JP5192214B2 - ガス供給装置、基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

ガス供給装置、基板処理装置および基板処理方法 Download PDF

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Description

本発明は、基板に対してプラズマエッチング等の基板処理を行う際に、処理容器にガスを供給するガス供給装置、およびこのようなガス供給装置を含む基板処理装置、ならびに基板処理方法に関する。
半導体装置や液晶表示装置等の電子デバイスの製造プロセスにおいては、基板の表面に所定の膜を形成する成膜処理や、基板上に形成された膜を所定パターンに加工するエッチング処理などの基板処理が行われる。
このような基板処理においては、高い反応性を得る観点からプラズマが用いられることがあり、特にエッチング処理にはプラズマエッチング装置が多用されている。プラズマエッチング装置は、基板を収容する処理容器内に、基板を載置する下部電極と、下部電極と対向して設けられ、下部電極の基板に向けてガスを噴出するシャワーヘッドを構成する上部電極とを有している。そして、シャワーヘッドから所定の混合ガスを噴出しつつ両電極間に高周波電界を形成してプラズマを生成し、このプラズマにより基板上の膜をエッチングする。
このようなプラズマエッチング装置において、エッチングレートやエッチング選択比などのエッチング特性は基板上に供給されるガス濃度に影響されるため、エッチング特性を基板面内において均一にする観点から、基板面内においてガス分布を調整する手法が種々提案されている。
例えば特許文献１には、比較的簡単な配管構成で処理容器の複数箇所に任意の混合ガスを供給してガス分布を調整する技術が開示されている。また、特許文献２には、処理ガスを第１および第２の流路に分岐させてシャワーヘッドの第１および第２の部位から吐出するようにし、これら流路を介して所定の付加ガスを流せるようにして、ガス成分や流量を調整し、簡単な配管構成および制御で処理容器の複数箇所に任意の混合ガスを供給してガス分布を調整する技術が開示されている。さらに、特許文献３には、処理ガスを第１および第２の流路に分岐させてシャワーヘッドの第１および第２の部位から吐出するようにし、それとは別個に所定の付加ガスを吐出可能にして、より高い自由度でガス成分や流量を調整し、簡単な配管構成および制御で処理容器の複数箇所に任意の混合ガスを供給してガス分布を調整する技術が開示されている。
特開平２００６−１６５３９９号公報 特開平２００７−２０７８０８号公報 特開平２００７−２１４２９５号公報
しかしながら、基板の面内均一性のスペックがより厳しくなっており、特に、基板のエッジの最外周の特性補正を行うことが困難であり、単に上記技術を採用しただけでは、面内均一性が十分とは言えない場合が生じる。また、プロセスによっては付加ガスを用いる必要のない場合もあるが、上記特許文献３のように付加ガスのラインを別途に設けた際には、付加ガスを用いない場合に、付加ガス吐出用の吐出孔にデポが生じたり吐出孔付近で異常放電が生じたりするという問題が生じるおそれがある。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、簡易な配管構成を採用しながら、基板の最外周の特性補正を有効に行うことができるガス供給装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、基板の最外周の特性を有効に補正して基板の面内で均一な処理を行うことが可能な基板処理装置および基板処理方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、処理ガスの他に付加ガスを供給可能であって、付加ガスを供給しない場合にデポや異常放電が生じ難いガス供給装置、ならびに基板処理装置および基板処理方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の第１の観点では、被処理基板が配置された処理室内にガスを供給するガス供給装置であって、前記処理室内において、その中に配置された被処理基板に対向して設けられ、前記処理室内にガスを導入する複数のガス導入部を有するガス導入部材と、被処理基板を処理する処理ガスを前記ガス導入部材に向けて供給する処理ガス供給部と、前記処理ガス供給部からの処理ガスを流す処理ガス供給流路と、前記処理ガス供給流路から分岐し、前記ガス導入部材に接続され、所定の分流割合で前記処理ガスを供給する複数の分岐流路と、前記処理ガスによる処理特性を調整するための付加ガスを前記ガス導入部材に向けて供給する付加ガス供給部と、前記付加ガス供給部からの付加ガスを流し、前記ガス導入部材に接続された付加ガス供給流路とを具備し、前記複数のガス導入部は、前記被処理基板の配置領域にガスを供給する複数の内側ガス導入部と、前記被処理基板の外縁よりも外側の領域にガスを導入する外側ガス導入部を有し、前記複数の分岐流路は前記複数の内側ガス導入部に接続され、前記付加ガス供給流路は前記外側ガス導入部に接続されており、前記外側ガス導入部に前記付加ガスと前記処理ガスを選択的に供給可能な切換機構を有することを特徴とするガス供給装置を提供する。
上記第１の観点において、前記ガス導入部材は、複数のガス導入部が同心状に設けられ、最外側が前記外側ガス導入部であり、その内側に複数の内側ガス導入部が配置されている構成とすることができる。また、前記ガス導入部材は、内部にガス拡散空間を有し、下壁に複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドを構成し、前記ガス拡散空間が前記複数のガス導入部に対応して複数のガス拡散室に区画されている構成とすることができる。そして、前記ガス導入部材の前記複数のガス導入部は、前記内側ガス導入部として、前記被処理基板の中心領域に前記処理ガスを導入する第１ガス導入部と、前記被処理基板の周辺領域に前記処理ガスを導入する第２ガス導入部とを有し、前記第２ガス導入部の外側に前記外側ガス導入部として第３ガス導入部を有し、前記複数の分岐流路は、第１分岐流路と第２分岐流路とを有し、これらはそれぞれ前記第１ガス導入部および前記第２ガス導入部に接続されている構成とすることができる。
また、前記切換機構は、前記付加ガス供給流路と前記処理ガス供給流路またはいずれかの前記分岐流路とを繋ぐバイパス配管と、前記付加ガス供給流路側および前記バイパス配管側の接続を選択的に切り換えるバイパスバルブとを有する構成とすることができる。
本発明の第２の観点では、被処理基板が配置された処理室内にガスを供給するガス供給装置であって、被処理基板を処理する処理ガスを前記処理室に向けて供給する処理ガス供給部と、前記処理室に処理ガスを導入する処理ガス導入部と、前記処理ガス供給部からの処理ガスを前記処理ガス導入部へ供給する処理ガス供給路と、前記処理ガスによる処理特性を調整するための付加ガスを前記処理室に向けて供給する付加ガス供給部と、前記処理室に付加ガスを導入する付加ガス導入部と、前記付加ガス供給部からの付加ガスを前記付加ガス導入部へ供給する付加ガス供給路と、前記付加ガスを処理容器内に導入しない場合に、前記付加ガス導入部へ処理ガスが流れるように切り換える切換機構とを具備し、前記処理ガス供給路は、前記処理ガス導入部から延びる主流路と、主流路から分岐した複数の分岐流路とを有し、前記処理ガス導入部は前記分岐流路に対応して複数設けられ、前記処理室内において、その中に配置された被処理基板に対向して設けられ、前記処理室内にガスを導入するガス導入部材をさらに具備し、前記ガス導入部材は、前記複数の処理ガス導入部および前記付加ガス導入部を有しており、前記ガス導入部材は、内部にガス拡散空間を有し、下壁に複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドを構成し、前記ガス拡散空間が前記複数の処理ガス導入部および前記付加ガス導入部に対応して複数のガス拡散室に区画され、前記ガス導入部材の前記複数の処理ガス導入部は、前記被処理基板の中心領域に前記処理ガスを導入する第１ガス導入部と、前記被処理基板の周辺領域に前記処理ガスを導入する第２ガス導入部とを有し、前記付加ガス導入部は前記第２ガス導入部の外側に設けられ、前記被処理基板の外縁よりも外側の領域に付加ガスを供給することを特徴とするガス供給装置を提供する。
上記第２の観点において、前記切換機構は、前記付加ガス供給流路と前記処理ガス供給流路とを繋ぐバイパス配管と、前記付加ガス供給流路側および前記バイパス配管側の接続を選択的に切り換えるバイパスバルブとを有する構成とすることができる。
上記第１、第２の観点において、前記付加ガスは、前記処理ガスとは異なるガスとすることができる。また、前記処理ガスは複数のガスを含み、前記付加ガスは、これら複数のガスと異なるガスとすることができるし、また、前記処理ガスを構成するガスの一部とすることもできる。
本発明の第３の観点では、その中に被処理基板が配置される処理室と、前記処理室内にガスを供給するガス供給装置とを具備し、前記ガス供給装置から被処理基板を処理するための処理ガスを前記処理室内に供給して被処理基板に所定の処理を施す基板処理装置であって、前記ガス供給装置は、前記処理室内において、その中に配置された被処理基板に対向して設けられ、前記処理室内にガスを導入する複数のガス導入部を有するガス導入部材と、被処理基板を処理する処理ガスを前記ガス導入部材に向けて供給する処理ガス供給部と、前記処理ガス供給部からの処理ガスを流す処理ガス供給流路と、前記処理ガス供給流路から分岐し、前記ガス導入部材の前記複数のガス導入部に接続され、所定の分流割合で前記処理ガスを供給する複数の分岐流路と、前記処理ガスによる処理特性を調整するための付加ガスを前記ガス導入部材に向けて供給する付加ガス供給部と、前記付加ガス供給部からの付加ガスを流し、前記ガス導入部材に接続された付加ガス供給流路とを備え、前記ガス導入部材は、前記処理室に配置された被処理基板の外縁よりも外側の領域にガスを導入する外側ガス導入部を有し、前記付加ガス供給流路は、前記外側ガス導入部に接続されており、前記外側ガス導入部に前記付加ガスと前記処理ガスを選択的に供給可能な切換機構を有することを特徴とする基板処理装置を提供する。
本発明の第４の観点では、その中に被処理基板が配置される処理室と、前記処理室内にガスを供給するガス供給装置とを具備し、前記ガス供給装置から被処理基板を処理するための処理ガスを前記処理室内に供給して被処理基板に所定の処理を施す基板処理装置であって、前記ガス供給装置は、被処理基板を処理する処理ガスを前記処理室に向けて供給する処理ガス供給部と、前記処理室に処理ガスを導入する処理ガス導入部と、前記処理ガス供給部からの処理ガスを前記処理ガス導入部へ供給する処理ガス供給路と、前記処理ガスによる処理特性を調整するための付加ガスを前記処理室に向けて供給する付加ガス供給部と、前記処理室に付加ガスを導入する付加ガス導入部と、前記付加ガス供給部からの付加ガスを前記付加ガス導入部へ供給する付加ガス供給路と、前記付加ガスを処理容器内に導入しない場合に、前記付加ガス導入部へ処理ガスが流れるように切り換える切換機構とを備え、前記処理ガス供給路は、前記処理ガス導入部から延びる主流路と、主流路から分岐した複数の分岐流路とを有し、前記処理ガス導入部は前記分岐流路に対応して複数設けられ、前記処理室内において、その中に配置された被処理基板に対向して設けられ、前記処理室内にガスを導入するガス導入部材をさらに具備し、前記ガス導入部材は、前記複数の処理ガス導入部および前記付加ガス導入部を有しており、前記ガス導入部材は、内部にガス拡散空間を有し、下壁に複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドを構成し、前記ガス拡散空間が前記複数の処理ガス導入部および前記付加ガス導入部に対応して複数のガス拡散室に区画され、前記ガス導入部材の前記複数の処理ガス導入部は、前記被処理基板の中心領域に前記処理ガスを導入する第１ガス導入部と、前記被処理基板の周辺領域に前記処理ガスを導入する第２ガス導入部とを有し、前記付加ガス導入部は前記第２ガス導入部の外側に設けられ、前記被処理基板の外縁よりも外側の領域に付加ガスを供給することを特徴とする基板処理装置を提供する。
上記第３、第４の観点において、前記基板処理装置は、前記処理ガスと前記付加ガスのプラズマを生成するプラズマ生成機構をさらに具備し、生成したプラズマにより被処理基板を処理するものとすることができる。
本発明の第５の観点では、被処理基板が配置された処理容器内に処理ガスを導入して被処理基板に所定の処理を施す基板処理方法であって、前記被処理基板の配置領域に所定の分流割合で処理ガスを複数部位から供給し、処理ガスによる処理特性を調整するための付加ガスを前記複数部位よりも外側の外側部位から前記被処理基板の外縁よりも外側の領域に供給して、被処理基板に被処理基板の所定の膜をプラズマエッチングするプラズマエッチング処理を施し、前記付加ガスは、前記処理室内の被処理基板の周縁部分において反応生成物が低下する場合に、反応生成物を生成する成分を含むガスであることを特徴とする基板処理方法を提供する。
本発明の第６の観点では、被処理基板が配置された処理容器内に処理ガスを導入して被処理基板に所定の処理を施す基板処理方法であって、前記被処理基板の配置領域に所定の分流割合で処理ガスを複数部位から供給し、処理ガスによる処理特性を調整するための付加ガスを前記複数部位よりも外側の外側部位から前記被処理基板の外縁よりも外側の領域に供給して、被処理基板に被処理基板の所定の膜をプラズマエッチングするプラズマエッチング処理を施し、前記付加ガスは、前記処理室内の被処理基板の周縁部分において被エッチング膜の膜中成分が低下する場合に、膜中成分を生成するガスであることを特徴とする基板処理方法を提供する。
上記第５および第６の観点において、前記複数部位は同心状に設けられ、前記外側部位は前記複数部位の外側に同心状に設けられている構成をとることができる。この場合に、前記複数部位は、前記被処理基板の中心領域に対応する第１の部位と、前記被処理基板の周辺領域に対応する第２の部位とを有するものとすることができる。
本発明によれば、処理室内に設けたガス導入部材を、複数の内側ガス導入部と、外側ガス導入部とを有する構成とし、複数の内側ガス導入部から被処理基板の配置領域に分流量を調整して処理ガスを供給し、外側ガス導入部から被処理基板の外縁よりも外側の領域に処理ガスによる処理特性を調整するための付加ガスを流すようにしたので、被処理基板の最外周部分における処理特性を有効に補正して最適化することができ、処理特性をより均一にすることができる。すなわち、被処理基板の周縁領域に付加ガスを供給しても、被処理基板の最外周部分の処理特性を補正することが困難であるが、付加ガスを被処理基板の外縁から外側の部分に供給すれば、付加ガスが被処理基板の最外周部分に有効に作用してその部分の処理特性を補正することができる。
また、処理室に、処理ガスを導入する処理ガス導入部と、付加ガスを導入する付加ガス導入部を設け、被処理基板に処理ガスおよび付加ガスを供給可能な構成において、付加ガスを処理容器内に導入しない場合に、付加ガス導入部へ処理ガスが流れるように切り換える切換機構を設けたので、付加ガスを導入しない場合に付加ガス導入部から処理ガスを流すことができ、処理中に付加ガス導入部のガス吐出孔に何も通流しないことを阻止することができ、付加ガス導入部のガス吐出孔にデポが生じたり、処理がプラズマ処理である場合に、ガス吐出孔で異常放電が生じたりする問題を防止することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るガス供給装置が適用された基板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り、図２は、図１の装置におけるシャワーヘッドの底面図である。
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。
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の外側にはバッフル板１４が設けられている。また、支持テーブル２とチャンバ１の底壁との間には空洞部７が形成されている。
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、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半導体ウエハ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。
上記シャワーヘッド１６は、チャンバ１の天壁部分に嵌め込まれている。このシャワーヘッド１６は、チャンバ１内のウエハ中心領域（センター領域）にガスを導入する第１ガス導入部５１と、チャンバ１内のウエハ周辺領域（エッジ領域）にガスを導入する第２ガス導入部５２と、第２ガス導入部５１よりも外側領域にガスを導入する第３ガス導入部５３とを有しており、これらが同心状に配置されている。
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電極板１８とを有している。シャワーヘッド本体１６ａの底壁および電極板１８を貫通するように多数のガス吐出孔１７が設けられており、シャワーヘッド本体１６ａの内部にはガス拡散空間４０が設けられている。このガス拡散空間４０は、例えばＯリングからなる第１環状隔壁部材４２および第２環状隔壁部材４３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とさらにその外側（最外周）の第３ガス拡散室４０ｃに区画されており、これら第１ガス拡散室４０ａ、第２ガス拡散室４０ｂ、第３ガス拡散室４０ｃから上記多数のガス吐出孔１７が下方に延びている。そして、第１ガス拡散室４０ａとその下面に設けられている多数のガス吐出孔１７とで第１ガス導入部５１が構成され、第２ガス拡散室４０ｂとその下面に設けられている多数のガス吐出孔１７とで第２ガス導入部５２が構成され、第３ガス拡散室４０ｃとその下面に設けられている多数のガス吐出孔１７とで第３ガス導入部５３が構成される。
第１および第２ガス拡散室４０ａ，４０ｂにはエッチングのための処理ガスが供給されウエハＷに向けてエッチングガスを吐出可能となっている。第３ガス拡散室４０ｃには付加ガスが供給される。第３ガス拡散室４０ｃに対応するガス吐出孔１７は、サセプタ１６に載置されているウエハＷの外縁よりも外側の領域に対応し、ウエハＷの外縁よりも外側の領域に付加ガスを吐出可能となっている。
第１ガス拡散室４０ａおよび第２ガス拡散室４０ｂには、共通の処理ガス供給部６６から処理ガスが所望の流量比で供給されるようになっている。すなわち、処理ガス供給部６６からのガス供給管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、ガス導入口６２ａ，６２ｂからの処理ガスがガス導入室４０ａ、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３ガス拡散室４０ｃ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からのガス供給管７６は、シャワーヘッド本体１６ａに形成されたガス導入口６２ｃに接続され、付加ガスはガス導入口６２ｃを介して第３ガス拡散室４０ｃに至る。そして、シャワーヘッド１６、処理ガス供給部６６、付加ガス供給部７５、分流量調整機構７１および配管系によりガス供給装置６０が構成されている。
図３はガス供給装置の構成を示す模式図である。処理ガス供給部６６は、処理ガスの数に応じた複数、例えば３つの処理ガス供給源６７ａ，６７ｂ，６７ｃを有しており、これらから、それぞれガス配管６８ａ，６８ｂ，６８ｃが延びており、これらガス配管６８ａ，６８ｂ，６８ｃには、流量制御器としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）６９および開閉バルブ７０が設けられていて、複数種の処理ガスを各々所望の流量で供給可能となっている。これらガス配管６８ａ，６８ｂ，６８ｃは上記ガス供給配管６４に合流しており、ガス供給配管６４では複数のガスが混合した混合ガスが通流される。なお、処理ガス供給源は、処理ガスの数に応じて設けられるものであり、２個以下または４個以上でもよいことは言うまでもない。
分流量調整機構７１は、分岐管６４ａ，６４ｂにそれぞれ設けられた流量制御弁７１ａ，７１ｂおよび圧力センサ７２ａ，７２ｂを有している。処理ガス供給部６６から第１ガス拡散室４０ａおよび第２ガス拡散室４０ｂまでの流路のコンダクタンスは等しいので、流量制御弁７１ａ，７１ｂにより第１ガス拡散室４０ａと第２ガス拡散室４０ｂに供給する処理ガスの流量比を任意に調整することができる。実際の流量調整は、分岐管６４ａ，６４ｂに設けられた圧力センサ７２ａ，７２ｂの検出値に基づいて流量制御弁７１ａ，７１ｂの開度を調整することにより行われる。
付加ガス供給部７５は、ガス供給配管７６に接続された付加ガス供給源７７と、ガス供給管７６に設けられた流量制御器としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）７８および開閉バルブ７９を有している。
このように、第１ガス拡散室４０ａと第２ガス拡散室４０ｂとに導入する処理ガスの流量比を調整することで、中心側の第１ガス導入部５１からチャンバ１内に導入される処理ガスの流量ＦＣと周辺側の第２ガス導入部５２からチャンバ１内に導入されるガスの流量ＦＥとの比率（ＦＣ／ＦＥ）を任意に調整することができ、これによりラジカル分布制御（ラジカルディストリビューションコントロール；ＲＤＣ）を行うことができる。また、これら処理ガスとは独立して所定の付加ガスを処理ガスに対して所定の割合で第３ガス導入部５３の第３ガス拡散室４０ｃからチャンバ１内のウエハＷの外縁よりも外側部分に導入することができる。
付加ガスを供給するガス供給配管７６と分岐管６４ｂとの間は、バイパス配管８０で接続されており、ガス供給配管７６とバイパス配管８０の合流点には切換バルブ８１が設けられている。切換バルブ８１は例えば三方弁からなり、付加ガスを供給する場合にはバイパス配管８０との接続を遮断して付加ガスが第３ガス拡散室４０ｃに供給されるようにし、付加ガスを供給しない場合には付加ガス供給部７５側との接続を遮断してバイパス配管８０を介して処理ガスが第３ガス拡散室４０ｃに供給されるようにする。すなわち、処理中に付加ガスを必要としない場合に、第３ガス拡散室４０ｃに対応するガス吐出孔１７に何も流れないことを防止することが可能となっている。
チャンバ１の底壁には、排気管１９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。
プラズマエッチング装置の各構成部、例えば、処理ガス供給部６６、分流量調整機構７１、付加ガス供給部７５、高周波電源１０、整合器１１、直流電源１３、冷媒制御装置８、伝熱ガス供給装置９、排気装置２０等は、マイクロプロセッサ（コンピュータ）からなる制御部（プロセスコントローラ）９０に接続されて制御される構成となっている。また、制御部９０には、オペレータがプラズマエッチング装置を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマ処理装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース９１が接続されている。
さらに、制御部９０には、プラズマエッチング装置で実行される各種処理を制御部９０の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマエッチング装置の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわちレシピが格納された記憶部９２が接続されている。レシピは記憶部９２中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体はハードディスクのような固定的なものであってもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース９１からの指示等にて任意のレシピを記憶部９２から呼び出して制御部９０に実行させることで、制御部９０の制御下で、プラズマエッチング装置での所望の処理が行われる。
次に、以上のように構成されたプラズマエッチング装置の処理動作について説明する。この際の処理動作は上述した制御部９０により制御される。
まず、ゲートバルブ２４を開にして搬送アームにてウエハＷをチャンバ１内に搬入し、支持テーブル２上に載置した後、搬送アームを退避させてゲートバルブ２４を閉にし、排気装置２０の真空ポンプにより排気管１９を介してチャンバ１内を所定の真空度にする。
そして、処理ガス供給部６６からエッチングのための処理ガスを所定の流量および比率で第１ガス拡散室４０ａおよび第２ガス拡散室４０ｂへ供給し、第１ガス導入部５１と第２ガス導入部５２の処理ガス比率を調整する。また、第３ガス導入部５３の第３ガス拡散室４０ｃには所定の付加ガスを供給する。そして、これらのガスをガス吐出孔１７を介してチャンバ１内へ供給しつつ、排気装置２０の真空ポンプによりチャンバ１内を排気し、その中の圧力を例えば１〜１５０Ｐａの範囲内の設定値とする。
ここで、処理ガスとしては、従来用いられている種々のものを採用することができ、例えばＣ４Ｆ８ガスのようなフロロカーボンガス（ＣｘＦｙ）に代表されるハロゲン元素を含有するガスを好適に用いることができる。さらに、ハロゲン元素を含有するガスとともに、またはハロゲン元素を含有するガスに代えてＡｒガスやＯ２ガス等の他のガスを用いることもできる。
付加ガスは、ウエハのエッチング特性に特異な部分が存在するような場合に、その部分の環境を調整してエッチングの面内均一性を高めるためのガスである。例えば、ウエハの周縁部で副生成物が少ないためにエッチング形状が細る場合があるが、その場合には副生成物を生成するガスを付加ガスとして供給することが有効である。また、例えば、ウエハの周縁部で膜の構成成分に対応するガスが少ないためにエッチング形状が細る場合があるが、その場合にはその膜の構成成分に対応するガスを付加ガスとして供給することが有効である。
なお、付加ガスとしては、処理ガスの一部を用いることもできるし、処理ガスとは全く異なるガスを用いることもできる。
このようにチャンバ１内に処理ガスおよび付加ガスを導入した状態で、高周波電源１０から支持テーブル２に、周波数が１０ＭＨｚ以上、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給する。このとき、直流電源１３から静電チャック６の電極６ａに所定の電圧が印加され、ウエハＷは例えばクーロン力により吸着される。
このようにして下部電極である支持テーブル２に高周波電力が印加されることにより、上部電極であるシャワーヘッド１６と下部電極である支持テーブル２との間の処理空間には高周波電界が形成され、これにより処理空間に供給された処理ガスがプラズマ化されて、そのプラズマ中のラジカルやイオンによってウエハＷの被エッチング膜がエッチングされる。
この場合に、上記特許文献１〜３にあるように、処理ガスの流量をウエハＷの中心領域と周辺領域とで調整するラジカル分布制御（ＲＤＣ）と、付加ガスをウエハＷの周辺領域に流すことにより、処理によってはエッチング特性を均一にすることができる。
しかしながら、ハードマスク層として用いられるＳｉＮ膜や、低誘電率（Ｌｏｗ−ｋ）層間絶縁膜のような有機系膜のエッチングにおいては、ウエハＷの最外周部分において、エッチング特性、特にＣＤ（クリティカルデメンジョン）が急激に変化する。具体的にはウエハＷの最外周部分において、レジストの細りが生じる傾向にある。この場合には、単に上記特許文献１〜３のようなハード構成を用いてラジカル分布制御および付加ガスの供給を行っても、必ずしもエッチング特性の均一化を達成することができない。
そこで、本実施形態では、第１ガス導入部５１および第２ガス導入部５２の２系統で比率調整して流すようにしたことに加え、第３ガス導入部５３において、付加ガスをウエハＷ外縁よりも外側に対応する位置に導入するようにした。
これにより、ウエハＷの最外周部分におけるエッチング特性を有効に補正して最適化することができ、エッチング特性をより均一にすることができる。すなわち、ウエハＷのエッジ領域に付加ガスを供給しても、ウエハＷの最外周部分のエッチング特性を補正することは困難であるが、付加ガスをウエハＷの外縁から外側の部分に供給することにより、付加ガスがウエハＷの最外周部分に有効に作用してその部分のエッチング特性を補正することができる。
また、付加ガスは、ウエハＷのミドル領域およびセンター領域にも拡散し、これらの領域の環境にも変化をもたらすが、第１ガス導入部５１および第２ガス導入部５２の間で処理ガスの比率を調整することによりその影響をキャンセルすることができる。
このようなエッチング特性の補正を図４を参照して具体的に示すと、例えば、ＳｉＮ膜をエッチングの際に、処理ガスとしてＣＨ２Ｆ２ガス、ＣＦ４ガス、Ａｒガス、Ｏ２ガスを用い、付加ガスを用いない場合には、（ａ）に示すようにエッチングＣＤがミドル領域を過ぎたあたりから大きく低下する傾向がある。また、上記処理ガスとともに付加ガスとしてＣＨ２Ｆ２ガスをウエハのエッジ領域に供給した場合には、（ｂ）に示すようにＣＤ分布は改善されるもののウエハＷの最外周部分にＣＤが低下する部分が生じ、この部分はラジカル密度空間分布制御を行っても改善されない。これに対して、本実施形態のように、ウエハＷの外縁よりも外側部分に付加ガスとしてＣＨ２Ｆ２ガスを供給した場合には、（ｃ）に示すようにウエハＷの最外周部分のＣＤ補正効果を最適化することができる。（ｃ）におけるウエハの中心領域のＣＤ低下は、第１ガス導入部５１および第２ガス導入部５２の間で処理ガスの比率を調整してラジカル密度空間分布制御を行うことにより（ｄ）のように平坦化することができ、ＣＤの均一性を極めて高くすることができる。なお、図４は概略の傾向を模式的に示したものである。
また、プロセスによっては付加ガスを用いる必要のない場合もあるが、その場合に、単に付加ガスの供給を停止したのでは、第３ガス拡散室４０ｃに対応するガス吐出孔１７に何も流れない状態となり、この状態でチャンバ１内にプラズマを生成すると、プラズマが第３ガス拡散室４０ｃに対応するガス吐出孔１７にプラズマが入り込み、異常放電が生じたり、デポが生じたりする。
そこで、本実施形態では、付加ガスを供給するガス供給配管７６と分岐管６４ｂとの間をバイパス配管８０で接続し、切換バルブ８１により第３ガス拡散室４０ｃに付加ガスと処理ガスとを選択的に供給することができるようにし、付加ガスを流す必要のない場合に、切換バルブ８１をバイパス配管８０側にして第３ガス拡散室４０ｃに処理ガスを流すことにより、このような異常放電やデポの問題を解消することができる。
次に、本発明を想到するに至った実験結果について詳細に説明する。
ここでは、Ｓｉ基板上にＳｉＮ膜を２００ｎｍ、その上にポリビニルアルコール系の樹脂膜（ＯＰＬ）を２８７ｎｍ、さらにその上に反射防止膜（Ｓｉ−ＡＲＣ）を８０ｎｍ形成し、さらにその上にフォトレジスト膜（ＰＲ）を形成した後、フォトレジスト膜をフォトリソグラフィー工程によりＣＤ（ライン幅）８０ｎｍにパターン化した３００ｍｍウエハを用い、シャワーヘッド１６の最外側のガス吐出孔がウエハ配置領域内（中心から１４０ｍｍ）である以外は図１と同様の装置を用いて、ＳｉＮ膜までエッチングした。このとき、処理ガスとしてＣＨＦ３ガス、ＣＦ４ガス、Ａｒガス、およびＯ２ガスを用い、これらの流量をＣＨＦ３／ＣＦ４／Ａｒ／Ｏ２＝３０／９０／６００／１５ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）とし、処理ガスの比率をセンター：エッジ＝４５：５５とし、チャンバ内圧力：１６．６Ｐａ（１２５ｍＴｏｒｒ）、高周波パワー：６００Ｗの条件でエッチングを行った。なお、その結果、図５の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真で示すように、パターンが密（Ｄｅｎｓｅ）の部分および疎（Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）の部分のいずれも、中心領域に比べて周辺領域のライン部分が細くなることが確認された。なお、図中の数字は、左側がトップのＣＤ値（ｎｍ）を示し、右側がボトムのＣＤ値（ｎｍ）を示す。
次に、同様の装置を用い、処理ガスとしてＣＨ２Ｆ２ガス、ＣＦ４ガス、Ａｒガス、およびＯ２ガスを用い、これらの流量をＣＨ２Ｆ２／ＣＦ４／Ａｒ／Ｏ２＝２０／８０／１５０／２１ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）とし、ガス比率をセンター：エッジ＝４５：５５とし、チャンバ内圧力：１８．６Ｐａ（１４０ｍＴｏｒｒ）、高周波パワー：７００Ｗの条件でＣＤ（ライン幅）８０ｎｍでＳｉＮ膜をエッチングした。この場合のＤｅｎｓｅ部およびＩｓｏｌａｔｉｏｎ部のウエハ径方向のＣＤシフト量について図６の（ａ）、（ｂ）に示す。これら図からもウエハのエッジ部分においてＣＤが低下することがわかる。
このようなウエハのエッジ部分のＣＤ低下に相関のある指標について調査した結果、図７に示すように、反応生成物（副生成物）であるＣＮ系物質の濃度と相関があり、ウエハのエッジ部分において反応生成物の濃度が低下することが判明した。なお、図７はウエハの０．５ｍｍ上の位置についてシミュレーションを行ったデータである。図７の結果から、ウエハエッジ部分におけるＣＤの低下は、ウエハエッジ部分において反応生成物（ＣＮ系物質）の濃度が低下していることに起因するものと推測される。
そこで、上記実験で用いたシャワーヘッド１６の最外側のガス吐出孔がウエハ配置領域内（中心から１４０ｍｍ）である装置を用い、付加ガスとして反応生成物であるＣＮ系物質に代わるガスであるＣＨ２Ｆ２ガスを用いて、処理ガスを供給すると同時にこのＣＨ２Ｆ２ガスを上記最外側のガス吐出孔（図１の装置における第２ガス拡散室に相当）からウエハのエッジ部分に吐出した。この場合のＤｅｎｓｅ部およびＩｓｏｌａｔｉｏｎ部のウエハ径方向のＣＤシフト量について図８の（ａ）、（ｂ）に示す。これら図から、ウエハのエッジ部分のＣＤの低下が緩和し、付加ガスによりＣＤの均一性が改善しているものの、ウエハの最外周部におけるＣＤの低下が解消されていないことがわかる。
これに対して、本発明に従って付加ガスであるＣＨ２Ｆ２ガスをウエハの外縁よりも外側部分（中心から１５６ｍｍ）に供給するようにした結果、ウエハの最外周部におけるＣＤの低下を補正することができた。図９は直接ＣＤシフト量を示したものではないが、ＣＤシフト量と強い相関のあるＳｉＮ膜のレジスト膜に対する選択比シフト量を示すものであり、（ａ）が付加ガスであるＣＨ２Ｆ２ガスをウエハのエッジ部に供給した場合、（ｂ）はウエハの外縁よりも外側部分に供給した場合を示す。これらの図に示すように、（ａ）では、ウエハ最外周部で選択比が低下しているのに対し、（ｂ）ではウエハ最外周部で選択比が上昇して最大値を示している。そして、このような状態からは、ＲＤＣ制御により容易にエッチング特性の均一化を図ることができる。
以上は、雰囲気中の反応生成物（副生成物）の濃度がエッジ部分のエッチング特性に影響を与えていた場合であるが、膜の成分そのものの濃度がエッジ部分のエッチング特性に影響を与えることもある。例えば、アモルファスカーボン（ａ−Ｃ）や有機膜のエッチングにおいては、膜の成分であるＣの濃度がウエハのエッジ部分の雰囲気中で低くなる結果、ウエハのエッジ部分でＣＤが低下する傾向にある。この場合には、付加ガスとして膜成分であるＣを増加させるガス、例えばＣＯガスを用いることができ、このような付加ガスによりＣＤ等のエッチング特性を均一にすることができる。
次に、本発明を用いて実際にエッチング特性を均一化した実例について説明する。
図１０に示すような、Ｓｉ基板１０１上にハードマスクとしてＳｉＮ膜１０２を形成し、その上に反射防止膜（ＢＡＲＣ）１０３を形成し、その上にフォトレジスト膜１０４を形成した後、フォトレジスト膜（ＰＲ）１０４をフォトリソグラフィー工程によりパターン化したウエハサンプルを作成し、図１の装置によりＢＡＲＣ１０３およびＳｉＮ膜１０２にエッチング処理を施した。
共通条件として、ウエハ温度を６０℃、センター領域とエッジ領域との処理ガスの流量比をセンター：エッジ＝４５：５５とし、ＢＡＲＣ１０３のエッチングの際には、処理ガスとしてＣＦ４ガス、Ａｒガス、Ｏ２ガスを、それぞれ１２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、４２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、１５ｍＬ／ｍｉｎの流量で供給し、チャンバ内圧力を１３．３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）、高周波パワーを８００Ｗに設定してプラズマエッチングを行い、ＳｉＮ膜１０２のエッチングの際には、処理ガスとしてＣＨ２Ｆ２ガス、ＣＦ４ガス、Ａｒガス、Ｏ２ガスを、それぞれ２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、８０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、１５０ｍＬ／ｍｉｎ、２０ｍＬ／ｍｉｎの流量で供給し、さらに第３ガス拡散領域４０ｃを介してウエハ外縁よりも外側部分に付加ガスとしてＣＮ系反応生成物を形成するＣＨ２Ｆ２ガスを２ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の流量で供給し、チャンバ内圧力を１８．６Ｐａ（１４０ｍＴｏｒｒ）、高周波パワーを７００Ｗに設定してプラズマエッチングを行った。なお、ＢＡＲＣのエッチングの際には、第３ガス領域４０ｃから処理ガスを供給した。
その結果、ＳｉＮ膜１０２のエッチングの際には、付加ガスとしてのＣＨ２Ｆ２ガスの作用により、ウエハの最外周部分のＣＤが補正されて均一性の高いエッチングを実現することができた。また、ＢＡＲＣ１０３のエッチングの際には、付加ガスを供給しなかったが、付加ガス供給用の第３ガス拡散領域４０ｃから処理ガスを吐出したので、異常放電やデポは生じなかった。
次に、図１１に示すような、Ｓｉ基板２０１上にハードマスクとしてＳｉＮ膜２０２を形成し、その上にアモルファスカーボン（ａ−Ｃ）膜２０３を形成し、その上にＳｉＯ２膜２０４を形成し、さらにその上にフォトレジスト膜（ＰＲ）２０５を形成した後、フォトレジスト膜２０５をフォトリソグラフィー工程によりパターン化したウエハサンプルを作成し、図１の装置によりＳｉＯ２膜２０４およびａ−Ｃ膜２０３にエッチング処理を施した。
共通条件として、ウエハ温度を２０℃、センター領域とエッジ領域との処理ガスの流量比をセンター：エッジ＝５０：５０とし、ＳｉＯ２膜２０４のエッチングの際には、処理ガスとしてＣＦ４ガスを１５０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の流量で供給し、チャンバ内圧力を１０．６Ｐａ（８０ｍＴｏｒｒ）、高周波パワーを４００Ｗに設定してプラズマエッチングを行い、ａ−Ｃ膜２０３のエッチングの際には、処理ガスとしてＯ２ガス、Ａｒガスを、それぞれ１８０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、３００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の流量で供給し、さらに第３ガス拡散領域４０ｃを介してウエハ外縁よりも外側部分に付加ガスとして雰囲気中の膜成分を増加させるガスであるＣＯガスを２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の流量で供給し、チャンバ内圧力を４．０Ｐａ（３０ｍＴｏｒｒ）、高周波パワーを５００Ｗに設定してプラズマエッチングを行った。なお、ＳｉＯ２膜２０４のエッチングの際には、第３ガス領域４０ｃから処理ガスを供給した。
その結果、ａ−Ｃ膜２０３のエッチングの際には、付加ガスとしてのＣＯガスの作用により、ウエハの最外周部分のＣＤが補正されて均一性の高いエッチングを実現することができた。また、ＳｉＯ２膜２０４のエッチングの際には、付加ガスを供給しなかったが、付加ガス供給用の第３ガス拡散領域４０ｃから処理ガスを吐出したので、異常放電やデポは生じなかった。
次に、図１２に示すような、Ｓｉ基板３０１上にハードマスクとしてＳｉＮ膜３０２を形成し、その上にポリビニルアルコール系の樹脂膜（ＯＰＬ）３０３を形成し、その上に反射防止膜（Ｓｉ−ＡＲＣ）３０４を形成し、さらにその上にフォトレジスト膜３０５を形成した後、フォトレジスト膜３０５をフォトリソグラフィー工程によりパターン化したウエハサンプルを作成し、図１の装置によりＳｉ−ＡＲＣ３０４およびＯＰＬ３０３にエッチング処理を施した。
共通条件として、ウエハ温度を２０℃、センター領域とエッジ領域との処理ガスの流量比をセンター：エッジ＝５０：５０とし、Ｓｉ−ＡＲＣ３０４のエッチングの際には、処理ガスとしてＣＦ４ガスを１５０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の流量で供給し、チャンバ内圧力を１０．６Ｐａ（８０ｍＴｏｒｒ）、高周波パワーを４００Ｗに設定してプラズマエッチングを行い、樹脂膜３０３のエッチングの際には、処理ガスとしてＮ２ガス、Ｏ２ガス、Ｈ２ガスを、それぞれ２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、１８ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の流量で供給し、さらに第３ガス拡散領域４０ｃを介してウエハ外縁よりも外側部分に付加ガスとして雰囲気中の膜成分を増加させるガスであるＣＯガスを４０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の流量で供給し、チャンバ内圧力を２．３Ｐａ（１７ｍＴｏｒｒ）、高周波パワーを３００Ｗに設定してプラズマエッチングを行った。なお、Ｓｉ−ＡＲＣ３０４のエッチングの際には、第３ガス領域４０ｃから処理ガスを供給した。
その結果、ＯＰＬ３０３のエッチングの際には、付加ガスとしてのＣＯガスの作用により、ウエハの最外周部分のＣＤが補正されて均一性の高いエッチングを実現することができた。また、Ｓｉ−ＡＲＣ３０４のエッチングの際には、付加ガスを供給しなかったが、付加ガス供給用の第３ガス拡散領域４０ｃから処理ガスを吐出したので、異常放電やデポは生じなかった。
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、ウエハの中心領域に対応する第１ガス導入部５１とウエハの周辺領域に対応する第２ガス導入部５２に処理ガスを分流させたが、３つ以上の領域に分流させてもよい。また、必ずしもガス導入部が同心状に形成されている必要はない。また、上記実施形態では処理ガスおよび付加ガスをシャワーヘッドから導入したが、必ずしもシャワーヘッドでなくてもよく、例えば、単に配管からこれらガスを導入するようにしてもよい。
また、上記実施形態ではプラズマエッチング処理について示したが、これに限るものではなくプラズマＣＶＤ処理等の他のプラズマ処理でもよく、また、熱ＣＶＤ等の非プラズマ処理であってもよい。
さらに、上記実施形態では、被処理基板として半導体ウエハを用いた例を示したが、これに限るものではなく、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）用基板等、他の基板であってもよい。
本発明の一実施形態に係るガス供給装置が適用された基板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。 図１のプラズマエッチング装置におけるシャワーヘッドの底面図。 図１のプラズマエッチング装置に搭載されたガス供給装置の構成を示す模式図。 図１の装置を用いてエッチング特性の補正を行った例を模式的に示す図。 図１の装置を用いてＳｉＮ膜を付加ガスを用いずにエッチングした場合の中心領域と周辺領域のエッチングパターンの状態を示す走査型電子顕微鏡写真。 図１の装置を用いてＳｉＮ膜を付加ガスを用いずにエッチングした場合のＤｅｎｓｅ部およびＩｓｏｌａｔｉｏｎ部のウエハ径方向のＣＤシフト量を示す図。 図１の装置を用いてＳｉＮ膜を付加ガスを用いずにエッチングした場合の反応生成物であるＣＮ系物質の濃度分布のシミュレーション結果を示す図。 図１の装置を用いてＳｉＮ膜を付加ガスとしてＣＨ２Ｆ２ガスを用いてエッチングした場合のＤｅｎｓｅ部およびＩｓｏｌａｔｉｏｎ部のウエハ径方向のＣＤシフト量を示す図。 図１の装置を用いてＳｉＮ膜をエッチングする際に、付加ガスであるＣＨ２Ｆ２をウエハのエッジ部に供給した場合とウエハの外縁よりも外側部分に供給した場合とで、ウエハ径方向の選択比シフト量を示す図。 本発明により実際にエッチング特性を均一化した際に用いたサンプル構造例を示す図。 本発明により実際にエッチング特性を均一化した際に用いたサンプル構造例を示す図。 本発明により実際にエッチング特性を均一化した際に用いたサンプル構造例を示す図。
符号の説明
１；チャンバ
２；支持テーブル（電極）
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；ガス吐出孔
２０；排気装置
４０；ガス拡散空間
４０ａ；第１ガス拡散空間
４０ｂ；第２ガス拡散空間
４０ｃ；第３ガス拡散空間
５１；第１ガス導入部
５２；第２ガス導入部
５３；第３ガス導入部
６０；ガス供給装置
６４；ガス供給管
６４ａ，６４ｂ；分流管
６６；処理ガス供給部
６７ａ，６７ｂ，６７ｃ；処理ガス供給源
７１；分流量調整機構
７５；付加ガス供給部
７６；ガス供給配管
７７；付加ガス供給源
８０；バイパス配管
８１；切換バルブ
Ｗ；半導体ウエハ（被処理基板）

Claims (16)

  1. 被処理基板が配置された処理室内にガスを供給するガス供給装置であって、
    前記処理室内において、その中に配置された被処理基板に対向して設けられ、前記処理室内にガスを導入する複数のガス導入部を有するガス導入部材と、
    被処理基板を処理する処理ガスを前記ガス導入部材に向けて供給する処理ガス供給部と、
    前記処理ガス供給部からの処理ガスを流す処理ガス供給流路と、
    前記処理ガス供給流路から分岐し、前記ガス導入部材に接続され、所定の分流割合で前記処理ガスを供給する複数の分岐流路と、
    前記処理ガスによる処理特性を調整するための付加ガスを前記ガス導入部材に向けて供給する付加ガス供給部と、
    前記付加ガス供給部からの付加ガスを流し、前記ガス導入部材に接続された付加ガス供給流路とを具備し、
    前記複数のガス導入部は、前記被処理基板の配置領域にガスを供給する複数の内側ガス導入部と、前記被処理基板の外縁よりも外側の領域にガスを導入する外側ガス導入部を有し、前記複数の分岐流路は前記複数の内側ガス導入部に接続され、前記付加ガス供給流路は前記外側ガス導入部に接続されており、
    前記外側ガス導入部に前記付加ガスと前記処理ガスを選択的に供給可能な切換機構を有することを特徴とするガス供給装置。
  2. 前記ガス導入部材は、複数のガス導入部が同心状に設けられ、最外側が前記外側ガス導入部であり、その内側に複数の内側ガス導入部が配置されていることを特徴とする請求項１に記載のガス供給装置。
  3. 前記ガス導入部材は、内部にガス拡散空間を有し、下壁に複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドを構成し、前記ガス拡散空間が前記複数のガス導入部に対応して複数のガス拡散室に区画されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガス供給装置。
  4. 前記ガス導入部材の前記複数のガス導入部は、前記内側ガス導入部として、前記被処理基板の中心領域に前記処理ガスを導入する第１ガス導入部と、前記被処理基板の周辺領域に前記処理ガスを導入する第２ガス導入部とを有し、前記第２ガス導入部の外側に前記外側ガス導入部として第３ガス導入部を有し、
    前記複数の分岐流路は、第１分岐流路と第２分岐流路とを有し、これらはそれぞれ前記第１ガス導入部および前記第２ガス導入部に接続されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のガス供給装置。
  5. 前記切換機構は、前記付加ガス供給流路と前記処理ガス供給流路またはいずれかの前記分岐流路とを繋ぐバイパス配管と、前記付加ガス供給流路側および前記バイパス配管側の接続を選択的に切り換えるバイパスバルブとを有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のガス供給装置。
  6. 被処理基板が配置された処理室内にガスを供給するガス供給装置であって、
    被処理基板を処理する処理ガスを前記処理室に向けて供給する処理ガス供給部と、
    前記処理室に処理ガスを導入する処理ガス導入部と、
    前記処理ガス供給部からの処理ガスを前記処理ガス導入部へ供給する処理ガス供給路と、
    前記処理ガスによる処理特性を調整するための付加ガスを前記処理室に向けて供給する付加ガス供給部と、
    前記処理室に付加ガスを導入する付加ガス導入部と、
    前記付加ガス供給部からの付加ガスを前記付加ガス導入部へ供給する付加ガス供給路と、
    前記付加ガスを処理容器内に導入しない場合に、前記付加ガス導入部へ処理ガスが流れるように切り換える切換機構と
    を具備し、
    前記処理ガス供給路は、前記処理ガス導入部から延びる主流路と、主流路から分岐した複数の分岐流路とを有し、前記処理ガス導入部は前記分岐流路に対応して複数設けられ、
    前記処理室内において、その中に配置された被処理基板に対向して設けられ、前記処理室内にガスを導入するガス導入部材をさらに具備し、前記ガス導入部材は、前記複数の処理ガス導入部および前記付加ガス導入部を有しており、
    前記ガス導入部材は、内部にガス拡散空間を有し、下壁に複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドを構成し、前記ガス拡散空間が前記複数の処理ガス導入部および前記付加ガス導入部に対応して複数のガス拡散室に区画され、
    前記ガス導入部材の前記複数の処理ガス導入部は、前記被処理基板の中心領域に前記処理ガスを導入する第１ガス導入部と、前記被処理基板の周辺領域に前記処理ガスを導入する第２ガス導入部とを有し、前記付加ガス導入部は前記第２ガス導入部の外側に設けられ、前記被処理基板の外縁よりも外側の領域に付加ガスを供給することを特徴とするガス供給装置。
  7. 前記切換機構は、前記付加ガス供給流路と前記処理ガス供給流路とを繋ぐバイパス配管と、前記付加ガス供給流路側および前記バイパス配管側の接続を選択的に切り換えるバイパスバルブとを有することを特徴とする請求項６に記載のガス供給装置。
  8. 前記付加ガスは、前記処理ガスとは異なるガスであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のガス供給装置。
  9. 前記処理ガスは複数のガスを含み、前記付加ガスは、これら複数のガスと異なるガス、または前記処理ガスを構成するガスの一部であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のガス供給装置。
  10. その中に被処理基板が配置される処理室と、
    前記処理室内にガスを供給するガス供給装置と
    を具備し、
    前記ガス供給装置から被処理基板を処理するための処理ガスを前記処理室内に供給して被処理基板に所定の処理を施す基板処理装置であって、
    前記ガス供給装置は、
    前記処理室内において、その中に配置された被処理基板に対向して設けられ、前記処理室内にガスを導入する複数のガス導入部を有するガス導入部材と、
    被処理基板を処理する処理ガスを前記ガス導入部材に向けて供給する処理ガス供給部と、
    前記処理ガス供給部からの処理ガスを流す処理ガス供給流路と、
    前記処理ガス供給流路から分岐し、前記ガス導入部材の前記複数のガス導入部に接続され、所定の分流割合で前記処理ガスを供給する複数の分岐流路と、
    前記処理ガスによる処理特性を調整するための付加ガスを前記ガス導入部材に向けて供給する付加ガス供給部と、
    前記付加ガス供給部からの付加ガスを流し、前記ガス導入部材に接続された付加ガス供給流路とを備え、
    前記ガス導入部材は、前記処理室に配置された被処理基板の外縁よりも外側の領域にガスを導入する外側ガス導入部を有し、前記付加ガス供給流路は、前記外側ガス導入部に接続されており、
    前記外側ガス導入部に前記付加ガスと前記処理ガスを選択的に供給可能な切換機構を有することを特徴とする基板処理装置。
  11. その中に被処理基板が配置される処理室と、
    前記処理室内にガスを供給するガス供給装置と
    を具備し、
    前記ガス供給装置から被処理基板を処理するための処理ガスを前記処理室内に供給して被処理基板に所定の処理を施す基板処理装置であって、
    前記ガス供給装置は、
    被処理基板を処理する処理ガスを前記処理室に向けて供給する処理ガス供給部と、
    前記処理室に処理ガスを導入する処理ガス導入部と、
    前記処理ガス供給部からの処理ガスを前記処理ガス導入部へ供給する処理ガス供給路と、
    前記処理ガスによる処理特性を調整するための付加ガスを前記処理室に向けて供給する付加ガス供給部と、
    前記処理室に付加ガスを導入する付加ガス導入部と、
    前記付加ガス供給部からの付加ガスを前記付加ガス導入部へ供給する付加ガス供給路と、
    前記付加ガスを処理容器内に導入しない場合に、前記付加ガス導入部へ処理ガスが流れるように切り換える切換機構と
    を備え、
    前記処理ガス供給路は、前記処理ガス導入部から延びる主流路と、主流路から分岐した複数の分岐流路とを有し、前記処理ガス導入部は前記分岐流路に対応して複数設けられ、
    前記処理室内において、その中に配置された被処理基板に対向して設けられ、前記処理室内にガスを導入するガス導入部材をさらに具備し、前記ガス導入部材は、前記複数の処理ガス導入部および前記付加ガス導入部を有しており、
    前記ガス導入部材は、内部にガス拡散空間を有し、下壁に複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドを構成し、前記ガス拡散空間が前記複数の処理ガス導入部および前記付加ガス導入部に対応して複数のガス拡散室に区画され、
    前記ガス導入部材の前記複数の処理ガス導入部は、前記被処理基板の中心領域に前記処理ガスを導入する第１ガス導入部と、前記被処理基板の周辺領域に前記処理ガスを導入する第２ガス導入部とを有し、前記付加ガス導入部は前記第２ガス導入部の外側に設けられ、前記被処理基板の外縁よりも外側の領域に付加ガスを供給することを特徴とする基板処理装置。
  12. 前記処理ガスと前記付加ガスのプラズマを生成するプラズマ生成機構をさらに具備し、生成したプラズマにより被処理基板を処理することを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の基板処理装置。
  13. 被処理基板が配置された処理容器内に処理ガスを導入して被処理基板に所定の処理を施す基板処理方法であって、
    前記被処理基板の配置領域に所定の分流割合で処理ガスを複数部位から供給し、
    処理ガスによる処理特性を調整するための付加ガスを前記複数部位よりも外側の外側部位から前記被処理基板の外縁よりも外側の領域に供給して、被処理基板に被処理基板の所定の膜をプラズマエッチングするプラズマエッチング処理を施し、
    前記付加ガスは、前記処理室内の被処理基板の周縁部分において反応生成物が低下する場合に、反応生成物を生成する成分を含むガスであることを特徴とする基板処理方法。
  14. 被処理基板が配置された処理容器内に処理ガスを導入して被処理基板に所定の処理を施す基板処理方法であって、
    前記被処理基板の配置領域に所定の分流割合で処理ガスを複数部位から供給し、
    処理ガスによる処理特性を調整するための付加ガスを前記複数部位よりも外側の外側部位から前記被処理基板の外縁よりも外側の領域に供給して、被処理基板に被処理基板の所定の膜をプラズマエッチングするプラズマエッチング処理を施し、
    前記付加ガスは、前記処理室内の被処理基板の周縁部分において被エッチング膜の膜中成分が低下する場合に、膜中成分を生成するガスであることを特徴とする基板処理方法。
  15. 前記複数部位は同心状に設けられ、前記外側部位は前記複数部位の外側に同心状に設けられていることを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の基板処理方法。
  16. 前記複数部位は、前記被処理基板の中心領域に対応する第１の部位と、前記被処理基板の周辺領域に対応する第２の部位とを有することを特徴とする請求項１５に記載の基板処理方法。
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