JP6017936B2 - プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマエッチング等のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。

フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）や半導体デバイスの製造過程においては、被処理基板に対して、エッチング、スパッタリング、ＣＶＤ（化学気相成長）等のプラズマ処理が多用されている。

例えばプラズマ処理としてプラズマエッチングを行う場合には、処理ガスをプラズマにて解離活性化させ、生成したラジカル等の活性種とエッチング対象膜とを反応させる。

エッチング対象膜がケミカル反応性の高いものである場合、ローディングの影響により被処理基板の周辺部におけるエッチングレートが高くなる傾向が見られ、これがエッチングの均一性を律速することが多い。

このような周縁部でエッチングレートが高くなる傾向を抑制する技術として、被処理基板を囲むように垂直な側壁である整流ウォールを配置して被処理基板周縁部の処理ガスの流れを抑制するものが知られている（例えば特許文献１）。また、特許文献２に記載されたようなラジカル消費量が多い部材を、被処理基板の外側領域に犠牲材として配置してローディングの影響を低減する方法も考えられる。

特開２００３−２４３３６４号公報 特開平５−１９０５０２号公報

しかしながら、整流ウォールを用いる場合には、エッチング対象膜の種類やエッチング条件（レシピ）に合わせて整流ウォールの最適化が必要となり、煩雑である。また、ラジカル消費量の多い犠牲材を用いる場合には、犠牲材は消耗品であるため定期的に交換する必要があり、交換の手間やコストがかかる。また、両技術とも、複数のエッチング層を連続で処理する場合などは、他のエッチング対象膜に影響を与えてしまい、プロセス的な不都合が生じることがある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、整流ウォールやラジカル消費量の多い犠牲材を用いることなく、被処理基板の周辺部の反応性を低減させて均一なプラズマ処理を行うことができるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、基板に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、基板を収容してプラズマ処理を施すための処理容器と、前記処理容器内で基板を載置する基板載置台と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、前記処理容器内を排気する排気機構と、前記処理容器内に前記処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成手段と、前記基板載置台上の基板の周辺部へ、前記プラズマ中の活性種をトラップするトラップガスを供給するトラップガス供給機構とを具備し、前記トラップガス供給機構は、前記基板載置台の基板の周囲に設けられていることを特徴とすることを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。
本発明の第２の観点では、基板に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、基板を収容してプラズマ処理を施すための処理容器と、前記処理容器内で基板を載置する基板載置台と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、前記処理容器内を排気する排気機構と、前記処理容器内に前記処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成手段と、前記基板載置台上の基板の周辺部へ、前記プラズマ中の活性種をトラップするトラップガスを供給するトラップガス供給機構とを具備し、前記基板載置台上には、載置された基板を囲むようにシールドリングが設けられており、前記トラップガス供給機構は、前記シールドリングの側面に設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。

本発明の第３の観点では、基板に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、処理容器内の基板載置台に基板を載置した状態で、処理容器内に処理ガスを供給し、前記処理容器内に処理ガスのプラズマを生成して基板に対してプラズマ処理を行い、その際に、前記基板載置台の基板の周囲に設けられたトラップガス供給機構から、基板の周辺部に前記プラズマ中の活性種をトラップするトラップガスを供給することを特徴とするプラズマ処理方法を提供する。
本発明の第４の観点では、基板に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、処理容器内の基板載置台に基板を載置した状態で、処理容器内に処理ガスを供給し、前記処理容器内に処理ガスのプラズマを生成して基板に対してプラズマ処理を行い、その際に、前記基板載置台上の基板を囲むシールドリングの側面に設けられたトラップガス供給機構から、基板の周辺部に前記プラズマ中の活性種をトラップするトラップガスを供給することを特徴とするプラズマ処理方法を提供する。

上記第１〜第４の観点において、前記プラズマ処理は、プラズマエッチング処理であってよい。また、前記処理ガスは、Ｆ、Ｃｌ、Ｏのうち少なくとも１種を含むガスであり、前記トラップガスは水素ガスとすることができる。また、前記処理ガス中の活性種の原子数に対する前記トラップガスの原子数の比率を１７〜８０％とすることができる。

前記プラズマ処理がプラズマエッチング処理の場合に、エッチング対象は、基板上に形成されたＳｉ膜、ＳｉＮ_ｘ膜、Ａｌ膜のいずれかとすることができる。エッチング対象がＳｉ膜の場合に、活性種としてＦを用い、前記処理ガス中の活性種の原子数に対する前記トラップガスの原子数の比率が４０〜８０％であってよい。エッチング対象がＳｉＮ_ｘ膜の場合に、活性種としてＦとＯを用い、前記処理ガス中の活性種の原子数に対する前記トラップガスの原子数の比率が１７．１〜３４．３％であってよい。エッチング対象がＡｌ膜の場合に、活性種としてＣｌを用い、前記処理ガス中の活性種の原子数に対する前記トラップガスの原子数の比率が４０〜８０％であってよい。

本発明の第５の観点では、コンピュータ上で動作し、プラズマ処理装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、上記第３の観点または第４の観点のプラズマ処理方法が行われるように、コンピュータに前記プラズマ処理装置を制御させることを特徴とする記憶媒体を提供する。

本発明によれば、プラズマ処理の際に、基板載置台上の基板の周辺部へ、プラズマ中の活性種をトラップするトラップガスを供給する。そのため、基板の外周部においてプラズマ処理レートが大きい場合に、その部分の処理レートを低下させることができ、プラズマ処理分布の均一性を高めることができる。

本発明の第１の実施形態に係るプラズマ処理装置としてのプラズマエッチング装置を示す断面図である。 図１のプラズマエッチング装置における基板載置台を部分的に示す断面図である。 図１のプラズマエッチング装置における基板載置台を示す平面図である。 トラップガス吐出ノズルの他の例を示す断面図である。 トラップガス吐出ノズルのさらに他の例を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るプラズマ処理装置としてのプラズマエッチング装置を示す断面図である。 実験例１を説明するための模式図である。 ａ−Ｓｉ膜をプラズマエッチングする場合のトラップガスとしてのＨ_２ガスの基板周辺部への供給量とエッチング分布との関係を示す図である。 ＳｉＮ_ｘ膜をプラズマエッチングする場合のトラップガスとしてのＨ_２ガスの基板周辺部への供給量とエッチング分布との関係を示す図である。 Ａｌ膜をプラズマエッチングする場合のトラップガスとしてのＨ_２ガスの基板周辺部への供給量とエッチング分布との関係を示す図である。 ａ−Ｓｉ膜のエッチングの際の基板周辺部へ供給するＨ_２ガスの量と、プラズマの発光スペクトルとの関係とを示す図である。 実験例２で想定するＬＴＰＳコンタクトエッチングの際のエッチング対象の積層構造を示す断面図である。 実験例２におけるトラップガスであるＨ_２ガスの供給の有無によるＳｉＯ_２膜のエッチング分布を示す図である。 実験例２におけるトラップガスであるＨ_２ガスの供給の有無によるＳｉＮ_ｘ膜のエッチング分布を示す図である。 実験例２におけるトラップガスであるＨ_２ガスの供給の有無によるａ−Ｓｉ膜のエッチング分布を示す図である。 実験例３の結果を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
本発明ではプラズマ処理装置の一例としてプラズマエッチング装置について説明する。

＜第１の実施形態＞
最初に第１の実施形態について説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係るプラズマ処理装置としてのプラズマエッチング装置を示す断面図、図２は図１のプラズマエッチング装置における基板載置台を部分的に示す断面図、図３は図１のプラズマエッチング装置における基板載置台を示す平面図である。

図１に示すように、このプラズマエッチング装置１は、ＦＰＤ用のガラス基板（以下、単に「基板」と記す）Ｇに対してエッチングを行う容量結合型プラズマエッチング装置として構成されている。ＦＰＤとしては、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、エレクトロルミネセンス（Electro Luminescence；ＥＬ）ディスプレイ、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等が例示される。プラズマエッチング装置１は、被処理基板である基板Ｇを収容する処理容器としてのチャンバー２を備えている。チャンバー２は、例えば、表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなり、基板Ｇの形状に対応して四角筒形状に形成されている。

チャンバー２内の底部には絶縁材からなる絶縁板３を介して下部電極として機能する基板載置台４が設けられている。基板載置台４は、金属、例えばアルミニウムからなり、上部の中央部に形成された凸部５ａおよび凸部５ａの周囲のフランジ部５ｂを有する、金属、例えばアルミニウムからなる基材５と、凸部５ａの上に設けられた、基板Ｇの載置面を有する絶縁部材６とを備えている。絶縁部材６の内部には平面状の吸着電極６ａが設けられており、これらにより基板Ｇを静電吸着するための静電チャックが構成されている。フランジ部５ｂの上には、載置された基板Ｇを囲むように額縁状の絶縁体からなるシールドリング７が設けられている。また、基材５の周囲を囲むように絶縁リング８が設けられている。絶縁部材６、シールドリング７、絶縁リング８は、例えば、アルミナのような絶縁性セラミックスで構成されている。

基材５には、高周波電力を供給するための給電線１２が接続されており、この給電線１２は分岐し、一方の分岐線に整合器１３ａとプラズマ生成（ソース）用の第１の高周波電源１４ａが接続され、他方の分岐線に整合器１３ｂとバイアス印加用の第２の高周波電源１４ｂが接続されている。第１の高周波電源１４ａからはプラズマ生成用の例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が基材５に印加され、これにより、基板載置台４が下部電極として機能する。また、第２の高周波電源１４ｂからはバイアス用の例えば３．２ＭＨｚの高周波電力が基材５に印加され、これによりプラズマ中のイオンを効果的に基板Ｇに引き込むことができる。なお、プラズマ生成とバイアス印加を兼ねた一つの高周波電源を設けてもよい。吸着電極６ａには、直流電源１５が接続されており、吸着電極６ａに直流電圧が印加され、クーロン力により基板Ｇを絶縁部材６の載置面に吸着するようになっている。

シールドリング７の上面には、その全周に基板Ｇの載置面を囲むように、プラズマ中の活性種（ラジカル）をトラップするためのトラップガスとして水素ガス（Ｈ_２ガス）を吐出する、額縁状をなすトラップガス吐出ノズル１６が設けられている。トラップガス吐出ノズル１６の上面には、全周に亘って複数のガス吐出口１７が形成されている。トラップガス吐出ノズル１６にはガス流路１８が接続されていて、ガス流路１８の他端にはトラップガスである水素ガスを供給するトラップガス供給源１９が接続されている。そして、トラップガスである水素ガスは、トラップガス供給源１９からガス流路１８を介してトラップガス吐出ノズル１６に至り、複数のガス吐出口１７から吐出され、基板載置台４上の基板Ｇの周辺部に供給される。

基板載置台４には、基板Ｇの受け渡しを行うための複数のリフタピン（図示せず）が基板載置台４の上面（すなわち絶縁部材６の上面）に対して突没可能に設けられており、基板Ｇの受け渡しは、基板載置台４の上面から上方に突出した状態のリフタピンに対して行われる。

チャンバー２の上部には、チャンバー２内に処理ガスを供給するとともに上部電極として機能するシャワーヘッド２０が、基板載置台４と対向するように設けられている。シャワーヘッド２０は、内部に処理ガスを拡散させるガス拡散空間２１が形成されているとともに、下面または基板載置台４との対向面に処理ガスを吐出する複数の吐出孔２２が形成されている。このシャワーヘッド２０は接地されており、基板載置台４とともに一対の平行平板電極を構成している。

シャワーヘッド２０の上面にはガス導入口２４が設けられ、このガス導入口２４には、処理ガス供給管２５が接続されており、この処理ガス供給管２５には処理ガス供給源２８が接続されている。処理ガス供給管２５には、バルブ２６およびマスフローコントローラ２７が設けられている。処理ガス供給源２８からは、エッチングのための処理ガスが供給される。処理ガスとしては、この分野で通常用いられる処理ガスを用いることができ、処理する膜によって最適な物質が用いられる。このような処理ガスとしては典型的には、Ｆ、Ｃｌ、Ｏのうち少なくとも１種を含むガスを用いることができる。これらはそれぞれ、反応性の高いＦ、Ｃｌ、Ｏを含む活性種（ラジカル）を形成する。

チャンバー２の底壁の４隅には排気管２９（２つのみ図示）が接続されており、この排気管２９には排気装置３０が接続され、図示しない圧力調整弁が設けられている。排気装置３０はターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており、これによりチャンバー２内を排気して所定の減圧雰囲気まで真空引き可能なように構成されている。チャンバー２の側壁には、基板Ｇを搬入出するための搬入出口３１が形成されているとともに、この搬入出口３１を開閉するゲートバルブ３２が設けられており、搬入出口３１の開放時に、図示しない搬送手段によって基板Ｇがチャンバー２内外に搬入出されるように構成されている。

また、プラズマエッチング装置１は、プラズマエッチング装置１の各構成部を制御するためのマイクロプロセッサ（コンピュータ）を備えたプロセスコントローラを有する制御部４０を備えている。制御部４０は、オペレータによるプラズマエッチング装置１を管理するためのコマンド入力等の入力操作を行うキーボードや、プラズマエッチング装置１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース、および、プラズマエッチング装置１で実行される各種処理をプロセスコントローラの制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマ処理装置の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわち処理レシピが格納された記憶部をさらに有している。処理レシピは記憶部の中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、コンピュータに内蔵されたハードディスクや半導体メモリであってもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。そして、必要に応じて、ユーザーインターフェースからの指示等にて任意の処理レシピを記憶部から呼び出してプロセスコントローラに実行させることで、プロセスコントローラの制御下で、プラズマエッチング装置での所望の処理が行われる。

次に、上記構成のプラズマエッチング装置１における処理動作について説明する。以下の処理動作は制御部４０の制御のもとに行われる。
まず、排気装置３０によってチャンバー２内を排気して所定の圧力とし、ゲートバルブ３２を開放して搬入出口３１を介して隣接する真空に保持された搬送室（図示せず）から搬送手段（図示せず）によって基板Ｇを搬入し、図示しないリフタピンを上昇させた状態でその上に基板Ｇを受け取り、リフタピンを下降させることにより基板載置台４上に基板Ｇを載置させる。搬送手段をチャンバー２から退避させた後、ゲートバルブ３２を閉じる。

この状態で、処理ガス供給源２８から、処理ガス供給管２５およびシャワーヘッド２０を介して処理ガスをチャンバー２内に供給するとともに、圧力調整弁によりチャンバー２内の圧力を所定の真空度に調整する。

そして、第１の高周波電源１４ａから整合器１３ａを介して基板載置台４（基材５）にプラズマ生成用の高周波電力を印加し、下部電極としての基板載置台４と上部電極としてのシャワーヘッド２０との間に高周波電界を生じさせてチャンバー２内の処理ガスをプラズマ化させる。また、第２の高周波電源１４ｂから整合器１３ｂを介して基板載置台４（基材５）にバイアス用の高周波電力を印加し、プラズマ中のイオンを効果的に基板Ｇに引き込む。この際に、直流電源１５から吸着電極６ａに直流電圧を印加することにより、プラズマを介してクーロン力により基板載置台４（絶縁部材６）の載置面に基板Ｇを吸着固定する。

これにより、基板Ｇの所定の膜に対するプラズマエッチング処理が進行する。このとき、処理ガスとしては、処理する膜によって最適な物質が用いられ、例えば、プラズマにより反応性の高いＦ、Ｃｌ、Ｏを含む活性種（ラジカル）を生成する、Ｆ、Ｃｌ、Ｏのうち少なくとも１種を含むガスを用いることができる。

プラズマエッチング処理の際には、基板Ｇの周辺部では未反応の処理ガスが多く存在することから、エッチング対象膜がケミカル反応性が高いものであると、ローディング効果により、基板Ｇの周辺部におけるエッチングレートが高くなってしまう。

そこで、本実施形態では、プラズマ中の活性種（ラジカル）をトラップするトラップガスとして水素ガスを、トラップガス供給源１９からガス流路１８を介してトラップガス吐出ノズル１６に設けられた複数のガス吐出口１７から基板Ｇの周辺部に供給する。これにより、基板Ｇの周辺部において活性種（ラジカル）がトラップされる。具体的には、反応性の高いＦ、Ｃｌ、Ｏを含む活性種（ラジカル）が存在する場合には、これらは基板Ｇの周辺部で水素ガスと反応してＨＦ、ＨＣｌ、Ｈ_２Ｏのようなエッチングに寄与しない成分となり、チャンバー２から排出される。このため、エッチングレートが高かった基板Ｇの周辺部では活性種（ラジカル）の量が減少してエッチングレートが低下し、基板Ｇの面内においてエッチングレートが均一化される。

このように、反応性の高いＦ、Ｃｌ、Ｏを含む活性種（ラジカル）を用いる際に、基板Ｇの周辺部にトラップガスとして水素ガスを供給することにより、これら活性種（ラジカル）をトラップすることができるが、水素ラジカル等の他の水素源であってもトラップガスとして機能することができる。また、活性種（ラジカル）と反応してエッチングに寄与しない成分を生成することができれば、水素以外のトラップガスを用いることもできる。

トラップガスの流量が多いほど、活性種（ラジカル）をトラップする効果が高くなるから、トラップガスの流量を制御することにより、基板Ｇのエッチングレートの分布制御が可能となる。この場合に、トラップガスの流量は、活性種の原子量に対してトラップガスの原子量が１７〜８０％になるような流量とすることが好ましい。

具体例としては、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜のエッチングに際しては、処理ガスとしてＳＦ_６ガスを好適に用いることができるが、トラップガスとして水素（Ｈ_２）ガスを用いた場合に、活性種（ラジカル）であるＦ原子量に対してＨ原子量が４０〜８０％となるような流量で水素ガスを供給することが好ましい。また、ＳｉＮ_ｘ膜のエッチングには、反応種としてＳＦ_６ガスおよび酸素（Ｏ_２）ガスの混合ガスを好適に用いることができるが、トラップガスとして水素（Ｈ_２）ガスを用いた場合に、活性種（ラジカル）であるＦ、Ｏの原子量に対してＨ原子量が１７．１〜３４．３％なるような流量で水素ガスを供給することが好ましい。さらに、Ａｌ膜のエッチングに際しては、ＢＣｌ_３、Ｃｌ_２を好適に用いることができるが、トラップガスとして水素（Ｈ_２）ガスを用いた場合に、活性種（ラジカル）であるＣｌ原子量に対してＨ原子量が４０〜８０％なるような流量で水素ガスを供給することが好ましい。

処理終了後、第１の高周波電源１４ａおよび第２の高周波電源１４ｂをオフにするとともに、吸着電極６ａへの給電を停止して静電吸着を解除し、リフトピン（図示せず）により基板Ｇをリフトアップし、ゲートバルブ３２を開けて処理後の基板Ｇを搬入出口３１から搬出する。

本実施形態では、基板Ｇの周辺部に活性種（ラジカル）をトラップするトラップガスを供給し、基板Ｇの周辺部における活性種（ラジカル）の量を低減するので、基板Ｇの周辺部におけるエッチングレートを低減させて面内均一性の高いプラズマエッチングを行うことができる。このように、整流ウォールや犠牲材を用いることなく、基板Ｇの周辺部のエッチングレートを低減させることができるので、整流ウォールを用いる場合のエッチング対象膜の種類やエッチング条件（レシピ）に合わせて整流ウォールの最適化が必要となるといった問題や、犠牲材を用いる場合の定期的な交換により手間やコストがかかるといった問題や、これら両方で問題となる、複数のエッチング層を連続で処理する場合などに他のエッチング対象膜に影響を与えてしまうといった問題を解消することができる。

トラップガスである水素ガスの供給形態は、基板Ｇの周辺部に供給できれば図１の形態に限らない。例えば、図４に示すように、トラップガス吐出ノズル１６をシールドリング７の側面に取り付けるようにしてもよく、また、図５に示すように、トラップガス吐出ノズル１６をシャワーヘッド２０の外周部に設けて基板Ｇの上方から基板Ｇの周辺部に水素ガスを供給するようにしてもよい。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図６は本発明の第２の実施形態に係るプラズマ処理装置としてのプラズマエッチング装置を示す断面図である。

図６に示すように、このプラズマエッチング装置１′は誘導結合型プラズマエッチング装置として構成されている。図６において図１と共通の部分には同じ符号を付して説明を簡略化する。

このプラズマエッチング装置１′のチャンバー２′は、天壁５２が例えばＡｌ₂Ｏ₃等のセラミックスや石英のような誘電体からなっており、天壁５２の下側部分に、処理ガス供給用の十字状をなすシャワー筐体５１が嵌め込まれている他は、チャンバー２と同様に構成されている。

シャワー筐体５１は導電性材料、例えば陽極酸化処理されたアルミニウムで構成されている。このシャワー筐体５１には水平に伸びるガス流路５３が形成されており、このガス流路５３には、下方に向かって延びる複数のガス吐出孔５４が連通している。一方、天壁５２の上面中央には、ガス導入口２４が設けられ、図１の装置と同様、ガス導入口２４には、処理ガス供給管２５が接続されており、この処理ガス供給管２５には処理ガス供給源２８が接続されている。

天壁５２の上面に沿って高周波（ＲＦ）アンテナ５５が設けられており、高周波アンテナ５５には、給電線５６が接続されており、この給電線５６に整合器５７およびプラズマ生成（ソース）用の第１の高周波電源５８が接続されている。高周波アンテナ５５に、第１の高周波電源５８から例えば周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波電力が供給されることにより、チャンバー２′内に誘導電界が形成され、この誘導電界によりシャワー筐体５１から吐出された処理ガスがプラズマ化される。

一方、基板載置台４の基材５には給電線１２が接続され、この給電線１２には、整合器１３ｂおよびバイアス印加用の第２の高周波電源１４ｂのみが接続されている。

このようなプラズマエッチング装置１′においては、第１の実施形態と同様にして基板Ｇを基板載置台４上に載置し、処理ガス供給源２８から、処理ガス供給管２５およびシャワー筐体５１を介して処理ガスをチャンバー２′内に供給するとともに、圧力調整弁によりチャンバー２′内の圧力を所定の真空度に調整する。次いで、第１の高周波電源５８から高周波電力を高周波アンテナ５５に印加し、これにより誘電体からなる天壁５２を介してチャンバー２′内に誘導電界を形成する。このようにして形成された誘導電界により、チャンバー２′内で処理ガスがプラズマ化し、高密度の誘導結合プラズマが生成され、基板Ｇに対してプラズマエッチング処理が行われる。このとき、第２の高周波電源１４ｂから整合器１３ｂを介して基板載置台４（基材５）にバイアス用の高周波電力を印加し、プラズマ中のイオンを効果的に基板Ｇに引き込み、直流電源１５から吸着電極６ａに直流電圧を印加することにより、基板Ｇはプラズマを介してクーロン力により基板載置台４（絶縁部材６）の載置面に吸着固定する。

このような誘導結合プラズマによりエッチングする場合でも、基板Ｇの周辺部では未反応の処理ガスが多く存在することから、エッチング対象膜がケミカル反応性が高いものであると、ローディング効果により、基板Ｇの周辺部におけるエッチングレートが高くなってしまう。

このため、第１の実施形態と同様、プラズマ中の活性種（ラジカル）をトラップするトラップガスとして水素ガスを基板Ｇの周辺部に供給する。これにより、基板Ｇの周辺部において活性種（ラジカル）がトラップされる。このため、エッチングレートが高かった基板Ｇの周辺部では活性種（ラジカル）の量が減少してエッチングレートが低下し、基板Ｇの面内においてエッチングレートが均一化される。

＜実験例＞
次に、実験例について説明する。
（実験例１）
ここでは、図７に示すように、５５０×６５０ｍｍの基板をエッチングする容量結合型プラズマエッチング装置において、基板載置台の短辺のシールドリングに対応する部分に、５００ｍｍの範囲で水素ガスを吐出させるためのガス吐出ノズル１６を設け、このガス吐出ノズルに形成された複数のガス吐出口から、所定の流量で水素ガスを供給しながら所定の処理ガスにより以下に示す膜のエッチング処理を行った。このときの基板の水素ガスを供給している端部から基板中央にかけてのエッチングレートの分布を測定した。

・ａ−Ｓｉ膜エッチング
Ｆラジカルの影響を受けやすいａ−Ｓｉ膜について、ベース条件を以下のようにし、水素ガス（Ｈ_２ガス）流量を０、２５、５０ｓｃｃｍで変化させてエッチングを行った。

ベース条件
圧力：６０ｍＴｏｒｒ
ソースパワー：３０００Ｗ
バイアスパワー：３００Ｗ
処理ガスおよび流量：
ＳＦ_６ １００ｓｃｃｍ
Ａｒ ２００ｓｃｃｍ

このようなａ−Ｓｉ膜のエッチングの際のエッチングレートの分布を図８に示す。
この図に示すように、Ｈ_２ガスを供給しない従来の手法でエッチングした場合には、基板外周部のエッチングレートが非常に高くなり、エッチングレートの均一性（ばらつき）は１７．９％であった。これに対して、基板周辺部にＨ_２ガスを供給することにより、中央部へのエッチングレートにほとんど影響なく、基板外周部のエッチングレートのみをコントロールすることができ、Ｈ_２ガスの流量が増加するほど基板外周部のエッチングレートが低下することがわかる。そして、Ｈ_２ガス流量が２５ｓｃｃｍのときにエッチングレートの均一性（ばらつき）は５．８％と非常に小さくなる。Ｈ_２ガス流量が５０ｓｃｃｍになると基板外周部のエッチングレートはさらに低下し、均一性（ばらつき）は１７．２％と大きくなる。基板中央部のエッチングレートより低くすることが可能となっており、Ｈ_２流量によりエッチング分布が制御可能であることがわかる。

・ＳｉＮ_ｘ膜エッチング
ＦラジカルおよびＯラジカルの影響を受けやすいＳｉＮ_ｘ膜について、ベース条件を以下のようにし、水素ガス（Ｈ_２ガス）流量を０、２５、５０ｓｃｃｍで変化させてエッチングを行った。

ベース条件
圧力：６０ｍＴｏｒｒ
ソースパワー：３０００Ｗ
バイアスパワー：３００Ｗ
処理ガスおよび流量：
ＳＦ_６ ２００ｓｃｃｍ
Ｏ_２ １００ｓｃｃｍ

このようなＳｉＮ_ｘ膜のエッチングの際のエッチングレートの分布を図９に示す。
この図に示すように、Ｈ_２ガスを供給しない従来の手法でエッチングした場合には、基板外周部のエッチングレートが非常に高くなり、エッチングレートの均一性（ばらつき）は１５．８％であった。これに対して、基板周辺部にＨ_２ガスを供給することにより、中央部へのエッチングレートにほとんど影響なく、基板外周部のエッチングレートのみをコントロールすることができ、Ｈ_２ガスの流量が増加するほど基板外周部のエッチングレートが低下することがわかる。そして、Ｈ_２ガス流量が５０ｓｃｃｍのときにエッチングレートの均一性（ばらつき）は５．３％と非常に小さくなる。Ｈ_２ガス流量が２５ｓｃｃｍでも効果は大きく、均一性（ばらつき）は６．４％である。

・Ａｌ膜エッチング
Ｃｌラジカルの影響を受けやすいＡｌ膜について、ベース条件を以下のようにし、水素ガス（Ｈ_２ガス）流量を０、５０、１００ｓｃｃｍで変化させてエッチングを行った。

ベース条件
圧力：２０ｍＴｏｒｒ
ソースパワー：１５００Ｗ
バイアスパワー：５０Ｗ
処理ガスおよび流量：
ＢＣｌ_３ ２００ｓｃｃｍ
Ｃｌ_２ ３００ｓｃｃｍ

このようなＡｌ膜のエッチングの際のエッチングレートの分布を図１０に示す。
この図に示すように、Ｈ_２ガスを供給しない従来の手法でエッチングした場合には、基板外周部のエッチングレートが非常に高くなり、エッチングレートの均一性（ばらつき）は３４．０％であった。これに対して、基板周辺部にＨ_２ガスを供給することにより、基板外周部のエッチングレートをコントロールすることができ、Ｈ_２ガスの流量が増加するほど基板外周部のエッチングレートが低下することがわかる。そして、Ｈ_２ガス流量が１００ｓｃｃｍのときにエッチングレートの均一性（ばらつき）は１９．５％と大きく改善されているのがわかる。Ｈ_２ガス流量が５０ｓｃｃｍでも均一性（ばらつき）は２８．８％と改善効果が得られる。ローディングの影響を受けやすいＡｌ膜では整流ウォールを用いることが多いが、基板周辺部にトラップガスであるＨ_２ガスを供給することにより、整流ウォールを設けなくても均一性が改善することが確認された。

（トラップガスの供給量の検証）
次に、以上の結果から、処理ガス流量に対するトラップガスの供給量の適正範囲を検証した結果について説明する。
上記結果は基板の一辺にトラップガスであるＨ_２ガスを吐出するガス吐出ノズルを設けて、そこからトラップガスであるＨ_２ガスを供給してエッチングレートに及ぼすトラップガスの影響を把握したものであるが、実際には供給された処理ガスは基板の中央部から四辺（全周２４００ｍｍ）を介して排出される。このため、以下の検証は、処理ガス量を、トラップガスを供給した辺あたりに換算して処理ガスに対して相対的に必要となるトラップガス流量を算出する手法をとった。

また、上記結果は、処理ガスの中の反応性の高い反応種（活性種）であるＦ、Ｃｌ、Ｏを、基板周辺部に供給されたトラップガスであるＨ_２ガスと反応させることにより、ＨＦ、ＨＣｌ、Ｈ_２Ｏといったエッチングに寄与しない化合物となってチャンバーから排出させ、基板周辺部の反応種を減少させるものと考えられる。事実、図１１の上記ａ−Ｓｉ膜のエッチングの際の基板周辺部のプラズマの発光スペクトルに示すように、Ｈ_２ガスの流量が増加するほど、波長が６５６．５ｎｍのＨの発光が増加し、波長が７０４ｎｍのＦの発光が減少している。したがって、以下の検証結果はその点を前提とする。

・ａ−Ｓｉ膜のエッチング
上記実験例では、処理ガスとしてＳＦ_６ガスを１００ｓｃｃｍ使用しているから、プラズマにより全て解離したとすると、体積は７倍となり、体積流量はＳが１００ｓｃｃｍ、Ｆが６００ｓｃｃｍということとなる。また、上述したように、基板に供給された処理ガスは、４辺を介して排気されるから、基板全周２４００ｍｍとすると、基板の辺５００ｍｍあたりのＦの換算量は１２５ｓｃｃｍとなる。一方、トラップガスであるＨ_２ガスは２５〜５０ｓｃｃｍであるから、これらが全て解離すると、体積は２倍となり、Ｈが５０〜１００ｓｃｃｍとなる。原子量の比率に換算すると、Ｆ原子量に対してＨ原子量は４０〜８０％の範囲となる。

・ＳｉＮ_ｘ膜のエッチング
上記実験例では、処理ガスとしてＳＦ_６ガスを２００ｓｃｃｍ使用し、Ｏ_２ガスを１００ｓｃｃｍ使用しているから、これらがプラズマにより全て解離したとすると、Ｓが２００ｓｃｃｍ、Ｆが１２００ｓｃｃｍ、Ｏが２００ｓｃｃｍということとなり、ＦおよびＯの体積流量は１４００ｓｃｃｍということとなる。したがって、基板の辺５００ｍｍあたりの活性種（ラジカル）の換算量は２９１．７ｓｃｃｍとなる。一方、トラップガスであるＨ_２ガスは２５〜５０ｓｃｃｍであるから、これらが全て解離すると、Ｈが５０〜１００ｓｃｃｍとなる。原子量の比率に換算すると、活性種（ラジカル）原子量に対してＨ原子量は１７．１〜３４．３％の範囲となる。

・Ａｌ膜のエッチング
上記実験例では、処理ガスとしてＢＣｌ_３ガスを２００ｓｃｃｍ使用し、Ｃｌ_２ガスを３００ｓｃｃｍ使用しているから、これらがプラズマにより全て解離したとすると、Ｃｌの体積流量は１２００ｓｃｃｍとなる。したがって、基板の辺５００ｍｍあたりのＣｌの換算量は２５０ｓｃｃｍとなる。一方、トラップガスであるＨ_２ガスは５０〜１００ｓｃｃｍであるから、これらが全て解離すると、Ｈが１００〜２００ｓｃｃｍとなる。原子量の比率に換算すると、Ｃｌ原子量に対してＨ原子量は４０〜８０％の範囲となる。

上記実験例では、処理ガス量を基板辺あたりに供給される原子流量に換算して、相対的に必要となるトラップガス流量を算出した。実際はトラップガス供給エリアは、基板周囲に設置されるため、必要となるトラップガス流量は、処理ガス投入量に対して相対的に定義することができる。
以上のことから、単位時間に供給される、処理ガスの中のＦ、Ｃｌ、Ｏの原子量に対して、Ｈ原子量の比率が１７〜８０％の範囲となるように、トラップガスであるＨ_２ガスを供給することにより、基板周辺部におけるエッチングレートの制御に効果があることが確認された。

（実験例２）
次に、図１と同様の構成を有する容量結合型のプラズマエッチング装置により、実プロセスを想定した実験を行った結果について説明する。基板サイズは７３０×９２０ｍｍであり、トラップガスは基板周囲に供給される。

ここでは、ＬＴＰＳ（低温ポリシリコン）コンタクトエッチングを想定した実験を行った。低温ポリシリコンコンタクトエッチングは、図１２に示すようなポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）膜１０１の上にＳｉＯ_２膜１０２、ＳｉＮ_ｘ膜１０３、ＳｉＯ_２膜１０４を積層した積層構造に対してエッチングを行うものであり、従来はポリシリコン層のエッチングにおいて外周部のエッチングレートが高いエッチング分布となり、基板外周部でポリシリコン膜のエッチオフが生じやすく問題になっていた。そこで、本実験例では、ＳｉＯ_２膜、ＳｉＮ_ｘ膜、およびポリシリコン膜と同等のエッチング特性を示すａ−Ｓｉ膜について、Ｈ_２ガスを他のガスとともにシャワーヘッドから供給した場合と、Ｈ_２ガスをトラップガスとして基板の周辺部へ供給した場合とで、以下に示す条件でエッチングを行った。

エッチング条件
圧力：１０ｍＴｏｒｒ
ソースパワー：５０００Ｗ
バイアスパワー：５０００Ｗ
処理ガスおよび流量（シャワーヘッド）：
Ｃ_４Ｆ_８ ６０ｓｃｃｍ
Ａｒ １００ｓｃｃｍ
Ｈ_２ １００ｓｃｃｍ、０ｓｃｃｍ
トラップガス（Ｈ_２ガス）流量（基板周辺部）：０ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍ
なお、この場合の活性種であるＦの原子量に対するトラップガスであるＨの原子量の比率は４１．７％である。

これらの膜のエッチングの際のエッチングレート（エッチング量）の分布を図１３〜１５に示す。図１３、１４は、それぞれＳｉＯ_２膜およびＳｉＮ_ｘ膜の結果であるが、いずれも基板周辺部へのＨ_２ガス供給の有無にかかわらず、エッチングレートの面内均一性は良好である。一方、図１５はａ−Ｓｉ膜の結果であるが、基板周辺部へＨ_２ガスを供給しない場合には、基板外周部のエッチングレートが上昇しエッチングレートの面内均一性は４４％であったものが、基板周辺部へＨ_２ガスを供給することにより、均一性が１０％まで大幅に改善された。

このことから、Ｈ_２ガスをトラップガスとして基板周辺部に供給することにより、ＳｉＯ_２膜やＳｉＮ_ｘ膜のエッチングにはほとんど影響を与えず、ケミカル反応性が強く、基板外周部のエッチングレートが高いａ−Ｓｉ膜のみエッチング分布を改善できることが確認された。したがって、本手法は、ＬＴＰＳ（低温ポリシリコン）コンタクトエッチングにおいて、基板外周部で生じやすいポリシリコン膜のエッチオフに対して大変有効な手法であるといえる。

（実験例３）
次に、トラップガスであるＨ_２ガスを供給するトラップガス供給ノズルを図４に示すようにシールドリングの側面に設けた以外は、図６と同様の構成を有する誘導結合型のプラズマエッチング装置により、エッチングを行った結果について説明する。基板サイズは１８５０×１５００ｍｍである。

本実験例においても、ＬＴＰＳ（低温ポリシリコン）コンタクトエッチングを想定した実験を行った。具体的には、処理ガスとしてＣ_２ＨＦ_５ガス、Ｈ_２ガス、Ａｒガスを用い、トラップガスとしてのＨ_２ガスの有無によるＳｉＯ_２膜およびＳｉ膜のエッチング分布を調査した。

その結果を図１６に示す。図１６は基板の１／４の部分のエッチングレートを示すものであり、Ｃは基板の中心、ＬＣは長辺の中心、ＳＣは短辺の中心、Ｅｄｇｅは基板の角である。図１６（ａ）は、処理ガスをＣ_２ＨＦ_５：３００ｓｃｃｍ、Ｈ_２：１８０ｓｃｃｍ、Ａｒ：２４０ｓｃｃｍとし、トラップガスを使用せずにエッチングを行った結果である。図１６（ｂ）、（ｃ）は、処理ガス中のＨ_２：１８０ｓｃｃｍをなくし、基板周辺部のトラップガス吐出ノズルから流出させた結果である。なお、図１６（ｂ）、（ｃ）の場合の活性種であるＦの原子量に対するトラップガスであるＨの原子量の比率は２４％および７２％である。

図１６（ａ）に示すように、トラップガスであるＨ_２ガスを基板周辺部へ供給しない場合は、ＳｉＯ_２膜はエッチング分布が比較的均一であるが、Ｓｉ膜では基板外周部のエッチングレートが高くなっている。一方、図１６（ａ）の処理ガスに含まれるＨ_２ガスをトラップガスとして基板周辺部に供給した図１６（ｂ）、（ｃ）では、ＳｉＯ_２膜のエッチング分布を乱すことなく、Ｓｉ膜のエッチング分布が改善されている。さらに、その効果は、基板周辺部へのＨ_２ガスの流量が１８０ｓｃｃｍの（ｂ）の場合よりも、５４０ｓｃｃｍの（ｃ）のほうが大きいことが確認された。

なお、ケミカル性の高いエッチング対象膜を含む積層膜等をエッチングする場合には、基板外周部のエッチングレートの制御が必要となる膜のエッチングステップのみにトラップガスを供給するレシピでエッチングを行うようにすることもできる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、プラズマ処理としてプラズマエッチングを例にとって説明したが、プラズマエッチングに限らずプラズマＣＶＤ等の他のプラズマ処理であってもよい。

また、上記実施形態では、容量結合型および誘導結合のプラズマ処理装置を例示したが、これに限らず、チャンバー内にプラズマを生成することができれば、マイクロ波プラズマ等、他の方式でプラズマを生成する装置であってもよい。

さらに、トラップガスとしてはＨ_２ガスに限らず、ラジカル等の活性種と反応してトラップできるものであればよい。エッチング対象膜も上記実施形態のものに限らない。

さらにまた、上記実施形態では本発明をＦＰＤ用のガラス基板に適用した例について説明したが、これに限らず、半導体基板等、他の基板に適用可能であることはいうまでもない。

１，１′；プラズマエッチング装置（プラズマ処理装置）
２，２′；チャンバー（処理容器）
４；基板載置台
５；基材
６；絶縁部材
７；シールドリング
１４ａ，５８；第１の高周波電源
１４ｂ；第２の高周波電源
１６；トラップガス吐出ノズル
１７；ガス吐出口
１８；ガス流路
１９；トラップガス供給源
２０；シャワーヘッド
２５：処理ガス供給管
２８：処理ガス供給源
２９：排気管
３０：排気装置
３１；搬入出口
４０；制御部
５５；高周波アンテナ
Ｇ；基板

Claims (19)

1. 基板に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
   基板を収容してプラズマ処理を施すための処理容器と、
   前記処理容器内で基板を載置する基板載置台と、
   前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、
   前記処理容器内を排気する排気機構と、
   前記処理容器内に前記処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成手段と、
   前記基板載置台上の基板の周辺部へ、前記プラズマ中の活性種をトラップするトラップガスを供給するトラップガス供給機構と
   を具備し、
   前記トラップガス供給機構は、前記基板載置台の基板の周囲に設けられていることを特徴とすることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 基板に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
   基板を収容してプラズマ処理を施すための処理容器と、
   前記処理容器内で基板を載置する基板載置台と、
   前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、
   前記処理容器内を排気する排気機構と、
   前記処理容器内に前記処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成手段と、
   前記基板載置台上の基板の周辺部へ、前記プラズマ中の活性種をトラップするトラップガスを供給するトラップガス供給機構と
   を具備し、
   前記基板載置台上には、載置された基板を囲むようにシールドリングが設けられており、
   前記トラップガス供給機構は、前記シールドリングの側面に設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置。
3. 前記プラズマ処理は、プラズマエッチング処理であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記処理ガスは、Ｆ、Ｃｌ、Ｏのうち少なくとも１種を含むガスであり、前記トラップガスは水素ガスであることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記処理ガス中の活性種の原子数に対する前記トラップガスの原子数の比率が１７〜８０％であることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記プラズマエッチング処理のエッチング対象は、基板上に形成されたＳｉ膜、ＳｉＮ_ｘ膜、Ａｌ膜のいずれかであることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のプラズマ処理装置。
7. エッチング対象がＳｉ膜の場合に、活性種としてＦを用い、前記処理ガス中の活性種の原子数に対する前記トラップガスの原子数の比率が４０〜８０％であることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理装置。
8. エッチング対象がＳｉＮ_ｘ膜の場合に、活性種としてＦとＯを用い、前記処理ガス中の活性種の原子数に対する前記トラップガスの原子数の比率が１７．１〜３４．３％であることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理装置。
9. エッチング対象がＡｌ膜の場合に、活性種としてＣｌを用い、前記処理ガス中の活性種の原子数に対する前記トラップガスの原子数の比率が４０〜８０％であることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理装置。
10. 基板に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、
    処理容器内の基板載置台に基板を載置した状態で、処理容器内に処理ガスを供給し、前記処理容器内に処理ガスのプラズマを生成して基板に対してプラズマ処理を行い、その際に、前記基板載置台の基板の周囲に設けられたトラップガス供給機構から、基板の周辺部に前記プラズマ中の活性種をトラップするトラップガスを供給することを特徴とするプラズマ処理方法。
11. 基板に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、
    処理容器内の基板載置台に基板を載置した状態で、処理容器内に処理ガスを供給し、前記処理容器内に処理ガスのプラズマを生成して基板に対してプラズマ処理を行い、その際に、前記基板載置台上の基板を囲むシールドリングの側面に設けられたトラップガス供給機構から、基板の周辺部に前記プラズマ中の活性種をトラップするトラップガスを供給することを特徴とするプラズマ処理方法。
12. 前記プラズマ処理は、プラズマエッチング処理であることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載のプラズマ処理方法。
13. 前記処理ガスは、Ｆ、Ｃｌ、Ｏのうち少なくとも１種を含むガスであり、前記トラップガスは水素ガスであることを特徴とする請求項１２記載のプラズマ処理方法。
14. 前記処理ガス中の活性種の原子数に対する前記トラップガスの原子数の比率が１７〜８０％であることを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載のプラズマ処理方法。
15. 前記プラズマエッチング処理のエッチング対象は、基板上に形成されたＳｉ膜、ＳｉＮ_ｘ膜、Ａｌ膜のいずれかであることを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載のプラズマ処理方法。
16. エッチング対象がＳｉ膜の場合に、活性種としてＦを用い、前記処理ガス中の活性種の原子数に対する前記トラップガスの原子数の比率が４０〜８０％であることを特徴とする請求項１５に記載のプラズマ処理方法。
17. エッチング対象がＳｉＮ_ｘ膜の場合に、活性種としてＦとＯを用い、前記処理ガス中の活性種の原子数に対する前記トラップガスの原子数の比率が１７．１〜３４．３％であることを特徴とする請求項１５に記載のプラズマ処理方法。
18. エッチング対象がＡｌ膜の場合に、活性種としてＣｌを用い、前記処理ガス中の活性種の原子数に対する前記トラップガスの原子数の比率が４０〜８０％であることを特徴とする請求項１５に記載のプラズマ処理方法。
19. コンピュータ上で動作し、プラズマ処理装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項１１から請求項１８のいずれかのプラズマ処理方法が行われるように、コンピュータに前記プラズマ処理装置を制御させることを特徴とする記憶媒体。