(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
載置体上で被処理体を囲む位置に配置され、上記被処理体に対してプラズマ処理を施す際にプラズマを上記被処理体に集束させるフォーカスリングにおいて、上記フォーカスリングは、誘電体によってリング状に形成されたフォーカスリング本体と、このフォーカスリング本体の径方向内側の方に偏倚させてプラズマと接するように配置された導電性部材とを有し、上記導電性部材は、上記フォーカスリング本体の周方向に所定間隔を空けて配列して形成された複数の貫通孔内に充填されてそれぞれ柱状に形成されていることを特徴とするフォーカスリング。
【請求項２】
上記柱状の導電性部材は、下端に上記フォーカスリングの下面に接触するフランジ部を有し、且つ、上記フランジ部が上記貫通孔に対応して上記載置台の外周縁部に形成された凹陥部と嵌合することを特徴とする請求項１に記載のフォーカスリング。
【請求項３】
上記凹陥部は、上記載置台のネジ固定用の座ぐり孔であることを特徴とする請求項２に記載のフォーカスリング。
【請求項４】
上記導電性部材がシリコンであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のフォーカスリング。
【請求項５】
処理容器内に互いに配置され且つ被処理体を載置する載置体と、この載置体に上記被処理体を囲むように設けられ且つ上記処理容器内で発生する発生するプラズマを上記被処理体に集束させるフォーカスリングとを備えたプラズマ処理装置において、上記フォーカスリングとして請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のフォーカスリングを有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、フォーカスリング及びプラズマ処理装置に関し、更に詳しくは、被処理体へのプラズマ処理中の異常放電を防止することができるフォーカスリング及びプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のプラズマ処理装置は、例えば図５に示すように、チャンバー（図示せず）内に互いに平行に昇降可能に配置された下部電極を兼ねる載置台１と、この下部電極１と対向して互いに平行に配置された上部電極２と、これらの両電極１、２に周波数を異にする高周波電力を整合器３Ａ、４Ａを介して印加する第１、第２の高周波電源３、４とを備え、第１、第２の高周波電源３、４からそれぞれの高周波電力を上下の両電極１、２に印加してプラズマを発生させ、例えば被処理体であるウエハＷ表面の絶縁膜等の成膜をエッチングするように構成されている。載置台１上面の外周縁部にはその上面に載置されたウエハＷを囲むフォーカスリング５が配置され、また、上部電極２の外周縁部にはシールドリング６が設けられ、上下両電極１、２間で発生したプラズマをウエハＷへ集束させ、ウエハＷ面内でのプラズマ密度を均一化している。
【０００３】
ところで、上記フォーカスリング５は、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、上面内周縁にはウエハＷを受ける段部５Ａが形成され、この段部５Ａに下部電極１Ａ上のウエハＷの外周縁部が入り込んでいる。このフォーカスリング５は例えば石英等の誘電体によって形成され、同図の（ａ）に矢印Ａで示すようにフォーカスリング５を介してプラズマがウエハＷ面内に集束する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えばエッチング処理を行う場合には、石英等の誘電体からなるフォーカスリング５を用いてプラズマをウエハＷ面内に集束させると、図６の（ａ）に矢印Ａで示すようにウエハＷとフォーカスリング５の境界領域にプラズマが集中してウエハＷ面内の均一性が崩れ、この領域のプラズマ密度が同図の（ｂ）のプラズマ密度分布を模式的に曲線Ｂで示すように内側のプラズマ密度より高くなるため、プラズマ密度が高くなるウエハＷの外周縁部では異常放電が発生したり、エッチングの均一性あるいは選択比が低下する虞があった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ウエハ等の被処理体の外周縁部における異常放電を防止することができるフォーカスリング及びこのフォーカスリングを用いたプラズマ処理装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載のフォーカスリングは載置体上で被処理体を囲む位置に配置され、上記被処理体に対してプラズマ処理を施す際にプラズマを上記被処理体に集束させるフォーカスリングにおいて、上記フォーカスリングは、誘電体によってリング状に形成されたフォーカスリング本体と、このフォーカスリング本体の径方向内側の方に偏倚させてプラズマと接するように配置された導電性部材とを有し、上記導電性部材は、上記フォーカスリング本体の周方向に所定間隔を空けて配列して形成された複数の貫通孔内に充填されてそれぞれ柱状に形成されていることを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明の請求項２に記載のフォーカスリングは、請求項１に記載の発明において、記柱状の導電性部材は、下端に上記フォーカスリングの下面に接触するフランジ部を有し、且つ、上記フランジ部が上記貫通孔に対応して上記載置台の外周縁部に形成された凹陥部と嵌合することを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の請求項３に記載のフォーカスリングは、請求項２に記載の発明において、上記凹陥部は、上記載置台のネジ固定用の座ぐり孔であることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の請求項４に記載のフォーカスリングは、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、上記導電性部材がシリコンであることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の請求項５に記載のプラズマ処理装置は、処理容器内に互いに配置され且つ被処理体を載置する載置体と、この載置体に上記被処理体を囲むように設けられ且つ上記処理容器内で発生する発生するプラズマを上記被処理体に集束させるフォーカスリングとを備えたプラズマ処理装置において、上記フォーカスリングとして請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のフォーカスリングを有することを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図４に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。本実施形態のプラズマ処理装置はフォーカスリング以外は図５に示すプラズマ処理装置に準じて構成されている。従って、以下では本実施形態のフォーカスリングを中心に説明する。
【００１６】
本実施形態のプラズマ処理装置１０は、図１に示すように、処理容器（図示せず）内に配設され且つ下部電極を兼ねる載置台１１と、この載置台１１の上方に配置された処理用ガスの供給部を兼ねる上部電極（図示せず）とを備えている。下部電極１１Ａには整合器１３を介して高周波電源１４が接続されていると共に、上部電極にも下部電極１１Ａの高周波電源１４と周波数を異にする高周波電力（図示せず）が整合器（図示せず）を介して接続されている。また、下部電極１１Ａの上面には静電チャック１５が配置され、この静電チャック１５は高圧直流電源１６から直流電圧でウエハＷを静電吸着する。そして、処理容器内の処理用ガスが所定の真空度に保持された状態で上下両電極にそれぞれの高周波電力を印加し、両電極間でプラズマを発生させてウエハＷに対してエッチング等のプラズマ処理を施す。
【００１７】
而して、本実施形態のフォーカスリング１２は、例えば図１に示すように、石英等の誘電体によってリング状に形成されたフォーカスリング本体１２Ａと、このフォーカスリング本体１２Ａの径方向内側の方に偏倚させてプラズマと接するように配置されたシリコン等の導電性部材１２Ｂとを有している。フォーカスリング本体１２Ａの内周縁部には段部１２Ｃが形成され、その内周縁部近傍には周方向に所定間隔を空けて配列した貫通孔１２Ｄが形成されている。また、導電性部材１２Ｂは下端にフランジ部１２Ｅを有する柱状に形成されている。更に、載置台１１の外周縁部には導電性部材１２Ｂのフランジ部１２Ｅが嵌合する凹陥部１１Ｂが周方向所定間隔を空けて形成されている。凹陥部１１Ｂの深さは、同図に示すようにフランジ部１２Ｅの厚さに合わせて形成されている。また、凹陥部１１Ｂとしては載置台１１のネジ固定用の座ぐり孔等を用いても良い。フォーカスリング本体１２Ａの各貫通孔１２Ｄには導電性部材１２Ｂの柱状部が填め込まれ、各導電性部材１２Ｂがプラズマを誘引するアンテナとしても役割を果たしている。従って、プラズマ処理時には、フォーカスリング１２の導電性部材１２Ｂが表面に露呈してプラズマと接しているため、プラズマが導電性部材１２Ｂ上に引き込まれて集中し、ウエハＷへのプラズマ集束を確実に制限することができる。換言すれば、フォーカスリング１２は全体としてウエハＷに集束させるように機能するが、ウエハＷ周縁部に過度に集束されたプラズマを導電性部材１２Ｂ自体に引き込むため、この部分のプラズマ密度が同図の曲線Ｂで示すように極端に高くなる。この結果、ウエハＷ中央部から外周縁部に渡ってプラズマ密度を均一にすることができるため、ウエハＷ外周縁部での異常放電を確実に防止することができる。
【００１８】
次に、上記フォーカスリング１２を用いたプラズマ処理装置１０を用いてプラズマ処理を行う場合について説明する。図示しないガス供給部から処理用ガスを供給して所定の真空度を保持した状態で、例えば下部電極１１Ａにその高周波電源１４から２ＭＨｚの高周波電力を印加すると共に上部電極にその高周波電源から６０ＭＨｚの高周波電力を印加すると、下部電極１１Ａと上部電極との間でプラズマを発生し、プラズマはフォーカスリング１２を介してウエハＷ面内に集束し、ウエハＷ面内のプラズマを均一化する。この際、フォーカスリング１２はフォーカスリング本体１２Ａの径方向内側の方に偏倚させてプラズマと接するように配置された導電性部材１２Ｂを有しているため、フォーカスリング１２上方のプラズマを導電性部材１２Ｂで引き込んでこの部分のプラズマ密度が図１の曲線Ｂで示すように突出して高くなってウエハＷへのプラズマの集束を制限し、ウエハＷの外周縁部にプラズマが集中することを防止する。この結果、図１の曲線Ｂで示すようにウエハＷ外周縁部上方におけるプラズマ密度がその内部のプラズマ密度と殆ど変わらないため、ウエハＷ外周端面でシリコンが露出していても、この露出部分からの集中的なイオン流入を防止することができ、ひいてはウエハＷ外周縁部における異常放電を確実に防止することができる。
【００１９】
また、図２の（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図１に示すフォーカスリング１２の変形例を示す図である。同図の（ａ）に示すフォーカスリング１２はフランジ部の無い柱状の導電性部材１２Ｂが用いられている以外は図１に示すものと同様に構成されている。即ち、フォーカスリング本体１２Ａには周方向に所定間隔を空けて配列した複数の貫通孔１２Ｄが形成されている。そして、各貫通孔１２Ｄ内に柱状の導電性部材１２Ｂが填め込まれている。本実施形態では、導電性部材１２Ｂがフランジ部を有しないため、載置台（図示せず）の外周縁部は凹陥部の無い平坦面として形成されている。従って、本実施形態においても図１に示すフォーカスリング１２と同様に作用効果を期することができる。
【００２０】
また、図２の（ｂ）に示すフォーカスリング１２は柱状部の無い円板状の導電性部材１２Ｂが用いられている以外は図１に示すものと同様に構成されている。即ち、フォーカスリング本体１２Ａには周方向に所定間隔を空けて配列した複数の貫通孔１２Ｄが形成されている。また、載置台（図示せず）の外周縁部にはフォーカスリング本体１２Ａの複数の貫通孔１２Ｄに対応する凹陥部（図示せず）が周方向に配列して形成されている。そして、各凹陥部内に円板状の導電性部材１２Ｂが填め込まれている。従って、本実施形態においても図１に示すフォーカスリング１２と同様に作用効果を期することができる。
【００２１】
また、図３は本発明のプラズマ処理装置の他の実施形態を示す図である。尚、図１に示すプラズマ処理装置と同一の部分または相当部分には１０番台を２０番台に変更した番号を附し、重複説明は省略する。このプラズマ処理装置２０に用いられたフォーカスリング２２は径方向内側の方が径方向外側より絶縁性が小さくなる誘電体によって形成されている。例えば、図３に示すフォーカスリング２２は、同図に示すように、石英等の誘電体によってリング状に形成されたフォーカスリング本体２２Ａと、このフォーカスリング本体２２Ａに内蔵されたシリコン等の導電性部材２２Ｂとを有している。この導電性部材２２Ｂは例えばリング状に形成され、その内径がフォーカスリング本体２２Ａの内径よりも大きく、その外径がフォーカスリング本体２２Ａの外径よりも小さく形成されている。そして、導電性部材２２Ｂの内径とフォーカスリング本体２２Ａの内径との差は、フォーカスリング本体２２Ａの外径と導電性部材２２Ｂの外径との差より小さく設定されている。この導電性部材２２Ｂはフォーカスリング２２Ａの裏面に形成されたリング状の溝に填め込まれている。従って、本実施形態では導電性部材２２Ｂが同図に示すようにフォーカスリング本体２２Ａ内の径方向内側の方に偏倚し、フォーカスリング２２の内側の方が外側よりプラズマを排除する機能が従来よりも低下し、ウエハＷ面内へのプラズマ集束が制限され、同図の曲線Ｂで示す密度分布からも明らかなようにウエハＷ外周縁部でのプラズマ密度が従来よりも格段に低下している。尚、図３において、２２ＣはウエハＷの外周縁部が入り込む段部である。
【００２２】
次に、上記フォーカスリング２２を用いたプラズマ処理装置２０を用いてプラズマ処理を行う場合について説明する。図示しないガス供給部から処理用ガスを供給して所定の真空度を保持した状態で、例えば下部電極２１Ａにその高周波電源２４から２ＭＨｚの高周波電力を印加すると共に上部電極にその高周波電源から６０ＭＨｚの高周波電力を印加すると、下部電極２１Ａと上部電極との間でプラズマを発生し、プラズマはフォーカスリング２２を介してウエハＷ面内に集束し、ウエハＷ面内のプラズマを均一化する。この際、フォーカスリング２２の径方向内側の方が径方向外側よりも絶縁性が小さくなっているため、ウエハＷへのプラズマの集束が制限されてウエハＷの外周縁部にプラズマが過度に集中することを防止する。この結果、図３の曲線Ｂで示すようにウエハＷ外周縁部上方におけるプラズマ密度が従来よりも格段に小さくなり、ウエハＷ中央から外周縁部に渡ってプラズマ密度を均一化することができるため、ウエハＷ外周縁部における異常放電を防止することができると共に、選択比やエッチングの均一性を向上させることができる。
【００２３】
また、図４の（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ図３に示すフォーカスリング２２の変形例を示す図である。尚、図４の（ａ）〜（ｃ）では図３に示すフォーカスリングと同一部分または相当部分には同一符号を附してある。図４の（ａ）に示すフォーカスリング２２は フォーカスリング本体２２Ａの上面にテーパ面２２Ｄを設けた以外は図３に示すフォーカスリング２２と同様に形成されている。この場合のテーパ面２２Ｄはフォーカスリング本体２２Ａの径方向内側から径方向外側に向けて上昇傾斜して形成され、径方向の内側ほど誘電体の肉厚が薄く、絶縁性が低下している。このようなテーパ面２２Ｄを設けることによりフォーカスリング２２の径方向内側の絶縁性が図３に示す場合より更に小さくなって、プラズマ処理時の異常放電をより確実に防止することができる。
【００２４】
また、図４の（ｂ）に示すフォーカスリング２２の場合には、フォーカスリング本体２２Ａは図３に示すものと同様に形成され、導電性部材２２Ｂの上面にテーパ面２２Ｅが形成されている。このテーパ面２２Ｅは導電性部材２２Ｂの径方向内側から径方向外側に向けて下降傾斜して形成されている。この結果フォーカスリング本体２２Ａの径方向の内側ほど肉厚が薄く、誘電体の絶縁性が低下し、同図の（ａ）に示すものと同様の作用効果を期することができる。
【００２５】
更に、図４の（ｃ）に示すフォーカスリング２２の場合には、フォーカスリング２２全体が石英等の誘電体によって形成されている。そして、同図に示すようにフォーカスリング２２の径方向内側がその外側よりも肉厚が薄く形成され、肉厚の薄い部分２２Ｆが他の厚い部分２２Ｇより絶縁性が小さくなり、上記各実施形態に準じた作用効果を期することができる。尚、図示してないが、図４の（ａ）に示すようにフォーカスリングを誘電体のみから形成した場合には、フォーカスリングの上面に径方向内側から径方向外側に向かって上昇傾斜するテーパ面を設けても良い。更にまた、フォーカスリング２２は、図４の（ａ）に示すようなテーパ面２２Ｄを有するフォーカスリング本体２２Ａと、同図の（ｂ）に示すようなテーパ面２２Ｅを有する導電性部材２２Ｂを組み合わせたものであっても良い。
【００２６】
尚、本発明は上記各実施形態に何等制限されるものではない。例えば、上記各実施形態では導電性部材としてシリコンを例に挙げて説明したが、チャンバー内で使用できる導電性材料、例えば炭化珪素、炭素等を用いても良い。また、図１、図２の（ａ）、（ｂ）では柱状の導電性部材をフォーカスリング本体の周方向に所定間隔を空けて複数配列したものについて説明したが、この間隔を必要に応じて適宜変更したり、リング状の導電性部材をフォーカスリング本体に設けてその表面をプラズマに接するようにしても良い。また、図３、図４の（ａ）、（ｂ）において、導電性部材２２Ｂがリング状に形成されたものについて説明したが、円弧状や柱状の導電性部材をフォーカスリング本体の周方向に所定間隔を空けて複数配列しても良い。また、上記各実施形態では平行平板型エッチング処理装置を例に挙げて説明したが、マグネトロン型、ＲＩＥ型、ＥＣＲ型等のプラズマ生成手段を用いたエッチング処理装置は勿論のこと、このようなプラズマ生成手段を用いて成膜処理等のプラズマ処理装置についても本発明を適用することができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、ウエハ等の被処理体の外周縁部におけるエッチングの均一性や選択比を向上させることができると共にその部分での異常放電を防止することができるフォーカスリング及びプラズマ処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフォーカスリングの一実施形態を用いた本発明のプラズマ処理装置に一実施形態の要部を模式的に示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明のフォーカスリングの他の実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明のフォーカスリングの更に他の実施形態を用いた本発明のプラズマ処理装置に他の実施形態の要部を模式的に示す断面図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は本発明のフォーカスリングの更に他の実施形態を示す断面図である。
【図５】従来のフォーカスリングを用いたプラズマ処理装置の一例を模式的に示す構成図である。
【図６】図５に示すプラズマ処理装置のフォーカスリングを拡大して示す断面図で、（ａ）はフォーカスリングでプラズマをウエハ面内へ集束する状態を説明するための説明図、（ｂ）はウエハ面内へプラズマを集束した場合のウエハ外周縁部のプラズマ密度分布を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１０、２０ プラズマ処理装置
１１、２１ 載置台（下部電極）
１２、２２ フォーカスリング
１２Ａ、２２Ａ フォーカスリング本体
１２Ｂ、２２Ｂ 導電性部材
Ｗ ウエハ（被処理体）
【図１】
0004676074.tif 000002
【図２】
0004676074.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004676074.tif 000005
【図５】
0004676074.tif 000006
【図６】
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