JPH0817748A

JPH0817748A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH0817748A
Application number: JP16745194A
Authority: JP
Inventors: Akira Suzuki; 鈴木　　朗; Gohei Kawamura; 剛平川村; Shuichi Ishizuka; 修一石塚; Jiro Hata; 次郎畑
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1994-06-27
Filing date: 1994-06-27
Publication date: 1996-01-19
Anticipated expiration: 2017-01-07
Also published as: JP3243125B2

Abstract

(57)【要約】【目的】被処理体が大口径化してもその膜厚の面内均
一性を向上させることができるプラズマ処理装置を提供
する。【構成】気密な処理容器４内においてサセプタ６上に
載置された被処理体Ｗに対してプラズマ処理を施すプラ
ズマ処理装置において、前記処理容器の内側或いは外側
に前記サセプタと対向させて設けられた電磁波発生用の
アンテナ部材２２と、このアンテナ部材に接続された高
周波電源３２と、前記処理容器に処理ガスを供給するた
めの供給通路５６Ａ，５６Ｂと、この供給通路の先端に
設けられて前記サセプタの上方に上下方向に複数段に亘
って配置された処理ガス噴出孔５８Ａ，５８Ｂとを備
え、上段側に位置する前記ガス噴出孔を下段側に位置す
る前記処理ガス噴出孔よりも処理容器中心側に位置させ
る。これにより、被処理体が大口径化しても処理空間の
プラズマや反応種の濃度を均一にでき、従って、成膜の
厚みの面内均一性を大幅に向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ処理装置に係
り、特に成膜を行うプラズマ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体製造工程にあっては、被
処理体としての半導体ウエハに対して各種の処理、例え
ば成膜処理が施されるが、この成膜方法として化学的手
法と物理的手法を併用したプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉ
ｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が知られ
ている。

【０００３】この処理を行うプラズマ処理装置は、例え
ば２枚の平板状の電極を平行に処理容器内に位置させ、
これらの間にプラズマ発生用の高周波電源から例えば１
３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加することによりプラ
ズマを発生させ、これによりウエハ表面にエッチング等
の処理を施すようになっている。

【０００４】上述のように平行平板電極間に発生したプ
ラズマは、電界が一方の電極から他方の電極に向けられ
た交番磁界となることからこの電界に沿って電子が吸引
されて気体分子と衝突してこれにより熱的に励起されに
くい気体が活性化して所望の成膜を行うようになってい
る。

【０００５】ところで、ウエハ面内に成膜を均一な厚さ
で形成することは、半導体製品の歩留まり向上のために
は非常に重要であるが、成膜の厚みは原料ガス供給方法
に大きく影響されるのが実情である。この原料ガス供給
方法としては、処理容器の側壁から供給ノズルを内部に
挿通し、これよりウエハ表面に向けて原料ガスを供給す
る方法や、上部電極に平板状のシャワーヘッド構造を持
たせて、これよりウエハ表面側に向けて原料ガスを供給
する方法が知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように処理室の側壁より単に原料ガスを供給するだけで
は成膜に寄与する反応種がウエハ中心付近まで十分に到
達し難く、ウエハ面内に均一厚さで成膜することが難し
かった。また、単なる平板状のシャワーヘッド構造で
は、供給ガスの流れが乱れる場合も生じ、この場合にも
膜厚のウエハ面内均一性の確保が比較的難しかった。

【０００７】また、本発明者は、先の出願（特願平５−
３１７３７５号）において、処理容器内の上部或いは天
井部外側にアンテナ部材を設けてこれからの電磁波によ
りプラズマを誘起するいわゆる誘導結合型のプラズマ形
成方法を提案した。

【０００８】これによれば１×１０^-3Ｔｏｒｒ以下の低
圧下でもプラズマを発生させて且つプラズマの均一性を
高めることができることから、プラズマエッチングやプ
ラズマ成膜処理の処理特性を高めることができるが、こ
の誘導結合型のプラズマ処理装置において上述のシャワ
ーヘッド構造を採用した場合には、アンテナ部材からの
電磁波の一部が誘電体よりなるシャワーヘッド構造に吸
収されてしまい、プラズマ生成効率の低下を招いてしま
う。そのため、誘導結合型のプラズマ処理装置の場合に
は、プラズマ生成効率の低下を防止するために原料ガス
等は処理容器の側壁から導入せざるを得ず、そのために
前述したように膜厚の面内均一性を十分に確保できなく
なるという問題が発生していた。特に、半導体ウエハが
大口径化し、例えば８インチウエハのような大きなウエ
ハになるとウエハ中心部と周辺部とのガス濃度の均一化
が大きな課題となる。

【０００９】本発明は、以上のような問題点に着目し、
これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明
の目的は、被処理体が大口径化してもその膜厚の面内均
一を向上させることができるプラズマ処理装置を提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者は、鋭意研究の
結果、原料ガスを処理容器の側壁から導入する場合、ノ
ズル先端とウエハエッジとの間の距離が成膜の面内均一
性に大きく影響し、且つウエハの大口径化に伴ってウエ
ハ中心部まで均一な濃度のガスを供給するには複数段に
亘って噴出孔を設けるのが良い、という知見を得ること
によって本発明はなされたものである。

【００１１】上記問題点を解決するために、第１の発明
は、気密な処理容器内においてサセプタ上に載置された
被処理体に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理装置
において、前記処理容器の内側或いは外側に前記サセプ
タと対向させて設けられた電磁波発生用のアンテナ部材
と、このアンテナ部材に接続された高周波電源と、前記
処理容器に処理ガスを供給するための供給通路と、この
供給通路の先端に設けられて前記サセプタの上方に上下
方向に複数段に亘って配置された処理ガス噴出孔とを備
え、上段側に位置する前記ガス噴出孔を下段側に位置す
る前記処理ガス噴出孔よりも処理容器中心側に位置させ
るようにしたものである。

【００１２】第２の発明は、気密な処理容器内において
サセプタ上に載置された被処理体に対してプラズマ処理
を施すプラズマ処理装置において、前記処理容器の内側
或いは外側に前記サセプタと対向させて設けられた電磁
波発生用のアンテナ部材と、このアンテナ部材に接続さ
れた高周波電源と、前記処理容器内に設けられてガス噴
出面がドーム状になされた石英製のガス供給ヘッドと、
このヘッドの前記ガス噴出面に複数段に亘って配置され
た処理ガス噴出孔を備えるようにしたものである。

【００１３】第３の発明は、気密な処理容器内において
サセプタ上に載置された被処理体に対してプラズマ処理
を施すプラズマ処理装置において、前記処理容器の内側
或いは外側に前記サセプタと対向させて設けられた電磁
波発生用のアンテナ部材と、このアンテナ部材に接続さ
れた高周波電源と、前記処理容器内に設けられてガス噴
出面がテーパ状になされた石英製のガス供給ヘッドと、
このヘッドの前記ガス噴出面に複数段に亘って配置され
た処理ガス噴出孔を備えるようにしたものである。

【００１４】

【作用】本発明は、以上のように構成したので、高周波
電源に接続されたアンテナ部材からの電磁波により、処
理ガス噴出孔から供給された処理ガスが励起され、成膜
用の反応種となる。ここで、処理ガス噴出孔は、処理容
器内に複数段に設けられ、上段側に位置する噴出孔は、
処理容器の中心側に位置される。従って、下段側に位置
する処理ガス噴出孔からのシラン等の原料ガスは主に被
処理体の周縁部の成膜に寄与し、上段側に位置する処理
ガス噴出孔からの原料ガスは主に被処理体の中心部近傍
における成膜に寄与する。従って、全体として形成され
る成膜の面内均一性を高めることができる。この場合、
処理ガス供給通路を形成するために処理容器の側壁より
内部に放射状に延びる複数の供給ノズルを設けるように
してもよい。

【００１５】また、上記した処理ガス噴出孔の上方に、
Ａｒガスや酸素などの添加ガスを供給する添加ガス噴出
孔を設けることにより、この添加ガスと処理ガスとをよ
り均一に混合でき成膜の面内均一性を一層高めることが
できる。更に、処理ガス供給方法として第２或いは第３
の発明のように処理容器内にガス噴出面がドーム状或い
はテーパ状になされたガス供給ヘッドを設け、このガス
噴出面に複数段に亘って処理ガス噴出孔を設けることも
できる。

【００１６】これによれば、第１の発明と同様に、上段
側に位置する処理ガス噴出孔は、下段側に位置する処理
ガス噴出孔よりも処理容器の中心側に位置されることに
なるので、第１の発明と同様な作用効果を発揮すること
ができる。

【００１７】

【実施例】以下に、本発明に係るプラズマ処理装置の一
実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明に
係るプラズマ処理装置を示す概略斜視図、図２は図１に
示す処理装置の断面図、図３は図１に示す処理装置の平
面図、図４はガス供給ノズル位置に対する成膜の評価を
行うためにノズルとウエハとの位置関係を示す図、図５
はノズル先端とウエハの高さ方向の距離に対する膜厚の
面内均一性を示すグラフ、図６はノズルの長さに対する
膜厚の面内均一性を示すグラフ、図７は図６に示すグラ
フの結果を説明するための説明図である。本実施例にお
いては、本発明に係るプラズマ処理装置をプラズマＣＶ
Ｄ装置に適用した場合について説明する。

【００１８】このプラズマＣＶＤ装置２の処理容器４
は、天井部及び底部も含めて例えばアルミニウムやステ
ンレス等の導電性材料により円筒体状に成形されて接地
されていると共にその内部には下部電極としてのサセプ
タ６が設置されている。このサセプタ６は、例えばアル
マイト処理したアルミニウム等により中央部が凸状に平
坦になされた略円柱状に成形されており、この下部は同
じくアルミニウム等により円柱状になされたサセプタ支
持台８により支持されると共にこのサセプタ支持台８
は、処理容器４の底部に絶縁材１０を介して設置されて
いる。

【００１９】このサセプタ６は、給電路１２により切替
スイッチ１４を介して高周波電源１６とアースとに選択
的に接続可能になされている。そして、このサセプタ６
上に例えば図示しない静電チャック機構等により被処理
体としての半導体ウエハＷを載置保持するようになって
いる。

【００２０】このサセプタ６とサセプタ支持台８との間
には、サセプタ６上のウエハＷを加熱或いは温度調整す
るための例えばセラミックヒータ１８が設けられ、サセ
プタ支持台８には加熱したウエハを冷却する目的で例え
ば冷却水を流す冷却ジャケット２０が設けられている。

【００２１】また、処理容器４内の上部には、１ターン
或いは２ターン程度の渦巻状になされた例えば銅製のア
ンテナ部材２２が設けられている。このアンテナ部材２
２は、容器天井部からの絶縁及びプラズマスパッタによ
る重金属汚染防止の目的で、例えば石英よりなる上部絶
縁板２４と下部絶縁板２６とにより挟み込まれて天井部
に取り付け固定されている。このアンテナ部材２２の両
端には、絶縁された給電線２８を介してマッチングボッ
クス３０及び電磁波発生用の高周波電源３２が接続され
ており、処理空間Ｓに向けて電磁波を放射し得るように
なっている。また、処理容器４の底部には、図示しない
真空ポンプに接続された排気口３３が設けられ、また、
その側壁には、ウエハＷの搬入・搬出を行う開閉可能に
なされた図示しないゲートバルブが設けられる。

【００２２】一方、処理容器４の側壁からは処理ガスと
しての原料ガス、例えばシランガスを導入するために本
発明の特長とする原料ガス供給ノズル３４が内部に放射
状に８方向から挿通されている。尚、ノズル挿通方向は
８方向に限定されず、２方向以上ならばどのような数で
も良く、容器周方向へ略均等な角度で配置される。

【００２３】具体的には、各供給ノズル３４は、処理ガ
スを供給するための供給通路を構成するものであり、例
えば石英等の絶縁体によりパイプ状に成形されており、
側壁に上下方向に沿って複数段、例えば図示例にあって
は３段に亘ってノズル３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃが図示し
ないシール部材等により気密に設けられている。このノ
ズルの段数は３段に限定されず、２段或いはそれ以上で
も良くウエハサイズにより決定される。各ノズル３４
Ａ、３４Ｂ、３４Ｃの基端部は、ガス供給管３８を介し
て処理ガスとして例えばシラン等の原料ガスを貯める処
理ガス源４０に接続される。

【００２４】そして、３段に亘って設けられた各ノズル
３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃの先端の処理ガス噴出孔３６
Ａ、３６Ｂ、３６Ｃは、上段に位置するもの程、処理容
器の中心側に位置されている。従って、最下段の供給ノ
ズル３４Ｃの処理ガス噴出孔３６Ｃよりも、その上の段
（中段）の供給ノズル３４Ｂの処理ガス噴出孔３６Ｂは
容器中心側に位置され、この噴出孔３６Ｂよりも、その
上の段（上段）の供給ノズル３４Ａの処理ガス噴出孔３
６Ａは更に容器中心側に位置される。

【００２５】また、最下段の供給ノズル３４Ｃのガス噴
出孔３６Ｃは、処理容器の側壁とウエハのエッジとの間
に位置するようにし、水平距離にしてガス噴出孔３６Ｃ
とウエハエッジとの間の距離Ｌ１は２５ｍｍ程度に設定
する。これによりウエハ面上の処理空間内に原料ガスを
均一に供給して成膜の面内均一性を向上させることが可
能となる。

【００２６】また、最上段の処理ガス供給ノズル３４Ａ
の更に上方の側壁には、放射状の各ノズルに対応させて
配置された同じく石英製の添加ガス供給ノズル４２が水
平方向に挿通されており、このノズルの基端部は、ガス
供給管４６を介して添加ガス、例えばＡｒガスを貯める
Ａｒガス源４８及び酸素ガス源５０に接続されている。
そして、このノズル４２の先端部である添加ガス噴出孔
４４は、各処理ガス噴出孔３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃの上
方に位置されており、上記添加ガス噴出孔４４から噴出
するＡｒガス、酸素ガス等の添加ガスをこの下方に位置
する処理ガス噴出孔３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃから噴出さ
れる原料ガスと効率良く均一に混合させ得るようになっ
ている。

【００２７】ここで、上述のように処理ガス噴出孔３６
Ａ、３６Ｂ、３６Ｃを複数段設けて上段に位置する噴出
孔程、容器中心側に位置させることにより成膜の面内均
一性を改善することができる理由を図４乃至図７に基づ
いて説明する。図４においてウエハＷと原料ガス供給ノ
ズル５２との間の垂直方向の距離Ｇを変えた場合及び原
料ガス供給ノズル５２の長さＬを変えてノズル先端とウ
エハエッジの距離を変えた場合についてそれぞれ成膜の
面内均一性を調べた。尚、容器側壁とウエハエッジとの
間は１００ｍｍに設定されており、ウエハサイズは５イ
ンチである。

【００２８】まず、ノズルの垂直方向の距離Ｇを種々変
化させて成膜を行った時の面内均一性について評価し
た。この時、ノズルの長さＬを７５ｍｍに固定すること
によりノズル先端とウエハエッジとの間を２５ｍｍに設
定した。この時の膜厚の均一性の結果は図５に示され
る。

【００２９】図５から明らかなようにノズルの垂直方向
の距離Ｇを大きくする程、面内均一性が向上し、距離Ｇ
を略７５ｍｍ以上に設定することにより膜厚の均一性が
略一定になることが判明する。但し、この場合、グラフ
には現れていないが面内均一性は向上するが成膜の堆積
率が低下するので過度には距離Ｇを大きく設定すること
はできない。

【００３０】次に、ノズルの垂直方向の距離Ｇを７５ｍ
ｍに固定し、ノズルの長さＬを種々変化させて成膜を行
った時の面内均一性について評価した。この時の膜厚の
面内均一性の結果は図６及び図７に示される。図から明
らかなようにノズル５２を容器側壁から内部に挿入する
に従って面内均一性は良好となり、距離Ｌが７５ｍｍの
時（ノズル先端とウエハエッジ間の距離は略２５ｍ
ｍ）、面内均一性は最良となり、更にノズル５２を挿入
するに従って今度は、面内均一性が劣化することが判明
する。

【００３１】この時のウエハ面内の膜厚を、距離Ｌ＝
０、Ｌ＝７５、Ｌ＝１００の３点で実際に調べたところ
図７に示すような結果を得た。図７（Ａ）に示すように
距離Ｌ＝０ｍｍの場合は、ウエハ中心近傍の膜厚が小さ
過ぎ、図７（Ｂ）に示すように距離Ｌ＝７５ｍｍの場合
は、膜厚がウエハ直径方向に沿って略均一で良好な結果
となり、図７（Ｃ）に示すように距離Ｌ＝１００ｍｍの
場合は、ウエハ中心近傍及びウエハ周辺近傍の膜厚が小
さく、その中間部の膜厚が大きくなっている。

【００３２】従って、ウエハ中心近傍の膜厚を大きくす
るには、ノズル先端を容器内中心側まで挿入し、且つウ
エハ中心近傍以外の部分への影響を抑制するためにノズ
ル先端をウエハ面から遠く離すようにし、また、ウエハ
周辺部の膜厚をある程度大きくするためにはウエハエッ
ジよりも水平方向に僅かに離れた位置であって且つ先の
中心部側のノズル位置よりも低い位置にノズル先端を位
置させるのが良いことが判明する。

【００３３】以上のような理由から、前述のように、処
理ガス噴出孔を複数段に亘って設け、上段側に位置する
噴出孔程、容器中心側に位置させることにより、成膜効
率を高く維持した状態で成膜の面内均一性を改善できる
ことが明らかとなる。

【００３４】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。まず、図示しないゲートバルブ
を介して半導体ウエハＷを、図示しないアームにより処
理容器４内に収容し、これをサセプタ６上に載置保持さ
せる。

【００３５】そして、この処理容器４内は、排気口３３
から真空排気することにより真空状態になされ、各原料
ガス供給ノズル３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃからは、例えば
シラン等の原料ガスを供給すると共にこの上方に位置す
る添加ガス供給ノズル４２からは、Ａｒガスと酸素の混
合された添加ガスを供給して内部をプロセス圧、例えば
１×１０^-3Ｔｏｒｒ程度のかなり低い圧力状態に維持
し、同時にプラズマ発生用の高周波電源３２より、例え
ば１３．５６ＭＨｚの高周波をアンテナ部材３２に印加
する。

【００３６】すると、アンテナ部材６のインダクタンス
成分の誘導作用により処理空間Ｓに電磁波が発射される
と同時に、アンテナ部材６と処理容器４との間の容量成
分の作用により処理空間Ｓには交番電界が生じ、この結
果処理空間ＳにはＡｒガスが励起されてプラズマが生
じ、この結果、熱的に励起され難い原料ガスや酸素が活
性化されて反応種が生じてＳｉＯ₂ の成膜がウエハ表面
に堆積することになる。

【００３７】この場合、従来の平行平板電極形の装置と
比較してプラズマは１×１０^-3Ｔｏｒｒ〜１×１０^-6Ｔ
ｏｒｒの間のかなり低い圧力下でも発生するので、成膜
時の反応種の散乱も少なくて方向性が揃っており、均一
な厚みの成膜を施すことができる。

【００３８】特に、本実施例においては原料ガスを供給
する原料ガス供給ノズル３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃを複数
段に亘って設け、そして、上段に位置するノズル程長く
してその先端の処理ガス噴射孔を処理空間Ｓの中心側に
位置させるようにしているので、ウエハ周辺部近傍に位
置する処理ガス噴射孔、例えば３６Ｃからの原料ガスは
主にウエハ周縁部の成膜に寄与し、ウエハ中央部近傍に
位置する処理ガス噴出孔、例えば３６Ｂ、３６Ａからの
原料ガスは主にウエハの周縁部と中央部の間の中間部近
傍及びウエハ中央部近傍の成膜に寄与し、結果的に、ウ
エハ面内に亘ってバランス良く成膜を施すことができ、
膜厚の面内均一性を大幅に改善することができる。

【００３９】この場合、処理ガス噴射孔が処理空間Ｓの
中心側に位置する程、複数段にすることによってその噴
射孔をウエハ面から次第に離れた高い位置に設置するよ
うにしているので、ウエハ中心側に位置する処理ガスの
噴射孔、例えば３６Ａからの原料ガスが成膜に過度に寄
与することを防止しており、結果的に、上述のように膜
厚の面内均一性を大幅に改善することができる。

【００４０】更には、本実施例においては、原料ガスと
比較して分子量の大きなＡｒガスや酸素等の添加ガス供
給ノズル４２を各原料ガス供給ノズル３４Ａ、３４Ｂ、
３４Ｃの上方に位置させているので、供給された原料ガ
スと添加ガスが良く混合され、従って、この点よりも膜
厚の面内均一性を一層改善することができる。従って、
ウエハが大口径化してもこれに対応することができ、例
えば８インチ或いはそれ以上の大直径ウエハの膜厚の面
内均一性も向上させることができる。

【００４１】また、各供給ノズル３４、４２はそれぞれ
側壁より放射状に挿入されてその先端がアンテナ部材２
２の下方に余り位置しないようになっているので、アン
テナ部材２２からの電磁波が余り吸収されることがな
く、この電力を効率的にプラズマ発生に寄与させること
ができる。

【００４２】尚、上記実施例にあっては、図３に示すよ
うに放射状に８方向からノズルを挿入させて設けた場合
を例にとって説明したが、これに限定されず、ノズルを
円筒状の処理容器の周方向に沿って均等に配置するなら
ば、３、４、５、６、７方向等その数に限定されない。

【００４３】また、実施例にあっては３段に亘って原料
ガス供給ノズル３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃを設けた場合を
例にとって説明したが、この段数も限定されず、２段或
いは４段以上に設定するようにしてもよい。

【００４４】更には、上記実施例では、添加ガスとして
Ａｒガスと酸素とを混合した状態で添加ガス供給ノズル
４２から容器内に導入するようにしたが、これら添加ガ
スを混合することなしで別々のノズルからそれぞれ単独
で導入するようにしてもよい。

【００４５】更には、アンテナ部材２２を処理容器４内
に設置してあることから、放射された電磁波は容器壁に
反射してプラズマ化のための電力として使用されるの
で、エネルギ効率を高めることができる。

【００４６】また、上記実施例にあっては、原料ガス供
給ノズル３４や添加ガス供給ノズル４２としてパイプ状
の石英製ノズルを内部に挿入させて形成するようにした
が、これに限定されず以下のように構成してもよい。
尚、図２に示す部分と同一部分については同一符号を付
して説明を省略する。

【００４７】図８及び図９は他のガス供給方法の一例を
示す図であり、処理容器４内の上部であって、石英ガラ
スよりなる絶縁板２４、２６で被われたアンテナ部材２
２の下方には、同じく石英ガラスにより下面のガス噴出
面５４Ａがドーム状に形成されたガス供給ヘッド５４が
設けられている。

【００４８】このガス供給ヘッド５４には、上下方向に
複数段、図示例にあっては上下２段に原料ガス供給通路
５６Ａ、５６Ｂが水平方向に沿って形成されており、各
通路の先端はガス噴出面５４Ａにおいて処理ガス噴出孔
５８Ａ、５８Ｂとして構成される。従って、この場合に
も、上段に位置する原料ガス供給通路５６Ａの処理ガス
噴出孔５８Ａは、この下段に位置する原料ガス供給通路
５６Ｂの処理ガス噴出孔５８Ｂよりも処理容器内の中心
側に位置されることになる。

【００４９】そして、上段の原料ガス供給通路５６Ａの
上方には、前述の実施例と同様に、添加ガスを導入する
ための添加ガス供給通路６０が形成され、この先端はガ
ス噴出面５４Ａにおいて、上段の処理ガス噴出孔５８Ａ
の更に上方において添加ガス噴出孔６２として構成され
ることになる。この場合においても処理ガス噴出孔５８
Ａ、５８Ｂは、上段に位置する噴出孔ほど処理容器内の
中心側に位置させているので、図２に示す装置と同様な
作用効果を発揮し、成膜の厚みの面内均一性を向上させ
ることができ、しかもウエハの大口径化にも対応するこ
とができる。

【００５０】また、図８に示す装置例にあっては、ガス
供給ヘッド５４に形成した原料ガス供給通路５６Ａ、５
６Ｂや添加ガス供給通路６０をそのままガス通路として
構成したが、これに限定されず、例えば図９に示す拡大
図のように各ガス供給通路５６Ａ、５６Ｂに金属製パイ
プ６４Ａ、６４Ｂを挿通させ、この中にガスを流すよう
な構造としてもよい。この場合には、金属製パイプ６４
Ａ、６４Ｂへのプラズマスパッタを避けるためにパイプ
先端は、各ガス供給通路５６Ａ、５６Ｂの先端の処理ガ
ス噴出孔５８Ａ、５８Ｂから処理空間Ｓ側に突出しない
ようにそれよりも僅かに後退させた所に位置させてお
く。そして、各金属製パイプ６４Ａ、６４Ｂ内にてプラ
ズマ放電が発生しないようにそれぞれをグランドに接続
しておくようにする。尚、図９には示されていないが添
加ガス供給通路６０内も原料ガス供給通路５６Ａ、５６
Ｂ内と同様に構成されているのは勿論である。

【００５１】また、以上の各実施例にあっては各ガス供
給通路は全体が略水平方向に沿って形成されているが、
各ガス供給通路の先端部をサセプタの中心方向に向けて
下方向に屈曲させるようにして形成してもよい。

【００５２】図８及び図９に示す実施例にあっては、ガ
ス供給ヘッド５４のガス噴射面５４Ａをドーム状に成形
した場合について説明したが、これに限定されず、例え
ば図１０及び図１１に示すようにテーパ状に形成しても
よい。図１０はガス供給ヘッドの変形例を示す斜視図、
図１１は図１０に示すガス供給ヘッドの断面図である。

【００５３】この実施例においては、石英ガラス製のガ
ス供給ヘッド５４の内側のガス噴射面５４Ａは、ドーム
状でなく多角錐或いは円錐体の斜面の一部を形成するよ
うにテーパ状に形成されており、このガス供給ヘッド５
４に、図８に示したと同様に複数段、例えば２段の原料
ガス供給通路５６Ａ、５６Ｂ及び添加ガス供給通路６０
を設けるようにする。特に、この実施例においては、各
ガス供給通路５６Ａ、５６Ｂ、６０の先端部をサセプタ
の中心方向に向けて斜め下方向へ屈曲させてあり、噴出
ガスを効率的にサセプタ上方の処理空間Ｓに向けるよう
になっており、この点よりウエハ上に形成される成膜の
厚みの面内均一性を一層向上させることが可能となる。

【００５４】また、以上説明した各実施例にあっては、
処理容器内の上部に、絶縁板２４、２６により被われた
アンテナ部材２２を設けるようにしたが、これに限定さ
れず、図１２及び図１３に示すようにガス供給ヘッドを
構成する絶縁部材内にアンテナ部材を埋め込んで覆うよ
うにしてもよい。図１２においては、石英ガラス製のガ
ス供給ヘッド５４を、所定の厚みを持ったドーム形状に
成形し且つこのヘッド５４を上側ヘッド部６６Ａと下側
ヘッド部６６Ｂとに上下方向に２分割可能としている。
この下側ヘッド部６６Ｂの半球状の下面をガス噴出面５
４Ａとして構成する。

【００５５】そして、これら上側及び下側ヘッド部６６
Ａ、６６Ｂの接合部にアンテナ部材２２を収容し得る螺
旋状の溝６８を設け、これにアンテナ部材２２を収容し
た状態で上側及び下側ヘッド部６６Ａ、６６Ｂを接合す
る。また、このドーム状のガス供給ヘッド５４には、図
８に示したと同様な原料ガス供給通路５６Ａ、５６Ｂが
複数段、例えば２段設けられ、更にその上段には添加ガ
ス供給通路６０が設けられる。これにより、上段側の原
料ガス供給通路５６Ａの先端の処理ガス噴出孔５８Ａを
下段側の原料ガス供給通路５６Ｂの先端の処理ガス噴出
孔５８Ｂよりも処理容器の中心側に位置させる。

【００５６】この場合にも図２と同様な作用効果を発揮
するのみならず、ガス供給ヘッド５４内にアンテナ部材
２２を組み入れるようにしたので、例えば図８に示す装
置例において必要とされた上部及び下部絶縁板２４、２
６を不要にでき、構造を簡単化することができる。

【００５７】また、図１３は図１２に示す、所定の厚み
のドーム状のガス供給ヘッド５４に替えて、所定の厚み
のテーパ状のガス供給ヘッド５４を設けている。この場
合も、所定の厚みのテーパ状のガス供給ヘッド５４を上
側ヘッド部６６Ａと下側ヘッド部６６Ｂとに上下に分離
可能としてこれらの接合部にアンテナ部材２２を介在さ
せ、更に、このガス供給ヘッド５４に複数段に亘って原
料ガス供給通路５６Ａ、５６Ｂを設け、その上段に添加
ガス供給通路６０を設けた点は図１２に示した実施例と
同様な構造である。

【００５８】また、従来のシャワーヘッド構造にあって
はガス噴出口近傍に生じた段差部分に膜が付着してパー
ティクルの原因となったが、上述のようにガス噴出面を
ドーム形状或いはテーパ形状とすることによりガス噴出
口近傍に段差部分がなくなり、膜形成を防止できるので
パーティクルの減少に寄与できる。

【００５９】上記各実施例にあっては、ガス噴出面をド
ーム状或いはテーパ状にして上段側の処理ガス噴出孔を
下段側の処理ガス噴出孔よりも処理容器の中心側に位置
させるようにしたが、この噴出孔の位置関係を満足する
ものであればガス噴出面の形状は上述したものに限定さ
れず、例えば階段状の段差形状に形成してもよい。

【００６０】また、以上の各実施例にあっては、処理容
器内の側壁側から原料ガス供給通路や添加ガス供給通路
を挿入乃至供給する場合について説明したが、これに限
定されず、例えば図１４に示すように処理容器４内の天
井部に上部、下部絶縁板２４、２６で挟み込んだアンテ
ナ部材２２を設け、この天井部から原料ガスや添加ガス
を供給するための例えば石英ガラス製のガス供給ヘッド
７０を垂下させて支持させるようにしてシャワーヘッド
構造としてもよい。この場合、通常の従来のシャワーヘ
ッド構造は下部電極に対向する下面のガス噴出面は平板
プレート状に成形されているが、本実施例においてはガ
ス噴出面５４Ａは、例えば図８や図１２に示す構造と同
様にドーム状に成形されており、このガス噴出面５４Ａ
に複数の処理ガス噴出孔５８Ａ、５８Ｂを形成する。従
って、この場合にも各処理ガス噴出孔の内、上段側に位
置する噴出孔５８Ａは、下段側に位置する噴出孔５８Ｂ
よりも処理容器の中心側に位置するので、図８や図１２
に示す構造と同様な作用効果を発揮することができる。
この場合、ガス供給ヘッド７０内には、多数の拡散孔７
２を有する１枚或いは２枚の拡散板７４Ａ、７４Ｂを設
けることにより、処理空間Ｓに対する供給ガスの供給量
の均一化を図ることができる。

【００６１】尚、以上の各実施例においては、アンテナ
部材２２を容器内に収容した場合について説明したが、
これをシールドして容器の外側、例えば天井部の上面側
に位置させるようにしてもよい。また、各実施例におい
ては、原料ガスとしてシランガス（ＳｉＨ₄ ）を用い、
添加ガスとしてＡｒガスと酸素を用いた場合を例にとっ
て説明したが、これらのガスに限定されないのは勿論で
ある。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のプラズマ
処理装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮す
ることができる。処理容器内に処理ガス噴出孔を複数段
に亘って設けると共に上段側に位置する処理ガス噴出孔
を下段側に位置する処理ガス噴出孔よりも処理容器の中
心側へ位置させるようにしたので、被処理体の上方のプ
ラズマ濃度や反応種の濃度を均一化させることができ、
従って、被処理体の表面に形成される成膜の厚みの面内
均一性を大幅に向上させることができる。従って、被処
理体の直径が大きくなっても処理ガス噴出孔を複数段設
けることによりこれに対応させることが可能となり、成
膜の厚みの面内均一性を高く維持することができる。ガ
ス噴出面がドーム状或いはテーパ状のガス供給ヘッドに
複数段の処理ガス噴出孔を設けることにより、前述と同
様に上段側の処理ガス噴出孔は下段側の処理ガス噴出孔
よりも処理容器の中心側に位置され、この結果、同様に
膜厚の面内均一性を向上させることができる。また、処
理ガス噴出孔の上段側に添加ガス噴出孔を設けることに
より、処理容器内へ導入された処理ガス（原料ガス）と
添加ガスとを均一に混合させることができ、従って、膜
厚の面内均一性を一層向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るプラズマ処理装置を示す概略斜視
図である。

【図２】図１に示す処理装置の断面図である。

【図３】図１に示す処理装置の平面図である。

【図４】ガス供給ノズル位置に対する成膜の評価を行う
ためにノズルとウエハとの位置関係を示す図である。

【図５】ノズル先端とウエハの高さ方向の距離に対する
膜厚の面内均一性を示すグラフである。

【図６】ノズルの長さに対する膜厚の面内均一性を示す
グラフである。

【図７】図６に示すグラフの結果を説明するための説明
図である。

【図８】ガス噴出面をドーム状に形成した本発明の装置
を示す概略断面図である。

【図９】図８に示す装置の変形例を示す要部拡大図であ
る。

【図１０】ガス噴出面がテーパ状に形成されたガス供給
ヘッドを示す斜視図である。

【図１１】図１０に示すガス供給ヘッドの断面図であ
る。

【図１２】ガス供給ヘッド自体をドーム状に成形した本
発明の装置例を示す概略断面図である。

【図１３】ガス供給ヘッド自体をテーパ状に成形した本
発明の装置例を示す概略断面図である。

【図１４】天井部から垂下させたガス供給ヘッドのガス
噴出面をドーム状にした本発明の装置例を示す概略断面
図である。

【符号の説明】

２プラズマＣＶＤ装置（プラズマ処理装置）４処理容器６サセプタ（下部電極）８サセプタ支持台２２アンテナ部材２４上部絶縁板２６下部絶縁板３２高周波電源３４原料ガス供給ノズル３４Ａ上段原料ガス供給ノズル３４Ｂ中段原料ガス供給ノズル３４Ｃ下段原料ガス供給ノズル３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃ処理ガス噴出孔４０処理ガス源４８Ａｒガス源５０酸素ガス源５４ガス供給ヘッド５４Ａガス噴出面５６Ａ、５６Ｂ原料ガス供給通路５８Ａ、５８Ｂ処理ガス噴出孔６６Ａ上側ヘッド部６６Ｂ下側ヘッド部７０シャワーヘッド７４Ａ、７４Ｂ拡散板Ｗ半導体ウエハ（被処理体）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者畑次郎東京都新宿区西新宿２丁目３番１号東京エレクトロン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気密な処理容器内においてサセプタ上に
載置された被処理体に対してプラズマ処理を施すプラズ
マ処理装置において、前記処理容器の内側或いは外側に
前記サセプタと対向させて設けられた電磁波発生用のア
ンテナ部材と、このアンテナ部材に接続された高周波電
源と、前記処理容器に処理ガスを供給するための供給通
路と、この供給通路の先端に設けられて前記サセプタの
上方に上下方向に複数段に亘って配置された処理ガス噴
出孔とを備え、上段側に位置する前記ガス噴出孔を下段
側に位置する前記処理ガス噴出孔よりも処理容器中心側
に位置させることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】前記供給通路は、前記処理容器内に放射
状に配列された複数の供給ノズルよりなることを特徴と
する請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】前記下段に位置する処理ガス噴出孔は、
前記処理容器の側壁と前記サセプタ上に位置された前記
被処理体のエッジとの間に位置されることを特徴とする
請求項１乃至２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】前記処理ガス噴出孔の上方には添加ガス
を導入するための添加ガス噴出孔が形成されていること
を特徴とする請求項１乃至３記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】前記処理ガスは成膜形成ガスであり、前
記添加ガスは不活性ガスまたは酸素或いはこれらの混合
ガスであることを特徴とする請求項４記載のプラズマ処
理装置。
【請求項６】気密な処理容器内においてサセプタ上に
載置された被処理体に対してプラズマ処理を施すプラズ
マ処理装置において、前記処理容器の内側或いは外側に
前記サセプタと対向させて設けられた電磁波発生用のア
ンテナ部材と、このアンテナ部材に接続された高周波電
源と、前記処理容器内に設けられてガス噴出面がドーム
状になされた石英製のガス供給ヘッドと、このヘッドの
前記ガス噴出面に複数段に亘って配置された処理ガス噴
出孔とを備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】気密な処理容器内においてサセプタ上に
載置された被処理体に対してプラズマ処理を施すプラズ
マ処理装置において、前記処理容器の内側或いは外側に
前記サセプタと対向させて設けられた電磁波発生用のア
ンテナ部材と、このアンテナ部材に接続された高周波電
源と、前記処理容器内に設けられてガス噴出面がテーパ
状になされた石英製のガス供給ヘッドと、このヘッドの
前記ガス噴出面に複数段に亘って配置された処理ガス噴
出孔とを備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】前記処理ガス噴出孔の上方には添加ガス
を導入するための添加ガス噴出孔が形成されていること
を特徴とする請求項６乃至７記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】前記処理ガスは成膜形成ガスであり、前
記添加ガスは不活性ガスまたは酸素或いはこれらの混合
ガスであることを特徴とする請求項８記載のプラズマ処
理装置。