JP4454621B2

JP4454621B2 - 処理装置

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Publication number: JP4454621B2
Application number: JP2006356433A
Authority: JP
Inventors: 良裕加藤; 聡後藤; 光義高; 誠青木
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2001-01-22
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2022-01-22
Also published as: JP2007173848A

Description

本発明は、被処理体に成膜処理、エッチング処理等の処理を行う処理装置に関する。

半導体装置、液晶表示装置等の製造プロセスには、プラズマを用いてこれらの基板の表面を処理するプラズマ処理装置が使用されている。プラズマ処理装置としては、例えば、基板にエッチングを施すプラズマエッチング装置や、化学的気相成長(Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ)を施すプラズマＣＶＤ装置等が挙げられる。中でも、平行平板型のプラズマ処理装置は、処理の均一性に優れ、また、装置構成も比較的簡易であることから、広く使用されている。

平行平板型のプラズマ処理装置は、上下に互いに平行に対向する２つの平板電極を備える。２つの電極のうち、下部電極の上に基板が載置される。上部電極は、下部電極と対向する、多数のガス穴を有する電極板を備え、いわゆるシャワーヘッド構造を有する。上部電極は処理ガスの供給源に接続されており、処理時には、処理ガスが電極板のガス穴を介して２つの電極の間に供給される。電極間に供給された処理ガスは、電極への高周波電力の印加によりプラズマとされ、このプラズマによって基板の表面が処理される。

上記プラズマ処理装置において、基板表面を高い均一性で処理するには、各ガス穴からの処理ガスの供給を高精度に制御することが重要である。例えば、ガス穴からのガス供給が不均一である場合には、成膜処理された基板表面の膜厚分布が不均一となる。

シャワーヘッド構造の上部電極は、内部に中空の拡散部を有する。拡散部は、電極板の一面を覆うように設けられ、処理ガスは拡散部により多数のガス穴に拡散される。この構成において、ガス穴からの処理ガスの供給を制御するには、拡散部における処理ガスの拡散を制御してガス穴に導くことが大事である。

拡散部での処理ガスの拡散を制御するため、例えば、拡散部を複数の領域に分け、各領域にそれぞれ処理ガスを供給する構造が開発されている。この構造によれば、各領域に供給される処理ガスの量を調節することにより、各領域に連通するガス穴から噴出される処理ガスの量を制御することが可能となる。これにより、基板表面に均一性の高い処理を施すことができる。

しかし、上記構造を用いた場合、複数の拡散領域にそれぞれ接続する配管が必要となる。このため、装置の部品点数が増加し、装置構造が複雑となり、製造コストが増大するとともに、メンテナンス等の保守性が低下する。以上のように、装置構造を複雑化することなく、基板表面に均一性の高い処理を施すことができるプラズマ処理装置は、従来無かった。

上記事情を鑑みて、本発明は、簡単な装置構成で、被処理体に均一性の高い処理を施すことのできる処理装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、簡便な装置構成で、被処理体に処理ガスを制御性よく供給することのできる処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の処理装置は、
チャンバ（２）と、
複数のガス穴（２２）を有し、前記ガス穴（２２）を介して前記チャンバ（２）内に処理用のガスを供給する供給板（１９）と、
前記ガスを、前記供給板（１９）の主面に略水平な方向に拡散させる第１の拡散部と、
前記第１の拡散部が拡散した前記ガスを前記ガス穴（２２）に導く第２の拡散部と、
を備え、
前記第２の拡散部は、その一面に形成され、前記供給板（１９）に積層されて前記一面との間に中空部を形成する溝（５７）と、前記溝（５７）内に設けられ他面側に通じる貫通孔（５４、５５）と、を備える円盤状部材（４１）から構成され、前記第１の拡散部からの前記ガスは、前記貫通孔（５４、５５）を介して前記中空部に供給され、
さらに、第２の拡散部を構成する前記溝（５７）内に設けられ、前記中空部を複数の領域に分ける仕切り部材（５６）を備え、
前記貫通孔を前記仕切り部材に分けられた各領域から他面側に通じるように形成するとともに、前記第１の拡散部に前記貫通孔にそれぞれ連通する流路を設けることにより、独立した複数のガス流路を構成し、
前記チャンバ内に供給するガスの流量を前記ガス流路ごとにそれぞれ独立に制御する流量制御部（２９ａ、２９ｂ）をさらに備える、ことを特徴とする。
前記仕切り部材は、前記中空部を中心領域と端部領域とに分けてもよい。
前記仕切り部材は、前記中心領域の面積と前記端部領域の面積との比が２：１となるように、前記中空部を前記中心領域と前記端部領域とに分けることが好ましい。
前記流量制御部は、前記中心領域と前記端部領域とのガス流量比が１：１．２〜１．６となるように、前記複数のガス流路にガスを供給することが好ましい。
前記複数のガス流路は、共通のガス供給源（２８）に接続されていることが好ましい。

本発明の実施の形態にかかる処理装置について、以下図面を参照して説明する。以下に示す実施の形態では、半導体ウェハ（以下、ウェハＷ）にＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)によりフッ化酸化シリコン（ＳｉＯＦ）膜を形成する、平行平板型のプラズマ処理装置を例として説明する。

（第１の実施の形態）
図１に、本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置１の断面図を示す。
図１に示すように、プラズマ処理装置１は、略円筒形状のチャンバ２を有する。チャンバ２は、アルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウム等の導電性材料からなる。また、チャンバ２は接地されている。

チャンバ２の底部には排気口３が設けられている。排気口３には、ターボ分子ポンプなどからなる排気装置４が接続されている。排気装置４は、チャンバ２内を所定の圧力、例えば、０．０１Ｐａ以下まで排気する。また、チャンバ２の側壁には、気密に開閉可能なゲートバルブ５が設けられている。ゲートバルブ５を開放した状態で、チャンバ２とロードロック室（図示せず）との間でのウェハＷの搬入出がなされる。

チャンバ２の底部からは、略円柱状のサセプタ支持台６が起立している。サセプタ支持台６の上にはサセプタ８が設けられている。サセプタ８の上面には、ウェハＷが載置される。サセプタ支持台６とサセプタ８とは、セラミックなどからなる絶縁体７により絶縁されている。また、サセプタ支持台６はシャフト９を介して昇降機構（図示せず）に接続され、チャンバ２内を昇降可能となっている。ゲートバルブ５から搬入されたウェハＷは、下降位置においてサセプタ８上に載置される。また、サセプタ８の上昇位置において、ウェハＷにプラズマ処理が施される。

サセプタ支持台６又はチャンバ２の内壁には、円板状環状のバッフル板１０が取り付けられている。バッフル板１０は、サセプタ８よりも少し下方に設けられている。バッフル板１０はアルミニウム等の導電体で構成されている。バッフル板１０は図示しないスリットを有する。スリットは、ガスを通す一方で、プラズマの通過を妨げる。これにより、バッフル板１０はプラズマをチャンバ２の上部に閉じこめる。

サセプタ支持台６の下方は、例えば、ステンレス鋼からなるベローズ１１で覆われている。ベローズ１１は、その上端と下端とがそれぞれサセプタ支持台６の下部およびチャンバ２の底面にねじ止めされている。ベローズ１１は、サセプタ支持台６の昇降と共に伸縮して、チャンバ２内の気密性を保持する。

サセプタ支持台６の内部には、下部冷媒流路１２が設けられている。下部冷媒流路１２には冷媒が循環している。下部冷媒流路１２により、サセプタ８およびウエハＷは所望の温度に維持される。

サセプタ支持台６には、リフトピン１３が、絶縁体７およびサセプタ８を貫通するように設けられている。リフトピン１３はシリンダ等（図示せず）により昇降可能となっている。リフトピン１３の昇降により、図示しない搬送アームとのウェハＷの受け渡しがなされる。

サセプタ８は、アルミニウム等の導体からなる円板状部材から構成されている。サセプタ８上には、ウエハＷと略同形の図示しない静電チャックが設けられている。静電チャックに直流電圧が印加されて、ウェハＷはサセプタ８上に固定される。

サセプタ８の周縁には、サセプタ８を包囲するようにフォーカスリング１４が設けられている。フォーカスリング１４は、例えば、セラミックから構成されている。フォーカスリング１４は、その内側に載置されたウェハＷにプラズマ活性種を効果的に入射させる。

サセプタ８は下部電極として機能する。サセプタ８には、第１の高周波電源１５から第１の整合器１６を介して、０．１〜１３ＭＨｚの範囲の周波数の高周波電力が供給される。

サセプタ８の上方には、サセプタ８と平行にかつ対向するように上部電極１７が設けられている。上部電極１７は、絶縁材１８を介してチャンバ２の上部に設置されている。上部電極１７は、電極板１９と、電極支持体２０と、第１の拡散板２１と、から構成されている。

電極板１９は、アルミニウム等の導電性材料から構成されている。電極板１９は、電極板１９を貫通する多数のガス穴２２を有する。また、電極板１９には、第２の整合器２３を介して、第２の高周波電源２４が接続されている。第２の高周波電源２４は、１３〜１５０ＭＨｚの高周波電力を電極板１９に印加する。サセプタ８（下部電極）と上部電極１７とに高周波電極を印加することにより、これらの間にプラズマが生成される。

電極支持体２０には、第１の拡散板２１および電極板１９が保持されている。電極支持体２０の内部には、上部冷媒流路２５が設けられている。上部冷媒流路２５には冷媒が循環している。上部冷媒流路２５により、上部電極１７は所望の温度に維持される。

また、電極支持体２０にはガス供給管２７が接続され、ガス供給源２８に接続されている。ガス供給源２８からは、ＳｉＯＦ膜の成膜に用いられている処理ガスが供給される。処理ガスは、例えば、四フッ化シラン（ＳｉＦ_４）、シラン（ＳｉＨ_４）、酸素（Ｏ_２）と、アルゴン（Ａｒ）と、の混合ガスから構成される。

ガス供給源２８とガス供給管２７との間にはマスフローコントローラ（ＭＦＣ）等の流量制御装置２９が設けられている。ガス供給源２８から、流量制御装置２９によってその流量が調整されて処理ガスがチャンバ２内に供給される。

第１の拡散板２１は、アルミニウム等の導電性材料からなる円盤状部材から構成される。第１の拡散板２１は、電極板１９と電極支持体２０とに挟まれ、電極板１９とほぼ同径を有する。第１の拡散板２１は、ガス供給管２７から供給された処理ガスを、電極板１９の一面に拡散させる。拡散された処理ガスは、電極板１９の多数のガス穴２２に供給される。これにより、電極板１９のすべてのガス穴２２からウェハＷの表面に処理ガスが供給される。

上部電極１７の分解した断面図を図２に示す。図２に示すように、第１の拡散板２１には、一面に所定深さの溝として形成された第１のチャネル３０と、第１の拡散板２１を貫通する第１及び第２の導通口３１ａ、３１ｂと、他面に所定深さの凹部として形成された第１の凹部３２と、が形成されている。第１のチャネル３０と、第１及び第２の導通口３１ａ、３１ｂと、第１の凹部３２と、は、切削加工、ドリル加工等によって、簡便に形成することができる。上部電極１７の内部には、第１のチャネル３０、第１及び第２の導通口３１ａ、３１ｂとから構成される、ガス流路Ｌが形成される。

第１のチャネル３０はガス供給管２７と連通しており、ガス供給源２８からの処理ガスの供給を受けるよう配置されている。第１及び第２の導通口３１ａ、３１ｂは、第１のチャネル３０と第１の凹部３２とを接続している。従って、ガス供給管２７から供給された処理ガスは、ガス流路Ｌを通って、図２の矢印に示すように水平方向に拡散されて第１の凹部３２に供給される。

拡散された処理ガスは、電極板１９と第１の拡散板２１の第１の凹部３２とにより形成された中空部に供給される。中空部（第１の凹部３２）に拡散されて供給された処理ガスは、中空部でさらに拡散されて、電極板１９の多数のガス穴２２に、圧力等に関する高い均一性で供給される。従って、多数のガス穴２２から、処理ガスがウェハＷの表面全体にほぼ均等に供給される。これにより、良好な膜厚分布が得られるなど、均一性の高い処理が可能となる。

以下、第１の拡散板２１の構成を詳細に説明する。図３に、第１の拡散板２１のＡ矢視図を示す。図３に示すように、第１の拡散板２１の一面に形成された第１のチャネル３０は、４本の第１の溝３０ａ、…、３０ａと、１本の第２の溝３０ｂから構成される。

第１の溝３０ａ、…、３０ａは、第１の拡散板２１の略中心から、互いに略直角となるように放射状に延びている。第１の溝３０ａ、…、３０ａは、ほぼ同じ長さを有し、中心において接続している。また、第２の溝３０ｂは、隣り合う第１の溝３０ａ、３０ａの間に形成されている。第２の溝３０ｂは、第１の溝３０ａ、…、３０ａとほぼ同じ長さを有し、中心において第１の溝３０ａ、…、３０ａと接続している。

第１の溝３０ａ、…、３０ａ内には、第１の導通口３１ａが中心から等距離にそれぞれ設けられている。また、中心には第２の導通口３１ｂが設けられている。第１及び第２の導通口３１ａ、３１ｂは、第１の拡散板２１の両面を貫通して設けられている。

第２の溝３０ｂは、ガス供給管２７から処理ガスの供給を受ける位置に設けられている。すなわち、例えば、第２の溝３０ｂは、ガス供給管２７が電極支持体２０に接続された位置の直下に配置されている。ガス供給管２７から第１の拡散板２１に向けて供給された処理ガスは、第２の溝３０ｂにおいて受け止められる。その後、処理ガスは第２の溝３０ｂを流れ、第２の導通口３１ｂを介して他面側に流れるとともに、４本の第１の溝３０ａにほぼ均等に分散されて流れる。第１の溝３０ａを流れる処理ガスは、第１の導通口３１ａに達し、第１の導通口３１ｂを介して他面側の第１の凹部３２に供給される。

図４に、第１の拡散板２１のＢ矢視図を示す。図４に示すように、第１の拡散板２１の他面には、略円形の第１の凹部３２が形成されている。第１の凹部３２は、第１の拡散板２１のほぼ全面に所定の深さで形成されている。第１の拡散板２１と電極板１９とが重なって配置されて、第１の凹部３２によって中空部が形成される。

第１の拡散板２１の一面に供給され、第１のチャネル３０で拡散された処理ガスは、第１の導通口３１ａ、…、３１ａおよび第２の導通口３１ｂを介して、他面の中空部（第１の凹部３２）に供給される。処理ガスは中空部内で拡散されてガス穴２２に供給される。これにより、処理ガスはガス穴２２からウェハＷの表面に対して高い均一性で供給される。

以下、上記構成のプラズマ処理装置１の、成膜処理時の動作について、図面を参照して説明する。なお、以下に示す動作は一例であり、同様の結果物が得られる構成であれば、いかなるものであってもよい。

まず、ウエハＷをチャンバ２内に搬入する。ウェハＷは、サセプタ支持台６が下降位置にある状態で、サセプタ８の表面から突出した状態のリフトピン１３上に載置される。次いで、リフトピン１３の降下によりウェハＷはサセプタ８上に載置され、静電チャックにより固定される。次いで、ゲートバルブ５は閉鎖され、排気装置４によって、チャンバ２内は所定の真空度まで排気される。その後、サセプタ支持台６は、処理位置まで上昇する。この状態で、サセプタ８は所定の温度、例えば、５０℃とされ、チャンバ２内は、排気装置４により高真空状態、例えば、０．０１Ｐａとされる。

その後、処理ガス供給源２８から、例えば、ＳｉＦ_４、ＳｉＨ_４、Ｏ_２、ＮＦ_３、ＮＨ_３ガスおよびＡｒガスからなる処理ガスが、流量制御装置２９により所定の流量に制御されてガス供給管２７に供給される。混合ガスは、拡散板２１により十分に拡散されて、電極板１９のガス穴２２からウエハＷに向けて高い均一性で噴出される。

その後、第２の高周波電源２４が、例えば、１３〜１５０ＭＨｚの高周波電力を上部電極１７に印加する。これにより、上部電極１７と下部電極としてのサセプタ８との間に高周波電界が生じ、処理ガスのプラズマが発生する。他方、第１の高周波電源１５が、例えば、０．１〜１３ＭＨｚの高周波電力を下サセプタ８に供給する。これにより、プラズマ中の活性種がサセプタ８側へ引き込まれ、ウェハＷ表面近傍のプラズマ密度が高められる。生成したプラズマにより、ウェハＷの表面で化学反応が進行し、ウェハＷの表面にＳｉＯＦ膜が形成される。

所定の厚さの膜が形成された後、高周波電力の供給を停止するとともに、処理ガスの供給を停止する。チャンバ２内の圧力を元の圧力に戻した後、ウェハＷを搬入したのと逆の順序で、ウェハＷをチャンバ２内から搬出する。以上で、ウェハＷの成膜工程は終了する。

以上説明したように、第１の実施の形態では、上部電極１７は、ガス供給管２７と、電極板１９と、これらの間に設けられた第１の拡散板２１と、から構成されている。第１の拡散板２１は、一面に放射状に形成された複数の溝からなる第１のチャネル３０を備え、他面にほぼ全体に形成された第１の凹部３２を備える。ガス供給管２７から供給された処理ガスは、第１のチャネル３０において電極板１９の主面に水平な方向に拡散された後に他面側の第１の凹部３２に供給される。処理ガスは第１の凹部３２においてさらに拡散されて多数のガス穴２２にほぼ均等に供給される。これにより、処理ガスは、ガス穴２２から高い均一性でウェハＷに供給され、膜厚分布等の良好な、均一性の高い処理が可能となる。

また、第１の拡散板２１は、その両面に溝または凹部が形成された一枚の板状部材から構成されている。従って、第１の拡散板２１は、例えば、一枚のアルミニウム板の両面に切削等の加工を施すことにより、簡単に作成することができる。さらに、複数の配管を必要としない。従って、簡便に、装置構成を複雑化させることなく、ガス穴２２への均一性の高い処理ガスの拡散が可能となる。これにより、製造コストの増大、および、メンテナンス等の保守性の低下を防ぎつつ、均一性の高い処理を実現できる。

上記第１の実施の形態では、第１の拡散板２１に４本の第１のチャネル３０ａを設け、４個の第１の導通口３１ａから中空部に処理ガスを供給する構成とした。しかし、第１の導通口３１ａの数はこれに限らず、第１のチャネル３０ａの数を５本以上として、各第１のチャネル３０ａに第１の導通口３１ａを設けてもよい。また、第１の導通口３１ａを第１のチャネル３０ａに２つ以上形成した構成としてもよい。この場合においても、第１の拡散板２１の溝又は穴を増加させるだけでよく、装置構成を複雑化させることなく、処理ガスのより均等な分散を図れる。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る処理装置は、図１に示すプラズマ処理装置１と、上部電極１７を除いて同一の構成を有する。図５に、第２の実施の形態にかかる上部電極１７の分解図を示す。なお、理解を容易にするため、図５中では図２と同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。

第２の実施の形態では、ウェハＷの中心部と端部とにそれぞれ流量を独立に制御して処理ガスを供給する。すなわち、図５に示すように、電極支持体２０には、中心部ガス供給管２７ａと、端部ガス供給管２７ｂと、が接続され、それぞれ、流量制御装置２９ａ、２９ｂを介して、共通のガス供給源２８に接続されている。

中心部ガス供給管２７ａおよび端部ガス供給管２７ｂから供給された処理ガスは、それぞれ、上部電極１７内に形成された２つの独立な中心部ガス流路Ｌ_ａおよび端部ガス流路Ｌ_ｂを通って拡散されて、電極板１９の中心部および端部に供給される。これにより、処理ガスは、電極板１９のガス穴２２を通って、ウェハＷの中心部と端部とにそれぞれ異なる流量に制御されて供給される。

第２の実施の形態の上部電極１７は、電極板１９と電極支持体２０との間に、第２の拡散板４０と、第３の拡散板４１と、が設けられている。第２及び第３の拡散板４０、４１は、アルミニウム等の導電性材料からなる、円盤状部材から構成されている。第２および第３の拡散板４０、４１は、電極板１９とほぼ同径を有する。第２及び第３の拡散板４０、４１は、２つの独立な中心部ガス流路Ｌ_ａおよび端部ガス流路Ｌ_ｂを、上部電極１７内に形成する。

第２の拡散板４０は、電極支持体２０に接するように配置される。第２の拡散板４０は、一面に所定深さの溝として形成された第２のチャネル５０と、第２の拡散板４０を貫通する第３および第４の導通口５１、５２と、を備える。第２のチャネル５０と、第３および第４の導通口５１、５２と、は、切削加工、ドリル加工等によって簡便に形成することができる。

図５に示す第２の拡散板４０のＣ矢視図を図６に示す。図６に示されるように、第２の拡散板４０の一面には、４本の第２の溝５０ａ、…、５０ａからなる第２のチャネル５０が形成されている。第２の溝５０ａ、…、５０ａは、第２の拡散板４０の略中心において接続し、中心から放射状に延びている。第２の溝５０ａ、…、５０ａは、ほぼ同じ長さで、互いにほぼ直交するように形成されている。

第２の溝３０ａ内には、それぞれ、中心からほぼ等距離に第３の導通口５１が形成されている。端部ガス供給管２７ｂは、第２の拡散板４０の略中心に処理ガスを供給するように設けられている。これにより、処理ガスは、中心から４本の第２の溝５０ａ、…、５０ａにそれぞれほぼ均等に分散されて供給される。処理ガスは、第２の溝５０ａを流れて、第３の導通口５１から第２の拡散板４０の他面側に供給される。

第４の導通口５２は、第２の溝５０ａと重ならない位置に形成されている。中心部ガス供給管２７ａは、第４の導通口５２と接続されるように配置されている。これにより、中心部ガス供給管２７ａから供給された処理ガスは、第４の導通口５２を介して、第２の拡散板２１の他面側に供給される。

図５に戻り、第３の拡散板４１は、第２の拡散板４０と電極板１９との間に配置されている。第３の拡散板４１は、第２の拡散板４０に対向する面に所定深さの溝として形成された第３のチャネル５３と、第３の拡散板４１を貫通する第５及び第６の導通口５４、５５と、電極板１９に対向する面に所定深さの凹部として形成された第２の凹部５６と、を備える。第３のチャネル５０と、第５および第６の導通口５４、５５と、第２の凹部５６と、は、切削加工、ドリル加工等によって簡便に形成することができる。

また、第２の凹部５７と電極板１９とで形成された中空部は、仕切り部材５６によって中心部と端部とに分けられている。

図７に、図５に示す第３の拡散板４１のＤ矢視図を示す。図に示すように、第３の拡散板４１の一面には、第３のチャネル５３を構成する、４本の第３の溝５３ａ、…、５３ａと、１本の引き出し溝５３ｂと、が形成されている。第３の溝５３ａ、…、５３ａは、第３の拡散板４１の略中心において接続し、中心から放射状に延びている。第３の溝５３ａは、それぞれほぼ同じ長さで、互いにほぼ直交するように形成されている。

第３の溝５３ａ内には、第５の導通口５４がそれぞれ中心からほぼ等距離に設けられている。ここで、第３の溝５３ａは、第２の溝５０ａよりも短い長さとされている。

引き出し溝５３ｂは、第３の溝５３ａ、…、５３ａと、中心において接続している。引き出し溝５３ｂの一端は、第２の拡散板４０の第４の導通口５２と重なるように設けられている。これにより、中心部ガス供給管２７ａから供給され、第４の導通口５２を通過した処理ガスは、引き出し溝５３ｂにて受け止められ、中心方向へと流れる。その後、処理ガスは、第３の溝５３ａ、…、５３ａにほぼ均等に分散され、第５の導通口５４を介して他面側へと流れる。

第６の導通口５５は、第３の拡散板４１に４個設けられている。第６の導通口５５は、第２の拡散板４０の第３の導通口５１と重なり、連通するように設けられている。これにより、端部ガス供給管２７ｂから供給され、第３の導通口５１を通過した処理ガスは、第６の導通口５５を通過して他面側に流れる。

図８に、図５に示す第３の拡散板４１のＥ矢視図を示す。図に示すように、第２の凹部５７は、第３の拡散板４１のほぼ全体に、第３の拡散板４１とほぼ同心の略円形状に形成されている。第２の凹部５７は、環状の仕切り部材５６によって中心領域５７ａと、端部領域５７ｂとに分けられている。仕切り部材５６は、例えば、アルミニウムから構成され、第２の凹部５７の深さとほぼ同じ幅を有する帯状の部材から構成されている。環状の仕切り部材５６は、第２の凹部５７と略同一の中心を有する。仕切り部材５６は、第３の拡散部材４１と電極板１９とによって形成される中空部（第２の凹部５７）を、中心領域５７ａと端部領域５７ｂとに分ける。

ここで、仕切り部材５６は、図８に示す第２の凹部５７の平面を、中心領域５７ａと端部領域５７ｂとで所定の面積比に分けるように設けられる。仕切り部材５６の径は、例えば、中心領域５７ａの面積：端部領域５７ｂの面積＝２：１となるように構成される。なお、ここでいう面積とは、実質的には第３の拡散板４１の主面に垂直な方向からみた断面積である。

上述したように、第５の導通口５４を備える第３の溝５３ａは、第３の導通口５１を備える第２の溝５０ａよりも短く形成されている。図８に示すように、第５の導通口５４は、仕切り部材５６の内側に配置されている。また、第３の導通口５１と連通する第６の導通口５５は、仕切り部材５６の外側に配置されている。これにより、第５の導通口５４からの処理ガスは第２の凹部５７の中心領域５７ａに供給され、一方、第６の導通口５５からの処理ガスは第２の凹部５７の端部領域５７ｂに供給される。

図５を参照して以上まとめると、上部電極１７内には、第２および第３の拡散板４０、４１によって、互いに独立な中心部ガス流路Ｌ_ａと端部ガス流路Ｌ_ｂと形成される。中心部ガス供給管２７ａから供給された処理ガスは、一点鎖線の矢印に示すように、中心部ガス流路Ｌ_ａを通過することによって拡散板１９の主面に水平な方向に拡散され、中心領域５７ａと連通するガス穴２２からウェハＷの中心部に噴出される。また、端部ガス供給管２７ｂから供給された処理ガスは、鎖線の矢印に示すように、端部ガス流路Ｌ_ｂを通過することによって拡散され、端部領域５７ｂと連通するガス穴２２からウェハＷの端部に噴出される。

互いに独立な中心部ガス流路Ｌ_ａと端部ガス流路Ｌ_ｂとには、流量制御装置２９ａ、２９ｂによって、流量が制御されて処理ガスが供給される。従って、ウェハＷの中心部と端部とに、それぞれ、流量を制御して処理ガスを供給することができる。

図９に、中心領域５７ａと端部領域５７ｂの面積比（断面積比）を２：１として、流量制御装置２９ａ、２９ｂにより中心領域５７ａ及び端部領域５７ｂへの処理ガスの供給量比を変化させ、ウェハＷの表面における成膜速度の均一性を調べた結果を示す。

図９よりわかるように、中心領域５７ａと端部領域５７ｂとにおけるガス供給量比が１：１．２〜１．６のときに、成膜速度は良好な均一性を示し、特に、１：１．４付近で最も良好である。なお、成膜速度均一性は、ウェハＷの表面における成膜速度のばらつきの程度を示し、その値が低い程、ばらつきが低く、面内均一性の高い成膜が行われる。従って、中心領域５７ａと端部領域５７ｂとの面積比が２：１である場合には、中心領域５７ａと端部領域５７ｂとに対するガス供給量比を１：１．４付近とすることにより、膜厚分布の良好な、均一性の高い処理が可能となる。

また、第２の凹部５７内に配置された仕切り部材５６の径を調節することにより、さらに良好にガス供給を制御することができる。図１０に、中心領域５７ａ及び端部領域５７ｂへのガス供給量比を一定として、各領域５７ａ、５７ｂの面積比を変化させたときの成膜速度の均一性を調べた結果を示す。

図１０に、ガス供給量比を１：１．４、１：１．８、１：２として、面積比を変化させた場合の結果を示す。図１０より、ガス供給量比が１：１．４の場合の最適な面積比は、２：１あたりであることがわかる。また、同様に、ガス供給量比が１：１．８の場合には、１．５：１程度、ガス供給量比が１：２の場合には、１：１程度が最適であることがわかる。このように、所望の結果物が得られるよう、面積比と、供給量比と、を調節して最適化することができることがわかる。

（実施例）
種々の膜について、成膜速度均一性等の均一性が最も良好な処理条件について調べた。結果を図１１に示す。図１１では、ＳｉＯ_２、ＳｉＯＦ、ＳｉＣ、ＳｉＮ、ＳｉＣＮ、ＣＦ_ｘ、ＳｉＣＨおよびＳｉＣＯについて調べている。なお、ガス種は、図中のものに限らず、ＳｉＨ_４はＴＥＯＳ等と、ＳｉＦ_４はＳｉ_２Ｈ_２Ｆ_２等と、ＣＨ_４はＣ_２Ｈ_６等と、Ｃ_６Ｆ_６はＣＦ_４等と、Ｎ_２はＮ_２Ｏ、ＮＯ等と、Ｏ_２はＮ_２Ｏ、ＣＯ_２等と、３ＭＳ（トリメチルシラン）はメチルシラン、ジメチルシラン等と代替可能である。また、その他代替可能なガスを図１２に示す。

図１１に示すように、成膜種にあわせて、中心領域と端部領域との比を適宜変え、処理条件の最適化を図ることができる。

以上説明したように、第２の実施の形態では、ガス穴２２と通じる第２の凹部５７を中心領域５７ａと端部領域５７ｂとに分け、中心領域５７ａと端部領域５７ｂとにそれぞれ通じる中心部ガス流路Ｌ_ａと端部ガス流路Ｌ_ｂとを上部電極１７内に形成している。処理ガスは、中心部ガス流路Ｌ_ａと端部ガス流路Ｌ_ｂとを流れることにより拡散されて、中心領域５７ａと端部領域５７ｂとにそれぞれ独立に制御されて供給される。処理ガスは、中心領域５７ａと端部領域５７ｂとにおいてさらに拡散されて、ガス穴２２を介して、ウェハＷの中心部と端部とに噴出される。これにより、ウェハＷへの処理ガスの供給を良好に制御し、均一性の高い処理を行うことができる。

また、上記構造は、溝と貫通穴とが形成された２枚の円盤状部材によって形成される。従って、装置構成の複雑化することはなく、製造コストの増大およびメンテナンス等の保守性の劣化を防ぎつつ、均一性の高い処理が実現される。

さらに、中心領域５７ａと端部領域５７ｂとの境界は、仕切り部材５６の径を変化させることにより、変化させることができる。このように、２つの領域を変化させることにより、処理ガスの供給をより高精度に制御することができる。

上記第２の実施の形態では、互いに独立なガス流路Ｌ_ａ、Ｌ_ｂには、同一のガス種を流す構成とした。しかし、ガス流路Ｌ_ａ、Ｌ_ｂに、処理空間以外での混合が望ましくない別種のガスをそれぞれ流すようにしてもよい。また、ガス流路は２本に限らず、３本以上形成してもよい。

上記第２の実施の形態では、第２のチャネル５０ａおよび第３のチャネル５３ａは、それぞれ４本形成するものとした。しかし、それぞれ５本以上設け、処理ガスをより拡散させるようにしてもよい。また、中心領域５７ａ及び端部領域５７ｂにはそれぞれ４個の導通口５４、５５からガス供給が行われるものとした。しかし、これに限らず、それぞれ５個以上としてもよい。

また、上記第２の実施の形態では、中空部５７は、１つの仕切り部材５６によって２つの領域に分けるものとした。しかし、内径の異なる複数の仕切り部材を用いて、断面積比の異なる３つ以上の領域に分けるものとしてもよい。また、中空部５７の分け方はこれに限らず、例えば、中空部５７の直径上に配置した複数の板状部材によって、中空部５７を分けるようにしてもよい。

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係る処理装置は、図１に示すプラズマ処理装置１と、上部電極１７を除いて同一の構成を有する。図１３に、第２の実施の形態にかかる上部電極１７の拡大図を示す。なお、理解を容易にするため、図１３中では図２と同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。

第３の実施の形態のプラズマ処理装置１は、処理ガスと、キャリアガスと、が互いに接することなく拡散されてガス穴２２から噴出される構成を有する。すなわち、図１４に示すように、上部電極１７には、処理ガス供給管２７ａと、キャリアガス供給管２７ｂと、が設けられ、それぞれ、流量制御装置２９ａ、２９ｂを介して、処理ガス供給源２８ａと、キャリアガス供給源２８ｂと、にそれぞれ接続されている。ここで、処理ガス供給源２８ａからは、ＳｉＯＦ膜の成膜に従来用いられている種々のガス、例えば、ＳｉＦ_４、ＳｉＨ_４、Ｏ_２、ＮＦ_３、ＮＨ_３の混合ガスが供給され、キャリアガス供給源２８ｂからはＡｒガスが供給される。

また、上部電極１７内には、処理ガス供給管２７ａと、キャリアガス供給管２７ｂと、をそれぞれ起点とする２つのガス流路Ｌ_ｃ（実線矢印）、Ｌ_ｄ（破線矢印）が形成されている。ガス流路Ｌ_ｃ、Ｌ_ｄは互いに独立に形成され、処理ガス及びキャリアガスは、ガス流路Ｌ_ｃ、Ｌ_ｄを通過することにより拡散され、電極板１９の多数のガス穴２２からほぼ均等にウェハＷに供給される。

上部電極１７の分解図を図１４に示す。上部電極１７は、円筒状の電極支持体２０と、電極板１９と、に円盤状の拡散板２１が挟まれた構成となっている。

電極支持体２０の内部には、図１４に示すように、その主面に対して水平方向に延びる２つの中空部７１、７２が形成されている。２つの中空部７１、７２は、互いに電極支持体２０の主面からの距離が異なるよう配置されている。

２つの中空部７１、７２のうち、拡散板２１により近い第１の中空部７１には、第７及び第８の導通口７３ａ、７３ｂが接続されている。第７の導通口７３ａは、第１の中空部７１から、電極支持体２０の主面に垂直な方向（図中上方向）に延び、処理ガス供給管２７ａと連通している。また、第８の導通口７３ｂは、第１の中空部７１から第７の導通口７３ａとは反対の方向（図中下方向）に延び、電極支持体２０の下面側の空間と連通している。これにより、処理ガス供給管２７ａから供給された処理ガスは、第７の導通口７３ａと、第１の中空部７１と、第８の中空部７３ｂと、から構成されるガス流路Ｌ_ｃを流れる。

拡散板２１からより遠くに形成された第２の中空部７２には、第９及び第１０の導通口７４ａ、７４ｂが接続されている。第９の導通口７４ａは、第２の中空部７２から、電極支持体２０の主面に垂直な方向（図中上方向）に延び、キャリアガス供給管２７ｂと連通している。また、第１０の導通口７４ｂは、第２の中空部７２から第９の導通口７４ａとは反対の方向（図中下方向）に延び、電極支持体２０の下面側の空間と連通している。これにより、キャリアガス供給管２７ｂから供給されたキャリアガスは、第９の導通口７４ａと、第２の中空部７２と、第１０の中空部７４ｂと、から構成されるガス流路Ｌ_ｄを流れる。

図１４に示す電極支持体２０のＡ矢視線断面を図１５に示す。図に示すように、第２の中空部７２は、電極支持体２０の略中心から放射状に延びる４本の第１の直線孔７２ａ、…、７２ａと、隣接した２本の第１の直線孔７２ａの間に、同一中心から放射状に設けられた第２の直線孔７２ｂと、から構成される。第１の直線孔７２ａ、…、７２ａは、互いにほぼ直交するように設けられている。また、第１及び第２の直線孔７２ａ、７２ｂは、略同一平面上に形成されている。

各第１の直線孔７２ａは、第１０の導通口７４ｂと、中心からほぼ等距離の地点で接続している。また、第２の直線孔７２ｂは、第９の導通口７４ａと連通している。

キャリアガス供給源２７ｂから供給されたキャリアガスは、第９の導通口７４ａを通って第２の直線孔７２ｂへと流れる。キャリアガスは第２の直線孔７２ｂ内を中心へと向かい、中心から４本の第１の直線孔７２ａへと分散される。これにより、キャリアガスは水平方向に拡散される。第１の直線孔７２ａを通過したキャリアガスは、第１０の導通口７４ｂから拡散板２１側へと流れる。

また、処理ガス供給管２７ａと接続する第７の導通口７３ａは、第２の中空部７２と重ならない位置に形成されている。

図１４に示す上部電極１７のＢ矢視線断面を図１６に示す。図１６に示すように、第１の中空部７１は、その略中心から放射状に延びる４本の第３の直線孔７１ａ、…、７１ａと、隣接した２本の第３の直線孔７１ａの間に、同一中心から放射状に延びる第４の直線孔７１ｂと、から構成される。第３の直線孔７１ａ、…、７１ａは、互いにほぼ直交するように、略同一平面上に形成されている。また、第３及び第４の直線孔７１ａ、７１ｂは、第１０の導通口７４ｂと重ならない位置に設けられている。

各第３の直線孔７１ａは、第８の導通口７３ｂと、中心からほぼ等距離の地点、および、中心で接続している。また、第４の直線孔７１ｂは、第７の導通口７３ａと連通している。

処理ガス供給管２７ａから供給された処理ガスは、第７の導通口７３ａを通って第４の直線孔７１ｂへと流れる。処理ガスは、第４の直線孔７１ｂ内を中心へと向かい、中心から４本の第３の直線孔７１ａへと分散される。このようにして、処理ガスは水平方向に拡散される。第３の直線孔７１ａを通過した処理ガスは、第８の導通口７３ｂから拡散板２１側へと流れる。

ここで、第１及び第２の中空部７１、７２を構成する直線孔７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂは、電極支持体２０の側壁から中心に向けて所定の深さの孔を穿設し、その端部を封止部材７５で封止することによって形成される。

例えば、直線孔は、電極支持体２０の側壁に略垂直な方向からその中心方向に、ガンドリルによる穿孔を行うことによって形成される。ガンドリルによる穿孔は、例えば、電極支持体２０をその中心を中心として回転させて、複数回行う。これにより、中心で互いに連通する複数の直線孔が形成される。その後、形成した直線孔の端部を、アルミニウム等の電極支持体２０と同じ材料からなる封止部材７５で封止することにより、中空部が形成される。ここで、第１および第２の中空部７１、７２は、例えば、ガンドリルと電極支持体２０の相対的な位置を変えることにより、簡単に形成することができる。このように形成した直線孔に達するように、電極持支持体２０の主面に垂直な方向から穴（導通口）を形成して、上記構成の電極支持体２０を形成することができる。

図１４に戻り、拡散板２１の電極支持体２０との対向面には、第４のチャネル７６が形成されている。第４のチャネル７６は、複数の溝から構成され、電極支持体２０の下面に蓋をされた状態で中空部を形成する。第４のチャネル７６は、第１０の導通口７４ｂと連通するように、かつ、第８の導通口７３ｂとは連通しないように設けられている。また、第４のチャネル７６には、拡散板２１を貫通する多数の第１の貫通口７７が形成され、第１の貫通口７７はそれぞれガス穴２２と連通するように設けられている。

第４のチャネル７６と、第１の貫通口７７と、は、キャリアガスが流れるガス流路Ｌ_ｄを構成する。第１０の導通口７４ｂから拡散板２１に供給されたキャリアガスは、第４のチャネル７６によって水平方向に拡散され、第１の貫通口７７を通って多数のガス穴２２からほぼ均等に噴出される。

また、拡散板２１には、第２の貫通口７８が、第２の導通口７３ｂと連通するように、拡散板２１を貫通して設けられている。拡散板２１の電極板１９との対向面には、第５のチャネル７９が設けられている。第５のチャネル７９は、複数の溝から構成され、電極板１９の上面に蓋をされた状態で中空部を形成する。第５のチャネル７９は、第２の貫通口７８と連通するように、かつ、第１の貫通口７７と連通しないように設けられている。

第２の貫通口７８と、第５のチャネル７９と、は、処理ガスが流れるガス流路Ｌ_ｃを構成する。第８の導通口７３ｂから拡散板２１に供給された処理ガスは、第２の貫通口７７を通って第５のチャネル７９で水平方向に拡散される。第５のチャネル７９は、多数のガス穴２２と連通しており、拡散された処理ガスがガス穴２２からほぼ均等に供給される。

ここで、拡散板１９の多数のガス穴２２は、第１の貫通口７７か、第５のチャネル７９のいずれかに、例えば、それぞれに同数ずつ接続されている。これにより、ガス流路Ｌ_ｃを通る処理ガスと、ガス流路Ｌ_ｄを通るキャリアガスと、は、互いに接することなく水平方向に拡散されて、ガス穴２２からそれぞれほぼ均等に噴出される。処理ガスとキャリアガスとは、チャンバ２の内部で初めて混合され、ウェハＷ上に供給されてプラズマとされる。

上記第３の実施の形態の上部電極１７は、以下のような利点を有する。すなわち、処理に用いるガスを拡散させるための拡散領域（第１および第２の中空部７１、７２）をガンドリル等を用いて電極支持体２０に穿孔することにより形成している。このように、拡散領域を電極支持体２０の内部に形成することにより、部品点数を増やすこと無く、また、装置構造を複雑化することなく、ガス穴２２からのガス供給を均等なものとして、均一性の高い処理を行うことができる。

また、部品点数が増加しないことから、上部電極１７内に存在する界面（例えば、電極支持体２０と拡散板２１との界面）も増加しない。従って、界面の増加に伴う表皮効果の増大による、高周波電力の損失も防がれる。

上記第３の実施の形態では、上部電極１７の内部には、互いに連通しない独立したガス流路Ｌ_ｃ、Ｌ_ｄを２本形成するものとした。しかし、必要であれば、上部電極１７内のガス流路を３本以上としてもよい。この場合、例えば、電極支持体２０内部の中空部の数を、電極支持体２０の一面からの距離をそれぞれ変え、３層以上の中空部形成すればよい。

また、上記第３の実施の形態では、ガス流路Ｌ_ｃに処理ガスを流し、ガス流路Ｌ_ｄにキャリアガスを流すものとした。しかし、ガス流路Ｌ_ｃ、Ｌ_ｄに、チャンバ外での混合が望ましくないガス、例えば、可燃性ガスと支燃性ガスをそれぞれ流すようにしてもよい。

上記第３の実施の形態では、電極支持体２０の第１および第２の中空部７１、７２は、４本の直線孔からそれぞれ構成されるものとした。しかし、直線孔の本数は、これに限らず、ガスをよりより拡散させるため５本以上としてもよい。また、上部電極１７に直線孔を形成する方法は、ガンドリルによる穿孔に限らず、レーザ等により穿孔してもよい。さらにまた、直線孔は、電極支持体２０の側壁から中心までの深さで形成するものとしたが、電極支持体２０を貫通するように形成しても良い。

上記第１〜３の実施の形態では、上部電極１７はアルミニウムから構成されているものとした。しかし、上部電極１７を構成する材料はこれに限らず、ＳＵＳ等、処理に悪影響を与えるもの以外の導電性材料を用いることができる。

上記第１〜３の実施の形態では、ＳｉＦ_４、ＳｉＨ_４、Ｏ_２、ＮＦ_３、ＮＨ_３ガスおよびＡｒ、窒素等の不活性ガスを用いてウェハにＳｉＯＦ膜を成膜するものとしたが、使用するガスはこれに限られない。また、成膜される膜に関しても、ＳｉＯ_２膜、ＳｉＣ膜、ＳｉＮ膜、ＳｉＯＣ膜、ＣＦ膜等、いかなる膜であってもよい。

また、本発明は、被処理体の主面に対向する側からシャワーヘッド型の板状部材を介して処理ガスを供給して被処理体を処理するものであれば、プラズマＣＶＤ処理に限らず、熱ＣＶＤ処理を行う装置等にも適用することができ、さらには、他の成膜処理、エッチング処理、熱処理等の種々の処理を行う装置に適用することができる。また、被処理体は、半導体ウェハに限らず、液晶表示装置用のガラス基板等であってもよい。

（産業上の利用可能性）
本発明は、半導体ウェハ等の被処理体に成膜処理、エッチング処理等を施す処理装置に好適に適用することができる。
本発明は、２００１年１月２２日に出願された特願２００１−１３５７０号および２００１年１月２３日に出願された特願２００１−１４０１１号に基づき、その明細書、特許請求の範囲、図面および要約書を含む。上記出願における開示は、本明細書中にその全体が引例として含まれる。

図１は、第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す図である。図２は、図１に示す上部電極の拡大図を示す。図３は、図２に示す上部電極のＡ矢視図を示す。図４は、図２に示す上部電極のＢ矢視図を示す。図５は、第２の実施の形態に係る上部電極の分解図を示す。図６は、図５に示す上部電極のＣ矢視図を示す。図７は、図５に示す上部電極のＤ矢視図を示す。図８は、図５に示す上部電極のＥ矢視図を示す。図９は、処理ガスの供給量比と、成膜速度の均一性を調べた結果を示すグラフである。図１０は、処理ガスの供給量比と、面積比と、を互いに変化させたときの成膜速度の均一性を調べた結果を示すグラフである。図１１は、種々の成膜種についての成膜条件の例を示す。図１２は、代替可能なガスを示す。図１３は、第３の実施の形態に係る上部電極の拡大図を示す。図１４は、図１３に示す上部電極の分解図を示す。図１５は、図１３に示す上部電極のＡ矢視線断面図を示す。図１６は、図１３に示す上部電極のＢ矢視線断面図を示す。

Claims

チャンバ（２）と、
複数のガス穴（２２）を有し、前記ガス穴（２２）を介して前記チャンバ（２）内に処理用のガスを供給する供給板（１９）と、
前記ガスを、前記供給板（１９）の主面に略水平な方向に拡散させる第１の拡散部と、
前記第１の拡散部が拡散した前記ガスを前記ガス穴（２２）に導く第２の拡散部と、
を備え、
前記第２の拡散部は、その一面に形成され、前記供給板（１９）に積層されて前記一面との間に中空部を形成する溝（５７）と、前記溝（５７）内に設けられ他面側に通じる貫通孔（５４、５５）と、を備える円盤状部材（４１）から構成され、前記第１の拡散部からの前記ガスは、前記貫通孔（５４、５５）を介して前記中空部に供給され、
さらに、第２の拡散部を構成する前記溝（５７）内に設けられ、前記中空部を複数の領域に分ける仕切り部材（５６）を備え、
前記貫通孔を前記仕切り部材に分けられた各領域から他面側に通じるように形成するとともに、前記第１の拡散部に前記貫通孔にそれぞれ連通する流路を設けることにより、独立した複数のガス流路を構成し、
前記チャンバ内に供給するガスの流量を前記ガス流路ごとにそれぞれ独立に制御する流量制御部（２９ａ、２９ｂ）をさらに備える、ことを特徴とする処理装置（１）。
前記仕切り部材は、前記中空部を中心領域と端部領域とに分ける、ことを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
前記仕切り部材は、前記中心領域の面積と前記端部領域の面積との比が２：１となるように、前記中空部を前記中心領域と前記端部領域とに分ける、ことを特徴とする請求項２に記載の処理装置。
前記流量制御部は、前記中心領域と前記端部領域とのガス流量比が１：１．２〜１．６となるように、前記複数のガス流路にガスを供給する、ことを特徴とする請求項２または３に記載の処理装置。
前記複数のガス流路は、共通のガス供給源（２８）に接続されている、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の処理装置。