特開 2023-58371 プラズマ処理を行う装置、及びプラズマ処理を行う方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023058371

(43)【公開日】2023-04-25

(54)【発明の名称】プラズマ処理を行う装置、及びプラズマ処理を行う方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/505 20060101AFI20230418BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20230418BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20230418BHJP

【ＦＩ】

C23C16/505

H01L21/31 C

H01L21/302 101B

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021168368

(22)【出願日】2021-10-13

(71)【出願人】

【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】110002756

【氏名又は名称】弁理士法人弥生特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山涌 純

【テーマコード（参考）】

4K030

5F004

5F045

【Ｆターム（参考）】

4K030AA11

4K030AA18

4K030BA18

4K030BA38

4K030CA04

4K030CA12

4K030EA05

4K030EA06

4K030FA01

4K030GA02

4K030HA01

4K030JA10

4K030KA17

4K030KA23

4K030KA30

4K030KA41

4K030KA46

4K030KA47

4K030LA15

5F004BA03

5F004BB13

5F004BB18

5F004BB26

5F004BB28

5F004BD04

5F004DA23

5F004DA25

5F045AA08

5F045AA15

5F045AC03

5F045AC15

5F045AC16

5F045DP03

5F045DQ10

5F045EE19

5F045EF05

5F045EF09

5F045EF13

5F045EH04

5F045EH05

5F045EH12

5F045EH18

5F045EK07

(57)【要約】

【課題】プラズマ化した処理ガスから、基板に対して高密度のラジカルを供給してプラズマ処理を行う技術を提供する。
【解決手段】チャンバー内の基板にプラズマ化した処理ガスを供給してプラズマ処理を行う装置は、前記処理ガスをチャンバー内へ向けて共供給するためのリモートプラズマ供給部を備える。リモートプラズマ供給部は、互いに対向するように配置され、一方が高周波電源に接続された上部電極及び下部電極と、チャンバー内の基板に向けて、次第に開口幅が大きくなる開口側壁面を有するプラズマ供給口と、プラズマ供給口に挿入され、開口側壁面との間に、プラズマ化した処理ガスの流路を形成すると共に、プラズマ化した処理ガスに含まれるイオンをトラップするための、トラップ面を有するイオントラップ部材を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

チャンバー内の基板にプラズマ化した処理ガスを供給してプラズマ処理を行う装置であって、
前記基板を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内に設けられ、前記基板を支持するステージと、
前記ステージに支持された前記基板と対向する位置に設けられ、プラズマ化した前記処理ガスを前記チャンバー内へ向けて供給するためのリモートプラズマ供給部と、を備え、
前記リモートプラズマ供給部は、
前記処理ガスの容量結合プラズマを形成するためのプラズマ形成空間を介して、互いに対向するように配置された上部電極及び下部電極と、
前記上部電極または前記下部電極に接続された高周波電源と、
前記プラズマ形成空間と、前記基板の処理空間である前記チャンバー内の空間とを連通させるために前記下部電極に形成され、前記下部電極の縦断面を見たとき、前記プラズマ形成空間側から前記処理空間側へ向けて開口幅が次第に大きくなる開口側壁面を有するプラズマ供給口と、
前記プラズマ供給口内に挿入され、前記開口側壁面との間に、前記プラズマ形成空間から流出したプラズマ化した前記処理ガスの流路を形成すると共に、プラズマ化した前記処理ガスに含まれるイオンを衝突させてトラップするために、前記開口側壁面に沿って形成されたトラップ面を有するイオントラップ部材と、を備えた、装置。

【請求項2】

前記処理空間側から見たとき、前記下部電極には、スリット状の複数の前記プラズマ供給口が形成され、各々の前記プラズマ供給口に、前記イオントラップ部材が挿入されている、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記イオントラップ部材は水晶、または表面が酸化ケイ素皮膜によりコーティングされた金属により構成されている、請求項１または２に記載の装置。

【請求項4】

前記イオントラップ部材は金属により構成され、接地端に接続されている、請求項１または２に記載の装置。

【請求項5】

前記イオントラップ部材と、前記接地端との間には、前記イオントラップ部材にバイアス電力を印加するための直流電源が設けられている、請求項４に記載の装置。

【請求項6】

前記イオントラップ部材の下端面は、前記プラズマ供給口の上端面よりも大きく形成され、前記処理空間側から見たとき、前記イオントラップ部材は、前記プラズマ供給口の全体を覆うように配置されている、請求項１ないし５のいずれか一つに記載の装置。

【請求項7】

前記処理ガスの流路の流路の入口の上方側、または前記流路の出口の下方側の少なくとも一方に、プラズマ化した前記処理ガスに含まれるイオンを衝突させてトラップするための衝突板を備える、請求項１ないし６のいずれか一つに記載の装置。

【請求項8】

前記衝突板は、水晶、または表面が酸化ケイ素皮膜によりコーティングされた金属により構成されている、請求項７に記載の装置。

【請求項9】

前記下部電極は、表面が不動態化処理された金属により構成されている、請求項１ないし８のいずれか一つに記載の装置。

【請求項10】

前記プラズマ処理は、膜原料を含む原料ガスと、プラズマ化した前記処理ガスである反応ガスとを反応させて前記基板に成膜を行う成膜処理であり、
前記処理空間に前記原料ガスを供給するための原料ガス供給部を備える、請求項１ないし９のいずれか一つに記載の装置。

【請求項11】

前記下部電極は、前記原料ガスを拡散させる拡散空間と、前記拡散空間内の前記原料ガスを前記処理空間へ向けて吐出する複数の吐出孔とを備えた前記原料ガス供給部として構成されている、請求項１０に記載の装置。

【請求項12】

前記高周波電源は前記上部電極に接続され、前記下部電極は接地されている、請求項１ないし１１のいずれか一つに記載の装置。

【請求項13】

チャンバー内の基板にプラズマ化した処理ガスを供給してプラズマ処理を行う方法であって、
チャンバー内に搬入された前記基板を、当該チャンバー内に設けられたステージに受け渡す工程と、
前記ステージに支持された前記基板と対向する位置に設けられたリモートプラズマ供給部を構成し、互いに対向するように配置された上部電極及び下部電極により形成されたプラズマ形成空間に対し、前記処理ガスを供給すると共に、前記高周波電源から前記上部電極または下部電極に高周波電力を供給して、前記処理ガスの容量結合プラズマを形成する工程と、
前記プラズマ形成空間と、前記基板の処理空間である前記チャンバー内の空間とを連通させるために前記下部電極に形成され、前記下部電極の縦断面を見たとき、前記プラズマ形成空間側から前記処理空間側へ向けて開口幅が次第に大きくなる開口側壁面を有するプラズマ供給口を介し、前記プラズマ化した処理ガスを前記処理空間側へ流出させる工程と、
前記プラズマ供給口に内に挿入され、前記開口側壁面との間に、前記プラズマ形成空間から流出した前記処理ガスの流路を形成すると共に、前記開口側壁面に沿って形成されたトラップ面を有するイオントラップ部材を用い、前記流路を流れるプラズマ化した前記処理ガスに含まれるイオンを前記トラップ面に衝突させてトラップした後、前記チャンバー内へ向けて供給する工程と、を含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、プラズマ処理を行う装置、及びプラズマ処理を行う方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスの製造工程にて半導体ウエハ（以下、「ウエハ」と記載する）に成膜を行う処理として、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法が知られている。この成膜処理では、膜原料を含む原料ガス、膜原料の酸化や還元などを行う反応ガスを交互にウエハに供給して、成膜が行われる。また、成膜ガスをプラズマ化することにより得られた反応性の高い活性種を利用するプラズマＡＬＤ（ＰＥＡＬＤ）を実施する場合もある。

【0003】

例えば特許文献１には、チャンバー内にて、第１の容量結合プラズマと第２の容量結合プラズマを生成して、ステージに支持された基板上にＰＥＡＬＤを実施する成膜装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９－２０３１５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本開示は、プラズマ化した処理ガスから、基板に対して高密度のラジカルを供給してプラズマ処理を行う技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示は、チャンバー内の基板にプラズマ化した処理ガスを供給してプラズマ処理を行う装置であって、
前記基板を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内に設けられ、前記基板を支持するステージと、
前記ステージに支持された前記基板と対向する位置に設けられ、プラズマ化した前記処理ガスを前記チャンバー内へ向けて供給するためのリモートプラズマ供給部と、を備え、
前記リモートプラズマ供給部は、
前記処理ガスの容量結合プラズマを形成するためのプラズマ形成空間を介して、互いに対向するように配置された上部電極及び下部電極と、
前記上部電極または前記下部電極に接続された高周波電源と、
前記プラズマ形成空間と、前記基板の処理空間である前記チャンバー内の空間とを連通させるために前記下部電極に形成され、前記下部電極の縦断面を見たとき、前記プラズマ形成空間側から前記処理空間側へ向けて開口幅が次第に大きくなる開口側壁面を有するプラズマ供給口と、
前記プラズマ供給口内に挿入され、前記開口側壁面との間に、前記プラズマ形成空間から流出したプラズマ化した前記処理ガスの流路を形成すると共に、プラズマ化した前記処理ガスに含まれるイオンを衝突させてトラップするために、前記開口側壁面に沿って形成されたトラップ面を有するイオントラップ部材と、を備えた装置である。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、プラズマ化した処理ガスから、基板に対して高密度のラジカルを供給してプラズマ処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示の一実施形態に係る成膜装置を示す縦断側面図である。

【図2】前記成膜装置に設けられているリモートプラズマ供給部の一例を示す縦断側面図である。

【図3】下部電極の第１の構成例を示す平面図である。

【図4】下部電極の第２の構成例を示す平面図である。

【図5】イオントラップ部材の第１の構成例を示す概略斜視図である。

【図6】前記第１の構成例の作用を説明する縦断側面図である。

【図7】イオントラップ部材の第２の構成例を示す概略斜視図である。

【図8】イオントラップ部材の第３の構成例を示す縦断側面図である。

【図9】イオントラップ部材の第４の構成例を示す縦断側面図である。

【図10】原料ガス供給部の他の例を示す概略斜視図である。

【図11】下部電極及びイオントラップ部材の他の構成例を示す縦断側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

＜成膜装置＞
以下、図１、図２を参照しながら、本開示に係る「プラズマ処理を行う装置」の実施形態として、プラズマ処理である成膜処理を実施する成膜装置１の構成例について説明する。成膜装置１は、容量結合型のプラズマ処理装置であり、膜原料を含む原料ガスと、プラズマ化した処理ガスである反応ガスとを反応させて、基板であるウエハにＰＥＡＬＤにより成膜を行う装置として構成されている。

【0010】

図１は、成膜装置１の縦断側面図であり、成膜装置１は、接地された金属製の略円筒状のチャンバー１１を備えている。チャンバー１１の側面には、不図示の真空搬送室との間でウエハＷの搬入出を行うための搬入出口１２が形成され、この搬入出口１２はゲートバルブ１３により開閉自在に構成されている。チャンバー１１は、排気ライン１４を介して、例えばバタフライバルブよりなる圧力調整部や真空ポンプなどを備えた真空排気部１４１に接続されている。真空排気部１４１により、予め設定された圧力までチャンバー１１内を減圧し、この減圧された空間に原料ガス及び反応ガスを供給してウエハＷへの成膜が行われる。

【0011】

チャンバー１１内の中央には、処理対象のウエハＷを水平に支持するステージ１５が設けられている。ステージ１５は、柱状の支持部材１５１により、下面側から支えられた状態で設けられている。ステージ１５には不図示のヒーターが埋設され、予め設定された設定温度にウエハＷを加熱することができる。さらに、チャンバー１１には、ウエハＷを保持して昇降させるための図示しない昇降ピンが設けられ、昇降ピンの昇降により、ステージ１５と、外部の図示しない搬送機構との間でウエハＷの受け渡しを行うことができる。

【0012】

＜リモートプラズマ供給部＞
本例の成膜装置１は、ステージ１５に支持されたウエハＷと対向する位置に、リモートプラズマ供給部２を備えている。リモートプラズマ供給部２は、プラズマ化した反応ガスをチャンバー１１内へ向けて供給するように構成されている。図１及び図２に示すように、リモートプラズマ供給部２は、上部電極３と、下部電極４と、プラズマ供給口５と、イオントラップ部材７と、を備えている。

【0013】

この例において、チャンバー１１の天井部は開口しており、この天井部にリモートプラズマ供給部２が嵌め込まれている。リモートプラズマ供給部２は略円板状に構成され、チャンバー１１の天井面を構成する上部電極３と、上部電極３に対向するように設けられた下部電極４と、を有している。上部電極３の外縁と下部電極４の外縁とは、絶縁部材２１及び側壁部材２２を介して上下に積み重ねられている。こうして、リモートプラズマ供給部２の内部には、プラズマ形成空間２０が構成され、上部電極３と下部電極４とはプラズマ形成空間２０を介して互いに対向した状態となる。

【0014】

上部電極３は、ステージ１５と対向するように配置され、平面的に見て、ステージ１５に支持されたウエハＷと同じかウエハＷよりも大きい円形状に構成されている。上部電極３は外周囲にフランジ３０を備えており、このフランジ３０が絶縁部材２１にて支持されている。さらに、絶縁部材２１が側壁部材２２の上に配置されることにより、上部電極３がチャンバー１１に設置される。

【0015】

下部電極４は、例えば複数の管体４１を配列して平面視円形状に構成されている。後述するように、これらの管体４１は、原料ガス供給部としての機能を兼ね備えている。各管体４１の上面４２は、上部電極３の下面と対向するように平面状に形成されており、これら複数の管体４１が下部電極４として機能する。このような下部電極４は、平面で見たときに、ステージ１５に支持されたウエハＷとほぼ同じかウエハＷよりも大きく形成され、下部電極４の中心は、ステージ１５に支持されたウエハＷの中心と揃うように設けられる。

【0016】

図３及び図４は、下部電極４を上部電極３側から見た平面図であり、下部電極４を構成する管体４１の配列例を示している。管体４１同士の隙間（スリット）と区別するため、これらの図では、管体４１に斜線を付している。先ず、図３に示す第１の構成例について説明する。図１、図２は、図３のＡ－Ａ｀線に沿って切断した位置で見た縦断面図である。これらの図に示すように、この例の下部電極４は、平面視したとき、細長い矩形状の複数の管体４１を、互いに間隔を開けて配列した構成となっている。

【0017】

図１～図３に示すように、複数の管体４１は、図中にＸ軸として示した方向と、各管体４１の長辺方向とが揃うように配置されている。またこれらの管体４１は、前記Ｘ軸方向と同じ平面内で直交するＹ軸方向に沿って互いに隙間を開けて配置されている。隣り合う管体４１の隙間は、後述のプラズマ供給口５を構成している。
これら管体４１は、例えば長辺方向の中心近傍の位置にて、Ｙ軸に沿って延在する接続用管体４３に接続されている。こうして全ての管体４１、４３の内部空間は連通し、この内部空間は後述する原料ガスを拡散させるための拡散空間４０を構成している。

【0018】

図１、図２、図５に示すように、短辺方向に沿った縦断面を見たときに、管体４１は、下に向けて開口幅が次第に小さくなるテーパー状の側面４４を備えている。この例では、管体４１は、前記縦断面形状が上底の寸法よりも下底の寸法の方が小さい台形状に形成されている。従って前記側面４４は直線的なテーパー状に構成されている。

【0019】

上述の構成の下部電極４において、隣り合う管体４１同士の間には、隙間が形成されている。これらの隙間は、プラズマ形成空間２０と、プラズマ形成空間２０の下方のステージ１５が設けられた空間である処理空間１０とを連通させるプラズマ供給口５を構成している。
図３に示すように、プラズマ形成空間２０から見ると、各プラズマ供給口５は、直線状に延伸するスリット状に形成されている。また、図１、図２及び図５に示すように、プラズマ供給口５は、下部電極４の縦断面を見たときに、プラズマ形成空間２０側から処理空間１０側へ向けて開口幅が直線状に次第に大きくなる、逆テーパー状の開口側壁面５１を有している。

【0020】

既述のように、下部電極４は、処理空間１０に原料ガスを供給するための原料ガス供給部の機能を兼ね備えており、下部電極４を構成する複数の管体４１の内部空間は、原料ガスを拡散させる拡散空間４０として構成されている。また、各管体４１の下面には、拡散空間４０内の原料ガスを処理空間１０へ向けて吐出する吐出孔４５が形成されている。この吐出孔４５は、小孔状の複数の吐出孔を管体４１の長辺方向に沿って並べて配置してもよい。また、管体４１の長辺方向に沿って延伸するように、スリット状の吐出孔を形成してもよい。

【0021】

下部電極４は、平面視したときに、ステージ１５に支持されたウエハＷを覆うように配置され、その下面全体に複数の吐出孔４５が形成されている。従って、ステージ１５に支持されたウエハＷから見ると、下部電極４は、ウエハ面内に向けて満遍なく原料ガスを吐出するシャワーヘッドとして機能している。なお、図３、図４においては、吐出孔４５の記載は省略してある。

【0022】

この下部電極４は、側壁部材２２に支持されてチャンバー１１に配置される。上部電極３と下部電極４との間には絶縁部材２１が介在しているので、互いに絶縁されている。こうして、上部電極３と下部電極４とは、プラズマ形成空間２０に容量結合プラズマＰを形成するための一対の平行平板電極を構成する。
下部電極４がステージ１５に支持されたウエハＷと同じか大きく形成されていることから、前記プラズマ形成空間２０によりウエハＷの全面が覆われる状態となる。また、下部電極４により、チャンバー１１内がプラズマ形成空間２０と処理空間１０とに上下に区画される。

【0023】

上部電極３及び下部電極４は、各々導電性を有する金属により構成される。特に下部電極４は、ラジカル再結合率が低い部材により構成される。ラジカル再結合率が低い部材の例を挙げると、アルミニウム（Ａｌ）の無垢材や、表面が不動態化処理された金属例えばアルマイト処理されたアルミニウムを例示することができる。また、下部電極４の表面は、ラジカル再結合率が低いセラミックス被膜によって被覆してもよい。

【0024】

絶縁部材２１は例えば酸化アルミニウム（ＡｌＯ）、側壁部材２２は例えばチャンバー１１と同じ材質により構成されている。
また、図２に示すように側壁部材２２には、ヒーター２３が埋め込まれている。このヒーター２３は、不図示の電源から給電されることにより、側壁部材２２を加熱するとともに、側壁部材２２からの熱伝導により下部電極４を加熱する。

【0025】

上部電極３は、整合器３１を介して交流の高周波電源３２に接続され、高周波電力が供給されるように構成されている。高周波電源３２の周波数は４００ｋＨｚ～６０ＭＨｚである。この際、高周波電源３２にＤＣパルスを印加するように構成し、高周波電源３２からの高周波とＤＣパルスを重畳するように構成してもよい。また、交流の高周波電源３２の代わりに、直流の高周波電源を用い、ＤＣパルスを印加する構成であってもよい。
一方、下部電極４を構成する複数の管体４１は互いに電気的に接続されており、管体４１の一つには、接地線４６が接続されている。この接地線４６は、例えば側壁部材２２及び絶縁部材２１を貫通し、上方側に向けて延在するように設けられ、その末端位置にて接地されている。

【0026】

プラズマ形成空間２０には、反応ガスの供給路である反応ガス流路６１が接続されている。反応ガス流路６１は、例えば上部電極３を貫通し、その下流端がプラズマ形成空間２０に接続するように設けられる。反応ガス流路６１の上流側は、反応ガスの供給源６２及び不図示のパージガスの供給源に夫々接続されている。

【0027】

下部電極４には原料ガスの供給路である原料ガス流路６３が接続されている。例えば原料ガス流路６３は、平面的に見て下部電極４の中心位置に接続されている。原料ガス流路６３は、上部電極３及びプラズマ形成空間２０を貫通し、その下流端が管体４１に接続されている。原料ガス流路６３の上流側は、原料ガスの供給源６４及び不図示のパージガスの供給源に夫々接続されている。反応ガス流路６１や原料ガス流路６３の配管には、バルブ類及びマスフローコントローラなどの流量制御器が設けられている。このような反応ガス流路６１、原料ガス流路６３は、プラズマ形成空間２０におけるプラズマの形成を妨げないように、適宜、不図示の絶縁部材等を介して接続される。

【0028】

この成膜装置１において、ウエハに窒化チタン膜（ＴｉＮ膜）を成膜する場合の各ガスの例を挙げると、原料ガスとしては、四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）や、テトラキス（ジメチルアミノ）チタン(ＴＤＭＡＴ)を供給する場合を例示できる。この場合、反応ガスとしては、窒素ガス（Ｎ_２ガス）と、反応ガスのプラズマ化を補助するための補助ガス例えばアルゴンガス（Ａrガス）との混合ガスを供給する例が挙げられる。さらにパージガスとしては、不活性ガス例えばＮ_２ガスやＡｒガス等を用いることができる。
また、他の種類の膜としてチタン膜（Ｔｉ膜）を成膜する場合には、原料ガスとしてＴｉＣｌ_４やＴＤＭＡＴを供給し、反応ガスとして水素ガス（Ｈ_２ガス）とＡｒガスとの混合ガスを供給する場合を例示できる。

【0029】

上述の構成により、リモートプラズマ供給部２において、高周波電源３２に接続された上部電極３と、接地端側の下部電極４との間には、容量結合プラズマＰを形成する平行平板型のプラズマ形成空間２０が構成される。このプラズマ形成空間２０に、反応ガスを供給して高周波電力を印加することにより、当該ガスが電離してプラズマが形成され、ＲＥＡＬＤのためのリモートプラズマ源として機能する。

【0030】

ここでプラズマ化した反応ガス中には、イオンやラジカルなど多種類の活性種が含まれている。これらのうち、高いエネルギーを持つイオンは、ウエハＷに成膜される膜の荒れや、下地の損傷を引き起こすおそれがある。この観点で、イオンの含有量を低減し、ラジカルを多く含むプラズマをウエハＷに供給することができれば、良質な膜の成膜を実現することができる。
そこで、本例の成膜装置１は、プラズマ形成空間２０内で形成されたプラズマ化した反応ガスに含まれるイオンをトラップするためのイオントラップ部材７を備えている。

【0031】

続いて、イオントラップ部材７の第１の構成例について説明する。下部電極４には、既述のように、スリット状の複数のプラズマ供給口５が形成されており、各々のプラズマ供給口５に、イオントラップ部材７が挿入されている。例えば図１、図２及び図５に示すように、イオントラップ部材７は、短辺方向に沿った縦断面形状が台形状の柱状体により形成されている。また、イオントラップ部材７は、その長辺方向が管体４の長辺方向に沿うように配置されている。この例のイオントラップ部材７は、プラズマ供給口５の開口側壁面５１に沿って形成された直線的なテーパー状のトラップ面７１を有している。これらの図には、前記縦断面形状が、上底の長さが下底の長さよりも短い台形状に構成されている場合を示している。この他、イオントラップ部材７は、前記テーパー状のトラップ面７１を有する、三角形の縦断面形状を備える構成としてもよい。

【0032】

イオントラップ部材７は、ラジカル再結合率が低い、水晶により構成され、または表面が酸化ケイ素（ＳｉＯ）皮膜によりコーティングされた金属により構成されている。そして、イオントラップ部材７は、各々のプラズマ供給口５内において、開口側壁面５１とトラップ面７１との間に、プラズマ化した反応ガスの流路５２を形成するように設けられている。即ち、イオントラップ部材７は、開口側壁面５１と、トラップ面７１との間に前記流路５２を成す隙間を形成するように、各々のプラズマ供給口５内に挿入されている。

【0033】

図１及び図２は、スリット状のプラズマ供給口５の短辺方向に沿って切った縦断面図である。これらの図は、下部電極４側の逆テーパー状の開口側壁面５１と、イオントラップ部材７側のテーパー状のトラップ面７１との間に、流路５２が形成されている状態を示している。このように流路５２は、プラズマ形成空間２０から見ると、下部電極４の上面に形成されたスリット状の開口から下方に向かい、イオントラップ部材７により左右に分岐した後、開口側壁面５１とトラップ面５２との間を夫々斜め下方に向かうように形成される。

【0034】

図５に示すように、イオントラップ部材７の下端７２は、プラズマ供給口５の上端５０の隙間寸法（プラズマ供給口５の幅）よりも大きく形成されている。具体的には、プラズマ供給口５の幅Ｌ１は、イオントラップ部材７の下端面７２の幅Ｌ２よりも小さく形成されている。この構成により、処理空間１０側から見たとき、イオントラップ部材７は、プラズマ供給口５の全体を覆うように配置された状態となる。イオントラップ部材７は、例えば図２に示すように、支持部材７２により側壁部材２２に接続され、チャンバー１１に設けられている。

【0035】

続いて、下部電極の第２の構成例について、図４を参照して説明する。図４は、下部電極４Ａのプラズマ供給口５３が、プラズマ形成空間２０から見て、円弧状に延伸するスリット状に構成される例を示している。この例では、下部電極４Ａは、平面視環状の複数の管体４１１を同心円状に配列して構成されている。これらの管体４１１は、前記円の直径方向に延在し、互いに直交するように配置された接続用管体４１２、４１３に接続されている。この例の下部電極４Ａは、プラズマ供給口５３の平面形状が異なる点以外は、図１、図２、図５に示す下部電極４と同様に形成されている。従って、プラズマ供給口５３は逆テーパー状の開口側壁面５１を備え、イオントラップ部材７のテーパー状のトラップ面７１との間には、処理ガスの流路５２が形成されている。

【0036】

また、図１に示すように、成膜装置１は制御部１００を備えている。制御部１００は、プログラムを記憶した記憶部、メモリ、ＣＰＵを含むコンピュータにより構成される。プログラムは、制御部１００から成膜装置１の各部に向けて制御信号を出力し、ウエハＷの搬入出や処理を実行するための命令（ステップ）が組まれている。プログラムは、コンピュータの記憶部、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）、不揮発性メモリなどに格納され、この記憶部から読み出されて制御部１００にインストールされる。

【0037】

＜成膜処理＞
次いで、以上に説明した構成を備える成膜装置１の作用について、ＴｉＮ膜の成膜を例にして説明する。
外部の真空搬送室に処理対象のウエハＷが搬送されてきたら、ゲートバルブ１３を開き、搬入出口１２を介して、ウエハＷを保持した搬送機構（不図示）をチャンバー１１内に進入させる。そして、不図示の昇降ピンとの協働作用により、搬送機構からウエハＷを受け取り、ステージ１５上に載置する。

【0038】

しかる後、チャンバー１１から搬送機構を退出させ、ゲートバルブ１３を閉じると共に、チャンバー１１内に反応ガス流路６１及び原料ガス流路６３から夫々パージガスを連続的に供給し、チャンバー１１内の圧力調節、ウエハＷの温度調節を行う。また、ヒーター２３により、側壁部材２２からの熱伝導によって下部電極４を原料ガスが分解する温度、例えば原料ガスがＴＤＭＡＴである場合には、２００℃以下の温度例えば１５０℃に加熱する。

【0039】

次いで、チャンバー１１内にパージガスを連続的に供給した状態を維持したまま、原料ガス流路６３を介して下部電極（原料ガス供給部））４に原料ガスを供給し、複数の吐出孔４５を介して処理空間１０内に吐出する。原料ガスは、処理空間１０内をステージ１５に支持された上へ向けて流れて行き、ウエハＷの表面に吸着する。こうして、ウエハＷに原料ガスを吸着させた後、原料ガスの供給を停止して、チャンバー１１内のパージを行う。

【0040】

次いで、プラズマ形成空間２０へ向けて、反応ガス流路６１を介して反応ガスの供給を行うと共に、高周波電源３２から高周波電力を印加する。これにより、上部電極３と下部電極４との間に高周波電界を形成し、プラズマ形成空間２０に容量結合プラズマＰを生成する。この容量結合プラズマＰにより生成された反応ガスの活性種は、プラズマ供給口５を介し、電離した状態のリモートプラズマとして処理空間１０に供給される。そして、電離した反応ガスに含まれる活性種がウエハＷに吸着した原料と反応して、ＴｉＮを形成する。こうして、ウエハＷ上の原料ガスと反応ガスとを反応させた後、反応ガスの供給を停止して、チャンバー１１内のパージを行う。

【0041】

このように、チャンバー１１内にパージガスを連続的に供給したまま、原料ガスの供給とプラズマの生成とを交互に繰り返し、「原料ガスの供給→パージガスによるパージ→プラズマ化した反応ガスの供給→パージガスによるパージ」のサイクルを、所定回数繰り返して、設定された膜厚のＴｉＮ膜を形成する。プラズマの生成は、原料ガスの供給を停止している期間に行われるが、反応ガスの供給は連続的に行ってもよいし、プラズマを生成するタイミングで行ってもよい。

【0042】

＜イオントラップ＞
上述したプラズマの形成期間中、プラズマ化により電離した反応ガスには、窒素のラジカル８１や、正イオン８２、電子などが含まれる。プラズマ化した反応ガスは、図５に白抜きの矢印で示すように、ウエハＷが配置されている方向へ向けて、プラズマ形成空間２０から、プラズマ供給口５を介して下方側へ向けて流れていく。

【0043】

電離した反応ガスに含まれる各種の活性種のうち、電荷を帯びた正イオンは、他の部材に衝突すると電気的に中和される。従って図６に示すように、プラズマ供給口５の入口を通過した正イオン８２が、イオントラップ部材７のトラップ面７１に衝突すると失活する。既述のように、トラップ面７１はテーパー状に形成されているので、垂直方向に下降してくる正イオン８２に対し、トラップ面７１は、正イオン８２の移動方向を遮るように配置されている。このため、プラズマ供給口５を通過する正イオン８２がトラップ面７１に衝突しやすい。なお、図６では実線の矢印で原料ガスを示している。

【0044】

また、イオントラップ部材７の下端面７２は、プラズマ供給口５の上端５０の幅よりも大きく形成され、イオントラップ部材７は、処理空間１０側から見てプラズマ供給口５の全体を覆うように配置されている。このように、イオントラップ部材７は、正イオン８２がトラップ面７１に衝突せずに通過する吹き抜けの形成を避けるように構成されているので、正イオン８２が、よりトラップ面７１に衝突しやすくなる。

【0045】

さらに、図６に示すように、下部電極４の近傍には、プラズマのバルク領域ＰＢに対して電位差があるシース領域Ｓｈが形成される。このシース領域Ｓｈは、プラズマのバルク領域ＰＢと比較して相対的に電位が低い。このため、正イオン８２は、シース領域Ｓｈと下部電極４との間の電位差により引き付けられて加速し、加速した正イオン８２は下部電極４やイオントラップ部材７の壁面に衝突して消滅する。また、シース領域Ｓｈでは、正イオン８２が壁面の電位の低いイオントラップ部材７に捕捉されて電気的に中和され、消滅する。

【0046】

こうして、プラズマに含まれる正イオン８２は、下部電極４やイオントラップ部材７に衝突して消滅すると共に、捕捉されて電気的に中和されるため、ウエハＷへの到達が抑制される。このため、本例では、正イオン８２の含有量が低減された状態のプラズマをウエハＷに向けて供給することができる。

【0047】

一方、プラズマに含まれるラジカル８１は、プラズマ形成空間２０からプラズマ供給口５において、下部電極４とイオントラップ部材７との間に形成された流路５２を介して、ガスのように拡散しながら下降していく。ラジカル８１も、導電性部材との接触により失活しやすい性質を有するが、下部電極４がアルミニウムの無垢材により構成されている場合には、ラジカル再結合率が低いため、接触しても失活しにくくなる。また、下部電極４がアルマイト処理されたアルミニウムにより構成されている場合においても同様である。

【0048】

その上、ラジカル８１は、正イオン８２と比較して、シース領域Ｓｈの電位差の影響を受けにくいので、シース領域Ｓｈへのドリフトに伴うプラズマ中の含有量の減少は生じにくい。さらに、イオントラップ部材７の表面はラジカル再結合率が低い水晶や、酸化ケイ素皮膜により被覆されている。これにより、プラズマ中のラジカル８１がイオントラップ部材７の表面と接触したとしても、ラジカルの減少を抑制することができる。このようなことから、窒素のラジカル８１のように失活しやすいラジカルを含む反応ガスであっても、比較的多くのラジカル８１を含んだ状態で、ウエハＷに供給することができる。

【0049】

以上に説明したメカニズムにより、正イオン８２の含有量が低減され、ラジカル８１を高密度で含有するプラズマがステージ１５上のウエハＷに供給される。このため、主にプラズマ化された反応ガスに含まれるラジカル８１が、ウエハＷに吸着している膜原料と反応して、ウエハＷ上に膜（ＴｉＮ膜）が成膜される。このようにリモートプラズマ供給部２により、ウエハＷから離れた空間でプラズマを形成し、ラジカル密度が高いプラズマを利用することにより、膜の荒れや、下地の損傷の少ない良好な成膜を実現することができる。

【0050】

また、プラズマ化した反応ガスの流路５２は、下部電極４とイオントラップ部材７とにより構成されるため、これらの形状や寸法、配置位置の調整により、流路５２の形状や位置を調整することができる。このため、プラズマ処理の種別に合わせて、プラズマ化した反応ガス中のラジカルやイオンの通過量を調整することが可能である。

【0051】

さらに、本例の成膜装置１では、下部電極４から原料ガスをウエハＷに向けて供給し、プラズマ形成空間２０からプラズマ化した反応ガスをウエハＷに向けて供給している。このように原料ガスと反応ガスとは異なる空間を介してチャンバー１１内に供給されるので、これらのガスの混合が防止され、これらのガスが混合することによって生じるチャンバー１１内部への膜の堆積を抑制することができる。

【0052】

このようにして、予め設定された期間、ＲＥＡＬＤ法による成膜を行ったら、下部電極４への原料ガスの供給、プラズマ形成空間２０への反応ガスの供給、及び上部電極３への高周波電力の供給を停止する。しかる後、搬入時とは反対の手順にて、成膜が行われたウエハＷをチャンバー１１から搬出する。

【0053】

本実施形態に係る成膜装置１によれば以下の効果がある。イオントラップ部材７により、処理ガス（反応ガス）のプラズマに含まれる正イオン８２をトラップする。この結果、プラズマ化した処理ガスから、ウエハＷに対して高密度のラジカルを供給してプラズマ処理を行うことができる。

【0054】

＜バリエーション＞
図７は、イオントラップ部材７Ｂの第２の構成例を示している。この例のイオントラップ部材７Ｂは金属により構成され、複数のイオントラップ部材７Ｂは、互いに電気的に接続されている。このイオントラップ部材７Ｂは、接地端に接続されると共に、イオントラップ部材７Ｂと接地端との間には、イオントラップ部材７Ｂにバイアス電力を印加するための直流電源７３が設けられている。イオントラップ部材７Ｂが金属製であること以外については、図１～図６を用いて説明した第１の実施形態と同様に構成されている。

【0055】

図７に示す構成では、イオントラップ部材７Ｂにより電気的にイオンをトラップすることもできる。例えばプラズマに含まれるイオンが正イオンである場合には、イオントラップ部材７Ｂに負のバイアス電力を印加する。これにより、イオントラップ部材７Ｂにプラズマ中の正イオンを引き寄せて捕捉し、中和することができる。一方、プラズマに含まれるイオンが負イオンである場合には、イオントラップ部材７Ｂに正のバイアス電力を印加するように構成される。また、プラズマに含まれるイオンが正イオンである場合には、イオントラップ部材７Ｂを金属により構成すると共に、接地端に接続し、直流電源を設けない構成であっても、正イオンをイオントラップ部材７Ｂにより捕捉することができる。

【0056】

図８は、イオントラップ部材の第３の構成例を示している。この例は、プラズマ化した反応ガスの流路５２の入口５３の上方側に、衝突板９１を設ける構成である。衝突板９１は、プラズマ化した反応ガスに含まれるイオンを衝突させてトラップする機能を備え、水晶または表面が酸化ケイ素皮膜によりコーティングされた金属により形成される。流路５２の入口５３とは、プラズマ供給口５の上端５０であり、例えば衝突板９１は、前記入口５３の上方側に、下部電極４の上面４２と対向するように配置される。また、この例の衝突板９１は、プラズマバルク領域ＰＢ側から見たときに、前記入口５３を覆う形状の板状体により形成される。

【0057】

図９は、イオントラップ部材の第４の構成例を示している。この例は、衝突板９１を、前記流路５２の入口５３の上方側に設ける代わりに、前記流路５２の出口５４の下方側に設けるように構成している。前記流路５２の出口５４とは、図９に示すように、隣接するイオントラップ部材７の下端面７２同士の間に形成される開口である。衝突板９１は、前記出口５４の下方側にステージ１５と対向するように配置され、この例では、ステージ１５側から見たときに、前記出口５４を覆う形状の板状体により形成される。

【0058】

これら図８及び図９の構成例では、プラズマ形成部２０からプラズマ化した反応ガスがプラズマ供給口５を介して供給される際、流路５２に流れ込む、または流路５２から流出する正イオン８２の移動経路を遮るように衝突板９１が配置されている。このため、正イオン８２は衝突板９１に衝突して消失する。一方、衝突板９１の表面は、水晶または酸化ケイ素皮膜により構成されているので、プラズマ中のラジカル８１が衝突板９１と接触したとしても、ラジカルの減少を抑制することができる。このため、より一層プラズマ中のラジカルの密度を高くすることができる。このような衝突板９１は、処理ガスの流路５２の入口５３の上方側と、出口５４の下方側の両方に設けるようにしてもよい。

【0059】

図１０は、下部電極とは別個に原料ガス供給部を設ける構成例である。このように、必ずしも原料ガスは下部電極を介して供給する必要はない。この例では、下部電極４Ｂは複数の柱状体４７を配列して構成されている。一方、イオントラップ部材７の下方側には、処理空間１０に原料ガスを供給するための、供給管よりなる原料ガス供給部９２が設けられている。柱状体４７は原料ガスの拡散空間と吐出孔を備えていないこと以外、例えば形状や配置等については、管体４１と同様に構成されている。このような構成においても、原料ガスとプラズマ化した反応ガスが、互いに異なる空間からウエハＷに交互に供給され、ＲＥＡＬＤを実施することができる。

【0060】

図１１は、下部電極及びイオントラップ部材の他の構成例を示している。この例の下部電極４Ｃでは、縦断面を見たときに、プラズマ形成空間２０から処理空間１０に向けて開口幅が次第に大きくなる、逆テーパー状の開口側壁面５１１が曲面状に構成されている。この例では、イオントラップ部材７Ｃのトラップ面７１１も、開口側壁面５１１に沿って、曲面状に形成されている。従って、トラップ面７１１の側方に形成される、プラズマ化した反応ガスの流路５２１も曲線状となっている。図１１中、符号４５１は、下部電極４Ｃに形成される原料ガスの吐出孔を指しており、下部電極４Ｃとイオントラップ部材７Ｃの形状以外については、上述の実施形態と同様に構成されている。

【0061】

この例においても、プラズマ化した反応ガスに含まれる正イオン８２が下部電極４Ｃやイオントラップ部材７Ｃに衝突したり、捕捉されて消失するため、イオンのエネルギーが低下し、ラジカル密度が高いプラズマを用いてウエハＷにプラズマ処理を行うことができる。
この他、プラズマ形成空間２０から処理空間１０に向けて開口幅が次第に大きくなる開口側壁面５１１の形状は、縦断面が直線状または曲線状のテーパー面により構成する場合に限定されない。例えば、複数の段差を設けて、次第に開口幅が大きくなる開口側壁面５１１を構成してもよい。このことは、イオントラップ部材７のトラップ面７１についても同様である。

【0062】

本開示の成膜装置では、下部電極に高周波電源を接続してもよい。この場合には、例えばイオントラップ部材７を接地して容量結合プラズマを形成する構成としてもよい。
以上において、リモートプラズマ供給部における下部電極とイオントラップ部材は上述の構成には限らない。例えば、下部電極に、先端が下を向く円錐形状（逆コーン形状）の多数の孔部を分散して設け、これによりプラズマ形成空間側から処理空間側に向けて開口幅が次第に大きくなる、逆テーパー状の開口側壁面を有するプラズマ供給口を形成してもよい。この場合には、イオントラップ部材を、先端が上を向く円錐形状（コーン形状）に構成することにより、開口側壁面に沿って形成されたテーパー状のトラップ面が形成される。

【0063】

以上では、プラズマ処理が成膜処理である場合について説明したが、本例のプラズマ処理は、エッチング処理や改質処理に適用してもよい。プラズマ化した処理ガス（エッチングガス、改質ガス）中のイオンのエネルギーを低下させ、ラジカル反応のみでエッチング処理や改質処理を実施することによって、下地膜へのダメージを抑制しながら、これらの処理を行うことができる。また、本例では、エッチング処理を行うにあたり、ステージにバイアス用の高周波電源等を接続し、プラズマ中のイオンの引き込み量の制御を行うようにしてもよい。

【0064】

今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

【符号の説明】

【0065】

Ｗ 半導体ウエハ
１ 成膜装置
１０ 処理空間
１１ チャンバー
１５ ステージ
２ リモートプラズマ供給部
２０ プラズマ形成空間
３ 上部電極
３２ 高周波電源
４ 下部電極
５ プラズマ供給口
５１ 開口側壁面
５２ 流路
７ イオントラップ部材
７１ トラップ面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】