WO2004102650A1

WO2004102650A1 - プラズマ処理装置

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Publication number: WO2004102650A1
Application number: PCT/JP2004/006738
Authority: WO
Inventors: Hiroyuki Matsuura; Hitoshi Kato
Original assignee: Tokyo Electron Limited
Priority date: 2003-05-19
Filing date: 2004-05-19
Publication date: 2004-11-25
Also published as: TWI325600B; US20070137572A1; JP4329403B2; JP2004343017A; CN100524641C; EP1638139A1; KR20060007375A; EP1638139A4; CN1791972A; KR100856654B1; TW200501213A

Abstract

　本発明は、縦型プラズマ処理装置において、ラジカルの利用効率を低下させることなく、被処理体のプラズマによるダメージの防止し、かつホローカソード放電およびプラズマによるスパッタの発生を抑制することを目的とする。処理容器３２の側壁の内面の一部に、上下方向に延びる凹部７４が設けられる。凹部７４の中に配置されたプラズマガスノズル６２から吐出されたプラズマガスは、凹部７４の中におけるプラズマ電極７６間の領域ＰＳでプラズマ化され、被処理体Ｗに向けて凹部７４を出る。

Description

明細書

プラズマ処理装置

技術分野

[0001] 本発明は、半導体ウェハ等の被処理体に対して比較的低温でプラズマ処理を施すためのプラズマ処理装置に関する。

背景技術

[0002] 一般に、半導体集積回路を製造するためにはシリコン基板からなる半導体ウェハに対して、成膜処理、エッチング処理、酸化処理、拡散処理、改質処理、自然酸化膜の除去処理等の各種の処理が行なわれる。これらの処理を縦型の、いわゆるバッチ式の熱処理装置にて行う場合には、まず、ウェハを複数枚例えば 25枚収容できる力セットから、ウェハを縦型のウェハボートへ移載して該ウェハボートに多段に支持させる。ウェハボートは、ウェハサイズにもよる力 30— 150枚程度のウェハを載置することができる。排気可能な処理容器内にその下方からウェハボートが挿入された後、処理容器内が気密に維持される。そして、処理ガスの流量、プロセス圧力、プロセス温度等の各種のプロセス条件を制御しつつ、所定の熱処理がウェハに施される。

[0003] ところで、最近の半導体集積回路の更なる高集積化及び高微細化の要求に伴い、回路素子の特性の向上の観点から、半導体集積回路の製造工程における熱履歴を低減することが望まれている。このような状況下において、バッチ式の縦型処理装置においても、ウェハを高温に晒さなくても目的とする処理が可能なプラズマ処理が提案されてきている。

[0004] 図 9は、 JP3—224222Aに開示されたプラズマ処理装置の構成を概略的に示す横断面図である。このプラズマ処理装置では、真空引き可能な円筒形の処理容器 2の側壁の外側に、直径方向に対向配置された 2対の電極 4、 6が設けられている。一方の対の電極 4にプラズマ発生用の高周波電源 8が接続され、他方の対の電極 6は接地されている。電極 4、 6間に高周波電圧を印加することにより、処理容器 2内の全体にプラズマを発生させることができる。半導体ウェハ Wは、処理容器 2内の中央部において、多段に支持される。処理容器 2の一方の側に、プラズマ発生用のガスを供給するガスノズノレ 10が配置されている。ウェハ Wは、処理容器 2の外周に設けられたヒータ 12により所定の温度に維持されながらプラズマ処理される。

[0005] 図 10は、 JP5—251391Aおよび JP2002—280378Aに開示されたプラズマ処理装置の構成を概略的に示す縦断面図である。このプラズマ処理装置は、いわゆるリモートプラズマ方式のものであり、真空引き可能な縦型の処理容器内の隔離された領域若しくは処理容器の外側の領域でプラズマを発生させ、生成されたラジカルをゥェハに対して供給するように構成されている。図 10に示す構成では、円筒形の処理容器 14の側壁の外側にプラズマ発生容器 18が設けられ、その内には高周波電圧が印加される電極 16と、プロセスガス供給管 20とが設けられている。プラズマ発生容器 18内で発生したラジカルは、処理容器 14の側壁に多数形成された直径の小さなラジカル供給口 24を介して処理容器 14内のウェハ Wに供給され、これによりプラズマ処理が行われる。

[0006] 図 9および図 10に示すプラズマ処理装置はいずれも、プラズマを用いているためにプロセス温度が比較的低くても所望の処理が可能であるという利点を有している。し力ながら、これら従来装置には以下に示すような問題点がある。すなわち、図 9に示すプラズマ処理装置では、ウェハ W自体がプラズマに直接的に晒されてしまうため、ウェハ表面がプラズマにより大きなダメージを受けてしまう。また、処理容器 2の周囲に設けられた電極 4、 6が多量の熱を発生するため、電極 4、 6の外側のヒータ 12によるウェハの温度制御精度が低下してしまう。

[0007] また、石英製のガスノズル 10が電極 4、 6間に発生する電界内に位置するため、ガスノズル 10がプラズマによりスパッタされて、回路素子の不良原因となるパーテイクノレが発生する。さらには、スパッタにより分解した不純物成分がウェハ W上の堆積膜中に取り込まれてしまう。更には、プラズマガスや処理ガスを供給するガスノズノレ 10の小径のガス孔 10Aの部分に大きな圧力差が生じるため、いわゆるホロ一力ソード放電が発生し、石英製のガスノズル 10がスパッタされ、その結果、上述した問題と同様の問題が発生する。

[0008] 図 10に示すプラズマ処理装置では、プラズマ発生容器 18内でラジカルを発生させて、このラジカルを処理容器 14とプラズマ発生容器 18とを仕切る区画壁に設けた多数の小径のラジカル供給口 24を通してウェハ Wに供給する、リモート方式を採用している。このため、発生したラジカルの一部はウェハ Wに達する前に失活し、ウェハ W周辺に十分なラジカル濃度を確保することができないという問題がある。さらには、ラジカル供給口 24が電極 16に近いため、ラジカル供給口 24の部分でホロ一力ソード放電が発生し、石英製の容器側壁をスパッタしてしまうという問題もある。

発明の開示

[0009] 従って、本発明の目的は、ウェハのダメージを防止しつつ、発生させたラジカルを有効に利用することができるプラズマ処理装置を提供することである。

[0010] 本発明の更なる目的は、ホロ一力ソード放電の発生を抑制すると共に、プラズマによるスパッタ等の発生も抑制することが可能なプラズマ処理装置を提供することである

[0011] 上記目的を達成するため、本発明は、被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、真空引き可能になされた筒形の縦型処理容器と、前記処理容器内で複数の被処理体を多段に保持する被処理体保持手段と、前記処理容器の外側に設けられたヒータと、前記処理容器内にプラズマ化されるプラズマガスを供給するプラズマガスノズルと、前記プラズマガスをプラズマ化するために設けられ、高周波電圧が印加される、対向配置されたプラズマ電極と、を備え、前記処理容器の側壁の内面の一部に、上下方向に延びる凹部が設けられており、前記プラズマガスノズノレは、前記凹部の底部力、ら被処理体に向けてプラズマガスを吐出するように配置されており、前記プラズマ電極は、前記プラズマガスノズルから吐出したプラズマガスが前記凹部の中でプラズマ化されるような位置に配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。

[0012] 好適な一実施形態において、前記処理容器の前記凹部に対向する側壁に排気口が形成されている。

[0013] 好適な一実施形態において、前記凹部またはその近傍に、前記プラズマ電極が発生した熱を冷却する冷却装置が設けられている。

[0014] 好適な一実施形態において、前記プラズマガスノズルは、長さ方向に沿って複数のガス噴射孔が形成された管状体からなる。 [0015] 好適な一実施形態において、前記プラズマガスノズルは、ホロ一力ソード放電が生じなレ、ように前記プラズマ電極に挟まれたプラズマ発生領域から十分に離れた位置に配置されている。

[0016] 好適な一実施形態において、前記凹部の出口部分に、前記凹部の出口開口面積を決定するスリットを有するスリット板が着脱可能に設けられている。

[0017] 好適な一実施形態において、前記処理容器内へプラズマ化されない非プラズマガスを供給する非プラズマガスノズルが更に設けられてレ、る。前記非プラズマガス供給ノズルは、長さ方向に沿って複数のガス噴射孔が形成された管状体から構成することができる。また、好ましくは、前記非プラズマガスノズルは、前記凹部の外側であってかつ前記凹部の入口の近傍に配置される。

[0018] 一実施形態において、前記プラズマガスはアンモニアガスであり、前記非プラズマガスはシラン系ガスであり、このプラズマ処理装置により行われる処理がプラズマ CV D処理によりシリコン窒化膜（SiN)を形成する処理である。前記アンモニアガスと前記シラン系ガスは、間にパージ期間を挟んで交互に間欠的に供給することができる。

[0019] 一実施形態において、前記プラズマガスは、水素と窒素の混合ガス、またはアンモニァガスであり、前記非プラズマガスはエッチングガスであり、このプラズマ処理装置により行われる処理が被処理体の表面に形成されてレ、る自然酸化膜を除去するブラズマ処理である。前記エッチングガスは、三フッ化窒素ガスとすることができる。

図面の簡単な説明

[0020] [図 1]は、本発明によるプラズマ処理装置の一実施形態を示す縦断面図である。

[図 2]は、図 1に示すプラズマ処理装置の構成を示す横断面図である。

[図 3]は、図 2中の A部を拡大して示す図である。

[図 4]は、プラズマ電極の配置を示す斜視図である。

[図 5]は、処理ガスの供給のタイミングを示すタイミングチャートである。

[図 6]は、スリット板の一例を示す斜視図である。

[図 7]は、スリット板を取り付けたプラズマ発生部の開口の部分を示す横断面図である [図 8]は、平行平板型のプラズマ電極問の電圧と放電開始電圧との関係を示すグラフである。

[図 9]は、従来のプラズマ処理装置の一例を概略的に示す横断面図である。

[図 10]は、従来のプラズマ処理装置の他の一例を概略的に示す横断面図である。好適な実施形態の説明

[0021] 以下に、本発明によるプラズマ処理装置の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。図 1はプラズマ処理装置の縦断面図、図 2はプラズマ処理装置（ヒータの表示は省略）を示す横断面図、図 3は図 2中の A部を示す拡大図、図 4はプラズマ電極の配置を示す斜視図、図 5はプロセスガスの供給のタイミングを示すタイミングチャートである。以下においては、プラズマ化されるガス（以下、「プラズマガス」と称する）としてアンモニアガスを用い、プラズマ化されないガス（以下、「非プラズマガス」と称する）としてへキサクロロジシラン（以下「HCD」とも称する）ガスを用い、プラズマ CVDによりシリコン窒化膜 (SiN)を成膜する場合を例にとって説明する。

[0022] プラズマ処理装置 30は、下端が開口された有天井の円筒形の処理容器 32を有している。この処理容器 32の全体は石英により形成されており、処理容器 32内の上部は石英製の天井板 34により封止されている。処理容器 32の下端開口部には、ステンレススチール製の円筒形のマ二ホールド 36が、〇リング等のシール部材 38を介して連結されている。処理容器 32の下端は、マ二ホールド 36によって支持されている。マ二ホールド 36の下方から、多数枚の半導体ウェハ W (すなわち被処理体）を多段に載置した石英製のウェハボート 40 (すなわち被処理体保持手段）を、処理容器 32 内に揷入することができる。典型的な実施形態においては、ウェハボート 40の支柱 4 OAは、直径が 300mmの 30枚のウェハ Wを略等間隔で多段に支持することができるように構成されている。

[0023] ウェハボート 40は、石英製の保温筒 42を介してテーブル 44上に載置される。テーブノレ 44は、マ二ホールド 36の下端開口部を開閉するステンレススチール製の蓋 46 を貫通する回転軸 48上に支持される。蓋 46と回転軸 48との間には磁性流体シール 50が介設されており、シール 50は回転軸 48を気密にシールしつつ回転可能に支持している。また、蓋 46の周辺部とマ二ホールド 36の下端部との間には、 Oリング等のシール部材 52が介設され、処理容器 32内の気密性を保持している。回転軸 48は、ボートエレベータ等の昇降機構 54に支持されたアーム 56の先端に取り付けられている。従って、ウェハボート 40は、これと連結される蓋 46等の部材とともに一体的に昇降し、処理容器 32に挿入および離脱される。なお、テーブル 44は蓋 46に固定してもよぐこの場合には、ウェハボート 40を回転させることなくウェハ Wの処理が行われる

[0024] マ二ホールド 36には、処理容器 32内の方へプラズマガス（本例ではアンモニア（N H )ガス）を供給するプラズマガス供給手段 58と、非プラズマガス（本例ではシラン系

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ガスとして HCDガス）を供給する非プラズマガス供給手段 60とが設けられる。プラズマガス供給手段 58は、プラズマガスを供給するためのノズルとして、石英管からなるプラズマガス分散ノズノレ 62を有している。ノズノレ 62をなす石英管は、マ二ホールド 36 の側壁を処理容器 32内に向けて水平に貫通した後に屈曲して上方に延びている。プラズマガス分散ノズル 62には、その長さ方向に沿って複数のガス噴射孔 62Aが所定間隔で形成されており、各ガス噴射孔 62Aから水平方向に向けて略均一にアンモニァガスを噴射できるようになつている。ガス噴射孔 62Aの直径は例えば 0. 4mm程度である。

[0025] 非プラズマガス供給手段 60は、非プラズマガスを供給するためのノズノレとして、石英管からなる非プラズマガス分散ノズル 64を有してレ、る。このノズル 64をなす石英管は、マ二ホールド 36の側壁を処理容器 32内へ水平に貫通した後に屈曲して上方に延びている。図示された実施形態においては、非プラズマガス分散ノズル 64は 2本設けられている（図 2及び図 3参照）。各非プラズマガス分散ノズル 64には、その長さ方向に沿って複数 (多数)のガス噴射孔 64Aが所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス噴射孔 64Aから水平方向に向けて略均一にシラン系ガスを噴射できるようになっている。 2本の非プラズマガス分散ノズル 64を設けることに代えて、 1本だけ非プラズマガス分散ノズル 64を設けてもょレ、。

[0026] 処理容器 32の側壁の一部には、その高さ方向に沿って本発明の特徴とするプラズマ発生部 68が設けられている。プラズマ発生部 68と反対側の処理容器 32の側壁には、処理容器 32の内部雰囲気を真空排気するために、細長い排気口 70が設けられている。排気口 70は、処理容器 32の側壁を上下方向へ削りとることによって形成すること力 Sできる。

[0027] プラズマ発生部 68の形成に際しては、処理容器 32の側壁を上下方向に沿って所定の幅で削りとることによって上下に細長い開口 72が形成される。この開口 72を覆うように、処理容器 32の側壁の外側に、処理容器 32側が開放されるとともに上下方向に細長い内部空間を有する石英製のカバー 74 (すなわちプラズマ室壁 74)が、気密に溶接接合される。これにより、処理容器 32の側壁の内面の一部に、上下方向に延びる凹部が形成される。前述した開口 72はこの凹部の出口である。プラズマ室壁 74 および開口 72より奥のプラズマ室壁 74により囲まれた空間は、プラズマ発生部 68として把握することができる。なお、開口 72は、ウェハボート 40に保持されている全てのウェハ Wを高さ方向にぉレ、てカバーできるように上下方向に十分に長く形成されている。開口 72は、その上端から下端まで、途切れることなく連続的に上下に延びている。

[0028] プラズマ室壁 74の両側壁の外側面上に、互いに対向して上下方向に延びる細長い一対のプラズマ電極 76が設けられている。プラズマ電極 76にはプラズマ発生用の高周波電源 78が給電ライン 80を介して接続されており、プラズマ電極 76に例えば 1 3. 56MHzの高周波電圧を印加することによりプラズマを発生し得るようになつている（図 4参照）。高周波電圧の周波数は 13. 56MHzに限定されず、他の周波数、例えば 400kHzであってもよい。

[0029] 処理容器 32内を上方向に延びるプラズマガス分散ノズル 62は、途中で処理容器 3 2の半径方向外方へ屈曲されて、プラズマ発生部 68内の一番奥（処理容器 32の中心から最も離れた部分）を上方に向かって延びる。特に図 3に示すように、このプラズマガス分散ノズノレ 62は、一対のプラズマ電極 76に挟まれた領域、すなわち主たるプラズマが実際に発生するプラズマ発生領域 PSから外側へ離れた位置に設置されている。従って、プラズマガス分散ノズル 62のガス噴射孔 62Aから噴射されたアンモニァガスは、プラズマ発生領域 PSに入り、そこで分解または活性化され、処理容器 32 の中心に向けて拡散しつつ流れる。

[0030] 例示的な実施形態において、開口 72の幅 L1は 5 10mm、プラズマ発生部 68の半径方向の長さ（奥行き） L2は 60mm、プラズマ電極 76の幅 L3は 20mm、プラズマ電極 76とプラズマガス分散ノズル 62との間の距離 L4は 20mmである（図 3を参照）。また、処理容器 32及びプラズマ室壁 74の厚さはそれぞれ 5mmである。

[0031] プラズマ室壁 74の外側は、石英製の絶縁保護カバー 82により覆われている。ブラズマ電極 76の背面に対応する位置において、絶縁保護カバー 82には冷媒通路 84 力なる冷却装置 86が設けられている。冷媒通路 84に、冷媒として例えば冷却された窒素ガスを流すことにより、プラズマ電極 76を冷却することができる。絶縁保護カバ一 82の外側は、高周波の漏洩を防ぐために図示しないシールドにより覆われている

[0032] プラズマ発生部 68の外（処理容器 32内）において開口 72の近傍には、前述した 2 本の非プラズマガス分散ノズノレ 64が上下方向に延びている。ノズノレ 64の各ガス噴射孔 64Aから、処理容器 32の中心方向に向けてシラン系ガスを噴射することができる。

[0033] プラズマ発生部 68の反対側に設けられた排気口 70を覆うように、 "] " (角括弧)形断面の排気口カバー部材 90が溶接により処理容器 32に取り付けられている。排気力バー部材 90は、処理容器 32の側壁に沿って上方に延びている。処理容器 32は、図示しない真空ポンプを備えた真空排気系により、排気口 70および処理容器 32の上方のガス出口 92を介して真空引きすることができる。筒状のヒータ 94が、処理容器 3 2及びその内部のウェハ Wを加熱するために、処理容器 32の外側で処理容器 32を囲んでいる。排気口 70の近傍には、ヒータ 94の温度制御用の熱電対 96 (図 2参照）が設けられる。

[0034] 次に、上述のプラズマ処理装置を用いて行なわれるプラズマ処理について説明する。ここでは、プラズマ処理として、ウェハ表面にプラズマ CVD (chemical vapor deposition)によりシリコン窒化膜を形成する場合を例にとって説明する。まず、多数枚例えば 50枚の直径 300mmの常温のウェハ Wが載置されたウェハボート 40を、予め所定の温度に昇温された処理容器 32内にその下方から上昇させて揷入し、蓋 46 でマ二ホールド 36の下端開口部を閉じることにより処理容器 32を密閉する。そして処理容器 32内を真空引きして所定のプロセス圧力に維持すると共に、ヒータ 94への供給電力を増大させることにより、ウェハ温度を上昇させて所定のプロセス温度に維持する。各種の処理ガスをプラズマガス供給手段 58及び非プラズマガス供給手段 60 力それぞれ交互に問欠的に供給して、回転しているウェハボート 40に支持されてレ、るウェハ Wの表面にシリコン窒化膜を形成する。

[0035] 詳細には、 NHガスはプラズマ発生部 68内に設けたプラズマガス分散ノズル 62の

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各ガス噴射孔 62Aから水平方向へ噴射され、また、 HCDガスは非プラズマガス分散ノズル 64の各ガス噴射孔 64Aから水平方向へ噴射され、両ガスが反応してシリコン窒化膜が形成される。この場合、上記の両ガスは、連続的に供給されるのではなぐ図 5に示すようにタイミングをずらして交互に間欠的に繰り返し供給され、これによりシリコン窒化膜の薄膜が一層ずつ繰り返し積層される。 NHガスの供給期間 T1と HC

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Dガスの供給期間 T2との間には、処理容器内に残留するガスを排除するパージ期間 96 (T3)が設定される。典型的なな一実施形態において、 HCDガスの供給期間 T 1は約 5分、 NHガスの供給期間 T2は約 2 3分、パージ期間 T3は約 2分である。パ

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ージは、 Nガスなどの不活性ガスを処理容器内に流すことにより、これに代えて或い

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はこれに加えて、処理容器内を真空吸引することにより実行される。図示された実施形態において、パージは、真空吸引により行われる。

[0036] プラズマガス分散ノズル 62のガス噴射孔 62Aより噴出された NH3ガスは、高周波電圧が印加されているプラズマ電極 76問のプラズマ発生領域 PS (図 3参照）に流れ込み、ここでプラズマ化されて活性化し、 N* NH* NH * NH * (記号 *はラジカ

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ルであることを示す）等のラジカル (活性種）を発生させる。これらのラジカルは、開口 72からプラズマ発生部 68を出て処理容器 32内の中心方向に向力い、拡散して隣接するウェハ Wの間を層流状態で流れて行く。

[0037] 各ラジカルはウェハ Wの表面に付着している HCDガスの分子と反応してシリコン窒化膜を形成する。また、ラジカルが付着しているウェハ Wの表面に HCDガスが供給された場合も、同様にシリコン窒化膜が形成される。このプラズマ CVD処理におけるプロセス条件は、例えば、プロセス温度が 300— 600 C、プロセス圧力が 1333Pa (l OTorr)以下、 NHの流量が 5000sccm以下下、 HCDガスの流量が 10— 80sccmで

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ある。そして、成膜速度は略 0. 2 / min程度である。

[0038] 図 9および図 10に示したような従来のプラズマ処理装置では、ガスノズルのガス孔やラジカルガス導入口においてホロ一力ソード放電が発生する。しかし、本実施形態では、プラズマ発生部 68 (すなわち凹部の内部空間）は、処理容器 32の処理部（処理容器 32のプラズマ発生部 68以外の内部空間を意味する）と十分大きな開口面積を持った開口 72を介して連通している。従って、ガスの流れ方向に関して開口 72の前後で、ガスの急激な圧力変化が生じなレ、。言い換えれば、凹部の出口となる開口 7 2の近傍で「絞り効果」が発生しなレ、。このため、開口 72近傍でホロ一力ソード放電が発生することを防止することができる。また、プラズマガス分散ノズル 62は、プラズマ電極 76若しくはプラズマ発生領域 PSから所定の距離 L4 (図 3参照）だけ離れている。このため、比較的ホロ一力ソード放電が発生し易いプラズマガス分散ノズル 62のガス噴射孔 62Aの近傍においても、ホロ一力ソード放電が発生することを防止することができる。従って、ホロ一力ソード放電によって石英製のプラズマ分散ノズル 62ゃ処理容器 32の壁面がスパッタされることがないので、石英材料に由来するパーティクルが発生することも阻止することができる。

[0039] またプラズマはプラズマ発生部 68内で局所的に発生するので、このプラズマがゥェハ Wまで届くことはなぐ従ってウェハ Wにプラズマによるダメージが発生することを防止することができる。またプラズマ発生部 68内で発生したラジカルは十分大きな開口面積を持った開口 72を介してウェハ W側に供給されるので、従来のリモートプラズマ型の処理装置とは異なり、ラジカルを消滅すなわち失活させることなくウェハ W側に供給することができ、プラズマ処理効率を向上させることができる。

[0040] さらに、プラズマ電極 76で発生した熱は冷却装置 86によって冷却されるため、プラズマ電極 76での発熱がウェハ Wの温度コントロールに悪影響を及ぼすことを防止すること力 Sできる。また、ウェハ温度のコントロール用の熱電対 96 (図 2参照）はプラズマ電極 76から遠く離れた位置にあるので、熱電対 96の出力信号に高周波ノイズが侵入することがなぐウェハ Wの温度コントロールを精度良く行うことができる。

[0041] 上述した実施形態においてはシラン系ガスとして HCDガスを用いた力これに限定されるものではなぐ他のシラン系ガスを用いてもよレ、。他のシラン系ガスとしては、例えばモノシラン [SiH ]、ジシラン [Si H ]、ジクロロシラン（DCS)、へキサメチルジ

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シラザン（HMDS)、テトラクロロシラン（TCS)、ジシリルアミン（DSA)、トリシリノレアミン (TSA)、ビスターシャルブチルアミノシラン（BTBAS)等を用いることができる。 [0042] 上述した実施形態においては、プラズマ発生部 68の開口 72の幅 L1 (プラズマ発生部 68すなわち凹部の出口開口幅）は固定されているが、プロセスの種類、或いはプロセス条件によっては、この出口開口幅を変更することが望ましい場合がある。出口開口幅を簡単に変更可能とするために、十分に大きなサイズの開口 72を処理容器 32に形成し、この開口 72にスリット板を着脱自在に設ける構成が考えられる。互いに異なる幅のスリットが形成された複数のスリット板を用意すれば、スリット板を交換することにより出口開口幅を簡単に変更することができる。

[0043] 図 6は上述のスリット板の一例を示す斜視図、図 7はスリット板を取り付けたプラズマ発生部 68の開口の部分を示す概略横断面図である。スリット板 100は、比較的薄い (例えば厚さが 3mm程度）石英板からなる。スリット板 100の中央部には、スリット板 1 00の上下方向に延びる幅広の貫通孔の形態のガス流通スリット 102が形成されている。スリット板 100の両側には、取り付け用テーパ面 104が形成されている。処理容器 32の開口 72部分には、テーパ面 104と嵌合する断面三角形の凹部 106が形成されている。凹部 106にテーパ面 104を嵌合させてスリット板 100を上下方向にスライドさせることにより、スリット板 100を着脱可能に固定することができる。ガス流通スリット 10 2の横幅 Llaが異なる複数のスリット板 100があらかじめ用意され、プロセス条件等に応じて最適の横幅 Llaのスリット 102を有するスリット板 100が選択される。

[0044] 最適なスリット板 100を選択することにより、ホロ一力ソード放電の発生を抑制できるだけでなぐ発生したプラズマがウェハ Wに到達することをより効果的に防止することができ、従って、ウェハ Wがプラズマによりダメージを受けることを防止することができる。

[0045] 以下に、ホロ一力ソード放電が生じないような条件について検討した結果について説明する。平行に配置された平板形のプラズマ電極間に高周波電圧を印加したとき、プラズマ電極間の圧力を変化させると放電開始電圧も変化する。この時のプラズマ電極間の電圧 Pと放電開始電圧 Eとの関係は、一般的に図 8に示すような関係となる。すなわち図 8に示す特性曲線は下に凸の曲線であり、圧力 Pbで放電開始電圧は極小値をとる。

[0046] ここで、振幅 Ep (実効値 E)、角周波数 ωの高周波の電界中に置かれた電子を考える。電極間の圧力が Pのとき、電子と中性粒子との衝突周波数を Vとすると、電子の運動方程式は以下のようになる。

m 'άΥ/ dt = e · " 2exp (ΐωΐ)— m v V

e e

但し、 mは電子の質量、 Vは電子の運動速度、 eは電子の電荷である。

e

上記式より電子の運動速度 Vを求めると、以下の式のようになる。

V={e^f 2Em (ίω + v ) }exp αω tj

e

電子群が高周波電界から単位時間当たりに獲得する平均エネルギー wは、電子密度を neとすると以下の式のようになる。

W = Re[{-(e n V) * 2exp (i ω t) }/2]

e

= (n e²/ m v ) { v Z v + ω ²) }E²

e e

= (n e²/ m ) { v / ( v ²+ ω ²) }E²

e e

但し、 " Re"は [ ]内の実数部をとることを意味する。また"（ )*"は 0内の共役複素数を意味する。

[0047] ここで Κ= ν/(ν²+ω²)とすると、 Κが最大の時、放電開始電圧 Εは最小となる。

その条件は ω Vの時に満足する。

[0048] この時のプラズマ発生部 68内の電極間圧力 Ρを Ρ2とする（図 3参照）。また、プラズマガス分散ノズル 62内の圧力を Pl、プラズマ発生部 68の外（処理容器 32内）の圧力を Ρ3とする。

[0049] 電極間圧力 Ρが高くなり、 > > 1^となると、1^= / ²+ 00²) 1となり、放電開始電圧 Εは増大する。従って、このような条件になるようにプラズマガス分散ノズル 62内の圧力 P1と、ノズノレ 62とプラズマ電極 76との間の距離 L4 (図 3参照）を設定し、これによりプラズマ分散ノズル 62の内部で放電が発生しないようにし、その結果として、ガス噴射孔 62Αでのホロ一力ソード放電が発生することを防止する。また、電極間圧力 Ρが Ρ2よりも小さいとき、 ω < < Vとなれば、 Wc V E²となる。従って、ウェハ Wの周辺の圧力 P3を「P3<P2<P1」とすることにより、ホロ一力ソード放電の発生を防止することができる。すなわち、上記条件を満足するように開口 72の幅 L1やガス流通スリット 102の幅 Llaの値などが決定される。

[0050] 上述した実施形態では、シリコン窒化膜をプラズマ CVDにより成膜する場合を例にとって説明した力 S、他の異なる種類の膜をプラズマ CVDにより形成するようにしてもよレ、。また、上述したプラズマ処理装置により実施される処理はプラズマ CVD処理に限定されず、他の処理、例えばプラズマエッチング処理、プラズマアツシング処理、プラズマ洗浄 (クリーニング)処理であってもよい。この場合、使用するガスの種類が増加するならば、更に別のガス分散ノズノレを設ければよい。また各ガス分散ノズルから必要な処理ガス（プラズマガス及び非プラズマガス）を同時に供給して、混合ガスにより処理を行ってもよレ、。この場合も、開口 72の出口近傍に非プラズマ分散ノズル 64を設けることにより、プラズマガスにより形成されたラジカルと非プラズマガスとを効率よく混合することができる。

[0051] シリコン基板からなるウェハ Wの表面に部分的に、或いは全面的に形成されている自然酸化膜（SiO )を除去するクリーニング処理を行う場合には、プラズマガスと非プ

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ラズマガスとを同時に供給して両ガスを混合する。この場合、プラズマガス分散ノズル 62から噴射されるプラズマガスとしては、例えば水素と窒素との混合ガス、またはアンモニァガスを用いることができる。また、非プラズマガス分散ノズル 64から噴射される非プラズマガスとしては例えば三フッ化窒素（NF )ガスを用いることができる。またこ

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のプラズマクリーニング処理は、処理容器 32内壁面や処理容器 32内の構造物のタリ一二ング時にも使用することができる。

[0052] また、本発明によるプラズマ処理装置は、有機系絶縁膜の誘電率改善プラズマ処理にも適用することができる。塗布法（SOG (Spin On Glass)法）または CVD法で形成した MSQ (Methyl Silsequioxane)系、 HSQ (Hydrogen Silsequioxane)系等の低誘電率の有機系層間絶縁膜を、加熱焼成する代わりに、本発明によるプラズマ処理装置を用いて水素又はアンモニアガスのプラズマを用いてプラズマ処理することもできる。水素ガスのプラズマ（活性種）により上記の有機系絶縁膜に対して 30分間のブラズマ処理を行ったところ、当該絶縁膜の誘電率を処理前の 2.55から処理後の 2.40 まで改善することができた。また、被処理体は、半導体ウェハに限定されず、ガラス基板や LCD基板等の他の基板であってもよい。

Claims

請求の範囲

[1] 被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、

真空引き可能になされた筒形の縦型処理容器と、

前記処理容器内で複数の被処理体を多段に保持する被処理体保持手段と、前記処理容器の外側に設けられたヒータと、

前記処理容器内にプラズマ化されるプラズマガスを供給するプラズマガスノズノレと、前記プラズマガスをプラズマ化するために設けられ、高周波電圧が印加される、対向配置されたプラズマ電極と、

を備え、

前記処理容器の側壁の内面の一部に、上下方向に延びる凹部が設けられており、前記プラズマガスノズルは、前記凹部の底部から被処理体に向けてプラズマガスを吐出するように配置されており、

前記プラズマ電極は、前記プラズマガスノズルから吐出したプラズマガスが前記凹部の中でプラズマ化されるような位置に配置されている、

ことを特徴とするプラズマ処理装置。

[2] 前記処理容器の前記凹部に対向する側壁に排気口が形成されてレ、ることを特徴とする、請求項 1記載のプラズマ処理装置。

[3] 前記凹部またはその近傍に、前記プラズマ電極が発生した熱を冷却する冷却装置が設けられてレ、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。

[4] 前記プラズマガスノズルは、長さ方向に沿って複数のガス噴射孔が形成された管状体からな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。

[5] 前記プラズマガスノズルは、ホロ一力ソード放電が生じないように前記プラズマ電極に挟まれたプラズマ発生領域力十分に離れた位置に配置されていることを特徴とする、請求項 1記載のプラズマ処理装置。

[6] 前記凹部の出口部分に、前記凹部の出口開口面積を決定するスリットを有するスリット板が着脱可能に設けられていることを特徴とする、請求項 1に記載のプラズマ処

[7] 前記処理容器内へプラズマ化されない非プラズマガスを供給する非プラズマガスノズノレを更に備えたことを特徴とする、請求項 1に記載のプラズマ処理装置。

[8] 前記非プラズマガス供給ノズルは、長さ方向に沿って複数のガス噴射孔が形成された管状体力もなることを特徴とする、請求項 7記載のプラズマ処理装置。

[9] 前記非プラズマガスノズルは、前記凹部の外側であってかつ前記凹部の入口の近傍に配置されていることを特徴とする、請求項 8記載のプラズマ処理装置。

[10] 前記プラズマガスはアンモニアガスであり、前記非プラズマガスはシラン系ガスであり、このプラズマ処理装置により行われる処理がプラズマ CVD処理によりシリコン窒化膜（SiN)を形成する処理であることを特徴とする、請求項 7に記載のプラズマ処理

[11] 前記アンモニアガスと前記シラン系ガスが、間にパージ期間を挟んで交互に間欠的に供給されるように構成されていることを特徴とする、請求項 10記載のプラズマ処

[12] 前記プラズマガスは、水素と窒素の混合ガス、またはアンモニアガスであり、前記非プラズマガスはエッチングガスであり、このプラズマ処理装置により行われる処理が被処理体の表面に形成されている自然酸化膜を除去するプラズマ処理であることを特徴とする、請求項 7に記載のプラズマ処理装置。

[13] 前記エッチングガスは、三フッ化窒素ガスであることを特徴とする請求項 12記載のプラズマ処理装置。