(57)【要約】【課題】ウエハ面内の温度分布を高精度制御することができ、また制御できるウエハ温度の範囲を広くすることができるプラズマ処理装置および処理方法を供給する。【解決手段】被処理材と電極表面との間の伝熱用ガスを独立して供給または排気する手段を複数設け、伝熱用ガス圧の面内分布を制御するとともに、複数の独立した領域となるように静電吸着用電極を電極表面に埋め込み、各領域に印加する直流電圧をそれぞれ制御し、ウエハ面内の温度分布を制御する。【選択図】図１
2008034669.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空排気装置が接続され内部を減圧可能な処理室と、該処理室内へガスを供給する装置
と、該処理室内部にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、被処理材を温度調節され
た電極上に静電気力により吸着して固定する手段から成るプラズマ処理装置において、
該被処理材と該電極表面との間の伝熱用ガスを独立して供給または排気する手段を複数
設け、伝熱用ガス圧の面内分布を制御するとともに、複数の独立した領域となるように静
電吸着用電極を該電極表面に埋め込み、各領域に印加する直流電圧をそれぞれ制御し、該
被処理材の温度分布を制御することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
真空排気装置が接続され内部を減圧可能な処理室と、該処理室内へガスを供給する装置
と、該処理室内部にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、被処理材を温度調節され
た電極上に静電気力により吸着して固定する手段から成るプラズマ処理装置において、
該電極表面に複数の独立した溝を設け、該溝それぞれに伝熱用ガスを供給または排気す
る手段を接続し、該被処理材と該電極表面との間の伝熱用ガス圧の面内分布を制御すると
ともに、複数の独立した領域に分割された静電吸着電極を該溝それぞれに対応するように
該電極表面に埋め込み、各領域に印加する直流電圧をそれぞれ制御し、被処理材の温度分
布を制御することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のプラズマ処理装置において、あらかじめ決められた順序に従い
、該被処理材にプラズマ処理の各段階を順次進める場合に、各段階で伝熱用ガス圧の面内
分布と各領域に印加する直流電圧を任意に変化させることにより、被処理材の温度分布を
各段階で制御することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のプラズマ処理装置において、該電極表面を複数の独
立した円環状領域と中央の円形領域に分割し、該円環状領域および該円形領域のそれぞれ
の領域に独立して伝熱用ガスを供給または排気する手段を設けたことを特徴とするプラズ
マ処理装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかに記載のプラズマ処理装置において、該電極表面を複数の独立
した円環状領域と中央の円形領域に分割し、該円環状領域および該円形領域のそれぞれの
領域に静電吸着用電極を設け、それぞれの領域に印加する直流電圧を独立して制御できる
手段を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項１乃至４の何れかに記載のプラズマ処理装置において、該電極表面と被処理材と
の熱伝達率を大きくする部分では、伝熱用ガス圧力を高くしさらに静電吸着用電極に印加
する直流電圧を調節し吸着力を大きくし、また該電極表面と被処理材との熱伝導率を小さ
くする部分では、伝熱用ガス圧力を低くしさらに静電吸着用電極に印加する直流電圧を調
節し吸着力を小さくすることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れかに記載のプラズマ処理装置において、被処理材と該電極表面と
の吸着力を小さくする領域では、該領域に印加する直流電圧を、プラズマ処理中の被処理
材のセルフバイアス電位と同電位または該略同電位に制御することを特徴とするプラズマ
処理装置。
【請求項８】
真空排気装置により処理室内部を減圧し、該処理室内へガスを供給し、該処理室内部に
プラズマを発生させ、被処理材を温度調節された電極上に静電気力により吸着して該被処
理材をプラズマ処理する方法において、該被処理材と該電極表面との間の伝熱用ガスを該
電極表面の複数の領域から供給または排気し、伝熱用ガス圧の面内分布を制御するととも
に、複数の独立した領域となるように該電極表面に埋め込まれた静電吸着用電極の各領域
に印加する直流電圧をそれぞれ制御し、該被処理材の温度分布を制御することを特徴とす
るプラズマ処理方法。
【請求項９】
真空排気装置により処理室内部を減圧し、該処理室内へガスを供給し、該処理室内部に
プラズマを発生させ、被処理材を温度調節された電極上に静電気力により吸着して該被処
理材をプラズマ処理する方法において、
該電極表面に設けられた複数の独立した溝から伝熱用ガスを供給または排気し、該被処
理材と該電極表面との間の伝熱用ガス圧の面内分布を制御するとともに、該溝それぞれに
対応して該電極表面に埋め込まれた静電吸着用電極の各領域に印加する直流電圧をそれぞ
れ制御し、該被処理材の温度分布を制御することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１０】
請求項８または９に記載のプラズマ処理方法において、あらかじめ決められた順序に従
い、該被処理材のプラズマ処理の各段階を順次進める場合に、各段階で伝熱用ガス圧の面
内分布と各領域に印加する直流電圧を任意に変化させることにより、被処理材の温度分布
を各段階で制御することを特徴とするプラズマ処理方法。
【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処理方法であり、特に半導体素子基板等の被処理材
を、プラズマを用いてエッチング処理を施すのに好適なプラズマ処理装置に関するもので
ある。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程では、一般にプラズマを用いたドライエッチングが行われている。ドラ
イエッチングを行うためのプラズマ処理装置は様々な方式が使用されている。
【０００３】
一般に、プラズマ処理装置は、真空処理室、これに接続されたガス供給装置，真空処理
室内の圧力を所望の値に維持する真空排気系，ウエハ基板を載置する電極，真空処理室内
にプラズマを発生させるためのプラズマ発生手段などから構成されている。プラズマ発生
手段により、シャワープレート等から真空処理室内に供給された処理ガスをプラズマ状態
とすることで、ウエハ載置用電極に保持されたウエハ基板のエッチング処理が行われる。
【０００４】
ウエハ基板の面内全体にわたって同等のエッチング性能を確保するためには、ウエハ全
体で同等のエッチング反応が進行することが必要である。しかし、実際にはプラズマ分布
や真空処理室側壁からの輻射の影響などにより、ウエハ表面の温度分布が不均一となり、
ウエハ面内で不均一なエッチング反応が進行するという問題がある。
【０００５】
従来のプラズマ処理装置におけるウエハ載置用電極では、特開昭５５−４８１３２号公
報（特許文献１）に記載のように、温度調節装置を備えた冷媒供給装置から電極基材に冷
媒を供給し、かつウエハ裏面に伝熱用のヘリウムガスを導入してウエハ温度を制御するも
のが一般的である。さらに、ウエハ温度を面内で均一化するために、電極表面にウエハ接
触部と伝熱用ガスの溝を分布させたものや、伝熱用ガスを２系統供給したもの（特開平７
−２４９５８６号公報，特開平１−２５１７３５号公報、特許文献２，３），電極基材に
２系統の冷媒供給系を設けたもの（特開平９−１７７７０号公報、特許文献４）などが知
られている。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５５−４８１３２号公報
【特許文献２】特開平７−２４９５８６号公報
【特許文献３】特開平１−２５１７３５号公報
【特許文献４】特開平９−１７７７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のプラズマ処理装置におけるウエハ載置用電極では、ウエハ面内の温度分布を制御
するために、ウエハ裏面に伝熱用ガスを２系統で供給するもの、電極基材に２系統の冷媒
供給系を設けたものなどが知られている。
【０００８】
しかし、ウエハ載置用電極に２系統の伝熱用ガスを供給してウエハ温度の均一化をして
も、実際のプラズマ処理工程において、その効果は小さい。なぜなら、ウエハ上に堆積さ
せた各膜の種類によって処理ガス種，処理ガス圧力，プラズマ分布は大きく変化し、それ
に伴いプラズマ処理中のウエハ面内の温度分布も大きく変化するためである。２系統の伝
熱用ガスを用いるプラズマ処理装置では、伝熱用ガス圧により熱伝達率に差がある領域が
固定されているために、ウエハ温度分布が大きく変化した場合に対応できなくなるという
問題がある。さらに、この方法では伝熱用ガス圧による熱伝達率の差だけでウエハ温度を
調節するため、ウエハと電極が接触している部分の接触熱伝達率は変化させることができ
ず、ウエハ温度の可変範囲が狭いという問題がある。
【０００９】
同様に、２系統にそれぞれ供給する伝熱用ガスの種類による熱伝達率の差を用いてウエ
ハ温度を調節する場合も、ウエハ温度分布が大きく変化した場合に対応できなくなる、ウ
エハ温度の可変範囲が狭いという問題がある。また、伝熱用ガス圧が低い場合、ウエハと
電極が接触している部分の接触熱伝達率は、電極表面の表面粗さに強く依存する。このた
めプラズマ処理によって電極表面の表面粗さが経時変化すると、ウエハ温度の安定性に影
響を与え、歩留まりを悪化させるという問題もある。
【００１０】
さらに、ウエハ上に複数の材料を堆積させた積層膜をエッチング処理する場合には、各
膜の材料に最適な条件（処理ガス種，処理ガス圧力，プラズマ分布など）で順次エッチン
グ処理を行う必要がある。所望のエッチング処理を施すとき、あらかじめ決められた順序
に従い、エッチング処理の各段階（以下ステップと呼ぶ）を順次、進めていくエッチング
処理（以下ステップエッチングと呼ぶ）において、各膜の材料によって最適なエッチング
処理条件は異なり、プラズマ処理中のウエハ面内の温度分布も大きく変化する。従来のよ
うに電極基材に２系統の冷媒を用いるプラズマ処理装置では、冷媒の流路が固定されてい
るために、必要なウエハ温度分布が大きく変化した場合に対応できなくなる問題がある。
また、温度の分布を大きく変化させようとすると、２系統冷媒のそれぞれの冷媒温度を変
更し、電極基材の面内温度分布を調節した後で、ウエハと電極基材間の熱伝導によりウエ
ハ面内の温度分布を変化させることになるため、冷媒の温度を変化させるための時間が掛
かり各ステップ間で高速にウエハ温度分布を変化させることができない。
【００１１】
一方、ウエハ径がφ３００mmと大きくなるとともに、ウエハ面内のプラズマ分布や反応生成物分布などが不均一になりやすくなってきている。この対応として、ウエハ温度分布を面内で均一にするのではなく、エッチング特性が均一になるように面内でウエハ温度を制御する方法も必要とされている。すなわち、ウエハ面内での高精度な温度制御も必要となってきている。
【００１２】
そこで本発明の目的は、ウエハ面内の温度分布を高精度制御することができ、また制御できるウエハ温度の範囲を広くすることができるプラズマ処理装置および処理方法を供給することにある。
【００１３】
また、ウエハ上の異なる膜層を処理するための各ステップ間で高速にウエハ温度分布を
変化させるプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法を提供することにある。また、ウエ
ハの温度を安定に制御できるプラズマ処理装置および処理方法を供給することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的は、真空排気装置が接続され内部を減圧可能な処理室と、該処理室内へガスを
供給する装置と、該処理室内部にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、被処理材を
温度調節された電極上に静電気力により吸着して固定する手段から成るプラズマ処理装置
において、該被処理材と該電極表面との間の伝熱用ガスを独立して供給または排気する手
段を複数設け、伝熱用ガス圧の面内分布を制御するとともに、複数の独立した領域となる
ように静電吸着用電極を該電極表面に埋め込み、各領域に印加する直流電圧をそれぞれ制
御し、該被処理材の温度分布を制御することにより達成される。
【００１５】
また、真空排気装置が接続され内部を減圧可能な処理室と、該処理室内へガスを供給す
る装置と、該処理室内部にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、被処理材を温度調
節された電極上に静電気力により吸着して固定する手段から成るプラズマ処理装置におい
て、該電極表面に複数の独立した溝を設け、該溝それぞれに伝熱用ガスを供給または排気
する手段を接続し、該被処理材と該電極表面との間の伝熱用ガス圧の面内分布を制御する
とともに、複数の独立した領域に分割された静電吸着電極を該溝それぞれに対応するよう
に該電極表面に埋め込み、各領域に印加する直流電圧をそれぞれ制御し、被処理材の温度
分布を制御することにより達成される。
【００１６】
さらには、あらかじめ決められた順序に従い、該被処理材にプラズマ処理の各段階を順
次進める場合に、各段階で伝熱用ガス圧の面内分布と各領域に印加する直流電圧を任意に
変化させることにより、被処理材の温度分布を各段階で制御することにより達成される。
さらには、該電極表面を複数の独立した円環状領域と中央の円形領域に分割し、該円環状
領域および該円形領域のそれぞれの領域に独立して伝熱用ガスを供給または排気する手段
を設けたことにより達成される。
【００１７】
さらにまた、該電極表面を複数の独立した円環状領域と中央の円形領域に分割し、該円
環状領域および該円形領域のそれぞれの領域に静電吸着用電極を設け、それぞれの領域に
印加する直流電圧を独立して制御できる手段を設けたことにより達成される。さらにまた
、該電極表面と被処理材との熱伝達率を大きくする部分では、伝熱用ガス圧力を高くしさ
らに静電吸着用電極に印加する直流電圧を調節し吸着力を大きくし、また該電極表面と被
処理材との熱伝導率を小さくする部分では、伝熱用ガス圧力を低くしさらに静電吸着用電
極に印加する直流電圧を調節し吸着力を小さくすることにより達成される。さらにまた、
被処理材と該電極表面との吸着力を小さくする領域では、該領域に印加する直流電圧を、
プラズマ処理中の被処理材のセルフバイアス電位と同電位または該略同電位に制御するこ
とにより達成される。
【００１８】
また、上記目的は、真空排気装置により処理室内部を減圧し、該処理室内へガスを供給
し、該処理室内部にプラズマを発生させ、被処理材を温度調節された電極上に静電気力に
より吸着して該被処理材をプラズマ処理する方法において、該被処理材と該電極表面との
間の伝熱用ガスを該電極表面の複数の領域から供給または排気し、伝熱用ガス圧の面内分
布を制御するとともに、複数の独立した領域となるように該電極表面に埋め込まれた静電
吸着用電極の各領域に印加する直流電圧をそれぞれ制御し、該被処理材の温度分布を制御
することにより達成される。
【００１９】
また、真空排気装置により処理室内部を減圧し、該処理室内へガスを供給し、該処理室
内部にプラズマを発生させ、被処理材を温度調節された電極上に静電気力により吸着して
該被処理材をプラズマ処理する方法において、該電極表面に設けられた複数の独立した溝
から伝熱用ガスを供給または排気し、該被処理材と該電極表面との間の伝熱用ガス圧の面
内分布を制御するとともに、該溝それぞれに対応して該電極表面に埋め込まれた静電吸着
用電極の各領域に印加する直流電圧をそれぞれ制御し、該被処理材の温度分布を制御する
ことにより達成される。
【００２０】
さらには、あらかじめ決められた順序に従い、該被処理材のプラズマ処理の各段階を順
次進める場合に、各段階で伝熱用ガス圧の面内分布と各領域に印加する直流電圧を任意に
変化させることにより、被処理材の温度分布を各段階で制御することにより達成される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、所望のウエハ温度分布となるように伝熱用ガス熱伝導率の面内分布が
任意に制御でき、またウエハと電極表面との接触熱伝導率の面内分布を高精度に調節でき
る。このため、処理ガス種，処理圧力，プラズマ分布，側壁からの輻射などの変化の影響
を低減し所望のウエハ温度分布に近づけることができ、ウエハ温度の制御範囲も広がると
いう効果がある。また、より高精度にウエハ面内の温度分布を制御でき、ウエハ温度の制
御範囲も広がるという効果がある。
【００２２】
また、ウエハ上の積層膜をプラズマ処理する際、あらかじめ決められた順序に従い、エ
ッチング処理の各ステップを順次、進めていくステップエッチングにおいて、各ステップ
間で高速にウエハ温度分布変化させることができるという効果がある。
【００２３】
さらに、電極表面の表面粗さがプラズマ処理で経時変化しても、その部分の静電吸着力
が弱いため、接触部分の熱伝達率を最小にすることができ、表面粗さの影響を小さくでき
るという効果がある。つまり、ウエハ温度制御の安定性を高めるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の実施の形態を、以下、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２５】
以下、本発明の実施例に係るマイクロ波ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）エッ
チング装置を図１乃至図３により説明する。図１は、本発明の実施例に係るプラズマ処理
装置の構成の概略を示す縦断面図である。
【００２６】
この図において、本実施例のプラズマ処理装置は、上部が開放された真空容器１０１の
上部に、真空容器１０１内にエッチングガスを導入するためのシャワープレート１０２
（例えば石英製），誘電体窓１０３（例えば石英製）を設置し、密封することにより処理
室１０４を形成する。シャワープレート１０２にはエッチングガスを流すためのガス供給
装置１０５が接続される。また、真空容器１０１には真空排気口１０６を介し真空排気装
置（図示省略）が接続されている。
【００２７】
プラズマを生成するための電力を処理室１０４に伝送するため、誘電体窓１０３の上方
には電磁波を放射する導波管１０７（またはアンテナ）が設けられる。導波管１０７（ま
たはアンテナ）へ伝送される電磁波は電磁波発生用電源１０９から発振させる。電磁波の
周波数は特に限定されないが、本実施例では２.４５ＧＨｚ のマイクロ波を使用する。処
理室１０４の外周部には、磁場を形成する磁場発生コイル１１０が設けてあり、電磁波発
生用電源１０９より発振された電力は、形成された磁場との相互作用により、処理室104
内に高密度プラズマを生成する。
【００２８】
また、シャワープレート１０２に対向して真空容器１０１の下部にはウエハ載置用電極
１１１が設けられる。ウエハ載置用電極１１１は電極表面が溶射膜（図示省略）で被覆さ
れており、高周波フィルター１１５を介して直流電源１１６が接続されている。さらに、
ウエハ載置用電源１１１には、マッチング回路１１３を介して高周波電源１１４が接続さ
れる。
【００２９】
処理室１０４内に搬送されたウエハ１１２は、直流電源１１６から印加される直流電圧
の静電気力でウエハ載置用電極１１１上に吸着され、ガス供給装置１０５よって所望のエ
ッチングガスを供給した後、真空容器１０１内を所定の圧力とし、処理室１０４内にプラ
ズマを発生させる。ウエハ載置用電極１１１に接続された高周波電源１１４から高周波電
力を印加することにより、プラズマからウエハへイオンを引き込み、ウエハ１１２がエッ
チング処理される。
【００３０】
次に、本実施例におけるウエハ載置用電極１１１を図２により説明する。図２は、図１
に示す実施例の試料台であるウエハ載置用電極の構成の概略を示す縦断面図である。この
図において、本実施例のプラズマ処理装置に用いられるウエハ載置用電極１１１（以下、
電極）の構造体となる基材２０１には、アルミナ製の溶射膜２０２，絶縁体であるサセプ
タ２０３，基材２０１の中心側の円形領域を温調するための冷媒が流れる第１の流路204
，基材２０１の外周側の円環状領域を温調するための冷媒が流れる第２の流路２０５，各
々の流路内の冷媒を独立して所定の温度に制御して循環させる第１の冷媒温調器２０６，
第２の冷媒温調器２０７が接続される。
【００３１】
プラズマ処理を行う場合は、第１の冷媒温調器２０６と第２の冷媒温調器２０７により
温度調節された基材２０１に溶射膜２０２を介してウエハ１１２が静電吸着することによ
って、ウエハ１１２が温度調節（冷却）される。またウエハ載置用電極１１１表面には、
ウエハ１１２と溶射膜２０２の間に伝熱用ガスを供給する３つの伝熱用ガス溝２０８，
２０９，２１０が設けられる。第１の伝熱用ガス溝２０８は電極表面の中央の円形領域、
第２の伝熱用ガス溝２０９は第１の伝熱用ガス溝２０８の外周に設けられた円環状領域、
第３の伝熱用ガス溝２１０は第２の伝熱用ガス溝２０９の外周に設けられた円環状領域と
している。
【００３２】
ウエハ載置用電極１１１表面に設けられた第１，第２，第３の伝熱用ガス溝２０８，
２０９，２１０にはそれぞれに伝熱用ガスを供給する配管２１１，２１２，ウエハ１１２
と溶射膜２０２間の圧力を計測する圧力計２１３，２１４，伝熱用ガスの供給量を制御す
るガス流量制御器２１５，２１６，伝熱用ガスを供給するバルブ２１７，２１８，ガスボ
ンベ２１９，２２０，伝熱用ガスの排気バルブ２２１，２２２が接続される。本実施例に
おいては、第１の伝熱用ガス溝２０８と第２の伝熱用ガス溝２０９を一つの配管２１１で
接続し、伝熱用ガス圧は同圧としてあるが、それぞれの伝熱用ガス溝に伝熱用ガスを供給
または排気する手段を設けてもよい。
【００３３】
第１，第２，第３の伝熱用ガス溝２０８，２０９，２１０同士の間及び第３の伝熱用ガ
ス溝２１０の外周側であって、ウエハ載置用電極１１１の外周端には、リング状の凸部が
配置されている。これらのリング状凸部は、その上面に載せられるウエハ１１２の裏面と
当接して、第１，第２，第３の伝熱用ガス溝２０８，２０９，２１０とウエハ１１２裏面
との間に伝熱用ガスが供給されて充填される空間の領域を区画して形成する。後述するよ
うにウエハ１１２はウエハ載置用電極１１１表面上に吸着されて固定された際に、これら
凸部は第１，第２，第３の伝熱用ガス溝２０８，２０９，２１０同士及び処理室１０４内
の空間とを封止して伝熱用ガスを所定の圧力に維持するためのシール部材となっている。
【００３４】
プラズマ処理を行う場合は、バルブ２１７，２１８を開け、ガスボンベ２１９，２２０
から伝熱用ガス（本実施例ではヘリウムガス）を供給し、それぞれの伝熱用ガス溝２０８
，２０９，２１０内のガス圧力を圧力計２１３，２１４でモニタし、所望の圧力となるよ
うガス流量制御器２１５，２１６を制御する。一般に伝熱用ガスの熱伝導率はガス圧力に
比例することが知られている。伝熱用ガス圧力を高くすると伝熱効率向上に効果があり、
１ｋＰａから１０ｋＰａまでは圧力が高いほど伝熱用ガスの伝熱特性が向上し、それ以上
では圧力に依存しなくなる。つまり、伝熱用ガス溝部における電極とウエハ間の熱伝導を
、封入された伝熱用ガスの圧力で制御することができる。また、０ｋＰａから０.１ｋＰa
までは伝熱用ガスの伝熱特性が期待できない。伝熱用ガス溝部における電極とウエハ112
間の熱伝導を最小にしたい場合は、ガス排気バルブ２２１，２２２を開き伝熱用ガス溝
２０８，２０９，２１０を真空とすることで、断熱が可能となる。
【００３５】
従来のプラズマ処理装置のように封入する伝熱用ガスの圧力がウエハ面内で均一とする
場合、ウエハと電極間の熱伝達率はウエハ面内で等しくなる。処理ガス種，処理圧力，プ
ラズマ分布，側壁からの輻射などの変化によりウエハへ流入する熱量が面内で異なる場合
、ウエハ面内の温度分布を均一にするこができない問題があった。これに対して、本実施
例のプラズマ処理装置のように電極上の独立した伝熱用ガス溝２０８，２０９，２１０に
より、ウエハ１１２と電極間の伝熱用ガス圧をそれぞれの溝で個別に制御することで、ウ
エハ１１２と電極間の熱伝達率をウエハ面内で任意の分布にできる。これにより、ウエハ
に流入する熱量がウエハ面内で異なる場合でも、ウエハの温度を均一にできる。また、ウ
エハ面内の熱伝達率を任意の分布にできるため、ウエハ面内の温度分布を凸分布や凹分布
といったように、任意に制御することが可能となる。
【００３６】
上記の本発明の実施例では、伝熱用ガス溝の形状を電極表面にて同心円の円環状，円形
状としている。同心円の円環状，円形状とすることで、伝熱用ガス圧の面内分布を中心軸
対称とすることができ、ウエハ面内の温度分布を制御しやすいという効果がある。
【００３７】
また、本実施例においては、伝熱用ガス溝を３系統としたが、３系統以上の複数の伝熱
用ガス溝を設けることにより、さらに高精度にウエハ面内の温度分布を制御することが可
能となる。
【００３８】
しかし、伝熱用ガスの圧力を制御するだけでは、溝部における熱伝達率が変化するのみ
で、ウエハと電極表面が接触している部分の接触熱伝達率を制御することはできなかった
。つまり温度可変範囲が狭いという課題があった。そこで、本実施例では、電極表面に２
つの独立した静電吸着用電極２２３，２２４を設ける。第１の静電吸着用電極２２３は、
電極表面の中央の円形領域、第２の静電吸着用電極２２４は第１の静電吸着用電極２２３
の外周に設けられた円環状領域とし、基材２０１表面のアルミナ製溶射膜２０２内に埋め
込まれている。それぞれの静電吸着用電極２２３，２２４には、高周波電力の伝送を遮断
するフィルター２２５，２２６，静電吸着電極へ直流電圧を印加するための直流電源227
，２２８が接続される。
【００３９】
プラズマ処理を行う場合には、直流電源２２７，２２８から直流電圧を印加し、発生す
る静電気力によりウエハ１１２を電極上へ吸着させる。この吸着力は印加する直流電圧の
大きさにより制御することができ、プラズマ処理中はウエハのセルフバイアス電位と静電
吸着用電極２２３，２２４に印加する直流電圧の差により吸着力が決定する。一般に接触
熱伝達率は接触圧力（吸着力）に比例することが知られている。セルフバイアス電位と印
加する直流電圧の差が大きいと吸着力も大きくなり伝熱特性が向上する。セルフバイアス
電位と印加する直流電圧を同電位にすると吸着力は最小となり伝熱特性が期待できない。
つまり、ウエハ１１２との接触部における電極表面とウエハ１１２間の接触熱伝達率を直
流電圧の大きさで制御することができ、ウエハ面内の接触熱通過率を任意の分布とするこ
とができる。溝部の伝熱用ガス圧の制御に加えて、さらにウエハの接触部での接触熱伝達
率の制御を可能とすることで、ウエハ温度の可変範囲を大きくできるという効果がある。
【００４０】
つまり、ウエハと電極表面との熱伝達率を大きくする部分では、伝熱用ガス圧力を高く
しさらに伝熱用ガス圧力を高くした領域の静電吸着用電極では印加する直流電圧を調節し
吸着力を大きくし、またウエハと電極表面との熱伝導率を小さくする部分では、伝熱用ガ
ス圧力を低くしさらに伝熱用ガス圧力を低くした領域の静電吸着用電極では印加する直流
電圧を調節し吸着力を小さくすることで、ウエハ温度の面内分布を制御することができ、
さらにウエハ温度の可変範囲を大きくできるという効果がある。
【００４１】
なお、本実施例では、上記第１，第２，第３の伝熱用ガス溝２０８，２０９，２１０は
、伝熱用ガスが供給される領域であるが、これらの内部も凹凸が形成されており、その一
部は吸着されたウエハ１１２の裏面と当接して、これらの当接部分において熱の伝達が行
われる。これら第１，第２，第３の伝熱用ガス溝２０８,２０９,２１０内でウエハ１１２
と接触する表面の面積は上記凸部と比べて少なくされている。
【００４２】
また、本実施例の略円板上の中央側の静電吸着用電極２２３は、第１の伝熱用ガス溝
２０８及びその外側のリング状凸部の下方全体に渡っており、またその外周縁は第２の伝
熱用ガス溝２０９の下方まで延在している。円環状の外周側の静電吸着用電極２２４は、
その内周縁が第２の伝熱用ガス溝２０９の下方に位置し外周縁が第３の伝熱用ガス溝210
の外側の凸部下方に位置している。すなわち、外周側の静電吸着用電極２２４は、第２，
第３の伝熱用ガス溝２０９，２１０に渡りその下方に配置されている。外周側の静電吸着
用電極２２４に供給される直流電圧の調節により、第２，第３の伝熱用ガス溝２０９，
２１０及びこれらの間の凸部とウエハ１１２との間の接触力が調節されるとともに、第２
，第３の伝熱用ガス溝２０９，２１０間の凸部によるシール性能も調節される。同様に、
中央側の静電吸着電極２２３へ供給される直流電圧の調節により、第１，第２の伝熱用ガ
ス溝２０８，２０９及びこれらの間の凸部とウエハ１１２との間の接触力が調節されると
ともに、第１，第２の伝熱用ガス溝２０８，２０９間の凸部によるシール性能も調節され
る。
【００４３】
上記の本発明の実施例では、静電吸着用電極の形状を電極表面にて同心円の円環状，円
形状としている。このように同心円の円環状，円形状とすることで、吸着力による接触熱
伝導率の面内分布を中心軸対称とすることができ、ウエハ面内の温度分布を制御しやすい
という効果がある。また、本実施例においては、静電吸着用電極を２つの領域としたが、
２つの領域以上、複数の領域とすることにより、さらに高精度にウエハ面内の温度分布を
制御することが可能となる。
【００４４】
次に、図３を用いて、実際のウエハ温度測定結果を示す。図３は、図１の実施例に係る
ウエハ表面の半径方向についての温度変化を示すグラフである。曲線３０１は、第１，第
２，第３の伝熱用ガス溝２０８，２０９，２１０での伝熱用ガス圧力をすべて１.０ｋＰa
とし、第１，第２の静電吸着用電極２２３，２２４に印加する直流電圧を調節し吸着力を
面内一定とした場合のウエハ温度分布を示す。曲線３０２は、第１，第２の伝熱用ガス溝
２０８，２０９での伝熱用ガス圧力を１.０ｋＰａ とし、第３の伝熱用ガス溝２１０での
伝熱用ガス圧力を０ｋＰａ、第１，第２の静電吸着用電極２２３，２２４に印加する直流
電圧を調節し吸着力を面内一定とした場合のウエハ温度分布を示す。曲線３０３は、第１
，第２の伝熱用ガス溝２０８，２０９での伝熱用ガス圧力を１.０ｋＰａ とし、第３の伝
熱用ガス溝２１０での伝熱用ガス圧力を０ｋＰａ、第１の静電吸着用電極２２３に印加す
る直流電圧は曲線３０１，３０２と同じ電圧、第２の静電吸着用電極２２４に印加する直
流電圧をプラズマ処理中のウエハのセルフバイアス電位と同電圧とし、吸着力を最小とし
た場合のウエハ温度分布を示す。
【００４５】
曲線３０１が示すように、ウエハ面内の熱伝達率を均一とした場合、プラズマ分布等の
影響を受けウエハ温度分布が凸分布となっている。これに対して、曲線３０２が示すよう
に、ウエハ外周部の伝熱用ガス圧を低下させ、熱伝達率を小さくすると、ウエハ外周部の
温度が上昇し温度分布の均一性が向上している。さらに、曲線３０３が示すようにウエハ
外周部の吸着力を低下させることで、さらに外周部の熱伝達率が低下しウエハ温度の均一
性が改善している。吸着力を制御することでウエハ温度の可変範囲が大きくなることがわ
かる。
【００４６】
さらに、実際のエッチングにおいてはプラズマ分布や反応生成物の分布の影響により、
ウエハ温度分布を曲線３０３のように面内で均一にしても、エッチング特性が均一になら
ない場合がある。むしろ曲線３０１のようにウエハ面内の温度分布が凸分布とした場合に
ウエハ面内のエッチング特性が均一となる場合もある。このような場合においても、本実
施例では、ウエハ面内の熱伝達率を任意に制御することで所望のウエハ温度分布にでき、
ウエハ面内のエッチング特性を均一にできるという効果がある。
【００４７】
以上のように伝熱用ガス圧力と静電吸着電極に印加される直流電圧の大きさでウエハ面
内の温度分布を制御する手段を用いることで、本実施例のように構成された装置では、ウ
エハ温度制御の時間応答性は極めて速くなる。これにより、所望のエッチング形状を得る
とき、あらかじめ決められた順序に従い、エッチング処理の各ステップを順次進めていく
ステップエッチングにおいて、各ステップでのウエハの温度分布を最適化することが可能
となる。これにより、高精度のエッチング処理が可能となり、装置稼働率向上，デバイス
の歩留まりを向上できるという効果がある。
【００４８】
また、このようなエッチング処理装置においては、ウエハ上に複数の材料を堆積させ形
成した積層膜をエッチング処理することが多い。各膜の材料によって最適なプラズマ処理
条件は異なり、プラズマ処理中のウエハ面内の温度分布は大きく変化する。特にＣＤ
（Critical Dimension）のウエハ面内分布は、プラズマ処理中のウエハ温度に強く依存し
影響を受けやすい。このため、複数の材料を堆積させ形成した積層膜のプラズマ処理では
、各膜の材料によって最適なプラズマ処理条件の各ステップを順次、進めていくステップ
エッチングが有効となる。本実施例のように構成された装置では、伝熱用ガス圧と静電吸
着用電極に印加される直流電圧を制御することでウエハ面内の温度分布を制御するため、
ステップエッチングにおける各ステップに対応して高速でウエハ温度分布を制御できる。
つまり、所望のＣＤ分布となるよう制御することができるという効果がある。
【００４９】
前述の積層膜をステップエッチング処理する場合の処理の動作の流れを図４により説明
する。図４は、図１に示す実施例に係るウエハ処理の流れを示すフローチャートである。
まず、ウエハ載置用電極１１１にウエハ１１２を載置する（ステップＳ４０１）。次に、
直流電源２２７，２２８、から所定の直流電圧をそれぞれ印加して、ウエハ１１２を静電
吸着する。このとき、ウエハと電極表面との熱伝達率を大きくする静電吸着用電極の領域
では印加する直流電圧を調節して吸着力を大きくし、またウエハと電極表面との熱伝導率
を小さくする静電吸着用電極の領域では印加する直流電圧を調節して吸着力を小さくし、
ウエハと電極表面との接触熱伝導率のウエハ面内分布を与える（ステップＳ４０２）。
【００５０】
次に、ガスボンベ２１９，２２０から伝熱用ガスを供給または排気し、それぞれの伝熱
用ガス溝２０８，２０９，２１０内のガス圧力が所望の圧力となるように制御する。この
とき、ウエハと電極表面との熱伝導率を大きくする領域では伝熱用のガス圧力を高くし、
またウエハと電極表面との熱伝導率を小さくする領域では伝熱用ガス圧力を低く（排気）
し、ウエハと電極表面との伝熱用ガスによる熱伝導率のウエハ面内分布を与える（ステッ
プ４０３）。次に、処理室１０４内にプラズマを発生させ、ウエハ１１２がエッチング処
理される（ステップ４０４）。ウエハ上の積層膜をエッチング処理する場合、各膜の材料
により最適なプラズマ処理条件は異なる。よって各膜に最適なプラズマ処理条件で各ステ
ップを順次進めるステップエッチングの場合（ステップ４０５）、各ステップにおけるプ
ラズマ処理中のウエハ面内の温度分布も大きく変化するため、各ステップに対応して高速
でウエハ温度分布を制御する必要がある。つまり、次の膜をエッチング処理するために、
それぞれの静電吸着用電極に印加する電圧と各領域での伝熱用ガス圧を再度所望の値に調
節しなければならない。
【００５１】
次のステップエッチングに移行する場合は、最初に、プラズマを停止させ（ステップ
４０６）、各領域での伝熱用ガス圧を調整しておく（ステップ４０７）。たとえば、伝熱
用ガスの圧力を高くしていた領域に対して、次のステップエッチング処理にて接触熱伝導
率を低くするように吸着力を弱める場合、吸着力より伝熱用ガスの圧力が高くなるとウエ
ハ１１２がウエハ載置用電極１１１より剥離してしまうため、あらかじめ吸着力を弱める
領域の伝熱用ガスを排気する等の調整をしておく（ステップ４０７）。次に再度、直流電
圧を調節し接触熱伝導率のウエハ面内分布を与え（ステップＳ４０２）、伝熱用ガス圧を
調節しガスによる熱伝導率のウエハ面内分布を与える（ステップＳ４０３）。すべてのス
テップエッチング処理が終了した場合（ステップ４０５）は、伝熱用ガスをすべて排気し
（ステップ４０８）、静電吸着用電極への直流電圧の印加を停止し（ステップ４０９）、
プラズマを停止する（ステップＳ４１０）。
【００５２】
最後にウエハ１１２をウエハ載置用電極１１１から取り外して処理室外に搬出する（ス
テップＳ４１１）。上述のプラズマ処理方法では、ステップエッチング処理を施す場合、
ステップ間でプラズマを停止（ステップＳ４０６）していたが、必ずしもステップ間でプ
ラズマを停止させる必要はなく、プラズマ処理を継続したまま、静電吸着電極に印加する
電圧と伝熱用ガス圧の面内分布を制御してもよい。本実施例で示したようなプラズマ処理
方法では、静電吸着用電極に印加される直流電圧と伝熱用ガス圧を制御することでウエハ
面内の温度分布を制御するため、ステップエッチングにおける各ステップに対応して高速
でウエハ温度分布を制御でき、所望のＣＤ分布となるようプラズマ処理することができる
という効果がある。
【００５３】
また、ウエハと電極が接触している部分の接触熱伝導率は、伝熱用ガス圧が低い場合、
電極表面の表面粗さに強く依存する。このためプラズマ処理によって電極表面の表面粗さ
が経時変化すると、ウエハ温度の安定性に影響を与え、歩留まりを悪化させるという問題
があった。しかし、本実施例によれば、静電吸着電極の直流電圧を制御し吸着力を低下さ
せることができる。伝熱用ガス圧を低くした部分ではさらに吸着力も低下させることで、
表面粗さの影響を最小にできる。これによりエッチング処理において、エッチング性能の
安定性が向上するという効果がある。
【００５４】
以上の実施例ではマイクロ波ＥＣＲ放電を利用したエッチング装置を例に説明したが、
他の放電（有磁場ＵＨＦ放電，容量結合型放電，誘導結合型放電，マグネトロン放電，表
面波励起放電，トランスファー・カップルド放電）を利用したドライエッチング装置にお
いても同様の作用効果がある。また上記各実施例では、エッチング装置について述べたが
、プラズマ処理を行うその他のプラズマ処理装置、例えばプラズマＣＶＤ装置，アッシン
グ装置，表面改質装置等についても同様の作用効果がある。
【実施例２】
【００５５】
本発明の第２の実施例を図５を用いて説明する。図５は、本実施例のプラズマ処理装置
に係るウエハ載置用電極の構成の概略を示す縦断面図である。本図が実施例１と異なる点
を以下に説明する。図５は本発明の一実施例におけるウエハ載置用電極を示す。本実施例
のプラズマ処理装置に用いられるウエハ載置用電極１１１（以下、電極）は、電極の構造
体となる基材５０１，アルミナ製の溶射膜５０２，基材５０１の温度制御用装置（図示省
略）からなる。
【００５６】
また電極表面には、ウエハ１１２と溶射膜５０２の間に伝熱用ガスを供給する複数の独
立した伝熱用ガス溝５０３が設けられる。設けられた複数の独立した伝熱用ガス溝５０３
には、それぞれに独立して伝熱用ガスを供給する配管５０４，ウエハ１１２と溶射膜502
間の圧力を計測する圧力計５０５，伝熱用ガスの供給量を制御するガス流量制御器５０６
，伝熱用ガスを供給するバルブ５０７，ガスボンベ５０８，伝熱用ガスの排気バルブ509
が接続される。
【００５７】
プラズマ処理を行う場合は、バルブ５０７を開け、ガスボンベ５０８から伝熱用ガス
（本実施例ではヘリウムガス）を供給し、それぞれの伝熱用ガス溝５０３内のガス圧力を
圧力計５０５でモニタし、所望の圧力となるようガス流量制御器５０６を制御する。
【００５８】
このように複数の独立した伝熱用ガス溝５０３により、ウエハ１１２と電極間の伝熱用
ガス圧をそれぞれの溝で個別に制御する場合、ウエハ１１２と電極間の熱伝達率をウエハ
面内で任意の分布にできる。複数の独立した伝熱用ガス溝５０３を設けることで、さらに
高精度にウエハ面内の熱伝導率を任意の分布に制御できるという効果がある。
【００５９】
さらに本実施例では、電極表面に設けた複数の伝熱用ガス溝５０３にそれぞれ対応した
複数の独立した静電吸着用電極５１０を設ける。それぞれの静電吸着用電極５１０には、
高周波電力の伝送を遮断するフィルター５１１，静電吸着電極へ直流電圧を印加するため
の直流電源５１２が接続される。直流電源５１２から直流電圧を印加することで発生する
静電気力によりウエハ１１２を電極上へ吸着させることができる。またこの吸着力は印加
する直流電圧の大きさにより制御することができる。
【００６０】
このように、溝部以外の接触部における電極表面とウエハ１１２間の接触熱伝達率を直
流電圧の大きさで制御することができ、ウエハ面内の接触熱通過率を任意の分布とするこ
とができる。溝部の伝熱用ガス圧の制御に加えて、さらに溝部に対応したウエハの接触部
での接触熱伝達率の制御を可能とすることで、ウエハ温度の制御範囲を大きくでき、高精
度にウエハ面内の温度分布を制御できるという効果がある。
【００６１】
上記実施例の変形例を図６を用いて説明する。図６は、図５に示す実施例の変形例に係
るウエハ載置用電極の構成の概略を示す縦断面図である。本図が実施例１，２と異なる点
を以下に説明する。
【００６２】
プラズマ処理中のウエハ１１２の温度分布を検出する温度センサー６０１を設ける。温
度センサー６０１から得られたプラズマ処理中のウエハの温度が、あらかじめ決められた
温度分布となるようにガス流量制御器６０２のガス流量と直流電源６０３の出力電圧を制
御する。つまり、プラズマ処理中のウエハ温度の面内分布を測定し、得られた温度から、
伝熱用ガス圧の面内分布または各領域に印加する直流電圧を自動制御できるようにする。
これにより、高精度にウエハ面内の温度分布を制御できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である    。
【図２】図１に示す実施例の試料台であるウエハ載置用電極の構成の概略を示す縦断    面図である。
【図３】図１の実施例に係るウエハ表面の半径方向についての温度変化を示すグラフ    である。
【図４】図１に示す実施例に係るウエハ処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】本実施例のプラズマ処理装置に係るウエハ載置用電極の構成の概略を示す縦    断面図である。
【図６】図５に示す実施例の変形例に係るウエハ載置用電極の構成の概略を示す縦断    面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０１…真空容器、１０２…シャワープレート、１０３…誘電体窓、１０４…処理室、
１０５…ガス供給装置、１０６…真空排気口、１０７…導波管、１０９…電磁波発生用電
源、１１０…磁場発生コイル、１１１…ウエハ載置用電極、１１２…ウエハ、１１３…マ
ッチング回路、１１４…高周波電源、２０１…基材、２０２…溶射膜、２０３…サセプタ
、２０４…第１の流路、２０５…第２の流路、２０６…第１の冷媒温調器、２０７…第２
の冷媒温調器、２０８…第１の伝熱用ガス溝、２０９…第２の伝熱用ガス溝、２１０…第
３の伝熱用ガス溝、２１１，２１２，５０４…配管、２１３，２１４，５０５…圧力計、
２１５，２１６…ガス流量制御器、２１７，２１８…バルブ、２１９，２２０…ガスボン
ベ、２２１，２２２…ガス排気バルブ、２２３…第１の静電吸着用電極、２２４…第２の
静電吸着用電極、２２５，２２６，５１１…フィルター、２２７，２２８,５１２,６０３
…直流電源、３０１，３０２，３０３…曲線、５０１…基材、５０２…溶射膜、５０３…
伝熱用ガス溝、５０６…ガス流量制御器、５０７…バルブ、５０８…ガスボンベ、５０９
…ガス排気バルブ、５１０…静電吸着用電極、６０１…温度センサー、６０２…ガス流量
制御器。
【図１】
2008034669.tif 000003
【図２】
2008034669.tif 000004
【図３】
2008034669.tif 000005
【図４】
2008034669.tif 000006
【図５】
2008034669.tif 000007
【図６】
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