JP2017059579A - プラズマ処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】載置台上の被処理基板に対してプラズマ中のイオンを斜め方向から均一に入射させること。
【解決手段】プラズマ処理装置は、処理容器と、処理容器内に設けられ、基板が載置される載置台と、載置台に対向して処理容器に取り付けられ、プラズマを生成するための電磁エネルギを処理容器内へ供給するプラズマ生成機構と、載置台とプラズマ生成機構との中間位置よりも載置台に近い位置に設けられた格子状部材又は複数の棒状部材と、格子状部材又は複数の棒状部材と、載置台とを相対的に移動させる移動機構とを有する。
【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を実行するプラズマ処理装置が広く用いられている。プラズマ処理装置は、例えば薄膜の堆積処理を行うプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置や、エッチング処理を行うプラズマエッチング装置が挙げられる。
プラズマ処理装置は、被処理基板を処理するための処理容器、処理容器内に被処理基板を設置する載置台などを備える。また、プラズマ処理装置は、載置台に対向して処理容器に取り付けられ、処理容器内の処理ガスのプラズマを生成するため、マイクロ波、ＲＦ波などの電磁エネルギを供給するプラズマ生成機構などを備える。
ところで、プラズマ処理装置では、プラズマ中のイオンが被処理基板に対して垂直方向から入射されるため、被処理基板に対してダメージを与える場合がある。また、プラズマ処理装置がプラズマＣＶＤ装置である場合、プラズマ中のイオンが被処理基板に対して垂直方向から入射されると成膜性が低下する可能性がある。例えば、プラズマＣＶＤ装置が、トレンチが形成された被処理基板に対して成膜処理を行う場合を想定する。この場合、プラズマ中のイオンが被処理基板に対して垂直方向から入射されると、トレンチの側部では、トレンチの底部に比較して、照射されるイオンの量が、少なくなるため、成膜速度が低くなる場合がある。
これに対して、載置台とプラズマ生成機構との中間位置に複数の導体棒を設け、複数の導体棒の周囲に形成される磁場を用いてプラズマ中の電子を選択的に被処理基板側へ加速させることによって、被処理基板へ入射されるイオンの量を増大させる技術がある。
特開２０００−１２２８５号公報
しかしながら、従来技術では、載置台上の被処理基板に対してプラズマ中のイオンを斜め方向から均一に入射させることまでは考慮されていない。
すなわち、複数の導体棒を用いて被処理基板へ入射されるイオンの量を増大させる技術では、プラズマ中のイオンが被処理基板に対して垂直方向から入射されるため、依然として、被処理基板に対するダメージが発生する恐れや、成膜性が低下する恐れがある。
ここで、載置台上の被処理基板に対してプラズマ中のイオンを斜め方向から入射させることが考えられる。ただし、単に載置台上の被処理基板に対してプラズマ中のイオンを斜め方向から入射させると、被処理基板全面に対し、均一なプラズマ処理を行うことが困難となる。例えば、プラズマ処理装置がプラズマＣＶＤ装置である場合、プラズマ密度が不均一なため、イオンが被処理基板のトレンチの側部に斜め方向から不均一に照射され、被処理基板の周方向に沿った成膜速度の均一性が保たれない。このため、載置台上の被処理基板に対してプラズマ中のイオンを斜め方向から均一に入射させることが望まれていた。
開示するプラズマ処理装置は、１つの実施態様において、処理容器と、前記処理容器内に設けられ、基板が載置される載置台と、前記載置台に対向して前記処理容器に取り付けられ、プラズマを生成するための電磁エネルギを前記処理容器内へ供給するプラズマ生成機構と、前記載置台と前記プラズマ生成機構との中間位置よりも前記載置台に近い位置に設けられた格子状部材又は複数の棒状部材と、前記格子状部材又は前記複数の棒状部材と、前記載置台とを相対的に移動させる移動機構とを有する。
開示するプラズマ処理装置の１つの態様によれば、載置台上の被処理基板に対してプラズマ中のイオンを斜め方向から均一に入射させることができるという効果を奏する。
図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。 図２は、一実施形態における複数の棒状部材の設置態様を示す平面図である。 図３は、一実施形態における回転シール機構の構成の概略を示す縦断面図である。 図４Ａは、一実施形態における複数の棒状部材とサセプタとの相対移動によるプラズマ処理の均一化のメカニズムを説明するための図である。 図４Ｂは、一実施形態における複数の棒状部材とサセプタとの相対移動によるプラズマ処理の均一化のメカニズムを説明するための図である。 図４Ｃは、一実施形態における複数の棒状部材とサセプタとの相対移動によるプラズマ処理の均一化のメカニズムを説明するための図である。
以下、図面を参照して種々の実施形態について説明する。図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。なお、一実施形態では、プラズマ処理装置１によりウェハＷの表面に対してプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｏｔｉｏｎ）処理を行い、当該ウェハＷの表面に例えばＳｉＮ膜（シリコン窒化膜）を形成する場合を例にして説明する。また、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
プラズマ処理装置１は、内部を気密に保持する処理容器２有している。処理容器２は上面が開口した略円筒状の本体部２ａと、本体部２ａの開口を気密に塞ぐ略円盤状の蓋体２ｂを有している。本体部２ａ及び蓋体２ｂは、例えばアルミニウム等の金属から形成されている。また、本体部２ａは接地線（図示せず）により接地されている。
処理容器２内には、被処理基板であるウェハＷが載置される載置台としてのサセプタ１０が設けられている。サセプタ１０は、例えば円盤形状を有している。サセプタ１０には、整合器１１を介してバイアス用の高周波電源１２が、後述するスリップリング１００を介して接続されている。高周波電源１２は、ウェハＷに引き込むイオンのエネルギーを制御するのに適した一定の周波数、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力（バイアス電力）を出力する。なお、図示していないが、サセプタ１０には、ウェハＷを静電吸着するための静電チャックが設けられており、ウェハＷをサセプタ１０上に静電吸着することができる。また、サセプタ１０の内部にはヒータ１３が設けられ、ウェハＷを所定の温度に加熱することができる。ヒータ１３への電力の供給も後述するスリップリング１００を介して行われる。
なお、サセプタ１０の下方には、ウェハＷを下方から支持し昇降させるための昇降ピン１４が設けられている。昇降ピン１４は、サセプタ１０を上下方向に貫通する貫通孔１０ａを挿通し、サセプタ１０に対して移動自在で且つサセプタ１０の上面から突出可能なように、サセプタ１０の厚みよりも長く形成されている。昇降ピン１４の下方には、昇降ピンを上方に押圧するリフトアーム１５が設けられている。リフトアーム１５は、昇降機構１６により昇降自在に構成されている。昇降ピン１４はリフトアーム１５とは接続されておらず、リフトアーム１５を降下させると、昇降ピン１４とリフトアーム１５とは離れた状態となる。昇降ピン１４の上端部１４ａは、貫通孔１０ａよりも大きな径を有している。そのため昇降ピン１４は、リフトアーム１５が下方に退避しても貫通孔１０ａから脱落することなく、サセプタ１０に係止した状態となる。また、貫通孔１０ａの上端には、昇降ピン１４の上端部１４ａよりも径と厚みが大きな窪み部１０ｂが形成されており、昇降ピン１４がサセプタ１０に係止した状態において、上端部１４ａがサセプタ１０の上面より突出しないようになっている。なお、図１においては、リフトアーム１５が降下し、昇降ピン１４がサセプタ１０に係止した状態を描図している。
サセプタ１０の上面には、ウェハＷを囲むように環状のフォーカスリング１７が設けられている。フォーカスリング１７には例えばセラミックスあるいは石英などの絶縁性材料が用いられる。処理容器２内に発生したプラズマは、当該フォーカスリング１７の作用によりウェハＷ上に収束し、これにより、ウェハＷ面内におけるプラズマ処理の均一性が向上する。
サセプタ１０は、その下面の中央部を、例えば中心部が中空な円筒形状を有する支持軸２０により支持されている。支持軸２０は鉛直下方に延伸し、処理容器２の本体部２ａの底面を上下方向に貫通して設けられている。支持軸２０は、サセプタ１０と当接する上部軸２０ａと、上部軸２０ａの下端に設けられたフランジ２１を介して当該上部軸２０ａに接続された下部軸２０ｂを有している。上部軸２０ａ及び下部軸２０ｂは、例えば絶縁部材により形成されている。
処理容器２の本体部２ａの底部には、例えば本体部２ａの側方に突出して排気室３０が形成されている。排気室３０の底面には、処理容器２内を排気する排気機構３１が、排気管３２を介して接続されている。排気管３２には、排気機構３１による排気量を調整する調整弁３３が設けられている。
排気室３０の上方であって、サセプタ１０の下方には、処理容器２内を均一に排気するための円環状のバッフル板３４が、支持軸２０の外側面と所定の隙間を空けて設けられいる。バッフル板３４には、当該バッフル板３４を厚み方向に貫通する開口（図示せず）が全周にわたって形成されている。
処理容器２の天井面開口部には、プラズマ生成用のマイクロ波を供給するマイクロ波供給部３が設けられている。マイクロ波供給部３はラジアルラインスロットアンテナ４０（ｒａｄｉａｌ ｌｉｎｅ ｓｌｏｔ ａｎｔｅｎｎａ）を有している。ラジアルラインスロットアンテナ４０は、サセプタ１０に対向して処理容器２に取り付けられている。ラジアルラインスロットアンテナ４０は、マイクロ波透過板４１、スロット板４２、遅波板４３を有している。マイクロ波透過板４１、スロット板４２、遅波板４３は、この順に下から積層して、処理容器２の本体部２ａの開口部に設けられている。遅波板４３の上面は、蓋体２ｂにより覆われている。なお、ラジアルラインスロットアンテナ４０は、その中心が支持軸２０の回転中心と概ね一致した位置に配置されている。
マイクロ波透過板４１と本体部２ａとの間は、例えばＯリング等のシール材（図示せず）により気密に保たれている。マイクロ波透過板４１には誘電体、例えば石英、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ等が用いられ、マイクロ波透過板４１はマイクロ波を透過させる。
マイクロ波透過板４１の上面に設けられたスロット板４２には複数のスロットが形成され、スロット板４２はアンテナとして機能する。スロット板４２には、導電性を有する材料、たとえば銅、アルミニウム、ニッケル等が用いられる。
スロット板４２の上面に設けられた遅波板４３は、低損失誘電体材料、例えば石英、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ等により構成されており、マイクロ波の波長を短縮する。
遅波板４３の上面を覆う蓋体２ｂは、その内部に例えば冷却媒体を流通させる円環状の流路４５が複数設けられている。流路４５を流れる冷却媒体によって、蓋体２ｂ、マイクロ波透過板４１、スロット板４２及び遅波板４３が所定の温度に調節される。
蓋体２ｂの中央部には同軸導波管５０が接続されている。同軸導波管５０の上端部には、矩形導波管５１およびモード変換器５２を介して、マイクロ波発生源５３が接続されている。マイクロ波発生源５３は、処理容器２の外部に設置されており、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生させることができる。
同軸導波管５０は、内部導体５４と外管５５を有している。内部導体５４は、スロット板４２と接続されている。内部導体５４のスロット板４２側は円錐形に形成されて、スロット板４２に対してマイクロ波を効率よく伝播するようになっている。
かかる構成により、マイクロ波発生源５３から発生したマイクロ波は、矩形導波管５１、モード変換器５２、同軸導波管５０内を順次伝播し、遅波板４３で圧縮され短波長化される。そして、スロット板４２から円偏波状のマイクロ波が、マイクロ波透過板４１を透過して処理容器２内に照射される。このマイクロ波により処理容器２内では処理ガスがプラズマ化し、このプラズマによりウェハＷのプラズマ処理が行われる。なお、マイクロ波透過板４１、スロット板４２及び遅波板４３、すなわち、ラジアルラインスロットアンテナ４０は、サセプタ１０に対向して処理容器２に取り付けられ、プラズマを生成するための電磁エネルギを供給するプラズマ生成機構の一例に相当する。
また、サセプタ１０とラジアルラインスロットアンテナ４０との中間位置よりもサセプタ１０に近い位置には、複数の棒状部材４６が設けられる。複数の棒状部材４６は、例えば、セラミックス又は石英等の絶縁性材料により形成される。
図２は、一実施形態における複数の棒状部材の設置態様を示す平面図である。図２に示すように、複数の棒状部材４６は、サセプタ１０に対して平行な方向に沿ってサセプタ１０の上方を横断した状態で、処理容器２に固定されている。複数の棒状部材４６と、サセプタ１０との距離は、複数の棒状部材４６のピッチＰ以下に設定され、例えば、１〜５ｃｍに設定される。
図１の説明に戻る。処理容器２の本体部２ａ底部の下端面、即ち処理容器２の外部には、支持軸２０と本体部２ａとの間を気密に塞ぎ、且つ鉛直軸を中心に支持軸２０を介してサセプタ１０を回転させる回転シール機構３５が設けられている。回転シール機構３５は、サセプタ１０を回転させることによって、複数の棒状部材４６に対してサセプタ１０を移動させる。回転シール機構３５は、複数の棒状部材４６と、サセプタ１０とを相対的に移動させる移動機構の一例に相当する。この回転シール機構３５の詳細については後述する。
処理容器２の天井面中央部、すなわちラジアルラインスロットアンテナ４０の中央部には、第１の処理ガス供給管６０が設けられている。第１の処理ガス供給管６０はラジアルラインスロットアンテナ４０を上下方向に貫通し、当該第１の処理ガス供給管６０の一端部はマイクロ波透過板４１の下面において開口している。また、第１の処理ガス供給管６０は同軸導波管５０の内部導体５４の内部を貫通し、さらにモード変換器５２内を挿通している。当該第１の処理ガス供給管６０の他端部は第１の処理ガス供給源６１に接続されている。
第１の処理ガス供給源６１は、処理ガスとして、例えばＴＳＡ（トリシリルアミン）、Ｎ２ガス、Ｈ２ガス、Ａｒガスをそれぞれ個別に供給可能に構成されている。このうち、ＴＳＡ、Ｎ２ガス、Ｈ２ガスはＳｉＮ膜の成膜用の原料ガスであり、Ａｒガスはプラズマ励起用ガスである。なお、以下において、この処理ガスを「第１の処理ガス」という場合がある。また、第１の処理ガス供給管６０には、第１の処理ガスの流れを制御するバルブや流量調節部等を含む供給機器群６２が設けられている。第１の処理ガス供給源６１から供給された第１の処理ガスは、第１の処理ガス供給管６０を介して処理容器２内に供給され、サセプタ１０に載置されたウェハＷに向かって鉛直下方に流れる。
また、図１に示すように、処理容器２の上部の内周面には、第２の処理ガス供給管７０が設けられている。第２の処理ガス供給管７０は、処理容器２の内周面に沿って等間隔に複数設けられている。第２の処理ガス供給管７０には、第２の処理ガス供給源７１が接続されている。第２の処理ガス供給源７１の内部には、処理ガスとして、例えばＴＳＡ（トリシリルアミン）、Ｎ２ガス、Ｈ２ガス、Ａｒガスがそれぞれ個別に供給可能に構成されている。なお、以下において、この処理ガスを「第２の処理ガス」という場合がある。また、第２の処理ガス供給源７１には、第２の処理ガスの流れを制御するバルブや流量調節部等を含む供給機器群７２が設けられている。第２の処理ガス供給源７１から供給された第２の処理ガスは、第２の処理ガス供給管７０を介して処理容器２内に供給され、サセプタ１０に載置されたウェハＷの外周部に向かって流れる。このように、第１の処理ガス供給管６０からの第１の処理ガスはウェハＷの中心部に向けて供給され、第２の処理ガス供給管７０からの第２の処理ガスはウェハＷの外周部に向けて供給される。
なお、第１の処理ガス供給管６０と第２の処理ガス供給管７０から処理容器２内にそれぞれ供給される処理ガスは、同種のガスであっても、別種類のガスであってもよく、各々独立した流量で、或いは任意の流量比で供給することができる。
次に、回転シール機構３５について詳述する。図３は、一実施形態における回転シール機構の構成の概略を示す縦断面図である。回転シール機構３５は、ベアリング８０を介して支持軸２０を保持するケーシング８１と、ケーシングの下端に接続されたロータリージョイント８２と、支持軸２０を回転させる回転駆動機構８３を有している。
ケーシング８１は、その内径が支持軸２０の外径よりも大きな開口８１ａを有しており、支持軸２０の下部軸２０ｂは、この開口８１ａ内に挿通されている。ケーシング８１の上端部は、例えば図示しないボルト等により、処理容器２の本体部２ａの底部に固定されており、ケーシング８１の上端部と本体部２ａの下端面との間は、例えばＯリング（図示せず）等により気密に保たれている。
ケーシング８１上部の内周面には、下部軸２０ｂとケーシング８１との間の隙間からのマイクロ波漏洩を防止するためのチョーク８４が全周にわたって環状に設けられている。チョーク８４は、例えば断面形状が矩形のスリット状に形成されている。なお、チョーク８４の長さＬは、マイクロ波の漏洩を防ぐ目的から、マイクロ波の波長の概ね１／４程度の長さに設定されている。なお、チョーク８４の内部に誘電体などを充填した場合、チョーク８４の長さＬは必ずしもマイクロ波の波長の１／４とする必要はない。
ケーシング８１の内周面におけるチョーク８４の下方には、支持軸２０の下部軸２０ｂとケーシング８１との間を気密に塞ぐシール部材としての磁性流体シール８５が設けられている。磁性流体シール８５は、例えばケーシング８１に内蔵された円環状の永久磁石８５ａと、永久磁石８５ａと下部軸２０ｂとの間に封入された磁性流体８５ｂにより構成されている。この磁性流体シール８５により、支持軸２０と処理容器２との間が気密に維持される。
ベアリング８０は、支持軸２０における磁性流体シール８５の下方に設けられている。ベアリング８０は、ケーシング８１により支持されている。これにより支持軸２０は、ケーシング８１に対して回転自在な状態で支持されている。なお、図３には、ラジアル方向のベアリングのみ描図しているが、必要に応じて鉛直方向の荷重を支持するスラストベアリングを設けてもよい。
ケーシング８１の下端には円環形状を有するロータリージョイント８２が接続されている。ロータリージョイント８２は、ベアリング８６を介して下部軸２０ｂと接続されており、下部軸２０ｂはロータリージョイント８２に対して回転自在となっている。ロータリージョイント８２の側面には、冷却水供給管９０が接続されており、冷却水供給管９０の例えば下方には冷却水排出管９１が接続されている。下部軸２０ｂの外周面における冷却水供給管９０と冷却水排出管９１に対応する位置には、円環状の溝９２、９３がそれぞれ形成されている。下部軸２０ｂの内部には、溝９２に連通し、鉛直上方に延伸する冷却水供給路９４が形成されている。冷却水供給路９４は、フランジ２１近傍まで延伸し、フランジ２１近傍から鉛直下方に折り返して溝９３に接続されている。冷却水供給管９０には図示しない冷却水供給源が接続されており、冷却水供給源から供給される冷却水は、冷却水供給管９０、冷却水供給路９４を通ってフランジ２１を冷却し、その後冷却水排出管９１から排出される。
ロータリージョイント８２の内周面には、溝９２及び溝９３を挟みこむように上下にＯリング９５が設けられている。これにより、ロータリージョイント８２と下部軸２０ｂとの間から漏洩することなく、冷却水供給路９４に冷却水が供給される。
下部軸２０ｂの例えば下端面には、円柱形状のスリップリング１００が接続されている。スリップリング１００の下端面の中央部には、円盤状の回転電極１０１が設けられ、回転電極１０１の外方には、例えば円環状の回転電極１０２が設けられている。回転電極１０１、１０２には、サセプタ１０に高周波電源１２からの高周波電力を供給したり、サセプタ１０内部のヒータへ給電したりする導線１１０、１１１がそれぞれ電気的に接続されている。導線１１０、１１１は、支持軸２０内部の中空部分に沿って上方に延伸して設けられ、サセプタ１０に接続されている。導線１１０、１１１への給電に際しては、例えば図３に示すように、ブラシ１０３を介して回転電極１０１、１０２に電源が接続される。ブラシ１０３は、例えば図示しない固定部材により、例えば処理容器２の本体部２ａとの相対的な位置関係が変化しないように固定されている。なお図３では、回転電極１０１、１０２に、ブラシ１０３を介して整合器１１、高周波電源１２を接続した状態を描図しているが、回転電極の配置や設置数などは本実施の形態の内容に限定されるものではなく、任意に設定が可能である。回転電極に接続される機器としては、例えばヒータ１３に電力を供給する電源や、静電チャックに電圧を印加する電源、或いはヒータ１３の温度制御用に用いられる、サセプタ１０に内蔵された熱電対などが挙げられる。
例えば下部軸２０ｂにおけるロータリージョイント８２の下方には、スリップリング１００を囲むような円筒形状に形成された遮蔽部材１１２が固定されている。遮蔽部材１１２は例えば絶縁部材により形成されており、スリップリング１００とブラシ１０３の接触部などが露出しないようになっている。
また、遮蔽部材１１２の外周部には、ベルト１２０が接続されている。ベルト１２０には、モータ１２１がシャフト１２２を介して接続されている。したがって、モータ１２１を回転させることで、シャフト１２２及びベルト１２０を介して遮蔽部材１１２が回転し、遮蔽部材１１２と固定された支持軸２０が回転する。これら遮蔽部材１１２、ベルト１２０、モータ１２１により、本発明における回転駆動機構８３が形成されている。支持軸２０が回転すると、スリップリング１００も共に回転するが、ブラシ１０３により回転電極１０１、１０２との電気的な接続は維持される。また、支持軸２０の回転により下部軸２０ｂ内に形成された冷却水供給路９４も回転するが、下部軸２０ｂに形成された溝９２、９３を介して冷却水供給管９０、冷却水排出管９１との接続が維持されるので、支持軸２０を回転させた場合であっても、冷却水供給路９４への冷却水の供給が維持される。
なお、図３では、ケーシング８１の下方にロータリージョイント８２、回転駆動機構８３をこの順で設けたが、回転駆動機構８３により支持軸２０を適切に回転させることができれば、これらの配置や形状は任意に設定が可能である。また、回転駆動機構８３の構成についても、本実施の形態の内容に限定されるものではなく、モータ１２１の配置や、モータ１２１の駆動力を支持軸２０に伝達する機構については任意に設定できる。
このように、回転シール機構３５は、支持軸２０を介してサセプタ１０を回転させることによって、複数の棒状部材４６に対してサセプタ１０を移動させる。すなわち、回転シール機構３５は、サセプタ１０を回転させることによって、複数の棒状部材４６と、サセプタ１０とを相対的に移動させる。これにより、サセプタ１０上のウェハＷに対してプラズマ中のイオンを斜め方向から均一に入射させることができるので、ウェハＷの被処理面全面に対し、均一なプラズマ処理を行うことができる。
ここで、複数の棒状部材４６とサセプタ１０との相対移動によるプラズマ処理の均一化のメカニズムについて詳細に説明する。図４Ａ〜図４Ｃは、一実施形態における複数の棒状部材とサセプタとの相対移動によるプラズマ処理の均一化のメカニズムを説明するための図である。
複数の棒状部材４６は、上述したように、サセプタ１０とラジアルラインスロットアンテナ４０との中間位置よりもサセプタ１０に近い位置に設けられている。複数の棒状部材４６は、サセプタ１０とラジアルラインスロットアンテナ４０との間に発生するプラズマの一部を遮蔽する。複数の棒状部材４６によってプラズマの一部が遮蔽されると、図４Ａに示すように、各棒状部材４６とサセプタ１０とで挟まれる領域において、プラズマ密度が低下し、ウェハＷの被処理面の上方において、プラズマ密度の分布は、不均一な分布となる。
ここで、プラズマの電力が一定である場合、プラズマ密度と、ウェハＷの被処理面の上方に形成されるプラズマシースの電位（以下「シース電位」と呼ぶ）とは反比例することが知られている。このため、プラズマ密度の分布が不均一な分布となると、プラズマ密度の分布を反転して得られるシース電位の分布もまた不均一な分布となる。すると、図４Ｂに示すように、プラズマシースのシース面は、ウェハＷの被処理面に対して傾斜する傾斜面（以下「傾斜シース面」と呼ぶ）を含む形状となる。すると、図４Ｃの（ａ）に示すように、傾斜シース面に対して垂直な方向に沿ってプラズマ中のイオンが加速され、加速されたプラズマ中のイオンがウェハＷの被処理面に対して斜め方向から入射される。これにより、プラズマ中のイオンがウェハＷのトレンチの側部のうちウェハＷの周方向に沿った「一部の面」に斜め方向から照射され、ウェハＷのトレンチの側部の上記「一部の面」にＳｉＮ膜が形成される。
そして、回転シール機構３５がサセプタ１０を回転させて複数の棒状部材４６とサセプタ１０とを相対的に移動させると、傾斜シース面とサセプタ１０上のウェハＷとの位置関係が変化する。これにより、図４Ｃの（ｂ）に示すように、プラズマ中のイオンがウェハＷのトレンチの側部のうち上記「一部の面」とは異なる「他の面」に斜め方向から照射され、ウェハＷのトレンチの側部の上記「他の面」にＳｉＮ膜が形成される。すなわち、回転シール機構３５が複数の棒状部材４６と、サセプタ１０とを相対的に移動させることによって、プラズマ中のイオンがウェハＷのトレンチの側部に斜め方向から均一に照射されるので、ウェハＷの周方向に沿った成膜速度の均一性が保たれる。これにより、ウェハＷの被処理面全面に対し、均一なプラズマ処理が行われる。
以上、本実施形態のプラズマ処理装置では、サセプタ１０とラジアルラインスロットアンテナ４０との中間位置よりもサセプタ１０に近い位置に複数の棒状部材４６を設け、複数の棒状部材４６とサセプタ１０とを相対的に移動させる。これにより、サセプタ１０上のウェハＷに対してプラズマ中のイオンを斜め方向から均一に入射させることができ、結果として、ウェハＷの被処理面全面に対し、均一なプラズマ処理を行うことができる。
なお、開示の技術は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
上記実施形態では、移動機構として回転シール機構３５が、サセプタ１０を回転させることによって、複数の棒状部材４６に対してサセプタ１０を移動させる例を説明したが、複数の棒状部材４６とサセプタ１０とを相対的に移動させる手法はこれに限定されない。例えば、移動機構は、複数の棒状部材４６が可動式である場合、複数の棒状部材４６に交差する方向であって、サセプタ１０に対して平行な方向に沿って複数の棒状部材４６を往復させることによって、サセプタ１０に対して複数の棒状部材４６を移動させてもよい。これにより、上記実施形態と同様に、サセプタ１０上のウェハＷに対してプラズマ中のイオンを斜め方向から均一に入射させることができ、結果として、ウェハＷの被処理面全面に対し、均一なプラズマ処理を行うことができる。また、例えば、移動機構は、複数の棒状部材４６が可動式である場合、複数の棒状部材４６及びサセプタ１０の両方を運動させることによって、複数の棒状部材４６とサセプタ１０とを相対的に移動させてもよい。
また、上記実施形態では、サセプタ１０とラジアルラインスロットアンテナ４０との中間位置よりもサセプタ１０に近い位置に複数の棒状部材４６を設ける例を説明したが、開示の技術はこれには限定されない。例えば、サセプタ１０とラジアルラインスロットアンテナ４０との中間位置よりもサセプタ１０に近い位置に格子状部材を設けてもよい。この場合、格子状部材とサセプタ１０との距離は、格子状部材のピッチ（隣り合う格子間の距離）以下に設定される。また、この場合、回転シール機構３５は、サセプタ１０を回転させることによって、格子状部材に対してサセプタ１０を移動させる。これにより、上記実施形態と同様に、サセプタ１０上のウェハＷに対してプラズマ中のイオンを斜め方向から均一に入射させることができ、結果として、ウェハＷの被処理面全面に対し、均一なプラズマ処理を行うことができる。
また、他の実施形態として、プラズマ処理装置１は、ラジアルラインスロットアンテナ４０に対してサセプタ１０を傾斜させる傾斜機構を有してもよい。この場合、回転シール機構３５は、傾斜機構によって傾斜されたサセプタ１０をさらに回転させることによって、複数の棒状部材４６に対してサセプタ１０を移動させる。これにより、サセプタ１０上のウェハＷに対してプラズマ中のイオンを斜め方向からより均一に入射させることができ、結果として、ウェハＷの被処理面全面に対し、より均一なプラズマ処理を行うことができる。なお、ラジアルラインスロットアンテナ４０に対するサセプタ１０の傾斜角度は、調整可能であることが好ましい。
また、上記実施形態では、開示の技術が、ウェハＷに対してプラズマを用いた成膜を行うプラズマ処理装置１に適用される場合を説明したが、開示の技術が適用される対象はこれには限定されない。例えば、開示の技術は、プラズマを用いたエッチングを行う装置や、ウェハＷ上に積層された膜をプラズマにより改質する装置等にも適用され得る。
１ プラズマ処理装置
２ 処理容器
３ マイクロ波供給部
１０ サセプタ
１１ 整合器
１２ 高周波電源
１３ ヒータ
１４ 昇降ピン
１５ リフトアーム
１６ 昇降機構
１７ フォーカスリング
２０ 支持軸
２１ フランジ
３０ 排気室
３１ 排気機構
３２ 排気管
３３ 調整弁
３４ バッフル板
３５ 回転シール機構
４０ ラジアルラインスロットアンテナ
４１ マイクロ波透過板
４２ スロット板
４３ 遅波板
５０ 同軸導波管
６０ 第１の処理ガス供給管
７０ 第２の処理ガス供給管
８０ ベアリング
８１ ケーシング
８２ ロータリージョイント
８３ 回転駆動機構
８４ チョーク
８５ 磁性流体シール
Ｗ ウェハ

Claims (5)

  1. 処理容器と、
    前記処理容器内に設けられ、基板が載置される載置台と、
    前記載置台に対向して前記処理容器に取り付けられ、プラズマを生成するための電磁エネルギを前記処理容器内へ供給するプラズマ生成機構と、
    前記載置台と前記プラズマ生成機構との中間位置よりも前記載置台に近い位置に設けられた格子状部材又は複数の棒状部材と、
    前記格子状部材又は前記複数の棒状部材と、前記載置台とを相対的に移動させる移動機構と
    を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 前記移動機構は、前記載置台を回転させることによって、前記格子状部材又は前記複数の棒状部材に対して前記載置台を移動させ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. 前記移動機構は、前記複数の棒状部材に交差する方向であって、前記載置台に対して平行な方向に沿って前記複数の棒状部材を往復させることによって、前記載置台に対して前記複数の棒状部材を移動させることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記格子状部材又は前記複数の棒状部材と、前記載置台との距離は、前記格子状部材又は前記複数の棒状部材のピッチ以下であ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. 前記載置台に対してバイアス電力を印加する高周波電源をさらに有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
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