(57)【要約】【課題】高い制御性を有するプラズマ処理装置およびプラズマエッチング方法を提供する。【解決手段】半導体基板１１をその内部に収納しつつプラズマ発生可能に構成された容器１２と、半導体基板１１を支持する絶縁部１３および半導体基板１１にバイアス電圧を印加するための電極部１４を有し、且つ絶縁部１３の内部に熱輸送流体を輸送するための独立した複数の流路１５が形成された載置台１６と、複数の流路１５に熱輸送流体を供給する熱輸送流体供給手段１８と、を具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板をその内部に収納しつつプラズマ発生可能に構成された容器と、
前記基板を支持する絶縁部および前記基板にバイアス電圧を印加するための電極部を有し、且つ前記絶縁部の内部に熱輸送流体を輸送するための独立した複数の流路が形成された載置台と、
前記複数の流路に前記熱輸送流体を供給する熱輸送流体供給手段と、
を具備することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記複数の流路は、同心状に配置され、前記熱輸送流体が供給される供給口および前記熱輸送流体が排出される排出口をそれぞれ有する複数のスパイラル状の流路であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記熱輸送流体供給手段は、
前記複数の流路から環流した前記熱輸送流体を合流し、合流した前記熱輸送流体の温度を第１の温度に設定する第１温度調節器と、
前記熱輸送流体を複数に分流し、分流した複数の前記熱輸送流体ごとに、前記熱輸送流体の温度を前記第１の温度より高い温度に設定し、複数の前記熱輸送流体をそれぞれ前記複数の流路に供給する第２温度調節器と、
を具備することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
基板をその内部に収納しつつプラズマ発生可能に構成されるとともに、前記基板を支持する絶縁部および前記基板にバイアス電圧を印加するための電極部を有し、且つ前記絶縁部の内部に熱輸送流体を輸送するための独立した複数の流路が形成された載置台を備えた容器内でプラズマを発生させて、前記基板をエッチング処理するプラズマエッチング方法であって、
前記複数の流路に温度の異なる熱輸送流体を供給しながら前記基板をエッチング処理することを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項５】
前記複数の流路から環流した前記熱輸送流体を合流し、合流した前記熱輸送流体の温度を第１の温度に設定し、前記熱輸送流体を複数に分流し、分流した複数の前記熱輸送流体ごとに、前記熱輸送流体の温度を前記第１の温度より高い温度に設定し、複数の前記熱輸送流体をそれぞれ前記複数の流路に供給することを特徴とする請求項４に記載のプラズマエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置およびプラズマエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プラズマ処理装置では、反応容器内の基板の温度を制御して、例えば基板面内のエッチングレートなどの制御性を向上させるために、内部に熱輸送流体を輸送するチャネルを有する基板載置台が用いられている（例えば、特許文献１、または特許文献２参照。）。
【０００３】
特許文献１に開示されたプラズマ処理装置は、基材処理が行われる下側表面と上側表面を有する基材の温度を制御するために、基材の下側表面を支持する熱表面を有する基材テーブルと、基材テーブルに配置され、熱表面と熱的に接続し、熱輸送流体を輸送するチャネルを有する熱組立体と、熱輸送流体の温度を調整するように構成され配置される流体熱ユニットとを有している。  
流体熱ユニットは、熱輸送流体の温度を第１温度に制御するように構成され配置される第１流体ユニットと、熱輸送流体の温度を第２温度に制御するように構成され配置される第２流体ユニットと、熱組立体のチャネル、第１流体ユニットと第２流体ユニットと流路連通し、第１温度を有する熱輸送流体と第２温度を有する熱輸送流体の少なくとも１つまたはこれらの組み合わせを含む制御された熱輸送流体をチャネルに供給するように構成され配置される出口流制御ユニットとを有している。
【０００４】
特許文献２に開示されたプラズマ処理装置は、試料台でかつ静電吸着電極の下部に設けられ、冷凍サイクルの蒸発器を構成する冷媒流路と、冷媒流路に冷却用冷媒を供給、排出する手段を有し、試料台の冷媒流路が冷媒供給口と冷媒排出口との間に形成され、該冷媒供給口側から該冷媒排出口へ順次縦列に接続された少なくとも３つの流路領域を有し、少なくとも３つの流路領域の中間部の流路領域の断面積を他の流路領域の断面積よりも大きくしている。
【０００５】
然しながら、特許文献１に開示されたプラズマ処理装置は、チャネルが単一なので、基材の温度制御はおこなえるが、基材の温度の面内分布を制御することが難しいという問題がある。  
特許文献２に開示されたプラズマ処理装置は、３つの流路が順次縦列に接続されているので各流路を流れる冷媒の温度に差を設けることが難しく、試料の温度の面内分布をきめ細かく制御することが難しいという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００７−５３３１５５号公報
【特許文献２】特表２００８−１８６８５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、高い制御性を有するプラズマ処理装置およびプラズマエッチング方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の一態様のプラズマエッチング装置は、基板をその内部に収納しつつプラズマ発生可能に構成された容器と、前記基板を支持する絶縁部および前記基板にバイアス電圧を印加するための電極部を有し、且つ前記絶縁部の内部に熱輸送流体を輸送するための独立した複数の流路が形成された載置台と、前記複数の流路に前記熱輸送流体を供給する熱輸送流体供給手段と、を具備することを特徴としている。
【０００９】
また、本発明の一態様のプラズマエッチング方法は、基板をその内部に収納しつつプラズマ発生可能に構成されるとともに、前記基板を支持する絶縁部および前記基板にバイアス電圧を印加するための電極部を有し、且つ前記絶縁部の内部に熱輸送流体を輸送するための独立した複数の流路が形成された載置台を備えた容器内でプラズマを発生させて、前記基板をエッチング処理するプラズマエッチング方法であって、前記複数の流路に温度の異なる熱輸送流体を供給しながら前記基板をエッチング処理することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高い制御性を有するプラズマ処理装置およびプラズマエッチング方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例に係るプラズマ処理装置を示す断面図。
【図２】本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の流路を説明するための図。
【図３】本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の効果を比較例と対比して示す図で、図３（ａ）が本実施例を示す図、図３（ｂ）が比較例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例】
【００１３】
本発明の実施例について図１乃至図３を用いて説明する。図１は本実施例のプラズマ処理装置を示す断面図、図２はプラズマ処理装置の流路を説明するための図、図３はプラズマ処理装置の効果を比較例と対比して示す図で、図３（ａ）が本実施例を示す図、図３（ｂ）が比較例を示す図である。
【００１４】
図１に示すように、本実施例のプラズマ処理装置１０は、半導体基板１１をその内部に収納しつつプラズマ発生可能に構成された容器１２と、半導体基板１１を支持する絶縁部１３および半導体基板１１にバイアス電圧を印加するための電極部１４を有し、且つ絶縁部１３の内部に熱輸送流体を輸送するための独立した複数の流路１５が形成された載置台１６と、複数の流路１５に配管１７を介して熱輸送流体を供給する熱輸送流体供給手段１８と、を具備している。
【００１５】
更に、プラズマ処理装置１０は、容器１２の上面の外壁に沿って多重に巻かれ、外壁に固着されたコイル１９と、コイル１９に交流電力を供給し、容器１２内にプラズマ２０を発生させるための高周波電源２１と、半導体基板１１に高周波バイアスを印加するための高周波電源２２と、容器１２内にプロセスガスを供給するガス供給部２３と、容器１２を減圧するための排気部２４とを具備している。
【００１６】
容器１２は、半導体基板１１および半導体基板１１上に形成された種々多様な被エッチング膜をエッチングするための処理室で、気密性を有する絶縁材、例えばセラミックスを加工して形成された円筒形のチャンバ１２ａと、チャンバ１２ａを載置するベース部１２ｂとを有し、チャンバ１２ａとベース部１２ｂを気密に接触させることにより、内部を減圧可能に構成されている。
【００１７】
絶縁部１３は、例えばセラミックスからなり、半導体基板１１を載置して吸着固定する静電チャックである。双極方式の静電チャックでは、内部に設けた２つの金属電極に互いに逆極性の電圧を印加し、チャックの表面に正負の電荷を発生させ、載置された被吸着物をクーロン力で吸着している。
【００１８】
コイル１９は、容器１２外に設けられたプラズマ発生電極であり、インピーダンス整合回路２５を介して高周波電源２１に接続されている。  
電極部１４は、容器１２内に設けられたカソード電極であり、インピーダンス整合回路２６を介して、高周波電源２２に接続されている。
【００１９】
更に、容器１２の上部には、複数の貫通孔を有する天板２７が設けられている。天板２７は、例えばセラミックスからなり、プロセスガスを容器１２内に均一に導入するためのガス拡散板として機能している。  
半導体基板１１の外周部にフォーカスリング２８が設けられている。フォーカスリング２８は、例えばセラミックスからなり、半導体基板１１、例えばシリコン基板の外周部を取り囲むように配置され、半導体基板１１の外周部のプラズマ強度を制御している。
【００２０】
図２は絶縁部１３の内部に形成された複数の流路１５を説明するための図である。図２に示すように、複数の流路１５は、同心状に配置され、熱輸送流体が供給される供給口および熱輸送流体が排出される排出口をそれぞれ有する複数のスパイラル状の流路であり、絶縁部１３の内側の第１ゾーンに第１流路１５ａを有し、絶縁部１３の外側の第２ゾーンに第２流路１５ｂを有している。
【００２１】
具体的には、第１流路１５ａおよび第２流路１５ｂは、例えばスパイラル状に巻かれた銅（Ｃｕ）管であり、絶縁部１３に形成されたスパイラル状の溝に沿って巻かれ、セラミックスで覆われて絶縁部１３中に埋め込まれている。
【００２２】
第１流路１５ａおよび第２流路１５ｂの両端には、熱輸送流体供給手段１８から熱輸送流体、例えばエチレングリコールを供給するために、熱輸送流体の供給口３０ａ、３１ａおよび熱輸送流体の排出口３０ｂ、３１ｂがそれぞれ設けられている。
【００２３】
熱輸送流体供給手段１８は、第１流路１５ａおよび第２流路１５ｂから還流した熱輸送流体を合流し、合流した熱輸送流体の温度Ｔ０を第１の温度Ｔ１に冷却するチラー（第１温度調節器）３２と、熱輸送流体を２つに分流し、分流した熱輸送流体ごとに、熱輸送流体の温度を第１の温度Ｔ１より高い温度Ｔ２ａ、Ｔ２ｂに加熱し、熱輸送流体をそれぞれ第１流路１５ａ、第２流路１５ｂに供給するヒータ（第２温度調節器）３３、３４と、を具備している。
【００２４】
熱輸送流体供給手段１８は、配管１７ａおよび配管１７ｂを介して第１流路１５ａおよび第２流路１５ｂにそれぞれ熱輸送流体を供給する。  
第１流路１５ａに供給された熱輸送流体は、絶縁部１３の内側（第１ゾーン）を周回して排出口３０ｂから排出される。第２流路１５ｂに供給された熱輸送流体は、絶縁部１３の外側（第２ゾーン）を周回して排出口３１ｂから排出される。  
排出口３０ｂ、３１ｂから排出された熱輸送流体は、配管１７ｃ、１７ｄを介して熱輸送流体供給手段１８に還流し、熱輸送流体が循環している。
【００２５】
第１流路１５ａおよび第２流路１５ｂに供給された熱輸送流体は、絶縁部１３と熱交換して絶縁部１３の温度を変化させるので、第１流路１５ａおよび第２流路１５ｂに供給する熱輸送流体の温度、流量などを調整することにより、絶縁部１３を介して半導体基板１１の温度の面内分布を制御することが可能である。
【００２６】
例えば、第１流路１５ａおよび第２流路１５ｂから還流した熱輸送流体（温度Ｔ０）をチラー３２により冷却して第１の温度Ｔ１に設定する。分流した熱輸送流体の一方をヒータ３３で加熱して第１の温度Ｔ１より高い第２の温度Ｔ２ａに設定し、第１流路１５ａに供給する。分流した熱輸送流体の他方をヒータ３４で加熱して第１の温度Ｔ１より高い第２の温度Ｔ２ｂに設定し、第２流路１５ｂに供給する。  
第２の温度Ｔ２ａを第２の温度Ｔ２ｂより低く（高く）することにより、半導体基板１１の中央部の温度を外周部の温度より低く（高く）し、温度の面内分布を制御することができる。
【００２７】
図３は本実施例のプラズマ処理装置１０の効果を比較例と対比して示す図で、図３（ａ）が本実施例を示す図、図３（ｂ）が比較例を示す図である。より具体的に、図３はプラズマエッチングにおいて被加工物の形状を制御するためにエッチングにより生じる反応生成物の付着を利用するプロセス、例えば被加工物をテーパ形状にエッチングするプロセスの場合を示している。ここで、比較例とは、複数の流路１５を有しないプラズマ処理装置のことである。始めに、比較例について説明する。
【００２８】
反応生成物の付着を利用するプロセスでは、半導体基板の中央部は周りから反応生成物が供給されるが、半導体基板の外周部は主に片方からしか反応生成物が供給されないので、半導体基板の中央部の反応生成物量が多く、半導体基板の外周部の反応生成物量が少ない。その結果、半導体基板の中央部では反応生成物の付着量が多くなり、半導体基板の外周部では反応生成物の付着量が少なくなるので、得られる形状が異なってしまう。
【００２９】
被加工物の形状の面内均一性を向上させるためには、半導体基板の外周部における反応生成物の付着確率を大きくすることが必要である。反応生成物の付着確率は半導体基板の温度が高いほど小さくなり、半導体基板の温度が低いほど大きくなるので、半導体基板の外周部の温度が中央部の温度より低くなるように制御することが望まれる。
【００３０】
図３（ｂ）に示すように、例えばプラズマ処理装置１０の中でプラズマを生成した際、容器１２内の載置台１６の温度が面内で同一温度に制御されているとする。その場合、上述したように半導体基板１１の中央部では反応生成物の供給が多くなり、外周部との供給量に差が生じるので、中央部と外周部とでエッチング速度が不均一となり、エッチング後の被加工物４３、４４に形状差が発生する。  
具体的には、反応生成物の付着量が多い中央部の被加工物４３の下部の幅が、反応生成物の付着量が少ない外周部の被加工物４４の下部の幅より太くなる。
【００３１】
一方、図３（ａ）に示すように、載置台１６において半導体基板１１の外周部に対応する部位の温度を下げることにより、半導体基板１１の外周部における反応生成物の付着確率が増大する。  
その結果、半導体基板１１の中央部と外周部とでエッチング速度が均一になり、エッチング後の中央部の被加工物４１および外周部の被加工物４２の形状を揃えることが可能である。
【００３２】
以上説明したように、本実施例のプラズマ処理装置１０は、絶縁部１３の内部に熱輸送流体を輸送するための独立した複数の流路１５が形成された載置台１６と、複数の流路１５に熱輸送流体を供給する熱輸送流体供給手段１８と、を具備している。  
その結果、第１流路１５ａおよび第２流路１５ｂに温度の異なる熱輸送流体を供給して、半導体基板１１の温度の面内分布を制御し、半導体基板１１の面内で寸法の揃った被加工物を得ることができる。従って、高い制御性を有するプラズマ処理装置およびプラズマエッチング方法が得られる。
【００３３】
ここでは、複数の流路１５が、内側の第１流路１５ａおよび外側の第２流路１５ｂの２つの流路を有する場合について説明したが、更に多くの流路、例えば内側、中側、外側の３つの流路を有していても構わない。  
流路を増やすことにより、よりきめ細かく半導体基板１１の温度の面内分布を制御することができ、更に高い制御性が得られる利点がある。
【００３４】
半導体基板１１の外周部の温度を中央部より低くする場合について説明したが、プロセスによっては外周部の温度を中央部より高くする場合もありうる。その場合でも、所望の温度の面内分布の制御が可能であり、且つ、短時間で行うことができる。  
第２の温度Ｔ２ａ、Ｔ２ｂが異なる場合について説明したが、プロセスによっては同一の場合もありうる。
【００３５】
プラズマ処理装置が、誘導結合方式のＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置である場合について説明したが、静電結合方式のＲＩＥ装置でも構わない。  
また、半導体基板の温度制御の要求に応じてその他のプロセス装置、例えばＣＤＥ（Chemical Dry Etching）装置などに適用することもできる。
【符号の説明】
【００３６】
１０  プラズマ処理装置
１１  半導体基板
１２  容器
１２ａ  チャンバ
１２ｂ  ベース部
１３  絶縁部
１４  電極部
１５  流路
１５ａ  第１流路
１５ｂ  第２流路
１６  載置台
１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ  配管
１８  熱輸送流体供給手段
１９  コイル
２０  プラズマ
２１、２２  高周波電源
２３  ガス供給部
２４  排気部
２５、２６  整合器
２７  天板
２８  フォースカリング
３０ａ、３１ａ  供給口
３０ｂ、３１ｂ  排出口
３２  チラー（第１温度調節器）
３３、３４  ヒータ（第２温度調節器）
４１、４２、４３、４４  被加工物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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