WO2021214868A1 - プラズマ処理装置 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a plasma processing apparatus.
  • lithography technology is used to form a fine pattern.
  • a pattern of a device structure is applied on a resist layer, and a substrate exposed by the pattern of the resist layer is selectively etched and removed.
  • an integrated circuit can be formed by depositing another material in the etching region.
  • Patent Document 1 discloses a dry etching apparatus having both a function of irradiating both ions and radicals and a function of shielding ions and irradiating only radicals.
  • Patent Document 2 discloses a dry etching apparatus capable of generating inductively coupled plasma by supplying high frequency power to the helical coil.
  • Metal by switching from the first high-frequency power supply arranged in the first plasma generation unit to the second high-frequency power supply arranged in the second plasma generation unit and supplying high-frequency power to the sample table on which the sample is placed. Capacitively coupled plasma can be generated between the perforated plate and the sample. By adjusting the ratio of the electric power supplied to the helical coil and the electric power supplied to the sample, the ratio of radicals and ions can be adjusted.
  • Patent Document 4 discloses a plasma processing apparatus as a dry etching apparatus capable of shielding ions generated from plasma by providing a partition wall member separating the plasma generation chamber and the processing chamber.
  • the partition wall member is made of an insulating material that does not allow ultraviolet light to pass through, so that ultraviolet light can be shielded and only hydrogen radicals can be supplied to the processing chamber.
  • Patent Document 5 discloses a dry etching apparatus as an atomic layer etching apparatus capable of replacing radicals with an inert gas by the supplied second etching gas.
  • this dry etching apparatus radicals can be generated from the replaced inert gas to perform etching.
  • a single dry etching apparatus generally performs a plurality of processes, so that the dry etching apparatus is irradiated with both ions and radicals.
  • the dry etching apparatus used in semiconductor device processing is required to have both a function of irradiating both ions and radicals for processing and a function of irradiating only radicals for processing. It has come to be.
  • the dry etching apparatus disclosed in Patent Document 1 can supply radicals from the plasma generated in the upper region from the center of the shielding plate by the second shielding plate, but has a function of actively controlling the gas flow. There is also the problem of not having it.
  • Patent Document 6 discloses a technique in which the through holes of the two shielding plates are shifted by half a pitch so that they do not overlap each other, but there is a problem that processing of such shielding plates is costly.
  • an object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of realizing both radical irradiation and ion irradiation with one apparatus and controlling radical irradiation between the first shielding plate and the second shielding plate. ..
  • one of the typical plasma processing devices includes a processing chamber in which a sample is plasma-processed, a high-frequency power source for supplying high-frequency power for generating plasma, and the sample.
  • a plasma processing apparatus including a sample table on which the sample table is placed and a first flat plate arranged above the sample table and having a plurality of through holes.
  • a gas supply port that is arranged to supply gas, The through hole is achieved by being arranged outside a predetermined distance from the center.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an outline of a plasma processing apparatus.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing the lines of magnetic force in the plasma processing apparatus.
  • FIG. 3 is a plan view showing an example of hole arrangement of the first shielding plate in the ECR plasma processing apparatus.
  • FIG. 4 is a plan view showing an example of hole arrangement of the second shielding plate in the ECR plasma processing apparatus.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of an apparatus for explaining a state in which radical flow is controlled by a multi-gas.
  • FIG. 6A is a simulation diagram showing a streamlined gas flow of a single shielding plate structure.
  • FIG. 6B is a diagram showing the relationship between the radial position on the sample, the gas pressure, and the gas velocity in the comparative example.
  • FIG. 7A is a contour line showing the actual etch rate performed by the plasma processing apparatus having a single shielding plate structure.
  • FIG. 7B is a graph showing the ER distribution of the comparative example.
  • FIG. 8A is a simulation diagram showing the gas flow of the two-shielded plate structure in streamlines.
  • FIG. 8B is a diagram showing the relationship between the radial position on the sample, the gas pressure, and the gas velocity in the present embodiment.
  • FIG. 9A is a simulation diagram showing a gas flow in which a second gas flow is added in a two-shield structure with streamlines.
  • FIG. 9B is a diagram showing the relationship between the radial position on the sample, the gas pressure, and the gas velocity in the present embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic overall configuration sectional view of the plasma processing apparatus according to the present embodiment.
  • the 2.45 GHz microwave high frequency power supplied from the magnetron 113, which is a high frequency power source, to the vacuum processing chamber 106 via the rectangular waveguide 112 and the dielectric window 117, and the magnetic field.
  • the solenoid coil 114 which is a forming mechanism, plasma is generated in the vacuum processing chamber 106 by electron cyclotron resonance (ECR).
  • ECR electron cyclotron resonance
  • the high frequency power supply 123 is connected to the sample 121 placed on the sample table 120 via the matching device 122.
  • the inside of the vacuum processing chamber 106 is connected to the pump 124 via a valve 125, and the internal pressure can be adjusted by the opening degree of the valve 125.
  • this plasma processing apparatus has a first shielding plate (first flat plate) 115 and a second shielding plate (second flat plate) 116 made of a dielectric material inside the vacuum processing chamber 106.
  • the second shielding plate 116 is installed in parallel below the first shielding plate 115 at intervals.
  • the plasma processing apparatus used in this embodiment has a characteristic that when the microwave frequency is 2.45 GHz, plasma can be generated in the vicinity of a magnetic flux density of 0.0875 T. Therefore, if the magnetic field is adjusted (as the first control) so that the plasma generation region is located between the first shielding plate 115 and the dielectric window 117 (upper region 106-1), the first shielding plate 115 Plasma can be generated on the side of the dielectric window 117 of the above, and the generated ions drift along the lines of magnetic force of the generated ions and collide with the wall surface to disappear, thereby irradiating the sample 121 with only radicals. can do. At this time, in the sample 121, isotropic etching mainly composed of a surface reaction caused only by radicals proceeds.
  • the height position of the plasma generation region is adjusted or switched (upper or lower) with respect to the height positions of the first shielding plate 115 and the second shielding plate 116, the adjustment of the period for holding each height position, and the solenoid.
  • the power supplied to each solenoid coil can be switched by using the control device 100.
  • the first gas can be supplied through the first gas supply port 149 (see FIG. 2 described later).
  • a second gas supply port 150 is provided on the peripheral wall of the vacuum processing chamber 106 so as to communicate with the central region 106-2 over the entire circumference.
  • a second gas etched gas or inert gas
  • the gas flow can be controlled in the middle region 106-2 and the radical distribution can be controlled.
  • FIG. 2 is a vertical cross-sectional view for explaining the state of the magnetic field lines 140 in the plasma processing apparatus shown in FIG.
  • the magnetic field lines 140 are traveling in the vertical (vertical) direction, and the distance between the magnetic field lines is widened as the sample is further approached.
  • the first shielding plate 115 of the present embodiment has a plurality of through holes 170 in a range equal to or larger than the diameter of the sample 121 (outside of a portion separated from the center by a predetermined distance). That is, a structure without a through hole (radical shielding region) is created in the range corresponding to the sample diameter at the center of the first shielding plate 115 (the range in which the sample 121 is projected in the vertical direction) 151 shown by the dotted line in FIG. By doing so, it is possible to completely shield the incident of the ions generated on the dielectric window side (upper region 106-1) of the first shielding plate 115 into the sample.
  • the diameter of the through hole 170 is preferably ⁇ 1 to 2 cm.
  • the processing gas in the central region 106-2 is the first shielding plate. Since the radicals are supplied from the radial outer through holes provided in the plate 115, the radical distribution tends to be higher on the outer peripheral side in the vicinity of the sample 121.
  • the second shielding plate 116 in which the through hole 171 as shown in FIG. 4 is arranged is arranged under the first shielding plate 115.
  • the second shielding plate 116 is provided with through holes 171 inside and outside the range 151 corresponding to the sample diameter.
  • the through hole 171 is arranged only inside the range 151.
  • the diameter of the through hole 171 near the center of the second shielding plate 116 is made larger than the diameter of the through hole 171 near the outer circumference (or the diameter of the through hole 171 becomes smaller as the distance from the center increases. To) is preferable.
  • the ions can be shielded by a shielding plate having through holes in a diameter range equal to or larger than that of the wafer.
  • a shielding plate having through holes in a diameter range equal to or larger than that of the wafer.
  • a plurality of through holes 171 are provided in the range 151 corresponding to the diameter of the sample 121, but there is no problem even if they are provided in the range equal to or larger than the diameter of the sample 121. Further, there is no problem even if the through hole 171 is provided behind the first shielding plate 115.
  • FIG. 7A is a diagram showing the actual etch rate performed by a plasma processing apparatus having a single shielding plate structure as a comparative example with contour lines
  • FIG. 7B is a graph showing the ER (etch rate) distribution thereof.
  • FIG. 7A is oriented by north, south, east, and west, the relationship between the radius and the etch rate is shown in each direction, with 0 degrees in the west direction, 45 degrees in the northwest direction, 90 degrees in the north direction, and 135 degrees in the northeast direction. ing.
  • FIGS. 7A and 7B it can be seen that the radial excess is likely to occur on the outside of the wafer and the radial excess is likely to occur on the center.
  • the gas flow route is changed by arranging the second shielding plate 116 as shown in FIG. 4 under the first shielding plate 115.
  • a required amount of radicals are supplied from the center of the sample 121 to the outside, and the surplus radicals are exhausted along with the gas flow so that the etching distribution becomes uniform.
  • the etching rate is increased by supplying a sufficient amount of radicals.
  • FIG. 8A is a simulation diagram showing a streamline of the gas flow of the plasma processing apparatus having a two-shielded plate structure as the present embodiment
  • FIG. 8B is a radial position and gas on the sample 121 in the present embodiment. It is a figure which shows the relationship between pressure and gas velocity. As is clear from comparison with FIGS. 6A and 6B, it can be seen that the gas flow route is changed as shown in FIGS. 8A and 8B, and the required amount of radical is supplied from the center of the wafer to the outside.
  • the shape of the second gas supply port 150 is a slit shape.
  • the flow of the gas supplied from the first shielding plate 115 can be corrected by the gas ejected from the second gas supply port 150.
  • the gas supplied to the upper processing chamber is turned into plasma, and the dissociated radicals move through the first shielding plate 115 to the central region 106-2, and at that time, flow from the upper surface of the second shielding plate 116 by the second gas flow. To peel off. After that, the gas whose uniformity has been corrected enters the lower region 106-3 through the through hole of the second shielding plate 116.
  • gas is supplied through the second gas supply port 150 in order to correct the radical flow.
  • the generation generated in the upper region 106-1 is placed on the structure portion of the second shield plate 116. It is conceivable that objects will deposit through the through hole 170. In this case, it is conceivable that the gas supplied from the first shielding plate 115 flies up the product and falls on the wafer to become a foreign substance.
  • the direction of the second gas supply port 150 is directed upward (the axis of the second gas supply port 150 is directed toward the first shielding plate 115 side from the horizontal direction, in other words.
  • FIG. 9A is a simulation diagram showing a streamline of the gas flow when gas is supplied upward from the second gas supply port 150 to the plasma processing apparatus having the structure of two shielding plates as the present embodiment.
  • 9B is a diagram showing the relationship between the radial position on the sample 121, the gas pressure, and the gas velocity in the present embodiment.
  • the addition of the upward gas flow in the central region 106-2 has the effect of raising the gas flow route upward as compared with the case where the gas flow is not added to the central region. It was confirmed that there was.
  • 106-1 ... Upper region of the processing chamber, 106-2 ... Middle region of the processing chamber, 106-3 ... Lower region of the processing chamber, 112 ... Circular waveguide, 113 ... Magnetron, 114 ... Solenoid coil, 115 ... First Shielding plate, 116 ... Second shielding plate, 117 ... Dielectric window (top plate), 120 ... Sample stand, 121 ... Sample (wafer), 122 ... Matcher, 123 ... High frequency power supply, 124 ... Pump, 140 ... Magnetic field lines, 149 ... First gas supply port, 150 ... Second gas supply port, 151 ... Range where no through hole is provided (radical shielding region), 170 ... Through hole, 171 ... Through hole

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Abstract

等方エッチング時に、ウェハ上のラジカル分布を制御し、かつ、第２遮蔽板上面の異物舞い上がりを防止する。　試料がプラズマ処理される処理室１０６と、プラズマを生成するための高周波電力を供給する高周波電源１１３と、前記試料が載置される試料台１２０と、前記試料台１２０の上方に配置され複数の貫通孔１７０を有する第１の平板１１５とを備えるプラズマ処理装置において、前記第１の平板１１５と前記試料台１２０との間に配置され前記第１の平板１１５と対向する第２の平板１１６と、前記第１の平板１１５と前記第２の平板１１６との間における前記処理室１０６の側面に配置されガスを供給するガス供給口１５０とをさらに備え、前記貫通孔１７０は、中心から所定の距離離れた箇所の外側に配置されている。

Description

プラズマ処理装置
　本発明はプラズマ処理装置に関する。
　半導体デバイスの製造工程においては、半導体装置に含まれるコンポーネントの微細化や集積化への対応が求められている。例えば、集積回路やナノ電気機械システムにおいて、構造物のナノスケール化がさらに推進されている。
　通常、半導体デバイスの製造工程において、微細パターンを成形するためにリソグラフィ技術が用いられる。この技術は、レジスト層の上にデバイス構造のパターンを適用し、レジスト層のパターンによって露出した基板を選択的にエッチング除去するものである。その後の処理工程において、エッチング領域内に他の材料を堆積させれば、集積回路を形成できる。
　エッチングを行うためにドライエッチング装置が用いられる。例えば、イオンとラジカルの両方を照射する機能と、イオンを遮蔽してラジカルのみを照射するための機能の両方を有するドライエッチング装置が、特許文献１に開示されている。また、特許文献２には、ヘリカルコイルに高周波電力を供給することで誘導結合プラズマを発生させることができるドライエッチング装置が開示されている。
　第一のプラズマ生成部内に配置された第一の高周波電源から、第二のプラズマ生成部内に配置され試料を載置する試料台に高周波電力を供給する第二の高周波電源へ、切り替えることで金属製の多孔板と試料の間に容量結合プラズマを発生させることができる。ヘリカルコイルに供給する電力と試料に供給する電力の割合を調整することで、ラジカルとイオンの比率を調整することができる。
　また、特許文献３には、ソレノイドコイルによって発生された磁場と２．４５ＧＨｚのマイクロ波の電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）現象を利用して、プラズマを発生させることができるＥＣＲプラズマ式のドライエッチング装置が開示されている。このドライエッチング装置では、試料に高周波電力を印加することで、ＤＣバイアス電圧を発生させ、このＤＣバイアス電圧でイオンを加速して、ウェハに照射することができる。
　また、特許文献４には、プラズマ生成室と処理室を隔てる隔壁部材を設けることで、プラズマから発生するイオンを遮蔽することができるドライエッチング装置としてのプラズマ処理装置が開示されている。このドライエッチング装置では、隔壁部材を紫外光を通さない絶縁部材料で構成することで、紫外光を遮蔽、水素ラジカルのみを処理室に供給できる。
　また、特許文献５には、供給した第二のエッチングガスにより、ラジカルを不活性ガスに置き換えることができる原子層エッチング装置としてのドライエッチング装置が開示されている。このドライエッチング装置では、置き換えた不活性ガスからラジカルを発生させ、エッチングを行うことができる。
特開２０１９－１７６１８４号公報 特開２０１５－５０３６２号公報 特開昭６２－１４４２９号公報 特開２００９－０１６４５３号公報 特開２０１７－２２８７９１号公報 特開２０１０－２１１６６号公報
　従来の方法でこのような原子層エッチングを実施する場合は、（１）ラジカルのみを試料に照射することのできる装置と、（２）特許文献３などに記載されているようにプラズマ中のイオンを加速して試料に照射することのできる装置との間において、試料を真空搬送により交互に移動させて処理することが必要となる。したがって、この従来の方法による原子層エッチングでは、スループットが大幅に低下することが問題となる。そのため、一台のドライエッチング装置で、ラジカルのみを試料に照射する第一ステップと、イオンを試料に照射する第二ステップの両方を行うことが望ましい。
　また、例えばシリコンの等方加工では、イオンとラジカルの両方を照射して、シリコン表面の自然酸化膜を除去してから、ラジカルのみを照射してシリコンの等方エッチングを行う必要がある。このような加工では、自然酸化膜の除去に要する時間が数秒と短いため、自然酸化膜除去とシリコンの等方エッチングを別々の装置で処理するとスループットが大幅に低下してしまう。そのため、一台のドライエッチング装置で、イオンとラジカルの両方を照射する自然酸化膜除去と、ラジカルのみによるシリコンの等方エッチングの両方を行うことが望ましい。
　また、例えば、少量多品種生産を目的とした中規模の半導体製造工程では、一般的に一台のドライエッチング装置で複数の工程を行うため、かかるドライエッチング装置に、イオンとラジカルの両方を照射する異方性エッチングと、ラジカルのみを照射する等方エッチングの両方の機能を持たせることで、装置コストを大幅に低減できる。
　このような実情に鑑みて、半導体デバイス加工で用いられるドライエッチング装置には、イオンとラジカルの両方を照射して加工を行う機能と、ラジカルのみを照射して加工を行う機能の両方が要求されるようになってきた。
　従前は、このような要求に応えるために、特許文献１のドライエッチング装置が期待されていた。その理由は、かかるドライエッチング装置において、第一ステップのラジカル照射では、マイクロ波の高周波電力を供給してＥＣＲプラズマを発生させ、かつ、磁場形成機構を制御することにより遮蔽板の上にプラズマを生成することができるからである。これにより、遮蔽板がイオンの入射を遮蔽することで、試料にはＥＣＲプラズマからラジカルのみが供給される。しかし、かかるドライエッチング装置でラジカルを試料に照射するためには、処理室の上部領域で生成されたラジカルを、遮蔽板の外周部を貫通した孔を通して供給する必要がある。このため、ウェハ中心部でラジカルが不足し、ウェハのエッチングレートは外周高となり、加工の不均一性を招いている。
　なお、特許文献１に開示されたドライエッチング装置は、第二の遮蔽板によって、上部領域で生成されたプラズマからラジカルを遮蔽板の中央から供給できるが、ガス流れを能動的にコントロールする機能を持っていないという問題もある。
　また、特許文献５に開示されたドライエッチング装置は、第一のガスによるエッチングが終わった後に、第二のガスを供給しているが、第一のエッチングガスのガス流れを積極的に制御していないという問題がある。ドライエッチング装置では、第二のガスにより、第一のガスの生成物を置き換えているに過ぎない。
　さらに特許文献６では、２枚の遮蔽板の貫通孔を半ピッチずらせて、互いに重ならない配置にした技術が開示されているが、このような遮蔽板の加工にコストがかかるという問題がある。
　そこで、本発明は、一台の装置でラジカル照射とイオン照射の両方を実現でき、かつ、第１遮蔽版と第２遮蔽板の間のラジカル照射を制御できるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、代表的な本発明にかかるプラズマ処理装置の一つは、試料がプラズマ処理される処理室と、プラズマを生成するための高周波電力を供給する高周波電源と、前記試料が載置される試料台と、前記試料台の上方に配置され複数の貫通孔を有する第１の平板とを備えるプラズマ処理装置において、
　前記第１の平板と前記試料台との間に配置され前記第１の平板と対向する第２の平板と、前記第１の平板と前記第２の平板との間における前記処理室の側面に配置されガスを供給するガス供給口とをさらに備え、
　前記貫通孔は、中心から所定の距離離れた箇所の外側に配置されていることにより達成される。
　本発明によれば、一台の装置でラジカル照射とイオン照射プの両方を実現でき、かつ、第１遮蔽版と第２遮蔽板の間のラジカル照射を制御できるプラズマ処理装置を提供することができる。
　上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
図１は、プラズマ処理装置の概略を示した断面図である。 図２は、プラズマ処理装置内の磁力線を模式的に示した図である。 図３は、ＥＣＲプラズマ処理装置における第１遮蔽板の孔配置の例を示す平面図である。 図４は、ＥＣＲプラズマ処理装置における第２遮蔽板の孔配置の例を示す平面図である。 図５は、マルチガスによりラジカル流れを制御する状態を説明するための装置断面図である。 図６Ａは、遮蔽板一枚構造のガス流れを流線で示すシミュレーションの図である。 図６Ｂは、比較例において試料上における径方向位置とガス圧力およびガス速度の関係を示す図である。 図７Ａは、遮蔽板一枚構造のプラズマ処理装置で行った実際のエッチレートを等高線で示した図である。 図７Ｂは、比較例のＥＲ分布を示すグラフである。 図８Ａは、遮蔽板二枚構造のガス流れを流線で示すシミュレーションの図である。 図８Ｂは、本実施形態において試料上における径方向位置とガス圧力およびガス速度の関係を示す図である。 図９Ａは、遮蔽板二枚構造において第二のガス流れを追加したガス流れを流線で示すシミュレーションの図である。 図９Ｂは、本実施形態において試料上における径方向位置とガス圧力およびガス速度の関係を示す図である。
　以下、本発明を実施形態により説明する。
　本実施形態に係るプラズマ処理装置の概略全体構成断面図を図１に示す。本実施形態のプラズマ処理装置では、高周波電源であるマグネトロン１１３から方形導波管１１２及び誘電体窓１１７を介して真空処理室１０６に供給される２．４５ＧＨｚのマイクロ波（高周波電力）と、磁場形成機構であるソレノイドコイル１１４により形成される磁場との相互作用により、電子サイクロトロン共鳴(ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｙｃｌｏｔｒｏｎＲｅｓｏｎａｎｃｅ、ＥＣＲ)によって、真空処理室１０６内にプラズマを生成する。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１２０に載置された試料１２１に整合器１２２を介して高周波電源１２３が接続されている。真空処理室１０６の内部は、バルブ１２５を介してポンプ１２４に接続されており、バルブ１２５の開度によって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は、真空処理室１０６の内部に誘電体製の第１遮蔽板（第一の平板）１１５及び第２遮蔽板（第二の平板）１１６を有する。第２遮蔽板１１６は第１遮蔽板１１５の下方に間隔をあけて平行に設置される。
　本実施形態では、第１遮蔽板１１５及び第２遮蔽板１１６が誘電体により形成されている。第１遮蔽板１１５は非金属材料から形成されているため、マイクロ波を第１遮蔽板１１５及び第２遮蔽板１１６を通過させて試料側まで伝播することができる。
　第１遮蔽板１１５の上方における真空処理室１０６内を、上部領域１０６－１とし、第１遮蔽板１１５及び第２遮蔽板１１６の間における真空処理室１０６内を、中部領域１０６－２とし、第２遮蔽板１１６の下方における真空処理室１０６内を、下部領域１０６－３とする。
　本実施形態で用いたプラズマ処理装置は、マイクロ波の周波数が２．４５ＧＨｚの場合、０．０８７５Ｔの磁束密度の付近で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第１遮蔽板１１５と誘電体窓１１７の間（上部領域１０６－１）に位置するように磁場を調整（第一の制御とする）すれば、第１遮蔽板１１５の誘電体窓１１７側でプラズマを生成でき、発生したイオンは第１遮蔽板１１５を通過したイオンは磁力線に沿ってドリフトし、壁面に衝突して消滅することにより、ラジカルのみを試料１２１に照射することができる。この時、試料１２１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第２遮蔽板１１６と試料１２１の間（下部領域１０６－３）に位置するように磁場を調整（第二の制御とする）すれば、第２遮蔽板１１６より試料１２１側でプラズマを生成でき、イオンとラジカルの両方を試料１２１に供給できる。この時、試料１２１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、第１遮蔽板１１５及び第２遮蔽板１１６の高さ位置に対するプラズマ生成領域の高さ位置の調整あるいは切り替え（上方か下方か）、それぞれの高さ位置を保持する期間の調整、またソレノイドコイルが複数ある場合に、各ソレノイドコイルに供給する電力の切り替え等は、制御装置１００を用いて行うことができる。
　また、本プラズマ処理装置では、第一のガス供給口１４９（後述する図２参照）を介して、第一のガスを供給することができる。さらに中部領域１０６－２に連通するようにして、真空処理室１０６の周壁に全周にわたって第二のガス供給口１５０を設けている。第二のガス供給口１５０を介して、第１遮蔽板１１５及び第２遮蔽板１１６の間の中部領域１０６－２に第二のガス（エッチングガスまたは不活性ガス）を供給することができる。この特徴のため、上部領域１０６－１にプラズマを生成した際に、中部領域１０６－２でガス流れを制御でき、ラジカル分布を制御できる。
　本実施形態ではＥＣＲプラズマを利用する際にはイオンが外側にドリフトするため、第１遮蔽板１１５及び第２遮蔽板１１６の貫通孔（後述する図３，４参照）の位置を自由に設定することができる。
　次に、本実施形態のプラズマ処理装置に関して、遮蔽板の貫通孔の配置が、イオンを遮蔽する性能に与える影響について説明する。
　まず、イオン遮蔽効果について説明する。磁場のあるプラズマ中ではイオンが磁力線に沿って移動することが知られている。図２は、図１に示すプラズマ処理装置における磁力線１４０の状態を説明するための縦断面図である。ＥＣＲプラズマの場合は、図２に示すように磁力線１４０が縦（上下）方向に進行しており、さらに試料に近づくにしたがって、磁力線の間隔が広がっている。
　したがって、仮に貫通孔１７０を第１遮蔽板１１５の全面に均等に配置すると、中央付近の貫通孔１７０を通過したイオンは、磁力線１４０に沿って試料１２１に入射してしまう。これに対し、本実施形態の第１遮蔽板１１５は、試料１２１の径以上の範囲（中心から所定の距離離れた箇所の外側）に複数の貫通孔１７０を持つ。すなわち図３に点線で示す、第１遮蔽板１１５の中央部の試料直径に相当する範囲（上下方向に試料１２１を投影した範囲）１５１に貫通孔のない構造のもの（ラジカル遮蔽領域）を作成することで、第１遮蔽板１１５の誘電体窓側（上部領域１０６－１）で生成されたイオンの試料への入射を完全に遮蔽することができる。なお、貫通孔１７０の直径としては、φ１～２ｃｍが好適である。
　さらに、仮に第２遮蔽板１１６を設けることなく、図３に示すように中央部付近に貫通孔のない第１遮蔽板１１５のみを用いると、中部領域１０６－２の処理ガスは、第１遮蔽板１１５に設けた径方向外側の貫通孔から供給されるため、試料１２１近傍ではラジカル分布が外周側で高くなりやすい傾向がある。この問題を解決するため本実施形態では、第１遮蔽板１１５の下に、図４に示すような貫通孔１７１を配置した第２遮蔽板１１６を配置する。
　イオンは磁力線に沿ってドリフトする（試料１２１に近づくに従い径方向の外方へと偏位する）ため、第２遮蔽板１１６は、試料直径に相当する範囲１５１の内外に貫通孔１７１を設ける。図４の例では、範囲１５１の内側にのみ貫通孔１７１を配置している。また、貫通孔１７１の大きさを均等にした場合、試料台近傍ではウェハの外側にラジカルが多くなる。この課題を解消すべく、第２遮蔽板１１６の中心に近い貫通孔１７１の直径を、外周に近い貫通孔１７１の直径より大きくする（あるいは、中心から離れるに従って貫通孔１７１の径が小さくなるようにする）のが好適である。イオンは磁力線に沿ってドリフトするため、ウェハと同等以上の径の範囲に貫通孔を持つ遮蔽板ならば、イオンを遮蔽できる。図４では、複数の貫通孔１７１が試料１２１の径に対応する範囲１５１内に設けられているが、試料１２１の径以上の範囲に設けても問題はない。また、貫通孔１７１が第１遮蔽板１１５の陰に設けられていても問題がない。
　図６Ａは、比較例としての遮蔽板一枚構造を持つプラズマ処理装置のガス流れを流線で示すシミュレーションの図であり、図６Ｂは、比較例において試料１２１上における径方向位置とガス圧力およびガス速度の関係を示す図である。
　比較例においては、図３に示すような第１遮蔽板１１５のみを真空処理室１０６内に配置したものとする。かかる場合、図６Ａに示すように、ガスの流線は試料近傍では試料（ウェハ半径）の外側を通る。ラジカルはウェハの外側から中心に向かった供給されるため、外側でラジアル過剰になりやすく、中心側で不足しやすい傾向がある。このため、エッチング分布が外周側で高くなりがちになる。
　図７Ａは、比較例としての遮蔽板一枚構造を持つプラズマ処理装置で行った実際のエッチレートを等高線で示した図であり、図７Ｂは、そのＥＲ（エッチレート）分布を示すグラフであり、図７Ａを東西南北により方位付けした時、西方向を０度、北西方向を４５度、北方向を９０度、北東方向を１３５度として、各方向ごとに半径とエッチレートとの関係を示している。図７Ａ，７Ｂによれば、ウェハ外側でラジアル過剰になりやすく、中心で不足しやすいことがわかる。
　そこで、本実施の形態では、第１遮蔽板１１５の下に、図４に示すような第２遮蔽板１１６を配置することでガスの流れルートを変更している。ガスの流れルートが変更されたことで、必要な量のラジカルが試料１２１の中心から外側に供給され、余剰のラジカルはガス流れに乗って排気されることでエッチング分布が均一に近づく。また、十分な量のラジカルが供給されることで、エッチング速度が上昇する。
　図８Ａは、本実施形態としての遮蔽板二枚構造を持つプラズマ処理装置のガス流れを流線で示すシミュレーションの図であり、図８Ｂは、本実施形態において試料１２１上における径方向位置とガス圧力およびガス速度の関係を示す図である。図６Ａ，６Ｂと比較すると明らかであるが、図８Ａ，８Ｂに示すようにガスの流れルートが変更され、必要な量のラジカルがウェハの中心から外側に供給されることがわかる。
　なお、本プラズマ処理装置では、イオンが磁力線に沿って外側にドリフトするために、第１遮蔽板１１５と第２遮蔽板１１６の貫通孔を、互いに重ならない配置にする必要がない。
　次に、本実施形態のプラズマ処理装置に関して、中部領域１０６－２に配置した第二のガス流れが、ラジカルの分布に与える影響について説明する。
　上述の通り、二枚の遮蔽板を用いてガスの流線を変更する実施形態について説明したが、第２遮蔽板１１６の貫通孔１７１を中心に向かって大きくしても、真空処理室１０６内のウェハ外側における箇所の圧力差が大きく、中心にガス流れを引き込めない条件が生じる可能性もある。かかる場合、図１、２に示すような第二のガス供給口１５０を設置することで、第２遮蔽板１１６の中心の貫通孔１７１を介してガスを供給する。
　ここで、ガスの圧力を均一にするため、第二のガス供給口１５０の形状をスリット状とするのが好適である。図５に示すように、第二のガス供給口１５０から噴出したガスにより、第１遮蔽板１１５から供給されるガスの流れを補正できる。上部処理室に供給されたガスがプラズマ化し、解離したラジカルが第１遮蔽板１１５を通り中部領域１０６－２に移動する、その際に第二のガス流れによって第２遮蔽板１１６の上面から流れを剥離させる。その後に、均一性を補正されたガスが、第２遮蔽板１１６の貫通孔を介して下部領域１０６－３に入る。
　特に、本実施形態では、ラジカルの流れを補正するために第二のガス供給口１５０を介してガス供給を行っている。
　次に、本実施形態のプラズマ処理装置に関して、中部領域１０６－２に供給される第二のガス流れが、処理室内の異物に与える影響について説明する。
　第１遮蔽板１１５の貫通孔１７０が、第２遮蔽板１１６の構造体部分の上に配置される場合、第２遮蔽板１１６の構造体部分の上に、上部領域１０６－１で発生した生成物が貫通孔１７０を通して堆積することが考えられる。この場合、第１遮蔽板１１５から供給されるガスが上記生成物を舞い上げ、ウェハ上に落下して異物となることが考えられる。
　そこで、図１，２に示すように、第二のガス供給口１５０の向きを上方に向ける（第二のガス供給口１５０の軸線を水平方向より第１遮蔽板１１５側に向ける、換言すれば真空処理室１０６の側面の垂直方向に対して所定の角度傾ける）ことで、貫通孔１７０直下へのガス噴出を防止し、上記生成物の舞い上がりを予防することができる。
　図９Ａは、本実施形態としての遮蔽板二枚構造を持つプラズマ処理装置に、第二のガス供給口１５０から上向きにガス供給を行った際のガス流れを流線で示すシミュレーションの図であり、図９Ｂは、本実施形態において試料１２１上における径方向位置とガス圧力およびガス速度の関係を示す図である。
　図９Ａ，９Ｂによれば、中部領域１０６－２の中に、上方を向いたガス流れを追加することにより、中部領域にガス流れを追加しない場合よりも、ガス流れルートを上方に持ち上げる効果があることが確認された。
　特に、本実施形態では、異物防止のためにガス流れの方向を制御することができる。
　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。
　１０６－１…処理室の上部領域、１０６－２…処理室の中部領域、１０６－３…処理室の下部領域、１１２…円形導波管、１１３…マグネトロン、１１４…ソレノイドコイル、１１５…第１遮蔽板、１１６…第２遮蔽板、１１７…誘電体窓（天板）、１２０…試料台、１２１…試料（ウェハ）、１２２…整合器、１２３…高周波電源、１２４…ポンプ、１４０…磁力線、１４９…第一のガス供給口、１５０…第二のガス供給口、１５１…貫通孔が設けられていない範囲（ラジカル遮蔽領域）、１７０…貫通孔、１７１…貫通孔

Claims (8)

  1. 　試料がプラズマ処理される処理室と、プラズマを生成するための高周波電力を供給する高周波電源と、前記試料が載置される試料台と、前記試料台の上方に配置され複数の貫通孔を有する第１の平板とを備えるプラズマ処理装置において、
    　前記第１の平板と前記試料台との間に配置され前記第１の平板と対向する第２の平板と、前記第１の平板と前記第２の平板との間における前記処理室の側面に配置されガスを供給するガス供給口とをさらに備え、
    　前記貫通孔は、中心から所定の距離離れた箇所の外側に配置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、
    　前記ガス供給口は、前記処理室の側面の垂直方向に対して所定の角度傾い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、
    　前記第２の平板が有する貫通孔の各々は、中心から離れるに従って径が小さくなるように配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
  4. 　請求項２に記載のプラズマ処理装置において、
    　前記第２の平板が有する貫通孔の各々は、中心から離れるに従って径が小さくなるように配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
  5. 　請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
    　前記処理室内に磁場を形成する磁場形成機構をさらに備え、
    前記第１の平板および前記第２の平板の材質は、誘電体であることを特徴とするプラズマ処理装置。
  6. 　請求項２に記載のプラズマ処理装置において、
    　前記処理室内に磁場を形成する磁場形成機構をさらに備え、
    前記第１の平板および前記第２の平板の材質は、誘電体であることを特徴とするプラズマ処理装置。
  7. 　請求項３に記載のプラズマ処理装置において、
    　前記処理室内に磁場を形成する磁場形成機構をさらに備え、
    前記第１の平板および前記第２の平板の材質は、誘電体であることを特徴とするプラズマ処理装置。
  8. 　請求項４に記載のプラズマ処理装置において、
    　前記処理室内に磁場を形成する磁場形成機構をさらに備え、
    前記第１の平板および前記第２の平板の材質は、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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