JPH08176855A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 ウェーハ４の裏面に開口する下部電極１の穴
１ａおよびベローズ５により形成される空間内にマスフ
ローコントローラ１１から供給されたガスを充填する。
ウェーハ４と絶縁膜３との密着度が低下して、両者の間
に隙間が生じると、ウェーハ４の表面側（チャンバ内）
のガスが、その隙間を通じて上記の空間内に流入する。
これにより、圧力計１３により計測されるその空間内の
ガス圧力が低下すると、制御装置１４が直流電圧を上昇
させる。この結果、下部電極１によるウェーハ４の保持
力（静電気力）が高まり、上記の密着度が一定に保たれ
る。 【効果】 絶縁膜３やウェーハ４の状態によらず、密着
度を一定に保持してウェーハ４から下部電極１側への熱
流量の変化を抑えることで、ウェーハ４毎のエッチング
の均一性を一定に保つことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エッチング装置、ＣＶ
Ｄ装置、その他、ウェーハ等の試料をプラズマを用いて
処理するプラズマ処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置等
のプラズマ処理装置は、プラズマを用いて試料を処理す
ることにより化学反応を速く進行させることから処理効
率や処理品質が高く、半導体製造装置等の分野ですでに
工業的に定着している。

【０００３】例えば、プラズマエッチング装置は、図２
に示すように、チャンバ（図示せず）内に充填されたエ
ッチングガスを、高周波電源２１によりグロー放電させ
ることで発生したプラズマによりウェーハ２２をエッチ
ングするようになっている。ウェーハ２２は、チャンバ
内に固定された下部電極２３上に絶縁膜２４を介して載
置されている。このプラズマエッチング装置では、プラ
ズマの発生に伴って生じるウェーハ２２の自己バイアス
電圧と、直流電源２５から下部電極２３に印加される直
流電圧とにより静電気力を発生させて、ウェーハ２２を
下部電極２３上に吸着保持するようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の静電気力は、高
周波電源２１の高周波電力、直流電源２５の直流電圧、
絶縁膜２４の誘電率や厚み等により異なる。したがっ
て、高周波電力を一定に設定した場合であっても、絶縁
膜２４やウェーハ２２の状態によって静電気力が異なっ
てくる。

【０００５】静電気力が異なると、ウェーハ２２と絶縁
膜２４との密着度が一定せず、ウェーハ２２から下部電
極２３側への熱流量が異なってくる。このような熱流量
の違いによる温度変化は、ウェーハ２２のエッチング速
度の変化をもたらす。例えば、Ａｌ合金膜をエッチング
する場合、Ａｌが塩素（処理ガス）に対して主に化学的
な反応を示すため、温度依存性が高くなる。したがっ
て、上記のような温度変化が生じると、エッチングの均
一性もそれに応じて変化することになり、ウェーハ２２
毎のエッチングの均一性を低下させるという不都合を招
く。

【０００６】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであって、被処理物の保持力に応じて静電気力を補正
することにより、被処理物と絶縁膜との密着度を一定に
することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のプラズマ処理装
置は、上記の課題を解決するために、絶縁膜を介して電
極上に載置されたウェーハ等の被処理物を、その電極に
高周波電力が付与されることにより生成されたプラズマ
にて処理するとともに、プラズマ発生により上記被処理
物に生じた自己バイアス電圧にて発生した静電気力およ
び上記電極に直流電圧が印加されることにより発生した
静電気力にて上記電極上に吸着保持する一方、上記被処
理物が上記絶縁膜に密着した状態で上記被処理物の裏面
側がその表面側と異なる圧力となるようにガス圧力が付
与されており、さらに、上記被処理物の裏面側のガス圧
力を検出する検出手段と、この検出手段により検出され
た圧力と所定値とを比較して、両者の差がなくなるよう
に直流電圧を補正する補正手段とを備えていることを特
徴としている。

【０００８】

【作用】上記の構成では、例えば、被処理物の裏面側の
一部に空間を設け、その空間にガスが充填されることに
より圧力が加えられている場合（被処理物の表面側より
圧力が高い場合）、上記の密着度が低下して絶縁膜と被
処理物との間に隙間が生じると、その隙間からガスが流
出して上記の空間内（被処理物の裏面側）の圧力が低下
する。検出手段による圧力の検出で、その圧力の低下が
認められると、直流電圧が、補正手段により検出圧力と
所定値との差がなくなるように補正される。これによ
り、ガス圧力が所定値になれば、電極による被処理物の
保持力が増大して被処理物と絶縁膜との密着度が一定に
保たれる。

【０００９】また、上記と同様な空間からガスが排出さ
れることにより低圧状態に保たれている場合（被処理物
の表面側より圧力が低い場合）、上記の密着度が低下し
て絶縁膜と被処理物との間に隙間が生じると、その隙間
からガスが流入して被処理物の裏面側の圧力が上昇す
る。検出手段による圧力の検出で、その圧力の上昇が認
められると、直流電圧が、補正手段により検出圧力と所
定値との差がなくなるように補正される。これにより、
ガス圧力が所定値になれば、電極による被処理物の保持
力が増大して被処理物と絶縁膜との密着度が一定に保た
れる。

【００１０】このように、上記の構成によれば、絶縁膜
や被処理物の状態により密着度が異なると、被処理物の
裏面側のガス圧力も異なることを利用して、密着度の低
下を監視することができる。また、密着度が低下したと
きには、直流電圧を補正することにより、被処理物の保
持力を高めて密着度を一定に保つので、被処理物から電
極側への熱流量を一定に保持することができる。

【００１１】

【実施例】本発明の一実施例について図１に基づいて説
明すれば、以下の通りである。

【００１２】本実施例に係るプラズマエッチング装置
は、処理室として図示しないチャンバを備えており、こ
のチャンバは、真空引きがなされるとともに、ガス導入
口から導入されるエッチングガスで満たされるようにな
っている。このチャンバは、アノードとしての機能を有
しており、接地されている。

【００１３】また、本プラズマエッチング装置は、電極
としての下部電極１を備えている。この下部電極１は、
上記のチャンバ内に配置されており、中央部に上下に貫
通する段付きの穴１ａが形成されている。この穴１ａの
内周面は、その段付きの形状に沿った円筒状の絶縁スリ
ーブ２により覆われている。

【００１４】また、下部電極１の上端面には、その径よ
り小さい径の絶縁膜３が設けられている。この絶縁膜３
は、絶縁スリーブ２の上段部２ａの内径にほぼ等しい穴
３ａが中央部に設けられ、上端面に被処理物としてのウ
ェーハ４が載置されるようになっている。

【００１５】下部電極１の下端面における穴１ａの開口
部周囲には、上下方向に伸縮するベローズ５が取り付け
られている。ベローズ５は、全体が金属により形成され
ており、内部がチャンバ内と同様に大気に対して気密状
態となるように設けられる一方、底面部５ａが絶縁体
（図示せず）を介してエアシリンダ（図示せず）により
上下方向に駆動されるようになっている。底面部５ａ上
には、搬送アーム（図示せず）による搬送位置にウェー
ハ４を昇降させるペディスタル６が固定されている。

【００１６】昇降部材としてのペディスタル６は、ウェ
ーハ４を載置する載置台６ａと、この載置台６ａを支持
する軸部６ｂとが一体に形成されたものであり、軸部６
ｂは、絶縁スリーブ２の下段部２ｂに摺動するように設
けられている。ペディスタル６は、このように軸部６ｂ
が下段部２ｂに保持されることにより、軸ぶれを起こさ
ずに上下動することができる。

【００１７】下部電極１には、高周波電源７が、マッチ
ングネットワーク（図示せず）を介して接続されるとと
もに、この高周波電源７と並列に設けられた直流電源８
が接続されている。また、直流電源８と下部電極１との
間には、高周波電源７からの高周波の阻止およびウェー
ハ４のバイアス電圧を測定する目的でＬＣ回路９が設け
られている。

【００１８】上記のベローズ５は、底面部５ａにガス管
１０が接続されており、このガス管１０を通じてマスフ
ローコントローラ１１からガスが導入されるようになっ
ている。ガス管１０には、バルブ１２が設けられてお
り、バルブ１２の開閉によりガスの供給または供給停止
が行なわれるようになっている。また、ベローズ５内の
圧力は、チャンバ内の圧力より高くなるとともに、ウェ
ーハ４が絶縁膜３に通常に密着している状態で所定値と
なるように設定されている。この圧力設定は、マスフロ
ーコントローラ１１の流量調整により行なわれる。

【００１９】上記のガス管１０には、ガス管１０内の圧
力を計測する圧力計１３が検出手段として設けられてい
る。圧力計１３の計測値は、制御装置１４に与えられる
ようになっている。制御装置１４は、本プラズマエッチ
ング装置の動作を制御する装置であり、マスフローコン
トローラ１１の動作を制御するとともに、圧力計１３の
計測値と所定値とを比較して、計測値が所定値からずれ
たときに、その差がなくなるように直流電源８の電圧を
制御するようになっている。すなわち、制御装置１４
は、補正手段としての機能を有している。

【００２０】ベローズ５内に導入されるガスは、ベロー
ズ５内からチャンバ内に流出することを考慮して、エッ
チングガスと同じガスを利用することが望ましい。ある
いは、上記のガスは不活性ガスでもよい。

【００２１】上記の構成において、エッチング処理を行
なう際には、まず、下部電極１に高周波電源７により高
周波電力が付与され、エッチングガスが満たされたチャ
ンバ内には、グロー放電によりプラズマが生成されて、
このプラズマによりウェーハ４がエッチング処理され
る。このとき、プラズマの発生により、ウェーハ４に
は、自己バイアス電圧が生じる。また、高周波電力の付
与とともに、下部電極１に直流電源８により直流電圧が
印加される。すると、ウェーハ４は、この直流電圧によ
り発生した静電気力と上記の自己バイアス電圧により発
生した静電気力とが併せて作用して下部電極１上に吸着
保持され、絶縁膜３に密着する。

【００２２】エッチング処理においては、ベローズ５内
にマスフローコントローラ１１から供給されたガスが充
填されると、下段部２ｂと軸部６ｂとの隙間を通じてウ
ェーハ４の裏面側に開口する穴１ａ内にもガスが充填さ
れる。この状態で、ウェーハ４が通常の密着度で絶縁膜
３に密着している場合、ウェーハ４と絶縁膜３との間か
ら穴１ａ内のガスが流出することがないので、ベローズ
５内の圧力は一定に保たれている。したがって、この場
合、直流電源８の出力は、制御装置１４により補正され
ず一定値となる。

【００２３】ところが、密着度が低下すると、ウェーハ
４と絶縁膜３との間に隙間が生じ、穴１ａ内のガスがそ
の隙間からチャンバ内に流出して、ベローズ５内の圧力
が大幅に低下する。このときの圧力が圧力計１３により
検出されると、処理装置１４は、圧力の計測値が所定値
より低いことを認識して直流電源８の出力を上昇させ
る。これにより、直流電圧によるウェーハ４の保持力が
高まり、上記の密着度が一定に保たれる。

【００２４】以上述べたように、本実施例では、ウェー
ハ４の裏面側のガス圧力を監視して、その圧力が低下す
ると直流電圧を調整することにより、ウェーハ４の保持
力すなわち静電気力を一定に保つようになっている。そ
れゆえ、絶縁膜３やウェーハ４の状態によらず、ウェー
ハ４と絶縁膜３との密着度を一定に保つことができる。
このように、ガス圧力に基づいて密着度を管理すること
により、同一条件下におけるウェーハ４毎の温度差を±
５℃以内に抑えることができた。その結果、ウェーハ４
毎のエッチングのばらつきも±５％以内に収めることが
でき、高い均一性を確保することができた。

【００２５】続いて、本実施例の変形例について述べ
る。この変形例は、図１に破線にて示すように、下部電
極１に上下に貫通する穴１ｂが設けられ、さらに、絶縁
膜３に穴１ｂに合致する穴３ｂが設けられており、下部
電極１の下端面側から穴１ｂ・３ｂを通して、ウェーハ
４にガス圧力が付与されるように構成されている。この
ため、穴１ｂには、同図中に二点鎖線にて示すように、
ガス管１０が接続されており、マスフローコントローラ
１１からのガスが導入されるようになっている。

【００２６】この構成によっても、前記の構成と同様
に、ウェーハ４と絶縁膜３との間に隙間が生じると、穴
１ｂ・３ｂ内に充填されたガスがその隙間からチャンバ
内に流出することにより、穴１ｂ・３ｂ内の圧力が大幅
に低下するので、処理装置１４により直流電源８の出力
が調整されて、密着度がほぼ一定に保たれる。

【００２７】また、上記両者の構成においては、ベロー
ズ５内または穴１ｂ・３ｂ内にガスを充填したが、これ
とは逆に、ベローズ５内または穴１ｂ・３ｂ内のガスを
引き出して、それらの空間内を低圧状態（真空度の高い
状態）としてもよい。この場合は、上記の空間内の圧力
がチャンバ内の圧力より低くなるので、ウェーハ４と絶
縁膜３との間に隙間が生じると、チャンバ内のガスがそ
の隙間からベローズ５内または穴１ｂ・３ｂ内に流入し
て、その空間内の圧力が高まる。したがって、この圧力
が低くなる（所定値となる）ように制御装置１４により
直流電圧を調整すれば、前記と同様に密着度を一定に保
つことができる。

【００２８】なお、本実施例では、本発明をプラズマエ
ッチング装置に適用した場合について説明したが、ＣＶ
Ｄ装置等のプラズマ処理装置にも、前述の構成が適用で
きることは勿論である。

【００２９】

【発明の効果】本発明のプラズマ処理装置は、以上のよ
うに、絶縁膜を介して電極上に載置された被処理物を、
その電極に高周波電力が付与されることにより生成され
たプラズマにて処理するとともに、プラズマ発生により
上記被処理物に生じた自己バイアス電圧にて発生した静
電気力および上記電極に直流電圧が印加されることによ
り発生した静電気力にて上記電極上に吸着保持する一
方、上記被処理物が上記絶縁膜に密着した状態で上記被
処理物の裏面側がその表面側と異なる圧力となるように
ガス圧力が付与されており、さらに、上記被処理物の裏
面側のガス圧力を検出する検出手段と、この検出手段に
より検出された圧力と所定値とを比較して、両者の差が
なくなるように直流電圧を補正する補正手段とを備えて
いる構成である。

【００３０】これにより、絶縁膜や被処理物の状態によ
り絶縁膜と被処理物との密着度が異なると、被処理物の
裏面側のガス圧力も異なるので、ガス圧力を検出するこ
とで密着度の低下を監視することができる。また、密着
度が低下したときには、直流電圧を補正することによ
り、被処理物の保持力を高めて密着度を一定に保つの
で、被処理物から電極側への熱流量を一定に保持するこ
とができる。

【００３１】したがって、本発明のプラズマ処理装置を
採用すれば、絶縁膜や被処理物の状態によらず、被処理
物毎のエッチングの均一性を一定に保つことができると
いう効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るプラズマエッチング装
置の要部を示す構成図である。

【図２】従来のプラズマエッチング装置の要部を示す構
成図である。

【符号の説明】

１ 下部電極（電極） １ａ 穴 １ｂ 穴 ３ 絶縁膜 ３ｂ 穴 ４ ウェーハ（被処理物） ５ ベローズ ７ 高周波電源 ８ 直流電源 １０ ガス管 １１ マスフローコントローラ１１ １３ 圧力計（検出手段） １４ 制御装置（補正手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁膜を介して電極上に載置された被処理
   物を、その電極に高周波電力が付与されることにより生
   成されたプラズマにて処理するとともに、プラズマ発生
   により上記被処理物に生じた自己バイアス電圧にて発生
   した静電気力および上記電極に直流電圧が印加されるこ
   とにより発生した静電気力にて上記電極上に吸着保持す
   る一方、上記被処理物が上記絶縁膜に密着した状態で上
   記被処理物の裏面側がその表面側と異なる圧力となるよ
   うにガス圧力が付与されており、さらに、上記被処理物
   の裏面側のガス圧力を検出する検出手段と、この検出手
   段により検出された圧力と所定値とを比較して、両者の
   差がなくなるように直流電圧を補正する補正手段とを備
   えていることを特徴とするプラズマ処理装置。