特許 6573498 プラズマ処理装置

(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】6573498

(24)【登録日】2019年8月23日

(45)【発行日】2019年9月11日

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20190902BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20190902BHJP

   C23C 16/455 20060101ALI20190902BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 101G

   H01L21/205

   C23C16/455

【請求項の数】10

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2015-145124(P2015-145124)

(22)【出願日】2015年7月22日

(65)【公開番号】特開2017-28099(P2017-28099A)

(43)【公開日】2017年2月2日

【審査請求日】2018年3月1日

(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】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 良

(72)【発明者】

【氏名】桑原 有生

【審査官】 佐藤 靖史

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０１５４５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／００８１２８４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−０３１４４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５３３１３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−００８２３９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｃ２３Ｃ １６／４５５

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

気密に構成され、内部で生成されたプラズマにより、内部に搬入された被処理基板に所定の処理を行うチャンバと、
前記チャンバ内に設けられ、前記被処理基板を載置する載置台と、
前記載置台を囲むように前記載置台の周囲に設けられ、前記載置台に載置された前記被処理基板の上方の処理空間内のガスを排気する排気路と、
前記排気路に接続され、前記排気路を介して前記処理空間内のガスを排気する排気装置と、
複数の貫通孔を有し、前記載置台を囲むように前記処理空間と前記排気路との間に設けられたバッフル板と、
前記バッフル板よりも前記処理空間から遠い位置の前記排気路内に、前記載置台を囲むように前記載置台の周囲に設けられた整流板と
を備え、
前記整流板は、
前記載置台の周囲において、前記排気装置が接続された前記排気路内の位置から離れるほど、前記排気路内の流路の断面積が大きくなる開口を前記排気路内に形成することを特徴とするプラズマ処理装置。

【請求項2】

前記整流板は、
前記載置台の周囲に設けられた前記排気路の内壁において、前記載置台に近い側の前記排気路の内壁に設けられ、前記整流板の外周面と、前記載置台から遠い側の前記排気路の内壁との間の隙間により、前記開口が形成され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】

前記整流板の形状は、上方から見た場合に環状であり、内周面が前記排気路の内壁に接し、外周面の中心が、前記被処理基板が載置される前記載置台の載置面の中心より前記排気装置に近い位置にあることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。

【請求項4】

前記整流板は、
前記載置台の周囲に設けられた前記排気路の内壁において、前記載置台から遠い側の前記排気路の内壁に設けられ、前記整流板の内周面と、前記載置台に近い側の前記排気路の内壁との間の隙間により、前記開口が形成され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】

前記整流板の形状は、上方から見た場合に環状であり、外周面が前記排気路の内壁に接し、内周面の中心が、前記被処理基板が載置される前記載置台の載置面の中心より前記排気装置から遠い位置にあることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置。

【請求項6】

前記バッフル板は、
前記被処理基板が載置される前記載置台の載置面よりも低い位置に設けられることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項7】

前記バッフル板と前記整流板とは、前記整流板の厚さよりも長い距離、離れていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項8】

前記バッフル板は、
前記載置台から離れるほど位置が高くなるように、前記載置台の周囲に斜めに設けられていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項9】

前記複数の貫通孔は、
前記バッフル板の面内に略均等な間隔で設けられることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項10】

前記整流板は、
前記排気路内に単一の前記開口を形成することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の種々の側面及び実施形態は、プラズマ処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

プラズマ処理装置では、チャンバ内に被処理基板が搬入され、チャンバ内に所定の処理ガスが供給される。そして、チャンバ内に処理ガスのプラズマが生成され、生成された処理ガスのプラズマにより、被処理基板にエッチングや成膜等の所定の処理が施される。プラズマ処理において、チャンバ内の圧力やチャンバ内に供給される処理ガスの流速等は、処理後の被処理基板の特性に影響を与える重要な要素の一つである。また、チャンバ内の圧力や処理ガスの流速の分布に偏りが生じると、被処理基板の面内においてＣＤ（Critical Dimension）等の特性のばらつきが大きくなる。そのため、チャンバ内の圧力や処理ガスの流速の分布は、被処理基板の面内において均一であることが望ましい。

【0003】

処理ガスの供給については、被処理基板の中心の上方から行うことができるため、被処理基板の全周に渡って、略均一に処理ガスを供給することができる。しかし、処理ガスの排気については、プラズマ処理装置の構造上、被処理基板の中心の下方に排気装置を配置することが難しいため、被処理基板の中心軸上から離れた位置に排気装置が設けられる。そのため、被処理基板の周方向では、排気装置までの距離が異なり、排気装置までの距離に応じて、被処理基板上での処理ガスの排気量が異なることになる。これにより、被処理基板上での処理ガスの圧力および流速の分布に偏りが生じることになる。

【0004】

これを回避するために、プラズマが生成される処理空間と、処理ガスを排気する排気路との間に設けられ複数の貫通孔を有するバッフル板において、排気装置に近い方の貫通孔の開口面積を小さくし、排気装置から遠い方の貫通孔の開口面積を大きくすることが考えられる。これにより、被処理基板の周方向において、排気装置に近くなるほど排気コンダクタンスが低くなり、排気装置から遠くなるほど排気コンダクタンスが高くなる。これにより、被処理基板上での処理ガスの排気量が被処理基板の周方向でより均一になり、被処理基板上での処理ガスの圧力および流速の分布の偏りを抑制することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】実開平５−４４６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、バッフル板に設けられた貫通孔の数や各貫通孔の開口面積は、チャンバ内の圧力や処理ガスの流速等のチャンバ内の環境に影響を与えるため、バッフル板に設けられた貫通孔の数や各貫通孔の開口面積は、処理条件に合わせて最適化される。そのため、排気装置からの距離に応じて貫通孔の開口面積が異なるバッフル板を用いる場合、処理条件が変わるたびに、変更後の処理条件に対応するバッフル板に取り換えることになる。これにより、１つの被処理基板に対して複数の異なる処理条件の処理が連続して行われる場合には、複数の処理が完了するまでの時間が長くなる。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一側面は、プラズマ処理装置であって、気密に構成され、内部で生成されたプラズマにより、内部に搬入された被処理基板に所定の処理を行うチャンバと、前記チャンバ内に設けられ、前記被処理基板を載置する載置台と、前記載置台を囲むように前記載置台の周囲に設けられ、前記載置台に載置された前記被処理基板の上方の処理空間内のガスを排気する排気路と、前記排気路に接続され、前記排気路を介して前記処理空間内のガスを排気する排気装置と、複数の貫通孔を有し、前記載置台を囲むように前記処理空間と前記排気路との間に設けられたバッフル板と、前記バッフル板よりも前記処理空間から遠い位置の前記排気路内に、前記載置台を囲むように前記載置台の周囲に設けられた整流板とを備え、前記整流板は、前記載置台の周囲において、前記排気装置が接続された前記排気路内の位置から離れるほど、前記排気路内の流路の断面積が大きくなる開口を前記排気路内に形成する。

【発明の効果】

【0008】

本発明の種々の側面および実施形態によれば、任意の処理条件において、被処理基板の周方向における処理ガスの圧力および流速の偏りを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、プラズマ処理装置の一例を示す断面図である。

【図2】図２は、バッフル板の一例を示す上面図である。

【図3】図３は、実施例１における整流板の一例を示す上面図である。

【図4】図４は、実施例１における整流板と静電チャックの上面との位置関係の一例を示す図である。

【図5】図５は、半導体ウエハの周方向におけるチャンバ内の圧力分布のシミュレーション結果の一例を示す図である。

【図6】図６は、処理条件を変えた場合の半導体ウエハの周方向におけるチャンバ内の圧力分布のシミュレーション結果の一例を示す図である。

【図7】図７は、図６の拡大図である。

【図8】図８は、処理条件を変えた場合のチャンバ内の平均圧力の一例を示す図である。

【図9】図９は、実施例２における整流板と静電チャックの上面との位置関係の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、チャンバと、載置台と、排気路と、排気装置と、バッフル板と、整流板とを備える。チャンバは、気密に構成され、内部で生成されたプラズマにより、内部に搬入された被処理基板に所定の処理を行う。載置台は、チャンバ内に設けられ、被処理基板を載置する。排気路は、載置台を囲むように載置台の周囲に設けられ、載置台に載置された被処理基板の上方の処理空間内のガスを排気する。排気装置は、排気路に接続され、排気路を介して処理空間内のガスを排気する。バッフル板は、複数の貫通孔を有し、載置台を囲むように処理空間と排気路との間に設けられる。整流板は、バッフル板よりも処理空間から遠い位置の排気路内に、載置台を囲むように載置台の周囲に設けられ、載置台の周囲において、排気装置が接続された排気路内の位置から離れるほど、排気路内の流路の断面積が大きくなる開口を排気路内に形成する。

【0011】

また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、整流板は、載置台の周囲に設けられた排気路の内壁において、載置台に近い側の排気路の内壁に設けられ、整流板の外周面と、載置台から遠い側の排気路の内壁との間の隙間により、開口が形成されてもよい。

【0012】

また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、整流板の形状は、上方から見た場合に環状であり、内周面が排気路の内壁に接し、外周面の中心が、被処理基板が載置される載置台の載置面の中心より排気装置に近い位置にあってもよい。

【0013】

また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、整流板は、載置台の周囲に設けられた排気路の内壁において、載置台から遠い側の排気路の内壁に設けられ、整流板の内周面と、載置台に近い側の排気路の内壁との間の隙間により、開口が形成されてもよい。

【0014】

また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、整流板の形状は、上方から見た場合に環状であり、外周面が排気路の内壁に接し、内周面の中心が、被処理基板が載置される載置台の載置面の中心より排気装置から遠い位置にあってもよい。

【0015】

また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、バッフル板は、被処理基板が載置される載置台の載置面よりも低い位置に設けられてもよい。

【0016】

また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、バッフル板と整流板とは、整流板の厚さよりも長い距離、離れていてもよい。

【0017】

また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、バッフル板は、載置台から離れるほど位置が高くなるように、載置台の周囲に斜めに設けられていてもよい。

【0018】

また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、複数の貫通孔は、バッフル板の面内に略均等な間隔で設けられてもよい。

【0019】

また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、整流板は、排気路内に単一の開口を形成してもよい。

【0020】

以下に、開示するプラズマ処理装置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、本実施形態により開示される発明が限定されるものではない。また、以下に示す各実施例は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。

【実施例1】

【0021】

［プラズマ処理装置１０］
図１は、プラズマ処理装置１０の一例を示す断面図である。プラズマ処理装置１０は、例えば図１に示すように、気密に構成されたチャンバ１を備える。チャンバ１は、例えば表面に陽極酸化処理が施されたアルミニウム等により、略円筒状に形成され、接地されている。チャンバ１内には、被処理基板の一例である半導体ウエハＷを水平に支持する載置台２が設けられている。

【0022】

載置台２は、基材２ａおよび静電チャック６を有する。基材２ａは、例えばアルミニウム等の導電性の金属で構成されている。載置台２は、下部電極としても機能する。基材２ａは、導体で構成された支持台４に支持されている。支持台４は、絶縁板３を介してチャンバ１の底部に支持されている。また、載置台２の上方の外周には、例えば単結晶シリコン等で形成されたフォーカスリング５が設けられている。さらに、載置台２および支持台４の周囲を囲むように、例えば石英等からなる円筒状の内壁部材３ａが設けられている。

【0023】

基材２ａの上面には、静電チャック６が設けられている。静電チャック６は、絶縁体６ｂと、絶縁体６ｂの間に設けられた電極６ａとを有する。電極６ａは、直流電源１２に接続されている。静電チャック６は、直流電源１２から印加された直流電圧によって静電チャック６の表面にクーロン力を発生させることにより、半導体ウエハＷを静電チャック６の上面に吸着保持する。載置台２は、静電チャック６の上面に半導体ウエハＷを吸着保持させることにより、半導体ウエハＷを載置する。静電チャック６の上面は、載置台２の載置面に相当する。

【0024】

基材２ａの内部には、冷媒が流れる流路２ｂが形成されている。流路２ｂには、載置台２ｃおよび２ｄを介してガルデンなどの冷媒が循環する。流路２ｂ内を循環する冷媒により、載置台２および支持台４が所定の温度に制御される。また、載置台２には、載置台２を貫通するように、半導体ウエハＷの裏面側にヘリウムガス等の熱伝達ガス（バックサイドガス）を供給するための配管３０が設けられている。配管３０は、図示しないバックサイドガス供給源に接続されている。流路２ｂ内を流れる冷媒と、半導体ウエハＷの裏面側に供給される熱伝達ガスによって、静電チャック６の上面に吸着保持された半導体ウエハＷを、所定の温度に制御することができる。

【0025】

載置台２の上方には、載置台２と略平行に対向するように、換言すれば、載置台２上に載置された半導体ウエハＷと対向するように、シャワーヘッド１６が設けられている。シャワーヘッド１６は、上部電極としても機能する。即ち、シャワーヘッド１６と載置台２とは、一対の電極（上部電極と下部電極）として機能する。載置台２上に載置された半導体ウエハＷと、シャワーヘッド１６との間を処理空間Ｓと呼ぶ。載置台２の基材２ａには、整合器１１ａを介して高周波電源１０ａが接続されている。また、載置台２の基材２ａには、整合器１１ｂを介して高周波電源１０ｂが接続されている。

【0026】

高周波電源１０ａは、プラズマの発生に用いられる所定の周波数（例えば１００ＭＨｚ）の高周波電力を載置台２の基材２ａに供給する。また、高周波電源１０ｂは、イオンの引き込み（バイアス）に用いられる所定の周波数の高周波電力であって、高周波電源１０ａよりも低い周波数（例えば１３ＭＨｚ）の高周波電力を載置台２の基材２ａに供給する。

【0027】

シャワーヘッド１６は、チャンバ１の上部に設けられている。シャワーヘッド１６は、本体部１６ａと上部天板１６ｂとを備える。シャワーヘッド１６は、絶縁性部材４５を介してチャンバ１の上部に支持されている。本体部１６ａは、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウム等により形成され、その下部に上部天板１６ｂを着脱自在に支持する。上部天板１６ｂは、例えば石英等のシリコン含有物質で形成される。

【0028】

本体部１６ａの内部には、ガス拡散室１６ｃおよび１６ｄが設けられている。本体部１６ａの底部には、ガス拡散室１６ｃまたは１６ｄの下部に位置するように、多数のガス流通口１６ｅが形成されている。ガス拡散室１６ｃは、シャワーヘッド１６の略中央に設けられ、ガス拡散室１６ｄは、ガス拡散室１６ｃを囲むようにガス拡散室１６ｃの周囲に設けられている。ガス拡散室１６ｃおよび１６ｄは、処理ガスの流量等を独立に制御可能となっている。

【0029】

上部天板１６ｂには、当該上部天板１６ｂを厚さ方向に貫通するようにガス流通口１６ｆが設けられており、それぞれのガス流通口１６ｆは、上記したガス流通口１６ｅに連通している。このような構成により、ガス拡散室１６ｃおよび１６ｄに供給された処理ガスは、ガス流通口１６ｅまたは１６ｆを介してチャンバ１内にシャワー状に拡散されて供給される。なお、本体部１６ａ等には、図示しないヒータや、冷媒を循環させるための図示しない配管等の温度調整機構が設けられており、半導体ウエハＷの処理中にシャワーヘッド１６を所望の範囲内の温度に制御できるようになっている。

【0030】

シャワーヘッド１６の本体部１６ａには、ガス拡散室１６ｃに処理ガスを導入するためのガス導入口１６ｇと、ガス拡散室１６ｄに処理ガスを導入するためのガス導入口１６ｈとが設けられている。ガス導入口１６ｇには、配管１５ａの一端が接続されている。配管１５ａの他端は、弁Ｖ１およびマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１５ｃを介して、半導体ウエハＷの処理に用いられる処理ガスを供給する処理ガス供給源１５に接続されている。また、ガス導入口１６ｈには、配管１５ｂの一端が接続されている。配管１５ｂの他端は、弁Ｖ２およびＭＦＣ１５ｄを介して、処理ガス供給源１５に接続されている。処理ガス供給源１５から供給された処理ガスは、配管１５ａおよび１５ｂを介してガス拡散室１６ｃおよび１６ｄにそれぞれ供給され、それぞれのガス流通口１６ｅおよび１６ｆを介してチャンバ１内にシャワー状に拡散されて供給される。

【0031】

シャワーヘッド１６には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５１およびスイッチ５３を介して可変直流電源５２が電気的に接続されている。スイッチ５３は、可変直流電源５２からシャワーヘッド１６への直流電圧の供給および遮断を制御する。例えば、高周波電源１０ａおよび１０ｂから高周波電力が載置台２に供給されてチャンバ１内の処理空間Ｓにプラズマが生成される際には、必要に応じてスイッチ５３がオンとされ、上部電極として機能するシャワーヘッド１６に所定の直流電圧が印加される。

【0032】

載置台２の周囲には、載置台２を囲むように排気路７１が設けられている。排気路７１には排気管７２が接続され、排気管７２には排気装置７３が接続されている。排気装置７３は、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプを有する。この真空ポンプを作動させることにより、排気装置７３は、排気路７１を介して、チャンバ１内を所定の真空度まで減圧することができる。

【0033】

処理空間Ｓと排気路７１との間には、複数の貫通孔を有するバッフル板１８が、載置台２を囲むように載置台２の周囲に設けられている。バッフル板１８は、排気路７１の内壁において、載置台２に近い側の内壁７７と、載置台２から遠い側の内壁７６との間に設けられている。本実施例において、バッフル板１８は、半導体ウエハＷが載置される静電チャック６の上面よりも低い位置に設けられている。また、本実施例において、バッフル板１８は、載置台２から離れるほど位置が高くなるように、載置台２の周囲に斜めに設けられている。バッフル板１８は、処理空間Ｓ内に生成されたプラズマを処理空間Ｓ内に閉じ込めると共に、処理空間Ｓ内の供給された処理ガスを排気路７１内へ通過させる。

【0034】

排気路７１内において、バッフル板１８よりも処理空間Ｓから遠い位置には、載置台２を囲むように載置台２の周囲に整流板１９が設けられている。整流板１９は、例えば表面に陽極酸化処理が施されたアルミニウム等により形成される。整流板１９は、バッフル板１８から所定距離離れて配置される。本実施例において、バッフル板１８と整流板１９との間の距離は、整流板１９の厚さよりも長い。本実施例において、整流板１９は、排気路７１内において、載置台２に近い側の内壁７７に設けられる。整流板１９は、排気路７１内において、バッフル板１８から、排気管７２を介して排気装置７３へ流れる処理ガスの排気量を、排気装置７３からの距離に応じて調整する。即ち、整流板１９は、載置台２の周囲において、排気装置７３に近いほどバッフル板１８から排気装置７３へ流れる処理ガスの排気量が少なく、排気装置７３から遠いほどバッフル板１８から排気装置７３へ流れる処理ガスの排気量が多くなるように、排気路７１内を流れる処理ガスの排気量を調整する。

【0035】

チャンバ１の側壁には、開口部７４が設けられており、開口部７４には、当該開口部７４を開閉するゲートバルブＧが設けられている。また、チャンバ１の内壁および載置台２の外周面には、デポシールドが着脱自在に設けられている。デポシールドは、チャンバ１の内壁にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止する。静電チャック６上に吸着保持された半導体ウエハＷと略同じ高さのデポシールドの位置には、直流的にグランドに接続された導電性部材（ＧＮＤブロック）７９が設けられている。ＧＮＤブロック７９により、チャンバ１内の異常放電が抑制される。

【0036】

また、チャンバ１の周囲には、同心円状にリング磁石８０が配置されている。リング磁石８０は、シャワーヘッド１６と載置台２との間の処理空間Ｓ内に磁場を形成する。リング磁石８０は、図示しない回転機構により回転自在に保持されている。

【0037】

上記のように構成されたプラズマ処理装置１０は、制御部６０によって、その動作が統括的に制御される。制御部６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を有しプラズマ処理装置１０の各部を制御するプロセスコントローラ６１と、ユーザインターフェース６２と、記憶部６３とを備える。

【0038】

ユーザインターフェース６２は、オペレータがプラズマ処理装置１０を操作するためのコマンド等の入力に用いられるキーボードや、プラズマ処理装置１０の稼動状況を可視化して表示するディスプレイ等を含む。

【0039】

記憶部６３には、プラズマ処理装置１０で実行される各種処理をプロセスコントローラ６１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や、処理条件のデータ等が記憶されたレシピが格納されている。プロセスコントローラ６１は、記憶部６３内に記憶された制御プログラムに基づいて動作し、ユーザインターフェース６２を介して受け付けた指示等に応じて、レシピ等を記憶部６３から読み出す。そして、プロセスコントローラ６１が、読み出したレシピ等に応じてプラズマ処理装置１０を制御することにより、プラズマ処理装置１０によって所望の処理が行われる。また、プロセスコントローラ６１は、コンピュータで読み取り可能な記録媒体（例えば、ハードディスク、ＣＤ、フレキシブルディスク、半導体メモリ等）などに格納された制御プログラムやレシピ等を、当該記録媒体から読み出して実行することも可能である。また、プロセスコントローラ６１は、他の装置の記憶部内に格納された制御プログラムやレシピ等を、例えば通信回線を介して当該他の装置から取得して実行することも可能である。

【0040】

プラズマ処理装置１０において半導体ウエハＷにプラズマ処理を行う場合、制御部６０は、プラズマ処理装置１０に対して以下の制御を行う。まず、制御部６０は、静電チャック６上に半導体ウエハＷが載置された状態で、弁Ｖ１、弁Ｖ２、ＭＦＣ１５ｃ、およびＭＦＣ１５ｄを制御して、ガス拡散室１６ｃおよび１６ｄ内に所定の流量の処理ガスをそれぞれ供給する。ガス拡散室１６ｃおよび１６ｄ内に供給された処理ガスは、ガス流通口１６ｅおよび１６ｆを介してチャンバ１内にシャワー状に拡散されて供給される。また、制御部６０は、排気装置７３の排気量を制御することにより、チャンバ１内を所定の圧力に制御する。

【0041】

そして、制御部６０は、高周波電源１０ａおよび１０ｂにそれぞれ所定の高周波電力を発生させ載置台２に印加させると共に、スイッチ５３をオンに制御し、シャワーヘッド１６に所定の直流電圧を印加する。これにより、静電チャック６上の半導体ウエハＷと、シャワーヘッド１６との間の処理空間Ｓに、処理ガスのプラズマが生成される。そして、処理空間Ｓに生成されたプラズマに含まれるイオンやラジカルにより、静電チャック６上の半導体ウエハＷにエッチングや成膜等の所定の処理が行われる。

【0042】

図２は、バッフル板１８の一例を示す上面図である。バッフル板１８の外形は、例えば図２に示すように、上方から見た場合、即ち、シャワーヘッド１６から載置台２へ向かう方向から見た場合に環状である。また、バッフル板１８には、バッフル板１８の面内に略均等な間隔で複数の貫通孔１８０が設けられている。本実施例において、複数の貫通孔１８０は、バッフル板１８の面内に同心円状に配置されている。なお、複数の貫通孔１８０は、略均等な間隔でバッフル板１８の面内に設けられていれば、同心円状の配置以外に、放射状や格子状に配置されていてもよい。また、それぞれの貫通孔１８０の開口は、円状であるが、それぞれ開口が同一の形状であれば、楕円状、長丸状、扇形状等であってもよい。

【0043】

図３は、整流板１９の一例を示す上面図である。整流板１９の外形は、例えば図３に示すように、上方から見た場合、即ち、シャワーヘッド１６から載置台２へ向かう方向から見た場合に環状である。本実施例において、整流板１９の外周面１９０および内周面１９１は、上方から見た場合に、略円状である。ただし、外周面１９０が形成する円の中心Ｏ₁と、内周面１９１が形成する円の中心Ｏ₂とは、位置が異なる。即ち、外周面１９０が形成する円は、内周面１９１が形成する円に対して偏心している。そのため、整流板１９は、上方から見た場合に、周方向の位置に応じて径方向の幅が異なる。なお、整流板１９の外周面１９０および内周面１９１は、上方から見た場合に略楕円状であってもよい。

【0044】

図４は、実施例１における整流板１９と静電チャック６の上面との位置関係の一例を示す図である。シャワーヘッド１６から載置台２へ向かう方向から見た場合、整流板１９の径方向の幅は、排気路７１内の流路の断面の幅よりも狭い。そのため、排気路７１内には、整流板１９の外周面１９０と、排気路７１内の載置台２から遠い側の内壁７６との間の隙間２０により、開口７５が形成される。本実施例において、整流板１９は、排気路７１内に単一の開口７５を形成する。

【0045】

また、例えば図４に示すように、整流板１９が排気路７１内に設けられた状態において整流板１９の内周面１９１の中心は、静電チャック６の上面が形成する円の中心Ｏ₃と一致する。一方、整流板１９の外周面１９０の中心Ｏ₁は、静電チャック６の上面が形成する円の中心Ｏ₃よりも、排気路７１と排気装置７３とを接続する排気管７２側に位置する。即ち、排気管７２から外周面１９０の中心Ｏ₁までの距離Ｌ１は、排気管７２から静電チャック６の上面が形成する円の中心Ｏ₃までの距離Ｌ２よりも短い。これにより、整流板１９の外周面１９０と、排気路７１内の載置台２から遠い側の内壁７６との間に形成された開口７５は、周方向において、排気管７２に近いほど狭く、排気管７２から遠いほど広くなっている。

【0046】

本実施例のプラズマ処理装置１０において、処理空間Ｓ内に供給された処理ガスは、排気装置７３の動作により、バッフル板１８に形成された複数の貫通孔１８０を介して排気路７１内へ流れる。そして、バッフル板１８を通過した処理ガスは、整流板１９の外周面１９０と、排気路７１内の内壁７６との間に形成された開口７５を通って排気管７２へ流れる。整流板１９と、排気路７１内の内壁７６との間に形成された開口７５は、排気管７２に近いほど狭く、排気管７２から遠いほど広い。そのため、排気管７２に近い流路内の排気量の上昇が抑えられ、排気管７２から遠い流路内の排気量の低下が抑えられる。これにより、半導体ウエハＷの周方向において、処理空間Ｓから排気路７１を通って排気される処理ガスの排気量の偏りを抑制することができる。

【0047】

ここで、バッフル板１８に形成された各貫通孔１８０の開口面積は、処理空間Ｓ内にプラズマを閉じ込めることができる範囲で広く形成される。これにより、バッフル板１８による排気コンダクタンスの低下が抑制される。そのため、任意の圧力の処理条件においても、処理空間Ｓ内の圧力を所定の圧力に制御することが可能となる。

【0048】

また、バッフル板１８と整流板１９とは所定距離離れているため、バッフル板１８の各貫通孔１８０を介して排気路７１内に排気された処理ガスは、排気路７１内を通って、整流板１９と、排気路７１内の内壁７６との間に形成された開口７５に滑らかに流れ込む。整流板１９は、バッフル板１８の各貫通孔１８０を介して排気路７１内に排気された処理ガスの流れを遮ることなく、なだらかに流路を変更する。これにより、バッフル板１８と整流板１９との間の排気路７１内における排気コンダクタンスの低下が抑えられ、排気路７１内における圧力上昇が抑えられる。

【0049】

このように、本実施例のプラズマ処理装置１０では、排気路７１内にバッフル板１８と整流板１９とを設け、排気される処理ガスの流れを２段階で徐々に整流する。これにより、排気路７１内の排気コンダクタンスの低下が抑えられると共に、載置台２の周囲において処理ガスの排気量の偏りが抑制される。これにより、半導体ウエハＷ上の処理空間Ｓにおいて、半導体ウエハＷの周方向における処理ガスの圧力および流速の偏りを抑制することができる。これにより、半導体ウエハＷ上の処理空間Ｓにおいて、半導体ウエハＷの周方向における処理ガスの密度の偏りを抑制することができ、処理後の半導体ウエハＷにおけるＣＤ偏り等の特性のばらつきを抑制することができる。

【0050】

［シミュレーション結果］
図５は、半導体ウエハＷの周方向におけるチャンバ１内の圧力分布のシミュレーション結果の一例を示す図である。図５の横軸は、半導体ウエハＷ上の所定の位置を基準とした周方向の角度を示す。図５の縦軸は、半導体ウエハＷの周方向におけるチャンバ１内の圧力と、半導体ウエハＷの周方向におけるチャンバ１内の平均圧力との圧力差を示す。図５では、半導体ウエハＷの中心から１５０ｍｍ離れた円周上の処理空間Ｓ内の圧力を示している。図５に示した比較例１は、排気路７１内にバッフル板１８のみが設けられており、排気路７１内に整流板１９が設けられていないプラズマ処理装置１０におけるシミュレーション結果である。

【0051】

図５のシミュレーション結果から明らかなように、比較例１のプラズマ処理装置１０では、半導体ウエハＷの周方向におけるチャンバ１内の圧力差の最大値と最小値の差が約０．０８ｍＴとなっている。これに対し、排気路７１内にバッフル板１８と整流板１９とが設けられている本実施例１のプラズマ処理装置１０では、半導体ウエハＷの周方向におけるチャンバ１内の圧力差の最大値と最小値の差が約０．０１ｍＴ未満となっている。図５のシミュレーション結果から明らかなように、本実施例のプラズマ処理装置１０では、排気路７１内にバッフル板１８と整流板１９とを設けることにより、半導体ウエハＷの周方向におけるチャンバ１内の圧力分布の偏りが抑制されている。

【0052】

図６および図７は、処理条件を変えた場合の半導体ウエハＷの周方向におけるチャンバ１内の圧力分布のシミュレーション結果の一例を示す図である。図７は、図６における、圧力差が０から０．０２ｍＴまでの範囲を拡大した図である。変化させる処理条件としては、チャンバ１内の圧力と、チャンバ１内に供給される処理ガスの流量を用いた。処理ガスとしては、Ｎ２ガスを用いた。図６および図７の横軸は、処理ガス（Ｎ２ガス）の流量を示す。図６および図７の縦軸は、半導体ウエハＷの周方向におけるチャンバ１内の圧力の最大値と最小値との差を示す。

【0053】

図６（ａ）および図７（ａ）は、チャンバ１内の圧力を１５ｍＴに制御し、処理ガスの流量を変えた場合の半導体ウエハＷの周方向の圧力差を示す。図６（ｂ）および図７（ｂ）は、チャンバ１内の圧力を５０ｍＴに制御し、処理ガスの流量を変えた場合の半導体ウエハＷの周方向の圧力差を示す。図６（ｃ）および図７（ｃ）は、チャンバ１内の圧力を８０ｍＴに制御し、処理ガスの流量を変えた場合の半導体ウエハＷの周方向の圧力差を示す。

【0054】

ここで、図６および図７に示した比較例２は、排気路７１内にバッフル板１８のみが設けられており、排気路７１内に整流板１９が設けられていないプラズマ処理装置１０におけるシミュレーション結果である。ただし、比較例２のプラズマ処理装置１０に設けられたバッフル板１８の貫通孔の開口面積は、実施例１のプラズマ処理装置１０に設けられたバッフル板１８内の貫通孔１８０の開口面積よりも小さい。比較例２のプラズマ処理装置１０では、バッフル板１８の貫通孔の開口面積を小さくすることにより、バッフル板１８を介して処理ガスが排気される際の排気コンダクタンスが低くなる。そのため、バッフル板１８を介して排気される処理ガスの流速が全体的に小さくなり、処理空間Ｓ内に処理ガスが滞留する。これにより、処理空間Ｓ内において、半導体ウエハＷの周方向におけるチャンバ１内の圧力分布の偏りが抑制される。

【0055】

また、図６および図７に示した比較例３は、排気路７１内にバッフル板１８のみが設けられており、排気路７１内に整流板１９が設けられていないプラズマ処理装置１０におけるシミュレーション結果である。ただし、比較例３のプラズマ処理装置１０に設けられたバッフル板１８が有する複数の貫通孔は、排気装置７３が接続された排気管７２に近いほど密度が低く、排気管７２から遠いほど密度が高くなるように配置されている。これにより、比較例３のプラズマ処理装置１０では、半導体ウエハＷの周方向において、排気装置７３が接続された排気管７２に近いほど排気コンダクタンスが低くなり、排気管７２から遠いほど排気コンダクタンスが高くなる。そのため、半導体ウエハＷの周方向において、バッフル板１８を介して排気される処理ガスの流速の偏りが抑制される。これにより、処理空間Ｓ内において、半導体ウエハＷの周方向におけるチャンバ１内の圧力分布の偏りが抑制される。

【0056】

図６のシミュレーション結果を参照すると、比較例１のプラズマ処理装置１０は、実施例１のプラズマ処理装置１０に比べて、半導体ウエハＷの周方向におけるチャンバ１内の圧力差が大きい。また、比較例１のプラズマ処理装置１０は、実施例１のプラズマ処理装置１０に比べて、チャンバ１内の圧力および処理ガスの流量の変化に対して、半導体ウエハＷの周方向におけるチャンバ１内の圧力差の変化量が大きい。処理条件の変化に対して、半導体ウエハＷの周方向における圧力差の変化量が大きいと、半導体ウエハＷの周方向における圧力差を所定範囲内に抑えることができる処理条件が制限されてしまう。

【0057】

また、図６および図７のシミュレーション結果を参照すると、比較例２のプラズマ処理装置１０は、実施例１のプラズマ処理装置１０に比べて、半導体ウエハＷの周方向におけるチャンバ１内の圧力差が小さい場合がある。しかし、比較例２のプラズマ処理装置１０では、実施例１のプラズマ処理装置１０に比べて、チャンバ１内の圧力および処理ガスの流量の変化に対して、半導体ウエハＷの周方向におけるチャンバ１内の圧力差の変化量が大きい。比較例２においても、処理条件の変化に対して半導体ウエハＷの周方向における圧力差の変化量が大きいため、半導体ウエハＷの周方向における圧力差を所定範囲内に抑えることができる処理条件が制限される。

【0058】

また、図６および図７のシミュレーション結果を参照すると、比較例３のプラズマ処理装置１０は、実施例１のプラズマ処理装置１０に比べて、半導体ウエハＷの周方向におけるチャンバ１内の圧力差が全体的に大きい。また、比較例３のプラズマ処理装置１０では、実施例１のプラズマ処理装置１０に比べて、チャンバ１内の圧力および処理ガスの流量の変化に対して、半導体ウエハＷの周方向におけるチャンバ１内の圧力差の変化量も大きい。比較例３においても、処理条件の変化に対して半導体ウエハＷの周方向における圧力差の変化量が大きいため、半導体ウエハＷの周方向における圧力差を所定範囲内に抑えることができる処理条件が制限される。

【0059】

また、図６および図７のシミュレーション結果を参照すると、本実施例１のプラズマ処理装置１０は、比較例１〜３のプラズマ処理装置１０に比べて、半導体ウエハＷの周方向におけるチャンバ１内の圧力差が小さい。また、本実施例１のプラズマ処理装置１０では、比較例１〜３のプラズマ処理装置１０に比べて、チャンバ１内の圧力および処理ガスの流量の変化に対して、半導体ウエハＷの周方向におけるチャンバ１内の圧力差の変化量が小さい。本実施例１のプラズマ処理装置１０では、比較例１〜３のプラズマ処理装置１０に比べて、処理条件の変化に対して半導体ウエハＷの周方向における圧力差の変化量が小さいため、より広範囲の任意の処理条件において、半導体ウエハＷの周方向における圧力差を所定範囲内に抑えることができる。

【0060】

また、図６および図７のシミュレーション結果を参照すると、比較例１〜３および実施例１では、チャンバ１内の圧力が低くなるほど、処理条件の変化に対して、半導体ウエハＷの周方向における圧力差の変化量が大きくなっている。そのため、半導体ウエハＷに対してより低圧の処理条件で処理が行われる場合、処理ガスの流量等の処理条件の変化に対する、半導体ウエハＷの周方向における圧力差の変化量はさらに大きくなる。

【0061】

図８は、処理条件を変えた場合のチャンバ１内の平均圧力のシミュレーション結果の一例を示す図である。変化させる処理条件としては、図６および図７と同様に、チャンバ１内の圧力と処理ガス（Ｎ２ガス）の流量とを用いた。図８の横軸は、処理ガス（Ｎ２ガス）の流量を示す。図８の縦軸は、チャンバ１内の平均圧力を示す。

【0062】

図８のシミュレーション結果を参照すると、比較例２は、比較例１、比較例３、および実施例１に比べて、チャンバ１内の平均圧力が全体的に大きい。比較例２のプラズマ処理装置１０では、バッフル板１８の貫通孔１８０の開口面積を小さくすることにより、バッフル板１８の排気コンダクタンスを低くしているため、チャンバ１内の平均圧力が高くなる。半導体ウエハＷの加工の微細化が進むと、より低圧の処理条件で半導体ウエハＷに対するプラズマ処理が行われる。しかし、比較例２のプラズマ処理装置１０では、半導体ウエハＷの周方向におけるチャンバ１内の圧力分布の偏りが抑制されるものの、チャンバ１内の圧力が上昇してしまい、チャンバ１内を低圧に制御することが困難となる。

【0063】

これに対し、本実施例１のプラズマ処理装置１０では、図８のシミュレーション結果から明らかなように、チャンバ１内の平均圧力の上昇が抑えられている。そのため、本実施例１のプラズマ処理装置１０では、より低圧の処理条件においても、チャンバ１内の圧力を所定の圧力に制御することが可能となる。

【0064】

以上、実施例１におけるプラズマ処理装置１０について説明した。上記説明から明らかなように、実施例１におけるプラズマ処理装置１０によれば、任意の処理条件において、半導体ウエハＷの周方向における処理ガスの圧力および流速の偏りを抑制することができる。

【実施例2】

【0065】

実施例１のプラズマ処理装置１０において、整流板１９は、載置台２に近い側の排気路７１の内壁７７に設けられるが、本実施例のプラズマ処理装置１０では、整流板１９は、載置台２から遠い側の排気路７１の内壁７６に設けられる点が実施例１のプラズマ処理装置１０とは異なる。以下、実施例２のプラズマ処理装置１０について説明する。なお、排気路７１内における整流板１９の取り付け位置以外は、図１を用いて説明した実施例１のプラズマ処理装置１０と同様であるため、重複する説明は省略する。

【0066】

図９は、実施例２における整流板１９と静電チャック６の上面との位置関係の一例を示す図である。例えば図９に示すように、本実施例における整流板１９は、排気路７１内において、載置台２から遠い側の内壁７６に設けられる。また、上方から見た場合、整流板１９の径方向の幅は、排気路７１内の流路の断面の幅よりも狭い。そのため、排気路７１内には、整流板１９の内周面１９１と、排気路７１内の載置台２に近い側の内壁７７との間の隙間２０により、開口７５が形成される。

【0067】

整流板１９が排気路７１内に設けられた状態において整流板１９の外周面１９０の中心は、静電チャック６の上面が形成する円の中心Ｏ₃と一致する。一方、整流板１９の内周面１９１の中心Ｏ₄は、静電チャック６の上面が形成する円の中心Ｏ₃よりも、排気管７２から遠い側に位置する。即ち、排気管７２から静電チャック６の上面が形成する円の中心Ｏ₃までの距離Ｌ３は、排気管７２から内周面１９１の中心Ｏ₄までの距離Ｌ４よりも短い。これにより、整流板１９の内周面１９１と、排気路７１内の載置台２に近い側の内壁７７との間に形成された開口７５は、周方向において、排気管７２に近いほど狭く、排気管７２から遠いほど広くなっている。

【0068】

本実施例における整流板１９においても、載置台２の周囲において、排気管７２に近いほどバッフル板１８から排気管７２へ流れる処理ガスの排気量が少なく、排気管７２から遠いほどバッフル板１８から排気管７２へ流れる処理ガスの排気量が多くなるように、排気路７１内を流れる処理ガスの排気量が調整される。これにより、半導体ウエハＷの周方向において、処理空間Ｓから排気路７１を通って排気される処理ガスの排気量の偏りを抑制することができる。

【0069】

また、本実施例のプラズマ処理装置１０においても、排気路７１内の流路内にバッフル板１８と整流板１９とが設けられ、排気される処理ガスが２段階で徐々に整流される。これにより、排気路７１内の排気コンダクタンスの低下が抑えられると共に、載置台２の周囲において処理ガスの排気量の偏りが抑制される。

【0070】

［その他］
上記した実施例１および２において、バッフル板１８は、載置台２から離れるほど位置が高くなるように、載置台２の周囲に斜めに設けられているが、開示の技術はこれに限られない。例えば、バッフル板１８は、載置台２の周囲に略水平に設けられてもよく、載置台２から離れるほど位置が低くなるように、載置台２の周囲に斜めに設けられてもよい。なお、バッフル板１８と整流板１９との間の距離は、バッフル板１８と水平面とのなす角度が小さいほど長く、バッフル板１８と水平面とのなす角度が大きいほど短いことが好ましい。ただし、いずれの場合でも、バッフル板１８と整流板１９との間の距離は、整流板１９の厚さよりも長い。

【0071】

また、上記した各実施例では、半導体ウエハＷに対してプラズマを用いたエッチングを行うプラズマ処理装置１０を例に説明したが、開示の技術はこれに限られない。排気路７１内にバッフル板１８と整流板１９とが設けられ、プラズマを用いて半導体ウエハＷに対する処理を行う装置であれば、半導体ウエハＷ上に所定の膜を形成する成膜装置や、半導体ウエハＷをプラズマに晒すことにより半導体ウエハＷ上に形成された膜の性質を変化させる改質装置等においても、上記した各実施例で説明した技術を適用することができる。

【0072】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者には明らかである。また、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【符号の説明】

【0073】

Ｓ 処理空間
Ｗ 半導体ウエハ
１０ プラズマ処理装置
１ チャンバ
２ 載置台
６ 静電チャック
１６ シャワーヘッド
１８ バッフル板
１８０ 貫通孔
１９ 整流板
１９０ 外周面
１９１ 内周面
２０ 隙間
７１ 排気路
７２ 排気管
７３ 排気装置
７５ 開口
７６ 内壁
７７ 内壁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】