JP5732941B2

JP5732941B2 - プラズマエッチング装置及びプラズマエッチング方法

Info

Publication number: JP5732941B2
Application number: JP2011058602A
Authority: JP
Inventors: 久保田　和宏; 和宏久保田; 祐介斎藤; 昌伸本田
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2011-03-16
Filing date: 2011-03-16
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2031-03-16
Also published as: US20120238040A1; CN102683247A; TWI574317B; KR101928579B1; KR20120106607A; JP2012195463A; CN102683247B; TW201250828A; US20160013065A1

Description

本発明は、基板に対してプラズマによりエッチングを行う技術に関する。

半導体デバイスの製造工程に用いられる例えば平行平板型のプラズマエッチングの装置は、真空容器内に、例えば半導体ウエハである基板を載置する下部電極をなす載置台と、この載置台に対向配置される上部電極をなすガスシャワーヘッドと、載置台上の基板を囲むフォーカスリングと呼ばれるリング部材と、を設けて構成されている。半導体デバイスのパターンの微細化などの背景から、基板間あるいは基板の面内において均一性の高い処理が要求されており、このような要求に応えるために、処理パラメータや装置のハード構成などについて検討、改善が行われている。例えば特許文献１には、エッチング装置の立ち上げ直後とその後の連続運転中とでは処理容器内の温度が違うため、ウエハのエッチングの面内均一性を改善するために、立ち上げ直後とその後の連続運転中とでエッチング処理時のフォーカスリングの温度を変更して調整することが記載されている。

一方、半導体デバイスの複雑化などにより、基板上の多層膜を同一の真空容器内でエッチングすることが検討されており、この場合各膜に応じてガス種や圧力などの処理パラメータが設定される。今後益々エッチング処理の均一性を高めることが必要であるが、例えばこのような多層膜をいわば一気に抜く場合においても、高い面内均一性を得るための検討が必要である。

特許文献２には、伝熱手段に接触させることにより温度調整可能なフォーカスリングが記載されており、また特許文献３には、フォーカスリングに接する消耗リングの内部にヒータを有する半導体処理容器内の装置が記載されているが、面内均一性の高い処理を行うためには更なる工夫が必要である。

特開２００８−１５９９３１号公報（段落０００７）米国特許第６７６７８４４号公報米国特許第６７９５２９２号公報

本発明はこのような背景の下になされたものであり、その目的は基板のプラズマエッチングにおいて、エッチングについて高い面内均一性が得られる技術を提供することにある。

本発明のプラズマエッチング装置は、処理容器内の載置部に載置された基板に対してプラズマによりエッチングを行うためのプラズマエッチング装置において、
前記載置部を囲むと共に冷媒により冷却される支持部と、
この支持部の上に設けられ、プラズマの状態を調整するためのリング部材と、
このリング部材を加熱するための加熱機構と、
前記リング部材の熱を前記支持部側に放熱して当該リング部材を冷却するために、当該リング部材と前記支持部との間に伝熱用のガスを供給するためのガス供給機構を含む冷却機構と、
前記リング部材の温度を検出するための温度検出部と、
エッチング対象となる基板上の膜に対応付けて各々設定された前記リング部材の設定温度、前記加熱機構の出力及び前記冷却機構の伝熱用のガス圧力が含まれ、基板をエッチングするための処理条件が膜に応じて書き込まれた処理レシピを記憶するレシピ記憶部と、
前記レシピ記憶部からエッチング対象である膜に対応する処理レシピを読み出し、前記温度検出部の温度検出値がリング部材の設定温度よりも低い下方側閾値よりも低いときに前記加熱機構をオンにし、前記温度検出値が設定温度に達した時に前記加熱機構をオフにすると共に、前記温度検出値がリング部材の設定温度よりも高い上方側閾値よりも高いときに前記冷却機構をオンにし、前記温度検出値が設定温度に達した時に前記冷却機構をオフにするように、制御信号を出力する実行部と、を備えたことを特徴とする。

また本発明のプラズマエッチング方法は、処理容器内の載置部に載置された基板に対してプラズマによりエッチングを行うためのプラズマエッチング方法において、
前記載置部を囲むと共に冷媒により冷却される支持部と、
この支持部の上に設けられ、プラズマの状態を調整するためのリング部材と、
このリング部材を加熱するための加熱機構と、
前記リング部材の熱を前記支持部側に放熱して当該リング部材を冷却するために、当該リング部材と前記支持部との間に伝熱用のガスを供給するためのガス供給機構を含む冷却機構と、
エッチング対象となる基板上の膜に対応付けて各々設定された前記リング部材の設定温度、前記加熱機構の出力及び前記冷却機構の伝熱用のガス圧力が含まれ、基板をエッチングするための処理条件が膜に応じて書き込まれた処理レシピを記憶するレシピ記憶部と、を用い、
前記レシピ記憶部からエッチング対象である膜に対応する処理レシピを読み出す工程と、
前記リング部材の温度を検出する工程と、
前記工程で検出された温度検出値がリング部材の設定温度よりも低い下方側閾値よりも低いときに前記加熱機構をオンにし、前記温度検出値が設定温度に達した時に前記加熱機構をオフにすると共に、前記温度検出値がリング部材の設定温度よりも高い上方側閾値よりも高いときに前記冷却機構をオンにし、前記温度検出値が設定温度に達した時に前記冷却機構をオフにする工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、基板をエッチングするための処理条件が書き込まれた処理レシピの中にリング部材の設定温度が書き込まれ、リング部材の温度を温度検出部により検出し、リング部材の設定温度と前記温度検出値とに基づいて、前記加熱機構及び前記冷却機構を制御しているため、エッチング処理について高い面内均一性が得られる。

本実施形態におけるプラズマエッチング装置を示す縦断側面図である。本実施形態におけるフォーカスリング温度の制御を説明するブロック図である。前記温度制御における冷却モードを説明する縦断側面図である。前記温度制御における加熱モードを説明する縦断側面図である。本実施形態におけるウエハ上に形成された多層膜を示す縦断面図である。本実施形態における処理レシピの一例を示す表である。本実施形態における冷却機構及び加熱機構の動作する条件をまとめた表である。前記処理レシピをプログラムにより実行するステップを説明するフロー図である。前記温度制御時におけるフォーカスリング温度の経時変化の一例を示すグラフである。エッチング処理後の前記多層膜を示す縦断面図である。前記処理レシピのステップの実行タイミングとフォーカスリング温度との関係を模式的に示した温度推移図である。本発明の実施例結果を示す散布図である。

図１は、本発明の実施形態に係るプラズマエッチング装置を示し、１は例えばアルミニウムからなる気密な処理容器（真空容器）である。処理容器１の底部の中央部には、支持台２が設けられている。支持台２は、円柱体の上面部の周縁部が全周に亘って切り欠かれていて、段部８が形成された形状、即ち上面部において周縁部以外の部分が円柱状に突出した形状に構成されている。この突出した部位は基板である半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）Ｗが載置される載置部２０をなすものであり、この載置部２０を囲む段部８は後述のリング部材の配置領域に相当する。

この載置部２０の上面部には、絶縁膜にチャック電極２２を配置してなる第１の静電チャック２１が設けられており、チャック電極２２は処理容器１の外に設けられた直流電源２３とスイッチ２４を介して電気的に接続されている。第１の静電チャック２１には図示しない複数の吐出口が穿設されており、熱媒体ガス例えばＨｅガスを、第１の静電チャック２１とウエハＷとの間の微小空間に図示しないガス供給部から供給することができるようになっている。
なお、支持台２の内部には図示しない昇降ピンが設けられており、当該装置の外に設けられた図示しない搬送アームと第１の静電チャック２１との間にてウエハＷの受け渡しを行うことができる。

支持台２の内部には冷媒通流室３５が設けられており、冷媒が冷媒供給路８２→冷媒通流室３５→冷媒排出路８３の経路で通流するように構成される。冷媒排出路８３から排出された冷媒は、チラーにより所定の設定温度まで冷却され、冷媒供給路８２から冷媒通流室３５に戻ってくる。このため支持台２は、冷媒により予め設定された基準温度に維持されることになり、ウエハＷはプラズマからの入熱とＨｅガスを介して支持台２に放熱される作用との熱バランスにより温度が決まってくる。
また支持台２は下部電極を兼用しており、プラズマ中のイオンを引き込むためのバイアスを下部電極に印加するためのバイアス電源である高周波電源４に整合器４１を介して接続されている。

処理容器１の天井部には、絶縁部材１２を介して、載置部２０に対向するように、処理ガスを処理領域に供給するガス供給部であるシャワーヘッド５が設けられている。このシャワーヘッド５には多数の吐出口５１が穿設されており、処理容器の外に設けられたガス供給系５２より配管５３及びバッファ室５４を介して、吐出口５１より所定の処理ガスが吐出される。このシャワーヘッド５は上部電極を兼用しており、整合器５５を介してプラズマ生成用の高周波電源５６が接続されている。

処理容器１の側壁にはシャッター１３により開閉可能なウエハＷの搬送口１４が設けられている。処理容器１の底部には排気ポート１５が設けられており、この排気ポート１５にはバルブ１７及び圧力調整部１８が介設された排気管１９を介して真空排気機構である真空ポンプが接続されている。

支持台２の上面の周縁部に形成された段部８の底面（段面）には、絶縁膜にチャック電極２６を配置してなるリング状の第２の静電チャック２５が設けられている。また支持台２の側周には、支持台２を囲むように絶縁部材である筒状の石英部材３６が設けられている。そして、第２の静電チャック２５及び石英部材３６の上には、両者を跨ぐようにフォーカスリング３が設けられている。このフォーカスリング３の内周縁は全周に亘って切り欠かれて段部が形成されており、第１の静電チャック２１に保持されたウエハＷの第１の静電チャック２１から突出した周縁部がフォーカスリング３の前記段部に収まるようになっている。

第２の静電チャック２５は、フォーカスリング３の吸着固定用のものであり、前述の第１の静電チャック２１とは電気的に絶縁されている。チャック電極２６は、処理容器１の外に設けられた直流電源２７に第１の静電チャック２１のスイッチ２４とは別のスイッチ２８を介して電気的に接続されている。このため、第１の静電チャック２１と第２の静電チャック２５とは夫々独立して吸着のオンオフを切り替えることができる。
また第２の静電チャック２５には、フォーカスリング３と第２の静電チャック２５との間の微小空間に、熱媒体ガスである例えばＨｅガスを供給するための図示しない吐出口が複数設けられている。この吐出口は、処理容器１の外に設けられたＨｅガス供給源３１に、供給制御部８１を介して配管３４で接続されている。この供給制御部８１は、図２に示すように、圧力調整部３２及びバルブ３３などを含むため、前記吐出口へのＨｅガスの供給及びその遮断を行うことができ、また圧力コントローラ３８を介してＨｅガスの供給圧力調整が可能となっている。このため、フォーカスリング３と第２の静電チャック２５との間の微小空間にＨｅガスを供給することにより、図３に示すように、フォーカスリング３の熱がＨｅガスを介して支持台２に放熱され、フォーカスリング３を冷却することができる。

処理容器１の外には光源例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）３７が設けられており、フォーカスリング３のを加熱する加熱用の光であるレーザを放射できるようになっている。このＬＥＤ３７により放射されたレーザは、石英部材３６内を透過しながら分散し、この石英部材３６の上にあるフォーカスリング３全体に均一に照射されるようになっている。このため、図４に示すように、ＬＥＤ３７により石英部材３６を介してフォーカスリング３にレーザを照射することにより、フォーカスリング３を加熱することができる。

フォーカスリング３を図３に示すように冷却する場合、図４に示すように加熱する場合のいずれにおいても、フォーカスリング３の温度は、プラズマから入熱される熱と、冷却機構に逃げる熱あるいは加熱機構から入熱される熱とのバランスで決定される。

フォーカスリング３及び石英部材３６の外周側にはそれらを囲むように、反応生成物の付着を防止するための筒状の絶縁部材であるガイドリング１１が設けられている。
本プラズマエッチング装置には温度検出部である干渉式温度計６１が設けられており、図２に示すように、その検出端はフォーカスリング３に接触している。光ファイバー６２は、第２の静電チャック２５を貫通して、この温度計６１の本体と検出端とを接続している。この温度検出値は、温度計コントローラ６３を介して制御部６に入力される。

上述の静電チャック用のスイッチ２４、２８、Ｈｅガスの供給制御部８１の一部をなすバルブ３３、圧力コントローラ３８及びレーザ出力コントローラ３９は、制御部６からの制御信号に基づいて動作するように構成されている。制御部６は、図２に示すように、バス６８と、処理レシピ６４を記憶するレシピ記憶部６５と、ＣＰＵ６７と、プログラムを格納したＲＯＭ（便宜上、図ではＲＯＭを省略してプログラムに符号６６を割り当てている）とを備えている。処理レシピ６４とは処理の作業手順が処理パラメータと共に記載されたデータであり、プログラム６６が処理レシピ６４の内容を読み出して、各事項に応じた制御信号を作成し、各作業を実行する。この例では、ＣＰＵ６７とプログラム６６とが、制御信号を出力する実行部に相当する。本実施形態におけるエッチング対象物であるウエハＷは、図５に示すように、その表面が多層膜構造となっており、このための処理レシピ６４には図６に示すようにこれらの膜を上から順次エッチングしていくためのステップＳが書かれている。具体的には、処理レシピ６４には各ステップＳ毎に、そのステップＳにおける多層膜のエッチング対象膜とその処理ガスの種類及び流量、上部電極５及び下部電極２への供給電力値、エッチングパターンによるマスクの開口率、フォーカスリング３の温度の設定値、ウエハＷ及びフォーカスリング３夫々の冷却用Ｈｅガスの圧力設定値及びレーザ出力の設定値などが記載されている。図６には、処理レシピ６４の一例を示しているが、フォーカスリング３の温度に関連する事項のみを記載しており、その他は省略している。

フォーカスリング３の温度設定に関するプログラム６６のステップ群は、図７に示すように、干渉式温度計６１による温度検出値が上方側閾値よりも大きくなると冷却機構が作動し、その後温度検出値が設定温度よりも小さくなると冷却機構が停止するように構成されており、また逆に温度検出値が下方側閾値よりも小さくなると加熱機構が作動し、その後温度検出値が設定温度よりも大きくなるとその加熱機構が停止するように構成されている。この詳細については、次に述べる実施形態の作用説明において述べることとする。

本実施形態における作用について説明する。まず図示しない真空搬送室からウエハＷが図示しない搬送アームを介して処理容器１内に搬送され、図示しない昇降ピンを介して第１の静電チャック２１上に受け渡され吸着保持される。このウエハＷの表面部には、図５に示すように、例えば下から順に炭化ケイ素（ＳｉＣ）膜７１、低誘電率膜７２、有機膜７３、低誘電率膜７４、有機膜７５、反射防止膜７６が積層してなる多層膜７が形成されている。７７及び７８は夫々、レジスト膜及びチタンナイトライド膜のパターンマスクである。

そしてプログラム６６は、レシピ記憶部６５に記憶されている処理レシピの群の中から、当該ウエハＷに対応する処理レシピの内容を読み出す。図８は、フォーカスリング３の温度制御を行う、プログラム６６に含まれるステップ群であり、エッチング処理においてフォーカスリング３の温度制御を中心に図８〜図１１を参照しながら動作説明を進める。図８のフローのステップについては、図６に示す処理レシピに含まれるステップＳと区別するために「ステップＫ」で表示する。初めに処理レシピに含まれるステップの番号（ｎ）を「１」に設定し、ステップＫ２を介してステップＫ３に進み、ステップＳｎ（Ｓ１）のフォーカスリング３の設定温度、レーザ出力値及びＨｅガス圧力値を読み出し、設定信号を出力する。これにより、レーザ出力コントローラ３９がＬＥＤ３７のパワーを設定値になるように調整し、またＨｅガス圧力コントローラ３８がＨｅガスの圧力を設定値に調整する。

続いて設定温度に対して下方側閾値（設定温度−Δｔ℃）と上方側閾値（設定温度＋Δｔ℃）を設定する（ステップＫ４）。そしてフォーカスリング３の温度調整を行いながらステップＳｎ（この段階ではＳ１）のエッチングプロセスを実行する（ステップＫ５、Ｋ６）。ここで温度調整に関して図９を参照しながら説明する。フォーカスリング３の温度調整のルールとしては、次のように決められている。
（１）ＬＥＤ３７は、干渉式温度計６１の温度検出値が下方側閾値よりも低いときにオンとなり、設定温度に達したときにオフとなる。
（２）Ｈｅガスは、前記温度検出値が上方側閾値よりも高いときにオンとなり、設定温度に達したときにオフとなる。

そしてステップＫ５及びＫ６が繰り返され、処理レシピ６４のステップＳ１が終了すると（処理時間が経過してタイムオーバーになると）、ステップ６からステップＫ７に抜け出して処理レシピ６４のステップ番号を１つ繰り上げ、ステップＳ２のエッチングプロセスがステップＫ３〜Ｋ６にて同様にして実施される。

図９は、フォーカスリング３の設定温度、下方側閾値、上方側閾値及びフォーカスリング３の温度推移を、ＬＥＤ３７及びＨｅガスのオン、オフと関連付けて示した温度推移図である。今、温度検出値が下方側閾値よりも低いとすると、図９に示すように、ＬＥＤ３７がオンとなり、このためフォーカスリング３の温度が上昇する。このときＨｅガスがオフの状態（停止の状態）となっている。そして温度検出値が設定温度に達するとＬＥＤ３７がオフとなるが、ＬＥＤ３７からのレーザによる加熱箇所と温度計６１による検出箇所との距離による熱伝達のタイムラグにより、温度検出値は設定温度をオーバーシュートする。このオーバーシュートにより温度検出値が上方側閾値を超えると、Ｈｅガスがオンとなり（Ｈｅガスの供給が開始され）、フォーカスリング３の冷却が始まる。実際には、Ｈｅガスが設定圧力まで充填されるのにかかる時間やＨｅガスの充填箇所と温度計６１の検出箇所との間の距離などにより、温度検出値が低下に転ずるまでにタイムラグが発生する。そして温度検出値が設定温度に達すると、Ｈｅガスの供給が停止する。しかし実際には、Ｈｅガスの充填箇所と温度計６１による検出箇所との間の距離、Ｈｅガスの供給停止後におけるＨｅガスの残留及びフォーカスリング３と第２の静電チャック２５との点接触箇所箇所からの抜熱などにより、温度検出値は設定温度よりも低下しアンダーシュートが発生する。温度検出値が更に低下し下方側閾値を下回ると、ＬＥＤ３７がオンとなりフォーカスリング３の加熱が開始される。その後も温度検出値の挙動や本装置の状況に応じて上述した作用を繰り返すことにより、フォーカスリング３の温度は、設定温度近傍に調整及び維持される。なお温度検出値が上方側許容値あるいは下方側許容値を超過した場合には、その時点でウエハＷの処理を中止し、そのウエハＷは不良ウエハとして扱う。

一方プログラム６６は、処理レシピ６４のステップＳ１におけるフォーカスリング３に関連する事項以外の処理パラメータについても読み出しており、この処理パラメータによって、上部電極５側の高周波電力のパワー、下部電極２側の高周波電力（バイアス電力）のパワー、処理ガスの種別、ガス流量、圧力などが設定されて処理雰囲気内にプラズマが生成され、バイアス電力によりプラズマ中のイオンがウエハＷに引き込まれながら、薄膜のエッチングが進行する。ステップＳ１のエッチング時間が終了すると、次にステップＳ２の前記処理パラメータが読み出され、当該処理パラメータに基づいて、ステップＳ２が対象としている薄膜のエッチングが行われる。

図８に戻って、処理パラメータのステップの番号が最終番号（この例ではｎ＝６）になると、ウエハＷに対する一連のエッチングが終了する。図１０は、ウエハＷ上に形成された多層膜７のエッチング終了時点における状態を模式的に示した縦断面図である。その後、処理済みのウエハＷが搬入動作と逆の動作で真空容器１から搬出され、次のウエハＷが当該真空容器１内に搬入されることとなる。

図１１は、処理レシピ６４のステップ（Ｓ１〜Ｓ３を代表して示している）の実行タイミングとフォーカスリング３の温度との関係を模式的に示したものであり、一のステップに対して次のステップにおけるフォーカスリング３の設定温度が高い場合には、一のステップが終了した後、ＬＥＤ３７がオンとなって昇温し、逆に次のステップにおけるフォーカスリング３の設定温度が低い場合には、一のステップが終了した後、Ｈｅガスがオンとなって降温する。なお図１１では、温度推移の理解を容易にするために、設定温度については、図６に示したエッチング対象の膜の設定温度と対応させていない。

上述の実施形態によれば、ウエハＷに形成された多層膜７の各々に対して面内均一性の高いエッチングを行うことができる適切なフォーカスリング３の温度を事前に把握して、設定温度として処理レシピ６４に反映すると共に、連続してエッチングされる各膜毎に、フォーカスリング３の温度をその設定温度を含む適切な温度域に収まるように加熱機構及び冷却機構を制御しているため、面内均一性の高いエッチング処理を行うことができる。またフォーカスリング３の加熱機構としてレーザによる熱輻射を利用しているため、フォーカスリング３を迅速に加熱することができる。またフォーカスリング３の冷却では、熱媒体であるヒータを介さずにフォーカスリング３の熱を支持台２に逃がすように構成し、加熱機構と冷却機構とを互いに独立させて切り分けているので、フォーカスリング３を迅速に冷却することができる。

上述の実施形態では、膜の種別とフォーカスリング３の設定温度とを対応付けているが、本発明者は同じ膜であっても開口率（デバイスの面積全体に対する、膜の上のマスクの開口部の面積の占有率）が異なればフォーカスリング３の適正な温度が変わってくることを把握しており、このため膜種と開口率との組み合わせ毎にフォーカスリング３の温度を設定するようにしてもよい。

上述の実施形態では、加熱モード及び冷却モードのオン、オフに伴い第２の静電チャック２５のオン、オフ制御も行ったが、第２の静電チャック２５は加熱モード時も含めて常時オンに維持していてもよい。

フォーカスリング３の温度制御の手法としては、上述のオン、オフ制御に限らず、例えばフォーカスリング３の設定温度よりも若干低い閾値Ｌ１及び若干高い閾値Ｌ２を夫々設定し、次のように加熱、冷却を行うようにしてもよい。温度検出値と設定温度との差分に応じてＰＩＤアンプによりＬＥＤ３７の出力パワーをコントロールし、温度検出値が設定温度を越えたときにＬＥＤ３７をオフにし、温度検出値が閾値Ｌ１以下になったときに、ＬＥＤ３７の出力パワーコントロールを再開する。また温度検出値と設定温度との差分に応じてＰＩＤアンプによりＨｅガスの圧力をコントロールし、温度検出値が設定温度よりも低くなったときにＨｅガスをオフにし、温度検出値が閾値Ｌ２を越えたときにＨｅガスの圧力コントロールを再開する。

加熱機構としては、上述のＬＥＤの他に、レーザ光を発生させるその他のレーザ光源やヒータなどでもよい。また冷却機構としては、上述のようにＨｅガスのような熱媒体ガスを用いるものに限らず、例えば粘着性のあるシートの間にペルチェ素子を挟み込んだ冷却用の積層体をフォーカスリング３と支持台２との間に介在させ、ペルチェ素子によりフォーカスリング３を冷却するものであってもよい。この場合第２の静電チャック２５は用いない。また熱媒体ガスとして、Ｈｅガスの代わりに、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ２）、四フッ化メタン（ＣＦ４）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）等のガスを用いてもよいが、これらのガスの熱伝導係数及びこれらのガスがプラズマ空間中に漏れ出した場合におけるエッチングプロセスへの影響を考慮すると、Ｈｅガスが好ましい。更にまた熱媒体として、ガスではなく、例えば水や有機溶剤（例えば、ガルデン）等の液体でもよいが、フォーカスリングの冷却機構の構成が複雑になること、及び冷却を止める時における熱媒体液体の引き抜きの困難性を考えると、Ｈｅガスが好ましい。

各ウエハＷについて、上述のように処理レシピ６４におけるステップ数が複数あるのではなく、一層の膜だけをエッチングする、つまり既述のステップが一つだけの場合も本発明に含まれる。またウエハＷの多層膜７をエッチングする場合に限らず、ウエハＷの一層の膜だけをエッチングする場合に、このウエハＷに対応する処理レシピ６４中に前記膜に応じたフォーカスリング３の設定温度を書き込んでおき、この設定温度に応じてフォーカスリング３の温度をコントロールする場合も本発明に含まれる。

本発明における実施例について説明する。直径３００ｍｍのシリコンウエハ上に形成された低誘電率層膜であるＳｉＣＨＯ膜に対してＣ４Ｆ８を含むプロセスガスをプラズマ化して得たプラズマによりトレンチ形状のパターンのエッチングを行った。フォーカスリングの温度を７０℃、１８０℃、２７０℃、３５０℃と変えたが、それ以外の処理条件は同じにしてウエハ面上のエッチングレートについて調べた。その結果を図１２に示す。
フォーカスリングの温度が７０℃の場合には、ほぼ均一なエッチング処理結果であったが、フォーカスリング温度が上がるにつれて、ウエハ周縁部の膜厚が中央部と比較して小さくなった。このことから、フォーカスリング温度を調整することでウエハ周縁部のエッチングレートを調整でき、フォーカスリングの温度を適正化することによりエッチングについてウエハの面内均一性の向上を図れることが確認された。

Ｗウエハ
１処理容器
２支持台
２１第１の静電チャック
２５第２の静電チャック
３フォーカスリング
３１ヘリウム供給源
３２圧力調整部
３５冷媒通流室
３６石英部材
３７ＬＥＤ
３８圧力コントローラ
３９レーザ出力コントローラ
４下部電極の交流電源
５ガスシャワーヘッド
６制御部
６１干渉式温度計
６４処理レシピ
７多層膜

Claims

処理容器内の載置部に載置された基板に対してプラズマによりエッチングを行うためのプラズマエッチング装置において、
前記載置部を囲むと共に冷媒により冷却される支持部と、
この支持部の上に設けられ、プラズマの状態を調整するためのリング部材と、
このリング部材を加熱するための加熱機構と、
前記リング部材の熱を前記支持部側に放熱して当該リング部材を冷却するために、当該リング部材と前記支持部との間に伝熱用のガスを供給するためのガス供給機構を含む冷却機構と、
前記リング部材の温度を検出するための温度検出部と、
エッチング対象となる基板上の膜に対応付けて各々設定された前記リング部材の設定温度、前記加熱機構の出力及び前記冷却機構の伝熱用のガス圧力が含まれ、基板をエッチングするための処理条件が膜に応じて書き込まれた処理レシピを記憶するレシピ記憶部と、
前記レシピ記憶部からエッチング対象である膜に対応する処理レシピを読み出し、前記温度検出部の温度検出値がリング部材の設定温度よりも低い下方側閾値よりも低いときに前記加熱機構をオンにし、前記温度検出値が設定温度に達した時に前記加熱機構をオフにすると共に、前記温度検出値がリング部材の設定温度よりも高い上方側閾値よりも高いときに前記冷却機構をオンにし、前記温度検出値が設定温度に達した時に前記冷却機構をオフにするように、制御信号を出力する実行部と、を備えたことを特徴とするプラズマエッチング装置。
前記処理レシピは、処理の単位である複数のステップを含み、
前記リング部材の設定温度は、前記ステップごとに設定されていることを特徴とする請求項１記載のプラズマエッチング装置。
前記基板は、前記処理容器内にて連続してエッチングされる複数種の膜が積層され、
前記処理レシピに含まれる複数のステップは、前記複数種の膜をエッチングするステップに夫々対応していることを特徴とする請求項２記載のプラズマエッチング装置。
前記リング部材は、前記支持部の表面部に配置された静電チャックに静電吸着され、
前記伝熱用のガス供給機構は、前記リング部材と前記静電チャックとの間に伝熱用のガスを供給するものであることを特徴とする請求項１ないし３にいずれか一項に記載のプラズマエッチング装置。
前記加熱機構は、前記リング部材の下部に設けられた絶縁体と、前記処理容器の外部に設けられ、前記絶縁体を介して加熱用の光を前記リング部材に照射するための光源部と、を備えたことを特徴とする請求項１ないし４にいずれか一項に記載のプラズマエッチング装置。
処理容器内の載置部に載置された基板に対してプラズマによりエッチングを行うためのプラズマエッチング方法において、
前記載置部を囲むと共に冷媒により冷却される支持部と、
この支持部の上に設けられ、プラズマの状態を調整するためのリング部材と、
このリング部材を加熱するための加熱機構と、
前記リング部材の熱を前記支持部側に放熱して当該リング部材を冷却するために、当該リング部材と前記支持部との間に伝熱用のガスを供給するためのガス供給機構を含む冷却機構と、
エッチング対象となる基板上の膜に対応付けて各々設定された前記リング部材の設定温度、前記加熱機構の出力及び前記冷却機構の伝熱用のガス圧力が含まれ、基板をエッチングするための処理条件が膜に応じて書き込まれた処理レシピを記憶するレシピ記憶部と、を用い、
前記レシピ記憶部からエッチング対象である膜に対応する処理レシピを読み出す工程と、
前記リング部材の温度を検出する工程と、
前記工程で検出された温度検出値がリング部材の設定温度よりも低い下方側閾値よりも低いときに前記加熱機構をオンにし、前記温度検出値が設定温度に達した時に前記加熱機構をオフにすると共に、前記温度検出値がリング部材の設定温度よりも高い上方側閾値よりも高いときに前記冷却機構をオンにし、前記温度検出値が設定温度に達した時に前記冷却機構をオフにする工程と、を含むことを特徴とするプラズマエッチング方法。
前記基板は、前記処理容器内にて連続してエッチングされる複数種の膜が積層され、
前記処理レシピは、前記複数種の膜を夫々エッチングするための複数の処理単位であるステップを含み、
前記リング部材の設定温度は、前記ステップごとに設定されていることを特徴とする請求項６記載のプラズマエッチング方法。