WO2007015504A1 - プラズマ処理装置およびガス通過プレート - Google Patents

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Definitions

  • a gas passage plate is provided.
  • a through hole forming region in which a through hole is formed is defined as a region corresponding to the substrate supported by the substrate support.
  • FIG. 7 is a plan view showing a gas passage plate according to Comparative Example 2.
  • the diameter of the through hole 62a in the first region 61a 9.5 mm
  • the diameter of the through hole 62b in the second region 61b 9.7 mm
  • the third region 61c the diameter of the through hole 62a in the first region 61a.

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Abstract

　処理容器内で処理ガスのプラズマを生成し、基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置は、処理容器内のプラズマ生成部とサセプタ２の間に設けられたガス通過プレート60を有する。このガス通過プレート60は、貫通孔形成領域61がサセプタ2上の基板Ｗに対応する領域およびその外方領域を含み、貫通孔形成領域61は、基板Ｗの中央部分に対応する第１領域61aと、第１領域61aの外周に配置された第２領域61bと、第２領域61bの外周に配置され基板Ｗの外方領域を含む第３領域61cとを有し、第１領域61aの貫通孔62aの径が最も小さく、第３領域61cの貫通孔62cの径が最も大きい。

Description

明 細 書
プラズマ処理装置およびガス通過プレート
技術分野
[0001] 本発明は、プラズマを用いて半導体基板等の被処理基板に窒化処理や酸化処理 等の所定の処理を施すプラズマ処理装置およびそれに用いられるガス通過プレート に関する。
背景技術
[0002] プラズマ処理は、半導体デバイスの製造に不可欠な技術である力 近時、 LSIの高 集積化、高速化の要請から LSIを構成する半導体素子のデザインルールが益々微 細化され、また、半導体ウェハが大型化されており、それにともなって、プラズマ処理 装置においてもこのような微細化および大型化に対応するものが求められている。
[0003] ところが、従来から多用されてきた平行平板型や誘導結合型のプラズマ処理装置 では、電子温度が高いため微細素子にプラズマダメージを生じてしまい、また、ブラ ズマ密度の高い領域が限定されるため、大型の半導体ウェハを均一かつ高速にブラ ズマ処理することは困難である。
[0004] そこで、高密度で低電子温度のプラズマを均一に形成することができる RLSA (Rad ial Line Slot Antenna)マイクロ波プラズマ処理装置が注目されて!/、る（例えば特許文 献 1)。
[0005] RLS Aマイクロ波プラズマ処理装置は、チャンバ一の上部に所定のパターンで多 数のスロットが形成された平面アンテナ（Radial Line Slot Antenna)を設け、マイクロ 波発生源カゝら導かれたマイクロ波を、平面アンテナのスロットから真空に保持された チャンバ一内に放射し、このマイクロ波電界によりチャンバ一内に導入されたガスを プラズマ化し、このプラズマにより半導体ウェハ等の被処理基板を処理するものであ る。
[0006] この RLSAマイクロ波プラズマ処理装置では、アンテナ直下の広い領域に亘つて高 V、プラズマ密度を実現でき、短時間で均一なプラズマ処理を行うことが可能であると ともに、低電子温度プラズマが形成されるため、下地へのダメージ小さい。このため、 下地へのダメージが特に問題となるシリコン基板の窒化処理や酸ィヒ処理への適用が 検討されている。
[0007] そして、 RLSAマイクロ波プラズマ処理装置を用いて一層の低ダメージプロセスを 実現するために、多数の貫通孔が形成されたガス通過プレートをプラズマ生成部と サセプタとの間に設けてイオンエネルギーを抑制する技術が提案されて 、る（特許文 献 2)。
[0008] この文献には、ガス通過プレートとして石英製プレートに均一に貫通孔を形成した 構造のものが開示されている。
[0009] し力しながら、このように均一に貫通孔を形成してもアンテナの構造、ガス種、圧力 等の影響で、基板上でのプラズマ化されたガスによる処理が均一とはならず、プロセ スの面内均一性が不十分となってしまう。上記特許文献 2には、このような不均一性 を解消すベぐガス通過プレートの中央部の貫通孔の径を小さくし、中央部のガス供 給量を低下させることも記載されている力 未だ十分とはいえず、特に 300mmゥェ ノ、、さらには 450mmウェハと大口径になるにつれてこのようなプロセスの不均一が 顕著なものとなってしまう。また、液晶表示装置 (LCD)用ガラス基板においても同様 のプロセスが存在する力 LCD用のガラス基板として 1辺が 2mにも及ぶ極めて巨大 なものが出現するに至っており、このようなプロセスの不均一が一層顕著なものとなる 特許文献 1：特開 2000— 294550号公報
特許文献 2：国際公開 WO2004Z047157号公報
発明の開示
[0010] 本発明の目的は、処理容器内のプラズマ生成部と被処理基板を支持する基板支 持台の間にガス通過プレートを設けたプラズマ処理装置において、プラズマ処理の 所望の面内均一性を達成することができるプラズマ処理装置およびそのようなプラズ マ処理装置に用いられるガス通過プレートを提供することにある。
[0011] 本発明の第 1の観点によれば、被処理基板を処理するための真空排気可能な処理 容器と、前記処理容器内に処理ガスを導入する処理ガス導入機構と、前記処理容器 内に前記処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成機構と、前記処理容器内で被 処理基板を支持する基板支持台と、前記処理容器内のプラズマ生成部と前記基板 支持台との間に設けられ、プラズマ化されたガスが通過する複数の貫通孔を有する ガス通過プレートとを具備し、前記ガス通過プレートは、前記貫通孔が形成された貫 通孔形成領域が前記基板支持台に支持されている基板に対応する領域を含み、さ らにその外方領域に広がるように設けられ、前記貫通孔形成領域は、それぞれ貫通 孔の径が異なる、被処理基板の中央部分に対応する第 1領域と、被処理基板の外側 部分に対応するように前記第 1領域の外周に配置された第 2領域と、前記第 2領域の 外周に配置され基板の外方領域を含む第 3領域とを有し、前記第 1領域の貫通孔の 径が最も小さぐ前記第 3領域の貫通孔の径が最も大きくなるように前記複数の貫通 孔が形成される、プラズマ処理装置が提供される。
[0012] 本発明の第 2の観点によれば、被処理基板を処理するための真空排気可能な処理 容器と、前記処理容器内に処理ガスを導入する処理ガス導入機構と、前記処理容器 内に前記処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成機構と、処理容器内で被処理 基板を支持する基板支持台と、前記処理容器内のプラズマ生成部と前記基板支持 台との間に設けられ、プラズマ化されたガスが通過する複数の貫通孔を有するガス通 過プレートとを具備し、前記ガス通過プレートは、前記貫通孔が形成された貫通孔形 成領域が前記基板支持台に支持されている基板に対応する領域を含み、さらにその 外方領域に広がるように設けられ、前記貫通孔形成領域は、それぞれ貫通孔の開口 率が異なる、被処理基板の中央部分に対応する第 1領域と、被処理基板の外側部分 に対応するように前記第 1領域の外周に配置された第 2領域と、前記第 2領域の外周 に配置され基板の外方領域を含む第 3領域とを有し、前記第 1領域の貫通孔の開口 率が最も小さぐ前記第 3領域の貫通孔の開口率が最も大きくなるように前記複数の 貫通孔が形成される、プラズマ処理装置が提供される。
[0013] 本発明の第 3の観点によれば、処理容器内において基板支持台に被処理基板を 支持させた状態で、処理容器内に処理ガスのプラズマを生成し、そのプラズマにより 被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置にぉ 、て、前記処理容器内の プラズマ生成部と前記基板支持台との間に設けられ、プラズマ化されたガスが通過 する複数の貫通孔を有するガス通過プレートであって、前記貫通孔が形成された貫 通孔形成領域が前記基板支持台に支持されている基板に対応する領域を含み、さ らにその外方領域に広がるように設けられ、前記貫通孔形成領域は、それぞれ貫通 孔の径が異なる、被処理基板の中央部分に対応する第 1領域と、被処理基板の外側 部分に対応するように前記第 1領域の外周に配置された第 2領域と、前記第 2領域の 外周に配置され基板の外方領域を含む第 3領域とを有し、前記第 1領域の貫通孔の 径が最も小さぐ前記第 3領域の貫通孔の径が最も大きくなるように前記複数の貫通 孔が形成される、ガス通過プレートが提供される。
[0014] 本発明の第 4の観点によれば、処理容器内において基板支持台に被処理基板を 支持させた状態で、処理容器内に処理ガスのプラズマを生成し、そのプラズマにより 被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置にぉ 、て、前記処理容器内の プラズマ生成部と前記基板支持台との間に設けられ、プラズマ化されたガスが通過 する複数の貫通孔を有するガス通過プレートであって、前記貫通孔が形成された貫 通孔形成領域が前記基板支持台に支持されている基板に対応する領域を含み、さ らにその外方領域に広がるように設けられ、前記貫通孔形成領域は、それぞれ貫通 孔の開口率が異なる、被処理基板の中央部分に対応する第 1領域と、被処理基板の 外側部分に対応するように前記第 1領域の外周に配置された第 2領域と、前記第 2領 域の外周に配置され基板の外方領域を含む第 3領域とを有し、前記第 1領域の貫通 孔の開口率が最も小さぐ前記第 3領域の貫通孔の開口率が最も大きくなるように前 記複数の貫通孔が形成される、ガス通過プレートが提供される。
[0015] 上記第 1の観点および第 3の観点において、前記第 1領域の貫通孔の径、前記第 2 領域の貫通孔の径、および前記第 3領域の貫通孔の径が 5〜 15mmの範囲であり、 これらの比が 1 : 1〜1. 2 : 1. 1〜1. 4であることが好ましい。
[0016] また、前記第 2領域と前記第 3領域との境界は、前記基板支持台に支持された被処 理基板の外周縁に対応することが好ましい。さら〖こ、前記貫通孔形成領域の直径は 、前記被処理基板の直径を 1とした場合に、 1. 1〜2. 0の範囲であることが好ましい
[0017] さらにまた、被処理基板として直径 300mmの半導体ウェハを用いた場合に、前記 第 1領域の直径が 80〜 190mmで貫通孔の径が 7〜： LOmmであり、前記第 2領域の 直径が 250〜450mmで貫通孔の径が 7. 5〜： LO. 5mmであり、前記第 3領域の直 径カ 00〜650mmで貫通孔の径が 9〜 13mmであることが好ましい。
[0018] 上記第 2の観点および第 4の観点において、前記第 1領域の貫通孔の開口率が 25 〜55%の範囲であり、前記第 2領域の貫通孔の開口率が 30〜65%の範囲であり、 前記第 3領域の貫通孔の開口率が 50〜80%の範囲であることが好ましい。
[0019] また、前記第 2領域と前記第 3領域との境界は、前記基板支持台に支持された被処 理基板の外周縁に対応することが好ましい。さら〖こ、前記貫通孔形成領域の直径は 、前記被処理基板の直径を 1とした場合に、 1. 1〜2. 0の範囲であることが好ましい
[0020] さらにまた、被処理基板として直径 300mmの半導体ウェハを用いた場合に、前記 第 1領域の直径が 80〜190mmで貫通孔の開口率が 25〜55%であり、前記第 2領 域の直径が 250〜450mmで貫通孔の開口率が 30〜65%であり、前記第 3領域の 直径が 400〜650mmで貫通孔の開口率が 50〜80%であることが好ましい。
[0021] 上記第 1および第 2の観点において、前記プラズマ生成機構としては、マイクロ波発 生源と、前記処理容器の上方に配置されマイクロ波を前記処理容器に放射するため の平面アンテナと、前記マイクロ波発生源力 前記平面アンテナにマイクロ波を導く 導波路とを有するものを用いることができる。
[0022] 本発明の第 1および第 3の観点によれば、ガス通過プレートとして、貫通孔が形成さ れた貫通孔形成領域を、前記基板支持台に支持されている基板に対応する領域を 含み、さらにその外側領域に広がるように設け、被処理基板の中央部分に対応する 第 1領域と、被処理基板の外側部分に対応するように前記第 1領域の外周に配置さ れた第 2領域と、前記第 2領域の外周に配置され基板の外方領域を含む第 3領域と を有するものとし、第 1領域の貫通孔の径が最も小さぐ前記第 3領域の貫通孔の径 が最も大きくなるように貫通孔を形成したものを用いたので、プラズマ化された処理ガ スが被処理基板の中央に集中することを極めて効果的に緩和することができるととも に、その周辺の処理ガスの供給の不均一も緩和される。したがってプラズマ化された 処理ガスによるプラズマ処理の所望の面内均一性を達成することができる。
[0023] また、本発明の第 2および第 4の観点によれば、ガス通過プレートとして、第 1の観 点と同様に、貫通孔が形成された貫通孔形成領域を、前記基板支持台に支持され ている基板に対応する領域を含み、さらにその外方領域に広がるように設け、被処理 基板の中央部分に対応する第 1領域と、被処理基板の外側部分に対応するように前 記第 1領域の外周に配置された第 2領域と、前記第 2領域の外周に配置され基板の 外方領域を含む第 3領域とを有するものとし、第 1領域の貫通孔の開口率が最も小さ ぐ前記第 3領域の貫通孔の開口率が最も大きくなるように貫通孔を形成したものを 用いたので、第 1の観点の場合と同様、プラズマ化された処理ガスが被処理基板の 中央に集中することを極めて効果的に緩和することができるとともに、その周辺の処 理ガスの不均一も緩和される。したがって、プラズマ化された処理ガスによるプラズマ 処理の所望の面内均一性を達成することができる。
図面の簡単な説明
[0024] [図 1]本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置を示す概略断面図。
[図 2]ガス透過プレートの取り付け方法の他の形態を示す図。
[図 3]図 1のプラズマ処理装置に用いられて 、る平面アンテナを示す平面図。
[図 4]図 1のプラズマ処理装置に用いられているガス通過プレートを示す平面図。
[図 5]図 1のプラズマ処理装置に用いられているガス通過プレートを示す断面図。
[図 6]比較例 1に係るガス通過プレートを示す平面図。
[図 7]比較例 2に係るガス通過プレートを示す平面図。
[図 8A]実施例のガス通過プレートを使用した場合の Nドーズ量分布を示すチャート。
[図 8B]比較例 1のガス通過プレートを使用した場合の Nドーズ量分布を示すチャート
[図 8C]比較例 2のガス通過プレートを使用した場合の Nドーズ量分布を示すチャート 発明を実施するための最良の形態
[0025] 以下、適宜添付図面を参照して本発明の実施の形態について具体的に説明する
[0026] 図 1は、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置を模式的に示す断面図であ る。このプラズマ処理装置 100は、複数のスロットを有する平面アンテナ、特に RLSA (Radial Line Slot Antenna;ラジアルラインスロットアンテナ）にて処理室内にマイクロ 波を導入してプラズマを発生させることにより、高密度かつ低電子温度のマイクロ波 プラズマを発生させ得る RLSAマイクロ波プラズマ処理装置として構成されている。 本実施形態では、例えば MOSトランジスタ等のゲート絶縁膜の窒化処理に適用され る装置を例にとって説明する。
[0027] このプラズマ処理装置 100は、気密に構成され、接地された略円筒状のチャンバ一 1を有している。チャンバ一 1の底壁 laの略中央部には円形の開口部 10が形成され ており、底壁 laにはこの開口部 10と連通し、下方に向けて突出する排気室 11が設 けられている。
[0028] チャンバ一 1内には被処理体であるウェハ Wを水平に支持するための A1N等のセ ラミックス力もなるサセプタ 2が設けられている。このサセプタ 2は、排気室 11の底部 中央から上方に延びる円筒状の A1N等のセラミックス力 なる支持部材 3により支持 されて!/、る。サセプタ 2の外縁部にはウェハ Wをガイドするためのガイドリング 4が設け られている。また、サセプタ 2には抵抗加熱型のヒータ 5が埋め込まれており、このヒー タ 5はヒータ電源 5aから給電されることによりサセプタ 2を加熱して、その熱で被処理 体であるウェハ Wを加熱する。また、サセプタ 2には熱電対 6aが埋設されており、この 検出温度の信号に基づいてコントローラ 6によりサセプタ 2を例えば室温から 1000°C までの範囲で温度制御可能となっている。なお、チャンバ一 1の内周には、例えば石 英カもなる円筒状のライナー 7が設けられている。ライナー 7は以下に説明するガス 透過プレート 60を挟んで上下に分割されている。このように、石英等からなるライナ 一 7を設けることにより、チャンバ一 1内が金属やアルカリ元素等のコンタミネーシヨン が非常に少なぐ極めて清浄な環境が形成されている。また、サセプタ 2の外周側に はライナー 7の底部につながる環状のバッフルプレート 8が設けられており、これによ りチャンバ一 1内を均一排気することが可能となっている。このバッフルプレート 8は複 数の支柱 9によりチャンバ一 1の底壁に支持されている。
[0029] サセプタ 2には、ウェハ Wを支持して昇降させるためのウェハ支持ピン（図示せず） がサセプタ 2の表面に対して突没可能に設けられている。
[0030] サセプタ 2の上方には、プラズマ化したガスを、その中の活性種 (イオン、ラジカルな ど）のエネルギーを減衰させた状態で通過させるための複数の貫通孔を有するガス 通過プレート 60が配置されている。このガス透過プレート 60は、例えば石英や、サフ アイャ、 SiN、 SiC、 Al O、 A1N等のセラミックスの誘電体や、シリコン単結晶、ポリシ
2 3
リコン、アモルファスシリコン等により構成することができる。この例では石英で構成さ れている。このガス透過プレート 60は、その外周部が、上下に分割されたライナー 7 に挟まれた状態で固定されている。図 2に示すように、このガス透過プレート 60は、ラ イナ一 7の内周の突起部 7aに載せた状態で取り付けられるようにしてもよい。なお、こ のガス透過プレート 60の詳細については後述する。
[0031] チャンバ一 1の側壁には環状をなすガス導入部材 15が設けられており、このガス導 入部材 15にはガス供給系 16が接続されている。なお、ガス導入部材はシャワー状に 配置してもよい。このガス供給系 16は、例えば Arガス供給源 17、 Nガス供給源 18
2
を有しており、これらガスが、それぞれガスライン 20を介してガス導入部材 15に至り、 ガス導入部材 15からチャンバ一 1内に導入される。ガスライン 20の各々には、マスフ ローコントローラ 21およびその前後の開閉バルブ 22が設けられている。なお、前記 A rガスに代えて、 Kr、 Xe、 Heなどの希ガスを用いることもできる。
[0032] 上記排気室 11の側面には排気管 23が接続されており、この排気管 23には高速真 空ポンプを含む排気装置 24が接続されて 、る。そしてこの排気装置 24を作動させる ことによりチャンバ一 1内のガス力 排気室 11の空間 11a内へ均一に排出され、排気 管 23を介して排気される。これによりチャンバ一 1内は所定の真空度、例えば 0. 133 Paまで高速に減圧することが可能となって 、る。
[0033] チャンバ一 1の側壁には、プラズマ処理装置 100に隣接する搬送室（図示せず）と の間でウェハ Wの搬入出を行なうための搬入出口 25と、この搬入出口 25を開閉する ゲートバルブ 26とが設けられて!/、る。
[0034] チャンバ一 1の上部は開口部となっており、この開口部の周縁部に沿ってリング状 の支持部 27が設けられており、この支持部 27に誘電体、例えば石英や Al O
2 3、 A1N 等のセラミックス力もなり、マイクロ波を透過する透過板 28がシール部材 29を介して 気密に設けられている。したがって、チャンバ一 1内は気密に保持される。
[0035] 透過板 28の上方には、サセプタ 2と対向するように、円板状の平面アンテナ部材 3 1が設けられて 、る。この平面アンテナ部材 31はチャンバ一 1の側壁上端に係止され ている。平面アンテナ部材 31は、例えば表面が金または銀メツキされた銅板またはァ ルミ-ゥム板力 なり、マイクロ波を放射するための多数のスロット孔 32が所定のパタ ーンで貫通して形成された構成となっている。スロット孔 32は、例えば図 3に示すよう に長溝状をなし、典型的には隣接するスロット孔 32同士力 S「T」字状に配置され、これ ら複数のスロット孔 32が同心円状に配置されている。スロット孔 32の長さや配列間隔 は、マイクロ波の波長（え g)に応じて決定され、例えばスロット孔 32の間隔は、 λ gZ 4、 gZ2またはえ gとなるように配置される。なお、図 3において、同心円状に形成 された隣接するスロット孔 32同士の間隔を Arで示している。また、スロット孔 32は、 円形状、円弧状等の他の形状であってもよい。さらに、スロット孔 32の配置形態は特 に限定されず、同心円状のほか、例えば、螺旋状、放射状に配置することもできる。
[0036] この平面アンテナ部材 31の上面には、真空よりも大きい誘電率を有する遅波材 33 が設けられている。この遅波材 33は、例えば石英、 Al O等のセラミックス、ポリテトラ
2 3
フルォロエチレン等のフッ素系榭脂ゃポリイミド系榭脂により構成されており、真空中 ではマイクロ波の波長が長くなることから、マイクロ波の波長を短くしてプラズマを調 整する機能を有している。なお、平面アンテナ部材 31と透過板 28との間、また、遅波 材 33と平面アンテナ 31との間は、それぞれ密着させても離間させてもよい。
[0037] チャンバ一 1の上面には、これら平面アンテナ部材 31および遅波材 33を覆うように 、例えばアルミニウムやステンレス鋼等の金属材カ なるシールド蓋体 34が設けられ ている。チャンバ一 1の上面とシールド蓋体 34とはシール部材 35によりシールされて いる。シールド蓋体 34には、冷却水流路 34aが形成されており、そこに冷却水を通 流させることにより、シールド蓋体 34、遅波材 33、平面アンテナ 31、透過板 28を冷 却するようになっており、これによりシールド蓋体 34、遅波材 33,平面アンテナ 31、 透過板 28の変形'破損が防止される。なお、シールド蓋体 34は接地されている。
[0038] シールド蓋体 34の上壁の中央には、開口部 36が形成されており、この開口部には 導波管 37が接続されている。この導波管 37の端部には、マッチング回路 38を介して マイクロ波発生装置 39が接続されている。これにより、マイクロ波発生装置 39で発生 した、例えば周波数 2. 45GHzのマイクロ波が導波管 37を介して上記平面アンテナ 部材 31へ伝搬されるようになっている。マイクロ波の周波数としては、 8. 35GHz, 1 . 98GHz等を用いることもできる。
[0039] 導波管 37は、上記シールド蓋体 34の開口部 36から上方へ延出する断面円形状 の同軸導波管 37aと、この同軸導波管 37aの上端部にモード変換器 40を介して接続 された水平方向に延びる矩形導波管 37bとを有している。矩形導波管 37bと同軸導 波管 37aとの間のモード変翻 40は、矩形導波管 37b内を TEモードで伝播するマ イク口波を TEMモードに変換する機能を有している。同軸導波管 37aの中心には内 導体 41が延在しており、内導体 41は、その下端部において平面アンテナ部材 31の 中心に接続固定されている。これにより、マイクロ波は、同軸導波管 37aの内導体 41 を介して平面アンテナ部材 31へ放射状に効率よく均一に伝播される。
[0040] プラズマ処理装置 100の各構成部は、 CPUを備えたプロセスコントローラ 50に接 続されて制御される構成となっている。プロセスコントローラ 50には、工程管理者がプ 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なうキーボードや、 プラズマ処理装置 100の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等力もなるュ 一ザ一インターフェース 51が接続されて!、る。
[0041] また、プロセスコントローラ 50には、プラズマ処理装置 100で実行される各種処理を プロセスコントローラ 50の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウェア）や 処理条件データ等が記録されたレシピが格納された記憶部 52が接続されている。
[0042] そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース 51からの指示等にて任意のレシ ピを記憶部 52から呼び出してプロセスコントローラ 50に実行させることで、プロセスコ ントローラ 50の制御下で、プラズマ処理装置 100での所望の処理が行われる。また、 前記制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータ読み取り可能な記 憶媒体、例えば CD— ROM、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリ などに格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば専用回 線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
[0043] 次に、上記ガス通過プレート 60についてより詳細に説明する。
図 4はガス通過プレート 60を示す平面図、図 5はその断面図である。ガス通過プレ ート 60は、貫通孔が形成された貫通孔形成領域 61が、サセプタ 2に支持されている ウエノ、 Wに対応する領域を含み、さらにその外方領域に広がるように設けられて!/、る 。この貫通孔形成領域 61は、それぞれ貫通孔の径が異なる、ウェハ Wの中央部分に 対応する第 1領域 61aと、ウェハ Wの外側部分に対応するように第 1領域 61aの外周 に配置された第 2領域 6 lbと、第 2領域 6 lbの外周に配置されウェハ Wの外方領域 を含む第 3領域 61cとを有している。そして、第 1領域 61aには最も小さい径を有する 貫通孔 62aが形成されており、第 3領域 61cには最も大きい径を有する貫通孔 62cが 形成されており、第 2領域 61bにはこれらの間の径を有する貫通孔 62bが形成されて いる。
[0044] ここで、第 1領域 61aの貫通孔 62aの径、第 2領域 61bの貫通孔 62bの径、第 3領域 61cの貫通孔 62cの径としては、いずれも 5〜15mmの範囲であることが好ましぐよ り好ましくは 7〜 12mmである。また、貫通孔 62aの径：貫通孔 62bの径：貫通孔 62c の径は、 1 : 1〜1. 2 : 1. 1〜1. 4であることが好ましい。
[0045] また、貫通孔の開口率も重要であり、第 1領域 61aの貫通孔 62aの開口率が最も小 さぐ第 3領域 61cの貫通孔 62cの開口率が最も大きぐ第 2領域 61bの貫通孔 62b の開口率がその間の値であることが必要である。そして、第 1領域 61aの貫通孔 62a の開口率は 25〜55%の範囲が好ましぐ第 2領域 61bの貫通孔 62bの開口率が 30 〜65%の範囲が好ましぐ第 3領域 61cの貫通孔 62cの開口率は 50〜80%の範囲 が好ましい。第 1領域 61aの貫通孔 62aの開口率と、第 2領域 61bの貫通孔 62bの開 口率と、第 3領域 61cの貫通孔 62cの開口率との比は、 1 : 1〜2. 6 : 1. 1〜3. 2の範 囲が好ましい。
[0046] 第 1領域 61aの直径 Dl、第 2領域 61bの直径 D2、第 3領域 61cの直径 D3は適宜 決定すればよいが、図 4に示すように、直径 D2がウェハ Wの直径にほぼ一致するこ とが好ましい。すなわち、第 2領域 61bと第 3領域 61cとの境界は、サセプタ 2に支持 されたウェハ Wの外周縁に対応することが好ましい。また、貫通孔形成領域 61の直 径は、ウェハ Wの直径を 1とした場合に、 1. 1〜2. 0の範囲が好ましぐ 1. 1〜1. 5 の範囲であることがより好ま U、。
[0047] ウェハ Wとして 300mmウェハを用いる場合には、第 1領域 61aの貫通孔 62aの径 力^〜 11mmであり、第 2領域 61bの貫通孔 62bの径が 7〜： L lmmであり、前記第 3 領域 61cの貫通孔 62cの径が 9〜13mmであり、第 1領域 61aの直径 Dl : 80〜190 mm、第 2領域 611)の直径02 : 250〜450111111、第 3領域 61cの直径 D3 :400〜650 mmであることが好ましい。 300mmウェハの場合の好適な典型例としては、第 1領域 61aの貫通孔 62aの径： 9. 5mm、第 2領域の貫通孔 62bの径： 9. 7mm、第 3領域 の貫通孔 62cの径： l lmm、第 1領域 61aの直径 Dl： 125mm、第 2領域 61bの直径 D2 : 300mm,第 3領域 61cの直径 D3 :425mmを挙げることができる。
[0048] ウェハ Wとして 300mmウェハを用いる場合の開口率については、第 1領域 61aの MD1 : 80~ 190mm,第 2領域 61bの直径 D2 : 250〜450mm、第 3領域 61cの 直径 D3 :400〜650mmの上記好ましい範囲を満たした上で、第 1領域 61aの貫通 孔 62aの開口率が 25〜55%であり、第 2領域 61bの貫通孔 62bの開口が 30〜65% であり、第 3領域 61cの貫通孔 62cの開口率が 50〜80%であることが好ましい。 300 mmウェハの場合の好適な典型例としては、第 1領域 61aの貫通孔 62aの開口率: 4 2. 2%、第 2領域 61bの貫通孔 62bの開口率: 47. 6%、第 3領域 61cの貫通孔 62c の開口率： 66. 8%、第 1領域 61aの直径 Dl : 125mm、第 2領域 61bの直径 D2 : 30 Omm、第 3領域 61cの直径 D3 :425mmを挙げることができる。このときの第 1領域 6 laの貫通孔 62aの開口率と、第 2領域 6 lbの貫通孔 62bの開口率と、第 3領域 61c の貫通孔 62cの開口率との比は、 1 : 1. 12 : 1. 58である。
[0049] ガス透過プレート 60の取付け位置は、ウェハ Wに近接した位置が好ましぐガス透 過プレート 60の下端とウェハ Wとの距離は、例えば 3〜20mmが好ましぐ 10mm程 度とすることがより好ましい。この場合、プレート 60の上端と透過板 28の下端との距 離は、例えば 20〜50mmが好ましい。
[0050] このガス通過プレート 60は、上述したように、プラズマ化したガス中の活性種 (ィォ ン、ラジカルなど）のエネルギーを減衰させるためのものであり、このガス通過プレート 60を誘電体とすることにより、主にプラズマ中のラジカルを通過させ、イオンのェネル ギーを減衰させることが可能になる。
[0051] このように構成された RLSA方式のプラズマ処理装置 100においては、まず、ゲー トバルブ 26を開にして搬入出口 25からシリコン層を有するウェハ Wをチャンバ一 1内 に搬入し、サセプタ 2上に載置する。そして、ガス供給系 16の Arガス供給源 17およ ΧβΝガス供給源 18から、 Arガス、 Nガスを所定の流量でガス導入部材 15を介して
2 2
チャンバ一 1内に導入する。
[0052] 具体的には、例えば Arなどの希ガス流量を 100〜3000mLZmin、 Nガス流量を
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10〜1000mLZminに設定し、チャンバ一内を 1. 3〜1333Paの処理圧力に調整 し、ウェハ Wの温度を 300〜500°Cに加熱する。
[0053] 次に、マイクロ波発生装置 39からのマイクロ波を、マッチング回路 38を経て導波管 37に導き、矩形導波管 37b、モード変換器 40、および同軸導波管 37aを順次通過さ せて内導体 41を介して平面アンテナ部材 31に供給し、平面アンテナ部材 31のスロ ットから透過板 28を介してチャンバ一 1内に放射させる。マイクロ波は、矩形導波管 3 7b内では TEモードで伝搬し、この TEモードのマイクロ波はモード変^^ 40で TEM モードに変換されて、同軸導波管 37a内を平面アンテナ部材 31に向けて伝搬されて いく。平面アンテナ部材 31から透過板 28を経てチャンバ一 1に放射されたマイクロ波 によりチャンバ一 1内で電磁界が形成され、 Arガス、 Nガスがプラズマ化する。この
2
窒素含有プラズマにより、ウェハ wに形成されたシリコン酸化膜を窒化処理する。こ の際、マイクロ波発生装置 39のパワーは、 0. 5〜5kWとすることが好ましぐ l〜3k Wとすることがより好まし ヽ。
[0054] このマイクロ波プラズマは、マイクロ波が平面アンテナ部材 31の多数のスロット孔 32 力も放射されることにより、略 1 X 101(>〜5 X 1012Zcm3の高密度で、かつウェハ W近 傍では、略 1. 5eV以下、さらには 0. 7eV以下の低電子温度プラズマとなる。このよう にして形成されるマイクロ波プラズマは、イオン等によるプラズマダメージが少な!/、も のであるが、ガス通過プレート 60を設けることにより、このようなプラズマダメージを非 常に少なくすることができる。すなわち、プラズマがこのようなガス通過プレート 60の ガス貫通孔を通過する際に、プラズマ中の活性種 (イオン等）のエネルギーを減衰さ せることができ、活性種を均一に通過制御することができるので、ガス通過プレート 6 0を通過後のプラズマはよりマイルドなものとなり、ウェハへのプラズマダメージをより 一層低減することができる。そして、プラズマ中の活性種、主として窒素ラジカル (N* )などの作用によってウェハ W上に形成されたシリコン酸ィ匕膜の表面を窒化する。
[0055] この場合に、従来は、ガス通過プレートの貫通孔を均等に配置して!/、たが、この場 合には、ウエノ、 wの中心部付近でプラズマが強すぎるため、中心部の窒化力が強く
、均一な窒化処理が困難であった。このため、ガス通過プレートのウェハ中央部に対 応する部分の貫通孔の径を小さくして窒素ガス (活性窒素)供給量を抑制し、ウェハ 中央の窒化カを抑制することを試みた力 それだけでは不十分であった。
[0056] そこで、本発明では、上述したように、ガス通過プレート 60の貫通孔形成領域 61を 、サセプタ 2に支持されているウェハ Wに対応する領域を含み、さらにその外方領域 に広がるように設けるとともに、それぞれ貫通孔の径が異なる、ウェハ Wの中央部分 に対応する第 1領域 61aと、ウェハ Wの外側部分に対応するように第 1領域 61aの外 周に配置された第 2領域 6 lbと、第 2領域 6 lbの外周に配置されウェハ Wの外方領 域を含む第 3領域 61cとを有するものとし、第 1領域 61aの貫通孔 62aを最も小さい径 とし、第 3領域 61cの貫通孔 62cを最も大きいものとし、第 2領域 61bの貫通孔 62bを これらの間の径とした。
[0057] このように構成することにより、ウェハ Wの中央部に窒素ガスプラズマ (活性窒素）が 集中することを極めて効果的に緩和することができるとともに、その周辺の窒素ガスプ ラズマ (活性窒素）分布の不均一も緩和され、ウェハ W全面で均一な窒素ガスプラズ マ処理を行うことができる。
[0058] 具体的には、第 1領域 61aの貫通孔 62aの径、第 2領域 61bの貫通孔 62bの径、第 3領域 61cの貫通孔 62cの径力 いずれも 5〜15mmの範囲、より好ましくは 7〜12 mmとし、貫通孔 62aの径：貫通孔 62bの径：貫通孔 62cの径は、 1 : 1〜1. 2 : 1. 1〜 1. 4の範囲とすることにより、窒素ガスプラズマ (活性窒素）の分布を均一にする効果 を一層高めることができる。
[0059] この場合の窒素ガスプラズマ (活性窒素）分布の均一性は、貫通孔の開口率にも左 右され、開口率に関しても第 1領域 61aの貫通孔 62aの開口率が最も小さぐ第 3領 域 61cの貫通孔 62cの開口率が最も大きぐ第 2領域 61bの貫通孔 62bの開口率が その間の値であるように構成することが必要である。
[0060] 具体的には、第 1領域 61aの貫通孔 62aの開口率は 25〜55%の範囲が好ましぐ 第 2領域 61bの貫通孔 62bの開口率が 30〜65%の範囲が好ましぐ第 3領域 61cの 貫通孔 62cの開口率は 50〜80%の範囲とすることにより、窒素ガスプラズマ（活性窒 素）の分布を均一にする効果を一層高めることができる。
[0061] 第 2領域 61bの直径 D2がウェハ Wの直径にほぼ一致する、すなわち、第 2領域 61 bと第 3領域 61cとの境界がサセプタ 2に支持されたウエノ、 Wの外周縁に対応すること により、第 2領域 61bの窒素ガスプラズマ (活性窒素）の分布を均一化する効果が高く 、ウェハ W全体の窒素ガスプラズマ (活性窒素）の分布の均一性をより高めることがで きる。また、貫通孔形成領域 61の直径を、ウェハ Wの直径を 1とした場合に、 1. 1〜 2. 0の範囲、好ましくは 1. 1〜1. 5の範囲とすることにより、ウェハ Wへの窒素導入 の均一性を高めることができる。
[0062] ウェハ Wとして 300mmウェハを用いる場合には、第 1領域 61aの貫通孔 62aの径 力^〜 11mmであり、第 2領域の貫通孔の径が 7〜： L lmmであり、前記第 3領域の貫 通孔の径が 9〜13mmであり、第 1領域 61aの直径 Dl : 80〜190mm、第 2領域 61b ( MD2： 250~450mm,第 3領域 61cの直径 D3 :400〜650mmとすることによ り、窒素ガスプラズマ (活性窒素）による処理の均一性を極めて良好に維持することが できる。
[0063] 同様の場合に、貫通孔の径を規定する代わりに、第 1領域 61aの貫通孔 62aの開 口率を 25〜55%とし、第 2領域 61bの貫通孔 62bの開口を 30〜65%とし、第 3領域 61cの貫通孔 62cの開口率を 50〜80%とすることにより、窒素ガスプラズマ（活性窒 素）による処理の均一性を極めて良好に維持することができる。
[0064] 次に、本発明の効果を確認した実験について説明する。
ガス通過プレートとして、図 4および図 5に示すものにおいて、第 1領域 61aの貫通 孔 62aの径： 9. 5mm、第 2領域 61bの貫通孔 62bの径： 9. 7mm、第 3領域 61cの貫 通孔 62cの径： 11mmとしてこれらを 12. 5mmピッチで形成し（第 1領域 61aの貫通 孔 62aの開口率: 42. 2%mm、第 2領域 61bの貫通孔 62bの開口率: 47. 6%、第 3 領域 61cの貫通孔 62cの開口率： 66. 8%)、第 1領域 61aの直径 Dl : 125mm、第 2 領域 611)の直径02 : 300111111、第 3領域 61cの直径 D3 :425mmとした本発明の範 囲のもの（実施例）と、図 6に示すように、貫通孔形成領域の直径を 350mmとし、そこ に径 10mmの貫通孔を 12. 5mmピッチで均一に形成したもの（開口率 51%) (比較 例 1)と、図 7に示すように、貫通孔形成領域の直径を 350mmとし、中央部の直径 20 Ommの領域において径 9. 5mmの貫通孔を 12. 5mmピッチ（開口率 44. 4%)で形 成し、その外側の領域において径 10mmの貫通孔を 12. 5mmピッチ（開口率 52. 4 %)で形成したもの (比較例 2)を準備し、 300mmウェハに形成した酸ィ匕膜を窒化処 理し、その際の Nドーズ量 (XPSで求めた値)の面内均一性を求めた。この場合の条 件としては、ガス通過プレートからウェハまでの距離を 30mmとし、チャンバ一内圧力 を 6. 7Pa、 Arガス流量を 1000mLZmin、 Nガス流量を 40mLZminとし、マイクロ
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波パワーを 1500W、温度を 400°Cとした。なお、ウェハ W上の酸化膜は WVG (Wate r Vapor Generator)により熱 CVDで 1. 2nm、 1. 6nmの厚さで成膜した。
[0065] その結果を図 8A〜8Cに示す。図 8Bに示すように、比較例 1では中央部の Nドー ズ量がかなり高くなつており、均一性が悪いことがわかる。また、図 8Cに示すように、 比較例 2では中央部の Nドーズ量は低下しているものの、その周囲に Nドーズ量の高 い部分が形成されており、均一性が十分とはいえない。これに対して、図 8Aに示す ように、実施例では全体にわたって均一性が高 、ことがわかる。
[0066] この際の Nドーズ量の均一性を数値で評価した結果、比較例 1では Nドーズ量の 1 σの平均値が 7. 9%であり、比較例 2では 4. 2%であったのに対し、実施例ではそ の値が 2. 4%となり Νドーズ量の均一性が著しく高まり、要求値である 3. 0%未満を 満たすレベルであった。このことから、実施例の場合には、比較例 1, 2よりもプラズマ 処理の均一性を高くすることができることが確認された。
[0067] なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形することが可能である 。たとえば、上記実施形態では、基板として半導体ウェハ、特に 300mmウェハを例 にとつて説明したが、これに限るものではなぐ 200mm以上の半導体ウェハに好適 であるし、また、半導体ウェハに限らず、液晶表示装置 (LCD)用ガラス基板に代表 されるフラットパネルディスプレイ (FPD)用基板等の他の基板にも適用可能である。 また、上記実施形態では RLSA方式のプラズマ処理装置を示したが、これに限らず、 例えばリモートプラズマ方式、 ICPプラズマ方式、 ECRプラズマ方式、表面反射波プ ラズマ方式、マグネトロンプラズマ方式、容量結合プラズマ方式等のプラズマ処理装 置であってもよい。
[0068] さらに、上記実施形態では、窒化処理を例にとって説明した力 これに限るもので はなぐ酸化処理にも適用することができるし、成膜処理やエッチング処理等、他の プラズマ処理にも適用可能である。ただし、本発明は、上述のような窒化処理、特に 極薄膜 (酸ィ匕膜)を窒化する場合により適している。このような場合、基板との界面ま で Nを拡散させず、表面 0. 5nm以内に Nをパイルアップさせることで、しきい値電圧 、ボロン突き抜け、イオン特性等のデバイス特性を向上させることができる。また、ゲ ート酸化膜の窒化に適用する場合にはゲート酸化膜 2. 5nm以下の場合に特に有効 である。
産業上の利用可能性
本発明に係るプラズマ処理装置は、半導体基板の窒化処理や酸化処理に好適で ある。

Claims

請求の範囲
[1] 被処理基板を処理するための真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内に処理ガスを導入する処理ガス導入機構と、
前記処理容器内に前記処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成機構と、 前記処理容器内で被処理基板を支持する基板支持台と、
前記処理容器内のプラズマ生成部と前記基板支持台との間に設けられ、プラズマ 化されたガスが通過する複数の貫通孔を有するガス通過プレートと
を具備し、
前記ガス通過プレートは、前記貫通孔が形成された貫通孔形成領域が前記基板支 持台に支持されている基板に対応する領域を含み、さらにその外方領域に広がるよ うに設けられ、
前記貫通孔形成領域は、それぞれ貫通孔の径が異なる、被処理基板の中央部分 に対応する第 1領域と、被処理基板の外側部分に対応するように前記第 1領域の外 周に配置された第 2領域と、前記第 2領域の外周に配置され基板の外方領域を含む 第 3領域とを有し、
前記第 1領域の貫通孔の径が最も小さぐ前記第 3領域の貫通孔の径が最も大きく なるように前記複数の貫通孔が形成される、プラズマ処理装置。
[2] 請求項 1のプラズマ処理装置において、前記第 1領域の貫通孔の径、前記第 2領 域の貫通孔の径、および前記第 3領域の貫通孔の径が 5〜 15mmの範囲であり、こ れらの比が 1 : 1〜1. 2 : 1. 1〜1. 4である、プラズマ処理装置。
[3] 請求項 1のプラズマ処理装置において、前記第 2領域と前記第 3領域との境界は、 前記基板支持台に支持された被処理基板の外周縁に対応する、プラズマ処理装置
[4] 請求項 1のプラズマ処理装置にぉ 、て、前記貫通孔形成領域の直径は、前記被処 理基板の直径を 1とした場合に、 1. 1〜2. 0の範囲である、プラズマ処理装置。
[5] 請求項 1のプラズマ処理装置において、被処理基板として直径 300mmの半導体 ウェハを用いた場合に、前記第 1領域の直径が 80〜190mmで貫通孔の径が 7〜1 Ommであり、前記第 2領域の直径が 250〜450mmで貫通孔の径が 7. 5〜： LO. 5m mであり、前記第 3領域の直径力 00〜650mmで貫通孔の径が 9〜13mmである、 プラズマ処理装置。
[6] 請求項 1のプラズマ処理装置にぉ 、て、前記プラズマ生成機構は、マイクロ波発生 源と、前記処理容器の上方に配置されマイクロ波を前記処理容器に放射するための 平面アンテナと、前記マイクロ波発生源力 前記平面アンテナにマイクロ波を導く導 波路とを有する、プラズマ処理装置。
[7] 被処理基板を処理するための真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内に処理ガスを導入する処理ガス導入機構と、
前記処理容器内に前記処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成機構と、 処理容器内で被処理基板を支持する基板支持台と、
前記処理容器内のプラズマ生成部と前記基板支持台との間に設けられ、プラズマ 化されたガスが通過する複数の貫通孔を有するガス通過プレートと
を具備し、
前記ガス通過プレートは、前記貫通孔が形成された貫通孔形成領域が前記基板支 持台に支持されている基板に対応する領域を含み、さらにその外方領域に広がるよ うに設けられ、
前記貫通孔形成領域は、それぞれ貫通孔の開口率が異なる、被処理基板の中央 部分に対応する第 1領域と、被処理基板の外側部分に対応するように前記第 1領域 の外周に配置された第 2領域と、前記第 2領域の外周に配置され基板の外方領域を 含む第 3領域とを有し、
前記第 1領域の貫通孔の開口率が最も小さぐ前記第 3領域の貫通孔の開口率が 最も大きくなるように前記複数の貫通孔が形成される、プラズマ処理装置。
[8] 請求項 7のプラズマ処理装置において、前記第 1領域の貫通孔の開口率が 25〜5 5%の範囲であり、前記第 2領域の貫通孔の開口率が 30〜65%の範囲であり、前記 第 3領域の貫通孔の開口率が 50〜80%の範囲である、プラズマ処理装置。
[9] 請求項 7のプラズマ処理装置において、前記第 2領域と前記第 3領域との境界は、 前記基板支持台に支持された被処理基板の外周縁に対応する、プラズマ処理装置
[10] 請求項 7のプラズマ処理装置にぉ 、て、前記貫通孔形成領域の直径は、前記被処 理基板の直径を 1とした場合に、 1. 1〜2. 0の範囲である、プラズマ処理装置。
[11] 請求項 7のプラズマ処理装置において、被処理基板として直径 300mmの半導体 ウェハを用いた場合に、前記第 1領域の直径が 80〜190mmで貫通孔の開口率が 2 5〜55%であり、前記第 2領域の直径が 250〜450mmで貫通孔の開口率が 30〜6 5%であり、前記第 3領域の直径が 400〜650mmで貫通孔の開口率が 50〜80% である、プラズマ処理装置。
[12] 請求項 7のプラズマ処理装置にぉ 、て、前記プラズマ生成機構は、マイクロ波発生 源と、前記処理容器の上方に配置されマイクロ波を前記処理容器に放射するための 平面アンテナと、前記マイクロ波発生源力 前記平面アンテナにマイクロ波を導く導 波路とを有する、プラズマ処理装置。
[13] 処理容器内にお！ヽて基板支持台に被処理基板を支持させた状態で、処理容器内 に処理ガスのプラズマを生成し、そのプラズマにより被処理基板にプラズマ処理を施 すプラズマ処理装置にぉ ヽて、前記処理容器内のプラズマ生成部と前記基板支持 台との間に設けられ、プラズマ化されたガスが通過する複数の貫通孔を有するガス通 過プレートであって、
前記貫通孔が形成された貫通孔形成領域が前記基板支持台に支持されて ヽる基 板に対応する領域を含み、さらにその外方領域に広がるように設けられ、
前記貫通孔形成領域は、それぞれ貫通孔の径が異なる、被処理基板の中央部分 に対応する第 1領域と、被処理基板の外側部分に対応するように前記第 1領域の外 周に配置された第 2領域と、前記第 2領域の外周に配置され基板の外方領域を含む 第 3領域とを有し、
前記第 1領域の貫通孔の径が最も小さぐ前記第 3領域の貫通孔の径が最も大きく なるように前記複数の貫通孔が形成される、ガス通過プレート。
[14] 請求項 13のガス通過プレートにおいて、前記第 1領域の貫通孔の径、前記第 2領 域の貫通孔の径、および前記第 3領域の貫通孔の径が 5〜 15mmの範囲であり、こ れらの比が 1 : 1〜1. 2 : 1. 1〜1. 4である、ガス通過プレート。
[15] 請求項 13のガス通過プレートにおいて、プラズマ処理装置において、前記第 2領 域と前記第 3領域との境界は、前記基板支持台に支持された被処理基板の外周縁 に対応する、ガス通過プレート。
[16] 請求項 13のガス通過プレートにおいて、前記貫通孔形成領域の直径は、前記被 処理基板の直径を 1とした場合に、 1. 1〜2. 0の範囲である、ガス通過プレート。
[17] 請求項 13のガス通過プレートにおいて、被処理基板として直径 300mmの半導体 ウェハを用いた場合に、前記第 1領域の直径が 80〜190mmで貫通孔の径が 7〜1
Ommであり、前記第 2領域の直径が 250〜450mmで貫通孔の径が 7. 5〜： LO. 5m mであり、前記第 3領域の直径力 00〜650mmで貫通孔の径が 9〜13mmである、 ガス通過プレート。
[18] 処理容器内にお！ヽて基板支持台に被処理基板を支持させた状態で、処理容器内 に処理ガスのプラズマを生成し、そのプラズマにより被処理基板にプラズマ処理を施 すプラズマ処理装置にぉ ヽて、前記処理容器内のプラズマ生成部と前記基板支持 台との間に設けられ、プラズマ化されたガスが通過する複数の貫通孔を有するガス通 過プレートであって、
前記貫通孔が形成された貫通孔形成領域が前記基板支持台に支持されて！ヽる基板 に対応する領域を含み、さらにその外方領域に広がるように設けられ、
前記貫通孔形成領域は、それぞれ貫通孔の開口率が異なる、被処理基板の中央 部分に対応する第 1領域と、被処理基板の外側部分に対応するように前記第 1領域 の外周に配置された第 2領域と、前記第 2領域の外周に配置され基板の外方領域を 含む第 3領域とを有し、
前記第 1領域の貫通孔の開口率が最も小さぐ前記第 3領域の貫通孔の開口率が 最も大きくなるように前記複数の貫通孔が形成される、ガス通過プレート。
[19] 請求項 18のガス通過プレートにおいて、前記第 1領域の貫通孔の開口率が 25〜5 5%の範囲であり、前記第 2領域の貫通孔の開口率が 30〜65%の範囲であり、前記 第 3領域の貫通孔の開口率が 50〜80%の範囲である、ガス通過プレート。
[20] 請求項 18のガス通過プレートにおいて、前記第 2領域と前記第 3領域との境界は、 前記基板支持台に支持された被処理基板の外周縁に対応する、ガス通過プレート。
[21] 請求項 18のガス通過プレートにおいて、前記貫通孔形成領域の直径は、前記被 処理基板の直径を 1とした場合に、 1. 1〜2. 0の範囲である、ガス通過プレート。 請求項 18のガス通過プレートにおいて、被処理基板として直径 300mmの半導体 ウェハを用いた場合に、前記第 1領域の直径が 80〜190mmで貫通孔の開口率が 2 5〜55%であり、前記第 2領域の直径が 250〜450mmで貫通孔の開口率が 30〜6 5%であり、前記第 3領域の直径が 400〜650mmで貫通孔の開口率が 50〜80% である、ガス通過プレート。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1918971A3 (en) * 2006-10-30 2008-05-21 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for photomask plasma etching
US7943005B2 (en) 2006-10-30 2011-05-17 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for photomask plasma etching

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008300687A (ja) * 2007-05-31 2008-12-11 Tokyo Electron Ltd プラズマドーピング方法及びその装置
KR101046520B1 (ko) * 2007-09-07 2011-07-04 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 내부 챔버 상의 부산물 막 증착을 제어하기 위한 ｐｅｃｖｄ 시스템에서의 소스 가스 흐름 경로 제어
JP5222040B2 (ja) * 2008-06-25 2013-06-26 東京エレクトロン株式会社 マイクロ波プラズマ処理装置
JP5268626B2 (ja) * 2008-12-26 2013-08-21 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理装置
JP2011054619A (ja) * 2009-08-31 2011-03-17 Hitachi Kokusai Electric Inc 基板処理装置
US20110315319A1 (en) * 2010-06-25 2011-12-29 Applied Materials, Inc. Pre-clean chamber with reduced ion current
KR20130093080A (ko) * 2010-06-25 2013-08-21 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 이온 전류가 감소된 예비-세정 챔버
US8802545B2 (en) * 2011-03-14 2014-08-12 Plasma-Therm Llc Method and apparatus for plasma dicing a semi-conductor wafer
US9105705B2 (en) * 2011-03-14 2015-08-11 Plasma-Therm Llc Method and apparatus for plasma dicing a semi-conductor wafer
JP6000676B2 (ja) * 2011-06-21 2016-10-05 株式会社ニューフレアテクノロジー 成膜装置および成膜方法
JP2013048227A (ja) * 2011-07-25 2013-03-07 Tokyo Electron Ltd シャワーヘッド装置及び成膜装置
JP5700032B2 (ja) * 2012-12-26 2015-04-15 東京エレクトロン株式会社 プラズマドーピング装置、およびプラズマドーピング方法
US9245761B2 (en) 2013-04-05 2016-01-26 Lam Research Corporation Internal plasma grid for semiconductor fabrication
US9390910B2 (en) * 2014-10-03 2016-07-12 Applied Materials, Inc. Gas flow profile modulated control of overlay in plasma CVD films
JP5963893B2 (ja) * 2015-01-09 2016-08-03 株式会社日立国際電気 基板処理装置、ガス分散ユニット、半導体装置の製造方法およびプログラム
JP6527482B2 (ja) * 2016-03-14 2019-06-05 東芝デバイス＆ストレージ株式会社 半導体製造装置
JP6988083B2 (ja) * 2016-12-21 2022-01-05 東京エレクトロン株式会社 ガス処理装置及びガス処理方法
WO2019033052A1 (en) * 2017-08-11 2019-02-14 Applied Materials, Inc. APPARATUS AND METHODS FOR IMPROVING CHEMICAL VAPOR PHASE (CVD) DEPOSITION UNIFORMITY
US11424107B2 (en) * 2018-06-29 2022-08-23 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Temperature-controlled plasma generation system
CN111140454B (zh) * 2020-02-13 2021-05-04 哈尔滨工业大学 一种微型电子回旋共振离子推力器点火装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09270417A (ja) * 1996-03-29 1997-10-14 Sony Corp プラズマ処理装置
JPH1022098A (ja) * 1996-07-05 1998-01-23 Toshiba Corp プラズマ装置
WO2004047157A1 (ja) * 2002-11-20 2004-06-03 Tokyo Electron Limited プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4820371A (en) * 1987-12-15 1989-04-11 Texas Instruments Incorporated Apertured ring for exhausting plasma reactor gases
KR100400044B1 (ko) * 2001-07-16 2003-09-29 삼성전자주식회사 간격 조절 장치를 가지는 웨이퍼 처리 장치의 샤워 헤드

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09270417A (ja) * 1996-03-29 1997-10-14 Sony Corp プラズマ処理装置
JPH1022098A (ja) * 1996-07-05 1998-01-23 Toshiba Corp プラズマ装置
WO2004047157A1 (ja) * 2002-11-20 2004-06-03 Tokyo Electron Limited プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1918971A3 (en) * 2006-10-30 2008-05-21 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for photomask plasma etching
US7909961B2 (en) 2006-10-30 2011-03-22 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for photomask plasma etching
US7943005B2 (en) 2006-10-30 2011-05-17 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for photomask plasma etching
US8568553B2 (en) 2006-10-30 2013-10-29 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for photomask plasma etching

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