(57)【要約】      （修正有）【課題】ウエハ外周部における反応生成物分布とウエハ最外周部への入射イオン分布を高精度に制御でき、エッチング条件に応じたエッチングレートで最適にエッチングを行う。【解決手段】真空処理室内にプラズマを生成し、生成したプラズマにより前記真空容器内に配置した試料載置電極上に載置された試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、前記試料載置電極は、その表面外周部に配置したリング状の第１のサセプタ１１１と該第１のサセプタの外周に配置され放射方向に複数の貫通孔を穿設したリング状の第２のサセプタ１１２と、前記第２のサセプタを上下方向に駆動する駆動部を備え、第２のサセプタを上下方向に駆動して、試料の表面と第２のサセプタの表面、および第２のサセプタに穿設した貫通孔と第１のサセプタの相対位置を調整する。【選択図】図１
2012222235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空処理室内にプラズマを生成し、生成したプラズマにより前記真空容器内に配置した試料載置電極上に載置された試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
前記試料載置電極は、その表面外周部に配置したリング状の第１のサセプタと該第１のサセプタの外周に配置され放射方向に複数の貫通孔を穿設したリング状の第２のサセプタと、
前記第２のサセプタを上下方向に駆動する駆動部を備え、
第２のサセプタを上下方向に駆動して、試料の表面と第２のサセプタの表面、および第２のサセプタに穿設した貫通孔と第１のサセプタの相対位置を調整することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
真空処理室内にプラズマを生成し、生成したプラズマにより前記真空容器内に配置した試料載置電極上に載置された試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
前記試料載置電極は、その表面外周部に配置したリング状の第１のサセプタ、該第１のサセプタの外周に配置され放射方向に複数の貫通孔を穿設したリング状の第２のサセプタおよび該第２のサセプタの外周に配置され放射方向に複数の貫通孔を穿設したリング状の第３のサセプタと、
前記第２および第３のサセプタをそれぞれ上下方向に独立して駆動する駆動部を備え、
第２および第３のサセプタを上下方向に駆動して、試料の表面と第２および第３のサセプタの表面、および第２、第３のサセプタに穿設した貫通孔と第１のサセプタの相対位置を調整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２記載のプラズマ処理装置において、
前記第２のサセプタに穿設した貫通孔と第３のサセプタに穿設した貫通孔は、放射方向に連続する位置に穿設されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
真空処理室内にプラズマを生成し、生成したプラズマにより前記真空容器内に配置した試料載置電極上に載置された試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法において、
前記試料載置電極は、その表面外周部に配置したリング状の第１のサセプタ、該第１のサセプタの外周に配置され放射方向に複数の貫通孔を穿設したリング状の第２のサセプタおよび該第２のサセプタの外周に配置され放射方向に複数の貫通孔を穿設したリング状の第３のサセプタと、
前記第２および第３のサセプタをそれぞれ上下方向に独立して駆動する駆動部を備え、
第２および第３のサセプタを上下方向に駆動して、試料の表面と第２および第３のサセプタの表面、および第２、第３のサセプタに穿設した貫通孔と第１のサセプタの相対位置を調整して、試料のミドル部ないし外周部に滞留する反応生成物および試料最外周部に入射するイオンの量を調整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、プラズマ処理技術に係り、特に試料に均質な処理を施すことのできるプラズマ処理技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程においては、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には様々な方式が使用されている。
【０００３】
一般の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、前記真空処理室内の圧力を所望の値に維持する真空排気系、被処理材であるウエハを載置する電極、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。
【０００４】
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のエッチング処理が行われる。
【０００５】
近年では、半導体デバイスの集積度の向上に伴い、加工精度の向上が要求されるとともに、エッチングレートの面内均一性あるいはエッチング形状におけるＣＤ値（Critical Dimension）のウエハ面内の均一性等の向上が要求される。また、被エッチング材料も単層膜から多層膜に変化し、各層毎あるいは各膜の処理中にエッチング条件を変化させる多段ステップのエッチングが多用されるようになった。また、エッチング工程におけるスループット向上、あるいは難エッチング材料の処理を目的として、イオン引き込み用の高周波電力（ＲＦバイアス）は高い領域を使用することも多くなってきた（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２４７５８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
エッチング処理の面内均一性は、プラズマ密度分布、ラジカル密度分布、ガス流れ分布、ウエハ面内温度分布、反応生成物の分布、および入射イオンの分布の影響を受けやすい。
【０００８】
ウエハ面内エッチングレートの均一性悪化の多くはウエハのミドル部（ウエハ半径の約２分の１の位置）の部分からウエハ端までの領域で発生している。特にＲＦバイアスが２００ワット以上のエッチング条件では、ウエハ外周部上に形成されるイオンシースと、さらにウエハ載置電極の外周に位置するリング状の部材上部に形成されるイオンシースとの間に段差が形成され、両者の境界上のイオンシースには傾斜が形成される。
【０００９】
このイオンシース界面の傾斜構造により、ウエハ最外周部（最外周領域：実施例では、ウエハ端からウエハ半径の約１０分の１内側に至るまでのリング状の領域、１２インチのウエハではウエハ端から約１０ミリメートル内周に至るまでのリング状の領域）では、入射するイオンが集中、増加してウエハ最外周部のエッチングレートが上昇する。
【００１０】
また、エッチングに伴って発生した反応生成物の滞留により、ウエハのミドル部から外周部（実施例では、ウエハ端からウエハ半径の約１０分の１内側に入った部分）でエッチングレートが低下する。この両者の影響を受けるため、ウエハの中心部に対して、ミドル部からウエハ端までのエッチングレート増加、減少幅は大きくなり、エッチングレートの面内均一性は著しく悪化する。
【００１１】
ところで、従来のプラズマ処理装置によるエッチングでは、ウエハ外周部で均一な加工をするために、ウエハ載置電極の外周部を温度制御するものが知られている。しかし、外周部の温度分布を変化させても、ウエハの外周部においてはウエハ載置電極とウエハ間での熱伝達が低く、外周部のエッチングレートの制御に十分に対応することができない。
【００１２】
また、ウエハ載置用電極の外側に、サセプタと呼ばれる絶縁性のリング、あるいはスリーブ状の部品を設置し、その高さを最適にすることによってエッチングレートを均一化するものがある。しかしサセプタ高さが高いと反応生成物の排気が抑制されて反応生成物が滞留して外周部のエッチングレートが低下する。また、サセプタ高さが低いとウエハ最外周部への入射イオン量が増加しエッチングレートが増加するため、両者の問題点には同時に対応できない。
【００１３】
また、ウエハ外周部における反応生成物の量を制御するために、ウエハ外周部の排気を下方で調整するものなどが知られている。しかし、処理室下方から排気を行う場合、ウエハ外周部でのガス流線は下方を向くことになる。このため、バルクプラズマとイオンシース間でトラップされた異物が下向きのベクトルによりウエハ外周部に再付着し、あるいは排気しきれない反応生成物が処理室下方に堆積し、巻き上げられ易くなる等の問題が発生する。
【００１４】
さらにサセプタの高さとウエハ端からサセプタ内径までの距離は固定されるため、ウエハ端からサセプタの内壁までの空間に滞留する反応生成物、特にその滞留領域を制御することができない。
【００１５】
本発明はこれらの問題点に鑑みてなされたもので、ウエハ外周部における反応生成物およびウエハ最外周部における入射イオン量を制御することができるプラズマ処理装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。
【００１７】
真空処理室内にプラズマを生成し、生成したプラズマにより前記真空容器内に配置した試料載置電極上に載置された試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、前記試料載置電極は、その表面外周部に配置したリング状の第１のサセプタと該第１のサセプタの外周に配置され放射方向に複数の貫通孔を穿設したリング状の第２のサセプタと、前記第２のサセプタを上下方向に駆動する駆動部を備え、第２のサセプタを上下方向に駆動して、試料の表面と第２のサセプタの表面、および第２のサセプタに穿設した貫通孔と第１のサセプタの相対位置を調整する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、以上の構成を備えるため、ウエハの外周部（ミドル−外周部）における反応生成物およびウエハ最外周部における入射イオン量を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態に係るマイクロ波ＥＣＲエッチング装置を説明する図である。
【図２】第二サセプタを説明する図である。
【図３−１】第二および第三サセプタを説明する図である。
【図３−２】第二および第三サセプタを説明する図である。
【図３−３】第二および第三サセプタを説明する図である。
【図３−４】第二および第三サセプタを説明する図である。
【図４】エッチングレート分布を説明する図である。
【図５】第二および第三サセプタの高さ調整方法を説明する図である。
【図６】プラズマ処理方法を説明する図である。
【図７】第２の実施形態に係るマイクロ波ＥＣＲエッチング装置を説明する図である。
【図８】第３の実施形態に係るマイクロ波ＥＣＲエッチング装置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態に係るマイクロ波ＥＣＲ(Electron Cyclotron Resonance)エッチング装置を説明する図である。図に示すように、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封入するための誘電体窓１０３（例えば石英製）を設置することにより処理室１０４を形成する。また、真空容器１０１には真空排気口１１０を介して真空排気装置（図示省略）が接続されている。
【００２１】
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伝送する導波管１０５が設けられる。電磁波発生用電源１０６で生成された電磁波は発振導波管１０５を介して処理室１０４に入力される。電磁波の周波数は特に限定されないが、本実施形態では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１０７が設けてあり、電磁波発生用電源１０６より発振された電力は、磁場発生コイル１０７により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。
【００２２】
また、誘電体窓１０３に対向して真空容器１０１の下方にはウエハ載置用電極１０８が設けられる。ウエハ載置用電極１０８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１２２を介して直流電源１２３が接続されている。さらに、ウエハ載置用電極１０８には、マッチング回路１２０を介して高周波電源１２１が接続される。
【００２３】
処理室１０４内に搬送されたウエハ１０９は、直流電源１２３から印加される直流電圧による静電気力でウエハ載置用電極１０８上に吸着される。
【００２４】
エッチングガスは、マスフローコントロ−ラ（図示省略）、誘電体窓１０３と石英シャワープレート１０２との間に設けた間隙を通過して、石英シャワープレート１０２のガス孔より処理室１０４に導入される。
【００２５】
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、高周波電源１２１からウエハ載置用電極１０８に高周波電力（ＲＦバイアス）を印加することにより、プラズマ中のイオンをウエハ１０９に引き込み、ウエハ１０９をエッチング処理する。エッチングガスおよびエッチングにより発生した反応生成物は真空容器１０１の下部１１０に備えた排気ポンプを介して排気される。
【００２６】
次に、本実施形態における載置用電極１０８周辺のサセプタの構造を図１、図２および図３により説明する。
【００２７】
ウエハ載置用電極１０８の周りに誘電体製（例えば石英製、アルミナ製、イットリア製等）でリング状の第一サセプタ１１１を設ける。また、第一サセプタ１１１の外側の、第一サセプタ１１１と同心となる位置に、誘電体製の（例えば石英製、アルミナ製、イットリア製等）第二サセプタ１１２を設け、さらにその外側に第一サセプタ１１１と同心とする位置に誘電体製（例えば石英製、アルミナ製、イットリア製等）の第三サセプタ１１３を設ける。
【００２８】
第一サセプタ１１１はプラズマから載置用電極１０８を保護するのために、載置用電極１０８の外周を取り囲む状態で設置されている。第一サセプタ１１１はその上面がウエハ１０９の下面に対し同一平面となるか、あるいはウエハ下面が僅かに高い位置に設置されている。エッチング処理時には、ウエハ１０９は載置用電極１０８に微小な隙間を持った状態で、ウエハ１０９の外周端が数ｍｍ、図３、図８のように第一サセプタ１１１上にオーバーハングした状態になるように載置されている。
【００２９】
本実施形態では、第一サセプタ１１１のリング幅は３ｍｍである。第一サセプタ１１１のリング幅が細いとウエハ１０９と第二サセプタ１１２がウエハに近づきすぎる。この場合には、第二サセプタの開口１１４による排気や電界の乱れが生じる。また、異物の付着などの影響をうける。
【００３０】
反対に第一サセプタ１１１のリング幅が１０ｍｍより大きすぎると、ウエハ１０９と可動する第二サセプタ１１２との距離が長くなり、第二サセプタ１１２によるウエハ外周部エッチングレート等の制御効果が小さくなる。このため、第一サセプタ１１１のリング幅は２ｍｍから１０ｍｍの幅とする。また、第一サセプタ１１１上面にはウエハ１０９のずれ防止のために、数か所のウエハ位置合わせ用の突起物１２４（図３−１参照）が設けられている。
【００３１】
図２(a)は、本実施形態の第二サセプタ１１２および第二サセプタ開口１１４を示した斜視図である。なお、前記第三サセプタ１１３は、第二サセプタ１１２と同じ高さであり、内径および外径が異なっている。第二サセプタ１１２には内側から外側へ反応生成物を排気をするために開口（貫通孔）１１４が設けている。第二サセプタ開口１１４は、反応生成物の排気によるガス流線をウエハ１１２に対して概略平行を保つため、内側から外側に貫通した開口であり、第二サセプタ１１２が上昇し開口１１４が第一サセプタ１１１の上面より上方に現れ、かつ第三サセプタ１１３の内壁面によって塞がれていないとき反応生成物を排気する流路として機能する。
【００３２】
本実施形態では、第二サセプタ１１２のリング幅は１０ｍｍでリング高さは１０ｍｍである。第二サセプタ１１２のリング幅は反応生成物の排気によるガス流線をウエハ面と平行に保ち、反応生成物の滞留領域１２５の位置を制御するという理由と、ウエハ１０９と第三サセプタ１１３との距離を考慮し、第二サセプタ１１２のリング幅は約２ｍｍから３０ｍｍとする。
【００３３】
第三サセプタ１１３にも内側から外側への反応生成物の排気をするために開口１１５が設けてある。第三サセプタ開口１１５も反応生成物の排気によるガス流線をウエハ１１２面に対して概略平行を保つため内側から外側に貫通した開口であり、第三サセプタ１１３が上昇し開口１１５が第一サセプタ１１１の上面、あるいは第二サセプタの上面に現れ、かつ開口１１５が第二サセプタの外周壁面に塞がれていないときは、反応生成物を排気する流路として機能する。
【００３４】
本実施形態では第三サセプタ１１３のリング幅は２０ｍｍでリング高さは１０ｍｍである。第三サセプタ１１３のリング幅も反応生成物のガス流線を概略平行に保つため約１０ｍｍ以上の幅とする。
【００３５】
また第二サセプタ１１２と第三サセプタ１１３のリング幅の和は、開口１１４,１１５から反応生成物を排気する流路のコンダクタンス、第二サセプタ１１２と第三サセプタ１１３上に形成されるイオンシース界面の形状を考慮し、約１０ｍｍから６０ｍｍとする。
【００３６】
本実施形態では第二サセプタ開口１１４および第三サセプタ開口１１５のいずれも開口面をウエハ１０９の中心に向け、上記サセプタの内側から外側に貫通する開口を設けている。これによって開口１１４,１１５からのガス流線を概略平行に保つことができ、反応生成物が滞留しない、効率の良い反応生成物排気を実施できる。
【００３７】
なお、上記開口１１５による流路が開口１１５全周からのガス流線を概略平行に保つことができれば、必ずしも開口１１５が第三サセプタの内側から外側に貫通する必要はなく、途中に十分な流路となる空間を設け湾曲させても構わない。
【００３８】
本実施形態では、第二サセプタの開口１１４、および第三サセプタ開口１１５はともに、高さ１ｍｍ、幅５ｍｍの四角形とし、一重で周方向に均一な分布で、第二サセプタ１１２および第三サセプタ１１３の下面から８ｍｍ（上面から２ｍｍ）の位置に開口（１１４、１１５）の中心が来るように配置している。
【００３９】
なお、上記サセプタの開口（１１４、１１５）の形状は第二サセプタ１１２および第三サセプタ１１３の上方、ウエハ１０９外周部の上方に形成されるイオンシース、あるいは電界に影響を与ず、開口部周辺に異常放電を起こさない形状であれば、四角形、楕円形、スリット状でも可能である。
【００４０】
また、開口の個数、開口を配置する高さや周方向分布は、可動する第二サセプタ１１２あるいは第三サセプタ１１３が上昇した際の反応性生物の排気、滞留量を考慮して、例えば前記開口を上下方向に複数配置してもよく、第二サセプタ１１２、第三サセプタ１１３のそれぞれにおいて開口１１４、１１５の上下方向の高さ位置や開口寸法は異なってもよい。
【００４１】
本実施形態では、第二サセプタ１１２、第三サセプタ１１３はそれぞれひとつの部材で構成し、開口（１１４もしくは１１５）部を設けた構造としたが、二つ以上の部材によって構成されていてもかまわない。
【００４２】
さらに可動する第二サセプタ１１２と第三サセプタ１１３を構成する各部品間や、第二サセプタ１１２と第三サセプタ１１３との間には隙間を設けてもよい。なぜならエッチング処理圧力と開口内の圧力の差は小さく、図３−１に示すような開口１１９の内部に存在する反応生成物が前記隙間に流入することは少ないからである。
【００４３】
第二サセプタ１１２と第三サセプタ１１３の下部にはそれぞれのサセプタを上下に駆動する駆動機構を備える。この駆動機構は駆動部１１６および１１７と支持棒１１８から構成されている。第二サセプタ１１２および第三サセプタ１１３は、ウエハ１２４とサセプタの境界上に形成されるイオンシースの形状に影響をあたえるだけの可動範囲がが必要なため、共に最大５ｍｍのストロークを持つ。
【００４４】
第二サセプタ１１２と第三サセプタ１１３を上下に駆動することにより、サセプタ１１２内径上端の位置は、ウエハ１０９端下面を基準として、水平から仰角８０度の角度まで調整することができる。
【００４５】
なお、第二サセプタ１１２と第三サセプタ１１３の最大ストロークは、ウエハの搬送やコイル１０７により形成された磁場との相互作用による生成された高密度プラズマ領域に悪影響を与えないことを考慮し、最大１０ｍｍのストロークとする。
【００４６】
図３−１は第二サセプタ１１２と第三サセプタ１１３をともに最も低い位置(図３−２)から５ｍｍ上昇させたときの概略図を示し、図３−２に第二サセプタ１１２と第三サセプタ１１３が共に最も低い位置(０ｍｍ)にあるときの概略図を示す。
【００４７】
本実施形態では第二サセプタ１１２と第三サセプタ１１３が共に最も低い位置にあるとき(図３−２)には、第二サセプタ１１２および第三サセプタ１１３の上面は第一サセプタ１１１の上面、およびウエハ１０９の下面と概略一致している。この場合はエッチングにより生じた反応生成物は滞留することなく排気される。
【００４８】
図３−１に示すように、第三サセプタ１１３が第二サセプタ１１２と同じ高さに上昇した場合、図２（ｂ）に示すように第二サセプタの開口１１４と第三サセプタの開口１１５の位置が重なり、最大の開口１１９が得られるが、第二サセプタ１１２と第三サセプタ１１３の表面の相対的な高さがずれるに従って、二つの開口の重なる面積１１９が減少し、第二サセプタと第三サセプタの表面の相対的な高さが1ｍｍ以上ずれた時には開口１１９がなくなる。すなわち第二サセプタ１１２と第三サセプタ１１３の表面の高さの相対的な位置関係によりサセプタ排気開口１１９が調整できるようなる。
【００４９】
上記の開口１１９を制御するためには、第二サセプタ１１２、第三サセプタ１１３の表面高さ位置の細かい制御が必要である。そのため本実施形態では第二および第三サセプタの高さを調節する駆動部１１６および１１７はモータで駆動するものとした。
【００５０】
第二サセプタ１１２および第三サセプタ１１３の高さの高精度な調整は不可能ではあるが駆動部１１６および１１７の駆動方式として圧縮空気、あるいはバネを用いることができる。
【００５１】
また、本実施形態において、載置用電極１０８周辺部において移動可能なサセプタの個数を第二サセプタ１１２と第三サセプタ１１３の２個としたが、３個以上とすることができる。複数の移動可能なサセプタ機構を設けることにより、ウエハ外周周辺部でのイオンシースの形状１２６と反応生成物の滞留領域１２５をさらに細かく制御できる。そのため高精度にウエハ面内のエッチングレートを制御することが可能となる。
【００５２】
なお、移動可能なサセプタを第二サセプタ１１２のみとした場合は、反応生成物の排気する開口１１９は第一サセプタ１１１の上面から上方に現れた第二サセプタ１１２の開口１１４で決まる。このため、第二サセプタ１１２高さの調整のみでは、ウエハ外周部における反応生成物とウエハ最外周部への入射イオンの両方をそれぞれ独立に制御にすること、および反応生成物の滞留領域１２５を内側あるいは外側に制御することができない。しかし、ウエハ外周部の反応生成物の排気とウエハ最外周部への入射イオンを制御することは可能である。
【００５３】
次に、図４（ａ）および図４（ｂ）は本実施形態のプラズマ処理装置を用いて得られるエッチングレート分布を示す図である。被エッチング材料をシリコン窒化膜とした場合ＲＦバイアスは約５０ワットないし５００ワットが好ましい。図４では約２００ワットとした。
【００５４】
曲線３０１は、図３−２に示すように第二サセプタ１１２と第三サセプタ１１３の高さを最も低い位置、すなわちウエハ１０９下面の高さと同じ高さにした場合のエッチングレート面内分布である。
【００５５】
ウエハ端からウエハ半径の約１０分の1の距離だけ内側の位置をウエハ外周部とし、ウエハ端から前記ウエハ外周部までの領域を最外周部とする。またウエハの中心からウエハ半径の２分の1の距離にある位置をミドル部とする。
【００５６】
図に示すように、ウエハ最外周部でエッチングレートが急激に上昇している。これはウエハ上に形成されるイオンシースの厚さは高周波電力（ＲＦバイアス）の増加につれて厚くなるが、絶縁体であるサセプタ上で形成されるイオンシースの厚さはＲＦバイアスの増加にかかわらずほとんど一定であり、ウエハ上で形成されるイオンシースの厚さより薄い。このため、上記ＲＦバイアスの条件では、図３−２に示すように、ウエハ外周部上方のイオンシース界面１２６に段差あるいは傾斜構造が現れ、ウエハ１０９最外周部へ入射するイオンが集中し、入射イオン量が増加したためである。
【００５７】
次に、図３−２の状態から、第二サセプタ１１２だけを１．５ｍｍ上昇させ、第三サセプタ１１３は駆動しない(０ｍｍ)ときのエッチングレート面内分布が曲線３０２である。また、図３−２の状態から第二サセプタ１１２の高さ４ｍｍ上昇させ、第三サセプタ１１３を２．５ｍｍ上昇させたときのエッチングレート面内分布が曲線３０３である。
【００５８】
図４(ａ)の曲線３０２と曲線３０３は、開口１１２と開口１１３が貫通していない(開口が閉じた)状態のため、第二サセプタ１１２高さを上げるほどウエハ最外周部へのイオン量の減少により、最外周部エッチングレートの上昇は抑制されるが、ウエハ外周部の反応生成物は排気されず滞留するため、ウエハミドル部から外周部のエッチングレートは低下している。
【００５９】
最外周部エッチングレートの上昇が抑制されたのは、ウエハ端により近いサセプタ(この場合第二サセプタ１１２)を上昇させるほど、ウエハ１０９と第二サセプタ１１２との境界に形成されるイオンシースの傾斜角度が水平に近づく。そのためウエハ最外周部へのイオン入射の集中がおさえられ、最外周部エッチングレートの上昇が抑制されたからである。
【００６０】
このように、可動サセプタの高さだけではなく、ウエハ１０９端下面を基準として上昇する最もウエハ１０９に近いサセプタ内径上端の仰角を制御することによっても、ウエハ外周部の反応生成物とウエハ最外周部への入射イオンを制御することができる。
【００６１】
しかし、第２，第３のサセプタに形成した開口１１２と開口１１３は貫通していない(開口が閉じた)状態にあるため、反応生成物の滞留領域がウエハ外周部に近くなり、ウエハのミドル部から外周部のエッチングレートは低下する。
【００６２】
図４（ｂ）の曲線３０４は、反応生成物の滞留が発生する条件、例えば、ＲＦバイアス２００Ｗ以上でエッチングレートが大きい（２００ｎｍ／分以上）条件、あるいはエッチング処理圧力が高い（たとえば２Ｐａ以上）条件、あるいは被エッチング材の反応生成物発生量が多い（たとえばポリシリコンエッチング）条件におけるエッチングレート面内分布を示す。また、曲線３０５は、サセプタ内径、サセプタ高さ、サセプタ周辺部のエッチングガスを変えるなどして反応生成物の滞留を抑制した条件でのエッチングレート面内分布を示す。
【００６３】
曲線３０４で示すように、反応生成物の滞留が大きい場合、ウエハのミドル部から外周部にかけてエッチングレートの低下がみられる。これに対して、反応生成物の滞留を小さくした場合、曲線３０５に示すようにウエハのミドル部から外周部にかけてのエッチングレートの低下が抑制される。
【００６４】
反応生成物の滞留がウエハ外周部のエッチングレートの低下に影響する度合いは、反応生成物の流線を最も変化させる（せき止める形となる）サセプタ（この場合第二サセプタ１１２）の内径直近で最も大きくなり、ウエハ１０９の中心側に向かって徐々に小さくなる傾向がある。
【００６５】
本実施形態では、たとえば第二サセプタ１１２の高さが２．５ｍｍであり、開口１１９が閉じるよう第三サセプタ１１３を1．５ｍｍ上昇させたときのエッチングレートが曲線３０４となる場合、第二サセプタの高さが２．５ｍｍであり、サセプタの開口から反応生成物を排気できるように、第三サセプタ１１３の高さを２．５ｍｍ（または下降し高さ０ｍｍ）とすれば、曲線３０５のエッチングレート分布のように、反応生成物の滞留を抑制し、ウエハのミドル部から外周部のエッチングレートの低下を抑制することができる。
【００６６】
また、別のサセプタ高さ調整例としては、図３−３に示すように第二サセプタ１１２を最も低い位置に調整し、第三サセプタ１１３を上昇させてもよい。例えば、第二サセプタ１１２の高さを０ｍｍとし、第三サセプタ１１３の高さを４.０ｍｍの高さとしても、反応生成物の排気が可能であり、且つ反応生成物の滞留領域１２５をウエハ外周からより外側の第三サセプタ１１３側に遠ざけることができ、ウエハのミドル部から外周部のエッチングレートの低下を抑制できる。よってエッチングレートは曲線３０５のような分布となる。
【００６７】
図４(ａ)の曲線３０１と図４（ｂ）の曲線３０５の比較から、可動する第二サセプタ１１２と第三サセプタ１１３の高さと開口１１９を最適化にすることで、ウエハ外周部の反応生成物とウエハ最外周部への入射イオンを制御でき、エッチングレートの面内均一性を向上することができることが分かる。
【００６８】
なお、エッチングレートのウエハ１０９のミドル部から外周部にかけてのエッチングレート低下と、ウエハ最外周部の急なレートの上昇の程度は、エッチング時に発生する反応生成物の量、高周波電力（ＲＦバイアス）、エッチングガス等のエッチング条件によりさまざま変化する。
【００６９】
図５は第二サセプタ１１２と第三サセプタ１１３を共にウエハ１０９の厚さ分である０．５ｍｍ上昇させ、第二サセプタ１１２と第三サセプタ１１３上面がウエハ１１９上面と同じ高さとしたときを基準位置とし(図３−４に示す)、この位置を基準として、基準位置のときのエッチングレート分布と、好ましい（均一性の良い）エッチングレートを得ることのできる、第二サセプタ１１２の高さ、第三サセプタ１１３の高さ、および反応生成物を排気するためのサセプタ開口１１９の最適な調整の概略をまとめた図である。
【００７０】
入射イオンの増加によるウエハ最外周部のエッチングレートにのみ上昇があり、ミドル−外周部は平坦である場合には、図５内の分類５示すように第二サセプタ１１２を上昇し、第三サセプタは第２サセプタにより形成される開口を閉じるよう調整すればよい。また、外周部の反応生成物の滞留による外周部のエッチングレートにのみ低下がある場合には、図５内の分類１に示すように第三サセプタ１１３を下降させ、反応生成物の滞留が起こらないように調整すればよい。
【００７１】
実際のエッチング処理装置においては、ウエハ１０９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、プラズマ処理中のエッチングレートの面内分布は大きく変化する。特にウエハミドルからウエハ端までのエッチングレート分布は、プラズマ処理中の高周波電力（ＲＦバイアス）、面内平均エッチングレート、被エッチング材、処理圧力、エッチングガスのそれぞれの影響に強く受ける。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を各ステップ毎に設定して処理を進めるステップエッチングが有効となる。
【００７２】
本実施形態では、第二サセプタ１１２の高さと第三サセプタ１１３の高さを調整し開口１１９を調整することで、各ステップ毎にウエハ外周部周辺の反応生成物およびウエハ最外周部周辺へのイオン入射を制御することができる。このため各ステップに対応してウエハ面内のエッチングレート分布を任意に制御することが可能となるため、所望のエッチングレート分布となるよう制御できる。
【００７３】
前述のように、ウエハ最外周部周辺へのイオン入射は、第二サセプタ１１２の表面高さに大きく依存するため、第二サセプタ１１２の表面高さの調整により、制御できる。
【００７４】
なお、第二サセプタ１１２を固定して、第三サセプタ１１３の表面高さの調整でも、ウエハ最外周部周辺へのイオン入射を制御できるが、第二サセプタ１１２より外側のイオンシースを制御することになるため、第二サセプタ１１２の表面高さの調整よりは、制御性が若干劣る。また、ウエハ１０９のミドル部から外周部のエッチングレート低下を改善するためには、第二サセプタ１１２の表面高さがウエハ１０９の表面以上の高さの場合は、第二サセプタ１１２の表面高さと第三サセプタ１１３の表面高さの調整時に、開口１１２と開口１１３が貫通している(開口が開いている)状態をつくり出すことが必須である。
【００７５】
図５に示す調整方法を用いて、前述の積層膜をステップエッチング処理する場合の一実施形態を図６により説明する。
【００７６】
図６は、本発明のプラズマ処理方法の一例を説明するフロー図である。まず、ウエハ載置用電極１０８にウエハ１０９を載置する（ステップＳ４０１）。次に、処理室１０４内にエッチングガスを導入する。第二サセプタ１１２及び第三サセプタ１１３の表面の高さを制御して、処理室１０４内に導入されたエッチングガスを所望の処理室内のガス流れ分布または所望の反応生成物流れ分布となるように設定する（ステップＳ４０２）。次に、処理室１０４内にプラズマを発生させ、ウエハ１０９をエッチング処理する（ステップＳ４０４）。
【００７７】
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、各ステップにおけるプラズマ処理中のウエハ外周の反応生成物、ウエハ最外周部への入射イオンも大きく変化するため、各ステップに対応して高精度にウエハ外周の反応生成物、ウエハ最外周部への入射イオン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、第二サセプタ１１２の高さおよび第三サセプタ１１３の高さを調節しなければならない。次のステップエッチングに移行する場合は、例えばプラズマを停止させ、処理室１０４内のエッチングガスを排気または維持する（ステップＳ４０５，４０６）。次に再度第二サセプタ１１２の高さおよび第三サセプタ１１３の高さを調節し、ウエハ外周部の反応生成物量、ウエハ最外周部への入射イオンが適切になるように設定する。
【００７８】
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Ｓ４０４）は、静電吸着用（ウエハ載置用）電極１０８への直流電圧の印加を停止し（ステップＳ４０７）、プラズマを停止し（ステップＳ４０８）、エッチングガスを排気する（ステップＳ４０９）。最後にウエハ１０９をウエハ載置用電極１０８から取り外して処理室外に搬出する（ステップＳ４１０）。
【００７９】
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第二サセプタ１１２および第三サセプタ１１３の高さを変化させてもよい。
【００８０】
以上説明したように、第二サセプタ１１２および第三サセプタ１１３の高さの調整することで、反応生成物の排気および滞留と、ウエハ最外周部への入射イオンの両方を制御可能となる。この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精度にエッチングレート分布を制御でき、積層膜エッチング処理完了時に所望のエッチング形状となるようなプラズマ処理をすることができる。
【００８１】
本発明の実施形態によれば、異物のウエハへの付着を抑えつつ、処理ガス種、処理圧力、プラズマ分布、高周波電力（ＲＦバイアス）などの変化に応じて処理室内の反応生成物の量、反応生成物の濃度分布、ウエハ最外周部への入射イオンを制御することができ、これにより、ウエハのミドル部からウエハ端までのエッチングレートの均一性を改善することができる。
【００８２】
また、ウエハ上の積層膜をエッチング処理する際、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も、各ステップに応じて、高精度にウエハ外周部の反応生成物とウエハ最外周部への入射イオンを制御することが可能となる。このため各ステップに対応して高精度にエッチングレート分布を制御でき、積層膜を所望のエッチング形状に加工することができる。
【００８３】
また、長時間の連続処理によって第二サセプタ１１２、第三サセプタ１１３が摩耗し、その高さが減少した場合には、第二サセプタ１１２および第三サセプタ１１３の高さを再調整する。たとえば、第二サセプタ１１２と第三サセプタ１１３が摩耗した量、第二サセプタ１１２を余分に上昇させ、開口１１９による排気を第二サセプタ１１２と第三サセプタ１１３の高さ位置により調整する。これで反応生成物の滞留および入射イオンをサセプタの摩耗した量にかかわらず常に一定に調整でき、安定かつ良好なエッチング分布、つまり装置の長期的に安定な性能が実現できる。
【００８４】
以上、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に適用できる。
【００８５】
［実施形態２］
第２の実施形態について図７を用いて説明する。本実施形態のプラズマ処理装置では、第三サセプタ１１３の外周にカバーリング（石英製）１２７を設けている。このカバーリング１２７の上面高さはウエハ１０９の上面より高い位置にあり、またウエハ１０９の端より、十分な距離（たとえば６０ｍｍ以上）隔てられている。このため、ウエハ外周部の反応生成物と最外周部への入射イオンには影響をあたえることはない。第二サセプタ１１２と第三サセプタ１１３に設けられた開口１１９から流れ込んだ反応生成物はカバーリング１２７と第三サセプタ１１３の間に作られた空間を通過し、処理室内部の排気経路とは別の排気経路１２９を介して排気される。
【００８６】
また、上記カバーリング１２７の外径と処理室１０４の内径の差を調整して、第二サセプタ１１２、第三サセプタ１１３の上部からカバーリング１２７の外周を経由するガス流れの処理室内排気経路１２８のコンダクタンスを大きくとることが可能であり、処理室内排気経路１２８とサセプタから排気開口１１９からの排気経路１２９のバランスを制御することができる。本実施形態によれば、エッチングガスと反応生成物の流れ、および反応生成物の排気や滞留を大きく変化させることができるために、ウエハ面内のエッチングレート分布の制御性を向上することができる。
【００８７】
［実施形態３］
第３の実施形態について図８を用いて説明する。本実施形態のプラズマ処理装置では、第三サセプタ１１３の内径の一部に高さ２ｍｍの突起部１３０を設け、第三サセプタに１ｍｍの高さの開口１１４を第三サセプタ上面から下方へ３．５ｍｍの位置に設ける。
【００８８】
さらに、第二サセプタ１１２の外周部に高さ４ｍｍの堀り込み１３１を設け、第二サセプタ１１２に高さ１ｍｍ大きさの開口１１４を、第三サセプタ上面から下方1．５ｍｍの位置に設ける。
【００８９】
図８（ｂ）に示すように第三サセプタを最も低い位置から上昇した際に、第三サセプタの突起部１３０と第二サセプタの掘り込み１３１の下面が接触するまで、つまり第三サセプタが２ｍｍ上昇するまでは第三サセプタ１１３のみが上昇し、その後第二サセプタ１１２は第三サセプタ１１３と共に上昇する。
【００９０】
第三サセプタ１１３を５ｍｍ上昇させた場合は、図８（ａ）に示すように第二サセプタ１１２が３ｍｍ上昇するが、その状態では、第二サセプタ開口１１４と第三サセプタ開口１１５の位置が一致し、開口１１９が第一サセプタ１１１の上方１．５ｍｍに現れ、ウエハ外周部の反応生成物の排気が機能するようにしたものである。
【００９１】
本実施形態では、第三サセプタ１１３の高さ調整（最大のストローク）が小さくても、ウエハ１０９の下面端から上昇したサセプタ内径上端を見た仰角の調整を大きくすることができる。また、第１の実施形態に比べて一組のサセプタ可動部１１６および支持棒１１８でサセプタの高さ、可動するサセプタの内径、サセプタの開口１１９を制御できる。つまり簡単な構造で外周部の反応生成物とウエハ最外周部への入射イオンを制御し、ウエハ面内のエッチングレート分布を制御することができる。
【００９２】
以上説明したように、本実施形態によれば、載置用電極の周辺に設けられたサセプタに内周から外周へ貫通する開口を設け、さらに該サセプタを上下方向に駆動する駆動機構を設ける。前記駆動機構によりサセプタ高さを調整することで、ウエハ外周部の反応生成物とウエハ最外周部への入射イオンを制御することができる。
【００９３】
また、サセプタの高さ位置を高精度に制御することによって、ウエハ外周部における反応生成物分布とウエハ最外周部への入射イオン分布を高精度に制御でき、エッチング条件に応じたエッチングレートで最適にエッチングを行うことにより、反応生成物分布を制御し、かつウエハ最外周部への入射イオンを制御することができる。
【符号の説明】
【００９４】
１０１  真空容器
１０２  シャワープレート
１０３  誘電体窓
１０４  処理室
１０５  導波管
１０６  電磁波発生用電源
１０７  磁場発生コイル
１０８  ウエハ載置用電極
１０９  ウエハ
１１０  真空排気口
１１１  第一サセプタ
１１２  第二サセプタ
１１３  第三サセプタ
１１４  第二サセプタ開口
１１５  第三サセプタ開口
１１６  第二サセプタ駆動部
１１７  第三サセプタ駆動部
１１８  支持棒
１１９  開口
１２０  マッチング回路
１２１  高周波電源
１２２  高周波フィルター
１２３  直流電源
１２４  突起物
１２５  滞留領域
１２６  イオンシース界面
１２７  カバーリング
１２８  処理室内排気経路
１２９  サセプタ排気経路
１３０  第三サセプタ突起
１３１  第三サセプタ掘り込み、
【図１】
2012222235.tif 000003
【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図３−３】
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【図３−４】
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【図４】
2012222235.tif 000009
【図５】
2012222235.tif 000010
【図６】
2012222235.tif 000011
【図７】
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【図８】
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