JP2021132148A - ステージ、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

ステージ、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 基板のエッジ近傍において、効率的にプラズマを発生可能なステージ、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法が期待されている。【解決手段】一つの例示的実施形態において、載置面を有するステージが提供される。ステージは厚みを有し、高周波電極が埋設されたステージ本体を備え、ステージ本体はセラミックを含み、高周波電極は、載置面の外周部下方領域において上記の厚みの方向に延在することを特徴とする。【選択図】 図４

Description

本開示の例示的実施形態は、ステージ、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関するものである。
特許文献１には、基板のエッジをプラズマ処理し、エッチングする技術が開示されている。
特表２０１０−５３１５３８号公報
基板のエッジ近傍において、効率的にプラズマを発生可能なステージ、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法が期待されている。
一つの例示的実施形態において、載置面を有するステージが提供される。ステージは厚みを有し、高周波電極が埋設されたステージ本体を備え、ステージ本体はセラミックを含み、高周波電極は、載置面の外周部下方領域において上記の厚みの方向に延在することを特徴とする。
一つの例示的実施形態に開示のステージ、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法によれば、基板のエッジ近傍において、効率的にプラズマを発生可能である。
図１は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置の縦断面構成を示す図である。 図２は、図１に示した領域ＩＩを拡大した断面図である。 図３は、図１に示したプラズマ処理装置内における高周波電極を説明するための斜視図である。 図４は、基板エッジの周囲のプラズマ分布について説明するための図である。 図５は、別の例示的実施形態に係るプラズマ処理装置における基板エッジを含む領域の縦断面図である。 図６は、リング部品を構成する弧状部品の斜視図である。 図７は、更に別の例示的実施形態に係るプラズマ処理装置の縦断面構成を示す図である。
以下、種々の例示的実施形態について説明する。
一つの例示的実施形態において、載置面を有するステージが提供される。ステージは厚みを有し、高周波電極が埋設されたステージ本体を備え、ステージ本体はセラミックを含み、高周波電極は、載置面の外周部下方領域において上記の厚みの方向に延在することを特徴とする。
ステージの載置面上には、基板が配置される。セラミックは、絶縁性の無機固体材料であり、セラミックを含むステージ本体内に高周波電極が埋設されている。高周波電極は、載置面の外周部下方領域において厚みの方向に延在している。換言すれば、高周波電極は、鉛直方向に沿って突出する形状を有している。
基板の周辺部の外側には、外側電極を配置することができる。外周部下方領域の高周波電極と外側電極との間に高周波電圧が印加されることで、基板の周辺部のエッジの近傍にプラズマが発生し易くなり、効率的にプラズマを発生させることができる。エッチングに適したガス雰囲気においてプラズマを発生させた場合、基板のエッジに付着した堆積物を効率的にエッチングすることができる。高周波電極は、セラミック内に埋設されているので、プラズマに晒されず、保護されている。
一つの例示的実施形態において、ステージの略中心位置から高周波電極に繋がる複数の伝送線路を更に備え、それぞれの伝送線路は幅Ｗの薄膜であり、幅Ｗは、０．５ｍｍ≦Ｗ≦５ｍｍを満たすことを特徴とする。
基板のエッジ近傍におけるプラズマ発生に寄与するのは、載置面の外周部下方領域に位置する高周波電極であるが、高周波の伝送線路は、高周波電極に高周波を供給する。ステージの平面形状の重心位置を、ステージの中心とする。ステージの略中心位置は、ステージの中心から、ステージの最大径の１０％以下の距離の領域内の位置とする。幅Ｗが、下限よりも小さい場合には、抵抗値が大きく増加して電力損失が生じる。幅Ｗが上限値よりも大きい場合には、伝送線路の上方に発生する電界によって、プラズマが広く発生する可能性がある。基板のエッジの近傍にのみ選択的にプラズマを発生させるためには、伝送線路の上方のプラズマ発生は好ましくはない。０．５ｍｍ≦Ｗ≦５ｍｍを満たす場合には、かかる不具合を抑制して、基板のエッジ近傍に選択的にプラズマを発生することができる。
一つの例示的実施形態において、載置面上に配置される基板の最大径よりも、載置面の最大径は小さいことを特徴とする。プラズマ処理装置においては、処理対象の基板の寸法は、装置仕様で予め決まっている。例えば、８インチ（直径は約２０ｃｍ）のウエハを処理する場合、基板の最大径は、ウエハの直径である。基板の最大径よりも、載置面の最大径の方が小さい場合、基板のエッジは、載置面から食み出すことになり、エッジ近傍においてプラズマが発生し易くなる。
一つの例示的実施形態において、ステージ本体内にヒータ電極層を備えることを特徴とする。ヒータ電極層に通電することにより、ステージを加熱することができる。
一つの例示的実施形態において、高周波電極の厚み方向の寸法ΔＺは、０．０５ｍｍ≦ΔＺ≦１０ｍｍを満たすことを特徴とする。高周波電極は、厚み方向に沿って延びている。寸法ΔＺが下限よりも小さい場合には、外側電極に対する対向面積が小さくなり、基板エッジ近傍でのプラズマ発生が抑制されるという不具合がある。寸法ΔＺが上限よりも大きい場合には、基板エッジへの電界集中が十分でなくなる傾向がある。寸法ΔＺが上記関係式を満たす場合には、かかる不具合を抑制して、基板のエッジ近傍に選択的にプラズマを発生し易くなる。
一つの例示的実施形態において、載置面の外周部下方領域は、載置面の周辺部のエッジからの距離Δｒが、１ｍｍ≦Δｒ≦５ｍｍを満たすことを特徴とする。
一つの例示的実施形態において、高周波電極は、ステージ本体内に埋設され、保護されているので、Δｒは０よりも大きい。Δｒが１ｍｍ以上であれば、セラミックのステージ本体がプラズマに晒されても簡単に削れず、高周波電極が保護される。Δｒが５ｍｍ以下であれば、必要以上に基板のエッジから離間しないため、基板のエッジ近傍に有効にプラズマを発生させることができる。また、Δｒが５ｍｍ以下であれば、セラミックによる電界変化の影響も小さく抑制することができる。
一つの例示的実施形態において、高周波電極の平面形状は、リングを含むことを特徴とする。この場合、リング状に連続的にプラズマを発生させることができる。基板の平面形状が円形である場合、基板のエッジに沿ってプラズマを発生させることができる。
一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置は、上述のいずれかのステージと、ステージを収容する処理容器と、処理容器内におけるプラズマ発生用のガス供給源とを備える。ガス供給源から処理容器内にガスが供給され、ステージの高周波電極に高周波電力が供給されると、ステージ上に載置された基板のエッジ近傍に、供給されたガスのプラズマが発生する。このガスがエッチングガスである場合、エッチングガスのプラズマによって、基板のエッジ近傍に付着した堆積物はエッチングされる。このガスが成膜用のガスである場合は、基板のエッジ近傍に成膜を行うことができる。
一つの例示的実施形態において、ガス供給源から供給されるガスの供給位置は、前記処理容器の中央部及び周辺部であることを特徴とする。中央部及び周辺部からガスを供給することにより、基板のエッジ近傍におけるガス状態（ガス流、ガス種の混合比など）を、さらに精密に制御することができる。
一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置は、ステージの載置面上に配置される基板に対してギャップを介して配置される絶縁部材を更に備えることを特徴とする。基板のエッジ近傍において選択的にプラズマを発生させるため、その他の領域においてはプラズマの発生を抑制することが好ましい。基板上にギャップを介して絶縁部材を配置することで、ギャップ内におけるガス流は許容するが、適当な寸法のギャップに設定することにより、ギャップ内におけるプラズマ発生を抑制可能である。
一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置において、上記のギャップをΔｇとする。ギャップΔｇは、０．３ｍｍ≦Δｇ≦０．６ｍｍを満たすことが好ましい。ギャップΔｇが上限値を超える場合にはプラズマが発生しやすくなり、下限値よりも小さい場合には、ガスの流れが妨げられる。したがって、Δｇが上記関係式を満たすことにより、基板エッジ近傍以外の領域においては、ギャップ内においてプラズマが発生しにくくなり、且つ、ガス流がギャップ内をスムーズに流れることになる。
一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置において、ステージの載置面上に配置される基板の周辺部のエッジの径方向の位置は、絶縁部材の下端の周辺部のエッジの径方向の位置よりも外側に位置することを特徴とする。基板のエッジは、絶縁部材のエッジの外側に位置するので、基板のエッジが絶縁部材から食み出すことになる。したがって、基板のエッジ近傍において、プラズマが発生し易くなる。
基板の周辺部のエッジの径方向の位置Ｒ１と、絶縁部材の下端の周辺部のエッジの径方向の位置Ｒ２との差分ΔＲは、０．５ｍｍ≦ΔＲ≦３ｍｍを満たすことを特徴とする。差分ΔＲが、上限値を超える場合には基板エッジよりも中心寄りの領域上にプラズマが発生しやすくなり、下限値よりも小さい場合には、基板エッジ近傍におけるプラズマの発生が抑制される。したがって、ΔＲが上記関係式を満たすことにより、基板エッジ近傍以外の領域においてプラズマが発生しにくくなり、且つ、基板エッジ近傍においては選択的にプラズマが発生し易くなる。
一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置は、ステージと、ステージを収容する処理容器と、処理容器内におけるプラズマ発生用のガス供給源と、を備えている。ステージは、載置面を有し、高周波電極が埋設されたステージ本体を備え、ステージ本体はセラミックを含み、高周波電極は、載置面の外周部下方領域に位置している。載置面上に配置される基板の最大径よりも、載置面の最大径は小さい。
基板の周辺部の外側には、外側電極を配置することができる。外周部下方領域の高周波電極と外側電極との間に高周波電圧が印加されることで、基板の周辺部のエッジの近傍にプラズマが発生し易くなる。また、基板の最大径よりも、載置面の最大径の方が小さい場合、基板のエッジは、載置面から食み出すことになり、エッジ近傍においてプラズマが発生し易くなる。エッチングに適したガス雰囲気においてプラズマを発生させた場合、基板のエッジに付着した堆積物を効率的にエッチングすることができる。成膜に適したガスである場合は、基板エッジ近傍において成膜を行うことができる。高周波電極は、セラミック内に埋設されているので、プラズマに晒されず、保護されている。
一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理方法は、上述のいずれかのプラズマ処理装置を用い、ステージ上に基板を配置するステップと、ガス供給源から処理容器内にガスを供給するステップを備えている。また、この方法は、高周波電極に高周波電力を供給し、基板の周辺部のエッジ近傍において、選択的にプラズマを発生させるステップを備えている。基板４の周辺部のエッジ近傍において、選択的にプラズマが発生するので、他の部分をプラズマに晒すことなく、効率的に基板エッジをプラズマ処理することができる。
以下、図面を参照して種々の例示的実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附することとし、重複する説明は省略する。
図１は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置の縦断面構成を示す図である。同図に示すように、Ｚ軸を鉛直方向としＸＹ平面を水平面とするＸＹＺ三次元直交座標系を設定する。
プラズマ処理装置１００は、ステージ１と、ステージ１を収容する処理容器２と、処理容器２内におけるプラズマ発生用のガス供給源３とを備えている。ガス供給源３から処理容器内にガスが供給され、ステージ１の高周波電極１Ｂに高周波電力が供給されると、ステージ１上に載置された基板４のエッジ近傍を中心に、供給されたガスのプラズマが発生する。「近傍」とは、基板エッジからの水平方向離間距離が、基板４の厚み以下である領域を意味することとする。このガスがエッチングガスである場合、エッチングガスのプラズマによって、基板４のエッジ近傍に付着した堆積物はエッチングされる。供給されるガスが、成膜用のガスである場合は、基板のエッジ近傍において成膜が行われる。
流動性化学的気相堆積（ＦＣＶＤ）法は、比較的低パワー（例えば、９００Ｗ、８００Ｗ、７００Ｗ、６００Ｗ、又は５００Ｗ以下）でプラズマを発生させて、ＣＶＤ膜を形成する方法である。原料ガスは、液状化することで流動性を有しており、比較的低温の基板に供給される。供給原料が流動性を有する状態で、ホールやトレンチへの埋め込み成膜が行われる。ＳｉＯ２等の材料からなる膜を形成する場合には、膜の成分を原料ガスとするプラズマを発生させればよい。ＳｉＯ２を成膜する場合は、ガス供給源３からシラン（ＳｉＨ４）ガス及び酸素（Ｏ２）ガスを処理容器２に供給すればよい。このようなＦＣＶＤ法を用いた場合、基板４の周辺部のエッジに意図しない堆積物（ＳｉＯ２）が付着することがある。堆積物をクリーニングして除去するには、基板エッジ近傍のみに選択的にプラズマを発生させ、エッジ近傍のみをエッチングすればよい。本形態のステージ１、プラズマ処理装置１００及びプラズマ処理方法は、基板エッジ近傍のみに選択的にプラズマを発生させる場合に有用である。本形態は、特に、ＦＣＶＤ法などによって基板エッジに付着した堆積物を除去する場合に有用である。
ガス供給源３から供給されるエッチングガスとしては、物理的なエッチングの場合には、アルゴン（Ａｒ）などの希ガスでもよいが、反応性を有するエッチングガス（ＣＦ系のガス（例：ＣＦ４等））であってもよい。エッチングガスの種類は、これらに限定されるものではなく、従来から知られている各種のエッチングガスも用いることができる。
プラズマ処理装置１００は、処理容器２内のガスを排気する排気装置５と、高周波電極１Ｂに高周波電力を供給する高周波電源６と、コントローラ７とを備えている。コントローラ７は、ガス流量制御器を備えたガス供給源３、排気装置５及び高周波電源６を制御するコンピュータである。コンピュータは、中央処理装置（ＣＰＵ）と、各種の制御プログラムが格納された記憶装置とを備えている。本形態において、ガス供給、ガス排気、高周波電圧の印加、ヒータ加熱等の各動作は、制御プログラムにしたがって実行される。
ステージ１は、ステージ本体１Ａと、高周波電極１Ｂと、伝送線路１Ｃと、ヒータ電極層１Ｄと、筒状の外側導体１Ｅとを備えている。ステージ１は基板用の載置面Ｓを有し、Ｚ軸方向に沿った厚みを有している。
ステージ本体１Ａは、セラミックを含む材料からなる。セラミックは、絶縁性の無機固体材料であり、原材料の粉末を焼結して形成される。セラミックとしては、絶縁性を有する焼結体が多く知られている。セラミックの材料としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）などが知られている。本例のセラミック材料は、ＡｌＮとする。
高周波電極１Ｂは、ステージ１の載置面Ｓの外周部下方領域において、厚み方向（Ｚ軸方向）に延びている。換言すれば、高周波電極１Ｂは、鉛直方向に沿って上方向に突出する形状を有している。なお、載置面Ｓは、ＸＹ平面に平行である。
高周波電極１Ｂは、導電体材料から構成される。導電体材料としては、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）の他、高融点金属であるタングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）などが知られている。必要に応じてステージ１はヒータ電極層１Ｄにより加熱される。また、基板４のエッジはプラズマにより高温になるため、高周波電極１Ｂは、発生するプラズマに対して耐熱性のある導電体材料から構成されることが好ましい。本例の高周波電極１Ｂは、高融点金属であるタングステン（Ｗ）から構成されるものとする。
伝送線路１Ｃは、高周波電極１Ｂと同一の材料から構成することもできる。すなわち、高周波電極１Ｂと伝送線路１Ｃとは一体的に構成することができるが、異なる材料からなることとしてもよい。伝送線路１Ｃは、電力損失を抑制するために、導電性が高い材料からなることが好ましく、例えば、銅（Ｃｕ）からなる。伝送線路１Ｃは、ステージ本体１Ａ内に埋設されており、高周波電極１Ｂに接続されている。伝送線路１Ｃには、交流電力が供給されるので、伝送線路１Ｃと高周波電極１Ｂとは、交流電流が流れるように電気的に接続されていればよい。すなわち、伝送線路１Ｃと高周波電極１Ｂとは、必ずしも、物理的に連続している必要はない。伝送線路１Ｃは、水平方向に延びた複数の水平配線１Ｃ（Ｈ）と、ステージ１の中央からステージ１の支持軸の中心に沿って鉛直方向に延びた内側導体１Ｃ（Ｖ）とを備えている。この内側導体１Ｃ（Ｖ）は、筒状の外側導体１Ｅ内に配置されている。
ヒータ電極層１Ｄは、ステージ本体１Ａ内に設けられている。ヒータ電極層１Ｄに通電することにより、ステージ１を加熱することができる。ヒータ電極層１Ｄは、高周波電極１Ｂの下方に位置しているが、上方に設けることもできる。すなわち、ヒータ電極層１Ｄを高周波電極１Ｂ或いは伝送線路１Ｃの上方に配置することで、高周波の遮蔽層として機能させることも可能である。ヒータ電極層１Ｄにより、基板４上に到達する高周波を遮断する場合は、第１の絶縁部材９を省略しても、基板４の表面におけるプラズマを抑制することが期待される。また、この場合、水平配線を構成する伝送線路１Ｃの形状も、隙間の無い形状とすることも考えられる。
ヒータ電極層１Ｄは、高抵抗の材料からなり、通電により加熱される発熱体である。抵抗加熱の材料としては、Ｎｉ−Ｃｒ系合金、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系合金、上述の高融点金属、高融点金属シリサイド、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、及び黒鉛などが知られている。耐熱性の観点からは、例えば、高融点金属シリサイドであるＭｏＳｉ２などを用いることもできる。
外側導体１Ｅは、例えば筒状の導電体であり、電力損失を抑制するために、導電性が高い材料からなることが好ましく、例えば、銅（Ｃｕ）からなるが、内側導体（伝送線路１Ｃ）と同じ材料から構成することもできる。外側導体１Ｅは、内側導体に対する電磁シールドとしても機能している。高周波電極１Ｂ、伝送線路１Ｃ及び外側導体１Ｅの材料としては、上記の導電体材料から選択される少なくとも１種以上の金属を含む材料を用いることもできる。
基板４の周辺部の外側には、上部電極８が配置されている。上部電極８は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、又は、アルミニウム（Ａｌ）などの導電体材料から構成される。本例では、上部電極８は、アルミニウム（Ａｌ）からなる。処理容器２は、金属製の底板と、底板上に設けられた金属製の上部カバーとからなり、これらの間に密閉空間を提供している。処理容器２の上部を構成する上部カバーの材料は、本例では、アルミニウムである。上部電極８と処理容器２の上部カバーとは一体的に形成されていてもよい。
上部電極８の下方であって、ステージ１の水平方向の外側には、排気リング２１（外側電極）が設けられている。排気リング２１は、Ｚ軸方向からみた平面形状が、円環状の導電体であり、ステージ１の中央から径方向（水平方向）に向かって凹み、この凹んだ形状がリングの周方向に沿って連続した形状を有している。凹んだ形状の内部には、ガスが存在可能な領域が形成される。排気リング２１には、排気孔を設け、排気装置５を接続することで、処理容器２内部のガスを外部に排気することができる。処理容器２の内部のガスを排気する構造としては、排気リング２１を用いない構造もある。排気リング２１（外側電極）は、ステージ１の高周波電極１Ｂとの間の電界形成に寄与する。電界形成に用いることができる導電体の構造としては、排気リング２１に限定されず、これと同様の構造の導電体を用いることができる。また、排気リング２１の近傍では、プラズマを発生させず、基板４のエッジからは一定距離離間している。
上部電極８、処理容器２及び排気リング２１の電位は、筒状の外側導体１Ｅと同様に、グランド電位に固定される。高周波電極１Ｂの電位は、高周波電源６からの高周波電力供給によって変動し、高周波電極１Ｂと排気リング２１との間には高周波電圧が印加される。高周波電圧の印加により、高周波電極１Ｂと排気リング２１とを結ぶ空間内に電界が形成され、かかる電界内に基板４のエッジが位置する。また、基板４のエッジは、水平方向に沿って突出している形状であるため、基板４の周辺部のエッジにおいて電界が集中し、このエッジ近傍においてプラズマが発生し易くなる。すなわち、基板エッジ近傍において効率的にプラズマを発生させることができる。
エッチングに適したガス内においてプラズマを発生させた場合、基板４のエッジに付着した堆積物を効率的にエッチングすることができる。高周波電極１Ｂは、セラミック内に埋設されているので、プラズマに晒されず、保護されている。
ガス供給源３から供給されるガスの供給位置は、処理容器２の中央部及び周辺部である。ガス供給源３からは、中央部供給用の第１ガスＣＧと、周辺部供給用の第２ガスＰＧが処理容器２内に供給される。第１ガスＣＧと、第２ガスＰＧの種類は、同一であってもよいし、異ならせてもよい。ガス供給源３は、流量コントローラを含んでおり、コントローラ７は、流量コントローラを制御して、処理容器２内に供給されるガスの流量を制御することができる。処理容器２の中央部及び周辺部からガスを供給することにより、基板４のエッジ近傍におけるガス状態（ガス流、ガス種の混合比など）を、さらに精密に制御することができる。
例えば、ガス供給源３から第１ガスＣＧとしてＸガスを中央部に供給し、第２ガスＰＧとしてＹガスを周辺部に供給する。Ｘガスとしてはフッ化炭素（ＣＦ４）、Ｙガスとしては酸素（Ｏ２）が例示される。基板４のエッジ近傍においては、これらのガスは混合して、ＳｉＯ２用のエッチングガスとなる。もちろん、第１ガスＣＧが、Ｘガス及びＹガスを含み、第２ガスＰＧも、Ｘガス及びＹガスを含み、これらのガスの混合比のみを変えることもできる。キャリアガスとして、Ａｒ等の希ガスを含むこともできる。必要に応じて、水素（Ｈ２）ガス、窒素（Ｎ２）ガスや、エッチング時に必要なその他のガスを利用することもできる。
プラズマ処理装置１００は、ステージ１上に配置される第１の絶縁部材９を備えている。第１の絶縁部材９は、ほぼ円柱状のブロックであり、ステージ１の載置面Ｓから離間して配置されている。ステージ１の載置面Ｓ上には、基板４が配置されるので、第１の絶縁部材９は、基板４の露出表面からも離間している。第１ガスＣＧは、第１の絶縁部材９の中央部に設けられた貫通孔を介して、ガス供給源３から処理容器２の内部に供給される。第１ガスＣＧは、第１の絶縁部材９の貫通孔下端から基板４の表面に向けて流れ、基板４の中央部の表面に衝突した後、径方向に沿って放射状に基板表面上をエッジに向けて流れていく。
第１の絶縁部材９は、ステージ１の載置面Ｓ上に配置される基板４に対してギャップを介して配置されている。基板４のエッジ近傍において選択的にプラズマを発生させるため、その他の領域においてはプラズマの発生を抑制することが好ましい。基板４上にギャップを介して第１の絶縁部材９を配置することで、ギャップ内におけるガス流は許容するが、適当な寸法のギャップに設定することにより、ギャップ内におけるプラズマ発生を抑制することが可能である。すなわち、ギャップが小さい場合には、ギャップ内でのプラズマの発生が抑制される。
第１の絶縁部材９は、単一の部材から構成することもできるが、複数の部材から構成することもできる。第１の絶縁部材９の外周部下端には、交換用のリング部品９１が設けられている。本例の第１の絶縁部材９（本体）とリング部品９１とは、同一の絶縁材料からなり、併せて絶縁部材を構成している。これらの絶縁部材の材料は、具体的には、石英である。同一材料の場合には、熱膨張係数が同一となるため、歪み等が少なくなるという利点がある。この絶縁部材の外周部直下の領域においては、基板４のエッジが位置し、このエッジの位置においてプラズマが発生する。したがって、リング部品９１は、プラズマの影響を受け、長時間使用すると、劣化する。そこで、リング部品９１は、交換できるようになっており、本体である第１の絶縁部材９を全て交換しなくてもよい構成になっている。
プラズマ処理装置１００は、ステージ１の載置面Ｓよりも下方に配置される第２の絶縁部材１０を備えている。第２の絶縁部材１０は、ほぼ円環状のブロックであり、基板４の外周部の下方に配置されている。詳説すれば、基板４のエッジは、第１の絶縁部材９（リング部品９１）と第２の絶縁部材１０との間に位置し、側方には排気リング２１が配置され、基板４の中央部の下方にはステージ１が位置している。要するに、基板４のエッジは、これらの要素によって、囲まれた空間内に配置されており、基板エッジにおいて電界が集中し、プラズマが発生し易い構造になっている。また、第２の絶縁部材１０は、処理容器２の底面と基板４のエッジとの間の空間におけるプラズマの発生を抑制している。
図２は、図１に示した領域ＩＩを拡大した断面図である。
ギャップΔｇは、基板４の表面と第１の絶縁部材９の下面との間の隙間の寸法である。第１の絶縁部材９の下端の下面と、リング部品９１の下端の下面とは面一である。したがって、ギャップΔｇは、基板４の表面とリング部品９１の下面との間の隙間の寸法でもある。第１の絶縁部材９の中央部に設けられた貫通孔から流入した第１ガスＣＧは、基板４の表面に沿って、ギャップΔｇで規定される空間内を基板エッジに向けて流れていく。ギャップΔｇの好適な範囲は、以下の通りである。
０．３ｍｍ≦Δｇ≦０．６ｍｍ
一般的なプラズマは，０．１〜１００Ｐａの圧力のガスに、適当な電界がかかると発生する。また、プラズマが発生するには、十分な空間が必要である。したがって、圧力が高く、電界がかからず、十分な空間がない環境下では、プラズマは発生しない。ギャップΔｇが小さくなれば、この狭い空間内においては、基板エッジ近傍よりも圧力が高くなり、ステージ１の中央部においては、電界もかかりにくい構造であるため、プラズマが発生しにくくなる。ギャップΔｇ＝０．３ｍｍ、０．４ｍｍ、０．５ｍｍ、０．６ｍｍの場合、シミュレーション解析によれば、ステージ１の直上領域においては、ほとんどプラズマが発生しない電界強度であった（電界強度：Ｎｅａｒｌｙ Ｚｅｒｏ〜Ｌｏｗ（図４参照））。Δｇ＝０．７ｍｍの場合、ステージ直上領域において、わずかに電界強度が上昇することが確認された。ギャップΔｇが０．７ｍｍ以上の場合においても、基板エッジ近傍に選択的にプラズマを発生させることができるが、０．６ｍｍ以下の方が好ましい。
このように、ギャップΔｇが上限値を超える場合にはプラズマが発生しやすくなり、下限値よりも小さい場合には、ガスの流れが妨げられる。したがって、ギャップΔｇが上記関係式を満たすことにより、基板エッジ近傍以外の領域においては、ギャップ内においてプラズマが発生しにくくなり、且つ、ガス流がギャップ内をスムーズに流れることになる。
第２ギャップΔＧは、基板４のエッジから１ｍｍ程度内側の表面と、リング部品９１における上部リングの下面９８（図６参照）との間の隙間の寸法である。第２ギャップΔＧの好適な範囲は、以下の通りである。
Δｇ＜ΔＧ
更に好適には、Δｇ＋２０ｍｍ＜ΔＧである。すなわち、基板エッジの近傍において、プラズマが発生するのに十分な空間を与えることにより、プラズマが発生し易くなる。
載置面Ｓ上に配置される基板４の最大径ＤＳｍａｘよりも、載置面Ｓの最大径ＤＭｍａｘは小さい。図２においては、距離ΔＤ＝（ＤＳｍａｘ−ＤＭｍａｘ）／２を示している。基板４の周辺部のエッジから、ステージ１の周辺部のエッジまでの水平方向の最短距離が、距離ΔＤに等しくなる。なお、基板４の周辺部のエッジは、同図では鉛直面を示しているが、多くの場合は、図４のように傾斜したエッジ（ベベルエッジ）となっており、上述のように、堆積物が付着している基板４が対象となる場合がある。
プラズマ処理装置１００においては、処理対象の基板４の寸法は、装置仕様で予め決まっている。例えば、８インチ（直径２００ｍｍ、厚み７２５μｍ）のウエハを処理する場合、ＤＳｍａｘは、ウエハの直径である。基板４の最大径ＤＳｍａｘよりも、載置面Ｓの最大径ＤＭｍａｘの方が小さい場合（ＤＭｍａｘ＜ＤＳｍａｘ）、基板４のエッジは、載置面Ｓから食み出すことになり、エッジ近傍においてプラズマが発生し易くなる。なお、１２インチ（直径３００ｍｍ、厚み７７５μｍ）のウエハを処理する場合も、基板エッジの側方への突き出し量が問題であるから、ΔＤの好適範囲は同一である。距離ΔＤの好適な範囲は、以下の通りである。
２ｍｍ≦ΔＤ≦４ｍｍ
換言すれば、８インチウエハが処理対象の場合、ステージ１の最大径ＤＭａｘは１９６ｍｍ（２００ｍｍ―４ｍｍ）〜１９２ｍｍ（２００ｍｍ−８ｍｍ）である。１２インチウエハが処理対象の場合、ステージ１の最大径ＤＭａｘは２９６ｍｍ（３００ｍｍ―４ｍｍ）〜２９２ｍｍ（３００ｍｍ−８ｍｍ）である。
基板４の周辺部のエッジの縦断面形状（ステージ中心を通り、径方向に沿ったＺＸ断面の形状）は、半円（図４参照）とする。この構造の場合、シミュレーション解析によれば、ΔＤ＝０ｍｍの場合においても、基板エッジの近傍には選択的にプラズマが発生する。電界強度が高い領域（Ｈｉｇｈ（図４参照））の縦断面形状は、概ね半円の上部にしか分布せず、半円の下部において高強度のプラズマが発生しない。半円のエッジの中心位置を原点とし、水平方向に沿って原点から外側に延びる方向の角度をα＝０°とする。ΔＤ＝０ｍｍの場合、高強度の電界は、０°≦α≦９０°の範囲（図４参照）に分布している。
ΔＤ＝２ｍｍの場合、高強度の電界（Ｈｉｇｈ）は、−２０°≦α≦９０°の範囲（図４参照）に分布している。ΔＤ＝３ｍｍの場合、高強度の電界（Ｈｉｇｈ）は、−４０°≦α≦１１５°の範囲（図４参照）に分布している。ΔＤ＝４ｍｍの場合、高強度の電界（Ｈｉｇｈ）は、−７０°≦α≦１１５°の範囲（図４参照）に分布している。なお、基板４の面内温度を均一に保持しつつ処理することを考えると、より載置面積が少なくなるΔＤが５ｍｍ以上となる寸法は好ましくない。ステージ本体１Ａの側面にプラズマを到達させないためには、ΔＤ＝３ｍｍがよいが、エッジにおけるカバレッジの高いプラズマ発生の観点からはΔＤ＝４ｍｍとしてもよい。
高周波電極１Ｂの厚み方向の寸法ΔＺは、０．０５ｍｍ≦ΔＺ≦１０ｍｍを満たすことが好ましい。ΔＺの更に好ましい範囲は、３ｍｍ≦ΔＺ≦１０ｍｍである。ΔＺの更に好ましい範囲は、５ｍｍ≦ΔＺ≦１０ｍｍである。ステージ本体１Ａの上部表面から高周波電極１Ｂの上端までの距離は１ｍｍ以上であることが好ましく、本例では１ｍｍとする。
高周波電極１Ｂは、厚み方向（Ｚ軸方向）に沿って延びている。寸法ΔＺが下限よりも小さい場合には、外側電極に対する対向面積が小さくなり、基板エッジ近傍でのプラズマ発生が抑制される傾向がある。寸法ΔＺが上限よりも大きい場合には、基板エッジへの電界集中が十分でなくなるという不具合がある。寸法ΔＺが上記関係式を満たす場合には、かかる不具合を抑制して、基板のエッジ近傍に選択的にプラズマを発生し易くなる。
高周波電極１Ｂは、ステージ１の側面から、さほど離れない位置に配置される。すなわち、高周波電極１Ｂは、載置面Ｓの外周部下方領域ＰＲ内に配置される。載置面Ｓの周辺部のエッジからの距離Δｒが、１ｍｍ≦Δｒ≦５ｍｍを満たす領域を外周部下方領域ＰＲとする。
高周波電極１Ｂは、ステージ本体１Ａ内に埋設され、保護されているので、Δｒは０よりも大きい。Δｒが１ｍｍ以上であれば、セラミックのステージ本体１Ａがプラズマに晒されても簡単には削れず、高周波電極１Ｂが保護されることになる。Δｒが５ｍｍ以下であれば、必要以上に基板の側面から離間しないため、基板４のエッジ近傍に有効にプラズマを発生させることができる。また、Δｒが５ｍｍ以下であれば、セラミックによる電界変化の影響も抑制することができる。
ステージ１の載置面Ｓ上に配置される基板４の周辺部のエッジの径方向の位置は、（リング部品９１を含む）第１の絶縁部材９の下端の周辺部のエッジの径方向の位置よりも外側に位置する。基板４のエッジは、第１の絶縁部材９（リング部品９１）の下端の外側エッジよりも外側に位置するので、基板４のエッジが第１の絶縁部材９（リング部品９１）から食み出すことになる。したがって、基板４のエッジ近傍において、上方に十分な第２ギャップΔＧの空間が形成され、プラズマが発生し易くなる。
基板４の周辺部のエッジの径方向の位置Ｒ１と、（リング部品９１を含む）第１の絶縁部材９の下端の周辺部のエッジの径方向の位置Ｒ２との差分ΔＲは、０．５ｍｍ≦ΔＲ≦３ｍｍを満たしており、基板エッジ近傍に適切にプラズマが発生し易くなる。
図２の構造において、例えば、Δｇ＝０．４ｍｍ、Δｒ＝２ｍｍ、ΔＤ＝３ｍｍ、ΔＲ＝２ｍｍ、ΔＬＳ＝１５ｍｍ、ΔＧ＝９ｍｍ、ΔＬＥ＝１９ｍｍとする。ここで、ΔＬＳは、基板４のエッジと排気リング２１（外側電極）との間の最短距離である。ΔＬＥは、高周波電極１Ｂと排気リング２１（外側電極）との間の最短距離である。距離ΔＬＳ及び距離ΔＬＥの好適な範囲は、以下の通りである。
１０ｍｍ≦ΔＬＳ≦１００ｍｍ
１３ｍｍ≦ΔＬＥ≦１０３ｍｍ
プラズマを発生させたい基板４のエッジから、排気リング２１における最短距離を与える位置Ｐ２１までの距離ΔＬＳは、上記の下限値よりも小さくなると、排気リング２１の方にプラズマのエネルギーが流れることが確認された。したがって、基板エッジのみでプラズマが発生しにくくなる傾向がある。したがって、距離ΔＬＳは、上記の下限値以上であることが好ましく、この場合には、基板エッジのみに選択的にプラズマを発生させることができる。また、距離ΔＬＳが、上限値を超えて離れると、基板エッジのプラズマが発生しにくくなる傾向がある。距離ΔＬＳが無限の場合には、プラズマは発生しないので、プラズマを発生させるためには、上限値は１００ｍｍ以下であることが好ましい。
高周波電極１Ｂの位置は、基板エッジから（ΔＤ＋Δｒ）だけ離間している。ΔＤの好適範囲は２ｍｍ〜４ｍｍであり、Δｒの好適範囲は１ｍｍ≦Δｒ≦５ｍｍであるから、これらの合計値の範囲は、３ｍｍ〜９ｍｍである。したがって、ΔＬＥは、ΔＬＳ＋３ｍｍ以上であることが好ましい。したがって、上記の範囲を満たすことが好ましい。更に好適には、ΔＬＳ＋３ｍｍ≦ΔＬＥ≦ΔＬＳ＋９ｍｍを満たす。更に、ΔＬＳ＋２ｍｍ≦ΔＬＥ≦ΔＬＳ＋８ｍｍを満たすこともできる。
なお、排気リング２１の内側端よりも内側と、リング部品９１との間には、第２ガスＰＧを導入するための通路が形成されている。上部電極８には、この通路に連通する貫通孔が設けられている。第２ガスＰＧを通過させるための複数の貫通孔が、上部電極８に設けられていてもよい。上部電極８の貫通孔から導入された第２ガスＰＧは、リング部品９１の外側の通路を通って、排気リング２１の内側、すなわち、基板４のエッジに到達する。なお、第２ガスＰＧの導入経路は、他の経路に設定することも可能である。
次に、高周波電極１Ｂの構造について、さらに詳しく説明する。
図３は、図１に示したプラズマ処理装置内における高周波電極を説明するための斜視図である。
ステージ１は、複数の伝送線路１Ｃ（水平配線１Ｃ（Ｈ））を備えている。図３においては、水平配線１Ｃ（Ｈ）の数は１２本であり、任意の隣接する２本の水平配線１Ｃ（Ｈ）は３０°の角度を成している。水平配線１Ｃ（Ｈ）は、リング状の高周波電極１Ｂに電力を伝達するものであり、その数は１本でもよいが、周方向に均等なバイアスを与えるためには、３本以上であることが好ましい。それぞれの伝送線路１Ｃ（水平配線１Ｃ（Ｈ））は薄膜であり、幅Ｗは０．５ｍｍ≦Ｗ≦５ｍｍを満たしている。幅Ｗは水平面（ＸＹ面）内において、径方向に垂直な方向の寸法である。
複数の水平配線１Ｃ（Ｈ）は、ステージ１の略中心位置（ＸＹ平面内におけるステージ１の重心位置）から高周波電極１Ｂに向けて放射状に延びており、高周波電極１Ｂに繋がっている。基板４のエッジ近傍におけるプラズマ発生に寄与するのは、載置面Ｓの外周部下方領域ＰＲ（図２参照）に位置する高周波電極１Ｂである。高周波の伝送線路１Ｃは、高周波電極１Ｂに高周波を供給している。ステージ１の平面形状の重心位置を、ステージの中心とすると、ステージの略中心位置に位置する水平配線１Ｃ（Ｈ）の部位に、垂直配線としての内側導体１Ｃ（Ｖ）が接続されている。ステージの略中心位置は、ステージの中心から、ステージの最大径の１０％以下の距離の領域内の位置とする。内側導体１Ｃ（Ｖ）は、処理容器２の底面を貫通して外部に延びている。
幅Ｗが、上記の下限よりも小さい場合には、抵抗値が大きく増加して電力損失が生じる。幅Ｗが上限値よりも大きい場合には、伝送線路１Ｃ（水平配線１Ｃ（Ｈ））の上方に発生する電界によって、基板上に、広くプラズマが広く発生する可能性がある。基板のエッジの近傍にのみ選択的にプラズマを発生させるためには、水平配線１Ｃ（Ｈ）の上方のプラズマ発生は好ましくはない。０．５ｍｍ≦Ｗ≦５ｍｍを満たす場合には、かかる不具合を抑制して、基板のエッジ近傍に選択的にプラズマを発生することができる。なお、プラズマ発生抑制の観点から、複数の伝送線路Ｃ（水平配線１Ｃ（Ｈ））間には隙間があることが好ましい。
高周波電極１Ｂの平面形状（Ｚ軸方向からみたＸＹ平面内の形状）は、リングを含んでいる。この場合、リング状の高周波電極１Ｂの周囲において、連続的にリング状のプラズマを発生させることができる。基板の平面形状が円形である場合、基板のエッジに沿って円環状のプラズマを発生させることができる。
高周波電極１ＢはＺ軸方向に沿って延びている部分を有するので、好適な立体形状は、筒形となる。筒の高さは上述のΔＺで与えられるが、筒形の場合、ΔＺは、水平配線１Ｃ（Ｈ）のＺ軸方向の厚みよりも大きくなる。高周波電極１Ｂの径方向の厚みは、水平配線１Ｃ（Ｈ）のＺ軸方向の厚みと同様とすることができる。この厚みは、例えば、０．５ｍｍ〜１ｍｍである。
高周波電極１Ｂの周囲には、排気リング２１が設けられている。排気リング２１は、上部導電体リング２１Ａ、中部導電体リング２１Ｂ、下部導電体リング２１Ｃを備えており、これらが一体的に形成されている。上部導電体リング２１Ａの形状は円環状の板であり、径方向の寸法は、上述のΔＬＳに相関する。中部導電体リング２１Ｂの形状は筒状である。下部導電体リング２１Ｃの形状は円環状の板であり、径方向の寸法は、上部導電体リング２１Ａの径方向の寸法よりも短い。したがって、高周波電極１Ｂに最も近い位置には、上部導電体リング２１Ａが位置することになる。
排気リング２１の中部導電体リング２１Ｂは、処理容器２の内壁面２ｗに固定され、電気的に接続されている。処理容器２は、グランド電位に固定されており、排気リング２１の電位もグランド電位となる。また、中部導電体リング２１Ｂは、ステージの中心から離れた箇所に位置しており、高周波電極１Ｂの水平方向の延長線上に位置している。換言すれば、排気リング２１において、中部導電体リング２１Ｂと高周波電極１Ｂとの間には、強い電界が発生しにくい形状になっている。すなわち、高周波電極１Ｂの上方に位置する基板と、中部導電体リング２１Ｂの上方に位置する上部導電体リング２１Ａとの間に、強い電界が形成される構造となっている。また、下部導電体リング２１Ｃの径方向長は短い。したがって、排気リング２１は、これが排気装置に接続された場合には、排気機能を有するとともに、基板エッジ近傍の上面側寄りに選択的に強い電界を発生するような形状を有している。堆積物は、基板の上面側に多く堆積するので、かかる構造は、堆積物のエッチングに有効である。
なお、排気リング２１が、下部導電体リング２１Ｃを有しない形状であっても、基板エッジにおいて、プラズマが発生する。プラズマ発生に主として寄与しているのは、上部導電体リング２１Ａだからである。
図４は、基板エッジの周囲のプラズマ分布について説明するための図である。同図は、ステージの重心を通り、径方向に沿った縦断面構造を示している。
基板４の周辺部のエッジには、ＦＣＶＤ法等で形成された堆積物４Ａが付着しているものとする。高周波電極１Ｂに高周波変位を与えると、基板エッジよりも外側に配置された排気リングとの間の空間内に交番電界が形成される。交番電界内において突き出している基板エッジ近傍には、プラズマが発生する。
処理容器内において、最も高い電界が発生する領域を高電界領域ＳＨ（Ｈｉｇｈ）とする。正確には、最も高い電界の９０％以上の電界強度を有する領域を高電界領域ＳＨ（Ｈｉｇｈ）とする。最も高い電界の９０％未満５０％以上の電界強度を有する領域を中電界領域ＳＭ（Ｍｉｄｄｌｅ）とする。最も高い電界の５０％未満１０％以上の電界強度を有する領域を低電界領域ＳＬ（Ｌｏｗ）とする。最も高い電界の１０％未満の電界強度を有する領域を略ゼロ電界領域ＳＮ（Ｎｅａｒｌｙ Ｚｅｒｏ）とする。
基板エッジ近傍は、高電界領域ＳＨ（Ｈｉｇｈ）であり、その周囲に中電界領域ＳＭ（Ｍｉｄｄｌｅ）が形成され、中電界領域ＳＭ（Ｍｉｄｄｌｅ）の外側は低電界領域ＳＬ（Ｌｏｗ）となる。低電界領域ＳＬ（Ｌｏｗ）の外側は略ゼロ電界領域ＳＮ（Ｎｅａｒｌｙ Ｚｅｒｏ）となる。基板エッジに電界が集中しているため、基板エッジから離れるに従って、電界強度は急激に低下する。例えば、基板エッジから下方に少し離れただけで、電界強度は略ゼロ（Ｎｅａｒｌｙ Ｚｅｒｏ）となる。排気リングの上部導電体リング２１Ａは、基板４よりも高い位置に存在しているので、基板４の下側領域よりも、上側領域の方が電界強度は高くなる傾向にある。同図の縦断面内における高電界領域ＳＨ（Ｈｉｇｈ）の断面積は、低電界領域ＳＬ（Ｌｏｗ）の断面積よりも小さい。低電界領域ＳＬ（Ｌｏｗ）は、基板エッジから基板４の中心方向に向かって、基板４の上側の表面上を延びている。
基板エッジに付着した堆積物４Ａをプラズマエッチングにより除去するには、縦断面内において、基板エッジの周囲を縦方向に囲むように高強度の電界が発生することが好ましい。また、基板エッジから離れた位置においては、不要なプラズマは発生しない方がよいので、電界強度は低い方が好ましく、略ゼロであることが好ましい。ステージの中心位置における基板４上のギャップ内の空間は、略ゼロ電界領域ＳＮ（Ｎｅａｒｌｙ Ｚｅｒｏ）となっている。電界を発生させる要因としては、高周波電極１Ｂ及び水平配線１Ｃ（Ｈ）があるが、高周波電極１Ｂは基板周辺部においてＺ軸方向に沿って延びており、水平配線１Ｃ（Ｈ）は、ステージ本体１Ａの上側の表面からは離間している。また、上部には第１の絶縁部材９が配置されている。したがって、ステージの中心位置近傍上方の基板４上の空間内では、電界に影響を与えるものが少なく、電界は略ゼロとなる。
高電界領域ＳＨ（Ｈｉｇｈ）のプラズマが、基板エッジの周囲を覆うことができるかどうかは、上述の角度αを用いて評価する。基板４の下面のステージ１からの水平方向突き出し量であるΔＤの好適範囲は、上述の通りであり、２ｍｍ≦ΔＤ≦４ｍｍである。
一方、基板４の上面の絶縁部材からの水平方向突き出し量である差分ΔＲは、０．５ｍｍ≦ΔＲ≦３ｍｍが好ましく、基板エッジ近傍に適切にプラズマが発生し易くなる構造となっている。差分ΔＲが、上限値を超える場合には基板エッジよりも中心寄りの領域上にプラズマが発生しやすくなり、下限値よりも小さい場合には、基板エッジ近傍におけるプラズマの発生が抑制される。したがって、ΔＲが上記関係式を満たすことにより、基板エッジ近傍以外の領域においてプラズマが発生しにくくなり、且つ、基板エッジ近傍においては選択的にプラズマが発生し易くなる。
図５は、別の例示的実施形態に係るプラズマ処理装置における基板エッジを含む領域の縦断面図である。
ガス供給源から供給されるガスの供給位置は、処理容器２の中央部及び周辺部である。図２においては、排気リング２１よりも内側の位置から周辺部供給用の第２ガスを供給した。第２ガスの供給位置は、排気リング２１の位置であってもよい。すなわち、排気リング２１の中部導電体リングにガス供給用の貫通孔を設け、この貫通孔から第２ガス（第１周辺ガスＰＧ１）を供給することができる。また、排気リング２１の上部導電体リングにガス供給用の貫通孔を設け、この貫通孔から第２ガス（第２周辺ガスＰＧ２）を供給することができる。これらの構造の場合、排気リング２１とリング部品９１との間には、隙間を設ける必要がなく、排気リング２１の上部導電体リングの内側端と、リング部品９１の上部リングの外側端とは、接触させることができる。
図６は、リング部品９１を構成する弧状部品の斜視図である。
上述のプラズマ処理装置は、基板周囲のエッジ近傍にプラズマを発生させるものである。基板エッジ近傍に配置される交換用のリング部品９１は、長期間の使用を続けると劣化する。リング部品９１は、分割型の絶縁部材からなり、個々の絶縁部材は弧状部品９１Ａである。弧状部品９１Ａは、幅広の上部リング９２と、幅狭の下部リング９３とを一体化した形状を有している。上部リング９２は円環状の絶縁体からなる。
上部リング９２の下部リング９３よりも内側に位置する部分は、図２に示した第１の絶縁部材９の下部の側方凹部９Ｄ内に嵌り込む。側方凹部９Ｄは、第１の絶縁部材９の外周側面から径方向に沿って、第１の絶縁部材９の中心軸に向けて延びた凹部である。側方凹部９Ｄは、第１の絶縁部材９の縦方向の中心軸を囲むように周方向に沿って延びた溝を構成している。上部リング９２の内側面９４は、第１の絶縁部材９の側方凹部９Ｄの最深部に対向する。上部リング９２の上面９６は、側方凹部９Ｄを構成する面の中で第１の絶縁部材９の下面となる面に接触する。上部リング９２の内側の下面９９は、側方凹部９Ｄを構成する面の中で上面となる面に接触する。上部リング９２の外側の下面９８は、基板エッジの上方に位置している。下面９８は、基板表面から、ΔＧ（図２参照）だけ離間している。上部リング９２の外側面９５は、排気リングの位置を制限している。下部リング９３の下面９７は、基板４に対向しており、第１の絶縁部材９の下端の下面と面一である。下部リング９３のＺ軸方向の寸法は、ΔＧ（図２参照）を規定している。
リング部品９１は、複数の弧状部品９１Ａからなる。同図では、円弧の開き角が１８０°のものを示しており、１個のリング部品９１は、２個の弧状部品９１Ａからなる。リング部品９１は、３個以上に分割できる形状とすることも可能である。
図７は、更に別の例示的実施形態に係るプラズマ処理装置の縦断面構成を示す図である。
このプラズマ処理装置は、図１〜図６において説明したプラズマ処理装置の変形例であり、高周波電極１ＢがＺ軸方向に延びていない形状である点のみが、上述のプラズマ処理装置と異なる。このプラズマ処理装置は、図１に示したように、ステージ１と、ステージ１を収容する処理容器２と、処理容器２内におけるプラズマ発生用のガス供給源３と、を備えている。ここで、ステージ１は、載置面Ｓを有し、高周波電極１Ｂが埋設されたステージ本体１Ａを備えている。ステージ本体１Ａは、セラミックを含み、高周波電極１Ｂは、載置面Ｓの外周部下方領域に位置する。載置面Ｓ上に配置される基板４の最大径ＤＳｍａｘよりも、載置面Ｓの最大径ＤＭｍａｘは小さい（ＤＳｍａｘ＞ＤＭｍａｘ）。すなわち、ΔＤ＝（ＤＳｍａｘ−ＤＭｍａｘ）／２＞０である。
基板４の周辺部の外側には、排気リング（外側電極）を配置することができる。外周部下方領域の高周波電極１Ｂと排気リングとの間に高周波電圧が印加されることで、基板４の周辺部のエッジ近傍にプラズマが発生し易くなる。基板４の最大径ＤＳｍａｘよりも、載置面Ｓの最大径ＤＭｍａｘの方が小さいので、基板４のエッジは、載置面Ｓから食み出すことになり、エッジ近傍においてプラズマが発生し易くなる。エッチングに適したガス内においてプラズマを発生させた場合、基板４のエッジに付着した堆積物４Ａを効率的にエッチングすることができる。高周波電極１Ｂは、セラミック内に埋設されているので、プラズマに晒されず、保護されている。
なお、上述のシミュレーションは、ＨＦＳＳ（登録商標：Ａｎｓｏｆｔ社の有限要素法による高周波電磁界シミュレーションソフトウエア）を用いて行った。基板４及びステージ１の載置面の平面形状は円形であり、シミュレーションの条件の基準値は、以下の通りであり、特に断りの無い場合は、以下のパラメータを用い、条件に応じて、個々のパラメータを変更した。
（基板４）
・基板４の材料：Ｓｉ
・基板４の直径ＤＳｍａｘ：３００（ｍｍ）
・基板４の厚み：７７５（μｍ）
（ステージ本体１Ａ）
・ステージ本体１Ａの材料：ＡｌＮ
（高周波電極１Ｂ）
・高周波電極１Ｂの材料：Ｗ
・高周波電極１Ｂの直径：２９０（ｍｍ）
・高周波電極１Ｂの厚み：１（ｍｍ）
・高周波電極１Ｂの寸法ΔＺ：７（ｍｍ）
（各水平配線１Ｃ（Ｈ））
・水平配線１Ｃ（Ｈ）の材料：Ｗ
・水平配線１Ｃ（Ｈ）の直径：２８９（ｍｍ）
・水平配線１Ｃ（Ｈ）の厚み：１（ｍｍ）
（内側導体１Ｃ（Ｖ））
・内側導体１Ｃ（Ｖ）の材料：Ｗ
・内側導体１Ｃ（Ｖ）の直径：３（ｍｍ）
・内側導体１Ｃ（Ｖ）のＺ軸方向長：１００（ｍｍ）
（外側導体１Ｅ）
・外側導体１Ｅの材料：Ａｌ
・外側導体１Ｅの直径：１０（ｍｍ）
・外側導体１ＥのＺ軸方向長：１００（ｍｍ）
（第１の絶縁部材９（本体））
・第１の絶縁部材９の材料：石英（ＳｉＯ２）
・第１の絶縁部材９の直径：３０２（ｍｍ）
・第１の絶縁部材９の厚み：８０（ｍｍ）
（リング部品９１）
・リング部品９１の材料：石英（ＳｉＯ２）
・Δｇ：０．５（ｍｍ）
・ΔＧ：９（ｍｍ）
・ΔＲ：２（ｍｍ）
（排気リング２１）
・排気リング２１の材料：Ａｌ
・排気リング２１の上部導電体リング２１Ａの径方向の寸法：４５（ｍｍ）
・排気リング２１の中部導電体リング２１Ｂの径方向の寸法：１５（ｍｍ）
・排気リング２１の下部導電体リング２１Ｃの径方向の寸法：２０（ｍｍ）
・排気リング２１のＺ軸方向の寸法：４０（ｍｍ）
・ΔＬＳ：１５（ｍｍ）
・ΔＬＥ：２１（ｍｍ）
（高周波電源６）
・プラズマ発生用の高周波電力の周波数：１３．５６ＭＨｚ
上述の例示的実施形態に係るプラズマ処理方法は、上述のいずれかのプラズマ処理装置を用い、ステージ１上に基板４を配置するステップと、ガス供給源３から処理容器２内にガスを供給するステップとを備えている。さらに、この方法は、高周波電極１Ｂに高周波電力を供給し、基板４の周辺部のエッジ近傍において、選択的にプラズマを発生させるステップを備えている。基板４の周辺部のエッジ近傍において、選択的にプラズマが発生するので、他の部分をプラズマに晒すことなく、効率的に基板エッジをプラズマ処理することができる。
上述のプラズマ処理装置及び方法は、ＣＶＤ成膜装置において基板エッジに形成された堆積物のエッチングに用いることができる。堆積物は、剥離等により、コンタミネーションとなる。このような堆積物を除去することにより、基板搬送時のコンタミネーションを防止することができる。また、上述のプラズマ処理装置及び方法は、ヒータ電極層を備えているため、単一の装置において、基板のベベルに堆積された堆積物の除去の他、基板のアニールを行うこともできる。ヒータ電極層の構造や寸法を最適化すれば、基板温度の均一性とベベルエッチング性能を共に向上させることができる。例えば、流動性ＣＶＤを行った後、ベベルエッチングを行い、しかる後、アニールを行うことができる。また、アニールを行いながら、ベベルエッチングを行うことも可能である。
なお、プラズマ発生機構としては、容量結合型（ＣＣＰ）のプラズマ発生機構を用いることができる。高周波電極１Ｂと、排気リング２１（外側電極）との間に高周波電圧を印加する場合、外側電極の方に電位が変動する高周波電位を印加する構成も考えられる。また、双方の電極に高周波を印加することも可能であり、必要に応じて、直流電位を与えることも考えられる。ステージ１の下方には、第２の絶縁部材１０が位置しているが、第２の絶縁部材１０の形状は、中空の筒状である。第２の絶縁部材１０の形状は、ステージ１の下方領域を全て満たす形状であってもよい。また、高周波電極１ＢのＺ軸方向に沿って延びる方向は、完全な鉛直方向でなくてもよい。すなわち、径方向又は周方向に沿って高周波電極１Ｂが傾斜していても、上述の原理に従えば、基板エッジ近傍にプラズマを発生させることができる。また、基板としては、円形のウエハの他、四角形以上の多角形の基板も処理対象とすることができる。
以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる実施形態における要素を組み合わせて他の実施形態を形成することが可能である。また、以上の説明から、本開示の種々の実施形態は、本明細書において説明されており、本開示の範囲及び主旨から逸脱することなく種々の変更をなし得ることが、理解されるであろう。したがって、本明細書に開示した種々の実施形態は限定することを意図しておらず、真の範囲と主旨は、添付の特許請求の範囲によって示される。
１…ステージ、１Ａ…ステージ本体、１Ｂ…高周波電極、１Ｃ…伝送線路、１Ｄ…ヒータ電極層、１Ｅ…外側導体、２…処理容器、２ｗ…内壁面、３…ガス供給源、４…基板、４Ａ…堆積物、５…排気装置、６…高周波電源、７…コントローラ、８…上部電極、９…第１の絶縁部材、９Ｄ…側方凹部、１０…第２の絶縁部材、２１…排気リング、２１Ａ…上部導電体リング、２１Ｂ…中部導電体リング、２１Ｃ…下部導電体リング、９１…リング部品（絶縁部材）、９１Ａ…弧状部品、９２…上部リング、９３…下部リング、９４…内側面、９５…外側面、９６…上面、９７…下面、９８…下面、９９…下面、１００…プラズマ処理装置、ＣＧ…第１ガス、ＰＧ…第２ガス、ＰＧ１…第１周辺ガス、ＰＧ２…第２周辺ガス、ＰＲ…外周部下方領域、Ｓ…載置面、ＳＨ…高電界領域、ＳＬ…低電界領域、ＳＭ…中電界領域、ＳＮ…略ゼロ電界領域。

Claims (15)

  1. 載置面を有するステージであって、
    前記ステージは厚みを有し、
    高周波電極が埋設されたステージ本体を備え、
    前記ステージ本体はセラミックを含み、
    前記高周波電極は、前記載置面の外周部下方領域において前記厚みの方向に延在する、
    ことを特徴とするステージ。
  2. 前記ステージの略中心位置から前記高周波電極に繋がる複数の伝送線路を更に備え、
    それぞれの前記伝送線路は幅Ｗの薄膜であり、
    幅Ｗは、
    ０．５ｍｍ≦Ｗ≦５ｍｍ
    を満たす、
    ことを特徴とする請求項１に記載のステージ。
  3. 前記載置面上に配置される基板の最大径よりも、前記載置面の最大径は小さい、
    ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のステージ。
  4. 前記ステージ本体内にヒータ電極層を備える、
    ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のステージ。
  5. 前記高周波電極の前記厚み方向の寸法ΔＺは、
    ０．０５ｍｍ≦ΔＺ≦１０ｍｍ
    を満たす、
    ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のステージ。
  6. 前記載置面の前記外周部下方領域は、前記載置面の周辺部のエッジからの距離Δｒが、
    １ｍｍ≦Δｒ≦５ｍｍ
    を満たす、
    ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のステージ。
  7. 前記高周波電極の平面形状は、リングを含む、
    ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のステージ。
  8. 請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載のステージと、
    前記ステージを収容する処理容器と、
    前記処理容器内におけるプラズマ発生用のガス供給源と、
    を備えるプラズマ処理装置。
  9. 前記ガス供給源から供給されるガスの供給位置は、前記処理容器の中央部及び周辺部である、
    ことを特徴とする請求項８に記載のプラズマ処理装置。
  10. 前記ステージの前記載置面上に配置される基板に対してギャップを介して配置される絶縁部材を更に備える、
    ことを特徴とする請求項８又は請求項９に記載のプラズマ処理装置。
  11. 前記ギャップをΔｇとし、
    ギャップΔｇは、
    ０．３ｍｍ≦Δｇ≦０．６ｍｍ
    を満たす、
    ことを特徴とする請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
  12. 前記ステージの前記載置面上に配置される基板の周辺部のエッジの径方向の位置は、前記絶縁部材の下端の周辺部のエッジの径方向の位置よりも外側に位置する、
    ことを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
  13. 前記基板の周辺部のエッジの径方向の位置Ｒ１と、前記絶縁部材の下端の周辺部のエッジの径方向の位置Ｒ２との差分ΔＲは、
    ０．５ｍｍ≦ΔＲ≦３ｍｍ
    を満たす、
    ことを特徴とする請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
  14. ステージと、
    前記ステージを収容する処理容器と、
    前記処理容器内におけるプラズマ発生用のガス供給源と、
    を備え、
    前記ステージは、載置面を有し、高周波電極が埋設されたステージ本体を備え、
    前記ステージ本体はセラミックを含み、
    前記高周波電極は、前記載置面の外周部下方領域に位置し、
    前記載置面上に配置される基板の最大径よりも、前記載置面の最大径は小さい、
    ことを特徴とするプラズマ処理装置。
  15. 請求項８〜１４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置を用い、
    前記ステージ上に基板を配置するステップと、
    前記ガス供給源から前記処理容器内にガスを供給するステップと、
    前記高周波電極に高周波電力を供給し、前記基板の周辺部のエッジ近傍において、選択的にプラズマを発生させるステップと、
    を備えたプラズマ処理方法。
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