JP2005353812A - Device and method for plasma processing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば半導体ウエハなどの基板に対してプラズマにより所定の処理例えばエッチング処理を行うプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method for performing a predetermined process such as an etching process on a substrate such as a semiconductor wafer using plasma.
半導体デバイスの製造工程においては、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をするために、基板例えば半導体ウエハ(以下、「ウエハ」と呼ぶ)に対してプラズマによるドライエッチングや成膜処理が行われている。これらの処理を行う装置の一つに、上部電極及び下部電極の間に高周波電圧を印加してプラズマを発生させる枚葉式の平行平板型プラズマ処理装置が用いられる。 In the manufacturing process of semiconductor devices, for example, in order to separate capacitors and elements, or to form contact holes, dry etching or film formation processing by plasma is performed on a substrate such as a semiconductor wafer (hereinafter referred to as “wafer”). Has been done. As one of apparatuses for performing these processes, a single-wafer type parallel plate type plasma processing apparatus that generates plasma by applying a high-frequency voltage between an upper electrode and a lower electrode is used.
図9は、この種のプラズマ装置の概略図を示してある。装置の概略について簡単に説明しておくと、真空チャンバをなす気密容器1の内部に、ガスシャワーヘッドを兼ねた上部電極11と、基板載置台を兼ねた下部電極12とが上下に設けられ、更に下部電極(載置台)12上に載置されたウエハ100の周囲を取り囲むように例えば石英からなるフォーカスリング13が設けられて構成されている。図中14は、ウエハ100を静電吸着するための静電チャックであり、この静電チャック14の内部には図示しない電源からのチャック電圧が印加される箔状の電極15が設けられている。そして、ガスシャワーヘッド(上部電極)11から処理の種類に応じて選択された所定の処理ガスをウエハ100に向かって噴射すると共に真空ポンプ16により真空排気を行って気密容器1内を所定の圧力に維持した状態にて、高周波電源17により上部電極11及び下部電極12の間に高周波電圧を印加すると、処理ガスがプラズマ化することによりウエハ100に対して所定の処理例えばエッチングが行われる。
FIG. 9 shows a schematic view of this type of plasma device. Briefly explaining the outline of the apparatus, an
ここで、ガスシャワーヘッド(上部電極)11から噴射され、ウエハ100の表面付近に到達した処理ガスはウエハ100の周縁から外側下方に向かって排気されるので、ウエハ100の周縁部(周縁付近)と中央寄りの領域との間では処理ガスのガスの流れが異なり、そのためウエハ100の周縁部では処理ガスにおける予定の成分比のバランスが崩れてしまうし、またウエハ100が置かれている領域とその外側とではプラズマと下部電極12との間のインピーダンス成分やコンダクタンス成分などの値が異なる。具体的には、排気空間に近いウエハ100の周縁部側の方が、中央寄りの領域に比べて処理ガスの解離度が高く、従って周縁部近傍のプラズマ密度が高くなってしまい、結果としてウエハ100の面内でみると周縁部のエッチング速度が中央寄りの部位のエッチング速度に比べて大きくなる場合がある。
Here, since the processing gas sprayed from the gas shower head (upper electrode) 11 and has reached the vicinity of the surface of the
一方、ウエハ100の利用率を高めるため、できるだけウエハ100の周縁に近い領域までデバイスを形成したいという要請が強いことから、ウエハ100の周縁近傍に至るまでエッチング速度について高い面内均一性を確保する必要がある。このためウエハ100の周囲を囲むように例えば導電体、半導体あるいは誘電体からなるフォーカスリング13を配置し、ウエハ100の周縁部上方のプラズマ密度を調整している。具体的には、処理ガスの種類やエッチングすべき膜の材質などに応じてフォーカスリング13の材質及び最適な形状を選定し、その処理に見合ったフォーカスリング13を設置するようにしている。
On the other hand, in order to increase the utilization rate of the
更に、ウエハ間でのプラズマ処理の状態を安定化させるために、前記フォーカスリング13に相当する保護プレートに発熱体(ヒータ)をコーティングすると共に、温度センサを取り付けて、保護プレートのイオン衝撃による温度上昇に対応させて上記発熱体による加熱を調整し、保護プレートを一定の温度に保つ手法が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
Further, in order to stabilize the plasma processing state between the wafers, a heating plate (heater) is coated on the protection plate corresponding to the
しかしながらエッチングすべき膜種が異なれば処理ガスの種類も異なり、更に、近年のパターンの微細化の進行により、ウエハ100の面内処理についてより一層の面内均一性が要求されていることもあり、そのためフォーカスリング13によりウエハWの周縁部近傍にあるプラズマ密度の制御を行うには最適な材質、最適な形状などの条件出しをするのが益々難しくなる懸念がある。そこで、ウエハ100の周縁部近傍のプラズマの密度が内側領域よりも高くなることを抑えるための、更なる検討が必要である。
However, if the type of film to be etched is different, the type of processing gas is different, and further, in-plane uniformity of the in-plane processing of the
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、基板と、この基板を囲むリング部との温度差を調整してプラズマの状態の最適化を図り、これにより基板に対し面内均一性の高いプラズマ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にある。 The present invention has been made under such circumstances, and an object of the present invention is to optimize the plasma state by adjusting the temperature difference between the substrate and the ring portion surrounding the substrate. An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus and a plasma processing method capable of performing plasma processing with high in-plane uniformity.
本発明のプラズマ処理装置は、処理容器内にて処理ガスを高周波電力によりプラズマ化し、載置台上に載置された基板に対してプラズマにより処理を行うプラズマ処理装置において、
前記載置台上の基板の周囲を囲むように設けられたリング部と、
前記基板よりもリング部の温度が50℃以上高くなるように温度差を形成するための温度調整機構と、を備えたことを特徴とする。
The plasma processing apparatus of the present invention is a plasma processing apparatus that converts a processing gas into a plasma with a high-frequency power in a processing container, and performs processing on the substrate placed on the mounting table with plasma.
A ring portion provided to surround the periphery of the substrate on the mounting table,
And a temperature adjustment mechanism for forming a temperature difference so that the temperature of the ring portion is higher than the substrate by 50 ° C. or more.
前記処理ガスは、例えば塩素ラジカルを発生させるものを用いてもよい。また前記温度調整機構は、リング部を加熱する加熱手段及び載置台を冷却する冷却手段の少なくとも一方である構成であってもよい。 For example, a gas that generates chlorine radicals may be used as the processing gas. Moreover, the structure which is at least one of the heating means which heats a ring part, and the cooling means which cools a mounting base may be sufficient as the said temperature adjustment mechanism.
他の発明のプラズマ処理装置は、処理容器内にて処理ガスを高周波電力によりプラズマ化し、載置台上に載置された基板に対してプラズマにより処理を行うプラズマ処理装置において、
前記載置台上の基板の周囲を囲むように設けられたリング部と、
前記基板よりもリング部の温度が50℃以上高くなるように温度差を形成するための温度調整機構と、
プロセス処理の種別毎に前記温度差を記憶し、選択されたプロセスに応じた温度差になるように温度調整機構を制御する手段と、を備えたことを特徴とする。
A plasma processing apparatus according to another invention is a plasma processing apparatus that converts a processing gas into a plasma with high-frequency power in a processing container, and performs processing on the substrate mounted on the mounting table with plasma.
A ring portion provided to surround the periphery of the substrate on the mounting table,
A temperature adjustment mechanism for forming a temperature difference so that the temperature of the ring part is 50 ° C. or higher than that of the substrate;
Means for storing the temperature difference for each type of process processing and controlling the temperature adjusting mechanism so as to obtain a temperature difference corresponding to the selected process.
本発明のプラズマ処理方法は、処理容器内の載置台を囲むようにリング部が設けられたプラズマ処理装置を用い、
前記載置台上に基板を載置する工程と、
次いで前記処理容器内に処理ガスを供給し、この処理ガスを高周波電力によりプラズマ化して基板に対してプラズマにより処理を行う工程と、
基板に対してプラズマにより処理を行っている間、前記リング部と基板との間にリング部の方が50℃以上高くなるように温度差を形成する工程と、を含むことを特徴とする。前記処理ガスは、例えば塩素ラジカルを発生させるものを用いてもよい。
The plasma processing method of the present invention uses a plasma processing apparatus provided with a ring part so as to surround a mounting table in a processing container,
A step of placing the substrate on the mounting table;
Next, supplying a processing gas into the processing container, converting the processing gas into plasma with high-frequency power and processing the substrate with plasma,
And a step of forming a temperature difference between the ring portion and the substrate so that the ring portion is higher by 50 ° C. or more while the substrate is being processed by plasma. For example, a gas that generates chlorine radicals may be used as the processing gas.
他の発明のプラズマ処理方法は、処理容器内の載置台を囲むようにリング部が設けられたプラズマ処理装置を用い、
前記載置台上にダミー用の基板を載置し、製品用の基板を処理するときにこの製品用の基板よりもリング部の温度が高くなるように、製品用の基板に対して行うプロセス処理よりも過酷な処理条件でプラズマを発生させてリング部を昇温する工程と、
続いて前記載置台上のダミー用の基板を製品用の基板と交換する工程と、
次いで前記処理容器内に処理ガスを供給し、この処理ガスを高周波電力によりプラズマ化して前記製品用の基板に対してプラズマにより処理を行う工程と、を含むことを特徴とする。
The plasma processing method of another invention uses a plasma processing apparatus provided with a ring portion so as to surround a mounting table in a processing container,
A process that is performed on the product substrate so that the temperature of the ring portion is higher than that of the product substrate when the dummy substrate is placed on the mounting table and the product substrate is processed. A step of raising the temperature of the ring by generating plasma under more severe processing conditions;
Subsequently, a step of replacing the dummy substrate on the mounting table with a product substrate,
Then, a process gas is supplied into the process container, and the process gas is converted into plasma by high-frequency power and the substrate for the product is processed by plasma.
本発明によれば、基板の温度よりもリング部の温度が高くなるように設定したことにより、基板の周縁部近傍にあるプラズマの活性種の密度がその内側領域にある活性種の密度よりも小さくなろうとする。このため例えば排気流の影響によって基板の周縁部近傍の活性種の密度がその内側領域の活性種の密度よりも大きくなろうとしても、前記温度差を設けたことにより相殺されてその密度差が小さく抑えられる。その結果、基板に対し面内均一性の高いプラズマ処理をすることができる。 According to the present invention, by setting the temperature of the ring portion to be higher than the temperature of the substrate, the density of active species of plasma in the vicinity of the peripheral portion of the substrate is higher than the density of active species in the inner region. Try to get smaller. For this reason, for example, even if the density of active species in the vicinity of the peripheral edge of the substrate becomes larger than the density of active species in the inner region due to the influence of the exhaust flow, the density difference is canceled by providing the temperature difference. Can be kept small. As a result, plasma processing with high in-plane uniformity can be performed on the substrate.
またプラズマ処理の種別に応じて前記温度差を設定することにより、各プロセス処理において、基板に対して面内均一性の高い処理を行うことができる。更にまた、ダミー用の基板を用いて過酷な条件下でプラズマを発生させてリング部の温度を昇温させてから製品用の基板に対して処理を行うようにすれば、前記温度差を設けるための専用の温度調整機構が不要になる。 Further, by setting the temperature difference according to the type of plasma processing, it is possible to perform processing with high in-plane uniformity on the substrate in each process processing. Furthermore, if the dummy substrate is used to generate plasma under severe conditions to raise the temperature of the ring portion and then the processing is performed on the product substrate, the temperature difference is provided. This eliminates the need for a dedicated temperature adjustment mechanism.
本発明に係るプラズマ処理装置をエッチング装置に適用した実施の形態について図1を参照しながら説明する。図中2は例えばアルミニウムなどの導電性部材からなる気密に形成された処理容器である。当該処理容器2の底部には排気口21が設けられており、この排気口21は排気路21aを介して真空排気手段例えばターボ分子ポンプやドライポンプなどの真空ポンプ22と接続されている。更に処理容器2の側壁には、開閉自在なゲートバルブ23を備えたウエハ搬送口24が設けられている。
An embodiment in which a plasma processing apparatus according to the present invention is applied to an etching apparatus will be described with reference to FIG. In the figure, 2 is a hermetically formed processing container made of a conductive member such as aluminum. An
前記処理容器2の内部には、所定の処理ガス例えばエッチングガスを導入するためのガス供給部であるガスシャワーヘッドを兼ねた上部電極3が設けられている。当該上部電極3の下面側には多数のガス拡散孔31が穿設されており、処理ガス供給源32から供給路33を介して送られてくる処理ガスを、下方側に位置するウエハ100の表面全体に亘って供給可能なように構成されている。また上部電極3の周囲を囲むように例えば石英からなる絶縁部材34が設けられており、これにより上部電極3は処理容器2の側壁から電気的に絶縁された状態にされている。
An upper electrode 3 that also serves as a gas shower head, which is a gas supply unit for introducing a predetermined processing gas, for example, an etching gas, is provided inside the processing container 2. A large number of
更に処理容器2の内部には、前記上部電極3と対向するようにして基板載置台(載置台)4が設けられている。なお当該基板載置台4と処理容器2との間に絶縁部材40を介在させてもよい。また基板載置台4は導電性部材例えばアルミニウムなどからなる下部電極を兼ねた例えば円柱状の支持部41を備えており、この支持部41の上端面にはウエハ100が置かれる載置プレート42が設けられている。この載置プレート42は、誘電体例えば窒化アルミニウムなどのセラミックスからなる誘電体プレートとして形成されており、その内部には上面側に箔状の電極(静電チャック用電極)43が設けられ、下面側にはウエハ100の温度を調整するための第1の温度調整部例えば加熱手段である例えばメッシュ状のヒータ44が設けられている。
Further, a substrate mounting table (mounting table) 4 is provided inside the processing container 2 so as to face the upper electrode 3. An
また更に、載置プレート42の表面の例えば中央部には、その表面上に置かれたウエハ100の温度を検出するための第1の温度検出器45例えば蛍光式光ファイバ温度計が設けられている。また、図中46は、ウエハ100の周縁部から周方向に均一に処理ガスが排気されるようにするための、その表面に多数の通流孔が穿設された排気リングである。なお、図示は省略するが、ウエハ100を裏面側から支持した状態で昇降可能な基板支持ピンが基板載置台4の表面から突没自在に設けられており、装置外部から進入してくるウエハ移載アームと当該基板支持ピンとの協働作用により基板載置台4へのウエハ100の受け渡しが行われるように構成されている。
Furthermore, a
前記下部電極である支持部41には例えば給電棒50aの一端が接続されており、この給電棒50aの他端は高周波電源5と接続され、更にその途中には整合回路51が設けられている。更に、静電チャック用電極43には例えば給電棒50bの一端が接続されており、この給電棒50bの他端は直流電源52と接続され、更にその途中にはスイッチ53が設けられている。即ち、静電チャック用電極43及びその上部の誘電体部分はウエハ100を静電吸着するための静電チャックを構成する。また更に、ヒータ44は例えば導電棒54を介してヒータ電源部55と接続されている。
For example, one end of a
前記載置プレート42の表面に吸着保持されたウエハ100の周囲を全周に亘って囲むように、例えば石英、アルミナ、酸化イットリウムなどの絶縁部材からなる例えば上面の幅が55mmに設定されたプラズマ制御用のリング部であるフォーカスリングと呼ばれるリング部材6が設けられている。このリング部材6の内部には例えば周方向に沿って第2の温度調整部例えば加熱手段であるヒータ61が設けられており、このヒータ61は例えば導電棒62を介してヒータ電源部63と接続されている。更にリング部材6の表面には、当該リング部材6の表面温度を検出するための第2の温度検出器64が設けられている。この例ではヒータ61は、ウエハ100に対してプロセス処理を行うときにリング部材6がウエハ100よりも所定温度例えば50℃以上高くなるように、ウエハ100とリング部材6との間に温度差を形成する温度調整機構を構成する。
Plasma whose upper surface width is set to 55 mm, for example, made of an insulating member such as quartz, alumina, yttrium oxide so as to surround the entire circumference of the
前記リング部材6はウエハ100の外周縁にできるだけ接近して設けるのが好ましく、ウエハ100の外周縁から例えば1mm以内になるように設けられている。またリング部材6の表面は、ウエハ100の表面と同じ高さか又はウエハ100の表面よりも例えば2.5〜7mm高い位置に設定されている。
The
また、図中7は制御部である。この制御部7は前記した高周波電源部5、スイッチ53、真空ポンプ55、図示しない基板支持ピン、処理ガス供給部32、ヒータ電源部63,55などの動作を制御する機能を有している。更に、制御部6は例えば図示しないコンピュータを備えており、ウエハ100の温度を検出する温度検出器45の温度検出値と、リング部材6の温度を検出する温度検出器64の温度検出値との温度差を監視し、温度検出器64の温度検出値が温度検出器45の温度検出値よりも前記所定の温度例えば50℃以上に高くなるように、例えばヒータ電源部63を介してリング部材6の温度を制御する機能を有している。
Reference numeral 7 in the figure denotes a control unit. The control unit 7 has a function of controlling operations of the high-frequency power supply unit 5, the
続いて上述のエッチング装置を用いて基板例えばウエハ100を例えば塩素系の処理ガスによりエッチングする手法について説明する。図2はゲート電極のメタル層(キャップ層)8をエッチングする様子を示す図である。80aはシリコン層、80bは例えばSiO2膜からなるゲート絶縁膜、80cはゲート電極層であるポリシリコン層であり、メタル層8はポリシリコン層の上面に積層されていて例えばタングステン(W)又はタングステンシリサイド(WSi)層により形成されている。81は所定の回路パターンに形成された例えばレジストからなるマスクパターンである。この例のように塩素系のガスから発生するプラズマ活性種例えば塩素ラジカルを主のエッチャントとする場合(つまりエッチングの促進が塩素ラジカルのエッチング作用により律速される場合)、後述する実施例からも明らかなように、ウエハ100とリング部材6との温度差は例えば50℃以上に設定される。
Next, a method of etching the substrate, for example, the
なお、ここではW層又はWSi層により形成されたメタル層8のエッチングの一例としてゲート電極の生成の例を挙げたが、本発明は配線層と層間絶縁膜との間に介在するメタル層をなすW層又はWSi層をエッチングする場合などにも適用される。但し、本発明のエッチング対象はW層又はWSi層に限定にされることはなく、例えばポリシリコンのエッチングにも適用することができる。
Here, an example of generation of the gate electrode is given as an example of etching of the
先ず、ゲートバルブ23を開放し、図示しないロードロック室からウエハ搬送口24を介して処理容器2内にウエハ100が搬入され、図示しない基板昇降ピンを介してヒータ44により所定の温度に加熱されている載置プレート42上にウエハ100を載置する。このときリング部材6もヒータ61により加熱されている。その後、スイッチ53をオンにしてチャック電圧である直流電圧を静電チャック用電極43に印加し、これによりウエハ100を載置プレート42の表面に静電吸着する。
First, the
ここでヒータ44は、ウエハ100に対して適切なプラズマ処理ができる程度、例えばウエハ100の中央部において所定のエッチング速度が得られる温度にウエハ100を加熱するように制御される。この温度設定値は、ウエハ100をプラズマに曝したときにプラズマから入熱され、ウエハ100はその入熱分とヒータ44からの熱により加熱されることになるが、予めヒータ44の発熱量を調整してウエハ100の適切な温度を求めておくことにより決定される。一方、ヒータ61は、ウエハ100の温度に対して(ウエハ100の温度は殆ど面内で分布がない)リング部材6の温度が例えば50℃以上高くになるように発熱量が制御される。
Here, the
続いて、ゲートバルブ23を閉じて処理容器2を気密な状態にした後、例えば処理ガスである塩素(Cl2)ガス及び酸素(O2)ガスを含み、例えば各々の流量が150sccm及び10sccmに夫々設定されたエッチングガスをガス拡散孔31を介してウエハ100の表面に向けて噴射する一方で、真空ポンプ22により処理容器2内を真空排気して、処理容器2内を例えば5mTorr〜100mTorr(約0.67〜13.3Pa)の真空度に維持する。なおこの例のエッチャントを形成するガスは塩素ガスであり、酸素ガスは側壁保護膜形成を促進されるための添加ガスである。このガス拡散孔31を介してウエハ100に向かって噴射されたエッチングガスは、ウエハ100の表面に沿って径方向外方に向かって流れる気流を形成し、排気リング46の通気抵抗を利用した分散作用により基板載置台4の周囲から周方向に均一に排気される。
Subsequently, after the
続いて、高周波電源5から整合回路51を通じ、給電棒50aを介して下部電極41に例えば100MHzの高周波電圧を例えば250〜500Wで印加すると、上部電極3と載置プレート42上のウエハ100との間に高周波電圧(高周波電力)が印加されてエッチングガスがプラズマ化され、これによりエッチャントであるプラズマの活性種例えば塩素ラジカルが発生する。このとき、ウエハ100とリング部材6との間では例えば50℃の温度差が形成されているため、これら各々の表面近傍にある雰囲気にもその温度差に応じた分の温度差が生じる(ただ実際には、処理容器2内は真空排気されて伝熱作用が小さく、またプラズマからの入熱をうけるため、雰囲気の温度差は50℃と異なる)。つまりリング部材6の表面近傍にある雰囲気はウエハ100の表面近傍にある雰囲気よりも温度が高くなり、これにより温度が高い分においてリング部材6の表面近傍にあるガス種はその内側領域のガス種よりも密度が小さくなる。そしてプラズマ中の活性種はウエハ100の表面に向かって入射し、メタル膜8がレジスト81に対して高い選択比をもってエッチングされる(図2(b)参照)。
Subsequently, when a high frequency voltage of 100 MHz, for example, is applied to the
しかる後、例えば所定の時間が経過すると、高周波電源5からの高周波電圧の印加及びエッチングガスの導入を停止し、例えば図示しない給気手段から窒素などの不活性ガスを処理容器2内に導入すると共に真空ポンプ22の真空排気を停止する。その後、スイッチ53を切り替えてチャック用電圧の印加を停止して吸着状態からウエハ100を開放する。更にその後、ゲートバルブ23が開かれてウエハ100は装置の外部に搬出されてエッチング処理を終了する。
Thereafter, for example, when a predetermined time elapses, the application of the high-frequency voltage from the high-frequency power source 5 and the introduction of the etching gas are stopped, and an inert gas such as nitrogen is introduced into the processing container 2 from, for example, an air supply means (not shown). At the same time, evacuation of the
上述の実施の形態によれば、ウエハ100の表面温度よりもリング部材6の表面温度が高くなるように設定したことにより、リング部材6の表面近傍(つまりウエハ100の周縁部近傍)にあるプラズマ雰囲気の温度がその内側領域の温度よりも高くなり、これによりウエハ100の周縁部近傍にある活性種の密度がその内側領域にある活性種の密度よりも小さくなろうとする。このため、例えば排気流の影響により周縁部近傍にあるガス種の解離が促進されて、仮に温度差の制御が行われなければ図3(a)示すように前記周縁部近傍におけるラジカル密度が高くなるが、この温度差を設けて活性種の密度を制御することにより相殺されて図3(b)に示すように前記周縁部近傍のラジカル密度の跳ね上がりが抑えられるので、結果としてウエハ100に対し面内均一性の高いエッチングレートでエッチングを行うことができる。なお、図3では作図の便宜上、電極44、ヒータ44,61、温度検出器45,64の記載は省略してある。
According to the above-described embodiment, since the surface temperature of the
なお互いに種類の異なる処理ガスを用いて互いに種類の異なるプロセスをウエハ100に対し行う場合には、次のように構成してもよい。即ち、制御部7は、例えば図4に示すようにコンピュータ90を備えており、このコンピュータ90の記憶部91例えばメモリには複数のプロセスレシピが記憶されている。このプロセスレシピには例えばウエハ100の表面のエッチングすべき膜の種類に対応づけたプロセス処理条件、例えばウエハ100とリング部材6との間の温度差、プロセス圧力、ウエハ100の温度、エッチングガスの種類、温度および供給流量などの設定値の情報が記憶されている。また92はエッチングすべき膜の種類に対応するプロセスレシピを、例えばオペレータが選択するためのレシピ選択手段である。便宜上第1の処理および第2の処理を示したが、プロセスレシピは必要に応じて第3の処理、第4の処理、…、に対応して用意するようにしてもよく、この場合、各処理毎にウエハ100とリング部材6との間の温度差の設定値などの条件が決められている。
In the case where different types of processes are performed on the
そして選択されたプロセスレシピの情報に基づいて温度検出器64の温度検出値と温度検出器45の温度検出値との間で所定の温度差が形成されるように、例えばヒータ電源部63を介してリング部材6の温度を制御する。載置プレート42を加熱するヒータ44は、ウエハ100のプロセス温度を設定するものであるが、その設定値の許容範囲が広い場合などにおいては、ヒーター61と共にあるいはヒータ61に代えてヒータ44の発熱量を調整して前記温度差の設定を行ってもよい。なお図中93はCPUであり、Bはバスである。本例によれば、互いに種類の異なる複数の処理の各々に対し好適な温度差で処理を行うことができるので、よりきめの細かい活性種の密度の制御を行うことができる。即ち、各プロセス処理において、ウエハ100に対して面内均一性の高い処理を行うことができる。
Then, based on the information of the selected process recipe, a predetermined temperature difference is formed between the temperature detection value of the
続いて本発明の他の実施の形態に係るプラズマ装置をエッチング装置に適用した例を図5を参照しながら説明する。本例のエッチング装置は、リング部材6を加熱するためのヒータ61を備えておらず、以下に説明するプレヒーティングを行ってウエハ100とリング部材6との間に所定の温度差を形成することを除いて図1記載の装置と同じ構成を採用している(同じ構成のところについては同じ符号を付すことにより詳しい説明を省略する)。
Next, an example in which a plasma apparatus according to another embodiment of the present invention is applied to an etching apparatus will be described with reference to FIG. The etching apparatus of this example does not include the
前記プレヒーティングにおいては、例えばベアウエハからなるダミー用の基板であるダミーウエハを用意しておき、製品用の基板であるプロセスウエハ(ウエハ100)に対しプロセス処理を行う前にこのダミーウエハに対して処理することでリング部材6の温度を所定の温度に調整する。具体的には、製品用の基板であるプロセスウエハに対して行うプラズマ処理よりも過酷な条件でプラズマを発生させる。例えば実際のプロセス時に印加する高周波電圧よりも高い電圧を高周波電源5により印加して実際のプロセスよりも高い温度でプラズマを発生させることにより、処理容器2内のプラズマに曝される部材が昇温され、これによりリング部材6の温度も上昇する。
In the preheating, a dummy wafer which is a dummy substrate made of, for example, a bare wafer is prepared, and the dummy wafer is processed before the process wafer (wafer 100) which is a product substrate is processed. Thus, the temperature of the
しかる後、実際のプロセス時に設定されるプロセスウエハの温度に対して所定の温度差が形成される温度までリング部材6の温度が昇温されると、つまり既述の例に当てはめると、プロセス時のウエハ100の温度設定値が例えば76℃、温度差が50℃以上であるからリング部材6の温度が126℃以上になるようにリング部材6が昇温された後、高周波電圧をプロセス設定値に設定すると共に、ダミーウエハに代えてプロセスウエハを装置に搬入して処理を行う。このような構成であっても上述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。更に、本例によれば前記温度差を設けるための専用の温度調整機構が不要になる。
Thereafter, when the temperature of the
更に、本発明においては、リング部材6を加熱して温度差を形成する構成に限られず、例えば載置プレート42の内部にヒータ44に代えて冷却手段例えばペルチェ素子を設けておき、これによりウエハWを冷却して温度差を形成するようにしてもよい。この場合、ヒータ61によりリング部材6をある所定の温度に設定しておくか、あるいはヒータ61で加熱しないでプラズマからの入熱によって温度が上昇したリング部材6に対して前記所定の温度差が形成されるように、前記冷却手段でウエハWの温度を調整する構成とする。このような構成であっても上述の場合と同様の効果を得ることができる。
Further, the present invention is not limited to the configuration in which the
続いて本発明の効果を確認するために行った実施例について説明する。
(実施例1)
本例は、図5記載の装置を用いて上述のプレヒーティングを行うことでウエハ100とリング部材6との間で50℃の温度差を形成した実施例である。詳しいプロセス条件を以下に列挙する。エッチング処理前後のウエハ100の膜厚についてウエハWの中心から等分に割り当てたX軸、Y軸、V軸およびW軸の各軸に沿って間隔をおいて測定し、各測定点におけるエッチング速度を計算により求めた結果を図6に示す。
・エッチング対象;タングステンシリサイド
・エッチングガス;Cl2(150sccm)及びO2(10sccm)
・圧力;5mTorr
・HF/LFパワー(プラズマ発生用/バイアス用);250W/200W
・磁場強度;56G
・温度差;50℃(リング部材6=126℃,ウエハ100=76℃)
Next, examples performed to confirm the effects of the present invention will be described.
(Example 1)
In this example, a temperature difference of 50 ° C. is formed between the
Etching object: tungsten silicide Etching gas: Cl 2 (150 sccm) and O 2 (10 sccm)
・ Pressure: 5 mTorr
・ HF / LF power (for plasma generation / bias); 250W / 200W
・ Magnetic field strength: 56G
Temperature difference: 50 ° C. (
(比較例1)
本例は、リング部材6の温度を81℃に設定して5℃の温度差を形成したことを除いて実施例1と同じ処理を行った比較例である。エッチングレートの計算結果を図7に示す。
(Comparative Example 1)
This example is a comparative example in which the same processing as in Example 1 was performed except that the temperature of the
(比較例2)
本例は、リング部材6の温度を93℃に設定して17℃の温度差を形成したことを除いて実施例1と同じ処理を行った比較例である。エッチングレートの計算結果を図8に示す。
(Comparative Example 2)
This example is a comparative example in which the same processing as in Example 1 was performed except that the temperature of the
(実施例1、比較例1及び比較例2の結果と考察)
図6〜図8に示す結果から明らかなように、実施例1では、EE3mmの偏差が±27.38%、EE30mmの偏差が±13.5%であった。これに対し比較例1では、EE3mmの偏差が±46.39%、EE30mmの偏差が±29.8%であり、比較例2では、EE3mmの偏差が±32.88%、EE30mmの偏差が±17.38%であった。なお、EE3mmとはウエハ100のエッジ部から内側3mmに亘る領域の測定値の平均値を意味し、EE30mmとはウエハ100のエッジ部から内側30mmに亘る領域の測定値の平均値を意味する。即ち、ウエハ100とリング部材6との温度差を小さく設定した比較例1のエッチングレートの跳ね上がりが最も大きく、ウエハ100とリング部材6との温度差を大きく設定した実施例1のエッチングレートの跳ね上がりが最も小さい。つまり50℃の温度差において跳ね上がりが格段に小さくなっている。
(Results and discussion of Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2)
As is apparent from the results shown in FIGS. 6 to 8, in Example 1, the deviation of EE 3 mm was ± 27.38%, and the deviation of EE 30 mm was ± 13.5%. In contrast, in Comparative Example 1, the deviation of EE 3 mm is ± 46.39% and the deviation of EE 30 mm is ± 29.8%. In Comparative Example 2, the deviation of EE 3 mm is ± 32.88% and the deviation of EE 30 mm is ±±. It was 17.38%. Note that EE 3 mm means an average value of a measured value in a region extending from the edge portion of the
以上の結果から、ウエハ100とリング部材6との間で50℃の温度差を形成したことにより、ウエハ100の周縁部のエッチングレートが跳ね上がるのを抑えることができることが確認された。更に温度差の設定値を大きくしていくことでエッチングレートの跳ね上がりは小さくなる傾向にあるので、50℃以上の温度差に設定すればエッチングレートが跳ね上がるのを抑えることができることが分かる。
From the above results, it was confirmed that the formation of a temperature difference of 50 ° C. between the
2 処理容器
22 真空ポンプ
3 上部電極
4 基板載置台
42 載置プレート
41 下部電極
43 静電チャック用電極
44 ヒータ
45 第1の温度検出器
6 リング部材
61 ヒータ
64 第2の温度検出器
7 制御部
2
Claims (7)
前記載置台上の基板の周囲を囲むように設けられたリング部と、
前記基板よりもリング部の温度が50℃以上高くなるように温度差を形成するための温度調整機構と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。 In a plasma processing apparatus that converts a processing gas into plasma with high-frequency power in a processing container and performs processing on the substrate mounted on the mounting table with plasma,
A ring portion provided to surround the periphery of the substrate on the mounting table,
And a temperature adjusting mechanism for forming a temperature difference so that the temperature of the ring portion is 50 ° C. or more higher than that of the substrate.
前記載置台上の基板の周囲を囲むように設けられたリング部と、
前記基板よりもリング部の温度が50℃以上高くなるように温度差を形成するための温度調整機構と、
プロセス処理の種別毎に前記温度差を記憶し、選択されたプロセスに応じた温度差になるように温度調整機構を制御する手段と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。 In a plasma processing apparatus that converts a processing gas into plasma with high-frequency power in a processing container and performs processing on the substrate mounted on the mounting table with plasma,
A ring portion provided to surround the periphery of the substrate on the mounting table,
A temperature adjustment mechanism for forming a temperature difference so that the temperature of the ring part is 50 ° C. or higher than that of the substrate;
A plasma processing apparatus comprising: means for storing the temperature difference for each type of process processing, and controlling a temperature adjustment mechanism so as to obtain a temperature difference according to a selected process.
前記載置台上に基板を載置する工程と、
次いで前記処理容器内に処理ガスを供給し、この処理ガスを高周波電力によりプラズマ化して基板に対してプラズマにより処理を行う工程と、
基板に対してプラズマにより処理を行っている間、前記リング部と基板との間にリング部の方が50℃以上高くなるように温度差を形成する工程と、を含むことを特徴とするプラズマ処理方法。 Using a plasma processing apparatus in which a ring portion is provided so as to surround the mounting table in the processing container,
A step of placing the substrate on the mounting table;
Next, supplying a processing gas into the processing container, converting the processing gas into plasma with high-frequency power and processing the substrate with plasma,
And a step of forming a temperature difference between the ring portion and the substrate so that the ring portion is higher by 50 ° C. or more while the substrate is being processed with plasma. Processing method.
前記載置台上にダミー用の基板を載置し、製品用の基板を処理するときにこの製品用の基板よりもリング部の温度が高くなるように、製品用の基板に対して行うプロセス処理よりも過酷な処理条件でプラズマを発生させてリング部を昇温する工程と、
続いて前記載置台上のダミー用の基板を製品用の基板と交換する工程と、
次いで前記処理容器内に処理ガスを供給し、この処理ガスを高周波電力によりプラズマ化して前記製品用の基板に対してプラズマにより処理を行う工程と、を含むことを特徴とするプラズマ処理方法。
Using a plasma processing apparatus in which a ring portion is provided so as to surround the mounting table in the processing container,
A process that is performed on the product substrate so that the temperature of the ring portion is higher than that of the product substrate when the dummy substrate is placed on the mounting table and the product substrate is processed. A step of raising the temperature of the ring by generating plasma under more severe processing conditions;
Subsequently, a step of replacing the dummy substrate on the mounting table with a product substrate,
And a step of supplying a processing gas into the processing container, converting the processing gas into plasma with high-frequency power, and processing the substrate for the product with plasma.
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