JP5360069B2 - プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 - Google Patents

プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 Download PDF

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Description

この発明は、プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関するものであり、特に、マイクロ波をプラズマ源としてプラズマを発生させるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関するものである。
ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）等の半導体装置は、被処理基板である半導体基板（ウェーハ）にエッチングやＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタリング等の複数の処理を施して製造される。エッチングやＣＶＤ、スパッタリング等の処理については、そのエネルギー供給源としてプラズマを用いた処理方法、すなわち、プラズマエッチングやプラズマＣＶＤ、プラズマスパッタリング等がある。プラズマの種類には、平行平板型プラズマ、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）プラズマ等があり、種々の装置で発生させたプラズマが処理に利用される。
上記したようなプラズマエッチング処理等を被処理基板に施す際には、プラズマを生成する処理容器内に、被処理基板を処理するための反応ガスを供給する必要がある。ここで、被処理基板の処理において、処理容器内に反応ガスを供給する技術が、特開２００４−１６５３７４号公報（特許文献１）、および特開平６−１１２１６３号公報（特許文献２）に開示されている。特許文献１によると、ＥＣＲプラズマによるプラズマ処理装置において、被処理基板を載置する載置台と主コイルとの間に環状のガスリングを設けている。ガスリングは、載置台よりも大径に形成されている。このガスリングにより反応ガスを供給することとしている。特許文献２によると、ＥＣＲプラズマによるプラズマ処理装置において、デポジション性ガスの導入口を、試料保持台の近傍に配置することとしている。
特開２００４−１６５３７４号公報 特開平６−１１２１６３号公報
被処理基板を処理する際には、被処理基板の面内において、均一に処理されていることが好ましい。ここで、反応ガスを処理容器内に供給する際に、被処理基板の処理における面内均一性向上の観点から、複数の箇所から反応ガスを供給する場合がある。図２１は、処理容器内に反応ガスを供給する反応ガス供給部を二箇所に設けたプラズマ処理装置１０１の一部を示す概略断面図である。図２１に示すプラズマ処理装置１０１では、円板状の被処理基板Ｗの中央領域に反応ガスを供給するために、処理容器１０２内にマイクロ波を導入する誘電体板１０３の中央部に第一の反応ガス供給部１０４を設けている。第一の反応ガス供給部１０４においては、被処理基板Ｗの中央領域に吹き付けるようにして反応ガスを供給している。また、被処理基板Ｗの端部領域に反応ガスを供給するために、処理容器１０２の側壁１０５の上部側に第二の反応ガス供給部１０６を設けている。なお、処理中のプラズマ処理装置１０１においては、図２１中の下方側に位置する排気装置（図示せず）によって下方向に排気されている。
このように反応ガス供給部を二箇所設けたプラズマ処理装置１０１において、処理容器１０２内に粘性流の圧力領域（およそ５０ｍＴｏｒｒ以上）で反応ガスを供給した場合、第二の反応ガス供給部１０６から供給された反応ガスは、第一の反応ガス供給部１０４の影響で、図２１中の矢印Ｘで示す中央方向に流れてしまう。すなわち、第二の反応ガス供給部１０６から供給された反応ガスは、第一の反応ガス供給部１０４から供給された反応ガスと同じ供給路となってしまう。そのため、第二の反応ガス供給部１０６から反応ガスを供給する効果は認められず、被処理基板Ｗの中央領域に供給された反応ガスは、被処理基板Ｗの中央領域から端部領域に向けて放射状に広がり、端部に向かうにつれ反応ガスが消費され、かつ反応生成物が増加し、被処理基板Ｗの径方向で処理状態に分布が生じ、その結果面内の不均一を生じてしまう。
一方、分子流の圧力領域（およそ５０ｍＴｏｒｒ以下）の場合、第二の反応ガス供給部１０６から供給された反応ガスは、排気装置による排気により、図２１中の矢印Ｙで示す下方向に流れてしまう。そうすると、第二の反応ガス供給部１０６から供給された反応ガスは、被処理基板Ｗに達することなく排気されてしまうことになる。そのため、被処理基板Ｗに到達する反応ガスはほとんど第一の反応ガス供給部１０４からの供給のみとなり、上記と同様に被処理基板Ｗの処理状態に面内の不均一が生じることになる。
このように、上記した構成のプラズマ処理装置１０１においては、処理容器１０２内の圧力領域を変更して第二のガス供給部１０６から供給するガス供給量を調整しても、被処理基板Ｗへ均一に反応ガスを供給することができず、被処理基板Ｗの処理における面内均一性を確保することが困難である。特許文献１および特許文献２に示すプラズマ処理装置においては、上記と同様の問題が生ずるおそれがある。
ここで、被処理基板Ｗに均一に反応ガスを供給するために、被処理基板Ｗの真上領域に第二の反応ガス供給部を設けた場合、以下の問題が生ずるおそれがある。図２２は、この場合におけるプラズマ処理装置１１１の一部を示す概略断面図であり、図２１に示す断面に相当する。図２２に示すように、プラズマ処理装置１１１には、誘電体板１１２の中央部に第一の反応ガス供給部１１３が設けられており、保持台１１４に保持された被処理基板Ｗの真上領域に、環状の第二の反応ガス供給部１１５が設けられている。第二の反応ガス供給部１１５により、被処理基板Ｗの端部領域に向かって真下方向へ反応ガスを供給することとしている。
しかし、このような構成とすると、第一の反応ガス供給部１１３から供給された反応ガスと、第二の反応ガス供給部１１５から供給された反応ガスとが、被処理基板Ｗの中央領域と端部領域の径方向の間の領域１１６において、ぶつかり合うことになる。図２２中、領域１１６は点線で示している。そうすると、この領域１１６において反応ガスの淀む状態が生じ、デポジション（反応生成物）が滞留しやすくなってしまう。
さらに、図２２に示すように被処理基板Ｗの真上領域に第二の反応ガス供給部を設けると、被処理基板Ｗ上においてプラズマの流れを遮蔽する遮蔽物が存在することになる。このようなプラズマ遮蔽物は、被処理基板Ｗ上の処理の不均一を生じさせることになる。
上記したようなデポジションの滞留、およびプラズマ遮蔽物の影響により、領域１１６における被処理基板Ｗのエッチングレートと中央領域や端部領域における被処理基板Ｗのエッチングレートとが異なり、被処理基板Ｗの処理における面内均一性を損ねることになる。
この発明の目的は、被処理基板の処理における面内均一性を向上することができるプラズマ処理装置を提供することである。
この発明の他の目的は、被処理基板の処理における面内均一性を向上することができるプラズマ処理方法を提供することである。
この発明に係るプラズマ処理装置は、その内部で被処理基板にプラズマ処理を行う処理容器と、処理容器内に配置され、その上に被処理基板を保持する保持台と、処理容器内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、処理容器内にプラズマ処理用の反応ガスを供給する反応ガス供給部とを備える。ここで、反応ガス供給部は、保持台上に保持された被処理基板の中央領域に向かって真下方向に反応ガスを供給する第一の反応ガス供給部と、保持台上に保持された被処理基板の真上領域を避けた位置であってかつ保持台の真上領域に設けられており、保持台上に保持された被処理基板の中心側に向かって反応ガスを供給する第二の反応ガス供給部とを含む。
このような構成のプラズマ処理装置は、被処理基板の中央領域に向かって真下方向に反応ガスを供給する第一の反応ガス供給部と、被処理基板の中心側に向かって反応ガスを供給する第二の反応ガス供給部とにより、被処理基板全体に均一に反応ガスを供給することができる。また、第一および第二の反応ガス供給部により供給された反応ガス同士を被処理基板上で淀ませず、デポジション（反応生成物）の滞留を抑えることができる。さらに、第二の反応ガス供給部によって被処理基板へ到達するプラズマの流れを遮蔽することもない。したがって、被処理基板の処理における面内均一性を向上することができる。なお、ここでいう真上領域とは、被処理基板の垂直上方の領域を指す。また、被処理基板の中心側とは、被処理基板の中央領域および被処理基板の中央領域の垂直上方側をいう。
好ましくは、第二の反応ガス供給部は、保持台の近傍に配置されている。
さらに好ましくは、第二の反応ガス供給部は、保持台上に保持された被処理基板の中央領域に向かって斜め方向に反応ガスを供給する。
また、第二の反応ガス供給部は、保持台上に保持された被処理基板の中心側に向かって真横方向に反応ガスを供給するようにしてもよい。
さらに好ましくは、第二の反応ガス供給部は、環状部を含み、環状部には、反応ガスを供給する供給孔が設けられている。
さらに好ましくは、被処理基板は、円板状であり、環状部は、円環状であって、環状部の内径は、被処理基板の外径よりも大きい。
また、処理容器は、保持台の下方側に位置する底部と、底部の外周から上方向に延びる側壁とを含み、第二の反応ガス供給部は、側壁内に埋設されている構成としてもよい。
さらに好ましくは、側壁は、内方側に突出する突出部を含み、第二の反応ガス供給部は、突出部内に埋設されている。
さらに好ましい一実施形態として、プラズマ発生手段は、プラズマ励起用のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生器と、保持台と対向する位置に設けられ、マイクロ波を処理容器内に導入する誘電体板とを含む。第一の反応ガス供給部は、誘電体板の中央部に設けられている。
さらに好ましくは、保持台に保持された被処理基板の中央部の領域の温度を調整する第一の温度調整部と、保持台に保持された被処理基板の中央部の周辺に位置する端部の領域の温度を調整する第二の温度調整部とを備える。
さらに好ましくは、第一および第二の温度調整部の少なくともいずれか一方は、複数の部材から構成されている。
さらに好ましい一実施形態として、第一および第二の温度調整部はそれぞれ、保持台の内部に設けられている。
さらに好ましくは、処理容器は、保持台の下方側に位置する底部と、底部の外周から上方向に延びる側壁とを含み、側壁の温度を調整する側壁温度調整部を備える。
さらに好ましい一実施形態として、側壁温度調整部は、側壁の内部に設けられている。
この発明の他の局面において、プラズマ処理方法は、被処理基板をプラズマ処理するためのプラズマ処理方法である。ここで、プラズマ処理方法は、処理容器内に設けられた保持台上に被処理基板を保持させる工程と、プラズマ励起用のマイクロ波を発生させる工程と、誘電体板を用いてマイクロ波を処理容器内に導入する工程と、誘電体板の中央部から被処理基板の中央領域に向かって真下方向に反応ガスを供給すると共に、保持台上に保持された被処理基板の中心側に向かって反応ガスを供給する工程とを含む。
この発明のさらに他の局面において、プラズマ処理装置は、その上に被処理基板を保持する保持台と、保持台の下方側に位置する底部および底部の外周から上方向に延びる環状の側壁とを含み、その内部で被処理基板にプラズマ処理を行う処理容器と、処理容器内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、処理容器内にプラズマ処理用の反応ガスを供給する反応ガス供給部とを備える。反応ガス供給部は、保持台上に保持された被処理基板の中央領域に向かって真下方向に反応ガスを供給する第一の反応ガス供給部と、保持台上に保持された被処理基板の真上領域を避けた位置および側壁の内径側の位置であってかつ保持台よりも上方に設けられた環状部を含み、保持台上に保持された被処理基板の中心側に向かって反応ガスを供給する第二の反応ガス供給部とを含む。
好ましくは、環状部は、保持台の外径側に設けられている。
さらに好ましくは、保持台に保持された被処理基板の中央部の領域の温度を調整する第一の温度調整部と、保持台に保持された被処理基板の中央部の周辺に位置する端部の領域の温度を調整する第二の温度調整部とを備える。
さらに好ましくは、第一および第二の温度調整部はそれぞれ、保持台の内部に設けられている。
さらに好ましくは、第一および第二の温度調整部の少なくともいずれか一方は、複数の部材から構成されている。
このようなプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法によると、被処理基板の中央領域に向かって真下方向に反応ガスを供給する第一の反応ガス供給部と、被処理基板に向かって斜め方向へ反応ガスを供給する第二の反応ガス供給部とにより、被処理基板全体に均一に反応ガスを供給することができる。また、第一および第二の反応ガス供給部により供給された反応ガス同士を被処理基板上で淀ませず、デポジション（反応生成物）の滞留を抑えることができる。さらに、第二の反応ガス供給部によって被処理基板へ到達するプラズマの流れを遮蔽することもない。したがって、被処理基板の処理における面内均一性を向上することができる。
この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。 図１に示すプラズマ処理装置に備えられる第二の反応ガス供給部に含まれる環状部付近を、図１中の矢印ＩＩの方向から見た図である。 図１に示すプラズマ処理装置のうち、ＩＩＩで示す部分の拡大図である 第一の反応ガス供給部から供給される反応ガスと、第二の反応ガス供給部から供給される反応ガスの流れを示す模式図である。 この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置において、第二の反応ガス供給部から反応ガスを供給する角度θを、４２°とした場合の被処理基板Ｗの膜厚と被処理基板Ｗにおける位置との関係を示すグラフである。 この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置において、第二の反応ガス供給部から反応ガスを供給する角度θを、２４°とした場合の被処理基板Ｗの膜厚と被処理基板Ｗにおける位置との関係を示すグラフである。 被処理基板Ｗにおける図５および図６中に示すＸ軸、Ｙ軸、Ｖ軸、Ｗ軸を示す図である。 この発明の他の実施形態におけるプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図であり、図１に示す断面に相当する。 この発明のさらに他の実施形態におけるプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図であり、図１に示す断面に相当する。 この発明のさらに他の実施形態におけるプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図であり、図１に示す断面に相当する。 図１０に示すプラズマ処理装置に含まれる第二の反応ガス供給部を、図１０中の矢印ＸＩの方向から見た図である。 図１０に示すプラズマ処理装置に含まれる第二の反応ガス供給部の一部の拡大断面図である。 図１０に示すプラズマ処理装置および図２１に示すプラズマ処理装置において処理した被処理基板のロットナンバーとエッチングレート規格値との関係を示すグラフである。 図１０に示すプラズマ処理装置において処理した被処理基板のロットナンバーとパーティクル数との関係を示すグラフである。 図１０に示すプラズマ処理装置において処理する際のセンター／エッジ流量比と被処理基板の面内均一性との関係を示すグラフである。 図１０に示すプラズマ処理装置において、図１５中の矢印Ｇ１で示すセンター／エッジ流量比で被処理基板を処理した場合の被処理基板Ｗの膜厚と被処理基板Ｗにおける位置との関係を示すグラフである。 図１０に示すプラズマ処理装置において、図１５中の矢印Ｇ２で示すセンター／エッジ流量比で被処理基板を処理した場合の被処理基板Ｗの膜厚と被処理基板Ｗにおける位置との関係を示すグラフである。 図１０に示すプラズマ処理装置において、図１５中の矢印Ｇ３で示すセンター／エッジ流量比で被処理基板を処理した場合の被処理基板Ｗの膜厚と被処理基板Ｗにおける位置との関係を示すグラフである。 この発明のさらに他の実施形態におけるプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図であり、図１に示す断面に相当する。 この発明のさらに他の実施形態におけるプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図であり、図１に示す断面に相当する。 従来において、処理容器内に反応ガスを供給する反応ガス供給部を二箇所設けたプラズマ処理装置の一部を示す概略断面図である。 被処理基板Ｗの真上領域に第二の反応ガス供給部を設けたプラズマ処理装置の一部を示す概略断面図であり、図２１に示す断面に相当する。
以下、この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。図１に示すように、プラズマ処理装置１１は、その内部で被処理基板Ｗにプラズマ処理を行う処理容器１２と、処理容器１２内にプラズマ処理用の反応ガスを供給する反応ガス供給部１３と、その上に被処理基板Ｗを保持する円板状の保持台１４と、プラズマ励起用のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生器１５と、保持台１４と対向する位置に配置され、マイクロ波発生器１５により発生させたマイクロ波を処理容器１２内に導入する誘電体板１６と、プラズマ処理装置１１全体を制御する制御部（図示せず）とを備える。制御部は、反応ガス供給部１３におけるガス流量、処理容器１２内の圧力等、被処理基板Ｗをプラズマ処理するためのプロセス条件を制御する。
処理容器１２は、保持台１４の下方側に位置する底部１７と、底部１７の外周から上方向に延びる側壁１８とを含む。側壁１８は、円筒状である。処理容器１２の底部１７には、排気用の排気孔１９が設けられている。処理容器１２の上部側は開口しており、処理容器１２の上部側に配置される誘電体板１６、および誘電体板１６と処理容器１２との間に介在するシール部材としてのＯリング２０によって、処理容器１２は密封可能に構成されている。
マッチング２１を有するマイクロ波発生器１５は、モード変換器２２および導波管２３を介して、マイクロ波を導入する同軸導波管２４の上部に接続されている。例えば、マイクロ波発生器１５で発生させたＴＥモードのマイクロ波は、導波管２３を通り、モード変換器２２によりＴＥＭモードへ変換され、同軸導波管２４を伝播する。同軸導波管２４は、径方向中央に設けられる中心導体２５と、中心導体２５の径方向外側に設けられる外周導体２６とを含む。中心導体２５の上端部は、モード変換器２２の天井区画壁に接続されている。マイクロ波発生器１５において発生させるマイクロ波の周波数としては、例えば、２．４５ＧＨｚが選択される。なお、導波管２３としては、断面が円形状のものや断面が矩形状のものが使用される。
誘電体板１６は、円板状であって、誘電体で構成されている。誘電体板１６の下部側には、導入されたマイクロ波による定在波の発生を容易にするためのテーパ状に凹んだ環状の凹部２７が設けられている。この凹部２７により、誘電体板１６の下部側にマイクロ波によるプラズマを効率的に生成することができる。なお、誘電体板１６の具体的な材質としては、石英やアルミナ等が挙げられる。
また、プラズマ処理装置１１は、同軸導波管２４によって導入されたマイクロ波を伝播する遅波板２８と、複数設けられたスロット穴２９からマイクロ波を誘電体板１６に導入する薄板円板状のスロット板３０とを備える。マイクロ波発生器１５により発生させたマイクロ波は、同軸導波管２４を通って、遅波板２８に伝播され、スロット板３０に設けられた複数のスロット穴２９から誘電体板１６に導入される。誘電体板１６を透過したマイクロ波は、誘電体板１６の直下に電界を生じさせ、処理容器１２内にプラズマを生成させる。
保持台１４は、高周波電極を兼ねており、底部１７から垂直上方に延びる絶縁性の筒状支持部３１に支持されている。筒状支持部３１の外周に沿って処理容器１２の底部１７から垂直上方に延びる導電性の筒状支持部３２と処理容器１２の側壁１８との間には、環状の排気路３３が形成される。この排気路３３の上部には、複数の貫通孔が設けられた環状のバッフル板３４が取り付けられている。排気孔１９の下部には排気管３５を介して排気装置３６が接続されている。排気装置３６は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有している。排気装置３６により、処理容器１２内を所望の真空度まで減圧することができる。
保持台１４には、ＲＦバイアス用の高周波電源３７がマッチングユニット３８および給電棒３９を介して電気的に接続されている。この高周波電源３７は、被処理基板Ｗに引き込むイオンのエネルギーを制御するのに適した一定の周波数、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波を所定のパワーで出力する。マッチングユニット３８は、高周波電源３７側のインピーダンスと、主に電極、プラズマ、処理容器１２といった負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合器を収容しており、この整合器の中に自己バイアス生成用のブロッキングコンデンサが含まれている。
保持台１４の上面には、被処理基板Ｗを静電吸着力で保持するための静電チャック４１が設けられている。また、静電チャック４１の径方向外側には、被処理基板Ｗの周囲を環状に囲むフォーカスリング４２が設けられている。静電チャック４１は、導電膜からなる電極４３を一対の絶縁膜４４、４５の間に挟みこんだものである。電極４３には高圧の直流電源４６がスイッチ４７および被覆線４８を介して電気的に接続されている。直流電源４６より印加される直流電圧により、クーロン力で被処理基板Ｗを静電チャック４１上に吸着保持することができる。
保持台１４の内部には、周方向に延びる環状の冷媒室５１が設けられている。この冷媒室５１には、チラーユニット（図示せず）より配管５２、５３を介して所定の温度の冷媒、例えば、冷却水が循環供給される。冷媒の温度によって静電チャック４１上の被処理基板Ｗの処理温度を制御できる。さらに、伝熱ガス供給部（図示せず）からの伝熱ガス、例えば、Ｈｅガスがガス供給管５４を介して静電チャック４１の上面と被処理基板Ｗの裏面との間に供給される。
次に、処理容器１２内にプラズマ処理用の反応ガスを供給する反応ガス供給部１３の具体的な構成について説明する。反応ガス供給部１３は、被処理基板Ｗの中央領域に向かって真下方向へ反応ガスを供給する第一の反応ガス供給部６１と、被処理基板Ｗに向かって斜め方向へ反応ガスを供給する第二の反応ガス供給部６２とを備える。具体的には、第一の反応ガス供給部６１は、図１中の矢印Ｆ１の方向に向かって反応ガスを供給し、第二の反応ガス供給部６２は、図１中の矢印Ｆ２の方向に向かって反応ガスを供給する。第二の反応ガス供給部６２は、被処理基板Ｗの中心側、ここでは、被処理基板Ｗの中央領域に向かって斜め方向へ反応ガスを供給する。第一の反応ガス供給部６１および第二の反応ガス供給部６２には、同じ反応ガス供給源（図示せず）から同じ種類の反応ガスが供給される。
ここで、まず、第一の反応ガス供給部６１の構成について説明する。第一の反応ガス供給部６１は、誘電体板１６の径方向中央であって、保持台１４と対向する対向面となる誘電体板１６の下面６３よりも誘電体板１６の内方側に後退した位置に設けられている。誘電体板１６には、第一の反応ガス供給部６１を収容する収容部６４が設けられている。第一の反応ガス供給部６１と収容部６４との間にはＯリング６５が介在しており、処理容器１２内の密封性を確保することとしている。
第一の反応ガス供給部６１には、反応ガスを被処理基板Ｗの中央領域に吹き付けるようにして真下方向へ供給する複数の供給孔６６が設けられている。供給孔６６は、保持台１４に対向する壁面６７のうち、処理容器１２内に露出する領域に設けられている。なお、壁面６７は、平らである。また、第一の反応ガス供給部６１には、供給孔６６が誘電体板１６の径方向中央に位置するように設けられている。
プラズマ処理装置１１には、同軸導波管２４の中心導体２５、スロット板３０および誘電体板１６をそれぞれ貫通し、供給孔６６に至るようにして形成されたガス流路６８が設けられている。中心導体２５の上端部に形成されたガス入口６９には、途中に開閉弁７０やマスフローコントローラのような流量制御器７１等が介設されたガス供給系７２が接続されている。ガス供給系７２により流量等を調整しながら反応ガスを供給する。
次に、第二の反応ガス供給部６２の構成について説明する。図２は、図１に示す第二の反応ガス供給部６２に含まれる環状部７３付近を、図１中の矢印ＩＩの方向から見た図である。図１〜図２に示すように、第二の反応ガス供給部６２は、円環状の環状部７３と、環状部７３を側壁１８から吊り下げる吊り下げ部７４とを含む。環状部７３は、管状部材で構成されており、その内部が反応ガスの流路となる。環状部７３は、処理容器１２内において、保持台１４と誘電体板１６との間に配置される。
ここで、環状部７３について説明する。図３は、図１中のＩＩＩで示す環状部７３の拡大図である。図１〜３に示すように、環状部７３は、上下方向に真直ぐに延び、内径側に位置する壁部７９ａと、上下方向に真直ぐに延び、外径側に位置する壁部７９ｂと、左右方向に真直ぐに延び、保持台１４側に位置する壁部７９ｃと、壁部７９ａの下方端部と壁部７９ｃの内径側端部とを繋ぐように斜め方向に真直ぐに延びる壁部７９ｄとから構成されている。
環状部７３には、被処理基板Ｗに向かって反応ガスを吹き付けるようにして斜め方向に供給する複数の供給孔７５が設けられている。供給孔７５は、丸孔状である。供給孔７５は、斜め方向に延びる壁部７９ｄに設けられている。具体的には、壁部７９ｄのうち、壁部７９ｄに垂直な方向に壁部７９ｄの一部を開口するように設けられている。供給孔７５の角度は、反応ガスを供給する方向に応じて、任意に定められる。ここで、供給孔７５の角度は、第二の反応ガス供給部６２によって反応ガスを供給する斜め方向の角度であり、環状部７３の上下方向の中心７８を通り、左右方向に延びる直線（図中の一点鎖線）と、壁部７９ｄに垂直な方向に延び、図３中の三点鎖線で示される直線７９ｅとの角度θである。複数の供給孔７５は、環状部７３において、周方向に等配に設けられている。この実施形態においては、供給孔７５は、８つ設けられている。
吊り下げ部７４についても、管状部材から構成されている。処理容器１２外から供給された反応ガスは、吊り下げ部７４の内部を通って、環状部７３まで供給される。吊り下げ部７４は、断面略Ｌ字状であって、側壁１８の上方部分から内方側に突出し、さらに垂直下方側に延びる形状である。下方側に延びた端部７６が環状部７３に接続されている。吊り下げ部７４の外方側においても、上記した開閉弁や流量制御器が介設されたガス供給系（図示せず）が設けられている。
ここで、第二の反応ガス供給部６２は、保持台１４上に保持された被処理基板Ｗの真上領域を避けた位置であってかつ保持台１４の真上領域に設けられている。具体的には、円環状の環状部７３の内径をＤ１とし、被処理基板Ｗの外径をＤ２とすると、環状部７３の内径Ｄ１は、被処理基板Ｗの外径Ｄ２よりも大きく構成されている。また、吊り下げ部７４についても、被処理基板Ｗの真上領域を避けた位置に設けられている。
第二の反応ガス供給部６２は、保持台１４の近傍に設けられていることが好ましい。具体的には、処理容器１２内において、第一の反応ガス供給部６１から供給される反応ガスの流れの影響を受けないダウンフロー領域と呼ばれるプラズマ密度が低い領域に環状部７３が設けられているとよい。保持台１４に保持された被処理基板Ｗの上面７７から図１中の一点鎖線で示す環状部７３の上下方向の中心７８までの距離Ｌ１としては、例えば、９０ｍｍ以内の所定の値が選択される。
次に、この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置１１を用いて、被処理基板Ｗのプラズマ処理を行う方法について説明する。
まず、処理容器１２内に設けられた保持台１４上に、上記した静電チャック４１を用いて被処理基板Ｗを保持させる。次に、マイクロ波発生器１５により、プラズマ励起用のマイクロ波を発生させる。その後、誘電体板１６等を介してマイクロ波を処理容器１２内に導入する。そして、誘電体板１６の中央部から被処理基板Ｗの中央領域に向かって第一の反応ガス供給部６１に設けられた供給孔６６から真下方向へ反応ガスを供給すると共に、第二の反応ガス供給部６２の環状部７３に設けられた供給孔７５から被処理基板Ｗの中央領域に向かって斜め方向へ反応ガスを供給する。このようにして、被処理基板Ｗに対して、プラズマ処理を行う。
このような構成のプラズマ処理装置１１およびプラズマ処理方法においては、被処理基板Ｗの中央領域に向かって真下方向に反応ガスを供給する第一の反応ガス供給部６１と、被処理基板Ｗの中央領域に向かって斜め方向に反応ガスを供給する第二の反応ガス供給部６２とにより、被処理基板Ｗ全体に均一に反応ガスを供給することができる。また、第一および第二の反応ガス供給部６１、６２により供給された反応ガス同士を被処理基板Ｗ上で淀ませず、デポジションの滞留を抑えることができる。さらに、第二の反応ガス供給部６２によって被処理基板Ｗへ到達するプラズマの流れを遮蔽することもない。したがって、被処理基板Ｗの処理における面内均一性を向上することができる。
ここで、上記した構成のプラズマ処理装置１１において、第一の反応ガス供給部６１から供給される反応ガスと、第二の反応ガス供給部６２から供給される反応ガスの流れについて考える。図４は、第一の反応ガス供給部６１から供給される反応ガスと、第二の反応ガス供給部６２から供給される反応ガスの流れを示す模式図である。図４中、プラズマ処理装置１１を構成する各部については、簡略化して図示している。図４に示すように、第一の反応ガス供給部６１から供給される反応ガスは、矢印Ｆ１で示す方向で、被処理基板Ｗの中央領域に向かって真下方向へ供給された後、図４中の点線で示す中央領域の近傍の位置８０において、一度バウンドして上方向に流れようとする。ここで、矢印Ｆ２で示す方向で、第二の反応ガス供給部６２から反応ガスが供給されるため、バウンドによる反応ガスの巻き上がりが押さえられる。そうすると、第一の反応ガス供給部６１から供給される反応ガスは、矢印Ｆ３に示す方向で、被処理基板Ｗの端部領域へ流れていく。このような機構により、上記した図２２に示すような反応ガスの淀みが発生しないものと考えられる。
図５および図６は、この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置１１において、被処理基板Ｗを成膜した際の膜厚と被処理基板Ｗにおける位置との関係を示すグラフである。図５および図６において、縦軸は、膜厚（Å）を示し、横軸は、中心Ｏからの距離（ｍｍ）を示す。また、図７において、被処理基板Ｗにおける図５および図６中に示すＸ軸、Ｙ軸、Ｖ軸、Ｗ軸を示す。図５および図６は、第二の反応ガス供給部６２から反応ガスを供給する角度θを変更した場合を示すグラフである。図５は、第二の反応ガス供給部６２から反応ガスを供給する角度θを、４２°とした場合を示し、図６は、第二の反応ガス供給部６２から反応ガスを供給する角度θを、２４°とした場合を示す。また、図５および図６に示す場合における環状部７３の中心径は４００ｍｍであり、図１に示す距離Ｌ１は、９０ｍｍである。なお、図６は、図１に示す構成のプラズマ処理装置１１の場合であり、第二の反応ガス供給部６２が、保持台１４上に保持された被処理基板Ｗの中央領域に向かって斜め方向に反応ガスを供給する場合の角度に相当する。ここで、図５に示す場合においては、第一の反応ガス供給部６１からのガス供給量と第二の反応ガス供給部６２からのガス供給量との比率を、３２：６８としている。また、図６に示す場合においては、第一の反応ガス供給部６１からのガス供給量と第二の反応ガス供給部６２からのガス供給量との比率を、２７：７３としている。
図５に示すように、第二の反応ガス供給部６２から反応ガスを供給する角度θを、４２°とした場合には、被処理基板の中央領域および端部領域の膜厚が、中央領域と端部領域の間の領域の膜厚よりも若干厚くなっており、グラフが多少略Ｗ字状をしているが、比較的平らであり、ほぼ均一である。すなわち、面内均一に処理されている。さらに、図６に示すように、第二の反応ガス供給部６２から反応ガスを供給する角度θを、２４°とした場合には、被処理基板Ｗの各位置において、膜厚は同程度である。すなわち、さらに面内均一に処理されている。
このように、上記構成のプラズマ処理装置１１において、第二の反応ガス供給部６２から斜め方向へ反応ガスを供給して、被処理基板Ｗの処理における面内均一性を向上することができる。一方、従来の図２２等に示すプラズマ処理装置の構成では、例えば、ガス供給量の比率の調整により、被処理基板Ｗの処理における面内均一性を向上することはできない。すなわち、従来の図２２等に示すプラズマ処理装置の構成では、ガス供給量の比率等を変更しても、被処理基板Ｗの面内における処理の程度はほとんど変わらない。
また、この発明に係るプラズマ処理装置においては、第二の反応ガス供給部６２を構成する各部材について、被処理基板Ｗの真上領域を避けた位置に設けられているため、第二の反応ガス供給部６２を構成する各部材のプラズマによる疲労を低減させることができる。したがって、第二の反応ガス供給部６２の長寿命化を図ることができる。
なお、上記の実施の形態において、被処理基板Ｗに向かって斜め方向へ反応ガスを供給する第二の反応ガス供給部は、環状部と環状部を側壁から吊り下げる吊り下げ部を含むこととしたが、これに限らず、環状部と、側壁から真直ぐ内径側に延びて環状部を支持する支持部を含むこととしてもよい。
図８は、この場合におけるプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図であり、図１に示す断面に相当する。図８中、図１と同じ構成の部材等については、同一の符号を付して、その説明を省略する。図８に示すように、プラズマ処理装置９１に備えられ、被処理基板Ｗに向かって斜め方向へ反応ガスを供給する第二の反応ガス供給部９２に含まれる環状部９３は、処理容器１２の側壁１８から、真直ぐ内径側に延びる支持部９４によって支持されている。支持部９４は中空状である。プラズマ処理装置９１の外部から供給された反応ガスは、支持部９４の内部を通って、環状部９３に設けられた供給孔９５から処理容器１２内に供給される。このような構成によっても、上記と同様の効果が得られる。
また、上記の実施の形態において、被処理基板Ｗに向かって斜め方向へ反応ガスを供給する第二の反応ガス供給部は、環状部と環状部を側壁から吊り下げる吊り下げ部を含むこととしたが、これに限らず、被処理基板Ｗに向かって斜め方向へ反応ガスを供給する第二の反応ガス供給部を、処理容器の側壁に埋設することにしてもよい。
また、プラズマ処理装置において、処理容器の側壁は、内方側に突出する突出部を含む構成とし、第二の反応ガス供給部は、突出部内に埋設されているよう構成してもよい。
図９は、この場合におけるプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図であり、図１に示す断面に相当する。図９中、図１と同じ構成の部材等については、同一の符号を付して、その説明を省略する。図９に示すように、プラズマ処理装置８１の側壁８２は、内方側、この場合、具体的には内径側に突出する突出部８３を含む。突出部８３は、環状である。そして、被処理基板Ｗに向かって斜め方向へ反応ガスを供給する第二の反応ガス供給部に含まれる環状部８４は、突出部８３内に埋設されている。環状部８４に設けられた複数の供給孔８５は、突出部８３のうち、斜め方向へ延びる壁面８６側に露出して開口するように設けられている。この場合、突出部８３は、被処理基板Ｗの真上領域を避けた位置であってかつ保持台１４の真上領域に設けられている。具体的には、突出部８３の内径、すなわち、突出部８３の径方向内側の壁面８８間の距離Ｄ３が、被処理基板Ｗの外径Ｄ２よりも大きく構成されている。また、環状部８４には、側壁８２内において、処理容器８７の外部から環状部８４に通ずるガス流路８９が設けられている。このような構成によっても、上記と同様の効果が得られる。
この場合、処理容器８７全体として、環状部８４の上方側の側壁８２の内径が、環状部８４の下方側の側壁８２の内径よりも小さいくびれ構造としてもよい。
なお、上記の実施の形態においては、環状部に設けられた供給孔は、丸孔状に開口するように設けることとしたが、これに限らず、供給孔は、周方向や径方向に延びる長孔状に開口していてもよい。さらに、上記の実施の形態においては、供給孔を８つ設けることとしたが、この数に限定されることはない。
また、上記の実施の形態においては、環状部は、上下方向、左右方向、および斜め方向に真直ぐに延びる複数の壁部から構成されることとしたが、これに限らず、例えば、湾曲した壁部を含む構成としてもよいし、図３に示す断面において、環状部を構成する壁部が円環状であってもよい。
なお、上記の実施の形態においては、第二の反応ガス供給部は、環状部を含むこととしたが、これに限らず、環状部を含まない構成、例えば、複数の吊り下げ部の下方側端部に供給孔を設け、この供給孔から被処理基板Ｗに向かって斜め方向へ反応ガスを供給する構成としてもよい。
また、上記の実施の形態においては、第二の反応ガス供給部は、保持台上に保持された被処理基板Ｗの中央領域に向かって斜め方向に反応ガスを供給することとしたが、これに限らず、第二の反応ガス供給部は、保持台上に保持された被処理基板Ｗの中心側に向かって真横方向に反応ガスを供給するよう構成してもよい。具体的には、図３を参照して、第二の反応ガス供給部から反応ガスを供給する角度θにおいて、θ＝０とする。こうすることによっても、上記した効果、すなわち、被処理基板Ｗ全体に均一に反応ガスを供給することができる。また、第一および第二の反応ガス供給部により供給された反応ガス同士を被処理基板Ｗ上で淀ませず、デポジションの滞留を抑えることができる。
これについて、図面を用いて具体的に説明する。図１０は、この場合におけるプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図であり、図１に相当する。図１０中、図１と同じ構成の部材等については、同一の符号を付して、その説明を省略する。図１１は、図１０に示すプラズマ処理装置に含まれる第二の反応ガス供給部の一部を、図１０中の矢印ＸＩの方向から見た図である。図１２は、図１０中のＸＩＩで示す部分の拡大図である。なお、図１０に示す断面は、図１１中に示すＸ−Ｘ断面に相当する。
図１０〜図１２を参照して、この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置２０１は、保持台１４上に保持された被処理基板Ｗの中心側に向かって真横方向に反応ガスを供給する第二の反応ガス供給部２０２を備える。第二の反応ガス供給部２０２は、円環状の環状部２０８と、環状部２０８の外径面側から外径側に真直ぐに突出する３つの突起部２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃとを備える。３つの突起部２１１ａ〜２１１ｃは、環状部２０８の周方向において、略等配に設けられている。具体的には、３つの突起部２１１ａ〜２１１ｃはそれぞれ、約１２０°間隔で設けられている。
第二の反応ガス供給部２０２は、平板状であって突起部２１１ａ〜２１１ｃに対応する突起を有する環状の第一の部材２０９ａと、断面略コ字状であって突起部２１１ａ〜２１１ｃに対応する突起を有する環状の第二の部材２０９ｂとを接合することにより形成されている。図１２において示す第二の反応ガス供給部２０２の断面は、略矩形状である。すなわち、第一の部材２０９ａと第二の部材２０９ｂとを接合することにより形成されるガス流路２１０は、断面が略矩形状の空間である。なお、第一および第二の部材の材質としては、例えば、石英が用いられる。
第二の反応ガス供給部２０２には、反応ガスを処理容器１２内に供給する供給孔２１５が３６個設けられている。供給孔２１５は、環状部２０８の内径側に向かって真直ぐに反応ガスを供給するように設けられている。具体的には、第二のガス供給部２０２を構成する第二の部材２０９ｂのうち、内径側に位置する壁部を径方向に真直ぐ貫通するように設けられている。供給孔２１５は、環状部２０８の上下方向のほぼ中央に設けられている。供給孔２１５は、丸孔状であり、例えば、φ０．５ｍｍの大きさである。供給孔２１５は、例えば、レーザーにより開口される。３６個の供給孔２１５は、第二のガス供給部２０２の内径面２１６において、周方向に等配となるように設けられている。
第二の反応ガス供給部２０２は、処理容器１２の側壁１８に設けられた３つの支持部２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃにより処理容器１２内に取り付けられている。具体的には、１２０°間隔で処理容器１２の側壁１８から内径側に延びるように設けられた３つの支持部２１２ａ〜２１２ｃの内径面２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｃと上記した第二の反応ガス供給部２０２に設けられる３つの突起部２１１ａ〜２１１ｃの外径面２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃとを接合させるようにして取り付けられている。上下方向の環状部２０８の取り付け位置について、環状部２０８は、いわゆるダウンフロー領域に設けられている。
ここで、支持部２１２ａについては、中空状であり、処理容器１２の外部側から支持部２１２ａを通じて第二の反応ガス供給部２０２に設けられるガス流路２１０内にガスを供給することができる。一方、他の２つの支持部２１２ｂ、２１２ｃは、中実状であり、ガスの流入および流出はできない構成となっている。すなわち、第二の反応ガス供給部２０２については、処理容器１２の外部側から支持部２１２ａおよび突起部２１１ａを通じて、ガス流路２１０内にガスが供給され、３６個設けられた供給孔２１５から中心側に向かって噴出され、処理容器１２内に供給される。
また、図１０に示すプラズマ処理装置２０１においては、保持台１４の内部に設けられ、保持台１４上に保持される被処理基板Ｗの温度を調整する温度調整部２０３を有する。温度調整部２０３は、保持台１４に保持された被処理基板Ｗの中央部の領域の温度を調整する第一の温度調整部２０４と、保持台１４に保持された被処理基板Ｗの中央部の周辺に位置する端部の領域の温度を調整する第二の温度調整部２０５とを備える構成である。第一および第二の温度調整部２０４、２０５は、具体的には、例えば、それぞれ別個に温度制御がなされるヒータである。第一の温度調整部２０４は、保持台１４の径方向の中央に設けられている。第二の温度調整部２０５は、環状であって、第一の温度調整部の外径側に径方向の間隔を開けて設けられている。第一および第二の温度調整部２０４、２０５によって、被処理基板Ｗの中央部および端部をそれぞれ異なる温度とすることができる。このような第一および第二の温度調整部２０４、２０５により、被処理基板Ｗの中央部および端部の温度をそれぞれ別個に制御して、被処理基板Ｗを処理する際の面内均一性をさらに向上させることができる。なお、第一および第二の温度調整部２０４、２０５は、それぞれ別個に制御され、図１に示すプラズマ処理装置１１のように、冷媒を流して温度を調整することができる構成であってもよい。
また、図１０に示すプラズマ処理装置２０１には、処理容器１２を構成する円筒状の側壁１８の内部、および側壁１８の上部側に配置される蓋部２１７の内部において、それぞれ温度調整部２０６、２０７が設けられている。この温度調整部２０６、２０７により、側壁１８および蓋部２１７の温度を調整して、処理容器１２内の温度を安定させることができる。したがって、より均一な処理が可能となる。温度調整部２０６、２０７の構成についても、ヒータや冷媒を流す構成が挙げられる。
このような構成のプラズマ処理装置２０１であっても、上記と同様の効果を奏することができる。すなわち、被処理基板Ｗの処理における面内均一性を確保することができる。
この場合、第二の反応ガス供給部２０２を構成する環状部２０８は、側壁１８や蓋部２１７とは別部材で構成されており、かつ、３つの支持部２１２ａ〜２１２ｃによって処理容器１２の内部に支持されているため、温度調整部２０６、２０７からの距離が離れており、温度的に安定した状態である。したがって、温度調整部２０６、２０７による温度調整の影響を低減することができ、第二の反応ガス供給部２０２に設けられた供給孔２１５によるガスの供給量を安定させることができる。
図１３は、図１０に示すプラズマ処理装置および図２１に示す従来のプラズマ処理装置において、４０ロット処理したときのエッチングレート規格値を示すグラフである。横軸は、ロットナンバーを示し、縦軸は、エッチングレート規格値を示す。ここで、各ロットの１枚目の基板に対して測定を行った場合を示している。また、エッチングレート規格値とは、エッチングサンプル全数の平均値を１とし、それぞれのエッチングレートが平均からどのくらい変化しているかを示す指標である。図１３中、丸印および実線が図１０に示すプラズマ処理装置の場合を示し、四角印および点線が図２１に示す従来のプラズマ処理装置の場合を示す。
図１３を参照して、図１０に示すプラズマ処理装置の場合、ロット間のエッチングレート規格値は、１．００から１．０１に達しない範囲内でその値が推移している。これに対し、図２１に示すプラズマ処理装置の場合、０．９８から１．０２の範囲内で推移している。すなわち、図１０に示すプラズマ処理装置の場合のエッチングレート規格値のばらつきは、０．０１未満であるのに対し、図２１に示すプラズマ処理装置の場合のエッチングレート規格値のばらつきは、０．０４よりも大きい。図１０に示すプラズマ処理装置においては、エッチングレート規格値のロット間のばらつきは、大きく低減されている。
図１４は、図１０に示すプラズマ処理装置において処理した被処理基板のロットナンバーとパーティクル数との関係を示すグラフである。横軸は、ロットナンバーを示し、縦軸は、パーティクル数（個）を示す。図１４におけるロットナンバーは、図１３におけるロットナンバーと同様である。パーティクルについては、１３０ｎｍ以上の粒径のものをパーティクルとして、パーティクルモニター（ＳＰ１）（ＫＬＡテンコール社製）でカウントした。
図１４を参照して、図１０に示すプラズマ処理装置におけるパーティクル数は、各ロットにおいて最大でも５個であり、ほとんどの場合において、５個よりも少なく、０個の場合もある。すなわち、パーティクル数が非常に少なくなっていることが把握できる。図２１に示すプラズマ処理装置については、供給孔の近傍に誘電体板があり、供給孔が強いプラズマに曝されるため、供給孔を構成する内壁面等においてパーティクルが形成されたことに起因するものであると考えられる。これに対し、図１０に示すプラズマ処理装置については、環状部がダウンフロー領域に設けられており、供給孔が強いプラズマに曝されず、パーティクルが形成されにくいためであると考えられる。
図１５は、図１０に示すプラズマ処理装置において処理する際のセンター／エッジ流量比と被処理基板に対する処理のばらつきとの関係を示すグラフである。横軸は、センター／エッジ流量比（％）を示し、縦軸は、処理のばらつき（％）を示す。横軸のセンター／エッジ流量比については、センター、すなわち、第一の反応ガス供給部からのガス供給量に対するエッジ、すなわち、第二の反応ガス供給部からのガス供給量の割合をいう。具体的には、０％とは、第一の反応ガス供給部のみからのガスの供給を示し、７０％とは、全体のガス供給量のうち、第一の反応ガス供給部からのガス供給量が７０％、第二の反応ガス供給部からのガス供給量が３０％であることを示す。また、処理のばらつきとは、面内のエッチングの最大値と最小値の差を面内多点平均値で割ったものを示すものである。後述するように、センターファーストの分布の場合は、プラスのばらつきとなり、エッジファーストの場合はマイナスのばらつきとして表現される。
図１６は、図１０に示すプラズマ処理装置において、図１５中の矢印Ｇ１で示すセンター／エッジ流量比０％で被処理基板を処理した場合の被処理基板Ｗの膜厚と被処理基板Ｗにおける位置との関係を示すグラフである。図１７は、図１０に示すプラズマ処理装置において、図１５中の矢印Ｇ２で示すセンター／エッジ流量比７０％で被処理基板を処理した場合の被処理基板Ｗの膜厚と被処理基板Ｗにおける位置との関係を示すグラフである。図１８は、図１０に示すプラズマ処理装置において、図１５中の矢印Ｇ３で示すセンター／エッジ流量比２０％で被処理基板を処理した場合の被処理基板Ｗの膜厚と被処理基板Ｗにおける位置との関係を示すグラフである。なお、図１６〜図１８に示すグラフの縦軸および横軸は、図４および図５に示すグラフの縦軸および横軸と同様であるため、それらの説明を省略する。
図１５を参照して、センター／エッジ流量比が０％の場合には、処理のばらつきが約−３３％となり、いわゆるセンターファースト分布となる。すなわち、図１６で示すように、被処理基板Ｗの中央が大きくエッチングされて中央の膜厚が薄くなり、被処理基板の端部側のエッチング量が少なくなって、端部の膜厚が厚くなる。そして、センター／エッジ流量比の値が大きくなるにつれ、処理のばらつきが０％に近づき、さらに、センター／エッジ流量比が７０％となれば、いわゆるエッジファースト分布となる。すなわち、図１７で示すように、処理のばらつきが約＋１５％程度となり、被処理基板の端部側の方が被処理基板の中央よりもエッチングされていることとなる。
この結果より、エッジファースト分布からセンターファースト分布に連続的に制御できることが把握できる。そして、このようなグラフにおいては、センター／エッジ流量比を変更、すなわち、第一および第二の反応ガス供給部によるガスの供給量を調整して、処理のばらつきを０％に近づけることが容易である。図１５に示すグラフにおいては、センター／エッジ流量比をおおよそ２０％程度とすることにより、図１８で示すような形状の処理のばらつきを実現することができる。これに対し、図２１に示すプラズマ処理装置では、処理のばらつき０％から離れた位置でグラフが横軸と略平行な形状となり、センター／エッジ流量比を変更しても、処理のばらつき０％を実現することは非常に困難となる。
なお、上記の実施の形態においては、供給孔は丸孔状としたが、これに限らず、長孔状や楕円状、多角形状であってもよい。また、供給孔を設ける上下方向の位置についても、ほぼ中央に限られず、上下方向の下方側または上方側にあってもよい。また、供給孔の開口面積の大きさについても任意である。また、供給孔の数についても上記した数に限られず、例えば、８個や１６個等が選択される。また、環状部の断面についても、円環状であってもよいし、多角形状であってもよい。
なお、上記の実施の形態においては、第二の反応ガス供給部を第一の部材および第二の部材から構成され、環状部が３つの支持部により支持される構成としたが、これに限らず、真横方向に噴出する第二の反応ガス供給部を、上記した図９に示すプラズマ処理装置のように、処理容器の側壁に埋設させるよう構成してもよい。
図１９は、この場合におけるプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図であり、図１に相当する。図１９中、図１と同じ構成の部材等については、同一の符号を付して、その説明を省略する。
図１９を参照して、この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置２２１は、保持台１４上に保持された被処理基板Ｗの中心側に向かって真横方向に反応ガスを供給する第二の反応ガス供給部２２２を備える。保持台１４の内部に設けられる温度調整部２２３は、保持台１４の径方向中央に位置する第一の温度調整部２２４および第一の温度調整部２２４の外径側に位置する環状の第二の温度調整部２２５を有する。
プラズマ処理装置２２１の処理容器１２を構成する側壁８２の一部は、径方向内側に突出している。この突出部２２９は環状に連なる構成である。そして、突出部２２９の内径面２２８には、真横方向に開口したガスの供給孔２３１が設けられている。側壁８２内には処理容器１２の外部から供給孔２３１に至るようにガス流路２３０が形成されている。供給孔２３１は、丸孔状に開口されており、複数の供給孔２３１が、周方向に略等配に設けられている。また、ガス流路２３０を挟んで、側壁８２の下方側の内部および側壁８２の上方側の内部には、上記した図１０に示すプラズマ処理装置と同様に、温度調整部２２６、２２７が設けられている。このような構成としても、上記と同様の効果を奏することができる。
なお、上記の実施の形態においては、プラズマ処理装置に備えられる第二の反応ガス供給部は、被処理基板の真上領域を避けた位置であってかつ保持台の真上領域に設けることとしたが、これに限らず、プラズマ処理装置は、以下のような構成であってもよい。
すなわち、この発明に係るプラズマ処理装置は、その上に被処理基板を保持する保持台と、保持台の下方側に位置する底部および底部の外周から上方向に延びる環状の側壁とを含み、その内部で被処理基板にプラズマ処理を行う処理容器と、処理容器内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、処理容器内にプラズマ処理用の反応ガスを供給する反応ガス供給部とを備える。ここで、反応ガス供給部は、保持台上に保持された被処理基板の中央領域に向かって真下方向に反応ガスを供給する第一の反応ガス供給部と、保持台上に保持された被処理基板の真上領域を避けた位置および側壁の内径側の位置であってかつ保持台よりも上方に設けられた環状部を含み、保持台上に保持された被処理基板の中心側に向かって反応ガスを供給する第二の反応ガス供給部とを含むよう構成してもよい。ここでいう保持台よりも上方とは、保持台を基準とした上下方向の位置のうち、保持台よりも上方側の位置のことをいう。このような構成のプラズマ処理装置２４１を、図２０に示す。図２０に示すプラズマ処理装置２４１の構成は、第二の反応ガス供給部２４２を構成する環状部が、保持台１４上に保持された被処理基板Ｗの真上領域を避けた位置であって、保持台１４の真上領域よりも外径側に設けられており、側壁１８の内径側の位置する点を除いて、図１０に示すプラズマ処理装置の構成と同じである。具体的には、環状部は、保持台１４の外径面により外径側に設けられている。すなわち、環状部は、保持台１４の真上領域よりも外径側に設けられる構成としてもよい。このように構成することによっても、上記と同様の効果を奏することができる。
なお、図１０、図１９、および図２０に示すプラズマ処理装置については、保持台の内部に第一および第二の温度調整部を備えることとしたが、これに限らず、保持台の外部側に設けてもよい。また、第一および第二の温度調整部は、径方向に分割されていてもよいし、周方向に分割されていてもよいし、上下方向に分割されていてもよい。すなわち、第一および第二の温度調整部は、それぞれ複数の部材から構成されていてもよい。なお、第一および第二の温度調整部は、一体型であっても構わない。すなわち、例えば、中央部と端部とをそれぞれ別個に温度調整可能な構成の一体型のヒータを用いてもよい。また、このような第一および第二の温度調整部については、設けない構成としてもよい。また、側壁等に設けた温度調整部についても同様に、設けない構成としてもよい。もちろん、図１や図９に示すプラズマ処理装置においても、必要に応じて、各温度調整部を設けることにしてもよい。
なお、上記の実施の形態においては、第一の反応ガス供給部のうち、保持台に対向する壁面は平らとしたが、これに限らず、供給孔が設けられた部分を保持台側に突出する構成としてもよい。
また、上記の実施の形態においては、第一および第二の反応ガス供給部から供給される反応ガスは同じ種類であるとしたが、これに限らず、第一の反応ガス供給部から供給される反応ガスの種類と第二の反応ガス供給部から供給される反応ガスの種類とを異ならせることとしてもよい。
なお、第二の反応ガス供給部において、装置の構成上、具体的には、処理容器の大きさや保持台の位置、被処理基板の大きさ等に起因した装置の寸法構成上、ほぼ真下方向にガスを供給することになっても構わない。すなわち、角度θを９０°付近となるようにする。このような構成となっても、上記と同様の効果を奏することができる。
また、上記の実施の形態においては、マイクロ波をプラズマ源とするプラズマ処理装置であったが、これに限らず、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ−ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）やＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏａｎｎｃｅ）プラズマ、平行平板型プラズマ等をプラズマ源とするプラズマ処理装置についても適用される。
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
この発明に係るプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法は、被処理基板の面内均一性の向上が要求される場合に、有効に利用される。
１１，８１，９１，２０１，２２１，２４１ プラズマ処理装置、１２，８７ 処理容器、１３ 反応ガス供給部、１４ 保持台、１５ マイクロ波発生器、１６ 誘電体板、１７ 底部、１８，８２ 側壁、１９ 排気孔、２０，６５ Ｏリング、２１ マッチング、２２ モード変換器、２３ 導波管、２４ 同軸導波管、２５ 中心導体、２６ 外周導体、２７ 凹部、２８ 遅波板、２９ スロット穴、３０ スロット板、３１，３２ 筒状支持部、３３ 排気路、３４ バッフル板、３５ 排気管、３６ 排気装置、３７ 高周波電源、３８ マッチングユニット、３９ 給電棒、４１ 静電チャック、４２ フォーカスリング、４３ 電極、４４，４５ 絶縁膜、４６ 直流電源、４７ スイッチ、４８ 被覆線、５１ 冷媒室、５２，５３ 配管、５４ ガス供給管、６１ 第一の反応ガス供給部、６２，９２，２０２，２２２，２４２ 第二の反応ガス供給部、６３ 下面、６４ 収容部、６６，７５，８５，９５，２１５，２３１ 供給孔、６７，８６，８８ 壁面、６８，８９，２１０，２３０ ガス流路、６９ ガス入口、７０ 開閉弁、７１ 流量制御器、７２ ガス供給系、７３，８４，９３，２０８ 環状部、７４ 吊り下げ部、７６ 端部、７７ 上面、７８ 中心、７９ａ，７９ｂ，７９ｃ，７９ｄ 壁部、７９ｅ 直線、８０ 位置、８３，２２９ 突出部、９４，２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ 支持部、２０３，２０４，２０５，２０６，２０７，２２３，２２４，２２５，２２６，２２７ 温度調整部、２０９ａ 第一の部材、２０９ｂ 第二の部材、２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃ 突起部、２１３ａ，２１３ｂ，２１３ｃ 外径面、２１４ａ，２１４ｂ，２１４ｃ，２１６，２２８ 内径面、２１７ 蓋部。

Claims (11)

  1. その内部で被処理基板にプラズマ処理を行う処理容器と、
    前記処理容器内に配置され、その上に前記被処理基板を保持する保持台と、
    前記処理容器内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
    前記処理容器内にプラズマ処理用の反応ガスを供給する反応ガス供給部とを備えるプラズマ処理装置であって、
    前記反応ガス供給部は、前記保持台上に保持された前記被処理基板の中央領域に向かって真下方向に反応ガスを供給する第一の反応ガス供給部と、
    前記保持台上に保持された前記被処理基板の真上領域を避けた位置であってかつ前記保持台の真上領域に設けられており、前記保持台上に保持された前記被処理基板の中心側に向かって反応ガスを供給する第二の反応ガス供給部とを含み、
    前記第二の反応ガス供給部は、前記処理容器内に形成される空間の上下方向において、前記保持台寄りに配置されており、
    前記保持台に保持された前記被処理基板の中央部の領域の温度を調整する第一の温度調整部と、前記保持台に保持された前記被処理基板の中央部の周辺に位置する端部の領域の温度を調整する第二の温度調整部とを備え、
    前記第二の反応ガス供給部は、前記保持台上に保持された前記被処理基板の中央領域に向かって斜め方向に反応ガスを供給する、プラズマ処理装置。
  2. 前記第二の反応ガス供給部は、環状部を含み、
    前記環状部には、反応ガスを供給する供給孔が設けられている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記被処理基板は、円板状であり、
    前記環状部は、円環状であって、
    前記環状部の内径は、前記被処理基板の外径よりも大きい、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記処理容器は、前記保持台の下方側に位置する底部と、前記底部の外周から上方向に延びる側壁とを含み、
    前記第二の反応ガス供給部は、前記側壁内に埋設されている、請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記側壁は、内方側に突出する突出部を含み、
    前記第二の反応ガス供給部は、前記突出部内に埋設されている、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
  6. 前記プラズマ発生手段は、プラズマ励起用のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生器と、前記保持台と対向する位置に設けられ、マイクロ波を前記処理容器内に導入する誘電体板とを含み、
    前記第一の反応ガス供給部は、前記誘電体板の中央部に設けられている、請求項１〜５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
  7. 前記第一および第二の温度調整部はそれぞれ、前記保持台の内部に設けられている、請求項１〜６のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
  8. 前記第一および第二の温度調整部の少なくともいずれか一方は、複数の部材に分割されている、請求項１〜７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
  9. 前記処理容器は、前記保持台の下方側に位置する底部と、前記底部の外周から上方向に延びる側壁とを含み、
    前記側壁の温度を調整する側壁温度調整部を備える、請求項４〜８のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
  10. 前記側壁温度調整部は、前記側壁の内部に設けられている、請求項９に記載のプラズマ処理装置。
  11. 被処理基板をプラズマ処理するためのプラズマ処理方法であって、
    処理容器内に設けられた保持台上に被処理基板を保持させる工程と、
    プラズマ励起用のマイクロ波を発生させる工程と、
    誘電体板を用いてマイクロ波を前記処理容器内に導入する工程と、
    前記誘電体板の中央部から前記被処理基板の中央領域に向かって真下方向に反応ガスを供給すると共に、前記保持台上に保持された前記被処理基板の真上領域を避けた位置であってかつ前記保持台の真上領域から前記被処理基板に向かって斜め方向に反応ガスを供給する工程と、
    前記保持台に保持された前記被処理基板の中央部の領域の温度を調整する第一の温度調整部と、前記保持台に保持された前記被処理基板の中央部の周辺に位置する端部の領域の温度を調整する第二の温度調整部とを用いて、前記被処理基板の中央部の領域の温度と前記被処理基板の端部の領域の温度とをそれぞれ別個に制御する工程とを含む、プラズマ処理方法。
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