JP2005064460A - プラズマ処理装置、フォーカスリング及び被処理体の載置装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 コストの上昇を防止すると共に、フォーカスリングの冷却効率を飛躍的に改善することができるプラズマ処理装置、フォーカスリング及び被処理体の載置装置を提供する。
【解決手段】 プラズマ処理装置に用いられる被処理体の載置装置は、高周波電力が印加されるサセプタ１１と、サセプタ１１の上面に配置される静電チャック２５と、該静電チャック２５の外周部２５ｂに載置されるフォーカスリング３０とから成り、静電チャック２５は、フォーカスリング３０が載置される外周部２５ｂの内部において直流電源２８と接続される電極板２５ｄを有し、フォーカスリング３０は、外周部２５ｂと接触する接触部を形成する二酸化珪素から成る誘電体部３０ａと、該誘電体部３０ａを介して外周部２５ｂに対向するシリコンから成る導電体部３０ｂとを有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、プラズマ処理装置、フォーカスリング及び被処理体の載置装置に関する。

通常、プラズマ処理装置としてＣＶＤ装置、エッチング装置、若しくはアッシング装置等が広く知られている。このプラズマ処理装置におけるプラズマ処理室内には、被処理体であるウエハＷを載置する載置装置が設置されている。この載置装置は、図１０に示すように、ウエハＷを載置する円板状の静電チャック５１と、この静電チャック５１上面の外周縁部に配置された導電体、若しくは誘電体のみから成るフォーカスリング５２とを備える。

ウエハＷにプラズマ処理を施す場合には、静電チャック５１上にウエハＷを載置した後、処理室を所定の真空度に保持しつつ、処理ガス、例えば、Ｃ₄Ｆ₈，Ｏ₂，Ａｒで構成される処理ガスを充填した状態で静電チャック５１上にウエハＷを静電吸着力によって固定し、静電チャック５１に高周波電力を印加して処理室内で処理ガスからプラズマを発生させる。このプラズマは静電チャック５１上のフォーカスリング５２によってウエハＷ上に収束し、ウエハＷに対し所定のプラズマ処理（例えば、ドライエッチング（ＲＩＥ）処理）を施す。このとき、ドライエッチング処理が施されることによってウエハＷの温度が上昇するが、該温度が上昇したウエハＷは静電チャック５１が内蔵する冷却機構によって冷却される。この冷却の際、静電チャック５１上面から熱伝達性に優れたヘリウムガス等のバックサイドガスをウエハＷの裏面に向けて流し、静電チャック５１とウエハＷ間の熱伝達性を向上することによってウエハＷは効率良く冷却される。

一方、フォーカスリング５２の裏面と静電チャック５１の外周縁部の上面との間には、フォーカスリング５２の裏面の表面粗さに起因する凹凸により、ミクロ単位の隙間が存在する。処理室内を減圧して真空状態にすると、当該隙間は真空状態となり、真空断熱層を形成するため、静電チャック５１とフォーカスリング５２との間における熱伝達性が低くなり、フォーカスリング５２をウエハＷのように効率良く冷却できず、その結果、フォーカスリング５２の温度はウエハＷの温度よりも上昇する。このフォーカスリング５２の温度上昇によってウエハＷの外周縁部がその内側部よりも高温になり、当該外周縁部のエッチング特性が悪くなり、ホール抜け性が悪化したり、エッチングの選択比が低下したりする。

ところが近年、ウエハＷの大口径化、ウエハＷの超微細加工化が飛躍的に進んだため、一枚のウエハＷから数多くのデバイスを生産するようになっている。そのため、ウエハＷの外周縁部からもデバイスを生産する場合がある。従って、フォーカスリング５２の温度上昇を防止して外周縁部におけるエッチング特性の悪化を防止する必要がある。

このフォーカスリングの温度上昇を防止するには、フォーカスリング及び静電チャックの熱伝達性を改善する必要があり、この熱伝達性を改善する載置装置として、図１１に示すように、冷媒流路６１を内蔵した静電チャック６２と、静電チャック６２におけるウエハＷの載置面の外周縁部に配置されたフォーカスリング６３と、静電チャック６２及びフォーカスリング６３の間に介在する熱伝達媒体６４と、フォーカスリング６３を静電チャック６２に対して押圧、固定する固定治具６５とを備える載置装置６６が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この載置装置６６では、熱伝達媒体６４が、固定治具６５からフォーカスリング６３を介して荷重を負荷されることによって変形し、これにより、静電チャック６２及びフォーカスリング６３の間隙を充填するので、静電チャック６２及びフォーカスリング６３の密着度が向上し、もって、静電チャック６２及びフォーカスリング６３の熱伝達性が改善される。

また、フォーカスリングの温度上昇を防止するエッチング装置として、図１２に示すように、反応室７１内に設けられた静電チャック７２と、該静電チャック７２の上部側周に設けられたフォーカスリング７３と、フォーカスリング７３の下面に沿って設けられた冷却手段（冷却ユニット）７４とを備え、この冷却ユニット７４は、フォーカスリング７３の下面に密着させて設けられた熱伝導性の良好な材料からなる基材７４ａと、該基材７４ａに内設された、冷媒を循環させる冷媒管７４ｂとを有するエッチング装置７５が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

また、他のエッチング装置として、静電チャック上面から熱伝達性に優れたヘリウム（Ｈｅ）ガス等のバックサイドガスをフォーカスリングの裏面に向けて流すことによって、静電チャックとフォーカスリングとの間に存在する真空の間隙をバックサイドガスによって拡散充填し、もって、静電チャックとフォーカスリングと間の熱伝達性を改善する装置が知られている。

さらに、フォーカスリング及び静電チャックの熱伝達性を改善するためには、フォーカスリングと静電チャックとの密着性を向上させるのがよい。そのために、フォーカスリングに対向するように静電チャックに内包される電極を備えるエッチング装置が知られている。この装置では、電圧を印加された電極が静電吸着力によってフォーカスリングを静電チャックに吸着させるため、フォーカスリングと静電チャックとの密着性が向上する。
特開２００２−１６１２６号公報（第１図） 特開平１１−３３００４７号公報（第１図）

しかしながら、上述した載置装置６６は、従来の載置装置の構成部品に加えて熱伝達媒体６４及び固定治具６５が必要であるため、イニシャルコストが上昇する。さらに、固定治具６５はプラズマに暴露されるため、プラズマ処理の繰り返しと共に消耗し、これにより、定期的なメンテナンスを必要とする。したがって、メンテナンスコストが上昇するという問題がある。

また、静電チャック６２に内蔵された冷媒流路６１は、フォーカスリング６３の熱だけでなく固定治具６５の熱まで回収してしまうため、フォーカスリング６３の冷却効率を期待した程改善することができないという問題がある。

また、上述したエッチング装置７５でも、冷却ユニット７４が必要とされるため、イニシャルコストが上昇し、さらに、冷却ユニット７４がプラズマに暴露されているならば、冷却ユニット７４はプラズマ処理の繰り返しと共に消耗し、これに対応して定期的なメンテナンスを必要とするので、メンテナンスコストも上昇するという問題がある。

さらに、他のエッチング装置では、静電チャックとフォーカスリングとの間に存在する真空の間隙の厚みが小さいため、バックサイドガスを当該真空の間隙において十分に拡散させることができず、その結果、静電チャックとフォーカスリングと間の熱伝達性を十分に改善できない。したがって、フォーカスリングの冷却効率を期待した程改善できないという問題がある。

また、通常、プラズマ処理は複数の工程からなり、プラズマ発生のための高周波電力の大きさ等が工程毎に変化することがあるため、フォーカスリングの温度が変化することがある。一方、バックサイドガスの圧力や静電チャックに内包される電極に印加される電圧は、工程毎に変化せず、プラズマ処理を通じて一定のままであるため、フォーカスリングと静電チャックとの熱伝達能力は変化しない。したがって、高周波電力の大きさの変化に起因するフォーカスリングの温度変化を抑制することができず、フォーカスリングの冷却効率を改善できないという問題がある。

本発明の目的は、コストの上昇を防止すると共に、フォーカスリングの冷却効率を飛躍的に改善することができるプラズマ処理装置、フォーカスリング及び被処理体の載置装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載のプラズマ処理装置は、プラズマ処理が施される被処理体を載置する静電チャックと、該静電チャックに接触部にて接触するフォーカスリングとを有する被処理体の載置装置を備えるプラズマ処理装置において、前記フォーカスリングは、前記接触部を形成する誘電体部と、該誘電体部を介して前記静電チャックに対向する導電体部とを有することを特徴とする。

請求項２記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記誘電体部の厚みは、前記フォーカスリングの半径方向に関して一定であることを特徴とする。

請求項３記載のプラズマ処理装置は、請求項１又は２記載のプラズマ処理装置において、前記誘電体部は、前記導電体部を成す材料の酸化物から成ることを特徴とする。

請求項４記載のプラズマ処理装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記導電体部を成す材料はシリコンであることを特徴とする。

請求項５記載のプラズマ処理装置は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記誘電体部を成す材料は二酸化珪素であることを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項６記載のフォーカスリングは、プラズマ処理が施される被処理体を載置する静電チャックに接触部にて接触するフォーカスリングにおいて、前記接触部を形成する誘電体部と、該誘電体部を介して前記静電チャックに対向する導電体部とを有することを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項７記載の被処理体の載置装置は、プラズマ処理が施される被処理体を載置する静電チャックと、該静電チャックに接触部にて接触するフォーカスリングとを備えた被処理体の載置装置において、前記フォーカスリングは、前記接触部を形成する誘電体部と、該誘電体部を介して前記静電チャックに対向する導電体部とを有することを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項８記載のプラズマ処理装置は、プラズマ処理が施される被処理体を載置する静電チャックと、前記被処理体の周辺において前記静電チャックに接触面にて接触するフォーカスリングとを有する被処理体の載置装置を備えるプラズマ処理装置において、熱媒体が充填される熱伝達部を、前記接触面に有することを特徴とする。

請求項９記載のプラズマ処理装置は、請求項８記載のプラズマ処理装置において、前記充填される熱媒体の圧力を制御する制御部をさらに備え、前記制御部は、複数の工程から成る前記プラズマ処理の各工程に応じて前記充填される熱媒体の圧力を変更することを特徴とする。

請求項１０記載のプラズマ処理装置は、請求項８記載のプラズマ処理装置において、前記フォーカスリングに対向するように前記静電チャックに内包される電極と、該電極に印加される電圧を制御する制御部とをさらに備え、前記電極は、静電吸着力によって前記フォーカスリングを前記静電チャックに吸着させ、前記制御部は、複数の工程から成る前記プラズマ処理の各工程に応じて前記電極に印加される電圧を変更することを特徴とする。

請求項１１記載のプラズマ処理装置は、請求項８記載のプラズマ処理装置において、前記熱伝達部は、前記接触面に配設された溝であることを特徴とする。

請求項１２記載のプラズマ処理装置は、請求項１１記載のプラズマ処理装置において、前記フォーカスリングが前記溝を有することを特徴とする。

請求項１３記載のプラズマ処理装置は、請求項１１記載のプラズマ処理装置において、前記静電チャックが前記溝を有することを特徴とする。

請求項１４記載のプラズマ処理装置は、請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記溝の深さは０．１ｍｍ以上であることを特徴とする。

請求項１５記載のプラズマ処理装置は、請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記溝における隅角部はＲ形状に成形されていることを特徴とする。

請求項１６記載のプラズマ処理装置は、請求項１１乃至１５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記溝は、前記フォーカスリングと同心の環状を呈する少なくとも１つの溝から成ることを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項１７記載のフォーカスリングは、プラズマ処理が施される被処理体を載置する静電チャックに、前記被処理体の周辺において接触面にて接触するフォーカスリングにおいて、熱媒体が充填される熱伝達部を、前記接触面に有することを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項１８記載の被処理体の載置装置は、プラズマ処理が施される被処理体を載置する静電チャックと、前記被処理体の周辺において前記静電チャックに接触面にて接触するフォーカスリングとを備える被処理体の載置装置において、熱媒体が充填される熱伝達部を、前記接触面に有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によれば、フォーカスリングは、接触部を形成する誘電体部と、該誘電体部を介して静電チャックに対向する導電体部とを有するので、被処理体にプラズマ処理を施す際に、静電チャック及びフォーカスリング間の静電吸着力を生じさせるための電荷の量を多くすることができ、これにより、静電チャック及びフォーカスリング間における静電吸着力を高め、静電チャック及びフォーカスリングの密着度を向上させて熱伝達性を改善することができる。したがって、載置装置のコストの上昇を防止すると共に、フォーカスリングの冷却効率を飛躍的に改善することができる。

請求項２記載の被処理体の載置装置によれば、誘電体部の厚みは、フォーカスリングの半径方向に関して一定であるので、静電チャック及び導電体部の静電吸着力を一定にし、静電チャック及び導電体部の密着度を均一化できる。したがって、フォーカスリングを均一に冷却してエッチング特性の局所的な悪化の発生を防止できる。

請求項３記載のプラズマ処理装置によれば、誘電体部は導電体部を成す材料の酸化物から成るので、導電体部を酸化することによって誘電体部を形成することができる。したがって、当該フォーカスリングを容易に形成することができると共に、誘電体部及び導電体部の間における間隙の発生を確実に防止することができる。

請求項４記載のプラズマ処理装置によれば、導電体部を成す材料はシリコンであるので、材料の入手が容易であり、もって載置装置のコストの上昇をさらに防止することができる。

請求項５記載のプラズマ処理装置によれば、誘電体部を成す材料は二酸化珪素であるので、誘電体部の形成が容易であり、もって載置装置のコストの上昇を確実に防止することができる。

請求項６記載のフォーカスリングによれば、接触部を形成する誘電体部と、該誘電体部を介して静電チャックに対向する導電体部とを有するので、被処理体にプラズマ処理を施す際に、静電チャック及びフォーカスリング間の静電吸着力を生じさせるための電荷の量を多くすることができ、これにより、静電チャック及びフォーカスリング間における静電吸着力を高め、静電チャック及びフォーカスリングの密着度を向上させて熱伝達性を改善することができる。したがって、載置装置のコストの上昇を防止すると共に、フォーカスリングの冷却効率を飛躍的に改善することができる。

請求項７記載の被処理体の載置装置によれば、フォーカスリングは、接触部を形成する誘電体部と、該誘電体部を介して静電チャックに対向する導電体部とを有するので、被処理体にプラズマ処理を施す際に、静電チャック及びフォーカスリング間の静電吸着力を生じさせるための電荷の量を多くすることができ、これにより、静電チャック及びフォーカスリング間における静電吸着力を高め、静電チャック及びフォーカスリングの密着度を向上させて熱伝達性を改善することができる。したがって、載置装置のコストの上昇を防止すると共に、フォーカスリングの冷却効率を飛躍的に改善することができる。

請求項８記載のプラズマ処理装置によれば、熱媒体が充填される熱伝達部を接触面に有するので、静電チャック及びフォーカスリングの間に冷却ユニットを必要とせず、また、熱媒体を静電チャック及びフォーカスリングの間において十分拡散させることができ、その結果、静電チャックとフォーカスリングと間の熱伝達性を十分に改善でき、これにより、コストの上昇を防止すると共に、フォーカスリングの冷却効率を飛躍的に改善することができる。

請求項９記載のプラズマ処理装置によれば、制御部は、プラズマ処理の各工程に応じて充填される熱媒体の圧力を変更するので、プラズマ発生のための高周波電圧が工程毎に変化しても、高周波電圧の変化に応じてフォーカスリングと静電チャックとの熱伝達能力を変化させることができ、フォーカスリングの冷却を安定して行うことができる。したがって、被処理体におけるエッチング特性の局所的な悪化の発生を防止できる。

請求項１０記載のプラズマ処理装置によれば、制御部は、プラズマ処理の各工程に応じて電極に印加される電圧を変更するので、プラズマ発生のための高周波電圧が工程毎に変化しても、高周波電圧の変化に応じてフォーカスリングと静電チャックとの熱伝達能力を変化させることができ、フォーカスリングの冷却を安定して行うことができる。したがって、被処理体におけるエッチング特性の局所的な悪化の発生を防止できる。

請求項１１記載のプラズマ処理装置によれば、熱伝達部は、接触面に配設された溝であるので、熱媒体を静電チャック及びフォーカスリングの間において確実に拡散させることができ、もってフォーカスリングの冷却効率をより飛躍的に改善することができる。

請求項１２記載のプラズマ処理装置によれば、フォーカスリングが溝を有するので、フォーカスリングと熱媒体との接触面積を増加させることができると共に、フォーカスリングの剛性を適度に低下させることによってフォーカスリングを静電チャックの形状に倣って変形させることができ、これにより、静電チャック及びフォーカスリングの密着度を向上させることができる。その結果、フォーカスリングの冷却効率をさらに飛躍的に改善することができる。

請求項１３記載のプラズマ処理装置によれば、静電チャックが溝を有するので、フォーカスリングにおいて溝を形成する必要が無く、これにより、フォーカスリングのイニシャルコストを低減することができ、もって、コストの上昇を防止することができる。

請求項１４記載のプラズマ処理装置によれば、溝の深さは０．１ｍｍ以上であるので、コンダクタンスを大きくすることができ、もって熱媒体の迅速な溝への充填を行うことができ、その結果、フォーカスリングの冷却効率を著しく改善することができる。

請求項１５記載のプラズマ処理装置によれば、溝における隅角部はＲ形状に成形されているので、溝における亀裂の発生を防止することができ、もって、フォーカスリングの耐久性を向上することができ、その結果、メンテナンスコストの上昇を防止することができる。

請求項１６記載のプラズマ処理装置によれば、溝は、フォーカスリングと同心の環状を呈する少なくとも１つの溝から成るので、フォーカスリング及び静電チャックの接触面において熱媒体を均等に拡散させることができ、もってフォーカスリングを均等に冷却することができる。

請求項１７記載のフォーカスリングによれば、熱媒体が充填される熱伝達部を接触面に有するので、静電チャック及びフォーカスリングの間に冷却ユニットを必要とせず、また、熱媒体を静電チャック及びフォーカスリングの間において十分拡散させることができ、その結果、静電チャックとフォーカスリングと間の熱伝達性を十分に改善でき、これにより、コストの上昇を防止すると共に、フォーカスリングの冷却効率を飛躍的に改善することができる。

請求項１８記載の被処理体の載置装置によれば、熱媒体が充填される熱伝達部を接触面に有するので、静電チャック及びフォーカスリングの間に冷却ユニットを必要とせず、また、熱媒体を静電チャック及びフォーカスリングの間において十分拡散させることができ、その結果、静電チャックとフォーカスリングと間の熱伝達性を十分に改善でき、これにより、コストの上昇を防止すると共に、フォーカスリングの冷却効率を飛躍的に改善することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述する。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る被処理体の載置装置が用いられるプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。

図１において、ＲＩＥ型のプラズマ処理装置として構成されるプラズマ処理装置は、金属製、例えば、アルミニウム又はステンレス鋼製の保安接地された円筒型チャンバ１０を有し、該チャンバ１０内に、被処理体としてのウエハＷを載置する円板状のサセプタ（下部電極）１１が配設されている。このサセプタ１１は、例えば、アルミニウムからなり、絶縁性の筒状保持部材１２を介してチャンバ１０の底から垂直上方に延びる筒状支持部１３に支持されている。

チャンバ１０の側壁と筒状支持部１３との間には排気路１４が形成され、この排気路１４の入口又は途中に環状のバッフル板１５が配設されると共に、底部に排気口１６が設けられ、該排気口１６に排気管１７を介して排気装置１８が接続されている。ここで、排気装置１８は、真空ポンプを有し、チャンバ１０内の処理空間を所定の真空度まで減圧する。また、排気管１７は可変式バタフライバルブである自動圧力制御弁（automatic pressure control valve）（以下「ＡＰＣ」という）（不図示）を有し、該ＡＰＣは自動的にチャンバ１０内の圧力制御を行う。さらに、チャンバ１０の側壁には、ウエハＷの搬入出口１９を開閉するゲートバルブ２０が取り付けられている。

サセプタ１１には、プラズマ生成およびＲＩＥ用の高周波電源２１が整合器２２および給電棒２３を介して電気的に接続されている。この高周波電源２１は、所定の高周波、例えば、６０ＭＨｚの高周波電力をサセプタ１１に印加する。また、チャンバ１０の天井部には、後述する接地電位の上部電極としてのシャワーヘッド２４が配設されている。これにより、高周波電源２１からの高周波電圧がサセプタ１１とシャワーヘッド２４との間に印加される。

サセプタ１１の上面にはウエハＷを静電吸着力で吸着する静電チャック２５が配設されている。この静電チャック２５は、円板状の中心部２５ａと、環状の外周部２５ｂとからなり、中心部２５ａは外周部２５ｂに対して図中上方に突出している。また、中心部２５ａは、導電膜からなる電極板２５ｃを一対の誘電膜の間に挟み込むことによって構成される一方、外周部２５ｂは、導電膜からなる電極板２５ｄを一対の誘電膜の間に挟み込むことによって構成され、さらに、電極板２５ｃには直流電源２６がスイッチ２７を介して電気的に接続されている一方、電極板２５ｄには直流電源２８がスイッチ２９を介して電気的に接続されている。そして、静電チャック２５は、直流電源２６からの直流電圧によりクーロン力又はジョンソン・ラーベック(Johnsen-Rahbek)力によってウエハＷを吸着保持する。

静電チャック２５の外周部２５ｂの上面には、中心部２５ａを環状に囲むフォーカスリング３０が載置されている。そして、サセプタ１１、静電チャック２５及びフォーカスリング３０は被処理体の載置装置を構成する。

また、サセプタ１１の内部には、例えば、円周方向に延在する環状の冷媒室３１が設けられている。この冷媒室３１には、チラーユニット３２から配管３３，３４を介して所定温度の冷媒、例えば、冷却水が循環供給され、当該冷媒の温度によって静電チャック２５上のウエハＷの処理温度を制御する。さらに、伝熱ガス供給部３５からの伝熱ガス、例えば、Ｈｅガスが、ガス供給ライン３６を介して静電チャック２５の上面とウエハＷの裏面との間隙に供給され、ウエハＷと静電チャック２５との熱伝達性を向上させる。

天井部のシャワーヘッド２４は、多数のガス通気孔３７ａを有する下面の電極板３７と、該電極板３７を着脱可能に支持する電極支持体３８とを有する。また、該電極支持体３８の内部にバッファ室３９が設けられ、このバッファ室３９のガス導入口３８ａには処理ガス供給部４０からのガス供給配管４１が接続されている。また、チャンバ１０の周囲には、環状又は同心状に延びる磁石４２が配置されている。

このプラズマ処理装置の各構成要素、例えば、排気装置１８、高周波電源２１、静電チャック用のスイッチ２７，２９、チラーユニット３２、伝熱ガス供給部３５および処理ガス供給部４０等は、これらの動作を制御する制御部４３に接続されている。

このプラズマ処理装置のチャンバ１０内では、磁石４２によって一方向に向かう水平磁界が形成されると共に、サセプタ１１とシャワーヘッド２４との間に印加された高周波電圧によって鉛直方向のＲＦ電界が形成され、これにより、チャンバ１０内において処理ガスを介したマグネトロン放電が行われ、サセプタ１１の表面近傍において処理ガスから高密度のプラズマが生成される。

このプラズマ処理装置では、ドライエッチング処理の際、先ずゲートバルブ２０を開状態にして加工対象のウエハＷをチャンバ１０内に搬入し、静電チャック２５の上に載置する。そして、処理ガス供給部４０より処理ガス（例えば、所定の流量比率のＣ₄Ｆ₈ガス、Ｏ_２ガス及びＡｒガスから成る混合ガス）を所定の流量および流量比でチャンバ１０内に導入し、排気装置１８等によりチャンバ１０内の圧力を所定値にする。さらに、高周波電源２１より高周波電力をサセプタ１１に供給し、直流電源２６より直流電圧を静電チャック２５の電極板２５ｃに印加して、ウエハＷを静電チャック２５上に吸着する。そして、シャワーヘッド２４より吐出された処理ガスは上述したようにプラズマ化し、このプラズマで生成されるラジカルやイオンによってウエハＷの表面がエッチングされる。

このプラズマ処理装置では、サセプタ１１に対して従来（一般に２７ＭＨｚ以下）よりも格段に高い周波数領域（５０ＭＨｚ以上）の高周波を印加することにより、処理ガスを好ましい解離状態まで解離させる。解離された処理ガスはプラズマとなるため、低圧の条件下でも高密度プラズマを生成できる。この高密度プラズマは低ダメージの酸化・窒化処理の実現を可能にし、半導体デバイスの高性能化、低消費電力化に大きく寄与する。すなわち、プラズマ中の高エネルギー粒子や、該高エネルギー粒子の衝突等によって処理室の内壁等から放出された金属原子によるウエハＷの損傷や汚染等を防止できるため、高品位の絶縁膜形成が要求されるゲート形成工程へのプラズマ処理の適用が可能となり、それ故、本実施の形態に係るプラズマ処理装置はウエハＷの加工微細化の進展によって発生するであろう技術的課題に対応することができる。

図２は、本第１の実施の形態に係る載置装置の概略構成を示す断面図である。

本第１の実施の形態に係る載置装置は、ウエハＷのエッチング対象膜が酸化膜であるプラズマ処理装置に用いられる。

図２において、本第１の実施の形態に係る載置装置は、上述したように、サセプタ１１と、サセプタ１１の上面に配置される静電チャック２５と、該静電チャック２５の外周部２５ｂの上面に載置されるフォーカスリング３０とから成る。

サセプタ１１は冷媒室３１を有し、静電チャック２５は中心部２５ａの内部に電極板２５ｃを有し且つ外周部２５ｂの内部に電極板２５ｄを有し、フォーカスリング３０は、外周部２５ｂと接触する接触部を形成する誘電体部３０ａと、該誘電体部３０ａを介して外周部２５ｂに対向する導電体部３０ｂとを有する。

ここで、ウエハＷのエッチング対象膜が酸化膜であるため、フォーカスリング３０においてプラズマに暴露される部位は、シリコン（Ｓｉ）で形成されるのがよく、従って、導電体部３０ｂはシリコンから成り、誘電体部３０ａはシリコンの酸化物である二酸化珪素（ＳｉＯ₂）から成る。

ウエハＷにドライエッチング処理を施す際には、高周波電源２１により高周波電力をサセプタ１１に供給してプラズマを生成し、直流電源２６から電極板２５ｃに高電圧を印加して静電吸着力によって中心部２５ａにウエハＷを吸着させ、直流電源２８から電極板２５ｄに高電圧を印加して静電吸着力によって外周部２５ｂにフォーカスリング３０を吸着させる。電極板２５ｃ，ｄに印加される高電圧は、制御部４３によって制御される。プラズマが生成される際、従来の導電体のみから成るフォーカスリングでは、フォーカスリング全体がプラズマと同じマイナスの電位となるが、フォーカスリング及び静電チャック間に電荷の流れを遮るものが存在しないため、フォーカスリングに帯電されたマイナスの電荷は、フォーカスリング及び静電チャックの接触面を通じて静電チャックへと流出する。したがって、フォーカスリング及び静電チャック間の静電吸着力を発生させる電荷が減少する。一方、本第１の実施の形態に係るフォーカスリング３０では、導電体部３０ｂがプラズマと同じマイナスの電位となり、誘電体部３０ａにおける導電体部３０ｂとの界面にはプラスの電荷が誘起されるため、誘電体部３０ａにおける静電チャック２５との界面には誘電分極によってマイナスの電荷が生じる。また、静電チャック２５の表面部が誘電体で構成されている場合、該表面部における誘電体部３０ａとの界面には誘電分極によってプラスの電荷が生じる。そして、これらの電荷の作用によって、静電チャック２５及びフォーカスリング３０間の静電吸着力をより高めることができる。

このとき、直流電源２８が電極板２５ｄに印加する電圧は、誘電体部３０ａの固有抵抗値により決定される。すなわち、固有抵抗値が１０１３Ω以上であれば、導電体部３０ｂに誘起された電荷により発生する静電吸着力はクーロン力であるため、印加される電圧は約１．５〜４．０ＫＶであり、固有抵抗値が１０１３Ω未満であれば、上記静電吸着力はジョンソン・ラーベック力であるため、印加される電圧は約０〜１．０ＫＶである。

また、誘電体部３０ａの厚みは、フォーカスリング３０の半径方向に関して一定であるが、誘電体部３０ａの厚みが大きいほど、静電チャック２５及び導電体部３０ｂの熱伝達性が悪化するので、当該厚みは薄いことが好ましい。但し、本第１の実施の形態では、ウエハＷのエッチング対象膜が酸化膜であるため、二酸化珪素から成る誘電体部３０ａはプラズマ処理の繰り返しと共に消耗する。従って、誘電体部３０ａの厚みは、少なくとも１メンテナンスサイクルの間に消耗される厚み以上である必要がある。

本第１の実施の形態に係る載置装置によれば、フォーカスリング３０は、外周部２５ｂとの接触部を形成する誘電体部３０ａと、該誘電体部３０ａを介して静電チャック２５における外周部２５ｂに対向する導電体部３０ｂとを備えるので、ウエハＷにドライエッチング処理を施す際に、フォーカスリング３０の誘電体部３０ａから接触部を介した静電チャック２５への電荷の流れを遮断することができ、従来のフォーカスリングに比べて静電吸着力を発生させる電荷の量の損失を抑えることができ、もって、静電チャック２５及びフォーカスリング３０間の静電吸着力を高め、静電チャック２５及びフォーカスリング３０の密着度を向上させて熱伝達性を改善することができ、その結果、載置装置のコストの上昇を防止すると共に、フォーカスリング３０の冷却効率を飛躍的に改善することができる。

また、誘電体部３０ａの厚みは、フォーカスリング３０の半径方向に関して一定であるので、静電チャック２５及びフォーカスリング３０間の静電吸着力を一定にして密着度を均一化でき、もってフォーカスリング３０を均一に冷却してエッチング特性の局所的な悪化の発生を防止できる。

さらに、導電体部３０ｂの材料はシリコンであるので、材料の入手が容易である。したがって、載置装置のコストの上昇をさらに防止することができ、さらに、誘電体部３０ａを成す材料は、二酸化珪素であるので、誘電体部３０ａをスパッタリング等によって容易に形成でき、もって載置装置のコストの上昇を確実に防止することができる共に、スパッタリングによって形成された誘電体部３０ａはフォーカスリング３０の接触部の表面を円滑にするため、静電チャック２５及びフォーカスリング３０の密着度をより向上することができる。

上述した本第１の実施の形態に係る載置装置では、誘電体部３０ａは、フォーカスリング３０の半径方向に関してその厚みが一定であるが、図３に示すように、フォーカスリング３０の内側から外側にかけて当該厚みが増すように構成されてもよく、また、図４に示すように、フォーカスリング３０の外側から内側にかけて当該厚みが増すように構成されてもよい。

また、誘電体部３０ａの誘電率が、フォーカスリング３０の内側から外側にかけて増すように構成されてもよく、また、誘電体部３０ａの誘電率が、フォーカスリング３０の外側から内側にかけて増すように構成されてもよい。

次に、本発明の第２の実施の形態に係る被処理体の載置装置について詳述する。

本第２の実施の形態に係る被処理体の載置装置は、その構成、作用が上述した本第１の実施の形態と基本的に同じであるので、重複した構成、作用については説明を省略し、以下に異なる構成、作用についての説明を行う。

図５は、本第２の実施の形態に係る載置装置の概略構成を示す断面図である。

本第２の実施の形態に係る載置装置は、ウエハＷのエッチング対象膜がポリシリコンであるプラズマ処理装置に用いられる。

図５において、本第２の実施の形態に係る載置装置では、フォーカスリング３０が、静電チャック２５の外周部２５ｂと接触する接触部を形成する誘電体部３０ｃと、該誘電体部３０ｃを介して外周部２５ｂに対向する導電体部３０ｄと、該導電体部３０ｄの上面に配置される他の誘電体部３０ｅとから成る。

尚、サセプタ１１、静電チャック２５の構成は本第１の実施の形態と同じである。

ここで、ウエハＷのエッチング対象膜がポリシリコンであるため、フォーカスリング３０におけるプラズマに暴露される部位は、シリコン以外で形成されるのがよく、従って、他の誘電体部３０ｅは二酸化珪素から成る。また、誘電体部３０ｃも二酸化珪素から成る一方、導電体部３０ｄはシリコンから成り、導電体部３０ｄの一部はプラズマに暴露し且つ接触する。

ウエハＷにドライエッチング処理を施す際に、直流電源２８は電極板２５ｄに高電圧を印加する。プラズマが生成される際、プラズマに接触する導電体部３０ｄはプラズマと同じマイナスの電位になり、誘電体部３０ｃにおける導電体部３０ｄとの界面にはプラスの電荷が誘起されると共に、誘電体部３０ｃにおける静電チャック２５との界面には誘電分極によってマイナスの電荷が生じる。また、静電チャック２５の表面部が誘電体で構成されている場合、該表面部における誘電体部３０ｃとの界面には誘電分極によってプラスの電荷が生じる。そして、これらの電荷の作用によって、静電チャック２５及びフォーカスリング３０間の静電吸着力をより高めることができる。

ここで、従来の誘電体のみから成るフォーカスリングにおいて、電極板２５ｄとプラズマとをコンデンサの両電極と見立てたとき、両電極間に介在する誘電体（フォーカスリング）に電荷が蓄積されることを例え考慮したとしても、当該誘電体の厚さが大きすぎるため、コンデンサの容量が少なすぎる、すなわち、静電吸着力を発生させる電荷を多量に蓄積することができない。一方、本第２の実施の形態に係るフォーカスリング３０では、電極板２５ｄと導電体部３０ｄとをコンデンサの両電極と見立てたとき、両電極間に介在する誘電体は、従来のフォーカスリングと比較して十分に薄い誘電体部３０ｃであるため、コンデンサの容量を大きくすること、すなわち、静電吸着力を発生させる電荷を多量に蓄積することができる。

誘電体部３０ｃ及び導電体部３０ｄの厚みは、フォーカスリング３０の半径方向に関して一定であるが、いずれの厚みも薄いことが好ましい。但し、本第２の実施の形態では、ウエハＷのエッチング対象膜がポリシリコンであるため、シリコンから成る導電体部３０ｄはプラズマ処理の繰り返しと共に消耗する。従って、導電体部３０ｄの厚みは、少なくとも１メンテナンスサイクルの間に消耗される厚み以上である必要がある。

本第２の実施の形態に係る載置装置によれば、フォーカスリング３０は、静電チャック２５における外周部２５ｂとの接触部を形成する誘電体部３０ｃと、該誘電体部３０ｃを介して外周部２５ｂに対向する導電体部３０ｄとを備えるので、ウエハＷにドライエッチング処理を施す際に、静電吸着力を発生させる電荷の量を多くすることができ、もって、静電チャック２５及びフォーカスリング３０間の静電吸着力を高め、静電チャック２５及びフォーカスリング３０の密着度を向上させて熱伝達性を改善することがでる。したがって、載置装置のコストの上昇を防止すると共に、フォーカスリング３０の冷却効率を飛躍的に改善することができる。

ここで、本第２の実施の形態に係る載置装置では、誘電体部３０ｃは、その厚みがフォーカスリング３０の半径方向に関して一定であるが、フォーカスリング３０の内側から外側にかけて、若しくは、外側から内側にかけて当該厚みが増すように構成されてもよく、また、誘電体部３０ｃの誘電率が、フォーカスリング３０の内側から外側にかけて、若しくは、外側から内側にかけて増すように構成されてもよいのは、上述した本第１の実施の形態に係る載置装置と同様である。

上述した本第１及び２の実施の形態に係る載置装置では、導電体部の材料としてシリコンを用いたが、導電体部を成す材料はプラズマに接触して負に帯電するものであれば、如何なるものを用いてもよく、例えば、アルミ（Ａｌ）や半導体等を用いてもよい。これにより、導電体部に誘起される電荷をより増やすことができ、もって静電チャック２５及びフォーカスリング３０の密着度をより向上させて熱伝達性をより改善することができる。

また、上述した本第１及び２の実施の形態に係る載置装置では、誘電体部の材料として二酸化珪素を用いたが、誘電体部の材料は絶縁性を有し、特に誘電率の大きいものであれば、如何なるものを用いてもよく、例えば、窒化珪素（ＳｉＮ）やアルマイト等を用いてもよい。このとき、誘電体部の材料として導電体部を成す材料の酸化物を用いれば、導電体部を酸化することによって誘電体部を形成することができる。したがって、フォーカスリング３０を容易に形成することができると共に、誘電体部及び導電体部の間における間隙の発生を防止することができ、もって導電体部に誘起される電荷をさらに増やすことができる。

また、誘電体部の形成方法は、スパッタリングに限られず、材料に応じてＣＶＤやディッピング等を適宜用いてよい。

また、上述した本第１及び２の実施の形態に係る載置装置では、静電チャック２５と誘電体部３０ａ又は３０ｃとが直接接触するが、導電性シリコンゴム等の耐熱性のある弾性部材を静電チャック２５と誘電体部３０ａ又は３０ｃとの間に介在させてもよく、これにより、静電チャック２５とフォーカスリング３０との間の熱伝達性をさらに改善することができる。また、バックサイドガスとしてのヘリウムガスを静電チャック２５と誘電体部３０ａ又は３０ｃとの間に充填させてもよく、これにより、同様の効果を更に一層奏することができる。

次に、本発明の第３の実施の形態に係る被処理体の載置装置について詳述する。

本第３の実施の形態に係る被処理体の載置装置は、その構成、作用が上述した本第１の実施の形態と基本的に同じであるので、重複した構成、作用については説明を省略し、以下に異なる構成、作用についての説明を行う。

本第３の実施の形態に係る被処理体の載置装置では、後述するように、伝熱ガス供給部３５からの伝熱ガス（熱媒体）、例えば、Ｈｅガスが、ガス供給ライン４６を介して静電チャック２５の中心部２５ａの上面及びウエハＷの裏面の間隙、静電チャック２５の外周部２５ｂの上面及びフォーカスリング３０の裏面の間隙、並びにサセプタ１１及び静電チャック２５の間隙に供給され、ウエハＷ及び静電チャック２５、フォーカスリング３０及び静電チャック２５、並びに静電チャック２５及びサセプタ１１の熱伝達性を向上させる。

図６は、本第３の実施の形態に係る載置装置の概略構成を示す断面図である。

図６において、本第３の実施の形態に係る載置装置は、本第１の実施の形態に係る載置装置と同様に、サセプタ１１と、サセプタ１１の上面に配置される静電チャック２５と、該静電チャック２５の外周部２５ｂの上面に載置されるフォーカスリング３０とから成る。

ここで、ガス供給ライン４６は、中心部２５ａの上面に開口するウエハ部ライン４６ａと、外周部２５ｂの上面の２箇所において開口するフォーカスリング部ライン４６ｂとを有し、フォーカスリング部ライン４６ｂの開口部は、外周部２５ｂの上面において中心部２５ａの中心に関して対称に配置される（図７（ａ）参照）。

ウエハ部ライン４６ａは、ＰＣＶ（pressure control valve）８０と開閉バルブ８１とを備え、ＰＣＶ８０及び開閉バルブ８１は、これらの動作を制御する制御部４３に接続される。ＰＣＶ８０は、ウエハ部ライン４６ａがウエハＷの裏面に供給するＨｅガスの圧力を制御し、開閉バルブ８１は、制御部４３の指令に応じてウエハ部ライン４６ａを伝熱ガス供給部３５から遮断する。

フォーカスリング部ライン４６ｂも、ＰＣＶ８２と開閉バルブ８３とを備え、ＰＣＶ８２及び開閉バルブ８３は、これらの動作を制御する制御部４３に接続される。ＰＣＶ８２は、フォーカスリング部ライン４６ｂが後述の伝熱ガス導入溝４４に供給するＨｅガスの圧力を制御し、開閉バルブ８３は、制御部４３の指令に応じてフォーカスリング部ライン４６ｂを伝熱ガス供給部３５から遮断する。

また、フォーカスリング部ライン４６ｂは、該フォーカスリング部ライン４６ｂの開口部と開閉バルブ８３との間に、チャンバ開放系統８４を有する。このチャンバ開放系統８４は２つのライン８５ａ，ｂからなる。ライン８５ａ，ｂは、一端においてフォーカスリング部ライン４６ｂとそれぞれ連通すると共に、他端において互いに接続されて一系統を成し、チャンバ１０内に連通する。ライン８５ａは開閉バルブ８６を有し、ライン８５ｂは開閉バルブ８７及びオリフィス部８８を有する。開閉バルブ８６，８７は、これらの動作を制御する制御部４３に接続される。

なお、ウエハ部ライン４６ａが、図に示すようにチャンバ開放系統８４と同様の系統を備えていてもよい。

また、ウエハ部ライン４６ａが複数設けられ、各ウエハ部ライン４６ａが、中心部２５ａの上面においてそれぞれウエハＷの裏面の中心部および周縁部に対向するように開口するのが好ましい。これにより、ウエハＷの温度を適切に制御することができる。

また、フォーカスリング３０は、外周部２５ｂと接触する接触面において伝熱ガス導入溝４４を有し、その材料は、ウエハＷのエッチング対象膜が酸化膜の場合には、シリコン（Ｓｉ）が用いられ、ウエハＷのエッチング対象膜がポリシリコンの場合には、二酸化珪素（ＳｉＯ₂）が用いられる等、ウエハＷのエッチング対象膜の種類に応じて適宜選択される。例えば、窒化珪素（ＳｉＮ）やアルマイト処理されたアルミ（Ａｌ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等も用いられる。

図７は、図６における伝熱ガス導入溝４４の概略構成を示す図であり、（ａ）はフォーカスリング３０を接触面から眺めた図であり、（ｂ）は図７（ａ）における線III−IIIに沿う断面図である。

図７において、伝熱ガス導入溝４４は、接触面においてフォーカスリング３０と同心の環状を呈する内側導入溝４４ａと、同じく接触面において該内側導入溝４４ａを囲うように配置され且つフォーカスリング３０と同心の環状を呈する外側導入溝４４ｂと、内側導入溝４４ａ及び外側導入溝４４ｂを連結する放射状導入溝４４ｃとを有し、外側導入溝４４ｂの直径は、外周部２５ｂの上面における２つのフォーカスリング部ライン４６ｂの開口部の間の距離と略一致する。

通常、静電チャック２５における中心部２５ａの中心と、フォーカスリング３０の中心は一致するため、フォーカスリング３０を外周部２５ｂの上面に載置した際、フォーカスリング部ライン４６ｂの開口部と外側導入溝４４ｂとが対向し、これにより、フォーカスリング部ライン４６ｂの開口部から供給されるＨｅガスは伝熱ガス導入溝４４内に充填される。

また、内側導入溝４４ａ、外側導入溝４４ｂ及び放射状導入溝４４ｃの断面形状は略矩形を呈し、その幅は、例えば、１ｍｍであり、その深さは０．１〜１．０ｍｍ、さらには、０．５ｍｍ以上であるのが好ましく、その隅角部はＲ形状に成形されている。

次に、ドライエッチング処理における伝熱ガス導入溝４４へのＨｅガスの供給圧力（以下「Ｈｅ圧力」という）の変化及びフォーカスリング３０を静電チャック２５の外周部ｂに吸着させるための、電極板２５ｄに印加される高電圧（High Voltage）（以下「Ｆ／Ｒチャック電圧」という）の変化について説明する。

図８は、連続ドライエッチング処理におけるＨｅ圧力及びＦ／Ｒチャック電圧の変化を示すシーケンス図である。

図８において、連続ドライエッチング処理は、ＰＣＶ８２の０点調整を行うＰＣＶ０点調整シーケンス、伝熱ガス導入溝４４へ供給されるＨｅガスのリークをチェックするリークチェックシーケンス、ウエハＷをチャンバ１０に搬入する搬入シーケンス、搬入されたウエハＷにドライエッチングを施すプロセスシーケンス、ドライエッチングを施されたウエハＷをチャンバ１０から搬出する搬出シーケンス、及びドライエッチングの際に帯電したサセプタ１１を除電するサセプタ除電シーケンスを有し、これらのシーケンスを適宜組み合わせることによって実行される。

まず、プラズマ処理装置は、Ｎ₂ガスをチャンバ１０に導入し（Ｎ２パージＯＮ）、ＡＰＣを開放すると共に、排気装置１８を作動させてチャンバ１０内を減圧する。

続くＰＣＶ０点調整シーケンスでは、ＰＣＶ８２を閉鎖して、フォーカスリング部ライン４６ｂを伝熱ガス供給部３５から遮断すると共に、開閉バルブ８３，８６及び８７を開放する。したがって、フォーカスリング部ライン４６ｂは、チャンバ開放系統８４を介して排気装置１８により真空引きされる。所定時間だけ真空引きを継続した後、フォーカスリング部ライン４６ｂ内の圧力に基づいてＰＣＶ８２の０点調整を行う（ＰＣＶ０点調整ＯＮ）。連続ドライエッチング処理の最初に、ＰＣＶ８２の０点調整を行うことにより、以降のシーケンスにおけるＨｅ圧力の制御を正確に行うことができる。また、チャンバ１０内の減圧の際、フォーカスリング部ライン４６ｂを真空引きすることにより、チャンバ１０内と伝熱ガス導入溝４４内との圧力差を無くすことができる。これにより、圧力差に起因するフォーカスリング３０の離脱を防止することができる。

次いで、リークチェックシーケンスでは、ＡＰＣを閉じて、ＡＰＣにより制御されるチャンバ１０内の圧力（以下「ＡＰＣ制御圧」という）を上昇させ、該ＡＰＣ制御圧をリークチェック時のチャンバ１０内圧力であるＦ／Ｒチャック吸着圧力に設定する。ＡＰＣ制御圧の上昇の際、ＡＰＣ制御圧が６．６５×１０⁴Ｐa（５００torr）に達すると、電極板２５ｄに高電圧を印加してＦ／Ｒチャック電圧を、仮吸着のためのＦ／Ｒチャック仮吸着電圧に設定し、さらに２．５秒後に、本吸着のためのＦ／Ｒチャック吸着電圧に設定する。電極板２５ｄへの高電圧の印加を、ＡＰＣ制御圧が６．６５×１０⁴Ｐaに達するまで開始しないのは、チャンバ１０内の圧力が低いときには、電極板２５ｄに高電圧を印加してもフォーカスリング３０が静電チャック２５に吸着しないためである。

そして、Ｈｅガスを、フォーカスリング部ライン４６ｂから伝熱ガス導入溝４４に供給し、Ｈｅ圧力がＦ／Ｒリークチェック圧力に達してからＰＣＶ８２を閉じ（Ｈｅ圧力をＯＦＦし）、所定時間経過後、フォーカスリング部ライン４６ｂ内の圧力を測定し、測定された圧力が所定の範囲内にあるか否かを判定する。なお、リークチェックは、フォーカスリング部ライン４６ｂ内の圧力の測定ではなく、フォーカスリング部ライン４６ｂ内のガス流量を測定することによって行ってもよい。

測定された圧力が所定の範囲内にあれば、続く搬入シーケンスにおいて、ＡＰＣを開放すると共に、Ｆ／Ｒチャック電圧を搬入時Ｆ／Ｒチャック電圧に設定し、Ｈｅ圧力を搬入時Ｆ／Ｒ冷却圧力に設定する。Ｈｅ圧力が安定すると、ウエハＷをチャンバ１０内に搬入し、静電チャック２５に載置して吸着すると共に、Ｎ₂ガスのチャンバ１０への導入を中断する（Ｎ２パージＯＦＦ）。

次いで、プロセスシーケンスでは、ＡＰＣを閉じて、ＡＰＣ制御圧をドライエッチングに必要なチャンバ１０内の圧力であるプロセス圧力まで上昇させ、ドライエッチング開始後、ドライエッチングのレシピにおける各ステップに対応して、Ｈｅ圧力を、例えば、Ｆ／Ｒ冷却圧力（ステップ１）やＦ／Ｒ冷却圧力（ステップ２）等に変更すると共に、Ｆ／Ｒチャック電圧を、例えば、Ｆ／Ｒチャック電圧（ステップ１）やＦ／Ｒチャック電圧（ステップ２）等に変更する。Ｆ／Ｒ冷却圧力（ステップ１）及びＦ／Ｒチャック電圧（ステップ１）等の値は、ステップ毎にサセプタ１１への印加高周波電圧や電極板２５ｃへの印加高電圧が変化しても、フォーカスリング３０の温度を一定に保つように、予め設定されている。なお、本第３の実施形態に係るプラズマ処理装置では、Ｆ／Ｒ冷却圧力（ステップｎ）及びＦ／Ｒチャック電圧（ステップｎ）は、それぞれ２４ステップに対応して設定することができる。

ドライエッチングの終了後、搬出シーケンスでは、ＡＰＣを開放し、Ｆ／Ｒチャック電圧を搬出時Ｆ／Ｒチャック電圧に設定すると共に、上述したＰＣＶ０点調整シーケンスと同様に、ＰＣＶ８２を閉鎖し、開閉バルブ８３，８６及び８７を開放してＰＣＶ８２の０点調整を行う（ＰＣＶ０点調整ＯＮ）。その後、Ｎ₂ガスをチャンバ１０に導入する（Ｎ２パージＯＮ）と共に、Ｈｅ圧力を搬出時Ｆ／Ｒ冷却圧力に設定し、ドライエッチングが施されたウエハＷをチャンバ１０から搬出する。

ウエハＷが搬出された後、サセプタ除電シーケンスでは、ＡＰＣを閉じて、ＡＰＣ制御圧をプロセス圧力に設定すると共に、サセプタ１１の除電を行い、続く搬入シーケンスでは、ＡＰＣを開放すると共に、Ｆ／Ｒチャック電圧を搬入時Ｆ／Ｒチャック電圧に設定し、Ｈｅ圧力を搬入時Ｆ／Ｒ冷却圧力に設定し、Ｎ₂ガスのチャンバ１０への導入を中断する（Ｎ２パージＯＦＦ）。そして、次のウエハＷ（第２のウエハＷ）をチャンバ１０内に搬入し、静電チャック２５に載置して吸着する。

次いで、上述したプロセスシーケンス及び搬出シーケンスを実行し、ドライエッチングが施された第２のウエハＷを搬出した後、上述したサセプタ除電シーケンスを実行する。

以上の搬入シーケンス、プロセスシーケンス、搬出シーケンス、及びサセプタ除電シーケンスを１ロットにおけるウエハＷの枚数、例えば、２５枚に対応して、繰り返し実行する。

搬出シーケンスおよび搬入シーケンスにおいて、Ｆ／Ｒチャック電圧及びＨｅ圧力を０とせず、フォーカスリング３０の冷却を行うのは、次のウエハＷのドライエッチングに備え、フォーカスリング３０の熱を完全に除去し、ウエハＷ毎のドライエッチング条件を均一にするためである。

また、各搬入シーケンスでは、必ずＰＣＶ８２の０点調整が行われる。すなわち、各プロセスシーケンスに対応して、必ずＰＣＶ８２の０点調整が行われる。これにより、各プロセスシーケンスにおいてＨｅ圧力の制御を正確に行うことができる。

当該ロットにおける最後のサセプタ除電シーケンスが実行されると、ＡＰＣを開放すると共に、Ｆ／Ｒチャック電圧を搬入時Ｆ／Ｒチャック電圧に設定し、Ｈｅ圧力を搬入時Ｆ／Ｒ冷却圧力に設定し、所定時間経過後、ＰＣＶ８２を閉鎖し、開閉バルブ８３，８６及び８７を開放して、フォーカスリング部ライン４６ｂの真空引きを行う。そして、フォーカスリング部ライン４６ｂからＨｅガスを排除した後、再び、Ｈｅ圧力を搬入時Ｆ／Ｒ冷却圧力に設定し、さらに、Ｆ／Ｒチャック電圧を０に設定して、フォーカスリング３０の静電チャック２５への静電吸着を解除する。

なお、図８のシーケンス図におけるＦ／Ｒチャック電圧やＨｅ圧力のグラフの高低は、Ｆ／Ｒチャック電圧やＨｅ圧力の値の大小に無関係であり、単に値が変化することを示す。

図８のシーケンスによれば、Ｆ／Ｒチャック電圧及びＨｅ圧力の設定値が、搬入シーケンス、プロセスシーケンス及び搬出シーケンスに応じて変更され、特に、プロセスシーケンスの各ステップに応じて変更されるので、フォーカスリング３０の冷却を安定して行うことができる。したがって、ウエハＷにおけるエッチング特性の局所的な悪化の発生を防止できる。

本第３の実施の形態に係る載置装置によれば、フォーカスリング３０は、静電チャック２５における外周部２５ｂと接触する接触面において伝熱ガス導入溝４４を有し、フォーカスリング３０を外周部２５ｂの上面に載置した際、フォーカスリング部ライン４６ｂの開口部と伝熱ガス導入溝４４とが対向してフォーカスリング部ライン４６ｂからのＨｅガスが伝熱ガス導入溝４４に充填されるので、静電チャック２５及びフォーカスリング３０の間に冷却ユニットを必要とせず、また、Ｈｅガスを静電チャック２５及びフォーカスリング３０の間において確実に拡散させることができると共に、フォーカスリング３０とＨｅガスとの接触面積を増加させることができる。したがって、静電チャック２５とフォーカスリング３０と間の熱伝達性を十分に改善でき、これにより、プラズマ処理装置のコストの上昇を防止すると共に、フォーカスリング３０の冷却効率をより飛躍的に改善することができる。また、伝熱ガス導入溝４４がフォーカスリング３０の剛性を適度に低下させることによってフォーカスリング３０を静電チャック２５の形状に倣って変形させることができ、これにより、静電チャック２５及びフォーカスリング３０の密着度を向上することができる。その結果、フォーカスリング３０の冷却効率をさらに飛躍的に改善することができる。

また、伝熱ガス導入溝４４の深さは０．１ｍｍ以上であるので、コンダクタンスを大きくすることができ、もってＨｅガスの迅速な伝熱ガス導入溝４４への充填を行うことができ、その結果、フォーカスリング３０の冷却効率を著しく改善することができる。

さらに、伝熱ガス導入溝４４における隅角部はＲ形状に成形されているので、伝熱ガス導入溝４４における亀裂の発生を防止することができ、もって、フォーカスリング３０の耐久性を向上することができ、その結果、メンテナンスコストの上昇を防止することができる。

また、伝熱ガス導入溝４４は、上記接触面においてフォーカスリング３０と同心の環状を呈する内側導入溝４４ａと、同じく接触面において該内側導入溝４４ａを囲うように配置され且つフォーカスリング３０と同心の環状を呈する外側導入溝４４ｂと、内側導入溝４４ａ及び外側導入溝４４ｂを連結する放射状導入溝４４ｃとを有するので、静電チャック２５及びフォーカスリング３０の間（すなわち、上記接触面）においてＨｅガスを均等に拡散させることができ、もってフォーカスリング３０を均等に冷却することができる。

上述した第３の実施の形態に係る載置装置では、伝熱ガス導入溝４４が上記接触面において２重の環状を呈しているが、伝熱ガス導入溝４４の構造はこれに限られず、フォーカスリング３０の大きさ、剛性に応じて適宜変更され、例えば、１重の環状や、３重以上の環状を呈していてもよい。

また、伝熱ガス導入溝４４は、放射状導入溝４４ｃを有していなくてもよく、この場合、内側導入溝４４ａに対応したガス供給ライン４６の開口部が外周部２５ｂの上面に配置されるのがよい。

フォーカスリング部ライン４６ｂの開口部も２箇所に限られず、外周部２５ｂの上面に３箇所以上配置されてもよい。

次に、本発明の第４の実施の形態に係る被処理体の載置装置について詳述する。

本第４の実施の形態に係る被処理体の載置装置は、その構成、作用が上述した本第３の実施の形態と基本的に同じであるので、重複した構成、作用については説明を省略し、以下に異なる構成、作用についての説明を行う。

図９は、本第４の実施の形態に係る載置装置の概略構成を示す断面図である。

図９において、本第４の実施の形態に係る載置装置も、サセプタ１１と、サセプタ１１の上面に配置される静電チャック２５と、該静電チャック２５の外周部２５ｂの上面に載置されるフォーカスリング３０とから成る。

ここで、静電チャック２５は、外周部２５ｂの上面において伝熱ガス導入溝４５を有し、該伝熱ガス導入溝４５は、外周部２５ｂの上面において中心部２５ａと同心の環状を呈する内側導入溝４５ａと、同じく外周部２５ｂの上面において該内側導入溝４５ａを囲うように配置され且つ中心部２５ａと同心の環状を呈する外側導入溝４５ｂと、内側導入溝４５ａ及び外側導入溝４５ｂを連結する放射状導入溝（不図示）とを有し、ガス供給ライン４６におけるフォーカスリング部ライン４６ｂは、外側導入溝４５ｂに連結する。これにより、フォーカスリング部ライン４６ｂの開口部から供給されるＨｅガスは伝熱ガス導入溝４５内に充填される。

通常、静電チャック２５における中心部２５ａの中心と、フォーカスリング３０の中心は一致するため、フォーカスリング３０を外周部２５ｂの上面に載置した際、内側導入溝４５ａ及び外側導入溝４５ｂは、フォーカスリング３０に対しても同心円状に配置される。

また、内側導入溝４５ａ、外側導入溝４５ｂ及び放射状導入溝の断面形状も略矩形を呈し、その幅は、例えば、１ｍｍであり、その深さは０．１〜１．０ｍｍ、さらには、０．５ｍｍ以上であるのが好ましく、その隅角部はＲ形状に成形されている。

本第４の実施の形態に係る載置装置によれば、静電チャック２５は、外周部２５ｂの上面において伝熱ガス導入溝４５を有し、ガス供給ライン４６におけるフォーカスリング部ライン４６ｂは、外側導入溝４５ｂに連結してＨｅガスを伝熱ガス導入溝４５に供給するので、静電チャック２５及びフォーカスリング３０の間に冷却ユニットを必要とせず、フォーカスリング３０において伝熱ガス導入溝を形成する必要を無くすことができ、また、Ｈｅガスを静電チャック２５及びフォーカスリング３０の間において確実に拡散させることができる。したがって、静電チャック２５とフォーカスリング３０と間の熱伝達性を十分に改善でき、これにより、プラズマ処理装置のイニシャルコストを低減することができると共に、フォーカスリング３０の冷却効率をより飛躍的に改善することができる。

また、伝熱ガス導入溝４５は、外周部２５ｂの上面において中心部２５ａと同心の環状を呈する内側導入溝４５ａと、同じく接触面において該内側導入溝４５ａを囲うように配置され且つ中心部２５ａと同心の環状を呈する外側導入溝４５ｂと、内側導入溝４５ａ及び外側導入溝４５ｂを連結する放射状導入溝とを有するので、フォーカスリング３０との接触面である外周部２５ｂの上面においてＨｅガスを均等に拡散させることができ、もってフォーカスリング３０を均等に冷却することができる。

上述した第４の実施の形態に係る載置装置では、伝熱ガス導入溝４５は、外周部２５ｂの上面において２重の環状を呈しているが、伝熱ガス導入溝４５の構造はこれに限られず、フォーカスリング３０の大きさに応じて適宜変更され、例えば、１重の環状や、３重以上の環状を呈していてもよい。

また、上述した本第３及び第４の実施の形態に係る載置装置では、フォーカスリング３０及び静電チャック２５のいずれか一方のみが伝熱ガス導入溝を有するが、フォーカスリング３０及び静電チャック２５の各々が伝熱ガス導入溝を有していてもよく、これにより、フォーカスリング３０の冷却効率をさらに向上させることができる。

さらに、本第１乃至第４の実施の形態に係る載置装置では、静電チャック２５は円板状であり、フォーカスリング３０は円環状であるが、静電チャック２５及びフォーカスリング３０の形状はこれに限られず、例えば、被処理体がＬＣＤ等である場合、ＬＣＤの形状に対応して静電チャック２５は方形の板状体からなり且つフォーカスリング３０が方形の枠状体からなっていてもよい。

なお、上記実施の形態においては、本発明を半導体ウエハのエッチングに適用した場合について説明したが、本発明はかかる場合に限定されるものではなく、例えば、液晶表示装置用のガラス基板等、他の被処理基板のエッチングを行う場合についても同様にして適用することができる。

上述したプラズマ処理装置では、１メンテナンスサイクルの間において経時的に消耗されるフォーカスリング３０の厚みに応じて、Ｆ／Ｒ冷却圧力及びＦ／Ｒチャック電圧の値を予め設定可能である。また、光センサなどの検知手段によってフォーカスリング３０の消耗度合を検知し、該検知された値をＦ／Ｒ冷却圧力及びＦ／Ｒチャック電圧の設定値へフィードバックすることにより、フォーカスリング３０の消耗度合を次回の処理におけるプロセスレシピに反映することも可能である。

また、本発明はエッチング装置だけでなく、その他のプラズマ処理装置、例えば、ＣＶＤ装置、若しくはアッシング装置にも適用可能である。

本発明の第１の実施の形態に係る被処理体の載置装置が用いられるプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。 第１の実施の形態に係る載置装置の概略構成を示す断面図である。 第１の実施の形態に係る載置装置の変形例の概略構成を示す断面図である。 第１の実施の形態に係る載置装置の他の変形例の概略構成を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る載置装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る載置装置の概略構成を示す断面図である。 図６における伝熱ガス導入溝の概略構成を示す図であり、（ａ）はフォーカスリングを接触面から眺めた図であり、（ｂ）は図７（ａ）における線III−IIIに沿う断面図である。 連続ドライエッチング処理におけるＨｅ圧力及びＦ／Ｒチャック電圧の変化を示すシーケンス図である。 本発明の第４の実施の形態に係る載置装置の概略構成を示す断面図である。 プラズマ処理装置に用いられる従来の被処理体の載置装置の概略構成を示す断面図である。 フォーカスリング及び静電チャックの熱伝達性を改善する従来の被処理体の載置装置の概略構成を示す断面図である。 従来のエッチング装置の概略構成を示す断面図である。

符号の説明

Ｗ ウエハ
１０ チャンバ
１１ サセプタ
２５ 静電チャック
２５ａ 中心部
２５ｂ 外周部
２５ｃ，２５ｄ 電極板
２６，２８ 直流電源
３０ フォーカスリング
３０ａ，３０ｃ 誘電体部
３０ｂ，３０ｄ 導電体部
３０ｅ 他の誘電体部
３６、４６ ガス供給ライン
４６ａ ウエハ部ライン
４６ｂ フォーカスリング部ライン
４４，４５ 伝熱ガス導入溝
４４ａ，４５a 内側導入溝
４４ｂ，４５ｂ 外側導入溝

Claims (18)

1. プラズマ処理が施される被処理体を載置する静電チャックと、該静電チャックに接触部にて接触するフォーカスリングとを有する被処理体の載置装置を備えるプラズマ処理装置において、
   前記フォーカスリングは、前記接触部を形成する誘電体部と、該誘電体部を介して前記静電チャックに対向する導電体部とを有することを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記誘電体部の厚みは、前記フォーカスリングの半径方向に関して一定であ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. 前記誘電体部は、前記導電体部を成す材料の酸化物から成ることを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマ処理装置。
4. 前記導電体部を成す材料は、シリコンであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記誘電体部を成す材料は二酸化珪素であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
6. プラズマ処理が施される被処理体を載置する静電チャックに接触部にて接触するフォーカスリングにおいて、
   前記接触部を形成する誘電体部と、該誘電体部を介して前記静電チャックに対向する導電体部とを有することを特徴とするフォーカスリング。
7. プラズマ処理が施される被処理体を載置する静電チャックと、該静電チャックに接触部にて接触するフォーカスリングとを備えた被処理体の載置装置において、
   前記フォーカスリングは、前記接触部を形成する誘電体部と、該誘電体部を介して前記静電チャックに対向する導電体部とを有することを特徴とする被処理体の載置装置。
8. プラズマ処理が施される被処理体を載置する静電チャックと、前記被処理体の周辺において前記静電チャックに接触面にて接触するフォーカスリングとを有する被処理体の載置装置を備えるプラズマ処理装置において、
   熱媒体が充填される熱伝達部を、前記接触面に有することを特徴とするプラズマ処理装置。
9. 前記充填される熱媒体の圧力を制御する制御部をさらに備え、前記制御部は、複数の工程から成る前記プラズマ処理の各工程に応じて前記充填される熱媒体の圧力を変更することを特徴とする請求項８記載のプラズマ処理装置。
10. 前記フォーカスリングに対向するように前記静電チャックに内包される電極と、該電極に印加される電圧を制御する制御部とをさらに備え、前記電極は、静電吸着力によって前記フォーカスリングを前記静電チャックに吸着させ、前記制御部は、複数の工程から成る前記プラズマ処理の各工程に応じて前記電極に印加される電圧を変更することを特徴とする請求項８記載のプラズマ処理装置。
11. 前記熱伝達部は、前記接触面に配設された溝であることを特徴とする請求項８記載のプラズマ処理装置。
12. 前記フォーカスリングが前記溝を有することを特徴とする請求項１１記載のプラズマ処理装置。
13. 前記静電チャックが前記溝を有することを特徴とする請求項１１記載のプラズマ処理装置。
14. 前記溝の深さは０．１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
15. 前記溝における隅角部はＲ形状に成形されていることを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
16. 前記溝は、前記フォーカスリングと同心の環状を呈する少なくとも１つの溝から成ることを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
17. プラズマ処理が施される被処理体を載置する静電チャックに、前記被処理体の周辺において接触面にて接触するフォーカスリングにおいて、
    熱媒体が充填される熱伝達部を、前記接触面に有することを特徴とするフォーカスリング。
18. プラズマ処理が施される被処理体を載置する静電チャックと、前記被処理体の周辺において前記静電チャックに接触面にて接触するフォーカスリングとを備える被処理体の載置装置において、
    熱媒体が充填される熱伝達部を、前記接触面に有することを特徴とする被処理体の載置装置。

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