(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024139953
(43)【公開日】2024-10-10
(54)【発明の名称】プラズマエッチング装置及びプラズマエッチング方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/3065 20060101AFI20241003BHJP
H05H 1/46 20060101ALI20241003BHJP
【FI】
H01L21/302 101C
H01L21/302 101G
H05H1/46 L
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023050912
(22)【出願日】2023-03-28
(71)【出願人】
【識別番号】000219967
【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100096389
【弁理士】
【氏名又は名称】金本 哲男
(74)【代理人】
【識別番号】100101557
【弁理士】
【氏名又は名称】萩原 康司
(74)【代理人】
【識別番号】100167634
【弁理士】
【氏名又は名称】扇田 尚紀
(74)【代理人】
【識別番号】100187849
【弁理士】
【氏名又は名称】齊藤 隆史
(74)【代理人】
【識別番号】100212059
【弁理士】
【氏名又は名称】三根 卓也
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 泰信
【テーマコード(参考)】
2G084
5F004
【Fターム(参考)】
2G084AA02
2G084BB02
2G084BB05
2G084BB14
2G084CC13
2G084CC33
2G084DD03
2G084DD13
2G084DD38
2G084FF07
2G084FF20
5F004AA01
5F004AA11
5F004AA14
5F004BA20
5F004BB13
5F004BB22
5F004BB24
5F004BB25
5F004BB26
5F004CA04
5F004CA06
(57)【要約】
【課題】プラズマによるエッチング結果の基板面内における均一性を向上させる。
【解決手段】チャンバと、前記チャンバ内に設けられ、基板を保持する支持体と、プラズマ源を有し、前記チャンバ内にプラズマを生成するプラズマ生成部と、制御部と、を備え、前記支持体は、基板が載置される載置面を有し、前記載置面に載置された基板の上面の中心を通る垂線を中心として基板を回転可能に構成され、前記載置面を水平面に対し傾斜可能に構成され、前記載置面が水平面に対し傾斜していない状態でのみ、前記垂線が前記プラズマ源の中心を通り、前記制御部は、プラズマエッチング時に、前記載置面が水平面に対し傾斜すると共に前記垂線を中心として前記載置面に載置された基板が回転するよう、制御を行い、プラズマエッチング中の、前記載置面に載置された基板の前記垂線を中心とした総回転数が予め定められた値となるよう、制御を行う、プラズマエッチング装置である。
【選択図】
図5
【特許請求の範囲】
【請求項1】
チャンバと、
前記チャンバ内に設けられ、基板を保持する支持体と、
プラズマ源を有し、前記チャンバ内にプラズマを生成するプラズマ生成部と、
制御部と、を備え、
前記支持体は、
基板が載置される載置面を有し、
前記載置面に載置された基板の上面の中心を通る垂線を中心として基板を回転可能に構成され、
前記載置面を水平面に対し傾斜可能に構成され、
前記載置面が水平面に対し傾斜していない状態でのみ、前記垂線が前記プラズマ源の中心を通り、
前記制御部は、
プラズマエッチング時に、前記載置面が水平面に対し傾斜すると共に前記垂線を中心として前記載置面に載置された基板が回転するよう、制御を行い、
プラズマエッチング中の、前記載置面に載置された基板の前記垂線を中心とした総回転数が予め定められた値となるよう、制御を行う、プラズマエッチング装置。
【請求項2】
前記予め定められた値は自然数である、請求項1に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項3】
前記制御部は、前記総回転数が前記予め定められた値となるようにプラズマエッチングに要する時間に基づいて所定の範囲から決定された回転速度で、前記載置面に載置された基板がプラズマエッチング中に回転するよう、制御を行う、請求項1または2に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項4】
プラズマエッチング装置を用いてプラズマにより基板をエッチングするプラズマエッチング方法であって、
前記プラズマエッチング装置は、
チャンバと、
前記チャンバ内に設けられ、基板を保持する支持体と、
プラズマ源を有し、前記チャンバ内にプラズマを生成するプラズマ生成部と、を備え、
前記支持体は、
基板が載置される載置面を有し、
前記載置面に載置された基板の上面の中心を通る垂線を中心として基板を回転可能に構成され、
前記載置面を水平面に対し傾斜可能に構成され、
前記載置面が水平面に対し傾斜していない場合のみ、前記垂線が前記プラズマ源の中心を通り、
前記載置面を水平面に対し傾斜させた状態で前記垂線を中心として前記載置面に載置された基板を回転させながらプラズマエッチングを行う工程を含み、
前記プラズマエッチングを行う工程において、プラズマエッチング中の、前記載置面に載置された基板の前記垂線を中心とした総回転数が予め定められた値となるよう、前記載置面に載置された基板を回転させる、プラズマエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、プラズマエッチング装置及びプラズマエッチング方法に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1には、基板に対してプラズマ処理装置として、処理容器内にプラズマを生成するプラズマ生成部と、処理容器内にて傾斜させた載置面に基板を載置し、回転可能に基板を支持する支持体と、を有するものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本開示にかかる技術は、プラズマによるエッチング結果の基板面内における均一性を向上させる。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の一態様は、チャンバと、前記チャンバ内に設けられ、基板を保持する支持体と、プラズマ源を有し、前記チャンバ内にプラズマを生成するプラズマ生成部と、制御部と、を備え、前記支持体は、基板が載置される載置面を有し、前記載置面に載置された基板の上面の中心を通る垂線を中心として基板を回転可能に構成され、前記載置面を水平面に対し傾斜可能に構成され、前記載置面が水平面に対し傾斜していない状態でのみ、前記垂線が前記プラズマ源の中心を通り、前記制御部は、プラズマエッチング時に、前記載置面が水平面に対し傾斜すると共に前記垂線を中心として前記載置面に載置された基板が回転するよう、制御を行い、プラズマエッチング中の、前記載置面に載置された基板の前記垂線を中心とした総回転数が予め定められた値となるよう、制御を行う、プラズマエッチング装置である。
【発明の効果】
【0006】
本開示によれば、プラズマによるエッチング結果の基板面内における均一性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【
図1】本実施形態にかかるプラズマエッチング装置としてのチルトプリクリーン装置の一例を模式的に示す断面図である。
【
図4】載置面に載置された半導体ウェハの上面でのプラズマ密度分布の一例を示す図である。
【
図5】プラズマエッチングの開始時の半導体ウェハの向きの例を示す図である。
【
図6】プラズマエッチングの開始時の半導体ウェハの向きの例を示す図である。
【
図7】プラズマエッチング中のウェハWの総回転数の他の例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
半導体デバイス等の製造プロセスでは、半導体ウェハ(以下、「ウェハ」という。)等の基板に対して、プラズマによるエッチングすなわちプラズマエッチングが行われることがある。プラズマエッチングは、減圧された処理容器内の基板支持体に基板が支持された状態で行われる。
【0009】
基板支持体が傾斜可能に構成され、プラズマエッチング時に、基板支持体により支持された基板の上面すなわち処理対象面を水平面に対して傾斜させる場合(すなわち処理対象面が水平面と非平行になるようにする場合)がある。このように構成されている場合、処理対象面が傾斜していない状態では、処理対象面の中心を通る垂線がプラズマ源の中心を通るが、処理対象面が傾斜している状態では、処理対象面の中心を通る垂線はプラズマ源の中心を通らない。
【0010】
さらに、プラズマエッチング時に処理対象面を上述のように傾斜させる場合、エッチング結果の面内均一性を向上させるために、プラズマエッチング中に、基板支持体に支持された基板を処理対象面の中心を通る垂線を軸として回転させることがある。
【0011】
ところで、プラズマエッチングは例えば開始から所定の処理時間経過後に終了する。この場合、上述のようにプラズマエッチング時に処理対象面を傾斜させると共に基板を回転させると、基板支持体上の基板の向きが、プラズマエッチング開始時と終了時で異なることがある。このようにプラズマエッチング開始時と終了時で基板支持体上の基板の向きが異なると、プラズマによるエッチング結果の面内均一性が不十分となる場合がある。この点は、要求されるエッチング量が数nmオーダーの条件すなわち5nm以下の条件で顕著である。なぜならば、プラズマエッチングの処理時間が短くプラズマエッチング中の基板の総回転数も少ないため、である。
【0012】
そこで、本開示にかかる技術は、プラズマによるエッチング結果の基板面内における均一性を向上させる。
【0013】
以下、本実施形態にかかるプラズマエッチング装置及びプラズマエッチング方法について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【0014】
<チルトプリクリーン装置>
図1は、本実施形態にかかるプラズマエッチング装置としてのチルトプリクリーン装置10の一例を模式的に示す断面図である。
図2は、後述の支持体の一例を説明するための図である。
図1及び
図2は、鉛直方向に延びる軸線PXを含む一平面において後述の処理容器11を破断して、チルトプリクリーン装置10を示している。
【0015】
チルトプリクリーン装置10は、基板としてのウェハWに対してプラズマによるエッチングすなわちプラズマエッチングを行うプラズマエッチング装置の一例である。また、チルトプリクリーン装置10は、ある膜の成膜と次の膜の成膜の間にウェハW上の酸化物を除去したり、生成した膜を薄く平坦化したりするときに使用することができる。
【0016】
このチルトプリクリーン装置10は、
図1及び
図2に示すように、処理容器11、支持体12、ガス供給部14、プラズマ源としてのICPソースユニット16、排気系20、バイアス電力供給部62及び制御部Mを有する。
【0017】
処理容器11は略円筒形状を有し、アルミニウムで形成されている。一実施形態では、処理容器11の中心軸線は、軸線PXと一致している。この処理容器11は、ウェハWに対してプラズマエッチングを行うための処理空間Sを提供している。
【0018】
処理容器11は、例えば、その高さ方向の中間部分11a、すなわち支持体12を収容する部分において略一定の幅を有している。また、処理容器11は、中間部分11aの下端から底部に向かうにつれて徐々に幅が狭くなるテーパー状をなしている。また、処理容器11の底部は、排気口11bが形成されている。排気口11bは軸線PXに対して軸対称に形成されている。
【0019】
処理容器11内には、支持体12が設けられている。支持体12は、ウェハWが載置される上面12a(以下、載置面12a)を有する。支持体12は、静電チャック31によりウェハWを載置面12aに吸着保持する。
【0020】
また、支持体12は傾斜可能に構成されている。具体的には、支持体12は、載置面12aを水平面に対し傾斜可能に構成されている。より具体的には、支持体12は、軸線PXに直交する第1軸線AX1を中心に回動可能に構成されている。支持体12は、第1軸線AX1を中心とした傾斜軸部50の回動により、軸線PXに対して傾斜することが可能である。一実施形態において、第1軸線AX1の高さは、支持体12が傾斜していない状態における載置面12a上のウェハWの高さ(具体的にはウェハWの上面の高さ)と一致している。
支持体12を傾斜させるために、チルトプリクリーン装置10は、駆動部24を有している。駆動部24は、処理容器11の外部に設けられており、第1軸線AX1を中心とした支持体12の回動のための駆動力を発生する。なお、
図1は支持体12が傾斜していない状態のチルトプリクリーン装置10を示し、
図2は支持体12が傾斜している状態のチルトプリクリーン装置10を示す。
【0021】
さらに、支持体12は、ウェハWを回転可能に支持する。具体的に、支持体12は、載置面12aに載置されたウェハWの中心(具体的には載置面12aの中心)を通る垂線を中心として、当該ウェハWを回転可能に構成されている。より具体的には、支持体12は、第1軸線AX1に直交する上記垂線である第2軸線AX2を中心に、載置面12aに載置されたウェハWを回転可能に構成されている。
なお、支持体12が傾斜していない状態では、
図1に示すように、第2軸線AX2は軸線PXに一致し、プラズマ源としてのICPソースユニット16の中心軸線と一致する。一方、支持体12が傾斜している状態では、
図2に示すように、第2軸線AX2は軸線PXに対して傾斜し、プラズマ源としてのICPソースユニット16の中心軸線と一致しない。すなわち、支持体12は、載置面12aが水平面に対し傾斜していない状態でのみ、載置面12aに載置されたウェハWの中心(具体的には載置面12aの中心)を通る垂線が、プラズマ源としてのICPソースユニット16の中心を通る。
支持体12の詳細については後述する。
【0022】
排気系20は、処理容器11内の空間を例えば、高真空に減圧可能に構成されている。排気系20は、例えば、自動圧力制御器20a、ターボ分子ポンプ20b、及びドライポンプ20cを有している。ターボ分子ポンプ20bは、自動圧力制御器20aの下流に設けられている。ターボ分子ポンプ20bに代えてクライオポンプが用いられてもよい。ドライポンプ20cは、バルブ20dを介して処理容器11内の空間に直結されている。また、ドライポンプ20cは、バルブ20eを介してターボ分子ポンプ20bの下流に設けられている。
【0023】
自動圧力制御器20a及びターボ分子ポンプ20bを含む排気系20は、処理容器11の底部に取り付けられ、排気口11bを介して処理容器11内を排気するように構成されている。また、自動圧力制御器20a及びターボ分子ポンプ20bを含む排気系20は、支持体12の直下に設けられている。したがって、このチルトプリクリーン装置10では、支持体12の周囲から排気系20までの均一な排気の流れを形成することができる。これにより、効率の良い排気が達成され得る。また、処理容器11内で生成されるプラズマを均一に拡散させることが可能である。
【0024】
一実施形態において、処理容器11の内壁面のうち、処理空間Sを画成する上部のものには、シールド17が着脱自在に設けられ、下部のものには、シールド26が着脱自在に設けられている。また、支持体12の載置面12a以外の壁面、傾斜軸部50の外周面には、シールド21が着脱自在に設けられている。シールド17、21、26は、処理容器11内にエッチングにより生成された副生成物(以下、「デポ」ともいう。)が付着することを防止する。シールド17、21、26は、例えば、アルミニウムから形成された母材の表面をブラスト処理、または追加でアルミ溶射膜を形成することにより構成される。シールド26は、例えば、ラビリンス構造を形成可能に複数に分割され、ラビリンス構造が有する隙間からガスを排気系20へ導く。シールド17、21、26は適宜交換される。
【0025】
処理容器11の天井部には開口が設けられており、開口は誘電体窓19によって閉じられている。誘電体窓19は板状体であり、石英ガラス又はセラミックスから構成されている。
【0026】
ガス供給部14は、流路14a、14bから処理容器11内に処理ガスを供給する。具体的には、流路14a、14bが、後述の石英部材18に周方向に沿って等間隔で複数(例えば8つ)設けられたガス孔22に連通しており、ガス供給部14は、等間隔に配置された複数のガス孔22から処理空間Sに処理ガスを導入する。これにより処理ガスを複数のガス孔22から等配に処理容器11内に導入することができるため、処理空間S内で偏りの少ない処理ガスのプラズマを生成することができる。
【0027】
ガス供給部14は、少なくとも1つのガスソース及び少なくとも1つの流量制御器を含んでもよい。ガス供給部14のガスソースからの処理ガスの流量は流量制御器により調整可能できる。
【0028】
ICP(Inductively Coupled Plasma)ソースユニット16は、処理容器11内に供給された処理ガスを励起させる。ICPソースユニット16は、例えば処理容器11の天井部の誘電体窓19上に設けられている。また、一実施形態では、ICPソースユニット16の中心軸線は、軸線PXと一致している。誘電体窓19の上のICPソースユニット16が設けられた空間は大気圧雰囲気であり、誘電体窓19の下の処理容器11内の空間は減圧雰囲気(真空雰囲気)である。
【0029】
ICPソースユニット16は、高周波アンテナ53及びシールド部材52を有している。高周波アンテナ53は、シールド部材52によって覆われている。高周波アンテナ53は、例えば銅、アルミニウム、ステンレス等の導体から構成されており、軸線PXを中心に螺旋状に延在している。高周波アンテナ53には、高周波電源51が接続されている。高周波電源51は、プラズマ生成用の高周波を高周波アンテナ53に供給する。
【0030】
高周波アンテナ53に高周波電源51から所定の周波数の高周波を所定のパワーで供給すると、高周波は誘電体窓19を透過し、処理容器11内に誘導磁界を形成し、誘導磁界によって処理容器11内に導入された処理ガスがプラズマ化される。高周波電源51から供給される高周波電力の周波数は、13.56MHz、27MHz、40MHz、60MHzといった周波数であってもよい。
【0031】
処理容器11内の誘電体窓19の下方であって、且つ流路14a、14bの位置よりも上にシールド板13が配置されている。シールド板13は、石英の薄板であり、誘電体窓19の近傍に設けられ、エッチングにより生成された副生成物がウェハW側から飛来し、誘電体窓19に付着することを防止する。
【0032】
バイアス電力供給部62は、ウェハWにイオンを引き込むための高周波バイアス電力を支持体12に供給するよう構成されている。高周波電源51、高周波アンテナ53、誘電体窓19及びガス供給部14は、プラズマを生成するためのプラズマ生成空間Uにてプラズマを生成するプラズマ生成部として機能する。
【0033】
誘電体窓19と支持体12との間であって、且つシールド板13の下方には、スリット板15が設けられている。スリット板15は、複数のスリット15a1が形成された石英のスリット板15aと、スリット板15aの下に配置され、複数のスリット15b1が形成された石英のスリット板15bとを有する。
【0034】
スリット板15の外縁部は、処理容器11の内壁に把持され、プラズマ生成空間Uと処理空間Sとを仕切るようになっている。スリット15a1は、スリット15b1を基準として、支持体12の載置面12aの傾斜方向と逆の方向にずれ、平面視でスリット15a1とスリット15b1とは重ならない。「支持体12の載置面12aの傾斜方向」とは、載置面12aが傾斜したときの載置面12aに対する垂線が鉛直方向に対して傾斜する方向である。
【0035】
本実施形態のようにスリット板15a、15b及びシールド板13を設け、スリット15a1、15b1の幅及び位置等を適正化することにより、誘電体窓19への防着機能の維持と高エッチングレートとを両立することができる。
【0036】
スリット板15aより上方の、処理容器11のプラズマ生成空間Uを画成する内壁面は、円筒状の石英部材18で覆われている。石英部材18の絶縁性により、プラズマ生成空間Uに生成されたプラズマが接地された処理容器11に引き込まれ消失することを防止することができる。
【0037】
制御部Mは、例えば、例えばCPU等のプロセッサやメモリ等を備えたコンピュータであり、プログラム格納部(図示せず)を有している。プログラム格納部には、チルトプリクリーン装置10の各部を制御して後述のウェハ処理を実現するための指令を含むプログラムが格納されている。なお、上記プログラムは、コンピュータに読み取り可能な非一時的な記憶媒体Hに記録されていたものであって、当該記憶媒体Hから制御部Mにインストールされたものであってもよい。記憶媒体Hは、一時的なものであっても、非一時的なものであってもよい。
【0038】
<支持体12>
次に、
図1及び
図2を参照し、
図3を用いて、支持体12についてさらに説明する。
図3は、後述の容器部の内部構造の一例を示す図である。
【0039】
支持体12は、ウェハWを載置面12aで支持した状態で、載置面12aを水平面に対し傾斜可能に構成されている。また、支持体12は前述のようにウェハWを回転可能に支持する。
この支持体12は、
図1及び
図2に示すように、保持部30、容器部40を有し、傾斜軸部50が接続されている。
【0040】
保持部30は、ウェハWを保持し、第2軸線AX2を中心に回転することによって、第2軸線AX2を中心にウェハWを回転させる機構である。保持部30は、
図3に示すように、静電チャック31、下部電極32及び回転軸部33を有している。
【0041】
静電チャック31は、その上面である載置面12aにウェハWを保持する。静電チャック31は、第2軸線AX2をその中心軸線とする略円盤形状を有しており、電極31aを有している。静電チャック31は、電極31aに電圧が印加されることにより生じる静電力によって、載置面12aに載置されたウェハWを静電吸着する。この静電チャック31とウェハWとの間には、Heガス等の伝熱ガスが供給されてもよい。また、静電チャック31内には、ウェハWを加熱するためのヒータ31bが内蔵されていてもよい。さらに、静電チャック31内には、ウェハWを温調するための温調流体(具体的には例えばウェハWを冷却するための低温の冷媒)の流路32cが形成されてもよい。この静電チャック31は、下部電極32上に設けられている。
【0042】
下部電極32は、第2軸線AX2をその中心軸線とする略円盤形状を有している。下部電極32は、アルミニウム等の導体から構成されている。下部電極32は、バイアス電力供給部62と電気的に接続される。温調流体の流路32cは、静電チャック31に代えて又は加えて、下部電極32に設けられていてもよい。
【0043】
回転軸部33は、略円柱形状を有しており、下部電極32の下面中央に接続されている。回転軸部33の中心軸線は、第2軸線AX2と一致している。回転軸部33に対して回転力が与えられることにより、保持部30が回転するようになっている。
【0044】
かかる構成の保持部30は、容器部40と共に支持体12を構成している。容器部40の天壁の中央には、回転軸部33が通る貫通孔が形成されている。容器部40と回転軸部33との間には、磁性流体シール部104が設けられている。磁性流体シール部104は、容器部40の内部空間すなわち支持体12の内部空間を気密に封止する。磁性流体シール部104により、容器部40の内部空間すなわち支持体12の内部空間は大気圧に維持され、真空状態の処理空間Sから分離される。
【0045】
容器部40の内部において、回転軸部33の外周に、流体流路101に温調流体を供給するためのロータリージョイント(回転冷媒継手)102が配置されている。流体流路101に供給された温調流体は、静電チャック31内の流路31cに供給される。ロータリージョイント102の外周には、中空円筒状の下部電極保持部103が配置される。下部電極保持部103の外周には前述の磁性流体シール部104が配置される。
【0046】
容器部40の内部におけるロータリージョイント102の下部には、静電チャック31の電極31aやヒータ31bへの電力供給、及び、下部電極32へのバイアス電力供給のためのスリップリング105が配置されている。磁性流体シール部104の外周と容器部40の内側内壁との間のスペースには、回転軸部33の回転用モータ106と、ウェハWを保持部30に対し昇降させるリフタピン107aを昇降させるためのリフト機構107と、が配置される。また、静電チャック31とウェハWとの間に伝熱ガスを供給するためのガスライン108を回転軸部33や下部電極保持部103に設けてもよい。
【0047】
回転用モータ106は、回転軸部33を回転させるための駆動力を発生する。回転用モータ106によって回転軸部33が第2軸線AX2を中心に回転することにより、保持部30及び保持部30に保持されたウェハWが第2軸線AX2を中心に回転する。保持部30の回転速度は、例えば、10rpm~60rpmの範囲内にある。
【0048】
さらに、容器部40には、
図1に示すように、第1軸線AX1と平行且つ第1軸線AX1からオフセットされた線に沿って開口が形成されている。この開口には傾斜軸部50の内側端部が嵌め込まれている。傾斜軸部50の外側部は、処理容器11に達しており、端部が処理容器11の外側まで延在している。また、傾斜軸部50の外側部は、第1軸線AX1に沿って延びている。
【0049】
駆動部24は、傾斜軸部50の一方の外側端部を軸支している。駆動部24によって傾斜軸部50が第1軸線AX1を中心に回動することにより、容器部40及び支持体12が第1軸線AX1を中心に回動し、その結果、支持体12が傾斜し、具体的には、載置面12aが水平面に対して傾斜するようになっている。例えば、載置面12aは、軸線PXに対して第2軸線AX2が0度~90度内の角度をなすように傾斜され得る。
前述のように、一実施形態において、第1軸線AX1の高さは、支持体12が傾斜していない状態における載置面12a上のウェハWの高さ(具体的にはウェハWの上面の高さ)と一致している。この場合、支持体12の傾斜角度によらず載置面12a上のウェハWの中心が軸線PX上に位置する。これにより、プロセス制御性のマージンを持たせることができる。
【0050】
傾斜軸部50の内孔には、種々の電気系統用の配線、伝熱ガス用の配管及び冷媒用の配管が通されていてもよい。これらの配線及び配管は、回転軸部33に連結されている。なお、回転用モータ106に電力を供給するための配線も、傾斜軸部50の内孔に通されていてもよい。回転用モータ106に対する上記配線は例えば傾斜軸部50の内孔を通って処理容器11の外部まで引き出され、処理容器11の外部に設けられたモータ用電源に接続される。
【0051】
<エッチング処理>
次に、チルトプリクリーン装置10を用いたエッチング処理の一例について
図4~
図6を用いて説明する。
図4は、載置面12aに載置されたウェハWの上面でのプラズマ密度分布の一例を示す図であり、プラズマ密度が高いほど濃い色で示している。
図5及び
図6はそれぞれ、プラズマエッチングの開始時及び終了時のウェハWの向きの例を示す図である。なお、以下の処理は制御部Mの制御の下で行われる。
【0052】
(ステップS1:搬入)
まず、処理容器11内にウェハWが搬入される。
具体的には、処理容器11に設けられた搬入出口(図示せず)に対するゲートバルブが開かれ、処理容器11に隣接する減圧雰囲気の搬送室(図示せず)から、上記搬入出口を介して、ウェハWを保持した搬送機構(図示せず)が処理容器11内に挿入される。次に、リフタピン107aが上昇され、ウェハWが、上記搬送機構からリフタピン107aに受け渡される。その後、上記搬送機構が処理容器11から抜き出され、また、ゲートバルブが閉じられる。それと共に、リフタピン107aが下降され、ウェハWが支持体12の水平な載置面12aに載置される。その後、静電チャック31の電極31aに電圧が印加され、これにより生じる静電吸着力により、ウェハWが載置面12aに保持される。
【0053】
(ステップS2:傾斜及び回転)
次に、支持体12が傾斜されウェハWが傾斜されると共に、ウェハWが回転される。
具体的には、ウェハWが載置された載置面12aが水平面に対し傾斜されると共に、載置面12aに載置されたウェハWの中心を通る垂線すなわち第2軸線AX2を中心としてウェハWが回転される。
より具体的には、第1軸線AX1を中心として支持体12が回動され、ウェハWが載置された載置面12aが所定の傾斜角度となるよう水平面に対し傾斜される。それと共に、第2軸線AX2を中心として支持体12が回転され、載置面12aに載置されたウェハWが所定の回転速度で回転される。
【0054】
(ステップS3:プラズマエッチング)
その後、傾斜されたウェハWが回転されている状態で、ウェハWに対しプラズマエッチングが行われる。
具体的には、ガス供給部14から処理空間Sに処理ガスが供給される。また、プラズマ生成が開始される。より具体的には、高周波電源51からICPソースユニット16の高周波アンテナ53へのプラズマ生成用の高周波の供給が開始される。これにより、処理容器11内に処理ガスのプラズマが生成され、プラズマエッチングが開始される。
プラズマ生成用の高周波の供給が開始されてから、すなわち、プラズマエッチングが開始されてから、所定のエッチング時間が経過すると、上記高周波の供給が停止され、すなわち、プラズマエッチングが停止される。プラズマエッチング中、バイアス電力供給部62から高周波バイアス電力が支持体12に供給されてもよい。
【0055】
このプラズマエッチング中、ウェハWの総回転数(具体的には載置面12aに載置されたウェハWの第2軸線AX2を中心とした総回転数)が予め定められた値となるよう制御が行われる。一実施形態では、上記総回転数が自然数となるように制御が行われる。具体的には、上記総回転数が自然数となるように所定のエッチング時間に基づいて所定の範囲から決定された回転速度で、ウェハWがプラズマエッチング中に回転するよう、制御が行われる。言い換えると、所定のエッジング時間に基づいて以下の(A)、(B)を満たすよう決定された回転速度で、ウェハWがプラズマエッチング中に回転するよう、制御が行われる。
(A)ウェハWの総回転数が自然数。
(B)ウェハWの回転速度が所定の範囲(例えば10rpm~60rpm)にある。
【0056】
すなわち、
図5に示すようにエッチング開始時と終了時とでウェハWの向きが同じとなるよう、制御が行われる。
なお、エッチング中のウェハWの回転速度Vは一定であり例えば予め決定される。エッチング時間Tは記憶部(図示せず)に記憶された処理レシピ等により予め定められている。
【0057】
上述のように制御が行われる理由について説明する。
まず、傾斜されたウェハWが回転されている状態で、ウェハWに対しプラズマエッチングが行われる理由の一例を説明する。ウェハWが傾斜されていない状態でのみ載置面12aに載置されたウェハWの中心を通る垂線がICPソースユニット16の中心を通る形態では、ウェハWが傾斜されていないと、
図4に示すように、ウェハWの上面でのプラズマ密度分布が、ウェハWの周方向ではばらつかないがウェハWの径方向ではばらつくことがある。この場合に、第2軸線AX2を中心としてウェハWを回転させても、ウェハWの上面でのプラズマ密度分布のばらつきに起因するプラズマエッチチング結果のウェハ面内でのばらつきを抑制することができない。それに対し、上述の場合において、ウェハWが傾斜されると、ウェハWの上面でのプラズマ密度分布が、ウェハWの周方向でもばらつくようになるため、第2軸線AX2を中心としてウェハWを回転させることで、プラズマエッチング結果のウェハ面内でのばらつきを抑制することができる。
【0058】
ただし、傾斜されたウェハWが回転されている状態でウェハWに対しプラズマエッチングが行われる場合において、エッチング時間を考慮せずに決定された回転速度でプラズマエッチング中にウェハWが回転されると、
図6に示すように、エッチング開始時と終了時とでウェハWの向きが異なることがある。この場合、ウェハWの表面の各領域が処理空間S内におけるエッチング強度が高い部分を通過する時間及び弱い部分を通過する時間が領域間で異なることから、プラズマエッチング結果がウェハWの面内でばらついてしまう。
【0059】
それに対し、エッチング開始時と終了時とでウェハWの向きが同じとなるよう、制御が行われる。そのため、ウェハWの表面の各領域が処理空間S内におけるエッチング強度が高い部分を通過する時間及び弱い部分を通過する時間を、領域間で略等しくすることができる。したがって、プラズマエッチング結果がウェハWの面内でばらつくのを抑制することができる。
【0060】
(ステップS4:水平戻し及びび回転停止)
ステップS3後、支持体12が水平に戻されると共に、ウェハWの回転が停止される。
具体的には、第1軸線AX1を中心として支持体12が回動され、ウェハWが載置された載置面12aが水平に戻されると共に、第2軸線AX2を中心としたウェハWの回転が停止される。
【0061】
(ステップS5:搬出)
そして、処理容器11からウェハWが搬出される。
具体的には、ステップS1と逆の手順で、処理容器11からウェハWが搬出される。これにより、一連のエッチング処理が終了する。
【0062】
<本実施形態の主な効果>
本実施形態では、上述のように、載置面12aが水平面に対して傾斜していない状態でのみ、載置面12aに載置されたウェハWの中心を通る垂線すなわち第2軸線AX2がICPソースユニット16の中心を通る。また、プラズマエッチング時に、載置面12aが水平面に対し傾斜すると共に、第2軸線AX2を中心として載置面12aに載置されたウェハWが回転するよう制御が行われる。そして、プラズマエッチング中の、載置面12aに載置されたウェハWの第2軸線AX2を中心とした総回転数が自然数となるように制御が行われる。すなわち、プラズマエッチング開始時と終了時とでウェハWの向きが同じとなるよう、制御が行われる。したがって、プラズマエッチング結果がウェハWの面内でばらつくのを抑制することができる。
また、本実施形態ではプラズマエッチング中のウェハWの総回転数が自然数となるように制御が行われる。すなわち、上記総回転数が自然数となるように算出され決定された回転速度でプラズマエッチング中にウェハWが回転される。したがって、上記総回転数が整数でない場合に比べて、プラズマエッチング中のウェハWの回転速度を簡易な計算で決定することができる。
【0063】
<変形例>
図7は、プラズマエッチング中のウェハWの総回転数の他の例を説明するための図であり、プラズマエッチング中のエッチング総量の面内分布を示している。また、
図7では、エッチング総量が多いほど濃い色で示している。
【0064】
以上の例のようにプラズマエッチング中のウェハWの総回転数が自然数となるよう制御が行われても、すなわち、プラズマエッチング開始時と終了時とでウェハWの向きが同じとなるよう制御が行われても、プラズマエッチング結果のウェハWの面内でのばらつきを十分に低減できていない、とされる場合がある。具体的には、例えば、プラズマエッチング開始時及び終了時におけるウェハWのICPソースユニット16に近い側(
図2の右側及び
図7の上側)のエッチング総量が多く、ICPソースユニット16から遠い側(
図2の左側及び
図7の下側)のエッチング総量が少ない部分ことがある。
この場合には、プラズマエッチング中のウェハWの総回転数が自然数と所定の小数との和となるように制御が行われ、これにより例えば以下のようになるようにしてもよい。すなわち、プラズマエッチング中のウェハWの総回転数が自然数となるよう制御が行われたときにエッチング総量が少ない部分が、プラズマエッチング終了時に、同総量が多い部分に位置するようにしてもよい。具体的には、
図7の例の場合、プラズマエッチング中のウェハWの総回転数が自然数となるよう制御が行われたときにエッチング総量が少ない、エッチング開始時においてウェハWのICPソースユニット16から遠い側の部分が、エッチング終了時において、同総量が多い、ICPソースユニット16から遠い側に位置するようにしてもよい。
なお、記所定の小数は、例えば0.5であり、事前の試験等を通じて予め定められる。このように制御が行われることにより、プラズマエッチング結果がウェハWの面内でばらつくのをさらに抑制することができる。
【0065】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。例えば、上記実施形態の構成要件は任意に組み合わせることができる。当該任意の組み合せからは、組み合わせにかかるそれぞれの構成要件についての作用及び効果が当然に得られるとともに、本明細書の記載から当業者には明らかな他の作用及び他の効果が得られる。
【0066】
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、又は、上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
【0067】
なお、以下のような構成例も本開示の技術的範囲に属する。
(1)チャンバと、
前記チャンバ内に設けられ、基板を保持する支持体と、
プラズマ源を有し、前記チャンバ内にプラズマを生成するプラズマ生成部と、
制御部と、を備え、
前記支持体は、
基板が載置される載置面を有し、
前記載置面に載置された基板の上面の中心を通る垂線を中心として基板を回転可能に構成され、
前記載置面を水平面に対し傾斜可能に構成され、
前記載置面が水平面に対し傾斜していない状態でのみ、前記垂線が前記プラズマ源の中心を通り、
前記制御部は、
プラズマエッチング時に、前記載置面が水平面に対し傾斜すると共に前記垂線を中心として前記載置面に載置された基板が回転するよう、制御を行い、
プラズマエッチング中の、前記載置面に載置された基板の前記垂線を中心とした総回転数が予め定められた値となるよう、制御を行う、プラズマエッチング装置。
(2)前記予め定められた値は自然数である、前記(1)に記載のプラズマエッチング装置。
(3)前記制御部は、前記総回転数が前記予め定められた値となるようにプラズマエッチングに要する時間に基づいて所定の範囲から決定された回転速度で、前記載置面に載置された基板がプラズマエッチング中に回転するよう、制御を行う、前記(1)または(2)に記載のプラズマエッチング装置。
(4)プラズマエッチング装置を用いてプラズマにより基板をエッチングするプラズマエッチング方法であって、
前記プラズマエッチング装置は、
チャンバと、
前記チャンバ内に設けられ、基板を保持する支持体と、
プラズマ源を有し、前記チャンバ内にプラズマを生成するプラズマ生成部と、を備え、
前記支持体は、
基板が載置される載置面を有し、
前記載置面に載置された基板の上面の中心を通る垂線を中心として基板を回転可能に構成され、
前記載置面を水平面に対し傾斜可能に構成され、
前記載置面が水平面に対し傾斜していない場合のみ、前記垂線が前記プラズマ源の中心を通り、
前記載置面を水平面に対し傾斜させた状態で前記垂線を中心として前記載置面に載置された基板を回転させながらプラズマエッチングを行う工程を含み、
前記プラズマエッチングを行う工程において、プラズマエッチング中の、前記載置面に載置された基板の前記垂線を中心とした総回転数が予め定められた値となるよう、前記載置面に載置された基板を回転させる、プラズマエッチング方法。
【符号の説明】
【0068】
10 チルトプリクリーン装置
11 処理容器
12 支持体
12a 支持体の上面(載置面)
14 ガス供給部
16 ICPソースユニット
19 誘電体窓
51 高周波電源
53 高周波アンテナ
AX2 第2軸線
M 制御部
W ウェハ