(57)【要約】【課題】複雑な制御を伴うことなく被処理体の汚染を抑制する。【解決手段】プラズマ処理装置は、処理容器と、処理容器の内部に設けられ、被処理体が載置される載置台と、被処理体を囲むように載置台上に設けられたフォーカスリングと、フォーカスリングの外周面を囲むように配置され、上面が、フォーカスリングの中心軸から径方向に沿って、非傾斜面と、フォーカスリングの中心軸から離れるに従って非傾斜面よりも下方に傾斜し、かつ、非傾斜面よりも粗さが小さい傾斜面とを含む環状部材とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器と、
前記処理容器の内部に設けられ、被処理体が載置される載置台と、
前記被処理体を囲むように前記載置台上に設けられたフォーカスリングと、
前記フォーカスリングの外周面を囲むように配置され、上面が、前記フォーカスリングの中心軸から径方向に沿って、非傾斜面と、前記フォーカスリングの中心軸から離れるに従って前記非傾斜面よりも下方に傾斜し、かつ、前記非傾斜面よりも粗さが小さい傾斜面とを含む環状部材と
を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記傾斜面の粗さは、０．５μｍ以上６．３μｍ以下であ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。
【請求項３】
前記非傾斜面と前記傾斜面との境界の位置は、前記環状部材の上面において、前記フォーカスリングの外周面から前記フォーカスリングの径方向に５ｍｍ以上離れた位置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装置。
【請求項４】
前記非傾斜面と前記傾斜面との境界の位置は、前記フォーカスリングの周方向に沿って、変化することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記傾斜面の前記フォーカスリングの中心軸に対する角度は、前記フォーカスリングの中心軸に沿う平面によって前記環状部材を切断した場合の断面において、１０度以上７５度以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記傾斜面は、前記フォーカスリングの中心軸から離れるに従って前記非傾斜面よりも下方に段階的に傾斜する複数の傾斜面を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記環状部材は、絶縁体により形成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記環状部材は、前記環状部材の上面に、前記フォーカスリングの中心軸に沿う方向から見て放射状に延びるスリットを有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記被処理体がプラズマ処理される際に前記環状部材の上面に付着する反応生成物は、Ｙ、Ａｌ及びＳｉを含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の種々の側面及び実施形態は、プラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
成膜やエッチング等のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置では、処理容器の内部に配置された載置台に被処理体を載置する。載置台には、被処理体を囲むようにフォーカスリングが設けられる。また、フォーカスリングの周囲には、フォーカスリングを周囲から絶縁するために、絶縁体により形成された環状部材が設けられることがある。この環状部材の上面は、フォーカスリングの上方のプラズマ分布の均一性を維持する観点から、水平面であることが一般的である。
【０００３】
ところで、プラズマ処理装置においては、被処理体がプラズマ処理される際に環状部材の上面に反応生成物が付着してしまう。環状部材の上面に多量の反応生成物が付着すると、プラズマ中の粒子が反応生成物に衝突して反応生成物の表面が削れ、反応生成物に含まれる重金属が処理容器内にパーティクルとして飛散する。これにより、飛散したパーティクルが被処理体に付着し、被処理体が汚染される場合がある。したがって、被処理体の汚染を抑制するためには、処理容器内に飛散するパーティクルを抑制することが有効である。
【０００４】
そこで、被処理体の汚染を抑制するために、処理容器内に飛散するパーティクルを除去する技術が検討されている。例えば、載置台に印加される電力と、載置台に対向する電極に印加される直流電力とを所定の条件の下で調整することによって、電界に基づく力をパーティクルに作用させ、基板上を漂うパーティクルを取り除く技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１０２２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来技術は、載置台に印加される電力と、載置台に対向する電極に印加される直流電力とを調整する際に、複雑な制御を伴う。このため、複雑な制御を伴うことなく被処理体の汚染を抑制することが期待されている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
開示するプラズマ処理装置は、１つの実施態様において、処理容器と、前記処理容器の内部に設けられ、被処理体が載置される載置台と、前記被処理体を囲むように前記載置台上に設けられたフォーカスリングと、前記フォーカスリングの外周面を囲むように配置され、上面が、前記フォーカスリングの中心軸から径方向に沿って、非傾斜面と、前記フォーカスリングの中心軸から離れるに従って前記非傾斜面よりも下方に傾斜し、かつ、前記非傾斜面よりも粗さが小さい傾斜面とを含む環状部材とを有する。
【発明の効果】
【０００８】
開示するプラズマ処理装置の１つの態様によれば、複雑な制御を伴うことなく被処理体の汚染を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す概略断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、一実施形態における環状部材の構成を示す上面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２ＡのＩ−Ｉ線における断面図である。
【図３】図３は、傾斜面のフォーカスリングの中心軸に対する角度と、傾斜面に付着した反応生成物に含まれる重金属の量との関係の実験結果の一例を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、変形例１における環状部材の構成を示す上面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４ＡのＩ−Ｉ線における断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、変形例２における環状部材の構成を示す上面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５ＡのＩ−Ｉ線における断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、変形例３における環状部材の構成を示す上面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６ＡのＩ−Ｉ線における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本願の開示するプラズマ処理装置の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を付すこととする。
【００１１】
図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す概略断面図である。プラズマ処理装置は、気密に構成され、電気的に接地電位とされた処理容器１を有している。この処理容器１は、円筒状とされ、例えばアルミニウム等から構成されている。処理容器１は、プラズマが生成される処理空間を画成する。処理容器１内には、被処理体（work-piece）である半導体ウェハ（以下、単に「ウェハ」という。）Ｗを水平に支持する載置台２が設けられている。載置台２は、基材（ベース）２ａ及び静電チャック６を含んで構成されている。基材２ａは、導電性の金属、例えばアルミニウム等で構成されており、下部電極としての機能を有する。静電チャック６は、ウェハＷを静電吸着するための機能を有する。載置台２は、絶縁板３を介して処理容器１の底部に取り付けられた導体の支持台４によって支持されている。また、載置台２の上方の外周には、例えば単結晶シリコンで形成されたフォーカスリング５が設けられている。さらに、載置台２及び支持台４の周囲を囲むように、例えば石英等からなる円筒状の内壁部材３ａが設けられている。また、内壁部材３ａの上端には、フォーカスリング５の外周面を囲むように環状部材３１が設けられる。環状部材３１は、絶縁体により形成されている。絶縁体は、例えば、石英、アルミナ及びイットリアの少なくともいずれか一つである。なお、環状部材３１と内壁部材３ａとは、同一の絶縁体により一体的に形成されても良い。
【００１２】
基材２ａには、第１の整合器１１ａを介して第１のＲＦ電源１０ａが接続され、また、第２の整合器１１ｂを介して第２のＲＦ電源１０ｂが接続されている。第１のＲＦ電源１０ａは、プラズマ発生用のものであり、この第１のＲＦ電源１０ａからは所定の周波数の高周波電力が載置台２の基材２ａに供給されるように構成されている。また、第２のＲＦ電源１０ｂは、イオン引き込み用（バイアス用）のものであり、この第２のＲＦ電源１０ｂからは第１のＲＦ電源１０ａより低い所定周波数の高周波電力が載置台２の基材２ａに供給されるように構成されている。このように、載置台２は電圧印加可能に構成されている。一方、載置台２の上方には、載置台２と平行に対向するように、上部電極としての機能を有するシャワーヘッド１６が設けられており、シャワーヘッド１６と載置台２は、一対の電極（上部電極と下部電極）として機能する。
【００１３】
静電チャック６は、絶縁体６ｂの間に電極６ａを介在させて構成されており、電極６ａには直流電源１２が接続されている。そして電極６ａに直流電源１２から直流電圧が印加されることにより、クーロン力によってウェハＷが吸着されるよう構成されている。
【００１４】
載置台２の内部には、冷媒流路２ｄが形成されており、冷媒流路２ｄには、冷媒入口配管２ｂ、冷媒出口配管２ｃが接続されている。そして、冷媒流路２ｄの中に適宜の冷媒、例えば冷却水等を循環させることによって、載置台２を所定の温度に制御可能に構成されている。また、載置台２等を貫通するように、ウェハＷの裏面にヘリウムガス等の冷熱伝達用ガス（バックサイドガス）を供給するためのガス供給管３０が設けられており、ガス供給管３０は、図示しないガス供給源に接続されている。これらの構成によって、載置台２の上面に静電チャック６によって吸着保持されたウェハＷを、所定の温度に制御する。
【００１５】
載置台２には、複数、例えば３つのピン用貫通孔２００が設けられており（図１には１つのみ示す。）、これらのピン用貫通孔２００の内部には、夫々リフターピン６１が配設されている。リフターピン６１は、駆動機構６２に接続されており、駆動機構６２により上下動される。
【００１６】
上記したシャワーヘッド１６は、処理容器１の天壁部分に設けられている。シャワーヘッド１６は、本体部１６ａと電極板をなす上部天板１６ｂとを備えており、絶縁性部材９５を介して処理容器１の上部に支持される。本体部１６ａは、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなり、その下部に上部天板１６ｂを着脱自在に支持できるように構成されている。
【００１７】
本体部１６ａの内部には、ガス拡散室１６ｃが設けられ、このガス拡散室１６ｃの下部に位置するように、本体部１６ａの底部には、多数のガス通流孔１６ｄが形成されている。また、上部天板１６ｂには、当該上部天板１６ｂを厚さ方向に貫通するようにガス導入孔１６ｅが、上記したガス通流孔１６ｄと重なるように設けられている。このような構成により、ガス拡散室１６ｃに供給された処理ガスは、ガス通流孔１６ｄ及びガス導入孔１６ｅを介して処理容器１内にシャワー状に分散されて供給される。
【００１８】
本体部１６ａには、ガス拡散室１６ｃへ処理ガスを導入するためのガス導入口１６ｇが形成されている。このガス導入口１６ｇにはガス供給配管１５ａが接続されており、このガス供給配管１５ａの他端には、処理ガスを供給する処理ガス供給源（ガス供給部）１５が接続される。ガス供給配管１５ａには、上流側から順にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１５ｂ、及び開閉弁Ｖ２が設けられている。そして、処理ガス供給源１５からプラズマエッチングのための処理ガスが、ガス供給配管１５ａを介してガス拡散室１６ｃに供給され、このガス拡散室１６ｃから、ガス通流孔１６ｄ及びガス導入孔１６ｅを介して処理容器１内にシャワー状に分散されて供給される。
【００１９】
上記した上部電極としてのシャワーヘッド１６には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７１を介して可変直流電源７２が電気的に接続されている。この可変直流電源７２は、オン・オフスイッチ７３により給電のオン・オフが可能に構成されている。可変直流電源７２の電流・電圧ならびにオン・オフスイッチ７３のオン・オフは、後述する制御部９０によって制御される。なお、後述のように、第１のＲＦ電源１０ａ、第２のＲＦ電源１０ｂから高周波が載置台２に印加されて処理空間にプラズマが発生する際には、必要に応じて制御部９０によりオン・オフスイッチ７３がオンとされ、上部電極としてのシャワーヘッド１６に所定の直流電圧が印加される。
【００２０】
処理容器１の側壁からシャワーヘッド１６の高さ位置よりも上方に延びるように円筒状の接地導体１ａが設けられている。この円筒状の接地導体１ａは、その上部に天壁を有している。
【００２１】
処理容器１の底部には、排気口８１が形成されており、この排気口８１には、排気管８２を介して第１排気装置８３が接続されている。第１排気装置８３は、真空ポンプを有しており、この真空ポンプを作動させることにより処理容器１内を所定の真空度まで減圧することができるように構成されている。一方、処理容器１内の側壁には、ウェハＷの搬入出口８４が設けられており、この搬入出口８４には、当該搬入出口８４を開閉するゲートバルブ８５が設けられている。
【００２２】
処理容器１の側部内側には、内壁面に沿ってデポシールド８６が設けられている。デポシールド８６は、処理容器１にエッチング副生成物（デポ）が付着することを防止する。このデポシールド８６のウェハＷと略同じ高さ位置には、グランドに対する電位が制御可能に接続された導電性部材（ＧＮＤブロック）８９が設けられており、これにより異常放電が防止される。また、デポシールド８６の下端部には、内壁部材３ａに沿って延在するデポシールド８７が設けられている。デポシールド８６，８７は、着脱自在とされている。
【００２３】
上記構成のプラズマ処理装置は、制御部９０によって、その動作が統括的に制御される。この制御部９０には、ＣＰＵを備えプラズマ処理装置の各部を制御するプロセスコントローラ９１と、ユーザインターフェース９２と、記憶部９３とが設けられている。
【００２４】
ユーザインターフェース９２は、工程管理者がプラズマ処理装置を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、プラズマ処理装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成されている。
【００２５】
記憶部９３には、プラズマ処理装置で実行される各種処理をプロセスコントローラ９１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウェア）や処理条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。そして、必要に応じて、ユーザインターフェース９２からの指示等にて任意のレシピを記憶部９３から呼び出してプロセスコントローラ９１に実行させることで、プロセスコントローラ９１の制御下で、プラズマ処理装置での所望の処理が行われる。また、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータで読取り可能なコンピュータ記憶媒体（例えば、ハードディスク、ＣＤ、フレキシブルディスク、半導体メモリ等）などに格納された状態のものを利用したり、又は、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで使用したりすることも可能である。
【００２６】
次に、図１に示した環状部材３１についてさらに詳細に説明する。図２Ａは、一実施形態における環状部材３１の構成を示す上面図である。図２Ｂは、図２ＡのＩ−Ｉ線における断面図である。なお、図２Ａ及び図２Ｂにおいて、軸線Ｃは、環状部材３１の中心軸である。以下では、環状部材３１の中心軸と、フォーカスリング５の中心軸とが一致するものとして、説明を行う。
【００２７】
上述したように、環状部材３１は、フォーカスリング５の外周面を囲むように配置される。環状部材３１の上面は、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、フォーカスリング５の中心軸（つまり、軸線Ｃ）から径方向に沿って、非傾斜面３１ａと、傾斜面３１ｂとを含む。非傾斜面３１ａは、ウェハＷの表面と概ね平行となるように形成される。傾斜面３１ｂは、軸線Ｃから離れるに従って非傾斜面３１ａよりも下方に傾斜し、かつ、非傾斜面３１ａよりも粗さが小さい。
【００２８】
傾斜面３１ｂは、傾斜面３１ｂの粗さが非傾斜面３１ａの粗さよりも小さくなるように、加工されている。傾斜面３１ｂの粗さ（例えば、算術平均粗さＲａ）は、０．５μｍ以上６．３μｍ以下であり、好ましくは、０．８μｍ以上３．２μｍ以下である。
【００２９】
ここで、プラズマ処理装置においては、ウェハＷがプラズマ処理される際に環状部材３１の上面に反応生成物が付着する。環状部材３１の上面に付着する反応生成物は、例えば、Ｙ、Ａｌ及びＳｉを含む。環状部材３１の上面に過剰な反応生成物が付着すると、プラズマ中の粒子が反応生成物に衝突して反応生成物の表面が削れ、反応生成物に含まれる重金属（例えば、Ｙ）が処理容器１内にパーティクルとして飛散する。これにより、飛散したパーティクルがウェハＷに付着し、ウェハＷが汚染される場合がある。
【００３０】
このような事態を回避するため、本実施例のプラズマ処理装置では、環状部材３１の上面に、軸線Ｃから離れるに従って非傾斜面３１ａよりも下方に傾斜し、かつ、非傾斜面３１ａよりも粗さが小さい傾斜面３１ｂが設けられる。これにより、適度な量の重金属を含む反応生成物が傾斜面３１ｂに付着する。そのため、処理容器１内にパーティクルとして飛散してウェハＷに付着する重金属の量を低減することができる。結果として、ウェハＷの汚染を抑制することができる。
【００３１】
また、非傾斜面３１ａと傾斜面３１ｂとの境界３１ｃの位置は、環状部材３１の上面において、フォーカスリング５の外周面からフォーカスリング５の径方向に５ｍｍ以上離れた位置である。さらに、傾斜面３１ｂのフォーカスリング５の中心軸（つまり、軸線Ｃ）に対する角度θは、軸線Ｃに沿う平面によって環状部材３１を切断した場合の断面（つまり、図２Ｂに示された断面）において、１０度以上７５度以下である。
【００３２】
図３は、傾斜面３１ｂのフォーカスリング５の中心軸に対する角度θと、傾斜面３１ｂに付着した反応生成物に含まれる重金属の量との関係の実験結果の一例を示す図である。一実施形態に係るプラズマ処理装置では、非傾斜面３１ａと傾斜面３１ｂとの境界３１ｃの位置が、環状部材３１の上面において、フォーカスリング５の外周面からフォーカスリング５の径方向に１０ｍｍだけ離れた位置である。また、図３において、「Ｆｌａｔ＿Ｙ」は、傾斜面３１ｂのフォーカスリング５の中心軸に対する角度θが９０度であることを表し、「Ｓｔｅｐ＿Ｙ」は、角度θが０度であることを表し、「Ｔａｐｅｒ＿Ｙ」は、角度θが６８．５度であることを表す。
【００３３】
また、図３において、横軸は、フォーカスリング５の外周面を基準（０ｍｍ）として、フォーカスリング５の外周面から環状部材３１の上面に沿ってフォーカスリング５の径方向に進んだ場合の位置［ｍｍ］を示す。また、図３において、縦軸は、傾斜面３１ｂに付着した反応生成物に含まれる重金属であるＹの質量濃度［％］を示す。
【００３４】
図３に示した実験結果を参照すると、角度θが６８．５度よりも大きい９０度に設定された場合、又は角度θが６８．５度よりも小さい０度に設定された場合には、傾斜面３１ｂに付着した反応生成物に含まれるＹが増加した。これに対して、角度θが６８．５度に設定された場合には、傾斜面３１ｂに付着した反応生成物に含まれるＹが減少した。
【００３５】
発明者は、図３に示した実験結果を基に鋭意検討を重ねた結果、角度θが１０度以上７５度以下であれば、適度な量のＹを含む反応生成物が傾斜面３１ｂに付着することが分かった。言い換えると、角度θが１０度未満である場合、又は、角度θが７５度よりも大きい場合には、過剰な量のＹを含む反応生成物が傾斜面３１ｂに付着することが分かった。
【００３６】
そこで、一実施形態では、角度θを１０度以上７５度以下に設定する。これにより、適度な量の重金属を含む反応生成物が傾斜面３１ｂに付着する。そのため、処理容器１内にパーティクルとして飛散してウェハＷに付着する重金属の量を低減することができる。結果として、ウェハＷの汚染を抑制することができる。
【００３７】
以上、一実施形態によれば、環状部材３１の上面に、軸線Ｃから離れるに従って非傾斜面３１ａよりも下方に傾斜し、かつ、非傾斜面３１ａよりも粗さが小さい傾斜面３１ｂが設けられる。これにより、適度な量の重金属を含む反応生成物が傾斜面３１ｂに付着する。そのため、処理容器１内にパーティクルとして飛散してウェハＷに付着する重金属の量を低減することができる。結果として、複雑な制御を伴うことなくウェハＷの汚染を抑制することができる。
【００３８】
なお、開示の技術は、上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
【００３９】
上記実施形態では、非傾斜面３１ａと傾斜面３１ｂとの境界３１ｃの位置が、環状部材３１の上面において、フォーカスリング５の外周面からフォーカスリング５の径方向に１０ｍｍだけ離れた位置に固定されるが、開示の技術はこれに限られない。図４Ａは、変形例１における環状部材３１の構成を示す上面図である。図４Ｂは、図４ＡのＩ−Ｉ線における断面図である。例えば、非傾斜面３１ａと傾斜面３１ｂとの境界３１ｃの位置は、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、フォーカスリング５の周方向（つまり、環状部材３１の周方向）に沿って、変化してもよい。この場合、境界３１ｃと、フォーカスリング５の中心軸（つまり、軸線Ｃ）との間の距離は、軸線Ｃに沿う平面によって環状部材３１を切断した場合の断面（つまり、図４Ｂに示された断面）において、Ｌ１又はＬ２となる。
【００４０】
また、上記実施形態では、傾斜面３１ｂは、１つの傾斜面であるが、開示の技術はこれに限られない。図５Ａは、変形例２における環状部材３１の構成を示す上面図である。図５Ｂは、図５ＡのＩ−Ｉ線における断面図である。例えば、傾斜面３１ｂは、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、フォーカスリング５の中心軸（つまり、軸線Ｃ）から離れるに従って非傾斜面３１ａよりも下方に段階的に傾斜する２つの傾斜面３１ｂ−１，３１ｂ−２を有しても良い。なお、ここでは、段階的に傾斜する複数の傾斜面の数が、２であるものとしたが、傾斜面３１ｂは、段階的に傾斜する３以上の傾斜面を有してもよい。
【００４１】
また、環状部材３１は、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、環状部材３１の上面にスリット３１ｄを有してもよい。図６Ａは、変形例３における環状部材３１の構成を示す上面図である。図６Ｂは、図６ＡのＩ−Ｉ線における断面図である。スリット３１ｄは、フォーカスリング５の中心軸（つまり、軸線Ｃ）に沿う方向から見て放射状に延びる。これにより、環状部材３１の上面において、傾斜面３１ｂに付着しない反応生成物をスリット３１ｄを介して環状部材３１の外側へ排出することが可能となる。
【符号の説明】
【００４２】
１  処理容器
２  載置台
５  フォーカスリング
３１  環状部材
３１ａ  非傾斜面
３１ｂ  傾斜面
３１ｃ  境界
３１ｄ  スリット
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
2018129386.tif 000009
【図５Ｂ】
2018129386.tif 000010
【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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