JP5908001B2 - 基板処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、基板をプラズマにより処理する基板処理装置に関する。
半導体デバイスの製造においては、例えばプラズマ処理装置などの基板処理装置に設けられた減圧処理容器内で、半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）上に絶縁膜をはじめとする各種成膜処理や、これら絶縁膜等によるパターン形成のためのエッチング処理などが行われる。
ところで、例えばウェハに成膜処理を行うプラズマＣＶＤ装置においては、ウェハにイオンや紫外光が照射されるため、これらイオンや紫外光によりウェハや成膜される膜がダメージを受ける。そのため、近年では、プラズマにより生成される紫外光を遮断すると共に、イオンを中性粒子化して供給することで、ダメージの少ないプラズマ処理を行うことが、例えば特許文献１に提案されている。
特許文献１によれば、プラズマを発生させるプラズマ発生室と、被処理体としての基板との間に、径が小さく鉛直方向に延伸する複数の孔を有する分離板を設け、この分離板にバイアス電圧を印加することで、この穴を通過するイオンが中性化される。また、当該分離板により、紫外光もその大半が遮断される。その結果、中性粒子のみをウェハに照射してダメージの少ない基板処理が行われる。
特開２００５−８９８２３号公報
しかしながら、中性粒子は直進性が高いため、例えば所定の凹凸状のパターンが形成されたウェハを均一に処理することは困難であった。具体的には、例えば図１４に示すように、分離板に形成された鉛直方向に延伸する孔を通過した中性粒子Ｎの指向性は鉛直下向きとなるため、ウェハＷ上に形成された凹凸状のパターン２００の上端部や底部に例えば所定の膜２０１を形成することはできても、凹凸パターン２００の側面には中性粒子が照射されないため、成膜を行うことができない。したがって、ウェハ面内に均一な処理を施すことが困難である。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、中性粒子を用いて面内均一に基板処理を行うことを目的としている。
上記目的を達成するため、本発明は、処理容器内の基板をプラズマにより処理する基板処理装置であって、前記処理容器内にプラズマを生成するプラズマ発生源と、前記プラズマ発生源に対向して配置され、前記処理容器内において基板を保持する基板保持機構と、前記プラズマ発生源と前記基板保持機構との間に配置され、前記プラズマ発生源で生成されたプラズマを中性化して中性粒子を生成し、且つ当該中性粒子を前記基板保持機構に保持された基板に照射する開口が複数形成された分離板と、前記基板保持機構で保持される基板上での中性粒子の入射角度分布のピーク値が基板の法線方向よりずれた位置で、且つ前記ピーク値が法線方向を挟んだ位置に複数分布するように、基板に照射される中性粒子の指向性を調整する指向性調整機構と、を有し、前記分離板の開口は、前記基板保持機構に保持された基板の表面に垂直な方向に対して所定の角度傾いた第１の開口と、前記分離板の表面に垂直な軸に対して線対称に形成された第２の開口と、を有し、前記第１の開口と、前記第２の開口は、互いに隣接して交互に設けられていることを特徴としている。
また、別な観点による本発明は、処理容器内の基板をプラズマにより処理する基板処理装置であって、前記処理容器内にプラズマを生成するプラズマ発生源と、前記プラズマ発生源に対向して配置され、前記処理容器内において基板を保持する基板保持機構と、前記プラズマ発生源と前記基板保持機構との間に配置され、前記プラズマ発生源で生成されたプラズマを中性化して中性粒子を生成し、且つ当該中性粒子を前記基板保持機構に保持された基板に照射する開口が複数形成された分離板と、前記基板保持機構で保持される基板上での中性粒子の入射角度分布のピーク値が基板の法線方向よりずれた位置で、且つ前記ピーク値が法線方向を挟んだ位置に複数分布するように、基板に照射される中性粒子の指向性を調整する指向性調整機構と、を有し、前記分離板は複数の領域に区画され、当該領域毎に前記開口が鉛直方向に対して所定の角度傾いて設けられており、前記指向性調整機構は、前記基板保持機構に保持された基板と前記分離板とを相対的に回転させることで、前記中性粒子の指向性を調整することを特徴としている。
本発明によれば、基板に照射される中性粒子の指向性を調整する指向性調整機構を有し、基板上での中性粒子の入射角度分布のピーク値が基板の法線方向よりずれた位置で、且つ前記ピーク値が法線方向を挟んだ位置に複数分布するように中性粒子が照射される。したがって、例えば基板上に凹凸形状を有するパターンが形成されていた場合であっても、当該パターンの側面に対して中性粒子を照射することができる。その結果、中性粒子を用いて基板の面内で均一な処理を行うことができる。
前記指向性調整機構は、前記中性粒子の入射角分布のピーク値が２ｎ（ｎは１以上の整数）回対称の分布となるように、前記中性粒子の指向性を調整してもよい。
前記指向性調整機構は、前記基板保持機構に保持された基板と前記分離板とを相対的に回転させることで、前記中性粒子の指向性を調整してもよい。
本発明によれば、中性粒子を用いて面内均一に基板処理を行うことができる。
本実施の形態にかかる基板処理装置の構成の一例を示す概略縦断面図である。 分離板の構成の概略を示す拡大断面図である。 ウェハＷ上のパターンに対して所定の入射角で中性粒子が照射される状態を示す説明図である。 ウェハＷ上のパターンに対して所定の入射角で中性粒子が照射される状態を示す説明図である。 ウェハ上のパターンのアスペクト比と、中性粒子の入射角との関係を示す説明図である。 ウェハ上のパターンのアスペクト比と、中性粒子の入射角との関係を示す説明図である。 ウェハ上のパターンのアスペクト比と開口角との関係を示す説明図である。 ウェハ上に照射される中性粒子の入射角分布を示す説明図である。 他の実施の形態にかかる分離板近傍の構成の概略を示す説明図である。 他の実施の形態にかかる分離板の構成の概略を示す平面図である。 分離板とウェハとを相対的に傾けた状態を示す説明図である。 他の実施の形態に係る分離板とウェハの配置の一例を示す側面図である。 他の実施の形態に係る分離板とウェハの配置の一例を示す平面図である。 ウェハに対して鉛直方向から中性粒子を照射する様子を示す説明図である。
以下、本発明の実施の形態の一例について、図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態に基板処理装置１の概略構成を示す縦断面図である。なお、本実施の形態における基板処理装置１は、例えば装置内に供給された処理ガスをマイクロ波によりプラズマ化させ、ウェハＷに対してプラズマ処理を施すプラズマ処理装置である。
基板処理装置１は、ウェハＷを保持するウェハチャック１０が設けられた略円筒状の処理容器１１を有している。処理容器１１は、ウェハチャック１０上のウェハＷに対応して上部が開口した本体部１２と、本体部１２の開口を塞ぎ、処理容器１１内にマイクロ波発生源１３で発生させた例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を供給するマイクロ波供給部１４とを有している。また、マイクロ波供給部１４とウェハチャック１０との間には分離板１５が設けられ、処理容器１１内をマイクロ波供給部１４側のプラズマ発生室Ｕと、ウェハチャック１０側の処理室Ｐとに分離している。
ウェハチャック１０は、水平な上面を有している。また、ウェハチャック１０の内部には電極（図示せず）が設けられている。したがって、当該電極に直流電圧を印加することにより生じる静電気力でウェハＷを吸着することで、ウェハチャック１０の上面で、ウェハＷを水平に吸着保持することができる。
ウェハチャック１０には、回転軸２０を介して例えばモータなどを備えたチャック駆動機構２１を有し、そのチャック駆動機構２１により所定の速度に回転できる。
処理容器１１の本体部１２の底部には、処理容器１１の内部を排気する排気口３０が設けられている。排気口３０には、真空ポンプなどの排気機構３１に通じる排気管３２が接続されている。そのため、排気機構３１により排気口３０を介して処理容器１１内の雰囲気を排気し、処理容器１１内を所定の真空度まで減圧することができる。
処理容器１１の本体部１２の内周面であって分離板１５の上方には、処理容器１１のプラズマ発生室Ｕ内に所定のガスを供給するための第１のガス供給口３３が形成されている。第１のガス供給口３３は、例えば処理容器１１の内周面に沿って複数箇所に形成されている。第１のガス供給口３３には、例えば処理容器１１の外部に設置された第１のガス供給部３４と連通するガス供給管３５が接続されている。第１のガス供給部３４からは、例えばプラズマ生成用の希ガスが供給される。また、処理容器１１の本体部１２における分離板１５の下方の内周面であって且つウェハチャック１０の上方にも、処理室Ｐ内に所定のガスを供給するための第２のガス供給口３６が複数形成されている。第２のガス供給口３６には、処理容器１１の外部に設置された第２のガス供給部３７と連通するガス供給管３８が接続されている。第２のガス供給部３７からは、例えばウェハＷ上での成膜用の処理ガスが供給される。ガス供給管３５、３８には、バルブやマスフローコントローラを備えた流量調整部３９、３９がそれぞれ設けられ、各ガス供給口３３、３６から供給されるガスの流量は、この流量調整部３９、３９よって制御される。
マイクロ波供給部１４は、例えば本体部１２の内側に突出して設けられた支持部材５０に、気密性を確保するためのＯリングなどのシール材（図示せず）を介して支持されるマイクロ波透過板５１と、マイクロ波透過板５１の上面に配置された、アンテナとして機能するスロット板５２と、スロット板５２の上面に配置された、遅波板として機能する誘電体板５３、及び誘電体板５３の上面に配置された金属性のプレート５４を有している。マイクロ波透過板５１、スロット板５２、誘電体板５３及びプレート５４は、いずれも略円盤形状である。また、マイクロ波透過板５１及び誘電体板５３は、例えば石英、アルミナ、窒化アルミニウムなどの誘電体により構成されている。スロット板５２は、導電性を有する材質、たとえば銅、アルミニウム、ニッケルなどからなり、スロット５２ａが同心円状に複数形成された、いわゆるラジアルラインスロットアンテナ方式の平面アンテナ部材である。各スロット５２ａは平面視が略方形であり、スロット板５２を上下方向に貫通している。プレート５４の内部には、冷媒が流れる冷媒路５４ａが設けられ、プラズマ処理の際の熱によるプレート５４の温度上昇が抑えられる。
マイクロ波供給部１４の中央には、同軸導波管５５が接続され、当該同軸導波管５５にはマイクロ波発生源１３が接続されている。マイクロ波発生源１３で生成されたマイクロ波は、同軸導波管５５を介してマイクロ波供給部１４に導入され、スロット板５２及びマイクロ波透過板５１を介して処理容器１１のプラズマ発生室Ｕ内に照射される。プラズマ発生室Ｕにマイクロ波が照射されると、プラズマ発生室Ｕの希ガスが励起されてプラズマが生成される。この場合、プラズマ発生室Ｕは、処理容器１１内にプラズマを生成するプラズマ発生源として機能する。
次に、分離板１５の構成について、本発明の原理と併せて説明する。分離板１５は、例えばカーボン、シリコン、アルミニウムなどの導電性の材料により略円盤状に形成され、図１に示すように、ウェハチャック１０に保持されたウェハＷに対して平行に設けられている。分離板１５には、厚み方向に貫通する複数の開口１５ａが形成されている。この開口１５ａは、例えば図２に示すように、鉛直方向に対して所定の角度θだけ傾いて形成されている。したがって、プラズマ発生室Ｕのプラズマにより生成された陽イオンなどの荷電粒子Ｅが分離板１５の上方から開口１５ａに入射すると、当該荷電粒子Ｅは分離板１５に衝突して斜め下方に向かって進行する。角度θの設定については後述する。
なお、分離板１５の厚みＴと開口１５ａの直径Ｒとの比であるアスペクト比は、約５〜２０の範囲内とすることが好ましく、本実施の形態では、例えば１０程度となるように設定されている。分離板１５の表面積に対する開口１５ａの面積の和との比である開口率は、約５〜１０％の範囲内であることが好ましく、本実施の形態では概ね８％となるように設定されている。なお、分離板１５のアスペクト比及び開口率は、プラズマ発生室Ｕから処理室Ｐに向かう紫外光が、当該分離板１５により遮断されるように設定されている。また、分離板１５のアスペクト比及び開口率は、処理室Ｐからプラズマ発生室Ｕ内に処理ガスが流入しないように、処理室Ｐとプラズマ発生室Ｕとの間の圧力差を所定の値に維持できるように設定されている。
また、分離板１５には、図１に示すように直流電源６０が接続されており、所定の直流電圧が印加されている。そのため、開口１５ａ内において分離板１５に衝突した荷電粒子Ｅは、分離板１５から電子を受け取ることにより電気的に中性化され、中性粒子Ｎとなって開口１５ａから処理室Ｐに向けて放出される。したがって、分離板１５は、プラズマ発生室Ｕのプラズマにより生成された荷電粒子Ｅを中性化して中性粒子Ｎを生成すると共に、当該中性粒子Ｎに対して斜め下方に進行するように指向性を調整する指向性調整機構としても機能する。
分離板１５を用いて、斜め下方に進行するように中性粒子Ｎの指向性を調整することにより、例えば図３に示すように、いわゆるラインアンドスペースのような凹凸のパターン１１０が形成されたウェハＷを処理する場合において、当該パターン１１０の上面のみでなく、パターン１１０の側面にも中性粒子Ｎを照射することが可能となる。しかしながら、中性粒子Ｎは直進性が高いため、斜め下方に進行する中性粒子Ｎは、パターン１１０の片側の面と上面を合わせた領域Ａにのみ照射され、他方の面には照射されない。そのため、中性粒子Ｎに対して単純に斜め方向の指向性を与えるのみでは、パターン１１０の全面に対して均一な処理を行うことができない。
そこで本発明者らは、ウェハＷ上のパターン１１０の全面に対して中性粒子Ｎを照射する方法について鋭意検討し、例えば鉛直方向に対して所定の角度θだけ傾いた開口１５ａを有する分離板１５と、ウェハＷとの相対的な回転方向の位置を、例えばウェハＷの表面に鉛直な軸周りに１８０度回転させれば、領域Ａの反対側の面にも中性粒子Ｎを照射できると考えた。そのため、本実施の形態では、基板処理装置１のウェハチャック１０を回転自在に構成し、ウェハＷを分離板１５に対して相対的に回転させられるようにしている。かかる場合、所定の角度θだけ傾いた開口１５ａを設け、ウェハチャック１０によりウェハＷを回転させることで、ウェハＷに対して照射される中性粒子Ｎの指向性を調整することができ、本実施の形態では、この角度θ傾いた開口１５ａとウェハチャック１０が指向性調整機構として機能する。
かかる場合、図３に示すように、ある方向からウェハＷに対して斜めに中性粒子Ｎを照射した後、ウェハチャック１０を１８０度回転させることで、パターン１１０の上面、及び例えば図４に示すように、パターン１１０を挟んで、領域Ａと反対側に位置する領域Ｂに中性粒子Ｎを照射することができる。これにより、ウェハＷ上のパターン１１０の全面に対して中性粒子Ｎが照射される。
なお、開口１５ａと鉛直軸との間の角度θを大きくすると、荷電粒子Ｅが開口１５ａにおいて分離板１５と衝突する際の角度が大きくなり、それによりエネルギーの減衰が大きくなる。また、角度θを大きくすると、例えば図５に示すように、アスペクト比の高いトレンチ状のパターン１１０の処理を行う際に、パターン１１０の底面及び底面近傍の側面に中性粒子Ｎが到達できなくなる。そのため、角度θは小さくすることが好ましいが、角度θを小さくしすぎると、パターン１１０の側面に対して入射角が小さくなり、パターン１１０の側面に対して十分なエネルギーを与えることができなくなる。したがって、開口１５ａの角度θは、被処理ウェハＷに形成されたパターン１１０のアスペクト比や、パターン１１０の側面を処理するために必要とされるエネルギー等に基づいて適宜設定される。なお、本発明者らによれば、開口１５ａの角度θは、概ね４度〜２８度とすることが好ましいことが確認されている。
分離板１５の開口１５ａの角度θの設定についてさらに説明する。開口１５ａの角度θの設定に先立ち、本発明者らは、所定の角度θに設定された開口１５ａを介して所定のアスペクト比を有するパターン１１０に対して中性粒子Ｎを照射し、パターン１１０の側面にどの程度の割合で中性粒子が到達するかを鋭意調査した。その結果を図６に示す。図６の横軸は開口１５ａの角度θであり、縦軸に示す「有効率」は、開口１５ａから照射される中性粒子Ｎのうち、実際にパターン１１０の側面に到達した中性粒子Ｎの割合を示したものである。また、図６に「△」で示すグラフは、パターン１１０の凹凸のアスペクト比が３〜５．５未満の場合の結果について、「□」で示すグラフはアスペクト比が５．５〜８．５未満の場合の結果について、「○」で示すグラフはアスペクト比が８．５〜１０未満の場合の結果についてそれぞれ示している。
本発明者らによれば、ウェハ処理にあたってはパターン１１０の側面における中性粒子Ｎの有効率を概ね２０％以上確保することが好ましいことが確認されている。そのため、開口１５ａの角度θは図６の結果から、アスペクト比が３〜５．５未満の場合には概ね８〜２８度、アスペクト比が５．５〜８．５未満の場合には概ね４〜１３度、アスペクト比が８．５〜１０未満の場合には概ね４〜７度とすることが好ましいといえる。そして、パターン１１０の凹凸のアスペクト比はデバイスの構造によって異なるが、通常は３〜１０の範囲であるため、上述の通り、好ましい開口１５ａの角度θは概ね４度〜２８度であるといえる。
なお、図５に示す、トレンチ状のパターン１１０の側壁とパターン１１０の上端部からそのトレンチの対角に位置する底部との対角線との間のなす角である開口角αと、当該トレンチ状のパターン１１０の凹凸のアスペクト比とは、一般に図７に示されるような反比例の関係にある。そして図６の結果と図７の関係からは、好ましい開口１５ａの角度θは、パターン１１０のアスペクト比に対応する開口角αと概ね等しい範囲内にあることが確認できる。
また、ウェハＷに照射される中性粒子Ｎのエネルギーの減衰を抑える観点から、ウェハＷの表面と分離板１５の下面との距離Ｌは、処理室Ｐにおける中性粒子Ｎの平均自由工程以下とすることが好ましい。
以上の基板処理装置１には、制御装置１００が設けられている。制御装置１００は、例えばＣＰＵやメモリなどを備えたコンピュータにより構成され、例えばメモリに記憶されたプログラムを実行することによって、基板処理装置１における基板処理が実行されるなお、基板処理装置１における基板処理や基板搬送を実現するための各種プログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどの記憶媒体Ｈに記憶されていたものであって、その記憶媒体Ｈから制御装置１００にインストールされたものが用いられている。
本実施の形態にかかる基板処理装置１は以上のように構成されており、次に、基板処理装置１におけるウェハＷの処理について説明する。
ウェハ処理にあたっては、先ず、処理容器１１内にウェハＷが搬入され、ウェハチャック１０上に載置されて保持される。このウェハＷには、例えば図３に示すように、予め凹凸状、例えばトレンチ状のパターン１１０が形成されている。
ウェハＷがウェハチャック１０に保持されると、排気機構３１により処理容器１１内が排気されて所定の圧力に減圧される。次いで、第１のガス供給部３４からプラズマ生成用の希ガスがプラズマ発生室Ｕに供給されると共に、マイクロ波供給部１４から処理容器１１内に、所定の電力でマイクロ波が供給され、マイクロ波透過板５１の下面に電界が形成される。それにより、プラズマ発生室Ｕ内の希ガスが励起されてプラズマが生成される。
プラズマ発生室Ｕ内で生成されたプラズマ中の荷電粒子Ｅやラジカルは、分離板１５の開口１５ａを介して処理室Ｐ側に供給される。この際、分離板１５には直流電源６０により所定の電圧の直流電圧が印加されており、例えば開口１５ａにおいて分離板１５に衝突した荷電粒子Ｅは分離板１５から電子を受け取り、電気的に中性化された中性粒子Ｎとなって処理室Ｐに供給される。また、プラズマ発生室Ｕのプラズマから照射される紫外光は、分離板１５により遮断される。
また、マイクロ波供給部１４からのマイクロ波の供給と並行して、ウェハＷ上に所定の膜を成膜するための原料ガスが、第２のガス供給部３７から処理室Ｐ内に供給される。処理室Ｐでは、分離板１５から供給される中性粒子Ｎにより処理ガスが励起される。これによりウェハＷ上に原料ガスを材料として所定の膜が成膜される。この際、分離板１５により陽イオンや電子といった荷電粒子Ｅや紫外光が処理室Ｐ側へ侵入することを抑えられるので、ダメージの少ないウェハ処理が行われる。
そして、所定の時間経過後、ウェハチャック１０により１８０度回転させることで、例えば図４に示すように、パターン１１０の両側面に中性粒子Ｎを照射し、ウェハＷの全面に対して均一な処理が行われる。
以上の実施の形態によれば、所定の角度θだけ傾いた開口１５ａが形成された分離板１５とウェハＷとを、鉛直軸を回転軸として相対的に回転させることで、分離板１５からウェハＷに照射される中性粒子Ｎの指向性を変化させることができる。したがって、ウェハＷ上に凹凸状のパターン１１０が形成されている場合でも、当該パターン１１０の側面の全面に中性粒子Ｎを照射することができる。その結果、中性粒子Ｎを用いてウェハＷを面内均一に処理することができる。
以上の実施の形態では、パターン１１０の一の面に対して所定の時間中性粒子Ｎを照射した後にウェハチャック１０を回転させることで、ウェハＷに照射される中性粒子Ｎの指向性を段階的に変化させたが、例えばウェハチャック１０を所定の回転速度で連続的に回転させることで、ウェハＷに照射される中性粒子Ｎの指向性を連続的に変化させるようにしてもよい
また、以上の実施の形態では、ウェハチャック１０を回転させることで、ウェハＷと分離板１５との回転方向における相対的な位置を変化させたが、例えば分離板１５を回転自在に構成し、ウェハＷを固定した状態で分離板１５を回転させてもよいし、ウェハＷと分離板１５の両方を回転させてもよい。
なお、例えば凹凸のパターン１１０が形成されたウェハＷの全面に中性粒子Ｎを照射する方法は、本実施の形態の内容に限定されるものではなく、様々な方法を用いることができる。ここで、ウェハの全面に対して中性粒子Ｎを照射するとは、例えば凹凸のパターン１１０の側面の両側から概ね等しい角度で中性粒子Ｎを照射することと同義であり、より具体的には、例えばウェハＷ上の任意の位置において、ウェハ処理中における中性粒子Ｎの入射角度分布が、例えば図８の曲線Ｘに示すように、ウェハＷの法線方向（ウェハ表面に対して垂直な方向。図８において入射角が０（ゼロ）度となる位置））を挟んだ位置にピーク値が複数分布するように中性粒子Ｎの指向性を調整することを意味する。ここで図８は、分離板１５の厚みＴと開口１５ａの直径Ｒとのアスペクト比が概ね１０程度の分離板１５において開口１５ａの角度θを変化させた場合の中性粒子Ｎ分布の変化を表すものであり、横軸はウェハＷに照射される中性粒子Ｎの入射角度を、縦軸は当該入射角でウェハＷに入射する中性粒子Ｎの分布の割合をそれぞれ表しており、曲線Ｘは角度θを＋５度とした場合と、−５度とした場合に得られる中性粒子Ｎの分布を合成したものである。図８の曲線Ｙと曲線Ｚの意味については後述する。したがって、例えば図８の曲線Ｘに示すような入射角分布となるように中性粒子Ｎを供給できれば、その方法は特許請求の範囲に記載された本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
なお、以上の実施の形態のように、分離板１５に開口１５ａが所定の角度θ傾けて形成されている場合、例えばウェハＷと分離板１５との相対的な位置を固定した状態では、例えば図３に示すように、ウェハＷには一方向からのみ中性粒子Ｎが照射されるため、入射角分布は例えば図８の曲線Ｘのうち入射角が正の値となる部分、即ち入射角が概ね０度〜１０度の間にピークＳを有する曲線のような分布となる。そして、所定の時間経過後、ウェハＷと分離板１５を相対的に１８０度回転させて所定の時間中性粒子Ｎを照射すると、１８０度回転させた後の入射角分布は、図８の曲線Ｘのうち入射角が負の値となる部分、即ち入射角が概ね０度〜−１０度の間にピークＴを有する曲線のような分布となる。したがって、ウェハＷを１８０度回転させる前と回転させた後におけるウェハＷ上の入射角分布は、図８の曲線Ｘに示すような、ウェハＷの法線方向を挟んだ位置にピーク値が複数分布するような分布となることが分かる。なお、図８の曲線Ｘは、法線方向を挟んで対称となる入射角分布を示しているが、入射角分布は必ずしも対称である必要はなく、少なくとも、法線方向を挟んで２か所にピークが現れるように中性粒子Ｎの指向性を調整すればよい。ただし、ウェハ面内の均一性という観点からは、入射角分布のピーク値が２ｎ（ｎは１以上の整数）回対称の分布となるように、中性粒子Ｎの指向性を調整することが好ましい。
なお、通常は分離板１５の厚みＴと開口１５ａの直径Ｒとのアスペクト比は上述のとおり１０程度であり、例えば開口１５ａを通過する中性粒子Ｎは、±５度程度の傾きをもって照射されるため、開口１５ａの角度θの値が０（ゼロ）でる場合でも、分離板１５から照射される中性粒子Ｎの入射角分布は、例えば図８の曲線Ｙに示すように、ウェハＷの法線方向をピークとして±５度の広がりを有するものとなる。しかしながら、曲線Ｙのような入射角分布では、パターン１１０の側面への中性粒子Ｎの照射が不十分であるため、本実施の形態にかかる分離板１５のように、ウェハＷを面内均一に処理することができない。また、図８の曲線Ｙは開口１５ａの角度を＋３度とした場合と−３度とした場合に得られる中性粒子Ｎの分布を合成したものである。この場合も中性粒子Ｎの分布はウェハＷの法線方向にピークを有しており、本実施の形態にかかる分離板１５のように、ウェハＷを面内均一に処理することができない。したがって、この結果からも、開口１５ａの角度θは概ね４度以上とすることが好ましいことが確認できる。
また、図８に示すような、入射角分布が得られる中性粒子Ｎの照射方法としては、例えば図９に示すような分離板１２０を用いてもよい。分離板１２０は、ウェハチャック１０に保持されたウェハＷの表面に垂直な方向に対して所定の角度θ１傾いて形成された第１の開口１２１と、分離板１２０の表面に垂直な軸に対して線対称に形成された第２の開口１２２と、を有し、第１の開口１２１と第２の開口１２２は互いに隣接して交互に設けられている。分離板１２０をこのように形成すると、ウェハＷと分離板１２０とを相対的に回転させずとも、当該分離板１２０からウェハＷに対し照射される中性粒子Ｎの入射角度分布は、図８に示されるような形状となる。かかる場合、ウェハチャック１０を回転させるチャック駆動機構２１などが不要となるため、基板処理装置１の構成を簡素化することができる。なお、図８に示される分離板１２０を用いる場合、当該分離板１２０そのものが中性粒子Ｎの指向性を調整する指向性調整機構として機能する。しかしながら、当然に、分離板１２０とウェハＷとを相対的に回転させてもよい。
また、分離板１５に形成される開口１５ａの角度や向きも、例えば図２や図９に示される例に限定されない。例えば図１０に示すように、分離板１３０の面内を複数の領域Ｋ１〜Ｋ８に分割して、各領域Ｋ１〜Ｋ８毎に開口の向きや角度を異なるものとしてもよい。かかる場合、例えばウェハＷと分離板１３０を相対的に連続して回転させることで、やはり、図８に示すような中性粒子Ｎの入射角分布を得ることができる。
なお、以上の実施の形態では、例えばウェハＷと分離板１５を相対的に回転させることでウェハＷに照射される中性粒子Ｎの指向性を変化させたが、ウェハチャック１０に保持されたウェハＷと分離板１５とを相対的に傾けることで中性粒子Ｎの指向性を変化させるようにしてもよい。かかる場合、例えば図１１に示すように、ウェハチャック１０に、回転軸２０に代えて昇降機構１４０を複数設け、ウェハＷを分離板１５に対して任意の角度で傾けることができるように構成してもよい。なお、図１１では、開口１５ａは所定の角度θ傾いて設けられているが、ウェハＷに照射される中性粒子Ｎの指向性を変化させるという観点からは、分離板１５の開口１５ａは、鉛直方向に沿って形成されていてもよい。しかしながら、分離板に荷電粒子Ｅを衝突させて中性粒子Ｎを生成するという観点からは、所定の角度θだけ傾いた開口を設けることが好ましい。また、ウェハ上に適正に中性粒子Ｎを照射するために、本実施の形態においても、ウェハＷと分離板１５との最大の距離Ｌｍａｘは、平均自由工程以下とすることが好ましい。
なお、昇降機構１４０により所定の角度に傾いたウェハチャック１０をさらに回転させるようにして、ウェハチャック１０の傾きと、回転の両方を用いてウェハＷに照射される中性粒子Ｎの指向性を調整してもよい。
以上の実施の形態では、１枚のウェハＷを処理する基板処理装置１の場合を例にして説明したが、例えば、複数のウェハＷをバッチ式に処理する形式の基板処理装置においても、本実施の形態に係る発明を適用できる。かかる場合、例えば図１２に示すように、複数のウェハＷが保持可能なウェハチャック１０上に、当該ウェハチャック１０の回転軸と同心円状にウェハＷを載置すると共に、例えば円弧状に形成された分離板１５０をウェハチャック１０の回転中心と同心円状に設けてもよい。なお、図１３は、４つの分離板１５０ａ〜１５０ｄが設けられた状態を示す平面図であるが、分離板１５０ａ〜１５０ｄに設けられる開口の向きや角度は、例えば隣り合う分離板１５０ａと分離板１５０ｂで対になるように形成することが好ましい。かかる場合、例えばウェハチャック１０によりウェハＷを回転させて、分離板１５０ａと分離板１５０ｂの下方を通過させることで、図８に示されるような入射角分布で中性粒子Ｎを照射することができる。また、図１３では、円弧状の４つの分離板１５０ａ〜１５０ｄを描図しているが、分離板１５０ａ〜１５０ｄの形状や配置、また設置数についても任意に設定できる。
なお、分離板１５０ａ〜１５０ｄの開口の向きを、それぞれ９０度ずつ変えて設定し、各ウェハＷを、全ての分離板１５０ａ〜１５０ｄの下方を通過させることで、図８に示されるような入射角分布が得られるようにしてもよい。
なお、以上の実施の形態では、図３に示すような凹凸状のパターン１１０を有するウェハＷを用いたが、ウェハＷ上に形成されるパターンは本実施の形態に限定されるものではなく、例えば平らな膜が形成されたウェハＷも、当然に本発明にかかる基板処理装置１における処理の対象となる。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
１ 基板処理装置
１０ ウェハチャック
１１ 処理容器
１２ 本体部
１３ マイクロ波発生源
１４ マイクロ波供給部
１５ 分離板
１５ａ 開口
２０ 回転軸
２１ チャック駆動機構
３０ 排気口
３１ 排気機構
５０ 支持部材
５１ マイクロ波透過板
５２ スロット板
５３ 誘電体板
５４ プレート
５５ 同軸導波管
１００ 制御装置
１１０ パターン
Ｕ プラズマ発生室
Ｐ 処理室
Ｗ ウェハ

Claims (4)

  1. 処理容器内の基板をプラズマにより処理する基板処理装置であって、
    前記処理容器内にプラズマを生成するプラズマ発生源と、
    前記プラズマ発生源に対向して配置され、前記処理容器内において基板を保持する基板保持機構と、
    前記プラズマ発生源と前記基板保持機構との間に配置され、前記プラズマ発生源で生成されたプラズマを中性化して中性粒子を生成し、且つ当該中性粒子を前記基板保持機構に保持された基板に照射する開口が複数形成された分離板と、
    前記基板保持機構で保持される基板上での中性粒子の入射角度分布のピーク値が基板の法線方向よりずれた位置で、且つ前記ピーク値が法線方向を挟んだ位置に複数分布するように、基板に照射される中性粒子の指向性を調整する指向性調整機構と、を有し、
    前記分離板の開口は、前記基板保持機構に保持された基板の表面に垂直な方向に対して所定の角度傾いた第１の開口と、
    前記分離板の表面に垂直な軸に対して線対称に形成された第２の開口と、を有し、
    前記第１の開口と、前記第２の開口は、互いに隣接して交互に設けられていることを特徴とする、基板処理装置。
  2. 前記指向性調整機構は、前記基板保持機構に保持された基板と前記分離板とを相対的に回転させることで、前記中性粒子の指向性を調整することを特徴とする、請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 処理容器内の基板をプラズマにより処理する基板処理装置であって、
    前記処理容器内にプラズマを生成するプラズマ発生源と、
    前記プラズマ発生源に対向して配置され、前記処理容器内において基板を保持する基板保持機構と、
    前記プラズマ発生源と前記基板保持機構との間に配置され、前記プラズマ発生源で生成されたプラズマを中性化して中性粒子を生成し、且つ当該中性粒子を前記基板保持機構に保持された基板に照射する開口が複数形成された分離板と、
    前記基板保持機構で保持される基板上での中性粒子の入射角度分布のピーク値が基板の法線方向よりずれた位置で、且つ前記ピーク値が法線方向を挟んだ位置に複数分布するように、基板に照射される中性粒子の指向性を調整する指向性調整機構と、を有し、
    前記分離板は複数の領域に区画され、当該領域毎に前記開口が鉛直方向に対して所定の角度傾いて設けられており、
    前記指向性調整機構は、前記基板保持機構に保持された基板と前記分離板とを相対的に回転させることで、前記中性粒子の指向性を調整することを特徴とする、基板処理装置。
  4. 前記指向性調整機構は、前記中性粒子の入射角分布のピーク値が２ｎ（ｎは１以上の整数）回対称の分布となるように、前記中性粒子の指向性を調整することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の基板処理装置。
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