JP6135455B2 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。

半導体ウエハなどの基板（以下「ウエハ」と言う）に対してプラズマ処理を行う装置として、特許文献１に記載のセミバッチ式の装置が知られている。具体的には、特許文献１では、回転テーブル上に５枚のウエハを周方向に並べると共に、回転テーブルにより移動（公転）するウエハの軌道に対向するように一対の対向電極あるいはアンテナをプラズマ発生部として配置している。そして、特許文献１では、プラズマ発生部を複数配置すると共に、これらプラズマ処理部の長さ寸法を互いに変えることにより、ウエハの面内におけるプラズマ処理の度合いを調整している。

特許文献２には、アンテナを真空容器内の雰囲気から気密に区画された位置（天板の上方側）に配置して、このアンテナとウエハとの間に、スリットが形成されたファラデーシールドを設ける技術について記載されている。このファラデーシールドにより、アンテナにて発生する電磁界のうち電界成分を遮断して、磁界成分によりプラズマを発生させている。
しかしながら、これら特許文献１、２には、プラズマ処理を行うにあたって、ある任意のアンテナの下方側に発生するプラズマの分布を均一化する技術については検討されていない。

特開２０１１−１５１３４３ 特開２０１３−４５９０３

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板に対してプラズマ処理を行うにあたって、基板の面内において均一性の高い処理を行うことのできるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することにある。

本発明は、真空容器内にて基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、
基板を載置する基板載置領域を公転させるための回転テーブルと、
前記基板載置領域に対向し、プラズマ発生用のガスの吐出口が前記回転テーブルの外周部側から中心部側に向かって直線状に配列されたノズル部と、
前記ノズル部よりも前記回転テーブルの回転方向下流側にて当該ノズル部に沿って基板の通過領域を跨ぐように伸びる直線部位と、当該直線部位に対して平面で見た時に離間した領域に位置する部位と、を備えると共に、上下方向に伸びる軸の周りに巻回され、前記ガスが供給される処理領域に誘導プラズマを発生させるためのアンテナと、
前記アンテナと前記処理領域との間に当該処理領域とは気密に区画して設けられ、前記アンテナにより発生する電磁界のうち電界を遮断するための導電板と、前記導電板に、前記アンテナの対応する部位と各々直交して形成され、前記電磁界のうちの磁界を通過させるためのスリットの群と、を備えたファラデーシールドと、を備え、
前記アンテナは、前記軸の周りに複数周巻回され、
前記離間した領域に位置する部位は、当該直線部位に対して前記回転テーブルの回転方向下流側に配置されると共に、複数周巻回された前記部位のうち一の部位と他の部位とが前記回転テーブルの回転方向に沿って互いに位置ずれするように配置され、
少なくとも前記直線部位の下方側には前記スリットの群が形成され、前記直線部位の端部から屈曲する屈曲部位の下方側は、スリットの群が存在しない導電板の部位が位置することを特徴とする。

前記離間した領域に位置する部位は、前記直線部位に対して前記回転テーブルの回転方向下流側に配置されていても良い。
前記アンテナは、前記直線部位に対して前記ノズル部とは反対側に位置する他の直線部位を備え、
前記他の直線部位の下方側には前記スリットの群が形成されていても良い。
前記アンテナは、前記軸の周りに複数周巻回され、前記ノズル部に近い直線部位が複数段積層されていても良い。

前記回転テーブルの中央から放射状に延びかつ回転テーブルの周方向に離れた２本の線に沿った側部を有する扇型状に処理領域を区画するように、前記真空容器の天板から下に向かう壁部を設け、
前記ノズル部は、前記処理領域の上流側に位置する壁部の近傍にて当該壁部に沿って伸びていても良い。

前記回転テーブル上の基板における回転中心側の端部が当該回転テーブルの回転によって移動する時の速度をＶＩ、前記基板における前記回転テーブルの周縁部側の端部が当該回転テーブルの回転によって移動する時の速度をＶＯ、前記回転中心側の端部及び前記周縁部側の端部が通過する前記処理領域の長さ寸法を夫々ＬＩ、ＬＯとすると、
（ＶＩ÷ＶＯ）と、（ＬＩ÷ＬＯ）と、が揃うように、前記壁部が配置されていることが好ましい。

本発明は、真空容器内にて基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理方法において、
回転テーブル上の基板載置領域に基板を載置して、回転テーブルによりこの基板を公転させる工程と、
この回転テーブルに対向して当該回転テーブルの外周部側から中心部側に向かって直線状に伸びるように設けられたノズル部から、このノズル部の長さ方向に沿って前記真空容器内における処理領域にプラズマ発生用のガスを供給する工程と、
前記ノズル部よりも前記回転テーブルの回転方向下流側にて当該ノズル部に沿って基板の通過領域を跨ぐように伸びる直線部位と、当該直線部位に対して平面で見た時に離間した領域に位置する部位と、を備えると共に上下方向に伸びる軸の周りに巻回されたアンテナにより、前記処理領域に誘導プラズマを発生させる工程と、
前記アンテナと前記処理領域との間に当該処理領域とは気密に区画して設けられた導電板により、前記アンテナにより発生する電磁界のうち電界を遮断すると共に、前記アンテナの対応する部位と各々直交するように前記導電板に形成されたスリットの群を介して前記電磁界のうち磁界を通過させる工程と、を含み、
前記アンテナは、前記軸の周りに複数周巻回され、
前記離間した領域に位置する部位は、当該直線部位に対して前記回転テーブルの回転方向下流側に配置されると共に、複数周巻回された前記部位のうち一の部位と他の部位とが前記回転テーブルの回転方向に沿って互いに位置ずれするように配置され、
少なくとも前記直線部位の下方側には前記スリットの群が形成され、前記直線部位の端部から屈曲する屈曲部位の下方側は、スリットの群が存在しない導電板の部位が位置することを特徴とする。

本発明は、プラズマ発生用のガスを真空容器内に供給するためのノズル部を直線状に配置すると共に、電磁界（電界及び磁界）を発生させるアンテナの直線部位をこのノズル部の長さ方向に沿って形成している。そして、アンテナとノズル部との間にファラデーシールドを配置すると共に、前記直線部位に対向する位置におけるファラデーシールドにはスリットを形成して、アンテナによって発生する電磁界のうち電界を遮断して磁界を通過させている。一方、直線部位の両端から屈曲する部位に対向する位置にはスリットを形成せずに、電界に加えて磁界も遮断している。そのため、各々のスリットの形状を揃えることができるので、真空容器内に到達する磁界の量についてもノズル部の長さ方向に亘って均一化できる。従って、基板の面内において均一性の高い処理を行うことができる。

本発明のプラズマ処理装置の一例を示す縦断面図である。 前記プラズマ処理装置を示す横断平面図である。 前記プラズマ処理装置を示す横断平面図である。 前記プラズマ処理装置を示す縦断面図である。 前記プラズマ処理装置のアンテナを示す分解斜視図である。 前記アンテナを示す平面図である。 前記アンテナとウエハとの位置関係を示す平面図である。 前記アンテナが収納される筐体を下側から見た様子を示す斜視図である。 ウエハ上をプラズマが通る軌跡を模式的に示す平面図である。 前記筐体の内部にてプラズマが滞留する様子を模式的に示す縦断面図である。 プラズマ及びプラズマ発生用ガスが時間の経過と共に変化する様子を模式的に示す概略図である。 前記プラズマ処理装置の他の例を示す縦断面図である。 本発明にて得られたシミュレーション結果を示す特性図である。

本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置の一例について、図１〜図８を参照して説明する。この装置は、図１〜図３に示すように、平面形状が概ね円形である真空容器１と、この真空容器１の中心に回転中心を有する回転テーブル２と、を備えており、ウエハＷに対してプラズマを用いて成膜処理を行うように構成されている。この装置では、プラズマを発生させるにあたって、ウエハＷの面内に亘って均一性の高い処理を行うことができるように、以下に説明するように当該装置の各部を構成している。

真空容器１は、天板１１及び容器本体１２を備えており、天板１１の上面側中央部に接続された分離ガス供給管５１を介して窒素（Ｎ2）ガスが分離ガスとして供給される。回転テーブル２の下方側には、図１に示すように、当該回転テーブル２上のウエハＷを成膜温度例えば３００℃に加熱するために、加熱機構であるヒータユニット７が設けられている。図１中１３はシール部材例えばＯリングである。また、図１中７１ａはヒータユニット７のカバー部材、７ａはヒータユニット７を覆う覆い部材であり、７２、７３はパージガス供給管である。

回転テーブル２の中心部には、概略円筒形状のコア部２１が取り付けられており、回転テーブル２は、このコア部２１の下面に接続された回転軸２２によって、鉛直軸周りこの例では時計周りに回転自在に構成されている。回転テーブル２上には、図２〜図３に示すように、ウエハＷを落とし込んで保持するために、円形の凹部２４が基板載置領域として設けられており、この凹部２４は、当該回転テーブル２の回転方向（周方向）に沿って複数箇所例えば５箇所に形成されている。図１中２３は駆動部（回転機構）であり、２０はケース体である。

凹部２４の通過領域と各々対向する位置には、各々例えば石英からなる４本のノズル３１、３２、４１、４２が真空容器１の周方向に互いに間隔をおいて放射状に配置されている。これら各ノズル３１、３２、４１、４２は、例えば真空容器１の外周壁から中心部領域Ｃに向かってウエハＷに対向して水平に伸びるように各々取り付けられている。この例では、後述の搬送口１５から見て時計周りにプラズマ発生用ガスノズル３２、分離ガスノズル４１、処理ガスノズル３１及び分離ガスノズル４２がこの順番で配列されている。処理ガスノズル３１及びプラズマ発生用ガスノズル３２は、夫々処理ガス供給部及びノズル部をなしている。また、分離ガスノズル４１、４２は、各々分離ガス供給部をなしている。尚、図２はプラズマ発生用ガスノズル３２が見えるように後述のアンテナ８３及び筐体９０を取り外した状態、図３はこれらアンテナ８３及び筐体９０を取り付けた状態を表している。

各ノズル３１、３２、４１、４２は、流量調整バルブを介して夫々以下の各ガス供給源（図示せず）に夫々接続されている。即ち、処理ガスノズル３１は、Ｓｉ（シリコン）を含む処理ガス例えばＤＣＳ（ジクロロシラン）ガスなどの供給源に接続されている。プラズマ発生用ガスノズル３２は、例えばアンモニア（ＮＨ3）ガスなどのプラズマ発生用ガスの供給源に接続されている。分離ガスノズル４１、４２は、分離ガスである窒素ガスのガス供給源に各々接続されている。これらガスノズル３１、３２、４１、４２の外周面には、ガス吐出孔３３が各々形成されており、このガス吐出孔３３は、回転テーブル２の半径方向に沿って複数箇所に例えば等間隔に配置されている。ガス吐出孔３３は、ガスノズル３１、４１、４２では下面に形成され、プラズマ発生用ガスノズル３２では回転テーブル２の回転方向上流側の側面に形成されている。図２及び図３における３１ａは、処理ガスノズル３１の上方側を覆うノズルカバーである。

処理ガスノズル３１の下方領域は、処理ガスの成分をウエハＷに吸着させるための吸着領域Ｐ１となる。また、プラズマ発生用ガスノズル３２の下方側の領域（後述の筐体９０の下方領域）は、ウエハＷに吸着した処理ガスの成分とプラズマ発生用ガスのプラズマとを反応させるための反応領域（処理領域）Ｐ２となる。分離ガスノズル４１、４２は、各領域Ｐ１、Ｐ２を分離する分離領域Ｄを形成するためのものである。分離領域Ｄにおける真空容器１の天板１１には、図２及び図３に示すように、概略扇形の凸状部４が設けられており、分離ガスノズル４１、４２は、この凸状部４内に収められている。

次に、プラズマ発生用ガスから誘導プラズマを発生させるための構成について詳述する。プラズマ発生用ガスノズル３２の上方側には、図３及び図４に示すように、金属線をコイル状に巻回したアンテナ８３が配置されており、このアンテナ８３は、図７に示すように、平面で見た時に回転テーブル２の中央部側から外周部側に亘ってウエハＷの通過領域を跨ぐように配置されている。また、アンテナ８３は、回転テーブル２の表面から垂直に伸びる軸（鉛直軸）の周りに複数周この例では３周巻回されている。即ち、アンテナ８３は、上下方向に３段（３周）に亘って当該アンテナ８３の周回部分が積層されており、各々の周回部分の端部同士が互いに直列に接続されて、共通の高周波電源８５に整合器８４を介して接続されている。この例では、高周波電源８５は、周波数及び出力電力が例えば夫々１３．５６ＭＨｚ及び５０００Ｗとなっている。

既述のアンテナ８３における３層の周回部分のうち下段の周回部分は、図５及び図７に示すように、回転テーブル２の半径方向に沿って伸びる概略矩形（長方形）領域を囲むように形成されている。従って、前記下段の周回部分は、回転テーブル２の回転方向上流側及び下流側の部位と、回転テーブル２の中心側及び外縁側の部位とが各々直線状に形成されている。具体的には、前記回転方向上流側及び下流側の部位は、回転テーブル２の半径方向に沿うように、言い換えるとプラズマ発生用ガスノズル３２の長さ方向に沿うように各々形成されている。また、前記中心側及び外縁側の部位は、回転テーブル２の接線方向に沿うように各々形成されている。

ここで、アンテナ８３における前記下段の周回部分のうち、回転テーブル２の回転方向上流側にてプラズマ発生用ガスノズル３２の長さ方向に沿って形成された部位を直線部位８３ａと呼ぶと共に、当該直線部位８３ａに対向する位置にて直線状に形成された部位を対向部位８３ｂと呼ぶものとする。また、前記下段の周回部分のうち、直線部位８３ａ及び対向部位８３ｂにおける各々の一端側及び他端側から伸び出す他の部分（残りの部分）を巻回部位８３ｃと呼ぶものとする。下段の周回部分では、直線部位８３ａは、平面で見た時に、プラズマ発生用ガスノズル３２に対して、回転テーブル２の回転方向下流側に僅かに離間した位置に配置されている。

アンテナ８３における前記下段の周回部分の上方側に積層された中段の周回部分は、当該下段の周回部分とほぼ同形状となるように形成されており、直線部位８３ａ、対向部位８３ｂ及び巻回部位８３ｃを備えている。中段の周回部分では、直線部位８３ａは、下段の周回部分における直線部位８３ａの上層側に積層されている。一方、中段の周回部分における対向部位８３ｂは、下段の周回部分の対向部位８３ｂに対して、回転テーブル２の回転方向下流側に離間した位置に配置されている。そして、中段の周回部分では、対向部位８３ｂは、回転テーブル２上のウエハＷに近接する（後述の絶縁部材９４に接触する）位置にて、プラズマ発生用ガスノズル３２の長さ方向に沿うように直線状に配置されている。

アンテナ８３における中段の周回部分の上層側に積層された上段の周回部分についても、直線部位８３ａ、対向部位８３ｂ及び巻回部位８３ｃを備えており、当該直線部位８３ａは、下層側の直線部位８３ａの上に積層されている。上段の周回部分の対向部位８３ｂは、中段の周回部分の対向部位８３ｂに対して、回転テーブル２の回転方向下流側に離間した位置において、プラズマ発生用ガスノズル３２の長さ方向に沿うように、回転テーブル２上のウエハＷに近接する位置にて直線状に配置されている。尚、図６及び図７では、アンテナ８３を破線にて描画しており、図７ではウエハＷを実線で描画している。

従って、図４に示すように、プラズマ発生用ガスノズル３２に対して回転テーブル２の回転方向下流側に隣接する位置では、直線部位８３ａが上下方向に３段に積層されており、一方前記位置から回転テーブル２の回転テーブル２の回転方向下流側に離間した位置では、対向部位８３ｂが横並びに３箇所に配置されている。そのため、後述するように、プラズマ発生用ガスノズル３２の近傍位置では既述のアンモニアガス（プラズマ発生用ガス）のプラズマが速やかに発生し、一方前記近傍位置から回転テーブル２の回転方向下流側に離間した位置では、不活性化したアンモニアガスの再プラズマ化が起こる。

以上説明したアンテナ８３は、真空容器１の内部領域から気密に区画されるように配置されている。即ち、既述のプラズマ発生用ガスノズル３２の上方側における天板１１は、平面的に見た時に概略扇形に開口しており、例えば石英などからなる筐体９０によって気密に塞がれている。この筐体９０は、図５及び図８に示すように、上方側周縁部が周方向に亘ってフランジ状に水平に伸び出すと共に、中央部が真空容器１の内部領域に向かって窪むように形成されており、この筐体９０の内側に前記アンテナ８３が収納されている。この筐体９０は、固定部材９１により、天板１１に固定されている。尚、固定部材９１については、図１及び図２以外では描画を省略している。

筐体９０の下面は、当該筐体９０の下方領域への窒素ガスなどの侵入を阻止するために、図１及び図８に示すように、外縁部が周方向に亘って下方側（回転テーブル２側）に向かって垂直に伸び出して壁部９２をなしている。この壁部９２における回転テーブル２の回転方向上流側の部位と回転方向下流側の部位とは、図５及び図８から分かるように、当該回転テーブル２の中央から放射状に且つ回転テーブル２の周方向に互いに離間するように伸び出している。また、壁部９２における回転テーブル２の外周側の部位は、図４に示すように、当該回転テーブル２の外周縁よりも外側に位置している。そして、この壁部９２の内周面、筐体９０の下面及び回転テーブル２の上面により囲まれた領域を「反応領域Ｐ２」と呼ぶと、この反応領域Ｐ２は、平面で見た時に、壁部９２によって扇型状となるように区画されている。既述のプラズマ発生用ガスノズル３２は、この反応領域Ｐ２の内部において回転テーブル２の回転方向上流側の端部にて前記壁部９２の近傍に配置されている。

即ち、壁部９２の下端部は、図８に示すように、プラズマ発生用ガスノズル３２が挿入される部位については当該プラズマ発生用ガスノズル３２の外周面に沿って上方側に湾曲し、一方残りの部位については周方向に亘って回転テーブル２に近接する高さ位置となるように配置されている。既述のプラズマ発生用ガスノズル３２のガス吐出孔３３は、図４に示すように、反応領域Ｐ２の周囲を囲む壁部９２のうち回転テーブル２の回転方向上流側の壁部９２に向かって横向きに形成されている。

ここで、既述のように、ウエハＷは、回転テーブル２によって公転して、各ノズル３１、３２の下方側の領域Ｐ１、Ｐ２を通過する。そのため、回転テーブル２上のウエハＷでは、回転中心側の端部と、回転テーブル２の外周部側の端部とにおいて、各領域Ｐ１、Ｐ２を通過する時の速度（角速度）が異なる。具体的には、ウエハＷの直径寸法が３００ｍｍ（１２インチサイズ）の場合には、前記回転中心側の端部では、前記外周部側の端部と比べて、速度が１／３になる。

即ち、回転テーブル２の回転中心から前記回転中心側のウエハＷの端部までの距離をｓとすると、当該回転中心側のウエハＷの端部が通る円周の長さ寸法ＤＩは、（２×π×ｓ）となる。一方、前記外周部側の端部が通る円周の長さ寸法ＤＯは、（２×π×（ｓ＋３００））となる。そして、回転テーブル２の回転により、ウエハＷは、前記長さ寸法ＤＩ、ＤＯを同じ時間内で移動する。そのため、回転テーブル２上のウエハＷにおける回転中心側の端部及び外周部側の端部の夫々の速度をＶＩ及びＶＯとすると、これら速度ＶＩ、ＶＯの比Ｒ（ＶＩ÷ＶＯ）は、（ｓ÷（ｓ＋３００））となる。そして、前記距離ｓが１５０ｍｍの場合には、前記比Ｒは、１／３となる。

従って、アンモニアガスのプラズマのように、ウエハＷ上に吸着したＤＣＳガスの成分との反応性がそれ程高くないプラズマを使用する場合には、単にプラズマ発生用ガスノズル３２の近傍にてアンモニアガスをプラズマ化しただけだと、ウエハＷの外周部側では中心部側よりも薄膜（反応生成物）が薄くなるおそれがある。

そこで、本発明では、ウエハＷに対して均一なプラズマ処理を行うために、壁部９２の形状を調整している。具体的には、図７に示すように、回転テーブル２上のウエハＷにおける回転中心側の端部が通過する反応領域Ｐ２の長さ寸法と、前記ウエハＷにおける回転テーブル２の外周部側の端部が通過する反応領域Ｐ２の長さ寸法とを夫々ＬＩ、ＬＯとすると、これら長さ寸法ＬＩ、ＬＯの比（ＬＩ÷ＬＯ）は、１／３となっている。即ち、回転テーブル２上のウエハＷが反応領域Ｐ２を通過する速度に応じて、壁部９２の形状（反応領域Ｐ２の寸法）を設定している。そして、後述するように、反応領域Ｐ２においてアンモニアガスのプラズマを充満させていることからも、ウエハＷ上ではプラズマ処理が面内に亘って均一に行われる。

筐体９０とアンテナ８３との間には、図４、図５及び図６に示すように、アンテナ８３において発生する電磁界のうち電界成分が下方に向かうことを阻止すると共に、電磁界のうち磁界を下方に通過させるためのファラデーシールド９５が配置されている。即ち、ファラデーシールド９５は、上面側が開口する概略箱型となるように形成されており、電界を遮断するために、導電性の板状体である金属板（導電板）により構成されると共に接地されている。このファラデーシールド９５の底面には、前記金属板に矩形の開口部を形成してなるスリット９７が磁界を通過させるために設けられている。

各々のスリット９７は、当該スリット９７に隣接する他のスリット９７と連通しておらず、言い換えると各々のスリット９７の周囲にはファラデーシールド９５を構成する金属板が周方向に亘って位置している。スリット９７は、アンテナ８３の伸びる方向に対して直交する方向に形成されており、アンテナ８３の下方位置にて当該アンテナ８３の長さ方向に沿って複数箇所に等間隔で配置されている。そして、スリット９７は、プラズマ発生用ガスノズル３２の上方側に対応する位置には形成されておらず、従って当該プラズマ発生用ガスノズル３２の内部におけるアンモニアガスのプラズマ化を阻止している。

ここで、スリット９７は、図５及び図６に示すように、アンテナ８３のうち回転テーブル２の中心部から外周部に向かって直線状に伸びる部位（直線部位８３ａ、対向部位８３ｂ）の下方位置に形成されている一方、当該部位以外の下方側には形成されていない。具体的には、スリット９７は、アンテナ８３のうち直線部位８３ａと対向部位８３ｂとの間にて回転テーブル２の接線方向に沿って伸びる部分と、これら直線部位８３ａ及び対向部位８３ｂの端部位置にて屈曲する部分とに対応する領域には、形成されていない。

即ち、アンテナ８３の周方向に亘ってスリット９７を形成しようとすると、アンテナ８３が屈曲する部分（Ｒ部分）では、スリット９７についても当該アンテナ８３に沿って屈曲して配置される。しかしながら、前記屈曲する部分においてアンテナ８３の内側に対応する領域では、互いに隣接するスリット９７、９７同士が連通してしまうおそれがあり、その場合には電界を遮断する効果が小さくなってしまう。一方、互いに隣接するスリット９７、９７が連通しないようにスリット９７の幅寸法を狭くすると、ウエハＷ側に到達する磁界成分の量が直線部位８３ａや対向部位８３ｂよりも減少する。更に、アンテナ８３の外側に対応する領域にて互いに隣接するスリット９７、９７同士の間の離間寸法を広げると、磁界成分と共に電界成分についてもウエハＷ側に到達して、当該ウエハＷにチャージングダメージを与えてしまうおそれもある。

そこで、本発明では、各々のスリット９７を介してアンテナ８３からウエハＷ側に到達する磁界成分の量を揃えるために、ウエハＷが通過する位置を跨ぐように直線部位８３ａを配置すると共に、この直線部位８３ａの下方側にスリット９７を形成している。そして、直線部位８３ａの両端から伸び出す屈曲部分の下方側には、スリット９７を形成せずに、いわばファラデーシールド９５を構成する導電板を配置して、電界成分のみならず磁界成分も遮断している。そのため、後述するように、回転テーブル２の半径方向に亘ってプラズマの発生量が均一化する。

従って、ある任意の位置におけるスリット９７を見た時、当該スリット９７の開口幅は、このスリット９７の長さ方向に亘って寸法が揃っている。そして、スリット９７の前記開口幅は、ファラデーシールド９５における他の全てのスリット９７において揃うように調整されている。言い換えると、スリット９７は、直線部位８３ａに対して回転テーブル２の回転方向上流側に離間した位置から、対向部位８３ｂに対して回転テーブル２の回転方向下流側に離間した位置までに亘って、直線部位８３ａや対向部位８３ｂに直交する長い溝状の開口部を複数箇所に互いに平行となるように形成して構成されている。そして、前記開口部の途中部位における直線部位８３ａと対向部位８３ｂとの間の領域に、補強用のリブ（帯状の導電体）を直線部位８３ａや対向部位８３ｂに沿って複数箇所に配置している。

以上説明したファラデーシールド９５とアンテナ８３との間には、これらファラデーシールド９５とアンテナ８３との絶縁を取るために、例えば石英からなる絶縁部材９４が介在しており、この絶縁部材９４は、上面側が開口する概略箱型形状をなしている。尚、図７では、アンテナ８３とウエハＷとの位置関係を示すために、ファラデーシールド９５を省略している。また、図４以外については、絶縁部材９４の描画を省略している。

回転テーブル２の外周側において当該回転テーブル２よりも僅かに下位置には、環状のサイドリング１００が配置されており、このサイドリング１００の上面には、互いに周方向に離間するように２箇所に排気口６１、６２が形成されている。これら２つの排気口６１、６２のうち一方及び他方を夫々第１の排気口６１及び第２の排気口６２と呼ぶと、第１の排気口６１は、処理ガスノズル３１と、当該処理ガスノズル３１よりも回転テーブルの回転方向下流側における分離領域Ｄとの間において、当該分離領域Ｄ側に寄った位置に形成されている。第２の排気口６２は、プラズマ発生用ガスノズル３２と、当該プラズマ発生用ガスノズル３２よりも回転テーブルの回転方向下流側における分離領域Ｄとの間において、当該分離領域Ｄ側に寄った位置に形成されている。従って、第２の排気口６２は、回転テーブル２の回転中心と、壁部９２における反応領域Ｐ２側の縁部が回転テーブル２の外周縁と交差する２つの点と、を結ぶ概略三角形の頂点付近に位置している。

第１の排気口６１は、処理ガス及び分離ガスを排気するためのものであり、第２の排気口６２は、プラズマ発生用ガス及び分離ガスを排気するためのものである。そして、筐体９０の外縁側におけるサイドリング１００の上面には、当該筐体９０を避けてガスを第２の排気口６２に通流させるための溝状のガス流路１０１が形成されている。これら第１の排気口６１及び第２の排気口６２は、図１に示すように、各々バタフライバルブなどの圧力調整部６５の介設された排気管６３により、真空排気機構である例えば真空ポンプ６４に接続されている。

天板１１の下面における中央部には、図１に示すように、天板から下方側に突出する突出部５が配置されており、この突出部５によって、中心部領域Ｃにおいて処理ガスとプラズマ発生用ガスとが互いに混ざり合うことを防止している。即ち、突出部５は、回転テーブル２側から天板１１側に向かって周方向に亘って垂直に伸びる壁部と、天板１１側から回転テーブル２に向かって周方向に亘って垂直に伸びる壁部と、を回転テーブル２の半径方向に交互に配置した構成を採っている。

真空容器１の側壁には、図２〜図４に示すように、図示しない外部の搬送アームと回転テーブル２との間においてウエハＷの受け渡しを行うための搬送口１５が形成されており、この搬送口１５はゲートバルブＧより気密に開閉自在に構成されている。また、この搬送口１５を臨む位置における回転テーブル２の下方側には、回転テーブル２の貫通口を介してウエハＷを裏面側から持ち上げるための昇降ピン（いずれも図示せず）が設けられている。

また、この成膜装置には、図１に示すように、装置全体の動作のコントロールを行うためのコンピュータからなる制御部１２０が設けられており、この制御部１２０のメモリ内には後述の成膜処理を行うためのプログラムが格納されている。このプログラムは、後述の装置の動作を実行するようにステップ群が組まれており、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フレキシブルディスクなどの記憶媒体である記憶部１２１から制御部１２０内にインストールされる。

次に、上述実施の形態の作用について説明する。先ず、ゲートバルブＧを開放して、回転テーブル２を間欠的に回転させながら、図示しない搬送アームにより搬送口１５を介して回転テーブル２上に例えば５枚のウエハＷを載置する。次いで、ゲートバルブＧを閉じ、真空ポンプ６４により真空容器１内を引き切りの状態にすると共に、回転テーブル２を例えば２ｒｐｍ〜２４０ｒｐｍで時計周りに回転させる。そして、ヒータユニット７によりウエハＷを例えば３００℃程度に加熱する。

続いて、処理ガスノズル３１からＤＣＳガスを吐出すると共に、反応領域Ｐ２における圧力が真空容器１内の他の領域よりも陽圧となるように、プラズマ発生用ガスノズル３２からアンモニアガスを吐出する。また、分離ガスノズル４１、４２から分離ガスを吐出し、分離ガス供給管５１及びパージガス供給管７２、７３からも窒素ガスを吐出する。そして、圧力調整部６５により真空容器１内を予め設定した処理圧力に調整する。また、アンテナ８３に対して高周波電力を供給する。

吸着領域Ｐ１では、ウエハＷの表面にＤＣＳガスの成分が吸着して吸着層が生成する。この時、吸着領域Ｐ１をウエハＷが通過するにあたって、回転テーブル２の外周部側では中央部側よりも移動速度が速い。そのため、前記外周部側では前記中央部側よりも吸着層の膜厚が薄くなろうとする。しかしながら、ＤＣＳガスの成分の吸着は速やかに起こるので、吸着領域Ｐ１をウエハＷが通過すると、吸着層はウエハＷの面内に亘って均一に形成される。

反応領域Ｐ２では、既述のように第２の排気口６２の位置を設定しているため、プラズマ発生用ガスノズル３２から吐出されたアンモニアガスは、回転テーブル２の回転方向上流側における壁部９２に衝突した後、図９に示すように、当該第２の排気口６２に向かって直線的に通流する。そして、アンモニアガスは、第２の排気口６２に向かう途中の経路にて、図１０に示すように、アンテナ８３の直線部位８３ａが３段に積層された部位の下方側において、磁界によって速やかにプラズマ化されてアンモニアラジカル（プラズマ）となる。このプラズマは、既述のようにスリット９７の開口幅を回転テーブル２の半径方向に亘って揃えているため、当該半径方向に沿って発生量（濃度）が揃う。こうしてプラズマは、第２の排気口６２に向かって通流していく。

そして、アンモニアラジカルは、ウエハＷとの衝突などにより不活性化してアンモニアガスに戻ると、直線部位８３ａに対して第２の排気口６２側に配置された対向部位８３ｂから発生する磁界によって再度プラズマ化する。従って、図１１に示すように、反応領域Ｐ２では、当該反応領域Ｐ２において真空容器１内の他の領域よりも陽圧となるように設定していることからも、アンモニアガスのプラズマが充満する。

また、反応領域Ｐ２の寸法を既述のように設定しているため、回転テーブル２上のウエハＷから見ると、プラズマが供給される時間が回転テーブル２の半径方向に亘って揃う。従って、反応領域Ｐ２をウエハＷが通過すると、当該ウエハＷ上の吸着層が面内に亘って均一に窒化されて反応層（窒化シリコン膜）が形成される。こうして回転テーブル２の回転により各ウエハＷが吸着領域Ｐ１及び反応領域Ｐ２を交互に通過することにより、反応層が多層に亘って積層されて薄膜が形成される。

以上の一連のプロセスを行っている間、筐体９０の外周側におけるサイドリング１００にガス流路１０１を形成しているので、各ガスは、筐体９０を避けるように、当該ガス流路１０１を通って排気される。また、筐体９０の下端側周縁部に壁部９２を設けていることから、当該筐体９０内への窒素ガスの侵入が抑えられる。

更に、吸着領域Ｐ１と反応領域Ｐ２との間に窒素ガスを供給しているので、処理ガスとプラズマ発生用ガス（プラズマ）とが互いに混合しないように各ガスが排気される。また、回転テーブル２の下方側にパージガスを供給しているため、回転テーブル２の下方側に拡散しようとするガスは、前記パージガスにより排気口６１、６２側へと押し戻される。更に、中心部領域Ｃに分離ガスを供給しているため、当該中心部領域Ｃでは処理ガスとプラズマ発生用ガスやプラズマとの混合が抑制される。

上述の実施の形態によれば、プラズマ発生用ガスノズル３２を回転テーブル２の中心部側と外縁部側との間に直線状に配置して、このプラズマ発生用ガスノズル３２の長さ方向に沿うようにアンテナ８３の直線部位８３ａを設けている。そして、スリット９７が形成されたファラデーシールド９５をアンテナ８３とプラズマ発生用ガスノズル３２との間に配置して、このスリット９７について、直線部位８３ａの両端から屈曲して伸びる部位の下方側には形成せずに、前記直線部位８３ａに対応する部位だけに設けている。そのため、各々のスリット９７の形状を揃えることができるので、各スリット９７を通過する磁界の量についても揃えることができ、従ってウエハＷの面内に亘って均一性の高い処理を行うことができる。

また、筐体９０の下面側周縁部に壁部９２を周方向に亘って形成すると共に、当該壁部９２により囲まれる領域である反応領域Ｐ２について、真空容器１の他の領域よりも陽圧となるようにアンモニアガスの吐出量を調整している。更に、プラズマ発生用ガスノズル３２を反応領域Ｐ２における回転テーブル２の回転方向上流側に配置すると共に、このプラズマ発生用ガスノズル３２の吐出孔３３について、前記回転方向上流側における壁部９２に対向するように形成している。そのため、反応領域Ｐ２への窒素ガスの侵入を阻止できるので、当該反応領域Ｐ２に亘ってウエハＷとプラズマとの接触領域を広く確保することができる。

そして、回転テーブル２の回転速度によって内周側と外周側との間で生じる速度差が解消されるように、反応領域Ｐ２のレイアウトを調整している。従って、既述のように回転テーブル２の半径方向に亘ってプラズマの量が均一化され、更にプラズマとウエハＷとの接触時間が均一化されているので、ウエハＷの面内に亘って均一なプラズマ処理を行うことができる。即ち、既に詳述したように、ＤＣＳガスについてはウエハＷに速やかに吸着するので、吸着領域Ｐ１をそれ程広く形成しなくても、吸着層はウエハＷの面内に亘って均一に形成される。一方、この吸着層を反応させるにあたっては、アンモニアガスのプラズマはそれ程反応性が高くない。そのため、プラズマの濃度及びプラズマとウエハＷとの接触時間を均一化することにより、反応生成物の膜厚をウエハＷの面内に亘って均一化できる。

また、直線部位８３ａを上下方向に積層して、一方対向部位８３ｂについては回転テーブル２の回転方向に沿って横並びに配置している。従って、直線部位８３ａの下方位置にてアンモニアガスのプラズマが速やかに発生し、一方プラズマが不活性化して生成するアンモニアガスについては前記対向部位８３ｂの下方側にて再プラズマ化する。そのため、既述のように、反応領域Ｐ２においてプラズマを広く滞留させることができる。そして、アンモニアガスの再プラズマ化を行うにあたって、当該再プラズマ化に必要な磁界成分の分だけ対向部位８３ｂを配置しており、余分な対向部位８３ｂは設けていない。更に、直線部位８３ａと対向部位８３ｂとを共通の高周波電源８５に接続している。従って、装置のコストアップを抑制しながら、以上説明したように均一性の高い処理を行うことができる。
更に、プラズマ発生用ガスノズル３２の上方側にはスリット９７を形成していないので、当該プラズマ発生用ガスノズル３２の内部あるいは外壁に反応生成物などの付着物が付着することを抑制できる。

図１２は、本発明の他の実施の形態を示している。即ち、対向部位８３ｂについては、上下方向に積層しても良い。あるいは、直線部位８３ａや対向部位８３ｂを備えたアンテナ８３とは別に、プラズマの不活性化によって生成したアンモニアガスの再プラズマ化を行うための補助アンテナ３００を当該アンテナ８３に対して回転テーブル２の回転方向下流側に配置しても良い。補助アンテナ３００については、アンテナ８３の高周波電源８５に接続しても良いし、あるいは高周波電源８５とは別の図示しない高周波電源に接続しても良い。

図１３は、筐体９０の下方側におけるアンモニアガスの分布をシミュレーションした結果を示しており、プラズマ発生用ガスノズル３２から反応領域Ｐ２に供給されたアンモニアガスは、当該反応領域Ｐ２にて拡散しながら第２の排気口６２に向かって通流していることが分かる。従って、第２の排気口６２について、筐体９０に対して回転テーブル２の回転方向下流側且つ回転テーブル２の外側に配置することにより、反応領域Ｐ２に亘ってアンモニアガス（プラズマ）を拡散させることができると言える。

既述の図６などでは、直線部位８３ａだけでなく対向部位８３ｂについても直線状に形成したが、対向部位８３ｂについては曲線状に配置して、平面で見た時にアンテナ８３がいわば半円状となるように形成しても良い。そして、この対向部位８３ｂについても、長さ方向に沿ってスリット９７を配置しても良い。即ち、本発明では、プラズマ発生用ガスノズル３２の近傍にてウエハＷが通過する領域に対応する部位ではアンテナ８３を直線状に配置すれば良く、従って他の部分（対向部位８３ｂや巻回部位８３ｃ）については曲線状に形成しても良い。また、対向部位８３ｂに近接する巻回部位８３ｃにスリット９７を形成しても良い。即ち、本発明において「スリット９７を形成していない巻回部位８３ｃ」とは、アンテナ８３のうち直線部位８３ａの両端から各々屈曲して伸びる部分であり、既述の例ではアンテナ８３が上下方向に３巻された巻回部位８３ｃを指している。アンテナ８３としては、鉛直軸周りに３段に巻回することに代えて、１段だけ巻回しても良い。
また、プラズマ発生用ガスノズル３２としては、既述のガスインジェクター方式に代えて、下面側が開口すると共に回転テーブル２の半径方向に沿って伸びる概略箱状体を真空容器１内に設けて、この箱状体の長さ方向にガス吐出孔３３を形成した構成を用いても良い。

以上説明した装置を用いて成膜する成膜種としては、窒化シリコン膜に代えて、酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜や窒化チタン（ＴｉＮ）膜などを成膜しても良い。酸化シリコン膜の場合には、プラズマ発生用ガスとして例えば酸素（Ｏ2）ガスが用いられる。窒化チタン膜の場合には、吸着ガス及びプラズマ発生用ガスとして、夫々チタンを含む有機系のガス及びアンモニアガスが用いられる。また、酸化シリコン膜や窒化チタン膜以外にも、窒化物、酸化物あるいは水素化物からなる反応生成物の成膜に本発明を適用しても良い。窒化物、酸化物及び水素化物を夫々成膜する場合に使用されるプラズマ発生用ガスとしては、夫々アンモニアガス、酸素ガス及び水素（Ｈ2）ガスなどが挙げられる。

また、吸着領域Ｐ１から見て回転テーブル２の回転方向下流側且つ反応領域Ｐ２から見て回転テーブル２の回転方向上流側の位置に、以上説明したプラズマ発生用ガスノズル３２や筐体９０を配置して、当該位置において別のプラズマ処理を行っても良い。この場合には、前記別のプラズマ処理は、アルゴン（Ａｒ）ガスをプラズマ発生用ガスとして用いることにより、ウエハＷ上に生成した反応生成物のプラズマ改質処理を行っても良い。また、このようなプラズマ改質処理を行う場合には、反応生成物を複数層積層する度に、当該プラズマ改質処理を行っても良い。即ち、回転テーブル２が複数回回転する毎に、プラズマ改質処理を行っても良い。

Ｗ ウエハ
１ 真空容器
２ 回転テーブル
Ｐ１ 吸着領域
Ｐ２ 反応領域
３１、３２、３４ ガスノズル
８３ アンテナ
９５ ファラデーシールド
９７ スリット

Claims (7)

1. 真空容器内にて基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、
   基板を載置する基板載置領域を公転させるための回転テーブルと、
   前記基板載置領域に対向し、プラズマ発生用のガスの吐出口が前記回転テーブルの外周部側から中心部側に向かって直線状に配列されたノズル部と、
   前記ノズル部よりも前記回転テーブルの回転方向下流側にて当該ノズル部に沿って基板の通過領域を跨ぐように伸びる直線部位と、当該直線部位に対して平面で見た時に離間した領域に位置する部位と、を備えると共に、上下方向に伸びる軸の周りに巻回され、前記ガスが供給される処理領域に誘導プラズマを発生させるためのアンテナと、
   前記アンテナと前記処理領域との間に当該処理領域とは気密に区画して設けられ、前記アンテナにより発生する電磁界のうち電界を遮断するための導電板と、前記導電板に、前記アンテナの対応する部位と各々直交して形成され、前記電磁界のうちの磁界を通過させるためのスリットの群と、を備えたファラデーシールドと、を備え、
   前記アンテナは、前記軸の周りに複数周巻回され、
   前記離間した領域に位置する部位は、当該直線部位に対して前記回転テーブルの回転方向下流側に配置されると共に、複数周巻回された前記部位のうち一の部位と他の部位とが前記回転テーブルの回転方向に沿って互いに位置ずれするように配置され、
   少なくとも前記直線部位の下方側には前記スリットの群が形成され、前記直線部位の端部から屈曲する屈曲部位の下方側は、スリットの群が存在しない導電板の部位が位置することを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記離間した領域に位置する部位は、前記直線部位に対して前記回転テーブルの回転方向下流側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記アンテナは、前記直線部位に対して前記ノズル部とは反対側に位置する他の直線部位を備え、
   前記他の直線部位の下方側には前記スリットの群が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記アンテナは、前記軸の周りに複数周巻回され、前記ノズル部に近い直線部位が複数段積層されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
5. 前記回転テーブルの中央から放射状に延びかつ回転テーブルの周方向に離れた２本の線に沿った側部を有する扇型状に処理領域を区画するように、前記真空容器の天板から下に向かう壁部を設け、
   前記ノズル部は、前記処理領域の上流側に位置する壁部の近傍にて当該壁部に沿って伸びていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
6. 前記回転テーブル上の基板における回転中心側の端部が当該回転テーブルの回転によって移動する時の速度をＶＩ、前記基板における前記回転テーブルの周縁部側の端部が当該回転テーブルの回転によって移動する時の速度をＶＯ、前記回転中心側の端部及び前記周縁部側の端部が通過する前記処理領域の長さ寸法を夫々ＬＩ、ＬＯとすると、
   （ＶＩ÷ＶＯ）と、（ＬＩ÷ＬＯ）と、が揃うように、前記壁部が配置されていることを特徴とする請求項５に記載のプラズマ処理装置。
7. 真空容器内にて基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理方法において、
   回転テーブル上の基板載置領域に基板を載置して、回転テーブルによりこの基板を公転させる工程と、
   この回転テーブルに対向して当該回転テーブルの外周部側から中心部側に向かって直線状に伸びるように設けられたノズル部から、このノズル部の長さ方向に沿って前記真空容器内における処理領域にプラズマ発生用のガスを供給する工程と、
   前記ノズル部よりも前記回転テーブルの回転方向下流側にて当該ノズル部に沿って基板の通過領域を跨ぐように伸びる直線部位と、当該直線部位に対して平面で見た時に離間した領域に位置する部位と、を備えると共に上下方向に伸びる軸の周りに巻回されたアンテナにより、前記処理領域に誘導プラズマを発生させる工程と、
   前記アンテナと前記処理領域との間に当該処理領域とは気密に区画して設けられた導電板により、前記アンテナにより発生する電磁界のうち電界を遮断すると共に、前記アンテナの対応する部位と各々直交するように前記導電板に形成されたスリットの群を介して前記電磁界のうち磁界を通過させる工程と、を含み、
   前記アンテナは、前記軸の周りに複数周巻回され、
   前記離間した領域に位置する部位は、当該直線部位に対して前記回転テーブルの回転方向下流側に配置されると共に、複数周巻回された前記部位のうち一の部位と他の部位とが前記回転テーブルの回転方向に沿って互いに位置ずれするように配置され、
   少なくとも前記直線部位の下方側には前記スリットの群が形成され、前記直線部位の端部から屈曲する屈曲部位の下方側は、スリットの群が存在しない導電板の部位が位置することを特徴とするプラズマ処理方法。