JP2003229408A

JP2003229408A - プラズマ処理装置

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Publication number: JP2003229408A
Application number: JP2002027630A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Tawara; 慈田原; Kunihiko Hiuga; 邦彦日向
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2002-02-05
Filing date: 2002-02-05
Publication date: 2003-08-15
Anticipated expiration: 2022-02-05
Also published as: JP4209618B2

Abstract

(57)【要約】【課題】被処理体に対してプラズマ処理例えばエッチ
ング処理を行うにあたり、均一なエッチング処理を行う
ことができる技術を提供すること。【解決手段】処理容器２の内部に上部電極３と載置台
を兼用する下部電極４とを配置し、前記下部電極４上の
ウエハＷを取り囲むように内側リング６を設け、この内
側リング６を取り囲むように石英製の外側リング７を設
ける。前記内側リング６は、内縁から外側に向かって前
記ウエハの被処理面と略同じ高さに設定された平坦面部
６１と、この平坦面部６１の外側に前記外側リング７よ
りも高くなるように設けられた凸部６２と、を備えてい
る。処理容器２内にプラズマを発生させ、ここに処理ガ
スであるエッチングガスを導入してウエハ表面のレジス
トマスクをエッチングすると、ウエハの面内のエッチン
グレートが揃えられ、均一な処理を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体ウエ
ハ等の基板に対して例えばエッチング処理などのプラズ
マ処理を行うプラズマ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造プロセスにおいては、
例えばキャパシタや素子の分離、あるいはコンタクトホ
ールの形成等のために、ドライエッチングが行われてい
る。この処理を行う装置の一つに平行平板型プラズマ処
理装置がある。この装置は図１５に示すように、例えば
気密なチャンバ１内に、下部電極を兼用する載置台１１
が配設されると共に、載置台１１の上方にこれと対向し
てガス供給部を兼用する上部電極１２が配設されてい
る。１３は排気管である。

【０００３】このようなプラズマ処理装置では、先ず載
置台１１上にウエハＷを載置し、ガス供給部１２からエ
ッチングガスを導入すると共に、電極１１，１２間に高
周波電源部Ｅから高周波電力を印加してプラズマを発生
させ、このプラズマ中の反応性イオンによりウエハＷの
エッチングが行われる。

【０００４】この際載置台１１上のウエハＷの周りに、
ウエハＷを取り囲むように導電性又は半導電性の内側リ
ング１４を設けると共に、この内側リング１４の周囲に
絶縁体例えば石英（ＳｉＯ2）よりなる外側リング１６
を設けることにより、ウエハＷの周縁領域から内側リン
グ１４上方のプラズマの均一性を向上させ、ウエハＷに
対して均一なエッチングを行うようにしている。ここで
前記内側リング１４の上面は例えば図１６に示すよう
に、内方側から外方側に向けて平らに形成されており、
例えば外端縁に沿って僅かに段部１５が形成され、この
段部１５を外側リング１６で押さえることにより載置台
１１に固定されるようになっている。

【０００５】また前記外側リング１６は、外端縁側が外
方に向かって下方側に傾斜する傾斜面として構成されて
おり、これにより排気流の流れを均一に調整する役割
や、内側リング１４と共にプラズマの均一性を高める役
割や、さらに外側リング１６が石英により構成されてい
る場合には、石英がエッチングされることにより生じる
酸素ラジカルをウエハのエッチング処理の一部に利用す
るという役割を果たしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで本発明者ら
は、上述の形状の内側リング１４を用いて、ウエハＷ表
面に形成されたレジスト膜に対して所定のエッチング処
理を行うと、ウエハＷの周縁領域（外端縁近傍領域）の
エッチングレートが変化することを把握している。例え
ば８インチサイズのウエハＷを処理する際、内側リング
１４としては例えば幅が３０ｍｍ程度、厚さが６．５ｍ
ｍのものが用いられるが、この場合には、図１７に示す
ようにウエハＷの周縁領域では一旦急激にエッチングレ
ートが小さくなり、その後急激に大きくなって、この領
域においてエッチングレートが跳ね上がる形状になって
しまう。

【０００７】このようにレジスト膜のエッチングレート
がウエハの周縁領域にて急激に大きくなると、レジスト
マスクの開いている領域がウエハ中央部よりも広げられ
てしまうことになり、このため線幅の均一性が低くなる
し、またレジスト膜が薄層化していることから、レジス
ト膜が無くなって被マスク面が露出してしまう懸念もあ
る。

【０００８】またウエハに形成するデバイス領域はエッ
チングレートが変化しない領域内に設定しなければなら
ないことから、既述のようにウエハの外端縁側のエッチ
ングレートが変化してしまうと、前記デバイス領域をウ
エハの外端縁よりもかなり内側の領域に形成しなければ
ならず、歩留まりが低くなってしまう。

【０００９】本発明は、このような事情のもとになされ
たものであり、第１のリングとその外側の第２のリング
の形状の最適化を図ることにより、均一なプラズマ処理
を行うことができる技術を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係るプラズマ処
理装置は、載置台が内部に設けられた処理容器と、前記
載置台上の被処理体を取り囲むように設けられた第１の
リングと、この第１のリングを取り囲むように設けられ
た第２のリングと、を備え、前記載置台上に載置された
被処理体をプラズマにより処理するプラズマ処理装置に
おいて、前記第１のリングは、内縁から外側に向かって
前記被処理体の被処理面と略同じ高さに設定された平坦
面部と、この平坦面部の外側に前記第２のリングよりも
高くなるように設けられた凸部と、を備えたことを特徴
とする。

【００１１】また本発明の他の発明は、前記プラズマ処
理装置において、前記第１のリングは、内縁から外側に
向かって前記被処理体の被処理面と略同じ高さに設定さ
れた平坦面部を備え、前記第２のリングは、前記平坦面
部よりも低い位置に設けられることを特徴とする。

【００１２】このような構成では、前記第１のリング
は、内縁から外側に向かって前記被処理体の被処理面と
略同じ高さに設定された平坦面部を備えているので、被
処理体の面内に亘って均一なプラズマ領域を形成するこ
とできて、均一なプラズマ処理を行うことができる。ま
た第２のリングがプラズマによりエッチングされること
により発生する活性種が被処理体の周縁領域に直接飛散
することがないので、この活性種による被処理体の表面
への悪影響の発生を抑えることができる。

【００１３】ここで前記平坦面部の幅は１０ｍｍ以上で
あることが好ましい。また前記第２のリングは、第１の
リングを押さえる役割や処理容器内のガスの流れを調整
する役割を有するものであり、例えば石英より構成され
ている。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に本発明に係るプラズマ処理
装置の実施の形態について図面を参照して説明する。図
１は本発明の一実施の形態に係るプラズマ処理装置を示
す概略断面図であり、図中２は例えばアルミニウム等に
より円筒状に形成された処理容器であって、この容器２
は内部に互いに対向に配設された上部電極３と下部電極
４と、を備えている。

【００１５】前記処理容器２の側壁部には被処理体例え
ば半導体ウエハＷ（以下「ウエハＷ」という）を搬入及
び搬出するために開口部２１，２２が形成されており、
これら開口部２１，２２の外側には、処理容器２の内部
を気密に保持しながら、前記開口部２１，２２を開閉す
るためのゲートバルブ２３，２４が設けられている。

【００１６】前記下部電極４はウエハの載置台を兼用す
るものであり、処理容器２の下部に設けられた昇降機構
４１の上に配設され、これにより昇降自在に構成されて
いる。前記昇降機構４１は、例えば油圧シリンダ、又は
ボールネジとナットの螺合結合機構とこの機構を回転駆
動するサーボモータ等の組み合わせ機構等により構成さ
れる。前記昇降機構４１の周囲と処理容器２の底壁の内
壁との間にはベローズ体４２が設けられ、これにより処
理容器２内に発生したプラズマが下部電極４の下に入り
込まないようになっている。

【００１７】このような下部電極４は、ハイパスフィル
タ４３を介して例えば２ＭＨｚの周波数を有する電圧を
供給する高周波電源部４４に接続されている。前記ハイ
パスフィルタ４３は、前記上部電極３に印加される高周
波成分の侵入を阻止するものである。

【００１８】前記下部電極４の上面には、ウエハＷを固
定するための静電チャック５が設けられている。この静
電チャック５は、導電性のシート状の電極板５１と、電
極板５１の表面を狭持するポリイミド層５２とを有して
おり、電極板５１は、ウエハＷを仮保持するためのクー
ロン力を発生させる直流電源部５３に電気的に接続され
ている。

【００１９】前記下部電極４の周囲には、例えば石英よ
りなる環状のベースプレート４６が、下部電極と上面の
高さ位置が揃えられるように設けられており、前記下部
電極４の上面のウエハＷの周囲には、前記下部電極４と
ベースプレートの両方に跨って、導電体例えばシリコン
（Ｓｉ）により形成された、環状の第１のリングをなす
内側リング６が設けられている。この内側リング６は、
ウエハ端部の濃いプラズマを拡散させ、プラズマの均一
性を高めるためのものであり、これにより内側リング６
としては電気伝導性に優れるたとえば２Ωのシリコンな
どにより構成されることが望ましいが、導電性に限らず
半導電性のものにより構成してもよい。

【００２０】この内側リング６の周囲にはベースプレー
ト４６の上面に絶縁体例えば石英（ＳｉＯ2）により形
成された第２のリングをなす環状の外側リング７が設け
られており、これら内側リング６及び外側リング７は、
例えば図２に示すように、夫々例えば下部電極４に載置
されたウエハＷと同心円状に配設されている。

【００２１】前記外側リング７は、内側リング６を下部
電極４及びベースプレート４６に押さえるカバーリング
としての役割と、内側リング６と共にウエハ端部から内
側リング上方までのプラズマの均一性を高める役割と、
後述するように処理容器２内のガスの流れを調整する役
割と、外側リング７が石英により構成されている場合に
は、後述するように石英がエッチングされることにより
発生する酸素ラジカルによりウエハのエッチングを助け
るという役割と、を有するものである。

【００２２】図３には、前記内側リング６と外側リング
７の断面図により、下部電極４上に載置されたウエハＷ
と内側リング６と外側リング７との、夫々の上面の高さ
位置の関係を示すが、内側リング６と外側リング７とに
より、ウエハＷの表面（被処理面）と上面の高さが略同
じ高さに設定された平坦面部６１と、この平坦面部６１
の外方側に設けられた凸部６２と、この凸部６２の外方
側に設けられ、凸部６２よりも上面の高さが低く設定さ
れている部材とを形成するように構成される。

【００２３】具体的には、前記内側リング６は、例えば
８インチサイズのウエハを処理する場合、下部電極４に
載置されたウエハの外縁から僅かに離れた位置に位置す
る内端部６０を有し、前記ウエハ表面と上面の高さが略
同じ高さに設定されている第１の平坦面部６１と、この
平坦面部６１の外方側に設けられた凸部６２と、前記平
坦面部６１と凸部６２とを結ぶ傾斜部６３とを備えてい
る。また内側リング６の凸部６２の外方側は、凸部６２
よりも高さ位置が低い段部６４として形成されており、
この段部６４の上に外側リング７の内端側が載せられる
ようになっていて、段部６４の上の外側リング表面は平
坦面（第２の平坦面部）７１として形成され、この平坦
面部７１の上面の高さは例えば内側リング６の平坦面部
６１の上面と略同じ高さに設定されている。そして外側
リング７の平坦面部７１の外方側は外に向かって下側に
傾斜する傾斜面部７２として形成されている。

【００２４】こうして内側リング６と外側リング７は共
に、下部電極４に載置されたウエハ表面と上面が略同じ
高さである平坦面部６１、７１を有し、内側リング６の
平坦面部６１と外側リング７の平坦面部７１との間には
凸部６２が形成されていることになる。この際内側リン
グ６及び外側リング７の大きさの一例を示すと、例えば
８インチサイズのウエハＷに対しては、内側リング６全
体の幅Ａは２９．０ｍｍ、第１の平坦部６１の幅ａは１
８ｍｍ、第１の平坦部６１の厚さｂは６．５ｍｍ、傾斜
部６３の幅ｃは１ｍｍ、凸部６２の幅ｄは１０ｍｍ、凸
部６２の厚さｅは７．５ｍｍ、ウエハＷと内側リング６
の内端部６０との距離ｆは１ｍｍ、第２の平坦面部７１
の幅ｇは１０ｍｍに設定されている。

【００２５】ここで下部電極４に載置されたウエハ表面
と内側リング６の平坦面部６１上面の高さが略同じ高さ
に設定されているとは、これらの高さが後述するように
エッチングによりレジスト膜に形成されるホール（孔
部）の深さ方向の傾きが見られない程度に一致している
ことをいい、例えば両方の上面の高さ位置の差が１ｍｍ
以内であることをいう。また前記内側リング６と外側リ
ング７との間に凸部６２があることに特徴があるが、こ
の凸部６２の高さはウエハの周縁領域のエッチングレー
トがその他の領域に比べて大きくならない程度の高さで
あればよく、例えば１ｍｍ程度であればよい。

【００２６】さらに内側リング６の平坦面部６１の幅ａ
は後述の実験例により例えば１０ｍｍ以上であれば、レ
ジスト膜のエッチングレートの面内均一性が高く、エッ
チングにより形成されるホールの深さ方向の傾きも発生
しないことが確認されている。

【００２７】前記処理容器２の例えば底壁のベローズ体
４２の外側には、排気管４７を介して真空ポンプ４８が
接続されており、処理容器２内の処理ガスは下部電極４
の周囲から排気されるようになっている。この際外側リ
ング７の傾斜面７２に沿って排気流が流れていき、これ
により下部電極４の周囲から均一に排気され、このよう
に外側リング７は処理容器２の内部のガスの流れを調整
する役割を果たしている。

【００２８】前記上部電極３は、処理容器２の上部側に
下部電極４に対向して設けられており、中空構造であっ
て、下側部分には多数のガス拡散孔３０が穿設されてい
る。これにより上部電極３には下部電極４に載置された
ウエハＷの略全面と対向するようにガス供給領域が形成
されることとなる。このような上部電極３にはガス供給
管３１が接続されており、ガス供給管３１から供給され
た処理ガスがガス拡散孔３０を介して処理容器２内部に
供給されるようになっている。

【００２９】この上部電極３にはローパスフィルタ３２
を介して、例えば高周波電源部４４よりも高い周波数、
例えば６０ＭＨｚの周波数を有する電力を供給するため
の高周波電源部３３に接続されている。前記ローパスフ
ィルタ３２は下部電極４に印加される高周波成分の侵入
を阻止する働きを有する。上部電極３の周囲には、環状
の石英により構成されたシールドリング３４が上部電極
３の外周部に嵌め込まれるように設けられており、これ
により上部電極３を固定している図示しないネジをプラ
ズマから保護するようになっている。

【００３０】続いて前記プラズマ処理装置の作用につい
て説明する。先ずゲートバルブ２３，２４を開放し、図
示しないロードロック室からウエハＷを処理容器２内に
搬入して、下部電極４の静電チャック５上に載置し、こ
の後ゲートバルブ２３，２４を閉じる。この際搬入され
るウエハＷは、例えば表面のレジスト膜に所定のパター
ンが形成されたレジストマスクが形成されたものであ
る。次いで排気管４７を介して真空ポンプ４８により処
理容器２内を所定の真空雰囲気に排気する一方、ガス供
給管３１により処理ガス例えばエッチングガスを所定の
流量で導入し、このエッチングガスを上部電極３に設け
られたガス拡散孔３０を介して均一に拡散させる。

【００３１】こうして処理容器２内を例えば数ｍＴｏｒ
ｒ〜数十ｍＴｏｒｒの真空度に維持すると共に、上部電
極３に高周波電源部３３から例えば６０ＭＨｚの高周波
電圧を与え、これにより所定時間例えば１秒以下のタイ
ミングをあけて、下部電極４に高周波電源４４から例え
ば２ＭＨｚの高周波電圧を印加し、両電極間にプラズマ
を発生させる。このプラズマの発生によりウエハＷは静
電チャック５上に強固に吸着保持される。

【００３２】一方発生したプラズマ中の反応性イオンに
よりウエハ表面に形成されたレジストマスクがエッチン
グされる。この際石英よりなる外側リング７はエッチン
グされて酸素ラジカルを発生し、この酸素ラジカルはウ
エハ表面のレジストマスクのエッチングに利用される。

【００３３】ここでウエハＷの外側に導電性または半導
電性よりなる内側リング６が設けられており、この内側
リング６の外側に絶縁性の外側リング７が設けられてい
るため、ウエハ端部の濃いプラズマが内側リング６に引
き寄せられる状態で拡散し、さらに外側リング７上のプ
ラズマが内側リング６に引き寄せられるため、ウエハＷ
の端部から内側リングの上方側までプラズマの密度がほ
ぼ均一になる。

【００３４】この際内側リング６を、ウエハ表面と上面
の高さがほぼ同じに設定された平坦面部６１とこの平坦
面部６１の外方側に設けられた凸部６２とを備えるよう
に構成すると共に、隣接する外側リング７の上面が内側
リング６の凸部６２よりも低くなるように構成している
ので、ウエハＷ表面のレジスト膜のエッチングレート
は、例えば図４に示すように、周縁領域においてもエッ
チングレートの跳ね上がりや、急激な落ち込みなどの発
生が抑えられてウエハの面内においてほぼ均一になり、
これによりウエハ面内において均一なエッチング処理を
行うことができる。

【００３５】このようにエッチングレートの跳ね上がり
現象が抑えられるのは、プラズマにるエッチングによっ
て外側リング７から発生した酸素ラジカルが、例えば図
５（ａ）に示すように、外側リング７の上面は隣接する
凸部６２の上面よりも低いため、前記酸素ラジカルが凸
部６２を越えられずにウエハＷの外周縁近傍領域に直接
飛散してこない。これに対し例えば図５（ｂ）に示すよ
うに、内側リング６に凸部６２を設けず、内側リング６
とウエハＷと外側リング７との夫々の上面の高さがほぼ
同じである場合には、外側リング７からウエハＷの周縁
領域まで酸素ラジカルが直接飛散していくので、この領
域ではこの酸素ラジカルによりレジスト膜が燃焼し、こ
の熱によりエッチングレートが大きくなってしまう。こ
のように内側リング６に凸部６２を設けると、ウエハの
周縁領域のレジスト膜が酸素ラジカルで燃焼し、これに
よりエッチングレートが大きくなるといったことが起こ
らないので、エッチングレートが急激に大きくなる現象
の発生が抑えられると考えられる。

【００３６】また後述の実験例により明らかなように、
ウエハ表面のレジスト膜にエッチングより形成するホー
ルの深さ方向の傾きも抑えられる。このようにホールの
深さ方向の傾きが抑えられるのは、次のような理由に基
づくものと考えられる。つまり内側リング６は導電性の
高いシリコンにより形成されており、内側リング６のウ
エハに隣接する側は、ウエハの表面と上面の高さ位置が
揃えられていて、第１の平坦面部６１が１０ｍｍ以上と
ある程度の長さに設定されているので、ウエハに隣接す
る内側リング６表面に対し、電界は垂直に入射する方向
を向く（図６（ａ）参照）。ここでエッチングに用いる
イオンは電界の方向に沿って運動するので、前記イオン
はウエハの周縁領域においても垂直に入射し、これによ
りウエハの周縁領域のホールにおいても垂直にエッチン
グが行われる。またこのようにウエハの周縁領域におい
ても電界が垂直に入射する方向を向いていることから、
高い効率で面内均一性の高いプラズマ処理を行うことが
でき、エッチングレートの高い面内均一性を確保できる
ことになる。

【００３７】一方内側リング６の凸部がウエハに近すぎ
ると、内側リング６は導電性であるので、凸部６２に対
して電界は曲がった状態で入射する方向に傾いてしまう
（図６（ｂ）参照）。このためこの影響を受け、凸部６
２に近いウエハの周縁領域においては、前記エッチング
に用いるイオンが曲がった状態で入射し、これによりウ
エハの周縁領域のホールでは斜めにエッチングされるの
で、ホールの深さ方向の傾きが発生するためと考えられ
る。

【００３８】また従来のように、内側リング全体の厚さ
を大きくすると、図６（ｃ）に示すように、電界ベクト
ルが外側に傾くので、ウエハの周縁領域においては電界
が外側を向いてしまい、入射電子は電界の方向に従うの
でホールの曲がりが発生すると考えられる。またこのよ
うにウエハＷの周縁領域ではエッチングに用いるイオン
が傾いて入射するので、その他の領域に比べて当該領域
ではエッチングレートが急激に小さくなってしまう。

【００３９】以上のように本実施の形態では、ウエハの
面内全体に亘って均一なプラズマ処理を行うことができ
るので、ウエハ面内のエッチングレートをほぼ均一に揃
えることができる。このためレジストマスクの開いてい
る領域がウエハの中央部と周縁領域との間で異なるとい
ったことがなく、線幅の均一性を確保することができ
る。またレジスト膜が無くなって被マスク面が露出して
しまうといったおそれもない。

【００４０】さらにウエハの周縁領域までエッチングレ
ートが均一であるので、ウエハの外端縁付近までデバイ
ス領域を広げることができ、デバイスの歩留まりを高め
ることができる。さらにまたプラズマにより外側リング
７から発生する活性種のウエハＷの周縁領域への直接の
飛散が抑えられるので、外側リング７の材質がウエハＷ
の処理に与える影響が小さくなり、外側リング７の材質
の選定の際の自由度が高くなる。

【００４１】続いて本発明の他の実施の形態について説
明する。この実施の形態は、図７に示すように、内側リ
ング８上面より外側リング９上面の高さを低く設定する
ものである。内側リング８は上述の実施の形態のように
凸部が設けられているものであっても、凸部が設けられ
ていない平坦なものであってもよいが、外側リング９上
面の高さ位置は隣接する内側リング８上面の高さ位置よ
りも例えば１ｍｍ低くなるように設定されている。この
際外側リング８上面の高さ位置と隣接する内側リング８
上面の高さ位置との差は、ウエハの周縁部のエッチング
レートがその他の領域に比べて大きくならない程度の高
さであればよい。

【００４２】この実施の形態の凸部がもうけられていな
い構成の内側リング８と外側リング９の大きさの一例を
示すと、内側リング８の幅ｈは２９ｍｍ、厚さｉは６．
５ｍｍ、外側リング９の平坦面の幅ｊは１０ｍｍ、内側
リング８の内端部８０と静電チャック５上のウエハＷの
外縁との距離ｋは１ｍｍ、内側リング８と外側リングと
の高さの差ｌは１ｍｍである。

【００４３】このような構成においても、外側リング９
上面は内側リング８上面よりも高さが低く設定されてい
るので、外側リング９がプラズマにエッチングされるこ
とにより当該外側リング９から発生した酸素ラジカルが
内側リング８を飛び越えることができないので、ウエハ
の周縁領域が当該酸素ラジカルにより燃焼するといった
ことが起こるおそれがない。このためエッチングレート
をウエハ面内に亘って揃えることができ、均一な処理を
行うことができる。

【００４４】

【実施例】続いて上述の第１の実施の形態の効果を確認
するために行った実験例１と第２の実施の形態の効果を
確認するために行った実験例２について説明する。｛実験例１｝先ず図８（ａ）〜（ｅ）に示すように、５
つのタイプの内側リング６，６´（内側リング６´は凸
部が設けられていないタイプ）を用意し、同じ処理条件
でエッチングを行って、エッチング処理の均一性を検査
した。ここで５つのタイプの内側リング６，６´につい
て説明すると、次の通りである。（実験条件）図８（ａ）のタイプ（実施例１）は、上述
の実施の形態で説明したタイプの内側リング６であり、
平坦面部６１の長さａが２０ｍｍであり、平坦面部６１
の厚さが６．５ｍｍ、凸部６２の厚さが７．５ｍｍのも
の図８（ｂ)のタイプ（実施例２）は、実施例１の内側リ
ング６において、平坦面部６１の長さａを１０ｍｍとし
たもの図８（ｃ)のタイプ（比較例１）は、内側リング６´が
平坦であり、厚さが６．５ｍｍであって、ウエハ表面と
内側リング６´表面との高さ位置がほぼ同じであるもの図８（ｄ)のタイプ（比較例２）は、内側リング６´が
平坦であり、厚さが７．５ｍｍであって、ウエハ表面よ
り内側リング表面の高さ位置が高いもの図８（ｅ）のタイプ（比較例３）は、内側リング６´
が、内側から外側に向けて徐々に高くなるように傾斜し
ていき、内側の厚さが６．５ｍｍ、外側の厚さが７．５
ｍｍであって、ウエハ表面の高さ位置とほぼ同じ厚さか
らウエハ表面より高さ位置が高くなる厚さに変化するも
のまたこのとき処理条件は以下の通りとし、実施例１，２
と比較例１，２の内側リング６，６´に対してプロセス
圧力を変えて同様の実験を行った。またエッチング処理
の均一性は、ウエハ面内の３７点のエッチングレートを
測定し、この最大値と最小値と平均値とにより、（最大
値−最小値）／（２×平均値）を算出して求めた。（処理条件）上部電極に印加する高周波電圧：２１７０Ｗ下部電極に印加する高周波電圧：１８００Ｗエッチングガス組成：Ｃ5Ｆ8ガス／Ａｒガス／Ｏ2ガス
＝１５ｓｃｃｍ／３８０ｓｃｃｍ／１９ｓｃｃｍエッチング時間：１分プロセス圧力：１５ｍＴｏｒｒ，２５ｍＴｏｒｒ，３
５ｍＴｏｒｒ，５０ｍＴｏｒｒ（実験結果）この結果を図９に示すが、これにより比較
例１のタイプの内側リングに対して、実施例１，２のタ
イプと比較例２のタイプの内側リングを用いた場合には
エッチング処理の均一性が向上することが認められた。

【００４５】またエッチングレートのウエハ面内分布の
形状を数値化したところ、図１０に示す結果が得られ
た。図１０では最も大きいプロット（実施例１を例にす
ると、最も大きい▲）が１５ｍＴｏｒｒ、最も小さいプ
ロットが３５ｍＴｏｒｒ、間の大きさのプロットが２５
ｍＴｏｒｒの結果を示している。また図１０（ａ）中ｘ
は、ウエハの中央とウエハの外端縁から１５ｍｍ内側の
位置のエッチングレートの差、ｙはウエハの外端縁から
１５ｍｍ内側の位置とウエハの外端縁から３ｍｍ内側の
位置のエッチングレートの差であり、ｘ，ｙが小さいほ
ど分布が平坦であり、原点（０，０）に近いほど均一性
がよいことを示している。またグラフの周りに、グラフ
のエリア毎のエッチングレート分布の形状を示す。

【００４６】この結果より、実施例１，２のエッチング
レート分布は原点に近いところにプロットされており、
比較例１，２に比べてエッチングレートの均一性が向上
していることが認められた。また実施例１，２は比較例
１，２に対して、データの推移の程度が小さく、エッチ
ングレートの均一性の圧力依存性が緩和されていること
が理解される。

【００４７】また実施例１，２、比較例２，３の内側リ
ングを用いて、上述の処理条件にて、幅０．３μｍ、深
さ２μｍのホールを１．２μｍ間隔で形成するエッチン
グ処理を行い、このホールの形状を断面ＳＥＭにて確認
したところ、図１１に示す結果が得られた。ここで位置
１はウエハ中央、位置２はウエハの外端縁から４．０ｍ
ｍ内側の位置、位置３はウエハの外端縁から２．５ｍｍ
内側の位置である。この結果実施例１，２の内側リング
６ではウエハの外端縁２．５ｍｍの位置までホールの曲
がりが認められなかったのに対し、比較例２，３の内側
リングではウエハの外端縁４．０ｍｍの位置と、２．５
ｍｍの位置にてホールの曲がりが認められた。比較例
２，３の内側リング６´でホールの曲がりが発生するの
は、比較例２ではウエハＷの外端縁付近では電界が外側
に向いており、比較例３では傾斜面が長いためこれに沿
って電界が曲がってしまい、このように電界が曲がると
エッチングに用いるイオンの入射方向は電界の方向に向
いてしまうので、これにより夫々のケースでホールの伸
びる方向が曲がってしまうためと考えられる。

【００４８】以上の実験により内側リング６の内側をウ
エハ表面の高さ位置と略一致する高さの平坦面部６１と
し、外側をこの平坦面部６１より高さ位置の高い凸部６
２として、内側リング６全体の幅を２９ｍｍ、凸部６２
の高さを１ｍｍ程度、平坦面部６１の長さを１０ｍｍ以
上とすることにより、エッチングレートの跳ね上がり現
象や落ち込み、ホールの曲がりの発生を抑えて、エッチ
ングレートが均一になり、均一なエッチング処理を行う
ことが確認された。｛実験例２｝（実験条件）この実験では、図１２（ａ）,（ｂ）、図
１３（ａ），（ｂ）に示すタイプの内側リングと外側リ
ングを用意し、同じ処理条件でエッチングを行って、エ
ッチング処理の均一性を検査した。ここで図１２（ａ）
のタイプ（実施例３）は、上述の実施の形態で説明した
タイプの内側リング６であり、平坦面部６１の長さａが
２０ｍｍ、平坦面部６１の厚さが６．５ｍｍ、凸部６２
の厚さが７．５ｍｍのものであって、外側リング７の上
面の高さが凸部６２の上面から１ｍｍ低く設定されてい
るもの、図１２（ｂ)のタイプ（比較例４）は、内側リ
ング６は実施例３と同じであり、外側リング７´の上面
の高さが凸部６２の上面と同じ高さに設定されているも
のである。

【００４９】また図１３（ａ）のタイプ（実施例４）
は、凸部が設けられていないタイプの内側リング８であ
り、幅が２９ｍｍ、厚さが６．５ｍｍのものであって、
外側リング９の上面の高さが内側リング８の上面より１
ｍｍ低く設定されているもの、図１３（ｂ)のタイプ
（比較例５）は、内側リング８は実施例４と同じであ
り、外側リング９´の上面の高さが凸部６２の上面と同
じ高さに設定されているものである。

【００５０】またエッチング条件は以下の通りとし、プ
ロセス圧力を変えて同様の実験を行った。またエッチン
グ処理の均一性は実験例１と同じ手法により求めた。（エッチング条件）上部電極に印加する高周波電圧：２１７０Ｗ下部電極に印加する高周波電圧：１８００Ｗエッチングガス組成：Ｃ5Ｆ8ガス／Ａｒガス／Ｏ2ガス
＝１５ｓｃｃｍ／３８０ｓｃｃｍ／１９ｓｃｃｍエッチング時間：７分３０秒プロセス圧力：１５ｍＴｏｒｒ，２５ｍＴｏｒｒ，３
５ｍＴｏｒｒ（実験結果）実施例３，比較例４の結果については図１
４に、実施例３は□、比較例４は○として夫々示す。こ
の特性図においては、変動幅が小さい程エッチングレー
トの均一性が良いということを示しており、実施例３の
方が変動幅が小さく、エッチングレートの均一性が良好
であることが確認された。また実施例４，比較例５の結
果についても実施例４の方が変動幅が小さく、エッチン
グレートの均一性が良好であることが確認された。

【００５１】これらの結果により外側リング上面の高さ
を内側リングの上面より低く設定することにより、ウエ
ハの周縁領域でのエッチングレートの跳ね上がり現象や
急激な下降を抑え、エッチングレートの高い面内均一性
を確保できることが確認された。また実施例３，４につ
いてエッチングにより形成されるホールの深さ方向の曲
がりの発生状態を調べたところ、ホールの曲がりの発生
は認められなかった。

【００５２】以上において、本発明ではプラズマ処理と
してエッチング処理を例に挙げて説明したが、本発明は
プラズマＣＶＤ装置やプラズマアッシング装置、プラズ
マスパッタ装置などの他のプラズマ処理装置にも適用す
ることができる。またプラズマの発生手法としては本発
明の構成に限らず、コイル型の高周波アンテナにより高
周波電力を印加することによりプラズマを発生させるも
のであってもよい。さらに被処理体としては、半導体ウ
エハに限らず、ＬＣＤ基板などであってもよい。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、第１のリングと第２の
リングの形状の最適化を図ることにより、被処理体の面
内に亘って均一なプラズマ処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るプラズマ処理装置の一実施の形態
における全体構造を示す概略断面図である。

【図２】前記プラズマ処理装置に用いられる内側リング
と外側リングとを示す平面図である。

【図３】前記内側リングと外側リングとを示す断面図で
ある。

【図４】上記のプラズマ処理装置を用いてエッチング処
理を行った場合のエッチングレートを示す特性図であ
る。

【図５】上記の内側リングと外側リングの作用を説明す
るための断面図である。

【図６】上記の内側リングと外側リングの作用を説明す
るための断面図である。

【図７】本発明に係るプラズマ処理装置の他の実施の形
態の要部を説明するための断面図である。

【図８】実験例１で使用した内側リングの形状を説明す
るための断面図である。

【図９】前記実験例で得られたエッチングレートを示す
特性図である。

【図１０】前記実験例で得られたエッチングレートを示
す特性図である。

【図１１】前記実験例で得られたエッチングにより形成
されたホールの形状を示す特性図である。

【図１２】実験例２で使用した内側リングの形状を説明
するための断面図である。

【図１３】実験例２で使用した他の内側リングの形状を
説明するための断面図である。

【図１４】前記実験例で得られたエッチングレートを示
す特性図である。

【図１５】従来のプラズマ処理装置を説明するための断
面図である。

【図１６】従来の内側リングを説明するための断面図で
ある。

【図１７】従来のプラズマ処理装置で処理を行った場合
のエッチングレートを示す特性図である。

【符号の説明】

２処理容器３上部電極３１ガス供給管３３高周波電源部４下部電極４４高周波電源部４９真空ポンプ５静電チャック６内側リング６１第１の平坦面部６２凸部６３傾斜部７外側リング７１第２の平坦面部７２傾斜面部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5F004 AA01 BA04 BA09 BB18 BB22 BB23 BB29 BC02 BC06 BD03 CA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】載置台が内部に設けられた処理容器と、
前記載置台上の被処理体を取り囲むように設けられた導
電性の第１のリングと、この第１のリングを取り囲むよ
うに設けられた絶縁性の第２のリングと、を備え、前記
載置台上に載置された被処理体をプラズマにより処理す
るプラズマ処理装置において、前記第１のリングは、内縁から外側に向かって前記被処
理体の被処理面と略同じ高さに設定された平坦面部と、
この平坦面部の外側に前記第２のリングよりも高くなる
ように設けられた凸部と、を備えたことを特徴とするプ
ラズマ処理装置。
【請求項２】載置台が内部に設けられた処理容器と、
前記載置台上の被処理体を取り囲むように設けられた導
電性の第１のリングと、この第１のリングを取り囲むよ
うに設けられた絶縁性の第２のリングと、を備え、前記
載置台上に載置された被処理体をプラズマにより処理す
るプラズマ処理装置において、前記第１のリングは、内縁から外側に向かって前記被処
理体の被処理面と略同じ高さに設定された平坦面部を備
え、前記第２のリングは、前記平坦面部よりも低い位置に設
けられることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】前記平坦面部の幅は、１０ｍｍ以上であ
ることを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマ処理
装置。
【請求項４】被処理体の略全面と対向するようにガス
供給領域を有する上部電極を設けると共に、載置台を下
部電極として構成し、上部電極と下部電極との間に高周
波電力を印加して処理ガスをプラズマ化することを特徴
とする請求項１ないし３の何れかに記載のプラズマ処理
装置。
【請求項５】前記第２のリングは、第１のリングを押
さえる役割を有するものであることを特徴とする請求項
１ないし４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】前記第２のリングは、処理容器内のガス
の流れを調整する役割を有するものであることを特徴と
する請求項１ないし５のいずれかに記載のプラズマ処理
装置。
【請求項７】前記第２のリングは、石英からなること
を特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のプラ
ズマ処理装置。
【請求項８】プラズマ処理は、レジストマスクが形成
された被処理体に対して行うエッチングであることを特
徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のプラズマ
処理装置。