JP2023120921A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマ中のイオンについて、処理容器内にて基板が支持される領域へ適切な量を供給すること。【解決手段】本開示のプラズマ処理装置は、基板を収容する処理容器と、前記処理容器内の第１領域にて前記基板を支持するステージと、誘電体により構成され、前記処理容器内において第２領域と前記第１領域とを区画する区画部と、前記第２領域にプラズマ雰囲気を形成するためのプラズマ化機構と、前記第１領域と前記第２領域とを連通させるために前記区画部に設けられる貫通孔と、前記第２領域から前記第１領域に供給されるプラズマに含まれるイオンの量を調整するために前記区画部にて前記貫通孔を間に挟んで設けられ、互いの間に磁界を形成する第１の電磁石及び第２の電磁石と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。

半導体ウエハ（以下、ウエハと記載する）などの基板に対して、プラズマ処理が行われる場合が有る。特許文献１には、基板が保持される基板ホルダと、プラズマが形成されると共に基板に向う先端側に開口部を備えるプラズマ室と、を備える基板接合装置について示されている。そして、プラズマ室の開口部の先には正の電位が与えられるイオントラップ電極が設けられることで、プラズマ中のイオンをトラップしてラジカルのみを基板に向けて発射することができるとされている。

また、特許文献２にはシャワーヘッド内に容量結合型のプラズマを形成して、シャワーヘッドの下方のウエハに供給する成膜装置について示されている。そして、当該シャワーヘッドを構成するシャワープレートの直下には、導電体あるいは絶縁体からなる部材が設けられており、シャワープレートを通過したプラズマ中のイオンを、当該部材によってトラップすることが記載されている。

特開２００９-１０２６３号公報 特開２０１９-２０３１５５号公報

本開示は、プラズマ中のイオンについて、処理容器内にて基板が支持される領域へ適切な量を供給することができる技術を提供することを目的とする。

本開示のプラズマ処理装置は、
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内の第１領域にて前記基板を支持するステージと、
誘電体により構成され、前記処理容器内において第２領域と前記第１領域とを区画する区画部と、
前記第２領域にプラズマ雰囲気を形成するためのプラズマ化機構と、
前記第１領域と前記第２領域とを連通させるために前記区画部に設けられる貫通孔と、
前記第２領域から前記第１領域に供給されるプラズマに含まれるイオンの量を調整するために前記区画部にて前記貫通孔を間に挟んで設けられ、互いの間に磁界を形成する第１の電磁石及び第２の電磁石と、
を備える。

本開示によれば、プラズマ中のイオンについて、処理容器内にて基板が支持される領域へ適切な量を供給することができる。

本開示のプラズマ処理装置における第１の実施形態に係るエッチング装置の縦断側面図である。 前記エッチング装置に設けられるイオントラップの横断平面図である。 前記イオントラップの横断平面図である。 前記イオントラップの縦断側面図である。 前記イオントラップの周囲におけるイオンとラジカルとの挙動を示すための説明図である。 前記エッチング装置にて処理されるウエハの周囲におけるイオンとラジカルとの挙動を示すための説明図である。 変形例であるイオントラップを示す横断平面図である。 前記変形例のイオントラップを示す縦断側面図である。 プラズマ処理装置の第２の実施形態に係るエッチング装置の縦断側面図である。 前記イオントラップのさらなる変形例を示す横断平面図である。 前記イオントラップのさらなる変形例を示す横断平面図である。 前記イオントラップのさらなる変形例を示す横断平面図である。 前記イオントラップのさらなる変形例を示す横断平面図である。

〔第１の実施形態〕
本開示のプラズマ処理装置の第１の実施形態であるエッチング装置１について、図１の縦断側面図を参照して説明する。エッチング装置１は、基板であるウエハＷを内部が真空雰囲気とされる処理容器１１内に収納し、当該処理容器１１内に誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）を形成することで当該ウエハＷの表面をエッチング処理する。後に詳しく述べるが、エッチング装置１はプラズマに含まれるイオンについて、ウエハＷの周囲への供給量を調整可能であるように構成されている。

エッチング装置１は、処理容器１１と、ステージ２と、ガス供給機構３と、プラズマ化機構４と、イオントラップ５と、可変直流電源６０と、を備えている。処理容器１１は円形であり、処理容器１１の側壁及び底壁をなす容器本体１２と、処理容器１１の天井壁をなす天板１３とにより構成されている。容器本体１２は、金属により構成されると共に接地されている。そして、処理容器１１の側壁は起立した円筒として形成されるが、天板１３はその円筒の上側を塞ぐように設けられており、水平な円板として構成されている。この天板１３については、後述のアンテナ４１によって処理容器１１内にＩＣＰを形成するために、誘電体によって構成されている。

イオントラップ５は処理容器１１内を上下に区画する区画部をなし、処理容器１１内におけるイオントラップ５の下方側の領域、上方側の領域を、夫々処理空間１４、上部空間１５とする。イオントラップ５は、上記したイオンの供給量の調整に用いられる部材であり、後にその構成を詳しく説明する。

処理容器１１の側壁にはウエハＷの搬送口１６が形成されており、第１領域をなす処理空間１４に開口している。搬送口１６はゲートバルブ１７によって開閉され、ウエハＷの搬入出時を除き閉鎖される。また、処理空間１４には排気口１８が開口している。処理容器１１の外側に設けられた排気機構１９によって排気口１８を介して処理容器１１内の排気が行われ、処理容器１１内が所望の圧力の真空雰囲気とされる。排気機構１９は、例えば真空ポンプや処理容器１１内についての圧力調整用のバルブなどを含む。

処理空間１４にはステージ２が設けられており、当該ステージ２の上面にウエハＷが水平に支持される。ステージ２には下部電極２１が埋設されている。当該下部電極２１には導電路２２の一端が接続されている。導電路２２の他端は、処理容器１１の外部へ引き出され、整合器２３を介して高周波電源２４に接続されている。高周波電源２４は下部電極２１に高周波電力を印加し、ステージ２上のウエハＷの電位を変化させて上方からウエハＷへ向けてプラズマを構成するイオンを引き込む。即ち、高周波電源２４は、この引き込みのためのバイアス電力を下部電極２１に供給するバイアス電源であり、後述のプラズマ形成用の高周波電源４３よりも低い周波数の高周波電力を当該バイアス電力として供給する。

図示は省略するが例えばステージ２には、当該ステージ２の上面に対して昇降可能な３本のピンと、当該ステージに支持されたウエハＷの温度を所望の温度に調整するためのヒータと、が設けられる。上記のピンは、搬送口１６を介して処理容器１１内に進入した搬送機構とステージ２の上面との間でウエハＷを受け渡すための部材である。なお、当該ステージ２としては静電チャックを備えた構成とし、ウエハＷを吸着可能な構成としてもよい。

処理容器１１の側壁には、第２領域をなす上部空間１５に開口するガス供給口３１が形成されている。配管３２の一端が、処理容器１１の外側から当該処理容器１１の側壁に接続されており、当該配管３２の管路はガス供給口３１に連通する。そして、配管３２の他端はガス供給機構３に接続されている。ガス供給機構３は、例えばマスフローコントローラなどのガスの流量調整機構、バルブ、及び処理ガスの供給源を含む。ウエハＷの処理時には、当該ガス供給機構３から処理ガスが、配管３２を介してガス供給口３１に所定の流量で供給され、上部空間１５へ導入される。本例では処理ガスは、ウエハＷ表面の膜をエッチングするためのエッチングガスである。

次に、プラズマ化機構４について説明する。プラズマ化機構４は、アンテナ４１、整合器４２及び高周波電源４３により構成されている。アンテナ４１は、上記した天板１３の上方に設けられており、プラズマ形成用の電極をなす。アンテナ４１は細長で扁平な板状体であり、上面視で天板１３の周縁部上から中心部上に亘る渦巻き状に形成されている。このアンテナ４１は、整合器４２を介して高周波電源４３に接続されている。高周波電源４３からアンテナ４１へと高周波電力が供給されることで、天板１３の下方に誘導電界が形成され、上部空間１５に供給された処理ガスがプラズマ化される。

続いて、イオントラップ５について図２、図３に示す横断平面図、図４の縦断側面図も参照しながら説明する。説明を行うにあたり、互いに直交する方向をＸ方向、Ｙ方向とする。これらのＸ方向及びＹ方向は、各々水平方向である。また、Ｘ方向の一端側、他端側を夫々＋Ｘ側、－Ｘ側として記載し、Ｙ方向の一端側、他端側を夫々＋Ｙ側、－Ｙ側として記載する。図３では、図２に示すイオントラップ５の一部を拡大して、詳細に示したものである。そして、図４は図３のＡ－Ａ′矢視断面であり、Ｘ方向に沿った切断面を示している。

イオントラップ５は、本体部５１と、多数の電磁石６と、を備える。本体部５１については、既述したように処理空間１４が区画されるように円板状に構成されており、当該本体部５１の周端は処理容器１１の容器本体１２をなす側壁に接続されている。そして本体部５１は水平に配置されており、当該本体部５１の上面、下面は、天板１３の下面、ステージ２の上面に夫々対向している。

本体部５１には、当該本体部５１を厚さ方向に貫通する貫通孔であるスリット５２が多数形成されている。従って、スリット５２は鉛直方向に形成されている。各スリット５２を介して、処理空間１４と上部空間１５とが連通しており、上部空間１５に形成されたプラズマを構成する活性種であるイオンやラジカルについて、処理空間１４へ供給することができる。本体部５１は誘電体により構成され、具体的には例えば石英からなる。当該本体部５１は、上部空間１５を下方に向うイオンに対する遮蔽部材としての役割を有しており、当該イオンをトラップすることで、処理空間１４へ供給されるイオンの量を低減させる。

各電磁石６については本体部５１に埋設されており、処理空間１４及び上部空間１５には露出していない。なお、図２では各部の区別の明確化を図る目的で、電磁石６に多数のドットを付して示している。本体部５１について補足して説明すると、本体部５１は例えば平面視で同じ形状の３つの円板が上下に積層されることで形成される。この３つの円板を上側から上板５１Ａ、中板５１Ｂ、下板５１Ｃとすると、中板５１Ｂに電磁石６を嵌入させるための貫通孔が形成されている（図４参照）。

上板５１Ａ及び下板５１Ｃが中板５１Ｂに重なることで当該貫通孔が覆われ、上記したように本体部５１に電磁石６が埋設された構成とされる。なお、上記したスリット５２は上板５１Ａ、中板５１Ｂ、下板５１Ｃに夫々形成される貫通孔が重ね合わされることで形成される。従って、中板５１Ｂには電磁石６を埋め込むための貫通孔と、スリット５２を形成するための貫通孔とが設けられる。

スリット５２は、Ｘ方向に沿って等間隔で本体部５１に配置されており、本体部５１の＋Ｘ側の端部から－Ｘ側の端部に至る列をなす。そして各スリット５２は、Ｙ方向に沿って伸長する。より詳しくは、各スリット５２は本体部５１における＋Ｙ側の端部から－Ｙ側の端部に亘って、Ｙ方向に沿って直線状に伸びるように形成されている。従って、本体部５１が円形であることに対応して、当該本体部５１のＸ方向の中心寄りに位置するスリット５２ほどＹ方向の長さが大きい。なお、各スリット５２の幅（Ｘ方向の長さ）Ｌ１は互いに等しい。

電磁石６はコイル６１と、当該コイル６１が巻きつけられる磁心６２と、により構成されている。そして、本体部５１に設けられる図示しない配線を介して、コイル６１は図１に示す可変直流電源６０に接続されており、当該可変直流電源６０から各コイル６１に給電が行われる。

コイル６１は例えばポリアミドイミドに被覆された銅線によって構成され、磁心６２は例えばニッケルと鉄との合金によって構成されている。磁心６２は、Ｘ方向に見て周回する溝６３を備えた、Ｙ方向に細長の直方体として構成されている。さらに詳しく述べると、直方体の上面、下面、Ｙ方向に向かう側面の各々について、＋Ｘ側の端部と－Ｘ側の端部との間に凹部が形成されると共に、隣接する面の凹部同士が繋がることで、上記の溝６３として形成されている。当該溝６３が設けられることで、Ｙ方向に見て磁心６２はＨ状をなすように形成されている。

上記のコイル６１はＸ方向に沿った軸（Ｘ軸）を巻軸として磁心６２に巻きつけられ、溝６３内に収まっている。以上のように構成されることで、平面視において電磁石６はＹ方向に直線状に伸びる矩形部材として構成されている。従って、貫通孔であるスリット５２の形成方向に見て、電磁石６は直線状である。

また、上記したようにＸ軸がコイル６１の巻軸であることで、磁心６２に形成される磁極としては、Ｘ方向に並ぶ。故に、磁心６２の＋Ｘ側の端部と、－Ｘ側の端部とが夫々磁極となる。従って、スリット５２の形成方向（鉛直方向）とは交差する方向に磁極が並ぶように各電磁石６が設けられている。

続いて、各電磁石６の本体部５１における配置について、さらに説明する。電磁石６はＸ方向に沿って等間隔で本体部５１に配置されており、本体部５１の＋Ｘ側の端部から－Ｘ側の端部に至る列をなす。そしてこのＸ方向において、電磁石６とスリット５２とが交互に並び、列をなす。また、スリット５２の数よりも電磁石の数の方が１つ多く、図２に示すように、最も＋Ｘ側に配置される電磁石６と、最も－Ｘ側に配置される電磁石６とは、スリット５２の列を挟んでいる。言い換えれば、最も＋Ｘ側に配置される電磁石６は、最も＋Ｘ側に配置されるスリット５２よりも本体部５１の＋Ｘ側の端寄りに位置し、最も－Ｘ側に配置される電磁石６は、最も－Ｘ側に配置されるスリット５２よりも本体部５１の－Ｘ側の端寄りに位置する。

以上のような配置であるため、各スリット５２の＋Ｘ側、－Ｘ側に夫々電磁石６が隣接し、各スリット５２は電磁石６の間に挟まれるレイアウトとなっている。任意の一つのスリット５２について見て、当該スリット５２の＋Ｘ側の隣に配置される電磁石６が第１の電磁石、当該スリット５２の－Ｘ側の隣に配置される電磁石６が第２の電磁石に夫々相当する。第１の電磁石、第２の電磁石は、後述するように互いの間に磁場を形成するために対となる電磁石である。

上記したように各電磁石６の磁極はＸ方向に並ぶが、電磁石６間で磁極の向きが同じであり、例えば図４に示すように＋Ｘ側がＮ極、－Ｘ側がＳ極とされる。従って、スリット５２を間に挟んで隣接する電磁石６について見れば、異なる磁極同士がＸ方向に対向する。つまり、隣接する電磁石６のうちの一方の電磁石６における一の磁極と、隣接する電磁石６のうちの他方の電磁石６における他の磁極とが互いに対向している。以上のように電磁石６が配置されることで、各スリット５２内に磁場が形成される。図４中に、当該磁場における磁力線を点線の矢印で示している。上部空間１５からスリット５２内へと向うプラズマ中のイオンは、この磁場のミラー効果によって弾かれることで、当該スリット５２を通過することが抑制される。従って、ステージ２が設けられる処理空間１４へのイオンの漏出量が抑制される。

可変直流電源６０から各電磁石６へ供給される電流を調整することで、上記のスリット５２内の磁場の強度については調整可能であり、当該磁場の強度が大きいほど、より多くのイオンを弾き、処理空間１４への漏出量を低減させることができる。このように、エッチング装置１ではイオンの処理空間１４への漏出量を調整可能である。そのように調整可能な構成としている理由については後述する。なお、電気的に中性であるプラズマ中のラジカルについては荷電粒子であるイオンと異なり、上記の磁場の影響を受けずに、上部空間１５から処理空間１４へと、スリット５２を介して供給される。

ところで、電磁石６についてもスリット５２と同様に、本体部５１の＋Ｙ側の端部から－Ｙ側の端部に亘って伸びるように形成されており、本体部５１が円形であることに対応して、Ｘ方向の中心寄りの電磁石６ほどＹ方向の長さが大きい。互いに隣接するスリット５２と電磁石６との間でＹ方向の長さを比較すると、電磁石６の方が長い。そして、電磁石６の＋Ｙ側の端部は、当該電磁石６に隣接するスリット５２の＋Ｙ側の端部よりも本体部５１の＋Ｙ側の端部寄りに位置し、電磁石６の－Ｙ側の端部は、当該電磁石６に隣接するスリット５２の－Ｙ側の端部よりも本体部５１の－Ｙ側の端部寄りに位置する。

このような位置関係とすることは、スリット５２内の各部で十分な強度の磁場を、より確実に形成する観点から有効である。ただし、例えば可変直流電源６０からの供給電流を調整することでスリット５２の各部に十分な強度の磁場を形成できれば、このような位置関係とすることには限られない。従って、隣接するスリット５２と電磁石６との間でのＹ方向の長さに関して、同じであったり、スリット５２の方が長かったりしてもよい。なお、各電磁石６の幅（Ｘ方向の長さ）Ｌ２は互いに等しい。上記のようにコイル６１は溝６３に収まるため、この電磁石６の幅とは磁心６２の幅でもある。

図４を参照して、イオントラップ５の各部の寸法の一例を示しておく。各スリット５２の幅Ｌ１は例えば２ｍｍ、各電磁石６の幅Ｌ２は例えば５ｍｍである。本体部５１の厚さＬ３は、例えば７ｍｍである。上記したように本体部５１は上板５１Ａ、中板５１Ｂ、下板５１Ｃからなるが、上板５１Ａ及び下板５１Ｃの厚さは例えば２ｍｍ、中板５１Ｂの厚さは例えば３ｍｍである。そして、電磁石６の厚さ（磁心６２の厚さでもある）Ｌ４は、中板５１Ｂの厚さと同じ４ｍｍである。コイル６１をなす導線の径（太さ）は例えば０．３ｍｍであり、コイル６１の巻き数は例えば７である。

図１に戻って説明を続ける。エッチング装置１はコンピュータである制御部１０を備えており、この制御部１０は、プログラムを備えている。プログラムには、ウエハＷの処理が行われるように命令（各ステップ）が組み込まれており、このプログラムは、記憶媒体、例えばコンパクトディスク、ハードディスク、メモリーカード、ＤＶＤ等に格納され、制御部１０にインストールされる。制御部１０は当該プログラムによりエッチング装置１の各部に制御信号を出力し、各部の動作を制御する。具体的には、可変直流電源６０からの各電磁石６への給電、高周波電源２４、４３のオンオフ、ガス供給機構３からの処理ガスの供給、排気機構１９による処理容器１１内の真空圧の調整などの各動作が、上記の制御信号によって制御される。

ところで半導体装置の製造工程において、上方に向けて開口する凹部が形成されたウエハＷの当該凹部内にプラズマ中のラジカルを作用させて、この凹部内に形成された膜をエッチングする場合が有る。しかしその凹部のアスペクト比が大きいほど、ラジカルは凹部内の深部へ到達し難い。従って、凹部内の底部においてはラジカルの供給量が不足することで、膜がエッチングされずに残留してしまうおそれが有る。

そのような膜の残留を防ぐためには、プラズマ中のイオンについてもラジカルと共にウエハＷの周囲に供給されるようにし、イオンの作用によって凹部内の底部へ到達するラジカルの量を増加させることが有効となる。このイオンの作用については後に図示して具体的に示すのでここでは簡単に述べると、ウエハＷへと向うイオンによって、ラジカルが凹部に向けて弾かれるようにし、ラジカルの凹部の深部への到達量を増加させる。ただし、ウエハＷに供給されるイオンが多すぎると、それらのイオンによってウエハＷの表面がダメージを受けてしまうことになる。このような事情から、ウエハＷが支持される空間へのプラズマを構成するイオンの供給量が適正なものとなるようにすることが求められている。

エッチング装置１によれば、上記の要請に対応することが可能である。以下、エッチング装置１におけるウエハＷのエッチング処理の手順について、図５、図６を参照して説明する。図５、図６では、プラズマ中のイオンを３５、ラジカルを３６、ウエハＷの表面に形成された凹部を３７として示している。各図中でイオン３５及びラジカル３６は模式的に円として示しているが、互いを区別するためにイオンについてはドットを付している。このエッチング処理では、上記の凹部３７内の底部に形成された膜３８をエッチングすることを目的とする。なお、凹部３７は上方へ向けて開口している。

搬送機構によりウエハＷが処理容器１１内に搬送され、ステージ２に載置される。続いて、ゲートバルブ１７が閉じられた状態で処理容器１１内が排気されて、所望の圧力の真空雰囲気とされる。そして、上部空間１５に処理ガスが供給される。電磁石６のコイル６１へ可変直流電源６０から所定量の電流が供給されて、イオントラップ５の各スリット５２内に磁場が形成される一方で、高周波電源２４、４３がオンになる。なお、図５中の点線の矢印は、図４と同様に電磁石６間での磁力線を示している。

アンテナ４１の作用により、上部空間１５の処理ガスがプラズマ化し、イオン３５及びラジカル３６が生じる。そして、ラジカル３６については磁場の影響を受けずにイオントラップ５のスリット５２を通過し、処理空間１４に供給される。その一方で、スリット５２に向うイオン３５については、当該イオンの速度及び磁場の形成方向に対するイオンの移動方向がなす角度に応じて、そのうちの一部は弾かれてスリット５２を通過せずに上部空間１５に留まり、他の一部のみが、スリット５２を通過して処理空間１４に漏出する。なお、図５中にイオン３５、及びラジカル３６の動きを鎖線の矢印で模式的に示している。

そして、処理空間１４に供給されたイオン３５については、高周波電源２４によってバイアス電力が印加されていることで、図６に鎖線の矢印で示すようにウエハＷに向けて引き込まれ、下方へと移動する。そのように下方への移動中にイオン３５がラジカル３６に衝突すると、図６に点線の矢印で示すように、当該ラジカル３６は下方へ向けて弾かれることで、凹部３７内へと進入する。そして、このラジカル３６は凹部３７内の底部に達し、膜３８をエッチングする。

膜３８のエッチングが完了した後、高周波電源２４、４３がオフになり、プラズマの形成及びバイアス電力の印加が停止する。また、可変直流電源６０から電磁石６への給電及び上部空間１５への処理ガスの供給も停止する。然る後、処理済みのウエハＷが、搬送機構により処理容器１１から搬出される。

このようにエッチング装置１によれば、イオントラップ５によって形成される磁界により、処理空間１４へのイオン３５の供給量が調整されることになる。それによって、当該供給量を適切なものとし、ラジカル３６によるエッチングを促進させつつ、イオン３５がウエハＷの表面に作用することで発生するダメージを抑制することができる。

また、エッチング装置１ではバイアス電力を供給する高周波電源２４の作用により、処理空間１４へ漏出させたイオン３５が、ウエハＷに引きまれる。それによって、処理空間１４へ漏出するイオン３５の量が比較的少なくなるように電磁石６へ供給される電流が設定されたとしても、このイオン３５がラジカル３６に効率的に作用し、当該ラジカル３６による膜３８のエッチングを行うことができる。従って、高周波電源２４を設けることで、ウエハＷ表面へのダメージをより確実に低減させつつ、膜３８のエッチングをより確実に行うことができる。

なお、仮に高周波電源２４が設けられていなくても、上部空間１５から処理空間１４に漏出したイオン３５のうちの一部は下方に向けて移動するので、そのイオン３５がラジカル３６に衝突し、膜３８のエッチングがなされる。従って、上記した効果を得るために高周波電源２４を設けることが好ましいが、高周波電源２４が設けられない装置構成であってもよい。

〔イオントラップの変形例〕
続いて、イオントラップ５の変形例であるイオントラップ５Ａについて、イオントラップ５との差異点を中心に、図７の横断平面図、図８の縦断側面図を参照しながら説明する。図８は、図７のＢ－Ｂ′矢視縦断側面図であり、Ｘ方向に沿った切断面を示している。イオントラップ５Ａは、多数の電磁石６の代わりに、多数の電磁石６Ａを備えている。電磁石６Ａは、磁極の配列方向について電磁石６と異なることを除いて、電磁石６と概ね同様の構成である。電磁石６Ａについてはコイル６１の巻軸が鉛直方向に沿うように本体部５１に配置されているため、各電磁石６Ａにおいて磁極が並ぶ方向は、鉛直方向に沿っている。さらに言えば、当該磁極が並ぶ方向は、貫通孔であるスリット５２の形成方向に沿っている。

図８では各電磁石６Ａの磁極を表示しており、図示されるように、互いに隣接する電磁石６Ａについて見ると、磁極の向きが反対となっている。従って、Ｎ極が上側且つＳ極が下側となる電磁石６Ａと、Ｓ極が上側且つＮ極が下側となる電磁石６Ａとが、Ｘ方向に交互に並んで設けられている。このような配置によって、隣接する電磁石６Ａにおける上側の磁極間、隣接する電磁石６Ａにおける下側の磁極間で各々磁場が形成される。つまりイオントラップ５Ａでは、当該イオントラップ５Ａの上面上、下面上の各々に、いわゆるカスプ磁場がスリット５２の開口部を横切るように形成される。なお、図８では電磁石６Ａ間における磁力線を点線の矢印で示している。

上記したようにイオントラップ５Ａにて形成される各磁場のミラー効果によって、イオントラップ５と同様に上部空間１５から処理空間１４へのスリット５２を介したイオンの漏出が抑制される。従って、イオントラップ５の代りにイオントラップ５Ａを備えたエッチング装置１であっても、イオントラップ５を備えた場合と同様の効果を奏する。

以下、図７を参照して、イオントラップ５Ａにおける各部の寸法の一例を示しておく。電磁石６のＸ方向の長さ（磁心６２のＸ方向の長さでもある）Ｌ５は例えば５ｍｍである。また、互いに隣接する電磁石６についてＸ方向の中心間の距離Ｌ６は、例えば９ｍｍである。

〔第２の実施形態〕
第２の実施形態に係るエッチング装置１Ａについて、エッチング装置１との差異点を中心に、図９を参照して説明する。このエッチング装置１Ａでは、ステージ２の下部電極２１と高周波電源２４とを接続する導電路２２における電流、電圧を夫々測定可能な電流計２５、電圧計２６が設けられている。より具体的には、電流計２５、電圧計２６は、整合器２３と高周波電源２４との間における電流、電圧を夫々測定可能であるように設けられている。

上部空間１５から処理空間１４へのイオンの漏出量が多いほど、ウエハＷへ供給されるイオンの量が多くなる。高周波電源２４からのバイアス電力の供給中に導電路２２の電圧は変動するが、上記のウエハＷへのイオンの供給量が多いほど、その電圧が所定の値であるときの導電路２２を高周波電源２４に向けて流れる電流が大きくなる。従って、導電路２２の電圧が所定の値であるときの導電路２２の電流値に基づいて、処理空間１４へのイオンの漏出量が適正か否かを推定することができる。

そこでエッチング装置１Ａでは、ウエハＷの処理時における可変直流電源６０から各電磁石６へ供給する電流値を、電流測定部をなす上記の電流計２５によって検出される電流値に基づいて決定する。具体的に述べると、エッチング装置１ＡによるウエハＷの処理前の調整工程において、エッチング装置１でのウエハＷの処理時と同様に、上部空間１５におけるプラズマの形成及びバイアス電力の供給を行う。この調整工程では、可変直流電源６０から各電磁石６へ供給する電流は任意の初期値とし、例えばウエハＷの代わりに半導体装置の製造を目的としない基板（ダミーウエハ）をステージに載置する。

そして、測定された電圧が所定の値であるときの電流値を測定する。そのように測定された電流が基準値より大きければ、ウエハＷを処理する際の可変直流電源６０から各電磁石６へ供給する電流値について、初期値よりも大きい値に設定し、イオントラップ５が形成する磁場の強度を大きくする。反対に、測定された電流が基準値より小さければ、ウエハＷを処理する際の可変直流電源６０から各電磁石６へ供給する電流値について、初期値よりも小さい値に設定し、イオントラップ５が形成する磁場の強度を小さくする。

このように電流計２５で測定される電流値に基づいて可変直流電源６０から各電磁石６への供給電流値を設定することで、適正な強さの磁場を形成することができ、それによって適正な量のイオンを処理空間１４へ漏出させることができる。そのためこのエッチング装置１Ａによれば、より確実にウエハＷへのダメージを抑制しつつ、凹部３７内の膜３８をエッチングすることができる。

また、装置の稼働中に可変直流電源６０の各電磁石６への供給電流値の変更がなされてもよい。具体的に述べると、ウエハＷの処理中、制御部１０は電流計２５によって検出される電流値と、電圧計２６によって検出される電圧値とをモニタする。そして、所定の電圧値であるときに検出された電流値が予め設定された基準値より大きければ、各電磁石６へ供給する電流値を上昇させ、当該基準値より小さければ当該供給電流値を低下させるように、制御部１０は可変直流電源６０の制御を行う。このように、検出された電流値に基づいた可変直流電源６０の電流値のフィードバック制御が行われてもよい。なお、上記の電流値の変更のタイミングは、ウエハＷの処理中であることに限られず、ウエハＷの処理の合間であってもよい。即ち、一のウエハＷを処理した後、次のウエハＷを処理するまでに当該電流値の変更が行われてもよい。

なお、この第２の実施形態のエッチング装置１Ａについて、イオントラップ５が設けられるものとして示しているが、図７、図８で説明したイオントラップ５Ａが設けられていてもよい。また、各実施形態において凹部３７内に配置される膜３８をエッチングするように述べてきた。エッチング装置１、１Ａは、そのように配置される膜３８のエッチングに用いることが特に有効であるが、当該配置の膜のエッチングに用いることには限られず、ウエハＷ表面の任意の箇所の膜のエッチングに用いることができる。

ところで本技術におけるプラズマ処理装置としては、エッチング装置であることには限られない。例えば当該プラズマ処理装置としては、成膜装置として構成されてもよい。具体的には例えば、上記のガス供給機構３から上部空間１５に処理ガスとして成膜ガスが供給され、当該成膜ガスがプラズマ化されてウエハＷへの成膜が行われる装置構成とすることができる。

また、ウエハＷに成膜が行われた後、ガス供給機構３から処理ガスとしてクリーニングガスが供給され、当該クリーニングガスがプラズマ化されることで、処理空間１４の壁面に形成された膜を除去するクリーニングが行われる装置構成としてもよい。なお、このクリーニングの前に処理空間１４内に供給される成膜ガスとしては、上部空間１５にてプラズマ化されてウエハＷに供給されてもよいし、プラズマ化されずにウエハＷに供給されてもよい。従って、成膜処理及びクリーニングのうち、クリーニングのみが本技術によって行われるように装置が構成されてもよい。なお、クリーニングは、ウエハＷがステージ２上に載置されない状態で行われる。従って、本技術のプラズマ処理装置としては、基板が支持されるステージが設けられる空間にプラズマを供給するものであるが、そのプラズマによって基板が処理されることには限られない。

〔イオントラップのさらなる変形例〕
既述したイオントラップ５では、各スリット５２内の開口部に、より確実に十分な強度の磁場を形成するために、複数のスリット５２の各々が対となる電磁石６に挟まれている。しかし各スリット５２内に十分な強度の磁場を形成して既述した効果を奏することができれば、そのような構成とすることに限られず、対となる電磁石は複数のスリット５２に対して一つ設けられていてもよい。対となる電磁石とは、上記したように互いの磁極間で磁場を形成する２つの電磁石（第１の電磁石及び第２の電磁石）である。

そのように複数のスリット５２に対して対となる電磁石が一つ設けられる構成の一例として、図１０にイオントラップ５Ｂを示している。イオントラップ５Ｂでは、本体部５１の＋Ｘ側の端部及び－Ｘ側の端部のみに電磁石６が設けられており、これらの電磁石６が対となる電磁石である。そして、イオントラップ５Ｂでは、これらの電磁石６間に位置する複数のスリット５２内に磁場が形成される。なお、この図１０以降の各図では図２と同様に、電磁石６にドットを付して示している。

ところで、イオントラップ５では多数のスリット５２が互いに近接して配置されている。そのため、上記したようにスリット５２毎に対となる電磁石６を設けるにあたり、隣接する２つのスリット５２間に設けられる電磁石６については、これら２つのスリット５２の各々に磁場を形成する電磁石６として用いられる。これは即ち、各スリット５２に対して＋Ｘ側（スリット５２と電磁石６とがなす列の一方側）に隣接する電磁石６を第１の電磁石、－Ｘ側（スリット５２と電磁石６とがなす列の他方側）に隣接する電磁石６を第２の電磁石としたとする。２つのスリット５２に挟まれる電磁石６は、その２つのうちの＋Ｘ側のスリット５２に対しては第２の電磁石、－Ｘ側のスリット５２に対しては第１の電磁石として兼用される、ということである。

図１１には、スリット５２同士が比較的大きく離れて形成された構成のイオントラップ５Ｃを示している。このように隣接するスリット５２同士の間隔が比較的大きい場合には、各スリット５２内に十分な強度の磁場を形成する観点から、図示するように電磁石６のスリット５２に対する兼用がなされず、スリット５２毎に当該スリット５２を挟む２つの電磁石６を設ければよい。

ただし、ウエハＷの面内に均一性高くプラズマを構成するイオン及びラジカルを供給するためには、ウエハＷに対向するイオントラップ５の下面において、当該プラズマの供給を行うための貫通孔の位置の偏りを抑えることが好ましい。従って、当該貫通孔としてはイオントラップ５の構成のように、その下面に分散して多数設けられることが好ましい。また、装置構成を簡素にして製造コストを低減させるためには、電磁石６を設ける個数を抑えることが望ましい。つまり、スリット５２が多数設けられると共に、２つのスリット５２に対して電磁石６が兼用されるイオントラップ５を備えた装置構成とすることで、ウエハＷの面内での処理の均一性の向上と、装置の製造コストの低減とを図ることができる。

ところで、イオントラップ５における電磁石６は平面視で直線状（即ち、貫通孔の形成方向である鉛直方向に見て直線状）であるが、そのような構成とすることには限られない。図１２にイオントラップ５Ｄの横断平面図を示している。図示されるように、このイオントラップ５Ｄにおける電磁石６は、平面視で曲線状に各々形成されている。そして、第１の電磁石をなす電磁石６、第２の電磁石をなす電磁石６は、本体部５１における＋Ｘ側の周縁部、－Ｘ側の周縁部に夫々沿って設けられている

ただし、このように電磁石６を平面視曲線状に形成した場合、Ｙ方向の各部で電磁石６間の距離が各部で異なるので、各スリット５２内においてＹ方向の各部で磁場の強度が異なるため、ウエハＷの面内におけるイオンの供給量にばらつきが生じるおそれが有る。見方を変えれば、上記したイオントラップ５については、各電磁石６が平面視直線状であることによって、スリット５２の各部における磁場の強度のばらつきが抑えられる。それ故に、ウエハＷの面内各部におけるイオンの供給量を揃えて、ウエハＷに均一性高い処理を行うことができるため好ましいと言える。

またイオントラップ５では、イオン及びラジカルを処理空間１４に供給する貫通孔がスリット５２として構成されているが、このような貫通孔の形状とすることには限られない。例えばスリット５２の代わりに比較的小さい円形の貫通孔５３が多数設けられてもよく、従ってイオントラップとしてはシャワープレート状に構成されていてもよい。

図１３では、そのようにシャワープレート状に構成されたイオントラップの例として、イオントラップ５Ｅの横断平面図を示している。イオントラップ５Ｅでは、Ｙ方向に間隔を空けて貫通孔５３が列をなすように多数設けられており、このＹ方向における貫通孔５３の列が、イオントラップ５のスリット５２と同様にＸ方向に列をなして配置されている。見方を変えれば、イオントラップ５Ｅは、イオントラップ５のスリット５２がＹ方向に分割された構成となっている。従って貫通孔のレイアウトとしてはイオントラップ５と同じく、Ｘ方向に列をなすように複数並び、この列と交差する方向であるＹ方向に沿って形成されたものとなっている。

イオントラップ５Ｂ～５Ｅについて、イオントラップ５と同様に電磁石６を備えることでスリット５２または貫通孔５３内に磁場が形成されるように示した。しかし、電磁石６の代わりに電磁石６Ａを備え、イオントラップ５Ａの構成で説明したように、Ｘ方向に隣接する電磁石６Ａ間で磁極の向きが反対となるように各電磁石６Ａを配置することで、カスプ磁場が形成されるようにしてもよい。なお、イオントラップ５Ｂ～５Ｅを説明するにあたりイオントラップ５の効果について述べたが、当該効果はイオントラップ５Ａの効果でもある。

また、装置にて形成されるプラズマとして高周波の印加によるＩＣＰである例を示したが、プラズマを形成するための電磁場が、既述した各イオントラップ５、５Ａ～５Ｅの作用に干渉しない装置構成であれば、任意の形態のプラズマを形成することができる。例えば、上部空間１５に供給された処理ガスに、マイクロ波が供給されてプラズマ化される装置構成であってもよい。

また、処理容器１１の外部において形成されたプラズマが、流路を介して上部空間１５に供給される構成としてもよい。即ち、いわゆるリモートプラズマが上部空間１５に供給される構成であってもよい。このリモートプラズマについては、上記したようにイオントラップ５、５Ａ～５Ｅの作用に干渉しない条件の下で、任意の手法で形成することができる。なお、以上に述べたように、上部空間１５においてプラズマ雰囲気を形成することについては、上部空間１５にてガスをプラズマ化することには限られず、上部空間１５の外部からプラズマ化したガスを導入することが含まれる。

なお、既述した各イオントラップは処理容器１１を上下に区画するように設けられることには限られない。例えば当該イオントラップによって処理容器１１を横方向に区画し、基板に対してこのイオントラップを介して横方向にプラズマ化したガスを供給して処理を行うような装置構成であってもよい。

既述したイオントラップの各部を構成する材質としては例示したものに限られず、当該材質の選択は適宜行えばよい。例えば本体部５１をなす誘電体としては、酸化アルミニウムなどのセラミックスによって構成されていてもよい。

なお、今回開示された実施形態は、全ての点で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、添付の特許請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更、組み合わせがなされてもよい。

Ｗ ウエハ
１ エッチング装置
１１ 処理容器
１４ 処理空間
１５ 上部空間
２ ステージ
４ プラズマ化機構
５ イオントラップ
５２ スリット
６ 電磁石

Claims (10)

1. 基板を収容する処理容器と、
   前記処理容器内の第１領域にて前記基板を支持するステージと、
   誘電体により構成され、前記処理容器内において第２領域と前記第１領域とを区画する区画部と、
   前記第２領域にプラズマ雰囲気を形成するためのプラズマ化機構と、
   前記第１領域と前記第２領域とを連通させるために前記区画部に設けられる貫通孔と、
   前記第２領域から前記第１領域に供給されるプラズマに含まれるイオンの量を調整するために前記区画部にて前記貫通孔を間に挟んで設けられ、互いの間に磁界を形成する第１の電磁石及び第２の電磁石と、
   を備えるプラズマ処理装置。
2. 前記第１領域は前記処理容器内の下方側の領域であり、前記第２領域は前記処理容器内の上方側の領域である請求項１記載のプラズマ処理装置。
3. 前記ステージは電極を備え、
   前記基板に向けて前記イオンを引き込むためのバイアス電力を前記電極に供給するバイアス電源が設けられる請求項２記載のプラズマ処理装置。
4. 前記電極と前記バイアス電源との間の導電路における電流値を測定するための電流測定部が設けられる請求項３記載のプラズマ処理装置。
5. 前記第１の電磁石及び前記第２の電磁石の各々における磁極が並ぶ方向は、前記貫通孔の形成方向と交差し、
   前記貫通孔を間に挟んで前記第１の電磁石における一の磁極と、前記第２の電磁石における他の磁極とが、互いに対向する請求項１ないし４のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
6. 前記第１の電磁石及び前記第２の電磁石の各々における磁極が並ぶ方向は、前記貫通孔の形成方向に沿い、
   前記第１の電磁石と前記第２の電磁石とは、磁極の向きについて反対である請求項１ないし４のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
7. 前記第１の電磁石及び第２の電磁石は、前記貫通孔の形成方向に見て直線状である請求項１ないし６のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
8. 前記貫通孔は列をなして複数設けられると共に、当該列の形成方向と交差する方向に沿って形成され、
   前記貫通孔を各々挟むように、前記第１の電磁石及び前記第２の電磁石が複数設けられる請求項１ないし７のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
9. 前記貫通孔に対して前記列の一方側に隣接する電磁石が前記第１の電磁石、
   前記貫通孔に対して前記列の他方側に隣接する電磁石が前記第２の電磁石とすると、
   当該貫通孔に挟まれた電磁石が、当該電磁石を挟む一方側の貫通孔に対して第２の電磁石、当該電磁石を挟む他方側の貫通孔に対して第１の電磁石として兼用されるように、電磁石と前記貫通孔とが交互に設けられる請求項８記載のプラズマ処理装置。
10. 基板を処理容器に収容する工程と、
    誘電体によって構成される区画部によって第１領域と第２領域とに区画される処理容器内のうち、前記第１領域に設けられるステージにより前記基板を支持する工程と、
    プラズマ化機構により、前記第２領域にプラズマ雰囲気を形成する工程と、
    前記区画部にて前記第１領域と前記第２領域とを連通させるために設けられる前記貫通孔を介して、当該第２領域からプラズマを前記第１領域に供給する工程と、
    前記区画部にて前記貫通孔を間に挟んで設けられる第１の電磁石及び第２の電磁石の間に磁界を形成し、前記第２領域から前記第１領域に供給されるプラズマに含まれるイオンの量を調整する工程と、
    を備えるプラズマ処理方法。

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