(57)【要約】【課題】プラズマを利用した基板処理において、プラズマの不均一性をコントロールして基板面内での加工制御を実現すること。【解決手段】本発明は、内部に処理対象となるウェハＷを配置するチャンバ１０と、チャンバ１０内でウェハＷを載置するステージ１１と、チャンバ１０内にプラズマを発生させるため、チャンバ１０とステージ１１との間に高周波電圧を印加する高周波電源１４とを備える基板処理装置１であって、ステージ１１のウェハＷの面方向における電気抵抗値が不均一となっているものである。【選択図】図１
2008060191.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に処理対象となる基板を配置するチャンバと、
前記チャンバ内で前記基板を載置するステージと、
前記チャンバ内にプラズマを発生させるため、前記チャンバと前記ステージとの間に高周波電圧を印加する高周波電源とを備えており、
前記ステージの前記基板の面方向における電気抵抗値が不均一となっている
ことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記ステージの前記基板の面方向における内周部分の電気抵抗値が外周部分の電気抵抗に比べて高くなっている
ことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記ステージの前記基板の面方向における所定部分領域の電気抵抗値を可変する可変抵抗手段を備えている
ことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項４】
チャンバ内のステージ上に処理対象となる基板を載置し、チャンバ内にプラズマを発生させて前記基板に対する処理を行う基板処理方法において、
前記プラズマを発生させて処理する際、前記ステージの前記基板の面方向における電気抵抗値を不均一にして処理を行う
ことを特徴とする基板処理方法。
【請求項５】
前記プラズマを発生させて処理する際、前記ステージの前記基板の面方向における内周部分の電気抵抗値を外周部分の電気抵抗に比べて高くして処理を行う
ことを特徴とする請求項４記載の基板処理方法。
【請求項６】
前記プラズマを発生させて処理する際、前記ステージの前記基板の面方向における所定部分領域の電気抵抗値を可変しながら処理を行う
ことを特徴とする請求項４記載の基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャンバ内にプラズマを発生させて処理対象の基板に対するエッチングや成膜等の処理を行う基板処理装置および基板処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ウェハの大口径化、加工の微細化に伴い、ウェハ面内で均一な加工制御が重要になってきている。特に、直径３００ｍｍではウェハ外周から約５ｍｍ以内のところでの急激な加工特性変化が顕在化している。ウェハ外周では、ウェハ周辺のチャンバ材料からの影響によるプラズマ変化やプラズマ分布の不均一性、またウェハ表面温度の制御性低下など様々な要因があり、前者はウェハ周辺へのシリコンリング（例えば、特許文献１）もしくはプラズマ均一性の向上（例えば、特許文献２、３）、後者はウェハエッジに特化した温度制御（例えば、特許文献４）に示される改善技術が開示されている。いずれも、４５ｎｍノード世代以降では更なる制御性の向上が期待されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２７７３６９号公報
【特許文献２】特開２００４−１９３５６５号公報
【特許文献３】特開２０００−３２３４５６号公報
【特許文献４】特開２００３−１２４２９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような従来の技術では、更なる大口径ウェハへの微細加工を行う場合にチャンバも大型化し、チャンバ内で発生するプラズマの状態も複雑化して、十分な制御が困難となる。このため、ウェハに対する加工信頼性の向上、製品歩留まりの向上を得ることが難しい状況となる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、内部に処理対象となる基板を配置するチャンバと、チャンバ内で基板を載置するステージと、チャンバ内にプラズマを発生させるため、チャンバとステージとの間に高周波電圧を印加する高周波電源とを備える基板処理装置であって、ステージの基板の面方向における電気抵抗値が不均一となっているものである。
【０００６】
具体的には、ステージの基板の面方向における内周部分の電気抵抗値が外周部分の電気抵抗に比べて高くなっていたり、ステージの基板の面方向における所定部分領域の電気抵抗値を可変する可変抵抗手段を備えていたりするものである。
【０００７】
このような本発明では、チャンバ内にプラズマを発生させる際、ステージの基板の面方向における電気抵抗値の違いによって高周波電力効率を部分的に変えることができ、これによって基板に対するプラズマでの処理レートを変えることができる。特に、基板の内側と外側とでプラズマの発生条件が異なることから、それに合わせて基板の面方向における内周部分と外周部分とで電気抵抗値を変えることにより、基板全体での処理レートを均一化することができる。
【０００８】
また、本発明は、チャンバ内のステージ上に処理対象となる基板を載置し、チャンバ内にプラズマを発生させて基板に対する処理を行う基板処理方法であって、プラズマを発生させて処理する際、ステージの基板の面方向における電気抵抗値を不均一にして処理を行う方法である。具体的には、ステージの基板の面方向における内周部分の電気抵抗値を外周部分の電気抵抗に比べて高くしたり、ステージの基板の面方向における所定部分領域の電気抵抗値を可変しながら処理したりする方法である。
【０００９】
このような本発明では、チャンバ内にプラズマを発生させて処理を行うにあたり、ステージの基板の面方向における電気抵抗値の違いによって高周波電力効率を部分的に変えることができ、これによって基板に対するプラズマでの処理レートを変えることができる。特に、基板の内側と外側とでプラズマの発生条件が異なるとともに、処理の経過とともにプラズマの発生条件が変化することから、それに合わせて基板の面方向における内周部分と外周部分とで電気抵抗値を変えることにより、基板全体での処理レートを均一化することができる。
【００１０】
ここで、一般的なＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置のプラズマ処理におけるチャンバでは、静電チャック（ESC）を用いてウェハを吸着させたステージに高周波電圧を印加している。このステージの材料としては汚染などを考慮して一般的にアルミニウムなどが使用されているが、本発明ではステージの中央部分と周辺部分とで電気抵抗値が違うように材料を意図的に選択することで、ウェハへの高周波電力効率の比率を中央部と周辺部とで変化させる。例えば、ウェハ外周部のエッチングレートが遅い場合、ステージの外周部に低抵抗なアルミニウム、中心部に高抵抗材料の金属で作られたものを使用して、外周部の高周波電力効率を中央部に比べて高めるようにする。これにより、ウェハ外周のエッチングレートが速くなり中心部のエッチング特性と同じに合わせ込むことが可能になる。
【発明の効果】
【００１１】
したがって、本発明によれば、次のような効果を得ることができる。すなわち、例えば３００ｍｍを超える大口径ウェハでの加工プロセスにおいて、エッジ周辺でのプラズマの不均一性やチャンバ壁との相互作用による影響で発生するプロセス変動等に起因する処理レートの低下を抑制でき、また意図的に所定部分の高周波パワーを変化させることで、ウェハ面内での加工形状の均一化制御が可能となる。これらにより、大口径ウェハであってもウェハ全面での高精度なプロセス制御が可能となり、プロセスのばらつきの低減、および製品歩留まりの向上を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図１は、本実施形態に係る基板処理装置の基本構成を説明する模式図である。すなわち、この基板処理装置１は、平行平板型のプラズマ処理チャンバの構成を備えている。電気的に接地されたチャンバ１０はアルミニウム等の材質からなる円筒形状の密閉器で、ガス供給器１３よりプロセスガスが導入され、チャンバ１０内のプロセス真空度が得られように排気ポンプ１２が備えられている。
【００１３】
チャンバ１０の内部には、処理対象となる基板（本実施形態ではシリコン等の半導体から成るウェハＷを例とする。）を載置するステージ１１が設けられている。ステージ１１は、アルミニウム等から作られる電極１１ｂが絶縁体１１ａに設置された構成であり、この電極１１ｂに整合器１５を介して高周波電源１４から高周波電圧が印加される。
【００１４】
チャンバ１０は接地されており、チャンバ１０内にプロセスガスを導入した状態でステージ１１に高周波電圧が印加されるとチャンバ１０の内部にプラズマが発生する。また、ステージ１１の電極１０ｂ上には静電チャック機構（図示せず）が設けられ、ウェハＷを静電吸着力によって吸着保持する。
【００１５】
また、ウェハＷの周辺にはシリコンリング１１ｃ、その外環には石英リング１１ｄが設けられている。このシリコンリング１１ｃがステージ１１上に載置されるウェハＷの周辺に配置されることで、ウェハＷの外周付近における同一素材の基板連続性ができ、プラズマの発生条件を中央部分での発生条件に近づけることができる。
【００１６】
このような構成から成る本実施形態の基板処理装置１では、ステージ１１のウェハＷの面方向における電気抵抗値を不均一にする点が特徴となっている。図２は、本実施形態の主要部を説明する模式断面図であり、（ａ）は本実施形態の構成、（ｂ）は従来の構成である。
【００１７】
図２（ｂ）に示すように、従来の構成では、ステージ１１の電極１１ｂ上にウェハＷの吸着を行う静電チャック機構１１０が設けられている。静電チャック機構１１０は、例えばアルミナセラミックスの誘電体とクランプ電極とで構成され、クランプ電極に１０００Ｖ〜２０００Ｖの直流電圧を印加することでウェハＷを吸着保持する。
【００１８】
また、図示しないが電極１０ｂの内部には冷却用の冷媒ガスの流路があり、この流路よりウェハＷの裏面と静電チャック機構１１０との間にヘリウム等のガスを供給して、ウェハＷの温度制御を行っている。
【００１９】
基板処理としては、チャンバ１０内に発生したプラズマによりウェハＷのエッチング等を行うが、例えばパターンニングされたレジストをマスクとして酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜を加工する場合は、ＣＦ4、ＣＨＦ3、Ａｒの混合ガスで圧力１０Ｐａにして、１５００Ｗの１３．５６ＭＨｚ高周波を印加すればよい。
【００２０】
近年の直径３００ｍｍのウェハＷウェハに対応した設備ではチャンバ１０が大きくなり、プラズマの不均一性やチャンバ壁との相互作用により、ウェハＷの中心部と外周部とでは処理レート（例えば、エッチングレート）に差が発生してしまう。ウェハＷの外周外側にシリコンリング１１ｃを配置することで、ウェハＷの中央部分と外周部分とのプラズマ発生条件を近づけることはできるものの、ウェハＷが大口径化するにしたがい、シリコンリング１１ｃだけでは対応しきれなくなる。
【００２１】
そこで、本実施形態では、図２（ａ）に示すように、ステージ１１におけるウェハＷの面方向に沿った電気抵抗値を不均一にできる構成を持たせている。すなわち、電極１１ｂの構成として、アルミニウム等からなる内電極１１１ａと外電極１１１ｂとその間にはアルミナセラミックス等からなる絶縁体１１３があり、内電極１１１ａの内部には電極材料に比べ高電気抵抗な材料からできた高抵抗部１１２が設けられている。高抵抗部１１２はアルミニウムに高抵抗金属のほか、酸素・カーボンなど不純物を添加することで構成できる。
【００２２】
外電極１１１ｂには２ＭＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの高周波電圧が印加され、また分岐後に可変抵抗器１４１を介して内電極１１１ａにも高周波電圧が印加される。この可変抵抗器１４１と絶縁体１１３の抵抗値を意図的に選択することで、ウェハＷの中心部と外周部とで高周波電力効率の比率を変化させることができる。
【００２３】
例えば、ウェハＷの外周部のエッチングレートが遅い場合、可変抵抗器１４１の抵抗値を上げ、より外周部の高周波電力効率を上げることで、ウェハＷの外周のエッチングレートを速くすることができ、中心部のエッチング特性と同じに合わせ込むことが可能になる。
【００２４】
また、内電極１１１ａに接続される可変抵抗器１４１によって所望の抵抗値を設定することができることから、プラズマの発生条件や処理条件等に応じて最適な抵抗値を選択することができる。つまり、従来のようにシリコンリング１１ｃでプラズマ発生条件の均一化を図ろうとすると、各種の条件が変わった場合には別途仕様の異なるシリコンリング１１ｃを付け替える必要がある。本実施形態では、各種の条件が変わっても、可変抵抗器１４１によってその条件に合わせた最適な抵抗値に容易に合わせ込むことが可能となり、プロセス条件に柔軟に対応することができる。したがって、プロセス毎の抵抗値設定のほか、一つのプロセスの処理中であっても最適な抵抗値へ変化させることが可能となる。
【００２５】
本実施形態のような可変抵抗器１４１を用いたステージ、ウェハおよびプラズマ部分での電気的な模擬回路を図３に示す。この図のようにプラズマの不均一性によりセンター付近の容量Ｃ４０１とエッジ付近の容量Ｃ４０２ができる。本実施形態では、電極外周での抵抗Ｒ４０２は固定であるが、電極中心での抵抗Ｒ４０１に可変抵抗Ｒ４０５を設けて調整することで、容量Ｃ４０２へ掛かる電圧を調整して、センター付近とエッジ付近での高周波パワー効率を変化させる。
【００２６】
本実施形態では、このように内電極１１１ａと外電極１１１ｂとで抵抗値の不均一を構成し、高周波電力効率を調整できることから、処理対象となるウェハＷの中心部と周辺部とでプラズマの発生状態を調整でき、ウェハＷに対する処理レートの均一化を図ることが可能となる。
【００２７】
また、本実施形態では可変抵抗器１４１によってステージの内側部分の電気抵抗値を連続的に変化させることができるため、一つのプロセスにおける処理中であっても可変抵抗器１４１で逐次抵抗値を変化させることができる。
【００２８】
例えば、一つのプロセスによる最初の方の処理レートはウェハＷの中心部および外周部で差がない場合、可変抵抗器１４１により内電極１１１ａ側と外電極１１１ｂ側とで電気抵抗値をほぼ同じになるよう設定し処理を行う。その後、処理が進むにつれて中心部と外周部とで処理レートに差が生じてくる場合、その処理レートの差に応じて可変抵抗器１４１により抵抗値を変化させ、中心部と外周部とで高周波電力効率に差を持たせる。これにより、プラズマの状態を変化させて結果としてウェハＷの全体における処理レートを均一化させることができる。
【００２９】
したがって、このようなプロセス中における処理レートの変化に対応させて可変抵抗器１４１により最適な抵抗値を選択することで、より緻密な処理レートのコントロールを行うことが可能となる。
【００３０】
なお、上記説明した実施形態では、ステージ１１として内電極１１１ａ側に高抵抗部１１２を設け、さらに可変抵抗器１４１を接続する構成をとっているが、予め決まった抵抗値で処理することが分かっている場合には、可変抵抗器１４１を設ける必要はない。
【００３１】
また、反対に、可変抵抗器１４１を内電極１１１ａ側に設けることで外電極１１１ｂ側との間で抵抗値の差を設ける構成であれば、高抵抗部１２を設けずに絶縁体１１３の内側と外側とで同じ材料（抵抗値）の電極で構成してもよく、可変抵抗器１４１で内電極１１１ａ側の抵抗値を設定することができる。
【００３２】
また、可変抵抗器１４１は外電極１１１ｂに接続してもよく、内電極１１１ａおよび外電極１１１ｂの両方に可変抵抗器を接続してもよい。
【００３３】
図４は、他の実施形態について説明する模式図である。すなわち、この基板処理装置１は、先に説明した基板処理装置と同様に、内部に処理対象となるウェハＷを配置するチャンバ１０と、チャンバ１０内でウェハＷを配置するステージ１１と、チャンバ１０内にプラズマを発生させるためチャンバ１０とステージ１１との間に高周波電圧を印加する高周波電源１４および整合器１５と、チャンバ１０内にプロセスガスを導入するガス供給器１３と、チャンバ１０内をプロセス真空度にするための排気ポンプ１２とを備えているが、ステージ１１の電極構成において相違する。
【００３４】
図４に示す基板処理装置１の特徴は、先に説明した基板処理装置１のステージ１１での電気抵抗値の設定を更に細かく行うことができる点である。この例では、ステージ１１の電極１１ｂを複数の領域に分けるため、間に絶縁体１１３で仕切るようにしている。絶縁体１１３による仕切り方は種々のものが考えられるが、ここではステージ１１の平面においてマトリクス状に仕切るよう配置している。これにより、ステージ１１を縦横複数の升目状に電極１１ｂが並ぶ状態となる。
【００３５】
さらに、升目状に並ぶ各電極１１ｂについて各々可変抵抗器１４１が接続され、この可変抵抗器１４１を介して高周波電圧を印加できるようになっている。そして、各可変抵抗器１４１の電気抵抗値のコントロールは、制御部１６によって各々設定する。
【００３６】
制御部１６は、升目状の各電極１１ｂに対する各々の電気抵抗値の設定を行えるもので、例えばディスプレイ表示によって各電極１１ｂの位置と対応させた設定電気抵抗値が参照できるようになっている。また、このディスプレイ表示を用いてどの電極１１ｂに対応してどの程度の電気抵抗値にするかを設定できるようになっている。
【００３７】
図示するディスプレイ表示のようにステージの表示とウェハの表示とを合成し、ステージの表示に対応して升目状に電極の表示が成されており、この各電極に対して色分け等によって電気抵抗値を表示する。なお、色分けとは別に、もしくは色分けとともに電気抵抗値やそれに対応する数値や記号等を表示してもよい。
【００３８】
このように制御部１６では、各電極１１ｂに対応して接続された各可変抵抗器１４１での電気抵抗値の設定を行うことができるため、ステージ１１上の高周波電力効率を非常に細かな領域で調整することが可能となる。
【００３９】
また、制御部１６は、各電極１１ｂに対応した各可変抵抗器１４１での電気抵抗値の設定を、プロセス経過時間とともに変化できるようになっている。例えば、この変化は予め設定されたプログラムによって実現するもので、所定のプロセスに対応してウェハＷの処理レートの場所による変化に基づき、プロセスの進行時間に合わせて各電極１１ｂに対応した可変抵抗器１４１での電気抵抗値の設定を変化させていく。これにより、プラズマの状態変化に応じてステージ１１上の高周波電力効率を細かい領域単位で緻密にコントロールでき、例えば、直径３００ｍｍを超えるような大きなウェハＷであってもプラズマを利用した基板処理の面内均一化を達成することが可能となる。
【００４０】
なお、上記図４に示す他の実施形態では、電極１１ｂがマトリクス状に分割配置されている例を示したが、これ以外でも、例えば複数の列状に分割配置されている例や、同心円状に複数分割されている例や、処理対象となるウェハＷに形成されたパターンレイアウトに対応した領域で分割されている例であっても同様に構成することが可能である。
【００４１】
また、いずれの実施形態でも、処理対象の基板としてウェハＷを例としたが、シリコン以外の化合物半導体ウェハや、ガラス等の基板であってもよい。特に、円盤状の基板に限定されることはなく、四角形状の基板であってもよく、先に説明した電極の分割として基板形状に対応させた分割レイアウトを適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の基板処理装置１は、主としてプラズマエッチング装置として利用可能であるが、プラズマを利用した成膜（プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition））などプラズマによる各種処理装置への適用が可能である。また、上記実施形態では、ステージ１１上の場所による高周波電力効率を調整してウェハ面内での処理レートの均一化を図るようにしたが、この構成を利用して、ウェハ面内で処理レートに重み付けを加えることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本実施形態に係る基板処理装置の基本構成を説明する模式図である。
【図２】本実施形態の主要部を説明する模式断面図である。
【図３】電気的な模擬回路を示す図である。
【図４】本実施形態の他の例を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００４４】
１…基板処理装置、１０…チャンバ、１１…ステージ、１２…排気ポンプ、１３…ガス供給器、１４…高周波電源、１５…整合器、１６…制御部、１１ａ…絶縁体、１１ｂ…電極、１４１…可変抵抗器
【図１】
2008060191.tif 000003
【図２】
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【図３】
2008060191.tif 000005
【図４】
2008060191.tif 000006