JP2022041742A - プラズマ処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】プラズマの面内均一性を高めることができる技術を提供する。【解決手段】プラズマ処理装置１００は、処理容器１０内に供給される電磁波によりプラズマを生成して基板Ｗに処理を施すプラズマ処理装置であって、前記処理容器１０内に配置された上部電極１４と、前記上部電極１４に１００ＭＨｚ～８００ＭＨｚの電磁波を供給するＲＦ電源３０と、前記上部電極１４の下面から突出する環状凸部１４ｆと、を有する。【選択図】図１

Description

本開示は、プラズマ処理装置に関する。
高周波電源に接続された支持テーブルを下部電極とし、接地されたシャワーヘッドを上部電極とする一対の対向電極を備えるプラズマエッチング装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、シャワーヘッドの下面に多数のガス吐出孔が設けられており、これらのガス吐出孔の周囲に支持テーブルへ向けて突設された環状凸部が設けられている。
特開２００７－２２７８２９号公報
本開示は、プラズマの面内均一性を高めることが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、処理容器内に供給される電磁波によりプラズマを生成して基板に処理を施すプラズマ処理装置であって、前記処理容器内に配置された上部電極と、前記上部電極に１００ＭＨｚ～８００ＭＨｚの電磁波を供給するＲＦ電源と、前記上部電極の下面から突出する環状凸部と、を有する。
本開示によれば、プラズマの面内均一性を高めることができる。
第１の実施形態のプラズマ処理装置の構成例を示す概略図 第２の実施形態のプラズマ処理装置の構成例を示す概略図 第３の実施形態のプラズマ処理装置の構成例を示す概略図 第４の実施形態のプラズマ処理装置の構成例を示す概略図 電磁界シミュレーションのモデルを示す図 環状凸部がない場合の電界分布の解析結果を示すコンター図 環状凸部がある場合の電界分布の解析結果を示すコンター図 電界強度の面内分布の環状凸部の位置依存性を示す図 電界強度の面内分布の環状凸部の位置依存性を示す図 電界強度の面内分布の環状凸部の形状依存性を示す図 電界強度の面内分布の環状凸部の形状依存性を示す図 電界強度の面内分布の環状凸部の形状依存性を示す図 電界強度の面内分布の環状凸部の形状依存性を示す図 電界強度の面内分布の環状凸部の形状依存性を示す図 電界強度の面内分布の突起数依存性を示す図 電界強度の面内分布の突起数依存性を示す図 図１５及び図１６の電界強度の面内分布の標準偏差１σの算出結果を示す図 電界強度の面内分布のギャップ依存性を示す図 電界強度の面内分布の圧力依存性を示す図 環状凸部の内径をずらしたときの電界強度の面内分布の変化を示す図 第２の環状凸部の内径をずらしたときの電界強度の面内分布の変化を示す図 イオン密度の面内分布を示す図 イオン密度の面内分布を示す図 イオン密度の面内分布を示す図 ウエハの面内におけるＳｉＮ膜の成膜速度のパワー依存性を示す図 ウエハの面内におけるＳｉＮ膜の成膜速度のギャップ依存性を示す図 ウエハの面内におけるＳｉＮ膜の成膜速度のギャップ依存性を示す図 ウエハの面内におけるＳｉＮ膜の成膜速度の圧力依存性を示す図 ウエハの面内におけるＳｉＮ膜の成膜速度のガス比率依存性を示す図 ウエハの面内におけるＳｉＮ膜の成膜速度のＨｅガス流量依存性を示す図
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。
〔第１の実施形態〕
図１を参照し、第１の実施形態のプラズマ処理装置の構成例について説明する。図１は、第１の実施形態のプラズマ処理装置の構成例を示す概略図である。
プラズマ処理装置１００は、処理容器１０、載置台１２、上部電極１４、同軸導波管２０、ＲＦ電源３０、ガス供給部４０及び排気部５０を有する。
処理容器１０は、略円筒形状を有し、鉛直方向に沿って延在している。処理容器１０の中心軸線は、鉛直方向に延びる軸線ＡＸである。
載置台１２は、処理容器１０内に設けられている。載置台１２は、接地されている。載置台１２は、基板の一例であるウエハＷを載置する。載置台１２の下方の処理容器１０の底部には、排気ポート１０ｅが形成されている。
載置台１２の上方には、処理容器１０内のプラズマ処理空間（以下「空間ＳＰ」という。）を介して上部電極１４が設けられている。上部電極１４は、円盤形状であり、中心導体１４ａと誘電体窓２１とを有する。載置台１２と上部電極１４とは対向し、載置台１２と上部電極１４との間の空間ＳＰにてプラズマが生成される。中心導体１４ａは、本体１４ｂ及びシャワープレート１４ｃを含む。
本体１４ｂは、例えばアルミニウム等の導電材料により形成され、載置台１２と略同じ直径を有する。
シャワープレート１４ｃは、本体１４ｂの下に接続されている。シャワープレート１４ｃは、例えばアルミニウム等の導電材料により形成されている。本体１４ｂとシャワープレート１４ｃとの間には、ガス拡散空間１４ｄが形成されている。ガス拡散空間１４ｄには、ガス供給部４０からプラズマ生成用ガスが供給される。シャワープレート１４ｃには、多数のガス吐出孔１４ｅが形成されている。ガス吐出孔１４ｅは、ガス拡散空間１４ｄに供給されたプラズマ生成用ガスを載置台１２に向けて吐出する。シャワープレート１４ｃの下面には、環状凸部１４ｆが形成されている。環状凸部１４ｆについては後述する。
プラズマ処理装置１００は、同軸導波管２０（導波経路ｒ１）を有する。同軸導波管２０は、空間ＳＰに電磁波を供給する。同軸導波管２０は、中心導体１４ａと、天板２４と、該天板２４に接続される処理容器１０の上部側壁１０ａとで構成される。同軸導波管２０の同軸線路２０１は、導波経路ｒ１に示されるように、ＶＨＦ波等の電磁波を空間ＳＰに導入する部分である。
天板２４及び処理容器１０の上部側壁１０ａは、処理容器１０の一部を画成する。天板２４及び処理容器１０の上部側壁１０ａは、グランド電位である。中心導体１４ａは、同軸導波管２０の内部導体を構成する。天板２４及び処理容器１０の上部側壁１０ａは、同軸導波管２０の外部導体を構成する。これにより、同軸導波管２０は同軸ケーブルと同じように機能する。
誘電体窓２１は、同軸線路２０１の先端に設けられた環状の部材であり、電磁波が透過可能である。誘電体窓２１は、下面が空間ＳＰに露出する。誘電体窓２１を透過した電磁波は、空間ＳＰに放射される。
上部電極１４の上方には、ＲＦ電源３０が、整合器３２を介して電気的に接続されている。ＲＦ電源３０は、１００ＭＨｚ以上８００ＭＨｚ以下のＶＨＦ帯の電磁波を発生する電源である。整合器３２は、ＲＦ電源３０から見た負荷側のインピーダンスをＲＦ電源３０の出力インピーダンスに整合させる。係る構成により、電磁波は、導波経路ｒ１に示されるように、同軸線路２０１内の誘電体窓２１に伝搬し、誘電体窓２１を透過して誘電体窓２１の下面から空間ＳＰに供給される。
ガス供給部４０は、処理容器１０内にプラズマ生成用ガスを供給する。ガス供給部４０は、ガスソース４１及び供給配管４２を含む。供給配管４２は、ガスソース４１から導入されるプラズマ生成用ガスをガス拡散空間１４ｄに供給する。
排気部５０は、排気配管５１及び排気装置５２を含む。排気配管５１は、排気ポート１０ｅに接続されている。排気装置５２は、排気配管５１を介して排気ポート１０ｅに接続されている。排気装置５２は、排気空間Ｅｘを介して処理容器１０内を真空引きする。
一般に１００ＭＨｚ以上の周波数帯域の電磁波は、それよりも低い周波数帯域の高周波と比較して伝搬する経路が異なる傾向にある。例えば６０ＭＨｚ以下の高周波が印加された場合、パッシェンの法則に基づき上部電極１４と載置台１２との間に放電現象が生じ、空間ＳＰにてプラズマ生成用ガスを元にしたプラズマが生成される。
一方、１００ＭＨｚ以上の電磁波が上部電極１４に印加される場合、上部電極１４の表面（下面）を這うように電磁波が伝搬し、上部電極１４の表面近傍にてプラズマ生成用ガスを元にした表面波プラズマが生成される。この場合、上部電極１４の径方向に電磁波の周波数（波長）に応じた電界の腹及び節が生じ、上部電極１４の径方向において不均一な電界分布となりやすい。具体的には、上部電極１４の中心側のプラズマ密度が端部側のプラズマ密度よりも高くなる傾向がある。また、プラズマ密度が高くなる上部電極１４の中心側ではプラズマの抵抗率が低くなるため、上部電極１４と対向するウエハＷ側においても中心側に電流が集中する。その結果、ウエハＷに施されるプラズマ処理の面内均一性が低下する。
そこで、第１の実施形態では、シャワープレート１４ｃの下面に環状凸部１４ｆを設けることにより、上部電極１４の外周側から中心側へ伝搬する電磁波の一部を反射させる。
環状凸部１４ｆは、シャワープレート１４ｃの下面に設けられている。環状凸部１４ｆは、下方に突出する。環状凸部１４ｆは、上部電極１４の中心（軸線ＡＸ）を中心とする円環形状を有する。環状凸部１４ｆは、例えばシャワープレート１４ｃに形成された複数のガス吐出孔１４ｅの間に配置されている。環状凸部１４ｆは、環状凸部１４ｆの外側から内側へ伝搬する電磁波の一部を反射することにより、環状凸部１４ｆの外側のプラズマ密度を高くする。また、環状凸部１４ｆは、環状凸部１４ｆの外側から内側への電磁波の伝搬を阻害することにより、環状凸部１４ｆの内側のプラズマ密度を低くする。これにより、上部電極１４の中心側においてプラズマが高密度化されることを抑制し、ウエハＷの上方におけるプラズマの均一性を高めることができる。
環状凸部１４ｆの内径は、ウエハＷの直径の１／３以上であって、ウエハＷの直径以下であることが好ましい。これにより、ウエハＷの上方におけるプラズマの均一性を高めることができる。例えば、ウエハＷの直径が３００ｍｍである場合、環状凸部１４ｆの内径は、１００ｍｍ以上であって３００ｍｍ以下であることが好ましい。
環状凸部１４ｆのシャワープレート１４ｃの下面から突出する長さ（以下「壁高さ」ともいう。）は、ウエハＷの上面とシャワープレート１４ｃの下面との間の距離（以下「ギャップ」という。）の３／１０以上であって４／１０以下であることが好ましい。これにより、ウエハＷの上方におけるプラズマの均一性を高めることができる。例えば、ウエハＷの上面とシャワープレート１４ｃの下面との間の距離が５０ｍｍである場合、環状凸部１４ｆの壁高さは、１５ｍｍ以上であって２０ｍｍ以下であることが好ましい。
環状凸部１４ｆの外径と内径との差（以下「壁厚さ」という。）は、ウエハＷの直径の１／６０以上であって５／６０以下であることが好ましい。これにより、ウエハＷの上方におけるプラズマの均一性を高めることができる。例えば、ウエハＷの直径が３００ｍｍである場合、環状凸部１４ｆの壁高さは５ｍｍ以上であって２５ｍｍ以下であることが好ましい。また、環状凸部１４ｆの壁厚さは、ガス吐出孔１４ｅを配置する領域を確保するという観点から、薄い方が好ましく、５ｍｍ以上であって１０ｍｍ以下であることがより好ましい。
環状凸部１４ｆは、例えばシャワープレート１４ｃと別体に形成されている。ただし、環状凸部１４ｆは、例えばシャワープレート１４ｃと一体に形成されていてもよい。環状凸部１４ｆは、例えば本体１４ｂ及びシャワープレート１４ｃと同じアルミニウム等の導電材料により形成されている。
以上に説明したように、第１の実施形態のプラズマ処理装置１００によれば、上部電極１４の下面に設けられ、該下面から突出する突起（環状凸部１４ｆ）を有する。突起は、突起の外側から内側へ伝搬する電磁波の一部を反射することにより、突起の外側のプラズマ密度を高くする。また、突起は、突起の外側から内側への電磁波の伝搬を阻害することにより、突起の内側のプラズマ密度を低くする。これにより、上部電極１４の中心側においてプラズマが高密度化されることを抑制し、ウエハＷの上方におけるプラズマの均一性を高めることができる。
〔第２の実施形態〕
図２を参照し、第２の実施形態のプラズマ処理装置の構成例について説明する。図２は、第２の実施形態のプラズマ処理装置の構成例を示す概略図である。
プラズマ処理装置２００は、第２の環状凸部１４ｇを更に有する点で、プラズマ処理装置１００と異なる。なお、その他の点については、プラズマ処理装置１００と同じであるため、以下では、プラズマ処理装置１００と異なる点を中心に説明する。
第２の環状凸部１４ｇは、シャワープレート１４ｃの下面に設けられている。第２の環状凸部１４ｇは、下方に突出する。第２の環状凸部１４ｇは、上部電極１４の中心（軸線ＡＸ）を中心とする円環形状を有する。第２の環状凸部１４ｇは、例えばシャワープレート１４ｃに形成された複数のガス吐出孔１４ｅの間に配置されている。第２の環状凸部１４ｇは、第２の環状凸部１４ｇの外側から内側へ伝搬する電磁波の一部を反射することにより、第２の環状凸部１４ｇの外側のプラズマ密度を高くする。また、第２の環状凸部１４ｇは、第２の環状凸部１４ｇの外側から内側への電磁波の伝搬を阻害することにより、第２の環状凸部１４ｇの内側のプラズマ密度を低くする。これにより、上部電極１４の中心側においてプラズマが高密度化されることを抑制し、ウエハＷの上方におけるプラズマの均一性を高めることができる。
第２の環状凸部１４ｇは、環状凸部１４ｆよりも外側に、環状凸部１４ｆに対して間隔を有して形成されている。環状凸部１４ｆと第２の環状凸部１４ｇとの間の距離は、環状凸部１４ｆと第２の環状凸部１４ｇとの間でプラズマが閉じ込められない距離であることが好ましい。これにより、ウエハＷの上方の環状凸部１４ｆと第２の環状凸部１４ｇとの間の空間におけるプラズマ密度が局所的に高まることを抑制できる。第２の環状凸部１４ｇの内径は、例えばウエハＷの直径と同じであってよい。例えば、ウエハＷの直径が３００ｍｍである場合、第２の環状凸部１４ｇの内径は、例えば３００ｍｍであってよい。
第２の環状凸部１４ｇの壁高さは、環状凸部１４ｆの壁高さと同じ、又は、環状凸部１４ｆの壁高さよりも低いことが好ましい。第２の環状凸部１４ｇの壁高さは、例えばギャップの１／１０以上であって４／１０以下であることが好ましい。これにより、ウエハＷの上方におけるプラズマの均一性を高めることができる。例えば、ギャップが５０ｍｍである場合、第２の環状凸部１４ｇの壁高さは、５ｍｍ以上であって２０ｍｍ以下であることが好ましい。
第２の環状凸部１４ｇの壁厚さは、例えば環状凸部１４ｆの壁厚さと同じであってよく、ガス吐出孔１４ｅを配置する領域を確保するという観点から、薄い方が好ましく、５ｍｍ以上であって１０ｍｍ以下であることがより好ましい。
第２の環状凸部１４ｇは、例えばシャワープレート１４ｃと別体に形成されている。ただし、第２の環状凸部１４ｇは、例えばシャワープレート１４ｃと一体に形成されていてもよい。第２の環状凸部１４ｇは、例えば本体１４ｂ及びシャワープレート１４ｃと同じアルミニウム等の導電材料により形成されている。
以上に説明したように、第２の実施形態のプラズマ処理装置２００によれば、上部電極１４の下面に設けられ、該下面から突出する２つの突起（環状凸部１４ｆ及び第２の環状凸部１４ｇ）を有する。突起は、突起の外側から内側へ伝搬する電磁波の一部を反射することにより、突起の外側のプラズマ密度を高くする。また、突起は、突起の外側から内側への電磁波の伝搬を阻害することにより、突起の内側のプラズマ密度を低くする。これにより、上部電極１４の中心側においてプラズマが高密度化されることを抑制し、ウエハＷの上方におけるプラズマの均一性を高めることができる。
特に、第２の実施形態のプラズマ処理装置２００によれば、２つの突起（環状凸部１４ｆ及び第２の環状凸部１４ｇ）を有することにより、１つの突起（環状凸部１４ｆ）を有する場合と比べて、プラズマの面内分布のばらつきを特に小さくできる。
〔第３の実施形態〕
図３を参照し、第３の実施形態のプラズマ処理装置の構成例について説明する。図３は、第３の実施形態のプラズマ処理装置の構成例を示す概略図である。
プラズマ処理装置３００は、第２の誘電体窓２２を更に有する点で、プラズマ処理装置１００と異なる。なお、その他の点については、プラズマ処理装置１００と同じであるため、以下では、プラズマ処理装置１００と異なる点を中心に説明する。
第２の誘電体窓２２は、シャワープレート１４ｃ及び誘電体窓２１の下面に設けられている。第２の誘電体窓２２は、環状凸部１４ｆの壁高さよりも厚い厚さの円盤形状を有する。第２の誘電体窓２２は、環状凸部１４ｆを覆う。第２の誘電体窓２２には、平面視において、シャワープレート１４ｃに形成されたガス吐出孔１４ｅと同じ位置に、第２の誘電体窓２２を厚さ方向に貫通するガス吐出孔２２ａが形成されている。ガス吐出孔２２ａは、ガス拡散空間１４ｄに供給されたプラズマ生成用ガスを載置台１２に向けて吐出する。
プラズマ処理装置３００においては、上部電極１４に印加された電磁波は、導波経路ｒ２に示されるように、同軸線路２０１内の誘電体窓２１に伝搬し、誘電体窓２１を透過して第２の誘電体窓２２に伝搬し、第２の誘電体窓２２の下面から空間ＳＰに供給される。
以上に説明したように、第３の実施形態のプラズマ処理装置３００によれば、上部電極１４の下面に設けられ、該下面から突出する突起（環状凸部１４ｆ）を有する。突起は、突起の外側から内側へ伝搬する電磁波の一部を反射することにより、突起の外側のプラズマ密度を高くする。また、突起は、突起の外側から内側への電磁波の伝搬を阻害することにより、突起の内側のプラズマ密度を低くする。これにより、上部電極１４の中心側においてプラズマが高密度化されることを抑制し、ウエハＷの上方におけるプラズマの均一性を高めることができる。
〔第４の実施形態〕
図４を参照し、第４の実施形態のプラズマ処理装置の構成例について説明する。図４は、第４の実施形態のプラズマ処理装置の構成例を示す概略図である。
プラズマ処理装置４００は、第２のＲＦ電源６０及び第２の整合器６２を更に有する点で、プラズマ処理装置１００と異なる。なお、その他の点については、プラズマ処理装置１００と同じであるため、以下では、プラズマ処理装置１００と異なる点を中心に説明する。
第２のＲＦ電源６０は、第２の整合器６２を介して載置台１２と電気的に接続されている。第２のＲＦ電源６０は、第２の整合器６２を介して載置台１２にＲＦ電力を供給する。ＲＦ電力は、主にイオンをウエハＷに引き込むことに適した周波数を有する。ＲＦ電力の周波数は、例えば４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数である。一例では、ＲＦ電力の周波数は、２ＭＨｚである。第２の整合器６２は、第２のＲＦ電源６０から見た負荷側のインピーダンスを第２のＲＦ電源６０の出力インピーダンスに整合させる。
以上に説明したように、第４の実施形態のプラズマ処理装置４００によれば、上部電極１４の下面に設けられ、該下面から突出する突起（環状凸部１４ｆ）を有する。突起は、突起の外側から内側へ伝搬する電磁波の一部を反射することにより、突起の外側のプラズマ密度を高くする。また、突起は、突起の外側から内側への電磁波の伝搬を阻害することにより、突起の内側のプラズマ密度を低くする。これにより、上部電極１４の中心側においてプラズマが高密度化されることを抑制し、ウエハＷの上方におけるプラズマの均一性を高めることができる。
〔電磁場解析〕
次に、電磁場解析について説明する。
図５は、電磁場解析のモデルを示す図である。電磁場解析では、図５に示されるように、２次元軸対称モデルを用いて、処理容器の径方向を８つの領域Ａ１～Ａ８に分割し、各領域においてプラズマに吸収される電界強度を算出した。該電界強度が高いほど、プラズマ密度が高いと判断できる。また、ウエハが載置される領域（以下「ウエハ載置領域」という。）である６つの領域Ａ１～Ａ６の電界強度を比較した。電磁場解析の解析条件は、以下である。
＜解析条件＞
処理容器１０内の圧力：１００ｍＴｏｒｒ（１３．３Ｐａ）
電磁波の周波数：２２０ＭＨｚ
電子密度：１．５８Ｅ＋１０ｍ－３
解析例１では、図５に示されるモデルの電極（Electrode）の下面に環状凸部１４ｆを設け、環状凸部１４ｆの内径Φを変更したときの電界強度の面内分布を算出した。環状凸部１４ｆの壁高さＴを３０ｍｍに設定し、壁厚さＷを５ｍｍに設定し、内径Φを１１０ｍｍ、１３０ｍｍ、１４０ｍｍ、１６０ｍｍ、１７０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍに設定した。また、比較のために、環状凸部１４ｆがない場合の電界強度の面内分布を算出した。
図６は、環状凸部１４ｆがない場合の電界分布の解析結果を示すコンター図である。図６中、矢印は電界の向きを表す。図６に示されるように、環状凸部１４ｆが設けられていない場合、処理容器の中心側の領域Ａ１～Ａ３における電界強度は、処理容器の端部側の領域Ａ４～Ａ８における電界強度よりも高いことが分かる。
図７は、環状凸部１４ｆがある場合の電界分布の解析結果を示すコンター図である。図７に示される例では、環状凸部１４ｆは内径Φが１７０ｍｍである。図７中、矢印は電界の向きを表す。図７に示されるように、環状凸部１４ｆが設けられている場合、処理容器の端部側から中心側への電磁波の伝搬が環状凸部１４ｆによって阻害され、環状凸部１４ｆが設けられていない場合よりも処理容器の中心側の電界強度が小さくなっている。
このように、電極の下面に環状凸部１４ｆを設けたプラズマ処理装置によれば、処理容器の中心側の電界強度が高くなることを抑制できることが図６及び図７により示された。
図８は、電界強度の面内分布の環状凸部１４ｆの位置依存性を示す図である。図８中、横軸は位置［ｍｍ］を示し、縦軸は規格化された電界強度Ｅを示す。横軸の位置について、０ｍｍはウエハ中心を示し、１５０ｍｍはウエハ外端を示す。
図８に示されるように、電極の下面に環状凸部１４ｆがない場合（図８のＲｅｆ）、処理容器の中心側の電界強度が処理容器の端部側の電界強度よりも高くなっている。一方、電極の下面に環状凸部１４ｆがある場合、電極の下面に環状凸部１４ｆがない場合と比較して、処理容器の中心側の電界強度が低くなっている。
図９は、電界強度の面内分布の環状凸部１４ｆの位置依存性を示す図である。図９中、横軸は位置［ｍｍ］を示し、縦軸は規格化された電界強度Ｅを示す。横軸の位置について、０ｍｍはウエハ中心を示し、１５０ｍｍはウエハ外端を示す。
図９に示されるように、電極の下面に環状凸部１４ｆがない場合（図９のＲｅｆ）、処理容器の中心側の電界強度が処理容器の端部側の電界強度よりも高くなっている。一方、電極の下面に環状凸部１４ｆがある場合、電極の下面に環状凸部１４ｆがない場合と比較して、処理容器の中心側の電界強度が低くなっている。
このように、電極の下面に環状凸部１４ｆを設けたプラズマ処理装置によれば、環状凸部１４ｆの内径Φが１１０ｍｍ～３００ｍｍの範囲において、処理容器の中心側の電界強度が高くなることを抑制できることが図８及び図９により示された。また、環状凸部１４ｆの内径Φが１３０ｍｍ～１７０ｍｍの範囲において、ウエハ載置領域における電界強度のばらつきが小さい。そのため、環状凸部１４ｆの内径Φは、電界強度の面内均一性を高めるという観点から、１３０ｍｍ～１７０ｍｍであることが特に好ましい。
解析例２では、図５に示されるモデルの電極（Electrode）の下面に壁高さＴ及び壁厚さＷが異なる環状凸部１４ｆを設けたときの電界強度の面内分布を算出した。環状凸部１４ｆの内径Φを１８０ｍｍに設定し、壁高さＴを５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍに設定し、壁厚さＷを５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍに設定した。
図１０～図１４は、電界強度の面内分布の環状凸部１４ｆの形状依存性を示す図である。図１０、図１１、図１２、図１３及び図１４は、環状凸部１４ｆの壁高さＴをそれぞれ５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍに設定したときの結果を示す。図１０～図１４中、横軸は位置［ｍｍ］を示し、縦軸は規格化された電界強度Ｅを示す。横軸の位置について、０ｍｍはウエハ中心を示し、１５０ｍｍはウエハ外端を示す。
図１０～図１４に示されるように、環状凸部１４ｆの壁高さＴを変更することにより、ウエハ中心の電界強度とウエハ端部の電界強度のバランスが大きく変化している。より具体的には、環状凸部１４ｆの壁高さＴを高くするほど、ウエハ端部の電界強度に対するウエハ中心の電界強度が低くなっている。このように、電極の下面に環状凸部１４ｆを設けたプラズマ処理装置によれば、環状凸部１４ｆの壁高さＴを変更することにより、電界強度の面内分布を制御できることが図１０～図１４により示された。また、環状凸部１４ｆの壁高さＴが１５ｍｍ～２０ｍｍの範囲において、ウエハ載置領域における電界強度のばらつきが小さい。そのため、環状凸部１４ｆの壁高さＴは、電界強度の面内均一性を高めるという観点から、１５ｍｍ～２０ｍｍであることが特に好ましい。
図１０～図１４に示されるように、環状凸部１４ｆの壁厚さＷを変更することにより、環状凸部１４ｆが設けられた位置（図中の９０ｍｍ）の外側近傍の位置（図中の１１０ｍｍ）における電界強度が変化している。より具体的には、環状凸部１４ｆの壁厚さＷを薄くするほど、環状凸部１４ｆが設けられた位置の外側近傍の位置における電界強度が高くなっている。このように、電極の下面に環状凸部１４ｆを設けたプラズマ処理装置によれば、環状凸部１４ｆの壁厚さＷを変更することにより、電界強度の面内分布を制御できることが図１０～図１４により示された。
解析例３では、図５に示されるモデルの電極（Electrode）の下面に２つの突起（環状凸部１４ｆ及び第２の環状凸部１４ｇ）を設けたときの電界強度の面内分布を算出した。環状凸部１４ｆの内径Φを１４０ｍｍ、１７０ｍｍに設定し、壁高さＴを１５ｍｍ、２０ｍｍに設定した。第２の環状凸部１４ｇの内径Φを３００ｍｍに設定し、壁高さＴを５ｍｍ、１０ｍｍに設定した。また、比較のために、モデルの電極（Electrode）の下面に１つの突起（環状凸部１４ｆ）のみを設けたときの電界強度の面内分布を算出した。また、解析例３では、電界強度の面内分布の標準偏差１σを算出した。
図１５及び図１６は、電界強度の面内分布の突起数依存性を示す図である。図１５及び図１６中、横軸は位置［ｍｍ］を示し、縦軸は規格化された電界強度Ｅを示す。横軸の位置について、０ｍｍはウエハ中心を示し、１５０ｍｍはウエハ外端を示す。
図１５及び図１６に示されるように、環状凸部１４ｆ及び第２の環状凸部１４ｇがある場合、環状凸部１４ｆのみがある場合と比べて、電界強度の面内分布のばらつきが小さくなっている。
図１７は、図１５及び図１６の電界強度の面内分布の標準偏差１σの算出結果を示す図である。
図１７に示されるように、内径Φが１４０ｍｍ、壁高さＴが２０ｍｍの環状凸部１４ｆを有する場合の電界強度分布の標準偏差１σは１８．６％であった。また、内径Φが１７０ｍｍ、壁高さＴが２０ｍｍの環状凸部１４ｆを有する場合の電界強度分布の標準偏差１σは１４．６％であった。
一方、内径Φが１４０ｍｍ、壁高さＴが２０ｍｍの環状凸部１４ｆと、内径Φが３００ｍｍ、壁高さＴが５ｍｍの第２の環状凸部１４ｇと、を有する場合の電界強度分布の標準偏差１σは、１３．６％であった。また、内径Φが１４０ｍｍ、壁高さＴが２０ｍｍの環状凸部１４ｆと、内径Φが３００ｍｍ、壁高さＴが１０ｍｍの第２の環状凸部１４ｇと、を有する場合の電界強度分布の標準偏差１σは、１５．５％であった。また、内径Φが１７０ｍｍ、壁高さＴが１５ｍｍの環状凸部１４ｆと、内径Φが３００ｍｍ、壁高さＴが５ｍｍの第２の環状凸部１４ｇと、を有する場合の電界強度分布の標準偏差１σは、９．２％であった。また、内径Φが１７０ｍｍ、壁高さＴが２０ｍｍの環状凸部１４ｆと、内径Φが３００ｍｍ、壁高さＴが５ｍｍの第２の環状凸部１４ｇと、を有する場合の電界強度分布の標準偏差１σは、１２．４％であった。
このように、電極の下面に環状凸部１４ｆ及び第２の環状凸部１４ｇを設けたプラズマ処理装置によれば、電極の下面に環状凸部１４ｆのみを設けた場合よりも電界強度の面内分布のばらつきを小さくできることが図１５～図１７により示された。
解析例４では、図５に示されるモデルの電極（Electrode）の下面に環状凸部１４ｆ及び第２の環状凸部１４ｇを設け、ギャップを目標値からずらしたときの電界強度の面内分布を算出した。環状凸部１４ｆの内径Φを１７０ｍｍに設定し、壁高さＴを１５ｍｍに設定し、壁厚さＷを５ｍｍに設定した。第２の環状凸部１４ｇの内径Φを３００ｍｍに設定し、壁高さＴを５ｍｍに設定し、壁厚さＷを５ｍｍに設定した。また、ギャップを５５ｍｍ、６０ｍｍ、６５ｍｍに設定した。ギャップの目標値は６０ｍｍである。
図１８は、電界強度の面内分布のギャップ依存性を示す図である。図１８中、横軸は位置［ｍｍ］を示し、縦軸は規格化された電界強度Ｅを示す。横軸の位置について、０ｍｍはウエハ中心を示し、１５０ｍｍはウエハ外端を示す。
図１８に示されるように、ギャップが５５ｍｍ～６５ｍｍの範囲において、電界強度の面内分布に大きな差は見られない。このように、実施形態のプラズマ処理装置によれば、目標値±５ｍｍの範囲において、ギャップの変動に対するロバスト性を有することが図１８により示された。
解析例５では、図５に示されるモデルの電極（Electrode）の下面に環状凸部１４ｆ及び第２の環状凸部１４ｇを設け、処理容器内の圧力を目標値からずらしたときの電界強度の面内分布を算出した。環状凸部１４ｆの内径Φを１７０ｍｍに設定し、壁高さＴを１５ｍｍに設定し、壁厚さＷを５ｍｍに設定した。第２の環状凸部１４ｇの内径Φを３００ｍｍに設定し、壁高さＴを５ｍｍに設定し、壁厚さＷを５ｍｍに設定した。また、処理容器内の圧力を８０ｍＴｏｒｒ（１０．７Ｐａ）、１００ｍＴｏｒｒ（１３．３Ｐａ）、１２０ｍＴｏｒｒ（１６．０Ｐａ）に設定した。処理容器内の圧力の目標値は１００ｍＴｏｒｒである。
図１９は、電界強度の面内分布の圧力依存性を示す図である。図１９中、横軸は位置［ｍｍ］を示し、縦軸は規格化された電界強度Ｅを示す。横軸の位置について、０ｍｍはウエハ中心を示し、１５０ｍｍはウエハ外端を示す。
図１９に示されるように、処理容器内の圧力が８０ｍＴｏｒｒ～１２０ｍＴｏｒｒの範囲において、電界強度の面内分布に大きな差は見られない。このように、実施形態のプラズマ処理装置によれば、目標値±２０ｍＴｏｒｒの範囲において、処理容器内の圧力の変動に対するロバスト性を有することが図１９により示された。
解析例６では、図５に示されるモデルの電極（Electrode）の下面に環状凸部１４ｆ及び第２の環状凸部１４ｇを設け、環状凸部１４ｆの内径Φを目標値からずらしたときの電界強度の面内分布を算出した。環状凸部１４ｆの内径Φを１６４ｍｍ、１６８ｍｍ、１７０ｍｍ、１７２ｍｍ、１７６ｍｍに設定し、壁高さＴを１５ｍｍに設定し、壁厚さＷを５ｍｍに設定した。環状凸部１４ｆの内径Φの目標値は１７０ｍｍである。第２の環状凸部１４ｇの内径Φを３００ｍｍに設定し、壁高さＴを５ｍｍに設定し、壁厚さＷを５ｍｍに設定した。
図２０は、環状凸部１４ｆの内径Φをずらしたときの電界強度の面内分布の変化を示す図である。図２０中、横軸は位置［ｍｍ］を示し、縦軸は規格化された電界強度Ｅを示す。横軸の位置について、０ｍｍはウエハ中心を示し、１５０ｍｍはウエハ外端を示す。
図２０に示されるように、環状凸部１４ｆの内径Φが１６４ｍｍ～１７６ｍｍの範囲において、電界強度の面内分布に差は見られない。このように、実施形態のプラズマ処理装置によれば、目標値±６ｍｍの範囲において、環状凸部１４ｆの内径Φの変動に対するロバスト性を有することが図２０により示された。これにより、環状凸部１４ｆを設けることによる制限を受けることなく、ガス吐出孔１４ｅを任意の位置に形成できる。
解析例７では、図５に示されるモデルの電極（Electrode）の下面に環状凸部１４ｆ及び第２の環状凸部１４ｇを設け、第２の環状凸部１４ｇの内径Φを目標値からずらしたときの電界強度の面内分布を算出した。環状凸部１４ｆの内径Φを１７０ｍｍに設定し、壁高さＴを１５ｍｍに設定し、壁厚さＷを５ｍｍに設定した。第２の環状凸部１４ｇの内径Φを２９２ｍｍ、２９６ｍｍ、３００ｍｍ、３０４ｍｍ、３０８ｍｍに設定し、壁高さＴを５ｍｍに設定し、壁厚さＷを５ｍｍに設定した。第２の環状凸部１４ｇの内径Φの目標値は３００ｍｍである。
図２１は、第２の環状凸部１４ｇの内径Φをずらしたときの電界強度の面内分布の変化を示す図である。図２１中、横軸は位置［ｍｍ］を示し、縦軸は規格化された電界強度Ｅを示す。横軸の位置について、０ｍｍはウエハ中心を示し、１５０ｍｍはウエハ外端を示す。
図２１に示されるように、第２の環状凸部１４ｇの内径Φが２９２ｍｍ～３０８ｍｍの範囲において、電界強度の面内分布に差は見られない。このように、実施形態のプラズマ処理装置によれば、目標値±８ｍｍの範囲において、第２の環状凸部１４ｇの内径Φの変動に対するロバスト性を有することが図２１により示された。これにより、第２の環状凸部１４ｇを設けることによる制限を受けることなく、ガス吐出孔１４ｅを任意の位置に形成できる。
〔プラズマ分布測定〕
次に、プラズマ分布測定について説明する。プラズマ分布測定では、第１の実施形態のプラズマ処理装置１００及び第２の実施形態のプラズマ処理装置２００を用いて、以下のプロセス条件により空間ＳＰにプラズマを生成したときのプラズマのイオン密度を測定した。すなわち、環状凸部１４ｆを有するプラズマ処理装置１００と、環状凸部１４ｆ及び第２の環状凸部１４ｇを有するプラズマ処理装置２００とを用いた。環状凸部１４ｆは、内径Φが１７０ｍｍ、壁高さＴが２０ｍｍ、壁厚さＷが５ｍｍである。第２の環状凸部１４ｇは、内径Φが３００ｍｍ、壁高さＴが５ｍｍ、壁厚さＷが５ｍｍである。プロセス条件は、以下である。
＜プロセス条件＞
ギャップ：６０ｍｍ
ＳｉＨ４：６０ｓｃｃｍ
ＮＨ３：１００ｓｃｃｍ
処理容器１０内の圧力：１２０ｍＴｏｒｒ（１６．０Ｐａ）
電磁波の出力：１００Ｗ、２００Ｗ、５００Ｗ、７５０Ｗ、１０００Ｗ、１５００Ｗ
電磁波の周波数：２２０ＭＨｚ
比較のために、環状凸部１４ｆ及び第２の環状凸部１４ｇを有しないプラズマ処理装置を用いて、上記のプロセス条件により空間ＳＰにプラズマを生成したときのプラズマのイオン密度を測定した。
図２２は、イオン密度の面内分布を示す図であり、環状凸部１４ｆを有していない比較例のプラズマ処理装置におけるイオン密度の測定結果を示す。図２２中、横軸は位置［ｍｍ］を示し、縦軸はイオン密度［ｃｍ－３］を示す。横軸の位置について、０ｍｍはシャワープレート中心を示し、－１６０ｍｍ及び１６０ｍはシャワープレート端部を示す。
図２２に示されるように、電磁波の出力を高くすると、シャワープレート中心のイオン密度がシャワープレート端部のイオン密度よりも高くなっている。特に、電磁波の出力が１０００Ｗ以上の場合、シャワープレート中心のイオン密度と、シャワープレート端部のイオン密度との差が大きくなっている。
図２３は、イオン密度の面内分布を示す図であり、環状凸部１４ｆを有する第１の実施形態のプラズマ処理装置１００におけるイオン密度の測定結果を示す。図２３中、横軸は位置［ｍｍ］を示し、縦軸はイオン密度［ｃｍ－３］を示す。
図２３に示されるように、電磁波の出力が１００Ｗ～１５００Ｗの範囲において、シャワープレート中心のイオン密度は、シャワープレート端部のイオン密度と略同じである。このように、第１の実施形態のプラズマ処理装置１００によれば、電磁波の出力が１００Ｗ～１５００Ｗの範囲において、シャワープレート中心のイオン密度が高くなることを抑制できることが図２３により示された。
図２４は、イオン密度の面内分布を示す図であり、環状凸部１４ｆ及び第２の環状凸部１４ｇを有する第２の実施形態のプラズマ処理装置２００におけるイオン密度の測定結果を示す。図２４中、横軸は位置［ｍｍ］を示し、縦軸はイオン密度［ｃｍ－３］を示す。
図２４に示されるように、電磁波の出力が１００Ｗ～１５００Ｗの範囲において、シャワープレート中心のイオン密度は、シャワープレート端部のイオン密度と略同じである。このように、第２の実施形態のプラズマ処理装置２００によれば、電磁波の出力が１００Ｗ～１５００Ｗの範囲において、シャワープレート中心のイオン密度が高くなることを抑制できることが図２４により示された。
〔膜厚分布測定〕
次に、膜厚分布測定について説明する。
実施例１では、第２の実施形態のプラズマ処理装置２００を用いて、第１のプロセス条件によりウエハに窒化シリコン膜を成膜し、成膜された窒化シリコン膜についてウエハの面内の複数箇所の膜厚を測定した。すなわち、実施例１では、環状凸部１４ｆ及び第２の環状凸部１４ｇを有するプラズマ処理装置２００を用いた。環状凸部１４ｆは、内径Φが１７０ｍｍ、壁高さＴが２０ｍｍ、壁厚さＷが５ｍｍである。第２の環状凸部１４ｇは、内径Φが３００ｍｍ、壁高さＴが５ｍｍ、壁厚さＷが５ｍｍである。第１のプロセス条件は、以下である。
＜第１のプロセス条件＞
ギャップ：６０ｍｍ
ＳｉＨ４：６０ｓｃｃｍ
ＮＨ３：１００ｓｃｃｍ
ガス比率：中心側Ｃ／端部側Ｅ＝８７／１３
処理容器１０内の圧力：１２０ｍＴｏｒｒ（１６．０Ｐａ）
電磁波の出力：５００Ｗ、１０００Ｗ
載置台１２の温度：３２０℃
電磁波の周波数：２２０ＭＨｚ
なお、ガス比率とは、環状凸部１４ｆよりも中心側のガス吐出孔が吐出するガス流量と、第２の環状凸部１４ｇよりも端部側のガス吐出孔が吐出するガス流量と、の比を意味する。
比較例１では、環状凸部１４ｆ及び第２の環状凸部１４ｇを有しないプラズマ処理装置を用いて、実施例１と同じ第１のプロセス条件によりウエハに窒化シリコン膜を成膜し、成膜された窒化シリコン膜についてウエハの面内の複数箇所の膜厚を測定した。
図２５は、ウエハの面内におけるＳｉＮ膜の成膜速度のパワー依存性を示す図である。図２５中、横軸はウエハ位置［ｍｍ］を示し、縦軸は成膜速度［ｎｍ／ｍｉｎ］を示す。ウエハ位置について、０ｍｍはウエハ中心を示し、－１５０ｍｍ及び１５０ｍｍはウエハ外端を示す。また、図２５中、実線は実施例１の結果を示し、破線は比較例１の結果を示す。
図２５に示されるように、電磁波の出力が５００Ｗ及び１０００Ｗのいずれの場合も、実施例１におけるウエハ中心の成膜速度が比較例１におけるウエハ中心の成膜速度よりも低くなっている。このように、実施形態のプラズマ処理装置によれば、電磁波の出力が５００Ｗ～１０００Ｗの範囲において、ウエハ中心の膜厚が厚くなることを抑制できることが図２５により示された。
実施例２では、第２の実施形態のプラズマ処理装置２００を用いて、第２のプロセス条件によりウエハに窒化シリコン膜を成膜し、成膜された窒化シリコン膜についてウエハの面内の複数箇所の膜厚を測定した。すなわち、実施例２では、環状凸部１４ｆ及び第２の環状凸部１４ｇを有するプラズマ処理装置２００を用いた。環状凸部１４ｆ及び第２の環状凸部１４ｇの内径Φ、壁高さＴ及び壁厚さＷは、実施例１と同じである。第２のプロセス条件は、以下である。
＜第２のプロセス条件＞
ギャップ：４０ｍｍ、５０ｍｍ、６０ｍｍ、７０ｍｍ
ＳｉＨ４：６０ｓｃｃｍ
ＮＨ３：１００ｓｃｃｍ
ガス比率：中心側Ｃ／端部側Ｅ＝８７／１３
処理容器１０内の圧力：１２０ｍＴｏｒｒ（１６．０Ｐａ）
電磁波の出力：１０００Ｗ
載置台１２の温度：３２０℃
電磁波の周波数：２２０ＭＨｚ
比較例２では、環状凸部１４ｆ及び第２の環状凸部１４ｇを有しないプラズマ処理装置を用いて、実施例２と同じ第２のプロセス条件によりウエハに窒化シリコン膜を成膜し、成膜された窒化シリコン膜についてウエハの面内の複数箇所の膜厚を測定した。
図２６及び図２７は、ウエハの面内におけるＳｉＮ膜の成膜速度のギャップ依存性を示す図である。図２６及び図２７中、横軸はウエハ位置［ｍｍ］を示し、縦軸は成膜速度［ｎｍ／ｍｉｎ］を示す。また、図２６及び図２７中、実線は実施例２の結果を示し、破線は比較例２の結果を示す。
図２６及び図２７に示されるように、ギャップが４０ｍｍ、５０ｍｍ、６０ｍｍ、７０ｍｍのいずれの場合も、実施例２におけるウエハ中心の成膜速度が比較例２におけるウエハ中心の成膜速度よりも低くなっている。このように、実施形態のプラズマ処理装置によれば、ギャップが４０ｍｍ～７０ｍｍの範囲において、ウエハ中心の膜厚が厚くなることを抑制できることが図２６及び図２７により示された。
実施例３では、第２の実施形態のプラズマ処理装置２００を用いて、第３のプロセス条件によりウエハに窒化シリコン膜を成膜し、成膜された窒化シリコン膜についてウエハの面内の複数箇所の膜厚を測定した。すなわち、実施例３では、環状凸部１４ｆ及び第２の環状凸部１４ｇを有するプラズマ処理装置２００を用いた。環状凸部１４ｆ及び第２の環状凸部１４ｇの内径Φ、壁高さＴ及び壁厚さＷは、実施例１と同じである。第３のプロセス条件は、以下である。
＜第３のプロセス条件＞
ギャップ：６０ｍｍ
ＳｉＨ４：６０ｓｃｃｍ
ＮＨ３：１００ｓｃｃｍ
ガス比率：中心側Ｃ／端部側Ｅ＝８７／１３
処理容器１０内の圧力：１２０ｍＴｏｒｒ（１６．０Ｐａ）、２００ｍＴｏｒｒ（２６．７Ｐａ）
電磁波の出力：１０００Ｗ
載置台１２の温度：３２０℃
電磁波の周波数：２２０ＭＨｚ
比較例３では、環状凸部１４ｆ及び第２の環状凸部１４ｇを有しないプラズマ処理装置を用いて、実施例３と同じ第３のプロセス条件によりウエハに窒化シリコン膜を成膜し、成膜された窒化シリコン膜についてウエハの面内の複数箇所の膜厚を測定した。
図２８は、ウエハの面内におけるＳｉＮ膜の成膜速度の圧力依存性を示す図である。図２８中、横軸はウエハ位置［ｍｍ］を示し、縦軸は成膜速度［ｎｍ／ｍｉｎ］を示す。また、図２８中、実線は実施例３の結果を示し、破線は比較例３の結果を示す。
図２８に示されるように、処理容器１０内の圧力が１２０ｍＴｏｒｒ、２００ｍＴｏｒｒのいずれの場合も、実施例３におけるウエハ中心の成膜速度が比較例３におけるウエハ中心の成膜速度よりも低くなっている。このように、実施形態のプラズマ処理装置によれば、処理容器１０内の圧力が１２０ｍＴｏｒｒ～２００ｍＴｏｒｒの範囲において、ウエハ中心の膜厚が厚くなることを抑制できることが図２８により示された。特に、処理容器１０内の圧力が２００ｍＴｏｒｒの場合には、実施例３において比較例３に比べてウエハ中心の成膜速度が約６０ｎｍ低下し、ウエハ中心の膜厚が厚くなることを抑制する効果が顕著に見られた。
実施例４では、第２の実施形態のプラズマ処理装置２００を用いて、第４のプロセス条件によりウエハに窒化シリコン膜を成膜し、成膜された窒化シリコン膜についてウエハの面内の複数箇所の膜厚を測定した。すなわち、実施例４では、環状凸部１４ｆ及び第２の環状凸部１４ｇを有するプラズマ処理装置２００を用いた。環状凸部１４ｆ及び第２の環状凸部１４ｇの内径Φ、壁高さＴ及び壁厚さＷは、実施例１と同じである。第４のプロセス条件は、以下である。
＜第４のプロセス条件＞
ギャップ：６０ｍｍ
ＳｉＨ４：６０ｓｃｃｍ
ＮＨ３：１００ｓｃｃｍ
ガス比率：中心側Ｃ／端部側Ｅ＝８７／１３、５０／５０、１０／９０
処理容器１０内の圧力：１２０ｍＴｏｒｒ（１６．０Ｐａ）
電磁波の出力：１０００Ｗ
載置台１２の温度：３２０℃
電磁波の周波数：２２０ＭＨｚ
比較例４では、環状凸部１４ｆ及び第２の環状凸部１４ｇを有しないプラズマ処理装置を用いて、実施例４と同じ第４のプロセス条件によりウエハに窒化シリコン膜を成膜し、成膜された窒化シリコン膜についてウエハの面内の複数箇所の膜厚を測定した。
図２９は、ウエハの面内におけるＳｉＮ膜の成膜速度のガス比率依存性を示す図である。図２９中、横軸はウエハ位置［ｍｍ］を示し、縦軸は成膜速度［ｎｍ／ｍｉｎ］を示す。また、図２９中、実線は実施例４の結果を示し、破線は比較例４の結果を示す。
図２９に示されるように、ガス比率が中心側Ｃ／端部側Ｅ＝８７／１３、５０／５０、１０／９０のいずれの場合も、実施例４におけるウエハ中心の成膜速度が比較例４におけるウエハ中心の成膜速度よりも低くなっている。このように、実施形態のプラズマ処理装置によれば、ガス比率によらずにウエハ中心の膜厚が厚くなることを抑制できることが図２９により示された。
実施例５では、第２の実施形態のプラズマ処理装置２００を用いて、第５のプロセス条件によりウエハに窒化シリコン膜を成膜し、成膜された窒化シリコン膜についてウエハの面内の複数箇所の膜厚を測定した。すなわち、実施例５では、環状凸部１４ｆ及び第２の環状凸部１４ｇを有するプラズマ処理装置２００を用いた。環状凸部１４ｆ及び第２の環状凸部１４ｇの内径Φ、壁高さＴ及び壁厚さＷは、実施例１と同じである。第５のプロセス条件は、以下である。
＜第５のプロセス条件＞
ギャップ：６０ｍｍ
ＳｉＨ４：６０ｓｃｃｍ
ＮＨ３：１００ｓｃｃｍ
Ｈｅ：０ｓｃｃｍ、５００ｓｃｃｍ、１０００ｓｃｃｍ
ガス比率：中心側Ｃ／端部側Ｅ＝１０／９０
処理容器１０内の圧力：１２０ｍＴｏｒｒ（１６．０Ｐａ）
電磁波の出力：１０００Ｗ
載置台１２の温度：３２０℃
電磁波の周波数：２２０ＭＨｚ
比較例５では、環状凸部１４ｆ及び第２の環状凸部１４ｇを有しないプラズマ処理装置を用いて、実施例５と同じ第５のプロセス条件によりウエハに窒化シリコン膜を成膜し、成膜された窒化シリコン膜についてウエハの面内の複数箇所の膜厚を測定した。
図３０は、ウエハの面内におけるＳｉＮ膜の成膜速度のＨｅガス流量依存性を示す図である。図３０中、横軸はウエハ位置［ｍｍ］を示し、縦軸は成膜速度［ｎｍ／ｍｉｎ］を示す。また、図３０中、実線は実施例５の結果を示し、破線は比較例５の結果を示す。
図３０に示されるように、Ｈｅガスの流量が０ｓｃｃｍ、５００ｓｃｃｍ、１０００ｓｃｃｍのいずれの場合も、実施例５におけるウエハ中心の成膜速度が比較例５におけるウエハ中心の成膜速度よりも低くなっている。このように、実施形態のプラズマ処理装置によれば、Ｈｅガスの流量によらずにウエハ中心の膜厚が厚くなることを抑制できることが図３０により示された。
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、シャワープレート１４ｃに形成された多数のガス吐出孔１４ｅから空間ＳＰにプラズマ生成用ガスを供給する場合を説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、処理容器１０の側壁に該側壁を貫通するガス導入部を設け、該ガス導入部から空間ＳＰにプラズマ生成用ガスを供給するようにしてもよい。
上記の実施形態では、シャワープレート１４ｃの下面に１つの環状凸部（環状凸部１４ｆ）又は２つの環状凸部（環状凸部１４ｆ及び第２の環状凸部１４ｇ）が形成されている場合を説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、環状凸部は３つ以上であってもよい。環状凸部の数は、ＲＦ電源３０が発生する電磁波の周波数、上部電極１４の構造、ウエハＷと上部電極１４との間の距離、ウエハＷの構造等によって変化するプラズマ分布に基づいて定められる。
１０ 処理容器
１２ 載置台
１４ 上部電極
１４ｆ 環状凸部
１４ｇ 第２の環状凸部
３０ ＲＦ電源
６０ 第２のＲＦ電源
１００、２００、３００、４００ プラズマ処理装置

Claims (11)

  1. 処理容器内に供給される電磁波によりプラズマを生成して基板に処理を施すプラズマ処理装置であって、
    前記処理容器内に配置された上部電極と、
    前記上部電極に１００ＭＨｚ～８００ＭＨｚの電磁波を供給するＲＦ電源と、
    前記上部電極の下面から突出する環状凸部と、
    を有する、プラズマ処理装置。
  2. 前記環状凸部の内径は、前記基板の直径の１／３以上であって前記基板の直径以下である、
    請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記環状凸部は、導電材料により形成されている、
    請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記環状凸部は、前記上部電極と同じ材料により形成されている、
    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. 前記環状凸部よりも外側に設けられ、下方に突出する第２の環状凸部を更に有する、
    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. 前記第２の環状凸部の壁高さは、前記環状凸部の壁高さよりも低い、
    請求項５に記載のプラズマ処理装置。
  7. 前記第２の環状凸部は、導電材料により形成されている、
    請求項５又は６に記載のプラズマ処理装置。
  8. 前記処理容器内に前記上部電極と対向して配置された載置台を更に有し、
    前記載置台は、接地されている、
    請求項１乃至７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  9. 前記処理容器内に前記上部電極と対向して配置された載置台と、
    前記載置台に電磁波を供給する第２のＲＦ電源と、
    を更に有し、
    前記載置台に供給される電磁波の周波数は、前記上部電極に供給される電磁波の周波数より低い、
    請求項１乃至７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  10. 前記載置台に供給される電磁波の周波数は、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数である、
    請求項９に記載のプラズマ処理装置。
  11. 前記上部電極は、下面に複数のガス吐出孔が形成されたシャワープレートを有し、
    前記環状凸部は、前記シャワープレートに形成された前記複数のガス吐出孔の間に配置されている、
    請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
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