JP4361835B2 - Plasma processing apparatus, plasma control member, and plasma processing method - Google Patents
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Description
本発明は、例えば半導体ウエハなどの基板に対してプラズマにより所定の処理例えばエッチング処理を行うプラズマ処理装置、プラズマ制御部材及びプラズマ処理方法に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus, a plasma control member, and a plasma processing method for performing predetermined processing such as etching processing on a substrate such as a semiconductor wafer using plasma.
半導体デバイスの製造工程においては、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をするために、基板例えば半導体ウエハ(以下、「ウエハ」と呼ぶ)に対してプラズマによるドライエッチングや成膜処理が行われている。これらの処理を行う装置の一つに、上部電極及び下部電極の間に高周波電圧を印加してプラズマを発生させる枚葉式の平行平板型プラズマ処理装置が用いられる。 In the manufacturing process of a semiconductor device, for example, in order to separate capacitors and elements, or to form a contact hole, a substrate such as a semiconductor wafer (hereinafter referred to as “wafer”) is subjected to plasma dry etching or film formation processing. Has been done. As one of apparatuses for performing these processes, a single-wafer type parallel plate type plasma processing apparatus that generates plasma by applying a high-frequency voltage between an upper electrode and a lower electrode is used.
図11は、この種のプラズマ装置の概略図を示してある。装置の概略について簡単に説明しておくと、真空チャンバをなす気密容器1の内部に、ガスシャワーヘッドを兼ねた上部電極11と、基板載置台を兼ねた下部電極12とが上下に設けられ、更に下部電極(載置台)12上に載置されたウエハ100の周囲を取り囲むように例えば石英からなるフォーカスリング13が設けられて構成されている。図中14は、ウエハ100を静電吸着するための静電チャックであり、この静電チャック14の内部には図示しない電源からのチャック電圧が印加される箔状の電極15が設けられている。そして、ガスシャワーヘッド(上部電極)11から処理の種類に応じて選択された所定の処理ガスをウエハ100に向かって噴射すると共に真空ポンプ16により真空排気を行って気密容器1内を所定の圧力に維持した状態にて、高周波電源17により上部電極11及び下部電極12の間に高周波電圧を印加すると、処理ガスがプラズマ化することによりウエハ100に対して所定の処理例えばエッチングが行われる。
FIG. 11 shows a schematic view of this type of plasma apparatus. Briefly explaining the outline of the apparatus, an
ここで、ガスシャワーヘッド(上部電極)11から噴射され、ウエハ100の表面付近に到達した処理ガスはウエハ100の周縁から外側下方に向かって排気されるので、ウエハ100の周縁部(周縁付近)と中央寄りの領域との間では処理ガスのガスの流れが異なり、そのためウエハ100の周縁部では処理ガスにおける予定の成分比のバランスが崩れてしまうし、またウエハ100が置かれている領域とその外側とではプラズマと下部電極12との間のインピーダンス成分やコンダクタンス成分などの値が異なる。具体的には、排気空間に近いウエハ100の周縁部側の方が、中央寄りの領域に比べて処理ガスの解離度が高く、従って周縁部近傍のプラズマ密度が高くなってしまい、結果としてウエハ100の面内でみると周縁部のエッチング速度が中央寄りの部位のエッチング速度に比べて大きくなる場合がある。
Here, since the processing gas sprayed from the gas shower head (upper electrode) 11 and has reached the vicinity of the surface of the
一方、ウエハ100の利用率を高めるため、できるだけウエハ100の周縁に近い領域までデバイスを形成したいという要請が強いことから、ウエハ100の周縁近傍に至るまでエッチング速度について高い面内均一性を確保する必要がある。このためウエハ100の周囲を囲むように例えば導電体、半導体あるいは誘電体からなるフォーカスリング13を配置し、ウエハ100の周縁部上方のプラズマ密度を調整している。具体的には、処理ガスの種類やエッチングすべき膜の材質などに応じてフォーカスリング13の材質を選定し、その処理に見合ったフォーカスリング13を設置するようにしている。例えば特許文献1では、プラズマ化されて発生した塩素ラジカルにより高融点金属及びそのシリサイド(ケイ素化合物)をエッチングする場合には、塩素ラジカルの吸着性が強く、ウエハ100周縁部の塩素ラジカル濃度の跳ね上がりを緩和できることからフォーカスリング13の材質としてSiCが好ましいことが記載されている。
On the other hand, in order to increase the utilization rate of the
また絶縁体のフォーカスリング13として石英リングを用いた場合、その表面からエッチング特性に影響を与える酸素が遊離するのを抑制するために、当該石英リングの表面を例えばポリイミドでコーティングするといったことも知られている(例えば、特許文献2参照。)。
It is also known that when a quartz ring is used as the
しかしながらパターンの微細化の進行により、ウエハ100の面内処理についてより一層の面内均一性が要求されており、このため塩素ラジカルの吸着に着眼した特許文献1の手法では現状のスペックに対応できない、つまり周縁部のエッチングレートの跳ね上がりを充分に抑えきれないのが実情である。そこで、フォーカスリング13の材質としてカーボンを選択することが本発明者らにより検討されている。カーボンでフォーカスリング13を形成した場合、プロセス処理時にプラズマに曝されると当該カーボンから例えば炭素ラジカルが解離し、この炭素ラジカルが塩素ラジカルと反応していわば塩素ラジカルを消費することによって、より確実にウエハ100周縁部近傍の塩素ラジカル密度を下げる効果が期待される。しかし、カーボンがプラズマにより損傷することから定期的に例えば1000時間程度でリングを交換しなければならなかったが、カーボンリングは高価であるため、製造コストを高騰させる一因になってしまう懸念がある。
However, with the progress of pattern miniaturization, further in-plane uniformity is required for the in-plane processing of the
また特許文献2のように、フォーカスリング13の表面にコーティングによりポリイミドの層を設けようとすると、例えばウエハ100を繰り返し処理してポリイミドが劣化した場合には、フォーカスリング13を装置から取り外した後、一旦劣化したポリイミドを除去して、再度コーティングを行わなくてならずメンテナンス作業が頻わしいという課題がある。
Further, as in Patent Document 2, when a polyimide layer is provided on the surface of the
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、プラズマを制御するために基板を囲むように設けた部材の交換が容易なプラズマ処理装置及びその方法を提供することにある。 The present invention has been made under such circumstances, and an object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus and method for easily replacing a member provided so as to surround a substrate in order to control plasma. is there.
本発明のプラズマ処理装置は、処理容器内にて処理ガスを高周波電力によりプラズマ化し、載置台上に載置された基板に対してプラズマにより処理を行うプラズマ処理装置において、
前記載置台上の基板の周囲を囲むように設けられたリング部と、
このリング部の表面に当該リング部の周方向に沿って形成された溝と、
前記溝内に設けられたプラズマ制御用のシートと、
前記リング部と前記プラズマ制御用のシートとの間に介在し、リング部に対しプラズマ制御用のシートを着脱可能とする粘着層と、を備えたことを特徴とする。
The plasma processing apparatus of the present invention is a plasma processing apparatus that converts a processing gas into a plasma with a high-frequency power in a processing container, and performs processing on the substrate placed on the mounting table with plasma.
A ring portion provided to surround the periphery of the substrate on the mounting table,
A groove formed on the surface of the ring portion along the circumferential direction of the ring portion;
A plasma control sheet provided in the groove;
An adhesive layer is provided between the ring portion and the plasma control sheet, and allows the plasma control sheet to be attached to and detached from the ring portion.
前記粘着層は、プラズマ制御用のシートの裏面に塗られた接着剤で形成されていてもよい。また前記プラズマ制御用のシートは、プラズマ処理に主に寄与する活性種と反応する成分を解離する材質を含む構成であってもよい。更には、前記プラズマは塩素ラジカルを含み、さらに、前記プラズマ制御用のシートは有機系樹脂からなる構成であってもよく、このシートはポリイミドシートであってもよい。更にまた、前記プラズマにより基板の表層部のタングステン又はタングステンシリサイドをエッチングする処理に適用してもよい。 The pressure-sensitive adhesive layer may be formed of an adhesive applied to the back surface of the plasma control sheet. The plasma control sheet may include a material that dissociates components that react with active species that mainly contribute to plasma processing. Further, the plasma may contain chlorine radicals, and the plasma control sheet may be composed of an organic resin, and the sheet may be a polyimide sheet. Furthermore, the present invention may be applied to a process of etching tungsten or tungsten silicide on the surface layer portion of the substrate by the plasma.
本発明のプラズマ制御部材は、処理容器内にて処理ガスを高周波電力によりプラズマ化し、載置台上に載置された基板に対してプラズマにより処理を行うプラズマ処理装置に設けられるプラズマ制御部材において、
前記載置台上の基板の周囲を囲むように設けられたリング部と、
このリング部の表面に当該リング部の周方向に沿って形成された溝と、
前記溝内に設けられたプラズマ制御用のシートと、
前記リング部と前記プラズマ制御用のシートとの間に介在し、リング部に対しプラズマ制御用のシートを着脱可能とする粘着層と、
を備えたことを特徴とする。
The plasma control member of the present invention is a plasma control member provided in a plasma processing apparatus that converts a processing gas into plasma with high-frequency power in a processing container and performs processing on the substrate mounted on the mounting table with plasma.
A ring portion provided to surround the periphery of the substrate on the mounting table,
A groove formed along the circumferential direction of the ring portion to the surface of the ring portion,
A plasma control sheet provided in the groove ;
Interposed between the sheets for the plasma control and the ring portion, and the adhesive layer to removably seat for plasma control over the ring section,
It is provided with.
前記粘着層は、プラズマ制御用のシートの裏面に塗られた接着剤で形成してもよい。また前記プラズマ制御用のシートは有機系樹脂からなる構成であってもよく、このシートはポリイミドシートであってもよい。 The adhesive layer may be formed of an adhesive applied to the back surface of the plasma control sheet. The plasma control sheet may be composed of an organic resin, and the sheet may be a polyimide sheet.
本発明のプラズマ処理方法は、処理容器内の載置台を囲むようにリング部が設けられ、このリング部の表面には当該リング部の周方向に沿って溝が形成され、前記溝内には粘着層を介してプラズマ制御用のシートが貼着されているプラズマ処理装置を用い、
前記載置台に基板を載置させる工程と、
次いで前記処理容器内に処理ガスを供給し、この処理ガスを高周波電力によりプラズマ化して基板に対してプラズマにより処理を行う工程と、
前記プラズマ制御用のシートを前記リング部から剥離し、新しいプラズマ制御用のシートと交換する工程と、を含むことを特徴とする。
In the plasma processing method of the present invention, a ring portion is provided so as to surround a mounting table in a processing container, and a groove is formed on a surface of the ring portion along a circumferential direction of the ring portion, and the groove is formed in the groove. Using a plasma processing apparatus in which a sheet for plasma control is attached via an adhesive layer,
A step of placing the substrate on the mounting table;
Next, supplying a processing gas into the processing container, converting the processing gas into plasma with high-frequency power and processing the substrate with plasma,
Separating the plasma control sheet from the ring portion and replacing the plasma control sheet with a new plasma control sheet.
前記プラズマ制御用のシートは、プラズマ処理に主に寄与する活性種と反応する成分を解離する材質を含むようにしてもよい。また前記プラズマは塩素ラジカルを含み、さらに、前記プラズマ制御用のシートは有機系樹脂からなるものであってもよく、ポリイミドシートであってもよい。更に前記プラズマにより基板の表層部のタングステン又はタングステンシリサイドをエッチングする処理に適用してもよい。 The plasma control sheet may include a material that dissociates components that react with active species that mainly contribute to plasma processing. The plasma contains chlorine radicals, and the plasma control sheet may be made of an organic resin or a polyimide sheet. Furthermore, the present invention may be applied to a process of etching tungsten or tungsten silicide on the surface layer portion of the substrate by the plasma.
本発明によれば、基板の周囲を囲むように設けられたリング部の表面に、プラズマ制御用のシートを粘着層を介在させて着脱可能に設けた構成としたことにより、プラズマ制御用のシートの貼着作業及び劣化したシートの剥離作業を簡単に行うことができるので、プラズマ制御用の部材を容易に交換することができ、作業者の負担を軽減することができると共に、装置の稼動率の向上にもつながる。そしてプラズマ処理に主に寄与する活性種と反応する成分を解離する材質、例えば炭素を解離するポリイミドシートなどの有機系樹脂を用いることにより、この解離成分が基板の周縁部の近傍にある活性種例えばラジカルを消費するので、基板の周縁部近傍にあるプラズマの密度がその内側領域のプラズマ密度よりも高くなるのが抑えられる。その結果として基板に対して面内均一性の高いプラズマ処理を行うことができる。 According to the present invention, the plasma control sheet is configured such that the plasma control sheet is detachably provided on the surface of the ring portion provided so as to surround the periphery of the substrate, with the adhesive layer interposed therebetween. Can be easily performed, and the plasma control member can be easily replaced, reducing the burden on the operator and operating rate of the apparatus. It leads to improvement. By using an organic resin such as a polyimide sheet that dissociates a component that reacts with active species that mainly contribute to plasma treatment, such as a polyimide sheet that dissociates carbon, the active species is present in the vicinity of the peripheral edge of the substrate. For example, since radicals are consumed, it is possible to suppress the density of plasma in the vicinity of the peripheral edge of the substrate from becoming higher than the plasma density in the inner region. As a result, plasma processing with high in-plane uniformity can be performed on the substrate.
本発明に係るプラズマ処理装置をエッチング装置に適用した実施の形態について図1を参照しながら説明する。図中2は例えばアルミニウムなどの導電性部材からなる気密に形成された処理容器である。当該処理容器2の底部には排気口21が設けられており、この排気口21は排気路21aを介して真空排気手段例えばターボ分子ポンプやドライポンプなどの真空ポンプ22と接続されている。更に処理容器2の側壁には、開閉自在なゲートバルブ23を備えたウエハ搬送口24が設けられている。
An embodiment in which a plasma processing apparatus according to the present invention is applied to an etching apparatus will be described with reference to FIG. In the figure, 2 is a hermetically formed processing container made of a conductive member such as aluminum. An
前記処理容器2の内部には、所定の処理ガス例えばエッチングガスを導入するためのガス供給部であるガスシャワーヘッドを兼ねた上部電極3が設けられている。当該上部電極3の下面側には多数のガス拡散孔31が穿設されており、処理ガス供給源32から供給路33を介して送られてくる処理ガスを、下方側に位置するウエハ100の表面全体に亘って供給可能なように構成されている。また上部電極3の周囲を囲むように例えば石英からなる絶縁部材34が設けられており、これにより上部電極3は電気的に充分浮いた状態にされている。
An upper electrode 3 that also serves as a gas shower head, which is a gas supply unit for introducing a predetermined processing gas, for example, an etching gas, is provided inside the processing container 2. A large number of gas diffusion holes 31 are formed on the lower surface side of the upper electrode 3, and the processing gas sent from the processing
更に処理容器2の内部には、前記上部電極3と対向するようにして基板載置台4が設けられており、更に当該基板載置台4は絶縁部材40により処理容器2に対して電気的に充分に浮いた状態にされている。また基板載置台4は導電性部材例えばアルミニウムなどからなる円柱状の支持部41を備えており、この支持部41の上端面にはウエハ100が置かれる載置プレート42が設けられている。この載置プレート42は、誘電体例えば窒化アルミニウムなどのセラミックスからなる誘電体プレートとして形成されており、その内部には上面側に箔状の電極(下部電極)43が設けられ、更に下面側に加熱部であるメッシュ状のヒータ44が設けられている。また、図中45は、ウエハ100の周縁部から周方向に均一に処理ガスが排気されるようにするための、その表面に多数の通流孔が穿設された排気リングである。なお、図示は省略するが、ウエハ100を裏面側から支持した状態で昇降可能な基板支持ピンが載置台4の表面から突没自在に設けられており、装置外部から進入してくるウエハ移載アームと当該基板支持ピンとの協働作用により載置台4へのウエハ100の受け渡しが行われるように構成されている。
Further, a substrate mounting table 4 is provided inside the processing container 2 so as to face the upper electrode 3, and the substrate mounting table 4 is electrically sufficient with respect to the processing container 2 by an insulating
前記下部電極43には給電棒50の一端が接続されており、この給電棒50の他端は高周波電源5と接続され、更にその途中には整合回路51が設けられている。更に、給電棒50は例えば整合回路51の手前で分岐されており、この分岐路の先端は静電チャック用の直流電源52と接続され、更にその途中にはスイッチ53が設けられている。即ち、前記下部電極43は高周波電圧印加用の電極と、静電チャック用の電極とを兼用しており、従って、下部電極43及びその上部の誘電体部分はウエハ100を静電吸着するための静電チャックを構成する。更にまた、前記ヒータ44は導電棒54を介してヒータ電源部55と接続されている。
One end of a
また、前記載置プレート42の表面に吸着保持されたウエハ100の周囲を全周に亘って囲むようにプラズマ制御用のリング部であるフォーカスリング6が設けられている。このフォーカスリング6は、例えば石英、アルミナ、酸化イットリウムなどの絶縁部材からなる例えば上面の幅が55mmのリング部材61を備えている。更に、当該リング部材61の上面には、詳しくは後述するが、プラズマに曝されるとプラズマ活性種例えば塩素ラジカルと反応する成分例えば炭素ラジカルなどの炭素を解離する材質例えばポリイミドなどの有機系樹脂を含み、例えばリング部材61の上面全部を覆うかあるいは例えば10〜20mmの幅に設定された、例えば厚み0.5〜1mmのリング状のプラズマ制御用のシート62が粘着層63を介して着脱自在に設けられている。図1ではリング部材61の上面の全部を覆うようにプラズマ制御用のシート62を設けた例を記載してある。
In addition, a
プラズマ制御用のシート62及び粘着層63の構成について詳しくは、本例ではプラズマ制御用のシート62の裏面側に例えば接着剤を塗って粘着性を持たせて粘着シートとして形成されており、その粘着作用によりリング部材61の表面に貼り付けることができると共に、例えば作業員の手によりリング部材61から接着剤ごと引き剥がすことが可能なように構成されている。具体的には、裏面側に接着剤が塗られて粘着シートとして形成されたポリイミドシートを用いることができ、発明者らは実際に試験を行って例えばスコッチ(Scotch)社製の「(No.5413)ポリイミドテープ(商品名)」が適用可能なことを確認している。なお、厳密には必ずしもプラズマ制御用のシート62裏面の全面に亘って粘着層63が形成されていなくともよく、例えば外周縁側及び内周縁側の周縁部にのみ接着剤を塗って部分的に粘着層63を形成することもある。
In detail, in this example, the
ここで、高周波電力により処理ガスをプラズマ化させて処理するこの種のプロセス処理では、プラズマの発生を促進させるために処理容器2内は真空状態に設定され、更にプロセス処理時には処理容器2内は高温例えば300℃となることがある。そのため、このような過酷な状況下においてプラズマ制御用のシート62がリング部材61から剥がれないようにするため、前記粘着層63を形成する接着剤は高温で変質することなく且つある程度の粘着作用を有している必要がある。発明者らは実際に試験を行ってSiを主成分とするシリコーン系の接着剤が適用可能なことを確認している。
Here, in this type of process processing in which the processing gas is processed into plasma by high-frequency power, the inside of the processing container 2 is set to a vacuum state in order to promote the generation of plasma, and further, the inside of the processing container 2 is set during processing. High temperature, for example, 300 ° C. may occur. Therefore, in order to prevent the
また前記プラズマ制御用のシート62はウエハ100の外周縁にできるだけ接近して設けるのが好ましく、ウエハ100の外周縁から例えば1mm以内になるように設けられている。またリング部材62の表面は、ウエハ100の表面と同じ高さか又はウエハ100の表面よりも例えば0.5〜0.7mm高い位置に設定されている。即ち、プラズマ制御用のシート62はウエハ100の表面よりも高い位置に設定されている。
The
続いて上述のエッチング装置を用いて基板例えばウエハ100を例えば塩素系の処理ガスによりエッチングする手法について説明する。図2はゲート電極のバリアメタル層(キャップ層)7をエッチングする様子を示す図である。70aはシリコン層、70bは例えばSiO2膜からなるゲート絶縁膜、70cはゲート電極層であるポリシリコン層であり、バリアメタル層7はポリシリコン層の上面に積層されていて例えばタングステン(W)又はタングステンシリサイド(WSi)層により形成されている。71は所定の回路パターンに形成された例えばレジストからなるマスクパターンである。
Next, a method of etching the substrate, for example, the
なお、ここではW層又はWSi層により形成されたバリアメタル層7のエッチングの一例としてゲート電極の生成の例を挙げたが、本発明は配線層と層間絶縁膜との間に介在するバリアメタル層をなすW層又はWSi層をエッチングする場合などにも適用される。但し、本発明のエッチング対象はW層又はWSi層に限定にされることはなく、例えばポリシリコン、フォトレジストのエッチングにも適用することができる。
Here, an example of generation of the gate electrode is given as an example of etching of the
先ずゲートバルブ23を開放し、図示しないロードロック室からウエハ搬送口24を介して処理容器2内にウエハ100が搬入され、図示しない基板昇降ピンを介してヒータ44により所定の温度に加熱されている載置プレート42上にウエハ100を載置する。その後、スイッチ53をオンにしてチャック電圧である直流電圧を下部電極43に印加し、これによりウエハ100を載置プレート42の表面に静電吸着する。その一方で、ゲートバルブ23を閉じて処理容器2を気密な状態にする。
First, the
続いて、例えば塩素(Cl2)及び酸素(O2)を含み、例えば各々の流量が150sccm及び10sccmに夫々設定されたエッチングガスをガス拡散孔31を介してウエハ100の表面に向けて噴射する一方で、真空ポンプ22により処理容器2内を真空排気して、処理容器2内を例えば5〜10mTorrの真空度に維持する。このガス拡散孔31を介してウエハ100に向かって噴射されたエッチングガスは、ウエハ100の表面に沿って径方向外方に向かって流れる気流を形成し、排気リング45の通気抵抗を利用した分散作用により載置台4周囲から均一に排気される。
Subsequently, for example, an etching gas containing chlorine (Cl 2 ) and oxygen (O 2 ), for example, having flow rates set to 150 sccm and 10 sccm, respectively, is sprayed toward the surface of the
続いて、高周波電源5から整合回路51を通じ、給電棒50を介して下部電極43に例えば100MHzのプラズマ生成用の高周波電圧を例えば250Wで印加すると、上部電極3と載置プレート42上のウエハ100との間に高周波電圧(高周波電力)が印加されてエッチングガスがプラズマ化され、これによりエッチャントであるプラズマ活性種例えば塩素ラジカルが発生する。また下部電極43には例えば13.56MHzのバイアス用の電圧も例えば200Wで印加され、これによりプラズマ活性種はウエハ100の表面に向かって高い垂直性をもって入射し、バリアメタル膜7のうちレジスト71で覆われていない露出した部位がエッチングされる(図2(b)参照)。またその一方で、プラズマ制御用のシート62の表面とプラズマシースとの界面においては、プラズマに曝されることによりプラズマ制御用のシート62の表面からプラズマ活性種と反応する成分例えばポリイミドの場合には炭素ラジカルが解離し、この炭素ラジカルはその上方側近傍、つまりウエハ100の周縁部近傍にある塩素ラジカルと反応してエッチング作用を有しない塩化物例えばCClx(x=1,2,3,4)が生成する。生成した塩化物は排気流と共に装置外に排出されることとなる。
Subsequently, when a high frequency voltage for plasma generation of 100 MHz, for example, is applied to the
しかる後、例えば所定の時間が経過すると、高周波電源5からの高周波電圧の印加及びエッチングガスの導入を停止し、例えば図示しない給気手段から窒素などの不活性ガスを処理容器2内に導入すると共に真空ポンプ22の真空排気を停止する。その後、スイッチ53を切り替えてチャック用電圧の印加を停止して吸着状態からウエハ100を開放し、ゲートバルブ23が開かれてウエハ100は装置の外部に搬出されてエッチング処理を終了する。なお、多数枚のウエハ100を繰り返し処理する場合には、別のウエハ100が装置内に搬入されて上述の場合と同様の工程が行われる。この繰り返しにより多数枚のウエハ100が処理され、例えば当該装置の稼動時間が1000時間を越えると、処理容器2の天井部を開いて装置を大気開放してメンテナンスが行われる。このタイミングに合わせて作業者の手によりリング部材61からプラズマ制御用のシート62が引き剥がされ、そして新しいプラズマ制御用のシート62が貼り付けられる。
Thereafter, for example, when a predetermined time elapses, the application of the high-frequency voltage from the high-frequency power source 5 and the introduction of the etching gas are stopped, and an inert gas such as nitrogen is introduced into the processing container 2 from, for example, an air supply means (not shown). At the same time, evacuation of the
上述の実施の形態によれば、リング部材61とプラズマ制御用のシート62との間に粘着層63を介在させてプラズマ制御用のシート62を着脱自在な構成としたことにより、プラズマ制御用のシート62の貼着作業及び劣化したプラズマ制御用のシート62の剥離作業を簡単に行うことができるので、例えばメンテナンス時において取り替えるのが容易であり、その結果として作業者の負担を軽減することができると共に装置の稼働率の向上を図ることができる。更には、シート状としたことで安価である。
According to the above-described embodiment, the
更に上述の実施の形態によれば、タングステン又はタングステンシリサイドのエッチング促進の律速となるエッチャントである塩素ラジカルと反応する成分を解離するポリイミドでプラズマ制御用のシートを構成したことにより、このポリイミドから解離する炭素ラジカルが塩素ラジカルを消費するので、ウエハWの周縁部近傍とその内側領域との間で塩素ラジカルの密度差が生じるのが抑えられる。その結果としてウエハ100に対して面内均一性の高いエッチング速度でエッチングすることができる。
Furthermore, according to the above-described embodiment, the plasma control sheet is composed of the polyimide that dissociates the component that reacts with the chlorine radical, which is the etchant that controls the rate of etching of tungsten or tungsten silicide, so that it is dissociated from this polyimide. Since the carbon radicals to consume consume chlorine radicals, it is possible to suppress the difference in density of chlorine radicals between the vicinity of the peripheral edge of the wafer W and its inner region. As a result, the
高温のプラズマ雰囲気という過酷な条件に曝されるプラズマ装置は部品が劣化しやすく、また表面がデポジットさせることもあり、そのため既述のように例えば1000時間毎といったように所定の周期でメンテナンスが行われているのが実情である。更に実際の装置では、複数のプラズマ装置を組み込んで処理システムを構築することが多い。従って、前記したように、いわば消耗材であるプラズマ制御用のシート62の取替えを容易に行うことができるようにしたことは、メンテナンス時の作業者の負担を軽減できる点において極めて有効であるといえる。但し、プラズマと反応する成分例えば炭素を解離するとプラズマ制御用のシート62の厚みは僅かではあるが順次減少していくため、メンテナンス周期まで持ちこたえるだけの厚みに設定しておかなくてはならない。本発明者らはシミュレーションにより装置を1000時間稼動した際に必要な厚みは1mmであることを把握している。
In a plasma apparatus exposed to the harsh conditions of a high-temperature plasma atmosphere, parts are likely to deteriorate, and the surface may be deposited. Therefore, as described above, maintenance is performed at a predetermined cycle, for example, every 1000 hours. It is the actual situation. Furthermore, in an actual apparatus, a processing system is often constructed by incorporating a plurality of plasma apparatuses. Therefore, as described above, the fact that the
更には、炭素ラジカルの解離量はプラズマ制御用のシート62の表面積の大きさに依拠するため、プラズマ制御用のシート62の表面積を大きくしすぎると、周縁部のプラズマ密度が低下してかえって面内均一性が悪くなってしまうことがある。そのためプラズマ制御用のシート62の表面積を適切な大きさに設定、本例の場合には幅を10〜20mmに設定することにより、ウエハ100周縁部近傍のプラズマ密度についてきめの細かい制御をすることができる。
Furthermore, since the amount of carbon radical dissociation depends on the surface area of the
更に本発明においては、粘着層63は接着剤で形成する構成に限られず、例えばリング部材61に対し表面改質処理例えば光化学的手法に準拠して、真空紫外光(130nm〜260nm)と水を用いてポリイミド表面を疎水性のC−H結合から親水基に置換を行って粘着作用の向上を図ることができる。同様にしてレーザーアプレーション法でも可能である。この場合も上述の場合と同様の効果を得ることができる。
Further, in the present invention, the pressure-
本発明においては、プラズマ制御用のシート62をリング部材61の周方向に全周に亘って設けた構成に限られず、例えば図3に示すように、例えば幅10〜20mmの帯状のプラズマ制御用のシート62を周方向に間隔をおいて並べるようにしてもよい。この場合であってもプラズマ制御用のシート62からプラズマと反応する成分例えば炭素ラジカルが解離するので上述の場合と同様の効果を得ることができる。なお、隙間をあけてプラズマ制御用のシート62を張り付けた場合、プラズマに曝されるリング部材61の表面部位ができてしまうが、プラズマ制御用のシート62から解離した炭素ラジカルが当該表面部位に向かう塩素ラジカルとも反応するのでリング部材61が劣化することは少ない。
In the present invention, the configuration is not limited to the configuration in which the
更には、リング部材61の上面全体を覆うようにプラズマ制御用のシート62を設けなくともよく、例えば図4に示すように、リング部材61の内周縁側にのみプラズマ制御用のシート62を設けるようにしてもよい。この場合も上述の場合と同様の効果を得ることができる。
Further, it is not necessary to provide the
更に本発明においては、リング部材62の平坦面にプラズマ制御用のシート62を張り付けた構成に限られず、例えば図5に示すように、リング部材62の上端面にプラズマ制御用のシート62の幅の長さに対応させた溝8を周方向に沿って形成しておき、この溝8内にプラズマ制御用のシート62を張り付けるようにしてもよい。この場合であっても上述の場合と同様の効果を得ることができ、更に本例によれば処理容器2を真空状態にしたときに、プラズマ制御用のシート62の周縁部が捲れてしまうのをより確実に抑えることができる。なお、ここでは一例としてリング状のプラズマ制御用のシート62の例を説明したが、例えば図3に記載のように放射線状にプラズマ制御用のシート62を貼り付ける構成にも適用できる。
Furthermore, the present invention is not limited to the configuration in which the
更に本発明においては、リング部材61の上端面にのみプラズマ制御用のシート62を貼り付ける構成に限られず、例えば図6に示すように、リング部材61の内周縁及び外周面でプラズマ制御用のシートを折り曲げて側周面に跨るようにしてもよい。この場合であっても上述の場合と同様の効果を得ることができ、更に本例によれば方向の異なる複数の面に跨るように貼り付けたことにより、処理容器2を真空状態にしたときにプラズマ制御用のシート62が剥離しまうのをより確実に抑えることができる。
Furthermore, in the present invention, the configuration is not limited to the configuration in which the
更に本発明はエッチング以外のプラズマ処理、例えばCVD、アッシング、などの種々の処理に適用することができる。 Furthermore, the present invention can be applied to various processes such as plasma processing other than etching, such as CVD and ashing.
続いて本発明の効果を確認するために行った実施例について説明する。
(実施例1)
本例は、石英からなるリング部材61の表面に、粘着プラズマ制御用のシートとして形成されたポリイミドシートからなるプラズマ制御用のシート62を貼り付けてフォーカスリング6を構成し、このフォーカスリング6を組み込んだエッチング装置を用いてウエハ100をエッチングした実施例である。詳しいプロセス条件を以下に列挙する。エッチング処理前後のウエハ100の膜厚について、ウエハWの中心から等分に割り当てた直径軸(X軸、Y軸、V軸およびW軸)の各軸に沿って間隔をおいて膜厚を測定し、各測定点におけるエッチング速度を計算により求めた結果を図7に示す。またプラズマ発光計測法を用いて塩素ラジカルの分布(ウエハW面内におけるClとアルゴンの強度比)を測定した結果を図8に示す。
・エッチング対象;タングステンシリサイド
・エッチングガス;Cl2(150sccm)及びO2(10sccm)
・圧力;5mTorr
・投入パワー(プラズマ発生用/バイアス用);250W(100MHz)/200W(13.56MHz)
・磁場;56G
・温度;80℃(処理容器天井面)/70℃(処理容器側壁面)/60℃(載置プレート)
Next, examples performed to confirm the effects of the present invention will be described.
Example 1
In this example, a
Etching object: tungsten silicide Etching gas: Cl 2 (150 sccm) and O 2 (10 sccm)
・ Pressure: 5 mTorr
Input power (for plasma generation / bias); 250 W (100 MHz) / 200 W (13.56 MHz)
・ Magnetic field: 56G
Temperature: 80 ° C. (processing vessel ceiling surface) / 70 ° C. (processing vessel side wall surface) / 60 ° C. (mounting plate)
(比較例1)
本例は、カーボンリングからなるフォーカスリング6を用いて実施例1と同様の処理を行った比較例である。エッチングレートの計算結果を図9に示す。また塩素ラジカルの分布を測定した結果を図8に併せて示す。
(Comparative Example 1)
This example is a comparative example in which the same processing as in Example 1 was performed using a
(比較例2)
本例は、ポリイミドシートを有しない、石英リングからなるフォーカスリング6を用いて実施例1と同様の処理を行った比較例である。エッチングレートの計算結果を図10に示す。また塩素ラジカルの分布を測定した結果を図8に併せて示す。
(Comparative Example 2)
This example is a comparative example in which the same processing as in Example 1 was performed using a
(実施例1、比較例1及び比較例2の結果と考察)
図7〜図10に示す結果から明らかなように、石英リングからなるフォーカスリングを用いた比較例1では、ウエハ100周縁部付近の塩素ラジカルの密度が極めて高く、エッチングレートも中央部に比べて周縁部の方が大幅に大きい。これに対し、ポリイミドシートを用いた実施例1及び、カーボンリングを用いた比較例1の場合には周縁部の塩素ラジカルの密度の跳ね上がりが小さく、周縁部のエッチングレートの跳ね上がりも小さい。ただ、比較例1では、EE3mmの偏差が±10.6%、EE30mmの偏差が±10.6%である。これに対し、実施例1ではEE3mmの偏差が±10.2%、EE30mmの偏差が±7.6%となっており、比較例1よりも周縁部の跳ね上がりが小さい。なお、EE3mmとはウエハ100のエッジ部から内側3mmに亘る領域の測定値の平均値を意味し、EE30mmとはウエハ100のエッジ部から内側30mmに亘る領域の測定値の平均値を意味する。
(Results and discussion of Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2)
As is apparent from the results shown in FIGS. 7 to 10, in Comparative Example 1 using a focus ring made of a quartz ring, the density of chlorine radicals near the periphery of the
以上の結果から、石英からなるリング部材61の表面にポリイミドシートを貼り付けたことにより、ウエハ100の周縁部近傍の塩素ラジカルの密度が跳ね上がることが抑えられ、これにより当該周縁部のエッチングレートが跳ね上がるのを抑えることができることが確認された。なおウエハ100周縁部近傍の塩素ラジカルの密度が跳ね上がるのを抑えた理由としては、ポリイミドシート(比較例1ではカーボン)から解離した炭素ラジカルが塩素ラジカルと反応したためであると推察する。
From the above results, by sticking the polyimide sheet to the surface of the
2 処理容器
22 真空ポンプ
3 上部電極
4 載置台
42 載置プレート
43 下部電極
6 フォーカスリング
61 リング部材
62 プラズマ制御用のシート
2
Claims (15)
前記載置台上の基板の周囲を囲むように設けられたリング部と、
このリング部の表面に当該リング部の周方向に沿って形成された溝と、
前記溝内に設けられたプラズマ制御用のシートと、
前記リング部と前記プラズマ制御用のシートとの間に介在し、リング部に対しプラズマ制御用のシートを着脱可能とする粘着層と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。 In a plasma processing apparatus that converts a processing gas into plasma with high-frequency power in a processing container and performs processing on the substrate mounted on the mounting table with plasma,
A ring portion provided to surround the periphery of the substrate on the mounting table,
A groove formed on the surface of the ring portion along the circumferential direction of the ring portion;
A plasma control sheet provided in the groove ;
A plasma processing apparatus comprising: an adhesive layer that is interposed between the ring portion and the plasma control sheet, and allows the plasma control sheet to be attached to and detached from the ring portion.
前記載置台上の基板の周囲を囲むように設けられたリング部と、
このリング部の表面に当該リング部の周方向に沿って形成された溝と、
前記溝内に設けられたプラズマ制御用のシートと、
前記リング部と前記プラズマ制御用のシートとの間に介在し、リング部に対しプラズマ制御用のシートを着脱可能とする粘着層と、
を備えたことを特徴とするプラズマ制御部材。 In a plasma control member provided in a plasma processing apparatus that converts a processing gas into plasma with high-frequency power in a processing container and performs processing on the substrate mounted on the mounting table with plasma,
A ring portion provided to surround the periphery of the substrate on the mounting table,
A groove formed along the circumferential direction of the ring portion to the surface of the ring portion,
A plasma control sheet provided in the groove ;
Interposed between the sheets for the plasma control and the ring portion, and the adhesive layer to removably seat for plasma control over the ring section,
A plasma control member comprising:
前記載置台に基板を載置させる工程と、
次いで前記処理容器内に処理ガスを供給し、この処理ガスを高周波電力によりプラズマ化して基板に対してプラズマにより処理を行う工程と、
前記プラズマ制御用のシートを前記リング部から剥離し、新しいプラズマ制御用のシートと交換する工程と、を含むことを特徴とするプラズマ処理方法。 A ring portion is provided so as to surround the mounting table in the processing container, and a groove is formed on the surface of the ring portion along the circumferential direction of the ring portion. The groove is used for plasma control via an adhesive layer in the groove. Using a plasma processing device with a sheet of
A step of placing the substrate on the mounting table;
Next, supplying a processing gas into the processing container, converting the processing gas into plasma with high-frequency power and processing the substrate with plasma,
Peeling off the plasma control sheet from the ring portion and replacing the plasma control sheet with a new plasma control sheet.
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