JP2011238825A - プラズマ処理装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウエハ等の基板と、下部電極の基材又はその周辺の構造物との間で放電が発生することを防止することができ、歩留まりを向上させて生産性の向上を図ることのできるプラズマ処理装置及び半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】リフターピン２１０は、ピン本体部２１１と、当該ピン本体部２１１の頂部に設けられピン本体部２１１の外径より大きな外径を有する蓋部２１２とを具備し、下部電極２は、蓋部２１２の外径より小さな内径を有しピン本体部２１１を収容するピン本体収容部２０１と、当該ピン本体収容部２０１の上部に設けられ蓋部２１２を収容する蓋収容部２０２とを有し、内部にリフターピン２１０が配設されるリフターピン用透孔２００を具備し、リフターピン２１０を下降させた状態では蓋部２１２が蓋収容部２０２内に収容され、ピン本体収容部２０１の上部が蓋部２１２によって閉塞された状態となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、プラズマ処理装置及び半導体装置の製造方法に関する。

従来から、半導体装置の製造工程においては、処理チャンバー内の載置台に配置した基板（例えば、半導体ウエハ）に各種の処理、例えば、エッチングや成膜を行う装置が使用されている。また、処理チャンバー内の載置台に基板を載置する際、及び載置台から基板を搬出する際に、載置台内から突出する上下動可能な複数のリフターピンによって、基板を支持する構成とすることが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、処理室内の載置台を下部電極として作用させるようにし、載置台と、この載置台対向するように配置された上部電極との間に高周波電力を印加してプラズマを発生させる容量結合型のプラズマ処理装置が知られている。

特開２００３−２９３１３８号公報

容量結合型のプラズマ処理装置では、プラズマに晒される半導体ウエハ等には、最大で２０００Ｖ程度のマイナスのバイアス電圧が発生する。一方、静電チャックの電極に２０００〜２５００Ｖ程度のプラスの電圧を印加するため、静電チャックの電極と載置台（下部電極）を構成する導電性金属からなる基材との間に分極電荷が発生する。この場合の分極電位は、下部電極の基材に接続されている高周波印加回路によって分圧されるため、高周波印加回路定数とチャンバー回路定数によって決定されるが、最大で２０００Ｖ程度のプラスの電位となる。

このため、半導体ウエハと、下部電極の基材との間には、最大で４０００Ｖ程度の電位差が発生し、半導体ウエハと、下部電極の基材又はその周辺の構造物との間で放電（アーキング）が発生し、半導体ウエハ上に形成された半導体チップが損傷を受ける場合がある。そして、このように半導体ウエハ上に形成された半導体チップが損傷を受けると、製品の歩留まりが低下し、生産性が低下するという問題がある。

上記のような放電は、半導体ウエハと下部電極の基材等との間の耐電圧を高めて、例えば５０００Ｖ程度とすれば防止することができる。しかし、下部電極には、例えば、半導体ウエハを持ち上げるためのリフターピンが配置された透孔や、半導体ウエハの裏面と静電チャックの表面との間に熱伝達のためのヘリウムガス等を供給するためのガス供給孔等が設けられており、その耐電圧を高めることは容易ではない。特に、リフターピンが配置された透孔では、その内部に冷却用のヘリウムガスが侵入するなどして圧力が変動し、パッシェンの法則に基づく放電が発生し易い状態となっている。

本発明は、上記従来の事情に対処してなされたもので、半導体ウエハ等の基板と、下部電極の基材又はその周辺の構造物との間で放電が発生することを防止することができ、歩留まりを向上させて生産性の向上を図ることのできるプラズマ処理装置及び半導体装置の製造方法を提供しようとするものである。

本発明のプラズマ処理装置の一態様は、処理チャンバーと、前記処理チャンバー内に設けられ、高周波電力が印加される導電性金属からなる基材を有し、被処理基板が載置される載置台を兼ねた下部電極と、前記処理チャンバー内に設けられ、前記下部電極と対向するように配置された上部電極と、前記下部電極の上面に出没自在とされ、当該下部電極上に前記被処理基板を支持するための複数のリフターピンと、を具備したプラズマ処理装置であって、前記リフターピンは、ピン本体部と、当該ピン本体部の頂部に設けられ前記ピン本体部の外径より大きな外径を有する蓋部とを具備し、前記下部電極は、前記蓋部の外径より小さな内径を有し前記ピン本体部を収容するピン本体収容部と、当該ピン本体収容部の上部に設けられ前記蓋部を収容する蓋収容部とを有し、内部に前記リフターピンが配設されるリフターピン用透孔を具備し、前記リフターピンを下降させた状態では前記蓋部が前記蓋収容部内に収容され、前記ピン本体収容部の上部が前記蓋部によって閉塞された状態となるよう構成されたことを特徴とする。

本発明の半導体装置の製造方法の一態様は、処理チャンバーと、前記処理チャンバー内に設けられ、高周波電力が印加される導電性金属からなる基材を有し、被処理基板が載置される載置台を兼ねた下部電極と、前記処理チャンバー内に設けられ、前記下部電極と対向するように配置された上部電極と、前記下部電極の上面に出没自在とされ、当該下部電極上に前記被処理基板を支持するための複数のリフターピンと、を具備したプラズマ処理装置を用いて前記被処理基板にプラズマ処理を行い半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、ピン本体部と、当該ピン本体部の頂部に設けられ前記ピン本体部の外径より大きな外径を有する蓋部とを具備した前記リフターピンを用いるとともに、前記蓋部の外径より小さな内径を有し前記ピン本体部を収容するピン本体収容部と、当該ピン本体収容部の上部に設けられ前記蓋部を収容する蓋収容部とを有し、内部に前記リフターピンが配設されるリフターピン用透孔を具備した下部電極を用い、前記リフターピンを下降させ、前記蓋部が前記蓋収容部内に収容され、前記ピン本体収容部の上部が前記蓋部によって閉塞された状態としてプラズマ処理を行うことを特徴とする。

本発明によれば、半導体ウエハ等の基板と、下部電極の基材又はその周辺の構造物との間で放電が発生することを防止することができ、歩留まりを向上させて生産性の向上を図ることのできるプラズマ処理装置及び半導体装置の製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係るプラズマエッチング装置の概略構成を模式的に示す図。 図１のプラズマエッチング装置の要部構成を模式的に示す図。 第２実施形態の要部構成を模式的に示す図。 第３実施形態の要部構成を模式的に示す図。 従来例の要部構成を模式的に示す図。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るプラズマ処理装置としてのプラズマエッチング装置の構成を示すものである。

プラズマエッチング装置は、気密に構成され、電気的に接地電位とされた処理チャンバー１を有している。この処理チャンバー１は、円筒状とされ、例えばアルミニウム等から構成されている。処理チャンバー１内には、被処理基板である半導体ウエハＷを水平に支持する載置台２が設けられている。載置台２は、その基材２ａが導電性の金属、例えばアルミニウム等で構成されており、下部電極としての機能を有する。この載置台２は、絶縁板３を介して導体の支持台４に支持されている。また、載置台２の上方の外周には、例えば単結晶シリコンで形成されたフォーカスリング５が設けられている。さらに、載置台２及び支持台４の周囲を囲むように、例えば石英等からなる円筒状の内壁部材３ａが設けられている。

載置台２の基材２ａには、第１の整合器１１ａを介して第１のＲＦ電源１０ａが接続され、また、第２の整合器１１ｂを介して第２のＲＦ電源１０ｂが接続されている。第１のＲＦ電源１０ａは、プラズマ発生用のものであり、この第１のＲＦ電源１０ａからは所定周波数（２７ＭＨｚ以上例えば４０ＭＨｚ）の高周波電力が載置台２の基材２ａに供給されるようになっている。また、第２のＲＦ電源１０ｂは、イオン引き込み用（バイアス用）のものであり、この第２のＲＦ電源１０ｂからは第１のＲＦ電源１０ａより低い所定周波数（１３．５６ＭＨｚ以下、例えば３．２ＭＨｚ）の高周波電力が載置台２の基材２ａに供給されるようになっている。一方、載置台２の上方には、載置台２と平行に対向するように、上部電極としての機能を有するシャワーヘッド１６が設けられており、シャワーヘッド１６と載置台２は、一対の電極（上部電極と下部電極）として機能するようになっている。

載置台２の上面には、半導体ウエハＷを静電吸着するための静電チャック６が設けられている。この静電チャック６は絶縁体６ｂの間に電極６ａを介在させて構成されており、電極６ａには直流電源１２が接続されている。そして電極６ａに直流電源１２から直流電圧が印加されることにより、クーロン力によって半導体ウエハＷが吸着されるよう構成されている。

支持台４の内部には、冷媒流路４ａが形成されており、冷媒流路４ａには、冷媒入口配管４ｂ、冷媒出口配管４ｃが接続されている。そして、冷媒流路４ａの中に適宜の冷媒、例えば冷却水等を循環させることによって、支持台４及び載置台２を所定の温度に制御可能となっている。また、載置台２等を貫通するように、半導体ウエハＷの裏面側にヘリウムガス等の冷熱伝達用ガス（バックサイドガス）を供給するためのバックサイドガス供給配管３０が設けられており、このバックサイドガス供給配管３０は、図示しないバックサイドガス供給源に接続されている。これらの構成によって、載置台２の上面に静電チャック６によって吸着保持された半導体ウエハＷを、所定の温度に制御可能となっている。

載置台２には、図２に示すように、複数、例えば３つのリフターピン用透孔２００が設けられており（図２には１つのみ示す。）、これらのリフターピン用透孔２００の内部には、夫々リフターピン２１０が配設されている。リフターピン用透孔２００及びリフターピン２１０の構造については、後述する。

図１に示すように、上記したシャワーヘッド１６は、処理チャンバー１の天壁部分に設けられている。シャワーヘッド１６は、本体部１６ａと電極板をなす上部天板１６ｂとを備えており、絶縁性部材４５を介して処理チャンバー１の上部に支持されている。本体部１６ａは、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなり、その下部に上部天板１６ｂを着脱自在に支持できるように構成されている。

本体部１６ａの内部には、ガス拡散室１６ｃが設けられ、このガス拡散室１６ｃの下部に位置するように、本体部１６ａの底部には、多数のガス通流孔１６ｄが形成されている。また、上部天板１６ｂには、当該上部天板１６ｂを厚さ方向に貫通するようにガス導入孔１６ｅが、上記したガス通流孔１６ｄと重なるように設けられている。このような構成により、ガス拡散室１６ｃに供給された処理ガスは、ガス通流孔１６ｄ及びガス導入孔１６ｅを介して処理チャンバー１内にシャワー状に分散されて供給されるようになっている。なお、本体部１６ａ等には、冷媒を循環させるための図示しない配管が設けられており、プラズマエッチング処理中にシャワーヘッド１６を所望温度に冷却できるようになっている。

上記した本体部１６ａには、ガス拡散室１６ｃへ処理ガスを導入するためのガス導入口１６ｆが形成されている。このガス導入口１６ｆにはガス供給配管１５ａが接続されており、このガス供給配管１５ａの他端には、エッチング用の処理ガスを供給する処理ガス供給源１５が接続されている。ガス供給配管１５ａには、上流側から順にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１５ｂ、及び開閉弁Ｖ１が設けられている。そして、処理ガス供給源１５からプラズマエッチングのための処理ガスが、ガス供給配管１５ａを介してガス拡散室１６ｃに供給され、このガス拡散室１６ｃから、ガス通流孔１６ｄ及びガス導入孔１６ｅを介して処理チャンバー１内にシャワー状に分散されて供給される。

上記した上部電極としてのシャワーヘッド１６には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５１を介して可変直流電源５２が電気的に接続されている。この可変直流電源５２は、オン・オフスイッチ５３により給電のオン・オフが可能となっている。可変直流電源５２の電流・電圧ならびにオン・オフスイッチ５３のオン・オフは、後述する制御部６０によって制御されるようになっている。なお、後述のように、第１のＲＦ電源１０ａ、第２のＲＦ電源１０ｂから高周波が載置台２に印加されて処理空間にプラズマが発生する際には、必要に応じて制御部６０によりオン・オフスイッチ５３がオンとされ、上部電極としてのシャワーヘッド１６に所定の直流電圧が印加される。

処理チャンバー１の側壁からシャワーヘッド１６の高さ位置よりも上方に延びるように円筒状の接地導体１ａが設けられている。この円筒状の接地導体１ａは、その上部に天壁を有している。

処理チャンバー１の底部には、排気口７１が形成されており、この排気口７１には、排気管７２を介して排気装置７３が接続されている。排気装置７３は、真空ポンプを有しており、この真空ポンプを作動させることにより処理チャンバー１内を所定の真空度まで減圧することができるようになっている。一方、処理チャンバー１の側壁には、ウエハＷの搬入出口７４が設けられており、この搬入出口７４には、当該搬入出口７４を開閉するゲートバルブ７５が設けられている。

図中７６，７７は、着脱自在とされたデポシールドである。デポシールド７６は、処理チャンバー１の内壁面に沿って設けられ、処理チャンバー１にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止する役割を有し、このデポシールド７６の半導体ウエハＷと略同じ高さ位置には、直流的にグランドに接続された導電性部材（ＧＮＤブロック）７９が設けられており、これにより異常放電が防止される。

上記構成のプラズマエッチング装置は、制御部６０によって、その動作が統括的に制御される。この制御部６０には、ＣＰＵを備えプラズマエッチング装置の各部を制御するプロセスコントローラ６１と、ユーザインターフェース６２と、記憶部６３とが設けられている。

ユーザインターフェース６２は、工程管理者がプラズマエッチング装置を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、プラズマエッチング装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成されている。

記憶部６３には、プラズマエッチング装置で実行される各種処理をプロセスコントローラ６１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。そして、必要に応じて、ユーザインターフェース６２からの指示等にて任意のレシピを記憶部６３から呼び出してプロセスコントローラ６１に実行させることで、プロセスコントローラ６１の制御下で、プラズマエッチング装置での所望の処理が行われる。また、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータで読取り可能なコンピュータ記憶媒体（例えば、ハードディスク、ＣＤ、フレキシブルディスク、半導体メモリ等）などに格納された状態のものを利用したり、或いは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。

次に、図２を参照して、リフターピン用透孔２００及びリフターピン２１０の構造について詳細に説明する。図２はプラズマエッチング装置の載置台２の部分の構成を模式的に示すものである。その基材２ａがアルミニウム等の導電性金属から構成された載置台２の上面には、溶射膜等からなる絶縁体６ｂが形成されており、この絶縁体６ｂの中に静電チャック用の電極６ａが配設されている。この電極６ａには、図１に示した直流電源１２が接続されている。

リフターピン２１０は、絶縁性のセラミックス又は樹脂等から通常のピン形状に形成されたピン本体部２１１を具備している。このピン本体２１１は、外径が例えば３ｍｍとされている。ピン本体部２１１の頂部には、ピン本体２１１と同様に絶縁性のセラミックス又は樹脂等から円板状に形成され、ピン本体部２１１より大きな外径（例えば、４ｍｍの外径）を有する蓋部２１２が配設されている。リフターピン２１０は、図示しない駆動機構に接続されており、上下動することによって、載置台２の表面（載置面）から出没可能とされている。

一方、載置台２に形成されたリフターピン用透孔２００は、ピン本体収容部２０１と、ピン本体収容部２０１の上部に配設された蓋収容部２０２とを具備している。ピン本体収容部２０１は、ピン本体部２１１の外径に合わせた内径、すなわち、ピン本体部２１１の外径より僅かに大きい（例えば、０．１〜０．５ｍｍ程度大きい）内径とされ、内部にピン本体部２１１を収容可能とされている。ピン本体収容部２０１内には、セラミックス等の絶縁物からなるチューブ２０３が配設されており、載置台２の導電性の基材２ａの内側面を絶縁物で覆った構成となっている。

蓋収容部２０２は、蓋部２１２の外径に合わせた内径、すなわち、蓋部２１２の外径より僅かに大きい（例えば、０．１〜０．５ｍｍ程度大きい）内径とされ、内部に蓋部２１２を収容可能とされている。なお、載置台２には、前述したとおり、冷却用のヘリウムガス等を供給するためのバックサイドガス供給配管３０が設けられている。

図２（ａ）に示すように、リフターピン２１０を上昇させた状態では、蓋部２１２及びピン本体部２１１の先端部分が載置台２の表面（載置面）から突出した状態となり、載置台２の上部に半導体ウエハＷを支持した状態となる。一方、図２（ｂ）に示すように、リフターピン２１０を下降させた状態では、ピン本体部２１１がピン本体収容部２０１内に収容され、蓋部２１２が蓋収容部２０２内に収容された状態となる。そして、この状態では、ピン本体収容部２０１の上部が蓋部２１２によって閉塞された状態となっている。すなわち、蓋部２１２の下面の外周部分が、蓋収容部２０２内の底面と当接された状態となり、蓋部２１２よりも上側の空間と、下側の空間とが蓋部２１２によって隔離された状態となっている。

上記のように、本実施形態では、リフターピン２１０を下降させ、半導体ウエハＷを載置台２上に載置してプラズマ処理を行っている期間は、蓋部２１２によってピン本体収容部２０１の上部が閉塞された状態となっている。これによって、半導体ウエハＷと載置台２の基材２ａ又はその周辺の構造物との間で放電が発生することを防止することができ、歩留まりを向上させて生産性の向上を図ることができる。

すなわち、例えば図５に示すように、リフターピン２１０を下降させた状態で、リフターピン用透孔２００の上部が蓋部等によって覆われていない構造の場合、例えば、静電チャック６を構成する絶縁体（溶射膜等からなる。）６ｂとチューブ２０３との間の間隙等を通じて載置台２の基材２ａと、半導体ウエハＷとの間等で放電が発生する場合がある。この場合、リフターピン用透孔２００の内部の圧力は、その内部に冷却用のヘリウムガスが入り込むこと等によって変動する。このため、パッシェンの法則における放電の起き易さのファクターとなるＰ（圧力）×Ｄ（距離）の値が変動し、放電が発生する確率が増大する。

一方、本実施形態では、絶縁性の蓋部２１２によってピン本体収容部２０１の上部が閉塞された状態となっているため、物理的に放電の発生可能性を低減することができる。これとともに、ピン本体収容部２０１の内部に冷却用のヘリウムガスが入り込むこと等によって内部圧力が変動することを抑制することができ、放電が発生する確率を低減することができる。

図３は、第２実施形態に係るプラズマエッチング装置の載置台２の部分の構成を模式的に示すものである。第２実施形態では、上述した構成のリフターピン２１０に加えて、フォーカスリング５を交換する際にフォーカスリング５を載置台２の上部に持ち上げて支持するためのフォーカスリング用リフターピン３１０が複数（例えば、３つ（図３には１つのみ示す。））設けられている。

このフォーカスリング用リフターピン３１０は、載置台２に設けられたリフターピン用透孔３００内に配設されており、図示しない駆動機構によって上下動可能とされている。そして、フォーカスリング用リフターピン３１０を上昇させた状態では、図３（ａ）に示すように、フォーカスリング５を載置台２の上部に持ち上げて支持した状態となり、下降させた状態では、図３（ｂ）に示すように、フォーカスリング５が載置台２上に載置された状態となるよう構成されている。

載置台２は、その基材２ａがアルミニウム等の導電性金属から構成されており、その上面には、静電チャックを構成するための溶射膜等からなる絶縁体６ｂが形成されている。フォーカスリング５は、この絶縁体６ｂの上に載置されており、通常は基材２ａと電気的に絶縁された状態となっている。

本第２実施形態では、フォーカスリング用リフターピン３１０を下降させた状態において、フォーカスリング用リフターピン３１０の頂部３１０ａがフォーカスリング５の下面に接触した状態となるように設定されている。そして、フォーカスリング５が、このフォーカスリング用リフターピン３１０及び電流制御素子である抵抗素子３０１を介して、載置台２の基材２ａと電気的に接続されている。抵抗素子３０１は、フォーカスリング５と載置台２の基材２ａとを電気的に接続する回路の全体の直流電流（ＤＣ）に対する抵抗値が、例えば２０ＭΩから２００ＭΩの範囲となるように設定されている。

フォーカスリング５と接触して電気的な接続を行う部分のフォーカスリング用リフターピン３１０の直径は、直径が３００ｍｍの半導体ウエハＷやその外周に配置されたフォーカスリング５に比べて微細な大きさとなっている。そして、フォーカスリング５と基材２ａとの電気的接続部分は、直流に対しては、抵抗として作用するとともに、プラズマ生成のために印加される高周波に対しては、十分高いインピーダンスを持ち、半導体ウエハＷ及びフォーカスリング５の高周波透過インピーダンス（数Ω程度）に影響を与えないようになっている。

前述したとおり、載置台２の基材２ａには、第１の整合器１１ａを介して第１のＲＦ電源１０ａが接続され、また、第２の整合器１１ｂを介して第２のＲＦ電源１０ｂが接続されている。なお、静電チャック６の電極６ａと載置台２の基材２ａとの間に分極電荷が発生するが、分極電位は、基材２ａに接続されている高周波印加回路によって分圧されるため、高周波印加回路定数とチャンバー回路定数によって決定される。

上記のように、第２実施形態では、フォーカスリング用リフターピン３１０及び抵抗素子３０１を介してフォーカスリング５と載置台２の基材２ａとが電気的に接続されている。したがって、フォーカスリング５と載置台２の基材２ａとの電位差に応じ、直流電流が流れるようになっている。このようなフォーカスリング５と載置台２の基材２ａとの電気的な接続は、１つのフォーカスリング用リフターピン３１０のみで行ってもよく、２以上の複数のフォーカスリング用リフターピン３１０で行うようにしてもよい。

プラズマエッチング処理中、プラズマに晒される半導体ウエハＷとフォーカスリング５とは、セルフバイアスにより略同電位（例えば、最大マイナス２０００Ｖ程度）となる。一方、載置台２の基材２ａは、静電チャック用の電極６ａに印加される直流高電圧の影響等でプラス電位となるが、本第２実施形態では、フォーカスリング用リフターピン３１０及び抵抗素子３０１を介してフォーカスリング５と載置台２の基材２ａとが電気的に接続されているため、これらを通じて直流電流が流れる。

この直流電流によって、フォーカスリング５と載置台２の基材２ａとの間の電位差を減少させることができ、電位差を例えば５００Ｖ程度とすることができる。すなわち、直流電流の発生により、載置台２の基材２ａの電位がフォーカスリング５の電位に近付く。これによって、載置台２の基材２ａと半導体ウエハＷとの電位差も減少するため、半導体ウエハＷと載置台２の基材２ａ又はその周辺の構造物との間で放電が発生することを防止することができ、歩留まりを向上させて生産性の向上を図ることができる。勿論フォーカスリング５と載置台２の基材２ａ又はその周辺の構造物との間で放電が発生することも防止することができる。

なお、上記のように、抵抗素子３０１のような電流制御素子を介在させることなく、直接フォーカスリング５と載置台２の基材２ａとを電気的に接続すると、プラズマから見たインピーダンスが、半導体ウエハＷの部分に比べてフォーカスリング５の部分で少なくなるため、プラズマがフォーカスリング５の上にドーナツ状に形成されてしまい、プラズマエッチング処理に影響が出てしまう。このため、電流制御素子として抵抗素子３０１を用いる場合、全体として上記した２０ＭΩから２００ＭΩ程度の範囲の抵抗値となるように、抵抗素子３０１を介してフォーカスリング５と載置台２の基材２ａとを電気的に接続することが好ましい。

図４は、電流制御素子として、上記した抵抗素子３０１の代わりにツェナーダイオード３０２を用いた第３実施形態の構成を示している。このようにツェナーダイオード３０２を用いると、フォーカスリング５と載置台２の基材２ａとの電位差が一定以上となるとツェナーダイオード３０２を介して電流が流れ、これによって、フォーカスリング５と載置台２の基材２ａとの電位差を一定値（例えば５００Ｖ程度）に制御することができる。なお、ツェナーダイオード３０２を用いた場合もこのツェナーダイオード３０２の容量によっては、ツェナーダイオード３０２と直列に抵抗素子を接続する必要がある。

このように、フォーカスリング５と載置台２の基材２ａとの電位差を一定値に制御することができれば、半導体ウエハＷと載置台２の基材２ａ又はその周辺の構造物との間で放電が発生することを防止することができるとともに、これらの間の電位差の相違によって、プラズマエッチング処理の状態に影響が出ることを防止することができる。

次に、上記構成のプラズマエッチング装置で、半導体ウエハＷに形成されたシリコン酸化膜等をプラズマエッチングする手順について説明する。まず、ゲートバルブ７５が開かれ、半導体ウエハＷが図示しない搬送ロボット等により、図示しないロードロック室を介して搬入出口７４から処理チャンバー１内に搬入され、載置台２上に載置される。この後、搬送ロボットを処理チャンバー１外に退避させ、ゲートバルブ７５を閉じる。そして、排気装置７３の真空ポンプにより排気口７１を介して処理チャンバー１内が排気される。

処理チャンバー１内が所定の真空度になった後、処理チャンバー１内には処理ガス供給源１５から所定の処理ガス（エッチングガス）が導入され、処理チャンバー１内が所定の圧力に保持され、この状態で第１のＲＦ電源１０ａから載置台２に、周波数が例えば４０ＭＨｚの高周波電力が供給される。また、第２のＲＦ電源１０ｂからは、イオン引き込みのため、載置台２の基材２ａに周波数が例えば３．２ＭＨｚの高周波電力（バイアス用）が供給される。このとき、直流電源１２から静電チャック６の電極６ａに所定の直流電圧（例えば、プラス２５００Ｖの直流電圧）が印加され、半導体ウエハＷはクーロン力により静電チャック６に吸着される。

この場合に、上述のようにして下部電極である載置台２に高周波電力が印加されることにより、上部電極であるシャワーヘッド１６と下部電極である載置台２との間には電界が形成される。半導体ウエハＷが存在する処理空間には放電が生じ、それによって形成された処理ガスのプラズマにより、半導体ウエハＷ上に形成されたシリコン酸化膜等がエッチング処理される。このプラズマエッチングの最中に、上述したとおり本実施形態では、半導体ウエハＷと載置台２の基材２ａ又はその周辺の構造物との間で放電が発生することを防止することができる。

また、前述したとおり、プラズマ処理中にシャワーヘッド１６に直流電圧を印加することができるので次のような効果がある。すなわち、プロセスによっては、高い電子密度でかつ低いイオンエネルギーであるプラズマが要求される場合がある。このような場合に直流電圧を用いれば、半導体ウエハＷに打ち込まれるイオンエネルギーが抑えられつつプラズマの電子密度が増加されることにより、半導体ウエハＷのエッチング対象となる膜のエッチングレートが上昇すると共にエッチング対象の上部に設けられたマスクとなる膜へのスパッタレートが低下して選択性が向上する。

そして、上記したエッチング処理が終了すると、高周波電力の供給、直流電圧の供給及び処理ガスの供給が停止され、上記した手順とは逆の手順で、半導体ウエハＷが処理チャンバー１内から搬出される。

以上説明したとおり、本実施形態によれば、半導体ウエハと、載置台（下部電極）の基材又はその周辺の構造物との間で放電が発生することを防止することができ、歩留まりを向上させて生産性の向上を図ることができる。なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、各種の変形が可能である。

Ｗ……半導体ウエハ、２……載置台（下部電極）、２ａ……基材、５……フォーカスリング、６ａ……電極、６ｂ……絶縁体、２００……リフターピン用透孔、２０１……ピン本体収容部、２０２……蓋収容部、２０３……チューブ、２１０……リフターピン、２１１……ピン本体部、２１２……蓋部。

Claims (6)

1. 処理チャンバーと、
   前記処理チャンバー内に設けられ、高周波電力が印加される導電性金属からなる基材を有し、被処理基板が載置される載置台を兼ねた下部電極と、
   前記処理チャンバー内に設けられ、前記下部電極と対向するように配置された上部電極と、
   前記下部電極の上面に出没自在とされ、当該下部電極上に前記被処理基板を支持するための複数のリフターピンと、
   を具備したプラズマ処理装置であって、
   前記リフターピンは、ピン本体部と、当該ピン本体部の頂部に設けられ前記ピン本体部の外径より大きな外径を有する蓋部とを具備し、
   前記下部電極は、前記蓋部の外径より小さな内径を有し前記ピン本体部を収容するピン本体収容部と、当該ピン本体収容部の上部に設けられ前記蓋部を収容する蓋収容部とを有し、内部に前記リフターピンが配設されるリフターピン用透孔を具備し、
   前記リフターピンを下降させた状態では前記蓋部が前記蓋収容部内に収容され、前記ピン本体収容部の上部が前記蓋部によって閉塞された状態となるよう構成された
   ことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 請求項１記載のプラズマ処理装置であって、
   前記下部電極上に、前記被処理基板の周囲を囲むように配設されたフォーカスリングと、
   前記フォーカスリングを前記下部電極上に支持するための上下動可能とされたフォーカスリング用リフターピンと、
   前記下部電極の前記基材と前記フォーカスリングとの間を、前記フォーカスリング用リフターピン及び電流制御素子を介して電気的に接続し、電位差に応じて直流電流を発生させる電気的接続機構と、
   を具備したことを特徴とするプラズマ処理装置。
3. 請求項２記載のプラズマ処理装置であって、
   前記電流制御素子が抵抗素子からなることを特徴とするプラズマ処理装置。
4. 請求項３記載のプラズマ処理装置であって、
   前記抵抗素子は、前記下部電極の前記基材と前記フォーカスリングとが、２０ＭΩ〜２００ＭΩの抵抗値をもって電気的に接続されるよう構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
5. 請求項２記載のプラズマ処理装置であって、
   前記電流制御素子がツェナーダイオードからなることを特徴とするプラズマ処理装置。
6. 処理チャンバーと、
   前記処理チャンバー内に設けられ、高周波電力が印加される導電性金属からなる基材を有し、被処理基板が載置される載置台を兼ねた下部電極と、
   前記処理チャンバー内に設けられ、前記下部電極と対向するように配置された上部電極と、
   前記下部電極の上面に出没自在とされ、当該下部電極上に前記被処理基板を支持するための複数のリフターピンと、
   を具備したプラズマ処理装置を用いて前記被処理基板にプラズマ処理を行い半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、
   ピン本体部と、当該ピン本体部の頂部に設けられ前記ピン本体部の外径より大きな外径を有する蓋部とを具備した前記リフターピンを用いるとともに、
   前記蓋部の外径より小さな内径を有し前記ピン本体部を収容するピン本体収容部と、当該ピン本体収容部の上部に設けられ前記蓋部を収容する蓋収容部とを有し、内部に前記リフターピンが配設されるリフターピン用透孔を具備した下部電極を用い、
   前記リフターピンを下降させ、前記蓋部が前記蓋収容部内に収容され、前記ピン本体収容部の上部が前記蓋部によって閉塞された状態としてプラズマ処理を行う
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。

Images