JP2003188145A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 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知見によ
っている。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、削り取られ方に応じて上部電極と下部電極との間隔
を変える。

Description

【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比
較的高周波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・保持可能でかつ前記導入されたエッチングガス
に比較的低周波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、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比較的高周波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・保持可能でかつ前記導
入されたエッチングガスに比較的低周波の電圧を印加可
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。

【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２
１、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２
９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ＳｉＯ_２、Ｓｉ
Ｃ、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（Ｙ _２Ｏ_３）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１
７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２Ｍ
Ｈｚ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２
６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１
ｋＶ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４
３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１
１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２
３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１
１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３
４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１
１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１
９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１
９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４
ｂ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６
３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３０
ａ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Ｓ
ｉＣ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２
９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２
９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、１９，１
９ａ…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、７
１…導電性リング

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【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
   ガスに比較的高周波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・保持可能でかつ前記導入されたエッ
   チングガスに比較的低周波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、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。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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。
5. 【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
   ガスに比較的高周波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・保持可能でかつ前記導入され
   たエッチングガスに比較的低周波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。
6. 【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。
7. 【請求項７】 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。
8. 【請求項８】 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。
9. 【請求項９】 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。
10. 【請求項１０】 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。
11. 【請求項１１】 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。