JP2008172168A

JP2008172168A - プラズマ処理装置、プラズマ処理方法及び記憶媒体

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Publication number: JP2008172168A
Application number: JP2007006206A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Sawada; 郁夫沢田; ＶｅｎｔｚｅｋＰｅｔｅｒ; Ventzek Peter; Tatsuro Oshita; 辰郎大下; Kazuyoshi Matsuzaki; 和愛松崎; Shojun Ko; 松潤康
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2007-01-15
Filing date: 2007-01-15
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2027-01-15
Also published as: KR20090091332A; TW200839924A; US20100006543A1; WO2008087843A1; US8636871B2; CN101601125A; KR101124924B1; JP5168907B2; US20140138356A1; CN101601125B; US9252001B2

Abstract

【課題】処理容器の側壁の温度制御性が良好であり、またプラズマによる基板へのダメージを抑えることができるプラズマ処理装置を提供すること。
【解決手段】処理容器の上部に載置台と対向するように設けられた第１の電極及び第２の電極と、これら第１の電極及び第２の電極の間に処理ガスを供給するためのガス供給部と、前記第１の電極及び第２の電極の間に供給された処理ガスをプラズマ化するためにこれら電極の間に高周波電力を印加する高周波電源部と、前記処理容器の下部から当該処理容器内の雰囲気を真空排気する手段と、を備えるようにプラズマ処理装置を構成する。載置台上の基板付近ではプラズマの電子温度が低くなり、プラズマが基板に与えるダメージを抑えることができ、また処理容器の材質として金属を用いることができるので、その温度制御性が良好である。
【選択図】図４

Description

本発明は、プラズマ処理装置、プラズマ処理方法及びその方法を実行するためのプログラムを格納した記憶媒体に関する。

例えば半導体デバイスや液晶デバイスの製造プロセスにおいては、基板に対して、エッチング、スパッタリング、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等の処理が行われており、これらの処理にはプラズマを利用したプラズマ処理装置が多用されている。このプラズマ処理装置においては、基板を収容した処理容器の内部に処理ガスを供給し、その処理ガスをプラズマ化して活性化させることにより、基板に既述の各処理を行う。

以下、従来の各種のプラズマ処理装置について具体的に説明する。図１７は平行平板二周波型と呼ばれるプラズマエッチング装置１０１について示したものであり、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ）と呼ばれる、電極間に発生するＲＦ（Radio Frequency）電界を利用したプラズマを生成する装置である。このエッチング装置１０１は、真空チャンバからなる処理容器１０２内に、下部電極を兼用し、ウエハＷを載置するための載置台１０３と、多数のガス供給孔１０４を有し、処理容器１０２の天板を構成するガスシャワーヘッド１０５とを備えている。

処理容器１０１の側壁は例えばアルミニウム（Ａｌ）により構成され、その内側表面は例えば酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）やアルマイト（Ａｌ2Ｏ3）などのセラミックスにより被覆され、絶縁されている。またこの側壁には、側壁の温度制御を行うための冷媒の流路１０６が側壁内を周回するように設けられている。

前記ガスシャワーヘッド１０５は、その下面に上部電極１０７を備えており、上部電極１０７は例えばＡｌなどの金属のベース１０８と、その表面に設けられた例えばシリコン（Ｓｉ）などにより構成される導体板１０９とにより構成されている。なお図示は省略しているが、ベース１０８には冷媒の流路が設けられており、シャワーヘッド１０５の温度制御を行うことができるようになっている。

図中１１０はガス供給源であり、ガスシャワーヘッド１０５に処理ガスを供給し、その処理ガスはガス供給孔１０４を介してウエハＷに供給される。図中１１１は排気管であり、処理容器１０２内を排気して、所定の圧力にする。図中１１２，１１３は夫々第１の高周波電源、第２の高周波電源である。前記処理ガスが供給された状態で各高周波電源１１２，１１３がオンになると第１の高周波電源１１２から上部電極１０７に例えば１３〜６０ＭＨｚの高周波が印加され、図中点線で示すようにその上部電極１０７の下方にプラズマが発生し、処理ガスが活性化されると共に、第２の高周波電源１１３から載置台１０３に例えば０．３８〜１３ＭＨｚの高周波が印加されバイアス電位が発生し、プラズマを構成するイオンがウエハＷに引き込まれて、ウエハＷ表面がエッチングされる。

このプラズマエッチング装置１０１においては、上記のようにガスシャワーヘッド１０５及び処理容器１０２が金属材料で構成され、それらを冷却する冷媒の流路が形成されているため、これらシャワーヘッド１０５及び処理容器１０２の温度が制御されている。従って同一ロット内の複数のウエハＷに対し順次処理を行うにあたり、処理ごとにそれらが蓄熱して温度上昇することが抑えられる結果として、これらガスシャワーヘッド１０５及び処理容器１０２の熱の影響を受けて、ウエハＷに処理のばらつきが起こることが抑えられる。また処理ガスとして例えば高温領域でそのガスに含まれる成分の堆積性が高くなるものを用いた場合であっても、シャワーヘッド１０５及び処理容器１０２の温度が制御されることによりその処理ガスの成分の堆積が抑えられるため、その堆積物がパーティクルとなってウエハＷを汚染することが抑えられるという利点を有する。

続いて、図１８に示す従来のプラズマエッチング装置１２０について説明する。このエッチング装置１２０は、マイクロ波プラズマ方式と呼ばれる手法によりプラズマを生成する。なお図１８においてエッチング装置１０１と同様に構成されている各部については同一の符号を付している。図中１２１は処理容器１０２の天板を構成する第１のガス供給部であり、後述するようにマイクロ波をその下面に伝達するためにＳｉＯ2（酸化シリコン）やＡｌ2Ｏ3などのセラミックスにより構成されている。この第１のガス供給部１２１はガスシャワーヘッドを構成し、図中１２２はその下面に多数設けられた第１のガス供給孔である。１２３はプラズマ発生用ガスの供給源であり、このガス供給源１２３から供給されたプラズマ発生用ガスは、ガス供給部１２１内のガス流路１２４を介して第１のガス供給孔１２２から下方に供給される。

図中１２５は、載置台１０３と第１のガス供給部１２１との間を仕切り、ガスシャワーヘッドとして構成された第２のガス供給部であり、多数の第２のガス供給孔１２６を備えている。図中１２７はエッチングあるいは成膜用の処理ガスの供給源であり、前記処理ガスは、ガス供給部１２５内に設けられた、第２のガス流路１２８を介して第２のガス供給孔１２６からウエハＷに向けて供給される。図中１２９は第２のガス供給部１２５を貫通する開口部であり、第１のガス供給部１２１から供給されたエッチング用ガスをウエハＷに向けて供給するためのものである。

図中１３１はマイクロ波発生手段であり、例えば周波数が２．４５ＧＨｚあるいは８．３ＧＨｚのマイクロ波を供給し、そのマイクロ波は伝搬部１３２及び第１のガス供給部１２１を介して当該ガス供給部１２１の下方側の処理空間に向けて放出され、図中点線で示すように第１のガス供給部１２１から供給されたプラズマ発生用ガスがプラズマを形成するようになっている。そのプラズマ化されたプラズマ発生用ガスは下降し、第２のガス供給部１２５から供給された処理ガスをプラズマ化し、そのプラズマ化された処理ガスがウエハＷの表面を処理する。

続いて図１９（ａ）に示すエッチング装置１４１について説明する。このエッチング装置はＩＣＰ（誘導結合プラズマ）を利用したプラズマエッチング装置であり、石英からなる処理容器１４２を備えている。図中１４３，１４４は、処理ガスを供給するノズルである。図１９（ｂ）に示すように処理容器１４２の上部にはコイル１４５が巻きつけられており、その一端には高周波電源１１２に接続され、またその他端は接地されている。ノズル１４３，１４４からガスを供給した状態でコイル１４５に電流を供給すると、処理容器１４２内に電界が形成され、点線で示すようにプラズマが発生するようになっている。

ところで図１７の平行平板型プラズマエッチング装置１０１においては、上部電極１０７と下部電極である載置台１０３との間に直接高周波が印加されることから、マイクロ波プラズマ方式エッチング装置１２０や誘導結合プラズマエッチング装置１４１に比べて処理中に形成されるプラズマの電子温度が例えば３〜４ｅＶ程度と高くなり、強いエネルギーを持ったイオンなどがウエハＷに衝突して、ウエハＷが大きなダメージを受けるおそれがある。

また天板である上部電極１０７にプラズマ発生用の高周波を供給し、また載置台１０３にバイアス用の高周波を印加することにより、互いの高周波が干渉し合い、その結果として載置台１０３に印加される高周波の波形が歪み、その制御が困難になるおそれがあり、そうなるとウエハＷ表面におけるプラズマのイオンエネルギーの分布にばらつきが生じる。これらのばらつきは、各高周波電源１１２，１１３の周波数や、パワーなどのパラメータを調整したりすることにより影響が現れないように制御することもできるが、そのために多くのパラメータを制御する必要があり、手間であるし、ばらつきを抑えるために多くのパラメータが拘束されることでプラズマ処理の自由度が低下してしまうおそれがある。また縦軸に基板へのイオンの衝突頻度をとり、横軸にイオンエネルギーをとったイオン衝突頻度分布の形状は、バイアス用の高周波を載置台１０３に印加したときに、プラズマ発生用の高周波と干渉しなければ、バイアス用の高周波の波形形状に対応し、従ってプロセスに応じた適切な衝突頻度分布の形状を選択することができる。しかしながらこれら高周波が干渉すると、こうした調整を精度良く行うことができないといった不利益もある。

これらの不具合を避けるために上部電極１０７と下部電極である載置台１０３とのギャップを大きくすることも考えられるが、そうするとプラズマが生成しなくなり、正常な処理が行えなくなるおそれがある。

また図１８のマイクロ波プラズマ方式エッチング装置１２０においては天板からマイクロ波を供給しているので載置台に印加されるバイアス用の高周波と干渉するおそれはなく、載置台１０３に印加される高周波の波形が歪むことは抑えられる。また第１のガス供給部１２１の直下の電子温度は５〜１０ｅＶと高くなるが、第１のガス供給部１２１から供給されたプラズマ発生用ガスの作用によりプラズマ化するため、ウエハＷの周囲においては電子温度が１〜２ｅＶと低くなる。従ってウエハＷに作用する電子やイオンのエネルギーが低く、ウエハＷが受けるダメージが抑えられるという利点がある。

しかし装置の天板を構成する第１のガス供給部１２１は、マイクロ波をその下面に良好に伝達するためにセラミックスにより構成されており、セラミックスはアルミニウムなどの金属に比べて熱容量が大きいので温度制御性が悪い。そのため同一ロット内の複数のウエハＷを順次処理するにあたり、第１のガス供給部１２１が蓄熱する結果、その熱がウエハＷの処理に影響を与えてウエハＷ間で処理のばらつきが生じるおそれがある。また既述のように高温において含まれる成分の堆積性が高くなるガスを用いると、そのガスの堆積物からパーティクルが生じてウエハＷを汚染するおそれがある。

また処理中において処理容器１０２内は真空状態になることから、ガスの拡散性が高くなる。そのため第２のガス供給部１２５から供給された処理ガスは直接ウエハＷに供給されず、一旦貫通孔１２９を介して第１のガス供給部１２１付近へ拡散してからウエハＷに向かう場合がある。既述のようにガス供給部１２１付近においては電子温度がウエハＷの周辺に比べて高く、従って第２のガス供給部１２５から直接ウエハＷへ供給される処理ガスの分子と第２のガス供給部１２５から一旦天板付近に移動した処理ガスの分子とではイオンやラジカルへの解離性が異なり、夫々異なるエネルギーを有し、ウエハＷへの反応性が異なる。その結果としてウエハ面内やウエハ間での処理のばらつきの発生が起こるおそれがある。

また図１９の誘導結合プラズマエッチング装置１４１においては、直接処理容器１４２内に高周波電流が印加されないので、載置台１０３に供給される高周波の波形が歪むことが抑えられる。しかし石英は金属などに比べて熱容量が大きいので温度制御性が悪く、基板に処理を行うたびに処理容器１４２の側壁及び天板が蓄熱し、その結果としてエッチング装置１２０と同様にロット内のウエハＷ間の処理にばらつきが生じるおそれがあり、またエッチング装置１２０と同様に高温において堆積性の高いガスを用いると、そのガスの堆積物からパーティクルが生じてウエハＷを汚染するおそれがある。

またこのプラズマエッチング装置１４１においては処理容器１４２の上部に電界が発生するため、既述のようなガスシャワーヘッドによりガスを供給することができずノズルから供給するため、ウエハＷに均一にガスを供給することが難かしく、エッチングに対するウエハＷの面内均一性が低下するおそれがある。

このように既述の各プラズマ処理装置は、処理容器内の側壁及び天板の温度制御性の悪さ、プラズマによる基板へのダメージ、基板に対するガス供給の不均一性、あるいは高周波波形の制御性の悪さといった欠点のいずれかを有している。

本発明の目的は、処理容器の側壁の温度制御性が良好であり、またプラズマによる基板へのダメージを抑えることができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することである。

本発明のプラズマ処理装置は、処理容器内の載置台に載置された基板に対して、処理ガスをプラズマ化して得たプラズマにより処理を行う装置において、
前記処理容器の上部に載置台と対向するように設けられた第１の電極及び第２の電極と、
これら第１の電極及び第２の電極の間に処理ガスを供給するためのガス供給部と、
前記第１の電極及び第２の電極の間に供給された処理ガスをプラズマ化するためにこれら電極の間に高周波電力を印加する高周波電源部と、
前記処理容器の下部から当該処理容器内の雰囲気を真空排気する手段と、を備えたことを特徴とする。

前記ガス供給部は、例えば第１の電極及び第２の電極の上方に位置して前記載置台と対向し、多数のガス供給孔が穿設された板状体を有し、その場合例えば前記ガス供給部には、当該ガス供給部を温調する温調機構が設けられている。また前記処理容器は金属により構成され、当該処理容器を温調する温調機構が設けられていてもよい。また第１の電極及び第２の電極は、各々横方向に並行状に伸びる複数の棒状部を有し、第１の棒状部と第２の棒状部とは交互に配列されていてもよい。その場合例えば第１の電極の棒状部及び第２の電極の棒状部は、互いに横方向に対向する基部から互いに向き合うように伸び出している。

第１の電極、第２の電極は例えば夫々径の異なる同心のリング状に形成されており、その場合第１の電極を構成するリング状部材及び第２の電極を構成するリング状部材は交互に設けられ、外側に向かうにつれて隣り合うリング状部材同士の間隔が狭まるように構成されてもよい。

前記ガス供給部は例えば第１の電極及び第２の電極の一方の全部または一部として構成される、前記ガス供給部は、互いに並行するように横方向に間隔をおいて伸長した複数の線状突起を前記電極の一部として下面に備え、第１の電極及び第２の電極の他方が前記線状突起の横または下方に位置している、前記線状突起は例えば直線状またはリング状に形成されていてもよい。また前記第１の電極及び／または第２の電極には、その全表面の電位を均一化するための孔が、各電極を貫くように設けられていてもよい。

さらに前記高周波電源を第１の高周波電源とすると、前記載置台に高周波を印加してバイアスをかけてプラズマ化した処理ガスを基板に引き込むための第２の高周波電源が設けられていてもよく、第１の電極及び第２の電極は、各々の電極を温調するための温調流体の流路を備えていてもよい。

本発明のプラズマ処理方法は、処理ガスをプラズマ化して得たプラズマにより基板に対して処理を行う方法において、
処理容器内の載置台に基板を載置する工程と、
次いで前記処理容器の上部に載置台と対向するように設けられた第１の電極及び第２の電極の間に処理ガスを供給する工程と、
前記第１の電極及び第２の電極の間に供給された処理ガスをプラズマ化するためにこれら電極の間に高周波電力を印加する工程と、
前記処理容器の下部から当該処理容器内の雰囲気を真空排気する工程と、を備えたことを特徴とし、例えば前記処理ガスを供給する工程は、前記第１の電極及び第２の電極の上方にて載置台と対向する板状体に穿設された多数のガス供給孔から第１の電極及び第２の電極に処理ガスを供給する工程である。

本発明の記憶媒体は、処理ガスをプラズマ化して得たプラズマにより基板に対して処理を行う方法に使用され、コンピュータ上で動作するコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、前記コンピュータプログラムは、既述のプラズマ処理方法を実施するようにステップが組まれていることを特徴とする。

本発明によれば、処理容器の上部に第１の電極と第２の電極とを設けて、これらの間に高周波電力を印加しているため、載置台上の基板付近ではプラズマの電子温度が低くなり、従ってプラズマが基板に与えるダメージを抑えることができる。また処理容器の材質として金属を用いることができるので処理容器の温度制度性が良好であり、平行平板型のプラズマ処理装置などと同様の利点を確保できる。

（第１の実施形態）
本発明のプラズマ処理装置の実施の形態であるプラズマエッチング装置１の構成について図１を参照しながら説明する。プラズマエッチング装置１は例えばＦＰＤ（flat panel display）などの角形の基板Ｂに処理を行う装置であり、筒状に形成されると共に例えばその内部が密閉された処理空間となっている処理容器１１と、この処理容器１１内の底面中央に配設された載置台２と、載置台２の上方に設けられたプラズマを生成するための電極３１，３２と、電極３１，３２の上方において載置台２と対向するように設けられたガスシャワーヘッド４とを備えている。

処理容器１１はセラミックスなどに比べて冷却性の高い例えばアルミニウムなどの金属などより構成され、その内側表面は、例えばアルマイトコーティングされることにより絶縁されている。また処理容器１１は温調媒体を流す流路１２を備えており、流路１２は図中矢印で示すように処理容器１１の側壁内を上方から下方に向けて周回するように形成され、エッチング処理を行う際に温調流体である冷媒例えば冷却水がその流路１２を流通し、側壁の内側表面を温調例えば冷却するようになっている。

また処理容器１１の底面に設けられた排気口１３には、真空ポンプ及び圧力調整部を含む排気装置１４が排気管１５を介して接続されており、圧力調整部が後述の制御部１０からの制御信号に基づき処理容器１１内を真空排気して所望の真空度に維持するように構成されている。図中１６は処理容器１１の側壁に形成された基板Ｂの搬送口であり、この搬送口１６はゲートバルブ１７により開閉自在に構成されている。１８は絶縁材により構成された支持部であり、電極３１，３２を囲むと共にこれらを載置台２の上方位置にて支持している。

載置台２は、基板Ｂの形状に対応するように角型に構成されており、例えば支持部２１により処理容器１１の下部に支持されている。また載置台２の内部には下部電極２２が埋め込まれており、この下部電極２２は基板Ｂにバイアス電位を発生させ、後述の処理ガスから生じたイオンを基板Ｂ側に引き込むことでエッチング形状の垂直性を高める役割を有する。その下部電極２２には例えば０．３８〜１３ＭＨｚの高周波電源２３が接続されており、これは特許請求の範囲における第２の高周波電源に相当する。

また載置台２の外周縁には基板Ｂを囲むようにフォーカスリング２５が設けられ、当該フォーカスリング２５を介してプラズマ発生時に当該プラズマが前記基板Ｂに集束するように構成されている。載置台２の外周には方形枠状のバッフル板２６が設けられており、処理容器１１内を上下に仕切っている。バッフル板２６は、厚さ方向に開口した多数の孔を備え、処理容器１１内の排気を行う際に基板Ｂの周囲のガスの流れを均一化する役割を有する。

載置台２内には温調流体である冷媒例えば冷却水が通る流路２７が形成されており、冷却水が当該流路２７を流れることで載置台２が冷却され、この載置台２を介して当該載置台２上に載置された基板Ｂが所望の温度に温調されるように構成されている。また載置台２には温度センサ（図示せず）が装着され、当該温度センサを介して載置台２上の基板Ｂの温度が常時監視されている。

続いて載置台２から離れた上方に設けられた電極３１，３２について説明する。図２は、図１中矢印Ａ−Ａに沿った電極３１，３２の横断平面を示しており、電極３１（３２）は基部３１ａ（３２ａ）とこの基部３１ａ（３２ａ）から並行状に水平に伸びる複数の歯部３１ｂ（３２ｂ）とを備えていて、櫛歯型に形成されている。そして一方の電極３１の基部３１ａ及び他方の電極３２の基部３２ａは支持部１８における互いに対向する側面に密着して、互いに向き合うように設けられ、一方の基部３１ａから伸び出す歯部３１ｂの間に他方の基部３２ａから伸び出す歯部３２ｂが入り込むように、即ち歯部３１ｂ，３２ｂが交互に配列されている。これら電極３１，３２は例えばＡｌにより構成されており、またその表面は絶縁材例えばＹ2Ｏ3によりコーティングされている。この例では電極３１，３２は、夫々特許請求の範囲の第１の電極及び第２の電極に相当し、以下の説明では櫛歯電極３１，３２と呼ぶことにする。

図３に示すように櫛歯電極３１内には温調流体である冷媒例えば冷却水の流路３３が形成されている。流路３３は、基部３１ａの一端から他端へ向かう途中、歯部３１ｂの先端へ向かうように屈曲し、さらにその先端付近で、コの字を描くように屈曲して基部３１ａに戻り、また基部３１ａの他端に向かうように形成されている。なお図示は省略するが櫛歯電極３２の流路も櫛歯電極３１の流路３３と同様に構成されており、エッチング処理中において、図中鎖線の矢印で示すように、冷却水が流路３３に沿って流通して、櫛歯電極３１，３２の表面が冷却される。なお流路３３は図１及び図２においては図示の便宜上省略している。

一方の櫛歯電極３１はバイアス用の高周波電源２３よりも周波数の高い、例えば１３ＭＨｚ〜６０ＭＨｚのプラズマ発生用の高周波電源３３に接続されていると共に他方の櫛歯電極３２は接地されている。図示は省略しているが高周波電源２３，３３は制御部１０に接続されており、制御部１０から送られる制御信号に従い、各高周波電源から各電極に供給される電力が制御される。

続いてガス供給部であるガスシャワーヘッド４について説明する。この例ではガスシャワーヘッド４は例えば石英などのセラミックスにより構成されており、処理容器１１の天板を構成している。またガスシャワーヘッド４は内部に後述の各ガスが供給される空間４１を備えるよう形成されると共に、その下面には処理容器１１内へガスを分散供給するための多数のガス供給孔４２が、空間４１に連通するように形成されている。図１及び図２に示すように各ガス供給孔４２は、櫛歯電極３１の歯部３１ｂと櫛歯電極３２の歯部３２ｂとの間の隙間にガスを供給できるように穿設されている。

ガスシャワーヘッド４の上面中央にはガス導入管４３が設けられ、このガス導入管４３は処理容器１１の上面中央を貫通している。そしてこのガス導入管４３は上流に向かうと多数に分岐して分岐管を構成し、各分岐管の端部はエッチング用の処理ガスとしてＣＦ系ガスであるＣＦ4（四フッ化炭素）ガス、Ｏ_２（酸素）ガス、Ｎ2（窒素）ガスが夫々貯留されたガス供給源４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃに夫々接続されている。各分岐管には夫々バルブや流量制御部などが設けられており、これらはガス供給系４５を構成している。ガス供給系４５は、制御部１０からの制御信号により各ガス供給源４４Ａ〜４４Ｃからのガスの給断及び流量を制御する。

このプラズマエッチング装置１には例えばコンピュータからなる制御部１０が設けられている。制御部１０はプログラム、メモリ、ＣＰＵからなるデータ処理部などを備えており、前記プログラムには制御部１０がプラズマエッチング装置１の各部に制御信号を送り、後述の各ステップを進行させることで基板Ｂに対して所望のエッチングパターンの形成が実施できるように命令が組まれている。また、例えばメモリには処理圧力、処理時間、ガス流量、電力値などの処理パラメータの値が書き込まれる領域を備えており、ＣＰＵがプログラムの各命令を実行する際これらの処理パラメータが読み出され、そのパラメータ値に応じた制御信号がこのプラズマエッチング装置１の各部に送られることになる。

このプログラム（処理パラメータの入力用画面に関連するプログラムも含む）は、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）などにより構成される記憶媒体である記憶部１９に格納されて制御部１０にインストールされる。

続いて上記プラズマエッチング装置１の作用について説明する。先ず、処理容器１１の流路１２及び櫛歯電極３１及び３２の各流路３３を冷却水が流通して、処理容器１１の内壁及び各櫛歯電極３１，３２の表面が冷却される。また載置台２の流路２７を冷却水が流通し、載置台２が冷却され、そしてゲートバルブ１７が開かれて、処理容器１１内に図示しない搬送機構により基板Ｂが搬入される。この基板Ｂが載置台２上に水平に載置された後、前記搬送機構が処理容器１１から退去してゲートバルブ１７が閉じられる。

載置台２に載置された基板Ｂが流路２７を流れる冷媒により冷却されて、所定の温度に調整され、またこの間に排気装置１４により排気管１５を介して処理容器１１内の排気が行われて、処理容器１１内が所定の圧力に維持されると共に櫛歯電極３１，３２間を介して処理容器１１にＣＦ4ガス、Ｏ2ガス及びＮ2ガスが混合された処理ガスが供給される。続いて高周波電源２３及び３３が例えば同時にオンになり、下部電極２２に高周波電圧が印加されると共に近接する櫛歯電極３１，３２間に高周波電圧が印加される。

図４を用いてこのように下部電極２２及び櫛歯電極３１，３２間に高周波電圧が印加されたときの処理容器１１内のガス及びプラズマの様子を説明する。この図において櫛歯電極３１，３２の各歯部３１ｂ，３２ｂは夫々模式的に示されており、また図中の太い矢印は、櫛歯電極３１，３２間に供給される処理ガスを示している。上記のように櫛歯電極３１，３２間に高周波電圧が印加されることにより、これらの櫛歯電極３１，３２間を高周波電流が流れる。その高周波のエネルギーにより前記処理ガスが活性化されて、載置台２の基板Ｂから離れた位置に、図中点線で示すように櫛歯電極３１，３２間において電子温度が３〜４ｅＶ程度の、リモートプラズマというべき容量結合プラズマが形成される。そして処理容器１１の下方で排気が行われることによりこのプラズマは下降し、電界が形成される領域を離れ、基板Ｂの周囲において電子温度が１〜２ｅＶ程度になる。そしてプラズマを構成する各種イオンは、下部電極２２に印加されるバイアス電位により基板Ｂに引き込まれ、異方性エッチングが行われる。

櫛歯電極３１，３２間に高周波電力が印加されてから例えば所定の時間経過した後に、例えば高周波電源２３，３３がオフにされ、プラズマが消灯されると共に処理容器１１内へのＣＦ4ガス、Ｏ2ガス及びＮ2ガスの供給が停止される。排気装置１４により処理容器１１内に残留したガスが排気された後、ゲートバルブ１７が開き、前記搬送機構により基板Ｂが処理容器１１から搬送される。その後例えば同一ロットの後続の基板Ｂが搬送され、同様に処理が行われる。

このようなプラズマエッチング装置１によれば、載置台２から離れた上方に水平に配列された櫛歯電極３１，３２の歯部３１ｂ，３２ｂ間に高周波電力が印加され、それによりガスシャワーヘッド４から供給された処理ガスがプラズマ化され、そしてプラズマは処理容器１１の下方側からの排気により載置台２へ引き込まれる。このようにプラズマは載置台２から離れた位置に形成されるため、基板Ｂの周囲では、プラズマが形成される櫛歯電極３１，３２の周囲に比べて電子温度が低くなる。従ってプラズマが基板Ｂに与えるダメージを抑えることができる。また高周波を印加する櫛歯電極３１，３２とバイアスをかけるための下部電極２２とが分離されているので、櫛歯電極３１，３２間を伝搬する高周波の影響を受けて、載置台２に印加されるプラズマ引き込み用の高周波の波形に歪みが生じることが抑えられ、基板Ｂの周囲のイオンエネルギー分布及び基板Ｂに打ち込まれるイオン／ラジカル比の制御が容易になり、基板内及び基板間での処理のばらつきを抑えることができる。

また、本発明では、処理容器の上部側にプラズマ発生用の電界が閉じ込められているので、下部側のバイアス用の高周波の波形が平行平板型プラズマ処理装置のように乱されない。このためその高周波の波形を調整することによりその波形に応じたイオン衝突頻度分布（既述のように縦軸に基板へのイオンの衝突頻度をとり、横軸にイオンエネルギーをとった分布）が得られる。波形の具体例としては、正弦波、三角波あるいは矩形波などを挙げることができ、その波形のパラメータとしては例えば電圧の大きさ、波形の立ち上がり、立下りなどを挙げることができる。そしてこれらパラメータを調整することにより、プロセスに応じた適切なイオン衝突頻度分布を高い精度で得ることができる。

また処理容器１１は金属により構成されており、その中に温調媒体である冷却水を通流させているため、熱容量の大きいセラミックスなどにより処理容器１１を構成する場合に比べてその温度制御性が良好である。また櫛歯電極３１，３２についても冷却水により冷却されており、この結果安定したプラズマが得られ、基板Ｂを連続処理するにあたり、安定した処理が行える。なお、このように処理容器１１の内壁及び櫛歯電極３１，３２の温度が制御されていることから、これらの表面の蓄熱が抑えられるため、例えば処理ガスとして高温になったときに堆積性が高くなるようなものを用いた場合であっても、その処理ガスの堆積物に基づくパーティクルの発生が低減できる。

またこの例ではガスシャワーヘッド４により上方から処理ガスを基板Ｂ全体に供給できるため、ノズルなどを用いてガスを供給する場合に比べて基板Ｂの面内均一性の向上を図ることができる。さらにシャワーヘッド４から供給されたガスは一様に電界の作用を受けることによりプラズマ化され、基板Ｂに供給されるため、背景技術の欄で示したマイクロ波プラズマ方式によるエッチング装置と異なり、処理ガスの分子におけるイオンやラジカルへの解離性にばらつきが生じることが抑えられる。従ってロット内の基板Ｂ間及び基板Ｂ面内で処理のばらつきの発生が抑えられる。

（第２の実施形態）
続いて図５に示す他の実施の形態であるプラズマエッチング装置５１について説明する。先の実施形態ではガスシャワーヘッド５２の下方側に第１の電極及び第２の電極を構成する一対の櫛歯電極３１，３２を設けていたが、この実施形態では第１、第２の一方の電極をガスシャワーヘッド５２とし、他方の電極を櫛歯電極により構成している。従ってガスシャワーヘッド５２の下方側には１個の櫛歯電極が設けられている。このエッチング装置５１において既述のエッチング装置１と同一部分または相当部分は同一符号を付してある。このエッチング装置５１のガスシャワーヘッド５２は、アルミニウムなどの金属により構成され、その表面は例えばＹ2Ｏ3などの絶縁部材によりコーティングされている。ガスシャワーヘッド５２は、後述する高周波電源３３に接続された櫛歯電極５５と共にプラズマを発生させるための電極として構成されており、接地されている。ガスシャワーヘッド５２内には第１の実施形態におけるガスシャワーヘッド４と同様に空間５２ａが設けられ、またシャワーヘッド５２の下面には多数のガス供給孔５２ｂが設けられている

ガスシャワーヘッド５２の前記空間５２ａにおいて、ガスシャワーヘッド５２の底板上には温調板５３が設けられており、この温調板５３には、ガスシャワーヘッド５２のガス供給孔５２ｂとは重なり合うように多数の孔５３ａが厚さ方向に穿孔されている。またこの孔５３ａを避けるように温調板５３の内部には温調流体である冷却水の流路（不図示）が設けられており、エッチングが行われる際にはこの流路を冷却水が流通して、ガスシャワーヘッド５２が冷却されるようになっている。

ガスシャワーヘッド５２の下方には絶縁部５４を介して櫛歯電極５５が設けられている。図６はこれら絶縁部５４及び櫛歯電極５５の斜視図である。図中５５ａ、５５ｂは夫々櫛歯電極５５の基部、歯部であり、櫛歯電極５５は例えばその歯部５５ｂの数や厚さを除いて既述の櫛歯電極３１と略同様に形成されている。また櫛歯電極５５の内部には、図示は省略しているが櫛歯電極３１と同様に冷却水の流路が設けられ、エッチング処理時に櫛歯電極５５の表面が冷却されるようになっている。絶縁部５４は、例えばセラミックスにより構成されており、櫛歯電極５５と重なり合う櫛歯形状を有している。そしてガスシャワーヘッド５２から供給された処理ガスは絶縁部５４の歯部間及び櫛歯電極５５の歯部５５ｂ間を通過して基板Ｂに供給される。

このプラズマエッチング装置５１おいては、既述のプラズマエッチング装置１と同様のステップにより基板Ｂが搬入され、処理容器１１内の圧力が所定の圧力になると、図７において太い矢印で示すように、各処理ガスがガスシャワーヘッド５２に供給されると共に高周波電源２３，３３から高周波電力が供給される。これにより図７中点線で示すようにガスシャワーヘッド５２の下面と櫛歯電極５５の歯部５５ｂとの間にプラズマが形成され、このプラズマのイオンが基板Ｂに引き込まれて、基板Ｂがエッチングされる。

このエッチング装置５１においても既述のエッチング装置１と同様の効果を有する。なおこのエッチング装置のガスシャワーヘッド５２はアルミニウムにより構成されると共に冷却水により冷却されているため、エッチング処理中に蓄熱することが抑えられ、各基板Ｂに与える熱の影響をより確実に抑え、基板Ｂ間での処理のばらつきを抑えることができる。

（第３の実施形態）
続いて図８に示した他の実施形態であるプラズマエッチング装置５６について説明する。このプラズマエッチング装置５６はガスシャワーヘッド５７を備えており、図９も参照しながらその構成について説明する。ガスシャワーヘッド５７は第２の実施形態のガスシャワーヘッド５２と同じ材質例えばアルミニウムにより構成されている。ガスシャワーヘッド５２との差異点としては、ガスシャワーヘッド５７の下面には多数の横方向に伸長した直線状の線状突起５８が、間隔をおいて互いに並行するように設けられており、また線状突起５８間及び線状突起５８の下面には、ガスシャワーヘッド５７内の処理ガスが供給される空間５７ａに連通する、多数のガス供給孔５７ｂがシャワーヘッド５７の厚さ方向に形成されている。

ここで第１あるいは第２の電極を構成するガスシャワーヘッド５７に印加される電圧は高周波であり、電極の表面しか電流が流れないため、ガスシャワーヘッド５７内の各表面において電位差が生じる恐れがある。このためガスシャワーヘッド５７の本体周縁部においては、空間５７ｂと連通しないように当該シャワーヘッド５７を厚さ方向に貫く孔５７ｃが形成され、前記線状突起５８においては吐出孔５７ｂと連通しないように各凸部５８を横方向に貫く孔５８ｃとが形成されている。これらの孔５７ｃ及び５８ｃの表面を電流が流れることによりシャワーヘッド全表面において電位が均一化され、後述の櫛歯電極５９に高周波電圧が印加され、ガスシャワーヘッド５７とその櫛歯電極５９との間にプラズマが形成されるときに、プラズマ密度の均一化が図られる。この意味では、これら孔はシャワーヘッド５７のみならず、後述する櫛歯電極５９に設けられていても良く、さらには、既述の実施形態あるいは後述する実施形態の第１の電極、第２の電極に設けられていても良い。

ガスシャワーヘッド５７の下方には、高周波電源３３に接続された櫛歯電極５９が設けられている。櫛歯電極５９の基部５９ａは例えば処理容器１１の内壁に絶縁部材を介して支持されており、この櫛歯電極５９の各歯部５９ｂはシャワーヘッド５７の各突起５８と上下に対向するように設けられている。この櫛歯電極５９は、例えば櫛歯電極３１と同じ材質により構成されている。

既述の各プラズマエッチング装置と同様に処理ガスを供給しながら各高周波電源２３，３３から高周波電圧を印加することで、図１０に点線で示すように櫛歯電極５９の歯部５９ｂと、ガスシャワーヘッド５７の下面の線状突起５８との間にプラズマが形成され、そしてそのプラズマを構成するイオンが基板Ｂに引き込まれてエッチングが行われる。このような実施形態においても既述のエッチング装置１と同様の効果が得られる。なおこの装置５６においては櫛歯電極５９及びガスシャワーヘッド５７がアルミニウムにより構成されており、これらの表面コーティングを除いてセラミックスのような蓄熱性の高い材質により構成された部材が処理空間に設けられていないため、基板Ｂへ与える熱影響が抑えられる。なお櫛歯電極５９には櫛歯電極３１と同様に冷却水の流路３３を設け、ガスシャワーヘッド５７の空間５７ａには既述の温調板５３を設けて、これら櫛歯電極５９及びガスシャワーヘッド５７が冷却されるようにしてもよい。

（第４の実施形態）
続いて円形基板であるウエハＷにエッチング処理を行うプラズマエッチング装置６について、図１１を参照しながら既述の各エッチング装置との相異点を中心に説明する。このエッチング装置６の処理容器６１は円筒状に構成されており、またウエハＷが載置される載置台６２は円形に構成されている。またガスシャワーヘッド６３は処理容器６１の形状に合わせて円形に構成されている他は、既述の第１の実施形態のガスシャワーヘッド４と同様に構成されており、後述の電極間に処理ガスを供給するように内部空間６３ａに連通した多数のガス供給孔６３ｂが形成されている。

ガスシャワーヘッド６３の下部には図１２に示すような電極群が設けられている。この電極群は、例えば載置台６２の中心軸に設けられた電極６４ａと、この電極６４ａの周りに互いに間隔を置いて同心円状に設けられたリング状の電極６４ｂ〜６４ｄとにより構成されている。電極６４ａ，６４ｃは高周波電源３３に接続されると共に、電極６４ｂ，６４ｄは接地されており、これら電極６４ａ，６４ｃと電極６４ｂ，６４ｄとは夫々第１の電極及び第２の電極の一方及び他方に相当する。なお、各電極６４ａ〜６４ｄは例えば櫛歯電極３１と同様の材質により構成されている。

このプラズマエッチング装置６においては既述のプラズマエッチング装置１と同様のステップによりウエハＷが搬入され、電極６４ａ〜６４ｄ間にプラズマが形成されてウエハＷにエッチング処理が行われる。そしてウエハＷは外側へ向かうほど周方向の長さが長くなるので、径方向において電界強度を揃えるために図１１に示すように電極６４ａと６４ｂとの離間距離、電極６４ｂと６４ｃとの離間距離、電極６４ｃと６４ｄとの離間距離を夫々ｄ１，ｄ２，ｄ３とするとｄ１＞ｄ２＞ｄ３となるように設定されており、これにより径方向におけるプラズマ密度の均一化が図られる。このプラズマエッチング装置６においても既述のプラズマエッチング装置１と同様の効果が得られる。

（第５の実施形態）
図１３はウエハＷに対してエッチング処理を行うプラズマエッチング装置の他の実施形態である。このプラズマエッチング装置７のガスシャワーヘッド７１は処理容器６１の形状に合わせて円形に構成され、またガスシャワーヘッド７１の下面の載置台６２の中心上には突起７２ａが形成されている。さらにその突起７２ａを囲むように、突起７２ａを中心とするリング状の線状突起７２ｂ，７２ｃが同心円状に設けられている。そしてこれら各突起７２ａ，７２ｂ，７２ｃ間には、電極を構成するリング部材７３ａ，７３ｂが夫々介在して設けられている。

図１４はこれら突起７２ａ〜７２ｃ及びリング部材７３ａ，７３ｂの構成を示した図であり、リング部材７３ａ，７３ｂは例えばセラミックスなどの絶縁部材からなる支持部７４ａ，７４ｂを介して夫々線状突起７２ｂ，７２ｃに支持されている。即ちこの実施形態は、第４の実施形態におけるリング状の電極６４ａ，６４ｃの組及びリング状の電極６４ｂ，６４ｄの組の一方をシャワーヘッド７１の下面に設けて当該シャワーヘッド７１と同電位にした構成である。従って突起７２ａ〜７２ｃ及びシャワーヘッド７１は、第１の電極及び第２の電極の一方に相当すると共にリング部材７３ａ，７３ｂは第１の電極及び第２の電極の他方に相当し、例えば突起７２ａ〜７２ｃは接地され、リング部材７３ａ，７３ｂは高周波電源３３に接続されている。

ここで角型基板を対象にした第１の実施形態において第１の電極に相当する棒状部材である櫛歯電極３２の歯部３２ｂと、第２の電極に相当する棒状部材である櫛歯電極３１の歯部３１ｂとのうちの一方を図１３と同様にシャワーヘッド４の下面に設けると共にシャワーヘッド４を金属により構成し、この第５の実施形態と同様に前記シャワーヘッド４と歯部３１ａ，３１ｂの一方とが電気的に同電位となるように構成されてもよい。

（第６の実施形態）
図１５に示すようにプラズマエッチング装置を構成してもよい。このエッチング装置８は、電極の構成を除き第４の実施形態である図１１に示したエッチング装置６と同様に構成されている。図１６は電極の斜視図であり、ガスシャワーヘッド６３の下部には棒状の電極８１が互いに横方向に並行に設けられている。また電極８１の下部には絶縁部材８２を介して複数の棒状の電極８３が互いに並行にかつ電極８１とは直交して設けられ、電極８１，８３により格子形状が形成されている。ガスシャワーヘッドのガス供給孔６３ｂからはこの格子間にガスが供給され、プラズマが生成するようになっている。

既述の各実施形態において第１の電極と第２の電極におけるアースとプラズマ形成用の高周波電源３３との接続を逆にしてもよい。またエッチングガスとしては、上述のエッチングガス以外の公知なものも適用することができる。さらに本発明のプラズマ処理装置はエッチング装置の他に、プラズマにより処理を行うＣＶＤ装置やスパッタ装置などにも適用できる。

本発明に係るプラズマエッチング装置の一実施の形態を示した縦断側面図である。前記プラズマエッチング装置を構成する櫛歯電極の横断平面図である。前記櫛歯電極内に設けられた冷却水の流路を示す斜視図である。前記プラズマエッチング装置によりエッチング処理が行われる様子を示した説明図である。他の実施の形態のプラズマエッチング装置を示した縦断側面図である。前記プラズマエッチング装置の電極の構成を示した斜視図である。前記プラズマエッチング装置によりエッチング処理が行われる様子を示した説明図である。更に他の実施の形態にかかるプラズマエッチング装置の縦断側面図である。前記プラズマエッチング装置のガスシャワーヘッド及び電極を示す斜視図である。前記プラズマエッチング装置によりエッチング処理が行われる様子を示した説明図である。更に他の実施の形態にかかるプラズマエッチング装置の縦断側面図である。前記プラズマエッチング装置の電極の斜視図である。更に他の実施の形態にかかるプラズマエッチング装置の縦断側面図である。前記プラズマエッチング装置の電極の斜視図である。更に他の実施の形態にかかるプラズマエッチング装置の縦断側面図である。前記プラズマエッチング装置の電極の斜視図である。従来のエッチング装置の縦断側面図である。従来のエッチング装置の縦断側面図である。従来のエッチング装置の縦断側面図である。

符号の説明

１プラズマエッチング装置
Ｂ基板
Ｗウエハ
１１処理容器
２載置台
２３，３４高周波電源
３１，３２櫛歯電極
４ガスシャワーヘッド

Claims

処理容器内の載置台に載置された基板に対して、処理ガスをプラズマ化して得たプラズマにより処理を行う装置において、
前記処理容器の上部に載置台と対向するように設けられた第１の電極及び第２の電極と、
これら第１の電極及び第２の電極の間に処理ガスを供給するためのガス供給部と、
前記第１の電極及び第２の電極の間に供給された処理ガスをプラズマ化するためにこれら電極の間に高周波電力を印加する高周波電源部と、
前記処理容器の下部から当該処理容器内の雰囲気を真空排気する手段と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
前記ガス供給部は、第１の電極及び第２の電極の上方に位置して前記載置台と対向し、多数のガス供給孔が穿設された板状体を有することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
前記ガス供給部には、当該ガス供給部を温調する温調機構が設けられていることを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理装置。
前記処理容器は金属により構成され、当該処理容器を温調する温調機構が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一記載のプラズマ処理装置。
第１の電極及び第２の電極は、各々横方向に並行状に伸びる複数の棒状部を有
し、第１の棒状部と第２の棒状部とは交互に配列されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一に記載のプラズマ処理装置。
第１の電極の棒状部及び第２の電極の棒状部は、互いに横方向に対向する基部から互いに向き合うように伸び出していることを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理装置。
第１の電極、第２の電極は夫々径の異なる同心のリング状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一に記載のプラズマ処理装置。
第１の電極を構成するリング状部材及び第２の電極を構成するリング状部材は交互に設けられ、外側に向かうにつれて隣り合うリング状部材同士の間隔が狭まることを特徴とする請求項７記載のプラズマ処理装置。
前記ガス供給部が第１の電極及び第２の電極の一方の全部または一部として構成されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一記載のプラズマ処理装置。
前記ガス供給部は、互いに並行するように横方向に間隔をおいて伸長した複数の線状突起を前記電極の一部として下面に備え、第１の電極及び第２の電極の他方が前記線状突起の横または下方に位置していることを特徴とする請求項２または３記載のプラズマ処理装置。
前記線状突起は直線状またはリング状に形成されていることを特徴とする請求項１０記載のプラズマ処理装置。
前記第１の電極及び／または第２の電極には、その全表面の電位を均一化するための孔が、各電極を貫くように設けられていることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか一に記載のプラズマ処理装置。
前記高周波電源を第１の高周波電源とすると、前記載置台に高周波を印加してバイアスをかけてプラズマ化した処理ガスを基板に引き込むための第２の高周波電源が設けられていることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか一記載のプラズマ処理装置。
第１の電極及び第２の電極は、各々の電極を温調するための温調流体の流路を備えていることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか一記載のプラズマ処理装置。
処理ガスをプラズマ化して得たプラズマにより基板に対して処理を行う方法において、
処理容器内の載置台に基板を載置する工程と、
次いで前記処理容器の上部に載置台と対向するように設けられた第１の電極及び第２の電極の間に処理ガスを供給する工程と、
前記第１の電極及び第２の電極の間に供給された処理ガスをプラズマ化するためにこれら電極の間に高周波電力を印加する工程と、
前記処理容器の下部から当該処理容器内の雰囲気を真空排気する工程と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理方法。
前記処理ガスを供給する工程は、前記第１の電極及び第２の電極の上方にて載置台と対向する板状体に穿設された多数のガス供給孔から第１の電極及び第２の電極に処理ガスを供給する工程であることを特徴とする請求項１５記載のプラズマ処理方法。
処理ガスをプラズマ化して得たプラズマにより基板に対して処理を行う方法に使用され、コンピュータ上で動作するコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、請求項１５または１６に記載のプラズマ処理方法を実施するようにステップが組まれていることを特徴とする記憶媒体。