(57)【要約】      （修正有）【課題】プラズマ処理装置において、簡単な構造でフォーカスリングを試料と同等の温度に冷却することでフォーカスリングの消耗を抑制し、試料の外周部のエッチング特性を長期間良好に保つ。【解決手段】真空処理室と、試料台４と、試料３を静電吸着させるための第一の静電吸着層２０と、フォーカスリング１４を静電吸着させるための第二の静電吸着層２１と、試料３の裏面に伝熱ガスを供給する手段２４，２５と、前記第一及び第二の静電吸着層２０，２１の表面にそれぞれ伝熱ガス供給溝２７，２８，２９と、を有するプラズマ処理装置において、試料３の中心側と試料３の外周側に異なる圧力で伝熱ガスを供給するため２系統の伝熱ガス供給手段２４，２５とし、かつ、供給手段２５からの伝熱ガスを伝熱ガス供給経路２６によってフォーカスリング１４の載置面の伝熱ガス供給溝２９に分岐し、フォーカスリング冷却用伝熱ガスをウェハ冷却用伝熱ガスと共用する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空処理室と、試料が載置され内部に前記試料の温度を制御するための冷媒流路を有した試料台と、前記試料とフォーカスリングを前記試料台に静電吸着する静電吸着電源と、前記試料台の表面に前記試料を静電吸着させる第一の静電吸着層と、前記試料台の表面に前記フォーカスリングを静電吸着させるための第二の静電吸着層と、前記試料の裏面に前記試料の温度を制御するための伝熱ガスを供給する手段と、前記第一及び第二の静電吸着層の表面にそれぞれ伝熱ガス供給溝を有する真空処理装置において、
前記伝熱ガス供給手段を前記試料の中心側と前記試料の外周側に異なる圧力で供給するための２系統の伝熱ガス供給手段を持ち、前記伝熱ガス供給経路をフォーカスリング載置面の伝熱ガス供給溝に分岐し、フォーカスリング冷却用伝熱ガスを試料冷却用伝熱ガスと共用することを特徴とする真空処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の真空処理装置において、前記フォーカスリング載置面の伝熱ガス供給溝に分岐する伝熱ガス経路が前記試料の外周側に伝熱ガスを供給する経路から分岐されていることを特徴とする真空処理装置。
【請求項３】
請求項１記載の真空処理装置において、前記フォーカスリング載置面の伝熱ガス供給溝に分岐する伝熱ガス経路が前記試料の中心側に伝熱ガスを供給する経路から分岐されていることを特徴とする真空処理装置。
【請求項４】
請求項１記載の真空処理装置において、前記フォーカスリング載置面の伝熱ガス供給溝に分岐する伝熱ガス経路が前記試料の外周側に伝熱ガスを供給する経路及び前記試料の中心側に伝熱ガスを供給する経路の双方からそれぞれ分岐されていることを特徴とする真空処理装置。
【請求項５】
請求項４記載の真空処理装置において、前記試料の外周側から前記フォーカスリング載置面の伝熱ガス供給溝に分岐する伝熱ガス分岐経路及び前記試料の中心側から前記フォーカスリング載置面の伝熱ガス供給溝への伝熱ガス分岐経路のそれぞれの伝熱ガス分岐経路に開閉バルブを備えていることを特徴とする真空処理装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかの請求項に記載の真空処理装置において、前記第一の静電吸着層の体積抵抗率は１０８Ωｃｍから１０１２Ωｃｍであり、前記第二の静電吸着層の体積抵抗率は前記第一の静電吸着層の体積抵抗率と同様に１０８Ωｃｍから１０１２Ωｃｍであることを特徴とする真空処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハ等の試料の処理を行う真空処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程において、成膜やエッチング等の工程にプラズマ処理装置が広く使用されている。これらプラズマ処理装置には、微細化するデバイスに対応した高精度処理性能、量産性能が求められている。量産性の観点からウェハサイズは拡大しており、現在では１２インチウェハが主流となっている。また、歩留まりを向上させることで生産性は向上するので、エッチングレートの均一化のために温度制御が重要である。
【０００３】
例えば、特許文献１では、試料冷却用伝熱ガスを圧力の異なる２系統で供給し伝熱特性を試料面内で変化させている。この方法は試料冷却用伝熱ガスの経路を２系統持っているので、試料表面の温度分布を均一になるよう制御することができる。
【０００４】
また、近年では、一枚のウェハから多くのデバイスを生産するようになっているため、可能な限りウェハ外周端部までデバイスを生産する。従って、ウェハ外周端部においてもエッチング特性の悪化を防止する必要がある。しかし、プラズマからの入熱によりフォーカスリングの温度が上昇するため、試料の外周部はフォーカスリングからの輻射熱の影響を受け、エッチング特性が悪くなる。
【０００５】
特に高バイアス電力を印加する条件で使用する場合には、フォーカスリングの温度は５００℃以上にも達するため、試料はフォーカスリングからの輻射熱の影響を強く受けることになる。シュテファン・ボルツマンの法則によれば、輻射熱のエネルギーは絶対温度の４乗に比例するため、輻射熱の影響を小さくするには、フォーカスリングを冷却することが有効である。
【０００６】
さらには、フォーカスリングは衝突するイオンにより削られる。フォーカスリングが削られることによりウェハ外周端部のエッチング特性は経時的に悪化する。フォーカスリングの温度が高温であると、デポ性の堆積物が付着せず、フォーカスリングの消耗はかなりの速度で進行することになる。
【０００７】
フォーカスリングの消耗によりウェハ外周端部のシース高さが大きく下がってしまうとウェハ外周端部の歩留まりが悪くなるため、フォーカスリングの交換が必要である。交換周期が短いとランニングコストにも高くなってしまうため、フォーカスリングの冷却は、エッチング特性の悪化防止だけでなく、ランニングコストの改善に対しても重要である。
【０００８】
従来技術として、例えば、特許文献２では、試料台中央から試料裏面に供給している伝熱ガスを、試料台を保護する試料台カバーと併用して試料台カバーを冷却している。
【０００９】
特許文献３では、フォーカスリングを静電チャック外周部に誘電体を介して設置し、フォーカスリングを吸着して冷却する方法が示されている。試料吸着用の電源に加えてフォーカスリング吸着用の電源を持っており、試料とフォーカスリングのそれぞれで吸着電圧を制御している。
【００１０】
また、特許文献４にはフォーカスリングを直接静電チャックに吸着させて冷却する方法についても記載されており、フォーカスリングが載置される静電チャック外周部上面には複数の伝熱ガス導入溝を有し、フォーカスリングの冷却効率を向上させている。
【００１１】
また、特許文献４では、試料の周辺に設置されるフォーカスリングの下に厚い誘電体リングを挿入することでフォーカスリング自体に印加されるバイアスを抑制し、プラズマからのフォーカスリングへの入熱を抑制しフォーカスリングの温度を低く保っている。
以上のようにフォーカスリングの冷却方法については様々な方法が考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平１−２５１７３５号公報
【特許文献２】特開平８−２５５７８３号公報
【特許文献３】特開２００５−６４４６０号公報
【特許文献４】特開２００７−２５８５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、簡単な構造でフォーカスリングを試料と同等の温度に冷却することでフォーカスリングの消耗を抑制し、試料外周部のエッチング特性を長期間良好に保つことを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の真空処理装置は、真空処理室と、試料が載置され内部に前記試料の温度を制御するための冷媒流路を有した試料台と、前記試料を前記試料台に静電吸着する静電吸着電源と、前記試料台表面に試料を静電吸着させる第一の静電吸着層と、前記試料台表面にフォーカスリングを静電吸着させるための第二の静電吸着層と、前記試料裏面に前記試料の温度を制御するための伝熱ガスを供給する手段と、前記第一及び第二の静電吸着層の表面にそれぞれ伝熱ガス供給溝を有する真空処理装置であって、前記伝熱ガス供給手段を試料中心側と試料外周側に異なる圧力で供給するため２系統の伝熱ガス供給手段を持ち、前記伝熱ガス供給経路をフォーカスリング載置面に分岐し、フォーカスリング冷却用伝熱ガスをウェハ冷却用伝熱ガスと共用することを特徴とする。
【００１５】
本発明の真空処理装置では、前記フォーカスリング載置面に分岐する伝熱ガス経路が前記試料の外周側に伝熱ガスを供給する経路から分岐されていることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の真空処理装置では、前記フォーカスリング載置面に分岐する伝熱ガス経路が前記試料の中心側に伝熱ガスを供給する経路から分岐されていることを特徴とする真空処理装置。
【００１７】
また、本発明の真空処理装置では、前記フォーカスリング載置面に分岐する伝熱ガス経路が前記試料の外周側に伝熱ガスを供給する経路及び前記試料の中心側に伝熱ガスを供給する経路の双方からそれぞれ分岐されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明の真空処理装置は、更に、前記試料の外周側から前記フォーカスリング載置面に分岐する伝熱ガス分岐経路及び前記試料の中心側から前記フォーカスリング載置面への伝熱ガス分岐経路のそれぞれの伝熱ガス分岐経路に開閉バルブを備えていることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の真空処理装置において、前記第一の静電吸着層の体積抵抗率は１０８Ωｃｍから１０１２Ωｃｍであり、前記第二の静電吸着層の体積抵抗率は前記第一の静電吸着層の体積抵抗率と同様に１０８Ωｃｍから１０１２Ωｃｍであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、試料を冷却する伝熱ガスの経路をフォーカスリングに分岐することで、簡単な構造でフォーカスリングの温度を試料と同等に冷却することができ、フォーカスリングの消耗が抑制されることで試料外周部のエッチング特性を長期間良好に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は本発明の実施例の真空処理装置の断面図である。
【図２】図２は本発明の第一の実施例の真空処理装置の試料台の詳細な断面図である。
【図３】図３は本発明の第二の実施例の真空処理装置の試料台の詳細な断面図である。
【図４】図４は本発明の第三の実施例の真空処理装置の試料台の詳細な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００２３】
本発明の実施例１の真空処理装置の断面図を図１に示す。本発明の真空処理装置は、真空処理室１と、排気ダクト２と、半導体ウェハ等の試料３を載置する試料台４と、プラズマ生成用高周波電力が供給される上部電極５と、プラズマ生成用高周波電源６と、高周波バイアス電源７と、静電吸着用直流電源８と、ソレノイドコイル９と、ヨーク１０と、処理ガス供給経路１１と、シャワープレート１２と、マッチングボックス１３と、フォーカスリング１４と、サセプタ１５と、第一のフィルタ１６と第二のフィルタ１７から構成される。
【００２４】
前記真空処理室１内の上部電極５にはマッチングボックス１３を介してプラズマ生成用高周波電源６が接続されており、高周波エネルギーが供給される。試料台４には第一のフィルタ１６を介して高周波バイアス電源７が接続されており、電極としての役割も担っている。また、試料台４には第二のフィルタ１７を介して静電吸着用直流電源８が接続されており、試料３を試料台４に静電吸着させる電力を供給する。
【００２５】
上部電極５と試料台４は対向して設置されており、一対の電極として構成されている。上部電極５の下方にはシャワープレート１２が設置されており、処理ガス供給経路１１から供給された処理ガスを真空処理室１内に放出する。真空処理室１内に放出された処理ガスは、上部電極５に供給された高周波エネルギーによりプラズマ化され、ソレノイドコイル９とヨーク１０により発生させる磁場を制御することで、このプラズマは真空処理室１内で均一化される。
【００２６】
前記試料台４の詳細な断面図を図２に示す。試料台４は、内部に冷媒を流す冷媒流路１８を有し試料３を温調する。冷媒流路１８には温調器１９が接続されており、−２０℃から８０℃程度までの所望の温度に温調された冷媒を冷媒流路１８に循環させることにより試料台４の温調を行っている。
【００２７】
試料台４表面には、試料台４に試料３を静電吸着するための第一の静電吸着層２０と、試料台４の試料載置面の外周にあるフォーカスリング載置面にフォーカスリング１４を静電吸着するための第二の静電吸着層２１を有する。
【００２８】
第一の静電吸着層２０の体積抵抗率は１０８Ωｃｍから１０１２Ωｃｍであり、ジョンソン・ラーベック力により試料３を試料台４に静電吸着させる。また、試料３を試料載置面に吸着させるのと同等の吸着力でフォーカスリング１４をフォーカスリング載置面に吸着させるため、第二の静電吸着層２１の体積抵抗率を第一の静電吸着層２０の体積抵抗率と同一の１０８Ωｃｍから１０１２Ωｃｍにした。
【００２９】
また、試料台４は、試料３の裏面にＨｅガス等の伝熱ガスを供給するための中心側伝熱ガス供給経路２２および外周側伝熱ガス供給経路２３を有し、試料３の中心側と外周側とで異なる圧力で伝熱ガスを供給するために２系統のガス供給経路を有する。伝熱ガスは伝熱ガス供給圧力制御手段２４および伝熱ガス供給圧力制御手段２５によりガス供給圧力を制御することができ、試料３は伝熱ガスの圧力に比例して冷却されるため、試料３の面内温度分布が均一になるように試料３の中心側と外周側のそれぞれで温度制御することができる。
【００３０】
この２系統の伝熱ガス供給経路のうち、外周側伝熱ガス供給経路２３はフォーカスリング１４の載置面に分岐されており、試料３の外周側とフォーカスリング１４とで伝熱ガスを共用する。伝熱ガス分岐経路２６からフォーカスリング１４の裏面に供給される伝熱ガス圧力は試料３の外周部に供給する伝熱ガスとほぼ同じ圧力となる。
【００３１】
第一の静電吸着層２０には、伝熱ガスを試料３の裏面に行き渡らせるための環状の試料中心側の伝熱ガス供給溝２７および試料外周側の伝熱ガス供給溝２８を有し、同心円状に複数設けている。試料中心側の伝熱ガス供給溝２７および試料外周側の伝熱ガス供給溝２８に供給された伝熱ガスが試料３の裏面と試料台４の間から漏れにくくするため、試料３の載置面の最外周部には環状のシール面が設けられている。また、伝熱ガスは試料３の中心側と外周側の２系統で供給するため、中心側と外周側の伝熱ガスが連通しないようにシール部を設けて伝熱ガスの圧力領域を分割している。
【００３２】
第一の静電吸着層２０の表面と同様に、第二の静電吸着層２１の表面にもフォーカスリング載置面の伝熱ガス供給溝２９を設けており、幅が１ｍｍから５ｍｍ程度、深さ１０μｍから２００μｍ程度とし、２本設けている。
【００３３】
複数本の溝を設けることで伝熱ガスの圧力とフォーカスリング１４の吸着面積を最適化することができ、フォーカスリング１４を効率よく冷却できる。第二の静電吸着層２１にあるフォーカスリング載置面の伝熱ガス供給溝２９は１本でもフォーカスリング１４を冷却する効果はあるが、伝熱ガスがフォーカスリング１４の端部から漏れてしまうため、フォーカスリング裏面の圧力が所望の圧力を保持できる範囲が狭くなる。
【００３４】
複数本の溝を設けることで伝熱ガスの圧力を保持できる範囲を広くすることができフォーカスリング１４を効率よく冷却できるので、フォーカスリング載置面の伝熱ガス供給溝２９は２本以上設けることが望ましい。
【００３５】
フォーカスリング載置面の伝熱ガス供給溝２９を２本以上設けると、フォーカスリング載置面の伝熱ガス供給溝２９を１本とした場合よりも溝の幅を狭くすることが可能である。フォーカスリング載置部のフォーカスリング載置面の伝熱ガス供給溝２９の幅を狭くする場合には、フォーカスリング載置面の伝熱ガス供給溝２９に伝熱ガスが行き渡る際の圧力損失を小さくするため溝の深さを深くすることで、フォーカスリング載置面の伝熱ガス供給溝２９を流れるガスの流量を確保できる。
【００３６】
上記のような構成を用いることで、フォーカスリング１４の温度を試料３の外周部と同等の温度に冷却することができ、フォーカスリング１４の消耗は軽減され、試料３の外周部のエッチング特性を長期間良好に維持できる。
【実施例２】
【００３７】
本発明の第二の実施例を図３に示す。第一の実施例と重複する説明は省略する。第二の実施例では、フォーカスリング１４に伝熱ガスを分岐するフォーカスリング載置部への伝熱ガス供給経路３０は試料３の中心側の中心側伝熱ガス供給経路２２の経路上に設けており、試料３の中心側に供給する伝熱ガスをフォーカスリング１４と共用する。このとき、フォーカスリング１４は試料３の中心側と同等の伝熱ガスの圧力となるので、試料３の中心側と同等の冷却効果を得る。
【実施例３】
【００３８】
本発明の第三の実施例を図４に示す。第一の実施例と重複する説明は省略する。第三の実施例では、試料３の中心側伝熱ガス供給経路２２はフォーカスリング１４へ分岐した試料中心側からフォーカスリング載置面への伝熱ガス分岐経路３１を有しており、さらに試料３の外周側の外周側伝熱ガス供給経路２３もフォーカスリング１４へ分岐した試料外周側からフォーカスリング載置面への伝熱ガス分岐経路３２を有する。
【００３９】
試料３の中心側伝熱ガス供給経路２２からフォーカスリング１４へ分岐した試料中心側からフォーカスリング載置面への伝熱ガス分岐経路３１は開閉バルブ３３を有しており、開閉バルブ３３の開閉は自動で行うことができる。さらに、試料３の外周側伝熱ガス供給経路２３からフォーカスリング１４へ分岐した試料外周側からフォーカスリング載置面への伝熱ガス分岐経路３２も開閉バルブ３４を有しており、開閉バルブ３４についても開閉は自動で行うことができる。
【００４０】
フォーカスリング１４の温度を試料３の中心側と同等の温度にしたい場合には試料中心側からフォーカスリング載置面への伝熱ガス分岐経路３１上の開閉バルブ３３を開き、フォーカスリング１４へ伝熱ガスを供給する。フォーカスリング１４の裏面の伝熱ガス圧力は試料３の中心側の伝熱ガス圧力と同等となるので、試料３の中心側と同等の冷却効果を得る。
【００４１】
また、フォーカスリング１４の温度を試料３の外周側と同等の温度にしたい場合には試料外周側からフォーカスリング載置面への伝熱ガス分岐経路３２上の開閉バルブ３４を開き、試料中心側からフォーカスリング載置面への伝熱ガス分岐経路３１上の開閉バルブ３３を閉める。フォーカスリング１４裏面の伝熱ガス圧力は試料３の外周側の伝熱ガス圧力と同等となるので、試料３の外周側と同等の冷却効果を得る。
【００４２】
更には、開閉バルブ３３と開閉バルブ３４に、伝熱ガスの流量調整機能を持たせて、試料外周側からフォーカスリング載置面への伝熱ガス分岐経路３２の伝熱ガスの流量と試料中心側からフォーカスリング載置面への伝熱ガス分岐経路３１の伝熱ガス流量の割合を調整して、フォーカスリング１４裏面の伝熱ガス圧力を、試料３の中心側と外周側の中間の伝熱ガス圧力に設定して、試料３の中心側と外周側の中間の冷却効果を得ることもできる。
【００４３】
上記のような構成を用い、中心側の開閉バルブ３３と外周側の開閉バルブ３４の開閉を制御することで、フォーカスリング１４の冷却能力を変化させることができる。
【符号の説明】
【００４４】
１  真空処理室
２  排気ダクト
３  試料
４  試料台
５  上部電極
６  プラズマ生成用高周波電源
７  高周波バイアス電源
８  静電吸着用直流電源
９  ソレノイドコイル
１０  ヨーク
１１  処理ガス供給経路
１２  シャワープレート
１３  マッチングボックス
１４  フォーカスリング
１５  サセプタ
１６  第一のフィルタ
１７  第二のフィルタ
１８  冷媒流路
１９  温調器
２０  第一の静電吸着層
２１  第二の静電吸着層
２２  中心側伝熱ガス供給経路
２３  外周側伝熱ガス供給経路
２４  伝熱ガス供給圧力制御手段
２５  伝熱ガス供給圧力制御手段
２６  伝熱ガス分岐経路
２７  試料中心側の伝熱ガス供給溝
２８  試料外周側の伝熱ガス供給溝
２９  フォーカスリング載置面の伝熱ガス供給溝
３０  フォーカスリング載置面への伝熱ガス供給経路
３１  試料中心側からフォーカスリング載置面への伝熱ガス分岐経路
３２  試料外周側からフォーカスリング載置面への伝熱ガス分岐経路
３３  開閉バルブ
３４  開閉バルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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