特許 6890497 プラズマ処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6890497

(24)【登録日】2021年5月27日

(45)【発行日】2021年6月18日

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/31 20060101AFI20210607BHJP

   C23C 16/507 20060101ALI20210607BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20210607BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/31 C

   C23C16/507

   H05H1/46 L

【請求項の数】21

【全頁数】34

(21)【出願番号】特願2017-147051(P2017-147051)

(22)【出願日】2017年7月28日

(65)【公開番号】特開2018-125513(P2018-125513A)

(43)【公開日】2018年8月9日

【審査請求日】2019年12月16日

(31)【優先権主張番号】特願2017-17033(P2017-17033)

(32)【優先日】2017年2月1日

(33)【優先権主張国】JP

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】高 鉉龍

【審査官】 田中 崇大

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０４５９０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１７６１２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０８４７３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０８４３６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０９５６２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｃ２３Ｃ １６／５０７

Ｈ０５Ｈ １／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

処理室と、
該処理室内に設けられ、基板を表面上に載置可能な基板載置領域を有するサセプタと、
高周波電力が供給されることにより磁界を生成可能であり、該磁界が前記基板載置領域に到達可能な高さ位置に、前記基板載置領域を覆うように設けられたアンテナと、を有し、
該アンテナは、金属線を巻回させた縦長の周回形状を有するとともに、長手方向の両端に形成される前記磁界が局所的に高い地点が、前記基板載置領域よりも外側に位置するように延在して配置され、
前記両端に形成される前記磁界が局所的に高い地点は、前記アンテナの両端の形状に近似される弧が形成する円の中心の位置であり、前記弧よりも内側の位置であるプラズマ処理装置。

【請求項2】

前記アンテナは、電磁界を生成可能であり、
前記アンテナの下方には、前記電磁界のうち磁界のみを前記基板載置領域に向けて通過させるスリットを有するファラデーシールドが設けられている請求項１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項3】

前記スリットは、前記アンテナよりも広い領域に設けられている請求項２に記載のプラズマ処理装置。

【請求項4】

前記サセプタは回転可能に構成され、
前記基板載置領域は、前記サセプタの周方向に沿って複数設けられ、
前記アンテナは、前記サセプタの半径方向における所定領域を覆うように設けられた請求項１乃至３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項5】

前記処理室内には、前記処理室の上面から壁面をなすように下方に突出し、前記サセプタよりも上方の所定領域を囲んだプラズマ処理領域が設けられ、
前記アンテナは、該プラズマ処理領域内の前記サセプタの回転方向における上流側に設けられた請求項４に記載のプラズマ処理装置。

【請求項6】

前記アンテナは、縦長の八角形の形状を有し、前記両端に該八角形のうち各四角が設けられた全体としては長方形に近似した形状である請求項１乃至５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項7】

前記アンテナは、全体として楕円形の形状を有する請求項１乃至５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項8】

前記アンテナは、前記処理室の外部に設けられている請求項１乃至７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項9】

処理室と、
該処理室内に設けられ、基板を表面上に載置可能な基板載置領域を有するサセプタと、
高周波電力が供給されることにより磁界を生成可能であり、該磁界が前記基板載置領域に到達可能な高さ位置に、前記基板載置領域を覆うように設けられたアンテナと、を有し、
該アンテナは、金属線を巻回させた縦長の周回形状を有するとともに、長手方向の両端に形成される前記磁界が局所的に高い地点が、前記基板載置領域よりも外側に位置するように延在して配置され、
該アンテナは、前記サセプタが回転しているときに、上面視において、前記サセプタの中心と前記基板載置領域の中心とを結んだ線に直角な線が前記基板載置領域の周方向における両端と交わる点が最初に、かつ直角に前記アンテナの長手方向における延在部分と接触するような角度で、前記サセプタの半径方向における所定領域を覆うように配置されたプラズマ処理装置。

【請求項10】

前記アンテナの下方には、プラズマガスを前記基板載置領域に供給するためのプラズマガス供給手段が設けられた請求項１乃至９のいずれか一項に記載されたプラズマ処理装置。

【請求項11】

前記プラズマガス供給手段と離間した位置に設けられた前記基板載置領域に原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
前記プラズマガス供給手段及び前記原料ガス供給手段と離間した位置に設けられ、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手段と、を更に有する請求項１０に記載のプラズマ処理装置。

【請求項12】

処理室と、
該処理室内に設けられ、複数の基板を周方向に沿って表面上に載置可能な複数の基板載置領域を有する回転可能なサセプタと、
金属線を巻回させた縦長の周回形状を有し、高周波電力が供給されることにより磁界を生成可能であり、該磁界が前記基板載置領域に到達可能な高さ位置に設けられたアンテナと、を有し、
該アンテナは、金属線を巻回させた縦長の周回形状を有するとともに、長手方向の両端に形成される前記磁界が局所的に高い地点が、前記基板載置領域よりも外側に位置するように延在して配置され、
該アンテナは、前記サセプタが回転しているときに、上面視において、前記サセプタの中心と前記基板載置領域の中心とを結んだ線に直角な線が前記基板載置領域の周方向における両端と交わる点が最初に、かつ直角に前記アンテナの長手方向における延在部分と接触するような角度で、前記サセプタの半径方向における所定領域を覆うように配置されたプラズマ処理装置。

【請求項13】

前記アンテナは、電磁界を生成可能であり、
前記アンテナの下方には、前記電磁界のうち磁界のみを前記基板載置領域に向けて通過させるスリットを有するファラデーシールドが設けられている請求項１２に記載のプラズマ処理装置。

【請求項14】

前記スリットは、前記アンテナよりも広い領域に設けられている請求項１３に記載のプラズマ処理装置。

【請求項15】

前記処理室内には、前記処理室の上面から壁面をなすように下方に突出し、前記サセプタよりも上方の所定領域を囲んだプラズマ処理領域が設けられ、
前記アンテナは、該プラズマ処理領域内の前記サセプタの回転方向における上流側に設けられた請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項16】

前記アンテナは、縦長の八角形の形状を有し、前記両端に該八角形のうち各四角が設けられた全体としては長方形に近似した形状である請求項１２乃至１５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項17】

前記アンテナは、全体として楕円形の形状を有する請求項１２乃至１６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項18】

前記アンテナは、前記処理室の外部に設けられている請求項１２乃至１６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項19】

前記アンテナの角度を調整する角度調整機構を更に有する請求項１２乃至１８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項20】

前記アンテナの下方には、プラズマガスを前記基板載置領域に供給するためのプラズマガス供給手段が設けられた請求項１２乃至１９のいずれか一項に記載されたプラズマ処理装置。

【請求項21】

前記プラズマガス供給手段と離間した位置に設けられた前記基板載置領域に原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
前記プラズマガス供給手段及び前記原料ガス供給手段と離間した位置に設けられ、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手段と、を更に有する請求項２０に記載のプラズマ処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラズマ処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、略円筒形の真空容器内に設けられた回転テーブルの周方向に沿った所定領域に略扇形のプラズマ処理領域を形成し、プラズマ処理領域の真空容器の天板上に半径方向に沿った縦長の周回形状のアンテナを設け、回転テーブルの周方向に沿った所定領域に原料ガス供給領域、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を互いに離間して設け、回転テーブル上に周方向に沿って複数の基板を配置し、回転テーブルを回転させることにより、基板が原料ガス供給領域、反応ガス供給領域、プラズマ処理領域を順次通過し、基板上に反応生成物を堆積させるとともにプラズマ改質を行うプラズマ処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

このように、単に原料ガスと反応ガスとを反応させて成膜を行うだけでなく、プラズマ改質を行うことにより、プラズマにより生成したラジカルやイオンのエネルギーを利用することにより、膜の密度を高めて膜の品質を向上させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３−４５９０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、かかる回転テーブルを用いたプラズマ処理装置では、回転テーブルの回転軸からの距離に応じて角速度が異なるため、基板がプラズマ処理領域を通過する際、プラズマの照射される時間に差が出てしまい、膜厚や膜密度に差が生じてしまう。更に、基板は一般的に円形であり、扇形のプラズマ処理領域に入るタイミング、出るタイミングは基板のエッジ同士でも位置により異なっている。かかる点からもプラズマ照射時間に差が生じ、基板の特有の箇所の膜厚が厚くなる傾向があるため、膜厚コントロールや面内均一化が難しいという問題がある。

【0006】

そこで、本発明は、膜質及び膜厚に大きな影響を及ぼすプラズマ発生器のアンテナを改良し、回転テーブル式のプラズマ処理装置特有のプラズマ処理の局所的な差を低減させ、均一なプラズマ処理を行うことができるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係るプラズマ処理装置は、処理室と、
該処理室内に設けられ、基板を表面上に載置可能な基板載置領域を有するサセプタと、
高周波電力が供給されることにより正負に振動する磁界を生成可能であり、該磁界が前記基板載置領域に到達可能な高さ位置に、前記基板載置領域を覆うように設けられたアンテナと、を有し、
該アンテナは、金属線を巻回させた縦長の周回形状を有するとともに、長手方向の両端に形成される、前記磁界の振幅が最も小さい地点が、前記基板載置領域よりも外側に位置するように延在して配置され、
前記両端に形成される前記磁界が局所的に高い地点は、前記アンテナの両端の形状に近似される弧が形成する円の中心の位置であり、前記弧よりも内側の位置である。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、均一なプラズマ処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】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。

【図2】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。

【図3】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。

【図4】本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置のプラズマ源の一例の縦断面図である。

【図5】本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置のプラズマ源の一例の分解斜視図である。

【図6】本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置のプラズマ源に設けられる筐体の一例の斜視図である。

【図7】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。

【図8】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。

【図9】本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置のプラズマ源の一例の平面図である。

【図10】本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置のプラズマ源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。

【図11】本発明の第１の実施形態に係るプラズマ処理装置のプラズマ源のアンテナ及びファラデーシールドの一例を示した図である。

【図12】アンテナによりプラズマ処理された膜厚の一例を示した図である。

【図13】膜厚極小点の発生する位置と凹部との関係を説明するための図である。

【図14】比較例に係るアンテナを用いてプラズマ改質を行った場合の膜厚を示した比較例の実施結果である。

【図15】本発明の第２の実施形態に係るプラズマ処理装置のプラズマ源のアンテナを示した図である。

【図16】第２の実施形態に係るプラズマ処理装置のアンテナの配置の理由を説明するための図である。

【図17】ウェハーの１１時又は１０時の位置からアンテナに接触する状態を上面視にて示した図である。

【図18】ウェハーの９時の位置からアンテナに接触し３時の位置を最後にしてプラズマ源から出ていく状態を示した図である。

【図19】図１６のアンテナの位置で膜のプラズマ改質処理を行った結果の一例を示した図である。

【図20】サセプタ２を回転させない状態での基板酸化のプラズマ処理を模式的に示した図である。

【図21】サセプタ２を回転させたときの基板酸化のプラズマ処理を模式的に示した図である。

【図22】第３の実施形態に係るプラズマ処理装置の一例のアンテナの平面形状を示した図である。

【図23】比較例に係るアンテナを示した図である。

【図24】第３の実施形態に係るプラズマ処理装置の第２の態様のアンテナの平面構成を示した図である。

【図25】第１の実験例に係るファラデーシールドの変形例である。

【図26】第２の実験例に係るファラデーシールドの変形例である。

【図27】図９に示すファラデーシールドと、図２５及び図２６に示す変形ファラデーシールドを用いて行った成膜結果である。

【図28】基板酸化力を定める要素を説明するための図である。

【図29】プラズマ出力を４０００Ｗとしたときのサセプタ２上のウェハーＷを均一に酸化するための条件を算出したシミュレーション結果を示した図である。

【図30】図２９と同様のシミュレーションを、プラズマ出力が３０００Ｗの場合について行った結果である。

【図31】図２９、３０と同様のシミュレーションをプラズマ出力が２０００Ｗの場合について行った結果である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

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。

【0011】

［プラズマ処理装置の構成］
図１に、本発明の第１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、第１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。

【0012】

図１に示すように、第１の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ーＷを公転させるためのサセプタ２と、を備えている。

【0013】

真空容器１は、ウェハーＷを収容してウェハー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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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の下方領域にアルゴン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。

【0017】

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。

【0018】

サセプタ２の表面部には、直径寸法が例えば３００ｍｍのウェハー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、ウェハー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、ウェハーＷの厚さにほぼ等しいか、又はウェハーＷの厚さよりも大きく構成される。したがって、ウェハーＷが凹部２４に収容されると、ウェハーＷの表面と、サセプタ２のウェハーＷが載置されない領域の表面とが同じ高さになるか、ウェハー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、ウェハー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、ウェハー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、ウェハー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。

【0019】

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に向かってウェハー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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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ー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ー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、ウェハー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。

【0025】

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（ＳｉＯ_２）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（ＳｉＯ_２）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。

【0026】

図３に、第１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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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ーＷに沿って通流させるために、且つ分離ガスがウェハー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。

【0030】

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、プラズマ源８０が設けられている。

【0031】

図４に、第１の実施形態に係るプラズマ源の一例の縦断面図を示す。また、図５に、第１の実施形態に係るプラズマ源の一例の分解斜視図を示す。さらに、図６に、第１の実施形態に係るプラズマ源に設けられる筐体の一例の斜視図を示す。

【0032】

プラズマ源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、プラズマ源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上のウェハーＷの直径部分を跨ぐように配置されている。

【0033】

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。

【0034】

なお、アンテナ８３は、図２に示されるように、縦長の形状を有し、長手方向において、ウェハー径、つまり基板載置領域である凹部２４の直径よりも長い長さを有し、少なくとも両端は凹部２４よりも外側に位置するように配置される。図２においては、アンテナ８３は簡略的に示されているので、アンテナ８３の具体的な構成の詳細については後述する。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

筐体９０は、この筐体９０の下方にウェハー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ー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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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Ｏ_２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Ｏ_２ガスが定められる。

【0043】

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Ｏ_２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。

【0044】

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、Ａｒ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Ａｒ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、Ａｒ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。

【0045】

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、ウェハーＷが配置される凹部２４の全体をカバーでき、ウェハー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。

【0046】

ベースノズル３３は、プラズマ処理用ガスをウェハー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。

【0047】

一方、外側ノズル３４は、ウェハー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。

【0048】

軸側ノズル３５は、ウェハー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。

【0049】

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。

【0050】

次に、プラズマ源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。

【0051】

図９は、本発明の第１の実施形態に係るプラズマ装置のアンテナ８３の構造の一例を示した平面図である。図１０は、プラズマ源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。

【0052】

詳細は後述するが、図９に示されるように、本実施形態においては、アンテナ８３は、凹部２４よりも両端が余裕を持って大きく、凹部２４のエッジから余裕を持ってはみ出す程度の長さを有する。なお、かかるアンテナ８３の構成及び寸法の詳細については後述することとする。

【0053】

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。

【0054】

電界がウェハーＷに到達する場合、ウェハー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ーＷに向かうことを阻止すると共に、磁界をウェハー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。

【0055】

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。

【0056】

また、スリット９７は、長いアンテナ８３に対応し、アンテナ８３よりも広い領域を有して形成され、長いアンテナ８３の端部にもスリット９７が形成されている。

【0057】

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源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、プラズマ源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上のウェハーＷ）を覆うように配置されている。

【0058】

次に、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置のプラズマ源８０のアンテナ８３及びファラデーシールド９５の構成について、より詳細に説明する。

【0059】

図１１は、本発明の第１の実施形態に係るプラズマ処理装置のプラズマ源８０のアンテナ８３及びファラデーシールド９５の一例を示した図である。図１１（ａ）は、比較例に係る従来のプラズマ源のアンテナ１８３及びファラデーシールド１９５を示した図であり、図１１（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係るプラズマ源８０のアンテナ１８３及びファラデーシールド１９５の一例を示した平面図である。

【0060】

図１１（ａ）に示されるように、従来のアンテナ１８３は、基板載置領域である凹部２４の直径よりは大きく構成されているが、凹部２４より僅かに大きい長さであり、両端が少し凹部２４からはみ出す程度の大きさであった。また、ファラデーシールド１９５も、アンテナ１８３の長さに合わせて形成されており、スリット１９７はアンテナ１８３よりも広い領域に設けられているが、アンテナ１８３よりも若干大きい程度の大きさに構成されていた。

【0061】

一方、図１１（ｂ）に示されるように、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置においては、アンテナ８３の長さを長くし、アンテナ８３の両端が余裕を持って基板載置領域である凹部２４の直径全体をカバーし、凹部２４から余裕を持ってはみ出すような長さに構成されている。また、ファラデーシールド９５は、アンテナ８３の長さに合わせて延伸され、アンテナ８３よりも広い領域を有するとともに、アンテナ８３よりも広い領域にスリット９７が形成されている。

【0062】

アンテナ８３を延伸したのは、アンテナ８３の長手方向の両端付近で磁界の大きさが局所的に大きくなる点が存在する。つまり、アンテナ８３に高周波電力が供給されることにより磁界が発生するが、アンテナ８３は縦長の形状を有し、両端に最も曲率が高い、円形の弧に近くなる部分が存在するため、その円形に近似した箇所の中心に磁界の中心が存在する。その箇所は、円形コイルの中心とみなすことができ、当然に磁界が高くなるので、その箇所のプラズマ処理が局所的に高くなり、面内均一性が低下するおそれがある。よって、そのような両端の磁界が局所的に高くなる箇所を、基板載置領域である凹部２４よりも外側に位置するようにアンテナ８３を構成することにより、局所的なプラズマ処理の不均衡の発生を防止することができ、面内均一性を高めることができる。

【0063】

なお、ビオ・サバールの法則から、小さな電流素片Ｉｄｌから距離ｒ［ｍ］だけ離れた点における磁界の強さｄＨ［Ａ／ｍ］は、（１）式で与えられ、距離の二乗に反比例するので、上の説明と符号する。

【0064】

ｄＨ＝Ｉｄｌｓｉｎθ／４πｒ^２ ［Ａ／ｍ］（又は［Ｎ／Ｗｂ］） （１）
なお、アンペールの法則から、直線電流による磁界は（２）式、円形電流が円の中心に作る磁界は（３）式で与えられ、やはり距離に反比例するので、やはり上の説明と合致する。

【0065】

Ｈ＝Ｉ／２πｒ ［Ａ／ｍ］ （２）
Ｈ＝Ｉ／２ｒ ［Ａ／ｍ］ （３）
図１２は、アンテナ８３、１８３によりプラズマ処理された膜厚の一例を示した図である。なお、プラズマ処理の度合いが高い場合には、膜は凝縮されて密度が高くなるので、膜厚は小さくなる。よって、プラズマ処理が十分になされた箇所は、膜厚が小さくなっている。

【0066】

図１２において、比較例に係るアンテナ１８３を用いてプラズマ改質した膜Ｆａの縦断面形状と、第１の実施形態に係るアンテナ８３を用いてプラズマ改質した膜Ｆｂの縦断面形状が示されている。膜Ｆａ、Ｆｂは両方ともＷ型の断面形状を有し、膜厚の極小点Ｆｍａ、Ｆｍｂが両端に存在する。比較例に係るアンテナ１８３の膜厚極小点Ｆｍａよりも、第１の実施形態に係るアンテナ８３の膜厚極小点Ｆｍｂは外側に位置している。これは、アンテナ８３をアンテナ１８３よりも延伸させたため、アンテナ８３の両端の磁界の中心が外側に移動したためである。即ち、膜厚極小点Ｆｍｂは、アンテナ８３の長手方向における両端の磁界中心の位置に相当し、この位置が凹部２４の両端よりも外側に来るようにアンテナ８３を構成し、配置することにより、膜厚極小点ＦｍｂをウェハーＷの外側にすることができ、ウェハーＷ内での膜厚均一性を向上させることができる。

【0067】

図１３は、図１２で説明した膜厚極小点Ｆｍａ、Ｆｍｂの発生する位置と凹部２４との関係を説明するための図である。

【0068】

図１３（ａ）は、アンテナ８３により形成される磁界を説明するための図である。図１３（ａ）に示されるように、アンテナ８３で形成される磁界は、中央の大きな全体の磁界の他、両端に形成される２つの小さな磁界も存在する。全体の大きな磁界は、アンテナ８３全体を１つの大きな円形コイルとみなした時に発生する磁界であり、全体で最も大きな範囲に発生する磁界である。この大きな磁界中心の強さは、アンテナ８３全体で近似される円形が大きな円であり、（３）式における距離ｒが大きくなるため、磁界は小さくなる。一方、この大きな磁界の他、アンテナ８３が長手方向に延びた縦長の形状を有するため、両端にも小さな円形コイルに類似した曲線部分が存在する。この小さな円形コイルには、範囲の小さな磁界が発生するが、その中心磁界は、距離ｒが小さくなるため、上述の大きな磁界よりも大きくなる。よって、アンテナ８３の両端に強い磁界が発生し、図１２で説明したような膜厚極小点Ｆｍａ、Ｆｍｂを発生させる。よって、この両端の小さな磁界の中心が、ウェハーＷの両端のエッジ、つまり凹部２４のエッジよりも外側に位置するようにアンテナ８３を配置すれば、図１２に示した、中央領域の膜厚極小点Ｆｍａ、Ｆｍｂの存在しない範囲内でプラズマ処理を行うことができ、面内均一性の高いプラズマ処理を行うことが可能となる。

【0069】

図１３（ｂ）は、図１１（ｂ）に示した縦長の八角形の形状を有するアンテナ８３の両端の小さな磁界を示した図である。図１１、図１３（ｂ）に示されるアンテナ８３は、縦長の八角形であり、八角形のうちの各四角がアンテナ８３の両端付近に各々形成され、両端部が円形に近似できる形状を有する。よって、両端の多角形状の部分を円に近似することにより、概略的な両端の磁界の中心を求めることができ、その中心よりも凹部２４のエッジが内側に配置されるような構成とすれば、膜厚極小点Ｆｍａ、ＦｍｂがウェハーＷ上に来ることを回避でき、面内均一性の高いプラズマ処理を行うことができる。

【0070】

図１３（ｃ）は、全体として縦長の楕円形状にアンテナ８３を構成した例であり、アンテナ８３をこのような大きな縦長の楕円形状に構成してもよい。このような形状の場合にも、膜厚極小点Ｆｍａ、Ｆｍｂが凹部２４よりも外側に位置するようにアンテナ８３を配置することができ、面内均一性の高いプラズマ処理を行うことができる。

【0071】

このように、アンテナ８３の両端に形成される小さな磁界中心が凹部２４よりも外側に位置するようにアンテナ８３を構成し、配置することにより、プラズマ処理の均一性を高め、膜厚及び膜質の面内均一性を向上させることができる。

【0072】

なお、図１４は、図１１（ａ）に示した比較例に係るアンテナ１８３を用いてプラズマ改質を行った場合の膜厚を示した比較例の実施結果である。図１４において、横軸は、３００ｍｍのウェハーＷに対し、サセプタ２の半径方向、つまりＹ軸方向において、中心側をゼロ、外側を３００ｍｍとして設定した座標を示し、縦軸は、プラズマ改質後の膜厚を示している。

【0073】

図１４に示されるように、３００ｍｍのウェハーＷに対し、これよりも僅かに大きいアンテナ１８３を用いてプラズマ改質を行った場合、５０ｍｍ付近と２５０ｍｍ付近で膜厚が小さくなっており、膜厚極小点Ｆｍａが存在することが示された、よって、この膜厚極小点Ｆｍａが凹部２４よりも外側に位置するようにアンテナ８３を構成及び配置すれば、膜厚の均一化を図ることができる。その際、ファラデーシールド９５の大きさ及びスリット９７の形成範囲もアンテナ８３に合わせて大きくし、均一な磁界が凹部２４に到達するように構成する。

【0074】

なお、ファラデーシールド９５の形状により凹部２４に到達する磁界をコントロールすることも可能であり、ファラデーシールド９５のスリット９７の形成範囲、形状により、磁界を制御してもよい。

【0075】

次に、本発明の第２の実施形態に係るプラズマ処理装置について説明する。なお、第２の実施形態に係るプラズマ処理装置は、アンテナ以外の構成は第１の実施形態に係るプラズマ処理装置と同様であるので、対応する構成要素には同一の参照符号を付してその説明を省略する。

【0076】

図１５は、本発明の第２の実施形態に係るプラズマ処理装置のプラズマ源８０のアンテナ８３ａを示した図である。第２の実施形態に係るプラズマ処理装置においては、アンテナ８３ａの角度を、筐体９０の中心の位置ではなく、筐体９０内のサセプタ２の回転方向の上流側の位置に配置する。つまり、メインノズル３３に沿うような角度に配置する。なお、第２の実施形態に係るアンテナ８３ａは、第１の実施形態におけるアンテナ８３を、そのまま角度を変えて適用することができる。第１の実施形態のアンテナ８３と、第２の実施形態のアンテナ８３ａは、別個独立に実施することは当然可能であるが、第１の実施形態のアンテナ８３を用いて、第２の実施形態のアンテナ８３の配置を行うことが面内均一性の向上の観点からはより好ましい。よって、第２の実施形態に係るプラズマ処理装置のアンテナ８３ａは、第１の実施形態に係るアンテナ８３と異なる符号を付すが、両者は同一のアンテナ８３、８３ａとして構成することが可能である。

【0077】

図１６は、第２の実施形態に係るプラズマ処理装置のアンテナ８３ａの配置の理由を説明するための図である。

【0078】

図１６に示されるように、従来は、プラズマ源８０又は筐体９０の中心にアンテナ１８３が配置されていたが、第２の実施形態に係るプラズマ処理装置では、メインノズル３３に近い位置にアンテナ８３ａを配置する。Ａｒ等のプラズマ処理用ガスは、メインノズル３３から最初に供給されるが、従来のアンテナ１８３では、プラズマ源８０又は筐体９０の中心に配置されていたため、メインノズル３３と角度θの角度差があった。メインノズル３３から供給されたプラズマ処理用ガスは、アンテナ１８３に到達するまでには活性化されず、プラズマ化されない。そのため、プラズマの領域が非対称となり、また、図１６のラインＡで示されるように、サセプタ２の回転により、ウェハーＷの１１時付近の位置から先にプラズマ源８０の下方に入り、２時付近の位置から最後に出るので、ラインＡ上の１１時付近から２時付近の領域が最も長くプラズマ源８０の下にいる。そうすると、ウェハーＷの１１時から２時の位置だけ凹むような膜となってしまい、膜厚の不均衡が生じてしまう。そこで、プラズマ源８０のアンテナ８３ａを、メインノズル３３と略平行な位置に移動させることにより、プラズマ源８０は装置軸に対して対称となり、ウェハーＷがプラズマ源８０の下にいる時間が角速度に寄らず一定とすることができる。つまり、Ｙ軸方向における膜厚を均一化することができる。

【0079】

しかしながら、アンテナ８３ａを右側に移動させても、２時の位置からプラズマ源８０に入る位置関係は変わっていないので、このままでは均一化が不十分な場合も考えられる。

【0080】

図１７は、上面視において、ウェハーＷの１１時（又は１０時）の位置からアンテナ８３ａに接触する状態を示した図である。このように、ウェハーＷの１１時（又は１０時）の位置からアンテナ８３ａに接触し、２時の位置を最後にしてプラズマ源８０から出ていくので、ウェハーＷの中心よりもややサセプタ２の中心寄りの位置が最もプラズマ処理される配置となっている。

【0081】

図１８は、そのような点を更に改善し、ウェハーＷの９時の位置からアンテナ８３ａに接触し、３時の位置を最後にしてプラズマ源８０から出ていく状態を示した図である。図１８に示すように、ウェハーＷの中心とサセプタ２の中心を結び、その線に垂直に左右、又は周方向に沿って直線を引き、この直線と凹部２４（又はウェハーＷ）の交点である９時、３時の位置でその直線と垂直、又は凹部２４（又はウェハーＷ）と接するようにアンテナ８３ａを配置すると、ウェハーＷの中心を通るラインＢが最も長くプラズマ源８０の下にいる配置となり、最も均一にプラズマ処理を行うことができる。例えば、このような配置でアンテナ８３ａを配置すれば、プラズマ処理の最大限の均一化を図ることができる。

【0082】

なお、このような配置は、アンテナ８３ａを固定してもよいし、アンテナ８３ａに角度調整機構を導入して、アンテナ８３ａの角度及び位置の微調整を行えるような構成としてもよい。これにより、均一性の高いプラズマ処理を行うことができる。

【0083】

なお、上述の移動により、Ｙ軸方向における面内均一性を向上させることはできるが、Ｘ軸方向における面内均一性の向上は、必ずしも達成できない場合がある。

【0084】

図１９は、図１６のようなアンテナ８３ａの位置で、膜のプラズマ改質処理を行った結果の一例を示した図である。Ｘ軸は、サセプタ２の周方向に沿ったＸ軸方向のウェハーＷ上の座標、Ｙ軸は膜厚を示している。図１９に示されるように、Ｘ軸の右側の方では膜厚が大きくなり、ウェハーＷの左側では十分なプラズマ処理が行われているが、ウェハーＷの右側ではプラズマ処理が必ずしも十分でないことが示されている。

【0085】

図２０及び２１は、そのようなＸ軸方向のプラズマ処理の不均衡の原因を説明するための図である。

【0086】

図２０は、サセプタ２を回転させない状態での基板酸化のプラズマ処理を模式的に示した図である。図２０に示されるように、サセプタ２が回転していない場合には、活性化された酸化ガスは均一にウェハーＷ上に供給され、全体としてプラズマ処理の不均衡は生じない。

【0087】

図２１は、サセプタ２を回転させたときの基板酸化のプラズマ処理を模式的に示した図である。

【0088】

図２１（ａ）に示されるように、サセプタ２の回転により、ウェハーは左側からプラズマ源８０に到達し、左側から活性化された酸化ガスが供給される。

【0089】

図２１（ｂ）に示されるように、回転が進むにつれて、活性化されたガスが中央に移動するとともに、ウェハーＷの左側から基板酸化が進行する。

【0090】

図２１（ｃ）に示されるように、左側の方から酸化が進み、左側の厚さが右側よりも薄くなる。また、活性化された酸化ガスがウェハーＷの右側にも供給され、左側の酸化から、右側の酸化にシフトしてゆく。

【0091】

図２１（ｄ）に示されるように、活性化された酸化ガスがウェハーＷの右端の方に供給される。酸化は、ウェハーの右側でも進行する。一方。左側の方は、既に酸化によりＳｉＯ_２の再配列がある程度済んでおり、それ以上反応は進行しない。右側はまだ酸化反応の余地があるので、右側の方で酸化が進行する。

【0092】

図２１（ｅ）に示されるように、ウェハーＷの右側で酸化反応が進行したが、左側で十分に酸化が行われたのに対し、右側は不十分な状態に留まってしまう。

【0093】

このように、ウェハーの左側から酸化が開始さえ、原子のマイグレーションによって再配列がなされるため、左側は隙間なく高密度、高品質の膜となるが、右側に行くほど密度が低く、粗い膜となってしまう。よって、基板酸化が十分に行われた左側は膜厚が薄くなるが、基板酸化が不十分な右側は、膜厚が厚くなってしまう。これを解消するためには、サセプタ２を適宜逆回転することにより、解消することができる。

【0094】

また、上述のように、図１８で示したアンテナ８３ａの配置を採用すれば、全体のプラズマ源８０を通過する時間を相当に均一化できるので、Ｘ軸方向におけるプラズマ処理も大幅に均一化を図ることが可能である。

【0095】

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。

【0096】

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。

【0097】

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、プラズマ源８０と、このプラズマ源８０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。

【0098】

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。

【0099】

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。

【0100】

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。

【0101】

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。

【0102】

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上のウェハー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。

【0103】

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ー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。

【0104】

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との間でウェハー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を貫通してウェハー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。

【0105】

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。

【0106】

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、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置は、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。

【0107】

［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。なお、以下の実施形態では、第１及び第２の実施形態に係るプラズマ処理装置を組み合わせた場合におけるプラズマ処理方法について説明する。アンテナは、両者を含めてアンテナ８３、８３ａと表記する。

【0108】

まず、アンテナ８３、８３ａを所定の位置に配置する。アンテナ８３の位置は、最初から設定されてもよいし、角度調整機構により調整されて配置されてもよい。なお、アンテナ８３、８３ａの長さは、凹部２４よりも十分大きく、両端部の磁界中心が凹部２４の外側に位置するように構成及び配置される。

【0109】

まず、ウェハーＷを真空容器１内に搬入する。ウェハー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。

【0110】

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によりウェハー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。

【0111】

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。

【0112】

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。

【0113】

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、Ｏ_２の混合ガスからなる場合を例に挙げて説明する。

【0114】

ウェハー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においてウェハー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。

【0115】

更にサセプタ２が回転すると、ウェハー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、Ｏ_２の混合ガス、外側ガスノズル３４からはＨｅ及びＯ_２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Ｏ_２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。

【0116】

また、上述のように、プラズマ源８０のアンテナ８３、８３ａ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。

【0117】

また、ノズルが１本の場合であっても、アンテナ８３、８３ａの変形により、面内均一性を高めるようなアンテナ８３、８３ａ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。

【0118】

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、プラズマ源８０では、アンテナ８３、８３ａに対して、所定の出力の高周波電力を供給する。

【0119】

筐体９０では、アンテナ８３、８３ａ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。

【0120】

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ーＷ側に向かおうとする電界についても遮断される。

【0121】

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、ウェハー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。

【0122】

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、ウェハーＷ表面への原料ガスの吸着、ウェハー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。

【0123】

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。

【0124】

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。

【0125】

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、ＴｉＣｌ_４［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。

【0126】

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。

【0127】

また、窒化膜を成膜するプロセスでは、改質用にＮＨ_３ガス又はＮ_２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（Ｈ_２ガス、ＮＨ_３ガス）との混合ガスを用いてもよい。

【0128】

また、分離ガスとしては、例えばＡｒガスの他、Ｎ_２ガス等も挙げられる。

【0129】

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。

【0130】

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。

【0131】

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。

【0132】

ウェハー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。

【0133】

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。

【0134】

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。

【0135】

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。

【0136】

次に、第３の実施形態に係るプラズマ処理装置について説明する。

【0137】

図２２は、第３の実施形態に係るプラズマ処理装置の一例のアンテナ８３ｂの平面形状を示した図である。図２２において、左側がサセプタ２の中心側であり、右側がサセプタ２の外周側を示している。なお、第３の実施形態においては、第１の実施形態と同様に、アンテナ８３ｂがサセプタ２の半径方向に沿って配置された例を挙げて説明する。即ち、第２の実施形態に係るプラズマ処理装置のように、サセプタ２の中心とエッジとを結んだ線に対して傾斜角を有するのではなく、サセプタ２の中心とエッジとを結んだ線に沿ってアンテナ８３ｂの長手方向が配置された例について説明する。

【0138】

図２２（ａ）は、アンテナ８３ｂにより形成された磁界の強さＨのＹ軸方向における分布を示した図であり、図２２（ｂ）は、アンテナ８３ｂの平面形状を示した図である。

【0139】

図２２（ｂ）に示される通り、第３の実施形態に係るプラズマ処理装置のアンテナ８３ｂは、サセプタ２の外周側に配置される右側の幅が、サセプタ２の中心側に配置される左側の幅よりも小さい幅を有する。ここで、「幅」というのは、サセプタ２の周方向におけるアンテナ８３ｂの大きさを意味し、アンテナ８３ｂの短手方向におけるアンテナ８３ｂの大きさを意味する。

【0140】

アンテナ８３ｂの平面形状について更に詳細に述べると、図２２（ｂ）において、３個の円Ｃ１〜Ｃ３が示されているが、アンテナ８３ｂの両端は円弧に類似した曲線的な外形を有し、右側の外周側の円Ｃ３の半径Ｒ３は、左側の中心側の円Ｃ２の半径Ｒ２よりも小さく構成されている。更に、アンテナ８３ｂの両端部の円弧に沿った円Ｃ２、Ｃ３の半径Ｒ２、Ｒ３は、アンテナ８３ｂの全体を円Ｃ１に近似させた時の半径ｒ１よりも小さい。つまり、ｒ３＜ｒ２＜ｒ１となっている。

【0141】

第１の実施形態の（１）式で説明したように、磁界ｄｈの強さは電流素片Ｉｄｌからの距離ｒの二乗に反比例するため、各円Ｃ１〜Ｃ３の内部においては、半径Ｒ１〜Ｒ３の二乗に反比例する磁界ｄＨが得られる。なお、理解の容易のため、（１）式において磁極ｍが形成する磁界を考えると、磁界の強さＨは（４）式のようになる。

【0142】

Ｈ＝ｍ／４πμ_０ｒ^２ ［Ａ／ｍ］（又は［Ｎ／Ｗｂ］） （４）
（１）式及び（４）式のいずれにおいても、磁界の強さｄＨ、Ｈは、距離ｒの二乗に反比例することが分かる。よって、円の半径を小さくすれば、円の内部に発生する磁界を小さくすることができる。

【0143】

図２２（ａ）は、アンテナ８３ｂにより得られるＹ軸上（サセプタ２の半径方向の中心からエッジまでの座標）の磁界Ｈの強さの分布を示しており、外周側において磁界Ｈが強くなり、中心側において磁界Ｈが弱くなった磁界分布となっていることが分かる。このように、アンテナ８３ｂの外周側の端部の幅（≒Ｒ３×２）又は円弧の半径Ｒ３を中心側の端部の幅（≒Ｒ２バル２）又は円弧の半径Ｒ２よりも小さくすることにより、外周側の磁界Ｈの強さを中心側よりも強くすることができる。これにより、サセプタ２の外周側における移動速度が中心側よりも速くても、外周側の磁界Ｈを大きくし、プラズマの強度を強くすることにより、中心側と外周側のプラズマ処理量を均一化することができる。

【0144】

なお、図２２（ａ）、（ｂ）において、円Ｃ２、Ｃ３の外側にあり、かつ円Ｃ１の内側にある円Ｃ１の中心付近の領域は、円Ｃ１のみの磁界Ｈの影響を受けるため、磁界Ｈの強さが弱くなっている。

【0145】

図２２（ｃ）は、アンテナ８３ｂを搭載したプラズマ源８０に搭載してＳｉＯ_２膜をプラズマ処理した場合の膜厚分布を模式的に示した図であり、図２２（ｄ）は、Ｓｉ基板をプラズマ酸化した状態を模式的に示した図である。

【0146】

図２２（ｃ）、（ｄ）に示される通り、シリコン基板をプラズマ酸化して生成したシリコン酸化膜は、中心側と外周側の差が無く、均一な酸化状態となる。このように、サセプタ２の外周側と中心側の速度差により生じるプラズマ処理量の差を、外周側の磁界を強くすることで是正することができる。

【0147】

図２３は、比較例に係るアンテナ２８３を示した図である。図２３（ｂ）に示される通り、比較例に係るアンテナ２８３は、アンテナ２８３の中心側と外周側の端部で同じ円Ｃ６に沿った円弧を有し、円Ｃ６の半径Ｒ６は両端部で同じ大きさである。また、アンテナ２８３の全体を近似させた円Ｃ１の半径Ｒ１は、図２２と同様である。

【0148】

かかる構成の場合、図２３（ａ）に示される通り、アンテナ２８３により生成される磁界Ｈの分布は、半径方向において中心側と外周側で対称となる。しかしながら、サセプタ２の回転速度は中心側と外周側で異なり、外周側の方が高速であるので、図２３（ｃ）、（ｄ）に示される通り、シリコン基板をプラズマ酸化すると、中心側（図中左側）が外周側（図中右側）よりも多く酸化されてしまう。

【0149】

このように、サセプタ回転式の成膜装置では、中心側と外周側のプラズマ処理の差が出る場合が多いので、これを是正する手段が必要となる。図２２で説明したように、アンテナ８３ｂの両端部の幅又は円弧状の両端部の半径Ｒ２、Ｒ３を、外周部Ｒ３の方が中心部Ｒ２よりも小さくなるように構成することにより、このようなプラズマ処理の差を是正することができる。なお、図２２（ｂ）に示した中心側の円Ｃ２の半径Ｒ２は、図２３（ｂ）の円Ｃ６の半径Ｒ６よりも大きく、図２２（ｂ）の外周側の円Ｃ３の半径Ｒ３は、図２３（ｂ）の円Ｃ６の半径Ｒ６よりも小さくなっている。このように、従来のアンテナ２８３よりも、中心側の円弧に沿った円Ｃ２の半径Ｒ２を大きくし、外周側の円弧に沿った円Ｃ３の半径Ｒ３を小さくするという両端における形状の変形により、大幅に磁界を変化させることができる。

【0150】

図２４は、第３の実施形態に係るプラズマ処理装置の第２の態様のアンテナ８３ｃの平面構成を示した図である。図２４（ａ）は、アンテナ８３ｃにより形成された磁界の強さＨのＹ軸方向における分布を示した図であり、図２４（ｂ）は、アンテナ８３ｃの平面形状を示した図である。

【0151】

図２４（ｂ）に示される通り、アンテナ８３ｃの中心側の端部の円弧形状に沿った円Ｃ４の半径Ｒ４が、外周側の端部の円弧形状に沿った円Ｃ５の半径Ｒ５よりも大きくなるように構成されている点は図２２（ｂ）と同様であるが、中心側及び外周側の円Ｃ４、Ｃ５の半径Ｒ４、Ｒ５が、図２２（ｂ）における中心側及び外周側の円Ｃ２、Ｃ３の半径Ｒ２、Ｒ３よりもそれぞれ小さく構成されている点で、図２２のアンテナ８３ｂと異なっている。

【0152】

図２４（ａ）に示される通り、アンテナ８３ｃの両端部の円弧の半径Ｒ４、Ｒ５をより小さく構成することにより、両端部の磁界Ｈの強さを強くすることができる。即ち、図２２（ａ）と比較して、図２２４（ａ）は磁界Ｈの強さが強くなっており、特に外周側では高くなっている。

【0153】

図２４（ｃ）は、アンテナ８３ｃを搭載したプラズマ源８０に搭載してＳｉＯ_２膜をプラズマ処理した場合の膜厚分布を模式的に示した図であり、図２４（ｄ）は、Ｓｉ基板をプラズマ酸化した状態を模式的に示した図である。

【0154】

図２４（ｃ）、（ｄ）に示される通り、アンテナ８３ｃの両端の円弧の半径Ｒ４、Ｒ５を図２２のアンテナ８３ｂよりも小さくしたことにおより、酸化力が増大し、シリコン基板の酸化領域が増加していることが分かる。

【0155】

このように、本実施形態に係るプラズマ処理装置によれば、アンテナ８３ｂ、８３ｃの外周側の端部の幅又は円弧の半径Ｒ３、Ｒ５を中心側の端部の幅又は円弧の半径Ｒ２、Ｒ４よりも小さく構成することにより、外周側の磁界Ｈの強さを中心側よりも強くし、中心側と外周側のプラズマ処理量を均一化することができる。また、図２２、２４に示された通り、アンテナ８３ｂ、８３ｃの端部の幅又は円弧の半径の大きさを調整することにより、磁界の強度を調整することができ、所望の磁界分布を得ることができる。

【0156】

また、図２２（ａ）、（ｃ）及び図２４（ａ）、（ｃ）において、アンテナ８３ｂ、８３ｃの両端部の円弧Ｃ２〜Ｃ５の中心に極大値が存在するので、アンテナ８３ｂ、８３ｃの両端部の円弧Ｃ２〜Ｃ５の中心内に凹部２４が収まる大きさにアンテナ８３ｂ、８３ｃの大きさを設定することにより、線形的な変化部分でウェハーＷをプラズマ処理することができ、所望の磁界分布内でウェハーＷのプラズマ処理を行うことができる。即ち、第１の実施形態と第３の実施形態とを組み合わせることにより、より均一なプラズマ処理を行うことができる。

【0157】

次に、ファラデーシールド９５の効果について説明する。

【0158】

第３の実施形態に係るプラズマ処理装置のアンテナ８３ｂ、８３ｃに適合したファラデーシールドの形状を調べるため、発明者等は以下に述べる実験を行った。

【0159】

図２５は、第１の実験例に係るファラデーシールドの変形例である。第１の実験例においては、第１の実施形態で説明した図１１（ａ）に示したファラデーシールド１９５において、図２５のように、アンテナ１８３の両端の円弧の中心に近い部分のスリット１９７を、部分的に隠す変形を行い、変形ファラデーシールド２９５を作製した。

【0160】

図２６は、第２の実験例に係るファラデーシールドの変形例である。第１の実験例においては、図１１（ａ）に示したファラデーシールド１９５において、図２６のように、アンテナ１８３の両端の円弧の中心に近い部分のスリット１９７を、全面的に隠す変形を行い、変形ファラデーシールド３９５を作製した。

【0161】

図２７は、図１１（ａ）に示すファラデーシールド１９５と、図２５及び図２６に示す変形ファラデーシールド２９５、３９５を用いて行った成膜結果である。

【0162】

図２７において、膜厚分布Ｆａが図１１（ａ）に示すファラデーシールド１９５を用いた膜厚分布であり、膜厚分布Ｆｃが図２５、２６に示す変形ファラデーシールド２９５、３９５の膜厚分布である。図２７に示される通り、ファラデーシールド１９５の磁界が最も強い両端の円弧の中心に近い部分を隠すことにより、磁界が強くなって膜厚が極端に薄くなる箇所の膜厚を厚くすることができる。即ち、ファラデーシールド１９５のスリット１９７を部分的に覆うことにより、磁束のウェハーＷへの到達量を低減させ、プラズマを弱めることができる。

【0163】

このことから、ファラデーシールド９５は、アンテナ８３ｂ、８３ｃの形状に合わせた形で変形することが好ましく、アンテナ８３ｂ、８３ｃの変形で得られた磁界の是正結果を、そのまま反映させるような変形が好ましい。よって、第３の実施形態に係るプラズマ処理装置においては、アンテナ８３ｂ、８３ｃにおいて、外周部が中心部よりも幅又は円弧の半径が小さくなるような形状としたときには、それに合わせてファラデーシールド９５の形状も、中心側が大きな径を有し、外周側が小さな径を有する形状とすることが好ましい。

【0164】

第３の実施形態に係るプラズマ処理装置においては、必要に応じて、ファラデーシールド９５についても、そのような変形を行うようにしてよい。

【0165】

図２８は、基板酸化力を定める要素を説明するための図である。図２８（ａ）は、基板酸化力の要素を模式的に示した図である。図２８（ａ）において、基板酸化力を定める要素が、特性Ａ〜Ｄにより記載されている。横軸はＹ軸上の座標であり、左側がサセプタ２の中心側、右側がサセプタ２の外周側を示す。また、縦軸は、各要素の強度又は大きさを酸化膜の膜厚（Å）に換算した値を示している。基板酸化力が特性Ａ，プラズマ照射時間が特性Ｂ、プラズマ強さが特性Ｃ、ウェハーサイズが特性Ｄ、ファラデーシールドが特性Ｅで示されている。

【0166】

基板酸化力を示す特性Ａは、外周側のサセプタ２の移動速度が中心側より速いため、外周側の酸化力が相対的に弱くなり、外側の膜厚が高い特性となっている。

【0167】

一方、プラズマ照射時間は、外周側の方が短くなるので、特性Ｂに示されるように、外周側の方が中心側よりも低い直線となる。

【0168】

プラズマ強さは、今まで説明したように、両端の円弧の中心において強くなるので、特性Ｃに示されるように、両側に極置を有する特性となる。

【0169】

ウェハーサイズは、本来的には一定の筈であるが、中央の方がやや低くなるので、特性Ｄのような、中央が両側よりも低い特性となる。

【0170】

ファラデーシールドは、中央が高くなり、両側が低くなる傾向を示し、特性Ｅのようになる。

【0171】

これらの要素のうち、プラズマ照射時間とウェハーサイズは、変更できない要素である。一方。プラズマ強さとファラデーシールドは変更可能な要素である。

【0172】

図２８（ａ）の模式的なグラフを、実際の計測値で示すと、図２８（ｂ）のようになる。図２８（ｂ）の特性は、概略的には図２８（ａ）に示した特性と類似している。

【0173】

図２９は、図２８で説明した基板酸化力の要素を用いて、高周波電源８５の出力を４０００Ｗとしたときのサセプタ２上のウェハーＷを均一に酸化するための条件を算出したシミュレーション結果を示した図である。なお、ファラデーシールドの特性Ｅは除外し、酸化量の特性Ｆを加えた。

【0174】

図２９（ａ）は、図２３で説明したように、アンテナ２８３の両端の円弧の半径が等しい場合の特性を示した図である。この場合、特性Ｃに示されるように、プラズマ強さは中心側から外周側にかけて略一定となる。その結果、特性Ａ、Ｆに示されるように、基板酸化力は外周側が低下し、外周側の膜厚が大きくなる。

【0175】

この図２９（ａ）のＹ軸上の５０ｍｍ、２５０ｍｍの位置のプラズマ強さ、即ち磁界の強さを１００％とし、基板酸化力が一定となる各要素の分布を算出した。

【0176】

図２９（ｂ）は、算出結果を示した図である。図２９（ｂ）に示される通り、Ｙ軸上の２５０ｍｍにおけるプラズマ強さ（磁界の強さ）を３８０％にすると、特性Ｆに示される通り、基板酸化力はＹ軸上で均一となる。なお、特性Ａは、実測値であり、それ以外は算出値である。

【0177】

このように、プラズマ出力が４０００Ｗの場合には、Ｙ軸上の２５０ｍｍの地点におけるプラズマ強さを３８０％にすれば、均一な基板酸化力が得られる。

【0178】

図３０は、図２９と同様のシミュレーションを、プラズマ出力が３０００Ｗの場合について行った結果である。

【0179】

図３０（ａ）に示されるように、基板酸化力の特性Ａと基板酸化量の特性Ｆは重なっているが、図３０（ｂ）に示されるように、Ｙ軸上の２５０ｍｍのプラズマ強さを図３０（ａ）のプラズマ強さの３００％に設定すると、Ｙ軸上で均一な基板酸化量（特性Ｆ）を得ることができる。なお、この図においても、基板酸化力の特性Ａは実測値であり、その他の値は算出値である。

【0180】

図３１は、図２９、３０と同様のシミュレーションを、プラズマ出力が２０００Ｗの場合について行った結果である。

【0181】

図３１（ａ）に示されるように、基板酸化力の特性Ａと基板酸化量の特性Ｆは重なっているが、図３１（ｂ）に示されるように、Ｙ軸上の２５０ｍｍのプラズマ強さを図３１（ａ）のプラズマ強さの２３０％に設定すると、Ｙ軸上で均一な基板酸化量（特性Ｆ）を得ることができる。なお、この図においても、基板酸化力の特性Ａは実測値であり、その他の値は算出値である。

【0182】

このように、プラズマ出力（高周波電源８５の出力）が変化すると、アンテナ８３ｂ、８３ｃが発生する外周側の磁界を調整する必要があるが、プラズマ出力を種々変化させた場合でもｍ、アンテナ８３ｂ、８３ｃの両端の円弧の半径又は幅を変化させることにより、均一な基板酸化が可能であることが分かる。

【0183】

このように、第３の実施形態に係るプラズマ処理装置によれば、サセプタ２の半径方向における酸化力を均一にし、均一なプラズマ処理を行うことができる。

【0184】

なお、第３の実施形態に係るプラズマ処理装置は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置及び／又は第２の実施形態に係るプラズマ処理装置と組み合わせることが可能である。

【0185】

具他的には、アンテナ８３ｂ、８３ｃの長手方向の寸法を大きくし、両端の円弧の円の中心が凹部２４よりも外側に配置されるように構成するとともに、外周側端部の円弧の円の半径が中心側端部の円弧の円の半径よりも小さくなるように構成すればよい。

【0186】

また、第２の実施形態で述べたように、アンテナ８３ｂ、８３ｃの角度を調整しつつ、配置すればよい。

【0187】

また、アンテナ８３ｂ、８３ｃの長手方向の寸法及び角度の双方を調整してもよい。

【0188】

このように、第１乃至第３の実施形態を適宜組み合わせてプラズマ処理装置を構成することができる。これにより、均一で高効率のプラズマ処理を行うことができ、高品質の成膜処理を行うことができる。

【0189】

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。

【符号の説明】

【0190】

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 プラズマ源
８３、８３ａ、８３ｂ、８３ｃ アンテナ
８５ 高周波電源
８６ 接続電極
９０ 筐体
９５ ファラデーシールド
１２０〜１２２ ガス供給源
１３０〜１３２ 流量制御器
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 ウェハー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】