JP4417574B2 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

Description

【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１０１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、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、底面には点接触を形成するための凹凸が形成され、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、前記第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からなり、前記第２のリング部材を冷却する冷却手段と、を具備し、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 _２ Ｏ _３ ，ＡｌＮ，Ｙ _２ Ｏ _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。
【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、１ｍｍ〜２５ｍｍの幅を備えているものが挙げられる。
【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、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、底面には点接触を形成するための凹凸が形成され、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、前記第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からなり、前記第２のリング部材を冷却する冷却手段と、を具備し、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 _２ Ｏ _３ ，ＡｌＮ，Ｙ _２ Ｏ _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プラズマ処理装置を用いて前記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前記第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前記第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Ａｒガスを貯留するＡｒガス源４３、処理ガスとしてＣ4Ｆ8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２Ａ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２Ａ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３２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３０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３３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３３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３２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３０、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３０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３０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３３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３２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６０ｍｍ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１２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３３Ａ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 (16)

1. 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、底面には点接触を形成するための凹凸が形成され、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、
   前記第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からなり、前記第２のリング部材を冷却する冷却手段と、
   を具備し、
   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 _２ Ｏ _３ ，ＡｌＮ，Ｙ _２ Ｏ _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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、
   前記第２のリング部材が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。
10. 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、底面には点接触を形成するための凹凸が形成され、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、
    前記第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からなり、前記第２のリング部材を冷却する冷却手段と、
    を具備し、
    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 _２ Ｏ _３ ，ＡｌＮ，Ｙ _２ Ｏ _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プラズマ処理装置を用いて前記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前記第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前記第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。
11. 請求項１０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
12. 請求項１０又は１１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。
13. 請求項１０〜１２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。
14. 請求項１０〜１３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。
15. 請求項１０〜１４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。
16. 請求項１５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。

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