特開 2024-22245 プラズマ処理装置および成膜方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024022245

(43)【公開日】2024-02-16

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置および成膜方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/31 20060101AFI20240208BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20240208BHJP

   C23C 16/507 20060101ALI20240208BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20240208BHJP

【ＦＩ】

H01L21/31 C

H01L21/302 101C

C23C16/507

H05H1/46 L

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022125677

(22)【出願日】2022-08-05

(71)【出願人】

【識別番号】301071413

【氏名又は名称】株式会社 セルバック

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(74)【代理人】

【識別番号】100132883

【弁理士】

【氏名又は名称】森川 泰司

(74)【代理人】

【識別番号】100174388

【弁理士】

【氏名又は名称】龍竹 史朗

(74)【代理人】

【識別番号】100165489

【弁理士】

【氏名又は名称】榊原 靖

(72)【発明者】

【氏名】和田 和夫

【テーマコード（参考）】

2G084

4K030

5F004

5F045

【Ｆターム（参考）】

2G084AA02

2G084AA05

2G084BB05

2G084BB23

2G084CC13

2G084CC33

2G084DD03

2G084DD13

2G084DD25

2G084DD33

2G084DD38

2G084DD55

2G084FF32

4K030AA06

4K030AA14

4K030AA18

4K030BA40

4K030FA04

4K030KA02

4K030KA15

5F004BB13

5F004BD04

5F004DA01

5F004DB03

5F004DB07

5F004EA28

5F045AA08

5F045AB32

5F045AB33

5F045AB34

5F045AC01

5F045AC11

5F045AC15

5F045AF03

5F045AF07

5F045AF09

5F045DP04

5F045EE19

5F045EH11

5F045EH20

(57)【要約】

【課題】誘導コイルの劣化を抑制することができるプラズマ処理装置および成膜方法を提供する。
【解決手段】プラズマ処理装置１は、チャンバ１０１と、チャンバ１０１内に原料ガスを供給する原料ガス供給部１２１、１２２、１２３およびエッチャントガスを供給するエッチャントガス供給部１１１と、高周波電力を出力する高周波発生源１０２１と、管状に形成され、チャンバ１０１の外側に配置されるとともに、チャンバ１０１内に原料ガスまたはエッチャントガスが充填された状態で高周波発生源１０２１から高周波電力が供給されることにより、チャンバ１０１内に高周波磁界を発生させてチャンバ１０１内にプラズマＰＬＭを発生させる誘導コイル１０２３と、誘導コイル１０２３の内側に冷媒を供給する冷媒供給部１７１と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

チャンバと、
前記チャンバ内に気体を供給する気体供給部と、
高周波電力を出力する高周波発生源と、
導体から長尺の管状に形成され、前記チャンバの外側に配置されるとともに、前記チャンバ内に前記気体が充填された状態で前記高周波発生源から高周波電力が供給されることにより、前記チャンバ内に高周波磁界を発生させて前記チャンバ内にプラズマを発生させる誘導コイルと、
前記誘導コイルの内側に冷媒を供給する冷媒供給部と、を備える、
プラズマ処理装置。

【請求項2】

前記誘導コイルは、
平面視渦巻き状に延在し、中央部側の一端部が前記高周波発生源の出力端に電気的に接続され、外側の他端部が接地された第１渦巻き部と、
平面視渦巻き状に延在し、前記第１渦巻き部と隣り合う位置に配置されるとともに、中央部側の一端部が前記高周波発生源の出力端に電気的に接続され、外側の他端部が接地された第２渦巻き部と、を有し、
前記第２渦巻き部の巻回方向は、前記第１渦巻き部の巻回方向と逆向きである、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項3】

前記冷媒は、純度９９％以上の水である、
請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。

【請求項4】

一面に凹部または段差部が形成されたＳｉ基板を準備する準備工程と、
前記Ｓｉ基板に高周波電圧を印加しながら前記Ｓｉ基板上にＳｉＮから形成された絶縁膜を形成する成膜工程と、
前記Ｓｉ基板に高周波電圧を印加しながらエッチャントガスとしてＣＦ_４を用いて、１Ｐａの圧力雰囲気で前記絶縁膜をドライエッチングするエッチング工程と、を含み、
前記成膜工程と前記エッチング工程とは、交互に複数回繰り返され、
１回の前記エッチング工程におけるエッチング量は、１回の前記成膜工程における成膜量の６．９％超且つ２０．６％未満である、
成膜方法。

【請求項5】

１回の前記エッチング工程におけるエッチング量は、１回の前記成膜工程における成膜量の１２％以上１５％以下である、
請求項４に記載の成膜方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラズマ処理装置および成膜方法に関する。

【背景技術】

【0002】

真空チャンバと、真空チャンバの外側に設けられた磁場形成部材と、磁場形成部材に高周波電力を供給する高周波電源と、高周波電源と磁場形成部材とに接続された配線の途中に設けられた整合器と、を備え、磁場形成部材が、概略長方形の巻回部をその短辺方向に複数並べた線状導電部を有する誘導結合プラズマ処理装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５－２２８７３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、特許文献１に記載されたような誘導結合プラズマ処理装置では、誘導コイルの過度の温度上昇を抑制し、誘導コイルの劣化を抑制するために誘導コイルを冷却する機構が要請されている。

【0005】

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、誘導コイルの劣化を抑制することができるプラズマ処理装置および成膜方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明に係るプラズマ処理装置は、
チャンバと、
前記チャンバ内に気体を供給する気体供給部と、
高周波電力を出力する高周波発生源と、
導体から長尺の管状に形成され、前記チャンバの外側に配置されるとともに、前記チャンバ内に前記気体が充填された状態で前記高周波発生源から高周波電力が供給されることにより、前記チャンバ内に高周波磁界を発生させて前記チャンバ内にプラズマを発生させる誘導コイルと、
前記誘導コイルの内側に冷媒を供給する冷媒供給部と、を備える。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、誘導コイルが、導体から長尺の管状に形成され、冷媒供給部が、誘導コイルの内側に冷媒を供給する。これにより、誘導コイルの温度が過度に上昇することが抑制されるので、誘導コイルの劣化を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施の形態１に係るプラズマ処理装置の概略構成図である。

【図2】実施の形態１に係るプラズマ処理装置の正面図である。

【図3】実施の形態１に係るプラズマ処理装置の側面図である。

【図4】実施の形態１に係るプラズマ処理装置の一部を示し、（Ａ）は図２におけるＡ－Ａ線での断面矢視図であり、（Ｂ）は図３におけるＢ－Ｂ線での断面矢視図である。

【図5】実施の形態１に係るプラズマ処理装置の一部の底面図である。

【図6】実施の形態１に係るプラズマ処理装置の一部の分解斜視図である。

【図7】実施の形態１に係るプラズマ処理装置の一部を示し、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は分解斜視図である。

【図8】実施の形態１に係るプラズマ処理装置の一部を示す断面図である。

【図9】本発明の実施の形態２に係る成膜装置の概略構成図である。

【図10】実施の形態２に係る成膜方法を示すフローチャートである。

【図11】（Ａ）は実施の形態２に係る基板の一部を示す断面図であり、（Ｂ）は実施の形態２に係る半導体装置の一部を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

（実施の形態１）
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態に
係るプラズマ処理装置は、いわゆる誘導結合プラズマ型ＣＶＤ装置である。図１に示すように、このプラズマ処理装置１は、チャンバ１０１と、ステージ１９０と、高周波印加部１０２と、原料ガス供給部１２１、１２２、１２３と、エッチャントガス供給部１１１と、を備える。また、プラズマ処理装置１は、高周波印加部１０２、原料ガス供給部１２１、１２２、１２３およびエッチャントガス供給部１１１を制御する制御部２００と、冷媒供給部１７１と、を備える。更に、プラズマ処理装置１は、図２および図３に示すように、チャンバ１０１を支持する支持台１０９を備える。このプラズマ処理装置１は、例えばチャンバ１０１内に配置された基板Ｗの上面側にＳｉＯ_２のような酸化膜、ＳｉＯＮのような酸窒化絶縁膜、ＳｉＮのような窒化膜等の絶縁膜を成膜する。ここで、基板Ｗ１は、例えばＳｉ基板、サファイヤ基板、ガラス基板等が挙げられる。

【0010】

チャンバ１０１は、扁平な矩形箱状であり厚さ方向における一面側が開放されたチャンバ本体１０１１と、チャンバ本体１０１１の開放部分を覆う蓋体１０１２と、を有する。蓋体１０１２は、環状でありチャンバ本体１０１１の＋Ｚ方向側の端面全体に亘って配設されたＯリングのようなシール部材（図示せず）を介してチャンバ本体１０１１に装着されておりチャンバ１０１内が密閉されている。また、蓋体１０１２を厚さ方向から見たときの蓋体１０１２の中央部には、開口部１０１２ｂが形成されている。そして、蓋体１０１２には、後述する供給管１２５から供給される原料ガス、エッチャントガスをチャンバ１０１内へ導入するための導入路１０１２ａが形成されている。この導入路１０１２ａは、蓋体１０１２の上面側における開口部１０１２ｂの外周部から開口部１０１２ｂの内壁に至るように延在しており、延在方向における一端部が蓋体１０１２の上面側に開口し他端部が開口部１０１２ｂの内壁に開口している。また、チャンバ本体１０１１の側壁には、透光性材料から形成され、利用者がチャンバ１０１内を視認するための窓１０１１ａが配設されている。また、蓋体１０１２の＋Ｚ方向側には、ガラスのような誘電体材料から形成され開口部１０１２ｂを閉塞するように配置された誘電体窓１４１と、誘電体窓１４１を蓋体１０１２に固定する窓固定部材１４２と、が配設されている。

【0011】

支持台１０９は、＋Ｚ方向側にチャンバ１０１が載置されたベース部材１０９２と、ベース部材１０９２を支持する支持フレーム１０９１と、を有する。支持フレーム１０９１は、外形が略直方体状となるようにフレームを組み合わせることにより形成されており、内側にフレームで囲まれた略直方体状の領域Ｓ１が形成されている。

【0012】

図１に戻って、ステージ１９０は、チャンバ１０１内に配置され、絶縁膜を成膜する対象となる基板Ｗを支持する。このステージ１９０は、Ａｌ、ＳＵＳ、Ｃｕ等の金属で形成されている。また、ステージ１９０には、基板Ｗ１を加熱するためのヒータ１９１が埋設されている。

【0013】

原料ガス供給部１２１、１２２、１２３は、チャンバ１０１内へ絶縁膜の基となる原料ガスを導入する気体供給部である。原料ガスとしては、例えばＳｉＨ_４、Ｏ_２、Ｎ_２が挙げられる。原料ガス供給部１２１は、例えばＳｉＨ_４ガスを貯留するガス貯留部１２１ａと、ガス貯留部１２１ａからＳｉＨ_４ガスが供給される供給管１２１ｂと、を有する。また、原料ガス供給部１２１は、供給管１２１ｂに接続され供給管１２１ｂを流れる原料ガスを希釈するための希釈用ガスを供給管１２１ｂ内へ供給する供給管１２１ｅを有する。希釈用ガスとしては、例えばＨ_２ガスを採用することができる。更に、原料ガス供給部１２１は、供給管１２１ｂを流れる原料ガスの流量を調節するための流量調節バルブ１２１ｃと、供給管１２１ｅを流れる希釈用ガスの流量を調節するための流量調節バルブ１２１ｄと、を有する。原料ガス供給部１２２は、例えばＯ_２ガスを貯留するガス貯留部１２２ａと、ガス貯留部１２１ａからＯ_２ガスが供給される供給管１２２ｂと、供給管１２２ｂに接続され前述の希釈用ガスを供給管１２２ｂ内へ供給する供給管１２２ｅと、を有する。また、原料ガス供給部１２２は、供給管１２２ｂを流れるＯ_２ガスの流量を調節するための流量調節バルブ１２２ｃと、供給管１２２ｅを流れる希釈用ガスの流量を調節するための流量調節バルブ１２２ｄと、を有する。原料ガス供給部１２３は、例えばＮ_２ガスを貯留するガス貯留部１２３ａと、ガス貯留部１２３ａからＮ_２ガスが供給される供給管１２３ｂと、供給管１２３ｂに接続され前述の希釈用ガスを供給管１２３ｂ内へ供給する供給管１２３ｅと、を有する。また、原料ガス供給部１２３は、供給管１２３ｂを流れるＮ_２ガスの流量を調節するための流量調節バルブ１２３ｃと、供給管１２３ｅを流れる希釈用ガスの流量を調節するための流量調節バルブ１２３ｄと、を有する。供給管１２１ｂ、１２２ｂ、１２３ｂは、供給管１２５に共通接続されている。供給管１２５は、図２に示すように、長尺の管状であり供給管１２１ｂ、１２２ｂ、１２３ｂが共通接続された第１部位１２５１と、長尺の管状であり一端部で第１部位の内側に連通し＋Ｚ方向側まで屈曲しながら延在する第２部位１２５２と、を有する。また、供給管１２５は、第２部位１２５２の他端部に設けられ第２部位１２５２の内側と蓋体１０１２の導入路１０１２ａの蓋体１０１２の上面に開口した部分とを連通させる結合部１２５３を有する。

【0014】

図１に戻って、エッチャントガス供給部１１１は、チャンバ１０１内へエッチャントガスを供給する気体供給部である。エッチャントガスとしては、例えばＣＦ_４が挙げられる。エッチャントガス供給部１１１は、例えばＣＦ_４ガスを貯留するガス貯留部１１１ａと、ガス貯留部１１１ａからＣＦ_４ガスが供給される供給管１１１ｂと、供給管１１１ｂに接続され供給管１１１ｂを流れるエッチャントガスを希釈するための希釈用ガスを供給管１１１ｂ内へ供給する供給管１１１ｅと、を有する。また、エッチャントガス供給部１１１は、供給管１１１ｂを流れるＣＦ_４ガスの流量を調節するための流量調節バルブ１１１ｃと、供給管１１１ｅを流れる希釈用ガスの流量を調節するための流量調節バルブ１１１ｄと、を有する。供給管１１１ｂは、供給管１１２に接続されている。供給管１１２は、図２および図３に示すように、長尺の管状であり供給管１１１ｂが共通接続された第３部位１１２１と、長尺の管状であり一端部で第３部位１１２１の内側に連通しチャンバ１０１の＋Ｚ方向側まで屈曲しながら延在する第４部位１１２２と、を有する。また、供給管１１２は、第４部位１１２２の他端部に設けられ第４部位１１２２の内側と蓋体１０１２の導入路１０１２ａの蓋体１０１２の上面に開口した部分とを連通させる結合部１１２３を有する。また、流量調整バルブ１２１ｃ、１２２ｃ、１２３ｃ、１２１ｄ、１２２ｄ、１２３ｄ、１１１ｃ、１１１ｄは、チャンバ１０１のーＺ方向側に形成された支持フレーム１０９１で囲まれた領域Ｓ１内に纏めて配置されている。ここで、流量調整バルブ１２１ｃ、１２２ｃ、１２３ｃ、１２１ｄ、１２２ｄ、１２３ｄ、１１１ｃ、１１１ｄは、矩形板状であり厚さ方向がＹ軸方向に沿うよう姿勢で支持フレーム１０９１に固定された支持プレート１０９３の＋Ｙ方向側に纏めて固定されている。

【0015】

図１に戻って、チャンバ１０１には、その内部に連通する排気管１８２を介して真空ポンプ１８１が取り付けられている。真空ポンプ１８１は、例えばターボ分子ポンプを採用することができる。この真空ポンプ１８１が動作することにより、チャンバ１０１内の気体が排気管１８２を通じて排気され、チャンバ１０１内が減圧状態となる。真空ポンプ１８１および排気管１８２は、図３に示すように、チャンバ１０１のーＺ方向側に形成された支持フレーム１０９１で囲まれた領域Ｓ１内における支持プレート１０９３の－Ｙ方向側に配置されている。

【0016】

図１に戻って、高周波印加部１０２は、高周波電力を発生する高周波発生源１０２１と、整合器１０２２と、チャンバ１０１の外側においてチャンバ１０１の誘電体窓１４１に対向して配置された誘導コイル１０２３と、を有する。また、高周波印加部１０２は、図２および図３に示すように、扁平な矩形箱状であり高周波発生源１０２１および整合器１０２２を収納する筐体１０２４ａと、扁平な矩形箱状であり誘導コイル１０２３の一部を収納する筐体１０２４ｂと、を有する。更に、高周波印加部１０２は、図４（Ａ）および（Ｂ）に示すように、筐体１０２４ｂの－Ｚ方向側において誘導コイル１０２３を囲繞するように重ねて配置された枠体１０２５ａ、１０２５ｂと、筐体１０２４ｂの内側の領域と枠体１０２５ａ、１０２５ｂの内側の領域とを隔てるように配置された遮蔽板１０２４ｃと、を有する。

【0017】

誘導コイル１０２３は、金属のような導体から長尺の管状に形成され、チャンバ１０１の外側に配置されるとともに、チャンバ１０１内に原料ガス、エッチャントガスのような気体が充填された状態で高周波発生源１０２１から高周波電力が供給されることにより、チャンバ１０１内に高周波磁界を発生させてチャンバ１０１内にプラズマＰＬＭを発生させる。誘導コイル１０２３は、枠体１０２５ａ、１０２５ｂの内側における＋Ｙ方向側の領域に配置されたサブコイル１０２３１と－Ｙ方向側に配置されたサブコイル１０２３２とを含む。サブコイル１０２３１は、管状であり、図５に示すように、平面視渦巻き状に延在している渦巻き部１０２３１ａと、平面視渦巻き状に延在しＸ軸方向において渦巻き部１０２３１ａと隣り合う位置に配置された渦巻き部１０２３１ｂと、を有する。ここで、渦巻き部１０２３１ａ、１０２３１ｂは、それぞれ、最も外側に位置する端部が固定部材１０２３３を介して遮蔽板１０２４ｃに接地されている。渦巻き部１０２３１ａは、－Ｚ方向側から見たときに右回りに渦巻き状に延在しており、渦巻き部１０２３１ｂは、左回りに渦巻き状に延在している。また、サブコイル１０２３１は、渦巻き部１０２３１ａ、１０２３１ｂの最も外側における＋Ｙ方向側に配置された端部同士を連結する管継手１０２３１ｃを有する。更に、サブコイル１０２３１は、図４（Ｂ）に示すように、管状であり渦巻き部分１０２３１ａ、１０２３１ｂそれぞれのＸ軸方向における中央部に配置された端部から＋Ｚ方向へ延在する立ち上げ部１０２３１ｅと、立ち上げ部１０２３１ｅにおける渦巻き部１０２３１ａ、１０２３１ｂ側とは反対側の端部に設けられ後述の冷媒管１７２に接続される管継手１０２３１ｄと、を有する。そして、立ち上げ部１０２３１ｅは、高周波発生源１０２１の出力端に電気的に接続されている。

【0018】

また、サブコイル１０２３２も、管状であり、図５に示すように、平面視渦巻き状に延在している渦巻き部１０２３２ａと、平面視渦巻き状に延在しＸ軸方向において渦巻き部１０２３２ａと隣り合う位置に配置された渦巻き部１０２３２ｂと、を有する。ここで、渦巻き部１０２３１ａ、１０２３１ｂは、それぞれ、最も外側に位置する端部が固定部材１０２３３を介して遮蔽板１０２４ｃに接地されている。渦巻き部１０２３２ａは、－Ｚ方向側から見たときに左回りに渦巻き状に延在し、渦巻き部１０２３２ｂは、右回りに渦巻き状に延在している。また、サブコイル１０２３２も、渦巻き部１０２３２ａ、１０２３２ｂの最も外側における＋Ｙ方向側に配置された端部同士を連結する管継手１０２３２ｃを有する。更に、サブコイル１０２３２も、図４（Ｂ）に示すように、管状であり渦巻き部分１０２３２ａ、１０２３２ｂそれぞれのＸ軸方向における中央部に配置された端部から＋Ｚ方向へ延在する立ち上げ部１０２３２ｅと、立ち上げ部１０２３２ｅにおける渦巻き部１０２３２ａ、１０２３２ｂ側とは反対側の端部に設けられ後述の冷媒管１７２に接続される管継手１０２３２ｄと、を有する。

【0019】

遮蔽板１０２４ｃは、図５に示すように、Ｙ軸方向における中央部よりも＋Ｙ方向側でＸ軸方向に並列し遮蔽板１０２４ｃの厚さ方向に貫通する４つの貫通孔１０２４ｃ１が設けられている。そして、サブコイル１０２３１、１０２３２それぞれの立ち上げ部１０２３１ｅ、１０２３２ｅが、図４（Ａ）および（Ｂ）に示すように、遮蔽板１０２４ｃの－Ｚ方向側から貫通孔１０２４ｃ１に挿通されて遮蔽板１０２４ｃの＋Ｚ方向側へ延在している。また、サブコイル１０２３１、１０２３２それぞれの立ち上げ部１０２３１ｅ、１０２３２ｅは、絶縁保持部１０２３５を介して遮蔽板１０２４ｃに固定されるとともに、筐体１０２４ｂに固定された支持アーム１０２４ｄに固定されている。絶縁支持部１０２５は、図６に示すように、平面視半円形であり中央部に立ち上げ部１０２３１ｅ、１０２３２ｅが内側に配置される凹部１０２３５ａ１が形成された２つの絶縁部材１０２３５ａと、平面視半円環状であり内側で絶縁部材１０２３５ａを保持する２つの保持部材１０２３５ｂと、を有する。２つの絶縁部材１０２３５ａは、例えばセラミックスから形成され、２つの保持部材１０２３５ｂは、例えばアルミニウムのような金属から形成されている。保持部材１０２３５ｂの厚さ方向における一端部には、内側へ延出する内鍔部１０２３５ｂ２が設けられている。そして、保持部材１０２３５ｂは、内鍔部１０２３５ｂ２が絶縁部材１０２３５ａの遮蔽版１０２４ｃ側とは反対側の周部に当接した状態で遮蔽板１０２４ｃに固定されている。ここで、２つの保持部材１０２３５ｂには、それぞれ、厚さ方向に貫通する貫通孔１０２３５ｂ１が形成されており、遮蔽版１０２４ｃにおける貫通孔１０２４ｃ２の外周部には、４つの螺子孔１０２４ｃ２が形成されている。そして、保持部材１０２３５ｂは、貫通孔１０２３５ｂ１に挿通された螺子（図示せず）が遮蔽板１０２４ｃの螺子孔１０２４ｃ２に螺着されることで、遮蔽版１０２４ｃに固定されている。

【0020】

また、図５に示すように、サブコイル１０２３１の渦巻き部１０２３１ａ、１０２３１ｂそれぞれの最も－Ｙ方向側の部分が、遮蔽板１０２４ｃの－Ｚ方向側に配置された固定部材１０２３４より遮蔽板１０２４ｃに固定され、渦巻き部１０２３１ａ、１０２３１ｂそれぞれの管継手１０２３１ｃに接続される端部が、遮蔽板１０２４ｃの－Ｚ方向側に配置された固定部材１０２３３より遮蔽板１０２４ｃに固定されている。また、サブコイル１０２３２の渦巻き部１０２３２ａ、１０２３２ｂそれぞれの最も－Ｙ方向側の部分も、遮蔽板１０２４ｃの－Ｚ方向側に配置された固定部材１０２３４より遮蔽板１０２４ｃに固定され、渦巻き部１０２３２ａ、１０２３２ｂそれぞれの管継手１０２３２ｃに接続される端部も、遮蔽板１０２４ｃの－Ｚ方向側に配置された固定部材１０２３３より遮蔽板１０２４ｃに固定されている。ここで、固定部材１０２３４は、図７（Ａ）および（Ｂ）に示すように、サブコイル１０２３１、１０２３２が内側に配置される溝１０２３４ａ２が形成された絶縁ブロック１０２３４ａと、平面視長方形状であり絶縁ブロック１０２３４ａにおける溝１０２３４ａ２側に配置されサブコイル１０２３１、１０２３２を絶縁ブロック１０２３４ａに固定するための固定片１０２３４ｂと、を有する。絶縁ブロック１０２３４ａは、例えばセラミックスから形成され、固定片１０２３４ｂは、例えば銅のような金属から形成されている。絶縁ブロック１０２３４ａにおける溝１０２３４ａ２の外周部には、螺子孔１０２３４ａ３が形成されており、絶縁ブロック１０２３４ａにおける溝１０２３４ａ２側とは反対側にも、螺子孔１０２３４ａ１が形成されている。そして、絶縁ブロック１０２３４ａは、遮蔽板１０２４ｃにおける絶縁ブロック１０２３４ａが配置される部分に形成された貫通孔（図示せず）に挿通された螺子（図示せず）が螺子孔１０２３４ａ１に螺着された状態で遮蔽板１０２４ｃに固定されている。また、固定片１０２３４ｂの長手方向における両端部には、固定片１０２３４ｂの厚さ方向に貫通する貫通孔１０２３４ｂ１が形成されている。そして、固定片１０２３４ｂは、絶縁ブロック１０２３４ａの溝１０２３４ａ２の内側にサブコイル１０２３１、１０２３２の一部が配置され、貫通孔１０２３４ｂ１に挿通された螺子（図示せず）が絶縁ブロック１０２３４ａの螺子孔１０２３４ａ３に螺着された状態で絶縁ブロック１０２３４ａに固定されている。

【0021】

固定部材１０２３３は、図８に示すように、サブコイル１０２３１、１０２３２の渦巻き部１０２３１ａ、１０２３１ｂ、１０２３２ａ、１０２３２ｂが内側に配置される切欠部１０２３３ａ１が形成されたアースブロック１０２３３ａと、アースブロック１０２３３ａにおける切欠部１０２３３ａ１に対向して配置されサブコイル１０２３１、１０２３２をアースブロック１０２３３ａに固定するための固定片１０２３３ｂと、を有する。アースブロック１０２３３ａおよび固定片１０２３３ｂは、それぞれ、例えば銅のような金属から形成されている。また、アースブロック１０２３３ａには、厚さ方向に貫通する貫通孔１０２３３ａ２が形成されている。また、固定片１０２３３ｂには、固定片１０２３３ｂの厚さ方向に貫通する貫通孔１０２３３ｂ１が形成されている。そして、固定片１０２３３ｂは、アースブロック１０２３３ａの切欠部１０２３３ａ１の内側にサブコイル１０２３１、１０２３２の一部が配置された状態でアースブロック１０２３３ａに固定されている。ここで、固定片１０２３３ｂとアースブロック１０２３３ａとは、固定片１０２３３ｂの貫通孔１０２３３ｂ１、アースブロック１０２３３ａの貫通孔１０２３３ｂ１および遮蔽板１０２４ｃに形成された貫通孔１０２４ｃ３に挿通された螺子（図示せず）と螺子に螺号するナット（図示せず）とにより遮蔽板１０２４ｃに共締め固定されている。

【0022】

図１に戻って、高周波印加部１０２は、誘導コイル１０２３に高周波数（例えば周波数１３．５６ＭＨｚ）の交流を印加することにより、チャンバ１０１内に供給された原料ガスまたはエッチャントガスに高周波数の電磁場を印加する。これにより、チャンバ１０１内にプラズマＰＬＭが発生する。

【0023】

冷媒供給部１７１は、管状の誘導コイル１０２３に前述の管継手１０２３１ｄ、１０２３２ｄを介して接続された冷媒管１７２を通じて、誘導コイル１０２３の内側に冷媒を供給する。冷媒としては、例えば純度９９％以上の水を採用することができる。

【0024】

制御部２００は、高周波印加部１０２がチャンバ１０１内にプラズマを発生させた状態を維持するように高周波印加部１０２を制御する。制御部２００は、原料ガス供給部１２１、１２２、１２３によりＳｉＨ_４ガス、Ｏ_２ガス、Ｎ_２ガスをチャンバ１０１内へ供給する第１状態と、エッチャントガス供給部１１１によりＣＦ_４ガスをチャンバ１０１内へ供給する第２状態と、が交互に切り替わるように原料ガス供給部１２１、１２２、１２３およびエッチャントガス供給部１１１を制御する。

【0025】

本実施の形態に係るプラズマ処理装置１によれば、誘導コイル１０２３が、金属から長尺の管状に形成され、冷媒供給部１７１が、誘導コイル１０２３の内側に冷媒を供給する。これにより、誘導コイル１０２３の温度が過度に上昇することが抑制されるので、誘導コイル１０２３の劣化を抑制することができる。

【0026】

また、本実施の形態に係る誘導コイル１０２３は、サブコイル１０２３１、１０２３２を有し、サブコイル１０２３１の渦巻き部１０２３１ａの巻回方向が、渦巻き部１０２３１ｂの巻回方向と逆向きになっている。また、サブコイル１０２３２の渦巻き部１０２３２ａの巻回方向も、渦巻き部１０２３２ｂの巻回方向と逆向きになっている。これにより、サブコイル１０２３１、１０２３２それぞれで発生する磁場の分布を均一にすることができるので、チャンバ１０１内に比較的均一なプラズマＰＬＭを発生させることができる。

【0027】

（実施の形態２）
本実施の形態に係るプラズマ処理装置は、ステージ１９０に載置された基板にバイアスを印加するバイアス印加部を備える点で実施の形態１と相違する。図９に示すように、本実施の形態に係るプラズマ処理装置２は、チャンバ１０１と、ステージ１９０と、高周波印加部１０２と、バイアス印加部１０６、原料ガス供給部１２１、１２２、１２３と、エッチャントガス供給部１１１と、を備える。なお、図９において、実施の形態１と同様の構成については図１と同一の符号を付している。また、プラズマ処理装置２は、実施の形態１に係るプラズマ処理装置１と同様に、高周波印加部１０２、原料ガス供給部１２１、１２２、１２３およびエッチャントガス供給部１１１を制御する制御部２００と、冷媒供給部１７１と、を備える。バイアス印加部１０６は、ステージ１９０に支持された基板Ｗに高周波のバイアスを印加する。バイアス印加部１０６は、ステージ１９０に対して０Ｖと－２０００Ｖの負電圧との間で振動する高周波電圧（例えば周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電圧）を印加する。バイアス印加部１０６は、高周波発生源１０６１と整合器１０６２とを有する。

【0028】

制御部２００は、高周波印加部１０２がチャンバ１０１内にプラズマを発生させ、バイアス印加部１０６が基板Ｗに高周波バイアスを印加している状態を維持するように高周波印加部１０２およびバイアス印加部１０６を制御する。制御部２００は、原料ガス供給部１２１、１２２、１２３によりＳｉＨ_４ガス、Ｏ_２ガス、Ｎ_２ガスをチャンバ１０１内へ供給する第１状態と、エッチャントガス供給部１１１によりＣＦ_４ガスをチャンバ１０１内へ供給する第２状態と、が交互に切り替わるように原料ガス供給部１２１、１２２、１２３およびエッチャントガス供給部１１１を制御する。

【0029】

次に、本実施の形態に係るプラズマ処理装置２を用いて絶縁膜を成膜するための成膜処理について図１０および図１１を参照しながら説明する。まず、図１１に示すように、一面に凹部または段差部が形成された基板を準備する準備工程を行う（ステップＳ１）。準備工程では、例えば図１１（Ａ）に示すような凹部ＴＲが形成された基板Ｗ１を準備する。ここで、凹部ＴＲのアスペクト比Ｄ１／Ｗ１は、１０以下である。また、基板Ｗ１としては、例えばＳｉ基板、サファイヤ基板、ガラス基板等が挙げられる。

【0030】

図１０に戻って、次に、プラズマ処理装置２が、基板Ｗ１に高周波電圧を印加しながら基板Ｗ上に絶縁膜であるＳｉＮを形成する成膜工程を行う（ステップＳ２）。成膜工程において使用する原料ガスは、ＳｉＨ_４ガス、Ｏ_２ガス、Ｎ_２ガスである。また、成膜工程においてチャンバ１０１へ供給するＳｉＨ_４ガス、Ｏ_２ガス、Ｎ_２ガスの流量比は、１：２：２０となるように設定されている。また、成膜工程における基板Ｗの温度は、４０℃以下であることが好ましい。続いて、プラズマ処理装置２が、基板Ｗ１に高周波電圧を印加しながら絶縁膜であるＳｉＮ膜をドライエッチングするエッチング工程を行う（ステップＳ３）。エッチング工程において使用するエッチャントガスは、ＣＦ_４ガスである。また、エッチング工程では、Ｏ_２ガスも使用する。また、エッチング工程において、チャンバ１０１へ供給するＣＦ_４ガス、Ｏ_２ガスの流量比は、１００：７となるように設定することができる。ここで、チャンバ１０１内の圧力は、１Ｐａ以上１．５Ｐａ以下の圧力雰囲気となるように設定することが好ましい。

【0031】

ここで、１回のエッチング工程における絶縁膜のエッチング量は、１回の成膜工程における絶縁膜の成膜量の２０％以下になるように設定されている。なお、１回のエッチング工程におけるエッチング量は、１回の成膜工程における成膜量の６．９％以上であることが好ましく、１２％以上１５％以下であることがより好ましい。また、エッチング工程におけるバイアス印加部１０６の出力電力は、成膜工程におけるバイアス印加部１０６の出力電力よりも小さくてもよい。

【0032】

その後、プラズマ処理装置２が、基板Ｗ１に対して行ったエッチング工程の回数が、予め設定された基準回数に到達したか否かを判定する（ステップＳ４）。ここでは、制御部２００が、１つの基板Ｗ１に対して行われたエッチング工程の回数をカウントし、そのカウント値と予め設定された基準回数を示す値とを比較する。基準回数は、成膜する絶縁膜の厚さ、凹部ＴＲの深さ等に応じて適宜設定することができるが、例えば３回に設定される。プラズマ処理装置２は、基板Ｗに対して行ったエッチング工程の回数が基準回数に到達していないと判定すると（ステップＳ４：Ｎｏ）、再びステップＳ２の処理を実行する。このようにして、プラズマ処理装置２は、エッチング工程の回数が基準回数に到達するまで、成膜工程とエッチング工程とを交互に複数回繰り返す。一方、成膜装置は、基板Ｗに対して行ったエッチング工程の回数が基準回数に到達したと判定すると（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、成膜工程を行い（ステップＳ５）、一連の成膜処理が終了する。

【0033】

プラズマ処理装置２が、前述の成膜処理を行うことにより、図１１（Ｂ）に示すような、一面に凹部ＴＲを有する基板Ｗと、凹部ＴＲの内側および基板Ｗの一面を覆う絶縁膜ＩＬと、を備える半導体装置が生成される。この半導体装置は、凹部ＴＲに絶縁膜ＩＬが埋め込まれた構造を有する。そして、凹部ＴＲが、その開口端部にテーパ部ＴＰを有しており、テーパ部ＴＰの基板Ｗの厚さ方向における長さＤ２が、凹部ＴＲの基板Ｗの厚さ方向における深さＤ１の１６％以下になっている。また、絶縁膜ＩＬの平均表面粗さは、１ｎｍ以下である。また、テーパ部ＴＰの基板Ｗの厚さ方向に直交する方向における長さＷ２は、長さＤ２の２倍以下の長さである。

【0034】

ところで、例えば引用文献１に記載された誘導結合プラズマ処理装置は、前述のような基板Ｗに形成された凹部ＴＲに絶縁膜を埋め込む絶縁膜埋め込み方法で使用される場合がある。そして、凹部ＴＲが絶縁膜で埋め込まれるまで絶縁膜の成膜を継続することによる一般的な絶縁膜埋込方法では、シリコン絶縁膜を形成する工程後におけるシリコン基板の上面の表面粗さが一般的な半導体装置へ適用する場合に必要とされる表面粗さに比べて大きい。このため、この絶縁膜埋め込み方法により作製されたシリコン基板の半導体装置への適用を考慮した場合、シリコン基板の上面に対してＣＭＰを行うことが必須となり、その分、製造工程数が増加する。

【0035】

これに対して、本実施の形態に係る成膜方法では、成膜工程後における絶縁膜の表面粗さを一般的な半導体装置へ適用する場合に必要とされる表面粗さとしつつ、ＣＭＰを不要とすることができるので、ＣＭＰ工程を削減することによる製造工程数の削減を図ることができる。また、本実施の形態に係る成膜方法では、１回のエッチング工程におけるエッチング量が、１回の成膜工程における成膜量の６．９％超且つ２０．６％未満、詳細には１２％以上１５％以下である。これにより、この成膜方法を用いて作製された前述の半導体装置の絶縁膜ＩＬの表面平均粗さを２０ｎｍ以下にしつつ、テーパ部ＴＰの基板Ｗの厚さ方向における長さが、凹部ＴＲの基板Ｗの厚さ方向における深さの１６％以下にすることができる。従って、基板Ｗへの絶縁膜ＩＬの成膜前後における凹部ＴＲの形状変化が低減されるので、凹部ＴＲの形状変化に起因した半導体装置の設計特性からのずれを低減できる。

【0036】

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前述の実施の形態の構成に限定されるものではない。例えば基板Ｗ上にＳｉＮ膜、ＡｌＮ膜等の他の種類の膜を成膜するものであってもよい。

【0037】

以上、本発明の各実施の形態および変形例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明は、実施の形態及び変形例が適宜組み合わされたもの、それに適宜変更が加えられたものを含む。

【産業上の利用可能性】

【0038】

本発明は、ＭＥＭＳ（Micro Electron Mechanical System）、ＭＯＳ－ＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor）等の電子デバイスの製造に好適である。

【符号の説明】

【0039】

１：プラズマ処理装置、１０１：チャンバ、１０２：高周波印加部、１０６：バイアス印加部、１０９：支持台、１１１：エッチャントガス供給部、１１１ａ，１１１ｅ，１２１ａ，１２２ａ、１２３ａ：ガス貯留部、１１１ｂ，１１２，１２１ｂ，１２１ｅ，１２２ｂ，１２２ｅ，１２３ｂ，１２３ｅ，１２５：供給管、１１１ｃ，１１１ｄ，１２１ｃ，１２１ｄ，１２２ｃ，１２２ｄ，１２３ｃ，１２３ｄ：流量調節バルブ、１２１，１２２，１２３：原料ガス供給部、１４１：誘電体窓、１４２：窓固定部材、１７１：冷媒供給部、１７２：冷媒管、１８１：真空ポンプ、１８２：排気管、１９０：ステージ、１９１：ヒータ、２００：制御部、１０１１：チャンバ本体、１０１２：蓋体、１０１２ａ：導入路、１０１２ｂ：開口部、１０２１，１０６１：高周波発生源、１０２２，１０６２：整合器、１０２３：誘導コイル、１０２４ａ，１０２４ｂ：筐体、１０２４ｃ：遮蔽板、１０２４ｃ１，１０２４ｃ３，１０２３３ｂ１，１０２３５ｂ１：貫通孔、１０２４ｃ２，１０２３４ａ１，１０２３４ａ３：螺子孔、１０２４ｄ：支持アーム、１０２５ａ，１０２５ｂ：枠体、１０９１：支持フレーム、１０９２：ベース部材、１０９３：支持プレート、１１２１：第３部位、１１２２：第４部位、１１２３，１２５３：結合部、１２５１：第１部位、１２５２：第２部位、１０２３１，１０２３２：サブコイル、１０２３１ａ，１０２３１ｂ，１０２３２ａ，１０２３２ｂ：渦巻き部、１０２３１ｃ，１０２３１ｄ，１０２３２ｃ，１０２３２ｄ：管継手、１０２３１ｅ，１０２３２ｅ：立ち上げ部、１０２３３，１０２３４：固定部材、１０２３３ａ：アースブロック、１０２３３ａ１：切欠部、１０２３３ｂ，１０２３４ｂ：固定片、１０２３４ａ：絶縁ブロック、１０２３４ａ２：溝、１０２３５：絶縁保持部、１０２３５ａ：絶縁部材、１０２３５ａ１：凹部、１０２３５ｂ：保持部材、１０２３５ｂ２：内鍔部、ＰＬＭ：プラズマ、Ｓ１：領域、ＴＰ：テーパ部、ＴＲ：凹部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】