JP2014003234A - プラズマ処理装置、及びプラズマ処理方法 - Google Patents

プラズマ処理装置、及びプラズマ処理方法 Download PDF

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Abstract

【課題】基板の被処理面の均一性を維持すること。
【解決手段】プラズマ処理装置１は、処理容器２に導入された処理ガスをプラズマ化することにより、処理容器２の内部に収容されたウェハＷを処理する。プラズマ処理装置１は、中央導入部５５と、周辺導入部６１と、流量調整部と、制御部４９とを備える。中央導入部５５は、Ａｒガス、Ｈｅガスおよびエッチングガスのうち少なくともいずれか一つを含む処理ガスをウェハＷの中央部に導入する。周辺導入部６１は、処理ガスをウェハＷの周辺部に導入する。流量調整部は、中央導入部５５からウェハＷの中央部に導入される処理ガスの流量と、周辺導入部６１からウェハＷの周辺部に導入される処理ガスの流量とを調整する。制御部４９は、処理ガスに含まれるＡｒガスに対するＨｅガスの分圧比が所定値以上となるように、流量調整部で調整される処理ガスの流量を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明の種々の側面及び実施形態はプラズマ処理装置、及びプラズマ処理方法に関するものである。
半導体の製造プロセスでは、薄膜の堆積又はエッチング等を目的としたプラズマ処理が広く行われている。高性能かつ高機能な半導体を得るためには、基板の被処理面に対し、均一なプラズマ処理を施すことが望まれている。
近年のプラズマ処理においては、処理容器に導入された処理ガスをプラズマ化することにより、処理容器の内部に収容された基板を処理するプラズマ処理装置が用いられている。このようなプラズマ処理装置としては、２系統のラインを用いて処理ガスを処理容器に導入するものが知られている。このプラズマ処理装置は、例えば、処理ガスを基板の中央部に導入する中央導入部と、処理ガスを基板の周辺部に導入する周辺導入部とを有する。プラズマ処理装置は、処理ガスを中央導入部および周辺導入部から処理容器に導入し、導入された処理ガスをプラズマ化することにより、基板を処理する。中央導入部および周辺導入部から処理容器に導入される処理ガスとしては、例えばＡｒガス等の不活性ガスとＨＢｒ等のエッチングガスとの混合ガスが用いられる。
ここで、プラズマ処理装置においては、基板の被処理面に対して均一なプラズマ処理を施すために、Ａｒガスよりもプラズマ化され難い他の不活性ガスを含む処理ガスを処理容器に導入することが検討されている。例えば、特許文献１では、Ａｒガスよりも励起エネルギーが大きくプラズマ化され難いＨｅガスをＡｒガスに代えて不活性ガスとして採用し、ＨｅガスおよびエッチングガスとしてのＨＢｒガスを含む処理ガスを処理容器に導入することが開示されている。
特開平５−２４３１８８号公報
しかしながら、Ａｒガスに代えてＨｅガスを含む処理ガスを処理容器に導入する従来技術では、プラズマ化されていないＨｅガスにより基板の中央部の電子温度が基板の周辺部と比して低下し、基板の中央部と周辺部とでエッチングレートの相違が生じることがある。結果として、従来技術では、基板の被処理面の均一性が損なわれる恐れがある。
本発明の一側面に係るプラズマ処理装置は、処理容器に導入された処理ガスをプラズマ化することにより、該処理容器の内部に収容された基板を処理する。プラズマ処理装置は、中央導入部と、周辺導入部と、流量調整部と、制御部とを備える。中央導入部は、Ａｒガス、Ｈｅガスおよびエッチングガスのうち少なくともいずれか一つを含む処理ガスを前記基板の中央部に導入する。周辺導入部は、前記処理ガスを前記基板の周辺部に導入する。流量調整部は、前記中央導入部から前記基板の中央部に導入される前記処理ガスの流量と、前記周辺導入部から前記基板の周辺部に導入される前記処理ガスの流量とを調整する。制御部は、前記処理ガスに含まれるＡｒガスに対するＨｅガスの分圧比が所定値以上となるように、前記流量調整部で調整される前記処理ガスの流量を制御する。
本発明の種々の側面及び実施形態によれば、基板の被処理面の均一性を維持することができるプラズマ処理装置、及びプラズマ処理方法が実現される。
図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の縦断面図である。 図２は、図１のＸ−Ｘ線断面図である。 図３は、ウェハの中央部と周辺部とで生じるエッチングレートの相違について説明するための図である。 図４は、本実施形態に係るプラズマ処理装置によるプラズマ処理方法の処理手順を示すフローチャートである。 図５Ａは、本実施形態に係るプラズマ処理方法による効果を説明するための図である。 図５Ｂは、本実施形態に係るプラズマ処理方法による効果を説明するための図である。 図６は、図５Ａ及び図５Ｂに示したプラズマ処理方法の効果を検証したシミュレーションの結果を示す図である。
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を付すこととする。
図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の縦断面図である。図２は、図１のＸ−Ｘ線断面図である。図１に示すように、プラズマ処理装置１は、円筒形状の処理容器２を備える。処理容器２の天井部は誘電体からなる誘電体窓（天板）１６で塞がれる。処理容器２は、例えばアルミニウムからなり、電気的に設置される。処理容器２の内壁面は、アルミナなどの保護膜で被覆されている。
処理容器２の底部の中央には、基板としての半導体ウェハ（以下ウェハという）Ｗを載置するための載置台３が設けられる。載置台３の上面にウェハＷが保持される。載置台３は、例えばアルミナや窒化アルミナ等のセラミック材からなる。載置台３の内部には、ヒータ５が埋め込まれ、ウェハＷを所定温度に加熱できるようになっている。ヒータ５は、支柱内に配された配線を介してヒータ電源４に接続される。
載置台３の上面には、載置台３に載置されるウェハＷを静電吸着する静電チャック（図示せず）が設けられる。静電チャックには、整合器を介してバイアス用の高周波電力を印加するバイアス用高周波電源（図示せず）が接続される。
処理容器２の底部には、載置台３に載置されるウェハＷの表面よりも下方の排気口１１ａから処理ガスを排気する排気管１１が設けられる。排気管１１には、圧力制御弁、真空ポンプ１０が接続される。圧力制御弁及び真空ポンプ１０によって、処理容器２内の圧力が所定の圧力に調節される。これら、排気管１１、圧力制御弁及び真空ポンプ１０が排気手段を構成する。
処理容器２の天井部には気密性を確保するためのシール１５を介して誘電体窓１６が設けられる。誘電体窓１６は、例えば、石英、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、あるいは窒化アルミ（ＡｌＮ）などの誘電体からなり、マイクロ波に対して透過性を有する。
誘電体窓１６の上面には、円板形状のスロットアンテナ２０が設けられる。スロットアンテナ２０は、導電性を有する材質、例えばＡｇ，Ａｕ等でメッキやコーティングされた銅からなる。スロットアンテナ２０には、例えば複数のＴ字形状のスロット２１が同心円状に配列されている。スロットアンテナ２０は、ラジカルラインスロットアンテナ（Radial Slot Antenna、以下適宜「ＲＬＳＡ」と称する）とも呼ばれる。
スロットアンテナ２０の上面には、マイクロ波の波長を圧縮するための誘電体板２５が配置される。誘電体板２５は、例えば、石英（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、あるいは窒化アルミ（ＡｌＮ）などの誘電体からなる。誘電体板２５は導電性のカバー２６で覆われる。カバー２６には円環状の熱媒流路２７が設けられる。この熱媒流路２７を流れる熱媒によってカバー２６及び誘電体板２５が所定の温度に調節される。２．４５ＧＨｚの波長のマイクロ波を例にとると、真空中の波長は約１２ｃｍであり、アルミナ製の誘電体窓１６中での波長は約３〜４ｃｍとなる。
カバー２６の中央には、マイクロ波を伝播する同軸導波管３０が接続される。同軸導波管３０は、内側導体３１と外側導体３２から構成される、内側導体３１は、誘電体板２５の中央を貫通してスロットアンテナ２０の中央に接続される。
同軸導波管３０には、モード変換器３７及び矩形導波管３６を介してマイクロ波発生器３５が接続される。マイクロ波は、２．４５ＧＨｚの他、８６０ＭＨｚ，９１５ＭＨｚや８．３５ＧＨｚなどのマイクロ波を用いることができる。
マイクロ波発生器３５が発生したマイクロ波は、マイクロ波導入路としての、矩形導波管３６、モード変換器３７、同軸導波管３０、及び誘電体板２５に伝播する。誘電体板２５に伝播したマイクロ波はスロットアンテナ２０の多数のスロット２１から誘電体窓１６を介して処理容器２内に供給される。マイクロ波によって誘電体窓１６の下方に電界が形成され、処理容器２内の処理ガスがプラズマ化する。
スロットアンテナ２０に接続される内側導体３１の下端は円錐台形状に形成される。これにより、同軸導波管３０から誘電体板２５及びスロットアンテナ２０にマイクロ波が効率よく損失なく伝播される。
ＲＬＳＡによって生成されたマイクロ波プラズマの特徴は、誘電体窓１６直下（プラズマ励起領域と呼ばれる）で生成された比較的電子温度の高い数ｅＶのプラズマが拡散し、ウェハＷ直上（プラズマ拡散領域）では約１〜２ｅＶ程度の低い電子温度のプラズマとなることにある。すなわち、平行平板等のプラズマとは異なり、プラズマの電子温度の分布が誘電体窓１６からの距離の関数として明確に生ずることに特徴がある。より詳細には、誘電体窓１６直下からの距離の関数として、誘電体窓１６直下での数eV〜約１０eVの電子温度が、ウェハＷ上では約１〜２eV程度に減衰する。ウェハＷの処理はプラズマの電子温度の低い領域（拡散プラズマ領域）で行なわれるため、ウェハＷへリセス等の大きなダメージを与えることがない。プラズマの電子温度の高い領域（プラズマ励起領域）へ処理ガスが供給されると、処理ガスは容易に励起され、解離される。一方、プラズマの電子温度の低い領域（プラズマ拡散領域）へ処理ガスが供給されると、プラズマ励起領域近傍へ供給された場合に比べ、解離の程度は抑えられる。
処理容器２の天井部の誘電体窓１６中央には、ウェハＷの中央部に処理ガスを導入する
中央導入部５５が設けられる。中央導入部５５は、Ａｒガス、Ｈｅガスおよび例えばＨＢｒガス等のエッチングガスのうち少なくともいずれか一つを含む処理ガスをウェハＷの中央部に導入する。本実施形態では、中央導入部５５は、ＡｒガスおよびＨｅガスのうち少なくともいずれか一方を含む処理ガスをウェハＷの中央部に導入する。中央導入部５５は、同軸導波管３０の内側導体３１に形成された処理ガスの供給路５２と接続される。
中央導入部５５は、誘電体窓１６の中央に設けられた円筒形状の空間部５９に嵌め込まれる円柱形状のブロック５７と、同軸導波管３０の内側導体３１の下面とブロック５７の上面との間に適当な間隔を持って空けられたガス溜め部６０とを有する。ブロック５７は、例えばアルミニウムなどの導電性材料からなり、電気的に接地されている。ブロック５７には上下方向に貫通する複数の中央導入口５８（図２参照）が形成される。中央導入口５８の平面形状は、必要なコンダクタンス等を考慮して真円又は長孔に形成される。アルミニウム製のブロック５７は、陽極酸化被膜アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）等でコーティングされる。
内側導体３１を貫通する供給路５２からガス溜め部６０に供給された処理ガスは、ガス溜め部６０内を拡散した後、ブロック５７の複数の中央導入口５８から下方にかつウェハＷの中央部に向かって噴射される。
処理容器２の内部には、ウェハＷの上方の周辺を囲むように、ウェハＷの周辺部に処理ガスを導入するリング形状の周辺導入部６１が配置される。周辺導入部６１は、Ａｒガス、Ｈｅガスおよび例えばＨＢｒガス等のエッチングガスのうち少なくともいずれか一つを含む処理ガスをウェハＷの周辺部に導入する。本実施形態では、周辺導入部６１は、ＡｒガスおよびエッチングガスとしてのＨＢｒガスを含む処理ガスをウェハＷの周辺部に導入する。周辺導入部６１は、天井部に配置される中央導入口５８よりも下方であって、かつ載置台３に載置されたウェハＷよりも上方に配置される。周辺導入部６１は中空のパイプを環状にしたものであり、その内周側には周方向に一定の間隔を空けて複数の周辺導入口６２が空けられる。周辺導入口６２は、周辺導入部６１の中心に向かって処理ガスを噴射する。周辺導入部６１は、例えば、石英からなる。処理容器２の側面には、ステンレス製の供給路５３が貫通する。供給路５３は周辺導入部６１に接続される。供給路５３から周辺導入部６１の内部に供給された処理ガスは、周辺導入部６１の内部の空間を拡散した後、複数の周辺導入口６２から周辺導入部６１の内側に向かって噴射される。複数の周辺導入口６２から噴射された処理ガスはウェハＷの周辺上部に供給される。なお、リング形状の周辺導入部６１を設ける替わりに、処理容器２の内側面に複数の周辺導入口６２を形成してもよい。
本実施形態においては、中央導入部５５に接続された供給路５２は、ガス供給系４１に接続され、周辺導入部６１に接続された供給路５３は、ガス供給系４２に接続されている。ガス供給系４１及びガス供給系４２は、プラズマエッチング処理、プラズマＣＶＤ処理に応じた処理ガスを中央導入部５５および周辺導入部６１それぞれに供給する。例えば、ガス供給系４１及びガス供給系４２は、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ等のシリコン系の膜をエッチングするときは、Ａｒガス、Ｈｅガス、エッチングガスとしてのＨＢｒガス（又はＣｌ２ガス）、Ｏ２ガスを含む処理ガスを供給する。また、例えば、ガス供給系４１及びガス供給系４２は、ＳｉＯ２等の酸化膜をエッチングするときは、Ａｒガス、Ｈｅガス、ＣＨＦ系ガス、ＣＦ系ガス、Ｏ２ガスを含む処理ガスを供給する。また、例えば、ガス供給系４１及びガス供給系４２は、ＳｉＮ等の窒化膜をエッチングするときはＡｒガス、Ｈｅガス、ＣＦ系ガス、ＣＨＦ系ガス、Ｏ２ガスを含む処理ガスを供給する。
ガス供給系４１とガス供給系４２とは、互いに同じ種類の処理ガスを供給してもよいし、ガス供給系４１とガス供給系４２とは、互いに違う種類の処理ガスを供給してもよい。本実施形態では、ガス供給系４１は、例えば、ＡｒガスおよびＨｅガスのうち少なくともいずれか一方を含む処理ガスを中央導入部５５に供給し、ガス供給系４２は、ＡｒガスおよびエッチングガスとしてのＨＢｒガスを含む処理ガスを周辺導入部６１に供給する。これにより、エッチングガスの過剰な解離を抑制することができるとともに、腐食性ガスであるＨＢｒガスにより中央導入部５５のブロック５７が腐食することを防止することができる。
ガス供給系４１とガス供給系４２とは、さらにＯ２等のクリーニングガスを供給することもできる。
ガス供給系４１には、ガス供給系４１から供給路５２を介して中央導入部５５に供給される処理ガス、すなわち、中央導入部５５からウェハＷの中央部に導入される処理ガスの流量を調整する流量制御バルブ４１ａ，４１ｂ，４１ｃが設けられる。流量制御バルブ４１ａは、Ａｒガスのガス源（不図示）に接続されており、このガス源からのＡｒガスの流量を調整する。流量制御バルブ４１ｂは、Ｈｅガスのガス源（不図示）に接続されており、このガス源からのＨｅガスの流量を調整する。流量制御バルブ４１ｃは、ＨＢｒガス等のエッチングガスのガス源（不図示）に接続されており、このガス源からのＨＢｒガス等のエッチングガスの流量を調整する。
ガス供給系４２には、ガス供給系４２から供給路５３を介して周辺導入部６１に供給される処理ガス、すなわち、周辺導入部６１からウェハＷの周辺部に導入される処理ガスの流量を調整する流量制御バルブ４２ａ，４２ｂ，４２ｃが設けられる。流量制御バルブ４２ａは、Ａｒガスのガス源（不図示）に接続されており、このガス源からのＡｒガスの流量を調整する。流量制御バルブ４２ｂは、Ｈｅガスのガス源（不図示）に接続されており、このガス源からのＨｅガスの流量を調整する。流量制御バルブ４２ｃは、ＨＢｒガス等のエッチングガスのガス源（不図示）に接続されており、このガス源からのＨＢｒガス等のエッチングガスの流量を調整する。
流量制御バルブ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ及び流量制御バルブ４２ａ，４２ｂ，４２ｃは、制御部４９によって制御される。流量制御バルブ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ及び流量制御バルブ４２ａ，４２ｂ，４２ｃは、流量調整部の一例である。
制御部４９は、例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）及びメモリといった記憶装置を備えるコンピュータであってもよい。制御部４９は、記憶装置に記憶されたプログラムに従って種々の制御信号を出力することができる。制御部４９から出力される種々の制御信号は、流量制御バルブ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ及び流量制御バルブ４２ａ，４２ｂ，４２ｃに入力される。例えば、流量制御バルブ４１ａ，４１ｂ，４１ｃは、制御部４９から出力された制御信号に基づいて、中央導入部５５からウェハＷの中央部に導入される処理ガスの流量を調整する。また、例えば、流量制御バルブ４２ａ，４２ｂ，４２ｃは、制御部４９から出力された制御信号に基づいて、周辺導入部６１からウェハＷの周辺部に導入される処理ガスの流量を調整する。
制御部４９は、処理ガスに含まれるＡｒガスに対するＨｅガスの分圧比が所定値以上となるように、流量制御バルブ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ及び流量制御バルブ４２ａ，４２ｂ，４２ｃで調整される処理ガスの流量を制御する。
ここで、制御部４９が、処理ガスに含まれるＡｒガスに対するＨｅガスの分圧比が所定値以上となるように、処理ガスの流量を制御する理由について具体的に説明する。Ｈｅガスは、Ａｒガスよりも励起エネルギーが大きく、プラズマ化され難いという性質を有する。この性質を利用して、従来技術では、Ａｒガスに代えてＨｅガスのみを不活性ガスとして含む処理ガスを処理容器２に導入していた。しかしながら、従来技術では、プラズマ化されていないＨｅガスによりウェハＷの中央部の電子温度が基板の周辺部と比して過度に低下し、ウェハＷの中央部と周辺部とでエッチングレートの相違が生じることがあった。
図３は、ウェハの中央部と周辺部とで生じるエッチングレートの相違について説明するための図である。図３では、ウェハＷの断面写真が示されている。ここでは、不活性ガスとしてＡｒガスのみ又はＨｅガスのみを含む処理ガスが処理容器２に導入された場合に、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）用のウェハＷからＰｏｌｙ−Ｓｉ膜を除去するエッチングが行われたものとする。図３に示すように、不活性ガスとしてＡｒガスのみを含む処理ガスが処理容器２に導入された場合には、ウェハＷの中央部に形成された溝（Trench）の深さ「２２１．２ｎｍ」が、ウェハＷの周辺部に形成された溝の深さ「２０９．９ｎｍ」よりも大きい。その一方で、不活性ガスとしてＨｅガスのみを含む処理ガスが処理容器２に導入された場合には、ウェハＷの中央部に形成された溝の深さ「１９８．５ｎｍ」が、ウェハＷの周辺部に形成された溝の深さ「２１１．４ｎｍ」よりも小さくなる。すなわち、Ｈｅガスのみを不活性ガスとして含む処理ガスが処理容器２に導入された場合には、ウェハＷの中央部のエッチングレートが、ウェハＷの周辺部のエッチングレートよりも小さくなることが分かる。
これらの点に鑑みて、本発明者らは、処理ガスに含まれるＡｒガスに対するＨｅガスの分圧比と、ウェハＷの中央部と周辺部とで生じるエッチングレートの相違との因果関係について鋭意研究を重ねた。その結果、本発明者らは、処理ガスに含まれるＡｒガスに対するＨｅガスの分圧比が所定値以上となった場合に、ウェハＷの中央部と周辺部とでエッチングレートの相違が生じることを回避することができるという知見を得た。この知見に基づいて、本実施形態では、制御部４９が、処理ガスに含まれるＡｒガスに対するＨｅガスの分圧比が所定値以上となるように、流量制御バルブ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ及び流量制御バルブ４２ａ，４２ｂ，４２ｃで調整される処理ガスの流量を制御する。
次いで、制御部４９が、処理ガスに含まれるＡｒガスに対するＨｅガスの分圧比が所定値以上となるように、処理ガスの流量を制御する処理の一例について説明する。制御部４９は、処理ガスに含まれるＡｒガスに対するＨｅガスの分圧比と、流量制御バルブ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ及び流量制御バルブ４２ａ，４２ｂ，４２ｃで調整される処理ガスの流量の制御値とを対応付けたテーブルを記憶装置に保持する。制御部４９は、任意の所定値の入力を入力部から受け付ける。制御部４９は、記憶装置に保持されたテーブルを参照して所定値以上となるＡｒガスに対するＨｅガスの分圧比を特定し、特定した分圧比に対応する処理ガスの流量の制御値を該テーブルから取得する。制御部４９は、テーブルから取得した処理ガスの流量の制御値に基づいて、流量制御バルブ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ及び流量制御バルブ４２ａ，４２ｂ，４２ｃで調整される処理ガスの流量を制御する。
また、制御部４９は、好ましくは、処理ガスに含まれるＡｒガスに対するＨｅガスの分圧比が０．５（５０％）以上となるように、流量制御バルブ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ及び流量制御バルブ４２ａ，４２ｂ，４２ｃで調整される処理ガスの流量を制御する。
本実施形態では、Ａｒガスに対するＨｅガスの分圧比が所定値以上、好ましくは、０．５以上となるようにウェハＷの中央部及び周辺部に導入される処理ガスの流量を制御することにより、ウェハＷの中央部及び周辺部の電子温度を均等化することができる。その結果、本実施形態によれば、ウェハＷの中央部と周辺部とにおけるエッチングレートの相違を小さくすることができるので、ウェハＷの被処理面の均一性を維持することができる。
次に、図１に示したプラズマ処理装置１によるプラズマ処理方法について説明する。図４は、本実施形態に係るプラズマ処理装置によるプラズマ処理方法の処理手順を示すフローチャートである。図４に示すプラズマ処理方法は、例えば、マイクロ波発生器３５によって発生したマイクロ波を用いて処理容器２に導入された処理ガスをプラズマ化するプラズマ処理が実行される前に、実行される。また、図４に示す処理では、一例として、ウェハＷの上面のＰｏｌｙ−Ｓｉ膜をエッチングする例について説明する。
図４に示すように、プラズマ処理装置１の制御部４９は、Ａｒガス及びＨｅガスのうち少なくともいずれか一方を含む処理ガスをウェハＷの中央部に導入する（ステップＳ１０１）。すなわち、制御部４９は、流量制御バルブ４１ａ，４１ｂを開状態とする制御信号を流量制御バルブ４１ａ，４１ｂに出力することにより、Ａｒガス及びＨｅガスのうち少なくともいずれか一方を含む処理ガスを中央導入部５５からウェハＷの中央部に導入する。
続いて、制御部４９は、Ａｒガス及びエッチングガスとしてのＨＢｒガスを含む処理ガスをウェハＷの周辺部に導入する（ステップＳ１０２）。すなわち、制御部４９は、流量制御バルブ４２ａ，４２ｃを開状態とする制御信号を流量制御バルブ４２ａ，４２ｃに出力することにより、Ａｒガス及びＨＢｒガスを含む処理ガスを周辺導入部６１からウェハＷの周辺部に導入する。
続いて、制御部４９は、Ａｒガスに対するＨｅガスの分圧比が０．５（５０％）以上となるように、流量制御バルブ４１ａ，４１ｂ及び流量制御バルブ４２ａ，４２ｃで調整される処理ガスの流量を制御する（ステップＳ１０３）。すなわち、制御部４９は、記憶装置に保持されたテーブルを参照して０．５以上となるＡｒガスに対するＨｅガスの分圧比を特定し、特定した分圧比に対応する処理ガスの流量の制御値を該テーブルから取得する。そして、制御部４９は、テーブルから取得した処理ガスの流量の制御値に基づいて、流量制御バルブ４１ａ，４１ｂ及び流量制御バルブ４２ａ，４２ｃで調整される処理ガスの流量を制御する。
その後、マイクロ波発生器３５によって発生したマイクロ波を用いて処理容器２に導入された処理ガスをプラズマ化するプラズマ処理が実行される。プラズマ処理が実行されると、プラズマ化した処理ガスからイオン等の活性種が発生し、この活性種によってウェハＷの上面のＰｏｌｙ−Ｓｉ膜がエッチングされる。
次に、本実施形態に係るプラズマ処理方法による効果について説明する。図５Ａ、図５Ｂは、本実施形態に係るプラズマ処理方法による効果を説明するための図である。図５Ａ、図５Ｂは、プラズマ処理装置１によってウェハＷに対してプラズマエッチング処理を行った場合における、本実施形態に係るプラズマ処理方法の効果を示す図である。
図５Ａ、図５Ｂにおいて、横軸は、プラズマ処理装置１の内部に収容されたウェハＷの中心からの距離［ｍｍ］を示している。ウェハＷの中心からの距離「０」ｍｍは、ウェハＷの中央部に相当し、ウェハＷの中心からの距離「１５０」ｍｍは、ウェハＷの周辺部に相当する。また、図５Ａ、図５Ｂにおいて、縦軸は、エッチングレートＥＲ［ｎｍ／ｍｉｎ］を示している。
また、図５Ａは、Ａｒガスに対するＨｅガスの分圧比が０％、３３％、５０％、６０％、７１％となるように、処理ガスに含まれるＨｅガスの流量のみを調整した場合の、ウェハＷの中央部から周辺部に至るエッチングレートＥＲの変動を示すグラフである。なお、図５Ａに示す例では、処理ガスに含まれるＡｒガスの流量は固定値４００ｓｃｃｍであるものとする。一方、図５Ｂは、Ａｒガスに対するＨｅガスの分圧比が０％、５０％、７１％となるように、処理ガスに含まれるＡｒガス及びＨｅガスの流量を調整した場合の、ウェハＷの中央部から周辺部に至るエッチングレートＥＲの変動を示すグラフである。なお、図５Ｂに示す例では、Ａｒガス、Ｈｅガス及びエッチングガスを含む処理ガスの全流量は固定値８００ｓｃｃｍであるものとする。
図５Ａ、図５Ｂに示すように、本実施形態に係るプラズマ処理方法を用いない場合には、ウェハＷの中央部のエッチングレートＥＲは、ウェハＷの周辺部のエッチングレートＥＲと比して、大きくなった。すなわち、Ａｒガスに対するＨｅガスの分圧比が５０％未満となるように流量制御バルブ４１ａ，４１ｂ及び流量制御バルブ４２ａ，４２ｃで調整される処理ガスの流量を制御した場合には、ウェハＷの中央部と周辺部とにおけるエッチングレートＥＲの相違が大きくなった。
これに対して、本実施形態に係るプラズマ処理方法を用いた場合には、ウェハＷの中央部から周辺部に至るエッチングレートＥＲが均等になった。すなわち、Ａｒガスに対するＨｅガスの分圧比が５０％以上となるように流量制御バルブ４１ａ，４１ｂ及び流量制御バルブ４２ａ，４２ｃで調整される処理ガスの流量を制御した場合には、ウェハＷの中央部と周辺部とにおけるエッチングレートＥＲの相違が小さくなった。
図６は、図５Ａ及び図５Ｂに示したプラズマ処理方法の効果を検証したシミュレーションの結果を示す図である。図６の左上隅から右下隅に至るシミュレーションの結果が、図５Ａに示したプラズマ処理方法の効果を検証したものである。図６の中央上から中央下に至るシミュレーションの結果が、図５Ｂに示したプラズマ処理方法の効果を検証したものである。図６に示す破線で囲まれた領域１００が、本実施形態に係るプラズマ処理方法を用いた場合、すなわち、Ａｒガスに対するＨｅガスの分圧比が５０％以上となるように流量制御バルブ４１ａ，４１ｂ及び流量制御バルブ４２ａ，４２ｃで調整される処理ガスの流量を制御した場合のシミュレーション結果である。
図６の領域１００に示されるように、本実施形態に係るプラズマ処理方法を用いた場合には、領域１００以外の領域に比べて、ウェハＷの中央部から周辺部に至るエッチングレートＥＲの変動幅が小さくなった。
上述したように、本実施形態のプラズマ処理装置によれば、Ａｒガスに対するＨｅガスの分圧比が所定値以上となるようにウェハＷの中央部及び周辺部に導入される処理ガスの流量を制御するので、ウェハＷの中央部から周辺部に至るエッチングレートの変動幅を小さくすることができる。その結果、本実施形態によれば、ウェハＷの被処理面の均一性を維持することができる。
なお、Ｈｅガスの分子の大きさや質量は、Ａｒガスと比して、小さい。よって、ＳＴＩ用のウェハＷからＰｏｌｙ−Ｓｉ膜を除去するエッチングが行われる場合には、Ｈｅガスの分子がＰｏｌｙ−Ｓｉ膜の側壁に対して与えるダメージは、Ａｒガスの分子がＰｏｌｙ−Ｓｉ膜の側壁に対して与えるダメージよりも小さくなると考えられる。本実施形態によれば、Ａｒガスに対するＨｅガスの分圧比が所定値以上となるようにウェハＷの中央部及び周辺部に導入される処理ガスの流量を制御するので、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜（フィン）の側壁へのダメージを低減することができる。その結果、本実施形態によれば、フィンの側壁のくびれ（bowing）を抑制することができる。
１ プラズマ処理装置
２ 処理容器
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ、４２ａ，４２ｂ，４２ｃ 流量制御バルブ（流量調整部）
４９ 制御部
５５ 中央導入部
６１ 周辺導入部
６２ 周辺導入口
Ｗ ウェハ（基板）

Claims (5)

  1. 処理容器に導入された処理ガスをプラズマ化することにより、該処理容器の内部に収容された基板を処理するプラズマ処理装置であって、
    Ａｒガス、Ｈｅガスおよびエッチングガスのうち少なくともいずれか一つを含む処理ガスを前記基板の中央部に導入する中央導入部と、
    前記処理ガスを前記基板の周辺部に導入する周辺導入部と、
    前記中央導入部から前記基板の中央部に導入される前記処理ガスの流量と、前記周辺導入部から前記基板の周辺部に導入される前記処理ガスの流量とを調整する流量調整部と、
    前記処理ガスに含まれるＡｒガスに対するＨｅガスの分圧比が所定値以上となるように、前記流量調整部で調整される前記処理ガスの流量を制御する制御部と
    を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 前記中央導入部は、ＡｒガスおよびＨｅガスのうち少なくともいずれか一方を含む前記処理ガスを前記基板の中央部に導入し、
    前記周辺導入部は、ＡｒガスおよびエッチングガスとしてのＨＢｒガスを含む前記処理ガスを前記基板の周辺部に導入す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。
  3. 前記制御部は、前記処理ガスに含まれるＡｒガスに対するＨｅガスの分圧比が０．５以上となるように、前記流量調整部で調整される前記処理ガスの流量を制御することを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記処理ガスにはＯ２ガスがさらに含まれることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
  5. 処理容器に導入された処理ガスをプラズマ化することにより、該処理容器の内部に収容された基板を処理するプラズマ処理装置によるプラズマ処理方法であって、
    Ａｒガス、Ｈｅガスおよびエッチングガスのうち少なくともいずれか一つを含む処理ガスを前記基板の中央部に導入する第一の工程と、
    前記処理ガスを前記基板の周辺部に導入する第二の工程と、
    前記処理ガスに含まれるＡｒガスに対するＨｅガスの分圧比が所定値以上となるように、前記基板の中央部に導入される前記処理ガスの流量と前記基板の中央部に導入される前記処理ガスの流量とを調整する流量調整部で調整される前記処理ガスの流量を制御する第三の工程と
    を含むことを特徴とするプラズマ処理方法。
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