JP5514310B2 - プラズマ処理方法 - Google Patents

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Description

本発明は、処理容器に導入された処理ガスをプラズマ化させて基板をプラズマ処理するプラズマ処理方法に関する。
従来から半導体デバイスの製造分野では、プラズマを用いて基板にプラズマ処理を行う技術が多用されている。プラズマ処理は、プラズマエッチング、及びプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）に大別される。プラズマエッチングは、半導体デバイスの微細パターンを形成する上で、リソグラフィーと並び重要な基盤技術である。今後のＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）デバイスでは、微細化と同時に膜の多様化が進み、プラズマエッチングには微細加工性能とそれを例えば３００ｍｍ以上の大口径ウェハ上で均一に制御できる技術が要請される。
プラズマエッチングのプラズマソースとしてこれまでに、平行平板、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）等が開発されている。特許文献１には、プラズマソースとして平行平板を用いたプラズマエッチング装置が開示されている。この平行平板型のプラズマエッチング装置においては、処理容器内に一対の平行な上部電極及び下部電極を設置し、下部電極に高周波を印加すると共に、この下部電極上に基板を置いてエッチングを行う。エッチングの基板の面内での均一性を向上するために、上部電極は、基板の中央に処理ガスを供給する中央領域と、基板の周辺に処理ガスを供給する周辺領域と、に区画される。そして、上部電極の中央領域及び周辺領域から共通の処理ガスを基板に供給し、周辺領域に共通ガスに加えてさらに添加ガスを添加している。添加ガスを加えることにより、基板の中央領域が周辺領域よりも排気されにくいことに起因したエッチングの面内不均一性を改善している。
近年、プラズマソースの一つとして、ラジアルラインスロットアンテナ（Ｒａｄｉａｌ Ｌｉｎｅ Ｓｌｏｔ Ａｎｔｅｎｎａ）を使用したプラズマエッチング装置が開発されている（特許文献２参照）。ラジアルラインスロットアンテナを使用したプラズマエッチング装置では、処理容器の誘電体窓の上に多数のスロットを有するスロットアンテナが設置される。スロットアンテナの多数のスロットから放射されたマイクロ波は、誘電体からなる誘電体窓を介して処理容器の処理空間に導入される。処理ガスはマイクロ波のエネルギーによってプラズマ化する。
ラジアルラインスロットアンテナによって生成されたマイクロ波プラズマの特徴は、誘電体窓直下（プラズマ励起領域と称される）で生成された比較的電子温度の高い数ｅＶのプラズマが拡散し、誘電体窓より１００ｍｍ以上下方の基板直上（拡散プラズマ領域と称される）では約１〜２ｅＶ程度の低い電子温度となることにある。すなわち、プラズマの電子温度の分布が誘電体窓からの距離の関数として生ずることに特徴がある。
ラジアルラインスロットアンテナ型のプラズマエッチング装置においては、低電子温度領域にエッチングガスを供給し、エッチングガスの解離制御（プラズマ中のエッチング種の生成量の制御）を行い、これによりエッチング反応（エッチング種による基板の表面化学反応）を制御するので、エッチングの高精度化が図れると共に、基板にダメージを与えることが大幅に低減される。例えば、スペーサ形成工程におけるエッチングなど、設計寸法どおりにデバイスを作製できると共に、基板にリセス等のダメージが入るのを抑えることができる。
特開２００８−４７６８７号公報 特開２０１０−１１８５４９号公報
近年、半導体デバイスの微細加工性能の向上や膜の多様化に伴い、エッチングガスの多様な解離制御、及び基板の面内均一性の制御の両立が要請されている。
しかし、特許文献１に記載の平行平板型のプラズマエッチング装置にあっては、４０ｍｍ以内の短距離に隔てられた上部電極と下部電極との間に生成されるプラズマを利用しており、プラズマの電子温度は上部電極から下部電極に至るまで高いまま維持され、しかも共通ガス及び添加ガスはいずれも上部電極に導入されるので、共通ガス及び添加ガスの解離を多様に制御することができないという課題がある。
特許文献２に記載のラジアルラインスロットアンテナを使用したエッチング装置においては、基板の面内でのエッチングレートやエッチング形状等を一定にするのが困難であり、エッチング処理を基板の面内で均一に行なうことが課題となっている。
そこで本発明は、処理ガスの解離状態を多様に制御することができると共に、基板処理の面内均一性も制御することができるプラズマ処理方法を提供することを目的とする。
実施形態の１つの態様は、天井部にマイクロ波を透過する誘電体窓を有すると共に、内部を気密に保つことが可能な処理容器と、前記処理容器の内部に設けられ、基板を載置する載置台と、前記処理容器の前記誘電体窓の上面に設けられ、前記処理容器の処理空間に多数のスロットを介してマイクロ波を導入するスロットアンテナと、所定の周波数のマイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、前記マイクロ波発生器が発生するマイクロ波を前記スロットアンテナに導くマイクロ波導入路と、処理ガス源から供給される処理ガスを前記処理容器に導入する処理ガス導入手段と、前記処理容器内に導入された処理ガスを、前記載置台に載置された基板の上面より下方の排気口から排気する排気手段と、を備えるプラズマ処理装置において、前記処理ガス源は、共通ガスを供給するための共通ガス源と、添加ガスを供給するための添加ガス源と、を有し、前記処理ガス導入手段は、前記共通ガス源に接続される共通ガスラインと、前記共通ガスラインに設けられ、前記共通ガスラインを二系統に分岐させると共に、二系統に分岐される前記共通ガスの流量の比率を調節可能なフロースプリッタと、二系統に分岐される分岐共通ガスラインの一方に接続され、前記共通ガスを前記載置台に載置される基板の中央部に供給するための中央導入口を有する中央導入部と、二系統に分岐される前記分岐共通ガスラインの他方に接続され、前記共通ガスを前記載置台に載置される基板の周辺部に供給するための、基板上方の周方向に配列される複数の周辺導入口を有する周辺導入部と、前記添加ガス源に接続されると共に、二系統に分岐される前記分岐共通ガスラインの少なくとも一方に前記添加ガスを添加する添加ガスラインと、前記添加ガスラインに設けられ、前記添加ガスの流量を調節する流量調節部と、を有し、前記中央導入口は、前記処理容器の前記誘電体窓の中央部に配置され、前記複数の周辺導入口は、前記処理容器の前記誘電体窓よりも下方にかつ前記載置台に載置された基板よりも上方に配置され、前記複数の周辺導入口が配置される領域のプラズマの電子温度は、前記中央導入口が配置される領域のプラズマの電子温度よりも低いことを特徴とする。
実施形態の１つの態様においては、前記プラズマ処理装置はさらに、前記フロースプリッタが二系統に分岐させる前記共通ガスの流量の比率、及び前記流量調節部が調節する前記添加ガスの流量を制御する制御装置を備えることを特徴とする。
実施形態の１つの態様においては、前記複数の周辺導入口は、前記誘電体窓に配置される前記中央導入口が基板に向かって噴射する処理ガスの流れの周囲に配置されると共に、前記中央導入口が噴射する処理ガスの流れに向かって処理ガスを噴射することを特徴とする。
実施形態の１つの態様においては、前記共通ガス源は、前記共通ガスとして、プラズマ励起用ガスを含み、前記添加ガス源は、前記添加ガスとして、基板をエッチングするエッチング用ガスを含み、前記添加ガスラインは、前記二系統に分岐される分岐共通ガスラインのうち、前記複数の周辺導入口に前記共通ガスを供給する方の分岐共通ガスラインに、前記添加ガスを添加することを特徴とする。
本発明の態様は、ウェハ上面にＰｏｌｙ−Ｓｉ膜を有する基板に、プラズマ処理を施し、前記Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜をエッチングするプラズマ処理方法であって、天井部にプラズマを生成するためのマイクロ波を透過する誘電体窓を有すると共に、内部を気密に保つことが可能な処理容器に処理ガスを導入し、前記処理容器内に導入された処理ガスを載置台に載置された基板の上面より下方の排気口から排気し、前記処理容器の前記誘電体窓の上面に設けられるスロットアンテナの多数のスロットを介して前記処理容器の処理空間にプラズマを導入するプラズマ処理方法において、共通ガス源から供給される共通ガスをフロースプリッタによって二系統に分岐する工程と、二系統に分岐される前記共通ガスを、前記載置台に載置された基板の中央部に供給するための中央導入口を有する中央導入部、及び前記載置台に載置された基板の周辺部に供給するための、基板上方の周方向に配列される複数の周辺導入口を有する周辺導入部に導入する工程と、添加ガス源から供給される添加ガスを二系統に分岐される前記共通ガスのうち前記周辺導入口に導入される方に添加する工程と、を備え、前記中央導入口及び前記周辺導入口の双方に導入される前記共通ガスは、Ａｒガスを含み、且つ、前記中央導入口よりも前記周辺導入口に相対的に多く導入され、前記周辺導入口に導入される前記添加ガスはＨＢｒガス及びＯ ２ ガスを含み、前記中央導入口は、前記処理容器の前記誘電体窓の中央部に配置され、前記複数の周辺導入口は、前記処理容器の前記誘電体窓よりも下方にかつ前記載置台に載置された基板よりも上方に配置され、前記複数の周辺導入口が配置される領域のプラズマの電子温度は、前記中央導入口が配置される領域のプラズマの電子温度よりも低いことを特徴とする。
実施形態の１つの態様のプラズマ処理装置は、処理容器と、前記処理容器の上部に設けられ、処理空間を画成する誘電体窓と、前記処理容器の内部に設けられた載置台と、前記誘電体窓の上面に設けられたスロットアンテナと、マイクロ波発生器と前記スロットアンテナと接続するマイクロ波導入路と、前記処理容器の内部に連通した排気装置と、共通ガス源に接続される共通ガスラインと、前記共通ガスラインに設けられ、前記共通ガスラインを、第１及び第２分岐共通ガスラインに分岐し、前記第１及び第２分岐共通ガスラインを流れるガスの流量の比率を調節可能なフロースプリッタと、前記第１分岐共通ガスラインに接続され、前記載置台に載置される基板の中央部の上方に位置する中央導入口を有する中央導入部と、前記第２分岐共通ガスラインに接続され前記基板上方の空間の周方向に沿って配列され、前記誘電体窓よりも下方に位置する複数の周辺導入口を有する周辺導入部と、添加ガス源と前記第１及び第２分岐共通ガスラインの少なくとも一方とを接続する添加ガスラインとを備えることを特徴とする。
また、上記プラズマ処理方法は、前記基板表面の面内のエッチング不均一性を検査し、この検査結果が基準範囲内でない場合には、前記共通ガスの、前記中央導入口及び前記周辺導入口への導入比を調整する工程を更に備えることを特徴とする。
また、上記プラズマ処理方法は、前記エッチング不均一性が正方向に大きいほど、前記基板の中心部のエッチングレートが高く、前記エッチング不均一性が負方向に大きいほど、前記基板の周辺部のエッチングレートが高い傾向があることを意味する場合において、前記導入比の調整工程において、前記エッチング不均一性が正の場合には、前記中央導入口への前記共通ガスの前記導入比を下げ、前記エッチング不均一性が負の場合には、前記中央導入口への前記共通ガスの前記導入比を上げることを特徴とする。
また、前記共通ガスを、前記中央導入口及び前記周辺導入口の双方に導入する場合において、これらへのガス導入量に対する前記中央導入口からのガス導入量の比率は、３５％〜３６％に設定されることを特徴とする。
実施形態の１つの態様は、天井部にマイクロ波を透過する誘電体窓を有すると共に、内部を気密に保つことが可能な処理容器と、前記処理容器の内部に設けられ、基板を載置する載置台と、前記処理容器の前記誘電体窓の上面に設けられ、前記処理容器の処理空間に多数のスロットを介してマイクロ波を導入するスロットアンテナと、所定の周波数のマイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、前記マイクロ波発生器が発生するマイクロ波を前記スロットアンテナに導くマイクロ波導入路と、処理ガス源から供給される処理ガスを前記処理容器に導入する処理ガス導入手段と、前記処理容器内に導入された処理ガスを、前記載置台に載置された基板の上面より下方の排気口から排気する排気手段と、を備えるプラズマ処理装置において、前記処理ガス源は、共通ガスを供給するための共通ガス源と、添加ガスを供給するための添加ガス源と、有し、前記処理ガス導入手段は、前記共通ガス源に接続される共通ガスラインと、前記共通ガスラインから分岐される二系統の分岐共通ガスラインの一方に接続され、前記共通ガスを前記載置台に載置される基板の中央部に供給するための中央導入口を有する中央導入部と、前記共通ガスラインから分岐される前記二系統の分岐共通ガスラインの他方に接続され、前記共通ガスを前記載置台に載置される基板の周辺部に供給するための、基板上方の周方向に配列される複数の周辺導入口を有する周辺導入部と、前記添加ガス源に接続されると共に、前記二系統の分岐共通ガスラインの少なくとも一方に前記添加ガスを添加する添加ガスラインと、前記添加ガスラインに設けられ、前記添加ガスの流量を調節する流量調節部と、を有し、前記中央導入口は、前記処理容器の前記誘電体窓の中央部に配置され、前記複数の周辺導入口は、前記処理容器の前記誘電体窓よりも下方にかつ前記載置台に載置された基板よりも上方に配置され、前記複数の周辺導入口が配置される領域のプラズマの電子温度は、前記中央導入口が配置される領域のプラズマの電子温度よりも低いことを特徴とする。
実施形態の１つの態様は、天井部にプラズマを生成するためのマイクロ波を透過する誘電体窓を有すると共に、内部を気密に保つことが可能な処理容器に処理ガスを導入し、前記処理容器内に導入された処理ガスを載置台に載置された基板の上面より下方の排気口から排気し、前記処理容器の前記誘電体窓の上面に設けられるスロットアンテナの多数のスロットを介して前記処理容器の処理空間にプラズマを導入するプラズマ処理方法において、共通ガス源から供給される共通ガスを二系統に分岐し、前記載置台に載置された基板の中央部に供給するための中央導入口を有する中央導入部、及び前記載置台に載置された基板の周辺部に供給するための、基板上方の周方向に配列される複数の周辺導入口を有する周辺導入部に導入する工程と、添加ガス源から供給される添加ガスを前記二系統に分岐される前記共通ガスの少なくとも一方に添加する工程と、を備え、前記中央導入口は、前記処理容器の前記誘電体窓の中央部に配置され、前記複数の周辺導入口は、前記処理容器の前記誘電体窓よりも下方にかつ前記載置台に載置された基板よりも上方に配置され、前記複数の周辺導入口が配置される領域のプラズマの電子温度は、前記中央導入口が配置される領域のプラズマの電子温度よりも低いことを特徴とする。
実施形態の１つの態様のプラズマ処理装置は、処理容器と、前記処理容器の上部に設けられ、処理空間を画成する誘電体窓と、前記処理容器の内部に設けられた載置台と、前記誘電体窓の上面に設けられたスロットアンテナと、マイクロ波発生器と前記スロットアンテナと接続するマイクロ波導入路と、前記処理容器の内部に連通した排気装置と、共通ガス源に接続される共通ガスラインから二系統に分岐される第１及び第２分岐共通ガスラインと、前記第１分岐共通ガスラインに接続され、前記載置台に載置される基板の中央部の上方に位置する中央導入口を有する中央導入部と、前記第２分岐共通ガスラインに接続され前記基板上方の空間の周方向に沿って配列され、前記誘電体窓よりも下方に位置する複数の周辺導入口を有する周辺導入部と、添加ガス源と前記第１及び第２分岐共通ガスラインの少なくとも一方とを接続する添加ガスラインと、を備えることを特徴とする。
実施形態の１つの態様は、天井部にマイクロ波を透過する誘電体窓を有すると共に、内部を気密に保つことが可能な処理容器と、前記処理容器の内部に設けられ、基板を載置する載置台と、前記処理容器の前記誘電体窓の上面に設けられ、前記処理容器の処理空間に多数のスロットを介してマイクロ波を導入するスロットアンテナと、所定の周波数のマイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、前記マイクロ波発生器が発生するマイクロ波を前記スロットアンテナに導くマイクロ波導入路と、処理ガス源から供給される処理ガスを前記処理容器に導入する処理ガス導入手段と、前記処理容器内に導入された処理ガスを、前記載置台に載置された基板の上面より下方の排気口から排気する排気手段と、を備えるプラズマ処理装置において、前記処理ガス源は、共通ガスを供給するための共通ガス源と、添加ガスを供給するための添加ガス源と、を有し、前記処理ガス導入手段は、前記共通ガス源に接続される共通ガスラインと、前記共通ガスラインから分岐される二系統の分岐共通ガスラインの一方に接続され、前記共通ガスを前記載置台に載置される基板の中央部に供給するための中央導入口を有する中央導入部と、前記共通ガスラインから分岐される前記二系統の分岐共通ガスラインの他方に接続され、前記共通ガスを前記載置台に載置される基板の周辺部に供給するための、前記処理容器の上部の周方向に配列される複数の周辺導入口を有する周辺導入部と、前記添加ガス源に接続されると共に、前記二系統の分岐共通ガスラインの少なくとも一方に前記添加ガスを添加する添加ガスラインと、前記添加ガスラインに設けられ、前記添加ガスの流量を調節する流量調節部と、を有し、前記中央導入口は、前記処理容器の前記誘電体窓の中央部に配置され、前記複数の周辺導入口は、前記処理容器の上部に配置され、前記基板は前記処理容器の下部に配置され、前記複数の周辺導入口が配置される領域のプラズマの電子温度は、前記中央導入口が配置される領域のプラズマの電子温度よりも低いことを特徴とする。
実施形態の１つの態様は、天井部にプラズマを生成するためのマイクロ波を透過する誘電体窓を有すると共に、内部を気密に保つことが可能な処理容器に処理ガスを導入し、前記処理容器内に導入された処理ガスを載置台に載置された基板の上面より下方の排気口から排気し、前記処理容器の前記誘電体窓の上面に設けられるスロットアンテナの多数のスロットを介して前記処理容器の処理空間にプラズマを導入するプラズマ処理方法において、共通ガス源から供給される共通ガスを二系統に分岐し、前記載置台に載置された基板の中央部に供給するための中央導入口を有する中央導入部、及び前記載置台に載置された基板の周辺部に供給するための、前記処理容器の上部の周方向に配列される複数の周辺導入口を有する周辺導入部に導入する工程と、添加ガス源から供給される添加ガスを前記二系統に分岐される前記共通ガスの少なくとも一方に添加する工程と、を備え、前記中央導入口は、前記処理容器の前記誘電体窓の中央部に配置され、前記複数の周辺導入口は、前記処理容器の上部に配置され、前記基板は前記処理容器の下部に配置され、前記複数の周辺導入口が配置される領域のプラズマの電子温度は、前記中央導入口が配置される領域のプラズマの電子温度よりも低いことを特徴とする。
実施形態の１つの態様のプラズマ処理装置は、処理容器と、前記処理容器の上部に設けられ、処理空間を画成する誘電体窓と、前記処理容器の内部に設けられ、前記処理容器の下部に配置される基板が配置される載置台と、前記誘電体窓の上面に設けられたスロットアンテナと、マイクロ波発生器と前記スロットアンテナと接続するマイクロ波導入路と、前記処理容器の内部に連通した排気装置と、共通ガス源に接続される共通ガスラインから二系統に分岐される第１及び第２分岐共通ガスラインと、前記第１分岐共通ガスラインに接続され、前記載置台に載置される前記基板の中央部の上方に位置する中央導入口を有する中央導入部と、前記第２分岐共通ガスラインに接続され、前記処理の上部において周方向に沿って配列された複数の周辺導入口を有する周辺導入部と、添加ガス源と前記第１及び第２分岐共通ガスラインの少なくとも一方とを接続する添加ガスラインと、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、基板の中央部に処理ガスを供給する中央導入口、及び基板の周辺部に処理ガスを供給する複数の周辺導入口に二系統に分岐させた共通ガスを導入し、二系統に分岐させた共通ガスの少なくとも一方に添加ガスを添加するので、基板処理の面内均一性を制御することができる。しかも、中央導入口がプラズマの電子温度が高い領域に配置され、複数の周辺導入口がプラズマの電子温度が低い領域に配置されるので、処理ガスの解離も多様に制御することができる。
図１は、本発明の一実施形態におけるプラズマ処理装置の縦断面図である。 図２は、図１のＸ−Ｘ線断面図である。 図３は、誘電体窓からの距離Ｚとプラズマの電子温度との関係を示すグラフである。 図４は、実施例で使用したプラズマ処理装置の縦断面図である。 図５は、比較例１と実施例１とで、ウェハのＸ軸方向のエッチングレートを比較したグラフである。 図６は、比較例１、実施例１及び実施例２における均一性を評価したグラフである。 図７は、比較例１と実施例３とで、ウェハのＸ軸方向のエッチングレートを比較したグラフである。 図８は、シリコン基板上に形成したパターンの断面写真を示す図である。
（プラズマ処理装置の構造）
以下添付図面に基づいて本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。本明細書及び図面において実質的に同一の構成要素については同一の符号を付す。
図１に示すように、プラズマ処理装置１は、円筒形状の処理容器２を備える。処理容器２の天井部は誘電体からなる誘電体窓（天板）１６で塞がれる。処理容器２は、例えばアルミニウムからなり、電気的に接地される。処理容器２の内壁面は、アルミナなどの絶縁性の保護膜２ｆで被覆されている。
処理容器２の底部の中央には、基板としての半導体ウェハ（以下ウェハという）Ｗを載置するための載置台３が設けられる。載置台３の上面にウェハＷが保持される。載置台３は、例えばアルミナや窒化アルミナ等のセラミック材からなる。載置台３の内部には、ヒータ５が埋め込まれ、ウェハＷを所定温度に加熱できるようになっている。ヒータ５は、支柱内に配された配線を介してヒータ電源４に接続される。
載置台３の上面には、載置台３に載置されるウェハＷを静電吸着する静電チャックＣＫが設けられる。静電チャックＣＫには、整合器ＭＧを介してバイアス用の高周波電力を印加するバイアス用高周波電源ＨＦＱが接続される。
処理容器２の底部には、載置台３に載置されるウェハＷの表面よりも下方の排気口１１ａから処理ガスを排気する排気管１１が設けられる。排気管１１には、圧力制御弁ＰＣＶ、真空ポンプ１０が接続される。圧力制御弁ＰＣＶ及び真空ポンプ１０によって、処理容器２内の圧力が所定の圧力に調節される。これら、排気管１１、圧力制御弁ＰＣＶ及び真空ポンプ（排気装置）１０が排気手段を構成する。すなわち、排気装置１０は、圧力制御弁ＰＣＶを介して、処理容器２の内部に連通している。
処理容器２の天井部には気密性を確保するためのＯリングなどのシール１５を介して誘電体窓１６が設けられる。誘電体窓１６は、例えば、石英、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、あるいは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの誘電体からなり、マイクロ波に対して透過性を有する。
誘電体窓１６の上面には、円板形状のスロットアンテナ２０が設けられる。スロットアンテナ２０は、導電性を有する材質、例えばＡｇ，Ａｕ等でメッキやコーティングされた銅からなる。スロットアンテナ２０には、例えば複数のＴ字形状のスロット２１が同心円状に配列されている。
スロットアンテナ２０の上面には、マイクロ波の波長を圧縮するための誘電体板２５が配置される。誘電体板２５は、例えば、石英（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、あるいは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの誘電体からなる。誘電体板２５は導電性のカバー２６で覆われる。カバー２６には円環状の熱媒流路２７が設けられる。この熱媒流路２７を流れる熱媒によってカバー２６及び誘電体板２５が所定の温度に調節される。２．４５ＧＨｚの波長のマイクロ波を例にとると、真空中の波長は約１２ｃｍであり、アルミナ製の誘電体窓１６中での波長は約３〜４ｃｍとなる。
カバー２６の中央には、マイクロ波を伝播する同軸導波管３０が接続される。同軸導波管３０は、内側導体３１と外側導体３２から構成される、内側導体３１は、誘電体板２５の中央を貫通してスロットアンテナ２０の中央に接続される。
同軸導波管３０には、モード変換器３７及び矩形導波管３６を介してマイクロ波発生器３５が接続される。マイクロ波は、２．４５ＧＨｚの他、８６０ＭＨｚ，９１５ＭＨｚや８．３５ＧＨｚなどのマイクロ波を用いることができる。
マイクロ波発生器３５が発生したマイクロ波は、マイクロ波導入路としての、矩形導波管３６、モード変換器３７、同軸導波管３０、及び誘電体板２５に伝播する。誘電体板２５に伝播したマイクロ波はスロットアンテナ２０の多数のスロット２１から誘電体窓１６を介して処理容器２内に供給される。マイクロ波によって誘電体窓１６の下方に電界が形成され、処理容器２内の処理ガスがプラズマ化する。
スロットアンテナ２０に接続される内側導体３１の下端は円錐台形状に形成される。これにより、同軸導波管３０から誘電体板２５及びスロットアンテナ２０にマイクロ波が効率よく損失なく伝播される。
ラジアルラインスロットアンテナによって生成されたマイクロ波プラズマの特徴は、誘電体窓１６直下（プラズマ励起領域と呼ばれる）で生成された比較的電子温度の高い数ｅＶのプラズマが拡散し、ウェハＷ直上（拡散プラズマ領域）では約１〜２ｅＶ程度の低い電子温度のプラズマとなることにある。すなわち、平行平板等のプラズマとは異なり、プラズマの電子温度の分布が誘電体窓１６からの距離の関数として明確に生ずることに特徴がある。より詳細には、図３に示したとおり、誘電体窓１６直下からの距離Ｚの関数として、誘電体窓１６直下での数ｅＶ〜約１０ｅＶの電子温度が、ウェハＷ上では約１〜２ｅＶ程度に減衰する。ウェハＷの処理はプラズマの電子温度の低い領域（拡散プラズマ領域）で行なわれるため、ウェハＷへリセス等の大きなダメージを与えることがない。プラズマの電子温度の高い領域（プラズマ励起領域）へ処理ガスが供給されると、処理ガスは容易に励起され、解離される。一方、プラズマの電子温度の低い領域（プラズマ拡散領域）へ処理ガスが供給されると、プラズマ励起領域近傍へ供給された場合に比べ、解離の程度は抑えられる。
処理容器２の天井部の誘電体窓１６中央には、ウェハＷの中心部に処理ガスを導入する中央導入部５５が設けられる。同軸導波管３０の内側導体３１には、処理ガスの供給路５２が形成される。中央導入部５５は供給路５２に接続される。
中央導入部５５は、誘電体窓１６の中央に設けられた円筒形状の空間部５９に嵌め込まれる円柱形状のブロック５７と、同軸導波管３０の内側導体３１の下面とブロック５７の上面との間に適当な間隔を持って空けられたガス溜め部６０と、から構成される。ブロック５７は、例えばアルミニウムなどの導電性材料からなり、電気的に接地されている。ブロック５７には上下方向に貫通する複数の中央導入口５８（図２参照）が形成される。中央導入口５８の平面形状は、必要なコンダクタンス等を考慮して真円又は長孔に形成される。アルミニウム製のブロック５７は、陽極酸化被膜アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）等でコーティングされる。
内側導体３１を貫通する供給路５２からガス溜め部６０に供給された処理ガスは、ガス溜め部６０内を拡散した後、ブロック５７の複数の中央導入口５８から下方にかつウェハＷの中心部に向かって噴射される。
処理容器２の内部には、ウェハＷの上方の周辺を囲むように、ウェハＷの周辺部に処理ガスを供給するリング形状の周辺導入部６１が配置される。周辺導入部６１は、天井部に配置される中央導入口５８よりも下方であって、かつ載置台に載置されたウェハＷよりも上方に配置される。周辺導入部６１は中空のパイプを環状にしたものであり、その内周側には周方向に一定の間隔を空けて複数の周辺導入口６２が空けられる。周辺導入口６２は、周辺導入部６１の中心に向かって処理ガスを噴射する。周辺導入部６１は、例えば、石英からなる。処理容器２の側面には、ステンレス製の供給路５３が貫通する。供給路５３は周辺導入部６１に接続される。供給路５３から周辺導入部６１の内部に供給された処理ガスは、周辺導入部６１の内部の空間を拡散した後、複数の周辺導入口６２から周辺導入部６１の内側に向かって噴射される。複数の周辺導入口６２から噴射された処理ガスはウェハＷの周辺上部に供給される。なお、リング形状の周辺導入部６１を設ける替わりに、処理容器２の内側面に複数の周辺導入口６２を形成してもよい。
処理容器２内に処理ガスを供給する処理ガス源は、共通ガス源４１及び添加ガス源４２から構成される。共通ガス源４１及び添加ガス源４２は、プラズマエッチング処理、プラズマＣＶＤ処理に応じた処理ガスを供給する。例えばＰｏｌｙ−Ｓｉ等のシリコン系の膜をエッチングするときは、Ａｒガス、ＨＢｒガス（又はＣｌ２ガス）、Ｏ２ガスを供給し、ＳｉＯ２等の酸化膜をエッチングするときはＡｒガス、ＣＨＦ系ガス、ＣＦ系ガス、Ｏ２ガスを供給し、ＳｉＮ等の窒化膜をエッチングするときはＡｒガス、ＣＦ系ガス、ＣＨＦ系ガス、Ｏ２ガスを供給する。
なお、ＣＨＦ系ガスとしてはＣＨ３（ＣＨ２）３ＣＨ２Ｆ、ＣＨ３（ＣＨ２）４ＣＨ２Ｆ、ＣＨ３（ＣＨ２）７ＣＨ２Ｆ、ＣＨＣＨ３Ｆ２、ＣＨＦ３、ＣＨ３Ｆ及びＣＨ２Ｆ２などを挙げることができる。
ＣＦ系ガスとしては、Ｃ（ＣＦ３）４、Ｃ（Ｃ２Ｆ５）４、Ｃ４Ｆ８、Ｃ２Ｆ２、及びＣ５Ｆ８などを挙げることができる。
共通ガス源４１と添加ガス源４２で同じ種類のガスを供給してもよいし、共通ガス源４１と添加ガス源４２とで違う種類のガスを供給してもよい。後述するようにエッチングガスの解離を抑制するためには、共通ガス源４１からプラズマ励起用ガスを供給し、添加ガス源４２からエッチングガスを供給してもよい。例えば、シリコン系の膜をエッチングするときは、共通ガス源４１からプラズマ励起用ガスとしてＡｒガスのみを供給し、添加ガス源４２からエッチングガスとしてＨＢｒガス、Ｏ２ガスのみを供給する等である。
共通ガス源４１はさらに、Ｏ２、ＳＦ６等のクリーニングガスその他の共通ガスを供給する。共通ガス源４１が供給する共通ガスは、後述するフロースプリッタ４４によって二系統に分けられる。共通ガス源４１を設けることで、添加ガス源４２に共通ガス源を設ける必要がなくなり、ガスラインを簡素化することができる。
共通ガス源４１には、各ガスの流量を制御する流量制御バルブ４１ａ，４１ｂ，４１ｃが設けられる。また、流量を制御するための制御装置４９が、流量制御バルブ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ、フロースプリッタ４４及び流量制御バルブ４２ａ，４２ｂ，４２ｃに接続される。複数の流量制御バルブ４１ａ，４１ｂ，４１ｃは複数本の共通ガスライン４５に接続される。ガスを混合するために、複数本の共通ガスライン４５は一本にまとめられ、フロースプリッタ４４の上流側に接続される。複数の流量制御バルブ４１ａ，４１ｂ，４１ｃは、制御装置４９によって制御される。制御装置４９は各ガスの流量を調節し、フロースプリッタ４４に供給される共通ガスのガス種毎の流量・分圧を決定する。
共通ガス源から供給される共通ガスは混合された後、共通ガスラインの途中に設けられるフロースプリッタ４４に導入される。フロースプリッタ４４は、共通ガスを二系統に分ける。フロースプリッタ４４の下流側には、二系統の分岐共通ガスライン４６，４７が設けられる。二系統の分岐共通ガスラインの一方４６は、処理容器２の天井部の中央導入口５８に接続され、他方４７は処理容器２の内部の周辺導入部６１に接続される。
フロースプリッタ４４は、二系統に分けられる共通ガスの分岐比率、すなわち分岐共通ガスラインの一方４６の流量と他方４７の流量の比を調節する。フロースプリッタ４４は制御装置４９によって制御され、制御装置４９が共通ガスの分岐比率を決定する。
ここで、均一なプラズマの生成、面内均一なウェハＷの処理を目的とし、フロースプリッタ４４によって共通ガスの分岐比率を調節し、中央導入口５８及び周辺導入部６１からのガス導入量を調節する技術をＲＤＣ（Ｒａｄｉａｌ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）と呼ぶ。ＲＤＣは、中央導入口５８からのガス導入量と周辺導入部６１からのガス導入量との比により表わされる。中央導入部５５及び周辺導入部６１に導入するガス種が共通である場合が、一般的なＲＤＣである。最適なＲＤＣ値は、エッチング対象の膜種や種々の条件により実験的に決定される。
エッチング処理では、エッチングに従い副生成物（エッチングされたかすや堆積物）が生成する。そのため、処理容器２内でのガス流れを改善し、副生成物の処理容器外への排出を促進するため、中央導入部５５からのガス導入と周辺導入部６１からのガス導入とを交互に行うことが検討されている。これは、ＲＤＣ値を時間的に切り替えることにより実現可能である。例えば、ウェハＷの中心部分に多くのガスを導入するステップと、周辺部に多くのガスを導入するステップを所定周期で繰り返し、気流を調節することによって、処理容器２から副生成物を掃き出すことにより均一なエッチングレートを達成しようとするものである。
添加ガス源４２には、各ガスの流量を制御する流量制御バルブ４２ａ，４２ｂ，４２ｃが設けられる。複数の流量制御バルブ４２ａ，４２ｂ，４２ｃは複数本の添加ガスライン４８に接続される。ガスを混合するために、複数本の添加ガスライン４８は一本にまとめられる。そして、添加ガスライン４８はフロースプリッタ４４の下流側の、分岐共通ガスラインの他方４７に接続される。制御装置４９は添加ガス源４２の各ガスの流量を制御し、分岐共通ガスラインの他方４７に添加される添加ガスのガス種毎の分圧を制御する。
なお、この実施形態では、添加ガスラインは周辺導入部６１に接続される分岐共通ガスラインの他方４７に接続されているが、これとは反対に、分岐共通ガスラインの一方４６に接続されてもよい。
本実施形態のプラズマ処理装置１によれば、フロースプリッタ４４から二系統に分岐する分岐共通ガスラインのうちの他方４７に添加ガスラインを接続し、当該他方に添加ガスを添加するので、二系統の分岐共通ガスライン４６，４７間でガス種毎の分圧やガス種自体を任意に変化させることができる。ウェハＷの中心部分と周辺部分とで、導入される処理ガスのガス種毎の分圧やガス種自体を変化させることができるので、プラズマ処理の特性を多様に変化させることがきる。
（プラズマ処理装置１を使用したエッチングの一例）
以上のように構成されたプラズマ処理装置１を使用したプラズマ処理の一例として、ＨＢｒを含む処理ガスを使用して、ウェハＷの上面のＰｏｌｙ−Ｓｉ膜をエッチングする例を説明する。
図１に示すように、まずウェハＷが処理容器２内に搬入され、載置台３上に載置され静電チャックＣＫ上に吸着される。静電チャックＣＫには、直流電流及び／又は、高周波電源ＨＦＱから整合器ＭＧを介して高周波電圧が印加される。圧力制御弁ＰＣＶがコントローラＣＯＮＴにより制御され、排気管１１から排気が行われて処理容器２内が減圧される。コントローラＣＯＮＴは、圧力制御弁ＰＣＶの他、流量の制御装置４９、高周波電源ＨＦＱ、ヒータ電源４、及びマイクロ波発生器３５などの要素を制御している。なお、コントローラＣＯＮＴは、制御装置４９へ流量の制御指示を出力している。
次に、共通ガス源４１からＡｒガスからなる共通ガスがフロースプリッタ４４に供給される。フロースプリッタ４４に供給されるＡｒガスの圧力は制御装置４９によって決定される。これと同時に、添加ガス源４２からＨＢｒガス、Ｏ２ガスを含む添加ガスを分岐共通ガスラインの他方４７に供給する。分岐共通ガスラインの他方４７に添加されるＨＢｒガス及びＯ２ガスの分圧は制御装置４９によって制御される。
フロースプリッタ４４はＡｒガスからなる共通ガスを二系統に分ける。フロースプリッタ４４の分岐比率は制御装置４９によって決定される。
フロースプリッタ４４によって二系統に分けられた共通ガスのうちの一系統は、分岐共通ガスラインの一方４６を介して処理容器２の天井部の中央導入口５８に導入される。そして、中央導入口５８から処理容器１内へ導入される。
二系統に分けられた共通ガスのうちの他方の系統は、分岐共通ガスラインの他方４７を介して、処理容器２の内部の周辺導入部６１に導入される。分岐共通ガスラインの他方４７には、ＨＢｒガス、Ｏ２ガスを含む添加ガスが添加されている。このため、周辺導入部６１には、共通ガスと添加ガスの混合ガスであるＡｒガス、ＨＢｒガス、Ｏ２ガスが供給される。混合ガスは周辺導入部６１から処理容器２内へ供給される。
マイクロ波発生器３５を作動させると、まず、Ａｒガスがマイクロ波により励起され、Ａｒプラズマが生成される。次に、ＡｒプラズマによりＨＢｒガス、Ｏ２ガスが励起され、生成したラジカル、イオンによって、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜がエッチングされる。所定時間エッチング処理が行われた後、マイクロ波発生器３５の作動と処理容器２内への処理ガスの供給が停止される。
その後、ウェハＷが処理容器２から搬出されて一連のプラズマエッチング処理が終了する。ロット単位でウェハＷのプラズマエッチングが終了したときには、共通ガス源４１から処理容器２内にＯ２ガス等のクリーニングガスが供給され、処理容器２の内部がクリーニングされる。
（エッチングガスの最適な解離状態を実現するための対策）
微細パターンのエッチングは、被エッチング膜の側壁を保護（堆積）しつつ、エッチング種によりエッチングを行なう必要がある。特に選択比を要するエッチングにおいては、堆積によるエッチングマスクの保護と、エッチングのバランスを保ってエッチングすることが重要となる。エッチングガスの過剰解離を抑制し、エッチングに必要なイオン種、ラジカル種をエッチングガスの解離をコントロールして作り出す必要がある。本発明に係るプラズマ処理装置１においては、プラズマ処理空間が広く、プラズマの電子温度が誘電体窓１６からの距離により減衰することを特徴とするため、エッチングガスを導入する位置によって、エッチングガスが解離する状態を変えることができる。誘電体窓１６直下にエッチングガスを導入すれば、プラズマの電子温度が高いので、エッチングガスの解離は進みやすくなる。その一方、誘電体窓１６から比較的遠い位置にエッチングガスを導入すると、プラズマの電子温度が低いので、エッチングガスの解離を低度に抑えられる。よって、所望のエッチングガスの解離状態を得ようとするとき、誘電体窓１６直下に供給するガスの量と、誘電体窓１６から遠い位置へ供給するガスの量を調節することにより容易に解離状態をコントロールすることができる。前述の通り、ラジアルラインスロットアンテナによりマイクロ波プラズマを発生させれば、ウェハＷを処理する領域に低電子温度かつ高密度のプラズマ（１０１２ｃｍ−３程度）を均一に生成できる。すなわち、誘電体窓１６の直下の発生領域でのプラズマは高密度で電子温度も比較的高いが、プラズマは下方のウェハＷの処理を行う領域に拡散し、電子温度も低下する。当該プラズマは、発生領域のプラズマが高密度であるため、拡散領域においても十分に高密度が維持される。
これらのことより、具体的には、過剰解離を抑制したエッチング種・ラジカルを生成するためには、マイクロ波プラズマの拡散領域にエッチングガスを多く供給すればよいことになる。本実施形態においては、プラズマの拡散領域には周辺導入部６１が配置されるので、周辺導入部６１にエッチングガスを供給すれば解離を抑制することができる。つまり、プラズマ処理中に共通ガス源４１からプラズマ励起用ガスとしてのＡｒガスを供給し、添加ガス源４２からエッチングガスとしてのＨＢｒガス及びＯ２ガスを供給すれば、エッチングガスの解離を抑制することができる。
さらに、誘電体窓１６に配置される中央導入口５８がウェハＷに向かって噴射する処理ガスの流れの周囲に複数の周辺導入口６２を配置すると共に、複数の周辺導入口６２が、中央導入口５８が噴射する処理ガスの流れに向かって処理ガスを噴射する構成としたことで、ウェハＷの表面に達したプラズマおよびエッチングガスをウェハＷの中央部において制御すること、及びウェハＷの周辺部において制御することを、独立して制御することが可能となるので、エッチングレートの面内均一性制御に優れた効果をもたらす。
さらに、エッチングガスの選択、ウェハＷ上の対象デバイスや対象膜（例えばポリシリコン膜、酸化膜、窒化膜等）の組み合わせに応じて、誘電体窓１６近傍の中央導入口５８からのガス供給とウェハＷ近くの周辺導入部６１からのガス供給量・比率を組み合わせて決定することで、最適な均一性制御が可能になる。マイクロ波プラズマは、生成場所の誘電体窓１６近傍では電子温度が高いが、生成場所から離れると急速に拡散して電子温度が低くなる。このためウェハＷの被処理表面では、ウェハＷを傷めないエッチングが可能となる。
リング状の周辺導入部６１は、プラズマの下方方向へのプラズマの拡散の通路として、中央部が大きく開口しており、プラズマはウェハＷの被処理表面に向かって下降してゆく。周辺導入部６１には複数の周辺導入口６２がプラズマの拡散の通路に対して直交する方向に設けられており、エッチングガスとして、ＨＢｒ、Ｏ２等が噴射される。プラズマの電子温度が低いため、複数の周辺導入口６２から供給されたエッチングガスは、低い解離のままウェハＷ表面に達する。例えばポリシリコン膜に対して、イオンエネルギーとしては小さいが、エッチングの化学反応の促進には好適なイオンとして作用し、例えばポリシリコン膜のエッチング形状を側壁の直角を維持した状態でホールを形成する反応を引き起こす。
さらに、ウェハＷの中央部に対向した中央導入口５８からもエッチングガスを追加して供給し、ウェハＷの周辺部に対向した複数の周辺導入口６２からエッチングガスを供給して両者の供給量と比率を選択することで、ウェハＷの面内におけるエッチングレート（エッチング速度）の均一性を望むように制御することができる。
エッチングガスを周辺導入部６１から供給することで、以下の装置的なメリットもある。すなわち、ＨＢｒ等のエッチングガスは腐食性ガスであり、アルミニウムを腐食させる。中央導入口５８のブロック５７はアルミニウム製なので、たとえ表面を陽極酸化膜で被覆したとしても腐食するおそれがある。周辺導入部６１は石英等の非腐食性材料からなるので、周辺導入部６１にエッチングガスを流しても腐食するおそれはない。
また、シリコン酸化膜等をエッチングする場合、エッチングガスとしてＣＦ系又はＣＨＦ系のガス（例えば、堆積性のＣＨ２Ｆ２）を使用する。誘電体窓１６を貫通して設けられた中央導入口５８からＣＦ系のガスを導入すると、高い電子温度のプラズマによって生成したラジカルや電子が中央導入口５８を逆流し、ガスが処理室内に導入される前にＣＦ系のガスを解離させ、中央導入口５８に反応生成物が堆積することにより、中央導入口５８が詰まるおそれがある。プラズマの電子温度が低い位置の周辺導入部６１からＣＦ系のガスを処理室内に導入することで、高い電子温度のプラズマによって生成したラジカル等によるガスの解離を抑制し、中央導入口５８に反応生成物が付着するのを防止することができる。
なお、上記には本発明の好ましい一実施形態を示したが、本発明は上記実施形態に限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で様々に変更可能である。
例えば、本発明のエッチング装置で処理される基板は、半導体ウェハＷ、有機ＥＬ基板、ＦＤＰ（フラットパネルディスプレイ）用の基板のいずれでもよい。
処理容器２の誘電体窓１６からマイクロ波を導入し、処理容器内にマイクロ波励起プラズマを生成することができれば、プラズマソースはラジアルラインスロットアンテナに限られることはない。
（実施例）
図４に示すように、添加ガス源４２から、添加ガスとしてＨＢｒガス、ＣＨ２Ｆ２ガス又はＣＨＦ３ガス、Ａｒガス、及びＯ２ガスを供給できるようにした。なお、同図では説明の明確化のため、図１に示した静電チャックなどの詳細な構成の記載は省略してある。ガスボックスには各ガスの流量を制御する流量調節部としての流量制御バルブ４２ａ〜４２ｄを設けられ、それぞれのガスの流量が、それぞれの流量制御バルブ４２ａ〜４２ｄによって制御される。各流量制御バルブ４２ａ〜４２ｄは、図１に示した制御装置４９により制御される。
なお、共通ガス源４１にも、複数の異なる種類のガス種の流量を、それぞれ制御可能な流量調節部としての複数の流量制御バルブ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、・・４１ｘが設けられており、これらも図１に示した制御装置４９により制御される。共通ガス源４１から共通ガスとして、ＨＢｒガス、ＣＨ２Ｆ２ガス又はＣＨＦ３ガス、Ａｒガス、Ｏ２ガス、及びクリーニングガスその他の共通ガスを供給できるようにした。ガス種は、エッチング対象となる膜種に応じて選択される。例えば、Ｐｏｌｙ−ＳｉをエッチングするときはＡｒガス、ＨＢｒガス、Ｏ２ガスが選択され、ＳｉＯ２膜をエッチングするときはＡｒガス、ＣＨＦ系ガス、Ｏ２ガスが選択される。共通ガスをフロースプリッタ４４によって二系統に分け、一系統の処理ガスを処理容器２の天井部の中央導入口５８から処理容器２の内部に導入でき、残りの一系統の処理ガスを処理容器２の周辺導入部６１から導入できるようにした。
（Ｐｏｌｙ−Ｓｉのエッチングの実施例１）
共通ガスとしてＡｒガスを使用し、添加ガスとしてＨＢｒ／Ｏ２を使用し、ウェハＷ上のＰｏｌｙ−Ｓｉをエッチングした。共通ガスライン４５にはＡｒガスのみを流した。Ａｒガスをフロースプリッタ４４で二系統に分け、中央導入口５８及び周辺導入部６１から処理容器２内にＡｒガスを導入した。Ａｒガスの導入量比（以下、ＲＤＣという）は以下の表１のとおりである。
ここで、ＲＤＣは、中央導入口５８からのガス導入量と、周辺導入部６１からのガス導入量との比で表される。この実施例１では、ＲＤＣを（１）７：９３，（２）５０：５０，（３）８０：２０の三パターンに変化させた。それぞれのＲＤＣのパターン毎、分岐共通ガスラインにＨＢｒ及びＯ２を添加した。ここで、ＭＷとはマイクロ波のパワー、ＲＦとはウェハに印加するバイアスのパワー、圧力とは処理容器２内の圧力を示す。
Figure 0005514310
（Ｐｏｌｙ−Ｓｉのエッチングの比較例１）
添加ガス源４２から処理ガスを添加しない比較例を行った。添加ガス源４２からＨＢｒ及びＯ２を添加することなく、共通ガス源４１のみからＡｒ／ＨＢｒ／Ｏ２を供給した。この比較例１において、ＲＤＣを（１）７：９３，（２）５０：５０の二パターンに変化させた。表２は比較例１の処理条件を示す。
Figure 0005514310
図５は、実施例１及び比較例１で、ウェハＷのＸ軸方向のエッチングレートを比較したグラフである。縦軸はエッチングレート（Ｐｏｌｙ Ｅ／Ｒ(ｎｍ／ｍｉｎ)）を示し、横軸はウェハＷの中心部からの距離Ｘ（ｍｍ）を示している。グラフ中の線が平らな直線に近ければ近いほど、エッチングレートの面内均一性が高いことになる。
比較例１では、ＲＤＣ５０のとき（つまり中央導入口（中心部）から導入されるガス導入量を５０％、周辺導入部（エッジ）から導入されるガス導入量を５０％の場合）、ウェハＷの周辺部のエッチングレートが中心部のエッチングレートよりも低く、均一性を確保しにくかった。また、ＲＤＣを７：９３に設定したとき（ウェハＷの中心部に導入されるガス導入量を７％にしたとき）、ウェハＷの中心部のエッチングレートが低下した。
これに対して、実施例１では、ＲＤＣを変化させることで、エッチングレートの均一性の分布が、中央が凹んだものから中央が膨らんだものまで多様に変化させることができた。ウェハＷの周辺部にＨＢｒ及びＯ２を供給することで、ウェハＷの周辺部が中心部よりもエッチングされる傾向を強くすることができるからだと推測される。例えば、ＲＤＣを７：９３に設定すると、ウェハＷの中心部のエッチングレートを低くすることができる。ＲＤＣを５０：５０に設定すると、エッチングレートの分布をフラットにすることができる。特にＲＤＣ７で比較例と比べると、中心部のエッチングレートをより大きく変化させることができる。
図６は、比較例１、実施例１及び実施例２における均一性を評価したグラフである。横軸がＲＤＣの比の最初の値（ウェハＷの中心部に導入されるガス導入量の比率）であり、縦軸が不均一性（ｎｏｎ ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）である。縦軸のプラスの値が大きければ大きいほど、ウェハＷの中心部のエッチングレートが高くなる傾向にあることを意味し、縦軸のマイナスの値が小さければ小さいほど（絶対値が大きければ大きいほど）、ウェハＷの周辺部のエッチングレートが高くなる傾向にあることを意味する。
比較例１では、ＲＤＣが１２〜１３のときに不均一性（縦軸）が０になる（言い換えれば最も均一になる）。しかし、ＲＤＣが１２〜１３を超えると、不均一性が正の値になる（つまりウェハＷの周辺部にくらべ、中心部のエッチングレートが大きくなる）。これに対して、実施例１では、臭化水素（ＨＢｒ）と酸素３ｓｃｃｍをエッジから導入し、ＲＤＣが３５〜３６のときに、縦軸の不均一性が０になる（言い換えれば最も均一になる）。不均一性が０になるときのＲＤＣの値が大きくなり、５０に近づくと、不均一性が大きくなる。さらに、導入する酸素量を増加させ、６ｓｃｃｍとする（実施例２とする）と、均一性が良くなるＲＤＣの値が約５５となる。以上から、アルゴンと酸素（３ｓｃｃｍ）と臭化水素（ＨＢｒ５８０ｓｃｃｍ）をすべて混合し、ＲＤＣ値を変化させる場合に比べ、臭化水素（ＨＢｒ）と酸素ガスをエッジから添加ガスとして別に添加して導入することによって、均一性を得ることができるＲＤＣ値を大きく移動させることが可能となる。特に酸素量を増加させると、均一性が最も良くなるＲＤＣ値がグラフの右方向に移動するので、酸素の流量比が処理に大きな影響を与えることがわかる。また、ＲＤＣの変化に対して不均一性の値が正と負とにバランスよく分布するので、ウェハＷの周辺部がエッチングされる傾向を比較例１よりも強めることができることがわかる。
図６中の実施例２は、Ｏ２の添加量を実施例１の二倍にしたときのデータを示す。Ｏ２の添加量を二倍にすると、不均一性が０になるときのＲＤＣをさらに上げることができる。ただし、ＲＤＣの変化に対して不均一性の変化の割合が急峻になることに留意する必要がある。すなわち、実施例１において酸素を３ｓｃｃｍ添加した場合と、実施例２のように６ｓｃｃｍ添加した場合とを比較すると、ＲＤＣの変化量に対する不均一性（％）の変化量（つまり傾き）が変化する。酸素を６ｓｃｃｍ加えたときのほうが、より敏感に不均一性に影響するということがわかる。言い換えれば、６ｓｃｃｍの酸素を加えるとき、均一性を担保できるＲＤＣ値の幅は非常に狭い範囲にある。一方、酸素を３ｓｃｃｍ加えた場合には、均一性を担保できるＲＤＣ値の幅は広くよりロバストであるといえる。処理容器内へ導入される総エッチングガスの流量が等しい場合であっても、このようにＲＤＣ値に変化が生じるのは、処理装置内へ供給したガスの解離状態の違いによるものと考えることができる。
エッチング処理を多数のウェハに対して連続的に行うと、処理容器２内にエッチング堆積物が堆積すること等により処理容器内の状態が経時的に変化し、ウェハ間でエッチング処理にばらつきが生じる。本発明は、経時変化によるウェハの処理の不均一を抑制するのにも有効に用いられる。具体的にはウェハのエッチングの均一性を所定枚数おきに検査して、エッチングガスの組成を変化させたり、ＲＤＣ値を最適値にフィードバックして調整しやすくなることができる。エッチング処理後のウェハを光学的な手法を用い、例えば２５枚おきにエッチング形状（エッチング深さ等）を検査し、面内のエッチング均一性を算出し、その値が基準（範囲内）であるかどうか判定する。その値が基準値（範囲内）でないとき、ＲＤＣの値を微調整する。具体的には、不均一性（％）が正の場合は、ＲＤＣ値を下げる、負の場合は、ＲＤＣ値を上げるというふうに調整することができる。図６において、比較例１に示す場合よりも実施例に係る構成のほうが、ＲＤＣ値を変化させることができる幅が大きく、いわゆる“調整しろ”が大きく、制御性が高いということができる。
さらに、図６に示したようなデータをそれぞれの酸素量について、記憶装置を含むコントローラＣＯＮＴ内に蓄積しておき、各流量制御バルブを流れる流量を調整することで、上述のようにＲＤＣ値を制御するよう、自動的にフィードバック制御することも可能である。
図６に示すように、ウェハＷの中央部に対向した中央導入口５８から供給するガスよりも、よりウェハＷに近い位置でかつウェハＷの周辺部に対向してガスを供給する周辺導入口６２からのガス供給量のほうを相対的に増加させることで、ウェハＷの表面全体のエッチングレートの均一性を、両者のガスの供給量の比率を同じ割合で変化させたときよりも、より大きなエッチングレートの変化が得られる。
（Ｐｏｌｙ−Ｓｉのエッチングの実施例３）
上記実施例１では、図４に示すように、周辺導入部６１に接続される分岐共通ガスライン４７にＨＢｒ及びＯ２を添加した。これに対し、実施例３では、中央導入口５８に接続される分岐共通ガスライン４６に添加ガスを添加した。すなわち、図４における添加ガスライン４８に換えて、これを添加ガスライン４８’（点線で示す）とし、添加ガスライン４８’を分岐共通ガスライン４６に接続した。
共通ガスライン４５内を流れる共通ガスとして、Ａｒ／ＨＢｒ／Ｏ２を使用し、添加ガスライン４８’内を流れる添加ガスとしてＯ２を使用した。表３に処理条件を示す。
Figure 0005514310
図７は、Ｏ２を添加した実施例３におけるウェハＷのＸ軸方向のエッチングレートを、ＲＤＣを７：９３に設定した比較例１のエッチングレートと共に示したグラフであり、縦軸はエッチングレート（Ｐｏｌｙ Ｅ／Ｒ(ｎｍ／ｍｉｎ)）を示し、横軸はウェハＷの中心部からの距離Ｘ（ｍｍ）を示している。実施例３のように、Ｏ２ガスを中央導入口５８に添加すると、周辺導入部６１に添加する場合に比べて、ウェハＷの中心部のエッチングレートが局所的に減少することがわかる。エッチングレートの分布を広い範囲で均一に制御したい場合には、実施例１のように周辺導入部６１にエッチングガスを添加することが有効と考えられる。実施例３と実施例１とを比べるとエッチングレートは同様の挙動を示した。
なお、装置構成としては、双方の添加ガスライン４８，４８’を用いる構造を採用することもできる。
（ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）形成用のエッチングの実施例４）
実施例４では、実施例１と同じ装置構成であって、ガス流量比などの条件を以下の表４に示す条件とし、エッチング対象物をシリコン基板とし、ＳＴＩ形成用のシリコンエッチングを行った。ウェハＷの中心部及び周辺部それぞれにパターンが密につまっている部分（Ｄｅｎｓｅ）とパターンが疎の部分（Ｉｓｏｌａｔｅｄ）のあるサンプルに対しエッチングを行なった。
Figure 0005514310
図８はシリコン基板上に形成したパターンの断面写真を示す図であり、上記密につまっている部分をＤｅｎｓｅとして示し、疎の部分をＩｓｏとして示している。パターンの幅、テーパ角、トレンチの深さを測定したところ、ウェハＷの中心部と周辺部とでその差は要求される値に収まるものであり、またパターンの密と疎とでもその差は要求される値に収まるものであった。
なお、ＲＤＣ値は、被エッチング膜とその下地膜とのエッチング選択比を考慮し適宜調節が可能である。例えば、下地膜が酸化膜であり、酸素が含まれるプラズマを用いてエッチングする際には、下地膜とのエッチング選択性が高く形状制御性がよいエッチングが可能であるので、均一性の高いエッチングに必要なＲＤＣ値の幅をより広くとることが可能である。
以上説明したように、上述のプラズマ処理装置は、処理容器２と、処理容器２の上部に設けられ、処理空間を画成する誘電体窓１６と、処理容器２の内部に設けられた載置台３と、誘電体窓１６の上面に設けられたスロットアンテナ２０と、マイクロ波発生器３５とスロットアンテナ２０と接続するマイクロ波導入路３６、３７、３０と、処理容器２の内部に連通した排気装置１０と、希ガスなどのプラズマ励起用ガスを含む共通ガス源４１に接続される共通ガスライン４５と、共通ガスライン４５の途中に設けられ、共通ガスライン４５を、第１及び第２分岐共通ガスライン４６，４７に分岐し、第１及び第２分岐共通ガスライン４６，４７を流れるガスの流量の比率を調節可能なフロースプリッタ４４と、第１分岐共通ガスライン４６に接続され、載置台３に載置される基板Ｗの中央部の上方に位置する中央導入口５８を有する中央導入部５５と、第２分岐共通ガスライン４７に接続され基板Ｗの上方の空間の周方向に沿って配列され、誘電体窓１６よりも下方に位置する複数の周辺導入口６２を有する周辺導入部６１と、エッチングガスなどを含む添加ガス源４２と第１及び第２分岐共通ガスライン４６，４７の少なくとも一方とを接続する添加ガスラインとを備えている。この装置によれば、処理ガスの解離状態を多様に制御することができると共に、基板処理の面内均一性も制御することができる。
Ｗ…ウェハ（基板）、１…処理容器、３…載置台、１１ａ…排気口、１６…誘電体窓、２０…スロットアンテナ、２１…スロット、３５…マイクロ波発生器、４１…共通ガス源、４２…添加ガス源、４２ａ，４２ｂ，４２ｃ…流量制御バルブ（流量調節部）、４４…フロースプリッタ、４５…共通ガスライン、４６…分岐共通ガスラインの一方、４７…分岐第共通ガスラインの他方、４８…添加ガスライン、４９…制御装置、５５…中央導入部、５８…中央導入口、６１…周辺導入部、６２…周辺導入口。

Claims (4)

  1. ウェハ上面にＰｏｌｙ−Ｓｉ膜を有する基板に、プラズマ処理を施し、前記Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜をエッチングするプラズマ処理方法であって、
    天井部にプラズマを生成するためのマイクロ波を透過する誘電体窓を有すると共に、内部を気密に保つことが可能な処理容器に処理ガスを導入し、前記処理容器内に導入された処理ガスを載置台に載置された基板の上面より下方の排気口から排気し、前記処理容器の前記誘電体窓の上面に設けられるスロットアンテナの多数のスロットを介して前記処理容器の処理空間にプラズマを導入するプラズマ処理方法において、
    共通ガス源から供給される共通ガスをフロースプリッタによって二系統に分岐する工程と、
    二系統に分岐される前記共通ガスを、前記載置台に載置された基板の中央部に供給するための中央導入口を有する中央導入部、及び前記載置台に載置された基板の周辺部に供給するための、基板上方の周方向に配列される複数の周辺導入口を有する周辺導入部に導入する工程と、
    添加ガス源から供給される添加ガスを二系統に分岐される前記共通ガスのうち前記周辺導入口に導入される方に添加する工程と、
    を備え、
    前記中央導入口及び前記周辺導入口の双方に導入される前記共通ガスは、Ａｒガスを含み、且つ、前記中央導入口よりも前記周辺導入口に相対的に多く導入され、
    前記周辺導入口に導入される前記添加ガスはＨＢｒガス及びＯ ２ ガスを含み、
    前記中央導入口は、前記処理容器の前記誘電体窓の中央部に配置され、
    前記複数の周辺導入口は、前記処理容器の前記誘電体窓よりも下方にかつ前記載置台に載置された前記基板よりも上方に配置され、
    前記複数の周辺導入口が配置される領域のプラズマの電子温度は、前記中央導入口が配置される領域のプラズマの電子温度よりも低いことを特徴とするプラズマ処理方法。
  2. 前記基板表面の面内のエッチング不均一性を検査し、この検査結果が基準範囲内でない場合には、前記共通ガスの、前記中央導入口及び前記周辺導入口への導入比を調整する工程を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理方法。
  3. 前記エッチング不均一性が正方向に大きいほど、前記基板の中心部のエッチングレートが高く、前記エッチング不均一性が負方向に大きいほど、前記基板の周辺部のエッチングレートが高い傾向があることを意味する場合において、
    前記導入比の調整工程において、
    前記エッチング不均一性が正の場合には、前記中央導入口への前記共通ガスの前記導入比を下げ、
    前記エッチング不均一性が負の場合には、前記中央導入口への前記共通ガスの前記導入比を上げる、
    ことを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理方法。
  4. 前記共通ガスを、前記中央導入口及び前記周辺導入口の双方に導入する場合において、これらへのガス導入量に対する前記中央導入口からのガス導入量の比率は、３５％〜３６％に設定される、
    ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
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