(57)【要約】【課題】効率的に均一なプラズマを形成することができ、プラズマ処理の面内均一性が高く、かつチャージアップダメージが生じ難い容量結合型のプラズマ処理装置を提供すること。【解決手段】容量結合型のプラズマ処理装置１００は、真空雰囲気に保持されるチャンバー１と、チャンバー１内に互いに対向して配置され、一方が被処理基板Ｗを支持する第１および第２の電極２，１８と、第１および第２の電極２，１８の間に高周波電界を形成して処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成機構１０と、チャンバー１内のプラズマ生成領域Ｒにおける被処理基板Ｗの外側位置に設けられ、直流的に接地された部材２５とを具備する。【選択図】図１
2006186323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空雰囲気に保持されるチャンバーと、
前記チャンバー内に互いに対向して配置され、一方が被処理基板を支持する第１および第２の電極と、
前記第１および第２の電極の間に高周波電界を形成して処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成機構と、
前記チャンバー内のプラズマ生成領域における被処理基板の外側位置に設けられ、直流的に接地された部材と
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】
前記チャンバー内のプラズマ生成領域を区画する表面の被処理基板以外の部分を覆うように設けられた絶縁体を有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３】
前記プラズマ生成機構は高周波電源を有し、その周波数が４０ＭＨｚ以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
真空雰囲気に保持されるチャンバーと、
前記チャンバー内に設けられ、被処理基板を支持するとともに高周波電力が印加される第１の電極と、
前記チャンバー内で前記第１の電極と対向して配置され、接地された第２の電極と、
前記チャンバー内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、
前記第１の電極に高周波電力を印加して前記チャンバー内に処理ガスのプラズマを生成する高周波電源と、
前記第１および第２の電極の間の空間ならびに前記第１の電極および前記チャンバーの内壁の間の空間に形成されるプラズマ生成領域を区画する表面の被処理基板以外の部分を覆うように設けられた絶縁体と、
前記プラズマ生成領域における被処理基板の外側位置に設けられ、直流的に接地された部材と
を具備することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記直流的に接地された部材は、前記第１の電極の周囲に設けられたシールド部材であることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記シールド部材の少なくとも上端部が直流的に接地された部材として機能することを特徴とする請求項５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記シールド部材の上端の高さ位置は、前記被処理基板の高さ位置の近傍であることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記シールド部材の上端の高さ位置は、前記被処理基板よりも高いことを特徴とする請求項５または請求項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記第１の電極および前記チャンバーの内壁の間の空間を通過して処理ガスを排気する排気機構と、前記第１の電極および前記チャンバーの内壁の間の空間に配置され、前記プラズマ生成領域を規定するとともに排気ガスを通過させる排気リングとをさらに具備し、この排気リングが前記直流的に接地された部材として機能することを特徴とする請求項４から請求項８のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記排気リングを前記チャンバーの下端近傍に配置したことを特徴とする請求項９に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記プラズマ生成領域における前記第１の電極および前記チャンバーの内壁の間の空間の下端部分に、絶縁体が形成されずに導電性部材が露出した露出部を有し、その露出部が直流的に接地された部材として機能することを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記露出部は、前記チャンバーの内壁部分および前記第１の電極を支持する支持部の外周部分の少なくとも一方に形成されることを特徴とする請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記直流的に接地された部材は、前記プラズマ生成領域における前記第１の電極および前記チャンバーの内壁の間の空間の下端部分に設けられていることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記直流的に接地された部材は、前記チャンバーの内壁部分および前記第１の電極を支持する支持部の外周部分の少なくとも一方に設けられていることを特徴とする請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記直流的に接地された部材は、リング状をなしていることを特徴とする請求項１、請求項４、請求項１３および請求項１４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１６】
前記直流的に接地された部材は、複数の分割片が組み合わされて構成されていることを特徴とする請求項１５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１７】
前記直流的に接地された部材は、Ｓｉ部分およびＳｉＣ部分の少なくとも一方を有することを特徴とする請求項１、請求項４、請求項１３および請求項１４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１８】
前記直流的に接地された部材は、リング状をなし、複数の分割片が組み合わされて構成されていることを特徴とする請求項１７に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１９】
前記直流的に接地された部材は、ＳｉおよびＳｉＣの少なくとも一方からなる分割片とＳｉＯ２からなる分割片とを交互に組み合わされていることを特徴とする請求項１８に記載のプラズマ処理装置。
【請求項２０】
前記第１の電極に印加される高周波電力の周波数は４０ＭＨｚ以上であることを特徴とする請求項４から請求項１９のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造工程等において被処理基板に対しプラズマ処理を行う容量結合型のプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体デバイスの製造プロセスにおいては、被処理基板である半導体ウエハに対して、エッチングやスパッタリング、ＣＶＤ（化学気相成長）等のプラズマ処理が多用されている。
【０００３】
このようなプラズマ処理を行うためのプラズマ処理装置としては、種々のものが用いられているが、その中でも容量結合型平行平板プラズマ処理装置が主流である。
【０００４】
容量結合型平行平板プラズマ処理装置は、チャンバ内に一対の平行平板電極（上部および下部電極）を配置し、処理ガスをチャンバ内に導入するとともに、電極の一方に高周波電力を供給して電極間に高周波電界を形成して高周波放電を生じさせる。そして、このような高周波放電により処理ガスのプラズマを形成して半導体ウエハの所定の層に対してプラズマエッチングを施す。例えば、半導体ウエハを載置する下部電極に高周波電力を供給する装置が知られている。この場合に、下部電極がカソード電極として機能し、上部電極がアノード電極として機能する。また、下部電極に印加される高周波電力は、プラズマ生成と被処理体に対する高周波バイアス印加の機能を兼備している。
【０００５】
このような容量結合型平行平板プラズマ処理装置においては、メタル汚染を防止しプラズマや傷などから部材を保護する観点から、プラズマ生成領域に存在する部材は、Ｙ２Ｏ３等の耐プラズマ性の高い絶縁性セラミックスのコーティング等を形成したものや、石英製のものが用いられている。
【０００６】
ところで、近年、半導体等の製造プロセスにおけるデザインルールが益々微細化し、特にプラズマエッチングでは、より高い寸法精度が求められており、エッチングにおけるマスクや下地に対する選択比や面内均一性をより高くすることが求められている。そのため、チャンバー内のプロセス領域の低圧力化、低イオンエネルギー化が指向され、そのために４０ＭＨｚ以上といった従来よりも格段に高い周波数の高周波が用いられつつある。
【０００７】
しかしながら、このような高周波化にともなって低圧力化および低イオンエネルギー化が進んだことにより、プラズマの抵抗率が高まり、プラズマの均一性を制御することが困難となりつつある。具体的には、高周波電力の周波数が高くなると、高周波電源から電極の背面に供給された高周波電力が、表皮効果により電極表面を伝わって電極のプラズマと対向する面（対向面）のエッジ部から中央に向かって流れ、その結果、電極の対向面の中央部における電界強度がエッジ部よりも高くなる。したがって、生成されるプラズマの密度も電極中心部側が電極エッジ部側より高くなる。プラズマ密度の高い電極中心部ではプラズマの抵抗率が低くなり、対向する電極においても電極中心部に電流が集中し、プラズマ密度の不均一がさらに強まる。このため、エッチング等のプラズマ処理の面内不均一やチャージアップダメージを引き起こす。
【０００８】
このような問題を解消するために、高周波電極の主面中心部を高抵抗部材で構成することが提案されている（特許文献１等）。この特許文献１では、電極のプラズマと接触する面の中央部を高抵抗部材で構成して、そこでより多くの高周波電力をジュール熱として消費させることにより、中央部の電界強度を相対的に低下させてプラズマ密度の不均一性を補正する。
【０００９】
しかしながら、このような技術では、ジュール熱による高周波電力の消費がエネルギー損失につながり、効率が悪いという問題がある。
【特許文献１】特開２０００−３２３４５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、効率的に均一なプラズマを形成することができ、プラズマ処理の面内均一性が高く、かつチャージアップダメージが生じ難い容量結合型のプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、真空雰囲気に保持されるチャンバーと、前記チャンバー内に互いに対向して配置され、一方が被処理基板を支持する第１および第２の電極と、前記第１および第２の電極の間に高周波電界を形成して処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成機構と、前記チャンバー内のプラズマ生成領域における被処理基板の外側位置に設けられ、直流的に接地された部材とを具備することを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。
【００１２】
本発明の第２の観点では、真空雰囲気に保持されるチャンバーと、前記チャンバー内に設けられ、被処理基板を支持するとともに高周波電力が印加される第１の電極と、前記チャンバー内で前記第１の電極と対向して配置され、接地された第２の電極と、前記チャンバー内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、前記第１の電極に高周波電力を印加して前記チャンバー内に処理ガスのプラズマを生成する高周波電源と、前記第１および第２の電極の間の空間ならびに前記第１の電極および前記チャンバーの内壁の間の空間に形成されるプラズマ生成領域を区画する表面の被処理基板以外の部分を覆うように設けられた絶縁体と、前記プラズマ生成領域における被処理基板の外側位置に設けられ、直流的に接地された部材とを具備することを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。
【００１３】
本発明によれば、チャンバー内のプラズマ生成領域における被処理基板の外側位置に直流的に接地された部材を設けたので、生成されているプラズマから被処理基板の外側位置の直流的に接地された部材へ向かって電流が流れ、その結果プラズマが外側へ広がり、プラズマ密度が均一化される。これによりプラズマ処理の面内均一性が向上し、また、被処理基板のゲート酸化膜の絶縁破壊等のチャージアップダメージを減少させることができる。
【００１４】
上記第１の観点において、前記チャンバー内のプラズマ生成領域を区画する表面の被処理基板以外の部分を覆うように設けられた絶縁体を有することが好ましい。また、前記プラズマ生成機構は高周波電源を有し、その周波数が４０ＭＨｚ以上であることが好ましい。
【００１５】
上記第２の観点において、前記直流的に接地された部材として、前記第１の電極の周囲に設けられたシールド部材を用いることができる。また、このシールド部材の少なくとも上端部が直流的に接地された部材として機能させることができる。前記シールド部材の上端の高さ位置は、前記被処理基板の高さ位置の近傍であることが好ましく、前記被処理基板よりも高いことがより好ましい。さらに、前記第１の電極および前記チャンバーの内壁の間の空間を通過して処理ガスを排気する排気機構と、前記第１の電極および前記チャンバーの内壁の間の空間に配置され、前記プラズマ生成領域を規定するとともに排気ガスを通過させる排気リングとをさらに具備する構成とし、この排気リングを前記直流的に接地された部材として機能させるようにすることができる。この場合に、前記排気リングを前記チャンバーの下端近傍に配置することが好ましい。さらにまた、前記プラズマ生成領域における前記第１の電極および前記チャンバーの内壁の間の空間の下端部分に、絶縁体が形成されずに導電性部材が露出した露出部を有し、その露出部を直流的に接地された部材として機能させることができる。この場合に、前記露出部を、前記チャンバーの内壁部分および前記第１の電極を支持する支持部の外周部分の少なくとも一方に形成することができる。さらにまた、前記直流的に接地された部材は、前記プラズマ生成領域における前記第１の電極および前記チャンバーの内壁の間の空間の下端部分に設けるようにすることができる。この場合に、前記直流的に接地された部材は、前記チャンバーの内壁部分および前記第１の電極を支持する支持部の外周部分の少なくとも一方に設けることができる。
【００１６】
上記第１および第２の観点において、前記直流的に接地された部材は、リング状をなすように構成することができ、この場合に、複数の分割片が組み合わされて構成されていることが好ましい。さらにまた、前記直流的に接地された部材は、Ｓｉ部分およびＳｉＣ部分の少なくとも一方を有することが好ましく、この場合に、リング状をなし、複数の分割片が組み合わされて構成されていることが好ましい。そして、このように複数の分割片が組み合わされた直流的に接地された部材は、ＳｉおよびＳｉＣの少なくとも一方からなる分割片とＳｉＯ２からなる分割片とを交互に組み合わされていることが好ましい。さらにまた、前記第１の電極に印加される高周波電力の周波数は４０ＭＨｚ以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、チャンバー内のプラズマ生成領域における被処理基板の外側位置に直流的に接地された部材を設けたことにより、効率的に均一なプラズマを形成することができ、プラズマ処理の面内均一性が高く、かつチャージアップダメージが生じ難い容量結合型のプラズマ処理装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。ここでは、主に酸化膜（ＳｉＯ２膜）エッチングに用いられるプラズマエッチング装置を例にとって説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置を示す断面図である。
【００１９】
このプラズマエッチング装置１００は、気密に構成され、略円筒状をなすチャンバー１を有している。このチャンバー１は、本体が例えばアルミニウム等の金属からなり、その内壁表面に、酸化処理皮膜や、Ｙ２Ｏ３等の絶縁セラミックスからなる皮膜（例えば溶射皮膜）のような絶縁膜が形成されている。チャンバー１は直流的に接地されている。
【００２０】
このチャンバー１内には、被処理基板であるウエハ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いる。チャンバー１の底壁からは支持テーブル２の外周に対応するようにリング状の支持部３が突出して形成されており、この支持部３の上にはリング状の絶縁部材４が設けられていて、支持テーブル２はその外縁部がこの絶縁部材４を介して支持されている。また、絶縁部材４の外側にはリング状のシールド材２５が支持部３の上に形成されており、その上端の高さ位置はウエハＷの上面近傍に存在している。このシールド部材２５は、チャンバー１を介してあるいは以下に示す排気リング１４およびチャンバー１を介して直流的に接地されている。支持テーブル２の上方の外周には導電性材料例えばＳｉ、ＳｉＣ等で形成されたフォーカスリング５が設けられている。シールド部材２５の下端とチャンバー１周壁との間にはコニカル状の排気リング１４が設けられている。排気リング１４は処理ガスを通過させて排気ラインに導くとともに、後述するようにプラズマ生成領域を規定する役割を有している。この排気リング１４の表面にもＹ２Ｏ３等の絶縁セラミックスからなる絶縁膜が形成されている。また、支持テーブル２とチャンバー１の底壁との間には空洞部７が形成されている。
【００２１】
支持テーブル２の表面部分にはウエハ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にはスイッチ１３ａを介して直流電源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、静電力、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。
【００２２】
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、チャンバー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。
【００２３】
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。
【００２４】
一方、支持テーブル２に対向してその上方には上部電極でもあるシャワーヘッド１８（以下、上部電極１８とも記す）が設けられている。シャワーヘッド１８は、チャンバー１の天壁部分に嵌め込まれている。このシャワーヘッド１８は、本体１８ａと、本体１８ａの上部に設けられたガス導入部１８ｂと、本体１８ａの内部に形成された空間１８ｃと、空間１８ｃから本体１８ａの下部を貫通するように設けられた多数のガス吐出孔１８ｄとを有している。ガス導入部１８ｂにはガス供給配管１５ａが接続されており、このガス供給配管１５ａの他端には、エッチング用の処理ガスを供給する処理ガス供給装置１５が接続されている。
【００２５】
上部電極１８はチャンバー１を介して接地されており、高周波電力が供給され下部電極として機能する支持テーブル２とともに一対の平行平板電極を構成している。そして、高周波電力が供給される下部電極としての支持テーブル２がカソード電極として機能し、接地された上部電極１８がアノード電極として機能する。そして、これらカソード電極としての支持テーブル２とアノード電極としての上部電極１８の間およびシールド部材２５の外側部分の排気リング１４までの領域がプラズマ生成領域Ｒとなる。
【００２６】
上記アノード電極として機能する上部電極１８は、メタル汚染やプラズマによる消耗、さらには傷の発生を防止するために、金属または半導体、例えばカーボンやＳｉ等からなる本体１８ａの表面に、酸化処理皮膜や、Ｙ２Ｏ３等の絶縁セラミックスからなる皮膜（例えば溶射皮膜）のような絶縁膜を有している。
【００２７】
エッチングのための処理ガスとしては、従来用いられている種々のものを採用することができ、例えばフロロカーボンガス（ＣｘＦｙ）やハイドロフロロカーボンガス（ＣｐＨｑＦｒ）のような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。他にＡｒ、Ｈｅ等の希ガスやＮ２ガス、Ｏ２ガス等を添加してもよい。また、アッシングに適用する場合には、処理ガスとして例えばＯ２ガス等を用いることができる。
【００２８】
このような処理ガスが、処理ガス供給装置１５からガス供給配管１５ａ、ガス導入部１８ｂを介して本体１８ａ内の空間１８ｃに至り、ガス吐出孔１８ｄから吐出され、ウエハＷに形成された膜のエッチングに供される。
【００２９】
チャンバー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ー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、チャンバー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。
【００３０】
一方、チャンバー１の搬入出口２３の上下にチャンバー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と上部電極１８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。
【００３１】
リング磁石２１ａ，２１ｂは、永久磁石からなる複数のセグメント磁石がリング状にマルチポール状態で配置されている。すなわち、リング磁石２１においては、隣接する複数のセグメント磁石同士の磁極の向きが互いに逆向きになるように配置されており、したがって、磁力線が隣接するセグメント磁石間に形成され、処理空間の周辺部のみに例えば０．０２〜０．２Ｔ（２００〜２０００Ｇａｕｓｓ）、好ましくは０．０３〜０．０４５Ｔ（３００〜４５０Ｇａｕｓｓ）の磁場が形成され、ウエハ配置部分は実質的に無磁場状態となる。これにより、適度のプラズマ閉じこめ効果を得ることができる。
【００３２】
ウエハ配置部分における実質的に無磁場状態とは、完全に磁場が存在しない場合のみならず、ウエハ配置部分にエッチング処理に影響を与える磁場が形成されず、実質的にウエハ処理に影響を与えない磁場が存在する場合も含む。
【００３３】
上記シールド部材２５は、例えば、無垢のアルミニウム、表面が陽極酸化されたアルミニウム、Ｓｉ、ＳｉＣ、Ｗ、Ｃなどの導電性を有する材料で構成されており、上述のようにチャンバー１を介してあるいは排気リング１４およびチャンバー１を介して直流的に接地されている。この中で、表面が陽極酸化されたアルミニウムは絶縁体であるＡｌ２Ｏ３で表面が覆われているが、その厚さが十分に薄いため、直流的な導電性を有する。一方、チャンバー１、上部電極１８、および排気リング１４は接地されているが、チャンバー１の内壁、上部電極１８の対向表面、排気リング１４の表面はＹ２Ｏ３の絶縁膜で覆われており、高周波的な接地であり、直流的には接地されていない。また、フォーカスリング５は、支持テーブル２を介して高周波電源１０に接続されている。したがって、プラズマ生成領域Ｒを形成している接地された部材のうち、直流的に接地されているのはシールド部材２５のみである。
【００３４】
プラズマ密度およびイオン引き込み作用を調整するために、プラズマ生成用の高周波電力とプラズマ中のイオンを引き込むための高周波電力とを重畳させてもよい。具体的には、図２に示すように、整合器１１に接続するプラズマ生成用の高周波電源１０の他に、イオン引き込み用の高周波電源２６を整合器１１ｂに接続し、これらを重畳させる。この場合に、イオン引き込み用の高周波電源２６としては、周波数が５００ＫＨｚ〜２７ＭＨｚが好ましい。これにより、イオンエネルギーを制御してエッチングレート等のプラズマ処理レートをより上昇させることができる。
【００３５】
プラズマエッチング装置１００の各構成部は、制御部（プロセスコントローラ）５０に接続されて制御される構成となっている。具体的には、冷媒制御装置８、伝熱ガス供給装置９、排気装置２０、静電チャック６のための直流電源１３のスイッチ１３ａ、高周波電源１０、整合器１１等が制御される。
【００３６】
また、制御部５０には、工程管理者がプラズマエッチング装置１００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１００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５１が接続されている。
【００３７】
さらに、制御部５０には、プラズマエッチング装置１００で実行される各種処理を制御部５０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５２が接続されている。レシピはハードディスクや半導体メモリーに記憶されていてもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性の記憶媒体に収容された状態で記憶部５２の所定位置にセットするようになっていてもよい。
【００３８】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース５１からの指示等にて任意のレシピを記憶部５２から呼び出して制御部５０に実行させることで、制御部５０の制御下で、プラズマエッチング装置１００での所望の処理が行われる。
【００３９】
次に、このように構成されるプラズマエッチング装置の処理動作について説明する。
まず、図１のプラズマエッチング装置１００のゲートバルブ２４を開にして搬送アームにてエッチング対象層を有するウエハＷをチャンバー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を介してチャンバー１内を所定の真空度にする。
【００４０】
その後、チャンバー１内に処理ガス供給装置１５からエッチングのための処理ガスを所定の流量で導入し、チャンバー１内を所定の圧力、例えば０．１３〜１３３．３Ｐａ（１〜１０００ｍＴｏｒｒ）程度に維持する。このように所定の圧力に保持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４０ＭＨｚ以上、例えば１００ＭＨｚ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。
【００４１】
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１８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、そのプラズマによりウエハＷに形成されたエッチング対象層がエッチングされる。
【００４２】
このエッチングの際に、マルチポール状態のリング磁石２１ａ，２１ｂにより、処理空間の周囲に磁場を形成することにより、適度なプラズマ閉じこめ効果が発揮され、プラズマの均一化を補助することができる。また、膜によってはこのような磁場の効果がない場合もあるが、その場合には、セグメント磁石を回転させて処理空間の周囲に実質的に磁場を形成しないようにして処理を行えばよい。
【００４３】
上記磁場を形成した場合には、支持テーブル２上のウエハＷの周囲に設けられた導電性のフォーカスリング５によりフォーカスリング領域までが下部電極として機能するため、プラズマ形成領域がフォーカスリング５上まで広がり、ウエハＷの周辺部におけるプラズマ処理が促進されエッチングレートの均一性が向上する。
【００４４】
また、本実施形態では、直流的に接地されているシールド部材２５をウエハＷの外側位置に設けたので、以下に説明するような効果を奏することができる。
【００４５】
すなわち、従来のプラズマエッチング装置は、図３に示すように、直流的に接地されたシールド部材２５ではなく、表面にＹ２Ｏ３等の絶縁膜２７が形成されたシールド部材２５′が配置され、しかもシールド部材２５′の内側にはシールド部材２５′の上部にオーバーハングする絶縁部材４′が設けられていたため、チャンバー１内のプラズマ生成領域Ｒを構成する部材のうち接地されている部材である、チャンバー１、上部電極１８、シールド部材２５′および排気リング１４は、全てＹ２Ｏ３溶射皮膜等の絶縁膜２７および絶縁部材４′で覆われており、そのため直流的な接地ではなく、高周波的な接地であり、したがってこれらは高周波電流のリターン回路を構成するのみであって、プラズマの不均一を是正する作用は及ぼさない。
【００４６】
これに対して、本実施形態では、プラズマ生成領域ＲにおけるウエハＷの外側部分に位置しているシールド部材２５は、導電性を有する材料で構成されており、直流的に接地されているため、図４に示すように、生成されているプラズマからウエハＷの外側位置に設けられたシールド部材２５へ向かって電流が流れ、その結果プラズマが外側へ広がる。このため、プラズマ密度が均一化される。これによりエッチング処理の面内均一性の向上を達成することができ、また、ゲート酸化膜の絶縁破壊等のチャージアップダメージを減少させることができる。
【００４７】
なお、マルチポールリング磁石２１ａ，２１ｂは、プラズマの閉じこめ効果を発揮させてプラズマ生成領域の周縁部のプラズマの拡散を防止するものであり、中央部のプラズマを広げる効果を有するシールド部材２５とは逆の機能を有する。したがって、マルチポールリング磁石２１ａ，２１ｂにより磁界を形成する際には、シールド部材２５によるプラズマを広げる効果を妨げないように条件設定する必要がある。
【００４８】
上述のようなプラズマを広げてプラズマ密度を均一化する効果を発揮させるためには、直流的に接地されたシールド部材２５の上端の高さ位置をウエハＷの高さ位置よりも高くするほうが好ましい。これは、プラズマからの電流がより流れやすくなるからである。
【００４９】
次に、本実施形態のプラズマエッチング装置の変形例について説明する。
図１の例では、シールド部材２５の全てを導電性を有する直流的に接地された部材としたが、図５の例では、その上部のみが導電性を有して直流的に接地された導電性部２５ａであり、下部が絶縁膜２７に覆われた状態である。このような構成であっても、上記のようなプラズマを外側へ広げて均一化する機能を発揮することができる。
【００５０】
また、図６の例では、絶縁膜を形成せずに導電性を持たせた排気リング１４ａを設け、シールド部材２５の他にこの排気リング１４ａも直流的に接地された部材としている。これにより、プラズマからシールド部材２５および排気リング１４ａに向かってウエハＷの外方に電流が流れるから同様にプラズマを外側へ広げて均一化する機能を発揮することができる。この場合に、排気リング１４のみを直流的に接地された部材として機能させても効果を発揮させることができる。
【００５１】
図７の例では、上記排気リング１４が設けられている位置よりも下方のチャンバー１の底部近傍に排気リング１４′を設けて、プラズマ生成領域のウエハ外側部分を下方へ広げ、この排気リング１４′およびシールド部材２５を、導電性を有し、直流的に接地した部材としている。これにより、プラズマが外側へ広がる効果がより高められ、プラズマを均一化する機能をより高めることができる。この場合に、排気リング１４′のみを直流的に接地された部材として機能させても効果を発揮させることができる。
【００５２】
次に、実際に本実施形態の効果を確認した実験について説明する。
まず、基本的構造が図１の構造を有する装置を用い、シールド部材２５の高さを変化させてプラズマ処理を行い、プラズマの自己バイアス電圧Ｖｄｃの面内バラツキを把握した。シールド部材としてはアルミニウムの表面に陽極酸化被膜を形成したものを用い、Ａ：シールド部材の上端の高さが支持テーブルの上端の高さと同じ（Ｚ＝０）、Ｂ：シールド部材の上端の高さが支持テーブルの高さより４．５ｍｍ上でウエハの表面高さとほぼ同じ（Ｚ＝＋４．５）、Ｃ：シールド部材の上端の高さが支持テーブルの高さより９．５ｍｍ上（Ｚ＝＋９．５）になるように設定した装置を用いて試験を行った。また、比較のため、絶縁膜を形成したシールド部材を図３のように配置した従来の装置（Ｚ＝−３０）でも試験を行った（試験Ｄ）。プラズマ処理は、ウエハとしては３００ｍｍウエハを用い、チャンバー内圧力：０．６７Ｐａ、処理ガス：Ｏ２、流量：２００ｍＬ／ｍｉｎ、高周波の周波数：１００ＭＨｚ、高周波パワー：２００Ｗ、５００Ｗ、１２００Ｗ、１８００Ｗ、２４００Ｗの条件で行った。この際のウエハ直上の各位置の自己バイアス電圧Ｖｄｃを整合器に内蔵されたＶｄｃモニターを用いて測定し、Ｖｄｃの面内分布を求めた。この際の２４００Ｗの際のウエハの面内位置によるＶｄｃの値を図８に示し、Ｖｄｃの面内ばらつきΔＶｄｃのパワー依存性を図９に示す。
【００５３】
これらの図に示すように、従来装置の場合（試験Ｄ）には、Ｖｄｃが全体的に深く、ΔＶｄｃの値およびΔＶｄｃのパワー依存性が大きかったが、試験Ａ〜Ｃのようにシールド部材を直流的に接地された部材とすることで、Ｖｄｃの値が浅くなるとともに、ΔＶｄｃの値およびΔＶｄｃのパワー依存性が小さくなることが確認された。また、実験の範囲ではシールド部材の高さが高くなるほどＶｄｃの値が大きくなり、かつΔＶｄｃの値およびΔＶｄｃのパワー依存性が小さくなることが確認された。特に、シールド部材の上端の高さ位置がウエハ表面よりも高い試験Ｃが最も良好な結果となった。
【００５４】
次いで、排気リングの影響を確認した。ここでは、シールド部材の高さをＺ＝０とし、Ｅ：図１のコニカル状の排気リング（高さが−３０〜−１１０ｍｍ、絶縁膜あり）を用いた場合（試験Ａと同じ）と、Ｆ：図７のように排気リングを下方に移動させてチャンバー底部近傍に配置し、かつ排気リングを直流的に接地された部材とした場合（排気リングの高さが−１７０ｍｍ）について、３００ｍｍウエハに対して上と同様のプラズマ処理を行い、Ｖｄｃの面内分布を求めた。この際の２４００Ｗの際の位置によるＶｄｃの値を図１０に示し、Ｖｄｃの面内ばらつきΔＶｄｃのパワー依存性を図１１に示す。
【００５５】
これらの図に示すように、排気リングを下方に広げ直流的に接地されたものとした試験Ｆは、Ｖｄｃの値が大きく、かつΔＶｄｃの値およびΔＶｄｃのパワー依存性が極めて小さいことが確認された。
【００５６】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。ここでは、主にＳｉエッチングに用いられるプラズマエッチング装置を例にとって説明する。図１２は、本発明に係るプラズマ処理装置の第２の実施形態であるプラズマエッチング装置を示す断面図である。この装置の基本構成は図１の装置とほぼ同様であり、図１２において図１と同じものには同じ符号を付して説明を簡略化する。
【００５７】
このプラズマエッチング装置２００は、図１の装置と同様、チャンバー１の底壁から突出するようにリング状の支持部３が形成され、この支持部３の上にリング状の絶縁部材４が設けられていて、支持テーブル２はその外縁部がこの絶縁部材４を介して支持されている。また、支持テーブル２の上方の外周には絶縁体例えばＳｉＯ２で形成されたフォーカスリング３５が設けられている。絶縁部材４および支持部３の外周部分、ならびにチャンバー１の内壁および上部電極１８の支持テーブル２に対向する表面は、それぞれ例えば石英からなる絶縁体カバー３６、３７で覆われている。また、支持部３の外周下端部およびチャンバー１の内壁下端部は石英カバーが設けられておらず、それぞれ陽極酸化アルミニウムが露出した露出部３３および３１となっている。また、絶縁体カバー３６とチャンバー１の内壁との間の空間には排気リングは設けられておらず、その下端近傍部分までプラズマ生成領域Ｒとなる。その他の構成は図１の装置と同じである。
【００５８】
次に、このように構成されるプラズマエッチング装置の処理動作について説明する。
まず、第１の実施形態と同様にしてエッチング対象層を有するウエハＷをチャンバー１内に搬入し、支持テーブル２上に載置し、チャンバー１内を所定の真空度にする。
【００５９】
その後、チャンバー１内に処理ガス供給装置１５からエッチングのための処理ガスを所定の流量で導入し、チャンバー１内を所定の圧力、例えば０．１３〜１３３．３Ｐａ（１〜１０００ｍＴｏｒｒ）程度に維持し、高周波電源１０から支持テーブル２に、周波数が４０ＭＨｚ以上、例えば１００ＭＨｚ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。
【００６０】
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１８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、そのプラズマによりウエハＷに形成されたエッチング対象層がエッチングされる。
【００６１】
このエッチングの際に、マルチポール状態のリング磁石２１ａ，２１ｂにより、処理空間の周囲に磁場を形成することにより、適度なプラズマ閉じこめ効果が発揮され、プラズマの均一化を補助することができる。また、膜によってはこのような磁場の効果がない場合もあるが、その場合には、セグメント磁石を回転させて処理空間の周囲に実質的に磁場を形成しないようにして処理を行えばよい。
【００６２】
上記磁場を形成した場合には、支持テーブル２上のウエハＷの周囲に設けられた絶縁性のフォーカスリング３５はプラズマ中の電子やイオンとの間で電荷の授受を行えないので、プラズマを閉じこめる作用を増大させることができエッチングレートの均一性向上に寄与する。
【００６３】
また、本実施形態では、プラズマ生成領域Ｒを構成する部材表面が例えば石英からなる絶縁体カバー３６、３７で覆われているが、プラズマ生成領域Ｒの下端近傍には、露出部３１，３３を形成しているため、以下に説明するような効果を奏することができる。
【００６４】
すなわち、従来のＳｉエッチング用のプラズマエッチング装置は、プラズマ生成領域のほぼ全てが絶縁体カバーで覆われていたが、本実施形態では、プラズマ生成領域Ｒの下端近傍部分に絶縁体カバーが存在せずに陽極酸化アルミニウムが露出した露出部３１および３３を有する。これら露出部３１および３３は、導電性を有するので、直流的に接地された部材として機能し、かつウエハＷの外側位置に設けられているので、図１３に示すようにプラズマ生成領域ＲのプラズマからウエハＷの外側位置の露出部３１，３３に電流が流れ、その結果プラズマが外側へ広がる。このため、プラズマ密度が均一化される。これによりエッチング処理の面内均一性の向上を達成することができる。なお、露出部３１および３３のどちらか一方でもこのような効果が得られるが、両方設けたほうが、より高い効果が得られる。
【００６５】
また、単に露出部を形成するのではなく、例えば、図１４に示すように、露出部３１に対応する部分に接地部材３８を設けることにより、あるいは露出部３３に対応する部分に接地部材３９を設けることにより、さらには図１５に示すように接地部材３８と接地部材３９の両方を設けることにより、プラズマ密度を均一化する効果を高めることができる。
【００６６】
このような接地部材３８、３９としては、例えば導電性の高い無垢のアルミニウムで構成することができるが、特性の安定性の点およびゴミ対策の観点からＳｉが好ましい。また、特性の安定性の点およびゴミ対策を考慮するとＳｉに代えてＳｉＣでもよい。ＳｉとＳｉＣの併用であってもよい。この場合に、中実の部材をくりぬいて形成することも可能ではあるが、近年、ウエハの大径化の傾向からパーツの寸法が大きくなっており、このように中実のＳｉをくりぬいて製造する際には、接地部材３８，３９のコストが高くなってしまい、また加工も困難である。
【００６７】
このようなコストの問題および加工の問題を回避するためには、図１６に示すように、リング状の接地部材３８を複数のＳｉからなる分割片４１を組み合わせて構成することが有効である。また、Ｓｉで構成された部分自体を少なくしてさらにコスト低下を図る観点から、図１７に示すように、Ｓｉからなる分割片４１と石英（ＳｉＯ２）からなる分割片４２とを交互に組み合わせる構成がより好ましい。例えば、図１８の断面図に示すように、リング状の接地部材３８を径方向に沿って１６分割してＳｉからなる分割片４１と石英（ＳｉＯ２）からなる分割片４２とを交互に組み合わせる。石英はＳｉに比べて安価であり、しかも耐久性が高いので、交換はＳｉからなる分割片４１のみで十分である。また、このように部分的にＳｉＯ２を設けた構成であってもＳｉのみの場合と同程度の特性を発揮することができる。なお、このようにＳｉからなる分割片と石英（ＳｉＯ２）からなる分割片とを交互に組み合わせる際の分割の仕方は、接地部材として機能する限り、限定されない。また、接地部材３９を同様に構成することも可能である。さらに、前述した第１の実施形態におけるシールド部材２５、２５ａを同様に構成することも可能である。
【００６８】
次に、実際に本実施形態の効果を確認した実験について説明する。
まず、基本的構造が図１２であり、図２のように２つの周波数の高周波電源を接続した装置を用い、絶縁体カバーの状態を変化させてＳｉのプラズマエッチングを行い、エッチング形状を把握した。プラズマエッチング装置としては、Ｇ：支持部３の外周下端部の露出部３３のみを形成したもの、Ｈ：支持部３の外周下端部の露出部３３およびチャンバー１の内壁下端部の露出部３１の両方を形成したもの、Ｉ：露出部を形成しない従来のものの３種類を用いた。プラズマエッチングは、チャンバー内圧力：２７Ｐａ、処理ガス：ＨＢｒ、ＮＦ３、ＳＦ６、ＳｉＦ４、Ｏ２、高周波の周波数：４０ＭＨｚ、３．２ＭＨｚ、高周波パワー：６００／７００Ｗの条件で、２００ｍｍＳｉウエハに深さ約１０μｍの深穴を形成した。エッチングはウエハのセンターからエッジ近傍に至る間の複数箇所で行い、各エッチングホールのボトムＣＤを計測し、そのバラツキを求めた。
【００６９】
その結果、従来のＩの場合にはボトムＣＤのバラツキ（ΔＢＣＤ）が３０ｎｍあったのに対し、支持部の外周下端部に露出部を設けたＧはΔＢＣＤが２１ｎｍとエッチングの均一性が改善され、支持部の外周下端部およびチャンバー内壁下端部の両方に露出部を設けたＨはΔＢＣＤが１７ｎｍとなり、エッチングの均一性が一層改善されたことが確認された。
【００７０】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく種々変更可能である。例えば、上記実施形態では、永久磁石からなる複数のセグメント磁石をチャンバーの周囲にリング状に配置してなるマルチポール状態のリング磁石を用いて処理空間の周囲に磁場を形成するようにしたが、このような磁場形成手段は必ずしも必要ではない。また、上記実施形態では、下部電極に高周波電力を印加するタイプの装置を例にとって示したが、上部電極に高周波電力を印加するタイプでも、上部電極にプラズマ生成用の高周波電力を印加し下部電極にイオン引き込み用高周波電力を印加するタイプでも適用することが可能である。さらに、上記実施形態では本発明をプラズマエッチング装置に適用した場合について示したが、プラズマＣＶＤ、スパッタリング等、他のプラズマ処理にも適用可能である。さらにまた、他の装置構成、導電層の材料等についても上記実施形態に限るものではなく、種々のものを用いることができる。さらにまた、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場合について示したが、これに限らず他の基板のプラズマ処理にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置を示す断面図。
【図２】プラズマ生成用の高周波電源とイオン引き込み用の高周波電源を下部電極である支持テーブルに接続した状態を示す概略断面図。
【図３】従来のプラズマエッチング装置の概略構成を示す模式図。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置によりプラズマ密度が均一化される原理を説明するための模式図。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置の変形例を示す模式図。
【図６】本発明の第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置の他の変形例を示す模式図。
【図７】本発明の第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置のさらに他の変形例を示す模式図。
【図８】シールド部材の高さを変化させた場合のウエハの面内位置によるＶｄｃの値を従来と比較して示す図。
【図９】シールド部材の高さを変化させた場合のΔＶｄｃのパワー依存性を従来と比較して示す図。
【図１０】排気リングの位置を変化させた場合のウエハの面内位置によるＶｄｃの値を示す図。
【図１１】排気リングの位置を変化させた場合のΔＶｄｃのパワー依存性を示す図。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係るプラズマエッチング装置を示す断面図。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係るプラズマエッチング装置によりプラズマ密度が均一化される原理を説明するための模式図。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係るプラズマエッチング装置の変形例を示す模式図。
【図１５】本発明の第２の実施形態に係るプラズマエッチング装置の他の変形例を示す模式図。
【図１６】図１４、図１５のプラズマエッチング装置に用いた接地部材を分割片を組み合わせた構成とした例を示す斜視図。
【図１７】図１４、図１５のプラズマエッチング装置に用いた接地部材をＳｉからなる分割片とＳｉＯ２からなる分割片を交互に組み合わせた構成とした例を示す斜視図。
【図１８】図１７の接地部材を用いたプラズマエッチング装置の断面図。
【符号の説明】
【００７２】
１；チャンバー
２；支持テーブル（第１の電極）
５，３５；フォーカスリング
１０，２６；高周波電源
１４；排気リング
１５；処理ガス供給装置
１８；上部電極、シャワーヘッド（第２の電極）
２０；排気装置
２１ａ，２１ｂ；リング磁石
２５，２５ａ；シールド部材
２７；絶縁膜
３１，３３；露出部
３６，３７；絶縁体カバー
３８，３９；接地部材
４１，４２；分割片
１００，２００；プラズマエッチング装置
Ｗ；半導体ウエハ（被処理基板）
【図１】
2006186323.tif 000003
【図２】
2006186323.tif 000004
【図３】
2006186323.tif 000005
【図４】
2006186323.tif 000006
【図５】
2006186323.tif 000007
【図６】
2006186323.tif 000008
【図７】
2006186323.tif 000009
【図８】
2006186323.tif 000010
【図９】
2006186323.tif 000011
【図１０】
2006186323.tif 000012
【図１１】
2006186323.tif 000013
【図１２】
2006186323.tif 000014
【図１３】
2006186323.tif 000015
【図１４】
2006186323.tif 000016
【図１５】
2006186323.tif 000017
【図１６】
2006186323.tif 000018
【図１７】
2006186323.tif 000019
【図１８】
2006186323.tif 000020