JP6647180B2 - アンテナ装置及びこれを用いたプラズマ発生装置、並びにプラズマ処理装置 - Google Patents

アンテナ装置及びこれを用いたプラズマ発生装置、並びにプラズマ処理装置 Download PDF

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Description

本発明は、アンテナ装置及びこれを用いたプラズマ発生装置、並びにプラズマ処理装置に関する。
従来から、プラズマ生成用のガスを誘導結合によりプラズマ化するために、真空容器内に設けられた回転テーブルの中央部から外周部に亘って延びるように回転テーブルの基板載置領域側の面に対向して設けられたアンテナを有し、アンテナは、基板載置領域における回転テーブルの中央部側との離間距離が、外周部側の離間距離よりも３ｍｍ以上大きくなるように配置されているとともに、複数の直線部分と、直線部分同士を連結する節部分とからなり、節部分にて折り曲げることができるように構成されている成膜装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、特許文献１には、回転テーブルの中央部側のアンテナの引き上げ機構も記載されており、アンテナを引き上げ機構にて傾斜させる機構も記載されている。
特開２０１３−８４７３０号公報
しかしながら、特許文献１に記載の構成では、アンテナの引き上げ動作までは自動化しているものの、アンテナの折り曲げを自動化する構成は記載されていない。適切なプラズマ強度分布は、プロセス毎に異なるため、アンテナの折り曲げ形状も、プロセス毎に変化させることが好ましい。このような場合、プラズマの折り曲げ形状を自動的に変化させることができなければ、作業者がアンテナを装置から外して調整作業を行う必要があり、歩留りが低下するとともに、作業者も労力を要する。
そこで、本発明は、アンテナの形状を自動的に変化させることができるアンテナ装置及びこれを用いたプラズマ発生装置、並びにプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係るアンテナ装置は、長手方向及び短手方向を有する所定の周回形状を形成するように、前記所定の周回形状に沿って延在し、前記長手方向における連結位置が前記短手方向において対向して対をなすように端部同士が連結された複数のアンテナ部材と、
隣接する該複数のアンテナ部材の端部同士を連結する変形可能で導電性を有する連結部材と、
前記複数のアンテナ部材の少なくとも２個に個別に連結され、前記複数のアンテナ部材の少なくとも２個を上下動させて前記連結部材を支点とする曲げ角度を変更可能な少なくとも２個の上下動機構と、を有する。
本発明によれば、アンテナの形状を自動的に変化させることができ、アンテナの形状を、プロセスに応じて適切なアンテナの形状に容易に変化させることができる。
本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置の一例の概略縦断面図である。 本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置の一例の概略平面図である。 本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置のサセプタの同心円に沿った断面図である。 本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置のプラズマ発生部の一例の縦断面図である。 本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置のプラズマ発生部の一例の分解斜視図である。 本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置のプラズマ発生部に設けられる筐体の一例の斜視図である。 本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置のサセプタの回転方向に沿って真空容器を切断した縦断面図を示した図である。 本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置のプラズマ処理領域に設けられたプラズマ処理用ガスノズルを拡大して示した斜視図である。 本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置のプラズマ発生部の一例の平面図である。 本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置のプラズマ発生部に設けられるファラデーシールドの一部を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るアンテナ装置及びプラズマ発生装置の斜視図である。 本発明の実施形態に係るアンテナ装置及びプラズマ発生装置の側面図である。 本発明の実施形態に係るアンテナ装置及びプラズマ発生装置のアンテナの一例の側面図である。 本発明の実施形態に係るアンテナ装置及びプラズマ発生装置のアンテナの種々の形状の例を示した図である。 本発明の実施例に係るアンテナ装置、プラズマ発生装置及びプラズマ処理装置の実施結果を示した図である。
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。
［プラズマ処理装置の構成］
図１に、本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置の一例の概略縦断面図を示す。また、図２に、本実施形態に係るプラズマ処理装置の一例の概略平面図を示す。なお、図２では、説明の便宜上、天板１１の描画を省略している。
図１に示すように、本実施形態に係るプラズマ処理装置は、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内に設けられ、真空容器１の中心に回転中心を有すると共にウェハＷを公転させるためのサセプタ２と、を備えている。
真空容器１は、ウェハＷを収容してウェハＷの表面上に形成された膜等にプラズマ処理を行うための処理室である。真空容器１は、サセプタ２の後述する凹部２４に対向する位置に設けられた天板（天井部）１１と、容器本体１２とを備えている。また、容器本体１２の上面の周縁部には、リング状に設けられたシール部材１３が設けられている。そして、天板１１は、容器本体１２から着脱可能に構成されている。平面視における真空容器１の直径寸法（内径寸法）は、限定されないが、例えば１１００ｍｍ程度とすることができる。
真空容器１内の上面側における中央部には、真空容器１内の中心部領域Ｃにおいて互いに異なる処理ガス同士が混ざり合うことを抑制するために分離ガスを供給する、分離ガス供給管５１が接続されている。
サセプタ２は、中心部にて概略円筒形状のコア部２１に固定されており、このコア部２１の下面に接続されると共に鉛直方向に伸びる回転軸２２に対して、鉛直軸周り、図２に示す例では時計回りに、駆動部２３によって回転自在に構成されている。サセプタ２の直径寸法は、限定されないが、例えば１０００ｍｍ程度とすることができる。
回転軸２２及び駆動部２３は、ケース体２０に収納されており、このケース体２０は、上面側のフランジ部分が真空容器１の底面部１４の下面に気密に取り付けられている。また、このケース体２０には、サセプタ２の下方領域に窒素ガス等をパージガス（分離ガス）として供給するためのパージガス供給管７２が接続されている。
真空容器１の底面部１４におけるコア部２１の外周側は、サセプタ２に下方側から近接するようにリング状に形成されて突出部１２ａをなしている。
サセプタ２の表面部には、直径寸法が例えば３００ｍｍのウェハＷを載置するための円形状の凹部２４が基板載置領域として形成されている。この凹部２４は、サセプタ２の回転方向に沿って、複数個所、例えば５箇所に設けられている。凹部２４は、ウェハＷの直径よりも僅かに、具体的には１ｍｍ乃至４ｍｍ程度大きい内径を有する。また、凹部２４の深さは、ウェハＷの厚さにほぼ等しいか、又はウェハＷの厚さよりも大きく構成される。したがって、ウェハＷが凹部２４に収容されると、ウェハＷの表面と、サセプタ２のウェハＷが載置されない領域の表面とが同じ高さになるか、ウェハＷの表面がサセプタ２の表面よりも低くなる。なお、凹部２４の深さは、ウェハＷの厚さよりも深い場合であっても、あまり深くすると成膜に影響が出ることがあるので、ウェハＷの厚さの３倍程度の深さまでとすることが好ましい。また、凹部２４の底面には、ウェハＷを下方側から突き上げて昇降させるための例えば後述する３本の昇降ピンが貫通する、図示しない貫通孔が形成されている。
図２に示すように、サセプタ２の回転方向に沿って、第１の処理領域Ｐ１と、第２の処理領域Ｐ２と、第３の処理領域Ｐ３とが互いに離間して設けられる。第３の処理領域Ｐ３は、プラズマ処理領域であるので、以後、プラズマ処理領域Ｐ３と表してもよいこととする。また、サセプタ２における凹部２４の通過領域と対向する位置には、例えば石英からなる複数本、例えば７本のガスノズル３１、３２、３３、３４、３５、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。これら各々のガスノズル３１〜３５、４１、４２は、サセプタ２と天板１１との間に配置される。また、これら各々のガスノズル３１〜３４、４１、４２は、例えば真空容器１の外周壁から中心部領域Ｃに向かってウェハＷに対向して水平に伸びるように取り付けられている。一方、ガスノズル３５は、真空容器１の外周壁から中心領域Ｃに向かって延びた後、屈曲して直線的に中心部領域Ｃに沿うように反時計回り（サセプタ２の回転方向の反対方向）に延びている。図２に示す例では、後述する搬送口１５から時計回り（サセプタ２の回転方向）に、プラズマ処理用ガスノズル３３、３４、プラズマ処理用ガスノズル３５、分離ガスノズル４１、第１の処理ガスノズル３１、分離ガスノズル４２、第２の処理ガスノズル３２がこの順番で配列されている。なお、第２の処理ガスノズル３２で供給されるガスは、プラズマ処理用ガスノズル３３〜３５で供給されるガスと同質のガスが供給される場合が多いが、プラズマ処理用ガスノズル３３〜３５で当該ガスの供給が十分な場合には、必ずしも設けられなくてもよい。
また、プラズマ処理用ガスノズル３３〜３５は、１本のプラズマ処理用ガスノズルで代用してもよい。この場合、例えば、第２の処理ガスノズル３２と同様に、真空容器１の外周壁から中心領域Ｃに向かって延びたプラズマ処理用ガスノズルを設けるようにしてもよい。
第１の処理ガスノズル３１は、第１の処理ガス供給部をなしている。また、第２の処理ガスノズル３２は、第２の処理ガス供給部をなしている。更に、プラズマ処理用ガスノズル３３〜３５は、各々プラズマ処理用ガス供給部をなしている。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。
各ノズル３１〜３５、４１、４２は、流量調整バルブを介して、図示しない各々のガス供給源に接続されている。
これらのノズル３１〜３５、４１、４２の下面側（サセプタ２に対向する側）には、前述の各ガスを吐出するためのガス吐出孔３６がサセプタ２の半径方向に沿って複数箇所に例えば等間隔に形成されている。各ノズル３１〜３５、４１、４２の各々の下端縁とサセプタ２の上面との離間距離が例えば１〜５ｍｍ程度となるように配置されている。
第１の処理ガスノズル３１の下方領域は、第１の処理ガスをウェハＷに吸着させるための第１の処理領域Ｐ１であり、第２の処理ガスノズル３２の下方領域は、第１の処理ガスと反応して反応生成物を生成可能な第２の処理ガスをウェハＷに供給する第２の処理領域Ｐ２である。また、プラズマ処理用ガスノズル３３〜３５の下方領域は、ウェハＷ上の膜の改質処理を行うための第３の処理領域Ｐ３となる。分離ガスノズル４１、４２は、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２及び第３の処理領域Ｐ３と第１の処理領域Ｐ１とを分離する分離領域Ｄを形成するために設けられる。なお、第２の処理領域Ｐ２と第３の処理領域Ｐ３との間には分離領域Ｄは設けられていない。第２の処理領域Ｐ２で供給する第２の処理ガスと、第３処理領域Ｐ３で供給する混合ガスは、混合ガスに含まれている成分の一部が第２の処理ガスと共通する場合が多いので、特に分離ガスを用いて第２の処理領域Ｐ２と第３の処理領域Ｐ３とを分離する必要が無いからである。
詳細は後述するが、第１の処理ガスノズル３１からは、成膜しようとする膜の主成分をなす原料ガスが第１の処理ガスとして供給される。例えば、成膜しようとする膜がシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）の場合には、有機アミノシランガス等のシリコン含有ガスが供給される。第２の処理ガスノズル３２からは、原料ガスと反応して反応生成物を生成可能な反応ガスが第２の処理ガスとして供給される。例えば、成膜しようとする膜がシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）の場合には、酸素ガス、オゾンガス等の酸化ガスが供給される。プラズマ処理用ガスノズル３３〜３５からは、成膜された膜の改質処理を行うため、第２の処理ガスと同様のガスと希ガスとを含む混合ガスが供給される。ここで、プラズマ処理用ガスノズル３３〜３５は、サセプタ２上の異なる領域にガスを供給する構造となっているので、領域毎に、希ガスの流量比を異ならせ、改質処理が全体で均一に行われるように供給してもよい。
図３に、本実施形態に係るプラズマ処理装置のサセプタの同心円に沿った断面図を示す。なお、図３は、分離領域Ｄから第１の処理領域Ｐ１を経て分離領域Ｄまでの断面図である。
分離領域Ｄにおける真空容器１の天板１１には、概略扇形の凸状部４が設けられている。凸状部４は、天板１１の裏面に取り付けられており、真空容器１内には、凸状部４の下面である平坦な低い天井面４４（第１の天井面）と、この天井面４４の周方向両側に位置する、天井面４４よりも高い天井面４５（第２の天井面）とが形成される。
天井面４４を形成する凸状部４は、図２に示すように、頂部が円弧状に切断された扇型の平面形状を有している。また、凸状部４には、周方向中央において、半径方向に伸びるように形成された溝部４３が形成され、分離ガスノズル４１、４２がこの溝部４３内に収容されている。なお、凸状部４の周縁部（真空容器１の外縁側の部位）は、各処理ガス同士の混合を阻止するために、サセプタ２の外端面に対向すると共に容器本体１２に対して僅かに離間するように、Ｌ字型に屈曲している。
第１の処理ガスノズル３１の上方側には、第１の処理ガスをウェハＷに沿って通流させるために、且つ分離ガスがウェハＷの近傍を避けて真空容器１の天板１１側を通流するように、ノズルカバー２３０が設けられている。ノズルカバー２３０は、図３に示すように、第１の処理ガスノズル３１を収納するために下面側が開口する概略箱形のカバー体２３１と、このカバー体２３１の下面側開口端におけるサセプタ２の回転方向上流側及び下流側に各々接続された板状体である整流板２３２とを備えている。なお、サセプタ２の回転中心側におけるカバー体２３１の側壁面は、第１の処理ガスノズル３１の先端部に対向するようにサセプタ２に向かって伸び出している。また、サセプタ２の外縁側におけるカバー体２３１の側壁面は、第１の処理ガスノズル３１に干渉しないように切り欠かれている。
図２に示されるように、プラズマ処理用ガスノズル３３〜３５の上方側には、真空容器１内に吐出されるプラズマ処理用ガスをプラズマ化するために、プラズマ発生装置８０が設けられている。
図４に、本実施形態に係るプラズマ発生部の一例の縦断面図を示す。また、図５に、本実施形態に係るプラズマ発生部の一例の分解斜視図を示す。さらに、図６に、本実施形態に係るプラズマ発生部に設けられる筐体の一例の斜視図を示す。
プラズマ発生装置８０は、金属線等から形成されるアンテナ８３をコイル状に例えば鉛直軸回りに３重に巻回して構成されている。また、プラズマ発生装置８０は、平面視でサセプタ２の径方向に伸びる帯状体領域を囲むように、且つサセプタ２上のウェハＷの直径部分を跨ぐように配置されている。
アンテナ８３は、整合器８４を介して周波数が例えば１３．５６ＭＨｚ及び出力電力が例えば５０００Ｗの高周波電源８５に接続されている。そして、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設けられている。なお、図１及び図３において、アンテナ８３と整合器８４及び高周波電源８５とを電気的に接続するための接続電極８６が設けられている。
なお、アンテナ８３は、上下に折り曲げ可能な構成を有し、アンテナ８３を自動的に上下に折り曲げ可能な上下動機構が設けられるが、図２においてはそれらの詳細は省略されている。その詳細については後述する。
図４及び図５に示すように、プラズマ処理用ガスノズル３３〜３５の上方側における天板１１には、平面視で概略扇形に開口する開口部１１ａが形成されている。
開口部１１ａには、図４に示すように、開口部１１ａの開口縁部に沿って、この開口部１１ａに気密に設けられる環状部材８２を有する。後述する筐体９０は、この環状部材８２の内周面側に気密に設けられる。即ち、環状部材８２は、外周側が天板１１の開口部１１ａに臨む内周面１１ｂに対向すると共に、内周側が後述する筐体９０のフランジ部９０ａに対向する位置に、気密に設けられる。そして、この環状部材８２を介して、開口部１１ａには、アンテナ８３を天板１１よりも下方側に位置させるために、例えば石英等の誘導体により構成された筐体９０が設けられる。筐体９０の底面は、プラズマ発生領域Ｐ２の天井面４６を構成する。
筐体９０は、図６に示すように、上方側の周縁部が周方向に亘ってフランジ状に水平に伸び出してフランジ部９０ａをなすと共に、平面視において、中央部が下方側の真空容器１の内部領域に向かって窪むように形成されている。
筐体９０は、この筐体９０の下方にウェハＷが位置した場合に、サセプタ２の径方向におけるウェハＷの直径部分を跨ぐように配置されている。なお、環状部材８２と天板１１との間には、Ｏ−リング等のシール部材１１ｃが設けられる。
真空容器１の内部雰囲気は、環状部材８２及び筐体９０を介して気密に設定されている。具体的には、環状部材８２及び筐体９０を開口部１１ａ内に落とし込み、次いで環状部材８２及び筐体９０の上面であって、環状部材８２及び筐体９０の接触部に沿うように枠状に形成された押圧部材９１によって筐体９０を下方側に向かって周方向に亘って押圧する。さらに、この押圧部材９１を図示しないボルト等により天板１１に固定する。これにより、真空容器１の内部雰囲気は気密に設定される。なお、図５においては、簡単のため、環状部材８２を省略して示している。
図６に示すように、筐体９０の下面には、当該筐体９０の下方側の処理領域Ｐ２を周方向に沿って囲むように、サセプタ２に向かって垂直に伸び出す突起部９２が形成されている。そして、この突起部９２の内周面、筐体９０の下面及びサセプタ２の上面により囲まれた領域には、前述したプラズマ処理用ガスノズル３３〜３５が収納されている。なお、プラズマ処理用ガスノズル３３〜３５の基端部（真空容器１の内壁側）における突起部９２は、プラズマ処理用ガスノズル３３〜３５の外形に沿うように概略円弧状に切り欠かれている。
筐体９０の下方（第２の処理領域Ｐ２）側には、図４に示すように、突起部９２が周方向に亘って形成されている。シール部材１１ｃは、この突起部９２によって、プラズマに直接曝されず、即ち、第２の処理領域Ｐ２から隔離されている。そのため、第２の処理領域Ｐ２からプラズマが例えばシール部材１１ｃ側に拡散しようとしても、突起部９２の下方を経由して行くことになるので、シール部材１１ｃに到達する前にプラズマが失活することとなる。
また、図４に示すように、筐体９０の下方の第３の処理領域Ｐ３内には、プラズマ処理用ガスノズル３３〜３５が設けられ、アルゴンガス供給源１２０、ヘリウムガス供給源１２１及び酸素ガス供給源１２２に接続されている。また、プラズマ処理用ガスノズル３３〜３５とアルゴンガス供給源１２０、ヘリウムガス供給源１２１及び酸素ガス供給源１２２との間には、各々に対応する流量制御器１３０、１３１、１３２が設けられている。アルゴンガス供給源１２０、ヘリウムガス供給源１２１及び酸素ガス供給源１２２から各々流量制御器１３０、１３１、１３２を介してＡｒガス、Ｈｅガス及びＯ２ガスが所定の流量比（混合比）で各プラズマ処理用ガスノズル３３〜３５に供給され、供給される領域に応じてＡｒガス、Ｈｅガス及びＯ２ガスが定められる。
なお、プラズマ処理用ガスノズルが１本の場合には、例えば、上述のＡｒガス、Ｈｅガス及びＯ２ガスの混合ガスを１本のプラズマ処理用ガスノズルに供給するようにする。
図７は、サセプタ２の回転方向に沿って真空容器１を切断した縦断面図を示した図である。図７に示されるように、プラズマ処理中にはサセプタ２が時計周りに回転するので、Ｎ２ガスがこのサセプタ２の回転に連れられてサセプタ２と突起部９２との間の隙間から筐体９０の下方側に侵入しようとする。そのため、隙間を介して筐体９０の下方側へのＮ２ガスの侵入を阻止するために、隙間に対して筐体９０の下方側からガスを吐出させている。具体的には、プラズマ発生用ガスノズル３３のガス吐出孔３６について、図４及び図７に示すように、この隙間を向くように、即ちサセプタ２の回転方向上流側且つ下方を向くように配置している。鉛直軸に対するプラズマ発生用ガスノズル３３のガス吐出孔３６の向く角度θは、図７に示すように例えば４５°程度であってもよいし、突起部９２の内側面に対向するように、９０°程度であってもよい。つまり、ガス吐出孔３６の向く角度θは、Ｎ２ガスの侵入を適切に防ぐことができる４５°〜９０°程度の範囲内で用途に応じて設定することができる。
図８は、プラズマ処理領域Ｐ３に設けられたプラズマ処理用ガスノズル３３〜３５を拡大して示した斜視図である。図８に示されるように、プラズマ処理用ガスノズル３３は、ウェハＷが配置される凹部２４の全体をカバーでき、ウェハＷの全面にプラズマ処理用ガスを供給可能なノズルである。一方、プラズマ処理用ガスノズル３４は、プラズマ処理用ガスノズル３３よりもやや上方に、プラズマ処理用ガスノズル３３と略重なるように設けられた、プラズマ処理用ガスノズル３３の半分程度の長さを有するノズルである。また、プラズマ処理用ガスノズル３５は、真空容器１の外周壁から扇型のプラズマ処理領域Ｐ３のサセプタ２の回転方向下流側の半径に沿うように延び、中心領域Ｃ付近に到達したら中心領域Ｃに沿うように直線的に屈曲した形状を有している。以後、区別の容易のため、全体をカバーするプラズマ処理用ガスノズル３３をベースノズル３３、外側のみカバーするプラズマ処理用ガスノズル３４を外側ノズル３４、内側まで延びたプラズマ処理用ガスノズル３５を軸側ノズル３５と呼んでもよいこととする。
ベースノズル３３は、プラズマ処理用ガスをウェハＷの全面に供給するためのガスノズルであり、図７で説明したように、プラズマ処理領域Ｐ３を区画する側面を構成する突起部９２の方に向かってプラズマ処理用ガスを吐出する。
一方、外側ノズル３４は、ウェハＷの外側領域に重点的にプラズマ処理用ガスを供給するためのノズルである。
軸側ノズル３５は、ウェハＷのサセプタ２の軸側に近い中心領域にプラズマ処理用ガスを重点的に供給するためのノズルである。
なお、プラズマ処理用ガスノズルを１本とする場合には、ベースノズル３３のみを設けるようにすればよい。
次に、プラズマ発生装置８０のファラデーシールド９５について、より詳細に説明する。図４及び図５に示すように、筐体９０の上方側には、当該筐体９０の内部形状に概略沿うように形成された導電性の板状体である金属板例えば銅などからなる、接地されたファラデーシールド９５が収納されている。このファラデーシールド９５は、筐体９０の底面に沿うように水平に係止された水平面９５ａと、この水平面９５ａの外終端から周方向に亘って上方側に伸びる垂直面９５ｂと、を備えており、平面視で例えば概略六角形となるように構成されていても良い。
図９は、アンテナ８３の構造の詳細及び上下動機構を省略したプラズマ発生装置８０の一例の平面図である。図１０は、プラズマ発生装置８０に設けられるファラデーシールド９５の一部を示す斜視図を示す。
サセプタ２の回転中心からファラデーシールド９５を見た場合の右側及び左側におけるファラデーシールド９５の上端縁は、各々、右側及び左側に水平に伸び出して支持部９６を為している。そして、ファラデーシールド９５と筐体９０との間には、支持部９６を下方側から支持すると共に筐体９０の中心部領域Ｃ側及びサセプタ２の外縁部側のフランジ部９０ａに各々支持される枠状体９９が設けられている。
電界がウェハＷに到達する場合、ウェハＷの内部に形成されている電気配線等が電気的にダメージを受けてしまう場合がある。そのため、図１０に示すように、水平面９５ａには、アンテナ８３において発生する電界及び磁界（電磁界）のうち電界成分が下方のウェハＷに向かうことを阻止すると共に、磁界をウェハＷに到達させるために、多数のスリット９７が形成されている。
スリット９７は、図９及び図１０に示すように、アンテナ８３の巻回方向に対して直交する方向に伸びるように、周方向に亘ってアンテナ８３の下方位置に形成されている。ここで、スリット９７は、アンテナ８３に供給される高周波に対応する波長の１／１００００以下程度の幅寸法となるように形成されている。また、各々のスリット９７の長さ方向における一端側及び他端側には、これらスリット９７の開口端を塞ぐように、接地された導電体等から形成される導電路９７ａが周方向に亘って配置されている。ファラデーシールド９５においてこれらスリット９７の形成領域から外れた領域、即ち、アンテナ８３の巻回された領域の中央側には、当該領域を介してプラズマの発光状態を確認するための開口部９８が形成されている。なお、図２においては、簡単のために、スリット９７を省略しており、スリット９７の形成領域例を、一点鎖線で示している。
図５に示すように、ファラデーシールド９５の水平面９５ａ上には、ファラデーシールド９５の上方に載置されるプラズマ発生装置８０との間の絶縁性を確保するために、厚み寸法が例えば２ｍｍ程度の石英等から形成される絶縁板９４が積層されている。即ち、プラズマ発生装置８０は、筐体９０、ファラデーシールド９５及び絶縁板９４を介して真空容器１の内部（サセプタ２上のウェハＷ）を覆うように配置されている。
次に、本発明の実施形態に係るアンテナ装置８１、プラズマ発生装置８０についてより詳細に説明する。
図１１は、本発明の実施形態に係るアンテナ装置８１及びプラズマ発生装置８０の斜視図である。図１２は、本発明の実施形態に係るアンテナ装置８１及びプラズマ発生装置８０の側面図である。
アンテナ装置８１は、アンテナ８３と、接続電極８６と、上下動機構８７と、リニアエンコーダー８８と、支点治具８９とを有する。
また、プラズマ発生装置８０は、アンテナ装置８１と、整合器８４と、高周波電源８５とを更に備える。
アンテナ８３は、アンテナ部材８３０と、連結部材８３１と、スペーサ８３２とを有する。アンテナ８３は、全体としては、コイル形状、周回形状に構成され、平面視的には、長手方向及び短手方向（又は幅方向）を有する細長い環状に構成される。平面形状としては、角を有する楕円、又は角が取れた長方形の枠に近い形状を有する。このようなアンテナ８３の周回形状は、アンテナ部材８３０を連結することにより形成されている。アンテナ部材８３０は、アンテナ８３の一部を構成する部材であり、周回形状に沿って延在する複数の小さなアンテナ部材８３０の端部同士を連結することにより、アンテナ８３が形成される。アンテナ部材８３０は、直線的な形状を有する直線部８３０１と、直線部８３０１同士を曲げて接続するための曲線的な形状を有する曲線部８３０２とを含む。
そして、直線部８３０１と、曲線部８３０２とを組み合わせて連結することにより、アンテナ部材８３０は、両端部８３０ａ、８３０ｂと、中央部８３０ｃ、８３０ｄとが連結されて全体として周回形状が形成されている。図１１において、アンテナ８３は、全体形状としては、両端部８３０ａ、８３０ｂが円弧に近い形状を有し、中央部８３０ｃ、８３０ｄが直線的な形状を有する。そして、円弧に近い形状の両端部のアンテナ部材８３０ａ、８３０ｂ同士を、中央の直線的な形状のアンテナ部材８３０ｃ、８３０ｄが接続し、中央のアンテナ部材８３０ｃ、８３０ｄ同士が略平行に対向する形状となっている。アンテナ８３は、全体的には、アンテナ部材８３０ｃ、８３０ｄが長辺をなし、アンテナ部材８３０ａ、８３０ｂが短辺をなすような形状となっている。
また、図１１に示されるように、アンテナ部材８３０ａ、８３０ｂは、３本の直線部８３０１同士を２個の曲線部８３０２が連結して円弧形状に近似した形状に形成されている。アンテナ部材８３０ｃは、１本の長い直線部８３０１から構成されている。また、図１１及び図１２に示されるように、アンテナ部材８３０ｄは、２本の長い直線部８３０１とその間の１本の短い直線部を上下に段差を設けて小さな２個の曲線部８３０２が蓮結することにより構成されている。
アンテナ部材８３０は、全体として多段となるように周回形状を形成し、図１１、１２においては、３段の周回形状を形成するアンテナ部材８３０が示されている。
連結部材８３１は、隣接するアンテナ部材８３０同士を連結するための部材であり、導電性を有するとともに、変形可能な材質から構成される。連結部材８３１は、例えば、フレキシブル基板等から構成されてもよく、材質としては、銅材から構成されてもよい。銅材は、高い導電性を有するとともに柔らかい素材であるので、アンテナ部材８３０同士を連結するのに適している。
連結部材８３１は、フレキシブルな材料から構成されているため、連結部材８３１を支点として、アンテナ部材８３０を折り曲げることが可能となる。これにより、アンテナ部材８３０を連結部材８３１の箇所で折り曲げた状態に維持することが可能となり、アンテナ８３の立体形状を種々変化させることができる。アンテナ８３とウェハＷとの距離は、プラズマ処理の強度に影響し、アンテナ８３をウェハＷに接近させるとプラズマ処理の強度が高くなり、アンテナ８３をウェハＷから遠ざけるとプラズマ処理の強度は低くなる傾向がある。
サセプタ２の凹部２４上にウェハＷを載置し、サセプタ２を回転させてプラズマ処理を行うと、ウェハＷはサセプタ２の周方向に沿って配置されているため、サセプタ２の中心側の移動速度が遅く、外周側の移動速度が速くなる。そうすると、長くプラズマに照射されているウェハＷの中心側のプラズマ処理の強度（又は処理量）が、外周側のプラズマ処理の強度よりも高くなる傾向がある。これを是正するために、例えば、中心側に配置された端部のアンテナ部材８３０ａを上方に折り曲げ、外周側に配置されたアンテナ部材８３０ｂを下方に折り曲げるような形状とすれば、中心側のプラズマ処理強度を低下させ、外周側のプラズマ処理強度を高め、サセプタ２の半径方向において、全体のプラズマ処理量を均一化することができる。
なお、図１１においては、４個のアンテナ部材８３０ａ〜８３０ｄを連結するため、４個の連結部材８３１が設けられている。しかしながら、アンテナ部材８３０及び連結部材８３１の個数は、用途に応じて増減させることができる。最低限、両端部のアンテナ部材８３０ａ、８３０ｂが存在すればよく、これを両端部のみならず中央部まで延在する長いＵ型の形状に構成し、２個のアンテナ部材８３０ａとアンテナ部材８３０ｂを２個の連結部材８３１で連結するような構成としてもよい。また、より多様にアンテナ８３の形状を変化させたい場合には、中央部に４個のアンテナ部材８３０を配置し、より折り曲げ可能な箇所を増やすように構成してもよい。
いずれの場合であっても、対向する連結部材８３１の位置が、長手方向において同じ位置となるように、つまり対向するアンテナ部材８３０の長手方向における長さが等しくなるように構成することが好ましい。上述のように、アンテナ８３は、長手方向において高さを調整するものであり、折れ曲がり箇所は、互いに短手方向において対向し、長手方向において一致するように構成することが好ましい。本実施形態においては、アンテナ部材８３０ａとアンテナ部材８３０ｃとを連結する連結部材８３１と、アンテナ部材８３０ａとアンテナ部材８３０ｄとを連結する連結部材８３１は、短手方向において互いに対向し、長手方向において同じ位置となるように構成されている。同様に、アンテナ部材８３０ｂとアンテナ部材８３０ｃとを連結する連結部材８３１と、アンテナ部材８３０ｂとアンテナ部材８３０ｄとを連結する連結部材８３１は、やはり短手方向において互いに対向し、長手方向において同じ位置となるように構成されている。このような構成とすることにより、長手方向におけるプラズマ処理の強度を調整するようにアンテナ８３の形状を変化させることができる。
但し、折り曲げる箇所を斜めにずらして、平行四辺形のような変形を行いたい場合には、短手方向において互いに正面に対向するのではなく、斜め方向において対向し、連結部材８３１の長手方向の位置が、８３０ｃ側と８３０ｄ側とで異なる位置に設定する構成も可能である。
スペーサ８３２は、アンテナ８３が変形しても、上下段で接触してショートが発生しないように、多段のアンテナ部材８３０を上下に離間するための部材である。
上下動機構８７は、アンテナ部材８３０を上下動させるための上下動機構である。上下動機構８７は、アンテナ保持部８７０と、駆動部８７１と、フレーム８７２とを有する。アンテナ保持部８７０は、アンテナ８３を保持する部分であり、駆動部８７１は、アンテナ保持部８７０を介してアンテナ８３を上下動させるための駆動部分である。アンテナ保持部８７０は、アンテナ８３のアンテナ部材８３０を保持できれば、種々の構成を有してよいが、例えば、図１２に示されるように、アンテナ部材８３０の周囲を覆ってアンテナ部材８３０を保持する構造であってもよい。
駆動部８７１も、アンテナ部材８３０を上下動できれば、種々の駆動手段が用いられてよいが、例えば、エアー駆動を行うエアシリンダーを用いてもよい。図１２においては、エアシリンダーを上下動機構８７の駆動部８７１に適用した例が示されている。その他、モータ等も上下動機構８７に用いることができる。
フレーム８７２は、駆動部８７１を保持するための支持部であり、駆動部８７１を適切な位置に保持する。なお、アンテナ保持部８７０は、駆動部８７１により保持されている。
上下動機構８７は、複数のアンテナ部材８３０ａ〜８３０ｄのうち、少なくとも２個以上に個別に設けられる。本実施形態では、アンテナ８３の変形は、作業員が調整するのではなく、上下動機構８７を用いて自動的に行う。よって、アンテナ８３を種々の形状に変形するためには、アンテナ部材８３０ａ〜８３０ｄの各々に個別に上下動機構８７が設けられ、各々が独立した動作をすることが好ましい。よって、好ましくはアンテナ部材８３０ａ〜８３０ｄの各々に個別に上下動機構８７を設けるようにし、総てのアンテナ部材８３０ａ〜８３０ｄに上下動機構８７が設けられない場合であって、少なくとも２個のアンテナ部材８３０ａ〜８３０ｄには、上下動機構８７を設けるようにする。
図１１及び図１２には、上下動機構８７は１個しか示されていないが、折り曲げ対象となるアンテナ部材８３０ａ〜８３０ｄには個別に設けるようにする。例えば、サセプタ２の回転方向の中心側にアンテナ部材８３０ａを上下動させる上下動機構８７を設けるとともに、アンテナ部材８３０ｃ、８３０ｄを上下動させる上下動機構８７を更に設けるようにすれば、アンテナ部材８３０ａ、８３０ｃ、８３０ｄを任意の形状に変形させることができる。その際、例えば、中心側端部のアンテナ部材８３０ａを上方に折り曲げたい場合、アンテナ部材８３０ａを対応する上下動機構８７が引き上げ、アンテナ部材８３０ｃ、８３０ｄを対応する上下動機構８７が固定する又は引き下げる動作を行い、複数の上下動機構８７で協働してアンテナ８３の変形を行うようにしてもよい。連結部材８３１が十分柔らかく、対応する上下動機構８７の上下動のみでアンテナ８３の折り曲げが可能な場合はこのような動作は必ずしも行う必要は無いが、連結部材８３１が変形可能であるが、変形にある程度力を加えることが必要な場合には、このように、複数の上下動機構８７で協働してアンテナ８３の折り曲げ動作を行うようにしてもよい。
なお、アンテナ８３の折り曲げは、連結部材８３１を支点とし、連結部材８３１を挟む両側のアンテナ部材８３０ａ〜８３０ｄと連結部材８３１とで形成する角度を変化させることにより行われる。
リニアエンコーダー８８は、直線軸の位置を検出し、位置情報として出力する装置である。これにより、アンテナ部材８３０ａのファラデーシールド９５の上面からの距離を正確に計測することができる。なお、リニアエンコーダー８８も、正確に位置情報したい任意の箇所に設けることができ、複数個設けるようにしてもよい。また、アンテナ８３の位置、高さを測定できれば、リニアエンコーダー８８は、光学式、磁気式、電磁誘導式のいずれの方式であってもよい。更に、アンテナ８３の位置、高さを測定できれば、リニアエンコーダー８８以外の高さ測定手段を用いてもよい。
支点治具８９は、最も下段のアンテナ部材８３０を回動可能に固定するための部材である。これにより、アンテナ８３を傾斜させることが容易になる。なお、支点治具８９は、外周側の端部の最下段のアンテナ部材８３０ｂを支持するように設けられるのが一般的である。上述のように、中心側を高くするようにアンテナ８３を変形する場合が多いからである。但し、支点治具８９を設けることは必須ではなく、むしろ、アンテナ部材８３０ｂを上下動させる上下動機構８７を設けることが好ましい。
接続電極８６は、アンテナ接続部８６０と、調整用バスバー８６１とを有する。接続電極８６は、高周波電源８５から出力される高周波電力をアンテナ８３に供給する枠割を果たす接続配線である。アンテナ接続部８６０は、アンテナ８３に直接接続される接続配線であり、調整用バスバー８６１は、アンテナ８３の上下動により、アンテナ接続部８６０も上下動したときに、その変形を吸収するために弾力性を有する構造とされた箇所である。電極であるので、総て金属等の導電性材料で構成される。
このように、本発明の実施形態に係るアンテナ装置８１及びプラズマ発生装置８０によれば、アンテナ８３の形状を自動的に任意の形状に変形することができる。これにより、プロセスに応じて適切なアンテナ８３の形状に変形することができ、柔軟に、かつ容易に面内均一性の高いプラズマ処理を行うことができる。
なお、プロセスに応じたアンテナ８３の変形は、例えば、レシピ毎にどのようなアンテナ８３の形状を選択するかが指定されていてもよいし、制御部１２０で判定を行い、適切な形状にアンテナ８３を変形することを上下動機構８７に指示するような構成であってもよい。
図１３は、本発明の実施形態に係るアンテナ装置８１及びプラズマ発生装置８０のアンテナ８３の側面図である。図１３に示されるように、連結部材８３１を支点として、アンテナ部材８３０の曲げ角度を種々変化させるとともに、アンテナ部材８３０の高さも場所に応じて変化させることができる。
図１４は、アンテナ８３の種々の形状の例を示した図である。図１４に示されるように、本発明の実施形態に係るアンテナ装置８１及びプラズマ発生装置８０では、アンテナ８３の形状を、プロセスに応じて種々変形可能である。なお、図１４において、左側がサセプタ２の中心軸側、右側がサセプタ２の外周側である。
図１４（ａ）は、ストレート型に変形したアンテナ８３の側面形状の一例を示した図である。ストレート型では、アンテナ８３の形状は変化させず、中心軸側のアンテナ部材８３０ａのみを引き上げる。これにより、軸側のプラズマ処理を弱くし、外周側のプラズマ処理を相対的に強くすることができる。
図１４（ｂ）は、トランス型に変形したアンテナ８３の側面形状の一例を示した図である。トランス型では、中心軸側のアンテナ部材８３０ａを上側に引き上げるように折り曲げ、外周側のアンテナ部材８３０ｂを下側に引き下げるように折り曲げ、中央部のアンテナ部材８３０ｃ、８３０ｄは略水平に保つ。これにより、図１４（ａ）のストレート型の場合にも、中心側のプラズマ処理量を大幅に低下させ、外周側のプラズマ処理量を大幅に増加させることができる。これにより、中心からの距離の相違によるプラズマ処理の不均衡を是正し、均一なプラズマ処理が可能となる。
図１４（ｃ）は、シス型に変形したアンテナ８３の側面形状の一例を示した図である。シス型では、中心軸側のアンテナ部材８３０ａと外周側のアンテナ部材８３０ｂを引き下げ、半径方向の両端部のプラズマ処理を強くする。例えば、プラズマの性質として、水素を入れたプラズマは空間的に広がる傾向があり、水素を入れないプラズマは空間的に縮む傾向がある。水素を入れたプラズマの例としては、Ｈ２、ＮＨ３等が挙げられ、水素を入れないプラズマの例としては、Ｏ２、Ａｒ等が挙げられる。
つまり、窒化膜を成膜する場合には、プラズマが空間的に広がる傾向があり、酸化膜を成膜する場合には、プラズマが空間的に縮む傾向がある。シス型は、空間的に広がろうとするプラズマを抑制するのに適した形状であり、よって、窒化膜の成膜に適する。このように、成膜する膜の種類、即ちプロセスにより、均一なプラズマ処理を行うためのアンテナ８３の形状は異なるので、このようなアンテナ８３の変形を上下動機構８７等を用いて自動的に行うことは、プロセスの効率化に大きな意義がある。
図１４（ｄ）は、逆シス型に変形したアンテナ８３の側面形状の一例を示した図である。上述のように、酸化膜を成膜する場合には、Ｏ２を用いるためプラズマは縮む傾向があるので、それを広げるように構成された逆シス型のアンテナ８３は、酸化膜の成膜に適したアンテナ形状である。よって、酸化膜を成膜する場合には、逆シス型を採用するようにしてもよい。
このように、プロセスに応じて適したアンテナ形状は異なるので、プロセス毎にアンテナ８３を適切な形状に自動的に変化させることにより、高スループットで面内均一性の高いプラズマ処理を行うことができる。
再び、本実施形態に係るプラズマ処理装置の他の構成要素について、説明する。
サセプタ２の外周側において、サセプタ２よりも僅かに下位置には、図２に示すように、カバー体であるサイドリング１００が配置されている。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例えば２箇所に排気口６１、６２が形成されている。別の言い方をすると、真空容器１の床面には、２つの排気口が形成され、これら排気口に対応する位置におけるサイドリング１００には、排気口６１、６２が形成されている。
本実施形態においては、排気口６１、６２のうち一方及び他方を、各々、第１の排気口６１、第２の排気口６２と呼ぶ。ここでは、第１の排気口６１は、第１の処理ガスノズル３１と、この第１の処理ガスノズル３１に対して、サセプタ２の回転方向下流側に位置する分離領域Ｄとの間において、分離領域Ｄ側に寄った位置に形成されている。また、第２の排気口６２は、プラズマ発生部８１と、このプラズマ発生部８１よりもサセプタ２の回転方向下流側の分離領域Ｄとの間において、分離領域Ｄ側に寄った位置に形成されている。
第１の排気口６１は、第１の処理ガスや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、プラズマ処理用ガスや分離ガスを排気するためのものである。これら第１の排気口６１及び第２の排気口６２は、各々、バタフライバルブ等の圧力調整部６５が介設された排気管６３により、真空廃棄機構である例えば真空ポンプ６４に接続されている。
前述したように、中心部領域Ｃ側から外縁側に亘って筐体９０を配置しているため、処理領域Ｐ２に対してサセプタ２の回転方向上流側から通流してくるガスは、この筐体９０によって排気口６２に向かおうとするガス流が規制されてしまうことがある。そのため、筐体９０よりも外周側におけるサイドリング１００の上面には、ガスが流れるための溝状のガス流路１０１が形成されている。
天板１１の下面における中央部には、図１に示すように、凸状部４における中心部領域Ｃ側の部位と連続して周方向に亘って概略リング状に形成されると共に、その下面が凸状部４の下面（天井面４４）と同じ高さに形成された突出部５が設けられている。この突出部５よりもサセプタ２の回転中心側におけるコア部２１の上方側には、中心部領域Ｃにおいて各種ガスが互いに混ざり合うことを抑制するためのラビリンス構造部１１０が配置されている。
前述したように筐体９０は中心部領域Ｃ側に寄った位置まで形成されているので、サセプタ２の中央部を支持するコア部２１は、サセプタ２の上方側の部位が筐体９０を避けるように回転中心側に形成されている。そのため、中心部領域Ｃ側では、外縁部側よりも、各種ガス同士が混ざりやすい状態となっている。そのため、コア部２１の上方側にラビリンス構造を形成することにより、ガスの流路を稼ぎ、ガス同士が混ざり合うことを防止することができる。
サセプタ２と真空容器１の底面部１４との間の空間には、図１に示すように、加熱機構であるヒータユニット７が設けられている。ヒータユニット７は、サセプタ２を介してサセプタ２上のウェハＷを例えば室温〜３００℃程度に加熱することができる構成となっている。なお、図１に、ヒータユニット７の側方側にカバー部材７１ａが設けられるとともに、ヒータユニット７の上方側を覆う覆い部材７ａが設けられる。また、真空容器１の底面部１４には、ヒータユニット７の下方側において、ヒータユニット７の配置空間をパージするためのパージガス供給管７３が、周方向に亘って複数個所に設けられている。
真空容器１の側壁には、図２に示すように、搬送アーム１０とサセプタ２との間においてウェハＷの受け渡しを行うための搬送口１５が形成されている。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。
サセプタ２の凹部２４は、この搬送口１５に対向する位置にて搬送アーム１０との間でウェハＷの受け渡しが行われる。そのため、サセプタ２の下方側の受け渡し位置に対応する箇所には、凹部２４を貫通してウェハＷを裏面から持ち上げるための図示しない昇降ピン及び昇降機構が設けられている。
また、本実施形態に係るプラズマ処理装置には、装置全体の動作を制御するためのコンピュータからなる制御部１２０が設けられている。この制御部１２０のメモリ内には、後述の基板処理を行うためのプログラが格納されている。このプログラムは、装置の各種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等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。
なお、本実施形態においては、プラズマ処理装置を成膜装置に適用した例について説明したが、エッチング装置等、成膜以外の基板処理を行う基板処理装置に本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置を適用することができる。また、サセプタ２は、回転可能な回転テーブルとして構成された例について説明したが、本実施形態に係るアンテナ装置及びプラズマ発生装置は、プラズマ強度の調整が好ましい種々の基板処理装置に適用できるので、サセプタ２の回転は必ずしも必須ではない。
［プラズマ処理方法］
以下、このような本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法について説明する。
まず、プロセスに応じて、アンテナ８３を所定の形状に変形する。アンテナ８３の変形は、例えば、レシピによりアンテナ８３の形状が指定されていてもよいし、レシピ内容から、制御部１２０が判定を行い、アンテナ８３の形状を所定の形状に変化させるように構成してもよい。アンテナ８３の変形は、各アンテナ部材８３０ａ〜８３０ｄの少なくとも２個に個別に設けられた上下動機構８７により、自動的に行われる。よって、作業者は、プロセスを中断してアンテナ８３の調整を行う必要は無い。
まず、ウェハＷを真空容器１内に搬入する。ウェハＷ等の基板の搬入に際しては、先ず、ゲートバルブＧを開放する。そして、サセプタ２を間欠的に回転させながら、搬送アーム１０により搬送口１５を介してサセプタ２上に載置する。
次いで、ゲートバルブＧを閉じて、真空ポンプ６４及び圧力調整部６５により真空容器１内を所定の圧力にした状態で、サセプタ２を回転させながら、ヒータユニット７によりウェハＷを所定の温度に加熱する。この時、分離ガスノズル４１、４２からは、分離ガス、例えば、Ａｒガスが供給される。
続いて、第１の処理ガスノズル３１からは第１の処理ガスを供給し、第２の処理ガスノズル３２からは第２の処理ガスを供給する。また、プラズマ処理用ガスノズル３３〜３５から、所定の流量でプラズマ処理用ガスを供給する。
ここで、第１の処理ガス、第２の処理ガス及びプラズマ処理用ガスは、用途に応じて種々のガスを用いてよいが、第１の処理ガスノズル３１からは原料ガス、第２の処理ガスノズル３２からは酸化ガス又は窒化ガスを供給する。また、プラズマ処理用ガスノズル３３〜３５からは、第２の処理ガスノズルから供給された酸化ガス又は窒化ガスと類似した酸化ガス又は窒化ガスと、希ガスを含む混合ガスからなるプラズマ処理用ガスを供給する。希ガスは、イオン化エネルギー又はラジカルエネルギーの異なる複数種類の希ガスを用い、プラズマ処理用ガスノズル３３〜３５の供給領域に応じて、異なる種類又は異なる混合比で混合した希ガスを用いるようにする。
ここでは、成膜しようとする膜がシリコン酸化膜であり、第１の処理ガスが有機アミノシランガス、第２の処理ガスが酸素ガス、プラズマ処理用ガスがＨｅ、Ａｒ、Ｏ２の混合ガスからなる場合を例に挙げて説明する。
ウェハＷの表面では、サセプタ２の回転によって第１の処理領域Ｐ１においてＳｉ含有ガス又は金属含有ガスが吸着し、次いで、第２の処理領域Ｐ２においてウェハＷ上に吸着したＳｉ含有ガスが、酸素ガスによって酸化される。これにより、薄膜成分であるシリコン酸化膜の分子層が１層又は複数層形成されて反応生成物が形成される。
更にサセプタ２が回転すると、ウェハＷはプラズマ処理領域Ｐ３に到達し、プラズマ処理によるシリコン酸化膜の改質処理が行われる。プラズマ処理領域Ｐ３で供給されるプラズマ処理用ガスについては、例えば、ベースガスノズル３３からはＡｒ及びＨｅを１：１の割合で含むＡｒ、Ｈｅ、Ｏ２の混合ガス、外側ガスノズル３４からはＨｅ及びＯ２を含み、Ａｒを含まない混合ガス、軸側ガスノズル３５からはＡｒ及びＯ２を含み、Ｈｅを含まない混合ガスを供給する。これにより、ＡｒとＨｅが１：１に含まれる混合ガスを供給するベースノズル３３からの供給を基準とし、角速度が遅くプラズマ処理量が多くなり易い中心軸側の領域では、ベースノズル３３から供給される混合ガスよりも改質力の弱い混合ガスを供給する。また、角速度が速く、プラズマ処理量が不足する傾向がある害種側の領域では、ベースノズル３３から供給される混合ガスよりも改質力の強い混合ガスを供給する。これにより、サセプタ２の角速度の影響を低減することができ、サセプタ２の半径方向において、均一なプラズマ処理を行うことができる。
また、上述のように、アンテナ装置８１及びプラズマ発生装置８０のアンテナ８３は、面内均一性の高いプラズマ処理を行うように変形されているので、面内均一性の高いプラズマ処理を行うことができる。上述のノズル３３〜３５と相俟って、非常に面内均一性の高い成膜を行うことができる。すなわち、アンテナ８３の変形による面内均一性の向上と、プラズマガスの領域毎の供給量の設定による面内均一性を組み合わせることができ、より適切な調整を行うことができる。
また、ノズルが１本の場合であっても、アンテナ８３の変形により、面内均一性を高めるようなアンテナ８３の変形が行われているので、やはり面内均一性の高いプラズマ処理を行うことができる。
なお、プラズマ処理領域Ｐ３にてプラズマ処理を行う際には、プラズマ発生装置８０では、アンテナ８３に対して、所定の出力の高周波電力を供給する。
筐体９０では、アンテナ８３により発生する電界及び磁界のうち電界は、ファラデーシールド９５により反射、吸収又は減衰されて、真空容器１内への到達が阻害される。
また、本実施形態に係るプラズマ処理装置は、スリット９７の長さ方向における一端側及び他端側に導電路９７ａが設けられると共に、アンテナ８３の側方側に垂直面９５ｂを有する。そのため、スリット９７の長さ方向における一端側及び他端側から回り込んでウェハＷ側に向かおうとする電界についても遮断される。
一方、磁界は、ファラデーシールド９５にスリット９７を形成しているので、このスリット９７を通過して、筐体９０の底面を介して真空容器１内に到達する。こうして筐体９０の下方側において、磁界によりプラズマ処理用ガスがプラズマ化される。これにより、ウェハＷに対して電気的ダメージを引き起こしにくい活性種を多く含むプラズマを形成することができる。
本実施形態においては、サセプタ２の回転を続けることにより、ウェハＷ表面への原料ガスの吸着、ウェハＷ表面に吸着した原料ガス成分の酸化、及び反応生成物のプラズマ改質この順番で多数回に亘って行われる。即ち、ＡＬＤ法による成膜処理と、形成された膜の改質処理とが、サセプタ２の回転よって、多数回に亘って行われる。
なお、本実施形態に係るプラズマ処理装置における第１及び第２の処理領域Ｐ１、Ｐ２の間と、第３及び第１の処理領域Ｐ３、Ｐ１の間には、サセプタ２の周方向に沿って分離領域Ｄを配置している。そのため、分離領域Ｄにおいて、処理ガスとプラズマ処理用ガスとの混合が阻止されながら、各ガスが排気口６１、６２に向かって排気されていく。
本実施形態における第１の処理ガスの一例としては、ＤＩＰＡＳ［ジイソプロピルアミノシラン］、３ＤＭＡＳ［トリスジメチルアミノシラン］ガス、ＢＴＢＡＳ［ビスターシャルブチルアミノシラン］、ＤＣＳ［ジクロロシラン］、ＨＣＤ［ヘキサクロロジシラン］等のシリコン含有ガスが挙げられる。
また、ＴｉＮ膜の成膜に本発明の実施形態に係るプラズマ処理方法を適用する場合には、第１の処理ガスには、ＴｉＣｌ４［四塩化チタン］、Ｔｉ(ＭＰＤ)(ＴＨＤ)[チタニウムメチルペンタンジオナトビステトラメチルヘプタンジオナト]、ＴＭＡ［トリメチルアルミニウム］、ＴＥＭＡＺ［テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム］、ＴＥＭＨＦ［テトラキスエチルメチルアミノハフニウム］、Ｓｒ(ＴＨＤ)２［ストロンチウムビステトラメチルヘプタンジオナト］等の金属含有ガスを使用しても良い。
プラズマ処理用ガスとしては、本実施形態では、希ガスとしてはＡｒガスとＨｅガスを用い、これを改質用の酸素ガスと組み合わせた例を挙げて説明したが、他の希ガスを用いてもよいし、酸素ガスの代わりに、オゾンガスや、水を用いることも可能である。
また、窒化膜を成膜するプロセスでは、改質用にＮＨ３ガス又はＮ２ガスを用いるようにしてもよい。更に、必要に応じて、水素含有ガス（Ｈ２ガス、ＮＨ３ガス）との混合ガスを用いてもよい。
また、分離ガスとしては、例えばＡｒガスの他、Ｎ２ガス等も挙げられる。
成膜工程における第１の処理ガスの流量は、限定されないが、例えば５０ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍとすることができる。
プラズマ処理用ガスに含まれる酸素含有ガスの流量は、限定されないが、例えば５００ｓｃｃｍ〜５０００ｓｃｃｍ（一例として５００ｓｃｃｍ）程度とすることができる。
真空容器１内の圧力は、限定されないが、例えば０．５Ｔｏｒｒ〜４Ｔｏｒｒ（一例として１．８Ｔｏｒｒ）程度とすることができる。
ウェハＷの温度は、限定されないが、例えば４０℃〜６５０℃程度とすることができる。
サセプタ２の回転速度は、限定されないが、例えば６０ｒｐｍ〜３００ｒｐｍ程度とすることができる。
このように、本実施形態に係るプラズマ処理方法によれば、プラズマ処理の面内均一性を高めるようにアンテナ８３が変形されているので、面内均一性の高いプラズマ処理を行うことができる。
更に、プロセスが変化する場合であっても、次のプロセスに応じた形状にアンテナ８３を変形することが自動的に行われるため、容易かつ迅速に次のプロセスに入ることができる。
［実施例］
図１５は、本発明の実施例に係るアンテナ装置、プラズマ発生装置及びプラズマ処理装置の実施結果を示した図である。実施例においては、アンテナ８３の形状を種々変化させて成膜を行い、膜のＹ軸上における面内均一性について評価を行った。なお、Ｙ軸とは、サセプタ２における半径方向と同一の方向である。
図１５（ａ）は、比較例１に係るアンテナの形状を示した図である。図１５（ａ）に示されるように、比較例１においては、何らアンテナ８３を変形させず、ファラデーシールド９５上に平置きしたアンテナ８３を用いてＳｉＯ２膜の成膜を行った。この場合、Ｙ軸上の面内均一性は±０．４０％であった。
図１５（ｂ）は、実施例１に係るアンテナの形状を示した図である。図１５（ｂ）に示されるように、中心軸側のアンテナ部材８３０ａを上方に折り曲げ、外周側のアンテナ部材８３０ｂを下方に折り曲げるとともに、中心軸側の高さを８ｍｍ、中央部のアンテナ部材８３０ｃ、８３０ｄの中心寄りの高さを３ｍｍ、中央部のアンテナ部材８３０ｃ、８３０ｄの外周寄りの高さを２ｍｍに設定した。この場合、比較例の場合よりもＹ軸上の面内均一性は向上し、±０．２２％であった。
図１５（ｃ）は、実施例２に係るアンテナの形状を示した図である。図１５（ｃ）に示されるように、中心軸側のアンテナ部材８３０ａを上方に折り曲げ、外周側のアンテナ部材８３０ｂを下方に折り曲げるとともに、中心軸側の高さを９．５ｍｍ、中央部のアンテナ部材８３０ｃ、８３０ｄの中心寄りの高さを４ｍｍ、中央部のアンテナ部材８３０ｃ、８３０ｄの外周寄りの高さを２ｍｍに設定した。この場合、Ｙ軸上の面内均一性は±０．２０％であり、実施例１の場合よりも更にＹ軸上の面内均一性は向上した。
図１５（ｄ）は、比較例１、実施例１、実施例２、比較例２に係るプラズマ処理の実施結果を示した図である。図１５（ｄ）において、横軸はＹ軸の座標、縦軸は成膜の膜厚を示す。なお、比較例２は、比較例１のアンテナ８３の形状を単に傾斜させたストレート型の形状であり、アンテナ８３の形状の変更は行っていない例である。
図１５（ｄ）において、比較例１、実施例１、実施例２、比較例２に係るプラズマ処理の実施結果をそれぞれ特性線Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで示す。図１５（ｄ）に示されるように、比較例１に係る特性線Ａ、比較例２に係る特性線Ｄよりも、実施例１に係る特性線Ｂ、実施例２に係る特性線Ｃの方が、膜厚が一定の特性を示しており、面内均一性が優れていることが分かる。特に、実施例２に係る特性線Ｃでは、Ｙ軸座標０、５０の膜厚以外は、総てが同じ７．６８ｎｍであり、パーフェクトに近い面内均一性を示していることが分かる。
このように、本発明の実施例に係るアンテナ装置、プラズマ発生装置及びプラズマ処理装置の実施結果から、アンテナ８３の形状を変化させることにより、非常に優れた面内均一性でプラズマ処理を実施できることが示された。このような面内均一性に優れたアンテナ形状の変更を自動的に行うことにより、高品質で高スループットのプラズマ処理を行うことができる。
以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施形態及び実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態及び実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
１ 真空容器
２ サセプタ
２４ 凹部
３１、３２ 処理ガスノズル
３３〜３５ プラズマ処理用ガスノズル
３６ ガス吐出孔
４１、４２ 分離ガスノズル
８０ プラズマ発生装置
８１ アンテナ装置
８３ アンテナ
８５ 高周波電源
８６ 接続電極
８７ 上下動機構
８８ リニアエンコーダー
８９ 支点治具
９５ ファラデーシールド
１２０〜１２２ ガス供給源
１３０〜１３２ 流量制御器
８３０、８３０ａ〜８３０ｄ アンテナ部材
８３１ 連結部材
８３２ スペーサ
Ｐ１ 第１の処理領域（原料ガス供給領域）
Ｐ２ 第２の処理領域（反応ガス供給領域）
Ｐ３ 第３の処理領域（プラズマ処理領域）
Ｗ ウエハ

Claims (17)

  1. 長手方向及び短手方向を有する所定の周回形状を形成するように、前記所定の周回形状に沿って延在し、前記長手方向における連結位置が前記短手方向において対向して対をなすように端部同士が連結された複数のアンテナ部材と、
    隣接する該複数のアンテナ部材の端部同士を連結する変形可能で導電性を有する連結部材と、
    前記複数のアンテナ部材の少なくとも２個に個別に連結され、前記複数のアンテナ部材の少なくとも２個を上下動させて前記連結部材を支点とする曲げ角度を変更可能な少なくとも２個の上下動機構と、を有するアンテナ装置。
  2. 前記複数のアンテナ部材は、前記周回形状の前記長手方向における両端部をなす第１及び第２のアンテナ部材と、該両端部に挟まれた中央部をなすとともに前記短手方向において対向する第３及び第４のアンテナ部材と、を含む請求項１に記載のアンテナ装置。
  3. 前記少なくとも２個の上下動機構は、前記第１のアンテナ部材に連結された第１の上下動機構と、前記第３及び第４のアンテナ部材に各々接続された第２及び第３の上下動機構と、を含む請求項２に記載のアンテナ装置。
  4. 前記第１の上下動機構と、前記第２及び第３の上下動機構とは、一方が引き上げ動作を行う際、他方は固定又は引き下げ動作を行い、協働して前記第１のアンテナ部材と、前記第３及び第４のアンテナ部材の折り曲げを行う請求項３に記載のアンテナ装置。
  5. 前記第２のアンテナ部材を回動可能に固定する支点治具を更に有する請求項２乃至４のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
  6. 前記少なくとも２個の上下動機構は、前記第２のアンテナ部材に連結された第４の上下動機構を含む請求項３又は４に記載されたアンテナ装置。
  7. 前記周回形状は、前記複数のアンテナ部材が複数回周回した多段周回形状であり、各段の前記連結部材の位置は平面視において一致している請求項２乃至６のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
  8. 前記多段周回形状の所定位置に、各段同士の隙間を保つためのスペーサが設けられている請求項７に記載のアンテナ装置。
  9. 前記第１のアンテナ部材の高さを測定する高さ測定手段が更に設けられている請求項２乃至８のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
  10. 前記高さ測定手段は、リニアエンコーダーである請求項９に記載のアンテナ装置。
  11. 前記連結部材は、銅材からなる請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
  12. 前記上下動機構は、エアシリンダーを含む請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
  13. 前記アンテナ部材に接続され、前記アンテナ部材に電力を供給する配線部材を更に有し、
    該配線部材が、前記アンテナ部材の上下動を吸収する弾力性を有する構造である請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
  14. 請求項１乃至１３のいずれか一項に記載されたアンテナ装置と、
    該アンテナ装置に高周波電力を供給する高周波電源と、を有するプラズマ発生装置。
  15. 処理室と、
    該処理室内に設けられ、表面上に基板を載置可能なサセプタと、
    前記処理室の上面上に設けられた請求項１４に記載のプラズマ発生装置と、を有するプラズマ処理装置。
  16. 前記サセプタは回転可能に構成されるとともに、前記サセプタの前記表面は円形であり、前記表面上には、前記基板を半径方向に沿って載置可能な基板載置領域が設けられ、
    前記プラズマ発生装置の前記アンテナ部材は、前記長手方向が前記サセプタの半径方向と一致するように設けられ、前記少なくとも２個の上下動機構の１個は、前記サセプタの回転中心側に設けられた請求項１５に記載のプラズマ処理装置。
  17. 原料ガスを前記サセプタに供給する原料ガス供給領域と、
    前記原料ガスと反応して反応生成物を生成可能な反応ガスを供給する反応ガス供給領域と、が前記サセプタの周方向において互いに離間して更に設けられ、
    前記プラズマ処理装置は、前記反応ガス供給領域の上方に設けられた請求項１６に記載のプラズマ処理装置。
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