JP2023083731A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁波の供給口付近のプラズマによるガス活性化を効率的に実施する。【解決手段】処理容器と、前記処理容器の一部を構成し、開口を有する天壁と、前記開口を閉塞する透過窓と、を有し、前記透過窓下の前記開口が凹部として形成され、前記凹部は、前記透過窓から前記処理容器内へ電磁波を供給する供給口であり、前記天壁の下面に第１ガス供給孔が設けられ、前記凹部の内側面に第２ガス供給孔が設けられている、プラズマ処理装置が提供される。【選択図】図１

Description

本開示は、プラズマ処理装置に関する。

例えば、特許文献１は、処理容器の天壁から突出した複数のガスノズルを開示している。ガスノズルは、天壁の下面よりも下方の位置に相対的に分解しやすいガスを供給し、ガスの解離を調整する。天壁に突出したガスノズルを加工する難易度とコストが高い。

特開２０２１－６４５０８号公報

本開示は、電磁波の供給口付近のプラズマによるガス活性化を効率的に実施することができる技術を提供する。

本開示の一の態様によれば、処理容器と、前記処理容器の一部を構成し、開口を有する天壁と、前記開口を閉塞する透過窓と、を有し、前記透過窓下の前記開口が凹部として形成され、前記凹部は、前記透過窓から前記処理容器内へ電磁波を供給する供給口であり、前記天壁の下面に第１ガス供給孔が設けられ、前記凹部の内側面に第２ガス供給孔が設けられている、プラズマ処理装置が提供される。

一の側面によれば、電磁波の供給口付近のプラズマによるガス活性化を効率的に実施することができる。

実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す模式断面図。 参考例に係るガス供給構造の一例を示す図。 実施形態に係るガス供給構造の一例を示す図。 実施形態に係るガス供給孔の配置例を示す図。 実施形態に係るガス供給孔の角度（ＸＺ面）の一例を示す図。 実施形態に係るガス供給孔の角度（ＸＹ面）の一例を示す図。

以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

本明細書において平行、直角、直交、水平、垂直、上下、左右などの方向には、実施形態の効果を損なわない程度のずれが許容される。角部の形状は、直角に限られず、弓状に丸みを帯びてもよい。平行、直角、直交、水平、垂直、円、一致には、略平行、略直角、略直交、略水平、略垂直、略円、略一致が含まれてもよい。

［プラズマ処理装置］
実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を説明する。図１は、実施形態に係るプラズマ処理装置１００の一例を示す模式断面図である。プラズマ処理装置１００は、処理容器１０１と、載置台１０２と、ガス供給部１０３と、排気装置１０４と、マイクロ波放射源１４０と、制御部１０６とを有する。

処理容器１０１は、金属材料、例えば表面にイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）等で皮膜処理が施されたアルミニウムからなり、有底の円筒形状の容器本体１１２と天壁１１１とを有する。容器本体１１２の上部には天壁１１１が設けられ、天壁１１１は処理容器１０１の一部を構成する。容器本体１１２と天壁１１１とにより、プラズマ処理空間Ｕが形成される。天壁１１１は、上面１１１ｂと下面１１１ａとを有し、下面１１１ａはプラズマ処理空間Ｕに露出する。天壁１１１は、複数の開口を有し、その複数の開口を閉塞するように上面１１１ｂ側に複数のマイクロ波放射源１４０が配置される。

処理容器１０１内では底部に載置台１０２が配置されている。載置台１０２は円板形状であり、例えば表面に陽極酸化処理が施されたアルミニウム等の金属材料、又は例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックス材料から形成されている。載置台１０２は、半導体ウエハを一例とする基板Ｗを載置する。載置台１０２は、容器本体１１２の底部から絶縁部材１２１を介して上方に延びる金属製の支持部材１２０により支持されている。

また、載置台１０２の内部には、基板Ｗを昇降するための昇降ピン（図示せず）が載置台１０２の上面に対して突没可能に設けられている。さらに、載置台１０２の内部には加熱手段としてヒータ１０７が設けられている。ヒータ１０７は、ヒータ電源１２７から給電されて発熱する。そして、載置台１０２の上面の近傍に設けられた不図示のセンサ（例えば、熱電対）の温度信号によりヒータ１０７の出力を制御することで、基板Ｗが所定の温度に制御される。

載置台１０２には、高周波電源１２２が電気的に接続されている。載置台１０２がセラミックスの場合は、載置台１０２に電極を設けて、その電極に高周波電源１２２を電気的に接続する。高周波電源１２２は、載置台１０２にバイアス電力として高周波電力を印加する。高周波電源１２２が印加する高周波電力の周波数は０．４～２７．１２ＭＨｚの範囲が好ましい。

容器本体１１２の底部には排気管１１６が設けられ、排気管１１６には排気装置１０４が接続されている。排気装置１０４は、真空ポンプ、圧力制御バルブ等を備え、真空ポンプにより排気管１１６を介して処理容器１０１内が排気され、所望の真空状態に制御される。処理容器１０１内の圧力は、圧力計（図示せず）の値に基づいて圧力制御バルブにより制御される。容器本体１１２の側壁には、処理容器１０１に隣接する搬送室（図示せず）との間で基板Ｗの搬入出を行うための搬入出口１１４が設けられている。基板Ｗの搬入出時、搬入出口１１４は、容器本体１１２の側壁に沿って設けられたゲートバルブ１１５により開口される。

マイクロ波放射源１４０は、天壁１１１の外周領域の６つの開口（図１では２つのみ図示）と、天壁１１１の中央領域の１つの開口とに配置される。本実施形態では、７つのマイクロ波放射源１４０のそれぞれの下端の透過窓１４５が天壁１１１の開口を閉塞し、これにより、マイクロ波放射源１４０の全体が天壁１１１の上面１１１ｂ上に設置される。ただし、マイクロ波放射源１４０の個数及び配置はこれに限らず、例えば天壁１１１の中央領域に１つのみ配置してもよいし、天壁１１１の外周領域のみに複数配置してもよい。

マイクロ波放射源１４０は、アンプ部１４２を介してマイクロ波出力部１３０に接続されている。マイクロ波出力部１３０は、マイクロ波を生成するとともに、マイクロ波を分配して各アンプ部１４２に出力する。各アンプ部１４２は、分配されたマイクロ波を主に増幅して各マイクロ波放射源１４０に出力する。

マイクロ波放射源１４０は、アンテナモジュール１４３、スロットアンテナ１４４及び透過窓１４５を有する。アンテナモジュール１４３は、内導体１４３ａと内導体１４３ａの周りに同心円に配置された外導体１４３ｂとを有する同軸導波管であり、内導体１４３ａと外導体１４３ｂとの間の空間をマイクロ波が伝搬する。内導体１４３ａと外導体１４３ｂとの間の空間には環状の誘電体部材Ｍ１、Ｍ２が設けられている。誘電体部材Ｍ１は、誘電体部材Ｍ２の上部に配置されている。誘電体部材Ｍ１、Ｍ２は上下動可能であり、これによりインピーダンスを調整する。

外導体１４３ｂの先端（アンテナモジュール１４３の先端）は拡径されている。外導体１４３ｂの拡径された内部には円盤形状のスロットアンテナ１４４が嵌め込まれている。アンテナモジュール１４３及びスロットアンテナ１４４は天壁１１１の上部（外部）に設けられている。内導体１４３ａはスロットアンテナ１４４の上面中央に当接している。スロットアンテナ１４４は、スロットアンテナ１４４の中心部の周りに弧状または円環状のスロットＳを有する。スロットアンテナ１４４は、スロットＳからマイクロ波を放射するアンテナの機能を有する。

スロットアンテナ１４４の下方には、スロットＳから放射されたマイクロ波を処理容器１０１内に放射する透過窓１４５が設けられている。透過窓１４５はアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等の誘電体から形成され、マイクロ波を透過する。透過窓１４５は、天壁１１１に設けられた開口の上部位置で開口を閉塞する。これにより、透過窓１４５下の開口が凹部Ｖとして形成される。凹部Ｖはプラズマ処理空間Ｕへ電磁波の一例であるマイクロ波を供給する供給口として機能する。透過窓１４５を透過したマイクロ波は、凹部Ｖの供給口から処理容器１０１内のプラズマ処理空間Ｕへ放射される。

ガス供給部１０３は、複数のガス導入管１２４～１２６と、ガス供給配管１２８と、ガス供給源１２９とを有する。複数のガス導入管１２４～１２６は、ガス供給配管１２８を介してガス供給源１２９に接続されている。複数のガス導入管１２４～１２６は、天壁１１１の中央領域のマイクロ波放射源１４０の周りからガスを供給する。

複数のガス導入管１２４、１２５は、天壁１１１を上下方向に貫通するように構成された第１ガス供給路Ｒ１、Ｒ２にそれぞれ接続されている。第１ガス供給路Ｒ１は下面１１１ａに開口する第１ガス供給孔１２４ａを有し、第１ガス供給路Ｒ２は下面１１１ａに開口する第１ガス供給孔１２５ａを有する（図３（ａ）参照）。

複数のガス導入管１２６は、天壁１１１の上方向から延びる経路１２６ｂ（図３（ａ）参照）と、天壁１１１内で横方向に屈曲し、凹部Ｖの内側面１１１ｃへ延びる経路１２６ｃを含む第２ガス供給路Ｒ３に接続されている。第２ガス供給路Ｒ３は、内側面１１１ｃに開口する第２ガス供給孔１２６ａを有する。

ガス供給源１２９は、処理ガスを供給する。一例としては、基板Ｗにシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を形成する場合、複数の第１ガス供給孔１２４ａからＮ_２ガス及び／又はＮＨ_３ガスを供給し、複数の第１ガス供給孔１２５ａからＳｉＨ_４（シラン）ガスを供給する。また、複数の第２ガス供給孔１２６ａからＮ_２ガス及び／又はＮＨ_３ガスを供給する。

ただし、処理ガスの供給はこれに限らず、第１ガス供給孔１２５ａは、相対的に分解しやすいガスを供給し、第２ガス供給孔１２６ａは、相対的に分解し難いガスを供給してもよい。なお、第１ガス供給孔１２４ａは、相対的に分解しやすいガスを供給してもよく、相対的に分解し難いガスを供給してもよい。

なお、ガス供給配管１２８には、処理ガスの供給及びその停止を制御するバルブや処理ガスの流量を調整する流量調整器が設けられている。

制御部１０６は、例えば、コントローラ１０６ａ、メモリ１０６ｂを有するコンピュータである。制御部１０６は、入力装置、表示装置等を有してもよい。コントローラ１０６ａは、プラズマ処理装置１００の各部を制御する。コントローラ１０６ａでは、入力装置を用いて、オペレータがプラズマ処理装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うことができる。また、コントローラ１０６ａは、表示装置により、プラズマ処理装置１００の稼働状況等を可視化して表示することができる。さらに、メモリ１０６ｂには、プラズマ処理装置１００で実行される各種処理をコントローラ１０６ａにより制御するための制御プログラム及びレシピデータが格納されている。コントローラ１０６ａが制御プログラムを実行して、レシピデータにしたがってプラズマ処理装置１００の各部を制御することにより、プラズマ処理装置１００を使用して成膜等の基板の処理が実行される。

［ガス供給機構］
次に、マイクロ波を供給する供給口付近のガス供給構造の詳細について、図２及び図３を参照しながら説明する。図２（ａ）は、参考例に係るガス供給構造の一例を示す図である。図３（ａ）は、実施形態に係るガス供給構造の一例を示す図である。

図２（ａ）の参考例では、透過窓１４５'の下に凹部Ｖ'が形成されている。凹部Ｖ'は、透過窓１４５'から放射されたマイクロ波を処理容器１０１内へ供給する供給口となる。凹部Ｖ'の深さをＨ４で示す。換言すれば、凹部Ｖ'の内側面１１１ｃの長さはＨ４である。ガスＡ、Ｂを供給するとき、ガス導入管１２３からガス供給孔１２３ａへは、相対的に分解しやすいガスＢを供給するように構成され、ガス導入管１２４からガス供給孔１２４ａへは、相対的に分解し難いガスＡを供給するように構成される。一例として処理ガスＢをＳｉＨ_４ガスとし、処理ガスＡをＮ_２ガス及び／又はＮＨ_３ガスとする。参考例では、相対的に分解しやすいＳｉＨ_４ガス（ガスＢ）は、天壁１１１の下面１１１ａから突出した複数のガスノズル１１１ｄから処理容器１０１内に供給される。ガスノズル１１１ｄの天壁１１１の下面１１１ａからの長さをＨ３で示す。

透過窓１４５'は、円盤形状であり、天壁１１１の開口の上面１１１ｂ側から開口を閉塞する。透過窓１４５'と天壁１１１との境界にはＯリング１４６が設けられている。Ｏリング１４６は、処理容器１０１内を処理容器１０１外の大気から封止し、処理容器１０１内の気密を保持する。

第１ガス供給孔１２４ａは、天壁１１１の下面１１１ａからＮ_２ガス及び／又はＮＨ_３ガスを処理容器１０１内に供給する。ガス供給孔１２３ａは、ガスノズル１１１ｄの先端からＳｉＨ_４ガスを供給する。

図２（ｂ）は、透過窓１４５'下の凹部Ｖ'付近を、天壁１１１の下面１１１ａ側から見た図である。図２（ｂ）に示すように、ガスノズル１１１ｄに設けられたガス供給孔１２３ａと同一円周上に第１ガス供給孔１２４ａが配置され、ガス供給孔１２３ａと第１ガス供給孔１２４ａとは交互に設けられている。なお、図２（ａ）では便宜上、第１ガス供給孔１２４ａとガス供給孔１２３ａとの位置を径方向にずらして示している。

Ｎ_２ガス及び／又はＮＨ_３ガスは、凹部Ｖ'付近を含む処理容器１０１内に生成されるプラズマにより活性化され、反応させ易くする。凹部Ｖ'付近では、活性化されたＮ_２ガス及び／又はＮＨ_３ガスによる高密度プラズマ領域が形成されている。よって、ＳｉＨ_４ガスの供給位置が凹部Ｖ'の領域から近いと、反応性の高いＳｉＨ_４ガスが気相中で重合して基板Ｗ上に飛来し、パーティクルとなることがある。また、ＳｉＨ_４ガスを供給するガス供給孔１２３ａにて異常放電が生じることがある。

そこで、参考例では、ＳｉＨ_４ガスを、Ｎ_２ガス及びＮＨ_３ガスの第１ガス供給孔１２４ａが設けられた高さより長さＨ３だけ低い位置にガス供給孔１２３ａを設け、高密度プラズマ領域から遠ざけてガス供給孔１２３ａからＳｉＨ_４ガスを供給する。これにより、活性化されたＮ_２ガス及び／又はＮＨ_３ガスと反応させ、ＳｉＨ_４ガス起因のＳｉを窒化させて基板Ｗ上にシリコン窒化膜を形成する。これにより、パーティクルの発生を抑制し、ＳｉＨ_４ガスのガス供給孔１２３ａでの異常放電を抑制している。

ところが、参考例では、天壁１１１の下面１１１ａから下方にガスノズル１１１ｄの突起を形成することで天壁１１１の形状が複雑になり、加工上の難易度が高くなりコストが高くなる。加えて、天壁１１１はアルミニウムで形成されているため、プラズマ耐性を上げるために天壁１１１にイットリア等の溶射膜を溶射してプラズマ耐性を得るようにしているが、溶射時にガスノズル１１１ｄの突起によって溶射加工の難易度が高くなってしまい、加工コストや装置コストが高くなってしまう。

また、クリーニング時に処理容器１０１の内壁等に付着するシリコン窒化膜を除去する際、ＮＦ_３ガスをガスノズル１１１ｄから供給する。その際、生成する副生成物であるフッ化アルミニウム（ＡｌＦ）やフッ化イットリウム（ＹＦ）が、ガスノズル１１１ｄに付着し、パーティクルの原因となる。加えて、ガスノズル１１１ｄの突起があるために、ガス供給孔の配置が制限され自由な設計の妨げとなる場合がある。

そこで、実施形態に係るガス供給構造では、図３（ａ）に示すように、ガスノズル１１１ｄの構造をなくし、天壁１１１の下面１１１ａを例えば長さＨ３だけ下方に位置させる。つまり、実施形態の天壁１１１は、参考例の天壁１１１と比較してＨ３だけ厚く形成し、高密度プラズマ領域をＨ３だけ上方にシフトさせている。これにより、Ｎ_２ガス及び／又はＮＨ_３ガスを供給する第１ガス供給孔１２４ａと、ＳｉＨ_４ガスを供給する第１ガス供給孔１２５ａとを同一面（下面１１１ａ）上であって同一円周上に形成する。つまり、天壁１１１の下面１１１ａを平面にでき、第１ガス供給孔１２４ａと第１ガス供給孔１２５ａとは同じ高さに設けられる。これにより、天壁１１１の形状の簡易化により、マイクロ波の供給口付近のガス供給構造をシンプルに構成でき、加工上の難易度を低くできる。

図３（ａ）の実施形態では、透過窓１４５の下に凹部Ｖが形成されている。凹部Ｖは、透過窓１４５から放射されたマイクロ波を処理容器１０１内へ供給する供給口となる。凹部Ｖの深さは天壁１１１が厚くなった分（つまり、Ｈ３）だけ深くなり、凹部Ｖの内側面１１１ｃの長さはＨ４＋Ｈ３である。第１ガス供給孔１２５ａは、相対的に分解しやすいＳｉＨ_４ガス（ガスＢ）を供給するように構成され、第１ガス供給孔１２４ａは、相対的に分解し難いＮ_２ガス及び／又はＮＨ_３ガス（ガスＡ）を供給するように構成される。ただし、第１ガス供給孔１２４ａからの相対的に分解し難いＮ_２ガス及び／又はＮＨ_３ガス（ガスＡ）の供給は、後述の第２ガス供給孔１２６ａを設けたため、必須ではない。

図３（ｂ）は、透過窓１４５下の凹部Ｖ付近を、天壁１１１の下面１１１ａ側から見た図である。図３（ｂ）に示すように、同一円周上にＳｉＨ_４ガス（ガスＢ）を供給する第１ガス供給孔１２５ａとＮ_２ガス及び／又はＮＨ_３ガス（ガスＡ）を供給する第１ガス供給孔１２４ａとが交互に設けられている。第１ガス供給孔１２５ａと第１ガス供給孔１２４ａとは等間隔に設けられている。なお、図３（ａ）において便宜上、第１ガス供給孔１２４ａと第１ガス供給孔１２５ａとは径方向にずらして示している。

凹部Ｖの深さは天壁１１１が厚くなったＨ３の長さ分だけ参考例よりも深い。よって、Ｎ_２ガス及び／又はＮＨ_３ガスを供給する複数の第２ガス供給孔１２６ａを凹部Ｖの内側面１１１ｃに等間隔に配置する。これにより、第２ガス供給孔１２６ａを第１ガス供給孔１２４ａ、１２５ａから離して配置できる。この結果、第１ガス供給孔１２５ａで異常放電が生じること、及び反応性の高いＳｉＨ_４ガスが気相中で重合してパーティクルとなることを防止又は抑制できる。

Ｎ_２ガス及び／又はＮＨ_３ガスは、第２ガス供給孔１２６ａから透過窓１４５下の高密度プラズマ領域に直接供給される。これにより、Ｎ_２ガス及び／又はＮＨ_３ガスの活性化を促進できる。

透過窓１４５は、下向きに凹形状を有し、外周側にて環状に厚みを有する。透過窓１４５と天壁１１１との境界にはＯリング１４６が設けられている。Ｏリング１４６は、処理容器１０１内を処理容器１０１外の大気から封止し、処理容器１０１内の気密を保持する。

実施形態においても天壁１１１はイットリアの溶射膜等でコーティングされ、凹部Ｖの内側壁にも溶射膜が形成されている。一方、透過窓１４５の下面は凹形状であり、実施形態のＯリング１４６の位置は、透過窓１４５の外周の厚みの分だけ参考例よりも下方にある。これにより、参考例よりもプラズマ密度及び温度が低い位置にＯリング１４６を配置することができ、Ｏリング１４６の周りの溶射膜の消耗を緩和でき、天壁１１１のメンテナンスや交換までの時間を長くすることができる。

以上から、第２ガス供給孔１２６ａは、Ｏリング１４６の周りの溶射膜の消耗を緩和できる位置又はそれよりも下であって透過窓１４５下の高密度プラズマ領域に出来る限り近い位置に配置することが好ましい。これにより、凹部Ｖ内での溶射膜の消耗を緩和しつつ、Ｎ_２ガス及び／又はＮＨ_３ガスの活性化を促進できる。

なお、第１ガス供給孔１２４ａから供給するＮ_２ガス及び／又はＮＨ_３ガスは第１ガス供給孔１２５ａから供給するＳｉＨ_４ガスを希釈化させて、ＳｉＨ_４ガスの反応性（分解）を抑制する効果を有する。このため、第１ガス供給孔１２４ａは第１ガス供給孔１２５ａと同一円周上に交互に配置されることが好ましい。ただし、パーティクルや異常放電が問題とならない程度に抑制できれば、第１ガス供給孔１２４ａは第１ガス供給孔１２５ａと対の位置に（例えば交互に）配置しなくてもよい。例えば第１ガス供給孔１２４ａを第１ガス供給孔１２５ａの内周側又は外周側に配置してもよい。パーティクルや異常放電の問題を解消できれば第１ガス供給孔１２４ａはなくてもよい。実施形態に係るガス供給構造によれば、天壁１１１の下面１１１ａから突起をなくし、平面にすることでガス供給孔の設計の自由度を高めることができる。

［第２ガス供給孔の配置］
図４は、実施形態に係るガス供給孔の配置例を示す図である。図４は、天壁１１１の下面１１１ａを見た図である。図４（ａ）（ｂ）では、円で示す境界線Ａｒの内外を中央領域及び外周領域に分けている。図４（ａ）（ｂ）では、天壁１１１は中央領域に１つ、外周領域に６つ、合計７つの開口を有し、７つの開口は、７つの透過窓１４５で閉塞されている。図４（ａ）では、第２ガス供給孔１２６ａは、７つの開口のうち中央領域の開口を閉塞する透過窓１４５下の凹部Ｖの内側面１１１ｃに設けられている。第２ガス供給孔１２６ａの周囲には、第１ガス供給孔１２４ａと第１ガス供給孔１２５ａとが同一円周上に交互に配置されている。

図４（ｂ）では、第２ガス供給孔１２６ａは、前記７つの開口を閉塞する７つの透過窓１４５下に形成される７つの凹部Ｖの内側面１１１ｃ毎に設けられている。第２ガス供給孔１２６ａのそれぞれの周囲には、第１ガス供給孔１２４ａと第１ガス供給孔１２５ａとが同一円周上に交互に配置されている。

ただし、図４のガス供給孔の配置は一例であり、ガス供給孔の個数及び配置はこれに限らない。例えば、天壁１１１に設けられた開口は、中央領域において０であってもよいし、１以上であってもよい。天壁１１１に設けられた開口は、外周領域において０であってもよいし、６つ以外の複数であってもよい。

［第２ガス供給孔の向き］
凹部Ｖの高さ方向をＺ方向とし、Ｚ方向に垂直な面をＸＹ平面とする。Ｚ軸は、天壁１１１の下面１１１ａに対して垂直な軸であり、ＸＹ平面は下面１１１ａに対して水平である。図３（ｂ）及び図６（ａ）に示すように、透過窓１４５の中心（凹部Ｖの中心）を通る軸を特にＺ１軸とする。

図５は、ＸＺ面における第２ガス供給孔１２６ａの角度の一例を示す図である。図６は、ＸＹ面における第２ガス供給孔１２６ａの角度の一例を示す図である。

図５（ａ）と図３（ａ）とを比較すると、図３（ａ）に示す第２ガス供給孔１２６ａは、ＸＹ平面上に形成され、Ｚ方向とは直交している。また、図３（ｂ）に示すように、ＸＹ面において複数の第２ガス供給孔１２６ａはすべてＺ１軸に向かう。つまり、図３（ａ）（ｂ）に示す第２ガス供給孔１２６ａは、凹部Ｖの内側面に対して垂直に開口している。

これに対して、図５（ａ）に示す第２ガス供給孔１２６ａは、ＸＹ平面よりも上向きに形成され、Ｚ方向の角度を有する。図５（ｂ）に示すように、ＸＺ平面のＸ方向に対するＺ方向の角度をθ_ｚｘとする。図５（ａ）に示す第２ガス供給孔１２６ａでは、角度θ_ｚｘは０°よりも大きく、例えば３０°以上４５°以下であってもよいし、４５°以上であってもよい。第２ガス供給孔１２６ａの角度θ_ｚｘはこれに限らず、ＸＹ平面よりも上向きに形成されていればよく、透過窓１４５に向かう上向きの角度が好ましい。

更に、図５（ａ）に示す第２ガス供給孔１２６ａは、ＸＹ面において第２ガス供給孔１２６ａは図３（ｂ）の矢印の向きと同様にＺ１軸に向かう。つまり、図５（ａ）に示す第２ガス供給孔１２６ａは、凹部Ｖの内側面に対してＸＹ方向に傾きを有さずにまっすぐ開口し、Ｚ方向に上向きに０°よりも大きい角度θ_ｚｘで開口している。なお、角度θ_ｚｘは０°よりも小さい値は取らない。つまり、第２ガス供給孔１２６ａは、ＸＹ面に対して下向きになるように角度を持って開口することはない。

凹部Ｖ内の透過窓１４５の直下及びその付近では、より高密度なプラズマが発生する。図３（ａ）に示すようにＺ方向の角度θ_ｚｘが０°になるように第２ガス供給孔１２６ａを開口すると、内側面１１１ｃに複数配置された第２ガス供給孔１２６ａから水平方向に供給されたＮ_２ガス及び／又はＮＨ_３ガスが凹部Ｖの内部で衝突し合い易い。これに対して、図５（ａ）に示すように角度θ_ｚｘが０°よりも大きくなるように複数の第２ガス供給孔１２６ａを上向きに開口すると、Ｎ_２ガス及び／又はＮＨ_３ガスが正面から衝突し難く、透過窓１４５の直下付近までスムーズに流れる。これにより、透過窓１４５下の高密度プラズマ領域においてＮ_２ガス及び／又はＮＨ_３ガスの活性化を促進できる。

更に、図６（ａ）（ｂ）に示す第２ガス供給孔１２６ａは、ＸＹ面において第２ガス供給孔１２６ａがＺ１軸に向かうＸ方向の角度θ_ｘｙを０°として、Ｙ方向に横向きに角度θ_ｘｙの傾きをもって開口している。角度θ_ｘｙは、正負のいずれであってもよい。図６（ｂ）に示すように角度θ_ｘｙが正のとき、複数の第２ガス供給孔１２６ａのすべてが同じ角度でＺ１軸に向かう方向よりも右向きに開口する。角度θ_ｘｙが負のとき、複数の第２ガス供給孔１２６ａのすべてが同じ角度でＺ１軸に向かう方向よりも左向きに開口する。

なお、図６（ａ）（ｂ）に示す第２ガス供給孔１２６ａのＺ方向の角度θ_ｚｘは０°であってもよいし、０°よりも大きくてもよい。ただし、図６（ａ）（ｂ）に示す第２ガス供給孔１２６ａのＺ方向の角度θ_ｚｘは０°よりも大きく、第２ガス供給孔１２６ａが斜め上向きに開口し、旋回流を生じさせるように構成されていることがより好ましい。

また、複数の第２ガス供給孔１２６ａの角度θ_ｚｘのすべてを同一角度にすることが好ましいが多少異なる向き（角度）にしてもよい。同様に、複数の第２ガス供給孔１２６ａの角度θ_ｘｙのすべてを同一角度にすることが好ましいが多少異なる向き（角度）にしてもよい。

以上に説明したように、第２ガス供給孔１２６ａは、凹部Ｖの中心軸となるＺ１軸に向かう向きに対してＸＹ面方向に斜めの向きに形成され、凹部Ｖ内で旋回流が生じるように構成することができる。これにより、高密度プラズマ領域にて活性化されたＮ_２ガス及び／又はＮＨ_３ガスが旋回流となって高密度プラズマ領域へスムーズに流れ、凹部Ｖから第１ガス供給孔１２４ａ、１２５ａ側へ押し出されるように活性種の流れを形成できる。

このように凹部Ｖ内にてＮ_２ガス及び／又はＮＨ_３ガスの旋回流を形成することで、高密度プラズマ領域にＮ_２ガス及び／又はＮＨ_３ガスを満遍なく供給でき、Ｎ_２ガス及び／又はＮＨ_３ガスの活性化の効率を高めることができる。加えて、凹部Ｖ内におけるガス同士の衝突による乱流を回避でき、活性化されたＮ_２ガス及び／又はＮＨ_３ガスを第１ガス供給孔１２４ａ、１２５ａ側へ輸送する効率を高めることができる。

Ｎ_２ガス及び／又はＮＨ_３ガスの活性化の効率及び輸送の効率を向上させるためには、第２ガス供給孔１２６ａの角度θ_ｚｘは０よりも大きく、角度θ_ｘｙは０以外の正又は負値を有することが好ましい。換言すれば、第２ガス供給孔１２６ａは、Ｚ１軸に向かう水平方向の向きをＸ方向として基準としたときに、その右向き、左向き、上向き、右斜め上向き、又は左斜め上向きに開口していることが好ましい。

以上に説明したように、本実施形態のプラズマ処理装置１００によれば、下面１１１ａに第１ガス供給孔１２５ａが設けられ、凹部Ｖの内側面１１１ｃに第２ガス供給孔１２６ａが設けられている。これにより、下面１１１ａに突起がなく、電磁波の供給口付近のガス供給構造をシンプルにすることができ、パーティクル及び異常放電の発生を防止又は抑制することができる。

［その他］
第１ガス供給孔１２４ａ、１２５ａの個数、第２ガス供給孔１２６ａの個数は同じであってもよいし、異なってもよい。

第１ガス供給孔１２４ａから供給するＮ_２ガス及び／又はＮＨ_３ガスと、第２ガス供給孔１２６ａから供給するＮ_２ガス及び／又はＮＨ_３ガスとは独立して制御することが好ましい。第２ガス供給孔１２６ａから供給するＮ_２ガス及び／又はＮＨ_３ガスは、主に高密度プラズマにより高効率でＮラジカル及び／又はＮＨラジカルを生成する機能を有する。一方、第１ガス供給孔１２４ａから供給するＮ_２ガス及びＮＨ_３ガスは、第１ガス供給孔１２５ａから供給するＳｉＨ_４ガスを希釈する機能を有する。制御部１０６は、このようにＮ_２ガス及び／又はＮＨ_３ガスに対する別々の機能を発揮させるために必要な制御を別々に行い、第１ガス供給孔１２４ａから供給するガスと第２ガス供給孔１２６ａから供給するガスの解離度や流量を最適化することが好ましい。これにより、より効果的にパーティクル及び異常放電の発生を防止又は抑制することができる。また、これにより、ＳｉＨ_４ガスの解離状態をより正確に制御でき、良質なＳｉＮ膜を成膜できる。

よって、第１ガス供給孔１２４ａから供給するガスと、第２ガス供給孔１２６ａから供給するガスとは、ガス種及び／又はガス流量を変えてもよい。例えば第２ガス供給孔１２６ａからＮＨ_３ガスを導入し、ＮＨ_３ガスを活性化（解離）させ、第１ガス供給孔１２４ａからＮ_２ガスを導入し、Ｎ_２ガスによりシランガスを希釈してもよい。逆に、第２ガス供給孔１２６ａからＮ_２ガスを導入し、第１ガス供給孔１２４ａからＮＨ_３ガスを導入してもよい。第１ガス供給孔１２４ａ及び／又は第２ガス供給孔１２６ａから供給するガスは、Ｎ_２ガス、ＮＨ_３ガス以外のガスであって、各プロセスに適したガスを使用してもよい。例としてＨ_２ガス、Ｎ_２Ｏガス、ＮＯガス、Ｏ_２ガス、Ｈ_２Ｏガスおよびそれらの混合ガスなどが考えられる。

流量制御器は、第１ガス供給孔１２４ａ、１２５ａ及び第２ガス供給孔１２６ａの３か所からそれぞれ供給するガスの流量を個別制御するために、前記３種類のガス供給孔毎に中央領域に１つずつ、外周領域に１つずつ設けることが好ましい。つまり、流量制御器は、最低でも中央領域に３つ、外周領域に３つ、合計６つ配置することが好ましい。

より好ましくは、外周領域の６つ透過窓１４５に対する６つのガス供給構造毎に流量制御器を３つずつ設け、中央領域の１つ透過窓１４５に対する１つのガス供給構造毎に流量制御器を１つ設ける。この場合、流量制御器は、中央領域に３つ、外周領域に１８（＝３×６）、合計２１配置する。流量制御器の個数及び配置により、より効果的に３種類のガス供給孔から供給する各種ガスの流量を制御できる。このため、各種ガスの活性化、輸送、希釈の程度をより高い精度で制御することによりパーティクル及び異常放電の発生をより効果的に防止又は抑制することができる。また、これにより、ＳｉＨ_４ガスの解離状態をより正確に制御でき、良質なＳｉＮ膜を成膜できる。

今回開示された実施形態に係るプラズマ処理装置は、すべての点において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。実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

１００ プラズマ処理装置
１０１ 処理容器
１０２ 載置台
１０３ ガス供給部
１０６ 制御部
１１１ 天壁
１４０ マイクロ波放射源
１４４ スロットアンテナ
１４５ 透過窓
１２４ａ、１２５ａ 第１ガス供給孔
１２６ａ 第２ガス供給孔

Claims (12)

1. 処理容器と、
   前記処理容器の一部を構成し、開口を有する天壁と、
   前記開口を閉塞する透過窓と、を有し、
   前記透過窓下の前記開口が凹部として形成され、前記凹部は、前記透過窓から前記処理容器内へ電磁波を供給する供給口であり、
   前記天壁の下面に第１ガス供給孔が設けられ、前記凹部の内側面に第２ガス供給孔が設けられている、プラズマ処理装置。
2. 前記第１ガス供給孔は、相対的に分解しやすいガスを供給するように構成され、
   前記第２ガス供給孔は、相対的に分解し難いガスを供給するように構成される、
   請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記天壁は、複数の前記開口を有し、
   複数の前記透過窓は、複数の前記開口を閉塞し、
   前記第２ガス供給孔は、複数の前記透過窓のうち中央領域の前記透過窓下の前記凹部の内側面に設けられている、
   請求項１又は請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記天壁は、複数の前記開口を有し、
   複数の前記透過窓は、複数の前記開口を閉塞し、
   前記第２ガス供給孔は、複数の前記透過窓の各透過窓下の前記凹部の内側面に設けられている、
   請求項１又は請求項２に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記第２ガス供給孔は、前記凹部の高さ方向をＺ方向とし、Ｚ方向に垂直な面をＸＹ平面としたとき、ＸＹ平面上に形成されている、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記第２ガス供給孔は、前記凹部の高さ方向をＺ方向とし、Ｚ方向に垂直な面をＸＹ平面としたとき、ＸＹ平面よりも上向きに形成されている、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記第２ガス供給孔は、前記透過窓に向けて形成されている、
   請求項６に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記第２ガス供給孔は、前記凹部の中心軸に向かう向きに対して斜めの向きに形成されている、
   請求項５乃至７のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記第２ガス供給孔は、前記凹部内で旋回流を生じるように構成されている、
   請求項８に記載のプラズマ処理装置。
10. 前記透過窓の下面は、凹形状である、
    請求項１乃至９のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
11. 前記第１ガス供給孔を有する第１ガス供給路は、前記天壁の上下方向に貫通するように構成されている、
    請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
12. 前記第２ガス供給孔を有する第２ガス供給路は、前記天壁の上方向から横方向に屈曲し、前記凹部の内側面を貫通するように構成されている、
    請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。

Images