(57)【要約】【課題】フォーカスリングの消耗を抑制し、フォーカスリングの交換周期を長く保つとともに、エッチング等の処理コストの低減を図ることのできるプラズマ処理装置用フォーカスリングを提供する。【解決手段】電極板３と対向して設けられ、内周部にウエハ８の周縁部を載置するための凹状段部７１を有する第１リング部材７ａと、第１リング部材７ａの下面を支持する第２リング部材７ｂとで構成されており、第１リング部材７ａ又は第２リング部材７ｂの少なくとも一方に、凹状段部７１の外周縁よりも半径方向外方に位置する空洞部７５が、周方向に沿うリング状に形成されている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバー内で上部電極と対向する位置に設置され、被処理基板の周縁部を囲むようにして支持するプラズマ処理装置用フォーカスリングであって、前記上部電極と対向して設けられ、内周部に前記被処理基板の周縁部を載置するための凹状段部を有する第１リング部材と、前記第１リング部材の下面を支持する第２リング部材とで構成されており、前記第１リング部材又は前記第２リング部材の少なくとも一方に、前記凹状段部の外周縁よりも半径方向外方に位置する空洞部が、周方向に沿うリング状に形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置用フォーカスリング。
【請求項２】
前記第１リング部材は前記被処理基板と同種材料により形成され、前記第２リング部材は金属材料により形成されており、これら両リング部材の当接面の内周端は、前記被処理基板の載置領域の外周縁より半径方向内方に配置され、前記当接面の外周端は、半径方向外方に向いて配置されていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置用フォーカスリング。
【請求項３】
前記第１リング部材と前記第２リング部材との当接面の外周部には、半径方向外方に開口し、これらの少なくとも一方の板厚の一部を周方向に沿って切欠してなる空隙部が設けられてい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用フォーカスリング。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のフォーカスリングが、チャンバー内の上部電極と対向する位置に設置されたプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置用フォーカスリング及びそのフォーカスリングを用いたプラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス製造プロセスに使用されるプラズマエッチング装置やプラズマＣＶＤ装置等のプラズマ処理装置は、チャンバー内に、高周波電源に接続される上部電極と下部電極とを、例えば、上下方向に対向配置し、下部電極の上に被処理基板を配置した状態として、上部電極に形成した貫通孔からエッチングガスを被処理基板に向かって流通させながら高周波電圧を印加することによりプラズマを発生させ、被処理基板にエッチング等の処理を行う構成とされている。
そして、このようなプラズマ処理装置においては、被処理基板の周縁部においてもエッチング処理の均一性を確保するために、フォーカスリングが使用される。フォーカスリングは、シリコンなどの高純度材料によりリング状に形成され、被処理基板の外周部を囲むようにして設けられる。これにより、エッチング処理時におけるプラズマの密度分布を均一にすることができ、エッチング処理等の均一性を確保することができる。
【０００３】
しかしながら、フォーカスリングを用いて被処理基板のエッチングを行うと、被処理基板だけでなくフォーカスリングの表面もエッチングされるので、使用時間の経過に伴いフォーカスリングの厚さは徐々に薄くなっていく。この厚さの変化はチャンバー内のインピーダンス変化となって、プラズマの放電状態を変化させる要因となる。したがって、フォーカスリングは、一定量以上に厚さが減少すると新しいものに交換されている。
また、上述の処理を行う場合、反応生成物の一部がチャンバー内に蓄積していくことが避けられない。そして、付着物に起因するパーティクルがチャンバー内に増加し、プラズマ等にパーティクルが投入されることで、所望の加工特性が得られなくなることから、フォーカスリングは、未消耗部分を多く残したまま廃棄されており、材料の利用効率が著しく低いものとなっている。
【０００４】
そこで、特許文献１及び特許文献２には、二体構造としたフォーカスリングが提案されている。このフォーカスリングは、被処理基板の周縁部を囲んで配置される第１の部材と、第１の部材を支持するために下方に設けられる第２の部材とから形成されており、消耗やパーティクルの堆積が著しい第１の部材のみを交換可能に構成している。
また、特許文献３では、周方向に沿って複数に分割されたフォーカスリング片を中心に向けて付勢する構成とされており、支持台とフォーカスリングとの隙間をなくして、プラズマの回り込みによる支持台側壁の損傷、及び被処理基板へのパーティクル付着を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−９０４８号公報
【特許文献２】特開２００４−７９９８３号公報
【特許文献３】特開２００９−２９００８７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、半導体デバイスのデザインの狭小化に伴って、プラズマ処理の高い均一性が強く求められるようになっており、フォーカスリングの交換周期がより短くなってきている。そして、この交換周期を迎え、装置から取り出されたフォーカスリングは、そのまま廃棄処理品として処分されている。また、フォーカスリングに用いられるシリコンは、高純度に精製された高価な材料であることから、コスト低減が難しいものとなっている。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、フォーカスリングの消耗を抑制して、フォーカスリングの交換周期を長く保つことにより、エッチング等の処理コストの低減を図ることのできるプラズマ処理装置用フォーカスリング及びプラズマ処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のフォーカスリングは、チャンバー内で上部電極と対向する位置に設置され、被処理基板の周縁部を囲むようにして支持するプラズマ処理装置用フォーカスリングであって、前記上部電極と対向して設けられ、内周部に前記被処理基板の周縁部を載置するための凹状段部を有する第１リング部材と、前記第１リング部材の下面を支持する第２リング部材とで構成されており、前記第１リング部材又は前記第２リング部材の少なくとも一方に、前記凹状段部の外周縁よりも半径方向外方に位置する空洞部が、周方向に沿うリング状に形成されていることを特徴とする。
【０００９】
この場合、フォーカスリングの第１リング部材はプラズマに曝されることから消耗するが、第１リング部材のみを交換してフォーカスリングを利用することができるので、フォーカスリングの利用効率を向上させることができる。
また、フォーカスリングの空洞部が断熱空間として第１リング部材又は第２リング部材の少なくとも一方に介在することになるので、第１リング部材が過剰に冷却されることを防止することができる。これにより、第１リング部材の表面におけるパーティクルの堆積を防止でき、交換周期を長く保つことができ、コスト低減を図ることができる。
【００１０】
また、本発明のフォーカスリングにおいて、前記第１リング部材は前記被処理基板と同種材料により形成され、前記第２リング部材は金属材料により形成されており、これら両リング部材の当接面の内周端は、前記被処理基板の載置領域の外周縁より半径方向内方に配置され、前記当接面の外周端は、半径方向外方に向いて配置されているとよい。
【００１１】
第２リング部材に金属材料を用いることにより、フォーカスリング全体の強度を向上させることができる。この場合、第２リング部材は金属材料であるので冷却され易いが、第１リング部材との間の空洞部が断熱空間となっているので、第１リング部材の上下面の温度差を小さくでき、割れ等の損傷を防止することができる。また、第１リング部材と第２リング部材との当接面の内周端を被処理基板の載置領域の外周縁より半径方向内方に配置し、当接面の外周端を半径方向外方に向けて配置するとともに、当接面の内周端の上に被処理基板を載置して、その内周端を覆うことにより、プラズマ発生領域には、第１リング部材の表面のみが露出する構成とすることができる。この第１リング部材は、被処理基板と同種材料によって形成されていることから、プラズマ発生領域への不純物の混入を低減することができる。
【００１２】
また、本発明のフォーカスリングにおいて、前記第１リング部材と前記第２リング部材との当接面の外周部には、半径方向外方に開口し、これらの少なくとも一方の板厚の一部を周方向に沿って切欠してなる空隙部が設けられているとよい。
プラズマ処理により消耗した第１リング部材を交換する際、隣合う第１リング部材及び第２リング部材で形成された空隙部に工具を差し込むことにより、積層された第１リング部材と第２リング部材とを容易に引き剥がすことが可能となる。
【００１３】
本発明のプラズマ処理装置は、前述したフォーカスリングが、チャンバー内の上部電極と対向する位置に設置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、フォーカスリングによるパーティクルの堆積を抑制して、フォーカスリングの交換周期を長く保つことができるとともに、消耗した第１部材のみを交換する構成としたので、エッチング等の処理コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】プラズマ処理装置の概略構成図である。
【図２】本発明のフォーカスリングの第１実施形態を示す縦断面図である。
【図３】図２に示すフォーカスリングの要部拡大図であり、工具を空隙部に挿入した状態を説明する図である。
【図４】本発明のフォーカスリングの第２実施形態を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明のフォーカスリングの実施形態を、図面を参照しながら説明する。
まず、このフォーカスリングが用いられるプラズマ処理装置としてプラズマエッチング装置１について説明する。
このプラズマエッチング装置１は、図１の概略断面図に示されるように、真空チャンバー２内の上部に電極板（上部電極）３が設けられるとともに、下部に上下動可能な架台（下部電極）４が電極板３と相互間隔をおいて平行に設けられている。この場合、上部の電極板３は絶縁体５により真空チャンバー２の壁に対して絶縁状態に支持されているとともに、架台４の上には、静電チャック６と、その周りを囲むフォーカスリング７とが設けられており、静電チャック６の上に、フォーカスリング７により周縁部を支持した状態でウエハ（被処理基板）８を載置するようになっている。また、真空チャンバー２の上部にはエッチングガス供給管９が設けられ、このエッチングガス供給管９から送られてきたエッチングガスは拡散部材１０を経由した後、電極板３に設けられたガス通過孔１１を通してウエハ８に向かって流され、真空チャンバー２の側部の排出口１２から外部に排出される構成とされている。一方、電極板３と架台４との間には高周波電源１３により高周波電圧が印加されるようになっている。
【００１７】
また、電極板３は、シリコンによって円板状に形成されており、その背面には熱伝導性に優れるアルミニウム等からなる冷却板１４が固定され、この冷却板１４にも電極板３のガス通過孔１１に連通するように、このガス通過孔１１と同じピッチで貫通孔１５が形成されている。そして、電極板３は、背面が冷却板に接触した状態でねじ止め等によってプラズマ処理装置１内に固定される。
【００１８】
プラズマエッチング装置１では、高周波電源１３から高周波電圧を印加してエッチングガスを供給すると、このエッチングガスは拡散部材１０を経由して、電極板３に設けられたガス通過孔１１を通って電極板３と架台４との間の空間に放出され、この空間内でプラズマとなってウエハ８に当り、このプラズマによるスパッタリングすなわち物理反応と、エッチングガスの化学反応とにより、ウエハ８の表面がエッチングされる。
また、ウエハ８の均一なエッチングを行う目的で、発生したプラズマをウエハ８の中央部に集中させ、外周部へ拡散するのを阻止して電極板３とウエハ８との間に均一なプラズマを発生させるために、通常、プラズマ発生領域１６がシリコン製のシールドリング１７で囲われた状態とされている。
【００１９】
次に、フォーカスリング７の詳細構造について図２及び図３を参照しながら説明する。
このフォーカスリング７は、電極板３と対向して設けられ、内周部にウエハ８の周縁部を載置するための凹状段部７１を有する第１リング部材７ａと、第１リング部材７ａの下面を支持する第２リング部材７ｂとを積層した構成とされ、第１リング部材７ａは、単結晶シリコン、柱状晶シリコン、又は多結晶シリコンにより、第２リング部材７ｂは、表面にアルマイト処理が施されたＡｌによりリング状に形成されている。なお、第１リング部材７ａの凹状段部７１の外周縁までが、ウエハ８の載置領域とされている。
【００２０】
第１リング部材７ａの第２リング部材７ｂとの当接面７２ａには、凹状段部７１の外周縁よりも半径方向外方に周方向に沿うリング状の凹溝７３が設けられており、さらに、第１リング部材７ａの当接面７２ａの外周部には、凹溝７３より外側に全周にわたり傾斜面によって板厚の一部を切欠してなる面取り面７４が設けられている。そして、これら凹溝７３と面取り面７４に、第２リング部材７ｂの当接面７２ｂを対向させて積層することにより、第１リング部材７ａの凹溝７３と第２リング部材７ｂとの間に空洞部７５が形成され、第１リング部材７ａの面取り面７４と第２リング部材７ｂとの間に、フォーカスリング７の半径方向外方に開口し、フォーカスリング７の全周にわたって空隙部７６が形成される。
【００２１】
なお、これら第１リング部材７ａと第２リング部材７ｂとの当接面７２ａ，７２ｂの内周端７７は、両リング部材７ａ，７ｂの内周面に配置されている。この内周端７７の直径はウエハ８の外径より小さく形成されていることにより、内周端７７はウエハ８の載置領域の外周縁より半径方向内方に配置されている。また、両リング部材７ａ，７ｂの外径は同径に形成されており、当接面７２ａ，７２ｂの外周端７８は両リング部材７ａ，７ｂの半径方向外方に向けて配置されている。
【００２２】
このように構成したフォーカスリング７においては、フォーカスリング７に設けられた空洞部７５が断熱空間として第１リング部材７ａと第２リング部材７ｂとの間に介在することになるので、第１リング部材７ａが過剰に冷却されることを防止することができる。また、第２リング部材７ｂのアルマイト被膜７０ｂが断熱層となるので、第１リング部材７ａと第２リング部材７ｂとの熱伝達が阻害され、第１リング部材７ａの下面（当接面７２a）が冷却されにくくなる。これにより、第１リング部材７ａの上下面の温度差を小さくでき、割れ等の損傷を防止できるとともに、第１リング部材７ａの表面におけるパーティクルの堆積を防止でき、フォーカスリング７の交換周期を長く保つことができる。
【００２３】
また、第１リング部材７ａは、ウエハ８と同種材料の高純度のシリコンによって形成されていることから、プラズマ発生領域に不純物が混入することを低減することができる。また、本実施形態においては、第１リング部材７ａの凹状段部７１にウエハ８を載置する構成としており、プラズマ発生領域には第１リング部材７ａの表面のみが露出する構成となっている。したがって、第２リング部材７ｂがプラズマに曝されて損傷したり、不純物が発生してウエハ８にパーティクルが付着したりする等の問題を防止することができる。
【００２４】
さらに、第１リング部材７ａはプラズマに曝されて消耗するため、消耗度に応じて交換することが行われるが、この交換作業においては、図３に示すように、第１リング部材７ａに設けられた面取り面７４が工具Ｔのガイドとして作用する。面取り面７４に沿って空隙部７６に工具Ｔを挿入することにより、第１リング部材７ａと第２リング部材７ｂとを容易に引き剥がし、第１リング部材７ａのみを交換することができる。この場合、図３の矢印ｙで示すように挿入した工具Ｔをそのまま半径方向内方へ押し込むか、矢印ｚで示すように工具Ｔを回動させながら梃子の原理で第２リング部材７ｂから第１リング部材７ａを引き剥がすか、いずれかの方法で第１リング部材７ａと第２リング部材７ｂとを分離することができる。
【００２５】
図４は、本発明の第２実施形態を示している。フォーカスリング７の空洞部７５は、第１リング部材７ａ又は第２リング部材７ｂの少なくとも一方に空洞部が形成されていればよく、断熱空間として第１リング部材７ａの冷却を抑制してパーティクルの堆積を防止することができる。そこで、第１実施形態では、空洞部７５を第１リング部材７ａに設けた凹溝７３と、第２リング部材７ｂの当接面７２ｂとで形成していたが、第２実施形態のフォーカスリング９０においては、第１リング部材９０ａと第２リング部材９０ｂの当接面面９２ａ，９２ｂの両方に凹溝９３ａ，９３ｂを形成することにより空洞部９５を形成している。
【００２６】
また、第２リング部材９０ｂには、そのリング形状の内周側部分に凸条部９１が周方向に沿って形成されており、この凸条部９１の外周面に第１リング部材９０ａの内周面が嵌め込まれて積層されている。これら第１リング部材９０ａと第２リング部材９０ｂとの当接面９２ａ，９２ｂの内周端９７は、ウエハ８の載置領域の外周縁より半径方向内方に配置され、フォーカスリング９０の上方に向けられているが、この内周端９７の直径はウエハ８の外径より小さく形成されている。そして、両リング部材９０ａ，９０ｂの外径は同径に形成されており、当接面９２ａ，９２ｂの外周端９８は両リング部材９０ａ，９０ｂの半径方向外方に向けて配置されている。
【００２７】
これにより、両リング部材９０ａ，９０ｂの当接面９２ａ，９２ｂの内周端９７は、ウエハ８を載置することによって覆われ、プラズマ発生領域には、第１リング部材９０ａの表面のみが露出する構成となっている。そして、プラズマに曝される部分は、高純度のシリコンである第１リング部材９０ａのみであるため、この場合も第１実施形態と同様に、不純物の混入を低減することができる。その他の構成は、第１実施形態のものと同じであり、共通部分に同一符号を付して説明を省略する。
【００２８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１  プラズマエッチング装置
２  真空チャンバー
３  電極板（上部電極）
４  架台
５  絶縁体
６  静電チャック
７，９０  フォーカスリング
７ａ，９０ａ  第１リング部材
７ｂ，９０ｂ  第２リング部材
８  ウエハ（被処理基板）
９  エッチングガス供給管
１０  拡散部材
１１  ガス通過孔
１２  排出口
１３  高周波電源
１４  冷却板
１５  貫通孔
１６  プラズマ発生領域
１７  シールドリング
７０ｂ  アルマイト被膜
７１  凹状段部
７２ａ，７２ｂ  当接面
７３，９３ａ，９３ｂ  凹溝
７４  面取り面
７５，９５  空洞部
７６  空隙部
９１  凸条部
７７，９７  内周端
７８，９８  外周端
【図１】
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【図２】
2012109458.tif 000004
【図３】
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【図４】
2012109458.tif 000006