`【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
`
`
`
`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
`AISA) TSTHICEDT. SPIRVHORAL
`を被処理物から遠ざかるように導き、プラズマ遮断時
`ERLBID FIREDS KDICME, SHAVE
`に、被処理物上に落下するダストを減少させることがで
`i, PULLICRES SRALAMDERST EMC
`きる。
`#4,
`【0014】
`{001 4)
`【実施例】本発明は、半導体製造の分野に限定されるも
`Ci] ASEAS, FRROD CHEE NSS
`のではないが、最も有用なのは、半導体製造装置ならび
`
`OCSEOM, BEBAZOl, AASBBTSO
`に半導体製造プロセスであると思われるので、以下、被
`CABG OU LACHSLEBDNAOTC, UR.
`処理物として半導体ウエハ,プラズマ処理装置として、
`Ete LOAD, SS RVMEBE LT.
`マイクロ波プラズマエッチング装置を例にとって、実施
`LA AARASI AV LV FY SRBRlobo. Ri
`例を示す。
`BIZART
`【0015】図1は、本発明の一実施例を示した断面図
`(0015) 1d, AAOGleam Lens
`である。マイクロ波プラズマエッチング装置は、処理チ
`CHS, VI ZORA ILAV IVF YTB, DS
`ャンバ1,プロセスガス導入系2,マイクロ波発生部
`VUINL, FOUVARABAR2, VAT ORE
`3,導波管4,コイル5,ウエハ6を保持するステージ
`3, BHR 4, A715, VNC RRS SATAY
`7等からなる。ステージ7は、ウエハ6に高周波を付加
`TEP5RS, AF-VT7l, VEN CRAB
`する電極の役目も兼ねている。ステージ7の詳細は、図
`FS BMORAEHATWHS, AFL 7 OFFMIE,
`2のようになっており、ステージ7は、複数のブロック
`2DkK9CKDTBO. ATV Tl. BROT UY
`8a,8b……に分かれている。ウエハ6は、ほぼ円形
`8a, 8b CIADMNTOH. VIIVG WK, FEA
`であるので、これらブロックは、図3に示すように分割
`CHD, THETA M3lcmTKIA
`することが望ましい。ブロックの数は、ウエハの温度分
`TSETEMBELY. TOV IOMA, VLAOWED
`布をどの程度の精度で制御するかに依存する。これらの
`Ae UORBOME CHAT SDICKTETS, TNEO
`ブロックは、例えばアルミニウムなどの熱伝導率の高い
`Fuy Zk, MAIS VIAVLECOMEBRORW
`金属材料で作られることが望ましい。また、それぞれの
`SBME CHSNSTEMBELY. EK. TNHENO
`ブロックは、例えば、セラミック材料のようなブロック
`Fay Flt, MAW CIS YIBROKSRTI UY
`よりも熱伝導率の悪い材料からなる仕切り13によって
`KD EPARORBUMRD SESILUO 1 BICKDT
`仕切られる。すべてのブロックは、一つの冷却ブロック
`HY5NS,. TRTOT UY Fld, —DOOMATF Uy 7
`9によって冷却される。冷却ブロックも、アルミニウム
`9ickoTHMENS. SAT OvY7b, FVSAVL
`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
`i U OREO ROBBMECH 5NSTEMBEL
`い。さらにそれぞれのブロックは、別個に制御されるヒ
`Wo EBKENENOTU y Zid, WMC HME NSE
`ータ10a,10b……を内蔵しており、このヒータの
`—%10a, 10b0 RARL TBO. TCOKE—-2O
`出力を制御することによって、各ブロック毎に別個に温
`HARES SC ecko. BT Oy Ziel AMICI
`度を設定することができる。各ブロックの表面には、静
`BERETS TCEMCES, S7UYIORM| clk, H
`電チャック11a,11b……が形成されており、ウエ
`BFvyv71la, liber DWBRENTBO. VT
`ハを静電吸着することができる。さらに、ウエハとステ
`)\RHERBTSTUMCES KS, VDINEAT
`ージの間には、熱伝導を促進するための数Torrのガスが
`—VOMclh, RHEE4 ODORrr OH AD
`導入される。このような構成からなるステージを用いる
`BAKNS. TCOKAGBRDSESZAZF-VEHAVS
`ことによって、ウエハの温度分布を自在に設定すること
`THICKOT, VINOWBARE BERETS TE
`ができる。すなわち、ウエハの中心の温度を上げたけれ
`PCESA, ThdOE, VINOHDOWSeLiFetth
`ば、図2のヒータ10aの出力を高めにして、ブロック
` M2D0eE—-X10aDHARRHICLT Fuv7
`10aの温度をあげてやればよい。逆に、各ブロックの
`LO aDWBeeTCONTEWile, FTFTUVIO
`温度が等しいのにもかかわらず、ウエハの温度が不均一
`EMS LVOMEDDDOSST, VINOEEDRA—
`な場合(プラズマによるウエハへの入熱が不均一な場
`EBA (FIRVCKSUDINOLADAB-hG
`合)に、ウエハの温度を均一化したいときは、温度の高
`&) lc. DINOWERIBHELEVE EM, BOR
`い部分に接しているブロックの設定温度を下げればよ
`WBIICBL THOS TH vy 7 ORE PUNE
`い。
`We
`【0016】また、図2に示したブロック自体の温度検
`(0016) kK. WM2cmLET Oy 7 AKOWER
`出手段14をくわえるか、さらに望ましくは図4に示す
`HF LAC DASA, CHICBEL SMM Alem
`ようにウエハの温度の検出手段15を加え、検出した温
`KDICIDAOWSORIFER 1 5 IAL RA Le
`度を用いて、各ブロックとウエハの間の伝熱量を制御す
`BEAT. 7 Ov7 LVLANOHO RAST HAT
`
`(3)
`(3)
`
`10
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`20
`20
`
`30
`30
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`40
`40
`
`50
`50
`
`特開平8−191059
`HPAES —191059
`
`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
`SCTEICED, DINNADARMDAMEL TE DLA
`常に所望の温度分布に制御することができる。
`HicMBORMS|MicHhlAT 4T UDCES,
`【0017】ウエハの温度分布を変えることができるこ
`(0017) VIANOWEBARZEASTEMCEST
`とは、ウエハに落下するダストの減少に効果がある。図
`Ll, DOIN ET SRSA LOPS CMRMSS. HM
`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
`5 cA KARA CHSZLYF YVAPSULAO
`フローチャートを示す。前述のように、エッチング中、
`FAu-Fx—bheaRs. MROK DIC. CyFY TR,
`エッチングによってできた、あるいはチャンバ壁面等か
`LvyF YAK CCER, BAUF oYEEE
`ら発生したダストは、帯電してウエハの近くに浮かんで
`BRELERARA HWELOTILAOIEK ICRDATC
`いる。ウエハの温度は、エッチングの均一化の要求か
`WS, DVIAORB, Ly Fy FOB—(ELOBRD
`ら、なるべく均一であることが望まれるが、エッチング
`5, REARCHSTUEMBENSM, TVFYT
`処理がほぼ終了した時点で、プラズマを遮断すること無
`MUAVNERT LKR CG. SI AV AMIS STL
`しに、ウエハの温度を中心部が高く周辺が低いような温
`Lic, DANOBAT < ADDAURW EK 5 tei
`度分布に変化させると、ウエハ上の温度勾配による熱泳
`ESAICBEE RSL. VOLOBAMC KSB
`動効果によって、ダストは、周辺部へと移動する。この
`SpIRickot, Ab, AOR \CBHTS. TO
`とき、ウエハの外側にもっとも低温な部分を設けておく
`LE, VINOMBC Eo L EAROARO TBS
`と(図2の実施例では、ブロック8d)、この部分にダ
`& (M2 OG, TOv78d) . COMICS
`ストは引き寄せられる。このようにしてダストをウエハ
`AblisqgleEPtSNS, COKICUTRAREIIN
`上から除いた後、プラズマを遮断することによって、プ
`ELD SRV RR, SIAVEMMRTST LIED. TS
`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
`FAVURC INEMEST SRA LARD EAS
`ことができる。またプラズマ遮断前にウエハの温度分布
`CEMBCES, EKA IRATE LANORBAH
`を大きくすることが、エッチングプロセスに悪影響を与
`BRECTSTEM, DyF VITO ABBE.
`える場合には、図6に示すフローチャートのように、例
`ASB. MGR IU-Fyr—bhOkDI, Bil
`えば、アルゴンプラズマのようにウエハに影響を与えに
`Ald, PUAVSSFRVIOE DCI DING BBE SA Ie
`くいクリーンなプラズマに切り替えてから、ウエハの温
`CWFU-VESIRVICUIOBATH SB, ULNOR
`度分布を変えれば、エッチングプロセスに与える影響を
`SQRREAME, Dy F VAIS UULACHEASBBE
`小さくすることができる。
`IEC TSTEMCES,
`【0018】
`(0018)
`【発明の効果】本発明によるプラズマ処理装置によっ
`C3HHA ORR) ASHAIC KEATS KRVOEBlc Ko
`て、被処理物の温度分布を自在に制御することが可能と
`CT. PULEBMORBAH ze BEC HAT Sc LAATREL
`なり、半導体製造プロセスでは、プラズマ処理中のウエ
`KO. MERMETUVAC. SIAVUBHOUT
`ハ温度分布を均一にすることによって、より微細で高性
`INGBDRRB-ietSeTLICKOT. KORA CRE
`能な半導体が製造できるようになる。また、本発明によ
`AEAADBH CES KGICKS. Kile, AAAICE
`るプラズマ処理方法によって、被処理物上に落下するダ
`STIRAVUBAE KDC. RELICRET SR
`ストを低減し、半導体素子の歩留まりを向上することが
`Abe(Ri L. HURT ORME ORAMETS TED
`できる。
`CZ,
`【図面の簡単な説明】
`Sati fH 2 SAA]
`【図1】本発明の一実施例を示す断面図。
`(31) ARAO-RAGZANT
`【図2】本発明の一実施例を示す断面図。
`[32] ARAO-RAM LRT TM.
`【図3】ステージ上のブロック分割を示す斜視図。
`(3) AF-—YEOT Uy 7HHARTAAR.
`【図4】本発明の第二の実施例を示す断面図。
`(B34) AORORGANS HE.
`【図5】本発明による一実施例を示すフローチャート。
`(B5) AMA KA-RHGMART 7 A-Fyr—h.
`【図6】本発明による第二実施例を示すフローチャー
`(Bi6) AAC KABIRMPMERT 7 AU—F ¥v—
`ト。
`ko
`【符号の説明】
`(ASO RA)
`1…処理チャンバ、2…プロセスガス導入系、3…マイ
`1+Fy DX, 2 SORA ABAR 3-047
`クロ波発生部、4…導波管、5…コイル、6…ウエハ、
`7 YSR-ERB. 4 HR5 ITI, 6 DIN,
`7…ステージ、8…ブロック、9…冷却ブロック、10
`TAT HY, 8 Fav, 9MHF OY7, 10
`…ヒータ、11…静電チャック、12…伝熱促進用ガス
`ER. Ll HBF yy 7,
`1 2--REAAA
`導入口、13…仕切り、14…ステージの温度検出手
`MAL 13-40, 14--RAF-VORERLF
`段、15…ウエハの温度検出手段、16…排気系、17
`BR 1 5+ 7 LOVERER,
`1 6 BERR, 1:7
`
`Page 3 of 5
`Page 3 of 5
`
`
`
`(4)
`(4)
`
`特開平8−191059
`HPAES —191059
`
`…高周波電源。
`Tee BCD
`
`5
`5
`
`【図1】
`(B41)
`
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`
`6
`
`【図2】
`{B32 ]
`
`Bl
`
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`Fey Ss 13atttU 13b
`
`ome TO 2
`
`12 SABE
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`HamAd
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`inaBEAR HY FER
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` 147OvIn
`
`【図4】
`(B44)
`
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`RTAGUSRANERpeamUUPENTNMNRSUNNRENSNESUNSNNUNGNN
`
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`15 SABE
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`IAhH7A yes
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`OU) 17 RRR
`
`【図3】
`(B43)
`
`i 3
`
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`b Rc 8d
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`
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`Page 4 of 5
`
`
`
`【図5】
`(E15)
`
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`OLAS)— (eh
`
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`FIAVHE, Ly FvIME
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`(5)
`
`特開平8−191059
`HPAES —191059
`
`
`
`【図6】
`(6)
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`フロントページの続き
`Jay kN-— YOR
`
`(51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所
`(51)Int.a.§
`alas PARES
`FI
`ERNSTEAT
` C30B 25/16
`C30B 25/16
` H01L 21/205
`HO1L=21/205
` 21/31 C
`21/31
`C
`// C23C 16/46
`11 C23C=16/46
`
`Page 5 of 5
`Page 5 of 5
`
`