特許 7228392 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】

(24)【登録日】2023-02-15

(45)【発行日】2023-02-24

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20230216BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20230216BHJP

   C23C 16/455 20060101ALI20230216BHJP

   H05H 1/46 20060101ALN20230216BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 101D

H01L21/205

C23C16/455

H05H1/46 C

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019015182

(22)【出願日】2019-01-31

(65)【公開番号】P2020123685

(43)【公開日】2020-08-13

【審査請求日】2022-01-19

(73)【特許権者】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク

(74)【代理人】

【識別番号】110000062

【氏名又は名称】弁理士法人第一国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】川那辺 哲雄

(72)【発明者】

【氏名】田中 基裕

(72)【発明者】

【氏名】森 功

【審査官】高柳 匡克

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－１２４１９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０５０２７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１５４９７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－２２７８７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－３３５４６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－３１２７９７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｃ２３Ｃ １６／４５５

Ｈ０５Ｈ １／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料がプラズマ処理される略円筒状の処理室と、前記処理室内に第一のガスを導入し前記処理室の上方に配置された平板状の第一のガス導入部と、前記処理室内に第二のガスを導入する第二のガス導入部とを備えるプラズマ処理装置において、
前記第一のガス導入部の中心部に配置された第一のガス孔を包囲し前記処理室内に配置された略円環状の仕切り部をさらに備え、
前記第二のガス導入部は、前記仕切り部の外側に配置され、
前記第二のガス導入部の第二のガス孔は、前記処理室の側面から離れて配置されるとともに下方方向に開口され、
前記第二のガス孔の軸線は、前記仕切り部の軸線と略平行であり、
前記仕切り部の下端部の高さは、前記第二のガス孔の高さより低いことを特徴とするプラズマ処理装置。

【請求項2】

前記第二のガス孔は、下方方向に向かって漸次拡径するテーパ形状であ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】

前記第二のガス孔は、下方方向に向かって漸次縮径し、前記漸次縮径後、漸次拡径するラバルノズル形状であ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4】

前記第二のガス導入部は、前記処理室の上隅部に配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項5】

請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置において、
プラズマ処理を開始させる場合、前記第一のガス及び前記第二のガスの導入を開始させた後、プラズマを生成するための高周波電力の供給を開始させる制御が行われる制御部をさらに備えることを特徴とするプラズマ処理装置。

【請求項6】

請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置において、
プラズマ処理を終了させる場合、プラズマを生成するための高周波電力の供給を停止させた後、前記第一のガス及び前記第二のガスの導入を停止させる制御が行われる制御部をさらに備えることを特徴とするプラズマ処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラズマ処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイス製造においてプラズマエッチング、プラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)、プラズマアッシング等のプラズマ処理が広く用いられている。半導体デバイスの量産性確保の観点から、これらのプラズマ処理装置には、ウエハ面内で良好な加工均一性を確保することが求められる。

【0003】

例えばプラズマエッチング装置におけるプラズマの生成方式としては、ＥＣＲ(Electron Cyclotron Resonance)方式や誘導結合方式や容量結合方式などが知られている。ＥＣＲ方式とは、磁力線を回る電子の回転周波数とマイクロ波周波数が一致する共鳴現象を利用したプラズマ生成方式である。ＥＣＲプラズマ生成に用いるコイル磁場の制御により、ＥＣＲプラズマの生成領域を変えてウエハ面内のイオンフラックス分布を制御できるという特徴を持つ。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００７－２４２７７７号公報

【文献】特開２００８－１２４１９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

プラズマ処理対象となるウエハ面内の均一性を確保するためには、エッチングに寄与するイオンやラジカルのウエハへの入射フラックスの分布の調整が必要である。ＥＣＲ方式のプラズマエッチング装置においては、ウエハ上のイオンフラックス分布均一性を確保するために、電磁コイルの電流値を制御してプラズマ生成領域にあたる８７５Ｇの等磁場面(ＥＣＲ面)の位置制御や磁力線の向きの調整が通常用いられる。

【0006】

荷電粒子であるイオンの輸送は外部から印加する磁場によってある程度制御できるが、電気的中性であるラジカルの輸送は外部磁場によっては制御できない。したがって、ウエハ上へのラジカルのフラックスの径方向分布を制御するには、ラジカルの生成領域の分布、あるいは生成したラジカルのウエハへの輸送を制御する必要がある。その手段として、例えば、装置中心軸近傍と外周の複数個所から異種のガスを導入する技術が知られている（特許文献１、２）。

【0007】

ここで、ラジカル生成の径方向分布を制御するためには、ラジカルの生成領域であるＥＣＲ面近傍においてガス密度に径方向分布を持たせることが必要である。例えば、ウエハ外周部で所望のラジカルを多くしたい場合、解離すると所望のラジカルを生成するようなガスを外周から供給することが有用である。しかし、供給したガスの流速が遅い場合には、生成したラジカルが等方的に拡散してしまい、ウエハ外周部で所望のラジカルを多くすることはできない。

【0008】

例えば特許文献１、２記載の技術では、外周から供給したガスは装置内壁の隙間を介して処理室下方向に浸み出す構成である。この従来構成では、外周から供給したガスが装置外周部にて解離してラジカルを生成することはできる。しかし、隙間から出てきたガスの流速が低いために、外周から供給したガス由来のラジカルは等方的に拡散してしまい、ウエハ上においてはラジカル密度分布が凸分布（中央密）となりやすい。一方、当該構成において外周ガスの流速を高めるために、装置内壁の隙間を狭くすることもできるが、それにより隙間の周方向均一性が悪化し、外周ガスの噴出し量が周方向において不均一となり、ラジカル密度分布の不均一性を招くという問題が生じる。

【0009】

本発明は、かかる課題を鑑みてなされたものであり、被処理物上におけるラジカルの径方向密度分布を制御することが出来るプラズマ処理装置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】

【0010】

上記課題を解決するために、代表的な本発明のプラズマ処理装置は、試料がプラズマ処理される略円筒状の処理室と、前記処理室内に第一のガスを導入し前記処理室の上方に配置された平板状の第一のガス導入部と、前記処理室内に第二のガスを導入する第二のガス導入部とを備えるプラズマ処理装置において、前記第一のガス導入部の中心部に配置された第一のガス孔を包囲し前記処理室内に配置された略円環状の仕切り部をさらに備え、前記第二のガス導入部は、前記仕切り部の外側に配置され、前記第二のガス導入部の第二のガス孔は、前記処理室の側面から離れて配置されるとともに下方方向に開口され、記第二のガス孔の軸線は、前記仕切り部の軸線と略平行であり、前記仕切り部の下端部の高さは、前記第二のガス孔の高さより低い、ことにより達成される。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、被処理物上におけるラジカルの径方向密度分布を制御することが出来るプラズマ処理装置を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本発明の第一の実施形態に係るエッチング装置の断面図である。

【図2】図２は、処理室内圧力に対する第二のガス流量とマッハディスク距離の関係を示す図である。

【図3】図３は、外周ガス導入部１１近傍の拡大断面図である。

【図4】図４は、外周ガス導入部１１のガス孔の拡大断面図である。

【図5】図５は、本発明の第二の実施形態に係るガスとマイクロ波電力導入のタイムチャートを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明の一実施形態を、図面を参照して以下に示す。
［実施形態１］
図１に、本発明の第一の実施形態に係るプラズマ処理装置であるエッチング装置の概略断面図を示す。制御部ＣＯＮＴの制御に従ってマイクロ波電力（高周波電力）の投入に応じてマイクロ波源１から発振されたマイクロ波は、方形導波管２と自動整合機３とアイソレータ４と円矩形変換器５を介して円形導波管６に伝送される。本実施形態では、マイクロ波源１には工業周波数としてよく用いられる２．４５ＧＨｚのマグネトロンを用いた。しかし、本発明はこの周波数に限定するものではなく、マイクロ波として数十ＭＨｚから数十ＧＨｚの電磁波を用いてもよい。

【0014】

自動整合機３は、負荷インピーダンスを調整し、反射波を抑制して効率的に電磁波を供給する役割を持つ。また、反射波からマイクロ波源１を保護するためにアイソレータ４を用いる。円形導波管６には、基本モードである円形ＴＥ１１モードのみを伝播する直径のものを選ぶ。これは、高次モードが含まれるような径の円形導波管６を用いると、プラズマ生成の安定性や均一性に悪影響を及ぼす虞れがあるためである。円形導波管６は空洞部７に接続されており、空洞部７は電磁界分布をプラズマ処理に適した分布に調整する働きを持つ。

【0015】

空洞部７の下部にはマイクロ波導入窓８、シャワープレート９、内筒１０、外周ガス導入部１１、仕切り部１２が配置されている。プラズマ処理室（単に処理室ともいう）１００は、シャワープレート９、内筒１０、外周ガス導入部１１、仕切り部１２、及び後述するチャンバ内壁２６によって囲われ、内部で試料がプラズマ処理される略円筒状の領域である。

【0016】

マイクロ波導入窓８、シャワープレート９の材質は、マイクロ波を効率よく透過し、且つ耐プラズマ性が高い石英を用いることができる。あるいは、同様にプラズマ耐性が高く、マイクロ波を透過する材料であるイットリア、アルミナ、フッ化イットリウム、フッ化アルミニウム、窒化アルミニウムなどを用いて、マイクロ波導入窓８、シャワープレート９を形成しても良い。

【0017】

これに対し、仕切り部１２、内筒１０は必ずしもマイクロ波を透過する材料から形成する必要性はないが、仕切り部１２や内筒１０のスパッタリング等に起因した被処理基板（被処理物）１６への異物の付着や汚染等を抑制する観点から、耐プラズマ性を持つ材料から形成する必要がある。そこで、例えば仕切り部１２や内筒１０の材質として石英を用いることができ、あるいはイットリア、アルミナ、フッ化イットリウム、フッ化アルミニウム、窒化アルミニウムなどを用いても良い。

【0018】

マイクロ波導入窓８とシャワープレート９との間には、第一のガス供給手段１３から配管を介して第一のガスが供給される。第一のガス供給手段１３には、例えばマスフローコントローラによって所望の流量を供給する機能が含まれている。シャワープレート９の中心部に配置された導入部９ａには微細なガス供給孔（第一のガス孔ともいう）９ｂが複数設けられ、第一のガスをプラズマ処理室１００に対して均一にシャワー状に供給する役割を持つ。シャワープレート９は、プラズマ処理室９の上方に配置された平板状の部材であり、ここでは第一のガス導入部を構成する。

【0019】

プラズマ処理室１００の周囲には電磁コイル１４が設けられ、その外周にはヨーク１５が設けられている。電磁コイル１４に電流を供給することにより、プラズマ処理室１００内でＥＣＲに必要な磁束密度を満たすように静磁界分布を調整することができる。ヨーク１５は装置外部への磁場の漏洩を防ぐ磁気シールドの役割を持つ。

【0020】

電磁コイル１４とヨーク１５で形成される磁力線は、プラズマ処理室１００内の上方から下方に向かって外周方向に広がる拡散磁場となる。２．４５ＧＨｚのマイクロ波の場合、ＥＣＲに必要な磁束密度は８７５Ｇである。静磁界分布を調整して、８７５Ｇの等磁場面(ＥＣＲ面)を放電室内の任意の場所に調整することで、プラズマの生成領域の位置を調整することができる。また、静磁界の調整により、被処理基板１６へのプラズマの拡散を制御することが出来る。そこで、電磁コイル１４は、プラズマの生成領域やプラズマの拡散の制御を容易とするために複数用いることが望ましい。

【0021】

外周ガス導入部１１には、第二のガス供給手段１７から配管を介して第二のガスが供給される。第二のガスがＥＣＲ面を介して効率的に解離を行うために、外周ガス導入部１１は、内筒１０の上端に接して、プラズマ処理室１００内の上隅部（上壁と内壁との交差部）に配置されている。外周ガス導入部１１が、第二のガス導入部を構成する。

【0022】

円環状の外周ガス導入部１１の内部は、図３に示すように空洞となってバッファ室ＢＣを構成している。外周ガス導入部１１の外周壁１１ａには、第二のガス供給手段１７とバッファ室ＢＣとを連通するガス導入口１１ｂが形成されている。また、プラズマ処理室１００とバッファ室ＢＣとを仕切る外周ガス導入部１１の底壁１１ｃには、プラズマ処理室１００の下方（処理すべき被処理基板１６に近い側）に向かって開口した複数のガス孔（第二のガス孔ともいう）１１ｄが周方向に沿って等間隔に形成されている。ガス孔１１ｄは、バッファ室ＢＣとプラズマ処理室１００とを連通しており、またプラズマ処理室１００の側面である内筒１０の内壁から離れて配置されるとともに、下方向に向かって開口している。ガス孔１１ｄの軸線は、仕切り部１２の外周面（すなわち軸線）と平行である。このガス孔１１ｄを設ける代わりに、周方向に連続して開口するスリットを設けても良い。

【0023】

ガス孔１１ｄのガス流路のコンダクタンスはバッファ室ＢＣの容積に比べて十分に低く設定され、すなわちガス孔１１ｄの合計断面積は十分小さく設定される。これにより、バッファ室ＢＣ内の圧力が均一に保たれ、全周に沿って配置されたガス孔１１ｄから均一に第二のガスが導入される。

【0024】

プロセス処理室１０内に配置された略円環状の仕切り部１２は、円管部１２ａと、円管部１２ａの上端から径方向外側に延在するフランジ部１２ｂとを有し、シャワープレート９の導入部９ａのガス供給孔９ｂ（図１）を全周にわたって包囲している。円管部１２ａの外周に、外周ガス導入部１１の内周壁１１ｅが嵌合しており、すなわち外周ガス導入部１１は仕切り部１２の径方向外側に配置されている。またフランジ部１２ｂは、シャワープレート９の下面と、外周ガス導入部１１の上壁１１ｆとにより挟持されている。なお、フランジ部１２ｂは必ずしも設ける必要はなく、上壁１１ｆをシャワープレート９の下面に直接突き当てるようにしてもよい。

【0025】

仕切り部１２の円管部１２ａは、外周ガス導入部１１の底壁１１ｃよりも下方向（処理すべき被処理基板１６に向かう側）に延びており、プラズマ処理室１００を径方向の内側と外側とに仕切っている。したがって、仕切り部１２の内側で導入される第一のガスと、仕切り部１２の外側で導入される第二のガスを、径方向に分離した状態でプラズマ処理室１００内に導入できる。特に、ガス孔１１ｄが内筒１０の内壁から離れて形成されているので、ガス孔１１ｄから吹き出された第二のガスが、内筒１０の内壁に接することにより生じる粘性抵抗を小さく抑えることができ、第二のガスの流速を高めることができる。

【0026】

図１において、被処理基板１６を載置する基板ステージ兼高周波電極１８とその下部には、絶縁板１９が備えられており、第一のガス供給手段１３及び第二のガス供給手段１７から供給されるガスは、コンダクタンス調節バルブ２０を介してターボ分子ポンプ２１により真空排気される構成となっている。

【0027】

また、被処理基板１６にバイアス電力を供給するために、基板ステージ兼高周波電極１８にはバイアス用自動整合機２２を介してバイアス電源２３が接続されている。本実施形態では、バイアス電源の周波数として４００ｋＨｚのものを用いたが、例えば工業周波数の１３．５６ＭＨｚなど、プラズマ処理に要求される目的に合わせて、それ以外の周波数を用いても良い。

【0028】

また、基板ステージ兼高周波電極１８には図示しない温調手段及び被処理基板１６を基板ステージ兼高周波電極１８に吸着する手段が備えられており、所望のエッチングが出来るように必要に応じて被処理基板１６の温度が調節される。

【0029】

基板ステージ兼高周波電極１８の上面の外周部及び側面には、基板ステージ兼高周波電極１８を保護するために誘電体で構成されるサセプタ２４とカバーリング２５が設置されている。例えば、サセプタ２４やカバーリング２５の材質は、耐プラズマ性の高い材料である石英を用いることができるが、同様に耐プラズマ性の高い材料である、イットリア、アルミナ、フッ化イットリウム、フッ化アルミニウム、窒化アルミニウムなどを用いても良い。プラズマ処理室１００の下方は、導電性材料で構成される接地されたチャンバ内壁２６で囲まれている。

【0030】

プラズマ処理であるエッチングについて説明する。エッチングは、マイクロ波供給源１から供給したマイクロ波によって、プラズマ処理室１００に導入されるガスをプラズマ化してプラズマ１０１を生成し、そこで生成されたイオンやラジカルを被処理基板１６に照射して行われる。

【0031】

例えば、被処理基板１６の外周部に所望のラジカルを多く供給したい場合、所望のラジカルを生成する第二のガスを第二のガス供給手段１７から供給し、更にＥＣＲ面を外周ガス導入部１１に近づけることが有効である。それによりプラズマ処理室１００の外周部かつ仕切り部１２の外周側では、第二のガス密度が高くなるため第二のガス由来のラジカルを多く生成することができる。

【0032】

また、この第二のガス由来のラジカルは下方に向かうガス流れにより輸送され、被処理基板１６の外周部に所望のラジカルを多く供給することが出来る。このとき、外周ガス導入部１１から下方に向かうガスの流れを、径方向内側への拡散に対して十分速くする必要がある。移流と拡散の比を表す無次元数であるペクレ数Ｐｅ（＝ｖＬ／Ｄ）で表現すると、Ｐｅ＞＞１である場合に、ラジカルはガス流れによって指向性を持って輸送できると考えられる。ここでｖは代表速度、Ｌは代表長さ、Ｄは拡散係数である。典型的なラジカルの拡散係数は、数Ｐａ程度であれば０．１～１０ｍ^２／ｓのオーダである。代表長さはウエハ径である０．３ｍと考えると、Ｐｅ＞＞１となるためにはｖは数百ｍ／ｓ以上が必要である。すなわち亜音速から超音速の流れがあれば良いと考えられる。

【0033】

次に、外周ガス導入部１１から高速で下向きに第二のガスを導入するための構成や条件について説明する。図３に外周ガス導入部１１近傍を拡大した断面図を示す。外周ガス導入部１１からプラズマ処理室１００に高速で第二のガスを供給するためには、外周ガス導入部１１内の円環状のバッファ室ＢＣとプラズマ処理室１００との間に十分な圧力差を形成する必要がある。

【0034】

高速ガス導入の一つの指標として、マッハディスク距離について検討する。マッハディスクとは、第二のガスが高圧のバッファ室ＢＣからガス孔１１ｄを介し、低圧のプラズマ処理室１００内に移動する過程で急激に膨張すること、またプラズマ処理室１００内が有限の圧力を持つことなどに起因して生じる衝撃波のことである。ここでマッハディスク距離とは、第二のガスの出口端からマッハディスクが形成される位置までの距離ｘ_Ｍをいう。少なくともガス孔１１ｄからマッハディスク間の領域では、超音速の高速なガス流れが形成でき、その領域ではガス流れ方向にラジカルを輸送することができると考えられる。音速はガス種に依存するが、およそ数百ｍ／ｓ程度のオーダとなる。マッハディスク距離ｘ_Ｍは下式で表される。
ｘ_Ｍ＝０．６７ｄ（ｐ_０／ｐ_１）^０．５・・・（１）
ここで、ｄはガス孔直径、ｐ_０は外周ガス導入部１１のバッファ室圧力、ｐ_１はプラズマ処理室１００の圧力である。

【0035】

外周ガス導入部１１の出口であるガス孔１個あたりのコンダクタンスをＣ、ガス孔の個数をｎ個とすると、供給流量Ｑと圧力の関係は下式になる。
Ｑ＝ｎＣ（ｐ_０－ｐ_１）・・・（２）

【0036】

ガス孔のコンダクタンスＣは、第二のガスが粘性流であり、ガス孔が円筒形状の場合、下式で与えられる。
Ｃ＝（１３９４ｄ^４／ｌ）（（ｐ_０＋ｐ_１）／２）・・・（３）
ここで、ｌはガス孔の長さを表す。

【0037】

式（２）、（３）より、バッファ室圧力ｐ_０が以下の通り得られる（ただし、（４）式の導出の過程で、ｐ_１≪ｐ_０であることから_、１－（ｐ_１／ｐ_０）^２≒１と近似した）。
ｐ_０＝√（２ｌＱ／１３４９ｎｄ^４）・・・（４）

【0038】

なお、式（４）の導出過程では、プラズマ処理室１００内の圧力ｐ_１がｐ_０に比べ十分小さいためｐ_１を無視した。式（１）と（４）から求めた流量とマッハディスク距離の関係は、図２のようになる。このとき、ガス孔長さｌは１５ｍｍ、ガス孔直径ｄは０．５ｍｍ、ガス孔個数ｎは６０個として計算した。第二のガス流量や、処理室内の圧力を調整することでマッハディスク距離を増減できることがわかる。

【0039】

マッハディスク距離とＥＣＲ面との関係を模式的に示す図３において、図中のＨ１は外周ガス導入部１１のガス孔１１ｄの出口端から仕切り部１２下端までの距離である。また、Ｈ２は外周ガス導入部１１のガス孔１１ｄの出口端からＥＣＲ面までの距離である。Ｈ２＞Ｈ１であることから明らかなように、仕切り部１２の下端部の高さは、ガス孔１１ｄの出口端の高さより低くなっている。

【0040】

図３に示すように、外周ガス導入部１１のガス孔１１ｄからのマッハディスク距離ｘ_Ｍよりも近い位置になるように外部磁場を制御する場合について検討する。すなわち、Ｈ２＜ｘ_Ｍのとき、プラズマ処理室１００外周部にて第二のガスが多く解離して第二のガス由来のラジカルが多く生成され、生成されたラジカルは高速なガス流れで下方に輸送される。

【0041】

更に、０＜Ｈ２＜Ｈ１＜ｘ_Ｍの場合、仕切り部１２にてプラズマ処理室１００が径方向に仕切られており、仕切り部１２の外周側における第二のガス密度が高くなる。更に第二のガス密度の高い仕切り部１２外周の流路にＥＣＲ面が存在するため、より効果的に第二のガス由来のラジカルを生成できる。以上の構成により、第二のガスがプラズマ処理室１００の外周部で多く解離してラジカルを生成し、これを高速なガス流れによって被処理基板１６外周部にまで輸送できる。

【0042】

次にＨ２の制約について述べる。通常、プラズマ処理室１００に第二のガスを導入するガス孔１１ｄにて異常放電が生じると、プラズマ処理の均一性が著しく悪化する。ＥＣＲ面とガス孔１１ｄの出口端との距離が３０ｍｍ未満である（すなわちＨ２＜３０ｍｍである）とガス孔１１ｄにて異常放電が生じることがわかっている。したがって、３０ｍｍ＜Ｈ２＜ｘ_Ｍとする必要がある。この条件は、Ｈ２は磁場の調節により、またｘ_Ｍは、図２に示したように処理室圧力や第二のガス流量調節により実現可能である。

【0043】

一方で、ＥＣＲ面の高さをマッハディスク位置よりも下方とするとき、すなわち、Ｈ２＞ｘ_Ｍであるとき、第二のガス由来のラジカルは被処理基板１６に全域的に供給されることとなる。これは、外周ガス導入部１１のガス孔１１ｄから離れるほど、ガスの粘性などの影響で第二のガスの流速が減衰し、第二のガスがプラズマ処理室１００内に拡散することなどの理由による。

【0044】

Ｈ２＞ｘ_Ｍを実現する方法としては、図２に示したように、第二のガス流量低下及びプラズマ処理室内圧力増加を行ったり、あるいは電磁コイル１４の電流値を調整してＥＣＲ面の高さをプラズマ処理室１００下方に移動させれば良い。

【0045】

通常、被処理基板１６をプラズマ処理する際には、要求される加工性能に応じてシャワープレート９及び外周ガス導入部１１から供給される反応性ガスの組成比や処理室圧力等を調整する。したがって、所望のラジカルを被処理基板１６の外周部に供給したい場合でも、加工性能の制約によっては必ずしもプラズマ処理室内圧力や第二のガス流量を単純に調整できないことがある。この場合、第二のガス流量調整用のガスとして新たに希ガスなどの反応性の乏しいガスを、外周ガス導入部１１に追加導入すればよい。これにより、要求される加工性能を損なうことなく、被処理基板の外周部へのラジカルフラックスを調整することができる。

【0046】

以上述べたように、マッハディスクとＥＣＲ面の高さの位置関係を調整する方法を用いれば、被処理基板１６に入射する第二のガス由来のラジカルのフラックスの径方向分布を調整することが可能となる。

【0047】

本実施形態では外周ガス導入部１１のガス孔１１ｄは、図３に示すような円筒形状を有するものとしたが、高速なガス流れを形成するために、孔形状を任意に変更しても良い。図４に外周ガス導入部１１のガス孔形状を変更した例を示す。例えば、図４（ａ）に示すように、ガス孔１１ｄを、底壁１１ｃの下面に近づくに従って（下方向に向かって）漸次径の広がる末広がりのテーパ状としても良い。また、図４（ｂ）に示すように、ガス孔１１ｄを、底壁１１ｃの下面に近づくに従って漸次縮径し、中間地点から漸次拡径するような、流路断面積を絞ってから広げるラバルノズル形状としても良い。その他、高速にガスを導入可能なガス孔断面形状が適宜用いられても良い。

【0048】

［実施形態２］
実施形態１で示したプラズマ処理装置を用いた好適なプラズマ処理方法を、実施形態２にて示す。図５に、プラズマ処理時のガス流量とマイクロ波電力導入のタイムチャートを示す。マイクロ波源１、第一のガス供給手段１３、第二のガス供給手段１７を含むプラズマ処理装置の各部を制御する制御部ＣＯＮＴ（図１）の制御信号に従い、プラズマ処理を開始させる時には、第一のガス及び第二のガスは、マイクロ波電力を印加するΔＴ１前に導入される。また制御部ＣＯＮＴの制御信号に従い、プラズマ処理を終了させる時にはマイクロ波電力を停止してからΔＴ２後に、第一のガス及び第二のガスの導入を停止する。

【0049】

このシーケンスの採用により、プラズマ処理室１００内で生成したラジカルが第一のガス供給手段１３や第二のガス供給手段１７に逆流し、ガス配管が腐食するといったリスクを大幅に低減できる。なぜならば、マイクロ波電力を投入してプラズマ処理室１００内にプラズマ１０１が生成している間には、常にガス導入部から遠ざかる方向にガス流れが存在し、プラズマ処理室１００で生成したラジカルが第一のガス供給手段１３と第二のガス供給手段１７にまで到達しにくくなるためである。

【産業上の利用可能性】

【0050】

本発明は、半導体ウエハ等の基板上の試料をエッチング等で処理するプラズマ処理装置法に適用可能である。ただし、プラズマ源としてはＥＣＲ方式に限られず、任意の方式を用いることができる。

【0051】

なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態における構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態における構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。

【符号の説明】

【0052】

１ マイクロ波源
２ 方形導波管
３ 自動整合機
４ アイソレータ
５ 円矩形変換器
６ 円形導波管
７ 空洞部
８ マイクロ波導入窓
９ シャワープレート
１０ 内筒
１１ 外周ガス導入部
１２ 仕切り部
１３ 第一のガス供給手段
１４ 電磁コイル
１５ ヨーク
１６ 被処理基板
１７ 第二のガス供給手段
１８ 基板ステージ兼高周波電極
１９ 絶縁板
２０ コンダクタンス調整バルブ
２１ ターボ分子ポンプ
２２ バイアス用自動整合機
２３ バイアス電源
２４ サセプタ
２５ カバーリング
２６ チャンバ内壁
１００ プラズマ処理室
１０１ プラズマ
ＣＯＮＴ 制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】