JP2011151263A - エッチング方法、エッチング装置及びリング部材 - Google Patents

Abstract

【課題】処理ガスをプラズマ化して基板上の被エッチング膜をドライエッチングするにあたり、基板に対して均一性高くエッチング処理を行うことができる技術を提供すること。
【解決手段】処理容器内に基板を搬入して載置台に載置する工程と、少なくとも表面部の主成分が基板の被エッチング膜の主成分と同じ材質であるリング部材を基板を囲むように配置した状態で、基板に対向するガス供給部から処理ガスをシャワー状に吐出すると共に処理ガスをプラズマ化して被エッチング膜をエッチングする工程と、前記処理容器内を排気路を介して真空引きする工程と、を含むようにエッチングを行う。それによって基板の周端部付近におけるプラズマの活性種の分布の偏りを抑える。
【選択図】図４

Description

本発明は、処理ガスをプラズマ化して基板にエッチングを行うエッチング方法、エッチング装置及び前記エッチング方法に用いるリング部材に関する。

半導体装置の多層配線構造を形成する工程において、例えばＳｉ（シリコン）からなる半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）上に形成された各種の膜に、溝やビアホールからなるダマシン構造の凹部を形成するプラズマエッチング処理を行う場合がある。

上記のプラズマエッチング処理を行う装置は、前記ウエハを載置する載置台と、当該載置台に載置されたウエハの外周に設けられたフォーカスリングと、を備えている。このフォーカスリングは、前記ウエハ表面上でプラズマを均一性高く分布させるために設けられるものである。そして、そのようにプラズマ分布の高い均一性を得るためには、当該フォーカスリングの電気伝導率などの電気的特性が、ウエハの電気伝導率などの電気的特性に近似するように構成することが有効であると考えられていた。従って、前記フォーカスリングは、前記ウエハを構成する材質と同じＳｉにより均一に構成される場合があった。

ところで、前記ウエハ表面に露出する被エッチング膜の材質としては様々である。そして、この被エッチング膜を構成する材質と、フォーカスリングを構成する材質とが異なる場合、材質毎にプラズマの活性種の反応度が異なるため、ウエハとフォーカスリングとの境界付近では、ウエハの径方向内側に対してプラズマに含まれる活性種の分布が不均一になる。その結果として、ウエハの外縁部におけるエッチングレートが、ウエハの中央部におけるエッチングレートに対して増大したり、減少してしまうことを本発明者は突き止めた。

特許文献１及び２においてはフォーカスリングを備えたプラズマエッチング装置について記載されているが、上記の問題について解決する手段については記載されていない。

特開２００６−１４０４２３ 特開２００８−７８２０８

本発明は、上述の事情に基づいてなされたものであり、その課題は、処理ガスをプラズマ化して基板上の被エッチング膜をドライエッチングするにあたり、基板に対して均一性高くエッチング処理を行うことができる技術を提供することである。

本発明のエッチング方法は、基板上の被エッチング膜をドライエッチングする方法において、
処理容器内に基板を搬入して載置台に載置する工程と、
少なくとも表面部の主成分が被エッチング膜の主成分と同じ材質であるリング部材を基板を囲むように配置した状態で、基板に対向するガス供給部から処理ガスをシャワー状に吐出すると共に処理ガスをプラズマ化して被エッチング膜をエッチングする工程と、
前記処理容器内を排気路を介して真空引きする工程と、を含み、
前記被エッチング膜はシリコン膜及びシリコン酸化膜を除く膜であることを特徴とする。

本発明の他のエッチング方法は、基板上の被エッチング膜をドライエッチングする方法において、
処理容器内の載置台に載置される基板を囲むように設けられるリング部材に対し成膜ガスを供給して、当該リング部材の表面に、これから前記処理容器内にてエッチングを行う基板上の被エッチング膜の主成分とその主成分が同じ材質の膜を成膜する工程と、
次いで前記処理容器内に基板を搬入して載置台に載置する工程と、
その後、前記リング部材を基板を囲むように配置した状態で、基板に対向するガス供給部から処理ガスをシャワー状に吐出すると共に処理ガスをプラズマ化して被エッチング膜をエッチングする工程と、
処理容器内を排気路を介して真空引きする工程と、を含むことを特徴とする。
前記リング部材の表面に成膜する工程は、例えばエッチングを行う前記処理容器内にて行われることを特徴とする。

更に他のエッチング方法は、基板上の被エッチング膜をドライエッチングする方法において、
処理容器内の載置台に載置される基板を囲むように設けられたリング部材を、少なくとも表面部が、これから前記処理容器内にてエッチングを行う基板上の被エッチング膜の主成分とその主成分が同じ材質であるリング部材と交換する工程と、
次いで前記処理容器内に基板を搬入して載置台に載置する工程と、
その後、前記交換されたリング部材を基板を囲むように配置した状態で、基板に対向するガス供給部から処理ガスをシャワー状に吐出すると共に処理ガスをプラズマ化して被エッチング膜をエッチングする工程と、
処理容器内を排気路を介して真空引きする工程と、を含むことを特徴とする。

本発明のエッチング装置は、基板上の被エッチング膜を真空雰囲気にてドライエッチングする装置において、
基板を載置するための載置台がその内部に設けられた処理容器と、
前記載置台に対向し、処理ガスをシャワー状に吐出するガス供給部と、
前記処理ガスをプラズマ化するための手段と、
前記載置台上の基板を囲むように設けられたリング部材と、
前記ガス供給部にエッチング用のガスを供給するエッチングガス供給源と、
前記リング部材の表面に基板上の被エッチング膜の主成分とその主成分が同じ材質の膜を成膜するためのガスをガス供給部に供給する成膜ガス供給源と、
基板を処理容器内に搬入する前に、成膜ガス供給源からガス供給部を介して処理容器内に成膜ガスを供給して前記リング部材の表面を成膜するように制御信号を出力する制御部と、を備えたことを特徴とする。

本発明のリング部材は、基板を囲むように配置するリング部材において、上述のエッチング方法に用いられることを特徴とする。

本発明によれば、表面部の主成分が基板の被エッチング膜の主成分と同じ材質であるリング部材を、当該基板を囲むように配置し、処理ガスをプラズマ化して被エッチング膜をエッチングしている。それによって、基板の中央部と基板の外縁部との間におけるプラズマの活性種の分布の偏りが抑えられ、基板に対して均一性高くエッチング処理を行うことができる。

本発明に係るプラズマエッチング装置の縦断側面図である。 前記プラズマエッチング装置でエッチングされるウエハ表面の縦断側面図である。 前記プラズマエッチング装置での処理手順を示す工程図である。 前記プラズマエッチング装置での処理手順を示す工程図である。 ウエハＷ及びフォーカスリングがエッチングされる様子を示す説明図である。 本発明に係る半導体製造装置の平面図である。 前記半導体製造装置に設けられる載置台の縦断側面図である。 前記載置台と搬送手段との間でウエハが受け渡される様子を示す説明図である。 前記半導体製造装置に設けられるフォーカスリング待機モジュールの縦断側面図である。 フォーカスリングの他の構成例を示す縦断側面図である。 シミュレーションの結果を示す説明図である。 シミュレーションの結果を示す説明図である。 シミュレーションの結果を示す説明図である。 シミュレーションの結果を示す説明図である。

（第１の実施形態）
本発明に係るプラズマエッチング装置１について以下に説明する。このプラズマエッチング装置１は、マグネトロン方式の反応性イオンエッチング装置である。図中１は例えばアルミニウムなどの導電性部材からなる気密な処理容器であり、この処理容器１０は接地されている。また当該処理容器１０には、エッチングを行うための処理ガスを導入するためのガス供給部であるガスシャワーヘッドを兼ねた上部電極２と下部電極を兼ねた載置台３とが互いに対向するようにして設けられている。載置台３には基板であり、シリコンからなるウエハＷが載置される。

また処理容器１０の底部には排気管１１が接続されており、この排気管１１には真空排気手段例えばターボ分子ポンプやドライポンプなどの真空ポンプ１２が接続されている。更に処理容器１０の側壁には、開閉自在なゲートバルブ１３を備えた、ウエハＷを搬入又は搬出するための開口部１３ａが設けられている。

前記上部電極２の下面側には、ガス供給路２１例えば配管とバッファ室２１ａを介して連通する多数のガス吐出口２２が穿設されており、前記載置台３上に載置されたウエハＷに向かって所定の処理ガスを吐出可能なように構成されている。前記ガス供給路２１は、その基端側がガス供給系２３に接続されている。ガス供給系２３は、後述するフォーカスリング４の表面に各種の膜を成膜するための成膜用の処理ガスの供給源と、ウエハＷに対してエッチングを行うためのエッチング用の処理ガスの供給源と、を備えている。各ガス供給源から供給される処理ガスについては、後に詳しく述べる。ガス供給系２３は、バルブや流量調整部などの供給制御機器などを備えており、各処理ガスを処理容器１０内に供給することができる。

また、上部電極２には、整合器２５を介して高周波電力を供給するための高周波電源部２６が接続されている。なお、上部電極２は処理容器１０の側壁部分とは、絶縁部材２７により絶縁されている。

前記載置台３は、導電性部材例えばアルミニウムなどから構成された本体部分３０と、この本体部分３０の上に設けられた静電チャック３１とを備えている。この静電チャック３１の内部には例えば箔状の電極３１ａが設けられており、この電極３１ａにはスイッチ３２を介して直流電源３３が接続され、直流電圧（チャック電圧）を印加することで静電力によりウエハＷが静電チャック３１の表面に静電吸着されることとなる。本体部分３０内には図示していないが温調を行うための温調手段が設けられており、この温調手段の温調作用とプラズマからの熱とによりウエハＷが予め設定した温度に維持されることになる。

また、静電チャック３１の表面には、載置台３とウエハＷとの間に形成されたわずかな隙間の伝熱効率を高めるための伝熱用ガス例えばヘリウムガス（Ｈｅ）をウエハＷの裏面に向かって噴射し、中央部から外に伝熱用ガスを広げるための多数の吐出口３４が穿設されている。これら吐出口３４は載置台３内を通過する伝熱用ガス供給路３５を介して伝熱用ガス供給部３６に連通している。また前記載置台３には、整合器３７を介してバイアス用の電力を印加する高周波電源部３８が接続されている。なお、載置台３の内部には、図示しない搬送アームに対してウエハＷの受け渡しを行うことが可能な図示しない昇降ピンが設けられている。

また静電チャック３１の周囲には、当該静電チャック３１に吸着保持されたウエハＷの周囲を囲むようにＳｉにより構成されたフォーカスリング４が設けられている。載置台３の本体部分３０の上部には、組み立て体のネジなどを保護するための絶縁性の保護リング３９が設けられており、フォーカスリング４はこの保護リング３９及び本体部分３０に跨ってこれらの上に設けられていると共に、内縁に段部が形成されていて、載置台３よりも外側に突出しているウエハ周縁部位の下側に食い込んだ形状に構成されている。

処理容器１０の内壁には、反応生成物が当該内壁面に付着するのを防止するためにデポシールドなどと呼ばれている例えば石英などからなる保護筒５１が設けられ、また載置台３の側面にも反応生成物の付着を防止するカバー体５２が設けられている。５３はバッフル板であり、真空排気の均一化を図るものである。更に処理容器２の外周側には、処理雰囲気に所定の磁場を形成するために例えば多数の永久磁石をリング状に配列してなるからなる磁石部５４、５５が上下に設けられている。

プラズマエッチング装置１は、各部の動作を制御する制御部５０を備えている。制御部５０は例えば図示しないＣＰＵとプログラムとを備えたコンピュータからなり、プログラムにはプラズマエッチング装置１によってウエハＷへのエッチング処理を行うのに必要な動作、例えばガス供給系２３からの各ガスの供給、高周波電源部２５、３８からの電力供給に係る制御等についてのステップ（命令）群が組まれている。このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリーカード等の記憶媒体に格納され、そこからコンピュータにインストールされる。

上述のプラズマエッチング装置１の作用について説明する。ここではシリコン膜が形成されたウエハＷが搬入され、このシリコン膜のエッチングが行われた後、例えば有機膜が形成されたウエハＷが搬入され、前記有機膜がエッチングされるプロセスについて示す。説明の便宜上、前記シリコン膜がエッチングされるウエハＷをＷ１として示し、前記有機膜がエッチングされるウエハＷをＷ２として表示する。

図２（ａ）、（ｂ）にウエハＷ１、Ｗ２夫々の表面の縦断側面を示す。ウエハＷ１ではシリコン膜６１の上方にシリコン酸化膜６２と、ＳｉＮ（窒化シリコン）膜６３とが下側からこの順番で積層されている。この酸化膜６２とＳｉＮ膜６３とには、凸部６４と溝状の開口部６５とが形成されている。このプラズマエッチング装置１では、シリコン酸化膜６２とＳｉＮ膜６３とをハードマスクとして、シリコン膜６１をエッチングし、素子分離用の酸化膜を埋め込むためのパターンを形成する。

ウエハＷ２では、ＳｉＯ_２膜７１、炭素からなる有機膜７２、ＳｉＯ２膜７３及び炭素からなるフォトレジスト（ＰＲ）膜７４が下からこの順に積層されている。フォトレジスト膜７４には、パターン７５が形成されており、ＳｉＯ_２膜７３はパターン７５に沿ってエッチングされている。このプラズマエッチング装置１では、有機膜７２及びフォトレジスト膜７４をエッチング（アッシング）して、有機膜７２にマスクパターンを形成する。このマスクパターンはＳｉＯ_２膜７１をエッチングし、コンタクトホールなどを形成するためのパターンである。

図３及び図４は、載置台３及びフォーカスリング４の表面が変化する様子を示した説明図であり、図５は、プラズマによりウエハＷ１、Ｗ２及びフォーカスリング４がエッチングされる様子を示す説明図である。これらの図３〜図５も適宜参照しながら説明する。先ず、図１のゲートバルブ１３を開放し、ウエハＷ１を図示しない搬送アームにより処理容器１０内に搬入する。そして、図示しない昇降ピンの動作により載置台３の表面にウエハＷ１を載置し、静電チャック３１に電圧を印加してウエハＷ１を静電吸着した後、伝熱用ガスであるＨｅガスをウエハＷ１の裏面側に供給する。

ゲートバルブ１３を閉じ、処理容器１０内を所定の圧力に維持しながら、エッチング用の処理ガスとして例えばＣＦ_４ガス、ＣＯガス、Ｏ_２ガス及びＡｒガスを供給する。処理容器１０内に供給された各処理ガスは、ウエハＷ１の表面に沿って径方向外方に向かって流れ、載置台３の周囲から排気される。しかる後、高周波電源部２６オンにして上部電極２及び下部電極である載置台３との間に高周波電圧を印加して、各処理ガスをプラズマ化させる（図３（ａ））。さらに、高周波電源部３８をオンにしてバイアス用の電圧がウエハＷ１に印加されることで、生成したプラズマＰ１中の活性種６６がウエハＷ１に高い垂直性をもって衝突する（図５（ａ））。

ここで、ウエハＷ１の表面に露出している被エッチング膜６１と、ウエハＷ１の周囲のフォーカスリング４の表面とが同じＳｉにより構成されている。従って、図５（ａ）に示すようにプラズマＰ１の活性種６６はウエハＷ１と同様にフォーカスリング４の表面をエッチングする。その結果、背景技術の項目で説明したような、フォーカスリング４とウエハＷ１との境界付近における活性種６６の分布の偏りが抑えられる。従って、この活性種６６によりウエハＷ１の表面全体で均一性高く、シリコン膜６１のエッチングが進行する。

その後、高周波電源部２５、３８がオフになり、各エッチングガスの供給が停止する。ゲートバルブ１３を開放し、搬送アームが処理容器１０内に進入して、昇降ピンによりウエハＷ１が搬送アームに受け渡される。そして、搬送アームがウエハＷ１を保持した状態で処理容器１０内から退去した後、成膜時に載置台３を保護するためのダミーウエハＡが搬送アームにより載置台３上に載置される。その後、ゲートバルブ１３が閉じられ、処理容器１０内を所定の圧力例えば５０ｍＴｏｒｒに維持しながら、成膜用の処理ガスとしてＡｒガス、ＣｘＨｙガス（ｘ，ｙは自然数）、Ｏ_２ガスで処理容器１０内に供給する。

続いて、高周波電源部２５をオンにして、上部電極２に例えば１０００Ｗで電力を供給し、プラズマ化すると共に高周波電源部３８をオンにしてバイアス用の電圧を載置台３に印加する（図３（ｂ））。プラズマＰの活性種が載置台３のフォーカスリング４に堆積し、図４（ａ）に示すように、ダミーウエハＡ及びフォーカスリング４が有機（ＣｘＨｙＯｚ）膜６０に覆われる。（ｘ、ｙ、ｚは自然数）

高周波電源部２５、３８が各々オンになってから例えば１８０秒後にこれら高周波電源部２５、３８を各々オフにして、Ａｒガス、ＣｘＨｙガス（ｘ，ｙは自然数）、Ｏ_２ガスの供給が停止する。そして、ウエハＷ１と同様にダミーウエハＡを処理容器１０から搬出する。続いて、ウエハＷ１と同様にウエハＷ２が処理容器１０内に搬入されて、載置台３に載置される。その後、エッチング用の処理ガスとして例えばＡｒガス、Ｏ_２ガス及びＣＯガスを処理容器１０内に供給し、ウエハＷ１を処理した時と同様の手順でこれらの処理ガスをプラズマ化させる。

ここで、ウエハＷ２の表面に露出している被エッチング膜７２、７４と、フォーカスリング４の表面とが同じ炭素からなる材質により構成されている。従って、生成したプラズマＰ２の活性種であるＯラジカル７６が、ウエハＷ２の被エッチング膜であるフォトレジスト膜７４及び有機膜７２と同様にフォーカスリング４表面に形成された有機膜６０をエッチングする。その結果として、フォーカスリング４とウエハＷ２との境界付近におけるＯラジカル７６の分布の偏りが抑えられ、このＯラジカル７６によりウエハＷ２の表面全体で均一性高く、有機膜７２及びフォトレジスト膜７４のエッチングが進行する（図５（ｂ））。その後、高周波電源部２５、３８を各々オフにし、エッチングガスの供給を停止して、ウエハＷ１と同様にウエハＷ２を処理容器１０から搬出する。

ウエハＷ２の処理後、さらにウエハＷ（説明の便宜上ウエハＷ３とする）の処理を行う場合は、ウエハＷ３の処理容器１０内への搬入前に当該ウエハＷ３の被エッチング膜に応じて、成膜用の処理ガスを供給する。そして、ウエハＷ２を処理する場合と同様に前記処理ガスをプラズマ化して、フォーカスリング４の表面に成膜を行う。このフォーカスリング４に形成される膜の主成分は、被エッチング膜を構成する膜の主成分と同じである。その後、前記ウエハＷ３を処理容器１０内に搬入して、ウエハＷ２を処理する場合と同様にプラズマエッチング処理を行う。

続いて、上記のように良好なプラズマの活性種分布を得るために、フォーカスリング４表面に成膜する膜の材質を、処理されるウエハＷの前記被エッチング膜毎に説明する。また、各被エッチング膜をエッチングするエッチングガスの例も示す。なお、図１では一部のガスの記載を省略しているが、ガス供給系２３は下記の各ケースで、成膜用の処理ガス（成膜ガス）及びエッチング用の処理ガス（エッチングガス）として説明する各ガスを含んでおり、ウエハＷの被エッチング膜に応じて、処理容器１０内にエッチングガス及び成膜ガスを供給することができる。

ケースＡ：有機膜が被エッチング膜である場合
この有機膜とは炭素を主成分とし、副成分として水素、酸素、フッ素等の元素を含む膜である。そして、フォーカスリング４に形成する膜としては、被エッチング膜と同様に炭素を主成分とする有機膜であればよく、上記の例で挙げたＣｘＨｙＯｚ膜の他に、例えばＣｘＨｙであってもよい。ＣｘＨｙ膜を形成するためには、ＣＨ_４ガス及びＨ_２ガスを含む混合ガス、あるいはＣ_２Ｈ_２ガス及びＨ_２ガスを含む混合ガスが供給される。また、ＣｘＨｙＯｚ膜を形成するためには、ＣＨ_４ガス、Ｈ_２ガス及びＯ_２ガスを含む混合ガスを供給してもよいし、ＣＨ_４及びＨ_２Ｏを含む混合ガスを供給してもよい。このケースＡでは、エッチングガスとして、酸素を含んだＯ系のガスが用いられる。

ケースＢ：Ｓｉ膜が被エッチング膜である場合
この場合は上記の例のようにフォーカスリング４の表面がＳｉにより構成される。従って、例えば上記のように膜が形成されず、むき出しの状態のフォーカスリング４が用いられる。また、Ｓｉを主成分とし、副成分としてＮを含む例えばＳｉＮをフォーカスリング４に形成してもよい。このケースＢでは、エッチングガスとして、例えばフルオロカーボン（ＣＦ）系ガスが用いられる。

ケースＣ：ＳｉＯ_２膜が被エッチング膜である場合
フォーカスリング４に形成する膜は、例えばＳｉＯ_２により構成される。このＳｉＯ_２膜を形成するためには、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）を供給する。また、このケースＣではケースＢと同様、フォーカスリング４の表面をＳｉにより構成してもよく、従ってウエハＷ１のＳｉ膜６１をエッチングした場合と同様、むき出しのフォーカスリング４を用いてもよい。また、Ｓｉを主成分とし、副成分としてＮを含む例えばＳｉＮをフォーカスリング４に形成してもよい。このケースＣでは、エッチングガスとして、例えば前記ＣＦ系ガスが用いられる。

ケースＤ：ＳｉＮ膜が被エッチング膜である場合
フォーカスリング４に形成する膜は、例えばＳｉＮにより構成される。このＳｉＮ膜を形成するためには、ＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）ガス及びＨＮ_３（ヒドラゾ酸）ガスからなる混合ガスを供給してもよいし、ＳｉＨ_４（モノシラン）ガス及びＮ_２（窒素）ガスからなる混合ガスを供給してもよい。また、ＳｉＨ_４ガス及びＮＨ_３（アンモニア）ガスからなる混合ガスを供給してもよい。また、ケースＢ、Ｃと同様、フォーカスリング４の表面をＳｉにより構成してもよく、従ってケースＢ、Ｃと同様にむき出しのフォーカスリング４を用いてもよい。また、Ｓｉを主成分とし、副成分としてＯを含む例えばＳｉＯ_２をフォーカスリング４に形成してもよい。このケースＤでは、エッチングガスとして、例えば前記ＣＦ系ガスが用いられる。

ケースＥ：Ａｌ（アルミニウム）膜が被エッチング膜である場合
フォーカスリング４に形成する膜は、例えばＡｌにより構成される。Ａｌ膜を形成するためには、ＤＭＡＨ（ジメチルアルミニウムハイドライド）ガスあるいはＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）ガスが用いられる。また、Ａｌを主成分とし、副成分としてＮを含む例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）をフォーカスリング４に形成してもよい。このケースＥでは、エッチングガスとして、Ｃｌ（塩素）系ガスやＢｒ（臭素）系ガスが用いられる。

ケースＦ：Ｃｕ（銅）膜が被エッチング膜である場合
フォーカスリング４に形成する膜は、例えばＣｕにより構成される。エッチングガスとしては、Ｃｌ（塩素）系ガスやＢｒ（臭素）系ガスが用いられる。Ｃｕ膜を形成するためには、Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳガスが用いられる。また、Ｃｕを主成分とし、副成分としてＯを含む例えばＣｕＯ（酸化銅）をフォーカスリング４に形成してもよい。このケースＦでは、エッチングガスとして、Ｃｌ系ガスやＢｒ系ガスが用いられる。

この第１の実施形態のプラズマエッチング装置１によれば、ウエハＷの被エッチング膜と主成分が同じ膜をフォーカスリング４の表面に成膜することができる。従って、前記被エッチング膜をエッチングする際に、当該被エッチング膜とフォーカスリング４の表面とで同様にプラズマの活性種が反応する。その結果として、ウエハＷとフォーカスリング４との境界付近と、ウエハＷの中央部側とで前記活性種の分布の偏りが抑えられるので、ウエハＷの面内全体で均一性高いエッチング処理を行うことができる。

ところで、フォーカスリング４としては、アルミナやセラミックスにより構成してもよいが、背景技術の項目で説明したようにウエハＷと同じ電気的特性を有するＳｉにより構成した方が、ウエハＷの周囲の電界を均一性高く制御でき、より確実にプラズマの分布の偏りを防ぐために好ましい。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、フォーカスリング４への成膜処理と、ウエハＷへのプラズマエッチング処理とを同じ処理容器内で行っているが、これらを別々の処理容器で行ってもよい。このように前記成膜と前記エッチングとを別々に行う半導体製造装置８の構成について図６を参照しながら説明する。半導体製造装置８は、半導体装置製造用の基板であるウエハＷのロード、アンロードを行うローダモジュールを構成する第１の搬送室８１と、ロードロック室８２、８３と、真空搬送室モジュールである第２の搬送室８４と、を備えている。第１の搬送室８１の正面には複数のウエハＷを収納するキャリアＣが載置される載置台８５が設けられている。

第１の搬送室８１の正面壁には、前記キャリアＣが接続されてキャリアＣの蓋と一緒に開閉されるゲートドアＧＴが設けられている。そして第２の搬送室８４には、プラズマエッチングモジュール９１、９１、フォーカスリング成膜モジュール９２及びフォーカスリング待機モジュール９３が気密に接続されている。

第１の搬送室８１の側面には、ウエハＷの向きを調整するためのアライメント室９４が設けられている。ロードロック室８２、８３には、図示しない真空ポンプとリーク弁とが設けられており、大気雰囲気と真空雰囲気とを切り替えられるように構成されている。つまり、第１の搬送室８１及び第２の搬送室８４の雰囲気がそれぞれ大気雰囲気及び真空雰囲気に保たれているため、ロードロック室８２、８３は、夫々の搬送室間において、ウエハＷを搬送する時に雰囲気を調整する役割を有する。

図中Ｇは、ロードロック室８２、８３と第１の搬送室８１または第２の搬送室８４との間、あるいは第２の搬送室８４と各モジュールとの間を仕切るゲートバルブ（仕切り弁）である。通常、ゲートバルブＧは閉じられており、各室間及び各モジュールと第２の搬送室８４との間でウエハＷを搬送するときに開かれる。

第１の搬送室８１及び第２の搬送室８４には、それぞれ第１の搬送手段８６及び第２の搬送手段８７が設けられている。第１の搬送手段８６は、キャリアＣとロードロック室８２，８３との間及び第１の搬送室８１とアライメント室９４との間でウエハＷの受け渡しを行うための多関節の搬送アームである。第２の搬送手段８７は、多関節の搬送アームである。この第２の搬送手段８７は、ロードロック室８２，８３と、各モジュールとの間でウエハＷの受け渡しを行うと共に各モジュール間でフォーカスリング４の受け渡しを行う役割を有している。

半導体製造装置８は、上述の制御部５０と同様に構成される制御部８０を備えており、制御部８０は、ウエハＷのプラズマエッチング処理及び搬送を行うと共にフォーカスリング４の搬送を行うことができるように、半導体製造装置８の各部の動作を制御する。

この半導体製造装置８において、ウエハＷはキャリアＣ→第１の搬送室８１→アライメント室２→第１の搬送室８１→ロードロック室８２→第２の搬送室８４→プラズマエッチングモジュール９１の順で搬送され、プラズマエッチング処理を受ける。その後、ウエハＷは、プラズマエッチングモジュール９１から第２の搬送室８４→ロードロック室８３→第１の搬送室８１の順で搬送され、キャリアＣに戻される。

続いて、プラズマエッチングモジュール９１について説明する。このプラズマエッチングモジュール９１は、プラズマエッチング装置１と略同様に構成されており、以下にプラズマエッチング装置１との差異点を中心に図７を用いて説明する。プラズマエッチングモジュール９１の載置台３の本体部分３０にはリング状の静電チャック１０１が設けられている。この静電チャック１０１の内部には例えば電極１０２が設けられており、この電極１０２にはスイッチ１０３を介して直流電源１０４が接続されている。そして、直流電圧（チャック電圧）を電極１０２に印加することで、静電力によりフォーカスリング４が静電チャック１０１の表面に静電吸着されて、固定される

また、静電チャック１０１を厚さ方向に貫通するように例えば３本の昇降ピン１０５が設けられており（図では２本のみ示している）、昇降機構１０６により昇降ピン１０５が静電チャック１０１表面に突出する。スイッチ１０３がオフになり、静電チャック１０１による吸着力が無くなった状態で、図８に示すように昇降ピン１０５が上昇し、フォーカスリング４を持ち上げる。そして、第２の搬送手段８７がこのように持ち上がったフォーカスリング４を受け取り、他のモジュールに搬送することができる。

このプラズマエッチングモジュール９１は、プラズマエッチング装置１と同様に処理容器１０内に各種のエッチングガスを供給するガス供給系を備えており、第１の実施形態と同様にウエハＷにプラズマエッチング処理を行うことができる。

フォーカスリング成膜モジュール９２は、プラズマエッチングモジュール９１と同様に構成されており、フォーカスリング４が載置台３から着脱自在に構成されている。また、フォーカスリング成膜モジュール９２は、プラズマエッチング装置１と同様に処理容器１０内に各種の成膜ガスを供給するガス供給系を備えている。フォーカスリング４が載置台３の静電チャック１０１に吸着された状態で、第１の実施形態と同様に成膜ガスが供給されると共に成膜ガスがプラズマ化され、フォーカスリング４への成膜処理が行われる。

図９にはフォーカスリング待機モジュール９３の縦断側面図を示している。このフォーカスリング待機モジュール９３にはフォーカスリング４を載置する複数の棚９４が設けられている。棚９４にはフォーカスリング４を支持する例えば３本の支持ピン９５が設けられている。フォーカスリング待機モジュール９３内に進入した第２の搬送手段８７が昇降することにより、棚９４に設けられた支持ピン９５と、第２の搬送手段８７との間でフォーカスリング４が受け渡される。

例えば成膜される膜に応じて、フォーカスリング４が載置される棚９４が予め決められており、各フォーカスリング４には予め各種の膜が成膜され、その膜に対応する棚９４に載置されて待機する。そして、ウエハＷが第２の搬送室８４に搬入される前に、当該ウエハＷの被エッチング膜に応じた膜が成膜されたフォーカスリング４が、フォーカスリング待機モジュール８３から第２の搬送手段８７により取り出される。然る後、第２の搬送手段８７が、このフォーカスリング４をプラズマエッチングモジュール９１に搬入し、当該フォーカスリング４が載置台３に取り付けられる。

そして、半導体製造装置８に搬入されるウエハＷのロットが切り替わり、被エッチング膜の材質が変わると、プラズマエッチングモジュール９１のフォーカスリング４は、載置台３から第２の搬送手段８７に受け渡され、前記棚９４に戻される。そして、第２の搬送手段８７は、後続のウエハＷの被エッチング膜に応じて、棚９４から他のフォーカスリング４を前記載置台３に搬送し、このフォーカスリング４が前記載置台３に取り付けられる。

この第２の実施形態においても、フォーカスリング４にウエハＷの被エッチング膜と主成分が同じ膜を形成してエッチング処理を行うので、第１の実施形態と同様に均一性高くウエハＷにエッチング処理を行うことができる。

上記の第１及び第２の実施形態において、フォーカスリング４に処理ガスを用いて成膜する代わりに、図１０（ａ）に示すようにフォーカスリング４の表面にフィルム１１１を貼付してもよい。このフィルム１１１の材質としては、被エッチング膜に応じて、上記のケースＡ〜Ｆで説明した各材質が用いられる。また、処理ガスによりＳｉＯ2膜を成膜する代わりにこのようなフィルム１１１を用いる場合、当該フィルム１１１は、例えばＭＳＱ（メチルシスセスキオキサン）により構成されてもよい。また、ＳｉＮ膜を成膜する代わりにフィルム１１１を用いる場合、当該フィルム１１１は例えばＨＭＤＳにより構成される。ＣＨｘＯｙ膜を成膜する代わりにフィルム１１１を用いる場合、当該フィルム１１１は、例えばＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル樹脂）やＳＩＬＫ（ポリアリレンハイドロカーボン）により構成してもよい。

また、フォーカスリング４に成膜する代わりに、例えば図１０（ｂ）に示すように、フォーカスリング４の内側に被エッチング膜と主成分が同一であるリング部材１１２を設けてもよい。このような場合もリング部材１１２によりウエハの周端付近でのプラズマ活性種の反応が制御されると共に、フォーカスリング４によりウエハＷ周囲の電界が制御されるので、ウエハＷの面内で均一性高くプラズマの活性種を分布させることができる。

ウエハＷを処理する場合について説明してきたが、本発明は例えばフラットパネルのような矩形の基板を処理する場合にも適用することができる。つまり、被エッチング膜の主成分と同じ主成分により構成されるリング部材は丸形であっても角形であってもよい。従って、基板の周りに上記の各種の成膜ガスを供給して当該基板を囲むように成膜される部材や上記フィルム１１１は、円形であっても角形であってもよい。また、上記のようにフォーカスリング４とは別体のリング部材１１２を設ける場合、当該リング部材１１２は円形であることに限られず、角形であってもよい。

（評価試験）
続いて、発明者が本発明の知見を得るに至ったシミュレーションによる実験について説明する。このシミュレーションでは、上述の第１の実施形態で示したプラズマエッチング装置と略同様の装置を設定した。この装置の載置台３には被エッチング膜として有機膜である（ＣＨ_２）ｎが形成されたウエハＷが載置されているものとして設定した。前記ウエハＷの直径は３００ｍｍである。そして、上部電極２からはＯ_２ガス、ＣＯガス、Ａｒガスが夫々６０ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍ、４５０ｓｃｃｍで供給されるものとして設定した。排気されることにより得られる処理容器１０内の圧力は２．０Ｐａとした。

有機膜に対するエッチングではＯ（酸素）ラジカルの寄与が大きいので、フォーカスリング４表面のＯラジカルに対する反応度γを変化させて、処理容器１１内のＯラジカルの濃度分布及び流れ（フラックス）を調べ、さらに反応度γ毎にウエハＷの面内におけるエッチングレートを調べた。この反応度γが０の場合は、フォーカスリング４の表面とＯラジカルとが全く反応せず、反応度γが１に近づくほどＯラジカルがウエハＷと同様にフォーカスリング４の表面と反応する。

図１１（ａ）、（ｂ）は反応度γが夫々０、０．２５であるときのＯラジカルの分布を等濃度線で示している。各実験において、Ｏラジカルは０．５０×１０^−５mol/m³〜１．６９×１０^−５mol/m³の範囲で分布している。図中Ｏラジカルの濃度が、１．３５×１０^−５mol/m³以上である領域Ｒ１は網目により示しており、１．３５×１０^−５mol/m³より低く、１．２４×１０^−５mol/m³以上である領域Ｒ２には多数の点を付して示している。Ｏラジカルの濃度が１．２４×１０^−５mol/m³より低く、１．０２×１０^−５mol/m³以上である領域Ｒ３にも多数の点を付して示しているが、Ｒ２よりも点の密度を小さくして示している。Ｏラジカルの濃度が、Ｏラジカルの濃度が１．０２×１０^−５mol/m³より低く、０．９０×１０^−５mol/m³以上である領域Ｒ４には斜線を付して示しており、０．９０×１０^−５mol/m³より低い領域Ｒ５には斜線や点を付していない。図１２（ａ）、（ｂ）は反応度γが夫々０．５、１であるときのＯラジカルの濃度分布を図１１と同様に示している。

このシミュレーションでは、処理容器内の各部におけるフラックスを算出している。このフラックスは、Ｏラジカルの単位面積、時間あたりの移動量であり、単位はｍｏｌ／ｍ^２・秒である。この算出されたフラックスを、図１１、図１２では矢印で表示しており、矢印の向きがＯラジカルの流れる方向を示している。ただし、これらの図１１、図１２では図示の便宜上、実際に得られたシミュレーション結果よりも、矢印の数は少なく表示している。γ＝０、γ＝０．２５、γ＝０．５のときのウエハＷ付近の前記矢印について、図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に夫々より明確に表示している。この図１３で矢印の長さは、前記Ｏラジカルフラックス値の各点での大小を示しており、長いほどＯラジカルの移動量が大きい。

図１１〜図１３に示されるようにγ＝０の場合には、ウエハＷの外縁部にＯラジカルが流れこんでおり、ウエハＷの中央部と外縁部とでＯラジカルの濃度分布が異なっている。しかしγ＝０．２５、０．５及び１の場合にはフォーカスリング４へのＯラジカルの流れ込みが増える代わりにウエハＷの外縁部へのＯラジカルの流れ込みが抑えられる。そして、ウエハＷの中央部と外縁部とでＯラジカルの濃度分布の均一性が高くなっている。

図１４は、シミュレーションにより得られた、反応度γ毎のウエハＷのエッチングレートを示すグラフである。グラフの縦軸はエッチングレート（ｎｍ／分）を示し、横軸はウエハＷの中心からの距離を示している。このグラフより、フォーカスリング４でのＯラジカルによる反応度が、ウエハＷでのＯラジカルによる反応度に近いほど、ウエハＷ面内におけるエッチングレートの均一性が高くなることが分かる。図１１〜図１４に示したシミュレーションの結果から、本発明者は、被エッチング膜と主成分が同一であるリング部材をウエハＷの周囲に配置することで、ウエハＷ面内のエッチングレートを改善することに思い至った。

Ｗ 半導体ウエハ
１ プラズマエッチング装置
１０ 処理容器
２ 上部電極
２３ ガス供給系
２６ 高周波電源部
３ 載置台
３８ 高周波電源部
４ フォーカスリング
５０ 制御部
８ 半導体製造装置
８０ 制御部
９１ プラズマエッチングモジュール
９２ フォーカスリング成膜モジュール

Claims (6)

1. 基板上の被エッチング膜をドライエッチングする方法において、
   処理容器内に基板を搬入して載置台に載置する工程と、
   少なくとも表面部の主成分が被エッチング膜の主成分と同じ材質であるリング部材を基板を囲むように配置した状態で、基板に対向するガス供給部から処理ガスをシャワー状に吐出すると共に処理ガスをプラズマ化して被エッチング膜をエッチングする工程と、
   前記処理容器内を排気路を介して真空引きする工程と、を含み、
   前記被エッチング膜はシリコン膜及びシリコン酸化膜を除く膜であることを特徴とするエッチング方法。
2. 基板上の被エッチング膜をドライエッチングする方法において、
   処理容器内の載置台に載置される基板を囲むように設けられるリング部材に対し成膜ガスを供給して、当該リング部材の表面に、これから前記処理容器内にてエッチングを行う基板上の被エッチング膜の主成分とその主成分が同じ材質の膜を成膜する工程と、
   次いで前記処理容器内に基板を搬入して載置台に載置する工程と、
   その後、前記リング部材を基板を囲むように配置した状態で、基板に対向するガス供給部から処理ガスをシャワー状に吐出すると共に処理ガスをプラズマ化して被エッチング膜をエッチングする工程と、
   処理容器内を排気路を介して真空引きする工程と、を含む特徴とするエッチング方法。
3. 前記リング部材の表面に成膜する工程は、エッチングを行う前記処理容器内にて行われることを特徴とする請求項２記載のエッチング方法。
4. 基板上の被エッチング膜をドライエッチングする方法において、
   処理容器内の載置台に載置される基板を囲むように設けられたリング部材を、少なくとも表面部が、これから前記処理容器内にてエッチングを行う基板上の被エッチング膜の主成分とその主成分が同じ材質であるリング部材と交換する工程と、
   次いで前記処理容器内に基板を搬入して載置台に載置する工程と、
   その後、前記交換されたリング部材を基板を囲むように配置した状態で、基板に対向するガス供給部から処理ガスをシャワー状に吐出すると共に処理ガスをプラズマ化して被エッチング膜をエッチングする工程と、
   処理容器内を排気路を介して真空引きする工程と、を含むことを特徴とするエッチング方法。
5. 基板上の被エッチング膜を真空雰囲気にてドライエッチングする装置において、
   基板を載置するための載置台がその内部に設けられた処理容器と、
   前記載置台に対向し、処理ガスをシャワー状に吐出するガス供給部と、
   前記処理ガスをプラズマ化するための手段と、
   前記載置台上の基板を囲むように設けられたリング部材と、
   前記ガス供給部にエッチング用のガスを供給するエッチングガス供給源と、
   前記リング部材の表面に基板上の被エッチング膜の主成分とその主成分が同じ材質の膜を成膜するためのガスをガス供給部に供給する成膜ガス供給源と、
   基板を処理容器内に搬入する前に、成膜ガス供給源からガス供給部を介して処理容器内に成膜ガスを供給して前記リング部材の表面を成膜するように制御信号を出力する制御部と、を備えたことを特徴とするエッチング装置。
6. 基板を囲むように配置するリング部材において、
   請求項１に記載のエッチング方法に用いられることを特徴とするリング部材。

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