WO2022091860A1 - プラズマ処理装置 - Google Patents

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WO2022091860A1
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plasma
magnets
ions
substrate
pair
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剛 守屋
治彦 比村
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東京エレクトロン株式会社
国立大学法人京都工芸繊維大学
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    • H01J2237/1207—Einzel lenses

Definitions

  • This disclosure relates to a plasma processing apparatus.
  • Patent Document 1 an ion source for selecting and outputting specific ions is provided outside the processing container in which plasma treatment of the substrate is performed, and only specific ions are supplied from the ion source to the inside of the processing container.
  • a technique for reducing damage to a substrate is disclosed.
  • the present disclosure provides a technique capable of reducing damage to a substrate and reducing the size of a device.
  • the plasma processing apparatus is arranged in a processing container in which a substrate targeted for plasma processing is arranged, a plasma generation unit that generates plasma in the processing container, and the processing container. It has a focusing unit that focuses a plurality of ions in the plasma and outputs an ion beam, and a sorting unit that selects specific ions supplied to the substrate from the ion beam output from the focusing unit. ..
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a plasma processing apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the focusing section and the sorting section according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the arrangement of two pairs of magnets according to the embodiment.
  • the ion source includes a plasma generation source and a component such as a pipe connected to the plasma generation source and a processing container and provided with an electromagnet capable of generating a magnetic field for selecting specific ions. Therefore, in the plasma processing apparatus, the space occupied by these parts becomes large outside the processing container. As a result, the plasma processing device including the ion source becomes large as a whole.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a plasma processing apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 1 schematically shows a structure in a vertical cross section of the plasma processing apparatus 10 according to the embodiment.
  • the plasma processing device 10 shown in FIG. 1 is a capacitively coupled plasma processing device.
  • the plasma processing apparatus 10 includes a processing container 12.
  • the processing container 12 has a substantially tubular shape and extends in the vertical direction.
  • the processing container 12 has a substantially cylindrical side wall portion and a continuous bottom portion at the lower end of the side wall portion.
  • the processing container 12 provides an internal space 12s.
  • the processing container 12 is made of a metal such as aluminum.
  • a plasma-resistant coating is formed on the inner wall surface of the processing container 12.
  • the plasma-resistant coating may be a ceramic film such as an alumite film or an yttrium oxide film.
  • the processing container 12 is grounded.
  • a passage 12p for carrying in and out a substrate W such as a semiconductor wafer is formed on the side wall portion of the processing container 12.
  • the substrate W passes through the passage 12p when it is transported from the outside of the processing container 12 to the internal space 12s and when it is transported from the internal space 12s to the outside of the processing container 12.
  • the passage 12p can be opened and closed by the gate valve 12g.
  • the gate valve 12g is provided along the side wall portion of the processing container 12.
  • a support base 14 is provided in the internal space 12s of the processing container 12.
  • the support base 14 is capable of mounting the substrate W on the upper surface thereof, and supports the mounted substrate W.
  • the support base 14 is supported by the support body 15.
  • the support 15 has an insulating property and extends upward from the bottom of the processing container 12.
  • the support base 14 includes the lower electrode 16.
  • the lower electrode 16 has a substantially disk shape.
  • the lower electrode 16 is made of a conductive material such as aluminum.
  • the support 14 further includes an electrostatic chuck 18.
  • the electrostatic chuck 18 is provided on the lower electrode 16.
  • the substrate W is placed on the electrostatic chuck 18.
  • the electrostatic chuck 18 includes a dielectric film and electrodes built in the dielectric film.
  • the electrode of the electrostatic chuck 18 can be a film having conductivity.
  • a power supply is connected to the electrodes of the electrostatic chuck 18 via a switch. When a voltage is applied to the electrodes of the electrostatic chuck 18 from the power source, an electrostatic attractive force is generated between the electrostatic chuck 18 and the substrate W.
  • the substrate W is attracted to the electrostatic chuck 18 by the generated electrostatic attraction and is held by the electrostatic chuck 18.
  • the temperature of the support base 14 can be controlled.
  • the support base 14 is provided with a temperature control mechanism such as a heater (not shown) inside the lower electrode 16 or the electrostatic chuck 18, and controls the temperature of the mounting surface of the electrostatic chuck 18 on which the substrate W is mounted. Is possible.
  • the substrate W is heated by the support base 14.
  • a shower head 20 is provided above the support base 14. A part of the internal space 12s is interposed between the shower head 20 and the support base 14. In one embodiment, the upper end of the processing container 12 is open. The shower head 20 is supported by the upper end portion of the processing container 12 via the member 21. The member 21 has an insulating property. The shower head 20 together with the member 21 closes the opening at the upper end of the processing container 12.
  • the shower head 20 is formed of one or more conductive parts and has a function as an upper electrode with respect to the lower electrode 16.
  • One or more components constituting the shower head 20 may be formed of a material such as aluminum or silicon.
  • the shower head 20 may be formed of one or more conductive components and one or more insulating components.
  • a plasma resistant film may be formed on the surface of the shower head 20.
  • the shower head 20 is formed with a plurality of gas discharge holes 20a and a gas diffusion chamber 20b.
  • the plurality of gas discharge holes 20a extend downward from the gas diffusion chamber 20b to the lower surface of the shower head 20 on the internal space 12s side.
  • a gas supply unit 22 is connected to the gas diffusion chamber 20b.
  • the gas supply unit 22 supplies, for example, various processing gases used for film formation or the like to the gas diffusion chamber 20b.
  • the gas supply unit 22 has a plurality of gas sources, a plurality of flow rate controllers such as a mass flow controller, and a plurality of valves.
  • Each of the plurality of gas sources is connected to the gas diffusion chamber 20b via the corresponding flow rate controller among the plurality of flow rate controllers and the corresponding valve among the plurality of valves.
  • the gas supply unit 22 adjusts the flow rate of the processing gas from the gas source selected from the plurality of gas sources, and supplies the processing gas to the gas diffusion chamber 20b.
  • the processing gas supplied to the gas diffusion chamber 20b is supplied to the internal space 12s from the plurality of gas discharge holes 20a.
  • An exhaust device 24 is connected to the bottom of the processing container 12.
  • the exhaust device 24 is provided so as to be able to communicate with the internal space 12s.
  • the exhaust device 24 has a pressure control device such as a pressure regulating valve, and a vacuum pump such as a turbo molecular pump and a dry pump.
  • a pressure control device such as a pressure regulating valve
  • a vacuum pump such as a turbo molecular pump and a dry pump.
  • a high frequency power supply 29 is connected to the shower head 20 via a matching circuit 28.
  • the high frequency power supply 29 When the high frequency power supply 29 generates plasma, high frequency power of a predetermined frequency is applied to the shower head 20 as an upper electrode.
  • the frequency of the high frequency power used for plasma generation is a low excitation frequency of 450 KHz.
  • the frequency of the high frequency power used for plasma generation is not limited to 450 KHz, and a frequency in the range of 300 kHz to 5 MHz can be used.
  • the high frequency power supply 29 is an example of a plasma generation unit.
  • the plasma processing apparatus 10 will be described as an example in which high frequency power is applied to the shower head 20 as the upper electrode to discharge the plasma, but the present invention is not limited to this.
  • high frequency power may be applied to the lower electrode 16.
  • the plasma processing apparatus 10 may connect a high frequency power supply to the lower electrode 16 via a matching device and apply high frequency power of a predetermined frequency from the high frequency power supply to the lower electrode 16. Further, in the case of plasma discharge, high frequency power may be applied to the shower head 20 and the lower electrode 16, respectively.
  • a focusing unit 110 and a sorting unit 120 are arranged in the processing container 12.
  • the focusing unit 110 is arranged in the plasma generation region below the shower head 20.
  • the plasma generation region is a region forming the upper part of the internal space 12s of the processing container 12, and is a region in which plasma is generated by applying high frequency energy to the processing gas located below the shower head 20. ..
  • the focusing unit 110 extracts a plurality of ions in the plasma generated in the plasma generation region, focuses the extracted plurality of ions, and outputs the extracted ions as an ion beam.
  • the energy of the output ion beam is variable.
  • the sorting unit 120 is arranged between the focusing unit 110 and the support base 14 (that is, the substrate W on the support base 14).
  • the sorting unit 120 sorts specific ions supplied to the substrate W on the support base 14 from the ion beam output from the focusing unit 110.
  • the specific ion is an ion having uniform energy and high chemical reactivity. Examples of specific ions include negative ions of oxygen and negative ions of hydrogen. Negative ions of oxygen are also called “oxygen anion radicals”. Negative ions of hydrogen are also called “hydrides”.
  • a plurality of ions in the plasma generated in the processing container 12 are focused by the focusing unit 110 to form an ion beam, and then are incident on the sorting unit 120. Then, specific ions are sorted from the ion beam by the sorting unit 120 and supplied to the substrate W on the support base 14. Therefore, for example, the particles supplied to the substrate W are limited to specific ions having uniform energy and high chemical reactivity, and particles other than the specific ions are suppressed from reaching the substrate W. .. As a result, damage to the substrate W can be reduced.
  • the focusing unit 110 and the sorting unit 120 are arranged in the processing container 12, parts such as a plasma generation source and a pipe provided with an electromagnet for selecting specific ions are provided outside the processing container 12. No need to place. Therefore, the space occupied by the parts outside the processing container 12 can be reduced, and as a result, the plasma processing apparatus 10 can be downsized.
  • the operation of the plasma processing apparatus 10 configured as described above is collectively controlled by the control unit 30.
  • the control unit 30 is, for example, a computer, and includes a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), an auxiliary storage device, and the like.
  • the CPU operates based on the program stored in the ROM or the auxiliary storage device and the process conditions for film formation, and controls the operation of the entire device.
  • the control unit 30 starts and stops the supply of each gas, controls the flow rate of each gas, controls the loading and unloading of the substrate W, controls the temperature of a heater (not shown) of the support base 14, and controls the pressure in the processing container 12. Control, supply of high frequency power from high frequency power supply 29, and stop of supply are controlled.
  • the computer-readable program required for control may be stored in the storage medium.
  • the storage medium includes, for example, a flexible disk, a CD (Compact Disc), a CD-ROM, a hard disk, a flash memory, a DVD, or the like.
  • the control unit 30 may be provided inside the plasma processing device 10 or may be provided outside. When the control unit 30 is provided externally, the control unit 30 can control the plasma processing device 10 by a communication means such as wired or wireless.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the focusing section and the sorting section according to the embodiment.
  • the focusing unit 110 is arranged in the plasma generation region below the shower head 20, and focuses a plurality of ions in the plasma generated in the plasma generation region to output an ion beam.
  • the focusing unit 110 has electrodes 111a and 111b and an Einzel lens 112.
  • the electrodes 111a and 111b are arranged so as to face each other.
  • a through hole is formed in the central portion of each of the electrodes 111a and 111b.
  • a potential difference is applied to the electrodes 111a and 111b.
  • the electrodes 111a and 111b draw a plurality of ions in the plasma into the through hole, and accelerate the plurality of drawn ions based on the potential difference.
  • the Einzel lens 112 focuses a plurality of accelerated ions based on an electromagnetic field.
  • the Einzel lens 112 has lens elements 113 to 115 arranged side by side along the traveling direction of the accelerated plurality of ions. Cylindrical openings 113a to 115a through which a plurality of ions can pass are formed in the lens elements 113 to 115, respectively.
  • the lens elements 113 to 115 are arranged side by side so that the openings 113a to 115a partially overlap along the traveling direction of the plurality of ions from the viewpoint of downsizing the Einzel lens 112.
  • the lens elements 113 to 115 generate an electromagnetic field when the lens elements 113 and 115 located on both sides of the lens element 114 are grounded and a positive voltage is applied to the lens element 114.
  • the Einzel lens 112 is obtained by attracting a plurality of accelerated ions into the openings 113a to 115a of the lens elements 113 to 115 and applying an electromagnetic force due to an electromagnetic field to the attracted plurality of ions to focus the plurality of ions. Outputs an ion beam.
  • the traveling directions of a plurality of ions output from the focusing unit 110 as an ion beam are indicated by arrows AR1.
  • the sorting unit 120 is arranged between the focusing unit 110 and the support base 14 (that is, the substrate W on the support base 14), and specific ions supplied from the ion beam output from the focusing unit 110 to the substrate W. To sort out.
  • the sorting unit 120 has a pair of magnets 121a (only one magnet 121a is shown in FIG. 2), a pair of magnets 121b (only one magnet 121b is shown in FIG. 2), and a blocking member 122.
  • the pair of magnets 121a are provided at positions sandwiching the ion beam output from the focusing unit 110, and generate a magnetic field that changes the traveling direction of a specific ion among a plurality of ions contained in the ion beam.
  • the pair of magnets 121b are provided at positions sandwiching the ion beam output from the focusing unit 110, and generate a magnetic field that further changes the traveling direction of a specific ion, which is changed by the magnetic field of the pair of magnets 121a.
  • the pair of magnets 121a and the pair of magnets 121b are appropriately referred to as "two pairs of magnets 121".
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the arrangement of two pairs of magnets 121 according to the embodiment.
  • FIG. 3 shows a view of the Einzel lens 112 of the focusing unit 110 as viewed from below, and shows the arrangement position where the magnets 121a and 121b are provided.
  • Each lens element (lens element 113 to 115) of the Einzel lens 112 has a disk shape.
  • FIG. 3 shows the lens element 115 located at the lowest position among the lens elements 113 to 115.
  • a cylindrical opening 115a is formed at the center of the lens element 115.
  • the pair of magnets 121a are provided at positions sandwiching the center position of the lens element 115 (that is, the position of the opening 115a).
  • the pair of magnets 121b are positions that sandwich the center position of the lens element 115 (that is, the position of the opening 115a), and are laterally displaced from the pair of magnets 121a along the lower surface of the lens element 115. It is provided in.
  • the arrangement positions of the magnets 121a and 121b shown in FIG. 3 correspond to the positions where the ion beam output from the focusing unit 110 is sandwiched.
  • the pair of magnets 121a and the pair of magnets 121b are each formed in a disk shape and have different diameters.
  • the pair of magnets 121a and the pair of magnets 121b generate magnetic fields in opposite directions to each other.
  • the pair of magnets 121a generate a magnetic field from the back side to the front side in FIG. 2
  • the pair of magnets 121b generate a magnetic field from the front side to the back side in FIG.
  • the strength of the magnetic field generated in the pair of magnets 121a and the strength of the magnetic field generated in the pair of magnets 121b are set according to the shape and diameter of the pair of magnets 121a and the pair of magnets 121b.
  • a specific ion contained in the ion beam output from the focusing unit 110 is applied with a force in a direction away from the traveling direction of the ion beam (direction of arrow AR1) by the magnetic field generated in the pair of magnets 121a, and the pair of magnets. Proceed towards 121b. Specific ions traveling toward the pair of magnets 121b are applied with a force in a direction approaching the traveling direction of the ion beam (direction of arrow AR1) by the magnetic field generated in the pair of magnets 121b, and the substrate on the support base 14 is applied. Proceed toward W. In FIG. 2, the traveling direction of a specific ion is indicated by the arrow AR2 branching from the arrow AR1.
  • each of the pair of magnets 121a and the pair of magnets 121b shown in FIG. 2 are merely examples, and are not limited thereto, and the strength of the magnetic field required for selecting specific ions. It may be changed according to.
  • each of the pair of magnets 121a and the pair of magnets 121b may be formed in a shape other than the disk shape. Further, the pair of magnets 121a and the pair of magnets 121b may have the same size.
  • a permanent magnet may be used, or an electromagnet including a coil may be used.
  • the blocking member 122 is arranged below the two pairs of magnets 121, passes specific ions whose traveling direction is changed by the magnetic field of the two pairs of magnets 121, and blocks other ions other than the specific ions.
  • the blocking member 122 is formed in a plate shape and has a hole 122a through which a specific ion can pass. Specific ions whose traveling direction is changed to the direction of arrow AR2 by the magnetic field of the two pairs of magnets 121 pass through the holes 122a and are supplied to the substrate W. On the other hand, other ions whose traveling direction is not changed by the magnetic field of the two pairs of magnets 121 travel in the direction of the arrow AR1 as an ion beam and are absorbed by the plate surface of the blocking member 122.
  • variable DC power supply 123 is connected to the cutoff member 122 and the support base 14.
  • the variable DC power supply 123 decelerates specific ions supplied to the substrate W through the hole 122a of the breaking member 122 by applying a potential difference to the breaking member 122 and the support base 14. By decelerating specific ions supplied to the substrate W, damage to the substrate W due to collision with high-speed ions is reduced.
  • a plurality of sets of the focusing unit 110 and the two pairs of magnets 121 are arranged.
  • the focusing portions 110 and two are arranged in a 3 ⁇ 3 matrix above the support base 14 (that is, the substrate W on the support base 14) in the processing container 12 along the upper surface of the support base 14.
  • Nine sets of pairs of magnets 121 are arranged.
  • FIG. 2 shows three sets of nine focusing portions 110 and two pairs of magnets 121.
  • the arrangement position of the set of the focusing portion 110 and the pair of magnets 121 shown in FIG. 2 is an example, and is not limited thereto.
  • a plurality of sets of the focusing portion 110 and the two pairs of magnets 121 may be arranged in a plurality of concentric circles having different radii around the central axis of the support base 14.
  • the blocking member 122 has a hole 122a through which a specific ion can pass at a position corresponding to each set of the focusing portion 110 and the two pairs of magnets 121.
  • the blocking member 122 since nine sets of the focusing portion 110 and the two pairs of magnets 121 are arranged, the blocking member 122 has nine holes 122a corresponding to the positions of the nine sets.
  • the plasma processing apparatus 10 includes a processing container 12, a high frequency power supply 29 (plasma generation unit), a focusing unit 110, and a sorting unit 120.
  • the substrate W targeted for plasma processing is arranged inside.
  • the high frequency power supply 29 generates plasma in the processing container 12.
  • the focusing unit 110 is arranged in the processing container 12 and focuses a plurality of ions in the plasma to output an ion beam.
  • the sorting unit 120 sorts specific ions supplied to the substrate W from the ion beam output from the focusing unit 110.
  • the plasma processing apparatus 10 can limit the particles supplied to the substrate W to, for example, specific ions having low energy and high chemical reactivity, thereby reducing damage to the substrate W. Can be done.
  • the plasma processing apparatus 10 arranges the focusing unit 110 and the sorting unit 120 inside the processing container 12, the space occupied by the parts can be reduced outside the processing container 12, and the device can be downsized. can.
  • the focusing unit 110 has electrodes 111a and 111b (a plurality of electrodes) and an Einzel lens 112.
  • the electrodes 111a and 111b accelerate a plurality of ions in the plasma based on the potential difference.
  • the Einzel lens 112 focuses the accelerated ions on the basis of an electromagnetic field. As a result, the plasma processing apparatus 10 can efficiently obtain an ion beam by focusing only ions which are charged particles.
  • the sorting unit 120 has two pairs of magnets 121 and a blocking member 122.
  • the pair of magnets 121 are provided at positions sandwiching the ion beam output from the focusing unit 110, and generate a magnetic field that changes the traveling direction of a specific ion among a plurality of ions contained in the ion beam.
  • the blocking member 122 passes a specific ion whose traveling direction is changed by the magnetic field of the pair of magnets 121, and blocks other ions other than the specific ion.
  • the plasma processing apparatus 10 can supply specific ions to the substrate W with high purity without causing ions other than the specific ions to reach the substrate W, and as a result, other ions other than the specific ions. It is possible to reduce the damage to the substrate W caused by the ions of.
  • the plasma processing apparatus 10 a plurality of sets of the focusing unit 110 and the two pairs of magnets 121 are arranged above the substrate W in the processing container 12.
  • the blocking member 122 has a hole 122a through which a specific ion can pass at a position corresponding to each set of the focusing portion 110 and the two pairs of magnets 121.
  • the above-mentioned plasma processing device 10 is a capacitive coupling type plasma processing device, but can be applied to any plasma processing device.
  • the plasma processing apparatus 10 may be any type of plasma processing apparatus, such as an inductively coupled plasma processing apparatus or a plasma processing apparatus that excites a gas by a surface wave such as a microwave.
  • the plasma processing apparatus 10 has been described as an example in which the traveling direction of a specific ion is changed by using two pairs of magnets 121 (a pair of magnets 121a and a pair of magnets 121b).
  • the disclosed technology is not limited to this.
  • the pair of magnets 121b may be omitted, and only the pair of magnets 121a may be used to change the traveling direction of a specific ion.
  • the focusing portion 110 is diagonally arranged so that the ion beam is obliquely incident on the pair of magnets 121a, and the traveling direction of the specific ion contained in the ion beam is directed toward the substrate W by the magnetic field of the pair of magnets 121a. change.
  • three or more pairs of magnets may be used to change the traveling direction of a specific ion. In short, at least a pair of magnets may be used to change the traveling direction of a specific ion.
  • the case of using the Einzel lens 112 in which three lens elements (lens elements 113 to 115) are arranged side by side has been described as an example, but the number of lens elements included in the Einzel lens 112 is three. Not limited to one.
  • an Einzel lens may be formed by arranging an odd number of lens elements of 5 or more.
  • Plasma processing device 12 Processing container 29 High frequency power supply 110 Focusing unit 111a, 111b Electrode 112 Einzel lens 120 Sorting unit 121, 121a, 121b Magnet 122 Blocking member 122a Hole

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Abstract

プラズマ処理装置は、プラズマ処理の対象とされた基板が内部に配置された処理容器と、処理容器内にプラズマを生成するプラズマ生成部と、処理容器内に配置され、プラズマ中の複数のイオンを集束してイオンビームを出力する集束部と、集束部から出力されるイオンビームから、基板へ供給される特定のイオンを選別する選別部とを有する。

Description

プラズマ処理装置
　本開示は、プラズマ処理装置に関する。
　特許文献１には、基板に対するプラズマ処理が行われる処理容器の外部に、特定のイオンを選別して出力するイオン源を設け、イオン源から処理容器の内部へ特定のイオンのみを供給して、基板へのダメージを低減する技術が開示されている。
国際公開第２０１９／２３９６１３号
　本開示は、基板へのダメージを低減し且つ装置の小型化を図ることができる技術を提供する。
　本開示の一態様によるプラズマ処理装置は、プラズマ処理の対象とされた基板が内部に配置された処理容器と、前記処理容器内にプラズマを生成するプラズマ生成部と、前記処理容器内に配置され、前記プラズマ中の複数のイオンを集束してイオンビームを出力する集束部と、前記集束部から出力される前記イオンビームから、前記基板へ供給される特定のイオンを選別する選別部とを有する。
　本開示によれば、基板へのダメージを低減し且つ装置の小型化を図ることができるという効果を奏する。
図１は、実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。 図２は、実施形態に係る集束部及び選別部の構成を示す概略断面図である。 図３は、実施形態に係る二対の磁石の配置の一例を示す図である。
　以下、図面を参照して本願の開示するプラズマ処理装置の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を付すこととする。また、本実施形態により、開示するプラズマ処理装置が限定されるものではない。
　ところで、処理容器の外部にイオン源を設けたプラズマ処理装置は、基板へのダメージを低減することができるものの、小型化するのが困難であるという問題がある。具体的には、イオン源は、プラズマ発生源、及び、プラズマ発生源と処理容器に接続され、特定のイオンを選別するための磁場を発生可能な電磁石が設けられた配管等の部品を含む。このため、プラズマ処理装置では、これらの部品により占有されるスペースが処理容器の外部において大きくなる。結果として、イオン源を含むプラズマ処理装置が全体的に大型化してしまう。
　そこで、基板へのダメージを低減し且つ装置の小型化を図ることが期待されている。
［プラズマ処理装置の構成］
　最初に、実施形態に係るプラズマ処理装置１０の構成について説明する。図１は、実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。図１には、実施形態に係るプラズマ処理装置１０の縦断面における構造が概略的に示されている。図１に示すプラズマ処理装置１０は、容量結合型のプラズマ処理装置である。プラズマ処理装置１０は、処理容器１２を備えている。処理容器１２は、略筒形状を有しており、鉛直方向に延在している。処理容器１２は、略筒状の側壁部、及び、側壁部の下端に連続する底部を有している。処理容器１２は、内部空間１２ｓを提供している。処理容器１２は、アルミニウムといった金属から形成されている。処理容器１２の内壁面には耐プラズマ性を有する被覆が形成されている。耐プラズマ性を有する被覆は、アルマイト膜、酸化イットリウム膜といったセラミックス製の膜であり得る。処理容器１２は、接地されている。
　処理容器１２の側壁部には、半導体ウエハなどの基板Ｗを搬出入するための通路１２ｐが形成されている。基板Ｗは、処理容器１２の外部から内部空間１２ｓに搬送されるとき、及び、内部空間１２ｓから処理容器１２の外部に搬送されるときに、通路１２ｐを通過する。通路１２ｐは、ゲートバルブ１２ｇによって開閉可能である。ゲートバルブ１２ｇは、処理容器１２の側壁部に沿って設けられている。
　処理容器１２の内部空間１２ｓの中には、支持台１４が設けられている。支持台１４は、上面に基板Ｗが載置可能とされ、載置された基板Ｗを支持する。支持台１４は、支持体１５によって支持されている。支持体１５は、絶縁性を有しており、処理容器１２の底部から上方に延びている。
　支持台１４は、下部電極１６を含んでいる。下部電極１６は、略円盤形状を有している。下部電極１６は、アルミニウムといった導電性材料から形成されている。一実施形態において、支持台１４は、静電チャック１８を更に含んでいる。静電チャック１８は、下部電極１６上に設けられている。基板Ｗは、静電チャック１８上に載置される。静電チャック１８は、誘電体膜、及び、当該誘電体膜内に内蔵された電極を含んでいる。静電チャック１８の電極は、導電性を有する膜であり得る。静電チャック１８の電極にはスイッチを介して電源が接続されている。電源から静電チャック１８の電極に電圧が印加されることにより、静電チャック１８と基板Ｗとの間に静電引力が発生する。発生した静電引力により、基板Ｗは、静電チャック１８に引き付けられ、静電チャック１８によって保持される。
　支持台１４は、温度の制御が可能とされている。例えば、支持台１４は、下部電極１６または静電チャック１８の内部に不図示のヒーターなどの温調機構が設けられ、基板Ｗが載置される静電チャック１８の載置面の温度の制御が可能とされている。基板Ｗは、支持台１４により加熱される。
　支持台１４の上方には、シャワーヘッド２０が設けられている。シャワーヘッド２０と支持台１４の間には、内部空間１２ｓの一部が介在している。一実施形態では、処理容器１２の上端部は、開口している。シャワーヘッド２０は、部材２１を介して処理容器１２の上端部に支持されている。部材２１は、絶縁性を有している。シャワーヘッド２０は、部材２１と共に、処理容器１２の上端部の開口を閉じている。
　シャワーヘッド２０は、導電性を有する一以上の部品から形成されており、下部電極１６に対する上部電極としての機能を有する。シャワーヘッド２０を構成する一以上の部品は、アルミニウム、シリコンといった材料から形成され得る。或いは、シャワーヘッド２０は、導電性を有する一以上の部品と絶縁性を有する一以上の部品から形成されていてもよい。シャワーヘッド２０の表面には、耐プラズマ性の被膜が形成されていてもよい。
　シャワーヘッド２０には、複数のガス吐出孔２０ａ及びガス拡散室２０ｂが形成されている。複数のガス吐出孔２０ａは、ガス拡散室２０ｂから内部空間１２ｓ側のシャワーヘッド２０下面まで下方に延びている。ガス拡散室２０ｂには、ガス供給部２２が接続されている。
　ガス供給部２２は、例えば、成膜等に用いる各種の処理ガスをガス拡散室２０ｂに供給する。例えば、ガス供給部２２は、複数のガスソース、マスフローコントローラといった複数の流量制御器、及び、複数のバルブを有する。複数のガスソースの各々は、複数の流量制御器のうち対応の流量制御器、及び、複数のバルブのうち対応のバルブを介して、ガス拡散室２０ｂに接続されている。ガス供給部２２は、複数のガスソースのうち選択されたガスソースからの処理ガスの流量を調整し、当該処理ガスをガス拡散室２０ｂに供給する。ガス拡散室２０ｂに供給された処理ガスは、複数のガス吐出孔２０ａから内部空間１２ｓに供給される。
　処理容器１２の底部には、排気装置２４が接続されている。排気装置２４は、内部空間１２ｓに連通可能に設けられている。排気装置２４は、圧力調整弁といった圧力制御装置、及び、ターボ分子ポンプ、ドライポンプといった真空ポンプを有している。排気装置２４を作動させることにより、内部空間１２ｓの中に存在するガスは、支持台１４と処理容器１２の側壁部との間の空間１２ｖを通って、排出される。また、排気装置２４によって、内部空間１２ｓの中の圧力が、指定された圧力に調整される。
　シャワーヘッド２０には、マッチング回路２８を介して高周波電源２９が接続されている。高周波電源２９は、プラズマを生成する際、所定周波数の高周波電力を上部電極としてのシャワーヘッド２０に印加する。本実施形態では、プラズマの生成に用いる高周波電力の周波数を４５０ＫＨｚの低励起周波数としている。プラズマの生成に用いる高周波電力の周波数は、４５０ＫＨｚに限定されず、３００ｋＨｚ～５ＭＨｚの範囲内の周波数を用いることができる。高周波電源２９からシャワーヘッド２０に高周波電力が印加されることにより、処理容器１２の内部空間１２Ｓにおいて処理ガスからプラズマが生成される。高周波電源２９は、プラズマ生成部の一例である。
　なお、プラズマ処理装置１０は、上部電極としてのシャワーヘッド２０に高周波電力を印加してプラズマ放電させる場合を例に説明するが、これに限定されるものではない。プラズマ放電させる場合は、下部電極１６に高周波電力を印加してもよい。例えば、プラズマ処理装置１０は、下部電極１６に整合器を介して、高周波電源を接続し、高周波電源から所定周波数の高周波電力を下部電極１６に印加してもよい。また、プラズマ放電させる場合は、シャワーヘッド２０と下部電極１６にそれぞれ高周波電力を印加してもよい。
　処理容器１２内には、集束部１１０及び選別部１２０が配置されている。集束部１１０は、シャワーヘッド２０の下方のプラズマ生成領域に配置されている。プラズマ生成領域とは、処理容器１２の内部空間１２ｓの上部を形成する領域であって、シャワーヘッド２０の下方に位置する処理ガスに高周波エネルギーが投入されることによってプラズマが生成される領域である。集束部１１０は、プラズマ生成領域に生成されるプラズマ中の複数のイオンを抽出し、抽出した複数のイオンを集束してイオンビームとして出力する。出力されるイオンビームのエネルギーは、可変である。
　選別部１２０は、集束部１１０と支持台１４（つまり、支持台１４上の基板Ｗ）との間に配置されている。選別部１２０は、集束部１１０から出力されるイオンビームから、支持台１４上の基板Ｗへ供給される特定のイオンを選別する。特定のイオンは、均一なエネルギーを持ち且つ化学反応性の高いイオンである。特定のイオンとしては、例えば、酸素の負イオンや水素の負イオン等が挙げられる。酸素の負イオンは、「酸素アニオンラジカル」とも呼ばれる。水素の負イオンは、「ヒドリド」とも呼ばれる。
　このような構成において、処理容器１２内に生成されるプラズマ中の複数のイオンは、集束部１１０によって集束されてイオンビームを形成した後に選別部１２０へ入射する。そして、選別部１２０によってイオンビームから特定のイオンが選別されて支持台１４上の基板Ｗへ供給される。このため、例えば、基板Ｗへ供給される粒子が均一なエネルギーを持ち且つ化学反応性の高い特定のイオンに限定され、特定のイオン以外の他の粒子が基板Ｗへ到達することが抑制される。結果として、基板Ｗへのダメージを低減することができる。また、処理容器１２内に集束部１１０及び選別部１２０が配置されるため、処理容器１２の外部に、プラズマ発生源や、特定のイオンを選別するための電磁石が設けられた配管等の部品を配置する必要がない。このため、処理容器１２の外部において部品による占有スペースを削減することができ、結果として、プラズマ処理装置１０の小型化を図ることができる。
　上記のように構成されたプラズマ処理装置１０は、制御部３０によって、動作が統括的に制御される。制御部３０は、例えばコンピュータであり、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、補助記憶装置等を備える。ＣＰＵは、ＲＯＭ又は補助記憶装置に格納されたプログラムや、成膜のプロセス条件に基づいて動作し、装置全体の動作を制御する。例えば、制御部３０は、各ガスの供給の開始、停止、各ガスの流量制御、基板Ｗの搬入、搬出の制御、支持台１４の不図示のヒーターの温度の制御、処理容器１２内の圧力制御、高周波電源２９からの高周波電力の供給および供給の停止を制御する。なお、制御に必要なコンピュータに読み取り可能なプログラムは、記憶媒体に記憶されていてもよい。記憶媒体は、例えばフレキシブルディスク、ＣＤ（Compact　Disc）、ＣＤ－ＲＯＭ、ハードディスク、フラッシュメモリ或いはＤＶＤ等よりなる。また、制御部３０は、プラズマ処理装置１０の内部に設けられていてもよく、外部に設けられていてもよい。制御部３０が外部に設けられている場合、制御部３０は、有線又は無線等の通信手段によって、プラズマ処理装置１０を制御することができる。
［集束部及び選別部の構成］
　次に、図２を参照して、集束部１１０及び選別部１２０の構成についてさらに説明する。図２は、実施形態に係る集束部及び選別部の構成を示す概略断面図である。
　集束部１１０は、シャワーヘッド２０の下方のプラズマ生成領域に配置され、プラズマ生成領域に生成されるプラズマ中の複数のイオンを集束してイオンビームを出力する。集束部１１０は、電極１１１ａ、１１１ｂと、アインツェルレンズ１１２とを有する。
　電極１１１ａ、１１１ｂは、互いに対向して配置されている。電極１１１ａ、１１１ｂの各々の中央部には、貫通孔が形成されている。電極１１１ａ、１１１ｂには、電位差が付与される。電極１１１ａ、１１１ｂは、プラズマ中の複数のイオンを貫通孔へ引き込み、引き込んだ複数のイオンを電位差に基づき加速させる。
　アインツェルレンズ１１２は、加速された複数のイオンを電磁場に基づき集束する。アインツェルレンズ１１２は、加速された複数のイオンの進行方向に沿って並べて配置されたレンズ要素１１３～１１５を有する。レンズ要素１１３～１１５には、それぞれ、複数のイオンが通過可能な筒状の開口部１１３ａ～１１５ａが形成されている。レンズ要素１１３～１１５は、アインツェルレンズ１１２を小型化する観点から、開口部１１３ａ～１１５ａが複数のイオンの進行方向に沿って部分的に重複するように、並べて配置される。レンズ要素１１３～１１５は、レンズ要素１１４の両側に位置するレンズ要素１１３、１１５が接地され且つレンズ要素１１４に正の電圧が印加されることにより、電磁場を発生させる。アインツェルレンズ１１２は、加速された複数のイオンをレンズ要素１１３～１１５の開口部１１３ａ～１１５ａへ引き込み、引き込んだ複数のイオンに電磁場による電磁力を付与して複数のイオンを集束し、得られたイオンビームを出力する。図２には、集束部１１０からイオンビームとして出力される複数のイオンの進行方向が矢印ＡＲ１で示されている。
　選別部１２０は、集束部１１０と支持台１４（つまり、支持台１４上の基板Ｗ）との間に配置され、集束部１１０から出力されるイオンビームから、基板Ｗへ供給される特定のイオンを選別する。選別部１２０は、一対の磁石１２１ａ（図２には１つの磁石１２１ａのみ示す。）と、一対の磁石１２１ｂ（図２には１つの磁石１２１ｂのみ示す。）と、遮断部材１２２とを有する。
　一対の磁石１２１ａは、集束部１１０から出力されるイオンビームを挟む位置に設けられており、イオンビームに含まれる複数のイオンのうち特定のイオンの進行方向を変更する磁場を発生する。一対の磁石１２１ｂは、集束部１１０から出力されるイオンビームを挟む位置に設けられており、一対の磁石１２１ａの磁場によって変更された、特定のイオンの進行方向をさらに変更する磁場を発生する。以下では、一対の磁石１２１ａ及び一対の磁石１２１ｂを適宜「二対の磁石１２１」と表記する。
　図３は、実施形態に係る二対の磁石１２１の配置の一例を示す図である。図３には、集束部１１０のアインツェルレンズ１１２を下側から見た図が示されており、磁石１２１ａ、１２１ｂを設けた配置位置が示されている。アインツェルレンズ１１２の各レンズ要素（レンズ要素１１３～１１５）は、円盤状とされている。図３には、レンズ要素１１３～１１５のうち最下位に位置するレンズ要素１１５が示されている。レンズ要素１１５の中心には、筒状の開口部１１５ａが形成されている。一対の磁石１２１ａは、レンズ要素１１５の中心の位置（つまり、開口部１１５ａの位置）を挟む位置に設けられている。また、一対の磁石１２１ｂは、レンズ要素１１５の中心の位置（つまり、開口部１１５ａの位置）を挟む位置であって、一対の磁石１２１ａからレンズ要素１１５の下面に沿って側方へずれた位置に設けられている。図３に示した磁石１２１ａ、１２１ｂの配置位置が、集束部１１０から出力されるイオンビームを挟む位置に相当する。
　図２に戻る。一対の磁石１２１ａと一対の磁石１２１ｂとは、それぞれ円盤状に形成され、且つ直径が異なる。一対の磁石１２１ａと一対の磁石１２１ｂとは、互いに逆向きに磁場を発生する。例えば、一対の磁石１２１ａは、図２の奥側から手前側へ向かう磁場を発生し、一対の磁石１２１ｂは、図２の手前側から奥側へ向かう磁場を発生する。一対の磁石１２１ａに発生する磁場の強度と一対の磁石１２１ｂに発生する磁場の強度とは、一対の磁石１２１ａ及び一対の磁石１２１ｂの形状及び直径に応じて設定される。集束部１１０から出力されるイオンビームに含まれる特定のイオンは、一対の磁石１２１ａに発生する磁場によって、イオンビームの進行方向（矢印ＡＲ１の方向）から離れる方向に力を付与され、一対の磁石１２１ｂに向かって進行する。一対の磁石１２１ｂに向かって進行する特定のイオンは、一対の磁石１２１ｂに発生する磁場によって、イオンビームの進行方向（矢印ＡＲ１の方向）へ近づく方向に力を付与され、支持台１４上の基板Ｗに向かって進行する。図２には、特定のイオンの進行方向が矢印ＡＲ１から分岐する矢印ＡＲ２で示されている。
　なお、図２に示した一対の磁石１２１ａ及び一対の磁石１２１ｂの各々の形状やサイズは、一例であり、これに限定されるものではなく、特定のイオンの選別に必要とされる磁場の強度に応じて変更されてもよい。例えば、一対の磁石１２１ａ及び一対の磁石１２１ｂの各々は、円盤状以外の形状に形成されてもよい。また、一対の磁石１２１ａ及び一対の磁石１２１ｂは、サイズが同一であってもよい。
　また、一対の磁石１２１ａ及び一対の磁石１２１ｂとしては、永久磁石が用いられてもよく、コイルを含む電磁石が用いられてもよい。
　遮断部材１２２は、二対の磁石１２１の下方に配置され、二対の磁石１２１の磁場によって進行方向が変更された特定のイオンを通過させ、特定のイオン以外の他のイオンを遮断する。遮断部材１２２は、板状に形成されており、特定のイオンが通過可能な孔１２２ａを有する。二対の磁石１２１の磁場によって進行方向が矢印ＡＲ２の方向に変更された特定のイオンは、孔１２２ａを通過して基板Ｗへ供給される。一方、二対の磁石１２１の磁場によって進行方向が変更されない他のイオンは、イオンビームとして矢印ＡＲ１の方向に進行して遮断部材１２２の板面に吸収される。
　また、遮断部材１２２及び支持台１４には、可変直流電源１２３が接続されている。可変直流電源１２３は、遮断部材１２２及び支持台１４に電位差を付与することによって、遮断部材１２２の孔１２２ａを通過して基板Ｗへ供給される特定のイオンを減速させる。基板Ｗへ供給される特定のイオンが減速されることにより、高速なイオンとの衝突に起因した、基板Ｗへのダメージが低減される。
　本実施形態に係るプラズマ処理装置１０では、集束部１１０及び二対の磁石１２１の組みが複数配置されている。本実施形態においては、処理容器１２内の支持台１４（つまり、支持台１４上の基板Ｗ）よりも上方に、支持台１４の上面に沿って３×３のマトリクス状に集束部１１０及び二対の磁石１２１の組みが９つ配置されている。図２には、９つの集束部１１０及び二対の磁石１２１の組みのうち、３つの組みが示されている。図２に示す集束部１１０及び二対の磁石１２１の組みの配置位置は、一例であり、これに限定されるものではない。例えば、集束部１１０及び二対の磁石１２１の組みは、支持台１４の中心軸を中心とし半径が異なる複数の同心円状に複数配置されてもよい。
　遮断部材１２２は、集束部１１０及び二対の磁石１２１の各組みに対応する位置に、特定のイオンが通過可能な孔１２２ａを有する。本実施形態においては、集束部１１０及び二対の磁石１２１の組みが９つ配置されるため、遮断部材１２２は、９つの組みの位置にそれぞれ対応する９つの孔１２２ａを有する。これにより、基板Ｗ上の所望の位置に特定のイオンを供給することができ、結果として、基板Ｗの加工精度を向上させることができる。
［効果］
　以上のように、実施形態に係るプラズマ処理装置１０は、処理容器１２と、高周波電源２９（プラズマ生成部）と、集束部１１０と、選別部１２０とを有する。処理容器１２は、プラズマ処理の対象とされた基板Ｗが内部に配置される。高周波電源２９は、処理容器１２内にプラズマを生成する。集束部１１０は、処理容器１２内に配置され、プラズマ中の複数のイオンを集束してイオンビームを出力する。選別部１２０は、集束部１１０から出力されるイオンビームから、基板Ｗへ供給される特定のイオンを選別する。これにより、プラズマ処理装置１０は、基板Ｗへ供給される粒子を、例えば、低エネルギーであり且つ化学反応性の高い特定のイオンに限定することができるため、基板Ｗへのダメージを低減することができる。また、プラズマ処理装置１０は、処理容器１２内に集束部１１０及び選別部１２０を配置するため、処理容器１２の外部において部品による占有スペースを削減することができ、装置の小型化を図ることができる。
　また、プラズマ処理装置１０において、集束部１１０は、電極１１１ａ、１１１ｂ（複数の電極）と、アインツェルレンズ１１２とを有する。電極１１１ａ、１１１ｂは、プラズマ中の複数のイオンを電位差に基づき加速させる。アインツェルレンズ１１２は、加速された前記複数のイオンを電磁場に基づき集束する。これにより、プラズマ処理装置１０は、荷電粒子であるイオンのみを集束してイオンビームを効率的に得ることができる。
　また、プラズマ処理装置１０において、選別部１２０は、二対の磁石１２１と、遮断部材１２２とを有する。二対の磁石１２１は、集束部１１０から出力されるイオンビームを挟む位置に設けられ、イオンビームに含まれる複数のイオンのうち特定のイオンの進行方向を変更する磁場を発生する。遮断部材１２２は、二対の磁石１２１の磁場によって進行方向が変更された特定のイオンを通過させ、特定のイオン以外の他のイオンを遮断する。これにより、プラズマ処理装置１０は、特定のイオン以外の他のイオンを基板Ｗへ到達させることなく特定のイオンを高純度で基板Ｗへ供給することができ、結果として、特定のイオン以外の他のイオンに起因した、基板Ｗへのダメージを低減することができる。
　また、プラズマ処理装置１０において、集束部１１０及び二対の磁石１２１の組みが、処理容器１２内の基板Ｗよりも上方に複数配置される。そして、遮断部材１２２は、集束部１１０及び二対の磁石１２１の各組みに対応する位置に、特定のイオンが通過可能な孔１２２ａを有する。これにより、プラズマ処理装置１０は、基板Ｗ上の所望の位置に特定のイオンを供給することができ、結果として、基板Ｗの加工精度を向上させることができる。
　以上、実施形態について説明してきたが、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上述した実施形態は、多様な形態で具現され得る。また、上述した実施形態は、請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
　例えば、上述したプラズマ処理装置１０は、容量結合型のプラズマ処理装置であったが、任意のプラズマ処理装置に適用され得る。例えば、プラズマ処理装置１０は、誘導結合型のプラズマ処理装置や、マイクロ波等の表面波によってガスを励起させるプラズマ処理装置のように、任意のタイプのプラズマ処理装置であってもよい。
　また、上述した実施形態に係るプラズマ処理装置１０は、二対の磁石１２１（一対の磁石１２１ａ及び一対の磁石１２１ｂ）を用いて特定のイオンの進行方向を変更する場合を例に説明したが、開示の技術はこれに限られない。例えば、一対の磁石１２１ｂを省略し、一対の磁石１２１ａのみを用いて特定のイオンの進行方向を変更してもよい。この場合、集束部１１０を斜めに配置してイオンビームを一対の磁石１２１ａへ斜めに入射させ、イオンビームに含まれる特定のイオンの進行方向を一対の磁石１２１ａの磁場によって基板Ｗへ近づく方向に変更する。また、三以上の対の磁石を用いて特定のイオンの進行方向を変更するようにしてもよい。要するに、少なくとも一対の磁石を用いて特定のイオンの進行方向を変更すればよい。
　また、上述した実施形態では、３つのレンズ要素（レンズ要素１１３～１１５）を並べて配置したアインツェルレンズ１１２を用いる場合を例に説明したが、アインツェルレンズ１１２に含まれるレンズ要素の数は３つに限られない。例えば、５以上の奇数個のレンズ要素を並べてアインツェルレンズを構成してもよい。
１０　プラズマ処理装置
１２　処理容器
２９　高周波電源
１１０　集束部
１１１ａ、１１１ｂ　電極
１１２　アインツェルレンズ
１２０　選別部
１２１、１２１ａ、１２１ｂ　磁石
１２２　遮断部材
１２２ａ　孔

Claims (4)

  1. 　プラズマ処理の対象とされた基板が内部に配置された処理容器と、
    　前記処理容器内にプラズマを生成するプラズマ生成部と、
    　前記処理容器内に配置され、前記プラズマ中の複数のイオンを集束してイオンビームを出力する集束部と、
    　前記集束部から出力される前記イオンビームから、前記基板へ供給される特定のイオンを選別する選別部と
    　を有する、プラズマ処理装置。
  2. 　前記集束部は、
    　前記プラズマ中の複数のイオンを電位差に基づき加速させる複数の電極と、
    　加速された前記複数のイオンを電磁場に基づき集束するアインツェルレンズと
    　を有する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 　前記選別部は、
    　前記集束部から出力される前記イオンビームを挟む位置に設けられ、前記イオンビームに含まれる複数のイオンのうち前記特定のイオンの進行方向を変更する磁場を発生する、少なくとも一対の磁石と、
    　前記少なくとも一対の磁石の磁場によって進行方向が変更された前記特定のイオンを通過させ、前記特定のイオン以外の他のイオンを遮断する遮断部材と
    　を有する、請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 　前記集束部及び前記少なくとも一対の磁石の組みが、前記処理容器内の前記基板よりも上方に複数配置され、
    　前記遮断部材は、前記集束部及び前記少なくとも一対の磁石の各組みに対応する位置に、前記特定のイオンが通過可能な孔を有する、請求項３に記載のプラズマ処理装置。
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