特許第6625891号(P6625891)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6625891
(24)【登録日】2019年12月6日
(45)【発行日】2019年12月25日
(54)【発明の名称】真空処理装置
(51)【国際特許分類】
   H01L 21/3065 20060101AFI20191216BHJP
   H05H 1/46 20060101ALI20191216BHJP
【FI】
   H01L21/302 101G
   H01L21/302 101C
   H05H1/46 L
【請求項の数】9
【全頁数】13
(21)【出願番号】特願2016-23693(P2016-23693)
(22)【出願日】2016年2月10日
(65)【公開番号】特開2017-143186(P2017-143186A)
(43)【公開日】2017年8月17日
【審査請求日】2019年1月23日
(73)【特許権者】
【識別番号】501387839
【氏名又は名称】株式会社日立ハイテクノロジーズ
(74)【代理人】
【識別番号】110000350
【氏名又は名称】ポレール特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】小林 浩之
(72)【発明者】
【氏名】三好 信哉
(72)【発明者】
【氏名】篠田 和典
(72)【発明者】
【氏名】前田 賢治
(72)【発明者】
【氏名】高妻 豊
(72)【発明者】
【氏名】酒井 哲
(72)【発明者】
【氏名】伊澤 勝
【審査官】 佐藤 靖史
(56)【参考文献】
【文献】 特開2015−185594(JP,A)
【文献】 特開2002−100571(JP,A)
【文献】 特開2008−166653(JP,A)
【文献】 特開2002−083803(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01L 21/3065
H05H 1/46
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
減圧された内側に処理用のガスが供給される処理室を内部に備えた真空容器と、前記処理室内側の下部に配置され処理用の試料が上面に載せられる試料台と、前記処理室上方に配置されその内部で処理用のガスを用いてプラズマが形成されるプラズマ形成室と、前記試料台の上面の上方であって前記処理室と前記プラズマ形成室との間に配置され前記処理用のガスがその内部を通り前記プラズマ形成室から前記処理室内部に導入される流路内に配置された少なくとも1つの板部材であって複数の導入孔を備えた誘電体製の板部材と、前記流路の外周側でこれを囲んで配置され前記試料を加熱するためのランプ及び前記処理室の内側に面して当該処理室と前記ランプとの間に配置され当該ランプからの電磁波を透過させる部材で構成されたリング状の窓部材とを備えた真空処理装置であって、
前記窓部材の電磁波を透過させる部材がこの窓部材のリング状の平板部下面及び当該リング状の平板部の内周側で前記板部材を囲む側面を構成して前記ランプからの電磁波により前記板部材が加熱されることを特徴とする真空処理装置。
【請求項2】
請求項1に記載の真空処理装置であって、
前記窓部材のリング状の平板部下面及び前記側壁面が電磁波を透過させる一体の部材で構成されたことを特徴とする真空処理装置。
【請求項3】
請求項1に記載の真空処理装置であって、
前記窓部材の前記側壁面を構成する側壁の上端部に前記処理室の内部と外部との間を気密に封止するシール部材と、前記ランプと前記シール部材との間に配置され前記電磁波から当該シール部材を遮るカバーを備えたことを特徴とする真空処理装置。
【請求項4】
請求項3に記載の真空処理装置であって、
前記側壁の内部に配置され前記電磁波の前記シール部材への伝達を抑制する部材とを備えたことを特徴とする真空処理装置。
【請求項5】
請求項1乃至4の何れか一項に記載の真空処理装置であって、
前記導入孔からの前記処理用のガスの導入と前記ランプによる前試料の加熱とが交互に繰り返されるように制御されることを特徴とする真空処理装置。
【請求項6】
請求項1に記載の真空処理装置において、
前記板部材は、第1板部材と第2板部材とを有し、前記第1板部材の導入孔と前記第2板部材の導入孔とは平面的に異なった位置に配置されていることを特徴とする真空処理装置。
【請求項7】
請求項1に記載の真空処理装置において、
前記プラズマを形成するためのコイルが前記プラズマ形成室を取り巻いて設置されていることを特徴とする真空処理装置。
【請求項8】
請求項1に記載の真空処理装置において、
前記窓部材は、前記試料に面する下面と前記板部材に面する側面とを有し、前記試料の加熱分布を調整するために前記下面と前記側面との角部がレンズの機能を備えていることを特徴とする真空処理装置。
【請求項9】
請求項8に記載の真空処理装置において、
前記窓部材の前記角部は、前記ランプに面する側の曲率と前記試料に面する側の曲率が異なることを特徴とする真空処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、プラズマ照射と光加熱によってエッチングを行う真空処理装置に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体デバイスでは、低消費電力化や記憶容量増大の要求のため、更なる微細化、及び、デバイス構造の3次元化が進んでいる。3次元構造のデバイスの製造では、構造が立体的で複雑であるため、従来のウエハ面に対して垂直方向にエッチングを行う「垂直エッチング」に加え、横方向にもエッチングが可能な「等方性エッチング」が多用されるようになる。従来、横方向のエッチングは薬液を用いたウエット処理による等方性エッチングにより行ってきたが、微細化の進展により、薬液の表面張力によるパターン倒れの問題が顕在化している。そのため、等方性エッチングでは、従来の薬液を用いたウエット処理から薬液を用いないドライ処理に置き換える必要が生じている。
【0003】
等方性エッチングをドライ処理で高精度に行う方法(ドライリムーブ)としては、吸着・脱離方式のエッチング方法が知られている(特許文献1)。この方法では、最初にプラズマで生成されたラジカルを被処理体の被エッチング層の表面に吸着させ、化学反応によって反応層を形成させる(吸着工程)。次に、熱エネルギーを付与してこの反応層を脱離させ除去する(脱離工程)。この吸着工程と脱離工程を交互にサイクリックに繰り返すことによりエッチングを行う。この手法では、吸着工程において、表面に形成された反応層が一定の厚さに到達すると、反応層が被エッチング層と反応層の界面にラジカルが到達するのを阻害するようになるため、反応層の成長が急速に減速する。そのため、複雑なパターン形状の内部において、ラジカルの入射量にばらつきがあっても、適度に十分な吸着時間を設定することによって均一な厚さの変質層を形成することができ、エッチング量をパターン形状に依存せず、均一にすることが可能となるメリットがある。また、1サイクルあたりのエッチング量を数nmレベル以下に制御することができるため、数nmの寸法精度で加工量を調整することができるメリットがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2015−185594号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
吸着・脱離方式のエッチングにおいては、吸着工程と脱離工程を交互にサイクリックに行いステップバイステップでエッチングを行うため、連続的にプラズマを照射してエッチングを進める従来のエッチング方法に比べて、同じ厚さの膜をエッチングする際、処理に時間がかかるという問題がある。そのため、吸着工程、及び、脱離工程のそれぞれの時間の短縮が大きな課題となる。一般に吸着工程の時間短縮には反応に必要なラジカルをウエハに効率的に供給する必要がある。特に短寿命のラジカルを効率的にウエハに照射するためにはラジカルの生成領域とウエハの距離を短くすることが1つの有効な対策となる。また、脱離工程の時間短縮には加熱時間の短縮を目的としてIRランプ(赤外線ランプ)を用いることが1つの有効な対策である。
【0006】
吸着工程の時間短縮には上述したようにラジカル生成領域とウエハの距離の短縮が効果的な手法の1つであるが、一方で、この際にウエハに一定量のイオンが入射すると、反応層がイオンの衝撃によって除去されてしまうため、ウエハへのイオンの入射量は低減しなければならない。イオンのウエハへの入射量を低減する方法としては、プラズマの生成領域とウエハとの間にイオン遮蔽用のスリット板(穴あきプレート)を設置する方法が有効である。
【0007】
一方で、イオンの入射量が一定量存在するチャンバーの壁面では多少の量の堆積性のラジカルが付着してもイオンの衝撃によって除去されるため、堆積膜の成長を抑えることが容易である。しかし、イオン遮蔽用のスリット板を設置すると、それより下流の壁面ではイオンの入射量が抑えられるため、堆積性のラジカルが付着して膜になり、これが剥がれて異物粒子となりウエハを汚染する問題が生じる。特にラジカルの流路となるスリット板ではこの問題が大きい。
【0008】
本発明の目的は、イオン遮蔽用のスリット板を設置した場合であっても、スリット板への堆積性のラジカルを低減可能な、吸着・脱離方式の真空処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記目的を達せするための一実施形態として、減圧された内側に処理用のガスが供給される処理室を内部に備えた真空容器と、前記処理室内側の下部に配置され処理用の試料が上面に載せられる試料台と、前記処理室上方に配置されその内部で処理用のガスを用いてプラズマが形成されるプラズマ形成室と、前記試料台の上面の上方であって前記処理室と前記プラズマ形成室との間に配置され前記処理用のガスがその内部を通り前記プラズマ形成室から前記処理室内部に導入される流路内に配置された少なくとも1つの板部材であって複数の導入孔を備えた誘電体製の板部材と、前記流路の外周側でこれを囲んで配置され前記試料を加熱するためのランプ及び前記処理室の内側に面して当該処理室と前記ランプとの間に配置され当該ランプからの電磁波を透過させる部材で構成されたリング状の窓部材とを備えた真空処理装置であって、前記窓部材の電磁波を透過させる部材がこの窓部材のリング状の平板部下面及び当該リング状の平板部の内周側で前記板部材を囲む側面を構成して前記ランプからの電磁波により前記板部材が加熱されることを特徴とする真空処理装置とする。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、イオン遮蔽用のスリット板を設置した場合であっても、スリット板への堆積性のラジカルを低減可能な、吸着・脱離方式の真空処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1】本発明の第1の実施例に係るプラズマ処理装置の概略全体構成断面図(一部ブロック図)である。
図2図1に示すプラズマ処理装置におけるIRランプ、IR光透過窓、及び、周辺の高さ位置関係を説明するための要部断面図である。
図3A図1に示すプラズマ処理装置における上側スリット板の平面図である。
図3B図1に示すプラズマ処理装置における下側スリット板の平面図である。
図3C図1に示すプラズマ処理装置におけるスリット板を処理室の上方から見たときの上側および下側のスリット板のガス穴の位置関係を示す。
図4図1に示すプラズマ処理装置において、IR光の照射方向、及び、ガスの流れを説明するための断面図である。
図5図2に示すIR光透過窓のOリングシール面の詳細について説明するための断面図である。
図6図1に示すプラズマ処理装置におけるエッチングの処理手順を説明する図であり、上段は処理時間に対する高周波電力、中段は処理時間に対するIRランプの電力、下段は処理時間に対するウエハの温度を示す。
図7図1に示すプラズマ処理装置における被処理物のエッチング処理の進行状況を説明するための部分断面図である。
図8】本発明の第2の実施例に係るプラズマ処理装置(本体)の断面図である。
図9図2に示す光透過窓の他の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
発明者らは上記課題の解決策について検討した結果、プラズマ源と加熱用のランプで構成されたプラズマ処理装置において、ウエハとプラズマ源の間に、IRランプを用いて構成されたウエハ加熱用のランプユニットを設置し、ランプユニットの中央にラジカルの通り道となる流路を設け、この流路にプラズマで生成されたイオンや電子を遮蔽するための複数の穴が設置されたスリット板を設置することにした。さらに、加熱用ランプを大気雰囲気に設置し、処理室内の減圧雰囲気と大気雰囲気を仕切るIR光透過窓がIRランプの下部に設置され、且つ、この窓が流路の一部を構成するように、窓の中央は円筒状の構造物が設置されている構成とした。そして、スリット板を円筒状の構造の上面よりも下の位置に設置する。これにより、ウエハ加熱用のIRランプによってウエハだけでなく、スリット板をIRランプで加熱できるようにした。
【0013】
これにより、ウエハ加熱用の光によって、イオン遮蔽用のスリット板も加熱されるため、スリット板への堆積膜のラジカルの付着量が低減し、堆積膜の生成に起因した異物粒子の発生が抑制された。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、同一符号は同一構成要素を示す。
【実施例1】
【0014】
まず、図1を用いて本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の全体構成の概略を説明する。なお、本実施例では真空処理装置としてエッチング装置を例に説明するが、これに限定されない。
【0015】
本プラズマエッチング装置は、図1に示すように処理室101の下方にはベースチャンバー11が設置されており、その中にはウエハ102を戴置するためのステージ(試料台)104が設置されている。処理室101の上方にはプラズマ源が設置されており、プラズマ源にはICP放電方式(ICP:Inductively Coupled Plasma)を用いている。ICPプラズマ源を構成する円筒型の石英チャンバー12が処理室101の上方に設置されており、石英チャンバー12の外側にはICPコイル34が設置されている。ICPコイルにはプラズマ生成のための高周波電源20が整合器22を介して接続されている。高周波電力の周波数は13.56MHzなど、数十MHzの周波数帯を用いた。
【0016】
石英チャンバー12の上部には天板106が設置されている。天板106の下部にはガス分散板17(17−1、17−2、17−3、17−4の部分を含む)とシャワープレート105が設置されており、処理ガスはガス分散板17とシャワープレート105を介して処理室101内に導入される。処理ガスのうち可燃性ガスは分散板17−2、及び、17−4、支援燃性ガス、及び、可燃性でも支燃性でもないガス(ここでは簡単に不活性ガスと呼ぶこととする)は分散板17−1、及び、17−3に供給する。処理ガスはガス種毎に設置されたマスフローコントローラー50によって流量が調整され、マスフローコントローラーの下流側にガス分配器51が設置されている。これにより、中心付近に供給する可燃性ガスと外周付近に供給する可燃性ガス、及び、中心付近に供給する支燃性ガスと不活性ガスの混合ガスと外周付近に供給する支燃性ガスと不活性ガスの混合ガスの量や組成をそれぞれ独立に制御して供給できるようにし、ラジカルの空間分布を詳細に制御できるようにしている。なお、図1ではNH、H、CH、CHOHを可燃性ガス、OとNFを支燃性ガスとして記載してあるが、他のガスを用いてもよい。また、Ar、N、CHF、N、HOを不活性ガスとして図に記載してあるが、他のガスを用いてもよい。また、図1では不活性ガスは支燃性ガスと一緒に分散板へ供給するようにしているが、可燃性ガスに混合させて供給できるようにしてもよい。
【0017】
処理室101の下部には処理室を減圧するためのターボ分子ポンプやドライポンプなどの排気手段13が調圧バルブ14を介して接続されている。なお、符号10はプラズマ、符号52はバルブ、符号60は外カバーを示す。
【0018】
ステージ104とICPプラズマ源の間の高さ位置にはウエハ(試料)102を加熱するためのランプユニットとして、IRランプユニットが設置されている。IRランプユニットは主にIRランプ62、IR光を反射する反射板63、IR光透過窓74からなる。IRランプ62にはサークル型(円形状)のランプを用いる。なお、IRランプから放射される光は可視光から赤外光領域の光を主とする光(電磁波)である。本実施例では3周分のランプ(62−1、62−2、62−3)を設置したが、2周、4周などとしてもよい。また、ランプ1周分は円環状の1つのランプで構成してもよいし、例えばおよそ90°の円弧状のランプを円環上状に4つ並べて1つの円環状ランプとして用いてもよい。IRランプの上方にはIR光を反射するための反射板63が設置されている。
【0019】
IRランプ62にはIRランプ用電源64が接続されており、その途中にはプラズマ生成用の高周波電力のノイズがIRランプ用電源に流入しないようにするための高周波カットフィルタ25が設置されている。また、IRランプ62−1、62−2、62−3に供給する電力がお互いに独立に制御できるような機能がIRランプ用の電源64には設置されており、ウエハの加熱量の径方向分布を調節できるようになっている(配線は一部図示を省略した)。
【0020】
IRランプユニットの中央には流路75が形成されている。そして、この流路75にはプラズマ中で生成されたイオンや電子を遮蔽し、中性のガスや中性のラジカルのみを透過させてウエハに照射するための複数の穴の開いたスリット板78(78−1、78−2の部分を含む)が設置されている。IRランプの下方からランプの内側の側方(ガスの流路75側)にかけては石英製のIR光を通すためのIR光透過窓74が設置されている。IR光透過窓は、IRランプの下方からランプの内側の側方を含め一体の部材で構成されている。
【0021】
ステージ104にはステージを冷却するための冷媒の流路39が内部に形成されており、チラー38によって冷媒が循環供給されるようになっている。また、ウエハ102を静電吸着によって固定するため、板状の電極板(静電吸着用の電極)30がステージに埋め込まれており、それぞれにDC電源(静電吸着用の電源)31が接続されている。また、ウエハ102を効率よく冷却するため、ウエハ102の裏面とステージ104との間にHeガスを供給できるようになっている。
【0022】
次に、ランプユニットに設置されているIR光透過窓とスリット板の構成や位置関係の詳細について図2を用いて説明する。IR光透過窓74はIR光を下方(ウエハ側)に透過するだけでなく、径方向の中心方向へ透過できるように中央には円筒状の構造が設置されており、この円筒状の構造部分がランプユニット中央の流路75の一部を構成するようになっている。円筒状の構造部分の上方には真空に封じるためのOリングシール面79−1がある。このOリングシール面79−1の高さ(図2の位置a)は、反射板の内側の下端81−1の高さ(図2の位置b)よりも高い位置としている。なお、符号143はスペーサーを示す。
【0023】
流路75に設置されたスリット板78は上下に2段(78−1、78−2)となっている。スリット板の概略を図3Aから図3Cに示す。図3Aは上側スリット板78−1、図3Bは下側スリット板78−2を示している。スリット板は石英製(誘電体)の板に例えば直径数ミリメートルの円形の穴(ガス穴)142(142−1、142−2の部分を含む)が数百個設けられている。中性のガスや中性のラジカルはこの穴を介してプラズマ側からウエハ側へ輸送される。スリット板の厚さは数ミリメートルから数センチメートルとした。図3Cは、2枚のスリット板を処理室の上方から見たときのガス穴の位置関係を示す。2枚のスリット板78−1と78−2に設けられている穴はお互いに位相がずらしてあり、ウエハ側からプラズマ側が直接見えないようにすることで、イオンや電子の遮蔽効果を高めている。2枚のスリット板78−1と78−2の間隔はスリット板の間に設置したスペーサー143によって決定する(図2)。スペーサー143によって決定されるスリット板78−1と78−2の間隔は数ミリメートルないし数センチメートルとする。なお、スリット板の複数の穴の直径や穴の数、2枚のスリット板の間隔はガスの流れのコンダクタンスによって決定する。スリット板の役割はプラズマ中で生成されたイオンと電子を遮蔽し、中性のガスとラジカルを通過させるためのものであり、穴の径が小さすぎたり、穴の数が少なすぎたり、2枚のスリット板の距離が近すぎたり、スリット板の厚さが厚すぎると、イオンや電子の遮蔽効果は高まるが、コンダクタンスが小さくなり、中性のガスやラジカルが通りにくくなってしまう。そのため、できるだけスリット板の上方の空間であるプラズマ生成領域の圧力と、スリット板より下方のウエハへラジカルを照射する領域の圧力が近い値になるように(コンダクタンスを大きくなるように)各種寸法を調整することが望ましい。例えばスリット板78−1の上方の処理ガスの圧力が50Paである場合、スリット板78−2の下方のウエハ領域の処理ガスの圧力は45Paなど両者の値が例えば2倍以上開かないようにするのが望ましい。
【0024】
図4にIRランプの光の照射方向の例を示す(装置構成は図1と同等である)。図4の矢印144(144−1から144−9を含む)は最も内側のランプにおいて、図上の左側の位置から放射される光の照射方向について示したものである。スリット板78の高さ位置(図2の位置c)は、反射板63の内側の下端81−1(図2の位置b)よりも下の位置に設置してある。これにより例えば矢印144−1ないし144−4に示すように、IRランプから放射されたIR光の一部がスリット板78に照射されてスリット板78を加熱できるようにしている。これにより堆積性のラジカルのスリット板への付着を抑制している。また、スリット板の表面に微細な凹凸をつけて光の透過度を調整するとよい。また、IR光透過窓はIR光の透過率の高い合成石英を用いるのが望ましいが、スリット板の石英には赤外光の吸収量が相対的に大きい溶融石英を用いてもよい。すなわち、IR光透過窓とスリット板にはお互いにIR光の透過率が異なる素材を用いてもよい。
【0025】
スペーサー143の材質はスリット板と同じものとした。また、上側のスリット板78−1はプラズマに曝されているため、ある程度のプラズマによる加熱が期待できるが、下側のスリット板78−2はかなりイオンが遮蔽されているため、加熱が期待できない。そのため、特に下側のスリット板はIR光によって加熱する必要性が高い。そのため、少なくとも、下方のスリット板をIR光で効率的に加熱できるように設置位置を調整するとよい。
【0026】
さらに図4から分かるように、IR工光透過窓74がIRランプの内側、且つ、側方(図4のX)にも設置されている構成とすることにより、矢印144−3ないし144−5で示すように、ウエハの中心から見てIRランプにおけるIR光の放射位置とは反対側のウエハ面やウエハ中心付近を加熱できるメリットもある。もし、図4のXの部分がIR光を透過しない材質とした場合、ウエハ中心が加熱できず、また、IR光放射位置とは反対側のウエハ面も加熱できないため、ウエハの加熱力や加熱の均一性が悪化する。
【0027】
また、Oリングシール面79−1(図2の位置a)が反射板の内側の下端81−1(図2の位置b)よりも高い位置に設置することでOリング(シール部材)80に直接IR光をあたらなくすることができ、Oリング80の劣化を抑えることができる。さらに、IR光透過窓74の外周には段差がつけられており、外周部のOリングのシール面79−2が反射板63の外周の下端81−2よりも高い位置になるようにし、Oリング80に直接IR光が当たらないようにした。すなわち、反射板63を、Oリング(シール部材)80への電磁波を遮るカバーとしても用いた。
【0028】
このようにIRランプからのIR光が直接Oリング80に照射されないようしているが、一部の光はIR光透過窓74内で反射してOリングに到達する。そのため、可能な限りOリング80にIR光が当たらないようにするために、図5に示すようにIR光透過窓74のOリングのシール面79−1にはアルミなどの反射層(電磁波伝達抑制部材)82を蒸着し、且つ、接合面の隙間に入射するラジカルによって反射層82が劣化するのを防ぐため、イットリア(Y)などの対プラズマ保護層83で反射層82の周りをコーティングするとよい。この場合Oリング80は対プラズマ保護層に当たって真空を封じることになる。当然、Oリングのシール面79−2にも同様に反射層、及び、耐プラズマ層をコーティングするとよい。
【0029】
なお、装置の各種寸法については次のとおりとした。分散板17−1、17−2から供給された内側の処理ガスは概ねプラズマ10において解離、イオン化され、中性のラジカルやガスは概ねスリット板の中心を通過してウエハの中心付近へ照射されように(図4の矢印A)、そして、分散板17−3、及び17−4から供給された外側の処理ガスはプラズマ10において解離、イオン化され、中性のラジカルやガスは概ねスリット板の外側を通過してウエハの外周付近へ照射されるように(図4の矢印B)、流路75の径やスリット板78の径はウエハの直径の1/2以上として、内側のガスと外側のガスのお互いの拡散・混合が少なくなるようにするのが望ましい。一方で流路75の径が大きくなりすぎるとIRランプとウエハの距離が長くなりすぎ、ウエハの加熱力が低下するため、流路75または内側のランプ62−1の径はウエハの径と同程度する。したがって、ウエハの径が300mm(30cm)である場合、例えば流路75やスリット板の径(穴の開いている領域の径)は20cmないし30cmとする。また、石英チャンバー12の径はウエハ径と同程度とし、20〜30cmとする。
【0030】
IR光透過窓74とウエハ102との距離は数センチメートル以上(例えば5cm)となるようにして、処理ガスやラジカルの排気がスムーズにできるようにする。IRランプの高さ位置とウエハの高さ位置との差は10cm〜20cm程度とし、IRランプとウエハの距離が長くなりすぎないようにする。また、短寿命ラジカルをウエハに効率的に照射するため、プラズマやICPコイルとウエハの距離は数十センチメートル以内(例えば30cm)とする。
【0031】
上述のように構成した本装置の処理手順の例を図6図7を用いて説明する。処理室101に設けられたウエハ搬送口(図示省略)を介してウエハを処理室101へ搬入(搬入工程、図7の(1)、図6のウエハ搬入)した後、静電吸着のためのDC電源31によりウエハを固定するとともに、ウエハの裏面にウエハ冷却用のHeガスを供給する。そして、複数のマスフローコントローラー50、及び、ガス分配器51によって処理室101内に供給する処理ガスの流量や処理室101内のガス組成分布を調整し、放電電源20によりプラズマ放電を開始する。そして、処理ガスはプラズマ10にてイオン化、解離し、中性のガスとラジカルはスリット板78を通過して被エッチング層95を有するウエハ102に照射される。これによりラジカルをウエハの表面に吸着させて被エッチング層95の表面に反応層96を生成する(吸着工程、図7の(2)、図6の高周波電力ONの領域)。ここで、被エッチング層95は、Si、SiO、SiN、W、TiN、TiO、Alなどの層である。
【0032】
反応層96の生成が完了したら放電電源20をOFFとしてプラズマ放電を止める。そして、ウエハ裏面のHeガスの供給を停止するとともに、バルブ52を開いてウエハの裏面の圧力を処理室内の圧力と同程度にする。そしてDC電源31をOFFとしてウエハの静電吸着を解除する。
【0033】
次に電源64の出力をONにしてIRランプ62を点灯させる。IRランプ62から放射されたIR光はIR光透過窓74を透過し、ウエハ、及び、スリット板を加熱する。
【0034】
ウエハの温度が一定値に到達したら電源64の出力を低減し、ウエハの温度を一定に保ちながら反応層96を脱離させる(脱離工程、図7の(3)、図6のIRランプの電力ONの領域)。
【0035】
その後、IRランプ用電源64の出力をOFFにして、ウエハの加熱を停止する。次に処理室内にArガスを供給しながらウエハ裏面にHeガスを供給しウエハの冷却を開始する(冷却工程、図7の(4)、図6のIRランプOFFの領域)。このとき、Arガスの圧力とHeのガス圧の差は概ね0.5kPa以下となるようにする。例えば、処理室内のArガスの圧力を0.8kPa、ウエハ裏面のHeガス圧を1kPaとする(裏面のHeガスの圧力でウエハが飛び跳ねないようにする)。そして、ウエハの温度が50〜100℃以下となったらDC電源31をONにして静電吸着によりウエハを固定し、処理室内へのArの供給は停止するか流量を少なくする。そして、ウエハの温度をステージ104の温度程度にさらに低下させる。ステージの温度は−40℃〜40℃程度とする。なお、ウエハ冷却において、最初からウエハを静電吸着しないのは、冷却過程においてウエハが縮むのに伴ってステージとウエハがこすれてウエハの裏面を傷がついたり、応力でウエハが割れたりしないようにするためである。冷却が終了したら再びラジカル照射を開始する。そして、ラジカル吸着と脱離(図7の(2)−(4))のサイクルを繰り返してステップバイステップでエッチングを行い、エッチングが終了したら処理室101からウエハを搬出する。このサイクル数を増やすことによりエッチング量を増やすことができる。これらの処理は制御部(図示せず)により制御される。
【0036】
図2に示すIRランプユニットを備えた図1に示すプラズマ処理装置を用い、図6及び図7に示す手順に従って等方性エッチング処理を行った結果、堆積ラジカル起因の異物付着が低減され、高精度のエッチングを行うことができた。
【0037】
以上、本実施例によれば、イオン遮蔽用のスリットを設置した場合であっても、スリットへの堆積性のラジカルを低減可能な、吸着・脱離方式の真空処理装置を提供することができる。
【実施例2】
【0038】
次に本発明の他の実施例を図8図9を用いて説明する。なお、実施例1に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。
【0039】
図8は本発明の第2の実施例に係るプラズマ処理装置(本体部)の断面図である。図8に示すように、IRランプ62(ここでは、62−1、62−2、62−3)をウエハに並行方向の同一面に配置するのではなく、ウエハに対して傾いた面に沿って配置する方法も加熱の均一性の観点では有利であると考えられる。但し、この場合はランプユニットの高さLが図1の構成に対して長くなってしまい、これに伴ってラジカル生成領域とウエハの距離が長くなってしまう。短寿命ラジカルの効率的なウエハへの照射という観点では図1に示すように、IRランプはウエハに並行な面上に配列してランプユニットの高さを小さくするほうがよい。IRランプ62をウエハに並行方向の同一面に配置するかウエハに対して傾いた面に沿って配置するかは、目的に応じて使い分けることができる。
【0040】
なお、実施例1で説明したプラズマ処理装置や本実施例の図8で示したプラズマ処理装置では透過窓74の内側下部の角部が直角形状のものであったが、IRランプによるウエハ加熱の均一性を調整する場合は図9に示したように、IR光透過窓74のIRランプの下側の面とIRランプの内側の側面の部分が交わる部分において、IR光透過窓74の外側の湾曲部85−1と内側の湾曲部85−2の曲率をお互いに変えることによってレンズ効果により、ウエハへの加熱分布を調整するのが望ましい。
【0041】
図8に示すプラズマ処理装置を用い、図6及び図7に示す手順に従って等方性エッチング処理を行った結果、均一性に優れ、堆積ラジカル起因の異物付着が低減され、高精度のエッチングを行うことができた。
【0042】
以上、本実施例によれば、イオン遮蔽用のスリットを設置した場合であっても、スリットへの堆積性のラジカルを低減可能な、吸着・脱離方式の真空処理装置を提供することができる。また、IRランプ62をウエハに対して傾いた面に沿って配置することにより、より均一性に優れたエッチングを行うことができた。また、IR光透過窓のガス流路側底面角部において、外側の湾曲部85−1と内側の湾曲部85−2の曲率をお互いに変えることによりウエハへの加熱分布を調整することができる。
【0043】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【0044】
10:プラズマ、11:ベースチャンバー、12:石英チャンバー、13:排気手段、14:調圧バルブ、17,17−1,17−2,17−3,17−4:ガス分散板、20:高周波電源、22:整合器、24:DC電源、25:フィルタ、30:静電吸着用の電極、31:静電吸着用の電源、33:石英チャンバー、34:ICPコイル、38:チラー、39:冷媒の流路、50:マスフローコントローラー(MFC)、51:ガス分配器、52:バルブ、60:外カバー、62,62−1,62−2,62−3:IRランプ、63:反射板、64:IRランプ用電源、74:IR光透過窓、75:流路、78,78−1,78−2:スリット板、79−1,79−2:Oリングシール面、80:Oリング、81−1,81−2:反射板の下面、82:アルミ膜(反射層)、83:Y(プラズマ保護層)、85−1,85−2:窓の湾曲部、95:被エッチング層、96:反応層、101:処理室、102:ウエハ(試料)、104:ステージ(試料台)、105:シャワープレート、106:天板、142,142−1,142−2:ガス穴、143:スペーサー。
図1
図2
図3A
図3B
図3C
図4
図5
図6
図7
図8
図9