JP4209618B2 - プラズマ処理装置及びリング部材 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体ウエハ等の基板に対して例えばエッチング処理などのプラズマ処理を行うプラズマ処理装置及びこの装置に用いられるリング部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造プロセスにおいては、例えばキャパシタや素子の分離、あるいはコンタクトホールの形成等のために、ドライエッチングが行われている。この処理を行う装置の一つに平行平板型プラズマ処理装置がある。この装置は図１５に示すように、例えば気密なチャンバ１内に、下部電極を兼用する載置台１１が配設されると共に、載置台１１の上方にこれと対向してガス供給部を兼用する上部電極１２が配設されている。１３は排気管である。
【０００３】
このようなプラズマ処理装置では、先ず載置台１１上にウエハＷを載置し、ガス供給部１２からエッチングガスを導入すると共に、電極１１，１２間に高周波電源部Ｅから高周波電力を印加してプラズマを発生させ、このプラズマ中の反応性イオンによりウエハＷのエッチングが行われる。
【０００４】
この際載置台１１上のウエハＷの周りに、ウエハＷを取り囲むように導電性又は半導電性の内側リング１４を設けると共に、この内側リング１４の周囲に絶縁体例えば石英（ＳｉＯ2）よりなる外側リング１６を設けることにより、ウエハＷの周縁領域から内側リング１４上方のプラズマの均一性を向上させ、ウエハＷに対して均一なエッチングを行うようにしている。ここで前記内側リング１４の上面は例えば図１６に示すように、内方側から外方側に向けて平らに形成されており、例えば外端縁に沿って僅かに段部１５が形成され、この段部１５を外側リング１６で押さえることにより載置台１１に固定されるようになっている。
【０００５】
また前記外側リング１６は、外端縁側が外方に向かって下方側に傾斜する傾斜面として構成されており、これにより排気流の流れを均一に調整する役割や、内側リング１４と共にプラズマの均一性を高める役割や、さらに外側リング１６が石英により構成されている場合には、石英がエッチングされることにより生じる酸素ラジカルをウエハのエッチング処理の一部に利用するという役割を果たしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで本発明者らは、上述の形状の内側リング１４を用いて、ウエハＷ表面に形成されたレジスト膜に対して所定のエッチング処理を行うと、ウエハＷの周縁領域（外端縁近傍領域）のエッチングレートが変化することを把握している。例えば８インチサイズのウエハＷを処理する際、内側リング１４としては例えば幅が３０ｍｍ程度、厚さが６．５ｍｍのものが用いられるが、この場合には、図１７に示すようにウエハＷの周縁領域では一旦急激にエッチングレートが小さくなり、その後急激に大きくなって、この領域においてエッチングレートが跳ね上がる形状になってしまう。
【０００７】
このようにレジスト膜のエッチングレートがウエハの周縁領域にて急激に大きくなると、レジストマスクの開いている領域がウエハ中央部よりも広げられてしまうことになり、このため線幅の均一性が低くなるし、またレジスト膜が薄層化していることから、レジスト膜が無くなって被マスク面が露出してしまう懸念もある。
【０００８】
またウエハに形成するデバイス領域はエッチングレートが変化しない領域内に設定しなければならないことから、既述のようにウエハの外端縁側のエッチングレートが変化してしまうと、前記デバイス領域をウエハの外端縁よりもかなり内側の領域に形成しなければならず、歩留まりが低くなってしまう。
【０００９】
本発明は、このような事情のもとになされたものであり、第１のリングとその外側の第２のリングの形状の最適化を図ることにより、均一なプラズマ処理を行うことができる技術を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るプラズマ処理装置は、載置台が内部に設けられた処理容器と、前記載置台上の被処理体を取り囲むように設けられた第１のリングと、この第１のリングを取り囲むように設けられた第２のリングと、を備え、前記載置台上に載置された被処理体をプラズマにより処理するプラズマ処理装置において、前記第１のリングは、内縁から外側に向かって前記被処理体の被処理面と略同じ高さに設定された平坦面部と、この平坦面部の外側に前記第２のリングよりも高くなるように設けられた凸部と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また他の発明は、載置台が内部に設けられた処理容器と、前記載置台上の被処理体を取り囲むように設けられた導電性の第１のリングと、この第１のリングを取り囲むように設けられた絶縁性の第２のリングと、を備え、前記載置台上に載置された被処理体をプラズマにより処理するプラズマ処理装置において、
前記第１のリングは、内縁から外側に向かって前記被処理体の被処理面と略同じ高さに設定された第１の平坦面部を備え、
前記第２のリングは、内縁から外側に向かって設定された第２の平坦面部と、この第２の平坦面部の外側に、斜め下方向に傾斜するよう設定された傾斜面と、を備え、前記第２の平坦面部は前記第１の平坦面部よりも低い位置に設けられることを特徴とする。
【００１２】
このような構成では、前記第１のリングは、内縁から外側に向かって前記被処理体の被処理面と略同じ高さに設定された平坦面部を備えているので、被処理体の面内に亘って均一なプラズマ領域を形成することできて、均一なプラズマ処理を行うことができる。前記第１のリングは、前記平坦面部と前記凸部とを結ぶ傾斜部を有していてもよい。また第２のリングがプラズマによりエッチングされることにより発生する活性種が被処理体の周縁領域に飛散することが抑えられるので、この活性種による被処理体の表面への悪影響の発生を抑えることができる。
【００１３】
ここで前記平坦面部の幅は１０ｍｍ以上であることが好ましい。また前記第２のリングは、第１のリングを押さえる役割や処理容器内のガスの流れを調整する役割を有するものであり、例えば石英より構成されている。
更に他の発明は、プラズマ処理装置の処理容器の内部に設けられた載置台上の被処理体を周囲から取り囲むように設けられた第１のリングと、この第１のリングを取り囲むように設けられた石英からなる第２のリングと、を備えたリング部材であって、
前記第１のリングは、
内縁から外側に向かって前記被処理体の被処理面と略同じ高さに設定された平坦面部と、
プラズマ環境下において、前記第２のリングがエッチングされることにより発生する酸素ラジカルの前記被処理体への飛散を抑えるために、前記平坦面部の外側に前記第２のリングよりも高くなるように設けられた凸部と、を備えたことを特徴とする。
更にまた他の発明は、プラズマ処理装置の処理容器の内部に設けられた載置台上の被処理体を周囲から取り囲むように設けられた導電性の第１のリングと、この第１のリングを取り囲むように設けられた絶縁性の第２のリングと、を備えたリング部材であって、
前記第１のリングは、内縁から外側に向かって前記被処理体の被処理面と略同じ高さに設定された第１の平坦面部を備え、
前記第２のリングは、内縁から外側に向かって設定された第２の平坦面部と、この第２の平坦面部の外側に、斜め下方向に傾斜するよう設定された傾斜面と、を備え、前記第２の平坦面部は前記第１の平坦面部よりも低い位置に設けられたことを特徴とする。
上記以外の他の発明は、プラズマ処理装置の処理容器の内部に設けられた載置台上の被処理体を周囲から取り囲むように設けられた導電性の第１のリングと、この第１のリングを取り囲むように設けられた絶縁性の第２のリングと、を備えたリング部材であって、
前記第１のリングは、内縁から外側に向かって前記被処理体の被処理面と略同じ高さに設定された平坦面部と、この平坦面部の外側に前記第２のリングよりも高くなるように設けられた凸部と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に係るプラズマ処理装置の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態に係るプラズマ処理装置を示す概略断面図であり、図中２は例えばアルミニウム等により円筒状に形成された処理容器であって、この容器２は内部に互いに対向に配設された上部電極３と下部電極４と、を備えている。
【００１５】
前記処理容器２の側壁部には被処理体例えば半導体ウエハＷ（以下「ウエハＷ」という）を搬入及び搬出するために開口部２１，２２が形成されており、これら開口部２１，２２の外側には、処理容器２の内部を気密に保持しながら、前記開口部２１，２２を開閉するためのゲートバルブ２３，２４が設けられている。
【００１６】
前記下部電極４はウエハの載置台を兼用するものであり、処理容器２の下部に設けられた昇降機構４１の上に配設され、これにより昇降自在に構成されている。前記昇降機構４１は、例えば油圧シリンダ、又はボールネジとナットの螺合結合機構とこの機構を回転駆動するサーボモータ等の組み合わせ機構等により構成される。前記昇降機構４１の周囲と処理容器２の底壁の内壁との間にはベローズ体４２が設けられ、これにより処理容器２内に発生したプラズマが下部電極４の下に入り込まないようになっている。
【００１７】
このような下部電極４は、ハイパスフィルタ４３を介して例えば２ＭＨｚの周波数を有する電圧を供給する高周波電源部４４に接続されている。前記ハイパスフィルタ４３は、前記上部電極３に印加される高周波成分の侵入を阻止するものである。
【００１８】
前記下部電極４の上面には、ウエハＷを固定するための静電チャック５が設けられている。この静電チャック５は、導電性のシート状の電極板５１と、電極板５１の表面を狭持するポリイミド層５２とを有しており、電極板５１は、ウエハＷを仮保持するためのクーロン力を発生させる直流電源部５３に電気的に接続されている。
【００１９】
前記下部電極４の周囲には、例えば石英よりなる環状のベースプレート４６が、下部電極と上面の高さ位置が揃えられるように設けられており、前記下部電極４の上面のウエハＷの周囲には、前記下部電極４とベースプレートの両方に跨って、導電体例えばシリコン（Ｓｉ）により形成された、環状の第１のリングをなす内側リング６が設けられている。この内側リング６は、ウエハ端部の濃いプラズマを拡散させ、プラズマの均一性を高めるためのものであり、これにより内側リング６としては電気伝導性に優れるたとえば２Ωのシリコンなどにより構成されることが望ましいが、導電性に限らず半導電性のものにより構成してもよい。
【００２０】
この内側リング６の周囲にはベースプレート４６の上面に絶縁体例えば石英（ＳｉＯ2）により形成された第２のリングをなす環状の外側リング７が設けられており、これら内側リング６及び外側リング７は、例えば図２に示すように、夫々例えば下部電極４に載置されたウエハＷと同心円状に配設され、リング部材を構成している。
【００２１】
前記外側リング７は、内側リング６を下部電極４及びベースプレート４６に押さえるカバーリングとしての役割と、内側リング６と共にウエハ端部から内側リング上方までのプラズマの均一性を高める役割と、後述するように処理容器２内のガスの流れを調整する役割と、外側リング７が石英により構成されている場合には、後述するように石英がエッチングされることにより発生する酸素ラジカルによりウエハのエッチングを助けるという役割と、を有するものである。
【００２２】
図３には、前記内側リング６と外側リング７の断面図により、下部電極４上に載置されたウエハＷと内側リング６と外側リング７との、夫々の上面の高さ位置の関係を示すが、内側リング６と外側リング７とにより、ウエハＷの表面（被処理面）と上面の高さが略同じ高さに設定された平坦面部６１と、この平坦面部６１の外方側に設けられた凸部６２と、この凸部６２の外方側に設けられ、凸部６２よりも上面の高さが低く設定されている部材とを形成するように構成される。
【００２３】
具体的には、前記内側リング６は、例えば８インチサイズのウエハを処理する場合、下部電極４に載置されたウエハの外縁から僅かに離れた位置に位置する内端部６０を有し、前記ウエハ表面と上面の高さが略同じ高さに設定されている第１の平坦面部６１と、この平坦面部６１の外方側に設けられた凸部６２と、前記平坦面部６１と凸部６２とを結ぶ傾斜部６３とを備えている。また内側リング６の凸部６２の外方側は、凸部６２よりも高さ位置が低い段部６４として形成されており、この段部６４の上に外側リング７の内端側が載せられるようになっていて、段部６４の上の外側リング表面は平坦面（第２の平坦面部）７１として形成され、この平坦面部７１の上面の高さは例えば内側リング６の平坦面部６１の上面と略同じ高さに設定されている。そして外側リング７の平坦面部７１の外方側は外に向かって下側に傾斜する傾斜面部７２として形成されている。
【００２４】
こうして内側リング６と外側リング７は共に、下部電極４に載置されたウエハ表面と上面が略同じ高さである平坦面部６１、７１を有し、内側リング６の平坦面部６１と外側リング７の平坦面部７１との間には凸部６２が形成されていることになる。この際内側リング６及び外側リング７の大きさの一例を示すと、例えば８インチサイズのウエハＷに対しては、内側リング６全体の幅Ａは２９．０ｍｍ、第１の平坦部６１の幅ａは１８ｍｍ、第１の平坦部６１の厚さｂは６．５ｍｍ、傾斜部６３の幅ｃは１ｍｍ、凸部６２の幅ｄは１０ｍｍ、凸部６２の厚さｅは７．５ｍｍ、ウエハＷと内側リング６の内端部６０との距離ｆは１ｍｍ、第２の平坦面部７１の幅ｇは１０ｍｍに設定されている。
【００２５】
ここで下部電極４に載置されたウエハ表面と内側リング６の平坦面部６１上面の高さが略同じ高さに設定されているとは、これらの高さが後述するようにエッチングによりレジスト膜に形成されるホール（孔部）の深さ方向の傾きが見られない程度に一致していることをいい、例えば両方の上面の高さ位置の差が１ｍｍ以内であることをいう。また前記内側リング６と外側リング７との間に凸部６２があることに特徴があるが、この凸部６２の高さはウエハの周縁領域のエッチングレートがその他の領域に比べて大きくならない程度の高さであればよく、例えば１ｍｍ程度であればよい。
【００２６】
さらに内側リング６の平坦面部６１の幅ａは後述の実験例により例えば１０ｍｍ以上であれば、レジスト膜のエッチングレートの面内均一性が高く、エッチングにより形成されるホールの深さ方向の傾きも発生しないことが確認されている。
【００２７】
前記処理容器２の例えば底壁のベローズ体４２の外側には、排気管４７を介して真空ポンプ４８が接続されており、処理容器２内の処理ガスは下部電極４の周囲から排気されるようになっている。この際外側リング７の傾斜面７２に沿って排気流が流れていき、これにより下部電極４の周囲から均一に排気され、このように外側リング７は処理容器２の内部のガスの流れを調整する役割を果たしている。
【００２８】
前記上部電極３は、処理容器２の上部側に下部電極４に対向して設けられており、中空構造であって、下側部分には多数のガス拡散孔３０が穿設されている。これにより上部電極３には下部電極４に載置されたウエハＷの略全面と対向するようにガス供給領域が形成されることとなる。このような上部電極３にはガス供給管３１が接続されており、ガス供給管３１から供給された処理ガスがガス拡散孔３０を介して処理容器２内部に供給されるようになっている。
【００２９】
この上部電極３にはローパスフィルタ３２を介して、例えば高周波電源部４４よりも高い周波数、例えば６０ＭＨｚの周波数を有する電力を供給するための高周波電源部３３に接続されている。前記ローパスフィルタ３２は下部電極４に印加される高周波成分の侵入を阻止する働きを有する。上部電極３の周囲には、環状の石英により構成されたシールドリング３４が上部電極３の外周部に嵌め込まれるように設けられており、これにより上部電極３を固定している図示しないネジをプラズマから保護するようになっている。
【００３０】
続いて前記プラズマ処理装置の作用について説明する。先ずゲートバルブ２３，２４を開放し、図示しないロードロック室からウエハＷを処理容器２内に搬入して、下部電極４の静電チャック５上に載置し、この後ゲートバルブ２３，２４を閉じる。この際搬入されるウエハＷは、例えば表面のレジスト膜に所定のパターンが形成されたレジストマスクが形成されたものである。次いで排気管４７を介して真空ポンプ４８により処理容器２内を所定の真空雰囲気に排気する一方、ガス供給管３１により処理ガス例えばエッチングガスを所定の流量で導入し、このエッチングガスを上部電極３に設けられたガス拡散孔３０を介して均一に拡散させる。
【００３１】
こうして処理容器２内を例えば数ｍＴｏｒｒ〜数十ｍＴｏｒｒの真空度に維持すると共に、上部電極３に高周波電源部３３から例えば６０ＭＨｚの高周波電圧を与え、これにより所定時間例えば１秒以下のタイミングをあけて、下部電極４に高周波電源４４から例えば２ＭＨｚの高周波電圧を印加し、両電極間にプラズマを発生させる。このプラズマの発生によりウエハＷは静電チャック５上に強固に吸着保持される。
【００３２】
一方発生したプラズマ中の反応性イオンによりウエハ表面に形成されたレジストマスクがエッチングされる。この際石英よりなる外側リング７はエッチングされて酸素ラジカルを発生し、この酸素ラジカルはウエハ表面のレジストマスクのエッチングに利用される。
【００３３】
ここでウエハＷの外側に導電性または半導電性よりなる内側リング６が設けられており、この内側リング６の外側に絶縁性の外側リング７が設けられているため、ウエハ端部の濃いプラズマが内側リング６に引き寄せられる状態で拡散し、さらに外側リング７上のプラズマが内側リング６に引き寄せられるため、ウエハＷの端部から内側リングの上方側までプラズマの密度がほぼ均一になる。
【００３４】
この際内側リング６を、ウエハ表面と上面の高さがほぼ同じに設定された平坦面部６１とこの平坦面部６１の外方側に設けられた凸部６２とを備えるように構成すると共に、隣接する外側リング７の上面が内側リング６の凸部６２よりも低くなるように構成しているので、ウエハＷ表面のレジスト膜のエッチングレートは、例えば図４に示すように、周縁領域においてもエッチングレートの跳ね上がりや、急激な落ち込みなどの発生が抑えられてウエハの面内においてほぼ均一になり、これによりウエハ面内において均一なエッチング処理を行うことができる。
【００３５】
このようにエッチングレートの跳ね上がり現象が抑えられるのは、プラズマにるエッチングによって外側リング７から発生した酸素ラジカルが、例えば図５（ａ）に示すように、外側リング７の上面は隣接する凸部６２の上面よりも低いため、前記酸素ラジカルが凸部６２を越えられずにウエハＷの外周縁近傍領域に直接飛散してこない。これに対し例えば図５（ｂ）に示すように、内側リング６に凸部６２を設けず、内側リング６とウエハＷと外側リング７との夫々の上面の高さがほぼ同じである場合には、外側リング７からウエハＷの周縁領域まで酸素ラジカルが直接飛散していくので、この領域ではこの酸素ラジカルによりレジスト膜が燃焼し、この熱によりエッチングレートが大きくなってしまう。このように内側リング６に凸部６２を設けると、ウエハの周縁領域のレジスト膜が酸素ラジカルで燃焼し、これによりエッチングレートが大きくなるといったことが起こらないので、エッチングレートが急激に大きくなる現象の発生が抑えられると考えられる。
【００３６】
また後述の実験例により明らかなように、ウエハ表面のレジスト膜にエッチングより形成するホールの深さ方向の傾きも抑えられる。このようにホールの深さ方向の傾きが抑えられるのは、次のような理由に基づくものと考えられる。つまり内側リング６は導電性の高いシリコンにより形成されており、内側リング６のウエハに隣接する側は、ウエハの表面と上面の高さ位置が揃えられていて、第１の平坦面部６１が１０ｍｍ以上とある程度の長さに設定されているので、ウエハに隣接する内側リング６表面に対し、電界は垂直に入射する方向を向く（図６（ａ）参照）。ここでエッチングに用いるイオンは電界の方向に沿って運動するので、前記イオンはウエハの周縁領域においても垂直に入射し、これによりウエハの周縁領域のホールにおいても垂直にエッチングが行われる。またこのようにウエハの周縁領域においても電界が垂直に入射する方向を向いていることから、高い効率で面内均一性の高いプラズマ処理を行うことができ、エッチングレートの高い面内均一性を確保できることになる。
【００３７】
一方内側リング６の凸部がウエハに近すぎると、内側リング６は導電性であるので、凸部６２に対して電界は曲がった状態で入射する方向に傾いてしまう（図６（ｂ）参照）。このためこの影響を受け、凸部６２に近いウエハの周縁領域においては、前記エッチングに用いるイオンが曲がった状態で入射し、これによりウエハの周縁領域のホールでは斜めにエッチングされるので、ホールの深さ方向の傾きが発生するためと考えられる。
【００３８】
また従来のように、内側リング全体の厚さを大きくすると、図６（ｃ）に示すように、電界ベクトルが外側に傾くので、ウエハの周縁領域においては電界が外側を向いてしまい、入射電子は電界の方向に従うのでホールの曲がりが発生すると考えられる。またこのようにウエハＷの周縁領域ではエッチングに用いるイオンが傾いて入射するので、その他の領域に比べて当該領域ではエッチングレートが急激に小さくなってしまう。
【００３９】
以上のように本実施の形態では、ウエハの面内全体に亘って均一なプラズマ処理を行うことができるので、ウエハ面内のエッチングレートをほぼ均一に揃えることができる。このためレジストマスクの開いている領域がウエハの中央部と周縁領域との間で異なるといったことがなく、線幅の均一性を確保することができる。またレジスト膜が無くなって被マスク面が露出してしまうといったおそれもない。
【００４０】
さらにウエハの周縁領域までエッチングレートが均一であるので、ウエハの外端縁付近までデバイス領域を広げることができ、デバイスの歩留まりを高めることができる。さらにまたプラズマにより外側リング７から発生する活性種のウエハＷの周縁領域への直接の飛散が抑えられるので、外側リング７の材質がウエハＷの処理に与える影響が小さくなり、外側リング７の材質の選定の際の自由度が高くなる。
【００４１】
続いて本発明の他の実施の形態について説明する。この実施の形態は、図７に示すように、内側リング８上面より外側リング９上面の高さを低く設定するものである。内側リング８は上述の実施の形態のように凸部が設けられているものであっても、凸部が設けられていない平坦なものであってもよいが、外側リング９上面の高さ位置は隣接する内側リング８上面の高さ位置よりも例えば１ｍｍ低くなるように設定されている。この際外側リング８上面の高さ位置と隣接する内側リング８上面の高さ位置との差は、ウエハの周縁部のエッチングレートがその他の領域に比べて大きくならない程度の高さであればよい。
【００４２】
この実施の形態の凸部がもうけられていない構成の内側リング８と外側リング９の大きさの一例を示すと、内側リング８の幅ｈは２９ｍｍ、厚さｉは６．５ｍｍ、外側リング９の平坦面の幅ｊは１０ｍｍ、内側リング８の内端部８０と静電チャック５上のウエハＷの外縁との距離ｋは１ｍｍ、内側リング８と外側リングとの高さの差ｌは１ｍｍである。
【００４３】
このような構成においても、外側リング９上面は内側リング８上面よりも高さが低く設定されているので、外側リング９がプラズマにエッチングされることにより当該外側リング９から発生した酸素ラジカルが内側リング８を飛び越えることができないので、ウエハの周縁領域が当該酸素ラジカルにより燃焼するといったことが起こるおそれがない。このためエッチングレートをウエハ面内に亘って揃えることができ、均一な処理を行うことができる。
【００４４】
【実施例】
続いて上述の第１の実施の形態の効果を確認するために行った実験例１と第２の実施の形態の効果を確認するために行った実験例２について説明する。
｛実験例１｝
先ず図８（ａ）〜（ｅ）に示すように、５つのタイプの内側リング６，６´（内側リング６´は凸部が設けられていないタイプ）を用意し、同じ処理条件でエッチングを行って、エッチング処理の均一性を検査した。ここで５つのタイプの内側リング６，６´について説明すると、次の通りである。
（実験条件）
図８（ａ）のタイプ（実施例１）は、上述の実施の形態で説明したタイプの内側リング６であり、平坦面部６１の長さａが２０ｍｍであり、平坦面部６１の厚さが６．５ｍｍ、凸部６２の厚さが７．５ｍｍのもの
図８（ｂ)のタイプ（実施例２）は、実施例１の内側リング６において、平坦面部６１の長さａを１０ｍｍとしたもの
図８（ｃ)のタイプ（比較例１）は、内側リング６´が平坦であり、厚さが６．５ｍｍであって、ウエハ表面と内側リング６´表面との高さ位置がほぼ同じであるもの
図８（ｄ)のタイプ（比較例２）は、内側リング６´が平坦であり、厚さが７．５ｍｍであって、ウエハ表面より内側リング表面の高さ位置が高いもの
図８（ｅ）のタイプ（比較例３）は、内側リング６´が、内側から外側に向けて徐々に高くなるように傾斜していき、内側の厚さが６．５ｍｍ、外側の厚さが７．５ｍｍであって、ウエハ表面の高さ位置とほぼ同じ厚さからウエハ表面より高さ位置が高くなる厚さに変化するもの
またこのとき処理条件は以下の通りとし、実施例１，２と比較例１，２の内側リング６，６´に対してプロセス圧力を変えて同様の実験を行った。またエッチング処理の均一性は、ウエハ面内の３７点のエッチングレートを測定し、この最大値と最小値と平均値とにより、（最大値−最小値）／（２×平均値）を算出して求めた。
（実験結果）
この結果を図９に示すが、これにより比較例１のタイプの内側リングに対して、実施例１，２のタイプと比較例２のタイプの内側リングを用いた場合にはエッチング処理の均一性が向上することが認められた。
【００４５】
またエッチングレートのウエハ面内分布の形状を数値化したところ、図１０に示す結果が得られた。図１０では最も大きいプロット（実施例１を例にすると、最も大きい▲）が１５ｍＴｏｒｒ、最も小さいプロットが３５ｍＴｏｒｒ、間の大きさのプロットが２５ｍＴｏｒｒの結果を示している。また図１０（ａ）中ｘは、ウエハの中央とウエハの外端縁から１５ｍｍ内側の位置のエッチングレートの差、ｙはウエハの外端縁から１５ｍｍ内側の位置とウエハの外端縁から３ｍｍ内側の位置のエッチングレートの差であり、ｘ，ｙが小さいほど分布が平坦であり、原点（０，０）に近いほど均一性がよいことを示している。またグラフの周りに、グラフのエリア毎のエッチングレート分布の形状を示す。
【００４６】
この結果より、実施例１，２のエッチングレート分布は原点に近いところにプロットされており、比較例１，２に比べてエッチングレートの均一性が向上していることが認められた。また実施例１，２は比較例１，２に対して、データの推移の程度が小さく、エッチングレートの均一性の圧力依存性が緩和されていることが理解される。
【００４７】
また実施例１，２、比較例２，３の内側リングを用いて、上述の処理条件にて、幅０．３μｍ、深さ２μｍのホールを１．２μｍ間隔で形成するエッチング処理を行い、このホールの形状を断面ＳＥＭにて確認したところ、図１１に示す結果が得られた。ここで位置１はウエハ中央、位置２はウエハの外端縁から４．０ｍｍ内側の位置、位置３はウエハの外端縁から２．５ｍｍ内側の位置である。この結果実施例１，２の内側リング６ではウエハの外端縁２．５ｍｍの位置までホールの曲がりが認められなかったのに対し、比較例２，３の内側リングではウエハの外端縁４．０ｍｍの位置と、２．５ｍｍの位置にてホールの曲がりが認められた。比較例２，３の内側リング６´でホールの曲がりが発生するのは、比較例２ではウエハＷの外端縁付近では電界が外側に向いており、比較例３では傾斜面が長いためこれに沿って電界が曲がってしまい、このように電界が曲がるとエッチングに用いるイオンの入射方向は電界の方向に向いてしまうので、これにより夫々のケースでホールの伸びる方向が曲がってしまうためと考えられる。
【００４８】
以上の実験により内側リング６の内側をウエハ表面の高さ位置と略一致する高さの平坦面部６１とし、外側をこの平坦面部６１より高さ位置の高い凸部６２として、内側リング６全体の幅を２９ｍｍ、凸部６２の高さを１ｍｍ程度、平坦面部６１の長さを１０ｍｍ以上とすることにより、エッチングレートの跳ね上がり現象や落ち込み、ホールの曲がりの発生を抑えて、エッチングレートが均一になり、均一なエッチング処理を行うことが確認された。
｛実験例２｝
（実験条件）
この実験では、図１２（ａ）,（ｂ）、図１３（ａ），（ｂ）に示すタイプの内側リングと外側リングを用意し、同じ処理条件でエッチングを行って、エッチング処理の均一性を検査した。ここで図１２（ａ）のタイプ（実施例３）は、上述の実施の形態で説明したタイプの内側リング６であり、平坦面部６１の長さａが２０ｍｍ、平坦面部６１の厚さが６．５ｍｍ、凸部６２の厚さが７．５ｍｍのものであって、外側リング７の上面の高さが凸部６２の上面から１ｍｍ低く設定されているもの、図１２（ｂ)のタイプ（比較例４）は、内側リング６は実施例３と同じであり、外側リング７´の上面の高さが凸部６２の上面と同じ高さに設定されているものである。
【００４９】
また図１３（ａ）のタイプ（実施例４）は、凸部が設けられていないタイプの内側リング８であり、幅が２９ｍｍ、厚さが６．５ｍｍのものであって、外側リング９の上面の高さが内側リング８の上面より１ｍｍ低く設定されているもの、図１３（ｂ)のタイプ（比較例５）は、内側リング８は実施例４と同じであり、外側リング９´の上面の高さが凸部６２の上面と同じ高さに設定されているものである。
【００５０】
またエッチング条件は以下の通りとし、プロセス圧力を変えて同様の実験を行った。またエッチング処理の均一性は実験例１と同じ手法により求めた。
（実験結果）
実施例３，比較例４の結果については図１４に、実施例３は□、比較例４は○として夫々示す。この特性図においては、変動幅が小さい程エッチングレートの均一性が良いということを示しており、実施例３の方が変動幅が小さく、エッチングレートの均一性が良好であることが確認された。また実施例４，比較例５の結果についても実施例４の方が変動幅が小さく、エッチングレートの均一性が良好であることが確認された。
【００５１】
これらの結果により外側リング上面の高さを内側リングの上面より低く設定することにより、ウエハの周縁領域でのエッチングレートの跳ね上がり現象や急激な下降を抑え、エッチングレートの高い面内均一性を確保できることが確認された。また実施例３，４についてエッチングにより形成されるホールの深さ方向の曲がりの発生状態を調べたところ、ホールの曲がりの発生は認められなかった。
【００５２】
以上において、本発明ではプラズマ処理としてエッチング処理を例に挙げて説明したが、本発明はプラズマＣＶＤ装置やプラズマアッシング装置、プラズマスパッタ装置などの他のプラズマ処理装置にも適用することができる。またプラズマの発生手法としては本発明の構成に限らず、コイル型の高周波アンテナにより高周波電力を印加することによりプラズマを発生させるものであってもよい。さらに被処理体としては、半導体ウエハに限らず、ＬＣＤ基板などであってもよい。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、第１のリングと第２のリングの形状の最適化を図ることにより、被処理体の面内に亘って均一なプラズマ処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプラズマ処理装置の一実施の形態における全体構造を示す概略断面図である。
【図２】前記プラズマ処理装置に用いられる内側リングと外側リングとを示す平面図である。
【図３】前記内側リングと外側リングとを示す断面図である。
【図４】上記のプラズマ処理装置を用いてエッチング処理を行った場合のエッチングレートを示す特性図である。
【図５】上記の内側リングと外側リングの作用を説明するための断面図である。
【図６】上記の内側リングと外側リングの作用を説明するための断面図である。
【図７】本発明に係るプラズマ処理装置の他の実施の形態の要部を説明するための断面図である。
【図８】実験例１で使用した内側リングの形状を説明するための断面図である。
【図９】前記実験例で得られたエッチングレートを示す特性図である。
【図１０】前記実験例で得られたエッチングレートを示す特性図である。
【図１１】前記実験例で得られたエッチングにより形成されたホールの形状を示す特性図である。
【図１２】実験例２で使用した内側リングの形状を説明するための断面図である。
【図１３】実験例２で使用した他の内側リングの形状を説明するための断面図である。
【図１４】前記実験例で得られたエッチングレートを示す特性図である。
【図１５】従来のプラズマ処理装置を説明するための断面図である。
【図１６】従来の内側リングを説明するための断面図である。
【図１７】従来のプラズマ処理装置で処理を行った場合のエッチングレートを示す特性図である。
【符号の説明】
２ 処理容器
３ 上部電極
３１ ガス供給管
３３ 高周波電源部
４ 下部電極
４４ 高周波電源部
４９ 真空ポンプ
５ 静電チャック
６ 内側リング
６１ 第１の平坦面部
６２ 凸部
６３ 傾斜部
７ 外側リング
７１ 第２の平坦面部
７２ 傾斜面部
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体ウエハ等の基板に対して例えばエッチング処理などのプラズマ処理を行うプラズマ処理装置及びこの装置に用いられるリング部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造プロセスにおいては、例えばキャパシタや素子の分離、あるいはコンタクトホールの形成等のために、ドライエッチングが行われている。この処理を行う装置の一つに平行平板型プラズマ処理装置がある。この装置は図１５に示すように、例えば気密なチャンバ１内に、下部電極を兼用する載置台１１が配設されると共に、載置台１１の上方にこれと対向してガス供給部を兼用する上部電極１２が配設されている。１３は排気管である。
【０００３】
このようなプラズマ処理装置では、先ず載置台１１上にウエハＷを載置し、ガス供給部１２からエッチングガスを導入すると共に、電極１１，１２間に高周波電源部Ｅから高周波電力を印加してプラズマを発生させ、このプラズマ中の反応性イオンによりウエハＷのエッチングが行われる。
【０００４】
この際載置台１１上のウエハＷの周りに、ウエハＷを取り囲むように導電性又は半導電性の内側リング１４を設けると共に、この内側リング１４の周囲に絶縁体例えば石英（ＳｉＯ2）よりなる外側リング１６を設けることにより、ウエハＷの周縁領域から内側リング１４上方のプラズマの均一性を向上させ、ウエハＷに対して均一なエッチングを行うようにしている。ここで前記内側リング１４の上面は例えば図１６に示すように、内方側から外方側に向けて平らに形成されており、例えば外端縁に沿って僅かに段部１５が形成され、この段部１５を外側リング１６で押さえることにより載置台１１に固定されるようになっている。
【０００５】
また前記外側リング１６は、外端縁側が外方に向かって下方側に傾斜する傾斜面として構成されており、これにより排気流の流れを均一に調整する役割や、内側リング１４と共にプラズマの均一性を高める役割や、さらに外側リング１６が石英により構成されている場合には、石英がエッチングされることにより生じる酸素ラジカルをウエハのエッチング処理の一部に利用するという役割を果たしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで本発明者らは、上述の形状の内側リング１４を用いて、ウエハＷ表面に形成されたレジスト膜に対して所定のエッチング処理を行うと、ウエハＷの周縁領域（外端縁近傍領域）のエッチングレートが変化することを把握している。例えば８インチサイズのウエハＷを処理する際、内側リング１４としては例えば幅が３０ｍｍ程度、厚さが６．５ｍｍのものが用いられるが、この場合には、図１７に示すようにウエハＷの周縁領域では一旦急激にエッチングレートが小さくなり、その後急激に大きくなって、この領域においてエッチングレートが跳ね上がる形状になってしまう。
【０００７】
このようにレジスト膜のエッチングレートがウエハの周縁領域にて急激に大きくなると、レジストマスクの開いている領域がウエハ中央部よりも広げられてしまうことになり、このため線幅の均一性が低くなるし、またレジスト膜が薄層化していることから、レジスト膜が無くなって被マスク面が露出してしまう懸念もある。
【０００８】
またウエハに形成するデバイス領域はエッチングレートが変化しない領域内に設定しなければならないことから、既述のようにウエハの外端縁側のエッチングレートが変化してしまうと、前記デバイス領域をウエハの外端縁よりもかなり内側の領域に形成しなければならず、歩留まりが低くなってしまう。
【０００９】
本発明は、このような事情のもとになされたものであり、第１のリングとその外側の第２のリングの形状の最適化を図ることにより、均一なプラズマ処理を行うことができる技術を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るプラズマ処理装置は、載置台が内部に設けられた処理容器と、前記載置台上の被処理体を取り囲むように設けられた第１のリングと、この第１のリングを取り囲むように設けられた第２のリングと、を備え、前記載置台上に載置された被処理体をプラズマにより処理するプラズマ処理装置において、前記第１のリングは、内縁から外側に向かって前記被処理体の被処理面と略同じ高さに設定された平坦面部と、この平坦面部の外側に前記第２のリングよりも高くなるように設けられた凸部と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また他の発明は、載置台が内部に設けられた処理容器と、前記載置台上の被処理体を取り囲むように設けられた導電性の第１のリングと、この第１のリングを取り囲むように設けられた絶縁性の第２のリングと、を備え、前記載置台上に載置された被処理体をプラズマにより処理するプラズマ処理装置において、
前記第１のリングは、内縁から外側に向かって前記被処理体の被処理面と略同じ高さに設定された第１の平坦面部を備え、
前記第２のリングは、内縁から外側に向かって設定された第２の平坦面部と、この第２の平坦面部の外側に、斜め下方向に傾斜するよう設定された傾斜面と、を備え、前記第２の平坦面部は前記第１の平坦面部よりも低い位置に設けられることを特徴とする。
【００１２】
このような構成では、前記第１のリングは、内縁から外側に向かって前記被処理体の被処理面と略同じ高さに設定された平坦面部を備えているので、被処理体の面内に亘って均一なプラズマ領域を形成することできて、均一なプラズマ処理を行うことができる。前記第１のリングは、前記平坦面部と前記凸部とを結ぶ傾斜部を有していてもよい。また第２のリングがプラズマによりエッチングされることにより発生する活性種が被処理体の周縁領域に飛散することが抑えられるので、この活性種による被処理体の表面への悪影響の発生を抑えることができる。
【００１３】
ここで前記平坦面部の幅は１０ｍｍ以上であることが好ましい。また前記第２のリングは、第１のリングを押さえる役割や処理容器内のガスの流れを調整する役割を有するものであり、例えば石英より構成されている。
更に他の発明は、プラズマ処理装置の処理容器の内部に設けられた載置台上の被処理体を周囲から取り囲むように設けられた第１のリングと、この第１のリングを取り囲むように設けられた石英からなる第２のリングと、を備えたリング部材であって、
前記第１のリングは、
内縁から外側に向かって前記被処理体の被処理面と略同じ高さに設定された平坦面部と、
プラズマ環境下において、前記第２のリングがエッチングされることにより発生する酸素ラジカルの前記被処理体への飛散を抑えるために、前記平坦面部の外側に前記第２のリングよりも高くなるように設けられた凸部と、を備えたことを特徴とする。
更にまた他の発明は、プラズマ処理装置の処理容器の内部に設けられた載置台上の被処理体を周囲から取り囲むように設けられた導電性の第１のリングと、この第１のリングを取り囲むように設けられた絶縁性の第２のリングと、を備えたリング部材であって、
前記第１のリングは、内縁から外側に向かって前記被処理体の被処理面と略同じ高さに設定された第１の平坦面部を備え、
前記第２のリングは、内縁から外側に向かって設定された第２の平坦面部と、この第２の平坦面部の外側に、斜め下方向に傾斜するよう設定された傾斜面と、を備え、前記第２の平坦面部は前記第１の平坦面部よりも低い位置に設けられたことを特徴とする。
上記以外の他の発明は、プラズマ処理装置の処理容器の内部に設けられた載置台上の被処理体を周囲から取り囲むように設けられた導電性の第１のリングと、この第１のリングを取り囲むように設けられた絶縁性の第２のリングと、を備えたリング部材であって、
前記第１のリングは、内縁から外側に向かって前記被処理体の被処理面と略同じ高さに設定された平坦面部と、この平坦面部の外側に前記第２のリングよりも高くなるように設けられた凸部と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に係るプラズマ処理装置の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態に係るプラズマ処理装置を示す概略断面図であり、図中２は例えばアルミニウム等により円筒状に形成された処理容器であって、この容器２は内部に互いに対向に配設された上部電極３と下部電極４と、を備えている。
【００１５】
前記処理容器２の側壁部には被処理体例えば半導体ウエハＷ（以下「ウエハＷ」という）を搬入及び搬出するために開口部２１，２２が形成されており、これら開口部２１，２２の外側には、処理容器２の内部を気密に保持しながら、前記開口部２１，２２を開閉するためのゲートバルブ２３，２４が設けられている。
【００１６】
前記下部電極４はウエハの載置台を兼用するものであり、処理容器２の下部に設けられた昇降機構４１の上に配設され、これにより昇降自在に構成されている。前記昇降機構４１は、例えば油圧シリンダ、又はボールネジとナットの螺合結合機構とこの機構を回転駆動するサーボモータ等の組み合わせ機構等により構成される。前記昇降機構４１の周囲と処理容器２の底壁の内壁との間にはベローズ体４２が設けられ、これにより処理容器２内に発生したプラズマが下部電極４の下に入り込まないようになっている。
【００１７】
このような下部電極４は、ハイパスフィルタ４３を介して例えば２ＭＨｚの周波数を有する電圧を供給する高周波電源部４４に接続されている。前記ハイパスフィルタ４３は、前記上部電極３に印加される高周波成分の侵入を阻止するものである。
【００１８】
前記下部電極４の上面には、ウエハＷを固定するための静電チャック５が設けられている。この静電チャック５は、導電性のシート状の電極板５１と、電極板５１の表面を狭持するポリイミド層５２とを有しており、電極板５１は、ウエハＷを仮保持するためのクーロン力を発生させる直流電源部５３に電気的に接続されている。
【００１９】
前記下部電極４の周囲には、例えば石英よりなる環状のベースプレート４６が、下部電極と上面の高さ位置が揃えられるように設けられており、前記下部電極４の上面のウエハＷの周囲には、前記下部電極４とベースプレートの両方に跨って、導電体例えばシリコン（Ｓｉ）により形成された、環状の第１のリングをなす内側リング６が設けられている。この内側リング６は、ウエハ端部の濃いプラズマを拡散させ、プラズマの均一性を高めるためのものであり、これにより内側リング６としては電気伝導性に優れるたとえば２Ωのシリコンなどにより構成されることが望ましいが、導電性に限らず半導電性のものにより構成してもよい。
【００２０】
この内側リング６の周囲にはベースプレート４６の上面に絶縁体例えば石英（ＳｉＯ2）により形成された第２のリングをなす環状の外側リング７が設けられており、これら内側リング６及び外側リング７は、例えば図２に示すように、夫々例えば下部電極４に載置されたウエハＷと同心円状に配設され、リング部材を構成している。
【００２１】
前記外側リング７は、内側リング６を下部電極４及びベースプレート４６に押さえるカバーリングとしての役割と、内側リング６と共にウエハ端部から内側リング上方までのプラズマの均一性を高める役割と、後述するように処理容器２内のガスの流れを調整する役割と、外側リング７が石英により構成されている場合には、後述するように石英がエッチングされることにより発生する酸素ラジカルによりウエハのエッチングを助けるという役割と、を有するものである。
【００２２】
図３には、前記内側リング６と外側リング７の断面図により、下部電極４上に載置されたウエハＷと内側リング６と外側リング７との、夫々の上面の高さ位置の関係を示すが、内側リング６と外側リング７とにより、ウエハＷの表面（被処理面）と上面の高さが略同じ高さに設定された平坦面部６１と、この平坦面部６１の外方側に設けられた凸部６２と、この凸部６２の外方側に設けられ、凸部６２よりも上面の高さが低く設定されている部材とを形成するように構成される。
【００２３】
具体的には、前記内側リング６は、例えば８インチサイズのウエハを処理する場合、下部電極４に載置されたウエハの外縁から僅かに離れた位置に位置する内端部６０を有し、前記ウエハ表面と上面の高さが略同じ高さに設定されている第１の平坦面部６１と、この平坦面部６１の外方側に設けられた凸部６２と、前記平坦面部６１と凸部６２とを結ぶ傾斜部６３とを備えている。また内側リング６の凸部６２の外方側は、凸部６２よりも高さ位置が低い段部６４として形成されており、この段部６４の上に外側リング７の内端側が載せられるようになっていて、段部６４の上の外側リング表面は平坦面（第２の平坦面部）７１として形成され、この平坦面部７１の上面の高さは例えば内側リング６の平坦面部６１の上面と略同じ高さに設定されている。そして外側リング７の平坦面部７１の外方側は外に向かって下側に傾斜する傾斜面部７２として形成されている。
【００２４】
こうして内側リング６と外側リング７は共に、下部電極４に載置されたウエハ表面と上面が略同じ高さである平坦面部６１、７１を有し、内側リング６の平坦面部６１と外側リング７の平坦面部７１との間には凸部６２が形成されていることになる。この際内側リング６及び外側リング７の大きさの一例を示すと、例えば８インチサイズのウエハＷに対しては、内側リング６全体の幅Ａは２９．０ｍｍ、第１の平坦部６１の幅ａは１８ｍｍ、第１の平坦部６１の厚さｂは６．５ｍｍ、傾斜部６３の幅ｃは１ｍｍ、凸部６２の幅ｄは１０ｍｍ、凸部６２の厚さｅは７．５ｍｍ、ウエハＷと内側リング６の内端部６０との距離ｆは１ｍｍ、第２の平坦面部７１の幅ｇは１０ｍｍに設定されている。
【００２５】
ここで下部電極４に載置されたウエハ表面と内側リング６の平坦面部６１上面の高さが略同じ高さに設定されているとは、これらの高さが後述するようにエッチングによりレジスト膜に形成されるホール（孔部）の深さ方向の傾きが見られない程度に一致していることをいい、例えば両方の上面の高さ位置の差が１ｍｍ以内であることをいう。また前記内側リング６と外側リング７との間に凸部６２があることに特徴があるが、この凸部６２の高さはウエハの周縁領域のエッチングレートがその他の領域に比べて大きくならない程度の高さであればよく、例えば１ｍｍ程度であればよい。
【００２６】
さらに内側リング６の平坦面部６１の幅ａは後述の実験例により例えば１０ｍｍ以上であれば、レジスト膜のエッチングレートの面内均一性が高く、エッチングにより形成されるホールの深さ方向の傾きも発生しないことが確認されている。
【００２７】
前記処理容器２の例えば底壁のベローズ体４２の外側には、排気管４７を介して真空ポンプ４８が接続されており、処理容器２内の処理ガスは下部電極４の周囲から排気されるようになっている。この際外側リング７の傾斜面７２に沿って排気流が流れていき、これにより下部電極４の周囲から均一に排気され、このように外側リング７は処理容器２の内部のガスの流れを調整する役割を果たしている。
【００２８】
前記上部電極３は、処理容器２の上部側に下部電極４に対向して設けられており、中空構造であって、下側部分には多数のガス拡散孔３０が穿設されている。これにより上部電極３には下部電極４に載置されたウエハＷの略全面と対向するようにガス供給領域が形成されることとなる。このような上部電極３にはガス供給管３１が接続されており、ガス供給管３１から供給された処理ガスがガス拡散孔３０を介して処理容器２内部に供給されるようになっている。
【００２９】
この上部電極３にはローパスフィルタ３２を介して、例えば高周波電源部４４よりも高い周波数、例えば６０ＭＨｚの周波数を有する電力を供給するための高周波電源部３３に接続されている。前記ローパスフィルタ３２は下部電極４に印加される高周波成分の侵入を阻止する働きを有する。上部電極３の周囲には、環状の石英により構成されたシールドリング３４が上部電極３の外周部に嵌め込まれるように設けられており、これにより上部電極３を固定している図示しないネジをプラズマから保護するようになっている。
【００３０】
続いて前記プラズマ処理装置の作用について説明する。先ずゲートバルブ２３，２４を開放し、図示しないロードロック室からウエハＷを処理容器２内に搬入して、下部電極４の静電チャック５上に載置し、この後ゲートバルブ２３，２４を閉じる。この際搬入されるウエハＷは、例えば表面のレジスト膜に所定のパターンが形成されたレジストマスクが形成されたものである。次いで排気管４７を介して真空ポンプ４８により処理容器２内を所定の真空雰囲気に排気する一方、ガス供給管３１により処理ガス例えばエッチングガスを所定の流量で導入し、このエッチングガスを上部電極３に設けられたガス拡散孔３０を介して均一に拡散させる。
【００３１】
こうして処理容器２内を例えば数ｍＴｏｒｒ〜数十ｍＴｏｒｒの真空度に維持すると共に、上部電極３に高周波電源部３３から例えば６０ＭＨｚの高周波電圧を与え、これにより所定時間例えば１秒以下のタイミングをあけて、下部電極４に高周波電源４４から例えば２ＭＨｚの高周波電圧を印加し、両電極間にプラズマを発生させる。このプラズマの発生によりウエハＷは静電チャック５上に強固に吸着保持される。
【００３２】
一方発生したプラズマ中の反応性イオンによりウエハ表面に形成されたレジストマスクがエッチングされる。この際石英よりなる外側リング７はエッチングされて酸素ラジカルを発生し、この酸素ラジカルはウエハ表面のレジストマスクのエッチングに利用される。
【００３３】
ここでウエハＷの外側に導電性または半導電性よりなる内側リング６が設けられており、この内側リング６の外側に絶縁性の外側リング７が設けられているため、ウエハ端部の濃いプラズマが内側リング６に引き寄せられる状態で拡散し、さらに外側リング７上のプラズマが内側リング６に引き寄せられるため、ウエハＷの端部から内側リングの上方側までプラズマの密度がほぼ均一になる。
【００３４】
この際内側リング６を、ウエハ表面と上面の高さがほぼ同じに設定された平坦面部６１とこの平坦面部６１の外方側に設けられた凸部６２とを備えるように構成すると共に、隣接する外側リング７の上面が内側リング６の凸部６２よりも低くなるように構成しているので、ウエハＷ表面のレジスト膜のエッチングレートは、例えば図４に示すように、周縁領域においてもエッチングレートの跳ね上がりや、急激な落ち込みなどの発生が抑えられてウエハの面内においてほぼ均一になり、これによりウエハ面内において均一なエッチング処理を行うことができる。
【００３５】
このようにエッチングレートの跳ね上がり現象が抑えられるのは、プラズマにるエッチングによって外側リング７から発生した酸素ラジカルが、例えば図５（ａ）に示すように、外側リング７の上面は隣接する凸部６２の上面よりも低いため、前記酸素ラジカルが凸部６２を越えられずにウエハＷの外周縁近傍領域に直接飛散してこない。これに対し例えば図５（ｂ）に示すように、内側リング６に凸部６２を設けず、内側リング６とウエハＷと外側リング７との夫々の上面の高さがほぼ同じである場合には、外側リング７からウエハＷの周縁領域まで酸素ラジカルが直接飛散していくので、この領域ではこの酸素ラジカルによりレジスト膜が燃焼し、この熱によりエッチングレートが大きくなってしまう。このように内側リング６に凸部６２を設けると、ウエハの周縁領域のレジスト膜が酸素ラジカルで燃焼し、これによりエッチングレートが大きくなるといったことが起こらないので、エッチングレートが急激に大きくなる現象の発生が抑えられると考えられる。
【００３６】
また後述の実験例により明らかなように、ウエハ表面のレジスト膜にエッチングより形成するホールの深さ方向の傾きも抑えられる。このようにホールの深さ方向の傾きが抑えられるのは、次のような理由に基づくものと考えられる。つまり内側リング６は導電性の高いシリコンにより形成されており、内側リング６のウエハに隣接する側は、ウエハの表面と上面の高さ位置が揃えられていて、第１の平坦面部６１が１０ｍｍ以上とある程度の長さに設定されているので、ウエハに隣接する内側リング６表面に対し、電界は垂直に入射する方向を向く（図６（ａ）参照）。ここでエッチングに用いるイオンは電界の方向に沿って運動するので、前記イオンはウエハの周縁領域においても垂直に入射し、これによりウエハの周縁領域のホールにおいても垂直にエッチングが行われる。またこのようにウエハの周縁領域においても電界が垂直に入射する方向を向いていることから、高い効率で面内均一性の高いプラズマ処理を行うことができ、エッチングレートの高い面内均一性を確保できることになる。
【００３７】
一方内側リング６の凸部がウエハに近すぎると、内側リング６は導電性であるので、凸部６２に対して電界は曲がった状態で入射する方向に傾いてしまう（図６（ｂ）参照）。このためこの影響を受け、凸部６２に近いウエハの周縁領域においては、前記エッチングに用いるイオンが曲がった状態で入射し、これによりウエハの周縁領域のホールでは斜めにエッチングされるので、ホールの深さ方向の傾きが発生するためと考えられる。
【００３８】
また従来のように、内側リング全体の厚さを大きくすると、図６（ｃ）に示すように、電界ベクトルが外側に傾くので、ウエハの周縁領域においては電界が外側を向いてしまい、入射電子は電界の方向に従うのでホールの曲がりが発生すると考えられる。またこのようにウエハＷの周縁領域ではエッチングに用いるイオンが傾いて入射するので、その他の領域に比べて当該領域ではエッチングレートが急激に小さくなってしまう。
【００３９】
以上のように本実施の形態では、ウエハの面内全体に亘って均一なプラズマ処理を行うことができるので、ウエハ面内のエッチングレートをほぼ均一に揃えることができる。このためレジストマスクの開いている領域がウエハの中央部と周縁領域との間で異なるといったことがなく、線幅の均一性を確保することができる。またレジスト膜が無くなって被マスク面が露出してしまうといったおそれもない。
【００４０】
さらにウエハの周縁領域までエッチングレートが均一であるので、ウエハの外端縁付近までデバイス領域を広げることができ、デバイスの歩留まりを高めることができる。さらにまたプラズマにより外側リング７から発生する活性種のウエハＷの周縁領域への直接の飛散が抑えられるので、外側リング７の材質がウエハＷの処理に与える影響が小さくなり、外側リング７の材質の選定の際の自由度が高くなる。
【００４１】
続いて本発明の他の実施の形態について説明する。この実施の形態は、図７に示すように、内側リング８上面より外側リング９上面の高さを低く設定するものである。内側リング８は上述の実施の形態のように凸部が設けられているものであっても、凸部が設けられていない平坦なものであってもよいが、外側リング９上面の高さ位置は隣接する内側リング８上面の高さ位置よりも例えば１ｍｍ低くなるように設定されている。この際外側リング８上面の高さ位置と隣接する内側リング８上面の高さ位置との差は、ウエハの周縁部のエッチングレートがその他の領域に比べて大きくならない程度の高さであればよい。
【００４２】
この実施の形態の凸部がもうけられていない構成の内側リング８と外側リング９の大きさの一例を示すと、内側リング８の幅ｈは２９ｍｍ、厚さｉは６．５ｍｍ、外側リング９の平坦面の幅ｊは１０ｍｍ、内側リング８の内端部８０と静電チャック５上のウエハＷの外縁との距離ｋは１ｍｍ、内側リング８と外側リングとの高さの差ｌは１ｍｍである。
【００４３】
このような構成においても、外側リング９上面は内側リング８上面よりも高さが低く設定されているので、外側リング９がプラズマにエッチングされることにより当該外側リング９から発生した酸素ラジカルが内側リング８を飛び越えることができないので、ウエハの周縁領域が当該酸素ラジカルにより燃焼するといったことが起こるおそれがない。このためエッチングレートをウエハ面内に亘って揃えることができ、均一な処理を行うことができる。
【００４４】
【実施例】
続いて上述の第１の実施の形態の効果を確認するために行った実験例１と第２の実施の形態の効果を確認するために行った実験例２について説明する。
｛実験例１｝
先ず図８（ａ）〜（ｅ）に示すように、５つのタイプの内側リング６，６´（内側リング６´は凸部が設けられていないタイプ）を用意し、同じ処理条件でエッチングを行って、エッチング処理の均一性を検査した。ここで５つのタイプの内側リング６，６´について説明すると、次の通りである。
（実験条件）
図８（ａ）のタイプ（実施例１）は、上述の実施の形態で説明したタイプの内側リング６であり、平坦面部６１の長さａが２０ｍｍであり、平坦面部６１の厚さが６．５ｍｍ、凸部６２の厚さが７．５ｍｍのもの
図８（ｂ)のタイプ（実施例２）は、実施例１の内側リング６において、平坦面部６１の長さａを１０ｍｍとしたもの
図８（ｃ)のタイプ（比較例１）は、内側リング６´が平坦であり、厚さが６．５ｍｍであって、ウエハ表面と内側リング６´表面との高さ位置がほぼ同じであるもの
図８（ｄ)のタイプ（比較例２）は、内側リング６´が平坦であり、厚さが７．５ｍｍであって、ウエハ表面より内側リング表面の高さ位置が高いもの
図８（ｅ）のタイプ（比較例３）は、内側リング６´が、内側から外側に向けて徐々に高くなるように傾斜していき、内側の厚さが６．５ｍｍ、外側の厚さが７．５ｍｍであって、ウエハ表面の高さ位置とほぼ同じ厚さからウエハ表面より高さ位置が高くなる厚さに変化するもの
またこのとき処理条件は以下の通りとし、実施例１，２と比較例１，２の内側リング６，６´に対してプロセス圧力を変えて同様の実験を行った。またエッチング処理の均一性は、ウエハ面内の３７点のエッチングレートを測定し、この最大値と最小値と平均値とにより、（最大値−最小値）／（２×平均値）を算出して求めた。
この結果を図９に示すが、これにより比較例１のタイプの内側リングに対して、実施例１，２のタイプと比較例２のタイプの内側リングを用いた場合にはエッチング処理の均一性が向上することが認められた。
【００４５】
またエッチングレートのウエハ面内分布の形状を数値化したところ、図１０に示す結果が得られた。図１０では最も大きいプロット（実施例１を例にすると、最も大きい▲）が１５ｍＴｏｒｒ、最も小さいプロットが３５ｍＴｏｒｒ、間の大きさのプロットが２５ｍＴｏｒｒの結果を示している。また図１０（ａ）中ｘは、ウエハの中央とウエハの外端縁から１５ｍｍ内側の位置のエッチングレートの差、ｙはウエハの外端縁から１５ｍｍ内側の位置とウエハの外端縁から３ｍｍ内側の位置のエッチングレートの差であり、ｘ，ｙが小さいほど分布が平坦であり、原点（０，０）に近いほど均一性がよいことを示している。またグラフの周りに、グラフのエリア毎のエッチングレート分布の形状を示す。
【００４６】
この結果より、実施例１，２のエッチングレート分布は原点に近いところにプロットされており、比較例１，２に比べてエッチングレートの均一性が向上していることが認められた。また実施例１，２は比較例１，２に対して、データの推移の程度が小さく、エッチングレートの均一性の圧力依存性が緩和されていることが理解される。
【００４７】
また実施例１，２、比較例２，３の内側リングを用いて、上述の処理条件にて、幅０．３μｍ、深さ２μｍのホールを１．２μｍ間隔で形成するエッチング処理を行い、このホールの形状を断面ＳＥＭにて確認したところ、図１１に示す結果が得られた。ここで位置１はウエハ中央、位置２はウエハの外端縁から４．０ｍｍ内側の位置、位置３はウエハの外端縁から２．５ｍｍ内側の位置である。この結果実施例１，２の内側リング６ではウエハの外端縁２．５ｍｍの位置までホールの曲がりが認められなかったのに対し、比較例２，３の内側リングではウエハの外端縁４．０ｍｍの位置と、２．５ｍｍの位置にてホールの曲がりが認められた。比較例２，３の内側リング６´でホールの曲がりが発生するのは、比較例２ではウエハＷの外端縁付近では電界が外側に向いており、比較例３では傾斜面が長いためこれに沿って電界が曲がってしまい、このように電界が曲がるとエッチングに用いるイオンの入射方向は電界の方向に向いてしまうので、これにより夫々のケースでホールの伸びる方向が曲がってしまうためと考えられる。
【００４８】
以上の実験により内側リング６の内側をウエハ表面の高さ位置と略一致する高さの平坦面部６１とし、外側をこの平坦面部６１より高さ位置の高い凸部６２として、内側リング６全体の幅を２９ｍｍ、凸部６２の高さを１ｍｍ程度、平坦面部６１の長さを１０ｍｍ以上とすることにより、エッチングレートの跳ね上がり現象や落ち込み、ホールの曲がりの発生を抑えて、エッチングレートが均一になり、均一なエッチング処理を行うことが確認された。
｛実験例２｝
（実験条件）
この実験では、図１２（ａ）,（ｂ）、図１３（ａ），（ｂ）に示すタイプの内側リングと外側リングを用意し、同じ処理条件でエッチングを行って、エッチング処理の均一性を検査した。ここで図１２（ａ）のタイプ（実施例３）は、上述の実施の形態で説明したタイプの内側リング６であり、平坦面部６１の長さａが２０ｍｍ、平坦面部６１の厚さが６．５ｍｍ、凸部６２の厚さが７．５ｍｍのものであって、外側リング７の上面の高さが凸部６２の上面から１ｍｍ低く設定されているもの、図１２（ｂ)のタイプ（比較例４）は、内側リング６は実施例３と同じであり、外側リング７´の上面の高さが凸部６２の上面と同じ高さに設定されているものである。
【００４９】
また図１３（ａ）のタイプ（実施例４）は、凸部が設けられていないタイプの内側リング８であり、幅が２９ｍｍ、厚さが６．５ｍｍのものであって、外側リング９の上面の高さが内側リング８の上面より１ｍｍ低く設定されているもの、図１３（ｂ)のタイプ（比較例５）は、内側リング８は実施例４と同じであり、外側リング９´の上面の高さが凸部６２の上面と同じ高さに設定されているものである。
【００５０】
またエッチング条件は以下の通りとし、プロセス圧力を変えて同様の実験を行った。またエッチング処理の均一性は実験例１と同じ手法により求めた。
実施例３，比較例４の結果については図１４に、実施例３は□、比較例４は○として夫々示す。この特性図においては、変動幅が小さい程エッチングレートの均一性が良いということを示しており、実施例３の方が変動幅が小さく、エッチングレートの均一性が良好であることが確認された。また実施例４，比較例５の結果についても実施例４の方が変動幅が小さく、エッチングレートの均一性が良好であることが確認された。
【００５１】
これらの結果により外側リング上面の高さを内側リングの上面より低く設定することにより、ウエハの周縁領域でのエッチングレートの跳ね上がり現象や急激な下降を抑え、エッチングレートの高い面内均一性を確保できることが確認された。また実施例３，４についてエッチングにより形成されるホールの深さ方向の曲がりの発生状態を調べたところ、ホールの曲がりの発生は認められなかった。
【００５２】
以上において、本発明ではプラズマ処理としてエッチング処理を例に挙げて説明したが、本発明はプラズマＣＶＤ装置やプラズマアッシング装置、プラズマスパッタ装置などの他のプラズマ処理装置にも適用することができる。またプラズマの発生手法としては本発明の構成に限らず、コイル型の高周波アンテナにより高周波電力を印加することによりプラズマを発生させるものであってもよい。さらに被処理体としては、半導体ウエハに限らず、ＬＣＤ基板などであってもよい。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、第１のリングと第２のリングの形状の最適化を図ることにより、被処理体の面内に亘って均一なプラズマ処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプラズマ処理装置の一実施の形態における全体構造を示す概略断面図である。
【図２】前記プラズマ処理装置に用いられる内側リングと外側リングとを示す平面図である。
【図３】前記内側リングと外側リングとを示す断面図である。
【図４】上記のプラズマ処理装置を用いてエッチング処理を行った場合のエッチングレートを示す特性図である。
【図５】上記の内側リングと外側リングの作用を説明するための断面図である。
【図６】上記の内側リングと外側リングの作用を説明するための断面図である。
【図７】本発明に係るプラズマ処理装置の他の実施の形態の要部を説明するための断面図である。
【図８】実験例１で使用した内側リングの形状を説明するための断面図である。
【図９】前記実験例で得られたエッチングレートを示す特性図である。
【図１０】前記実験例で得られたエッチングレートを示す特性図である。
【図１１】前記実験例で得られたエッチングにより形成されたホールの形状を示す特性図である。
【図１２】実験例２で使用した内側リングの形状を説明するための断面図である。
【図１３】実験例２で使用した他の内側リングの形状を説明するための断面図である。
【図１４】前記実験例で得られたエッチングレートを示す特性図である。
【図１５】従来のプラズマ処理装置を説明するための断面図である。
【図１６】従来の内側リングを説明するための断面図である。
【図１７】従来のプラズマ処理装置で処理を行った場合のエッチングレートを示す特性図である。
【符号の説明】
２ 処理容器
３ 上部電極
３１ ガス供給管
３３ 高周波電源部
４ 下部電極
４４ 高周波電源部
４９ 真空ポンプ
５ 静電チャック
６ 内側リング
６１ 第１の平坦面部
６２ 凸部
６３ 傾斜部
７ 外側リング
７１ 第２の平坦面部
７２ 傾斜面部
Claims (13)
- 載置台が内部に設けられた処理容器と、前記載置台上の被処理体を取り囲むように設けられた導電性の第１のリングと、この第１のリングを取り囲むように設けられた絶縁性の第２のリングと、を備え、前記載置台上に載置された被処理体をプラズマにより処理するプラズマ処理装置において、
前記第１のリングは、内縁から外側に向かって前記被処理体の被処理面と略同じ高さに設定された平坦面部と、この平坦面部の外側に前記第２のリングよりも高くなるように設けられた凸部と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 前記第１のリングは、前記平坦面部と、前記凸部とを結ぶ傾斜部を有す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。
- 載置台が内部に設けられた処理容器と、前記載置台上の被処理体を取り囲むように設けられた導電性の第１のリングと、この第１のリングを取り囲むように設けられた絶縁性の第２のリングと、を備え、前記載置台上に載置された被処理体をプラズマにより処理するプラズマ処理装置において、
前記第１のリングは、内縁から外側に向かって前記被処理体の被処理面と略同じ高さに設定された第１の平坦面部を備え、
前記第２のリングは、内縁から外側に向かって設定された第２の平坦面部と、この第２の平坦面部の外側に、斜め下方向に傾斜するよう設定された傾斜面と、を備え、前記第２の平坦面部は前記第１の平坦面部よりも低い位置に設けられることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 前記平坦面部の幅は、１０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
- 被処理体の略全面と対向するようにガス供給領域を有する上部電極を設けると共に、載置台を下部電極として構成し、上部電極と下部電極との間に高周波電力を印加して処理ガスをプラズマ化することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
- 前記第２のリングは、第１のリングを押さえる役割を有するものであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
- 前記第２のリングは、処理容器内のガスの流れを調整する役割を有するものであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
- 前記第２のリングは、石英からなることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
- プラズマ処理は、レジストマスクが形成された被処理体に対して行うエッチングであることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
- プラズマ処理装置の処理容器の内部に設けられた載置台上の被処理体を周囲から取り囲むように設けられた第１のリングと、この第１のリングを取り囲むように設けられた石英からなる第２のリングと、を備えたリング部材であって、
前記第１のリングは、内縁から外側に向かって前記被処理体の被処理面と略同じ高さに設定された平坦面部と、
プラズマ環境下において、前記第２のリングがエッチングされることにより発生する酸素ラジカルの前記被処理体への飛散を抑えるために、前記平坦面部の外側に前記第２のリングよりも高くなるように設けられた凸部と、を備えたことを特徴とするリング部材。 - プラズマ処理装置の処理容器の内部に設けられた載置台上の被処理体を周囲から取り囲むように設けられた導電性の第１のリングと、この第１のリングを取り囲むように設けられた絶縁性の第２のリングと、を備えたリング部材であって、
前記第１のリングは、内縁から外側に向かって前記被処理体の被処理面と略同じ高さに設定された第１の平坦面部を備え、
前記第２のリングは、内縁から外側に向かって設定された第２の平坦面部と、この第２の平坦面部の外側に、斜め下方向に傾斜するよう設定された傾斜面と、を備え、前記第２の平坦面部は前記第１の平坦面部よりも低い位置に設けられたことを特徴とするリング部材。 - プラズマ処理装置の処理容器の内部に設けられた載置台上の被処理体を周囲から取り囲むように設けられた導電性の第１のリングと、この第１のリングを取り囲むように設けられた絶縁性の第２のリングと、を備えたリング部材であって、
前記第１のリングは、内縁から外側に向かって前記被処理体の被処理面と略同じ高さに設定された平坦面部と、この平坦面部の外側に前記第２のリングよりも高くなるように設けられた凸部と、を備えたことを特徴とするリング部材。 - 前記平坦面部の幅は、１０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１０または１２に記載のリング部材。
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