JP2001308079A

JP2001308079A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

Info

Publication number: JP2001308079A
Application number: JP2001035824A
Authority: JP
Inventors: Kazuki Denpo; 一樹伝宝
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2000-02-14
Filing date: 2001-02-13
Publication date: 2001-11-02
Anticipated expiration: 2021-02-13
Also published as: JP4417574B2

Abstract

(57)【要約】【課題】複数枚の被処理基板を連続的に処理しても被
処理基板間で品質のばらつきが小さく、しかも被処理基
板の全体にわたって均一な処理をすることのできるプラ
ズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供する。【解決手段】サセプタ３０上のウエハＷ外周縁を包囲
するように配設される補正リング３１を、内側の第１の
補正リング部材３２と外側の第２補正リング部材とに同
心円状に分割できる構造にする。第１の補正リング部材
３２の幅を処理ガス分の平均自由行程の１倍〜３倍程度
の薄い構造とし、サセプタ３０や第２の補正リング部材
３３との間での熱の移動が起きにくい構造にする。第２
の補正リング部材の底部には熱伝導性のシリコンラバー
層３４を介してサセプタ３０上面と密着させ、冷却し易
い構造とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等の
被処理基板を処理する処理装置及び処理方法に係り、更
に詳細には、プラズマを用いて被処理基板を処理するプ
ラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体ウエハ等の被処理基板
に処理を施す処理装置、例えば、プラズマエッチング装
置などのプラズマ処理装置では、ウエハＷを載置するサ
セプタ上に環状の部材である補正リングを配設すること
が行なわれている。補正リングは、処理チャンバ内で発
生するプラズマの特性を補正するためにウエハの周囲に
配置されるリングであり、例えば、リングのインピーダ
ンスによって電界をウエハ上に集中させてプラズマがウ
エハ上に集中して分布するようにしてプラズマがサセプ
タ上に載置されたウエハに集中的に作用するようにする
ために用いられる。

【０００３】図１４は代表的なプラズマ処理装置の処理
チャンバ内を模式的に示した垂直断面図である。

【０００４】図１４に示したように、処理チャンバ１０
１内のサセプタ１０２上には円環状の補正リング１０３
が配設されており、この補正リング１０３は１枚の円盤
状部材として構成されている。図１４に示したように補
正リング１０３はサセプタ１０２上に載置されたウエハ
Ｗの外周を包囲するようになっており、処理時にはプラ
ズマに対して暴露される。そのため、複数枚のウエハＷ
について連続的に処理を行なうと、補正リング１０３が
高温になる。補正リング１０３が高温になるとラジカル
の空間分布が影響を受け、例えばエッチングプロセスで
はウエハＷの周縁部でフォトレジストのエッチング速度
の低下やコンタクトホールの抜け性の低下を招き、特に
複数枚連続処理した場合に早い順番で処理されたウエハ
Ｗと遅い順番で処理されたウエハＷとの間でのエッチン
グ速度が変動する。

【０００５】プラズマ処理される試料の周囲に配設され
た部材の温度上昇が及ぼすプラズマ処理への影響を解消
するための技術として、例えば特開平７−３１０１８７
号公報に開示されているように、試料２の周囲に配設さ
れた保護プレート６が高温になるのを防止するために保
護プレート６と載置台８（サセプタ）とをボルト締めし
て密着させ、熱伝導性を良くして保護プレート６の冷却
を図ったり、保護プレート６の底面と載置台８上面との
間に熱伝導媒体として気体を流して保護プレート６の熱
が載置台８側に拡散し易くすることにより保護プレート
６を冷却する装置等が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般にプラ
ズマエッチング装置１００の処理チャンバ１０１内で補
正リング１０３の温度が上昇すると、エッチング速度は
ウエハＷの中心から外周に向って低くなる傾向を示す。
この様子を図示したのが図１５のグラフ１である。この
傾向は図１５中点線で示したグラフ２が示す酸素ラジカ
ルの分布と対応している。

【０００７】従って、グラフ１のように外周縁側でエッ
チング速度が低下するのを防止するには補正リングを冷
却して温度を低下させれば良いと考えられる。

【０００８】しかし、処理チャンバ１０１内でプラズマ
エッチングされるウエハＷのエッチング速度をウエハＷ
の表面方向にわたって示したグラフ１のカーブの形は上
記酸素ラジカルの分布を示すグラフ２のカーブの形とは
明らかに異なっており、酸素ラジカルの分布だけではグ
ラフ１の外周縁側の急上昇するカーブの説明がつかな
い。

【０００９】そこで視点を変えてサセプタ１０２の、ウ
エハＷ外周縁から比較的離れた位置に堆積した処理ガス
堆積物に着目するとひとつの回答が得られる。即ち、処
理ガスが堆積してできた堆積物層にプラズマが当たると
フッ素ラジカルなどの反応性の高い物質が生じると考え
られる。図１５のグラフ３はそのようにして生成したフ
ッ素ラジカルの分布をサセプタ上に載置したウエハＷの
中心からの位置を横軸にとってプロットしたグラフであ
る。このグラフ３が示すように、ウエハＷの外周縁部付
近でのグラフ１の急激な立ち上がりと対応するようにウ
エハＷの外周縁付近で急激にフッ素ラジカルの量が増大
していると考えられる。

【００１０】以上のことから、グラフ１の左側部分から
中央部、即ちウエハＷの中心から外周縁に向う部分はグ
ラフ２の酸素ラジカルの影響を反映しており、グラフ１
の右側部分、即ちウエハＷの外周縁部周辺は堆積物から
発生すると考えられるグラフ３のフッ素ラジカルの影響
を反映していると考えられる。

【００１１】ここで、温度分布の観点のみから判断すれ
ば、補正リングを冷却すればよいと考えられる。しかし
その一方で、補正リングを冷却すると処理ガスに含まれ
る物質が堆積した堆積物にプラズマが当たって生成する
フッ素ラジカルの影響が大きくなり、ウエハＷ外周縁部
分でのエッチング速度が急激に増大すると考えられると
いう、二律背反する問題がある。

【００１２】本発明は上記従来の問題を解決するために
なされた発明である。即ち本発明は、複数枚の被処理基
板を連続的に処理しても処理の順番で処理後の被処理基
板の品質のばらつきが小さく、しかも、被処理基板の全
体にわたって均一な処理をすることのできるプラズマ処
理装置及びプラズマ処理方法を提供することを目的とす
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のプラズマ処理装
置は、略真空下で被処理基体に処理を施す処理チャンバ
と、前記被処理基体に処理ガスを供給する処理ガス供給
系と、前記処理チャンバ内にプラズマを発生させるプラ
ズマ発生手段と、前記被処理基体を載置するサセプタ
と、前記サセプタ上に載置された被処理基体の外周を包
囲し、処理中第１の温度に維持される第１のリング部材
と、前記第１のリング部材の外周を包囲し、処理中第２
の温度に維持される第２のリング部材と、を具備する。

【００１４】上記プラズマ処理装置において、例えば、
前記第１の温度が前記第２の温度より高い温度に設定さ
れる。

【００１５】また、上記プラズマ処理装置において、前
記第１のリング部材の少なくとも上面が、処理ガス分子
の平均自由工程の１〜３倍の幅を備えているのが好まし
い。

【００１６】ここで、処理ガス分子の平均自由工程の値
は処理ガスの種類や処理温度などの条件で変動するが、
例えば、前記第１のリング部材の少なくとも上面が、１
ｍｍ〜２５ｍｍの幅を備えているものが挙げられる。

【００１７】更に、上記プラズマ処理装置において、前
記第２のリング部材を冷却する冷却手段を更に備えてい
ることが好ましい。

【００１８】この冷却手段とは、ジャケットやペルチェ
素子など既知の冷却機構が使用可能であるが、例えば、
第２のリング部材と前記サセプタとの間に介挿された熱
伝導性材料層が挙げられる。

【００１９】また、前記第１のリング部材底面には点接
触を形成するための凹凸が形成されていても良い。

【００２０】前記第１及び第２のリング部材の組み合わ
せの例としては、第１のリング部材が、内周側頂部及び
外周側底部にそれぞれ矩形の切り欠き部が形成された略
矩形の断面形状を備えており、前記第２のリング部材
が、内周側底部に、矩形の突出部を備えた略矩形の断面
を備えており、前記第１のリング部材と前記第２のリン
グ部材とが着脱可能に嵌合する形状を備えているものが
挙げられる。

【００２１】本発明のプラズマ処理方法は、被処理基体
にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、前記
被処理基体の外周縁に沿って環状の第１の温度帯域を形
成すると同時に、前記第１の温度帯域の外側に第２の温
度帯域を形成した状態で、前記被処理基体にプラズマ処
理を施すことを特徴とする。

【００２２】このプラズマ処理方法において、例えば、
前記第１の温度帯域は前記第２の温度帯域より高い温度
に設定される。

【００２３】また上記プラズマ処理方法において、前記
第１の温度帯域としては、処理ガス分子の平均自由工程
の１〜３倍の幅に形成されることが好ましい。

【００２４】更に具体的には、前記第１の温度帯域の幅
は、１ｍｍ〜２５ｍｍの幅に形成されることが好まし
い。

【００２５】本発明のプラズマ処理装置では、被処理基
体の周囲に配置されるリングが第１のリング部材と第２
のリング部材とに分離されており、第１のリング部材は
処理中第１の温度に維持される一方で、第２のリング部
材は処理中第２の温度に維持されるようになっているの
で、複数枚の被処理基体を連続的に処理しても被処理基
体間の品質にばらつきがなく、安定した品質の被処理基
板を得ることができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、本発
明の一実施形態について添付図面に基づいて説明する。

【００２７】図１は本実施形態に係るプラズマエッチン
グ装置の概略構成を示した垂直断面図である。

【００２８】図１に示すように、このプラズマエッチン
グ装置１は、例えばアルミニウムやステンレス鋼により
筒状に成形された処理チャンバ２を有する。この処理チ
ャンバ２は接地されている。また処理チャンバ２の外周
には複数個の永久磁石を円周状に配設したダイポールリ
ングマグネット（ＤＲＭ）が配設されており（図示省
略）、このＤＲＭを回転させることにより回転磁場を処
理チャンバ内の空間に形成させることができるようにな
っている。

【００２９】処理チャンバ２の天井２Ｂは、絶縁部材３
を介して処理チャンバ本体側に接続されており、この天
井２Ｂにはサセプタ３０に対向させて平らな中空構造の
シャワーへッド４が配設されている。このシャワーヘッ
ド４下面のガス噴射面には、このシャワーヘッド４内に
導入された処理ガスやプラズマガスを処理空間Ｓ、即ち
シャワーヘッド４下面とサセプタ３０上面との間に形成
される空間に向けて吐出する複数の吐出孔５，５，…が
穿孔されている。

【００３０】このシャワーヘッド４は、導電性材料、例
えば表面がアルマイト処理されたアルミニウムや表面処
理されたステンレス鋼などにより形成されて上部電極を
構成し、導体７を介して接地されている。

【００３１】シャワーヘッド４上部のガス導入口４１に
は、ガス導入管４２が接続されている。このガス導入管
４２は複数に分岐されており、プラズマガスとしてのＡ
ｒガスを貯留するＡｒガス源４３、処理ガスとしてＣ4
Ｆ8とＯ2のエッチングガスを貯留するエッチングガス源
４４，４５がそれぞれ接続されている。これらの各ガス
は、途中に介設したマスフローコントローラ４６や開閉
弁４２により流量が制御されつつ供給される。

【００３２】処理チャンバ２の側壁の一部には、サセプ
タ３０を降下させた位置に対応してウエハ搬出入口２３
が配設されており、ここに真空引き可能に構成された移
載室２６との間を連通・遮断するゲートバルブ２５が配
設されている。

【００３３】サセプタ３０の裏面と処理チャンバ底部２
Ａの開口部１３の周辺とは伸縮自在に構成された金属製
のベローズ２４が配設されている。このベローズ２４に
より処理チャンバ２内の気密性を維持したままサセプタ
３０を昇降可能にしている。

【００３４】サセプタ３０は、高周波電源１０により、
マッチング回路１１を介在させた給電線１２及び昇降軸
１４を介して、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を
印加できるようになっている。

【００３５】また、ウエハ搬出入口２３の反対側の側壁
には排気口２０が設けられており、この排気口２０には
真空配管２１が接続されている。この真空配管２１には
真空ポンプ２２が配設されており、この真空ポンプ２２
を作動させることにより処理チャンバ２内の空気を排出
することによりこの処理チャンバ２内をほぼ真空状態に
できるようになっている。

【００３６】処理チャンバ２の内部には、下部電極とし
てアルミニウムやステンレス鋼等の導電性材料よりなる
略円盤状のサセプタ３０が配設されている。このサセプ
タ３０は、処理チャンバ底部２Ａの中央部の開口１３を
介して挿入された昇降軸１４の上端に支持固定されてお
り、昇降機構（図示省略）により昇降可能に配設されて
いる。プラズマエッチング装置１の運転時には、このサ
セプタ３０の上面にウエハＷが載置された状態でエッチ
ングが行われる。

【００３７】サセプタ３０の内部には通路状の冷却ジャ
ケット１５が設けられており、このジャケット１５内に
冷媒を流すことによりサセプタ３０、ひいてはその上に
載置したウエハＷを所望の温度に維持できるようになっ
ている。更にこのサセプタ３０の所定の位置には複数の
リフタ孔１６，１６，…が上下方向に貫通して穿孔され
ており、これらのリフタ孔１６，１６，…に対応して上
下方向に昇降可能にウエハリフタピン１７が配設されて
いる。このウエハリフタピン１７は処理チャンバ底部２
Ａの開口部１３を通って上下動可能に取りつけられたピ
ン昇降ロッド１８により一体的に昇降可能に取りつけら
れている。このウエハリフタピン１７の貫通部には、サ
セプタ３０の裏面との間で金属製の伸縮ベローズ１９が
配設されており、ウエハリフタピン１７が気密性を維持
したまま上下動できるようになっている。図１中一点鎖
線で示した位置にサセプタ３０を保持した状態でウエハ
リフトピン１７を上下動させることにより、ウエハＷを
昇降するようになっている。このようなウエハリフトピ
ン１７は通常ウエハＷ周縁部に沿って３本設けられてい
る。

【００３８】サセプタ３０の上面には円環状の補正リン
グ３１が配設されている。

【００３９】図２は本実施形態に係るサセプタ３０の上
部を部分的に拡大した垂直断面図であり、図３は本実施
形態に係る補正リング３１の分解斜視図である。

【００４０】図２及び図３に示したように、この補正リ
ング３１は同心円状の二つの環状部材から構成されてい
る。これらの環状部材は一つは第１の補正リング部材３
２であり、もう一つの環状部材は第２の補正リング部材
３３である。

【００４１】これら二つの補正リング部材３２，３３は
嵌合して一つの補正リング３１を構成するようになって
いる。

【００４２】即ち、第１の補正リング部材３２は図２に
示したように、その断面において内周側頂部に矩形の切
り欠き部３２ａが形成されている。また同様に外周側底
部には矩形の切り欠き部３２ｂが形成されている。

【００４３】この第１の補正リング部材３２の内周側頂
部の切り欠き部３２ａは、図２に示したようにサセプタ
３０上にセットしたときにウエハＷの外周縁部が嵌合す
るようになっている。

【００４４】また、第１の補正リング部材３２の底部に
は比較的粗い凹凸３２ｃが形成されており、サセプタ３
０上表面と点接触するようになっている。これはサセプ
タ３０の上表面と第１の補正リング部材３２の底面とが
面接触するのを防止するためのものである。第１の補正
リング部材３２の底面とサセプタ３０の上表面との接触
面積を小さくすることにより第１の補正リング部材３２
とサセプタ３０との間の熱の伝導性を低下させ、ウエハ
Ｗの処理時にプラズマに暴露されて加熱された第１の補
正リング部材３２の温度が低下しないようになってい
る。なお、この底部の凹凸３２ｃの形成については省略
可能である。

【００４５】第１の補正リング部材３２の外周側底部に
も断面が矩形の切り欠き部３２ｂが形成されている。こ
の切り欠き部３２ｂは後述する第２の補正リング部材３
３と嵌合させるためのものである。

【００４６】前記第２の補正リング部材３３は、内周側
底部に断面が矩形となる突出部３３ａを備えており、こ
の突出部３３ａは鍔（フランジ）状の突出部を形成して
いる。

【００４７】この突出部３３ａは前述した第１の補正リ
ング部材３２の外周側底面の切り欠き部３２ｂとちょう
ど噛み合う形状をしており、第１の補正リング部材３２
と第２の補正リング部材３３とをサセプタ３０上にセッ
トしたときに切り欠き部３２ｂと突出部３３ａとが嵌合
し、第１の補正リング部材３２と第２の補正リング部材
３３とが相俟って補正リング３１を形成するようになっ
ている。即ち、図２に示したように、第１の補正リング
部材３２及び第２の補正リング部材３３はサセプタ３０
上にセットしたときに第１の補正リング部材３２，第２
の補正リング部材３３の各上表面が同一平面を構成す
る。第２の補正リング部材３３の底面とサセプタ３０上
表面との間には冷却手段としての熱伝導性材料層、例え
ばシリコンラバー層３４が介挿されている。このシリコ
ンラバー層３４は熱伝導性に優れており、第２の補正リ
ング部材３３底面及びサセプタ３０上表面に密着するこ
とにより、第２の補正リング部材３３とサセプタ３０と
の間の熱の移動を容易にしている。従って、処理装置の
運転時に第２の補正リング部材の温度が上がってもこの
シリコンラバー層３４を介して第２の補正リング部材３
３からサセプタ３０に熱が拡散するようになっており、
サセプタ３０は内蔵したジャケットにより常に冷却され
ている。そのため、第２の補正リング部材３３も冷却さ
れてその温度上昇が抑えられる。

【００４８】また第２の補正リング部材３３の材料とし
ては次のような材料が使用可能である。例えば、シリコ
ン、ＳｉＯ_２、ＳｉＣ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、Ｙ₂Ｏ₃等
が挙げられる。

【００４９】図２に示すように第１の補正リング部材３
２は外周側底面の切り欠き部３２ｂ、内周側の切り欠き
部３２ａが形成された略長方形或いは鉤型の断面形状を
備えている。そのため第１の補正リング部材３２は第２
の補正リング部材３３やサセプタ３０に対して着脱可能
になっており、図３に示したように第１の補正リング部
材３２をその軸方向に持ち上げることにより容易に取り
外し可能になっている。

【００５０】そのため、第１の補正リング部材３２自身
がエッチングされて厚さが薄くなった場合には第１の補
正リング部材３２のみ交換できるので経済的に優れてい
る。また、交換も容易であるので保守管理に手間がかか
らない、という利点もある。

【００５１】また、図２に示したように第１の補正リン
グ部材３２は第２の補正リング部材３３やサセプタ３
０、ウエハＷと全面にわたって密着しているわけではな
く、隙間が形成されるような大きさ、形状になってい
る。これらの隙間には、プラズマ処理装置の運転時のよ
うに処理チャンバ２内が略真空に保たれる状態では、気
体の分子が殆ど存在しないため、これらの隙間が断熱層
として機能する。そのため第１の補正リング部材３２と
第２の補正リング部材３３や第１の補正リング部材３２
とサセプタ３０との間ではプラズマエッチング装置１の
運転時には熱の移動は殆ど無視できる水準に抑えられ
る。

【００５２】この第１の補正リング部材３２の材料とし
ては、シリコンなどが用いられるが、シリコン以外にも
次のような材料が使用可能である。例えば、ＳｉＯ_２、
ＳｉＣ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、Ｙ_２Ｏ_３等が挙げられ
る。

【００５３】第１の補正リング部材３２の上表面３２ｄ
の幅Ｄは、サセプタ３０表面に堆積した処理ガス堆積物
から発生すると考えられるフッ素ラジカル等の反応性物
質を有効にスカベンジ（scavenge）、即ち不要な遊離基
を除去しうる幅であり、かつ、処理チャンバ２内の熱的
分布の均一性を損なわない寸法にする。

【００５４】この幅Ｄの値は、処理ガスの種類や温度、
真空度などの条件により変動するが、例えば、処理ガス
分子の平均自由行程λと同程度の水準、例えば同平均自
由行程λの１倍〜５倍の範囲が好ましく、同平均自由行
程λの１倍〜３倍の範囲が更に好ましい。

【００５５】更に具体的な数値を挙げれば、例えば幅Ｄ
の値を１〜２５ｍｍにしたものが挙げられる。なお、こ
の幅Ｄはプラズマエッチング装置の運転時に処理チャン
バ２内で形成される第１の温度帯域の幅に相当する。

【００５６】ここでこの第１の補正リング部材３２の幅
Ｄの好ましい範囲を上記範囲としたのは、幅Ｄが上記範
囲を下回ると、処理時にこの第１の補正リング部材３２
の上面近傍に形成される円筒型の温度帯域である第１の
温度帯域の幅が小さくなるからである。

【００５７】この第１の温度帯域の幅が上記幅Ｄの下限
より小さくなると、第２の補正リング部材３３上面上に
堆積した堆積物にプラズマが当たって生成されるフッ素
ラジカルをスカベンジする第１の温度帯域の能力が低下
して、十分なスカベンジが行なわれず、スカベンジされ
ずに残存したフッ素ラジカルがウエハＷの外周縁まで到
達してウエハＷ上面に対するエッチング速度を増大させ
てしまう。

【００５８】一方、幅Ｄが上記範囲を上回ると、処理時
にこの第１の補正リング部材３２の上面近傍に形成され
る円筒型の温度帯域である第１の温度帯域の幅が大きく
なる。

【００５９】この第１の温度帯域の幅が上記幅Ｄの上限
より大きくなると、処理に寄与しないガス分子、例えば
アルゴン等のガス分子が第１の補正リング部材３２の上
面３２ｄに衝突する確率が増大する。この第１の補正リ
ング部材３２の上面３２ｄにアルゴン等のガス分子が衝
突する確率が増大すると、処理チャンバ２内の熱的分布
の均一性が害されるため、ウエハＷの処理の均一性が損
なわれる。

【００６０】このように第１の補正リング部材の幅Ｄを
上記範囲にすることにより、載置されたウエハＷを含む
サセプタ上面全体にわたって温度分布を均一にたもつこ
とができる。それと同時に、ウエハＷ外周縁の外側の第
２の補正リング部材３３上に堆積した堆積物にプラズマ
が当たって生成されるフッ素ラジカルを第１の補正リン
グ部材上面近傍に形成される第１の温度帯域によりスカ
ベンジすることができるので、このフッ素ラジカルによ
るウエハＷ外周縁部付近での局部的なエッチングの進行
を防止することができる。

【００６１】次に、以上のように構成されたプラズマエ
ッチング装置を用いて行われるエッチング処理について
説明する。

【００６２】上記プラズマエッチング装置１が搭載され
たクラスターツール装置（図示省略）を起動すると、い
ずれも図示しないキャリアカセット、搬送アーム、ロー
ドロック室を経てプラズマエッチング装置１の処理チャ
ンバ２に隣接配置された移載室２６まで搬送される。

【００６３】次いで、移載室２６内で移載アーム（図示
省略）が回転し、プラズマエッチング装置１の正面を向
いて停止する。しかる後にプラズマエッチング装置１の
前のゲートバルブ２５が開き、移載アームが未処理のウ
エハＷを保持した状態でプラズマエッチング装置１の処
理チャンバ２内に進入する。

【００６４】一方、処理チャンバ２内では、サセプタ３
０を図１の一点鎖線に示したように処理チャンバ２内の
下方に下降させ、この状態で未処理のウエハＷを移載室
２６側からウエハ搬出入口２３を介して処理チャンバ２
内に搬入し、サセプタ３０上に載置する。

【００６５】次いで昇降軸１４を上方に移動させること
によりサセプタ３０を上昇させ、その上面に載置したウ
エハＷをシャワーヘッド４の下面に接近させる。

【００６６】そして、この状態でシャワーヘッド４から
所定量のプラズマガスやエッチングガスを処理チャンバ
２内に供給しつつ処理チャンバ２内部を真空引きする。
この真空引きは処理チャンバのウエハ搬出入口２３のゲ
ートバルブ２５を閉鎖して処理チャンバ２内を密閉した
後に行なう。ゲートバルブ２５を下降させてウエハ搬出
入口２３を閉じ、処理チャンバ２内が密閉されたら、真
空ポンプ２２が作動して真空引きする。

【００６７】真空ポンプ２２を引き続きこの回転速度で
回転し続けることにより、処理チャンバ２内をプロセス
圧に維持し、同時に下部電極であるサセプタ３０と上部
電極との間に例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印
加して処理空間Ｓにプラズマを発生させ、ウエハＷ表面
に形成されている例えば酸化膜のエッチング処理を行
う。

【００６８】処理の開始とともに発生したプラズマの大
部分はウエハＷの上表面に当たり、ウエハＷ上表面上の
酸化膜をエッチングしていく。それとともに発生したプ
ラズマのいくらかはウエハＷの外周縁より更に広い範囲
にまで広がり、第１の補正リング部材３２の上面３２ｄ
を超えて第２の補正リング部材３３の上面にまで到達す
る。

【００６９】このとき、第１の補正リング部材３２はウ
エハＷの外周縁に近い位置に配設されているので、プラ
ズマの照射量が多く、短時間で高温度に達する。この第
１の補正リング部材３２は熱容量の小さい部材であるの
で、比較的短時間で昇温し、所定の温度に到達するとそ
れ以上は上がらなくなり、高い温度で熱的に安定する。

【００７０】また、第１の補正リング部材３２の底面に
は粗い凹凸３２ｃが形成されているので第１の補正リン
グ部材３２とサセプタ３０の上面との間の接触面積は非
常に小さい、いわゆる点接触に近い状態が形成されてい
る。そのため、第１の補正リング部材３２とサセプタ３
０の上面との間には隙間が形成されるが、処理中は処理
チャンバ２内は略真空に保たれ、この隙間には空気の分
子がほとんど存在しない。その結果、第１の補正リング
部材３２はサセプタ３０や第２の補正リング部材３３か
ら断熱されたと等しい状態になり、高温度状態で安定的
に維持される。その結果、処理中第１の補正リング部材
３２の上面３２ｄの近傍には高温度の第１の温度帯域Ｈ
が形成される。

【００７１】一方、第２の補正リング部材３３はジャケ
ットで冷却されているサセプタ３０とシリコンラバー層
３４を介して熱の移動が容易に行なわれる構造となって
いる。そのためプラズマが当たったり、周囲の熱が伝搬
して第２の補正リング部材３３に熱が供給されても、サ
セプタ３０、シリコンラバー層３４を介して第２の補正
リング部材３３は冷却されているので、第２の補正リン
グ部材３３の温度はあまり上昇せず、第１の補正リング
部材３２に比較して低い温度に維持される。

【００７２】その結果、第２の補正リング部材３３の上
面近傍には比較的低温の第２の温度帯域Ｌが形成され
る。

【００７３】このように、処理中はウエハＷの外周縁に
は第１の補正リング部材３２に起因する第１の温度帯域
Ｈが狭い幅Ｄで形成され、更にその外側には第２の補正
リング部材３３に起因する第２の温度帯域Ｌが形成され
る。

【００７４】処理中処理チャンバ２内には処理ガス分子
を含む何種類かの気体分子が運動している。そのうちの
いくつかは第２の補正リング部材３３に衝突するが、こ
の第２の補正リング部材３３は比較的低温に維持されて
いるため、処理チャンバ２内の熱的分布を大幅に乱すこ
とはない。更に第２の補正リング部材３３の内側には高
温の第１の補正リング部材３２が配設されているが、そ
の幅Ｄは処理ガス分子の平均自由行程λの１倍〜３倍又
は１倍〜５倍程度と狭いため、この第１の補正リング部
材３２の上面３２ｄに衝突する気体分子の数は非常に小
さく、この上面３２ｄに衝突することにより高いエネル
ギーを得てエネルギーを増す気体分子が処理チャンバ２
内の処理ガス雰囲気に及ぼす影響は無視できる水準に過
ぎない。従って、処理チャンバ２の処理ガス雰囲気全体
にわたって観察するとサセプタ３０の上面全体にわたっ
て均一な温度分布が達成され、曳いてはウエハＷの中心
と外周縁部とで均一なエッチングが行なわれる。

【００７５】一方、処理ガスを構成する物質の幾分かは
第２の補正リング部材３３表面に付着、堆積し、この堆
積物にプラズマが当たることにより腐食性の高いフッ素
ラジカルなどの反応性物質が生成すると考えられる。こ
のような反応性物質が拡散して第２の補正リング部材３
３上部の第２の温度帯域ＬからウエハＷの載置されてい
る方へ移動しようとすると、第２の温度帯域Ｌとウエハ
Ｗとの間には第１の補正リング部材３２に起因する高温
の第１の温度帯域Ｈを通過しなければならない。

【００７６】このとき、第１の温度帯域Ｈは十分高い温
度に維持されているので、この第１の温度帯域Ｈを通過
しきる前に第２の温度帯域Ｌから拡散してきたフッ素ラ
ジカル等の反応性物質は第１の補正リング部材３２の表
面即ち第１の温度帯域Ｈで反応することにより他の物質
に変換されて反応性が消失するため、第１の温度帯域Ｈ
からウエハＷ側へ拡散する反応性物質は実質的に除去さ
れるので、ウエハＷには影響を及ぼすことが未然に防止
されると考えられる。

【００７７】エッチング処理を所定時間行なって所期の
エッチング処理が完了したら、処理チャンバ２内の真空
度を移載室２６の真空度より僅かに高い程度の真空度ま
で下げ、しかる後に上記とは逆の順序で処理チャンバ２
内から処理後のウエハＷを取り出す。そして同様にして
後続の処理チャンバ内にウエハＷを搬送し、その処理チ
ャンバ内で所定の処理を施す。一連の処理が完了した
後、処理が完了したウエハＷを最後の処理チャンバ内か
ら移載室２６に取り出し、更に移載室２６からロードロ
ック室を経由して再びキャリアカセット内に収容し処理
を完了する。

【００７８】以上説明したように、本実施形態に係るプ
ラズマ処理装置１では、サセプタ３０のウエハＷ載置部
のすぐ外側に、幅が処理ガスの平均自由行程と同程度で
熱の移動が制限された第１の補正リング部材３２を配設
し、更に第１の補正リング部材３２のすぐ外側に第２の
補正リング部材３３を配設し、この第２の補正リング部
材３３についてはシリコンラバー層３４を用いてサセプ
タ３０側に熱が逃げ易い構造としたため、処理中は第１
の補正リング部材周辺に高温の第１の温度帯域Ｈが形成
される一方、第１の温度帯域Ｈの外側には第２の補正リ
ング部材３３により形成される比較的低温の第２の温度
帯域Ｌが形成される。

【００７９】その結果、サセプタ３０上の温度分布は中
心付近で高く、外周の第２の補正リング部材３３周辺で
低くなるので、ウエハＷの表面全体にわたって観察する
と、全体に均一なエッチング速度での処理が行なわれ
る。

【００８０】一方、サセプタ３０に載置されたウエハＷ
の外周縁付近には狭い幅、即ち処理ガス分子の平均自由
行程と同程度の幅の第１の補正リング部材３２が介挿さ
れており、この第１の補正リング部材３２は処理中高温
に維持される。そのため、この第１の補正リング部材３
２の上面近傍には高温の第１の温度帯域Ｈが形成され
る。この第１の温度帯域Ｈの作用により、第２の補正リ
ング部材３３の周辺で生成されたフッ素ラジカル等の腐
食性物質がスカベンジされるので、フッ素ラジカル等の
腐食性物質がウエハＷの外周縁にまで拡散して局部的に
エッチングを進行させることが未然に防止される。

【００８１】なお、本発明は上記実施形態の記載内容に
限定されない。例えば、上記実施形態では、シリコンウ
エハ用のプラズマエッチング装置を例にして説明した
が、それ以外の反応性ガス処理装置、例えばＣＶＤにも
使用することができる。

【００８２】更に、シリコンウエハと同様にＬＣＤ用ガ
ラス基板を処理する処理装置にも適用できることはいう
までもない。

【００８３】また、上記実施形態では複数個の円柱型永
久磁石を処理チャンバの周囲に回転させるいわゆるダイ
ポールリングマグネット（ＤＲＭ）を用いた回転磁界型
の処理装置を例にして説明したが、このダイポールリン
グマグネット（ＤＲＭ）を搭載しない処理装置にも本発
明は適用可能である。

【００８４】（実施例）以下、上記実施形態で説明した
タイプのプラズマエッチング装置１を使用し、各種の補
正リングを用いてウエハＷのエッチングを行なった。

【００８５】図４〜図９はウエハの中心からの距離とエ
ッチング速度との関係を示した図である。

【００８６】図４は従来型の１枚の薄い円環型補正リン
グを冷却しない状態で使用し、ウエハの表面に形成され
たシリコン酸化膜のプラズマエッチングを行なった場合
の結果を示したグラフであり、図５は従来型の１枚の薄
い円環型補正リングを冷却した状態で使用してシリコン
酸化膜のプラズマエッチングを行なった場合の結果を示
したグラフであり、図６は第１の補正リング部材と第２
の補正リング部材とに同心円状に分割できる補正リング
を用いて、第２の補正リング部材を冷却した状態でシリ
コン酸化膜のプラズマエッチングを行なった場合の結果
を示したグラフである。

【００８７】各グラフにおいて連続した曲線は１枚のウ
エハについてのデータを示しており、それぞれ測定開始
から３０秒後、６０秒後及び１２０秒後の３枚のウエハ
について測定した。

【００８８】図４と図６とを比較すると、分割型の補正
リングの結果を示す図６のグラフは、中心から左右６０
ｍｍより外側の位置でウエハ間のばらつきが小さく、外
周縁付近でのエッチング速度の時間依存性が小さく、エ
ッチング速度が安定している。

【００８９】次に図５と図６とを比較すると、図６のグ
ラフはウエハの中心から左右６０ｍｍより外側の部分で
の曲線の傾きが小さく、この部分でのエッチング速度の
変動量が小さく、ウエハ面内でのエッチング速度の差が
小さいことを示している。

【００９０】図７は従来型の１枚の薄い円環型補正リン
グを冷却しない状態で使用し、ウエハの表面に形成され
たレジスト膜のプラズマエッチングを行なった場合の結
果を示したグラフであり、図８は従来型の１枚の薄い円
環型補正リングを冷却した状態で使用してレジスト膜の
プラズマエッチングを行なった場合の結果を示したグラ
フであり、図９は第１の補正リング部材と第２の補正リ
ング部材とに同心円状に分割できる補正リングを用い
て、第２の補正リング部材を冷却した状態でレジスト膜
のプラズマエッチングを行なった場合の結果を示したグ
ラフである。

【００９１】各グラフにおいて連続した曲線は１枚のウ
エハについてのデータを示しており、それぞれ測定開始
から３０秒後、６０秒後及び１２０秒後の３枚のウエハ
について測定した。

【００９２】図７と図９とを比較すると、分割型の補正
リングの結果を示す図９のグラフは三本の曲線の形がほ
ぼ等しく、中心から６０ｍｍより外側の部分で、ウエハ
間のばらつき、即ちエッチング速度の時間依存性が小さ
く、外周縁付近でのエッチング速度が安定している。

【００９３】次に図８と図９とを比較すると、図９のグ
ラフは中心から左右６０ｍｍより外側の部分でのエッチ
ング速度の変動量が小さく、ウエハ面内でのエッチング
速度の差が小さい。

【００９４】以上の結果から、本実施形態に係る補正リ
ング３１を使用してプラズマエッチング処理を行なった
場合、処理順序の異なるウエハ間でのエッチング速度の
ばらつきが小さく、ウエハの中心と外周縁付近との間で
エッチング速度の変動の少ない、均一なエッチング処理
を実行できることが分かる。

【００９５】次に、図１０〜図１２はウエハ表面に形成
したシリコン酸化膜をエッチングして貫通孔を形成する
場合の貫通孔の直径の値とウエハの中心からの距離との
関係を示したグラフである。各グラフには、従来の１枚
の円環型補正リングを冷却しないで使用して貫通孔を形
成した場合の曲線（ＳＴＤ）、従来の１枚の円環型補正
リングを冷却して使用して貫通孔を形成した場合の曲線
（Cooling）、及び本願発明のニ分割型の補正リングの
第２の補正リング部材を冷却して使用して貫通孔を形成
した場合の曲線（DIVIDED 1）の三本の曲線が示されて
いる。図１０は貫通孔の頂部に近い位置の直径の値を示
し、図１１は貫通孔の真中付近の直径の値を示し、図１
２は貫通孔の底部の直径の値を示している。

【００９６】これら図１０〜図１２の結果から明らかな
ように、貫通孔のいずれの部分の直径の値についても、
本実施形態の補正リングを用いて形成した場合にはウエ
ハの中心から外周縁部にかけて直径の値の変動量の少な
い、均一な大きさの貫通孔が形成できることが分かる。

【００９７】（第２の実施形態）以下、本発明の第２の
実施形態について説明する。なお、以下本実施形態以降
の実施形態のうち先行する実施形態と重複する内容につ
いては説明を省略する。

【００９８】本実施形態では図１３に示すような構造の
補正リング３１Ａを用いた。

【００９９】この補正リング３１Ａでは、長方形の断面
を有する円板型の第１の補正リング部材３２Ａが、切り
欠き部を備えた略矩形の断面形状の円環型の第２の補正
リング部材３３Ａと嵌合するようになっており、第２の
補正リング部材３３Ａがサセプタ３０上表面にシリコン
ラバー層３４を介して配設されている。一方、第１の補
正リング部材３２Ａは第２の補正リング部材３３Ａ内周
側の切り欠き部に載置されているだけである。

【０１００】本実施形態に係る補正リング３１Ａでは、
第１の補正リング部材３２Ａ、第２の補正リング部材３
３Ａの形状が単純であるので、製造しやすく、製造コス
トを低減できるという効果が得られる。

【０１０１】

【発明の効果】本発明のプラズマ処理装置によれば、被
処理基体の周囲に配置されるリングが第１のリング部材
と第２のリング部材とに分離されており、第１のリング
部材は処理中第１の温度に維持される一方で、第２のリ
ング部材は処理中第２の温度に維持されるようになって
いるので、複数枚の被処理基体を連続的に処理しても被
処理基体間の品質のばらつきが小さく、しかも被処理基
板の全体にわたって均一な処理をすることができる。

【０１０２】また本発明のプラズマ処理方法によれば、
ウエハの外周縁に沿って第１の温度帯域を環状に形成
し、前記第１の温度帯域の外側に第２の温度帯域を形成
し、この状態で前記ウエハにプラズマ処理を施すので複
数枚の被処理基体を連続的に処理しても被処理基体間の
品質のばらつきが小さく、しかも被処理基板の全体にわ
たって均一な処理をすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置
の垂直断面図である。

【図２】第１の実施形態に係るサセプタ上部を部分的に
拡大した垂直断面図である。

【図３】第１の実施形態に係る補正リングの分解斜視図
である。

【図４】従来の補正リングを冷却しないで用いた場合の
ウエハ中心からの距離とシリコン酸化膜のエッチング速
度との関係を示したグラフである。

【図５】従来の補正リングを冷却しながら用いた場合の
ウエハ中心からの距離とシリコン酸化膜のエッチング速
度との関係を示したグラフである。

【図６】第１の実施形態に係る補正リングを用いた場合
のウエハ中心からの距離とシリコン酸化膜のエッチング
速度との関係を示したグラフである。

【図７】従来の補正リングを冷却しないで用いた場合の
ウエハ中心からの距離とレジスト膜のエッチング速度と
の関係を示したグラフである。

【図８】従来の補正リングを冷却しながら用いた場合の
ウエハ中心からの距離とレジスト膜のエッチング速度と
の関係を示したグラフである。

【図９】第１の実施形態に係る補正リングを用いた場合
のウエハ中心からの距離とレジスト膜のエッチング速度
との関係を示したグラフである。

【図１０】ウエハ上のシリコン酸化膜をエッチングして
穿孔した貫通孔の直径とウエハの中心からの距離との関
係を示したグラフである。

【図１１】ウエハ上のシリコン酸化膜をエッチングして
穿孔した貫通孔の直径とウエハの中心からの距離との関
係を示したグラフである。

【図１２】ウエハ上のシリコン酸化膜をエッチングして
穿孔した貫通孔の直径とウエハの中心からの距離との関
係を示したグラフである。

【図１３】第２の実施形態に係る補正リングの垂直断面
図である。

【図１４】従来のプラズマエッチング装置の垂直断面図
である。

【図１５】従来のプラズマエッチング装置を用いた場合
のレジスト膜のエッチング速度とウエハの中心からの距
離との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１…プラズマエッチング装置（プラズマ処理装置）、２
…処理チャンバ、３０…サセプタ、３１…補正リング、
３２…第１の補正リング部材、３３…第２の補正リング
部材、３４…シリコンラバー層（冷却手段）、３２ｃ…
凹凸、Ｈ…第１の温度帯域、Ｌ…第２の温度帯域、４２
…ガス供給配管（気体供給系）、２１…排気配管。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】略真空下で被処理基体に処理を施す処理
チャンバと、前記被処理基体に処理ガスを供給する処理ガス供給系
と、前記処理チャンバ内にプラズマを発生させるプラズマ発
生手段と、前記被処理基体を載置するサセプタと、前記サセプタ上に載置された被処理基体の外周を包囲
し、処理中第１の温度に維持される第１のリング部材
と、前記第１のリング部材の外周を包囲し、処理中第２の温
度に維持される第２のリング部材と、を具備するプラズマ処理装置。
【請求項２】請求項１に記載のプラズマ処理装置であ
って、前記第１の温度が前記第２の温度より高い温度で
あることを特徴するプラズマ処理装置。
【請求項３】請求項１又は２に記載のプラズマ処理装
置であって、前記第１のリング部材の少なくとも上面
が、処理ガス分子の平均自由工程の１〜３倍の幅を備え
ていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項に記載のプ
ラズマ処理装置であって、前記第１のリング部材の少な
くとも上面が、１ｍｍ〜２５ｍｍの幅を備えていること
を特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】請求項１〜４のいずれか１項に記載のプ
ラズマ処理装置であって、前記第２のリング部材を冷却
する冷却手段を更に備えていることを特徴とするプラズ
マ処理装置。
【請求項６】請求項１〜５のいずれか１項に記載のプ
ラズマ処理装置であって、前記冷却手段が、第２のリン
グ部材と前記サセプタとの間に介挿された熱伝導性材料
層であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】請求項１〜６のいずれか１項に記載のプ
ラズマ処理装置であって、前記第１のリング部材底面に
は点接触を形成するための凹凸が形成されていることを
特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】請求項１〜７のいずれか１項に記載のプ
ラズマ処理装置であって、前記第１のリング部材は、内
周側頂部及び外周側底部にそれぞれ矩形の切り欠き部が
形成された略矩形の断面形状を備えており、前記第２のリング部材は内周側底部に、断面が矩形の突
出部を備えた略矩形の断面を備えており、前記第１のリ
ング部材と前記第２のリング部材とが着脱可能に嵌合す
る形状を備えていることを特徴とするプラズマ処理装
置。
【請求項９】請求項１〜８のいずれか１項に記載のプ
ラズマ処理装置であって、前記プラズマ処理がエッチン
グ処理であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１０】請求項１〜９のいずれか１項に記載の
プラズマ処理装置であって、前記サセプタの内部に冷却
ジャケットが設けられていることを特徴とするプラズマ
処理装置。
【請求項１１】請求項１〜１０のいずれか１項に記載
のプラズマ処理装置であって、前記第１のリング部材の
内周側頂部に被処理体の外周縁部が嵌合する切り欠き部
が形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１２】請求項１〜１１のいずれか１項に記載
のプラズマ処理装置であって、前記第１のリング部材及
び第２のリング部材が、シリコン、ＳｉＯ_２，ＳｉＣ，
Ａｌ_２Ｏ_３，ＡｌＮ，Ｙ_２Ｏ_３からなる群から選択され
る１の材料で形成されていることを特徴とするプラズマ
処理装置。
【請求項１３】請求項１〜１２のいずれか１項に記載
のプラズマ処理装置であって、前記第２のリング部材が
略矩形の断面形状を備えており、前記第１のリング部材
と前記第２のリング部材とが着脱可能に嵌合する形状に
形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１４】被処理基体にプラズマ処理を施すプラ
ズマ処理方法であって、前記被処理基体の外周縁に沿っ
て環状の第１の温度帯域を形成すると同時に、前記第１
の温度帯域の外側に第２の温度帯域を形成した状態で、
前記被処理基体にプラズマ処理を施すことを特徴とする
プラズマ処理方法。
【請求項１５】請求項１４に記載のプラズマ処理方法
であって、前記第１の温度帯域が前記第２の温度帯域よ
り高い温度の帯域であることを特徴するプラズマ処理方
法
【請求項１６】請求項１４又は１５に記載のプラズマ
処理方法であって、前記第１の温度帯域が、処理ガス分
子の平均自由工程の１〜３倍の幅に形成されることを特
徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１７】請求項１４〜１６のいずれか１項に記
載のプラズマ処理方法であって、前記第１の温度帯域の
幅が、１ｍｍ〜２５ｍｍの幅に形成されることを特徴と
するプラズマ処理方法。
【請求項１８】請求項１４〜１７のいずれか１項に記
載のプラズマ処理方法であって、前記プラズマ処理がエ
ッチング処理であることを特徴とするプラズマ処理方
法。
【請求項１９】請求項１４〜１８のいずれか１項に記
載のプラズマ処理方法であって、前記エッチング処理
が、フッ素原子を含むガスを用いるエッチング処理であ
ることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２０】請求項１４〜１９のいずれか１項に記
載のプラズマ処理方法であって、前記フッ素原子を含む
ガスがフッ素原子と炭素原子とを含む化合物のガスであ
ることを特徴とするプラズマ処理方法。