JP2015201567A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被処理体上でのガスの滞留を抑制するプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】プラズマ処理装置１０は、処理容器１２、載置台２０、中央導入部５０、及び、周辺導入部５２を有している。中央導入部は、載置台の上方に設けられており、載置台の中心を通る軸線に沿って当該載置台に向けてガスを導入する。周辺導入部は、高さ方向において、中央導入部と載置台の上面との間に設けられている。また、周辺導入部は、側壁１２ａに沿って設けられている。周辺導入部は、軸線Ｚに対して周方向に配列された複数のガス吐出口５２ｉを提供している。周辺導入部の複数のガス吐出口は、軸線に近づくにつれて載置台から離れるように延びている。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関するものである。

電子デバイスの製造においては、被処理体に対してプラズマエッチングといったプラズマ処理が施される。このようなプラズマ処理では、被処理体に対する処理に面内均一性が要求される。

下記の特許文献１には、このような要求に対して提案された一種のプラズマ処理装置が記載されている。特許文献１に記載されたプラズマ処理装置は、マイクロ波によってプラズマを発生させるプラズマ処理装置であり、載置台、中央導入部、及び周辺導入部を有している。載置台は、その上に被処理体を載置する。中央導入部は、載置台の中心を鉛直方向に通る軸線に沿って載置台の上方からガスを導入する。また、周辺導入部は、中央導入部のガス吐出口と載置台との間の高さ位置において環状に延在する管からガスを導入する。この周辺導入部の管には、周方向に配列された複数のガス吐出口が形成されている。これら複数のガス吐出口は、載置台の上面と略平行に上記軸線に向けて延びている。即ち、周辺導入部のガス吐出口は、軸線に対して垂直に当該軸線に向けて延びている。

特開２０１１−４４５６６号公報

特許文献１に記載されたプラズマ処理装置では、周辺導入部からガスが上記軸線に向けて吐出された後、当該ガスの流れは、上方に向かう流れと、下方、即ち載置台に向かう流れとに分離される。したがって、周辺導入部から導入されて被処理体に向かうガスの流れと中央導入部から導入されるガスとは、被処理体上において衝突し得る。これにより、被処理体上にはガスが滞留する領域が生じ得る。かかる領域が生じると、被処理体に対する処理が不均一となる。

したがって、プラズマ処理装置には、被処理体上でのガスの滞留を抑制することが必要となっている。

一側面においては被処理体に対してプラズマ処理を行うためのプラズマ処理装置が提供される。このプラズマ処理装置は、処理容器、載置台、中央導入部、及び、周辺導入部を有している。処理容器は、後述する軸線に沿って延びる側壁を有している。載置台は、処理容器内に設けられている。中央導入部は、載置台の上方に設けられており、載置台の中心を通る軸線に沿って当該載置台に向けてガスを導入する。周辺導入部は、軸線が延在する方向、即ち高さ方向においては、中央導入部と載置台の上面との間に設けられている。また、周辺導入部は、側壁に沿って設けられている。即ち、周辺導入部は、側壁に接するように設けられている。周辺導入部は、前記軸線に対して周方向に配列された複数のガス吐出口を提供している。周辺導入部の複数のガス吐出口は、前記軸線に近づくにつれて前記載置台から離れるように延びている。換言すると、これら複数のガス吐出口は、処理容器内の空間の中央に向かう成分と前記軸線に沿って載置台から離れる成分とをもつ方向、即ち、斜め上方に延びている。

このプラズマ処理装置によれば、周辺導入部から導入されたガスは、斜め上方に向かって流れ、中央導入部から導入されるガスと合流し、或いは、中央導入部から導入されるガスの流れに沿って流れる。したがって、載置台上に載置された被処理体上では、ガスは被処理体の中心から被処理体のエッジに向かう方向に流れるようになる。故に、被処理体上でのガスの滞留が抑制される。

一形態においては、周辺導入部の複数のガス吐出口は、前記軸線に垂直な面に対して１５度以上６０度以下の角度を有するように延在していてもよい。

一形態においてプラズマ処理装置は、処理容器内にマイクロ波を導入するためのアンテナを更に有し得る。このアンテナは、載置台の上方において載置台と対面するように設けられており、且つ、処理容器内の空間に接する誘電体窓を有する。誘電体窓には前記軸線に沿って延びる中央導入部のガス吐出口が形成されている。一形態において、アンテナは、ラジアルラインスロットアンテナであり得る。

別の一側面においては、上述した一側面及び種々の形態のうち何れかのプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法が提供される。このプラズマ処理方法では、中央導入部及び周辺導入部からガスが導入され、該ガスのプラズマにより載置台上に載置された被処理体が処理される。このプラズマ処理方法によれば、被処理体の処理の面内均一性が向上され得る。

一形態において、被処理体は、シリコン、ゲルマニウム、又はシリコンゲルマニウムから構成された膜を有し、前記ガスは、当該膜に対して腐食性を有するガスを含み得る。このようなガスの例は、ＨＢｒガスを含むガスであり得る。

以上説明したように、被処理体上でのガスの滞留を抑制することが可能なプラズマ処理装置、及び当該プラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法が提供される。

一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す断面図である。 スロット板の一例を示す平面図である。 誘電体窓の一例を示す平面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿ってとった断面図である。 図３に示す誘電体窓上に図２に示すスロット板を設けた状態を示す平面図である。 周辺導入部の一部を拡大して示す図である。 一実施形態に係るプラズマ処理方法を示す流れ図である。 シミュレーション結果を示す図である。 実験例及び比較実験例で作成した構造及びウエハを示す図である。 実験結果を示す図である。

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

まず、一実施形態に係るプラズマ処理装置について説明する。図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す断面図である。図１に示すプラズマ処理装置１０は、処理容器１２を備えている。処理容器１２は、被処理体を収容するための処理空間Ｓを提供している。なお、以下の説明では、被処理体のことを、ウエハＷということがある。

処理容器１２は、側壁１２ａを含んでいる。また、処理容器１２は、底部１２ｂ、及び、天部１２ｃを更に含み得る。側壁１２ａは、軸線Ｚが延びる方向に延在する略円筒形状を有している。この軸線Ｚは、例えば、後述する載置台の中心を鉛直方向に通る軸線である。一実施形態では、側壁１２ａの中心軸線は、軸線Ｚと一致している。この側壁１２ａの内径は、例えば、５４０ｍｍである。

底部１２ｂは、側壁１２ａの下端側に設けられている。また、側壁１２ａの上端部は開口している。側壁１２ａの上端部開口は、誘電体窓１８によって閉じられている。誘電体窓１８は、側壁１２ａの上端部と天部１２ｃとの間に挟持されている。この誘電体窓１８と側壁１２ａの上端部との間には封止部材ＳＬ１が介在していてもよい。封止部材ＳＬ１は、例えばＯリングであり、処理容器１２の密閉に寄与する。

プラズマ処理装置１０は、処理容器１２内に設けられた載置台２０を更に備えている。載置台２０は、誘電体窓１８の下方に設けられている。例えば、誘電体窓１８の下面と載置台２０の上面との間の距離は、２４５ｍｍである。一実施形態においては、載置台２０は、下部電極ＬＥ、及び、静電チャックＥＳＣを含んでいる。

下部電極ＬＥは、第１プレート２２ａ及び第２プレート２２ｂを含んでいる。第１プレート２２ａ及び第２プレート２２ｂは共に、略円盤形状を有しており、例えば、アルミニウムから構成されている。第１プレート２２ａは、筒状の支持部ＳＰ１によって支持されている。支持部ＳＰ１は、底部１２ｂから垂直上方に延びている。第２プレート２２ｂは、第１プレート２２ａ上に設けられており、第１プレート２２ａに導通している。

下部電極ＬＥは、給電棒ＰＦＲ及びマッチングユニットＭＵを介して、高周波電源ＲＦＧに電気的に接続されている。高周波電源ＲＦＧは、高周波バイアス電力を下部電極ＬＥに供給する。高周波電源ＲＦＧによって発生される高周波バイアス電力は、ウエハＷに引き込むイオンのエネルギーを制御するのに適した一定の周波数、例えば、１３．６５ＭＨｚの周波数を有し得る。マッチングユニットＭＵは、高周波電源ＲＦＧ側のインピーダンスと、主に電極、プラズマ、処理容器１２といった負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合器を収容している。この整合器の中には、例えば、自己バイアス生成用のブロッキングコンデンサが含まれ得る。

静電チャックＥＳＣは、第２プレート２２ｂ上に設けられている。静電チャックＥＳＣは、処理空間Ｓ側にウエハＷを載置するための載置領域ＭＲを提供している。載置領域ＭＲは、軸線Ｚに略直交する略円形の領域であり、ウエハＷの直径と略同一の直径又はウエハＷの直径よりも若干小さい直径を有し得る。また、この載置領域ＭＲは、載置台２０の上面を構成しており、当該載置領域ＭＲの中心、即ち、載置台２０の中心は、軸線Ｚ上に位置している。

静電チャックＥＳＣは、ウエハＷを静電吸着力により保持する。静電チャックＥＳＣは、誘電体内に設けられた吸着用電極を含んでいる。静電チャックＥＳＣの吸着用電極には、直流電源ＤＣＳがスイッチＳＷ及び被覆線ＣＬを介して接続されている。静電チャックＥＳＣは、直流電源ＤＣＳから印加される直流電圧により発生するクーロン力によって、その上面にウエハＷを吸着して、当該ウエハＷを保持することができる。この静電チャックＥＳＣの径方向外側には、ウエハＷの周囲を環状に囲むフォーカスリングＦＲが設けられている。

第２プレート２２ｂの内部には、環状の流路２４ｇが形成されている。この流路２４ｇには、チラーユニットから配管ＰＰ１を介して冷媒が供給される。流路２４ｇに供給された冷媒は、配管ＰＰ３を介してチラーユニットに回収される。さらに、プラズマ処理装置１０では、伝熱ガス供給部からの伝熱ガス、例えば、Ｈｅガスが供給管ＰＰ２を介して静電チャックＥＳＣの上面とウエハＷの裏面との間に供給される。

載置台２０の外周の外側、即ち、載置台２０と側壁１２ａとの間には、空間が提供されている。この空間は、平面視においては環形状を有する排気路ＶＬとなっている。排気路ＶＬの軸線Ｚ方向における中間には、複数の貫通孔が形成された環状のバッフル板２６が設けられている。排気路ＶＬは、排気口２８ｈを提供する排気管２８に接続している。排気管２８は、処理容器１２の底部１２ｂに取り付けられている。この排気管２８には、排気装置３０が接続されている。排気装置３０は、圧力調整器、及びターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有している。この排気装置３０により、処理容器１２内の処理空間Ｓを所望の真空度まで減圧することができる。また、ウエハＷに対して供給されたガスは、排気装置３０を動作させることにより、ウエハＷの表面に沿って当該ウエハＷのエッジの外側に向けて流れ、載置台２０の外周から排気路ＶＬを介して排気されるようになっている。

一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、温度制御機構として、ヒータＨＴ、ＨＳ、ＨＣ、及び、ＨＥを更に備え得る。ヒータＨＴは、天部１２ｃ内に設けられており、アンテナ１４を囲むように、環状に延在している。また、ヒータＨＳは、側壁１２ａ内に設けられており、環状に延在している。ヒータＨＣは、第２プレート２２ｂ内又は静電チャックＥＳＣ内に設けられている。ヒータＨＣは、上述した載置領域ＭＲの中央部分の下方、即ち軸線Ｚに交差する領域に設けられている。また、ヒータＨＥは、ヒータＨＣを囲むように環状に延在している。ヒータＨＥは、上述した載置領域ＭＲの外縁部分の下方に設けられている。

一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、アンテナ１４、同軸導波管１６、マイクロ波発生器３２、チューナ３４、導波管３６、及び、モード変換器３８を更に備え得る。これらアンテナ１４、同軸導波管１６、誘電体窓１８、マイクロ波発生器３２、チューナ３４、導波管３６、及び、モード変換器３８は、処理容器内に導入されるガスを励起させるためのプラズマ生成源を構成している。

マイクロ波発生器３２は、例えば２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波を発生する。マイクロ波発生器３２は、チューナ３４、導波管３６、及びモード変換器３８を介して、同軸導波管１６の上部に接続されている。同軸導波管１６は、その中心軸線である軸線Ｚに沿って延在している。

同軸導波管１６は、外側導体１６ａ及び内側導体１６ｂを含んでいる。外側導体１６ａは、軸線Ｚ中心に延在する円筒形状を有している。外側導体１６ａの下端は、導電性の表面を有する冷却ジャケット４０の上部に電気的に接続されている。内側導体１６ｂは、外側導体１６ａの内側において、当該外側導体１６ａと同軸に設けられている。内側導体１６ｂは、軸線Ｚ中心に延在する円筒形状を有している。内側導体１６ｂの下端は、アンテナ１４のスロット板４４に接続している。

一実施形態においては、アンテナ１４は、ラジアルラインスロットアンテナである。このアンテナ１４は、載置台２０と対面するよう、天部１２ｃに形成された開口内に配置されている。アンテナ１４は、誘電体板４２、スロット板４４、及び誘電体窓１８を含んでいる。誘電体板４２は、マイクロ波の波長を短縮させるものであり、略円盤形状を有している。誘電体板４２は、例えば、石英又はアルミナから構成される。この誘電体板４２は、スロット板４４と冷却ジャケット４０の下面の間に挟持されている。

図２は、スロット板の一例を示す平面図である。スロット板４４は、薄板状であって、円板状である。スロット板４４の板厚方向の両面は、それぞれ平らである。スロット板４４の中心ＣＳは、軸線Ｚ上に位置している。スロット板４４には、複数のスロット対４４ｐが設けられている。複数のスロット対４４ｐの各々は、板厚方向に貫通する二つのスロット孔４４ａ，４４ｂを含んでいる。スロット孔４４ａ，４４ｂそれぞれの平面形状は、長孔形状である。各スロット対４４ｐにおいて、スロット孔４４ａの長軸が延びる方向と、スロット孔４４ｂの長軸が延びる方向は、互いに交差又は直交している。これら複数のスロット対４４ｐは、周方向に配列されている。図２に示す例では、二つの同心円に沿って、複数のスロット対４４ｐが周方向に配列されている。各同心円上では、スロット対４４ｐは、略等間隔で配列されている。このスロット板４４は、誘電体窓１８上の上面１８ｕに設けられている。

図３は、誘電体窓の一例を示す平面図であり、図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿ってとった断面図である。図３及び図４に示すように、誘電体窓１８は、石英といった誘電体製の略円盤状の部材である。誘電体窓１８の中央には、貫通孔１８ｈが形成されている。貫通孔１８ｈの上側部分は、後述する中央導入部５０のインジェクタ５０ｂが収容される空間１８ｓであり、下側部分は、後述する中央導入部５０のガス吐出口１８ｉである。なお、誘電体窓１８の中心軸線は、軸線Ｚと一致している。

誘電体窓の上面１８ｕと反対側の面、即ち下面１８ｂは、処理空間Ｓに接しており、プラズマを生成する側の面である。この下面１８ｂは、種々の形状を画成している。具体的に、下面１８ｂは、ガス吐出口１８ｉを囲む中央領域において、平坦面１８０を有している。この平坦面１８０は、軸線Ｚに直交する平坦な面である。下面１８ｂは、環状の第１凹部１８１を画成している。第１凹部１８１は、平坦面１８０の径方向外側領域において、環状に連なり誘電体窓１８の板厚方向内方側に向かってテーパ状に窪んでいる。

また、下面１８ｂは、複数の第２凹部１８２を画成している。これら複数の第２凹部１８２は、平坦面１８０から板厚方向内方側に向かって窪んでいる。複数の第２凹部１８２の個数は、図３及び図４に示す例では、７個である。これら複数の第２凹部１８２は、周方向に沿って等間隔に形成されている。また、複数の第２凹部１８２は、軸線Ｚに直交する面において円形の平面形状を有している。

図５は、図３に示す誘電体窓上に図２に示すスロット板を設けた状態を示す平面図であり、誘電体窓１８を下側から見た状態を示している。図５に示すように、平面視において、即ち、軸線Ｚ方向に見ると、径方向外側の同心円に沿って設けられたスロット対４４ｐは、第１凹部１８１に重なっている。また、径方向内側の同心円に沿って設けられたスロット対４４ｐのスロット孔４４ｂは、第１凹部１８１に重なっている。さらに、径方向内側の同心円に沿って設けられたスロット対４４ｐのスロット孔４４ａは、複数の第２凹部１８２に重なっている。

図１を再び参照する。プラズマ処理装置１０では、マイクロ波発生器３２により発生されたマイクロ波が、同軸導波管１６を通って、誘電体板４２に伝播され、スロット板４４のスロット孔４４ａ及び４４ｂから誘電体窓１８に与えられる。誘電体窓１８の直下においては、比較的薄い板厚を有する部分によって画成された第１凹部１８１及び第２凹部１８２にマイクロ波のエネルギーが集中する。したがって、このプラズマ処理装置１０では、周方向及び径方向に安定して分布するようにプラズマを発生させることが可能となる。

また、プラズマ処理装置１０は、中央導入部５０及び周辺導入部５２を備えている。中央導入部５０は、導管５０ａ、インジェクタ５０ｂ、及びガス吐出口１８ｉを含んでいる。導管５０ａは、同軸導波管１６の内側導体１６ｂの内孔に通されている。また、導管５０ａの端部は、誘電体窓１８が軸線Ｚに沿って画成する空間１８ｓ（図４参照）内まで延在している。この空間１８ｓ内且つ導管５０ａの端部の下方には、インジェクタ５０ｂが収容されている。インジェクタ５０ｂには、軸線Ｚ方向に延びる複数の貫通孔が設けられている。また、誘電体窓１８は、上述したガス吐出口１８ｉを提供している。ガス吐出口１８ｉは、空間１８ｓの下方に連続し、且つ軸線Ｚに沿って延びている。かかる構成の中央導入部５０は、導管５０ａを介してインジェクタ５０ｂにガスを供給し、インジェクタ５０ｂからガス吐出口１８ｉを介してガスを吐出する。このように、中央導入部５０は、軸線Ｚに沿って誘電体窓１８の直下にガスを吐出する。即ち、中央導入部５０は、電子温度が高いプラズマ生成領域にガスを導入する。また、中央導入部５０から吐出されたガスは、概ね軸線Ｚに沿ってウエハＷの中央の領域に向けて流れる。

中央導入部５０には、第１の流量制御ユニット群ＦＣＧ１を介して第１のガスソース群ＧＳＧ１が接続されている。第１のガスソース群ＧＳＧ１は、複数の第１のガスソースを含んでいる。複数の第１のガスソースは、ウエハＷの処理に必要な各種のガスのソースである。このようなガスは、多結晶シリコン層をエッチングする場合には、ＨＢｒガスといった腐食性ガスを含み得る。また、当該ガスは、Ａｒ、Ｈｅといった希ガス、酸素ガスといった種々のガスを含み得る。第１の流量制御ユニット群ＦＣＧ１は、複数の流量制御器及び複数の開閉弁を含んでいる。各第１のガスソースは、第１の流量制御ユニット群ＦＣＧ１の対応の流量制御器及び開閉弁を介して、中央導入部５０に接続されている。

図６は、周辺導入部の一部を拡大して示す図である。図１及び図６に示すように、周辺導入部５２は、高さ方向、即ち軸線Ｚ方向においては中央導入部５０のガス吐出口１８ｉと載置台２０の上面との間に設けられている。周辺導入部５２は、側壁１２ａに沿った位置から処理空間Ｓ内にガスを導入する。この周辺導入部５２は、複数のガス吐出口５２ｉを含んでいる。複数のガス吐出口５２ｉは、ガス吐出口１８ｉよりも下方、且つ、載置台２０の上方において周方向に沿って配列されている。

一実施形態においては、周辺導入部５２は、環状の管５２ｐを含んでいる。この管５２ｐは、例えば、載置台２０の上面から上方に９０ｍｍの距離で配置されている。この管５２ｐには、複数のガス吐出口５２ｉが形成されている。環状の管５２ｐは、例えば、石英から構成され得る。図１に示すように、環状の管５２ｐは、一実施形態においては、側壁１２ａに接している。また、図６に示すように、複数のガス吐出口５２ｉは、軸線Ｚに近づくにつれて載置台２０の上面から離れるように延びている。換言すると、複数のガス吐出口５２ｉは、処理空間Ｓの中央に向かう成分と軸線Ｚに沿って載置台２０から離れる成分とをもつ方向、即ち、斜め上方に延びている。各ガス吐出口５２ｉの中心線は、軸線Ｚに直交する仮想面ＶＰを想定すると、当該仮想面ＶＰに対して角度θをなしている。この角度θは、１５度以上６０度以下の角度を有し得る。

周辺導入部５２の環状の管５２ｐには、ガス供給ブロック６２及び第２の流量制御ユニット群ＦＣＧ２を介して第２のガスソース群ＧＳＧ２が接続されている。第２のガスソース群ＧＳＧ２は、複数の第２のガスソースを含んでいる。複数の第２のガスソースは、ウエハＷの処理に必要な各種のガスのソースである。このようなガスは、多結晶シリコン層をエッチングする場合には、ＨＢｒガスといった腐食性ガスを含み得る。また、当該ガスは、Ａｒ、Ｈｅといった希ガス、酸素ガスといった種々のガスを含み得る。第２の流量制御ユニット群ＦＣＧ２は、複数の流量制御器及び複数の開閉弁を含んでいる。各第２のガスソースは、第２の流量制御ユニット群ＦＣＧ２の対応の流量制御器及び開閉弁を介して、周辺導入部５２に接続されている。

このプラズマ処理装置１０では、中央導入部５０から処理空間Ｓに導入されるガスの種類、中央導入部５０から処理空間Ｓに導入される一以上のガスの流量を独立して制御することができ、また、周辺導入部５２から処理空間Ｓに導入されるガスの種類、周辺導入部５２から処理空間Ｓに導入される一以上のガスの流量を独立して制御することができる。

また、周辺導入部５２から導入されたガスは、処理空間Ｓ内において、斜め上方に向かって流れ、中央導入部５０から導入されるガスと合流し、或いは、中央導入部５０から導入されるガスの流れに沿って流れる。したがって、載置台２０上に載置されたウエハＷ上では、ガスはウエハＷの中心から当該ウエハＷのエッジに向かう方向に流れるようになる。故に、ウエハＷ上でのガスの滞留が抑制される。その結果、ウエハＷの処理の面内均一性が向上される。

一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、図１に示すように、制御部Ｃｎｔを更に備え得る。制御部Ｃｎｔは、プログラム可能なコンピュータ装置といった制御器であり得る。制御部Ｃｎｔは、レシピに基づくプログラムに従ってプラズマ処理装置１０の各部を制御し得る。例えば、制御部Ｃｎｔは、第１の流量制御ユニット群ＦＣＧ１の流量制御器及び開閉弁に制御信号を送出して、中央導入部５０から導入するガス種及びガスの流量を調整することができる。また、制御部Ｃｎｔは、第２の流量制御ユニット群ＦＣＧ１の流量制御器及び開閉弁に制御信号を送出して、周辺導入部５２から導入するガス種及びガスの流量を調整することができる。また、制御部Ｃｎｔは、マイクロ波のパワー、高周波バイアス電力のパワー及びＯＮ／ＯＦＦ、並びに、処理容器１２内の圧力を制御するよう、マイクロ波発生器３２、高周波電源ＲＦＧ、排気装置３０に制御信号を供給し得る。さらに、制御部Ｃｎｔは、ヒータＨＴ、ＨＳ、ＨＣ、及びＨＥの温度を調整するために、これらヒータに接続されたヒータ電源に制御信号を送出し得る。

以下、上述したプラズマ処理装置１０を用いて実施されるプラズマ処理方法について説明する。図７は、一実施形態に係るプラズマ処理方法を示す流れ図である。図７に示すように、この方法では、まず、工程ＳＴ１において、ウエハＷが準備される。具体的には、ウエハＷが載置台２０上に載置され、静電チャックＥＳＣによって吸着される。そして、排気装置３０が作動されることにより、処理容器１２内の空間の圧力が所定の圧力に設定される。次いで、工程ＳＴ２において、処理容器１２内に中央導入部５０及び周辺導入部５２からガスが導入される。次いで、工程ＳＴ３において、処理容器１２内に導入されたガスのプラズマが生成される。このガスのプラズマによってウエハＷが処理される。

一実施形態においては、ウエハＷの処理対象の膜は、シリコン、ゲルマニウム、又はシリコンゲルマニウムから構成された膜である。この実施形態のウエハＷを処理する場合には、ガスは、当該膜に対する腐食性を有するガスを含む。例えば、多結晶シリコン膜が処理対象の膜である場合には、当該ガスは、ＨＢｒガスを含む。また、当該ガスは、希ガス、及び／又は酸素ガスを更に含み得る。

以上説明したプラズマ処理装置１０を用いたプラズマ処理方法によれば、ウエハＷ上でガスが滞留しないので、ウエハＷの膜の処理の面内均一性が向上される。

以下、プラズマ処理装置１０の評価のために行ったシミュレーションについて説明する。このシミュレーションでは、載置台２０の上面から５ｍｍ上方で、軸線Ｚに対して放射方向のガス流の速度を算出した。また、このシミュレーションでは、以下の条件を模擬した。なお、ガス吐出口５２ｉの角度θが正の値であることは、ガス吐出口５２ｉが斜め上方に延びていることを示しており、ガス吐出口５２ｉの角度θが負の値であることは、ガス吐出口５２ｉが斜め下方に延びていることを示している。
＜シミュレーションの条件＞
・処理容器１２の側壁１２ａの直径：５４０ｍｍ
・周辺導入部５２の載置台２０の上面からの距離：９０ｍｍ
・載置台２０の上面と誘電体窓１８の平坦面１８０との間の距離：２４５ｍｍ
・処理ガス：１０００ｓｃｃｍのＡｒ、８００ｓｃｃｍのＨＢｒ
・中央導入部５０のガス流量：周辺導入部５２のガス流量＝７０：３０
・処理容器１２内の圧力：１００ｍＴｏｒｒ（１３．３３Ｐａ）
・ガス吐出口５２ｉの角度θ：６０度、４５度、３０度、１５度、０度、−４５度の６種

図８は、シミュレーション結果を示す図である。図８の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ、ガス吐出口５２ｉの角度θが６０度、４５度、３０度、１５度、０度、−４５度の場合のシミュレーション結果のグラフが示されている。図８の各グラフにおいて、横軸は、軸線Ｚからの放射方向の距離を示しており、縦軸は、軸線Ｚに対して放射方向のガス流の速度を示している。

図８の（ｆ）に示すように、ガス吐出口５２ｉの角度θが−４５度である場合、即ち、ガス吐出口５２ｉが斜め下方に延びている場合には、速度が負の値を有する領域が発生している。このことは、ウエハＷ上においてガスが滞留する領域が発生することを表している。また、図８の（ｅ）に示すように、ガス吐出口５２ｉの角度θが０度である場合にも、速度が極小値をもつ領域が放射方向の途中に発生している。このことも、ウエハＷ上においてガスが滞留する領域が発生することを表している。一方、図８の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）に示すように、ガス吐出口５２ｉの角度θが６０度、４５度、３０度、１５度である場合には、速度は軸線Ｚから放射方向に離れるにつれて滑らかに減少している。このことから、ガス吐出口５２ｉが斜め上方に延びている場合には、ウエハＷ上でのガスの滞留が抑制されることが確認された。

次いで、プラズマ処理装置１０を用いて行った実験例１、及び比較実験例１〜２について説明する。実験例１では、プラズマ処理装置１０を用いて、図９の（ａ）に示す構造１００を、ウエハＷに作成した。具体的に、構造１００は、基板１０２、シリコン酸化膜１０４、フィン１０６、多結晶シリコン製の複数の領域１０８、及びシリコン窒化膜製のマスク１１０を有している。シリコン酸化膜１０４は、基板１０２上に設けられている。フィン１０６は、多結晶シリコンを含んでおり、略直方体形状を有している。複数の領域１０８は、シリコン酸化膜１０４上においてフィン１０６に跨るように設けられている。複数の領域１０８は、略直方体形状を有しており、互いに平行に延在している。また、マスク１１０は領域１０８上に設けられている。実験例１では、この構造１００を作成するために、シリコン酸化膜１０４及びフィン１０６を覆うように多結晶シリコン層を形成し、当該多結晶シリコン層上にマスク１１０を設け、プラズマ処理装置１０を用いて多結晶シリコン層をエッチングすることにより、領域１０８を形成した。

実験例１の条件は以下の通りであった。
＜実験例１の条件＞
・処理容器１２の側壁１２ａの直径：５４０ｍｍ
・周辺導入部５２の載置台２０の上面からの距離：９０ｍｍ
・載置台２０の上面と誘電体窓１８の平坦面１８０との間の距離：２４５ｍｍ
・処理ガス
Ａｒガス：１０００ｓｃｃｍ
ＨＢｒガス：８００ｓｃｃｍ
Ｃｌ２ガス：３５ｓｃｃｍ
Ｏ_２ガス：１８ｓｃｃｍ
・中央導入部５０のガス流量：周辺導入部５２のガス流量＝７０：３０
・処理容器１２内の圧力：１２０ｍＴｏｒｒ（１６Ｐａ）
・ガス吐出口５２ｉの角度θ：４５度
・マイクロ波：２．４５ＧＨｚ、１５００Ｗ
・高周波バイアス電力：１３．５６ＭＨｚ、３００Ｗ

比較実験例１及び２では、実験例１と同様に構造１００を作成した。但し、比較実験例１ではガス吐出口５２ｉの角度θを−４５度とし、比較実験例２ではガス吐出口５２ｉの角度θを０度とした。

そして、実験例１及び比較実験例１〜２で作成した構造１００のフィン１０６と領域１０８の境界での当該領域１０８の幅ＣＤを、図９の（ｂ）に示すように、ウエハＷの中心からエッジまでを等しく分割した七つの区画Ｃ１、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、及びＴ６のそれぞれにおいて測定した。

図１０は、実験結果を示す図であり、実験例１及び比較実験例１〜２で作成した構造１００の幅ＣＤを示すグラフである。図１０に示すグラフにおいて、横軸は、上述した七つの区画を示しており、縦軸はＣＤを示している。図１０に示すように、比較実験例１及び比較実験例２では、区画Ｔ３、Ｔ４、及びＴ５のＣＤが他の区画のＣＤよりも大きくなっていた。この結果から、比較実験例１及び比較実験例２では、区画Ｔ３、Ｔ４、及びＴ５の上方でガスが滞留していたことによるものと推測される。一方、実験例１では、全ての区画のＣＤの差異が略等しい値になっていた。この結果から、周辺導入部５２から斜め上方にガスを吐出することにより、ウエハＷ上でのガスの滞留を抑制することができ、ウエハＷの処理の面内均一性を向上することが可能であることが確認された。

以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、プラズマ処理装置１０は、プラズマ源としてマイクロ波を利用してガスを励起させるものであった。しかしながら、プラズマ処理装置は、任意のプラズマ源を有し得る。例えば、プラズマ処理装置は、容量結合型のプラズマ処理装置であってもよく、誘導結合型のプラズマ処理装置であってもよい。

１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、１２ａ…側壁、１４…アンテナ、１８…誘電体窓、２０…載置台、ＥＳＣ…静電チャック、ＬＥ…下部電極、３０…排気装置、３２…マイクロ波発生器、５０…中央導入部、１８ｉ…ガス吐出口、５２…周辺導入部、５２ｐ…環状の管、５２ｉ…ガス吐出口、ＶＬ…排気路、ＶＰ…仮想面、θ…周辺導入部のガス吐出口の角度、Ｚ…軸線。

Claims (7)

1. 被処理体にプラズマ処理を行うためのプラズマ処理装置であって、
   側壁を有する処理容器と、
   前記処理容器内に設けられた載置台と、
   前記載置台の上方に設けられた中央導入部であり、前記載置台の中心を通る軸線に沿って前記載置台に向けてガスを導入する中央導入部と、
   前記軸線が延在する方向において前記中央導入部と前記載置台の上面との間に設けられており、且つ、前記側壁に沿って設けられた周辺導入部であり、前記軸線に対して周方向に配列された複数のガス吐出口を提供する、該周辺導入部と、
   を備え、
   前記複数のガス吐出口は、前記軸線に近づくにつれて前記該載置台から離れるように延びている、
   プラズマ処理装置。
2. 前記複数のガス吐出口は、前記軸線に垂直な面に対して１５度以上６０度以下の角度を有するように延在している、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記処理容器内にマイクロ波を導入するためのアンテナを更に備え、
   前記アンテナは、前記載置台の上方において前記載置台と対面するように設けられており、且つ、前記処理容器内の空間に接する誘電体窓を有し、
   前記誘電体窓には前記軸線に沿って延びる前記中央導入部のガス吐出口が形成されている、請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記アンテナは、ラジアルラインスロットアンテナである、請求項３に記載のプラズマ処理装置。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載のプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、
   前記中央導入部及び前記周辺導入部からガスを導入し、該ガスのプラズマにより前記載置台上に載置された被処理体を処理するプラズマ処理方法。
6. 前記被処理体は、シリコン、ゲルマニウム、又はシリコンゲルマニウムから構成された膜を有し、
   前記ガスは、前記膜に対して腐食性を有するガスを含む、
   請求項５に記載のプラズマ処理方法。
7. 前記ガスは、ＨＢｒガスを含む、請求項５又は６に記載のプラズマ処理方法。

Images