(57)【要約】【課題】ウエハ面内における入射イオンエネルギーの分布関数の均一性を高め、ウエハ面内で均一なプラズマ処理（エッチング等）を実現する。【解決手段】プラズマ処理装置において、ウエハ２を戴置するための戴置電極４のバイアス印加部分をウエハ２の中心付近と外周付近で内側電極４−１と外側電極４−２に分割し、ウエハ２に入射するイオンを加速するための第１のバイアス電力２１−１と第２のバイアス電力２１−２をそれぞれ２つに分岐し、電力分配器２９−１、２９−２を用いて内側電極４−１と外側電極４−２に電力比を調整して供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室と、前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、前記処理ガスからプラズマを生成するための高周波電源と、前記処理室内に配置され、被処理体を戴置するための戴置電極と、前記プラズマから前記被処理体に入射するイオンを加速するためのお互いに周波数の異なる第１のバイアス電源と第２のバイアス電源を有するプラズマ処理装置において、
前記戴置電極は、バイアス印加部分を前記被処理体の中心付近と外周付近で内側電極と外側電極の２つに電気的に分割されており、
前記第１のバイアス電源から出力されるバイアス電力を２つに分岐して前記内側電極と前記外側電極に電力比を調整して供給できる第１の高周波バイアス電源用電力分配器と、
前記第２のバイアス電源から出力されるバイアス電力を２つに分岐して前記内側電極と前記外側電極に電力比を調整して供給できる第２の高周波バイアス電源用電力分配器と、を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
処理室と、前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、前記処理ガスからプラズマを生成するための高周波電源と、前記処理室内に配置され、被処理体を戴置するための戴置電極と、前記プラズマから前記被処理体に入射するイオンを加速するためのお互いに周波数の異なる第１のバイアス電源と第２のバイアス電源を有するプラズマ処理装置において、
前記処理室上方であって、前記戴置電極に対向して配置された内側アース電極と外側アース電極と、
前記内側アース電極に接続された第１のインピーダンス整合器と、
前記外側アース電極に接続された第２のインピーダンス整合器と、を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記載置電極は、前記外側電極の周囲に配置されたフォーカスリングを有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記処理ガス供給系は、混合された複数の前記処理ガスを第１のガス供給ラインと第２のガス供給ラインに分けるガス分配器と、
前記第１のガス供給ラインに接続され、前記処理室の中央領域に配置された内側ガス分散領域と、
前記第２のガス供給ラインに接続され、前記処理室の周辺領域に配置された外側ガス分散領域とを有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記載置電極の前記内側電極と前記外側電極は、それぞれイオンエネルギー分布関数測定用センサーを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４記載のプラズマ処理装置において、
前記プラズマの生成効率を高める磁場生成手段と、
前記載置電極の前記内側電極と前記外側電極にそれぞれ設けられイオンエネルギー分布関数測定用センサーと、を更に有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項２記載のプラズマ処理装置において、
前記載置電極は、前記外側電極の周囲に配置されたフォーカスリングを有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】
請求項２記載のプラズマ処理装置において、
前記処理ガス供給系は、混合された複数の前記処理ガスを第１のガス供給ラインと第２のガス供給ラインに分けるガス分配器と、
前記第１のガス供給ラインに接続され、前記処理室の中央領域に配置された内側ガス分散領域と、
前記第２のガス供給ラインに接続され、前記処理室の周辺領域に配置された外側ガス分散領域とを有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項９】
請求項２記載のプラズマ処理装置において、
前記載置電極は、イオンエネルギー分布関数測定用センサーを備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１０】
請求項８記載のプラズマ処理装置において、
前記プラズマの生成効率を高める磁場生成手段と、
前記載置電極に設けられイオンエネルギー分布関数測定用センサーと、を更に有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１１】
請求項２記載のプラズマ処理装置において、
前記戴置電極は、バイアス印加部分を前記被処理体の中心付近と外周付近で２つに電気的に分割された内側電極と外側電極とを有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１２】
処理室と、前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、前記処理ガスからプラズマを生成するための高周波電源と、前記処理室内に配置され、被処理体を戴置するための戴置電極と、前記プラズマから前記被処理体に入射するイオンを加速するためのお互いに周波数の異なる第１のバイアス電源と第２のバイアス電源を有するプラズマ処理装置において、
前記戴置電極は、バイアス印加部分を前記被処理体の中心付近と外周付近で内側電極と外側電極の２つに電気的に分割されており、
前記第１のバイアス電源および前記第２のバイアス電源から出力されるバイアス電力は、前記内側電極に印加され、
前記外側電極に接続され、アースとのインピーダンスを調整するためのインピーダンス整合器を更に有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１３】
請求項１記載のプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法において、
前記プラズマを発生させるステップと、
前記第１のバイアス電源及び前記第２のバイアス電源から出力されるバイアス電力を調整することにより、イオンエネルギー分布関数を前記被処理体面内で均一な分布にするステップと、を有することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１４】
請求項５記載のプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法において、
前記第１のバイアス電源から出力されるバイアス電力を前記内側電極及び前記外側電極に供給し、それぞれに備えられた前記イオンエネルギー分布関数測定用センサーを用いて、イオンエネルギー分布関数を前記被処理体面内で均一な分布にするステップと、
前記第２のバイアス電源から出力されるバイアス電力を前記内側電極及び前記外側電極に供給し、それぞれに備えられた前記イオンエネルギー分布関数測定用センサーを用いて、イオンエネルギー分布関数を前記被処理体面内で均一な分布にするステップと、
前記第１のバイアス電源及び前記第２のバイアス電源から出力されるバイアス電力を前記内側電極及び前記外側電極に供給し、それぞれに備えられた前記イオンエネルギー分布関数測定用センサーを用いて、イオンエネルギー分布関数を前記被処理体面内で均一な分布にするステップと、を有することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１５】
請求項６記載のプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法において、
前記磁場発生手段を用いて前記処理室内の磁場分布を調整することにより、電子密度分布を均一にするステップと、
前記内側ガス分散領域と前記外側ガス分散領域への前記反応ガスの供給量を調整することにより、ラジカル分布を均一にするステップと、
前記第１のバイアス電源及び前記第２のバイアス電源から出力されるバイアス電力を調整することにより、イオンエネルギー分布関数を前記被処理体面内で均一な分布にするステップと、を有することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１６】
請求項２記載のプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法において、
前記プラズマを発生させるステップと、
前記第１のインピーダンス整合器及び前記第２のインピーダンス整合器を調整することにより、イオンエネルギー分布関数を前記被処理体面内で均一な分布にするステップと、を有することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１７】
請求項１０記載のプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法において、
前記磁場発生手段を用いて前記処理室内の磁場分布を調整することにより、電子密度分布を均一にするステップと、
前記内側ガス分散領域と前記外側ガス分散領域への前記反応ガスの供給量を調整することにより、ラジカル分布を均一にするステップと、
前記第１のインピーダンス整合器及び前記第２のインピーダンス整合器を調整することにより、イオンエネルギー分布関数を前記被処理体面内で均一な分布にするステップと、を有することを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイス等の電子部品製造に用いるプラズマ処理装置およびその処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報通信機器、電力制御器等に使用されるＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）デバイスの高集積化、高速化、高機能化は、主にＰｏｌｙ−Ｓｉ／ＳｉＯ２構造ゲート電極の微細化によって達成されてきたが、更なる性能向上手段として、新材料、新構造の導入が検討されている。
【０００３】
ＭＯＳＦＥＴのゲート電極をＳｉウエハ上に形成する方法として用いられるドライエッチング加工では、反応性ガスをプラズマ化し、プラズマ中で生じたイオンと中性ラジカルによるイオンアシスト反応でゲート電極材料をエッチングする。
【０００４】
これを具現化するプラズマ処理装置は、Ｓｉウエハをプラズマ処理する処理室、プラズマ生成のための高周波電源、処理室内に処理ガスを供給するための処理ガス供給機構、処理室内を減圧・調圧するための真空排気系、ウエハを戴置するための戴置電極（試料台）、ウエハに入射するイオンを加速するための高周波バイアス電源等で構成される。
【０００５】
以上のような構成を持つプラズマ処理装置を用いるとき、Ｓｉウエハに入射するイオンのエネルギー分布関数（Ｉｏｎ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ；ＩＥＤＦ）をバイアスの印加方法によって制御することができる。例えば、高周波バイアスを印加する場合、高周波の波形や周波数がＩＥＤＦに影響を与えることが知られており、パルス状のバイアスと、５ｋＨｚ以下の低周波数と２ＭＨｚ以上の高周波数を持つ２周波数バイアスとを印加する方法により、絶縁膜をエッチングする時の対Ｓｉエッチング選択性を向上できることが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。また、高周波バイアスの周波数については、プラズマのシースを通過する時間に依存したＩＥＤＦを持つことが報告されている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１４１３４１号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ａ  Ｖｏｌｕｍｅ  ２０  ｐ．１７５９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ウエハ（被処理体）面内において加工形状を均一にするためには、ウエハに入射するイオンのフラックスおよびエネルギー分布関数がウエハ面内で均一であることが望ましい。しかし、ウエハに印加するバイアスのパワーのウエハ面内分布は電極表面から接地された処理室内壁をみたときのインピーダンスに面内分布が周波数によって異なるため、第１のウエハバイアス電源と第２のウエハバイアス電源とを有するプラズマ処理装置において、第１のウエハバイアスパワーと第２のウエハバイアスパワーの電力比を変化させると、ウエハに入射するイオンのエネルギー分布関数のウエハ面内分布が変化する。そのため、２つの異なる周波数のウエハバイアスパワー比を変えたとき、イオンの入射エネルギーの面内分布が変化する場合があり、これを均一に補正する手段があることが望ましい。
【０００９】
本発明の目的は、被処理体（ウエハ等）面内における入射イオンエネルギーの分布関数の均一性を高め、ウエハ面内で均一なプラズマ処理（エッチング等）を実現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にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための一実施形態として、処理室と、前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、前記処理ガスからプラズマを生成するための高周波電源と、前記処理室内に配置され、被処理体を戴置するための戴置電極と、前記プラズマから前記被処理体に入射するイオンを加速するためのお互いに周波数の異なる第１のバイアス電源と第２のバイアス電源を有するプラズマ処理装置において、前記戴置電極は、バイアス印加部分を前記被処理体の中心付近と外周付近で内側電極と外側電極の２つに電気的に分割されており、前記第１のバイアス電源から出力されるバイアス電力を２つに分岐して前記内側電極と前記外側電極に電力比を調整して供給できる第１の高周波バイアス電源用電力分配器と、前記第２のバイアス電源から出力されるバイアス電力を２つに分岐して前記内側電極と前記外側電極に電力比を調整して供給できる第２の高周波バイアス電源用電力分配器と、を有することを特徴とするプラズマ処理装置とする。
【００１１】
また、前記プラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法において、前記プラズマを発生させるステップと、前記第１のバイアス電源及び前記第２のバイアス電源から出力されるバイアス電力を調整することにより、イオンエネルギー分布関数を前記被処理体面内で均一な分布にするステップと、を有することを特徴とするプラズマ処理方法とする。
【００１２】
また、処理室と、前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、前記処理ガスからプラズマを生成するための高周波電源と、前記処理室内に配置され、被処理体を戴置するための戴置電極と、前記プラズマから前記被処理体に入射するイオンを加速するためのお互いに周波数の異なる第１のバイアス電源と第２のバイアス電源を有するプラズマ処理装置において、前記処理室上方であって、前記戴置電極に対向して配置された内側アース電極と外側アース電極と、前記内側アース電極に接続された第１のインピーダンス整合器と、前記外側アース電極に接続された第２のインピーダンス整合器と、を有することを特徴とするプラズマ処理装置とする。
【００１３】
また、前記プラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法において、前記プラズマを発生させるステップと、前記第１のインピーダンス整合器及び前記第２のインピーダンス整合器を調整することにより、イオンエネルギー分布関数を前記被処理体面内で均一な分布にするステップと、を有することを特徴とするプラズマ処理方法とする。
【発明の効果】
【００１４】
上記構成とすることにより、被処理体（ウエハ）面内における入射イオンエネルギーの分布関数の均一性を高め、ウエハ面内で均一なプラズマ処理（エッチング等）を実現す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ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施例に係るプラズマ処理装置の概略断面図である。
【図２】被処理体戴置電極に接続されたバイアス電源の電力印加を説明するための図である。
【図３Ａ】被処理体の中心部と外周部におけるイオンエネルギー分布図である。
【図３Ｂ】被処理体の中心部と外周部におけるイオンエネルギー分布図である。
【図３Ｃ】被処理体の中心部と外周部におけるイオンエネルギー分布図である。
【図３Ｄ】被処理体の中心部と外周部におけるイオンエネルギー分布図である。
【図４Ａ】図３Ａのイオンエネルギー分布図に対応するバイアス電力の印加条件を説明するための図である。
【図４Ｂ】図３Ｂのイオンエネルギー分布図に対応するバイアス電力の印加条件を説明するための図である。
【図４Ｃ】図３Ｃのイオンエネルギー分布図に対応するバイアス電力の印加条件を説明するための図である。
【図４Ｄ】図３Ｄのイオンエネルギー分布図に対応するバイアス電力の印加条件を説明するための図である。
【図５】ＩＥＤＦ分布の被処理体面内均一性制御を説明するための図である。
【図６】ＩＥＤＦ分布の均一性制御手順を示す図である。
【図７】加工形状の均一性制御手順を示す図である。
【図８】第２の実施例に係るプラズマ処理装置の被処理体戴置電極に接続されたバイアス電源の電力印加を説明するための図である。
【図９】第３の実施例に係るプラズマ処理装置の被処理体戴置電極に接続されたバイアス電源の電力印加を説明するための図である。
【図１０】第４の実施例に係るプラズマ処理装置の被処理体戴置電極に接続されたバイアス電源の電力印加を説明するための図である。
【図１１】第１の実施例に係るプラズマ処理装置の被処理体載置電極の平面（上部）および断面（下部）の概略図である。
【図１２】第５の実施例に係るプラズマ処理装置の被処理体戴置電極に接続されたバイアス電源の電力印加を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１６】
本発明の第１の実施例について、図１〜図７を用いて説明する。図１は、本実施例に係るプラズマ処理装置（プラズマエッチング装置等）の概略断面図である。処理室（エッチングチャンバー等）１にはプラズマ生成のための高周波電力を上部から導入するための導波管３が設置されており、該導波管にはプラズマを生成するための高周波電源２０が整合器２１を介して接続されている。
【００１７】
また処理室１の外側には磁場生成のための上部コイル２６−１、中部コイル２６−２、下部コイル２６−３が設置されており、電子−サイクロトロン共鳴によってプラズマの生成効率を高めている。また、処理室内の磁場分布を変えることによって、プラズマの生成分布や輸送分布を制御することができるようになっている。即ち、処理室内の空間電子密度分布を制御することが可能であり、これによって被処理体（Ｓｉウエハ等）に入射するイオンフラックスのウエハ面内均一性を制御することができる。
【００１８】
導波管３の下方には石英製の天板９が設置されており、該天板９の直下には処理室１内にガスを供給するための石英製のシャワープレート５が設置されている。シャワープレート５には複数の微細なガス孔が開けてあり、該ガス孔を介して、処理室１内に処理ガスを供給する。
【００１９】
また、処理室１内の処理ガスの組成分布やガスの流れ分布を制御するため、シャワープレート５と天板９の間に形成されたガス分散領域６は内側の領域６−１と外側の領域６−２に分割されており、シャワープレート５の内側の領域から供給する処理ガスと、シャワープレート５の外側の領域から供給する処理ガスの流量やガス組成比をお互いに独立に制御できるようになっている。
【００２０】
処理ガス供給系は複数のガス供給源（図示せず）から供給されたそれぞれのガスの流量を、マスフローコントローラー５０−１〜５０−７を介して調整するようになっている。マスフローコントローラー５０−１〜５０−５から供給されたガスは、該マスフローコントローラーの下流のガス合流点５６−１で合流させて第１のガスを生成する。そして、該ガス合流点５６−１の下流側で、ガス分配器５１によって所定の流量比に分岐され、第１のガス供給ライン９７−１と第２のガス供給ライン９７−２にそれぞれ供給される。
【００２１】
さらに、マスフローコントローラー５０−６と５０−７を介して供給された第２のガスは２つに分岐した第１のガスに所定の流量でガス合流点５６−２と５６−３においてそれぞれ添加することにより、それぞれ第１の処理ガスと第２の処理ガスを生成する。そして第１の処理ガスはシャワープレート５の内側の領域、第２の処理ガスはシャワープレートの外側の領域に供給されるようになっている。これにより、処理室１内のラジカル分布の制御性を高めている。ここで、マスフローコントローラー５０−１〜５０−５を介して供給するガスは例えばアルゴン（Ａｒ），塩素（Ｃｌ２）、臭化水素（ＨＢｒ）、塩化水素（ＨＣｌ）、六フッ化イオウ（ＳＦ６）等であり、マスフロー５０−６、５０−７を介して供給するガスは酸素（Ｏ２）等である。
【００２２】
処理室１にはシャワープレート５に対向して、被処理体（Ｓｉウエハ等）２を戴置するための被処理体戴置電極（試料台）４が設置されている。該戴置電極４は内側電極４−１と外側電極４−２からなり、お互いに電気的に分離されている。内側電極（試料台）４−１は平面形状が円形であり、外側電極（試料台）４−２はリング状である（図１１）。被処理体２に入射するイオンを加速するため、該戴置電極（試料台）４には第１の高周波バイアス電源２１−１と第２の高周波バイアス電源２１−２が接続されている。
【００２３】
第１の高周波バイアス電源２１−１から出力される高周波電力の周波数は４００ｋＨｚ、第２の高周波バイアス電源２１−２から出力される高周波電力の周波数は４ＭＨｚである。２つの高周波電源から出力される高周波電力はそれぞれ、第１の高周波バイアス電源用電力分配器２９−１と第２の高周波バイアス電源用２９−２によって２つに分岐し、該電力分配器によって２つに分岐された高周波電力はそれぞれ内側電極４−１と外側電極４−２に印加されるようになっている。なお、符号４１はターボ分子ポンプ、符号４２はドライポンプ、符号９０は被処理体（Ｓｉウエハ等）２が載せられた被処理体戴置電極（試料台）の支持部材、符号９１−１は内側電極プレート、符号９１−２は外側電極プレートを示す。
【００２４】
次に図２を用いて電力や電力比の定義等について説明する。図２はウエハ戴置電極（試料台）４に接続された２つのウエハバイアス電源の電力印加を説明する図である。第１の高周波バイアス電源２１−１から出力される第１の高周波バイアス電力をＰ１、第２の高周波バイアス電源２１−２から出力される第２の高周波バイアス電力をＰ２とする。
【００２５】
また、内側電極（試料台）４−１に印加する第１の高周波バイアス電力Ｐ１＿ｉｎ、外側電極（試料台）４−２に印加する第１の高周波バイアス電力をＰ１＿ｏｕｔ、Ｐ１＿ｉｎ：Ｐ１＿ｏｕｔを第１のバイアス電力の内外比とする。また、内側電極（試料台）４−１に印加する第２の高周波バイアス電力Ｐ２＿ｉｎと外側電極４−２に印加する第２の高周波バイアス電力Ｐ２＿ｏｕｔとしたとき、Ｐ２ｉｎ：Ｐ２ｏｕｔを第２のバイアス電力の内外比とする。
【００２６】
第１の高周波バイアス電源用電力分配器２９−１と第２の高周波バイアス電源用電力分配器２９−２はインピーダンス制御、及び、高周波フィルタ機能等が組み込まれており、第１のバイアス電力の内外比と第２のバイアス電力の内外比を独立に制御できるようになっている。また、ウエハ戴置電極（試料台）にはバイアスを印可するためのプレート（内側電極プレートは９１−１、外側電極プレートは９１−２）を例えばＴｉＮ（窒化チタン）またはＹ２Ｏ３（酸化イットリウム）を主成分とする溶射膜に埋め込む構造とし、該２つのプレートどうしが、できるだけ高周波的に絶縁されているように工夫している。
【００２７】
次に２周波バイアス電力内外比の独立制御の効果ついて述べる。図４Ａ〜図４Ｄはバイアス電力の印加例を示した図である。また、図３Ａ〜図３ＤはＩＥＤＦのウエハ面内均一性を示すための図であり、図３Ａ〜図３Ｄのそれぞれ右側にウエハ外周付近、左側にウエハ中心付近のＩＥＤＦ分布を代表に示した。横軸がウエハに入射するイオンのエネルギー、縦軸はそのエネルギーを持つイオンのウエハへの入射フラックス、即ちイオンのエネルギー分布関数を示している。図３Ａ〜図３Ｄはそれぞれ図４Ａ〜図４Ｄに相当する。また、プラズマ生成のための高周波電力や磁場等は変化させていない場合を示している。
【００２８】
図４ＡはＰ１＝５０Ｗ、Ｐ１＿ｉｎ＝２５Ｗ、Ｐ２＿ｏｕｔ＝２５Ｗであり、第１のバイアス電力の内外比は５：５である。なおＰ２＿ｉｎ＝０Ｗである。この場合、図３Ａに示したようにＩＥＤＦ分布はウエハ面内で均一になっている。
【００２９】
次に図４ＢはＰ１＝０Ｗ、Ｐ２＝１００Ｗ、Ｐ２＿ｉｎ＝５０Ｗ、Ｐ２＿ｏｕｔ＝５０Ｗ、即ち第２のバイアス電力の内外比は５：５の場合を示している。この場合、図３Ｂに示したように、ウエハの中心付近のＩＥＤＦは、ウエハの外周のＩＥＤＦに比べて低エネルギー側にシフトしたようになり、ウエハ面内のＩＥＤＦ分布は均一になっていない。これはインピーダンスの周波数依存によるものであり、周波数が高くなるにつれて、ウエハ外周付近に印加されるバイアス電力に比べてウエハ中心付近に印加されるバイアス電力が相対的に小さくなることによる。
【００３０】
次に、ＩＥＤＦのウエハ面内分布を均一にするため、Ｐ１＝０Ｗ、Ｐ２＝１００Ｗ、Ｐ２＿ｉｎ＝６０Ｗ、Ｐ２＿ｏｕｔ＝４０Ｗ、即ち第２のバイアス電力の内外比を６：４とした場合を図４Ｃ、図３Ｃに示す。バイアス電力の内外比を変化させることにより、図３Ｃに示したように、ウエハの中心付近のＩＥＤＦを高エネルギー側へ、ウエハの外周のＩＥＤＦと低エネルギー側にシフトさせることができ、結果としてＩＥＤＦのウエハ面内分布を均一にすることができる。
【００３１】
図４Ｄ、図３ＤにはＰ１＝５０Ｗ、Ｐ１＿ｉｎ＝２５Ｗ、Ｐ１＿ｏｕｔ＝２５Ｗ、Ｐ２＝１００Ｗ、Ｐ２＿ｉｎ＝６０Ｗ、Ｐ２＿ｏｕｔ＝４０Ｗとした場合を示す。第１のウエハバイアスによるＩＥＤＦの面内分布と第２のウエハバイアスによるＩＥＤＦ分布がそれぞれ均一になる内外比と同じ条件で２つのウエハバイアス電力を同時に印加した場合、２つのウエハバイアス電力によって決まるＩＥＤＦのウエハ面内分布も均一となる。
【００３２】
次に、戴置電極（試料台）に設置されたセンサーによってＩＥＤＦ分布のウエハ面内均一性を自動的に調整する方法について図５を用いて説明する。内側電極（試料台）４−１及び外側電極（試料台）４−２において、バイアス印加プレート（図５では図示せず）の一部に微小な穴を開け、内側ＩＥＤＦ測定用のセンサー６０−１、外側ＩＥＤＦ測定用のセンサー６０−２をそれぞれ設置した。
【００３３】
ＩＥＤＦセンサー６０−１、６０−２は例えば、弾性体６２−１、６２−２で支持した圧電素子６１−１，６１−２を感圧面が上面となるよう配置する構成とし、この圧電素子６１−１、６１−２によって、ウエハ２表面に入射したイオンの衝撃によりウエハ裏面に伝播した弾性波強度の分布を検出する方法とする。またウエハ２が設置されていない状態でも弾性体６２−１，６２−２に入射するイオンのエネルギーを直接測定してＩＥＤＦを計測できるようになっている。
【００３４】
圧電素子６１−１、６１−２の出力電圧をＩＥＤＦ測定ユニット６３にて一定時間モニタリングし、その間の最も高い電圧をウエハに入射したイオンの最大エネルギー、最も低い電圧を最小エネルギーに対応させて、ＩＥＤＦ分布を評価する。圧電素子６１−１、６１−２の出力電圧とイオンエネルギーとの換算には、使用するガス種とその混合比毎にあらかじめ作成したデータベースを用いる。
【００３５】
測定データーはプラズマ処理装置全体を制御する制御コンピューター３９に伝えられる。制御コンピューター３９には図６に示した手順でＩＥＤＦのウエハ面内分布を調整するプログラムが収納されている。まずＳＴＥＰ１（Ｓ２０１）にてＰ１＿ｉｎとＰ１＿ｏｕｔの初期設定にてＩＥＤＦ分布を測定する（特に初期設定値がない場合は内外比を５：５とする）。
【００３６】
ＩＥＤＦ分布がウエハ面内で不均一な場合、均一（±５％以内）になるように補正する。例えばウエハ中心付近でＩＥＤＦ分布が相対的に低エネルギー側へシフトしているときはＰ１＿ｉｎの割合を５０％以上とする。そしてＩＥＤＦ分布を再度測定して、面内分布が所定の範囲内で均一になるまで調整を繰り返す。そして、所定の範囲内で均一になったら、次にＳＴＥＰ２（Ｓ２０２）にて第２のウエハバイアスをＰ２＿ｉｎ、Ｐ２＿ｏｕｔの初期値に設定してＩＥＤＦ分布を測定する。そしてＳＴＥＰ１と同様な手法で所定の範囲内でウエハ面内で均一（±５％以内）になるまで繰り返す。
【００３７】
最後にＳＴＥＰ３（Ｓ２０３）にてＰ１及びＰ２を同時に印加した状態でＩＥＤＦ分布を測定し所定の範囲でウエハ面内で均一であるかを確認する。また必要に応じてＰ１またはＰ２の内外比を微調整し、ＩＥＤＦ分布がウエハ面内で均一（±５％以内）になったら設定を完了する。
【００３８】
次にウエハ面内の加工形状の均一性制御の方法について図７を用いて説明する。まず最初にＳＴＥＰ１（Ｓ２１１）にて磁場分布の調整により、電子密度分布（イオン密度分布）を調整する。本調整は上中下のコイル２６−１，２６−２，２６−３を用いて行う。電子密度分布の計測には、チャンバー側面から挿入するラングミュアープローブやプラズマ吸収プローブ、または戴置電極表面でのＩＣＦ（イオン飽和電流密度）測定法を用いることができる。
【００３９】
磁場分布の調整によって電子密度分布が所定の範囲内で均一（±５％以内）になったら、次にＳＴＥＰ２（Ｓ２１２）にて、ラジカル分布を均一にする。これはシャワープレートの内側部分と外側分それぞれから供給するガスの組成や流量を独立に制御することによって行う。ラジカル分布はウエハ直上で、ウエハに平行方向の線積分領域のプラズマ発光を複数の方向で分光計測し、アーベル変換によって各種ラジカルの径方向密度分布を求める手法を用いることが有力である。
【００４０】
このような測定手法によってラジカル分布を測定しながら、ガス供給量を調整し、所定の範囲内で均一（±５％以内）に調整が完了したら、次のＳＴＥＰ３（Ｓ２１３）の調整を開始する。ＳＴＥＰ３（Ｓ２１３）の調整内容は図６の内容である。なお、ラジカル分布やＩＥＤＦ分布は電子密度分布にのみ依存するため、最初のＳＴＥＰ１（Ｓ２１１）に電子密度分布調整を行っているが、必ずしも図７の手順に限らない。例えば、ＳＴＥＰ３（Ｓ２１３）の調整の途中にＳＴＥＰ１（Ｓ２１１）に戻って調整するようなことを行ってもよい。
【００４１】
以上の調整を行った後、ゲート電極の加工を行ったところ良好な結果が得られた。
【００４２】
以上述べたように、本実施例によれば、ウエハ面内における入射イオンエネルギーの分布関数の均一性を高め、ウエハ面内で均一なエッチングを実現す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ができた。
【実施例２】
【００４３】
第２の実施例について図８を用いて述べる。なお、実施例１に記載され、本実施例に未記載の事項はそれを適用することができる。図８は本実施例に係るプラズマ処理装置の被処理体戴置電極に接続されたバイアス電源の電力印加を説明するための図である。他の構成は図１と同様であり、説明を省略した。
【００４４】
本実施例では内側電極（試料台）４−１に第１のウエハバイアス電力と第２のウエハバイアス電力を印加し、外側電極（試料台）４−２にはアースとのインピーダンスを調整するためのインピーダンス整合器３０が接続されている。インピーダンス整合器内には第１のウエハバイアスの周波数に対するインピーダンスと、第２のウエハバイアスの周波数に対するインピーダンスを独立に制御できる構成となっている。
【００４５】
電力の流れは図８に示したように、第１のバイアス電力Ｐ１、及び第２のバイアス電力Ｐ２共に内側電極（試料台）４−１に印加する。そしてそれぞれの電力の一部はウエハ中心付近を介してプラズマ側に伝わり、これがＰ１＿ｉｎ、Ｐ２＿ｉｎとなる。そしてＰ１−Ｐ１＿ｉｎ及びＰ２−Ｐ２＿ｉｎがそれぞれ、外側電極（試料台）４−２に伝わり、一部はインピーダンス整合器３０を介してアース側へ流れ、その電力をＰ１−３、Ｐ２−３とすると、ウエハ外周部にバイアスとして印加される電力Ｐ１＿ｏｕｔ、Ｐ２＿ｏｕｔはそれぞれ、Ｐ１＿２−Ｐ１＿３、Ｐ２＿２−Ｐ２＿３となる。
【００４６】
即ち、インピーダンス整合器３０を調整することによってＰ１＿ｉｎとＰ１＿ｏｕｔの比率、及びＰ２＿ｉｎとＰ２＿ｏｕｔの比率を制御することができる。また図１の場合とは異なり、電力Ｐ１＿２及びＰ２＿２が内側電力から外側電力にある程度流れる必要があるため、バイアス印加プレートの厚さを厚くする等の工夫が施されている。
【００４７】
以上の調整を行った後、ゲート電極の加工を行ったところ、良好な結果が得られた。
【００４８】
以上述べたように、本実施例によれば、ウエハ面内における入射イオンエネルギーの分布関数の均一性を高め、ウエハ面内で均一なエッチングを実現す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ができた。
【実施例３】
【００４９】
第３の実施例について図９を用いて説明する。なお、実施例１に記載され、本実施例に未記載の事項はそれを適用することができる。図９は本実施例に係るプラズマ処理装置の被処理体戴置電極に接続されたバイアス電源の電力印加を説明するための図である。他の構成は、図１と同様であり、説明を省略する。
【００５０】
本実施例ではシャワープレートの直下に対向アース電極を設置し、内側部分６５−１と外側部分６５−２の２つに分割している。該対向アース電極はプラズマ生成のための高周波電力に対し高い透過率を持ち、プラズマ生成のための高周波電力に比べて周波数の低い２つのウエハバイアス電力は透過しにくい程度の厚さの導電成膜である。内側アース電極６５−１及び外側アース電極６５−２はそれぞれ、内側インピーダンス整合器３０−１と外側インピーダンス整合器３０−２を介してそれぞれ設置されている。なお、対向アース電極６５-1、６５−２にはガス導入用の孔が設けられ、その表面は石英等で覆われている。これにより、Ｐ１＿ｉｎ、Ｐ２＿ｉｎ、Ｐ１＿ｏｕｔ、Ｐ２＿ｏｕｔが対向アース電極を介して流れる電力量を調整できるため、図１の場合と比べて制御性が向上する。
【００５１】
以上の調整を行った後、ゲート電極の加工を行ったところ、良好な結果が得られた。
【００５２】
以上述べたように、本実施例によれば、ウエハ面内における入射イオンエネルギーの分布関数の均一性を高め、ウエハ面内で均一なエッチングを実現す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ができた。また、対向アース電極を用いることにより、実施例１に比してより均一性を向上できる。
【実施例４】
【００５３】
第４の実施例について図１０を用いて説明する。なお、実施例１に記載され、本実施例に未記載の事項はそれを適用することができる。図１０は本実施例に係るプラズマ処理装置の被処理体戴置電極に接続されたバイアス電源の電力印加を説明するための図である。ここで、実施例３と同等の構成部分は説明、及び図示を省略した。
【００５４】
本実施例ではウエハ戴置電極を内側と外側に分離せずに２つの周波数の異なるウエハバイアス電力を印加し、対向アース電極を内側と外側に分岐して、それぞれ、内側インピーダンス整合器３０−１と外側インピーダンス整合器３０−２によってアースに対するインピーダンスを調整できる。対向アース電極の内側のインピーダンスと外側のインピーダンスをそれぞれ調整することにより、Ｐ１＿ｉｎとＰ１＿ｏｕｔの比、及びＰ２＿ｉｎとＰ２＿ｏｕｔの比を独立に制御することが可能である。対向アース電極６５−１、６５−２は、実施例３と同様にシャワープレート５直下に配置され、ガス導入用の孔が設けられ、その表面は石英等で覆われている。なお、対向アース電極は、シャワープレート内に配置することもできる。
【００５５】
本実施例では、ウエハ直下の試料台内の電極が内側電極と外側電極とに分離されていないため、他の実施例に比し内外電極の境界領域でエッチング速度が不安定になることが無く、処理の均一性が向上する。また、構造が簡素（部品点数が少ない）なため、機差による処理の不均一性を低減できる。更に、静電チャック（図示せず）の内側電極と外側電極でそれぞれの実効的な電圧の低下を他の実施例に比し均しくできる。
【００５６】
以上の調整を行った後、ゲート電極の加工を行ったところ、良好な結果が得られた。
【００５７】
以上述べたように、本実施例によれば、ウエハ面内における入射イオンエネルギーの分布関数の均一性を高め、ウエハ面内で均一なエッチングを実現す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ができた。また、対向アース電極を用いることにより、実施例１に比してより均一性を向上させることができた。さらに、ウエハ直下の試料台内の電極が内側電極と外側電極とに分離されていないため、実施例３に比してより均一性を向上できた。
【実施例５】
【００５８】
第５の実施例について図１２を用いて説明する。なお、実施例１〜４のいずれかに記載され、本実施例に未記載の事項はそれを適用することができる。図１２は本実施例に係るプラズマ処理装置の被処理体戴置電極に接続されたバイアス電源の電力印加を説明するための図である。ここで、実施例３と同等の構成部分は説明、及び図示を省略した。
【００５９】
本実施例では、外側電極４−２の上部と側面を覆うフォーカスリング６７を配置する。ウエハは内側電極（試料台）４−１と外側電極（試料台）４−２の上部に載置し、フォーカスリング６７とは接触しない。このフォーカスリング６７を用いることで、外側電極４−２の上部と側面へのイオン入射による電極表面保護膜の消耗を防ぐことができる。このため、Ｐ１＿ｏｕｔとＰ２＿ｏｕｔの比率の制御により外側電極４−２へ入射するイオンのエネルギーが高くなるときにも外側電極４−２の表面保護膜を維持できる。さらに、フォーカスリング６７にバイアス電力の一部を供給することで、ウエハエッジにおいて、マスクへのポリマー堆積やエッチングの均一性を制御することもできる。
【００６０】
以上の構成を有するプラズマ処理装置を用いてゲート電極の加工を行ったところ、良好な結果が得られた。
【００６１】
なお、本発明の実施例では、第１の高周波バイアス電源２１−１の周波数を４００ｋＨｚ、第２の高周波バイアス電源２１−２の周波数を４ＭＨｚとしたが、２つのバイアス電力の周波数の差は大きい方が、ＩＥＤＦの制御範囲が広がり、チャンバー壁面とウエハ直上のインピーダンスの分離の点においても好ましい。さらに、それぞれの周波数の高調波を活用できるように、２つの周波数は互いの整数倍にならないほうがよい。
【００６２】
さらに、プラズマ生成とＩＥＤＦ制御の独立性を維持するため、高周波数側の周波数は、プラズマ生成に用いる周波数より低いことが望ましい。例えば、ＥＣＲの場合は、高周波バイアスの周波数が１００ＭＨｚ以上ではＩＥＤＦとプラズマ密度の独立した制御が困難となる。一方、低周波数側の周波数は、１００ｋＨｚ未満でＳｉ上の絶縁層でチャージアップが発生しやすくなる。したがって、低周波数側の周波数は、１００ｋＨｚ以上４ＭＨｚ未満とし、高周波数側の周波数は２ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ未満とし、できるだけ周波数差が大きくなるよう組み合わせることが望ましい。
【００６３】
さらに、混合する周波数帯は、プラズマ発生機構にも依存する。例えば、図１のように分布制御に磁場を使用するプラズマ発生機構では、電場と直交した磁場によるインピーダンスの影響を考慮して高周波数側の周波数を１３．５６ＭＨｚとした。ＩＣＰ、ＣＣＰ等は、プラズマソース生成周波数との調整により、２７．６０ＭＨｚ等を用いることも可能である。
【００６４】
なお、実施例においてはプラズマエッチングを例に説明したが、プラズマＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）にも適用することができる。
【００６５】
以上述べたように、本実施例によれば、ウエハ面内における入射イオンエネルギーの分布関数の均一性を高め、ウエハ面内で均一なエッチングを実現す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ができた。また、外側電極（試料台）の上部と側面を覆うフォーカスリングを配置することにより、外側電極４−２の上部と側面へのイオン入射による電極表面保護膜の消耗を防ぐことができる。
【符号の説明】
【００６６】
１：処理室（エッチングチャンバー）、２：被処理体（Ｓｉウエハ）、３：導波管、４：載置電極（試料台）、４−１：内側電極（試料台）、４−２：外側電極（試料台）、５：石英シャワープレート、６：ガス分散領域、６−１：ガス分散領域内側、６−２：ガス分散領域外側、９：石英天板、２０：ＵＨＦ電源、２１：インピーダンス検出器付高速応答ＵＨＦ整合器、２１−１：第１の高周波バイアス電源、２１−２：第２の高周波バイアス電源、２６−１：上部電磁石、２６−２：中部電磁石、２６−３：下部電磁石、２９−１：第１の高周波バイアス電源用電力分配器、２９−２：第２の高周波バイアス電源用電力分配器、３０：インピーダンス整合器、３０−１：内側インピーダンス整合器、３０−２：外側インピーダンス整合器、３９：制御コンピューター、４１：ターボ分子ポンプ、４２：ドライポンプ、５０−１〜５０−７：マスフローコントローラー、５１：ガス分配器、５６−１〜５６−３：ガス合流点、６０−１：内側ＩＥＤＦ測定用センサー、６０−２：外側ＩＤＥＦ測定用センサー、６１−１：内側電極内の圧電素子、６１−２：外側電極内の圧電素子、６２−１：内側電極内の圧電素子を支持する弾性体、６２−２：外側電極内の圧電素子を支持する弾性体、６３：ＩＥＤＦ測定ユニット、６５−１：内側アース電極、６５−２：外側アース電極、６７：フォーカスリング、９０：載置電極支持部材、９１−１：内側電極プレート、９１−２：外側電極プレート、９７−１：第１のガス供給ライン、９７−２：第２のガス供給ライン。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011228436.tif 000015
【図８】
2011228436.tif 000016
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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