JP2006013364A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 プラズマ処理装置において、ガス分散板に形成された複数のガス穴の拡大を均一化させることによって、プロセス特性の均一性を向上させる。また、各ガス穴の拡大を平均化することによって、プロセス特性の均一性を所定の誤差範囲内に維持できる期間を長期化させ、ガス分散板の寿命を延長させる。
【解決手段】 プラズマ処理装置の構成を、減圧自在な処理室１と、複数の開孔９を有するガス分散板３と、ガス分散板３の複数の開孔９を通して処理室１にプロセスガスを供給するガス供給路２と、処理室１で発生するガスを処理室１から排出するガス排出路７と、ガス分散板３と対向して設けられ、処理室１の内部にプロセスガスのプラズマ放電を発生させるコイル４とを含み、ガス分散板３の複数の開孔９とコイル４との相対位置が移動自在である構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プラズマを発生させて被処理材を処理するプラズマ処理装置及びその処理方法に関し、詳しくは、プラズマ環境下で半導体基板等の被処理材にドライエッチングやプラズマＣＶＤ成膜等の加工を行う装置及びその方法に関するものである。更に詳しくは、プラズマを発生させた累積時間による経時的な加工誤差の変化を低減させる技術に関するものである。また、プラズマ処理装置におけるパーツの寿命を延命する技術に関するものである。

半導体デバイスの製造において、プラズマを用いて半導体基板を微細加工する方法が広く用いられてきている。ドライエッチング技術もその一つである。従来のドライエッチング装置の処理室の内部には、エッチングレートの均一性、エッチング平面の均一性及びエッチング断面形状の均一性等、プロセス特性の被処理材（半導体基板等）の全面に対する均一性（以下においては、プロセス特性の均一性と略記する）を向上させるため、ユニフォミティーリングやガス分散板等の様々なパーツが設けられている。

ここで、従来のドライエッチング装置の構成例について、図面を参照しながら説明する。図８は、従来の誘導結合型ドライエッチング装置の構成を表す模式的な断面図である。図８に示された誘導結合型ドライエッチング装置は、減圧自在なエッチング処理室１０１と、エッチングガスをエッチング処理室１０１に輸送するガス供給路１０２、ガス供給路１０２からエッチング処理室１０１へエッチングガスを導入するガス分散板１０３と、高周波電圧を印加してエッチング処理室１０１の内部にプラズマ放電を発生させるＲＦ印加コイル１０４と、被エッチング物であるウェハー１０５を載置する下部電極１０６と、ドライエッチング処理で生じた反応生成ガスを排気するガス排出路１０７とから構成されている。

ガス分散板１０３は、エッチングガスをエッチング処理室１０１に導入し、ウェハー１０５上のプラズマ発生領域１０８におけるプラズマ密度の分布を均一にする作用をもつ。プラズマ発生領域１０８におけるプラズマ密度分布の均一性は、ガス分散板１０３のガス穴１０９の配置によって調整される。なお、従来の誘導結合型ドライエッチング装置では、複数のガス穴１０９が、円板状のガス分散板１０３の周辺部において、ガス分散板１０３の中心と同一の円周上に形成されている。

図９は、従来の誘導結合型ドライエッチング装置におけるＲＦ印加コイルを表す模式的な平面図である。図９において、ＲＦ印加端子１１０は、高周波電力が供給される端子であり、グラウンド端子１１１は、グラウンド電位に接続（電気的に接地）されている端子である。

図８に示された誘導結合型ドライエッチング装置では、ＲＦ印加コイル１０４のＲＦ印加端子１１０とグラウンド端子１１１との間で電圧降下が発生し、ＲＦ印加コイル１０４の全体に同一の電圧が印加されない。これにより、処理室１０１の内部に発生する電界の強さが場所に依存して異なり、プラズマ密度分布も均一とならない。具体的には、電圧の高い部分（ＲＦ印加端子１１０側）のＲＦ印加コイル１０４の下部における処理室１０１の内部に高電界が発生する。このような状態でドライエッチングを重ねると、高電界の発生している付近の特定のガス穴１０９が、プラズマイオン衝撃（スパッタエッチング）によって、他のガス穴１０９よりも速く拡大してしまう。

図１０は、従来の誘導結合型ドライエッチング装置におけるＲＦ印加コイルとガス分散板の複数のガス穴との相対位置を説明するための説明図である。図１０に示されたガス分散板１０３には、８つのガス穴１０９ａ〜１０９ｈが形成されている。ガス穴１０９ａ〜１０９ｈの真上に対応するＲＦ印加コイル１０４の部位をＡ点〜Ｈ点として、ＲＦ印加コイル１０４のＡ点〜Ｈ点での電圧を固定し、かつＲＦ印加コイル１０４とガス分散板１０３との相対配置を固定して１０００時間ドライエッチング処理した後におけるガス穴１０９ａ〜１０９ｈの直径とＡ点〜Ｈ点に印加される電圧とを表１に示す。なお、表１において、Ａ点〜Ｈ点の電圧は、Ａ点に印加される電圧値を基準として規格化された電圧比によって表されている。

表１からわかるように、Ａ点〜Ｈ点での電圧比は、ＲＦ印加コイルにおいて電圧降下が発生するために、ＲＦ印加端子１１０に近いＡ点から、Ｂ点、Ｃ点、・・・、Ｈ点とグラウンド端子１１１に近づくにしたがって低下している。つまり、ＲＦ印加端子１１０とグラウンド端子１１１との間で電圧にばらつきが発生していることがわかる。また、表１からわかるように、ガス穴１０９ａ〜１０９ｈの直径は、印加される電圧が高い部位に近いほど大きく、ＲＦ印加コイル１０４のＡ点〜Ｈ点に対応する各ガス穴の削られ方が、ガス穴の位置によって均一でない。つまり、ドライエッチングを重ねるにつれて、各ガス穴１０９ａ〜１０９ｈの直径の差が顕著となり、ドライエッチングにおけるプロセス特性の均一性が低下する。

また、局所的に速く削られた特定のガス穴１０９が、ある一定以上の大きさに拡大すると、特定のガス穴１０９を介してプラズマがエッチング処理室１０１の内部からガス分散板３の裏側（ガス供給路２）に回り込み、異常放電を発生させてしまう。

この異常放電を検知することによって、ガス分散板の交換時期を検知し、プロセス特性の均一性を所定の許容範囲内に収める技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。ここで、特許文献１に開示されたエッチング装置について、図１１を参照しながら説明する。図１１は、従来のドライエッチング装置の構成を示す模式的な断面図である。

図１１に示されたドライエッチング装置は、上部電極１１７と下部電極１１８とプラズマを検知するプラズマ検知器１２１とを含む。上部電極１１７は、ガス供給孔１１２が設けられたクーリングプレート１１３と、複数のガス穴１１４が設けられたガス導入板１１５（上記のガス分散板に対応）と、クーリングプレート１１３とガス導入板１１５とを固定する治具１１６とから構成されている。ガス導入板１１５は、クーリングプレート１１３に複数設けられたガス供給孔１１２から吐出されたガスを、ウェハー１１９上に均一に導入するという作用をもつ。プラズマ検知器１２１は、クーリングプレート１１３とガス導入板１１５との間で発生するプラズマの異常放電を検知する。

被エッチング物であるウェハー１１９は、下部電極１１８の上に載置される。ウェハー１１９をエッチングする際には、上部電極１１７と下部電極１１８との間に高周波電力を供給し、上部電極１４７と下部電極１１８との間の空間にプラズマを発生させている。ウェハー１１９のエッチングは、エッチング処理室１２０で行われる。

エッチング処理室１２０に配置されたガス導入板１１５が消耗してくると、ガス導入板１１５が薄くなると同時に、ガス導入板１１５のガス穴１１４が大きくなってしまう。このガス導入板１１５のガス穴１１４がある大きさ以上に拡大すると、クーリングプレート１１３とガス導入板１１５との間で異常放電が発生する。プラズマ検知器２１は、この異常放電によるプラズマを検知し、検知した時点でエッチング装置を停止させる。
特開２００２−４３２７６号公報

上記の特許文献１に開示された技術においては、各ガス穴の拡大はガス穴の形成されている位置に依存するために、特定のガス穴が、常に、他のガス穴よりも速く拡大されていた。また、その特定のガス穴が所定の大きさ以上になれば、他のガス穴が十分に小さくてもガス導入板（ガス分散板）を新しいものに交換していた。

プラズマの発生した環境下では、ガス分散板に形成された各ガス穴が徐々に拡大することは避けられないが、各ガス穴の大きさを常に一定に保つことができれば、プロセス特性の均一性を維持できる。

そこで、本発明では、プラズマ処理におけるガス分散板の各ガス穴の拡大を均一化すること、つまり、ガス分散板における位置に依存して局所的に特定のガス穴が優位に拡大することを抑制することによって、プロセス特性のウェハー全面に対する均一性を向上させる。また、各ガス穴の拡大を均一化することによって、プロセス特性の均一性を所定の許容範囲内に維持できる期間を長期化させ、ガス分散板の寿命を延命させる。

上記の課題を解決するために、本発明に係るプラズマ処理装置は、減圧自在な処理室と、複数の開孔を有するガス分散板と、ガス分散板の複数の開孔を通して処理室にプロセスガスを供給するガス供給路と、処理室で発生するガスを処理室から排出するガス排出路と、ガス分散板と対向して設けられ、処理室の内部にプロセスガスのプラズマ放電を発生させるコイルとを含むプラズマ処理装置であって、ガス分散板の複数の開孔とコイルとの相対位置が移動自在であることを特徴とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係るプラズマ処理方法は、減圧自在な処理室と、複数の開孔を有するガス分散板と、ガス分散板の複数の開孔を通して処理室にプロセスガスを供給するガス供給路と、処理室で発生するガスを処理室から排出するガス排出路と、ガス分散板と対向して設けられ、処理室の内部でプロセスガスのプラズマ放電を発生させるコイルとを含むプラズマ処理装置を用いて、処理室の内部に配置された被処理材に加工を施すプラズマ処理方法であって、プロセスガスのプラズマ放電を発生させた実質的な累積放電時間に応じて、ガス分散板の複数の開孔とコイルとの相対位置を移動させることを特徴とする。

本発明に係るプラズマ処理装置であれば、ガス分散板の複数の開孔とコイルとの相対位置を変化させることによって、ガス分散板における位置に依存して局所的に特定の開孔が優位に拡大することを抑制できる。つまり、各開孔の拡大を均一化させることができる。これによって、プラズマ処理におけるプロセス特性の均一性を向上させることができる。また、プロセス特性の均一性を所定の誤差範囲内に維持できる期間を長期化させることができ、ガス分散板の寿命も延命させることができる。

また、本発明に係るプラズマ処理方法を適用すれば、ガス分散板の複数の開孔とコイルとの相対位置を累積放電時間に応じて変化させることによって、ガス分散板における位置に依存して局所的に特定の開孔が優位に拡大することを抑制できる。つまり、各開孔の拡大を均一化させることができる。これによって、プラズマ処理において、被処理材の全面に対して、均一な加工を行うことができる。また、プラズマ処理において、被処理材の全面に対して、均一な加工を行える期間を延長することができる。

本発明に係るプラズマ処理装置は、上述のように、処理室と、複数の開孔を有するガス分散板と、ガス供給路と、ガス排出路と、プロセスガスのプラズマ放電を発生させるコイルとを含んでおり、ガス分散板とコイルとの少なくとも一方が移動自在であることを特徴としている。ここで、プラズマ処理装置とは、プロセスガスのプラズマ放電を利用して、被処理材に所定の処理を施す装置である。プラズマ処理装置としては、例えば、被処理材をドライエッチングするドライエッチング装置や被処理材上に被膜を形成するプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置が挙げられる。なお、ガス分散板及びコイルの少なくとも一方が移動自在であること以外については、公知のいかなるプラズマ処理装置の構成と同一であってもよい。以下においては、本発明の特徴部分のみについて詳細に説明する。

本発明に係るプラズマ処理装置では、ガス分散板及びコイルの少なくとも一方の位置を回転等により移動させることによって、ガス分散板の複数の開孔とコイルとの相対位置を変化させる。これにより、ガス分散板の各開孔の拡大を均一化させることができる。相対位置を変化させるための動力は、人力であっても、電力等に基づく機械的な動力であってもよい。本発明に係るプラズマ処理装置では、ガス分散板やコイルを簡便に又は正確に移動させるために、ベアリングやギア等が形成されていてもよい。

ガス供給路から供給されるプロセスガスには、例えば、ドライエッチング装置においては、被処理材をエッチングする原子を有する１種類又は複数種類のガス（エッチングガス）が含まれており、プラズマＣＶＤ装置においては、被処理材上に形成する被膜を構成する原子を有する１種類又は複数種類のガス（膜材料ガス）が含まれている。

本発明に係るプラズマ処理装置では、ガス分散板の複数の開孔が、ガス分散板において、コイルをガス分散板に射影した射影領域より外側の領域に形成されていることが好ましい。コイルの下方に形成されるプラズマ発生領域からガス分散板の複数の開孔までの距離が大きくなり、各開孔の拡大速度を抑制できるからである。

本発明に係るプラズマ処理装置では、コイルが回転自在であり、コイルを回転させて、ガス分散板の複数の開孔とコイルとの相対位置を移動させることが好ましい。ガス分散板の複数の開孔とコイルとの相対位置を簡便に変化させることができるからである。本明細書において、回転自在には、一方向のみ又は双方向に連続的に回転できる場合や、一方向のみ又は双方向に段階的に回転できる場合を含意する。

本発明に係るプラズマ処理装置では、ガス分散板が回転自在であり、ガス分散板を回転させて、ガス分散板の複数の開孔とコイルとの相対位置を移動させることが好ましい。ガス分散板の複数の開孔とコイルとの相対位置を簡便に変化させることができるからである。

本発明に係るプラズマ処理装置では、プロセスガスのプラズマ放電を発生させた実質的な累積放電時間を算出する放電時間算出部を更に含むことが好ましい。プラズマ放電が発生している累積放電時間に依存してガス分散板の各開孔は拡大するので、累積放電時間に応じて、ガス分散板の複数の開孔とコイルとの相対位置を変化させることによって、各開孔の大きさを高精度で均一化できるからである。

本明細書において、実質的な累積放電時間を算出するとは、例えば、プラズマ放電の発生を測定し、厳密な累積放電時間を算出してもよいし、コイルに高周波電圧を印加した電圧印加時間を測定し、電圧印加時間に基づいて累積放電時間を算出してもよいし、プロセスガスを供給したガス供給時間を測定して、ガス供給時間に基づいて累積時間を算出してもよいことを意味する。

プラズマ放電の発生を測定する場合には、放電時間算出部は、処理室の内部のプラズマ発生領域に設けられるプラズマ検知器とプラズマ検知器からの検知信号に基づいてプラズマ検知時間を積算する演算部とで構成される。高周波電圧の印加時間を測定する場合には、放電時間算出部は、高周波電圧の印加を検出する電圧検知器と、電圧検出器からの検知信号に基づいて電圧検知時間を積算する演算器とで構成される。また、プロセスガスの供給時間を測定する場合には、プロセスガスの供給を検知するガス検知器と、ガス検知器からの検知信号に基づいてガス検知時間を積算する演算器とで構成される。

被処理材ごとに同一のプラズマ処理が繰り返し行われる場合には、各プラズマ処理における処理時間は略一定となる。したがって、このような場合には、放電時間算出部では、コイルへの高周波電圧の印加するオン・オフ制御の回数やプロセスガスを供給するオン・オフ制御の回数に基づいて実質的な累積放電時間を算出することもできる。この場合、放電時間算出部は、高周波電圧やガス供給のオン・オフを検知するオン・オフ検知器と検出器からの検知信号に基づいてオン・オフ回数を積算する演算器とで構成される。

放電時間算出部では、コイルに高周波電圧を印加した時間に基づいて累積放電時間を算出することが好ましい。プラズマ検知器を設けるよりも装置構成を簡素化でき、また、プロセスガスの供給時間に基づく累積放電時間よりもプラズマ放電を発生させた厳密な累積放電時間に近似する累積放電時間を算出できるからである。

上記においては、放電時間算出部を設けて自動的に累積放電時間を算出する場合について説明したが、本発明に係るプラズマ処理装置では、人力で実質的な累積放電時間を計算してもよい。人力で計算する場合には、プラズマ処理装置の稼動時間を積算して、累積放電時間を算出することが好ましい。ただし、放電時間算出部を設けた方が、累積放電時間を高精度で算出できる。

本発明に係るプラズマ処理装置では、ガス分散板の複数の開孔とコイルとの相対位置を制御する位置制御部を更に含むことが好ましい。ガス分散板の複数の開孔とコイルとの相対位置を簡便かつ高精度に制御できるからである。位置制御部における動力は、人力であってもよいし、電力等に基づく機械的な動力であってもよい。つまり、位置制御部は、例えば、人力によりガス分散板の複数の開孔とコイルとの相対位置を変化させてもよいし、電力等を機械的な動力に変換し、その動力によってそれらの相対位置を制御してもよい。

本発明に係るプラズマ処理装置では、放電時間算出部が、実質的な累積放電時間に基づいて位置制御信号を生成し、位置制御部が、位置制御信号に応じて、ガス分散板の複数の開孔とコイルとの相対位置を自動的に変化させることが好ましい。人力で行う場合よりも、高精度かつ簡便に複数の開孔とコイルとの相対位置を変化させることができるからである。なお、人力でそれらの相対位置を変化させる場合には、累積放電時間を告知するための表示器や音声発生器等を含む告知部を更に設けることが好ましい。

本発明に係るプラズマ処理装置では、コイルの形状が、平面的な渦巻き形状であり、コイルの両端のうち、一方の端が高周波電圧の印加される端子であり、他方の端が電気的に接地される端子であることが好ましい。主要な被処理材である半導体基板（ウェハー）は、通常、略円形であるために、半導体基板の上方に均一にプラズマ放電を発生させることができるからである。

本発明に係るプラズマ処理装置では、複数の開孔が、ガス分散板において１つの円周上に等間隔で形成されていることが好ましい。主要な被処理材である半導体基板は、通常、略円形であるために、半導体基板の上方に均一にプラズマ放電を発生させることができるからである。

本発明に係るプラズマ処理装置では、コイルの形状が、平面的な渦巻き形状であり、ガス分散板の複数の開孔が、ガス分散板において１つの円周上に等間隔で形成され、コイルとガス分散板とが、平行に配置され、１つの円周の中心とコイルの中心とが、ガス分散板の法線方向に並んでいることが好ましい。ガス分散板の複数の開孔とコイルとの相対位置を高精度で変化させることができ、かつ、プロセス特性の均一性を簡便に向上させることができるからである。

本発明に係るプラズマ処理装置では、複数の開孔を配列させた１つの円周の中心とコイルの中心とを通る軸を中心軸として、コイルが、中心軸に対して回転自在であり、コイルを中心軸に対して回転させて、ガス分散板の複数の開孔とコイルとの相対位置を移動させることが好ましい。ガス分散板の複数の開孔の大きさを簡便かつ高精度で均一化させることができるからである。

本発明に係るプラズマ処理装置では、複数の開孔を配列させた１つの円周の中心とコイルの中心とを通る軸を中心軸として、ガス分散板が、中心軸に対して回転自在であり、ガス分散板を中心軸に対して回転させて、ガス分散板の複数の開孔とコイルとの相対位置を移動させることが好ましい。ガス分散板の複数の開孔の大きさを簡便かつ高精度で均一化させることができるからである。

また、本発明に係るプラズマ処理方法は、上記の本発明に係るプラズマ処理装置の動作方法であり、上述のように、プロセスガスのプラズマ放電を発生させた実質的な累積放電時間に応じて、ガス分散板の複数の開孔とコイルとの相対位置を移動させる。なお、複数の開孔とコイルとの相対位置を変化させること以外は、公知のいかなるプラズマ処理方法と同一であってもよい。

（実施の形態１）
本実施の形態１においては、本発明に係るドライエッチング装置の一形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、ドライエッチング装置の構造の一例を表す模式的な断面図である。図１に示されたドライエッチング装置は、減圧自在な処理室１と、複数のガス穴（開孔）９を有するガス分散板３と、ガス分散板３の複数の開孔９を通して処理室１にエッチングガス（プロセスガス）を供給するガス供給路２と、処理室１０で発生するガスを処理室１から排出するガス排出路７と、処理室１０の内部にプロセスガスのプラズマ放電を発生させるＲＦ印加コイル４と、下部電極６とを含む。

図１に示されたドライエッチング装置は、ＲＦ印加コイル４が回転自在であること以外は、図８に示された従来の誘導結合型ドライエッチング装置と同一の構成である。従来と同一の部材については、公知のいかなる構成であってもよく、以下においてはその説明を省略する。

ＲＦ印加コイル４は、平面的な渦巻き状の形状（図９参照）であり、内側の端が電気的に接地されるグラウンド端子であり、外側の端が高周波電圧が印加されるＲＦ印加端子である。ＲＦ印加コイル４の中心と、複数のガス穴９が整列する所定の円周の中心とは、ガス分散板３の法線方向（厚さ方向）に整列している。また、ＲＦ印加コイル４の最外周部は、ガス分散板３に形成された複数のガス穴９の略真上に配設されている。高周波電圧がＲＦ印加コイル４に印加されると、ガス供給路２及びガス分散板３のガス穴９を通して供給されるプロセスガスのプラズマ放電が、処理室１における所定の領域（以下において、プラズマ発生領域と称する）８に発生する。

以下に、図１に示されたドライエッチング装置の動作方法（プラズマ処理方法）について説明する。図２（ａ）〜（ｃ）は、プラズマ処理方法を説明するための説明図である。

図２（ａ）は、新品のガス分散板３を取り付けた状態を表している。この状態において、所定の累積放電時間だけエッチングガスを導入し、ウェハー５のドライエッチング（プラズマ処理）を行う。

次に、図２（ｂ）に示されたように、ＲＦ印加コイル４を、中心軸に対して所定の角度だけ右方向に回転させる。これによって、各ガス穴９とＲＦ印加コイル４との相対位置を図２（ａ）に示された相対位置と異ならせることができる。引き続き、図２（ｂ）に示された状態において、所定の累積放電時間だけウェハー５のドライエッチングを行う。

次に、図２（ｃ）に示されたように、ＲＦ印加コイル４を、中心軸に対して所定の角度だけ右方向に更に回転させる。これによって、各ガス穴９とＲＦ印加コイル４との相対位置を更に異ならせる。引き続き、図２（ｃ）に示された状態において、所定の累積放電時間だけウェハー５のドライエッチングを行う。

以降は、ＲＦ印加コイル４を回転させてガス分散板３の各ガス穴９とＲＦ印加コイル４の相対位置を移動させ、かつ、移動を完了した状態において、所定の累積放電時間だけウェハー５のドライエッチング（一回のドライエッチング工程）を行う動作を繰り返す。

ドライエッチング工程ごとの所定の累積放電時間は、一定の時間であってもよいし、毎回一定の時間でなくてもよい。また、ドライエッチング工程の完了ごとの移動において、所定の角度は、一定の角度であってもよいし、毎回一定の角度でなくてもよい。また、上記においては、ドライエッチング工程の完了ごとの移動において、ＲＦ印加コイル４を一定の方向（右方向）に回転させているが、必ずしも一定の方向に回転させなくてもよい。

以上で説明したように、ＲＦ印加コイル４を回転させることによって、ＲＦ印加コイル４におけるＲＦ印加端子１０に近く高電圧が印加される部分の下方に配置させられるガス穴９を順次に入れ替えることができる。これにより、各ガス穴９の付近のプラズマ発生領域８（図１参照）における電界強度の時間平均も均一化されるので、電界強度に依存するプラズマイオン衝撃（スパッタエッチング）によるエッチングの程度の差が無くなり、すべてのガス穴９の大きさが均一化される。したがって、プロセス特性の均一性が維持できる。また、特定のガス穴９が異常に速く大きくなることを抑制できるため、ガス分散板３の寿命を延命できる。なお、各ドライエッチング工程における累積放電時間や各ドライエッチング工程の完了後の移動における回転方向や回転角度は、ガス分散板３の各ガス穴９の大きさが均一化されるように最適化することが好ましい。

ここで、本実施の形態１の一実施例について説明する。図３は、本実施例１に係るプラズマ処理方法を説明するための説明図である。図３に示されたように、ガス分散板３には、８つのガス穴９ａ〜９ｈが円周上に等間隔（４５度間隔の回転角）で設けられている。なお、新品の状態において、８つのガス穴９ａ〜９ｈの直径は均一である。

本実施例１では、３０時間だけウェハー５をドライエッチングし、かつドライエッチング後に一定の回転方向（図３における実線矢印の方向）に４５度だけＲＦ印加コイル４を回転させる動作を繰り返し行った。累積放電時間が１０００時間に到達した直後におけるガス分散板３の各ガス穴９ａ〜９ｈの直径と、累積放電時間が１０００時間に到達した際に処理されていたウェハー５における各ガス穴９ａ〜９ｈの真下に対応する点Ａ〜点Ｈのエッチング量（エッチングレート）とを下記の表２に示す。また、比較のために、ウェハー５を回転させないこと以外は本実施例１と同一の条件でプラズマ処理を行った比較例１に対するガス分散板３の８つのガス穴９ａ〜９ｈの直径と、ウェハー５における点Ａ〜点Ｈのエッチング量とを下記の表３に示す。

表２に示されたように、本実施例１においては、各ガス穴９ａ〜９ｈの直径の誤差は±５．９％の範囲であり、ウェハー５における点Ａ〜点Ｈのエッチング量の誤差は±０．４％の範囲であった。一方、表３に示されたように、比較例１においては、各ガス穴９ａ〜９ｈの直径の誤差は±１０９％の範囲であり、ウェハー５における点Ａ〜点Ｈのエッチング量の誤差は±９．４％の範囲であった。

表２及び表３からわかるように、各ガス穴９ａ〜９ｈの大きさを均一化することができ、また、プロセス特性の均一性を向上させることができた。つまり、高精度のドライエッチングを行うことができた。

ガス分散板３の寿命は、プロセス特性の均一性に要求される許容値によって決定される。そこで、新品の状態でのエッチング量（位置に依存せず略一定）に対する比較例１における点Ａのエッチング量が最大許容値であるとした場合、本実施例１の方法によれば、点Ａ〜点Ｈのいずれか１つのエッチング量がその最大許容値に到達するまでに、更に２０００時間（合計３０００時間）のドライエッチングを行うことができた。つまり、ガス分散板３の寿命を大幅に延命することができた。

上記においては、ドライエッチング装置の場合について説明したが、プラズマＣＶＤ装置であっても同様である。プラズマＣＶＤ装置の場合、プロセスガスとして膜材料ガスが処理室１に供給され、膜材料ガスに含まれる原子からなる被膜がウェハー５上に成膜される。なお、プラズマＣＶＤ装置であっても、ガス分散板のガス穴は、ドライエッチング装置の場合と同様に、プラズマイオン衝撃によって拡大する。

（実施の形態２）
本実施の形態２においては、本発明に係るドライエッチング装置の一形態について説明する。本実施の形態２のドライエッチング装置は、ＲＦ印加コイルが固定されており、ガス分散板が回転自在であること以外は、図１に示された上記の実施の形態１のドライエッチング装置と同一の構成である。また、本実施の形態２のドライエッチング装置におけるプラズマ処理方法は、ＲＦ印加コイルを回転させる代わりにガス分散板を回転させること以外は、上記の実施の形態１のプラズマ処理方法と同一である。したがって、以下においては、上記の実施の形態１との相違部分についてのみ説明する。

本実施の形態２のドライエッチング装置では、まず、新品のガス分散板を取り付けた状態において、所定の累積放電時間だけエッチングガスを導入し、ウェハーのドライエッチングを行う。次に、ガス分散板を、中心軸に対して所定の角度だけ右方向に回転させる。これによって、各ガス穴とＲＦ印加コイルとの相対位置を異ならせることができる。引き続き、この状態において、所定の累積放電時間だけウェハーのドライエッチングを行う。以降は、ＲＦ印加コイルを回転させてガス分散板の各ガス穴とＲＦ印加コイルの相対位置を移動させ、かつ、移動を完了した状態において、所定の累積放電時間だけウェハーのドライエッチング（一回のドライエッチング工程）を行う動作を繰り返す。

ドライエッチング工程ごとの所定の累積放電時間は、一定の時間であってもよいし、毎回一定の時間でなくてもよい。また、ドライエッチング工程の完了ごとの移動において、所定の角度は、一定の角度であってもよいし、毎回一定の角度でなくてもよい。また、上記においては、ドライエッチング工程の完了ごとの移動において、ガス分散板を一定の方向（右方向）に回転させているが、必ずしも一定の方向に回転させなくてもよい。

以上で説明したように、ガス分散板を回転させることによって、上記の実施の形態１と同様に、ＲＦ印加コイルにおいてＲＦ印加端子に近く高電圧が印加される部分の下方に配置させられるガス穴を順次に入れ替えることができる。これにより、各ガス穴の付近のプラズマ発生領域における電界強度の時間平均も均一化されるので、電界強度に依存するプラズマイオン衝撃によるエッチングの程度の差が無くなり、すべてのガス穴の大きさが均一化される。したがって、プロセス特性の均一性が維持できる。また、特定のガス穴が異常に速く大きくなることを抑制できるため、ガス分散板の寿命を延命できる。なお、各ドライエッチング工程における累積放電時間や各ドライエッチング工程の完了後の移動における回転方向や回転角度は、ガス分散板の各ガス穴の大きさが均一化されるように最適化することが好ましい。

ここで、本実施の形態２の一実施例について説明する。図４は、本実施例２に係るプラズマ処理方法を説明するための説明図である。本実施例２では、３０時間だけウェハー５をドライエッチングし、かつドライエッチング後に一定の回転方向（図４における実線矢印の方向）に４５度だけガス分散板３を回転させる動作を繰り返し行った。累積放電時間が１０００時間に到達した直後におけるガス分散板３の各ガス穴９ａ〜９ｈの直径と、累積放電時間が１０００時間に到達した際に処理されていたウェハー５における点Ａ〜点Ｈのエッチング量（エッチングレート）とを下記の表４に記載する。また、比較のために、ウェハー５を回転させないこと以外は本実施例２と同一の条件でプラズマ処理を行った比較例２に対するガス分散板３の８つのガス穴９ａ〜９ｈの直径と、ウェハー５におけ点Ａ〜点Ｈのエッチング量とを測定した。なお、比較例２と上記の比較例１の結果（表３参照）とは同一である。

表４に示されたように、本実施例２においては、各ガス穴９ａ〜９ｈの直径の誤差は±５．７％の範囲であり、ウェハー５における点Ａ〜点Ｈのエッチング量の誤差は±０．４％の範囲であった。一方、比較例２（表３参照）においては、各ガス穴９ａ〜９ｈの直径の誤差は±１０９％の範囲であり、ウェハー５における点Ａ〜点Ｈのエッチング量の誤差は±９．４％の範囲であった。

表４及び表３からわかるように、上記の実施例１の場合と同様に、各ガス穴の大きさを均一化することができ、また、プロセス特性の均一性を向上させることができた。つまり、高精度のドライエッチングを行うことができた。

新品の状態でのエッチング量に対する比較例２における点Ａのエッチング量が最大許容値であるとした場合、本実施例２の方法であれば、上記の実施例１の場合と同様に、点Ａ〜点Ｈのいずれか１つのエッチング量がその最大許容値に到達するまでに、更に２０００時間（合計３０００時間）のドライエッチングを行うことができた。つまり、ガス分散板３の寿命を大幅に延命することができた。

（実施の形態３）
本実施の形態３においては、本発明に係るドライエッチング装置の一形態について説明する。本実施の形態３のドライエッチング装置は、ＲＦ印加コイルに対するガス分散板のガス穴の位置が異なること以外は、上記の実施の形態１と同一の構成である。上記の実施の形態１と同一の部材には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。

図５は、本実施の形態３のドライエッチング装置の構成の一例を表す模式的な断面図である。図５に示されたように、ガス分散板１３のガス穴１９は、ガス分散板１３においてＲＦ印加コイル４よりも外側、つまり、ＲＦ印加コイル４をガス分散板に射影した射影領域より外側の領域に形成されている。なお、上記の実施の形態１においては、図１に示されたように、ガス分散板３のガス穴９は、ＲＦ印加コイル４の最外周部分の略真下に形成されている。

ＲＦ印加コイル４に高周波電圧を印加したとき、ＲＦ印加コイル４の下方におけるプラズマ発生領域８にプラズマ放電が発生する。また、ＲＦ印加コイル４において最外周部分がその他の内周部分よりも電圧が高いため、最外周部分の真下に誘起される電界は高電界となる。本実施の形態３のドライエッチング装置では、ガス穴１９がＲＦ印加コイル４よりも外側に配置されているため、ガス穴１９の近傍には、最外周部分の真下に誘起される電界より低い電界しか誘起されない。したがって、ガス穴１９は最外周部分の真下でエネルギーを得たプラズマイオンの衝撃によりも弱い衝撃しか受けないために、ガス穴１９の拡大が上記の実施の形態１の場合よりも抑制される。

ここで、本実施の形態３の一実施例について説明する。図６は、本実施例３に係るプラズマ処理方法を説明するための説明図である。本実施例３では、３０時間だけウェハー５をドライエッチングし、かつドライエッチング後に一定の回転方向に４５度だけＲＦ印加コイル４を回転させる動作を繰り返し行った。累積放電時間が１０００時間に到達した直後におけるガス分散板１３の８つのガス穴１９ａ〜１９ｈの直径と、累積放電時間が１０００時間に到達した際に処理されていたウェハー５における点Ａ〜点Ｈのエッチング量（エッチングレート）とを下記の表５に記載する。また、比較のために、ＲＦ印加コイル４を回転させないこと以外は本実施例３と同一の条件でプラズマ処理を行った比較例３に対するガス分散板３の各ガス穴９ａ〜９ｈの直径と、ウェハー５における点Ａ〜点Ｈのエッチング量とを下記の表６に記載する。

表５に示されたように、本実施例３においては、各ガス穴１９ａ〜１９ｈの直径の誤差は±１９．７％の範囲であり、ウェハー５における点Ａ〜点Ｈのエッチング量の誤差は±０．４％の範囲であった。一方、表６に示されたように、比較例３においては、各ガス穴１９ａ〜１９ｈの直径の誤差は±１０９％の範囲であり、ウェハー５における点Ａ〜点Ｈのエッチング量の誤差は±９．４％の範囲であった。

表５及び表６からわかるように、各ガス穴の大きさを均一化することができ、また、プロセス特性の均一性を向上させることができた。つまり、高精度のドライエッチングを行うことができた。

新品の状態でのエッチング量に対する比較例３における点Ａのエッチング量が最大許容値であるとした場合、本実施例３の方法であれば、ウェハー５の点Ａ〜点Ｈのいずれか１つのエッチング量がその最大許容値に到達するまでに、更に５０００時間（合計６０００時間）のドライエッチングを行うことができた。つまり、ガス分散板１３の寿命を、上記の実施例１又は２よりも更に延命することができた。

（実施の形態４）
本実施の形態４においては、本発明に係るドライエッチング装置について、図７を参照しながら説明する。図７は、ドライエッチング装置の構成の一例を説明するためのブロック図である。図７に示されたドライエッチング装置は、ウェハーをエッチングするエッチング部４１と、エッチング部４１に有する回転自在なＲＦ印加コイル（コイル）（図示せず）を回転させるコイル回転制御部（位置制御部）４２と、ＲＦ印加コイルに印加される高周波電圧の印加時間（累積放電時間）を積算する電圧印加時間算出部（放電時間算出部）４３とを含む。なお、エッチング部４１の構成は、図１に示された上記の実施の形態１に係るドライエッチング装置の構成と同一である。以下においては、図１をも参照する。

電圧印加時間算出部４３は、ＲＦ印加コイル４に印加される高周波電圧の印加時間を計測し、所定の累積時間に到達すれば、位置制御信号をコイル回転制御部４２に出力する。

コイル回転制御部４２は、印加時間算出部４３で生成された位置制御信号に応じて、ＲＦ印加コイル４の中心と、複数のガス穴９が整列する所定の円周の中心とを含む中心軸の周りにＲＦ印加コイル４を回転させる。

以下に、図７に示されたドライエッチング装置の動作方法（プラズマ処理方法）について説明する。新品のガス分散板３を取り付けた状態において、印加時間算出部４３で印加時間を計測させながら、エッチングガスを導入し、ウェハー５のエッチングを行う。印加時間が所定の累積放電時間に到達すれば、印加時間算出部４３から位置制御信号がコイル回転制御部４２に出力される。コイル回転制御部４２では、位置制御信号の入力に応じて、ＲＦ印加コイル４を中心軸に対して所定の角度だけ右方向に回転させる。これによって、各ガス穴９とＲＦ印加コイル４との相対位置を異ならせることができる。

次に、印加時間算出部４３で印加時間を計測させながら、ウェハー５のエッチングを行う。印加時間が所定の累積放電時間に到達すれば、印加時間算出部４３から位置制御信号がコイル回転制御部４２に再度出力される。コイル回転制御部４２では、位置制御信号の入力に応じて、ＲＦ印加コイル４を、中心軸に対して所定の角度だけ右方向に更に回転させる。これによって、各ガス穴９とＲＦ印加コイル４との相対位置を更に異ならせる。

以降は、ＲＦ印加コイル４を回転させ、かつ、回転を完了した状態において、所定の累積放電時間だけウェハー５のエッチングを行う動作を繰り返す。

本実施の形態４のドライエッチング装置であれば、累積放電時間の算出や、ガス分散板の各ガス穴とＲＦ印加コイルとの相対位置の制御を自動で行えるため、上記の実施の形態１よりも簡便かつ確実にエッチングを遂行することができる。

上記においては、図１に示された構成と同一のエッチング部を備える場合について説明したが、図５に示された構成と同一のエッチング部を備えていてもよい。

上記においては、ＲＦ印加コイル４を回転させる場合について説明したが、上記の実施の形態２と同様に、ガス分散板３を回転させてもよい。

上記においては、累積放電時間を自動的に算出し、かつガス分散板の各ガス穴とＲＦ印加コイルとの相対位置を自動的に制御する場合について説明したが、累積放電時間を人力によって算出してもよいし、相対位置を人力によって制御してもよい。

本発明は、ドライエッチングやプラズマＣＶＤ等を行うプラズマ処理装置において、プロセス特性における被処理材の全面に対する均一性を向上させるために利用できる。また、プラズマ処理装置におけるガス分散板の寿命を延命するために利用できる。

図１は、実施の形態１に係るプラズマ処理装置（ドライエッチング装置）の構成の一例を表す模式的な断面図である。 図２は、実施の形態１に係るプラズマ処理方法（ドライエッチング方法）の一例を説明するための説明図である。 図３は、実施例１に係るプラズマ処理方法（ドライエッチング方法）を説明するための説明図である。 図４は、実施例２に係るプラズマ処理方法（ドライエッチング方法）を説明するための説明図である。 図５は、実施の形態３に係るプラズマ処理装置（ドライエッチング装置）の構成の一例を表す模式的な断面図である。 図６は、実施例３に係るプラズマ処理方法（ドライエッチング方法）を説明するための説明図である。 図７は、実施の形態４に係るプラズマ処理装置（ドライエッチング装置）の構成の一例を表す模式的な断面図である。 図８は、従来の誘導結合型ドライエッチング装置の構成を表す模式的な断面図である。 図９は、従来の誘導結合型ドライエッチング装置におけるＲＦ印加コイルの形状を表す平面図である。 図１０は、従来の誘導結合型ドライエッチング装置におけるＲＦ印加コイルとガス分散板の複数のガス穴との相対位置を説明するための説明図である。 図１１は、従来のドライエッチング装置の他の構成を表す模式的な断面図である。

符号の説明

１，１０１ 処理室
２，１０２ ガス供給路
３，１０３ ガス分散板
４，１０４ ＲＦ印加コイル（コイル）
５，１０５ ウェハー（被処理材）
６，１０６ 下部電極
７，１０７ ガス排出路
８，１０８ プラズマ発生領域
９，１９ ガス穴（開孔）
１１０ ＲＦ印加端子
１１１ グラウンド端子
１１２ ガス供給孔
１１３ クーリングプレート
１１４ ガス穴
１１５ ガス導入板
１１６ 治具
１１７ 上部電極
１１８ 下部電極
１１９ ウェハー
１２０ 処理室
１２１ プラズマ検知器

Claims (13)

1. 減圧自在な処理室と、
   複数の開孔を有するガス分散板と、
   前記ガス分散板の前記複数の開孔を通して前記処理室にプロセスガスを供給するガス供給路と、
   前記処理室で発生するガスを前記処理室から排出するガス排出路と、
   前記ガス分散板と対向して設けられ、前記処理室の内部に前記プロセスガスのプラズマ放電を発生させるコイルとを含むプラズマ処理装置であって、
   前記ガス分散板の前記複数の開孔と前記コイルとの相対位置が移動自在であることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記ガス分散板の前記複数の開孔が、前記ガス分散板において、前記コイルを前記ガス分散板に射影した射影領域より外側の領域に形成されている請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記コイルが回転自在であり、前記コイルを回転させて、前記ガス分散板の前記複数の開孔と前記コイルとの前記相対位置を移動させる請求項１に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記ガス分散板が回転自在であり、前記ガス分散板を回転させて、前記ガス分散板の前記複数の開孔と前記コイルとの前記相対位置を移動させる請求項１に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記プロセスガスのプラズマ放電を発生させた実質的な累積放電時間を算出する放電時間算出部を更に含む請求項１に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記ガス分散板の前記複数の開孔と前記コイルとの相対位置を制御する位置制御部を更に含む請求項１に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記プロセスガスのプラズマ放電を発生させた実質的な累積放電時間を算出する放電時間算出部と、前記ガス分散板の前記複数の開孔と前記コイルとの相対位置を制御する位置制御部とを更に含み、
   前記放電時間算出部が、前記実質的な累積放電時間に基づいて前記位置制御信号を生成し、
   前記位置制御部が、前記位置制御信号に応じて、前記ガス分散板の前記複数の開孔と前記コイルとの相対位置を自動的に変化させる請求項１に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記コイルの形状が、平面的な渦巻き形状であり、
   前記コイルの両端のうち、一方の端が高周波電圧の印加される端子であり、他方の端が電気的に接地される端子である請求項１に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記ガス分散板の前記複数の開孔が、前記ガス分散板において、所定の１つの円周上に等間隔で形成されている請求項１に記載のプラズマ処理装置。
10. 前記コイルの形状が、平面的な渦巻き形状であり、
    前記ガス分散板の前記複数の開孔が、前記ガス分散板において１つの円周上に等間隔で形成され、
    前記コイルと前記ガス分散板とが、平行に配置され、
    前記１つの円周の中心と前記コイルの中心とが、前記ガス分散板の法線方向に並んでいる請求項１に記載のプラズマ処理装置。
11. 前記複数の開孔を配列させた前記１つの円周の中心と前記コイルの中心とを通る軸を中心軸として、前記コイルが、前記中心軸に対して回転自在であり、
    前記コイルを前記中心軸に対して回転させて、前記ガス分散板の前記複数の開孔と前記コイルとの前記相対位置を移動させる請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
12. 前記複数の開孔を配列させた前記１つの円周の中心と前記コイルの中心とを通る軸を中心軸として、前記ガス分散板が、前記中心軸に対して回転自在であり、
    前記ガス分散板を前記中心軸に対して回転させて、前記ガス分散板の前記複数の開孔と前記コイルとの前記相対位置を移動させる請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
13. 減圧自在な処理室と、複数の開孔を有するガス分散板と、前記ガス分散板の前記複数の開孔を通して前記処理室にプロセスガスを供給するガス供給路と、前記処理室で発生するガスを前記処理室から排出するガス排出路と、前記ガス分散板と対向して設けられ、前記処理室の内部で前記プロセスガスのプラズマ放電を発生させるコイルとを含むプラズマ処理装置を用いて、前記処理室の内部に配置された被処理材に加工を施すプラズマ処理方法であって、
    前記プロセスガスのプラズマ放電を発生させた実質的な累積放電時間に応じて、前記ガス分散板の前記複数の開孔と前記コイルとの相対位置を移動させることを特徴とするプラズマ処理方法。

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