JP2010027860A - フォーカスリング及び基板載置台、並びにそれらを備えたプラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェハのプロセス特性差の改善を図るとともに、フォトレジスト膜が各処理プロセスにおいて、所定量の残膜として維持され、酸化膜に対する選択比の低下を防止できるフォーカスリングを提供する。
【解決手段】被処理基板１５を載置する基板載置台２上で被処理基板１５を囲む位置に配置され、前記被処理基板１５に対してプラズマ処理を施す際にプラズマを前記被処理基板に集束させるフォーカスリング５において、前記被処理基板のプラズマ処理中において、全周にわたって、その径方向外側領域が高温領域となり、径方向内側領域が低温領域となるよう、前記径方向内側領域と前記基板載置台２との間に熱伝達手段を設けるとともに、前記径方向外側領域と前記径方向内側領域との間に全周にわたって溝を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマによりエッチング処理を施される被処理基板を囲む位置に配置されるフォーカスリング、及び被処理基板を載置する基板載置台、並びにそれらを備えたプラズマ処理装置に関する。

平行平板型のプラズマ処理装置は、下部電極上に載置された被処理基板の上方に配置した上部電極に多数のガス噴出孔を設け、このガス噴出孔からエッチングガスを被処理基板全体に噴出してエッチングガスをプラズマ化し、基板全面を同時にエッチングするのが一般的である。

図１１は、プラズマ処理装置の概略を示した図である。真空のチャンバー１の内部にはガス噴出口を兼ねた上部電極２１と、基板載置台を兼ねた下部電極２とが上下に設けられている。さらに、下部電極２上に載置された被処理基板（以下、ウェハ）１５の周囲を取り囲むように、例えばシリコンからなるフォーカスリング５が設けられ構成されている。

ウェハ１５は静電チャック１６により静電吸着され、この静電チャック１６の内部には、図示されていない電源からのチャック電圧が印加される箔状の内部電極１７が設けられている。そして、ガス噴出口を兼ねた上部電極２１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ェハ１５に向かって噴出する。図示されていない真空ポンプにより真空排気を行ってチャンバー１内を所定の圧力に維持し、高周波電源１２により上部電極２１及び下部電極２の間に高周波電圧を印加すると、処理ガスがプラズマ化し被処理基板であるウェハ１５に対して所定の処理、例えばエッチングが行われる。

エッチング処理においては、ウェハ上にトレンチやホールなどの形状を垂直に加工するが、この垂直加工のために、通常ウェハには低い周波数の高周波の印加などによりバイアス電圧を発生させる。このバイアス電圧によってウェハ面に垂直な電界が発生するため、これに加速されたイオンの働きにより垂直な加工が可能となる。しかし、ウェハの端部においては電界の歪みが発生するため、バイアスが正常にかからず加工が斜めになるなどの問題が生じる。

その結果、ウェハ１５の周縁部から取得するデバイスの歩留まりが低下するといったケースが発生する。このようなエッチングの不均一性による歩留まりの低下は、ウェハが大口径になるほど著しくなる。

このような問題に対応するため、基板載置台を兼ねた下部電極２上のウェハ１５の周辺にリング状の部材であるフォーカスリング５を配置し、フォーカスリング５により見かけ上のウェハ径を大きくしている。これにより、ウェハ１５の周縁部はフォーカスリング５の周縁部となり、フォーカスリング５の周縁部をウェハ１５の周縁部として扱うことができ、ウェハ面内のエッチングレートの均一化が図られる。また、ウェハ１５周縁部のプラズマ状態の均一化を図るため、次のような技術が開示されている。

下記特許文献１では、載置台に載置された基板に対しプラズマにより処理を行う際に、プラズマ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施すために、フォーカスリングの温度がウェハの温度よりも５０℃以上高くなるよう調整する温度調整機構を設けている。ウェハの温度よりもフォーカスリングの温度が高くなるように設定すると、ウェハ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、排気流の影響によってウェハ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、その密度差を小さく抑えられる。
特開２００５−３５３８１２号公報

しかし、発明者らのこれまでの研究から得られた知見によれば、プラズマイオンの衝撃により加熱されたフォーカスリングを冷却、例えばウェハ温度と同一温度から１２０℃程度までに温度制御すると、ウェハ面内のプロセス特性差が改善されることが明らかとなっている。特に、従来問題であったウェハ最外周の幅１０ｍｍにおけるホールのボトムＣＤ（Critical Dimension）の均一性の確保とボーイングの防止ができ、プロセス特性差の改善に大きな効果があるとの知見を得ている。

一方において、フォーカスリングの温度をほぼウェハと同一の温度にすると、フォトレジスト膜の消耗レートが速くなり、フォトレジスト膜の酸化膜に対する選択比が低下し、その結果、所定の深さまでエッチングできないという問題が明らかになってきた。

そこで、本発明の課題は、ウェハのプロセス特性差の改善を図るとともに、フォトレジスト膜が各処理プロセスにおいて、所定量の残膜として維持され、酸化膜に対する選択比の低下を防止できるフォーカスリングを提供するものである。また、そのようなフォーカスリングを含む被処理基板の載置台、及びそれを備えたプラズマ処理装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の本発明は、被処理基板を載置する基板載置台上で被処理基板を囲む位置に配置され、前記被処理基板に対してプラズマ処理を施す際にプラズマを前記被処理基板に集束させるフォーカスリングにおいて、前記被処理基板のプラズマ処理中において、全周にわたって、その径方向に温度差が生じるように構成されていることを特徴とするフォーカスリングである。

請求項２に記載の発明は、径方向外側領域が高温領域となり、径方向内側領域が低温領域となるよう構成されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のフォーカスリングにおいて、前記径方向外側領域と前記径方向内側領域との間に全周にわたって溝が設けられていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のフォーカスリングにおいて、前記溝がその全周にわたり、上面及び／又は下面から内部方向に形成され、かつ外縁まで貫通せずに形成されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項３に記載のフォーカスリングにおいて、前記溝が外縁まで貫通し、２体に分割されていることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のフォーカスリングにおいて、ラビディンス形状に分割されたことを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれかに記載のフォーカスリングにおいて、前記基板載置台と、該基板載置台に接する前記径方向内側領域の接触面との間に、熱伝達手段が設けられ、前記基板載置台との熱伝達により、前記低温領域が形成されることを特徴とする。熱伝達手段としては、例えば熱伝達シート、静電チャック等が挙げられる。

請求項８に記載の発明は、請求項１から７のいずれかに記載のフォーカスリングにおいて、一部に高温化部材が載置され、プラズマ処理におけるイオン衝撃により前記高温化部材が加熱され前記高温領域が形成されることを特徴とする。高温化部材の材質としては、例えばＳｉ、ＳｉＣ、あるいはこれらの組合せが挙げられる。

請求項９に記載の発明は、請求項１から７のいずれかに記載のフォーカスリングにおいて、一部に段差部が設けられ、該段差部に高温化部材が前記段差部を埋めるように載置され、プラズマ処理におけるイオン衝撃により前記高温化部材が加熱され前記高温領域が形成されることを特徴とする。高温化部材の材質としては、Ｓｉ、Ｑ_ｚ、Ｃ、セラミック、ＳｉＣ、Ｃを含んだ導電性セラミック等が挙げられる。

請求項１０に記載の発明は、請求項１から９のいずれかに記載のフォーカスリングを備えた基板載置台である。

請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の基板載置台において、フォーカスリングを囲むように配置されるフォーカスリングのカバーリングの上面に、その外縁全周にわたって環状に配置された部材が載置されていることを特徴とする。環状に配置される部材としては、断片的に間隔をおいて円形に並べられた部材等が挙げられる。

請求項１２に記載の発明は、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、該プラズマにより基板載置台上に載置された被処理基板を処理するプラズマ処理装置の基板載置台に、前記被処理基板の周囲を囲むように載置されるフォーカスリングを備えたプラズマ処理装置であって、前記フォーカスリングは、前記被処理基板のプラズマ処理中において、その全周にわたって、径方向に、温度の異なる少なくとも２つの領域が生じるように構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置である。

請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載のプラズマ処理装置において、前記フォーカスリングの全周にわたって、外縁から径方向内側の所定点までを径方向外側領域、前記所定点から内縁までを径方向内側領域とした場合に、前記径方向外側領域の温度が、前記径方向内側領域の温度よりも高温となるように構成されていることを特徴とする。

請求項１４に記載の発明は、請求項１２又は１３に記載のプラズマ処理装置において、前記フォーカスリングには、前記径方向外側領域と前記径方向内側領域との間に、その全周にわたって環状に溝が設けられていることを特徴とする。

請求項１５に記載の発明は、請求項１４に記載のプラズマ処理装置において、前記溝が、上面及び／又は下面から内部方向に形成され、かつ外縁まで貫通せずに形成されていることを特徴とする。

請求項１６に記載の発明は、請求項１４に記載のプラズマ処理装置において、前記溝が外縁まで貫通し、２体に分割されていることを特徴とする。

請求項１７に記載の発明は、請求項１６に記載のプラズマ処理装置において、前記フォーカスリングが、ラビディンス形状に分割されたことを特徴とする。

請求項１８に記載の発明は、請求項１２から１７のいずれかに記載のプラズマ処理装置において、前記フォーカスリングの一部に高温化部材が載置され、プラズマ処理におけるイオン衝撃により前記高温化部材が加熱され前記高温領域が形成されることを特徴とする。高温化部材の材質としては、Ｓｉ、Ｑ_ｚ、Ｃ、セラミック、ＳｉＣ、Ｃを含んだ導電性セラミック等が挙げられる。

請求項１９に記載の発明は、請求項１２から１７のいずれかに記載のプラズマ処理装置において、前記フォーカスリングの一部に段差部が設けられ、該段差部に高温化部材が前記段差部を埋めるように載置されていることを特徴とする。

請求項２０に記載の発明は、請求項１２から１９のいずれかに記載のプラズマ処理装置において、フォーカスリングを囲むように配置されるフォーカスリングのカバーリングの上面に、その外縁全周にわたって環状に配置された部材が載置されていることを特徴とする。環状に配置される部材としては、断片的に間隔をおいて円形に並べられた部材等が挙げられる。

本発明により、ウェハのプロセス特性差の改善を図るとともに、フォトレジスト膜が各処理プロセスにおいて、所定量の残膜として維持され、酸化膜に対する選択比の低下を防止できるフォーカスリングを提供することが可能となった。また、そのようなフォーカスリングを含む被処理基板の載置台、及びそれを備えたプラズマ処理装置を提供することが可能になった。

以下に、本発明に基づくプラズマ処理装置をプラズマエッチング装置に適用した一実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。しかし、本発明はこれらに限定されるものではない。図１に本発明の実施に用いられるプラズマ処理装置の全体の概略構成を示す。図１において、チャンバー１は、例えばアルミニウム、ステンレス鋼等の材質からなり、内部を気密に密閉可能な円筒形のものである。このチャンバー１は接地されている。

チャンバー１の内部には、被処理基板として例えばウェハ１５が載置される基板載置台（以下、サセプタ）２が設けられている。図１に示すサセプタ２は、ウェハ１５と接触して熱交換を行うことにより、ウェハ１５の温度を調節する熱交換プレートとして用いられる。サセプタ２は、アルミニウム等の導電性及び熱伝導性に富む材質からなり、下部電極を兼ねている。

サセプタ２は、セラミックス等の絶縁性の筒状保持部３に支持されている。筒状保持部３はチャンバー１の筒状支持部４に支持されている。筒状保持部３の上面には、サセプタ２の上面を環状に囲むＳｉ等からなるフォーカスリング５が配置されている。

チャンバー１の側壁と筒状支持部４との間には、環状の排気路６が形成されている。この排気路６の入口又は途中に環状のバッフル板７が取り付けられる。排気路６の底部は排気管８を介して排気装置９に接続される。排気装置９は、真空ポンプを有しており、チャンバー１内の空間を所定の真空度まで減圧する。チャンバー１の側壁には、ウェハ１５の搬入出口１０を開閉するゲートバルブ１１が取り付けられる。

サセプタ２には、プラズマ生成用の高周波電源１２が、整合器１３及び給電棒１４を介して電気的に接続される。高周波電源１２は、例えば２ＭＨｚ程度の低い周波数の電力をサセプタ２が兼ねる下部電極に供給する。

チャンバー１の天井部には、下部電極であるサセプタ２と対向するように上部電極２１が設けられている。上部電極２１は、内部が中空構造とされた円板状に形成されており、その下面側には、多数のガス噴出孔２２が設けられ、シャワーヘッドを構成している。そして、処理ガス供給部から供給されたエッチングガスを、このガス導入管２３によって、上部電極２１内の中空部分に導入し、この中空部分から、ガス噴出孔２２を介して、チャンバー１に均一に分散させて供給する。

サセプタ２の上面には、ウェハ１５を静電吸着力で保持するために、セラミックス等の誘電体からなる静電チャック１６が設けられている。静電チャック１６の内部には、導電体例えば銅、タングステン等の導電膜からなる内部電極１７が埋め込まれている。

内部電極１７には高電圧、例えば２５００Ｖ，３０００Ｖ等の直流電源（図示していない）がスイッチを介して電気的に接続されており、内部電極１７に直流電圧が印加されると、クーロン力又はジョンソン・ラーベック力によりウェハ１５が静電チャック１６に吸着保持される。

サセプタ２の内部には、熱媒体（流体）流路１８が設けられる。この熱媒体流路１８には、温度調節ユニット（図示していない）より配管２０を介して、所定温度の熱媒体、例えば熱水又は冷水が循環供給される。

静電チャック１６とウェハ１５の裏面との間には、伝熱ガス供給部（図示していない）からの伝熱ガス、例えばＨｅガスがガス供給管２４を介して供給され、この伝熱ガスは、静電チャック１６、すなわちサセプタ２とウェハ１５との間の熱伝導を促進させる。

図２は、本発明の一実施形態におけるフォーカスリング５の基本的な構造を示した図である。フォーカスリング５は、コールド部５０ａとホット部５０ｂの２つの領域から構成されている。

フォーカスリング５の設定温度としては、例えば、コールド部５０ａの温度をウェハ１５の温度に対し±５０℃の範囲で設定し、ホット部５０ｂはウェハ１５の温度よりも＋１００℃で設定する。あるいは、コールド部５０ａの温度を０℃から１００℃とし、ホット部５０ｂはコールド部５０ａよりも高い温度とし、最高６００℃の範囲で設定してもよい。図２（ａ）においては、ホット部５０ｂ（高温領域）とコールド部５０ａ（低温領域）の２つの温度領域が、プラズマ処理中に形成される構成としているが、３つ以上の温度領域が形成されるような構成としてもよく、温度勾配がつくような構成としてもよい。

コールド部５０ａとホット部５０ｂの温度を設定する方法としては、例えば、それぞれの領域に独立して温度制御可能なヒータや冷媒ガス管を埋め込むことで実現することができる。また、静電チャック１６とフォーカスリング５との間に熱伝導度の異なる熱伝達シート１０１を設けることで、ホット部とコールド部とで温度差がつくような構成としてもよい。

図２（ｂ）は、フォーカスリングの全周にわたって、ホット部５０ｂとコールド部５０ａとが形成されるときの状況を示した図である。図２（ｂ）においては、フォーカスリング５の外縁から径内側方向に、フォーカスリング５の全幅の１／３の幅でホット部５０ｂを形成し、その内側にコールド部５０ａを内縁まで形成している。

（実施例１）
図３は、本発明の一実施例として、プラズマ処理中に、フォーカスリング５に温度差が生じる２つの領域を形成するための構造を示した図である。このフォーカスリング５は、図３に示すように、フォーカスリング５の外周から径方向内側の全幅の約１／３の地点に、溝を全周にわたって環状に形成した構造となっている。

図３（ａ）はフォーカスリング５が静電チャックと接する面側（下面側）に溝１００ａを形成した場合であり、図３（ｂ）は上面側に溝１００ｂを形成した場合である。空洞の溝１００ａまたは１００ｂを形成することにより、コールド部とホット部との熱伝達率を低くすることができる。

コールド部は、その下側に熱伝達シート１０１が設けられ、サセプタ２との熱交換が促進されるように構成されている。一方、フォーカスリング５はプラズマにより生じたイオンの衝突により加熱されるが、ホット部の下側には熱伝達シート１０１が設けられていないためコールド部のように冷却されない。

また、ホット部とコールド部との間に、中空の溝１００ａまたは１００ｂが介在しているため、コールド部との熱交換も十分に行われない。これらにより、プラズマ処理中にフォーカスリング５にコールド部とホット部の２つの温度領域を生じさせることができる。なお、溝１００ａ，ｂは、レーザーや刃物での機械的な加工や、蝕刻による化学的な加工等により形成すればよい。また、溝１００ａ，ｂ内は空洞であってもよいが、熱伝達率の低い媒体、あるいはプロセス特性に応じた所定の熱伝達率の媒体を封入してもよい。

図４は、フォーカスリング５を２体型とした場合の構造を示した図である。フォーカスリング５の外縁部の全周にわたって、段差がフォーカスリング５の全幅の１／３程度の幅で環状に設けられている。形成する段差の高さとしては、フォーカスリング５の厚さの半分前後、例えば１〜３ｍｍ程度が好適である。

段差部には、その形状に合った高温化部材１０２を載置する。フォーカスリング５をこのような構造とすることにより、ウェハをプラズマ処理中において、コールド部はサセプタ２との熱交換により所定の温度に設定されるが、一方において、ホット部の高温化部材１０２は段差部に載置されているのみであることから、高温化部材１０２とフォーカスリング５の間は真空断熱となり、フォーカスリング５との熱交換はほとんど行われない。また、図３の実施例と同様にホット部の領域には熱伝達シート１０１が設けられていない。その結果、フォーカスリング５のホット部は、コールド部よりも温度が上昇する。そのため、高温化部材１０２は、プラズマにより生じたイオンの衝撃により加熱され高温となる。従って、フォーカスリング５をこのような構造とすることにより、プラズマ処理中にホット部とコールド部という温度差のある２つの領域を、フォーカスリング５に形成することができる。

図５は、溝１００ｃがフォーカスリング５の上面と下面の間で貫通している場合の構造を示した図である。図５（ａ）は溝１００ｃがストレートに貫通している場合であり、図５（ｂ）は溝１００ｄがラビディンス形状で貫通している場合である。図５（ａ）のように溝１００ｃがフォーカスリング５の上面と下面の間で貫通することにより、より完全にコールド部との熱交換を遮断することができる。しかし、このようなストレートに分割した構造の場合、プラズマが溝１００ｃを通過し、下面の静電チャックに衝突することで静電チャック等を痛める場合がある。そこで、溝１００ｄのようなラビディンス形状で分割することすることにより、プラズマ衝撃による静電チャック等の損傷を防止することができる。

図６に示すフォーカスリング５の構造は、図３（ａ）に示す構造のホット部に加熱用のヒータ１０３ａ，ｂを設けるとともに、加熱用ヒータ１０３ａと１０３ｂとの間に溝１００ｆを、さらに加熱用ヒータ１０３ｂより径方向内側に１００ｅを設けたものである。加熱用ヒータ１０３ａ，ｂをホット部に設けることにより、ホット部の加熱温度を制御し、より高精度にその温度を調節することができる。また、加熱用ヒータ１０３を複数個設けるとともに、溝１００を複数個設けることにより、フォーカスリング５の外側方向に従い高温となるような温度勾配をつけることができる。

図７は、フォーカスリング５に２つの静電チャックを独立して設けた場合の構造を示した図である。ホット部とコールド部のそれぞれに、吸着用電極１０４ａ，ｂとそれぞれに熱伝達用のガス配管（図示していない）を設けることにより、より完全にホット部とコールド部との温度を制御することができる。なお、図７においては、吸着用電極１０４ａ，ｂは独立しているが、電極は同一とし、熱伝達用のガス配管のみを独立した構成としてもよい。さらに、吸着用電極１０４ａ，ｂとガス配管（図示していない）をコールド部のみに設置するようにしてもよい。

図８は、ホット部をフォーカスリング５とは別に形成する場合の構造を示した図である。図８（ａ）は、フォーカスリング５の外側領域の上面に、全周にわたり断面がＴ型のホット部１０５を形成した場合の構造を示した図である。この場合は、Ｔ型のホット部の高さは１〜５ｍｍ程度が適当である。また、図８（ａ）においては、その幅をフォーカスリング５の全幅の約１／３を目安としているが、処理プロセスに応じて可変とすることが好ましい。このような構成とすることにより、Ｔ型のホット部１０５の上面のみならず側面の温度の影響を用い、プラズマ状態の最適化を図ることができる。また、Ｔ型だけでなく、Ｌ型や逆Ｌ型にすることで、冷却されているフォーカスリング５との接触面を減らし急速に温度を上昇させることができる。

図８（ｂ）はホット部１０６をフォーカスリングのカバーリング２５上に、全周にわたり形成した場合の構造を示した図である。ホット部１０６の高さは、１〜５ｍｍ程度が適当である。このような構成とすることで、図８（ａ）と同様に、ホット部１０６の上面のみならず側面の温度をプラズマ状態の最適化のため用いることができる。

（比較例）
図９は、口径３００ｍｍのブランケットウェハにより、図４に示した構造のフォーカスリングと従来のフォーカスリングのエッチングレートについて比較実験を行った結果を示したグラフである。酸化膜のエッチングレートの比較実験結果を図９（ａ）に、フォトレジストのエッチングレートの比較実験結果を図９（ｂ）に示す。横軸の０点はブランケットウェハの中心点を示し、±１５０の点はブランケットウェハの両端を示す。また、図９（ａ）の縦軸は、酸化膜のエッチングレートであり、中心の値をもとに規格化している。中心よりもエッチングレートが速くなると１より大きな値となり、遅くなると１より小さな値となる。

図９において、ＳＴＤ ＦＲφ３６０とは、ウェハ３００ｍｍ用のフォーカスリング（幅３０ｍｍ）を用い、プラズマ処理中にその温度をウェハの温度とほぼ同じ温度に調節した場合である。ＦＲφ３４０とは、ブランケットウェハの中心（０点）より１７０ｍｍの位置から径方向外側に１０ｍｍの幅で図４に示すような高温化部材１０２を載置し、コールド部はウェハの温度とほぼ同じ温度に調節した場合である。

また、ＦＲφ３３０とは、ブランケットウェハの中心（０点）より１６５ｍｍの位置から径方向外側に１５ｍｍの幅で図４に示すような高温化部材１０２を載置し、コールド部はウェハの温度とほぼ同じ温度に調節した場合である。

また、ＦＲφ３２０とは、ブランケットウェハの中心（０点）より１６０ｍｍの位置から径方向外側に２０ｍｍの幅で図４に示すような高温化部材１０２を載置し、コールド部はウェハの温度とほぼ同じ温度に調節した場合である。この実験を行うにあたっての環境条件（エッチングガス、圧力、ＨＦ／ＬＦパワー等）は、ＣｕＦ_６／Ａｒ／Ｏ_２＝６０／４００／５５ｓｃｃｍ、１５ｍＴｏｒｒ、２７００ｗ／４５００ｗである。また、フォーカスリングのホット部の温度は約５５０℃、コールド部の温度は約１００℃である。ウェハの推定温度は約８０℃である。

図９（ａ）に示す酸化膜のエッチングレートの場合、ＳＴＤ ＦＲφ３６０では、ウェハの周縁から径方向内側に５０ｍｍの位置より、酸化膜のエッチングレートが中央部に比較して速くなり、ウェハ周縁から１０ｍｍの位置より急激にエッチングレートが速くなっている。ウェハ周縁においては、中央部よりも約１５％も速いエッチングレートとなっている。これに対して、本発明の実施例であるフォーカスリングの場合は、いずれもＳＴＤ ＦＲφ３６０に比較して、エッチングレートの増加を抑制できている。特に、この条件のプロセスにおいては、ＦＲφ３２０が最も効果的であった。

図９（ｂ）に示すフォトレジストのエッチングレートの場合、ＳＴＤ ＦＲφ３６０では、ウェハ周縁から５０ｍｍの位置よりエッチングレートが速くなり、ウェハ周縁においては中央部よりも約２倍以上も速くなっている。これに対して、本発明の実施例であるフォーカスリングの場合、いずれもＳＴＤ ＦＲφ３６０に比較して、ウェハ周縁から５０ｍｍの位置よりエッチングレートの増加を低く抑えることができている。特に、ＦＲφ３３０では、ウェハ周縁と中央部とのエッチングレートがほぼ同じ程度となっている。

一方、ＦＲφ３２０では、中央部よりも周縁方向にいくにつれエッチングレートが遅くなる傾向を示している。これらから、フォーカスリングの面内に温度差をつけ、その温度差を制御することにより、酸化膜のエッチングレートとフォトレジストのエッチングレートを自在に制御できることがわかった。

図１０（ａ）は、口径３００ｍｍの酸化膜上にレジストパターンが付いたウェハの位置（センターが“０”）と、ボトムＣＤのサイズとの関係を示したグラフである。なお、図中のＳＴＤ ＦＲφ３６０、ＦＲφ３４０、及びＦＲφ３２０は、図９におけるものと同じフォーカスリングである。

図１０（ａ）に示すように、ＳＴＤ ＦＲφ３６０の場合、ホールのボトムＣＤはウェハの中央部と周縁で大差なく、プロセス特性差がほとんど生じていない。また、ＦＲφ３４０もほぼ同様の傾向を示しており、ウェハの中央部と周縁におけるプロセス特性差がほとんど生じていない。一方、ＦＲφ３２０では、ウェハ周縁から１０ｍｍの位置よりボトムＣＤが２０ｎｍ以上小さくなり、ウェハ周縁において、ボトムＣＤが急激に減少している。

図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示すウェハと同じウェハであって、ウェハの位置（センターが“０”）と、酸化膜上のフォトレジストの残膜量との関係を示したグラフである。ＳＴＤ ＦＲφ３６０の場合、１００ｍｍからウェハ周縁に向けてフォトレジストの残膜量が急激に減少している。これに対して、ＦＲφ３４０では、特に１２０ｍｍからウェハ周縁に向けてフォトレジストの残膜量の減少を半分以下に抑えることができている。一方、ＦＲφ３２０では、ウェハ周縁から３０ｍｍの位置よりフォトレジストの残膜量が増加する傾向となっている。

これらの結果から、フォーカスリングの面内に温度差を設けることにより、ボトムＣＤを適正に維持するとともに、フォトレジストの残膜量を適正に維持できることが実証できた。すなわち、フォーカスリングの面内に温度の異なる領域を形成すれば、ボトムＣＤ（Critical Dimension）の均一性を確保でき、プロセスの特性差を改善できるとともに、これまで課題であった、ボトムＣＤの均一性を確保するとフォトレジスト膜の消耗レートが速くなり、その結果、所定の深さまでエッチングできず、フォトレジスト膜の酸化膜に対する選択比が低下する、という相反する課題を、本発明により解決することができた。なお、フォーカスリングの面内に温度差を設けることにより、ボーイングを防止することができることも明らかになっている。

本発明の一実施例であるプラズマ処理装置の全体の概略構成を示す図 本発明の一実施形態におけるフォーカスリングの基本的な構造を示す図 フォーカスリングに温度差が生じる領域を形成するための構造を示す図 フォーカスリングを２体型とした場合の構造を示す図 溝がフォーカスリングの下側の外縁まで貫通している構造を示す図 フォーカスリングのホット部に加熱用のヒータと溝を設けた場合を示す図 フォーカスリングに２つの静電チャックを独立して設けた場合の構造を示す図 ホット部をフォーカスリングとは別に形成する場合の構造を示す図 酸化膜のエッチングレート、及びフォトレジストのエッチングレートについて、従来のフォーカスリングと比較実験を行った結果を示すグラフ ウェハの位置とボトムＣＤのサイズとの関係、及びウェハの位置とフォトレジストの残膜量との関係を示すグラフ プラズマ処理装置の概略を示す図

符号の説明

１ チャンバー
２ 下部電極（サセプタ；載置台）
３ 筒状保持部
４ 筒状支持部
５ フォーカスリング
６ 排気路
７ バッフル板
８ 排気管
９ 排気装置
１０ ウェハの搬入出口
１１ ゲートバルブ
１２ 高周波電源
１３ 整合器
１４ 給電棒
１５ ウェハ（基板）
１６ 静電チャック
１７ 内部電極
１８ 熱媒体流路
２０ 配管
２１ 上部電極
２２ ガス噴出孔
２３ ガス導入管
２４ ガス供給管
２５ カバーリング
５０ａ コールド部
５０ｂ ホット部
１００ａ，１００ｂ 溝
１０１ 熱伝達シート
１０２ 高温化部材
１０３ａ，１０３ｂ 加熱用ヒータ
１０４ａ，１０４ｂ 吸着用電極
１０５ Ｔ型のホット部
１０６ ホット部

Claims (20)

1. 被処理基板を載置する基板載置台上で被処理基板を囲む位置に配置され、前記被処理基板に対してプラズマ処理を施す際にプラズマを前記被処理基板に集束させるフォーカスリングにおいて、
   前記被処理基板のプラズマ処理中において、全周にわたって、その径方向に温度差が生じるように構成されていることを特徴とするフォーカスリング。
2. 径方向外側領域が高温領域となり、径方向内側領域が低温領域となるよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載のフォーカスリング。
3. 前記径方向外側領域と前記径方向内側領域との間に全周にわたって溝が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のフォーカスリング。
4. 前記溝がその全周にわたり、上面及び／又は下面から内部方向に形成され、かつ外縁まで貫通せずに形成されていることを特徴とする請求項３に記載のフォーカスリング。
5. 前記溝が外縁まで貫通し、２体に分割されていることを特徴とする請求項３に記載のフォーカスリング。
6. ラビディンス形状に分割されたことを特徴とする請求項５に記載のフォーカスリング。
7. 前記基板載置台と、該基板載置台に接する前記径方向内側領域の接触面との間に、熱伝達手段が設けられ、前記基板載置台との熱伝達により、前記低温領域が形成されることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のフォーカスリング。
8. 一部に高温化部材が載置され、プラズマ処理におけるイオン衝撃により前記高温化部材が加熱され前記高温領域が形成されることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のフォーカスリング。
9. 一部に段差部が設けられ、該段差部に高温化部材が前記段差部を埋めるように載置され、プラズマ処理におけるイオン衝撃により前記高温化部材が加熱され前記高温領域が形成されることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のフォーカスリング。
10. 請求項１から９のいずれかに記載のフォーカスリングを備えた基板載置台。
11. フォーカスリングを囲むように配置されるフォーカスリングのカバーリングの上面に、その外縁全周にわたって環状に配置された部材が載置されていることを特徴とする請求項１０に記載の基板載置台。
12. 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、該プラズマにより基板載置台上に載置された被処理基板を処理するプラズマ処理装置の基板載置台に、前記被処理基板の周囲を囲むように載置されるフォーカスリングを備えたプラズマ処理装置であって、
    前記フォーカスリングは、前記被処理基板のプラズマ処理中において、その全周にわたって、径方向に、温度の異なる少なくとも２つの領域が生じるように構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
13. 前記フォーカスリングの全周にわたって、外縁から径方向内側の所定点までを径方向外側領域、前記所定点から内縁までを径方向内側領域とした場合に、前記径方向外側領域の温度が、前記径方向内側領域の温度よりも高温となるように構成されていることを特徴とする請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
14. 前記フォーカスリングには、前記径方向外側領域と前記径方向内側領域との間に、その全周にわたって環状に溝が設けられていることを特徴とする請求項１２又は１３に記載のプラズマ処理装置。
15. 前記溝がその全周にわたり、上面及び／又は下面から内部方向に形成され、かつ外縁まで貫通せずに形成されていることを特徴とする請求項１４に記載のプラズマ処理装置。
16. 前記溝が外縁まで貫通し、２体に分割されていることを特徴とする請求項１４に記載のプラズマ処理装置。
17. 前記フォーカスリングが、ラビディンス形状に分割されたことを特徴とする請求項１６に記載のプラズマ処理装置。
18. 前記フォーカスリングの一部に高温化部材が載置され、プラズマ処理におけるイオン衝撃により前記高温化部材が加熱され前記高温領域が形成されることを特徴とする請求項１２から１７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
19. 前記フォーカスリングの一部に段差部が設けられ、該段差部に高温化部材が前記段差部を埋めるように載置されていることを特徴とする請求項１２から１７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
20. フォーカスリングを囲むように配置されるフォーカスリングのカバーリングの上面に、その外縁全周にわたって環状に配置された部材が載置されていることを特徴とする請求項１２から１９のいずれかに記載のプラズマ処理装置。

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