(57)【要約】【課題】所望のプラズマ処理条件を得るべくプラズマ密度を局所的に制御す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。【解決手段】プラズマ処理装置は、気密容器と、気密容器の内部に設けられ被処理物を支持可能な支持体と、気密容器の内部に処理ガスを供給するガス供給ヘッドと、気密容器の内部における支持体とガス供給ヘッドとの間の空間にプラズマを生起させるプラズマ生起手段と、プラズマが生起される空間に臨んで設けられ、その内部への流体の供給が可能な中空体と、を備えている。【選択図】図１
2008060236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気密容器と、
前記気密容器の内部に設けられ、被処理物を支持可能な支持体と、
前記気密容器の内部に処理ガスを供給するガス供給ヘッドと、
前記気密容器の内部における前記支持体と前記ガス供給ヘッドとの間の空間にプラズマを生起させるプラズマ生起手段と、
前記プラズマが生起される空間に臨んで設けられ、その内部への流体の供給が可能な中空体と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記中空体の内部に環状の流路が形成され、
前記流体は、前記気密容器の外部から前記環状の流路に循環可能とされたことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記中空体の内部に、種類の異なる複数の流体が互いに仕切られて供給可能とされたことを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
気密容器の内部における被処理物が収容された空間に処理ガスを導入してプラズマを生起させて、前記被処理物をプラズマ処理するプラズマ処理方法であって、
前記プラズマが生起される空間に臨んで設けられた中空体の内部に流体を供給して、前記中空体近傍のプラズマ密度を制御することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項５】
前記流体を、前記中空体の内部に形成された環状の流路と、前記気密容器の外部との間で循環させ、
プラズマ処理中に、前記流路に流す流体の種類を変更することを特徴とする請求項４記載のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを用いて被処理物を処理するプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体ウェーハのプラズマ処理において、近年のウェーハ大口径化に伴い、プラズマ処理の面内均一性が得にくくなっている。
【０００３】
特許文献１では、シャワープレートとアンテナとの間における外周側部分に、これらシャワープレート及びアンテナと同材質のリング状誘電体を設けて、中心部に比べてプラズマ密度が低下しがちな周辺部における電磁波の反射を抑制して入射効率を高め、且つ、リング状誘電体の中央の空洞部によって、アンテナとシャワープレートとの間における中央部には、それらと誘電率の異なる空気層を介在させて電磁波の入射効率を低下させて中央部のプラズマ密度を低下させることで、結果としてプラズマ密度のウェーハ面方向の均一化を図らんとしている。
【０００４】
しかし、例えば、ドライエッチングのようなプラズマ処理では、プラズマ密度とエッチングレートとは必ずしも相関しておらず、プラズマ密度がウェーハ面方向で均一になるようにハードウェアを構成したとしても、処理室内温度等のエッチングパラメータや、処理室内壁面付着物の剥離によるパーティクルの影響等によって、エッチングレートのウェーハ面内均一性が悪い場合がある。すなわち、処理室内におけるプラズマ密度が均一であっても、ウェーハ面内でエッチングレートが均一になるとは限らない。
【特許文献１】特開２００２−３０５１８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、所望のプラズマ処理条件を得るべくプラズマ密度を局所的に制御す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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、気密容器と、前記気密容器の内部に設けられ、被処理物を支持可能な支持体と、前記気密容器の内部に処理ガスを供給するガス供給ヘッドと、前記気密容器の内部における前記支持体と前記ガス供給ヘッドとの間の空間にプラズマを生起させるプラズマ生起手段と、前記プラズマが生起される空間に臨んで設けられ、その内部への流体の供給が可能な中空体と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
【０００７】
また、本発明の他の一態様によれば、気密容器の内部における被処理物が収容された空間に処理ガスを導入してプラズマを生起させて、前記被処理物をプラズマ処理するプラズマ処理方法であって、前記プラズマが生起される空間に臨んで設けられた中空体の内部に流体を供給して、前記中空体近傍のプラズマ密度を制御することを特徴とするプラズマ処理方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、所望のプラズマ処理条件を得るべくプラズマ密度を局所的に制御す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が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
【００１０】
図１は、本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を例示する模式図である。  
図２は、同実施形態に係るプラズマ処理装置における中空体３０の平面図である。
【００１１】
本実施形態に係るプラズマ処理装置は、主として、気密容器１１と、被処理物１０を支持可能な支持体１２と、気密容器１１の内部に処理ガスを供給するガス供給ヘッド１３と、プラズマが生起される処理空間２０に臨んで設けられた中空体３０と、を備える。支持体１２は、気密容器１１の底部に設けられ、ガス供給ヘッド１３は気密容器１１の天井部に設けられている。
【００１２】
支持体１２の上には、例えば半導体ウェーハ、フラットパネルディスプレイ用基板などの被処理物１０が載置支持される。支持体１２の周囲には、被処理物１０以外の気密容器１１内構造物や、気密容器１１の内壁面等への不要なプラズマ処理を抑制すべく、バッフル板１８が設けられている。
【００１３】
ガス供給ヘッド１３は、支持体１２に対向して設けられ、その支持体１２に対向した部分に、多数のガス吹き出し口１６が開口されている。各々のガス吹き出し口１６は、ガス供給ヘッド１３の内部に形成されたガス分配用空間１５に連通され、ガス分配用空間１５は、気密容器１１の天井部を貫通して形成されたガス導入口１４に連通している。ガス導入口１４は、気密容器１１の外部に設けられた図示しない処理ガス供給源に接続されている。
【００１４】
また、ガス供給ヘッド１３の内部には、ガス供給ヘッド１３を冷却するための冷却媒体が流れる冷却媒体流路１７が形成されている。冷却媒体流路１７は、ガス吹き出し口１６の外周側に、ガス吹き出し口１６を囲むように環状に形成されている。
【００１５】
気密容器１１の外部には、支持体１２とガス供給ヘッド１３との間の処理空間２０にプラズマを生起させるプラズマ生起手段として、例えば高周波電源１９が設けられている。高周波電源１９は、支持体１２に接続されている。気密容器１１及びガス供給ヘッド１３は、接地されている。なお、プラズマ生起手段として、コイルやアンテナを用い、電磁波を処理空間２０内に導くことでプラズマを生起させる構成であってもよい。
【００１６】
気密容器１１内におけるガス供給ヘッド１３の下方外周側に、中空体３０が設けられている。中空体３０は、支持体１２とガス供給ヘッド１３との間の処理空間２０の外周側の端（気密容器１１の側壁部近く）に位置している。中空体３０は、図２に表すようにドーナツ状の平面形状を呈し、その内周面より内側にガス供給ヘッド１３のガス吹き出し口１６が位置し、ガス吹き出し口１６を塞いでいない。
【００１７】
中空体３０は、例えばアルミナ、イットリア等の絶縁体からなり、接地されている。あるいは、金属体の表面に、アルミナやイットリア等の絶縁膜をコーティングして、中空体３０を構成してもよい。
【００１８】
中空体３０の内部には、流体が流れる環状の流路３１が形成されている。流路３１内の流体は、気密容器１１の外部に設けられた図示しないポンプ等によって、流路３１内を環状に流れつつ、流路３１と、気密容器１１の外部との間を循環される。流路３１の断面形状は、円形に限らず、角形、楕円形であってもよい。
【００１９】
気密容器１１内は、図示しない排気口を介して真空引きされる。さらに、処理ガスが、ガス導入口１４を介してガス供給ヘッド１３内部のガス分配用空間１５に導入され、この導入されたガスはガス吹き出し口１６から処理空間２０に吹き出す。これにより、気密容器１１内は、所定減圧雰囲気にされる。そして、高周波電力１９より、支持体１２と、ガス供給ヘッド１３との間に高周波電力が印加されることで、処理空間２０にプラズマが生起され、支持体１２上に支持され処理空間２０に臨んでいる被処理物１０に、例えばドライエッチング等のプラズマ処理が行われる。
【００２０】
次に、半導体ウェーハ上へのドライエッチングプロセスを一例に挙げて、本実施形態に係るプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法について説明する。
【００２１】
被処理物１０である半導体ウェーハ（例えばシリコンウェーハ）上には、図３（ａ）に表すようにシリコン酸化膜７１が形成され、そのシリコン酸化膜７１上には、レジスト７０がパターニング形成されている。本具体例では、レジスト７０をマスクとした、シリコン酸化膜７１の選択的なドライエッチングを行う。
【００２２】
例えば、処理ガス（エッチングガス）として、Ｃ４Ｆ８ガスを１０［ｓｃｃｍ］、ＣＯガスを２００［ｓｃｃｍ］、Ｏ２ガスを１０［ｓｃｃｍ］、処理空間２０に導入し、処理空間２０の圧力を６．６６６［Ｐａ］とし、印加高周波電力を１０００［Ｗ］とし、気密容器１１内上部及び側壁部近くの温度が６０℃、気密容器１１内底部の温度が４０℃、という条件下でのプラズマ処理（ドライエッチング）を考える。なお、気密容器１１の天板部及び壁部の素材はアルミナ（比誘電率は８程度）とした。
【００２３】
図３（ｂ）は、中空体３０の流路３１内に、例えば比誘電率が８０程度の水を流した場合のウェーハ中央部と端部とにおけるエッチング深さの比較（すなわち、エッチングレートの比較）を表す模式図である。  
図３（ｃ）は、中空体３０の流路３１内に、例えば比誘電率が２４程度のエタノールを流した場合のウェーハ中央部と端部とにおけるエッチング深さ（エッチングレート）の比較を表す模式図である。  
図３（ｄ）は、中空体３０の流路３１内に何も入れず、すなわち流路３１内を空気（比誘電率は１）とした場合のウェーハ中央部と端部とにおけるエッチング深さ（エッチングレート）の比較を表す模式図である。
【００２４】
また、図４は、エッチングレートのウェーハ面内分布を表すグラフ図である。縦軸は、エッチングレートを表し、横軸は、ウェーハ面方向に沿った位置を表す。図４において、実線は、流路３１内に水を流した場合のエッチングレートのウェーハ面内分布を表し、破線は、流路３１内にエタノールを流した場合のエッチングレートのウェーハ面内分布を表し、１点鎖線は、流路３１内を空気にした場合のエッチングレートのウェーハ面内分布を表す。
【００２５】
図３（ｂ）〜（ｄ）及び図４に表される結果より、中空体３０内の流体種に応じて、ウェーハ端部のエッチングレートが変わることがわかる。これは、中空体３０内の流体の種類を変えることで、処理空間２０の端部でプラズマにさらされた中空体３０の比誘電率が変わり、中空体３０近傍のプラズマ密度が変化するためである。例えば前述した条件下においては、中空体３０内の流体の比誘電率を小さくすると、中空体３０近傍のプラズマ密度を大きくでき、ウェーハ端部のエッチングレートが速くなるとの知見を本発明者は得た。
【００２６】
例えば、本具体例の場合、比誘電率が８０程度の水よりも比誘電率が２４程度のエタノールを用いた方が、処理空間２０端部のプラズマ密度を大きくして、ウェーハ端部におけるエッチングレートを高くすることができ、さらに、比誘電率が２４程度のエタノールよりも比誘電率が１の空気を用いた方が、処理空間２０端部のプラズマ密度を大きくして、ウェーハ端部におけるエッチングレートを高くすることができる。
【００２７】
一般に、ドライエッチングでは、プラズマ密度とエッチングレートとは必ずしも相関しておらず、プラズマ密度がウェーハ面方向で均一になるようにハードウェアを構成したとしても、気密容器１１内の温度等のエッチングパラメータや、内壁面付着物の剥離によるパーティクルの影響等によって、エッチングレートのウェーハ面内均一性が悪い場合がある。すなわち、処理空間２０におけるプラズマ密度が均一であっても、ウェーハ面内でエッチングレートが均一になるとは限らない。
【００２８】
本実施形態では、プラズマ密度全体の面方向均一化を図ろうとするのではなく、処理空間２０端部におけるプラズマ密度を局所的に制御することで、各種条件に合わせた最適なプラズマ密度分布（必ずしもプラズマ密度が面方向で均一とは限らない）が得られるようにし、ウェーハ面内でのエッチングレート均一化を図る。
【００２９】
具体的には、中空体３０内の流体の種類（比誘電率）を変えることにより、エッチングレートのウェーハ面内均一性を向上させるべく、中空体３０近傍のプラズマ密度を局所的に制御する。
【００３０】
例えば、図３（ｂ）〜（ｄ）及び図４に表される具体例において、中空体３０内に水を流した場合には、図３（ｂ）に表すように、ウェーハ中央部に対して端部におけるシリコン酸化膜７１のエッチングレートが低くなってしまうが、水よりも比誘電率の小さいエタノールを中空体３０内に流すことで、図３（ｃ）に表すように、端部のエッチングレートを中央部と同等にでき、ウェーハ面内で均一なエッチングレートを実現できる。また、中空体３０内を、エタノールよりも比誘電率が小さい空気とした場合には、図３（ｄ）に表すように、端部のエッチングレートが中央部よりも速くなってしまう。したがって、この具体例の場合には、例えばエタノールを中空体３０内に流すことで、エッチングレートの面内均一化を図れる。
【００３１】
ガス吹き出し口１６に面し、そのガス吹き出し口１６から吹き出すガスの流量調整等によりプラズマ密度の調整が比較的容易である処理空間２０中央部に比べて、処理空間２０端部はプラズマ密度の制御性が悪い傾向にあるが、本実施形態によれば、装置のハードウェアや、エッチングパラメータを変えることなく、単に中空体３０内の流体の種類を変えることだけで、処理空間２０端部のプラズマ密度を簡単に制御して、エッチングレートの面内均一化を図れる。
【００３２】
中空体３０内の流体を、気密容器１１の外部と循環させつつ流せば、プラズマ処理中であっても気密容器１１内の所定減圧雰囲気を壊すことなく、気密容器１１の外部での作業により、中空体３０内の流体の入れ替えが容易に行える。このことは、特に、加工条件の異なる複数の膜を続けてエッチング処理する場合に有効である。例えば、図５（ａ）に表すように、シリコン窒化膜７２上にシリコン酸化膜７１が形成された構造を有する半導体ウェーハのドライエッチングを一例に挙げて説明する。
【００３３】
シリコン酸化膜７１については、中空体３０内にエタノールを流した場合がエッチングレートの面内均一性が良いとし、よって、その条件でシリコン酸化膜７１のエッチングを行い、その後続けて、シリコン窒化膜７２のエッチングについても、中空体３０内にエタノールを流した条件で行ったが、図５（ｂ）に表すようにシリコン窒化膜７２については端部でのエッチングレートが中央部よりも速くなってしまったとする。
【００３４】
この場合、シリコン酸化膜７１のエッチングが終了した後、中空体３０内の流体を、次にエッチングするべきシリコン窒化膜７２のエッチングレートの面内均一化に好適な流体（例えば水）に入れ替えることで、図５（ｃ）に表すように、シリコン窒化膜７２についてもエッチングレートの面内均一化を図ることができる。なお、図５（ｄ）は、中空体３０内の流体を例えば空気とした場合に、端部におけるエッチングレートがより速くなってしまった具体例を表す。
【００３５】
前述したように、中空体３０内の流体を、気密容器１１の外部と循環させつつ流す構成にすることで、プラズマ処理中であっても気密容器１１内の所定減圧雰囲気を壊すことなく、中空体３０内の流体の入れ替えが容易に行えるので、装置を停止させることなく、生産効率の低下を招かない。
【００３６】
図６は、他の具体例に係る中空体４０を表す。  
この中空体４０の内部には、２つの流路４１ａ、４１ｂが形成されている。それぞれの流路４１ａ、４１ｂは、互いに独立して仕切られ、内部を流れる流体が互いに混ざらないようになっている。
【００３７】
それぞれの流路４１ａ、４１ｂ内の流体を、種類すなわち比誘電率の異なるものとし、それら流体の組み合わせを様々に変えることで、中空体４０全体としての比誘電率を、より細かく変えることができ、中空体４０近傍のプラズマ密度をより精密に制御できる。この結果、ウェーハ端部における精度の高いエッチングレート制御を実現できる。なお、各流路４１ａ、４１ｂ内の流体の種類自体を変えることに限らず、内周側の流路４１ｂ内の流体と、外周側の流路４１ａ内の流体とを入れ替えることでも、中空体４０近傍のプラズマ密度分布の変更が可能である。また、中空体内の流路は２本に限らず、３本以上形成してもよい。
【００３８】
また、中空体内の流路が１本だけであっても、その中を流れる液体の流量を制御することで、中空体近傍のプラズマ密度の制御が可能である。これは、図７に表すように、中空体３０内の液体１００の流量を調整することで、その液体１００の水位が変わり、流路内で互いに異なる比誘電率を有する液体１００と空気層１０１との断面積比が変わることで、中空体３０全体としての比誘電率を変えることが可能となる。
【００３９】
中空体及びその内部の流路は環状であることに限らず、例えば図８に表すように、４つの中空体５０を、処理空間２０の端部に、処理空間２０の中央部を囲むように配置してもよい。それぞれの中空体５０には、互いにつながらず独立した空間としての中空部５１が形成され、その中空部５１に空気や液体が供給される。
【００４０】
また、本発明は、ドライエッチングに限らず、例えば、スパッタ、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等の成膜処理、あるいは表面改質処理、その他プラズマを用いた被処理物の処理に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を例示する模式図である。
【図２】図１に表される中空体の平面図である。
【図３】中空体内に流す流体の種類によって、ウェーハ端部のエッチングレートを制御できる作用を説明するための模式図である。
【図４】中空体内が、水、空気、エタノールの各場合について、エッチングレートのウェーハ面内分布を表すグラフ図である。
【図５】中空体内に流す流体の種類によって、被エッチング膜種ごとにウェーハ端部におけるエッチングレートを制御できる作用を説明するための模式図である。
【図６】中空体の内部に複数の流路が形成された具体例を表す模式図である。
【図７】中空体内部の流路内に液体が供給された状態の断面図である。
【図８】中空体の他の具体例を表す模式平面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０…被処理物、１１…気密容器、１２…支持体、１３…ガス供給ヘッド、１４…ガス導入口、１６…ガス吹き出し口、１７…冷却媒体流路、１８…バッフル板、１９…高周波電源、２０…処理空間、３０…中空体、３１…流路
【図１】
2008060236.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2008060236.tif 000007
【図６】
2008060236.tif 000008
【図７】
2008060236.tif 000009
【図８】
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