JP2010278166A - プラズマ処理用円環状部品、及びプラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電界分布特性を制御することで、プラズマ処理の均一性と歩留まりの向上を実現可能なプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】内部が真空に保持可能な処理室を含む処理容器と、該処理室で被処理基板１５を載置するとともに下部電極を兼ねた載置台２と、該載置台２において前記被処理基板１５の周縁を囲むように配される円環状部品５と、前記下部電極に対向してその上方に配置される上部電極２１と、前記載置台２に高周波電力を供給する給電体とを備え、前記処理室で発生するプラズマにより前記被処理基板１５にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置１において、前記円環状部品５には、プラズマが生成されるプラズマ生成空間の電界分布を所望の分布に調整する少なくとも１つの環状の溝が、前記プラズマ生成空間側の反対側の面に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマ処理室内において、プラズマ処理が施される被処理基板の周縁を囲むプラズマ処理用円環状部品、及びそれを備えたプラズマ処理装置に関する。

半導体デバイスやＦＰＤ（Flat Panel Display）の製造プロセスにおけるエッチング、堆積、酸化、スパッタリング等の装置として、プラズマ処理装置が広く利用されている。プラズマ処理装置のひとつであるプラズマエッチング装置は、処理容器又は反応室内に上部電極と下部電極とを平行に配置し、下部電極の上に被処理基板（半導体ウエハ、ガラス基板等）を載置し、上部電極もしくは下部電極、あるいはその両方に、ほとんどは整合器を介してプラズマ生成用の高周波電圧を印加している。

上部電極には多数のガス噴出孔が設けられ、かかるガス噴出孔からプラズマ化されたエッチングガスを基板全体に噴出して、被処理基板全面を同時にエッチングするのが一般的である。

通常、平行平板型のプラズマエッチング装置の上部電極と下部電極は平行に配置され、上部電極もしくは下部電極に整合器を介してプラズマ生成用の高周波電圧が印加される。両電極の間で高周波電界によって加速された電子、電極から放出された二次電子、あるいは加熱された電子が処理ガスの分子と電離衝突を起こして、処理ガスのプラズマが発生する。プラズマ中のラジカルやイオンによって基板表面に所望の微細加工、例えばエッチング加工が施される。

ここで、半導体集積回路の微細化につれて、プラズマ処理に低圧下での高密度プラズマが要求されている。例えば、容量結合型のプラズマ処理装置においては、より高効率・高密度・低バイアスのプラズマ処理が求められている。また、半導体チップサイズの大面積化、被処理基板の大口径化に伴い、より大きな口径のプラズマが求められており、チャンバ（処理容器）が益々大型化しつつある。

しかし、被処理基板の大口径化に伴う大口径のプラズマ処理装置においては、電極（上部電極、又は下部電極）の中心部における電界強度が、エッジ部における電界強度よりも高くなる傾向がある。その結果、生成されるプラズマの密度は、電極中心部側と電極エッジ部側とで異なるという問題がある。このため、プラズマ密度の高い部分ではプラズマの抵抗率が低くなり、対向する電極においてもその部分に電流が集中し、プラズマ密度の不均一性がさらに強まるという問題がある。

さらに、被処理基板の大口径化によるチャンバの大型化に伴い、エッチングの実プロセスにおいては、温度分布等に起因する処理ガスの流れによる影響でプラズマ密度が被処理基板の中心部と周縁部で異なるという問題もある。

プラズマ密度の不均一性は、被処理基板のエッチングレートに差を生じさせ、特に被処理基板の周縁部から取得するデバイスの歩留まりを悪化させる原因となっている。

かかる問題に対しては、これまでも電極構造に様々な工夫が試みられている。例えば、この問題を解消するため、高周波電極の主面中心部を高抵抗部材で構成するものが知られている（特許文献１）。この技術は、高周波電源に接続される側の電極の主面（プラズマ接触面）の中央部を高抵抗部材で構成し、電極の主面における電界強度を電極外周部よりも電極中心部で相対的に低下させ、電界分布の不均一性を補正しようとするものである。

また、特許文献２に開示されるプラズマ処理装置は、処理空間と向き合う電極の主面に誘電体を埋め込んで、電極主面より処理空間に放射される高周波に対するインピーダンスを相対的に、電極中心部で大きく、電極エッジ部で小さくなるようにして、電界分布の均一性を向上させるようにしている。

一方、被処理基板のエッジ部におけるプラズマ密度分布の均一性を向上させるため、プラズマ処理装置は、その処理室内において載置台に載置されたウエハの外周を囲うように配設される円環状の部品、例えばフォーカスリングを備えている。フォーカスリングは、その種類によっては、内側に配される環状のインナーフォーカスリング部材と、該インナーフォーカスリング部材の外周を囲うように配される環状のアウターフォーカスリング部材とからなる、二重円構造のものがある。インナーフォーカスリング部材はシリコン等の導電性材料からなり、アウターフォーカスリング部材は石英等の絶縁性材料からなるのが一般的である。

インナーフォーカスリング部材はプラズマをウエハに集中させ、アウターフォーカスリング部材はプラズマをウエハ上に閉じ込めるインシュレータとして機能する。

プラズマ処理中において、アウターフォーカスリング部材はプラズマからの入熱に起因して温度が上昇するが、温度が安定しないとアウターフォーカスリング部材近傍のラジカル密度が不均一になり、ウエハの外縁部におけるプラズマ密度も不均一になる。その結果、ウエハの中央部と外縁部とにおいてプラズマ処理の効果に差が生じ、ウエハに均一なプラズマ処理を施すことが困難である。

そこで、特許文献３においては、アウターフォーカスリングに環状の溝を形成し、その熱容量を小さくすることで、プラズマからの入熱によってアウターフォーカスリングの温度を急速に上昇させ且つ容易に高温を維持することができるようにし、これによって、ウエハ周端部のプラズマ密度の均一性を確保し、生産ロットの極初期の段階においてフォーカスリングに付着した堆積物を除去できるようにしている。

特開２０００−３２３４５６号公報 特開２００４−３６３５５２号公報 特開２００７−６７３５３号公報

しかし、上記特許文献１、２のような高周波放電方式のプラズマ処理装置において、高周波電極の主面中心部を高抵抗部材で構成するものは、ジュール熱による高周波電力の消費（エネルギー損失）が多くなってしまうという問題がある。

また、特許文献１、２のように電極の主面に誘電体を埋め込む技術は、電極主面上のインピーダンス分布特性が誘電体の材質及び形状プロファイルによって固定され、多種多様なプロセスあるいはプロセス条件の変更に対してフレキシブルに対応できないという問題がある。

また、特許文献３においては、アウターフォーカスリングに溝を設けることにより、熱容量を小さくする。それにより、短時間での温度上昇と温度の安定化によりウエハ周縁部におけるプラズマ密度分布の均一性を確保しようとするものである。

しかし、ウエハ周端部におけるプラズマ密度分布の均一性は、温度の安定性の確保のみならず、ウエハ周縁部の電界分布を所望の電界分布、電界強度に調整する必要がある。

特許文献３においては、アウターフォーカスリングに溝を設け、熱容量を小さくすることにより温度の安定性を確保している。しかし、かかる温度の安定によるプラズマ密度分布の均一性は、温度が安定するまでの間におけるプラズマ密度分布の均一性を確保するものであり、電界分布を所望の電界分布、電界強度に調整するものではない。そのため特許文献３では、所望の電界分布を調整するという課題を解決することはできない。

さらに、特許文献３では、アウターフォーカスリングに溝を設けることにより、その熱容量を小さくすることでプラズマ密度分布の均一性を確保している。しかし、ウエハ端部のエッチングレートや、デポレートを所望の値とするには、ウエハ端部の周辺上面の電界分布を所望の値に調整する必要があるが、特許文献３はそれを解決するものではない。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、ウエハ周端部における電界分布を所望の分布となるよう調節することで、プラズマ処理の均一性と歩留まりの向上を実現可能なプラズマ処理用環状部品の提供、及びプラズマ処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、プラズマ処理が施される被処理基板の周縁を囲うように配されるプラズマ処理用円環状部品であって、プラズマが生成されるプラズマ生成空間の電界分布を所望の電界分布に調整する少なくとも１つの環状の溝が、前記プラズマ生成空間側の反対側の面に形成されていることを特徴とする。プラズマ処理が施される被処理基板の周縁を囲む円環状部品に環状の溝を形成することにより、被処理基板周縁部の電界分布を変化させることができるためである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のプラズマ処理用円環状部品であって、前記溝が、内側周縁部に形成されていることを特徴とする。被処理基板と接する円環状部品の内側に溝を形成することにより、より良く被処理基板周縁部の電界分布を調整できるためである。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のプラズマ処理用円環状部品であって、前記溝の形状により、インピーダンスが所望の値に調整されることを特徴とする。溝の形状により、そのインピーダンスを変化させ、これにより電界分布を調整することができるためである。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載のプラズマ処理用円環状部品であって、前記溝が、径方向内側端部から少なくともその幅の３０％以内から所定の幅で形成されていることを特徴とする。被処理基板と接する内側端部から円環状部品の幅の３０％を超えて離れたところから溝を形成すると、被処理基板周縁部の電界分布調整が難しくなるためである。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載のプラズマ処理用円環状部品であって、前記溝が、径方向内側端部からその幅の８０％以内に所定の幅で形成されていることを特徴とする。被処理基板と接する内側端部から円環状部品の幅の８０％を超えて離れたところに溝を形成すると、被処理基板周縁部の電界分布に与える影響が少ないためである。

請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれかに記載のプラズマ処理用円環状部品であって、前記溝の深さが、少なくとも円環状部品の厚さの７０％以内であることを特徴とする。円環状部品の内部に溝を形成する際に、その深さ（円環状部品を水平方向に設置したときの垂直方向の長さ）が円環状部品の厚さの７０％を超えると、円環状部品のプラズマ衝撃による摩耗でその寿命が短くなるためである。

請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれかに記載のプラズマ処理用円環状部品であって、少なくとも石英、カーボン、シリコン、シリコンカーバイド及びセラミック材料のいずれか一つによって形成されていることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、プラズマ処理装置であって、内部が真空に保持可能な処理室を含む処理容器と、該処理室で被処理基板を載置するとともに下部電極を兼ねた載置台と、該載置台において前記被処理基板の周縁を囲むように配される円環状部品と、前記下部電極に対向してその上方に配置される上部電極と、前記載置台に高周波電力を供給する給電体とを備え、前記処理室で発生するプラズマにより前記被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、前記円環状部品には、プラズマが生成されるプラズマ生成空間の電界分布を所望の分布に調整する少なくとも１つの環状の溝が、前記プラズマ生成空間側の反対側の面に形成されていることを特徴とする。プラズマ処理が施される被処理基板の周縁を囲む円環状部品に環状の溝を形成することにより、被処理基板周縁部の電界分布を変化させることができるためである。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載のプラズマ処理装置であって、前記溝が内側周縁部に形成されていることを特徴とする。被処理基板と接する円環状部品の内側に溝を形成することにより、より良く被処理基板周縁部の電界分布を調整できるためである。

請求項１０に記載の発明は、請求項８又は９に記載のプラズマ処理装置であって、前記溝の形状により、前記円環状部品のインピーダンスが、所望の値に調整されることを特徴とする。溝の形状により、そのインピーダンスを変化させ、これにより電界分布を調整することができるためである。

請求項１１に記載の発明は、請求項８から１０のいずれかに記載のプラズマ処理装置であって、前記溝が、径方向内側端部から少なくとも前記円環状部品の幅の３０％以内から所定の幅で形成されていることを特徴とする。被処理基板と接する内側端部から円環状部品の幅の３０％を超えて離れたところから溝を形成すると、被処理基板周縁部の電界分布調整が難しくなるためである。

請求項１２に記載の発明は、請求項８から１１のいずれかに記載のプラズマ処理装置であって、前記溝が、径方向内側端部から前記円環状部品の幅の８０％以内に所定の幅で形成されていることを特徴とする。被処理基板と接する内側端部から円環状部品の幅の８０％を超えて離れたところに溝を形成すると、被処理基板周縁部の電界分布に与える影響が少ないためである。

請求項１３に記載の発明は、請求項８から１２のいずれかに記載のプラズマ処理装置であって、前記溝の深さが、少なくとも前記円環状部品の厚さの７０％以内であることを特徴とする。円環状部品の内部に溝を形成する際に、その深さ（円環状部品を水平方向に設置したときの垂直方向の長さ）が円環状部品の厚さの７０％を超えると、円環状部品のプラズマ衝撃による摩耗でその寿命が短くなるためである。

請求項１４に記載の発明は、請求項８から１３のいずれかに記載のプラズマ処理装置であって、前記円環状部品が、少なくとも石英、カーボン、シリコン、シリコンカーバイド及びセラミック材料のいずれか一つによって形成されていることを特徴とする。

本発明のプラズマ処理装置によれば、ウエハ周縁部における電界分布の調節により、ウエハ周縁のエッチングレート、あるいはデポレートを容易かつ自在に調節することが可能となり、プラズマ処理の均一性や歩留まりを向上させることができる。

本発明の一実施例であるプラズマ処理装置の構成を示した縦断面図 従来型フォーカスリング、及び溝形成型フォーカスリングの断面図 溝形状を例示した図 酸化膜のエッチングレートを示したグラフ ナイトライドのエッチングレートを示したグラフ スパッタレートの特性を示したグラフ デポジションレートの特性を示したグラフ

以下に、本発明に基づくプラズマ処理装置をエッチング装置に適用した一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

図１に、本発明の一実施形態であるプラズマ処理装置１の全体の概略構成を示す。このプラズマ処理装置は、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼等からなる内部を気密に密閉可能な処理室を備えた円筒形のチャンバを含んで構成されている。ここでは、下部２周波印加方式の容器結合型プラズマ処理装置として構成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、上下２周波印加方式、あるいは１周波印加方式のプラズマ処理装置であってもよい。

処理室には、被処理基板として例えば半導体ウエハ（以下、ウエハ）１５を支持するサセプタ２が水平に配置されている。サセプタ２は、アルミニウム等の導電性材料からなり、ＲＦ電極を兼ねている。サセプタ２の上面には、ウエハ１５を静電吸着力で保持するために、セラミックス等の誘電体からなる静電チャック１６が設けられている。静電チャック１６の内部には、導電体、例えば銅、タングステン等の導電膜からなる内部電極１７が埋め込まれている。サセプタ２は、セラミックス等の絶縁性の筒状保持部３に支持されている。筒状保持部３は処理室の筒状支持部４に支持されており、筒状保持部３の上面にはサセプタ２の上面を環状に囲むフォーカスリング５が配置されている。フォーカスリング５の外側には円環状のカバーリング２５が配置されている。

静電チャック１６は、ウエハ１５と接触して熱交換を行うことにより、ウエハ１５の温度を調節する熱交換プレートとして用いられる。ウエハ１５の外側には、プラズマ処理用円環状部品の一つであるフォーカスリング５が配置される。この実施形態においては、フォーカスリング５は、単一型であるが、外側フォーカスリングと内側フォーカスリングとに分割されている２分割型のものであってもよい。フォーカスリング５は、ウエハ１５に応じて、例えばＳｉ、ＳｉＣ、Ｃ、ＳｉＯ_２等の材料からなるものが用いられる。

処理室の側壁と筒状支持部４との間には、環状の排気路６が形成され、この排気路６の入り口又は途中には環状のバッフル板７が取り付けられている。排気路６の底部は、排気管８を介して排気装置９が接続されている。排気装置９は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、処理室内のプラズマ処理空間を所望の真空度まで減圧することができる。処理室の側壁の外には、ウエハ１５の搬入出口１０を開閉するゲートバルブ１１が取り付けられている。

サセプタ２の背面（下面）及び上部電極２１には、整合器１３（１３ａ，１３ｂ）の出力端子から延びる円柱形又は円筒形の給電棒１４（１４ａ，１４ｂ）の上端が接続されている。２周波印加方式で用いられる第１及び第２高周波電源１２ａ，１２ｂは、整合器１３及び給電棒１４を介してサセプタ２及び上部電極２１に電気的に接続されている。給電棒１４は、例えば銅又はアルミニウム等の導体からなる。

第１高周波電源１２ａは、サセプタ２の上方でプラズマの生成に主として寄与する比較的高い周波数、例えば６０ＭＨｚの第１高周波を出力する。一方、第２高周波電源１２ｂは、サセプタ２上のウエハ１５へのイオンの引き込みに主として寄与する比較的低い周波数、例えば２ＭＨｚの第２高周波を出力する。第１高周波電源１２ａ側のインピーダンスと負荷（主に電極、プラズマ、チャンバ）側のインピーダンスとの間で整合をとるのが整合器１３ａであり、第２高周波電源１２ｂ側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるのが整合器１３ｂである。

静電チャック１６は、膜状又は板状の誘電体の中にシート状又はメッシュ状の導電体からなる内部電極１７を入れたもので、サセプタ２の上面に一体形成又は一体固着されている。内部電極１７は、処理室の外に配置される直流電源及び給電線（例えば被覆線）に電気的に接続され、直流電源より印加される直流電圧により、クーロン力でウエハ１５を静電チャック１６に吸着保持することができる。

処理室の天井部には、サセプタ２と平行に向かい合って上部電極２１が設けられている。上部電極２１は、内部が中空構造とされた円板状に形成されており、その下面側には、多数のガス噴出孔２２が設けられ、シャワーヘッドを形成している。そして処理ガス供給部から供給されたエッチングガスを、ガス導入管２３によって、上部電極２１内の中空部分に導入し、この中空部分からガス噴出口２２を介して処理室に均一に分散させて供給する。なお、上部電極２１は、例えばＳiやＳiＣ等の材料からなる。

静電チャック１６とウエハ１５の裏面との間には、伝熱ガス供給部（図示していない）からの伝熱ガス、例えばＨｅガスがガス供給管２４を介して供給され、この伝熱ガスは、静電チャック１６、すなわちサセプタ２とウエハ１５との間の熱伝導を促進させる。

このプラズマ処理装置における主たる特徴は、ウエハ１５の特性や、各種プラズマ処理プロセスに最も適切な電界の強度及び分布を形成することができるインピーダンス特性が得られるように円環状の溝が形成されたフォーカスリング５が用いられているところにある。

図２は、従来プラズマ処理に用いられている従来型フォーカスリング（図２ａ）と、本発明の一実施形態である溝形成型フォーカスリング（図２ｂ）の断面形状を示した図である。図２に示すフォーカスリングはともに、単一型（一体型ともいう）のフォーカスリングである。しかし、本発明は単一型に限定されるものではなく、例えばインナーフォーカスリングとアウターフォーカスリングの２つに分割されるような分割型フォーカスリングのいずれかのリング、又は両方のリングにも適用してもよい。フォーカスリングの材料としては、例えばウエハ１５と同じ材料（Ｓｉ）、又は石英、カーボン、シリコンカーバイド、セラミックス材料（イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）やシリカ）等のいずれか一つによって形成されてもよい。フォーカスリング５は、ウエハ１５の周縁端部を支持するため静電チャック１６上に載置される。

本発明の一実施形態である溝形成型フォーカスリングについて、図２（ｂ）により説明する。図２（ｂ）に示す溝形成型フォーカスリングは、静電チャック１６と接触する面（フォーカスリングの裏面）側に溝５１が形成されている。かかる溝はフォーカスリングの裏面側に形成することが好ましい。溝が形成されている面側をプラズマイオンに晒すと、その衝撃により溝が摩耗し、溝形状が変化していくためである。また、溝を切削加工等により形成した場合、他の面に比較してプラズマイオン衝撃による塵埃の発生率が高くなる可能性があるためである。

図２（ｂ）に示す溝５１の形状の深さ（フォーカスリング５を水平に設置したときの垂直方向の長さ）は、フォーカスリングの厚さの７０％程度が好ましく、より好ましくは５０％以下である。７０％を超える深さにするとプラズマ衝撃によるフォーカスリング５の摩耗により、その寿命が短くなってしまうためである。なお、フォーカスリングの剛性を確保する上でも７０％以内の深さが好適である。なお、図２（ｂ）に示す溝形成型フォーカスリングの溝５１の深さは約０．４ｍｍで形成している。これはフォーカスリング５の厚さ約３．６ｍｍの約１／９である。

また、溝５１の形状における径方向の幅は、フォーカスリングの径方向における幅の８０％以内であることが好ましい。例えば、図２（ｂ）に示す溝形成型フォーカスリングの溝５１の幅は、約４０ｍｍで形成している。これはフォーカスリング５の幅１００ｍｍの２／５（４０％）に相当する。

また、溝５１は、ウエハ１５の設置側の端部、又はフォーカスリングの径方向における幅の３０％以内のところから形成することが好ましい。イオン衝撃を受けない範囲で、可能な限りその端部から形成することで、ウエハ１５の面上における電界分布の調整をより容易に行うことができるためである。

以上、溝５１の形状は、ウエハ１５面上の電界分布を最適にするために、所望の形状で形成すればよい。図３は、本発明の溝形状を例示した図である。図３（ａ）は、フォーカスリング５の内側端部近傍から半楕円形形状の溝５１を形成した場合の溝形状を示した図である。また、図３（ｂ）は、内側端部に台形の溝５１を、またその径方向外側に四角の溝５１を形成した場合の溝形状を示した図である。さらに、図３（ｃ）は、円形の中空溝５１をフォーカスリング５の内側に３連形成した場合を示した図である。本発明は、所望の電界分布を得られるようにフォーカスリングに溝を形成するものであるから、所望の電界分布に応じて、最適な溝を形成すればよい。

（実施例１）
プラズマ処理装置１に組み込むフォーカスリングとして、図２（ｂ）に示すフォーカスリング５を２つ準備した。そのうちの一つのフォーカスリングの溝５１に、熱伝導率が１Ｗの伝熱シートをほぼ隙間無く埋め込んだ。これを溝形成フォーカスリング１Ｗ型と、以下、本明細書においては称する。また、もう一つのフォーカスリングの溝５１に、熱伝導率が１７Ｗの伝熱シートをほぼ隙間無く埋め込んだ。これを溝形成フォーカスリング１７Ｗ型と、以下、本明細書においては称する。そして、これらの比較例として、図２（ａ）に示す従来型のフォーカスリングを準備した。これを従来型フォーカスリングと、以下、本明細書では称する。

次に、表面に酸化膜を形成した直径が３００ｍｍのブランケットウエハ（以下、ウエハＯｘ）と、表面にナイトライドを形成した直径が３００ｍｍのブランケットウエハ（以下、ウエハＮｉ）とをそれぞれ３組用意した。そして、Ｃ４Ｆ６／Ａｒ／Ｏ_２（１８／２２５／１０）からなる処理ガスを供給して、これらのブランケットウエハ（ウエハＯｘ，ウエハＮｉ）に、従来型のフォーカスリング、溝形成フォーカスリング１Ｗ型、そして溝形成フォーカスリング１７Ｗ型を設置し、ウエハＯｘとウエハＮｉとにプラズマ処理をそれぞれ６０秒間施した。なお、その際の上部電極の温度／処理室の壁面温度／静電チャックの底面温度は、６０℃／６０℃／４５℃である。

上述したプラズマ処理条件下において、図４はウエハＯｘのエッチングレート、図５はウエハＮｉのエッチングレートを示したグラフである。なお、図４及び図５に示すグラフの横軸は、その“０”点がウエハ中心点を示し、そこから径方向右側に１５０ｍｍ、径方向左側に１５０ｍｍまでをミリメートルの単位で示す。また、縦軸は酸化膜のエッチングレート（ｎｍ／分）、又はナイトライドのエッチングレート（ｎｍ／分）である。

図４に示すように、ウエハＯｘに従来型フォーカスリングを設置しプラズマ処理を施したときの酸化膜のエッチングレートは、ウエハ中心部分のエッチングレートが約１８７ｎｍ／分であるのに対し、端部に行くに従い、そのエッチングレートは大きくなり、ウエハ端部から約３０ｍｍのところで約１９５ｎｍ／分と最大となっている。そしてそこから最端部まで、ほぼ同じようなエッチングレートとなっている。

これに対して、溝形成フォーカスリング１Ｗ型を設置しプラズマ処理を施したウエハＯｘは、ウエハ中心部においては従来型とほぼ同じようなエッチングレート（約１８７ｎｍ／分）であるが、端部に行くに従い、エッチングレートが大きくなり、ウエハ端部から約３０ｍｍのことで１９７ｎｍ／分、そしてそこから最端部にかけて急激にエッチングレートが上昇し、最端部のエッチングレートは約２１８ｎｍ／分となっている。

また、溝形成フォーカスリング１７Ｗ型のエッチングレートの特性は、図４に示すように溝形成フォーカスリング１Ｗ型とほぼ同様に特性となっている。

図５は、ウエハＮｉに従来型フォーカスリングを設置し、上述した条件下においてプラズマ処理を施したときのナイトライドのエッチングレートを示したグラフである。図５に示すように、ウエハ中心部分におけるエッチングレートは約−２ｎｍ／分であり、これはウエハ中心部においてはＣｘＦｙが堆積されていることを示している。また、端部に行くに従いエッチングレートは大きくマイナスとなっており（ＣｘＦｙの堆積レートが大きくなり）、ウエハ端部から約５０ｍｍのところから、最端部にかけてデポジション（堆積）レートが大きくなっている。

これに対して、溝形成フォーカスリング１Ｗ型を設置しプラズマ処理を施したウエハＮｉは、ウエハ中心部においては、従来型よりやや大きいマイナスのエッチングレート（約−４ｎｍ／分）であるが、端部に行くに従い、マイナスからプラスの特性となっている。すなわち、ウエハ端部から約２５ｍｍのところで堆積とエッチングとが拮抗し、それよりもウエハ端部に行くに従い、エッチングレートが上昇する特性を示している。

溝形成フォーカスリング１７Ｗ型のウエハＮｉのエッチングレート特性は、エッチングレートの値に相違があるものの、その特性自体は溝形成フォーカスリング１Ｗ型とほぼ同様である。

以上のことから、次のことが明らかとなった。溝５１に埋め込んだ伝熱シートの熱伝導率の違いにより、エッチング特性には大きな差異が生じない。これは、フォーカスリング５に溝５１を形成したことによる影響は、熱容量の変化に起因するものではなく、フォーカスリング５のインピーダンスの変化により、その周辺の電界分布が変化するためである。その結果、プラズマ（電荷）のウエハ１５への衝撃強度が変化したことによるものである。従って、プラズマ処理を施す材料に応じて、所望の電界分布が得られるように溝５１の形状を変えれば、所望の電界分布を所望の部位に形成できる。これによりウエハ１５に施すプラズマ処理の均一化を図ることができる。

（実施例２）
次にスパッタレートについて、実施例１と同様に、プラズマ処理装置１に組み込むフォーカスリング５として、溝形成フォーカスリング１Ｗ型と、溝形成フォーカスリング１７Ｗ型の２種類を用意し、これらの比較例として従来型フォーカスリングを用意しスパッタレートの特性を調べた。

実施例１と同様に直径が３００ｍｍのブランケットウエハを３枚用意した。そして、プラズマ処理室を３５ミリトールに減圧し、Ａｒ／Ｏ_２（１２２５／１５）からなる処理ガスを供給して、ブランケットウエハに、従来型のフォーカスリング、溝形成フォーカスリング１Ｗ型、そして溝形成フォーカスリング１７Ｗ型を設置し、プラズマ処理を６０秒間施した。なお、その際の上部電極の温度／処理室の壁面温度／静電チャックの底面温度は、６０℃／６０℃／４５℃である。

図６は、上述したプラズマ処理条件下において、上述した３種類のフォーカスリングによるスパッタレートの特性を示したグラフである。なお、図６に示すグラフの横軸は、その“０”点がウエハ中心点を示しており、そこから径方向右側に１５０ｍｍ、径方向左側に１５０ｍｍまでをミリメートルの単位で示している。また、縦軸のスパッタレートの単位はｎｍ／分である。

図６（ａ）に示すように、従来型フォーカスリングを設置しプラズマ処理を施したときのブランケットウエハのスパッタレートは、ウエハ中心部分のスパッタレートが約１５ｎｍ／分である。ウエハ端部に行くに従いスパッタレートは小さくなり、ウエハ端部から約４０ｍｍのところから急激に減少し、最端部で、約１３ｎｍ／分のスパッタレートとなっている。

これに対して、溝形成フォーカスリング１Ｗ型を設置しプラズマ処理を施したブランケットウエハは、その中心部においては約１７ｎｍ／分である。ウエハ端部から約４０ｍｍのところからスパッタレートは漸減するが、ウエハ端部から１０ｍｍのところから最端部にかけて増加傾向に転じ、最端部におけるスパッタレートは約１９ｎｍ／分と従来型フォーカスリングとは正反対の特性を示している。

溝形成フォーカスリング１７Ｗ型のスパッタレートの特性は、溝形成フォーカスリング１Ｗ型とほぼ同様である。

図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す３種類のフォーカスリングのスパッタレートを正規化したグラフである。図６（ｂ）に示されるように、溝５１に埋め込んだ伝熱シートの熱伝導率の差異によるスパッタレート特性にはほとんど差異がない。このことから、フォーカスリング５への溝５１の形成は、熱容量を変化させるというよりはフォーカスリング５のインピーダンスを変化させ、それによりその周囲の電界分布が変化するといえる。その結果、プラズマの衝撃強度が変化し、スパッタレートが変わったものと考えられる。

（実施例３）
次に、デポジションレートについて、実施例１，２と同様に、プラズマ処理装置１に組み込むフォーカスリング５として、溝形成フォーカスリング１Ｗ型、溝形成フォーカスリング１７Ｗ型の２種類を用意し、これらの比較例として従来型のフォーカスリングを用意しデポジションレートの特性を調べた。

直径が３００ｍｍのブランケットウエハを３枚用意した。プラズマ処理室を３５ミリトールに減圧し、Ｃ４Ｆ６／Ａｒ（１８／１２２５）からなる処理ガスを供給して、ブランケットウエハに、従来型のフォーカスリング、溝形成フォーカスリング１Ｗ型、そして溝形成フォーカスリング１７Ｗ型を設置し、プラズマ処理を６０秒間施した。なお、その際の上部電極の温度／処理室の壁面温度／静電チャックの底面温度は、６０℃／６０℃／４５℃である。

図７は、上述したプラズマ処理条件下において、ブランケットウエハに従来型、溝形成１Ｗ型、溝形成１７Ｗ型の３種類のフォーカスリングを設置し、そのときのデポジションレートの特性を示したグラフである。なお、図７に示すグラフの横軸は、その“０”点がウエハ中心点を示しており、そこから径方向右側に１５０ｍｍ、径方向左側に１５０ｍｍまでをミリメートルの単位で示している。また、縦軸のデポジション（デポ）レートの単位はｎｍ／分である。

図７（ａ）に示すように、従来型フォーカスリングを設置しプラズマ処理を施したときのブランケットウエハのデポジションレートは、ウエハ中心部分のデポジションレートが約８０ｎｍ／分である。端部に行くに従いそのレートは漸増し、ウエハ端部から約５０ｍｍのところから急激に増加し、最端部においては約１０５ｎｍ／分のデポジションレートとなっている。

これに対して、ブランケットウエハの外周に溝形成フォーカスリング１Ｗ型を設置しプラズマ処理を施した場合には、その中心部においては従来型とほぼ同じ約８０ｎｍ／分であるが、ウエハ端部から約５０ｍｍのところから、従来型とは反対にデポジションレートは減少し、その最端部におけるデポジションレートは、約７０ｎｍ／分となっている。

溝形成フォーカスリング１７Ｗ型のデポジションレートの特性は、図７（ａ）に示すように、溝形成フォーカスリング１Ｗ型とほぼ同様であるといえる。

図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す３種類のフォーカスリングのデポジションレートを正規化したグラフである。図７（ｂ）からわかるように、実施例１、実施例２と同様に、溝５１に埋め込んだ伝熱シートの熱伝導率差異によるデポジションレート特性には相違がない。このことから、フォーカスリング５への溝５１の形成は、熱容量を変化させるというよりはフォーカスリング５のインピーダンスを変化させ、それによりその周囲の電界分布が変化するといえる。その結果、プラズマの衝撃強度が変化し、デポジションレートが変わったものと考えられる。

以上の知見から、フォーカスリングに溝を形成し、かつその溝形状を変化させることにより、所望の部位に所望の電界分布を形成できる。これによりエッチングレート、デポジションレートを所望の部位に、所望の値で調整できることが明らかとなった。

本発明は、プラズマエッチング装置に限定されず、プラズマＣＶＤ、プラズマ酸化、プラズマ窒化、スパッタリングなどの他のプラズマ処理装置にも適用可能である。また、本発明における被処理基板は半導体ウエハに限るものではなく、フラットパネルディスプレイ用の各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等も可能である。

１ プラズマ処理装置
２ サセプタ（ＲＦ電極）
３ 筒状保持部
４ 筒状支持部
５ フォーカスリング
６ 排気路
７ バッフル板
８ 排気管
９ 排気装置
１０ ウエハの搬入出口
１１ ゲートバルブ
１２ａ 第１高周波電源
１２ｂ 第２高周波電源
１３ 整合器
１４ 給電棒
１５ ウエハ（基板）
１６ 静電チャック
１７ 内部電極
１８ 熱媒体流路
２０ 配管
２１ 上部電極
２２ ガス噴出孔
２３ ガス導入管
２４ 熱媒体供給管（ガス供給管）
２５ カバーリング
５１ 溝

Claims (14)

1. プラズマ処理が施される被処理基板の周縁を囲うように配されるプラズマ処理用円環状部品であって、
   プラズマが生成されるプラズマ生成空間の電界分布を所望の電界分布に調整する少なくとも１つの環状の溝が、前記プラズマ生成空間側の反対側の面に形成されていることを特徴とするプラズマ処理用円環状部品。
2. 前記溝が、内側周縁部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理用円環状部品。
3. 前記溝の形状により、インピーダンスが所望の値に調整されることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理用円環状部品。
4. 前記溝が、径方向内側端部から少なくともその幅の３０％以内から所定の幅で形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のプラズマ処理用円環状部品。
5. 前記溝が、径方向内側端部からその幅の８０％以内に所定の幅で形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のプラズマ処理用円環状部品。
6. 前記溝の深さが、少なくともその厚さの７０％以内であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のプラズマ処理用円環状部品。
7. 少なくとも石英、カーボン、シリコン及びセラミック材料のいずれか一つによって形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のプラズマ処理用円環状部品。
8. 内部が真空に保持可能な処理室を含む処理容器と、該処理室で被処理基板を載置するとともに下部電極を兼ねた載置台と、該載置台において前記被処理基板の周縁を囲むように配される円環状部品と、前記下部電極に対向してその上方に配置される上部電極と、前記載置台に高周波電力を供給する給電体とを備え、前記処理室で発生するプラズマにより前記被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
   前記円環状部品には、プラズマが生成されるプラズマ生成空間の電界分布を所望の分布に調整する少なくとも１つの環状の溝が、前記プラズマ生成空間側の反対側の面に形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
9. 前記溝が内側周縁部に形成されていることを特徴とする請求項８に記載のプラズマ処理装置。
10. 前記溝の形状により、前記円環状部品のインピーダンスが、所望の値に調整されることを特徴とする請求項８又は９に記載のプラズマ処理装置。
11. 前記溝が、径方向内側端部から少なくとも前記円環状部品の幅の３０％以内から所定の幅で形成されていることを特徴とする請求項８から１０のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
12. 前記溝が、径方向内側端部から前記円環状部品の幅の８０％以内に所定の幅で形成されていることを特徴とする請求項８から１１のいずれかに記載のプラズマ処理用円環状部品。
13. 前記溝の深さが、少なくとも前記円環状部品の厚さの７０％以内であることを特徴とする請求項８から１２のいずれかに記載のプラズマ処理用円環状部品。
14. 前記円環状部品が、少なくとも石英、カーボン、シリコン及びセラミック材料のいずれか一つによって形成されていることを特徴とする請求項８から１３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。

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