JP2018117024A

JP2018117024A - プラズマ処理装置

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Publication number: JP2018117024A
Application number: JP2017006245A
Authority: JP
Inventors: 彰仁伏見; Akihito Fushimi
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
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Priority date: 2017-01-17
Filing date: 2017-01-17
Publication date: 2018-07-26
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Abstract

【課題】プラズマ処理の均一性を向上させることを目的とする。【解決手段】プラズマを生成するための高周波電力によりチャンバ内に供給したガスをプラズマ化し、基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、上部に基板が載置される第１電極と、上部にフォーカスリングが設置され、前記第１電極の周囲に設けられた第２電極とが離間して形成されたステージと、主にプラズマ中のイオンを引き込むための第１高周波電力を前記第１電極に印加する第１高周波電源と、前記第１高周波電源と独立して設けられ、主にプラズマ中のイオンを引き込むための第２高周波電力を前記第２電極に印加する第２高周波電源と、前記第１高周波電源と前記第２高周波電源とを独立して制御する制御部と、を有する、プラズマ処理装置が提供される。【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマ処理装置に関する。

プラズマ処理の均一性を向上させるために様々な技術が知られている（例えば、特許文献１、２を参照）。例えば、特許文献１では、プラズマ処理時に消耗するフォーカスリングの消耗量に応じてインピーダンス調整回路を制御し、これにより、フォーカスリングに印加する高周波電力を変化させる技術が開示されている。これによれば、シースを制御することでプラズマ処理の均一性を向上させることができる。

特許文献２では、ステージのウェハ載置側とフォーカスリング設置側を支持する基台に溝を形成することが開示されている。これによれば、ステージのウェハ載置側とフォーカスリング側の間の熱の移動を抑制し、これにより、プラズマ処理の均一性を向上させる。

特開２０１０−１８６８４１号公報特開２０１４−１５０１０４号公報

しかしながら、特許文献１，２のステージは、ウェハ載置側とフォーカスリング設置側に完全に分離しているわけではなく、少なくとも一部において分離していない構造となっている。このため、ステージのウェハ載置側とフォーカスリング設置側にてプラズマ処理の均一性を図ることが困難な場合が生じる。

上記課題に対して、一側面では、本発明は、プラズマ処理の均一性を向上させることを目的とする。

上記課題を解決するために、一の態様によれば、プラズマを生成するための高周波電力によりチャンバ内に供給したガスをプラズマ化し、基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、上部に基板が載置される第１電極と、上部にフォーカスリングが設置され、前記第１電極の周囲に設けられた第２電極とが離間して形成されたステージと、主にプラズマ中のイオンを引き込むための第１高周波電力を前記第１電極に印加する第１高周波電源と、前記第１高周波電源と独立して設けられ、主にプラズマ中のイオンを引き込むための第２高周波電力を前記第２電極に印加する第２高周波電源と、前記第１高周波電源と前記第２高周波電源とを独立して制御する制御部と、を有する、プラズマ処理装置が提供される。

一の側面によれば、プラズマ処理の均一性を向上させることができる。

一実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す図。一実施形態に係るステージの一例を拡大した図。ステージの上部のシースの状態を示す図。一実施形態に係るステージの他の例を拡大した図。一実施形態に係るマルチコンタクト構造の一例を示す図。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。

［プラズマ処理装置の全体構成］
まず、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置１を例に挙げて説明する。プラズマ処理装置１は、例えばアルミニウム等の導電性材料からなるチャンバ１０を有する。チャンバ１０は、接地されている。チャンバ１０内には半導体ウェハ（以下、「ウェハＷ」という。）とフォーカスリング１６を載置するステージ１２が設けられている。ステージ１２は、支持体４２により支持されている。なお、ウェハＷは、プラズマ処理対象である基板の一例である。

本実施形態にかかるプラズマ処理装置１は、下部電極としても機能するステージ１２と、上部電極としても機能するガスシャワーヘッド４０を対向配置し、ガスシャワーヘッド４０からガスをチャンバ１０内に供給する平行平板型のプラズマ処理装置である。

ステージ１２は、ステージ１２中央のウェハ載置側（以下、「ウェハＷ側」という。）とステージ１２外縁のフォーカスリング１６側に分離され、その間は完全に分離されている。

ステージ１２中央のウェハＷ側上面には、ウェハＷを静電吸着するための静電チャック１１が設けられている。静電チャック１１は、誘電体１５ａの中に導電層である吸着用電極１１ａを介在させて構成されている。静電チャック１１は、ステージ１２中央のウェハＷ側上面全体を覆うように配設されている。なお、誘電体１５ｂに吸着用電極を設けてフォーカスリング１６を吸着するようにしてもよい。

本実施形態のステージ１２のウェハＷ側では、円盤状の第１電極１３及び静電チャック１１が基台１２ａの上に設置されている。ステージ１２のフォーカスリング１６側では、リング状の第２電極１４及び誘電体１５ｂが基台１２ａの上に設置されている。静電チャック１１の上にはウェハＷが載置される。誘電体１５ｂの上にはフォーカスリング１６が設置されている。フォーカスリング１６は、ウェハＷの外縁を囲むように配置される。なお、基台１２ａは、誘電体部材から形成されている。

誘電体１５ａ及び誘電体１５ｂは、例えばイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）又はセラミックスにより形成されている。第１電極１３及び第２電極１４は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、スチール、ステンレス等の導電性部材により形成されている。フォーカスリング１６は、シリコン又は石英から形成されている。

第１電極１３には、第１電力供給装置２０が接続されている。第１電力供給装置２０は、第１高周波電源２１、第３高周波電源２２及び第１直流電源２５を有する。第１高周波電源２１は、主にイオンを引き込むための高周波電力ＬＦである第１高周波電力を供給する。第３高周波電源２２は、主にプラズマを生成するための高周波電力ＨＦである第３高周波電力を供給する。第１直流電源２５は、第１直流電流を供給する。

第１高周波電源２１は、例えば２０ＭＨｚ以下の（例えば１３．５６ＭＨｚ等）周波数の第１高周波電力を第１電極１３に供給する。第３高周波電源２２は、２０ＭＨｚより大きい（例えば４０ＭＨｚや６０ＭＨｚ等）周波数の第３高周波電力を第１電極１３に供給する。第１直流電源２５は、第１直流電流を第１電極１３に供給する。

第１高周波電源２１は、第１整合器２３を介して第１電極１３に電気的に接続される。第３高周波電源２２は、第３整合器２４を介して第１電極１３に電気的に接続される。第１整合器２３は、第１高周波電源２１の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。第３整合器２４は、第３高周波電源２２の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。

第２電極１４には、第２電力供給装置２６が接続されている。第２電力供給装置２６は、第２高周波電源２７、第４及び高周波電源２８及び第２直流電源３１を有する。第２高周波電源２７は、主にイオンを引き込むための高周波電力ＬＦである第２高周波電力を供給する。第４高周波電源２８は、主にプラズマを生成するための高周波電力ＨＦである第４高周波電力を供給する。第２直流電源３１は、第２直流電流を供給する。

第２高周波電源２７は、例えば２０ＭＨｚ以下の（例えば１３．５６ＭＨｚ等）周波数の第２高周波電力を第２電極１４に供給する。第４高周波電源２８は、２０ＭＨｚより大きい（例えば４０ＭＨｚや６０ＭＨｚ等）周波数の第４高周波電力を第２電極１４に供給する。第２直流電源３１は、第２直流電流を第２電極１４に供給する。

第２高周波電源２７は、第２整合器２９を介して第２電極１４に電気的に接続される。第４高周波電源２８は、第４整合器３０を介して第２電極１４に電気的に接続される。第２整合器２９は、第２高周波電源２７の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。第４整合器３０は、第４高周波電源２８の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。

以上のように、本実施形態に係るステージ１２は、ウェハＷ側とフォーカスリング１６側に分離されている。つまり、ステージ１２は、上部にウェハＷが載置される静電チャック１１及び第１電極１３と、上部にフォーカスリング１６が設置され、第１電極１３の周囲に設けられた誘電体１５ｂ及び第２電極１４とが離間して誘電体部材の基台１２ａの上に形成されている。

また、本実施形態に係るステージ１２に高周波電力等を供給する電源系についても、ウェハＷ側の第１電力供給装置２０とフォーカスリング１６側の第２電力供給装置２６の２系統がそれぞれ独立して設けられている。これにより、ウェハＷ側の電源制御とフォーカスリング１６側の電源制御を別々に独立して行うことができる。

第１電極１３及び第２電極１４の内部には、冷媒流路１８ａ及び冷媒流路１８ｄが形成されている。冷媒流路１８ａ及び冷媒流路１８ｄには、チラーユニット１９から適宜冷媒として例えば冷却水等が供給され、冷媒入口配管１８ｂ及び冷媒出口配管１８ｃを通って冷媒が循環するようになっている。なお、冷媒流路１８ａ及び冷媒流路１８ｄは、それぞれ別個のチラーユニットに接続され、独立して温度制御可能な構成としてもよい。

伝熱ガス供給源３４は、ヘリウムガス（Ｈｅ）やアルゴンガス（Ａｒ）等の伝熱ガスをガス供給ライン３３に通して静電チャック１１の上のウェハＷの裏面に供給する。かかる構成により、静電チャック１１は、冷媒流路１８ａ、１８ｄを循環する冷媒と、ウェハＷの裏面に供給する伝熱ガスとによって温度制御される。この結果、ウェハＷを所定の温度に制御することができる。

ガスシャワーヘッド４０は、その外縁部を被覆する誘電体のシールドリング４３を介してチャンバ１０の天井部に取り付けられている。ガスシャワーヘッド４０は、電気的に接地されてもよいし、図示しない可変直流電源を接続してガスシャワーヘッド４０に所定の直流（ＤＣ）電圧が印加されるように構成してもよい。

ガスシャワーヘッド４０には、ガス供給源４１からガスを導入するためのガス導入口４５が形成されている。ガスシャワーヘッド４０の内部にはガス導入口４５から導入されたガスを拡散する中央側の拡散室５０ａ及び外周側の拡散室５０ｂが設けられている。

ガスシャワーヘッド４０には、これらの拡散室５０ａ、５０ｂからガスをチャンバ１０内に供給する多数のガス供給孔５５が形成されている。各ガス供給孔５５は、ステージ１２とガスシャワーヘッド４０の間にガスを供給できるように配置されている。

かかる構成により、ガスシャワーヘッド４０の外周側から第１ガスを供給し、ガスシャワーヘッド４０の中央側から第１ガスとはガス種又はガス比が異なる第２ガスを供給するように制御できる。

排気装置３７は、チャンバ１０の底面に設けられた排気口３６に接続されている。排気装置３７は、チャンバ１０内のガスを排気し、これにより、チャンバ１０内を所定の真空度に維持する。

チャンバ１０の側壁にはゲートバルブＧが設けられている。ウェハＷは、ゲートバルブＧからチャンバ１０の内部に搬入され、チャンバ１０の内部にてプラズマ処理された後にゲートバルブＧからチャンバ１０の外部に搬出される。

プラズマ処理装置１には、装置全体の動作を制御する制御部１０１が設けられている。制御部１０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を有している。ＣＰＵは、ＲＡＭ等の記憶領域に格納された各種レシピに従って、ウェハＷに所望のプラズマ処理を実行する。レシピには、各プロセスに対する装置の制御情報であるプロセス時間、圧力（ガスの排気）、高周波電力や電圧、各種プロセスガス流量、チャンバ内温度（上部電極温度、チャンバの側壁温度、静電チャック（ＥＳＣ）温度等）等が記載されている。なお、レシピは、ハードディスクや半導体メモリに記憶されてもよく、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領域の所定位置に保存されてもよい。

なお、ステージ１２のウェハＷ側とフォーカスリング１６側を分離し、その間に形成された溝１７は、真空空間であってもよく、図２に示すように、アルミナ等の絶縁体９や樹脂が埋め込まれてもよい。アルミナ等の絶縁体９や樹脂が埋め込まれている場合には、第１直流電源２５あるいは第２直流電源３１のどちらか一方、あるいは、両方の接続を省いてもよい。

［効果］
本実施形態に係るプラズマ処理装置１では、ガス供給源４１からチャンバ１０内に供給されたガスが、第３高周波電源２２からステージ１２に印加した第３高周波電力ＨＦ、及び、第４高周波電源２８からステージ１２に印加した第４高周波電力ＨＦ、を用いて電離や解離することでプラズマが生成され、そのプラズマ中のイオンを第１高周波電源２１からステージ１２に印加した第１高周波電力ＬＦ、及び、第２高周波電源２７からステージ１２に印加した第２高周波電力ＬＦ、を用いてウェハＷに引き込むことでウェハＷにプラズマ処理が行われる。プラズマ処理の際、図３の上段に示すように、シース領域ＳがウェハＷ上及びフォーカスリング１６上に形成される。シース領域Ｓの内部では、プラズマ中の主にイオンがウェハＷに向かって加速する。

プラズマ処理の度にプラズマに暴露されるフォーカスリング１６の表面は徐々に消耗する。そうすると、図３の左下に示すように、フォーカスリング１６の上部に形成されるシース領域Ｓの高さは、ウェハＷの上部に形成されるシース領域Ｓよりも低くなる。そうすると、ウェハＷの最外周の近傍においてシース領域Ｓが傾斜して形成されていることから、ウェハＷの最外周の近傍では、イオンがウェハＷに形成されるホールに斜めに入射する。これにより、イオンにより斜めに削られ、斜めに傾斜したホールが形成される、所謂「チルティング」が発生する。チルティングが発生すると、プラズマ処理の均一性が低下するため、チルティングが発生する前にフォーカスリング１６を定期交換し、歩留まりの低下を回避する必要がある。しかしながら、フォーカスリング１６の交換周期が短くなることでダウンタイムが長くなると、スループットの低下とともにフォーカスリング１６の交換費用が高くなる。

そこで、本実施形態の静電チャック１１は、ステージ１２のウェハＷ側とフォーカスリング１６側とが電気的に分離した構造となっており、２系統の電源系により、ウェハＷ側の電源制御とフォーカスリング１６側の電源制御を別々に独立して行う。これにより、例えばフォーカスリング１６側に印加する高周波電力をウェハＷ側に印加する高周波電力よりも高くするように独立して制御することができる。

例えば、図３の下段の左側に示すように、フォーカスリング１６が消耗した場合、フォーカスリング１６のシース領域Ｓの高さは低くなる。この場合、制御部１０１は、フォーカスリング１６側に印加する第２高周波電力ＬＦをウェハＷ側に印加する第１高周波電力ＬＦよりも高くするように第１高周波電源２１及び第２高周波電源２７を制御する。これにより、図３の下段の右側に示すように、フォーカスリング１６の上部のシース領域Ｓの厚さを厚くすることができる。これにより、フォーカスリング１６が消耗する前と同様に、フォーカスリング１６の上部のシース領域ＳとウェハＷの上部のシース領域Ｓを同じ高さに制御することができる。これにより、チルティングの発生を防止し、プラズマ処理の均一性を高め、歩留まりの低下を防ぐことができる。また、フォーカスリング１６の交換サイクルを遅くし、フォーカスリング１６の交換にかかるコストを低減することができる。

［電源制御］
本実施形態では、２系統の電源系を有し、その制御は制御部１０１により行われる。制御部１０１は、例えば、第２高周波電源２７から出力される第２高周波電力ＬＦを、第１高周波電源２１から出力される第１高周波電力ＬＦよりも相対的に高くするように制御する。これにより、フォーカスリング１６の上部に形成されるシース領域Ｓの厚さを、ウェハＷの上部に形成されるシース領域Ｓの厚さよりも厚くすることができる。これにより、フォーカスリング１６が消耗しても、フォーカスリング１６とウェハＷの上部のシース領域Ｓを同じ高さに制御することで、チルティングの発生を回避することができる。

なお、第２高周波電力ＬＦと第１高周波電力ＬＦは、主にシースの厚みに寄与するため、制御部１０１両方の第１高周波電源２１及び第２高周波電源２７のそれぞれを独立して制御するようにする。例えば、フォーカスリング１６側に印加する第２高周波電力ＬＦを、ウェハＷ側に印加する第１高周波電力ＬＦよりも高くすれば、フォーカスリング１６側の上部のシース領域Ｓの厚さをウェハＷの上部のシース領域Ｓの厚さよりも厚く制御することができる。

具体的な制御方法の一例としては、制御部１０１は、フォーカスリング１６の消耗の程度に応じて、フォーカスリング１６側に印加する第２高周波電力ＬＦを徐々に高くする方である。制御方法の他の例としては、予めフォーカスリング１６を厚めに作成しておき、制御部１０１は、初期では第２高周波電力ＬＦを第１高周波電力ＬＦよりも低めに制御し、フォーカスリング１６の厚さに応じて徐々に高くしてもよい。

制御部１０１は、イオンの引き込み用に第１高周波電力ＬＦ及び第２高周波電力ＬＦを印加するとともに、第３高周波電源２２又は第４高周波電源２８の少なくともいずれかを制御することで、ステージ１２にプラズマ生成用の高周波電力ＨＦを印加する。

具体的な制御方法の一例としては、制御部１０１は、フォーカスリング１６の消耗の程度に応じて、フォーカスリング１６側に印加する第４高周波電力ＨＦを徐々に高くしてもよい。制御方法の他の例としては、予めフォーカスリング１６を厚めに作成しておき、制御部１０１は、初期では第４高周波電力ＨＦを第３高周波電力ＨＦよりも低めに制御し、フォーカスリング１６の厚さに応じて徐々に高くしてもよい。このようにして、第１高周波電力及び第２高周波電力ＬＦに加えて、第３高周波電力ＨＦ及び第４高周波電力ＨＦを制御することで、フォーカスリング１６側とウェハＷ側の上部のシース領域Ｓの厚さの制御性を高めることができる。

なお、本実施形態では、ステージ１２のウェハＷ側に第１高周波電源２１及び第３高周波電源２２を接続し、フォーカスリング１６側に第２高周波電源２７及び第４高周波電源２８を接続したが、これに限らない。例えば、ステージ１２のウェハＷ側に第１高周波電源２１及び第３高周波電源２２を接続し、フォーカスリング１６側に第２高周波電源２７のみを接続してもよい。また、例えば、ステージ１２のウェハＷ側に第１高周波電源２１のみを接続し、フォーカスリング１６側に第２高周波電源２７及び第４高周波電源２８を接続し、ガスシャワーヘッド４０（上部電極）に第３高周波電源２２を接続してもよい。また、例えば、ステージ１２のウェハＷ側に第１高周波電源２１のみを接続し、フォーカスリング１６側に第２高周波電源２７のみを接続し、ガスシャワーヘッド４０（上部電極）に第３高周波電源２２を接続してもよい。

また、制御部１０１は、第１直流電源２５及び第２直流電源３１の少なくともいずれかから、第１直流電流及び第２直流電流の少なくともいずれかを、ステージ１２のウェハＷ側及びフォーカスリング１６側の少なくともいずれかに印加してもよい。本実施形態のステージ１２の構造では、ステージ１２のウェハＷ側とフォーカスリング１６側が離隔しており、２系統の電源系を用いて別々に制御されるため、第１電極１３と第２電極１４の間に電位差が生じる。電位差が生じると、溝１７の内部の空間にて異常放電が発生する場合がある。よって、制御部１０１は、溝１７の内部において放電現象を生じ難くするために、電位差をキャンセルするように第１直流電流及び第２直流電流の少なくともいずれかを制御することが好ましい。

かかる構成のプラズマ処理装置１によれば、２系統の電源系を、ステージ１２のウェハＷとフォーカスリング１６側に独立して設けることで、フォーカスリング１６側の上部のシース領域Ｓの厚さと、ウェハＷの上部のシース領域Ｓの厚さを別々に制御することができる。これにより、チルティングの発生を防止することができる。この結果、プラズマ処理の均一性を向上させることができる。

［他の電源制御］
他の制御の一例として、制御部１０１は、フォーカスリング１６側に印加する第２高周波電力ＬＦを、ウェハＷ側に印加する第１高周波電力ＬＦよりも低くするように第１高周波電源２１及び第２高周波電源２７を制御してもよい。これによれば、フォーカスリング１６側の上部のシース領域Ｓの厚さは、ウェハＷの上部のシース領域Ｓの厚さよりもより薄くなる。このような制御は、ウェハレスドライクリーニング（ＷＬＤＣ）時に、ステージ１２中央のウェハＷ側の誘電体１５аの最外周の角部に付着した反応生成物を除去するために使用することができる。つまり、制御部１０１は、ウェハレスドライクリーニング（ＷＬＤＣ）時に、第１高周波電力ＬＦを第２高周波電力ＬＦよりも低くする制御を行う。これにより、フォーカスリング１６側の上部のシース領域Ｓの厚さがステージ１２中央のウェハＷ側の誘電体１５аの上部に形成されるシース領域Ｓの厚さよりもより薄くなる。この結果、ステージ１２の最外周の角部（肩部）にイオンを斜めにアタックさせ易くなり、ステージ１２中央のウェハＷ側の誘電体１５аの最外周の角部に付着した反応生成物を効果的に除去することができる。なお、ウェハレスドライクリーニングだけでなく、ウェハＷをステージ１２に載置した状態で行うドライクリーニングを含むクリーニング処理時に、第１高周波電力ＬＦに対する第２高周波電力ＬＦを低くするように制御してもよい。これにより、ステージ１２中央のウェハＷ側の誘電体１５аの最外周の角部に堆積した反応生成物を除去するクリーニングを実行できる。

上記では、主にイオンを引き込むための高周波電力ＬＦの制御についてのみ記載した。しかし、これに限定されず、制御部１０１は、フォーカスリング１６側に印加する第４高周波電力ＨＦをウェハＷ側の誘電体１５аに印加する第３高周波電力ＨＦより高くするように第３高周波電源２２及び第４高周波電源２８を制御してもよい。この様に制御することで、フォーカスリング１６上のプラズマ密度をステージ１２中央のウェハＷ側の誘電体１５а上のプラズマ密度より、より高くし、ウェハレスドライクリーニング時に誘電体１５ａの消耗を抑えつつフォーカスリング１６上のプラズマから拡散してきたラジカルによりステージ１２中央のウェハＷ側の誘電体１５аの最外周の角部に付着した反応生成物を効率的に除去することが可能となる。クリーニング処理時には、上記高周波電力ＬＦのみの制御、上記高周波電力ＨＦのみの制御に加えて上記高周波電力ＬＦと上記高周波電力ＨＦを組合わせた制御を行ってもよい。

以上に説明したように、本実施形態に係るプラズマ処理装置１によれば、ステージ１２をウェハＷ側とフォーカスリング１６側に分離した構造を有し、かつ、２系統の電源系をウェハＷとフォーカスリング１６側に独立して設ける。これにより、フォーカスリング１６側の上部に形成されるシース領域ＳとウェハＷの上部に形成されるシース領域Ｓの厚さを別々に制御することができる。この結果、プラズマ処理の均一性を向上させることができる。

また、本実施形態に係るプラズマ処理装置１によれば、ステージ１２のウェハＷ側とフォーカスリング１６側とを分離した構造とすることで、ステージ１２のウェハＷ側とフォーカスリング１６側の間の熱干渉を低減させることができる。これにより、ステージ１２の温度制御を容易かつ正確に行うことができる。

［温度制御］
プラズマ処理の均一性を向上させるために、ウェハＷの温度に対し、フォーカスリング１６の温度を高温で制御したい要望がある。例えば、ステージ１２のウェハＷ側に対してステージ１２のフォーカスリング１６側の温度を高く制御することで、フォーカスリング１６に付着する反応生成物の堆積量を少なくすることができる。これにより、ウェハＷの最外周におけるエッチングレートの上昇等を抑制し、プラズマ処理の均一性を向上させることができる。

そこで、ステージ１２のウェハＷ側とフォーカスリング１６側の冷却ラインを独立し、２系統の冷却構造にすることで、ステージ１２のウェハＷ側とフォーカスリング１６側の間の温度差をより容易に制御することが可能となる。しかし、冷却ラインを２系統にするとステージ１２のウェハＷ側とフォーカスリング１６側で温度差をつけたときにステージ１２の電気的接触面から熱の授受が生じる。そして、ステージ１２のフォーカスリング１６側が高温の場合、熱が、ステージ１２のフォーカスリング１６側からウェハＷ側に回り込み、ウェハＷにおける面内均一性を悪化させ、プラズマ処理の均一性を低下させる。

例えば、図４（ａ）に示すように、ステージ１２に印加する電源系が１系統の第１電力供給装置２０のみであり、ステージ１２のウェハＷ側とフォーカスリング１６側とが電極１１３により少なくとも一部において分離していない構造となっており、電気的に接続されている場合の熱の授受について説明する。冷却ラインが２系統の場合、制御部１０１は、フォーカスリング１６側の冷媒流路１８ｄに流す冷媒の温度を、ウェハＷ側の冷媒流路１８ａに流す冷媒の温度をよりも高く制御すると、フォーカスリング１６側からウェハＷ側へ電極１１３の電気的に接続された部分から熱の授受が発生してしまう。つまり、フォーカスリング１６側の高い温度の熱が、より低い温度のステージ１２のウェハＷ側に流れていく。これにより、ウェハＷの最外周側がウェハＷの中央側よりも温度が高くなり、ウェハＷ表面の温度分布の均一性が悪くなり、プラズマ処理の均一性が低下する。

そこで、本発明の一実施形態の変形例に係るプラズマ処理装置１では、図４（ｂ）に示すように、マルチコンタクト部材１００により電気的接続を維持したまま、ステージ１２のウェハＷ側とフォーカスリング１６側とを直接ふれない構造とし、かつ、ステージ１２の材料に熱伝導の低い誘電体材料を採用する。これにより、ステージ１２のウェハＷ側とフォーカスリング１６側とを熱的に切り離す構造にする。これにより、ウェハＷ表面の温度分布の均一性を高め、プラズマ処理の均一性を向上させる。

具体的には、第１電極１３と第２電極１４を分離し、ステージ１２のウェハＷ側とフォーカスリング１６側を非接触とすることで、ウェハＷ側とフォーカスリング１６側のステージ１２において熱の授受が生じ難くする。この場合、ステージ１２のウェハＷ側とフォーカスリング１６側とを離隔する溝１１７は、真空空間であってもよいし、図4（ｂ）に示すように、真空空間の溝１１７を断熱材１２５で覆ってもよい。断熱材１２５は、樹脂、シリコン、テフロン（登録商標）、ポリイミド等の高分子系シートで形成されてもよい。また、溝１１７には、セラミックス等の誘電体材料が埋め込まれていてもよい。いずれの構造においても、ステージ１２のウェハＷ側とフォーカスリング１６側の間において熱の授受を発生し難くすることができる。

また、ステージ１２を熱伝導率の低い材料で構成するために、第２電極１４は、例えば、アルミニウムより熱伝導の低いチタン、スチール、ステンレス等により形成されてもよい。また、第２電極１４は、第１電極１３よりも熱伝導率が低い材料で形成されてもよい。第１電極１３がアルミニウムで形成され、第２電極１４が上記チタンなどで形成されている場合が一例として挙げられる。これにより、ステージ１２のフォーカスリング１６側からウェハＷ側への熱の移動をより生じ難くすることができる。

さらに、第２電極１４の内部には、真空空間１２０が形成されてもよい。これにより、第２電極１４の内部において熱の伝わる断面を減らし、断熱効果を高めることができる。真空空間１２０には、セラミックス等の誘電体材料が埋め込まれていてもよい。また、真空空間１２０は、断熱効果を高めるために、熱の授受が生じ易いマルチコンタクト部材１００の上方に設けられ、かつ、径方向になるべく広い空間を形成することが好ましい。

また、第２電極１４と基台１２ａの間に断熱材１１０を敷いてもよい。これにより、第２電極１４と基台１２ａとの接触面積を小さくし、熱の伝わりをより抑制するようにしてもよい。断熱材１１０は、樹脂、シリコン、テフロン（登録商標）、ポリイミド等の高分子系シートで形成されてもよい。

マルチコンタクト部材１００は、ステージ１２のウェハＷ側とフォーカスリング１６側の電気的な接続を維持するために、第１電極１３と第２電極１４とをつなぐように、基台１２ａに嵌め込まれている。図５にマルチコンタクト部材１００の一例を示す。

マルチコンタクト部材１００は金属から形成され、外周側のリングプレート１００ａと内周側のリングプレート１００ｂを電線等の金属部材１００ｃで繋ぐ構造となっていてもよい。図４（ｂ）には、マルチコンタクト部材１００の一部の断面が示されている。図４（ｂ）のマルチコンタクト部材１００の底部のＡ−Ａ部は、図５のＡ−Ａ部に対応する。マルチコンタクト部材１００は、基台１２ａに嵌め込まれた状態で、金属部材１００ｃが周方向に均等に配置されている。これにより、プラズマの生成に偏りが生じ難いようにすることができる。

以上に説明したように、本実施形態の変形例に係るプラズマ処理装置１によれば、ステージ１２のウェハＷ側とフォーカスリング１６側とを離間し、かつ、ステージ１２の材料を熱伝導の低い誘電体材料にする。これにより、ステージ１２のウェハＷ側とフォーカスリング１６側とを熱的に切り離す構造とすることで、ステージ１２のウェハＷ側とフォーカスリング１６側との熱の授受を生じ難くすることができる。

かかる構成に加えて、ステージ１２のウェハＷ側とフォーカスリング１６側の冷却ラインを独立して制御することで、ステージ１２のウェハＷ側とフォーカスリング１６側の間の温度差を正確に制御することができる。これにより、ウェハＷの温度分布の面内均一性を高め、プラズマ処理の均一性を向上させることができる。

加えて、本実施形態の変形例に係るプラズマ処理装置１では、マルチコンタクト部材１００により、ステージ１２のウェハＷ側とフォーカスリング１６側との電気的接続を確保する。これにより、１系統の電源系からステージ１２のウェハＷ側とフォーカスリング１６側に高周波電力を供給することができる。

ただし、図１を参照して説明した本実施形態に係るプラズマ処理装置１のように、電源系を２系統にし、マルチコンタクト部材１００を設けない構成としてもよい。この場合、ステージ１２のウェハＷ側とフォーカスリング１６側の間でより熱の授受が生じ難い構造とすることができる。

なお、図１を参照して説明した本実施形態に係るプラズマ処理装置１において、本実施形態の変形例に係るプラズマ処理装置１のように冷却ラインを２系統にし、冷媒流路１８ａと冷媒流路１８ｄを独立して制御可能な構成としてもよい。

本実施形態の変形例に係るプラズマ処理装置１によれば、上部に基板が載置される第１電極１３と、上部にフォーカスリング１６が設置され、第１電極１３の周囲に設けられた第２電極１４とが離間して形成されたステージ１２と、主にプラズマ中のイオンを引き込むための第１高周波電力ＬＦを第１電極１３及び第２電極１４に印加する第１高周波電源２１と、第１電極１３及び第２電極１４に設けられ、それぞれが独立した冷媒流路１８ａ、１８ｄとなる２系統の冷却ラインとを有する。

また、本実施形態の変形例に係るプラズマ処理装置１は、誘電体の基台１２ａの一部を導体のマルチコンタクト部材１００で形成し、第１高周波電源２１からの第１高周波電力ＬＦを第１電極１３に印加することで第２電極１４にも第１高周波電力ＬＦを印加する構成とすることができる。

さらに、本実施形態の変形例に係るプラズマ処理装置１は、上部電極（ガスシャワーヘッド４０）を有し、主にプラズマを生成するための第３高周波電源２２からの高周波電力ＨＦを、上部電極、第１電極１３、又は、第１電極１３と第２電極１４、のいずれかに印加してもよい。

第２電極１４は、第１電極１３よりも熱伝導率が低い材料で構成されていてもよい。

第２電極１４の内部には、真空空間１２０が設けられていてもよい。

第２電極１４と誘電体の基台１２ａの間に断熱材１１０が設けられてもよい。

以上、プラズマ処理装置を上記実施形態により説明したが、本発明にかかるプラズマ処理装置は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

例えば、本発明に係るステージ１２の構造は、図１の平行平板型２周波印加装置だけでなく、その他のプラズマ処理装置に適用可能である。その他のプラズマ処理装置としては、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ:Capacitively Coupled Plasma)装置、誘導結合型プラズマ(ＩＣＰ:Inductively Coupled Plasma)処理装置、ラジアルラインスロットアンテナを用いたプラズマ処理装置、ヘリコン波励起型プラズマ（ＨＷＰ：Helicon Wave Plasma）装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Ｒesonance Plasma）装置、表面波プラズマ処理装置等であってもよい。

本明細書では、処理対象の基板として半導体ウェハＷについて説明したが、これに限らず、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＦＰＤ（Flat Panel Display）等に用いられる各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等であっても良い。

１：プラズマ処理装置
１０：チャンバ
１１：静電チャック
１２：ステージ（下部電極）
１２ａ：基台
１３：第１電極
１４：第２電極
１６：フォーカスリング
１５ａ、１５ｂ：誘電体
１８ａ、１８ｄ：冷媒流路
１９：チラーユニット
２０：第１電力供給装置
２１：第１高周波電源
２２：第３高周波電源
２５：第１直流電源
２６：第２電力供給装置
２７：第２高周波電源
２８：第４高周波電源
３１：第２直流電源
３７：排気装置
４０：ガスシャワーヘッド（上部電極）
４１：ガス供給源
１０１：制御部
１００：マルチコンタクト部材
１１０：断熱材
１１７：溝
１２０：真空空間
１２５：断熱材

Claims

プラズマを生成するための高周波電力によりチャンバ内に供給したガスをプラズマ化し、基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、
上部に基板が載置される第１電極と、上部にフォーカスリングが設置され、前記第１電極の周囲に設けられた第２電極とが離間して形成されたステージと、
主にプラズマ中のイオンを引き込むための第１高周波電力を前記第１電極に印加する第１高周波電源と、
前記第１高周波電源と独立して設けられ、主にプラズマ中のイオンを引き込むための第２高周波電力を前記第２電極に印加する第２高周波電源と、
を有する、プラズマ処理装置。
前記第１高周波電源と前記第２高周波電源とを独立して制御する制御部を有する、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。
前記第１高周波電力と前記第２高周波電力とは、２０ＭＨｚ以下の周波数であり、
前記制御部は、プラズマ処理時、前記フォーカスリングの消耗量に応じて、前記第２高周波電力を前記第１高周波電力よりも高く制御する、
請求項２に記載のプラズマ処理装置。
前記制御部は、クリーニング処理時、前記フォーカスリングの消耗量に応じて、前記第２高周波電力を前記第１高周波電力よりも低く制御する、
請求項２又は３に記載のプラズマ処理装置。
２０ＭＨｚより大きい周波数であって、プラズマを生成するための第３高周波電力を前記第１電極に印加する第３高周波電源と、
前記第３高周波電源と独立して設けられ、２０ＭＨｚより大きい周波数であって、プラズマを生成するための第４高周波電力を前記第２電極に印加する第４高周波電源と、を有し、
前記制御部は、前記第３高周波電源と前記第４高周波電源との少なくともいずれかを独立して制御する、
請求項２〜４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
前記制御部は、２０ＭＨｚより大きい周波数であって、前記プラズマを生成するための高周波電力を前記第１電極に印加するか、前記第１電極及び前記第２電極に印加するか、又は前記ステージに対向して設けられた上部電極に印加するように制御する、
請求項２〜４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
第１直流電流を前記第１電極に印加する第１直流電源と、
第２直流電流を前記第２電極に印加する第２直流電源と、を有し、
前記制御部は、前記第１直流電源と前記第２直流電源との少なくともいずれかを独立して制御する、
請求項２〜６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。