JP2016036018A - プラズマ処理装置及びガス供給部材 - Google Patents

Abstract

【課題】被処理基板の径方向に沿ったエッチングレートの制御性を向上すること。【解決手段】プラズマ処理装置は、処理容器と、前記処理容器の内部に設けられ、被処理基板を支持する支持部材と、前記被処理基板をプラズマ処理するための処理ガスを前記処理容器の内部に導入するガス供給孔が形成された第１の領域と、前記ガス供給孔が形成されない第２の領域と、前記ガス供給孔が形成された第３の領域とが前記被処理基板の中心側から前記被処理基板の径方向に沿って順に配置されたガス供給部材とを備える。【選択図】図１

Description

本発明の種々の側面及び実施形態は、プラズマ処理装置及びガス供給部材に関するものである。

半導体の製造プロセスでは、薄膜の堆積又はエッチング等を目的としたプラズマ処理を実行するプラズマ処理装置が広く用いられている。プラズマ処理装置は、例えば薄膜の堆積処理を行うプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置や、エッチング処理を行うプラズマエッチング装置が挙げられる。

プラズマ処理装置は、プラズマ処理空間を画成する処理容器、処理容器内で被処理基板を支持する支持部材、及びプラズマ反応に必要な処理ガスを処理室内に供給するためのガス供給部材などを備える。ガス供給部材は、ガス供給孔を有し、処理ガスをガス供給孔から処理容器の内部へ導入する。

ここで、ガス供給部材は、ガス供給孔の数が異なる複数の領域に区分される場合がある。例えば、ガス供給部材は、被処理基板の中央部に対応する中央領域と、被処理基板の周縁部に対応する周縁領域とに区分され、中央領域と周縁領域とにそれぞれ異なる数のガス供給孔を形成することが知られている。

特開２００８−２４４１４２号公報

しかしながら、上述した従来技術では、被処理基板上の中央部と周縁部とにおいて処理ガスの圧力分布の制御性が比較的に悪いため、被処理基板の径方向に沿ったエッチングレートの制御性を向上することが難しいという問題がある。

開示するプラズマ処理装置は、１つの実施態様において、処理容器と、前記処理容器の内部に設けられ、被処理基板を支持する支持部材と、前記被処理基板をプラズマ処理するための処理ガスを前記処理容器の内部に導入するガス供給孔が形成された第１の領域と、前記ガス供給孔が形成されない第２の領域と、前記ガス供給孔が形成された第３の領域とが前記被処理基板の中心側から前記被処理基板の径方向に沿って順に配置されたガス供給部材とを備える。

開示するプラズマ処理装置の１つの態様によれば、被処理基板の径方向に沿ったエッチングレートの制御性を向上することができるという効果を奏する。

図１は、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概略断面図である。 図２は、第１の実施形態におけるシャワーヘッドの構造の一例を説明するための図である。 図３は、図２に示した電極板の平面図である。 図４Ａは、ガス供給孔が形成されない領域が電極板に設けられないプラズマエッチング装置を用いてウエハ上の処理ガスの流れをシミュレーションした場合の、ウエハの半径方向の位置に対する、処理ガスの流線の分布を示す図である。 図４Ｂは、ガス供給孔が形成されない領域が電極板に設けられないプラズマエッチング装置を用いてウエハ上の処理ガスの流れをシミュレーションした場合の、ウエハの半径方向の位置に対する、処理ガスの流速分布を示す図である。 図５Ａは、第１の実施形態のプラズマエッチング装置を用いてウエハ上の処理ガスの流れをシミュレーションした場合の、ウエハの半径方向に対する、処理ガスの流線の分布を示す図である。 図５Ｂは、第１の実施形態のプラズマエッチング装置を用いてウエハ上の処理ガスの流れをシミュレーションした場合の、ウエハの半径方向の位置に対する、処理ガスの流速分布を示す図である。 図６は、第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置による処理ガスの圧力分布のシミュレーション結果を示す図である。 図７は、第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置による効果（エッチングレートの実測結果）を示す図である。 図８は、第２の実施形態における電極板の縦断面図である。 図９Ａは、第２の実施形態のプラズマエッチング装置を用いてウエハ上の処理ガスの流れをシミュレーションした場合の、ウエハの半径方向の位置に対する、処理ガスの流線の分布を示す図である。 図９Ｂは、第２の実施形態のプラズマエッチング装置を用いてウエハ上の処理ガスの流れをシミュレーションした場合の、ウエハの半径方向の位置に対する、処理ガスの流速の分布を示す図である。 図１０は、第２の実施形態に係るプラズマエッチング装置による処理ガスの圧力分布のシミュレーション結果を示す図である。

以下、添付図面を参照して、開示するプラズマ処理装置及びガス供給部材の実施形態について説明する。

開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、処理容器と、処理容器の内部に設けられ、被処理基板を支持する支持部材と、被処理基板をプラズマ処理するための処理ガスを処理容器の内部に導入するガス供給孔が形成された第１の領域と、ガス供給孔が形成されない第２の領域と、ガス供給孔が形成された第３の領域とが被処理基板の中心側から被処理基板の径方向に沿って順に配置されたガス供給部材とを備える。

また、開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、第３の領域に形成されたガス供給孔は、被処理基板の径方向に沿って、被処理基板の周縁よりも１０ｍｍだけ内側の位置よりも外側の位置に配置される。

また、開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、第３の領域に形成されたガス供給孔は、被処理基板の径方向に沿って、被処理基板の周縁よりも１０ｍｍだけ内側の位置から被処理基板の周縁よりも１０ｍｍだけ外側の位置までの範囲に配置される。

また、開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、第３の領域に形成されたガス供給孔は、被処理基板の周縁よりも外側の位置または、該周縁上の位置に配置される。

また、開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、第３の領域に形成されたガス供給孔は、被処理基板に近づくほど、被処理基板の中心軸に対する被処理基板の径方向の距離が拡がるように、被処理基板の中心軸に対して傾斜する傾斜部分を有する。

また、開示するガス供給部材は、１つの実施形態において、被処理基板が配置される処理容器内に処理ガスを供給するガス供給部材であって、ガス供給部材の中央位置とエッジ部との中心線よりも該中央位置側に配置され、複数の第１のガス供給孔が形成される第１のガス供給領域と、ガス供給部材の中央位置とエッジ部との中心線よりも該エッジ部側に配置され、第２のガス供給孔が形成される第２のガス供給領域と、第１のガス供給領域と、第２のガス供給領域との間に配置され、ガス供給孔が形成されない非ガス供給領域とを備える。

また、開示するガス供給部材は、１つの実施形態において、第２のガス供給孔は、被処理基板の周縁よりも外側の位置または、該周縁上の位置に配置される。

また、開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、第２のガス供給孔は、被処理基板に近づくほど、被処理基板の中心軸に対する被処理基板の径方向の距離が拡がるように、被処理基板の中心軸に対して傾斜する傾斜部分を有する。

（第１の実施形態）
図１は、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概略断面図である。このプラズマエッチング装置は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置として構成されており、気密に構成され、略円筒状をなし、壁部が例えば表面が酸化処理されたアルミニウム製のチャンバ１を有している。このチャンバ１は接地されている。チャンバ１は、処理容器の一例に相当する。

このチャンバ１内には、被処理基板である半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）Ｗを水平に支持するとともに下部電極として機能する支持テーブル２が設けられている。支持テーブル２は、支持部材の一例に相当する。支持テーブル２は例えば表面が酸化処理されたアルミニウムで構成されており、チャンバ１の底壁から突出する支持部３上に絶縁部材４を介して支持されている。また、支持テーブル２の上方の外周には導電性材料または絶縁性材料で形成されたフォーカスリング５が設けられている。フォーカスリング５の外側外周にはバッフル板１４が設けられている。

支持テーブル２の表面上にはウエハＷを静電吸着するための静電チャック６が設けられている。この静電チャック６は絶縁体６ｂの間に電極６ａが介在されて構成されており、例えば、絶縁体６ｂは、アルミナ等のセラミック材からなる。電極６ａには直流電源１３が接続されている。そして電極６ａに直流電源１３から電圧が印加されることにより、例えばクーロン力によってウエハＷが吸着される。

支持テーブル２内には冷媒流路８ａが設けられ、この冷媒流路８ａには冷媒配管８ｂが接続されており、冷媒制御装置８により、適宜の冷媒がこの冷媒配管８ｂを介して冷媒流路８ａに供給され、循環されるようになっている。これにより、支持テーブル２が適宜の温度に制御可能となっている。また、静電チャック６の表面とウエハＷの裏面との間に熱伝達用の伝熱ガス、例えばＨｅガスを供給するための伝熱ガス配管９ａが設けられ、伝熱ガス供給装置９からこの伝熱ガス配管９ａを介してウエハＷ裏面に伝熱ガスが供給されるようになっている。これにより、チャンバ１内が排気されて真空に保持されていても、冷媒流路８ａに循環される冷媒の冷熱をウエハＷに効率良く伝達させることができ、ウエハＷの温度制御性を高めることができる。

支持テーブル２のほぼ中央には、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には整合器１１および高周波電源１０が接続されている。高周波電源１０からは所定の周波数、例えば１０ＭＨｚ以上の高周波電力が支持テーブル２に供給されるようになっている。一方、下部電極として機能する支持テーブル２に対向してその上方には後述するシャワーヘッド１６が互いに平行に設けられており、このシャワーヘッド１６はチャンバ１を介して接地されている。したがって、シャワーヘッド１６は上部電極として機能して、支持テーブル２とともに一対の平行平板電極を構成している。

チャンバ１の底壁には、排気管１９が接続されており、この排気管１９には真空ポンプ等を含む排気装置２０が接続されている。そして排気装置２０の真空ポンプを作動させることによりチャンバ１内を所定の真空度まで減圧することができるようになっている。一方、チャンバ１の側壁上側には、ウエハＷの搬入出口２３を開閉するゲートバルブ２４が設けられている。

一方、チャンバ１の搬入出口２３の上下にチャンバ１を周回するように、同心状に、２つのリング磁石２１ａ，２１ｂが配置されており、支持テーブル２とシャワーヘッド１６との間の処理空間の周囲に磁界を形成するようになっている。このリング磁石２１ａ，２１ｂは、図示しない回転機構により回転可能に設けられている。また、リング磁石を設けなくても良い。

また、図１に示すプラズマエッチング装置は、支持テーブル２に支持されたウエハＷに対して、ウエハＷをプラズマ処理するための処理ガスを噴出するシャワーヘッド１６と、シャワーヘッド１６に処理ガスを供給するためのガス供給装置６０とを有する。

シャワーヘッド１６は、シャワーヘッド本体１６ａと、その下面に交換可能に設けられた円形状の電極板１８とを有している。シャワーヘッド本体１６ａは、電極板１８と同じ径の円盤形状に形成される。シャワーヘッド本体１６ａの内部には、円形状のガス拡散空間４０が形成されている。電極板１８には、処理ガスをチャンバ１の内部に導入するガス供給孔１７が設けられる。

図２は、第１の実施形態におけるシャワーヘッドの構造の一例を説明するための図である。図３は、図２に示した電極板の平面図である。図１及び図２に示すように、ガス拡散空間４０は、例えばＯリングからなる環状隔壁部材４２により中心側の第１ガス拡散室４０ａとその外側の第２ガス拡散室４０ｂとに区画されている。ガス拡散室は３ゾーン以上に区画されていても良い。第１ガス拡散室４０ａ及び第２ガス拡散室４０ｂには、ガス供給装置６０により、処理ガスが供給される。

図２及び図３に示すように、電極板１８は、ガス供給孔１７が形成された第１の領域５１と、ガス供給孔１７が形成されない第２の領域５２と、ガス供給孔１７が形成された第３の領域５３とに区分される。電極板１８は、ガス供給部材の一例に相当する。第１の領域５１と、第２の領域５２と、第３の領域５３とは、ウエハＷの中心側からウエハＷの径方向に沿って順に配置される。

第１の領域５１は、第１ガス拡散室４０ａに対応する位置に配置される。言い換えると、第１の領域５１は、電極板１８の中央位置とエッジ部との中心線よりも中央位置側に配置される。第１の領域５１には、複数のガス供給孔１７が形成されている。第１の領域５１は、第１のガス供給領域の一例である。第１の領域５１は、第１ガス拡散室４０ａに供給される処理ガスをガス供給孔１７からシャワーヘッド１６と支持テーブル２との間の空間に噴出する。

第２の領域５２及び第３の領域５３は、第２ガス拡散室４０ｂに対応する位置に配置される。言い換えると、第３の領域５３は、電極板１８の中央位置とエッジ部との中心線よりもエッジ部側に配置され、第２の領域５２は、第１の領域５１と、第３の領域５３との間に配置される。第３の領域５３は、第２のガス供給領域の一例であり、第２の領域５２は、非ガス供給領域の一例である。第２の領域５２は、第２ガス拡散室４０ｂに供給される処理ガスを、第３の領域５３に形成されたガス供給孔１７へ導く整流機能を有する。第３の領域５３は、第２ガス拡散室４０ｂに供給される処理ガスを、第２の領域５２の整流機能によってガス供給孔１７へ導かれる処理ガスと共に、ガス供給孔１７からシャワーヘッド１６と支持テーブル２との間の空間に噴出する。

ここで、第１の領域５１のガス供給孔１７から噴出される処理ガスの流れと、第３の領域５３のガス供給孔１７から噴出される処理ガスの流れと、第２の領域５２に対応する位置の処理ガスの流れとの関係を説明する。以下の説明では、第１の領域５１のガス供給孔１７から噴出される処理ガスを適宜「第１の処理ガス」と呼び、第３の領域５３のガス供給孔１７から噴出される処理ガスを適宜「第２の処理ガス」と呼ぶ。第１の領域５１のガス供給孔１７からシャワーヘッド１６と支持テーブル２との間の空間に噴出される第１の処理ガスは、排気方向（排気装置２０が接続されている方向）へ流れる。排気方向へ流れる第１の処理ガスは、第３の領域５３のガス供給孔１７からシャワーヘッド１６と支持テーブル２との間の空間に噴出される第２の処理ガスに衝突する。第３の領域５３のガス供給孔１７からシャワーヘッド１６と支持テーブル２との間の空間に噴出される第２の処理ガスには、第２の領域５２の整流機能によってガス供給孔１７へ導かれた処理ガスが混合されている。このため、第３の領域５３のガス供給孔１７からシャワーヘッド１６と支持テーブル２との間の空間に噴出される第２の処理ガスの流速が局所的に増加し、第２の処理ガスは、排気方向へ流れる第１の処理ガスを妨げる気流壁を形成する。すると、排気方向へ流れる第１の処理ガスは、シャワーヘッド１６と支持テーブル２との間の空間のうち、第３の領域５３と第１の領域５１とで挟まれた第２の領域５２に対応する位置に存在する空間において、減速される。これにより、第３の領域５３と第１の領域５１とで挟まれた第２の領域５２に対応する位置に存在する空間に処理ガスが留まる。その結果、シャワーヘッド１６と支持テーブル２との間の空間のうち、第３の領域５３と第１の領域５１とで挟まれた第２の領域５２に対応する位置に存在する空間において処理ガスを用いたプラズマエッチングが促進される。

また、第３の領域５３に形成されたガス供給孔１７は、ウエハＷの周縁に対して処理ガスが効率的に噴出される位置に配置されることが好ましい。好ましくは、第３の領域５３に形成されたガス供給孔１７は、ウエハＷの径方向に沿って、ウエハＷの周縁よりも１０ｍｍだけ内側の位置よりも外側の位置に配置される。より好ましくは、第３の領域５３に形成されたガス供給孔１７は、ウエハＷの径方向に沿って、ウエハＷの周縁よりも１０ｍｍだけ内側の位置からウエハＷの周縁よりも１０ｍｍだけ外側の位置までの範囲に配置される。

なお、第３の領域５３に形成されたガス供給孔１７の位置は上記の位置には限定されない。例えば、第３の領域５３に形成されたガス供給孔１７は、ウエハＷの周縁よりも外側の位置または、ウエハＷの周縁上の位置に配置されてもよい。

ガス供給装置６０は、処理ガスを供給する処理ガス供給部６６と、処理ガスに付加される付加ガスを供給する付加ガス供給部７５と、分流量調整機構７１とを有する。また、処理ガス供給部６６から延びたガス供給管６４が、途中で２つの分岐管６４ａ，６４ｂに分岐し、シャワーヘッド本体１６ａに形成されたガス導入口６２ａ，６２ｂに接続される。ガス導入口６２ａ，６２ｂからの処理ガスは、第１ガス拡散室４０ａ及び第２ガス拡散室４０ｂに至る。分岐管６４ａ，６４ｂの分流量は、これらの途中に設けられた分流量調整機構７１により調整される。

また、第２ガス拡散室４０ｂには、付加ガス供給部７５から、処理ガスによるエッチング特性を調整するための付加ガスが供給されるようになっている。付加ガスは、エッチングの際に例えばエッチング処理を均一にするために所定の作用を及ぼすものである。付加ガス供給部７５からの延びたガス供給管７６は、分岐管６４ｂに接続される。付加ガスは、ガス供給管７６、分岐管６４ｂ及びガス導入口６２ｂを介して、第２ガス拡散室４０ｂに至る。

上述したように、第１の実施形態では、ガス供給部材としての電極板１８に、ガス供給孔１７が形成された第１の領域５１と、ガス供給孔１７が形成されない第２の領域５２と、ガス供給孔１７が形成された第３の領域５３とがウエハＷの中心側からウエハＷの径方向に沿って順に配置された。このため、第１の領域５１のガス供給孔１７からウエハＷの中心側へ処理ガスが効率的に供給され、第３の領域５３のガス供給孔１７からウエハＷの周辺側へ処理ガスが効率的に供給され、かつ、第３の領域５３と第１の領域５１とで挟まれた第２の領域５２に対応する位置に存在する空間において処理ガスを用いたプラズマエッチングが促進される。結果として、第１の実施形態によれば、ウエハＷの径方向に沿ったエッチングレートの制御性を向上することができる。

次に、第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置によるシミュレーション結果（処理ガスの流速分布のシミュレーション結果、処理ガスの圧力分布のシミュレーション結果）について説明する。

まず、処理ガスの流速分布のシミュレーション結果について説明する。図４Ａは、ガス供給孔１７が形成されない領域が電極板１８に設けられないプラズマエッチング装置を用いてウエハ上の処理ガスの流れをシミュレーションした場合の、ウエハの半径方向の位置に対する、処理ガスの流線の分布を示す図である。図４Ｂは、ガス供給孔１７が形成されない領域が電極板１８に設けられないプラズマエッチング装置を用いてウエハ上の処理ガスの流れをシミュレーションした場合の、ウエハの半径方向の位置に対する、処理ガスの流速分布を示す図である。図５Ａは、第１の実施形態のプラズマエッチング装置を用いてウエハ上の処理ガスの流れをシミュレーションした場合の、ウエハの半径方向に対する、処理ガスの流線の分布を示す図である。図５Ｂは、第１の実施形態のプラズマエッチング装置を用いてウエハ上の処理ガスの流れをシミュレーションした場合の、ウエハの半径方向の位置に対する、処理ガスの流速分布を示す図である。

なお、図４Ａ及び図４Ｂのシミュレーションの条件（パラメータ）として、半径１５０ｍｍのウエハを使用し、電極板１８の中心から径方向に沿って電極板１８を８つのゾーン（Ｚｏｎｅ１〜８）に分割して、全てのゾーンから処理ガスを噴出することで、処理ガスの流線の分布及び処理ガスの流速分布を求めた。また、図４Ａ及び図４Ｂのシミュレーションでは、Ｚｏｎｅ１に対応するガス供給孔１７として、電極板１８の中心から１０ｍｍの円周上に４個のガス供給孔１７を配置した。Ｚｏｎｅ２に対応するガス供給孔１７として、電極板１８の中心から３０ｍｍの円周上に１２個のガス供給孔１７を配置した。Ｚｏｎｅ３に対応するガス供給孔１７として、電極板１８の中心から５０ｍｍの円周上に２４個のガス供給孔１７を配置した。Ｚｏｎｅ４に対応するガス供給孔１７として、電極板１８の中心から７０ｍｍの円周上に３６個のガス供給孔１７を配置した。Ｚｏｎｅ５に対応するガス供給孔１７として、電極板１８の中心から９０ｍｍの円周上に４８個のガス供給孔１７を配置した。Ｚｏｎｅ６に対応するガス供給孔１７として、電極板１８の中心から１１０ｍｍの円周上に６０個のガス供給孔１７を配置した。Ｚｏｎｅ７に対応するガス供給孔１７として、電極板１８の中心から１３０ｍｍの円周上に８０個のガス供給孔１７を配置した。Ｚｏｎｅ８に対応するガス供給孔１７として、電極板１８の中心から１５０ｍｍの円周上に１００個のガス供給孔１７を配置した。

これに対して、図５Ａ及び図５Ｂのシミュレーションの条件は、半径１５０ｍｍのウエハを使用し、上述のＺｏｎｅ１〜８のうちＺｏｎｅ５〜７を閉じて、Ｚｏｎｅ１〜４及びＺｏｎｅ８から処理ガスを噴射することで、処理ガスの流線の分布及び処理ガスの流速分布を求めた。すなわち、図５Ａ及び図５Ｂのシミュレーションでは、Ｚｏｎｅ５〜７がガス供給孔１７が形成されない第２の領域５２に相当する。

また、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ及び図５Ｂにおいて、横軸は、半径１５０ｍｍのウエハの中心である０ｍｍを基準としたウエハの径方向の位置[ｍｍ]を示している。

なお、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ及び図５Ｂでは、その他のシミュレーション条件として、処理ガス：ＣＦ４＝１５０ｓｃｃｍ、チャンバ内の圧力：４０ｍＴｏｒｒ、ＲＤＣ：５０を用いた。ＲＤＣ（Ｒａｄｉａｌ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）とは、フロースプリッタによって共通ガスの分岐比率を調節し、中央導入口及び周辺導入部からのガス導入量を調節する技術で、第１ガス拡散室４０ａに供給される処理ガスの流量と、第２ガス拡散室４０ｂに供給される処理ガスの流量との比である。

図４Ａと図５Ａとの対比から、以下の現象が確認された。すなわち、ガス供給孔１７が形成されない領域が電極板１８に設けられない装置と異なり、ガス供給孔１７が形成されない第２の領域５２が設けられた第１の実施形態の装置では、Ｚｏｎｅ８に対応するガス供給孔１７から噴射される処理ガスが、Ｚｏｎｅ１〜４に対応するガス供給孔１７から噴射されて排気方向へ流れる処理ガスを妨げる気流壁を形成した。

また、図４Ｂと図５Ｂとの対比から、以下の現象が確認された。すなわち、ガス供給孔１７が形成されない領域が電極板１８に設けられない装置と比較して、ガス供給孔１７が形成されない第２の領域５２が設けられた第１の実施形態の装置では、排気方向へ流れる処理ガスが、シャワーヘッド１６と支持テーブル２との間の空間のうち第２の領域５２に対応する位置に存在する空間において、減速された。これにより、ガス供給孔１７が形成されない第２の領域５２が設けられた第１の実施形態の装置では、第２の領域５２に対応する位置に存在する空間に処理ガスが留まる。これは、ガスの流れの淀みが形成されているのである。つまり、第２の領域５２に対応する位置に存在する空間では、Ｚｏｎｅ８に対応するガス供給孔１７から噴射される処理ガスにより形成された気流壁が処理ガスの流れを妨げている。したがって、この淀みにより処理ガス濃度（エッチャントガス）が高くなり、シャワーヘッド１６と支持テーブル２との間の空間のうち、第２の領域５２に対応する位置に存在する空間において処理ガスを用いたプラズマエッチングが促進されると推測される。その結果、ガス供給孔１７が形成されない第２の領域５２が設けられた第１の実施形態の装置では、ウエハＷの径方向に沿ったエッチングレートの制御性（マージン幅）を向上することが可能であると推測される。

続いて、処理ガスの圧力分布のシミュレーション結果について説明する。図６は、第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置による処理ガスの圧力分布のシミュレーション結果を示す図である。図６は、図表１０１と、図表１０２とを含む。

図表１０１は、ガス供給孔１７が形成されない領域が電極板１８に設けられないプラズマエッチング装置を用いてウエハ上の処理ガスの圧力分布をシミュレーションしたシミュレーション結果を示す。図表１０２は、第１の実施形態のプラズマエッチング装置を用いてウエハ上の処理ガスの圧力分布をシミュレーションしたシミュレーション結果を示す。図表１０１及び図表１０２において、縦軸は、ウエハの表面から５ｍｍだけ上方の位置の圧力［ｍＴｏｒｒ］を示している。また、図表１０１及び図表１０２において、横軸は、ウエハの中心である０ｍｍを基準としたウエハの径方向の位置［ｍｍ］を示している。また、図表１０１及び図表１０２において、ＲＤＣとは、第１ガス拡散室４０ａに供給される処理ガスの流量と、第２ガス拡散室４０ｂに供給される処理ガスの流量との比である。

なお、その他のシミュレーション条件は、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ及び図５Ｂで用いたシミュレーション条件と同様である。

図６に示すように、ガス供給孔１７が形成されない領域が電極板１８に設けられない装置と比較して、ガス供給孔１７が形成されない第２の領域５２が設けられた第１の実施形態の装置では、ウエハの中央部と周縁部とで処理ガスの圧力分布の制御幅が増大した。すなわち、第１の実施形態の装置のように、ガス供給孔１７が形成された第１の領域５１と、ガス供給孔１７が形成されない第２の領域５２と、ガス供給孔１７が形成された第３の領域５３とをウエハＷの中心側からウエハＷの径方向に沿って順に電極板１８に配置することによって、処理ガスの圧力分布の制御性（マージン幅）が向上することが分かった。

以上のシミュレーション結果から、ガス供給孔１７が形成されない第２の領域５２を設けることで、ウエハＷの径方向に沿ったエッチングレートの制御性を向上することができると推察された。そこで、発明者らは、第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置を用いてウエハＷの径方向に沿ったエッチングレートを実測した。

次に、第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置による効果（エッチングレートの実測結果）について説明する。図７は、第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置による効果（エッチングレートの実測結果）を示す図である。図７は、図表２０１〜図表２０８を含む。

図表２０１、図表２０３、図表２０５及び図表２０７は、ガス供給孔１７が形成されない領域が電極板１８に設けられないプラズマエッチング装置（比較例１〜比較例４）を用いてウエハのエッチングレートの分布を実測した実測結果を示す。図表２０２、図表２０４、図表２０６及び図表２０８は、第１の実施形態のプラズマエッチング装置（実施例１〜実施例４）を用いてウエハのエッチングレートの分布を実測した結果を示す。図表２０１〜図表２０８において、縦軸は、ウエハのエッチングレート［ｎｍ／ｍｉｎ］を示している。また、図表２０１〜図表２０８において、横軸は、ウエハの中心位置「０」を基準としたウエハの径方向の位置［ｍｍ］を示している。また、図表２０１〜図表２０８において、ＲＤＣとは、第１ガス拡散室４０ａに供給される処理ガスの流量と、第２ガス拡散室４０ｂに供給される処理ガスの流量との比である。

なお、比較例１及び実施例１の組みと、比較例２及び実施例２の組みと、比較例３及び実施例３の組みと、比較例４及び実施例４の組みとの間で、プラズマ処理に用いられた処理ガスの種類及び流量や、ウエハ上の膜の種類が異なるものとする。

図７に示すように、ガス供給孔１７が形成されない領域が電極板１８に設けられない比較例１では、ウエハの中心のエッチングレートの制御幅は、９．０ｎｍ／ｍｉｎであり、エッチングレートが不動となる位置は、１３５ｍｍであった。

これに対して、ガス供給孔１７が形成されない第２の領域５２が電極板１８に設けられた実施例１では、ウエハの中心のエッチングレートの制御幅は、１４．０ｎｍ／ｍｉｎであり、エッチングレートが不動となる位置は、１４５ｍｍであった。すなわち、実施例１では、比較例１と比較して、ウエハＷの径方向に沿ったエッチングレートの制御性を向上することができることが確認された。

同様に、実施例２〜４でも、それぞれ、比較例２〜４と比較して、ウエハＷの径方向に沿ったエッチングレートの制御性を向上することができることが確認された。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係るプラズマエッチング装置について説明する。第２の実施形態に係るプラズマエッチング装置は、電極板１８の第３の領域５３に形成されたガス供給孔１７の形状が第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置と異なるだけであり、その他の構成要素は第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置と同様である。したがって、以下では第１の実施形態と同様の構成については、その説明を省略する。

図８は、第２の実施形態における電極板の縦断面図である。図８の例では、ウエハＷの中心軸Ｃと、電極板１８の中心軸とが一致しているものとする。また、図８の例では、電極板１８の下面が、ウエハＷと対向しているものとする。図８に示すように、第２の実施形態における電極板１８は、第１の実施形態における電極板１８と同様に、ガス供給孔１７が形成された第１の領域５１と、ガス供給孔１７が形成されない第２の領域５２と、ガス供給孔１７が形成された第３の領域５３とに区分される。電極板１８は、ガス供給部材の一例に相当する。第１の領域５１と、第２の領域５２と、第３の領域５３とは、ウエハＷの中心側からウエハＷの径方向に沿って順に配置される。以下では、第３の領域５３に形成されたガス供給孔１７を適宜「ガス供給孔１７ａ」と呼ぶ。

ガス供給孔１７ａは、電極板１８の厚み方向に沿って上方から順に、傾斜部分１７ａ−１と、非傾斜部分１７ａ−２とを有する。傾斜部分１７ａ−１は、ウエハＷに近づくほど、ウエハＷの中心軸Ｃに対するウエハＷの径方向の距離が拡がるように、ウエハＷの中心軸Ｃに対して傾斜する。非傾斜部分１７ａ−２は、ウエハＷの中心軸Ｃに対して傾斜しない。

ここで、第１の領域５１のガス供給孔１７から噴出される処理ガスの流れと、第３の領域５３のガス供給孔１７ａから噴出される処理ガスの流れと、第２のガス領域５２に対応する位置の処理ガスの流れとの関係を説明する。以下の説明では、第１の領域５１のガス供給孔１７から噴出される処理ガスを適宜「第１の処理ガス」と呼び、第３の領域５３のガス供給孔１７ａから噴出される処理ガスを適宜「第２の処理ガス」と呼ぶ。第１の領域５１のガス供給孔１７からシャワーヘッド１６と支持テーブル２との間の空間に噴出される第１の処理ガスは、排気方向（排気装置２０が接続されている方向）へ流れる。排気方向へ流れる第１の処理ガスは、第３の領域５３のガス供給孔１７ａからシャワーヘッド１６と支持テーブル２との間の空間に噴出される第２の処理ガスに衝突する。第３の領域５３のガス供給孔１７ａからシャワーヘッド１６と支持テーブル２との間の空間に噴出される第２の処理ガスには、第２の領域５２の整流機能によってガス供給孔１７ａへ導かれた処理ガスが混合されている。このため、第３の領域５３のガス供給孔１７ａからシャワーヘッド１６と支持テーブル２との間の空間に噴出される第２の処理ガスの流速が局所的に増加し、第２の処理ガスは、排気方向へ流れる第１の処理ガスを妨げる気流壁を形成する。すると、排気方向へ流れる第１の処理ガスは、シャワーヘッド１６と支持テーブル２との間の空間のうち、第３の領域５３と第１の領域５１とで挟まれた第２の領域５２に対応する位置に存在する空間において、減速される。ここで、第３の領域５３のガス供給孔１７ａは、ウエハＷに近づくほど、ウエハＷの中心軸Ｃに対するウエハＷの径方向の距離が拡がるように、ウエハＷの中心軸Ｃに対して傾斜する傾斜部分１７ａ−１を有する。このため、ウエハＷの径方向に沿って第１の領域５１と第３の領域５３との間隔が拡がり、結果として、第２の領域５２が、傾斜部分１７ａ−１が存在しない場合の第２の領域５２と比較して、拡がる。これにより、第３の領域５３と第１の領域５１とで挟まれた第２の領域５２に対応する位置に存在する空間に処理ガスが効率的に留まる。その結果、シャワーヘッド１６と支持テーブル２との間の空間のうち、第３の領域５３と第１の領域５１とで挟まれた第２の領域５２に対応する位置に存在する空間において処理ガスを用いたプラズマエッチングがより一層促進される。

上述したように、第２の実施形態では、電極板１８の第３の領域５３に形成されたガス供給孔１７ａは、ウエハＷに近づくほど、ウエハＷの中心軸Ｃに対するウエハＷの径方向の距離が拡がるように、ウエハＷの中心軸Ｃに対して傾斜する傾斜部分１７ａ−１を有する。このため、第３の領域５３と第１の領域５１とで挟まれた第２の領域５２に対応する位置に存在する空間において処理ガスを用いたプラズマエッチングがより一層促進される。結果として、第２の実施形態によれば、ウエハＷの径方向に沿ったエッチングレートの制御性をより一層向上することができる。

次に、第２の実施形態に係るプラズマエッチング装置によるシミュレーション結果（処理ガスの流速分布のシミュレーション結果、処理ガスの圧力分布のシミュレーション結果）について説明する。

まず、処理ガスの流速分布のシミュレーション結果について説明する。図９Ａは、第２の実施形態のプラズマエッチング装置を用いてウエハ上の処理ガスの流れをシミュレーションした場合の、ウエハの半径方向の位置に対する、処理ガスの流線の分布を示す図である。図９Ｂは、第２の実施形態のプラズマエッチング装置を用いてウエハ上の処理ガスの流れをシミュレーションした場合の、ウエハの半径方向の位置に対する、処理ガスの流速の分布を示す図である。

なお、図９Ａ及び図９Ｂのシミュレーションでは、半径１５０ｍｍのウエハを使用し、電極板１８の中心から径方向に沿って電極板１８を８つのゾーン（Ｚｏｎｅ１〜８）に分割し、Ｚｏｎｅ１〜８のうちＺｏｎｅ５〜７を閉じて、Ｚｏｎｅ１〜４及びＺｏｎｅ８から処理ガスを噴射することで、処理ガスの流線の分布及び処理ガスの流速分布を求めた。すなわち、図９Ａ及び図９Ｂのシミュレーションでは、Ｚｏｎｅ１〜４が第１の領域５１に相当し、Ｚｏｎｅ５〜７が第２の領域５２に相当し、Ｚｏｎｅ８が第３の領域５３に相当する。また、図９Ａ及び図９Ｂのシミュレーションでは、Ｚｏｎｅ１に対応するガス供給孔１７として、電極板１８の中心から１０ｍｍの円周上に４個のガス供給孔１７を配置した。Ｚｏｎｅ２に対応するガス供給孔１７として、電極板１８の中心から３０ｍｍの円周上に１２個のガス供給孔１７を配置した。Ｚｏｎｅ３に対応するガス供給孔１７として、電極板１８の中心から５０ｍｍの円周上に２４個のガス供給孔１７を配置した。Ｚｏｎｅ４に対応するガス供給孔１７として、電極板１８の中心から７０ｍｍの円周上に３６個のガス供給孔１７を配置した。Ｚｏｎｅ５に対応するガス供給孔１７として、電極板１８の中心から９０ｍｍの円周上に４８個のガス供給孔１７を配置した。Ｚｏｎｅ６に対応するガス供給孔１７として、電極板１８の中心から１１０ｍｍの円周上に６０個のガス供給孔１７を配置した。Ｚｏｎｅ７に対応するガス供給孔１７として、電極板１８の中心から１３０ｍｍの円周上に８０個のガス供給孔１７を配置した。Ｚｏｎｅ８に対応するガス供給孔１７として、電極板１８の中心から１５０ｍｍの円周上に１００個のガス供給孔１７を配置した。

また、図９Ａ及び図９Ｂのシミュレーションでは、傾斜部分１７ａ−１が、ウエハＷの中心軸Ｃに対して２５°だけ傾斜しているものとする。

また、図９Ａ及び図９Ｂにおいて、横軸は、半径１５０ｍｍのウエハの中心である０ｍｍを基準としたウエハの径方向の位置[ｍｍ]を示している。

なお、図９Ａ及び図９Ｂでは、その他のシミュレーション条件として、処理ガス：ＣＦ４＝１５０ｓｃｃｍ、チャンバ内の圧力：４０ｍＴｏｒｒ、ＲＤＣ：５０を用いた。

図９Ａ及び図９Ｂから、以下の現象が確認された。すなわち、第２の実施形態のプラズマエッチング装置では、Ｚｏｎｅ８に対応するガス供給孔１７ａから噴射される処理ガスが、Ｚｏｎｅ１〜４に対応するガス供給孔１７から噴射されて排気方向へ流れる処理ガスを妨げる気流壁を形成した。また、第２の実施形態のプラズマエッチング装置では、排気方向へ流れる処理ガスが、シャワーヘッド１６と支持テーブル２との間の空間のうち第２の領域５２に対応する位置に存在する空間において、減速された。これにより、ガス供給孔１７が形成されない第２の領域５２が設けられた一実施形態の装置では、第２の領域５２に対応する位置に存在する空間に処理ガスが留まった。ここで、Ｚｏｎｅ８に対応するガス供給孔１７ａは、ウエハＷに近づくほど、ウエハＷの中心軸Ｃに対するウエハＷの径方向の距離が拡がるように、ウエハＷの中心軸Ｃに対して傾斜する傾斜部分１７ａ−１を有する。このため、ウエハＷの径方向に沿って第１の領域５１と第３の領域５３との間隔が拡がり、結果として、第２の領域５２が、傾斜部分１７ａ−１が存在しない場合の第２の領域５２と比較して、拡がる。これにより、第３の領域５３と第１の領域５１とで挟まれた第２の領域５２に対応する位置に存在する空間に処理ガスが効率的に留まる。これは、第２の領域５２に対応する位置に存在する空間では、Ｚｏｎｅ８に対応するガス供給孔１７ａから噴射される処理ガスにより形成された気流壁が処理ガスの流れを妨げることによって、ガスの流れの淀みが形成されているためである。したがって、この淀みにより処理ガス（エッチャントガス）濃度が高くなり、シャワーヘッド１６と支持テーブル２との間の空間のうち、第２の領域５２に対応する位置に存在する空間において処理ガスを用いたプラズマエッチングが促進されると推測される。その結果、第２の実施形態のプラズマエッチング装置では、ウエハＷの径方向に沿ったエッチングレートの制御性を向上することが可能であると推測される。

続いて、処理ガスの圧力分布のシミュレーション結果について説明する。図１０は、第２の実施形態に係るプラズマエッチング装置による処理ガスの圧力分布のシミュレーション結果を示す図である。図１０は、図表３０１と、図表３０２とを含む。

図表３０１は、第１の実施形態のプラズマエッチング装置を用いてウエハ上の処理ガスの圧力分布をシミュレーションしたシミュレーション結果を示す。図表３０２は、第２の実施形態のプラズマエッチング装置を用いてウエハ上の処理ガスの圧力分布をシミュレーションしたシミュレーション結果を示す。図表３０１及び図表３０２において、縦軸は、ウエハの表面から５ｍｍだけ上方の位置の圧力［ｍＴｏｒｒ］を示している。また、図表３０１及び図表３０２において、横軸は、半径１５０ｍｍのウエハの中心である０ｍｍを基準としたウエハの径方向の位置［ｍｍ］を示している。また、図表３０１及び図表３０２において、ＲＤＣとは、第１ガス拡散室４０ａに供給される処理ガスの流量と、第２ガス拡散室４０ｂに供給される処理ガスの流量との比である。

なお、その他のシミュレーション条件は、図９Ａ及び図９Ｂで用いたシミュレーション条件と同様である。

図１０に示すように、第１の実施形態のプラズマエッチング装置と比較して、第２の実施形態のプラズマエッチング装置では、ＲＤＣの値に関わらず圧力が不動となる位置が横軸の正方向へずれた。また、第１の実施形態のプラズマエッチング装置と比較して、第２の実施形態のプラズマエッチング装置では、ウエハの周縁部（つまり、１５０ｍｍの位置）に対応する処理ガスの圧力分布の制御幅が増大した。すなわち、第２の実施形態のように、電極板１８の第３の領域５３に形成されたガス供給孔１７ａに傾斜部分１７ａ−１を設けることによって、処理ガスの圧力分布の制御性が向上することが分かった。

以上のシミュレーション結果から、電極板１８の第３の領域５３に形成されたガス供給孔１７ａに傾斜部分１７ａ−１を設けることによって、ウエハＷの径方向に沿ったエッチングレートの制御性を向上することができると推察される。

１ チャンバ
２ 支持テーブル
１０ 高周波電源
１６ シャワーヘッド
１６ａ シャワーヘッド本体
１７、１７ａ ガス供給孔
１７ａ−１ 傾斜部分
１７ａ−２ 非傾斜部分
１８ 電極板
２０ 排気装置
４０ ガス拡散空間
４０ａ 第１ガス拡散室
４０ｂ 第２ガス拡散室
５１ 第１の領域
５２ 第２の領域
５３ 第３の領域
６０ ガス供給装置

Claims (8)

1. 処理容器と、
   前記処理容器の内部に設けられ、被処理基板を支持する支持部材と、
   前記被処理基板をプラズマ処理するための処理ガスを前記処理容器の内部に導入するガス供給孔が形成された第１の領域と、前記ガス供給孔が形成されない第２の領域と、前記ガス供給孔が形成された第３の領域とが前記被処理基板の中心側から前記被処理基板の径方向に沿って順に配置されたガス供給部材と
   を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記第３の領域に形成された前記ガス供給孔は、前記被処理基板の径方向に沿って、前記被処理基板の周縁よりも１０ｍｍだけ内側の位置よりも外側の位置に配置されたことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記第３の領域に形成された前記ガス供給孔は、前記被処理基板の径方向に沿って、前記被処理基板の周縁よりも１０ｍｍだけ内側の位置から前記被処理基板の周縁よりも１０ｍｍだけ外側の位置までの範囲に配置されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のプ
   ラズマ処理装置。
4. 前記第３の領域に形成された前記ガス供給孔は、前記被処理基板の周縁よりも外側の位置または、該周縁上の位置に配置されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
5. 前記第３の領域に形成された前記ガス供給孔は、前記被処理基板に近づくほど、前記被処理基板の中心軸に対する被処理基板の径方向の距離が拡がるように、前記被処理基板の中心軸に対して傾斜する傾斜部分を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
6. 被処理基板が配置される処理容器内に処理ガスを供給するガス供給部材であって、
   前記ガス供給部材の中央位置とエッジ部との中心線よりも該中央位置側に配置され、複数の第１のガス供給孔が形成される第１のガス供給領域と、
   前記ガス供給部材の中央位置とエッジ部との中心線よりも該エッジ部側に配置され、第２のガス供給孔が形成される第２のガス供給領域と、
   前記第１のガス供給領域と、前記第２のガス供給領域との間に配置され、ガス供給孔が形成されない非ガス供給領域と
   を備えたことを特徴とするガス供給部材。
7. 前記第２のガス供給孔は、前記被処理基板の周縁よりも外側の位置または、該周縁上の位置に配置されたことを特徴とする請求項６に記載のガス供給部材。
8. 前記第２のガス供給孔は、前記被処理基板に近づくほど、前記被処理基板の中心軸に対する被処理基板の径方向の距離が拡がるように、前記被処理基板の中心軸に対して傾斜する傾斜部分を有することを特徴とする請求項６又は７に記載のガス供給部材。

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