JP3692133B2 - ウェハー外縁の常圧プラズマ処理装置及びエッチング等の処理方法 - Google Patents

Description

この発明は、略常圧下において半導体ウェハーの外縁をプラズマ処理（エッチング、洗浄等）する装置および方法に関する。

スピンコーターは、半導体ウェハーに絶縁膜やフォトレジスト膜などの薄膜を成膜する装置であり、ウェハーを回転させるとともに上面（表側面）の中心部に原料液を滴下し、遠心力で全周方向に展ばしていく。これにより、ウェハーの上面の主部分（外縁を除くそれより内側の部分）は勿論、上面の外縁部や外端面にまで被膜が及ぶ。このウェハー外縁の膜を残しておくと、その後、そこを把持する工程等でパーティクル発生の原因となる。しかも、このウェハー外縁では、液流の抵抗によって上記主部分より厚膜になり、膜の表面研磨の際に支障を来たすだけでなく、剥離によりコンタミネーションを惹き起こしやすい。

一方、ＰＥ−ＣＶＤやＬＰ−ＣＶＤによる成膜の場合には、ウェハー外縁が厚膜化することは少ないが、搬送工程等でウェハー外縁に触れた時、クラックが入り、コンタミネーションを起こすことがある。

現在の先端ＬＳＩデバイスの分野では、高速化のため、Ｃｕ／ｌｏｗ−ｋが主流になっている。これは、金属配線として電子移動度の高い銅を用い、層間絶縁膜としてＳｉＯ２（誘電率４）より誘電率の低い低誘電体膜を用いたものである。しかし、低誘電体膜は、ＳｉＯ２より機械的強度が弱く、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）等の物理的研磨工程において、ウェハー外縁の被膜がコンタミネーションの発生原因になりやすいと言われている。

このようなコンタミネーションは、配線ショート等の不良の原因となり、歩留まり低下を招く。半導体の小型化が進むにつれて、配線が微細化し、コンタミネーションの影響を受け易くなっているため、その発生を一層厳しく抑制する必要がある。

そこで、特許文献１、２に記載のものは、ウェハー上面への成膜工程の次に、ウェハー外縁にエッチング液を滴下して外縁の不要な膜を除去する所謂ウェットエッチングを行なっている。

これに対し、特許文献３、４には、プラズマを用いた所謂ドライエッチングが提案されている。
特許文献３に記載の装置では、一対の円盤状チャッキング手段によってウェハーを表裏両側から挟持する。これにより、ウェハーの表裏両面の主部分を覆う一方、外縁を露出させる。各チャッキング手段の周縁にはＯリングが設けられており、このＯリングが、ウェハーの両面の主部分と外縁の境に押し当てられる。これによって、プラズマガスがウェハーの主部分に入って来ないようにシールがなされている。そして、露出したウェハー外縁を、環状の閉鎖空間の内部に臨ませる。この閉鎖空間にプラズマ化した処理ガスを供給することにより、ウェハー外縁の膜を除去する。使用済みのガスは、閉鎖空間の一箇所に連なる排気路により排出される。

特許文献４に記載の装置は、環状のプラズマ吹出し口を有している。この環状吹出し口の下方にウェハーの外縁を沿わせるように配置する。環状吹出し口からのプラズマは、ウェハーの上面の外縁部に当たり、外端面に沿って下降し、裏側に回り込む。この裏側から吸引排気される。また、別途、キャリアガスをウェハーの上面の中央部に吹き付け、放射状に拡散させることにより、ウェハー外縁に吹き付けられたプラズマが内側（すなわちウェハーの主部分）に流れ込むのを阻止している。

特開平３−２６８４１９号公報（第１頁、図１） 特開平１１−２７４１４７号公報（第１頁、図１） 特開平５−８２４７８号公報（第１頁、図１） 特開平８−２７９４９４（第１頁、図１、図１０）

特許文献１、２に記載のウェットエッチングによるウェハー外縁の膜除去方法では、外縁だけでなく主部分の膜までもがエッチング液の水分で脆くなったり、廃液の処理のために膨大なコストを要したりするという問題がある。また、物理的研磨時の応力分散のためには、膜の外端面をスロープ形状にするのが望ましいが、ウェットエッチングでは、シャープなエッジ形状になってしまい、スロープ形状にするのは困難である。

特許文献３のプラズマエッチング装置によれば、一対のチャッキング手段のＯリングで挟み付けられた部分のチップがダメージを受けるおそれがあるだけでなく、その部分の膜が割れて微細な塵になってコンタミネーションの原因となるおそれがある。また、ウェハーの径方向の外側に、環状の閉鎖空間形成用のハウジングを必要とするため、大型になってしまい、従来のスピンコーターのウェットエッチング機構に替えて組み込むのが困難である。

特許文献４のプラズマエッチング装置によれば、ウェハー外縁でプラズマとキャリアガスの合流が起き、流れを制御するのが容易でなく、外縁の膜除去精度を確保するのが難しい。キャリアガスを止めると、プラズマがウェハーの主部分に侵入するおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ウェハー外縁に対しプラズマエッチングをはじめとするプラズマ処理を行なう際、コンタミネーション等の発生を防止するとともに、ウェハーの外縁より内側の処理対象外の部分（主部分）までもが処理されてしまうのを確実に防止することを目的とする。

上記問題点を解決するため、本発明は、略常圧の環境下において処理ガスを一対の電極どうし間のプラズマ化空間に通すとともに該空間に連なる吹出し孔から吹出し、ウェハーの外縁をプラズマ処理する装置であって、上記吹出し孔は、ウェハーと交差すべき孔軸を有するとともに、吹出し流がウェハーの外縁より内側の主部分（処理対象外の部分）に直接吹き付けられない程度に小径ないしは幅細になっており、この吹出し孔の直近には、上記吹出し流とはほぼ逆方向の吸込み流を形成する吸込み孔が設けられていることを特徴とする。

本発明の装置によれば、処理ガスがウェハーの主部分すなわち処理対象外の部分に流れるのを防止でき、この処理対象外部分を保護することができる。よって、処理対象外部分を覆う必要がなく、さらには、処理対象外部分と処理対象部分との境にＯリングなどを押し付けてシールする必要がない。また、吹出し孔軸がウェハーと交差しているので、電極および吹出し孔や吸込み孔の構成部材をウェハーの径方向の外側に大きく突出させて配置する必要が無く、小型化を図ることができる。さらに、吸込み孔を吹出し孔の直近に設け、吹出し流とはほぼ逆方向の吸込み流を形成することにより、処理ガス流を容易に制御でき、ウェハーの外縁のみを処理するように処理範囲（処理幅）を確実に制御でき、ウェハーの外縁より内側の処理対象外の部分（主部分）までもが処理されてしまうのを確実に防止することができる。

ここで、上記吹出し孔が、スポット状（すなわち小径）をなし、上記吸込み孔が、このスポット状吹出し孔を囲む環状をなしていてもよい。
これによって、処理範囲を確実に制御できる。

上記吹出し孔が、ウェハーの外縁に沿うべく弧状に延びており、上記吸込み孔が、上記弧状吹出し孔の外側の縁に沿う弧状の外側吸込み孔部と、上記弧状吹出し孔の内側の縁に沿う弧状の内側吸込み孔部の少なくとも一方を有していてもよい。
これによって、ウェハー外縁を周方向の広い範囲にわたって一度にプラズマ処理することができ、処理効率を高めることができる。この場合、上記一対の電極は、互いに曲率の異なる断面弧状に構成するとよい。

上記吹出し孔が、ウェハーの外縁の全周に沿うべく環状をなしており、上記吸込み孔が、上記環状吹出し孔の外側の縁に沿う環状の外側吸込み孔部と、上記環状吹出し孔の内側の縁に沿う環状の内側吸込み孔部の少なくとも一方を有していてもよい。
これによって、ウェハー外縁の全周を一度にプラズマ処理することができ、処理効率を一層高めることができる。この場合、上記一対の電極は、二重環状に構成するとよい。

上記一対の電極が収容されるとともに上記吹出し孔と吸込み孔が形成されたノズルヘッドをウェハーの外縁に沿って相対回転させる回転手段を、更に備えるのが望ましい。
これによって、ウェハーの外縁に沿ってプラズマ処理を行なうことができる。勿論、ノズルヘッドを回転させてもよく、ウェハーを回転させてもよい。

片面が上記吹出し孔の周面を構成するとともに反対面が上記吸込み孔の周面を構成する隔壁によって吹き出し孔と吸込み孔が隔てられており、この隔壁が、先端（ウェハーの側）に向かうにしたがって薄肉になっていることが望ましい。
これによって、吸込み孔を吹出し孔に確実に近づけて配置することができ、処理ガス流の制御を確実に行なうことができる。

上記隔壁の先端が、ナイフエッジ状をなし、上記吹出し孔の周面の先端縁と上記吸込み孔の周面の先端縁どうしが、略くっ付いていることが望ましい。
これによって、吹出し孔と吸込み孔を一層確実に近づけて配置することができ、処理ガス流を一層確実に制御できる。

上記吹出し孔が、ウェハーより径方向外側に若干はみ出すようになっていることが望ましい。
これによって、ウェハーの表側面の外縁部だけでなく、外端面をもプラズマ処理することができる。

ウェハーをその中心軸まわりに所定の回転速度で回転させる回転手段を備えるのが望ましい。
これによって、処理効率を一層高めることができる。

ウェハーの外縁周辺にウェハーから離れる向きに所定の勢いの気流を形成する気流形成手段を備えることにしてもよい。
これによって、処理効率を一層高めることができる。上記所定の勢いは、上記吹出し孔からの吹出し流のウェハー外縁への到達を十分許容し、且つプラズマ処理に伴う副生成物等を十分飛散させ得る程度が好ましい。

上記気流形成手段が、ウェハーをその中心軸まわりに回転させる回転手段であることが望ましい。
これによって、ウェハーの外縁周辺にウェハーから離れる向きの気流を確実に形成することができる。

上記回転手段が、ウェハーの裏面にのみ当接して支持するウェハー支持部と、このウェハー支持部を回転させる回転駆動部とを有していることが望ましい。
これによって、ウェハーの表側面（被処理面）に触れることなく、ウェハーを回転させることができる。

ウェハーの処理幅を設定する処理幅設定手段と、上記吸込みの吹出しに対する流量比を上記設定処理幅に応じて調節する流量比調節手段とを備えるのが望ましい。
これによって、所望の処理幅を確実に得ることができる。
上記吹出し孔とウェハーの間隔すなわちワーキングディスタンスを調節するワーキングディスタンス調節手段を設けるのが望ましい。
これによって、処理幅等を調節することができる。

また、本発明は、略常圧の環境下において処理ガスを一対の電極間のプラズマ化空間に通して吹出し、ウェハーの外縁をプラズマ処理する方法であって、上記処理ガスの吹出し流を、ウェハーとの交差方向に沿わせウェハー外縁に当てるとともに外縁より内側の処理対象外の部分には直接吹き付けられない程度に細くし（小径状と幅細状を含む）、同時に、上記吹出し流の直近に、吹出し流とはほぼ逆向きの吸込み流を形成することを特徴とする。
これによって、上記装置に係る発明と同様の効果を得ることができる。

ここで、上記吹出しと併行して、ウェハーをその中心軸まわりに回転させ、この回転速度を所望の処理レートに応じて調節することが望ましい。
これによって、処理効率を確実に高めることができる。

上記吹出しに対する吸込みの流量比を、所望の処理幅に応じて調節することが望ましい。

上記処理ガスの吹出し孔とウェハーの間隔すなわちワーキングディスタンスを、所望の処理幅に応じて調節することが望ましい。

さらに、本発明は、略常圧の環境下においてエッチング用処理ガスを一対の電極間のプラズマ化空間に通して吹出し、ウェハーの外縁をプラズマエッチングする方法であって、上記処理ガスの吹出し流を、ウェハーとの交差方向に沿わせウェハー外縁に当てるとともに外縁より内側のエッチング対象外の部分には直接吹き付けられない程度に細くし、同時に、上記吹出し流の直近に、吹出し流とはほぼ逆向きの吸込み流を形成することを特徴とする。勿論、当該エッチング工程に先立ち、ウェハーへの成膜工程を実行する。この成膜は、プラズマ法で行なってもよく、低圧法で行なってもよく、常圧ＣＶＤ法で行なってもよい。

本発明に係るプラズマエッチング方法によれば、プラズマ化（活性化、イオン化、ラジカル化を含む。）されたエッチング用処理ガスがウェハーの主部分すなわちエッチング対象外の部分に流れるのを防止でき、エッチング対象外部分がエッチングされてしまうのを防止することができる。よって、エッチング対象外部分を覆う必要がなく、さらには、エッチング対象外部分とエッチング対象部分との境にＯリングなどを押し付けてシールする必要がない。この結果、押し付け部分から微細な塵等が生じるのを防止でき、コンタミネーションを確実に防止でき、歩留まりを向上させることができる。また、吹出し孔軸がウェハーと交差しているので、電極および吹出し孔や吸込み孔の構成部材をウェハーの径方向の外側に大きく突出させて配置する必要が無く、小型化を図ることができる。したがって、フォトレジストにおいては、従来のスピンコーターにウェットエッチング機構と置き換えるようにして簡単に組み込むことができる。さらに、吸込み孔を吹出し孔の直近に設け、吹出し流とはほぼ逆方向の吸込み流を形成することにより、処理ガス流を容易に制御でき、ウェハーの外縁のみをエッチング処理するようにエッチングの範囲（エッチング幅）を確実に制御でき、ウェハーの主部分までもがエッチングされてしまうのを確実に防止することができる。

上記吹出しと併行して、ウェハーをその中心軸まわりに回転させ、この回転速度を所望のエッチングレートに応じて調節することが望ましい。
これによって、エッチング効率を確実に高めることができる。

上記吹出しに対する吸込みの流量比を、所望のエッチング幅またはエッチングプロファイル（エッチング後の主部分の膜の周端面の傾斜角度等の形状）に応じて調節することが望ましい。または、上記処理ガスの吹出し孔とウェハーの間隔すなわちワーキングディスタンスを、所望のエッチング幅またはエッチングプロファイルに応じて調節することが望ましい。傾斜角度をなだらかにすれば、機械的強度の弱い低誘電体膜等であっても、表面研磨等を施す際のコンタミネーションを確実に防止することができる。

ウェハーの裏面にのみ当接するウェハー支持部によってウェハーを支持し、このウェハー支持部を回転させ、ひいてはウェハーをその中心軸まわりに回転させながら、上記吹出しを行なうことが望ましい。これによって、ウェハーの表側面に触るのを回避でき、コンタミネーション等を確実に防止できるとともに、処理効率を高めることができる。

本発明によれば、処理ガスや副生成物がウェハーの主部分すなわち処理対象外の部分に流れるのを防止でき、この処理対象外部分を保護することができる。よって、処理対象外部分を覆う必要がなく、さらには、処理対象外部分と処理対象部分との境にＯリングなどを押し付けてシールする必要がない。さらに、処理ガス流を容易に制御でき、処理範囲を確実に制御することができる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第1実施形態を示したものである。第1実施形態では、常圧プラズマエッチング装置Ｍ１によって半導体ウェハー９０の外縁（処理対象部分）のプラズマエッチングを行っている。

はじめに、ウェハー９０について説明する。図１および図３に示すように、ウェハー９０は、シリコンなどの半導体によって円形状に形成され、その上面すなわち表側面にフォトレジストなどの膜９２がスピンコーティングにて成膜されている。成膜工程では、膜９２が、ウェハー９０上面の主部分（外縁を除くその内側の部分）だけでなく、ウェハー９０の外縁すなわち上面の外縁部および外端面にまで及んでいる。このウェハー９０外縁の処理対象膜（図３において仮想線）を、符号「９２ｂ」で表し、それ以外の上面の主部分の処理対象外の膜（図３において実線）を、符号「９２ａ」で表すことにする。

常圧プラズマエッチング装置Ｍ１について説明する。
図１に示すように、常圧プラズマエッチング装置Ｍ１は、ノズルヘッド１と、このノズルヘッド１に接続された処理ガス源２および電圧印加装置３と、ロータリーステージ４（回転手段、気流形成手段、ウェハー支持手段）とを備えている。ロータリーステージ４は、円盤形状をなすステージ本体４ｃ（ウェハー支持部）と、このステージ本体４ｃを中心軸４ａの周りに回転させる回転駆動部４ｂとを有している。ステージ本体４ｃ上に、処理対象のウェハー９０が中心を一致させて水平に載せられるようになっている。詳細な図示は省略するが、ステージ本体４ｃには、ウェハー９０の下面すなわち裏面を真空吸着するウェハー固定手段が設けられている。

ノズルヘッド１は、上記ウェハー９０の外縁の上方に位置するようにして、架台（図示せず）に取り付けられている。図２に示すように、ノズルヘッド１は、軸線を上下に向けたボディ１０と、このボディ１０内に装填された絶縁ホルダ２０とを備えている。ボディ１０は、導電金属製の３つのボディ構成部材１１，１２，１３を上下に連ねた三段筒形状をなしている。下段のボディ構成部材１３の内周に筒状のアース電極４０が装着されている。アース電極４０は、ボディ１０および上記架台を介してアースされている。アース電極４０の内周面には、固体誘電体層４１が被膜されている。

絶縁ホルダ２０は、絶縁樹脂製の３つのホルダ構成部材２１，２２，２３を上下に連ねた筒形状をなしている。下段のホルダ構成部材２３に、有底筒状のホット電極３０が装着されている。ホット電極３０は、アース電極４０内に挿入されている。ホット電極３０の外面には、固体誘電体層３１が被膜されている。ホット電極３０の内部には、導電金属製のパイプ３２の下端部が挿入されている。導電パイプ３２は、中間部で導電リング３３を介してホット電極３０と導通するとともに、上端部が、ホルダ２０の上方へ突出し、上記電圧印加装置３に接続されている。

処理ガス源２からのエッチング用処理ガスは、ノズルヘッド１のボディ構成部材１１やホルダ構成部材２２，２３などに形成された処理ガス供給路１ｂを経て、電極３０，４０どうし間のプラズマ化空間１ａに導入されるようになっている。なお、エッチング用処理ガスとしては、例えば、フッ素系化合物（ＣＦ_４，Ｃ_２Ｆ_６，ＣＨＦ_３等）、酸素、窒素、不活性ガス（Ａｒ，Ｈｅ等）等の単体またはこれらの混合ガスが用いられる。
一方、電圧印加装置３からの電圧が、導電パイプ３２および導電リング３３を経て、ホット電極３０に印加される。これにより、プラズマ化空間１ａに電界が形成され、処理ガスがプラズマ化されるようになっている。

プラズマ化空間１ａの下端部は、ボディ構成部材１３の下端部に設けられたノズル部５０の吹出し孔５２ａに連なっている。ノズル部５０は、導電金属製のアウターノズルピース５１と、その上面の凹部に収容された絶縁樹脂製のインナーノズルピース５２とを有している。インナーノズルピース５２の中央に、小径スポット状の上記吹出し孔５２ａが、孔軸Ｌ（図３）を垂直に向けるようにして形成されている。この吹出し孔５２ａの下端開口（先端開口）から上記プラズマ化された処理ガスが真下に吹出されるようになっている。すなわち、処理ガスの吹出し方向が、水平をなすウェハー９０の表側面に対して直交（交差）している。

図３に最も良く示されているように、吹出し孔５２ａは、ウェハー９０の外縁の真上に近接して配されるようになっている。吹出し孔５２ａの直径は、極めて小さく、エッチングしようとする膜９２ｂの幅すなわち処理幅と同程度しかない。（吹出し孔５２ａは、ウェハー外縁の処理対象幅と同程度に小径（幅細）である。）

図２、図３、図４に示すように、２つのノズルピース５１，５２の間には、吹出し孔５２ａを囲む環状の吸込み孔５０ａが形成されている。インナーノズルピース５２の下面中央には、これら孔５２ａ，５０ａの隔壁として、環状凸部５２ｂが設けられている。環状凸部５２ｂの内周面（片面）が、吹出し孔５２ａの先端部分の外周面を画成し、外周面（反対面）が、吸込み孔５０ａの先端部分の内周面を画成している。環状凸部５２ｂは、先端（下端）に向かうにしたがって薄肉になっている。詳述すると、環状凸部５２ｂにおける吹出し孔５２ａを画成する内周面は、吹出し孔５２ａの軸線に沿って一様断面のストレート状になる一方、吸込み孔５０ａを画成する外周面は、下方へ向かうにしたがって縮径して吹出し孔５２ａに近づくテーパ状になっている。これらストレートな面とテーパ面とが交差することにより、環状凸部５２ｂの下端（先端）がナイフエッジ状になっている。これによって、ノズル部５０の下端面すなわちノズルヘッド１の先端面において、吸込み孔５０ａの先端開口の内周縁と吹出し孔５２ａの先端開口の外周縁とがくっついている。

図２に示すように、吸込み孔５０ａは、ノズルヘッド１のボディ構成部材１３、ホルダ構成部材２３，２２、およびボディ構成部材１１に順次形成された吸込み路１ｃを介して、排気ポンプ５（排気手段）に連なっている。

なお、図１に示すように、パイプ３２の上端開口には、冷却水供給部６が接続されている。この供給部からの冷却水が、パイプ３２を通った後、ホット電極３０の内周とパイプ３２の外周との間を通ることにより、ホット電極３０を冷却する。その後、冷却水は、ホルダ構成部材２３およびボディ構成部材１３に形成された連通水路（図示せず）を経て、アース電極４０の外周とボディ１３との間の空間１ｄを回ることにより、アース電極４０を冷却する。その後、冷却水は、ボディ構成部材１３、ホルダ構成部材２３，２２、およびボディ構成部材１１に順次通された排水通路（図示せず）を経て、排出されるようになっている。

上記のように構成された常圧プラズマエッチング装置Ｍ１によるウェハー外縁のエッチング方法を説明する。
被膜工程により膜９２を形成した後のウェハー９０をロータリーステージ４上にセットする。そして、ロータリーステージ４ひいてはウェハー９０を所定の回転速度で回転させる。回転速度の大きさの設定方法については、後述する。

そして、処理ガス源２からの処理ガスを、ノズルヘッド１のプラズマ化空間１ａに導くとともに、電圧印加装置３により電界を印可してプラズマ化し、吹出し孔５２ａから吹出す。これによって、図３に示すように、ウェハー９０上面の外縁部にプラズマが吹き付けられ、この外縁部の膜９２ｂをエッチングして除去することができる。また、吹出し孔５２ａが僅かにウェハー９０の径方向外側にはみ出していることによって、ウェハー９０の外端面にもプラズマが当たり、この外端面の膜９２ｂをもエッチングして除去することができる。

しかも、吹出し孔５２ａからの吹出し流は、極めて細いため、ウェハー９０の外縁（上面の外縁部および外端面）にしか当たらないようにすることができる。すなわち、ウェハー９０上面の外縁部より内側の主部分すなわち処理対象外の部分の膜９２ａには、直接当たることがないようにすることができ、処理対象外の膜９２ａを保護することができる。

更に、処理ガスの吹出しと同時に、排気ポンプ５を駆動する。これによって、吹出し流を囲むようにしてその直近に、上向きの吸込み流が形成される。これによって、処理ガスやエッチングにより生じた副生成物の流れを容易に制御でき、ウェハー９０の主部分への流れ込みを一層確実に防止でき、処理対象外の膜９２ａを一層確実に保護することができる。よって、膜９２ａを覆ったり、膜９２ａと膜９２ｂとの境にＯリングなどを押し付けてシールしたりする必要がない。この結果、膜９２ａが割れて微細な塵が生じるおそれを無くすことができ、コンタミネーションの発生を確実に防止することができる。ひいては、歩留まりを向上させることができる。

そして、エッチング後の処理ガスや副生成物は、吸込み孔５０ａに吸込まれ、吸込み路１ｃを経て、排気ポンプ５から排出される。排気ポンプ５の出力、ひいては処理ガスの吹出しと吸込みの流量比を操作することによって、エッチング幅（処理幅）は勿論、エッチングプロファイル、すなわち処理対象膜９２ｂをエッチングした後の膜９２ａの周端面の傾斜角度などを調節することができる。

上記処理ガスの吹出しと併行してウェハー９０が回転されることによって、ウェハー９０の外縁が全周にわたってエッチングされる。
図５の実験結果（後記実施例１）から明らかなように、ウェハー９０の回転速度に対してエッチングレート（処理レート）は、上に凸の放物線状の曲線を描く。そこで、エッチングレートが略最大になるように、ロータリーステージ４の回転速度を設定する。これによって、エッチングの処理効率を高めることができる。ところで、回転によってウェハー９０の外縁の周辺には、ウェハー９０のほぼ接線方向に沿ってウェハー９０から離れる向きに気流が形成される。この気流によって、ウェハー外縁のエッチング箇所から副生成物を外側に飛散させることができる。この気流の勢いが大きければ大きいほど、副生成物をより速やかに飛散させることができる。しかし、気流の勢いがあまり大きいと、吹出し孔５２ａからの処理ガスの吹出し流がウェハー９０に届きにくくなる。回転速度によってエッチングレートが変化するのは、このような理由によるものと考えられる。したがって、吹出し流のウェハー９０への到達を十分に許容するとともに、副生成物を十分飛散させ得る程度に、ロータリーステージ４の回転速度ひいては気流の勢いを設定することにより、処理効率を十分に高くすることができる。
なお、上記気流によって飛散した副生成物は、別途設けた排気機構によって吸引し、除去することができる。

常圧プラズマエッチング装置Ｍ１においては、ノズルヘッド１をウェハー９０の外縁部の上方に近接配置すればよく、ウェハーの径方向の外側に大きく突出するような装置構成にはならず、小型化を図ることができる。したがって、従来のスピンコーターにウェットエッチング機構と置き換えるようにして簡単に組み込むことができる。

次に、本発明の他の実施形態を説明する。以下の実施形態において、既述の実施形態と同様の構成に関しては、図面に同一符号を付して説明を簡略化する。
図６および図７は、本発明の第２実施形態を示したものである。第２実施形態に係る常圧プラズマエッチング装置Ｍ２のノズルヘッド１Ａは、円形状のウェハー９０の外縁に沿うように平面視円環形状をなしている。このノズルヘッド１Ａの内部に、二重円環構造の電極３０Ａ，４０Ａが収容されている。

詳述すると、装置Ｍ２のホット電極３０Ａとアース電極４０Ａは、互いに大きさの異なる円環形状をなし、同心円上に配置されている。この実施形態では、ホット電極３０Ａが内側に配され、アース電極４０Ａが外側に配されているが、その逆でもよい。これら電極３０Ａ，４０Ａの互いに近接して対向する周面の直径は、ウェハー９０の直径と大略同じになっている。これら電極３０Ａ，４０Ａの対向周面間が、幅細円環形状のプラズマ化空間１ａとなっている。装置Ｍ２のノズルヘッド１Ａには、処理ガス源２からのエッチング用処理ガスをプラズマ化空間１ａの周方向に均一化させて空間１ａの上端開口へ導入するガス均一導入部（図９の符号１９参照）が設けられている。
なお、図６において、電極３０，４０の幅寸法（外周と内周の半径差）は、ウェハー９０の大きさに対して誇張して図示してある。

電極３０Ａ，４０Ａの下方のノズル部５０には、二重環状をなす一対のノズルピース５２Ａ，５２Ｂが設けられている。これらノズルピース５２Ａ，５２Ｂの間に、幅細円環形状の吹出し孔５２ａが形成されている。吹出し孔５２ａは、プラズマ化空間１ａと全周にわたって連なっている。この吹出し孔５２ａが、ウェハー９０の真上に近接して、ウェハー９０の外縁の全周に沿うように配置されている。吹出し孔５２ａの幅（径方向外側の縁と内側の縁との半径差）は、ウェハー９０外縁の処理対象膜９２ｂの幅より若干大きい程度になっている。更に詳細に説明すると、吹出し孔５２ａの外側の縁は、ウェハー９０の外縁より若干径方向外側に位置し、吹出し孔５２ａの内側の縁は、処理対象の膜９２ｂと処理対象外の膜９２ａとの境の付近に位置するようになっている。

ノズルピース５２Ａ，５２Ｂは、二重環状をなす一対のノズルピース５１Ａ，５１Ｂによって内外から囲まれている。内側のノズルピース５２Ａとノズルピース５１Ａとによって、内側吸込み孔部５０ａ_ＩＮが形成されている。吸込み孔部５０ａ_ＩＮは、吹出し孔５２ａの内側の縁に沿う円環形状をなしている。吸込み孔５０ａ_ＩＮは、先端に向かうにしたがって吹出し孔５２ａに近づくように径方向外側に傾けられている。外側のノズルピース５２Ｂとノズルピース５１Ｂとによって、外側吸込み孔部５０ａ_ＯＵＴが形成されている。吸込み孔部５０ａ_ＯＵＴは、吹出し孔５２ａの外側の縁に沿う円環形状をなしている。吸込み孔５０ａ_ＯＵＴは、先端に向かうにしたがって吹出し孔５２ａに近づくように径方向内側に傾けられている。吸込み孔部５０ａ_ＯＵＴ，５０ａ_ＩＮの各々から吸込み路１ｃが延び、互いに合流して排気ポンプ５に連なっている。

内側のノズルピース５２Ａは、吹出し孔５２ａと内側の吸込み孔部５０ａ_ＩＮを仕切る隔壁になっている。ノズルピース５２Ａの外周面（吹出し孔５２ａの内周面を画成する面）は、垂直をなす一方、ノズルピース５２Ａの内周面（吸込み孔部５０ａ_ＩＮの外周面を画成する面）は、下方に向かうにしたがって拡径するテーパ状になっている。これによって、ノズルピース５２Ａの下端（先端）が、ナイフエッジ状に尖っている。吹出し孔５２ａの先端開口の内周縁と吸込み孔５０ａ_ＩＮの先端開口の外周縁とがくっついている。

同様に、外側のノズルピース５２Ｂは、吹出し孔５２ａと外側の吸込み孔部５０ａ_ＯＵＴを仕切る隔壁になっている。ノズルピース５２Ｂの内周面（吹出し孔５２ａの外周面を画成する面）は、垂直をなす一方、ノズルピース５２Ｂの外周面（吸込み孔部５０ａ_ＯＵＴの内周面を画成する面）は、下方に向かうにしたがって縮径するテーパ状になっている。これによって、ノズルピース５２Ｂの下端（先端）が、ナイフエッジ状に尖り、吹出し孔５２ａの先端開口の外周縁と吸込み孔５０ａ_ＯＵＴの先端開口の内周縁とがくっついている。

なお、図６、図７において、円環状の電極３０Ａ，４０Ａやノズルピース５１Ａ，５１Ｂ，５２Ａ，５２Ｂの幅寸法（外側の周面と内側の周面の半径差）は、ウェハー９０の大きさに対して誇張して図示してある。ノズルヘッド１は、ウェハー９０の径方向外側に僅かしか突出しておらず、装置構成が大型化しているわけではない。

第２実施形態に係る装置Ｍ２によれば、円環形状の空間１ａでプラズマ化された処理ガスを、円環形状の吹出し孔５２ａからウェハー９０の外縁の全周に一様に吹き付けることができ、外縁の膜９２ｂを全周にわたって一度にエッチングすることができ、処理の一層の効率化を図ることができる。

なお、第２実施形態においても、ロータリーステージ４によってウェハー９０を所定速度で回転させ、外縁の周辺に所定勢いの気流を発生させるのが望ましい。これによって、エッチングレートを最大にすることができ、処理効率を一層向上させることができる。円環状のアウターノズルピース５１の中央穴部５１ｂに上から空気や不活性ガスを送り、これを、アウターノズルピース５１の下面とウェハー９０との間に通すことにより、ウェハー９０の外縁周辺にウェハー９０から径方向外側に離れる向きの所定勢いの気流が形成されるようにしてもよい。

図８は、本発明の第３実施形態を示したものである。この実施形態に係る常圧プラズマエッチング装置Ｍ３のノズルヘッド１Ｂは、前記第２実施形態の円環形状のノズルヘッド１Ａを周方向に一部だけ取り出し、平面視円弧形状にしたものである。すなわち、ノズルヘッド１Ｂの電極３０Ｂ，４０Ｂ、吹出し孔５２ａ、吸込み孔部５０ａ_ＯＵＴ，５０ａ_ＩＮは、ロータリーステージ４の中心軸４ａを中心とする平面視円弧形状になっている。吸込み孔５０ａは、上記吸込み孔部５０ａ_ＯＵＴ，５０ａ_ＩＮに加えて、これら孔部５０ａ_ＯＵＴ，５０ａ_ＩＮの周方向に沿う両端を連ねる一対の端孔部５０ａ_ＥＮＤを有している。
勿論、装置Ｍ３においては、ロータリーステージ４によってウェハー９０を回転させることにより、ウェハー９０の外縁全周をエッチングする。

図９は、本発明の第４実施形態を示したものである。この実施形態に係る常圧プラズマエッチング装置Ｍ４は、第２実施形態と同様の円環形状のノズルヘッド１Ａを備えている。処理ガス源２からの処理ガスは、マスフローコントローラ（以下、「ＭＦＣ」という）２ｍによって流量調節されたうえで、ノズルヘッド１Ａのガス均一導入部１９へ供給される。このガス導入部１９で周方向に均一化されて、同軸二重円環状の電極３０Ａ，４０Ａ間の環状プラズマ空間１ａに導入される。そして、電圧印加装置３による電界印加によってプラズマ化され、環状の吹出し孔５２ａの全周から均一に吹出され、ウェハー９０の外縁の全周に一様に吹き付けられる。これによって、ウェハー９０外縁の全周をプラズマエッチングできる。

同時に、ロータリーステージ４のステージ本体４ｃが所定速度で回転され、エッチングレートが高められる。
なお、ロータリーステージ本体４ｃの周辺には、ウェハー９０の外縁部分を全周にわたって加熱する環状の第１加熱手段６１が設けられている。これによって、エッチングレートを一層高めることができる。更に、ロータリーステージ本体４ｃの内部には、ウェハー９０の中央部分を加熱する第２加熱手段６２が内蔵されている。これによって、ウェハー９０を全体的に加熱でき、温度差による反りを防止できるとともに、ウェハー９０の外縁部分から中央部分への熱の逃げを防止できる。

処理ガスの吹出しと同時に、処理済みガスが、吹出し孔５２ａの外周及び内周に沿う吸込み孔５０ａ_ＯＵＴ，５０ａ_ＩＮから吸込まれ、排気管５Ａを介し、排気ポンプ５から排気される。この排気量ひいては吸込み孔５０ａ_ＯＵＴ，５０ａ_ＩＮから吸込み流量は、排気管５ａに設けられた流量制御弁５Ｖによって調節できる。

流量制御弁５Ｖは、コントローラ（制御手段）７０によって制御される。詳細な図示は省略するが、コントローラ７０には、作業者がウェハーの所望のエッチング幅（処理幅）を設定入力するためのエッチング幅設定手段（処理幅設定手段）や、ウェハーのエッチング幅と、処理ガスの吹出しと吸込みの流量比との関係（図１０参照）を示すテーブルや、流量制御弁５Ｖの駆動回路等が格納されている。制御手段７０は、エッチング幅の設定入力値と上記テーブルとＭＦＣ２ｍによる吹出し流量とに基づいて、所要の吸込み流量を求め、この所要吸込み流量になるように流量制御弁５Ｖを制御する。これによって、所望のエッチング幅を得ることができる。
なお、処理ガスの吹出し流量を一定とすると、吸込み流量が増大するにしたがって、エッチング幅が小さくなる。
コントローラ７０は、流量制御弁５Ｖと併せてＭＦＣ２ｍをも制御することにより、吹出しと吸込みの流量比を調節するようになっていてもよい。コントローラ７０とＭＦＣ２ｍと流量制御弁５Ｖとは、互いに協働して「流量比調節手段」を構成している。

本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の形態を採用可能である。
例えば、吹出し孔５２ａの孔軸は、ウェハー９０の表側面と直交する向きに対して多少傾いていてもよい。
ウェハー９０の下側（裏側）にも同様のノズルヘッド１を配置し、ウェハー９０の下面（裏面）の外縁部を洗浄したり、下面まで及んだ膜をエッチングしたりすることにしてもよい。
ウェハーへの成膜は、スピンコーティング法に限らず、常圧ＣＶＤ法やプラズマ法等の他の成膜法を用いて行なうことにしてもよい。
第２〜第３実施形態の装置Ｍ２〜Ｍ３では、内側吸込み孔部５０ａ_ＩＮと外側吸込み孔部５０ａ_ＯＵＴのうち何れか一方のみから吸込みを行なうことにしてもよい。２つの孔部５０ａ_ＩＮ，５０ａ_ＯＵＴからの吸込み流量が互いに異なっていてもよく、別個に調節されるようになっていてもよい。或いは、これら孔部５０ａ_ＩＮ，５０ａ_ＯＵＴのうち何れか１つだけが形成されていてもよい。
第４実施形態の装置Ｍ４において、更に、ワーキングディスタンス調節手段を設けることにしてもよい。このワーキングディスタンス調節手段は、ロータリーステージ４（またはノズルヘッド１）を上下動させることにより両者を接近離間させ、ひいてはワーキングディスタンスＷＤ（すなわち吹出し口５２ａとウェハー９０との間隔）を調節する。これによって、処理幅や処理後の膜９２ａの周縁部のスロープの形状（すなわちエッチングプロファイル）が所望になるように調節することができる。

図１に示す第1実施形態の装置Ｍ１と同様の装置を用い、以下の条件の下で、回転数に対するエッチングレートの実験を行なった。
シリコンウェハーの直径及び厚さ：２００ｍｍφ、０．７２５ｍｍｔ
膜の成分：無機系Ｌｏｗ−ｋ膜
処理ガス：ＣＦ_４が２６０ｓｃｃｍ、Ｈ_２Ｏが５．０ｓｃｃｍ
吹出しと吸込みの流量比：２．０
印加電圧：１０ｋＶ、２０ｋＨｚ
ワーキングディスタンス：０．５ｍｍ
結果を図５に示す。エッチングレートは、上に凸の放物線状になった。エッチングレートが最大になる有限の回転数が存在することが判明した。回転数を調節することによりエッチングレートを制御できることが判明した。

図９に示す第４実施形態の装置Ｍ４と同様の装置を用いた。但し、内側吸込み孔部５０ａ_ＩＮは塞ぎ、外側吸込み孔部５０ａ_ＯＵＴのみで吸込みを行なった。そして、以下の条件の下で、処理幅と、吹出しと吸込みの流量比との関係を測定した。
膜の成分：ＳｉＯ_２
膜厚：２５００オングストローム
処理ガス：ＣＦ_４
吹出しの流量：４リットル／分
処理時間：３０秒
回転数：２５０ｒｐｍ
ワーキングディスタンス：１．０ｍｍ
結果を図１０に示す。吹出しに対する吸込みの流量比が大きくなるにしたがって、エッチング幅が小さくなることが確認された。

図９に示す第４実施形態の装置Ｍ４と同様の装置を用い、以下の条件の下でエッチングを行ない、ウェハーの任意の位置（図１１（ａ）の横軸の目盛り「１」）から径方向外側に向けて膜厚を測定した。
膜の成分：ＳｉＯ_２
成膜厚さ：２５００オングストローム
処理ガス：ＣＦ_４
吹出しの流量：４リットル／分
処理時間：３０秒
回転数：２５０ｒｐｍ
ワーキングディスタンス：１．０ｍｍ
外側吸込み孔部５０ａ_ＯＵＴの吸込み量：５リットル／分
内側吸込み孔部５０ａ_ＩＮの吸込み量：５リットル／分
結果を図１１（ａ）に示す。エッチング処理幅ａは、ａ＝０．４６ｍｍであった。エッチング後の膜９２ａの周端のスロープ幅ｂは、ｂ＝３．１ｍｍであった。また、ウェハーの外端面の全周にわたってノッチ部分も含め膜をすべて除去することができた。

また、内側吸込み孔部５０ａ_ＩＮを塞いでその吸込み量をゼロとし、他の条件は上記実施例３と同じにしてエッチングを行ない、ウェハーの任意の位置（図１１（ｂ）の横軸の目盛り「１」）から径方向外側に向けて膜厚を測定した。
結果を図１１（ｂ）に示す。処理幅ａは、ａ＝１．０１ｍｍであった。スロープ幅ｂは、ｂ＝１．５ｍｍであった。
実施例３および４から、内外の吸込み孔部５０ａ_ＩＮ，ａ_ＯＵＴの吸込み流量を調節することによって、エッチング幅やスロープ幅ひいてはエッチングプロファイルを制御できることが判明した。

図９に示す第４実施形態の装置Ｍ４と同様の装置を用い、以下の条件の下で、ワーキングディスタンス（ＷＤ）を変えてエッチングを行ない、ウェハーの任意の位置（図１２の横軸の目盛り「０」）から径方向外側に向けて膜厚を測定した。
膜の成分：ＳｉＯ_２
成膜厚さ：２５００オングストローム
処理ガス：ＣＦ_４
吹出しの流量：４リットル／分
処理時間：３０秒
回転数：２５０ｒｐｍ
外側吸込み孔部５０ａ_ＯＵＴの吸込み量：５リットル／分
内側吸込み孔部５０ａ_ＩＮの吸込み量：５リットル／分
結果を図１２に示す。ワーキングディスタンスを変えることにより、エッチング幅やスロープ幅ひいてはエッチングプロファイルを調節できることが判明した。

図９に示す第４実施形態の装置Ｍ４と同様の装置を用い、以下の条件の下で、回転数を変えてエッチングを行ない、エッチング深さ（処理深さ）を測定した。
膜の成分：ＳｉＯ_２
膜厚：２５００オングストローム
処理ガス：ＣＦ_４
吹出しの流量：４リットル／分
処理時間：２０秒
ワーキングディスタンス：１．０ｍｍ
外側吸込み孔部５０ａ_ＯＵＴの吸込み量：５リットル／分
内側吸込み孔部５０ａ_ＩＮの吸込み量：５リットル／分
結果を図１３に示す。実施例１と同様に、回転数を変えることにより、エッチングレートを調節できることが判明した。

〔比較例〕
図９に示す第４実施形態の装置Ｍ４と同様の装置を用いた。但し、排気ポンプ５を停止し、吸込み孔５０ａ_ＩＮ，５０ａ_ＯＵＴからの吸引排気を行なわないこととした。そして、以下の条件の下でエッチングを行なった。
膜の成分：ＳｉＯ_２
膜厚：２５００オングストローム
処理ガス：ＣＦ_４
吹出しの流量：４リットル／分
処理時間：３０秒
回転数：２５０ｒｐｍ
その結果、ウェハーの主部分にまでエッチング範囲が広がってしまった。エッチング幅の再現性を得ることができなかった。

本発明の第１実施形態に係る常圧プラズマエッチング装置の概略構成図である。 上記常圧プラズマエッチング装置のノズルヘッドの縦断面図である。 上記ノズルヘッドの下端（先端）のノズル部と処置対象のウェハー外縁を拡大して示す断面図である。 上記ノズル部の底面図である。 実施例１におけるウェハーの回転速度とエッチングレートとの関係の実験結果を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係る常圧プラズマエッチング装置のノズルヘッドの底面図である。 図６のVII−VII線に沿うノズルヘッドの断面を含む第２実施形態に係る常圧プラズマエッチング装置の概略構成を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る常圧プラズマエッチング装置のノズルヘッドの底面図である。 本発明の第４実施形態に係る常圧プラズマエッチング装置の概略構成図である。 実施例２におけるエッチング処理幅と流量比の対応関係の測定結果のグラフである。 実施例３におけるウェハーの径方向位置に対する膜厚の測定結果のグラフである。 実施例４におけるウェハーの径方向位置に対する膜厚の測定結果のグラフである。 実施例５におけるウェハーの径方向位置に対する膜厚の測定結果のグラフである。 実施例６における回転数とエッチング深さの対応関係の測定結果のグラフである。

符号の説明

Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４ 常圧プラズマエッチング装置（常圧プラズマ処理装置）
１，１Ａ，１Ｂ ノズルヘッド
１ａ プラズマ化空間（電極間空間）
２ 処理ガス源
２ｍ ＭＦＣ（流量比調節手段の構成要素）
４ ロータリーステージ（回転手段、気流形成手段）
４ｂ 回転駆動部
４ｃ ステージ本体（ウェハー支持部）
５ 排気ポンプ
５Ｖ 流量制御弁（流量比調節手段の構成要素）
３０，３０Ａ，３０Ｂ ホット電極
４０，４０Ａ，４０Ｂ アース電極
５２Ａ，５２Ｂ ノズルピース（隔壁）
５０ａ 吸込み孔
５０ａ_ＩＮ 内側吸込み孔部
５０ａ_ＯＵＴ 外側吸込み孔部
５２ａ 吹出し孔
５２ｂ 環状凸部（隔壁）
７０ コントローラ（流量比調節手段の構成要素）
９０ ウェハー
９２ 膜
９２ａ ウェハーの主部分の処理対象外の膜
９２ｂ ウェハー外縁の処理対象の膜
Ｌ 吹出し孔の孔軸

Claims (4)

1. 略常圧の環境下において処理ガスを一対の電極どうし間のプラズマ化空間に通すとともに該空間に連なる吹出し孔から吹出し、ウェハーの外縁をプラズマ処理する装置であって、
   上記吹出し孔は、ウェハーと交差すべき孔軸を有するとともに、吹出し流がウェハーの外縁より内側の処理対象外の部分に直接吹き付けられない程度に小径ないしは幅細になっており、
   この吹出し孔の直近には、上記吹出し流とはほぼ逆方向の吸込み流を形成する吸込み孔が設けられており、
   ウェハーの外縁周辺にウェハーから離れる向きに所定の勢いの気流を形成するようにウェハーをその中心軸まわりに回転させる回転手段を備えたことを特徴とするウェハー外縁の常圧プラズマ処理装置
2. 略常圧の環境下において処理ガスを一対の電極どうし間のプラズマ化空間に通すとともに該空間に連なる吹出し孔から吹出し、ウェハーの外縁をプラズマ処理する装置であって、
   上記吹出し孔は、ウェハーと交差すべき孔軸を有するとともに、吹出し流がウェハーの外縁より内側の処理対象外の部分に直接吹き付けられない程度に小径ないしは幅細になっており、
   この吹出し孔の直近には、上記吹出し流とはほぼ逆方向の吸込み流を形成する吸込み孔が設けられており、
   ウェハーの処理幅を設定する処理幅設定手段と、
   上記処理幅と、処理ガスの吹出しと吸込みの流量比との関係を示すテーブルと、
   上記流量比を上記設定処理幅と上記テーブルに基づいて調節する流量比調節手段とを備えたことを特徴とするウェハー外縁の常圧プラズマ処理装置。
3. 略常圧の環境下において処理ガスを一対の電極間のプラズマ化空間に通して吹き出し、ウェハーの外縁をプラズマ処理する方法であって、
   上記処理ガスの吹出し流を、ウェハーとの交差方向に沿わせウェハー外縁に当てるとともに外縁より内側の処理対象外の部分には直接吹き付けられない程度に細くし、同時に、上記吹出し流の直近に、吹出し流とはほぼ逆向きの吸込み流を形成し、
   上記吹出しと併行して、ウェハーの外周周辺にウェハーから離れる向きに所定の勢いの気流を形成するようにウェハーをその中心軸まわりに回転させることを特徴とするウェハー外縁の常圧プラズマ処理方法。
4. 略常圧の環境下において処理ガスを一対の電極間のプラズマ化空間に通して吹き出し、ウェハーの外縁をプラズマ処理する方法であって、
   上記処理ガスの吹出し流を、ウェハーとの交差方向に沿わせウェハー外縁に当てるとともに外縁より内側の処理対象外の部分には直接吹き付けられない程度に細くし、同時に、上記吹出し流の直近に、吹出し流とはほぼ逆向きの吸込み流を形成し、
   上記処理ガスの吹出しと吸込みの流量比を、ウェハーの処理幅と、当該処理幅と前記流量比との関係を示すテーブルとに基づいて調節することを特徴とするウェハー外縁の常圧プラズマ処理方法。
   

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