JP2017120847A - プラズマ処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】半導体ウエハの面内方向におけるプラズマ処理の均一性を向上させてプラズマ処理の歩留まりを向上させる。
【解決手段】真空容器２５内に第１のガスを供給する第１のガス供給部１５と、ウエハ１７が載置されるステージ１９と、第１のプラズマ１１を生成するための電磁波を供給する電磁波供給部１４と、ステージ１９の外周部に設けられたサセプタ４と、サセプタ４に接続された第２の高周波電源７と、サセプタ４の内部に第２のガスを供給する第２のガス供給部６と、を有するプラズマ処理装置である。サセプタ４の内部には、第２の高周波電源７に接続する高周波電極３と、高周波電極３と対向して配置された第１の接地電極２ａとが設けられ、第２の高周波電源７から高周波電力が供給され、かつ第２のガス供給部６から上記第２のガスが供給されてサセプタ４の内部で第２のプラズマを生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エッチング、アッシング、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition)等、真空容器内の処理室に形成したプラズマを用いて上記処理室内に配置された半導体ウエハ等の基板状の試料を処理するプラズマ処理装置に関する。
半導体デバイスの量産におけるプラズマエッチング工程の歩留まりを改善するためには、半導体ウエハ（以降、単にウエハともいう）の面内で均一な加工をすることが必要である。特に、トランジスタを形成するエッチング工程で要求される微細寸法（ＣＤ：Critical Dimension）の面内の加工均一性は年々厳しくなっている。
エッチング時にウエハ上でのラジカル密度の分布が不均一である場合、エッチングパターンに対してラジカルが不均一に入射し、結果としてＣＤ均一性を悪化させる要因となる。したがって、ＣＤ均一性を確保するためには、ウエハ上のラジカル密度が均一となるプラズマエッチング装置が重要である。
一般的なプラズマエッチング装置では、プラズマで生成されたイオンやラジカルが装置内部で拡散しながらウエハ上に供給される。しかし、ラジカルは、ウエハに輸送される過程で気相反応やエッチング装置のチャンバー内壁において失活するために、ウエハに入射するラジカルフラックスの分布は不均一になりやすい。
このラジカルフラックスの分布を均一化する方法としては、エッチング装置の内部に、ラジカルを追加供給する手段を設置することが有効であると考えられる。例えば特開平９−１６２１６９号公報（特許文献１）には、比較的高圧環境に設定された第１のプラズマ発生室が比較的低圧環境に設定された第２のプラズマ発生室の外周部に設置された構成が示されている。
また、特開２０１３−８４６５３号公報（特許文献２）には、ウエハ外周部に高周波電力を投入するための第二の高周波電源および第二のガスを供給するためのガス導入機構を有し、ウエハの外周周辺にプラズマを発生させる構成が示されている。
特開平９−１６２１６９号公報 特開２０１３−８４６５３号公報
一般的なプラズマエッチング装置を用いて面内均一なＣＤを得ようとしても、実際にはウエハの外周近傍（例えばウエハの外周端から３０ｍｍ程度の領域）でＣＤが変化してしまう例が多く見られる。これは、ウエハに入射するラジカルがウエハの外周近傍において低下する凸分布となっているためと想定される。つまり、ウエハの外周近傍におけるラジカル密度を効率よく制御する手段が必要である。
本課題に対して特許文献１および２を適用した場合を考える。まず、特許文献１では、ラジカル源がウエハ外周部から離れた位置に配置された構成が示されている。ウエハ外周部に位置する第１のプラズマ発生室で生成したラジカルは、ウエハが載置される第２のプラズマ発生室に供給される。
供給されたラジカルは第２のプラズマ発生室の内部で拡散するため、ウエハ外周の近傍に局所的にラジカルを供給することが困難となる。また、生成したラジカルは、ウエハに到達する過程で構造物や排気の影響を受けて減少するため、ウエハにラジカルを効率良く安定して供給することが困難である。つまり、ラジカルをウエハ外周部に効率よく供給するためには、ウエハ外周に極力近い構成部品からラジカルを供給することが有効であるが、上記特許文献１ではこの観点での考慮はされていない。
また、上記特許文献２の構成では、ウエハ外周のサセプタ近傍にプラズマを発生させることにより、ウエハ外周にラジカルを効率的に供給できる可能性がある。しかし、プラズマ生成によりウエハ外周近傍においてラジカル密度が増加するとともにイオン密度も増加することになる。
これにより、ラジカル密度をウエハ上で均一にできても、イオン密度がウエハ外周部で増大することで、ウエハ外周部で被処理膜の下地膜が多く削られることやエッチングマスクのパターンの肩落ち（変形）が生じる等の影響が危惧され、ウエハ面内で均一な加工形状を得ることが困難となる。
本発明の目的は、半導体ウエハの面内方向におけるプラズマ処理の均一性を向上させてプラズマ処理の歩留まりを向上させることができる技術を提供することにある。
本発明の上記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
本発明に係るプラズマ処理装置は、半導体ウエハにプラズマ処理が行われる真空容器と、上記真空容器に接続され、上記真空容器内に第１のプラズマを生成する第１のガスを供給する第１のガス供給部と、上記半導体ウエハが載置されるステージと、上記第１のプラズマを生成する電磁波を供給する電磁波供給部と、上記ステージに接続され、上記半導体ウエハに入射するイオンのエネルギーを調整するための第１の高周波電源と、を有する。さらに、上記ステージの外周部に設けられ、開口部が形成されたウエハ保持体と、上記ウエハ保持体に接続された第２の高周波電源と、上記ウエハ保持体の内部に第２のガスを供給する第２のガス供給部と、上記真空容器内を排気して減圧する真空排気部と、を有する。さらに、上記ウエハ保持体の内部には、誘電体によって覆われ、上記第２の高周波電源に接続された高周波電極と、誘電体によって覆われ、上記高周波電極と対向して配置された第１の接地電極と、が設けられ、上記第２の高周波電源から高周波電力が供給され、かつ上記第２のガス供給部から上記第２のガスが供給されて上記ウエハ保持体の内部で第２のプラズマを生成するものである。
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
ウエハの外周部に供給されるラジカルの量を増やして、ウエハの面内方向におけるラジカルの量の分布の均一性を向上させ、その結果、ウエハのプラズマ処理の歩留まりを向上させることができる。
本発明の実施の形態のプラズマ処理装置の構造の一例を示す概念図である。 図１に示すプラズマ処理装置におけるサセプタの内部の構造を拡大して示す部分拡大断面図である。 図１に示すプラズマ処理装置において第２のガスの流量がウエハ上のラジカルフラックスに与える影響の一例を示すデータ図である。 本発明の実施の形態の第１変形例のプラズマ処理装置におけるサセプタの内部の構造を示す部分拡大断面図である。 本発明の実施の形態の第２変形例のプラズマ処理装置におけるサセプタの内部の構造を示す部分拡大断面図である。
以下の実施の形態では特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
さらに、以下の実施の形態では便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明などの関係にある。
また、以下の実施の形態において、要素の数など（個数、数値、量、範囲などを含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良いものとする。
また、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
また、以下の実施の形態において、構成要素等について、「Ａからなる」、「Ａよりなる」、「Ａを有する」、「Ａを含む」と言うときは、特にその要素のみである旨明示した場合等を除き、それ以外の要素を排除するものでないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲等についても同様である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。
図１は本発明の実施の形態のプラズマ処理装置の構造の一例を示す概念図、図２は図１に示すプラズマ処理装置におけるサセプタの内部の構造を拡大して示す部分拡大断面図、図３は図１に示すプラズマ処理装置において第２のガスの流量がウエハ上のラジカルフラックスに与える影響の一例を示すデータ図である。
本実施の形態では、プラズマ処理装置の一例として、放電方式として電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Resonance) を用いたプラズマ処理装置を取り上げて説明する。ＥＣＲとは電子が磁力線を回る回転周波数とマイクロ波周波数との共鳴を利用してプラズマを形成する方式である。
図１に示すプラズマ処理装置の構成について説明すると、減圧可能であり、かつ内部の真空処理室１８で半導体ウエハ１７にプラズマ処理が行われる真空容器２５と、真空容器２５に接続され、かつ真空容器２５内に第１のプラズマ１１を生成するための第１のガスを供給する第１のガス供給部１５と、半導体ウエハ１７が載置されるステージ１９と、を有している。さらに、プラズマ処理装置は、第１のプラズマ１１を生成するための電磁波を供給する電磁波供給部１４と、ステージ１９に接続され、ウエハ１７に入射するイオンエネルギーを調整するための高周波電力を供給する第１の高周波電源１０と、ステージ１９の外周部に設けられ、かつ上方に向けて開口部４ａが形成されたウエハ保持体であるサセプタ４と、サセプタ４に接続された第２の高周波電源７と、サセプタ４の内部に第２のガスを供給する第２のガス供給部６と、を有している。また、プラズマ処理装置には、真空容器２５の真空処理室１８内を排気して減圧する真空排気部９が設けられている。
なお、サセプタ４は、サセプタリングとも呼ばれ、その内部には、誘電体によって覆われ、かつ第２の高周波電源７に接続された高周波電極３と、誘電体によって覆われ、かつ高周波電極３と対向して配置された第１の接地電極２ａと、が設けられている。
そして、プラズマ処理装置では、第２の高周波電源７から高周波電力が供給され、かつ第２のガス供給部６から第２のガスが供給されてサセプタ４の内部で第２のプラズマ１を生成する。
ここで、真空処理室１８に導入する第１のプラズマ生成用の第１のガスは、第１のガス供給部１５から、シャワープレート１２を介して導入される。図１中、矢印２３は第１のガス流れを示す。第１のガスの種類や組成は、ウエハ１７上に形成した被処理材料の種類や目的の加工形状により異なる。本実施の形態では、被処理材としてシリコン酸化物を用い、エッチングガスとしてフルオロカーボン系を含んだガスを用いたプラズマエッチング処理装置の場合について説明する。
真空処理室１８内の圧力は、真空排気部９によって調整される。なお、真空排気部９には、例えば、ドライポンプやターボ分子ポンプに圧力制御用バルブが接続された構成を用いる。真空処理室１８内の圧力は、圧力制御用バルブの開度を制御することによって、放電に好適な所望の値に制御することができる。異方性を持ってイオンをウエハ１７に入射させるために、エッチング処理では一般的に０．１〜１００Ｐａ程度の圧力が用いられる。
また、第１のプラズマ１１を生成するための電磁波は、電磁波供給部１４から供給され、電磁波を透過する材料によって形成された誘電体窓１３を介して真空処理室１８に導入される。例えば、電磁波は２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波であり、誘電体窓１３は石英のようなマイクロ波を透過する材料から成る。そして、電磁コイル１６は真空処理室１８内でＥＣＲに必要な磁場を発生させる。例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波においてＥＣＲに必要な磁束密度は８７５Ｇである。ＥＣＲに必要な磁場の近傍ではマイクロ波が電子を効率的に加速して、高エネルギーの電子が得られる。そして、高エネルギーの電子はエッチングガスの分子を電離し、これによって、第１のプラズマ１１が得られる。
ウエハ１７を支持するステージ１９は、ウエハ載置電極８と、ウエハ１７の外周部付近に沿って配置されるサセプタ４と、サセプタ４を支持するカバーリング５と、から構成されている。そして、ウエハ載置電極８には、第１の整合器２１を介して第１の高周波電源１０が接続されている。すなわち、第１の高周波電源１０には第１の整合器２１が接続されている。なお、ウエハ１７に入射するイオンのエネルギーを制御するために、第１の高周波電源１０の出力を調整する。第１の高周波電源１０の周波数は所望のイオンのエネルギー分布が得られれば、いかなる値を用いてもよい。本実施の形態では、例えば４００ｋＨｚの高周波が印加される。
また、第１のプラズマ１１によって生成される荷電粒子は、電磁コイル１６により形成される磁力線に拘束されながら輸送される。したがって、ウエハ１７上へのイオンフラックス分布は、例えば電磁コイル１６により形成される磁場を制御することにより、制御可能である。一方で、電気的に中性なラジカルは磁場の影響を受けず、主として拡散およびガス流れにより輸送される。ラジカルはウエハ１７に輸送されるまでの間に拡散して真空処理室１８の内壁への付着や表面反応によって失活し、ウエハ１７に入射するラジカルフラックスは凸分布となることが多い。つまり、ウエハ１７に入射するラジカルフラックスの分布は、ウエハ１７の中心部に比較して外周部の方が少ない。
そこで、エッチングの加工形状をウエハ面内で均一にするためには、ウエハ１７の外周部で不足するラジカルを増加させる必要がある。そのため、第２のガス供給部６から供給される第２のガスをウエハ１７の外周に設置されるサセプタ４内に供給し、サセプタ４の内部において、高周波電極３と第１の接地電極２ａとの間で第２のガスをプラズマ化してラジカルを生成し、真空処理室１８に供給する。図１中、矢印２４は第２のガス流れを示す。第２のガスの種類は、ウエハ外周部において増加させたいラジカルの種類に応じて適宜選択する。本実施の形態では第１のガスと同様にフルオロカーボン系のガスを導入する。
次に、図２の拡大図を用いてサセプタ４の内部に生成する第２のプラズマ１について説明する。サセプタ４の内部には、第２の高周波電源７に第２の整合器２２を介して接続された高周波電極３と、高周波電極３と対向して配置された第１の接地電極２ａと、が設置されている。すなわち、第２の高周波電源７には第２の整合器２２が接続されている。そして、サセプタ４は、例えば耐プラズマ性の高い石英等の誘電体からなる。つまり、高周波電極３および第１の接地電極２ａは、両者とも誘電体であるサセプタ４によって覆われている。ここで、高周波電極３と第１の接地電極２ａは、それぞれウエハ１７の外周部に沿ってリング状に形成されている。したがって、高周波電極３と第１の接地電極２ａとを覆うサセプタ４もウエハ１７の外周部に沿ってリング状に形成されている。
そして、第１の高周波電源１０と第２の高周波電源７のそれぞれの電力がお互いの電源に流れることを防ぐために、第１の整合器２１には第２の高周波電源７の周波数成分をカット（除去）するフィルタが含まれ、さらに、第２の整合器２２には第１の高周波電源１０の周波数成分をカット（除去）するフィルタが含まれている。すなわち、第１の整合器２１に第２の高周波電源７の周波数成分をカットするフィルタが含まれ、かつ第２の整合器２２に第１の高周波電源１０の周波数成分をカットするフィルタが含まれていることにより、第１の高周波電源１０と第２の高周波電源７のそれぞれの電力がお互いの電源に流れることを防止できる。フィルタは、カット（除去）したい周波数に応じて、適宜ローパスやハイパスフィルタ等の好適なフィルタを使用する。
本実施の形態のプラズマ処理装置では、第２の高周波電源７から高周波電力を供給し、高周波電極３と第１の接地電極２ａとの間で第２のプラズマ１を生成する。高周波電極３には例えば、数十ｋＨｚ〜数百ＭＨｚの周波数で数十〜数百Ｗの高周波電力を供給する。効率的に図２の放電空間Ｄに電圧を印加するために、第１の接地電極２ａや高周波電極３の間における石英の直径方向の厚みｄ１、ｄ２は、機械強度を損なわず、かつ、絶縁破壊しない程度に出来る限り薄くする必要がある。石英の厚みｄ１、ｄ２は例えば数ｍｍである。本実施の形態の場合は、高周波電極３と第１の接地電極２ａの表面がサセプタ４の内部に埋設され、誘電体によって覆われた構成となっている。高周波電極３および第１の接地電極２ａの表面を誘電体で覆う理由は、第１の接地電極２ａや高周波電極３の表面が第２のプラズマ１にさらされた場合に、第１の接地電極２ａと高周波電極３の表面がイオンによりスパッタリングされ、電極の構成元素の金属粒子が真空処理室１８内に拡散することを避けるためである。例えば半導体デバイスの量産工程の１つであるトランジスタ形成工程において不要な金属粒子がウエハ１７に入射した場合、トランジスタの漏れ電流増加等の性能低下に繋がり、歩留まりが低下する要因となる。本実施の形態では、第１の接地電極２ａと高周波電極３がサセプタ４の内部に埋設される例を示したが、第１の接地電極２ａと高周波電極３が第２のプラズマ１に直接さらされないように別体の誘電体部材でそれぞれの表面が保護される構成であってもよい。
また、サセプタ４とその下部に設置しているカバーリング５内には第２のガス供給部６に接続されたガス流路２０が設けられている。そして、リング状のサセプタ４にはその円周方向に沿って幅ｄ３のスリット状のガス出口である開口部４ａが形成されている。この開口部４ａは、その幅ｄ３が、第２のプラズマ１が形成される放電空間の幅Ｄよりも狭くなっている（ｄ３＜Ｄ）。これは、第２のガスの出口である開口部４ａの幅を狭くしてコンダクタンスを小さくすることにより、第２のプラズマ１の放電空間における圧力を真空処理室１８の圧力よりも高くし、放電開始時に好適な圧力に調整するためである。すなわち、サセプタ４における開口部４ａの幅ｄ３が、第２のプラズマ１が形成される放電空間の幅Ｄよりも狭い（ｄ３＜Ｄ）ことにより、第２のプラズマ１の放電空間における圧力を真空処理室１８の圧力よりも高くして、放電開始時に好適な圧力に調整することができる。例えば、高周波電極３と第１の接地電極２ａとの間の距離が２ｃｍであり、かつ、第２の高周波電源７の周波数が４ＭＨｚであるとする。この時、最小の放電開始電圧が得られる好適な圧力は数十Ｐａとなる（ Kadhim et al., International Journal of Application or Innovation in Engineering & Management, vol. 3, 454 (2014)）。さらに、サセプタ４のガス出口である開口部４ａが、第２のプラズマ１が形成される放電空間の幅Ｄよりも狭いことによって、第２のプラズマ１で生成されたイオンの真空処理室１８への流出を防ぐことができ、ウエハ外周におけるイオン密度の上昇を抑えることができる。
次に、サセプタ４の開口部４ａから供給されるラジカルがウエハ上のラジカルフラックス分布に与える影響を調べるために、第２のガスの流量がウエハ上のラジカルフラックスに与える影響を計算した。計算では説明の簡略化のために、第１のプラズマ１１でのラジカル生成量を固定し、さらに第１のガスの流量は２００ｓｃｃｍとし、真空処理室１８の圧力は１．０Ｐａとした。
また、第２のプラズマ１でのラジカル生成量は第２のガスの流量に比例すると仮定した。ラジカルの移流拡散の方程式を解き、ウエハ上のラジカルフラックス分布を求めた結果を図３に示す。ウエハ上でのラジカルフラックスの分布形状を比較しやすくするために、ウエハ中心（径方向位置０ｍｍの箇所）でのラジカルフラックスで規格化した。図３中の実線が第２のガスの流量を０ｓｃｃｍとしたときの結果であり、ラジカルフラックス分布は凸分布（ウエハ中心部でラジカルの量が多く、ウエハ外周部でラジカルの量が少ないラジカルの分布状態）である。第２のガスの流量を２０ｓｃｃｍに増加した場合、ウエハ中心部（径方向０ｍｍの位置）に比べて相対的にウエハ外周部（径方向１５０ｍｍの位置）のラジカルフラックスが増加し、ラジカルフラックスのウエハ１７の径方向の分布を比較的均一化できることがわかる。さらに、第２のガスの流量を４０ｓｃｃｍとしたときには、ウエハ外周部でのラジカルフラックスがさらに増加し、ラジカルフラックス分布を凹形状にまでできる。以上により、サセプタ４からラジカルを供給することにより、上記凸分布であるウエハ上のラジカルフラックス分布を均一化できることがわかる。
本実施の形態のプラズマ処理装置によれば、サセプタ４の内部に高周波電極３と第１の接地電極２ａとを設け、高周波電極３に第２の高周波電源７から電力を供給するとともに、第２のガスを供給することでサセプタ４内に第２のプラズマ１を生成することができる。その際、第２の高周波電源の電力や第２のガスの流量により、第２のプラズマ１で生成されるラジカルの生成量や真空処理室１８へのラジカル供給量を制御して、ウエハ外周部へのラジカル供給量を制御することができる。
これにより、ウエハ１７に入射するラジカルフラックス分布の外周部のプロファイルを効率よく制御することができ、エッチング後のウエハ面内の加工形状を均一化することが可能となる。
すなわち、ウエハ１７の外周部に供給されるラジカルの量を増やして、ウエハ１７の面内方向におけるラジカルの量の分布の均一性を向上させ、その結果、ウエハ１７のプラズマ処理の歩留まりを向上させることができる。
言い換えると、ウエハ１７の面内方向におけるプラズマ処理の均一性を向上させてプラズマ処理の歩留まりを向上させることができる。
次に、本実施の形態の変形例について説明する。
上記実施の形態では、リング状のサセプタ４の第２のガスの出口である開口部４ａが周方向に沿ってスリット状に形成されている場合を説明したが、それぞれ個別の複数のガス孔（開口部４ａ）を周方向に配置した構成であってもよい。すなわち、複数の個別の開口部４ａをリング状のサセプタ４の周方向に沿って形成してもよい。この場合、第２のガス供給部６は必ずしも一系統でガスを供給する必要はなく、各ガス孔（各開口部４ａ）に対して独立して第２のガスを供給するガス供給部であってもよい。このような構成とすることで、各ガス孔（各開口部４ａ）に対してガス流量を独立して制御することができるため、ウエハ１７の径方向のラジカルフラックス分布のみならず、ウエハ１７の周方向のラジカルフラックス分布も制御することができる。
次に、本実施の形態の第１変形例と第２変形例について説明する。図４は本発明の実施の形態の第１変形例のプラズマ処理装置におけるサセプタの内部の構造を示す部分拡大断面図、図５は本発明の実施の形態の第２変形例のプラズマ処理装置におけるサセプタの内部の構造を示す部分拡大断面図である。
図４に示す第１変形例は、図２で説明した構造において、第１の高周波電源１０が接続されたステージ１９のウエハ載置電極８と、高周波電極３との間に第２の接地電極２ｂを設置した構造である。つまり、第１の高周波電源１０が接続されたウエハ載置電極８と、第２の高周波電源７が接続された高周波電極３との間に、第２の接地電極２ｂが配置されている。
第２の接地電極２ｂは、第１の高周波電源１０の高周波電力と、第２の高周波電源７の高周波電力とが互いに干渉することを避けるための静電シールドとなる。すなわち、第２の接地電極２ｂを間に介在させることで、第１の高周波電源１０の高周波電力と、第２の高周波電源７の高周波電力とがお互いに干渉することを防止できる。
次に、図５に示す第２変形例について説明する。図５に示す第２変形例は、プラズマ処理装置への実装を容易にするための装置構造を示すものである。図２で説明した構成において、ウエハ載置電極８には、第１の高周波電源１０が第１の整合器２１を介して接続されており、さらに第２の高周波電源７も第２の整合器２２を介して接続されている。そして、第１の接地電極２ａは、カバーリング５に埋設されている。カバーリング５は耐プラズマ性の高い石英等で構成されている。第１の高周波電源１０は、主としてウエハ１７に入射するイオンエネルギーを制御する目的で使用される。
一方で、第２の高周波電源７は、主としてサセプタ４の内部で第２のプラズマ１を生成する目的で使用される。図５に示すプラズマ処理装置は、サセプタ４の内部に高周波電極３が埋設されている図２で示した構成よりも、サセプタ４やカバーリング５の構造を簡単にできるため、装置における部材の実装を容易に行うことができる。
また、本実施の形態においては第１のプラズマ１１を生成するための放電方式としてＥＣＲを用いた例を示したが、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）などの他の放電方式を用いてもよい。
また、本実施の形態では、図２、図４および図５を用いてサセプタ４やカバーリング５の内部構造の様々な形態を説明したが、本実施の形態のプラズマ処理装置は、それらの組み合わせを用いた形態であってもよい。
さらに、本実施の形態では、サセプタ４とカバーリング５を別々の部品として扱ったが、それらが一体となった構成であってもよい。もしくはサセプタ４とカバーリング５は複数の部品を組み合わせて構成されたものでもよい。
その他、実施の形態に記載された内容の一部を以下に記載する。
［項１］
減圧可能な真空容器と、上記真空容器に接続されるプラズマ生成用のガスを供給する第１のガス供給部と、真空排気部と、上記真空容器に接続される第１のプラズマ生成用の電磁波を供給する電磁波供給部と、ウエハを載置するステージと、上記ステージに接続される第１の高周波電源と、から構成されるプラズマ処理装置であって、
上記ステージに第２の高周波電源が接続され、
上記ステージの外周部にサセプタが設置され、
上記サセプタには、第２のガスが通りかつ第２のガス供給部が接続されたガス流路と、上記第２の高周波電源に接続され、かつ誘電体に覆われた高周波電極と、誘電体に覆われた接地電極とが設けられ、
上記第２の高周波電源から電力を供給し、上記サセプタの上記第２のガスが通過する上記ガス流路にて第２のプラズマを生成し、上記サセプタからウエハ外周部にラジカルを供給する、プラズマ処理装置。
［項２］
減圧可能な真空容器と、上記真空容器に接続されるプラズマ生成用のガスを供給する第１のガス供給部と、真空排気部と、上記真空容器に接続される第１のプラズマ生成用の電磁波を供給する電磁波供給部と、ウエハを載置するステージと、上記ステージに接続される第１の高周波電源と、から構成されるプラズマ処理装置であって、
上記ステージに第２の高周波電源が接続され、
上記ステージの外周部にサセプタが設置され、
上記サセプタには、第２のガスが通りかつ第２のガス供給部が接続されたガス流路と、誘電体に覆われた接地電極とが設けられ、
上記第１の高周波電源と上記第２の高周波電源とから電力を供給し、上記サセプタの上記第２のガスが通過する上記ガス流路にて第２のプラズマを生成し、上記サセプタから上記ウエハの外周部にラジカルを供給する、プラズマ処理装置。
以上、本発明者によってなされた発明を発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。なお、図面に記載した各部材や相対的なサイズは、本発明を分かりやすく説明するため簡素化・理想化しており、実装上はより複雑な形状となる。
上記実施の形態では、プラズマ処理装置の一例として、プラズマエッチング処理装置の場合について説明したが、上記プラズマ処理装置は、半導体ウエハ等の基板状の試料に対してアッシングまたはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition)処理を行う他のプラズマ処理装置であってもよい。
１ 第２のプラズマ
３ 高周波電極
４ サセプタ（ウエハ保持体）
４ａ 開口部
６ 第２のガス供給部
７ 第２の高周波電源
８ ウエハ載置電極
９ 真空排気部
１０ 第１の高周波電源
１１ 第１のプラズマ
１４ 電磁波供給部
１５ 第１のガス供給部
１７ ウエハ
１９ ステージ
２５ 真空容器

Claims (10)

  1. 内部で半導体ウエハにプラズマ処理が行われる真空容器と、
    前記真空容器に接続され、前記真空容器内に第１のプラズマを生成する第１のガスを供給する第１のガス供給部と、
    前記第１のプラズマを生成する電磁波を供給する電磁波供給部と、
    前記半導体ウエハが載置されるステージと、
    前記ステージに接続された第１の高周波電源と、
    前記ステージの外周部に設けられ、開口部が形成されたウエハ保持体と、
    前記ウエハ保持体に接続された第２の高周波電源と、
    前記ウエハ保持体の内部に第２のガスを供給する第２のガス供給部と、
    前記真空容器内を排気して減圧する真空排気部と、
    を有し、
    前記ウエハ保持体の内部には、
    誘電体によって覆われ、前記第２の高周波電源に接続された高周波電極と、
    誘電体によって覆われ、前記高周波電極と対向して配置された第１の接地電極と、
    が設けられ、
    前記第２の高周波電源から高周波電力が供給され、かつ前記第２のガス供給部から前記第２のガスが供給されて前記ウエハ保持体の内部で第２のプラズマを生成する、プラズマ処理装置。
  2. 請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
    前記高周波電極および前記第１の接地電極は、リング状である、プラズマ処理装置。
  3. 請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
    前記ウエハ保持体は、石英によって形成されている、プラズマ処理装置。
  4. 請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
    前記ステージには、前記半導体ウエハに入射するイオンエネルギーを調整する高周波電力を供給する前記第１の高周波電源が接続され、前記第１の高周波電源に第１の整合器が接続され、前記第２の高周波電源に第２の整合器が接続されている、プラズマ処理装置。
  5. 請求項４に記載のプラズマ処理装置において、
    前記第１の整合器には、前記第２の高周波電源の周波数成分を除去するフィルタが含まれ、
    前記第２の整合器には、前記第１の高周波電源の周波数成分を除去するフィルタが含まれている、プラズマ処理装置。
  6. 請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
    前記ウエハ保持体は、リング状に形成され、
    前記開口部は、スリット状に形成され、かつ前記リング状のウエハ保持体の周方向に沿って形成されている、プラズマ処理装置。
  7. 請求項６に記載のプラズマ処理装置において、
    前記スリット状の開口部の幅は、前記第２のプラズマが生成される放電空間の幅よりも狭い、プラズマ処理装置。
  8. 請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
    前記ウエハ保持体は、リング状に形成され、
    前記開口部は、前記リング状のウエハ保持体の周方向に沿って個別に複数形成されている、プラズマ処理装置。
  9. 請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
    前記ウエハ保持体の内部に供給される前記第２のガスの流路が、前記ウエハ保持体の周方向に対して複数に分岐して設けられ、
    前記第２のガス供給部から前記複数の第２のガスの流路それぞれに独立して前記第２のガスを供給する、プラズマ処理装置。
  10. 請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
    前記ステージには、前記半導体ウエハに入射するイオンエネルギーを調整する高周波電力を供給する前記第１の高周波電源が接続され、
    前記ステージと、前記第２の高周波電源が接続された前記高周波電極との間に、第２の接地電極が設けられている、プラズマ処理装置。
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