JPH05335283A

JPH05335283A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH05335283A
Application number: JP21834692A
Authority: JP
Inventors: Makoto Hasegawa; 誠長谷川; Yoshio Ishikawa; 吉夫石川; Masato Hiratsuka; 正人平塚
Original assignee: Toshiba Corp; Tokyo Electron Ltd; Tokyo Electron Yamanashi Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Tokyo Electron Ltd; Tokyo Electron Yamanashi Ltd
Priority date: 1991-07-23
Filing date: 1992-07-23
Publication date: 1993-12-17
Anticipated expiration: 2017-02-25
Also published as: JP3260168B2

Abstract

(57)【要約】【目的】エッチングレートの面内均一性を高めるこ
と。【構成】マグネトロンプラズマエッチング装置には、
シリコンウェハ１０を載置しかつ電極として機能するサ
セプタ１２が配設される。サセプタ１２の周囲には、ウ
ェハ１０よりも大きな外径を有しかつこれよりも電気抵
抗の低いカーボンリング２２が配設される。カーボンリ
ング２２はサセプタ１２と電気的に接続される。カーボ
ンリング２２により、エッチング処理のウェハ面内均一
性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造プロセス等
に使用されるプラズマ処理装置に関し、特にマグネトロ
ンプラズマエッチング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、マグネトロンプラズマ処理装置と
しては、例えば半導体素子の製造に使用されるドライエ
ッチング装置や薄膜形成装置等が知られている。この種
のマグネトロンプラズマ処理装置においては、装置の処
理室内にプラズマを生成し、このプラズマ内のイオン、
ラジカル、電子等の作用を利用して所望の処理（エッチ
ング或いは薄膜形成等）が行なわれる。

【０００３】以下、このようなマグネトロンプラズマ処
理装置について、図１２に示したマグネトロンプラズマ
エッチング装置を例に採って説明する。

【０００４】同図において、プロセスチャンバー４０
は、真空引きが可能に構成され、且つ、エッチングガス
の導入が可能に構成されている。このプロセスチャンバ
ー４０の内部には、被処理体としてのウエハ１０が載置
される平板状載置電極４２と平板状上部電極４６が平行
に設けられている。この載置電極４２と上部電極４６と
は、共に導電性材料で形成されており、また、上部電極
４６は例えば接地され、載置電極４２には例えば高周波
電力（例えば３８０ＫＨｚまたは１３．５６ＭＨｚ）を
出力するＲＦ電源４４が接続されている。このような構
成により、上部電極４６と載置電極４２の平行平板電極
間に、カソードカップリング（ＲＩＥ）方式により、ウ
エハ１０に臨んでプラズマを生成することができる。こ
のプラズマ内の電子或いは中性子等がウエハ１０を形成
するシリコン化合物と反応し、あるいは物理的に作用す
ることにより、ウエハ１０のエッチングが行なわれるの
である。

【０００５】また、かかる装置では、ヨーク３８ｂに支
持された２個の永久磁石３８を回転軸３８ａで回転させ
ることによって、図１２に破線で示したように、上部電
極４６と載置電極４２との間に、この上部電極４６及び
載置電極４２に水平な成分を有する磁界を形成してい
る。これは、フレミングの左手の法則により、上部電極
４６と載置電極４２との間に発生する電界と、この電界
に直交する磁界成分との作用によって、それぞれに直交
する方向に電子のサイクロイド運動を行なわせ、これに
より電子とガス分子との衝突の頻度を増大させるためで
ある。これにより、プラズマの生成量を増大させること
ができ、したがって、エッチングの速度を速くすること
ができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】プラズマエッチング装
置では、エッチング速度を、シリコンウエハ１０の全面
で均一にすることが要求される。しかし上記従来装置を
使用した場合次のような原因からエッチング処理のウェ
ハ面内不均一が生じる。

【０００７】（１）電子のサイクロイド運動によって磁
界と直交する方向に電子が移動することにより、ウェハ
１０の外周部の一部分で電子密度が非常に高くなり、ウ
ェハにダメージをもたらす。プラズマ内のイオンは、上
部電極４６と載置電極４２との間に発生したイオンシー
スの作用により、ウェハ１０の表面に衝突する。この
際、衝突したイオンの一部がウェハ１０内に注入されウ
ェハにダメージをもたらす。プラズマ内の電子密度が高
い場合は、ウェハ１０に注入されるイオン数も多くな
り、ダメージは大きくなる。マグネトロンエッチング装
置では磁界を回転させているので、ダメージを受ける部
分はウエハ１０の外周部全域となる。

【０００８】（２）エッチングガス（例えばＣｌ）のイ
オンの濃度が、シリコンウェハ１０の中央部付近上の空
間領域よりも周辺部付近上の空間領域で高くなる。エッ
チングガスイオンの濃度が、シリコンウェハ１０の中央
部付近上の空間領域よりも周辺部付近上の空間領域で高
くなっているのは、エッチング反応により生成された反
応済みガスの流れ（排気）が、シリコンウェハ１０の中
央部付近上では遅く、周辺部付近上では速いことが、一
因となっていると考えられる。

【０００９】このような問題は、マグネトロンプラズマ
エッチング装置に限らず、マグネトロンプラズマスパッ
タ装置やプラズマＣＶＤ装置等にも共通している。

【００１０】本発明は、このような従来技術に鑑みてな
されたものであり、被処理体の面内にて均一なプラズマ
処理を行うことができるプラズマ処理装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、被処理体を載
置する第１の電極とこの第１の電極に対向する第２の電
極とを有し、処理ガス雰囲気下で前記第１の電極と前記
第２の電極との間に電界を発生させることによりプラズ
マを生成し、このプラズマの作用によって前記被処理体
の処理を行なうプラズマ処理装置において、前記第１の
電極と導通し或いはほぼ同電位となるように制御され且
つ前記被処理体の周縁部近傍に設けられた導電性リング
を有し、且つ、この導電性リングの外径が、前記被処理
体の直径よりも大きいことを特徴とする。

【００１２】ここで、前記導電性リングの電気抵抗は、
前記被処理体の電気抵抗よりも小さくすることが望まし
い。

【００１３】

【作用】本発明によれば、被処理体を載置する第１の電
極とほぼ同電位の導電性リングの外径が、被処理体の直
径よりも大きく形成されている。したがって、被処理体
のみかけ上の面積を実質的に拡げるのと同じ効果を得る
ことができる。被処理体の周辺部は、処理ガスのイオン
濃度が高くなる傾向があるが、導電性リングにより被処
理体のみかけ上の面積を大きくすることで、被処理体の
周辺部で起きる悪影響を導電性リングに負わせることが
可能となる。換言すれば、プラズマ生成領域を導電性リ
ング上まで拡げることで、高イオン濃度領域を被処理体
の周辺の導電性リング上に発生することができる。

【００１４】請求項２の発明によれば、導電性リングの
電気抵抗が被処理体の電気抵抗よりも小さいため、導電
性リング上のプラズマ生成領域に浮游する電子を取り込
むことで、電子の密度を被処理体周辺で均一化させるこ
とができる。被処理体周辺のイオン分布が均一になる
と、被処理体のうけるダメージが減少する。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例として、本発明をマグ
ネトロンプラズマエッチング装置に適用した場合を例に
採って説明する。

【００１６】図２は、本発明の第１実施例に係わるマグ
ネトロンプラズマエッチング装置を、搬送機構と共に示
す断面図である。

【００１７】プロセスチャンバ１には、その両側にロー
ドロックチャンバ２が接続される。両ロードロックチャ
ンバ２とプロセスチャンバ１とは開口部３を介して連通
する。各開口部３にはゲート３ａが配設され、開閉自在
となっている。各ロードロックチャンバ２にはまた、開
口部３とは反対側に別の開口部４が形成される。開口部
４にはゲート４ａが配設され、開閉自在となっている。
各開口部４は、ウェハ１０を収納するカセット７に対向
するように配置される。

【００１８】各ロードロックチャンバ２には、不活性ガ
ス（例えば窒素）を導入するための給気管５と、真空ポ
ンプに繋がれた排気管６とが接続される。したがって、
各ロードロックチャンバ２は、プロセスチャンバ１から
独立して内部雰囲気を高減圧雰囲気に及び不活性ガス雰
囲気に変更可能となっている。各ロードロックチャンバ
２内には後述する搬送装置１００が配設される。搬送装
置１００は、カセット７とプロセスチャンバ１との間で
ウェハ１０を搬送する。このエッチング及びロードロッ
クチャンバの配置において、通常、ウェハ１０は左右い
ずれか一方側からプロセスチャンバ１内にロードされ、
同チャンバ１内で処理後、他方の側からアンロードされ
る。また、別の態様では、一方側の搬送機構のみが使用
されウェハ１０がロード及びアンロードされることもあ
る。

【００１９】図１は、第１実施例装置の要部を拡大して
示す断面図である。

【００２０】被処理体であるウェハ１０は、第１のサセ
プタ１２の上面に載置固定される。載置固定を行なう方
式としては、例えば、静電チャック（図示せず）方式を
用いることができる。これは、クーロン力によってウェ
ハ１０を吸引して固定する方式である。第１のサセプタ
１２は、第２のサセプタ１４の上面に対して着脱自在に
固定される。このように、サセプタを２つに分割してい
るのは、サセプタが汚染された場合に上側の第１のサセ
プタ１２のみを交換すればよいこととし、そのメンテナ
ンスを容易にするためである。

【００２１】本実施例では、第１のサセプタ１２の直径
は、１８０ｍｍであり、この寸法はシリコンウェハ１０
として直径１５０ｍｍのウェハを用いた場合に対応する
ものである。

【００２２】第１のサセプタ１２並びに第２のサセプタ
１４の側面および底面は、セラミック製の絶縁部材１６
によって覆われる。また、この絶縁部材１６の下面に
は、冷却部としての液体チッ素収容部２０が設けられ
る。この液体チッ素収容部２０の内壁底面は、例えばポ
ーラスに形成され、核沸騰を起こすことができるように
なっており、その内部の液体チッ素を−１９６℃に維持
できる。

【００２３】反応室を形成するためのプロセスチャンバ
１は、上部チャンバポーション３０と下部チャンバポー
ション３２とから形成される。

【００２４】下部チャンバポーション３２は、第１のサ
セプタ１２のウェハ載置面のみをチャンバ室内に露出
し、第１のサセプタ１２の他の部分を覆うような有底筒
部を有する。すなわち、下部チャンバポーション３２
は、第１のサセプタ１２、第２のサセプタ１４、セラミ
ック製の絶縁部材１６及び液体チッ素収容部２０の側面
を覆う側壁３２ａと、この側壁３２ａを支持する支持壁
３２ｂとを有している。

【００２５】一方、上部チャンバポーション３０は、下
部チャンバポーション３２の側壁３２ａの周囲を覆うよ
うに筒状に形成され、その下端側が前記下部チャンバポ
ーション３２と連結固定されている。また、この上部チ
ャンバポーション３０は、第１のサセプタ１２の上面と
対向する面３０ａを有している。なお、エッチングガ
ス、例えばＣｌ₂は、供給源Ｓから、この上部チャンバ
ポーション３０に接続された管３３を介して導入され
る。

【００２６】上部チャンバポーション３０と前記下部チ
ャンバポーション３２とで構成される反応室１内は、ポ
ンプＰによって配管３４を介して真空引きが可能であ
る。

【００２７】図１図示の如く、第２のサセプタ１４、絶
縁部材１６及び液体チッ素収容部２０には、それぞれ貫
通穴が設けられ、この貫通穴には配管３６が配置され
る。ウェハ１０と第１のサセプタ１２との接合面には、
ウェハ１０裏面の微細な凹凸等に起因する空隙が存在し
ており、ウェハ１０に温度むらが生じる原因となる。し
かし、この空隙に、第１のサセプタ１２に設けられた配
管（図示せず）を介して、配管３６から所定の圧力のＨ
ｅガスが充満され、かかる温度むらが防止される。

【００２８】本実施例では、上部チャンバポーション３
０が接地される一方、第１及び第２サセプタ１２、１４
にＲＦ電源４４が接続され、２個の電極が構成される。
すなわち、上部チャンバポーション３０の面３０ａがア
ノード電極として作用し、第１のサセプタ１２の表面が
カソード電極として作用することにより、ＲＩＥ方式の
マグネトロンプラズマエッチング装置が構成される。そ
して、チャンバ内が真空引きされた状態でエッチングガ
スが導入され、上記対向電極間にエッチングガスによる
プラズマが生成される。このように、本実施例では、上
部チャンバポーション３０の面３０ａをアノード電極と
して使用しているので、装置の構成を簡単にすることが
でき、さらに、後述する永久磁石３８を上部チャンバポ
ーション３０の外に配置することができる。また、この
ように永久磁石３８を上部チャンバポーション３０の外
に配置することにより、反応室の容積を小さくすること
ができるので、配管３４につながれた真空ポンプＰの負
担を小さくすることができ、あるいは、真空引きに要す
る時間を短縮することができる。

【００２９】本実施例では、上述の如く、アノード電極
（上部チャンバポーション３０）が、カソード電極（第
１のサセプタ１２）に対応する電極部（第１の面３０
ａ）と、カソード電極に対して直角に位置する電極部
（第１の面３０ｂ）とを有する。したがって、ウェハ１
０の周辺部では、図１に実線で示されるように、水平成
分の電界が生じる。

【００３０】また、永久磁石３８の回転により、上部チ
ャンバポーション３０の面３０ａと第１のサセプタ１２
のとの間に回転磁界が形成される。この磁界を形成する
理由は、上部チャンバポーション３０と第１のサセプタ
１２との間に発生する電界と、この電界に直交する磁界
成分との作用によって、フレミングの左手の法則によ
り、それぞれに直交する方向に電子のサイクロイド運動
を行なわせ、これにより電子とガス分子との衝突の頻度
を増大させるためである。

【００３１】永久磁石３８によって形成される磁界は、
図１に破線で示されるように、ウェハ１０の中央部の上
方ではほぼ水平となっており、周辺部に近付く程円弧状
傾きが大きくなる（すなわち、垂直成分が大きくな
る）。これに対して、両電極により形成される電界は、
上述のように、アノード電極が、カソード電極に対して
平行な電極部と直角な電極部とを具備するため、ウェハ
１０の中央部付近ではほぼ垂直な成分のみであるが、ウ
ェハ１０の周辺部では水平成分が多くなる。このため、
磁界と電界との直交によりもたらされる電子のサイクロ
イド運動は、ウェハ１０の中央部と周辺部とで均一化さ
れる。すなわち、このような構成により、本実施例装置
では、プラズマ生成量がウェハ１０の中央部と周辺部と
で均一化され、ウェハの面内均一処理が可能となる。

【００３２】下部チャンバポーション３２の上面には、
ウェハ１０の外周に沿って、導電体例えばカーボンによ
って形成された導電性リング２２が載置される。リング
２２は、セラミック製絶縁部材１６の上部に形成された
凹部に装着される。

【００３３】リング２２は、サセプタ１２と電気的に接
触し、下部チャンバポーション３２とは絶縁される。導
電性リング２２は、被処理体よりも電気抵抗が小さい物
質から形成される。例えば、シリコンウェハ１０に対し
ては、非金属のＳｉＣ、カーボン等が使用可能となる。
導電性リング２２は、この上のプラズマ生成領域に浮遊
する電子を、取り込むことにより、電子の密度をウェハ
１０周辺で均一化させる役割を果たす。ウェハ１０周辺
のイオン分布が均一になると、ウェハ１０が受けるダメ
ージが減少する。

【００３４】リング２２の外径は、第１のサセプタ１２
及びウェハ１０の直径よりも大きく形成される。したが
って、ウェハ１０の見掛上の面積を実質的に広げるのと
同じ効果を得ることができる。前述の如く、ウェハ１０
の周辺部はエッチングガス（例えばＣｌ）のイオン濃度
が高くなる傾向がある。しかし、このように、リング２
２によりウェハ１０の見掛上の面積を大きくすることに
より、ウェハ１０の周辺部で起きる悪影響をリング２２
に負わせることが可能となる。換言すると、プラズマ生
成領域を導電性リング２２上にまで広げることにより、
高Ｃｌ濃度領域を、ウェハ１０の周辺のリング２２上に
発生させることができる。

【００３５】図３は、第１実施例に係る導電性リング２
２の変更例を示す図である。同図（ａ）（ｂ）の例で
は、導電性リング２２の表面位置が、ウェハ１０の表面
と面一であり、あるいはそれよりも上方に突出した高さ
位置を示している。いずれの場合も、導電性リング２２
は下部チャンバーポーション３２に対して絶縁リング３
２ｃにより絶縁されている。さらに、いずれの例におい
ても、導電性リング２２は、第１のサセプタ１２と非接
触状態ではあるが、導電性リング２２は第１のサセプタ
１２とほぼ同一電位になるように制御されている。同図
（ｃ）に示す例においては、導電性リング２２の表面が
第１サセプタ１２の表面と面一となる配置を示してい
る。この場合、導電性リング２２は下部チャンバーポー
ション３２に対して、絶縁リング３２ｃにより絶縁され
ているが、導電性リング２２の内壁面が第１のサセプタ
１２と接触することで導通している。

【００３６】図６（Ａ）、（Ｂ）は、第１実施例に係る
導電性リング２２の他の変更例を示す図である。図６
（Ａ）の例では、リング２２の上面がウェハ１０の主表
面と整一する。図６（Ｂ）の例では、リング２２の上面
がウェハ１０の主表面よりも上に位置する。

【００３７】このように、導電性リング２２を着脱自在
に設けることにより、リング２２が汚染された場合に、
このリング２２のみを交換すればよく、装置のメンテナ
ンスを容易にすることができる。［実験１］導電性リング２２の効果を判定するため、ウ
ェハ１０の受けるダメージを調べた。ここで、ダメージ
の評価方法として、Ｅ²ＰＲＯＭ評価法を用いた。

【００３８】Ｅ²ＰＲＯＭ評価法とは、本来の被処理体
（例えばレジストが形成されたシリコンウエハ）に代え
て、既にＥ²ＰＲＯＭが形成されているウェハ１０´に
ダメージを与え、このときのＥ²ＰＲＯＭのスレッシュ
ホールド電圧を、ダメージを与える前のスレッシュホー
ルド電圧と比較することにより、このＥ²ＰＲＯＭの受
けたダメージの大きさを評価する方法である。Ｅ²ＰＲ
ＯＭがダメージを受けた場合、フローティングゲート内
の電子密度が増大し、このため、スレッシュホールド電
圧Ｖ_Thが高くなる。したがって、このスレッシュホール
ド電圧をダメージを与える前のスレッシュホールド電圧
と比較することにより、Ｅ²ＰＲＯＭの受けたダメージ
の大きさを判断することができるのである。

【００３９】図４はＥ²ＰＲＯＭが形成されたウェハ１
０´を概念的に示す上面図であり、Ｅ²ＰＲＯＭ評価法
による評価を行なう方法について説明するための図であ
る。

【００４０】図４に示したＡ−Ｂ線上の複数の位置につ
いて、それぞれ、ダメージを与える前のスレッシュホー
ルド電圧Ｖ_Th1とダメージを与えた後のスレッシュホー
ルド電圧Ｖ_Th2とを測定し、両者の差であるΔＶ_Th（＝
Ｖ_Th2−Ｖ_Th1）を算出することにより、評価を行なっ
た。

【００４１】永久磁石３８を回転させず、Ｓ極とＮ極を
図４で示した位置に固定したままの状態で評価を行なっ
た。これにより、図４図示の如く、ウェハ１０の周辺部
上の特定の領域にのみ高電子密度領域が形成された。

【００４２】なお、本実施例では、比較のために、導電
性リング２２に代えて、石英で形成した絶縁性リングを
使用した場合についても、同様の評価を行なった。

【００４３】図５は、かかる評価の結果を示すグラフで
ある。図において、横軸はウェハ１０´のＡ−Ｂ線上の
位置（単位；ミリメートル）を示し、また、縦軸はΔＶ
_Th（単位；ボルト）を示している。

【００４４】図５から解るように、ΔＶ_Thは、リングが
導電性であるか絶縁性であるかにかかわらず、プラズマ
中の電子密度が高い領域ほど高くなる。しかし、絶縁性
リングを使用したときはΔＶ_Thが最大で８［Ｖ］近くな
るのに対して、導電性リングを使用したときは最大でも
２［Ｖ］程度であった。このように、本実施例のマグネ
トロンエッチング装置では、導電性リング２２を使用す
ることにより、絶縁性リングを使用した場合と比較し
て、ΔＶ_Thを飛躍的に減少させることができた。この現
象は、ポリシリコンのエッチングを行う際に顕著な効果
を示す。

【００４５】図７は、本発明の第２実施例に係るマグネ
トロンプラズマエッチング装置の要部を拡大して示す断
面図である。同図中、図１図示の第１実施例装置の部分
と対応する部分には同一符号を付して説明を省略する。

【００４６】図８に拡大して示すように、第２実施例が
第１実施例と異なる点は、導電性リング２２が絶縁リン
グ３２Ｃの上に配置されることにある。絶縁リング３２
Ｃは、下部チャンバポーション３２の支持壁３２ｂとお
おむね同じ外径を有し、また、セラミック製絶縁部材１
６とおおむね同じ内径を有する。

【００４７】導電性リング２２は、前述の第１実施例と
同様、サセプタ１２と電気的に接触し、下部チャンバポ
ーション３２とは絶縁される。導電性リング２２は、被
処理体よりも電気抵抗が小さい物質から形成される。例
えば、シリコンウェハ１０に対しては、非金属のＳｉ
Ｃ、カーボン等が使用可能となる。また、リング２２の
外径は、第１のサセプタ１２及びウェハ１０の直径より
も大きく形成される。

【００４８】したがって、第２実施例にあっても、第１
実施例で述べたものと同様な利点が得られる。

【００４９】図１１（Ａ）乃至（Ｄ）は、第２実施例に
係る導電性リング２２の変更例を示す図である。図１１
（Ａ）の例では、リング２２の上面がウェハ１０の主表
面と整一する。図１１（Ｂ）の例では、リング２２の上
面がウェハ１０の主表面よりも上に位置する。図１１
（Ｃ）の例では、リング２２は上部リング２２ａと下部
リング２２ｂから分離可能に構成され、リング２２ａの
上面がウェハ１０の主表面よりも上に位置し、かつその
内径はウェハ１０よりも小さくなっている。図１１
（Ｄ）の例では、リング２２の厚さは図７及び８の第２
実施例と同じであるがその外径がさらに大きくなってい
る。

【００５０】このように、導電性リング２２を着脱自在
に設けることにより、リング２２が汚染された場合に、
このリング２２のみを交換すればよく、装置のメンテナ
ンスを容易にすることができる。［実験２］導電性リング２２の直径とウェハ１０のエッ
チング速度との関係を調べるため、第２実施例にかかる
装置構造を使用し、かつ図１１（Ｄ）に示すようにリン
グ２２の外径のみを変えて下記の実験を行った。ここ
で、カーボン製のリング２２とシリコン製のウェハ１０
とを使用した。エッチングは表１に示した測定条件にし
たがって行った。

【表１】図９は測定結果を示すグラフである。図において、横軸
はウェハ１０の中心からの距離（単位ｍｍ）であり、縦
軸はエッチング速度（単位ｎｍ／ｍｉｎ）である。

【００５１】外径１８６ｍｍ（すなわち、図８において
ｄ＝１８ｍｍ）のリング２２を使用した場合は、エッチ
ング速度は、全体的に、ウェハ１０の中央部で遅くな
り、周辺部で速くなった。測定の結果、ウェハ１０のエ
ッチング面全体のエッチング速度の平均値は、２５６．
７ｎｍ／ｍｉｎであり、エッチング速度のばらつきは、
この平均値を基準として±１０．７％であった。

【００５２】外径２００ｍｍ（すなわち、ｄ＝２５ｍ
ｍ）のリング２２を使用した場合は、エッチング速度の
平均値は、２１１．２ｎｍ／ｍｉｎであり、エッチング
速度のばらつきは、この平均値を基準として±６．４％
であった。このように、外径１８６ｍｍよりも直径が１
４ｍｍ大きいリング２２を使用することにより、エッチ
ング速度のばらつきを飛躍的に減少させることができ
た。

【００５３】外径２２０ｍｍ（すなわち、ｄ＝３５ｍ
ｍ）のリング２２を使用した場合は、エッチング速度の
平均値は、１９８．７ｎｍ／ｍｉｎであり、エッチング
速度のばらつきは、この平均値を基準として±６．８％
であった。このように、外径２２０ｍｍのリングを使用
した場合は、上述の外径２００ｍｍのリング２２を使用
した場合と比較し、ほぼ同程度エッチング速度のばらつ
きを減少させることができた。

【００５４】外径２５０ｍｍ（すなわち、ｄ＝５０ｍ
ｍ）のリングを使用した場合は、エッチング速度の平均
値は、１８５．３ｎｍ／ｍｉｎであり、エッチング速度
のばらつきは、この平均値を基準として±１５．３％で
あった。このように、外径２５０ｍｍのカーボンリング
２２を使用した場合、エッチング速度は、標準サイズの
カーボンリング２２を使用した場合とは逆に、シリコン
ウェハ１０の中央部では速く、周辺部で遅くなった。そ
の結果、エッチング速度のばらつきは、かえって大きく
なってしまった。

【００５５】このように、大口径のカーボンリング２２
を使用することにより、シリコンウェハ１０のエッチン
グ速度の均一化を図ることが可能であった。但し、カー
ボンリング２２の直径を大きくし過ぎると、周辺部のエ
ッチング速度が減少し過ぎて、かえってエッチング速度
の均一性が悪化した。また、カーボンリング２２の直径
を大きくする程エッチング速度の平均値が減少する傾向
にあった。

【００５６】エッチング速度のばらつきは、±１０％以
下とすることが望ましく、さらには、±７％以下とする
ことが望ましい。エッチング速度のばらつきを±７％以
下とするためには、上述の測定結果より、導電性リング
２２の外直径を、ウェハ１０の直径の１３０〜１５０％
程度とすればよいと考えられる。［実験３］次に、マグネトロンを用いないプラズマエッ
チング装置における、導電性リング２２の効果を調べる
ために、図７に示した第２実施例装置から永久磁石３８
を取り外して、同様の測定を行なった。ここで、カーボ
ン製のリング２２とシリコン製のウェハ１０とを使用し
た。エッチング及び測定条件は、上述と同一とした。

【００５７】図１０は、測定結果を示すグラフである。
図において、横軸はウェハ１０の中心からの距離（単位
ｍｍ）であり、縦軸はエッチング速度（単位ｎｍ／ｍｉ
ｎ）である。

【００５８】外径１８６ｍｍ（ｄ＝１８ｍｍ）のリング
２２を使用した場合は、エッチング速度は、全体的に、
ウェハ１０の中央部で遅くなり、周辺部で速くなった。
測定の結果、ウェハ１０のエッチング面全体のエッチン
グ速度の平均値は、１７５．８ｎｍ／ｍｉｎであり、エ
ッチング速度のばらつきは、この平均値を基準として±
３５．１％であった。

【００５９】外径２００ｍｍ（ｄ＝２５ｍｍ）のリング
２２を使用した場合は、エッチング速度の平均値は、１
３３．６ｎｍ／ｍｉｎであり、エッチング速度のばらつ
きは、この平均値を基準として±３２．６％であった。
このように、外径１８６ｍｍよりも直径が１４ｍｍ大き
いリングを使用することにより、エッチング速度のばら
つきを減少させることができた。

【００６０】外径２２０ｍｍ（ｄ＝３５ｍｍ）のリング
２２を使用した場合は、エッチング速度の平均値は、１
０８．０ｎｍ／ｍｉｎであり、エッチング速度のばらつ
きは、この平均値を基準として±２７．０％であった。
このように、外径２２０ｍｍのリングを使用した場合
は、上述の外径２００ｍｍのリング２２を使用した場合
と比較し、エッチング速度のばらつきを、さらに減少さ
せることができた。

【００６１】外径２５０ｍｍ（ｄ＝５０ｍｍ）のリング
２２を使用した場合は、エッチング速度の平均値は、８
４．４ｎｍ／ｍｉｎであり、エッチング速度のばらつき
は、この平均値を基準として±１１．２％であった。こ
のように、外径２５０ｍｍのリング２２を使用した場合
は、エッチング速度のばらつきを、飛躍的に減少させる
ことができた。

【００６２】このように、マグネトロンを用いないプラ
ズマエッチング装置においても、大口径のカーボンリン
グ２２を使用することにより、シリコンウェハ１０のエ
ッチング速度の均一化を図ることが可能であることが確
認された。但し、マグネトロンを用いる場合と比較し
て、エッチング速度のばらつきは全体的に大きく、ま
た、エッチング速度の平均値も遅かった。

【００６３】上述の如く、大口径のカーボンリング２２
を使用することにより、エッチング速度のばらつきを、
飛躍的に減少させることができた。また、図９と図１０
との比較から解るように、永久磁石３８を用いてプラズ
マ生成領域内に回転磁場を形成することにより、この永
久磁石３８を用いない場合と比較して、エッチング速度
の平均値を速くすることができると共に、エッチング速
度のばらつきをさらに減少させることができた。

【００６４】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の要旨の範囲内で種々変形実施が可
能である。

【００６５】例えば、上記第１および第２の実施例のマ
グネトロンプラズマエッチング装置では、上部チャンバ
ポーション３０の面３０ａをアノード電極として使用
し、また、永久磁石３８を上部チャンバポーション３０
の外に配置する構成としたが、反応室内にアノード電極
と磁界発生器とを配置する構成としてもよい。

【００６６】また、本実施例では、導電性リング２２を
カーボンで形成したが、ＳｉＣやＡ１等他の導電性材料
で形成してもよい。但し、導電性リング２２を設けたの
は、プラズマ内の電子を取り込んで、この電子がウェハ
１０内に注入されるのを防止するためであるから、導電
性リング２２としては、ウェハ１０よりも電気抵抗が小
さいものを使用することが望ましい。また、表面のみを
導電性材料で形成してもよいが、この場合リングの導電
性表面とサセプタ１４とを電気的に接続させる必要があ
る。導電性リング２２は、ウェハ１０の電気抵抗に応じ
て、電気抵抗の異なるものに取り替えることができる。

【００６７】さらに、上記実施例では、電極間に電界を
発生させるための電源としてＲＦ電源を使用しているの
で、絶縁材料によって形成したリングの表面に導電膜を
形成したものも、導電性リングとして使用することが可
能である。本発明では、これらのリングも「導電性リン
グ」と称することとする。

【００６８】被処理体としての基板は、ポリシリコン、
単結晶シリコン、非晶質シリコンなどからなるウェハを
使用することもできる。またエッチング装置であれば、
液晶基板も被処理体として使用できる。

【００６９】なお、本発明は必ずしもマグネトロンプラ
ズマエッチング装置に適用するものに限らず、例えばプ
ラズマＣＶＤ装置等、他のマグネトロンプラズマ処理装
置にも同様に適用できる。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、被
処理体の周辺に、被処理体を載置する第１の電極とほぼ
同電位の導電性リングを配置することで、被処理体のみ
かけ上の面積を実質的に拡げることができる。この結
果、処理の面内均一性を悪化させる領域を導電性リング
に負わせ、被処理体の全域において処理の面内均一性を
向上させることができる。請求項２の発明によれば、被
処理体よりも電気抵抗の低い導電性リングにより、導電
性リング上のプラズマ生成領域に浮游する電子を取り込
むことで、被処理体の周辺で電子密度を均一化させ、被
処理体の面内均一性をより高めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例装置の要部を拡大して示
す断面図である。

【図２】本発明の第１実施例に係るマグネトロンプラズ
マエッチング装置を搬送機構と共に示す断面図である。

【図３】（ａ）〜（ｃ）は、第１実施例装置における導
電性リングの変更例を示す断面図である。

【図４】Ｅ²ＰＲＯＭが形成されたウェハ１０´と、高
電子密度領域とを示す平面図である。

【図５】本発明の第１実施例装置を用いてＥ²ＰＲＯＭ
評価法による評価を行った結果を示すグラフである。

【図６】（Ａ）及び（Ｂ）は、第１実施例装置における
導電性リングの他の変更例を示す断面図である。

【図７】本発明の第２実施例に係るマグネトロンプラズ
マエッチング装置の要部を拡大して示す断面図である。

【図８】第２実施例装置の導電性リング近傍の部分を拡
大して示す断面図である。

【図９】第２実施例装置における導電性リングの直径と
ウェハのエッチング速度との関係を示すグラフである。

【図１０】第２実施例装置から永久磁石を除いた場合に
おける導電性リングの直径とウェハのエッチング速度と
の関係を示すグラフである。

【図１１】（Ａ）乃至（Ｄ）は、第２実施例装置におけ
る導電性リングの変更例を示す断面図である。

【図１２】従来のマグネトロンプラズマエッチング装置
を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１０ウェハ１２，１４サセプタ２０冷却部（液体チッ素収容部）２２カーボンリング３０上部チャンバポーション３０ａ上部チャンバポーションの上面３２下部チャンバポーション３４，３６配管３８永久磁石

フロントページの続き (72)発明者石川吉夫東京都新宿区西新宿２丁目３番１号東京エレクトロン株式会社内 (72)発明者平塚正人山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１東京エレクトロン山梨株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理体を載置する第１の電極とこの第
１の電極に対向する第２の電極とを有し、処理ガス雰囲
気下で前記第１の電極と前記第２の電極との間に電界を
発生させることによりプラズマを生成し、このプラズマ
の作用によって前記被処理体の処理を行なうプラズマ処
理装置において、前記第１の電極と導通し或いはほぼ同電位となるように
制御され且つ前記被処理体の周縁部近傍に設けられた導
電性リングを有し、且つ、この導電性リングの外径が、
前記被処理体の直径よりも大きいことを特徴とするプラ
ズマ処理装置。
【請求項２】請求項１において、前記導電性リングの電気抵抗が前記被処理体の電気抵抗
よりも小さいことを特徴とするプラズマ処理装置。