特許 7190948 プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法

(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】

(24)【登録日】2022-12-08

(45)【発行日】2022-12-16

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20221209BHJP

   C23C 16/505 20060101ALI20221209BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20221209BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20221209BHJP

【ＦＩ】

H05H1/46 M

C23C16/505

H01L21/31 C

H01L21/302 101B

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2019055552

(22)【出願日】2019-03-22

(65)【公開番号】P2020155387

(43)【公開日】2020-09-24

【審査請求日】2022-01-24

(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】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】加賀谷 宗仁

(72)【発明者】

【氏名】川上 聡

(72)【発明者】

【氏名】守屋 剛

(72)【発明者】

【氏名】松土 龍夫

(72)【発明者】

【氏名】山涌 純

(72)【発明者】

【氏名】小野田 裕之

【審査官】大門 清

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－１２７０４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平８－３１５９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１８８２８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１６４５７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－４１０８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－６０４２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０１９２３４９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｈ １／４６

Ｃ２３Ｃ １６／５０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

処理容器と、
前記処理容器内の空間を被処理体が載置される反応室とプラズマを生成するプラズマ生成室とを仕切り、前記プラズマ生成室側の面に第１の電極が設けられ、前記プラズマ生成室内に生成されたプラズマに含まれる活性種を前記反応室に供給するための複数の貫通穴が形成された絶縁性の仕切板と、
前記プラズマ生成室に前記第１の電極と対向して配置された第２の電極と、
前記プラズマ生成室にプラズマを生成する際、前記第１の電極および前記第２の電極の何れか一方に、複数の周波数の高周波電力を位相制御して重畳した高周波電力を供給する電力供給部と、
を有することを特徴とするプラズマ処理装置。

【請求項2】

前記電力供給部は、前記第１の電極に複数の周波数の高周波電力を位相制御して重畳した高周波電力を供給すると共に、前記第２の電極に単一周波数の高周波電力を供給する
ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項3】

前記電力供給部は、前記第２の電極に複数の周波数の高周波電力を位相制御して重畳した高周波電力と単一周波数の高周波電力とを供給すると共に、前記第１の電極を接地またはＬＣ回路に接続する
ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項4】

前記電力供給部は、前記第２の電極に複数の周波数の高周波電力を位相制御して重畳した高周波電力を供給すると共に、前記第２の電極を接地またはＬＣ回路に接続する
ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項5】

前記電力供給部は、前記第２の電極に単一周波数の高周波電力を供給すると共に、前記第１の電極に複数の周波数の高周波電力を位相制御して重畳した高周波電力を供給する
ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項6】

前記電力供給部は、前記第２の電極を接地またはＬＣ回路に接続する共に、前記第１の電極に複数の周波数の高周波電力を位相制御して重畳した高周波電力と単一周波数の高周波電力とを供給する
ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項7】

前記電力供給部は、前記第２の電極を接地またはＬＣ回路に接続する共に、前記第１の電極に複数の周波数の高周波電力を位相制御して重畳した高周波電力を供給する
ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項8】

成膜の原料ガスを前記反応室に供給して前記被処理体の表面に前記原料ガスの分子を吸着させた後、前記原料ガスの分子と反応する反応ガスを前記プラズマ生成室に供給するガス供給部をさらに有し、
前記電力供給部は、前記ガス供給部から反応ガスの供給に合わせて前記第１の電極および前記第２の電極の何れか一方に、複数の周波数の高周波電力を位相制御して重畳した高周波電力を供給して前記反応ガスのプラズマを生成する
ことを特徴とする請求項１～７の何れか１つに記載のプラズマ処理装置。

【請求項9】

前記ガス供給部は、前記原料ガスを前記仕切板に供給し、
前記仕切板は、前記反応室側の面に、前記ガス供給部から供給される前記原料ガスを吐出する複数のガス吐出口が形成された
ことを特徴とする請求項８に記載のプラズマ処理装置。

【請求項10】

前記反応室に内に設けられ、複数の前記貫通穴を介して前記プラズマ生成室から前記反応室へのイオンの侵入を抑制する抑制部をさらに有する
ことを特徴とする請求項１～９の何れか１つに記載のプラズマ処理装置。

【請求項11】

処理容器内の空間を複数の貫通穴が形成された絶縁性の仕切板によって被処理体が載置される反応室とプラズマを生成するプラズマ生成室とを仕切った前記プラズマ生成室にプラズマ化するガスを供給し、
前記仕切板の前記プラズマ生成室側の面に設けられた第１の電極および前記プラズマ生成室に前記第１の電極と対向して配置された第２の電極の何れか一方に、複数の周波数の高周波電力を位相制御して重畳した高周波電力を供給して前記ガスをプラズマ化する
ことを特徴とするプラズマ処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、原料ガスをプラズマ化し、このプラズマに基板を曝して該基板上に薄膜を形成するプラズマ処理装置を開示する。原料ガスのプラズマ化は、１ｋＨｚ以下の第１のパルス変調及び該変調より短い周期をもつ第２のパルス変調を重畳するとともに該パルス変調を行う高周波波形に対し高調波を重畳した高周波電力の印加により行う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平５－１６００４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、被処理体に照射するイオンの密度を調整可能とする技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様によるプラズマ処理装置は、処理容器と、仕切板と、第２の電極と、電力供給部とを有する。仕切板は、絶縁性とされ、処理容器の内部を被処理体が載置される反応室とプラズマを生成するプラズマ生成室とを仕切る。また、仕切板は、プラズマ生成室側の面に第１の電極が設けられ、プラズマ生成室内に生成されたプラズマに含まれる活性種を反応室に供給するための複数の貫通穴が形成されている。第２の電極は、プラズマ生成室に第１の電極と対向して配置されている。電力供給部は、プラズマ生成室にプラズマを生成する際、第１の電極および第２の電極の何れか一方に、複数の周波数の高周波電力を位相制御して重畳した高周波電力を供給する。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、被処理体に照射するイオンの密度を調整できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す概略断面図である。

【図2】図２は、実施形態に係る仕切板と第２プレート電極との位置関係の一例を説明するための拡大断面図である。

【図3】図３は、実施形態に係るＤＥＤプロセスによるパターンの変化の一例を示す図である。

【図4】図４は、実施形態に係るＤＥＤプロセスによるパターンの変化の他の一例を示す図である。

【図5】図５は、実施形態に係る成膜処理の一例を示すフローチャートである。

【図6】図６は、実施形態に係るプラズマ処理装置の他の一例を示す概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下に、開示されるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態により、開示されるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法が限定されるものではない。

【0009】

ところで、半導体ウエハ（以下「ウエハ」とも称する）に等方的な成膜を行う技術として、プラズマＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）が知られている。

【0010】

しかしながら、プラズマＡＬＤは、プロセス条件および装置に起因した膜厚・膜質の異方性が生じる場合がある。例えば、ＣＣＰ（容量結合型プラズマ）のプラズマ処理装置を用いたプラズマＡＬＤにより、パターンが形成されたウエハに成膜を行った場合、プラズマ中に存在するイオンの直進性に起因して、パターンの上面および底面に成膜された膜に対するサイドウォールの相対的な薄膜化や膜質低下が起こる場合がある。

【0011】

したがって、プラズマＡＬＤで等方性成膜を実現するためには、ウエハに照射されるイオンの密度が低いことが好ましい。一方、プラズマ処理装置は、イオンを活用したプロセスが求められる場合もある。そこで、プラズマ処理装置は、ウエハに照射するイオンの密度を調整可能とすることが期待されている。

【0012】

［プラズマ処理装置の構成］
本実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を説明する。図１は、実施形態に係るプラズマ処理装置１の一例を示す概略断面図である。プラズマ処理装置１は、有底で上方が開口した略円筒状の処理容器１０と、処理容器１０内に設けられた載置台１１とを備える。処理容器１０は、接地されている。また、処理容器１０の内壁は、例えば表面に耐プラズマ性の材料からなる溶射被膜が形成されたライナ（図示せず）により覆われている。

【0013】

載置台１１は、例えばニッケル等の金属により形成されている。載置台１１には、ウエハＷが載置される。ウエハＷは、被処理体の一例である。載置台１１の下面は、導電性材料により形成された支持部材１３に電気的に接続されており、載置台１１は、支持部材１３によって支持されている。支持部材１３は、処理容器１０の底面で支持されている。支持部材１３の下端は、処理容器１０の底面に電気的に接続されており、処理容器１０を介して接地されている。支持部材１３の下端は、載置台１１とグランド電位との間のインピーダンスを下げるように調整された回路を介して処理容器１０の底面に電気的に接続されていてもよい。

【0014】

載置台１１には、ヒータ１２が内蔵されており、載置台１１に載置されるウエハＷをヒータ１２によって所定の温度に加熱することができる。また、載置台１１内部には、冷媒を流通させるための流路（図示せず）が形成されていてもよく、処理容器１０の外部に設けられたチラーユニットによって温度制御された冷媒が流路内に循環供給されてもよい。ヒータ１２による加熱と、チラーユニットから供給された冷媒による冷却とにより、載置台１１は、ウエハＷを所定の温度に制御することができる。なお、ヒータ１２を搭載せず、チラーユニットから供給される冷媒のみで温度制御を行ってもよい。

【0015】

なお、載置台１１には、電極が埋め込まれていてもよい。この電極に供給された直流電圧によって発生した静電気力により、載置台１１は、上面に載置されたウエハＷを吸着させることができる。また、載置台１１には、処理容器１０の外部に設けられた図示しない搬送機構との間でウエハＷを受け渡すための昇降ピン（図示せず）が設けられている。

【0016】

載置台１１の上方であって処理容器１０の内側面には、略円盤状に形成された上部電極３０が設けられている。上部電極３０は、セラミックス等の絶縁部材３３を介して、載置台１１の上部に支持されている。これにより、処理容器１０と上部電極３０とは、電気的に絶縁されている。上部電極３０は、例えばニッケル（Ｎｉ）等の導電性の金属により形成されている。上部電極３０は、第２の電極の一例である。

【0017】

上部電極３０には、ガス供給管５０が接続されている。ガス供給管５０は、ガス供給部５１に接続され、ガス供給部５１から各種のガスが供給される。ガス供給管５０を介して供給されたガスは、上部電極３０の下方のプラズマ生成室４２内を拡散する。なお、ガス供給管５０を複数の供給管に分岐し、複数のガス導入口によりプラズマ生成室にガスを供給してもよい。また、プラズマ生成室４２へ供給されるガスの均一性を高めるため、プラズマ生成室４２の上部にシャワープレートを介してガス拡散空間を設け、ガス拡散空間でガスを拡散してシャワープレートからシャワー状にプラズマ生成室４２にガスを供給してもよい。

【0018】

上部電極３０と載置台１１との間には、処理容器１０内の空間を、プラズマ生成室４２と反応室６１とに仕切る仕切板４０が設けられている。仕切板４０は、上部電極３０と平行になるように処理容器１０内に配置されている。仕切板４０は、例えば、セラミックス等の絶縁性の部材により形成されている。仕切板４０は、プラズマ生成室４２側となる上面に第１プレート電極４３が設けられている。第１プレート電極４３は、例えば、表面が陽極酸化処理されたアルミニウム等の金属によって形成される。第１プレート電極４３は、第１の電極の一例である。

【0019】

また、仕切板４０と載置台１１との間には、第２プレート電極６０が設けられている。第２プレート電極６０は、例えば、表面が陽極酸化処理されたアルミニウム等の金属によって形成される。本実施形態において、第２プレート電極６０は、処理容器１０の側壁によって支持されている。第２プレート電極６０は、処理容器１０と電気的に接続されており、処理容器１０を介して接地されている。すなわち、第２プレート電極６０は、ＧＮＤ電位とされている。

【0020】

さらに図２を参照して説明を続ける。図２は、実施形態に係る仕切板４０と第２プレート電極６０との位置関係の一例を説明するための拡大断面図である。仕切板４０および第１プレート電極４３には、例えば図２に示されるように、仕切板４０および第１プレート電極４３を厚さ方向に貫通する複数の貫通穴４０ａが設けられている。

【0021】

また、仕切板４０は、内部にガス拡散室４１が設けられている。ガス拡散室４１には、下方に向かって延伸する複数のガス吐出口４１ａが形成されている。ガス拡散室４１には、ガス供給管４４が接続されている。ガス供給管４４は、ガス供給部５１に接続され、ガス供給部５１から各種のガスが供給される。ガス供給管４４を介して供給されたガスは、ガス拡散室４１内を拡散し、各ガス吐出口４１ａから吐出される。

【0022】

第２プレート電極６０には、第２プレート電極６０の厚さ方向に貫通する複数の貫通穴６０ａが形成されている。第２プレート電極６０の貫通穴６０ａは、水平方向において、仕切板４０および第１プレート電極４３の貫通穴４０ａが形成されていない位置に対応する位置に形成されている。すなわち、貫通穴６０ａは、水平方向において、貫通穴４０ａとは異なる位置に形成されている。これにより、仕切板４０の貫通穴４０ａは、鉛直方向において、第２プレート電極６０によって遮蔽されている。第２プレート電極６０は、複数の貫通穴６０ａを介してプラズマ生成室４２から反応室６１へのイオンの侵入を抑制する。第２プレート電極６０は、抑制部の一例である。

【0023】

なお、第２プレート電極６０に加えて、１ないしはそれ以上の数のプレート電極を追加してもよい。追加のプレート電極の貫通穴は、直上のプレート電極の貫通穴とは異なる位置に形成されていることが望ましい。プレート電極の電位は、ＧＮＤ電位が望ましい。

【0024】

また、プラズマ処理装置１は、図１、図２に示すように、仕切板４０と載置台１１との間に第２プレート電極６０が設けた場合、第２プレート電極６０によってプラズマ生成室４２から反応室６１へのイオンの侵入が遮蔽される。プラズマ処理装置１は、プラズマ生成室４２から反応室６１へイオンを侵入させる場合、第２プレート電極６０を設けなくてもよい。図６は、実施形態に係るプラズマ処理装置の他の一例を示す概略断面図である。図６に示すプラズマ処理装置１は、第２プレート電極６０を設けていない。この場合、プラズマ処理装置１は、プラズマ生成室４２で生成したイオンを第１プレート電極４３の貫通穴４０ａを通過して反応室６１に供給できる。また、プラズマ処理装置１は、プラズマを制御することでイオンの供給量を制御できる。

【0025】

図１に戻る。ガス供給管５０およびガス供給管４４は、ガス供給部５１に接続されている。ガス供給部５１は、プラズマ処理に用いる各種のガスをガス供給管５０およびガス供給管４４に供給する。例えば、ガス供給部５１は、プラズマ処理に用いる複数のガスのガスソース、マスフローコントローラといった複数の流量制御器、及び、複数のバルブを有する。ガス供給部５１は、複数のガスソースのうち選択されたガスソースからのガスの流量を調整し、当該ガスをガス供給管５０およびガス供給管４４に個別に供給する。例えば、プラズマＡＬＤにより成膜を行う場合、ガス供給部５１は、原料ガスと反応ガスと不活性ガスとをそれぞれ個別に供給する。原料ガス、反応ガスおよび不活性ガスの具体例は、後述する。

【0026】

上部電極３０には、スイッチ２５が接続されている。スイッチ２５は、配線２５ａ～２５ｃに選択的に接続先を切り替え可能とされている。配線２５ａには、整合器２７を介して第１高周波電源２０が電気的に接続されている。

【0027】

整合器２７は、可変コンデンサ、インピーダンス制御回路が設けられ、容量、インピーダンスの少なくとも一方の制御が可能とされている。整合器２７は、第１高周波電源２０の内部インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。

【0028】

第１高周波電源２０は、１または複数の周波数の高周波を発生させることが可能とされている。例えば、第１高周波電源２０は、５０ｋＨｚ～２２０ＭＨｚの範囲の単一周波数の高周波電力を発生させて供給することが可能とされている。また、第１高周波電源２０は、複数の周波数の高周波電力を位相制御して重畳したＴＶＷ（Tailored voltage waveform）の高周波電力を供給することが可能とされている。

【0029】

また、配線２５ａは、スイッチ２５と整合器２７との間で分岐し、フィルタ２４、スイッチ２３を介して、負の直流電圧を供給する直流電源２２が接続されている。フィルタ２４は、スイッチ２３を介して直流電源２２から供給される直流電圧の高周波成分を抑制すると共に、第１高周波電源２０から直流電源２２へ流れ込む高周波電力を抑制する。

【0030】

配線２５ｂには、ＬＣ回路２８が設けられている。ＬＣ回路２８は、例えば、可変容量コンデンサ２８ａおよびインダクタ２８ｂが直列に接続されている。ＬＣ回路２８は、可変容量コンデンサ２８ａの容量が調節されることにより、上部電極３０の電位をグランドの電位に近づけることができる。ＬＣ回路２８は、可変容量コンデンサ２８ａの容量が調節されることにより、共振周波数などの特性の変更が可能とされている。可変容量コンデンサの容量は、後述する制御装置１００によって制御される。なお、ＬＣ回路２８は、容量の値が固定のコンデンサと、インダクタンスの値が可変の可変インダクタとが直列に接続されたものであってもよい。

【0031】

配線２５ｃは、ＧＮＤ２９に接続されている。

【0032】

スイッチ２５は、接続先を配線２５ａ～２５ｃに選択的に切り替えることで、上部電極３０の接続先を第１高周波電源２０、ＬＣ回路２８およびＧＮＤ２９に切り替えることができる。

【0033】

第１プレート電極４３には、スイッチ４５が接続されている。スイッチ４５は、配線４５ａ～４５ｃに選択的に接続先を切り替え可能とされている。配線４５ａには、整合器４９を介して第２高周波電源４６が電気的に接続されている。

【0034】

整合器４９は、可変コンデンサ、インピーダンス制御回路が設けられ、容量、インピーダンスの少なくとも一方の制御が可能とされている。整合器４９は、第２高周波電源４６の内部インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。

【0035】

第２高周波電源４６は、第１高周波電源２０と同様に、１または複数の周波数の高周波を発生させることが可能とされている。例えば、第２高周波電源４６は、５０ｋＨｚ～２２０ＭＨｚの範囲の単一周波数の高周波電力を発生させて供給することが可能とされている。また、第２高周波電源４６は、複数の周波数の高周波電力を位相制御して重畳したＴＶＷの高周波電力を供給することが可能とされている。

【0036】

配線４５ｂには、ＬＣ回路４７が設けられている。ＬＣ回路４７は、例えば、可変容量コンデンサ４７ａおよびインダクタ４７ｂが直列に接続されている。ＬＣ回路４７は、可変容量コンデンサ４７ａの容量が調節されることにより、仕切板４０の電位をグランドの電位に近づけることができる。ＬＣ回路４７は、可変容量コンデンサ４７ａの容量が調節されることにより、共振周波数などの特性の変更が可能とされている。可変容量コンデンサの容量は、後述する制御装置１００によって制御される。なお、ＬＣ回路４７は、容量の値が固定のコンデンサと、インダクタンスの値が可変の可変インダクタとが直列に接続されたものであってもよい。

【0037】

配線４５ｃは、ＧＮＤ４８に接続されている。

【0038】

スイッチ４５は、接続先を配線４５ａ～４５ｃに選択的に切り替えることで、第１プレート電極４３の接続先を第２高周波電源４６、ＬＣ回路４７およびＧＮＤ４８に切り替えることができる。

【0039】

なお、実施形態に係るプラズマ処理装置１は、載置台１１に整合器７５を介して第３高周波電源７６を電気的に接続してもよい。整合器７５は、可変コンデンサ、インピーダンス制御回路が設けられ、容量、インピーダンスの少なくとも一方の制御が可能とされている。整合器７５は、第３高周波電源７６の内部インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。プラズマ処理装置１は、第３高周波電源７６により載置台１１に電圧を印加することで、プラズマ生成室４２を通過するイオンの量を増加させることができる。また、プラズマ処理装置１は、第３の高周波電源から載置台１１に電圧を印加して反応室６１でプラズマを生成することで、例えば、プラズマをダイレクトに用いた薄膜の改質処理や、異方性エッチング、原子層エッチングを行うことができる。

【0040】

処理容器１０の底面には、処理容器１０内を排気する排気装置７０が排気管７１を介して接続されている。排気管７１には、排気装置７０による排気量を調節する調節バルブ７２が設けられている。排気装置７０を駆動することにより、排気管７１を介して処理容器１０内のガスが排気され、調節バルブ７２の開度を調整することにより、処理容器１０内が所定の真空度まで減圧される。

【0041】

処理容器１０の側壁には、ウエハＷを搬入および搬出するための開口１４が形成されている。開口１４は、ゲートバルブＧによって開閉される。

【0042】

プラズマ処理装置１の各部は、制御装置１００によって制御される。制御装置１００は、メモリおよびプロセッサを有する。プロセッサは、メモリに格納されたプログラムやレシピを読み出して実行することにより、プラズマ処理装置１の各部を制御する。本実施形態において、制御装置１００は、プラズマＡＬＤにより、載置台１１上のウエハＷ上に膜を成膜するように、プラズマ処理装置１の各部を制御する。

【0043】

次に、プラズマ処理装置１を用いたプラズマ処理の具体例を説明する。以下では、プラズマ処理装置１を用いてプラズマＡＬＤにより成膜を行う場合を説明する。

【0044】

例えば、載置台１１上にウエハＷが載置され、ゲートバルブＧが閉じられた後、制御装置１００は、排気装置７０を駆動し、調節バルブ７２の開度を調整することにより、処理容器１０内を所定の真空度まで減圧する。そして、制御装置１００は、ガス供給部５１を制御して、成膜用の原料ガスと、反応ガスと、不活性ガスとを供給してプラズマＡＬＤを実施する。

【0045】

ここで、ＳｉＯ_２膜を成膜する場合、原料ガスとしては、例えば、ＢＤＥＡＳ（ビスジエチルアミノシラン）、ＤＩＰＡＳ（ジイソプロピルアミノシラン）、ＤＭＡＳ（ジメチルアミノシラン）、ＴＤＭＡＳ（トリジメチルアミノシラン）等のアミノシランガスが用いられる。反応ガスとしては、酸素（Ｏ_２）ガス等の酸化ガスを用いることができる。不活性ガスとしては、アルゴン（Ａｒ）ガス、Ｈｅガス等を用いることができる。

【0046】

また、ＴｉＯ_２膜を成膜する場合、原料ガスとしては、例えば、ＴｉＣｌ_４、テトラ（イソプロポキシ）チタン（ＴＴＩＰ）、四臭化チタン（ＴｉＢｒ_４）、四ヨウ化チタン（ＴｉＩ_４）、テトラキスエチルメチルアミノチタン（ＴＥＭＡＴ）、テトラキスジメチルアミノチタン（ＴＤＭＡＴ）、テトラキスジエチルアミノチタン（ＴＤＥＡＴ）等が挙げられる。反応ガスとしては、酸素（Ｏ_２）ガス等の酸化ガスを用いることができる。不活性ガスとしては、Ｎ_２ガス、Ａｒガス、Ｈｅガス等を用いることができる。

【0047】

また、ＳｉＮ膜を成膜する場合、原料ガスとしては、例えば、ＢＤＥＡＳ（ビスジエチルアミノシラン）、ＤＩＰＡＳ（ジイソプロピルアミノシラン）、ＤＭＡＳ（ジメチルアミノシラン）、ＴＤＭＡＳ（トリジメチルアミノシラン）等のアミノシランガス、ジクロロシラン（ＤＣＳ）、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤＳ）、ジヨードシラン（ＤＩＳ）等のハライドガスが挙げられる。反応ガスとしては、窒素（Ｎ_２）ガス、ＮＨ_３ガス等を用いることができる。不活性ガスとしては、アルゴンガス、Ｈｅガス等を用いることができる。

【0048】

例えば、制御装置１００は、吸着工程を実行する。吸着工程では、ガス供給部５１から原料ガスをガス供給管４４を介してガス拡散室４１に供給する。ガス供給管４４を介して供給された原料ガスは、ガス拡散室４１内を拡散し、各ガス吐出口４１ａから反応室６１内にシャワー状に供給される。反応室６１内に供給された原料ガスの分子は、載置台１１上のウエハＷの表面に吸着する。なお、ウエハＷ表面へ供給するのは、原料ガス自身の他、プラズマで解離されたラジカルでもよく、熱分解されたプリカーサでもよい。

【0049】

次に、制御装置１００は、ガス供給部５１からの原料ガスの供給を停止する。そして、制御装置１００は、第１のパージ工程を実行する。第１のパージ工程では、ガス供給部５１から不活性ガスをガス供給管５０およびガス供給管４４を介してプラズマ生成室４２およびガス拡散室４１に供給する。プラズマ生成室４２およびガス拡散室４１内に供給された不活性ガスは、仕切板４０の貫通穴４０ａおよび第２プレート電極６０の貫通穴６０ａを介して反応室６１内にシャワー状に供給される。反応室６１に供給された不活性ガスにより、ガス供給部５１、ガス供給管４４、ガス拡散室４１および反応室６１に残留した原料ガスおよびウエハＷの表面に過剰に吸着した原料ガスの分子が除去される。

【0050】

次に、制御装置１００は、ガス供給部５１からの不活性ガスの供給を停止する。そして、制御装置１００は、反応工程を実行する。反応工程では、ガス供給部５１から反応ガスをガス供給管５０を介してプラズマ生成室４２に供給する。プラズマ生成室４２内に供給された反応ガスは、プラズマ生成室４２内を拡散する。

【0051】

そして、制御装置１００は、第１高周波電源２０、スイッチ２５、第２高周波電源４６およびスイッチ４５を制御して、上部電極３０および第１プレート電極４３に高周波電力を印加する。また、制御装置１００は、スイッチ２３をオンに制御し、高周波電力に直流電源２２から供給された所定の大きさの負の直流電圧を重畳させる。

【0052】

ここで、本実施形態では、上部電極３０および第１プレート電極４３に印加する電圧の組み合わせとして、以下の６つのパターンに分けられる。

【0053】

第１パターン：上部電極３０に単一周波数の高周波電力を印加し、第１プレート電極４３にＴＶＷの高周波電力を印加する。
第２パターン：上部電極３０に単一周波数の高周波電力とＴＶＷの高周波電力を重畳して印加し、第１プレート電極４３をＧＮＤ４８もしくはＬＣ回路４７に接続する。
第３パターン：上部電極３０にＴＶＷの高周波電力を印加し、第１プレート電極４３をＧＮＤ４８もしくはＬＣ回路４７に接続する。
第４パターン：上部電極３０にＴＶＷの高周波電力を印加し、第１プレート電極４３に単一周波数の高周波電力を印加する。
第５パターン：上部電極３０をＧＮＤもしくはＬＣ回路に接続し、第１プレート電極４３に単一周波数の高周波電力とＴＶＷの高周波電力を重畳して印加する。
第６パターン：上部電極３０をＧＮＤもしくはＬＣ回路に接続し、第１プレート電極４３にＴＶＷの高周波電力を印加する。

【0054】

制御装置１００は、第１パターンおよび第４パターンの場合、スイッチ２５を第１高周波電源２０と接続する配線２５ａに接続し、スイッチ４５を第２高周波電源４６と接続する配線４５ａに接続する。また、制御装置１００は、第２パターンまたは第３パターンの場合、スイッチ２５を第１高周波電源２０と接続する配線２５ａに接続し、スイッチ４５をＧＮＤ４８と接続する配線４５ｃもしくはＬＣ回路４７と接続する配線４５ｂに接続する。また、制御装置１００は、第５パターンまたは第６パターンの場合、スイッチ２５をＧＮＤ２９と接続する配線２５ｃもしくはＬＣ回路２８と接続する配線２５ｂに接続し、スイッチ４５を第２高周波電源４６と接続する配線４５ａに接続する。そして、制御装置１００は、第１高周波電源２０および第２高周波電源４６を制御し、第１～第６パターンに応じて上部電極３０および第１プレート電極４３に単一周波数の高周波電力、ＴＶＷの高周波電力を印加する。ＴＶＷの高周波電力は、具体的には異なる周波数の高周波電圧を重畳し、位相を制御することにより生成する。例えば、第１高周波電源２０および第２高周波電源４６は、基本波の高周波電力に対して、基本波の整数倍の周波数となる１または複数の高周波電力の位相を制御して重畳することでＴＶＷの高周波電力を生成する。ＴＶＷで重畳する周波数としては、基本波の周波数をｆとして、例えば、以下のような周波数の組み合わせが挙げられる。

【0055】

・ｆ＋２ｆ
・ｆ＋３ｆ＋５ｆ
・ｆ＋２ｆ＋３ｆ

【0056】

基本波の周波数ｆは、１００ｋＨｚ～１００ＭＨｚの範囲が好ましい。負性プラズマの場合は、周波数が低い方が好ましく、例えば、４００ｋＨｚとする。一方、正性プラズマの場合は、周波数が高い方が好ましく、例えば、６０ＭＨｚとする。位相は、上部電極３０に高周波電力を印加する場合には２７０°が好ましく、下部電極４３または１１に印加する場合には９０°とすることが好ましい。

【0057】

単一周波数の高周波電力は、１００ｋＨｚ～２２０ＭＨｚの範囲が好ましい。負性プラズマの場合は、周波数が低い方が好ましく、例えば、４００ｋＨｚとする。一方、正性プラズマの場合は、周波数が高い方が好ましく、例えば、６０ＭＨｚとする。

【0058】

上部電極３０および第１プレート電極４３に印加された高周波電力は、プラズマ生成室４２内に放射される。これにより、プラズマ生成室４２では、反応ガスのプラズマが生成される。プラズマ生成室４２内に発生したプラズマには、電子、イオン、および活性種が含まれる。

【0059】

プラズマ処理装置１は、ＴＶＷの高周波電力として重畳する周波数の組み合わせや位相を制御することにより、プラズマ生成室４２内に発生するプラズマシースの厚さを制御できる。プラズマシースの厚さは、電圧を印加する領域とＧＮＤ領域の面積比、印加する電圧波形状、基本波と高調波の位相差、基本波と高調波のどちらの位相を動かすか、といった因子により変化する。電圧を印加する領域とＧＮＤ領域の面積比は、プラズマ処理装置１の装置形状により決定されるため、実質的にはその他の因子を変化させることでプラズマシースの厚さを制御する。例えば、ｆ＋２ｆを重畳した場合、基本波（ｆ）と高調波（２ｆ）の位相差を変化させるとプラズマシースの厚さが周期的に変化する。また、基本波と高調波の振幅や電圧波形状（例えば、sin波であるかcos波であるか）を変化させるとプラズマシースの厚さの変化量およびプラズマシースの厚さの周期的な変化の位相が変化する。プラズマシースの厚さが変わると、電子やイオン等の荷電粒子の加速度が変わる。よって、制御装置１００は、ＴＶＷの高周波電力を制御して、プラズマシースの厚さを変えることで、プラズマ中の荷電粒子のエネルギーを制御できる。例えば、プラズマシースの厚さを変えることで、プラズマ中のイオンのエネルギーを変えることができる。したがって、得たい目的を鑑みて最適なプラズマシース厚さを選択することにより最適なイオンの寄与度を選択することが可能である。また、ＴＶＷにより電子温度・電子密度・ラジカル解離・イオンエネルギーを独立で制御することも可能であり、プロセスに応じてこれらのパラメータを独立制御することができる。

【0060】

第１プレート電極４３は、プラズマから入熱して発熱する。また、第１プレート電極４３は、電子やイオン等の荷電粒子が加速されて表面に入射することで、表面が消耗する。しかし、プラズマシースの厚さを薄くすることで、プラズマから入熱量を低下させることができる。また、プラズマシースの厚さを薄くして、荷電粒子のエネルギーを低下させることで、第１プレート電極４３の消耗を抑えることができる。

【0061】

また、第２パターンおよび第３パターンにおいて第１プレート電極４３をＧＮＤ４８に接続した場合、第１プレート電極４３の表面に接触した電子やイオン等の荷電粒子の電荷は中和される。また、第１プレート電極４３の表面に接触しなかった荷電粒子は、第１プレート電極４３の貫通穴４０ａを通過する。ここで、本実施形態における貫通穴４０ａは、例えば図２に示されるように、鉛直方向において、第２プレート電極６０によって遮蔽されている。このため、貫通穴４０ａ内を通過した荷電粒子は、第２プレート電極６０の上面６２に接触する。そして、第２プレート電極６０の上面６２において、イオンの電荷が電子の電荷によって中和される。このため、第２プレート電極６０の貫通穴６０ａを介して反応室６１内に侵入するイオンが減少する。これにより、イオンによってウエハＷに生じるダメージが低減される。

【0062】

一方、図６に示したように、第２プレート電極６０を設けていない場合は、プラズマ生成室４２で生成した荷電粒子が第２プレート電極６０によって遮蔽されなくなるため、第１プレート電極４３の貫通穴４０ａを介して荷電粒子を反応室６１に供給できる。さらに、第３高周波電源７６から載置台１１に電圧を印加することで、プラズマ生成室４２を通過するイオンの量を増加させることができる。

【0063】

第１パターンから第６パターンは、イオン透過率を調整でき、ウエハＷに照射するイオンの密度を調整できる。また、第１パターンから第６パターンは、何れもプラズマシースの厚さを制御できる。これにより、プラズマシースの厚さを薄くすることで、プラズマから入熱量を低下させることができる。また、プラズマシースの厚さを薄くして、荷電粒子のエネルギーを低下させることで、第１プレート電極４３の消耗や発熱を抑えることができる。特に、第１パターン、第５パターンおよび第６パターンは、イオン透過率の制御性が高い。一方、第２パターン、第３パターンおよび第４パターンは、イオン透過率の変化量が比較的小さく、解離制御を優先的に行うことができる。

【0064】

また、第１パターンもしくは、第２パターンおよび第３パターンにおいて第１プレート電極４３をＬＣ回路４７に接続した場合、荷電粒子の電荷の第１プレート電極４３でのイオンの遮蔽量の調整できるため、反応室６１内に侵入するイオン密度を調整できる。

【0065】

一方、プラズマに含まれる活性種は、電気的に中性であるため、活性種の進路が第１プレート電極４３や第２プレート電極６０の電位に影響されず、電離していないガスと同様に供給が可能である。このため、第１プレート電極４３の貫通穴４０ａに侵入した活性種は、例えば図２の点線矢印に示されるように、第２プレート電極６０の貫通穴６０ａを通って、反応室６１に供給される。反応室６１に供給された活性種は、ウエハＷ上の原料ガスの分子と反応し、膜を形成する。

【0066】

次に、制御装置１００は、ガス供給部５１からの反応ガスの供給を停止する。また、制御装置１００は、第１高周波電源２０、第２高周波電源４６を制御して、上部電極３０および第１プレート電極４３への高周波電力の印加を停止し、スイッチ４５をオフに制御する。また、制御装置１００は、スイッチ２３をオフに制御することにより、直流電源２２から上部電極３０への負の直流電圧の印加を停止する。そして、制御装置１００は、第２のパージ工程を実行する。第２のパージ工程では、ガス供給部５１から不活性ガスをガス供給管５０およびガス供給管４４を介してプラズマ生成室４２およびガス拡散室４１に供給する。プラズマ生成室４２およびガス拡散室４１内に供給された不活性ガスは、仕切板４０の貫通穴４０ａおよび第２プレート電極６０の貫通穴６０ａを介して反応室６１内にシャワー状に供給される。反応室６１に供給された不活性ガスにより、ウエハＷの表面に残留した反応ガスおよび揮発性の反応副生成物が除去される。

【0067】

制御装置１００は、吸着工程、第１のパージ工程、反応工程、および第２のパージ工程を、所定サイクル繰り返すことにより、ウエハＷの表面に所定の膜厚の膜を形成する。

【0068】

このように、本実施形態に係るプラズマ処理装置１は、反応室６１に供給するイオンの密度を制御できる。これにより、プラズマ処理装置１は、例えば、パターンが形成されたウエハＷに成膜を行う場合、反応室６１内に侵入するイオンの密度が低下させることで、パターンのサイドウォールの相対的な薄膜化や膜質低下が起こることを抑制できる。また、プラズマ処理装置１は、イオン密度を制御できるため、イオンを活用したプロセスを実施することもできる。

【0069】

ここで、プラズマ生成室４２と反応室６１とを分けるだけであれば、プラズマ生成室４２と反応室６１とを別々の装置内で実現し、配管を介してプラズマ生成室４２と反応室６１とを接続する、いわゆるリモートプラズマの構成を採用することも考えられる。しかし、この場合、プラズマに含まれる活性種が、配管内を流れる過程で失活してしまう場合があり、反応室６１内に十分な量の活性種を供給することが難しい。

【0070】

これに対し、本実施形態のプラズマ処理装置１は、プラズマ生成室４２と反応室６１とが仕切板４０を介して隣接している。このため、プラズマ生成室４２で生成されたプラズマに含まれる多くの活性種を、失活することなく反応室６１へ導くことが可能となる。

【0071】

また、大量の活性種を供給するだけであれば、ＣＣＰよりも電子密度が高いＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）やＳＷＰ（Surface Wave Plasma）等のプラズマ生成方式によりプラズマを生成することも考えられる。しかし、ＩＣＰやＳＷＰ等のプラズマ生成方式では、ＣＣＰよりもプラズマ生成室４２の容積を大きくする必要がある。このため、ＡＬＤのようにガスの置換時間が処理のスループットに大きく影響する成膜方式にＩＣＰやＳＷＰ等のプラズマ生成方式を適用した場合には、スループットの向上が難しい。

【0072】

これに対し、本実施形態のプラズマ処理装置１では、ＣＣＰによりプラズマを生成するため、ＩＣＰやＳＷＰ等のプラズマ生成方式に比べてプラズマ生成室４２の容積を小さくすることができる。これにより、ガス置換をより高速に実現することができ、ＡＬＤによる成膜処理のスループットを向上させることができる。

【0073】

次に、プラズマ処理装置１を用いた半導体プロセスの一例を説明する。半導体プロセス工程の微細化・複雑化に伴い、トレンチもしくはホールを埋めるギャップ埋め込み（Gap Fill）工程の難度が増している。例えば、ギャップ埋め込み工程では、開口が数十ｎｍ以下で、アスペクト比が１０以上のトレンチもしくはホール構造に均一かつシームレスにＳｉＮを埋め込む必要性がある。

【0074】

このように微細かつ高アスペクトの構造に対し、等方的にＳｉＮを成膜し、埋め込みを行うことは可能である。この場合、トレンチの両壁もしくはホールの外周部から成膜が開始、進行し、最終的に対向するＳｉＮ膜どうしが接触して埋め込みが完了する。しかしながら、この場合には最終的に接触する部分にシームができてしまう。シームが存在する部分ではその他の部分に比較して膜質が異なる場合があり、たとえば後工程でシーム部分から優先的にエッチングが進行し、デバイス欠陥となる場合がある。さらに、プラズマを使用した従来の成膜を実施した場合、酸化もしくは窒化反応に寄与するラジカルの失活により、トレンチもしくはホールの上部の成膜レートが下部よりも高くなる現象が発生する。このような場合、トレンチもしくはホールの上部が先に埋まり、下部には十分成膜されない。特に、前工程で実施されたエッチングの影響で、トレンチもしくはホールの上部が中間よりも狭いボーイング（Bowing）形状となっている場合、上部に多く成膜されるため、トレンチもしくはホールを均一かつシームレスな埋め込みをすることがさらに難しくなる。

【0075】

これを解決するには、トレンチもしくはホールの底からボトムアップで成膜を行う必要がある。従来の酸化膜や窒化膜の成膜では、パターンのサイドとボトムで成膜レート差を意図的に生じさせることが困難であるため、完全なボトムアップ成膜は難しい。

【0076】

一方、成膜とエッチングを交互に行うＤＥＤ（Depo-Etch-Depo）プロセスを実施することで、埋め込みの妨げとなるトップおよびサイドの膜の除去が可能となり、疑似的なボトムアップ成膜の実現が可能である。以下では、本実施形態に係るプラズマ処理装置１を用いて、ＤＥＤ（Depo-Etch-Depo）プロセスを実施することで、疑似的なボトムアップ成膜の実施する例を説明する。

【0077】

図３は、実施形態に係るＤＥＤプロセスによるパターンの変化の一例を示す図である。図３には、ウエハＷが示されている。ウエハＷ上には、ホール８２が形成されたパターン８１が設けられている。

【0078】

図３（Ａ）に示すように、ウエハＷにＳｉＮ膜８３を等方性で成膜する。例えば、本実施形態に係るプラズマ処理装置１により、上述した第１パターンの高周波電力でプラズマＡＬＤを実施して、ＳｉＮ膜８３を成膜する。第１パターンでは、反応室６１内に侵入するイオン密度が低下することで、図３（Ａ）に示すように、ＳｉＮ膜８３が均一に成膜される。

【0079】

次に、ＳｉＮ膜８３の異方性エッチングを行う。異方性エッチングは、プラズマ処理装置１で実施してもよく、他のプラズマ処理装置で実施してもよい。例えば、本実施形態に係るプラズマ処理装置１でエッチングを実施する場合、制御装置１００は、ガス供給部５１から、例えば、ＮＦ_３とＨ_２などのエッチングガスをガス供給管４４に供給する。ガス供給管４４に供給されたエッチングガスは、ガス拡散室４１内を拡散し、各ガス吐出口４１ａから反応室６１内にシャワー状に供給される。そして、制御装置１００は、スイッチ４５を第２高周波電源４６と接続する配線４５ａに接続すると共に、第２高周波電源４６を制御して、第２プレート電極６０に５０ｋＨｚ～２２０ＭＨｚの範囲の単一周波数の高周波電力もしくは複数の周波数を重畳した高周波電力を印加する。供給されるラジカルの流量と圧力を調節し、パターンの下部までラジカルが十分に到達しない（パターンの途中で失活する）ように制御すると、図３（Ｂ）に示すように、ＳｉＮ膜８３は、上部が多くエッチングされてホール８２の下部ほど多く膜が残留する。ＤＥＤプロセスでは、このような成膜とエッチングを交互に繰り返し実施することでＳｉＮ膜８３の疑似的なボトムアップ成膜が実現できる。

【0080】

図４は、実施形態に係るＤＥＤプロセスによるパターンの変化の他の一例を示す図である。図４には、図３と同様のウエハＷが示されている。

【0081】

図４（Ａ）に示すように、ウエハＷにＳｉＮ膜８３を異方的に成膜する。異方性の成膜は、プラズマ処理装置１で実施してもよく、他のプラズマ処理装置で実施してもよい。例えば、本実施形態に係るプラズマ処理装置１により従来のプラズマＡＬＤを実施する。例えば、制御装置１００は、本実施形態に係るプラズマＡＬＤの吸着工程、第１のパージ工程、第２のパージ工程を実施する。また、制御装置１００は、本実施形態に係る反応工程において、ガス供給部５１から反応ガスをガス供給管４４に供給する。そして、制御装置１００は、スイッチ４５を第２高周波電源４６と接続する配線４５ａに接続すると共に、第２高周波電源４６を制御して、第２プレート電極６０に５０ｋＨｚ～２２０ＭＨｚの範囲の単一周波数の高周波電力もしくは複数の周波数を重畳した高周波電力を印加する。これにより、反応室６１では、反応ガスのプラズマが生成され、ウエハＷにＳｉＮ膜８３が成膜される。ＳｉＮ膜８３は、プラズマ中に存在するイオンの直進性に起因して、ホール８２のサイドウォール部分が薄く成膜される。

【0082】

次に、ＳｉＮ膜８３の等方性エッチングを行う。等方性エッチングは、プラズマ処理装置１で実施してもよく、他のプラズマ処理装置で実施してもよい。例えば、本実施形態に係るプラズマ処理装置１によりプラズマＡＬＥを実施する。供給されるラジカルの流量と圧力等のプロセスパラメータを調節し、パターンの下部までラジカルが十分に到達するように（等方的にエッチングがなされるように）制御すると、図４（Ｂ）に示すように、ＳｉＮ膜８３は、ホール８２の下部とパターン８１の上面に多く膜が残留する。ＤＥＤプロセスでは、このような成膜とエッチングを交互に繰り返し実施することでＳｉＮ膜８３の疑似的なボトムアップ成膜が実現できる。なお、等方性エッチングは、プラズマを用いず、熱を利用したエッチングであってもよい。また、等方性エッチングは、大気圧雰囲気下での薬液によるエッチングであってもよい。

【0083】

［プラズマ処理］
次に、上記のように構成されたプラズマ処理装置１を用いて行われるプラズマ処理について説明する。以下では、プラズマ処理として、プラズマＡＬＤによる成膜処理の流れを説明する。図５は、実施形態に係る成膜処理の一例を示すフローチャートである。

【0084】

まず、ゲートバルブＧが開かれ、図示しないロボットアームにより、ウエハＷが処理容器１０内に搬入され、載置台１１上に載置される（Ｓ１００）。そして、ゲートバルブＧが閉じられる。そして、制御装置１００は、排気装置７０を駆動し、調節バルブ７２の開度を調整することにより、処理容器１０内を所定の真空度まで減圧する（Ｓ１０１）。

【0085】

次に、制御装置１００は、吸着工程を実行する（Ｓ１０２）。ガス供給部５１から原料ガスをガス供給管４４を介してガス拡散室４１に供給する。ガス供給管４４を介して供給された原料ガスは、ガス拡散室４１内を拡散し、各ガス吐出口４１ａから反応室６１内にシャワー状に供給される。反応室６１内に供給された原料ガスの分子は、載置台１１上のウエハＷの表面に吸着する。そして、制御装置１００は、ガス供給部５１からの原料ガスの供給を停止する。

【0086】

次に、制御装置１００は、第１のパージ工程を実行する（Ｓ１０３）。第１のパージ工程では、ガス供給部５１から不活性ガスをガス供給管５０およびガス供給管４４を介してプラズマ生成室４２およびガス拡散室４１に供給する。プラズマ生成室４２およびガス拡散室４１内に供給された不活性ガスは、仕切板４０の貫通穴４０ａおよび第２プレート電極６０の貫通穴６０ａを介して反応室６１内にシャワー状に供給される。反応室６１に供給された不活性ガスにより、ウエハＷの表面に過剰に吸着した原料ガスの分子が除去される。そして、制御装置１００は、ガス供給部５１からの不活性ガスの供給を停止する。

【0087】

次に、制御装置１００は、反応工程を実行する（Ｓ１０４～Ｓ１０６）。反応工程では、ガス供給部５１から反応ガスをガス供給管５０を介してプラズマ生成室４２に供給する（Ｓ１０４）。プラズマ生成室４２内に供給された反応ガスは、プラズマ生成室４２内を拡散する。

【0088】

そして、制御装置１００は、第１高周波電源２０、スイッチ２５、第２高周波電源４６およびスイッチ４５を制御して、上部電極３０および第１プレート電極４３に高周波電力を印加する（Ｓ１０５）。また、制御装置１００は、スイッチ２３をオンに制御し、高周波電力に直流電源２２から供給された所定の大きさの負の直流電圧を重畳させる（Ｓ１０６）。これにより、プラズマ生成室４２では、反応ガスのプラズマが生成される。生成されたプラズマ中の活性種は、仕切板４０の貫通穴４０ａおよび第２プレート電極６０の貫通穴６０ａを介して、反応室６１内に供給される。反応室６１内に供給された活性種が、ウエハＷ上の原料ガスの分子と反応することにより、ウエハＷ上に膜が形成される。そして、制御装置１００は、ガス供給部５１からの反応ガスの供給を停止する。また、制御装置１００は、第１高周波電源２０、第２高周波電源４６を制御して、上部電極３０および第１プレート電極４３への高周波電力の印加を停止し、スイッチ２５、スイッチ４５をオフに制御する。また、制御装置１００は、スイッチ２３をオフに制御することにより、直流電源２２から上部電極３０への負の直流電圧の印加を停止する。

【0089】

次に、制御装置１００は、第２のパージ工程を実行する（Ｓ１０７）。第２のパージ工程では、ガス供給部５１から不活性ガスをガス供給管５０およびガス供給管４４を介してプラズマ生成室４２およびガス拡散室４１に供給する。プラズマ生成室４２およびガス拡散室４１内に供給された不活性ガスは、仕切板４０の貫通穴４０ａおよび第２プレート電極６０の貫通穴６０ａを介して反応室６１内にシャワー状に供給される。反応室６１に供給された不活性ガスにより、ウエハＷの表面に残留した反応ガスおよび揮発性の反応副生成物が除去される。そして、制御装置１００は、ガス供給部５１からの不活性ガスの供給を停止する。

【0090】

次に、制御装置１００は、ステップＳ１０２～Ｓ１０７の処理が所定回数繰り返されたか否かを判定する（Ｓ１０８）。ステップＳ１０２～Ｓ１０７の処理が所定回数繰り返されていない場合（Ｓ１０８：Ｎｏ）、制御装置１００は、再びステップＳ１０２に示された処理を実行する。一方、ステップＳ１０２～Ｓ１０７の処理が所定回数繰り返された場合（Ｓ１０８：Ｙｅｓ）、ゲートバルブＧが開かれ、図示しないロボットアームにより、ウエハＷが処理容器１０から搬出される（Ｓ１０９）。そして、本フローチャートに示された成膜処理が終了する。

【0091】

なお、プラズマ処理装置１は、第３高周波電源７６から載置台１１に以下のように高周波電力を供給して薄膜の改質処理や、異方性エッチング、原子層エッチングを行ってもよい。例えば、プラズマ処理装置１は、反応室６１でプラズマを生成することで、プラズマをダイレクトに用いた薄膜の改質処理を実施する。例えば、反応室６１にＨ_２／Ａｒガスを供給しつつプラズマを生成することで、ＳｉＮの膜質を改善できる。具体的には、エッチングレートが低くなる。Ｈイオンを異方的に照射し、パターンの上面・底面のエッチングレートを低くすることで、図４（Ａ）のように膜厚を厚くしなくても等方エッチングにより、図４（Ａ）の形状が実現できる。改質処理のタイミングは、Ｓ１０２の後、Ｓ１０３の後、Ｓ１０６の後、Ｓ１０７の後もしくはそれらの組み合わせが考えられる。また、改質処理は、ステップＳ１０２～Ｓ１０７のサイクル毎に実施しなくもよく、数サイクルに１回もしくは成膜後に１回実施してもよい。また、プラズマ処理装置１は、反応室６１でプラズマを生成することでプラズマをダイレクトに用いた異方性エッチングを実施できる。また、プラズマ処理装置１は、反応室６１でプラズマを生成することで、プラズマをダイレクトに用いた原子層エッチングを実施できる。

【0092】

以上のように、本実施形態に係るプラズマ処理装置１は、処理容器１０と、仕切板４０と、第２の電極（上部電極３０）と、電力供給部（第１高周波電源２０、スイッチ４５、第２高周波電源４６等）とを有する。仕切板４０は、絶縁性とされ、処理容器１０内の空間を被処理体（ウエハＷ）が載置される反応室６１とプラズマを生成するプラズマ生成室４２とを仕切る。また、仕切板４０は、プラズマ生成室４２側の面に第１の電極（第１プレート電極４３）が設けられ、プラズマ生成室４２内に生成されたプラズマに含まれる活性種を反応室６１に供給するための複数の貫通穴４０ａが形成されている。第２の電極は、プラズマ生成室４２に第１の電極と対向して配置される。電力供給部は、プラズマ生成室４２にプラズマを生成する際、第１の電極および第２の電極の何れか一方に、複数の周波数の高周波電力を位相制御して重畳した高周波電力を供給する。これにより、プラズマ処理装置１は、被処理体に照射するイオンの密度を調整できる。

【0093】

また、電力供給部は、第１の電極に複数の周波数の高周波電力を位相制御して重畳した高周波電力を供給すると共に、第２の電極に単一周波数の高周波電力を供給する。これにより、プラズマ処理装置１は、イオン透過率を制御性よく制御でき、反応室６１内に侵入するイオン密度を調整できる。

【0094】

また、電力供給部は、第２の電極に複数の周波数の高周波電力を位相制御して重畳した高周波電力と単一周波数の高周波電力とを供給すると共に、第１の電極を接地（ＧＮＤ４８）またはＬＣ回路４７に接続する。これにより、プラズマ処理装置１は、イオンの遮蔽量を調整でき、また、ラジカルの解離制御を行うことができる。

【0095】

また、電力供給部は、第２の電極に複数の周波数の高周波電力を位相制御して重畳した高周波電力を供給すると共に、第２の電極を接地またはＬＣ回路４７に接続する。これにより、プラズマ処理装置１は、イオンの遮蔽量を調整でき、また、ラジカルの解離制御を行うことができる。

【0096】

また、電力供給部は、第２の電極に単一周波数の高周波電力を供給すると共に、第１の電極に複数の周波数の高周波電力を位相制御して重畳した高周波電力を供給する。これにより、プラズマ処理装置１は、イオンの遮蔽量を調整でき、また、ラジカルの解離制御を行うことができる。

【0097】

また、電力供給部は、第２の電極を接地（ＧＮＤ２９）またはＬＣ回路２８に接続する共に、第１の電極に複数の周波数の高周波電力を位相制御して重畳した高周波電力と単一周波数の高周波電力とを供給する。これにより、プラズマ処理装置１は、イオン透過率を制御性よく制御でき、反応室６１内に侵入するイオン密度を調整できる。

【0098】

また、電力供給部は、第２の電極を接地（ＧＮＤ２９）またはＬＣ回路２８に接続する共に、第１の電極に複数の周波数の高周波電力を位相制御して重畳した高周波電力を供給する。これにより、プラズマ処理装置１は、イオン透過率を制御性よく制御でき、反応室６１内に侵入するイオン密度を調整できる。

【0099】

また、プラズマ処理装置１は、ガス供給部５１をさらに有する。ガス供給部５１は、成膜の原料ガスを反応室６１に供給して被処理体の表面に原料ガスの分子を吸着させた後、原料ガスの分子と反応する反応ガスをプラズマ生成室４２に供給する。電力供給部は、ガス供給部５１から反応ガスの供給に合わせて第１の電極および第２の電極の何れか一方に、複数の周波数の高周波電力を位相制御して重畳した高周波電力を供給して反応ガスのプラズマを生成する。これにより、プラズマ処理装置１は、成膜される膜のサイドウォールの薄膜化や膜質低下が起こることを抑制できる。

【0100】

また、ガス供給部５１は、原料ガスを仕切板４０に供給する。仕切板４０は、反応室６１側の面に、ガス供給部５１から供給される原料ガスを吐出する複数のガス吐出口４１ａが形成されている。これにより、プラズマ処理装置１は、プラズマ生成室４２に原料ガスが流れることを抑制でき、プラズマ生成室４２内で膜が形成されることを抑制できる。

【0101】

また、プラズマ処理装置１は、抑制部（第２プレート電極６０）をさらに有する。抑制部は、反応室６１に内に設けられ、複数の貫通穴４０ａを介してプラズマ生成室４２から反応室６１へのイオンの侵入を抑制する。これにより、プラズマ処理装置１は、反応室６１へのイオンの侵入を抑制できる。

【0102】

以上、実施形態について説明してきたが、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。実に、上記した実施形態は、多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、請求の範囲およびその趣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。

【0103】

例えば、実施形態では、被処理体を半導体ウエハとした場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。被処理体は、ガラス基板など、他の基板であってもよい。

【0104】

また、上記した実施形態では、第１プレート４０にプリカーサ供給用のガス供給管４４およびプレート内部の流路４１を設けた場合を説明したが、これに限定されるものではない。第１プレート４０にガス供給管４４およびプレート内部の流路４１を設けず、ガス供給管５０のみを用いてプリカーサ、反応ガス、パージガスを交互に供給してもよい。また、上記の実施形態では、Ｓ１０３およびＳ１０７のパージ工程が終了した段階でパージガスを停止したが、Ｓ１０２からＳ１０８のすべての工程でパージガスを常時流していてもよい。また、上記した実施形態では、Ｓ１０４で反応ガスの供給を開始し、Ｓ１０６が終了した段階で反応ガスの供給を停止したが、例えば、プラズマＡＬＤによるＳｉＯ_２成膜プロセスにおける酸素ガスのようにプラズマを形成しない状態でプリカーサに対して不活性なガスを反応ガスとして使用する場合には、Ｓ１０２からＳ１０８のすべての工程で反応ガスを常時流していてもよい。

【0105】

また、上記した実施形態では、処理容器１０を有底で上方が開口した略円筒状の形状とし、処理容器１０の上方の開口を上部電極３０および絶縁部材３３により封止した場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。処理容器１０は、上方が開口を絶縁部材で封止し、封止した絶縁部材の内面側に上部電極３０を配置してもよい。

【0106】

また、上記した実施形態のプラズマ処理装置１は、プラズマを生成する際に上部電極３０に負の直流電圧を供給する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。上部電極３０には、負の直流電圧を供給しなくてもよい。

【0107】

また、上記した実施形態のプラズマ処理装置１は、ウエハＷに対してプラズマＡＬＤを行う装置であるが、開示の技術は成膜装置以外のプラズマ処理装置に対しても適用可能である。成膜装置以外のプラズマ処理装置としては、例えば、ウエハＷをエッチングするプラズマエッチング装置や表面改質処理装置が挙げられる。

【符号の説明】

【0108】

１ プラズマ処理装置
１０ 処理容器
２０ 第１高周波電源
３０ 上部電極
４０ 仕切板
４０ａ 貫通穴
４２ プラズマ生成室
４３ 第１プレート電極
４５ スイッチ
４６ 第２高周波電源
４８ ＧＮＤ
４７ ＬＣ回路
５１ ガス供給部
６０ 第２プレート電極
６１ 反応室
Ｗ ウエハ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】