JPH07245292A - プラズマエッチング装置 - Google Patents

プラズマエッチング装置

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JPH07245292A
JPH07245292A JP6033645A JP3364594A JPH07245292A JP H07245292 A JPH07245292 A JP H07245292A JP 6033645 A JP6033645 A JP 6033645A JP 3364594 A JP3364594 A JP 3364594A JP H07245292 A JPH07245292 A JP H07245292A
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吉夫 石川
Yasuo Imamura
靖男 今村
Makoto Aoki
誠 青木
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 被処理体表面のエッチングレートの均一性の
向上が図れる上に、そのエッチングのプロセス条件の変
更に対しても、簡単に対処し得て、被処理体表面のエッ
チングレートの高い均一性が得られるようになるプラズ
マエッチング装置を提供することにある。 【構成】 真空処理容器１内に半導体ウェーハ１０をセ
ットしてプロセスガスを導入し、下部電極２と上部電極
６との間に高周波電圧を印加してプラズマを発生させ、
該ウェーハ１０のエッチング処理を行うプラズマエッチ
ング装置において、下部電極２上の被処理体支持部３の
周囲に設置されるフォーカスリング４を、この表面の外
周側部位にタングステン部材１２が露出する状態に設け
られている複合構造としたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、主に半導体ウェーハ等
の被処理体をプラズマによりエッチング処理するのプラ
ズマエッチング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、被処理体として例えば半導体ウェ
ーハ（以下単にウェーハと略記する）のプラズマエッチ
ング装置は、真空処理容器（プロセスチャンバー）内の
サセプタ兼用の下部電極上にウェーハを位置決めセット
してプロセスガス（エッチング処理ガス）を導入し、そ
の下部電極と上方に配する上部電極との間に高周波電力
を印加してプラズマを発生させ、ウェーハ表面上の膜を
エッチング処理する。
【０００３】この場合、下部電極上のウェーハ支持面の
周囲にフォーカスリング（電界補償リング）を設置して
プラズマの拡散を防止し、プロセスガスの反応性イオン
を効果的にウェーハに入射せしめるようなしている。
【０００４】そのフォーカスリングは、耐腐食性（プロ
セスガスに強い耐薬品性）や耐プラズマ性や耐熱性等と
共に導電性を有することが必要であるので、従来では全
体がアモルファスカーボンにより一体成形したものが用
いられていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、そうし
たプラズマエッチング装置では、プロセス条件によって
は、エッチングレートの均一性が保てない問題があっ
た。その要因としては、例えば、プラズマエッチングの
処理中にも処理容器内の排気を続けるので、下部電極上
からその周囲を迂回して下方に引かれる気流の流れが起
き、これでウェーハの周辺には新鮮なプロセスガスが多
く導かれ、中央付近には気流がよどむなど新鮮なプロセ
スガスの到達が少ないなどから、ウェーハの周辺部では
エッチングレートが速く、中央部では遅い。特にプロセ
ス条件としてウェーハ表面温度が高くなると、この傾向
が強くなってウェーハの周辺部のエッチングレートが非
常に速く、ウェーハ表面全域のエッチングの均一性が得
られない。このためにウェーハ周辺部ではオーバーエッ
チングによりサイドエッチングが生じてパターン細りを
招いていた。
【０００６】そこで、ウェーハ表面上のタングステンシ
リサイド（ＷＳｉ）膜或いはタングステン（Ｗ）膜のエ
ッチング処理を行う場合、従来のアモルファスカーボン
の一体型フォーカスリングに代え、全体をタングステン
（Ｗ）により一体成形したフォーカスリングを試作設置
したところ、ウェーハ周辺部のエッチングの抑制に効果
が得られた。
【０００７】この理由としては、ＷＳｉ膜やＷ膜のエッ
チング用プロセスガスとしてハロゲン系ガスを導入する
ことから、このハロゲンガスとフォーカスリングのタン
グステン（Ｗ）とが化学反応して例えばハロゲン化合物
が発生し、これがウェーハ周辺部のエッチングを抑制す
る働きをなし、これでウェーハの周辺部と中央部とのエ
ッチングレートの差を縮めるのに役立つものと考えられ
る。
【０００８】しかしながら、前述のタングステン（Ｗ）
により一体成形したフォーカスリングでは、ある特定の
プロセス条件においてのみ有効であったが、プロセス条
件を変更すると、例えばプロセス温度を高めると、ウェ
ーハ中央部のエッチングレートが速まるのに対し、ウェ
ーハ周辺部のエッチングレートは速まらず抑制されてし
まい、即ち、タングステン（Ｗ）のフォーカスリングが
ウェーハ周辺近傍までに広く存在してプロセスガスのハ
ロゲンと化学反応して例えばハロゲン化合物を多量に発
生し、これがウェーハ周辺部のエッチングを過度に抑制
してしまって、ウェーハ表面全域のエッチングレートの
均一性を悪化させる問題があった。
【０００９】本発明は前記事情に鑑みなされ、その目的
とするところは、被処理体表面のエッチングレートの均
一性の向上が図れる上に、そのエッチングのプロセス条
件の変更に対しても、簡単に対処し得て、被処理体表面
のエッチングレートの高い均一性が得られるようになる
プラズマエッチング装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段と作用】本発明は、前記目
的を達成するために、真空処理容器内に被処理体をセッ
トしてプロセスガスを導入し、下部電極と上部電極との
間に高周波電圧を印加してプラズマを発生させ、該被処
理体のエッチング処理を行うプラズマエッチング装置に
おいて、下部電極上の被処理体支持部の周囲に設置され
るフォーカスリングを、この表面の外周側部位にタング
ステン系部材が露出する状態に設けられている複合構造
としたことを特徴とする。
【００１１】こうした構成のプラズマエッチング装置で
あれば、フォーカスリングが複合構造で、この表面の外
周側部位にタングステン系部材が露出しているので、半
導体ウェーハ等の被処理体表面のタングステンシリサイ
ド（ＷＳｉ）やタングステン（Ｗ）等のタングステン系
膜のエッチング処理を行う場合、プロセスガスのハロゲ
ン系と該フォーカスリングのタングステン（Ｗ）とが化
学反応してハロゲン化合物が発生し、これで被処理体周
辺部のエッチングを抑制する働きをなす。しかも、その
フォーカスリングのタングステン（Ｗ）系部材が該フォ
ーカスリングの外周側部位、即ち被処理体周辺から適当
に離間した部位に適当範囲（面積）で露出しているの
で、プロセスガスのハロゲンとの化学反応によるハロゲ
ン化合物の発生量及びこれによる被処理体周辺部のエッ
チング抑制が過度にならず、被処理体表面全域のエッチ
ングレートの均一性が向上するようになる。
【００１２】また、前述の複合構造のフォーカスリング
を用いることで、プロセス条件（例えば温度等）を変更
する場合、そのフォーカスリングの表面にタングステン
系部材が露出する範囲、即ち被処理体周辺からの離間と
範囲（面積）を該プロセス条件に応じて設定すれば、プ
ロセスガスのハロゲンと化学反応によるハロゲン化合物
の発生による被処理体周辺部のエッチング抑制度合いを
調整し得て、被処理体表面全域のエッチングレートの高
い均一性を確保し得るようになる。
【００１３】なお、前述のフォーカスリングは、好まし
くは、リング状のカーボン系部材の外周側にリング状の
タングステン系部材を設けた複合構造とする。また、前
述のフォーカスリングは、リング状のカーボン系部材の
表面外周部分にタングステン系部材を重設した複合構造
でも良い。更には、前述のフォーカスリングは、リング
状のタングステン系部材の表面内周部分にカーボン系部
材を重設した複合構造でも良い。
【００１４】
【実施例】以下、本発明のプラズマエッチング装置の実
施例を示す。まず、図１乃至図３は本装置の一実施例を
示すもので、図１はプラズマエッチング装置全体の概略
構成図で、図２はフォーカスリングの平面図、図３は同
じくフォーカスリングの一部拡大断面図を示している。
【００１５】図１において、プラズマエッチング装置の
概略構成を簡単に述べると、図中符号１は処理室を構成
する例えばアルミニューム製等の中空箱状の真空処理容
器（プロセスチャンバー）を示しており、この処理容器
１内に被処理体を載置保持する支持台（サセプタ）を兼
ねた下部電極２が設置されている。
【００１６】この下部電極２は、導電性材料例えばアル
ミニューム等よりなり、上面中央部が凸状に一段高くさ
れた円柱体状で、この中央凸状部の上面が被処理体支持
部３とされ、ここに被処理体として例えば半導体ウェー
ハ（以下単にウェーハと略記する）１０を静電チャック
手段等により載置保持する。その被処理体支持部３の面
積はウェーハ１０と略同径大である。こうした下部電極
２上の中央の被処理体支持部３の周囲に後述するフォー
カスリング４が設置されている。
【００１７】なお、前記下部電極２内部には、図示省略
したが、プロセス温度、即ちウェーハ１０の温度をコン
トロールするための冷却手段や温度調整用ヒータが組付
けられちる。また、この下部電極２は、ノイズカット用
フィルタやマッチング用コンデンサを介して例えば13.5
6 ＭＨｚのプラズマ発生用の高周波電源５に接続されて
いる。
【００１８】また、前記真空処理容器１内上部には上部
電極６が設けられている。この上部電極６は、処理ガス
導入経路を兼用するもので、例えばアルミニューム等で
成形された中空円盤状をなし、前記下部電極２と上下で
約15〜20mm程度間隔を存して対向するように支持されて
いると共に接地（アース）７に接続されている。
【００１９】この上部電極６に処理ガス導入経路とし
て、バルブ８ａ付き処理ガス導入管８が外部から接続さ
れ、これを介して供給されるエッチング用プロセスガ
ス、例えば塩素系ガスが、上部電極６内からこの底板部
に形成された多数の小孔６ａより下方処理空間に吹き出
される構成である。
【００２０】一方、前記真空処理容器１の下部周側壁に
は真空排気経路としてのバルブ９ａ付き排気管４５が接
続されており、処理容器１内の雰囲気ガスを図示しない
排気ポンプにより常時排気し得る構成である。
【００２１】つまり、このプラズマエッチング装置は、
所定の圧力例えば１×１０-4〜数Torr程度に減圧された
真空処理容器１内に、図示しない外部のロードロック室
からゲートバルブを介してウェーハ１０が挿入され、そ
のウェーハ１０が下部電極２の中央の被処理体支持部３
上面に載置保持され、この状態でウェーハ１０を設定温
度にコントロールしながら、上部電極６からエッチング
用プロセスガスを導入し、下部電極２と上部電極６との
間に高周波電力を印加することによりプラズマを発生さ
せることで、該ウェーハ１０表面上のタングステンシリ
サイド（ＷＳｉ）膜或いはタングステン（Ｗ）膜のエッ
チング処理を行う。
【００２２】ここで、前述のフォーカスリング４は、図
１及び図２に示し如く、前記下部電極２上のウェーハ支
持面３の周囲に上面を略面一にしてウェーハ１０の外周
側を取り囲むように環状（円形帯板状）に設置されてい
る。このフォーカスリング４は、従来同様にプラズマの
拡散を防止してプロセスガスの反応性イオンを効果的に
ウェーハ１０に入射せしめる電界補償リングとして機能
すべく、全体的には幅Ａが通常一般のものと同様に32mm
前後程度とされている。即ち、８インチのウェーハ１０
を処理する場合、フォーカスリング４の最少内径Ｄ1 が
該ウェーハ１０の外径より少し大き目（約 196mm程度）
で、最大外径Ｄ2 が 260mm程度）とされている。
【００２３】しかも、このフォーカスリング４は、耐腐
食性や耐プラズマ性や耐熱性等と共に導電性を有する内
外２つのリング状部材１１，１２よりなる複合構造とさ
れている。その内周側のリング状部材１１はカーボン系
として例えば従来同様のアモルファスカーボンを用いた
もので、外周側のリング状部材１２はタングステン系部
材としてタングステン（Ｗ）を用いたものである。つま
り、フォーカスリング４表面の外周側部位にリング状の
タングステン部材１２が適当幅でもって露出する状態に
設けられている構成である。
【００２４】その複合構造のフォーカスリング４の全体
幅Ａに対するタングステン部材１２の表面露出幅Ｂの割
合（Ｂ／Ａ）は、プラズマエッチングのプロセス条件に
応じ出来るだけエッチングレートの均一性が図れるよう
に各種設定される。即ち、アモルファスカーボン部材１
１とタングステン部材１２との断面積を相対的に大小異
にして各種組み合わせることで、タングステン部材１２
のウェーハ１０周辺からの離間と露出面積とがプロセス
条件にマッチするように、該タングステン部材１２の表
面露出幅の割合を、Ｂ／Ａ＝15〜75％の範囲内で設定す
る。例えばウェーハ１０表面上のタングステンシリサイ
ド（ＷＳｉ）やタングステン（Ｗ）等のタングステン系
膜のエッチング処理を60℃程度で行うプロセス条件の場
合は、Ｂ／Ａ＝25〜50％の範囲内に設定することが好ま
しい。
【００２５】なお、前記複合構造のフォーカスリング４
のアモルファスカーボン部材１１とタングステン部材１
２とは、図３に一部拡大断面を示す如く、相互の熱膨張
を考慮して１mm程度の隙間Ｇを確保する状態に互いに組
み合わせると共に、その隙間Ｇからプラズマが下部電極
２に回り込まないように、互いにＬ字形段状として接合
する。また、これらアモルファスカーボン部材１１とタ
ングステン部材１２との表面精度は、平均粗さで 1.6μ
m 以下が良く、それ以上に粗いとゴミが付着し易く且つ
取れにくい開き。
【００２６】こうした構成のプラズマエッチング装置で
あれば、フォーカスリング４が複合構造で、この表面の
外周側部位にタングステン部材１２が露出しているの
で、前述の如くウェーハ１０表面のタングステンシリサ
イド（ＷＳｉ）やタングステン（Ｗ）等のタングステン
系膜のエッチング処理を行う場合、プロセスガスのハロ
ゲン系と該フォーカスリング４のタングステン部材１２
のＷとが化学反応してハロゲン化合物が発生し、これで
ウェーハ１０周辺部のエッチングを抑制する働きをな
す。しかも、そのフォーカスリング４のタングステン
（Ｗ）部材１２が該フォーカスリング４の外周側部位、
即ちウェーハ１０周辺から適当に離間した部位に適当範
囲（面積）で露出しているので、プロセスガスのハロゲ
ンとの化学反応によるハロゲン化合物の発生量及びこれ
によるウェーハ１０周辺部のエッチング抑制が過度にな
らず、ウェーハ１０表面全域のエッチングレートの均一
性が向上するようになる。
【００２７】また、前述の複合構造のフォーカスリング
４を用いることで、プロセス条件、例えばウェーハ１０
の表面温度を−100 ℃〜150 ℃の範囲で適当に選定して
変更する場合、そのフォーカスリング４の表面にタング
ステン部材１２が露出する範囲、即ちアモルファスカー
ボン部材１１とタングステン部材１２との断面積を相対
的に大小変更した組み合わせ構造のものを採用すること
で、ウェーハ１０周辺からの離間と範囲（面積）を該プ
ロセス条件に応じて設定すれば、プロセスガスのハロゲ
ンと化学反応によるハロゲン化合物の発生によるウェー
ハ１０周辺部のエッチング抑制度合いを調整し得て、ウ
ェーハ１０表面全域のエッチングレートの高い均一性を
確保し得るようになる。
【００２８】図４は、前述のフォーカスリング４の変形
例を示す一部拡大断面図で、この例ではカーボン系部材
として従来同様の幅広Ａのリング状のアモルファスカー
ボン部材２１の表面外周部分に、タングステン系部材と
しての薄肉な適当幅Ｂなるリング状のタングステン部材
２２を重設した複合構造である。
【００２９】図５は、前述のフォーカスリング４の更に
異なる変形例を示す一部拡大断面図で、この例ではタン
グステン系部材としての幅広Ａなるリング状のタングス
テン部材３２の表面内周部分に、カーボン系部材として
の薄肉な適当幅Ｃなるリング状のアモルファスカーボン
部材３１を重設した複合構造である。
【００３０】いずれの例においても、全幅Ａのフォーカ
スリング４の表面の外周部分にタングステン部材２２，
３２が幅Ｂだけ露出する構成であり、それら露出したタ
ングステン部材２２，３２のウェーハ１０周辺からの離
間と露出面積とがプロセス条件にマッチするように、該
タングステン部材１２の表面露出幅の割合を、Ｂ／Ａ＝
15〜75％の範囲内で設定する。
【００３１】因みに、図６にウェーハ１０のエッチング
レートの実験例をグラフで示す。ここではフォーカスリ
ング４の全体幅Ａに対するタングステン部材１２の表面
露出幅Ｂの割合を、Ｂ／Ａ＝25％、50％、 100％の３段
階に設定して、８インチのウェーハ１０表面上のタング
ステンシリサイド（ＷＳｉ）膜を、該ウェーハ表面温度
60℃でプラズマエッチング処理した場合で、従来の全体
がアモルファスカーボン製のフォーカスリングの場合は
ウェーハ１０の周辺部のエッチングレートが非常に速
く、ウェーハ表面全域のエッチングの均一性が得られな
いが、Ｂ／Ａ＝ 100％のフォーカスリングを用いた場合
は、逆にウェーハ１０の周辺部のエッチングレートが下
がって、均一性が少し損なわれる程度で、Ｂ／Ａ＝25％
と50％との各フォーカスリングを用いた場合は、ウェー
ハ表面全域のエッチングレートの均一性が非常に高く得
られた。こうすることでウェーハ表面上の周辺部或いは
中央部でのオーバーエッチングを防止できて、サイドエ
ッチングによるパターン細りと言った問題を解消できる
ようになる。
【００３２】なお、以上の説明では、いずれにおいても
フォーカスリング４が、表面外周部分にリング状のタン
グステン系部材を露出する状態に設けた複合構造を述べ
たが、そのタングステン系部材が、周方向に連続したリ
ング状（連続環状）をなさずに、周方向に不連続で間欠
的に周配されて設けられている構造でも可である。ま
た、被処理体としての半導体ウェーハ１０は通常図２に
示す如く周辺一部にオリエンテーションフラットが形成
されているので、このオリフラ付きウェーハの外形形状
に合わせたフォーカスリング形状とすることも考えられ
る。
【００３３】
【発明の効果】本発明のプラズマエッチング装置は、フ
ォーカスリングを前述の如く複合構造としたので、被処
理体表面のエッチングレートの均一性の向上が図れる上
に、そのエッチングのプロセス条件の変更に対しても、
簡単に対処し得て、被処理体表面のエッチングレートの
高い均一性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプラズマエッチング装置の一実施例を
示す概略的断面図。
【図２】同上実施例に用いたフォーカスリングの平面
図。
【図３】同上フォーカスリングの一部拡大断面図。
【図４】同上フォーカスリングの変形例を示す一部拡大
断面図。
【図５】同上フォーカスリングの他の異なった変形例を
示す一部拡大断面図。
【図６】各種フォーカスリングを用いて実験処理したウ
エアの内外各部のエッチングレートをグラフで示す説明
図。
【符号の説明】
１…真空処理容器、２…下部電極、３…被処理体支持
部、４…フォーカスリング、６…上部電極、１０…被処
理体（半導体ウェーハ）、１１，２１，３１…カーボン
系部材（アモルファスカーボン部材）、１２，２２，３
２…タングステン系部材（タングステン部材）。
───────────────────────────────────────────────────── 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 今村 靖男 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 青木 誠 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

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 真空処理容器内に被処理体をセットして
    プロセスガスを導入し、下部電極と上部電極との間に高
    周波電圧を印加してプラズマを発生させ、該被処理体の
    エッチング処理を行うプラズマエッチング装置におい
    て、下部電極上の被処理体支持部の周囲に設置されるフ
    ォーカスリングを、この表面の外周側部位にタングステ
    ン系部材が露出する状態に設けられている複合構造とし
    たことを特徴とするプラズマエッチング装置。
  2. 【請求項２】 フォーカスリングは、リング状のカーボ
    ン系部材の外周側にリング状のタングステン系部材を設
    けた複合構造であることを特徴とする請求項１記載のプ
    ラズマエッチング装置。
  3. 【請求項３】 フォーカスリングは、リング状のカーボ
    ン系部材の表面外周部分にタングステン系部材を重設し
    た複合構造あることを特徴とする請求項１記載のプラズ
    マエッチング装置。
  4. 【請求項４】 フォーカスリングは、リング状のタング
    ステン系部材の表面内周部分にカーボン系部材を重設し
    た複合構造あることを特徴とする請求項１記載のプラズ
    マエッチング装置。
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