JP2010283028A - プラズマ処理装置，プラズマ処理方法，プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】フォーカスリングの高さを変えることなく，基板周縁部における付着物低減と処理結果の両方をバランスよく改善できる最適な印加電圧を効率的に求め，その最適印加電圧を的確かつ簡単に調整する。
【解決手段】 載置台１０３の基板載置部を囲むように配置された誘電性リング２１０と，誘電性リング上に設けられた導電性リング２２０とを備え，導電性リングのフローティング電圧を検出する電圧センサ２３４と，導電性リングに直流電圧を印加する直流電源２３０とを備え，導電性リングから実際に検出したフローティング電圧に基づいて導電性リングに印加する最適な電圧を求め，さらにプラズマ処理ごとに実際に検出されたフローティング電圧から求められた変動量に応じてその最適印加電圧を調整する。
【選択図】 図７

Description

本発明は，基板を載置する載置台とその基板の周囲を囲むように載置台に設けられたフォーカスリングを備えるプラズマ処理装置，プラズマ処理方法，プログラムに関する。

半導体装置の製造過程では，例えば半導体ウエハ，ＦＰＤ基板，太陽電池用基板等の基板に微細な回路パターンを形成する目的でプラズマエッチング処理が繰り返し実施される。プラズマエッチング処理では，例えば減圧可能に構成されたプラズマ処理装置の処理室内に対向配置された電極間に高周波電圧を印加してプラズマを発生させ，載置台上に載置した基板に対してプラズマを作用させてエッチングを行なう。

このようなプラズマエッチング処理の際に，基板の中央部と同様に周縁部においても均一で良好な処理を行うため，載置台上の基板の周囲を囲むようにフォーカスリングを載置台上に配置してエッチングが行われる（特許文献１参照）。

このようなプラズマ処理装置では一般に，基板の周縁部が載置台から張り出すように載置され，載置台とフォーカスリングの間には隙間があるので，その隙間に入り込んだＣＦ系ポリマーなどのプラズマ生成物が基板周縁部の下面（裏面）に付着してデポジション発生の要因になるという問題があった。

このような基板周縁部の裏面の付着物を低減するため，載置台とフォーカスリングとの間に誘電体を入れて絶縁することで，プラズマ処理中に基板（載置台）とフォーカスリングとの間に発生する電位差から生じる電界の作用によりプラズマ中のイオンを引き込んで基板周縁部に回り込ませるものがある（特許文献２参照）。

特開２００７−２５８４１７号公報 特開２００７−２５０９６７号公報

しかしながら，例えば特許文献２のように載置台とフォーカスリングとの間に誘電体を入れて絶縁するものにおいては，プラズマ処理中は基板（載置台）とフォーカスリングとの間に電位差が発生するので，基板上とフォーカスリング上ではプラズマシースの厚みが異なる。このため，プラズマシースに歪みが生じ，特に基板周縁部近傍に引き込まれるプラズマ中のイオンの入射角が傾いてしまうため，その部分に形成されるホールやトレンチが傾くなど処理結果に影響を与えてしまうという問題がある。

この場合，フォーカスリング上面の高さを調整することで，フォーカスリング上のプラズマシースの高さを調整できるので，これによりプラズマシースの歪みを緩和できる。このため，従来は上面の高さが異なるフォーカスリングを複数用意し，これらを用いてプラズマ処理を試して，最適なものを見つけ出すという作業を行っていた。

ところが，せっかく最適なフォーカスリングを見つけても，プラズマエッチング処理を繰り返すうちにフォーカスリングが消耗してその高さが変わってしまうと，再びプラズマシースに歪みが発生してしまう。この場合，フォーカスリングの高さの微調整ができないので，処理結果例えばホールやトレンチの傾きが許容値を超える度にフォーカスリングを交換しなければならなかった。また，プラズマエッチングの処理条件が変わると，基板にかかる電位やプラズマシースの状態も変わるため，処理条件ごとに最適な高さのフォーカスリングを設計し直さなければならなかった。

また，フォーカスリングの上面の高さを高くすれば，基板周縁部近傍の上方のプラズマシースの傾きが改善されるので，基板周縁部近傍のイオン入射角も垂直に近づけることができ，基板周縁部に形成されるホールやトレンチの傾きも改善できる。ところがその一方で，基板とフォーカスリングとの隙間に入り込むプラズマ中のイオンの入射角も垂直に近くなるので，基板周縁部に回り込み難くなり，基板周縁部の付着物低減効果は薄れてしまう。このように，基板周縁部に形成されるホールやトレンチが傾きと基板周縁部の裏面の付着物低減効果はトレードオフの関係にあるので，フォーカスリングの上面の高さだけでこれらの両方をバランスよく改善するのは困難であった。

なお，特許文献１には，フォーカスリングの消耗度に基づいて所定の直流電圧を印加して，フォーカスリング上のプラズマシースの厚みを厚くすることでプラズマシースに歪みを抑制する点の記載がある。ところが，最適な電圧を求めるのにプラズマ検出，フォーカスリングの消耗度の予測や検出などが必要になり，最適電圧やその調整電圧を求める処理や構成が複雑になってしまう。また，そもそも特許文献１のフォーカスリングは載置台に直接設けられているので載置台と電気的に導通しており，フローティングさせていないので，基板周縁部の付着物低減効果を高めることはできない。

また，特許文献２には，載置台との間を絶縁したフォーカスリングに可変直流電源から直流電圧を印加して基板（載置台）とフォーカスリングとの間の電位差を変化させる点の記載がある。ところが，最適な印加電圧を求める手法までは記載されておらず，特許文献１のように従来の手法で最適電圧を求めると処理や構成が複雑化し時間と手間もかかる。また，そもそも特許文献２では基板周縁部における処理結果の向上（例えばホールやトレンチの傾きの改善）までは考慮されていない。

そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，フォーカスリングの形状（上面の高さなど）を変えることなく，基板の周縁部における付着物低減と処理結果の両方をバランスよく改善できる導電性リングに印加する最適な電圧を効率的に求めることができ，その最適印加電圧の調整も的確かつ簡単にできるプラズマ処理装置等を提供することにある。

本発明者は，フォーカスリングの形状（上面の高さなど）を変えることなく，基板の周縁部における付着物の低減と処理結果の向上（例えばエッチング形状の傾きを改善）の両方の効果を高めることができる最適な印加電圧を効率的に求める手法を検討した。その結果，載置台に誘電性リングを介して導電性リングを設けてフローティングさせる構成のフォーカスリングでは，プラズマを発生させると導電性リングにフローティング電圧が発生し，そのフローティング電圧による導電性リング電位からプラズマ電位までの間で印加電圧を決めることで，基板の周縁部における付着物低減と処理結果の両方をバランスよく改善できる最適な印加電圧を効率的に求められることが分かった。

しかも，このフローティング電圧はフォーカスリングの消耗やプラズマ状態の変動などに応じて変動する。このため，このフローティング電圧の変動量に応じてプラズマ処理ごとに上記最適印加電圧を調整するだけという的確かつ簡単な手法で，フォーカスリングの消耗などが発生しても，変動前の最適な状態を保持できることを見出した。以下の発明はこのような知見に基づいてなされたものである。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，基板を載置する載置台とその基板の周囲を囲むように前記載置台に設けられたフォーカスリングを備えるプラズマ処理装置において前記載置台に載置された基板に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって，前記フォーカスリングは，前記載置台の基板載置部を囲むように配置された誘電性リングと，前記誘電性リング上に設けられた導電性リングとを備え，前記導電性リングは，そのフローティング電圧を検出する電圧センサと直流電圧を印加する直流電源とが接続され，前記基板の周縁部の周囲を囲むように配置され前記基板載置部に載置された基板より高い上面を有する外側リングと，その内側に延在して前記基板の周縁部の下方に入り込むように配置され前記基板より低い上面を有する内側リングとを一体で構成してなり，前記電圧センサで検出された前記導電性リングのフローティング電圧に基づいて前記導電性リングに印加する最適な電圧（例えば前記基板の周縁部における付着物低減と処理結果の両方をバランスよく改善するのに最適な印加電圧）を求めて記憶部に記憶しておき，プラズマ処理を実行する際は，プラズマ処理ごとに前記電圧センサで前記導電性リングのフローティング電圧を検出してその変動量を求め，そのフローティング電圧の変動量に応じて前記記憶部に記憶された最適印加電圧を調整し，調整後の前記最適印加電圧を前記直流電源から前記導電性リングに印加して前記基板に対するプラズマ処理を実行することを特徴とするプラズマ処理方法が提供される。

上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，前記載置台に載置された基板に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって，前記載置台の基板載置部を囲むように配置された誘電性リングと，前記誘電性リング上に設けられた導電性リングとを備え，前記基板の周縁部の周囲を囲むように配置され前記基板載置部に載置された基板より高い上面を有する外側リングと，その内側に延在して前記基板の周縁部の下方に入り込むように配置され前記基板より低い上面を有する内側リングとを一体で構成してなるフォーカスリングと，前記導電性リングのフローティング電圧を検出する電圧センサと，前記導電性リングに直流電圧を印加する直流電源と，前記電圧センサで検出された前記導電性リングのフローティング電圧に基づいて求められた前記導電性リングに印加する最適な電圧（例えば前記基板の周縁部における付着物低減と処理結果の両方をバランスよく改善するのに最適な印加電圧）を記憶した記憶部と，プラズマ処理を実行する際は，プラズマ処理ごとに前記電圧センサで前記導電性リングのフローティング電圧を検出してその変動量を求め，そのフローティング電圧の変動量に応じて前記記憶部に記憶された最適印加電圧を調整し，調整後の前記最適印加電圧を前記直流電源から前記導電性リングに印加して前記基板に対するプラズマ処理を実行する制御部と，を備えることを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。

上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，載置台に載置された基板に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置のプラズマ処理方法を実行するためのコンピュータに実行させるためのプログラムであって，前記プラズマ処理装置は，前記載置台の基板載置部を囲むように配置された誘電性リングと，前記誘電性リング上に設けられた導電性リングとを備え，前記基板の周縁部の周囲を囲むように配置され前記基板載置部に載置された基板より高い上面を有する外側リングと，その内側に延在して前記基板の周縁部の下方に入り込むように配置され前記基板より低い上面を有する内側リングとを一体で構成してなるフォーカスリングと，前記導電性リングのフローティング電圧を検出する電圧センサと，前記導電性リングに直流電圧を印加する直流電源と，前記電圧センサで検出された前記導電性リングのフローティング電圧に基づいて求められた前記導電性リングに印加する最適な電圧（例えば前記基板の周縁部における付着物低減と処理結果の両方をバランスよく改善するのに最適な印加電圧）を記憶した記憶部と，を備え，前記プラズマ処理方法は，プラズマ処理を実行する際は，プラズマ処理ごとに前記電圧センサで前記導電性リングのフローティング電圧を検出してその変動量を求め，そのフローティング電圧の変動量に応じて前記記憶部に記憶された最適印加電圧を調整するステップと，調整後の前記最適印加電圧を前記直流電源から前記導電性リングに印加して前記基板に対するプラズマ処理を実行するステップと，を有することを特徴とするプログラムが提供される。

このような本発明にかかる装置，方法，プログラムによれば，導電性リングに印加する最適な電圧は，導電性リングから実際に検出したフローティング電圧に基づいて求められ，さらにプラズマ処理ごとに実際に検出されたフローティング電圧から求められた変動量に応じてその最適印加電圧を調整する。これにより，フォーカスリングの高さ（上面の高さ）を変えることなく，基板の周縁部における付着物低減と処理結果の両方をバランスよく改善できる最適な印加電圧を効率的に求めることができ，その最適印加電圧を的確かつ簡単に調整できる。これによれば，フォーカスリングの交換頻度を従来以上に低減でき，交換に伴うダウンタイムや部品コストも従来以上に削減できる。

また，複数のプラズマ処理条件を選択して実行する際は，前記電圧センサで検出された前記導電性リングのフローティング電圧に基づいて前記導電性リングに印加する最適な印加電圧を前記各プラズマ処理条件ごとに求めて記憶部に記憶しておき，選択されたプラズマ処理条件でプラズマ処理を実行する際は，プラズマ処理ごとに前記電圧センサで前記導電性リングのフローティング電圧を検出してその変動量を求め，そのフローティング電圧の変動量に応じて，選択されたプラズマ処理条件に関連づけて前記記憶部に記憶された前記最適印加電圧を調整し，調整後の前記最適印加電圧を前記直流電源から前記導電性リングに印加して前記プラズマ処理条件で前記基板に対するプラズマ処理を実行するようにしてもよい。プラズマ処理条件ごとに最適な印加電圧を効率的に求めることができ，プラズマ処理条件ごとに最適印加電圧を的確かつ簡単に調整できる。

なお，前記外側リングは，外周部とその内側の内周部に分割し，前記内周部は前記内側リングと電気的に導通し，前記外周部は前記内周部及び前記内側リングと電気的に絶縁するように構成し，前記直流電源と前記電圧センサは，前記内周部又は前記内側リングに接続してもよい。これによれば，外側リングに印加する面積を少なくできるので，直流電源を小型化できる。

上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，基板を載置する載置台とその基板の周囲を囲むように前記載置台に設けられたフォーカスリングを備えるプラズマ処理装置において前記載置台に載置された基板に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって，前記フォーカスリングは，前記載置台の基板載置部を囲むように配置された誘電性リングと，前記誘電性リング上に設けられた導電性リングとを備え，前記導電性リングは，前記基板の周縁部の周囲を囲むように配置され前記基板載置部に載置された基板より高い上面を有する外側リングと，その内側に離間して前記基板の周縁部の下方に入り込むように配置され前記基板より低い上面を有する内側リングとを別体で構成してなり，前記外側リングと前記内側リングはそれぞれ別々の直流電圧が接続され，前記外側リングはそのフローティング電圧を検出する電圧センサが接続され，前記電圧センサで検出された前記外側リングのフローティング電圧に基づいて前記外側リングに印加する最適な電圧（例えば前記基板の周縁部における付着物低減と処理結果の両方をバランスよく改善するのに最適な外側リングの印加電圧）を求めるとともに前記内側リングに印加する最適な電圧（例えば前記基板の周縁部における付着物低減と処理結果の両方をバランスよく改善するのに最適な内側リングの印加電圧）を求めて記憶部に記憶しておき，プラズマ処理を実行する際は，プラズマ処理ごとに前記電圧センサで前記外側リングのフローティング電圧を検出してその変動量を求め，そのフローティング電圧の変動量に応じて前記記憶部に記憶された前記外側リングの最適印加電圧を調整し，調整後の前記外側リングの最適印加電圧を前記外側リング用直流電源から前記外側リングに印加するとともに，前記記憶部に記憶された前記内側リングの最適印電圧を前記内側リング用直流電源から前記内側リングに印加して前記基板に対するプラズマ処理を実行することを特徴とするプラズマ処理方法が提供される。

上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，載置台に載置された基板に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって，前記載置台の基板載置部を囲むように配置された誘電性リングと，前記誘電性リング上に設けられた導電性リングとを備え，前記導電性リングは，前記基板の周縁部の周囲を囲むように配置され前記基板載置部に載置された基板より高い上面を有する外側リングと，その内側に離間して前記基板の周縁部の下方に入り込むように配置され前記基板より低い上面を有する内側リングとを別体で構成してなるフォーカスリングと，前記外側リングのフローティング電圧を検出する電圧センサと，前記外側リングに直流電圧を印加する外側リング用直流電源と，前記内側リングに直流電圧を印加する内側リング用直流電源と，前記電圧センサで検出された前記外側リングのフローティング電圧に基づいて求められた前記外側リングに印加する最適な電圧（例えば前記基板の周縁部における付着物低減と処理結果の両方をバランスよく改善するのに最適な外側リングの印加電圧）と前記内側リングに印加する最適な電圧（例えば前記基板の周縁部における付着物低減と処理結果の両方をバランスよく改善するのに最適な内側リングの印加電圧）を記憶する記憶部と，プラズマ処理を実行する際は，プラズマ処理ごとに前記電圧センサで前記外側リングのフローティング電圧を検出してその変動量を求め，そのフローティング電圧の変動量に応じて前記記憶部に記憶された前記外側リングの最適印加電圧を調整し，調整後の前記外側リングの最適印加電圧を前記外側リング用直流電源から前記外側リングに印加するとともに，前記記憶部に記憶された前記内側リングの最適印電圧を前記内側リング用直流電源から前記内側リングに印加して前記基板に対するプラズマ処理を実行する制御部と，を備えることを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。

上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，載置台に載置された基板に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置のプラズマ処理方法を実行するためのコンピュータに実行させるためのプログラムであって，前記プラズマ処理装置は，前記載置台の基板載置部を囲むように配置された誘電性リングと，前記誘電性リング上に設けられた導電性リングとを備え，前記導電性リングは，前記基板の周縁部の周囲を囲むように配置され前記基板載置部に載置された基板より高い上面を有する外側リングと，その内側に離間して前記基板の周縁部の下方に入り込むように配置され前記基板より低い上面を有する内側リングとを別体で構成してなるフォーカスリングと，前記外側リングのフローティング電圧を検出する電圧センサと，前記外側リングに直流電圧を印加する外側リング用直流電源と，前記内側リングに直流電圧を印加する内側リング用直流電源と，前記電圧センサで検出された前記外側リングのフローティング電圧に基づいて求められた前記外側リングに印加する最適な電圧（例えば前記基板の周縁部における付着物の低減と処理結果の両方をバランスよく改善するのに最適な外側リングの印加電圧）と前記内側リングに印加する最適な電圧（例えば前記基板の周縁部における付着物低減と処理結果の両方をバランスよく改善するのに最適な内側リングの印加電圧）を記憶する記憶部と，を備え，前記プラズマ処理方法は，プラズマ処理を実行する際は，プラズマ処理ごとに前記電圧センサで前記外側リングのフローティング電圧を検出してその変動量を求め，そのフローティング電圧の変動量に応じて前記記憶部に記憶された前記外側リングの最適印加電圧を調整するステップと，調整後の前記外側リングの最適印加電圧を前記外側リング用直流電源から前記外側リングに印加するとともに，前記記憶部に記憶された前記内側リングの最適印電圧を前記内側リング用直流電源から前記内側リングに印加して前記基板に対するプラズマ処理を実行するステップと，を有することを特徴とするプログラムが提供される。

このような本発明にかかる装置，方法，プログラムによれば，外側リングに印加する最適な電圧は実際に検出したフローティング電圧に基づいて求めるとともに，これとは別に内側リングの最適な印加電圧を求めることができる。さらにプラズマ処理ごとに実際に検出されたフローティング電圧から求められた変動量に応じて外側リングの上記最適印加電圧を調整する。これにより，フォーカスリングの高さ（上面の高さ）を変えることなく，基板の周縁部における付着物低減と処理結果の両方をバランスよく改善できる最適な印加電圧を効率的に求めることができ，その最適印加電圧を的確かつ簡単に調整できる。しかも，外側リングと内側リングには別々の直流電圧を印加できるので，内側リングと基板との間の電位差を確保しつつ，外側リングに印加する電圧を調整できる。これにより，外側リングの最適印加電圧をより大きく調整しても，基板の周縁部における付着物低減と処理結果の両方をバランスをよく改善できる。これによれば，フォーカスリングの交換頻度をさらに低減でき，交換に伴うダウンタイムや部品コストも従来以上に削減できる。

また，複数のプラズマ処理条件を選択して実行する際は，前記電圧センサで検出された前記外側リングのフローティング電圧に基づいて前記外側リングに印加する最適な印加電圧を前記各プラズマ処理条件ごとに求めるとともに，前記内側リングに印加する最適な印加電圧を前記各プラズマ処理条件ごとに求めて記憶部に記憶しておき，プラズマ処理を実行する際は，選択されたプラズマ処理条件で前記電圧センサで前記外側リングのフローティング電圧を検出してその変動量を求め，そのフローティング電圧の変動量に応じて，選択されたプラズマ処理条件に関連づけて前記記憶部に記憶された前記外側リングの最適印加電圧を調整し，調整後の前記外側リングの最適印加電圧を前記外側リング用直流電源から前記外側リングに印加するとともに，選択されたプラズマ処理条件に関連づけて前記記憶部に記憶された前記内側リングの最適印電圧を前記内側リング用直流電源から前記内側リングに印加して前記基板に対するプラズマ処理を実行するようにしてもよい。プラズマ処理条件ごとに外側リングと内側リングの最適な印加電圧を効率的に求めることができ，プラズマ処理条件ごとに外側リングの最適印加電圧を的確かつ簡単に調整できる。

また，前記外側リングは，外周部とその内側の内周部に分割し，前記内周部は前記内側リングと電気的に絶縁し，前記外周部は前記内周部及び前記内側リングと電気的に絶縁するように構成し，前記外側リング用直流電源と前記電圧センサは，前記内周部に接続するようにしてもよい。これによれば，外側リングに印加する面積を少なくできるので，外側リング用直流電源を小型化できる。

本発明によれば，載置台に誘電性リングを介して導電性リングを設けてフォーカスリングを構成し，実際に検出したフローティング電圧に基づいて導電性リングに印加する最適な印加電圧を求めることで，基板の周縁部における付着物の低減と処理結果の向上の両方の効果を高めるのに最適な印加電圧を効率的に求めることができる。さらに，そのフローティング電圧の変動量に応じてプラズマ処理ごとに最適印加電圧を調整するので，調整を的確かつ簡単に行うことができ，フォーカスリングの消耗などが発生しても変動前の最適な状態を保持できる。

本発明の実施形態にかかるプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。 同実施形態におけるフォーカスリングの構成を説明するための部分断面図である。 比較例にかかるサセプタに対してフローティング状態にしていないフォーカスリングの作用説明図である。 本実施形態と同様にサセプタに対してフローティング状態にしているフォーカスリングの作用説明図である。 図４に示すフォーカスリングに直流電圧を印加したときの作用説明図である。 イオン入射角及び付着物低減効果とフォーカスリングの高さとの関係をグラフに示す図である。 本実施形態にかかるフォーカスリング装置の構成例を説明するための部分断面図である。 本実施形態にかかるフォーカスリングへの電圧印加制御のメインルーチンのフローチャートである。 図７に示すフォーカスリング装置を用いた場合の最適印加電圧の設定のサブルーチンのフローチャートである。 図７に示すフォーカスリング装置を用いた場合の印加電圧データの具体例を示す図である。 本実施形態にかかるフォーカスリング装置の変形例を説明するための部分断面図である。 図１１に示すフォーカスリング装置を用いた場合の最適印加電圧の設定のサブルーチンのフローチャートである。 図１１に示すフォーカスリング装置を用いた場合の印加電圧データの具体例を示す図である。 図７に示すフォーカスリングの変形例を示す図である。 図１１に示すフォーカスリングの変形例を示す図である。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。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構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（プラズマ処理装置の構成例）
先ず，本発明の実施形態にかかるプラズマ処理装置の概略構成を図面を参照しながら説明する。図１は，本実施形態にかかるプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。ここでは，プラズマ処理装置の一例として，平行平板型のプラズマエッチング装置を例に挙げて説明する。

プラズマ処理装置１００は，例えば表面が陽極酸化処理（アルマイト処理）されたアルミニウムから成る円筒形状に成形された処理容器を有する処理室１０２を備える。処理室１０２は接地されている。処理室１０２内の底部にはウエハＷを載置するための略円柱状の載置台１０３が設けられている。載置台１０３はセラミックなどの絶縁板１０４と，絶縁板１０４上に設けられた下部電極を構成するサセプタ１０５とを備える。

サセプタ１０５内には，温度調節媒体室１０７が設けられている。そして，導入管１０８を介して温度調節媒体室１０７に温度調節媒体が導入されて循環され，排出管１０９から排出される。このような温度調節媒体の循環により，サセプタ１０５を所望の温度に制御できるようになっている。

サセプタ１０５は，その上側中央部に凸状の基板載置部が形成されている。基板載置部の上部には静電チャック１１１が設けられている。静電チャック１１１は，絶縁材の間に電極１１２が介在された構成となっている。静電チャック１１１は，電極１１２に接続された図示しない直流電源から例えば１．５ｋＶの直流電圧が印加される。これによって，ウエハＷが静電チャック１１１に静電吸着される。基板載置部はウエハＷの径よりも小径に形成されており，ウエハＷを載置したときにウエハＷの周縁部が張り出すようになっている。

サセプタ１０５の上端周縁部には，基板載置部の静電チャック１１１上に載置されたウエハＷを囲むようにフォーカスリング２００が配置されている。フォーカスリング２００は，サセプタ１０５上に配置されたリング状の誘電性リング２１０と，この誘電性リング２１０上に配置されたリング状の導電性リング２２０とで構成される。なお，フォーカスリング２００の具体的構成例は後述する。

そして，絶縁板１０４，サセプタ１０５，静電チャック１１１には，ウエハＷの裏面に伝熱媒体（例えばＨｅガスなどのバックサイドガス）を供給するためのガス通路１１４が形成されている。この伝熱媒体を介してサセプタ１０５とウエハＷとの間の熱伝達がなされ，ウエハＷが所定の温度に維持される。

また，サセプタ１０５の上方には，このサセプタ１０５と平行に対向して上部電極１２１が設けられている。この上部電極１２１は，絶縁材１２２を介して，処理室１０２の内部に支持されている。上部電極１２１は，サセプタ１０５との対向面を構成し多数の吐出孔１２３を有する電極板１２４と，この電極板１２４を支持する電極支持体１２５とによって構成されている。電極板１２４は例えば石英から成り，電極支持体１２５は例えば表面がアルマイト処理されたアルミニウムなどの導電性材料から成る。なお，サセプタ１０５と上部電極１２１との間隔は，調節可能とされている。

上部電極１２１における電極支持体１２５の中央には，ガス導入口１２６が設けられている。このガス導入口１２６には，ガス供給管１２７が接続されている。さらにこのガス供給管１２７には，バルブ１２８およびマスフローコントローラ１２９を介して，処理ガス供給源１３０が接続されている。

この処理ガス供給源１３０から，プラズマエッチングのためのエッチングガスが供給されるようになっている。なお，図１にはガス供給管１２７，バルブ１２８，マスフローコントローラ１２９，および処理ガス供給源１３０等から成る処理ガス供給系を１つのみ示しているが，プラズマ処理装置１００は，複数の処理ガス供給系を備えている。例えば，ＣＦ_４，Ｏ_２，Ｎ_２，ＣＨＦ_３等のエッチングガスが，それぞれ独立に流量制御され，処理室１０２内に供給される。

処理室１０２の底部には排気管１３４が接続されており，この排気管１３４には排気部１３５が接続されている。排気部１３５は，ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており，処理室１０２内を所定の減圧雰囲気に調整する。また，処理室１０２の側壁にはウエハＷの搬出入口１３１が設けられ，搬出入口１３１にはゲートバルブ１３２が設けられている。ウエハＷの搬出入を行う際にはゲートバルブ１３２を開く。そして，図示しない搬送アームなどによって搬出入口１３１を介してウエハＷの搬出入を行う。

上部電極１２１には，第１高周波電源１４０が接続されており，その給電線には第１整合器１４１が介挿されている。第１高周波電源１４０は，５０〜１５０ＭＨｚの範囲の周波数を有するプラズマ生成用の高周波電力を出力することが可能である。このように高い周波数の電力を上部電極１２１に印加することにより，処理室１０２内に好ましい解離状態でかつ高密度のプラズマを形成することができ，より低圧条件下のプラズマ処理が可能となる。第１高周波電源１４０の出力電力の周波数は，５０〜８０ＭＨｚが好ましく，典型的には図示した６０ＭＨｚまたはその近傍の周波数に調整される。

下部電極としてのサセプタ１０５には，第２高周波電源１５０が接続されており，その給電線には第２整合器１５１が介挿されている。この第２高周波電源１５０は数百ｋＨｚ〜十数ＭＨｚの範囲の周波数を有するバイアス用の高周波電力を出力することが可能である。第２高周波電源１５０の出力電力の周波数は，典型的には２ＭＨｚまたは１３．５６ＭＨｚ等に調整される。

なお，サセプタ１０５には第１高周波電源１４０からサセプタ１０５に流入する高周波電流を濾過するハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１０６が接続されており，上部電極１２１には第２高周波電源１５０から上部電極１２１に流入する高周波電流を濾過するローパスフィルタ（ＬＰＦ）１４２が接続されている。

プラズマ処理装置１００には，制御部（全体制御装置）３００が接続されており，この制御部３００によってプラズマ処理装置１００の各部が制御されるようになっている。また，制御部３００には，オペレータがプラズマ処理装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや，プラズマ処理装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなる操作部３１０が接続されている。

さらに，制御部３００には，プラズマ処理装置１００で実行される各種処理を制御部３００の制御にて実現するためのプログラムやプログラムを実行するために必要な処理条件（レシピ）などが記憶された記憶部３２０が接続されている。

記憶部３２０には，例えば複数のプラズマ処理条件（レシピ）が記憶されている。これらのプラズマ処理条件は，プラズマ処理装置１００の各部を制御する制御パラメータ，設定パラメータなどの複数のパラメータ値をまとめたものである。各プラズマ処理条件は例えば処理ガスの流量比，処理室内圧力，高周波電力などのパラメータ値を有する。また，本実施形態では，プラズマ処理条件ごとにフォーカスリング２００に印加する印加電圧データが関連づけられて記憶されている（例えば図１０，図１３）。これら印加電圧データの詳細は後述する。

なお，これらのプログラムやプラズマ処理条件はハードディスクや半導体メモリに記憶されていてもよく，またＣＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で記憶部３２０の所定位置にセットするようになっていてもよい。

制御部３００は，操作部３１０からの指示等に基づいて所望のプログラム，処理条件を記憶部３２０から読み出して各部を制御することで，プラズマ処理装置１００での所望の処理を実行する。また，操作部３１０からの操作により処理条件を編集できるようになっている。

このような構成のプラズマ処理装置１００では，例えばウエハＷに対してプラズマエッチング処理を実行する場合，図示しない搬送アームなどによりウエハＷを処理室１０２内へ搬入し，載置台１０３上に載置させて，静電チャック１１１によりウエハＷを静電吸着する。そして，処理ガス供給源１３０から処理室１０２内に所定の処理ガスを導入し，排気部１３５により処理室１０２内を排気することにより，処理室１０２内を所定の真空圧力に減圧する。

このように所定の真空圧力を維持した状態で，第１高周波電源１４０から上部電極１２１に例えば６０ＭＨｚのプラズマ生成用高周波電力を印加するとともに，第２高周波電源１５０からサセプタ１０５に例えば２ＭＨｚのバイアス用高周波電力を印加することにより，プラズマ生成用高周波電力の作用でウエハＷに処理ガスのプラズマが発生するとともに，バイアス用高周波電力の作用でウエハＷ（サセプタ１０５）にセルフバイアス電位が発生する。このため，ウエハＷ上にはプラズマ電位とウエハ電位（サセプタ電位）に応じたプラズマシースの電界が形成されて，プラズマ中のイオンを引き込むことができる。これにより，エッチングが進行する。

（フォーカスリングの構成）
次に，図１に示すフォーカスリング２００の具体的構成例について図面を参照しながら詳細に説明する。図２はフォーカスリングの構成を説明するための部分断面図である。図２に示すようにフォーカスリング２００は，サセプタ１０５上に配置された誘電性リング２１０と，その上に配置された導電性リング２２０とで構成される。誘電性リング２１０は，例えばクォーツ，アルミナ等のセラミックス，ベスペル（登録商標）等の樹脂などの誘電性材料からなる。導電性リング２２０は，例えばＳｉ（導電性を出すためにＢ（ホウ素）等をドープ済みのＳｉ），Ｃ，ＳｉＣ等の導電性材料からなる。

導電性リング２２０は，上面の高さが異なる外側リング２２４とその内側に延在する内側リング２２２とを一体で構成してなる。外側リング２２４の上面２２５はウエハＷの上面よりも高くなるように形成され，内側リング２２２の上面２２３はウエハＷの下面よりも低くなるように形成される。外側リング２２４はウエハＷの周縁部の外側にその周囲を囲むように離間して配置され，内側リング２２２はウエハＷの周縁部の下側に離間して配置される。

図２では，内側リング２２２と外側リング２２４とが一体で構成されるので，これらは互いに電気的に導通している。また，内側リング２２２と外側リング２２４はともに，誘電性リング２１０によってサセプタ１０５に対して電気的に絶縁されている。しかも，導電性リング２２０（外側リング２２４と内側リング２２２）は，誘電性リング２１０の他には電気的に接触していないので，グランドに対しても電気的に浮いたフローティング状態（絶縁状態）になっている。このようにフローティング状態にしてサセプタ１０５（ウエハＷ）との間に電位差を発生させることで，ウエハＷの周縁部に付着する付着物を軽減できる。

ここで，このようにサセプタ１０５に対してフローティング状態にしたフォーカスリング２００の作用を，フローティング状態にしていない比較例にかかるフォーカスリング２００′と比較しながら説明する。図３はフローティング状態にしていないフォーカスリング２００′のプラズマ処理中の作用説明図である。図４はフローティング状態にしたフォーカスリング２００のプラズマ処理中の作用説明図である。

図３に示すフォーカスリング２００′は，サセプタ１０５に電気的に接触させて，上面の高さをウエハＷの上面と同じにしている。これに対して，図４に示すフォーカスリング２００は，本実施形態と同様にサセプタ１０５に電気的に接触させず，さらに上面の高さをウエハＷの上面より高くしている。

図３に示すフォーカスリング２００′では，サセプタ１０５に電気的に導通しているので，プラズマ処理中のサセプタ１０５の電圧（ウエハＷの電圧）が例えば−１０００Ｖであったとすればフォーカスリング２００′の上面も同電圧の−１０００Ｖになる。

このとき，プラズマＰとウエハＷの上面との間及びプラズマＰとフォーカスリング２００′の上面との間にはプラズマシースの電界Ｅが生じる。フォーカスリング２００′の上面はウエハＷの上面とほぼ同じ高さなので，ウエハＷ上からフォーカスリング２００′上にかけてプラズマシースの厚みがほぼ同じになり，電界Ｅの等電位面もほぼ平行になる。

このような電界Ｅの作用により，プラズマＰからのイオンＩはほぼ垂直にウエハＷの上面とフォーカスリング２００′の上面に引き込まれる。従って，ウエハＷの周縁部近傍に向かうイオンＩもほぼ垂直となる。しかも，ウエハＷとフォーカスリング２００′との間には電位差が発生しなので，ウエハ周縁部とフォーカスリング２００′との隙間にイオンＩが入射しても，ウエハ周縁部の側面や裏側にまでは到達し難い。このため，ウエハ周縁部の側面や下面（裏面）にポリマーなどの付着物（デポジション）Ｄが付着し易い。

これに対して，図４に示すフォーカスリング２００では，サセプタ１０５に電気的に導通しておらず，誘電性リング２１０を介しているので，サセプタ１０５からの高周波パワーが入りにくい。このため，プラズマ処理中のサセプタ１０５の電圧（ウエハＷの電圧）が図３の場合と同様に例えば−１０００Ｖであっても，フォーカスリング２００′の電圧（フローティング電圧）は同じにならず，絶対値がより低い電位になる。例えばこのときのフォーカスリング２００のフローティング電圧が−５００Ｖであったとすれば，内側リング２２２の上面２２３と外側リング２２４の上面２２５の電位はともに−５００Ｖになる。

このため，図４に示すフォーカスリング２００では，導電性リング２２０（内側リング２２２と外側リング２２４）とウエハＷ（サセプタ１０５）と間にも電位差（ここでの電位差は５００Ｖ）が生じるので，これにより電界Ｅ′が発生する。電界Ｅ′の等電位面は図４に点線で示すように，ウエハＷの外周面と外側リング２２４の内周面との間ではほぼ垂直方向，すなわちイオンＩが外側リング２２４の外周面からウエハ周縁部の外周面に向かうように形成される。また，ウエハ周縁部の下面と内側リング２２２の上面２２３との間ではほぼ水平方向，すなわちイオンＩが内側リング２２２の上面２２３からウエハＷの周縁部の裏面に向かうように形成される。

このような電界Ｅ′の作用により，プラズマＰからウエハＷの周縁部に向かうイオンＩの一部はウエハ周縁部の外周面に衝突し，他の一部はウエハ周縁部の外周面と外側リング２２４の内周面との間に入り込むとウエハ周縁部の下面（裏面）に衝突する方向に加速する。従って，プラズマからのイオンＩをウエハ周縁部の上面のみならず，側面や下面（裏面）にも衝突させることができる。これにより，ウエハ周縁部の側面と下面（裏面）での付着物Ｄの発生を低減できる。

ところで，図４に示すフォーカスリング２００のように，載置台とフォーカスリングとの間に誘電体を入れて絶縁するだけで，プラズマ処理中にウエハＷ（サセプタ１０５）と導電性リング２２０と間に電位差を発生させる場合には，ウエハＷ上とフォーカスリング上ではプラズマシースの厚みが異なる。このため，プラズマシースに歪みが生じ，特に電界Ｅのウエハ周縁部の上あたりに傾きが生じる。

この傾きが大きいと，ウエハ周縁部の下面に回り込むイオンＩを増やすことができるので，ウエハ周縁部の付着物低減効果を大きくすることができるが，その一方でウエハ周縁部に向かうイオンＩの入射角がより傾いてしまうので，その部分に形成されるホールやトレンチの傾き（エッチング形状の傾き）は一層大きくなってしまう。

この場合，フォーカスリング２００の高さ（外側リング２２４の上面２２５の高さ）をもっと高くすれば，フォーカスリング２００上のプラズマＰを押し上げることができる。これによればウエハ周縁部近傍のプラズマシースの歪みを緩和でき，ウエハ周縁部に向かうイオンＩの入射角の傾きを改善できる（例えば図６のグラフＹ_Ｄ）。ところが，フォーカスリング２００を高くすると，今度はウエハＷの周縁部に回り込むイオンＩが減少してしまうため，ウエハ周縁部における付着物低減効果が減少してしまう（図６のグラフＹ_Ｉ）。

このように，ウエハ周縁部において付着物低減効果とイオンＩの入射角は図６に示すようにトレードオフの関係にある。このため，フォーカスリング２００の高さ（外側リング２２４の上面２２５の高さ）を調整してウエハ周縁部近傍における付着物低減効果とイオン入射角の改善効果のうちのいずれかを低くしなければ両方のバランスのよい高さ（図６のグラフＹ_IとグラフＹ_Ｄの交点）を見つけることができない。このように，外側リング２２４の上面の高さ（フォーカスリング２００の高さ）を調整するだけでは，ウエハ周縁部近傍における付着物低減とイオン入射角の両方をバランスよく改善させるには限界がある。

また，フォーカスリング２００の高さを調整するには，様々な高さのフォーカスリング２００を作成し，これらを用いてプラズマ処理の実行してみて最適なものを選ばなければならないので，非常に手間と時間がかかる。しかも，こうして手間と時間をかけてフォーカスリング２００の高さを最適にしても，プラズマ処理の繰り返しによってフォーカスリング２００が消耗してその高さが変わってしまうと，再びプラズマシースに歪みが発生してしまう。この場合，フォーカスリング２００の高さの微調整ができないので，処理結果例えばホールやトレンチの傾きが許容値を超える度にフォーカスリング２００を交換しなければならなかった。また，プラズマエッチングの処理条件が変わると，ウエハＷにかかる電位やプラズマシースの状態も変わるため，プラズマ処理条件ごとに最適な高さのフォーカスリングを設計し直さなければならなかった。

この場合，フォーカスリング２００の高さ（外側リング２２４の上面の高さ）を変えなくても，例えば図５に示すように導電性リング２２０に最適な直流電圧（ここでは−６００Ｖ）を印加することで，外側リング２２４上のプラズマＰを押し上げることができる。これにより，ウエハ周縁部近傍のプラズマシースの歪みを緩和できるので，ウエハＷの周縁部において付着物Ｄ（特に裏面の付着物）を低減する効果と，イオンＩの入射角を改善させる効果を高めることができる。ところが，最適な印加電圧を求めたり調整したりするのに従来の手法によるとプラズマ周縁部の検出，フォーカスリングの消耗度の予測や検出などが必要になり，最適印加電圧やその調整電圧を求める処理や構成が複雑になってしまう。

そこで，本発明者は，フォーカスリングの形状（上面の高さなど）を変えることなく，基板の周縁部における付着物の低減と処理結果の向上（例えばエッチング形状の傾きを改善）の両方の効果を高めることができる最適な印加電圧を効率的に求める手法を検討した。

例えば図４に示すように導電性リング２２０に電圧を印加しないでプラズマＰを生成したときのフローティング電圧が−５００Ｖのとき，イオンＩが無衝突でウエハＷに入射すると仮定すれば，ウエハ周縁部の下面まで届くイオンＩの加速開始位置は内側リング２２２の上面２２３と同電位の位置，すなわち外側リング２２４の上面２２５の電位（−５００Ｖ）の位置と考えられる。

このため，図４にも示すように，プラズマＰ中のイオンＩがウエハ周縁部の外周面と外側リング２２４の内周面との間に入り込んだとしても，それらのうち外側リング２２４の上面２２５の電位（−５００Ｖ）よりも下側（−５００Ｖの等電位面よりもウエハＷ側）から加速したイオンＩだけがウエハＷの周縁部下面に到達し，それよりも上側（−５００Ｖの等電位面よりもプラズマＰ側）から加速したイオンＩは内側リング２２２の上面に衝突して消滅してしまう。

これによれば，フローティング電圧，すなわち導電性リング２２０の上面２２５の電位（−５００Ｖ）からウエハＷの電位（−１０００Ｖ）までで導電性リング２２０に印加する印加電圧を設定しても，ウエハ周縁部の付着物低減効果を高めることができないことがわかる。言い換えれば，実際の導電性リング２２０のフローティング電圧を検出できれば，その電位（−５００Ｖ）からプラズマ電位（０Ｖ）までの間で導電性リング２２０に印加電圧を設定してダミープロセスによるプラズマ処理やシミュレーションによる実験などを実行すれば足り，それ以外の印加電圧によって無駄なプラズマ処理やシミュレーションの実験を実行しなくて済むので非常に効率的である。

このように，サセプタ１０５に誘電性リング２１０を介して導電性リング２２０を設けてフローティングさせる構成のフォーカスリングでは，プラズマを発生したときに導電性リング２２０に発生するフローティング電圧を検出しておけば，導電性リング２２０の電位からプラズマ電位までの間で印加電圧を決めることで，ウエハ周縁部における付着物低減とイオン入射角の両方をバランスよく改善できる最適な印加電圧を効率的に求められることが分かった。

例えば図６に示すように導電性リング２２０にフローティング電圧のみが印加されているときのフォーカスリング２００の高さとイオン入射角との関係（グラフＹ_Ｄ）から，それに電圧量を徐々に変えて印加電圧を印加していけば，ウエハ周縁部における付着物低減効果を低下させることなく，グラフＹ_Ｄ１′，Ｙ_Ｄ２′，Ｙ_Ｄ３′，Ｙ_Ｄ４′と推移していく。そして，イオン入射角が最も改善できる点（図６ではＹ_Ｄ４′とＹ_Ｉとの交点）を探してそのときの電圧を最適な印加電圧とすればよい。

また，フローティング電圧はフォーカスリング２００の消耗やプラズマ状態の変動などに応じて変動する。このため，このフローティング電圧の変動量に応じてプラズマ処理ごとに上記最適印加電圧を調整するだけという的確かつ簡単な手法で，フォーカスリングの消耗などが発生しても，変動前の最適な状態を保持できる。

そこで，本実施形態では，載置台１０３に対してフローティング状態にしたフォーカスリング２００を用いて導電性リング２２０に直流電圧を印加可能とするフォーカスリング装置を構成し，さらに導電性リング２２０のフローティング電圧に基づいて最適な印加電圧を求めるとともに，そのフローティング電圧の変動量に応じて上記最適印加電圧を調整する。

これにより，フォーカスリング２００の高さ（上面２２５の高さ）を変えることなく，ウエハ周縁部における付着物低減とイオン入射角の両方をバランスよく改善できる最適な印加電圧を効率的に求めることができ，その最適印加電圧を的確かつ簡単に調整できる。これによれば，フォーカスリング２００の交換頻度を従来以上に低減でき，交換に伴うダウンタイムや部品コストも従来以上に削減できる。

また，ウエハ周縁部における付着物低減しながら，ウエハ周縁部に向かうイオンＩの入射角を垂直（９０度）まで近づけることができるので，その部分に形成されるホールやトレンチの傾き（エッチング形状の傾き）などの処理結果を従来以上に改善させることができ，ウエハ面内の処理の均一性を高めることができる。

（フォーカスリング装置の構成例）
以下，このようなフォーカスリング装置の構成例について図７を参照しながら説明する。図７に示すフォーカスリング装置２５０は，導電性リング２２０に直流電圧を印加する直流電源２３０を接続する。直流電源２３０は制御部３００によって制御され，直流電源２３０から導電性リング２２０に所望の直流電圧を印加させることができる。なお，直流電源２３０と導電性リング２２０との間にはサセプタ１０５から流入する高周波電流を濾過するローパスフィルタ（ＬＰＦ）２３２を介在させている。

また，導電性リング２２０と直流電源２３０との間に，導電性リング２２０のフローティング電圧を検出する電圧センサ２３４を接続する。電圧センサ２３４の出力は制御部３００に取り込まれるようになっている。

次に，本実施形態にかかるフォーカスリング装置２５０を用いたフォーカスリング２００への電圧印加制御について図面を参照しながら説明する。図８は，制御部３００によって実行される電圧印加制御の概略を示すメインルーチンのフローチャートである。図８に示すように先ずステップＳ１１０にて導電性リング２２０のフローティング電圧を検出する。具体的には直流電源２３０をオフした状態でプラズマを生成し，そのときの導電性リング２２０の電圧をフローティング電圧として電圧センサ２３４で検出する。

次に，ステップＳ１２０にて導電性リング２２０に印加する最適印加電圧の設定を行う。この設定は例えば図９に示すサブルーチンのフローチャートに基づいて実行される。図９に示すように先ずステップＳ２１０にてこれから実行するために選択されたプラズマ処理条件に関連付けられた最適印加電圧を例えば図１０に示すようなデータテーブルに基づいて取得する。図１０に示すデータテーブルはプラズマ処理条件ごとに初期フローティング電圧に応じた最適印加電圧を求めて記憶部３２０に予め記憶されている。

例えばプラズマ処理条件Ｘが選択された場合は，それに関連づけられた印加電圧データにおいて初期フローティング電圧はＦ_０（Ｘ）であり，そのときの最適印加電圧はＲ_０（Ｘ）である。初期フローティング電圧は例えばフォーカスリング２００の交換したときや新たに設置したときに，最初にプラズマを生成したときのフローティング電圧である。

最適印加電圧は，初期フローティング電圧に応じてそれに最適な電圧量を加えることで得られるものである。例えば初期フローティング電圧に加える電圧量を変えた印加電圧を導電性リング２２０に印加してダミープロセスによるプラズマ処理やシミュレーションによる実験を実行する。例えばシミュレーションによる実験は，ウエハ周縁部上や導電性リング２２０上のプラズマシースや電解構造，イオンの軌跡などを計算で求める。

そして，選択した処理条件でプラズマ処理を実行したときに，ウエハ周縁部の付着物低減とイオン入射角の両方をバランスよく改善できる電圧（例えば図６に示すグラフＹ_ＩとＹ_Ｄ４との交点での電圧）を求めて，これを最適印加電圧とする。初期フローティング電圧（例えばＦ_０（Ｘ））に加える最適な電圧量（例えばＲ_０（Ｘ）−Ｆ_０（Ｘ））はプラズマ処理の処理条件ごとに異なるものである。

続いて，ステップＳ２２０にて検出されたフローティング電圧から，その変動量を算出し，ステップＳ２３０にてその変動量に応じて最適印加電圧を調整する。例えば初期フローティング電圧がＦ_０（Ｘ）の場合に，ステップＳ１１０で検出されたフローティング電圧をＦ（Ｘ）とすれば，その変動量はＦ_０（Ｘ）−Ｆ（Ｘ）となる。従って，ステップＳ２１０で取得した最適印加電圧Ｒ_０（Ｘ）とすれば，上記変動量に応じて算出される調整後の最適印加電圧Ｒ（Ｘ）は例えば下記（１）式で得られる。

Ｒ（Ｘ）＝（Ｆ_０（Ｘ）−Ｆ（Ｘ））＋Ｒ_０（Ｘ）・・・（１）

このように，初期フローティング電圧の変動量に応じて最適印加電圧を調整することで，フォーカスリング２００の消耗などによってフローティング電圧が変動しても，その変動量に応じて最適印加電圧を調整することで，変動前の状態を維持することができる。

次に，ステップＳ２４０にて調整した最適印加電圧を導電性リング２２０に印加する直流電圧として設定し，図８のメインルーチンに戻ってステップＳ１３０の処理に移る。

そして，ステップＳ１３０にて直流電源２３０を制御して導電性リング２２０に対する直流電圧の印加を開始する。続いてステップＳ１４０にてプラズマ処理が終了したか否かを判断し，プラズマ処理が終了と判断した場合は，ステップＳ１５０にて直流電源２３０をオフして直流電圧の印加を停止し，一連の電圧印加制御を終了する。

このように，プラズマ処理の処理条件ごとに導電性リング２２０の初期フローティング電圧に応じた最適印加電圧を取得して，プラズマ処理を行うごとにフローティング電圧の変動量に応じて調整した最適印加電圧を設定して，導電性リング２２０に印加しながらウエハＷに対するプラズマ処理を実行する。これにより，処理条件の変更やフォーカスリング２００の消耗などによって，プラズマシースの状態やウエハＷの電位などが変わっても，変動前の状態を維持できる。

なお，上記実施形態にかかるフォーカスリング装置では，内側リング２２２と外側リング２２４とを一体で構成したフォーカスリング２００を用いた場合を説明したが，これに限られるものではなく，内側リング２２２と外側リング２２４と別体で構成したフォーカスリング２００を用いてもよい。この場合，内側リング２２２と外側リング２２４のどちらか一方に直流電圧を印加してもよく，また両方にそれぞれ独立して直流電圧を印加するもよい。

ここで，このようなフォーカスリング装置２５０の変形例を図面を参照しながら説明する。ここでは，内側リング２２２と外側リング２２４を別体で構成したフォーカスリング２００を用いたフォーカスリング装置２５０を例に挙げる。図１１は，フォーカスリング装置の変形例を説明するための図であり，図７に対応するものである。図１１において図７に示す部分と同様の機能を有する部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

図１１に示すフォーカスリング２００は，内側リング２２２と外側リング２２４との間に隙間を設けて電気的に絶縁している。また，図７に示す場合と同様に内側リング２２２と外側リング２２４はともに，誘電性リング２１０によってサセプタ１０５に対して電気的に絶縁されている。しかも，導電性リング２２０（外側リング２２４と内側リング２２２）は，誘電性リング２１０の他には電気的に接触していないので，グランドに対しても電気的に浮いたフローティング状態（絶縁状態）になっている。

外側リング２２４と内側リング２２２にはそれぞれ，外側リング用直流電源２３０Ａと内側リング用直流電源２３０Ｂとが別々に接続されている。なお，外側リング用直流電源２３０Ａと外側リング２２４との間にはサセプタ１０５から流入する高周波電流を濾過するローパスフィルタ（ＬＰＦ）２３２Ａを介在させている。また，内側リング用直流電源２３０Ｂと内側リング２２２との間にはサセプタ１０５から流入する高周波電流を濾過するローパスフィルタ（ＬＰＦ）２３２Ｂを介在させている。

また，ここでの電圧センサ２３４は外側リング２２４と外側リング用直流電源２３０Ａとの間に接続することで，外側リング２２４のみのフローティング電圧を検出する。内側リング２２２は外側リング２２４ほど消耗しないので，フローティング電圧の変動も少ないからである。

このような構成のフォーカスリング装置２５０によれば，外側リング２２４と内側リング２２２には異なる直流電圧を別々に印加できる。例えばフォーカスリングの消耗などによって外側リング２２４の上面２２５が大きく削れてフローティング電圧の変動も大きいと，調整される印加電圧も大きくなる。このとき，図７に示すフォーカスリング２００のように外側リング２２４と内側リング２２２が一体の場合には，消耗した外側リング２２４のみならず，内側リング２２２も同電位になるので，印加電圧が大きいほどウエハ周縁部の下面と内側リング２２２の上面２２３との電位差も小さくなるので，プラズマ中のイオンＩがウエハＷと外側リング２２４の内周面との間に入り込んでも，ウエハ周縁部の下面（裏面）まで回り込み難くなる。

この点，図１１に示すフォーカスリング２００は外側リング２２４と内側リング２２２が別体で，内側リング２２２に外側リング２２４とは異なる直流電圧を印加できる。このため，外側リング２２４には消耗に応じた直流電圧を印加するとともに，内側リング２２２にはウエハ周縁部の下面と内側リング２２２の上面２２３との電位差を確保する直流電圧を印加できる。

例えば外側リング２２４には図５の場合と同様に−６００Ｖを印加するともに，内側リング２２２には例えば−４００Ｖを印加することができる。これによれば，内側リング２２２にはウエハ周縁部の下面と内側リング２２２の上面２２３との電位差は，図５の場合（４００Ｖ）よりも大きい６００Ｖを確保することができる。これにより，プラズマ中のイオンＩがウエハ周縁部の下面（裏面）まで回り込み易くなり，ウエハ周縁部の付着物低減効果を高めることができる。

次に，図１１に示すフォーカスリング装置を用いたフォーカスリングへの電圧印加制御について図面を参照しながら説明する。図１１に示すフォーカスリング装置の電圧印加制御も，図８に示すフローチャートに基づいて実行される。先ずステップＳ１１０にてフローティング電圧を検出する。ここでは，外側リング２２４のみのフローティング電圧を検出する。具体的には各直流電源２３０Ａ，２３０Ｂをオフした状態でプラズマを生成し，そのときの外側リング２２４のみの電圧をフローティング電圧として電圧センサ２３４で検出する。

次に，ステップＳ１２０にて導電性リング２２０に印加する最適印加電圧の設定を行う。この設定は例えば図１２に示すサブルーチンのフローチャートに基づいて実行される。図１２に示すように先ずステップＳ３１０にてこれから実行するために選択されたプラズマ処理条件に関連付けられた外側リング２２４の最適印加電圧を例えば図１３に示すようなデータテーブルに基づいて取得する。図１３に示すデータテーブルはプラズマ処理条件ごとに内側リング２２２の最適印加電圧と外側リング２２４の初期フローティング電圧に応じた最適印加電圧を求めて記憶部３２０に予め記憶されている。

例えばプラズマ処理条件Ｘが選択された場合は，それに関連づけられた印加電圧データにおいて内側リング２２２の最適印加電圧はｒ_０（Ｘ）であり，初期フローティング電圧Ｆ_０（Ｘ）のときの外側リング２２４の最適印加電圧はＲ_０（Ｘ）である。これら内側リング２２２と外側リング２２４の最適印加電圧は，上述した図１０に示す場合と同様に，ダミープロセスによるプラズマ処理やシミュレーションによる実験などにより，その処理条件でプラズマ処理を実行したときに，ウエハ周縁部の付着物低減とイオン入射角の両方をバランスよく改善できる電圧を求めて，これをそれぞれの最適印加電圧とする。

ステップＳ３２０〜Ｓ３４０は，外側リング２２４のみに対してステップＳ２２０〜Ｓ２４０と同様の処理を行う。すなわち，ステップＳ３２０にて検出されたフローティング電圧から，フローティング電圧の変動量を算出し，ステップＳ３３０にてその変動量に応じて外側リング２２４の最適印加電圧を調整する。次に，ステップＳ３４０にて調整した最適印加電圧を導電性リング２２０に印加する直流電圧として設定する。

次に，ステップＳ３５０にて上記プラズマ処理条件に関連付けられた内側リング２２２の最適印加電圧を例えば図１３に示すデータテーブルに基づいて取得する。この内側リング２２２の最適印加電圧はプラズマ処理条件ごとに異なるが，同じプラズマ処理条件ではフローティング電圧がほとんど変動しないので，フローティング電圧に応じて変えなくてもよいと考えられる。

次いでステップＳ３６０にて取得した内側リング２２２の最適印加電圧を内側リング２２２に印加する直流電圧として設定し，図８のメインルーチンに戻ってステップＳ１３０の処理に移る。

すなわち，ステップＳ１３０にて各直流電源２３０Ａ，２３０Ｂを制御して内側リング２２２及び外側リング２２４に対する各直流電圧の印加を開始する。続いてステップＳ１４０にてプラズマ処理が終了したか否かを判断し，プラズマ処理が終了と判断した場合は，ステップＳ１５０にて各直流電源２３０Ａ，２３０Ｂをオフして各直流電圧の印加を停止し，一連の電圧印加制御を終了する。

このように，内側リング２２２には処理条件ごとに最適印加電圧を設定し，外側リング２２４にはプラズマ処理を行うごとに検出したフローティング電圧に応じた最適印加電圧を設定する。これにより，プラズマ処理の処理条件ごとに，フォーカスリング２００の消耗に応じて外側リング２２４の印加電圧を容易に最適化できるとともに，これとは別にウエハＷと内側リング２２２との電位差を最適に保つことができる。このため，ウエハ周縁部における付着物低減効果をより高めることができる。

なお，図７と図１１に示すフォーカスリング２００の構成は上記実施形態に限られるものではない。例えばこれらの外側リング２２４を図１４，図１５に示すようにさらに内周部２２４ａと外周部２２４ｂに分割し，外周部２２４ｂには直流電圧を印加せずに，内周部２２４ａに直流電圧を印加するようにしてもよい。これよれば，ウエハ周端部における付着物低減やイオン入射角に影響する内周部２２４ａ上のプラズマシースだけを調整することができる。これにより，直流電圧を印加する部分の面積を減らすことができるので，図１４に示す直流電源２３０及び図１５に示す外側リング用直流電源２３０Ａをより小型化することができる。

なお，外側リング２２４の形状は，図２，図７，図１１に示すものに限られるものではない。例えば外側リング２２４の上面２２５の内周縁部に内側（ウエハＷ側）に向けて次第に低くなる傾斜面を形成してもよい。これによれば，外側リング２２４の上面２２５は外側の水平面と内側の傾斜面で構成されるので，外側リング２２４上とウエハＷ上との境界でのシースの厚さの変動を緩和できる。

また，上記実施形態では導電性リング２２０はその下面が誘電性リング２１０の上面に丁度重なるような形状にした場合について説明したが，これに限られるものではない。例えば導電性リング２２０が誘電性リング２１０よりも径方向に大きくなるようにしてもよい。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は，基板を載置する載置台とその基板の周囲を囲むように載置台に設けられたフォーカスリングを備えるプラズマ処理装置，プラズマ処理方法，プログラムに適用可能である。

１００ プラズマ処理装置
１０２ 処理室
１０３ 載置台
１０４ 絶縁板
１０５ サセプタ
１０６ ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）
１０７ 温度調節媒体室
１０８ 導入管
１０９ 排出管
１１１ 静電チャック
１１２ 電極
１１４ ガス通路
１２１ 上部電極
１２２ 絶縁材
１２３ 吐出孔
１２４ 電極板
１２５ 電極支持体
１２６ ガス導入口
１２７ ガス供給管
１２８ バルブ
１２９ マスフローコントローラ
１３０ 処理ガス供給源
１３１ 搬出入口
１３２ ゲートバルブ
１３４ 排気管
１３５ 排気部
１４０ 第１高周波電源
１４１ 第１整合器
１４２ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１５０ 第２高周波電源
１５１ 第２整合器
２００ フォーカスリング
２１０ 誘電性リング
２２０ 導電性リング
２２２ 内側リング
２２３ 内側リングの上面
２２４ 外側リング
２２４ａ 内周部
２２４ｂ 外周部
２２５ 外側リングの上面
２２５ａ 内周部の上面
２２５ｂ 外周部の上面
２３０ 直流電源
２３０Ａ 外側リング用直流電源
２３０Ｂ 内側リング用直流電源
２３２，２３２Ａ，２３２Ｂ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
２３４ 電圧センサ
２５０ フォーカスリング装置
３００ 制御部
３１０ 操作部
３２０ 記憶部
Ｐ プラズマ
Ｗ ウエハ

Claims (12)

1. 基板を載置する載置台とその基板の周囲を囲むように前記載置台に設けられたフォーカスリングを備えるプラズマ処理装置において前記載置台に載置された基板に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって，
   前記フォーカスリングは，前記載置台の基板載置部を囲むように配置された誘電性リングと，前記誘電性リング上に設けられた導電性リングとを備え，前記導電性リングは，そのフローティング電圧を検出する電圧センサと直流電圧を印加する直流電源とが接続され，前記基板の周縁部の周囲を囲むように配置され前記基板載置部に載置された基板より高い上面を有する外側リングと，その内側に延在して前記基板の周縁部の下方に入り込むように配置され前記基板より低い上面を有する内側リングとを一体で構成してなり，
   前記電圧センサで検出された前記導電性リングのフローティング電圧に基づいて前記導電性リングに印加する最適な電圧を求めて記憶部に記憶しておき，
   プラズマ処理を実行する際は，プラズマ処理ごとに前記電圧センサで前記導電性リングのフローティング電圧を検出してその変動量を求め，そのフローティング電圧の変動量に応じて前記記憶部に記憶された最適印加電圧を調整し，
   調整後の前記最適印加電圧を前記直流電源から前記導電性リングに印加して前記基板に対するプラズマ処理を実行することを特徴とするプラズマ処理方法。
2. 複数のプラズマ処理条件を選択して実行する際は，
   前記電圧センサで検出された前記導電性リングのフローティング電圧に基づいて前記導電性リングに印加する最適な印加電圧を前記各プラズマ処理条件ごとに求めて記憶部に記憶しておき，
   選択されたプラズマ処理条件でプラズマ処理を実行する際は，プラズマ処理ごとに前記電圧センサで前記導電性リングのフローティング電圧を検出してその変動量を求め，そのフローティング電圧の変動量に応じて，選択されたプラズマ処理条件に関連づけて前記記憶部に記憶された前記最適印加電圧を調整し，
   調整後の前記最適印加電圧を前記直流電源から前記導電性リングに印加して前記プラズマ処理条件で前記基板に対するプラズマ処理を実行することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理方法。
3. 前記最適印加電圧は，前記基板の周縁部における付着物の低減と処理結果の向上の両方を高めるのに最適な印加電圧であ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方法。
4. 前記外側リングは，外周部とその内側の内周部に分割し，
   前記内周部は前記内側リングと電気的に導通し，前記外周部は前記内周部及び前記内側リングと電気的に絶縁するように構成し，
   前記直流電源と前記電圧センサは，前記内周部又は前記内側リングに接続したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
5. 基板を載置する載置台とその基板の周囲を囲むように前記載置台に設けられたフォーカスリングを備えるプラズマ処理装置において前記載置台に載置された基板に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって，
   前記フォーカスリングは，前記載置台の基板載置部を囲むように配置された誘電性リングと，前記誘電性リング上に設けられた導電性リングとを備え，前記導電性リングは，前記基板の周縁部の周囲を囲むように配置され前記基板載置部に載置された基板より高い上面を有する外側リングと，その内側に離間して前記基板の周縁部の下方に入り込むように配置され前記基板より低い上面を有する内側リングとを別体で構成してなり，前記外側リングと前記内側リングはそれぞれ別々の直流電圧が接続され，前記外側リングはそのフローティング電圧を検出する電圧センサが接続され，
   前記電圧センサで検出された前記外側リングのフローティング電圧に基づいて前記外側リングに印加する最適な電圧を求めるとともに前記内側リングに印加する最適な電圧を求めて記憶部に記憶しておき，
   プラズマ処理を実行する際は，プラズマ処理ごとに前記電圧センサで前記外側リングのフローティング電圧を検出してその変動量を求め，そのフローティング電圧の変動量に応じて前記記憶部に記憶された前記外側リングの最適印加電圧を調整し，
   調整後の前記外側リングの最適印加電圧を前記外側リング用直流電源から前記外側リングに印加するとともに，前記記憶部に記憶された前記内側リングの最適印電圧を前記内側リング用直流電源から前記内側リングに印加して前記基板に対するプラズマ処理を実行することを特徴とするプラズマ処理方法。
6. 複数のプラズマ処理条件を選択して実行する際は，
   前記電圧センサで検出された前記外側リングのフローティング電圧に基づいて前記外側リングに印加する最適な印加電圧を前記各プラズマ処理条件ごとに求めるとともに，前記内側リングに印加する最適な印加電圧を前記各プラズマ処理条件ごとに求めて記憶部に記憶しておき，
   プラズマ処理を実行する際は，選択されたプラズマ処理条件で前記電圧センサで前記外側リングのフローティング電圧を検出してその変動量を求め，そのフローティング電圧の変動量に応じて，選択されたプラズマ処理条件に関連づけて前記記憶部に記憶された前記外側リングの最適印加電圧を調整し，
   調整後の前記外側リングの最適印加電圧を前記外側リング用直流電源から前記外側リングに印加するとともに，選択されたプラズマ処理条件に関連づけて前記記憶部に記憶された前記内側リングの最適印電圧を前記内側リング用直流電源から前記内側リングに印加して前記基板に対するプラズマ処理を実行することを特徴とする請求項５に記載のプラズマ処理方法。
7. 前記最適印加電圧は，前記基板の周縁部における付着物の低減と処理結果の向上の両方を高めるのに最適な印加電圧であることを特徴とする請求項５又は６に記載のプラズマ処理方法。
8. 前記外側リングは，外周部とその内側の内周部に分割し，
   前記内周部は前記内側リングと電気的に絶縁し，前記外周部は前記内周部及び前記内側リングと電気的に絶縁するように構成し，
   前記外側リング用直流電源と前記電圧センサは，前記内周部に接続したことを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
9. 前記載置台に載置された基板に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって，
   前記載置台の基板載置部を囲むように配置された誘電性リングと，前記誘電性リング上に設けられた導電性リングとを備え，前記基板の周縁部の周囲を囲むように配置され前記基板載置部に載置された基板より高い上面を有する外側リングと，その内側に延在して前記基板の周縁部の下方に入り込むように配置され前記基板より低い上面を有する内側リングとを一体で構成してなるフォーカスリングと，
   前記導電性リングのフローティング電圧を検出する電圧センサと，
   前記導電性リングに直流電圧を印加する直流電源と，
   前記電圧センサで検出された前記導電性リングのフローティング電圧に基づいて求められた前記導電性リングに印加する最適な電圧を記憶した記憶部と，
   プラズマ処理を実行する際は，プラズマ処理ごとに前記電圧センサで前記導電性リングのフローティング電圧を検出してその変動量を求め，そのフローティング電圧の変動量に応じて前記記憶部に記憶された最適印加電圧を調整し，調整後の前記最適印加電圧を前記直流電源から前記導電性リングに印加して前記基板に対するプラズマ処理を実行する制御部と，
   を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
10. 載置台に載置された基板に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって，
    前記載置台の基板載置部を囲むように配置された誘電性リングと，前記誘電性リング上に設けられた導電性リングとを備え，前記導電性リングは，前記基板の周縁部の周囲を囲むように配置され前記基板載置部に載置された基板より高い上面を有する外側リングと，その内側に離間して前記基板の周縁部の下方に入り込むように配置され前記基板より低い上面を有する内側リングとを別体で構成してなるフォーカスリングと，
    前記外側リングのフローティング電圧を検出する電圧センサと，
    前記外側リングに直流電圧を印加する外側リング用直流電源と，
    前記内側リングに直流電圧を印加する内側リング用直流電源と，
    前記電圧センサで検出された前記外側リングのフローティング電圧に基づいて求められた前記外側リングに印加する最適な電圧と前記内側リングに印加する最適な電圧を記憶する記憶部と，
    プラズマ処理を実行する際は，プラズマ処理ごとに前記電圧センサで前記外側リングのフローティング電圧を検出してその変動量を求め，そのフローティング電圧の変動量に応じて前記記憶部に記憶された前記外側リングの最適印加電圧を調整し，
    調整後の前記外側リングの最適印加電圧を前記外側リング用直流電源から前記外側リングに印加するとともに，前記記憶部に記憶された前記内側リングの最適印電圧を前記内側リング用直流電源から前記内側リングに印加して前記基板に対するプラズマ処理を実行する制御部と，
    を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
11. 載置台に載置された基板に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置のプラズマ処理方法を実行するためのコンピュータに実行させるためのプログラムであって，
    前記プラズマ処理装置は，
    前記載置台の基板載置部を囲むように配置された誘電性リングと，前記誘電性リング上に設けられた導電性リングとを備え，前記基板の周縁部の周囲を囲むように配置され前記基板載置部に載置された基板より高い上面を有する外側リングと，その内側に延在して前記基板の周縁部の下方に入り込むように配置され前記基板より低い上面を有する内側リングとを一体で構成してなるフォーカスリングと，前記導電性リングのフローティング電圧を検出する電圧センサと，前記導電性リングに直流電圧を印加する直流電源と，前記電圧センサで検出された前記導電性リングのフローティング電圧に基づいて求められた前記導電性リングに印加する最適な電圧を記憶した記憶部と，を備え，
    前記プラズマ処理方法は，
    プラズマ処理を実行する際は，プラズマ処理ごとに前記電圧センサで前記導電性リングのフローティング電圧を検出してその変動量を求め，そのフローティング電圧の変動量に応じて前記記憶部に記憶された最適印加電圧を調整するステップと，
    調整後の前記最適印加電圧を前記直流電源から前記導電性リングに印加して前記基板に対するプラズマ処理を実行するステップと，
    を有することを特徴とするプログラム。
12. 載置台に載置された基板に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置のプラズマ処理方法を実行するためのコンピュータに実行させるためのプログラムであって，
    前記プラズマ処理装置は，
    前記載置台の基板載置部を囲むように配置された誘電性リングと，前記誘電性リング上に設けられた導電性リングとを備え，前記導電性リングは，前記基板の周縁部の周囲を囲むように配置され前記基板載置部に載置された基板より高い上面を有する外側リングと，その内側に離間して前記基板の周縁部の下方に入り込むように配置され前記基板より低い上面を有する内側リングとを別体で構成してなるフォーカスリングと，前記外側リングのフローティング電圧を検出する電圧センサと，前記外側リングに直流電圧を印加する外側リング用直流電源と，前記内側リングに直流電圧を印加する内側リング用直流電源と，前記電圧センサで検出された前記外側リングのフローティング電圧に基づいて求められた前記外側リングに印加する最適な電圧と前記内側リングに印加する最適な電圧を記憶する記憶部と，を備え，
    前記プラズマ処理方法は，
    プラズマ処理を実行する際は，プラズマ処理ごとに前記電圧センサで前記外側リングのフローティング電圧を検出してその変動量を求め，そのフローティング電圧の変動量に応じて前記記憶部に記憶された前記外側リングの最適印加電圧を調整するステップと，
    調整後の前記外側リングの最適印加電圧を前記外側リング用直流電源から前記外側リングに印加するとともに，前記記憶部に記憶された前記内側リングの最適印電圧を前記内側リング用直流電源から前記内側リングに印加して前記基板に対するプラズマ処理を実行するステップと，
    を有することを特徴とするプログラム。
    

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