JP5502756B2 - べベル端部エッチングを行うプラズマエッチング処理チャンバ、及び、そのエッチング方法 - Google Patents

べベル端部エッチングを行うプラズマエッチング処理チャンバ、及び、そのエッチング方法 Download PDF

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Description

本発明は、一般的に基板製造技術に関するものであり、より詳しくは、基板のべベル端部（面取りされた端部）から蒸着膜及び／又はエッチング副生成物を除去する装置及び方法に関する。
半導体基板（又はウェハー）やフラットパネル・ディスプレイ製造等に用いられるガラスパネル等の基板の処理には、プラズマが用いられることが多い。基板処理の際には、基板（又はウェハー）を複数のダイスすなわち矩形領域に分割する。複数のダイスの各々が、集積回路を形成する。基板を一連の工程で処理することにより、所定の材料を選択的に除去（又はエッチング）し、蒸着させる。
通常、エッチング処理の前に、基板は、（フォトレジストマスク等の）硬化エマルションの薄膜で被覆される。硬化エマルション被膜の所定領域を選択的に除去することにより、対応する下層部分の領域を露出させる。プラズマ処理チャンバ内で、基板保持体上に基板を載置する。適当な組み合わせのプラズマガスをチャンバ内に導入することにより、プラズマを発生させて、基板の露出領域をエッチングする。
エッチングプロセスの際に、基板端部（又はべベル端部）近傍の上面又は底面上に、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、フッ素（Ｆ）等から形成されるポリマー等のエッチング副生成物が形成される場合がある。エッチングプラズマの密度は、通常、基板の端部近傍で低いため、基板のべベル端部の上面および底面上に副生成物ポリマーが堆積する結果となる。
基板の端部近傍では、たとえば、基板端面から約２ｍｍから約１５ｍｍの範囲では、通常ダイスが存在しない。複数の異なる蒸着及びエッチングプロセスを行なうことにより、べベル端部の上面および底面上に所定の目的で蒸着される膜や副生成物ポリマーの層が堆積するため、後段の処理工程で、本来は強く接着性に富むべき結合が弱くなってしまう場合がある。基板移送の際に、べベル端部近傍に形成された所定目的の蒸着膜やポリマー層がはがれ、薄片になってはがれ落ちて、他の基板上にくっついてしまうことがあった。通常、基板は、カセットとも称されるクリーンなコンテナを用いて、セットでプラズマ処理システム間を移動する。上方に位置する基板がコンテナ内で位置を変える際に、べベル端部上に堆積した所定目的の蒸着膜や副生成物層の粒子（又は薄片）が、ダイスが存在する下方位置の基板上に落ちる場合がある。これにより、デバイス歩留まりに悪影響を与える可能性がある。
ＳｉＮやＳｉＯ2等の誘電体膜及びＡｌやＣｕ等の金属膜が、基板上に所定の目的で蒸着される膜の例として挙げられる。このような膜は、（上面と底面とを含む）べベル端部上にも蒸着され、エッチングプロセス時に除去されない。このような蒸着膜も、エッチング副生成物と同様に、べベル端部上に堆積し、後段の処理ステップの最中にはがれ落ちて、デバイス歩留まりに悪影響を与える可能性がある。
先進技術に伴い、基板表面上の利用可能な面積をウェハー（又は基板）の端部まで拡張することが望まれている。上述したように、基板の端部近傍では、たとえば、基板端面から約２ｍｍから約１５ｍｍの範囲では、通常ダイスが存在しない。このような範囲を、「端部除外領域」とも称する。端部除外領域は、たとえば、基板端面から約２ｍｍから約１５ｍｍの範囲の、基板端部の領域であり、利用できず、ダイスが存在しない領域である。先進技術においては、基板端面から約２ｍｍ未満の領域まで利用可能な領域を拡張して、基板上の利用可能な面積を増大させることが求められている。言い換えれば、端部除外領域を２ｍｍ未満に狭めることが求められている。
上述の課題に鑑みて、基板のべベル端部上の不要な被膜を除去し、端部除外領域を基板端面から２ｍｍ未満の領域に狭める装置及び方法が必要とされている。このような装置及び方法により、利用可能な面積を拡大して、基板のプロセス歩留まりを改善することができる。
基板のべベル端部（面取りされた端部）近傍の不要な被膜を除去して、プロセス歩留まりを改善する装置及び方法をさまざまな実施形態として提供する。実施形態に従う装置及び方法は、中央ガス供給部及び端部ガス供給部を備えることにより、端部除外領域を基板端面方向に狭めるための最適なべベル端部エッチングプロセスを選択することが可能になる。さらに実施形態に従う装置及び方法は、調整ガスを用いてべベル端部におけるエッチングプロファイルを変化させるものであり、中央ガス供給部と端部ガス供給部との組み合わせによりチャンバ内にプロセスガスと調整ガスを導入する。調整ガスの使用とガス供給部の配置は、いずれも、べベル端部におけるエッチング特性に影響を与える。また、ガスの総流量、ガス供給プレートと基板表面との間隔距離、圧力及びプロセスガスの種類も、べベル端部のエッチングプロファイルに影響を与える。
本発明は、プロセス工程、装置、又はシステム等、数多くの実施形態で実現可能であることは言うまでもない。本発明のいくつかの形態又は態様を以下に記述する。
（１）本発明の第１の形態は、基板のべベル端部上の薄膜をエッチングするように構成されるプラズマエッチング処理チャンバであって、
前記プラズマエッチング処理チャンバ内で基板保持部を囲むように配置される下端部電極であって、前記基板保持部は前記基板を収容するように構成され、前記下端部電極と前記基板保持部とが下部誘電体リングにより互いに電気的に絶縁されるように構成される下端部電極と、
前記基板保持部に対向するガス供給プレートを囲むように配置される上端部電極であって、前記上端部電極と前記ガス供給プレートとが上部誘電体リングにより互いに電気的に絶縁され、前記ガス供給プレートと基板との間隔距離が０．４ｍｍに設定され、前記上端部電極と前記下端部電極とは前記基板の前記べベル端部上の薄膜を除去するためのエッチングプラズマを前記べベル端部近傍で生成させ、前記エッチングプラズマを閉じ込める前記上端部電極と前記下端部電極との間の距離が１．５ｃｍ未満であるように構成される上端部電極と、
前記ガス供給プレートに埋め込まれた中央ガス供給部であって、前記中央ガス供給部を介して前記プラズマエッチング処理チャンバにエッチングプロセスガス又は調整ガスのいずれかを供給するように構成される中央ガス供給部と、
中央ガスマニフォールドに連結される中央ガス選択制御部であって、前記中央ガスマニフォールドは複数のエッチングプロセスガス及び調整ガスに接続されるように構成され、前記中央ガス供給部に連結されて、前記プラズマエッチング処理チャンバに供給するべきガスとしてエッチングプロセスガス又は調整ガスを選択するように構成される中央ガス選択制御部と、
前記エッチングプロセスガス又は前記調整ガスのいずれかを前記基板のべベル端部に向けて供給するように構成される端部ガス供給部であって、前記基板より上方に配置される端部ガス供給部と、
端部ガスマニフォールドに連結される端部ガス選択制御部であって、前記端部ガスマニフォールドは前記複数のエッチングプロセスガス及び調整ガスに接続されるように構成され、前記端部ガス供給部に連結されて、前記端部ガス供給部を介して前記プラズマエッチング処理チャンバに供給するべきガスとしてエッチングプロセスガス又は調整ガスを選択するように構成される端部ガス選択制御部と、
を備え、
前記中央ガス供給部から供給される前記調整ガスは、流量２００ｓｃｃｍのＮ 2 と流量５００ｓｃｃｍのＨｅとの組み合わせである、プラズマエッチング処理チャンバである。
（２）本発明の第２の形態は、プラズマエッチングチャンバにおいて基板のべベル端部上の薄膜をエッチングする方法であって、
前記プラズマエッチングチャンバ内で基板保持部に前記基板を載置する工程と、
中央ガス供給部又は端部ガス供給部を介してエッチングプロセスガスを流す工程であって、前記中央ガス供給部と前記端部ガス供給部とはいずれも前記基板保持部より上方に配置され、前記中央ガス供給部と基板との間隔距離が０．４ｍｍに設定される、工程と、
前記中央ガス供給部又は前記端部ガス供給部を介して調整ガスを流す工程であって、前記調整ガスを用いて前記べベル端部におけるエッチングプラズマ特性を変化させる、工程と、
下端部電極又は上端部電極にＲＦ電源により電力を供給する一方で、前記ＲＦ電源により電力を供給されなかった方の前記端部電極を接地することにより、前記べベル端部上の前記薄膜をエッチングするためのエッチングプラズマを前記基板の前記べベル端部近傍で生成させる工程であって、前記下端部電極は前記基板保持部を囲むように配置され、前記上端部電極はガス供給プレートを囲むように配置され、前記エッチングプラズマを閉じ込める前記上端部電極と前記下端部電極との間の距離は１．５ｃｍ未満である、工程と、
前記生成されたエッチングプラズマにより前記薄膜をエッチングする工程と、
を備え、
前記中央ガス供給部から供給される前記調整ガスは、流量２００ｓｃｃｍのＮ 2 と流量５００ｓｃｃｍのＨｅとの組み合わせである、方法である。
本発明の一つの態様は、基板のべベル端部上の薄膜をエッチングするように構成されるプラズマエッチング処理チャンバを提供する。プラズマエッチング処理チャンバは、その内部で基板保持部を囲むように配置される下端部電極を備える。基板保持部は基板を収容するように構成され、下端部電極と基板保持部とは下部誘電体リングにより互いに電気的に絶縁される。プラズマエッチング処理チャンバは、また、基板保持部に対向するガス供給プレートを囲むように配置される上端部電極を備える。上端部電極とガス供給プレートとは上部誘電体リングにより互いに電気的に絶縁され、上端部電極と下端部電極とが基板のべベル端部上の薄膜を除去するためのエッチングプラズマをべベル端部近傍で生成するように構成される。処理プラズマを閉じ込める上端部電極と下端部電極との間の距離は、約１．５ｃｍ未満である。
プラズマエッチング処理チャンバは、さらに、ガス供給プレートに埋め込まれた中央ガス供給部を備える。中央ガス供給部は、エッチングプロセスガス又は調整ガスのいずれかを中央ガス供給部を介してプラズマ処理チャンバに供給するように構成される。プラズマエッチング処理チャンバは、また、中央ガスマニフォールドに連結される中央ガス選択制御部を備える。中央ガスマニフォールドは複数のエッチングプロセスガス及び調整ガスに接続される。中央ガス選択制御部は、中央ガス供給部に連結されて、プラズマ処理チャンバに供給するべきガスとして、エッチングプロセスガス又は調整ガスを選択する。さらに、プラズマエッチング処理チャンバは、エッチングプロセスガス又は調整ガスのいずれかを基板のべベル端部に向けて供給するように構成される端部ガス供給部を備える。ここで、端部ガス供給部は、基板より上方に配置される。プラズマエッチング処理チャンバは、また、端部ガスマニフォールドに連結される端部ガス選択制御部を備える。端部ガスマニフォールドは複数のエッチングプロセスガス及び調整ガスに接続される。端部ガス選択制御部は、端部ガス供給部に連結されて、端部ガス供給部を介してプラズマ処理チャンバに供給するべきガスとして、エッチングプロセスガス又は調整ガスを選択する。
本発明の別の態様は、プラズマエッチングチャンバにおいて基板のべベル端部上の薄膜をエッチングする方法を提供する。本発明のエッチング方法は、プラズマエッチングチャンバ内で基板保持部に基板を載置する。次に、中央ガス供給部又は端部ガス供給部を介してエッチングプロセスガスを流す。ここで、中央ガス供給部と前記端部ガス供給部とは、いずれも基板保持部より上方に配置される。本発明のエッチング方法は、中央ガス供給部又は端部ガス供給部を介して調整ガスを流す。調整ガスを用いて、べベル端部におけるエッチングプラズマ特性を変化させる。
本発明のエッチング方法は、さらに、下端部電極又は上端部電極にＲＦ電源により電力を供給する一方で、ＲＦ電源により電力を供給されなかった方の端部電極を接地することにより、べベル端部上の薄膜をエッチングするためのエッチングプラズマを、基板のべベル端部近傍で生成させる。下端部電極は基板保持部を囲むように配置され、上端部電極はガス供給プレートを囲むように配置される。処理プラズマを閉じ込める上端部電極と下端部電極との間の距離は、約１．５ｃｍ未満である。本発明のエッチング方法は、生成されたエッチングプラズマにより薄膜をエッチングする。
本発明は、以下の適用例としても実現可能である。
［適用例１］
基板のべベル端部上の薄膜をエッチングするように構成されるプラズマエッチング処理チャンバであって、
前記プラズマ処理チャンバ内で基板保持部を囲むように配置される下端部電極であって、前記基板保持部は前記基板を収容するように構成され、前記下端部電極と前記基板保持部とが下部誘電体リングにより互いに電気的に絶縁されるように構成される下端部電極と、
前記基板保持部に対向するガス供給プレートを囲むように配置される上端部電極であって、前記上端部電極と前記ガス供給プレートとが上部誘電体リングにより互いに電気的に絶縁され、前記上端部電極と前記下端部電極とは前記基板の前記べベル端部上の薄膜を除去するためのエッチングプラズマを前記べベル端部近傍で生成させ、前記処理プラズマを閉じ込める前記上端部電極と前記下端部電極との間の距離が約１．５ｃｍ未満であるように構成される上端部電極と、
前記ガス供給プレートに埋め込まれた中央ガス供給部であって、前記中央ガス供給部を介して前記プラズマ処理チャンバにエッチングプロセスガス又は調整ガスのいずれかを供給するように構成される中央ガス供給部と、
中央ガスマニフォールドに連結される中央ガス選択制御部であって、前記中央ガスマニフォールドは複数のエッチングプロセスガス及び調整ガスに接続されるように構成され、前記中央ガス供給部に連結されて、前記プラズマ処理チャンバに供給するべきガスとしてエッチングプロセスガス又は調整ガスを選択するように構成される中央ガス選択制御部と、
前記エッチングプロセスガス又は前記調整ガスのいずれかを前記基板のべベル端部に向けて供給するように構成される端部ガス供給部であって、前記基板より上方に配置される端部ガス供給部と、
端部ガスマニフォールドに連結される端部ガス選択制御部であって、前記端部ガスマニフォールドは前記複数のエッチングプロセスガス及び調整ガスに接続されるように構成され、前記端部ガス供給部に連結されて、前記端部ガス供給部を介して前記プラズマ処理チャンバに供給するべきガスとしてエッチングプロセスガス又は調整ガスを選択するように構成される端部ガス選択制御部と、
を備える、プラズマエッチング処理チャンバ。
［適用例２］
適用例１に記載のプラズマエッチング処理チャンバであって、
さらに、
前記上端部電極を囲み、前記上端部電極に連結される上部絶縁リングであって、前記基板に面する前記上部絶縁リングの表面が、前記基板に面する前記上端部電極の表面と面一になるように配置される上部絶縁リングと、
前記下端部電極を囲み、前記下端部電極に連結される下部絶縁リングであって、前記上部絶縁リングに面する前記下部絶縁リングの表面が、前記上端部電極に面する前記下端部電極の表面と面一になるように配置される下部絶縁リングと、
を備える、プラズマエッチング処理チャンバ。
［適用例３］
適用例２に記載のプラズマエッチング処理チャンバであって、
前記上部絶縁リングと前記下部絶縁リングとが、前記上端部電極と前記下端部電極とにより生成された前記クリーニングプラズマを閉じ込める、
プラズマエッチング処理チャンバ。
［適用例４］
適用例１に記載のプラズマエッチング処理チャンバであって、
前記エッチングプロセスガスが前記端部ガス供給部から供給され、前記調整ガスが前記中央ガス供給部から供給される、
プラズマエッチング処理チャンバ。
［適用例５］
適用例１に記載のプラズマエッチング処理チャンバであって、
二つ以上の中央ガス供給部と二つ以上の端部ガス供給部と、
を備える、プラズマエッチング処理チャンバ。
［適用例６］
適用例１に記載のプラズマエッチング処理チャンバであって、
前記中央ガスマニフォールドと前記端部ガスマニフォールドの両方が、複数の処理ガスに接続される、
プラズマエッチング処理チャンバ。
［適用例７］
適用例２に記載のプラズマエッチング処理チャンバであって、
前記端部ガス供給部が、前記上部誘電体リングと前記上端部電極との間に位置する、
プラズマエッチング処理チャンバ。
［適用例８］
適用例１に記載のプラズマエッチング処理チャンバであって、
エッチング対象である前記べベル端部上の薄膜が、誘電体膜、金属膜、フォトレジスト膜、半導体膜及びこれらの膜の組み合わせからなる群から選択される、
プラズマエッチング処理チャンバ。
［適用例９］
適用例１に記載のプラズマエッチング処理チャンバであって、
前記薄膜が誘電体膜であり、前記エッチングプロセスガスが酸素含有ガスとフッ素含有ガスとを含む、
プラズマエッチング処理チャンバ。
［適用例１０］
適用例１に記載のプラズマエッチング処理チャンバであって、
前記調整ガスが窒素ガス又は不活性ガスを含む、
プラズマエッチング処理チャンバ。
［適用例１１］
適用例１に記載のプラズマエッチング処理チャンバであって、
前記上端部電極をＲＦ電源に接続することにより電力供給を受ける一方で、前記下端部電極を接地する、又は、前記下端部電極をＲＦ電源に接続することにより電力供給を受ける一方で、前記上端部電極を接地することにより、前記処理プラズマを生成させる、
プラズマエッチング処理チャンバ。
［適用例１２］
適用例１に記載のプラズマエッチング処理チャンバであって、
前記ガス供給プレートと前記ガス供給プレートに面する前記基板表面との間の距離が約０．６ｍｍ未満である、
プラズマエッチング処理チャンバ。
［適用例１３］
適用例２に記載のプラズマエッチング処理チャンバであって、
前記上端部電極と前記下端部電極との間の距離に対する前記下部絶縁リングの幅の比が約４：１未満である、
プラズマエッチング処理チャンバ。
［適用例１４］
適用例１に記載のプラズマエッチング処理チャンバであって、
前記基板の端面から約１ｍｍを超える部分では、前記べベル端部近傍で生成された前記エッチングプラズマによるエッチング速度がゼロになる、
プラズマエッチング処理チャンバ。
［適用例１５］
適用例７に記載のプラズマエッチング処理チャンバであって、
前記上部誘電体リングの外径周囲に等間隔で配置される複数の端部ガス供給部を備える、
プラズマエッチング処理チャンバ。
［適用例１６］
プラズマエッチングチャンバにおいて基板のべベル端部上の薄膜をエッチングする方法であって、
前記プラズマエッチングチャンバ内で基板保持部に前記基板を載置する工程と、
中央ガス供給部又は端部ガス供給部を介してエッチングプロセスガスを流す工程であって、前記中央ガス供給部と前記端部ガス供給部とはいずれも前記基板保持部より上方に配置される、工程と、
前記中央ガス供給部又は前記端部ガス供給部を介して調整ガスを流す工程であって、前記調整ガスを用いて前記べベル端部におけるエッチングプラズマ特性を変化させる、工程と、
下端部電極又は上端部電極にＲＦ電源により電力を供給する一方で、前記ＲＦ電源により電力を供給されなかった方の前記端部電極を接地することにより、前記べベル端部上の前記薄膜をエッチングするためのエッチングプラズマを前記基板の前記べベル端部近傍で生成させる工程であって、前記下端部電極は前記基板保持部を囲むように配置され、前記上端部電極は前記ガス供給プレートを囲むように配置され、前記処理プラズマを閉じ込める前記上端部電極と前記下端部電極との間の距離は約１．５ｃｍ未満である、工程と、
前記生成されたエッチングプラズマにより前記薄膜をエッチングする工程と、
を備える、方法。
［適用例１７］
適用例１６に記載のプラズマ方法であって、
エッチング対象である前記べベル端部上の薄膜が、誘電体膜、金属膜、フォトレジスト膜、半導体膜及びこれらの膜の組み合わせからなる群から選択される、
方法。
［適用例１８］
適用例１６記載のエッチングであって、
前記薄膜が誘電体膜であり、前記エッチングプロセスガスが酸素含有ガスとフッ素含有ガスとを含む、
方法。
［適用例１９］
適用例１６に記載の方法であって、
前記調整ガスが窒素ガス又は不活性ガスを含む、
方法。
［適用例２０］
適用例１６に記載の方法であって、
前記ガス供給プレートと前記ガス供給プレートに面する前記基板表面との間の距離を約０．６ｍｍ未満に設定して、前記ガス供給プレートと前記基板との間にプラズマが形成されないようにする、
方法。
［適用例２１］
適用例１６に記載の方法であって、
前記基板の端面から約２ｍｍを超える部分では、前記べベル端部近傍で生成された前記エッチングプラズマによるエッチング速度がゼロになる、
方法。
［適用例２２］
適用例１６に記載の方法であって、
前記エッチングプロセスガスが前記端部ガス供給部から供給され、前記調整ガスが前記中央ガス供給部から供給される、
方法。
本発明の他の態様や利点は、添付の図面を参照して、本発明の原理を例示する以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
本発明の理解を助けるために、以下、添付の図面を参照して本発明を詳述する。同一の参照番号は同一の構造要素を示す。
本発明の一実施例において、べベルエッチング近傍の薄膜を示す断面図。
本発明の一実施例において、べベル端部上の被膜を除去した状態の薄膜を示す断面図。
本発明の一実施例において、４種類の異なるべベル端部のエッチングプロファイルを示す図。
本発明の一実施例において、べベル端部エッチングプラズマを生成するように構成されたプラズマシステムを示す断面図。
本発明の一実施例において、中央供給部を示す断面図。
本発明の一実施例において、複数のガス源を備える中央供給部を示す断面図。
本発明の一実施例において、端部供給部を示す断面図。
本発明の一実施例において、複数のガス源を備える端部供給部を示す断面図。
本発明の一実施例において、図２に示すべベル端部を有する範囲Ｍを拡大して示す断面図。
本発明の別の実施例において、べベル端部エッチングプラズマを生成するように構成されたプラズマシステムを示す断面図。
本発明の一実施例において、図２に示すプラズマシステムの上部チャンバアセンブリを示す上面図。
本発明の一実施例において、中央ガス供給部周辺の範囲を拡大して示す拡大図。
本発明の一実施例において、端部ガス供給部周辺の範囲を拡大して示す拡大図。
本発明の別の実施例において、図２に示すプラズマシステムの上部チャンバアセンブリを示す上面図。
本発明の一実施例において、４種類の異なるエッチングプロセスによるべベルのエッチングプロファイルを示す図。
本発明の別の実施例において、４種類の異なるエッチングプロセスによるべベルのエッチングプロファイルを示す図。
本発明の一実施例において、３種類の異なるエッチングプロセスによるべベルのエッチングプロファイルを示す図。
本発明の別の実施例において、４種類の異なるエッチングプロセスによるべベルのエッチングプロファイルを示す図。
本発明の一実施例において、べベル端部エッチングプラズマを生成させるプロセスを示す工程図。
ウェハーのべベル端部上の不要な被膜を除去して、プロセス歩留まりを改善するための機構をいくつかの実施形態に基づいて説明する。当業者には自明のことであるが、以下に記載する具体的な詳細の一部又は全部を省略した状態でも本発明は実現可能である。
図１Ａに、基板１０５の断面図を示す。本発明の一実施例において、基板１０５は、前面１１０と、後面１２０と、前面と後面との間の端面１３０とを有する基板本体１００を備える。基板本体１００は、膜やフィーチャー（特徴構造）が形成されていない状態のウェハーでもよいし、前段の処理工程により形成されたさまざまな膜やフィーチャーを備えるものでもよい。図１Ａに示すように、基板前面１１０及び基板端面１３０は、薄膜層１０１で被覆されている。薄膜層１０１は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）や窒化ケイ素（ＳｉＮ）等の誘電体層でも、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、銅（Ｃｕ）又はアルミニウム（Ａｌ）等の金属層でもよい。あるいは、薄膜層１０１は、フォトレジスト層又はエッチング副生成物層でもよい。さらに、薄膜層１０１は、フォトレジスト及び／又はエッチング副生成物と誘電体層又は金属層との複合体でもよい。薄膜１０１の厚みは、数オングストロームから数ミクロンの範囲である。
薄膜層１０１は、基板１０５の基板端面１３０から距離Ｙまで形成されている。距離Ｙは、一実施例において、基板本体１００の後面１２０の中心まで伸びている場合もあるし、また、別の実施例において、端面１３０から約２ｍｍから約１５ｍｍの範囲の場合もある。べベル端部上の薄膜層１０１を除去して、薄膜の堆積、ひいては、後段の基板取扱時や後段の基板処理時における薄膜のはがれ落ちを防ぐ必要がある。前述したように、先端技術に伴い、基板端部まで利用可能な面積を拡張することが求められている。距離「Ｘ」は、薄膜層１０１の除去対象となる端面１３０からの距離を示す。先進技術においては、距離「Ｘ」は、約２ｍｍ未満であることが求められており、約１ｍｍ未満であることが望ましく、約０．５ｍｍ未満であることがより望ましい。距離Ｘを除く（基板中心に向かう方向の）表面積が、デバイス形成に利用可能な面積と見なされる。
図１Ｂに、べベル端部上の被膜が除去された、べベル端部エッチングプロセス後の状態を示す。前面上に形成された薄膜層１０１が、端面１３０から距離「Ｘ」まで除去されている。前述したように、図１Ｂに示す基板エッチング処理の際に除去されない薄膜層１０１を有する基板表面１１０の領域が利用可能な面積と考えられる。
図１Ｃに、べベル端部プラズマエッチングプロセスにおけるべベル端部近傍のエッチング速度（ＥＲ）を示す。曲線１５０、１５２、１５４及び１５６は、べベル端部近傍の３種類の異なるエッチング速度曲線を示す。曲線１５０は、基板端部近傍で広いべベルエッチングプロファイルを形成する従来のプロセスの結果を示す。エッチング速度は、端面から、たとえば、図１Ａに示す端面１３０から、２ｍｍを超える距離でもゼロにはならない。曲線１５２は、曲線１５０よりも狭いべベルエッチングプロファイルを形成するプロセスの結果を示す。基板表面上のエッチング速度は、端面から約２ｍｍの距離に近づくまでゼロである。曲線１５４及び１５６では、曲線１５２よりもさらにべベルエッチングプロファイルが狭くなる。曲線１５４では、基板端面から約１ｍｍの範囲までエッチング速度がゼロではなく、曲線１５６では、基板端面から約０．５ｍｍの範囲までエッチング速度がゼロではない。端部除外領域を約２ｍｍ未満に、さらには約１ｍｍ未満や約０．５ｍｍ未満まで削減する必要があるプロセス技術では、曲線１５２、曲線１５４及び曲線１５６等のエッチング曲線を形成するプロセスが実行される。端部除外領域を基板端面から約２ｍｍ未満に削減する必要がある場合には、曲線１５０を形成するプロセスよりも、曲線１５２、１５４及び１５６を形成するプロセスが望ましい。
図２に、一実施例として、基板のべベル端部近傍のプラズマエッチングを行なうためのべベル端部プラズマ処理チャンバ２００を示す。チャンバ２００は、基板２５０を上面に載置した基板保持部２４０を備える。一実施例において、基板保持部２４０は、静電チャックであり、（図示しない）ＲＦ（高周波）電源により電力が供給される。別の実施例において、基板保持部２４０は一般的な電極であり、ＤＣ（直流）又はＲＦバイアスが印加されるものでもよい。基板保持部２３０に対向して、中央ガス供給部２６１を備えるガスプレート２６０が配置される。中央ガス供給部２６１の供給位置２６４は、基板中央近傍の上方である。中央ガス供給部２６１は、ガスプレート２６０内に埋め込まれ、基板２５０の中央近傍に配置される。一実施例において、図２Ａに示すように、複数の中央ガス供給部、たとえば、ガス供給部２６１’、２６１’’及び２６１’’を備え、それぞれが、異なるガス源、たとえば、（ガスＸ用の）ガス源２７１’’、（ガスＹ用の）ガス源２７１’’及び（ガスＺ用の）ガス源２７１’’に連結されている。別の実施例において、図２Ｂに示すように、複数の異なるガス源から一つの中央ガス供給部２６１にガスが供給される構成でもよい。処理チャンバは、さらに、基板２５０のべベル端部近傍に配置される端部ガス供給部２６３を備える。一実施例において、図２Ｃに示すように、複数の端部ガス供給部、たとえば、ガス供給部２６３’、２６３’’及び２６３’’を備え、それぞれが、異なるガス源、たとえば、（ガスＭ用の）ガス源２７３’’、（ガスＮ用の）ガス源２７３’’及び（ガスＯ用の）ガス源２７３’’に連結されている。別の実施例において、図２Ｄに示すように、複数の異なるガス源から所定の端部位置に配置される一つの端部ガス供給部２６３にガスが供給される構成でもよい。端部ガス供給部２６３の詳細に関しては、後述する。
基板保持部にＲＦ電源から電力を供給するようにしてもよいし、バイアスを印加するようにしてもよいし、基板保持部を接地するようにしてもよい。基板２５０をエッチングする際に、チャンバ２００にＲＦ電源から電力を供給し、容量結合エッチングプラズマ又は誘導結合エッチングプラズマを生成するようにしてもよい。図２の領域Ｆや図２Ｅの拡大図に示す領域Ｍのように、基板２５０は、基板端部の上面と底面とを含むべベル端部２１７を備える。図２Ｅでは、べベル端部２１７を太い実線及び曲線で強調して示す。
図２Ｆに、別の実施例として、べベル端部エッチング処理チャンバ２５０を示す。処理チャンバ２５０は、プロセスガス用の中央供給部２６１Pと調整ガス用の中央供給部２６１Tとを備える。中央ガス供給部２６１P及び２６１Tは、両方とも、中央ガスマニフォールド２７６Cに連結される中央ガス選択部２７５Cに接続される。中央ガスマニフォールド２７６Cは、（図示しない）さまざまなプロセスガスや調整ガスを供給する複数のガスタンクに連結されている。あるいは、図２Ａ及び図２Ｃを参照して上述したように、二つ以上のプロセスガス用中央ガス供給部２６１C及び二つ以上の調整ガス用中央ガス供給部２６１Tを備える構成でもよい。処理チャンバ２５０は、さらに、プロセスガス用の複数の端部供給部２６３Pと調整ガス用の複数の端部供給部２６３Tとを備える。端部供給部２６１P及び２６１Tは、すべて、端部ガスマニフォールド２７６Eに連結される端部ガス選択部２７５Eに接続される。中央ガスマニフォールド２７６Eは、（図示しない）さまざまなプロセスガスや調整ガスを供給する複数のガスタンクに連結されている。中央ガス選択部２７５Cは、チャンバプロセス制御部２７７から命令を受け取り、中央ガス供給部２６１P及び２６１Tにガスを流すか否か、また、どのガスを流すかを選択する。同様に、端部ガス選択部２７５Eは、チャンバプロセス制御部２７７から命令を受け取り、端部ガス供給部２６３P及び２６３Tにガスを流すか否か、また、どのガスを流すかを選択する。チャンバプロセス制御部２７７は、処理チャンバ２５０の他の部分とも接続され、基板保持部２４０の温度、圧力及び動き等、他のプロセスパラメータを制御する。一実施例において、チャンバプロセス制御部２７７は、さらに、キーボード２８０及びモニター２７９に連結されるプロセッサ２７８に接続される。処理システム２５０の操作者は、キーボード２０を操作して命令を入力し、モニター２７９に命令及びプロセス条件を表示することも可能である。
図２Ｇに、図２に示すチャンバ上部アセンブリ２８０の一実施例の上面図を示す。上部アセンブリ２８０は、チャンバ上壁部２８５（図２Ｇには表示しない）と、ガス供給プレート２６０と、上部誘電体リング２１１と、上端部電極と、上部絶縁リング２１５と、を備える。ガス供給プレート２６０、上部誘電体リング２１１、上端部電極及び上部絶縁リング２１５は、チャンバ上壁部２８５に接続されている。ガス供給プレート２６０内に中央ガス供給部２８１が埋め込まれている。図２Ｇに示す実施例では、上部誘電体リング２１１と上端部電極２１０との間の８か所の位置に、端部ガス供給部２６３が配設される。この８か所の位置は、上部誘電体リング２１１の周囲に等間隔で配置される。この８か所の位置は単なる例示に過ぎず、４か所から５６か所まで等、他の数の位置を用いることもできる。
図２Ｈに、図２Ｇに示す中央ガス供給部２６１周囲の領域２８１の一実施例の拡大図を示す。図２Ｈに示す実施例では、複数の中央ガス供給部が設けられている。必要に応じて任意の妥当な数の中央ガス供給部を備えるようにすればよい。図２Ｉに、図２Ｇに示す端部ガス供給部２６３周囲の領域２８３の一実施例の拡大図を示す。図２Ｉに示す実施例では、端部の各位置に、複数の端部ガス供給部が設けられている。必要に応じて任意の妥当な数の端部ガス供給部を端部の各位置に備えるようにすればよい。
図２Ｊに、図２に示す端部ガス供給部２６３の別の実施例を示す。この実施例では、端部ガス供給部２６３’は、上部誘電体リング２１１と上端部電極２１０との間に配置されるガスリングとして配設されている。プロセスガス及び／又は調整ガスを、ガスリング２６３’を介して、処理チャンバに均一に供給することができる。
アルミニウム（Ａｌ）等の導電材料から形成される下端部電極２２０は、基板保持部２４０の端部を囲むように配置される。基板保持部２４０と下端部電極２２０との間に配置される下部誘電体リング２２１により、基板保持部２４０と下端部電極２２０とが電気的に分離される。一実施例において、基板２５０は、下端部電極２２０と接しておらず、下端部電極２２０の外側に配設される下部絶縁リング２２５が、基板２５０に面する下端部電極２２０の表面に伸長する。
アルミニウム（Ａｌ）等の導電材料から形成される上端部電極２１０は、ガスプレート２６０を囲むように配置される。上部誘電体リング２１１により、上端部電極２１０がガスプレート２６０から電気的に絶縁される。前述したように、端部ガス供給部２６３は、プロセスガスを基板２５０のべベル端部２１７に供給する。一実施例において、端部ガス供給部２６３は、基板２６０のべベル端部２１７に面する供給位置２６２にプロセスガスを供給するように構成され、上端部電極２１０と上部誘電体リング２１１との間に配置される。上端部電極２１０の外側に配設される上部絶縁リング２１５が、基板２５０に面する上端部電極２１０の表面に伸長する。
一実施例において、下端部電極２２０をＲＦ電源２２３に接続する一方で、上端部電極２１０を接地する。基板べベル端部処理プロセスの際に、ＲＦ電源２２３は、約２ＭＨｚから約６０ＭＨｚの範囲の周波数及び約１００ワットから約２０００ワットの出力のＲＦ電力を供給して、処理プラズマを生成させる。べベル端部処理の間、基板保持部２４０及びガス供給プレート２６０は、電気的に分離された状態に維持される。別の実施例において、下端部電極２４０をＲＦ電源２２４に接続する。基板べベル端部処理プロセスの際に、ＲＦ電源２２４は、約２ＭＨｚから約６０ＭＨｚの範囲の周波数及び約１００ワットから約２０００ワットの出力のＲＦ電力を供給して、処理プラズマを生成させる。べベル端部処理の間、ガス供給プレート３＝２６０は、電気的に分離された状態に維持され、下端部電極２２０と上端部電極２１０はいずれも接地される。
上述したハードウェア構成の二つの実施例は、いずれも例示に過ぎず、他の構成のべベル端部リアクタも同様に利用可能である。他の構成のべベル端部リアクタの詳細に関しては、「可変出力を備えたエッジ電極（Ｅｄｇｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ｗｉｔｈ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ）」の名称で２００７年６月５日に出願された米国特許出願第１１／７５８，５７６号（代理人整理番号ＬＡＭ２Ｐ５８９）、「誘電体カバーを伴うエッジ電極（Ｅｄｇｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ｗｉｔｈ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｖｅｒｓ）」の名称で２００７年６月５日に出願された米国特許出願第１１／７５８，５８４号（代理人整理番号ＬＡＭ２Ｐ５９２）、「ウェハーのべベル端部及び後面上の被膜を除去する装置及び方法（Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｏ Ｒｅｍｏｖｅ Ｆｉｌｍｓ ｏｎ Ｂｅｖｅｌ Ｅｄｇｅ ａｎｄ Ｂａｃｋｓｉｄｅ ｏｆ Ｗａｆｅｒ）」の名称で２００６年５月２４日に出願された米国特許出願第１１／４４０，５６１号（代理人整理番号ＬＡＭ２Ｐ５６０）、「複数の容量および誘導プラズマ源を備えたプラズマ処理リアクタ（Ｐｌａｓｍａ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｒｅａｃｔｏｒ ｗｉｔｈ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ａｎｄ Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅｓ）」の名称で２００６年２月１５日に出願された米国特許出願第１１／３５５，４５８号（代理人整理番号ＬＡＭ２Ｐ５３７）及び「プラズマエッチングチャンバのための統合型の容量および誘導電源（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ａｎｄ Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅｓ ｆｏｒ ａ Ｐｌａｓｍａ Ｅｔｃｈｉｎｇ Ｃｈａｍｂｅｒ）」の名称で２００６年２月２７日に出願された米国特許出願第１１／３６３，７０３号（代理人整理番号ＬＡＭ２Ｐ５３８）に記述されている。上述した各関連出願の開示内容は、参照することにより本明細書に組み込まれる。
一実施例において、上端部電極２１０と下端部電極２２０との間の間隔ＤEEは、１．５ｃｍ未満であり、プラズマを確実に閉じ込めることができる。間隔ＤEEを１．５ｃｍ未満にすることにより、基板端部近傍の開口部の幅（ＤW）と間隔（ＤEE）との比が４：１未満になり、プラズマの確実な閉じ込めが可能になる。Ｄｗは、基板端部近傍の開口部の幅を示す。一実施例において、Ｄwは、下部絶縁リング２２５の幅又は上部絶縁リング２１５の幅である。べベル端部エッチングプロセスの間、チャンバの圧力を約２０ミリトールから約１００トールの範囲に、より望ましくは約１００ミリトールから約２トールの範囲に保持する。ガス供給プレート２６０と基板２５０との間隔Ｄsは、０．６ｍｍ未満であり、べベル端部エッチングプロセスの間、上端部電極２６０と基板２５０との間でプラズマは形成されない。
図２に示す実施例のプラズマ処理チャンバ２００は例示に過ぎない。他のプラズマ処理チャンバを用いて、べベル端部エッチングを行なうようにしてもよい。別の実施例において、ＲＦ電源を上端部電極２１０に接続する一方で、下端部電極２２０を接地することにより、容量結合エッチングプラズマを生成させるようにしてもよい。あるいは、上端部電極２１０又は下端部電極２２０のいずれかを誘電体材料に埋め込んだ誘導コイルに置き換えるようにしてもよい。この場合には、誘導コイルをＲＦ電源に接続する一方で、反対側の端部電極を接地する。ＲＦ電源は、電力を供給して、誘導結合エッチングプラズマを生成させて、べベル端部２１７を処理する。べベル端部プラズマエッチングチャンバの詳細に関しては、「ウェハーのべベル端部及び後面上の被膜を除去する装置及び方法（Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｏ Ｒｅｍｏｖｅ Ｆｉｌｍｓ ｏｎ Ｂｅｖｅｌ Ｅｄｇｅ ａｎｄ Ｂａｃｋｓｉｄｅ ｏｆ Ｗａｆｅｒ）」の名称で２００６年５月２４日に出願された米国特許出願第１１／３４４０，５６１号（代理人整理番号ＬＡＭ２Ｐ５６０）に記述されている。上述した関連出願の開示内容は、参照することにより本明細書に組み込まれる。
ガス供給部の位置、ガスの総流量、調整ガスの種類、調整ガスの流量、ガスプレート２６０と基板２５０との間の間隔距離がべベル端部におけるエッチング速度のプロファイルに及ぼす影響を検討するために、さまざまな実験が行なわれてきた。このような実験では、誘電体膜をエッチングする代表的な参照プロセスが用いられる。プロセスガス（エッチングガス）としては、ＮＦ3やＣＯ2等が用いられる。オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）から析出される酸化ケイ素（ＳｉＯ2）膜が、エッチング対象の膜である。反応ガスではない調整ガスとして、窒素（Ｎ2）、アルゴン（Ａｒ）やヘリウム（Ｈｅ）を用いることができる。ただし、調整ガスは上述したものに限られるわけではなく、他の不活性ガスなど、他の種類の非反応ガスを調整ガスとして用いるようにしてもよい。
代表的な参照プロセスでは、図２に示す中央ガス供給部２６１と同様の中央ガス供給部からＮＦ3を流量１０ｓｃｃｍで、また、ＣＯ2を流量２００ｓｃｃｍで供給する。圧力は約１５００ミリトールで、ガス供給プレート２６０と基板２５０の表面との間隔距離は約０．４ｍｍである。
図３Ａに、べベル端部近傍の基板表面上の異なる複数の位置における正規化エッチング速度のプロットを示す。正規化エッチング速度を、基板中心からの距離に対してプロットしている。基板中心から１４９．４ｍｍの位置のエッチング速度に対して、各エッチング速度を正規化したものである。基板の直径は３００ｍｍで、半径は１５０ｍｍである。図３Ａに示す４つの曲線のうち、曲線３０１は、中央ガス供給部からＮＦ3を流量１０ｓｃｃｍで、ＣＯ2を流量２００ｓｃｃｍで供給した参照プロセスの結果を示す。曲線３０２のデータは、ＣＯ2のガス流量を２００ｓｃｃｍから５００ｓｃｃｍに増大させた以外は曲線３０１のプロセスと同様のプロセスを用いて得られた結果を示す。曲線３０１と曲線３０２との比較からわかるように、ＣＯ2のガス流量を増大させることにより、エッチング速度の曲線をべベル端面方向に移動させることができる。ＣＯ2のガス流量が５００ｓｃｃｍの場合には、基板端面から約２．５ｍｍの位置まで、エッチング速度がゼロの領域が拡張される。これに対して、ＣＯ2のガス流量が２００ｓｃｃｍの場合には、基板端面から約２．５ｍｍ離れた位置でもエッチング速度はゼロではない。
曲線３０３は、中央ガス供給部からＮＦ3を流量１０ｓｃｃｍで、ＣＯ2を流量２００ｓｃｃｍで供給し、さらに、中央ガス供給部からＮ2を（非反応ガスである）調整ガスとして流量３００ｓｃｃｍで供給したプロセスのエッチング結果を示す。また、曲線３０４は、中央ガス供給部からＮＦ3を流量１０ｓｃｃｍで、また、ＣＯ2を流量２００ｓｃｃｍで供給し、さらに、中央ガス供給部からＮ2を（非反応ガスである）調整ガスとして流量５００ｓｃｃｍで供給したプロセスのエッチング結果を示す。
この結果からわかるように、中央ガス供給部から流量３００ｓｃｃｍでＮ2を供給した場合でも、流量５００ｓｃｃｍでＮ2を供給した場合でも、曲線３０１の参照プロセスの結果と比較して、基板端面の方向にべベル端部エッチング速度のプロファイルを移動させることができる。ただし、曲線３０１、３０２、３０３及び３０４のいずれのプロセスにおいても、基板端面から約２ｍｍの距離（図３Ａのプロットで１４８ｍｍの位置に対応）でエッチング速度がゼロになるようなべベル端部エッチングプロファイルを与えることはできない。
図３Ｂに、基板表面上で４種類の異なるプロセスを実行した場合の正規化エッチング速度のプロットを示す。曲線３０５は、中央ガス供給部２６１からＮＦ3を流量１０ｓｃｃｍで、また、ＣＯ2を流量２００ｓｃｃｍで供給した参照プロセスの結果を示す。曲線３０５は、図３Ａに示す曲線３０１と同じものである。曲線３０６のデータは、ＮＦ3ガスとＣＯ2ガスをいずれも端部ガス供給部２６３のような端部ガス供給部から供給した以外は曲線３０５のプロセスと同様のプロセスを用いて得られた結果を示す。曲線３０５と曲線３０６との比較からわかるように、プロセスガスであるＮＦ3とＣＯ2とを端部ガス供給部から供給することにより、エッチング速度の曲線をべベル端面方向に移動させることができる。端部ガス供給部から処理ガスを供給した場合には、基板端面から約２ｍｍの位置まで、エッチング速度がゼロの領域が拡張される。これに対して、処理ガスを中央ガス供給部から供給した場合には、基板端面から３ｍｍ離れた位置でもエッチング速度はゼロではない。
曲線３０７は、プロセスガスを中央ガス供給部から供給し、さらに、中央ガス供給部からＮ2を（非反応ガスである）調整ガスとして流量５００ｓｃｃｍで供給した以外は曲線３０５のプロセス（参照プロセス）と同様のプロセスを用いて得られた結果を示す。曲線３０８は、プロセスガスを端部ガス供給部から供給し、さらに、中央ガス供給部からＮ2を（非反応ガスである）調整ガスとして流量５００ｓｃｃｍで供給した以外は曲線３０６のプロセスと同様のプロセスを用いて得られた結果を示す。中央ガス供給部から調整ガスＮ2を流量５００ｓｃｃｍで供給することにより、エッチング速度がゼロの領域の境界を、（端部供給部からプロセスガスを供給した場合の）曲線３０６の２．０ｍｍの位置から（端部供給部からプロセスガスを供給した場合の）曲線３０８の１．８ｍｍの位置に移動させることができる。また、図３Ｂに示すように、中央ガス供給部から調整ガスＮ2を流量５００ｓｃｃｍで供給することにより、エッチング速度がゼロの領域の境界を、（中央供給部からプロセスガスを供給した場合の）曲線３０５の３ｍｍ以上離れた位置から（中央供給部からプロセスガスを供給した場合の）曲線３０７の２．６ｍｍの位置に移動させることができる。中央供給部からプロセスガスを供給した場合に比べて、端部供給部からプロセスガスを供給した場合の方が、望ましい結果が得られている。また、中央ガス供給部から調整ガスＮ2を流量５００ｓｃｃｍで供給することにより、エッチング速度がゼロの領域の境界を基板端面の方向に移動させることができる。プロセスガスを基板端部から供給したプロセス（曲線３０６及び３０８）では、調整ガスＮ2を流量５００ｓｃｃｍで供給した場合（曲線３０８）でも、調整ガスＮ2を供給しなかった場合（曲線３０６）でも、得られたべベル端部エッチングプロファイルにおけるエッチング速度がゼロの領域の境界は、基板端面から約２ｍｍの位置又は２ｍｍ未満の位置になる。すなわち、べベル端部近傍にプロセスガスを供給することが、基板端面から２ｍｍの位置にエッチング速度がゼロの領域の境界を移動させるための極めて重要なファクターとなる。
中央ガス供給部から供給される調整ガスであるＮ2の流量を３００ｓｃｃｍ、５００ｓｃｃｍ及び７５０ｓｃｃｍと変化させた実験結果から、調整ガスＮ2の流量を５００ｓｃｃｍとした場合のべベル端部におけるエッチングプロファイルは、調整ガスＮ2の流量を３００ｓｃｃｍとした場合及び７５０ｓｃｃｍとした場合と比べて、端面方向にエッチングプロファイルを移動させるという観点から、やや優れている、ということができる。ただし、調整ガスＮ2の流量を３００ｓｃｃｍとした場合及び７５０ｓｃｃｍとしたプロセスの結果は、調整ガスＮ2の流量を５００ｓｃｃｍとしたプロセスの結果と、さほどの差はない。
中央供給部から供給されるＣＯ2の流量を変化させた（３００ｓｃｃｍ及び２００ｓｃｃｍ）実験結果からわかるように、ＣＯ2流量を増大させることにより、基板端面方向にエッチング速度のプロファイルを移動させることができる。
さらに、参照プロセスの結果と中央ガス供給部から２０ｓｃｃｍの流量でＮＦ3を４００ｓｃｃｍの流量でＣＯ2を供給（総流量が２倍）したプロセスの結果との比較からわかるように、総流量を増大させることにより、基板端面の方向にエッチング速度のプロファイルを移動させることができる。総流量を２倍にしたプロセスでは、エッチング速度がゼロの領域の境界が基板端面から約２．２ｍｍの位置にある。これに対して、参照プロセスでは、エッチング速度がゼロの領域の境界が基板端面から３ｍｍ以上離れた位置にある。
図３Ｃに、３種類のプロセスの結果を比較したものを示す。曲線３０９は、基板端部からＮＦ3を流量１０ｓｃｃｍで、また、ＣＯ2を流量２００ｓｃｃｍで供給し、さらに、基板中央から調整ガスＮ2を流量７５０ｓｃｃｍで供給したプロセスの結果を示す。このプロセスでは、ガス供給プレートと基板との間隔距離を通常の０．４ｍｍに設定している。曲線３０９の結果は、図３Ｂに示す曲線３０８の結果に非常に近い。上述したように、中央供給部から調整ガスＮ2を流量７５０ｓｃｃｍで供給した結果と流量５００ｓｃｃｍで供給した結果は、非常に近い。曲線３１０は、ガス供給プレートと基板との間隔距離を０．３５ｍｍとした以外は曲線３０９のプロセスと同様のプロセスを用いて得られた結果を示す。曲線３１１は、ガス供給プレートと基板との間隔距離を０．４５ｍｍとした以外は曲線３０９のプロセスと同様のプロセスを用いて得られた結果を示す。これらの結果から、ガス供給プレートと基板との間隔距離を０．４ｍｍとした場合に最もよい結果が得られることがわかる。
図３Ｄに、４種類のプロセスの結果を比較したものを示す。曲線３１２は、基板端部からＮＦ3を流量１０ｓｃｃｍで、また、ＣＯ2を流量２００ｓｃｃｍで供給したプロセスの結果を示す。曲線３１３は、中央ガス供給部から調整ガスＮ2を流量５００ｓｃｃｍで供給した以外は曲線３０９のプロセスと同様のプロセスを用いて得られた結果を示す。この結果から、上述したものと同様の結論が導き出される。すなわち、調整ガスＮ2を流量５００ｓｃｃｍで供給することにより、（図３Ｂに示す曲線３０６と曲線３０８の比較と同様に）エッチング速度がゼロの領域の境界を端面方向に移動させることができる。曲線３１４は、別の調整ガスであるＡｒを同じ流量５００ｓｃｃｍで供給した以外は曲線３１３のプロセスと同様のプロセスを用いて得られた結果を示す。Ａｒを調整ガスとして流量５００ｓｃｃｍで供給した場合の結果は、Ｎ2を調整ガスとして流量５００ｓｃｃｍで供給した場合の結果（曲線３１３）よりも悪く、さらには、何も調整ガスを供給しなかった場合の結果（曲線３１２）よりも悪い。曲線３１５は、（曲線３１２、３１３及び３１４と同様に）基板端部からＮＦ3を流量１０ｓｃｃｍで、また、ＣＯ2を流量２００ｓｃｃｍで供給し、さらに、中央ガス供給部から供給される調整ガスを流量２００ｓｃｃｍのＮ2と流量５００ｓｃｃｍのヘリウム（Ｈｅ）との組み合わせとしたプロセスの結果を示す。これらの結果から、流量２００ｓｃｃｍのＮ2と流量５００ｓｃｃｍのヘリウム（Ｈｅ）との組み合わせを調整ガスとして用いた場合に最もよい結果が得られることがわかる。
上述の結果からわかるように、中央ガス供給部と端部ガス供給部とを備える構成により、最適なべベル端部エッチングプロセスを選択することが可能になる。さらに、調整ガスとしてＮ2、Ａｒ若しくはＨｅ又は複数の調整ガスの混合ガスを供給することにより、基板のべベル端部におけるエッチングプロファイルを変化させることができる。ガスの総流量及びガス供給プレートと基板表面との間隔距離も、エッチングプロファイルに影響を与えるファクターである。さらに、上述の結果及び説明で示したように、プロセスガスの種類も、エッチングプロファイルや調整ガスとの相互作用に影響を与える。上述したさまざまなファクターにより、プラズマ組成やべベル端部の特性が変化する。このような変化の結果、べベル端部エッチングプロファイルが変動する。
図４に、端部ガス供給部からプロセスガスを、また、中央ガス供給部から調整ガスを処理チャンバに供給して、べベル端部エッチングプラズマを生成させる代表的なプロセス工程４００を示す。ステップ４０１で、べベル端部エッチングプラズマチャンバ内で基板保持部上に基板を載置する。ステップ４０２で、処理チャンバ内の端部ガス供給部又は中央ガス供給部のいずれかにプロセスガスを供給する。次のステップ４０３では、必要に応じて、処理チャンバ内の端部ガス供給部又は中央ガス供給部のいずれかに調整ガスを供給する。ステップ４０４で、上端部電極または下端部電極のいずれかに電力を供給することにより、基板のべベル端部近傍でエッチングプラズマを生成させる。上端部電極に電力を供給する場合には、下端部電極を接地する。逆に、下端部電極に電力を供給する場合には、上端部電極を接地する。ステップ４０５で、生成されたべベル端部エッチングプラズマを用いて、べベル端部上の薄膜を除去する。プラズマエッチングチャンバは、べベル端部エッチングプラズマを生成することによりべベル端部上の薄膜をエッチングして、端部除外領域を基板端面から約１ｍｍ未満に狭めるように、構成される。一実施例において、端部除外領域は、基板端面から約１ｍｍ未満である。別の実施例において、端部除外領域は、基板端面から約０．５ｍｍ未満である。
以上、ＴＥＯＳ由来のＳｉＯ2のエッチングをプロセスの例として説明した。本発明の概念は、べベル端部における、他の誘電体膜、金属膜、半導体膜及び障壁膜等、いかなる種類の膜のエッチングにも利用可能である。調整ガス、ガス供給部の配置、間隔距離、ガスの総流量及び処理ガスの種類は、すべて、べベル端部におけるエッチングプロファイルに影響を与えるファクターとなる。
以上、理解を助ける目的で、本発明をいくつかの実施例を参照して詳述したが、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、さまざまに変形や変更が可能であることは言うまでもない。したがって、上記の実施例は、本発明を例示するためのものであり、何ら本発明を限定するものではない。本発明は、上述の実施例の詳細に限定されるものではなく、本発明の範囲及びその等価の範囲内で変更が可能である。

Claims (22)

  1. 基板のべベル端部上の薄膜をエッチングするように構成されるプラズマエッチング処理チャンバであって、
    前記プラズマエッチング処理チャンバ内で基板保持部を囲むように配置される下端部電極であって、前記基板保持部は前記基板を収容するように構成され、前記下端部電極と前記基板保持部とが下部誘電体リングにより互いに電気的に絶縁されるように構成される下端部電極と、
    前記基板保持部に対向するガス供給プレートを囲むように配置される上端部電極であって、前記上端部電極と前記ガス供給プレートとが上部誘電体リングにより互いに電気的に絶縁され、前記ガス供給プレートと基板との間隔距離が０．４ｍｍに設定され、前記上端部電極と前記下端部電極とは前記基板の前記べベル端部上の薄膜を除去するためのエッチングプラズマを前記べベル端部近傍で生成させ、前記エッチングプラズマを閉じ込める前記上端部電極と前記下端部電極との間の距離が１．５ｃｍ未満であるように構成される上端部電極と、
    前記ガス供給プレートに埋め込まれた中央ガス供給部であって、前記中央ガス供給部を介して前記プラズマエッチング処理チャンバにエッチングプロセスガス又は調整ガスのいずれかを供給するように構成される中央ガス供給部と、
    中央ガスマニフォールドに連結される中央ガス選択制御部であって、前記中央ガスマニフォールドは複数のエッチングプロセスガス及び調整ガスに接続されるように構成され、前記中央ガス供給部に連結されて、前記プラズマエッチング処理チャンバに供給するべきガスとしてエッチングプロセスガス又は調整ガスを選択するように構成される中央ガス選択制御部と、
    前記エッチングプロセスガス又は前記調整ガスのいずれかを前記基板のべベル端部に向けて供給するように構成される端部ガス供給部であって、前記基板より上方に配置される端部ガス供給部と、
    端部ガスマニフォールドに連結される端部ガス選択制御部であって、前記端部ガスマニフォールドは前記複数のエッチングプロセスガス及び調整ガスに接続されるように構成され、前記端部ガス供給部に連結されて、前記端部ガス供給部を介して前記プラズマエッチング処理チャンバに供給するべきガスとしてエッチングプロセスガス又は調整ガスを選択するように構成される端部ガス選択制御部と、
    を備え、
    前記中央ガス供給部から供給される前記調整ガスは、流量２００ｓｃｃｍのＮ 2 と流量５００ｓｃｃｍのＨｅとの組み合わせである、プラズマエッチング処理チャンバ。
  2. 請求項１に記載のプラズマエッチング処理チャンバであって、
    さらに、
    前記上端部電極を囲み、前記上端部電極に連結される上部絶縁リングであって、前記基板に面する前記上部絶縁リングの表面が、前記基板に面する前記上端部電極の表面と面一になるように配置される上部絶縁リングと、
    前記下端部電極を囲み、前記下端部電極に連結される下部絶縁リングであって、前記上部絶縁リングに面する前記下部絶縁リングの表面が、前記上端部電極に面する前記下端部電極の表面と面一になるように配置される下部絶縁リングと、
    を備える、プラズマエッチング処理チャンバ。
  3. 請求項２に記載のプラズマエッチング処理チャンバであって、
    前記上部絶縁リングと前記下部絶縁リングとが、前記上端部電極と前記下端部電極とにより生成された前記エッチングプラズマを閉じ込める、
    プラズマエッチング処理チャンバ。
  4. 請求項１に記載のプラズマエッチング処理チャンバであって、
    前記エッチングプロセスガスが前記端部ガス供給部から供給され、前記調整ガスが前記中央ガス供給部から供給される、
    プラズマエッチング処理チャンバ。
  5. 請求項１に記載のプラズマエッチング処理チャンバであって、
    二つ以上の中央ガス供給部と二つ以上の端部ガス供給部と、
    を備える、プラズマエッチング処理チャンバ。
  6. 請求項１に記載のプラズマエッチング処理チャンバであって、
    前記中央ガスマニフォールドと前記端部ガスマニフォールドの両方が、複数の処理ガスに接続される、
    プラズマエッチング処理チャンバ。
  7. 請求項２に記載のプラズマエッチング処理チャンバであって、
    前記端部ガス供給部が、前記上部誘電体リングと前記上端部電極との間に位置する、
    プラズマエッチング処理チャンバ。
  8. 請求項１に記載のプラズマエッチング処理チャンバであって、
    エッチング対象である前記べベル端部上の薄膜が、誘電体膜、金属膜、フォトレジスト膜、半導体膜及びこれらの膜の組み合わせからなる群から選択される、
    プラズマエッチング処理チャンバ。
  9. 請求項１に記載のプラズマエッチング処理チャンバであって、
    前記薄膜が誘電体膜であり、前記エッチングプロセスガスが酸素含有ガスとフッ素含有ガスとを含む、
    プラズマエッチング処理チャンバ。
  10. 請求項１に記載のプラズマエッチング処理チャンバであって、
    前記調整ガスが窒素ガス又は不活性ガスを含む、
    プラズマエッチング処理チャンバ。
  11. 請求項１に記載のプラズマエッチング処理チャンバであって、
    前記上端部電極をＲＦ電源に接続することにより電力供給を受ける一方で、前記下端部電極を接地する、又は、前記下端部電極をＲＦ電源に接続することにより電力供給を受ける一方で、前記上端部電極を接地することにより、前記エッチングプラズマを生成させる、
    プラズマエッチング処理チャンバ。
  12. 請求項１に記載のプラズマエッチング処理チャンバであって、
    前記ガス供給プレートと前記ガス供給プレートに面する前記基板表面との間の距離が０．６ｍｍ未満である、
    プラズマエッチング処理チャンバ。
  13. 請求項２に記載のプラズマエッチング処理チャンバであって、
    前記上端部電極と前記下端部電極との間の距離に対する前記下部絶縁リングの幅の比が４：１未満である、
    プラズマエッチング処理チャンバ。
  14. 請求項１に記載のプラズマエッチング処理チャンバであって、
    前記基板の端面から１ｍｍを超える部分では、前記べベル端部近傍で生成された前記エッチングプラズマによるエッチング速度がゼロになる、
    プラズマエッチング処理チャンバ。
  15. 請求項７に記載のプラズマエッチング処理チャンバであって、
    前記上部誘電体リングの外径周囲に等間隔で配置される複数の端部ガス供給部を備える、
    プラズマエッチング処理チャンバ。
  16. プラズマエッチングチャンバにおいて基板のべベル端部上の薄膜をエッチングする方法であって、
    前記プラズマエッチングチャンバ内で基板保持部に前記基板を載置する工程と、
    中央ガス供給部又は端部ガス供給部を介してエッチングプロセスガスを流す工程であって、前記中央ガス供給部と前記端部ガス供給部とはいずれも前記基板保持部より上方に配置され、前記中央ガス供給部と基板との間隔距離が０．４ｍｍに設定される、工程と、
    前記中央ガス供給部又は前記端部ガス供給部を介して調整ガスを流す工程であって、前記調整ガスを用いて前記べベル端部におけるエッチングプラズマ特性を変化させる、工程と、
    下端部電極又は上端部電極にＲＦ電源により電力を供給する一方で、前記ＲＦ電源により電力を供給されなかった方の前記端部電極を接地することにより、前記べベル端部上の前記薄膜をエッチングするためのエッチングプラズマを前記基板の前記べベル端部近傍で生成させる工程であって、前記下端部電極は前記基板保持部を囲むように配置され、前記上端部電極はガス供給プレートを囲むように配置され、前記エッチングプラズマを閉じ込める前記上端部電極と前記下端部電極との間の距離は１．５ｃｍ未満である、工程と、
    前記生成されたエッチングプラズマにより前記薄膜をエッチングする工程と、
    を備え、
    前記中央ガス供給部から供給される前記調整ガスは、流量２００ｓｃｃｍのＮ 2 と流量５００ｓｃｃｍのＨｅとの組み合わせである、方法。
  17. 請求項１６に記載の方法であって、
    エッチング対象である前記べベル端部上の薄膜が、誘電体膜、金属膜、フォトレジスト膜、半導体膜及びこれらの膜の組み合わせからなる群から選択される、
    方法。
  18. 請求項１６記載の方法であって、
    前記薄膜が誘電体膜であり、前記エッチングプロセスガスが酸素含有ガスとフッ素含有ガスとを含む、
    方法。
  19. 請求項１６に記載の方法であって、
    前記調整ガスが窒素ガス又は不活性ガスを含む、
    方法。
  20. 請求項１６に記載の方法であって、
    前記ガス供給プレートと前記ガス供給プレートに面する前記基板表面との間の距離を０．６ｍｍ未満に設定して、前記ガス供給プレートと前記基板との間にプラズマが形成されないようにする、
    方法。
  21. 請求項１６に記載の方法であって、
    前記基板の端面から２ｍｍを超える部分では、前記べベル端部近傍で生成された前記エッチングプラズマによるエッチング速度がゼロになる、
    方法。
  22. 請求項１６に記載の方法であって、
    前記エッチングプロセスガスが前記端部ガス供給部から供給され、前記調整ガスが前記中央ガス供給部から供給される、
    方法。
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