(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空処理容器内に配置され且つ被処理体を載置する載置台と、この載置台上で上記被処理体を囲むフォーカスリングとを備え、プラズマ発生手段を用いて上記真空処理容器内でプラズマを発生させて上記被処理体に所定の処理を施すプラズマ処理装置において、
上記フォーカスリングの径方向外側に配置された絶縁性のカバーリングと、
上記カバーリングの下部に位置するベースリングを有し、
上記カバーリングは、径方向内側の第１カバーリングと、径方向外側の第２カバーリングとに分割されており、且つ、
上記第１カバーリングと上記第２カバーリングの間、及び上記第２カバーリングと上記ベースリングの間に、それぞれ第１及び第２の隙間を設けた
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
上記第１カバーリングと上記ベースリングの間にも、第２の隙間を設けた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】
上記第１及び第２の隙間それぞれを上記カバーリングの全周に渡って環状に形成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
上記プラズマ発生手段は、上記載置台の上方に配設された上部電極と、上記上部電極に接続された高周波電源と、上記上部電極と上記高周波電源との間に配設された整合回路とを有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
被処理体の外側に配置されたフォーカスリングと、このフォーカスリングの径方向外側に配置された絶縁性のカバーリングと、上記カバーリングの下部に位置するベースリングとを備えたプラズマ処理装置のフォーカスリング機構であって、
上記カバーリングは、径方向内側の第１カバーリングと、径方向外側の第２カバーリングとに分割されており、且つ、
上記第１カバーリングと上記第２カバーリングの間、及び上記第２カバーリングと上記ベースリングの間に、それぞれ第１及び第２の隙間を設けた
ことを特徴とするフォーカスリング機構。
【請求項６】
上記第１カバーリングと上記ベースリングの間にも、第２の隙間を設けたことを特徴とする請求項５に記載のフォーカスリング機構。
【請求項７】
上記第１及び第２の隙間それぞれを上記カバーリングの全周に渡って環状に形成したことを特徴とする請求項５または請求項６に記載のフォーカスリング機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ処理装置に関し、更に詳しくは半導体ウエハ等の被処理体外周縁とフォーカスリング間のアーク放電を防止することができるプラズマ処理装置及びフォーカスリング機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマ処理装置は、真空処理容器（以下、「チャンバー」と称する。）と、チャンバー内に配設され且つ被処理体例えば半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」と処する。）を載置する載置台と、チャンバー内にプロセスガスを供給する手段と、チャンバー内で所定の真空度でプロセスガスのプラズマを発生させるプラズマ発生手段とを備え、高周波電源を介して発生したプラズマで載置台上のウエハに対してエッチング等のプラズマ処理を施す。
【０００３】
例えば図４に示すように、載置台は、下部電極１と、下部電極１の上部に配置され且つ下部電極１上のウエハＷを吸着保持する静電チャック２とを備えている。静電チャック２の径方向外側にはフォーカスリング３が配置され、フォーカスリング３を介して下部電極１上のウエハＷにプラズマを集める。フォーカスリング３は絶縁性部材からなるカバーリング４によって囲まれ、カバーリング４を介して静電チャック２及びフォーカスリング３をプラズマから保護している。従って、チャンバー内でプラズマが発生すると、このプラズマはフォーカスリング３を介して下部電極１上のウエハＷに集束し、ウエハＷに対してエッチング等のプラズマ処理を施す。尚、５はカバーリング４を支持するベースリングである。
【０００４】
そして、ウエハＷの処理を行っている間に図４に矢印で示すようにウエハＷ、フォーカスリング３及びカバーリング４が帯電し、ウエハＷとフォーカスリング３間に電位差が発生して電界を生じる。
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のプラズマ処理装置の場合には、プラズマがフォーカスリング３に集束し、カバーリング４の近傍までしか達しないため、高周波電源からの高周波電流は主としてウエハＷ及びフォーカスリング３に流れ込み、ウエハＷ及びフォーカスリング３それぞれの電位が高くなり、しかもウエハＷとフォーカスリング３には均等に流れ込まないため両者間の電位差が大きくなって電界強度が強くなり、図４に示すようにウエハＷとフォーカスリング３間でアーク放電が発生するという課題があった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、被処理体とフォーカスリング間のアーク放電を防止することができるプラズマ処理装置及びフォーカスリング機構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】
本発明者等はウエハＷとフォーカスリング４間のアーク放電について種々検討した結果、載置台周囲に形成される各部品の隙間が影響していることが判った。更に検討を進めた結果、カバーリングの構造がアーク放電に大きく影響しており、カバーリングを特定の構造にすることによってアーク放電を防止できることが判った。
【０００７】
本発明は上記知見に基づいてなされたもので、本発明の請求項１に記載のプラズマ処理装置は、真空処理容器内に配置され且つ被処理体を載置する載置台と、この載置台上で上記被処理体を囲むフォーカスリングとを備え、プラズマ発生手段を用いて上記真空処理容器内でプラズマを発生させて上記被処理体に所定の処理を施すプラズマ処理装置において、上記フォーカスリングの径方向外側に配置された絶縁性のカバーリングと、上記カバーリングの下部に位置するベースリングを有し、上記カバーリングは、径方向内側の第１カバーリングと、径方向外側の第２カバーリングとに分割されており、且つ、上記第１カバーリングと上記第２カバーリングの間、及び上記第２カバーリングと上記ベースリングの間に、それぞれ第１及び第２の隙間を設けたことを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の請求項２に記載のプラズマ処理装置は、請求項１に記載の発明において、上記第１カバーリングと上記ベースリングの間にも、第２の隙間を設けたことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の請求項３に記載のプラズマ処理装置は、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記第１及び第２の隙間それぞれを上記カバーリングの全周に渡って環状に形成したことを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の請求項４に記載のプラズマ処理装置は、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、上記載置台の上方に配設された上部電極と、上記上部電極に接続された高周波電源と、上記上部電極と上記高周波電源との間に配設された整合回路とを有す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に記載のフォーカスリング機構は、被処理体の外側に配置されたフォーカスリングと、このフォーカスリングの径方向外側に配置された絶縁性のカバーリングと、上記カバーリングの下部に位置するベースリングとを備えたプラズマ処理装置のフォーカスリング機構であって、上記カバーリングは、径方向内側の第１カバーリングと、径方向外側の第２カバーリングとに分割されており、且つ、上記第１カバーリングと上記第２カバーリングの間、及び上記第２カバーリングと上記ベースリングの間に、それぞれ第１及び第２の隙間を設けたことを特徴とするものである。
また、本発明の請求項６に記載のフォーカスリング機構は、請求項５に記載の発明において、上記第１及び第２の隙間それぞれを上記カバーリングの全周に渡って環状に形成したことを特徴とするものである。
また、本発明の請求項７に記載のフォーカスリング機構は、請求項５または請求項６に記載の発明において、上記第１及び第２の隙間それぞれを上記カバーリングの全周に渡って環状に形成した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３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１０は、例えば図１に示すように、真空処理容器（図示せず）内に配設された載置台１１と、この載置台１１の上方に所定の隙間を介して配設された上部電極１２とを備えている。載置台１１は、下部電極１３と、下部電極１３の上部に配置された静電チャック１４とを備えている。下部電極１３の外周縁部にはその内側よりも低いリング状の段部が形成され、この段部には例えばシリコンやセラミックからなるフォーカスリング１５が配置されている。即ち、下部電極１３上面の内側がウエハＷの載置面として形成され、リング状の段部がフォーカスリング１５の載置面として形成されている。そして、ウエハＷの載置面及びフォーカスリング１５の載置面には酸化チタン等のセラミックやポリイミド系樹脂等の耐熱性樹脂等の誘電体からなる溶射膜（図示せず）が形成されている。また、静電チャック１４はその電極板１４Ａが高圧直流電源（図示せず）に接続され、高圧直流電源からの印加電圧でウエハＷを静電吸着する。また、フォーカスリング１５はその径方向外側に配置された分割型カバーリング１６によって囲まれている。このカバーリング１６はベースリング１７によって支持されている。カバーリング１６及びベースリング１７は共に石英によって形成されている。従って、本実施形態では、フォーカスリング機構は、フォーカスリング１５及び分割型カバーリング１６を備えて構成されている。
【００１６】
また、下部電極１３には整合回路１８Ａを介して第１の高周波電源１８が接続され、上部電極１２には整合回路１９Ａを介して第２の高周波電源１９が接続されている。第１の高周波電源１８は第２の高周波電源１９よりも低い周波数の高周波電源である。そして、第２の高周波電源１９がプラズマ発生手段として用いられ、第１の高周波電源１８がバイアス電位を発生させる手段として用いられる。また、上部電極１２は例えばプロセスガスを均等に分散して供給するシャワーヘッド（図示せず）を有し、プロセスガスの供給手段としても用いられる。
【００１７】
分割型カバーリング１６は、例えば、リング状に形成された第１カバーリング（以下、「第１部品」と称する。）１６Ａと、第１部品１６Ａを囲み且つ上面に下降傾斜面を持ってリング状に形成された第２カバーリング（以下、「第２部品」と称する。）１６Ｂとからなっている。ベースリング１７は、例えば、上下方向の中程にフランジ１７Ａを有する筒体として形成されている。カバーリング１６の第１部品１６Ａはベースリング１７の筒体上に配置され、第２部品１６Ｂはベースリング１７のフランジ１７Ａに配置されている。そして、第１部品１６Ａと第２部品１６Ｂの間には所定の隙間δ１が形成され、この隙間δ１が後述のようにプラズマを径方向外側へ広げる役割を果たしている。また、第１、第２部品１６Ａ、１６Ｂとベースリング１７の間にも隙間δ２が形成されている。この隙間δ２はカバーリング１６及びベースリング１７の作製上の公差に基づくものである。
【００１８】
而して、プラズマ処理を行う場合には、チャンバー内の静電チャック１４上でウエハＷを静電吸着すると共にプロセスガスをチャンバー内へ供給し、チャンバー内を所定の真空度に保持した状態で静電チャック１４及び上部電極１２にそれぞれの高周波電源１８、１９から高周波電圧を印加すると、載置台１１の下部電極１３と上部電極１２の間でプラズマを発生する。このプラズマはフォーカスリング１５を介してウエハＷ側に集束し、ウエハＷにエッチング等のプラズマ処理を行う。
【００１９】
プラズマ処理時には、ウエハＷ上では高密度プラズマが均一に形成され、プラズマの一部がフォーカスリングの外側にも多少延びる。そして、第２の高周波電源１９からの高周波電流がプラズマを介して図１に矢印で示すようにウエハＷ、フォーカスリング１５及びカバーリング１６及びチャンバーの内壁面に分かれて流れる。この際、ウエハＷには従来と同様の高周波電流が流れるが、フォーカスリング１５、カバーリング１６及び内壁面には従来とは異なった形態で高周波電流が流れる。
【００２０】
即ち、カバーリング１６は第１、第２部品１６Ａ、１６Ｂとして二分割され、第１部品１６Ａと第２部品１６Ｂの間に設計公差以上の大きさに設定された隙間δ１を設けられているため、この隙間δ１内にフォーカスリング１５外側のプラズマが円滑に入り込み、フォーカスリング１５外側のプラズマを径方向外方へ広げることになる。また、第１部品１６Ａと第２部品１６Ｂそれぞれの対向面上端部にテーパ面を設けることによってテーパ面を介して隙間δ１内へプラズマをより円滑に導入することができる。この隙間δ１内のプラズマが導電体として機能し、このプラズマが高周波電流の道筋を形成し、高周波電流が隙間δ１内に流れやすくなる。その結果、プラズマからカバーリング１６に流れ込む電流値が高くなる一方、下部電極１３に流れ込む電流値が低下する。この様子を等価回路として示したものが図２である。
【００２１】
図２に示すようにプラズマ領域Ｐの内部抵抗ＲＰはフォーカスリング１５、カバーリング１７及び内壁面に流れるそれぞれの高周波電流ＩｒｆＦ／Ｒ、ＩｒｆＣ／Ｒ、ＩｒｆＷａｌｌの抵抗成分ＲＰｒ１、ＲＰｒ２、ＲＰｒ３に分かれる。プラズマ領域ＰとウエハＷ、フォーカスリング１５、ベースリング１６及び上部電極１２との間にシース容量が形成される。各シース容量は静電チャック１４、溶射膜、カバーリング１６の静電容量に電気的に連なっている。また、静電チャック１４及び溶射膜それぞれの静電容量は下部電極１３のコンダクタンスを経由してグランド電位に連なる。内壁面のシース容量は直接グランド電位に連なっている。従って、高周波電流はウエハＷ、フォーカスリング１５、カバーリング１６及び内壁面に分流し、最終的にはグランド電位に合流する。
【００２２】
また、図１に示すようにカバーリング１６の第１、第２部品１６Ａ、１６Ｂ間に隙間δ１があり、また、カバーリング１６とベースリングの間に隙間δ２があるため、これらの隙間δ１、δ２が図２に示す容量成分になる。この容量成分を図２では隙間δ１、δ２として四角で囲んで表示してある。しかも、隙間δ１にはプラズマが介在するため、このプラズマと第１、第２部品１６Ａ、１６Ｂ及びベースリング１７間にシース容量が形成される。尚、隙間δ２にはプラズマは殆ど回り込まない。更にプラズマ自体が上述のように内部抵抗を有する。この隙間δ１におけるシース容量及び内部抵抗を図２ではプラズマ領域として四角で囲んで表示してある。この結果、高周波電流ＩｒｆＣ／Ｒがカバーリング１６を経由してグランド電位に流れる際のインピーダンスＺＣ／Ｒは隙間δ１、δ２の容量成分並びに隙間δ１内のプラズマの内部抵抗及びシース容量に起因して低下する。インピーダンスＺＣ／Ｒの低下によってカバーリング１６を流れる電流値ＩｒｆＣ／Ｒが高くなる。カバーリング１６の電流値ＩｒｆＣ／Ｒが高くなる結果、下部電極１３を流れる電流値ＩｒｆＢＴＭが相対的に低くなり、ウエハＷの電位ＶＷａｆｅｒ及びフォーカスリング１５の電位ＶＦ／Ｒが低下して両者間の電位差ΔＶＷ−Ｆが低下する。従って、ウエハＷ周面とフォーカスリング１５の対向面間の電界強度が低下して両者Ｗ、１５間のアーク放電を防止することができる。
【００２３】
次に、カバーリング１６の第１、第２部品１６Ａ、１６Ｂ間に形成された隙間δ１を設けた場合の効果を検討するために、プロセス条件を一定にし、本実施形態の分割型カバーリングと従来の一体型カバーリングを用いてウエハＷ周面とフォーカスリング１５の対向面間の電界強度を求める電界シミュレーションを行った。この際、分割型カバーリングは第１、第２部品１６Ａ、１６Ｂの隙間δ１を１ｍｍに設定した。そして、隙間δ１内の比抵抗値をパラメータとして用いた。隙間δ１内に導電体を介在させない場合、導電体を介在させ、導電体の比抵抗値を１Ωｍ、１０Ωｍ及び１０００Ωｍと変化させた場合について電界強度を求めた。また、その他のパラメータとして、プラズマの比抵抗値を１．５Ωｍ、下部電極の比抵抗値を５０Ωｍ、プラズマ領域Ｐのインピーダンスを５〜１０Ωと仮定した。
【００２４】
上記条件でウエハＷとフォーカスリング１５間の電界強度を求め、図３に示す結果が得られた。図３において、□は分割型カバーリングで隙間δ１内に導電体を挿入しない場合、◎は隙間δ１に１Ωｍの導電体を挿入した場合、▼は隙間δ１内に１０Ωｍの導電体を挿入した場合、◇は隙間δ１内に１０００Ωｍの導電体を挿入した場合、○は従来の一体型カバーリングを用いた場合の結果を示す。
【００２５】
図３に示す電界シミュレーション結果によれば、分割型カバーリングであっても隙間δ１内に導電体が介在しない場合には従来の一体型カバーリングよりも電界強度が高くなっていることが判った。隙間δ１内に比抵抗値が１０００Ωｍと高い導電体を挿入しても導電体が介在しない場合とほぼ同様の結果が得られた。ところが、隙間δ１内に挿入する導電体の比抵抗値を低くして行くと、電界強度が低下し、導電体の比抵抗値が１０Ωｍの時に一体型カバーリングをほぼ同様の電界強度を示した。導電体の比抵抗値を更に低下させて１Ωｍにすると、一体型カバーリングと比較して格段に低下することが判った。つまり、導電体の比抵抗値を１０Ωｍ以下の値に設定すれば、一体型カバーリングより電界強度が低下し、ウエハＷとフォーカスリング１５間のアーク放電を防止することができることが判った。例えば、プラズマの比抵抗値は約１．５Ωｍであることから、プラズマ処理時にはプラズマが隙間δ１内に入り込み、プラズマが導電体としての機能を有し、アーク放電を防止することができることが判った。
【００２６】
以上説明したように本実施形態によれば、フォーカスリング１５の径方向外側のプラズマを径方向外側へ広げる手段として、フォーカスリング１５の外側に分割型カバーリング１６を設けると共に分割型カバーリング１６の第１、第２部品１６Ａ、１６Ｂ間の隙間δ１を設けたため、隙間δ１内にプラズマが入り込み、このプラズマが導電体として機能する。この導電体が高周波電源１９からの高周波電流の道筋となって高周波電流が流れやすくなる一方、ウエハＷ及びフォーカスリング１５を流れる高周波電流を低減してウエハＷ及びフォーカスリングの電位をそれぞれ低減させる。この結果、ウエハＷとフォーカスリング１５間の電位差が低下し、両者間におけるアーク放電を防止することができる。従って、隙間δ１内のプラズマは高周波電流を導入する手段としても機能することになる。
【００２７】
尚、上記実施形態ではフォーカスリング１５の外側の部品として分割型カバーリング１６を設けた場合について説明したが、ウエハＷの外周縁とフォーカスリング１５の内周縁との距離を最適化することによってもウエハＷとフォーカスリング１５間のアーク放電を防止することができる。即ち、電界強度∝電位差／距離の関係にあるから、ウエハＷの外周縁とフォーカスリング１５の内周縁との距離を広げることによってこれら両者Ｗ、１５間の電界強度を小さくしてアーク放電を防止することができる。
【００２８】
しかしながら、ウエハＷの外周縁とフォーカスリング１５の内周縁との距離を広げ過ぎると、その隙間にプラズマが入り込み、このプラズマが導電体として作用してウエハＷとフォーカスリング１５が電気的につながり、その結果、ウエハＷのセンタとフォーカスリング１５を含むウエハＷのエッチ側との間で電位差が生じ、ウエハＷ上においてアーク放電を生じる虞がある。ウエハＷ上にアーク放電が発生すると、ウエハＷ上に形成された回路が破壊され、チップの歩留まりの低下やパーティクルの発生原因となる。従って、ウエハＷとフォーカスリング１５とは、同電位であることが好ましく、ウエハＷの外周縁とフォーカスリング１５の内周縁との距離は、プラズマが入り込まず、電界強度を小さくすることができる距離に設定することが好ましい。
【００２９】
また、カバーリング以外の部品を設ける場合にはその部品を分割型にして隙間を設けても良い。また、本実施形態では分割型カバーリング１６を用いた場合について説明したが、一体型カバーリングを用い、このカバーリングに隙間を全周に設けても良く、また部分的に設けても良い。また、本実施形態では分割型カバーリング１６の隙間δ１内に入り込むプラズマを導電体として利用しているが、プラズマ以外の導電体を隙間δ１内に挿入しても良い。また、上記実施形態では上下両電極に高周波電源を接続した場合について説明したが、いずれか一方の電極に高周波電源を接続し、プラズマを発生させる場合であっても良い。また、高周波電源以外のプラズマ発生手段を用いたものであっても良い。また、被処理体としてはウエハＷ以外のものであっても良い。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、被処理体とフォーカスリング間のアーク放電を防止することができるプラズマ処理装置及びフォーカスリング機構を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のプラズマ処理装置の一実施形態の要部を拡大して示す模式図である。
【図２】  図１に示すプラズマ処理装置を用いてプラズマ処理を行う時の等価回路図である。
【図３】  図１に示すプラズマ処理装置のカバーリングを種々変更してウエハとフォーカスリング間の電界強度をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図４】  従来のプラズマ処理装置の一例の要部を拡大して示す模式図である。
【符号の説明】
１０    プラズマ処理装置
１１    載置台
１５    フォーカスリング
１６    分割型カバーリング（部品）
１６Ａ  第１部品
１６Ｂ  第２部品
Ｗ    ウエハ（被処理体）
δ１  隙間
【図１】
0004035627.tif 000002
【図２】
0004035627.tif 000003
【図３】
0004035627.tif 000004
【図４】
0004035627.tif 000005