JP2007250967A - プラズマ処理装置および方法とフォーカスリング - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウエハなどの被処理基板をプラズマ処理するに際し，周縁部下面におけるデポジションの発生をより少なくすることを目的としている。
【解決手段】処理チャンバー１０内に配置された載置台１１上に被処理基板Ｗを載置させ，高周波電圧を与えることにより処理チャンバー１０内にプラズマを発生させて，被処理基板Ｗを処理するに際し，載置台１１上に載置された被処理基板Ｗの周縁部下方に，プラズマで生成されたイオンを被処理基板Ｗの周縁部下面に向けて加速させる電界を形成することにより，イオンを被処理基板Ｗの周縁部下面に衝突させ，デポジションの発生を低減する。
【選択図】図１

Description

本発明は，例えば半導体ウエハなどの被処理基板に，エッチング処理等のプラズマ処理を施すためのプラズマ処理装置とプラズマ処理方法に関し，更に，プラズマ処理装置に用いられるフォーカスリングとフォーカスリング部品に関する。

従来から，高周波電圧を与えることにより発生させたプラズマを用いてエッチング等のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置は，例えば半導体装置における微細な電気回路の製造工程等で多用されている。かかるプラズマ処理装置では，内部を気密に封止された処理チャンバー内に半導体ウエハを配置し，高周波電圧を与えることにより処理チャンバー内にプラズマを発生させ，このプラズマを半導体ウエハに作用させて，エッチング等のプラズマ処理を施すようになっている。

このようなプラズマ処理装置には，半導体ウエハの周囲を囲むように，フォーカスリングと称されるリング状の部材を配置したものがある。このフォーカスリングは，例えば絶縁膜のエッチングの場合などは，シリコン等の導電性材料からなっており，プラズマを閉じ込めることと，半導体ウエハ面内のバイアス電位の縁面効果による不連続性を緩和し，半導体ウエハの中央部と同様にその周縁部においても，均一で良好な処理を行えるようにすること等を目的として設けられたものである。

また，このフォーカスリングによって，半導体ウエハの周縁部における処理の均一性を高めるために，本発明者らは，フォーカスリングの上面を，半導体ウエハを囲む傾斜面部と，この傾斜面部の外側に連続して形成した水平面部に構成したものを開示している（特許文献１参照）。

特開２００５−２７７３６９号公報（例えば図１，２）

上記特許文献１の発明は，フォーカスリングの上面形状を工夫することにより，半導体ウエハの周縁部における電界の傾きを抑制して，エッチング処理の均一性をはかると共に，半導体ウエハの周縁とフォーカスリングの内周面との間に電位差を形成させることにより，半導体ウエハの周縁部下方へのプラズマの回り込みを抑制するものである。

しかしながら，このように半導体ウエハの周縁とフォーカスリングの内周面との間の電位差によってプラズマの回り込みを抑制しても，半導体ウエハの周縁部下面にＣＦ系ポリマーなどが付着するいわゆるデポジションを発生する場合があった。

本発明の目的は，半導体ウエハなどの被処理基板をプラズマ処理するに際し，周縁部下面へのデポジションの付着をより少なくすることを目的としている。

本発明者らは，上記のように被処理基板の周縁部下面に発生するデポジションの要因について種々検討した。その結果，特許文献１のように半導体ウエハの周縁とフォーカスリングの内周面との間の電位差を付与した場合，プラズマ中のイオンは，半導体ウエハの周縁とフォーカスリングの内周面との隙間を通過する際に，両者間の電位差によって半導体ウエハの周縁もしくはフォーカスリングの内周面のいずれかに向かって引き寄せられるため，被処理基板の周縁部下方までは到達しないが，ＣＦ系ポリマーなどの電荷をもっていないプラズマ生成物は，半導体ウエハの周縁とフォーカスリングの内周面との隙間をそのまま通過し，被処理基板の周縁部下方まで到達して，これがデポジションの要因になっていることが分かってきた。また一方で，このように被処理基板の周縁部下面に発生するデポジションを抑制するためには，プラズマ中のイオンを被処理基板の周縁部下方まで到達させ，そのイオンを被処理基板の周縁部下面に衝突させることが有効であるといった知見を得た。

本発明は，上記知見に基いて創出されたものである。即ち，本発明によれば，処理チャンバー内に配置された載置台上に被処理基板を載置させ，高周波電圧を与えることにより処理チャンバー内にプラズマを発生させて，被処理基板を処理するプラズマ処理装置であって，前記載置台上に載置された被処理基板の周囲を囲むように配置されるフォーカスリングを備え，前記フォーカスリングは，前記載置台上に載置された被処理基板の周囲外側に配置された導電性材料からなる外側リング部と，前記載置台上に載置された被処理基板の周縁部下方に所定の間隔を開けて配置された導電性材料からなる内側リング部を備え，前記内側リング部と前記載置台の間は電気的に絶縁されていることを特徴とする，プラズマ処理装置が提供される。

このプラズマ処理装置において，例えば，前記外側リング部と前記内側リング部は，電気的に導通しており，前記外側リング部と前記載置台の間は絶縁されている。その場合，前記外側リング部および前記内側リング部と前記載置台の間に絶縁部材が配置されていても良い。また，前記外側リング部と前記内側リング部は，一体的に形成されていても良い。また，前記載置台上に載置された被処理基板の外周面とそれに対向する前記フォーカスリングの内周面との間隔が，前記内側リング部の上面と前記載置台上に載置された被処理基板の周縁部の下面との間隔よりも広くなっていても良い。

また，このプラズマ処理装置において，前記外側リング部および前記内側リング部は，グランドに対して電気的に絶縁されていても良い。その場合，前記外側リング部および前記内側リング部とグランドの間の静電容量を可変に構成しても良い。また，前記外側リング部および前記内側リング部に可変直流電源を電気的に接続しても良い。

また，このプラズマ処理装置において，例えば，前記外側リング部と前記内側リング部は，電気的に絶縁されている。その場合，前記外側リング部は，前記載置台に電気的に導通していても良い。

なお，前記外側リング部の上面は，前記載置台上に載置された被処理基板の周囲に配置された，外側に向かって次第に高くなる傾斜面部と，前記傾斜面部の外側に連続して形成された水平面部を有しても良い。また，前記外側リング部と前記内側リング部を構成する導電性材料が，例えばＳｉ，Ｃ，ＳｉＣのいずれかであっても良い。

また本発明によれば，高周波電圧を与えることにより処理チャンバー内にプラズマを発生させて，被処理基板を処理するプラズマ処理装置において，前記処理チャンバー内に配置された載置台上の被処理基板の周囲を囲むように配置されるフォーカスリングであって，前記載置台上に載置された被処理基板の周囲外側に配置される導電性材料からなる外側リング部と，前記載置台上に載置された被処理基板の周縁部下方に所定の間隔を開けて配置される導電性材料からなる内側リング部を備え，前記内側リング部と前記載置台の間は電気的に絶縁されていることを特徴とする，フォーカスリングが提供される。

このフォーカスリングにおいて，例えば，前記外側リング部と前記内側リング部は，電気的に導通しており，前記外側リング部および前記内側リング部と前記載置台の間を絶縁するための絶縁部材を備えている。その場合，前記外側リング部と前記内側リング部は，一体的に形成されていても良い。また，前記載置台上に載置された被処理基板の外周面に対向する内周面に凹部が形成されていても良い。

また，このフォーカスリングにおいて，前記外側リング部および前記内側リング部とグランドの間の静電容量を可変にさせるための静電容量可変手段を備えていても良い。また，前記外側リング部および前記内側リング部に電気的に接続された可変直流電源を備えていても良い。

また，このフォーカスリングにおいて，例えば，前記外側リング部と前記内側リング部を電気的に絶縁させる絶縁部材を備えている。その場合，前記外側リング部は，前記載置台に電気的に導通して設置されるものであっても良い。

なお，このフォーカスリングにおいて，前記外側リング部の上面は，前記載置台上に載置された被処理基板の周囲に配置された，外側に向かって次第に高くなる傾斜面部と，前記傾斜面部の外側に連続して形成された水平面部を有するものであっても良い。また，前記外側リング部と前記内側リング部を構成する導電性材料が，例えばＳｉ，Ｃ，ＳｉＣのいずれかであっても良い。

また本発明によれば，これらのフォーカスリングと，前記処理チャンバー内において前記載置台上の被処理基板の周囲を囲むように前記フォーカスリングを配置させる支持部材とからなることを特徴とする，フォーカスリング部品が提供される。

また本発明によれば，処理チャンバー内に配置された載置台上に被処理基板を載置させ，高周波電圧を与えることにより処理チャンバー内にプラズマを発生させて，被処理基板を処理するプラズマ処理方法であって，前記載置台上に載置された被処理基板の周縁部下方に，前記プラズマで生成されたイオンを被処理基板の周縁部下面に向けて加速させる電界を形成することにより，イオンを被処理基板の周縁部下面に衝突させることを特徴とする，プラズマ処理方法が提供される。

このプラズマ処理方法において，前記電界は，例えば，前記載置台上に載置された被処理基板の周縁部下方に所定の間隔を開けて導電性材料からなる内側リング部を配置し，被処理基板と内側リング部との間に電位差を与えることにより形成される。また，前記電界の強さを変えることにより，被処理基板の周縁部下面に対するイオンの衝突量を調整するようにしても良い。更に，前記電界中の等電位面が，前記載置台上に載置された被処理基板の外周面から外側では粗であり，前記載置台上に載置された被処理基板の周縁部の下方では密であるようにしても良い。

本発明によれば，プラズマ中のイオンを被処理基板の周縁部下方まで到達させて被処理基板の周縁部下面に衝突させることにより，被処理基板の周縁部下面におけるデポジションの発生を従来に比べて低減することができる。

以下，本発明の好ましい実施の形態を，図面を参照にして説明する。図１は，本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置１の概略構成を示す説明図である。図２は，このプラズマ処理装置１が備えるフォーカスリング２５を拡大して示した縦断面図である。なお，本明細書および図面において，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。

気密に構成された円筒形状の処理チャンバー１０の内部には，被処理基板である半導体ウエハＷを載置させるための下部電極を兼ねる載置台１１が配置されている。これら処理チャンバー１０と載置台１１は，例えばアルミニウム等の導電性材料で構成されている。但し，載置台１１は，セラミックなどの絶縁板１２を介して処理チャンバー１０の底面上に支持されており，処理チャンバー１０と載置台１１は，互いに電気的に絶縁された状態になっている。

載置台１１は，上面に置かれた半導体ウエハＷを吸着保持するための図示しない静電チャックを備えている。また，載置台１１の内部には，温度制御のための熱媒体としての絶縁性流体を循環させるための熱媒体流路１５と，ヘリウムガス等の温度制御用のガスを半導体ウエハＷの裏面に供給するためのガス流路１６が設けられている。このように，熱媒体流路１５内に所定温度に制御された絶縁性流体を循環させることによって，載置台１１を所定温度に制御し，かつ，この載置台１１と半導体ウエハＷの裏面との間にガス流路１６を介して温度制御用のガスを供給してこれらの間の熱交換を促進し，半導体ウエハＷを精度良く効率的に所定温度に制御できるようになっている。

載置台１１には，整合器２０を介して，バイアス用の高周波電源（ＲＦ電源）２１が接続されている。高周波電源２１からは，所定の周波数の高周波電圧が載置台１１に与えられるようになっている。一方，処理チャンバー１０はグランド（アース）２２に対して電気的に導通されている。

処理チャンバー１０の内部において，載置台１１の上面の周りには，載置台１１上に載置された半導体ウエハＷの周囲を囲むようにしてフォーカスリング２５が配置されている。このフォーカスリング２５は，載置台１１の上に直接載せられるリング状の絶縁部材２６と，この絶縁部材２６の上方に配置されたリング状の導電性部材２７で構成されている。絶縁部材２６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）等の樹脂などの絶縁材料（誘電体）からなる。導電性部材２７は，例えばＳｉ（導電性を出すためにＢ等をドープ済みのＳｉ），Ｃ，ＳｉＣ等の導電性材料からなる。

図２に示すように，導電性部材２７は，載置台１１上に載置された半導体ウエハＷの周囲外側に配置された外側リング部３０と，載置台１１上に載置された半導体ウエハＷの周縁部下方に所定の間隔を開けて配置されたリング状の内側リング部３１を備えている。図示の例では，外側リング部３０とリング状の内側リング部３１は導電性材料からなる導電性部材２７として一体的に形成されているので，外側リング部３０と内側リング部３１は互いに電気的に導通した状態である。但し，上述のようにリング状の導電性部材２７と載置台１１の間には絶縁部材２６が介在しているので，外側リング部３０と内側リング部３１は載置台１１に対しては電気的に絶縁されている。なお，外側リング部３０と内側リング部３１の境界を，図２中に点線３１’として記入した。この境界３１’で示したように，一体的に形成された導電性部材２７において，載置台１１上に載置された半導体ウエハＷの周囲外側に配置された部分が外側リング部３０であり，半導体ウエハＷの周縁部下方に所定の間隔を開けて配置された部分がリング状の内側リング部３１となっている。

また，このように載置台１１に対して絶縁されているリング状の導電性部材２７は，処理チャンバー１０の内部において絶縁部材２６の他には電気的に接触していない。このため，外側リング部３０と内側リング部３１は，グランド２２に対しても電気的に浮いた状態になっている。

外側リング部３０の上面は，載置台１１上に載置された半導体ウエハＷの周囲に配置された，外側に向かって次第に高くなる傾斜面部３０ａと，この傾斜面部３０ａの外側に連続して形成された水平面部３０ｂとで形成されている。水平面部３０ｂは，載置台１１上に載置された半導体ウエハＷの上面よりも高く設定されており，傾斜面部３０ａは，内縁が載置台１１上に載置された半導体ウエハＷの上面とほぼ等しい高さであって，外側に向かって水平面部３０ｂの高さまで次第に高くなるように設定されている。

また，処理チャンバー１０の内部において，フォーカスリング２５の外側には，多数の排気孔が形成されたリング状の排気リング３５が設けられている。この排気リング３５を介して，排気ポート３６に接続された排気系３７の真空ポンプ等により，真空チャンバー１０内の処理空間の真空排気が行われるように構成されている。

一方，載置台１１の上方の真空チャンバー１０の天井部分には，シャワーヘッド４０が，載置台１１と平行に対向するように設けられており，これらの載置台１１およびシャワーヘッド４０は，一対の電極（上部電極と下部電極）として機能するようになっている。また，このシャワーヘッド４０には，整合器４１を介してプラズマ生成用の高周波電源４２が接続されている。

シャワーヘッド４０は，その下面に多数のガス吐出孔４５が設けられている。シャワーヘッド４０の内部はガス拡散用空隙４７に形成されており，その上部にはガス導入部４６を有している。このガス導入部４６には，ガス供給配管５０が接続されており，このガス供給配管５０の他端には，ガス供給系５１が接続されている。このガス供給系５１は，ガス流量を制御するためのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）５２，例えばエッチング用の処理ガス等を供給するための処理ガス供給源５３等から構成されている。

次に，上記のように構成されたプラズマ処理１によるプラズマ処理の手順について説明する。
まず，真空チャンバー１に設けられた図示しないゲートバルブを開放し，このゲートバルブに隣接して配置されたロードロック室（図示せず）を介して，搬送機構（図示せず）により半導体ウエハＷを真空チャンバー１０内に搬入し，載置台１１上に載置する。そして，搬送機構を真空チャンバー１０外へ退避させた後，ゲートバルブを閉じ，真空チャンバー１０内を密閉した状態にする。

この後，排気系３７の真空ポンプにより排気ポート３６を通じて真空チャンバー１０内を所定の真空度に排気しつつ，処理ガス供給源５３から，シャワーヘッド４０を通じて，真空チャンバー１０内に所定の処理ガスを供給する。

そして，この状態で，高周波電源２１から比較的周波数の低いバイアス用の高周波電力を供給すると共に，高周波電源４２から比較的周波数の高いプラズマ生成用の高周波電力を供給することにより，図２に示すように，半導体ウエハＷの上方において真空チャンバー１０内にプラズマＰを発生させる。こうして，半導体ウエハＷの上方に発生させたプラズマＰ中のラジカル分子やイオンを半導体ウエハＷ上面に向けて引き込み，それらの作用により半導体ウエハＷ上面のプラズマ処理を行う。

そして，所定のプラズマ処理が終了すると，高周波電源２１，４２からの高周波電力の供給を停止することによって，プラズマ処理を停止し，上述した手順とは逆の手順で，半導体ウエハＷを真空チャンバー１０外に搬出する。

このようなプラズマ処理を行うに際し，この実施の形態のプラズマ処理装置１では，前述したとおり，載置台１１に対して絶縁部材２６を介して導電性部材２７を配置したフォーカスリング２５を採用していることから，図３に示すように，半導体ウエハＷ（載置台１１）と導電性部材２７と間に電位差Ｖｅが生じた状態となる。この場合，半導体ウエハＷと導電性部材２７と間の静電容量をＣｅとすれば，電位差Ｖｅは静電容量Ｃｅに反比例する。

またプラズマ処理中は，このように半導体ウエハＷと導電性部材２７との間に電位差Ｖｅが生ずることにより，半導体ウエハＷと導電性部材２７の間には，図４に示す如き電界Ｅが形成される。この電界Ｅの等電位面ｅは，図４に示すように，半導体ウエハＷの外周面と外側リング部３０の内周面３０ｃの間においてはほぼ垂直方向となり，半導体ウエハＷの周縁部下面と内側リング部３１の上面との間では，ほぼ水平方向となる。このような等電位面ｅを有する電界Ｅの作用により，半導体ウエハＷの外周面と外側リング部３０の内周面３０ｃの間においては，半導体ウエハＷの表面に向けて下向きに引き込んだプラズマＰ中のイオンＩを半導体ウエハＷの外周面に向かう方向に加速し，また，半導体ウエハＷの周縁部下面と内側リング部３１の上面との間においては，プラズマ中のイオンＩを半導体ウエハＷの周縁部下面に向かう方向に加速することができる。

こうして，プラズマ処理中では，半導体ウエハＷと導電性部材２７と間の電位差Ｖｅによって形成される電界Ｅの作用で，プラズマ中のイオンＩを半導体ウエハＷの外周面と周縁部下面に衝突させることにより，半導体ウエハＷの外周面と周縁部下面の両方におけるデポジションの発生を低減することができる。

なお，半導体ウエハＷの周縁部下面におけるデポジションの発生を低減するためには，半導体ウエハＷの外周面と外側リング部３０の内周面３０ｃの間においては，プラズマ中のイオンＩの全部を半導体ウエハＷの外周面に衝突させるのではなく，プラズマ中のイオンＩの少なくとも一部は半導体ウエハＷの外周面と外側リング部３０の内周面３０ｃの間をそのまま下方に通過させて，半導体ウエハＷの周縁部下方までイオンＩを通過させることが必要となる。そのためには，図２に示すように，載置台１１上に載置された半導体ウエハＷの外周面とそれに対向する外側リング部３０の内周面３０ｃとの間隔Ｌ_１を，内側リング部３１の上面と半導体ウエハＷの周縁部の下面との間隔Ｌ_２よりも広く形成しておく。

かかる構成にすることにより，図４に示した等電位面ｅ同士の間隔を，半導体ウエハＷの外周面と外側リング部３０の内周面３０ｃの間において相対的に粗にし，半導体ウエハＷの周縁部下面と内側リング部３１の上面との間において相対的に密にすることができる。これにより，半導体ウエハＷの外周面と外側リング部３０の内周面３０ｃの間では，半導体ウエハＷの外周面に向かう方向への加速を比較的小さくして半導体ウエハＷの周縁部下方までイオンＩを通過させることができる。また一方，半導体ウエハＷの周縁部下面と内側リング部３１の上面との間では，半導体ウエハＷの周縁部下面に向かう方向への加速を比較的大きくして半導体ウエハＷの周縁部下面にイオンＩを衝突させ，半導体ウエハＷの周縁部下面におけるデポジションの発生を確実に低減できるようになる。

なお，半導体ウエハＷの外周面と外側リング部３０の内周面３０ｃとの間隔Ｌ_１および内側リング部３１の上面と半導体ウエハＷの周縁部の下面との間隔Ｌ_２の好ましい範囲は，半導体ウエハＷと導電性部材２７との間に形成される電位差Ｖｅの大きさ，半導体ウエハＷの径や厚さ，内周面３０ｃの高さなどにより変動するので，一概に定めることはできないが，例えば，半導体ウエハＷの外周面と外側リング部３０の内周面３０ｃとの間隔Ｌ_１は１〜５ｍｍであり，２〜２．５ｍｍが望ましい。この間隔Ｌ_１が小さすぎると，半導体ウエハＷの外周面と外側リング部３０との間で異常放電を生ずる場合があり，逆に大きすぎると，後述する半導体ウエハＷ上のプラズマシースと外側リング部３０上のプラズマシースが不連続となる可能性がある。

また例えば，内側リング部３１の上面と半導体ウエハＷの周縁部の下面との間隔Ｌ_２は０．２〜１ｍｍであり，０．２〜０．５ｍｍが望ましい。この間隔Ｌ_２が小さすぎると，内側リング部３１の上面と半導体ウエハＷの周縁部との間で異常放電を生ずる場合があり，逆に大きすぎると，半導体ウエハＷの周縁部下面と内側リング部３１の上面との間において等電位面ｅ同士の間隔を密にすることができず，イオンＩを半導体ウエハＷの周縁部下面に向かう方向へ十分に加速できなくなって，半導体ウエハＷの周縁部下面におけるデポジションの発生を十分に低減できなくなる。また，このように間隔Ｌ_２を隔てて対向している内側リング部３１の上面と半導体ウエハＷの周縁部の下面との対向部分の間隔Ｌ_４は，０．０５〜０．５ｍｍが望ましい。

また，図示の実施の形態では，プラズマ処理中は，半導体ウエハＷと導電性部材２７との間に電位差Ｖｅが生じるため，半導体ウエハＷ上にできるプラズマシースと，導電性部材２７の外側リング部３０上に形成されるプラズマシースの厚さが異なることになる。しかるに，この実施の形態のフォーカスリング２５にあっては，上記のように外側リング部３０の上面を，外側に向かって次第に高くなる傾斜面部３０ａと，この傾斜面部３０ａの外側に連続して形成された半導体ウエハＷの上面よりも高い水平面部３０ｂとに形成しているので，半導体ウエハＷ上と外側リング部３０上の境界でのプラズマシース厚さの変動を緩和することができる。これにより，半導体ウエハＷの周縁部における電界の急激な変化を抑制して，半導体ウエハＷの周縁部においてもプラズマ中のイオンＩを半導体ウエハＷの上面に対してほぼ垂直に引き込むことができ，プラズマ処理の均一性を高めることができる。また，外側リング部３０の上面を傾斜面部３０ａと水平面部３０ｂとで形成したことにより，フォーカスリング２５自体の寿命を長期化させることもできる。

なお，外側リング部３０の上面に形成される傾斜面部３０ａの高さ方向の範囲ｈは，半導体ウエハＷの上面から高さ０〜６ｍｍの範囲とすることが好ましく，さらに好ましくは２ｍｍ〜４ｍｍである。また，傾斜面部３０ａの水平方向の長さｈ’（半導体ウエハＷの直径方向の長さ）は，０．５〜９ｍｍの範囲とすることが好ましく，さらに好ましい範囲は，１〜６ｍｍである。なお，傾斜面部３０ａの水平方向の長さｈ’は，半導体ウエハＷの外周面と外側リング部３０の内周面３０ｃとの間隔Ｌ_１によっては，０にすることも可能である。かかる場合は，傾斜面部３０ａが無い形状となるが，間隔Ｌ_１を調節することによって半導体ウエハＷの周縁部における急激な電界の変化を抑制することもできる。

また，プラズマ処理中は，載置台１１と導電性部材２７と間に電位差Ｖｅが生じているので，内側リング部３１の内縁が載置台１１に近接し過ぎると両者間で異常放電を生じる可能性がある。一方，内側リング部３１の内縁を載置台１１から離間させ過ぎると，半導体ウエハＷの周縁部下方に内側リング部３１を十分に侵入させることができなくなり，上述したようなプラズマ中のイオンＩの半導体ウエハＷ周縁部下面への衝突がなくなって，デポジションの低減といった作用効果が十分に得られなくなってしまう。このため，図２に示す内側リング部３１の内縁と載置台１１との間隔Ｌ_３は，０．５〜１ｍｍの範囲とすることが好ましい。

半導体ウエハＷと導電性部材２７との間の静電容量Ｃｅをどの程度にするかは，実際の個々のプラズマ処理装置に基いて定める必要がある。一般的には，静電容量Ｃｅを小さくすると，半導体ウエハＷと導電性部材２７との間に形成される電位差Ｖｅが大きくなる。よって，半導体ウエハＷの周縁部下面と内側リング部３１の上面との間において，プラズマ中のイオンＩを半導体ウエハＷの周縁部下面に向かう方向に加速する力が強くなり，半導体ウエハＷの周縁部下面におけるデポジションの発生を低減する効果が増す傾向となる。逆に，静電容量Ｃｅを大きくすると，半導体ウエハＷと導電性部材２７との間に形成される電位差Ｖｅが小さくなる。よって，半導体ウエハＷの周縁部下面と内側リング部３１の上面との間において，プラズマ中のイオンＩを半導体ウエハＷの周縁部下面に向かう方向に加速する力が弱くなり，半導体ウエハＷの周縁部下面におけるデポジションの発生を低減する効果が減少する傾向となる。

また上述のように，プラズマ処理中に半導体ウエハＷ上にできるプラズマシースと導電性部材２７の外側リング部３０上に形成されるプラズマシースの厚さが異なることによって，半導体ウエハＷの周縁部におけるイオンＩの入射角が影響を受ける。一般的には，静電容量Ｃｅを小さくすると，半導体ウエハＷと導電性部材２７との間に形成される電位差Ｖｅが大きくなって，外側リング部３０上に形成されるプラズマシースの厚さが薄くなり，イオンＩの入射角は半導体ウエハＷの中心に向かう方向に傾斜（入射角＞９０°）する傾向がある。逆に，静電容量Ｃｅを大きくすると，半導体ウエハＷと導電性部材２７との間に形成される電位差Ｖｅが小さくなって，外側リング部３０上に形成されるプラズマシースの厚さが厚くなり，イオンＩの入射角は半導体ウエハＷの中心から外側に向かうに方向に傾斜（入射角＜９０°）する傾向がある。

ここで，半導体ウエハＷと導電性部材２７との間の静電容量Ｃｅの変化に対する，半導体ウエハＷ周縁部下面のポリマー付着量（右縦軸）および半導体ウエハＷの周縁部上面におけるイオンＩの入射角（左縦軸）の関係をシミュレーションした結果を図５に示した。本発明者らのシミュレーション結果においても，上記傾向がそれぞれ確認された。

しかして，この実施の形態のプラズマ処理装置１によれば，半導体ウエハＷの周縁部下面側に対するデポジションの発生を従来に比べて低減することができるとともに，半導体ウエハＷの周縁部における電界の傾きを抑制することによって，半導体ウエハＷの周縁部においても略垂直なエッチングを行うことができ，処理の面内均一性を向上させることができるようになる。

以上，本発明の好ましい実施の形態の一例を示したが，本発明はここに例示した形態に限定されない。例えば，載置台１１上に載置された半導体ウエハＷの外周面と外側リング部３０の内周面３０ｃとの間隔Ｌ_１を広くするためには，図６に示すフォーカスリング２５ａのように，半導体ウエハＷの外周面と対向している外側リング部３０の内周面３０ｃに凹部３０ｄを形成しても良い。このように凹部３０ｄを形成して半導体ウエハＷの外周面との間隔Ｌ_１を十分に広くすることにより，半導体ウエハＷの周縁部下方までイオンＩをより円滑に通過させることができるようになる。なお，この図６で説明したフォーカスリング２５ａの場合，外側リング部３０の上面において傾斜面部３０ａは省略することが望ましい。

また，図７に示すフォーカスリング２５ｂのように，載置台１１に対して絶縁部材２６で絶縁されている導電性部材２７に，グランド２２に電気的に接続した第２の導電性部材６０を近接させて配置し，これら導電性部材２７と導電性部材６０の間に第２の絶縁部材（誘電体）６１を介在させても良い。なお，この図７に示す例では，導電性部材２７の外側に絶縁材料からなるカバーリング６２を設けている。

このフォーカスリング２５ｂにあっては，プラズマ処理中，図８に示すように，半導体ウエハＷ（載置台１１）と導電性部材２７と間に電位差Ｖｅが生じると共に，導電性部材２７とグランド２２（導電性部材６０）との間に電位差Ｖｇが生じた状態となる。この場合，半導体ウエハＷと導電性部材２７と間の静電容量をＣｅ，導電性部材２７とグランド２２と間の静電容量をＣｇとすれば，半導体ウエハＷ（載置台１１）と導電性部材２７の間の電位差Ｖｅは静電容量Ｃｅに反比例し，導電性部材２７とグランド２２との間の電位差Ｖｇは静電容量Ｃｇに反比例する。そして，これら電位差Ｖｅ，Ｖｇ，静電容量Ｃｅ，Ｃｇの間には次の式（１）〜（３）の関係が成り立つ。

Ｖｅ＋Ｖｇ＝Ｖ_{ｔｏｔａｌ} （１）
Ｃｅ×Ｖｅ＝Ｃｇ×Ｖｇ （２）
Ｖｅ＝Ｃｇ×Ｖ_{ｔｏｔａｌ}／（Ｃｇ＋Ｃｅ） （３）

式（３）から，導電性部材２７とグランド２２と間の静電容量をＣｇを変えることによって，半導体ウエハＷ（載置台１１）と導電性部材２７の間の電位差Ｖｅを変化させることができることが分かる。例えば図７に示すフォーカスリング２５ｂにおいては，導電性部材２７と第２の導電性部材６０との近接距離を変える，導電性部材２７と導電性部材６０の間に介在させる第２の絶縁部材（誘電体）６１の誘電率を変化させる，等の方法によって，導電性部材２７とグランド２２と間の静電容量をＣｇを変え，それにより，半導体ウエハＷ（載置台１１）と導電性部材２７の間の電位差Ｖｅを変化させることが可能である。

図９を参照にしてこの関係を説明する。図９において，曲線Ｗ’は，プラズマ処理中における半導体ウエハＷの電位の変化を示し，曲線２７’は，プラズマ処理中における導電性部材２７の電位の変化を示し，直線２２’は，グランド２２の電位を示している。図中，曲線Ｗ’と曲線２７’の幅が，半導体ウエハＷ（載置台１１）と導電性部材２７の間の電位差Ｖｅであり，曲線２７’と直線２２’の幅が，導電性部材２７とグランド２２との間の電位差Ｖｇである。この図９に示したように，導電性部材２７とグランド２２との間の電位差Ｖｇを大きくした場合は（図９の一点鎖線２７’の場合は），半導体ウエハＷ（載置台１１）と導電性部材２７の間の電位差Ｖｅが小さくなる。逆に，導電性部材２７とグランド２２との間の電位差Ｖｇを小さくした場合は（図９の二点鎖線２７’の場合は），半導体ウエハＷ（載置台１１）と導電性部材２７の間の電位差Ｖｅが大きくなる。このように，導電性部材２７とグランド２２との間の電位差Ｖｇを変えることにより，半導体ウエハＷ（載置台１１）と導電性部材２７の間の電位差Ｖｅを変化させることが可能である。

ここで，図７に示すフォーカスリング２７ｂを用いたプラズマ処理装置１において，半導体ウエハＷ（載置台１１）と導電性部材２７の間の電位差Ｖｅの変化に対する，半導体ウエハＷ周縁部下面のポリマー付着量（右縦軸）および半導体ウエハＷの周縁部上面におけるイオンＩの入射角（左縦軸）の関係をシミュレーションした結果を図１０に示した。なお，半導体ウエハＷ（載置台１１）と導電性部材２７と間の電位差Ｖｅと導電性部材２７とグランド２２（導電性部材６０）と間の電位差Ｖｇの総和（Ｖ_{ｔｏｔａｌ}）は一定であって，式（３）より，半導体ウエハＷ（載置台１１）と導電性部材２７と間の電位差Ｖｅは，静電容量比（Ｃｇ／（Ｃｇ＋Ｃｅ））に比例しているため，図１０中の横軸は，電位差Ｖｅに代えて静電容量比（Ｃｇ／（Ｃｇ＋Ｃｅ））を用いた。

本発明者らのシミュレーション結果によれば，半導体ウエハＷと導電性部材２７との間に形成される電位差Ｖｅを大きくすると（静電容量比（Ｃｇ／（Ｃｇ＋Ｃｅ））を大きくすると），半導体ウエハＷの周縁部下面におけるデポジションの発生が低減し，イオンＩの入射角が半導体ウエハＷの中心に向かう方向に傾斜（入射角＞９０°）する傾向が見られた。また逆に，半導体ウエハＷと導電性部材２７との間に形成される電位差Ｖｅを小さくすると（静電容量比（Ｃｇ／（Ｃｇ＋Ｃｅ））を小さくすると），半導体ウエハＷの周縁部下面におけるデポジションの発生が増加し，イオンＩの入射角が半導体ウエハＷの中心から外側に向かう方向に傾斜（入射角＜９０°）する傾向が見られた。

また，半導体ウエハＷと導電性部材２７との間に形成される電位差Ｖｅをより容易に変化させるために，図１１に示すフォーカスリング２５ｃのように，載置台１１に対して絶縁部材２６で絶縁されている導電性部材２７を，可変容量コンデンサ６５を介してグランド２２に電気的に接続しても良い。

このフォーカスリング２５ｃにあっても，先に図７，８で説明したフォーカスリング２５ｂと同様に，プラズマ処理中は半導体ウエハＷ（載置台１１）と導電性部材２７と間に電位差Ｖｅが生じ，導電性部材２７とグランド２２（導電性部材６０）と間に電位差Ｖｇが生じた状態となる。そして，このフォーカスリング２５ｃによれば，可変容量コンデンサ６５を操作して導電性部材２７とグランド２２と間の静電容量Ｃｇを変えることができるので，それに従って，半導体ウエハＷ（載置台１１）と導電性部材２７の間の電位差Ｖｅを容易に変化させることが可能である。このように半導体ウエハＷと導電性部材２７との間に形成される電位差Ｖｅを変化させることにより，半導体ウエハＷの周縁部下面に対するイオンＩの衝突量を容易に調整できるようになる。

また，半導体ウエハＷと導電性部材２７との間に形成される電位差Ｖｅを変化させるためには，図１２に示すフォーカスリング２５ｄのように，載置台１１に対して絶縁部材２６で絶縁されている導電性部材２７に，可変直流電源６６を電気的に接続しても良い。

このフォーカスリング２５ｄにあっても，先に図７，８で説明したフォーカスリング２５ｂと同様に，プラズマ処理中は半導体ウエハＷ（載置台１１）と導電性部材２７と間に電位差Ｖｅが生じ，導電性部材２７とグランド２２（導電性部材６０）と間に電位差Ｖｇが生じた状態となる。このフォーカスリング２５ｄによれば，可変直流電源６６を操作すると，図１３に示したように，導電性部材２７とグランド２２との間の電位差Ｖｇを図中の上下にシフトさせることができる。そして，電位差Ｖｇを図中の下方にシフトさせた場合は（図１３中の一点鎖線２７’の場合は），半導体ウエハＷ（載置台１１）と導電性部材２７の間の電位差Ｖｅが小さくなる。逆に，電位差Ｖｇを図中の上方にシフトさせた場合は（図１３中の二点鎖線２７’の場合は），半導体ウエハＷ（載置台１１）と導電性部材２７の間の電位差Ｖｅが大きくなる。このように，導電性部材２７に接続した，可変直流電源６６を操作することにより，半導体ウエハＷ（載置台１１）と導電性部材２７の間の電位差Ｖｅを容易に変化させることが可能である。

また，以上に説明したフォーカスリング２７，２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄは，何れも，載置台１１上の半導体ウエハＷ周囲外側に配置された外側リング部３０と半導体ウエハＷの周縁部下方に配置された内側リング部３１を，導電性部材２７として一体的に形成した形態を示したが，外側リング部３０と内側リング部３１は，互いに別の部材として構成しても良い。また，そのように互いに別の部材として構成した場合は，外側リング部３０と内側リング部３１は，互いに電気的に導通していても良いし，互いに電気的に絶縁されていても良い。

図１４に示すフォーカスリング２５ｅは，載置台１１上の半導体ウエハＷ周囲外側に配置された外側リング部３０と，半導体ウエハＷの周縁部下方に配置された内側リング部３１とが，互いに別の部材として構成され，これら外側リング部３０と内側リング部３１は，互いに電気的に絶縁された状態になっている。このフォーカスリング２５ｅでは，外側リング部３０は載置台１１の上に電気的に導通した状態で置かれている。一方，内側リング部３１とこれら外側リング部３０および載置台１１の間には絶縁部材２６が介在しているので，内側リング部３１は，外側リング部３０および載置台１１に対して電気的に絶縁されている。

この図１４に示すフォーカスリング２５ｅを備えたプラズマ処理１にあっては，プラズマ処理中，外側リング部３０は載置台１１と常に同じ電位となり，半導体ウエハＷと外側リング部３０との間には電位差が生じないが，内側リング部３１は，載置台１１との間に絶縁部材２６が介在しているため，載置台１１に印加される高周波電力に対するインピーダンスが高くなるので，半導体ウエハＷと内側リング部３１との間のみに電位差Ｖｅが生じた状態となる。このため，半導体ウエハＷの周縁部下面と内側リング部３１の上面との間に，プラズマ中のイオンＩを半導体ウエハＷの周縁部下面に向かう方向に加速する電界が形成されて，半導体ウエハＷの周縁部下面におけるデポジションの発生を低減できるようになる。加えて，この図１４に示すフォーカスリング２５ｅにあっては，半導体ウエハＷの外周面と外側リング部３０の内周面との間に電位差が生じないので，プラズマ中のイオンＩを半導体ウエハＷの外周面と外側リング部３０の内周面３０ｃの間を円滑に通過させることができ，こうして半導体ウエハＷの周縁部下方まで通過させたイオンＩを，半導体ウエハＷの周縁部下面に衝突させることによって，半導体ウエハＷの周縁部下面におけるデポジションの発生を更に低減できるようになる。

また，図１では，プラズマ生成用の比較的周波数の高い高周波電力を，真空チャンバー１０の天井部分のシャワーヘッド４０（上部電極）に供給する例を示したが，図１５に示すように，プラズマ生成用の比較的周波数の高い高周波電力を供給する高周波電源４２および整合器４１と，バイアス用の比較的周波数の低い高周波電力を供給する高周波電源２１および整合器２０の両方を，載置台１１に接続した構成としても良い。

また，本発明は，以上に説明したフォーカスリング２５，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅを，処理チャンバー１０内において載置台１１上の半導体ウエハＷの周囲を囲むように配置させる適当な支持部材を包含するフォーカスリング部品についても適用される。この場合，フォーカスリング２５，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅを支持する支持部材として，例えば，載置台１１，排気リング３５などが例示される。また，図７で説明した第２の導電性部材６０や第２の絶縁部材６１を支持部材に利用しても良い。

本発明は，半導体装置の製造産業において利用することが可能である。

本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す説明図である。 フォーカスリングを拡大して示した縦断面図である。 半導体ウエハ（載置台）と導電性部材と間に生じる電位差の説明図である。 半導体ウエハと導電性部材と間の電位差によって形成される電界の説明図である。 半導体ウエハと導電性部材との間の静電容量の変化に対する，半導体ウエハ周縁部下面のポリマー付着量（右縦軸）および半導体ウエハの周縁部上面におけるイオンの入射角（左縦軸）の関係のシミュレーション結果を示すグラフである。 半導体ウエハの外周面と対向している外側リング部の内周面に凹部を形成したフォーカスリングを拡大して示した縦断面図である。 導電性部材に対し，グランドに導通している第２の導電性部材を絶縁部材（誘電体）を介して近接配置したフォーカスリングを拡大して示した縦断面図である。 図７のフォーカスリングにおける，半導体ウエハ（載置台）と導電性部材と間に生じる電位差の説明図である。 図７のフォーカスリングにおける，プラズマ処理中の半導体ウエハと導電性部材とグランドの電位の変化を示すグラフである。 図７のフォーカスリングにおける，半導体ウエハと導電性部材の間の電位差（静電容量比（Ｃｇ／（Ｃｇ＋Ｃｅ）））の変化に対する，半導体ウエハ周縁部下面のポリマー付着量（右縦軸）および半導体ウエハの周縁部上面におけるイオンの入射角（左縦軸）の関係のシミュレーション結果を示すグラフである。 導電性部材を，可変容量コンデンサを介してグランドに電気的に接続したフォーカスリングを拡大して示した縦断面図である。 導電性部材に可変直流電源を電気的に接続したフォーカスリングを拡大して示した縦断面図である。 図１２のフォーカスリングにおける，プラズマ処理中の半導体ウエハと導電性部材とグランドの電位の変化を示すグラフである。 外側リング部と内側リング部が互いに電気的に絶縁された構成のフォーカスリングを拡大して示した縦断面図である。 プラズマ生成用の高周波電源とバイアス用の高周波電源の両方を載置台に接続したプラズマ処理装置の概略構成を示す説明図である。

符号の説明

１ プラズマ処理装置
１０ 処理チャンバー
１１ 載置台
１２ 絶縁板
１５ 熱媒体流路
１６ ガス流路
２９ 整合器
２１ 高周波電源
２２ グランド（アース）
２５ フォーカスリング
２６ リング状の絶縁部材
２７ 導電性部材
３０ 外側リング部
３１ 内側リング部
３０ａ 傾斜面部
３０ｂ 水平面部
３５ 排気リング
４０ シャワーヘッド
４１ 整合器
４２ 高周波電源
４５ ガス吐出孔
４７ ガス拡散用空隙
４６ ガス導入部
５０ ガス供給配管
５１ ガス供給系
５２ マスフローコントローラ
５３ 処理ガス供給源

Claims (27)

1. 処理チャンバー内に配置された載置台上に被処理基板を載置させ，高周波電圧を与えることにより処理チャンバー内にプラズマを発生させて，被処理基板を処理するプラズマ処理装置であって，
   前記載置台上に載置された被処理基板の周囲を囲むように配置されるフォーカスリングを備え，
   前記フォーカスリングは，前記載置台上に載置された被処理基板の周囲外側に配置された導電性材料からなる外側リング部と，前記載置台上に載置された被処理基板の周縁部下方に所定の間隔を開けて配置された導電性材料からなる内側リング部を備え，
   前記内側リング部と前記載置台の間は電気的に絶縁されていることを特徴とする，プラズマ処理装置。
2. 前記外側リング部と前記内側リング部は，電気的に導通しており，前記外側リング部と前記載置台の間は絶縁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装置。
3. 前記外側リング部および前記内側リング部と前記載置台の間に絶縁部材が配置されていることを特徴とする，請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記外側リング部と前記内側リング部は，一体的に形成されていることを特徴とする，請求項２または３に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記載置台上に載置された被処理基板の外周面とそれに対向する前記フォーカスリングの内周面との間隔が，前記内側リング部の上面と前記載置台上に載置された被処理基板の周縁部の下面との間隔よりも広いことを特徴とする，請求項４に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記外側リング部および前記内側リング部は，グランドに対して電気的に絶縁されていることを特徴とする，請求項２〜５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
7. 前記外側リング部および前記内側リング部とグランドの間の静電容量を可変に構成したことを特徴とする，請求項６に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記外側リング部および前記内側リング部に可変直流電源を電気的に接続したことを特徴とする，請求項６または７に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記外側リング部と前記内側リング部は，電気的に絶縁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装置。
10. 前記外側リング部は，前記載置台に電気的に導通していることを特徴とする，請求項９に記載のプラズマ処理装置。
11. 前記外側リング部の上面は，前記載置台上に載置された被処理基板の周囲に配置された，外側に向かって次第に高くなる傾斜面部と，前記傾斜面部の外側に連続して形成された水平面部を有することを特徴とする，請求項１〜１０のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
12. 前記外側リング部と前記内側リング部を構成する導電性材料が，Ｓｉ，Ｃ，ＳｉＣのいずれかであることを特徴とする，請求項１〜１１のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
13. 高周波電圧を与えることにより処理チャンバー内にプラズマを発生させて，被処理基板を処理するプラズマ処理装置において，前記処理チャンバー内に配置された載置台上の被処理基板の周囲を囲むように配置されるフォーカスリングであって，
    前記載置台上に載置された被処理基板の周囲外側に配置される導電性材料からなる外側リング部と，前記載置台上に載置された被処理基板の周縁部下方に所定の間隔を開けて配置される導電性材料からなる内側リング部を備え，
    前記内側リング部と前記載置台の間は電気的に絶縁されていることを特徴とする，フォーカスリング。
14. 前記外側リング部と前記内側リング部は，電気的に導通しており，前記外側リング部および前記内側リング部と前記載置台の間を絶縁するための絶縁部材を備えることを特徴とする，請求項１３に記載のフォーカスリング。
15. 前記外側リング部と前記内側リング部は，一体的に形成されていることを特徴とする，請求項１４に記載のフォーカスリング。
16. 前記載置台上に載置された被処理基板の外周面に対向する内周面に凹部が形成されていることを特徴とする，請求項１５に記載のフォーカスリング。
17. 前記外側リング部および前記内側リング部とグランドの間の静電容量を可変にさせるための静電容量可変手段を備えることを特徴とする，請求項１４〜１６のいずれかに記載のフォーカスリング。
18. 前記外側リング部および前記内側リング部に電気的に接続された可変直流電源を備えることを特徴とする，請求項１４〜１７のいずれかに記載のフォーカスリング。
19. 前記外側リング部と前記内側リング部を電気的に絶縁させる絶縁部材を備えることを特徴とする，請求項１３に記載のフォーカスリング。
20. 前記外側リング部は，前記載置台に電気的に導通して設置されることを特徴とする，請求項１９に記載のフォーカスリング。
21. 前記外側リング部の上面は，前記載置台上に載置された被処理基板の周囲に配置された，外側に向かって次第に高くなる傾斜面部と，前記傾斜面部の外側に連続して形成された水平面部を有することを特徴とする，請求項１３〜２０のいずれかに記載のフォーカスリング。
22. 前記外側リング部と前記内側リング部を構成する導電性材料が，Ｓｉ，Ｃ，ＳｉＣのいずれかであることを特徴とする，請求項１３〜２１のいずれかに記載のフォーカスリング。
23. 請求項１３〜２２のいずれかに記載のフォーカスリングと，前記処理チャンバー内において前記載置台上の被処理基板の周囲を囲むように前記フォーカスリングを配置させる支持部材とからなることを特徴とする，フォーカスリング部品。
24. 処理チャンバー内に配置された載置台上に被処理基板を載置させ，高周波電圧を与えることにより処理チャンバー内にプラズマを発生させて，被処理基板を処理するプラズマ処理方法であって，
    前記載置台上に載置された被処理基板の周縁部下方に，前記プラズマで生成されたイオンを被処理基板の周縁部下面に向けて加速させる電界を形成することにより，イオンを被処理基板の周縁部下面に衝突させることを特徴とする，プラズマ処理方法。
25. 前記電界は，前記載置台上に載置された被処理基板の周縁部下方に所定の間隔を開けて導電性材料からなる内側リング部を配置し，被処理基板と内側リング部との間に電位差を与えることにより形成されることを特徴とする，請求項２４に記載のプラズマ処理方法。
26. 前記電界の強さを変えることにより，被処理基板の周縁部下面に対するイオンの衝突量を調整することを特徴とする，請求項２４または２５に記載のプラズマ処理方法。
27. 前記電界中の等電位面が，前記載置台上に載置された被処理基板の外周面から外側では粗であり，前記載置台上に載置された被処理基板の周縁部の下方では密であることを特徴とする，請求項２４〜２６のいずれかに記載のプラズマ処理方法。

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