JP2010226084A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマ区画壁の内壁面がエッチングされることを防止してパーティクルや金属汚染の発生を抑制し且つ、電極面積を増大させてラジカルの発生量を増加させることが可能なプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】真空引き可能になされた筒体状の処理容器１４と、被処理体を保持して処理容器内へ挿脱される保持手段２２と、ガスを供給するガス供給手段３８、４０、４２と、ガスをプラズマにより活性化する活性化手段６０とを有して被処理体にプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理装置において、活性化手段は、処理容器の外側へ突出された状態で処理容器の長手方向に沿って設けられたプラズマ区画壁７２により区画形成されたプラズマ形成ボックス６４と、プラズマ区画壁にその長手方向に沿って設けられた誘導結合型の電極６６と、電極に接続された高周波電源６８とよりなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエハ等の被処理体にプラズマを用いて成膜処理やエッチング処理等を実施するためのプラズマ処理装置に関する。

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等よりなる半導体ウエハに対して、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。これらの処理を特許文献１等に開示されている縦型の、いわゆるバッチ式の熱処理装置にて行う場合には、まず、半導体ウエハを複数枚、例えば２５枚程度収容できるカセットから、半導体ウエハを縦型のウエハボートへ移載してこれに多段に支持させる。このウエハボートは、例えばウエハサイズにもよるが３０〜１５０枚程度のウエハを載置できる。このウエハボートは、排気可能な処理容器内にその下方より搬入（ロード）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施される。

ここで一例として半導体製造工程における絶縁膜等について注目すると、一般的には、この絶縁膜に関してはＳｉＯ_２ 膜が主として用いられていた。しかし、最近にあっては、半導体集積回路の更なる高集積化、高微細化の要請が強くなっている。このような状況下において、耐酸化膜、不純物の拡散防止膜、ゲート素子のサイドウォール膜等の絶縁膜としてシリコン窒化膜（Ｓｉ_３ Ｎ_４ 膜）が用いられている。このシリコン窒化膜は、不純物の拡散係数が低く、且つ酸化バリヤ性が高いことから、上述したような絶縁膜として非常に適している。

また更には、今日においては動作速度の高速化も更に要請されており、この要請に応えるために、例えば不純物としてボロン（Ｂ）等を添加して形成したシリコン窒化膜が、誘電率を非常に小さくして寄生容量を大幅に抑制することが可能な絶縁膜として提案されている（特許文献１）。

また、上述した要請に加えて、プロセス処理時における低温化が求められており、これに対応してプロセス時のウエハ温度が低くても反応を促進させることができるプラズマを用いたプラズマ処理装置が提案されている（特許文献２、３等）。

上記したプラズマ処理装置の一例を説明すると、図２０は上記した従来の縦型のプラズマ処理装置の一例を示す概略模式図、図２１は図２０中のプラズマ形成ボックスの一部を示す断面図である。図２０において、内部雰囲気が真空引き可能になされた石英製の円筒体状の処理容器２内には、図示しない半導体ウエハが多段に支持されており、この処理容器２の側壁には、この高さ方向に沿って断面が矩形状になされたプラズマ形成ボックス４が設けられている。そして、このボックス４内にプラズマにより活性化するガスを流すガスノズル５が設けてある。そして、図２１にも示すように、このプラズマ形成ボックス４の区画壁の外側両側に、それぞれ独立したプラズマ電極６をボックスの高さ方向に沿って互いに対向させて一対設け、この両プラズマ電極６間にプラズマ発生用の高周波電源８からの、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加するようになっている。

これにより、上記両プラズマ電極６は平行平板型の電極となって、両プラズマ電極６間に高周波電力が印加されると容量結合によってプラズマが発生し、このプラズマによってプラズマ形成ボックス４内に供給されたガスが活性化され、形成された活性種によって反応等が促進されることになる。尚、このような方式のプラズマ処理装置を一般的には容量結合プラズマ［ＣＣＰ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）］方式のプラズマ処理装置と称す。

特開平６−２７５６０８号公報 特開２００６−２７００１６号公報 特開２００７−４２８２３号公報 国際公開２００６／０９３１３６号公報

ところで、上述した容量結合プラズマ方式によるプラズマ処理装置では、成膜等の反応をプラズマのアシストにより促進させることができるので、ウエハ温度が比較的低くても所望するプラズマ処理を行うことができる。

しかしながら、この場合には、プラズマ形成ボックス４の石英よりなる内壁が、イオンシースにかかる電位差により加速されたプラズマ中のイオンによりスパッタされてエッチングされ、この結果、石英構成成分であるＳｉ成分やＯ成分がプラズマ形成ボックス４の内面やその周辺部に付着してパーティクルの発生の要因になる、といった問題があった。

また上述のように内壁がエッチングされると、石英中に僅かに含まれていた金属、例えばＮａ金属原子等も飛散し、これが金属汚染を発生させる、といった問題もあった。更に、この装置例では、プラズマ形成ボックス４の両側壁にそれぞれプラズマ電極６を設けていることから、発生したプラズマがプラズマ形成ボックス４の両側壁の各内面側をエッチングすることになり、その分、パーティクルや金属汚染の発生を増大させる、といった問題があった。

また、処理効率を上げるために大きな電力を投入して電子密度を上げようとしても、大電力を投入すると上記したパーティクルの発生量が急激に増大し、このため電子密度を向上させることが困難であった。

この場合、印加する高周波電力の周波数を高くすることにより、電子温度を低くしてエッチングを抑制すると共にラジカル密度を上げて反応を促進させることも考えられるが、周波数が大きくなると高周波電源自体も大型化して装置コストが大幅に増大する、といった問題があった。そこで、特許文献４に示されるように、１ターンのＵ字形のコイルを用いた放電電極を備えて誘導結合性プラズマを形成するようにしたプラズマ処理装置も提案されているが、実用化には困難性が伴っていた。

本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、プラズマ発生のために誘導結合型の電極を用いることにより、プラズマ形成ボックスを区画するプラズマ区画壁の内壁面がエッチングされることを防止してパーティクルや金属汚染の発生を抑制することができると共に、電極面積を増大させてラジカルの発生量を増加させることが可能なプラズマ処理装置を提供することにある。

請求項１に係る発明は、真空引き可能になされた筒体状の処理容器と、複数の被処理体を保持して前記処理容器内へ挿脱される保持手段と、前記処理容器内へガスを供給するガス供給手段と、前記ガスをプラズマにより活性化する活性化手段とを有して前記被処理体にプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理装置において、前記活性化手段は、前記処理容器の外側へ突出された状態で前記処理容器の長手方向に沿って設けられたプラズマ区画壁により区画形成されたプラズマ形成ボックスと、前記プラズマ区画壁にその長手方向に沿って設けられた誘導結合型の電極と、前記電極に接続された高周波電源とよりなることを特徴とするプラズマ処理装置である。

このように、プラズマを発生させる活性化手段の一部としてプラズマ形成ボックスを区画するプラズマ区画壁の長手方向に沿って誘導結合型の電極を設けるようにしたので、プラズマ形成ボックスを区画するプラズマ区画壁の内壁面がエッチングされることを防止してパーティクルや金属汚染の発生を抑制することができると共に、電極面積を増大させてラジカルの発生量を増加させることができる。

請求項２に係る発明は、真空引き可能になされた筒体状の処理容器と、複数の被処理体を保持して前記処理容器内へ挿脱される保持手段と、前記処理容器内へガスを供給するガス供給手段と、前記ガスをプラズマにより活性化する活性化手段とを有して前記被処理体にプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理装置において、前記活性化手段は、前記処理容器の外側へ突出された状態で前記処理容器の長手方向に沿って設けられたプラズマ区画壁により区画形成された複数のプラズマ形成ボックスと、前記複数のプラズマ形成ボックスに対応する前記各プラズマ区画壁にその長手方向に沿って設けられると共に前記複数のプラズマ形成ボックス間に亘って接続された誘導結合型の複数の電極と、前記電極に接続された高周波電源とよりなることを特徴とするプラズマ処理装置である。

このように、プラズマを発生させる活性化手段として複数、例えば２つのプラズマ形成ボックスを設けると共に、これらのプラズマ形成ボックスを区画するプラズマ区画壁の長手方向に沿って複数のプラズマ形成ボックス間に亘って接続された誘導結合型の複数の電極を設けるようにしたので、プラズマ形成ボックスを区画するプラズマ区画壁の内壁面がエッチングされることを防止してパーティクルや金属汚染の発生を抑制することができると共に、電極面積を増大させてラジカルの発生量を増加させることができる。
また、複数のプラズマ形成ボックスを有していることから、その分、ラジカルの生産量及び供給量を増大化でき、生産性（スループット）を向上させることができる。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記プラズマ区画壁は、対向する一対の側面壁と、該一対の側面壁の一端側を連結する背面壁とにより断面コ字状に形成されていることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記電極は、前記一対の側面壁のいずれか一方に設けられていることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項３の発明において、前記電極は、前記背面壁に設けられていることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１又は２の発明において、前記プラズマ区画壁は、一側で互いに連結された一対の側面壁により断面Ｖ字状に形成されていることを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項６の発明において、前記電極は、前記一対の側面壁のいずれか一方に設けられていることを特徴とする。
請求項８の発明は、請求項１又は２の発明において、前記プラズマ区画壁は、断面曲線状に形成された側面壁により形成されていることを特徴とする。

請求項９の発明は、真空引き可能になされた筒体状の処理容器と、複数の被処理体を保持して前記処理容器内へ挿脱される保持手段と、前記処理容器内へガスを供給するガス供給手段と、前記ガスをプラズマにより活性化する活性化手段とを有して前記被処理体にプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理装置において、前記活性化手段は、前記処理容器の内壁面に、その長手方向に沿って設けられたプラズマ区画壁によって区画形成されたプラズマ形成ボックスと、前記プラズマ形成ボックスに対応する前記処理容器の側壁部分にその長手方向に沿って設けられた誘導結合型の電極と、前記電極に接続された高周波電源とよりなることを特徴とするプラズマ処理装置である。

請求項１０の発明は、真空引き可能になされた筒体状の処理容器と、複数の被処理体を保持して前記処理容器内へ挿脱される保持手段と、前記処理容器内へガスを供給するガス供給手段と、前記ガスをプラズマにより活性化する活性化手段とを有して前記被処理体にプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理装置において、前記活性化手段は、前記処理容器の内壁面に、その長手方向に沿って設けられたプラズマ区画壁によって区画形成された複数のプラズマ形成ボックスと、前記複数のプラズマ形成ボックスに対応する前記処理容器の側壁部分にその長手方向に沿って設けられると共に前記複数のプラズマ形成ボックス間に亘って接続された誘導結合型の複数の電極と、前記電極に接続された高周波電源とよりなることを特徴とするプラズマ処理装置である。

請求項１１の発明は、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置において、前記電極の全部又は一部は、前記プラズマ区画壁の外側壁面から離間させて設けられていることを特徴とする。
請求項１２の発明は、請求項９又は１０記載のプラズマ処理装置において、前記電極の全部又は一部は、前記処理容器の側壁部分の外側壁面から離間させて設けられていることを特徴とする。

請求項１３の発明は、請求項１１又は１２記載のプラズマ処理装置において、前記電極が前記外側壁面から離間される部分は、前記高周波電源からの高周波により前記プラズマ形成ボックス内に形成される電磁場の強度が大きくなる部分に対応することを特徴とする。
請求項１４の発明は、請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置において、前記電極が前記外側壁面から離間される距離は、０．５〜２０ｍｍの範囲内であることを特徴とする。

請求項１５の発明は、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の発明において、前記電極は、直線状態になされていることを特徴とする。
請求項１６の発明は、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の発明において、前記電極は、屈曲状態になされていることを特徴とする。

請求項１７の発明は、請求項１６の発明において、前記電極の屈曲状態は、屈曲部を交互に逆向きに連ねて蛇行状態になされていることを特徴とする。
請求項１８の発明は、請求項１７の発明において、前記屈曲部は、円弧形状になされていることを特徴とする。
請求項１９の発明は、請求項１７の発明において、前記屈曲部は、楕円弧形状になされていることを特徴とする。

請求項２０の発明は、請求項１６の発明において、前記電極の屈曲状態は、サイクロイド曲線に沿っていることを特徴とする。
請求項２１の発明は、請求項１６の発明において、前記電極の屈曲状態は、サイン曲線に沿っていることを特徴とする。
請求項２２の発明は、請求項１６の発明において、前記電極の屈曲状態は、曲線部と直線部とを交互に組み合わせて接合した状態になされていることを特徴とする。

請求項２３の発明は、請求項２２の発明において、前記屈曲部は、円弧形状になされていることを特徴とする。
請求項２４の発明は、請求項２２の発明において、前記電極の屈曲状態は、直線部と直接部とを所定の角度でもって交互に接合した状態になされていることを特徴とする。
請求項２５の発明は、請求項１乃至２４のいずれか一項に記載の発明において、前記電極は、一端がマッチング回路を介して接地され、他端が前記整合回路を介して前記高周波電源に接続されていることを特徴とする。

請求項２６の発明は、請求項１乃至２５のいずれか一項に記載の発明において、前記ガス供給手段は、前記ガスを供給するためのガスノズルを有し、前記プラズマ形成ボックス内には前記ガスノズルが設けられていることを特徴とする。
請求項２７の発明は、請求項１乃至２６のいずれか一項に記載の発明において、前記処理容器の外周には、前記被処理体を加熱するための加熱手段が設けられていることを特徴とする。

本発明に係るプラズマ処理装置によれば、次のような優れた作用効果を発揮することができる。
請求項１及びこれを引用する請求項の発明によれば、プラズマを発生させる活性化手段の一部としてプラズマ形成ボックスを区画するプラズマ区画壁の長手方向に沿って誘導結合型の電極を設けるようにしたので、プラズマ形成ボックスを区画するプラズマ区画壁の内壁面がエッチングされることを防止してパーティクルや金属汚染の発生を抑制することができると共に、電極面積を増大させてラジカルの発生量を増加させることができる。

請求項２及びこれを引用する請求項の発明によれば、プラズマを発生させる活性化手段として複数、例えば２つのプラズマ形成ボックスを設けると共に、これらのプラズマ形成ボックスを区画するプラズマ区画壁の長手方向に沿って複数のプラズマ形成ボックス間に亘って接続された誘導結合型の複数の電極を設けるようにしたので、プラズマ形成ボックスを区画するプラズマ区画壁の内壁面がエッチングされることを防止してパーティクルや金属汚染の発生を抑制することができると共に、電極面積を増大させてラジカルの発生量を増加させることができる。
また、複数のプラズマ形成ボックスを有していることから、その分、ラジカルの生産量及び供給量を増大化でき、生産性（スループット）を向上させることができる。

請求項９及びこれを引用する請求項の発明によれば、プラズマを発生させる活性化手段の一部としてプラズマ形成ボックスに対応する処理容器の側壁部分にその長手方向に沿って誘導結合型の電極を設けるようにしたので、プラズマ形成ボックスを区画するプラズマ区画壁の内壁面がエッチングされることを防止してパーティクルや金属汚染の発生を抑制することができると共に、電極面積を増大させてラジカルの発生量を増加させることができる。

請求項１０及びこれを引用する請求項の発明によれば、プラズマを発生させる活性化手段として複数、例えば２つのプラズマ形成ボックスを設けると共に、これらのプラズマ形成ボックスに対応する処理容器の側壁部分にその長手方向に沿って複数のプラズマ形成ボックス間に亘って接続された誘導結合型の電極を設けるようにしたので、プラズマ形成ボックスを区画するプラズマ区画壁の内壁面がエッチングされることを防止してパーティクルや金属汚染の発生を抑制することができると共に、電極面積を増大させてラジカルの発生量を増加させることができる。
また、複数のプラズマ形成ボックスを有していることから、その分、ラジカルの生産量及び供給量を増大化でき、生産性（スループット）を向上させることができる。

以下に、本発明に係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。
＜第１実施形態＞
図１は本発明の係るプラズマ処理装置の第１実施形態の一例を示す縦断面構成図、図２はプラズマ処理装置（加熱手段は省略）を示す横断面構成図、図３は電極を含む処理容器を示す概略斜視図、図４はプラズマ処理装置の誘導結合型の電極の一部分を取り出して示す部分拡大図である。尚、ここではプラズマ処理の一例としてシラン系ガスとしてジクロロシラン（ＤＣＳ）を用い、窒化ガスとしてアンモニアガス（ＮＨ_３ ）を用い、上記ＮＨ_３ ガスをプラズマにより活性化してシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を成膜する場合を例にとって説明する。

図示するように、プラズマ処理装置１２は、下端が開口された有天井の円筒体状の処理容器１４を有している。この処理容器１４の全体は、例えば石英により形成されており、この処理容器１４内の天井には、石英製の天井板１６が設けられて封止されている。また、この処理容器１４の下端開口部には、例えばステンレススチールにより円筒体状に成形されたマニホールド１８がＯリング等のシール部材２０を介して連結されている。尚、このマニホールド１８の部分も石英で構成し、上記処理容器１４と一体化して形成される場合もある。

上記処理容器１４の下端は、上記マニホールド１８によって支持されており、このマニホールド１８の下方より多数枚の被処理体としての半導体ウエハＷを多段に載置した保持手段としての石英製のウエハボート２２が昇降可能に挿脱自在になされている。本実施形態の場合において、このウエハボート２２の支柱２２Ａには、例えば５０〜１５０枚程度の直径が３００ｍｍのウエハＷを略等ピッチで多段に支持できるようになっている。

このウエハボート２２は、石英製の保温筒２４を介してテーブル２６上に載置されており、このテーブル２６は、マニホールド１８の下端開口部を開閉する例えばステンレススチール製の蓋部２８を貫通する回転軸３０上に支持される。そして、この回転軸３０の貫通部には、例えば磁性流体シール３２が介設され、この回転軸３０を気密にシールしつつ回転可能に支持している。また、蓋部２８の周辺部とマニホールド１８の下端部には、例えばＯリング等よりなるシール部材３４が介設されており、処理容器１４内のシール性を保持している。

上記した回転軸３０は、例えばボートエレベータ等の昇降機構（図示せず）に支持されたアーム３６の先端に取り付けられており、ウエハボート２２及び蓋部２８等を一体的に昇降して処理容器１４内へ挿脱できるようになされている。尚、上記テーブル２６を上記蓋部２８側へ固定して設け、ウエハボート２２を回転させることなくウエハＷの処理を行うようにしてもよい。

このマニホールド１８には、処理容器１４内の方へプラズマ化される窒化ガスとして、例えばアンモニア（ＮＨ_３ ）ガスを供給する第１のガス供給手段３８と、成膜ガスであるシラン系ガスとして例えばＤＣＳ（ジクロロシラン）ガスを供給する第２のガス供給手段４０と、パージガスとして不活性ガス、例えばＮ_２ ガスを供給する第３のガス供給手段４２とが設けられる。具体的には、上記第１のガス供給手段３８は、上記マニホールド１８の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて延びる石英管よりなる第１のガスノズル４４を有している。この第１のガスノズル４４には、その長さ方向に沿って複数（多数）のガス噴射孔４４Ａが所定の間隔を隔てて形成されて分散形のガスノズルとなっており、各ガス噴射孔４４Ａから水平方向に向けて略均一にアンモニアガスを噴射できるようになっている。

また同様に上記第２のガス供給手段４０も、上記マニホールド１８の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて延びる石英管よりなる第２のガスノズル４６を有している。上記第２のガスノズル４６には、その長さ方向に沿って複数（多数）のガス噴射孔４６Ａが所定の間隔を隔てて形成されて分散形のガスノズルとなっており、各ガス噴射孔４６Ａから水平方向に向けて略均一にシラン系ガスであるＤＣＳガスを噴射できるようになっている。

また同様に上記第３のガス供給手段４２は、上記マニホールド１８の側壁を貫通して設けた第３のガスノズル４８を有している。上記各ノズル４４、４６、４８には、それぞれのガス通路５２、５４、５６が接続されている。そして、各ガス通路５２、５４、５６には、それぞれ開閉弁５２Ａ、５４Ａ、５６Ａ及びマスフローコントローラのような流量制御器５２Ｂ、５４Ｂ、５６Ｂが介設されており、ＮＨ_３ ガス、ＤＣＳガス及びＮ_２ ガスをそれぞれ流量制御しつつ供給できるようになっている。

そして、上記処理容器１４の一側には、その高さ方向に沿ってプラズマを発生させてガスを活性化させる活性化手段６０が形成されると共に、この活性化手段６０に対向する処理容器１４の反対側には、この内部雰囲気を真空排気するために処理容器１４の側壁を、例えば上下方向へ削りとることによって形成した細長い排気口６２が設けられている。この活性化手段６０は、処理容器１４の長手方向に沿って設けられたプラズマ区画壁７２により区画形成されたプラズマ形成ボックス６４と、このプラズマ区画壁７２にその長手方向に沿って設けられて屈曲状態になされた誘導結合型の電極６６と、この誘導結合型の電極６６に接続された高周波電源６８とにより主に構成されている。

具体的には、上記プラズマ形成ボックス６４は、上記処理容器１４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７０を形成し、この開口７０をその外側より覆うようにして断面コ字状になされた上下に細長い例えば石英製の上記プラズマ区画壁７２を容器外壁に気密に溶接接合することにより形成されている。すなわち、このプラズマ区画壁７２は、対向して配置された一対の側面壁７２Ａ、７２Ｂと、この側面壁７２Ａ、７２Ｂの一端側、すなわち外周側を連結する背面壁７３とよりなっている。尚、この側面壁７２Ａ、７２Ｂの上下端も区画壁により閉じられている。このプラズマ区画壁７２の厚さ、すなわちこれらの側面壁７２Ａ、７２Ｂ及び背面壁７３の厚さは、大気圧に耐え得るように例えば４．５〜６．５ｍｍ程度にそれぞれ設定されている。

これにより、この処理容器１４の側壁の外側に突出させるようにして、断面コ字状に窪ませて一側が処理容器１４内へ開口されて連通されたプラズマ形成ボックス６４が一体的に形成されることになる。すなわちプラズマ区画壁７２の内部空間はプラズマ形成領域となっており、上記処理容器１４内に一体的に連通された状態となっている。上記開口７０は、ウエハボート２２に保持されている全てのウエハＷを高さ方向におい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。

そして、上記誘導結合型の電極６６は、上記一対の側面壁７２Ａ、７２Ｂの内のいずれか一方、ここでは側面壁７２Ａの外側面、すなわち外側壁面に接すると共にこれに沿って、その長さ方向（上下方向）に向かって１本だけ設けられる。すなわち、この誘導結合型の電極６６は、図３にも示すように側面壁７２Ａの上端でプラズマ形成ボックス６４から離れるように外側へ折り返されており、プラズマ形成ボックス６４に対して略半ターンのコイルとして形成されている。

ここで、この電極６６は直線状ではなく、図３及び図４にも示すように屈曲状態になされており、プラズマ形成ボックス６４に対する電極設置面積及び電極設置長をできるだけ大きく、或いは長くするように設定されている。具体的には、この電極６６の屈曲状態は、図４において例えば複数の屈曲部７４を交互に左右逆向きに連ねて蛇行状態になるように設定されている。この屈曲部７４は、円弧、具体的には半円状の円弧に成形されており、この半円弧状の屈曲部７４を交互に逆向きに連ねて、いわばＳ字状にして全体として蛇行状態となっている。この屈曲部７４の円弧状は半円状に限定されない。

具体的には、この円弧の半径Ｒは、例えば５〜５０ｍｍ程度の範囲内であり、円弧の角度θは”π／６〜３π／２”の範囲内、ここでは上述のように半円弧、すなわち”θ＝π”に設定されている。また電極６６の幅Ｗは、側面壁７２Ａの幅にもよるが、例えば２〜１０ｍｍ程度である。また、この蛇行状態のピッチＰ１は例えば２０〜１０００ｍｍ程度であり、プラズマ形成ボックス６４内に収容されている第１のガスノズル４４に対応する位置までは届かないようにし、形成されるプラズマがガスノズル４４に接しないようにしている。

そして、このような電極６６に高周波電流を流すと、図４（Ｂ）に示すように、電極６６の円弧の内側の円形状の領域７６（図中では斜線で示す）では高周波による電界が大きくなって局所時にプラズマ密度が高くなり、高密度プラズマエリアとなるように設定されている。そして、この領域７６の内、特に円弧の一番深い部分の三ケ月状の領域７６Ａは特に電界が大きくなる。そして、この領域７６はプラズマ形成ボックス６４内に互いに所定の距離を隔てて分散された状態で生ずるので、全体としてプラズマ発生エリアを拡大することができ、しかも、プラズマ密度も均一化させることができるようになっている。

そして、この電極６６上には、安全のために例えば石英等よりなる絶縁板８２が取り付けられている。また、ウエハＷとこの電極６６の、上記ウエハＷと最も近い部分の距離Ｌ１は４０ｍｍ以上となるように設定されている。この理由は、プラズマ形成ボックス６４から洩れ出たプラズマがウエハＷと直接接触しないようにし、ウエハＷにプラズマに起因する損傷が発生することを防止するためである。

この場合、電極６６を上述のように屈曲状態にするのではなく、電極自体を幅広の板状に設定して電極設置面積を大きく設定してもよい。ただし、この場合は、電極自体の熱容量が大きくなり過ぎるため、高周波電流の増大に伴って電極の自己発熱が無視できなくなってウエハＷの温度制御に悪影響を与え、成膜レート等を変化させてしまう虞があるのであまり好ましくなく、従って、この電極の幅は、後述するように２〜１０ｍｍ程度に設定する。そして、この屈曲状態の誘導結合型の電極６６の基端部側は、インピーダンス整合を図るための整合回路７８が途中に介設された給電ライン８０を介して上記高周波電源６８に接続されている。そして、上記整合回路７８と高周波電源６８との間では、調整信号（図示せず）が送られてインピーダンスを自動調整するようになっている。

また上記誘導結合型の電極６６の一端側、すなわちここでは電極６６の下端側が接地された状態となっている。ここで上記高周波電源６８の周波数としては、例えば１３．５６ＭＨｚが用いられるが、これに限定されず、４ＭＨｚ〜２７．１２ＭＨｚの範囲内の周波数を用いることができる。

これにより、屈曲状態になされた上記誘導結合型の電極６６に供給される高周波電力によってプラズマ形成ボックス６４内に生ずる誘導結合型の電磁場によりプラズマが形成されることになる。ここで上記プラズマ形成ボックス６４の長さは１ｍ程度である。また、幅Ｈ１（図２参照）は５０〜１２０ｍｍ程度であって、例えば５５ｍｍ程度に設定され、厚さＨ２は２０〜５０ｍｍ程度であって、例えば３５ｍｍに設定されている。また、誘導結合型の電極６６は例えばニッケル合金により形成され、その厚さは３〜５ｍｍ程度、幅は２〜１０ｍｍ程度である。

そして、上記処理容器１４内を上方向に延びて行く第１のガスノズル４４は途中で処理容器１４の半径方向外方へ屈曲されて、上記プラズマ区画壁７２内の一番奥（処理容器１４の中心より一番離れた部分）に位置され、この一番奥の部分に沿って上方に向けて起立させて設けられている。従って、高周波電源６８がオンされている時に上記第１のガスノズル４４の各ガス噴射孔４４Ａから噴射されたアンモニアガスはここで活性化されてラジカル（活性種）となって処理容器１４の中心に向けて拡散しつつ流れるようになっている。

そして上記プラズマ区画壁７２の外側には、これを覆うようにして例えば石英よりなる絶縁保護カバー（図示せず）が取り付けられている。また、この絶縁保護カバーの内側部分には、図示しない冷媒通路が設けられており、冷却された窒素ガスを流すことにより上記誘導結合型の電極６６を冷却し得るようになっている。

そして上記プラズマ区画壁７２の開口７０の処理容器１４内側には、上記第２のガスノズル４６が片側に起立させて設けられており、第２のガスノズル４６に設けた各ガス噴射孔４６Ａより処理容器１４の中心方向に向けてシラン系ガスを噴射し得るようになっている。

一方、上記開口７０に対向させて設けた排気口６２には、これを覆うようにして石英よりなる断面コ字状に成形された排気口カバー部材８４が溶接により取り付けられている。この排気口カバー部材８４は、上記処理容器１４の側壁に沿って上方に延びており、処理容器１４の上方のガス出口８６より図示しない真空ポンプ等を介設した真空排気系により真空引きされる。そして、この処理容器１４の外周を囲むようにしてこの処理容器１４及びこの内部のウエハＷを加熱する筒体状の加熱手段８８が設けられている。

そして、このプラズマ処理装置１２の動作全体の制御、例えばガスの供給の開始及び供給の停止、高周波電源６８の電力の設定や、このオン・オフ、プロセス温度やプロセス圧力の設定等は例えばコンピュータ等よりなる装置制御部９０により行われる。そして、この装置制御部９０は、このプラズマ処理装置１２の全体の動作も制御することになる。またこの装置制御部９０は、上記各種ガスの供給や供給停止の制御、高周波のオン・オフ制御及び装置全体の動作を制御するためのコンピュータに読み取り可能なプログラムを記憶する例えばフレキシブルディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、ハードディスク、フラッシュメモリ或いはＤＶＤ等の記憶媒体９２を有している。

次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置を用いて行なわれるプラズマ処理としてプラズマによる成膜方法（いわゆるＡＬＤ［Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ］成膜）を例にとって説明する。ここでは成膜処理として、ウエハ表面に低温で間欠的にプラズマを用いてシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を形成する場合を例にとって説明する。すなわち、上記シラン系ガスであるＤＣＳガスと上記窒化ガスであるアンモニアガスとを交互に供給すると共に、上記窒化ガスはプラズマにより活性化させるようにしている。

まず、常温の多数枚、例えば５０〜１５０枚の３００ｍｍサイズのウエハＷが載置された状態のウエハボート２２を予め所定の温度になされた処理容器１４内にその下方より上昇させてロードし、蓋部２８でマニホールド１８の下端開口部を閉じることにより容器内を密閉する。

そして処理容器１４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、加熱手段８４への供給電力を増大させることにより、ウエハ温度を上昇させてプロセス温度を維持し、上記ＤＣＳガスとＮＨ_３ ガスとを第２のガス供給手段４０及び第１のガス供給手段３８からそれぞれ交互に間欠的に供給する。これにより、回転しているウエハボート２２に支持されているウエハＷの表面にシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を形成する。この際、ＮＨ_３ ガスを単独で供給する時に、全供給時間に亘って、或いは全供給時間の一部において高周波電源（ＲＦ電源）６８をオンして活性化手段６０のプラズマ形成ボックス６４内にプラズマを立てるようにする。

具体的には、ＮＨ_３ ガスは第１のガスノズル４４の各ガス噴射孔４４Ａから水平方向へ噴射され、また、ＤＣＳガスは第２のガスノズル４６の各ガス噴射孔４６Ａから水平方向へ噴射され、各ガスが反応してシリコン窒化膜（ＳｉＮ）が形成される。この場合、上記各ガスは、連続的に供給されるのではなく、互いにタイミングを同じにして、或いはタイミングをずらして供給する。そして、タイミングをずらしたガス同士は、間に間欠期間（パージ期間）を挟んで交互に間欠的に繰り返し供給され、シリコン窒化膜の薄膜を一層ずつ繰り返し積層する。そして、ＮＨ_３ ガスを流す時には、高周波電源６８がオンされてプラズマが立てられて、供給されるＮＨ_３ ガスを活性化して活性種等が作られ、反応（分解）が促進される。この時の高周波電源６８の出力は、例えば５０Ｗ〜３ｋＷの範囲内である。

ここで、本発明ではプラズマ形成ボックス６４内に、すなわちプラズマ形成領域内にプラズマを形成するに際して、従来装置で用いた平行平板型の容量結合型の電極ではなく、屈曲状態になされた誘導結合型の電極６６を用いているので、この電極６６による電磁場によって発生するプラズマに関しては、イオンシース電位差が小さくなり、この結果、プラズマ中のイオンの加速度が小さくなるので、プラズマ区画壁７２の内面がイオンのスパッタによりエッチングされることを防止することができる。このため、半導体製品の歩留まり低下の原因となるパーティクルの発生を抑制することができる。

特に、この電極６６はここでは一対の側面壁７２Ａ、７２Ｂの内の一方の側面壁側だけに設けているので、プラズマ中のイオンによりスパッタされる領域がその分、少なくなり、エッチングにより発生するパーティクルを大幅に抑制することができる。また上述のようにプラズマ区画壁７２の内壁面がエッチングされるのを抑制できるので、Ｎａ等の金属汚染の発生も抑制することができる。

また上述したように誘導結合型の電極６６を用いることで、高周波電力や周波数を上げることなくラジカル密度を向上させることができるので、プラズマ処理を効率的に行うことが可能となる。すなわち、大電力の投入が可能になるので、パーティクルの発生を抑制しつつ電子密度を高くすることができ、この結果、プラズマ処理効率を向上させることができる。

更に、電極６６を屈曲状態で設置したので、図４（Ｂ）に示すように、円形状の領域７６や三ケ月状の領域７６Ａで特に電界が強くなってこれらの領域のプラズマ密度を増大化させることができるのみならず、電極設置面積の拡大によってラジカルの生成量も増加させることができ、結果的にプラズマ処理効率を上げてスループットを向上させることができる。

ここで本発明のプラズマ処理装置と従来のプラズマ処理装置とを用いて実際に成膜処理を行ってパーティクルと金属汚染について測定したので、この評価結果について説明する。本発明のプラズマ処理装置としては、図１乃至図４にて説明したプラズマ処理装置を用い、従来装置としては図２０及び図２１にて説明し容量結合型の電極を有するプラズマ処理装置を用い、各プロセス条件はそれぞれ同一とした。この場合、本発明のプラズマ処理装置では電極６６の円弧角θは１８０度（θ＝π）に設定した。

この結果、従来のプラズマ処理装置では、累積膜厚が０．５〜１．０μｍ程度の時に半導体ウエハＷ上で観測されるパーティクルが急激に増加し、処理容器等を洗浄しなければならなかったが、本発明のプラズマ処理装置では累積膜厚が１．０μｍを超えても観測されるパーティクルの増加量は少なく、良好な結果が得られた。

また、半導体ウエハ上の金属汚染、特にナトリウム（Ｎａ）汚染については、従来のプラズマ処理装置では１×１０^１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２ 程度であったが、本発明のプラズマ処理装置では０．８×１０^１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２ 以下であり、良好な結果を得ることができた。

ここで上記電極６６の円弧状の屈曲部７４の円弧の角度θは、前述したようにπ／６〜３π／２の範囲内であり、この角度θがπ／６よりも小さくなると、電極６６を屈曲状態にした利点が大幅に減少して好ましくなく、また、θが３π／２よりも大きくなると、蛇行状態が大きくなり過ぎてしまって屈曲が過度になり、電極６６の幅にもよるが、例えば上下方向に隣り合う屈曲部７４同士が接触して短絡状態になってしまうので好ましくない。

ちなみに、図５は屈曲部の円弧の角度θが３π／２の時の電極の状態を示す図であり、図５（Ａ）はプラズマ区画壁に設けた電極の概略斜視図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）中のＡ部の拡大図である。図５に示すように、θ＝３π／２の時が電極６６を蛇行状態にできる略限界であり、θの値をこれ以上大きく設定すると、上下方向に隣り合う屈曲部６６同士が接触して短絡してしまうので、好ましくないことが判る。

このように、本発明によれば、プラズマを発生させる活性化手段６０の一部としてプラズマ形成ボックス６４を区画するプラズマ区画壁７２の長手方向に沿って屈曲状態になされた誘導結合型の電極６６を設けるようにしたので、プラズマ形成ボックス６４を区画するプラズマ区画壁７２の内壁面がエッチングされることを防止してパーティクルや金属汚染の発生を抑制することができると共に、電極面積を増大させてラジカルの発生量を増加させることができる。尚、ここでは電極６６を一対の側面壁７２Ａ、７２Ｂの内の一方の側面壁７２Ａに設けたが、これに替えて電極６６を他方の側面壁７２Ｂに設けるようにしてもよいのは勿論である。

＜第２〜第６実施形態＞
次に、本発明の第２〜第６実施形態のプラズマ処理装置に用いる屈曲状態の電極について説明する。前述した第１実施形態では、屈曲状態の電極６６は円弧形状になされている屈曲部７４を有している場合を例にとって説明したが、これに限定されず、図６に示すような屈曲状態の電極６６を用いてもよい。図６は本発明の第２〜第６実施形態のプラズマ処理装置に用いる屈曲状態の電極の示す部分拡大平面図である。

図６（Ａ）に示す第２実施形態では、電極６６の屈曲部７４が楕円弧形状に形成されており、これを交互に逆向きに連ねて全体として蛇行状態にしている。この他に電極６６の屈曲状態としては、例えばサイクロイド曲線やサイン曲線等を用いてもよく、その屈曲状態は特に限定されない。

図６（Ｂ）に示す第３実施形態では、屈曲状態の電極６６は、屈曲部７４と所定の長さの直線部１００とを有し、これらの屈曲部７４と直線部１００とを交互に連結してジグザグ状態に、或いはつづら折り状態にしている。この場合、屈曲部７４は、例えば微小な円弧形状になされている。

図６（Ｃ）に示す第４実施形態では、屈曲状態の電極６６は、図６（Ｂ）の場合と同様に屈曲部７４と所定の長さの直線部１００とを有し、これらの屈曲部７４と直線部１００とを交互に連結してクランク状態にしている。この場合、屈曲部７４は例えば微小な円弧形状になされている。また、直線部１００は、長い直線部１００Ａと短い直線部１００Ｂとを交互に用いている。尚、上記直線部１００として全て同じ長さの直線部を用いてもよい。

図６（Ｄ）に示す第５実施形態は、図６（Ｂ）に示す第３実施形態に類似しており、この第５実施形態では屈曲状態の電極６６は、全て所定の同一の長さの直線部１００よりなり、この直線部１００を交互に所定の角度で連結してジグザグ状態、或いはつづら折り状態にしている。

図６（Ｅ）に示す第６実施形態は、図６（Ｃ）に示す第４実施形態に類似しており、この第６実施形態では、屈曲状態の電極６６は、全て直線部１００は長短の２種類の長さの直線部１００Ａ、１００Ｂよりなり、これらの２種類の直線部１００Ａ、１００Ｂを交互に直角に連結してクランク状態にしている。この場合にも、直線部１００として全て同じ長さの直線部を用いてもよい。

ここで説明した第２〜第６実施形態でも、先に図４等を参照して説明した第１実施形態の場合と同様な作用効果を発揮することができる。尚、上記第１〜第６実施形態において、曲線部７４及び／或いは直線部１００を、この曲線部７４のピッチより更に小さなピッチの例えばサイン曲線のような蛇行状態（屈曲状態）となるように成形するようにしてもよい。

＜第７実施形態＞
次に本発明のプラズマ処理装置の第７実施形態について説明する。図７は本発明のプラズマ処理装置の第７実施形態を示す概略斜視図であり、主要部分のみを記載している。先の第１〜第６実施形態では、電極６６をプラズマ区画壁７２の一部を形成する一対の側面壁７２Ａ、７２Ｂの内のいずれか一方の側面壁の外面に設けた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、図７に示すように、電極６６を背面壁７３の外面に設けるようにしてもよい。

他の構成については、第１実施形態で説明した内容がここでも全て適用され、また、この電極６６としては、第１〜第６実施形態で説明したものを全て適用することができる。この場合にも、先の第１実施形態で説明したものと同じ作用効果を発揮することができる。

＜第８実施形態＞
次に本発明のプラズマ処理装置の第８実施形態について説明する。図８は本発明のプラズマ処理装置の第７実施形態を示す概略断面図であり、主要部分のみを記載している。先の第１〜第７実施形態ではプラズマ区画壁７２の形状を断面コ字状に形成したが、これに限定されず、背面壁７３（図２参照）を設けないで、図８に示すように一対の側面壁７２Ａ、７２Ｂの一側を連結（接続）して断面Ｖ字状に形成するようにしてもよい。

この場合には、電極６６を一対の側面壁７２Ａ、７２Ｂの内のいずれか一方の側面壁の外側に設けるようにする。他の構成については、第１実施形態で説明した内容がここでも全て適用され、また、この電極６６としては、第１〜第６実施形態で説明したものを全て適用することができる。この場合にも、先の第１実施形態で説明したものと同じ作用効果を発揮することができる。

＜第９実施形態＞
次に本発明のプラズマ処理装置の第９実施形態について説明する。図９は本発明のプラズマ処理装置の第９実施形態を示す概略図であり、主要部分のみを記載している。図９（Ａ）は概略斜視図を示し、図９（Ｂ）は横断面図を示しており、先の各実施形態と同一構成部分については、同一参照符号を付して、その説明を省略している。先の第１〜第７実施形態では、プラズマ区画壁７２の形状を断面コ字状に形成したが、これに限定されず、図９に示すように断面曲線状に形成し、この側面壁１０２の外面に沿って電極６６を設けるようにしてもよい。

この場合、プラズマ区画壁７２の側面壁１０２の断面形状は、円弧形状、楕円弧形状等のどのような曲線にしてもよい。他の構成については、第１実施形態で説明した内容がここでも全て適用され、また、この電極６６としては、第１〜第６実施形態で説明したものを全て適用することができる。この場合にも、先の第１実施形態で説明したものと同じ作用効果を発揮することができる。

＜第１０実施形態＞
次に本発明のプラズマ処理装置の第１０実施形態について説明する。図１０は本発明のプラズマ処理装置の第１０実施形態を示す概略図であり、主要部分のみを記載している。図１０（Ａ）は概略斜視図を示し、図１０（Ｂ）は横断面図を示しており、先の各実施形態と同一構成部分については、同一参照符号を付して、その説明を省略している。

先の第１〜第８実施形態では、プラズマ区画壁７２を処理容器１４から外側へ突出させて設けるようにして、この内部にプラズマ形成ボックス６４を区画形成したが、これに限定されず、図１０に示すように、処理容器１４の内壁面に、その長手方向に沿ってプラズマ区画壁７２を設けるようにしてもよく、このプラズマ区画壁７２内にプラズマ形成ボックス６４を区画形成している。

そして、このプラズマ形成ボックス６４に対応する処理容器１４の側壁部分の外面に、その長手方向に沿って屈曲状態になされた誘導結合型の電極６６を設けるようにしている。この場合、上記プラズマ区画壁７２の中央部には処理容器１４内のウエハ収容領域側と連通される、例えばスリット状の開口１０６が形成されており、上記プラズマ形成ボックス６４内で発生したラジカルを半導体ウエハＷ側へ供給するようになっている。この場合には、上記処理容器１４の側壁の一部分が、プラズマ区画壁７２の一部として構成されることになる。

他の構成については、第１実施形態で説明した内容がここでも全て適用され、また、この電極６６としては、第１〜第６実施形態で説明したものを全て適用することができる。この場合にも、先の第１実施形態で説明したものと同じ作用効果を発揮することができる。また上記図３、図７、図８〜図１０に示す装置例では、処理容器１４に形成された排気口６２及び排気口カバー部材８４の記載は省略されている。

＜第１１実施形態＞
次に本発明のプラズマ処理装置の第１１実施形態について説明する。図１１は本発明のプラズマ処理装置の第１１実施形態を示す概略斜視図であり、ここでは電極を取り出して併記してある。図１２はプラズマ形成ボックスを示す部分拡大断面図である。先の各実施形態と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。

先の第１〜第１０実施形態では、活性化手段６０は１つのプラズマ形成ボックス６４を設けたが、これに限定されず、複数、例えば２つのプラズマ形成ボックスを設けてラジカルの発生量を増大させるようにしてもよい。第１１実施形態では、このように２つのプラズマ形成ボックスを設けている。具体的には、図１１及び図１２に示すように、処理容器１４の側壁には、先の第１実施形態で設けた１つ目のプラズマ形成ボックス６４の隣に、これに並行するようにして上下方向に延びる２つ目のプラズマ形成ボックス６４−１が形成されている。

この場合、例えば直径が３００ｍｍのウエハＷを収容すると仮定すると、処理容器１４の直径は、例えば３４５〜３９０ｍｍ程度であり、両プラズマ形成ボックス６４、６４−１間の距離は、例えば１８０〜３００ｍｍ程度である。この２つ目のプラズマ形成ボックス６４−１を区画するプラズマ区画壁７２−１は、上記先のプラズマ区画壁７２を構成する側面壁７２Ａ、７２Ｂ及び背面壁８２と同様に形成され、ここでは側面壁７２Ａ−１、７２Ｂ−１及び背面壁８２−１により形成され、その上下端側も区画壁により区画されている。

図示例では、一方のプラズマ形成ボックス６４の一方の側面壁７２Ａと他方のプラズマ形成ボックス６４−１の一方の側面壁７２Ａ−１とが対向するように設けられている。そして、両プラズマ形成ボックス６４、６４−１の間の処理容器１４内に第２のガスノズル４６が配置されており、この第２のガスノズル４６に対して容器中心軸の反対側に排気口６２（図１参照）が位置するように上記２つのプラズマ形成ボックス６４、６４−１が設置されている。

また、第２のプラズマ形成ボックス６４−１内にも、上記プラズマ形成ボックス６４内に設けた第１のガスノズル４４と同じ構造の第１のガスノズル４４−１が設けられており、このガス噴射孔４４Ａ−１から同様にＮＨ_３ ガスを流量制御しつつ噴射するようになっている。この新たな第１のガスノズル４４−１は先に設けられた第１のガスノズル４４から例えば分岐させて設けてもよいし、或いは別個独立に新たに設けるようにしてもよい。

そして、この両プラズマ形成ボックス６４に対して、それぞれラジカル発生用の誘導結合型の複数の電極６６、６６−１が設けられている。そして、先の１つ目のプラズマ形成ボックス６４に設けた電極６６に加えて、２つ目のプラズマ形成ボックス６４−１にも新たな２つ目の誘導結合型の電極６６−１を設ける。この２つ目の電極６６−１は、両プラズマ形成ボックス６４、６４−１間に亘って上記１つ目の電極６６と直列に接続（連結）されており、また１つ目の電極６６と同じように屈曲状態になされている。

すなわち、この構成は図２に示すような高周波電源６８の回路の給電ライン８０の途中に上記新たな２つ目の電極６６−１を介設したものと同様な構成となっている。そして、この２つ目の電極６６−１は、上記１つ目のプラズマ形成ボックス６４の一方の側面壁７２Ａと対向する側面壁７２Ａ−１にその長手方向に沿って設けられており、この上には他方の絶縁板８２と同じ構造の絶縁板８２−１が覆うようにして設けられている。

尚、この２つ目の電極６６−１を他方の側面壁７２Ｂ−１側に設けるようにしてもよい。また、この電極６６−１の屈曲状態は図５及び図６で説明したような実施形態が全て適用される。これにより、１つの高周波電源６８から直列に接続された２つの電極６６、６６−１に高周波電力を印加できるようになっている。

さて、このように形成された第１１実施形態では、上記２つのプラズマ形成ボックス６４、６４−１において、それぞれ先に第１実施形態において説明したような作用が発揮されてアンモニアガスのラジカル（活性種）が発生することになる。従って、２箇所でアンモニアガスのラジカルが発生することになるので、その分、処理容器１４全体としてラジカルの発生量が増大してラジカル密度が高くなって反応が促進され、成膜レートが大きくなることによってスループットを向上させることができる。

また１つの電極に投入する高周波電力を第１実施形態の場合と同じであると仮定すると、この第２実施形態では２倍の高周波電力を投入することになるが、各プラズマ形成ボックス６４、６４−１内におけるプラズマ密度は第１実施形態の場合と同じであり、従って第１実施形態の場合と同様にプラズマ区画壁７２、７２−１の内面がスパッタされるのを抑制できるので、パーティクルの発生量も第１実施形態の場合と同様に抑制することができる。

他の構成については、第１実施形態で説明した内容がここでも全て適用され、また、この電極６６、６６−１としては、第１〜第６実施形態で説明したものを全て適用することができる。この場合にも、先の第１実施形態で説明したものと同じ作用効果を発揮することができる。

また、ここでは２つのプラズマ形成ボックス６４、６４−１を設けた場合について説明したが、前述したようにこの数に限定されず、３つ以上のプラズマ形成ボックスを設けるようにしてもよい。この点は以下に説明する他の実施形態でも同様である。

＜第１２実施形態＞
上記第１１実施形態では、各プラズマ形成ボックス６４、６４−１を区画するプラズマ区画壁７２、７２−１の一方の側面壁に電極６６、６６−１を設けるようにしたが、これに限定されず、背面壁に電極を設けるようにしてもよい。図１３は本発明のプラズマ処理装置の第１２実施形態を示す概略斜視図である。先の各実施形態と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。

この第１２実施形態の構成は、図７に示す第７実施形態に類似した構成となっており、図１３に示すように２つの直列に接続された電極６６、６６−１は、両プラズマ形成ボックス６４、６４−１を区画するプラズマ区画壁７２、７２−１の各背面壁８２、８２−１に、その長手方向に沿ってそれぞれ設けられている。

他の構成については、第１実施形態で説明した内容がここでも全て適用され、また、この電極６６、６６−１としては、第１〜第６実施形態で説明したものを全て適用することができる。この場合にも、先の第１及び第１１実施形態で説明したものと同じ作用効果を発揮することができる。

＜第１３実施形態＞
上記第１１及び第１２実施形態では、各プラズマ形成ボックス６４、６４−１を区画するプラズマ区画壁７２、７２−１の断面コ字状に成形された側面壁に電極６６、６６−１を設けるようにしたが、これに限定されず、断面曲線状に形成した側面壁に電極を設けるようにしてもよい。図１４は本発明のプラズマ処理装置の第１３実施形態を示す概略斜視図である。先の各実施形態と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。

この第１３実施形態の構成は、図９に示す第９実施形態に類似した構成となっており、図１４に示すように両プラズマ形成ボックス６４、６４−１は断面曲線状に成形されており、２つの直列に接続された電極６６、６６−１は、両プラズマ形成ボックス６４、６４−１を区画するプラズマ区画壁７２、７２−１の各曲面形状の側面壁に、その長手方向に沿ってそれぞれ設けられている。また、このプラズマ区画壁７２、７２−１の曲面形状は、図９に示す第９実施形態において説明した各形状を適用することができる。

他の構成については、第１実施形態で説明した内容がここでも全て適用され、また、この電極６６、６６−１としては、第１〜第６実施形態で説明したものを全て適用することができる。この場合にも、先の第１及び第１１実施形態で説明したものと同じ作用効果を発揮することができる。

＜第１４実施形態＞
上記第１１〜第１３実施形態では、プラズマ区画壁７２、７２−１を処理容器１４から外側へ突出させて設けるようにして、この内部にプラズマ形成ボックス６４、６４−１を区画形成したが、これに限定されず、図１５に示すように処理容器内にプラズマ形成ボックスを設けるようにしてもよい。図１５は本発明のプラズマ処理装置の第１４実施形態を示す概略断面図である。先の各実施形態と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。

この第１４実施形態の構成は、図１０に示す第１０実施形態に類似した構成となっており、図１５に示すように処理容器１４の壁面に、その長手方向に沿って隣り合うように２つのプラズマ区画壁７２、７２−１を設け、この内部にそれぞれプラズマ形成ボックス６４、６４−１を形成している。そして、２つの直列に接続された電極６６、６６−１は、両プラズマ形成ボックス６４、６４−１に対応する処理容器１４の側壁部分の外面に、その長手方向に沿ってそれぞれ設けられている。また、各プラズマ区画壁７２、７２−１の中央部には、スリット状の開口１０６、１０６−１がそれぞれ形成されている。

他の構成については、第１実施形態で説明した内容がここでも全て適用され、また、この電極６６、６６−１としては、第１〜第６実施形態で説明したものを全て適用することができる。この場合にも、先の第１、第１１及び第９実施形態で説明したものと同じ作用効果を発揮することができる。

尚、上記第７〜第１０実施形態及び第１２〜第１４実施形態では、電極６６、６６−１を覆う絶縁板８２、８２−１の記載は省略されているが、これらの各実施形態でも絶縁板が設けられているのは勿論である。

＜第１５実施形態＞
次に本発明のプラズマ処理装置の第１５実施形態について説明する。図１６は本発明のプラズマ処理装置の第１５実施形態を示す概略斜視図であり、主要部のみを記載している。図１７は第１５実施形態のプラズマ形成ボックスを示す部分拡大断面図、図１８はプラズマ区画壁と電極との取り付け状態を示す概略側面図である。先の各実施形態と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略している。

先の第１〜第１４実施形態では、電極６６、６６−１をプラズマ区画壁７２の外側壁面に接するようにして設けたが、これに限定されず、この電極６６、６６−１の全部又は一部を、このプラズマ区画壁の外側壁面より離間させて設けるようにしてもよい。

その理由は、以下の通りである。すなわち、プラズマ形成ボックス６４内では投入される高周波により定在波が生ずるが、この定在波が均一でない場合も生じる。この結果、全体的に電磁場の強度が大きくなったり、或いは局所的に電磁場の強度が他の部分よりも大きくなったりして、その部分で加速されたイオンがプラズマ区画壁の内面をスパッタしてパーティクルやプラズマ区画壁の構成物による金属汚染等の原因となる場合がある。このような現象を防止するために、上述のように電極の全部、或いは一部をプラズマ区画壁の外側壁面より僅かに離間させて配置し、離間した部分におけるプラズマ形成ボックス内の容量性の電磁場の強度を低減させるように構成する。

具体的には、図１６乃至図１８に示すように、ここでは第１実施形態の構成を基本にして記載しており、電極６６の全体をプラズマ区画壁７２の側面壁７２Ａの外側壁面７２Ａ−１に接しないで、上記電極６６の全体をこれより僅かに離間させて設けており、この外側壁面７２Ａ−１と電極６６との間に均一な幅の空間２００を形成している。これにより、この電極６６に流す高周波によりプラズマ形成ボックス６４内に発生する電磁場の強度を僅かに低減させるようになっている。

この場合、石英よりなる絶縁板８２は、断面コ字形状に形成されており、この断面コ字形状の両端を外側壁面７２Ａ−１に接するようにして取り付け固定している。そして、上記電極６６は、断面コ字形状の絶縁板８２の中央部の内面に沿って取り付け固定している。尚、図１６においては絶縁板８２の記載は省略している。

そして、上記外側壁面７２Ａ−１と電極６６との間の距離Ｌ３（空間２００の幅）は、０．５〜２０ｍｍ程度の範囲内に設定されている。この距離Ｌ３が０．５ｍｍよりも小さい場合には、プラズマ形成ボックス６４内の電磁場強度の低減効果が十分ではないので、内面壁のスパッタを十分に抑制することができず、逆に、距離Ｌ３が２０ｍｍよりも大きい場合には、プラズマ形成ボックス６４内の電磁場強度が過度に低下して成膜量と均一性に悪影響を及ぼすので好ましくない。

上記構成において、４．５〜６．５ｍｍ程度の厚さに設定されている上記プラズマ区画壁７２の厚さを、更に厚くすることによって電磁場強度の低減を図るようにすることも考えられるが、この場合には製作上の難易度が上がってしまい、この結果、コストと納期的に現実的ではなくなってしまう。

この第１５実施形態の場合にも、他の構成については、第１実施形態で説明したものを全て適用することができる。またこの第１５実施形態の場合にも、先の第１実施形態で説明したものと同じ作用効果を発揮することができる。更に、この第１５実施形態では、上述のように電極６６をプラズマ区画壁７２の外側壁面７２Ａ−１から離間させて設けるようにしているので、プラズマ形成ボックス６４内における電磁場の強度が過度に大きくなることを抑制することができる。この結果、プラズマ区画壁７２の内壁面がスパッタされることを抑制することができるので、パーティクルの発生やプラズマ区画壁７２の構成物による金属汚染等の発生を抑制することができるのみならず、処理容器１４の長寿命化を図ることができる。

ここで上記電極６６としては、第１〜第６実施形態で説明したものを全て適用することができる。更に、この第１５実施形態の発明は、第７〜第１４実施形態においても適用することができる。この場合、第１０実施形態（図１０参照）や第１４実施形態に適用するためには、プラズマ形成ボックス６４を区画する処理容器１４の側壁部分の外側壁面側に、これより離間させて上記電極６６（６６−１）を設置することになる。

上記第１５実施形態の発明について実験を行ったところ、距離Ｌ３が小さい時はプラズマ区画壁７２の内壁面のエッチング量が少し多かったが、距離Ｌ３を少しずつ大きくするとエッチング量が次第に少なくなって４．５ｍｍ程度になった時に、エッチング量が略数Åで飽和するのを確認することができた。また、距離Ｌ３が２０ｍｍまでは、エッチング量をかなり抑制でき、且つ成膜も可能であった。

尚、図１６〜図１８に示す第１５実施形態では、電極６６の全体（全部）をプラズマ区画壁７２の外側壁面７２Ａ−１から僅かに離間させるようにして電極６６を設置するようにしたが、上述したようにこれに限定されず、図１９に示す変形例のように電極６６の一部だけ外側壁面７２Ａ−１から離間させるようにして電極６６を設けるようにしてもよい。

この理由は、前述したように、電極６６の全体を外側壁面７２Ａ−１に接して設けた場合にプラズマ形成ボックス６４内では局所的に電磁場の強度が他の部分よりも大きくなってこの部分に対応するプラズマ区画壁７２の内壁面のスパッタが局部的に過度に生ずる場合があるからである。この場合には、そのスパッタが過度に生ずる部分に対応させて電極６６の一部を外側壁面７２Ａ−１から離間させて設けるようにする。

図１９はこのような第１５実施形態の変形例の一部を示す側面図であり、図１６〜図１８に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付してある。図１９（Ａ）に示す場合は、プラズマ区画壁７２の長さ方向の中央部の領域２０２における内壁面のスパッタ量が多い場合の対応策を示している。ここでは、電極６６の全体の長さの内の中央部の領域２０２に対応する部分だけ外側壁面７２Ａ−１から距離Ｌ３だけ離間させており、他の部分は外側壁面７２Ａ−１に接した状態で設けている。

この構成により、上記中央部の領域２０２におけるプラズマ形成ボックス６４（図１７参照）内の容量性の電磁場を低減することができ、この結果、この部分の内壁面のエッチングを抑制することができる。

図１９（Ｂ）に示す場合は、プラズマ区画壁７２の長さ方向の下部の領域２０４における内壁面のスパッタ量が多い場合の対応策を示している。ここでは、電極６６の全体の長さの内の下部の領域２０４に対応する部分だけ外側壁面７２Ａ−１から距離Ｌ３だけ離間させており、他の部分は外側壁面７２Ａ−１に接した状態で設けている。

この構成により、上記下部の領域２０４におけるプラズマ形成ボックス６４（図１７参照）内の容量性の電磁場を低減することができ、この結果、この部分の内壁面のエッチングを抑制することができる。

ここでは、プラズマ区画壁７２の中央部の領域２０２と下部の領域２０４が過度にスパッタされる場合を例にとって説明したが、投入される高周波電力の周波数等によって過度にスパッタされる部分は種々異なることになり、これに対応させて電極６６の離間する部分を選択するのは勿論である。また、この変形例の発明は、第１〜第１４実施形態において説明した発明に対して全て適用できるのも勿論である。

尚、上記図３、図７、図８〜図１９に示す装置例では、処理容器１４に形成された排気口６２及び排気口カバー部材８４の記載は省略されている。また、上記複数の電極６６、６６−１を用いた場合、これらの電極の屈曲状態を互いに同一になるように設定してもよいし、或いは互いに異なるような屈曲状態に設定してもよい。更には、上記２つの第１のガスノズル４４、４４−１から互いに異なるガス種のガスを噴射させるようにしてもよい。また、以上の第１〜第１９実施形態では、電極を屈曲状態に形成した場合を例にとって説明したが、これに限定されず、電極自体を幅広な例えば幅が数ｍｍ〜数十ｍｍ程度の直線状の板材として形成するようにしてもよい。

ここではシリコン窒化膜を成膜する場合を例にとって説明したが、成膜する膜種は特に限定されない。また、ここではプラズマ処理としてプラズマＡＬＤ成膜処理を例にとって説明したが、これに限定されず、プラズマＣＶＤ処理、プラズマ改質処理、プラズマ酸化拡散処理、プラズマスパッタ処理、プラズマ窒化処理等のプラズマを用いる全ての処理に対して本発明を適用することができる。

また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、この半導体ウエハにはシリコン基板やＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの化合物半導体基板も含まれ、更にはこれらの基板に限定されず、液晶表示装置に用いるガラス基板やセラミック基板等にも本発明を適用することができる。

本発明の係るプラズマ処理装置の第１実施形態の一例を示す縦断面構成図である。 プラズマ処理装置（加熱手段は省略）を示す横断面構成図である。 電極を含む処理容器を示す概略斜視図である。 プラズマ処理装置の誘導結合型の電極の一部分を取り出して示す部分拡大図である。 屈曲部の円弧の角度θが３π／２の時の電極の状態を示す図である。 本発明の第２〜第６実施形態のプラズマ処理装置に用いる屈曲状態の電極の示す部分拡大平面図である。 本発明のプラズマ処理装置の第７実施形態を示す概略斜視図である。 本発明のプラズマ処理装置の第７実施形態を示す概略断面図である。 本発明のプラズマ処理装置の第９実施形態を示す概略図である。 本発明のプラズマ処理装置の第１０実施形態を示す概略図である。 本発明のプラズマ処理装置の第１１実施形態を示す概略斜視図である。 プラズマ形成ボックスを示す部分拡大断面図である。 本発明のプラズマ処理装置の第１２実施形態を示す概略斜視図である。 本発明のプラズマ処理装置の第１３実施形態を示す概略斜視図である。 本発明のプラズマ処理装置の第１４実施形態を示す概略断面図である。 本発明のプラズマ処理装置の第１５実施形態を示す概略斜視図である。 第１５実施形態のプラズマ形成ボックスを示す部分拡大断面図である。 プラズマ区画壁と電極との取り付け状態を示す概略側面図である。 第１５実施形態の変形例を示す概略側面図である。 従来の縦型のプラズマ処理装置の一例を示す概略模式図である。 図２０中のプラズマ形成ボックスの一部を示す断面図である。

１２ プラズマ処理装置
１４ 処理容器
２２ ウエハボート（保持手段）
３８ 第１のガス供給手段
４０ 第２のガス供給手段
４２ 第３のガス供給手段
６０ 活性化手段
６４，６４−１ プラズマ形成ボックス
６６，６６−１ 誘導結合型の電極
６８ 高周波電源
７２，７２−１ プラズマ区画壁
７２Ａ，７２Ａ−１，７２Ｂ，７２Ｂ−１ 側面壁
７３ 背面壁
７４ 屈曲部
７８ 整合回路
８８ 加熱手段
９０ 装置制御部
９２ 記憶媒体
１００ 直線部
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）

Claims (27)

1. 真空引き可能になされた筒体状の処理容器と、
   複数の被処理体を保持して前記処理容器内へ挿脱される保持手段と、
   前記処理容器内へガスを供給するガス供給手段と、
   前記ガスをプラズマにより活性化する活性化手段とを有して前記被処理体にプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理装置において、
   前記活性化手段は、
   前記処理容器の外側へ突出された状態で前記処理容器の長手方向に沿って設けられたプラズマ区画壁により区画形成されたプラズマ形成ボックスと、
   前記プラズマ区画壁にその長手方向に沿って設けられた誘導結合型の電極と、
   前記電極に接続された高周波電源とよりなることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 真空引き可能になされた筒体状の処理容器と、
   複数の被処理体を保持して前記処理容器内へ挿脱される保持手段と、
   前記処理容器内へガスを供給するガス供給手段と、
   前記ガスをプラズマにより活性化する活性化手段とを有して前記被処理体にプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理装置において、
   前記活性化手段は、
   前記処理容器の外側へ突出された状態で前記処理容器の長手方向に沿って設けられたプラズマ区画壁により区画形成された複数のプラズマ形成ボックスと、
   前記複数のプラズマ形成ボックスに対応する前記各プラズマ区画壁にその長手方向に沿って設けられると共に前記複数のプラズマ形成ボックス間に亘って接続された誘導結合型の複数の電極と、
   前記電極に接続された高周波電源とよりなることを特徴とするプラズマ処理装置。
3. 前記プラズマ区画壁は、対向する一対の側面壁と、該一対の側面壁の一端側を連結する背面壁とにより断面コ字状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマ処理装置。
4. 前記電極は、前記一対の側面壁のいずれか一方に設けられていることを特徴とする請求項３記載のプラズマ処理装置。
5. 前記電極は、前記背面壁に設けられていることを特徴とする請求項３記載のプラズマ処理装置。
6. 前記プラズマ区画壁は、一側で互いに連結された一対の側面壁により断面Ｖ字状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマ処理装置。
7. 前記電極は、前記一対の側面壁のいずれか一方に設けられていることを特徴とする請求項６記載のプラズマ処理装置。
8. 前記プラズマ区画壁は、断面曲線状に形成された側面壁により形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマ処理装置。
9. 真空引き可能になされた筒体状の処理容器と、
   複数の被処理体を保持して前記処理容器内へ挿脱される保持手段と、
   前記処理容器内へガスを供給するガス供給手段と、
   前記ガスをプラズマにより活性化する活性化手段とを有して前記被処理体にプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理装置において、
   前記活性化手段は、
   前記処理容器の内壁面に、その長手方向に沿って設けられたプラズマ区画壁によって区画形成されたプラズマ形成ボックスと、
   前記プラズマ形成ボックスに対応する前記処理容器の側壁部分にその長手方向に沿って設けられた誘導結合型の電極と、
   前記電極に接続された高周波電源とよりなることを特徴とするプラズマ処理装置。
10. 真空引き可能になされた筒体状の処理容器と、
    複数の被処理体を保持して前記処理容器内へ挿脱される保持手段と、
    前記処理容器内へガスを供給するガス供給手段と、
    前記ガスをプラズマにより活性化する活性化手段とを有して前記被処理体にプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理装置において、
    前記活性化手段は、
    前記処理容器の内壁面に、その長手方向に沿って設けられたプラズマ区画壁によって区画形成された複数のプラズマ形成ボックスと、
    前記複数のプラズマ形成ボックスに対応する前記処理容器の側壁部分にその長手方向に沿って設けられると共に前記複数のプラズマ形成ボックス間に亘って接続された誘導結合型の複数の電極と、
    前記電極に接続された高周波電源とよりなることを特徴とするプラズマ処理装置。
11. 前記電極の全部又は一部は、前記プラズマ区画壁の外側壁面から離間させて設けられていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
12. 前記電極の全部又は一部は、前記処理容器の側壁部分の外側壁面から離間させて設けられていることを特徴とする請求項９又は１０記載のプラズマ処理装置。
13. 前記電極が前記外側壁面から離間される部分は、前記高周波電源からの高周波により前記プラズマ形成ボックス内に形成される電磁場の強度が大きくなる部分に対応することを特徴とする請求項１１又は１２記載のプラズマ処理装置。
14. 前記電極が前記外側壁面から離間される距離は、０．５〜２０ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
15. 前記電極は、直線状態になされていることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
16. 前記電極は、屈曲状態になされていることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
17. 前記電極の屈曲状態は、屈曲部を交互に逆向きに連ねて蛇行状態になされていることを特徴とする請求項１６記載のプラズマ処理装置。
18. 前記屈曲部は、円弧形状になされていることを特徴とする請求項１７記載のプラズマ処理装置。
19. 前記屈曲部は、楕円弧形状になされていることを特徴とする請求項１７記載のプラズマ処理装置。
20. 前記電極の屈曲状態は、サイクロイド曲線に沿っていることを特徴とする請求項１６記載のプラズマ処理装置。
21. 前記電極の屈曲状態は、サイン曲線に沿っていることを特徴とする請求項１６記載のプラズマ処理装置。
22. 前記電極の屈曲状態は、曲線部と直線部とを交互に組み合わせて接合した状態になされていることを特徴とする請求項１６記載のプラズマ処理装置。
23. 前記屈曲部は、円弧形状になされていることを特徴とする請求項２２記載のプラズマ処理装置。
24. 前記電極の屈曲状態は、直線部と直接部とを所定の角度でもって交互に接合した状態になされていることを特徴とする請求項１６記載のプラズマ処理装置。
25. 前記電極は、一端がマッチング回路を介して接地され、他端が前記整合回路を介して前記高周波電源に接続されていることを特徴とする請求項１乃至２４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
26. 前記ガス供給手段は、前記ガスを供給するためのガスノズルを有し、前記プラズマ形成ボックス内には前記ガスノズルが設けられていることを特徴とする請求項１乃至２５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
27. 前記処理容器の外周には、前記被処理体を加熱するための加熱手段が設けられていることを特徴とする請求項１乃至２６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

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