JP7292493B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、プラズマ処理装置に関する。
近年では、半導体デバイスに対し、市場からの省電力・高速化の要求が高まり、デバイス構造の複雑化・高集積化の傾向が顕著である。例えばロジックデバイスにおいては、積層させたナノワイヤもしくはナノシートでチャネルを構成したGAA(Gate All Around)構造のFETの適用が検討されており、GAA-FETのエッチング工程では、Fin形成のための垂直加工に加え、ナノワイヤもしくはナノシート形成のため等方的な加工が必要となる。
半導体デバイスの製造工程においては、上述のような半導体デバイスの複雑化に対応することが求められている。半導体デバイス加工で用いられるプラズマエッチング装置には、GAA-FETの加工を例にとるとイオンとラジカルの両方を照射して異方性エッチングを行う機能と、ラジカル等の中性粒子のみを照射して等方性エッチングを行う機能の両方が求められるようになっている。
例えば、特許文献１において、イオンの入射を遮蔽する遮蔽板をチャンバ内に設置し、前記遮蔽板の下方でプラズマを生成することでイオンとラジカルの両方を照射するプラズマ処理を実行し、あるいは前記遮蔽板の上方でプラズマを生成することでラジカルのみによる処理を実行することが可能な装置が提案されている。
また、特許文献２には、複数の貫通開口部が形成された２枚以上のプレートを、該貫通開口部の位置が重ならないように配置してプラズマ中のイオンを遮断しラジカルを選択的に通過させるプラズマ処理装置が開示されている。
特開２０１８－９３２２６号公報 特開２００６－８６４４９号公報
特許文献１に記載のプラズマ処理装置では、遮蔽部の下方にのみプラズマを生成させたい場合でも、プラズマ生成条件によっては遮蔽部の上方にプラズマが拡散し、拡散したプラズマが起点となり、遮蔽部上方でも意図せぬ放電が非定常に発生する不安定なプラズマ状態となる可能性がある。また、遮蔽部の上方にのみプラズマを生成させたい場合でも、プラズマ生成条件によっては遮蔽部の下方へ拡散したプラズマが起点となり、遮蔽部下方でも意図せぬ放電が非定常に発生する不安定なプラズマ状態となる可能性がある。この場合は、例えばラジカルのみを照射して加工を行いたい場合でも、遮蔽部の下方に発生したプラズマからイオンが試料へ照射されてしまう可能性がある。
また、特許文献２に記載のプラズマ処理装置ではプラズマ中のイオンを遮断しラジカルを選択的に通過させるために、複数の貫通開口部が形成された２枚以上のプレートを、該貫通開口部の位置が重ならないように配置しているが、イオンの遮断だけではプラズマの拡散および非定常な放電の発生を十分に抑制できない可能性がある。
本発明は、上記した従来技術の課題を解決して、プラズマの拡散および非定常な放電の発生を抑制し、安定した処理を行えるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
上記した課題を解決するために、本発明では、試料がプラズマ処理される処理室と、マイクロ波の高周波電力を供給する高周波電源と、処理室の内部に磁場を形成する磁場形成機構と、試料が載置される試料台と、イオンを遮蔽する第一の遮蔽板と、この第一の遮蔽板の下方に配置されイオンを遮蔽する第二の遮蔽板とを備えるプラズマ処理装置において、
第一の開口が形成された第一の遮蔽板と第二の開口が形成された第二の遮蔽板との間に配置された遮蔽部をさらに備え、第一の遮蔽板は、第二の遮蔽板と対向し、第二の開口と対向する位置より外側に第一の開口が形成され、第二の遮蔽板は、第二の開口が中心部に形成され、遮蔽部は、円筒状に形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、プラズマ処理装置において、処理室内の第１の領域と第２の領域との間のイオン遮蔽効果を向上させたことにより意図せぬ放電の発生を抑制することができるようになり、被処理基板に対して安定したプラズマ処理を行えるようになった。
実施例１に係るプラズマ処理装置の概略全体構成を示す正面の断面図である。 実施例１に係るプラズマ処理装置の遮蔽部の構成の詳細を示す正面の断面図である。 実施例１に係る遮蔽部を構成する第１の遮蔽板の平面図である。 実施例１に係る遮蔽部を構成する第３の遮蔽部の平面図である。 実施例１に係る遮蔽部を構成する第２の遮蔽部の平面図である。 実施例２に係るプラズマ処理装置の遮蔽部の構成の詳細を示す正面の断面図である。 実施例２に係る遮蔽部を構成する第１の遮蔽板の平面図である。 実施に係る遮蔽部を構成する第３の遮蔽部の平面図である。 実施例３に係るプラズマ処理装置の遮蔽部の構成の詳細を示す正面の断面図である。 実施例３に係る遮蔽部を構成する第３の遮蔽部の平面図である。 実施例３に係る遮蔽部を構成する第２の遮蔽部の平面図である。 実施例４に係るプラズマ処理装置の遮蔽部の構成の詳細を示す正面の断面図である。 実施例５に係るプラズマ処理装置の遮蔽部の構成の詳細を示す正面の断面図である。 実施例５に係る遮蔽部を構成する第３の遮蔽部の平面図である。 実施例５に係る遮蔽部を構成する第２の遮蔽部の平面図である。 実施例６に係るプラズマ処理装置の遮蔽部の構成の詳細を示す正面の断面図である。 実施例７に係るプラズマ処理装置の遮蔽部の構成の詳細を示す正面の断面図である。 実施例８に係るプラズマ処理装置の遮蔽部の構成の詳細を示す正面の断面図である。 実施例１の比較例におけるプラズマ処理装置のＡｒプラズマの安定領域を示すグラフである。 実施例１に係るプラズマ処理装置のＡｒプラズマの安定領域を示すグラフである。
本発明は、試料がプラズマ処理される処理室と、この処理室内にプラズマを生成するためのマイクロ波の高周波電力を供給する高周波電源と、処理室内に磁場を形成する磁場形成機構と、試料が載置される試料台と、試料台へ入射するイオンを遮蔽する第１の遮蔽板と、試料台へ入射するイオンを遮蔽し第１の遮蔽部の下方に配置される第２の遮蔽板とを備えるプラズマ処理装置において、第１の遮蔽板は、一つ以上の第１の開口部を有し、第２の遮蔽板は、一つ以上の第２の開口部を有し、処理室の内部における第１の遮蔽板より上方の第１の空間中の任意の点から、第１の開口部および第２の開口部を通り、処理室の内部における第２の遮蔽板より下方の第２の空間中の任意の点を結んだ直線が第１の遮蔽板と第２の遮蔽板の間に配置される第３の遮蔽板によって遮蔽されるように構成して、処理室の内部において第１の空間と第２の空間との間におけるプラズマの拡散を抑制し、イオン遮蔽効果も向上させたものである。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、本明細書中、処理室内で「上方」とは電源供給部、例えばマグネトロンに近い側を言い、「下方」とは試料台に近い側を言う。また、「等方性エッチング時」とは、ラジカルによる試料表面反応を主体としたエッチングを行う時をいう。
また、本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付すようにし、その繰り返しの説明は原則として省略する。
ただし、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の思想ないし趣旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。
本発明の第１の実施例に係るプラズマ処理装置１００の概略全体構成を示す正面の断面図を図１に示す。本実施例のプラズマ処理装置１００では、高周波電源であるマグネトロン１０１から発振されてアイソレータ１０２、自動整合器１０３、導波管１０４および誘電体窓１１１を介して真空処理室１１７に供給される２．４５ＧＨｚのマイクロ波と、磁場形成機構であるソレノイドコイル１０８の作る磁場との電子サイクロトロン共鳴(ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｙｃｌｏｔｒｏｎＲｅｓｏｎａｎｃｅ、ＥＣＲ)によって、真空処理室１１７内にプラズマを生成することができる。このようなプラズマ処理装置をＥＣＲプラズマ処理装置という。
また、試料台１１６に載置した試料１２５に整合器１２３を介して高周波電源１２４が接続されている。真空処理室１１７の内部は、排気口１２６からバルブ１２１を介してポンプ１２２に接続されており、バルブ１２１の開度によって真空処理室１１７の内部圧力を調節できるようになっている。
また、本プラズマ処理装置１００は、真空処理室１１７の内部に誘電体製の遮蔽部（遮蔽ユニット）１１２を有する。遮蔽部１１２により、真空処理室１１７内を、第１の領域１１８と第２の領域１１９とに分割している。
本実施形態で用いたプラズマ処理装置１００は、マグネトロン１０１で発振させてアイソレータ１０２、自動整合器１０３、導波管１０４を通って、真空処理室１１７に供給するマイクロ波の周波数が２．４５ＧＨｚの場合、ソレノイドコイル１０８の作る磁場強度０．０８７５Ｔの面付近で電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）させることによりプラズマを生成できるという特性を有する。
このため、プラズマ生成領域が遮蔽部１１２と誘電体窓１１１の間（第１の領域１１８）に位置するようにソレノイドコイル１０８によって形成される磁場を調整すれば、遮蔽部１１２の誘電体窓１１１側である第１の領域１１８でプラズマを生成することができる。
第１の領域１１８で発生したイオンは磁場で動きが拘束されて遮蔽部１１２をほとんど通過することができない。一方、ラジカルは磁場による拘束を受けないので、第１の領域１１８で発生したプラズマの中からラジカルのみが第２の領域１１９に供給される。
これにより、第２の領域１１９においては、ラジカルが試料１２５に照射されて、試料１２５では、ラジカルのみによる表面反応を主体とした等方性エッチングが進行する。
これに対し、プラズマ生成領域が遮蔽部１１２と試料１２５の間（第２の領域１１９）に位置するようにソレノイドコイル１０８によって形成される磁場を調整すれば、遮蔽部１１２に対して試料台１１６に載置された試料１２５側である第２の領域１１９でプラズマを生成することができる。
このように、第２の領域１１９にプラズマを発生させることにより、プラズマ中で発生したイオンとラジカルの両方を試料１２５に供給できる。この時、試料１２５ではイオンによりラジカルの反応を促進する、イオンアシスト反応を利用した異方性エッチングが進行する。
なお、遮蔽部１１２よりも上側の第１の領域１１８又は遮蔽部１１２よりも下側の第２の領域１１９との間でのプラズマ生成領域の切り替え、及び、各領域におけるプラズマ発生領域の高さ方向(図１で上下方向)の位置の調整、それぞれの領域におけるプラズマ発生領域の高さ位置を保持する期間の調整等は、制御装置１２０を用いてソレノイドコイル１０８で発生させる磁場を調整して、磁場強度が０．０８７５Ｔとなる位置を制御することにより行うことができる。
遮蔽部１１２は、第１の遮蔽板１１３および第２の遮蔽板１１４および第３の遮蔽板１１５からなる。第１の遮蔽板１１３には、一つ以上の開口部１１３０が形成されている。第２の遮蔽板１１４にも一つ以上の開口部１１４０が形成されており、第１の遮蔽板１１３の下方(第２の領域１１９に近い側)に設置されている。
第３の遮蔽板１１５は円筒状に形成されており、第１の遮蔽板１１３よりも上方(誘電体窓１１１の側)の第１の領域１１８中の任意の点から、第１の遮蔽板１１３の開口部１１３０および第２の遮蔽板１１４の開口部１１４０を通り、第２の領域１１９中の任意の点を結んだ直線を遮蔽するように、第１の遮蔽板１１３と第２の遮蔽板１１４の間に配置される。
第３の遮蔽板１１５を設けることにより、制御装置１２０によりソレノイドコイル１０８で発生させる磁場を調整して、第１の領域１１８にプラズマを生成したときに、第２の領域１１９へのプラズマの拡散を抑制することができる。これによりイオン遮蔽効果が向上し、第２の領域１１９における非定常なプラズマの生成も抑制することができ、試料１２５のエッチング処理を均一に且つ安定して実施することができる。
制御装置１２０とソレノイドコイル１０８とを組み合わせたプラズマ生成領域の高さ位置の調整機構を有さない場合であっても、本実施例のような遮蔽部１１２を備えることにより、遮蔽部１１２の上方でプラズマを生成しラジカルのみのエッチングを試みるプラズマ処理装置全般で同様の効果が期待できる。
また、本実施例のような第３の遮蔽板１１５を備えた遮蔽部１１２を採用することにより、プラズマを第２の領域１１９に生成した場合に、プラズマが第２の領域１１９から第１の領域１１８へ拡散することを抑制することができる。これにより拡散したプラズマを起点とする第１の領域１１８における非定常な放電の発生を抑制することができ、試料１２５のエッチング処理を均一に且つ安定して実施することができる。
図２Ａ乃至図２Ｄは、本実施例に係る遮蔽部１１２の構成を示す。図２Ａは遮蔽部１１２の正面の断面、図２Ｂは第１の遮蔽板１１３の平面図、図２Ｃは第２の遮蔽板１１４の平面図、図２Ｄは第３の遮蔽板１１５の平面図を示している。
図２Ａに示すように、本実施例に係る遮蔽部１１２は、第１の遮蔽板１１３と第２の遮蔽板１１４及び第３の遮蔽板１１５で構成されている。
第１の遮蔽板１１３は、図２Ｂに示すように、外径がＲ０の円板状で径がＲ１の領域よりも大きい外周側に一つ以上の開口部１１３０が形成されている。第２の遮蔽板１１４は、図２Ｄに示すように、外径が第１の遮蔽板１１３と同じＲ０の円板状で中心に径がＲ４の開口部１１４０を有している。
第３の遮蔽板１１５は、図２Ｄに示すように、外径がＲ２内径がＲ３の円筒状で、図２Ａに示すように筒の高さｈ１は第１の遮蔽板１１３と第２の遮蔽板１１４との間隔ｄ１よりも低く、第３の遮蔽板１１５を第２の遮蔽板１１４に装着した状態で、第１の遮蔽板１１３との間に、隙間ｄ２が形成される。
ここで、第１の遮蔽板１１３及び第２の遮蔽板１１４の外径Ｒ０と、第１の遮蔽板１１３の中心側の開口部１１３０が形成されていない領域の径Ｒ１、第３の遮蔽板１１５の円筒の外径Ｒ２、内径Ｒ３、第２の遮蔽板１１４の開口部１１４０の径Ｒ４との関係を、Ｒ０＞Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３≧Ｒ４とする。
一例としては、Ｒ０：４５０ｍｍ、Ｒ１：３２０ｍｍ、Ｒ２：２８４ｍｍ、Ｒ３：２８０ｍｍ、Ｒ４：２８０ｍｍとし、第１の遮蔽板１１３と第２の遮蔽板１１４との間隔ｄ１を３０ｍｍとし、第３の遮蔽板１１５の内筒の高さｈ１を２０ｍｍとする。
外径がＲ０の第１の遮蔽板１１３および第２の遮蔽板１１４は真空処理室１１７との接点で保持され、第３の遮蔽板１１５は第２の遮蔽板１１４上に配置する。あるいは第３の遮蔽板１１５を第２の遮蔽板１１４と一体で形成してもよい。
第１の遮蔽板１１３と第２の遮蔽板１１４及び第３の遮蔽板１１５をこのように構成することにより、第１の遮蔽板１１３よりも上の第１の領域１１８と第２の遮蔽板１１４よりも下側の第２の領域１１９とを、第１の遮蔽板１１３に形成した開口部１１３０と第２の遮蔽板１１４に形成した開口部１１４０を通して任意の直線で結んだときに、第３の遮蔽板１１５は、この直線を横切る位置に配置されている。これにより、第１の領域１１８と第２の領域１１９との間におけるプラズマの拡散を防止することができる。
次に、図２Ｂ乃至図２Ｄに示したような部品で構成された図２Ａに示す遮蔽部１１２の構成における第３の遮蔽板１１５の効果を、図２Ｃに示したような第３の遮蔽板１１５を備えないで構成した遮蔽部を用いた場合と比較した結果を、図１０Ａと図１０Ｂとに示す。
図１０Ａは，本実施例の比較例として、図２Ｃに示したような第３の遮蔽板１１５を備えないで構成した遮蔽部を用いた場合の真空処理室１１７の内部におけるＡｒガスの放電状態を示す。図１０Ａのグラフにおいて、横軸はマグネトロン１０１からの出力、縦軸は、真空処理室１１７の内部の圧力を示し、グラフ中のＡ１は放電が安定している領域、Ａ２は、非定常な放電が発生する領域を示している。
Ａ２の非定常な放電が発生する領域は、真空処理室１１７の内部において第２の領域１１９に生成するような条件でプラズマを生成した際に、真空処理室１１７の内部の圧力やマグネトロン１０１からの出力によっては第１の領域１１８に非定常な放電が発生した領域を示している。この比較例においては、Ａ１の安定した放電が行える領域が比較的狭くなっている。
次に、本実施例の図２Ａに示すような遮蔽部１１２、すなわち、第３の遮蔽板１１５を設けた場合のＡｒガスの放電状態を図１０Ｂに示す。図１０Ｂのグラフにおいて、横軸はマグネトロン１０１からの出力、縦軸は、真空処理室１１７の内部の圧力を示し、グラフ中のＢ１は放電が安定している領域、Ｂ２は、非定常な放電が発生する領域を示している。
図１０Ａのグラフと比較すると、図１０ＡにおけるＡ１の放電が安定している領域に対して図１０ＢにおけるＢ１の放電が安定している領域が拡大しており、図１０ＡにおけるＡ２の非定常な放電が発生する領域に対して、図１０ＢにおけるＢ２の非定常な放電が発生する領域が縮小している。すなわち、第３の遮蔽板１１５を設けた本実施例による遮蔽部１１２を採用することにより、第３の遮蔽板１１５を設けない遮蔽部を採用した場合と比べて、Ｂ１の放電が安定している領域を拡大できることがわかる。
このように第３の遮蔽板１１５を設けることにより、真空処理室１１７の内部において第２の領域１１９にプラズマが生成するような条件で放電を行ったとき、第３の遮蔽板１１５により第２の領域１１９から第１の領域１１８へのプラズマの拡散が抑制されて第１の領域１１８における非定常な放電の発生が抑制され、第２の領域１１９において安定したプラズマを形成できる領域が大幅に拡大した。
このように、第２の領域１１９において安定したプラズマを形成できる領域が大幅に拡大したことにより、イオンとラジカルの両方を試料１２５に供給できる。これにより、試料１２５では、イオンによりラジカルの反応を促進するイオンアシスト反応を利用した異方性エッチングを安定して行うことができる。
真空処理室１１７の内部において第１の領域１１８にプラズマが生成するような条件で放電を行ったときも同様に、第３の遮蔽板１１５により第１の領域１１８から第２の領域１１９へのプラズマの拡散が抑制されて第２の領域１１９における非定常な放電の発生が抑制され、第１の領域１１８において安定したプラズマを形成できる領域が大幅に拡大した。
これにより、第１の領域において安定したプラズマを形成できると共に、第２の領域において第１の領域１１８に発生したプラズマからラジカルだけが第２の領域１１９に供給されて、第２の領域においてラジカルだけを試料１２５に照射して、試料１２５をラジカルによる表面反応を主体とした等方性エッチング処理を行うことができる。
以上に説明したように、本実施例によれば、遮蔽部１１２に第３の遮蔽板１１５を設けたことにより第２の領域１１９から第１の領域１１８への又は第１の領域１１８から第２の領域１１９へのプラズマの拡散を抑制して、第１の領域１１８又は第２の領域１１９での非定常な放電の発生を抑制することができるようになった。これにより、第２の領域１１９において、意図せぬ放電の発生を抑制した状態で、試料１２５の異方性エッチングと等方性エッチング処理とを安定して行うことができるようになった。
図３Ａは、本発明の第２の実施形態に係る遮蔽部１１２－１の一例を示す正面図である。遮蔽部１１２－１以外の構成は、実施例1において図1を用いて説明したものと同じなので、説明を省略する。
図３Ｃに示した遮蔽部１１２－１における第２の遮蔽板１１４は、実施例1の場合と同様に、円板状で中心に開口部１１４０を有している。図３Ｂに示した第１の遮蔽板１１３－１は円板状で径Ｒ１は真空処理室１１７の内径より小さく、真空処理室１１７の壁面との間が開口部となる。また、第１の遮蔽板１１３－１は、図３Ｃに示した第２の遮蔽板１１４上に配置した３つ以上の誘電体でできた保持部１３０により保持される。第３の遮蔽板１１５は、実施例1で説明したのと同様に円筒状で、筒の高さｈ１は第１の遮蔽板１１３－１と第２の遮蔽板１１４の間の長さｄ１よりも低く、第１の遮蔽板１３３－１との間に隙間ｄ２を形成して、第２の遮蔽板１１４上に配置される。
遮蔽部１１２－１を図３Ａ乃至図３Ｃに示したような構成とすることにより、実施例１で説明した場合と同様に、第１の遮蔽板１１３－１よりも上の第１の領域１１８と第２の遮蔽板１１４よりも下側の第２の領域１１９とを、第１の遮蔽板１１３－１の外周部と真空処理室１１７の壁面との間に形成される開口部と第２の遮蔽板１１４に形成した開口部１１４０を通して任意の直線で結んだときに、第３の遮蔽板１１５は、この直線を横切る位置に配置されている。これにより、第１の領域１１８と第２の領域１１９との間におけるプラズマの拡散を防止することができる。
これにより、真空処理室１１７の内部において第２の領域１１９にプラズマが生成するような条件で放電を行ったとき、第３の遮蔽板１１５により第２の領域１１９から第１の領域１１８へのプラズマの拡散が抑制されて第１の領域１１８における非定常な放電の発生が抑制され、実施例１の場合と同様に、第２の領域１１９において安定したプラズマを形成できる領域が大幅に拡大した。
このように、第２の領域１１９において安定したプラズマを形成できる領域が大幅に拡大したことにより、イオンとラジカルの両方を試料１２５に供給できる。これにより、試料１２５では、イオンによりラジカルの反応を促進するイオンアシスト反応を利用した異方性エッチングを安定して行うことができる。
また逆に、真空処理室１１７の内部において第１の領域１１８にプラズマが生成するような条件で放電を行ったときも同様に、第３の遮蔽板１１５により第１の領域１１８から第２の領域１１９へのプラズマの拡散が抑制されて第２の領域１１９における非定常な放電の発生が抑制され、実施例１の場合と同様に、第１の領域１１８において安定したプラズマを形成できる領域が大幅に拡大した。
これにより、第１の領域において安定したプラズマを形成できると共に、第２の領域において第１の領域１１８に発生したプラズマからラジカルだけが第２の領域１１９に供給されて、第２の領域においてラジカルだけを試料１２５に照射して、試料１２５をラジカルによる表面反応を主体とした等方性エッチング処理を行うことができる。
以上に説明したように、本実施例によっても、実施例１で説明したのと同様に、遮蔽部１１２－１に第３の遮蔽板１１５を設けたことにより第２の領域１１９から第１の領域１１８への又は第１の領域１１８から第２の領域１１９へのプラズマの拡散を抑制して、第１の領域１１８又は第２の領域１１９での非定常な放電の発生を抑制することができるようになった。これにより、第２の領域１１９において、意図せぬ放電の発生を抑制した状態で、試料１２５の異方性エッチングと等方性エッチング処理とを安定して行うことができるようになった。
図４Ａは、本発明の第３の実施例に係る遮蔽部１１２－２の一例を示す正面図である。遮蔽部１１２－２以外の構成は、実施例1において図1を用いて説明したものと同じなので、説明を省略する。
第２の遮蔽板１１４は、図４Ｃに示すように、円板状で中心に開口部１１４０を有しており、真空処理室１１７との接点で保持される。図４Ａに示した第１の遮蔽板１１３－１は円板状で外径は、図４Ｂに示す第３の遮蔽板１１５－１の径Ｒ１と同じである。径Ｒ１は真空処理室１１７の内径より小さく、真空処理室１１７の壁面との間が開口部となる。また、第１の遮蔽板１１３－１は、図４Ｃに示した第２の遮蔽板１１４上に配置した３つ以上の誘電体でできた保持部１３０により保持される。
第３の遮蔽板１１５－１は、図４Ｂに示すように内径がＲ１、外径がＲ５の円筒状で、第１の遮蔽板１１３－１と一体で形成されている。第３の遮蔽板１１５－１の円筒の高さｈ２は第１の遮蔽板１１３－１と第２の遮蔽板１１４の間隔ｄ１よりも短い。第３の遮蔽板１１５－１は第２の遮蔽板１１４上に配置されて、第３の遮蔽板１１５－１と第２の遮蔽板１１４との間には、ギャップｄ３が形成される。
遮蔽部１１２－２を図４Ａ乃至図４Ｃに示したような構成とすることにより、実施例１で説明した場合と同様に、第１の遮蔽板１１３－１よりも上の第１の領域１１８と第２の遮蔽板１１４よりも下側の第２の領域１１９とを、第１の遮蔽板１１３－１の外周部と真空処理室１１７の壁面との間に形成される開口部と第２の遮蔽板１１４に形成した開口部１１４０を通して任意の直線で結んだときに、第３の遮蔽板１１５－１は、この直線を横切る位置に配置されている。これにより、第１の領域１１８と第２の領域１１９との間におけるプラズマの拡散を防止することができる。
これにより、真空処理室１１７の内部において第２の領域１１９にプラズマが生成するような条件で放電を行ったとき、第３の遮蔽板１１５－１により第２の領域１１９から第１の領域１１８へのプラズマの拡散が抑制されて第１の領域１１８における非定常な放電の発生が抑制され、実施例１の場合と同様に、第２の領域１１９において安定したプラズマを形成できる領域が大幅に拡大した。
このように、第２の領域１１９において安定したプラズマを形成できる領域が大幅に拡大したことにより、イオンとラジカルの両方を試料１２５に供給できる。これにより、試料１２５では、イオンによりラジカルの反応を促進するイオンアシスト反応を利用した異方性エッチングを安定して行うことができる。
また逆に、真空処理室１１７の内部において第１の領域１１８にプラズマが生成するような条件で放電を行ったときも同様に、第３の遮蔽板１１５－１により第１の領域１１８から第２の領域１１９へのプラズマの拡散が抑制されて第２の領域１１９における非定常な放電の発生が抑制され、実施例１の場合と同様に、第１の領域１１８において安定したプラズマを形成できる領域が大幅に拡大した。
これにより、第１の領域において安定したプラズマを形成できると共に、第２の領域において第１の領域１１８に発生したプラズマからラジカルだけが第２の領域１１９に供給されて、第２の領域においてラジカルだけを試料１２５に照射して、試料１２５をラジカルによる表面反応を主体とした等方性エッチング処理を行うことができる。
以上に説明したように、本実施例によっても、実施例１で説明したのと同様に、遮蔽部１１２－２に第３の遮蔽板１１５－１を設けたことにより第２の領域１１９から第１の領域１１８への又は第１の領域１１８から第２の領域１１９へのプラズマの拡散を抑制して、第１の領域１１８又は第２の領域１１９での非定常な放電の発生を抑制することができるようになった。これにより、第２の領域において、意図せぬ放電の発生を抑制した状態で、試料１２５の異方性エッチングと等方性エッチング処理とを安定して行うことができるようになった。
図５は、本発明の第４の実施例に係る遮蔽部１１２－３の一例を示す平面図である。本実施例における遮蔽部１１２－３以外の構成は、実施例1において図1を用いて説明したものと同じなので、説明を省略する。
本実施例における遮蔽部１１２－３の構成は、実施例２で説明した遮蔽部１１２－１と実施例３で説明した遮蔽部１１２－２とを組み合わせた構成を有している。すなわち、本実施例における第３の遮蔽板は、実施例２で説明した遮蔽板１１５と実施例３で説明した遮蔽板１１５－１とを組み合わせて構成した。
第２の遮蔽板１１４は実施例３で図４Ｃを用いて説明したものと同じであり、円板状で中心に開口部１１４０を有しており、第２の遮蔽板１１４の外周部分が真空処理室１１７との接点で保持される。第１の遮蔽板１１３－１は、実施例３でも説明したように、円板状で径Ｒ１は真空処理室１１７の内径より小さく、真空処理室１１７の壁面との間が開口部となる。また、第１の遮蔽板１１３－１は、実施例３で説明したのと同様に、第２の遮蔽板１１４上に配置した３つ以上の誘電体でできた保持部１３０により保持される。
本実施例に係る第３の遮蔽板は、実施例２で説明した高さがｈ４の遮蔽板１１５と実施例３で説明した高さがｈ３の遮蔽板１１５－１とを組み合わせて構成されている。遮蔽板１１５は第１の遮蔽板１１３－１との間にｄ５のギャップを形成し、遮蔽板１１５－１は第２の遮蔽板１１４との間にｄ４のギャップを形成する。遮蔽板１１５－１よりも径の小さい遮蔽板１１５は第２の遮蔽板１１４上に配置され、遮蔽板１１５よりも径の大きい遮蔽板１１５－１は第１の遮蔽板１１３と一体で形成されている。
遮蔽部１１２－３を本実施例で説明した図５に示したような構成としたことにより、実施例１乃至３で説明した構成よりも真空処理室１１７の内部において、第１の領域１１８と第２の領域１１９との間でのプラズマの拡散を防止する効果が大きくなる。これにより、第１の領域１１８又は第２の領域１１９においてプラズマを発生させたときに、他の領域で非定常な放電の発生を抑止することができ、各領域において、実施例１で図１０Ｂを用いて説明したような、安定したプラズマを形成できる領域を大幅に拡大することができる。
本実施例によれば、実施例２及び３で説明したのと同様な効果を得ることができる。
図６Ａは、本発明の第５の実施例に係る遮蔽部１１２－４の一例を示す正面図である。本実施例における遮蔽部１１２－４以外の構成は、実施例1において図1を用いて説明したものと同じなので、説明を省略する。
本実施例における遮蔽部１１２－４は、実施例１における遮蔽部１１２の第３の遮蔽板１１５を、第３の遮蔽板１１５－２に置き換えた構成を有する。今実施例における第１の遮蔽板１１３と第２の遮蔽板１１４は、実施例１で説明したものと同じであるので、それらについての詳細な説明を省略する。
本実施例における第３の遮蔽板１１５－２は，外径がＲ６、内径がＲ７の円筒状で、第１の遮蔽板１１３との間にｄ７のギャップを形成し、第２の遮蔽板１１４との間にｄ６のギャップを形成している。図６Ｃに示したように、第３の遮蔽板１１５－２は、第２の遮蔽板１１４上に配置した３つ以上の誘電体でできた保持部１３０－１により保持される。
図６Ｂに示した第３の遮蔽板１１５－２の開口部１１５０の径Ｒ７は、第２の遮蔽板１１４の開口部１１４０の径Ｒ４(図２Ｄ参照)と同じかそれよりも小さく設定する。
遮蔽部１１２－４をこのような構成とすることにより、第１の遮蔽板１１３よりも上の第１の領域１１８と第２の遮蔽板１１４よりも下側の第２の領域１１９とを、第１の遮蔽板１１３－１に形成された開口部と第２の遮蔽板１１４に形成した開口部１１４０を通して任意の直線で結んだときに、第３の遮蔽板１１５－２は、この直線を横切る位置に配置されている。これにより、第１の領域１１８と第２の領域１１９との間におけるプラズマの拡散を防止することができる。
本実施例によれば、真空処理室１１７の内部において第２の領域１１９にプラズマが生成するような条件で放電を行ったとき、第３の遮蔽板１１５－２により第２の領域１１９から第１の領域１１８へのプラズマの拡散が抑制されて第１の領域１１８における非定常な放電の発生が抑制される。これにより、実施例１の場合と同様に、第１の領域１１８及び第２の領域１１９において安定したプラズマを形成できる領域を大幅に拡大することができ、実施例１で説明したのと同様な効果を得ることができる。
図７は、本発明の第６の実施例に係る遮蔽部１１２－５の一例を示す正面図である。本実施例における遮蔽部１１２－５以外の構成は、実施例1において図1を用いて説明したものと同じなので、説明を省略する。
本実施例における遮蔽部１１２－５は、実施例１における遮蔽部１１２の第３の遮蔽板１１５に替えて、高さｈ５の円筒形状の第３の遮蔽板１１５－３を第２の遮蔽板１１４に対して第１の遮蔽板１１３と反対側の第２の領域１１９の側に形成した例である。
本実施例において、遮蔽板１１５－３の内径は、第２の遮蔽板１１４に形成した開口部１１４０の径と同じに形成する。第１の遮蔽板１１３と第２の遮蔽板１１４との間隔ｄ８は、実施例１において図２Ａに示した第１の遮蔽板１１３と第２の遮蔽板１１４との間隔ｄ１と同じかそれよりも小さく設定する。また、第１の領域１１８と第２の領域１１９との間でのプラズマ拡散の防止効果を確実にするために、第３の遮蔽板１１５－３の高さｈ５は、実施例１における第３の遮蔽板１１５の高さｈ１よりも大きく形成している。
このような遮蔽部１１２－５の構成において、第１の遮蔽板１１３よりも上の第１の領域１１８と第３の遮蔽板１１５－３の外側で第２の遮蔽板１１４よりも下側の第２の領域１１９とを、第１の遮蔽板１１３に形成される開口部１１３０と第２の遮蔽板１１４に形成した開口部１１４０を通して任意の直線で結んだときに、第３の遮蔽板１１５－３は、この直線を横切る位置に配置されている。これにより、第１の領域１１８と第２の領域１１９との間におけるプラズマの拡散を防止することができる。
本実施例によれば、第１の遮蔽板１１３と第２の遮蔽板１１４との間に実施例１で説明したような第３の遮蔽板１１５がないので、第１の領域１１８で発生させたプラズマから第２の領域１１９へ輸送するラジカルの輸送効率を、実施例１の場合と比べて上げることができ、実施例１の場合と同様に、第１の領域１１８及び第２の領域１１９において安定したプラズマを形成できる領域を大幅に拡大することができ、実施例１で説明したのと同様な効果を得ることができる。
図８は、本発明の第７の実施例に係る遮蔽部１１２－６の一例を示す正面図である。本実施例における遮蔽部１１２－６以外の構成は、実施例1において図1を用いて説明したものと同じなので、説明を省略する。
本実施例における遮蔽部１１２－６は、第３の遮蔽板として、実施例１における遮蔽部１１２の第３の遮蔽板１１５に対応する高さｈ６の円筒状の遮蔽板１１５－４と、図７で説明した第３の遮蔽板１１５－３に対応する高さｈ７の遮蔽板１１５－５とを組み合わせて構成したものである。第１の遮蔽板１１３と第２の遮蔽板１１４とは、実勢例１で説明したものと同じであるので、説明を省略する。
本実施例において、遮蔽板１１５－４と遮蔽板１１５－５の内径は、第２の遮蔽板１１４に形成した開口部１１４０の径と同じに形成する。第１の遮蔽板１１３と第２の遮蔽板１１４との間隔ｄ１は、実施例１において図２Ａに示した第１の遮蔽板１１３と第２の遮蔽板１１４との間隔ｄ１と同じに設定する。遮蔽板１１５－４と遮蔽板１１５－５とは、第２の遮蔽板１１４と一体で形成されている。
このような遮蔽部１１２－６の構成において、第１の遮蔽板１１３よりも上の第１の領域１１８と第３の遮蔽板１１５－５の外側で第２の遮蔽板１１４よりも下側の第２の領域１１９とを、第１の遮蔽板１１３－１に形成された開口部１１３０と第２の遮蔽板１１４に形成した開口部１１４０を通して任意の直線で結んだときに、第３の遮蔽板１１５－４及び１１５－５は、この直線を横切る位置に配置されている。これにより、第１の領域１１８と第２の領域１１９との間におけるプラズマの拡散を防止することができる。
本実施例においては、第２の遮蔽板１１４の両側に遮蔽板１１５－４と遮蔽板１１５－５とを形成したので、第１の遮蔽板の側に設けた遮蔽板１１５－４の高さｈ６を、実施例１で説明した第３の遮蔽板１１５の高さｈ１よりも小さくすることがでる。これにより、遮蔽板１１５－４と第１の遮蔽板１１３との間のギャップｄ９を実施例１で説明した第３の遮蔽板１１５と第１の遮蔽板１１３との間のギャップｄ１よりも大きくすることができ、第１の領域１１８で発生させたプラズマから第２の領域１１９へ輸送するラジカルの輸送効率を、実施例１の場合と比べて上げることができる。
本実施例においても、実施例１の場合と同様に、第１の領域および第２の領域１１９において安定したプラズマを形成できる領域を大幅に拡大することができ、実施例１で説明したのと同様な効果を得ることができる。
図９は、本発明の第８の実施例に係る遮蔽部１１２－７の一例を示す正面図である。本実施例における遮蔽部１１２－７以外の構成は、実施例1において図1を用いて説明したものと同じなので、説明を省略する。
本実施例における遮蔽部１１２－７は、実施例１乃至７で説明したような第３の遮蔽板を用いずに、第１の遮蔽板１１３と第２の遮蔽板１１４との間隔ｄ１０を小さく設定して、第１の領域で発生させたプラズマの第２の領域１１９への拡散、および第２の領域１１９で発生させたプラズマの第１の領域１１８への拡散を防止して、非定常な放電の発生を抑止するように構成したものである。
本実施例においても、実施例１の場合と同様に、第１の領域１１８及び第２の領域１１９において安定したプラズマを形成できる領域を大幅に拡大することができ、実施例１で説明したのと同様な効果を得ることができる。
上記した実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
１０１ マグネトロン
１０４ 導波管
１０８ ソレノイドコイル
１１１ 誘電体窓
１１２，１１２－１，１１２－２，１１２－３，１１２－４，１１２－５，１１２－６，１１２－７ 遮蔽部
１１３、１１３－１ 第１の遮蔽板
１１４ 第２の遮蔽板
１１５、１１５－１，１１５－２，１１５－３，１１５－４，１１５－５ 第３の遮蔽板
１１６ 試料台
１１７ 真空処理室
１１８ 第１の領域
１１９ 第２の領域
１２０ 制御装置
１２１ バルブ
１２２ ポンプ
１２３ 整合器
１２４ 高周波電源
１２５ 試料
１３０，１３０－１ 保持部

Claims (7)

  1. 試料がプラズマ処理される処理室と、マイクロ波の高周波電力を供給する高周波電源と、前記処理室の内部に磁場を形成する磁場形成機構と、前記試料が載置される試料台と、イオンを遮蔽する第一の遮蔽板と、前記第一の遮蔽板の下方に配置されイオンを遮蔽する第二の遮蔽板とを備えるプラズマ処理装置において、
    第一の開口が形成された前記第一の遮蔽板と第二の開口が形成された前記第二の遮蔽板との間に配置された遮蔽部をさらに備え、
    前記第一の遮蔽板は、前記第二の遮蔽板と対向し、前記第二の開口と対向する位置より外側に前記第一の開口が形成され、
    前記第二の遮蔽板は、前記第二の開口が中心部に形成され、
    前記遮蔽部は、円筒状に形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
    前記遮蔽部は、前記第二の遮蔽板に接していることを特徴とするプラズマ処理装置。
  3. 請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
    前記遮蔽部は、前記第二の遮蔽板と一体として形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
  4. 試料がプラズマ処理される処理室と、マイクロ波の高周波電力を供給する高周波電源と、前記処理室の内部に磁場を形成する磁場形成機構と、前記試料が載置される試料台と、イオンを遮蔽する第一の遮蔽板と、前記第一の遮蔽板の下方に配置されイオンを遮蔽する第二の遮蔽板とを備えるプラズマ処理装置において、
    第一の開口が形成された前記第一の遮蔽板と第二の開口が形成された前記第二の遮蔽板との間に配置された遮蔽部をさらに備え、
    前記遮蔽部は、前記第二の遮蔽板と一体として形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
  5. 試料がプラズマ処理される処理室と、マイクロ波の高周波電力を供給する高周波電源と、前記処理室の内部に磁場を形成する磁場形成機構と、前記試料が載置される試料台と、イオンを遮蔽する第一の遮蔽板と、前記第一の遮蔽板の下方に配置されイオンを遮蔽する第二の遮蔽板とを備えるプラズマ処理装置において、
    第一の開口が形成された前記第一の遮蔽板と第二の開口が形成された前記第二の遮蔽板との間に配置された遮蔽部をさらに備え、
    前記遮蔽部は、前記第一の遮蔽板と一体として形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
  6. 試料がプラズマ処理される処理室と、マイクロ波の高周波電力を供給する高周波電源と、前記処理室の内部に磁場を形成する磁場形成機構と、前記試料が載置される試料台と、イオンを遮蔽する第一の遮蔽板と、前記第一の遮蔽板の下方に配置されイオンを遮蔽する第二の遮蔽板とを備えるプラズマ処理装置において、
    第一の開口が形成された前記第一の遮蔽板と第二の開口が形成された前記第二の遮蔽板との間に配置された遮蔽部をさらに備え、
    前記遮蔽部は、前記第一の遮蔽板と一体として形成された部分と、前記第二の遮蔽板と一体として形成された部分と、により構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
  7. 請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置において、
    前記第一の遮蔽板の材質、前記第二の遮蔽板の材質および前記遮蔽部の材質は、誘電体であることを特徴とするプラズマ処理装置。
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