するＬ字ノズルである。なお、図１４は、ガスノズルの位置及び種類を説明するための図である。
図１５は、ＳｉＮ膜の膜厚及び面内均一性を示す図であり、ＴＯＰ領域、ＣＴＲ領域及びＢＴＭ領域におけＳｉＮ膜の膜厚及びＳｉＮ膜の膜厚の面内均一性を示す。図１５の左軸は膜厚（Thickness）［Å］を示し、右軸は面内均一性（WinW Uniformity）［±％］を示す。図１５において、実線を付した黒塗りの三角印、実線を付した黒塗りの丸印及び実線を付した黒塗りの菱形印は、夫々ガスノズルＧＮ－ａ、ガスノズルＧＮ－ｂ及びガスノズルＧＮ－ｃを用いた場合のＳｉＮ膜の膜厚を示す。また、図１５において、実線を付していない黒塗りの三角印、実線を付していない黒塗りの丸印及び実線を付していない黒塗りの菱形印は、夫々ガスノズルＧＮ－ａ、ガスノズルＧＮ－ｂ及びガスノズルＧＮ－ｃを用いた場合のＳｉＮ膜の膜厚の面内均一性を示す。
図１５に示されるように、ＳｉＮ膜の膜厚の面内均一性について、プラズマ生成空間Ｐの外部に設けられたガスノズルＧＮ－ｂ、ＧＮ－ｃを用いた場合でも、プラズマ生成空間Ｐの内部に設けられたガスノズルＧＮ－ａを用いた場合と略同じ結果が得られた。また、ＳｉＮ膜の膜厚について、プラズマ生成空間Ｐの外部に設けられた分散ノズルＧＮ－ｂを用いた場合でも、プラズマ生成空間Ｐの内部に設けられた分散ノズルＧＮ－ａと略同じ結果が得られた。また、ＳｉＮ膜の膜厚について、プラズマ生成空間Ｐの外部に設けられたＬ字ノズルＧＮ－ｃを用いた場合には、ＣＴＲ領域及びＴＯＰ領域で僅かに薄くなった。これらの結果から、プラズマ生成空間Ｐの外部にアンモニアガスを供給するガスノズルを設ける場合、ＳｉＮ膜の膜厚及びＳｉＮ膜の膜厚の面内均一性への影響が少ないという観点から、分散ノズルＧＮ－ｂを用いることが好ましいと言える。
次に、成膜処理において、ガス供給シーケンスＢ及びガス供給シーケンスＺを用いた場合について説明する。
具体的には、シリコン含有ガスの供給は、プラズマ生成空間Ｐの外部に設けられたガスノズルから行った。アンモニアガス及び水素ガスの供給は、図１４（ａ）に示されるガスノズルＧＮ－ａ及び図１４（ｂ）に示されるガスノズルＧＮ－ｂから行った。
図１６は、ＳｉＮ膜の膜厚及び面内均一性を示す図であり、ＴＯＰ領域、ＣＴＲ領域及びＢＴＭ領域におけるＳｉＮ膜の膜厚及びＳｉＮ膜の膜厚の面内均一性を示す。図１６の左軸は膜厚［Å］を示し、右軸は面内均一性［±％］を示す。図１６において、実線を付した白抜きの三角印及び実線を付した白抜きの丸印は、夫々ガスノズルＧＮ－ａ及びガスノズルＧＮ－ｂを用いた場合のＳｉＮ膜の膜厚を示す。また、図１６において、実線を付していない白抜きの三角印及び実線を付していない白抜きの丸印は、夫々ガスノズルＧＮ－ａ及びガスノズルＧＮ－ｂを用いた場合のＳｉＮ膜の膜厚の面内均一性を示す。
図１６に示されるように、ＳｉＮ膜の膜厚及びＳｉＮ膜の膜厚の面内均一性について、プラズマ生成空間Ｐの外部に設けられたガスノズルＧＮ－ｂを用いた場合でも、プラズマ生成空間Ｐの内部に設けられたガスノズルＧＮ－ａを用いた場合と略同じ結果が得られた。この結果から、プラズマ生成空間Ｐの外部に水素ガス及びアンモニアガスを供給するガスノズルを設ける場合でも、ＳｉＮ膜の膜厚及びＳｉＮ膜の膜厚の面内均一性への影響は少ないと考えられる。
〔膜質の評価〕
実施形態のプラズマ処理装置１００を用いて成膜されるＳｉＮ膜の膜特性への影響を確認するために、ＤＣＳガス及びアンモニアガスを用いたＡＬＤ法によりウエハＷ上にＳｉＮ膜を成膜する際のアンモニアガスの供給位置の違いが膜質に与える影響を評価した。
膜質の評価では、処理容器１内にウエハＷを搬入し、搬入されたウエハＷ上にＳｉＮ膜を成膜する成膜処理を行い、処理後のウエハＷを搬出し、処理後のウエハＷに成膜されたＳｉＮ膜のエッチング耐性を評価した。エッチング耐性の評価では、ＳｉＮ膜を０．２５％ＤＨＦ（希釈フッ酸）によりウエットエッチングし、その際のエッチング量を測定することにより、エッチング速度（ＷＥＲ：Wet Etch Rate）を算出した。ＷＥＲが低いほどエッチング耐性が高く、膜質が良好であると判断できる。
具体的には、シリコン含有ガスの供給は、プラズマ生成空間Ｐの外部に設けられたガスノズルから行った。アンモニアガス及び水素ガスの供給は、図１４（ａ）に示されるガスノズルＧＮ－ａ及び図１４（ｂ）に示されるガスノズルＧＮ－ｂから行った。
図１７は、ＳｉＮ膜のＷＥＲを示す図であり、ＴＯＰ領域、ＣＴＲ領域及びＢＴＭ領域におけるＳｉＮ膜のＷＥＲを示す。図１７の縦軸はＷＥＲ［Å／ｍｉｎ］を示す。図１７において、実線を付した黒塗りの三角印はガスノズルＧＮ－ａを用いてガス供給シーケンスＹにより成膜したＳｉＮ膜のＷＥＲを示し、実線を付した黒塗りの丸印はガスノズルＧＮ－ｂを用いてガス供給シーケンスＡにより成膜したＳｉＮ膜のＷＥＲを示す。また、実線を付した白抜きの三角印はガスノズルＧＮ－ａを用いてガス供給シーケンスＺにより成膜したＳｉＮ膜のＷＥＲを示し、実線を付した白抜きの丸印はガスノズルＧＮ－ｂを用いてガス供給シーケンスＢにより成膜したＳｉＮ膜のＷＥＲを示す。
図１７に示されるように、ガス供給シーケンスＡにより成膜したＳｉＮ膜と、ガス供給シーケンスＹにより成膜したＳｉＮ膜との間に、ＷＥＲの違いはほとんど見られなかった。また、ガス供給シーケンスＢにより成膜したＳｉＮ膜のＷＥＲは、ＣＴＲ領域及びＢＴＭ領域において、ガス供給シーケンスＺにより成膜したＳｉＮ膜のＷＥＲよりも僅かに大きかった。
なお、上記の実施形態において、ガスノズル２２は処理ガス供給部の一例であり、ガスノズル２３はパージガス供給部の一例である。また、ＤＣＳガスは原料ガスの一例であり、アンモニアガスは反応ガスの一例であり、水素ガスは改質ガスの一例である。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
上記の実施形態では、プラズマ処理装置１００が対向配置された一対のプラズマ電極３１を有する場合、すなわち、プラズマ処理装置１００が容量結合型のプラズマ電極３１を有する場合を例に挙げて説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、プラズマ処理装置１００は、プラズマ区画壁３２にその長手方向に沿って設けられた誘導結合型のプラズマ電極を有していてもよい。
上記の実施形態では、処理容器１が単管構造である場合を例に挙げて説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、処理容器１は、内管（インナーチューブ）及び外管（アウターチューブ）を含む二重管構造であってもよい。
上記の実施形態では、ＡＬＤ法により膜を成膜する場合を例に挙げて説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、化学気相堆積（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法により膜を成膜する場合にも適用できる。
上記の実施形態では、プラズマ生成用ガスとして、アンモニアガス及び水素ガスを例に挙げて説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、プラズマ生成用ガスは、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス、酸素ガスであってもよい。
１ 処理容器
２０ ガス供給部
２２ ガスノズル
２２ａ ガス孔
２３ ガスノズル
２３ａ ガス孔
３１ 開口
３２ プラズマ区画壁
３３ プラズマ電極
１００ プラズマ処理装置
Ｐ プラズマ生成空間
Ｗ ウエハ

Claims (13)

  1. 縦型の筒体状を有し、側壁に開口が形成された処理容器であり、内部に複数の基板を多段に収容する処理容器と、
    前記処理容器の外壁に気密に設けられ、前記開口を覆うと共にプラズマ生成空間を規定するプラズマ区画壁と、
    前記プラズマ区画壁に沿って設けられたプラズマ電極と、
    前記プラズマ生成空間の外部に設けられ、プラズマ生成用ガスを供給する処理ガス供給部と、
    を備える、プラズマ処理装置。
  2. 前記開口は、前記処理容器の高さ方向に細長く形成されている、
    請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記開口は、前記複数の基板の全てを高さ方向にカバーできる長さを有する、
    請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記処理ガス供給部は、前記処理容器の高さ方向に沿って延設し、長さ方向に間隔を空けて複数のガス孔が形成された分散ノズルを含む、
    請求項１乃至３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記プラズマ生成空間に設けられ、パージガスを供給するパージガス供給部を備える、
    請求項１乃至４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  6. 前記パージガス供給部は、前記処理容器の高さ方向に沿って延設し、長さ方向に間隔を空けて複数のガス孔が形成された分散ノズルを含む、
    請求項５に記載のプラズマ処理装置。
  7. 前記プラズマ電極は、前記プラズマ区画壁の両側の外面に対向して配置された一対の電極を含む、
    請求項１乃至６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  8. 前記プラズマ電極は、前記プラズマ区画壁にその長手方向に沿って設けられた誘導結合型の電極を含む、
    請求項１乃至６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  9. 縦型の筒体状を有し、側壁に開口が形成された処理容器の内部に、複数の基板を多段に収容する工程と、
    前記処理容器の側壁に気密に設けられ、前記開口を覆うプラズマ区画壁により規定されるプラズマ生成空間の外部である前記処理容器内にプラズマ生成用ガスを供給すると共に、前記プラズマ区画壁に沿って設けられたプラズマ電極にＲＦ電力を供給することにより、前記プラズマ生成用ガスをプラズマ化する工程と、
    を有する、プラズマ処理方法。
  10. 前記プラズマ生成空間にパージガスを供給する工程を有する、
    請求項９に記載のプラズマ処理方法。
  11. 前記処理容器内に原料ガスを供給する工程を有し、
    前記プラズマ生成用ガスは、前記原料ガスと反応して反応生成物を生成する反応ガスであり、
    前記原料ガスを供給する工程と、前記プラズマ生成用ガスをプラズマ化する工程と、前記パージガスを供給する工程と、を含むサイクルを繰り返す、
    請求項１０に記載のプラズマ処理方法。
  12. 前記プラズマ生成空間の外部である前記処理容器内に改質ガスを供給すると共に、前記プラズマ電極にＲＦ電力を供給することにより、前記改質ガスをプラズマ化する工程を有し、
    前記原料ガスを供給する工程と、前記プラズマ生成用ガスをプラズマ化する工程と、前記パージガスを供給する工程と、前記改質ガスをプラズマ化する工程と、を含むサイクルを繰り返す、
    請求項１１に記載のプラズマ処理方法。
  13. 前記原料ガスはＤＣＳガスであり、前記反応ガスはアンモニアガスであり、前記改質ガスは水素ガスである、
    請求項１２に記載のプラズマ処理方法。
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