(57)【要約】【課題】イオンの斜入射を可能とするプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供する。【解決手段】  実施形態のプラズマ処理装置は、チャンバ、導入部、第1の電源、保持部、電極、第２の電源を有する。導入部は、前記チャンバ内にガスを導入する。第1の電源は、前記ガスからイオンを発生させるための第1の電圧を出力する。保持部は、基板を保持する。電極は、前記基板を挟んで、前記イオンと対向するように配置され、前記基板に対して非平行な面を有する。第２の電源は、前記イオンを引き込むための、前記第１の電圧より周波数の低い、第２の電圧を前記電極に印加する。【選択図】図２
2018006664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバと、
前記チャンバ内にガスを導入する導入部と、
前記ガスからイオンを発生させるための第1の電圧を出力する第1の電源と、
基板を保持する保持部と、
前記基板を挟んで、前記イオンと対向するように配置され、前記基板に対して非平行な面を有する電極と、
前記イオンを引き込むための、前記第１の電圧より周波数の低い、第２の電圧を前記電極に印加する第２の電源と、
を具備するプラズマ処理装置。
【請求項２】
チャンバと、
前記チャンバ内にガスを導入する導入部と、
前記ガスからイオンを発生させるための第1の電圧を出力する第1の電源と、
基板を保持する保持部と、
前記基板を挟んで、前記イオンと対向するように配置される電極と、
前記第１の電圧より周波数の低い、第２の電圧を前記電極に印加する第２の電源と、
前記電極を前記基板の主面に沿って移動する移動機構と、
を具備するプラズマ処理装置。
【請求項３】
チャンバと、
前記チャンバ内にガスを導入する導入部と、
前記ガスからイオンを発生させるための第1の電圧を出力する第1の電源と、
基板を保持する保持部と、
前記基板を挟んで、前記イオンと対向するように配置され、前記基板に対して非平行な面を有する複数の電極と、
前記イオンを引き込むための、前記第１の電圧より周波数の低い、第２の電圧を前記複数の電極に順に印加する第２の電源と、
を具備するプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記電極が、棒状である、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記電極が０．５ｍｍ以上の幅、前記基板の直径より大きな長さを有する、
請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記電極が、前記基板上方から見て円形である、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記電極を前記基板の主面に沿って移動する移動機構をさらに具備する、
請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記移動機構が、前記電極を直線運動あるいは往復運動させる、
請求項２または７に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記電極を挟んで、前記基板と対向するように配置される基板電極をさらに具備し、
前記移動機構が、前記電極を前記基板電極と接触、離間させる
請求項２または７に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記基板を挟んで、前記イオンと対向するように、前記電極と並んで配置され、前記第２の電圧が印加される第２の電極をさらに具備する、
請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記電極および前記第２の電極の形状およびサイズが略同一である
請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記電極と前記第２の電極の間隔が５ｍｍ以下である
請求項１０または１１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記電極および前記第２の電極に電圧が交互に印加される
請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記電極と前記第２の電極に印加される電圧が異なる、
請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記第２の電極の電圧がアース電位である、
請求項１４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１６】
前記電極を挟んで、前記基板と対向するように配置される基板電極と、
前記イオンを挟んで、前記基板と対向するように配置され、前記第１の電圧が印加される対向電極と、をさらに具備する
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１７】
前記基板電極および前記電極のいずれかを選択して、前記第２の電圧を印加する選択部
をさらに具備する請求項１６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１８】
前記第1の電圧が印加されて、前記ガスをイオン化するコイルをさらに具備する
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１９】
基板とこの基板に対して非平行な面を有する電極が内部に配置されるチャンバを用意する工程と、
前記チャンバ内にガスを導入する工程と、
第１の電圧によって前記ガスからイオンを発生させる工程と、
前記第１の電圧より周波数の低い、第２の電圧を前記電極に印加して、前記イオンを前記基板に対して斜入射させる工程と、
を具備するプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理装置は、プラズマを発生し、このプラズマ中のイオンを基板（例えば、半導体ウエハ）に入射させることで、基板を処理する。半導体デバイス製造プロセスにおいて、入射されたイオンが基板をエッチングすることで、トレンチ（溝）、ビアホール、突出部等が形成される。
【０００３】
ここで、半導体デバイス製造プロセスでは、半導体デバイスの電気性能確保のために、加工形状の精密制御、特に、トレンチ側壁の垂直加工は重要である。例えば、近年の三次元構造デバイスは、アスペクト比の大きい深穴を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許３８１６０８１号公報
【特許文献２】特開２０１０−１０４１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、加工形状の精密制御は必ずしも容易ではない。例えば、トレンチの側壁が垂直にならず、テーパーを有するのが通例である。
【０００６】
本発明は、イオンの斜入射を可能とするプラズマ処理装置およびプラズマ処理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】
【０００７】
実施形態のプラズマ処理装置は、チャンバ、導入部、第1の電源、保持部、電極、第２の電源を有する。導入部は、前記チャンバ内にガスを導入する。第1の電源は、前記ガスからイオンを発生させるための第1の電圧を出力する。保持部は、基板を保持する。電極は、前記基板を挟んで、前記イオンと対向するように配置され、前記基板に対して非平行な面を有する。第２の電源は、前記イオンを引き込むための、前記第１の電圧より周波数の低い、第２の電圧を前記電極に印加する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】比較例に係るプラズマ処理装置１０ｘの概略構成図である。
【図２】第１の実施形態に係るプラズマ処理装置１０の概略構成図である。
【図３】引き込み電極３１の一例を表す上面図である。
【図４】引き込み電極３１の向きおよび移動方向をウエハＷに対して、角度θ変化させた状態を表す模式図である。
【図５】引き込み電極３１を待避部３４内に移動した状態を表す模式図である。
【図６】引き込み電極３１を基板電極１５に接触させた状態を表す模式図である。
【図７】垂直入射と斜入射を切り替えて加工する一例を表す断面図である。
【図８】第２の実施形態に係るプラズマ処理装置１０ａの概略構成図である。
【図９】第３の実施形態に係るプラズマ処理装置１０ｂの概略構成図である。
【図１０】引き込み電極３１に印加される電圧波形の一例を表すタイミング・チャートである。
【図１１】引き込み電極３１に印加される電圧波形の一例を表すタイミング・チャートである。
【図１２】引き込み電極３１に印加される電圧波形の一例を表すタイミング・チャートである。
【図１３】第４の実施形態に係るプラズマ処理装置１０ｃの概略構成図である。
【図１４】イオンの入射角度分布を表すグラフである。
【図１５】ウエハＷ上での引き込み電極３１の位置と時間の関係を表す模式図である。
【図１６】各時刻でのイオンの入射角度分布を表すグラフである。
【図１７】総和でのイオンの入射角度分布を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、実施形態を詳細に説明する。
（比較例）
まず、本発明の実施形態を述べるために比較例として、一般的なプラズマ処理装置について説明する。
図１は、比較例に係るプラズマ処理装置１０ｘの概略構成図である。プラズマ処理装置１０ｘは、平行平板型のＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置であり、チャンバ１１、排気口１２、プロセスガス導入管１３、サセプタ１４ｘ、基板電極１５、対向電極１６、ＲＦ高周波電源２１ａ、ＲＦ低周波電源２１ｂ、整合器２２ａ、２２ｂ、フィルタ２３ａ、２３ｂを有する。
【００１０】
ＲＦ高周波電源２１ａ、ＲＦ低周波電源２１ｂからのＲＦ高周波電圧Ｖａ、ＲＦ低周波電圧Ｖｂが重畳して、基板電極１５に印加され、プラズマＰＬの発生、イオンＩＩの引き込みが行われる。
【００１１】
チャンバ１１は、ウエハＷの処理に必要な環境を保持する。
排気口１２は、図示しない圧力調整バルブ、排気ポンプに接続されている。チャンバ１１内の気体は、排気口１２から排気され、チャンバ１１内が高真空に保たれる。また、プロセスガス導入管１３からプロセスガスが導入される場合、プロセスガス導入管１３から流入するガスの流量と排気口１２から流出するガスの流量が釣り合い、チャンバ１１の圧力が一定に保たれる。
【００１２】
プロセスガス導入管１３は、ウエハＷの処理に必要なプロセスガスをチャンバ１１内に導入する導入部である。このプロセスガスは、プラズマＰＬの形成に用いられる。放電により、プロセスガスがイオン化してプラズマＰＬとなり、プラズマＰＬ中のイオンＩＩがウエハＷのエッチングに用いられる。
【００１３】
プロセスガスとして、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｎ２、Ｏ２、ＣＯ、Ｈ２などのガスの他、適宜ＳＦ６やＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃｌ２、ＨＢｒ、ＳｉＨ４、ＳｉＦ４などを用いることができる。
【００１４】
ここで、プロセスガスをデポジション系、非デポジション（デポジションレス）系に区分できる。非デポジション系ガスは、ウエハＷの処理時に、エッチング作用のみを有するガスである。一方、デポジション系ガスは、ウエハＷの処理時に、エッチング作用に加えて、被膜（保護膜）形成作用を有する。
【００１５】
プロセスガスとして、デポジション系ガスを用いることで、エッチングマスクと、エッチング対象（ウエハＷ等）間のエッチングの選択比を向上できる。即ち、デポジション系ガスの場合、エッチングマスクに被膜を形成しながら、エッチングが進行する。この結果、エッチングマスクのエッチングレートが低減され、選択比を向上できる。
【００１６】
デポジション系、非デポジション系の区分は必ずしも絶対的なものでは無い。希ガス（Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ）は、被膜形成作用が殆ど無く、純粋な非デポジション系と考えられるが、他のガスは、多少なりとも被膜形成作用を有し得る。また、エッチングマスク、エッチング対象の材質・形状、プロセス圧力等の関係で、エッチング作用と被膜形成作用の大小関係が変化し得る。
【００１７】
一般的には、非デポジション系ガスとして、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｈ２などが挙げられる。
また、デポジション系ガスとして、Ｃ２Ｆ６、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８や、 ＳＦ６、Ｃｌ２、ＨＢｒなどが挙げられる。
これらの中間のガスとして、Ｎ２、Ｏ２、ＣＯ、ＣＦ４が挙げられる。
【００１８】
この比較例１０ｘをはじめ、一般的なプラズマ処理装置において、基板電極１５は、平板形状である。このため、プラズマ処理装置１０ｘでは、プラズマＰＬからウエハＷの面に垂直にイオンＩＩが入射する。イオンＩＩがウエハＷに垂直に入射すると、ウエハＷ上のトレンチの側壁にイオンＩＩが当たらず、側壁に残渣が発生しやすい。本発明の実施形態では、この点を改善するひとつの方法として、イオンの入射角度を制御する装置構成・方法を提案する。
【００１９】
（第１の実施形態）
第１の実施形態について説明する。
図２は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置１０の概略構成図である。
【００２０】
プラズマ処理装置１０は、一般的なプラズマ処理装置と同様に、プラズマＰＬ中のイオンＩＩをウエハＷに入射することで、ウエハＷをエッチングし、トレンチ（溝）、ビアホール、突出部等を形成する。ウエハＷは、基板、例えば、半導体（Ｓｉ、ＧａＡｓ等）の基板である。
【００２１】
プラズマ処理装置１０は、チャンバ１１、排気口１２、プロセスガス導入管１３、サセプタ１４、基板電極１５、対向電極１６、ＲＦ高周波電源２１ａ、ＲＦ低周波電源２１ｂ、２１ｃ、整合器２２ａ〜２２ｃ、フィルタ２３ａ、２３ｂ、スイッチ２４ｂ、２４ｃ、引き込み電極３１、移動機構３２、接続部３３、待避部３４を有する。
【００２２】
サセプタ１４は、ウエハＷを保持する保持部であり、ウエハＷを保持するためのチャックを有する。チャックとして、力学的にウエハＷを保持するメカニカルチャック、または静電力によりウエハＷを保持する静電チャックを利用できる。
サセプタ１４は、ウエハＷを回転する回転機構を有してもよい。この理由は後述するが、ウエハＷを引き込み電極３１に対して相対的に回転することによって、ウエハＷのトレンチの方向と引き込み電極３１の方向を一致させたり、角度をもたせたりすることで、効率的な処理が可能となる。
【００２３】
基板電極１５は、比較例に係る基板電極１５と同様に、サセプタ１４内に配置され、ウエハＷの下面と近接または接触する上面を有する略平板状（円板状）の電極である。即ち、基板電極１５上に間接（近接して）または直接（接触して）にウエハＷ（基板）が配置される。
【００２４】
対向電極１６は、チャンバ１１内に基板電極１５と対向して配置され、グランド電位（接地電位）とされる。この対向電極１６と基板電極１５は、平行平板電極を構成する。
【００２５】
ＲＦ高周波電源２１ａは、基板電極１５へ印加するＲＦ高周波電圧Ｖａを発生する。ＲＦ高周波電源２１ａは、プロセスガスをイオン化して、プラズマを発生させるための第1の高周波電圧（ＲＦ高周波電圧Ｖａ）を出力する第1の高周波電源に対応する。
【００２６】
ＲＦ高周波電圧Ｖａは、プラズマＰＬの発生に用いられる比較的高周波の交流電圧である。ＲＦ高周波電圧Ｖａの周波数ｆｈは、４０ＭＨｚ以上、１０００ＭＨｚ以下、より好ましくは、４０ＭＨｚ以上、５００ＭＨｚ以下（例えば、１００ＭＨｚ）である。
【００２７】
ＲＦ低周波電源２１ｂ、２１ｃはそれぞれ、基板電極１５および引き込み電極３１へ印加するＲＦ低周波電圧Ｖｂ、Ｖｃを発生する。ＲＦ低周波電源２１ｃは、プラズマからのイオンを引き込むための、前記第１の高周波電圧より周波数の低い、第２の高周波電圧（ＲＦ低周波電圧Ｖｃ）を前記引き込み電極に印加する第２の高周波電源に対応する。
【００２８】
ＲＦ低周波電圧Ｖｂ、Ｖｃは、プラズマＰＬからのイオンＩＩの引き込みに用いられる比較的低周波の交流電圧である。ＲＦ低周波電圧Ｖｂの周波数ｆｌは０．１ＭＨｚ以上、２０ＭＨｚ以下、より好ましくは、０．５ＭＨｚ以上、１４ＭＨｚ以下（例えば、１ＭＨｚ）である。
ここで、Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃともに、一般には高周波と呼ばれるが、それぞれの周波数の違いを説明するため、便宜上Ｖｂ、ＶｃをＲＦ低周波電圧と称した。
【００２９】
整合器２２ａ〜２２ｃはそれぞれ、ＲＦ高周波電源２１ａ、およびＲＦ低周波電源２１ｂ、２１ｃとプラズマＰＬ等とのインピーダンスを整合させる。
【００３０】
フィルタ２３ａ（ＨＰＦ：High Pass Filter）は、ＲＦ低周波電源２１ｂからのＲＦ低周波電圧ＶｂがＲＦ高周波電源２１ａに入力するのを防止する。
フィルタ２３ｂ（ＬＰＦ：Low Pass Filter）は、ＲＦ高周波電源２１ａからのＲＦ高周波電圧ＶａがＲＦ低周波電源２１ｂに入力するのを防止する。
ＲＦ低周波電源２１ｃには、他の電源が接続されないため、フィルタの接続は不要である。但し、安全の観点から、フィルタを加えてもよい。
【００３１】
スイッチ２４ｂ、２４ｃは、プロセス条件に応じて、イオンＩＩの垂直入射、斜入射を切り替える。イオンＩＩの垂直入射時には、スイッチ２４ｂをＯＮ、２４ｃをＯＦＦとし、基板電極１５のみに低周波電圧を印加する。イオンＩＩの斜入射時には、スイッチ２４ｂをＯＦＦ、２４ｃをＯＮとし、引き込み電極３１のみに低周波電圧を印加する。
すなわち、スイッチ２４ｂ、２４ｃは、基板電極１５および引き込み電極３１のいずれかを選択して、ＲＦ高周波電圧Ｖｂ、Ｖｃ（第２の高周波電圧）を印加する選択部として機能する。
【００３２】
引き込み電極３１は、ウエハＷと基板電極１５の間に配置され、ウエハＷに対して非平行な面を有する。これにより、ウエハＷに対してイオンＩＩを斜めに入射させることが可能となる。引き込み電極３１は、基板（例えば、ウエハＷ）を挟んで、イオン（プラズマＰＬ）と対向するように配置され、基板に対して非平行な面を有する電極として機能する。
【００３３】
以下、プラズマエッチングの原理を含め、イオンＩＩのウエハＷへの入射方向がどのように決定するかを説明する。プラズマＰＬとウエハＷの境界にはシースＳと呼ばれる領域が形成される。プラズマＰＬ中の電界がほぼゼロであるのに対して、シースＳ中の電界は大きい。これは、シースＳの厚さが、プラズマＰＬより薄く、かつＲＦ高周波電源２１ａやＲＦ低周波電源２１ｂ、２１ｃの電圧の大部分が、シースＳに印加されるためである。この電界によって、イオンＩＩは加速され、ウエハＷに入射する。したがって、この電界の方向、すなわちシース形状を制御することでイオンＩＩのウエハＷへの入射角度を制御することができる。
【００３４】
比較例では、平面形状の基板電極１５に沿ったシースＳが形成される（図１参照）。シースＳ中の電界は、このシースＳの境界に垂直である（基板電極１５に垂直）。この結果、イオンＩＩはウエハＷに垂直に入射する。
【００３５】
これに対して、本実施形態では、引き込み電極３１がウエハＷに対して非平行な面を有することから、シースＳがプラズマＰＬとの境界にこの面に沿った形状を有し（斜め方向の電界発生）、イオンＩＩはこの面に略垂直に入射する（ウエハＷに対しては斜入射）。
【００３６】
ウエハＷに対して非平行な面は、例えば、ウエハＷの下面と対向する曲面形状である。非平行な面は、ウエハＷの面に対して傾いた平面でもよい。この傾きは、ある程度（例えば、５°以上）大きいことが好ましい。
また、これら曲面、平面の適宜の組み合わせからウエハＷに対して非平行な面を構成できる。
以上のように、引き込み電極３１がウエハＷの側に、ウエハＷの主面と平行でない面を有すればよい。
【００３７】
具体的には、引き込み電極３１は、例えば、棒状（一例として、円柱形状）とすることができる。
このとき、引き込み電極３１の幅（直径）は、０．５〜７ｍｍ程度が好ましく、より好ましくは２ｍｍ〜５ｍｍ程度である。これは、通常のシースＳの厚さ０．５ｍｍ〜７ｍｍ程度と対応している。シースＳの形状に影響を与えるには、引き込み電極３１の大きさがシースＳの厚みと同程度であることが好ましい。
また、引き込み電極３１の長さは、ウエハＷの直径よりも大きい方が好ましい。ウエハＷへ全域へのイオンの斜入射が容易となる。
【００３８】
引き込み電極３１は、ウエハＷに対して平行な面を一部に含んでもよい。この平面自体は、斜め成分の電界発生には実質的に寄与しないが、イオンＩＩの引き込みを補助することができる。例えば、引き込み電極３１の一部を平板形状とし、ウエハＷの面内でプロセスレートの低い領域で配置することにより、プロセスの補正に利用できる。
【００３９】
引き込み電極３１は、円柱に限らず、半円柱、三角柱、四角柱とすることができる。
半円柱とした場合、斜入射を促進する観点から、その球面をウエハＷと対向させることが好ましい。
四角柱とした場合、その上面とウエハＷが平行であれば、上面自体は斜め電界の発生には事実上寄与しないが、側面部分が斜め電界の発生に寄与する。
【００４０】
引き込み電極３１は、ウエハＷ上方（または下方）から見て円形（例えば、球形、半球形、あるいはウエハＷと略垂直な軸を有する短い円柱）としてもよい。この場合、ウエハＷの上方から見て３６０度方向の斜め成分の電界が発生する。半球形とした場合、斜め電界の発生を促進する観点から、その球面をウエハＷと対向させることが好ましい。
短い円柱とした場合、その上面とウエハＷが平行であれば、上面自体は斜め電界の発生には事実上寄与しないが、側面部分が斜め電界の発生に寄与する。
【００４１】
引き込み電極３１の形状は、二次元的な格子状にしてもよい。
図３は、二次元的な格子状の引き込み電極３１の一例を表す上面図である。ウエハＷの下方から見た状態を表している。
棒状（例えば、円柱形状）の導電性部材３１１が縦横に一体的に形成されて引き込み電極３１となる。
【００４２】
引き込み電極３１の形状、サイズを適宜に選択し、イオンＩＩの入射角度や斜入射の範囲を変更できる。
【００４３】
移動機構３２は、例えば、モーター、可動ステージであり、引き込み電極３１をウエハＷの主面に沿って移動させ、ウエハＷへのイオンＩＩの入射の分布の均一化を図る。
引き込み電極３１の全ての領域で、斜め電界を発生するのは困難である。例えば、円棒状の引き込み電極３１の中心直上では、その対称性から、シースＳとウエハＷが平行になる。すなわち、引き込み電極３１の直上ではイオンは垂直入射となり、特異点が発生する（図２参照）。
ウエハＷの処理（例えば、エッチング）では、面内均一性が重要であり、特異点の存在は好ましくない。この特異点を解消するため、本実施形態では、引き込み電極３１を移動機構３２によって移動させる。
【００４４】
具体的には、移動機構３２は、引き込み電極３１がウエハＷと所定の間隔を保つように、引き込み電極３１をウエハＷに沿って平行移動させる。例えば、ウエハＷの直径より大きな長さを有する棒状の引き込み電極３１をウエハＷの端から端まで動かす。
引き込み電極３１をウエハＷに沿って動かすと、シースＳ、ひいては特異点（引き込み電極３１の直上であり、斜め成分の電界が発生しない箇所）も追随して動き、ウエハＷの全面を特異点が通過する。この結果、ウエハＷ上での処理が均一化する。
【００４５】
引き込み電極３１が機械的に移動するときのシースＳの形状の過渡状態の影響は事実上無視できる。シースＳの形状は、ＲＦ低周波電圧Ｖｃの周波数と同程度の極めて短い時間（０．０１μｓ以下）で形成されるためである。
すなわち、引き込み電極３１の移動速度は、実用上特に注意する必要はない。この移動速度は、例えば、移動時間１０秒で、３００ｍｍのウエハＷの端から端まで動かすとすると、３００ｍｍ／１０ｓ＝３０ｍｍ／ｓ程度となる。移動速度が３０秒だと、移動速度は、３００ｍｍ／３０ｓ＝１０ｍｍ／ｓ程度となる。移動速度は、これら１０〜３０ｍｍ／ｓより、速くても遅くてもよい。
ただし、ＭＨｚオーダーの非常に速いスピードで電極を動かす際には影響が出るので配慮が必要となる。
【００４６】
移動の継続時間は、プロセスによって適宜に変更される。すなわち、斜め成分の電界を印加したい時間に応じて、引き込み電極３１への電圧印加と移動が継続される。
【００４７】
引き込み電極３１の動かし方は、プロセスによって適宜に変更される。例えば、ウエハＷの端から端まで一気に動かしてもよい（直線運動）。また、周期的に繰り返し動かしてもよい（往復運動）。さらに、適宜に停止、再移動を繰り返してもよい。
ウエハＷの面内のすべての位置を電極中心（特異点）が等しい回数あるいは時間だけ通過すれば、どのような動作方式でも特異点は解消される。
【００４８】
移動機構３２は、引き込み電極３１を上下に移動してもよい。引き込み電極３１とウエハＷの距離を変化させることで、イオンＩＩの入射角および分布を調節できる。
【００４９】
ここで、引き込み電極３１の向きおよび移動方向をウエハＷに対して相対的に変化させてもよい。
図４は、引き込み電極３１の向きおよび移動方向をウエハＷに対して、角度θ変化させた状態を表す模式図である。ウエハＷの下方から見た状態を表している。
この角度θの回転は、移動機構３２による引き込み電極３１の回転を基本として、サセプタ１４上でのウエハＷの回転（既述のサセプタ１４の回転機構による回転）、あるいはこれら双方の回転のいずれでも実現できる。
【００５０】
引き込み電極３１とウエハＷの相対回転は、例えば、ウエハＷに一軸方向のトレンチを形成する場合に有用である。すなわち、このトレンチの方向と引き込み電極３１の向きを一致させることで、トレンチの対向する側壁に効率的にイオンＩＩを照射できる。
【００５１】
また、角度θを変化させ、引き込み電極３１を略半回転させることで、ウエハＷへの処理の均一化をさらに向上できる。例えば、角度θ＝０°で、ウエハＷ上を引き込み電極３１に往復移動させ（スイープ）、その後、角度θ＝１５°、３０°、と１５°刻みに、角度θ＝１６５°まで、それぞれの角度θにおいて、引き込み電極３１をスイープさせる。
このようにすることで、３６０°方向での処理の均一性を確保できる。このような動作は、全方向からの斜め成分を必要とする穴を形成するのに有用である。
【００５２】
ここでは、角度θの変化範囲を略半回転としたが、略一回転等適宜の値を採用できる。
また、角度θの刻み幅は、１５°以外に、１°など、適宜の値を採用できる。
ここでは、角度θを変えてからスイープし、スイープ中は角度θを一定としたが、角度θの変化とスイープを同時とし、引き込み電極３１をウエハＷに対して相対的に回転しながら、移動させてもよい。
【００５３】
接続部３３は、引き込み電極３１と移動機構３２を接続する棒状の部材（例えば、ロッド、シャフト）である。
【００５４】
引き込み電極３１に対して、待避部３４を設けてもよい。この待避部３４は、ウエハＷの下から外れた箇所に設置され、引き込み電極３１を待避するための領域である。イオンＩＩをウエハＷに垂直入射させる場合は、引き込み電極３１を使用しなくてよいため、引き込み電極３１を待避部３４内に移動する（図５参照）。
待避部３４への移動に替えて、引き込み電極３１を下方に移動させ、基板電極１５に接触し同電位としてもよい（図６参照）。すなわち、移動機構３２が、適宜に引き込み電極３１を基板電極１５と接触、離間させる。
【００５５】
また、引き込み電極３１は、プラズマ処理装置１０から着脱可能としてもよい。引き込み電極３１を取り外したプラズマ処理装置１０は、通常の装置と同様、ウエハＷにイオンＩＩを垂直に入射させる。
【００５６】
（イオンビーム装置との違い）
ここで、プラズマ処理装置とイオンビーム装置は使用目的や装置構成が大きく異なることに言及しておく。本実施形態にかかるプラズマ処理装置は、プラズマ処理装置に特有のシースＳを制御することによりイオンＩＩの角度制御を行う。一方、同じくプラズマを用いてウエハＷなどの基板を処理する装置として、イオンビーム装置がある。このイオンビーム装置でもイオンの入射角度制御は重要であり、例えば、イオンビームの出射角度を制御する方法が提案されている。
最も大きな相違はプラズマと基板の距離である。上述したように、プラズマ処理装置１０では、プラズマと処理対象の基板（ウエハＷ）は接しており、直接処理を行っている。一方、イオンビーム装置では、プラズマの発生位置がウエハと離れている。よって、イオンビーム装置では、出射角度と基板の角度を独立に制御することにより、イオンＩＩの基板への角度制御が可能である。これに対して、プラズマ処理装置１０は、プラズマがウエハに接しており、イオンの角度を制御する際には、プラズマへも同時に影響を与える必要がある。
【００５７】
（従来のプラズマ処理装置との違い）
また、従来のプラズマ処理装置との違いに言及する。従来のプラズマ処理装置において、電極を追加したり、分割したりすることがある。例えば、チャンバの端に電極を追加したり、基板電極を分割したりすることがある。
しかし、これらの電極の追加、分割は、基本的にプロセスの均一性を向上するためのものであり、局所的な電界分布の発生を図る本実施形態の引き込み電極３１と目的、追加位置等が大きく異なる。
【００５８】
（プラズマ処理装置１０の動作）
真空引きされ所定の圧力（例えば、０．０１Ｐａ以下）に達したチャンバ１１内に、図示しない搬送機構によりウエハＷが搬送される。次に、チャックにより、サセプタ１４にウエハＷが保持される。このとき、基板電極１５はウエハＷに近接または接触する。
【００５９】
次に、プロセスガス導入管１３からウエハＷの処理に必要なプロセスガスが導入される。このとき、チャンバ１１内に導入されたプロセスガスは、図示しない圧力調整バルブと排気ポンプにより排気口１２から所定の速度で排気される。この結果、チャンバ１１内の圧力は一定（例えば、１．０〜６．０Ｐａ程度）に保たれる。
【００６０】
次に、ＲＦ高周波電源２１ａからのＲＦ高周波電圧Ｖａが基板電極１５に印加される。また、ＲＦ低周波電源２１ｃからＲＦ低周波電圧Ｖｃが引き込み電極３１に印加される。
【００６１】
ＲＦ高周波電源２１ａからのＲＦ高周波電圧Ｖａにより、プラズマＰＬの密度が制御される。
ＲＦ低周波電源２１ｃからのＲＦ低周波電圧Ｖｃにより、プラズマＰＬ中のイオンＩＩが引き込み電極３１（ウエハＷ）に引き込まれる。そして、ウエハＷのエッチング処理のしきい値以上のエネルギーを持ったイオンＩＩにより、ウエハＷがエッチングされる。
このとき、引き込み電極３１の形状に対応して、ウエハＷの面に斜めな方向の電界（斜電界）が生成される。
【００６２】
本実施形態では、ウエハＷに対して、イオンＩＩを斜入射できる。斜入射するイオンＩＩを用いて、トレンチ（溝）、突起部の形成時にテーパーを低減し、高精度での加工が可能となる。
【００６３】
例えば、一軸方向のトレンチ（溝）、突起部を形成するときに、トレンチ（溝）等の側壁に入射するイオンＩＩの量が増加し、テーパーを低減できる。この場合、トレンチ（溝）、突起部の方向（ウエハＷ上の加工ラインの方向）と引き込み電極３１の方向を一致させることが好ましい。トレンチ（溝）、突起部の両側からイオンＩＩを斜入射し、両側壁でテーパーを低減できる。
【００６４】
引き込み電極３１へのＲＦ低周波電圧Ｖｃの印加と並行して、移動機構３２によって引き込み電極３１が移動され、ウエハＷへの処理の均一化が図られる。
引き込み電極３１は、一軸方向に往復運動しても良いし、図４に示したように、引き込み電極３１を回転させて、移動することで、ウエハＷへの処理の均一化をさらに向上し、深い穴を効率的に作成できる。
【００６５】
既述のように、スイッチ２４ｂ、２４ｃによって、ＲＦ低周波電圧を基板電極１５、引き込み電極３１のいずれに印加するかを選択し、垂直入射と斜入射を切り替えることができる。
例えば、垂直入射イオンでウエハＷにトレンチやビアホールＨを形成し（図７（ａ））、その後に、斜入射イオンで形状（特に、底面の形状）を補正する（図７（ｂ））。その後に、垂直入射、斜入射加工を繰り返してもよい（図７（ｃ）、（ｄ））。
【００６６】
（第２の実施形態）
第２の実施形態について説明する。
図８は、第２の実施形態に係るプラズマ処理装置１０ａの概略構成図である。
【００６７】
プラズマ処理装置１０ａは、チャンバ１１、排気口１２、プロセスガス導入管１３、サセプタ１４、基板電極１５、対向電極１６、ＲＦ高周波電源２１ａ、ＲＦ低周波電源２１ｂ、２１ｃ、整合器２２ａ〜２２ｃ、フィルタ２３ａ、２３ｂ、スイッチ２４ｂ、２４ｃ、引き込み電極３１、移動機構３２、接続部３３、待避部３４を有する。
【００６８】
プラズマ処理装置１０ａは、複数の引き込み電極（引き込み電極群）３１を有する。これら複数の引き込み電極３１は、ウエハＷを挟んで、プラズマＰＬと反対側に、互いに並んで配置される。
ここでは、複数の引き込み電極３１は、形状およびサイズが略同一であるが、異なる形状および／または異なるサイズとしてもよい。
【００６９】
これら複数の引き込み電極３１にＲＦ低周波電源２１ｃからＲＦ低周波電圧Ｖｃが印加される。
複数の引き込み電極３１を用いることで、単一の引き込み電極３１を用いる場合と比べて、ウエハＷの全面をスイープする時間を短縮できる。
複数の引き込み電極３１は、所定の間隔で配置される。この間隔は、引き込み電極３１の間の空間をいう。この間隔は、シースＳの厚さと同程度、すなわち、引き込み電極３１の幅と同程度の２ｍｍ〜５ｍｍが好ましい。引き込み電極３１の間隔を調整することにより、イオンＩＩの斜め成分の分布を変更できる。
【００７０】
引き込み電極３１の移動範囲は、引き込み電極３１の間隔の半分、または整数倍が好ましい。このようにすることで、引き込み電極３１それぞれの直上の特異点がウエハＷの各地点を通過する時間または回数を平等にし、ウエハＷの面内均一性を向上できる。
例えば、円柱状の引き込み電極３１を１１本用いたとする。このとき、各引き込み電極３１の受け持つ範囲の幅は３００ｍｍ／（１１−１）＝３０ｍｍである。各引き込み電極３１をその間隔の半分の距離１５ｍｍだけ速さ３０ｍｍ／ｓで動かせば、各引き込み電極３１の受け持つ範囲を処理できる。これは、引き込み電極３１を１本用いた場合の１／１０の処理時間となる。
このとき、すべての引き込み電極３１がウエハＷと平行に同じ動きとすることができる。但し、引き込み電極３１の全てが、同じ動きでなくてもよい。
【００７１】
引き込み電極３１に、高周波電圧に替えて、直流電圧を印加してもよい。強度はやや小さくなるが、斜入射のイオンＩＩは発生する。
全ての引き込み電極３１の電圧を同一にしなくともよい。例えば、引き込み電極３１を一個おきにアース電位とすることができる。これによりウエハＷに平行な方向の電界成分を調整できる。
引き込み電極３１の移動と共に印加電圧を変化させてもよい。
【００７２】
引き込み電極３１のすべて、または一部を揃えて移動できる。また、引き込み電極３１のすべてをバラバラに移動してもよい。
また、引き込み電極３１を上下に移動させる場合、ウエハＷとの距離を引き込み電極３１ごとに変えてもよい。
【００７３】
（第３の実施形態）
第３の実施形態について説明する。
図９は、第３の実施形態に係るプラズマ処理装置１０ｂの概略構成図である。
【００７４】
プラズマ処理装置１０ｂは、チャンバ１１、排気口１２、プロセスガス導入管１３、サセプタ１４、基板電極１５、対向電極１６、ＲＦ高周波電源２１ａ、ＲＦ低周波電源２１ｂ、２１ｃ、整合器２２ａ〜２２ｃ、フィルタ２３ａ、２３ｂ、スイッチ２４ｂ、切替機構２５、引き込み電極３１、移動機構３２、接続部３３、待避部３４を有する。
【００７５】
プラズマ処理装置１０ｂは、複数の引き込み電極（引き込み電極群）３１を有する。引き込み電極３１は、切替機構２５を介して、ＲＦ低周波電源２１ｃからＲＦ低周波電圧Ｖｃが印加される。
切替機構２５（複数のスイッチの切り替え）によって、ＲＦ低周波電圧Ｖｃが印加される引き込み電極３１を選択できる。
【００７６】
すなわち、引き込み電極３１を機械的に動かすことなく、ＲＦ低周波電圧Ｖｃを印加する引き込み電極３１を切り替えることで、シースＳを移動できる。
ここでは、１２本の引き込み電極３１に順に電極番号Ｅ１〜Ｅ１２を付与している。ここで、電極番号Ｅｉ（ｉは、１〜１２の整数）をＯＮとし、他の電極をＯＦＦとする。この番号ｉを１から順に１２まで変化させ、ＲＦ低周波電圧Ｖｃを印加する電極を変更していく。この結果、シースＳおよび電界を移動することができる。すなわち、引き込み電極３１を機械的に動かした場合と同様に、電界の斜め成分をウエハＷに対してスイープできる。
【００７７】
図１０は、電極番号Ｅ１〜Ｅ１２の引き込み電極３１に順にＲＦ低周波電圧Ｖｃが印加される状態を表すシーケンス図である。
電極番号Ｅｉを切り替える時間（電極番号Ｅｉへの電圧印加の継続時間）は、例えば、１秒である。切り替え時間は、１秒より短くてもよい。
電極番号Ｅ１〜Ｅ１２の引き込み電極３１の切替は、複数回繰り返してもよい。また、電極番号Ｅ１〜Ｅ１２の切替の後に、電極番号Ｅ１２〜Ｅ１の逆順で切り替え、往復させてもよい。
【００７８】
図１１のように、引き込み電極３１を完全には切り替えず、複数の引き込み電極３１に重複して電圧を印加する時間があってもよい。期間Ｔでは、複数の引き込み電極３１に電圧が印加されている。
【００７９】
引き込み電極３１をいくつかのグループに分け、グループ中で順番にＲＦ低周波電圧Ｖｃを印加してもよい。例えば、図１２に示すように、１２本の引き込み電極３１を４本ずつの３グループとし、電極番号Ｅ１１〜Ｅ１４、Ｅ２１〜Ｅ２４、Ｅ３１〜Ｅ３４に区分し、グループ毎に順番に電圧を印加してもよい。
【００８０】
ここでは、全ての引き込み電極３１に略同一の電圧を印加しているが、この印加電圧の一部または全部を異ならせてもよい。また、一部の引き込み電極３１をアース電位としてもよい。
【００８１】
（第４の実施形態）
図１３は、第４の実施形態に係るプラズマ処理装置１０ｃの概略構成図である。このプラズマ処理装置１０ｃは、チャンバ１１、排気口１２、プロセスガス導入管１３、サセプタ１４、ＲＦ高周波電源２１ａ、ＲＦ低周波電源２１ｃ、整合器２２ａ、２２ｃ、スイッチ２４ｃ、窓１１１、誘導コイル２７、引き込み電極３１、移動機構３２、接続部３３、待避部３４を有する。
【００８２】
プラズマ処理装置１０ｃは、プラズマ処理装置１０と異なり、基板電極１５、対向電極１６、を有せず、窓１１１、誘導コイル２７を有する。
窓１１１は、チャンバ１１内を大気から遮断し、かつ誘導コイル２７からの磁界を通過させる。窓１１１には、例えば、石英等の非磁性体の板が用いられる。誘導コイル２７は、チャンバ１１の外に配置される。誘導コイル２７にＲＦ高周波電源２１ａからの高周波電圧が印加されることで、変動する磁界が発生し、チャンバ１１内のプロセスガスがイオン化し、プラズマＰＬが発生する。なお、チャンバ１１の壁面は、接地されている。
【００８３】
その他の点では、第４の実施形態は第１の実施形態と大きく変わる訳ではないので、他の説明を省略する。
引き込み電極３１の個数、形状、動かし方は第１〜第３の実施形態と同様に考えてよい。
【実施例】
【００８４】
プラズマ処理装置１０でのイオンＩＩの斜入射をプラズマシミュレーションにより確認した。イオンの斜入射状態は、図１４に示すイオン入射角度分布（ＩＡＤＦ）によって表される。ＩＡＤＦは、ウエハＷ上のある位置に入射するイオンの入射角度と分布（相対量）の関係を表す。ここでは、右側、左側への入射をそれぞれ正、負の角度として表す。
【００８５】
図１５は、ウエハＷ上での引き込み電極３１の位置と時間の関係を表す模式図である。直径２ｍｍの円柱状の引き込み電極３１を用いた。引き込み電極３１の移動速度を左向きに１０ｍｍ／ｓ（３０秒でウエハＷの端から端まで移動する速度）とする。このとき、引き込み電極３１は０．２５秒で２．５ｍｍ移動する。
【００８６】
図１５のように、ウエハＷの中心（Ｃ）を評価点Ｐとし、引き込み電極３１が評価点Ｐを通る時刻ｔを基準時刻（０秒）とする。このとき、時刻ｔが−０．７５、−０．５、−０．２５、０、０．２５、０．５、０．７５秒での評価点でのＩＡＤＦを図１６にグラフＦ−３〜Ｆ０〜Ｆ３として示す。
【００８７】
引き込み電極３１が、時刻−０．７５〜＋０．７５秒にかけて、評価点Ｐを通過する。このときの各時刻でのＩＡＤＦの合計（総和）が評価点ＰでのトータルＩＡＤＦである（図１７参照）。
トータルＩＡＤＦは、左右それぞれに同程度のピークを持つ。この２つのピークはそれぞれ左右からの斜め入射に対応する。
なお、左右のピークに若干差異があるが、これは一種の誤差である。均一なプロセスでは本来対称な分布となる。
０度にある弱いピークは特異点による垂直入射成分であり、引き込み電極３１を繰り返し、評価点Ｐを通過させることで相対的に低下できる。
【００８８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８９】
１０            プラズマ処理装置
１１            チャンバ
１１１          窓
１２            排気口
１３            プロセスガス導入管
１４            サセプタ
１５            基板電極
１６            対向電極
２１ａ          高周波電源
２１ｂ          低周波電源
２１ｃ          低周波電源
２２ａ−２２ｃ  整合器
２３ａ−２３ｂ  フィルタ
２４ｂ          スイッチ
２４ｃ          スイッチ
２５            切替機構
２７            誘導コイル
３１            電極
３２            移動機構
３３            接続部
３４            待避部
【図１】
2018006664.tif 000003
【図２】
2018006664.tif 000004
【図３】
2018006664.tif 000005
【図４】
2018006664.tif 000006
【図５】
2018006664.tif 000007
【図６】
2018006664.tif 000008
【図７】
2018006664.tif 000009
【図８】
2018006664.tif 000010
【図９】
2018006664.tif 000011
【図１０】
2018006664.tif 000012
【図１１】
2018006664.tif 000013
【図１２】
2018006664.tif 000014
【図１３】
2018006664.tif 000015
【図１４】
2018006664.tif 000016
【図１５】
2018006664.tif 000017
【図１６】
2018006664.tif 000018
【図１７】
2018006664.tif 000019