JP3360265B2 - プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置

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    • H—ELECTRICITY
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    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3244—Gas supply means

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高周波放電により
発生せしめたプラズマによる処理方法及びプラズマ処理
装置に関し、主として半導体基板或いはＬＣＤ基板をプ
ラズマによりエッチングまたはデポジション処理するた
めのプラズマ処理方法及びその装置に係わり、特に大口
径の半導体基板或いは大面積のＬＣＤ基板を均一性良
く、高速な処理を行なうものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、例えば半導体素子の製造プロ
セスにおいて、処理容器内にプラズマを発生させて、こ
のプラズマ雰囲気中で、被処理体、例えば半導体ウエハ
に対してエッチング処理を初めとした各種のプラズマ処
理が行なわれているが、近年は被処理体の面積当たりの
加工コストを低減するために、例えば６インチウエハか
ら８インチ或いは１２インチウエハへ移行するなど被処
理体の大口径化、大面積化が進んでいる。
【０００３】かかる要求に応えるため、大型の被処理体
に合わせた処理容器が計画されている。プラズマの発生
方式としては、平行平板方式、誘導結合方式などが用い
られる可能性がある。ＥＣＲ方式、ヘリコン方式は被処
理体に併せてプラズマ源を大きくすると複数のモードが
発生しやすくなり、均一なプラズマを得にくくなる。ま
た、磁石も非常に大きくなるという問題点がある。プラ
ズマ源を大きくすることなく拡散でプラズマを広げよう
とすると、磁場勾配により周辺部分で電子が加速されプ
ラズマの特性が中央と周辺で異なるという現象が発生し
てしまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、被処理体を
大型化した場合にも、例えば現状の２００ｍｍ（８イン
チ）径ウエハでの処理速度、選択比、加工形状などの特
性と、同じ特性を得ようとすると、プロセスガスの流量
はおよそ被処理体の面積の比率で多くしなければならな
い。プラズマ空間の高さ、例えば平行平板方式では上下
電極間の間隔を従来と同じとすると、被処理体の面積が
大きくなるのに伴い、プラズマ空間の縦横のアスペクト
比は高くなり、ガス排気のコンダクタンスは小さくな
る。従って、目標とする大流量のプロセスガスを流しつ
つプラズマ処理に適する高真空を得るのは、現状の真空
引きポンプ等の能力に鑑みてかなり難しくなる。例えば
８インチウエハから１２インチウエハへ移行するには面
積が２．２４倍になるのでプロセスガス量も２．２４倍
必要となり、真空引きが困難になってしまう。そのう
え、被処理体の中央と周辺で反応性ガスの排気性に差が
あるため、処理速度などのプロセス性能が中央と周辺と
の間で均一でなくなる。
【０００５】ここで、真空引きを容易に行なえるように
電極間隔を広げて排気コンダクタンスを上げることも考
えられるが、この場合にはプラズマ密度の低下を防止し
てガスの解離の状態などを従来と同じにするにはプラズ
マ空間でのガスの滞留時間（レジデンスタイム）を同じ
にする必要があり、このためには更にガス流量を増加さ
せる必要があるために一層真空引きが困難になってしま
う。本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有
効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的
は、被処理体の面内にエリアを分けて時分割的に反応性
ガスを供給することにより高い真空引き効率を維持して
プラズマ処理の面内均一性を確保することができるプラ
ズマ処理方法及びプラズマ処理装置を提供することにあ
る。
【０００６】
【問題を解決するための手段】本発明者は、プラズマ処
理装置における反応性ガスの供給方法について鋭意研究
した結果、プラズマ発生用の不活性ガスについては被処
理体の全面に向けて常時供給して高いプラズマ密度の維
持を図り、反応性ガスについては被処理体の部分的エリ
アに時分割的に供給することにより単位時間における全
体のガス供給量を少なくしても、プラズマ処理の高い面
内均一性を維持することができる、という知見を得るこ
とにより本発明に至ったものである。
【０００７】上記問題点を解決するために、処理容器内
の処理空間にシャワーヘッド部のガス噴出面よりプラズ
マ発生用の不活性ガスと反応性ガスを供給して被処理体
に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理装置におい
て、前記シャワーヘッド部のガス噴出面には、反応性ガ
スを噴出するために複数の群に分けられた反応性ガス噴
出孔と、不活性ガスを供給するために前記ガス噴出面の
略全面に亘って配置された不活性ガス噴出孔とが形成さ
れており、前記反応性ガス噴出孔の各群にはガスの供給
停止が独立的に制御可能な反応性ガス供給系が接続さ
れ、前記不活性ガス噴出孔にはガスの供給停止が制御可
能な不活性ガス供給系が接続されており、前記群毎の反
応性ガス供給系には時分割で前記各群を走査するように
供給・停止を制御し、前記不活性ガス供給系にはプラズ
マ処理中に前記処理空間の全面に渡って連続的に不活性
ガスを供給するように制御するガス供給制御部が接続さ
れるように構成したものである。
【０００８】これによれば、処理中においてシャワーヘ
ッド部の全ての不活性ガス噴出孔からは常時不活性ガス
が連続的に供給されてプラズマが高い密度で且つ処理空
間に均一に分布するようになされる。これに対して、ガ
ス供給制御部が反応性ガス供給系を制御することにより
反応性ガスは群毎の反応性ガス噴出孔より時分割的に供
給されることになる。従って、被処理体の面積が大きく
なっても単位時間における全体のガス供給量はそれ程増
加させずに済み、プラズマ処理に適する高真空度を維持
しつつ、しかもプラズマ処理の面内均一性を確保するこ
とが可能となる。上記反応性ガス噴出孔は、例えば群毎
に同心円状に配列したり、或いは群毎に直線状に配列し
てガスの供給・停止を時分割的に制御してガス噴出面の
全面に亘って走査させる。また、高周波電源と整合器と
を５０オーム未満の配線で接続することにより、ウエハ
サイズの大口径化にともなうインピーダンスの低下に対
しても、これに対応してインピーダンス整合を図ること
ができ、電力損失の抑制が可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下に、本発明に係るプラズマ処
理方法及びプラズマ処理装置の一実施例を添付図面に基
づいて詳述する。図１は本発明に係るプラズマ処理装置
を示す構成図、図２はシャワーヘッド部のガス噴出面を
示す平面図、図３はプラズマ処理装置のシャワーヘッド
部のヘッド溝を連なるように切断した時の状況を示す拡
大断面図である。
【００１０】本実施例では、プラズマ処理装置をプラズ
マエッチング装置に適用した場合を例にとって説明す
る。このプラズマエッチング装置２は、例えば内壁表面
がアルマイト処理されたアルミニウムなどからなる円筒
形状に加工された処理容器４を有しており、この処理容
器４は接地されている。
【００１１】この処理容器４内に形成される処理室の底
部にはセラミック等の絶縁板６を介して、被処理体、例
えば半導体ウエハＷを載置するための略円柱状のサセプ
タ８が設けられている。このサセプタ８は、例えばアル
マイト処理されたアルミニウム等により構成されてお
り、その直径は、８インチサイズのウエハＷを処理する
場合には例えば２５０ｍｍ程度に設定され、１２インチ
サイズのウエハＷを処理する場合には、例えば４１０ｍ
ｍ程度に設定されている。前記サセプタ８の内部には、
冷媒室１０が設けられており、この冷媒室１０には例え
ば液体フロロカーボンなどの温度調整用の冷媒が冷媒導
入管１２を介して導入可能であり、導入された冷媒はこ
の冷媒室１０内を循環し、この冷媒の冷熱は冷媒室１０
から前記サセプタ８を介して前記ウエハＷに対して伝熱
され、このウエハＷの処理面を所望する温度まで冷却す
ることが可能である。熱交換を行なった冷媒は冷媒排出
管１４より処理室外へと排出されるようになっている。
【００１２】そして前記絶縁板６、サセプタ８の内部に
は、後述の静電チャック１６を通して被処理体であるウ
エハＷの裏面に、伝熱媒体、例えばＨｅガスなどを供給
するためのガス通路１８が形成されており、このウエハ
Ｗは所定の温度に維持されるようになっている。前記サ
セプタ８は、その上面中央部が凸状の円盤状に成形さ
れ、その上にウエハＷと略同径の静電チャック１６が設
けられている。この静電チャック１６は、２枚の高分子
ポリイミドフィルムによって導電層（図示せず）が挟持
された構成を有しており、この導電層に対して、処理容
器４の外部に配置されている直流高圧電源２０から、例
えば１．５ｋＶの直流電圧を印加することによって、こ
の静電チャック１６の上面に載置されたウエハＷは、ク
ーロン力によってその位置で吸着保持されるようになっ
ている。ここで、高分子ポリイミドフィルムの代わりに
２層のアルミナセラミックにより導電層を挟持した構造
を用いると静電チャック１６の耐圧不良などによる寿命
を延ばすことができる。
【００１３】前記サセプタ８は、その上端周辺部には、
静電チャック１６上に載置されたウエハＷを囲むよう
に、環状のフォーカスリング２２が配置されている。こ
のフォーカスリング２２は電界を遮断する絶縁体の材質
からなりフォーカスリング２２上では反応性イオンを加
速しないので、プラズマによって発生した反応性イオン
を、その内側のウエハＷにだけ効果的に入射せしめるよ
うに構成されている。
【００１４】また、このサセプタ８には下方向に絶縁状
態を維持して貫通する給電棒２４が接続され、この給電
棒２４には、例えばデカップリングコンデンサを含んだ
整合器２６を介して例えば１３．５６ＭＨｚの高周波を
出力する高周波電源２８が配線２９により接続されてお
り、イオンをウエハ側へ引き込むための自己バイアスを
サセプタ８に印加するようになっている。ここで、ウエ
ハＷが８インチサイズの場合には、高周波に対するサセ
プタ８におけるインピーダンスは数オーム程度であり、
これに対応させて高周波電源２８と整合器２６との間の
特性インピーダンスは５０オーム程度に設定されるが、
ウエハサイズが１２インチサイズの場合にはサセプタ８
の面積が数倍に大きくなることからこのインピーダンス
はその分だけ大幅に減少する。ここで、８インチサイズ
のウエハと同様に特性インピーダンスを５０オームに設
定すると整合器２６中のリアクトルの抵抗成分による電
力損失等が大きくなるので、ここでは高周波電源２８と
整合器２６との特性インピーダンスを５０オームよりも
低い値、例えば２０〜３０オーム程度に設定して、リア
クトルにおける電力損失を抑制している。
【００１５】前記サセプタ８の上方には、このサセプタ
８と平行に対向してこれより２０〜４０ｍｍ程度離間さ
せた処理容器４の上部位置に本発明の特徴とする円盤状
のシャワーヘッド部３０が絶縁材３２を介して天井部に
支持固定されている。このシャワーヘッド部３０は、上
部電極と兼用されることになる。このシャワーヘッド部
３０は、前記サセプタ８との対向面であるガス噴出面３
４に多数の反応性ガス噴出孔３６や不活性ガス噴出孔３
８を有する、例えばＳｉＣまたはアモルファスカーボン
からなる電極板４０と、この電極板４０を支持する導電
性材質、例えば表面がアルマイト処理されたアルミニウ
ムからなるヘッド本体４２とによって構成されている。
【００１６】図２に示すように本実施例では不活性ガス
噴出孔３８と反応性ガス噴出孔３６はそれぞれ同心円状
に形成されており、円盤状のシャワーヘッド部３０の半
径方向へ不活性ガス噴出孔３８と反応性ガス噴出孔３６
とを交互に配置している。尚、図２においては不活性ガ
ス噴出孔３８を黒丸で示し、反応性ガス噴出孔３６を白
丸で示している。特に、本実施例では反応性ガス噴出孔
３６は、同心円状に複数の群、図示例では同心円状に４
つの群に分けられており、この同心円相互間に上記不活
性ガス噴出孔３８を同心円状に配列している。ここでは
便宜上、反応性ガス噴出孔３６の群をその内側より、１
群３６Ａ、２群３６Ｂ、３群３６Ｃ及び４群３６Ｄとす
る。
【００１７】各群の反応性ガス噴出孔３６Ａ〜３６Ｄ
は、ヘッド本体４２内に同心円状に独立区画して形成さ
れたそれぞれの中空の反応性ガスヘッド溝４４Ａ〜４４
Ｄ（図３参照）に通路４６を介してそれぞれ連通されて
いる。各ヘッド溝４４Ａ〜４４Ｄには、個別に反応性ガ
ス供給系４８Ａ〜４８Ｄが連通されており、このガス供
給系には、それぞれ高速バルブよりなる時分割開閉弁５
０Ａ〜５０Ｄ及びマスフローコントローラ５２Ａ〜５２
Ｄが介在されている。そして、このガス供給系４８Ａ〜
４８Ｄは、一つに連結された後、通常開閉弁５４を介設
した管路５６を介して反応性ガス、例えばＣ4Ｆ8ガスを
貯留する処理ガス源５８に接続されている。上記マスフ
ローコントローラ５２Ａ〜５２Ｄ及び時分割制御弁５０
Ａ〜５０Ｄは、後述するように例えばマイクロコンピュ
ータ等よりなるガス供給制御部６０により制御され、特
に時分割開閉弁５０Ａ〜５０Ｄはその開閉、すなわち供
給・停止が時分割的に個別独立して制御される。
【００１８】また、同心円状に配列された各不活性ガス
噴出孔３８は、同じくヘッド本体４２内に同心円状に４
つに形成された不活性ガスヘッド溝６２に通路６４を介
してそれぞれ連通されている。上記４つの不活性ガスヘ
ッド溝６２は、一つの不活性ガス供給系６６へ共通に接
続されており、このガス供給系６６は途中に開閉弁６８
及びマスフローコントローラ７０を介して二つに分岐さ
れ、一方の分岐管７２Ａには通常開閉弁７４を介してプ
ラズマ発生用の不活性ガス、例えばＡｒガスを貯留する
Ａｒガス源７６が接続されており、他方の分岐管７２Ｂ
には、通常開閉弁７８を介してパージ用の不活性ガス、
例えばＮ2ガスを貯留するＮ2ガス源８０が接続されてい
る。上記開閉弁６８及びマスフローコントローラ７０
も、ガス供給制御部６０により制御される。
【００１９】尚、ここでは、不活性ガスヘッド溝６２を
同心円状に４個形成したが、ガス噴出面の略全面に亘っ
て不活性ガスを噴出できればよいのであり、従って、こ
れらの溝を一つにまとめて図４に示すように一つの薄い
中空円盤状の不活性ガスヘッド溝６２として形成するよ
うにしてもよいし、或いは、この溝をヘッド部の中心か
ら放射状に設けるなどしてもよい。
【００２０】また、ヘッド本体４２の内部には、冷媒室
８２が設けられており、この冷媒室８２には例えば液体
フロロカーボンなどの温度調整用の冷媒が図示しない冷
媒導入管を介して導入可能であり、導入された冷媒はこ
の冷媒室８２内を循環し、この冷熱を冷媒室８２から前
記電極板４０に対して伝熱され、この電極板４０を所望
する温度まで冷却することが可能である。熱交換を行な
った冷媒は、図示しない冷媒排出管より処理室外へと排
出されるようになっている。電極板４０を調整する温度
はパーティクルの発生を考慮した、電極板４０の表面へ
のラジカルの堆積のない高温であり、またラジカルの流
れを前記ウエハＷに向けるために、ウエハＷの表面より
は高温に設定する。このような構造のヘッド部３０は、
これを複数に分割ブロック化することにより容易に形成
することができる。
【００２１】また、このヘッド本体４２には、給電棒８
４が接続され、この給電棒８４には、例えばデカップリ
ングコンデンサを含んだ整合器８６を介して例えば１
３．５６ＭＨｚの高周波を出力するプラズマ発生用の高
周波電源８８が配線９０により接続されている。この場
合にも、前記したサセプタ８に接続される高周波電源２
８の場合と同様に、８インチサイズウエハの場合には、
高周波電源８８と整合器８６との間の特性インピーダン
スは５０オーム程度に設定されるが、１２インチサイズ
の場合には、面積が大きくなることによって上部電極
（ヘッド部）負荷側のインピーダンスが減少することか
ら、これに対応させて上記特性インピーダンスも、例え
ば２０〜３０オーム程度に低く設定し、インピーダンス
の変換比率が変化しないようにする。このように、ウエ
ハサイズの大口径化にともなって高周波受け入れ側、例
えばサセプタ８側のインピーダンスが低下した時には、
これにともなって配線９０のインピーダンスを５０オー
ム未満、例えば２０〜３０オームにしてサセプタ側とイ
ンピーダンス整合を図り、これにより電力損失を抑制す
ることが可能となる。
【００２２】前記処理容器４の側壁には排気管９２が接
続されており、この排気管９２は図示しないターボ分子
ポンプなどの真空引き手段に通じており、所定の減圧雰
囲気まで真空引きできるように構成されている。また、
処理容器４の側壁には気密に開閉可能になされたゲート
バルブ９４を介してロードロック室９６が設けられてお
り、このロードロック室９６内に設けられた図示しない
搬送アームなどの搬送手段によって、被処理体であるウ
エハＷは、前記処理容器４とこのロードロック室９６と
の間で搬送されるように構成されている。
【００２３】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。ここでは、このプラズマエッチ
ング処理装置２を用いて、シリコン基板を有するウエハ
上のシリコン酸化膜のエッチングを実施する場合につい
て説明すると、まず被処理体であるウエハＷは、ゲート
バルブ９４が開放された後、搬送手段によってロードロ
ック室９６から処理容器４内へと搬入され、静電チャッ
ク１６上に載置される。そして、直流高圧電源２０の印
加によって前記ウエハＷは、この静電チャック１６上に
吸着保持される。その後、搬送手段がロードロック室内
へ後退した後、処理容器４内は排気手段によって真空引
きされていく。他方、通常開閉弁５４が開放されると共
に時分割開閉弁５０Ａ〜５０Ｄが時分割的に開閉され
て、マスフローコントローラ５２Ａ〜５２Ｄによってそ
の流量が調整されつつ、処理ガス源５８からＣ4Ｆ8ガス
が供給される。また、開閉弁６８、７４が開放されて、
マスフローコントローラ７０によってその流量が調整さ
れつつＡｒガス源７６からＡｒガスが供給される。
【００２４】プラズマ発生用のＡｒガスは、不活性ガス
供給系６６を介してシャワーヘッド部３０に至り、更
に、同心円状の各不活性ガスヘッド溝６２に流れ込み、
そして、通路６４を通ってガス噴出面３４の全面に亘っ
て設けた不活性ガス噴出孔３８より、ヘッド部３０とサ
セプタ８との間に形成される処理空間内に連続的に導入
される。他方、エッチング用の反応性ガスであるＣ4Ｆ8
ガスはそれぞれの反応性ガス供給系４８Ａ〜４８Ｄを介
して対応する反応性ガスヘッド溝４４Ａ〜４４Ｄに流れ
込み、そして、通路４６を通って群毎の反応性ガス噴出
孔３６Ａ〜３６Ｄより処理空間内に時分割的に導入され
る。そして、処理空間内の圧力を、例えば１Ｐａ程度の
所定の圧力に維持しつつ、プラズマ発生用の高周波電力
を高周波電源８８よりシャワーヘッド部３０に印加し、
他方、自己バイアス用の高周波電力を高周波電源２８か
らサセプタに印加する。これにより処理空間にはプラズ
マが立ち、反応性ガスが活性化されてウエハ表面の例え
ばＳｉＯ2にプラズマエッチング処理が施されることに
なる。サセプタ８やシャワーヘッド部３０はそれぞれを
流れる冷媒により所定の温度に冷却されている。
【００２５】ここで、プラズマ発生用のＡｒガスは処理
中において常時、全ての不活性ガス噴出孔３８から処理
室間に導入されて、処理空間全域に亘ってプラズマが安
定的に立つようになされているのに対して、反応性ガス
は群毎に設けた時分割開閉弁４８Ａ〜４８Ｄがガス供給
制御部６０からの制御により電気信号或いは空気圧によ
り時分割的に開閉駆動し、処理空間に供給される。従っ
て、単位時間に供給される全体のガス量が少なくて済む
ので処理空間における単位面積当たりのガスの滞留時間
（レジデンスタイム）を、例えば１２インチサイズのウ
エハを処理する場合にも、８インチサイズのウエハを処
理する場合と略同じ時間にすることができる。結果的
に、プラズマ処理の面内均一性を高く維持することがで
きるのみならず、処理速度も低下することはない。
【００２６】ここで反応性ガスの供給パターンについて
具体的に説明する。図５は反応性ガスの供給の第１のパ
ターンを示す図であり、図５（Ａ）は第１のパターンの
Ａｒガスの開閉弁と時分割開閉弁のタイミングチャート
を示し、図５（Ｂ）はその時の反応性ガスの噴出順序を
示している。図５（Ａ）に示すようにＡｒガスの開閉弁
６８は、処理が開始した時は、連続的に開状態となって
ガス噴出面全面よりＡｒガスを連続的に供給している。
これに対して、時分割開閉弁５０Ａ〜５０Ｄは３秒のピ
ッチで所定の時間Ｔ、例えば１秒だけ開くように時分割
で開閉操作が繰り返されている。従って、反応性ガス
は、図５（Ｂ）に示すように１群の反応性ガス噴出孔３
６Ａ→２群の反応性ガス噴出孔３６Ｂ→３群の反応性ガ
ス噴出孔３６Ｃ→４群の反応性ガス噴出孔３６Ｄの順と
なるように半径方向外方に向かって繰り返し走査され、
時分割で供給されることになる。尚、図５（Ｂ）中の数
字は反応性ガスの供給順序を示し、不活性ガスは常に全
面より供給されるので、ここでは記載していない。以降
に説明する図においても同様である。また、各群毎に時
分割開閉弁が開かれるている間隔や流量は、エッチング
速度、選択比、形状、処理の均一性等について最適化す
るように設定されている。
【００２７】図６に示す第２の供給パターンは、図５に
説明した場合と逆の操作を示しており、半径方向外側よ
り内側に向けて供給を順次移動するように制御してい
る。図７に示す第３の供給パターンは、同心円状の群を
一つ置きに飛び越えるようにランダムに供給しており、
例えば１群の反応性ガス噴出孔３６Ａ→３群の反応性ガ
ス噴出孔３６Ｃ→２群の反応性ガス噴出孔３６Ｂ→４群
の反応性ガス噴出孔３６Ｄというような順序で繰り返し
走査し、供給している。図８に示す第４の供給パターン
は、ヘッド部３０の中心方向外方に向かう順序と中心方
向内方に向かう順序を同時に走査するように実行してい
る。具体的には、１群と４群の反応性ガス噴出孔３６
Ａ、３６Ｄ→２群と３群の反応性ガス噴出孔３６Ｂ、３
６Ｃ→３群と２群の反応性ガス噴出孔３６Ｃ、３６Ｂ→
４群と１群の反応性ガス噴出孔３６Ｄ、３６Ａの順序で
繰り返し走査し、供給している。この場合には、常時２
つの群の反応性ガス噴出孔からガスが供給されることに
なる。尚、上記実施例では反応性ガス噴出孔は４つの群
に分ける場合を例にとって説明したが、これは単に一例
を示したに過ぎず、４つ以外の数の群に分割して時分割
で供給・停止を制御するようにしてもよい。
【００２８】また、上記実施例では各ガス噴出孔を同心
円状に配列した場合を例にとって説明したが、これに限
定されず、反応性ガスを時分割的に供給できる構造なら
ばどのような配列でもよく、例えば直線状に配列するよ
うにしてもよい。図９はガス噴出孔を直線状に配列した
場合のシャワーヘッド部のガス噴出面の平面図を示して
おり、ここでも不活性ガス噴出孔３８を黒丸で示し、反
応性ガス噴出孔３６を白丸で示している。各ガス噴出孔
３６、３８は、図中上下方向に直線状に配列されてお
り、横方向へは反応性ガス噴出孔３６と不活性ガス噴出
孔３８とが交互に位置するように配列されている。ここ
で、各反応性ガス噴出孔３６は、図中上下方向に沿って
配列される群毎に３６Ａ〜３６Ｈの８つの群に分けられ
ており、それぞれ独立して制御可能な時分割開閉弁５０
Ａ〜５０Ｈ及びマスフローコントローラ５２Ａ〜５２Ｈ
を介設した反応性ガス供給系４８Ａ〜４８Ｈに連通され
ている。従って、時分割開閉弁５０Ａ〜５０Ｈを任意の
順序で時分割開閉制御することにより、反応性ガスの供
給を群毎に時分割で行なうことができる。尚、この場合
にもプラズマ発生用の不活性ガスはガス噴出面の全面か
ら常時均一に放出されるのは勿論である。
【００２９】図１０は図９に示すシャワーヘッド部を用
いて行なわれる供給パターンの一例を示している。図１
０（Ａ）に示す場合は、ガスが噴出している反応性ガス
噴出孔３６の配列による直線９８が、ヘッド部の中心方
向に向けて水平方向へ平行移動していくように走査する
場合を示しており、図１０（Ｂ）は上記直線９８は、ヘ
ッド部の中心側から左右の両方向に向けて水平方向へ平
行移動していくように走査する場合を示している。更
に、上記したような供給パターンに限定されず、例えば
図１１に示すように直線９８が、ヘッド部３０の中心を
通るように設定して、これを回転移動させるように走査
してもよいし、図１２に示すようにガス噴出面３４を多
数の噴出口を含む複数の群、例えば４つの群に分けても
よいし、図１３に示すように、ガス噴出面３４を多数の
マス目状に区分し、この多数のマス目を千鳥状に複数の
群に分けるようにしてもよい。そして、各群毎に反応性
ガスの供給・停止を制御するようにしてもよい。尚、図
１２及び図１３において符号１〜４は、反応性ガスを噴
出させる順序を示している。図１１、図１２、図１３に
おいては、ある時刻においてガスの噴出する噴出孔の数
は等しくする。
【００３０】尚、上記実施例では、エッチングガスとし
てＣ4Ｆ8を用いたが、これに限らず、他のＣＦ系ガス、
例えばＣＨ4 ，ＣＨＦ3 ，ＣＨ2 Ｆ2 ，ＣＨ3 Ｆ，Ｃ2
Ｆ6 ，Ｃ2 Ｈ2 Ｆ2 ，Ｃ3 Ｆ8 ，Ｃ4 Ｆ8 を使用するこ
ともでき、また、プラズマ発生用のガスとしてＡｒガス
の他に、Ｈｅ，Ｘｅ，Ｋｒガスを使用することが可能で
ある。
【００３１】また、本実施例では、平行平板型のプラズ
マ処理装置を例にとって説明したが、この型式のものに
限定されず、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕ
ｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）方式、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉ
ｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）方式、ＥＣＲ（Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃ
ｅ）方式等の装置にも適用し得る。また、本発明に基づ
いて構成されたプラズマ処理装置は、エッチング装置に
限定されず、ＣＶＤ装置、アッシング装置、スパッタ装
置などにも適用することが可能である。また、被処理体
は半導体ウエハに限らず、例えばＬＣＤ基板を処理対象
とする処理にも適用できる。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のプラズマ
処理方法及びプラズマ処理装置によれば、次のように優
れた作用効果を発揮することができる。プラズマ処理中
において、プラズマ発生用の不活性ガスは常時供給して
プラズマの密度は偏在しないように均一化させ、これと
同時に反応性ガスは時分割で供給してガス噴出面全面を
所定のパターンで走査するようにしたので、単位時間当
たりにおける全体のガス供給量を少なくすることができ
る。従って、被処理体の面積が大きくなってもプラズマ
処理に十分な高真空度を維持しつつ、処理空間における
単位面積当たりのガスの滞留時間（レジデンスタイム）
を十分に確保することができ、プラズマ処理の面内均一
性及び処理速度を高く維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプラズマ処理装置を示す構成図で
ある。
【図２】シャワーヘッド部のガス噴出面を示す平面図で
ある。
【図３】プラズマ処理装置のシャワーヘッド部のヘッド
溝を連なるように切断した時の状況を示す拡大断面図で
ある。
【図４】シャワーヘッド部の変形例を示す断面図であ
る。
【図５】反応性ガスの供給の第１の供給パターンを示す
図である。
【図６】反応性ガスの供給の第２の供給パターンを示す
図である。
【図７】反応性ガスの供給の第３の供給パターンを示す
図である。
【図８】反応性ガスの供給の第４の供給パターンを示す
図である。
【図９】シャワーヘッド部の他の変形例を示す平面図で
ある。
【図１０】図９に示すシャワーヘッド部による反応性ガ
スの供給パターンを示す図である。
【図１１】反応性ガスの他の供給パターンを示す図であ
る。
【図１２】反応性ガスの更に他の供給パターンを示す図
である。
【図１３】反応性ガスのまた更に他の供給パターンを示
す図である。
【符号の説明】
２ プラズマエッチング装置（プラズマ処理装置） ４ 処理容器 ８ サセプタ ３０ シャワーヘッド部 ３４ ガス噴出面 ３６、３６Ａ〜３６Ｈ 反応性ガス噴出孔 ３８ 不活性ガス噴出孔 ４０ 電極板 ４２ ヘッド本体 ４４Ａ〜４４Ｄ 反応性ガスヘッド溝 ４８Ａ〜４８Ｈ 反応性ガス供給系 ５０Ａ〜５０Ｈ 時分割開閉弁 ５８ 処理ガス源 ６０ ガス供給制御部 ６２ 不活性ガスヘッド溝 ６６ 不活性ガス供給系 Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ // Ｈ０１Ｌ 21/203 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ａ (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 14/00 - 16/56 C23F 1/00 - 4/04 H01L 21/203 - 21/205 H01L 21/302 - 21/3065

Claims (17)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 処理容器内の処理空間にシャワーヘッド
    部のガス噴出面よりプラズマ発生用の不活性ガスと反応
    性ガスを供給して被処理体に対してプラズマ処理を施す
    プラズマ処理装置において、前記シャワーヘッド部のガ
    ス噴出面には、反応性ガスを噴出するために複数の群に
    分けられた反応性ガス噴出孔と、不活性ガスを供給する
    ために前記ガス噴出面の略全面に亘って配置された不活
    性ガス噴出孔とが形成されており、前記反応性ガス噴出
    孔の各群にはガスの供給停止が独立的に制御可能な反応
    性ガス供給系が接続され、前記不活性ガス噴出孔にはガ
    スの供給停止が制御可能な不活性ガス供給系が接続され
    ており、前記群毎の反応性ガス供給系には時分割で前記
    各群を走査するように供給・停止を制御し、前記不活性
    ガス供給系にはプラズマ処理中に前記処理空間の全面に
    渡って連続的に不活性ガスを供給するように制御するガ
    ス供給制御部が接続されていることを特徴とするプラズ
    マ処理装置。
  2. 【請求項２】 前記反応性ガスの噴出孔は、前記ガス噴
    出面に群毎に同心円状に配列されていることを特徴とす
    る請求項１記載のプラズマ処理装置。
  3. 【請求項３】 前記反応性ガス噴出孔は、前記ガス噴出
    面に群毎に直線状に配列されていることを特徴とする請
    求項１記載のプラズマ処理装置。
  4. 【請求項４】 前記不活性ガス噴出孔は、前記同心円状
    の反応性ガス噴出孔の群間に同心円状に配列されている
    ことを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理装置。
  5. 【請求項５】 前記ガス供給制御部は、前記反応性ガス
    の噴出が、前記ガス噴出面の内側から外側へ、或いは外
    側から内側へ走査されるように前記反応性ガス供給系を
    制御することを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理
    装置。
  6. 【請求項６】 前記ガス供給制御部は、前記反応性ガス
    の噴出が、同心円状にランダムに行われるように前記反
    応性ガス供給系を制御することを特徴とする請求項２記
    載のプラズマ処理装置。
  7. 【請求項７】 前記ガス供給制御部は、前記反応性ガス
    の噴出が、ガスが噴出しているガス噴出孔の配列による
    直線が平行移動するかのように前記反応性ガス供給系を
    制御することを特徴とする請求項３記載のプラズマ処理
    装置。
  8. 【請求項８】 前記ガス供給制御部は、ガスが噴出して
    いるガス噴出孔の数がどの時刻においても実質的に同数
    であるように前記反応性ガス供給系を制御することを特
    徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のプラズマ処
    理装置。
  9. 【請求項９】 前記処理容器内にはシャワーヘッド部、
    或いはサセプタが設けられ、前記シャワーヘッド部、或
    いはサセプタへは整合器を介して高周波電源が接続され
    ており、前記高周波電源と前記整合器を特性インピーダ
    ンスが５０オーム未満の配線で接続することを特徴とす
    る請求項１乃至８のいずれかに記載のプラズマ処理装
    置。
  10. 【請求項１０】 前記サセプタには高周波電源が接続さ
    れており、前記高周波電源の高周波に対する前記サセプ
    タにおけるインピーダンスは、数オーム程度であること
    を特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のプラズ
    マ処理装置。
  11. 【請求項１１】 請求項１乃至１０のいずれかに記載の
    プラズマ処理装置を用いて、前記被処理体にプラズマエ
    ッチング処理を施すことを特徴とするプラズマエッチン
    グ処理装置。
  12. 【請求項１２】 処理容器内の処理空間にシャワーヘッ
    ド部のガス噴出面よりプラズマ発生用の不活性ガスと反
    応性ガスを供給して被処理体に対してプラズマ処理を施
    すプラズマ処理方法において、前記不活性ガスは前記シ
    ャワーヘッド部のガス噴出面の略全面からプラズマ処理
    中に連続的に供給し、前記反応性ガスは前記ガス噴出面
    から時分割的に噴出位置を変化させながら前記ガス噴出
    面の全面を走査するように供給したことを特徴とするプ
    ラズマ処理方法。
  13. 【請求項１３】 前記ガス噴出面の全面の走査は、同心
    円状にその内側から外側へ或いは外側より内側へ行なわ
    れていることを特徴とする請求項１２記載のプラズマ処
    理方法。
  14. 【請求項１４】 前記ガス噴出面の全面の走査は、同心
    円状にランダムに行なわれることを特徴とする請求項１
    ２記載のプラズマ処理方法。
  15. 【請求項１５】 前記ガス噴出面の全面の走査は、ガス
    が噴出しているガス噴出孔の配列による直線が平行移動
    するかのように行なわれることを特徴とする請求項１２
    記載のプラズマ処理方法。
  16. 【請求項１６】 前記ガス噴出面の全面の走査は、ガス
    が噴出しているガス噴出孔の数がどの時刻においても同
    数であることを特徴とする請求項１２記載のプラズマ処
    理方法。
  17. 【請求項１７】 請求項１２乃至１６のいずれかに記載
    のプラズマ処理方法は、前記被処理体にプラズマエッチ
    ング処理を施すことであることを特徴とするプラズマエ
    ッチング処理方法。
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