JP3810248B2

JP3810248B2 - プラズマ処理装置用シリコンリング

Info

Publication number: JP3810248B2
Application number: JP2000086210A
Authority: JP
Inventors: 圭一後藤; 信川合; 和義田村
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2000-03-27
Filing date: 2000-03-27
Publication date: 2006-08-16
Anticipated expiration: 2020-03-27
Also published as: JP2001274142A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイス製造用のプラズマ処理装置等に用いられるフォーカスリングに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置としては、プラズマドライエッチング装置に代表されるような、被処理物であるシリコンウエーハを載置する下部電極とウエーハに対向する位置に上部電極を設けた平行平板型の電極を配備した装置が知られている。
図３に示したように、この平行平板型のプラズマドライエッチング装置１０は、下部電極３にメカニカルチャックまたは静電チャックあるいは他の方法で被処理物であるウエーハＷを固定し、処理ガス整流用の多数の微小孔を備えた上部電極２から、その微小孔を通して処理ガスを噴出させ、上部電極２を高周波電源（不図示）に接続して、上下電極間でプラズマを発生させてウエーハＷにエッチング処理を行うものである。この時、下部電極内蔵ヒータ８によりウエーハＷを加熱している。
【０００３】
近年の半導体に対する信頼性の向上および生産性の向上に対する要求が強くなってくると、ウエーハの表面全体をより有効に使用するため、下部電極には静電チャックを使用するのが主流となってきている。メカニカルチャックでは、ウエーハを押さえる爪が必要になり、爪で押えられた部分はデバイスとして用いることができないが、静電チャックは電気的にウェーハを固定するため、爪は不要でありウエーハの使用面積効率が向上する。
【０００４】
静電チャックを用いることによって、ウエーハの有効活用面積を広げることができたが、実プロセスにおいては、処理ガスの流れによる影響でプラズマ密度がウエーハの中心部と外周部で異なり、エッチングレートに差が生じてしまい、ウエーハの外周部はデバイスとして使用できないことが多かった。
【０００５】
そこで最近では下部電極３側のウエーハＷ周辺にリング状の部材４を配置している。リング状部材４により、見かけ上、ウエーハ径を大きくすることができ、ウエーハのエッジはリング状部材４のエッジとなるので、プラズマをウエーハＷ上にフォーカスすることができる。これによって、ウエーハ面内のエッチングレートを均一化できるようになった。このリング状部材４をシリコンリングと呼んでいる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のようにウエーハ周辺にシリコンリングを配置すると、生成したプラズマをウエーハ上にフォーカスすることができるものの、より微細化、高集積化が進む半導体ではさらに高度な均一化処理が求められるため、プラズマ処理に伴うウエーハの温度上昇も制御すべき要因であって、ウエーハ面内の温度分布を均一に保持しなければならないという問題があった。
【０００７】
このような問題に対して、下部電極にヒータ機能を組み込んでウエーハの温度調節をすることは勿論、これだけではウエーハ中心部と外周部で温度差が生じてしまうため、特許第２８７８１６５号公報には、リング状チャック( このリングはフォーカスリングではなく、ウエーハ周辺部を押さえて載置台に保持するためのリングである) に空洞部を設け、そこに不活性ガスを循環させることでウエーハ外周部の温度制御を行う機構が開示されている。この機構を用いれば、ウエーハを所望の温度に加熱、冷却することが可能になるとしている。
【０００８】
しかしながら、このようにリング状チャックに空洞部を設けるためには、一体加工では不可能であり、大幅なコストアップにつながる。例えばリングを厚み方向に分解して上部と下部に分けて加工し、後でこの二つの部品を接合して、空洞部を備えたリングに加工する手段がある。ところが、この様に接合が必要になると、その接合部には耐熱性が求められるし、実プロセスではその接合部からパーティクルが生じる恐れもあり、コストも高くなり、実用的なものではなかった。
【０００９】
さらに従来のシリコンフォーカスリングを使用した場合、装置稼働時間が長くなるのに伴い、リングに反応生成物の付着が見られるようになる。この反応生成物の付着は、ガスの流れを乱してプラズマ密度を不均一にしたり、剥離してパーティクルの発生原因になって歩留まりの低下を引き起こすという問題があった。
【００１０】
そこで本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、生成したプラズマをウエーハ上にフォーカスさせるとともにウエーハ面内の温度分布を均一化させる手段を具備したシリコンリングおよびプラズマ処理装置を提供することを主目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため為されたもので、本発明に係るシリコンリングは、プラズマ処理装置内のウェーハを載置する電極側で、ウエーハの周辺に配置されるシリコンリングであって、給電部が設けられ、自己発熱する機能を有することを特徴としている。
【００１２】
このように、被処理ウエーハと同材質のシリコンリングを設置することでウエーハの見かけ上の径を大きくし、プラズマをウエーハ全面上にフォーカスすることができ、ウエーハ面内のエッチングレートを均一化することができる。加えてこのシリコンリングがヒータ機能を具備しており、給電部を通じて電流を流せば自己発熱するので、ウエーハ外周部で温度低下を起こすことなく、ウエーハ全面で温度を均一化することができる。従って、ウエーハ全面を均一にプラズマ処理することができ、デバイス製造の歩留りと生産性の向上を図るとともにコストを低減することができる。
【００１３】
この場合、シリコンリングがヒーターパターンを有するものとすることができる。
このように、シリコンリングにヒーターパターンを設ければ、シリコンリングを均一に発熱させることができ、ウエーハ面内をより均一に加熱することができる。
【００１４】
そして、シリコンリングが単結晶シリコンから成ることが好ましく、シリコンの比抵抗が０．００１〜５０Ω・ｃｍであることが望ましい。
ここで、シリコンリングの素材を単結晶シリコンとしたのは、被処理物であるウエーハと同一材質とすることで、コンタミネーションの原因とならないように配慮したものである。また、抵抗率調整用に添加するドープ材料である不純物含有量や機械的強度の点からも、品質管理上も多結晶シリコンより優れており、発熱体作製用素材として有利に使用される。さらに、シリコンの抵抗値を、０．００１〜５０Ω・ｃｍの範囲のものとすると、発熱体として適切な値であり、また発熱体作製用の素材として入手し易くなり、経済的にも有利である。
【００１５】
さらに、シリコンリングの給電部に金属箔を使用することができる。
このように、給電部に金属箔、好ましくはアルミニウム箔を使用して形成したのは、給電部での接触抵抗を小さくし、異常発熱などを避けるためである。また、金属箔は軟質であるので給電部への導線の取り付け時など、ねじれ等が加わっても容易には壊れないという利点を有するからである。
【００１６】
そして本発明に係るプラズマ処理装置は、前記本発明のシリコンリングを具備することを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
ここで、図１は本発明のシリコンリングを具備したプラズマ処理装置の一例を示した概略説明図である。
【００１８】
図１に示した平行平板型のプラズマドライエッチング装置１は、チャンバ６内の下部電極３に静電チャック機能部（不図示）を設けて被処理物であるウエーハＷを固定し、処理ガス整流用の多数の微小孔を備えた上部電極２から、その微小孔を通して処理ガスを噴出させ、上部電極２を高周波電源（不図示）に接続して、上下電極間でプラズマを発生させてウエーハＷのエッチング処理を行うようになっている。
【００１９】
そして処理するウエーハＷと同材質で表面が同一高さのシリコンリング５を設置することでウエーハＷの見かけ上の径を大きくし、プラズマをフォーカスすることができるようになっている。加えてこのシリコンリング５がヒータ機能を有しているので給電部７を通じて電流を流せば自己発熱してウエーハＷ外周部を加熱することができるようになっている。従って、下部電極内蔵ヒータ８によるウエーハ中央部の加熱と共に温度制御を行って、ウエーハＷ全面での温度均一化を図ることができる。さらにシリコンリング５自体を発熱させて高温に保持することができるので、シリコンリング５の表面に反応生成物が付着することを防止することができる。
【００２０】
ここで本発明に係るシリコンリングの特徴は、上記したようにプラズマ処理装置内のウェーハを載置する電極側で、ウエーハの周辺に配置されるシリコンリングであって、給電部が設けられ、自己発熱する機能を有していることである。
【００２１】
このように、被処理ウエーハと同材質のシリコンリングを設置することでウエーハの見かけ上の径を大きくし、プラズマをウエーハ全面上にフォーカスすることができ、ウエーハ面内のエッチングレートを均一化することができる。また、このシリコンリングは給電部を通じて電流を流せば自己発熱し、ウエーハ外周部を加熱するので、外周部の温度低下を起こすことなく、下部電極内蔵ヒータによる加熱とともにウエーハ全面で温度を均一化することができる。従ってウエーハ面内を一層均一にプラズマ処理することができ、近年の最先端デバイスの製造にも対応することができ、ウエーハの歩留りと生産性の向上を図ることができるとともにコストを削減することが可能となる。
【００２２】
そして、シリコンリングの材質を単結晶シリコンとし、シリコンの比抵抗を０．００１〜５０Ω・ｃｍのものとした。
ここで、シリコンリングの素材を単結晶シリコンとしたのは、被処理物であるウエーハと同一材質とすることで、コンタミネーションの原因とならないように配慮したものである。また、抵抗率調整用に添加するドープ剤である不純物含有量や機械的強度の点からも、品質管理上も多結晶シリコンより優れており、発熱体作製用素材として有利に使用される。さらに、シリコンの抵抗値を、０．００１〜５０Ω・ｃｍの範囲のもの、さらに好ましくは０．００１〜１０Ω・ｃｍの範囲のものとすると、この範囲のものはウエーハとして多く用いられているので入手が容易で安価であるため好ましいし、およびヒータ化するための抵抗の調節にも望ましいものである。
【００２３】
この抵抗率が０．００１Ω・ｃｍ未満では、ドープ剤の添加量が著しく多くなってしまい、ヒータとして発熱した場合に、ドープ剤が不純物として拡散し、シリコンウエーハを汚染する恐れがある。また５０Ω・ｃｍを越えると、ヒータとして使用する際に、抵抗が高くなり過ぎて高電圧をかけないと電流が流れず、発熱しなくなってしまうし、処理するウエーハにも悪影響を及ぼす可能性がある。ドープするドープ剤としては、通常ボロン、リン、アンチモン等が用いられるが被処理ウエーハにドープされているものと同じものを用いるのが好ましい。
【００２４】
このシリコンの製造は、通常チョクラルスキー法で作製すればよく、この方法によれば安価で大口径の単結晶シリコンが作製される。この単結晶シリコンをヒータ材料として使用すれば被処理物であるシリコンウエーハと全く同一の素材となり、最も好ましい。
【００２５】
また、シリコンリング５をヒータとして十分に機能させるためには、シリコンリングにヒーターパターンを形成することが望ましい。
例えば図２に示したようなジグザグパターン９を形成すれば、シリコンリングの発熱がどの部位でも均一となり、ウエーハ外周部の温度分布を均一化するとともに、ウエーハ中心部との温度分布も均一化することができるので、ウエーハ面内を極めて均一に加熱することができる。
【００２６】
この場合、シリコンリング５の給電部７には金属箔を使用することができる。特に、好ましくはアルミニウム箔を使用して形成すれば、給電部での接触抵抗を小さくし、異常発熱などを避けることができる。また、金属箔は軟質であるので給電部への導線の取り付け時など、ねじれ等が加わっても容易に壊れないという利点がある。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明の実施例と比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１〜３、比較例１〜３）
シリコン単結晶インゴットを切断、外周研削をして直径２６０ｍｍ×厚さ５ｍｍの円板を得た。マシニングセンタにより、ダイヤモンドツールを使用して円板の中抜き、及び全体の抵抗が２Ωとなる様にヒータパターン加工を施した（図２参照）。給電部はアルミニウム箔を使用して形成した。この給電部に電源を接続し、給電することによってヒータ機能を果たすことが可能となる。
【００２８】
このシリコンリングを下部電極側に設置し、下部電極上にシリコンウエーハを載置してプラズマドライエッチングを施す。下部電極に内蔵されたヒータと、シリコンリングのヒータ機能によりウエーハの温度制御を行った。下部電極よりもシリコンリングの設定温度を高くすることでウエーハ面内で２００℃±２℃の精度で保持することができた。この状態で処理したウエーハ３枚を実施例１〜３とし、ヒーター機能をもたない従来のシリコンリングを使用して処理したウエーハ３枚を比較例１〜３として、ウエーハ中心部と外周部４点のエッチングレート（ｎｍ）を測定した。その結果を表１に示す。
【００２９】
エッチングレート（ｎｍ）の測定方法：エッチングによりホール（穴）を形成させ、その深さを段差計で測定する。
エッチングレートの均一性（％）：
均一性（％）＝｛［（最大値）−（最小値）］／（２×平均値）｝×１００
【００３０】
【表１】

【００３１】
以上のように、ヒーター機能を具備したシリコンリングを用いてウェーハの温度制御を行った実施例では、比較例よりもエッチングレートの均一性が向上していることが分かった。
【００３２】
また、同様に各２００枚のウエーハ処理後にシリコンリングを取り外し、その表面に付着した反応生成物の厚みを測定したところ、従来のシリコンリング（比較例）では平均１５４オングストローム（Å）であったのに対し、本発明のシリコンリング（実施例）では平均２１Åであり、反応生成物の付着防止能力も優れていることが分かった。
【００３３】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００３４】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、シリコンリングにヒーター機能を具備することによって、ウエーハの面内温度の均一化、反応生成物付着防止が可能になり、プラズマ処理の均一化を実現することができるので、半導体製造の歩留まりと生産性の向上を図ることができ、コストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシリコンリングを具備したプラズマ処理装置の一例を示す説明図である。
【図２】本発明のシリコンリングのヒーターパターンの例を示す平面図である。
【図３】従来のシリコンリングを具備したプラズマ処理装置の説明図である。
【符号の説明】
１、１０…プラズマ処理装置、２…上部電極、３…下部電極、
４…リング状部材、５…シリコンリング、６…チャンバ、
７…給電部、８…下部電極内蔵ヒータ、９…ジグザグパターン、
Ｗ…ウエーハ。

Claims

プラズマ処理装置内のウェーハを載置する電極側で、ウエーハの周辺に配置されるシリコンリングであって、前記シリコンリングが単結晶シリコンから成り、比抵抗が０．００１〜５０Ω・ｃｍであり、且つ給電部が設けられ、自己発熱する機能を有することを特徴とするシリコンリング。
前記シリコンリングがヒーターパターンを有することを特徴とする請求項１に記載のシリコンリング。
前記シリコンリングの給電部に金属箔を使用することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシリコンリング。
前記請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のシリコンリングを具備することを特徴とするプラズマ処理装置。