(57)【要約】【課題】  半導体ウエハに対してプラズマにより例えばシリコン層をエッチングしてトレンチを形成するあたり、ウエハ外縁部における反応生成物の堆積を抑えてエッチングレートの低下をを抑制すること。【解決手段】  フォーカスリングの表面における内側領域を、エッチング処理時の反応生成物の付着を抑えることができる程度の平均表面粗さＲａとなるように例えば０．１以下に仕上げ加工し、外側領域を反応生成物を捕集するためにその平均表面粗さを例えばＲａ３．２以下に仕上げ加工する。内側領域と外側領域との境界は、フォーカスリングをプラズマエッチング装置に組み込み、基板に対してプラズマによりエッチングを行ったときに消耗の程度が変わる部位とする。【選択図】      図２
2006140423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気密な処理容器内の載置台に載置された基板の表面に対してプラズマによりエッチングを行うプラズマエッチング装置に用いられ、前記基板の周囲を囲むように設けられたリング部材であるフォーカスリングにおいて、
表面における内側寄りには、当該領域にエッチング処理時の反応生成物が捕捉されない程度に平均表面粗さＲａが小さく仕上げ加工された第１の領域を有し、
前記第１の領域よりも外側には、当該領域に前記反応生成物が捕捉される程度に平均表面粗さＲａが大きく仕上げ加工された第２の領域を有することを特徴とするフォーカスリング。
【請求項２】
前記第１の領域の平均表面粗さＲａは、０．１以下であることを特徴とする請求項１記載のフォーカスリング。
【請求項３】
前記第１の領域及び第２の領域の境界は、フォーカスリングをプラズマエッチング装置に組み込み、基板に対してプラズマによりエッチングを行ったときに消耗の程度が変わる部位であることを特徴とする請求項１または２記載のフォーカスリング。
【請求項４】
気密な処理容器内の載置台に載置された基板の表面に対してプラズマによりエッチングを行うプラズマエッチング装置において、
前記基板の周囲を囲むように、請求項１ないし３のいずれか一つのフォーカスリングを設けたことを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項５】
請求項４に記載のプラズマエッチング装置を用い、基板に対してエッチングを行うことを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項６】
ハロゲンを含むエッチングガスと酸素ガスとの混合ガスによりシリコン層をエッチングすることを特徴とする請求項５記載のプラズマエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体ウエハなどの基板に対してプラズマによりエッチングを行い、例えば基板表面にトレンチを形成するプラズマエッチング装置に用いられるフォーカスリング及びプラズマエッチング装置並びにプラズマエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルＴＶ、ＤＶＤレコーダ、デジタルスチルカメラなどのデジタル家電向けにロジックデバイス混載ＤＲＡＭが商業的に重要な意味を持ち始め、半導体産業の主要なジャンルを形成しつつある。ロジックデバイスの場合、０．１８μｍ技術によって１０００万ゲート規模のデバイスが１つのＬＳＩに集積されるようになり、ＣＰＵをはじめとする各種のＬＳＩを１個のシリコンチップ上に搭載したシステム・オン・チップ（ＳＯＣ）が登場した。ＳＯＣを実現するために必要な混載技術は、個々のＬＳＩがそれぞれの性能を最大に引き出されており、かつ、最小限のプロセスステップ数で実現するものである。
【０００３】
ＤＲＡＭのメモリセルは、縦横に格子状に走るワード線とビット線（デジット線）との交差点に配置されている。このメモリセルは、１個の選択トランジスタ（ＮＭＯＳトランジスタ）とこれに直列配置されたキャパシタ（容量素子）からなっている。即ち、ＤＲＡＭのメモリセルは、電荷（データ）を蓄積するキャパシタとデータの入出力を制御してスイッチの役割をする１個のトランジスタとの２つの素子から構成されている。このようなＤＲＡＭセル構造の特徴である容量素子には、大別して２つのタイプがある。１つは、スタック容量セルであり、蓄積容量をトランジスタ上に配置して電極面積を大きくする。もう１つはトレンチ容量セルであり、蓄積容量をシリコン基板内部に形成する。
【０００４】
トレンチ容量セルは表面平坦性が良く、容量膜形成の酸化等の高温熱処理はトランジスタを形成する前に行うため、ロジックデバイスプロセスとの整合性が非常に良い。また、トレンチセルの場合はトレンチ形成工程が終了してからＭＯＳＦＥＴ形成プロセスが始まるため、ＭＯＳＦＥＴ形成プロセスがＤＲＡＭセル形成プロセスから影響を受けることが少ない。この点は、ＤＲＡＭ混載技術におけるトレンチセルの利点である。一方短所は、高誘電率膜を容量絶縁膜として使用できないので、蓄積容量値を大きくするためにより深いトレンチを形成する必要がある。また、セルトランジスタのソース・ドレインと蓄積電極の接続も微細化すると難しくなり、０．１８μｍ世代以降の加工は非常に難しくなるのでより深くトレンチを掘削することが求められている。このことをＤＴ（Ｄｅｅｐ  Ｔｒｅｎｃｈ：深溝）技術という。
【０００５】
従来のシリコン基板表面に形成される内蔵パワーＭＯＳＦＥＴでは基板表面の極狭い領域のみを使用しており、高電圧を制御する必要性から電極間隔縮小に限界があり、低オン抵抗化の妨げとなっていた。このＤＴ技術では、シリコン基板にトレンチ（溝）を形成しＭＯＳＦＥＴを立体的に形成することで、高電圧制御に必要な電極間隔を深さ方向に設け、数十Ｖの素子耐圧でデバイスピッチを縮小することができる。
【０００６】
このＤＴ（溝又は穴）の加工については、特にアスペクト比（溝又は穴の縦横の比）と断面形状が問題になる。この場合、アスペクト比は１０以上が望ましく、また断面形状については、滑らかな平面からなる側壁部を備え、この側壁部の傾斜角が略０度（垂直）で、且つ底部が半円形に窪んだ形状（ボトムラウンド）を呈しているのが理想的である。このようにＤＴではより高度かつ正確な異方性エッチングが求められている。ここで、ボトムラウンドが望まれる理由は、後の絶縁膜埋込み工程での処理が容易になるためである。また、側壁部の傾斜角は絶縁膜埋込み工程で堆積膜のカバレッジが悪くなる可能性があるので処理を容易にするためにテーパ角をつける場合もある。
【０００７】
このようなシリコンウエハに対するトレンチ加工技法の一種にプラズマエッチングによる方法があり、このプロセスにおいては、単結晶シリコン層に対して例えば窒化シリコン膜をマスクとして異方性プラズマエッチングを行っている。この場合、ハロゲンを含むエッチングガスである塩素（Ｃｌ2）ガスや臭化水素（ＨＢｒ）ガスに微量の酸素（Ｏ2）ガスを添加することで、Ｃｌ2やＨＢｒによるエッチング作用を得ているが、エッチング反応生成物であるＳｉＣｌx、ＳｉＢｒxがＯ2の供給により酸化してＳｉＯ2となり、これがエッチング部位の側壁に堆積することでエッチングに対する保護作用も得ている。
【０００８】
しかし単結晶シリコン層はエッチストップのための下地層が無いため、ウエハ中心付近とウエハ外縁とでエッチングレートが異なるとトレンチの深さについてウエハ面内での均一性が悪くなってしまう。特にウエハ外縁では反応生成物の堆積が多く、深さ方向のエッチングレートがエッチングの時間の経過と共に低下していくことが避けられない。何故ならトレンチが深くなるにつれて被エッチング部位の底部に届くラジカルの入射角度の範囲が狭くなり、ラジカルの密度が低下するためである。
【０００９】
一方シリコンウエハに対してプラズマエッチングを行うためには、実際には図６に示すように、載置台１１に載置されたシリコンウエハ１２の周囲を囲むようにフォーカスリングなどと呼ばれているリング部材１３が設けられている。このフォーカスリング１３は、例えば石英などの絶縁材からなり、シリコンウエハの周縁部付近のプラズマの形状を調整する役割を持っている。このフォーカスリング１３は、表面が一様に鏡面仕上げ加工されている。何故ならフォーカスリング１３の表面が荒れていると反応生成物が堆積し、この堆積物が舞い上がってウエハＷの裏面や側面に付着するからである。ここで本発明者は、ウエハ外縁部では反応生成物の堆積が多いことからトレンチの深さの面内均一性が悪いという要因と、フォーカスリングが鏡面加工されていることとが関連していることを突き止めた。
【００１０】
プラズマを用いてトレンチ加工する技術としては、特許文献１が知られている。この特許文献１には、ＨＢｒ（臭化水素）ガスを主成分とし、これにＳＦ6（六フッ化イオウ）ガス、ＳｉＦ4（四フッ化シリコン）ガスが加わり、更にＨｅ（ヘリウム）ガス、Ｏ2（酸素）ガスを添加して混合ガスとし、この混合ガスを処理ガスとして用い、シリコン酸化膜をマスクとしてシリコンにトレンチ加工することが記載されているが、上述の課題を解決できるものではない。
【００１１】
【特許文献１】特開平１１−１３５４８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、基板に対してプラズマによりエッチングして凹部例えばトレンチを形成するあたり、反応生成物の付着の程度をほどよく調整して、良好なエッチングを行うことのできるフォーカスリング、このフォーカスリングを用いたプラズマエッチング装置及びプラズマエッチング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明は、プラズマエッチングによりシリコンウエハ表面にトレンチ加工するにあたって、フォーカスリングを新しいものに交換した後、使用時間の長さによりエッチング速度の面内均一性に若干差異があり、特に使用開始の初期にはシリコンウエハの外縁部における深さ方向のエッチングレート（エッチング速度）が中央部よりも顕著に遅いことに着眼し、使用開始初期のフォーカスリングの表面を調べた結果に基づいてなされたものである。即ち、そのフォーカスリングの表面における内側寄りでは、ほとんど消耗していないのに対し、外側寄りでは消耗の程度が内側よりも大きかった。フォーカスリングは、既述のように表面が荒れていると反応生成物が付着し、この付着物の離脱によりシリコンウエハの側面や裏面にパーティクルが付着する要因になると考えられていたが、表面の各部位に着目しなければならないということが分かった。つまりフォーカスリングの外側寄りにおいて消耗の程度が大きく、その状態の方がシリコンウエハの中央部と外縁部との間のエッチングレートの差が小さいという事実は、シリコンウエハの側面や裏面へのパーティクル付着の要因がフォーカスリングの内側寄りの表面に付着する付着物であって、フォーカスリングの外側寄りの表面においては、むしろ荒れていて反応生成物を捕捉する方がその捕捉によりシリコンウエハの外縁部における反応生成物の堆積が抑えられ、当該外縁部のエッチングレートの低下を抑えることができるということである。本発明はこうした知見にもとづいてなされたものである。
【００１４】
具体的には本発明のフォーカスリングは、気密な処理容器内の載置台に載置された基板の表面に対してプラズマによりエッチングを行うプラズマエッチング装置に用いられ、前記基板の周囲を囲むように設けられたリング部材であるフォーカスリングにおいて、
表面における内側寄りには、当該領域にエッチング処理時の反応生成物が捕捉されない程度に平均表面粗さＲａが小さく仕上げ加工された第１の領域を有し、
前記第１の領域よりも外側には、当該領域に前記反応生成物が捕捉される程度に平均表面粗さＲａが大きく仕上げ加工された第２の領域を有することを特徴とする。
【００１５】
第１の領域が「エッチング処理時の反応生成物が捕捉されない程度に平均表面粗さＲａが小さく仕上げ加工された」とは、例えば鏡面加工されて平均表面粗さＲａが０．１以下程度の極めて平坦性が良い状態を意味する。どのように平坦性を良くしても、完全な平坦化は実現できないため、必ず微視的にみれば反応生成物の粒子は例えば分子レベル程度で付着するが、平坦性が良好で有ればその堆積の程度は極めて小さく、堆積物が剥がれて基板の例えば裏面や側面に舞い戻って付着してもパーティクルとして何ら問題が起こらない。第１の領域はこのような状態であることが必要であり、本発明者は、第１の領域の平均表面粗さＲａが０．１以下であれば、その後使用されてプラズマにより消耗されても、エッチング処理時の反応生成物が捕捉されない程度の状態を十分長い間維持できることを実験で掴んでいる。
【００１６】
また第２の領域が「反応生成物が捕捉される程度に平均表面粗さＲａが大きく仕上げ加工された」とは、次のような状態を指す。第１の領域よりも外側領域全体を第１の領域と同じような平滑度にすると、反応生成物が捕捉されず、このため基板の外縁部において反応生成物の堆積量が多くなり、エッチングの保護作用を過剰に果たす結果となって、凹部例えばトレンチのエッチングレートが遅くなって、基板中央部と外縁部との間で凹部の深さが不均一になる。しかし第２の領域を形成してその部位の平滑度を悪くしていくと、そこに反応生成物が捕捉される結果、凹部のエッチングレートが遅くなる程度が小さくなり、基板中央部と外縁部との間で凹部の深さの均一性が向上する。従ってこのような効果が得られる程度に表面が粗く仕上げられている状態であり、例えば砂ずり仕上げなどにより平均表面粗さＲａが３．２以下に加工された状態である。更に言い換えれば、フォーカスリングの内側寄りは例えば研磨されて平均表面粗さＲａが小さくなるように鏡面加工され、その外側には明らかに当該平均表面粗さＲａよりも大きい平均表面粗さＲａに仕上げられている状態は、この発明のフォーカスリングに相当するといえる。
【００１７】
そしてフォーカスリングは、使用したときにプラズマに曝されることにより消耗していくが、表面における消耗の程度は、内側領域よりも外側領域の方が大きい。このためフォーカスリングを装置に組み込んでプラズマに曝したときに消耗の程度が変わる部位を第１の領域と第２の領域との境界として設定することが望ましい。
【００１８】
他の発明は、気密な処理容器内の載置台に載置された基板の表面に対してプラズマによりエッチングを行うプラズマエッチング装置において、前記基板の周囲を囲むように、本発明のフォーカスリングを設けたことを特徴とする。そしてハロゲンを含むエッチングガスと酸素ガスとの混合ガスによりシリコン層をエッチングする場合には、エッチングにより生成されたハロゲン化シリコンが酸素と反応して二酸化シリコンが生成され、この反応生成物が凹部内に堆積されてエッチングの保護作用を果たすことから、本発明は、このようなプロセスには好適である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、フォーカスリングの表面全体の平滑性を高くするのではなく、表面の内側寄りに平均表面粗さＲａの小さい領域を形成して反応生成物の堆積を抑え、これにより基板の裏面や側面へのパーティクルの付着を低減させる一方、外側寄りに平均表面粗さＲａが大きい領域を形成して反応生成物を捕捉堆積させ、これにより基板の外縁部における反応生成物の堆積を抑えて当該外縁部におけるエッチングレートの低減を抑制するようにしている。従って基板に対するパーティクル汚染を抑えることができ、また基板の中央部と外縁部との間でのエッチングレートの均一性を高め、例えばエッチングにより形成される凹部の深さについて面内均一性の高い処理を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明に係るフォーカスリングを用いたプラズマエッチング装置の実施の形態として、マグネトロン方式の反応性イオンエッチング装置を例にとって説明する。図中２は例えばアルミニウムなどの導電性部材からなる気密な処理容器であり、この処理容器２は接地されている。また当該処理容器２には、エッチングを行うための処理ガスを導入するためのガス供給部であるガスシャワーヘッドを兼ねた上部電極３と、基板例えばシリコンウエハ（以下ウエハという）Ｗを載置するための下部電極を兼ねた載置台４とが互いに対向するようにして設けられている。
【００２１】
また処理容器２の底部には排気管２１が接続されており、この排気管２１には真空排気手段例えばターボ分子ポンプやドライポンプなどの真空ポンプ２２が接続されている。更に処理容器２の側壁には、開閉自在なゲートバルブ２３を備えた、ウエハＷの搬入又は搬出するための開口部２３ａが設けられている。
【００２２】
前記上部電極３の下面側には、ガス供給路３１例えば配管とバッファ室３１ａを介して連通する多数のガス拡散孔３２が穿設されており、前記載置台４上に載置されたウエハＷに向かって所定の処理ガスを噴射可能なように構成されている。前記ガス供給路３１は、その基端側がガス供給系３３に接続されており、このガス供給系３３は、処理ガスである例えばＨＢｒガス、ＮＦ3（三フッ化窒素）ガス及び酸素ガスの供給源、バルブや流量調整部などの供給制御機器などを備えている。また上部電極３には、整合器３４を介して高周波電力を供給するための高周波電源部３５が接続されている。なお上部電極３は処理容器２の側壁部分とは絶縁部材３６により絶縁されている。
【００２３】
前記載置台４は、導電性部材例えばアルミニウムなどから構成された本体部分４０とこの本体部分の上に設けられた静電チャック４１とを備えている。この静電チャック４１の内部には例えば箔状の電極４１ａが設けられており、この電極４１ａにはスイッチ４２を介して直流電源４３が接続され、直流電圧（チャック電圧）を印加することで静電力によりウエハＷが静電チャック４１の表面に静電吸着されることとなる。本体部分４０内には図示していないが温調を行うための温調手段が設けられており、この温調手段の温調作用とプラズマからの熱とによりウエハＷが予め設定した温度に維持されることになる。
【００２４】
また静電チャック４１の表面には、載置台４とウエハＷとの間に形成されたわずかな隙間の伝熱効率を高めるための伝熱用ガス例えばヘリウムガス（Ｈｅ）をウエハＷの裏面に向かって噴射し、中央部から外に伝熱用ガスを広げるための多数の噴射口４４が穿設されている。これら噴射口４４は載置台４内を通過する伝熱用ガス供給路４５を介して伝熱用ガス供給部４６に連通している。また前記載置台４には、整合器４７を介してバイアス用の電力を印加する高周波電源部４８が接続されている。なお載置台４の内部には、図示しない搬送アームに対してウエハＷの受け渡しを行うことが可能な図示しない昇降ピンが設けられている。
【００２５】
また静電チャック４１の周囲には、当該静電チャック４１に吸着保持されたウエハＷの周囲を囲むように絶縁材例えば石英からなる例えばリング幅Ｌが約６４ｍｍのフォーカスリング５が設けられている。載置台４の本体部分４０の上部には、組み立て体のネジなどを保護するための絶縁性の保護リング４９が設けられており、フォーカスリング５は、この保護リング４９及び本体部分４０に跨ってこれらの上に設けられていると共に、内縁に段部が形成されていて、載置台４よりも外側に突出しているウエハ周縁部位の下側に食い込んだ形状に構成されている。
【００２６】
そしてこのフォーカスリング５は、内縁から径方向外側に例えば３２ｍｍ離れたポイントＰを境界としてそれよりも内側領域及び外側領域を夫々第１の領域ｆ１及び第２の領域ｆ２とし、次のように表面が仕上げられている。第１の領域ｆ１は
エッチング処理時の反応生成物例えばシリコンと酸素との化合物が捕捉されない程度に平均表面粗さＲａが小さく仕上げ加工され、また第２の領域ｆ２は、反応生成物が捕捉される程度に平均表面粗さＲａが大きく仕上げ加工されている。これらの意味については既に「課題を解決するための手段」の項目にて詳述した通りであり、具体的には第１の領域ｆ１は例えばポリッシングにより平均表面粗さＲａが例えば０．１に加工され、また第２の領域ｆ２は例えば砂ずり仕上げにより平均表面粗さＲａが３．２以下例えば１．６に加工されている。既述のように第１の領域ｆ１の平均表面粗さＲａが０．１以下であれば、その後使用されてプラズマにより消耗されても、エッチング処理時の反応生成物が捕捉されない程度の状態を十分長い間維持できる。第２の領域ｆ２については、平均表面粗さＲａがあまり大きくなるとかなり大きな粒子も付着し、デポ付着（反応生成物の付着）が多すぎて均一性が悪くなるため、３．２を越えないことが好ましい。
【００２７】
既述のように本発明は、表面全体を鏡面仕上げしたフォーカスリング５を用い、長時間プラズマエッチングを行って表面を調べたところ、内側からある距離だけ離れた部位から急激に平均表面粗さＲａが大きくなっており、その状態ではウエハＷの外縁部のエッチングレートの落ち込みの程度が小さいという事実に着目したものであることから、平均表面粗さＲａが急激に大きくなるポイントを第１の領域ｆ１と第２の領域ｆ２との境界として、初めからそのような表面状態を作り出しておくことが好ましい。
【００２８】
図１に戻って、他の部位に関して記載しておくと、処理容器２の内壁には、反応生成物が当該内壁面に付着するのを防止するためにデポシールドなどと呼ばれている例えば石英などからなる保護筒６１が設けられ、また載置台４の側面にも反応生成物の付着を防止するカバー体６２が設けられている。６３はバッフル板であり、真空排気の均一化を図るものである。更に処理容器２の外周側には、処理雰囲気に所定の磁場を形成するために例えば多数の永久磁石をリング状に配列してなるからなる磁石部６４、６５が上下に設けられている。
【００２９】
次に上述のプラズマ処理装置を用いて基板例えばウエハＷの表面をプラズマ処理する手順について以下に説明する。先ずゲートバルブ２３を開放し、基板であるウエハＷを図示しない搬送アームにより処理容器２内に搬入し、載置台４の表面に図示しない昇降ピンの作用によりウエハＷを載置すると共にゲートバルブ２３を閉じ、所定の圧力に維持しながらエッチングガスである例えばＨＢｒガス及びＮＦ3ガスと微量のＯ2ガスとを上部電極３であるガスシャワーヘッドから処理容器２内に供給する。このとき処理容器２内に供給されたエッチングガスは、ウエハＷの表面に沿って径方向外方に向かって流れ、載置台４の周囲から排気される。
【００３０】
続いて静電チャック４１にチャック電圧を印加しウエハＷを静電吸着した後、伝熱用ガスであるＨｅガスをウエハＷの裏面側に供給する。しかる後、高周波電源部３５オンにして上部電極３及び載置台である下部電極４との間に高周波電圧を印加してエッチングガスをプラズマ化すると共に、高周波電源部４８をオンにしてバイアス用の電力がウエハＷに印加されることでプラズマ中の活性種がウエハＷに高い垂直性をもって衝突する。そしてフォーカスリング５の作用によりプラズマの広がりが抑えられウエハＷの外縁部の活性種の濃度が小さくならないようになっている。
【００３１】
図３（ａ）は、処理対象となっている基板であるウエハＷの表面部であり、単結晶のシリコン層７１の上に、後工程のＣＭＰ（化学的機械的研磨）工程時のストッパのためのシリコン窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4膜）７２及びエッチング時のマスク（ハードマスク）であるＢＳＧ膜（ボロンドープ非結晶酸化シリコン膜）７３がこの順に積層されている。この表面部がプラズマに曝されることで、シリコン層７１がエッチングされていく。またウエハＷはプラズマから入熱されるが、載置台４は図示しない冷却手段により冷却されていてそのバランスにより、設定温度に維持されることになる。そしてシリコン層７１のエッチングは、ＨＢｒガス及びＮＦ3ガスにより切削されていくと共に、その反応生成物であるＳｉＣｌx、ＳｉＢｒxがＯ2により酸化されてＳｉＯ2などの酸化物となって被エッチング部位である凹部内に付着し、これにより側壁面が保護されて横方向のエッチングが抑えられながら深さ方向にエッチングが進んでいく。図３（ｂ）はシリコン層７１がエッチングされてトレンチ７４が形成された状態を示しており、トレンチ７４は例えば深さ７．５μｍ、アスペクト比が４．０である。
【００３２】
また処理条件の一例を挙げると、処理容器２内の圧力は２．６６Ｐａ（２００ｍTorr）、高周波電源部３５のパワーは２１００Ｗ、高周波電源部４８のパワーは９００Ｗ、ウエハＷの温度は８０℃、ＨＢｒガス、ＮＦ3ガス及びＯ2ガスの流量は３００／３２／１８ｓｃｃｍに設定される。
【００３３】
ここでエッチングにより生成された反応生成物は、ウエハＷの表面から舞い上がって外部に流れるが、フォーカスリング５の第２の領域ｆ２は表面が粗いので当該領域ｆ２に反応生成物の一部が捕捉され堆積される。図４（ａ）はこのような状態のイメージを示すものであり、反応生成物の粒子１００を誇張して描いてある。ウエハＷの外縁部及びフォーカスリング５の表面付近は、反応生成物が舞っていて、両者の間を反応生成物の一部が往き来していると考えられる。このためフォーカスリング５により反応生成物が捕捉されることにより、概略的に言えばその分だけウエハＷの外縁部における被エッチング部位に付着する反応生成物が少なくなる。
【００３４】
これに対して図４（ｂ）は、フォーカスリング５の表面全体を鏡面仕上げとして高い平滑性に形成した場合を示し、表面に飛来した反応生成物は捕捉されずに舞い上がり、その一部がウエハＷの外縁部に舞い戻って行く。ウエハＷの外縁部においては、元々反応生成物の付着量が多く、エッチングの保護作用が強すぎる傾向にあることから、この実施の形態ではフォーカスリング５の捕捉作用により保護作用が緩和され、結果としてエッチングレートの低下が抑制され、ウエハＷの中央部と外縁部との間におけるトレンチの深さの不均一性が緩和され、面内均一性の向上が図れる。なお処理容器２の内部は定期的にクリーニングされ、フォーカスリング５に堆積されている反応生成物は除去され、堆積物の剥がれによるパーティクルの発生を防止している。
【００３５】
更にまたフォーカスリング５の内側よりの第１の領域ｆ１は平滑度が高いので反応生成物が実質付着せず、このためウエハＷの外縁近傍に反応生成物が堆積してそれが舞い戻ってウエハＷの裏面や側面に付着しパーティクル汚染となる現象が抑えられる。
【００３６】
上述の実施の形態によれば、フォーカスリング５の表面において、内側寄りの第１の領域ｆ１の平坦性を高くして反応生成物が堆積しないようにし、その外側の第２の領域ｆ２については粗くして反応生成物を捕捉堆積するようにしているので、上述のようにウエハＷのパーティクル汚染を抑えかつウエハＷの外縁部のエッチレートの低下が抑制されてエッチング処理について高い面内均一性を得ることができる。
【００３７】
本発明では、エッチングの対象としてシリコン層にトレンチを形成する処理に限らず、絶縁膜中に配線層を形成するための凹部を形成する場合にも適用できる。この場合には、ウエハＷの外縁部において反応生成物の堆積が低減されるので、反応生成物による過剰な保護作用を抑制し、エッチング形状を悪化させることを抑えられる。そしてフォーカスリングの材質としては、絶縁材に限られず、プラズマを広げるために導電体あるいは半導体を用いてもよい。更にまたエッチングガスとしては上述のガスに限られるものではなく、酸素ガスを添加しない場合でも、反応生成物が発生するエッチングに対して適用できる。
【実施例】
【００３８】
続いて本発明の効果を確認するために行った実施例について説明する。上述の実施の形態にて述べたフォーカスリング５について、表面全体を鏡面仕上げにして平均表面粗さＲａを０．０５とし、これを図１のプラズマエッチング装置に装着し、図３（ａ）に記載した表面部を有するウエハＷついて上述の実施の形態の処理条件で１８００枚処理して各々トレンチを形成し、合計のエッチング処理時間が３０時間になったところでフォーカスリング５を取り外してその表面を調べた。その結果、
フォーカスリング５の内縁から径方向外側５ｍｍまでの領域Ｓ0は平均表面粗さＲａが０．８であり、
フォーカスリング５の前記領域Ｓ0から外側３２ｍｍまでの領域Ｓ1は平均表面粗さＲａが０．１５であり、
フォーカスリング５の前記領域Ｓ1から外側６０ｍｍまでの領域Ｓ2は平均表面粗さＲａが０．３６であった。
【００３９】
図５（ａ）〜（ｃ）は夫々領域Ｓ0、Ｓ1、Ｓ2の表面の高さを測定したデータである。フォーカスリング５における内縁付近はプラズマ密度（活性種の密度）が高いため、激しい消耗を避けることができないが、内縁から少し離れた領域Ｓ1においては平均表面粗さＲａが０．１５とあまり消耗していないことが分かる。そしてフォーカスリング５の外側寄りの領域Ｓ2は再び消耗の程度が大きくなっている。このように内側寄りの領域Ｓ1に比べて外側寄りの領域Ｓ2の方が消耗の程度が大きい理由は、プラズマの流速が早いことから新鮮な活性種が多いためであると考えられる。
【００４０】
一方エッチングの状態を検査すると、初期の頃のウエハＷについては、中央部に比べて外縁部のエッチレートは３９．５ｎｍ／分だけ小さくなっているが、３０時間経過後におけるウエハＷについては、中央部に比べて外縁部のエッチレートは３５．６ｎｍ／分だけ小さくなっており、エッチレートの均一性が向上している。前記領域Ｓ1の平均表面粗さＲａは０．１５であって、この状態はかなり平滑性が高く、反応生成物を捕捉堆積できないが、その外側寄りの領域Ｓ2の平均表面粗さＲａは０．３６であって、この状態においては、反応生成物を捕捉堆積できる。
【００４１】
従ってフォーカスリング５の表面において内側寄りに平均表面粗さＲａが小さい領域を形成し、外側寄りに平均表面粗さＲａが大きい領域を形成することが有効であることが理解される。そして例えばフォーカスリング５の製造時に内側寄りの領域Ｓ0及びＳ1の平均表面粗さＲａを例えば０．１以下としておけば、例えば４００時間装置を使用しても、反応生成物が堆積されてウエハＷ側に舞い戻る作用が抑えられる状態を維持できる。また外側寄りの領域Ｓ2の平均表面粗さＲａを例えば０．３６に加工しておけば、使用開始時から反応生成物を堆積捕捉する作用が得られ、その結果面内均一性の良好な処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態に係るプラズマエッチング装置を示す縦断側面図である。
【図２】上記プラズマエッチング装置の載置台の周縁部及びフォーカスリングを示す縦断側面図である。
【図３】上記プラズマエッチング装置によりエッチングされる前の基板表面及びトレンチが形成された基板表面を示す説明図である。
【図４】本発明のフォーカスリングと従来のフォーカスリングとにおける堆積物の付着及び離脱の様子をイメージとして示す説明図である。
【図５】本発明の効果を確認するために行った実施例にかかるフォーカスリングの表面の凹凸状態の測定結果を示す説明図である。
【図６】従来のプラズマエッチング装置における載置台及びフォーカスリングを示す縦断側面図である。
【符号の説明】
【００４３】
Ｗ        ウエハ
２        処理容器
２１      排気管  
２３      ゲートバルブ
３        上部電極
３２      ガス噴射孔  
３３      ガス供給系
３５      高周波電源部
４        載置台
４０      本体部分
４１      静電チャック
４６      伝熱用ガスの供給源
４８      高周波電源部
５        フォーカスリング
ｆ１      第１の領域
ｆ２      第２の領域
【図１】
2006140423.tif 000003
【図２】
2006140423.tif 000004
【図３】
2006140423.tif 000005
【図４】
2006140423.tif 000006
【図５】
2006140423.tif 000007
【図６】
2006140423.tif 000008