JP3682178B2 - プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、上部電極と下部電極との間に電圧を印加してプラズマを発生させ、このプラズマを利用して前記被処理基体に所定の処理を施すプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
平行平板タイプのプラズマ処理装置においては、ウェハの大口径化に伴いウェハ面内での膜厚の均一性のさらなる向上のためにプラズマの均一化が、またプラズマ処理の効率を上げるために電極間のプラズマの高密度化が求められている。
【０００３】
しかし、大口径ウェハ上に成膜を行うために大面積の電極を有する平行平板タイプのプラズマ処理装置では、上部電極と下部電極間の距離の違いによって、圧力やプラズマ密度が異なる。そのためにウェハ面内でのプラズマ処理の均一性（ＣＶＤでは成膜温度や膜質、エッチングではエッチング速度やエッチング形状等）を維持するために、圧力や電極間間隔、ガス流量等を制御してある程度の面内均一性は実現可能であるが、十分な均一性は得られないという問題があった。
【０００４】
図１は本発明の対象とするプラズマ処理装置の全体構成を示す図である。図１において、反応室（チャンバ）１は真空排気口１１を備え、減圧にてプラズマ処理を行うことが可能となっている。上部電極３は、ガスを導入するためのガス配管１２を備えており、さらに複数のガス導入口（分散ノズル）５を兼ねている。さらに、上部電極３には高周波電源６が接続されている。被処理基体であるＳｉウェハ７はウェハの温度をコントロールするための抵抗加熱ヒータ８を内蔵していた支持台２上に設置される。支持台２には高周波電源９が接続されている。さらに、反応室１の外部には磁石１０が設置されており、磁石１０にはウェハ７上に磁界を発生させて放電した際のプラズマ密度を高める効果がある。
【０００５】
上述のプラズマ処理装置を用いてＳｉウェハ上にフッ素を含有した酸化珪素薄膜を堆積する場合、反応容器１を排気口１１を介して真空に排気する。次に被処理基体であるＳｉウェハ７を支持台２上に設置し、ヒータ８を用いて所望の処理温度である３７０℃に加熱後、ガス導入口５を介して原料ガスとして、ＳｉＦ4，Ｏ2を、複数の孔を有するガス導入口５よりそれぞれ２５及び５０ｃｃ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）反応容器内に導入して、高周波電源８を用いて高周波を上部電極に２７．１２ＭＨｚの周波数の高周波電圧を印加して放電することによりＳｉウェハ７上にフッ素を添加した酸化珪素膜を形成する。その際の反応容器内の圧力は４Ｐａ、磁石１０の強度は１２０Ｇａｕｓｓ、さらに支持台２には高周波電源９を用いて周波数１３．５６ＭＨｚの高周波を印加する。分散ノズル３の複数のガス導入口はすべて同一形状を有している。ただしこの分散ノズルを有する平行平板タイプのプラズマ処理では高密度のプラズマが形成される領域は上部電極３近くに集中する。従って、Ｏ2と比較してＳｉＦ4に代表するような放電し難いガスを使用する場合にはガスが前述した高濃度のプラズマの領域では十分に分解することができないために均一な放電も形成しづらいために大口径ウェハでの膜厚の面内均一性及び膜中Ｆ濃度の面内均一性が得られなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように従来のプラズマ処理では、ガス導入口はすべて同一の形状を有しているため、高密度プラズマ領域が形成される領域は上部電極近傍に集中し、放電し難いガスを用いる場合にはガスの解離が不十分となり、プラズマ処理速度が低下する。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、プラズマ処理速度を向上させるプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の別の目的は、プラズマ処理速度の面内均一性を向上させるプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るプラズマ処理方法は、被処理基体を載置する下部電極と、この下部電極と対向配置され、該下部電極側に複数のガス導入口を備えた上部電極との間に電圧を印加してプラズマを発生させ、このプラズマを利用して前記被処理基体に所定の処理を施すプラズマ処理方法において、少なくとも一部の前記ガス導入口に、該ガス導入口の開口端の方向に孔径が広がる部分を設けてガスを導入することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係るプラズマ処理装置は、被処理基体を載置する下部電極と、この下部電極と対向配置され、該下部電極側に複数のガス導入口を備えた上部電極からなる平行平板型のプラズマ処理装置において、少なくとも一部の前記ガス導入口は、該ガス導入口の開口端の方向に孔径が広がる部分を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の望ましい形態を以下に示す。
【００１２】
（１）ガス導入口毎に少なくとも２種類のガスを導入し、プラズマ中での解離効率の低いガスを導入するガス導入口の孔径の開口端方向への広がりを、プラズマ中での解離効率の高いガスを導入するガス導入口の広がりよりも大きく設定してガスを導入する。
【００１３】
（２）ガス導入口の開口部の孔径の広がりを、上部電極の面内位置に応じて、望ましくは上部電極の中心点からの距離に応じて異なるように設定してガスを導入する。
【００１４】
（３）（２）において、上部電極の中心点近傍よりも外周部におけるガス導入口の開口部の方が開口端の方向への孔径の広がりが大きい。
【００１５】
（４）ガス導入口の開口端は、先端位置に近づくにつれて孔径が広がる形状を有する第１の開口端と、先端位置まで一定の孔径を有する第２の開口端とを有する。
【００２１】
また、本発明に係るプラズマ処理方法は、被処理基体を載置する下部電極と、この下部電極と対向配置され、該下部電極側に複数のガス導入口を備えた上部電極との間に電圧を印加してプラズマを発生させ、このプラズマを利用して前記被処理基体に所定の処理を施すプラズマ処理方法において、前記上部電極と前記下部電極との間に複数の孔を備えた遮蔽板を配置してガスを導入することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明に係るプラズマ処理装置は、被処理基体を載置する下部電極と、この下部電極と対向配置され、該下部電極側に複数のガス導入口を備えた上部電極からなる平行平板型のプラズマ処理装置において、前記上部電極と前記下部電極との間に複数の孔を備えた遮蔽板が配置されてなることを特徴とする。
【００２３】
本発明の望ましい形態を以下に示す。
【００２４】
（１）プラズマ中での解離効率の高いガスが前記ガス導入口を通って直進する軌道に前記遮蔽板の孔の位置を設け、プラズマ中での解離効率の低いガスが前記ガス導入口を通って直進する軌道を前記遮蔽板により遮蔽してガスを導入する。
【００２５】
（２）遮蔽板の孔の数は、上部電極の面内位置に応じて異なる。
【００２６】
（３）（２）において、遮蔽板の孔の数は、上部電極の中心点近傍よりも外周部において多く形成される。
【００２７】
（４）遮蔽板は、絶縁体あるいは半導体材料から構成される。
【００２８】
また、上記した各発明の望ましい形態を以下に示す。
【００２９】
（１）プラズマ処理装置は、プラズマＣＶＤ装置、ＲＩＥ装置あるいはレジストアッシング装置である。
【００３０】
（２）プラズマ処理にマグネトロン放電を用いる。
【００３１】
（３）（２）において、上部電極には所定の周波数を有する高周波電源が少なくとも１台接続されてなる。
【００３２】
（４）（３）において、下部電極には異なる周波数を有する高周波電源が２台接続されてなる。
【００３３】
（５）上部電極及び下部電極にはそれぞれ異なる周波数電源が接続されてなる。
【００３４】
（６）（５）において、異なる周波数電源はそれぞれ異なる周波数を発生させる。
【００３５】
（７）下部電極は、被処理基体を加熱する加熱機構、あるいは加熱及び冷却する加熱冷却機構を有する。
【００３６】
（８）下部電極は、被処理基体を冷却する冷却機構を有する。
【００３７】
（作用）
本発明では、上部電極に設けられた複数のガス導入口の少なくとも一部を、その開口端の方向に孔径が広がる形状を有するものとする。これにより、放電時に形成される高密度のプラズマ領域を広げることができる。従って、高密度のプラズマが形成される領域が上部電極近くに集中することなく、ガスの解離効率を高めることができ、プラズマ処理速度が向上する。
【００３８】
また、少なくとも２種類のガスを導入する場合に、プラズマ中での解離効率の低いガスを導入するガス導入口の孔径の開口端方向への広がりを、解離効率の高いガスを導入するガス導入口の広がりよりも大きく設定する。これにより、プラズマ中での解離効率の低いガスの解離を促進することができる。
【００３９】
また、この開口部の開口端方向への孔径の広がりを上部電極の面内位置に応じて異なるように設定することにより、プラズマ処理速度の向上のみならずプラズマ処理速度の分布特性を制御することができる。特に、上部電極の中心点よりも外周部における開口部の孔径の広がりを大きく設定することにより、プラズマ処理速度を均一化することができる。
【００４０】
また、別の本発明では、複数のガス導入口の開口部の開口端と下部電極との距離を、上部電極の面内位置に応じて異なるように設定することにより、プラズマ処理速度の分布特性を制御することができる。特に、上部電極の中心点よりも外周部において、ガス導入口の開口端と下部電極との距離を短く設定することにより、プラズマ処理速度を均一化することができる。
【００４１】
また、別の本発明では、上部電極と下部電極との間に、複数の孔を備えた遮蔽板を配置することにより、ガス導入口から導入された比較的解離しにくいガスは、高密度プラズマ領域から低密度プラズマ領域に入り、この低密度プラズマ領域に配置された複数の孔を備えた遮蔽板に衝突することにより、再び高密度プラズマ領域に戻され、ガスの解離が促進する。これにより、装置全体としてプラズマ処理速度が向上する。
【００４２】
また、比較的解離しやすいガスが直進する軌道にのみ孔を設け、比較的解離しにくいガスが直進する軌道を遮蔽板により遮蔽する構造とすることにより、さらにプラズマ処理速度が向上する。
【００４３】
また、遮蔽板の孔の数を上部電極の面内位置に応じて異なるように設定することにより、面内位置に応じたプラズマ領域を生じさせることができ、プラズマ処理速度の向上のみならずプラズマ処理速度の分布特性を制御することができる。特に、上部電極の中心点よりも外周部における孔の数を多くすることにより、プラズマ処理速度を均一化することができる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【００４５】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置の全体構成を示す図である。
【００４６】
図１において、反応室（チャンバ）１内には、下部電極として機能する支持台２が設けられ、この支持台２に対向して上部電極３が設けられる。上部電極３は反応室１外からガスを導入するためのガス配管４を備えており、さらに支持台２に対向して複数のガス導入口５を備えている。本実施形態では、ガス配管４は２系統設けられ、２種類のガスをそれぞれ別の系統から導入する構成をとる。また、ガス導入口５は分散ノズルにより構成される。ガス配管４から導入されたガスは複数のガス導入口５を介して反応室１内に流れる。また、上部電極３には２つの高周波電源６が接続される。
【００４７】
被処理基体であるＳｉウェハ７は支持台２上に載置される。支持台２はＳｉウェハ７の温度を制御するための抵抗加熱ヒータ８を内蔵する。支持台２には高周波電源９が接続される。
【００４８】
反応室１の外部には磁石１０が設置されており、Ｓｉウェハ７上に磁界を発生させて放電した際のプラズマ密度を高める。反応室１は真空排気口１１を備え、減圧にてプラズマ処理を行うことができる。
【００４９】
図２は図１に示す破線で囲んだ部分を拡大して示した図であり、支持台２と上部電極３間の詳細な構成を示す。図２に示すように、ガス導入口５は２種類設けられ、ガス導入口５ａと５ｂがそれぞれ交互に配置される。ガス導入口５ａは、その開口端において、孔径が広がっており、ガス導入口５ｂは開口端の方向に孔径は一定である。また、導入口５ａ及び５ｂはそれぞれ２系統のガス配管４からそれぞれ別個のガスを導入する構成をとる。具体的には、プラズマ中での解離効率の低いガスはガス導入口５ａから、プラズマ中での解離効率の高いガスはガス導入口５ｂから導入される。
【００５０】
上記実施形態に係るプラズマ処理装置の動作を以下説明する。具体的には、フッ素を含有した酸化珪素薄膜を堆積するプラズマＣＶＤに本発明を適用する場合について説明する。
【００５１】
まず、排気口１１を介して反応室１内を真空に排気する。次に、被処理基体であるＳｉウェハ７を支持台２上に設置し、抵抗加熱ヒータ８を用いて所望の処理温度である３７０℃に加熱した後、ガス導入口５を介して酸化珪素膜を形成するための原料ガスを導入する。具体的には、ＳｉＦ4，Ｏ2を複数の孔を有するガス導入口５ａ及び５ｂよりそれぞれ２５及び５０ｃｃ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）を反応室１内に導入する。この原料ガスの導入とともに、高周波電源６を用いて高周波を上部電極３に２７．１２ＭＨｚの周波数の高周波電圧を印加し、さらに支持台２には高周波電源９を用いて周波数１３．５６ＭＨｚの高周波を印加する。これにより、反応室１内でプラズマが放電することによりＳｉウェハ７上にフッ素を添加した酸化珪素膜を形成する。その際の反応容器内の圧力は４Ｐａ、磁石１０の強度は１２０Ｇａｕｓｓである。
【００５２】
上記条件下で発生したプラズマ領域は、高密度プラズマ領域１２と低密度プラズマ領域１３となる。高密度プラズマ領域１２は上部電極３近傍に集中し、支持台２近傍には低密度プラズマ領域１３が形成される。ここで、ＳｉＦ4が導入されるガス導入口５ａの開口端は、孔径が広がった形状を有するため、支持台２表面の垂直方向に高密度プラズマ領域１２が広い領域で形成される。これに対してＯ2が導入されるガス導入口５ｂの開口端は、孔径が一定であるため、ガス導入口５ａの開口端近傍に比較して高密度プラズマ領域１２の領域は狭い。従って、Ｏ2と比較してＳｉＦ4は、反応室１内で高密度プラズマ領域１２に曝される時間がＯ2に比較して長くなる。これにより、Ｏ2と比較して解離効率の低いＳｉＦ4の解離効率が向上する。
【００５３】
このように、反応室１内に導入されるガスのプラズマ中での解離効率に応じてガス導入口５の開口端の形状を変えることにより、低密度プラズマ領域１３に達するまでのガスの分解効率が向上し、成膜速度が向上する。
【００５４】
上記成膜条件で実験を行った結果、ガス導入口がすべて同一の形状をした拡散ノズルを使用し、同一の成膜条件で行った従来の実験結果と比較して、３０％程度の成膜速度の向上が確認された。
【００５５】
なお、本実施形態では図２に示す２種類のガス導入口５ａ及び５ｂを電極全面に対して設ける場合を示したが、これに限定されるものではない。例えばＳｉＦ4のガス導入口５ａを電極の外周部のみに設け、内周部ではガス導入口はＳｉＦ4，Ｏ2ともに開口端で孔径が一定のものとすることもできる。この場合、上述したような成膜速度の改善のみならずＳｉウェハ７全面での成膜速度の分布特性が向上し、従来の構造のガス導入口を使用した場合と比較して成膜速度が均一化する。このような外周部のみに開口端の広がるガス導入口５ａを設けて実験を行った結果、８インチ外径を有するＳｉウェハ上に成膜した場合には、面内での成膜速度のばらつきが偏差（いわゆる１σ値）で表すと３であったものが１．５に改善された。
【００５６】
また、ガス導入口５ａの開口端の形状は、本実施形態に示すものに限定されない。導入口の開口端の方向に孔径が広がる部分が設けられているものであれば何でもよい。すなわち、本実施形態のように開口端に向かって所定の位置から孔径が増加するもののみならず、円錐状に孔径が一定に増加するもの等であってもよい。
【００５７】
（第２実施形態）
図３は本発明の第２実施形態に係るプラズマ処理装置の全体構成を示す図である。第１実施形態と共通する部分には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５８】
図３に示すように、ガス導入口５は図１と同様に支持台２に対向して複数設けられているる。本実施形態では、外周部及び内周部の２つの領域に分割されている。
【００５９】
図４は図３に示す破線で囲んだ部分を拡大して示した図であり、支持台２と上部電極３間の詳細な構成を示す。図４に示すように、ガス導入口５は外周部と内周部に分割される。外周部の直径は２２０ｍｍであり、内周部の直径は１５０ｍｍとなっており、Ｓｉウェハ７を載置した支持台２に対してそれぞれ独立に電極間隔を制御できるようになっている。本実施形態では支持台２との電極間隔を外周部で２４ｍｍ、内周部で２５ｍｍとする。
【００６０】
上記実施形態に係るプラズマ処理装置の動作を以下説明する。具体的には、フッ素を含有した酸化珪素薄膜を堆積するプラズマＣＶＤに本発明を適用する場合について説明する。
【００６１】
まず、排気口１１を介して反応室１内を真空に排気する。次に、被処理基体であるＳｉウェハ７を支持台２上に設置し、抵抗加熱ヒータ８を用いて所望の処理温度である３７０℃に加熱後、ガス導入口５を介して酸化珪素膜を形成するための原料ガスを導入する。具体的には、ＳｉＦ4，Ｏ2 を複数の孔を有するガス導入口５よりそれぞれ２５及び５０ｃｃ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）反応容器内に導入する。この原料ガスの導入とともに、高周波電源６を用いて高周波を上部電極３に２７．１２ＭＨｚの周波数の高周波電圧を印加し、さらに支持台２には高周波電源９を用いて周波数１３．５６ＭＨｚの高周波を印加する。これにより、反応室１内でプラズマが放電することによりＳｉウェハ７上にフッ素を添加した酸化珪素膜を形成する。その際の反応容器内の圧力は４Ｐａ、磁石１０の強度は１２０Ｇａｕｓｓである。
【００６２】
上記条件下で発生したプラズマ領域は、高密度プラズマ領域１２と低密度プラズマ領域１３となる。高密度プラズマ領域１２は上部電極３近傍に集中し、支持台２近傍には低密度プラズマ領域１３が形成される。ここでガス導入口５は外周及び内周部の２つの領域に分割されており、外周部における電極間隔は、内周部における電極間隔よりも狭い。これにより、外周部におけるプラズマ放電効率の低下を防止することができる。すなわち、外周部では内周部に比較して圧力が低いために、プラズマ放電効率が低くなるが、電極間隔を内周部に比較して狭く設定することにより、内周部と外周部の圧力差を低減することができ、プラズマ放電効率を均一化することができる。従って、Ｓｉウェハ７面内での成膜速度の分布特性が向上する。
【００６３】
このように、反応室１内の圧力の不均一性を打ち消すように電極間隔を面内分布を制御することにより、プラズマ放電効率を面内で均一化することができ、成膜速度の分布特性が向上する。従って、大口径ウェハでの堆積膜厚の面内均一性及び膜質（形成した化合物の組成等）の面内均一性が得られる。
【００６４】
上記成膜条件で実験を行った結果、電極間隔が面内で一定の従来の実験結果と比較して、成膜速度が均一化した。具体的には、８インチ外径を有するＳｉウェハ７上に成膜した場合、面内での成膜速度のばらつきが偏差（いわゆる１σ値）で表すと３であったものが１．４に改善された。
【００６５】
なお、本実施形態では外周部と内周部で上部電極３と支持台２の電極間隔を制御する場合を示したが、内周部から外周部にかけて連続的に電極間隔が減少するものでも、階段状に電極間隔が減少するものでもよい。また、反応の際の圧力差を低減できる構成をとれば、反応室１の形状に応じて電極間隔は自由に制御できる。また、内周部と外周部とで電極間隔をそれぞれ独立に制御できる場合を示したが、それぞれの電極間隔を変える手段を有するものであっても有しないものであってもどちらでもよい。
【００６６】
（第３実施形態）
図５は本発明の第３実施形態に係るプラズマ処理装置の全体構成を示す図である。第１，２実施形態と共通する部分には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００６７】
図５に示すように、本実施形態では上部電極３と支持台２の間に、遮蔽板５１が配置される。
【００６８】
図６は図５に示す破線で囲んだ部分を拡大して示した図であり、支持台２と上部電極３間の詳細な構成を示す。図６に示すように、ガス導入口５は２種類設けられ、ガス導入口５ａと５ｂがそれぞれ交互に配置される。ガス導入口５ａはその開口端において孔径が広がっており、ガス導入口５ｂは開口端の方向に孔径は一定の構成となる。このガス導入口５ａ，５ｂの構成は、第１実施形態の構成と共通する。
【００６９】
上部電極３と支持台２との間に設けられた遮蔽板５１は、ガス導入口５ｂの数と同数の孔を有する。この孔は、それぞれガス導入口５ｂから放出されたガスが直進する軌道を貫通するように設けられている。一方、ガス導入口５ａから放出されたガスが直進する軌道には孔は形成されず、遮蔽板５１が軌道を塞ぐように配置される。従って、比較的解離効率の低いガスの軌道を遮蔽板５１で塞ぎ、比較的解離効率の高いガスの軌道を孔で貫通する構成となる。遮蔽板５１の材料としては絶縁材料が望ましいが、本実施形態では、石英性の多孔板を用いる。
【００７０】
上記実施形態に係るプラズマ処理装置の動作を以下説明する。具体的には、フッ素を含有した酸化珪素薄膜を堆積するプラズマＣＶＤに本発明を適用する場合について説明する。
【００７１】
まず、排気口１１を介して反応室１内を真空に排気する。次に、被処理基体であるＳｉウェハ７を支持台２上に設置し、抵抗加熱ヒータ８を用いて所望の処理温度である３７０℃に加熱した後、ガス導入口５を介して酸化珪素膜を形成するための原料ガスを導入する。具体的には、ＳｉＦ4，Ｏ2を複数の孔を有するガス導入口５ａ及び５ｂよりそれぞれ２５及び５０ｃｃ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）を反応室１内に導入する。この原料ガスの導入とともに、高周波電源６を用いて高周波を上部電極３に２７．１２ＭＨｚの周波数の高周波電圧を印加し、さらに支持台２には高周波電源９を用いて周波数１３．５６ＭＨｚの高周波を印加する。これにより、反応室１内でプラズマが放電することによりＳｉウェハ７上にフッ素を添加した酸化珪素膜を形成する。その際の反応容器内の圧力は４Ｐａ、磁石１０の強度は１２０Ｇａｕｓｓである。
【００７２】
上記条件下で発生したプラズマ領域は、高密度プラズマ領域１２と低密度プラズマ領域１３となり、高密度プラズマ領域１２は上部電極１３近傍に集中し、支持台１近傍には低密度プラズマ領域１３が形成される。ここで、ＳｉＦ4が導入されるガス導入口５ａの開口端は、孔径が広がった形状を有するため、支持台２表面の垂直方向に高密度プラズマ領域１２が広い領域で形成される。これに対してＯ2が導入されるガス導入口５ｂの開口端は、孔径が一定であるため、ガス導入口５ａの開口端近傍に比較して高密度プラズマ領域１２の領域は狭く、Ｏ2と比較して解離効率の低いＳｉＦ4の解離効率が向上する。
【００７３】
また、このガス導入口５ａ及び５ｂの開口端の形状の違いによっても解離効率に差がある場合には、遮蔽板５１を設けることにより、ガス導入口５ａから放出されたＳｉＦ4は高密度プラズマ領域１２を通って、低密度プラズマ領域１３にり、ここで遮蔽板５１に衝突し、再び高密度プラズマ領域１２に戻る。これにより、ガスの解離が促進するために、さらに成膜速度を向上することができる。
【００７４】
このように、反応室１内に導入されるガスのプラズマ中での解離効率に応じてガス導入口５の開口端の孔径を広げることにより、ガスの分解効率が向上し、成膜速度が向上する。また、遮蔽板５１を上部電極３と支持台２の間に設けることにより、解離が充分でないガスを再び高密度プラズマ領域１２に戻すことができ、ガスの分解効率がさらに向上する。
【００７５】
上記成膜条件で実験を行った結果、ガス導入口がすべて同一の形状をし、遮蔽板５１を設けずに同一の成膜条件で行った従来の実験結果に比較して、５０％程度の成膜速度の向上が確認された。
【００７６】
なお、本実施形態ではガス導入口５ａを遮蔽板５１で塞ぐ割合が外周部と内周部で均一な場合を示したが、これに限定されるものではない。例えば外周部における遮蔽板５１の孔の数を内周部の孔の数に比較して多く設定することにより、圧力の比較的低い外周部におけるプラズマ放電効率を高めることができ、成膜速度の面内均一性がさらに向上する。このような構造を有する装置を用いて８インチ外径を有するＳｉウェハ上に成膜した場合には、面内での成膜速度のばらつきが偏差（いわゆる１σ値）で表すと３であったものが１．５に改善された。
【００７７】
本発明は上記第１〜第３実施形態に限定されるものではない。ＳｉＦ4／Ｏ2 ガスを使用したプラズマＣＶＤ処理に関して述べたが、このガス種に限定されるわけではなく、いかなるガスによるプラズマＣＶＤ処理にも適用可能である。また、本実施形態に用いた装置では上部電極３に２７．１２ＭＨｚの高周波を下部電極である支持台２に１３．５６ＭＨｚの高周波を印加したがこれに限定されるものではなく、上部電極３に２種類の高周波を重畳させても、もしくは支持台２に２種類の高周波を重畳させても、どのような組み合わせにおいても同様の効果が得られる。
【００７８】
本実施形態では磁石を併用したがこれに限定されず、磁石なしでも同様の効果が得られる。また、本実施形態では平行平板型のプラズマ処理装置に適用する場合を示したが、少なくとも分散ノズルを有するプラズマ処理装置では同様の効果が得られる。また、本実施形態ではプラズマ処理としてプラズマＣＶＤについて述べたがこれに限定されるわけではなく、プラズマクリーニング処理やイオンエッチング処理（ＲＩＥ）、プラズマダウンストリーム処理等、あらゆるプラズマ処理に応用が可能である。
【００７９】
また、複数の孔を有する絶縁体の板２４として本実施形態では石英製の多孔板を用いたがこれに限定されるわけではなく、絶縁体であるアルミナや窒化珪素等を、また珪素の板を用いても同様の効果が得られた。さらに、本実施形態の記述や特許請求の範囲を逸脱しない範囲で様々な応用が可能である。
【００８０】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、少なくとも一部のガス導入口に、開口端の方向に孔径が広がる部分を設けることにより、高密度プラズマ領域が上部電極近くに集中することなく、ガスの解離効率が高まり、プラズマ処理速度が向上する。
【００８１】
また、別の本発明によれば、複数のガス導入口の開口部の開口端と下部電極との距離を、上部電極の面内位置に応じて異なるように設定することにより、プラズマ処理速度の分布特性を制御することができる。
【００８２】
また、別の本発明によれば、上部電極と下部電極との間に、複数の孔を備えた遮蔽板を配置することにより、ガス導入口から導入された比較的解離しにくいガスは、遮蔽板に衝突して再び高密度プラズマ領域に戻されることにより、ガスの解離が促進し、プラズマ処理速度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置の全体構成を示す図。
【図２】同実施形態におけるガス導入口の開口端付近を拡大した断面図。
【図３】本発明の第２実施形態に係るプラズマ処理装置の全体構成を示す図。
【図４】同実施形態におけるガス導入口の開口端付近を拡大した断面図。
【図５】本発明の第３実施形態に係るプラズマ処理装置の全体構成を示す図。
【図６】同実施形態におけるガス導入口の開口端付近を拡大した断面図。
【符号の説明】
１…反応室
２…支持台
３…上部電極
４…ガス配管
５…ガス導入口
６，９…高周波電源
７…Ｓｉウェハ
８…抵抗加熱ヒータ
１０…磁石
１１…真空排気口
１２…高密度プラズマ領域
１３…低密度プラズマ領域
５１…遮蔽板
【発明の属する技術分野】
本発明は、上部電極と下部電極との間に電圧を印加してプラズマを発生させ、このプラズマを利用して前記被処理基体に所定の処理を施すプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
平行平板タイプのプラズマ処理装置においては、ウェハの大口径化に伴いウェハ面内での膜厚の均一性のさらなる向上のためにプラズマの均一化が、またプラズマ処理の効率を上げるために電極間のプラズマの高密度化が求められている。
【０００３】
しかし、大口径ウェハ上に成膜を行うために大面積の電極を有する平行平板タイプのプラズマ処理装置では、上部電極と下部電極間の距離の違いによって、圧力やプラズマ密度が異なる。そのためにウェハ面内でのプラズマ処理の均一性（ＣＶＤでは成膜温度や膜質、エッチングではエッチング速度やエッチング形状等）を維持するために、圧力や電極間間隔、ガス流量等を制御してある程度の面内均一性は実現可能であるが、十分な均一性は得られないという問題があった。
【０００４】
図１は本発明の対象とするプラズマ処理装置の全体構成を示す図である。図１において、反応室（チャンバ）１は真空排気口１１を備え、減圧にてプラズマ処理を行うことが可能となっている。上部電極３は、ガスを導入するためのガス配管１２を備えており、さらに複数のガス導入口（分散ノズル）５を兼ねている。さらに、上部電極３には高周波電源６が接続されている。被処理基体であるＳｉウェハ７はウェハの温度をコントロールするための抵抗加熱ヒータ８を内蔵していた支持台２上に設置される。支持台２には高周波電源９が接続されている。さらに、反応室１の外部には磁石１０が設置されており、磁石１０にはウェハ７上に磁界を発生させて放電した際のプラズマ密度を高める効果がある。
【０００５】
上述のプラズマ処理装置を用いてＳｉウェハ上にフッ素を含有した酸化珪素薄膜を堆積する場合、反応容器１を排気口１１を介して真空に排気する。次に被処理基体であるＳｉウェハ７を支持台２上に設置し、ヒータ８を用いて所望の処理温度である３７０℃に加熱後、ガス導入口５を介して原料ガスとして、ＳｉＦ4，Ｏ2を、複数の孔を有するガス導入口５よりそれぞれ２５及び５０ｃｃ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）反応容器内に導入して、高周波電源８を用いて高周波を上部電極に２７．１２ＭＨｚの周波数の高周波電圧を印加して放電することによりＳｉウェハ７上にフッ素を添加した酸化珪素膜を形成する。その際の反応容器内の圧力は４Ｐａ、磁石１０の強度は１２０Ｇａｕｓｓ、さらに支持台２には高周波電源９を用いて周波数１３．５６ＭＨｚの高周波を印加する。分散ノズル３の複数のガス導入口はすべて同一形状を有している。ただしこの分散ノズルを有する平行平板タイプのプラズマ処理では高密度のプラズマが形成される領域は上部電極３近くに集中する。従って、Ｏ2と比較してＳｉＦ4に代表するような放電し難いガスを使用する場合にはガスが前述した高濃度のプラズマの領域では十分に分解することができないために均一な放電も形成しづらいために大口径ウェハでの膜厚の面内均一性及び膜中Ｆ濃度の面内均一性が得られなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように従来のプラズマ処理では、ガス導入口はすべて同一の形状を有しているため、高密度プラズマ領域が形成される領域は上部電極近傍に集中し、放電し難いガスを用いる場合にはガスの解離が不十分となり、プラズマ処理速度が低下する。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、プラズマ処理速度を向上させるプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の別の目的は、プラズマ処理速度の面内均一性を向上させるプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るプラズマ処理方法は、被処理基体を載置する下部電極と、この下部電極と対向配置され、該下部電極側に複数のガス導入口を備えた上部電極との間に電圧を印加してプラズマを発生させ、このプラズマを利用して前記被処理基体に所定の処理を施すプラズマ処理方法において、少なくとも一部の前記ガス導入口に、該ガス導入口の開口端の方向に孔径が広がる部分を設けてガスを導入することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係るプラズマ処理装置は、被処理基体を載置する下部電極と、この下部電極と対向配置され、該下部電極側に複数のガス導入口を備えた上部電極からなる平行平板型のプラズマ処理装置において、少なくとも一部の前記ガス導入口は、該ガス導入口の開口端の方向に孔径が広がる部分を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の望ましい形態を以下に示す。
【００１２】
（１）ガス導入口毎に少なくとも２種類のガスを導入し、プラズマ中での解離効率の低いガスを導入するガス導入口の孔径の開口端方向への広がりを、プラズマ中での解離効率の高いガスを導入するガス導入口の広がりよりも大きく設定してガスを導入する。
【００１３】
（２）ガス導入口の開口部の孔径の広がりを、上部電極の面内位置に応じて、望ましくは上部電極の中心点からの距離に応じて異なるように設定してガスを導入する。
【００１４】
（３）（２）において、上部電極の中心点近傍よりも外周部におけるガス導入口の開口部の方が開口端の方向への孔径の広がりが大きい。
【００１５】
（４）ガス導入口の開口端は、先端位置に近づくにつれて孔径が広がる形状を有する第１の開口端と、先端位置まで一定の孔径を有する第２の開口端とを有する。
【００２１】
また、本発明に係るプラズマ処理方法は、被処理基体を載置する下部電極と、この下部電極と対向配置され、該下部電極側に複数のガス導入口を備えた上部電極との間に電圧を印加してプラズマを発生させ、このプラズマを利用して前記被処理基体に所定の処理を施すプラズマ処理方法において、前記上部電極と前記下部電極との間に複数の孔を備えた遮蔽板を配置してガスを導入することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明に係るプラズマ処理装置は、被処理基体を載置する下部電極と、この下部電極と対向配置され、該下部電極側に複数のガス導入口を備えた上部電極からなる平行平板型のプラズマ処理装置において、前記上部電極と前記下部電極との間に複数の孔を備えた遮蔽板が配置されてなることを特徴とする。
【００２３】
本発明の望ましい形態を以下に示す。
【００２４】
（１）プラズマ中での解離効率の高いガスが前記ガス導入口を通って直進する軌道に前記遮蔽板の孔の位置を設け、プラズマ中での解離効率の低いガスが前記ガス導入口を通って直進する軌道を前記遮蔽板により遮蔽してガスを導入する。
【００２５】
（２）遮蔽板の孔の数は、上部電極の面内位置に応じて異なる。
【００２６】
（３）（２）において、遮蔽板の孔の数は、上部電極の中心点近傍よりも外周部において多く形成される。
【００２７】
（４）遮蔽板は、絶縁体あるいは半導体材料から構成される。
【００２８】
また、上記した各発明の望ましい形態を以下に示す。
【００２９】
（１）プラズマ処理装置は、プラズマＣＶＤ装置、ＲＩＥ装置あるいはレジストアッシング装置である。
【００３０】
（２）プラズマ処理にマグネトロン放電を用いる。
【００３１】
（３）（２）において、上部電極には所定の周波数を有する高周波電源が少なくとも１台接続されてなる。
【００３２】
（４）（３）において、下部電極には異なる周波数を有する高周波電源が２台接続されてなる。
【００３３】
（５）上部電極及び下部電極にはそれぞれ異なる周波数電源が接続されてなる。
【００３４】
（６）（５）において、異なる周波数電源はそれぞれ異なる周波数を発生させる。
【００３５】
（７）下部電極は、被処理基体を加熱する加熱機構、あるいは加熱及び冷却する加熱冷却機構を有する。
【００３６】
（８）下部電極は、被処理基体を冷却する冷却機構を有する。
【００３７】
（作用）
本発明では、上部電極に設けられた複数のガス導入口の少なくとも一部を、その開口端の方向に孔径が広がる形状を有するものとする。これにより、放電時に形成される高密度のプラズマ領域を広げることができる。従って、高密度のプラズマが形成される領域が上部電極近くに集中することなく、ガスの解離効率を高めることができ、プラズマ処理速度が向上する。
【００３８】
また、少なくとも２種類のガスを導入する場合に、プラズマ中での解離効率の低いガスを導入するガス導入口の孔径の開口端方向への広がりを、解離効率の高いガスを導入するガス導入口の広がりよりも大きく設定する。これにより、プラズマ中での解離効率の低いガスの解離を促進することができる。
【００３９】
また、この開口部の開口端方向への孔径の広がりを上部電極の面内位置に応じて異なるように設定することにより、プラズマ処理速度の向上のみならずプラズマ処理速度の分布特性を制御することができる。特に、上部電極の中心点よりも外周部における開口部の孔径の広がりを大きく設定することにより、プラズマ処理速度を均一化することができる。
【００４０】
また、別の本発明では、複数のガス導入口の開口部の開口端と下部電極との距離を、上部電極の面内位置に応じて異なるように設定することにより、プラズマ処理速度の分布特性を制御することができる。特に、上部電極の中心点よりも外周部において、ガス導入口の開口端と下部電極との距離を短く設定することにより、プラズマ処理速度を均一化することができる。
【００４１】
また、別の本発明では、上部電極と下部電極との間に、複数の孔を備えた遮蔽板を配置することにより、ガス導入口から導入された比較的解離しにくいガスは、高密度プラズマ領域から低密度プラズマ領域に入り、この低密度プラズマ領域に配置された複数の孔を備えた遮蔽板に衝突することにより、再び高密度プラズマ領域に戻され、ガスの解離が促進する。これにより、装置全体としてプラズマ処理速度が向上する。
【００４２】
また、比較的解離しやすいガスが直進する軌道にのみ孔を設け、比較的解離しにくいガスが直進する軌道を遮蔽板により遮蔽する構造とすることにより、さらにプラズマ処理速度が向上する。
【００４３】
また、遮蔽板の孔の数を上部電極の面内位置に応じて異なるように設定することにより、面内位置に応じたプラズマ領域を生じさせることができ、プラズマ処理速度の向上のみならずプラズマ処理速度の分布特性を制御することができる。特に、上部電極の中心点よりも外周部における孔の数を多くすることにより、プラズマ処理速度を均一化することができる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【００４５】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置の全体構成を示す図である。
【００４６】
図１において、反応室（チャンバ）１内には、下部電極として機能する支持台２が設けられ、この支持台２に対向して上部電極３が設けられる。上部電極３は反応室１外からガスを導入するためのガス配管４を備えており、さらに支持台２に対向して複数のガス導入口５を備えている。本実施形態では、ガス配管４は２系統設けられ、２種類のガスをそれぞれ別の系統から導入する構成をとる。また、ガス導入口５は分散ノズルにより構成される。ガス配管４から導入されたガスは複数のガス導入口５を介して反応室１内に流れる。また、上部電極３には２つの高周波電源６が接続される。
【００４７】
被処理基体であるＳｉウェハ７は支持台２上に載置される。支持台２はＳｉウェハ７の温度を制御するための抵抗加熱ヒータ８を内蔵する。支持台２には高周波電源９が接続される。
【００４８】
反応室１の外部には磁石１０が設置されており、Ｓｉウェハ７上に磁界を発生させて放電した際のプラズマ密度を高める。反応室１は真空排気口１１を備え、減圧にてプラズマ処理を行うことができる。
【００４９】
図２は図１に示す破線で囲んだ部分を拡大して示した図であり、支持台２と上部電極３間の詳細な構成を示す。図２に示すように、ガス導入口５は２種類設けられ、ガス導入口５ａと５ｂがそれぞれ交互に配置される。ガス導入口５ａは、その開口端において、孔径が広がっており、ガス導入口５ｂは開口端の方向に孔径は一定である。また、導入口５ａ及び５ｂはそれぞれ２系統のガス配管４からそれぞれ別個のガスを導入する構成をとる。具体的には、プラズマ中での解離効率の低いガスはガス導入口５ａから、プラズマ中での解離効率の高いガスはガス導入口５ｂから導入される。
【００５０】
上記実施形態に係るプラズマ処理装置の動作を以下説明する。具体的には、フッ素を含有した酸化珪素薄膜を堆積するプラズマＣＶＤに本発明を適用する場合について説明する。
【００５１】
まず、排気口１１を介して反応室１内を真空に排気する。次に、被処理基体であるＳｉウェハ７を支持台２上に設置し、抵抗加熱ヒータ８を用いて所望の処理温度である３７０℃に加熱した後、ガス導入口５を介して酸化珪素膜を形成するための原料ガスを導入する。具体的には、ＳｉＦ4，Ｏ2を複数の孔を有するガス導入口５ａ及び５ｂよりそれぞれ２５及び５０ｃｃ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）を反応室１内に導入する。この原料ガスの導入とともに、高周波電源６を用いて高周波を上部電極３に２７．１２ＭＨｚの周波数の高周波電圧を印加し、さらに支持台２には高周波電源９を用いて周波数１３．５６ＭＨｚの高周波を印加する。これにより、反応室１内でプラズマが放電することによりＳｉウェハ７上にフッ素を添加した酸化珪素膜を形成する。その際の反応容器内の圧力は４Ｐａ、磁石１０の強度は１２０Ｇａｕｓｓである。
【００５２】
上記条件下で発生したプラズマ領域は、高密度プラズマ領域１２と低密度プラズマ領域１３となる。高密度プラズマ領域１２は上部電極３近傍に集中し、支持台２近傍には低密度プラズマ領域１３が形成される。ここで、ＳｉＦ4が導入されるガス導入口５ａの開口端は、孔径が広がった形状を有するため、支持台２表面の垂直方向に高密度プラズマ領域１２が広い領域で形成される。これに対してＯ2が導入されるガス導入口５ｂの開口端は、孔径が一定であるため、ガス導入口５ａの開口端近傍に比較して高密度プラズマ領域１２の領域は狭い。従って、Ｏ2と比較してＳｉＦ4は、反応室１内で高密度プラズマ領域１２に曝される時間がＯ2に比較して長くなる。これにより、Ｏ2と比較して解離効率の低いＳｉＦ4の解離効率が向上する。
【００５３】
このように、反応室１内に導入されるガスのプラズマ中での解離効率に応じてガス導入口５の開口端の形状を変えることにより、低密度プラズマ領域１３に達するまでのガスの分解効率が向上し、成膜速度が向上する。
【００５４】
上記成膜条件で実験を行った結果、ガス導入口がすべて同一の形状をした拡散ノズルを使用し、同一の成膜条件で行った従来の実験結果と比較して、３０％程度の成膜速度の向上が確認された。
【００５５】
なお、本実施形態では図２に示す２種類のガス導入口５ａ及び５ｂを電極全面に対して設ける場合を示したが、これに限定されるものではない。例えばＳｉＦ4のガス導入口５ａを電極の外周部のみに設け、内周部ではガス導入口はＳｉＦ4，Ｏ2ともに開口端で孔径が一定のものとすることもできる。この場合、上述したような成膜速度の改善のみならずＳｉウェハ７全面での成膜速度の分布特性が向上し、従来の構造のガス導入口を使用した場合と比較して成膜速度が均一化する。このような外周部のみに開口端の広がるガス導入口５ａを設けて実験を行った結果、８インチ外径を有するＳｉウェハ上に成膜した場合には、面内での成膜速度のばらつきが偏差（いわゆる１σ値）で表すと３であったものが１．５に改善された。
【００５６】
また、ガス導入口５ａの開口端の形状は、本実施形態に示すものに限定されない。導入口の開口端の方向に孔径が広がる部分が設けられているものであれば何でもよい。すなわち、本実施形態のように開口端に向かって所定の位置から孔径が増加するもののみならず、円錐状に孔径が一定に増加するもの等であってもよい。
【００５７】
（第２実施形態）
図３は本発明の第２実施形態に係るプラズマ処理装置の全体構成を示す図である。第１実施形態と共通する部分には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５８】
図３に示すように、ガス導入口５は図１と同様に支持台２に対向して複数設けられているる。本実施形態では、外周部及び内周部の２つの領域に分割されている。
【００５９】
図４は図３に示す破線で囲んだ部分を拡大して示した図であり、支持台２と上部電極３間の詳細な構成を示す。図４に示すように、ガス導入口５は外周部と内周部に分割される。外周部の直径は２２０ｍｍであり、内周部の直径は１５０ｍｍとなっており、Ｓｉウェハ７を載置した支持台２に対してそれぞれ独立に電極間隔を制御できるようになっている。本実施形態では支持台２との電極間隔を外周部で２４ｍｍ、内周部で２５ｍｍとする。
【００６０】
上記実施形態に係るプラズマ処理装置の動作を以下説明する。具体的には、フッ素を含有した酸化珪素薄膜を堆積するプラズマＣＶＤに本発明を適用する場合について説明する。
【００６１】
まず、排気口１１を介して反応室１内を真空に排気する。次に、被処理基体であるＳｉウェハ７を支持台２上に設置し、抵抗加熱ヒータ８を用いて所望の処理温度である３７０℃に加熱後、ガス導入口５を介して酸化珪素膜を形成するための原料ガスを導入する。具体的には、ＳｉＦ4，Ｏ2 を複数の孔を有するガス導入口５よりそれぞれ２５及び５０ｃｃ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）反応容器内に導入する。この原料ガスの導入とともに、高周波電源６を用いて高周波を上部電極３に２７．１２ＭＨｚの周波数の高周波電圧を印加し、さらに支持台２には高周波電源９を用いて周波数１３．５６ＭＨｚの高周波を印加する。これにより、反応室１内でプラズマが放電することによりＳｉウェハ７上にフッ素を添加した酸化珪素膜を形成する。その際の反応容器内の圧力は４Ｐａ、磁石１０の強度は１２０Ｇａｕｓｓである。
【００６２】
上記条件下で発生したプラズマ領域は、高密度プラズマ領域１２と低密度プラズマ領域１３となる。高密度プラズマ領域１２は上部電極３近傍に集中し、支持台２近傍には低密度プラズマ領域１３が形成される。ここでガス導入口５は外周及び内周部の２つの領域に分割されており、外周部における電極間隔は、内周部における電極間隔よりも狭い。これにより、外周部におけるプラズマ放電効率の低下を防止することができる。すなわち、外周部では内周部に比較して圧力が低いために、プラズマ放電効率が低くなるが、電極間隔を内周部に比較して狭く設定することにより、内周部と外周部の圧力差を低減することができ、プラズマ放電効率を均一化することができる。従って、Ｓｉウェハ７面内での成膜速度の分布特性が向上する。
【００６３】
このように、反応室１内の圧力の不均一性を打ち消すように電極間隔を面内分布を制御することにより、プラズマ放電効率を面内で均一化することができ、成膜速度の分布特性が向上する。従って、大口径ウェハでの堆積膜厚の面内均一性及び膜質（形成した化合物の組成等）の面内均一性が得られる。
【００６４】
上記成膜条件で実験を行った結果、電極間隔が面内で一定の従来の実験結果と比較して、成膜速度が均一化した。具体的には、８インチ外径を有するＳｉウェハ７上に成膜した場合、面内での成膜速度のばらつきが偏差（いわゆる１σ値）で表すと３であったものが１．４に改善された。
【００６５】
なお、本実施形態では外周部と内周部で上部電極３と支持台２の電極間隔を制御する場合を示したが、内周部から外周部にかけて連続的に電極間隔が減少するものでも、階段状に電極間隔が減少するものでもよい。また、反応の際の圧力差を低減できる構成をとれば、反応室１の形状に応じて電極間隔は自由に制御できる。また、内周部と外周部とで電極間隔をそれぞれ独立に制御できる場合を示したが、それぞれの電極間隔を変える手段を有するものであっても有しないものであってもどちらでもよい。
【００６６】
（第３実施形態）
図５は本発明の第３実施形態に係るプラズマ処理装置の全体構成を示す図である。第１，２実施形態と共通する部分には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００６７】
図５に示すように、本実施形態では上部電極３と支持台２の間に、遮蔽板５１が配置される。
【００６８】
図６は図５に示す破線で囲んだ部分を拡大して示した図であり、支持台２と上部電極３間の詳細な構成を示す。図６に示すように、ガス導入口５は２種類設けられ、ガス導入口５ａと５ｂがそれぞれ交互に配置される。ガス導入口５ａはその開口端において孔径が広がっており、ガス導入口５ｂは開口端の方向に孔径は一定の構成となる。このガス導入口５ａ，５ｂの構成は、第１実施形態の構成と共通する。
【００６９】
上部電極３と支持台２との間に設けられた遮蔽板５１は、ガス導入口５ｂの数と同数の孔を有する。この孔は、それぞれガス導入口５ｂから放出されたガスが直進する軌道を貫通するように設けられている。一方、ガス導入口５ａから放出されたガスが直進する軌道には孔は形成されず、遮蔽板５１が軌道を塞ぐように配置される。従って、比較的解離効率の低いガスの軌道を遮蔽板５１で塞ぎ、比較的解離効率の高いガスの軌道を孔で貫通する構成となる。遮蔽板５１の材料としては絶縁材料が望ましいが、本実施形態では、石英性の多孔板を用いる。
【００７０】
上記実施形態に係るプラズマ処理装置の動作を以下説明する。具体的には、フッ素を含有した酸化珪素薄膜を堆積するプラズマＣＶＤに本発明を適用する場合について説明する。
【００７１】
まず、排気口１１を介して反応室１内を真空に排気する。次に、被処理基体であるＳｉウェハ７を支持台２上に設置し、抵抗加熱ヒータ８を用いて所望の処理温度である３７０℃に加熱した後、ガス導入口５を介して酸化珪素膜を形成するための原料ガスを導入する。具体的には、ＳｉＦ4，Ｏ2を複数の孔を有するガス導入口５ａ及び５ｂよりそれぞれ２５及び５０ｃｃ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）を反応室１内に導入する。この原料ガスの導入とともに、高周波電源６を用いて高周波を上部電極３に２７．１２ＭＨｚの周波数の高周波電圧を印加し、さらに支持台２には高周波電源９を用いて周波数１３．５６ＭＨｚの高周波を印加する。これにより、反応室１内でプラズマが放電することによりＳｉウェハ７上にフッ素を添加した酸化珪素膜を形成する。その際の反応容器内の圧力は４Ｐａ、磁石１０の強度は１２０Ｇａｕｓｓである。
【００７２】
上記条件下で発生したプラズマ領域は、高密度プラズマ領域１２と低密度プラズマ領域１３となり、高密度プラズマ領域１２は上部電極１３近傍に集中し、支持台１近傍には低密度プラズマ領域１３が形成される。ここで、ＳｉＦ4が導入されるガス導入口５ａの開口端は、孔径が広がった形状を有するため、支持台２表面の垂直方向に高密度プラズマ領域１２が広い領域で形成される。これに対してＯ2が導入されるガス導入口５ｂの開口端は、孔径が一定であるため、ガス導入口５ａの開口端近傍に比較して高密度プラズマ領域１２の領域は狭く、Ｏ2と比較して解離効率の低いＳｉＦ4の解離効率が向上する。
【００７３】
また、このガス導入口５ａ及び５ｂの開口端の形状の違いによっても解離効率に差がある場合には、遮蔽板５１を設けることにより、ガス導入口５ａから放出されたＳｉＦ4は高密度プラズマ領域１２を通って、低密度プラズマ領域１３にり、ここで遮蔽板５１に衝突し、再び高密度プラズマ領域１２に戻る。これにより、ガスの解離が促進するために、さらに成膜速度を向上することができる。
【００７４】
このように、反応室１内に導入されるガスのプラズマ中での解離効率に応じてガス導入口５の開口端の孔径を広げることにより、ガスの分解効率が向上し、成膜速度が向上する。また、遮蔽板５１を上部電極３と支持台２の間に設けることにより、解離が充分でないガスを再び高密度プラズマ領域１２に戻すことができ、ガスの分解効率がさらに向上する。
【００７５】
上記成膜条件で実験を行った結果、ガス導入口がすべて同一の形状をし、遮蔽板５１を設けずに同一の成膜条件で行った従来の実験結果に比較して、５０％程度の成膜速度の向上が確認された。
【００７６】
なお、本実施形態ではガス導入口５ａを遮蔽板５１で塞ぐ割合が外周部と内周部で均一な場合を示したが、これに限定されるものではない。例えば外周部における遮蔽板５１の孔の数を内周部の孔の数に比較して多く設定することにより、圧力の比較的低い外周部におけるプラズマ放電効率を高めることができ、成膜速度の面内均一性がさらに向上する。このような構造を有する装置を用いて８インチ外径を有するＳｉウェハ上に成膜した場合には、面内での成膜速度のばらつきが偏差（いわゆる１σ値）で表すと３であったものが１．５に改善された。
【００７７】
本発明は上記第１〜第３実施形態に限定されるものではない。ＳｉＦ4／Ｏ2 ガスを使用したプラズマＣＶＤ処理に関して述べたが、このガス種に限定されるわけではなく、いかなるガスによるプラズマＣＶＤ処理にも適用可能である。また、本実施形態に用いた装置では上部電極３に２７．１２ＭＨｚの高周波を下部電極である支持台２に１３．５６ＭＨｚの高周波を印加したがこれに限定されるものではなく、上部電極３に２種類の高周波を重畳させても、もしくは支持台２に２種類の高周波を重畳させても、どのような組み合わせにおいても同様の効果が得られる。
【００７８】
本実施形態では磁石を併用したがこれに限定されず、磁石なしでも同様の効果が得られる。また、本実施形態では平行平板型のプラズマ処理装置に適用する場合を示したが、少なくとも分散ノズルを有するプラズマ処理装置では同様の効果が得られる。また、本実施形態ではプラズマ処理としてプラズマＣＶＤについて述べたがこれに限定されるわけではなく、プラズマクリーニング処理やイオンエッチング処理（ＲＩＥ）、プラズマダウンストリーム処理等、あらゆるプラズマ処理に応用が可能である。
【００７９】
また、複数の孔を有する絶縁体の板２４として本実施形態では石英製の多孔板を用いたがこれに限定されるわけではなく、絶縁体であるアルミナや窒化珪素等を、また珪素の板を用いても同様の効果が得られた。さらに、本実施形態の記述や特許請求の範囲を逸脱しない範囲で様々な応用が可能である。
【００８０】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、少なくとも一部のガス導入口に、開口端の方向に孔径が広がる部分を設けることにより、高密度プラズマ領域が上部電極近くに集中することなく、ガスの解離効率が高まり、プラズマ処理速度が向上する。
【００８１】
また、別の本発明によれば、複数のガス導入口の開口部の開口端と下部電極との距離を、上部電極の面内位置に応じて異なるように設定することにより、プラズマ処理速度の分布特性を制御することができる。
【００８２】
また、別の本発明によれば、上部電極と下部電極との間に、複数の孔を備えた遮蔽板を配置することにより、ガス導入口から導入された比較的解離しにくいガスは、遮蔽板に衝突して再び高密度プラズマ領域に戻されることにより、ガスの解離が促進し、プラズマ処理速度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置の全体構成を示す図。
【図２】同実施形態におけるガス導入口の開口端付近を拡大した断面図。
【図３】本発明の第２実施形態に係るプラズマ処理装置の全体構成を示す図。
【図４】同実施形態におけるガス導入口の開口端付近を拡大した断面図。
【図５】本発明の第３実施形態に係るプラズマ処理装置の全体構成を示す図。
【図６】同実施形態におけるガス導入口の開口端付近を拡大した断面図。
【符号の説明】
１…反応室
２…支持台
３…上部電極
４…ガス配管
５…ガス導入口
６，９…高周波電源
７…Ｓｉウェハ
８…抵抗加熱ヒータ
１０…磁石
１１…真空排気口
１２…高密度プラズマ領域
１３…低密度プラズマ領域
５１…遮蔽板
Claims (8)
- 被処理基体を載置する下部電極と、この下部電極と対向配置され、該下部電極側に複数のガス導入口を備えた上部電極との間に電圧を印加してプラズマを発生させ、このプラズマを利用して前記被処理基体に所定の処理を施すプラズマ処理方法において、
少なくとも一部の前記ガス導入口に、ガス通流方向下流側に向かって孔径が広がる部分を設け、前記ガス導入口毎に少なくとも２種類のガスを導入し、
プラズマ中での解離効率の低いガスを導入する前記ガス導入口のガス通流方向下流側の開口端の孔径を、プラズマ中での解離効率の高いガスを導入する前記ガス導入口のガス通流方向下流側の開口端の孔径よりも大きく設定したことを特徴とするプラズマ処理方法。 - 被処理基体を載置する下部電極と、この下部電極と対向配置され、該下部電極側に複数のガス導入口を備えた上部電極との間に電圧を印加してプラズマを発生させ、このプラズマを利用して前記被処理基体に所定の処理を施すプラズマ処理方法において、
少なくとも一部の前記ガス導入口に、ガス通流方向下流側に向かって孔径が広がる部分を設けてガスを導入し、
前記ガス導入口のガス通流方向下流側への孔径の広がりを、前記上部電極の面内位置に応じて異なるように設定したことを特徴とするプラズマ処理方法。 - 被処理基体を載置する下部電極と、この下部電極と対向配置され、該下部電極側に複数のガス導入口を備えた上部電極との間に電圧を印加してプラズマを発生させ、このプラズマを利用して前記被処理基体に所定の処理を施すプラズマ処理方法において、
前記上部電極と前記下部電極との間に複数の孔を備えた遮蔽板を配置してガスを導入すると共に、プラズマ中での解離効率の高いガスが前記ガス導入口を通って直進する軌道に前記遮蔽板の孔の位置を設け、プラズマ中での解離効率の低いガスが前記ガス導入口を通って直進する軌道を前記遮蔽板により遮蔽することを特徴とするプラズマ処理方法。 - 被処理基体を載置する下部電極と、この下部電極と対向配置され、該下部電極側に複数のガス導入口を備えた上部電極との間に電圧を印加してプラズマを発生させ、このプラズマを利用して前記被処理基体に所定の処理を施すプラズマ処理方法において、
前記上部電極と前記下部電極との間に複数の孔を備えた遮蔽板を配置してガスを導入すると共に、前記遮蔽板の孔の数を、前記上部電極の面内位置に応じて異なるように設定したことを特徴とするプラズマ処理方法。 - 被処理基体を載置する下部電極と、この下部電極と対向配置され、該下部電極側に複数のガス導入口を備えた上部電極からなる平行平板型のプラズマ処理装置において、
少なくとも一部の前記ガス導入口は、ガス通流方向下流側に向かって孔径が広がる部分を有し、
前記ガス導入口毎に少なくとも２種類のガスを導入するガス導入機構を有し、プラズマ中での解離効率の低いガスを導入する前記ガス導入口のガス通流方向下流側の開口端の孔径が、プラズマ中での解離効率の高いガスを導入する前記ガス導入口のガス通流方向下流側の開口端の孔径よりも大きく設定されてなることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 被処理基体を載置する下部電極と、この下部電極と対向配置され、該下部電極側に複数のガス導入口を備えた上部電極からなる平行平板型のプラズマ処理装置において、
少なくとも一部の前記ガス導入口は、ガス通流方向下流側に向かって孔径が広がる部分を有し、
前記ガス導入口のガス通流方向下流側への孔径の広がりは、前記上部電極の面内位置に応じて異なることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 被処理基体を載置する下部電極と、この下部電極と対向配置され、該下部電極側に複数のガス導入口を備えた上部電極からなる平行平板型のプラズマ処理装置において、
前記上部電極と前記下部電極との間に複数の孔を備えた遮蔽板が配置され、前記遮蔽板の孔の位置は、プラズマ中での解離効率の高いガスが前記ガス導入口を通って直進する軌道に設けられ、プラズマ中での解離効率の低いガスが前記ガス導入口を通って直進する軌道は前記遮蔽板により遮蔽されてなることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 被処理基体を載置する下部電極と、この下部電極と対向配置され、該下部電極側に複数のガス導入口を備えた上部電極からなる平行平板型のプラズマ処理装置において、
前記上部電極と前記下部電極との間に複数の孔を備えた遮蔽板が配置され、前記遮蔽板の孔の数は、前記上部電極の面内位置に応じて異なることを特徴とするプラズマ処理装置。
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