JP2011176228A

JP2011176228A - プラズマ処理装置及びフォーカスリング

Info

Publication number: JP2011176228A
Application number: JP2010040622A
Authority: JP
Inventors: Tsubasa Miura; 翼三浦
Original assignee: Oki Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Lapis Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2010-02-25
Filing date: 2010-02-25
Publication date: 2011-09-08

Abstract

【課題】被処理体のエッチングレートの均一性を悪化させず、フォーカスリングがエッチングされることによるパーティクルの発生を減らすことができるプラズマ処理装置及びフォーカスリングを提供する。
【解決手段】プラズマ処理装置は、エッチングガスが供給されるチャンバ１と、チャンバ１内に配置され、互いに対向する上部電極２及び下部電極１１と、被処理体であるウエハ４の外周を囲むフォーカスリング１３と、フォーカスリング１３の外周を囲むインシュレータリング１４とを備え、フォーカスリング１３は、ウエハ４側を構成する第１のフォーカスリング部分１３ａと、インシュレータリング１４側を構成する第２のフォーカスリング部分１３ｂとを有し、第２のフォーカスリング部分１３ｂは、第１のフォーカスリング部分１３ａよりも導電性が低く、インシュレータリング１４よりも導電性が高い。
【選択図】図２

Description

本発明は、ドライエッチング処理を行うプラズマ処理装置及びこの装置に使用されるフォーカスリングに関するものである。

半導体製造プロセスなどにおける微細加工に、ドライエッチング装置、例えば、プラズマ処理装置が広く利用されている（例えば、特許文献１及び２参照）。図１は、従来のプラズマ処理装置の一部を概略的に示す断面図である。従来のプラズマ処理装置においては、ウエハ４が載置される静電チャック４２を備えた下部電極４１の径方向外側（図１においては、右側）に、被処理体としてのウエハ４を囲むＳｉフォーカスリング４３が配置され、その径方向外側にインシュレータリング４４（上部インシュレータリング４４ａ及び下部インシュレータリング４４ｂ）が配置されている。上部インシュレータリング４４ａは、ドライエッチング処理を行う際に、矢印Ａで示すように、ウエハ４及びＳｉフォーカスリング４３側にプラズマを集束させてウエハ側のプラズマ密度を高める働きを持つ。

特開２００５−１６７０８８号公報特開２００７−３２４１８６号公報

しかしながら、上記従来のプラズマ処理装置では、Ｓｉフォーカスリングとインシュレータリングの境界領域にプラズマが集中して、ウエハ表面のプラズマの均一性が崩れ、ウエハ外周部の領域のプラズマ密度がウエハ中心側のプラズマ密度より高くなる。このため、エッチングレートの面内均一性が悪化したり、Ｓｉフォーカスリング外周がエッチングされることによるパーティクルの発生が顕著になったりするという問題があった。

そこで、本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、被処理体のエッチングレートの均一性を悪化させず、フォーカスリングがエッチングされることによるパーティクルの発生を減らすことができるプラズマ処理装置及びフォーカスリングを提供することにある。

本発明の一態様に係るプラズマ処理装置は、エッチングガスが供給されるチャンバと、前記チャンバ内に配置され、互いに対向する第１の電極及び第２の電極と、前記第２の電極に載置された被処理体の外周を囲むフォーカスリングと、前記フォーカスリングの外周を囲むインシュレータリングとを備え、前記フォーカスリングは、該フォーカスリングの前記被処理体側を構成する第１のフォーカスリング部分と、該フォーカスリングの前記インシュレータリング側を構成する第２のフォーカスリング部分とを有し、前記第２のフォーカスリング部分は、前記第１のフォーカスリング部分よりも導電性が低く、前記インシュレータリングよりも導電性が高い材料で構成されることを特徴としている。

本発明の他の態様に係るプラズマ処理装置は、エッチングガスが供給されるチャンバと、前記チャンバ内に配置され、互いに対向する第１の電極及び第２の電極と、前記第２の電極に載置された被処理体の外周を囲むフォーカスリングと、前記フォーカスリングの外周を囲むインシュレータリングとを備え、前記フォーカスリングは、該フォーカスリングの前記インシュレータリング側の表面に耐プラズマコーティングを施した耐プラズマコート部を有することを特徴としている。

本発明の一態様に係るフォーカスリングは、ドライエッチング処理において、被処理体の外周を囲み、インシュレータリングの径方向内側に配置されるフォーカスリングであって、前記被処理体側を構成する第１のフォーカスリング部分と、前記インシュレータリング側を構成する第２のフォーカスリング部分とを有し、前記第２のフォーカスリング部分は、前記第１のフォーカスリング部分よりも導電性が低く、前記インシュレータリングよりも導電性が高い材料で構成されることを特徴としている。

本発明の他の態様に係るフォーカスリングは、エッチングガスが供給されるチャンバと、前記チャンバ内に配置され、互いに対向する第１の電極及び第２の電極と、前記第２の電極に載置された被処理体の外周を囲むフォーカスリングと、前記フォーカスリングの外周を囲むインシュレータリングとを備え、前記フォーカスリングは、該フォーカスリングの前記インシュレータリング側の表面に耐プラズマコーティングを施した耐プラズマコート部を有することを特徴としている。

本発明によれば、被処理体の外周側における過度のプラズマ集中を防止することができるので、被処理体のエッチングレートの面内均一性の悪化を防止できるという効果がある。

従来のプラズマ処理装置の一部を概略的に示す断面図である。本発明に係る第１の実施形態のプラズマ処理装置の構成を概略的に示す図である。第１の実施形態のプラズマ処理装置の下部電極側構造体を概略的に示す断面図である。第１の実施形態のプラズマ処理装置の下部電極側構造体を概略的に示す平面図である。第２の実施形態のプラズマ処理装置の下部電極側構造体を概略的に示す断面図である。第２の実施形態のプラズマ処理装置の下部電極側構造体を概略的に示す平面図である。第３の実施形態のプラズマ処理装置の下部電極側構造体を概略的に示す断面図である。第３の実施形態のプラズマ処理装置の下部電極側構造体を概略的に示す平面図である。実施形態の変形例のプラズマ処理装置の下部電極側構造体を概略的に示す断面図である。実施形態の他の変形例のプラズマ処理装置の下部電極側構造体を概略的に示す断面図である。

第１の実施形態．
図２は、本発明に係る第１の実施形態のプラズマ処理装置の構成を概略的に示す図である。図２に示されるように、第１の実施形態のプラズマ処理装置は、エッチングガス供給系（図示せず）からエッチングガスＢが供給されるチャンバ１と、チャンバ１内に配置された上部電極２と、チャンバ１内に配置され、被処理体としてのウエハ４が載置される下部電極側構造体３とを有している。また、第１の実施形態のプラズマ処理装置は、高周波（ＲＦ）電力を供給するＲＦ電源５と、インピーダンス整合のためのマッチャー６と、直流電圧を供給する高圧直流電源７とを有している。

図３は、第１の実施形態のプラズマ処理装置の下部電極側構造体を概略的に示す断面図であり、図４は、第１の実施形態のプラズマ処理装置の下部電極側構造体３を概略的に示す平面図である。図３又は図４に示されるように、下部電極側構造体３は、上部電極２と対向配置された下部電極１１と、下部電極１１上に備えられた（又は、下部電極１１の上部を構成する）静電チャック１２と、ウエハ４の外周を囲むフォーカスリング１３と、フォーカスリング１３の外周を囲むインシュレータリング１４とを備えている。第１の実施形態においては、上部電極２はグランドに接続され、下部電極１１はマッチャー６を介してＲＦ電源５に接続されており、静電チャック１２内の電極は高圧直流電源７に接続されている。

フォーカスリング１３は、ウエハ４側を構成する第１のフォーカスリング部分１３ａと、インシュレータリング１４側を構成する第２のフォーカスリング部分１３ｂとを有している。第２のフォーカスリング部分１３ｂは、第１のフォーカスリング部分１３ａよりも導電性が低く、インシュレータリング１４よりも導電性が高い材料で構成されている。また、第２のフォーカスリング部分１３ｂは、第１のフォーカスリング部分１３ａよりも耐プラズマエッチング性の高い材料で構成されることが望ましい。第１のフォーカスリング部分１３ａは、例えば、Ｓｉ（シリコン）で構成され、第２のフォーカスリング部分１３ｂは、例えば、ＳｉＣで構成される。

インシュレータリング１４は、ウエハ４の外側の上側インシュレータリング部分１４ａと、その下に配置された下側インシュレータリング部分１４ｂとを有している。インシュレータリング１４は、例えば、石英などの絶縁性材料で構成される。

図２に示されるように、下部電極１１の上面の静電チャック１２には、ウエハを静電吸着するために、高圧直流電源７から直流電圧が印加され、プロセスガスがチャンバ１内に供給された所定の圧力下で、下部電極１１にＲＦ電力を印加し、上部電極２と下部電極１１間にプラズマを発生させて、ウエハ４のドライエッチング処理を行う。

このとき、図３に示されるように、第１のフォーカスリング部分１３ａの径方向外側（図３における右側）であって、第１のインシュレータリング部分１４ａの径方向内側（図３における左側）にＳｉＣからなる導電性部材である第２のフォーカスリング部分１４ｂを配置することで、エッチング処理時にプラズマが第２のフォーカスリング部分１３ｂに引き込まれて集中する。このため、ウエハ４上及び第１のフォーカスリング部分１３ａ上でプラズマ密度の分布の均一性は高くなる。これは、従来例においてＳｉフォーカスリング外周部に集中していたプラズマを、第２のフォーカスリング部分１３ｂに集中させることによって、プラズマをウエハ４の径方向外側に移動させることができ、ウエハ４及び第１のフォーカスリング部分１３ａ上のプラズマ密度の均一性を改善することができるからである。

第１の実施形態のプラズマ処理装置又はフォーカスリング１３によれば、高密度のプラズマに曝される第１のフォーカスリング部分１３ａの外周部のエッチング（削れ）を低減することができる。

第１の実施形態のプラズマ処理装置又はフォーカスリング１３によれば、第２のフォーカスリング部分１３ｂにより、ウエハ４上の外周側における過度のプラズマ集中を防止することができるので、ウエハ４のエッチングレートの面内均一性の悪化を防止できる。

また、第１の実施形態のプラズマ処理装置又はフォーカスリ上ング１３によれば、フォーカスリング１３上の外周側における過度のプラズマ集中を防止することができるので、第１のフォーカスリング部分１３ａがエッチングされる（削られる）ことによるパーティクルの発生を低減させることができる。さらに、一定周期で交換しなければならない第１のフォーカスリング部分１３ａの交換周期を長くすることができる。

第２の実施形態
図５は、第２の実施形態のプラズマ処理装置の下部電極側構造体３ａを概略的に示す断面図であり、図６は、第２の実施形態のプラズマ処理装置の下部電極側構造体３ａを概略的に示す平面図である。なお、第２の実施形態の説明に際しては、図２をも参照する。

第２の実施形態のプラズマ処理装置の下部電極側構造体３ａは、第１の実施形態のプラズマ処理装置の下部電極側構造体３に対応する。また、第２の実施形態のプラズマ処理装置の下部電極２１、静電チャック２２、ｘ、インシュレータリング２４（第１のインシュレータリング部分２４ａ、第２のインシュレータリング部分２４ｂ）は、第１の実施形態のプラズマ処理装置の下部電極１１、静電チャック１２、フォーカスリング１３（第１のフォーカスリング部分１３ａ、第２のフォーカスリング部分１３ｂ）、インシュレータリング１４（第１のインシュレータリング部分１４ａ、第２のインシュレータリング部分１４ｂ）にそれぞれ対応する。

第２の実施形態のプラズマ処理装置及びフォーカスリング２３は、第２のフォーカスリング部分２３ｂをアルミナで形成した点が、第２のフォーカスリング部分１３ｂをＳｉＣで形成した第１の実施形態のプラズマ処理装置及びフォーカスリング１４と相違する。第２の実施形態、他の点は、第１の実施形態と同じである。第２の実施形態のプラズマ処理装置及びフォーカスリング２３は、第２のフォーカスリング部分２３ｂを耐プラズマ性により優れたアルミナで形成したことによって、フォーカスリング２４の耐久性を向上させている。

第２の実施形態のプラズマ処理装置又はフォーカスリング２３によれば、第２のフォーカスリング部分２３ｂにより、ウエハ４上の外周側における過度のプラズマ集中を防止することができるので、ウエハ４のエッチングレートの面内均一性の悪化を防止できる。

また、第２の実施形態のプラズマ処理装置又はフォーカスリ上ング２３によれば、フォーカスリング２３上の外周側における過度のプラズマ集中を防止することができるので、第１のフォーカスリング部分２３ａがエッチングされる（削られる）ことによるパーティクルの発生を低減させることができる。さらに、一定周期で交換しなければならない第１のフォーカスリング部分２３ａの交換周期を一層長くすることができる。

第３の実施形態．
図７は、第３の実施形態のプラズマ処理装置の下部電極側構造体３ｂを概略的に示す断面図であり、図８は、第３の実施形態のプラズマ処理装置の下部電極側構造体３ｂを概略的に示す平面図である。なお、第３の実施形態の説明に際しては、図２をも参照する。

第３の実施形態のプラズマ処理装置の下部電極側構造体３ｂは、第１の実施形態のプラズマ処理装置の下部電極側構造体３に対応する。また、第３の実施形態のプラズマ処理装置の下部電極３１、静電チャック３２、フォーカスリング３３、インシュレータリング３４（第１のインシュレータリング部分３４ａ、第２のインシュレータリング部分３４ｂ）は、第１の実施形態のプラズマ処理装置の下部電極１１、静電チャック１２、フォーカスリング１３、インシュレータリング１４（第１のインシュレータリング部分１４ａ、第２のインシュレータリング部分１４ｂ）にそれぞれ対応する。

第３の実施形態のプラズマ処理装置及びフォーカスリング３３は、フォーカスリング３３自体が２つの部分から構成されるのではなく、１つの部分から構成されており、フォーカスリング３３のインシュレータリング側の表面に耐プラズマコーティングを施した耐プラズマコート部３３ｂを有する点が、第１の実施形態のプラズマ処理装置及びフォーカスリング１４と相違する。第３の実施形態、他の点は、第１の実施形態と同じである。

フォーカスリング３３は、例えば、Ｓｉフォーカスリングである。耐プラズマコート部３３ｂは、図７及び図８に示されるように、フォーカスリング３３の外周縁部（角部）、外周側壁部（垂直部）、外周上面部（水平部）からなる。耐プラズマコート部３３ｂは、耐プラズマ性を向上させるためのコーティングであり、イットリア（酸化イットリウム）コート、アルマイトコートなどが使用される。

第３の実施形態のプラズマ処理装置及びフォーカスリング３３は、耐プラズマコート部３３ｂを耐プラズマ性により優れた材料で形成したことによって、特に、プラズマが集中しやすいフォーカスリング３３の外周縁部を耐プラズマコート部３３ｂで覆うので、フォーカスリング３３の耐久性を向上することができる。また、フォーカスリング３３の外周縁部を耐プラズマコート部３３ｂで覆うので、フォーカスリング３３上面の耐プラズマコート部３３ｂとの境界付近３３ｃでエッチングが顕著になる傾向が予想されるが、フォーカスリング３３の外周縁部の削れとは異なり、水平面のエッチングによるパーティクルの発生量は角部のエッチングによるパーティクルの発生量に比べて少ない。

以上に説明したように、第３の実施形態のプラズマ処理装置又はフォーカスリング３３によれば、耐プラズマコート部３３ｂにより、ウエハ４上の外周側における過度のプラズマ集中を防止することができるので、ウエハ４のエッチングレートの面内均一性の悪化を防止できる。

また、第３の実施形態のプラズマ処理装置又はフォーカスリ上ング３３によれば、フォーカスリング３３上の外周側における過度のプラズマ集中を防止することができるので、フォーカスリング部分３３の角部がエッチングされる（削られる）ことによるパーティクルの発生を低減させることができる。さらに、一定周期で交換しなければならないフォーカスリング３３の交換周期を一層長くすることができる。

第３の実施形態の場合、従来のＳｉフォーカスリングに耐プラズマコーティングするのみで実現可能であるため、第１及び第２の実施形態のように、新たに導電性部材を導入するよりも加工が容易である。

変形例．
図９は、第１又は第２の実施形態の変形例のプラズマ処理装置の下部電極側構造体３ｃを概略的に示す断面図である。図９において、図３の構成と同一又は対応する構成には、同じ符号を付す。図９の変形例のプラズマ処理装置のフォーカスリング５３は、第１のフォーカスリング部分５３ａ、第２のフォーカスリング部分５３ｂを有する点は、第１又は第２の実施形態のものと同じであるが、第１のフォーカスリング部分５３ａの外周縁部（角部）５３ｃの断面の角度αを９０度よりも大きい鈍角にして、電界の集中を緩和している点が、第１又は第２の実施形態と相違する。この変形例によれば、第１のフォーカスリング部分５３ａの外周縁部（角部）５３ｃの電界の集中を緩和しているので、この部分のプラズマの集中を緩和することができる。

図１０は、第１乃至第３の実施形態の変形例のプラズマ処理装置の下部電極側構造体３ｄを概略的に示す断面図である。図１０において、図３の構成と同一又は対応する構成には、同じ符号を付す。図１０の変形例のプラズマ処理装置のフォーカスリング６３は、第１のフォーカスリング部分６３ａ、第２のフォーカスリング部分６３ｂを有する点は、第１又は第２の実施形態のものと同じであるが、第１のフォーカスリング部分６３ａの外周縁部（角部）の上面に第３の実施形態で用いた耐プラズマコート６３ｃを設けた点が、第１乃至第３の実施形態と相違する。この変形例によれば、第１のフォーカスリング部分６３ａの外周縁部（角部）上に耐プラズマコート６３ｃを設けたので、第１のフォーカスリング部分６３ａの外周縁部（角部）がエッチングされることによるパーティクルの発生を低減させることができる。

１チャンバ、２上部電極、３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ下部電極側構造体、４ウエハ、５ＲＦ電源、６マッチャー、７直流電源、１１，２１下部電極、１２，２２，３２静電チャック、１３，２３，３３フォーカスリング、１３ａ，２３ａ第１のフォーカスリング部分、１３ｂ，３３ｂ第２のフォーカスリング部分、１４，２４，３４インシュレータリング、１４ａ，２４ａ，３４ａ上側インシュレータリング部分、１４ｂ，２４ｂ，３４ｂ下側インシュレータリング部分、３３フォーカスリング、３３ｂ耐プラズマコート部。

Claims

エッチングガスが供給されるチャンバと、
前記チャンバ内に配置され、互いに対向する第１の電極及び第２の電極と、
前記第２の電極に載置された被処理体の外周を囲むフォーカスリングと、
前記フォーカスリングの外周を囲むインシュレータリングと
を備え、
前記フォーカスリングは、
該フォーカスリングの前記被処理体側を構成する第１のフォーカスリング部分と、
該フォーカスリングの前記インシュレータリング側を構成する第２のフォーカスリング部分と
を有し、
前記第２のフォーカスリング部分は、前記第１のフォーカスリング部分よりも導電性が低く、前記インシュレータリングよりも導電性が高い材料で構成される
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
前記第１のフォーカスリング部分は、Ｓｉで構成され、
前記第２のフォーカスリング部分は、ＳｉＣ又はアルミナで構成される
ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
前記第１のフォーカスリング部分の外周面と前記第２のフォーカスリング部分の内周面は密着しており、
前記第１のフォーカスリング部分の外周面の前記第１の電極側の角部の角度は、９０度又は９０度より大きい所定の角度である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
前記第１のフォーカスリング部分は、該第１のフォーカスリング部分の前記第２のフォーカスリング部分側の表面に耐プラズマコーティングを施した耐プラズマコート部を有する
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
エッチングガスが供給されるチャンバと、
前記チャンバ内に配置され、互いに対向する第１の電極及び第２の電極と、
前記第２の電極に載置された被処理体の外周を囲むフォーカスリングと、
前記フォーカスリングの外周を囲むインシュレータリングと
を備え、
前記フォーカスリングは、該フォーカスリングの前記インシュレータリング側の表面に耐プラズマコーティングを施した耐プラズマコート部を有する
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
前記耐プラズマコーティングは、イットリアコート又はアルマイトコートである
ことを特徴とする請求項４又は５に記載のプラズマ処理装置。
ドライエッチング処理において、被処理体の外周を囲み、インシュレータリングの径方向内側に配置されるフォーカスリングであって、
前記被処理体側を構成する第１のフォーカスリング部分と、
前記インシュレータリング側を構成する第２のフォーカスリング部分と
を有し、
前記第２のフォーカスリング部分は、前記第１のフォーカスリング部分よりも導電性が低く、前記インシュレータリングよりも導電性が高い材料で構成される
ことを特徴とするフォーカスリング。
前記第１のフォーカスリング部分は、Ｓｉで構成され、
前記第２のフォーカスリング部分は、ＳｉＣ又はアルミナで構成される
ことを特徴とする請求項７に記載のフォーカスリング。
前記第１のフォーカスリング部分の外周面と前記第２のフォーカスリング部分の内周面は密着しており、
前記第１のフォーカスリング部分の外周面の前記第１の電極側の角部の角度は、９０度又は９０度より大きい所定の角度である
ことを特徴とする請求項７又は８に記載のフォーカスリング。
前記第１のフォーカスリング部分は、該第１のフォーカスリング部分の前記第２のフォーカスリング部分側の表面に耐プラズマコーティングを施した耐プラズマコート部を有する
ことを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載のフォーカスリング。
エッチングガスが供給されるチャンバと、
前記チャンバ内に配置され、互いに対向する第１の電極及び第２の電極と、
前記第２の電極に載置された被処理体の外周を囲むフォーカスリングと、
前記フォーカスリングの外周を囲むインシュレータリングと
を備え、
前記フォーカスリングは、該フォーカスリングの前記インシュレータリング側の表面に耐プラズマコーティングを施した耐プラズマコート部を有する
ことを特徴とするフォーカスリング。
前記耐プラズマコーティングは、イットリアコート又はアルマイトコートである
ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載のフォーカスリング。