JP6974088B2 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents
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Description
本発明の種々の側面及び実施形態は、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関するものである。
半導体デバイスの製造プロセスでは、処理ガスのプラズマを被処理基板たとえば半導体ウエハに作用させて、被処理基板にエッチング等の処理を施すプラズマ処理装置が用いられている。このようなプラズマ処理装置では、基台（サセプタ）上に設けられた静電チャックの中央部に被処理基板が載置され、静電チャックの外周部に被処理基板を囲むようにフォーカスリングが載置される。フォーカスリングにより、被処理基板に対して行われるエッチングなどのプラズマ処理の均一性が向上する。基台には、被処理基板へプラズマ中のイオンを引き込むための高周波電力であるバイアス電力が印加される場合がある。
ところで、半導体デバイスの製造工程においては、半導体ウエハ上に高アスペクト比でエッチング加工を施す場合に、ウエハ面内の一部の領域（たとえばウエハ周辺部領域）でコンタクトホールが傾く現象（チルティング）が発生することがあり、これが歩留まり低下の原因になっている。
これに対して、フォーカスリングの形状を高さが異なる複数の平坦部を含む形状としたプラズマ処理装置が知られている。高さが異なる複数の平坦部を含む形状に形成されたフォーカスリングを用いることにより、被処理基板に形成されるチルティングが抑制される。
しかしながら、上述の技術では、バイアス電力の大きさの切り替えを伴うプラズマ処理において、被処理基板に形成されるチルティングを抑制することまでは考慮されていない。
例えば、バイアス電力の大きさが相対的に低い値から相対的に高い値へ切り替えられる場合を想定する。この場合、被処理基板の上方のプラズマシースとフォーカスリングの上方のプラズマシースとの間の高さの大小関係は、被処理基板と基台との間のインピーダンスと、フォーカスリングと基台との間のインピーダンスとの差に依存することが一般に知られている。静電チャックの中央部の静電容量と静電チャックの外周部の静電容量との差が存在すると、被処理基板と基台との間のインピーダンスと、フォーカスリングと基台との間のインピーダンスとが一致しない。被処理基板と基台との間のインピーダンスと、フォーカスリングと基台との間のインピーダンスとが一致しないと、被処理基板の上方のプラズマシースとフォーカスリングの上方のプラズマシースとの間の高さの大小関係が変動し易くなる。その結果、プラズマ中のイオン等の粒子が被処理基板へ入射する傾きの変動が大きくなり、被処理基板に形成されるホールの傾きのばらつきを予め定められたスペック内に抑えることが困難となる。なお、本文では静電容量は単位面積当たりの静電容量を意味する。
高さが異なる複数の平坦部を含む形状に形成されたフォーカスリングを用いるプラズマ処理装置では、バイアス電力の大きさが切り替えられると、被処理基板の上方のプラズマシースとフォーカスリングの上方のプラズマシースとの間の高さの大小関係が変動し、被処理基板に形成されるホールの傾きが大きく変動してしまう恐れがある。したがって、バイアス電力の大きさの切り替えを伴うプラズマ処理において、被処理基板に形成されるチルティングを抑制することが期待されている。
開示するプラズマ処理装置は、１つの実施態様において、被処理基板に対するプラズマ処理の期間中に大きさが切り替えられるバイアス電力が印加される基台と、前記基台上に設けられ、中央部に前記被処理基板が載置され、外周部に前記被処理基板を囲むようにフォーカスリングが載置される静電チャックと、前記静電チャックの外周部と前記基台又は前記フォーカスリングとの間に配置され、前記静電チャックの外周部の静電容量と前記静電チャックの中央部の静電容量との差を減少させる静電容量を有する誘電体層とを有する。
開示するプラズマ処理装置の１つの態様によれば、バイアス電力の大きさの切り替えを伴うプラズマ処理において、被処理基板に形成されるチルティングを抑制することができるという効果を奏する。
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
［プラズマ処理装置の構成］
図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置１の概略構成を示す断面図である。図１に示すプラズマ処理装置１は、例えば、容量結合プラズマ（ＣＣＰ：Capacitively Coupled Plasma）を用いたプラズマエッチング装置として構成される。
図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置１の概略構成を示す断面図である。図１に示すプラズマ処理装置１は、例えば、容量結合プラズマ（ＣＣＰ：Capacitively Coupled Plasma）を用いたプラズマエッチング装置として構成される。
図１において、プラズマ処理装置１は、金属製、例えば、アルミニウム又はステンレス鋼製の保安接地された円筒型の処理容器１０を有する。処理容器１０内には、円板状の基台（サセプタ）１１が配設されている。基台１１は、例えば、アルミニウムからなり、絶縁性の筒状保持部材１２を介して処理容器１０の底から垂直上方に延びる筒状支持部１３に支持されている。基台１１は下部電極として機能する。
処理容器１０の側壁と筒状支持部１３との間には排気路１４が形成され、この排気路１４の入口又は途中に環状のバッフル板１５が配設されると共に、底部に排気口１６が設けられ、該排気口１６に排気管１７を介して排気装置１８が接続されている。ここで、排気装置１８は、真空ポンプを有し、処理容器１０内の処理空間を所定の真空度まで減圧する。また、排気管１７は可変式バタフライバルブである自動圧力制御弁（automatic pressure control valve）（以下「ＡＰＣ」という）（不図示）を有し、該ＡＰＣは自動的に処理容器１０内の圧力制御を行う。さらに、処理容器１０の側壁には、ウエハＷの搬入出口１９を開閉するゲートバルブ２０が取り付けられている。
下部電極として機能する基台１１には、高周波電源２２ａが整合器２１ａを介して電気的に接続されている。また、基台１１には、高周波電源２２ｂが整合器２１ｂを介して電気的に接続されている。高周波電源２２ａは、プラズマ生成用の電源であり、所定の高周波の高周波電力を基台１１に印加する。また、高周波電源２２ｂは、イオン引き込み用の電源であり、高周波電源２２ａよりも低い周波数の高周波電力を基台１１に印加する。高周波電源２２ｂから基台１１へ印加される高周波電力は、被処理基板の一例であるウエハＷへプラズマ中のイオンを引き込むための高周波電力であり、「バイアス電力」とも呼ばれる。高周波電源２２ｂは、ウエハＷに対するプラズマ処理の期間中に、制御部４３からの指示に応じて、バイアス電力の大きさを相対的に低い値と相対的に高い値とに切り替える。
また、処理容器１０の天井部には、後述する接地電位の上部電極としてのシャワーヘッド２４が配設されている。これにより、高周波電源２２ａからの高周波電圧が基台１１とシャワーヘッド２４との間に印加される。
基台１１の上面には、ウエハＷを静電吸着力で吸着する静電チャック２５が配設されている。静電チャック２５は、円板状の中央部２５ａと、環状の外周部２５ｂとを有する。中央部２５ａには、ウエハＷが載置され、外周部２５ｂには、ウエハＷを囲むようにフォーカスリング３０が載置される。中央部２５ａは、外周部２５ｂに対して図中上方に突出しており、外周部２５ｂよりも厚さが大きい。中央部２５ａは、導電膜からなる電極板２５ｃを一対の誘電膜の間に挟み込むことによって構成される。外周部２５ｂは、導電膜からなる電極板２５ｄを一対の誘電膜の間に挟み込むことによって構成される。電極板２５ｃには直流電源２６がスイッチ２７を介して電気的に接続されている。電極板２５ｄには直流電源２８−１，２８−２がスイッチ２９−１，２９−２を介して電気的に接続されている。そして、静電チャック２５は、直流電源２６から電極板２５ｃに印加された電圧によりクーロン力等の静電力を発生させ、静電力により静電チャック２５にウエハＷを吸着保持する。また、静電チャック２５は、直流電源２８−１，２８−２から電極板２５ｄに印加された電圧によりクーロン力等の静電力を発生させ、静電力により静電チャック２５にフォーカスリング３０を吸着保持する。なお、静電チャック２５付近の構造については、後述される。
また、基台１１の内部には、例えば、円周方向に延在する環状の冷媒室３１が設けられている。この冷媒室３１には、チラーユニット３２から配管３３，３４を介して所定温度の冷媒、例えば、冷却水が循環供給され、当該冷媒の温度によって静電チャック２５の中央部２５ａ上のウエハＷの温度及び外周部２５ｂ上のフォーカスリング３０の温度を制御する。
また、静電チャック２５には、ガス供給ライン３６を介して伝熱ガス供給部３５が接続されている。ガス供給ライン３６は、静電チャック２５の中央部２５ａに至るウエハ側ライン３６ａと、静電チャック２５の外周部２５ｂに至るフォーカスリング側ライン３６ｂとに分岐されている。伝熱ガス供給部３５は、ウエハ側ライン３６ａを用いて、静電チャック２５の中央部２５ａと、ウエハＷとで挟まれる空間に伝熱ガスを供給する。例えば、また、伝熱ガス供給部３５は、フォーカスリング側ライン３６ｂを用いて、静電チャック２５の外周部２５ｂと、フォーカスリング３０とで挟まれる空間に伝熱ガスを供給する。伝熱ガスとしては、熱伝導性を有するガス、例えば、Ｈｅガス等が好適に用いられる。
天井部のシャワーヘッド２４は、多数のガス通気孔３７ａを有する下面の電極板３７と、該電極板３７を着脱可能に支持する電極支持体３８とを有する。また、該電極支持体３８の内部にバッファ室３９が設けられ、このバッファ室３９のガス導入口３８ａには処理ガス供給部４０からのガス供給配管４１が接続されている。また、処理容器１０の周囲には、環状又は同心状に延びる磁石４２が配置されている。
上記構成のプラズマ処理装置１は、制御部４３によって、その動作が統括的に制御される。この制御部４３は、例えば、コンピュータであり、プラズマ処理装置１の各部を制御する。
制御部４３は、図示しない中央処理装置（ＣＰＵ）、及びメモリといった記憶装置を備え、記憶装置に記憶されたプログラム及び処理レシピを読み出して実行することにより、プラズマ処理装置１の各部を制御し、ウエハＷに対して所定のプラズマ処理を施す。
このように構成されたプラズマ処理装置１において、ウエハＷに対してエッチング処理が行われる場合、まず、ゲートバルブ２０が開状態に制御され、搬入出口１９を介してエッチング対象のウエハＷが処理容器１０内に搬入され、静電チャック２５上に載置される。そして、直流電源２６から所定の直流電圧が電極板２５ｃに印加され、ウエハＷが静電チャック２５の中央部２５ａに吸着保持される。また、直流電源２８−１，２８−２から所定の直流電圧が電極板２５ｄに印加され、フォーカスリング３０が静電チャック２５の外周部２５ｂに吸着保持される。
そして、処理ガス供給部４０からエッチングのための処理ガスが所定の流量でバッファ室３９へ供給され、ガス通気孔３７ａを介して処理ガスが処理容器１０内に供給される。また、排気装置１８により処理容器１０内が排気され、処理容器１０内の圧力が所定の圧力に制御される。処理容器１０内に処理ガスが供給された状態で、高周波電源２２ａからプラズマ生成用の高周波電力が基台１１に印加されるとともに、高周波電源２２ｂからイオン引き込み用の高周波電力（つまり、バイアス電力）が基台１１に印加される。
シャワーヘッド２４のガス通気孔３７ａから吐出された処理ガスは、基台１１に印加された高周波電力により、シャワーヘッド２４と基台１１との間に生じたグロー放電中でプラズマ化する。そして、処理ガスのプラズマに含まれるラジカルやイオンによってウエハＷの被処理面がエッチングされ、ウエハＷの被処理面にホールが形成される。
また、本実施形態において、制御部４３は、ウエハＷに対するプラズマ処理の期間において、高周波電源２２ｂを制御して、基台１１に印加されるバイアス電力の大きさを相対的に低い値と相対的に高い値とに切り替える。
［静電チャック付近の構造］
次に、図２を参照して、静電チャック２５付近の構造について説明する。図２は、基台１１、静電チャック２５、ウエハＷ及びフォーカスリング３０を拡大して示す拡大断面図である。
次に、図２を参照して、静電チャック２５付近の構造について説明する。図２は、基台１１、静電チャック２５、ウエハＷ及びフォーカスリング３０を拡大して示す拡大断面図である。
図２に示すように、静電チャック２５の中央部２５ａには、ウエハＷが載置され、外周部２５ｂには、ウエハＷを囲むようにフォーカスリング３０が載置される。フォーカスリング３０は、例えばシリコン等の導電性部材により形成される。フォーカスリング３０は、フォーカスリング３０の下面３０ｂのうちの全部の領域が静電チャック２５の外周部２５ｂに接触した状態で、静電チャック２５の外周部２５ｂに載置される。また、ウエハＷが静電チャック２５の中央部２５ａに載置され且つフォーカスリング３０が静電チャック２５の外周部２５ｂに載置された状態で、フォーカスリング３０の上面３０ａの高さは、ウエハＷの上面の高さに一致している。
また、静電チャック２５の外周部２５ｂと基台１１との間には、誘電体層５０が配置されている。静電チャック２５の中央部２５ａは、上述したように、静電チャック２５の外周部２５ｂに対して上方に突出しており、外周部２５ｂよりも厚さが大きい。中央部２５ａと外周部２５ｂとの間の厚さの違いにより、中央部２５ａの静電容量は、外周部２５ｂの静電容量よりも小さい。これに対し、誘電体層５０は、静電チャック２５の中央部２５ａの静電容量と静電チャック２５の外周部２５ｂの静電容量との差を減少させる静電容量を有する。具体的には、誘電体層５０の厚さ及び比誘電率は、誘電体層５０の静電容量と静電チャック２５の外周部２５ｂの静電容量との合成静電容量が静電チャック２５の中央部２５ａの静電容量に一致するように、選定される。これにより、誘電体層５０及び静電チャック２５の外周部２５ｂを介する基台１１とフォーカスリング３０との間のインピーダンスが、静電チャック２５の中央部２５ａを介する基台１１とウエハＷとの間のインピーダンスに一致する。
ここで、静電チャック２５付近の等価回路を用いて、誘電体層５０の作用を説明する。図３は、静電チャック２５の外周部２５ｂと基台１１との間に誘電体層５０が配置されない場合の静電チャック２５付近の等価回路の一例を示す図である。図４は、静電チャック２５の外周部２５ｂと基台１１との間に誘電体層５０が配置された場合の静電チャック２５付近の等価回路の一例を示す図である。
図３及び図４において、静電チャック２５の中央部２５ａの静電容量をＣｗ、静電チャック２５の外周部２５ｂの静電容量をＣｆと定義する。また、図４において、誘電体層５０の静電容量をＣｄと定義する。静電チャック２５の中央部２５ａは、外周部２５ｂよりも厚さが大きいため、静電容量Ｃｗは、静電容量Ｃｆよりも小さい。
まず、図３に示すように、静電チャック２５の外周部２５ｂと基台１１との間に誘電体層５０が配置されない場合を想定する。プラズマ処理の期間において基台１１に印加されるバイアス電力が相対的に低い値（以下「低バイアス電力値」と呼ぶ）に切り替えられると、フォーカスリング３０の上方のプラズマシースの高さとウエハＷの上方のプラズマシースの高さとが共に低下する。ここで、フォーカスリング３０の上面３０ａの高さは、ウエハＷの上面の高さに一致するので、フォーカスリング３０の上方のプラズマシースの高さは、図３の破線に示すように、ウエハＷの上方のプラズマシースの高さにおおむね一致する。すると、ウエハＷのエッジ部付近では、プラズマ中のイオンがウエハＷの被処理面に対して鉛直方向に入射する。エッチング処理では、イオンの入射方向に沿ってホールが形成される。そのため、ウエハＷのエッジ部付近では、ウエハＷの被処理面に形成されるホールの深さ方向の形状は、鉛直方向に沿った形状となる。
その後、基台１１に印加されるバイアス電力が相対的に高い値（以下「高バイアス電力値」と呼ぶ）に切り替えられると、フォーカスリング３０の上方のプラズマシースの高さとウエハＷの上方のプラズマシースの高さとが共に上昇する。ここで、バイアス電力が高バイアス電力値に切り替えられると、ウエハＷの上方のプラズマシースとフォーカスリング３０の上方のプラズマシースとの間の高さの大小関係は、ウエハＷと基台１１との間のインピーダンスと、フォーカスリング３０と基台１１との間のインピーダンスとの差に依存することが知られている。誘電体層５０が配置されない場合、ウエハＷと基台１１との間のインピーダンスは、静電容量Ｃｗの逆数に比例し、フォーカスリング３０と基台１１との間のインピーダンスは、静電容量Ｃｆの逆数に比例する。静電容量Ｃｗは、静電容量Ｃｆよりも小さい。そのため、ウエハＷと基台１１との間のインピーダンスは、フォーカスリング３０と基台１１との間のインピーダンスよりも大きい。そのため、フォーカスリング３０の上方のプラズマシースの高さは、図３の実線に示すように、ウエハＷの上方のプラズマシースの高さよりも大きくなる。すると、ウエハＷのエッジ部付近では、プラズマ中のイオンがウエハＷの被処理面に対してウエハＷのエッジ部の方向に斜めに傾いて入射する。そのため、ウエハＷのエッジ部付近では、ウエハＷの被処理面に形成されるホールの深さ方向の形状は、鉛直方向に対してウエハＷのエッジ部の方に斜めに傾いた形状となる。その結果、ウエハＷに形成されるチルティングが増大してしまう。
これに対して、図４に示すように、静電チャック２５の外周部２５ｂと基台１１との間に誘電体層５０が配置された場合を想定する。プラズマ処理の期間において基台１１に印加されるバイアス電力が低バイアス電力値に切り替えられると、フォーカスリング３０の上方のプラズマシースの高さとウエハＷの上方のプラズマシースの高さとが共に低下する。ここで、フォーカスリング３０の上面３０ａの高さは、ウエハＷの上面の高さに一致するので、フォーカスリング３０の上方のプラズマシースの高さは、図４の破線に示すように、ウエハＷの上方のプラズマシースの高さに一致する。すると、ウエハＷのエッジ部付近では、プラズマ中のイオンがウエハＷの被処理面に対して鉛直方向に入射する。エッチング処理では、イオンの入射方向に沿ってホールが形成される。そのため、ウエハＷのエッジ部付近では、ウエハＷの被処理面に形成されるホールの深さ方向の形状は、鉛直方向に沿った形状となる。
その後、基台１１に印加されるバイアス電力が高バイアス電力値に切り替えられると、フォーカスリング３０の上方のプラズマシースの高さとウエハＷの上方のプラズマシースの高さとが共に上昇する。ここで、バイアス電力が高バイアス電力値に切り替えられると、ウエハＷの上方のプラズマシースとフォーカスリング３０の上方のプラズマシースとの間の高さの大小関係は、ウエハＷと基台１１との間のインピーダンスと、フォーカスリング３０と基台１１との間のインピーダンスとの差に依存することが知られている。誘電体層５０が配置された場合、ウエハＷと基台１１との間のインピーダンスは、静電容量Ｃｗの逆数に比例し、フォーカスリング３０と基台１１との間のインピーダンスは、静電容量Ｃｆと静電容量Ｃｄとの合成静電容量（Ｃｆ・Ｃｄ）／（Ｃｆ＋Ｃｄ）の逆数に比例する。本実施形態では、誘電体層５０の厚さ及び比誘電率は、合成静電容量（Ｃｆ・Ｃｄ）／（Ｃｆ＋Ｃｄ）が静電容量Ｃｗに一致するように、選定される。これにより、誘電体層５０及び静電チャック２５の外周部２５ｂを介する基台１１とフォーカスリング３０との間のインピーダンスが、静電チャック２５の中央部２５ａを介する基台１１とウエハＷとの間のインピーダンスに一致する。そのため、フォーカスリング３０の上方のプラズマシースの高さは、図４の実線に示すように、ウエハＷの上方のプラズマシースの高さに一致する。すると、ウエハＷのエッジ部付近では、プラズマ中のイオンがウエハＷの被処理面に対して鉛直方向に入射する。そのため、ウエハＷのエッジ部付近では、ウエハＷの被処理面に形成されるホールの深さ方向の形状は、鉛直方向に沿った形状となる。すなわち、本実施形態のように誘電体層５０を配置することにより、バイアス電力が低バイアス電力値と高バイアス電力値とに切り替えられるプラズマ処理において、バイアス電力の大きさの変更に伴うチルティングを抑制することが可能となる。
なお、上述の説明では、誘電体層５０の厚さ及び比誘電率は、合成静電容量（Ｃｆ・Ｃｄ）／（Ｃｆ＋Ｃｄ）が静電容量Ｃｗに一致するように、選定される例を示したが、開示技術はこれに限られない。フォーカスリング３０の下面３０ｂのうちの一部の領域が静電チャック２５の外周部２５ｂに接触している点を考慮して、誘電体層５０の厚さ及び比誘電率を選定するようにしても良い。図５は、静電チャックの外周部と基台との間に誘電体層が配置された場合の静電チャック付近の等価回路の他の一例を示す図である。図５に示す例では、フォーカスリング３０は、フォーカスリング３０の下面３０ｂのうちの一部の領域が静電チャック２５の外周部２５ｂに接触した状態で、静電チャック２５の外周部２５ｂに載置される。図５において、プラズマに曝されるフォーカスリング３０の上面３０ａの面積をＳ１、フォーカスリング３０の下面３０ｂのうち、静電チャック２５の外周部２５ｂに接触する一部の領域の面積をＳ２と定義する。この場合、誘電体層５０の厚さ及び比誘電率は、面積Ｓ１に対する面積Ｓ２の比を合成静電容量（Ｃｆ・Ｃｄ）／（Ｃｆ＋Ｃｄ）に乗算して得られる値が静電容量Ｃｗに一致するように、選定される。これにより、誘電体層５０及び静電チャック２５の外周部２５ｂを介する基台１１とフォーカスリング３０との間のインピーダンスが、静電チャック２５の中央部２５ａを介する基台１１とウエハＷとの間のインピーダンスにより精度良く一致する。
図２の説明に戻る。誘電体層５０は、接着剤を介さずに基台１１上に形成される。具体的には、誘電体層５０は、図２に示すように、基台１１の上面の領域うち、静電チャック２５の外周部２５ｂに対応する領域に形成された凹部に溶射又は塗布により形成される。
このように、誘電体層５０が接着剤を介さずに基台１１上に形成されることで、フォーカスリング３０から基台１１への伝熱性が損なわれないので、フォーカスリング３０の温度上昇を抑制することができる。
次に、誘電体層５０の配置態様の変形例について説明する。図６は、誘電体層５０の設置態様の変形例を示す図である。一実施形態においては、誘電体層５０が静電チャック２５の外周部２５ｂと基台１１との間に配置される例を示した。しかしながら、誘電体層５０は、例えば図６に示すように、静電チャック２５の外周部２５ｂとフォーカスリング３０との間に配置されても良い。図６に示す誘電体層５０は、図２に示した誘電体層５０と同様に、静電チャック２５の中央部２５ａの静電容量と静電チャック２５の外周部２５ｂの静電容量との差を減少させる静電容量を有する。具体的には、誘電体層５０の厚さ及び比誘電率は、誘電体層５０の静電容量と静電チャック２５の外周部２５ｂの静電容量との合成静電容量が静電チャック２５の中央部２５ａの静電容量に一致するように、選定される。これにより、誘電体層５０及び静電チャック２５の外周部２５ｂを介する基台１１とフォーカスリング３０との間のインピーダンスが、静電チャック２５の中央部２５ａを介する基台１１とウエハＷとの間のインピーダンスに一致する。
なお、上述の説明では、誘電体層５０の厚さ及び比誘電率によりインピーダンスを一致させる例を示したが、開示技術はこれに限られない。たとえば、ウエハ部の基台の厚さやFR部の基台の厚さを調整してインピーダンスを一致させる方法でもよい。
［バイアス電力の大きさとホールの傾斜角度との関係］
次に、一実施形態に係るプラズマ処理装置１による効果（バイアス電力の大きさとホールの傾斜角度との関係の測定結果）について説明する。図７は、バイアス電力の大きさとホールの傾斜角度との関係の測定結果の一例を示す図である。
次に、一実施形態に係るプラズマ処理装置１による効果（バイアス電力の大きさとホールの傾斜角度との関係の測定結果）について説明する。図７は、バイアス電力の大きさとホールの傾斜角度との関係の測定結果の一例を示す図である。
図７において、「比較例」は、静電チャック２５の外周部２５ｂと基台１１との間に誘電体層５０が配置されないプラズマ処理装置を用いてバイアス電力の大きさの切り替えを伴うエッチング処理が行われた場合のホールの傾斜角度θの測定結果を示す。また、「実施例１」は、静電チャック２５の外周部２５ｂと基台１１との間に誘電体層５０が配置されたプラズマ処理装置１を用いてバイアス電力の大きさの切り替えを伴うエッチング処理が行われた場合のホールの傾斜角度θの測定結果を示す。また、「実施例２」は、静電チャック２５の外周部２５ｂとフォーカスリング３０との間に誘電体層５０が配置されたプラズマ処理装置１を用いてバイアス電力の大きさの切り替えを伴うエッチング処理が行われた場合のホールの傾斜角度θの測定結果を示す。また、「比較例」では、基台１１に印加されるバイアス電力が高バイアス電力値である１４０００Ｗに切り替えられた場合のホールの傾斜角度θがおおよそ同じになるように、フォーカスリング３０の高さが調整されたものとする。
また、図７において、基台１１に印加されるバイアス電力は、低バイアス電力値である２０００Ｗと高バイアス電力値である１４０００Ｗとに切り替えられたものとする。また、図７において、ホールの傾斜角度θは、鉛直方向に対するホールの深さ方向の角度として定義される。すなわち、ウエハＷに形成されたホールがウエハＷの被処理面の周縁部の方向に斜めに傾く場合に、ホールの傾斜角度θは正の値となる。一方、ウエハＷに形成されたホールがウエハＷの被処理面の中心部の方向に斜めに傾く場合に、ホールの傾斜角度θは負の値となる。
図７に示すように、比較例では、バイアス電力の大きさが切り替えられた場合、ホールの傾斜角度θの変動量Δθは、０．４８ｄｅｇであった。
これに対して、実施例１では、バイアス電力の大きさが切り替えられた場合、ホールの傾斜角度θの変動量Δθは、０．０６ｄｅｇであった。また、実施例２では、バイアス電力の大きさが切り替えられた場合、ホールの傾斜角度θの変動量Δθは、０．３５ｄｅｇであった。すなわち、実施例１、２では、比較例と比較して、バイアス電力の大きさの切り替えを伴うエッチング処理において、ウエハＷに形成されるチルティングを抑制することができた。
実施例２では、ホールの傾斜角度θの変動量Δθは実施例１より大きくなっている。これは、実施例２では基台１１とフォーカスリング３０との間のインピーダンスが、静電チャック２５の中央部２５ａを介する基台１１とウエハＷとの間のインピーダンスよりも高くなっているためである。従って、基台１１とフォーカスリング３０との間のインピーダンスを高くしすぎることは、ホールの傾斜角度θの変動量Δθが大きくなるので好ましくない。
［フォーカスリング３０の温度分布のシミュレーション結果］
次に、一実施形態に係るプラズマ処理装置１による効果（フォーカスリング３０の温度分布のシミュレーション結果）について説明する。図８は、静電チャック２５の外周部２５ｂと基台１１との間に誘電体層５０が配置されないプラズマ処理装置（比較例）におけるフォーカスリング３０の温度分布のシミュレーション結果を示す図である。図９は、静電チャック２５の外周部２５ｂと基台１１との間に誘電体層５０が配置されたプラズマ処理装置１（実施例）におけるフォーカスリング３０の温度分布のシミュレーション結果を示す図である。
次に、一実施形態に係るプラズマ処理装置１による効果（フォーカスリング３０の温度分布のシミュレーション結果）について説明する。図８は、静電チャック２５の外周部２５ｂと基台１１との間に誘電体層５０が配置されないプラズマ処理装置（比較例）におけるフォーカスリング３０の温度分布のシミュレーション結果を示す図である。図９は、静電チャック２５の外周部２５ｂと基台１１との間に誘電体層５０が配置されたプラズマ処理装置１（実施例）におけるフォーカスリング３０の温度分布のシミュレーション結果を示す図である。
図８及び図９に示すように、実施例では、比較例とほぼ同等のフォーカスリング３０の温度分布が得られた。すなわち、実施例では、誘電体層５０は、接着剤を介さずに基台１１上に形成される。そのため、フォーカスリング３０から基台１１への伝熱性が損なわれないので、フォーカスリング３０の温度上昇を抑制することができた。
以上、一実施形態によれば、ウエハＷに対するプラズマ処理の期間中に大きさが切り替えられるバイアス電力が印加される基台１１上に設けられた静電チャック２５の外周部２５ｂと基台１１又はフォーカスリング３０との間に誘電体層５０を配置した。これにより、バイアス電力の大きさの切り替えを伴うプラズマ処理において、ウエハＷに形成されるチルティングを抑制することができる。
また、一実施形態によれば、誘電体層５０は、接着剤を介さずに基台１１上に形成される。そのため、フォーカスリング３０から基台１１への伝熱性が損なわれないので、フォーカスリング３０の温度上昇を抑制することができる。
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
例えば、上記した実施形態では、静電チャック２５が静電力によりフォーカスリング３０を吸着保持する例を示したが、静電チャック２５がフォーカスリング３０を吸着保持しなくても良い。この場合、静電チャック２５から電極板２５ｄが省略される。
また、上記した実施形態では、プラズマ処理装置１は、ＣＣＰタイプのプラズマエッチング装置であったが、任意のプラズマ源がプラズマ処理装置１に採用され得る。例えば、プラズマ処理装置１に採用されるプラズマ源として、Inductively Coupled Plasma（ＩＣＰ）、Radial Line Slot Antenna、Electron Cyclotron Resonance Plasma（ＥＣＲ）、Helicon Wave Plasma（ＨＷＰ）などが挙げられる。
Ｗ ウエハ
１０ 処理容器
１１ 基台
２５ 静電チャック
２５ａ 中央部
２５ｂ 外周部
３０ フォーカスリング
５０ 誘電体層
１０ 処理容器
１１ 基台
２５ 静電チャック
２５ａ 中央部
２５ｂ 外周部
３０ フォーカスリング
５０ 誘電体層
Claims (9)
- 被処理基板に対するプラズマ処理の期間中に大きさが切り替えられるバイアス電力が印加される基台と、
前記基台上に設けられ、中央部に前記被処理基板が載置され、外周部に前記被処理基板を囲むようにフォーカスリングが載置される静電チャックと、
前記静電チャックの外周部と前記基台との間に配置され、前記静電チャックの中央部の静電容量と前記静電チャックの外周部の静電容量との差を減少させる静電容量を有する誘電体層と
を有することを特徴とするプラズマ処理装置。 - 前記誘電体層の厚さ及び比誘電率は、前記誘電体層の静電容量と前記静電チャックの外周部の静電容量との合成静電容量が前記静電チャックの中央部の静電容量に一致するように、選定されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フォーカスリングは、前記フォーカスリングの下面のうちの一部の領域が前記静電チャックの外周部に接触した状態で、前記静電チャックの外周部に載置され、
前記誘電体層の厚さ及び比誘電率は、前記フォーカスリングの上面の面積に対する、前記フォーカスリングの下面のうちの前記一部の領域の面積の比を、前記誘電体層の静電容量と前記静電チャックの外周部の静電容量との合成静電容量に乗算して得られる値が前記静電チャックの中央部の静電容量に一致するように、選定されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプラズマ処理装置。 - 被処理基板に対するプラズマ処理の期間中に大きさが切り替えられるバイアス電力が印加される基台と、
前記基台上に設けられ、中央部に前記被処理基板が載置され、外周部に前記被処理基板を囲むようにフォーカスリングが載置される静電チャックと、
前記静電チャックの外周部と前記基台との間に配置され、前記静電チャックの中央部の単位面積当たりの静電容量と前記静電チャックの外周部の単位面積当たりの静電容量との差を減少させる単位面積当たりの静電容量を有する誘電体層と
を有することを特徴とするプラズマ処理装置。 - 前記誘電体層の厚さ及び比誘電率は、前記誘電体層の単位面積当たりの静電容量と前記静電チャックの外周部の単位面積当たりの静電容量との合成静電容量が前記静電チャックの中央部の単位面積当たりの静電容量に一致するように、選定されることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フォーカスリングは、前記フォーカスリングの下面のうちの一部の領域が前記静電チャックの外周部に接触した状態で、前記静電チャックの外周部に載置され、
前記誘電体層の厚さ及び比誘電率は、前記フォーカスリングの上面の面積に対する、前記フォーカスリングの下面のうちの前記一部の領域の面積の比を、前記誘電体層の単位面積当たりの静電容量と前記静電チャックの外周部の単位面積当たりの静電容量との合成静電容量に乗算して得られる値が前記静電チャックの中央部の単位面積当たりの静電容量に一致するように、選定されることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のプラズマ処理装置。 - 前記被処理基板が前記静電チャックの中央部に載置され且つ前記フォーカスリングが前記静電チャックの外周部に載置された状態で、前記フォーカスリングの上面の高さは、前記被処理基板の上面の高さに一致することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
- 前記誘電体層は、接着剤を介さずに前記基台上に形成されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
- 請求項１〜８のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置を用いて、被処理基板に対してプラズマ処理を行うことを特徴とするプラズマ処理方法。
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