JP3862676B2 - プラズマエッチング方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は半導体ウェハ等を静電力で吸着固定する静電チャックを用いたプラズマエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェハにプラズマ雰囲気下でエッチング等の処理を施す場合には減圧下、即ちプラズマが発生しやすい雰囲気中でおこなう必要がある。
そして、ガスが希薄な雰囲気において半導体ウェハを固定する手段として、特許文献１、特許文献２或いは特許文献３に開示される静電チャックが知られている。
【０００３】
これら先行技術に開示される静電チャックは、いずれも上面を吸着面とした誘電体層内に内部電極を設け、この内部電極に電圧を印加することで静電力を生させ半導体ウェハを吸着するようにしたものであるが、特許文献１に開示される静電チャックにあっては、誘電体層上面に突部を設けて半導体ウェハに対して中央部で静電力が強く、周縁部で静電力が弱く作用するようにし、特許文献２に開示される静電チャックにあっては、誘電体層上面に凹溝を形成し、ここにＨe等の冷却ガスを流し、半導体ウェハの表面温度を均一にするようにし、更に特許文献３に開示される静電チャックにあっては、誘電体層上面に凹部と凸部（接触部）を設け、凸部の上面で半導体ウェハを支持することで、ゴミの付着等を防止したものである。
【０００４】
【特許文献】
特許文献１：特開平１−３１３９５４号公報
特許文献２：実開平３−７３４５３号公報
特許文献３：特開平５−６９３３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、プラズマ雰囲気において半導体ウェハにエッチング処理を施す場合、プラズマの熱により半導体ウェハの表面は高温になる。そして、表面温度が大きくなると、表面のレジスト膜がバーストする等の問題が生じる。また、面内温度の差が生じると処理が不均一になる。
【０００６】
そこで、上述したように従来からＨe等の冷却ガスを流し、半導体ウェハの表面温度を均一にするようにしているのであるが、冷却効果を高めるには冷却ガスとウェハとの接触面積を大きくしなければならない。
接触面積を大きくするには吸着面となる突部上面の面積を誘電体層上面に対しできるだけ小さくする必要がある。しかしながら、吸着面となる突部上面の面積を小さくすると吸着力が不足し、処理時にウェハが静電チャックから落下したり、位置がズレたりする恐れがある。
【０００７】
このため、特許文献３にも記載されているように、従来にあっては接触部の面積比率は１０〜３０％とするのが限度であった。その結果、冷却ガスとウェハとの接触面積を大きくできず、冷却効果が十分とはいえず且つ面内温度にもバラツキが生じている。
尚、冷却効果を高めるには冷却ガス圧を高めればよいが、ガス圧だけを高めてもウェハの割れが発生する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく本発明に係るプラズマエッチング方法は、誘電体層内に設けた内部電極に電圧を印加することによって生じる静電力（ジョンセンラーベック力）で被吸着体を吸着し、プラズマ雰囲気でこの被吸着体表面に対しエッチング処理するプラズマエッチング方法において、前記誘電体層の体積固有抵抗は１０ ^９ Ωｍ以下であり、また前記誘電体層上面の周縁部には冷却ガス漏れを防ぐ外周領域を形成するとともに外周領域の内側を２０Ｔｏｒｒより大きく１００Ｔｏｒｒ以下の圧力の冷却ガスが流れる吸着領域とし、この吸着領域内には冷却ガス導入孔が開口し、また吸着領域内の誘電体層の上面には前記外周領域と同じ高さの多数の突起が同心円状に９ｍｍ以下の距離を隔てて設けられ、この突起の吸着面となる上面はＲｍａｘ（最大高さ）が２．０μｍ以下またはＲａ（中心線平均粗さ）が０．２５μｍ以下で、且つ突起の上面の合計面積の誘電体層の上面に対する面積比率が１％以上１０％未満であるようにした。
【０００９】
【実施例】
以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。ここで、図１は本発明に係るプラズマエッチング処理に用いる静電チャックの断面図、図２は同静電チャックの平面図であり、静電チャック１は金属板２の上に誘電体層３を接合してなり、この誘電体層３内に内部電極４を埋設或いは挟持している。
【００１０】
誘電体層３の上面には、Ｈeガスが漏れないように１〜５ｍｍの幅で、後述する突起５と同じ高さの外周領域３ａを形成し、更にこの内側を吸着領域３ｂとし、この吸着領域３ｂ内に多数の突起５…を立設し、突起５…の上面を半導体ウェハＷと直接接触する吸着面としている。
【００１１】
また、前記金属板２及び誘電体層３を貫通して冷却ガス導入孔６が形成され、この冷却ガス導入孔６を介して誘電体層３上面と半導体ウェハＷ下面との間の隙間にＨe等の冷却ガスが供給される。更に、金属板の内部には静電チャック冷却のための冷媒が流れる流路１２が設けられている。
【００１２】
また、前記内部電極４には直流電源回路７が接続され、誘電体層３下面の導体部８には高周波電源回路９が接続されている。また、高周波電源回路９は内部電極４に接続してもよい。尚、プラズマ処理装置内において、静電チャック１上方にはアースされた対向電極１０が位置している。
而して、静電チャック１にウェハＷを載置し、内部電極４に直流電圧を印加することで静電力が生じ、ウェハＷは誘電体層３、具体的には突起５…の上面に吸着される。
また、高周波電源回路９によって高周波を印加することで、対向電極１０との間に活性なラジカル１１が発生し、ウェハＷ表面のＳi酸化膜等がエッチングされる。
【００１３】
ところで、本発明にあっては誘電体層３の吸着領域３ｂの面積に対する前記突起５…の上面の総和面積（吸着面積）の比率を１％以上１０％未満としている。１％以上とするのは必要な吸着力を確保するためであるが、１０％未満とする理由を図３及び図４に基づいて説明する。
【００１４】
ここで、図３（ａ）及び（ｂ）は面積比率を１０％未満にしてプラズマ処理条件を変えて処理した場合のＤＣ電圧とウェハ温度との関係を示すグラフ、図４（ａ）及び（ｂ）は面積比率を７５％にしてプラズマ処理条件を変えて処理した場合のＤＣ電圧とウェハ温度との関係を示すグラフであり、図３から明らかなように面積比率を１０％未満にした場合にはウェハＷの中央部の温度（線分ｃで示す）と周縁部の温度（線分ｅで示す）とが殆んど等しいことが分る
また、図４からは面積比率を７５％にした場合にはウェハＷの中央部の温度と周縁部の温度とが大きく異なり、面内温度が不均一であることが分る。
これは面積比率を１０％未満にすることにより冷却ガスが直接接触するウェハの面積を大きくすることができ、冷却効果が高まるからである。
【００１５】
また、以下の（表１）は冷却ガスの圧力と面積比率との関係を示すものであり、面積比率を１０％未満とすることで冷却効果が高まることが分る。
【００１６】
【表１】
【００１７】
また、以下の（表２）は面積比率を１０％に固定し、この状態で突起間の間隔（または突起の直径）と冷却ガス圧力との関係をウェハの吸着の良否とウェハの破損の点から実験した結果を示すものである。
このグラフから、突起間の間隔を狭める、即ち突起の直径を小さくすることでより高圧の冷却ガスを流せることが分る。
【００１８】
【表２】
【００１９】
図５は本発明に係る静電チャックの吸着力と印加電圧の関係を示すグラフであり、このグラフからも明らかなように本発明に係る静電チャックにあっては面積比率が１０％未満であるにもかかわらず十分な吸着力を発揮することが分る。この理由を図６及び（数１）に基づいて説明する。
【００２０】
図６は誘電体３の体積固有抵抗と電圧印加時間及び吸着力との関係を示すグラフであり、このグラフから体積固有抵抗が１０^９Ωｍ以下であることが電圧印加とともにすばやく吸着力が飽和する条件であることが分る。
【００２１】
また、以下の（数１）は吸着力（Ｆ）と吸着面のＲmax（最大高さ）との関係を示すものである。
この数式からＲmax（最大高さ）を２．０μｍ以下（またはＲa（中心線平均粗さ）を０．２５μｍ以下）とすることが十分な吸着力（Ｆ）を発揮する上で必要であるといえる。
即ち、誘電体３の体積固有抵抗体積固有抵抗を１０^９Ωｍ以下、吸着面のＲmax（最大高さ）を２．０μｍ以下またはＲa（中心線平均粗さ）を０．２５μｍ以下とすることが面積比率を１０％未満とするための必要条件である。
【００２２】
【数１】
【００２３】
【発明の効果】
以上に説明した如く本発明に係るプラズマエッチング方法は、吸着力が大きく、電圧印加とともにすばやく吸着力が飽和し、電圧印加中止とともにすばやくウェハが剥離し、ウェハと接触する部分の面積比率が１０％未満の静電チャックを用い、誘電体層の上面と被吸着体との間に１０torr以上１００torr以下の圧力で冷却ガスを流しつつ行ったので、冷却効果が高まり、半導体ウェハの面内温度の差を小さくでき、半導体ウェハに対し均一なエッチング処理ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る静電チャックの断面図
【図２】同静電チャックの平面図
【図３】（ａ）及び（ｂ）は面積比率を１０％未満にしてプラズマ処理条件を変えて処理した場合のＤＣ電圧とウェハ温度との関係を示すグラフ
【図４】（ａ）及び（ｂ）は面積比率を７５％にしてプラズマ処理条件を変えて処理した場合のＤＣ電圧とウェハ温度との関係を示すグラフ
【図５】面積比率を１０％にした場合の印加電圧と吸着力との関係を示すグラフ
【図６】面積比率を１０％にした場合の誘電体の体積固有抵抗と電圧印加時間及び吸着力との関係を示すグラフ
【符号の説明】
１…静電チャック、３…誘電体層、４…内部電極、５…突起、７…直流電源回路、９…高周波電源回路、Ｗ…半導体ウェハ。

Claims (1)

1. 誘電体層内に設けた内部電極に電圧を印加することによって生じる静電力（ジョンセンラーベック力）で被吸着体を吸着し、プラズマ雰囲気でこの被吸着体表面に対しエッチング処理するプラズマエッチング方法において、前記誘電体層の体積固有抵抗は１０ ^９ Ωｍ以下であり、また前記誘電体層上面の周縁部には冷却ガス漏れを防ぐ外周領域を形成するとともに外周領域の内側を２０Ｔｏｒｒより大きく１００Ｔｏｒｒ以下の圧力の冷却ガスが流れる吸着領域とし、この吸着領域内には冷却ガス導入孔が開口し、また吸着領域内の誘電体層の上面には前記外周領域と同じ高さの多数の突起が同心円状に９ｍｍ以下の距離を隔てて設けられ、この突起の吸着面となる上面はＲｍａｘ（最大高さ）が２．０μｍ以下またはＲａ（中心線平均粗さ）が０．２５μｍ以下で、且つ突起の上面の合計面積の誘電体層の上面に対する面積比率が１％以上１０％未満であることを特徴とするプラズマエッチング方法。