JP2005294516A

JP2005294516A - プラズマ処理装置

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Publication number: JP2005294516A
Application number: JP2004107140A
Authority: JP
Inventors: Toshio Goto; 俊夫後藤; Masaru Hori; 勝堀; Shoji Den; 昭治田; Hiroyuki Kano; 浩之加納
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Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2005-10-20
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Also published as: JP4350576B2

Abstract

【課題】中性粒子の指向性を保ったまま、処理すべき試料上に一様均一に中性粒子が照射されるようにする。
【解決手段】プラズマを生成するプラズマ生成室２０と、プラズマ生成室２０で生成されたプラズマを試料に向けて通過させる貫通孔３４を多数有し、この貫通孔３４の壁面３５での衝突によりプラズマを中性粒子に変換して、試料１６に照射する金属板３０と、試料の表面に平行な面において、金属板３０を円運動させる運動装置（３６、４０）とを有する。金属板３０の円運動により貫通孔３４の試料表面上の通過軌跡の累積は、試料表面上一様になる。金属体３０の枠体が投影されない。よって、試料表面上において一様且つ均一に中性粒子を照射することが可能となる。したがって、エッチングのアスペクト比を高く保持しつつ一様な加工が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマを発生し、金属板が有する多数の貫通孔の側壁にそのプラズマを衝突させて中性粒子化して、その中性粒子を処理すべき試料に照射したり、金属板に電界を印加してプラズマ中のイオンを加速して、貫通孔を通して処理すべき資料に照射したりするプラズマ処理装置に関する。

近年、成膜や半導体の加工において、ラジカルや原子などの中性粒子を用いたプラズマ処理装置が知られている。これらの装置では、フォトリソグラフィを用いたエッチングでは大きなアスペクト比が要求されることから強度の指向性が要求される。また、成膜やアッシングなどにおいては、中性粒子が一様に試料に照射されることが要求される。例えば、下記特許文献１〜３には、電子をトラップして、中性粒子のみを出力するメッシュリングや貫通孔を有した中間電極を用いたアッシング装置やエッチング装置などのプラズマ処理装置が開示されている。

特開平９−２７０４１７号公報特開平７−６６１８０号公報特開平７−６６１８０号公報

これらのメッシュリングや貫通孔を有した中間電極を用いた場合には、試料に一様均一に中性粒子が照射されるには、試料とメッシュリング又は中間電極との間隔を大きくとる必要がある。すなわち、試料上にメッシュリングや中間電極の貫通孔以外の部分の影が投影されないように、上記の間隔を大きくする必要がある。

しかしながら、処理すべき試料とメッシュリングや中間電極との間隔を大きくすると、中性粒子の飛行の指向性が低下し、深溝を形成するためのトレンチエッチングには使用できないという問題がある。

本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、中性粒子の指向性を保ったまま、処理すべき試料上に一様均一に中性粒子が照射されるようにすることである。
そして、そのことにより、トレンチエッチング等のエッチングの加工精度を向上させることである。
さらに、中性粒子の照射を一様均一にすることで、成膜やアッシングなどの処理の精度を向上させることである。

請求項１に記載の発明は、プラズマから得られ又は変換された粒子を試料に照射するプラズマ処理装置において、プラズマを生成するプラズマ生成部と、プラズマ生成部で生成されたプラズマを試料に向けて通過させる貫通孔を多数有し、この貫通孔を通して、粒子を、試料に照射する金属板と、試料の表面に平行な面において、金属板を円形状を含む楕円形状に試料に対して相対的に運動させる運動させる第１運動を発生させる運動装置とを有することを特徴とするプラズマ処理装置である。

中性粒子を照射する場合には、プラズマが金属板の貫通孔の壁面での衝突により中性粒子に変換されて、その中性粒子が処理すべき金属板に照射される。また、陽イオン、陰イオン、電子などの荷電粒子を照射する場合には、金属板をなるべく薄く形成することで、中性粒子への変換を抑制した状態で、金属板とプラズマ発生源との間に電界を印加して、イオンを金属板に向けて加速して、貫通孔を通過させて、処理すべき資料に照射することができる。したがって、金属板には電圧を印加する場合も印加しない場合もあた、金属板でイオンを中性粒子に変換する場合も、変換せずに加速することにのみ金属板が作用する場合もある。さらに、貫通孔を通過する粒子は、ラジカルや原子、分子などの中性粒子でも陽イオン、陰イオン、電子などの荷電粒子の分離されたものでも、そられの粒子の混在したものでも良い。粒子や金属板の説明は、以下の請求項の発明にも該当する。

プラズマの生成方法は任意である。例えば、マイクロ波で励起させること、ＲＦによる磁場で励起させること、交流によるグロー放電、アーク放電により励起させることなど、任意である。中性粒子は電界により加速されても、自然フロー（ダウンフロー）であっても良い。電界により加速する場合には、通常は、金属板に電圧を付与することにより行われる。陽イオンを加速する場合には、金属板をプラズマ発生源に対して相対的に負電位にし、陰イオンを加速する場合には、金属板をプラズマ発生源に対して相対的に正電位にする。金属板は、電子などをトラップし、陽イオンに対して電子を与え、陰イオンから電子を奪う必要性から、良導体であればあるほど望ましい。金属板の材料としては、銅、アルミニウム、銀、金などを用いることができる。金属板の貫通孔の側壁に衝突したイオンは、電子を与えられ又は電子を奪われてラジカルや原子などの中性粒子となる。イオンは電界により加速されて、貫通孔に入射しているので、これらの中性粒子が貫通孔から出射する時は、イオンの加速エネルギーから衝突による損失エネルギーだけ減少したエネルギーによって決定される一定の速度で試料に向けて飛行する。

金属板の貫通孔の大きさは、形状を円とすれば、直径０．０１ｍｍ〜５ｍｍが望ましい。貫通孔の側壁とイオンとの衝突確率を大きくするには、貫通孔の面積を小さくして、数を多くするほうが望ましい。また、イオンを中性粒子化する効率の向上と、試料上への中性粒子やイオンなどの粒子の照射が一様均一となる程度を向上させるためには、金属板の貫通孔が形成されていない部分（以下、「枠体」という）の面積はなるべく小さい方が望ましい。また、金属板は平面であっても、試料側に凸に湾曲またはプラズマ発生部側に凸に湾曲した曲面であっても良い。

貫通孔の形状は円、楕円、長方形、正方形、三角形、６角形など任意である。貫通孔の配置は、整然と整列させて配置（以下、この配置を「整列配置」という）しても、ランダムに配置（以下、この配置を「ランダム配置」という）しても良い。整列配置としては、碁盤の全ての枡目に配置する方法、碁盤の枡目に縦と横方向には１升置きに配置し、斜め方向には連続するように配置する方法などがある。

金属板の運動は、試料の表面に平行な面上の運動であり、試料に対して相対的であれば良い。すなわち、試料を静止させて金属板を運動させる方法、金属板を静止させて試料、したがって、試料台を移動させる方法、両者を移動させる方法とがある。よって、運動装置は、それらのいずれをも含むものである。金属板の運動が試料に対して相対的であることの意味は、上記の通りであり、このことは、請求項７の発明を除く以下の全ての請求項においても同一である。

以下の説明では、説明を簡便にするために、金属板を運動させる表現を用いているが、これらは、試料に対して相対的に運動させる意味である。あるいは、試料を静止させて、金属板を運動させる場合の説明である。以下の全ての請求項の説明においても同様である。

請求項１の発明では、軌跡が試料の表面に平行な面で円形状を含む楕円形状となるように、金属板を運動させるので、すなわち、平面上で直交する２方向の速度成分と変位成分を有するので、整列配置は、この直交する２方向に対して空間的な周期性があることが望ましい。また、ランダム配置の場合には、この２方向に対して周期性がなく、金属板の任意の部分における１周期の運動面積当たりの貫通孔の面積和が一様であることが望ましい。

また、貫通孔が整列配置の場合には、運動の空間周期（配列方向の往復運動の幅、すなわち、運動の配列方向への射影の空間周期）はその配列方向の貫通孔の配列の周期の整数倍とするのが望ましい。なお、金属板の運動に関する周期は、空間周期と時間周期との２種が考えられるので、区別する必要がある場合には、空間周期、時間周期という。また、貫通孔の配列に関する周期は、空間周期の意味しか有していないので、単に、周期と記載する。

このような運動の空間周期を貫通孔の配列の周期の整数倍とした場合には、より一様且つ均等な照射が実現できる。金属板の枠体が試料面上に影として投影されるが、運動の幅をその方向の配列の周期の整数倍にしないと、この枠体の影の移動範囲がｎ周期の範囲の外に一部はみだす。例えば、ある方向の配列周期の１．２周期で１回転だけ金属板を運動させると、ある方向の０〜１周期の範囲は、ある１つの貫通孔に注目して、その貫通孔に接した枠体の部分が１往復だけ通過するが、０〜０．２周期の範囲は、隣の貫通孔に接した枠体の部分も通過するので、結局、枠体が２往復通過することになり、０〜０．２周期の範囲の中性粒子の単位時間当たりの照射密度が小さくなる。よって、貫通孔の配列方向の周期の整数倍に、金属板の運動のその配列方向への射影の空間周期を一致させることが望ましい。また、ここでの貫通孔の周期は、配列方向の取り方により多数存在するが、このうちの最小周期を採用することが望ましい。例えば、碁盤の枡目による格子配列の場合には、ｘ、ｙ方向（左右上下方向）が枡目の周期で最小周期であり、斜め４５度方向の周期が第２最小周期となる。この場合には、最小周期の整数倍だけではなく、第２最小周期の整数倍に、金属板の運動のその方向への射影の空間周期を設定することも、中性粒子やイオンなどの粒子の照射を一様且つ均一とするに効果を有する範囲である。さらに、第３、第４最小周期等に対しても同様であるが、金属板を大きく運動させることになり、金属板の周辺部分における非対称性から、周辺部分における中性粒子の均一照射に障害となる。

直交する２方向に対する貫通孔の配置が同一周期であるならば、金属板の運動は、通常は、その２方向の往復運動の幅が等しく、したがって、円運動とするのが望ましい。しかしながら、１方向には１周期、他の方向には２周期の運動幅として、楕円運動にすることも可能である。

また、請求項２の発明は、金属板の面上の直交する２方向において、貫通孔は同一周期で整列配置されており、運動装置は金属板を少なくとも貫通孔の周期の整数倍の直径を有した円運動を前記試料に対して相対的にさせる装置であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置である。

このように金属板を貫通孔の周期の整数倍の直径の円運動とすることで、貫通孔の配列の周期性から試料平面上の貫通孔の移動経路に沿った累積面積の場所依存性が少なくなるので、より、中性粒子やイオンなどの粒子を一様均一に試料に照射することができる。ここで周期が複数存在し得ることは上記の通りである。例えば、上記したように碁盤の左右上下方向に配置された枡目に１つ置きに貫通孔を配置し、碁盤の斜め方向の升目には連続して貫通孔を配置した場合には、左右上下方向の周期と斜め方向の周期は異なる。よって、この場合には、左右上下方向の周期の整数倍の直径を有する円運動と、斜め方向の周期の整数倍の直径を有した円運動との２種類の円運動が、最も基本的なもとして考えられる。しかし、これ以外の第３最小周期、第４最小周期などの整数倍に設定することも可能である。

また、貫通孔の水平断面形状は、限定されるものではないが、円運動をさせるこの発明の場合には、円が最も望ましい。円の場合に通過孔が通過する軌跡は一定幅を有したリングとなり、試料面上における貫通孔の移動経路に沿った累積面積の場所依存性がなくなり、中性粒子やイオンなどの粒子の照射をより一様均一にすることができる。金属板の円運動の他、試料台を円運動させる、または、両者を運動させて相対的に金属板を試料に対して円運動させても良い。

請求項３の発明は、運動装置は、第１運動にさらに円運動を合成させた第２運動を発生させる装置であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプラズマ処理装置である。

本請求項の発明は、金属板の運動を第１運動にさらに円運動の第２運動を重畳させた運動とすることで、貫通孔は螺旋運動をすることになり、試料面上における貫通孔の移動軌跡に沿った貫通孔の累積面積の場所依存性が少なくなるので、中性粒子やイオンなどの粒子の照射をより一様均一にすることができる。この場合も、第２運動は、金属板で行うことの他、試料台で行う、または、両者を運動させて相対的に金属板を試料に対して円運動の第２運動を行わせるようにしても良い。

請求項４の発明は、プラズマから得られ又は変換された粒子を試料に照射するプラズマ処理装置において、プラズマを生成するプラズマ生成部と、プラズマ生成部で生成されたプラズマを試料に向けて通過させる貫通孔を多数有し、この貫通孔を通して、粒子を試料に照射する円形の金属板と、金属板を円形の中心点を軸として試料に対して相対的に回転させる回転装置とを有し、ある半径ｒにおける単位半径方向長さΔｒ当たりの貫通孔の１周の総合面積を、その半径ｒに比例させたことを特徴とするプラズマ処理装置である。

本請求項の発明は、金属板を回転軸を中心として試料に対して相対的に回転させるものである。そのために、金属板の平面上において、ある半径ｒにおける単位半径方向長さΔｒ当たりの貫通孔の１周の総合面積を、その半径ｒに比例させたことが特徴である。このように構成すれば、試料面上における貫通孔の移動軌跡に沿った貫通孔の累積面積の場所依存性を最小とすることができる。したがって、中性粒子やイオンなどの粒子を試料に一様均一に照射することが可能となる。本発明も、金属板の回転の他、試料台を回転させる、または、両者を回転させて相対的に金属板を試料に対して回転させても良い。

貫通孔を通過する粒子は、ラジカルや原子、分子などの中性粒子でも陽イオン、陰イオンの分離されたものでも、混在したものでも良い。粒子の定義や金属板の電圧の印加方法などは、請求項１の発明で説明した。また、中性粒子を得る場合には、プラズマを金属板の貫通孔の側壁に衝突させて、電子を奪い又は電子を与えて、中性粒子化することなども、請求項１の発明で説明した通りである。

請求項５の発明は、回転装置は、その回転軸が金属板の上方に位置し、回転軸から延設され金属板の外周部に接続されたリブにより、金属板を回転軸に支持して回転させる機構であることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置である。

金属板の回転中心に回転軸を固定すると、この部分に貫通孔を形成することができないので、回転中心の上部には空間を設けて、中心の上部に回転軸を設けたものである。そして、回転軸と金属板とが直接的に接合していないために、回転軸と金属板の外周部とを接続するリブを設けることで、金属板を回転軸を中心として回転させることができる。リブの数は、機械的強度があれば１本でも良い。しかし、通常の場合には、金属板に剛性を与えてその回転を滑らかにするめたに、金属板の回転対称の位置に複数本のリブを設けるのが望ましい。

請求項６の発明は、プラズマから得られ又は変換された粒子を試料に照射するプラズマ処理装置において、プラズマを生成するプラズマ生成部と、プラズマ生成部で生成されたプラズマを試料に向けて通過させる貫通孔を多数有し、この貫通孔を通して、粒子を試料に照射する金属板と、試料の表面に平行な第１方向に、金属板を試料に対して相対的に往復運動させることと、試料の表面に平行で且つ第１方向に垂直な第２方向に、金属板を試料に対して相対的に往復運動させることを、１又は複数周期毎に交互に実行させる振動装置とを有することを特徴とするプラズマ処理装置である。

本発明は、試料の表面に平行な面において、直交する２方向に金属板を往復運動をさせるものである。第１方向の往復運動と第２方向の往復運動とを１又は複数周期毎に切り換えて、金属板を往復運動させる。この構成によると、貫通孔は第１方向に往復運動すると共に第２方向にも往復運動することから、貫通孔が通過累積面積の場所依存性を小さくすることができる。

貫通孔が第１方向と第２方向に沿って整列配置している場合には、第１方向および第２方向の往復運動の空間周期は、それぞれ、第１方向および第２方向の配列の周期の整数倍とする時、貫通孔の累積通過面積の場所依存性が最小となる。よって、そのような空間周期で第１方向および第２方向に往復運動させるのが望ましい。この発明においても、金属板を第１方向および第２方向に往復運動させる他、試料台を第１方向および第２方向に往復運動させる、金属板を第１方向に往復運動させ試料台を第２方向に往復運動させるなど、または、両者を運動させて相対的に金属板を試料に対して第１方向と第２方向とに往復運動させるようにしても良い。

また、請求項７の発明は、プラズマから得られ又は変化された粒子を試料に照射するプラズマ処理装置において、プラズマを生成するプラズマ生成部と、プラズマ生成部で生成されたプラズマを試料に向けて通過させる第１方向に延びたスリットをこの第１方向に垂直な方向に多数配置し、このスリットを通して、粒子を試料に照射する第１金属板と、第１金属板の上方に位置し、プラズマ生成部で生成されたプラズマを試料に向けて通過させる第２方向に延びたスリットを第１方向に多数配置し、このスリットを通して、粒子を試料に照射する第２金属板と、第１金属板を第２方向に往復運動させ、第２金属板を第１方向に往復運動させる振動装置とを有することを特徴とするプラズマ処理装置である。

粒子が中性粒子の場合には、プラズマがスリットの側壁と衝突する時に電子を付与さたり電子を奪われたりして、ラジカル、原子、分子などの中性粒子に変換される。この発明では、第１金属板と第２金属板とを２枚重ねて、それぞれが、独立して、移動面上において直交する２方向に往復運動可能に構成されている。第１金属板は第１方向に長く延びたスリットが第２方向に沿って多数配置されており、この第１金属板を第２方向に沿って往復運動させるものである。スリットが第２方向に沿って周期的に配置されている場合には、往復運動の空間周期はこの周期の整数倍とするのが最も望ましい。同様に、第２金属板は第２方向に長く延びたスリットが第１方向に沿って多数配置されており、この第２金属板を第１方向に沿って往復運動させるものである。スリットが第１方向に沿って周期的に配置されている場合には、往復運動の空間周期はこの周期の整数倍とするのが最も望ましい。

この構成により、試料面上におけるスリットの通過する累積面積の場所依存性が小さくなり、中性粒子を一様且つ均一に試料に照射することが可能となる。

請求項１の発明によれば、金属板を円形状を含む楕円形状に試料に対して相対的に運動させるので、貫通孔の移動軌跡に沿った累積面積の場所依存性が小さくなり、中性粒子やイオンなどの粒子を一様且つ均一に試料に照射することができる。したがって、粒子の飛行の指向性を保持した状態で一様均質な加工や成膜が可能となる。

請求項２の発明によれば、貫通孔を周期性のある整列配置にして、金属板をこの周期の最小値の整数倍の空間周期で円運動させることで、貫通孔の移動軌跡に沿った貫通孔の累積面積の場所依存性を最小にすることができる。ラジカルや原子などの中性粒子やイオンなどの粒子を一様且つ均一に試料に照射することができる。したがって、粒子の飛行の指向性を保持した状態で一様均質な加工や成膜が可能となる。

請求項３の発明によれば、上記の金属板の試料に対する相対的運動において、第１運動に、さらに、円運動である第２運動を合成させているので、貫通孔の移動軌跡に沿った累積面積の場所依存性がさらに小さくなる。したがって、粒子をより一様且つ均一に試料に照射することができ、指向性を保持した状態で、より一様均質な加工や成膜が可能となる。

請求項４の発明によれば、金属板の貫通孔に関して、ある半径ｒにおける単位半径方向長さΔｒ当たりの貫通孔の１周の総合面積を、その半径ｒに比例するようにしている。そして、この構成の金属板を試料に対して相対的に回転させているので、貫通孔の移動軌跡に沿った貫通孔の累積面積の場所依存性を小さくすることができる。したがって、中性粒子やイオンなどの粒子をより一様且つ均一に試料に照射することができ、指向性を保持した状態で、より一様均質な加工や成膜が可能となる。

請求項５の発明によれば、金属板を回転させるのであるが、金属板の中心点においても、貫通孔を形成することが可能となり、上記した本発明の効果を奏する。

請求項６の発明によれば、金属板の試料に対する相対的な往復運動により、貫通孔の移動軌跡に沿った貫通孔の累積面積の場所依存性を小さくすることができる。したがって、中性粒子やイオンなどの粒子をより一様且つ均一に試料に照射することができ、指向性を保持した状態で、より一様均質な加工や成膜が可能となる。

請求項７の発明によれば、第１金属板と第２金属板とを重ね合わせることで、２次元的に格子状に配列された貫通孔を形成することができる。そして、第１金属板と第２金属板とを第２方向と第１方向とにそれぞれ往復運動させることにより、各貫通孔は移動するので、試料面上における貫通孔の移動軌跡に沿った貫通孔の累積面積の場所依存性を小さくすることができる。したがって、中性粒子やイオンなどの粒子をより一様且つ均一に試料に照射することができ、指向性を保持した状態で、より一様均質な加工や成膜が可能となる。

本発明を実施するための最良の形態について説明する。実施の形態は、発明概念の理解を容易にするために、具体的に説明するのであって、本発明は、以下の実施例に限定して解釈されるべきではない。

以下の実施例では、粒子をラジカルや原子などの中性粒子とした例であるが、金属板を薄く形成するなどすれば、イオンから中性粒子への変換が抑制されるので、金属板を粒子の加速電極としてのみ機能させることで、陽イオンや陰イオンや電子などの電荷粒子を試料に一様且つ均一に照射する装置とすることも可能である。

図１は本発明の具体的な実施例に係るエッチング装置１０の構成を示した図面である。チャンバー１２内には、試料台１４が設けられ、その試料台１４の上にエッチングすべき半導体（試料）１６が設けられている。また、チャンバー１２の上部には、プラズマ発生室２０が設けられ、導波管２２から供給されたマイクロ波がこのプラズマ発生室２０に照射される。また、プラズマ発生室２０には排気ポート２６が設けられており、図示しない排気装置によりプラズマ発生室２０は排気される。そして、この排気に伴い、プラズマ発生室２０は入力ポート２４からプラズマの原料となるガスが導入される。

プラズマ発生室２０と試料１６が設けられた空間との間には多数の貫通孔３４を有した金属板３０が設けられている。金属板３０はリング状の銅板３２の上に摺動可能に接触して設けられている。この銅板３２は、グランドにアースされている。したがって、金属板３０の電位はグランド電位となっている。一方、導波管２２は電源２８により＋Ｖボルトに直流バイアスされている。また、金属板３０は連結ロッド３６により運動装置４０により銅板３２上を円運動するように構成されている。

入力ポート２４からＣｌ₂とＡｒとの混合ガスがプラズマ室２０に導入され、マイクロ波が導波管２２からプラズマ室２０に印加されると、Ｃｌ₂とＡｒより、電子、Ｃｌ⁺イオン、Ａｒ⁺イオン、ラジカルなどからなるプラズマが生成される。このうち陽イオンは、金属板３０と導波管２２の間に印加された電界により金属板３０に向けて加速され、貫通孔３４を通過する時、その側壁３５に衝突して電子を放出する。これによりＣｌラジカルと、Ａｒ原子が得られる。これらの中性粒子は、イオンの加速エネルギーから衝突による放出エネルギーを減算したエネルギーに対応した所定の速度で、試料１６に向けて飛行する。電界により垂直方向に加速された粒子を中性粒子化し、貫通孔３４を通過させていることから、この中性粒子の飛行方向は鉛直方向となり指向性の優れたビームとなる。

金属板３０の貫通孔３４は図２に示すように、碁盤の枡目にｘ軸方向とｙ軸方向に一つ置きに形成されている。ｘ軸方向、ｙ軸方向の周期はＡであり、斜め４５度方向の周期は２^1/2Ａ＝Ｂである。本実施例では、金属板３０を直径Ｂで円運動させている。直径Ｂは斜め４５度方向の配列の周期の１倍、すなわち、整数倍である。

図３に示すように、運動装置４０はモータ４４を有しており、モータ４４の中心軸が回転板４２の中心に接合されている。回転板４２の中心からＢ／２の位置に固定ピン４６が突設されており、この固定ピン４６にロッド３６が固設されている。ロッド３６の向きはｘ軸に対して４５度の向きに固定されている。モータ４４は周波数制御により回転速度が調整される。

金属板３０を直径Ｂで回転させた時の貫通孔３４の移動軌跡の試料１６の面上の投影を図４に示す。金属板３０の１回転の間に貫通孔が４度通過する領域、３度通過する領域、２度通過する領域、１度通過する領域に分かれる。１度も通過しない領域は存在しない。したがって、金属板３０の枠体がそのまま静止影となることはない。なお、図４の濃淡の程度は貫通孔の通過回数を示している。また、枠体に該当する部分も１〜３回貫通孔が通過していることから、一様且つ均一な中性粒子の照射が可能となる。

図５は貫通孔３４の整列配置の他の例である。ｘ軸、ｙ軸方向の配列は図２と同一であり、斜め方向には貫通孔が連続するように配列したものである。この場合には、貫通孔３４ａの移動軌跡により、さらに、図４の貫通孔の通過パターンは均一化される。すなわち、図５の整列配置は、図２に示す整列配置をｘ軸から４５度方向にＢ／２だけ移動させた整列配置を、元の図２の整列配置に重畳させたものである。したがって、貫通孔の移動軌跡のパターンも、図４のパターンをｘ軸から４５度方向にＢ／２だけ移動させたパターンを、元の図４のパターンに重畳させることで得られる。明らかに、通過回数が平準化されるのが理解される。よって、中性粒子の試料面への一様且つ均一な照射が可能となる。

図６に貫通孔３０の整列配置の他の例を示す。貫通孔を碁盤の枡目に連続して設けたものである。この場合の金属板３０円運動の直径はＣにしている。Ｃはｘ方向、ｙ方向の貫通孔の周期である。金属板３０の１円運動当たりの貫通孔３０の通過パターンは図７に示すものとなる。図４のパターンと比べて、明らかに、貫通孔３４の通過回数の多い領域が拡大されているのが分かる。このことから、貫通孔３４はできるだけ接近させて設けるのが良いと考えられる。したがって、図８−Ａのような構造、図８−Ｂのようなハニカム構造、図８−Ｃに示す連続した正方形状も中性粒子の均一照射に良好な結果が得られると考えられる。

実施例１で示した金属板３０の円運動を第１運動として、この第１運動にさらに第２運動の円運動を重畳させた例である。図９に示すように、この実施例での運動装置４０の構成は、図３に示す回転板４２を大きな回転板４３の周辺に設置してこの大きな回転板４２を回転させることにより実現できる。この場合の貫通孔の通過軌跡は、図４、図７に示すパターンを貫通孔とみなし（濃淡は貫通孔の透過度を示す）、この貫通孔に対して回転板４３上の回転板４２の設置半径Ｄ／２の半径で円運動させて重畳させることで求めることができる。明らかに、貫通孔の通過回数の場所依存性は少なくなることが理解される。

本実施例は、金属板３００を回転させるものである。貫通孔３４０は図１０に示すように構成されている。実線は枠体で実線で囲まれた部分が貫通孔である。中心部には枠体は存在せず貫通孔３４２となっている。中心角を一定とする扇形領域３０１に、半径方向に等間隔で枠３０２を入れたものである。そして、その枠３０２の形成位置を回転角方向に沿って半径方向に少しずつ変位させている。このように貫通孔３４０が配列されているとき、金属板３００を１回転させると、任意の半径方向の位置ｒにおける貫通孔３４０の面積和は、ｒに比例することになる。したがって、半径方向の位置ｒによらず、中性粒子の通過量を一定とすることが可能となる。

仮に、枠３０２の形成位置を半径方向において固定したとすると、金属板３００が回転するとき、その枠３０２の試料表面上の射影がリングとして形成される。このことは、このリング状の影の部分には中性粒子は照射されないことを意味する。したがって、この枠３０２の半径方向の位置を少しづつずらすことにより、枠の影が固定されないようにすることができ、中性粒子の均一な照射が可能となる。

また、図１１に示すように、モータ３０５の回転軸３０４と金属板３００の周辺部とが複数のリブ３０３（本実施例では９０度間隔で４本設けた）で固定されている。エッチング装置の構成は図１と同様である。そして、このモータ３０５はプラズマ発生室２０の天井部２１（図１）に固定されている。

このような構成にすることで、金属板３００を回転させることができる。金属板３００の中心部に貫通孔３４２を形成することができるので、中心部の試料面上への射影は形成されない。よって、試料の中心部においても、中性粒子を一様均一に照射することが可能となる。

なお、本実施例とは、全く逆に、図１０に示す金属板３００を固定しておいて、試料台１４を回転させても良い。当然のことながら、同様な効果が得られる。
また、リブ３０３を用いない方法としては、金属板３００に永久磁石を貼付して、ロータの磁極を形成し、エッチング装置１０の外部の上部にステータを設けて、回転磁界を金属板３００に与える。これにより、金属板３００を回転磁界に同期させた同期モータのロータとして回転させる。または、回転磁界が金属板３００を横切るとに、金属板３００には電流が流れる。これを利用した誘導モータとして、金属板３００を回転させることも可能である。

本実施例の金属板３１０は図１２に示すように、貫通孔３４１の配置位置をランダム配置としている。本実施例は、この金属板３１０を第１方向に往復運動させ、その後、第２方向に往復運動させるものである。金属板３１０の外周側面の両端には第１方向に磁極面を有した一対の永久磁石３１１、３１２と、第２方向に磁極面を有した一対の永久磁石３１３、３１４とが貼付されている。そして、エッチンク装置１０の外部において、これらの永久磁石３１１と３１２および３２３と３１４とに対応する位置に、図示しない一対の電磁石を１組として２組の電磁石が設けられている。この電磁石の磁極を変化させて、第１方向と第２方向のそれぞれに対して、独立に吸引力と斥力とを発生させることで、金属板３１０を第１方向および第２方向に振動させることが可能となる。なお、これらの電磁石は、エッチング装置１０の内部に設けても良い。

このような構成によると、貫通孔３４１は第１方向に往復移動し、第２方向にも往復移動するので、金属板３１０の枠体の試料面上への射影の軌跡が均一となり、中性粒子の均一一様照射が実現できる。

本実施例では規則的に第１方向と第２方向に振動させているので、金属板３１０における貫通孔の配置は、実施例１に示した整列配置であっても、同様に中性粒子を均一一様照射が可能となる。

本実施例は２枚の金属板を直交する２方向に往復運動させる例である。図１３に示すように、第１金属板３２０には第１方向に長く延びたスリット７０が第２方向に沿って多数設けられている。第２金属板３３０は、同様に、第２方向に長く延びたスリット７１が第１方向に沿って多数設けられている。そして、第１金属板３２０の第２方向の両側面には第２方向の正方向をＮ極とする永久磁石３２１、３２２が貼付されている。同様に、第２金属板３３０の第１方向の両側面には第１方向の正方向をＮ極とする永久磁石３３１、３３２が貼付されている。

そして、第１金属板３２０と第２金属板３３０は、図１４−Ａに示すように、エッチング装置１０の中において、上下２段のリング状の銅板３７の上に摺動可能に配設されている。そして、エッチング装置１０の外部には、これらの金属板３２０と３３０の側面に接近して、図１４−Ｂに示すように、第２方向に一対の電磁石５０ａ、５０ｂ、第１方向に一対の電磁石５１ａ、５１ｂが配設されている。なお、電磁石５０ａ、５０ｂ、５１ａ、５１ｂは、エッチング装置１０の内部に設けても良い。

電磁石５０ａを永久磁石３２１に対して吸引力、電磁石５０ｂを永久磁石３２２に対して斥力となるように励起すると、第１金属板３２０は第２方向の正方向に移動させることができ、逆に、電磁石５０ａを永久磁石３２１に対して斥力、電磁石５０ｂを永久磁石３２２に対して吸引力となるように励起すると、第１金属板３２０は第２方向の負方向に移動させることができる。また、電磁石５０ａ、５０ｂを共に対応する永久磁石３２１、３２２に対して、斥力または吸引力とすると、第１金属板３２０を第２方向の中央（原点）に位置決めすることができる。

同様に、電磁石５１ａを永久磁石３３１に対して吸引力、電磁石５１ｂを永久磁石３３２に対して斥力となるように励起すると、第２金属板３３０は第１方向の正方向に移動させることができ、逆に、電磁石５１ａを永久磁石３３１に対して斥力、電磁石５１ｂを永久磁石３３２に対して吸引力となるように励起すると、第２金属板３３０は第１方向の負方向に移動させることができる。また、電磁石５１ａ、５１ｂを共に対応する永久磁石３３１、３３２に対して、斥力または吸引力とすると、第３金属板３３０を第１方向の中央（原点）に位置決めすることができる。

このような構成により、第１金属板３２０と第２金属板３３０を独立して、直交する２方向に往復移動させることが可能となる。
第１金属板３２０のスリット７０と第２金属板３３０のスリット７１は直交しているので、格子状に貫通孔が形成されたの等価となる。そして、第１金属板３２０が第２方向にスリットの１周期の周期で往復運動される。同様に、第２金属板３３０が第１方向にスリットの１周期の周期で往復運動される。このような運動は、結局は、実施例１における円運動と等価となる。したがって、実施例１と同様な効果を奏する。

また、第１金属板３２０の運動の空間周期と第２金属板３３０の運動の空間周期とを異なるようにすれば、実施例１において金属板を楕円運動させたのと等価となる。したがって、実施例１と同様な効果を奏する。また、第１金属板３２０と第２金属板３３０の時間周期（１空間周期を往復するに要する時間）を異にすると、貫通孔は第１方向と第２方向とを直交座標とするリサージュ図形を描くことになり、貫通孔の移動経路に沿った累積面積の場所依存性はさらに小さくなると考えられ、さらに、中性粒子の一様且つ均一な照射が可能となる。

図１５は実施例６のエッチング装置にもちいられた２枚の金属板３２０と３３０の駆動装置を示したものである。金属板３２０３３０の構成は実施例５と同一である。リング状の上下２段の銅板３７の上段には、圧電効果素子５３ａと導電性のスペーサ５３ｂとが第２方向に、導電性のスペーサ５３ｃ，ｄが第１方向に設けられており、銅板３７の下段には、圧電効果素子５４ａと導電性のスペーサ５４ｂとが第１方向に、導電性のスペーサ５４ｃ，ｄが第２方向に設けられている。各スペーサは各金属板を摺動可能に支持している。そして、この圧電効果素子５３ａの駆動により第１金属板３２０は第２方向に振動し、第２金属板３３０は圧電効果素子５４ａにより第１軸方向に振動する。これにより、第１金属板３２０と第２金属板３３０とは、第２方向と第１方向とに、それぞれ、高速で振動することができ、実施例５と同一の効果を奏することができる。

スペーサ５３ｂ，ｃ，ｄ、５４ｂ，ｃ，ｄは導電性であるので、銅板３７を介して第１金属板３２０と第２金属板３３０とに電圧を印加することができる。

また、駆動機構は、圧電効果素子５３ａ、５４ａに代えて、進行波形の超音波モータや振動片形の超音波モータを用いることができる。これらの圧電効果素子や超音波モータを用いる駆動機構は、実施例４においてもそのまま適用可能である。実施例３においては、モータ３０５に代えて、回転形の振動片形超音波モータを用いることができる。同様に、実施例１、２においても、モータに代えて、圧電効果素子や超音波モータを用いることができる。

上記実施例では、プラズマ処理装置としてエッチング装置を例に示したが、本発明は、アッシング、成膜などの粒子ビームを用いる加工や処理であれば、その種類には限定されず、プラズマ処理一般の装置に用いることができる。

本発明は、プラズマ処理装置において、中性粒子やイオンなどの荷電粒子のビームの指向性を保持したまま、試料の面に対する照射密度を一様且つ均一にできるので、半導体の微細加工、特に、接近した深溝トレンチングに有効である。さらに、照射密度を一様であるので、アッシング、成膜においても、高品質、高精度を実現できる。よって、半導体プロセスにおいて極めて有効な技術である。

本発明の具体的な実施例１に係るエッチング装置を示した構成図。同実施例装置で用いられた金属板の貫通孔の配置を示した平面図。同実施例装置で用いられた運動装置の機構を示した平面図。貫通孔の移動軌跡による中性粒子の照射密度の分布を示した説明図。貫通孔の他の整列配置を示した平面図。貫通孔の他の整列配置を示した平面図。同配置における貫通孔の移動軌跡による中性粒子の照射密度の分布を示した説明図。貫通孔の他の整列配置を示した平面図。貫通孔の他の整列配置を示した平面図。貫通孔の他の整列配置を示した平面図。本発明の具体的な実施例２に係るエッチング装置に用いられている運動装置を示した構成図。本発明の具体的な実施例３に係るエッチング装置に用いられている金属板を示した構成図。同装置の金属板の回転機構を示した断面図。本発明の具体的な実施例４に係るエッチング装置に用いられている金属板を示した構成図。本発明の具体的な実施例５に係るエッチング装置に用いられている金属板を示した構成図。同実施例５に係る金属板の駆動機構を示した断面図。同実施例５に係る金属板の駆動機構を示した平面図。実施例６に係る金属板の駆動機構を示した断面図。

符号の説明

１０…エッチング装置
１２…チャンバー
１４…試料台
１６…試料
２０…プラズマ生成室
２１…天井部
２２…導波管
３０…金属板
３２…銅板
３４…貫通孔
３５…側壁
３６…ロッド
３７…銅板
４０…運動装置
４２…回転板
４３…回転板
５０ａ，５０ｂ，５１ａ，５１ｂ…電磁石
５３ａ、５４ａ…圧電効果素子
５３ｂ，ｃ，ｄ，５４ｂ，ｃ，ｄ…スペーサ
７０，７１…スリット
３００，３１０…金属板
３０１，３０２…枠体
３０３…リブ
３１１，３１２，３１３，３１４…永久磁石
３２０…第１金属板
３２１，３２２，３３３，３３４…永久磁石
３３０…第２金属板
３４０，３４１，３４２…貫通孔

Claims

プラズマから得られ又は変換された粒子を試料に照射するプラズマ処理装置において、
プラズマを生成するプラズマ生成部と、
前記プラズマ生成部で生成されたプラズマを前記試料に向けて通過させる貫通孔を多数有し、この貫通孔を通して、粒子を前記試料に照射する金属板と、
前記試料の表面に平行な面において、前記金属板を円形状を含む楕円形状に前記試料に対して相対的に運動させる第１運動を発生させる運動装置と
を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
前記金属板の面上の直交する２方向において、前記貫通孔は同一周期で整列配置されており、前記運動装置は前記金属板を少なくとも貫通孔の周期の整数倍の直径を有した円運動を前記試料に対して相対的にさせる装置であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
前記運動装置は、前記第１運動にさらに円運動を合成させた第２運動を発生させる装置であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプラズマ処理装置。
プラズマから得られ又は変換された粒子を試料に照射するプラズマ処理装置において、
プラズマを生成するプラズマ生成部と、
前記プラズマ生成部で生成されたプラズマを前記試料に向けて通過させる貫通孔を多数有し、この貫通孔を通して、粒子を前記試料に照射する円形の金属板と、
前記金属板を円形の中心点を軸として前記試料に対して相対的に回転させる回転装置と、
を有し、
ある半径ｒにおける単位半径方向長さΔｒ当たりの前記貫通孔の１周の総合面積を、その半径ｒに比例させたことを特徴とするプラズマ処理装置。
前記回転装置は、その回転軸が前記金属板の上方に位置し、前記回転軸から延設され前記金属板の外周部に接続されたリブにより、前記金属板を前記回転軸に支持して回転させる機構であることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置。
プラズマから得られ又は変換された粒子を試料に照射するプラズマ処理装置において、
プラズマを生成するプラズマ生成部と、
前記プラズマ生成部で生成されたプラズマを前記試料に向けて通過させる貫通孔を多数有し、この貫通孔を通して、粒子を前記試料に照射する金属板と、
前記試料の表面に平行な第１方向に、前記金属板を前記試料に対して相対的に往復運動させることと、前記試料の表面に平行で且つ前記第１方向に垂直な第２方向に、前記金属板を前記試料に対して相対的に往復運動させることを、１又は複数周期毎に交互に実行させる振動装置と
を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
プラズマから得られ又は変換された粒子を試料に照射するプラズマ処理装置において、
プラズマを生成するプラズマ生成部と、
前記プラズマ生成部で生成されたプラズマを前記試料に向けて通過させる第１方向に延びたスリットをこの第１方向に垂直な第２方向に多数配置し、このスリットを通して、粒子を前記試料に照射する第１金属板と、
前記第１金属板の上方に位置し、前記プラズマ生成部で生成されたプラズマを前記試料に向けて通過させる前記第２方向に延びたスリットを前記第１方向に多数配置し、このスリットを通して、粒子を前記試料に照射する第２金属板と、
前記第１金属板を前記第２方向に往復運動させ、前記第２金属板を前記第１方向に往復運動させる振動装置と
を有することを特徴とするプラズマ処理装置。