プラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置
【課題】ホール底部の線幅及び深さのウェハ面内均一性に優れたプラズマエッチング方法及び装置を提供する。
【解決手段】プラズマエッチング装置において、処理容器と、基板を保持する保持部１０５と、前記保持部と対向する電極板１２０と、前記保持部と前記電極板とに挟まれた空間で、前記基板の径方向に対して各々異なる位置に配置された複数の処理ガス供給部１４３と、前記保持部又は前記電極板の少なくとも一方に高周波電力を供給して、前記空間の処理ガスをプラズマ化する高周波電源１１６と、前記複数の供給部の各々に対応して、処理ガスの供給条件を調節する調節手段１３０と、前記基板上における、プラズマ化された処理ガスに含まれる活性種の濃度分布について、供給された処理ガスの拡散の影響が支配的である位置と、供給された処理ガスの流れの影響が支配的である位置とで、前記供給条件を変えるように前記調節手段を制御する制御部１９０とを有する。
【解決手段】プラズマエッチング装置において、処理容器と、基板を保持する保持部１０５と、前記保持部と対向する電極板１２０と、前記保持部と前記電極板とに挟まれた空間で、前記基板の径方向に対して各々異なる位置に配置された複数の処理ガス供給部１４３と、前記保持部又は前記電極板の少なくとも一方に高周波電力を供給して、前記空間の処理ガスをプラズマ化する高周波電源１１６と、前記複数の供給部の各々に対応して、処理ガスの供給条件を調節する調節手段１３０と、前記基板上における、プラズマ化された処理ガスに含まれる活性種の濃度分布について、供給された処理ガスの拡散の影響が支配的である位置と、供給された処理ガスの流れの影響が支配的である位置とで、前記供給条件を変えるように前記調節手段を制御する制御部１９０とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板にプラズマエッチングを行うプラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程において、半導体ウェハ等の基板（以下「ウェハ」という。）を加工する装置として、プラズマをウェハに照射することによって、ウェハにエッチングを行うプラズマエッチング装置がある。
【０００３】
プラズマエッチングでは、フッ素、塩素、酸素等を含むガスを処理ガスとして用いてプラズマ化する。プラズマには、荷電粒子（以下「イオン」という。）及び中性粒子（以下「ラジカル」という。）等の活性種が含まれている。ウェハの表面がイオンとラジカルとを含むプラズマと反応して反応生成物が生じ、生じた反応生成物が揮発することによってエッチングが進行する。
【０００４】
近年、半導体デバイスの製造工程において、ウェハが大口径化している。ウェハの大口径化に伴い、エッチング時のウェハの面内における、ホール（及びトレンチ）底部の線幅（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ；ＣＤ）及び深さの面内均一性を確保することが難しくなってきている。
【０００５】
そこで特許文献１では、ウェハ面内の中心部と周辺部領域とのラジカルの密度分布の制御を、上部電極からの処理ガス供給量を調整することにより制御する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許４３５８７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ウェハ面内の中心部と周辺部領域とでは、ラジカルの拡散具合が不均一であり、特許文献１で開示されるプラズマエッチング装置では、面内均一性を確保することができないという問題点を有していた。
【０００８】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ウェハの面内における、ホール（及びトレンチ）底部の線幅及び深さの面内均一性に優れたプラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の第１の形態によると、プラズマ化された処理ガスにより基板をエッチングするプラズマエッチング装置において、
プラズマ化された処理ガスにより基板をエッチングするプラズマエッチング装置において、
処理容器と、
前記処理容器内に設けられた、基板を保持する保持部と、
前記処理容器内に設けられた、前記保持部と対向する電極板と、
前記保持部と前記電極板とに挟まれた空間に処理ガスを供給するための、前記基板の径方向に対して各々異なる位置に配置された複数の供給部と、
前記保持部又は前記電極板の少なくとも一方に高周波電力を供給することによって、前記複数の供給部により前記空間に供給された処理ガスをプラズマ化する高周波電源と、
前記複数の供給部の各々に対応して、処理ガスの供給条件を調節する調節手段と、
前記基板上における、プラズマ化された処理ガスに含まれる活性種の濃度分布について、供給された処理ガスの拡散の影響が支配的である位置と、供給された処理ガスの流れの影響が支配的である位置とで、前記供給条件を変えるように前記調節手段を制御する制御部と、
を有する、プラズマエッチング装置が提供される。
【００１１】
また、本発明の第２の形態によると、プラズマ化された処理ガスにより基板をエッチングするプラズマエッチング方法において、
処理容器内に設けられた保持部により基板を保持する保持ステップと、
前記処理容器内に設けられた、前記保持部と対向する電極板と前記保持部とに挟まれた空間に、前記基板の径方向に対して各々異なる位置に配置された複数の供給部により処理ガスを供給する処理ガス供給ステップと、
前記保持部又は前記電極板の少なくとも一方に、高周波電源により高周波電力を供給することによって、前記複数の供給部により前記空間に供給された処理ガスをプラズマ化する高周波電力供給ステップと、
を有し、
前記処理ガス供給ステップは、
前記基板上における、処理ガスに含まれるラジカルの濃度分布について、供給された処理ガスの拡散の影響が支配的である位置と、供給された処理ガスの流れの影響が支配的である位置とで、前記供給条件を変えるように、前記複数の供給部の各々に対応して処理ガスの供給条件を調節する調節手段を制御するものである、プラズマエッチング方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ウェハの面内における、ホール（及びトレンチ）底部の線幅及び深さの面内均一性に優れたプラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本実施の形態に係るプラズマエッチング装置の構成の一例を示す概略図である。
【図２】図２は、図１のプラズマエッチング装置のガス供給装置の構成の一例を示す概略図である。
【図３】図３は、図１のシャワーヘッドの構造の一例を説明するための概略図である。
【図４】図４は、本実施形態におけるウェハの、径方向の位置におけるペクレ数を示す概略図である。
【図５】図５は、本実施形態における処理ガスの供給条件を変更した場合の、エッチレートの変化を示す概略図である。
【図６】図６は、実施例及び比較例のプラズマエッチング条件において、深さ及びボトムＣＤを制御可能であることを説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明を実施するための形態について図面と共に説明する。
【００１５】
（プラズマエッチング装置の概略構成）
始めに、図１を参照し、本実施の形態に係るプラズマエッチング装置の一例の概略構成について説明する。
【００１６】
図１に、本実施の形態に係るプラズマエッチング装置の構成の一例を示す概略図を示す。また、図２に、図１のプラズマエッチング装置のガス供給装置１５０の構成の一例を示す概略図を示す。なお、図２でガス供給装置１５０について詳細に説明するため、図１におけるガス供給装置１５０の周辺は、簡略化して示している。
【００１７】
本実施の形態に係るプラズマエッチング装置１００は、プラズマエッチング装置の一例として、平行平板型のプラズマエッチング装置として構成されている。
【００１８】
プラズマエッチング装置１００は、例えば表面が陽極酸化処理（アルマイト処理）されたアルミニウムから成る円筒形状に成形されたチャンバ（処理容器）１０２を有している。チャンバ１０２は接地されている。
【００１９】
チャンバ１０２内の底部には、セラミック等の絶縁板１０３を介して略円柱状のサセプタ支持台１０４が設けられている。また、サセプタ支持台１０４の上には、下部電極を構成するサセプタ１０５が設けられている。サセプタ１０５には、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１０５ａが接続されている。
【００２０】
サセプタ１０５は、その上側中央部が凸状の円板状に成形され、その上に、被処理体の一例であるウェハＷと略同形の、静電チャック１１１が設けられている。静電チャック１１１は、絶縁材の間に静電電極１１２が介在する構成となっている。また、静電チャック１１１は円板状のセラミックス部材で構成され、静電電極１１２には直流電源１１３が接続されている。
【００２１】
静電電極１１２に正の直流電圧が印加されると、ウェハＷにおける静電チャック１１１側の面（以下、「裏面」という。）に負の電位が生じる。これにより、静電電極１１２とウェハＷの裏面との間に電位差が生じる。この電位差に起因するクーロン力又はジョンソン・ラーベック力により、ウェハＷは静電チャック１１１に吸着保持される。この時、静電チャック１１１には、静電電極１１２に接続された直流電源１１３から、例えば、１．５ｋＶの直流電圧が印加される。
【００２２】
サセプタ１０５には、第１の高周波電源１１４及び第２の高周波電源１１６が、各々、第１の整合器１１５及び第２の整合器１１７を介して接続されている。第１の高周波電源１１４は、比較的低い周波数、例えば、１３．６ＭＨｚの高周波電力であるバイアス電力をサセプタ１０５に印加する。第２の高周波電源１１６は、比較的高い周波数、例えば、４０ＭＨｚの高周波電力であるプラズマ生成電力をサセプタ１０５に印加する。これにより、サセプタ１０５は、チャンバ１０２の内部にプラズマ生成電力を印加する。
【００２３】
絶縁板１０３、サセプタ支持台１０４、サセプタ１０５、及び静電チャック１１１には、ウェハＷの裏面に伝熱媒体（例えばＨｅガスなどのバックサイドガス）を供給するためのガス通路１１８が形成されている。この伝熱媒体を介して、サセプタ１０５とウェハＷとの間の熱伝達がなされ、ウェハＷが所定の温度に維持される。
【００２４】
サセプタ１０５の上端周縁部には、静電チャック１１１上に支持されたウェハＷを囲むように、環状のフォーカスリング１１９が配置されている。フォーカスリング１１９は、セラミックス又は石英等の誘電材料、若しくは、導電体、例えば、ウェハＷを構成する材料と同じ単結晶シリコンなどの導電性材料によって構成されている。
【００２５】
プラズマの分布域をフォーカスリング１１９上まで拡大することで、ウェハＷの外周側におけるプラズマの密度を、ウェハＷの中心側におけるプラズマの密度と同程度に維持することができる。これにより、ウェハＷの面内におけるプラズマエッチングの均一性を向上することができる。
【００２６】
サセプタ１０５の上方には、サセプタ１０５と平行に対向して上部電極１２０が設けられている。上部電極１２０には、直流電源１２３が接続されている。また、上部電極１２０には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１２４が接続されている。
【００２７】
また、上部電極１２０は、上部電極駆動部２００によって、例えば鉛直方向に駆動可能に構成されている。上部電極１２０を鉛直方向に駆動可能に構成することにより、上部電極１２０とサセプタ１０５との間の空間の距離（以下、「ギャップ」という。）Ｇを調整することができる。本発明のプラズマエッチング方法で詳細に説明するが、ギャップＧは、処理ガスの拡散及び流れに大きく影響を与えるパラメータである。そのため、ギャップＧを調整可能な構造とすることにより、後述するように、チャンバ１０２の内部の上部電極１２０とサセプタ１０５との間のプラズマ分布を制御することができる。
【００２８】
上部電極駆動部２００により駆動される上部電極１２０の鉛直方向に沿った移動量は、特に制限はない。一例として、上部電極１２０の鉛直方向に沿った移動量を７０ｍｍとし、ギャップＧを２０ｍｍ以上９０ｍｍ以下に調整可能な構造とすることができる。本発明は、この点において制限されない。なお、プラズマエッチング装置１００は、図１に示す構成を９０°回転して横に倒した構成にしてもよく、上下反転した構成にしてもよい。
【００２９】
上部電極１２０は、チャンバ１０２の上部内壁にベローズ１２２を介して支持されている。ベローズ１２２はチャンバ１０２の上部内壁に環状の上部フランジ１２２ａを介してボルトなどの固定手段により取付けられるとともに、上部電極１２０の上面に環状の上部フランジ１２２ｂを介してボルトなどの固定手段により取付けられる。
【００３０】
ギャップＧを調節するための、上部電極駆動部２００の構成について、詳細に説明する。上部電極駆動部２００は、上部電極１２０を支持する略円筒状の支持部材２０４を有する。支持部材２０４は上部電極１２０の上部略中央にボルトなどで取付けられている。
【００３１】
支持部材２０４は、チャンバ１０２の上壁の略中央に形成された孔１０２ａを出入自在に配設される。具体的には、支持部材２０４の外周面はスライド機構２１０を介してチャンバ１０２の孔１０２ａの内部に支持されている。
【００３２】
スライド機構２１０は、例えばチャンバ１０２の上部に断面Ｌ字状の固定部材２１４を介して固定部材２１４の鉛直部に固定された案内部材２１６と、この案内部材２１６に摺動自在に支持され、支持部材２０４の外周面に一方向（本実施形態では鉛直方向）に形成されたレール部２１２と、を有する。
【００３３】
スライド機構２１０の案内部材２１６を固定する固定部材２１４は、その水平部が環状の水平調整板２１８を介してチャンバ１０２の上部に固定される。この水平調整板２１８により、上部電極１２０の水平位置が調整される。
【００３４】
水平調整板２１８は、例えば、水平調整板２１８の周方向に等間隔で配置した複数のボルト等によりチャンバ１０２に固定される。また、水平調整板２１８の水平方向に対する傾き量は、これらのボルトの突出量により、調整可能な構成であっても良い。水平調整板２１８が水平方向に対する傾きを調整し、上記スライド機構２１０の案内部材２１６が鉛直方向に対する傾きが調整することで、上部電極１２０の水平方向の傾きを調整することができる。即ち、上部電極１２０を常に水平位置に保つことができる。
【００３５】
チャンバ１０２の上側には、上部電極１２０を駆動するための空気圧シリンダ２２０が、筒体２０１を介して取付けられている。即ち、筒体２０１の下端は、チャンバ１０２の孔１０２ａを覆うようにボルト等で気密に取付けられており、筒体２０１の上端は、空気圧シリンダ２２０の下端に気密に取付けられている。
【００３６】
上記空気圧シリンダ２２０は、一方向に駆動可能なロッド２０２を有している。ロッド２０２の下端は、支持部材２０４の上部略中央にボルト等で連設されている。ロッド２０２が駆動されることにより、上部電極１２０は支持部材２０４によりスライド機構２１０に沿って駆動する。ロッド２０２は、例えば円筒状に構成され、ロッド２０２の内部空間が支持部材２０４の略中央に形成された中央孔と連通して大気開放されるようになっている。これにより、上部電極１２０とローパスフィルタ（ＬＰＦ）１２４を介して接地する配線、及び上部電極１２０に直流電源１２３から直流電圧を印加するための給電線は、ロッド２０２の内部空間から支持部材２０４の中央孔を介して上部電極１２０に接続するように配線することができる。
【００３７】
また、空気圧シリンダ２２０の側部には、例えばリニアエンコーダ２０５等の、上部電極１２０の位置を検出する位置検出手段が設けられている。一方、ロッド２０２の上端には、ロッド２０２から側方に延出する延出部２０７ａを有する上端部材２０７が設けられている。上端部材２０７の延出部２０７ａとリニアエンコーダ２０５の検出部２０５ａとが当接している。上端部材２０７は上部電極１２０の動きに連動するため、リニアエンコーダ２０５により上部電極１２０の位置を検出することができる。
【００３８】
空気圧シリンダ２２０は、筒状のシリンダ本体２２２、上部支持板２２４及び下部支持板２２６を含む。筒状のシリンダ本体２２２は、上部支持板２２４と下部支持板２２６とにより挟まれる構成となっている。ロッド２０２の外周面には、空気圧シリンダ２２０内を上部空間２３２と下部空間２３４に区画する環状の区画部材２０８が設けられている。
【００３９】
空気圧シリンダ２２０の上部空間２３２には、上部支持板２２４の上部ポート２３６から圧縮空気が導入されるようになっている。また、空気圧シリンダ２２０の下部空間２３４には、下部支持板２２６の下部ポート２３８から圧縮空気が導入されるようになっている。上部ポート２３６及び下部ポート２３８から上部空間２３２及び下部空間２３４へと導入する空気量を制御することにより、ロッド２０２を一方向（例えば鉛直方向）へと駆動制御することができる。この空気圧シリンダ２２０へ導入する空気量は、空気圧シリンダ２２０の近傍に設けられた空気圧回路３００により制御される。
【００４０】
また、上部電極駆動部２００は、制御部２９０を有しており、制御部２９０は、装置制御部１９０と接続されている。装置制御部１９０からの制御信号は制御部２９０に伝えられ、制御部２９０により、上部電極駆動部２００の各部が駆動制御される。
【００４１】
サセプタ支持台１０４の内部には、ウェハＷの面内における温度分布を調節可能とする、温度分布調製部１０６が配置されている。温度分布調整部１０６は、ヒータ１０６ａ、１０６ｂ、ヒータ用電源１０６ｃ、１０６ｄ、温度計１０６ｅ、１０６ｆ、冷媒流路１０７ａ、１０７ｂを有する。
【００４２】
サセプタ支持台１０４の内部には、中心側から外周側に向かって、中心側ヒータ１０６ａと外周側ヒータ１０６ｂとが設けられている。中心側ヒータ１０６ａには、中心側ヒータ用電源１０６ｃが接続され、外周側ヒータ１０６ｂには、外周側ヒータ用電源１０６ｄが接続されている。中心側ヒータ用電源１０６ｃ、外周側ヒータ用電源１０６ｄは、各々、中心側ヒータ１０６ａ、外周側ヒータ１０６ｂに投入する電力を独立に調節することができる。これにより、サセプタ支持台１０４及びサセプタ１０５に、ウェハＷの径方向に沿った温度分布を発生させることができる。即ち、ウェハＷの径方向に沿った温度分布を調節することができる。
【００４３】
また、サセプタ支持台１０４の内部には、中心側から外周側に向かって、中心側温度計１０６ｅ及び外周側温度計１０６ｆが設けられている。中心側温度計１０６ｅ及び外周側温度計１０６ｆは、各々、サセプタ支持台１０４の中心側及び外周側の温度を計測し、これによりウェハＷの中心側及び外周側の温度を導出できる。中心側温度計１０６ｅ及び外周側温度計１０６ｆで計測された温度は、後述する装置制御部１９０に送られる。装置制御部１９０は、計測された温度から導出されたウェハＷの温度が目標温度となるように、中心側ヒータ用電源１０６ｃ及び外周側ヒータ用電源１０６ｄの出力を調整する。
【００４４】
更に、サセプタ支持台１０４の内部には、中心側から外周側に向かって、中心側冷媒流路１０７ａ及び外周側冷媒流路１０７ｂを設けても良い。そして、各々に異なる温度の、例えば冷却水、フルオロカーボン系の冷媒を循環させても良い。冷媒を循環させる場合、冷媒は、中心側導入管１０８ａを介して中心側冷媒流路１０７ａに導入され、中心側排出管１０９ａから排出される。一方、外周側冷媒流路１０７ｂには、外周側導入管１０８ｂを介して冷媒が導入され、外周側排出管１０９ｂから排出される。
【００４５】
サセプタ１０５は、ヒータ１０６ａ、１０６ｂによる加熱と、冷媒からの冷却と、により、温度が調整される。したがって、ウェハＷは、プラズマからの輻射やプラズマに含まれるイオンの照射などによる加熱分と、前述のサセプタ１０５との熱量の授受と、により、所定の温度になるように調整される。また、サセプタ支持台１０４は、中心側ヒータ１０６ａ（及び中心側冷媒流路１０７ａ）並びに外周側ヒータ１０６ｂ（及び外周側冷媒流路１０７ｂ）を有する。そのため、ウェハＷは、中心側と外周側とで独立して温度を調整することができる。
【００４６】
また、図１には図示していないが、中心側ヒータ１０６ａと外周側ヒータ１０６ｂとの間、又は、中心側冷媒流路１０７ａと外周側冷媒流路１０７ｂとの間に、断熱層として断熱材又は空間を設けても良い。断熱層を設けることにより、中心側ヒータ１０６ａと外周側ヒータ１０６ｂとの間、又は中心側冷媒流路１０７ａと外周側冷媒流路１０７ｂとの間が熱的に遮断される。即ち、ウェハＷの中心側と外周側との間に、より大きな温度分布を生じさせることができる。
【００４７】
チャンバ１０２の底部には排気管１３１が接続されており、排気管１３１には排気装置１３５が接続されている。排気装置１３５は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており、チャンバ１０２内を所定の減圧雰囲気（例えば０．６７Ｐａ以下）に調整する。また、チャンバ１０２の側壁にはゲートバルブ１３２が設けられている。ゲートバルブ１３２が開くことによって、チャンバ１０２内へのウェハＷの搬入、及び、チャンバ１０２内からのウェハＷの搬出が可能となる。なお、ウェハＷの搬送には例えば搬送アームが用いられる。
【００４８】
（処理ガスの供給条件を調節する調節部の概略構成）
次に、図２及び図３を参照し、サセプタ１０５に支持されたウェハＷに供給されるプラズマガスの供給条件を調整する、ガス供給条件調節部１３０の一例について説明する。なお、ガス供給条件調節部１３０は、本発明における、処理ガスを供給する複数の供給部及び、該複数の供給部における処理ガスの供給条件を調節する調節手段に対応する。
【００４９】
図２に、図１のプラズマエッチング装置のガス供給装置１５０の一例を示す概略図を示す。また、図３に、図１のシャワーヘッド１４０の構造の一例を説明するための、概略図を示す。
【００５０】
ガス供給条件調節部１３０は、上部電極１２０と一体で構成されているシャワーヘッド１４０と、ガス供給装置１５０とを有する。
【００５１】
シャワーヘッド１４０は、サセプタ１０５に支持されたウェハＷ上に、所定の処理ガス（混合ガスであっても良い）を噴出するものである。シャワーヘッド１４０は、多数のガス噴出孔１４１ａを有する円形状の電極板１４１（上部電極１２０）と、電極板１４１の上面側を着脱自在に支持する電極支持体１４２を備えている。電極支持体１４２は、電極板１４１と同じ径の円盤形状に形成され、内部に円形状のバッファ室１４３が形成されている。電極板１４１には、処理ガス等のガスをウェハＷに供給するための、ガス噴出孔が設けられている（以後ガス噴出孔１４１と呼ぶことがある）。
【００５２】
バッファ室１４３内には、例えば図３に示すように、Ｏリングから成る１つ以上の環状隔壁部材１４５が設けられている。１つ以上の環状隔壁部材１４５は、各々、シャワーヘッドの径方向に対して異なる位置に配置される。図３では、環状隔壁部材１４５は、シャワーヘッドの径方向に対して中心側から、第１の環状隔壁部材１４５ａ、第２の環状隔壁部材１４５ｂ、第３の環状隔壁部材１４５ｃで示されている。これにより、バッファ室１４３は、中心側から第１のバッファ室１４３ａ、第２のバッファ室１４３ｂ、第３のバッファ室１４３ｃ、第４のバッファ室１４３ｄに分割されている。
【００５３】
環状隔壁部材１４５の数は、１つ以上であれば特に制限されないが、例えば、図３で示すように３つとすることができる。直径３００ｍｍのウェハＷを使用してプラズマエッチングする場合、処理ガスの制御の容易さと、後述するプラズマエッチング方法によるエッチングの面内均一性とを両立する観点から、環状隔壁部材１４５の数は３つ（即ち、４つに分割されたバッファ室を有する）とすることが好ましい。なお、Ｎ個の環状隔壁部材１４５を配置することにより、Ｎ＋１個に分割されたバッファ室を設置することができる。
【００５４】
各々のバッファ室１４３ａ、１４３ｂ、１４３ｃ、１４３ｄには、ガス供給装置１５０により、所定の処理ガスが供給される。
【００５５】
また、各々のバッファ室１４３ａ、１４３ｂ、１４３ｃ、１４３ｄの下面には、１つ以上のガス噴出孔１４１が連通しており、このガス噴出孔１４１を介して、ウェハＷ上に所定の処理ガスを噴出することができる。ガス噴出孔１４１の配置及び配置する数については、ウェハＷに対し、均一に処理ガスが噴出される配置となることが好ましい。
【００５６】
具体的な例として、直径３００ｍｍのウェハＷを使用して、３つの環状隔壁部材１４５によりバッファ室を４つのゾーンに分割した場合についての、ガス噴出孔１４１の配置例について説明する。この時、第１のバッファ室１４３ａには、シャワーヘッドの中心から１１ｍｍの円周上に４つのガス噴出孔１４１ａを（例えば等距離毎に）配置し、３３ｍｍの円周上に１２個のガス噴出孔１４１ｂを（例えば等距離毎に）配置する。第２のバッファ室１４３ｂには、シャワーヘッドの中心から５５ｍｍの円周上に２４個のガス噴出孔１４１ｃを（例えば等距離毎に）配置し、７７ｍｍの円周上に３６個のガス噴出孔１４１ｄを（例えば等距離毎に）配置する。第３のバッファ室１４３ｃには、シャワーヘッドの中心から９９ｍｍの円周上に４８個のガス噴出孔（図不示）を（例えば等距離毎に）配置し、１２１ｍｍの円周上に６０個のガス噴出孔（図不示）を（例えば等距離毎に）配置する。第４のバッファ室１４３ｄには、シャワーヘッドの中心から１４３ｍｍの円周上に８０個のガス噴出孔（図不示）を（例えば等距離毎に）配置し、１６５ｍｍの円周上に１００個のガス噴出孔（図不示）を（例えば等距離毎に）配置する。
【００５７】
次に、図２を参照することにより、ガス供給装置１５０及び、各々のバッファ室に個別に、所定の処理ガスを供給するための、バルブ構成及び流量調節手段について説明する。ここでも、３つの環状隔壁部材１４５によりバッファ室を４つのゾーンに分割した場合について説明するが、本発明はこれに限定されない。
【００５８】
ガス供給装置１５０は、第１のガスボックス１６１と、第２のガスボックス１６０とを備えている。第１のガスボックス１６１には、複数のガス供給源及び第１のバルブ３０３が収容されており、第２のガスボックスには、ガス供給源側から、第２のバルブ３０２、例えばマスフローコントローラ等の流量制御器３０１及び第３のバルブ３００が収容されている。
【００５９】
本実施の形態において、ガス供給源には、例えば、フロロカーボン系のフッ素化合物（ＣＦ系）、例えばＣＦ４、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨＦ３等の処理ガスが封入されている。他にも、例えばＣＦ系の反応生成物の付着を制御するガスとして例えば酸素（Ｏ２）ガスが封入されている。さらに、キャリアガスとして例えばＡｒガス、Ｎ２ガス、Ｈｅガスが封入されている。
【００６０】
第１のガスボックス１６１内において、各々のガス供給源は配管と接続されている。配管は、各ガス供給源からのガスを各バッファ室に供給するために、分岐した構造となっている。即ち、図２の例においては、各ガス供給源に接続される配管は、配管１７０〜１７３のように４つに分岐されている。また、配管は第１のバルブ３０３が接続されており、所望するプロセスに応じて、ガス種を切り替えることが可能な構造となっている。このような構造にすることにより、新たなガス供給源を追加する場合や、プロセスにより不要な処理ガスのガス供給を停止する場合も、簡易な操作で実行することができる。
【００６１】
また、配管１７０〜１７３は、第２のガスボックス１６０を介して、各々、第１のバッファ室〜第４のバッファ室へと接続され、各バッファ室に所定のガスが供給される。
【００６２】
第２のガスボックス１６０内には、ガス供給源側から、第２のバルブ３０２、流量制御器３０１（又はマスフローコントローラ等を用いても良い）及び第３のバルブ３００が収容されている。この時、第２のバルブ３０２、第３のバルブ３０３及び流量制御器３０１は、各バッファ室に供給される、各ガス種の配管全てに設けられている。このような構成にすることにより、各ガス供給源から供給された特定のバッファ室への処理ガスの流量を増減するだけでなく、特定のバルブを閉めることにより、特定のバッファ室（即ち、特定のゾーン）だけに、特定の処理ガスの供給を停止することもできる。
【００６３】
配管１７０〜１７３は、第３のバルブの下流側で各々の処理ガス毎に合流し、各々、第１のバッファ室〜第４のバッファ室に、混合された処理ガスが導入される。なお、図示していないが、各々の処理ガスが合流した後の配管に追加のバルブを配置し、このバルブの開閉により、各々のバッファ室への処理ガスの供給の有無を制御できる構造であっても良い。
【００６４】
また、第２のガスボックス１６０には、圧力調整部（図不示）として圧力計及び追加のバルブが設けられていても良く、圧力調整部の圧力計による計測結果に基づき、処理ガスの流量比を制御できる構造であっても良い。
【００６５】
第２のガスボックス１６０における流量制御器３０１の動作は、例えばプラズマエッチング装置１００の後述する装置制御部１９０により制御されている。したがって、装置制御部１９０により、第１のガスボックス１６１及び第２のガスボックス１６０からの各種ガスの供給の開始と停止、各種ガスの供給量を制御できる。
【００６６】
前述の通り、プラズマエッチング装置１００は、装置制御部１９０を有する。装置制御部１９０は、例えばＣＰＵよりなる図示しない演算処理装置と、例えばハードディスクよりなる図示しない記録媒体を備えている。装置制御部１９０は、前述した、第１の高周波電源１１４、第２の高周波電源１１６、温度分布調整部１０６、上部電極駆動部２００、ガス供給条件調整部１３０の各部の動作を制御する。そして、装置制御部１９０は、上記各部を動作させる際は、例えば装置制御部１９０のＣＰＵが、例えば装置制御部１９０のハードディスクに記録されている、それぞれのエッチング処理に対応するプログラムに応じて、各部を制御する。
【００６７】
なお、装置制御部１９０は、本発明における制御部に相当する。
【００６８】
（プラズマエッチング方法）
次にプラズマエッチング装置１００を用いた、プラズマエッチング方法の例について説明する。
【００６９】
ガス噴出孔から、上部電極１２０とサセプタ１０５との間の空間に、ガスが供給されると、ガスは排気方向（排気装置１３５が接続されている方向）に拡散されながら流れていく。「拡散」と「流れ」により輸送されるガス成分（例えば、ラジカル）の濃度分布は、ガス噴出孔の位置などにより、「拡散」と「流れ」のどちらの因子に依存しているかが異なる。「拡散」と「流れ」のどちらの因子に、どの程度依存しているかを定性的に示す、無次元数としてペクレ数（Ｐｅ）が知られている。ペクレ数は、ガスの流速ｕ（ｍ／ｓ）、ガス種の相互拡散係数ＤＡＢ（ｍ２／ｓ）、代表長さＬ（ｍ）を用いて、下記式（１）で表される。
【００７０】
Ｐｅ＝ｕＬ／ＤＡＢ 式（１）
ペクレ数は、１を境として、Ｐｅが１より小さい場合、ガスの輸送は「拡散」が支配的であるとされ、Ｐｅが１より大きい（又は１の）場合、ガスの輸送は「流れ」が支配的であるとされる。
【００７１】
具体的な例により、詳細に説明するために、図４（ａ）に、本実施形態におけるウェハの、径方向の位置におけるペクレ数を示す。図４（ａ）は、ガス種としてＡｒとＣ４Ｆ８の混合ガス（相互拡散係数ＤＡＢは１．２３×１０−１ｍ２／ｓとなる）を使用した場合で、代表長さＬ（即ち、サセプタ１０５と上部電極１２０との間のギャップＧ）を０．０３ｍとし、ガスの流速ｕを計算により算出して、ペクレ数を求めた。また、図４ａの横軸は、直径３００ｍｍのウェハの中心を０ｍｍとし、径方向に対するペクレ数を示している。
【００７２】
図４（ａ）よりウェハの中心から径が８６ｍｍに位置を境界に、「拡散」が支配的である領域と「流れ」が支配的である領域とに区分されることがわかる。
【００７３】
また、図４（ｂ）に、直径３００ｍｍのウェハを使用した場合の、ウェハの位置に対するエッチレート比を示す。具体的には、直径３００ｍｍのウェハＷを使用して、３つの環状隔壁部材によりバッファ室を４つのゾーン（Ｃｅｎｔｅｒ、Ｍｉｄｄｌｅ、Ｅｄｇｅ、Ｖｅｒｙ Ｅｄｇｅ）に分割して、各々のゾーンからガスを噴出してプラズマエッチングし、ウェハ位置に対するエッチレート比を求めた。なお、Ｃｅｎｔｅｒのゾーンに対応するガス噴出孔は、シャワーヘッドの中心から１１ｍｍの円周上に４つのガス噴出孔を、３３ｍｍの円周上に１２個のガス噴出孔を配置した。Ｍｉｄｄｌｅのゾーンには、シャワーヘッドの中心から５５ｍｍの円周上に２４個のガス噴出孔を、７７ｍｍの円周上に３６個のガス噴出孔を配置した。Ｅｄｇｅのゾーンには、シャワーヘッドの中心から９９ｍｍの円周上に４８個のガス噴出孔を、１２１ｍｍの円周上に６０個のガス噴出孔を配置した。Ｖｅｒｙ Ｅｄｇｅのゾーンには、シャワーヘッドの中心から１４３ｍｍの円周上に８０個のガス噴出孔を、１６５ｍｍの円周上に１００個のガス噴出孔を配置した。以後、Ｃｅｎｔｅｒ、Ｍｉｄｄｌｅ、Ｅｄｇｅ、Ｖｅｒｙ Ｅｄｇｅからのガスの供給に関する記載は、上述のガス噴出孔の配置のことを指す。
【００７４】
また、図４（ｂ）の縦軸は、最もエッチレートが大きい位置を１として、規格化して示している。
【００７５】
図４（ｂ）から、Ｃｅｎｔｅｒ及びＭｉｄｄｌｅのゾーンからガスを供給した場合、概ね、ガスが供給された位置に対応する位置において、エッチレートが大きくなっていることがわかる。これは、Ｃｅｎｔｅｒ及びＭｉｄｄｌｅのゾーンでは、ガスの輸送は「拡散」が支配的であるため（図４（ａ）参照）である。また、Ｃｅｎｔｅｒ及びＭｉｄｄｌｅのゾーンから供給されたガスは、Ｅｄｇｅ及びＶｅｒｙ Ｅｄｇｅのゾーンのエッチレートにも影響が及ぶと推察される。
【００７６】
一方、Ｅｄｇｅ（及びＶｅｒｙ Ｅｄｇｅ）のゾーンからガスを供給した場合、エッチレート影響範囲が、外周側にシフトしていることがわかる。これは、Ｅｄｇｅ（及びＶｅｒｙ Ｅｄｇｅ）のゾーンでは、ガスの輸送は「流れ」が支配的であり（図４（ａ））、Ｅｄｇｅゾーンから導入されたガスが、外周側に流されたからであると推察される。また、Ｅｄｇｅ及びＶｅｒｙ Ｅｄｇｅのゾーンから供給されたガスは、Ｃｅｎｔｅｒ及びＭｉｄｄｌｅのゾーンのエッチレートには、ほとんど影響を及ぼさない。
【００７７】
つまり、供給された処理ガスの拡散の影響が支配的である位置と、供給された処理ガスの流速の影響が支配的である位置とでは、ガスの供給条件を変えて制御することが重要となる。具体的には、供給された処理ガスの拡散の影響が支配的である位置なら、その位置に対応する（略真上にある）ガス噴出孔のガス供給条件を調整し、供給された処理ガスの拡散の流れが支配的である位置なら、その位置よりもウェハの中心方向にあるガス噴出孔のガス供給条件を調整することで、プラズマエッチング時の面内均一性を向上させることができる。より具体的には、ｕ、Ｌ、ＤＡＢ等により、Ｅｄｇｅ（Ｖｅｒｙ Ｅｄｇｅ）ゾーンから供給された処理ガスの拡散の影響が支配的な場合には、Ｅｄｇｅ（Ｖｅｒｙ Ｅｄｇｅ）ゾーンからの処理ガスの条件を調整し、流れの影響が支配的な場合には、ウェハ中心方向側のＣｅｎｔｅｒ（Ｍｉｄｄｌｅ）のゾーンからの処理ガスの条件を調整する。
【００７８】
次に、ガスの供給条件がガスの輸送に与える影響について説明する。即ち、供給ガスのどのようなパラメータが、ウェハ面内形状における、面内均一性の向上に与えるかについて説明する。
【００７９】
供給ガスの拡散は、拡散分子（ガス分子）の平均自由行程ｌ（ｍ）とガスの流速ｕ（ｍ／ｓ）に依存する。この時、拡散分子の平均自由行程ｌは、ガスが理想気体であり、拡散分子の速度がマスクウェル分布に従うと仮定される場合、下記の式（２）で表される。
【００８０】
ｌ＝（Ｔ×Ｃ１）／（ｄ２×Ｐ） 式（２）
式（２）中、Ｃ１は定数であり、ｄは拡散分子の衝突分子径（ｍ）であり、Ｐは系内の圧力（ａｔｍ）であり、Ｔは系内の温度（Ｋ）である。
【００８１】
一方、供給ガスの流速ｕも、ガスが理想気体であると仮定した場合、下記の式（３）で表される。
【００８２】
ｕ＝（Ｑ×Ｃ２）／ＰＶ 式（３）
式（３）中、Ｃ２は定数であり、Ｑは１気圧での流量（ｍ３／ｓ）であり、Ｐは系内の圧力であり、Ｖは系内の体積（ｍ３）である。
【００８３】
この時、供給ガスの拡散領域ｄａｒｅａは、平均自由行程ｌ／流速ｕに比例するため、式（２）及び式（３）より、式（４）が導出される。
【００８４】
ｄａｒｅａ∝ｌ／ｕ＝（Ｔ×Ｖ×Ｃ３）／（ｄ２Ｑ） 式（４）
式（４）中、Ｃ３は定数である。
【００８５】
即ち、供給ガスの拡散領域は、系内の体積、供給ガスの流量、系内の温度及び衝突分子径に依存することがわかる。なお、系内の体積とは、本実施の形態では、上部電極１２０とサセプタ１０５との間の空間の体積に近似されるが、プラズマエッチング中には被処理体の径は変化しないため、上部電極１２０とサセプタ１０５との間の空間の距離（ギャップＧ）を指す。また、供給ガスの流量は、系内の圧力とも相関がある。さらに、衝突分子径は、供給ガスの種類（即ち、供給ガスの分子量）によって異なるため、供給ガスの拡散領域は、供給ガスの分子量にも依存する。
【００８６】
供給ガスの拡散領域は、供給ガスの流量（及び供給ガスの圧力）、供給ガスの分子量、及びギャップＧ等のパラメータ（供給条件）に依存することを確認した実験について、図５を参照して説明する。
【００８７】
図５に、本実施形態における処理ガスの供給条件を変更した場合の、エッチレートの変化を示す概略図を示す。前述と同様に、３つの環状隔壁部材によりバッファ室を４つのゾーン（Ｃｅｎｔｅｒ、Ｍｉｄｄｌｅ、Ｅｄｇｅ、Ｖｅｒｙ Ｅｄｇｅ）に分割して、各ガス噴出孔から供給されるガス分圧（後述のエッチング条件参照）が一定になるようにした。さらに、Ｖｅｒｙ Ｅｄｇｅのゾーンの最外周（シャワーヘッドの中心から径方向に、１６５ｍｍの円周上）のガス噴出孔からは、下記のエッチング条件で示す量の追加ガスを供給し、各ウェハ位置におけるエッチレートをプロットした。なお、図５の縦軸は、シリコンウェハ上にハードマスクとしてシリコン酸化物が堆積された被処理体の、ＢＥＯＬ（Ｂａｃｋ Ｅｎｄ ｏｆ Ｌｉｎｅ）トレンチパターンにおける、シリコン酸化物のエッチレートを示している。
【００８８】
図５（ｂ）の縦軸は、最もエッチレートが大きい位置（最外周）を１として、規格化して示している。
【００８９】
詳細なエッチング条件を下記に示す。
【００９０】
エッチング装置内圧力 ：８０ｍＴｏｒｒ（圧力変更時：３０〜１５０ｍＴｏｒｒ）
ギャップＧ：３０ｍｍ（ギャップ変更時：２２ｍｍ〜５０ｍｍ）
高周波電源パワー（４０ＭＨｚ／１３ＭＨｚ）：７００／１０００Ｗ
上部電極の電位 ：０Ｖ
処理ガスの流量（全圧換算） ：Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｎ２／Ｏ２＝３０／１２００／７０／１７ｓｃｃｍ（ただし、最外周領域には、Ｃ４Ｆ８（分子量変更時には、Ｏ２又はＣＨ２Ｆ２）＝２０ｓｃｃｍを添加し、流量変更時は、上記流量×０．３３〜×１．５の範囲で行った。また、）
処理時間 ：６０秒
図５のエッチレートのプロットより、各々のパラメータが、供給ガスの拡散に対してどのような影響を及ぼすかがわかる。即ち、供給ガスの流量を低くする、供給ガスの分子量を小さくする、系内圧力を大きくする、ギャップＧを広くすることにより、供給ガスの拡散が広くなることがわかる。即ち、これらのパラメータを制御することにより、ガス（即ち、ラジカル）の濃度分布を制御することができるため、プラズマエッチング時におけるウェハの面内形状について、面内均一性を向上できることがわかった。
【００９１】
（本実施の形態のプラズマエッチング装置及び方法の効果を確認した実験）
次に、本実施の形態のプラズマエッチング装置及びプラズマエッチング方法の効果を確認した実験について、図６を参照して説明する。
【００９２】
図６に、実施例及び比較例のプラズマエッチング条件において、ライン部の深さ及び底部の線幅（ボトムＣＤ）を均一に制御することが可能であることを説明するための、概略図を示す。前述と同様に、３つの環状隔壁部材によりバッファ室を４つのゾーン（Ｃｅｎｔｅｒ、Ｍｉｄｄｌｅ、Ｅｄｇｅ、Ｖｅｒｙ Ｅｄｇｅ）に分割した。この時、比較例においては、各ガス噴出孔から供給されるガス分圧（後述のエッチング条件参照）が一定になるようにした。実施例においては、Ｅｄｇｅゾーンの処理ガス（Ｃ４Ｆ８）のガス供給分圧を増加させ、Ｖｅｒｙ Ｅｄｇｅゾーンの処理ガス（Ｃ４Ｆ８）のガス供給分圧を０とした。なお、図６の縦軸は、シリコンウェハ上にハードマスクとしてシリコン酸化物を堆積し、エッチングした後のＢＥＯＬ（Ｂａｃｋ Ｅｎｄ ｏｆ Ｌｉｎｅ）トレンチパターンにおける、トレンチの深さとボトムＣＤを示している。
【００９３】
詳細なエッチング条件を下記に示す。
【００９４】
≪共通≫
エッチング装置内圧力 ：８０ｍＴｏｒｒ
ギャップＧ：３０ｍｍ
高周波電源パワー（４０ＭＨｚ／１３ＭＨｚ）：４００／２００Ｗ
上部電極の電位 ：７００Ｖ
処理時間 ：９５秒
≪実施例の処理ガスの流量≫（各々のゾーン内での、各ガス噴出孔からの分圧は一定である）
Ｃｅｎｔｅｒゾーンの分圧合計：Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｎ２／Ｏ２＝１．３／５３／３．１／１．０ｓｃｃｍ
Ｍｉｄｄｌｅゾーンの分圧合計：Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｎ２／Ｏ２＝４．９／１９８／１２／３．８ｓｃｃｍ
Ｅｄｇｅゾーンの分圧合計：Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｎ２／Ｏ２＝１３．４／３５６／２１／６．８ｓｃｃｍ
Ｖｅｒｙ Ｅｄｇｅゾーンの分圧合計：Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｎ２／Ｏ２＝０／５９３／３５／１１ｓｃｃｍ
≪比較例の処理ガスの流量≫（全てのゾーン内での、各ガス噴出孔からの分圧は一定である）
Ｃｅｎｔｅｒゾーンの分圧合計：Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｎ２／Ｏ２＝１．３／５３／３．１／１．０ｓｃｃｍ
Ｍｉｄｄｌｅゾーンの分圧合計：Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｎ２／Ｏ２＝４．９／１９８／１２／３．８ｓｃｃｍ
Ｅｄｇｅゾーンの分圧合計：Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｎ２／Ｏ２＝８．９／３５６／２１／６．８ｓｃｃｍ
Ｖｅｒｙ Ｅｄｇｅゾーンの分圧合計：Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｎ２／Ｏ２＝１４．８／５９３／３５／１１ｓｃｃｍ
図６（ａ）より、比較例のように、全てのガス噴出孔において、処理ガスの供給分圧を一定にした場合、ウェハ面内の、トレンチの深さの差が２０ｎｍであった。特に、Ｖｅｒｙ Ｅｄｇｅゾーンにおいて、面内深さが小さくなった。一方、実施例のように、Ｅｄｇｅゾーンでの処理ガスの供給分圧を上げ、Ｖｅｒｙ Ｅｄｇｅゾーンでの処理ガスの供給分圧を下げた場合においては、面内深さの差は１０ｎｍであった。特に、Ｖｅｒｙ Ｅｄｇｅゾーンでの面内深さは、Ｃｅｎｔｅｒ及びＭｉｄｄｌｅゾーンと同程度であり、面内深さの面内均一性を向上することができた。また、図６（ｂ）より、比較例のように、全てのガス噴出孔において、処理ガスの供給分圧を一定にした場合、面内ボトムＣＤの差が１５ｎｍであった。しかしながら、実施例のように、Ｅｄｇｅゾーンでの処理ガスの供給分圧を上げ、Ｖｅｒｙ Ｅｄｇｅゾーンでの処理ガスの供給分圧を下げた場合においては、面内ボトムＣＤの差は３ｎｍであった。即ち、面内ボトムＣＤの面内均一性を向上することができた。
【００９５】
図４に関して説明したように、Ｖｅｒｙ Ｅｄｇｅのゾーンからガスを供給した場合、エッチレート影響範囲が、外周側にシフトする。即ち、これらのゾーンでは、ガスの輸送は「流れ」が支配的であり、Ｖｅｒｙ Ｅｄｇｅゾーンから導入されたガスが、さらに外周側に流される。Ｖｅｒｙ Ｅｄｇｅのゾーンより内側のゾーンであるＥｄｇｅゾーンのガスの供給量を増やすことにより、Ｖｅｒｙ Ｅｄｇｅゾーンのエッチレートが向上し、面内深さの面内均一性が向上したと考えられる。
【００９６】
以上、本発明の好ましい実施の形態について記述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば、本発明のプラズマエッチング装置でエッチング可能である被処理体は、特に限定されない。具体的には、例えば、シリコン基板よりなるウェハであって、そのウェハ上に二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜、ポリシリコン膜よりなる被エッチング膜、１層又は複数層よりなるマスク層、反射防止膜（Ｂｏｔｔｏｍ Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ Ｃｏａｔｉｎｇ； ＢＡＲＣ）及びフォトレジスト膜等が形成されているもの等が使用できる。この時、レジスト膜は、予め露光、現像が行われ、所定のパターンが形成されている。
【符号の説明】
【００９７】
１０、Ｗ ウェハ
１０５ サセプタ（支持部）
１０６ 温度分布調整部
１２０ 上部電極（電極）
１２２ ベローズ
１３０ 調節部
１４０ シャワーヘッド
１４３ バッファ室
１４５ 環状隔壁部材
１５０ ガス供給装置
１９０ 装置制御部
２００ 上部電極駆動部（間隔調整部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板にプラズマエッチングを行うプラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程において、半導体ウェハ等の基板（以下「ウェハ」という。）を加工する装置として、プラズマをウェハに照射することによって、ウェハにエッチングを行うプラズマエッチング装置がある。
【０００３】
プラズマエッチングでは、フッ素、塩素、酸素等を含むガスを処理ガスとして用いてプラズマ化する。プラズマには、荷電粒子（以下「イオン」という。）及び中性粒子（以下「ラジカル」という。）等の活性種が含まれている。ウェハの表面がイオンとラジカルとを含むプラズマと反応して反応生成物が生じ、生じた反応生成物が揮発することによってエッチングが進行する。
【０００４】
近年、半導体デバイスの製造工程において、ウェハが大口径化している。ウェハの大口径化に伴い、エッチング時のウェハの面内における、ホール（及びトレンチ）底部の線幅（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ；ＣＤ）及び深さの面内均一性を確保することが難しくなってきている。
【０００５】
そこで特許文献１では、ウェハ面内の中心部と周辺部領域とのラジカルの密度分布の制御を、上部電極からの処理ガス供給量を調整することにより制御する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許４３５８７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ウェハ面内の中心部と周辺部領域とでは、ラジカルの拡散具合が不均一であり、特許文献１で開示されるプラズマエッチング装置では、面内均一性を確保することができないという問題点を有していた。
【０００８】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ウェハの面内における、ホール（及びトレンチ）底部の線幅及び深さの面内均一性に優れたプラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の第１の形態によると、プラズマ化された処理ガスにより基板をエッチングするプラズマエッチング装置において、
プラズマ化された処理ガスにより基板をエッチングするプラズマエッチング装置において、
処理容器と、
前記処理容器内に設けられた、基板を保持する保持部と、
前記処理容器内に設けられた、前記保持部と対向する電極板と、
前記保持部と前記電極板とに挟まれた空間に処理ガスを供給するための、前記基板の径方向に対して各々異なる位置に配置された複数の供給部と、
前記保持部又は前記電極板の少なくとも一方に高周波電力を供給することによって、前記複数の供給部により前記空間に供給された処理ガスをプラズマ化する高周波電源と、
前記複数の供給部の各々に対応して、処理ガスの供給条件を調節する調節手段と、
前記基板上における、プラズマ化された処理ガスに含まれる活性種の濃度分布について、供給された処理ガスの拡散の影響が支配的である位置と、供給された処理ガスの流れの影響が支配的である位置とで、前記供給条件を変えるように前記調節手段を制御する制御部と、
を有する、プラズマエッチング装置が提供される。
【００１１】
また、本発明の第２の形態によると、プラズマ化された処理ガスにより基板をエッチングするプラズマエッチング方法において、
処理容器内に設けられた保持部により基板を保持する保持ステップと、
前記処理容器内に設けられた、前記保持部と対向する電極板と前記保持部とに挟まれた空間に、前記基板の径方向に対して各々異なる位置に配置された複数の供給部により処理ガスを供給する処理ガス供給ステップと、
前記保持部又は前記電極板の少なくとも一方に、高周波電源により高周波電力を供給することによって、前記複数の供給部により前記空間に供給された処理ガスをプラズマ化する高周波電力供給ステップと、
を有し、
前記処理ガス供給ステップは、
前記基板上における、処理ガスに含まれるラジカルの濃度分布について、供給された処理ガスの拡散の影響が支配的である位置と、供給された処理ガスの流れの影響が支配的である位置とで、前記供給条件を変えるように、前記複数の供給部の各々に対応して処理ガスの供給条件を調節する調節手段を制御するものである、プラズマエッチング方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ウェハの面内における、ホール（及びトレンチ）底部の線幅及び深さの面内均一性に優れたプラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本実施の形態に係るプラズマエッチング装置の構成の一例を示す概略図である。
【図２】図２は、図１のプラズマエッチング装置のガス供給装置の構成の一例を示す概略図である。
【図３】図３は、図１のシャワーヘッドの構造の一例を説明するための概略図である。
【図４】図４は、本実施形態におけるウェハの、径方向の位置におけるペクレ数を示す概略図である。
【図５】図５は、本実施形態における処理ガスの供給条件を変更した場合の、エッチレートの変化を示す概略図である。
【図６】図６は、実施例及び比較例のプラズマエッチング条件において、深さ及びボトムＣＤを制御可能であることを説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明を実施するための形態について図面と共に説明する。
【００１５】
（プラズマエッチング装置の概略構成）
始めに、図１を参照し、本実施の形態に係るプラズマエッチング装置の一例の概略構成について説明する。
【００１６】
図１に、本実施の形態に係るプラズマエッチング装置の構成の一例を示す概略図を示す。また、図２に、図１のプラズマエッチング装置のガス供給装置１５０の構成の一例を示す概略図を示す。なお、図２でガス供給装置１５０について詳細に説明するため、図１におけるガス供給装置１５０の周辺は、簡略化して示している。
【００１７】
本実施の形態に係るプラズマエッチング装置１００は、プラズマエッチング装置の一例として、平行平板型のプラズマエッチング装置として構成されている。
【００１８】
プラズマエッチング装置１００は、例えば表面が陽極酸化処理（アルマイト処理）されたアルミニウムから成る円筒形状に成形されたチャンバ（処理容器）１０２を有している。チャンバ１０２は接地されている。
【００１９】
チャンバ１０２内の底部には、セラミック等の絶縁板１０３を介して略円柱状のサセプタ支持台１０４が設けられている。また、サセプタ支持台１０４の上には、下部電極を構成するサセプタ１０５が設けられている。サセプタ１０５には、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１０５ａが接続されている。
【００２０】
サセプタ１０５は、その上側中央部が凸状の円板状に成形され、その上に、被処理体の一例であるウェハＷと略同形の、静電チャック１１１が設けられている。静電チャック１１１は、絶縁材の間に静電電極１１２が介在する構成となっている。また、静電チャック１１１は円板状のセラミックス部材で構成され、静電電極１１２には直流電源１１３が接続されている。
【００２１】
静電電極１１２に正の直流電圧が印加されると、ウェハＷにおける静電チャック１１１側の面（以下、「裏面」という。）に負の電位が生じる。これにより、静電電極１１２とウェハＷの裏面との間に電位差が生じる。この電位差に起因するクーロン力又はジョンソン・ラーベック力により、ウェハＷは静電チャック１１１に吸着保持される。この時、静電チャック１１１には、静電電極１１２に接続された直流電源１１３から、例えば、１．５ｋＶの直流電圧が印加される。
【００２２】
サセプタ１０５には、第１の高周波電源１１４及び第２の高周波電源１１６が、各々、第１の整合器１１５及び第２の整合器１１７を介して接続されている。第１の高周波電源１１４は、比較的低い周波数、例えば、１３．６ＭＨｚの高周波電力であるバイアス電力をサセプタ１０５に印加する。第２の高周波電源１１６は、比較的高い周波数、例えば、４０ＭＨｚの高周波電力であるプラズマ生成電力をサセプタ１０５に印加する。これにより、サセプタ１０５は、チャンバ１０２の内部にプラズマ生成電力を印加する。
【００２３】
絶縁板１０３、サセプタ支持台１０４、サセプタ１０５、及び静電チャック１１１には、ウェハＷの裏面に伝熱媒体（例えばＨｅガスなどのバックサイドガス）を供給するためのガス通路１１８が形成されている。この伝熱媒体を介して、サセプタ１０５とウェハＷとの間の熱伝達がなされ、ウェハＷが所定の温度に維持される。
【００２４】
サセプタ１０５の上端周縁部には、静電チャック１１１上に支持されたウェハＷを囲むように、環状のフォーカスリング１１９が配置されている。フォーカスリング１１９は、セラミックス又は石英等の誘電材料、若しくは、導電体、例えば、ウェハＷを構成する材料と同じ単結晶シリコンなどの導電性材料によって構成されている。
【００２５】
プラズマの分布域をフォーカスリング１１９上まで拡大することで、ウェハＷの外周側におけるプラズマの密度を、ウェハＷの中心側におけるプラズマの密度と同程度に維持することができる。これにより、ウェハＷの面内におけるプラズマエッチングの均一性を向上することができる。
【００２６】
サセプタ１０５の上方には、サセプタ１０５と平行に対向して上部電極１２０が設けられている。上部電極１２０には、直流電源１２３が接続されている。また、上部電極１２０には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１２４が接続されている。
【００２７】
また、上部電極１２０は、上部電極駆動部２００によって、例えば鉛直方向に駆動可能に構成されている。上部電極１２０を鉛直方向に駆動可能に構成することにより、上部電極１２０とサセプタ１０５との間の空間の距離（以下、「ギャップ」という。）Ｇを調整することができる。本発明のプラズマエッチング方法で詳細に説明するが、ギャップＧは、処理ガスの拡散及び流れに大きく影響を与えるパラメータである。そのため、ギャップＧを調整可能な構造とすることにより、後述するように、チャンバ１０２の内部の上部電極１２０とサセプタ１０５との間のプラズマ分布を制御することができる。
【００２８】
上部電極駆動部２００により駆動される上部電極１２０の鉛直方向に沿った移動量は、特に制限はない。一例として、上部電極１２０の鉛直方向に沿った移動量を７０ｍｍとし、ギャップＧを２０ｍｍ以上９０ｍｍ以下に調整可能な構造とすることができる。本発明は、この点において制限されない。なお、プラズマエッチング装置１００は、図１に示す構成を９０°回転して横に倒した構成にしてもよく、上下反転した構成にしてもよい。
【００２９】
上部電極１２０は、チャンバ１０２の上部内壁にベローズ１２２を介して支持されている。ベローズ１２２はチャンバ１０２の上部内壁に環状の上部フランジ１２２ａを介してボルトなどの固定手段により取付けられるとともに、上部電極１２０の上面に環状の上部フランジ１２２ｂを介してボルトなどの固定手段により取付けられる。
【００３０】
ギャップＧを調節するための、上部電極駆動部２００の構成について、詳細に説明する。上部電極駆動部２００は、上部電極１２０を支持する略円筒状の支持部材２０４を有する。支持部材２０４は上部電極１２０の上部略中央にボルトなどで取付けられている。
【００３１】
支持部材２０４は、チャンバ１０２の上壁の略中央に形成された孔１０２ａを出入自在に配設される。具体的には、支持部材２０４の外周面はスライド機構２１０を介してチャンバ１０２の孔１０２ａの内部に支持されている。
【００３２】
スライド機構２１０は、例えばチャンバ１０２の上部に断面Ｌ字状の固定部材２１４を介して固定部材２１４の鉛直部に固定された案内部材２１６と、この案内部材２１６に摺動自在に支持され、支持部材２０４の外周面に一方向（本実施形態では鉛直方向）に形成されたレール部２１２と、を有する。
【００３３】
スライド機構２１０の案内部材２１６を固定する固定部材２１４は、その水平部が環状の水平調整板２１８を介してチャンバ１０２の上部に固定される。この水平調整板２１８により、上部電極１２０の水平位置が調整される。
【００３４】
水平調整板２１８は、例えば、水平調整板２１８の周方向に等間隔で配置した複数のボルト等によりチャンバ１０２に固定される。また、水平調整板２１８の水平方向に対する傾き量は、これらのボルトの突出量により、調整可能な構成であっても良い。水平調整板２１８が水平方向に対する傾きを調整し、上記スライド機構２１０の案内部材２１６が鉛直方向に対する傾きが調整することで、上部電極１２０の水平方向の傾きを調整することができる。即ち、上部電極１２０を常に水平位置に保つことができる。
【００３５】
チャンバ１０２の上側には、上部電極１２０を駆動するための空気圧シリンダ２２０が、筒体２０１を介して取付けられている。即ち、筒体２０１の下端は、チャンバ１０２の孔１０２ａを覆うようにボルト等で気密に取付けられており、筒体２０１の上端は、空気圧シリンダ２２０の下端に気密に取付けられている。
【００３６】
上記空気圧シリンダ２２０は、一方向に駆動可能なロッド２０２を有している。ロッド２０２の下端は、支持部材２０４の上部略中央にボルト等で連設されている。ロッド２０２が駆動されることにより、上部電極１２０は支持部材２０４によりスライド機構２１０に沿って駆動する。ロッド２０２は、例えば円筒状に構成され、ロッド２０２の内部空間が支持部材２０４の略中央に形成された中央孔と連通して大気開放されるようになっている。これにより、上部電極１２０とローパスフィルタ（ＬＰＦ）１２４を介して接地する配線、及び上部電極１２０に直流電源１２３から直流電圧を印加するための給電線は、ロッド２０２の内部空間から支持部材２０４の中央孔を介して上部電極１２０に接続するように配線することができる。
【００３７】
また、空気圧シリンダ２２０の側部には、例えばリニアエンコーダ２０５等の、上部電極１２０の位置を検出する位置検出手段が設けられている。一方、ロッド２０２の上端には、ロッド２０２から側方に延出する延出部２０７ａを有する上端部材２０７が設けられている。上端部材２０７の延出部２０７ａとリニアエンコーダ２０５の検出部２０５ａとが当接している。上端部材２０７は上部電極１２０の動きに連動するため、リニアエンコーダ２０５により上部電極１２０の位置を検出することができる。
【００３８】
空気圧シリンダ２２０は、筒状のシリンダ本体２２２、上部支持板２２４及び下部支持板２２６を含む。筒状のシリンダ本体２２２は、上部支持板２２４と下部支持板２２６とにより挟まれる構成となっている。ロッド２０２の外周面には、空気圧シリンダ２２０内を上部空間２３２と下部空間２３４に区画する環状の区画部材２０８が設けられている。
【００３９】
空気圧シリンダ２２０の上部空間２３２には、上部支持板２２４の上部ポート２３６から圧縮空気が導入されるようになっている。また、空気圧シリンダ２２０の下部空間２３４には、下部支持板２２６の下部ポート２３８から圧縮空気が導入されるようになっている。上部ポート２３６及び下部ポート２３８から上部空間２３２及び下部空間２３４へと導入する空気量を制御することにより、ロッド２０２を一方向（例えば鉛直方向）へと駆動制御することができる。この空気圧シリンダ２２０へ導入する空気量は、空気圧シリンダ２２０の近傍に設けられた空気圧回路３００により制御される。
【００４０】
また、上部電極駆動部２００は、制御部２９０を有しており、制御部２９０は、装置制御部１９０と接続されている。装置制御部１９０からの制御信号は制御部２９０に伝えられ、制御部２９０により、上部電極駆動部２００の各部が駆動制御される。
【００４１】
サセプタ支持台１０４の内部には、ウェハＷの面内における温度分布を調節可能とする、温度分布調製部１０６が配置されている。温度分布調整部１０６は、ヒータ１０６ａ、１０６ｂ、ヒータ用電源１０６ｃ、１０６ｄ、温度計１０６ｅ、１０６ｆ、冷媒流路１０７ａ、１０７ｂを有する。
【００４２】
サセプタ支持台１０４の内部には、中心側から外周側に向かって、中心側ヒータ１０６ａと外周側ヒータ１０６ｂとが設けられている。中心側ヒータ１０６ａには、中心側ヒータ用電源１０６ｃが接続され、外周側ヒータ１０６ｂには、外周側ヒータ用電源１０６ｄが接続されている。中心側ヒータ用電源１０６ｃ、外周側ヒータ用電源１０６ｄは、各々、中心側ヒータ１０６ａ、外周側ヒータ１０６ｂに投入する電力を独立に調節することができる。これにより、サセプタ支持台１０４及びサセプタ１０５に、ウェハＷの径方向に沿った温度分布を発生させることができる。即ち、ウェハＷの径方向に沿った温度分布を調節することができる。
【００４３】
また、サセプタ支持台１０４の内部には、中心側から外周側に向かって、中心側温度計１０６ｅ及び外周側温度計１０６ｆが設けられている。中心側温度計１０６ｅ及び外周側温度計１０６ｆは、各々、サセプタ支持台１０４の中心側及び外周側の温度を計測し、これによりウェハＷの中心側及び外周側の温度を導出できる。中心側温度計１０６ｅ及び外周側温度計１０６ｆで計測された温度は、後述する装置制御部１９０に送られる。装置制御部１９０は、計測された温度から導出されたウェハＷの温度が目標温度となるように、中心側ヒータ用電源１０６ｃ及び外周側ヒータ用電源１０６ｄの出力を調整する。
【００４４】
更に、サセプタ支持台１０４の内部には、中心側から外周側に向かって、中心側冷媒流路１０７ａ及び外周側冷媒流路１０７ｂを設けても良い。そして、各々に異なる温度の、例えば冷却水、フルオロカーボン系の冷媒を循環させても良い。冷媒を循環させる場合、冷媒は、中心側導入管１０８ａを介して中心側冷媒流路１０７ａに導入され、中心側排出管１０９ａから排出される。一方、外周側冷媒流路１０７ｂには、外周側導入管１０８ｂを介して冷媒が導入され、外周側排出管１０９ｂから排出される。
【００４５】
サセプタ１０５は、ヒータ１０６ａ、１０６ｂによる加熱と、冷媒からの冷却と、により、温度が調整される。したがって、ウェハＷは、プラズマからの輻射やプラズマに含まれるイオンの照射などによる加熱分と、前述のサセプタ１０５との熱量の授受と、により、所定の温度になるように調整される。また、サセプタ支持台１０４は、中心側ヒータ１０６ａ（及び中心側冷媒流路１０７ａ）並びに外周側ヒータ１０６ｂ（及び外周側冷媒流路１０７ｂ）を有する。そのため、ウェハＷは、中心側と外周側とで独立して温度を調整することができる。
【００４６】
また、図１には図示していないが、中心側ヒータ１０６ａと外周側ヒータ１０６ｂとの間、又は、中心側冷媒流路１０７ａと外周側冷媒流路１０７ｂとの間に、断熱層として断熱材又は空間を設けても良い。断熱層を設けることにより、中心側ヒータ１０６ａと外周側ヒータ１０６ｂとの間、又は中心側冷媒流路１０７ａと外周側冷媒流路１０７ｂとの間が熱的に遮断される。即ち、ウェハＷの中心側と外周側との間に、より大きな温度分布を生じさせることができる。
【００４７】
チャンバ１０２の底部には排気管１３１が接続されており、排気管１３１には排気装置１３５が接続されている。排気装置１３５は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており、チャンバ１０２内を所定の減圧雰囲気（例えば０．６７Ｐａ以下）に調整する。また、チャンバ１０２の側壁にはゲートバルブ１３２が設けられている。ゲートバルブ１３２が開くことによって、チャンバ１０２内へのウェハＷの搬入、及び、チャンバ１０２内からのウェハＷの搬出が可能となる。なお、ウェハＷの搬送には例えば搬送アームが用いられる。
【００４８】
（処理ガスの供給条件を調節する調節部の概略構成）
次に、図２及び図３を参照し、サセプタ１０５に支持されたウェハＷに供給されるプラズマガスの供給条件を調整する、ガス供給条件調節部１３０の一例について説明する。なお、ガス供給条件調節部１３０は、本発明における、処理ガスを供給する複数の供給部及び、該複数の供給部における処理ガスの供給条件を調節する調節手段に対応する。
【００４９】
図２に、図１のプラズマエッチング装置のガス供給装置１５０の一例を示す概略図を示す。また、図３に、図１のシャワーヘッド１４０の構造の一例を説明するための、概略図を示す。
【００５０】
ガス供給条件調節部１３０は、上部電極１２０と一体で構成されているシャワーヘッド１４０と、ガス供給装置１５０とを有する。
【００５１】
シャワーヘッド１４０は、サセプタ１０５に支持されたウェハＷ上に、所定の処理ガス（混合ガスであっても良い）を噴出するものである。シャワーヘッド１４０は、多数のガス噴出孔１４１ａを有する円形状の電極板１４１（上部電極１２０）と、電極板１４１の上面側を着脱自在に支持する電極支持体１４２を備えている。電極支持体１４２は、電極板１４１と同じ径の円盤形状に形成され、内部に円形状のバッファ室１４３が形成されている。電極板１４１には、処理ガス等のガスをウェハＷに供給するための、ガス噴出孔が設けられている（以後ガス噴出孔１４１と呼ぶことがある）。
【００５２】
バッファ室１４３内には、例えば図３に示すように、Ｏリングから成る１つ以上の環状隔壁部材１４５が設けられている。１つ以上の環状隔壁部材１４５は、各々、シャワーヘッドの径方向に対して異なる位置に配置される。図３では、環状隔壁部材１４５は、シャワーヘッドの径方向に対して中心側から、第１の環状隔壁部材１４５ａ、第２の環状隔壁部材１４５ｂ、第３の環状隔壁部材１４５ｃで示されている。これにより、バッファ室１４３は、中心側から第１のバッファ室１４３ａ、第２のバッファ室１４３ｂ、第３のバッファ室１４３ｃ、第４のバッファ室１４３ｄに分割されている。
【００５３】
環状隔壁部材１４５の数は、１つ以上であれば特に制限されないが、例えば、図３で示すように３つとすることができる。直径３００ｍｍのウェハＷを使用してプラズマエッチングする場合、処理ガスの制御の容易さと、後述するプラズマエッチング方法によるエッチングの面内均一性とを両立する観点から、環状隔壁部材１４５の数は３つ（即ち、４つに分割されたバッファ室を有する）とすることが好ましい。なお、Ｎ個の環状隔壁部材１４５を配置することにより、Ｎ＋１個に分割されたバッファ室を設置することができる。
【００５４】
各々のバッファ室１４３ａ、１４３ｂ、１４３ｃ、１４３ｄには、ガス供給装置１５０により、所定の処理ガスが供給される。
【００５５】
また、各々のバッファ室１４３ａ、１４３ｂ、１４３ｃ、１４３ｄの下面には、１つ以上のガス噴出孔１４１が連通しており、このガス噴出孔１４１を介して、ウェハＷ上に所定の処理ガスを噴出することができる。ガス噴出孔１４１の配置及び配置する数については、ウェハＷに対し、均一に処理ガスが噴出される配置となることが好ましい。
【００５６】
具体的な例として、直径３００ｍｍのウェハＷを使用して、３つの環状隔壁部材１４５によりバッファ室を４つのゾーンに分割した場合についての、ガス噴出孔１４１の配置例について説明する。この時、第１のバッファ室１４３ａには、シャワーヘッドの中心から１１ｍｍの円周上に４つのガス噴出孔１４１ａを（例えば等距離毎に）配置し、３３ｍｍの円周上に１２個のガス噴出孔１４１ｂを（例えば等距離毎に）配置する。第２のバッファ室１４３ｂには、シャワーヘッドの中心から５５ｍｍの円周上に２４個のガス噴出孔１４１ｃを（例えば等距離毎に）配置し、７７ｍｍの円周上に３６個のガス噴出孔１４１ｄを（例えば等距離毎に）配置する。第３のバッファ室１４３ｃには、シャワーヘッドの中心から９９ｍｍの円周上に４８個のガス噴出孔（図不示）を（例えば等距離毎に）配置し、１２１ｍｍの円周上に６０個のガス噴出孔（図不示）を（例えば等距離毎に）配置する。第４のバッファ室１４３ｄには、シャワーヘッドの中心から１４３ｍｍの円周上に８０個のガス噴出孔（図不示）を（例えば等距離毎に）配置し、１６５ｍｍの円周上に１００個のガス噴出孔（図不示）を（例えば等距離毎に）配置する。
【００５７】
次に、図２を参照することにより、ガス供給装置１５０及び、各々のバッファ室に個別に、所定の処理ガスを供給するための、バルブ構成及び流量調節手段について説明する。ここでも、３つの環状隔壁部材１４５によりバッファ室を４つのゾーンに分割した場合について説明するが、本発明はこれに限定されない。
【００５８】
ガス供給装置１５０は、第１のガスボックス１６１と、第２のガスボックス１６０とを備えている。第１のガスボックス１６１には、複数のガス供給源及び第１のバルブ３０３が収容されており、第２のガスボックスには、ガス供給源側から、第２のバルブ３０２、例えばマスフローコントローラ等の流量制御器３０１及び第３のバルブ３００が収容されている。
【００５９】
本実施の形態において、ガス供給源には、例えば、フロロカーボン系のフッ素化合物（ＣＦ系）、例えばＣＦ４、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨＦ３等の処理ガスが封入されている。他にも、例えばＣＦ系の反応生成物の付着を制御するガスとして例えば酸素（Ｏ２）ガスが封入されている。さらに、キャリアガスとして例えばＡｒガス、Ｎ２ガス、Ｈｅガスが封入されている。
【００６０】
第１のガスボックス１６１内において、各々のガス供給源は配管と接続されている。配管は、各ガス供給源からのガスを各バッファ室に供給するために、分岐した構造となっている。即ち、図２の例においては、各ガス供給源に接続される配管は、配管１７０〜１７３のように４つに分岐されている。また、配管は第１のバルブ３０３が接続されており、所望するプロセスに応じて、ガス種を切り替えることが可能な構造となっている。このような構造にすることにより、新たなガス供給源を追加する場合や、プロセスにより不要な処理ガスのガス供給を停止する場合も、簡易な操作で実行することができる。
【００６１】
また、配管１７０〜１７３は、第２のガスボックス１６０を介して、各々、第１のバッファ室〜第４のバッファ室へと接続され、各バッファ室に所定のガスが供給される。
【００６２】
第２のガスボックス１６０内には、ガス供給源側から、第２のバルブ３０２、流量制御器３０１（又はマスフローコントローラ等を用いても良い）及び第３のバルブ３００が収容されている。この時、第２のバルブ３０２、第３のバルブ３０３及び流量制御器３０１は、各バッファ室に供給される、各ガス種の配管全てに設けられている。このような構成にすることにより、各ガス供給源から供給された特定のバッファ室への処理ガスの流量を増減するだけでなく、特定のバルブを閉めることにより、特定のバッファ室（即ち、特定のゾーン）だけに、特定の処理ガスの供給を停止することもできる。
【００６３】
配管１７０〜１７３は、第３のバルブの下流側で各々の処理ガス毎に合流し、各々、第１のバッファ室〜第４のバッファ室に、混合された処理ガスが導入される。なお、図示していないが、各々の処理ガスが合流した後の配管に追加のバルブを配置し、このバルブの開閉により、各々のバッファ室への処理ガスの供給の有無を制御できる構造であっても良い。
【００６４】
また、第２のガスボックス１６０には、圧力調整部（図不示）として圧力計及び追加のバルブが設けられていても良く、圧力調整部の圧力計による計測結果に基づき、処理ガスの流量比を制御できる構造であっても良い。
【００６５】
第２のガスボックス１６０における流量制御器３０１の動作は、例えばプラズマエッチング装置１００の後述する装置制御部１９０により制御されている。したがって、装置制御部１９０により、第１のガスボックス１６１及び第２のガスボックス１６０からの各種ガスの供給の開始と停止、各種ガスの供給量を制御できる。
【００６６】
前述の通り、プラズマエッチング装置１００は、装置制御部１９０を有する。装置制御部１９０は、例えばＣＰＵよりなる図示しない演算処理装置と、例えばハードディスクよりなる図示しない記録媒体を備えている。装置制御部１９０は、前述した、第１の高周波電源１１４、第２の高周波電源１１６、温度分布調整部１０６、上部電極駆動部２００、ガス供給条件調整部１３０の各部の動作を制御する。そして、装置制御部１９０は、上記各部を動作させる際は、例えば装置制御部１９０のＣＰＵが、例えば装置制御部１９０のハードディスクに記録されている、それぞれのエッチング処理に対応するプログラムに応じて、各部を制御する。
【００６７】
なお、装置制御部１９０は、本発明における制御部に相当する。
【００６８】
（プラズマエッチング方法）
次にプラズマエッチング装置１００を用いた、プラズマエッチング方法の例について説明する。
【００６９】
ガス噴出孔から、上部電極１２０とサセプタ１０５との間の空間に、ガスが供給されると、ガスは排気方向（排気装置１３５が接続されている方向）に拡散されながら流れていく。「拡散」と「流れ」により輸送されるガス成分（例えば、ラジカル）の濃度分布は、ガス噴出孔の位置などにより、「拡散」と「流れ」のどちらの因子に依存しているかが異なる。「拡散」と「流れ」のどちらの因子に、どの程度依存しているかを定性的に示す、無次元数としてペクレ数（Ｐｅ）が知られている。ペクレ数は、ガスの流速ｕ（ｍ／ｓ）、ガス種の相互拡散係数ＤＡＢ（ｍ２／ｓ）、代表長さＬ（ｍ）を用いて、下記式（１）で表される。
【００７０】
Ｐｅ＝ｕＬ／ＤＡＢ 式（１）
ペクレ数は、１を境として、Ｐｅが１より小さい場合、ガスの輸送は「拡散」が支配的であるとされ、Ｐｅが１より大きい（又は１の）場合、ガスの輸送は「流れ」が支配的であるとされる。
【００７１】
具体的な例により、詳細に説明するために、図４（ａ）に、本実施形態におけるウェハの、径方向の位置におけるペクレ数を示す。図４（ａ）は、ガス種としてＡｒとＣ４Ｆ８の混合ガス（相互拡散係数ＤＡＢは１．２３×１０−１ｍ２／ｓとなる）を使用した場合で、代表長さＬ（即ち、サセプタ１０５と上部電極１２０との間のギャップＧ）を０．０３ｍとし、ガスの流速ｕを計算により算出して、ペクレ数を求めた。また、図４ａの横軸は、直径３００ｍｍのウェハの中心を０ｍｍとし、径方向に対するペクレ数を示している。
【００７２】
図４（ａ）よりウェハの中心から径が８６ｍｍに位置を境界に、「拡散」が支配的である領域と「流れ」が支配的である領域とに区分されることがわかる。
【００７３】
また、図４（ｂ）に、直径３００ｍｍのウェハを使用した場合の、ウェハの位置に対するエッチレート比を示す。具体的には、直径３００ｍｍのウェハＷを使用して、３つの環状隔壁部材によりバッファ室を４つのゾーン（Ｃｅｎｔｅｒ、Ｍｉｄｄｌｅ、Ｅｄｇｅ、Ｖｅｒｙ Ｅｄｇｅ）に分割して、各々のゾーンからガスを噴出してプラズマエッチングし、ウェハ位置に対するエッチレート比を求めた。なお、Ｃｅｎｔｅｒのゾーンに対応するガス噴出孔は、シャワーヘッドの中心から１１ｍｍの円周上に４つのガス噴出孔を、３３ｍｍの円周上に１２個のガス噴出孔を配置した。Ｍｉｄｄｌｅのゾーンには、シャワーヘッドの中心から５５ｍｍの円周上に２４個のガス噴出孔を、７７ｍｍの円周上に３６個のガス噴出孔を配置した。Ｅｄｇｅのゾーンには、シャワーヘッドの中心から９９ｍｍの円周上に４８個のガス噴出孔を、１２１ｍｍの円周上に６０個のガス噴出孔を配置した。Ｖｅｒｙ Ｅｄｇｅのゾーンには、シャワーヘッドの中心から１４３ｍｍの円周上に８０個のガス噴出孔を、１６５ｍｍの円周上に１００個のガス噴出孔を配置した。以後、Ｃｅｎｔｅｒ、Ｍｉｄｄｌｅ、Ｅｄｇｅ、Ｖｅｒｙ Ｅｄｇｅからのガスの供給に関する記載は、上述のガス噴出孔の配置のことを指す。
【００７４】
また、図４（ｂ）の縦軸は、最もエッチレートが大きい位置を１として、規格化して示している。
【００７５】
図４（ｂ）から、Ｃｅｎｔｅｒ及びＭｉｄｄｌｅのゾーンからガスを供給した場合、概ね、ガスが供給された位置に対応する位置において、エッチレートが大きくなっていることがわかる。これは、Ｃｅｎｔｅｒ及びＭｉｄｄｌｅのゾーンでは、ガスの輸送は「拡散」が支配的であるため（図４（ａ）参照）である。また、Ｃｅｎｔｅｒ及びＭｉｄｄｌｅのゾーンから供給されたガスは、Ｅｄｇｅ及びＶｅｒｙ Ｅｄｇｅのゾーンのエッチレートにも影響が及ぶと推察される。
【００７６】
一方、Ｅｄｇｅ（及びＶｅｒｙ Ｅｄｇｅ）のゾーンからガスを供給した場合、エッチレート影響範囲が、外周側にシフトしていることがわかる。これは、Ｅｄｇｅ（及びＶｅｒｙ Ｅｄｇｅ）のゾーンでは、ガスの輸送は「流れ」が支配的であり（図４（ａ））、Ｅｄｇｅゾーンから導入されたガスが、外周側に流されたからであると推察される。また、Ｅｄｇｅ及びＶｅｒｙ Ｅｄｇｅのゾーンから供給されたガスは、Ｃｅｎｔｅｒ及びＭｉｄｄｌｅのゾーンのエッチレートには、ほとんど影響を及ぼさない。
【００７７】
つまり、供給された処理ガスの拡散の影響が支配的である位置と、供給された処理ガスの流速の影響が支配的である位置とでは、ガスの供給条件を変えて制御することが重要となる。具体的には、供給された処理ガスの拡散の影響が支配的である位置なら、その位置に対応する（略真上にある）ガス噴出孔のガス供給条件を調整し、供給された処理ガスの拡散の流れが支配的である位置なら、その位置よりもウェハの中心方向にあるガス噴出孔のガス供給条件を調整することで、プラズマエッチング時の面内均一性を向上させることができる。より具体的には、ｕ、Ｌ、ＤＡＢ等により、Ｅｄｇｅ（Ｖｅｒｙ Ｅｄｇｅ）ゾーンから供給された処理ガスの拡散の影響が支配的な場合には、Ｅｄｇｅ（Ｖｅｒｙ Ｅｄｇｅ）ゾーンからの処理ガスの条件を調整し、流れの影響が支配的な場合には、ウェハ中心方向側のＣｅｎｔｅｒ（Ｍｉｄｄｌｅ）のゾーンからの処理ガスの条件を調整する。
【００７８】
次に、ガスの供給条件がガスの輸送に与える影響について説明する。即ち、供給ガスのどのようなパラメータが、ウェハ面内形状における、面内均一性の向上に与えるかについて説明する。
【００７９】
供給ガスの拡散は、拡散分子（ガス分子）の平均自由行程ｌ（ｍ）とガスの流速ｕ（ｍ／ｓ）に依存する。この時、拡散分子の平均自由行程ｌは、ガスが理想気体であり、拡散分子の速度がマスクウェル分布に従うと仮定される場合、下記の式（２）で表される。
【００８０】
ｌ＝（Ｔ×Ｃ１）／（ｄ２×Ｐ） 式（２）
式（２）中、Ｃ１は定数であり、ｄは拡散分子の衝突分子径（ｍ）であり、Ｐは系内の圧力（ａｔｍ）であり、Ｔは系内の温度（Ｋ）である。
【００８１】
一方、供給ガスの流速ｕも、ガスが理想気体であると仮定した場合、下記の式（３）で表される。
【００８２】
ｕ＝（Ｑ×Ｃ２）／ＰＶ 式（３）
式（３）中、Ｃ２は定数であり、Ｑは１気圧での流量（ｍ３／ｓ）であり、Ｐは系内の圧力であり、Ｖは系内の体積（ｍ３）である。
【００８３】
この時、供給ガスの拡散領域ｄａｒｅａは、平均自由行程ｌ／流速ｕに比例するため、式（２）及び式（３）より、式（４）が導出される。
【００８４】
ｄａｒｅａ∝ｌ／ｕ＝（Ｔ×Ｖ×Ｃ３）／（ｄ２Ｑ） 式（４）
式（４）中、Ｃ３は定数である。
【００８５】
即ち、供給ガスの拡散領域は、系内の体積、供給ガスの流量、系内の温度及び衝突分子径に依存することがわかる。なお、系内の体積とは、本実施の形態では、上部電極１２０とサセプタ１０５との間の空間の体積に近似されるが、プラズマエッチング中には被処理体の径は変化しないため、上部電極１２０とサセプタ１０５との間の空間の距離（ギャップＧ）を指す。また、供給ガスの流量は、系内の圧力とも相関がある。さらに、衝突分子径は、供給ガスの種類（即ち、供給ガスの分子量）によって異なるため、供給ガスの拡散領域は、供給ガスの分子量にも依存する。
【００８６】
供給ガスの拡散領域は、供給ガスの流量（及び供給ガスの圧力）、供給ガスの分子量、及びギャップＧ等のパラメータ（供給条件）に依存することを確認した実験について、図５を参照して説明する。
【００８７】
図５に、本実施形態における処理ガスの供給条件を変更した場合の、エッチレートの変化を示す概略図を示す。前述と同様に、３つの環状隔壁部材によりバッファ室を４つのゾーン（Ｃｅｎｔｅｒ、Ｍｉｄｄｌｅ、Ｅｄｇｅ、Ｖｅｒｙ Ｅｄｇｅ）に分割して、各ガス噴出孔から供給されるガス分圧（後述のエッチング条件参照）が一定になるようにした。さらに、Ｖｅｒｙ Ｅｄｇｅのゾーンの最外周（シャワーヘッドの中心から径方向に、１６５ｍｍの円周上）のガス噴出孔からは、下記のエッチング条件で示す量の追加ガスを供給し、各ウェハ位置におけるエッチレートをプロットした。なお、図５の縦軸は、シリコンウェハ上にハードマスクとしてシリコン酸化物が堆積された被処理体の、ＢＥＯＬ（Ｂａｃｋ Ｅｎｄ ｏｆ Ｌｉｎｅ）トレンチパターンにおける、シリコン酸化物のエッチレートを示している。
【００８８】
図５（ｂ）の縦軸は、最もエッチレートが大きい位置（最外周）を１として、規格化して示している。
【００８９】
詳細なエッチング条件を下記に示す。
【００９０】
エッチング装置内圧力 ：８０ｍＴｏｒｒ（圧力変更時：３０〜１５０ｍＴｏｒｒ）
ギャップＧ：３０ｍｍ（ギャップ変更時：２２ｍｍ〜５０ｍｍ）
高周波電源パワー（４０ＭＨｚ／１３ＭＨｚ）：７００／１０００Ｗ
上部電極の電位 ：０Ｖ
処理ガスの流量（全圧換算） ：Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｎ２／Ｏ２＝３０／１２００／７０／１７ｓｃｃｍ（ただし、最外周領域には、Ｃ４Ｆ８（分子量変更時には、Ｏ２又はＣＨ２Ｆ２）＝２０ｓｃｃｍを添加し、流量変更時は、上記流量×０．３３〜×１．５の範囲で行った。また、）
処理時間 ：６０秒
図５のエッチレートのプロットより、各々のパラメータが、供給ガスの拡散に対してどのような影響を及ぼすかがわかる。即ち、供給ガスの流量を低くする、供給ガスの分子量を小さくする、系内圧力を大きくする、ギャップＧを広くすることにより、供給ガスの拡散が広くなることがわかる。即ち、これらのパラメータを制御することにより、ガス（即ち、ラジカル）の濃度分布を制御することができるため、プラズマエッチング時におけるウェハの面内形状について、面内均一性を向上できることがわかった。
【００９１】
（本実施の形態のプラズマエッチング装置及び方法の効果を確認した実験）
次に、本実施の形態のプラズマエッチング装置及びプラズマエッチング方法の効果を確認した実験について、図６を参照して説明する。
【００９２】
図６に、実施例及び比較例のプラズマエッチング条件において、ライン部の深さ及び底部の線幅（ボトムＣＤ）を均一に制御することが可能であることを説明するための、概略図を示す。前述と同様に、３つの環状隔壁部材によりバッファ室を４つのゾーン（Ｃｅｎｔｅｒ、Ｍｉｄｄｌｅ、Ｅｄｇｅ、Ｖｅｒｙ Ｅｄｇｅ）に分割した。この時、比較例においては、各ガス噴出孔から供給されるガス分圧（後述のエッチング条件参照）が一定になるようにした。実施例においては、Ｅｄｇｅゾーンの処理ガス（Ｃ４Ｆ８）のガス供給分圧を増加させ、Ｖｅｒｙ Ｅｄｇｅゾーンの処理ガス（Ｃ４Ｆ８）のガス供給分圧を０とした。なお、図６の縦軸は、シリコンウェハ上にハードマスクとしてシリコン酸化物を堆積し、エッチングした後のＢＥＯＬ（Ｂａｃｋ Ｅｎｄ ｏｆ Ｌｉｎｅ）トレンチパターンにおける、トレンチの深さとボトムＣＤを示している。
【００９３】
詳細なエッチング条件を下記に示す。
【００９４】
≪共通≫
エッチング装置内圧力 ：８０ｍＴｏｒｒ
ギャップＧ：３０ｍｍ
高周波電源パワー（４０ＭＨｚ／１３ＭＨｚ）：４００／２００Ｗ
上部電極の電位 ：７００Ｖ
処理時間 ：９５秒
≪実施例の処理ガスの流量≫（各々のゾーン内での、各ガス噴出孔からの分圧は一定である）
Ｃｅｎｔｅｒゾーンの分圧合計：Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｎ２／Ｏ２＝１．３／５３／３．１／１．０ｓｃｃｍ
Ｍｉｄｄｌｅゾーンの分圧合計：Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｎ２／Ｏ２＝４．９／１９８／１２／３．８ｓｃｃｍ
Ｅｄｇｅゾーンの分圧合計：Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｎ２／Ｏ２＝１３．４／３５６／２１／６．８ｓｃｃｍ
Ｖｅｒｙ Ｅｄｇｅゾーンの分圧合計：Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｎ２／Ｏ２＝０／５９３／３５／１１ｓｃｃｍ
≪比較例の処理ガスの流量≫（全てのゾーン内での、各ガス噴出孔からの分圧は一定である）
Ｃｅｎｔｅｒゾーンの分圧合計：Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｎ２／Ｏ２＝１．３／５３／３．１／１．０ｓｃｃｍ
Ｍｉｄｄｌｅゾーンの分圧合計：Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｎ２／Ｏ２＝４．９／１９８／１２／３．８ｓｃｃｍ
Ｅｄｇｅゾーンの分圧合計：Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｎ２／Ｏ２＝８．９／３５６／２１／６．８ｓｃｃｍ
Ｖｅｒｙ Ｅｄｇｅゾーンの分圧合計：Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｎ２／Ｏ２＝１４．８／５９３／３５／１１ｓｃｃｍ
図６（ａ）より、比較例のように、全てのガス噴出孔において、処理ガスの供給分圧を一定にした場合、ウェハ面内の、トレンチの深さの差が２０ｎｍであった。特に、Ｖｅｒｙ Ｅｄｇｅゾーンにおいて、面内深さが小さくなった。一方、実施例のように、Ｅｄｇｅゾーンでの処理ガスの供給分圧を上げ、Ｖｅｒｙ Ｅｄｇｅゾーンでの処理ガスの供給分圧を下げた場合においては、面内深さの差は１０ｎｍであった。特に、Ｖｅｒｙ Ｅｄｇｅゾーンでの面内深さは、Ｃｅｎｔｅｒ及びＭｉｄｄｌｅゾーンと同程度であり、面内深さの面内均一性を向上することができた。また、図６（ｂ）より、比較例のように、全てのガス噴出孔において、処理ガスの供給分圧を一定にした場合、面内ボトムＣＤの差が１５ｎｍであった。しかしながら、実施例のように、Ｅｄｇｅゾーンでの処理ガスの供給分圧を上げ、Ｖｅｒｙ Ｅｄｇｅゾーンでの処理ガスの供給分圧を下げた場合においては、面内ボトムＣＤの差は３ｎｍであった。即ち、面内ボトムＣＤの面内均一性を向上することができた。
【００９５】
図４に関して説明したように、Ｖｅｒｙ Ｅｄｇｅのゾーンからガスを供給した場合、エッチレート影響範囲が、外周側にシフトする。即ち、これらのゾーンでは、ガスの輸送は「流れ」が支配的であり、Ｖｅｒｙ Ｅｄｇｅゾーンから導入されたガスが、さらに外周側に流される。Ｖｅｒｙ Ｅｄｇｅのゾーンより内側のゾーンであるＥｄｇｅゾーンのガスの供給量を増やすことにより、Ｖｅｒｙ Ｅｄｇｅゾーンのエッチレートが向上し、面内深さの面内均一性が向上したと考えられる。
【００９６】
以上、本発明の好ましい実施の形態について記述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば、本発明のプラズマエッチング装置でエッチング可能である被処理体は、特に限定されない。具体的には、例えば、シリコン基板よりなるウェハであって、そのウェハ上に二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜、ポリシリコン膜よりなる被エッチング膜、１層又は複数層よりなるマスク層、反射防止膜（Ｂｏｔｔｏｍ Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ Ｃｏａｔｉｎｇ； ＢＡＲＣ）及びフォトレジスト膜等が形成されているもの等が使用できる。この時、レジスト膜は、予め露光、現像が行われ、所定のパターンが形成されている。
【符号の説明】
【００９７】
１０、Ｗ ウェハ
１０５ サセプタ（支持部）
１０６ 温度分布調整部
１２０ 上部電極（電極）
１２２ ベローズ
１３０ 調節部
１４０ シャワーヘッド
１４３ バッファ室
１４５ 環状隔壁部材
１５０ ガス供給装置
１９０ 装置制御部
２００ 上部電極駆動部（間隔調整部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ化された処理ガスにより基板をエッチングするプラズマエッチング装置において、
処理容器と、
前記処理容器内に設けられた、基板を保持する保持部と、
前記処理容器内に設けられた、前記保持部と対向する電極板と、
前記保持部と前記電極板とに挟まれた空間に処理ガスを供給するための、前記基板の径方向に対して各々異なる位置に配置された複数の供給部と、
前記保持部又は前記電極板の少なくとも一方に高周波電力を供給することによって、前記複数の供給部により前記空間に供給された処理ガスをプラズマ化する高周波電源と、
前記複数の供給部の各々に対応して、処理ガスの供給条件を調節する調節手段と、
前記基板上における、プラズマ化された処理ガスに含まれる活性種の濃度分布について、供給された処理ガスの拡散の影響が支配的である位置と、供給された処理ガスの流れの影響が支配的である位置とで、前記供給条件を変えるように前記調節手段を制御する制御部と、
を有する、プラズマエッチング装置。
【請求項２】
前記複数の供給部は、前記基板の径方向中心側の部分に処理ガスを供給する第１の供給部と、前記中心側の部分よりも前記基板の径方向外周側の部分に処理ガスを供給する第２の供給部と、
を有し、
前記第２の供給部により処理ガスが供給される前記基板部分の活性種濃度分布において、前記供給された処理ガスの拡散の影響が支配的であるなら、前記制御部は、前記第２の供給部により供給される処理ガスの第１の供給条件を調整するように前記調節手段を制御するものであり、
前記第２の供給部より処理ガスが供給される前記基板部分の活性種濃度分布において、前記供給された処理ガスの流れの影響が支配的であるなら、前記制御部は、前記第１の供給部により供給される処理ガスの第２の供給条件を調整するように前記調節手段を制御するものである、
請求項１に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項３】
前記第２の供給部により処理ガスが供給される前記基板部分における、処理ガスの流速をｕとし、処理ガスの拡散係数をＤとし、前記保持部と前記電極板との間隔をＬとしたときに、
前記処理ガスの拡散の影響が支配的である条件は、ｕＬ／Ｄにより演算されるペクレ数が１より小さいときであり、
前記処理ガスの流れの影響が支配的である条件は、ｕＬ／Ｄにより演算されるペクレ数が１以上のときである、
請求項２に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項４】
前記第１の供給条件と前記第２の供給条件とは、いずれも処理ガスの供給流量である、請求項２又は請求項３に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項５】
前記第１の供給部と前記第２の供給部とは、いずれも２つ以上の処理ガスを混合して供給するものであり、
前記第１の供給条件と前記第２の供給条件とは、いずれも前記２つ以上の処理ガスを混合する混合比である、請求項２又は請求項３に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項６】
前記第１の供給部は、前記電極板であって、前記保持部に保持されている前記基板の中心に対向する位置を中心として同心円状に区画された複数の部分のうち、一の部分に形成された第１の供給口を含み、前記第１の供給口を介して前記空間に処理ガスを供給するものであり、
前記第２の供給部は、前記電極板であって、前記複数の部分のうち、前記一の部分よりも前記基板の径方向外周側の部分に形成された第２の供給口を含み、前記第２の供給口を介して前記空間に処理ガスを供給するものである、請求項２乃至請求項５のいずれか一項に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項７】
前記電極板の前記保持部と反対側に設けられた、前記電極板を支持する電極支持板を有し、
前記第１の供給部及び前記第２の供給部の各々は、前記電極支持板の内部又は前記電極支持板と前記電極板との間に、前記保持部に保持されている前記基板の中心に対向する位置を中心として同心円状に区画されるように形成された、第１のバッファ室及び第２のバッファ室の各々を有し、
前記第１の供給口は、前記第１のバッファ室と連通されており、
前記第２の供給口は、前記第２のバッファ室と連通されている、請求項６に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項８】
プラズマ化された処理ガスにより基板をエッチングするプラズマエッチング方法において、
処理容器内に設けられた保持部により基板を保持する保持ステップと、
前記処理容器内に設けられた、前記保持部と対向する電極板と前記保持部とに挟まれた空間に、前記基板の径方向に対して各々異なる位置に配置された複数の供給部により処理ガスを供給する処理ガス供給ステップと、
前記保持部又は前記電極板の少なくとも一方に、高周波電源により高周波電力を供給することによって、前記複数の供給部により前記空間に供給された処理ガスをプラズマ化する高周波電力供給ステップと、
を有し、
前記処理ガス供給ステップは、
前記基板上における、プラズマ化された処理ガスに含まれる活性種の濃度分布について、供給された処理ガスの拡散の影響が支配的である位置と、供給された処理ガスの流れの影響が支配的である位置とで、前記供給条件を変えるように、前記複数の供給部の各々に対応して処理ガスの供給条件を調節する調節手段を制御するものである、プラズマエッチング方法。
【請求項９】
前記複数の供給部は、前記基板の径方向中心側の部分に処理ガスを供給する第１の供給部と、前記中心側の部分よりも前記基板の径方向外周側の部分に処理ガスを供給する第２の供給部と、
を有し、
前記処理ガス供給ステップは、
前記第２の供給部により処理ガスが供給される前記基板部分の活性種濃度分布において、前記供給された処理ガスの拡散の影響が支配的であるなら、前記第２の供給部により供給される処理ガスの第１の供給条件を調整するように前記調節手段を制御するものであり、
前記第２の供給部より処理ガスが供給される前記基板部分の活性種濃度分布において、前記供給された処理ガスの流れの影響が支配的であるなら、前記第１の供給部により供給される処理ガスの第２の供給条件を調整するように前記調節手段を制御するものである、
請求項８に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項１０】
前記処理ガス供給ステップは、
前記第２の供給部により処理ガスが供給される前記基板部分における、処理ガスの流速をｕとし、処理ガスの拡散係数をＤとし、前記保持部と前記電極板との間隔をＬとしたときに、
前記供給された処理ガスの拡散の影響が支配的である条件とは、ｕＬ／Ｄにより演算されるペクレ数が１より小さいときであり、
前記供給された処理ガスの流れの影響が支配的である条件とは、前記ペクレ数が１以上のときである、
請求項９に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項１１】
前記第１の供給条件と前記第２の供給条件とは、いずれも処理ガスの供給流量である、請求項９又は請求項１０に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項１２】
前記第１の供給部と前記第２の供給部とは、いずれも２つ以上の処理ガスを混合して供給するものであり、
前記第１の供給条件と前記第２の供給条件とは、いずれも前記２つ以上の処理ガスを混合する混合比である、請求項９又は請求項１０に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項１３】
前記第１の供給部は、前記電極板であって、前記保持部に保持されている前記基板の中心に対向する位置を中心として同心円状に区画された複数の部分のうち、一の部分に形成された第１の供給口を含み、前記第１の供給口を介して前記空間に処理ガスを供給するものであり、
前記第２の供給部は、前記電極板であって、前記複数の部分のうち、前記一の部分よりも前記基板の径方向外周側の部分に形成された第２の供給口を含み、前記第２の供給口を介して前記空間に処理ガスを供給するものである、請求項９乃至請求項１２のいずれか一項に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項１４】
前記第１の供給部及び前記第２の供給部の各々は、前記電極板の前記保持部と反対側に設けられた、前記電極板を支持する電極支持板の内部又は前記電極支持板と前記電極板との間に、前記保持部に保持されている前記基板の中心に対向する位置を中心として同心円状に区画されるように形成された、第１のバッファ室及び第２のバッファ室の各々を有し、
前記第１の供給口は、前記第１のバッファ室と連通されており、
前記第２の供給口は、前記第２のバッファ室と連通されている、請求項１３に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項１】
プラズマ化された処理ガスにより基板をエッチングするプラズマエッチング装置において、
処理容器と、
前記処理容器内に設けられた、基板を保持する保持部と、
前記処理容器内に設けられた、前記保持部と対向する電極板と、
前記保持部と前記電極板とに挟まれた空間に処理ガスを供給するための、前記基板の径方向に対して各々異なる位置に配置された複数の供給部と、
前記保持部又は前記電極板の少なくとも一方に高周波電力を供給することによって、前記複数の供給部により前記空間に供給された処理ガスをプラズマ化する高周波電源と、
前記複数の供給部の各々に対応して、処理ガスの供給条件を調節する調節手段と、
前記基板上における、プラズマ化された処理ガスに含まれる活性種の濃度分布について、供給された処理ガスの拡散の影響が支配的である位置と、供給された処理ガスの流れの影響が支配的である位置とで、前記供給条件を変えるように前記調節手段を制御する制御部と、
を有する、プラズマエッチング装置。
【請求項２】
前記複数の供給部は、前記基板の径方向中心側の部分に処理ガスを供給する第１の供給部と、前記中心側の部分よりも前記基板の径方向外周側の部分に処理ガスを供給する第２の供給部と、
を有し、
前記第２の供給部により処理ガスが供給される前記基板部分の活性種濃度分布において、前記供給された処理ガスの拡散の影響が支配的であるなら、前記制御部は、前記第２の供給部により供給される処理ガスの第１の供給条件を調整するように前記調節手段を制御するものであり、
前記第２の供給部より処理ガスが供給される前記基板部分の活性種濃度分布において、前記供給された処理ガスの流れの影響が支配的であるなら、前記制御部は、前記第１の供給部により供給される処理ガスの第２の供給条件を調整するように前記調節手段を制御するものである、
請求項１に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項３】
前記第２の供給部により処理ガスが供給される前記基板部分における、処理ガスの流速をｕとし、処理ガスの拡散係数をＤとし、前記保持部と前記電極板との間隔をＬとしたときに、
前記処理ガスの拡散の影響が支配的である条件は、ｕＬ／Ｄにより演算されるペクレ数が１より小さいときであり、
前記処理ガスの流れの影響が支配的である条件は、ｕＬ／Ｄにより演算されるペクレ数が１以上のときである、
請求項２に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項４】
前記第１の供給条件と前記第２の供給条件とは、いずれも処理ガスの供給流量である、請求項２又は請求項３に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項５】
前記第１の供給部と前記第２の供給部とは、いずれも２つ以上の処理ガスを混合して供給するものであり、
前記第１の供給条件と前記第２の供給条件とは、いずれも前記２つ以上の処理ガスを混合する混合比である、請求項２又は請求項３に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項６】
前記第１の供給部は、前記電極板であって、前記保持部に保持されている前記基板の中心に対向する位置を中心として同心円状に区画された複数の部分のうち、一の部分に形成された第１の供給口を含み、前記第１の供給口を介して前記空間に処理ガスを供給するものであり、
前記第２の供給部は、前記電極板であって、前記複数の部分のうち、前記一の部分よりも前記基板の径方向外周側の部分に形成された第２の供給口を含み、前記第２の供給口を介して前記空間に処理ガスを供給するものである、請求項２乃至請求項５のいずれか一項に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項７】
前記電極板の前記保持部と反対側に設けられた、前記電極板を支持する電極支持板を有し、
前記第１の供給部及び前記第２の供給部の各々は、前記電極支持板の内部又は前記電極支持板と前記電極板との間に、前記保持部に保持されている前記基板の中心に対向する位置を中心として同心円状に区画されるように形成された、第１のバッファ室及び第２のバッファ室の各々を有し、
前記第１の供給口は、前記第１のバッファ室と連通されており、
前記第２の供給口は、前記第２のバッファ室と連通されている、請求項６に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項８】
プラズマ化された処理ガスにより基板をエッチングするプラズマエッチング方法において、
処理容器内に設けられた保持部により基板を保持する保持ステップと、
前記処理容器内に設けられた、前記保持部と対向する電極板と前記保持部とに挟まれた空間に、前記基板の径方向に対して各々異なる位置に配置された複数の供給部により処理ガスを供給する処理ガス供給ステップと、
前記保持部又は前記電極板の少なくとも一方に、高周波電源により高周波電力を供給することによって、前記複数の供給部により前記空間に供給された処理ガスをプラズマ化する高周波電力供給ステップと、
を有し、
前記処理ガス供給ステップは、
前記基板上における、プラズマ化された処理ガスに含まれる活性種の濃度分布について、供給された処理ガスの拡散の影響が支配的である位置と、供給された処理ガスの流れの影響が支配的である位置とで、前記供給条件を変えるように、前記複数の供給部の各々に対応して処理ガスの供給条件を調節する調節手段を制御するものである、プラズマエッチング方法。
【請求項９】
前記複数の供給部は、前記基板の径方向中心側の部分に処理ガスを供給する第１の供給部と、前記中心側の部分よりも前記基板の径方向外周側の部分に処理ガスを供給する第２の供給部と、
を有し、
前記処理ガス供給ステップは、
前記第２の供給部により処理ガスが供給される前記基板部分の活性種濃度分布において、前記供給された処理ガスの拡散の影響が支配的であるなら、前記第２の供給部により供給される処理ガスの第１の供給条件を調整するように前記調節手段を制御するものであり、
前記第２の供給部より処理ガスが供給される前記基板部分の活性種濃度分布において、前記供給された処理ガスの流れの影響が支配的であるなら、前記第１の供給部により供給される処理ガスの第２の供給条件を調整するように前記調節手段を制御するものである、
請求項８に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項１０】
前記処理ガス供給ステップは、
前記第２の供給部により処理ガスが供給される前記基板部分における、処理ガスの流速をｕとし、処理ガスの拡散係数をＤとし、前記保持部と前記電極板との間隔をＬとしたときに、
前記供給された処理ガスの拡散の影響が支配的である条件とは、ｕＬ／Ｄにより演算されるペクレ数が１より小さいときであり、
前記供給された処理ガスの流れの影響が支配的である条件とは、前記ペクレ数が１以上のときである、
請求項９に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項１１】
前記第１の供給条件と前記第２の供給条件とは、いずれも処理ガスの供給流量である、請求項９又は請求項１０に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項１２】
前記第１の供給部と前記第２の供給部とは、いずれも２つ以上の処理ガスを混合して供給するものであり、
前記第１の供給条件と前記第２の供給条件とは、いずれも前記２つ以上の処理ガスを混合する混合比である、請求項９又は請求項１０に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項１３】
前記第１の供給部は、前記電極板であって、前記保持部に保持されている前記基板の中心に対向する位置を中心として同心円状に区画された複数の部分のうち、一の部分に形成された第１の供給口を含み、前記第１の供給口を介して前記空間に処理ガスを供給するものであり、
前記第２の供給部は、前記電極板であって、前記複数の部分のうち、前記一の部分よりも前記基板の径方向外周側の部分に形成された第２の供給口を含み、前記第２の供給口を介して前記空間に処理ガスを供給するものである、請求項９乃至請求項１２のいずれか一項に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項１４】
前記第１の供給部及び前記第２の供給部の各々は、前記電極板の前記保持部と反対側に設けられた、前記電極板を支持する電極支持板の内部又は前記電極支持板と前記電極板との間に、前記保持部に保持されている前記基板の中心に対向する位置を中心として同心円状に区画されるように形成された、第１のバッファ室及び第２のバッファ室の各々を有し、
前記第１の供給口は、前記第１のバッファ室と連通されており、
前記第２の供給口は、前記第２のバッファ室と連通されている、請求項１３に記載のプラズマエッチング方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−５１３１５（Ｐ２０１３−５１３１５Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８８６００（Ｐ２０１１−１８８６００）
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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