JP2021052170A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板のエッチングを効率的に行いながら、エッチングによって形成された副生成物が高周波導入用の窓に付着することを抑制する。【解決手段】基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、処理容器内にプラズマを生成するプラズマ生成部と、前記処理容器内にて傾斜させた載置面に基板を載置し、回転可能に基板を支持する支持構造体と、前記プラズマ生成部と前記支持構造体との間に設けられ、第１スリットが形成された石英の第１スリット板と、前記プラズマ生成部と前記支持構造体との間にて前記第１スリット板の下に設けられ、第２スリットが形成された石英の第２スリット板と、を有し、前記第１スリットは、隣接する前記第２スリットに対して前記載置面の傾斜方向と逆の方向にずれている、プラズマ処理装置が提供される。【選択図】図１

Description

本開示は、プラズマ処理装置に関する。

例えば、特許文献１は、イオン引き込みのためのバイアス電圧として、パルス変調された直流電圧を支持構造体に印加するバイアス電力供給部を備え、エッチングによって形成された副生成物を除去することを提案する。

特開２０１６−８２０２０号公報

本開示は、基板のエッチングを効率的に行いながら、エッチングによって形成された副生成物が高周波導入用の窓に付着することを抑制するプラズマ処理装置を提供する。

本開示の一の態様によれば、基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、処理容器内にプラズマを生成するプラズマ生成部と、前記処理容器内にて傾斜させた載置面に基板を載置し、回転可能に基板を支持する支持構造体と、前記プラズマ生成部と前記支持構造体との間に設けられ、第１スリットが形成された石英の第１スリット板と、前記プラズマ生成部と前記支持構造体との間にて前記第１スリット板の下に設けられ、第２スリットが形成された石英の第２スリット板と、を有し、前記第１スリットは、隣接する前記第２スリットに対して前記載置面の傾斜方向と逆の方向にずれている、プラズマ処理装置が提供される。

一の側面によれば、基板のエッチングを効率的に行いながら、エッチングによって形成された副生成物が高周波導入用の窓に付着することを抑制することができる。

一実施形態に係るチルトプリクリーン装置の一例を模式的に示す断面図。 一実施形態に係る容器部の内部構造の一例を示す図。 一実施形態に係る支持構造体を説明するための図。 図１のＡ−Ａ断面図。 一実施形態に係るシールド板を把持する構造の一例を示す図。 一実施形態に係るスリット板のスリットの位置の一例を示した図。 一実施形態に係るスリットの位置とイオン及びデポの動きを説明するための図。 一実施形態に係るスリットの位置を適正化するためのシミュレーションの一例を示す図。 一実施形態の変形例に係るスリットのマスキングを適正化するためのシミュレーション結果の一例を示す図。

以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

［チルトプリクリーン装置］
初めに、図１〜図５を参照しながら、一実施形態に係るチルトプリクリーン装置１０について説明する。図１は、一実施形態に係るチルトプリクリーン装置１０の一例を模式的に示す断面図である。図２は、一実施形態に係る容器部４０の内部構造の一例を示す図である。図３は、一実施形態に係る支持構造体１１を説明するための図である。図４は、図１のＡ−Ａ断面図である。図５は、一実施形態に係るシールド板１３を把持する構造の一例を示す図である。

図１及び図３は、鉛直方向に延びる軸線ＰＸを含む一平面において処理容器１２を破断したチルトプリクリーン装置１０を示している。チルトプリクリーン装置１０は、基板Ｗに対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置の一例である。なお、図１は支持構造体１１が傾斜していない状態のチルトプリクリーン装置１０を示し、図３は支持構造体１１が傾斜している状態のチルトプリクリーン装置１０を示す。支持構造体１１は、処理容器１２内にて傾斜させた載置面１１ａに基板Ｗを載置し、回転可能に基板を支持する。

チルトプリクリーン装置１０は、支持構造体１１、処理容器１２、ガス供給部１４、ＩＣＰソースユニット１６、排気系２０、バイアス電力供給部６２、及び制御部Ｃｎｔを有する。処理容器１２は略円筒形状を有し、アルミニウムで形成されている。一実施形態では、処理容器１２の中心軸線は、軸線ＰＸと一致している。この処理容器１２は、ウエハ等の基板Ｗに対してプラズマ処理を行うための空間Ｓを提供している。

一実施形態では、処理容器１２は、その高さ方向の中間部分１２ａ、即ち支持構造体１１を収容する部分において略一定の幅を有している。また、処理容器１２は、当該中間部分の下端から底部に向かうにつれて徐々に幅が狭くなるテーパー状をなしている。また、処理容器１２の底部は、排気口１２ｅを提供しており、排気口１２ｅは軸線ＰＸに対して軸対称に形成されている。

処理容器１２内には、支持構造体１１が設けられている。支持構造体１１は、静電チャック３１により基板Ｗを吸着保持する。支持構造体１１は、軸線ＰＸに直交する第１軸線ＡＸ１を中心に回転可能である。支持構造体１１は、第１軸線ＡＸ１を中心に傾斜軸部５０の回転により、軸線ＰＸに対して傾斜することが可能である。支持構造体１１を傾斜させるために、チルトプリクリーン装置１０は、駆動装置２４を有している。駆動装置２４は、処理容器１２の外部に設けられており、第１軸線ＡＸ１を中心に支持構造体１１の回転のための駆動力を発生する。また、支持構造体１１は、第１軸線ＡＸ１に直交する第２軸線ＡＸ２を中心に基板Ｗを回転させるよう構成されている。なお、支持構造体１１が傾斜していない状態では、図１に示すように、第２軸線ＡＸ２は軸線ＰＸに一致する。一方、支持構造体１１が傾斜している状態では、図３に示すように、第２軸線ＡＸ２は軸線ＰＸに対して傾斜する。支持構造体１１の詳細については後述する。

排気系２０は、処理容器１２内の空間を例えば、１０^−８Ｔｏｒｒ〜１０^−９Ｔｏｒｒ（１．３３×１０^−６Ｐａ〜１．３３×１０^−７Ｐａ）の高真空に減圧するよう構成されている。一実施形態では、排気系２０は、自動圧力制御器２０ａ、クライオポンプまたはターボ分子ポンプ２０ｂ、及びドライポンプ２０ｃを有している。ターボ分子ポンプ２０ｂは、自動圧力制御器２０ａの下流に設けられている。ドライポンプ２０ｃは、バルブ２０ｄを介して処理容器１２内の空間に直結されている。また、ドライポンプ２０ｃは、バルブ２０ｅを介してターボ分子ポンプ２０ｂの下流に設けられている。

自動圧力制御器２０ａ及びターボ分子ポンプ２０ｂを含む排気系２０は、処理容器１２の底部に取り付けられている。また、自動圧力制御器２０ａ及びターボ分子ポンプ２０ｂを含む排気系２０は、支持構造体１１直下に設けられている。したがって、このチルトプリクリーン装置１０では、支持構造体１１の周囲から排気系２０までの均一な排気の流れを形成することができる。これにより、効率の良い排気が達成され得る。また、処理容器１２内で生成されるプラズマを均一に拡散させることが可能である。

一実施形態において、空間Ｓの処理容器１２の内壁のうち上部側面には、シールド１７が着脱自在に設けられ、下部側面及び底面には、シールド２６が着脱自在に設けられている。また、支持構造体１１の載置面１１ａ以外の壁面、傾斜軸部５０の外周面には、シールド２１が着脱自在に設けられている。シールド１７、２１、２６は、処理容器１２内にエッチングにより生成された副生成物（以下、「デポ」ともいう。）が付着することを防止する。シールド１７、２１、２６は、例えば、アルミニウムから形成された母材の表面をブラスト処理、または追加でアルミ溶射膜を形成することにより構成される。シールド２６は複数に分かれてラビリンス構造を形成し、その隙間からガスを排気系２０へ導く。シールド１７、２１、２６は適宜交換される。

処理容器１２の天井部には開口が設けられており、開口は誘電体窓１９によって閉じられている。誘電体窓１９は板状体であり、石英ガラス又はセラミックスから構成されている。

ガス供給部１４は、流路１４ａ、１４ｂから処理容器１２内に処理ガスを供給する。ガス供給部１４の詳細については、図４を参照して後述する。

ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）ソースユニット１６は、処理容器１２内に供給された処理ガスを励起させる。一実施形態では、ＩＣＰソースユニット１６は、処理容器１２の天井部の誘電体窓１９上に設けられている。また、一実施形態では、ＩＣＰソースユニット１６の中心軸線は、軸線ＰＸと一致している。誘電体窓１９の上のＩＣＰソースユニット１６の空間は大気空間であり、誘電体窓１９の下の処理容器１２内の空間は真空空間である。

ＩＣＰソースユニット１６は、高周波アンテナ５３及びシールド部材５２を有している。高周波アンテナ５３は、シールド部材５２によって覆われている。高周波アンテナ５３は、例えば銅、アルミニウム、ステンレス等の導体から構成されており、軸線ＰＸを中心に螺旋状に延在している。高周波アンテナ５３には、高周波電源５１が接続されている。高周波電源５１は、プラズマ生成用の高周波電源である。

高周波アンテナ５３に高周波電源５１から所定の周波数の高周波を所定のパワーで供給すると、高周波は誘電体窓１９を透過し、処理容器１２内に誘導磁界を形成し、誘導磁界によって処理容器１２内に導入された処理ガスが励起される。これにより、基板Ｗの上にドーナツ型のプラズマが生成される。これらのプラズマによって、処理ガスからラジカル及びイオンが生成される。高周波電源５１から供給される高周波電力の周波数は、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚといった周波数であってもよい。

処理容器１２内の誘電体窓１９の下方であって、且つ流路１４ａ、１４ｂの位置よりも上にシールド板１３が配置されている。シールド板１３は、石英の薄膜であり、誘電体窓１９の近傍に設けられ、エッチングにより生成された副生成物が基板Ｗ側から飛来し、誘電体窓１９に付着することを防止する。

バイアス電力供給部６２は、基板Ｗにイオンを引き込むための高周波バイアス電力を支持構造体１１に印加するよう構成されている。高周波電源５１、高周波アンテナ５３、誘電体窓１９及びガス供給部１４は、プラズマを生成するための空間Ｕにてプラズマを生成するプラズマ生成部として機能する。

誘電体窓１９と支持構造体１１との間であって、且つシールド板１３の下方には、スリット板１５が設けられている。スリット板１５は、複数のスリット１５ａ１が形成された石英のスリット板１５ａと、スリット板１５ａの下に配置され、複数のスリット１５ｂ１が形成された石英のスリット板１５ｂとを有する。スリット板１５ａは、第１スリット板の一例であり、スリット１５ａ１は第１スリット板に形成されたスリットの一例である。スリット板１５ｂは、第２スリット板の一例であり、スリット１５ｂ１は第２スリット板に形成されたスリットの一例である。

スリット板１５の外縁部は、処理容器１２の内壁に周方向に把持され、プラズマを生成するための空間Ｕとプラズマ処理を行うための空間Ｓとを仕切るようになっている。スリット１５ａ１は、スリット１５ｂ１を基準として、支持構造体１１の載置面１１ａの傾斜方向（図３参照）と逆の方向にずれ、平面視でスリット１５ａ１とスリット１５ｂ１とは重ならない。

スリット板１５ａの上部のプラズマを生成するための空間Ｕ内の処理容器１２の側壁は、円筒状の石英部材１８で覆われている。石英部材１８の絶縁性により、空間Ｕに生成されたプラズマがグランドに接続された処理容器１２に引き込まれ消失することを防止する。

制御部Ｃｎｔは、例えば、プロセッサ、記憶部、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータである。制御部Ｃｎｔは、入力されたレシピに基づくプログラムに従って動作し、制御信号を送出する。チルトプリクリーン装置１０の各部は、制御部Ｃｎｔからの制御信号により制御される。

以下、支持構造体１１、ガス供給部１４、シールド板１３を把持する構造のそれぞれについてそれぞれ詳細に説明する。

［支持構造体］
図３に示すように、支持構造体１１は、傾斜した載置面１１ａに基板Ｗを載置し、垂直方向に所定のチルト角度に回転可能に基板Ｗを支持する。図１には、Ｙ方向から視た支持構造体１１の断面図が示されており、図３には、Ｘ方向から視た支持構造体１１の断面図が示されている。図１及び図３に示すように、支持構造体１１は、保持部３０、容器部４０及び傾斜軸部５０を有している。

保持部３０は、基板Ｗを保持し、第２軸線ＡＸ２を中心に回転することによって、基板Ｗを水平方向に回転させる機構である。なお、上述したように、第２軸線ＡＸ２は、支持構造体１１が傾斜していない状態では軸線ＰＸと一致する。保持部３０は、静電チャック３１、下部電極３２及び回転軸部３３を有している。

静電チャック３１は、その上面である載置面１１ａに基板Ｗを保持する。静電チャック３１は、第２軸線ＡＸ２をその中心軸線とする略円盤形状を有しており、絶縁膜の内層として設けられた電極膜を有している。静電チャック３１は、電極膜に電圧が印加されることにより、静電力を発生する。この静電力により、静電チャック３１は、載置面１１ａに載置された基板Ｗを静電吸着する。この静電チャック３１と基板Ｗとの間には、ＨｅガスもしくはＡｒガスといった伝熱ガスが供給されるようになっている。また、静電チャック３１内には、基板Ｗを加熱するためのヒータが内蔵されていてもよい。かかる静電チャック３１は、下部電極３２上に設けられている。

図１及び図２を参照すると、下部電極３２は、第２軸線ＡＸ２をその中心軸線とする略円盤形状を有している。下部電極３２は、アルミニウム等の導体から構成されている。下部電極３２は、バイアス電力供給部６２と電気的に接続される。静電チャック３１には、冷媒流路が設けられ、冷媒流路に冷媒が供給されることにより、基板Ｗの温度が制御されるようになっている。

回転軸部３３は、略円柱形状を有しており、中央にて下部電極３２の下面に結合されている。回転軸部３３の中心軸線は、第２軸線ＡＸ２と一致している。回転軸部３３に対して回転力が与えられることにより、保持部３０が回転するようになっている。

かかる構成の保持部３０は、容器部４０と共に支持構造体１１を形成している。容器部４０の中央には、回転軸部３３が通る貫通孔が形成されている。容器部４０と回転軸部３３との間には、磁性流体シール部１０４が設けられている。磁性流体シール部１０４は、支持構造体１１の内部空間を気密に封止する。磁性流体シール部により、支持構造体１１の内部空間は大気圧に維持され、真空状態の空間Ｓから分離される。

さらに図２を参照して容器部４０の内部構造について詳述する。図２は、図１の容器部４０の内部構造の一例を示す図である。回転軸部３３を中心として、回転軸部３３の外周には、冷媒流路１０１に冷媒を供給するためのロータリージョイント（回転冷媒継手）１０２が配置され、冷媒流路１０１から静電チャック３１内の流路３１ａに冷媒が供給される。ロータリージョイント１０２の外周に中空円筒状の下部電極保持部１０３が配置される。さらに下部電極保持部１０３の外周に、処理容器１２内の真空状態の空間Ｓを容器部４０内の大気空間からシールするための磁性流体シール部１０４が配置される。このようにロータリージョイント１０２を磁性流体シール部１０４の内側に配置することにより、ロータリージョイント１０２の配置のために、軸ＡＸ２方向に回転軸部３３を延長する必要がなくなる。その結果、容器部４０の軸ＡＸ２方向の長さを短くすることができるため、処理容器１２の内部容積を大きくすることなく、支持構造体１１を大きく傾けることができる。これにより、フットプリントの低減を図ることができる。

ロータリージョイント１０２の下部には、静電チャック３１のチャック電極３１ｂやヒータ３１ｃへの電力供給、及びバイアス印加のためのスリップリング１０５が配置されている。磁性流体シール部１０４の外周と容器部４０の内側内壁との間のスペースには、回転軸部３３の回転用モータ１０６及び基板Ｗを保持部３０からリフトアップ、リフトダウンするためのリフターピン１０７ａを含むリフト機構１０７が配置される。また、基板Ｗの裏面にバックサイドガスを供給するためのガスライン１０８を適宜回転軸部３３や下部電極保持部１０３に設けることができる。

図１に戻り、容器部４０に形成された開口には、傾斜軸部５０の内側端部が嵌め込まれている。傾斜軸部５０は、処理容器１２に達するまでに基板Ｗの高さまでオフセットされたものになっている。これにより、第１軸線ＡＸ１は基板と同じ高さになり、容器部４０がどの角度にチルトしても基板Ｗの中心が第２軸線ＡＸ２上に位置する。これにより、プロセス制御性のマージンを持たせることができる。また、傾斜軸部５０は、図１に示すように、処理容器１２の外側まで延在している。傾斜軸部５０の一方の外側端部には、駆動装置２４が結合されている。

駆動装置２４は、傾斜軸部５０の一方の外側端部を軸支している。駆動装置２４によって傾斜軸部５０が回転されることにより、支持構造体１１が第１軸線ＡＸ１を中心に垂直方向に回転し、その結果、支持構造体１１が軸線ＰＸに対して傾斜するようになっている。例えば、支持構造体１１は、軸線ＰＸに対して第２軸線ＡＸ２が０度〜９０度内の角度をなすように傾斜され得る。

傾斜軸部５０の内孔には、種々の電気系統用の配線、伝熱ガス用の配管及び冷媒用の配管が通されている。これらの配線及び配管は、回転軸部３３に連結されている。

図２に示すように、支持構造体１１の内部空間には、回転用モータ１０６が設けられている。回転用モータ１０６は、回転軸部３３を回転させるための駆動力を発生する。一実施形態では、回転用モータ１０６は、回転軸部３３の側方に設けられている。回転用モータ１０６は、回転軸部３３に取り付けられたプーリに伝導ベルトを介して連結されている。これにより、回転用モータ１０６の回転駆動力が回転軸部３３に伝達され、保持部３０が第２軸線ＡＸ２を中心に水平方向に回転する。保持部３０の回転数は、例えば、４８ｒｐｍ以下の範囲内にある。例えば、保持部３０は、プロセス中に２０ｒｐｍの回転数で回転される。なお、回転用モータ１０６に電力を供給するための配線は、傾斜軸部５０の内孔を通って処理容器１２の外部まで引き出され、処理容器１２の外部に設けられたモータ用電源に接続される。

このように、支持構造体１１は、大気圧に維持可能な内部空間に多様な機構を設けることが可能である。また、支持構造体１１は、その内部空間に収めた機構と処理容器１２の外部に設けた電源、ガスソース、チラーユニット等の装置とを接続するための配線又は配管を処理容器１２の外部まで引き出すことが可能であるように構成されている。なお、上述した配線及び配管に加えて、処理容器１２の外部に設けられたヒータ電源と静電チャック３１に設けられたヒータとを接続する配線が、支持構造体１１の内部空間から処理容器１２の外部まで傾斜軸部５０の内孔を介して引き出されていてもよい。

［ガス供給系］
次に、ガス供給系について、図１のＡ−Ａ断面を示す図４を参照しながら説明する。ガス供給部１４は、ガス導入管１４ｃに接続されている。ガス導入管１４ｃは、処理容器１２の内壁の内部に形成された流路１４ｃ１及び流路１４ｃ２に分岐して接続される。流路１４ｃ１及び流路１４ｃ２は、周方向に逆方向に半円状に形成され、それぞれの端部にて略垂直に径方向に内側に向かう流路１４ａ及び流路１４ｂに繋がる。

流路１４ａは、処理容器１２の内壁を覆う石英部材１８の内部に周方向に形成された流路１４ａ１及び流路１４ａ２に分岐する。流路１４ａ１及び流路１４ａ２には、処理容器１２の中心に向かって等間隔に開口するガス孔２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄが形成されている。

流路１４ｂは、流路１４ａ１及び流路１４ａ２の逆側にて石英部材１８の内部に周方向に形成された流路１４ｂ１及び流路１４ｂ２に分岐する。流路１４ｂ１及び流路１４ｂ２には、処理容器１２の中心に向かって等間隔に開口するガス孔２２ｅ、２２ｆ、２２ｇ、２２ｈが形成されている。流路１４ａ１及び流路１４ａ２と、流路１４ｂ１及び流路１４ｂ２とは上下方向で分離した状態で、同円周上に略リング状に形成され、８つのガス孔２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆ、２２ｇ、２２ｈ（以下、総称して「ガス孔２２」ともいう。）が等間隔に配置される。

かかる構成により、ガス供給部１４は、等間隔に配置された８つのガス孔２２からプラズマを生成するための空間Ｕに処理ガスを導入する。８つのガス孔２２から等配に処理容器１２内に導入された処理ガスは、ＩＣＰソースユニット１６から高周波アンテナ５３を介して導入したＲＦパワーによりプラズマ化し、これにより、空間Ｕ内で偏りのないプラズマを生成することができる。なお、ガス孔の数は８つに限られず、複数のガス孔が軸線ＰＸに対して周方向に等間隔に設けられ得る。

ガス供給部１４は、一以上のガスソース、一以上の流量制御器、一以上のバルブを有し得る。したがって、ガス供給部１４の一以上のガスソースからの処理ガスの流量は調整可能となっている。ガス供給部１４からの処理ガスの流量及び処理ガスの供給のタイミングは、制御部Ｃｎｔによって個別に調整される。

［シールド板を把持する構造］
次に、シールド板１３を把持する構造について、図５を参照しながら説明する。シールド板１３の外縁部（外周部）は、処理容器１２と、処理容器１２の側壁に形成された段差部に設けられたリング状のクランプ２５との間に弾性体２３を挟んで把持されている。弾性体２３は、シールド板１３の外縁部の下面と処理容器１２の側壁に形成された段差部との間に配置されているスパイラル形状のクッション材である。弾性体２３は、例えば、メタルのスパイラルリングで構成され得る。

空間Ｕに生成されたプラズマからの熱によって、シールド板１３は膨張及び圧縮を繰り返す。これによってシールド板１３には引張応力及び圧縮応力がかかる。これに対して、本実施形態のシールド板１３を把持する構造では、シールド板１３の外縁部がクランプ２５と弾性体２３との間で移動ができる構成となっている。このため、上記応力によってシールド板１３が割れる等の損傷が生じない構造になっている。

［シールド構造］
次に、高周波（ＲＦ）導入用の窓であって真空隔壁となる誘電体窓１９に基板Ｗのエッチングにより生成された導電性の副生成物が付着したときの課題について説明する。誘電体窓１９にメタル膜が成膜されると、メタル膜によって高周波が誘電体窓１９を透過できなくなる。また、誘電体窓１９に成膜されたメタル膜に高周波が吸収されて熱に変わり、渦電流加熱が起こり高周波の導入量の低下及び熱応力によって誘電体窓１９が割れる等のリスクが発生する。このため、メタル膜が成膜された誘電体窓１９は定期的に交換する必要が生じる。

この課題を解決するために、スリット板１５及びシールド板１３を用いたシールド構造を誘電体窓１９への防着機能に特化した構造とすると、基板Ｗのエッチングに必要なイオンの供給がスリット板１５により妨げられ、エッチングレートの低下の起因となる場合がある。このため、プラズマ中のイオンを基板Ｗ側へ効率的に引き出して基板Ｗをエッチングすることが望まれる。つまり、誘電体窓１９への防着機能の維持とイオンの引き出し機能とを両立した構造を確立することが重要である。

これに対して、一実施形態では、真空隔壁である誘電体窓１９の直下（真空側）にシールド板１３を配置し、プラズマを生成するための空間Ｕと基板Ｗとの間にスリット板１５を２枚配置するシールド構造を有する。また、２枚のスリット板１５ａ、１５ｂの各スリット１５ａ１、１５ｂ１は互い違いになり、スリットを介して基板Ｗ側から垂直に直接プラズマを生成するための空間Ｕが見えないシールド構造となっている。これにより、エッチング時の副生成物がメタル膜として誘電体窓１９に付着することを防止できる。

スリット板１５ａ、１５ｂのスリット幅（図６のＳＷ）を狭くするほど誘電体窓１９への防着効果は高まるが、イオンの基板Ｗ側への供給が妨げられ、エッチングレートが下がる。よって、本実施形態では、スリット板１５ａ、１５ｂの各スリット１５ａ１、１５ｂ１の幅及び位置等を適正化する。これにより、誘電体窓１９への防着効果を高め、かつエッチングレートの低下を防止することができる。

特に、基板Ｗを載置する支持構造体１１は、回転及びチルト角度を制御する機能を有する。よって、支持構造体１１を０度〜９０度の範囲内で基板Ｗをチルトするとともに、スリット１５ａ１、１５ｂ１の位置関係を適正に調整する。これにより、プラズマを生成するための空間Ｕからのイオンの引き出し量の確保と基板Ｗからのエッチングの副生成物の通過量の抑制を両立したシールド構造を実現する。以下、本実施形態に係るシールド構造についてより詳細に説明する。

［スリット板］
図１の処理容器１２の上部を拡大した図６の下図に示すように、スリット板１５は、上部のスリット板１５ａと下部のスリット板１５ｂとの２枚で構成され、各スリット１５ａ１、１５ｂ１の位置は互い違いになっている。つまり、スリット１５ａ１、１５ｂ１は平面視で重ならない位置関係になっている。スリット１５ａ１、１５ｂ１が互い違いになる位置関係を、以下、「オフセット」とも称呼する。

チルトプリクリーン装置１０では、支持構造体１１により基板Ｗの回転及び載置面１１ａのチルト角度を制御できる構造となっている。載置面１１ａのチルト角度は、０度〜９０度の範囲内にて調整する。図７の例では、載置面１１ａのチルト角度は４５度に調整されている。このように支持構造体１１により基板Ｗの回転及び載置面１１ａのチルト角度の制御と、スリット板１５ａ、１５ｂの各スリット１５ａ１、１５ｂ１の幅及び位置の調整とを組み合わせることによって、防着性能とエッチングレートの確保の両立が可能となる。また、誘電体窓１９直下にシールド板１３を配置することにより、副生成物が高周波導入用の窓である誘電体窓１９に付着することを抑制し、誘電体窓１９のメンテナンスフリー化を達成でき、メンテナンス性を向上させることができる。

スリット板１５ａ、１５ｂの各スリット１５ａ１、１５ｂ１の幅及び位置の調整について、図７を参照しながら具体的に説明する。図７は、一実施形態に係るスリット１５ａ１、１５ｂ１の幅及び位置とイオンのエッチングによる副生成物（デポ）の動きを説明するための図である。図７に示すように、スリット板１５の上のプラズマを生成するための空間Ｕにおいて電離されたアルゴンイオン（Ａｒ^＋）を、スリット１５ａ１、１５ｂ１に通して基板Ｗ側へ引き出し、アルゴンイオンの作用によりプロセス条件を満たしたエッチングレートを確保することが重要である。また、デポがスリット１５ａ１、１５ｂ１を通って空間Ｕに飛来し、誘電体窓１９に付着することを抑制することが重要である。そして、これらトレードオフ関係にある両者（誘電体窓１９等への防着と基板Ｗへのアルゴンイオンの引き込み）を両立させるために、本実施形態では、支持構造体１１による基板Ｗ（載置面１１ａ）の傾斜と、スリット１５ａ１、１５ｂ１のオフセットとを組み合わせる。なお、アルゴンイオンはイオンの一例であり、これに限られず、ガス供給部１４から供給するガス種によってイオンの種類は異なる。

エッチングに必要なアルゴンイオンを空間Ｕから引き出し易く、且つ傾斜された基板Ｗからは直接シールド板１３が見えにくい、オフセットされたスリット１５ａ１、１５ｂ１の位置関係とするには、スリット１５ａ１、１５ｂ１のオフセットの方向が重要である。

そこで、基板Ｗが一定方向にしか傾かないことを利用して、スリット１５ａ１、１５ｂ１のオフセットの方向を適正化する。例えば、図７の例では、基板Ｗが軸線ＰＸを中心として左斜め上の方向（図７では、水平方向との角度θ＝４５°）になるように傾いた状態で軸線ＰＸ周りに回転する。そのときの旋回方向をＲの矢印で示し、基板Ｗ（例えば直径２００ｍｍ）の外径の旋回軌跡をＰＡの円で示している。

上記基板Ｗの傾きに対して、２枚のスリット板１５ａ、１５ｂのスリット１５ａ１、１５ｂ１の位置をオフセットし、アルゴンイオンが２枚のスリット板１５ａ、１５ｂを通って基板Ｗに到着しやすいようにする。そのために、スリット１５ａ１は、スリット１５ａ１に隣接する２つのスリット１５ｂ１間の中心よりも支持構造体１１の旋回方向に位置する。言い換えれば、スリット１５ａ１は、スリット１５ａ１に隣接する２つのスリット１５ｂ１間の中心よりも基板Ｗの傾いた方向（ここでは左方向）に位置する。これにより、空間Ｕにて生成されたアルゴンイオンが、スリット１５ｂ１に対してオフセットされたスリット１５ａ１を通り、スリット１５ｂ１を通ってプラズマ処理を行うための空間Ｓに入射され易くなる。アルゴンイオンは、スリット１５ａ１とスリット１５ｂ１とのオフセットにより空間Ｓ内に左斜め下方向へ入射され、放射状に移動し、左斜め上に向けて傾く基板Ｗ上に入射され易くなる。エッチングレートは、空間Ｕからスリット１５ａ１、１５ｂ１を介して基板Ｗ側に引き込むイオンの数によって決まる。かかる構成によれば、スリット１５ａ１、１５ｂ１のオフセットの適正な位置関係により、空間Ｓに入射されるアルゴンイオンの数を増やし、エッチングレートを高めることができる。

アルゴンイオンの基板Ｗへの叩き込みによりエッチング時に生成されたデポは、処理容器１２の天井部及び側壁等の内壁に向けて飛ぶ。しかしながら、基板Ｗは一定方向に傾いていることを利用して、スリット１５ａ１はスリット１５ｂ１に対して基板Ｗ側から誘電体窓１９が見え難い方向にオフセットされている。よって、空間Ｓ内を天井部に向けて飛来するデポのほとんどは、スリット板１５ｂの下面に付着するか、スリット１５ｂ１を通ってスリット板１５ａの下面に付着する。これにより、誘電体窓１９へデポが付着して誘電体窓１９にメタル膜が生成されることを抑制することができる。

以上から、スリット１５ａ１は、スリット１５ａ１に隣接する２つのスリット１５ｂ１間の中心よりも支持構造体１１の旋回方向に位置させる。つまり、アルゴンイオンが基板Ｗの面にスパッタされ易く、かつ、デポがスリット１５ａ１、１５ｂ１を通り難い位置にスリット１５ａ１、１５ｂ１をオフセットさせる。これにより、基板Ｗのエッチングを効率的に行いながら、高周波導入用の誘電体窓１９にエッチングによって形成された副生成物が付着することを抑制できる。

図６の上図は、図６の下図のＣ枠内の領域を拡大して示す。互いにオフセットさせたスリット１５ａ１、１５ｂ１間の位置の適正化により、基板Ｗ上でエッチングされたときに生成されるデポのメタル膜がシールド板１３及び誘電体窓１９に多く付着されないような構造となっている。

スリット板１５ａ下面とスリット板１５ｂの上面との間隔を「ＳＤ」とし、スリット１５ａ１及びスリット１５ｂ１の各幅を「ＳＷ」とする。スリット１５ａ１及びスリット１５ｂ１の各幅は同じである。スリット幅ＳＷを大きくすると、アルゴンイオンが通過し易くなりエッチングレートは上がるが、誘電体窓１９への防着効果が低下する。スリット１５ａ１及びスリット１５ｂ１間の間隔が広がるほどエッチングレートは下がるが、誘電体窓１９への防着効果は向上する。

図６の上図に示すように、プラズマが生成されている間、石英のスリット板１５ａ、１５ｂの表面にはイオンシースＳｈが発生する。アルゴンイオンがスリット板１５ａ、１５ｂ間を移動するときにシースに触れると、アルゴンイオンは消失する。以上から、スリット板１５ａ、１５ｂの間隔ＳＤが小さいほど、イオンがスリット板に衝突する確率が上がるため、消失するアルゴンイオンの数が増え、エッチングレートが下がる。

なお、スリット１５ａ１間の間隔及びスリット１５ｂ１間の間隔はそれぞれ、同ピッチでもよいし、同ピッチでなくてもよい。また、スリット１５ａ１、１５ｂ１の各長手方向は同方向になるように配置される。すなわち、上下のスリット板１５ａ、１５ｂの対応する複数のスリット１５ａ１、１５ｂ１間は同じだけずれている。

スリット１５ａ１、１５ｂ１間のオフセットの適正値を求めるためのシミュレーションを行った。図８を参照してスリット１５ａ１、１５ｂ１間のオフセットの適正値について説明する。図８は、一実施形態に係るスリットの位置を適正化するためのシミュレーションの一例を示す図である。

シミュレーションの条件は以下である。
・スリット板 直径φが１５０ｍｍの円盤、上下に２枚
・スリット幅ＳＷ ８．５ｍｍ
・各スリット板の厚さ ５ｍｍ
・スリット板の間隔ＳＤ ８．５ｍｍ
図８（ａ）では、スリット１５ａ１は、隣接するスリット１５ｂ１間の中心軸Ｏよりも支持構造体１１の旋回方向に位置していない。言い換えれば、スリット１５ａ１は、スリット１５ａ１に隣接するスリット１５ｂ１間の中心軸Ｏよりも基板Ｗの傾いた方向（図７の左方向）に位置していない。

これに対して、図８（ｂ）では、スリット１５ａ１は、隣接するスリット１５ｂ１間の中心軸Ｏよりも支持構造体１１の旋回方向に位置している。言い換えれば、スリット１５ａ１は、スリット１５ａ１に隣接するスリット１５ｂ１間の中心軸Ｏよりも基板Ｗの傾いた方向（図７の左方向）に位置している。

６枚の基板Ｗ（２００ｍｍのウエハ）を、図８（ａ）のオフセットの場合と図８（ｂ）のオフセットの場合についてエッチング処理の結果をシミュレーションにより求めた結果、図８（ｂ）のオフセットの場合、６枚の基板Ｗの各基板のエッチングの面内分布に２．６２〜２．９５％のバラツキあった。これに対して、図８（ａ）のオフセットの場合、図８（ｂ）のオフセットの場合よりも、６枚の基板Ｗのエッチングの面内分布が不均一になり、かつエッチングレートが下がった。

以上から、スリット１５ａ１は、スリット１５ａ１に隣接するスリット１５ｂ１間の中心よりも支持構造体１１の旋回方向（図７のチルト角度θで示される傾きの方向）に位置するようにオフセット値を定めることが適正であることがわかる。すなわち、図７に示すように、基板Ｗが左斜め上に傾斜している場合には、スリット１５ｂ１を基準としたスリット１５ａ１の位置をスリット１５ｂ１間の中心よりも旋回方向である左にずらす。これにより、スリット１５ａ１、１５ｂ１のオフセットの適正な位置関係が確立でき、空間Ｓに入射されるアルゴンイオンの数を増やし、エッチングレートを高めることができる。加えて、基板Ｗが左斜め上に傾斜していることから、デポがスリット１５ａ１、１５ｂ１を通り難い位置にスリット１５ａ１、１５ｂ１がオフセットされている。これにより、基板Ｗのエッチングを効率的に行いながら、エッチングによって形成された副生成物が誘電体窓１９に付着することを抑制できる。

［変形例］
プラズマ分布は、基板Ｗ上方の中央で密度が高くなる。良好なエッチング分布を得るためには、プラズマを生成するための空間Ｕへの均等なガス供給と基板Ｗ上でのイオン分布を制御する構造が重要である。そこで、次に、実施形態の変形例に係るスリット板１５について、図９を参照しながら説明する。図９は、一実施形態の変形例に係るスリット１５ａ１、１５ｂ１のマスキングを適正化するためのシミュレーション結果の一例を示す図である。

上記実施形態では、図９（ａ）の「マスクなし」のスリット板１５ａに示すように、スリット１５ａ１、１５ｂ１は、スリット板１５ａ、１５ｂの全面にわたり等間隔に形成される。図９では、スリット板１５ａの下側のスリット１５ｂ１は図示されていない。

一方、一実施形態の変形例に係るスリット板１５では、プラズマが基板Ｗの中心側に形成され易く、基板Ｗの中心側では外周側よりもプラズマ密度が高くなり易いことに着目してスリット板１５の中央部をマスキングする。具体的には、図９（ｂ）〜（ｅ）に示すように、プラズマを広げるためにスリット板１５ａ、１５ｂの中心ではスリット１５ａ１、１５ｂ１を開口せず、スリット板１５ａ、１５ｂの外周だけにスリット１５ａ１、１５ｂ１を配置した構造を有する。つまり、スリット板１５ａ、１５ｂの中心に位置するスリット１５ａ１、１５ｂ１をマスクＭによって塞ぎ、これにより、プラズマ中のイオンをスリット板１５ａ、１５ｂの外周で開口したスリット１５ａ１、１５ｂ１から空間Ｓに通す。これにより、基板Ｗに引き込まれるイオンが基板Ｗの中心に集中することを抑制でき、エッチングの面内分布のバラツキを小さくすることができる。

直径が２００ｍｍの基板Ｗをエッチング処理したときのシミュレーションの条件は以下である。
・スリット板 直径φが４００ｍｍ、上下に２枚
・スリット幅ＳＷ ８．５ｍｍ
・スリット板の厚さ ５ｍｍ
・スリット板の間隔ＳＤ ８．５ｍｍ
図９の棒グラフは、スリット板１５ａ、１５ｂに設けられたマスクＭの有無及び大きさに対するエッチングの面内分布のバラツキの程度を示す。

図９（ａ）は、マスクＭがない場合のスリット板１５ａ、１５ｂのスリット１５ａ１、１５ｂ１から引き出されるアルゴンイオンに基づきエッチングしたときのエッチング面内分布のバラツキが、１０．４％であることを示す。

図９（ｂ）〜（ｅ）は、スリット板１５ａ、１５ｂのスリット１５ａ１、１５ｂ１の中心からの所定領域がマスクＭにより覆われている場合に、引き出されるアルゴンイオンに基づきエッチングしたときのエッチング面内分布のバラツキをそれぞれ示す。図９（ｂ）のマスクＭは直径が１００ｍｍの円である。図９（ｃ）のマスクＭは直径が１５０ｍｍの円である。図９（ｄ）のマスクＭは直径が２００ｍｍの円である。図９（ｅ）のマスクＭは直径が２５０ｍｍの円である。

この結果、スリット板１５ａ、１５ｂの中心から所定領域がマスクＭにより覆われている場合、エッチング面内分布のバラツキが４．５％〜６．９％となり、マスクＭを有しない場合と比べて小さくなることがわかる。また、マスクＭが大きい程、エッチング面内分布のバラツキが小さくなることがわかる。

しかし、マスクＭが大きい程、基板Ｗに到達するイオンの数が減るため、エッチングレートは低下する。このため、マスクＭは、基板Ｗの６０〜９０％のサイズが適切である。これにより、エッチングの面内分布のバラツキを小さくしつつ、基板Ｗのエッチングレートを維持することができる。なお、２枚のスリット板１５ａ、１５ｂの両方がマスキングされていなくても、その少なくともいずれかがマスキングされていればよい。

これによれば、ＩＣＰソースユニット１６により生成された中心部に高い密度を持つプラズマを、マスクＭにより中心部のスリットを塞ぐことで、エッチングの面内分布のバラツキを小さくすることができる。かかる構成と、基板Ｗを回転及び傾斜させる機能を持つ支持構造体１１との組合せにより、良好なエッチングの面内分布を確保することができる。

また、マスクＭによりマスキングされている領域は、載置面１１ａに載置された基板Ｗの直径に対して中心から６０％〜９０％の範囲の直径を有する円であることが好ましい。これにより、エッチング面内分布のバラツキを小さくしつつ、エッチングレートを維持できる。

チルトプリクリーン装置１０は、成膜前の処理容器１２内のクリーニングに使用できる。また、チルトプリクリーン装置１０は、ある膜の成膜と次の膜の成膜の間に基板Ｗ上の酸化物を除去したり、生成した膜を薄く平坦化したりするときに使用できる。

チルトプリクリーン装置１０は、プラズマ処理を行うとき、高真空（１０^−８Ｔｏｒｒ〜１０^−９Ｔｏｒｒ）であるため、メンテナンス時に一度処理容器１２内を真空状態から大気状態にすると、次の基板Ｗの処理時に真空状態にする際に時間がかかる。よって、処理容器１２内に配置したシールド１，２１，２６には、プロセス性能を維持したまま一定期間エッチングによる副生成物を堆積させられるような機能を持たせ、装置のダウンタイムを最小限にする為に他の処理装置と同時にメンテナンス(シールド交換)を実施する。

このような状況において、チルトプリクリーン装置１０はスリット板１５によるシールド構造及びシールド板１３を有することで、基板Ｗのエッチングを効率的に行いながら、エッチングによって形成された副生成物が誘電体窓１９に付着することを抑制することができる。

今回開示された一実施形態及び変形例に係るプラズマ処理装置は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

１０ チルトプリクリーン装置
１１ 支持構造体
１２ 処理容器
１３ シールド板
１４ ガス供給部
１５ スリット板
１５ａ スリット板
１５ａ１ スリット
１５ｂ スリット板
１５ｂ１ スリット
１６ ＩＣＰソースユニット
１７、２１、２６ シールド
１８ 石英部材
１９ 誘電体窓
２５ クランプ
３０ 保持部
３１ 静電チャック
３２ 下部電極
３３ 回転軸部
４０ 容器部
５０ 傾斜軸部
５１ 高周波電源
５３ 高周波アンテナ
１０２ ロータリージョイント
１０３ 下部電極保持部
１０４ 磁性流体シール部
１０５ スリップリング
１０６ 回転用モータ
１０７ リフト機構
Ｓ プラズマ処理を行うための空間
Ｕ プラズマを生成するための空間

Claims (10)

1. 基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、
   処理容器内にプラズマを生成するプラズマ生成部と、
   前記処理容器内にて傾斜させた載置面に基板を載置し、回転可能に基板を支持する支持構造体と、
   前記プラズマ生成部と前記支持構造体との間に設けられ、第１スリットが形成された石英の第１スリット板と、
   前記プラズマ生成部と前記支持構造体との間にて前記第１スリット板の下に設けられ、第２スリットが形成された石英の第２スリット板と、を有し、
   前記第１スリットは、隣接する前記第２スリットに対して前記載置面の傾斜方向と逆の方向にずれている、
   プラズマ処理装置。
2. 複数の前記第１スリットは、隣接する２つの前記第２スリットの間の中心軸よりも前記支持構造体の旋回方向に位置する、
   請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 平面視で前記第１スリットと前記第２スリットとは重ならない、
   請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記第１スリット板と前記第２スリット板との少なくともいずれかは、前記第１スリット板と前記第２スリット板との中心から径方向にマスキングされている、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記マスキングされている領域は、前記載置面に載置された基板の直径に対して中心から６０％〜９０％の範囲の直径を有する円である、
   請求項４に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記プラズマ生成部は、高周波アンテナを有し、
   前記高周波アンテナからの高周波を透過する誘電体窓の下方に石英のシールド板が配置されている、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記シールド板の外縁部は、前記処理容器の側壁に形成された段差部に設けられたクランプと弾性体との間に把持されている、
   請求項６に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記第１スリット板よりも上部のプラズマを生成するための空間を形成する前記処理容器の側壁は、円筒状の石英部材で覆われている、
   請求項１〜７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記プラズマ生成部は、ガスを供給するガス供給部を有し、
   前記ガス供給部は、前記石英部材の側壁に等間隔に設けられた複数のガス孔から前記プラズマを生成するための空間にガスを導入する、
   請求項８に記載のプラズマ処理装置。
10. 前記支持構造体の容器部の内部に前記処理容器内を前記容器部内の空間からシールするための磁性流体シール部を有し、
    前記磁性流体シール部の内側にロータリージョイントを配置する、
    請求項１〜９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

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