JPH0434928A - ウェーハのプラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体製造用のエツチング装置やスパッタリ
ング装置等のドライプロセスによるウェーハのプラズマ
処理装置に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、半導体製造用のエツチング装置やスパッタリング
装置等のウェーハのプラズマ処理装置においては、処理
に際するウェーハの温度制御が重要なパラメータとされ
、特に、温度依存性をもつ中性ラジカルやイオン励起活
性種等の反応速度の差に基づく反応選択性が得られ、よ
り垂直性の高いエツチングやスパッタリング等が行える
低温に制御することが求められるようになってきた。

そして、このような低温下での処理を行うウェーハのプ
ラズマ処理装置では、冷却および加熱手段を備えた電極
にウェーハを密着させ、電極からの熱伝達によって、処
理に際するウェーハの昇温を抑えて低温に制御する方法
が採られている。

また、電極にウェーハを密着させる方法としては、静電
気力を利用する静電チャック方式と機械的手段によるメ
カニカルチャック方式の二手法があるが、静電チャック
方式では、セラミックス系の静電チャックシートを用い
るため熱伝達の効率が低下することや、零℃以下の温度
で絶縁性が劣下すること等から、低温下での処理を行う
ウェーハのプラズマ処理装置では、一般に、メカニカル
チャック方式が採用されている。

メカニカルチャック方式を採用した従来のウェーハのプ
ラズマ処理装置の例を、その概念説明図である第５図ａ
に示す。同図に示す例のプラズマ処理装置では、その内
部を脱気可能とされた処理室（５１）内に、ウェーハ押
え（５２）を固定して配置する一方、ヒータ（５４）お
よび冷却槽（５５）を備える電極（５３）を上下動可能
に配置することで、電極（５３）上に載置したウェーハ
（５０）を、ウェーハ押え（５２）の爪部（５２ａ）に
て該電極（５３）に押し付けて密着させて拘持し、電極
（５３）からの熱伝達によって、ウェーハ（５０）の温
度を制御する構成とされている。

そして、これらのプラズマ処理装置では、処理室（５１
）内を中性ラジカルやイオン励起活性種等の希薄ガス雰
囲気下におくと共に、電極（５３）に高周波電圧を印加
し、上方の接地電位の対向電極（５７）からの高周波放
電によって生成されるプラズマビームをウェーハ（５０
）に照射して、エツチングやスパッタリング等の処理が
行われる。

ところが、これらメカニカルチャック方式を採用したプ
ラズマ処理装置では、ウェーハの周縁部での処理速度が
変動して不安定になり、ウェーハの全面にわたって均等
かつ安定した処理を行い難いという問題点を内在してい
る。

これは、これらプラズマ処理装置では、ウェーハ押え（
５２）が高周波電流の放電を防ぐために絶縁材で構成さ
れて特有のキャパシタンスを有することより、その処理
速度を決定する一要因である電極（５３）と対向電極（
５７）の間の電界分布か、第４図中の矢印で示すように
、ウェーハ押え（５２）の周辺部において乱れを生ずる
。

このため、ウェーハ押え（５２）に接するウェーハ（５
０）の周縁部では、中心部と処理速度が異なり、また、
電界方向が傾き、イオン等の粒子の垂直照射ができず、
その周縁部と中心部とでエツチングやデポジションの処
理分布が均等になり難いため、その全面に同条件での処
理を施し難くなる。

そこで、この電界の乱れの影響を抑制するために、例え
ば、第５図ａのＡ−Ａ断面図である第５図すに示すよう
に、ウェーハ押え（５２）の本体部からビン状とした複
数の爪部（５２ａ）を内方に向けて突出させることで、
ウェーハ押え（５２）本体部とつ工−ハ（５０）の間の
間隔を大きくし、ウェーハ（５０）に対する影響を抑制
する構成としたもの（実開昭５６〜７８４５７号公報）
や、その概要説明図である第６図に示すように、ウェー
ハ移送用のサセプタ（６４）上に静電チャックシー）　
（６５）を設けて、ウェーハ（６０）をサセプタ（６４
）上に拘持する一方、該サセプタ（６４）を、押付体（
６２）によって電極（６３）に押し付けて、該電極（６
３）の一部とすることで、ウェーハ（６０）と押付体（
６２）の間の間隔を大きくし、ウェーハ（６０）に対す
る影響を抑制する静電チャック方式とメカニカルチャッ
ク方式を複合した方法等が採られてきた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、第５図すに示す構成では、ウェーハ押え（５２
）の爪部（５２ａ）周辺での電界の乱れは避けられず、
また、低温下の処理を行う場合、プラズマビームの照射
で昇温したウェーハ押え（５２）の熱が、爪部（５２ａ
）を介してウェーハ（５０）に伝達されるので、ウェー
ハ（５０）周縁部に不拘−な温度分布を生じさせるだけ
でなく、冷却されて低温なウェーハ（５０）に接する爪
部（５２ａ）と本体部との間に大きな温度差が生じるた
め、不均等な歪みを起こしてウェーハ（５０）を電極（
５３）に密着させる本来の機能を失し易いので、温度依
存性の高い低温下の処理を安定して行い難いという問題
点がある。

一方、第６図に示す方法では、電極（６３）とウェーハ
（６０）との間に、静電チャックシート（６５）とサセ
プタ（６４）とが介在するので、ウェーハ（６０）への
熱伝達効率が低下し、センシブルな温度制御が期待でき
ず、さらに、セラミックス系の静電チャックシート（６
５）を用いるため、前述した事由で低温下の処理には適
用し難いという問題点がある。

加えて、処理されるウェーハ自体が、一定のキャパシタ
ンスを有して一種のコンデンサを形成するため、これら
従来のウェーハのプラズマ処理装置では、ウェーハの周
縁部で電界の乱れが生じることは避は難く、この現象も
、ウェーハの有効処理範囲の向上を阻害する要因となっ
ていた。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、ウェーハを不
均一な温度分布を生じさせることなく電極端面に押し付
けて拘持し得、かつ、電極間に生成される電界に乱れを
生じさせることなく、均等かつ垂直なプラズマビームを
もって処理し得、もって、低温下における処理を、より
広い範囲にわたって安定かつ高精度に達成できるウェー
ハのプラズマ処理装置の提供を目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記の目的を達成するために、以下の構成と
されている。すなわち、本発明に係るウェーハのプラズ
マ処理装置は、内部においてプラズマビームが発生可能
とされた処理室内に、処理されるべきウェーハを保持す
る電極と、該電極の周縁部上に配され、電極と相対的に
移動することで、ウェーハを電極に押し付けて拘持する
ウェーハ押えとを配置し、ウェーハに反軍極側から各種
粒子を照射して処理を行うウェーハのプラズマ処理装置
において、前記電極とウェーハ押えの双方に冷却手段を
設けると共に、ウェーハ押えを導体とし、電極とウェー
ハ押えの双方に高周波電源を接続したものである。

また、上記ウェーハ押えの反軍極側の面に、つ工−ハと
略同キャパシタンスを育する絶縁体もしくは半導体を設
けられても良い。

〔作用〕

本発明に係るウェーハのプラズマ処理装置では、ウェー
ハ押えによってウェーハを電極に押し付けて拘持すると
共に、反軍極側から電界により加速された各種粒子のプ
ラズマビームをウェーハに照射するので、プラズマビー
ムの照射で昇温せんとするウェーハを、冷却手段を設け
た電極に密着させ、該電極からの熱伝達にて効率良く所
定の低温に制御できると共に、電極に高周波電圧を印加
することで、一定のキャパシタンスを有し一種のコンデ
ンサを形成するウェーハに対し、その処理速度を増大さ
せる負の電圧と、表面にチャージアップしたイオンを中
和させる負の電圧とを交互に印加することができ、エツ
チングやスパッタリング等の処理を効率良く行うことが
できる。

ところで、プラズマビームの照射はウェーハ押えも昇温
せんとするが、本発明においては、上記電極とウェーハ
押えの双方に冷却手段を設けるので、ウェーハ押えの昇
温を抑制し、その熱によりウェーハに不均一な温度分布
を生じさせることなく電極に押し付けて、ウェーハの温
度を均等な温度分布をもって制御することができる。

また、ウェーハ押えを導体とし、電極とウェーハ押えの
双方に高周波電源を接続するので、これら電極とウェー
ハ押えとに略同位相の高周波電圧を印加することにより
、ウェーハ押えも一種の電極となして電界の乱れを抑制
することができ、これにより、均等な照射密度と高い垂
直性をもつイオン等をウェーハに照射し、より広い範囲
にわたって安定かつ高精度の処理を行うことができる。

また、この場合、ウェーハ押えは加速されたプラズマビ
ームの照射を受けることになるが、該つ工−ハ押えは、
冷却手段を備えて昇温を抑制できるので、それ自体が不
均等な歪みを起こしてウェーハを拘持する機能を失した
り、それ自体からの熱伝導によりウェーハに不均一な温
度分布を生じさせたりする懸念がない。

また、上記ウェーハ押えの反軍極側の面に、つ工−ハと
略同キャパシタンスを有する絶縁体もしくは半導体を設
ける場合、プラズマビームの照射を受けるウェーハとウ
ェーハ押えのキャパシタンスを均等化でき、電界の乱れ
をより抑制して安定なものとすることができる。

なお、本発明における各種粒子とは、イオン、中性ラジ
カル、イオン励起活性種等の分子・原子であるが、主と
して処理に関係するのは電界により加速されて高エネル
ギーをもつイオンである。

〔実施例〕

以下に、本発明の実施例を図面の簡単な説明する。

第１図は本実施例のウエーノ１のプラズマ処理装置の概
要説明図である。

第１図において、（１）は処理室であって、該処理室（
１）は、図外の脱気手段に連通されると共に、中性ラジ
カルやイオン励起活性種等の希薄ガス供給手段に連通さ
れている。

（２）は電極であって、該電極（２）は、図外の入電手
段に接続されたヒータ（２ａ）と、図外の液化窒素供給
・排出手段に連通された冷却槽（２ｂ）とを内装したも
ので、高周波電源（５）に接続されて、処理室（１）内
に固定的に配設されている。

（３）はウェーハ押えであって、該ウェーハ押え（３）
は、電極（２）を包囲して複数配された柱状の脚（３Ｃ
）と、これら脚（３Ｃ）上端に連結されたステンレス鋼
製の中空の押え環（３ａ）と、紋押え環（３ａ）内側か
ら電極（２）に向けて突出する複数のステンレス鋼製の
押え爪（３ｂ）とを備えてなり、その脚（３Ｃ）下端部
を、処理室（１）底部を貫通させて、ここでは図示を省
略した処理室（１）外の駆動手段によって上下動可能と
されている。また、該ウェーハ押え（３）は、高周波電
源（５）に接続されると共に、その押え環（３ａ）の中
空部は、脚（３Ｃ）内に設けた連通孔を介して、図外の
液化窒素供給・排出手段に連通されている。

（４）は誘電板であって、該誘電板（４）は、薄肉の石
英ガラス板からなる環状のもので、押え環（３ａ）の上
面を覆って配置されている。

なお、第１図において、Ｗはウェーハであって、ここで
は、電極（２）上に載置され、ウェーハ押え（３）の下
降動にて、その外縁部をウェーハ押え（３）の押え爪（
３ｂ）で、電極（２）上面に押付けられて密着・拘持さ
れた状態を示す。

上記構成を具備する本実施例のウェーハのプラズマ処理
装置では、処理室（１）内を中性ラジカルやイオン励起
活性種等の希薄ガス雰囲気下にお（と共に、上方の対向
電極（６）からの高周波放電によって生成されるプラズ
マビームを電極（２）に密着・拘持されたウェーハＷに
照射して、エツチングやスパッタリングなどの処理を行
うのであるが、その処理に際して、電極（２）の冷却槽
（２ｂ）内およびつ工−ハ押え（３）の押え環（３ａ）
の中空部内に液化窒素を送給して、これら電極（２）お
よびウェーハ押え（３）を低温に冷却すると共に、電極
（２）のヒータ（２ａ）に入電する一方、−電極（２）
およびウェーハ押え（３）に高周波電源（５）から高周
波電圧を印加する。

このようにして処理を行う本実施例では、電極（２）と
ウェーハ押え（３）の双方を低温に冷却するので、プラ
ズマビームの照射で昇温せんとするウェーハＷを、効率
良く低温に冷却できると共に、ヒータ（２ａ）への入力
を制御することで、所定の低温に制御できる。また、ウ
ェーハ押え（３）、特に、プラズマビームの照射を受け
る押え環（３ａ）および押え爪（３ｂ）の昇温を抑えて
低温に制御できるので、電極（２）からの熱伝達で冷却
されるウェーハＷとの間に温度差が生じることを抑制で
き、しかも、ウェーハ押え（３）自体の不均等な昇温を
抑制できるので、ウェーハ押え（３）自体が不均等な歪
みを起こしてウェーハＷを電極（２）に密着・拘持する
機能を失したり、拘持するウェーハＷに不均一な温度分
布を生じさせたりする懸念がなく、ウェーハＷを均等か
つ安定した低温に割面することができる。

また、同一の高周波電源ａ３から電極（２）とウェーハ
押え（３）とに同位相の高周波電圧を印加するので一定
のキャパシタンスを有し一種のコンデンサを形成するウ
ェーハＷに対し、その処理速度を増大させる負の電圧と
、表面にチャージアップしたイオンを中和させる負の電
圧とを交互に印加して、その処理効率を高く維持するこ
とができると共に、ウェーハ押え（３）に、電極（２）
と同位相の高周波電圧を印加して、導電材料であるステ
ンレス鋼からなる押え環（３ａ）および押え爪（３ｂ）
も一種の電極となし、これにより、電極（２）と対向電
極（６）との間の電界の乱れを抑制し、第３図中の矢印
で示すように、ウェーハＷに対する電界分布を均等なも
のとすることができるので、ウェーハＷに、より広い範
囲にわたって、均等な照射密度と高い垂直性もつプラズ
マの各種粒子を照射して、安定かつ高精度の処理を行う
ことができる。加えて、ウェーハ押え（３）の押え環（
３ａ）上に配置される誘電板（４）のキャパシタンスを
、処理されるウェーハＷと略同等のキャパシタンスとす
ることで、プラズマビームの照射を受けるウェーハＷと
ウェーハ押え（３）上部のキャパシタンスを均等化でき
、電極（２）と対向電極（６）との間の電界の乱れをよ
り抑制できる。

上述したように、本実施例のウェーハのプラズマ処理装
置によれば、処理されるウェーハを均等かつ効率良く所
定の低温に１ｌＩＩＩＩできると共に、均等かつ垂直な
プラズマビームでもって照射できるので、温度依存性の
高い低温下の処理を、より広い範囲にわたって高精度に
行うことができる。

なお、以上に述べた実施例の装置の全体構成は、固定電
極式の並行平板型プラズマ処理袋に本発明の構成を適用
した一例であって、これは、本発明の要旨を逸脱しない
限り、例えば、処理室内に対向電極を設ける代わりに、
処理室外のマグネトロン等から発生したマイクロ波を磁
場発生コイルで加速して処理室内に導入する構成の装置
とされても良く、また、電極とウェーハ押えとを同一の
高周波電源に接続する代わりに、例えば、その別の実施
例の概要説明図である第２図に示すように、電極および
ウェーハ押えそれぞれに、別系統の高周波電源を接続し
、独立に制御することで互いの高周波位相の整合を取る
構成とされても良い。

ここで、第２図に示す実施例について、第１図に示した
実施例と重複する点を省いて説明する。

第２図に示す実施例は、ウェーハ押えを固定的に設ける
一方、電極を上下動可能に設けて、ウェーハを拘持する
形式の並行平板型プラズマ処理袋に本発明の構成を適用
した例であって、ウェーハ押えαＪは、中空環状体とさ
れた本体部（１３ａ）と、電極（２）に向けて突出する
複数の押え爪（１３ｂ）とを備えてなり、その外周部を
環状の絶縁部材ａ９を介して処理室αυ内壁に接合され
ている。一方、電極α２は、ヒータ（１２ａ）と冷却槽
（１２ｂ）を備える一方、その下部を処理室αυ底部を
貫通させて、ここでは図示を省略した処理室αυ外の駆
動手段によって上下動可能とされている。そして、ウェ
ーハ押えα３の中空部と電極α２の冷却槽（１２ｂ）は
、それぞれ図外の液化窒素供給・排出手段に連通され、
また、ウェーハ押えα３は高周波電源αηに接続され、
電極α２は別の高周波電源ａＦｊに接続されている。ま
た、ウェーハ押えα３の本体部（１３ａ）上には、環状
の誘電板α４が配されている。

このような構成を具備する本実施例のウェーハのプラズ
マ処理装置によれば、第１図に示した実施例と同様の優
れた効果を得ることができる。

なお、以上に述べた実施例においては、石英ガラス板か
らなる誘電体を用いたが、これは、処理されるウェーハ
と同等のキャパシタンスを得られるものなら、他の種類
の絶縁体や半導体からなるものが用いられても良い。す
なわち、ウェーハが、純Ｓｉであれば絶縁体を用い、Ｓ
ｉに不純物をドーピングしたものであれば半導体を用い
る等すれば良いのである。

Ｃ発明の効果〕 以上に述べたように、本発明に係るウェーハのプラズマ
処理装置によれば、処理されるウェーハを均等かつ効率
良く所定の低温に１）１ｍし得ると共に、均等な照射密
度と高い垂直性もつイオン等の粒子を照射し得るので、
温度依存性の高い低温下の処理を、より広い範囲にわた
って高精度に行うことかでき、もって、得られる製品の
品質を格段に向上させることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例のウェーハのプラズマ処理装置
の概要説明図、第２図は本発明の別の実施例のウェーハ
のプラズマ処理装置の概要説明図、第３図は本発明に関
わる電界分布の説明図、第４図は従来技術に関わる電界
分布の説明図、第５図ａは従来のウェーハのプラズマ処
理装置の一例を示す概念説明図、第５図すは第５図ａの
Ａ−Ａ断面図、第６図は従来のウェーハのプラズマ処理
装置の別の例の概念説明図である。 （１）−処理室、（２）−電極、（２ａ）−ヒータ、（
２ｂ）冷却槽、（３）−ウェーハ押え、（３ａ）−押え
環、（３ｂ）−押え爪、（３ｃ）−脚、（４）−誘電板
、（５）−高周波電源、（６）一対向電極、Ｗ−ウェー
ハ。 特許出願人　　株式会社　神戸製鋼折 代　理　人　　弁理士　　全史　章− 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内部においてプラズマビームが発生可能とされた
   処理室内に、処理されるべきウェーハを保持する電極と
   、該電極の周縁部上に配され、電極と相対的に移動する
   ことで、ウェーハを電極に押し付けて拘持するウェーハ
   押えとを配置し、ウェーハに反電極側から各種粒子を照
   射して処理を行うウェーハのプラズマ処理装置において
   、前記電極とウェーハ押えの双方に冷却手段を設けると
   共に、ウェーハ押えを導体とし、電極とウェーハ押えの
   双方に高周波電源を接続したことを特徴とするウェーハ
   のプラズマ処理装置。
2. （２）ウェーハ押えの反電極側の面に、ウェーハと略同
   キャパシタンスを有する絶縁体もしくは半導体を設けた
   ことを特徴とする第１請求項記載のウェーハのプラズマ
   処理装置。