(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応室内にてウェハに高周波を印加することによってプラズマを発生させて、前記ウェハに所定のプラズマ処理を施すためのプラズマ処理装置であって、
前記ウェハが載置され、高周波が印加される一方側電極部と、
接地電位に固定されて前記一方側電極部を周方向から取囲むように配設され、アルミニウム合金を母材とする導電体部および前記導電体部を被覆する絶縁膜を含む他方側電極部と
を備え、
前記他方側電極部では、前記導電体部が前記絶縁膜ですべて覆われていた場合に、ウェハの処理を重ねるにしたがい、前記一方側電極部の上方に発生するプラズマの雰囲気に晒されることによってエッチングが施されて前記絶縁膜が剥がれてくる前記他方側電極部の上端内側角部を、あらかじめ全周にわたって絶縁膜を被覆せずに前記導電体部を露出させている、プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマ処理装置に関し、特に高周波によりプラズマを発生させてウェハにエッチングを施すためのプラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のプラズマ処理装置の第１の例として、特開平１１−３３００４４号公報に記載されたマイクロ波プラズマ処理装置について説明する。図７に示すように、チャンバ内を上下に仕切るように石英板１０３が配設されている。その石英板１０３より上方の領域には空気層１０５が形成されている。チャンバの上部にはチャンバ内にマイクロ波を導入するための導波管１０２と、マイクロ波を発生させるためのマグネトロン１０１が設けられている。
【０００３】
石英板より下方の領域にはエッチング処理室１０４が形成されている。チャンバの外部に磁場供給用コイル１０６、１０７が配設されている。エッチング処理室１０４内には、ウェハ１１０を載置するための試料台１０９が設けられている。
【０００４】
試料台１０９には高周波電源１１２が接続されている。エッチング処理室１０４内には、アース電極１１４が設けられている。このアース電極１１４はアルミニウム合金で形成され、その表面全体はアルマイト層によって覆われている。
【０００５】
また、エッチング処理室１０４に所定のエッチングガスを供給するためのガス供給系１１３が取付けられている。さらに、エッチング処理室１１４内を減圧するための真空ポンプ１０８が接続されている。
【０００６】
このエッチング処理室１０４では、磁場供給用コイル１０６、１０７により発生した磁場とマイクロ波の電場との相互作用により、高密度のプラズマが生成される。エッチング処理室１０４内で生成されたプラズマは、アース電極１１４の近傍にまで広がる。また、試料台１０９に印加された高周波は、プラズマを経由してアース電極１１４に到達する。
【０００７】
このとき、アース電極１１４の表面全体がアルマイト層によって絶縁被覆されていることで、プラズマはよりアース電極１１４の近くにまで接近する。
このようなプラズマの雰囲気中にて所定のエッチング処理がウェハ１１０に施される。
【０００８】
次に、従来のプラズマ処理装置の第２の例として、特開平９−９２６４１号公報に記載されたプラズマエッチング装置について説明する。特に、このプラズマエッチング処理装置では、アース電極はマグネシウムを含有したアルミニウム合金材で形成され、その表面はアルマイト層などの絶縁膜で被覆されていない。これ以外の構成については、図７に示す第１の例のプラズマエッチング装置と実質的に同様の構成である。
【０００９】
このプラズマエッチング装置においても、第１の例と同様にエッチング処理室内で生成されたプラズマにより、所定のエッチングがウェハに施される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の第１の例および第２の例のプラズマエッチング装置では、次に示すような問題点があった。
【００１１】
まず、第１の例のプラズマエッチング装置について説明する。上述したように、アース電極１１４の表面がアルマイト層によって覆われていることで、プラズマはよりアース電極１１４に近傍にまで広がる。これによって、アース電極１１４の近傍まで比較的高いプラズマ密度を確保することができる。
【００１２】
ところが、ウェハに処理を施している間、アース電極１１４はプラズマの雰囲気に晒されている。プラズマに晒されることで、アース電極１１４の表面を覆うアルマイト層はエッチングされることになる。ウェハの処理を重ねていくうちに徐々にアルマイト層のエッチングが進行して、ついにはアルミニウム合金の表面が露出することになる。
【００１３】
アルミニウム合金の表面が露出するとプラズマがアース電極１１４の近傍まで充分に近づくことができず、高いプラズマ密度を確保することができなくなり、プラズマ密度が低下する。
【００１４】
このように、エッチング処理室１０４内のプラズマ密度がウェハの処理とともに変動する様子を示す評価結果を示す。
【００１５】
図８は、メンテナンス後の場合と、ウェハの処理を３０００枚行なった後の場合とについて、プラズマの電位に対応する電位Ｖｐｐのマイクロ波パワー依存性をそれぞれ測定した結果を示すグラフである。なお、電位Ｖｐｐは試料台１０９に接続される高周波電源１１２の側にてモニタされる電圧であり、プラズマの電位に対応している。
【００１６】
図８に示されるように、メンテナンス後の場合の相関曲線と３０００枚処理後の場合の相関曲線とを比較すると、その傾向が大きく変化していることが判明した。
【００１７】
また、それぞれの場合に実際にプラズマエッチングを施すことによりウェハ上に所定のパターンを形成し、その形状を評価した。
【００１８】
メンテナンス後の場合の結果を図９に、３０００枚処理後の場合の結果を図１０にそれぞれ示す。いずれも、絶縁膜１２０上に形成されたシリコン膜にレジスト１１８をマスクとしてプラズマエッチングを施すことで形成されたシリコン膜１１９の断面のＳＥＭ写真を模式的に示したものである。
【００１９】
なお、エッチングの条件を、塩素（Ｃｌ２）流量：０．３Ｌ／ｍｉｎ（３００ｃｃｍ）、圧力：３．０Ｐａ、高周波のパワー：５０Ｗ、マイクロ波のパワー：１１００Ｗとした。
【００２０】
図９および図１０に示すように、３０００枚処理後の場合では、シリコン膜１１９の絶縁膜１２０近傍の部分に、メンテナンス後の場合と比べて裾引き１２１が形成されていることがわかる。
【００２１】
このように、プラズマの電位がウェハの処理に伴って変動することでシリコン膜の仕上がり形状が変動することが判明した。
【００２２】
次に、第２の例のプラズマエッチング装置について説明する。
図１１は、塩素（Ｃｌ２）流量：０．３Ｌ／ｍｉｎ（３００ｃｃｍ）、圧力：３．０Ｐａ、高周波のパワー：５０Ｗ、マイクロ波のパワー：１１００Ｗのもとで、レジスト１１８をマスクとしてプラズマエッチングを施すことで形成されたシリコン膜１１９の断面ＳＥＭ写真を模式的に示したものである。
【００２３】
エッチングのガスとして塩素を用いた場合には、アース電極のアルミニウム合金のアルミニウムと塩素とが反応してプラズマの雰囲気中にＡｌＣｌ３が生成されることがわかっている。このＡｌＣｌ３は、文献（Ｄ．Ｍ．Ｍａｎｏｓ  ａｎｄ  Ｄ．Ｌ．Ｆｌａｍｍ，  ”Ｐｌａｓｍａ  Ｅｔｃｈｉｎｇ”，ｐ．１５５，  Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ  （１９８９））に記載されているようにレジストを分解させる性質がある。
【００２４】
このため、図１１に示すように、向かって左側のシリコン膜１１９のパターンでは、レジスト１１８の一部が分解し、その部分からエッチングが進行してシリコン膜１１９に凹部が形成されていることがわかった。
【００２５】
また、プラズマの雰囲気中に生成されたＡｌＣｌ３反応生成物とレジスト１１８との反応によって、レジスト異常反応生成物１２１が形成されていることがわかった。
【００２６】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、ウェハの処理に伴うプラズマの状態の変動を抑えて安定したプロセス条件が得られ、塩素系のガスや臭素系のガスを用いた場合でもレジストが分解されるのを抑制して所望のパターンを形成することができるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るプラズマ処理装置は、反応室内にてウェハに高周波を印加することによってプラズマを発生させて、ウェハに所定のプラズマ処理を施すためのプラズマ処理装置であって、一方側電極部と他方側電極部とを備えている。一方側電極部にはウェハが載置され、高周波が印加される。他方側電極部は接地電位に固定されて一方側電極部を周方向から取囲むように配設され、アルミニウム合金を母材とする導電体部および導電体部を被覆する絶縁膜を含んでいる。その他方側電極部では、導電体部が絶縁膜ですべて覆われていた場合に、ウェハの処理を重ねるにしたがい一方側電極部の上方に発生するプラズマの雰囲気に晒されることによってエッチングが施されて絶縁膜が剥がれてくる他方側電極部の上端内側角部を、あらかじめ全周にわたって絶縁膜を被覆せずに導電体部を露出させている。
【００２８】
この構成によれば、一方側電極部を周方向から取囲むように配設された他方側電極部において、導電体部が絶縁膜ですべて覆われていた場合に、ウェハの処理を重ねるにしたがい一方側電極部の上方に発生するプラズマの雰囲気に晒されることによってエッチングが施されて絶縁膜が剥がれてくる上端内側角部を、あらかじめ全周にわたって絶縁膜を被覆せずにアルミニウム合金を母材とする導電体部を露出させておくことで、絶縁膜が剥がれてくることがないのでプラズマ密度の変化が抑制されてプラズマ密度が安定し、ウェハの処理を重ねてもメンテナンス後のプラズマの状態をほぼ維持することができる。
【００３３】
この場合には、ウエハの処理を重ねるにしたがいプラズマの状態が変動するのを抑制できるとともに、塩素等を用いてプラズマの処理を行う場合にレジストが分解するのを抑制して、所望のパターンを精度よく形成することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置の一例として、マイクロ波プラズマエッチング装置について説明する。図１に示すように、チャンバ内を上下に仕切るように石英板３が配設されている。その石英板３より上方の領域には空気層５が形成されている。チャンバの上部にはチャンバ内にマイクロ波を導入するための導波管２と、マイクロ波を発生させるためのマグネトロン１が設けられている。
【００３５】
石英板より下方の領域にはエッチング処理室４が形成されている。チャンバの外部に磁場供給用コイル６、７が配設されている。エッチング処理室４内には、ウェハ１０を載置するための試料台９が設けられている。
【００３６】
試料台９には高周波電源１２が接続されている。その試料台９を周方向から取囲むようにアース電極１４が設けられている。後述するように、このアース電極１４はアルミニウム合金で形成され、所定の箇所以外はアルマイト層によって覆われている。
【００３７】
また、エッチング処理室４に所定のエッチングガスを供給するためのガス供給系１３が取付けられている。さらに、エッチング処理室４内を減圧するための真空ポンプ８が接続されている。
【００３８】
エッチング処理室４では、磁場供給用コイル６、７により発生した磁場とマイクロ波の電場との相互作用により、高密度のプラズマが生成される。エッチング処理室４内で生成されたプラズマは、アース電極１４の近傍にまで広がる。また、試料台９に印加された高周波は、プラズマを経由してアース電極１４に到達する。
【００３９】
特にこのマイクロ波プラズマエッチング装置におけるアース電極１４では、図２に示すように、アルマイト層１６で覆われずにアルミニウム合金母材の表面１７が露出している。
【００４０】
ウェハの処理によりアース電極はプラズマに晒されることになるが、このとき、発明者らは、アース電極を覆うアルマイト層においては、任意の部分がプラズマによってエッチングされるのではなく、特定の部分がエッチングされてアルミニウム母材が露出することを確認した。
【００４１】
特に、このプラズマ処理装置のアース電極１４では、図２に示すように、アース電極１４の上部近傍の一部分が全周にわたってエッチングされやすいことが判明した。しかも、試料台９に載置されるウェハ１０のサイズが大きくなるにしたがい、エッチングされる部分の面積が増大することが判明した。
【００４２】
そこで、このようなエッチングされやすい部分については、あらかじめアルマイト層を被覆せずにアルミニウム合金母材１６を露出させた。このようなアース電極１４を用いて、メンテナンス後の場合と、ウェハの処理を３０００枚行なった後の場合とについて、プラズマの電位に対応する電位Ｖｐｐのマイクロ波パワー依存性をそれぞれ測定した。その結果を図３に示す。なお、電位Ｖｐｐは試料台９に接続される高周波電源１２の側にてモニタされる電圧であり、プラズマの電位に対応している。
【００４３】
図３に示されるように、メンテナンス後の場合の相関曲線（○印）と３０００枚処理後の場合の相関曲線（△印）とを比較すると、両者間でプラズマ電位がほとんど変化していないことがわかる。
【００４４】
このように、アース電極１４においてあらかじめ特定箇所のアルミニウム合金母材１５を露出させておくことでアルマイト層が剥がれてくることがなくなるので、プラズマ密度の変化が抑制されてプラズマの電位を安定させることができることが判明した。
【００４５】
しかしながら、アルミニウム合金母材１７が露出している部分が極端に少ない場合では、従来のプラズマ処理装置の場合のように、プラズマの電位が変動することが十分に想定される。
【００４６】
したがって、アルミニウム合金母材を露出させておく部分としては、ウェハの処理とともにプラズマの電位を実質的に変化させない最小限の面積を少なくとも有していることが望ましいと考えられる。
【００４７】
次に、プラズマエッチングを施してウェハ上に所定のパターンを形成して、その形状を評価した。このとき、アース電極１４として、処理を施すウェハ１０の面積の２％分に相当する面積のアルミニウム合金母材を露出させたアース電極（ケースＡ）と、４％分に相当する面積のアルミニウム合金母材を露出させたアース電極（ケースＢ）とをそれぞれ用いた。また、エッチングの条件を、塩素（Ｃｌ２）流量：０．３Ｌ／ｍｉｎ（３００ｃｃｍ）、圧力：３．０Ｐａ、高周波のパワー：５０Ｗ、マイクロ波のパワー：９００Ｗとした。
【００４８】
ケースＡの評価結果を図４に示し、ケースＢの評価結果を図５に示す。いずれも、絶縁膜２０上に形成されたシリコン膜にレジスト１８をマスクとしてプラズマエッチングを施すことで形成されたシリコン膜１９の断面のＳＥＭ写真を模式的に示したものである。
【００４９】
ケースＡの場合では、図４に示すように、所望のシリコン膜１９のパターンが形成されていることがわかった。一方、ケースＢの場合では、レジスト１８の一部が分解してその部分からエッチングが進行し、シリコン膜１９に凹部が形成されていることが判明した。
【００５０】
ケースＢのアース電極では、ウェハ１０の面積の４％分に相当する面積のアルミニウム合金母材が露出している。このため、ケースＡの場合と比べて塩素とアース電極のアルミニウム合金母材のアルミニウムとが過剰に反応してプラズマの雰囲気中に多量のＡｌＣｌ３が形成される。このＡｌＣｌ３によってレジスト１８が異常に分解される結果、シリコン膜１９に凹部が形成されたと考えられる。
【００５１】
したがって、エッチングのためのガスとして塩素を含むガスを用いる場合には、このようなレジストの分解を抑制するために、アース電極におけるアルミニウム合金母材が露出する部分の面積を、ウエハの面積の２％以下にしておくことが望ましい。
【００５２】
ウエハの面積を基準としたのは、既に述べたように、ウエハのサイズが大きくなるにしたがいアルミニウム合金母材が露出する面積も増加するという評価結果に基づく。
【００５３】
なお、アース電極１４のアルミニウム合金母材１５を被覆する絶縁膜としてアルマイト層１６を例に挙げたが、この他にアルミナや石英などの絶縁層をアルミニウム合金母材１５の表面に形成してもよい。このようなアース電極を適用しても上述した効果を得ることができる。
【００５４】
また、アース電極として、図２に示す構造のものを例に挙げて説明した。この他に、たとえば図６に示すように、Ａｌ２Ｏ３またはＳｉＯ２などからなるセラミックス２２を母材として、その母材の所定の箇所に溝２３を形成し、その溝２３に接地電位に固定されるアルミニウム合金２４を埋め込んだアース電極１４を適用しても同様の効果を得ることができる。このとき、アルミニウム合金のサイズＷ、Ｄとして数ｍｍ程度のものでよい。
【００５５】
また、上記実施の形態では、エッチングガスとして、塩素（Ｃｌ２）ガスを適用した場合について説明したが、この他に、ＨＢｒやＣｌ２などの少なくとも塩素（Ｃｌ）や臭素（Ｂｒ）を含む反応ガスを用いてエッチングを施す場合についても同様の効果が得られ、レジストの分解を防いでパターンを精度よく形成することができる。
【００５６】
さらに、上記各実施の形態では、プラズマ処理装置としてエッチング装置を例に挙げて説明したが、この他にプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置へも適用することができる。
【００５７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００５８】
本発明に係るプラズマ処理装置によれば、一方側電極部を周方向から取囲むように配設された他方側電極部において、導電体部が絶縁膜ですべて覆われていた場合に、ウェハの処理を重ねるにしたがい一方側電極部の上方に発生するプラズマの雰囲気に晒されることによってエッチングが施されて絶縁膜が剥がれてくる上端内側角部を、あらかじめ全周にわたって絶縁膜を被覆せずにアルミニウム合金を母材とする導電体部を露出させておくことで、絶縁膜が剥がれてくることがないのでプラズマ密度の変化が抑制されてプラズマ密度が安定し、ウェハの処理を重ねてもメンテナンス後のプラズマの状態をほぼ維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るマイクロ波プラズマエッチング装置の断面図である。
【図２】図１に示すアース電極の部分拡大断面図である。
【図３】同実施の形態において、プラズマ電位のマイクロ波パワー依存性を示すグラフである。
【図４】エッチング形状の第１の例を示す断面図である。
【図５】エッチング形状の第２の例を示す断面図である。
【図６】アース電極の変形例を示す部分拡大断面図である。
【図７】従来のマイクロ波プラズマエッチング装置の断面図である。
【図８】従来のプラズマ電位のマイクロ波パワー依存性を示すグラフである。
【図９】メンテナンス後のエッチング形状を示す断面図である。
【図１０】３０００枚処理後のエッチング形状を示す断面図である。
【図１１】レジストが分解した場合のエッチング形状を示す断面図である。
【符号の説明】
１  マグネトロン、２  導波管、３  石英板、４  エッチング処理室、５  空気層、６  磁場供給用コイルＡ、７  磁場供給用コイルＢ、８  真空ポンプ、９試料台、１０  ウェハ、１２  高周波電源、１３  ガス供給系、１４  アース電極、１５  アルミニウム合金母材、１６  アルマイト層、１７  表面、１８  レジスト、１９  シリコン膜、２０  絶縁膜、２１  レジスト異常反応生成物、２２  セラミックス、２３  アルミニウム合金。
【図１】
0003556561.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003556561.tif 000008
【図８】
0003556561.tif 000009
【図９】
0003556561.tif 000010
【図１０】
0003556561.tif 000011
【図１１】
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