JP2009099807A

JP2009099807A - プラズマ処理装置

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Publication number: JP2009099807A
Application number: JP2007270581A
Authority: JP
Inventors: Jun Yoshikawa; 潤吉川; Shojun Ko; 松潤康; Masaru Sasaki; 勝佐々木; Naoki Matsumoto; 直樹松本; ＶｅｎｔｚｅｋＰｅｔｅｒ; Ventzek Peter
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2007-10-17
Filing date: 2007-10-17
Publication date: 2009-05-07
Anticipated expiration: 2027-10-17
Also published as: JP5374853B2

Abstract

【課題】基板であるウエハに対して面内均一性の高いプラズマ処理を行うことができる技術を提供する。
【解決手段】上部側が開口する気密な処理容器２の開口部２０を塞ぐように、誘電体材料により構成された天板５を設け、この天板５を介して前記処理容器２内部にマイクロ波を供給する。前記天板５の下面に、対向する側周面同士の間隔が上に向かって狭くなるような環状の凹部７を周方向に沿って形成し、この凹部７の外縁は、前記天板５の中心よりも外縁に近くなるように位置させる。このような天板５では、前記凹部７内にプラズマが閉じ込められるので、天板５直下では、中央よりも外縁に寄った位置の電子密度が高いプラズマが形成されるが、プラズマは外縁側から外方に拡散しながら降下していくので、ウエハＷに到達するときにはプラズマの電子密度が面内において揃えられた状態になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板が載置された処理容器の内部に天板を介してマイクロ波を供給することによりプラズマを生成し、前記基板に対してプラズマ処理を行う装置に関する。

半導体デバイスの製造工程においてエッチング処理や成膜処理等を行うプラズマ処理装置としては、プラズマ密度が高く、低電子温度のプラズマを作成することができることから、平面アンテナを用いてプラズマを発生させる方式の装置が開発されている。このプラズマ処理装置の一例として、例えば特許文献１に記載された装置を例にして図１５を用いて説明すると、図中１はその内部に基板Ｓを載置する載置台１１を備え、上部側が開口すると共に、真空ポンプ１０に接続されたチャンバであり、前記上部側開口は誘電体により構成された天板１２により塞がれている。この天板１２の上には、アンテナ部１３が設けられており、このアンテナ部１３は、マイクロ波をチャンバ1内に向けて放射するための多数のスロット対が形成されたスロット板１３ａと、遅波板１３ｂと、アンテナカバー１３ｃとを備えている。図中１４は高周波電源、１５は導波管である。

このようなプラズマ処理装置では、高周波電源１４から導波管１５を介してアンテナ部１３へと送られたマイクロ波は、アンテナ部１３を介して天板１２に輻射される。そして前記天板１２はマイクロ波を透過する誘電体により構成されているので、マイクロ波は天板１２内を、面方向に振動を生じさせながら中心部から外縁部へ向けて伝播し、チャンバ１内に電磁界を発生させ、プラズマを生成させる。一方チャンバ１内に図示しないガス導入路から処理ガスを導入すると、前記プラズマによって前記ガスが活性化され、これにより載置台１１上のウエハＷに対して所定の処理が行われるようになっている。

ところでこのプラズマ処理装置において、ウエハＷに対して面内均一性の高いプラズマ処理を行うためには、ウエハＷに均一にプラズマを照射することが要求される。しかしながらプラズマの電子密度は、天板１２直下においては、中心部の方が外縁部に比べて大きくなる傾向がある。また天板１２直下にて生成されたプラズマは、そこから載置台１１側に向けて降下していくが、この際プラズマは外方に拡散しながら降下していくので、仮にアンテナ部１３直下において電子密度の面内均一性が良好なプラズマを形成したとしても、載置台１１上のウエハＷに到達するときには、前記電子密度は中心部よりも外縁部にて小さくなってしまう。

そのため本発明者らは、天板１２の形状を工夫することにより、ウエハＷに対して電子密度の均一性が高いプラズマを照射し、ウエハＷに対して面内均一性の高いプラズマ処理を行うことを検討している。つまり天板１２は誘電体により構成されており、既述のようにマイクロ波が供給されると、このマイクロ波により共振領域が形成されてその内部に強い電界が発生して定在波が形成される。この定在波は、チャンバ１内に電磁界を発生させ、チャンバ１内のプラズマの電子密度に影響を与えるので、天板１２の形状を変化させることによって、チャンバ１内のプラズマの電子密度分布を調整することができる。

特許文献１の構成では、天板１２の下面側にリング状の突条１２ａを設けることにより、天板１２の径方向の厚さをテーパ状に連続的に変化させる構成が記載されている。しかしながらこの例は、チャンバ１内の圧力やマイクロ波の電力などのプラズマ条件が変化した場合であっても、天板１２の厚さを変えずに、いずれかの場所で共振を発生させることを狙ったものであり、特許文献１の技術によっても本発明の課題を解決することはできない。

特開２００５−１００９３１号公報

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板に対して電子密度の面内均一性の高いプラズマを照射することのできる技術を提供することにある。

このため本発明のプラズマ処理装置は、基板が載置される載置部が内部に設けられ、上部側が開口する気密な処理容器と、
この処理容器内にガスを供給するためのガス供給部と、
この処理容器内の雰囲気を真空排気するための真空排気手段と、
前記処理容器の上部側開口を塞いで、前記載置台表面と対向して設けられ、マイクロ波を透過する材料により構成された天板と、
この天板の上部に設けられ、当該天板を介して前記処理容器内にマイクロ波を供給し、前記ガスをプラズマ化してプラズマを生成させるためのマイクロ波供給手段と、
前記天板の下面に、前記処理容器の周方向に沿って設けられ、その側周面が傾斜した凹部と、を備え、
この凹部の外縁の位置は、前記天板の中心よりも天板の外縁に近いことを特徴とする。

前記マイクロ波供給手段は、前記天板の上部に設けられ、周方向に沿って多数のスリットが形成された平面アンテナ部材と、この平面アンテナ部材に接続されマイクロ波を前記処理容器内に導くための導波管と、を備えるものとすることができる。

また前記凹部の内縁と外縁との間の中間位置は、前記天板の中心よりも外縁に近いことが好ましい。さらに前記凹部の側周面は上に向かうにつれて互いに対向する面同士の間隔が狭くなるように傾斜していることが好ましい。前記凹部は、天板の下面に環状に形成されるものとすることができる。

本発明によれば、天板の下面に処理容器の周方向に沿って、その側周面が傾斜した凹部を形成しているため、凹部内に電子密度の高いプラズマが閉じ込められる。その理由は、概略的な言い方をすれば、誘電体である天板内にてマイクロ波が反射を繰り返すことから種々の光路が形成されて、各光路に応じた定在波が立つが、凹部の側周面が傾斜していると、この傾斜面を含めた前記光路が多くなって、当該傾斜面における定在波全体のエネルギーが大きくなり、傾斜面における天板と真空雰囲気との界面におけるガスの電界吸収が大きくなることに基づく。このように電子密度の高いプラズマを天板の中心から離れたところに閉じ込めるという発想を取り入れることにより、天板の下面にて中央よりも周縁側の電子密度の高いプラズマを生成することができ、従って天板と基板との距離などに応じて適切な電子密度分布パターンを調整することにより、基板表面上に面内均一性の高いプラズマを生成することができるので、その結果基板に対して面内均一性の高いプラズマ処理を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について、基板例えば半導体ウエハＷ（以下「ウエハ」という）に対してエッチング処理を行うためのエッチング処理装置に本発明のプラズマ処理装置を適用した場合を例にして説明する。図１は前記エッチング処理装置の縦断断面図である。このエッチング処理装置は、平面アンテナを用いてプラズマを発生させる方式の装置である。図中２は例えば全体が筒体状に気密に構成されると共に接地された処理容器（真空チャンバ）であり、この処理容器２の側壁や底部は、導体例えばアルミニウム添加ステンレススチール等により構成され、内壁面には酸化アルミニウムよりなる保護膜が形成されている。

処理容器２の内部には、ウエハＷを載置するための載置部である載置台３１が支持部材３２を介して設けられている。この載置台３１は例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）もしくは酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）より構成され、支持部材３２は窒化アルミニウム等のセラミックスにより構成されている。載置台３１の内部には温調部(図示せず)が設けられていて、この温調部は、例えば冷却媒体を通流させる冷却ジャケットとヒータとの組み合わせにより構成されている。また載置台３１には、ウエハＷを支持して昇降させるための図示しない昇降ピンが載置台３１の表面に対して突没自在に設けられている。

前記処理容器２の側壁にはガス導入管２１が例えば環状に設けられており、このガス導入管２１の他端側にはガス供給系２２が接続されている。この例ではガス導入管２１とガス供給系２２とによりガス供給部が構成されている。また処理容器２の底部は排気室２３として構成されており、この排気室２３には排気路２４を介して真空排気手段２５が接続されている。また前記処理容器２の側壁には、ウエハＷの搬入出を行うための搬入出口２６が設けられており、この搬入出口２６はゲートバルブ２７により開閉自在に構成されている。

前記処理容器２の天井部は例えば円形状に開口しており、この開口部２０には、当該開口部２０の周縁に沿って設けられたリング状の支持部材４１及びＯリング等のシール部材４２を介して、前記載置台３１と対向するように、例えば平面形状が略円形状に構成された天板５が気密に設けられていて、こうして処理容器２は気密に保持されている。前記天板５は、マイクロ波を透過する誘電体材料、例えば石英等により構成されている。この天板５の形状については後述する。

またこの天板５の上部側には、当該天板５と密接するようにアンテナ部６が設けられている。このアンテナ部６は、平面形状が円形であって下面側が開口する扁平な蓋体６１と、この蓋体６１の前記下面側の開口部に設けられ、多数のスロットが形成された円板状の平面アンテナ部材（スロット板）６２とを備えており、これら蓋体６１と平面アンテナ部材６２とは導体により構成されている。そして前記平面アンテナ部材６２の下面が前記天板５に接続されている。

また前記平面アンテナ部材６２と蓋体６１との間には、例えば酸化アルミニウムや窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）等の低損失誘電体材料により構成された遅波板６３が設けられている。この遅波板６３はマイクロ波の波長を短くするためのものである。この実施の形態では、これらアンテナ本体６１、平面アンテナ部材６２、遅波板６３により平面アンテナが形成されている。なお前記蓋体６１の内部には、図示しない冷却水流路が形成されており、ここに冷却水を通流させることにより、蓋体６１、遅波板６３、平面アンテナ部材６２及び天板５が冷却されるようになっている。また前記蓋体６１は接地されている。

このように構成されたアンテナ部６は、前記平面アンテナ部材６２が天板５に密接するように図示しないシール部材を介して処理容器２に装着されている。そしてこのアンテナ部６は同軸導波管６４により、マッチング回路６５を介してマイクロ波発生装置６６に接続され、例えば周波数が２．４５ＧＨｚのマイクロ波が供給されるようになっている。この際、同軸導波管６４の外側の導波管６４Ａは蓋体６１に接続され、中心導体６４Ｂは遅波板６３に形成された開口部を介して平面アンテナ部材６２に接続されている。

前記平面アンテナ部材６２は、例えば厚さ１ｍｍ程度の銅板からなり、図２に示すように例えば円偏波を発生させるための多数のスロット６７が形成されている。このスロット６７は略Ｔ字状に僅かに離間させて配置した一対のスロット６７ａ，６７ｂを１組として、周方向に沿って例えば同心円状や渦巻き状に形成されている。このようにスロット６７ａとスロット６７ｂとを相互に略直交するような関係で配列しているので、２つの直交する偏波成分を含む円偏波が放射されることになる。この際スロット対６７ａ，６７ｂを遅波板６３により圧縮されたマイクロ波の波長に対応した間隔で配列することにより、マイクロ波が平面アンテナ部材６２より略平面波として放射される。本発明では、マイクロ波発生装置６６、同軸導波管６４及びアンテナ部６によりマイクロ波供給手段が構成されている。

ここでこの装置にて実施される本発明のエッチング方法の一例について簡単に説明する。先ずゲートバルブ２７を開き、搬入出口２６を介して例えば表面に銅配線が形成された基板であるウエハＷを処理容器２内に搬入して載置台３１上に載置する。続いて処理容器２の内部を所定の圧力まで真空引きし、エッチングガスをガス供給路２１を介して所定の流量で供給する。そして処理容器２内を所定のプロセス圧力に維持し、載置台３１の表面温度を所定温度に設定する。

一方マイクロ波発生装置６６から２．４５ＧＨｚの高周波（マイクロ波）を供給すると、このマイクロ波は、ＴＭモード或いはＴＥモード或いはＴＥＭモードで同軸導波管６４内を伝搬してアンテナ部６の平面アンテナ部材６２に到達し、同軸導波管の内部導体６４Ｂを介して、平面アンテナ部材６２の中心部から周縁領域に向けて放射状に伝搬される間に、スロット対６７ａ，６７ｂからマイクロ波が天板５を介して下方側の処理空間に向けて放出される。

ここで天板５はマイクロ波が透過可能な材質により構成されているので、マイクロ波は天板５を効率よく透過していく。このとき既述のようにスリット対６７ａ，６７ｂを配列したので、円偏波が平面アンテナ部材６２の平面に亘って放出される。そしてこのマイクロ波のエネルギーにより、広い処理空間の全域に亘って高密度なプラズマが励起される。そしてこのプラズマにより前記エッチングを活性化させて、つまりプラズマ化して活性種を形成し、この活性種によりウエハＷ表面に対するエッチング処理が行われる。こうしてエッチング処理が行われたウエハＷは、搬入出口２６を介して処理容器２から搬出される。

続いて前記天板５の形状について図３に基づいて説明する。この天板５は、既述のように平面形状が円形に構成され、その外縁側が処理容器２の天井部に形成された支持部材４１にて支持されるように処理容器２に設けられている。例えば天板５の外縁部には、支持部材４１の内側にて下方側に伸び出すように突部５１が形成されており、この突部５１と前記支持部材４１とを接合するように前記処理容器２の開口部２０に天板５が装着されるように構成されている。また天板５の中心部分の下面と載置台３１上のウエハＷ表面との間の距離Ｈは、例えば１００ｍｍ〜２００ｍｍ程度に設定される。

ここで天板５の外縁とは、その下面が平らな状態の部位の外縁をいい、この例では図３中１００で示す前記突部５１の内縁が天板５の外縁に相当する。そして天板５の直径方向の大きさＬ１は、例えば１２インチサイズのウエハＷに対応する場合には、例えば４００ｍｍ〜６００ｍｍ程度に設定される。また天板５はその中央領域の厚さＴ１が、周縁領域の厚さＴ２よりも小さくなるように設定され、例えば前記厚さＴ１は４０ｍｍ程度、前記厚さＴ２は５０ｍｍ程度に夫々設定される。なおその中央領域の厚さＴ１を、周縁領域の厚さＴ２よりも小さく設定するのは強度的な問題をクリアするためであり、このように中央領域の厚さＴ１を周縁領域の厚さＴ２よりもわずかに小さく設定した場合であっても、これらの厚さＴ１，Ｔ２を揃えたとしても、後述のプラズマの電子密度分布には影響がない。

さらに天板５の下面には、処理容器２の周方向に沿って環状の凹部７が形成されている。この凹部７は、上に向かうにつれて、互いに対向する面同士の間隔が次第に狭くなるように傾斜する側周面を備えており、前記凹部７の外縁７２は、天板５の中心Ｏよりも外縁１００に近い位置に設けられている。また前記凹部７の内縁７１は、天板５の中心Ｏと外縁１００との間に位置すればよいが、前記凹部７の内縁７１と外縁７２との間の中間位置Ａが、前記天板５の中心Ｏよりも外縁１００に近いことが望ましい（図４（ａ）参照）。

このように天板５の下面に周方向に沿って、その外縁７２が、天板５の中心よりも外縁１００に近い位置になるように、その側周面が傾斜した凹部７を形成することにより、天板５直下において、中心よりも外縁側に寄ったところの電界密度が高いプラズマを生成することができる。つまり凹部７の傾斜面により囲まれた真空領域の電子密度が大きくなり、凹部内に電子密度の高いプラズマが閉じ込められ、天板５直下におけるプラズマは、図５に点線にて示すような電子密度分布を有するものとなる。

この理由について概略的に述べると、アンテナ部６のスロット６７から放射されたマイクロ波は、誘電体である天板５内において反射を繰り返すことから種々の光路が形成されて、各光路に応じた定在波が立つ。この際凹部７の側周面が既述のように、上に向かうにつれて互いに対向する面同士の間隔が狭くなるように傾斜していると、この傾斜面を含めた前記光路が多くなって、当該傾斜面における定在波全体のエネルギーが大きくなり、傾斜面における天板５と、天板５直下の真空雰囲気との界面におけるプラズマの電界吸収が大きくなる。

つまり既述のような側周面（傾斜面）を備えた凹部７を形成すると、図６（ａ）に示すように、この側周面では前記面方向のみならず、面方向に垂直な方向においてもマイクロ波の光路が形成されるため、種々の方向からこの側周面に至る光路が多く、これら光路に基づく種々の定在波が形成される。一方、図６（ｂ）に示すように、凹部７の側周面を傾斜面ではなく垂直面により構成すると、この側周面では、面方向に垂直な方向からはマイクロ波の光路を形成することができない。このため、側周面が傾斜している場合に比べて、当該側周面に至る光路が少なくなってしまう。

従って凹部７の側周面を傾斜面により形成した場合には、定在波全体のエネルギーが大きくなり、結果として凹部７内にプラズマを閉じ込めることができるが、凹部の側周面を垂直面により形成した場合には、定在波全体のエネルギーが小さいので、凹部を形成したとしても、当該凹部内にプラズマを閉じ込めることができない。

本発明では、天板５の下面に凹部７を形成して、ここに電子密度の高いプラズマを閉じ込めるという発想を取り入れているので、前記凹部７の外縁を天板５の中心Ｏよりも外縁１００に近いところに位置させることにより、天板５の直下にて中央よりも周縁側の電子密度の高いプラズマを生成することができる。そしてプラズマは外縁から外方側に拡散しながら処理容器２内を降下していくので、予め天板５と載置台３１上のウエハＷとの距離や、天板５とウエハＷの大きさとの関係等の、装置に見合った凹部７の形状や位置、寸法等を調整し、これにより適切な電子密度分布パターンを調整しておくことにより、載置台３１上のウエハＷに至るときのプラズマの電子密度をウエハＷの面内において揃えられることができる。このようにウエハＷに対して、電子密度の均一なプラズマを照射することができるので、ウエハＷに対して面内均一性の高いプラズマ処理を行うことができる。

このように凹部７の形状や位置により、天板５直下におけるプラズマの電界密度分布が異なり、天板５と載置台３１との距離によっても凹部７の最適な形状や位置が異なるが、このような凹部７１の大きさの好適な一例を挙げると、図４（ｂ）に示すように、天板５の中心Ｏと外縁１００との間の距離を距離Ｄとすると、例えば１２インチサイズのウエハＷに対しては、前記天板５の大きさは、その直径（２Ｄ）が５００ｍｍ、前記天板５中心の下面と載置台表面との距離Ｈが１５０ｍｍ、前記天板５の中心Ｏと凹部７の外縁７２との間の距離Ｄ１が２２０ｍｍ、前記天板５の中心Ｏと凹部７の内縁７１との間の距離Ｄ２が１６０ｍｍ、凹部７の上端側の距離Ｄ３が５０ｍｍ、凹部７の深さＴ３が２０ｍｍである。

またこのような凹部７は天板５の下面に周方向に沿って設けられていれば良く、図２に示すように、全周に亘って環状に繋がっている形状であっても、円弧状又は円形状に形成された凹部７を所定の間隔を空けて周方向に配列したものであってもよい。

また図７に示すように、凹部７の内縁７１と外縁７２との間の中間位置Ａが、前記天板５の中心Ｃよりも中心に近い場合であって、凹部７の開口部７３が大きい場合であっても、後述の実施例により明らかなように、凹部７内にプラズマを閉じ込めることができ、天板５直下では、天板５の中心Ｏから外縁側に寄った部分において電子密度の高いプラズマを生成することができる。このため既述のように、電子密度分布を調整することによってウエハＷに対して電子密度の均一なプラズマを照射することができ、面内均一性の高いプラズマ処理を行うことができる。

以上において凹部７としては、図８（ａ）に示すように、上に向かうにつれて凹部の幅が広くなる側周面（傾斜面）を備えた凹部８１や、図８（ｂ）に示すように、球面状の凹部８２や、図８（ｃ）に示すように縦断面形状が三角形状に形成された凹部８３であってもよい。これらのような凹部８１〜８３であっても、側周面が傾斜しているので、図６（ｂ）に示す側周面が傾斜していない場合に比べて側周面の表面積が大きいため、形成される光路が多く、これら光路に基づく定在波を形成することができ、凹部８１〜８３内にプラズマを閉じ込めることができるからである。

(実施例Ｉ)
図１のプラズマ処理装置を用い、図９（ａ）〜図９（ｅ）に示すように、その下面に形状の異なる環状の凹部が形成された５種類の天板５を用意し、処理容器２内にアルゴン(Ａｒ)ガスを供給した場合の、ウエハＷ上のＡｒ⁺フラックス量のウエハＷの面内分布についてシミュレーションを行った。

このときの解析条件は、処理圧力を1．３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）、処理温度を４００Ｋ、天板５下面とウエハＷ表面との距離Ｈを１５０ｍｍ、Ａｒガス流量を２００ｓｃｃｍとした。

また図９（ａ）に示す天板５を実施例１とし、この天板５は、直径Ｌ１を５００ｍｍ、天板５の厚さＴ１及びＴ２を夫々４０ｍｍ、５０ｍｍ、天板５の中心Ｏから凹部７の外縁７２までの距離Ｄ１を２２０ｍｍ、天板５の中心Ｏから凹部７の内縁７１までの距離Ｄ２を１６０ｍｍ、凹部７の上面の距離Ｄ３を４０ｍｍ、凹部７の深さＴ３を２０ｍｍに夫々設定した。

さらに図９（ｂ）に示す天板５を実施例２とし、この天板５は、前記直径Ｌ１を５００ｍｍ、前記厚さＴ１及びＴ２を夫々４０ｍｍ、５０ｍｍ、前記距離Ｄ１を２４０ｍｍ、前記距離Ｄ２を５０ｍｍ、前記距離Ｄ３を１５０ｍｍ、前記深さＴ３を２０ｍｍに夫々設定した。

さらにまた図９（ｃ）に示す天板５を比較例１とし、この天板５は、当該天板５の中心側に１つの凹部９１を形成した例であり、天板５の形状は、前記直径Ｌ１を５００ｍｍ、前記厚さＴ２を５０ｍｍ、前記距離Ｄ１を１２５ｍｍ、前記距離Ｄ３を１１０ｍｍ、前記深さＴ３を２０ｍｍに夫々設定した。

さらにまた図９（ｄ）に示す天板５を比較例２とし、この天板５は、当該天板５の下面のほぼ全体に１つの凹部９２を形成した例であり、天板５の形状は、前記直径Ｌ１を５００ｍｍ、前記厚さＴ２を５０ｍｍ、前記距離Ｄ１を２４０ｍｍ、前記距離Ｄ３を２３０ｍｍ、前記深さＴ３を２０ｍｍに夫々設定した。

さらにまた図９（ｅ）に示す天板５を比較例３とし、この天板５は、天板５の中心側に凹部９３を設けると共に、外縁側に凹部７を形成した例であり、天板５の形状は、前記直径Ｌ１を５００ｍｍ、前記厚さＴ１、Ｔ２を夫々４０ｍｍ、５０ｍｍ、前記外側の凹部７において距離Ｄ１を２４０ｍｍ、前記距離Ｄ３を４０ｍｍ、前記深さＴ３を２０ｍｍに夫々設定し、前記内側の凹部９３において距離Ｄ１を１２５ｍｍ、前記距離Ｄ３を１１０ｍｍ、前記深さＴ３を２０ｍｍに夫々設定した。

この結果を図１０に示す。図中縦軸は、ウエハ面内におけるＡｒ⁺フラックス量を示し、横軸はウエハＷの中心からの位置を示している。またこの結果に基づいて、Ａｒ⁺フラックス量のウエハ面内における均一性を求めたところ、図１１に示す結果が得られた。ここで前記均一性は、標準偏差／平均値×１００の計算式により求め、値が小さい程面内均一性が良好であることを示している。

ここでウエハＷ上のＡｒ⁺フラックス量の面内均一性は、ウエハＷに照射されるプラズマの電子密度の面内均一性とほぼ等しいことから、この結果より、本発明の天板５を用いた実施例１及び実施例２は、Ａｒ⁺フラックス量の面内均一性が夫々０．９％、３．１％と、比較例１〜比較例３の天板に比べて高く、このような天板５を用いることによりウエハＷに到達したときのプラズマの電子密度の高い面内均一性を確保できることが認められる。

ここで実施例１，２に共通していることは、凹部７の外縁７２を天板５の中心Ｏよりも外縁１００に近い位置に形成することと、凹部７の内縁７１を天板５の中心Ｏと外縁１００との間に形成することであり、これらの条件がプラズマの電子密度の均一性を高めるために重要であることが理解される。また実施例１と実施例２とを比較すると、面内均一性は実施例１の方が良好であることから、凹部７の内縁７１と外縁７２との中心位置Ａが天板５の中心Ｏよりも外縁１００に近い位置に形成することがプラズマの電子密度の均一性をさらに高めるために重要であることが理解される。

つまり比較例２の天板では均一性が４．７％と悪いことから、凹部の外縁を天板５の外縁側に形成しても、凹部の内縁側を天板５の中心Ｏと外縁１００との間に形成しない場合には、プラズマが天板５の中心側に引き寄せられてしまい、プラズマの電子密度の均一性が低下しまうことが理解される。また先行技術文献１に記載された天板においても、天板の外縁側にリング状の突条が形成されているので、比較例２のシミュレーション結果とほぼ同じになるものと推察される。

さらに比較例３のように、一つの凹部７を実施例１と同様の条件にて形成しても、その外縁が天板５の中心Ｏよりも外縁１００に近い位置にあり、その内縁が天板５の中心Ｏと外縁１００との間に形成するという条件を満たさない凹部９４を形成することによって、面内均一性が６．６％と低下しまうことが認められた。
(実施例ＩＩ)
図１のプラズマ処理装置を用い、図１１（ａ）〜図１１（ｃ）に示すように、その下面に形状の異なる環状の凹部が形成された３種類の天板５を用意し、処理容器２内にアルゴン(Ａｒ)ガスを供給した場合の、ウエハＷ上のＡｒ⁺フラックス量のウエハＷの面内分布についてシミュレーションを行った。

このときの解析条件は、処理圧力を1．３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）、処理温度を１２７℃、天板５下面とウエハＷ表面との距離Ｈを１５０ｍｍ、Ａｒガス流量を２００ｓｃｃｍとした。

また図１１（ａ）に示す天板５を実施例１１とし、この天板５は、直径Ｌ１を５００ｍｍ、前記厚さＴ１及びＴ２を夫々４０ｍｍ、５０ｍｍ、前記距離Ｄ１を２２０ｍｍ、前記距離Ｄ２を１６０ｍｍ、前記距離Ｄ３を４０ｍｍ、前記深さＴ３を２０ｍｍに夫々設定した。

さらに図１１（ｂ）に示す天板５を実施例１２とし、この天板５は、前記直径Ｌ１を５００ｍｍ、前記厚さＴ１及びＴ２を夫々４０ｍｍ、５０ｍｍ、前記距離Ｄ１を２００ｍｍ、前記距離Ｄ２を１４０ｍｍ、前記距離Ｄ３を４０ｍｍ、前記深さＴ３を２０ｍｍに夫々設定した。

さらにまた図１１（ｃ）に示す天板５を比較例１１とし、この天板５は、天板５の中心側に凹部９４を設けると共に、外縁側に凹部７を形成した例であり、天板５の形状は、前記直径Ｌ１を５００ｍｍ、前記厚さＴ１、Ｔ２を夫々４０ｍｍ、５０ｍｍ、前記外側の凹部７において距離Ｄ１を２４０ｍｍ、前記距離Ｄ３を４０ｍｍ、前記深さＴ３を２０ｍｍに夫々設定し、前記内側の凹部９４において距離Ｄ１を１２５ｍｍ、前記距離Ｄ３を８０ｍｍ、前記深さＴ３を２０ｍｍに夫々設定した。

この結果を図１３に示す。図中縦軸は、ウエハ面内におけるＡｒ⁺フラックス量を示し、横軸はウエハＷの中心からの位置を示している。またこの結果に基づいて、Ａｒ⁺フラックス量のウエハ面内における均一性を求めたところ、図１４に示す結果が得られた。ここで前記均一性は、実施例１と同様の手法にて求めた。

ここで実施例１１及び実施例１２の天板は、実施例１の天板に近い形状であり、比較例１１の天板は比較例３の天板に近い形状であるが、実施例１１、実施例１２におけるＡｒ⁺フラックス量の面内均一性が夫々４．３％、４．５％と、比較例１１（面内均一性１４％）に比べて高いことから、実施例Ｉの結果と同じ傾向が得られることが認められ、本発明の条件を満たす天板を用いることによりウエハＷに到達したときのプラズマの電子密度の高い面内均一性を確保できることが理解される。

またここで実施例ＩＩは実施例Ｉに比べて面内均一性の値が低いが、これは実施例ＩＩでは、実施例Ｉよりも天板５と載置台３１上のウエハＷと距離Ｈが小さく設定されているからである。

以上の結果から、実施例１、実施例２、実施例１１、実施例１２の天板において良好な面内均一性を確保できたことから、本発明者らは、天板の下面に周方向に沿って形成される凹部は、その側周面が傾斜すると共に、その外縁が天板５の中心Ｏよりも外縁１００に近い位置に位置するという条件を満たすものであればよく、個数や形状については限定されるものではないと捉えている。
本発明のプラズマ処理装置はエッチング処理のみならず、アッシングやＣＶＤ等、他の処理ガスを用いて基板に対して処理を行う処理に適用することができる。また本発明のマイクロ波供給手段は、必ずしも平面アンテナ部材を用いたものに限定されるものではなく、他の手段であってもよい。さらにまた基板としては半導体ウエハＷには限られず、ＦＰＤ基板等であってもよい。

本発明の実施の形態にかかるエッチング処理装置の一例を示す断面図である。前記エッチング処理装置に用いられる平板アンテナ部を示す平面図である。前記エッチング処理装置に用いられる天板を示す断面図と平面図である。前記天板を示す断面図である。本発明の天板の作用を説明するための側面図である。前記天板の作用を説明するための断面図である。前記天板の他の例を示す断面図である。前記天板のさらに他の例を示す断面図である。前記本発明の効果を確認するための実施例Ｉで用いた天板を示す断面図である。前記実施例Ｉの結果を示す特性図である。前記実施例Ｉの結果を示す特性図である。前記本発明の効果を確認するための実施例ＩＩで用いた天板を示す断面図である。前記実施例ＩＩの結果を示す特性図である。前記実施例ＩＩの結果を示す特性図である。従来のプラズマ処理装置を示す断面図である。

符号の説明

２処理容器
２５真空排気手段
５天板
６アンテナ部
６１蓋体
６２平面アンテナ部材
６３遅波板
６４同軸導波管
６６マイクロ波発生装置
６７スリット
７凹部
Ｗ半導体ウエハ

Claims

基板が載置される載置部が内部に設けられ、上部側が開口する気密な処理容器と、
この処理容器内にガスを供給するためのガス供給部と、
この処理容器内の雰囲気を真空排気するための真空排気手段と、
前記処理容器の上部側開口を塞いで、前記載置台表面と対向して設けられ、マイクロ波を透過する材料により構成された天板と、
この天板の上部に設けられ、当該天板を介して前記処理容器内にマイクロ波を供給し、前記ガスをプラズマ化してプラズマを生成させるためのマイクロ波供給手段と、
前記天板の下面に、前記処理容器の周方向に沿って設けられ、その側周面が傾斜した凹部と、を備え、
この凹部の外縁の位置は、前記天板の中心よりも天板の外縁に近いことを特徴とするプラズマ処理装置。
前記マイクロ波供給手段は、前記天板の上部に設けられ、周方向に沿って多数のスリットが形成された平面アンテナ部材と、
この平面アンテナ部材に接続されマイクロ波を前記処理容器内に導くための導波管と、を備えることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
前記凹部の内縁と外縁との間の中間位置は、前記天板の中心よりも外縁に近いことを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマ処理装置。
前記凹部の側周面は上に向かうにつれて互いに対向する面同士の間隔が狭くなるように傾斜していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一に記載のプラズマ処理装置。
前記凹部は、天板の下面に環状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一に記載のプラズマ処理装置。