(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を減圧可能に構成された処理室と、
前記処理室の天井部に設けられ、前記処理室にエッチングガスを導入する細孔を有し前記導入されたエッチングガスに周波数が６０ＭＨｚ以上の電圧を印加可能な上部電極と、
前記上部電極に対向して前記処理室の内部に設けられ、被処理基板を載置及び保持可能でかつ前記導入されたエッチングガスに周波数が２ＭＨｚ以上の電圧を印加可能な下部電極と、
前記下部電極に対向する下面を有し前記下面が前記上部電極の下面より低い位置になるように前記上部電極に接して配設された環状の電界補正リングと、
前記処理室に接続して設けられ、前記上部電極と前記下部電極との間隔を変動させる電極間隔変動機構と、
前記電極間隔変動機構に接続して設けられ、個々の前記電界補正リングにおける前記上部電極への高周波電圧の印加時間を累積した累積供用時間に応じて前記上部電極と前記下部電極との間隔を設定すべく前記電極間隔変動機構を制御する制御手段と
を具備することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記累積供用時間に対して設定されるべき前記上部電極と前記下部電極との間隔を記憶する累積供用時間対応位置メモリと、
供用時間を累算する計測器とを備え、
前記累算された供用時間を前記累積供用時間対応位置メモリに参照して得られた上部電極と下部電極との間隔に前記上部電極と前記下部電極との間隔を設定すべく前記電極間隔変動機構を制御することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記制御手段は、
特定のプロセス条件時の単位供用時間が相当する標準プロセス条件時の供用時間を記憶する時間換算用メモリと、
前記特定のプロセス条件を入力する入力部と、
前記累積供用時間であって前記標準プロセス条件の時に対して設定されるべき前記上部電極と前記下部電極との間隔を記憶する累積供用時間対応位置メモリと、
前記入力された特定のプロセス条件から前記時間換算用メモリにより標準プロセス条件時に換算された供用時間を累算する計測器とを備え、
前記累算された供用時間を前記累積供用時間対応位置メモリに参照して得られた上部電極と下部電極との間隔に前記上部電極と前記下部電極との間隔を設定すべく前記電極間隔変動機構を制御することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記制御手段は、
プロセス条件とその供用時間を送信する送信部と、
前記送信されたデータを累積的に考慮して返信される前記上部電極と前記下部電極との指定間隔を受信する受信部とを備え、
前記受信された指定間隔に前記上部電極と前記下部電極との間隔を設定すべく前記電極間隔変動機構を制御することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
内部を減圧可能に構成された処理室と、
前記処理室の天井部に設けられ、前記処理室にエッチングガスを導入する細孔を有し前記導入されたエッチングガスに周波数が６０ＭＨｚ以上の電圧を印加可能な上部電極と、
前記上部電極に対向して前記処理室の内部に設けられ、被処理基板を載置及び保持可能でかつ前記導入されたエッチングガスに周波数が２ＭＨｚ以上の電圧を印加可能な下部電極と、
前記下部電極に対向する下面を有し前記下面が前記上部電極の下面より低い位置になるように前記上部電極に接して配設された環状の電界補正リングと、
前記処理室に接続して設けられ、前記上部電極と前記下部電極との間隔を変動させる電極間隔変動機構と、
前記電界補正リングの上下方向厚さを測定する厚さ測定機構と、
前記電極間隔変動機構と前記厚さ測定機構とに接続して設けられ、前記測定された上下方向厚さに応じて前記上部電極と前記下部電極との間隔を設定すべく前記電極間隔変動機構を制御する制御手段と
を具備することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記厚さ測定機構は、前記電界補正リングを上下方向に伝搬する超音波を用いて前記電界補正リングの上下方向厚さを測定することを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記電界補正リングは、前記上部電極と水平方向に接する面を有することを特徴とする請求項１または５記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記下部電極に接して配設され、前記下部電極に載置及び保持された被処理基板の回りに位置する環状の導電性リングと、前記導電性リングの回りに配設された環状の絶縁性リングとをさらに具備することを特徴とする請求項１または５記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記電極間隔変動機構は、前記下部電極を上下動させることにより前記上部電極と前記下部電極との間隔を変動させることを特徴とする請求項１または５記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
内部を減圧可能に構成された処理室と、
前記処理室の天井部に設けられ、前記処理室にエッチングガスを導入する細孔を有し前記導入されたエッチングガスに周波数が６０ＭＨｚ以上の電圧を印加可能な上部電極と、
前記上部電極に対向して前記処理室の内部に設けられ、被処理基板を載置及び保持可能でかつ前記導入されたエッチングガスに周波数が２ＭＨｚ以上の電圧を印加可能な下部電極と、
前記下部電極に対向する下面を有し前記下面が前記上部電極の下面より低い位置になるように前記上部電極に接して配設された環状の電界補正リングと、
前記処理室に接続して設けられ、前記上部電極と前記下部電極との間隔を変動させる電極間隔変動機構と、
前記電極間隔変動機構に接続して設けられ、前記上部電極と前記下部電極との間隔を設定すべく前記電極間隔変動機構を制御する制御手段と、
送信部及び受信部からなる通信手段と、を具備したプロセス処理装置と、
前記通信手段とネットワークを介して通信し、前記送信部から受信したプロセス条件と個々の前記電界補正リングにおける前記上部電極への高周波電圧の印加時間を示す供用時間とから、前記プロセス処理装置の動作履歴を記録及び管理し、当該動作履歴から得た前記供用時間を累積した累積供用時間に応じた前記上部電極と前記下部電極との指定間隔を、前記受信部に送信するサーバーと、
を備え、前記プロセス処理装置の前記制御手段は、前記サーバーから受信した前記指定間隔に基づいて、前記上部電極と前記下部電極との間隔を設定することを特徴とするプロセス処理システム。
【請求項１１】
前記サーバーは、多数のプロセス処理装置の共用実績に基づいてデータの更新を行うことを特徴とする請求項１０記載のプロセス処理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エッチングガスをプラズマ化しエッチャントイオンにより被処理基板にエッチング処理を行なうプラズマ処理装置及びプロセス処理システムに係り、特に、処理均一性の劣化を抑制するのに適するプラズマ処理装置及びプロセス処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
被処理基板にエッチングを行なうプラズマ処理装置では、使用周波数の制限が少なく比較的大きな処理面積を確保できるいわゆる平行平板型のものが多く用いられている。平行平板型プラズマ処理装置の概略の構成要素は、ほぼ真空に保つことができる処理室と、処理室に設けられた上部電極と下部電極とである。上部電極は、エッチングガスを処理室に導入するためのシャワーヘッドを備えており、下部電極は、被処理基板（半導体ウエハ）を載置、保持するための載置台を兼ねている。
【０００３】
シャワーヘッドより導入されたエッチングガスは、上部電極に印加された高周波電圧によりプラズマ化され、これにより発生したエッチャントイオンは、比較的低周波の電圧を印加された下部電極方向へのイオンビームとなって下部電極上に載置された被処理基板をエッチングする。
【０００４】
このようなプラズマ処理装置では、収率の向上のため被処理基板上での処理均一性の確保が問題となる。何ら規制を行なわない状態では、発生するプラズマ密度の違いやイオンビームを発生させる電界の不均一により、一般的に、被処理基板上での処理速度（エッチングレート）が被処理基板面上の場所により異なる。
【０００５】
この対策をとるため、従来、上部電極であるシャワーヘッドの周縁側に絶縁性で環体状のリング（シールドリング、絶縁リング、電界補正リングなどと呼ぶ。）を設ける場合がある。これにより、上部電極付近に発生する高周波電界をリング内側に集めてより均一のプラズマを発生させ、周縁でのエッチングレートの低下を補正することができる。
【０００６】
さらに、下部電極では、被処理基板を取り囲むように絶縁性で環体状のリング（フォーカスリング、保護リングなどと呼ぶ。）を設ける場合がある。これにより、取り囲んだ部分より被処理基板側に集中して電界を発生させてより均一にイオンビームを発生させ、周縁でのエッチングレートの低下を補正することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
電界補正リングでは、電極駆動周波数、エッチングガス種、処理圧力、処理温度などのプロセス条件により、供用時間の経過とともに、デポジションが生じたり、スパッタされて削り取られたりする現象が生じる。特に、電極駆動周波数がこの種のプラズマ処理装置として高い場合には、経験上、削り取られる傾向が強い。
【０００８】
電界補正リングが削り取りれると、その下面とフォーカスリングの上面との距離が微妙に広がりエッチングの均一性に影響が生じる。つまり、電界補正リングの薄化により周縁部での発生プラズマの密度が低下し、その結果被処理基板の周縁部でのエッチングレートが下がる。したがって、供用時間の経過とともに、被処理基板上での処理均一性が劣化し収率が悪化する。
【０００９】
本発明は、上記した事情を考慮してなされたもので、エッチングガスをプラズマ化しエッチャントイオンにより被処理基板にエッチング処理を行なうプラズマ処理装置及びプロセス処理システムにおいて、供用時間の経過とともに発生する、被処理基板面上での処理均一性の劣化を抑制することが可能なプラズマ処理装置及びプロセス処理システムを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被処理基板面上での処理均一性は、電界補正リングの下面と下部電極（特にフォーカスリングの上面）との距離を一定に保てば、その均一性劣化をくい止めることができ、かつ、上部電極と下部電極との距離（間隔）を多少変化させること自体によっては、被処理基板上での処理特性はほとんど変化しないとの本願発明者の知見によっている。この知見は、実験的に得られたものであり、詳細は十分解析されていないが、定性的には、上部電極と下部電極との距離を変化させたときの処理空間体積変化自体による処理特性への感度はそれほど大きくはなく、周縁部でのプラズマ密度の変化は比較的大きく処理特性に影響するということを示している。
【００１１】
そこで、上記の課題を解決するため、本発明は、内部を減圧可能に構成された処理室と、  前記処理室の天井部に設けられ、前記処理室にエッチングガスを導入する細孔を有し前記導入されたエッチングガスに周波数が６０ＭＨｚ以上の電圧を印加可能な上部電極と、  前記上部電極に対向して前記処理室の内部に設けられ、被処理基板を載置及び保持可能でかつ前記導入されたエッチングガスに周波数が２ＭＨｚ以上の電圧を印加可能な下部電極と、前記下部電極に対向する下面を有し前記下面が前記上部電極の下面より低い位置になるように前記上部電極に接して配設された環状の電界補正リングと、前記処理室に接続して設けられ、前記上部電極と前記下部電極との間隔を変動させる電極間隔変動機構と、前記電極間隔変動機構に接続して設けられ、個々の前記電界補正リングにおける前記上部電極への高周波電圧の印加時間を累積した累積供用時間に応じて前記上部電極と前記下部電極との間隔を設定すべく前記電極間隔変動機構を制御する制御手段とを具備することを特徴とする。
【００１２】
電界補正リングは、供用時間の累積とともに表面、特に下部電極に対向する面が削り取られる。そこで、累積供用時間に対する削り取られ方のデータをあらかじめ取得しておき、削り取られ方に応じるものとして実際には累積供用時間に応じて上部電極と下部電極との間隔が変えられる。したがって、これにより電界補正リングと下部電極との間隔を、累積供用時間によらず一定に保つことが可能になり、被処理基板面上での処理均一性の劣化を抑制することができる。
【００１３】
また、本発明は、内部を減圧可能に構成された処理室と、前記処理室の天井部に設けられ、前記処理室にエッチングガスを導入する細孔を有し前記導入されたエッチングガスに周波数が６０ＭＨｚ以上の電圧を印加可能な上部電極と、前記上部電極に対向して前記処理室の内部に設けられ、被処理基板を載置及び保持可能でかつ前記導入されたエッチングガスに周波数が２ＭＨｚ以上の電圧を印加可能な下部電極と、前記下部電極に対向する下面を有し前記下面が前記上部電極の下面より低い位置になるように前記上部電極に接して配設された環状の電界補正リングと、前記処理室に接続して設けられ、前記上部電極と前記下部電極との間隔を変動させる電極間隔変動機構と、前記電界補正リングの上下方向厚さを測定する厚さ測定機構と、前記電極間隔変動機構と前記厚さ測定機構とに接続して設けられ、前記測定された上下方向厚さに応じて前記上部電極と前記下部電極との間隔を設定すべく前記電極間隔変動機構を制御する制御手段とを具備することを特徴とする。
【００１４】
このプラズマ処理装置では、電界補正リングの削り取られ方を、その上下方向厚さを測定する厚さ測定機構で実際に測定する。そして、測定された結果に応じて上部電極と下部電極との間隔が変えられる。これにより、電界補正リングと下部電極との間隔を、累積供用時間によらず一定に保つことが可能になり、被処理基板面上での処理均一性の劣化を抑制することができる。
また、本発明のプロセス処理システムは、内部を減圧可能に構成された処理室と、前記処理室の天井部に設けられ、前記処理室にエッチングガスを導入する細孔を有し前記導入されたエッチングガスに周波数が６０ＭＨｚ以上の電圧を印加可能な上部電極と、前記上部電極に対向して前記処理室の内部に設けられ、被処理基板を載置及び保持可能でかつ前記導入されたエッチングガスに周波数が２ＭＨｚ以上の電圧を印加可能な下部電極と、前記下部電極に対向する下面を有し前記下面が前記上部電極の下面より低い位置になるように前記上部電極に接して配設された環状の電界補正リングと、前記処理室に接続して設けられ、前記上部電極と前記下部電極との間隔を変動させる電極間隔変動機構と、前記電極間隔変動機構に接続して設けられ、前記上部電極と前記下部電極との間隔を設定すべく前記電極間隔変動機構を制御する制御手段と、送信部及び受信部からなる通信手段と、を具備したプロセス処理装置と、前記通信手段とネットワークを介して通信し、前記送信部から受信したプロセス条件と個々の前記電界補正リングにおける前記上部電極への高周波電圧の印加時間を示す供用時間とから、前記プロセス処理装置の動作履歴を記録及び管理し、当該動作履歴から得た前記供用時間を累積した累積供用時間に応じた前記上部電極と前記下部電極との指定間隔を、前記受信部に送信するサーバーと、を備え、前記プロセス処理装置の前記制御手段は、前記サーバーから受信した前記指定間隔に基づいて、前記上部電極と前記下部電極との間隔を設定することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施態様として、前記制御手段は、前記累積供用時間に対して設定されるべき前記上部電極と前記下部電極との間隔を記憶する累積供用時間対応位置メモリと、供用時間を累算する計測器とを備え、前記累算された供用時間を前記累積供用時間対応位置メモリに参照して得られた上部電極と下部電極との間隔に前記上部電極と前記下部電極との間隔を設定すべく前記電極間隔変動機構を制御する。
【００１６】
累積供用時間を得るために計測器を備え、かつ上部電極と下部電極とのあるべき間隔を得るため、累積供用時間に応じてそのデータをメモリに蓄えておくものである。計測器で測定された供用時間を引数にメモリ内容を取り出すことにより上部電極と下部電極とのあるべき間隔が得られる。なお、上記データは、あらかじめ装置を供用することによって電界補正リングの削り取られ方を調べることにより獲得しておくことができる。
【００１７】
また、本発明の実施態様として、前記制御手段は、特定のプロセス条件時の単位供用時間が相当する標準プロセス条件時の供用時間を記憶する時間換算用メモリと、前記特定のプロセス条件を入力する入力部と、前記累積供用時間であって前記標準プロセス条件の時に対して設定されるべき前記上部電極と前記下部電極との間隔を記憶する累積供用時間対応位置メモリと、前記入力された特定のプロセス条件から前記時間換算用メモリにより標準プロセス条件時に換算された供用時間を累算する計測器とを備え、前記累算された供用時間を前記累積供用時間対応位置メモリに参照して得られた上部電極と下部電極との間隔に前記上部電極と前記下部電極との間隔を設定すべく前記電極間隔変動機構を制御する。
【００１８】
上記の構成をさらに高機能化させたものである。プラズマ処理装置では、一般的に、電極駆動周波数、エッチングガス種、処理圧力、処理温度などのプロセス条件により、電界補正リングの削り取られ方の速度が異なる。そこで、プラズマ処理装置として種々のプロセス条件で稼動させる場合を想定し、稼働させるプロセス条件を入力する入力部を備えることによりプロセス条件の情報を得るようにする。
【００１９】
そして入力されたプロセス条件の時の供用時間を標準プロセス条件時の供用時間に換算して累算する。上部電極と下部電極とのあるべき間隔を得るには、換算された累積供用時間に応じてそのデータを蓄えたメモリを参照する。計測器で測定された供用時間を換算の上これを引数にメモリ内容を取り出すことにより上部電極と下部電極とのあるべき間隔が得られる。なお、上記データは、あらかじめ装置を供用することによって電界補正リングの削り取られ方を調べることにより獲得しておくことができる。
【００２０】
また、本発明の実施態様として、前記制御手段は、プロセス条件とその供用時間を送信する送信部と、前記送信されたデータを累積的に考慮して返信される前記上部電極と前記下部電極との指定間隔を受信する受信部とを備え、前記受信された指定間隔に前記上部電極と前記下部電極との間隔を設定すべく前記電極間隔変動機構を制御する。
【００２１】
この態様では、上部電極と下部電極とのあるべき間隔を、サーバのような集中的データ管理部から獲得することができる。このため、プロセス条件と供用時間を送信する送信部と、上部電極と下部電極との指定間隔を受信する受信部とを備える。集中的データ管理部では、指定間隔を送信する時点で、常にその時点での最も適当なデータを装置に送信することができる。これは、集中的データ管理部で、装置の使用者にかかわらず、多数の装置の供用実績を踏まえデータや換算ソフトウエアなどの適切な更新をなし得るからである。
【００２２】
また、本発明の実施態様として、前記厚さ測定機構は、前記電界補正リングを上下方向に伝搬する超音波を用いて前記電界補正リングの上下方向厚さを測定する。超音波は圧電素子などにより比較的簡単に発生、検出することができるのでこれを利用するものである。
【００２３】
また、本発明の実施態様として、前記上部電極に前記比較的高周波の電圧を供給する電源をさらに具備し、前記電圧は、周波数が６０ＭＨｚ以上である。特に、本発明の適用として、電界補正リングの削り取られ方が大きいプラズマ処理装置を想定するものである。
【００２４】
また、本発明の実施態様として、前記下部電極に前記比較的低周波の電圧を供給する電源をさらに具備し、前記電圧は、周波数が２ＭＨｚ以上である。下部電極への印加電圧周波数の高周波化がされた場合にも本発明の適用がなし得るものである。
【００２５】
また、本発明の実施態様として、前記電界補正リングは、前記上部電極と水平方向に接する面を有する。電界補正リングの取り付けが、上部電極と水平方向に接する面を有するようになされる場合には、その位置関係から電界補正リングの削り取られ方が大きい。本発明は、その場合に適用して特に好ましいものである。
【００２６】
また、本発明の実施態様として、前記下部電極に接して配設され、前記下部電極に載置・保持された被処理基板の回りに位置する環状の導電性リングと、前記導電性リングの回りに配設された環状の絶縁性リングとをさらに具備する。環状の導電性リングを被処理基板の回りに配することでこれをダミーとして被処理基板の周縁近くでの処理均一性の劣化を軽減することができる。このような場合においても本発明を適用することができる。
【００２７】
また、本発明の実施態様として、前記電極間隔変動機構は、専ら前記下部電極を上下動させることにより前記上部電極と前記下部電極との間隔を変動させる。下部電極は、通常の場合、処理室への被処理基板の出し入れのため上下動させられる。したがって、そのための機構を利用すれば本発明のハードウエア的な負担増加を軽減することができる。
【００２８】
以下では本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
【００２９】
図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置を模式的に示す構成図であり、そのうち処理室の部分については垂直断面を示すものである。
【００３０】
図１に示すように、このプラズマ処理装置は、内部に処理室を構成する処理容器１１と、処理容器１１内の構成である、ＲＦプレート１２、クリスタル電極１３、拡散板１５、上部電極絶縁部材１８、電界補正リング１９、絶縁性挟持体２７、導電膜２８、下部電極２９、フォーカスリング３０、ベローズ３１、ベローズ支持板３２とを有する。ここで、ＲＦプレート１２とクリスタル電極１３とが上部電極１４としての構成であり、上部電極１４には、ガスを導入する細孔１７が多数（すなわちシャワーヘッドが）存在する。絶縁性狭持体２７上には被処理基板２６が載置、保持され得る。
【００３１】
また、処理容器１１またはその中の上記構成に接続して、ガス供給管１６、エッチングガス供給系２２、上部電極電源２０、上部電極側マッチング回路２１、排気管２３、排気系２４、ゲートバルブ２５、下部電極電源３６、下部電極側マッチング回路３５、静電チャック用電源３７を有する。ここで、下部電極２９の下側は支持部材３３により支持され、支持部材３３は、下部電極上下動機構３４に通じている。
【００３２】
さらに、装置の制御部４として、累積供用時間カウンタ４１、設定位置メモリ４２、制御信号出力部４３を有する。
【００３３】
処理容器１１は、例えば表面がアルマイト処理された円筒状のアルミニウムからなり、その天井部に上部電極１４が設けられ、底面部中央には下部電極２９を支持する支持部材３３のための貫通孔がある。上部電極１４は、処理容器１１との間に存在する環状の上部電極絶縁部材１８により処理容器１１から絶縁されて配設される。
【００３４】
上部電極１４は、被処理基板２６に対向する側の、例えば単結晶シリコンからなる導電性で円盤状のクリスタル電極１３と、クリスタル電極１３の上部に接して配置され、円盤状の中空を有する、例えば表面がアルマイト処理された円盤状のＲＦプレート１２からなる。ＲＦプレート１２の中空には、ガス供給管１６から導入されるエッチングガスを拡散する拡散板１５が配設される。ＲＦプレート１２の中空からＲＦプレート１２とクリスタル電極１３とを貫通して細孔１７がほぼ上下方向に多数設けられる。
【００３５】
なお、上部電極１４のクリスタル電極１３部分に代えて、炭素電極や表面をアルマイト処理されたアルミニウム電極を用いることも可能である。
【００３６】
クリスタル電極１３の周縁近くの下側と上部電極絶縁部材１８の下側には、これらに接して環状で絶縁性の電界補正リング１８（例えばＳｉＯ２、ＳｉＣ、単結晶シリコンからなる）が配設される。電界補正リング１８は上下方向に厚みを有し、その下面は、クリスタル電極１３の下面より下に位置する。これにより、上部電極１４による高周波電界を電界補正リング１８内部に集めて発生プラズマの均一化を図る。電界補正リング１８は、供用とともに削り取られるので、一定期間使用後に交換できる消耗部品とするのが適当である。
【００３７】
処理容器１１内で上部電極１４に対向する位置には、例えば表面がアルマイト処理されたアルミニウムからなる円盤状の下部電極２９が配置される。下部電極２９は、その上部表面に、導電膜２８と導電膜２８を狭持する絶縁性狭持体２７とからなる静電チャック機構を有する。静電チャック機構により、下部電極２９上側に被処理基板２６を静電力で吸着、保持することができる。なお、絶縁性狭持体２７は、下部電極２９の表面処理部分であるアルマイトの部分を利用して構成するようにしてもよい。また、下部電極２９の表面は、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）でコーティングするようにしてもよい。
【００３８】
下部電極２９の周縁付近には、被処理基板２６を取り囲むように環状で絶縁性のフォーカスリング３０が設けられる。これにより、イオンビームを被処理基板２６側に集中して発生させ被処理基板２６の周縁付近での処理均一性を向上できる。
【００３９】
下部電極２９の下側周縁寄りには、ベローズ３１が周状に配設され、ベローズ３１の下側は、中心に孔を有する絶縁性のベローズ支持板３２に固定される。ベローズ３１により、処理容器１１内は、下部電極２９の上下の動きにかかわらず気密に保つことができる。また、絶縁性のベローズ支持板３２により下部電極２９は、処理容器１１から絶縁される。
【００４０】
上部電極１４の上側にはエッチングガスを供給するガス供給管１６が設けられる。ガス供給管１６は、ＲＦプレート１２内の中空部に通じている。ガス供給管１６は、エッチングガス供給系２２に接続されており、これにより所定のガスを所定の量だけ処理室に導入することができる。
【００４１】
また、上部電極１４には、上部電極側マッチング回路２１を介して上部電極電源２０が電気的に接続されており、これにより、インピーダンス整合された例えば６０ＭＨｚの電圧を上部電極１４に印加することができる。この印加電圧により、上部電極１４の細孔１７を通して処理容器１１内に導入されたガスをプラズマ化することができる。
【００４２】
処理容器１１の円筒下部側には排気管２３が設けられ、さらに排気管２３は、排気系２４に接続される。これにより、処理容器１１内でプラズマ処理を行なう時に処理室を所定の圧力に減圧することができる。また、処理を終了したあとには残留するガスを排出することができる。
【００４３】
また、処理容器１１の円筒下部側には、さらに、被処理基板２６を搬入・搬出するためのゲートバルブ２５が設けられる。被処理基板２６を搬入または搬出する場合には、下部電極２９の位置が、その上面がゲートバルブ２５の水準になるまで下げられ、その状態で、開状態とされたゲートバルブ２５を介して例えばロボットアームにより把持された被処理基板２６が出し入れされる。
【００４４】
下部電極２９には、下部電極側マッチング回路３５を介して下部電極電源３６が電気的に接続され、これにより、インピーダンス整合された例えば２ＭＨｚの電圧を下部電極２９に印加することができる。この印加電圧は、処理容器１１内に導入されプラズマ化されたガスの中のエッチャントイオンを誘引し、これにより、下部電極２９上側に載置、保持された被処理基板２６がエッチングされる。
【００４５】
下部電極２９上の静電チャック機構の導電膜２８には、静電チャック用電源３７が電気的に接続される。静電チャック用電源３７は、その出力が例えば１ｋＶから２ｋＶである。この電圧印加により生じる導電膜２８からの静電力により、被処理基板２６を下部電極２９上側に確実に保持することができる。
【００４６】
下部電極２９の下側中心部を支えるように設けられた支持部材３３は、処理容器１１の底面を貫通して下部電極上下動機構３４に通じている。下部電極上下動機構３４は、例えば、支持部材３３の軸方向にねじ山が切られたボールねじ（送りねじ）と、このボールねじに係合する動力伝達機構を介する、回転位置の制御が可能な回転モータとから構成することができる。回転位置を制御可能とする代わりに、支持部材３３の上下方向位置を検出することによりフィードバック的に支持部材３３の位置制御が行われるようにしてもよい。
【００４７】
下部電極上下動機構３４は、制御部４により制御される。そのひとつは、被処理基板２６を処理容器１１内へ出し入れするための下部電極２９の位置と、被処理基板２６を処理容器１１内で処理するときの下部電極２９の位置（図示の位置）との間での上下動のためである。
【００４８】
さらに、被処理基板２６を処理容器１１内で処理するときの下部電極２９の位置を供用時間に応じて微調整するため、制御部４では、累積供用時間カウンタ４１が供用時間を累積してカウントする。このためには、例えば、図示するように、上部電極１４への高周波電圧の印加を検知することにより、その検知される間だけ時間をカウントする方法を用いることができる。これは、電界補正リング１９に削れが生じるときが、高周波電圧によってプラズマを発生させたときにほぼ一致するからである。
【００４９】
累積してカウントされた結果は、引数となって設定位置メモリ４２に入力される。設定位置メモリ４２は、あるべき電極間隔が供用時間ごとにあらかじめ格納されているものであり、したがって、設定位置メモリ４２は、累積供用時間に応じて適切な電極間隔の情報を出力する。これは換言すると、電界補正リング１９の各累積供用時間による削れを考慮し電界補正リング１９と被処理基板２６との間隔をほぼ一定に保つための電極間隔の情報である。
【００５０】
出力された電極間隔の情報は、制御信号出力部４３に入力される。これにより、制御信号出力部４３は、下部電極上下動機構３４の電気的な入力構成に応じた制御信号を出力する。
【００５１】
なお、制御部４は、その主要部を、例えば、汎用または専用のコンピュータを用いて構成することができる。この場合、制御部４とその外部との接続は適当なインターフェースが必要となるが、インターフェースを介することにより、累積供用時間カウンタ４１、設定位置メモリ４２などの構成を、コンピュータのハードウエアとソフトウエアとにより実現できる。
【００５２】
以上、図１に示すプラズマ処理装置の構成を説明したが、次に、時系列的な動作を一通り説明する。
【００５３】
まず、被処理基板２６の処理容器１１内への搬入を行なう。このため、下部電極上下動機構３４を制御部４により制御し、下部電極２９の上面の水準をゲートバルブ２５の水準まで下げる。そして、ゲートバルブ２５を開き、例えばアームロボットに把持された被処理基板２６を処理容器１１内に導入し、被処理面が上になるように絶縁性狭持体２７上に載置する。
【００５４】
載置されたらアームロボットを処理容器１１内から退避しゲートバルブ２５を閉じる。また静電チャック機構の導電体２８に静電チャック用電源３７から電圧を印加し静電力により載置された被処理基板２６を保持状態にする。
【００５５】
次に、プラズマ処理のための準備を行なう。このため、下部電極上下動機構３４を制御部４により制御し、下部電極２９の位置を処理を行なうための位置（図示する位置）に上げる。このとき、制御部４の累積供用時間カウンタ４１が出力する累積供用時間により設定位置メモリ４２から、電極間隔を適切に設定する信号が、制御信号出力部４３を介して下部電極上下動機構３４に供給される。これにより、下部電極２９はその処理位置が微調整される。この調整された処理位置は、電界補正リング１９の削られ方を考慮して電界補正リング１９と被処理基板２７との間がほぼ一定になるように設定されるものである。
【００５６】
さらに、排気系２４を動作させ、排気管２３を介して処理容器１１内を真空近くの所定の圧力まで減圧する。なお、ゲートバルブ２５の外側が真空引き可能な移載室とされている場合には、処理容器１１内の減圧はわずかの間に済む。
【００５７】
次に、実際のプラズマ処理を行なう。すなわち、エッチングガス供給系２２からガス供給管１６を介して所定のエッチングガスを所定の流量で処理室に導入する。また、上部電極１４には高周波電圧を、下部電極２９には低周波電圧を、それぞれ上部電極電源２０、下部電極電源３６から供給する。このとき必要であれば排気系２４を同時に動作させ処理容器１１内にガスを流す状態とする。以上の処理状態を所要の時間だけ継続することにより、被処理基板２６の処理面に、累積供用時間によらずより面内均一性の高いエッチングを施すことができる。
【００５８】
エッチング処理の間、累積供用時間カウンタ４１は処理時間を計測し累算する。なお、累算された処理時間は、刻々と設定位置メモリ４２に供給されるようにしこれにより処理時間中も下部電極２９の位置を微調整するようにしてもよいが、そこまでの動作をさせず、下部電極２９の位置調整を処理の準備の時に限るようにしても実施形態として効果は得られる。
【００５９】
エッチング処理を終了したら、処理容器１１内から被処理基板２６の搬出を行なう。すなわち、ガス排気を排気系２４を用いて行ない、かつ処理容器１１内外の圧力をそろえる。そして、下部電極上下動機構３４を制御部４により制御し、下部電極２９の上面の水準をゲートバルブ２５の水準まで下げる。さらに、ゲートバルブ２５を開き、例えばアームロボットを処理容器１１内に導入して絶縁性狭持体２７上に載置された被処理基板２６を把持し搬出する。
【００６０】
以上のように、この実施形態では、供用時間の累積とともに表面、特に下部電極２９に対向する面が削り取られる電界補正リング１９について、累積供用時間に対する削り取られ方のデータをあらかじめ取得しておく。実際の供用の際には、削り取られ方に応じるものとして累積供用時間に応じて上部電極１４と下部電極２９との間隔が変えられる。
【００６１】
したがって、これにより電界補正リング１９と下部電極２９との間隔を、累積供用時間によらず一定に保つことが可能になり、被処理基板２６面上での処理均一性の劣化を抑制することができる。なお、電界補正リング１９は、以上のように供用されたあと一定以上消耗したならば交換され得る。交換後は、当然ながら上記で説明した累積供用時間はリセットされる。このリセットは、累積供用時間カウンタ４１に対して例えば人手により行うことができる。
【００６２】
なお、図１に示す構成では、電界補正リング１９と上部電極絶縁部材１８とを別の部材として電界補正リング１９のみが消耗部品で交換可能な例を説明したが、電界補正リング１９と上部電極絶縁部材１８とを一体として構成しその一体物を交換可能にしてもよい。
【００６３】
次に、図１に示したものとは異なる本発明の実施形態を図２を参照して説明する。図２は、本発明の別の実施形態に係るプラズマ処理装置を模式的に示す構成図であり、すでに説明した構成には同一番号を付してある。なお、すでに説明した部分については説明を省略する。
【００６４】
この実施形態は、プラズマ処理装置として種々のプロセス条件で稼動させる場合に対応したものである。このため、図示するように、制御部４ａは、累積供用時間カウンタ４１、設定位置メモリ４２、制御信号出力部４３のほかに、供用時間カウンタ４４、時間換算メモリ４５、プロセス条件入力部４６を有する。
【００６５】
プロセス条件（電極駆動周波数、エッチングガス種、処理圧力、処理温度など）により電界補正リング１９の削り取られ方の速度は異なる。制御部４ａでは、稼働させるプロセス条件を入力する入力部４６を備えることによりプロセス条件の情報を得るようにする。
【００６６】
入力されたプロセス条件は、時間換算メモリ４５に供給される。時間換算メモリ４５は、各特定プロセス条件と標準プロセス条件との、電界補正リング１９の削られ方に関する比を格納しているメモリである。図示するように、時間換算メモリ４５には、他方、供用時間カウンタ４４により計測される供用時間が供給されているので、この供給された供用時間は標準プロセス時に換算されて時間換算メモリ４５から出力される。
【００６７】
時間換算メモリ４５から出力された供用時間は累積供用時間カウンタ４１に供給され、そのあとの構成については図１と同様である。
【００６８】
なお、時間換算メモリ４５に格納しておくべき内容は、あらかじめ、種々のプロセス条件について電界補正リング１９の削られ方のデータを取得しておき、これを、そのうちの標準とするプロセス条件での削られ方のデータで正規化することにより作成することができる。
【００６９】
以上説明のように、この実施形態では、図１に示した実施形態が有する効果に加え、プラズマ処理装置としてさらに高機能化した場合にも対応して同種の効果を得ることができる。
【００７０】
次に、図１、図２に示したものとは異なる本発明の実施形態を図３を参照して説明する。図３は、本発明のさらに別の実施形態に係るプラズマ処理装置を模式的に示す構成図であり、すでに説明した構成には同一番号を付してある。なお、すでに説明した部分については説明を省略する。
【００７１】
この実施形態も、プラズマ処理装置として種々のプロセス条件で稼動させる場合に対応したものである。そしてその際、さらに精緻に電界補正リング１９下面と下部電極２９との距離を一定にし得るものである。
【００７２】
図示するように、制御部４ｂは、制御信号出力部４３、供用時間カウンタ４４、プロセス条件入力部４６のほかに、送信部４８、受信部４９からなる通信部４７を有する。通信部４７は、例えばインターネットやイントラネットのようなネットワーク５１を介してサーバ５２と通信し得る。
【００７３】
プロセス条件により電界補正リング１９の削り取られ方の速度が異なることに対応して、制御部４ｂが、プロセス条件を入力する入力部４６を備えることは図２の実施形態と同様である。この実施形態では、入力されたプロセス条件と、供用時間カウンタ４４の出力であるそのプロセス条件での供用時間とが送信部４８からネットワーク５１を介してサーバ５２に送信される。
【００７４】
サーバ５２は、ひとつには、この送信されたデータなどによりこのプロセス処理装置についての動作履歴を記録・管理するものである。一方、サーバ５２は、受信部４９からの要求に基づき、下部電極２９のあるべき位置（指定位置）をネットワーク５１を介して送信する。この指定位置は、過去に送信されたデータから作成されている動作履歴を用いて一定の情報処理により得ることができる。
【００７５】
すなわち、最もわかりやすく言うと図２に示した実施形態における時間換算メモリ４５と累積供用時間カウンタ４１の機能をサーバ５２が有するようにする。このような構成による効果に加え、サーバ５２を用いると、ネットワーク接続されることによる効果を得ることができる。すなわち、サーバ５２は、集中的データ管理部として、送信する時点での最も適当な指定位置を処理装置に送ることができる。これは、集中的データ管理部として、処理装置の使用者にかかわらず、多数の装置の供用実績を踏まえデータや換算ソフトウエアなどの適切な更新をなし得ることによる効果である。
【００７６】
受信部４９で受信された指定位置に従って制御信号出力部４３が制御信号を出力する以降の動作については、図１または図２に示した実施形態と同様である。
【００７７】
次に、図１、図２、図３に示したものとは異なる本発明の実施形態を図４を参照して説明する。図４は、本発明のさらに別の実施形態に係るプラズマ処理装置を模式的に示す構成図であり、すでに説明した構成には同一番号を付してある。なお、すでに説明した部分については説明を省略する。
【００７８】
この実施形態は、電界補正リング１９の削られた量を、実際に、処理装置に設けられた厚さ測定機構を用いて間接的に測定するものである。そして測定された量に応じて下部電極２９の位置が設定される。
【００７９】
このため、この実施形態の電界補正リング１９のすぐ上部には、圧電素子６４、６５が設けられ、圧電素子６４、６５への電気導線を通すため上部電極絶縁部材１８には貫通孔６３が設けられる。圧電素子６４は、超音波発振部として機能し、電界補正リング１９の上から下方向に超音波を発振する。圧電素子６５は、超音波検知部として機能し、電界補正リング１９の下面からの超音波反射エコーを検知して電気信号に変換する。
【００８０】
また、制御部６は、駆動・検出回路６１、厚さ算出処理部６２を有する。駆動・検出回路６１は、導線を介して圧電素子６４を駆動して、圧電素子６４から超音波を発生させ、かつ、圧電素子６５で超音波検知されこれが変換された電気信号を導線を介して検出するものである。検出された電気信号は、厚さ算出処理部６３に供給される。厚さ算出処理部６３は、供給された電気信号を処理して電界補正リング１９の厚さを算出するものである。
【００８１】
算出された電界補正リング１９の厚さに基づき制御信号出力部４３は下部電極２９の位置を制御する。すなわち、電界補正リング１９と下部電極２９との間隔を、供用時間によって消耗する電界補正リング１９によらず一定に保つことが可能になり、被処理基板２６面上での処理均一性の劣化を抑制することができる。なお、この場合も電界補正リング１９は、供用されたあと一定以上消耗したならば交換され得る。
【００８２】
この実施形態では、実際の削られた量に応じて上部電極１４と下部電極２９との間隔が設定されるので、その間隔を設定、指定するためのデータの蓄積などの手間が不要である。
【００８３】
なお、電界補正リング１９の厚さ計測は、超音波を用いる方法である必要はない。例えば、処理容器１１内部の側壁から水平方向に電界補正リング１９の下面にかかるようにレーザ光を照射し、レーザ光の達する処理容器１１内部の側壁にフォトダイオードを設けるように構成する。そして、フォトダイオードの検出強度により、電界補正リング１９の削られた量を検知するようにしてもよい。
【００８４】
次に、図１ないし図４に示した実施形態における電界補正リング１９に代えて用いることができる電界補正リングの他の例について図５を参照して説明する。図５は、上部電極１４付近を図示するものであり、すでに説明した構成要素には同一番号を付してある。
【００８５】
図５に示すように、この例での電界補正リング１９ａは、上部電極１４と水平方向に接する面がない配置となっている。電界補正機能としては、実験的に、上部電極１４と水平方向に接する面を有する方が好ましいが、この例のように水平方向に接する面がない配置の場合でも、本発明の適用により、被処理基板２６面上での処理均一性の劣化を抑制する効果自体は得られる。
【００８６】
また、図５に示す構成では、電界補正リング１９ａと上部電極絶縁部材１８とを別の部材として電界補正リング１９ａのみが消耗部品で交換可能な場合を示しているが、電界補正リング１９ａと上部電極絶縁部材１８とを一体として構成しその一体物を交換可能にしてもよい。
【００８７】
次に、図１ないし図４に示した実施形態におけるフォーカスリング３０に代えて用いることができるフォーカスリングの他の例について図６を参照して説明する。図６は、下部電極２９付近を図示するものであり、すでに説明した構成要素には同一番号を付してある。
【００８８】
図６に示すように、フォーカスリング３０ａは、直接に被処理基板２６を取り囲むのではなく、環状で導電性のリング７１を介してこれを取り囲む。導電性リング７１は、例えば、導電性の単結晶シリコンやＳｉＣなどからなる。
【００８９】
このような構成によると、フォーカスリング３０ａにほど近い部位での、フォーカスリング３０ａによる電界集中効果の不完全さを導電性リング７１上に留めることができる。したがって、被処理基板２６ではさらに面内の処理均一性が増す。このような下部電極２９付近の構成の場合においても本発明は好適に適用できる。
【００９０】
なお、以上の実施形態の説明では、上部電極１４と下部電極２９との間隔を変動させるために、専ら下部電極を移動させる構成を例にして説明したが、上部電極１４の側を専ら移動させるようにしてもよい。その際には、処理容器１１と一体に上部電極１４を上下動させることができる。また、上部電極１４と下部電極２９とを両者とも上下動できるように構成してもよい。したがって、下部電極上下動機構３４は、電極間隔変動機構に一般化される。
【００９１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、供用時間の累積とともに表面、特に下部電極に対向する面が削り取られる電界補正リングに対応して、上部電極と下部電極との間隔が変動される。これにより電界補正リングと下部電極との間隔を、累積供用時間によらず一定に保つことが可能になり、被処理基板面上での処理均一性の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置を模式的に示す構成図。
【図２】本発明の別の実施形態に係るプラズマ処理装置を模式的に示す構成図。
【図３】本発明のさらに別の実施形態に係るプラズマ処理装置を模式的に示す構成図。
【図４】本発明のさらに別の実施形態に係るプラズマ処理装置を模式的に示す構成図。
【図５】図１ないし図４に示した実施形態における電界補正リング１９に代えて用いることができる電界補正リングの他の例を説明する構成図。
【図６】図１ないし図４に示した実施形態におけるフォーカスリング３０に代えて用いることができるフォーカスリングの他の例を説明する構成図。
【符号の説明】
１１…処理容器、１２…ＲＦプレート、１３…クリスタル電極、１４…上部電極、１５…拡散板、１６…ガス供給管、１７…細孔、１８…上部電極絶縁部材、１９，１９ａ…電界補正リング、２０…上部電極電源、２１…上部電極側マッチング回路、２２…エッチングガス供給系、２３…排出管、２４…排気系、２５…ゲートバルブ、２６…被処理基板、２７…絶縁性狭持体、２８…導電膜、２９…下部電極、３０，３０ａ…フォーカスリング、３１…ベローズ、３２…ベローズ支持板、３３…支持部材、３４…下部電極上下動機構、３５…下部電極側マッチング回路、３６…下部電極電源、３７…静電チャック用電源、４，４ａ，４ｂ…制御部、４１…累積供用時間カウンタ、４２…設定位置メモリ、４３…制御信号出力部、４４…供用時間カウンタ、４５…時間換算メモリ、４６…プロセス条件入力部、４７…通信部、４８…送信部、４９…受信部、５１…ネットワーク、５２…サーバ、６…制御部、６１…駆動・検出回路、６２…厚さ算出処理部、６３…貫通孔、６４，６５…圧電素子、７１…導電性リング
【図１】
0003964198.tif 000002
【図２】
0003964198.tif 000003
【図３】
0003964198.tif 000004
【図４】
0003964198.tif 000005
【図５】
0003964198.tif 000006
【図６】
0003964198.tif 000007