JP4833778B2

JP4833778B2 - 基板処理装置及び基板処理方法

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Publication number: JP4833778B2
Application number: JP2006248241A
Authority: JP
Inventors: 広実岡; 昭貴清水; 昇佐遠藤; 一樹傳寳
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2006-02-13
Filing date: 2006-09-13
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2026-09-13
Also published as: JP2007243138A

Description

本発明は、基板処理装置及び基板処理方法に関し、特に、処理室内に処理ガスを導入し、該導入された処理ガスから生成されたプラズマによって基板にプラズマ処理を施す基板処理装置に関する。

基板としてのウエハにプラズマ処理、例えば、エッチング処理を施す基板処理装置は、ウエハを収容し且つ内部を減圧可能な処理室と、処理室内に処理ガスを導入する処理ガス導入部と、処理ガスが導入された処理室内（処理空間）に高周波電力を印加し、且つウエハを載置する載置台としても機能する下部電極とを備える。この基板処理装置では、処理空間に導入された処理ガスから高周波電力によってプラズマを生成し、該生成されたプラズマによってウエハにプラズマ処理を施す。

処理ガス導入部は下部電極に載置されたウエハと対向するように配置されるが、該ウエハに向けて均一に処理ガスを噴出するように、ウエハに対向する面に分散配置された多数且つ小径のガス導入孔を有するシャワーヘッドとして構成される。

ところで、このシャワーヘッドを用いる基板処理装置では、ウエハの外周部に向けて開口する複数のガス導入孔群（以下、「外周部ガス導入孔群」という。）から噴出された処理ガスが拡散する。その結果、シャワーヘッドのウエハに対向する面の全体から噴出する処理ガスの流れを制御するのが困難であり、ウエハにおけるエッチングレート（以下、単に「エッチレート」という。）の分布が不均一となる。

これを鑑みて、外周部ガス導入孔群と、ウエハの中心部に向けて開口する複数のガス導入孔群（以下、「中心部ガス導入孔群」という。）とがそれぞれ互いに異なる処理ガス供給ラインに接続されたシャワーヘッドが開発されている（例えば、特許文献１を参照。）。このシャワーヘッドを用いると、ウエハの外周部に向けて噴出される処理ガスの流量と、ウエハの中心部に向けて噴出される処理ガスの流量とを独立して制御することができ、その結果、ウエハ上のプラズマの状態を所望の状態に維持することができる。
特開２００４−１９３５６７号公報

しかしながら、ウエハ上に形成されたポリシリコン層をエッチングする基板処理装置では、シャワーヘッドとウエハを載置する下部電極との間隔（ギャップ）が比較的大きくなるため、外周部ガス導入孔群から噴出された処理ガスと、中心部ガス導入孔群から噴出された処理ガスはそれぞれウエハに到達するまでに拡散する。その結果、処理ガスの流量を制御してもウエハ上のプラズマの状態を所望の状態に維持するのは困難であり、エッチレートの分布が不均一となり、エッチングによって形成される溝を所望の形状にするのが困難である。

本発明の目的は、基板上のプラズマの状態を容易に所望の状態に維持することができる基板処理装置及び基板処理方法を提供することにある。

請求項１記載の基板処理装置は、基板を収容する処理室と、該処理室内に配置され且つ前記基板を載置する載置台と、前記処理室内に向けて処理ガスを導入する少なくとも１つの処理ガス導入部とを備え、前記基板にプラズマ処理としてのエッチング処理を施す基板処理装置において、前記処理ガス導入部は、前記処理室内に突出する、先端が半球状の突起部を有し、前記突起部は、前記処理室に露出する外側構造体と、前記外側構造体に内包される内側構造体と、前記外側構造体と前記内側構造体との間に形成されたバッファ室と、前記バッファ室と連通するように前記内側構造体に設けられ、前記処理ガスを前記バッファ室へ供給する連通路と、前記バッファ室と連通するように前記外側構造体に設けられ、互いに異なる方向に向けて前記処理室内に前記処理ガスを噴射するように開口する複数の処理ガス導入孔とを有し、前記バッファ室は、互いに独立した複数のバッファ室部に分けられ、前記複数のバッファ室部のそれぞれに連通するように前記連通路が前記内側構造体に複数設けられ、前記複数の処理ガス導入孔は、前記複数のバッファ室部のいずれか１つに連通するように複数の処理ガス導入孔群に分けられており、前記複数の処理ガス導入孔群から前記処理室内に向けて導入されるそれぞれの処理ガスの流量が独立して制御されることを特徴とする。

請求項２記載の基板処理装置は、請求項１記載の基板処理装置において、前記バッファ室は、互いに独立した第１のバッファ室部と第２のバッファ室部とに分けられ、且つ、前記第１のバッファ室部と第２のバッファ室部のそれぞれに連通するように前記連通路が前記内側構造体に複数設けられており、前記複数の処理ガス導入孔は、前記第１のバッファ室部と連通する第１の処理ガス導入孔群と、前記第２のバッファ室部と連通する第２の処理ガス導入孔群とに分けられ、前記第１の処理ガス導入孔群及び前記第２の処理ガス導入孔群から前記処理室内に向けて導入されるそれぞれの処理ガスの流量が独立して制御されることを特徴とする。

請求項３記載の基板処理装置は、請求項２記載の基板処理装置において、前記第１の処理ガス導入孔群に含まれる処理ガス導入孔は、前記突起部の中心を頂点とし且つ前記載置台に向けて末広がる円錐と前記突起部の外表面とが交差する交差線で囲われた領域において開口し、前記第２の処理ガス導入孔群に含まれる処理ガス導入孔は、前記領域の外側の領域で開口していることを特徴とする。

請求項４記載の基板処理装置は、請求項３記載の基板処理装置において、前記円錐の頂角は１２０°±２°であることを特徴とする。

請求項５記載の基板処理方法は、基板を収容する処理室と、該処理室内に向けて処理ガスを導入する処理ガス導入部とを備え、前記基板にプラズマ処理としてのエッチング処理を施す基板処理装置が実行する基板処理方法であって、前記処理ガス導入部として、前記処理室に露出する外側構造体と、前記外側構造体に内包される内側構造体と、前記外側構造体と前記内側構造体との間に形成された複数のバッファ室とを有し、前記処理室内に突出する先端が半球状の突起部を用い、前記処理ガスを前記複数のバッファ室のそれぞれへ供給する連通路を前記内側構造体に設けると共に、互いに異なる方向に向けて前記処理室内に前記処理ガスを噴射するように開口する複数の処理ガス導入孔を前記複数のバッファ室部のいずれか１つに連通するように複数の処理ガス導入孔群に分けて設け、前記複数の処理ガス導入孔群から前記処理室内に向けて導入される処理ガスのそれぞれの流量を独立して制御することを特徴とする。

請求項６記載の基板処理方法は、請求項５記載の基板処理方法において、前記基板はポリシリコン層を有し、前記エッチング処理では前記ポリシリコン層をエッチングすることを特徴とする。

請求項１記載の基板処理装置によれば、処理ガス導入部は処理室内に突出する突起状物であり、互いに異なる方向に向けて開口する複数の処理ガス導入孔を有するので、処理室内に向けて一点から処理ガスを噴出することができる。これにより、載置台に載置された基板上において処理ガスが拡散するのを防止することができ、基板上における処理ガスの流線分布の制御を容易に行うことができる。その結果、基板上のプラズマの状態を容易に所望の状態に維持することができる。また、これにより、基板のエッチレートの均一性やエッチングによって形成される溝形状の制御性を向上することができる。また、処理ガス導入部は先端が半球状の突起状物であるので、各処理ガス導入孔を処理室内の全方位に向けて満遍なく開口させることができ、もって、基板上における処理ガスの流線分布の制御を容易に行うことができる。更に、処理ガス導入部は、半球の表面を含む外側構造体と、該外側構造体に内包される内側構造体とを有するので、外側構造体と内側構造体との間に空間を設けることによって処理ガスのバッファ室を容易に形成することができ、もって、処理ガス導入部の作製を容易に行うことができる。

請求項１記載の基板処理装置及び請求項２記載の基板処理装置によれば、複数の処理ガス導入孔群から処理室内に向けて導入されるそれぞれの処理ガスの流量が独立して制御されるので、基板上における処理ガスの流線分布の制御を正確に行うことができ、その結果、基板上のプラズマの状態を確実に所望の状態に維持することができる。

請求項３記載の基板処理装置によれば、第１の処理ガス導入孔群は、半球の中心を頂点とし且つ載置台に向けて末広がる円錐と半球の表面とが交差する交差線で囲われた領域内において開口する処理ガス導入孔からなり、第２の処理ガス導入孔群は、複数の処理ガス導入孔のうち第１の処理ガス導入孔群に含まれない処理ガス導入孔からなる。これにより、各処理ガス導入孔群において各処理ガス導入孔が上記半球の中心軸に関して対称に配置されるため、一の処理ガス導入孔群において各方位に向けて噴出される処理ガスの流量を均一にすることができ、もって、基板上における処理ガスの流線分布の制御をさらに容易に行うことができる。

請求項４記載の基板処理装置によれば、第１の処理ガス導入孔群と第２の処理ガス導入孔群とを仕分ける円錐の頂角が１２０°±２°であるので、第１の処理ガス導入孔群が含む処理ガス導入孔の数と、第２の処理ガス導入孔群が含む処理ガス導入孔の数とをほぼ同数にすることができる。したがって、各処理ガス導入孔群から導入される処理ガスの流量を変化させた場合における、第１の処理ガス導入孔群の各処理ガス導入孔が噴出する処理ガスの流量の変化量と、第２の処理ガス導入孔群の各処理ガス導入孔が噴出する処理ガスの流量の変化量とをほぼ同じにすることができる。その結果、基板上における処理ガスの流線分布の制御を確実に容易に行うことができる。

請求項５記載の基板処理方法によれば、各処理ガス導入孔群は処理室内に向けて導入される処理ガスの流量を独立して制御するので、基板上における処理ガスの流線分布の制御を正確に行うことができ、その結果、基板上のプラズマの状態を容易に所望の状態に維持することができる。また、これにより、基板のエッチレートの均一性を向上することができ、また、エッチングによるＣＤ（Critical Dimension）値の変化量を制御することができる。

請求項６記載の基板処理方法によれば、エッチング処理では基板のポリシリコン層がエッチングされる。ポリシリコン層をエッチングする基板処理装置では、載置台に載置された基板の上方の空間が比較的大きく設定されるが、該基板処理装置は、例え、基板の上方の空間が比較的大きく設定されていても、基板上における処理ガスの流線分布の制御を容易に行うことができるので、基板上のプラズマの状態を容易に所望の状態に維持することができ、ポリシリコン層を適切にエッチングすることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

まず、本発明の実施の形態に係る基板処理装置について説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る基板処理装置の概略構成を示す断面図である。この基板処理装置としてのプラズマ処理装置は、特に、基板としての半導体ウエハＷ（以下、単に「ウエハＷ」という。）のポリシリコン層にエッチング処理を施すように構成されている。

図１において、プラズマ処理装置１０は、内壁にアルマイトコーティングが施されているアルミニウム製の円筒形状のチャンバ１１を有し、該チャンバ１１内には、例えば、直径が３００ｍｍのウエハＷを載置する載置台としての円柱状の載置台１２が配置されている。

プラズマ処理装置１０では、チャンバ１１の内側壁と載置台１２の側面とによって、載置台１２上方の気体分子をチャンバ１１の外へ排出する流路として機能する排気路１３が形成される。この排気路１３の途中にはプラズマの漏洩を防止する環状のバッフル板１４が配置される。また、排気路１３におけるバッフル板１４より下流の空間は、載置台１２の下方へ回り込み、可変式バタフライバルブである自動圧力制御弁（ＡＰＣバルブ：Automatic Pressure Control Valve）１５に連通する。ＡＰＣバルブ１５は、アイソレータバルブ（Isolator Valve）１６を介して真空引き用の排気ポンプであるターボ分子ポンプ（ＴＭＰ：Turbo Molecular Pump）１７に接続され、ＴＭＰ１７は、バルブ１８を介して排気ポンプであるドライポンプ（ＤＰ：Dry Pump）１９に接続されている。ＡＰＣバルブ１５、アイソレータバルブ１６、ＴＭＰ１７、バルブ１８及びＤＰ１９によって構成される排気系統（本排気ライン）は、ＡＰＣバルブ１５によってチャンバ１１内の圧力制御を行い、さらにＴＭＰ１７及びＤＰ１９によってチャンバ１１内をほぼ真空状態になるまで減圧する。

また、配管２０がＡＰＣバルブ１５及びアイソレータバルブ１６の間からバルブ２１を介してＤＰ１９に接続されている。配管２０及びバルブ２１によって構成される排気系統（バイパスライン）は、ＴＭＰ１７をバイパスして、ＤＰ１９によってチャンバ１１内を粗引きする。

載置台１２には下部電極用の高周波電源２２が給電棒２３及び整合器（Matcher）２４を介して接続されており、該下部電極用の高周波電源２２は、所定の高周波電力を載置台１２に供給する。これにより、載置台１２は下部電極として機能する。また、整合器２４は、載置台１２からの高周波電力の反射を低減して高周波電力の載置台１２への供給効率を最大にする。

載置台１２の内部上方には、導電膜からなる円板状のＥＳＣ電極板２５が配置されている。ＥＳＣ電極板２５には直流電源２６が電気的に接続されている。ウエハＷは、直流電源２６からＥＳＣ電極板２５に印加された直流電圧により発生するクーロン力又はジョンソン・ラーベック(Johnsen-Rahbek)力によって載置台１２の上面に吸着保持される。また、載置台１２の上方には、載置台１２の上面に吸着保持されたウエハＷの周りを囲うように円環状のフォーカスリング２７が配設される。このフォーカスリング２７は、シリコン、ＳｉＣ（炭化珪素）又はＱｚ（クォーツ）からなり、後述する上部電極板３４と載置台１２との間の処理空間Ｓに露出して該処理空間ＳのプラズマをウエハＷの表面に向けて収束し、プラズマ処理の効率を向上させる。

また、載置台１２の内部には、例えば、円周方向に延在する環状の冷媒室２８が設けられる。この冷媒室２８には、チラー（chiller）ユニット（図示せず）から冷媒用配管２９を介して所定温度の冷媒、例えば、冷却水又はガルデン（登録商標）が循環供給され、当該冷媒の温度によって載置台１２、ひいてはその上面に吸着保持されたウエハＷの温度が制御される。

載置台１２の上面のウエハＷが吸着保持される部分（以下、「吸着面」という。）には、ウエハＷに対向する複数の伝熱ガス供給孔３０が開口している。これらの伝熱ガス供給孔３０は、載置台１２内部に配置された伝熱ガス供給ライン３１を介して伝熱ガス供給部３２に接続され、該伝熱ガス供給部３２は伝熱ガスとしてのヘリウム（Ｈｅ）ガスを、伝熱ガス供給孔３０を介して吸着面及びウエハＷの裏面の間隙に供給する。これらの伝熱ガス供給孔３０、伝熱ガス供給ライン３１、並びに伝熱ガス供給部３２は伝熱ガス供給装置を構成する。なお、バックサイドガスの種類は、ヘリウムに限られることはなく、窒素（Ｎ_２）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）等の不活性ガス、又は酸素（Ｏ_２）等であってもよい。

また、載置台１２の吸着面には、載置台１２の上面から突出自在なリフトピンとしてのプッシャーピン３３が３本配置されている。これらのプッシャーピン３３は、モータ（図示せず）にボールねじ（図示せず）を介して接続され、該ボールねじによって直線運動に変換されたモータの回転運動に起因して吸着面から自在に突出する。ウエハＷにプラズマ処理を施すためにウエハＷを吸着面に吸着保持するときには、プッシャーピン３３は載置台１２に収容され、プラズマ処理が施されたウエハＷをチャンバ１１から搬出するときには、プッシャーピン３３は載置台１２の上面から突出してウエハＷを載置台１２から離間させて上方へ持ち上げる。

チャンバ１１の天井部には、載置台１２と対向するように円板状の上部電極板３４が配置されている。上部電極板３４には整合器３５を介して上部電極用の高周波電源３６が接続されており、上部電極用の高周波電源３６は所定の高周波電力を上部電極板３４に供給する。なお、整合器３５の機能は上述した整合器２４の機能と同じである。上部電極板３４の上方にはクーリングプレート３７が配置され、該クーリングプレート３７はプラズマ処理中に加熱される上部電極板３４を冷却する。なお、プラズマ処理装置１０では、ウエハＷのポリシリコン層にエッチング処理を施すため、上部電極板３４及び載置台１２の間隔（ギャップ）が比較的大きく設定され、その結果、処理空間Ｓは比較的大きく設定されている。

また、チャンバ１１の天井部には、上部電極板３４及びクーリングプレート３７を貫通し、処理空間Ｓに突出する先端がドーム状（半球状）の突起状物である１つの処理ガス導入ノズル３８（処理ガス導入部）が配置されている。該処理ガス導入ノズル３８は載置台１２に載置されたウエハＷに中心に向けてその先端が上部電極板３４から突出する。

チャンバ１１の外部には、処理ガスをチャンバ１１内に供給するための処理ガス供給部（図示せず）が配置されている。該処理ガス供給部は処理ガス供給管４１に接続され、該処理ガス供給管４１は途中で２つの処理ガス導入管４６，４７に分岐する。処理ガス導入管４６，４７はそれぞれ開閉量を調整可能な処理ガスバルブ４８，４９を有する。これらの処理ガスバルブ４８，４９の開閉量はプラズマ処理装置１０が有する制御部（図示しない）によってそれぞれ独立して制御される。

処理ガス導入管４６，４７はそれぞれチャンバ１１の天井部に設けられる処理ガス導入ライン５０，５１に接続され、該処理ガス導入ライン５０，５１は共に処理ガス導入ノズル３８に接続されている。ここで、処理ガス導入管４６、処理ガスバルブ４８及び処理ガス導入ライン５０は中心部処理ガス導入系統を構成し、処理ガス導入管４７、処理ガスバルブ４９及び処理ガス導入ライン５１は周縁部処理ガス導入系統を構成する。中心部処理ガス導入系統及び周縁部処理ガス導入系統はそれぞれ処理ガスバルブ４８，４９によって処理ガス導入ノズル３８に供給する処理ガスの流量を調整することができる。中心部処理ガス導入系統及び周縁部処理ガス導入系統によって処理ガスを供給された処理ガス導入ノズル３８は、処理空間Ｓに処理ガスを供給する。

また、処理ガス供給管４１の途中には配管インシュレータ４２が配置されている。この配管インシュレータ４２は絶縁体からなり、上部電極板３４へ供給された高周波電力が処理ガス供給管４１等を介して処理ガス供給部へリークするのを防止する。

チャンバ１１の側壁には、プッシャーピン３３によって載置台１２から上方へ持ち上げられたウエハＷの高さに対応する位置にウエハＷの搬出入口４３が設けられ、搬出入口４３には、該搬出入口４３を開閉するゲートバルブ４５が取り付けられている。

このプラズマ処理装置１０では、ウエハＷにプラズマ処理を施す際、先ずゲートバルブ４５を開弁し、加工対象のウエハＷをチャンバ１１内に搬入し、さらに、直流電圧をＥＳＣ電極板２５に印加することにより、搬入されたウエハＷを載置台１２の吸着面に吸着保持する。また、処理ガス導入ノズル３８より処理ガス（例えば、ＣＦ_４ガス、Ｏ_２ガス及びＡｒガスから成る混合ガス）をチャンバ１１内に供給すると共に、ＡＰＣバルブ１５等によりチャンバ１１内の圧力を所定値に制御する。さらに、載置台１２及び上部電極板３４によりチャンバ１１内の処理空間Ｓに高周波電力を印加する。これにより、処理ガス導入ノズル３８から導入された処理ガスを処理空間Ｓにおいてプラズマにし、該プラズマをフォーカスリング２７によってウエハＷの表面に収束し、ウエハＷの表面にプラズマ処理を施す。

なお、上述したプラズマ処理装置１０の各構成要素の動作は、コンピュータ等の制御部（図示しない）がプラズマ処理に対応するプログラムに応じて制御する。

図２は、図１における処理ガス導入ノズルの概略構成を示す断面図である。

図２において、処理ガス導入ノズル３８は、円筒状の外側構造部５２（外側構造体）と、該外側構造部５２に内包される円柱状の内側構造部５３（内側構造体）とから成る。外側構造部５２の先端における外側及び内側の形状は半球状を呈し、内側構造部５３の先端の形状は、外側構造部５２の先端における内側の形状に対応して半球状を呈する。

外側構造部５２はフランジ部５４を有し、該フランジ部５４がクーリングプレート３７及び上部電極板３４によって構成される段差部５５に当接することによって処理空間Ｓへの処理ガス導入ノズル３８の突出量が規制される。具体的には、外側構造部５２の先端の半球のみが処理空間Ｓに突出する。また、外側構造部５２はその先端の半球において該外側構造部５２を内側から外側に向けて貫通する円柱孔状の複数の処理ガス導入孔５６を有する。また、これらの処理ガス導入孔５６は外側構造部５２の先端における半球の中心から放射状に配置されている。したがって、各処理ガス導入孔５６は外側構造部５２の半球における外側表面において処理空間Ｓの全方位に向けて満遍なく開口する。

また、外側構造部５２の内側表面には、該内側表面が呈する半球の中心を頂点とし且つ載置台１２に載置されたウエハＷに向けて末広がる、頂角が１２０°（図中で示すθが６０°）の円錐と該内側表面とが交差する交差線で囲われた領域内のほぼ全域に亘って中心部凹み部５７が形成されている。さらに、外側構造部５２の内側表面には、上記領域の外側において中心部凹み部５７を囲うように略円環状の周縁部凹み部５８が形成されている。各処理ガス導入孔５６は中心部凹み部５７及び周縁部凹み部５８のいずれかと連通する。したがって、各処理ガス導入孔５６は中心部凹み部５７に連通する中心部処理ガス導入孔群（第１の処理ガス導入孔群）と周縁部凹み部５８に連通する周縁部処理ガス導入孔群（第２の処理ガス導入孔群）とに分けられる。すなわち、中心部処理ガス導入孔群は、外側構造部５２の先端の半球における外側表面において該半球の中心を頂点とし且つウエハＷに向けて末広がる円錐と外側表面とが交差する交差線で囲われた領域内に開口する処理ガス導入孔５６からなり、周縁部処理ガス導入孔群は、外側構造部５２の半球における外側表面において開口する処理ガス導入孔５６のうち中心部処理ガス導入孔群に含まれない処理ガス導入孔５６からなる。

ここで、中心部処理ガス導入孔群の各処理ガス導入孔５６が開口する、外側構造部５２の先端の半球における外側表面の表面積Ｓ_CNTは、下記式（１）で示される。
Ｓ_CNT ＝２πｒ²（１−ｃｏｓθ） … （１）
本実施の形態では、θが６０°であるので、表面積Ｓ_CNTは、周縁部処理ガス導入孔群の各処理ガス導入孔５６が開口する、外側構造部５２の先端の半球における外側表面の表面積Ｓ_EDGと同じである。また、隣接する２つの処理ガス導入孔５６のピッチは、中心部処理ガス導入孔群又は周縁部処理ガス導入孔群に拘わらず、全て同じである。したがって、中心部処理ガス導入孔群が含む処理ガス導入孔５６の数と、周縁部処理ガス導入孔群が含む処理ガス導入孔５６の数とは同じである。

内側構造部５３は中心軸に沿って穿設された中心部処理ガス導入路５９と、該中心部処理ガス導入路５９を囲うように穿設された周縁部処理ガス導入路６０とを有する。中心部処理ガス導入路５９及び周縁部処理ガス導入路６０はそれぞれ処理ガス導入ライン５０，５１に接続されている。

内側構造部５３が外側構造部５２の内側に挿入された際、内側構造部５３の先端と中心部凹み部５７とは中心部バッファ室６１を構成し、内側構造部５３の先端と周縁部凹み部５８とは周縁部バッファ室６２を構成する。

また、内側構造部５３は、中心部バッファ室６１及び中心部処理ガス導入路５９を連通させる連通路６３と、周縁部バッファ室６２及び周縁部処理ガス導入路６０を連通させる連通路６４とを有する。したがって、中心部処理ガス導入孔群に含まれる各処理ガス導入孔５６は、中心部バッファ室６１、連通路６３及び中心部処理ガス導入路５９を介して中心部処理ガス導入系統と連通し、周縁部処理ガス導入孔群に含まれる各処理ガス導入孔５６は、周縁部バッファ室６２、連通路６４及び周縁部処理ガス導入路６０を介して周縁部処理ガス導入系統と連通する。

上述したように、中心部処理ガス導入系統及び周縁部処理ガス導入系統はそれぞれ供給する処理ガスの流量を調整することができるので、中心部処理ガス導入孔群及び周縁部処理ガス導入孔群は処理空間Ｓに向けて導入される処理ガスの流量を互いに独立して制御することができる。

また、処理ガス導入ノズル３８において、外側構造部５２及び内側構造部５３はそれぞれ石英によって構成される。

上述したプラズマ処理装置１０によれば、処理ガス導入ノズル３８はウエハＷに中心に向けて処理空間Ｓに突出する半球状の突起状物であり、該半球の表面において処理空間Ｓの全方位に向けて満遍なく開口する複数の処理ガス導入孔５６を有するので、処理空間Ｓに向けて一点から処理ガスを噴出することができる。これにより、ウエハＷ上において処理ガスが拡散するのを防止することができる。また、複数の処理ガス導入孔５６の各開口方向に方向性を持たせる（各開口方向を所望の方向に設定する）ことにより、ウエハＷ上における処理ガスの流線分布の制御を容易に行うことができる。その結果、ウエハＷ上のプラズマの状態を容易に所望の状態に維持することができる。また、これにより、ウエハＷのエッチレートの均一性やエッチングによって形成される溝形状やＣＤ値の制御性を向上することができる。

また、プラズマ処理装置１０では処理空間Ｓが比較的大きく設定されているにも拘わらず、ウエハＷ上において処理ガスの流線分布の制御を容易に行うことができるので、ウエハＷ上のプラズマの状態を容易に所望の状態に維持することができ、ウエハＷのポリシリコン層を適切にエッチングすることができる。

上述した処理ガス導入ノズル３８では、中心部処理ガス導入孔群及び周縁部処理ガス導入孔群は処理空間Ｓに向けて導入される処理ガスの流量を互いに独立して制御することができるので、ウエハＷ上における処理ガスの流線分布の制御を正確に行うことができる。

また、処理ガス導入ノズル３８は先端が半球状の突起状物であり、各処理ガス導入孔５６は半球の中心から放射状に配置されているので、該半球の表面において各処理ガス導入孔５６を処理空間Ｓの全方位に向けて満遍なく開口させることができ、もって、ウエハＷ上における処理ガスの流線分布の制御をより容易に行うことができる。

処理ガス導入ノズル３８では、中心部処理ガス導入孔群は、外側構造部５２の先端における半球の中心を頂点とし且つウエハＷに向けて末広がる、頂角が１２０°の円錐と外側構造部５２の内側表面とが交差する交差線で囲われた領域内のほぼ全域に亘って形成された中心部凹み部５７と連通する処理ガス導入孔５６からなり、周縁部処理ガス導入孔群は、中心部凹み部５７を囲うように形成される略円環状の周縁部凹み部５８と連通する処理ガス導入孔５６からなる。これにより、中心部処理ガス導入孔群及び周縁部処理ガス導入孔群において各処理ガス導入孔５６が上記半球の中心軸に関して対称に配置されるため、中心部処理ガス導入孔群及び周縁部処理ガス導入孔群のそれぞれにおいて各方位に向けて噴出される処理ガスの流量を均一にすることができ、もって、ウエハＷ上における処理ガスの流線分布の制御をさらに容易に行うことができる。

また、処理ガス導入ノズル３８では、中心部処理ガス導入孔群と周縁部処理ガス導入孔群とを仕分ける円錐の頂角が１２０°であるので、中心部処理ガス導入孔群が含む処理ガス導入孔５６の数と、周縁部処理ガス導入孔群が含む処理ガス導入孔５６の数とをほぼ同数にすることができる。したがって、中心部処理ガス導入孔群及び周縁部処理ガス導入孔群から導入される処理ガスの流量を変化させた場合における、中心部処理ガス導入孔群の各処理ガス導入孔５６が噴出する処理ガスの流量の変化量と、周縁部処理ガス導入孔群の各処理ガス導入孔５６が噴出する処理ガスの流量の変化量とをほぼ同じにすることができる。その結果、ウエハＷ上における処理ガスの流線分布の制御を確実に容易に行うことができる。

また、処理ガス導入ノズル３８は、外側構造部５２と、該外側構造部５２に内包される内側構造部５３とから成るので、外側構造部５２と内側構造部５３との間に空間を設けることによって処理ガスのバッファ室６１，６２を容易に形成することができ、もって、処理ガス導入ノズル３８の作製を容易に行うことができる。さらに、処理ガス導入ノズル３８は上述した分割構造を有するので、処理ガスの通路やバッファ室を形成するために無駄な空間を内部に形成する必要がなく、これにより、プラズマが処理ガス導入ノズル３８の内部に侵入して異常放電を発生させるのを防止することができる。なお、異常放電の発生を防止する観点からは、処理ガス導入孔５６の構造を円柱孔状ではなく、ラビリンス状にするのが好ましい。

上述した処理ガス導入ノズル３８では、処理空間Ｓに向けて一点から処理ガスを噴出するため、従来のシャワーヘッドに比べて処理ガスと処理ガス導入部の内部構造とが接触する面積を削減することができ、処理ガスと内部構造の構成材とが化学反応して反応生成物を生成するのを抑制することができる。また、処理ガス導入ノズル３８の外側構造部５２及び内側構造部５３は処理ガスであるＣＦ系のガスと反応しやすいアルミニウムではなく、ＣＦ系のガスと反応しない石英によって構成されるので、反応生成物の生成を防止することができる。その結果、内部構造から剥離した反応生成物が処理空間Ｓに侵入してパーティクルとなるのを防止することができ、もって、ウエハＷから製造される半導体デバイスの歩留まりを向上することができる。なお、外側構造部５２及び内側構造部５３を構成する材料は石英に限られずＣＦ系のガスと反応しない材料、例えば、セラミックやシリコンであってもよい。

また、プラズマ処理装置１０において従来のシャワーヘッドの代わりに処理ガス導入ノズル３８を用いることにより、上部電極板に処理ガス導入孔を設ける必要をなくし、該上部電極板の構造を簡素にすることができるので、プラズマ処理装置１０のコストを削減することができる。

上述したプラズマ処理装置１０では、処理ガス導入ノズル３８は半球状の突起状物であったが、処理ガス導入ノズル３８の形状はこれに限られず、例えば、処理空間Ｓに突出する円柱や円錐であってもよい。

また、プラズマ処理装置１０は１つの処理ガス導入ノズル３８を備えたが、プラズマ処理装置１０が備える処理ガス導入ノズル３８の数はこれに限られず、例えば、２つ以上であってもよい。また、処理ガス導入ノズル３８が配置される場所もウエハＷの中心に対向する位置に限られず、例えば、ウエハＷの周縁部に対向するように配置されてもよい。

上述したプラズマ処理装置１０において用いられる処理ガスは、例えば、ＣＨ_２Ｆ_２，ＣＨ_３Ｆ，ＣＨＦ_３，Ｃ_４Ｆ_８等を組み合わせたガスにＯ_２ガス及びＨｅ等の不活性ガスを添加した混合ガスや、臭素系ガス又は塩素系ガスにＯ_２ガス及びＨｅ等の不活性ガスを添加した混合ガスが該当する。

上述したプラズマ処理装置１０では、プラズマ処理が施される基板は半導体ウエハであったが、プラズマ処理が施される基板はこれに限られず、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＦＰＤ（Flat Panel Display）等のガラス基板であってもよい。

次に、本発明の実施例を具体的に説明する。

実施例１
まず、エッチング処理が施されるウエハとして、ポリシリコン膜のブランケットウエハ（Blanket wafer）Ｗ_ｂ（毛布のように形成されたポリシリコン膜を表面上に有するウエハ）を準備した。次いで、図３（Ａ）に示すように、準備されたブランケットウエハＷ_ｂをプラズマ処理装置１０のチャンバ１１内に搬入し、該チャンバ１１内の処理空間Ｓに処理ガスとして臭素系ガス又は塩素系ガスにＯ_２ガス及びＨｅ等の不活性ガスを添加した混合ガスを処理ガス導入ノズル３８から処理空間Ｓの全方位に向けて供給した。このとき、中心部処理ガス導入孔群が処理空間Ｓに噴出する処理ガスの流量と、周縁部処理ガス導入孔群が処理空間Ｓに噴出する処理ガスの流量とは同じであった。次いで、処理空間Ｓに高周波電力を印加して供給された処理ガスからプラズマを発生させ、ブランケットウエハＷ_ｂにエッチング処理を施した。

その後、エッチング処理が施されたブランケットウエハＷ_ｂをチャンバ１１から搬出してブランケットウエハＷ_ｂの表面におけるエッチレートの分布を計測し、計測されたエッチレートの分布を図３（Ｂ）のグラフに示した。

比較例１
まず、実施例１と同様に、ポリシリコン膜のブランケットウエハＷ_ｂを準備した。次いで、図４（Ａ）に示すように、載置台に向けて一方向に処理ガスを噴出する処理ガス導入ノズル６５を有する基板処理装置のチャンバ内に搬入し、該チャンバ内の処理空間Ｓに実施例１と同じ処理ガスを処理ガス導入ノズル６５からブランケットウエハＷ_ｂの中心に向けて集中的に噴出した。次いで、処理空間Ｓに高周波電力を印加して供給された処理ガスからプラズマを発生させ、ブランケットウエハＷ_ｂにエッチング処理を施した。

その後、エッチング処理が施されたブランケットウエハＷ_ｂをチャンバから搬出してブランケットウエハＷ_ｂの表面におけるエッチレートの分布を計測し、計測されたエッチレートの分布を図４（Ｂ）のグラフに示した。

比較例２
まず、実施例１と同様に、ポリシリコン膜のブランケットウエハＷ_ｂを準備した。次いで、図５（Ａ）に示すように、従来のシャワーヘッドを有する基板処理装置のチャンバ内に搬入し、該チャンバ内の処理空間Ｓに実施例１と同じ処理ガスをシャワーヘッドからブランケットウエハＷ_ｂの全表面に向けて噴出した。次いで、処理空間Ｓに高周波電力を印加して供給された処理ガスからプラズマを発生させ、ブランケットウエハＷ_ｂにエッチング処理を施した。

その後、エッチング処理が施されたブランケットウエハＷ_ｂをチャンバから搬出してブランケットウエハＷ_ｂの表面におけるエッチレートの分布を計測し、計測されたエッチレートの分布を図５（Ｂ）のグラフに示した。

図３（Ｂ）、図４（Ｂ）及び図５（Ｂ）のグラフから、処理ガスをブランケットウエハＷ_ｂの中心に向けて集中的に噴出した場合（比較例１）には、ブランケットウエハＷ_ｂの中心部（Center）におけるエッチレートだけが大きくなり、ブランケットウエハＷ_ｂの中心部のみが極端にエッチングされることが分かり、また、処理ガスをブランケットウエハＷ_ｂの全表面に向けて噴出した場合（比較例２）には、ブランケットウエハＷ_ｂの中心部におけるエッチレートが周縁部（Edge）におけるエッチレートより小さくなり、ブランケットウエハＷ_ｂの中心部がエッチングされにくいことが分かった。一方、処理ガスを処理空間Ｓの全方位に向けて一点から噴出した場合（実施例１）には、ブランケットウエハＷ_ｂの中心部及び周縁部におけるエッチレートの大きさはほぼ同じであり、ブランケットウエハＷ_ｂの全表面がほぼ均一にエッチングされていることが分かった。

以上より、エッチレートの均一性向上の観点から、処理ガスを処理空間Ｓの全方位に向けて一点から噴出するのが好ましいことが分かった。

次に、処理ガス導入ノズル３８における中心部処理ガス導入孔群と周縁部処理ガス導入孔群とを仕分ける円錐の頂角についてコンピュータによる処理空間における流線分布のシミュレーションによって検討を行った。

実施例２
上記円錐の頂角を１２０°に設定し、中心部処理ガス導入孔群から導入される処理ガスの流量（CNT）と周縁部処理ガス導入孔群から導入される処理ガスの流量（EDG）との比率を０：１００に設定し、この条件下での処理空間における流線分布のシミュレーションを行った。そして、該シミュレーションの結果を図６（Ａ）に示した。図６（Ａ）では流線分布を等高線で示した。また、上記比率を２５：７５、５０：５０及び７５：２５に設定し、それぞれの条件下で同様のシミュレーションを行い、それらの結果をそれぞれ図６（Ｂ）、図６（Ｃ）及び図６（Ｄ）に示した。

比較例３
上記円錐の頂角を９０°に設定し、中心部処理ガス導入孔群から導入される処理ガスの流量と周縁部処理ガス導入孔群から導入される処理ガスの流量との比率を０：１００に設定し、この条件下での処理空間における流線分布のシミュレーションを行い、該シミュレーションの結果を図７（Ａ）に示した。また、上記比率を２５：７５及び５０：５０に設定し、それぞれの条件下で同様のシミュレーションを行い、それらの結果をそれぞれ図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）に示した。なお、上記比率を７５：２５に設定した場合、シミュレーションが収束しなかったため、結果を得ることができなかった。

比較例４
上記円錐の頂角を６０°に設定し、中心部処理ガス導入孔群から導入される処理ガスの流量と周縁部処理ガス導入孔群から導入される処理ガスの流量との比率を０：１００に設定し、この条件下での処理空間における流線分布のシミュレーションを行い、該シミュレーションの結果を図８（Ａ）に示した。また、上記比率を２５：７５に設定し、この条件下で同様のシミュレーションを行い、その結果を図８（Ｂ）に示した。なお、上記比率を５０：５０又は７５：２５に設定した場合、シミュレーションが収束しなかったため、結果を得ることができなかった。

図６（Ａ）乃至図８（Ｂ）を比較すると、図６（Ｄ）、図７（Ｃ）及び図８（Ｂ）における流線分布はほぼ同じであるのに対して、図６（Ｃ）、図７（Ｂ）及び図８（Ａ）における流線分布は互いに異なっているのが分かった。

例えば、図８（Ａ）から図８（Ｂ）へ状態が変化する場合における中心部処理ガス導入孔群から導入される処理ガスの流量の変化量及び周縁部処理ガス導入孔群から導入される処理ガスの流量の変化量、図７（Ｂ）から図７（Ｃ）へ状態が変化する場合における同変化量、並びに図６（Ｃ）から図６（Ｄ）へ状態が変化する場合における同変化量は全て同じであるが、図８（Ａ）から図８（Ｂ）への流線分布の変化度合い、図７（Ｂ）から図７（Ｃ）への流線分布の変化度合い及び図６（Ｃ）から図６（Ｄ）への流線分布の変化度合いは互いに異なる。具体的には、図８（Ａ）から図８（Ｂ）への流線分布の変化度合いが最も大きく、図６（Ｃ）から図６（Ｄ）への流線分布の変化度合いが最も小さい。

以上より、上記円錐の頂角が１２０°である場合が、処理ガスの流量変化に対して流線分布の変化度合いが最も小さく、流線分布が急激に変化することがないため、ウエハ上の流線分布の制御に最適であることが分かった。

また、上記円錐の頂角を１１８°〜１２２°の間において変化させ、実施例２と同様の条件で流線分布のシミュレーションを行ったところ、それぞれ図６（Ａ）乃至図６（Ｄ）に示す結果と同様の結果が得られた。これにより、上記円錐の頂角は１１８°〜１２２°のいずれかであれば、ウエハ上の流線分布の制御に最適であることが分かった。

次に、プラズマ処理装置１０を用いて処理ガス導入ノズル３８における処理ガスの噴出方法の変更に応じたウエハのエッチング結果、具体的には、エッチングによるＣＤ値のシフト量（変化量）を確認した。ここでのＣＤ値のシフト量とは、図９に示すように、下から順にゲートオキサイド層６６、ポリシリコン層６７、ＡＲＣ層（反射防止層）６８及び弗化クリプトンレジスト層（ＫｒＦレジスト層）６９が形成されているウエハにおける、エッチング前の弗化クリプトンレジスト層６９の最下部における幅（Initial CD）（図９（Ａ））と、エッチング後のポリシリコン層６７の最下部における幅（After CD）（図９（Ｂ））との差である。

実施例３
まず、ウエハにおける弗化クリプトンレジスト層６９の最下部における幅を、ウエハの表面において互いに直交する２つの直径方向（ｘ方向、ｙ方向）に沿う複数の測定点において、測定した。

その後、ウエハをチャンバ１１内に搬入し、処理ガス導入ノズル３８からＣＦ_４、ＣＨ_２Ｆ_２、Ｏ_２及びＡｒから成る混合ガスを処理ガスとして処理空間Ｓに供給し、チャンバ１１内の圧力を４．６７Ｐａ（３５ｍＴｏｒｒ）に設定した。また、下部電極用の高周波電源２２及び上部電極用の高周波電源３６から供給する高周波電力をそれぞれ１０００Ｗ及び７５Ｗに設定した。これにより、プラズマを生じさせ、該プラズマによってＡＲＣ層６８をエッチングした。

次いで、処理ガス導入ノズル３８からＨＢｒ、Ｈｅ及びＯ_２から成る混合ガスを処理ガスとして処理空間Ｓに供給し、チャンバ１１内の圧力を１．３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）に設定した。また、下部電極用の高周波電源２２及び上部電極用の高周波電源３６から供給する高周波電力をそれぞれ６００Ｗ及び１００Ｗに設定した。これにより、プラズマを生じさせ、該プラズマによってポリシリコン層６７をエッチングした。

次いで、処理ガス導入ノズル３８からＯ_２ガスを処理ガスとして処理空間Ｓに供給し、該Ｏ_２ガスからプラズマを生じさせ、該プラズマによって弗化クリプトンレジスト層６９及び該弗化クリプトンレジスト層６９直下のＡＲＣ層６８をアッシングした。

本実施例では、ＡＲＣ層６８及びポリシリコン層６７のエッチング、並びに、弗化クリプトンレジスト層６９等のアッシングのいずれにおいても処理ガス導入ノズル３８の中心部処理ガス導入孔群及び周縁部処理ガス導入孔群の両方から処理ガスを処理空間Ｓに向けて噴出した。

次いで、エッチングされたウエハにおけるポリシリコン層６７の最下部における幅を、ウエハの表面において互いに直交する２つの直径方向（ｘ方向、ｙ方向）に沿う複数の測定点において、測定した。その後、各測定点におけるＣＤ値のシフト量を算出し、図１０のグラフに示した。ここで、「◆」がｘ方向に沿う各測定点におけるＣＤ値のシフト量を示し、「■」がｙ方向に沿う各測定点におけるＣＤ値のシフト量を示す。

実施例４
実施例３と同様に、ＡＲＣ層６８及びポリシリコン層６７をエッチングし、且つ、弗化クリプトンレジスト層６９等をアッシングした。但し、本実施例では、ＡＲＣ層６８及びポリシリコン層６７のエッチング、並びに、弗化クリプトンレジスト層６９等のアッシングのいずれにおいても処理ガス導入ノズル３８の周縁部処理ガス導入孔群のみから処理ガスを処理空間Ｓに向けて噴出した。

そして、各測定点におけるＣＤ値のシフト量を算出し、図１１のグラフに示した。ここでも、「◆」がｘ方向に沿う各測定点におけるＣＤ値のシフト量を示し、「■」がｙ方向に沿う各測定点におけるＣＤ値のシフト量を示す。

実施例５
実施例３と同様に、ＡＲＣ層６８及びポリシリコン層６７をエッチングし、且つ、弗化クリプトンレジスト層６９等をアッシングした。但し、本実施例では、ＡＲＣ層６８及びポリシリコン層６７のエッチング、並びに、弗化クリプトンレジスト層６９等のアッシングのいずれにおいても処理ガス導入ノズル３８の中心部処理ガス導入孔群のみから処理ガスを処理空間Ｓに向けて噴出した。

そして、各測定点におけるＣＤ値のシフト量を算出し、図１２のグラフに示した。ここでも、「◆」がｘ方向に沿う各測定点におけるＣＤ値のシフト量を示し、「■」がｙ方向に沿う各測定点におけるＣＤ値のシフト量を示す。

図１０、図１１及び図１２のグラフから、周縁部処理ガス導入孔群のみから処理ガスを処理空間Ｓに向けて噴出すると、ウエハの中心部ではＣＤ値のシフト量が減少する一方、中心部処理ガス導入孔群のみから処理ガスを処理空間Ｓに向けて噴出すると、ウエハの中心部ではＣＤ値のシフト量が増加することが分かった。すなわち、処理ガス導入ノズル３８における処理ガスの噴出方法を変更することによってウエハにおけるＣＤ値のシフト量の分布を制御することができることが分かった。

次に、プラズマ処理装置１０及び従来のシャワーヘッドを用いたプラズマ処理装置におけるエッチングによるＣＤ値のシフト量をそれぞれ確認した。ここで確認されたＣＤ値のシフト量は、実施例３乃至５とは異なり、弗化クリプトンレジスト層６９及びポリシリコン層６７の最下部の幅の差（Bottom CD）だけでなく、エッチング前の弗化クリプトンレジスト層６９の最上部における幅（図９（Ａ））及びエッチング後のポリシリコン層６７の最上部における幅（図９（Ｂ））の差（Top CD）、並びに、エッチング前の弗化クリプトンレジスト層６９の中段における幅（図９（Ａ））及びエッチング後のポリシリコン層６７の中段における幅（図９（Ｂ））の差（Middle CD）を含んだ。

実施例６
まず、表面に疎（ＩＳＯ）なエッチングパターンに対応する弗化クリプトンレジスト層６９が形成されたウエハを準備し、該ウエハにおける弗化クリプトンレジスト層６９の最下部、中段、最上部における幅をウエハの表面の複数の測定点において測定した。

その後、プラズマ処理装置１０において、実施例３と同様の条件でＡＲＣ層６８をエッチングし、ポリシリコン層６７をエッチングし、さらに、弗化クリプトンレジスト層６９及び該弗化クリプトンレジスト層６９直下のＡＲＣ層６８をアッシングした。

次いで、エッチングされたウエハにおけるポリシリコン層６７の最下部、中段、最上部における幅をウエハの表面における複数の測定点において測定した。その後、各測定点におけるＣＤ値のシフト量を算出し、特に中段のシフト量を「▲」で図１３のグラフに示した。ここで、横軸は各測定点のウエハの中心からの距離を示す。

また、本実施例における最下部、中段、最上部におけるＣＤ値のシフト量の３σ（標準偏差の３倍）を後述の表１に示した。

実施例７
まず、表面に密（ＮＥＳＴ）なエッチングパターンに対応する弗化クリプトンレジスト層６９が形成されたウエハを準備し、該ウエハにおける弗化クリプトンレジスト層６９の最下部、中段、最上部における幅をウエハの表面の複数の測定点において測定した。

本実施例も、ＡＲＣ層６８及びポリシリコン層６７のエッチング、並びに、弗化クリプトンレジスト層６９等のアッシングのいずれにおいて処理ガス導入ノズル３８の中心部処理ガス導入孔群及び周縁部処理ガス導入孔群の両方から処理ガスを処理空間Ｓに向けて噴出した。

次いで、エッチングされたウエハにおけるポリシリコン層６７の最下部、中段、最上部における幅をウエハの表面における複数の測定点において測定した。その後、各測定点におけるＣＤ値のシフト量を算出し、特に中段のシフト量を「●」で図１３のグラフに示した。

また、本実施例における最下部、中段、最上部におけるＣＤ値のシフト量の３σも後述の表１に示した。

比較例５
まず、表面に疎なエッチングパターンに対応する弗化クリプトンレジスト層６９が形成されたウエハを準備し、該ウエハにおける弗化クリプトンレジスト層６９の最下部、中段、最上部における幅をウエハの表面の複数の測定点において測定した。

その後、従来のシャワーヘッドを用いたプラズマ処理装置において、実施例３と同様の条件でＡＲＣ層６８をエッチングし、ポリシリコン層６７をエッチングし、さらに、弗化クリプトンレジスト層６９及び該弗化クリプトンレジスト層６９直下のＡＲＣ層６８をアッシングした。

本実施例では、ＡＲＣ層６８及びポリシリコン層６７のエッチング、並びに、弗化クリプトンレジスト層６９等のアッシングのいずれにおいてもシャワーヘッドのガス導入孔から均一に処理ガスを処理空間Ｓに向けて噴出した。

次いで、エッチングされたウエハにおけるポリシリコン層６７の最下部、中段、最上部における幅をウエハの表面における複数の測定点において測定した。その後、各測定点におけるＣＤ値のシフト量を算出し、特に中段のシフト量を「▲」で図１４のグラフに示した。ここで、横軸は各測定点のウエハの中心からの距離を示す。

比較例６
まず、表面に密なエッチングパターンに対応する弗化クリプトンレジスト層６９が形成されたウエハを準備し、該ウエハにおける弗化クリプトンレジスト層６９の最下部、中段、最上部における幅をウエハの表面の複数の測定点において測定した。

本実施例も、ＡＲＣ層６８及びポリシリコン層６７のエッチング、並びに、弗化クリプトンレジスト層６９等のアッシングのいずれにおいてシャワーヘッドのガス導入孔から均一に処理ガスを処理空間Ｓに向けて噴出した。

次いで、エッチングされたウエハにおけるポリシリコン層６７の最下部、中段、最上部における幅をウエハの表面における複数の測定点において測定した。その後、各測定点におけるＣＤ値のシフト量を算出し、特に中段のシフト量を「●」で図１４のグラフに示した。

図１３のグラフ及び図１４のグラフの比較の結果、並びに表１から、プラズマ処理装置１０におけるＣＤ値のシフト量のばらつきが、従来のシャワーヘッドを用いたプラズマ処理装置におけるＣＤ値のシフト量のばらつきよりも小さいことが分かった。すなわち、処理ガス導入ノズル３８を用いて処理空間Ｓに向けて一点から処理ガスを噴出することにより、ＣＤ値のシフト量のばらつきを抑制できることが分かった。

本発明の実施の形態に係る基板処理装置の概略構成を示す断面図である。図１における処理ガス導入ノズルの概略構成を示す断面図である。本発明の実施例１におけるエッチレート分布計測実験に関する図であり、（Ａ）は実施例１におけるエッチレート分布計測実験方法を説明するための図であり、（Ｂ）は実施例１におけるエッチレート分布計測の結果を示すグラフである。本発明の比較例１におけるエッチレート分布計測実験に関する図であり、（Ａ）は比較例１におけるエッチレート分布計測実験方法を説明するための図であり、（Ｂ）は比較例１におけるエッチレート分布計測の結果を示すグラフである。本発明の比較例２におけるエッチレート分布計測実験に関する図であり、（Ａ）は比較例２におけるエッチレート分布計測実験方法を説明するための図であり、（Ｂ）は比較例２におけるエッチレート分布計測の結果を示すグラフである。本発明の実施例２における処理空間の流線分布のシミュレーションの結果を示す図であり、（Ａ）は中心部処理ガス導入孔群から導入される処理ガスの流量と周縁部処理ガス導入孔群から導入される処理ガスの流量との比率を０：１００に設定した場合の結果を示す図であり、（Ｂ）は同比率を２５：７５に設定した場合の結果を示す図であり、（Ｃ）は同比率を５０：５０に設定した場合の結果を示す図であり、（Ｄ）は同比率を７５：２５に設定した場合の結果を示す図である。本発明の比較例３における処理空間の流線分布のシミュレーションの結果を示す図であり、（Ａ）は中心部処理ガス導入孔群から導入される処理ガスの流量と周縁部処理ガス導入孔群から導入される処理ガスの流量との比率を０：１００に設定した場合の結果を示す図であり、（Ｂ）は同比率を２５：７５に設定した場合の結果を示す図であり、（Ｃ）は同比率を５０：５０に設定した場合の結果を示す図である。本発明の比較例４における処理空間の流線分布のシミュレーションの結果を示す図であり、（Ａ）は中心部処理ガス導入孔群から導入される処理ガスの流量と周縁部処理ガス導入孔群から導入される処理ガスの流量との比率を０：１００に設定した場合の結果を示す図であり、（Ｂ）は同比率を２５：７５に設定した場合の結果を示す図である。本発明の実施例３乃至７、並びに比較例５及び６におけるウエハの膜構成を示す図であり、図９（Ａ）はエッチング前の状態を示す図であり、図９（Ｂ）はエッチング後の状態を示す図である。本発明の実施例３におけるＣＤ値のシフト量の分布を示すグラフである。本発明の実施例４におけるＣＤ値のシフト量の分布を示すグラフである。本発明の実施例５におけるＣＤ値のシフト量の分布を示すグラフである。本発明の実施例６，７におけるＣＤ値のシフト量の分布を示すグラフである。本発明の比較例５，６におけるＣＤ値のシフト量の分布を示すグラフである。

符号の説明

Ｓ処理空間
Ｗ半導体ウエハ
１０プラズマ処理装置
１２載置台
３８処理ガス導入ノズル
４６，４７処理ガス導入管
４８，４９処理ガスバルブ
５０，５１処理ガス導入ライン
５２外側構造部
５３内側構造部
５６処理ガス導入孔
５９中心部処理ガス導入路
６０周縁部処理ガス導入路
６１中心部バッファ室
６２周縁部バッファ室
６３，６４連通路
６６ゲートオキサイド層６６
６７ポリシリコン層
６８ＡＲＣ層
６９弗化クリプトンレジスト層

Claims

基板を収容する処理室と、該処理室内に配置され且つ前記基板を載置する載置台と、前記処理室内に向けて処理ガスを導入する少なくとも１つの処理ガス導入部とを備え、前記基板にプラズマ処理としてのエッチング処理を施す基板処理装置において、
前記処理ガス導入部は、前記処理室内に突出する、先端が半球状の突起部を有し、
前記突起部は、
前記処理室に露出する外側構造体と、
前記外側構造体に内包される内側構造体と、
前記外側構造体と前記内側構造体との間に形成されたバッファ室と、
前記バッファ室と連通するように前記内側構造体に設けられ、前記処理ガスを前記バッファ室へ供給する連通路と、
前記バッファ室と連通するように前記外側構造体に設けられ、互いに異なる方向に向けて前記処理室内に前記処理ガスを噴射するように開口する複数の処理ガス導入孔とを有し、
前記バッファ室は、互いに独立した複数のバッファ室部に分けられ、
前記複数のバッファ室部のそれぞれに連通するように前記連通路が前記内側構造体に複数設けられ、
前記複数の処理ガス導入孔は、前記複数のバッファ室部のいずれか１つに連通するように複数の処理ガス導入孔群に分けられており、
前記複数の処理ガス導入孔群から前記処理室内に向けて導入されるそれぞれの処理ガスの流量が独立して制御されることを特徴とする基板処理装置。
前記バッファ室は、互いに独立した第１のバッファ室部と第２のバッファ室部とに分けられ、且つ、前記第１のバッファ室部と第２のバッファ室部のそれぞれに連通するように前記連通路が前記内側構造体に複数設けられており、
前記複数の処理ガス導入孔は、前記第１のバッファ室部と連通する第１の処理ガス導入孔群と、前記第２のバッファ室部と連通する第２の処理ガス導入孔群とに分けられ、
前記第１の処理ガス導入孔群及び前記第２の処理ガス導入孔群から前記処理室内に向けて導入されるそれぞれの処理ガスの流量が独立して制御されることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
前記第１の処理ガス導入孔群に含まれる処理ガス導入孔は、前記突起部の中心を頂点とし且つ前記載置台に向けて末広がる円錐と前記突起部の外表面とが交差する交差線で囲われた領域において開口し、
前記第２の処理ガス導入孔群に含まれる処理ガス導入孔は、前記領域の外側の領域で開口していることを特徴とする請求項２記載の基板処理装置。
前記円錐の頂角は１２０°±２°であることを特徴とする請求項３記載の基板処理装置。
基板を収容する処理室と、該処理室内に向けて処理ガスを導入する処理ガス導入部とを備え、前記基板にプラズマ処理としてのエッチング処理を施す基板処理装置が実行する基板処理方法であって、
前記処理ガス導入部として、前記処理室に露出する外側構造体と、前記外側構造体に内包される内側構造体と、前記外側構造体と前記内側構造体との間に形成された複数のバッファ室とを有し、前記処理室内に突出する先端が半球状の突起部を用い、
前記処理ガスを前記複数のバッファ室のそれぞれへ供給する連通路を前記内側構造体に設けると共に、互いに異なる方向に向けて前記処理室内に前記処理ガスを噴射するように開口する複数の処理ガス導入孔を前記複数のバッファ室部のいずれか１つに連通するように複数の処理ガス導入孔群に分けて設け、
前記複数の処理ガス導入孔群から前記処理室内に向けて導入される処理ガスのそれぞれの流量を独立して制御することを特徴とする基板処理方法。
前記基板はポリシリコン層を有し、前記エッチング処理では前記ポリシリコン層をエッチングすることを特徴とする請求項５記載の基板処理方法。