(57)【要約】【課題】誘導結合型プラズマ処理装置のように電磁界強度が強い場合にも異常放電することなく、高エッチング性能・量産安定性を達成したプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】処理室１と、平板状の誘電体窓２ａと、誘導コイル１８と、平板電極１９と、高周波電源１６と、ガス供給手段１０と、試料３を載置する試料台４とを備えたプラズマ処理装置において、誘電体窓の処理室内側に処理ガス供給板１１ａを配置し、処理ガス供給板１１ａのガス供給位置１５ａに対応して平板電極１９の反誘導コイル側に凹部２１ａを設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料にプラズマ処理を行うための処理室と、前記処理室の上部を真空封止する平板状の誘電体窓と、前記誘電体窓の上方に配置された誘導コイルと、前記誘電体窓と前記誘導コイルとの間に設置された平板電極と、前記誘導コイルと前記平板電極の両方に高周波電力を供給する高周波電源または前記誘導コイルと前記平板電極とに個別に高周波電力を供給する複数の高周波電源と、前記処理室内にガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内に設けられた前記試料を載置する試料台とを備えたプラズマ処理装置において、
前記誘電体窓と所定の隙間を設け前記誘電体窓の処理室内側に処理ガス供給板を配置し、前記処理ガス供給板のガス供給位置に対応して前記平板電極の前記誘電体窓側に凹部を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
被処理体にプラズマ処理を行うための処理室と、前記処理室の上部を真空封止する誘電体の真空窓と、前記真空窓の上方に配置された誘導コイルと、前記真空窓と前記誘導コイルとの間に設置されたファラデーシールドと、前記誘導コイルと前記ファラデーシールドに高周波電力を供給する高周波電源と、前記処理室内にガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内に設けられた前記被処理体を載置する試料台とを備えたプラズマ処理装置において、
前記ファラデーシールドの中央部に前記ファラデーシールドと前記プラズマとの間の容量結合成分を調整するための機能を持つ機構が設置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項２記載のプラズマ処理装置において、
前記ファラデーシールドの形状は、平行平板または円板であって、前記ファラデーシールドの中央部に前記ファラデーシールドと前記プラズマとの間の容量結合成分を調整するための切欠きが設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３記載のプラズマ処理装置において、
前記切欠きによって前記ファラデーシールドと前記プラズマとの間に空気層または前記真空窓と異なる誘電体が設置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項２乃至請求項４の何れか一項に記載のプラズマ処理装置において、
前記切欠きの形状は、前記ガス供給手段のガス供給口またはガス流路と同じ形状で形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項２乃至請求項５の何れか一項に記載のプラズマ処理装置において、
前記切欠きの厚さをＴとした場合、前記切欠きの厚さが０．１ｍｍ以上、Ｔ−０．１ｍｍ以下で形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項５記載のプラズマ処理装置において、
前記切欠きの平面形状は、円形であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】
請求項５記載のプラズマ処理装置において、
前記切欠きの平面形状は、リング状であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項９】
請求項５記載のプラズマ処理装置において、
前記切欠きの厚さは、前記ガス流路の高さと同寸法であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１０】
請求項２乃至９の何れか一項に記載のプラズマ処理装置において、
前記ファラデーシールドは、部分的に貫通した放射状のスリットを有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置に係り、特に誘導結合型プラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス製造分野においては、エッチングや表面処理の手法として、プラズマ処理室の外側に配置した誘導アンテナに高周波電流を流し、処理室内に挿した処理ガスをプラズマ化する誘導結合型（Inductively Coupled Plasma）のプラズマ装置が利用されている。各種処理においては、処理する被試料の膜に応じて多様なガス（例えば、Ａｒ、Ｏ２、Ｃｌ２）を使用して均一なプラズマ処理が実施されている。
【０００３】
従来、誘導結合方式のプラズマ処理装置としては、特許文献１に記載のプラズマ処理装置が用いられている。特許文献１に記載されているように、処理室と該処理室上部を構成する誘電体の真空容器が設置され、該ベルジャの上部には、プラズマ生成用の誘導アンテナが設置されている。また、該誘導アンテナと該ベルジャの間にはファラデーシールドが設置されており、該ファラデーシールドに高電圧を印加することで、プラズマ中のイオンを該ベルジャ側に引き込み、該ベルジャ内面に付着したデポジションをクリーニングすることを可能としている。ガス供給方式においては、処理室外部に設置されたガス供給器によって処理ガスを導入し、該処理室側面に同心円上に設置されたガス吹出し孔から処理室内へと供給している。供給された処理ガスは、上述の通り、誘導アンテナから発生する誘導磁場によってプラズマ化し、処理室内部に設置された試料台上の試料へと照射している。プラズマ処理後の処理ガスは、処理室下部に設けられた排気装置によって、処理室外部へと排気される。特許文献１に記載の該プラズマ処理装置は、上記機構によって均一なプラズマ処理を実施することを可能としている。
【０００４】
また、誘導結合方式のプラズマ処理装置として、特許文献２に記載のように、装置を特に複雑化することなく、被処理物上でのプラズマの均一性を損なわずに、耐圧誘電体部材の内表面における不均一な反応生成物の付着防止と削れ防止とをバランスよくほぼ均一に達成するために、耐圧誘電体部材を介し減圧可能なチャンバ内に反応ガスからのプラズマを発生させて対向電極上の被処理物に働かせエッチングなどのプラズマ処理を行わせる第１の電極と、第１の電極と耐圧誘電体部材との間に設けられて耐圧誘電体部材の内表面の反応生成物が付着するのを防止する第２の電極とを備え、第２の電極の耐圧誘電体部材の内表面からの電極距離を、それらの各対向域における耐圧誘電体部材の内表面での反応生成物の付着度と耐圧誘電体部材の削れ量との部分的な違いに応じて設定するものが知られている。
【０００５】
容量結合方式のプラズマ処理装置におけるガス供給方式としては、特許文献３に記載のプラズマ処理装置が用いられている。特許文献３に記載されているように、処理室上部中央から処理ガスが供給されている。該処理ガスは該処理室内に設置されたパッチアンテナ内を通過して、該パッチアンテナ下部に設けられた開口から処理室内に供給される。このように処理室の中央から処理ガスを供給することで、試料上でのガス濃度が濃くなり、エッチングレートの向上を可能としている。
【０００６】
また、誘導結合方式のプラズマ処理装置におけるガス供給方式としては、特許文献４に記載のプラズマ処理装置が用いられている。特許文献４に記載されているように、処理室上部には平行円板で製作された誘電体の真空窓が設置されており、該真空窓内部には処理ガスを供給するための誘電体または導体のガス流路が放射状で設けられている。処理ガスは、該ガス流路を通過して該真空窓の中央部に到達し、該真空窓中央に設けられたシャワー孔を通じて、処理室内に供給される。特許文献３と同様、処理室中央から処理ガスを供給することによって、被処理基板上でのガス濃度が濃くなり、エッチングレートの向上が可能となる。さらに、該ガス流路幅が処理ガスの平均自由工程以下の寸法であることと該ガス流路が放射状に設置されていることによって、該ガス流路内での異常放電を防止することを可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２３５５４５号公報
【特許文献２】特開２００８−１３０６５１号公報
【特許文献３】特開２００４−３５６５８７号公報
【特許文献４】特開２０１１−１８７９０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、半導体デバイス製造分野においては、被処理物であるウェハやディスプレイの大口径化や高性能化に伴い、プラズマ処理装置においては、試料を処理する上で生成されるプラズマの均一性や量産安定性への要求が高まっている。特に、試料の大口径化に伴って、生成されるプラズマも相応して大口径化が必要となるため、より均一でより高密度なプラズマを生成しなければならない。このため、試料を均一に処理するためには、処理ガスを試料面に対して制御しながら供給することが重要となってくる。これは、供給される処理ガスが解離及び電離することでプラズマ分布の空間分布がきまり、該処理ガスがプラズマ内で励起され反応性のラジカルとなり、プラズマ処理特性の分布に直接的に影響するためである。また、該処理ガスの流れ分布によって、処理に供する反応性ラジカルの輸送とともに、処理を阻害する反応生成物の排気に影響するためである。
【０００９】
また、処理ガスの供給箇所によってはクリーニング電極となるファラデーシールドとプラズマとの間の容量結合の状態が処理室天板面内で変わり、反応生成物の天板への付着量が面内で変わり、一様なクリーニング作用を与えられないという問題がある。
【００１０】
特許文献１に記載の誘導結合型プラズマ処理装置においては、プラズマを生成するための処理ガスが処理室側面に設置されたガス孔によって供給されている。しかし、該ガス孔は、被処理物である試料よりも外側に設置されているため、ほとんどの該処理ガスがそのまま排気される。このため、該処理ガスの供給量に対して試料上でのガス濃度が希薄となり、今後の大口径化対応においてはエッチングレートや均一性等のエッチング性能が低下してしまうという課題がある。また、処理ガスの供給位置と容量結合状態との関係については考慮されていない。
【００１１】
特許文献２に記載の容量結合型プラズマ処理装置においては、特許文献１と同様に処理ガスの供給位置と容量結合状態との関係については考慮されていない。すなわち、アンテナからの電磁界が供給される処理室上部の天板部分にガス供給位置を設けた場合のガス供給位置と、クリーニング電極であるファラデーシールドとプラズマとの間の容量結合状態での天板への反応性生物の付着の影響について配慮されていない。
【００１２】
特許文献３に記載の容量結合型プラズマ処理装置においては、処理ガスを処理室中央から供給することでエッチング性能の向上を可能としているが、パッチアンテナ内部のような電界中にガスの停留場所を作ると、ガス供給路の途中で異常放電を生じる可能性がある。また、処理ガスの供給位置と電界分布との関係については考慮されていない。
【００１３】
特許文献４に記載の誘導結合型プラズマ処理装置においては、ガス流路を誘電体または導体とし、該ガス流路幅を処理ガスの平均自由工程以下とすることで、該ガス流路内の異常放電の抑制を可能としている。しかし、該ガス流路は誘電体のＡｌ２Ｏ３製真空窓に直接溝を加工し、さらに該溝は１ｍｍ以下で加工しているため、これらを高精度に加工するのは容易ではない。また、加工費においても非常に高価となるため、量産性を目論む装置においては、現実的な手法ではない。
【００１４】
さらに、特許文献４におけるガス流路内での異常放電抑制技術だけでは、該ガス流路内での電界低下量が十分ではないため、異常放電が発生する可能性がある。また、処理ガスの供給位置と容量結合との関係については考慮されていない。
【００１５】
本発明は、上記問題を鑑み、処理室内壁面にクリーニング作用を生じさせる電極の配置範囲に処理ガス供給口を有する構成においても、処理室壁面内に生じるシース電圧の分布を最適化し、異物の発生、または反応性生物の付着を抑制することのできるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【００１６】
また、本発明は、上記問題を鑑み、誘導結合型プラズマ処理装置のように電磁界強度が強い場合にも異常放電することなく、試料上で均一なプラズマ生成を可能とし、高エッチング性能・量産安定性を達成したプラズマ処理装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明は試料にプラズマ処理を行うための処理室と、前記処理室の上部を真空封止する平板状の誘電体窓と、前記誘電体窓の上方に配置された誘導コイルと、前記誘電体窓と前記誘導コイルとの間に設置された平板電極と、前記誘導コイルと前記平板電極の両方に高周波電力を供給する高周波電源または前記誘導コイルと前記平板電極とに個別に高周波電力を供給する複数の高周波電源と、前記処理室内にガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内に設けられた前記試料を載置する試料台とを備えたプラズマ処理装置において、前記誘電体窓と所定の隙間を設け前記誘電体窓の処理室内側に処理ガス供給板を配置し、前記処理ガス供給板のガス供給位置に対応して前記平板電極の反誘導コイル側（前記誘電体窓側）に凹部を設けたことを特徴とする。
【００１８】
また、上記他の目的を達成するための一実施形態として、被試料にプラズマ処理を行うための処理室と、前記処理室の上部を真空封止する誘電体の真空窓と、前記真空窓の上方に配置された誘導コイルと、前記真空窓と前記誘導コイルとの間に設置されたファラデーシールドと、前記誘導コイルと前記ファラデーシールドに高周波電力を供給する高周波電源と、前記処理室内にガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内に設けられた前記被試料を載置する試料台とを備えたプラズマ処理装置において、前記ファラデーシールドの中央部に前記ファラデーシールドと前記プラズマとの間の容量結合成分を調整するための機能を持つ機構が設置されていることを特徴とするプラズマ処理装置とする。
【００１９】
また、上記構成において、前記ファラデーシールドは、ガス供給口またはガス流路と同じ形状の切欠きを設けることができる。
【００２０】
さらに、上記構成において、前記ファラデーシールドの切欠き部に空気層または前記真空窓と異なる誘電率の誘電体を挿入して用いることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、処理室内壁面にクリーニング作用を生じさせる電極の配置範囲に処理ガス供給口を有する構成においても、処理室壁面内に生じるシース電圧の分布を最適化し、異物の発生、または反応性生物の付着を抑制することができる。
【００２２】
また、本発明によれば、ファラデーシールドの中央部またはガス供給口及びガス流路の形状に合わせた切欠きを設けることによって、誘導結合方式のように電磁界強度が強い場合にも異常放電することなく、試料全面にわたって均一なプラズマ処理を可能し、高エッチング性能・量産安定性を達成したプラズマ処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施例に係るプラズマ処理装置の概略構成断面図である。
【図２】従来ファラデーシールドに係る誘電体真空窓直下の実効電圧を模式的に示す図である。
【図３】図１の装置のファラデーシールドに係るガス放出板直下の実効電圧を模式的に示す図である。
【図４】本発明の第２の実施例に係るプラズマ処理装置の概略構成断面図である。
【図５】図４の装置のファラデーシールド周辺部の詳細図である。
【図６】従来ファラデーシールドに係る誘電体真空窓直下の実効電圧を模式的に示す図である。
【図７】図４の装置のファラデーシールドに係るガス放出板直下の実効電圧を模式的に示す図である。
【図８】図４の装置のファラデーシールド電界分布の解析結果であって、（ａ）は従来ファラデーシールドから発生する電界分布、（ｂ）は本発明ファラデーシールドから発生する電界分布である。
【図９】本発明の第３の実施例であり、図５のファラデーシールドの他の実施例であるファラデーシールド周辺部の詳細図である。
【図１０】本発明の第４の実施例であり、図５のファラデーシールドのさらに他の実施例であるファラデーシールド周辺部の詳細図である。
【図１１】本発明の第５の実施例に係るプラズマ処理装置の概略構成断面図である。
【図１２】図１１の装置のファラデーシールドに係るガス放出板直下の実効電圧を模式的に示す図である。
【図１３】本発明の第６の実施例に係るプラズマ処理装置の概略構成断面図である。
【図１４】図１３の装置のファラデーシールドに係るガス放出板直下の実効電圧を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の各実施例を図を用いて説明する。
【実施例１】
【００２５】
本発明の第１の実施例であるプラズマ処理装置について図１ないし図３を用いて説明する。
【００２６】
図１は、本実施例に係るプラズマ処理装置の概略図を示す。プラズマ処理室は、側壁がアルミニウム母材にセラミック溶射を施されたチャンバ１と上方に設置された石英製の誘電体窓である誘電体真空窓２ａによって構成される。処理室の下方には、基板等の試料３を載置するための試料台４が設置される。試料３には、高周波電源６からの数１０ＭＨｚ以下の高周波が整合器５を介して印加することで、試料３に入射するプラズマ７からのイオンエネルギーを制御する。本実施例では、試料３は、例えば、半導体デバイス用の３００ｍｍ径ウェハで、高周波電源６は周波数８００ｋＨｚ電源を用いた。また、チャンバ１との間に排気口８が設けられている。排気口８の先の排気装置９によって、処理室内の圧力を０．１Ｐａから数１０Ｐａの範囲で設定圧力になるように制御される。
【００２７】
プラズマ処理に供するガスは、処理室のチャンバ１に設けたガス供給管１０から導入され、誘電体真空窓２ａと石英製のガス放出板１１ａとの間のガス流路１２を通り、試料３上方から処理ガス１３が放出される。このとき、ガス流路１２は、誘電体真空窓２ａと石英製のガス放出板１１ａとの間に島状に複数設置された高誘電率の部材の高誘電体１４との隙間によって作られている。また、処理ガス１３の放出は、ガス放出板１１ａの中央部に設けられた円形の開口部１５ａから放出される。
【００２８】
プラズマ７を生成するための電磁場は、周波数１３.５６ＭＨｚの高周波電源１６の出力を、整合器１７を介してコイル状の高周波アンテナ１８に印加することで処理室内に放射される。高周波電源１６の出力が数ｋＷの場合、高周波アンテナ１８のインダクタンスが数μＨで高周波電流が数１０Ａになるため端子間電圧は数ｋＶになる。高周波アンテナ１８の高電圧が直接プラズマ７に印加されることを防ぐために、高周波アンテナ１８とプラズマ７との間にファラデーシールド１９が設置されている。このファラデーシールド１９には、高周波電源１６に繋がった整合器１７によって印加される高周波電力が調整可能となっている。高周波電源は、高周波アンテナ（誘導コイル）とファラデーシールド（平板電極）とに個別に高周波電力を供給するために複数設けることもできる。また、ファラデーシールドの平面形状は、電界分布を考慮して平行平板または円板が望ましい。
【００２９】
次に本実施例のファラデーシールド１９の作用について、図２および図３により説明する。
【００３０】
図２は、ガス放出板１１ａ直下に生成される従来型のファラデーシールド２２の実効電圧分布を模式的に示したものである。本実施例のプラズマ処理装置には、ガス流路１２内での異常放電を防ぐために誘電体真空窓２ａとガス放出板１１ａとの間に高誘電率材料の高誘電体１４が複数設けられている。このため、従来型のファラデーシールド２２より生成される電界は、高誘電体１４に吸収されてしまい、高誘電体１４直下に面する実効電圧値は低下してしまう。つまり、ガス放出板１１ａ直下に発生する実効電圧分布は、図中矢印に示すように不均一となってしまう。このため、試料３上で生成されるプラズマも不均一になってしまう可能性が高い。
【００３１】
次に、図３はガス放出板１１ａ直下に生成される本実施例のファラデーシールド１９の実効電圧分布を模式的に示したものである。図２と同様に、高誘電体１４によって電界が吸収されるため、高誘電体１４直下に面する実効電圧値は低下する。しかし、該ファラデーシールド１９中央部に設けた切欠き２１ａによって、切欠き面直下に発生する電界は弱くなる。このため、切欠き面直下に発生する実効電圧値は低下するので、最終的にガス放出板１１ａ直下に生成される実効電圧分布は、図中矢印に示すように均一な分布にすることができる。
【００３２】
これにより、プラズマとガス放出板１１ａ下面およびガス放出板１１ａ中央の開口部に対応する誘電体真空窓２ａ中央部下面との間のプラズマシース電圧は実質的に均一になる。これにより、処理室内壁面にクリーニング作用を生じさせる電極、この場合、ファラデーシールド１９の配置範囲に処理ガス供給口を有していても、ガス放出板１１ａ下面およびガス放出板１１ａ中央の開口部に対応する誘電体真空窓２ａ中央部下面に生じるシース電圧の分布を最適化し、異物の発生、または反応性生物の付着を抑制することができる。
【実施例２】
【００３３】
次に本発明の第２の実施例であるプラズマ処理装置を図４ないし図１０により説明する。図４において図１と同符号は同一部材を示し、説明を省略する。本図が図１と異なる点は、誘電体真空窓２ｂの中央下面の形状を凸状にし、ガス放出板１１ｂ中央の開口部に所定の隙間を設けて嵌り込むようにし、ガス放出口となるスリット１５ｂを形成した点である。なお、符号２１ｂは切欠きを示す。
【００３４】
処理ガス１３の放出は、誘電体真空窓２ｂの中央部に設けられた円形の台形状突起とガス放出板１１ｂの中央部に設けられた円形の開口部との間に形成される円周方向のスリット１５ｂから放出される。
【００３５】
図５に第２の実施例のプラズマ処理装置におけるファラデーシールド１９周辺の詳細図を示す。
【００３６】
図４に示す高周波アンテナ１８、ファラデーシールド１９、誘電体真空窓２ｂ、高誘電体１４、ガス放出板１１ｂは、図５に示すように配置されている。なお、図５において、符号２は誘電体真空窓、符号１１はガス放出板、符号１５はスリット、符号２１は切欠きを示す。ファラデーシールド１９には、全面に部分的に貫通した放射状のスリット２０が設けられ、処理室面側のファラデーシールド１９中央部に、処理ガス１３を放出する放出口となるスリット１５を形成する寸法の切欠き（凹部）２１が設けられている。
【００３７】
誘導結合プラズマは、上述の通り、高周波アンテナ１８から発生する誘導磁場が処理室内に透過することでプラズマを生成させるため、ファラデーシールドには、誘導磁場を透過させるためにスリット２０のような開口部を設けてある。本実施例では、ファラデーシールド１９のスリット２０に加えて、中央部に切欠き２１を加えることによって、本発明の目的を達成させている。
【００３８】
本実施例２のファラデーシールド１９には、上述の通り、高周波電力が印加されているため、ファラデーシールド１９から発生する電界成分が処理室内に透過される。このため、本実施例におけるプラズマ７は、実質的に高周波アンテナ１８からの誘導結合成分とファラデーシールド１９からの容量結合成分の組合せによって生成されることがわかる。つまり、均一なプラズマ７を生成するには、誘導結合成分と容量結合成分とのバランスが重要となる。このため、本実施例２のファラデーシールド１９には、放射状のスリット２０とは別に切欠き２１を加えることで、ガス放出板１１ｂ直下に透過する容量結合成分の電界を調節し、試料３上に均一なプラズマを生成することを可能としている。
【００３９】
また本実施例では、該切欠き２１の厚さを限りなく薄くしてもその効果を発揮することができる。このため、ファラデーシールドの厚さをＴとする場合、切欠き２１の厚さ寸法の範囲は、一般的に機械加工が可能な精度の０．１ｍｍからＴ−０．１ｍｍとなるように製作すれば良い。ちなみに、本実施例における最適な切欠き２１厚さの寸法に関しては、後述に示す、電界分布シミュレーションの解析結果に基づいて決定している。
【００４０】
次に、本実施例のファラデーシールド１９の作用について、図６ないし図８を用いて説明する。
【００４１】
図６は、ガス放出板１１ｂ直下に生成される従来型のファラデーシールド２２の実効電圧分布を模式的に示したものである。本実施例のプラズマ装置には、ガス流路１２内での異常放電を防ぐために誘電体真空窓２ｂとガス放出板１１ｂとの間に高誘電率材料の高誘電体１４が複数設けられている。このため、従来型のファラデーシールド２２より生成される電界は、高誘電体１４に吸収されてしまい、高誘電体１４直下に面する実効電圧値は低下してしまう。つまり、ガス放出板１１ｂ直下に発生する実効電圧分布は、図中矢印に示すように不均一となってしまう。このため、試料３上で生成されるプラズマも不均一になってしまう可能性が高い。次に、図７はガス放出板１１ｂ直下に生成される本実施例のファラデーシールド１９の実効電圧分布を模式的に示したものである。図６同様に、高誘電体１４によって電界が吸収されるため、高誘電体１４直下に面する実効電圧値は低下する。しかし、該ファラデーシールド１９中央部に設けた切欠き２１ｂによって、切欠き面直下に発生する電界は弱くなる。このため、切欠き面直下に発生する実効電圧値は低下するので、最終的にガス放出板１１ｂ直下に生成される実効電圧分布は、図中矢印に示すように均一な分布にすることができる。
【００４２】
次に、図８にファラデーシールド中央部切欠きにおける効果を確認するため、ファラデーシールドから発生する電界分布をシミュレーション解析した結果を示す。本シミュレーション解析は、厚さ１０ｍｍの石英製（比誘電率３．５）ガス放出板１１と厚さ１５ｍｍの石英製（比誘電率３．５）誘電体真空窓２との間に、厚さ４ｍｍのＡｌ２Ｏ３製（比誘電率１０）高誘電体１４と空気層２３（比誘電率１）を設置した。誘電体真空窓２の上には、厚さ６ｍｍのファラデーシールドを設置し、該ファラデーシールド上面に電圧＝１００Ｖを印加した時の電界分布を出力した。図８では、空気層直上に面するファラデーシールド下面に厚さ４ｍｍの切欠きを設けたときと該切欠きを設けていないときの電界分布の様子を比較した。
【００４３】
図８（ａ）は従来型のファラデーシールド２２を設置した時の電界分布を示し、図８（ｂ）は本実施例のファラデーシールド１９を設置したときの電界分布を示す。図に示すように、実施例ファラデーシールド１９は切欠きを設けることで、従来型のファラデーシールド２２に比べて、切欠き直下の電界分布を低下することがわかる。これは、該切欠きによって、ファラデーシールド下面に別の空気層２４が生成され、該空気層２４分の抵抗が生じる。これにより、該空気層２４直下の電界が減少し、容量結合成分が低下するためである。本実施例では、切欠き２１の寸法を調整することによって、誘電体真空窓２ｂに透過されるトータルの電界を適正化することができ、試料３上で発生するプラズマを均一性良く生成することができる。ちなみに本実施例では、本シミュレーション解析結果に伴い、ガス流路１２の高さとファラデーシールド１９下面の切欠き２１ｂの厚さを同寸法にすることで、試料３上のプラズマを均一良く生成することが可能としている。
【実施例３】
【００４４】
本発明の第３の実施例について図９を用いて説明する。図９は、第２の実施例に係るプラズマ処理装置におけるファラデーシールド周辺パーツの他の実施例を示した詳細図である。なお、図９に付された符号のうち前述の実施例に用いられた図の符号と同符号は同一部材を示し説明を省略する。本実施例が図５と異なる点は、誘電体真空窓２とガス放出板１１及び高誘電体１４のガス供給方法を変えた点であり、該ファラデーシールド２８には、高誘電体２７に形成したガス流路２９と同じ形状、この場合、中央部に設けた開口穴から放射状に外周部につながる複数の流路を形成して成るガス流路形状であり、該ガス流路２９と同形状の切欠き３０が設けられている。該切欠き３０によってガス流路２９内の電界を低下することができる。なお、符号２５は誘電体真空窓、符号２６はガス放出板を示す。図４に示した誘導結合方式のプラズマ処理装置において、図９に示したガス供給方法とファラデーシールド２８を用いて半導体基板の加工を行った結果、均一性にも優れたプラズマ処理を行うことができ、さらにガス流路内の異常放電を抑制することが可能となった。
【００４５】
以上述べた通り、本実施例によれば、前述の実施例と同様の効果を得ることができる。さらに、ガス流路と切欠き形状を同じにすることでガス流路内での異常放電も抑制することができる。
【実施例４】
【００４６】
本発明の第４の実施例について図１０を用いて説明する。
図１０は、第２の実施例に係るプラズマ処理装置におけるファラデーシールド周辺パーツの他の実施例を示した詳細図である。なお、図９に付された符号のうち前述の実施例に用いられた図の符号と同符号は同一部材を示し説明を省略する。本実施例が図９と異なる点は、ファラデーシールド２８に設けた切欠き３０の空気層のかわりに、誘電体真空窓２５及びガス放出板２６よりも誘電率が低い低誘電体３１（例えばポリテトラフルオロエチレン）を設置した点である。図４に示した誘導結合方式のプラズマ処理装置において、図１０の誘電率が低い低誘電体３１を用いて半導体基板の加工を行った結果、均一性にも優れたプラズマ処理を行うことができ、さらにガス流路内の異常放電を抑制することが可能となった。
【００４７】
以上述べた通り、本実施例によれば、前述の実施例と同様の効果を得ることができる。
【実施例５】
【００４８】
上述の通り、実施例１〜４では処理ガス１３をガス放出板の中央部、つまりプラズマ処理室の中央部から供給する機構を用いることにより、試料３上のガス濃度が高くなる。これにより試料上のプラズマ密度が増加し、エッチングレートを向上することができる。しかし、処理ガスの種類や性質、エッチングプロセスの条件によって試料上におけるプラズマの分布は多種多様であり、同分布の形状によってエッチングレートの均一性が悪化する場合もある。このため、均一かつ安定したエッチング処理を行うという目的のためには、処理ガスの供給位置を処理に最適な位置に合わせることも重要である。
【００４９】
そこで、上記問題を鑑み、上記目的を達成する実施形態として処理ガスの供給位置を処理に最適な位置にガスを供給することを可能とした例について説明する。
【００５０】
以下、本発明の第５の実施例に係るプラズマ処理装置を図１１により説明する。なお、実施例１乃至４の何れかに記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。
【００５１】
図１１において図１と同符号は同一部材を示し、説明を省略する。本図が図１と異なる点は、ガス放出板１１ｃにリング状の開口部を設けて、リング状開口部がガス放出口（供給口）１５ｃとなっており、このガス供給口の形状に合わせた切欠き２１ｃをファラデーシールド１９に形成していることと、ガス放出板１１ｃのリング状の開口部とファラデーシールド１９上の切欠き２１ｃの位置は、それぞれガス放出板１１ｃの中間径（ガス放出板の中心と外周との中間位置）に設けている点である。なお、符号２ｃは誘電体真空窓を示す。処理ガス１３は、誘電体真空窓２ｃとガス放出板１１ｃとの間のガス流路１２を通り、ガス放出板１１ｃの中間部（中心と外周との中間領域）に設けられた円形の開口部１５ｃよりチャンバ内へ放出される。
【００５２】
図１２にガス放出板１１直下に生成される本実施例のファラデーシールド１９の実効電圧分布を模式的に示したものである。本実施例では、前述の実施例と同様にガス放出板１１ｃと誘電体真空窓２ｃとの間に高誘電体１４が複数設けられている。従来のファラデーシールドでは図６に示すように実効電圧が不均一となってしまうが、本実施例のファラデーシールド１９を用いることにより、図中矢印のような均一な実効電圧分布を得ることができる。
【００５３】
以上述べた通り、本実施例によれば前述の実施例と同様の効果を得ることができるとともにリング状の開口部の径を任意に設定することにより処理ガスの供給位置を処理に最適な位置に合わせることで処理の均一化を図ることができる。
【実施例６】
【００５４】
次に本発明の第６の実施例であるプラズマ処理装置を図１３により説明する。なお、実施例１乃至５の何れかに記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。
【００５５】
図１３において図１と同符号は同一部材を示し、説明を省略する。本図が図１と異なる点は、ガス放出板１１ｄにリング状の開口部を設けて、リング状開口部がガス放出口（供給口）１５ｄとなっており、このガス供給口の形状に合わせた切欠き２１ｄをファラデーシールド１９に形成していることと、ガス放出板１１ｄのリング状の開口部とファラデーシールド１９上の切欠き２１ｄの位置は、それぞれガス放出板１１ｄの外周部に設けている点である。処理ガス１３は、誘電体真空窓２とガス放出板１１ｄとの間のガス流路１２を通り、ガス放出板１１ｄの外周部に設けられた円形の開口部よりチャンバ内へ放出される。
【００５６】
図１４にガス放出板１１ｄ直下に生成される本実施例のファラデーシールド１９の実効電圧分布を模式的に示したものである。本実施例では、前述の実施例と同様にガス放出板１１ｄと誘電体真空窓２との間に高誘電体１４が複数設けられている。従来のファラデーシールドでは図６に示すように実効電圧が不均一となってしまうが、本実施例のファラデールド１９を用いることにより、図中矢印のような均一な実効電圧分布を得ることができる。
【００５７】
以上述べた通り、本実施例によれば前述の実施例と同様の効果を得ることができるとともにリング状の開口部の径を任意に設定することにより処理ガスの供給位置を処理に最適な位置に合わせることで処理の均一化を図ることができる。
【００５８】
なお、リング状の開口部は、必要に応じリング径を任意に設定することにより、面内の途中でなく外周部に設けることもできる。
【００５９】
本実施例によれば、前述の実施例と同様の効果を得ることができるとともに、リング状の開口部の径を任意に設定することにより処理ガスの供給位置を処理に最適な位置に合わせることで処理の均一化を図ることができる。
【００６０】
なお、本発明は上述したこれらの実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。より具体的には、中心部に円形の切り込みを、中心から外周迄の中間位置にリング状の切り込みを、外周にリング状の切り込みを同時に形成した構成、或いはそのいずれかを組み合わせた構成とすることもできる。
【符号の説明】
【００６１】
１…チャンバ、
２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２５…誘電体真空窓、
３…試料、
４…試料台、
５，１７…整合器、
６，１６…高周波電源、
７…プラズマ、
８…排気口、
９…排気装置、
１０…ガス供給管、
１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，２６…ガス放出板、
１２，２９…ガス流路、
１３…処理ガス、
１４，２７…高誘電体、
１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ…スリット（処理ガス供給口）、
１８…高周波アンテナ、
１９，２８…ファラデーシールド、
２０…スリット（放射状）、
２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，３０…切欠き、
２２…従来型のファラデーシールド、
２３，２４…空気層、
３１…低誘電体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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