JP2008042115A - プラズマ処理装置用の載置台及びプラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマ中の電界強度の面内均一性を向上し、基板に対して面内均一性の高いプラズマ処理を行うことができるプラズマ処理装置用の載置台及び、この載置台を備えたプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】プラズマ処理装置１用の載置台２は、プラズマ生成用等の下部電極２１を兼ねる導電体部材と、この導電体部材の上面中央部を覆うように設けられ、被処理基板（ウエハＷ）を通してプラズマに印加する高周波電界を均一にするための誘電体層２２と、この誘電体層２２の上に積層され、その間を高周波が通過できるように載置台の径方向に互いに離間して複数に分割された電極膜が埋設された静電チャックと、を備えている。ここで、前記誘電体層２２の外縁は、分割された電極膜２３ｂ、２３ｄ間の離間領域２３ｃの内縁の真下またはそれよりも外側に位置し、分割された電極膜２３ｂ、２３ｄは互いに高周波に対して絶縁されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、プラズマ処理が施される半導体ウエハ等の被処理基板を載置するための載置台及び、この載置台を備えたプラズマ処理装置に関する。

半導体デバイスの製造工程の中には、ドライエッチングやアッシング等のように処理ガスをプラズマ化して基板の処理を行うものが多数ある。このような処理を行うプラズマ処理装置では、例えば平行平板状の一対の電極を上下に対向させて配置し、これらの電極の間に高周波を印加することにより装置に導入された処理ガスをプラズマ化して、下部側の電極上に載置された半導体ウエハ（以下、ウエハという。）等の被処理基板に処理を施すタイプのものが多用されている。

近年、プラズマ処理においてはプラズマ中のイオンエネルギーが低く、且つ電子密度の高い、「低エネルギー、高密度プラズマ」が要求される処理が多くなってきている。このため、プラズマを発生させる高周波の周波数が従来（例えば十数ＭＨｚ程度）と比べて、例えば１００ＭＨｚと非常に高くなる場合がある。しかしながら高周波の周波数を上昇させると、電極表面の中央、即ちウエハの中央に相当する領域で電界強度が強くなる一方で、その周縁部では電界強度が弱くなる傾向がある。このように、電界強度の分布が不均一になると、発生するプラズマの電子密度も不均一となってしまい、ウエハ内の位置によって処理速度等が異なってくるため、面内均一性の良好な処理結果が得られないという問題が生じていた。

このような問題に対し、特許文献１には、例えば一方の電極の対向表面の中央部分にセラミクス等の誘電体層を埋設して電界強度分布を均一にし、プラズマ処理の面内均一性を向上させたプラズマ処理装置が記載されている。

この誘電体層の埋設に関して図１３（ａ）を用いて説明する。プラズマ処理装置９の下部電極９１に高周波電源９３より高周波を印加すると、表皮効果により下部電極９１の表面を伝播して上部に達した高周波は、ウエハＷの表面に沿って中央に向かいつつ、一部が下部電極９１側に漏れて、その後下部電極９１内を外側へ向かって流れる。ここで、プラズマを均一にするための誘電体層９４が設けられている部位においては、高周波が他の部位よりも深く潜めＴＭモードの空洞円筒共振を発生させ、結果としてウエハＷ面上からプラズマに供給する中央部分の電界を下げることができ、ウエハＷ面内の電界は均一になる。なお、図中の９２は上部電極を示し、ＰＺはプラズマを示している。

ところでプラズマ処理は減圧下の真空雰囲気で行われる場合が多く、このような場合には、図１３（ｂ）に示すようにウエハＷの固定に静電チャック９５を用いることが多い。静電チャック９５は、例えばアルミナ等を溶射して形成される下面側と上面側との２つの誘電体層の間に、導電性の電極膜９６を挟んだ構造を有している。そして、この電極膜９６に高圧直流電源９７より高圧直流電力を印加して誘電体層表面に生じるクーロン力を利用することによりウエハＷを静電吸着して固定している。

ところが、プラズマの電位を低くするための誘電体層９４が埋設された下部電極９１の上に静電チャック９５を設置してウエハＷのプラズマ処理を行うと、高周波が静電チャック９５の電極膜９６を透過することができずに電極膜９６で外側へ向かう流れが生じてしまう。言い換えると、静電チャック用の電極膜９６が存在するためにプラズマからは誘電体層９４が見えなくなってしまい、静電チャック９５が埋設された領域のプラズマの電位を低くするための効果が発揮できなくなってしまう。この結果、ウエハＷの中央部の上方のプラズマの電位が高く、周縁部の電位が低い状態となり、ウエハＷの中央部と周縁部とで処理速度が異なってしまうため、エッチング等のプラズマ処理における面内不均一の要因となっていた。
特開２００４−３６３５５２号公報：第１５頁第８４段落〜第８５段落

本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、プラズマ中の電界強度の面内均一性を向上し、基板に対して面内均一性の高いプラズマ処理を行うことができるプラズマ処理装置用の載置台及び、この載置台を備えたプラズマ処理装置を提供することにある。

本発明に係るプラズマ処理装置用の載置台は、載置面に被処理基板を載置するためのプラズマ処理装置用の載置台であって、
高周波電源に接続され、プラズマ生成用、またはプラズマ中のイオン引き込み用の電極を兼ねる導電体部材と、
この導電体部材の上面中央部を覆うように設けられ、被処理基板を通してプラズマに印加する高周波電界を均一にするための誘電体層と、
この誘電体層の上に積層され、その間を高周波が通過できるように載置台の径方向に互いに離間して複数に分割された電極膜が埋設された静電チャックと、を備え、
前記誘電体層の外縁は、分割された電極膜間の離間領域の内縁の真下またはそれよりも外側に位置し、
分割された電極膜は互いに高周波に対して絶縁されていることを特徴とする。
さらに、前記誘電体層は、下のものほど外縁が内側になるように複数段積層され、前記電極膜の分割数は、誘電体層の段数より少なくとも一つ多くなるように構成してもよい。
この他、同じタイプの載置台に、載置台の中央部に相当する位置に穴部が形成された電極膜が埋設された静電チャックを備え、前記誘電体層は、この穴部の下方に位置する構成としてもよい。

ここで、前記誘電体層は、円柱状に形成されＴＭモードの空洞円筒共振を発生させている場合や、その厚さが中央部よりも周縁部の方が小さく構成されていてもよい。また、高周波電源より供給される高周波電力の周波数は、１３ＭＨｚ以上であることが好適である。

本発明によれば、分割された電極膜間に離間領域が設けられていたり、載置台の中央部に相当する位置で電極膜に穴部が形成されていたりすることにより、ウエハ等の被処理基板上を伝播する高周波がこれらの離間領域や穴部を通り抜けることができる。これらの領域を通り抜けた高周波は、ＴＭモードの空洞円筒共振を発生させ、被処理基板を通してプラズマに印加する高周波電界を均一にするための誘電体層の下方に潜り込むことが可能となる。この結果、静電チャックを設けた場合においても前記誘電体層を活用しＴＭモードの空洞円筒共振を発生させることができるので、被処理基板の面上からプラズマに供給する中央部分の電界を低くすることが可能となり、いわば山状の電界強度分布の電界強度の大きな領域を平坦化することができる。この結果、プラズマ処理、例えばエッチング処理についての面内均一性を向上させることができる。

本発明に係る載置台をエッチング装置としてのプラズマ処理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１は、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）プラズマ処理装置１の一例を示している。プラズマ処理装置１は、例えば内部が密閉空間となっている真空チャンバーからなる処理容器１１と、この処理容器１１内の底面中央に配設された載置台２と、載置台２の上方にこの載置台２と対向するように設けられた上部電極３１とを備えている。

処理容器１１は小径の円筒状の上部室１１ａと、大径の円筒状の下部室１１ｂとからなる。上部室１１ａと下部室１１ｂとは互いに連通しており、処理容器１１全体は気密に構成されている。上部室１１ａ内には、載置台２や上部電極３１等が格納され、下部室１１ｂ内には載置台２を支えると共に、配管等を収めた支持ケース１７が格納されている。下部室１１ｂ底面の排気口１２には、排気管１３を介して排気装置１４が接続されている。この排気装置１４には図示しない圧力調整部が接続されており、この圧力調整部は図示しない制御部からの信号によって処理容器１１内全体を真空排気して所望の真空度に維持するように構成されている。一方、上部室１１ａの側面には被処理基板であるウエハＷの搬入出口１５が設けられており、この搬入出口１５はゲートバルブ１６によって開閉可能となっている。処理容器１１は、アルミニウム等の導電性の部材から構成され、接地されている。

載置台２は、例えばアルミニウムからなる導電体部材であるプラズマ生成用の下部電極２１と、電界を均一に調整するために下部電極２１の上面中央部を覆うように埋設された誘電体層２２と、ウエハＷを固定するための静電チャック２３と、を下方からこの順番に積層した構造となっている。下部電極２１は、支持ケース１７上に設置された支持台２１ａに絶縁部材２４を介して固定され、処理容器１１に対して電気的に十分浮いた状態になっている。

下部電極２１内には冷媒を通流させるための冷媒流路２６が形成されており、冷媒がこの冷媒流路２６を流れることで下部電極２１が冷却され、載置面上に載置されたウエハＷが所望の温度に冷却されるように構成されている。

また、静電チャック２３には載置面とウエハＷ裏面との間の熱伝達性を高めるための熱伝導性のバックサイドガスを放出する貫通孔２５が設けられている。この貫通孔２５は、下部電極２１内等に形成されたガス流路２７と連通しており、このガス流路２７を介して図示しないガス供給部から供給されたヘリウム（Ｈｅ）等のバックサイドガスが放出されるようになっている。

また下部電極２１は、例えば周波数が１００ＭＨｚの高周波を供給する第１の高周波電源４１ａと、第１の高周波電源４１ａよりも周波数の低い例えば３．２ＭＨｚの高周波を供給する第２の高周波電源４１ｂと、が夫々整合器４２ａ、４２ｂを介して接続されている。第１の高周波電源４１ａより供給される高周波は、後述する処理ガスをプラズマ化する役割を果たし、第２の高周波電源４１ｂより供給される高周波は、ウエハＷにバイアス電力を印加することでプラズマ中のイオンをウエハＷ表面に引き込む役割を果たす。

また下部電極２１の上面外周部には、静電チャック２３を囲むようにフォーカスリング２８が配置されている。フォーカスリング２８はウエハＷの周縁の外方の領域のプラズマ状態を調整する役割、例えばウエハＷよりもプラズマを広げて、ウエハ面内のエッチング速度の均一性を向上させる役割を果たす。

支持台２１ａの下部外側には載置台２を取り囲むようにバッフル板１８が設けられている。バッフル板１８は、上部室１１ａ内の処理ガスをバッフル板１８と上部室１１ａ壁部との間に形成された隙間を介して下部室１１ｂへ通流させることにより、処理ガスの流れを整える整流板としての役割を果たす。

また、上部電極３１は中空状に形成され、その下面に処理容器１１内へ処理ガスを分散供給するための多数のガス供給孔３２が例えば均等に分散して形成されていることによりガスシャワーヘッドを構成している。上部電極３１の上面中央にはガス導入管３３が設けられ、このガス導入管３３は処理容器１１の上面中央を貫通して上流で処理ガス供給源３５に接続されている。この処理ガス供給源３５は、図示しない処理ガス供給量の制御機構を有しており、プラズマ処理装置１に対して処理ガスの供給量の給断及び増減の制御を行うことができるようになっている。また、上部電極３１が上部室１１ａの壁部に固定されることによって、上部電極３１と処理容器１１との間には導電路が形成されている。

更に、上部室１１ａの周囲には、搬入出口１５の上下に二つのマルチポールリング磁石４７ａ、４７ｂが配置されている。マルチポールリング磁石４７ａ、４７ｂは、複数の異方性セグメント柱状磁石がリング状の磁性体のケーシングに取り付けられており、隣接する複数のセグメント柱状磁石同士の向きが互いに逆向きになるように配置されている。これにより磁力線が隣接するセグメント柱状磁石間に形成され、上部電極３１と下部電極２１との間の処理空間の周辺部に磁場が形成され、処理空間へプラズマを閉じこめることができる。なお、マルチポールリング磁石４７ａ、４７ｂを有さない装置構成としてもよい。

以上の各装置構成により、プラズマ処理装置１の処理容器１１（上部室１１ａ）内には、下部電極２１と上部電極３１とからなる一対の平行平板電極が形成される。処理容器１１内を所定の圧力に調整した後、処理ガスを導入して高周波電源４１ａ、４１ｂから高周波を供給することにより処理ガスがプラズマ化し、高周波は、下部電極２１→プラズマ→上部電極３１→処理容器１１の壁部→アースからなる経路を流れる。プラズマ処理装置１のこのような作用によって、載置台２上に固定されたウエハＷに対してプラズマによるエッチングが施される。

次に、図２、図３を参照して本実施の形態に係る載置台２について詳述する。なお、図２に示した載置台２の縦断側面図では、冷媒流路２６やバックサイドガスの貫通孔２５等の記載を省略してある。

下部電極２１の上面中央部には、図２（ａ）に示すように誘電体層２２が埋設されている。誘電体層２２は、その誘電体層２２が埋設された領域におけるプラズマの電位を低くする機能を有している。誘電体層２２は、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする比誘電率が１０のセラミクスから構成されている。誘電体層２２は、図２（ｂ）に示すように例えば厚さｔ_Ｄ＝５ｍｍ、直径Φ_Ｄ＝２４０ｍｍの円盤形状を有している。

次に静電チャックについて説明する。静電チャック２３は、図２（ａ）に示すように、例えばアルミナ等を溶射して形成される下面側と上面側との絶縁膜２３ａの間に、電極膜を挟んだ構造を有している。電極膜は、抵抗率がおよそ１．０×１０^−４Ωｍの電極材料により構成されている。本実施の形態において静電チャック２３は、図３（ａ）に示すように、円形状の第１の電極膜２３ｂと、電極膜の無い離間領域２３ｃを介して第１の電極膜２３ｂを取り囲むように設置された円環形状の第２の電極膜２３ｄと、から構成されている。即ち、これらの電極膜２３ｂ、２３ｄは、載置台２の径方向に互いに離間して複数に分割されていることになる。ここで、例えば第１の電極膜２３ｂは直径Φ_Ｃ１＝１５８ｍｍ、第２の電極膜２３ｄは内径Φ_Ｃ２＝１６２ｍｍ、外径Φ_Ｃ３＝２９８ｍｍに構成されている。

電極膜２３ｂ、２３ｄは、図２（ａ）に示すように夫々高インピーダンス回路４３ａ、４３ｂに接続されて高周波的に独立した回路となっており、共通のスイッチ４４と抵抗４５とを介して高圧直流電源４６に接続されている。高圧直流電源４６から電極膜２３ｂ、２３ｄに高圧直流電力が印加されると、静電チャック２３の表面に生じるクーロン力によって、載置面である静電チャック２３上面にウエハＷが静電吸着される。高インピーダンス回路４３ａ、４３ｂは、下部電極２１に供給される高周波に対して高インピーダンスとなる回路（ローパスフィルタ：ＬＰＦ）であり、本実施の形態では第１、第２の電極膜２３ｂ、２３ｄが共通の高圧直流電源４６に接続されていることから、これらの電極膜２３ｂ、２３ｄの間を高周波に対して絶縁するために設けられている。なお、電極膜２３ｂ、２３ｄを高周波に対して絶縁する手法は上述の例に限られず、例えば電極膜２３ｂ、２３ｄの夫々に高圧直流電源と高インピーダンス回路（ＬＰＦ）とを設けてもよい。また、２つの電極膜２３ｂ、２３ｄをインダクタ成分となるような電極膜のパターンにより接続し、例えば外側の電極膜２３のみを高インピーダンス回路４３ａを介して高圧直流電源４６に接続することにより、それぞれの電極膜２３ｂ、２３ｄの間を高周波に対して絶縁するように構成してもよい。

下部電極２１、誘電体層２２、静電チャック２３を積層した状態において、誘電体層２２と静電チャック２３の電極膜２３ｂ、２３ｄとの位置関係は、図２（ｂ）の拡大縦断面図に示すように、誘電体層２２の外縁が電極膜２３ｂの外縁よりも外側に位置するように設定されている。即ち、ウエハＷの載置面に対する誘電体層２２垂直投影面と同じく電極膜２３ｂ、２３ｄの垂直投影面とを載置面側から見ると、図３（ｃ）に示すように、誘電体層２２の外縁は、分割された電極膜２３ｂ、２３ｄ間の離間領域２３ｃの内縁よりも外側に位置している。

上述の実施の形態に係る載置台２の作用について以下に説明する。第１の高周波電源４１ａから供給され、下部電極２１の表面を伝播した高周波電流は、図４（ａ）に示すように、ウエハＷの表面から、その一部が静電チャック２３側へリークする。このとき、静電チャック２３内に埋設されている電極膜２３ｂ、２３ｄが分割され、径方向に互いに離間した状態で埋設されていることにより、図中の矢印に示すように高周波が誘電体層２２に到達することが可能となる。誘電体層２２が埋設された領域では、高周波が他の領域よりも深く潜って、その領域のプラズマの電位を低くすることができる。

以上に説明した作用により、静電チャック２３によってウエハＷを固定するタイプの載置台２であっても、誘電体層２２を利用してプラズマの電位を低下させる作用が電極膜２３ｂ、２３ｄの存在によって損なわれることがない。これにより、誘電体層２２の効果が発揮されない場合には山状となってしまう電界強度分布のピークを、その効果が発揮されることで平坦化することができるので、プラズマ中の電子密度について高い面内均一性を得ることができ、例えばエッチング処理等のプラズマ処理についての面内均一性を向上させることができる。

ここで、誘電体層２２によって電界を均一にする効力を発揮できるようにするためには、誘電体層２２の外縁が離間領域２３ｃの内縁よりも外側に位置していればよい。従って、図５に示すように、誘電体層２２の直径を短くして、誘電体層２２の外縁が離間領域２３ｃの内縁と外縁との間に位置するような構造の載置台２も本発明の技術的範囲に含まれる。

次に、第２の実施の形態に係る載置台２の構造について説明する。第２の実施の形態は、誘電体層２２の外縁が離間領域２３ｃの内縁の真下に位置している点が、離間領域２３ｃの内縁よりも外側に位置している第１の実施の形態と異なっている。

具体的に説明すると、例えば図６に示すように、誘電体層２２と第１の電極膜２３ｂとのサイズが略同じになるように形成されており、これらの中央部が一致するように載置台２が組立てられている。この結果、誘電体層２２の外縁が離間領域２３ｃの内縁の真下に位置することになる。

このように、誘電体層２２の外縁が離間領域２３ｃの内縁の真下に位置することによって、図４（ｂ）中の矢印に示すように、ウエハＷの表面からの高周波が誘電体層２２に到達することが可能となる。誘電体層２２が埋設された領域では、高周波が他の領域よりも深く潜って、その領域のプラズマの電位を低くすることができる。また、均一なプラズマを形成させるという点においては、静電チャック２３が第２の電極膜２３ｄを有していなくてもよい。

また、プラズマの電位を低くするための誘電体層は１段に限定されず、図７に示すように例えば第１の誘電体層２２ａの下側に、第２の誘電体層２２ｂを更に埋設し、第２の誘電体層２２ｂの外縁が第１の誘電体層２２ａの外縁よりも内側となるような構成の載置台２としてもよい。これにより、誘電体層の効果が発揮されない場合には山状となる電界強度分布のピークの大きくなる領域で、高周波をより深く潜らせることが可能となって、より平坦な電界強度分布にすることができる。誘電体層２２ａ、２２ｂを２段にする場合には、電極膜２３ｂ、２３ｄ、２３ｆを３つに分割して離間領域２３ｃ、２３ｅが２つとなるようにし、それぞれの誘電体層２２ａ、２２ｂの外縁が各離間領域２３ｃ，２３ｅの内縁の真下またはそれよりも外側に位置するように構成するとよい。なお、誘電体層を積層する段数は２段に限定されるものではなく、３段以上積層した構成としてもよい。この場合には、電極膜の分割数を誘電体層の段数よりも少なくとも一つ多くするとよい。

また、実施の形態の変形例として、静電チャックの電極膜２３ｂを図８に示すように載置台の中央に相当する位置に穴部が形成された形状とし、この穴部の下方に誘電体層２２が位置するような構成としてもよい。

また、誘電体層２２の構成は上述の実施の形態に示した円柱状ものに限定されず、例えば図９（ａ）に示すようにドーム形状をなすものや、図９（ｂ）に示すように円錐形状をなすものであってもよい。このように、誘電体層２２の厚さを中央部よりも周縁部の方が小さくなるようにすることにより、周縁部よりも中央部の電界強度が弱められて、より平坦な分布にすることができる。このとき、電極膜を３つ以上に分割し、複数の離間領域を設けるように構成してもよい。

このほか、誘電体層として使われるセラミクスの一般的な線膨張率が２×１０^−６／℃〜１１×１０^−６／℃であるため、電極となる導電体部材の線膨張率もこの範囲に近いものを使用することが好ましい。

（シミュレーション１）
図１に示すような平行平板型のプラズマ処理装置をモデル化し、シミュレーションを行ってウエハ上の電界強度の分布を推定した。

Ａ．シミュレーション条件
電極膜２３ｂ、２３ｄの抵抗率：１．０×１０^−６Ωｍ
ウエハＷの抵抗率 ：５．０×１０^−２Ωｍ
プラズマの抵抗率 ：１．５Ωｍ
誘電体層２２の比誘電率ε ：１０
印加電力：２ｋＷ（周波数４０ＭＨｚ、１００ＭＨｚの２条件）

上記の条件において、以下の各実施例、比較例に係る載置台２の載置面に載置されたウエハＷの半径方向の電界強度分布をシミュレートした。
（実施例１）
図１０（ａ）に示したように、第２の実施の形態で説明したものと同様の構成を有する載置台２についてのシミュレーションを行った。
ここで、第１の電極膜２３ｂの直径Φ_Ｃ１＝１５８ｍｍ、第２の電極膜２３ｄは内径Φ_Ｃ２＝１６２ｍｍ、外径Φ_Ｃ３＝２９８ｍｍ、誘電体層の直径Φ_Ｄ＝１５８ｍｍとした。
（実施例２）
図１０（ｂ）に示したように、第１の実施の形態で説明したものと同様の構成を有する載置台２についてのシミュレーションを行った。
ここで、第１の電極膜２３ｂ、第２の電極膜２３ｄのサイズは実施例１と同様とし、誘電体層２２の直径をΦ_Ｄ＝２４０ｍｍとした。
（比較例１）
図１０（ｃ）に示すように、誘電体層２２が埋設されておらず、静電チャック２３の電極膜２３ｂが分割されていない構成の載置台２についてのシミュレーションを行った。
（比較例２）
図１０（ｄ）に示すように、誘電体層２２が埋設されているが、電極膜２３ｂが分割されていない構成の載置台２についてのシミュレーションを行った。なお、誘電体層２２の直径はΦ_Ｄ＝１６０ｍｍとした。
（比較例３）
図１０（ｅ）に示すように、第１の実施例や第２の実施例と同様に電極膜２３ｂ、２３ｄが分割されているが、誘電体層２２の直径が電極膜２３ｂよりも小さいため、誘電体層２２の外縁が離間領域２３ｃの内縁よりも内側に位置する構成の載置台２についてのシミュレーションを行った。
ここで、第１の電極膜２３ｂ、第２の電極膜２３ｄのサイズは実施例１と同様とし、誘電体層２２の直径をΦ_Ｄ＝１００ｍｍとした。

Ｂ．シミュレーション結果
各実施例、比較例における電界強度分布のシミュレーション結果を図１１に示す。図１１（ａ）は、印加した高周波の周波数が４０ＭＨｚの場合のシミュレーション結果を示している。図１１（ｂ）は同じく周波数が１００ＭＨｚの場合の結果を示している。各グラフの横軸は、ウエハＷの中央を「０」とした場合の半径方向への中央からの距離［ｍｍ］を示している。縦軸は、「比電界強度（＝シミュレーションの結果得られた各位置における電界強度Ｅ／すべての位置におけるシミュレーション結果の最大値Ｅ_ｍａｘ）」を示している。各シミュレーション結果は、実施例１を三角（△）でプロットし、実施例２を逆三角（▼）、比較例１をひし形（◇）、比較例２を四角（■）、比較例３を丸（●）で夫々プロットした。

シミュレーションの結果によれば、誘電体層２２が埋設されていない比較例１では、高周波が４０ＭＨｚ、１００ＭＨｚのいずれの条件についてもウエハＷの中央領域の電界強度が最大となる電界強度分布となった（図１１（ａ）、（ｂ）（◇））。また、誘電体層２２が埋設されているが、電極膜２３ｂが分割されていない比較例２（■）や、電極膜２３ｂ、２３ｄが分割されているが、誘電体層２２の直径が電極膜２３ｂよりも小さい比較例３（●）のシミュレーション結果も、比較例１と同様にウエハＷの中央領域の電界強度が最大となる電界強度分布となってしまっている。この結果は、ウエハＷと誘電体層２２との間に静電チャックの電極膜２３ｂがあることにより、誘電体層２２が見えない状態となり、誘電体層２２によってプラズマの電位を低くする作用が発揮できなくなってしまうことを示しているといえる。

これらの比較例に対して、第２の実施の形態に相当する実施例１のシミュレーション結果では、高周波の周波数が４０ＭＨｚの場合は、ウエハＷ中央からの距離が１２０ｍｍ前後の外縁に近い領域において電界強度が最大となる電界強度分布となっている（図１１（ａ）の（△））。また、高周波の周波数が１００ＭＨｚの場合は、ウエハＷの中央領域とウエハＷ中央からの距離が１００ｍｍ前後の外縁に近い領域との２つの領域において電界強度が最大となっている（図１１（ｂ）の（△））。また、第１の実施の形態に相当する実施例２のシミュレーション結果も、夫々の周波数（４０ＭＨｚ、１００ＭＨｚ）において実施例１と略同様の電界分布となっている（図１１（ａ）、（ｂ）の（▼））。

実施例１、２のシミュレーション結果では、比較例１〜３に見られるようなウエハＷの中央領域の電界強度だけが高くなる電界強度分布は見られない。これは、ウエハＷと誘電体層２２との間に静電チャックの電極膜２３ｂがあっても、離間領域２３ｃを介して下部電極２１に埋設された誘電体層２２がプラズマから見えるようになり、誘電体層２２が埋設された領域のプラズマの電位を低くする作用を発揮することが可能となっていることを示していると考えられる。

（実験１）
（シミュレーション１）の実施例１、２及び比較例２、３で示したものと同様の構造を有する載置台２を作成し、各載置台２の構造の違いが実際のプラズマ処理に及ぼす影響について調べた。

Ａ．実験方法
実験においては、図１に示すような平行平板型のプラズマ処理装置に図１０の実施例１、２及び比較例２、３に示した各載置台２を組み込んだものを用いた。そして、レジスト膜を塗布したウエハＷを載置台２の載置面に載置して、プラズマを発生させレジスト膜のアッシング処理を行った。処理容器１１内の圧力は７Ｐａ（５ｍＴｏｒｒ）、処理ガスはＯ_２ガス（１００ｓｃｃｍで供給）、プラズマ生成用の高周波は周波数１００ＭＨｚ、２ｋＷとした。所定時間アッシング処理を行った後、ウエハＷ上の所定の測定点についてレジスト膜の膜厚を測定し、単位時間当たりのアッシング速度を算出した。

Ｂ．実験結果
図１２は、ウエハＷ上の各測定点において実験結果から算出したアッシング速度をプロットした結果を示している。図１２（ａ）、（ｂ）は比較例２、比較例３の載置台２についての実験結果を夫々示し、図１２（ｃ）、（ｄ）は実施例１、実施例２の載置台２についての実験結果を夫々示している。ここで各グラフの横軸は、図１０（ａ）に示した方向に座標軸を設定した場合において、Ｘ軸方向（図に向かって左右方向、右側を正とする）及び、Ｙ軸方向（図に向かって手前から奥の方向、奥側を正とする）へのウエハＷの中央からの距離［ｍｍ］を示している。また、縦軸はアッシング速度［ｎｍ／ｍｉｎ］を示している。各実験結果について、Ｘ軸方向のアッシング速度をひし形（◆）でプロットし、Ｙ軸方向を三角（△）でプロットしている。また、グラフ中に記載した数字は、各実験条件におけるアッシング速度の平均値と、この平均値に対する実験結果の相対的な変化幅［％］とを示している。

実験結果によれば、すべての条件（比較例２、比較例３、実施例１、実施例２）において、Ｘ軸とＹ軸との軸方向の違いによるアッシング速度の差異は見られず、アッシング速度はウエハＷの中央に対して径方向に対称的な分布となった。図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、比較例２、比較例３の実験結果では、ウエハＷの中央領域のアッシング速度が最大となる分布となった。これは、電極膜２３ｂが分割されておらず離間領域２３ｃが形成されていないことによりプラズマから誘電体層２２が見えない状態となり、誘電体層２２によってプラズマの電位を低くする作用が発揮されなかったためであるといえる。

これに対して実施例１、実施例２の実験結果では、図１２（ｃ）、（ｄ）に示すようにウエハＷの中央領域にアッシング速度のピークは見られない。また、アッシング速度の変化幅も比較例２や比較例３（２７．６％〜２８．５％）と比べておよそ半分に低下している（１２．７％〜１４．７％）。これは、上記各実施例についての電界強度分布のシミュレーション結果とも傾向が一致しており、ウエハＷと誘電体層２２との間に静電チャックの電極膜２３ｂがあっても、離間領域２３ｃを介して下部電極２１に埋設された誘電体層２２がプラズマから見えるようになり、誘電体層２２が埋設された領域のプラズマの電位を低くする作用が発揮され、誘電体層２２の効果が発揮されていない場合には山状となってしまう電界強度分布のピークを平坦化できた結果であるといえる。また、このような効果の得られる条件はシミュレーションや実験で例示した周波数の高周波電力を印加した場合に限定されない。例えば、周波数が１３ＭＨｚや２７ＭＨｚの高周波電力を印加した場合であっても同様の効果が得られる。

本発明の第１の実施の形態に係る載置台を備えたプラズマ処理装置の一例を示す縦断側面図である。 第１の実施の形態に係る載置台の一例を示す縦断側面図である。 静電チャックの電極膜の形状や、プラズマの電位を低くするための誘電体層の形状等を説明するための説明図である。 実施の形態に係る載置台の作用を説明するための説明図である。 第１の実施の形態に係る載置台の変形例を示す説明図である。 第２の実施の形態に係る載置台の一例を示す縦断側面図である。 誘電体層を複数段積層した載置台の一例を示す説明図である。 実施の形態に係る電極膜の変形例を説明するための説明図である。 実施の形態に係る誘電体層の変形例を説明するための説明図である。 電界強度分布のシミュレーションを行った各載置台の構成を示す縦断側面図である。 本発明の効果を確認するために行った実施例の結果を示す特性図である。 本発明の効果を確認するために行った実施例の結果を示す特性図である。 載置台を備えたプラズマ処理装置の従来例を説明するための説明図である。

符号の説明

ＰＺ プラズマ
Ｗ ウエハ
１ プラズマ処理装置
２ 載置台
９ プラズマ処理装置
１１ 処理容器
１１ａ 上部室
１１ｂ 下部室
１２ 排気口
１３ 排気管
１４ 排気装置
１５ 搬入出口
１６ ゲートバルブ
１７ 支持ケース
１８ バッフル板
２１ 下部電極
２１ａ 支持台
２２ 誘電体層
２２ａ 第１の誘電体層
２２ｂ 第２の誘電体層
２３ 静電チャック
２３ａ 絶縁膜
２３ｂ 電極膜（第１の電極膜）
２３ｃ 離間領域（第１の離間領域）
２３ｄ 電極膜（第２の電極膜）
２３ｅ 第２の離間領域
２３ｆ 第３の電極膜
２４ 絶縁部材
２５ 貫通孔
２６ 冷媒流路
２７ ガス流路
２８ フォーカスリング
３１ 上部電極
３２ ガス供給孔
３３ ガス導入管
３５ 処理ガス供給源
４１ａ 高周波電源（第１の高周波電源）
４１ｂ 高周波電源（第２の高周波電源）
４２ａ、４２ｂ 整合器
４３ａ、４３ｂ 高インピーダンス回路
４４ スイッチ
４５ 抵抗
４６ 高圧直流電源
４７ａ、４７ｂ マルチポールリング磁石
９１ 下部電極
９２ 上部電極
９３ 高周波電源
９４ 誘電体層
９５ 静電チャック
９６ 電極膜
９７ 高圧直流電源

Claims (7)

1. 載置面に被処理基板を載置するためのプラズマ処理装置用の載置台であって、
   高周波電源に接続され、プラズマ生成用、またはプラズマ中のイオン引き込み用の電極を兼ねる導電体部材と、
   この導電体部材の上面中央部を覆うように設けられ、被処理基板を通してプラズマに印加する高周波電界を均一にするための誘電体層と、
   この誘電体層の上に積層され、その間を高周波が通過できるように載置台の径方向に互いに離間して複数に分割された電極膜が埋設された静電チャックと、を備え、
   前記誘電体層の外縁は、分割された電極膜間の離間領域の内縁の真下またはそれよりも外側に位置し、
   分割された電極膜は互いに高周波に対して絶縁されていることを特徴とするプラズマ処理装置用の載置台。
2. 前記誘電体層は、下のものほど外縁が内側になるように複数段積層され、
   前記電極膜の分割数は、誘電体層の段数より少なくとも一つ多いことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理用の載置台。
3. 載置面に被処理基板を載置するためのプラズマ処理装置用の載置台であって、
   高周波電源に接続され、プラズマ生成用、またはプラズマ中のイオン引き込み用の電極を兼ねる導電体部材と、
   この導電体部材の上面中央部を覆うように設けられ、被処理基板を通してプラズマに印加する高周波電界を均一にするための誘電体層と、
   この誘電体層の上に積層され、高周波が通過できるように載置台の中央部に相当する位置に穴部が形成された電極膜が埋設された静電チャックと、を備え、
   前記誘電体層は、この穴部の下方に位置することを特徴とするプラズマ処理装置用の載置台。
4. 前記誘電体層は、円柱状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置用の載置台。
5. 前記誘電体層の厚さは、中央部よりも周縁部の方が小さいことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つ記載のプラズマ処理装置用の載置台。
6. 前記高周波電源より供給される高周波の周波数は、１３ＭＨｚ以上であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置用の載置台。
7. 被処理基板に対してプラズマ処理が行われる処理容器と、
   この処理容器内に処理ガスを導入する処理ガス導入部と、
   前記処理容器内に設けられた請求項１ないし６のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置用の載置台と、
   この載置台の上方側に当該載置台と対向するように設けられた上部電極と、
   前記処理容器内を真空排気するための手段と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
   
   

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