(57)【要約】
`【構成】プラズマ源と、処理チャンバ１内に被処理物を
`保持して加熱あるいは冷却するステージ７とを備えたプ
`ラズマ処理装置において、ステージ７を複数のブロック
`８に分け、被処理物からステージ７へ伝わる熱量をブロ
`ック８毎に別個に制御することにより、被処理物の温度
`分布を自在に制御可能とし、プラズマ処理中には、被処
`理物の温度が均一になるように制御する。
`【効果】被処理物の温度分布を自在に制御することが可
`能となり、半導体製造プロセスでは、より微細で高性能
`な半導体が製造できる。また、被処理物上に落下するダ
`ストを低減し、半導体素子の歩留まりを向上することが
`できる。
`
`(cid:55)(cid:82)(cid:78)(cid:92)(cid:82)(cid:3)(cid:40)(cid:79)(cid:72)(cid:70)(cid:87)(cid:85)(cid:82)(cid:81)(cid:3)(cid:47)(cid:76)(cid:80)(cid:76)(cid:87)(cid:72)(cid:71)
`(cid:40)(cid:59)(cid:43)(cid:44)(cid:37)(cid:44)(cid:55)(cid:3)(cid:20)(cid:19)(cid:19)(cid:26)
`(cid:44)(cid:51)(cid:53)(cid:3)(cid:51)(cid:72)(cid:87)(cid:76)(cid:87)(cid:76)(cid:82)(cid:81)(cid:3)(cid:73)(cid:82)(cid:85)
`(cid:56)(cid:17)(cid:54)(cid:17)(cid:3)(cid:51)(cid:68)(cid:87)(cid:72)(cid:81)(cid:87)(cid:3)(cid:49)(cid:82)(cid:17)(cid:3)(cid:53)(cid:40)(cid:23)(cid:19)(cid:15)(cid:21)(cid:25)(cid:23)
`
`Page 1 of 5
`
`

`

`1
`
`【特許請求の範囲】
`【請求項１】プラズマ源と、処理チャンバ内に被処理物
`を保持して加熱あるいは冷却するステージとを備え、前
`記ステージを複数のブロックに分け、前記各ブロックの
`温度をブロック毎に別個に設定することにより、前記被
`処理物の温度分布を設定可能としたことを特徴とするプ
`ラズマ処理装置。
`【発明の詳細な説明】
`【０００１】
`【産業上の利用分野】本発明は被処理物の温度分布を自
`在に制御することのできるプラズマ処理装置に関する。
`【０００２】
`【従来の技術】近年、半導体デバイスは、ますます微細
`化，集積化が進んでいる。より精密な半導体デバイスを
`実現するには、プロセスに影響するさまざまな条件を設
`定することが必要ある。現在、半導体プロセスのなか
`で、成膜，エッチングプロセスの多くが、処理ガスを、
`真空チャンバ内に導入し、直流電圧，μ波，高周波等の
`エネルギで電離させて、半導体ウエハの成膜，エッチン
`グ処理を行うプラズマプロセスである。
`【０００３】このプラズマプロセス中の半導体ウエハ
`（以下、ウエハ）の温度は、より精密なプロセスを実現
`するために、重要なパラメータの一つであり、プロセス
`中のウエハ温度分布を均一化することが要求されてい
`る。
`【０００４】プラズマ処理装置のうち、たとえばエッチ
`ング装置では、処理中、ウエハは、プラズマによって加
`熱されるので、ウエハの温度を所望の温度に保つには、
`ウエハを冷却する必要がある。ウエハを冷却するための
`第一の従来技術は、特公昭56-53853号，特公昭57−4474
`7号公報に記載のように、冷却したステージにウエハを
`静電吸着して処理を行う方法がある。また、第二の従来
`技術は、特公平2− 27778号，特開平2−30128 号公報
`に記載のようにウエハをステージ上にクランプ等によっ
`て機械的に保持した状態で、ウエハとステージの間に冷
`却を促進するためのガスを導入して、ウエハの冷却を図
`る方法がある。さらに、第三の従来技術として、特開昭
`58−32410号，特開昭60−115226 号公報のように、ウエ
`ハを静電吸着した状態で、ウエハとステージの間にガス
`を導入して、ウエハの冷却を図る方法がある。
`【０００５】これらの方法において、ウエハの温度は、
`プラズマからの入熱とステージとウエハの間の熱通過率
`によって決まる。第一の従来技術では、この熱通過率が
`十分でないためにウエハを十分に冷却できないという問
`題がある。第二，第三の従来技術では、ステージとウエ
`ハの間のガス圧力は、ウエハの外周付近で低くなるの
`で、プラズマからの入熱がウエハの面内で均一であって
`も、ウエハには外周が高くなるような温度分布が生じる
`という問題がある。また、いずれの場合もプラズマから
`の入熱が均一でないときは、それに応じた温度分布が生
`
`(2)
`
`10
`
`20
`
`30
`
`40
`
`50
`
`特開平８−１９１０５９
`
`2
`
`じる。
`【０００６】また、プラズマ処理プロセスに代表される
`半導体製造プロセスにとって、重要な問題の一つとし
`て、ウエハ上に落下する異物（ダスト）の問題がある。
`ＣＶＤやエッチングといったプラズマプロセスでは、プ
`ラズマ中で成長したダスト、あるいは、処理チャンバ表
`面からの剥離によって発生したダスト等が、ウエハ上に
`落下し、膜質の劣化や、プロセスの歩留まりの低下をも
`たらす。
`【０００７】文献（Jpn. J Apl. Phys. 30(1991)1887.
`のShirataniら）に記載のように、プラズマ中では、ダ
`ストは負に帯電し、プラズマによって形成される電場の
`なかで、ウエハあるいは電極の上に浮いていることが知
`られている。また、これらのダストの挙動は、重力，ガ
`ス流れ，電場，磁場などに影響されるが、熱泳動をもた
`らすウエハの温度とも関係する。
`【０００８】詳細は、文献（J Apl. Phys. 67(1990) 64
`90.のG.M.Jellumら)に記載されているが、たとえば、電
`極間隔２５mmの平行平板型アルゴンＲＦ放電（０.５Tor
`r)において、数℃／mmの温度勾配による熱泳動効果によ
`って、直径０.５μｍ のダストが、等電位面に添って高
`温側から低温側へと移動することが報告されている。
`【０００９】ここで、例えばプラズマエッチング装置で
`は、プラズマにさらされているものは、入射するイオン
`によって加熱されるので、所望のエッチング特性を得る
`ために、ウエハは積極的に冷却されるのが普通であり、
`処理チャンバ内で、ウエハあるいは電極周辺は最も低温
`である。これは、熱泳動効果の点からみると、チャンバ
`内のダストを集めやすい条件である。したがって、プラ
`ズマにさらされた被処理物周囲の部材やチャンバ壁面等
`から、ダストが熱泳動によってウエハ近くへと引き寄せ
`られることが予想される。
`【００１０】
`【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、被処
`理物の温度分布を均一化し、よりよいプラズマ処理特性
`を得るとともに、被処理物上に落下するダストを低減す
`ることにある。
`【００１１】
`【課題を解決するための手段】上記課題は、被処理物の
`温度分布を自在に制御することが可能なステージ構造と
`することによって達成される。
`【００１２】
`【作用】本発明によれば、被処理物を加熱冷却するステ
`ージを、被処理物の温度分布を自在に制御可能な構造と
`することにより、被処理物をプラズマ処理する際には、
`被処理物の温度を均一化し、均一なプラズマ処理特性を
`得ることができる。
`【００１３】さらに、本発明によれば、プラズマ遮断前
`に被処理物、およびその周囲を所定の温度分布（例え
`ば、被処理物から周辺に行くにしたがって低くなるよう
`
`Page 2 of 5
`
`

`

`特開平８−１９１０５９
`%%¥8—191o59
`
`4
`4
`
`ることにより、ウエハへの入熱が変化しても、ウエハを
`éC&KlD\WIAm®X%fi§WLT£\WIAE
`常に所望の温度分布に制御することができる。
`%mW$®fi§fimmfl@?5:afi?%5o
`【００１７】ウエハの温度分布を変えることができるこ
`[0017]7In®fi§fifi%£z5:afi?%5:
`とは、ウエハに落下するダストの減少に効果がある。図
`am‘fi:nm%T?%§x%®M9mfi%fi§%oE
`５に本発明による一実施例であるエッチングプロセスの
`5K$%%E;é*%fiWTE%Iv?VV7UtZ®
`フローチャートを示す。前述のように、エッチング中、
`7n~%v—%%%?ofifl®;5u\1v?Vfi$\
`エッチングによってできた、あるいはチャンバ壁面等か
`Iv%y¢m;oT?%k,%5wu%+yA%4%b
`ら発生したダストは、帯電してウエハの近くに浮かんで
`E%$Lk§X%fl,%%LffiIn@fi<Efl#h?
`いる。ウエハの温度は、エッチングの均一化の要求か
`w5ofi:n®fi§u\Iv%y¢®fi~m®%ib
`ら、なるべく均一であることが望まれるが、エッチング
`6,&é&<fi~?&5:a#%Eh%fi,1v%yfi
`処理がほぼ終了した時点で、プラズマを遮断すること無
`fl@fifiH%YLkfifiT\75f?%fl%?é:ai
`しに、ウエハの温度を中心部が高く周辺が低いような温
`LE‘§IA®fi§%$®%N%<Eflfifim$5&fi
`度分布に変化させると、ウエハ上の温度勾配による熱泳
`§fimmEk$%5a\fizniwfififlmmxafifi
`動効果によって、ダストは、周辺部へと移動する。この
`§%%KloT\§XFfl\Efl%WE@§?%oC®
`とき、ウエハの外側にもっとも低温な部分を設けておく
`t%\WIA®%WE%9E%fifi&%fi%$UT3<
`と（図２の実施例では、ブロック８ｄ）、この部分にダ
`E(E2®%fiWTfl\7Uv78d)\C®%fiEV
`ストは引き寄せられる。このようにしてダストをウエハ
`x+uw%%fi6h5ocoxfituffixkébmn
`上から除いた後、プラズマを遮断することによって、プ
`L@B%Mfi%\75f7%fl%?%CEE$oT\7
`ラズマ遮断時にウエハ上に落下するダストを減少させる
`5f7fl%%mw:nLm%T?%§Xb&fi¢$%5
`ことができる。またプラズマ遮断前にウエハの温度分布
`CkfiT%6oEk75X7fl%%E7In®fi§9$
`を大きくすることが、エッチングプロセスに悪影響を与
`%k%<?é:tfi\Iv?Vfi7nhXK%%§%5
`える場合には、図６に示すフローチャートのように、例
`ié%étu\E6Efi?7n~%v—%®;5w,W
`えば、アルゴンプラズマのようにウエハに影響を与えに
`ifi,7wfiy75X7®;5k&1nm%§%5zm
`くいクリーンなプラズマに切り替えてから、ウエハの温
`<w7U~V&75X7KWO§iTbB\Wlnflfi
`度分布を変えれば、エッチングプロセスに与える影響を
`§fifi%fizhfi\Iv%Vfi7ntXK5zé%§%
`小さくすることができる。
`¢$<?%CafiT%%o
`【００１８】
`[0o1m
`【発明の効果】本発明によるプラズマ処理装置によっ
`[%%®fi%]$%%m;57527w@%Em;o
`て、被処理物の温度分布を自在に制御することが可能と
`T‘Wmfl%®fi§9$%EEmflm?%:a#fl%t
`なり、半導体製造プロセスでは、プラズマ処理中のウエ
`%D,¥§W%fi7ntx?u\75X7m@¢®&:
`ハ温度分布を均一にすることによって、より微細で高性
`nfi§fifi%fi~K?%:aw;oT\ibflmfififi
`能な半導体が製造できるようになる。また、本発明によ
`%%¥§Wfi%%T%%;5K%%oik\$%%E;
`るプラズマ処理方法によって、被処理物上に落下するダ
`%75X7fl@fiEE;oT\WM@%iK%T?é¥
`ストを低減し、半導体素子の歩留まりを向上することが
`x+%fiML\¥§¢§¥®5%iD%fi:?%:a#
`できる。
`?%5o
`【図面の簡単な説明】
`[m4®%$&%%]
`【図１】本発明の一実施例を示す断面図。
`[%1]$fi%®~£fiW%fi?%4mo
`【図２】本発明の一実施例を示す断面図。
`[%2]$fi%®~£fiW%fi?%4mo
`【図３】ステージ上のブロック分割を示す斜視図。
`[@3]x?—y:®7mv7fi%%fi?flmEo
`【図４】本発明の第二の実施例を示す断面図。
`[I21 4] 21:?-=EED30)%:o)%EEq‘4’5'TJ>E/%3“r=£E
`【図５】本発明による一実施例を示すフローチャート。
`[%5]$fi%m;52%flW%%?7m~%+—%o
`【図６】本発明による第二実施例を示すフローチャー
`[E6]$fi%k;5%:£fiW&fi?7n~%v~
`ト。
`【符号の説明】
`H%®%%]
`１…処理チャンバ、２…プロセスガス導入系、３…マイ
`1~m@%vyN,2~7ntxfiX§l%\3~v4
`クロ波発生部、４…導波管、５…コイル、６…ウエハ、
`7Ufi%$%\4~§W%\5~34W\6~WIn.
`７…ステージ、８…ブロック、９…冷却ブロック、１０
`7~Z?—V\8~7Uv7\9~Rfl7Uv7\10
`…ヒータ、１１…静電チャック、１２…伝熱促進用ガス
`~t~9‘11~%%%vv7\12~EfifiEmfix
`導入口、１３…仕切り、１４…ステージの温度検出手
`§lD\13~&mD\14~x?~v®fiEfi$$
`段、１５…ウエハの温度検出手段、１６…排気系、１７
`Bi‘ 15---'7I1\0)?EJ§1fim$E§\ 16---J3Ffi%\ 17
`
`M [
`
`(3)
`
`10
`10
`
`20
`20
`
`30
`30
`
`40
`40
`
`50
`50
`
`3
`3
`
`な温度分布）にすることによって、プラズマ中のダスト
`%fi§fiE)m?5:am;oT,75X7$®§x%
`を被処理物から遠ざかるように導き、プラズマ遮断時
`%mw@%bBfi€b5;5k%%,75f7fl%%
`に、被処理物上に落下するダストを減少させることがで
`K,%fl@%LK%T?é§X%%fi&$fié:kfiT
`きる。
`%%o
`【００１４】
`[0o1M
`【実施例】本発明は、半導体製造の分野に限定されるも
`[£flW}$%%u‘¥§%%fi®fi§m@E$h5£
`のではないが、最も有用なのは、半導体製造装置ならび
`®?u&wfi\%£fim%®u\¥§¢%fi%E&BG
`に半導体製造プロセスであると思われるので、以下、被
`m¥§W%fi7mtx?%5&Ebhé®T,mT\W
`処理物として半導体ウエハ，プラズマ処理装置として、
`flfl%tLT¥§%fiIn,75f7fl@%§ELT\
`マイクロ波プラズマエッチング装置を例にとって、実施
`747Dfi75X?Iv?Vfi%E%WKkoT\%fi
`例を示す。
`Wéfiio
`【００１５】図１は、本発明の一実施例を示した断面図
`[0o15]@1u‘$%%®~$flW%%Lk%4m
`である。マイクロ波プラズマエッチング装置は、処理チ
`TE6o74bmfi75X71v%Vfi%Eu\ME?
`ャンバ１，プロセスガス導入系２，マイクロ波発生部
`+>A1,7nkXfiX§l%2,74bufi%$$
`３，導波管４，コイル５，ウエハ６を保持するステージ
`3,§fi%4,:4w5,&1n6%fi%?&X?—V
`７等からなる。ステージ７は、ウエハ６に高周波を付加
`7%bE%5oX?—V7fl\WIA6K%EW%Hm
`する電極の役目も兼ねている。ステージ７の詳細は、図
`?5%@®&a%%hTm5ox?—V7®%mu\E
`２のようになっており、ステージ７は、複数のブロック
`2®$5E&oT3D\X?—§7fl\§fl®7Uv7
`８ａ，８ｂ……に分かれている。ウエハ６は、ほぼ円形
`8a,8b ---- ~kfibhTw5ofi1n6u.&mW%
`であるので、これらブロックは、図３に示すように分割
`TE5®T‘:hB7nv7u\E3Kfi?;5tfi%
`することが望ましい。ブロックの数は、ウエハの温度分
`?%Ctfi%ELWo7UV7®flfl\§IA®fi§fi
`布をどの程度の精度で制御するかに依存する。これらの
`fi%E®@§®%§?fl@?%#mfifi?5othaw
`ブロックは、例えばアルミニウムなどの熱伝導率の高い
`7Uv7fl.Wifi7wE:7A%8®fifi§$®%W
`金属材料で作られることが望ましい。また、それぞれの
`$EMflT¢Eh%CEfi%¥LwoEk\%h%h®
`ブロックは、例えば、セラミック材料のようなブロック
`7mv7fl‘Wifl\h5Ev7Hfl®:5&7Uv7
`よりも熱伝導率の悪い材料からなる仕切り１３によって
`;D%fifi§$®%wHflbB&%&wD1sugar
`仕切られる。すべてのブロックは、一つの冷却ブロック
`&WBh%o?NT®7Uv7fi\~O®%fl7Uv7
`９によって冷却される。冷却ブロックも、アルミニウム
`9m:oT%fl$h5oRfl7nvb%\7wE:WA
`などの熱伝導率の高い金属材料で作られることが望まし
`taofifigfiofimfifififlffiahazafiiib
`い。さらにそれぞれのブロックは、別個に制御されるヒ
`we$6m%h%h®7my7u,%@mflm$h5t
`ータ１０ａ，１０ｂ……を内蔵しており、このヒータの
`~910a,10b ---- ~%WfiLT%D\C®k~7@
`出力を制御することによって、各ブロック毎に別個に温
`wfi%fl@?5:aK;oT\§7uv7fitw@Efi
`度を設定することができる。各ブロックの表面には、静
`§%%fi?5:tfiT%éo§7uv7®§4Ku.%
`電チャック１１ａ，１１ｂ……が形成されており、ウエ
`%%vv711a,11b ---- ~fi%fiEhTfiD\WI
`ハを静電吸着することができる。さらに、ウエハとステ
`M%%§W§?%Z8fiT%%o$BK\§IntX?
`ージの間には、熱伝導を促進するための数Torrのガスが
`*—“/WDFEWC Li‘ §‘:E§7E{E£§‘% f'C?5b0)§ITorr 037'J“X7J“
`導入される。このような構成からなるステージを用いる
`§l$h%oC®l5%%fibE%%X?—V%WW%
`ことによって、ウエハの温度分布を自在に設定すること
`CEE$9T\WIA®fi§fi$%EEK$E?%CE
`ができる。すなわち、ウエハの中心の温度を上げたけれ
`fi?%éo?&bB,filnwwbofifiéiwkwh
`ば、図２のヒータ１０ａの出力を高めにして、ブロック
`fl\E2®t~710a®$fl%%bKLT\7Uv7
`１０ａの温度をあげてやればよい。逆に、各ブロックの
`1oa®fl§%EWT%hfi;wofiw\§7nvb®
`温度が等しいのにもかかわらず、ウエハの温度が不均一
`fi§fi%Lm®m£bbbBf\fi1n®fiE#$fi~
`な場合（プラズマによるウエハへの入熱が不均一な場
`%%fi(75X7m;5b:n«®L%fi$fi~&%
`合）に、ウエハの温度を均一化したいときは、温度の高
`fi)E\§In®fi§Efi*WLkWE%fl\fi§®%
`い部分に接しているブロックの設定温度を下げればよ
`w%fiK%LTwé7Dv7@%ifi§%TWhfi;
`い。
`by
`【００１６】また、図２に示したブロック自体の温度検
`[O016]Ek.E2K%LE7nv7EW®fi§fi
`出手段１４をくわえるか、さらに望ましくは図４に示す
`$$&14%<biéb\$EK%§L<flE4Kfi?
`ようにウエハの温度の検出手段１５を加え、検出した温
`;5mw:nwfi§@mm$&15&mz‘manta
`度を用いて、各ブロックとウエハの間の伝熱量を制御す
`§%%wT\§7uv7tfiIn®fi®Efi%%%@?
`
`Page 3 of 5
`IMge3qf5
`
`

`

`(4)
`W
`
`特開平８−１９１０５９
`%%¥8—191o59
`
`…高周波電源。
`mfififififio
`
`5
`5
`
`【図１】
`[%1]
`
`H 1
`
`6
`6
`
`【図２】
`[E2]
`
`E 2
`
`\'u“\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\VA\\\\\V\\\w.\\\\\\\x\\\\\~.\\\v
`
`13c
`
`
`EEEEHEHHHHHEFQMEHHWEMHEEEH
`
`
`
`
`
`fifififlifi
`
`12wfiamtm
`fi2aAn
`
`gfifljuyfi
`
`147uv9m
`
`
`
`【図３】
`{@3]
`
`m 3
`
`5
`
`【図４】
`[E4]
`
`a 4
`
`\~_______,,;; bscsd 15 '5' I/‘\5n“ilE 1
`
`mm$m
`
`smmvnva
`
`Page 4 of 5
`Puge‘1qf5
`
`

`

`(5)
`M
`
`特開平８−１９１０５９
`%%¥8—191o59
`
`【図６】
`[E6]
`
`E 6
`
`C +
`
`'7IJ\E|€J—{:i%.*.lI
`
`Iw?>#flR0il
`
`75X?%$.IwTVJME
`
`m075Xv«mmU§A
`
`4r
`¢IM£fi9fiE¢fiTE<
`%ETfi<f6.
`
`+
`75X7fiM
`
`¢E
`
`
`
`【図５】
`[E5]
`
`H 5
`
`¢:n&m4umw
`
`
`
`Ivfydflzmfix
`
`75X7%$.IvTVdflE
`
`
`
`
`UInfiEHfi&¢bT%<
`%ETfl<Té.
`
`
`7527mm
`
`wet
`
`
`　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
`フロントページの続き
`7nV%&~V®fi%
`
`(51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所
`(51)Int.G . 6
`%iB'|J§E%
`IfI7~]¥@$%
`F I
`fifififi/fififi
` Ｃ３０Ｂ 25/16
`C 3 0 B
`25/16
` Ｈ０１Ｌ 21/205
`}10 1 L
`21/205
` 21/31 Ｃ
`2u31
`C
`// Ｃ２３Ｃ 16/46
`// C 2 3 C
`16/46
`
`Page 5 of 5
`Puge5qf5
`
`