JP2012015451A - 基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】処理室内にパーティクルが発生するのを防止することができ、プラズマの分布を乱すのを防止することができ、排気コンダクタンスの調整幅を拡大することができる基板処理装置を提供する。
【解決手段】基板処理装置１０は、ウエハＷを収容してプラズマエッチング処理を施す処理室１３と、該処理室１３と連通する排気室１４と、処理室１３及び排気室１４を仕切り且つ処理室１３内のプラズマが排気室１４内へ漏洩するのを防止する排気プレート１５と、排気室１４内に配される上部電極板２８とを備え、排気プレート１５は複数の貫通穴を有し、上部電極板２８も複数の貫通穴を有し、上部電極板２８は排気プレート１５と互いに平行に接触可能であるとともに、排気プレート１５から離間可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板処理装置及び基板処理方法に関する。
近年、半導体デバイス用ウエハ等の基板においてエッチング対象膜の多層化が進んでいる。通常、エッチング対象膜は、フォトレジスト膜、反射防止膜、ハードマスクや酸化膜等からなり、各膜のエッチング条件は異なるが、生産効率向上の観点から各エッチング対象膜を１つの基板処理装置でエッチングすること、すなわち、１つの基板処理装置においてエッチング条件を変更しながら各エッチング対象膜をエッチングすることが求められている。
１つの基板処理装置においてエッチング条件を変更するには、基板を収容する処理室内へ供給する処理ガスの種類や処理室内へ印加する高周波電力の値を変更する必要があるが、さらに、処理室内の圧力を調整する必要もある。従来、処理室内の圧力は処理室内のガスを排気する排気管に設けられたＡＰＣ（Adaptive Pressure Valve）によって調整されるが、ＡＰＣは大径のスライド弁によって圧力を調整するため、ほぼ開ききった状態やほぼ閉じきった状態、すなわち、比較的低圧や比較的高圧における細かな圧力調整が困難である。
そこで、近年、処理室内におけるガスの流れやすさ、特に、処理室からの排気のし易さ（排気コンダクタンス）を調整して比較的低圧や比較的高圧における細かな圧力調整を行うことが検討されている。例えば、処理室内においてウエハよりも径の大きな複数のリングをウエハを取り囲むように配置し、リング間の間隔を調整することによってウエハ上の圧力調整やプラズマの閉じ込めを行う（例えば、特許文献１参照。）ことが提案されている。
特表２００８−５２７６３４号公報
しかしながら、上述した特許文献１の技術では、処理室内にリングが配されるため、リングに反応生成物が付着することがあり、リングが移動する際、これらの反応生成物が剥がれてパーティクルが発生する虞がある。また、リング間の間隔は調整可能であっても、リングの存在を無くすことができないので、該リングの存在に起因する排気抵抗を無くすことができない。したがって、排気コンダクタンスの調整幅に依然として限界がある。さらに、処理室内にリングが存在するため、プラズマの分布を乱す虞もある。
本発明の目的は、処理室内にパーティクルが発生するのを防止することができ、処理室内のプラズマの分布を乱すのを防止することができ、さらに排気コンダクタンスの調整幅を拡大することができる基板処理装置及び基板処理方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項１記載の基板処理装置は、基板を収容して該基板にプラズマ処理を施す処理室と、該処理室と連通する排気室と、前記処理室及び前記排気室を仕切り且つ前記処理室内のプラズマが前記排気室内へ漏洩するのを防止する排気板とを備え、前記排気板は該排気板を貫通する複数の第１の通気穴を有する基板処理装置において、前記排気室内に配される排気調整板を備え、前記排気調整板は、該排気調整板を貫通する複数の第２の通気穴を有し、前記排気板と互いに平行に接触可能であるとともに、前記排気板から離間可能であることを特徴とする。
請求項２記載の基板処理装置は、請求項１記載の基板処理装置において、前記排気調整板は２以上の部分に分割可能であり、前記排気調整板が分割された際、前記２以上の部分は、排気の流れ方向に関してそれぞれ異なる位置に配置されることを特徴とする。
請求項３記載の基板処理装置は、請求項２記載の基板処理装置において、前記排気調整板は平面視で環状を呈し、少なくとも内周部分及び外周部分に分割されることを特徴とする。
請求項４記載の基板処理装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理装置において、前記排気調整板は、前記排気板から４ｍｍ以上離間することを特徴とする。
請求項５記載の基板処理装置は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板処理装置において、前記第１の通気穴は円筒状であり、前記第１の通気穴の長さをＬ、直径をＤとすると、Ｌ／Ｄ＜１．３３であることを特徴とする。
請求項６記載の基板処理装置は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板処理装置において、前記第１の通気穴の断面形状は、丸、矩形又はスリット状であることを特徴とする。
請求項７記載の基板処理装置は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の基板処理装置において、前記第２の通気穴の断面形状は、丸、矩形又はスリット状であることを特徴とする。
請求項８記載の基板処理装置は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の基板処理装置において、前記排気板は前記処理室内に収容された前記基板と平行に配され、該基板の上面よりも低い位置に配置されることを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項９記載の基板処理方法は、基板を収容して該基板にプラズマ処理を施す処理室と、該処理室と連通する排気室と、前記処理室及び前記排気室を仕切り且つ前記処理室内のプラズマが前記排気室内へ漏洩するのを防止する排気板と、前記排気室内に配される排気調整板をと備え、前記排気板は該排気板を貫通する複数の第１の通気穴を有し、前記排気調整板は、該排気調整板を貫通する複数の第２の通気穴を有し、前記排気板と互いに平行に接触可能であるとともに、前記排気板から離間可能である基板処理装置における基板処理方法であって、前記処理室内からの排気の抵抗が中程度である中排気コンダクタンスモードでは、前記排気調整板を前記排気板に接触させ、前記処理室内からの排気の抵抗が高い低排気コンダクタンスモードでは、前記排気調整板を前記排気板から離間させることを特徴とする。
請求項１０記載の基板処理方法は、請求項９記載の基板処理方法において、前記低排気コンダクタンスモードでは、前記排気調整板を前記排気板から４ｍｍ以上離間させることを特徴とする。
請求項１１記載の基板処理方法は、請求項９又は１０記載の基板処理方法において、前記排気調整板は２以上の部分に分割可能であり、前記処理室内からの排気の抵抗が低い高排気コンダクタンスモードでは、前記２以上の部分は、排気の流れ方向に関してそれぞれ異なる位置に配置されることを特徴とする。
請求項１２記載の基板処理方法は、請求項１１記載の基板処理方法において、前記中排気コンダクタンスモードでは反射防止膜及び/又はハードマスクがエッチングされ、前記高排気コンダクタンスモードではアモルファスカーボン膜及び/又は酸化膜がエッチングされ、前記低排気コンダクタンスモードではウエハレスドライクリーニング処理が実行されることを特徴とする。
本発明によれば、可動の排気調整板は処理室から排気板で仕切られた排気室内に配されるので、該排気調整板が移動して付着物等が剥がれてもパーティクルは排気室内に留まり、処理室内にパーティクルが発生するのを防止することができる。また、排気調整板が処理室内に配されないので、処理室内のプラズマの分布を乱すのを防止することができる。さらに、排気調整板は排気板と互いに平行に接触可能であるので、排気調整板及び排気板を抵抗体として実質的に一体化することができる一方、排気調整板は排気板から離間可能であるため、排気調整板及び排気板をそれぞれ別個の抵抗体として存在させることもできる。その結果、排気コンダクタンスの調整幅を拡大することができる。
また、本発明によれば、中排気コンダクタンスモードでは、排気調整板を排気板に接触させるので、排気調整板及び排気板を抵抗体として実質的に一体化することができ、これにより、比較的抵抗の大きい抵抗体を１つだけ存在させて中程度の排気抵抗を実現できる。また、低排気コンダクタンスモードでは、排気調整板を排気板から離間させるので、それぞれ別個の抵抗体として存在させることができ、これにより、２つの抵抗体の直列配置を実現して高い排気抵抗を実現できる。
本発明の第１の実施の形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す図である。 図１の基板処理装置における各排気コンダクタンスモードを説明するための図であり、図２（Ａ）は中排気コンダクタンスモードを示し、図２（Ｂ）は低排気コンダクタンスモードを示す。 本発明の第２の実施の形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す図である。 図３の基板処理装置において用いられる排気調整板を示す図であり、図４（Ａ）は本実施の形態における排気調整板の平面図であり、図４（Ｂ）は本実施の形態における排気調整板の第１の変形例の平面図であり、図４（Ｃ）は同第１の変形例が分割された状態を示す側方断面図であり、図４（Ｄ）は本実施の形態における排気調整板の第２の変形例の平面図であり、図４（Ｅ）は同第２の変形例が分割された状態を示す側方断面図である。 図３の基板処理装置における各排気コンダクタンスモードを説明するための図であり、図５（Ａ）は高排気コンダクタンスモードを示し、図５（Ｂ）は中排気コンダクタンスモードを示し、図５（Ｃ）は低排気コンダクタンスモードを示す。 図３の基板処理装置によってプラズマエッチング処理が施されるウエハＷの膜構成を示す部分断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す図である。 図７の基板処理装置における各排気コンダクタンスモードを説明するための図であり、図８（Ａ）は高排気コンダクタンスモードを示し、図８（Ｂ）は中排気コンダクタンスモードを示し、図８（Ｃ）は低排気コンダクタンスモードを示す。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
まず、本発明の第１の実施の形態に係る基板処理装置について説明する。
図１は、本実施の形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す図である。本基板処理装置は、基板としての半導体デバイス用のウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）にプラズマエッチング処理を施す。
図１において、基板処理装置１０は、例えば、直径が３００ｍのウエハＷを収容するチャンバ１１を有し、該チャンバ１１内には半導体デバイス用のウエハＷを載置する円柱状のサセプタ１２が配置されている。サセプタ１２及びチャンバ１１の内壁の間には、チャンバ１１内を図中上方の処理室１３及び図中下方の排気室１４に仕切る排気プレート１５（排気板）が配置される。
処理室１３には後述するようにプラズマが発生する。また、排気室１４にはチャンバ１１内のガスを該排気室１４を介して排出する排気管１６が接続される。また、排気プレート１５は多数の貫通穴（第１の通気穴）を有する環状の板状部材であり、排気プレート１５は処理室１３に発生するプラズマを捕捉又は反射して排気室１４への漏洩を防止する。また、排気プレート１５はサセプタ１２に載置されたウエハＷと平行に配され、図中においてウエハＷの上面よりも低い位置に配置されている。
排気管１６にはＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）及びＤＰ（Dry Pump）（ともに図示しない）が接続され、これらのポンプはチャンバ１１内を真空引きして減圧する。また、排気管１６にはＴＭＰやＤＰよりも上流にＡＰＣバルブ１７が配置される。ＡＰＣバルブ１７はスライド弁１８を内蔵し、該スライド弁１８の開口度を調整して処理室１３内の圧力を排気室１４を介して調整する。
チャンバ１１内のサセプタ１２には第１の高周波電源１９が第１の整合器２０を介して接続され、且つ第２の高周波電源２１が第２の整合器２２を介して接続されており、第１の高周波電源１９は比較的高い周波数、例えば、４０ＭＨｚのプラズマ生成用の高周波電力をサセプタ１２に印加し、第２の高周波電源２１は比較的低い周波数、例えば、２ＭＨｚのイオン引き込み用の高周波電力をサセプタ１２に印加する。これにより、サセプタ１２は電極として機能する。また、第１の整合器２０及び第２の整合器２２は、サセプタ１２からの高周波電力の反射を低減して高周波電力のサセプタ１２への印加効率を最大にする。
サセプタ１２の上部は、大径の円柱の先端から小径の円柱が同心軸に沿って突出している形状を呈し、該上部には小径の円柱を囲うように段差が形成される。小径の円柱の先端には静電電極板２３を内部に有するセラミックスからなる静電チャック２４が配置されている。静電電極板２３には直流電源２５が接続されており、静電電極板２３に正の電位の直流電力が印加されると、ウエハＷにおける静電チャック２４側の面（以下、「裏面」という。）には負電位が発生して静電電極板２３及びウエハＷの裏面の間に電位差が生じ、該電位差に起因するクーロン力又はジョンソン・ラーベック力により、ウエハＷは静電チャック２４に吸着保持される。
また、サセプタ１２の上部には、静電チャック２４に吸着保持されたウエハＷを囲うように、フォーカスリング２６がサセプタ１２の上部における段差へ載置される。フォーカスリング２６はＳｉからなる。すなわち、フォーカスリング２６は半導電体からなるので、プラズマの分布域をウエハＷ上だけでなく該フォーカスリング２６上まで拡大してウエハＷの周縁部上におけるプラズマの密度を該ウエハＷの中央部上におけるプラズマの密度と同程度に維持する。これにより、ウエハＷの全面に施されるプラズマエッチング処理の均一性を確保する。
チャンバ１１の天井部には、サセプタ１２と対向するようにシャワーヘッド２７が配置される。シャワーヘッド２７は、例えば、各種ガスの流量比が適切に調整された混合ガスを処理室１３内へ導入する。
基板処理装置１０では、処理室１３内へ導入された処理ガスが第１の高周波電源１９からサセプタ１２を介して処理室１３内へ印加されたプラズマ生成用の高周波電力によって励起されてプラズマとなる。該プラズマ中の陽イオンは、第２の高周波電源２１がサセプタ１２に印加するイオン引き込み用の高周波電力によってウエハＷに向けて引きこまれ、該ウエハＷにプラズマエッチング処理を施す。
また、基板処理装置１０は、処理室１３からの排気のし易さ（排気コンダクタンス）を調整する機構として、排気室１４内に配された排気調整板２８を備える。排気調整板２８は、排気プレート１５と同形状の多数の貫通穴（第２の通気穴）を有する環状の板状部材である。排気調整板２８における貫通穴の断面形状、数、配置場所は、排気プレート１５における貫通穴の断面形状、数、配置場所と同じであり、排気調整板２８は排気プレート１５と同軸上に配される。排気調整板２８はチャンバ１１の底部から上方に突出する複数のロッド２９によって支持され、排気室１４内を図中上下方向に移動する。
基板処理装置１０において、処理室１３からの排気の抵抗が中程度の抵抗となる中排気コンダクタンスモードでは、図２（Ａ）に示すように、排気調整板２８を排気室１４内の最上位まで移動させて排気プレート１５と互いに平行になるように接触させる。上述したように、排気プレート１５及び排気調整板２８の貫通穴の断面形状、数、配置場所は同じであるため、排気プレート１５及び排気調整板２８は、厚さが２倍となった排気プレート１５と見なすことができる。
本実施の形態では、排気プレート１５及び排気調整板２８の厚さが３ｍｍ、排気プレート１５及び排気調整板２８の貫通穴は円筒状であり、その直径は３ｍｍ、排気プレート１５における貫通穴の数が５８００個である。オリフィスのコンダクタンスＣ１は１１６×断面積（「新版 真空ハンドブック」、オーム社、株式会社アルバック編、第４１頁の（１・７・６）式参照）で表すことができ、ここでは、Ｃ１＝８．２×１０−４（ｍ３／ｓ）となる。
さらに、穴が円筒状の場合には、オリフィスのコンダクタンスＣ１に補正係数Ｋ２を掛ける必要があり、該補正係数Ｋ２は長さ／直径が２（＝６ｍｍ／３ｍｍ）の場合は０．３５９（「新版 真空ハンドブック」、オーム社、株式会社アルバック編、第４３頁の表１・７・２の７）式参照）である。したがって、本実施の形態における中排気コンダクタンスモードにおけるコンダクタンスＣＭは、下記式（１）の通りとなり、１．７（ｍ３／ｓ）となる。
ＣＭ＝Ｋ２×Ｃ１×５８００＝０．３５９×８．２×１０−４×５８００ … （１）
また、処理室１３からの排気の抵抗が高抵抗となる低排気コンダクタンスモードでは、図２（Ｂ）に示すように、排気調整板２８を排気室１４内の下方へ移動させて排気調整板２８を排気プレート１５から離間させる。このとき、排気調整板２８及び排気プレート１５は排気の方向に関して直列に配置された別個の抵抗体とみなすことができる。
排気調整板２８や排気プレート１５における補正係数Ｋ２は長さ／直径が１（＝３ｍｍ／３ｍｍ）となるため、０．５１４（「新版 真空ハンドブック」、オーム社、株式会社アルバック編、第４３頁の表１・７・２の７）式参照）である。したがって、排気調整板２８や排気プレート１５のコンダクタンスＣは、それぞれ下記式（２）の通りとなり、２．４（ｍ３／ｓ）となる。
Ｃ＝Ｋ２×Ｃ１×５８００＝０．５１４×８．２×１０−４×５８００ … （２）
また、上述したように、排気プレート１５及び排気調整板２８は直列に配置された抵抗体とみなすことができるため、本実施の形態における低排気コンダクタンスモードにおけるコンダクタンスＣＬは、下記式（３）の通りとなり、１．２（ｍ３／ｓ）となる。
１／ＣＬ＝１／Ｃ＋１／Ｃ＝１／２．４＋１／２．４ … （３）
低排気コンダクタンスモードにおいて、排気調整板２８を排気プレート１５から離間させる際、排気調整板２８が排気プレート１５に近いと、排気調整板２８が排気プレート１５のコンダクタンスの端効果の影響を受けて排気調整板２８が確実に抵抗体として機能しないことがある。コンダクタンスの端効果の影響を受ける距離は、排気プレート１５の厚さをＬ、排気プレート１５における貫通穴の直径をＤとすると、Ｌ＋４×Ｄ／３で表すことができるので、排気調整板２８が排気プレート１５のコンダクタンスの端効果の影響を受けないためには、排気調整板２８を排気プレート１５から４×Ｄ／３以上離す必要がある。ここでＤは３ｍｍなので、低排気コンダクタンスモードにおいて、排気調整板２８は排気プレート１５から４ｍｍ以上離されるのが好ましい。
また、排気調整板２８が排気プレート１５のコンダクタンスの端効果の影響を受けると、コンダクタンスＣＬは線形的に変化せず、非線形的に変化するため、コンダクタンスＣＬを急変させることができる。コンダクタンスＣＬの急変を利用するには、コンダクタンスの端効果の影響を受ける距離を或る程度大きくする必要があり、例えば、上記式Ｌ＋４×Ｄ／３において４×Ｄ／３の項がＬと同じ大きさ程度（コンダクタンスの端効果の影響を受ける距離が排気プレート１５の厚さ程度）以上であるのが好ましい。このとき、下記式（４）より、
Ｌ＜４×Ｄ／３ … （４）
排気プレート１５における厚さＬ及び貫通穴の直径Ｄの関係は、Ｌ／Ｄ＜１．３３となるのが好ましい。
本実施の形態に係る基板処理装置１０によれば、可動の排気調整板２８は処理室１３と排気プレート１５で仕切られた排気室１４内に配されるので、該排気調整板２８が移動して付着物等が剥がれてもパーティクルは排気室１４内に留まり、処理室１３内にパーティクルが発生するのを防止することができる。また、排気調整板２８が処理室１３内に配されないので、処理室１３内のプラズマの分布を乱すのを防止することができる。さらに、排気調整板２８は排気プレート１５と互いに平行に接触可能であるので、排気調整板２８及び排気プレート１５を抵抗体として実質的に一体化することができる一方、排気調整板２８は排気プレート１５から離間可能であるため、排気調整板２８及び排気プレート１５をそれぞれ別個の抵抗体として存在させることもできる。その結果、排気コンダクタンスの調整幅を拡大することができる。
また、本実施の形態に係る基板処理装置１０によれば、中排気コンダクタンスモードでは、排気調整板２８を排気プレート１５に接触させるので、排気調整板２８及び排気プレート１５を抵抗体として実質的に一体化することができ、これにより、比較的抵抗の大きい抵抗体を１つだけ存在させて中程度の排気抵抗を実現できる。また、低排気コンダクタンスモードでは、排気調整板２８を排気プレート１５から離間させるので、それぞれ別個の抵抗体として存在させることができ、これにより、２つの抵抗体の直列配置を実現して高い排気抵抗を実現できる。
上述した基板処理装置１０では、低排気コンダクタンスモードにおいて排気調整板２８は排気プレート１５から４ｍｍ以上離間するので、排気調整板２８が排気プレート１５の排気コンダクタンスの端効果の影響を受けることが無く、排気調整板２８及び排気プレート１５をそれぞれ別個の抵抗体として確実に機能させることができる。
上述した基板処理装置１０では、排気プレート１５や排気調整板２８の貫通穴の断面形状は丸であったが、貫通穴の断面形状はこれに限られず、例えば、矩形やスリット状であってもよい。また、排気プレート１５及び排気調整板２８の貫通穴の大きさも互いに同じである必要はない。
さらに、排気調整板２８は処理室１３ではなく排気室１４に配されるため、プラズマと接触することが無く、殆ど消耗することがない。したがって、排気調整板２８は交換する必要が殆どない。
次に、本発明の第２の実施の形態に係る基板処理装置について説明する。
本実施の形態は、その構成、作用が上述した第１の実施の形態と基本的に同じであるので、重複した構成、作用については説明を省略し、以下に異なる構成、作用についての説明を行う。
図３は、本実施の形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す図である。
図３において、基板処理装置３０は、排気調整板２８の代わりに２つの部分３１ａ，３１ｂに分割可能な排気調整板３１を排気室１４内に備える。
排気調整板３１は、排気プレート１５と同形状の多数の貫通穴を有する環状の板状部材である。排気調整板３１における貫通穴の断面形状、数、配置場所も、排気プレート１５における貫通穴の断面形状、数、配置場所と同じであり、排気調整板３１は排気プレート１５と同軸上に配される。
排気調整板３１は、図４（Ａ）に示すように、平面視で内周部分３１ａ及び外周部分３１ｂに分割される。図３に戻り、内周部分３１ａはチャンバ１１の底部から上方に突出する複数のロッド３２によって支持され、排気室１４内を図中上下方向に移動する。また、外周部分３１ｂはチャンバ１１の底部から上方に突出する複数のロッド３３によって支持され、排気室１４内を図中上下方向に移動する。
基板処理装置３０において、処理室１３からの排気の抵抗が低抵抗となる高排気コンダクタンスモードでは、図５（Ａ）に示すように、排気調整板３１を排気プレート１５から離間させるとともに、排気調整板３１を内周部分３１ａ及び外周部分３１ｂに分割し、さらに、内周部分３１ａ及び外周部分３１ｂを排気室１４における排気の流れ方向に関してそれぞれ異なる位置、具体的には、図中上下方向に関して異なる位置に配置する。このとき、排気調整板３１は、内周部分３１ａ及び外周部分３１ｂの間に比較的大きな開口部３４を有することなるため、排気に関して抵抗体として機能しない。
したがって、高排気コンダクタンスモードにおけるコンダクタンスＣＨは排気プレート１５のコンダクタンスＣと同じとなり、下記式（５）に示す通り、２．４（ｍ３／ｓ）となる。
ＣＨ＝Ｃ＝２．４ … （５）
なお、高排気コンダクタンスモードでは開口部３４の大きさを或る値以上確保する必要があるため、内周部分３１ａ及び外周部分３１ｂは図中上下方向に関して少なくとも４ｍｍ以上離間させるのが好ましい。
また、基板処理装置３０において、中排気コンダクタンスモードでは、図５（Ｂ）に示すように、排気調整板３１を分割することなく排気室１４内の最上位まで移動させて排気プレート１５と互いに平行になるように接触させる。このときのコンダクタンスＣＭは、第１の実施の形態と同様に、１．７（ｍ３／ｓ）となる。さらに、低排気コンダクタンスモードでは、図５（Ｃ）に示すように、排気調整板３１を分割することなく排気室１４内の下方へ移動させて排気調整板３１を排気プレート１５から離間させる。このときのコンダクタンスＣＬは、第１の実施の形態と同様に、１．２（ｍ３／ｓ）となる。
本実施の形態に係る基板処理装置３０によれば、排気調整板３１が分割された際、内周部分３１ａ及び外周部分３１ｂは、排気の流れ方向に関してそれぞれ異なる位置に配置されるので、排気調整板３１を確実に抵抗体として機能させなくすることができ、もって、排気コンダクタンスの調整幅をより拡大することができる。
本実施の形態では、排気調整板３１が内周部分３１ａ及び外周部分３１ｂに分割されたが、排気調整板は抵抗体として機能させなくすることができれば、分割方法はこれに限られない。例えば、排気調整板は、図４（Ｂ）に示すように、平面視において内周部分３５ａ、中間部分３５ｂ及び外周部分３５ｃに分割されてもよく、この場合、図４（Ｃ）に示すように、高排気コンダクタンスモードでは、排気の流れ方向に関して内周部分３５ａ、中間部分３５ｂ及び外周部分３５ｃをそれぞれ異なる位置に配置する。また、例えば、排気調整板は、図４（Ｄ）に示すように、平面視において左部分３６ａ及び右部分３６ｂに分割されてもよく、この場合、図４（Ｅ）に示すように、高排気コンダクタンスモードでは、排気の流れ方向に関して左部分３６ａ及び右部分３６ｂをそれぞれ異なる位置に配置する。
図６は、図３の基板処理装置３０によってプラズマエッチング処理が施されるウエハＷの膜構成を示す部分断面図である。
図６において、ウエハＷは、シリコン基部３７上に図中下方から順に積層された、窒化硅素（ＳｉＮ）膜３８、酸化硅素（ＳｉＯ２）膜（絶縁膜）３９、アモルファスカーボン膜４０、硅素酸窒化（ＳｉＯＮ）膜４１（ハードマスク）、反射防止膜４２及びフォトレジスト膜４３を有する。
基板処理装置３０において低排気コンダクタンスモードでは、処理室１３内に処理ガスが比較的長く留まる（レジデンスタイムが長くなる）ため、処理ガスの乖離が進みプラズマにおけるラジカルの相対量が増加する。したがって、低排気コンダクタンスモードはラジカルによるエッチングが主となる等方的なエッチングや化学反応的エッチングに適している。また、高排気コンダクタンスモードでは、処理室１３内に処理ガスが短い間しか留まらない（レジデンスタイムが短くなる）ため、処理ガスの乖離がさほど進まず、プラズマにおけるラジカルの相対量が低下する。したがって、高排気コンダクタンスモードは陽イオンによるスパッタリングが主となる異方性のエッチングや物理的エッチングに適している。
図６のウエハＷでは、フォトレジスト膜４３をマスクとして反射防止膜４２及び硅素酸窒化膜４１をプラズマによってエッチングする際、反射防止膜４２及び硅素酸窒化膜４１は化学反応的エッチング及び物理的エッチングをバランス良く利用するため、基板処理装置３０は中排気コンダクタンスモードに移行する。
次に、アモルファスカーボン膜４０に関し、本発明者は本発明に先行して処理ガスである酸素ガスの流量を変更させてアモルファスカーボン膜にプラズマによるエッチングによってトレンチを形成した。具体的には、所定の条件（処理室１３内の圧力：２０ｍＴｏｒｒ、プラズマ生成用の高周波電力：８００Ｗ、イオン引き込み用の高周波電力：０Ｗ）において、酸素ガスの流量を１３０ｓｃｃｍから９００ｓｃｃｍに増加させたところ、トレンチのボーイング（横方向の膨らみ）が１１８ｎｍから１００ｎｍとなり、トレンチ底部のクリティカルディメンジョン（幅）も１３３ｎｍから１００ｎｍとなり、トレンチの形状が改善されるのを発見した。トレンチの形状が改善されたのは、酸素ガスの流量を増加させることによって該酸素ガスの処理室１３におけるレジデンスタイムを短縮し、酸素ラジカルの発生を抑制して等方性のエッチングを抑制したためだと考えられた。
したがって、基板処理装置３０では、アモルファスカーボン膜４０をプラズマでエッチングする際、形成されるホールやトレンチの形状を改善するために、高排気コンダクタンスモードに移行するのが好ましい。
次に、酸化硅素膜３９に関し、本発明者は本発明に先行して処理ガスである混合ガス（Ｃ５Ｆ８ガス、アルゴンガス及び酸素ガスの混合ガス）の流量を変更させて酸化硅素膜にプラズマによるエッチングによってトレンチを形成した。
具体的には、所定の条件（処理室１３内の圧力：１５ｍＴｏｒｒ、プラズマ生成用の高周波電力：２１７０Ｗ、イオン引き込み用の高周波電力：１５５０Ｗ）において、混合ガスの流量を４１４ｓｃｃｍから７８５ｓｃｃｍへ増加させてＣ５Ｆ８ガスの流量を１５ｓｃｃｍから２９ｓｃｃｍに増加させたところ、フォトレジスト膜に対する酸化硅素膜の選択比（５前後）は殆ど変わらず、酸化硅素膜のエッチングレートが５４０１Ａ／分から５９９３Ａ／分へ向上するのを発見した。
また、他の所定の条件（処理室１３内の圧力：２０ｍＴｏｒｒ、プラズマ生成用の高周波電力：１８００Ｗ、イオン引き込み用の高周波電力：１５００Ｗ）において、混合ガスの流量を４３１ｓｃｃｍから７５４．３ｓｃｃｍへ増加させてＣ５Ｆ８ガスの流量を１５ｓｃｃｍから２６．３ｓｃｃｍに増加させたところ、フォトレジスト膜に対する酸化硅素膜の選択比（５前後）は殆ど変わらず、酸化硅素膜のエッチングレートが５１３ｎｍ／分から５８７ｎｍ／分へ向上するのを発見した。
酸化硅素膜のエッチングレートが向上したのは、Ｃ５Ｆ８ガスの流量を増加させることによってＣ５Ｆ８ガスの陽イオンが増加し、該陽イオンによるスパッタリングを促進したためだと考えられた。
したがって、基板処理装置３０では、酸化硅素膜３９をプラズマでエッチングする際、エッチレートを向上させために、処理室１３において大流量の混合ガスを流しやすくする、すなわち、高排気コンダクタンスモードに移行するのが好ましい。
次に、酸化硅素膜３９がエッチングされたウエハＷのチャンバ１１からの搬出後におけるプラズマによる処理室１３内洗浄（以下、「ウエハレスドライクリーニング」）に関し、本発明者は本発明に先行して処理ガスである酸素ガスの流量を変更させてプラズマによるエッチングによって所定の有機膜をアッシングした。具体的には、所定の条件（処理室１３内の圧力：４００ｍＴｏｒｒ、プラズマ生成用の高周波電力：８００Ｗ、イオン引き込み用の高周波電力：０Ｗ）において、酸素ガスの流量を４７５ｓｃｃｍから８００ｓｃｃｍに増加させたところ、アッシングレートは徐々に低下するのを発見した。アッシングレートが低下したのは、酸素ガスの流量を増加させることによって該酸素ガスの処理室１３におけるレジデンスタイムが短縮されて酸素ラジカルの発生が抑制され、酸素ラジカルによる有機膜の化学反応的エッチングが抑制されたためと考えられた。
したがって、基板処理装置３０では、ウエハレスドライクリーニングを行う際、アッシングレートの低下を防止する、すなわち、洗浄効率の低下を防止するために、低排気コンダクタンスモードに移行するのが好ましい。
次に、本発明の第３の実施の形態に係る基板処理装置について説明する。
本実施の形態は、その構成、作用が上述した第１の実施の形態と基本的に同じであるので、重複した構成、作用については説明を省略し、以下に異なる構成、作用についての説明を行う。
図７は、本実施の形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す図である。
図７において、基板処理装置４４は、排気調整板２８の代わりに排気室１４に対して進退自在な２つの排気調整板４５、４６を備える。
排気調整板４５は、排気室１４内に進出した際、１つの環状の板状部材を形成する複数の分割部材、例えば、環状の板状部材を平面視において周方向に関して複数個に分割した部材からなる。排気調整板４５が排気室１４内へ進出して１つの環状の板状部材を形成する際、該排気調整板４５における貫通穴の断面形状、数、配置場所は、排気プレート１５における貫通穴の断面形状、数、配置場所と同じであり、排気調整板４５は排気プレート１５と互いに平行に接触する。また、排気調整板４５が複数の分割部材に分割される場合、各分割部材は排気室１４から退出してチャンバ１１の外壁に設けられた排気調整板収容室４７に収容される。
排気調整板４６も排気調整板４５と同様の構造を有し、排気調整板４６が排気室１４内へ進出して１つの環状の板状部材を形成する際、排気調整板４６は排気プレート１５と互いに平行に配置される。また、排気調整板４６が複数の分割部材に分割される場合、各分割部材は排気室１４から退出してチャンバ１１の外壁に設けられた排気調整板収容室４８に収容される。
排気調整板４５及び排気調整板４６は、排気室１４内における排気の方向に関して互いに４ｍｍ以上離間して配置される。これにより、排気調整板４６が排気調整板４５のコンダクタンスの端効果の影響を受けるのを防止することができる。
基板処理装置４４では、高排気コンダクタンスモードにおいて、図８（Ａ）に示すように、排気調整板４５及び排気調整板４６とも排気室１４から退出する。これにより、排気に関しては排気プレート１５のみが抵抗体として機能し、コンダクタンスＣＨは、第２の実施の形態と同様に、２．４（ｍ３／ｓ）となる。
また、中排気コンダクタンスモードにおいて、図８（Ｂ）に示すように、排気調整板４６は排気室１４から退出するが、排気調整板４５は排気室１４内へ進出して排気プレート１５と互いに平行に接触する。このとき、排気プレート１５及び排気調整板４５は、厚さが２倍となった排気プレート１５と見なすことができ、コンダクタンスＣＭは、第１の実施の形態と同様に、１．７（ｍ３／ｓ）となる。
さらに、低排気コンダクタンスモードにおいて、図８（Ｃ）に示すように、排気調整板４５は排気室１４から退出するが、排気調整板４６は排気室１４内へ進出して排気プレート１５と互いに平行に配置される。このとき、排気調整板４６及び排気プレート１５は排気の方向に関して直列に配置された別個の抵抗体とみなすことができ、コンダクタンスＣＬは、第１の実施の形態と同様に、１．２（ｍ３／ｓ）となる。
なお、上述した各実施の形態に係る基板処理装置がプラズマエッチング処理を施す基板は、半導体デバイス用のウエハに限られず、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等を含むＦＰＤ（Flat Panel Display）等に用いる各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等であってもよい。
以上、本発明について、上記各実施の形態を用いて説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではない。
Ｗ ウエハ
１０ 基板処理装置
１３ 処理室
１４ 排気室
１５ 排気プレート
１６ 排気管
２８、３１、４５、４６ 排気調整板
３１ａ 内周部分
３１ｂ 外周部分

Claims (12)

  1. 基板を収容して該基板にプラズマ処理を施す処理室と、該処理室と連通する排気室と、前記処理室及び前記排気室を仕切り且つ前記処理室内のプラズマが前記排気室内へ漏洩するのを防止する排気板とを備え、前記排気板は該排気板を貫通する複数の第１の通気穴を有する基板処理装置において、
    前記排気室内に配される排気調整板を備え、
    前記排気調整板は、該排気調整板を貫通する複数の第２の通気穴を有し、前記排気板と互いに平行に接触可能であるとともに、前記排気板から離間可能であることを特徴とする基板処理装置。
  2. 前記排気調整板は２以上の部分に分割可能であり、前記排気調整板が分割された際、前記２以上の部分は、排気の流れ方向に関してそれぞれ異なる位置に配置されることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
  3. 前記排気調整板は平面視で環状を呈し、少なくとも内周部分及び外周部分に分割されることを特徴とする請求項２記載の基板処理装置。
  4. 前記排気調整板は、前記排気板から４ｍｍ以上離間することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  5. 前記第１の通気穴は円筒状であり、前記第１の通気穴の長さをＬ、直径をＤとすると、Ｌ／Ｄ＜１．３３であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  6. 前記第１の通気穴の断面形状は、丸、矩形又はスリット状であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  7. 前記第２の通気穴の断面形状は、丸、矩形又はスリット状であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  8. 前記排気板は前記処理室内に収容された前記基板と平行に配され、該基板の上面よりも低い位置に配置されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  9. 基板を収容して該基板にプラズマ処理を施す処理室と、該処理室と連通する排気室と、前記処理室及び前記排気室を仕切り且つ前記処理室内のプラズマが前記排気室内へ漏洩するのを防止する排気板と、前記排気室内に配される排気調整板をと備え、前記排気板は該排気板を貫通する複数の第１の通気穴を有し、前記排気調整板は、該排気調整板を貫通する複数の第２の通気穴を有し、前記排気板と互いに平行に接触可能であるとともに、前記排気板から離間可能である基板処理装置における基板処理方法であって、
    前記処理室内からの排気の抵抗が中程度である中排気コンダクタンスモードでは、前記排気調整板を前記排気板に接触させ、
    前記処理室内からの排気の抵抗が高い低排気コンダクタンスモードでは、前記排気調整板を前記排気板から離間させることを特徴とする基板処理方法。
  10. 前記低排気コンダクタンスモードでは、前記排気調整板を前記排気板から４ｍｍ以上離間させることを特徴とする請求項９記載の基板処理方法。
  11. 前記排気調整板は２以上の部分に分割可能であり、
    前記処理室内からの排気の抵抗が低い高排気コンダクタンスモードでは、前記２以上の部分は、排気の流れ方向に関してそれぞれ異なる位置に配置されることを特徴とする請求項９又は１０記載の基板処理方法。
  12. 前記中排気コンダクタンスモードでは反射防止膜及び/又はハードマスクがエッチングされ、前記高排気コンダクタンスモードではアモルファスカーボン膜及び/又は酸化膜がエッチングされ、前記低排気コンダクタンスモードではウエハレスドライクリーニング処理が実行されることを特徴とする請求項１１記載の基板処理方法。
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