(57)【要約】【課題】フォーカスリングの消耗に伴うチルティング変動の進行を抑えること。【解決手段】プラズマ処理装置は、被処理体をプラズマ処理するためのチャンバと、チャンバの内部に設けられ、被処理体が載置される載置面を有する載置台と、載置面に載置された被処理体を囲むように載置台に設けられたフォーカスリングであって、載置面よりも低い第１の平坦部と、第１の平坦部よりも高く、かつ、被処理体の被処理面よりも高くない第２の平坦部と、第２の平坦部及び被処理体の被処理面よりも高い第３の平坦部とが内周側から外周側へ向けて順に形成されたフォーカスリングとを備えた。【選択図】図２
2015115421.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体をプラズマ処理するためのチャンバと、
前記チャンバの内部に設けられ、被処理体が載置される載置面を有する載置台と、
前記載置面に載置された前記被処理体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であって、前記載置面よりも低い第１の平坦部と、前記第１の平坦部よりも高く、かつ、前記被処理体の被処理面よりも高くない第２の平坦部と、前記第２の平坦部及び前記被処理体の被処理面よりも高い第３の平坦部とが内周側から外周側へ向けて順に形成されたフォーカスリングと
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記第３の平坦部の、前記フォーカスリングの内周側の端部によって描かれる円の直径は、３１５ｍｍ以上３２５ｍｍ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】
前記被処理体の被処理面に対する前記第２の平坦部の高さ方向の位置は、前記被処理体の被処理面よりも１ｍｍだけ低い位置から前記被処理体の被処理面の位置までの範囲で選定され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】
前記被処理体の被処理面に対する前記第３の平坦部の高さ方向の位置は、前記被処理体の被処理面よりも３ｍｍだけ高い位置から前記被処理体の被処理面よりも５ｍｍだけ高い位置までの範囲で選定され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】
前記第２の平坦部と前記第３の平坦部との間に傾斜部が形成された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】
前記フォーカスリングに、前記第１の平坦部と、前記第２の平坦部と、前記第３の平坦部と、前記第３の平坦部よりも低く、かつ、前記被処理体の被処理面よりも高い第４の平坦部とが内周側から外周側へ向けて順に形成された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】
前記載置台には、前記載置面に載置された前記被処理体を吸着するための静電チャックが設けられ、
前記フォーカスリングの面のうち、前記第１の平坦部、前記第２の平坦部及び前記第３の平坦部が形成された面とは反対側の面である下面における、前記静電チャックよりも前記フォーカスリングの径方向の外側の領域には、凹部が形成される
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】
被処理体をプラズマ処理するためのチャンバの内部に設けられ、被処理体が載置される載置面を有する載置台の、前記載置面に載置された前記被処理体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であって、前記載置面よりも低い第１の平坦部と、前記第１の平坦部よりも高く、かつ、前記被処理体の被処理面よりも高くない第２の平坦部と、前記第２の平坦部及び前記被処理体の被処理面よりも高い第３の平坦部とが内周側から外周側へ向けて順に形成されることを特徴とする、フォーカスリング。
【請求項９】
前記第３の平坦部の、前記フォーカスリングの内周側の端部によって描かれる円の直径は、３１５ｍｍ以上３２５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載のフォーカスリング。
【請求項１０】
前記被処理体の被処理面に対する前記第２の平坦部の高さ方向の位置は、前記被処理体の被処理面よりも１ｍｍだけ低い位置から前記被処理体の被処理面の位置までの範囲で選定されることを特徴とする請求項８又は９に記載のフォーカスリング。
【請求項１１】
前記被処理体の被処理面に対する前記第３の平坦部の高さ方向の位置は、前記被処理体の被処理面よりも３ｍｍだけ高い位置から前記被処理体の被処理面よりも５ｍｍだけ高い位置までの範囲で選定されることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一つに記載のフォーカスリング。
【請求項１２】
前記第２の平坦部と前記第３の平坦部との間に傾斜部が形成されたことを特徴とする請求項８〜１１のいずれか一つに記載のフォーカスリング。
【請求項１３】
前記第１の平坦部と、前記第２の平坦部と、前記第３の平坦部と、前記第３の平坦部よりも低く、かつ、前記被処理体の被処理面よりも高い第４の平坦部とが内周側から外周側へ向けて順に形成されたことを特徴とする請求項８〜１２のいずれか一つに記載のフォーカスリング。
【請求項１４】
前記載置台には、前記載置面に載置された前記被処理体を吸着するための静電チャックが設けられ、
前記フォーカスリングの面のうち、前記第１の平坦部、前記第２の平坦部及び前記第３の平坦部が形成された面とは反対側の面である下面における、前記静電チャックよりも外側の領域には、凹部が形成される
ことを特徴とする請求項８〜１３のいずれか一つに記載のフォーカスリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置及びフォーカスリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プラズマ処理装置では、チャンバ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、載置面に載置された被処理体を囲むようにフォーカスリングが設けられる。このようなフォーカスリングとしては、例えば、載置台の載置面よりも低い第１の平坦部と、第１の平坦部及び被処理体の被処理面よりも高い第２の平坦部とが内周側から外周側へ向けて順に形成されたフォーカスリングが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】登録実用新案第３１６６９７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の従来技術では、フォーカスリングの消耗に伴って進行するチルティングの度合いを抑えることまでは考慮されていない。チルティングとは、被処理体がプラズマ処理される場合に、被処理体の被処理面に形成されるホール形状が傾く現象である。
【０００５】
例えば、上述の従来技術では、フォーカスリングがプラズマにより消耗されると、フォーカスリングの上方に形成されるプラズマシースと、被処理体の上方に形成されるプラズマシースとの間の高さの大小関係が変動する。このため、被処理体に対するイオンの入射方向が変動し、結果として、チルティングの度合いが進行する。言い換えると、被処理体の被処理面に形成されるホール形状の傾きの変動量は、フォーカスリングが消耗されるほど、大きくなる。これは、被処理体の被処理面に形成されるホール形状の傾きが予め許容されたスペックを満たすことを妨げる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
開示するプラズマ処理装置は、一つの実施態様において、被処理体をプラズマ処理するためのチャンバと、前記チャンバの内部に設けられ、被処理体が載置される載置面を有する載置台と、前記載置面に載置された前記被処理体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であって、前記載置面よりも低い第１の平坦部と、前記第１の平坦部よりも高く、かつ、前記被処理体の被処理面よりも高くない第２の平坦部と、前記第２の平坦部及び前記被処理体の被処理面よりも高い第３の平坦部とが内周側から外周側へ向けて順に形成されたフォーカスリングとを備えた。
【発明の効果】
【０００７】
開示するプラズマ処理装置の一つの態様によれば、フォーカスリングの消耗に伴うチルティングの進行を抑えることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置（エッチング装置）全体の概略構成を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、第１の実施形態におけるフォーカスリングと、半導体ウエハ、静電チャック及び載置台との位置関係を示す模式的な断面図である。
【図３】図３は、従来のフォーカスリングの消耗に伴うプラズマシースの変動を示す説明図である。
【図４】図４は、第１の実施形態のフォーカスリングの消耗に伴うプラズマシースの変動を示す図である。
【図５】図５は、直径Ｘと、消耗感度との関係を示す図である。
【図６】図６は、位置Ｙ２と、初期チルティング角度との関係を示す図である。
【図７】図７は、第１の実施形態におけるフォーカスリングの使用時間と、チルティング角度との関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、開示するプラズマ処理装置及びフォーカスリングの実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施例により開示する発明が限定されるものではない。各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。
【００１０】
（第１の実施形態）
第１の実施形態に係るプラズマ処理装置は、実施形態の一例において、被処理体をプラズマ処理するためのチャンバと、チャンバの内部に設けられ、被処理体が載置される載置面を有する載置台と、載置面に載置された被処理体を囲むように載置台に設けられたフォーカスリングであって、載置面よりも低い第１の平坦部と、第１の平坦部よりも高く、かつ、被処理体の被処理面よりも高くない第２の平坦部と、第２の平坦部及び被処理体の被処理面よりも高い第３の平坦部とが内周側から外周側へ向けて順に形成されたフォーカスリングとを備えた。
【００１１】
また、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置は、実施形態の一例において、第３の平坦部の、フォーカスリングの内周側の端部によって描かれる円の直径は、３１５ｍｍ以上３２５ｍｍ以下である。
【００１２】
また、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置は、実施形態の一例において、被処理体の被処理面に対する第２の平坦部の高さ方向の位置は、被処理体の被処理面よりも１ｍｍだけ低い位置から被処理体の被処理面の位置までの範囲で選定される。
【００１３】
また、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置は、実施形態の一例において、被処理体の被処理面に対する第３の平坦部の高さ方向の位置は、被処理体の被処理面よりも３ｍｍだけ高い位置から被処理体の被処理面よりも５ｍｍだけ高い位置までの範囲で選定される。
【００１４】
また、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置は、実施形態の一例において、第２の平坦部と第３の平坦部との間に傾斜部が形成された。
【００１５】
また、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置は、実施形態の一例において、フォーカスリングに、第１の平坦部と、第２の平坦部と、第３の平坦部と、第３の平坦部よりも低く、かつ、被処理体の被処理面よりも高い第４の平坦部とが内周側から外周側へ向けて順に形成された。
【００１６】
また、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置は、実施形態の一例において、載置台には、載置面に載置された被処理体を吸着するための静電チャックが設けられ、フォーカスリングの面のうち、第１の平坦部、第２の平坦部及び第３の平坦部が形成された面とは反対側の面である下面における、静電チャックよりもフォーカスリングの径方向の外側の領域には、凹部が形成される。
【００１７】
図１は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置（エッチング装置）全体の概略構成を模式的に示す断面図である。図１に示すように、プラズマ処理装置は、材質が例えばアルミニウム等からなり、内部を気密に閉塞可能に構成され、処理室を構成する円筒状のチャンバ１を有する。
【００１８】
チャンバ１の内部には、導電性材料、例えばアルミニウム等からブロック状に構成され、下部電極を兼ねた載置台２が設けられている。
【００１９】
この載置台２は、セラミックなどの絶縁板３を介してチャンバ１内に支持されている。載置台２は、被処理体である半導体ウエハＷが載置される載置面を有する。載置台２の載置面には、半導体ウエハＷを吸着するための静電チャック９が設けられている。静電チャック９は、直流電源１０に接続された電極９ｂを内蔵する絶縁体である。静電チャック９は、直流電源１０から電極９ｂに印加される直流電圧により発生するクーロン力によって、半導体ウエハＷを吸着保持する。静電チャック９の上面には、半導体ウエハＷを保持する保持面９ａと、保持面９ａと比較して高さが低い部分である周辺肩部９ｃとが形成されている。静電チャック９の周辺肩部９ｃの外側面には、例えば石英等の絶縁性部材３１が配置され、静電チャック９の周辺肩部９ｃの上面には、例えばアルミニウム等の導電性部材３２が配置される。さらに、静電チャック９の保持面９ａに、半導体ウエハＷが載置される。つまり、静電チャック９の保持面９ａが、載置台２の載置面に相当し、絶縁性部材３１及び導電性部材３２が、載置台２の非載置面に相当する。したがって、以下では、静電チャック９と、絶縁性部材３１と、導電性部材３２と、載置台２とを併せて「載置台２」と適宜表記し、載置台２の載置面を「静電チャック９の保持面９ａ」と適宜表記するものとする。
【００２０】
また、載置台２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４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５が設けられている。
【００２１】
そして、熱媒体流路４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２を所定温度に制御し、かつ、この載置台２と半導体ウエハＷの裏面との間にガス流路５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を精度良くかつ効率的に所定温度に制御することができるようになっている。
【００２２】
載置台２には、整合器６を介して、高周波電源（ＲＦ電源）７が接続され、高周波電源７からは、所定の周波数の高周波電力が供給されるようになっている。
【００２３】
また、図１に示すように、プラズマ処理装置は、載置台２の載置面、すなわち、静電チャック９の保持面９ａに載置された半導体ウエハＷを囲むように載置台２に設けられたフォーカスリング８を有する。フォーカスリング８は、例えば、シリコン、カーボン、ＳｉＣ等の導電性材料からなるリング状の部材である。
【００２４】
また、フォーカスリング８の外側には、環状に構成され、多数の排気孔が形成された排気リング１１が設けられており、この排気リング１１を介して、排気ポート１２に接続された排気系１３の真空ポンプ等により、チャンバ１内の処理空間の真空排気が行われるよう構成されている。
【００２５】
一方、載置台２の上方のチャンバ１の天壁部分には、シャワーヘッド１４が、載置台２と平行に対向する如く設けられており、これらの載置台２およびシャワーヘッド１４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１４には、整合器１５を介して高周波電源１６が接続されている。
【００２６】
上記シャワーヘッド１４は、その下面に多数のガス吐出孔１７が設けられており、且つその上部にガス導入部１８を有している。そして、その内部にはガス拡散用空隙１９が形成されている。ガス導入部１８にはガス供給配管２０が接続されており、このガス供給配管２０の他端には、ガス供給系２１が接続されている。このガス供給系２１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）２２、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２３等から構成されている。
【００２７】
次に、図２を用いて、図１に示したフォーカスリング８について更に説明する。図２は、第１の実施形態におけるフォーカスリングと、半導体ウエハ、静電チャック及び載置台との位置関係を示す模式的な断面図である。
【００２８】
図２に示すように、フォーカスリング８には、第１の平坦部８ａと、第２の平坦部８ｂと、第３の平坦部８ｃと、第４の平坦部８ｄとが内周側から外周側へ向けて順に形成されている。第１の平坦部８ａは、載置台２の載置面、すなわち、静電チャック９の保持面９ａよりも低い。第２の平坦部８ｂは、第１の平坦部８ａよりも高く、かつ、半導体ウエハＷの被処理面よりも高くない。第３の平坦部８ｃは、第２の平坦部８ｂ及び半導体ウエハＷよりも高い。なお、図２に示す例では、第４の平坦部８ｄが形成される例を示したが、開示技術はこれに限られず、第４の平坦部８ｄが形成されなくても良い。
【００２９】
ここで、第１の平坦部８ａ、第２の平坦部８ｂ及び第３の平坦部８ｃがフォーカスリング８に形成される理由について、従来のフォーカスリングと、フォーカスリング８とを対比しながら説明する。図３は、従来のフォーカスリングの消耗に伴うプラズマシースの変動を示す説明図である。図４は、第１の実施形態のフォーカスリングの消耗に伴うプラズマシースの変動を示す図である。なお、図３に示したフォーカスリングＦＲには、載置台の載置面、すなわち、静電チャック９の保持面９ａよりも低い第１の平坦部と、第１の平坦部及び半導体ウエハＷの被処理面よりも高い第２の平坦部とが内周側から外周側へ向けて順に形成されているものとする。
【００３０】
まず、図３を用いて、従来のフォーカスリングＦＲについて説明する。フォーカスリングＦＲが新品である場合には、図３の（ａ）に示すように、フォーカスリングＦＲの上方に形成されるプラズマシースは、半導体ウエハＷの上方に形成されるプラズマシースよりも高い。この場合、プラズマ中のイオンが半導体ウエハＷの被処理面の中心部から周縁部に向けて斜めに入射し、結果として、半導体ウエハＷの被処理面に形成されるホール形状が鉛直方向に対して半導体ウエハＷの被処理面の周縁部に向けて斜めに傾く。
【００３１】
フォーカスリングＦＲがプラズマにより消耗されると、フォーカスリングＦＲの高さが低くなる。すると、図３の（ｂ）に示すように、フォーカスリングＦＲの上方に形成されるプラズマシースの高さが減少し、フォーカスリングＦＲの上方に形成されるプラズマシースの高さと半導体ウエハＷの上方に形成されるプラズマシースの高さが揃う。すなわち、フォーカスリングＦＲの消耗に伴って、フォーカスリングＦＲの上方に形成されるプラズマシースと、半導体ウエハＷの上方に形成されるプラズマシースとの間の高さの大小関係が変動する。この場合、プラズマ中のイオンが半導体ウエハＷの被処理面に対して垂直に入射し、結果として、半導体ウエハＷの被処理面に形成されるホール形状が半導体ウエハＷの被処理面に対して垂直となる。つまり、従来のフォーカスリングＦＲを用いた場合、フォーカスリングＦＲの消耗に伴って進行するチルティングの度合いが大きくなる。
【００３２】
これに対して、図４を用いて、第１の実施形態におけるフォーカスリング８について説明する。フォーカスリング８が新品である場合には、図４の（ａ）に示すように、フォーカスリング８の上方に形成されるプラズマシースが、半導体ウエハＷの上方に形成されるプラズマシースよりも高い。この場合、プラズマ中のイオンが半導体ウエハＷの被処理面の周縁部に向けて斜めに入射し、結果として、半導体ウエハＷの被処理面に形成されるホール形状が鉛直方向から半導体ウエハＷの被処理面の周縁部に向けて斜めに傾く。
【００３３】
フォーカスリング８がプラズマにより消耗されると、フォーカスリング８の高さが低くなる。しかしながら、フォーカスリング８には、第１の平坦部８ａ、第２の平坦部８ｂ及び第３の平坦部８ｃが形成されている。このため、フォーカスリング８の上方に形成されるプラズマシースの高さの変動が抑えられる。特に、図４の（ｂ）に示すように、フォーカスリング８の上方に形成されるプラズマシースの高さの減少が第３の平坦部８ｃによって抑えられる。したがって、フォーカスリング８の上方に形成されるプラズマシースと、半導体ウエハＷの上方に形成されるプラズマシースとの間の高さの大小関係が変動し難い。この場合、プラズマ中のイオンが半導体ウエハＷの被処理面の中心部から周縁部に向けて斜めに入射し、結果として、半導体ウエハＷの被処理面に形成されるホール形状が鉛直方向に対して半導体ウエハＷの被処理面の周縁部に向けて斜めに傾く。つまり、フォーカスリング８を用いた場合、フォーカスリング８の消耗に伴うチルティングの進行が遅延される。そこで、第１の実施形態では、フォーカスリング８の消耗に伴って進行するチルティングの度合いを抑えるために、第１の平坦部８ａ、第２の平坦部８ｂ及び第３の平坦部８ｃがフォーカスリング８に形成される。
【００３４】
図２の説明に戻る。第３の平坦部８ｃの、フォーカスリング８の内周側の端部によって描かれる円の直径Ｘは、３１５ｍｍ以上３２５ｍｍ以下であることが好ましく、３１７ｍｍ以上３２３ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００３５】
図５は、直径Ｘと、消耗感度との関係を示す図である。図５において、横軸は、第３の平坦部８ｃの、フォーカスリング８の内周側の端部によって描かれる円の直径Ｘ（ｍｍ）を示し、縦軸は、消耗感度（ｄｅｇｒｅｅ／ｈｒ）を示している。消耗感度とは、被処理体の被処理面に形成されるホール形状の傾きの変動量であり、フォーカスリングがプラズマに１時間曝された場合に、被処理体の被処理面に形成されるホール形状が鉛直方向に対して傾いた角度（ｄｅｇｒｅｅ）を表す。消耗感度は、フォーカスリングが消耗されるほど、大きくなる。すなわち、消耗感度の値が大きいほど、フォーカスリングの消耗に伴って進行するチルティングの度合いが大きくなる。
【００３６】
図５において、グラフ５０２は、フォーカスリング８の複数の平坦部のうち第２の平坦部８ｂのみがプラズマに曝されたと仮定した場合の半導体ウエハＷの消耗感度を示している。また、グラフ５０４は、フォーカスリング８の複数の平坦部のうち第３の平坦部８ｃのみがプラズマに曝されたと仮定した場合の半導体ウエハＷの消耗感度を示している。また、グラフ５０６は、グラフ５０２で示される半導体ウエハＷの消耗感度とグラフ５０４で示される半導体ウエハＷの消耗感度との合計値（以下「消耗感度合計値」）を示している。
【００３７】
図５に示すように、消耗感度合計値は、直径Ｘが３１５ｍｍ以上３２５ｍｍ以下である場合に、０．００６（ｄｅｇｒｅｅ／ｈｒ）〜０．００６５（ｄｅｇｒｅｅ／ｈｒ）程度まで小さくなる。また、消耗感度合計値は、直径Ｘが３１７ｍｍ以上３２３ｍｍ以下である場合に、０．００６（ｄｅｇｒｅｅ／ｈｒ）〜０．００６３（ｄｅｇｒｅｅ／ｈｒ）程度まで小さくなる。さらに、消耗感度合計値は、直径Ｘが３２０ｍｍである場合に、最も小さくなる。このことから、第１の実施形態のフォーカスリング８では、直径Ｘが、３１５ｍｍ以上３２５ｍｍ以下の範囲、より好ましくは、３１７ｍｍ以上３２３ｍｍ以下の範囲から選定される。言い換えると、第３の平坦部８ｃの、フォーカスリング８の内周側の端部によって描かれる円の直径Ｘは、消耗感度合計値が所定値（例えば、０．００６５（ｄｅｇｒｅｅ／ｈｒ））以下となるように、選定される。
【００３８】
図２の説明に戻る。半導体ウエハＷの被処理面に対する第２の平坦部８ｂの高さ方向の位置Ｙ１は、半導体ウエハＷの被処理面よりも１ｍｍだけ低い位置から半導体ウエハＷの位置までの範囲で選定される。図２の例では、半導体ウエハＷの被処理面上の原点から鉛直上方に向けてＹ軸が設定された場合に、半導体ウエハＷの被処理面に対する第２の平坦部８ｂの高さ方向の位置Ｙ１は、−１（ｍｍ）≦Ｙ≦０（ｍｍ）の範囲から選定される。これは、位置Ｙ１がＹ＜−１の範囲から選定されると、プラズマ反応によって生成される反応生成物が半導体ウエハＷの被処理面とは反対側の面に付着する恐れがあり、位置Ｙ１がＹ＞０の範囲から選定されると、プラズマシースの変動が過度に大きくなるからである。
【００３９】
また、半導体ウエハＷの被処理面に対する第３の平坦部８ｃの高さ方向の位置Ｙ２は、半導体ウエハＷの被処理面よりも３ｍｍだけ高い位置から半導体ウエハＷの被処理面よりも５ｍｍだけ高い位置までの範囲で選定される。図２の例では、半導体ウエハＷの被処理面上の原点から鉛直上方に向けてＹ軸が設定された場合に、半導体ウエハＷの被処理面に対する第２の平坦部８ｂの高さ方向の位置Ｙ２は、３（ｍｍ）≦Ｙ≦５（ｍｍ）の範囲から選定される。
【００４０】
図６は、位置Ｙ２と、初期チルティング角度（initial  tilting  angle）との関係を示す図である。図６において、横軸は、半導体ウエハＷの被処理面に対する第３の平坦部８ｃの高さ方向の位置Ｙ２（ｍｍ）を示し、縦軸は、初期チルティング角度（ｄｅｇｒｅｅ）を示している。初期チルティング角度とは、新品のフォーカスリング８を用いて被処理体がプラズマ処理された場合に、被処理体の被処理面に形成されるホール形状が鉛直方向に対して傾いた角度を表す。初期チルティング角度の符号は、被処理体の被処理面に形成されるホール形状が鉛直方向に対して被処理体の中央部に向けて斜めに傾く場合に、正となる。一方、初期チルティング角度の符号は、被処理体の被処理面に形成されるホール形状が鉛直方向に対して被処理体の周縁部に向けて斜めに傾く場合に、負となる。初期チルティング角度は、例えば、−１．３５（ｄｅｇｒｅｅ）以上０．３５（ｄｅｇｒｅｅ）以下であることが好ましい。
【００４１】
図６に示すように、初期チルティング角度は、位置Ｙ２が３ｍｍ以上５ｍｍ以下である場合に、−１．３５（ｄｅｇｒｅｅ）以上０．３５（ｄｅｇｒｅｅ）以下の範囲に収まる。このことから、第１の実施形態のフォーカスリング８では、位置Ｙ２が、３（ｍｍ）≦Ｙ≦５（ｍｍ）の範囲から選定される。
【００４２】
図２の説明に戻る。第２の平坦部８ｂと第３の平坦部８ｃとの間には、傾斜部８ｅが形成されている。ここで、第２の平坦部８ｂと第３の平坦部８ｃとの間に傾斜部に代えて角部が形成される構成も考えられる。しかしながら、第２の平坦部８ｂと第３の平坦部８ｃとの間に角部が形成される構成では、角部においてプラズマシースの急激な変化が生じ、結果として、プラズマによって角部の表面が荒れたり、角部に各種の付着物が付着する可能性がある。そこで、第１の実施形態では、表面荒れの発生や付着物の付着を回避することを目的として、第２の平坦部８ｂと第３の平坦部８ｃとの間に傾斜部８ｅを形成している。
【００４３】
第４の平坦部８ｄは、第３の平坦部８ｃよりも低く、かつ、半導体ウエハＷの被処理面よりも高い。具体的には、第４の平坦部８ｄの高さは、フォーカスリング８の面のうち、第１の平坦部８ａ、第２の平坦部８ｂ、第３の平坦部８ｃ及び第４の平坦部８ｄが形成された面とは反対側の面である下面８ｇを基準として、所定の高さに設定されている。所定の高さは、上部電極として機能するシャワーヘッド１４と、フォーカスリング８との間隔がフォーカスリング８のピーク間電圧Ｖｐｐを変動させない間隔となるように、予め定められる。例えば、所定の高さは、５．５ｍｍに設定される。
【００４４】
第４の平坦部８ｄと第３の平坦部８ｃとの間には、傾斜部８ｆが形成されている。ここで、第４の平坦部８ｄと第３の平坦部８ｃとの間に傾斜部に代えて角部が形成される構成も考えられる。しかしながら、第４の平坦部８ｄと第３の平坦部８ｃとの間に角部が形成される構成では、角部においてプラズマシースの急激な変化が生じ、結果として、プラズマによって角部の表面が荒れたり、角部に各種の付着物が付着する可能性がある。そこで、第１の実施形態では、表面荒れの発生や付着物の付着を回避することを目的として、第４の平坦部８ｄと第３の平坦部８ｃとの間に傾斜部８ｆを形成している。
【００４５】
また、フォーカスリング８の下面８ｇにおける、静電チャック９よりもフォーカスリング８の径方向の外側の領域には、凹部８ｈが形成されている。凹部８ｈは、静電チャック９側へのプラズマの侵入を防ぐラビリンス機能を果たす。凹部８ｈには、載置台２の絶縁性部材３１の一部が嵌合される。
【００４６】
上述したように、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置は、被処理体をプラズマ処理するためのチャンバ１と、チャンバ１の内部に設けられ、被処理体が載置される載置面を有する載置台２と、載置面に載置された被処理体を囲むように載置台２に設けられたフォーカスリング８とを有する。また、フォーカスリング８には、載置台２の載置面よりも低い第１の平坦部８ａと、第１の平坦部８ａよりも高く、かつ、被処理体の被処理面よりも高くない第２の平坦部８ｂと、第２の平坦部８ｂ及び被処理体の被処理面よりも高い第３の平坦部８ｃとが内周側から外周側へ向けて順に形成されている。この結果、フォーカスリング８の消耗に伴って進行するチルティングの度合いを抑えることができる。
【００４７】
すなわち、載置台２の載置面よりも低い第１の平坦部と、第１の平坦部及び被処理体の被処理面よりも高い第２の平坦部とが内周側から外周側へ向けて順に形成された２段式のフォーカスリングが知られている。しかしながら、２段式のフォーカスリングを用いたプラズマ処理装置では、フォーカスリングがプラズマにより消耗されると、フォーカスリングの上方に形成されるプラズマシースと、被処理体の上方に形成されるプラズマシースとの間の高さの大小関係が変動する。このため、被処理体に対するイオンの入射方向が変動し、結果として、チルティングの度合いが進行する。言い換えると、被処理体の被処理面に形成されるホール形状の傾きの変動量は、フォーカスリングが消耗されるほど、大きくなる。これは、被処理体の被処理面に形成されるホール形状の傾きが予め許容されたスペックを満たすことを妨げる。
【００４８】
このような２段式のフォーカスリングを用いたプラズマ処理装置と比較して、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置によれば、３段式のフォーカスリングを用いている。すなわち、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置によれば、フォーカスリング８に第１の平坦部８ａ、第２の平坦部８ｂ及び第３の平坦部８ｃが内周側から外周側へ向けて順に形成されている。このため、フォーカスリング８の上方に形成されるプラズマシースの高さの変動が抑えられる。特に、フォーカスリング８の上方に形成されるプラズマシースの高さの減少が第３の平坦部８ｃによって抑えられる。したがって、フォーカスリング８の上方に形成されるプラズマシースと、半導体ウエハＷの上方に形成されるプラズマシースとの間の高さの大小関係が変動し難い。その結果、フォーカスリング８の消耗に伴って進行するチルティングの度合いを抑えることができる。これにより、被処理体の被処理面に形成されるホール形状の傾きが予め許容されたスペックを満たすことを容易化することができ、フォーカスリング８の寿命を延ばすことが可能となる。
【００４９】
図７は、第１の実施形態におけるフォーカスリングの使用時間と、チルティング角度（tilting  angle）との関係の一例を示す図である。図７において、横軸は、フォーカスリング８がプラズマに曝された積算時間、すなわち、フォーカスリング８の使用時間（ｈｒ）を示し、縦軸は、チルティング角度（ｄｅｇｒｅｅ）を示している。チルティング角度とは、フォーカスリング８を用いて被処理体がプラズマ処理された場合に、被処理体の被処理面に形成されるホール形状が鉛直方向に対して傾いた角度を表す。チルティング角度の符号は、被処理体の被処理面に形成されるホール形状が鉛直方向に対して被処理体の中央部に向けて斜めに傾く場合に、正となる。一方、チルティング角度の符号は、被処理体の被処理面に形成されるホール形状が鉛直方向に対して被処理体の周縁部に向けて斜めに傾く場合に、負となる。図７の例では、予め許容されたチルティング角度の下限が、−１．３５（ｄｅｇｒｅｅ）であるものとする。
【００５０】
図７において、グラフ６０２は、２段式のフォーカスリング（比較例）を用いた場合のチルティング角度を示している。これに対して、グラフ６０４は、第１の実施形態におけるフォーカスリング８を用いた場合のチルティング角度を示している。
【００５１】
図７に示すように、比較例では、チルティング角度が予め許容された−１．３５（ｄｅｇｒｅｅ）に到達した場合に、フォーカスリングの使用時間が２５０時間となった。これに対して、第１の実施形態では、チルティング角度が予め許容された−１．３５（ｄｅｇｒｅｅ）に到達した場合に、フォーカスリング８の使用時間が３２０時間となった。すなわち、第１の実施形態では、フォーカスリング８に第１の平坦部８ａ、第２の平坦部８ｂ及び第３の平坦部８ｃを形成することにより、グラフ６０４の切片（初期チルティング角度に相当）の値を増加させつつ、グラフ６０４の傾き（消耗感度に相当）の値を減少させることが可能となった。結果として、第１の実施形態では、比較例と比較して、７０時間だけフォーカスリング８の寿命を延ばすことが可能となった。
【００５２】
また、第１の実施形態では、第３の平坦部８ｃの、フォーカスリング８の内周側の端部によって描かれる円の直径Ｘは、３１５ｍｍ以上３２５ｍｍ以下である。この結果、フォーカスリング８が消耗された場合でも、被処理体の被処理面に形成されるホール形状の傾きの変動量に相当する消耗感度の増加を抑えることが可能となる。
【００５３】
また、第１の実施形態では、被処理体の被処理面に対する第２の平坦部８ｂの高さ方向の位置は、被処理体の被処理面よりも１ｍｍだけ低い位置から被処理体の被処理面の位置までの範囲で選定される。この結果、プラズマ反応によって生成される反応生成物が半導体ウエハＷの被処理面とは反対側の面に付着することを防止するとともに、プラズマシースの変動が過大になることを防止することが可能となる。
【００５４】
また、第１の実施形態では、被処理体の被処理面に対する第３の平坦部８ｃの高さ方向の位置は、被処理体の被処理面よりも３ｍｍだけ高い位置から被処理体の被処理面よりも５ｍｍだけ高い位置までの範囲で選定される。この結果、初期チルティング角度を予め許容されたスペックの範囲に収めることが可能となる。
【００５５】
また、第１の実施形態では、第２の平坦部８ｂと第３の平坦部８ｃとの間に傾斜部８ｅが形成された。この結果、第２の平坦部８ｂと第３の平坦部８ｃとの間に表面荒れや付着物の付着が発生することを回避可能となる。
【００５６】
また、第１の実施形態では、フォーカスリング８に、第１の平坦部８ａと、第２の平坦部８ｂと、第３の平坦部８ｃと、第３の平坦部８ｃよりも低く、かつ、被処理体の被処理面よりも高い第４の平坦部８ｄとが内周側から外周側へ向けて順に形成された。この結果、上部電極として機能するシャワーヘッド１４と、フォーカスリング８との間隔を最適化することができ、フォーカスリング８のピーク間電圧Ｖｐｐの変動を抑制することが可能となる。
【００５７】
また、第１の実施形態では、フォーカスリング８の下面８ｇにおける、静電チャック９よりもフォーカスリング８の径方向の外側の領域には、凹部８ｈが形成された。この結果、フォーカスリング８が消耗された場合でも、静電チャック９がプラズマから適切に保護される。
【符号の説明】
【００５８】
１  チャンバ
２  載置台
３  絶縁板
４  熱媒体流路
５  ガス流路
６  整合器
７  高周波電源
８  フォーカスリング
８ａ  第１の平坦部
８ｂ  第２の平坦部
８ｃ  第３の平坦部
８ｄ  第４の平坦部
８ｅ  傾斜部
８ｆ  傾斜部
８ｇ  下面
８ｈ  凹部
９  静電チャック
９ａ  上面
９ｂ  電極
１０  直流電源
１１  排気リング
１２  排気ポート
１３  排気系
１４  シャワーヘッド
１５  整合器
１６  高周波電源
１７  ガス吐出孔
１８  ガス導入部
１９  ガス拡散用空隙
２０  ガス供給配管
２１  ガス供給系
２３  処理ガス供給源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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