JP2023004431A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板支持部の周囲に安定した電界分布やＲＦ環境を形成可能なプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】チャンバと、前記チャンバ内でプラズマを生成するように構成されるプラズマ生成部と、前記チャンバ内に配置される基板支持部と、前記基板支持部上の基板を囲むように配置される第１導電性リングと、前記第１導電性リングを囲むように配置される絶縁リングと、前記絶縁リングを囲むように配置され、接地電位又はＤＣ電位に接続される第２導電性リングと、を有し、前記第２導電性リングは、前記絶縁リングの上面の高さから上方に突出している環状突出部分を有する、プラズマ処理装置。【選択図】図３

Description

本開示は、プラズマ処理装置に関する。

特許文献１には、載置台、内側フォーカスリング、外側フォーカスリング、リフトピン及び移動機構を備えたプラズマ処理装置において、内側フォーカスリングの消耗に応じて移動機構によりリフトピンを上昇させ、内側エッジリングを持ち上げることが開示されている。

特開２０２０－５３５３８号公報

本開示にかかる技術は、基板支持部の周囲に安定した電界分布やＲＦ環境を形成可能なプラズマ処理装置を提供する。

本開示の一態様は、チャンバと、前記チャンバ内でプラズマを生成するように構成されるプラズマ生成部と、前記チャンバ内に配置される基板支持部と、前記基板支持部上の基板を囲むように配置される第１導電性リングと、前記第１導電性リングを囲むように配置される絶縁リングと、前記絶縁リングを囲むように配置され、接地電位又はＤＣ電位に接続される第２導電性リングと、を有し、前記第２導電性リングは、前記絶縁リングの上面の高さから上方に突出している環状突出部分を有する、プラズマ処理装置。

本開示によれば、基板支持部の周囲に安定した電界分布やＲＦ環境を形成可能なプラズマ処理装置を提供する。

プラズマ処理システムの構成例を示す概略図である。 実施形態にかかるプラズマ処理装置の構成例を示す縦断面図である。 基板支持部の側壁周辺を拡大して示す要部拡大図である。 グランドリングがない場合のチャンバ内の様子を示す説明図である。 グランドリングがない場合のチャンバ内の様子を示す説明図である。 グランドリングがある場合のチャンバ内の様子を示す説明図である。 グランドリングがある場合のチャンバ内の様子を示す説明図である。 プラズマ密度の変化に起因する電界強度の変動量を示すグラフである。 図６Ａの補足説明図である。 図６Ａの補足説明図である。 環状突出部分の高さと電界強度の変動量の関係を示すグラフである。 環状突出部分が高く形成されたグランドリングの一例を示す要部拡大図である。 グランドリングの他の構成例を示す要部拡大図である。 グランドリングの他の構成例を示す要部拡大図である。 グランドリングの他の構成例を示す要部拡大図である。

半導体デバイスの製造工程では、チャンバ中に供給された処理ガスを励起させてプラズマを生成することで、基板支持部に支持された半導体基板（以下、単に「基板」という。）に対して、エッチング処理、成膜処理、拡散処理などの各種プラズマ処理が行われる。当該プラズマ処理においては、基板支持部に支持された基板を取り囲むように、例えばエッジリングやカバーリング等の複数の環状部材（以下、複数の環状部材を総称して「リングアセンブリ」という。）が配置される。

ところで、前述の各種プラズマ処理においては、チャンバ内に生成されたプラズマの影響により、リングアセンブリや基板支持部等のチャンバ内部材が消耗するおそれや、これらチャンバ内部材に反応生成物（以下、「デポ」という。）が付着するおそれがある。そして、特に基板を取り囲むように配置されたリングアセンブリに消耗やデポの付着が生じた場合、基板支持部（特に静電チャック）の周りで電界強度やＲＦ（Ｒａｄｉｏ
Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）環境に変動が生じ、これにより、特に基板のエッジ付近でプロセス結果に影響が生じるおそれがある。

また、特にリングアセンブリの側壁周辺における電界状況はプラズマの生成条件（例えばプラズマ密度）に影響を受けやすく、これにより基板上方でのプラズマ生成の制御効率が低下して、プロセス結果に影響が生じるおそれがある。

本開示にかかる技術は、上記事情に鑑みてなされたものであり、基板支持部の周囲に安定した電界分布やＲＦ環境を形成可能なプラズマ処理装置を提供する。以下、本実施形態にかかるプラズマ処理装置を備えるプラズマ処理システムについて、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜プラズマ処理システム＞
一実施形態において、プラズマ処理システムは、図１に示すようにプラズマ処理装置１及び制御部２を含む。プラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、基板支持部１１及びプラズマ生成部１２を含む。プラズマ処理チャンバ１０は、プラズマ処理空間を有する。また、プラズマ処理チャンバ１０は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間に供給するための少なくとも１つのガス供給口と、プラズマ処理空間からガスを排出するための少なくとも１つのガス排出口とを有する。ガス供給口は、後述するガス供給部２０に接続され、ガス排出口は、後述する排気システム４０に接続される。基板支持部１１は、プラズマ処理空間内に配置され、基板を支持するための基板支持面を有する。

プラズマ生成部１２は、プラズマ処理空間内に供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマを生成するように構成される。プラズマ処理空間において形成されるプラズマは、容量結合プラズマ（ＣＣＰ；Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ；Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、ＥＣＲプラズマ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ－Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ－ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｐｌａｓｍａ）、ヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ：Ｈｅｌｉｃｏｎ Ｗａｖｅ Ｐｌａｓｍａ）、又は、表面波プラズマ（ＳＷＰ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅ Ｐｌａｓｍａ）等であってもよい。また、ＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ）プラズマ生成部及びＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）プラズマ生成部を含む、種々のタイプのプラズマ生成部が用いられてもよい。一実施形態において、ＡＣプラズマ生成部で用いられるＡＣ信号（ＡＣ電力）は、１００ｋＨｚ～１０ＧＨｚの範囲内の周波数を有する。従って、ＡＣ信号は、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号及びマイクロ波信号を含む。一実施形態において、ＲＦ信号は、２００ｋＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。

制御部２は、本開示において述べられる種々の工程をプラズマ処理装置１に実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部２は、ここで述べられる種々の工程を実行するようにプラズマ処理装置１の各要素を制御するように構成され得る。一実施形態において、制御部２の一部又は全てがプラズマ処理装置１に含まれてもよい。制御部２は、例えばコンピュータ２ａを含んでもよい。コンピュータ２ａは、例えば、処理部（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２ａ１、記憶部２ａ２、及び通信インターフェース２ａ３を含んでもよい。処理部２ａ１は、記憶部２ａ２に格納されたプログラムに基づいて種々の制御動作を行うように構成され得る。記憶部２ａ２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェース２ａ３は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信回線を介してプラズマ処理装置１との間で通信してもよい。

＜プラズマ処理装置＞
続いて、上述したプラズマ処理装置１の一例として、容量結合型のプラズマ処理装置１の構成例について説明する。図２はプラズマ処理装置１の構成の概略を示す縦断面図である。

プラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、ガス供給部２０、電源３０及び排気システム４０を含む。また、プラズマ処理装置１は、基板支持部１１及びガス導入部を含む。基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０内に配置される。ガス導入部は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理チャンバ１０内に導入するように構成される。ガス導入部は、シャワーヘッド１３を含む。シャワーヘッド１３は、基板支持部１１の上方に配置される。一実施形態において、シャワーヘッド１３は、プラズマ処理チャンバ１０の天部（ｃｅｉｌｉｎｇ）の少なくとも一部を構成する。プラズマ処理チャンバ１０の内部には、シャワーヘッド１３、プラズマ処理チャンバ１０の側壁１０ａ及び基板支持部１１により規定されたプラズマ処理空間１０ｓが形成される。プラズマ処理チャンバ１０は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓに供給するための少なくとも１つのガス供給口と、プラズマ処理空間１０ｓからガスを排出するための少なくとも１つのガス排出口とを有する。プラズマ処理チャンバ１０は接地される。シャワーヘッド１３及び基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０とは電気的に絶縁される。

基板支持部１１は、本体部１１０、リングアセンブリ１２０を含む。本体部１１０の上面は、基板（ウェハ）Ｗを支持するための中央領域１１０ａ（基板支持面）と、リングアセンブリ１２０を支持するための環状領域１１０ｂ（リング支持面）とを有する。環状領域１１０ｂは、平面視で中央領域１１０ａを囲んでいる。基板Ｗは、中央領域１１０ａ上に配置され、リングアセンブリ１２０は、中央領域１１０ａ上の基板Ｗを囲むように環状領域１１０ｂ上に配置される。

一実施形態において本体部１１０は、基台１１１及び静電チャック１１２を含む。基台１１１は導電性部材を含む。基台の導電性部材は下部電極として機能する。静電チャック１１２は、基台１１１の上面に配置される。静電チャック１１２の上面は、上述の中央領域１１０ａ（基板支持面）及び上述の環状領域１１０ｂ（リング支持面）を構成する。

リングアセンブリ１２０は複数の環状部材を含む。図３に一例として示すように、リングアセンブリ１２０は、エッジリング１２１、カバーリング１２２及びグランドリング１２３を含む。エッジリング１２１、カバーリング１２２及びグランドリング１２３は、径方向内側（静電チャック１１２側）からこの順に配置されている。エッジリング１２１は、基板支持部１１上の基板Ｗを囲むように配置される。

第１導電性リングとしてのエッジリング１２１は、中央領域１１０ａ（基板支持面）に支持された基板Ｗを取り囲むように環状領域１１０ｂ（リング支持面）上に配置される。エッジリング１２１は、導電性を有するリング状部材であり、シリコン（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化シリコンといった種々の材料のうち少なくともいずれかにより形成され得る。

絶縁リングとしてのカバーリング１２２は、エッジリング１２１及び本体部１１０を取り囲むように、エッジリング１２１及び本体部１１０の外周側壁に配置される。カバーリング１２２は絶縁性を有するリング状部材であり、石英、Ｓｉドープ石英、アルミナといった種々の材料のうち少なくともいずれかにより形成され得る。

第２導電性リングとしてのグランドリング１２３は、カバーリング１２２を取り囲むように、カバーリング１２２の外周側壁に配置される。グランドリング１２３は接地電位に接続される。グランドリング１２３は、導電性を有するリング状部材であり、シリコン（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化シリコン、アルミニウム（Ａｌ）等の導電性金属といった種々の材料のうち少なくともいずれかにより形成され得る。一実施形態においてグランドリング１２３は、縦長矩形の断面形状を有する。

なお、プラズマ処理装置１でのプラズマ処理においては、グランドリング１２３がプラズマ処理空間１０ｓに暴露され得る。このとき、例えばグランドリング１２３がアルミニウム（Ａｌ）等の導電性金属で形成される場合、プラズマ処理に際して生成されるラジカルの影響により、当該グランドリング１２３が腐食、汚染されるおそれがある。このため、特にグランドリング１２３をアルミニウム（Ａｌ）等の導電性金属で形成する場合においては、グランドリング１２３は、耐プラズマ性を有するコーティング層を表面に有することが好ましい。コーティング材料としては、例えばイットリア（Ｙ）含有材料を選択できる。
また、このようにグランドリング１２３の表面にコーティング層を設けることに代え、グランドリング１２３の表面に耐プラズマ性を有するカバー部材を配置してもよい。カバー部材を形成する材料としては、例えばシリコン（Ｓｉ）や石英等を選択できる。

またグランドリング１２３は、図３に示すように当該グランドリング１２３の上面がカバーリング１２２の上面よりも少なくとも高くなるような環状突出部分（環状垂直突出部分）１２３ａを有するように配置される。即ち、環状突出部分１２３ａは、カバーリング１２２の上面の高さから上方に突出している。環状突出部分１２３ａは、一例として、グランドリング１２３の上面がカバーリング１２２の上面から２ｍｍ以上、好適には、少なくとも２．５～３．５ｍｍ以上の高さ（縦寸法）Ｈとなるように形成される。

なお、グランドリング１２３は、図３に示したように第３導電性リングとしてのボトムリング１２４を介して接地電位に接続されていてもよい。ボトムリング１２４は、一例としてグランドリング１２３の下端部から径方向内周側（本体部１１０側）に向けて延伸するように配置される。ボトムリング１２４は、導電性を有するリング状部材であり、アルミニウム（Ａｌ）等の金属部材により形成され得る。なお、グランドリング１２３とボトムリング１２４は一体に構成されていてもよいし、別体として構成されていてもよい。

なお、図示は省略するが、グランドリング１２３はアクチュエータ等により上下動可能に構成されてもよい。

また、図示は省略するが、基板支持部１１は、静電チャック１１２、リングアセンブリ１２０及び基板Ｗのうち少なくとも１つをターゲット温度に調節するように構成される温調モジュールを含んでもよい。温調モジュールは、ヒータ、伝熱媒体、流路、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路には、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。また、基板支持部１１は、基板Ｗの裏面と静電チャック１１２の上面との間に伝熱ガス（バックサイドガス）を供給するように構成された伝熱ガス供給部を含んでもよい。

図２の説明に戻る。
基板支持部１１の周囲には、接地電位に接続される導電性バッフルプレート１３０が配置されてもよい。この場合、グランドリング１２３は導電性バッフルプレート１３０を介して接地電位に接続されてもよい。導電性バッフルプレート１３０は、アルミニウム（Ａｌ）等の金属部材により形成され得る。導電性バッフルプレート１３０は、複数の貫通孔を有し、プラズマ処理空間１０ｓ内のガスを複数の貫通孔を介してガス排出口１０ｅから排気するように構成される。

また導電性バッフルプレート１３０は、当該導電性バッフルプレート１３０の上面がグランドリング１２３の上面と同じ高さ、又は図２に示すようにグランドリング１２３の上面より低くなるように配置される。

シャワーヘッド１３は、ガス供給部２０からの少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓに導入するように構成される。シャワーヘッド１３は、少なくとも１つのガス供給口１３ａ、少なくとも１つのガス拡散室１３ｂ、及び複数のガス導入口１３ｃを有する。ガス供給部２０からガス供給口１３ａに供給された処理ガスは、ガス拡散室１３ｂを通過して複数のガス導入口１３ｃからプラズマ処理空間１０ｓに導入される。また、シャワーヘッド１３は、導電性部材を含む。シャワーヘッド１３の導電性部材は上部電極として機能する。なお、ガス導入部は、シャワーヘッド１３に加えて、側壁１０ａに形成された１又は複数の開口部に取り付けられる、１又は複数のサイドガス注入部（ＳＧＩ：Ｓｉｄｅ Ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）を含んでもよい。

ガス供給部２０は、少なくとも１つのガスソース２１及び少なくとも１つの流量制御器２２を含んでもよい。一実施形態において、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスを、それぞれに対応のガスソース２１からそれぞれに対応の流量制御器２２を介してシャワーヘッド１３に供給するように構成される。各流量制御器２２は、例えばマスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器を含んでもよい。さらに、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスの流量を変調又はパルス化する１又はそれ以上の流量変調デバイスを含んでもよい。

電源３０は、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介してプラズマ処理チャンバ１０に結合されるＲＦ電源３１を含む。ＲＦ電源３１は、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のような少なくとも１つのＲＦ信号（ＲＦ電力）を、基板支持部１１の導電性部材（下部電極）及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材（上部電極）に供給するように構成される。これにより、プラズマ処理空間１０ｓに供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマが形成される。従って、ＲＦ電源３１は、プラズマ生成部１２の少なくとも一部として機能し得る。また、バイアスＲＦ信号を下部電極に供給することにより、基板Ｗにバイアス電位が発生し、形成されたプラズマ中のイオン成分を基板Ｗに引き込むことができる。

一実施形態において、ＲＦ電源３１は、第１のＲＦ生成部３１ａ及び第２のＲＦ生成部３１ｂを含む。第１のＲＦ生成部３１ａは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して下部電極及び／又は上部電極に結合され、プラズマ生成用のソースＲＦ信号（ソースＲＦ電力）を生成するように構成される。一実施形態において、ソースＲＦ信号は、１３ＭＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第１のＲＦ生成部３１ａは、異なる周波数を有する複数のソースＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のソースＲＦ信号は、下部電極及び／又は上部電極に供給される。第２のＲＦ生成部３１ｂは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して下部電極に結合され、バイアスＲＦ信号（バイアスＲＦ電力）を生成するように構成される。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、ソースＲＦ信号よりも低い周波数を有する。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第２のＲＦ生成部３１ｂは、異なる周波数を有する複数のバイアスＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のバイアスＲＦ信号は、下部電極に供給される。また、種々の実施形態において、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。

また、電源３０は、プラズマ処理チャンバ１０に結合されるＤＣ電源３２を含んでもよい。ＤＣ電源３２は、第１のＤＣ生成部３２ａ及び第２のＤＣ生成部３２ｂを含む。一実施形態において、第１のＤＣ生成部３２ａは、下部電極に接続され、第１のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第１のバイアスＤＣ信号は、下部電極に印加される。一実施形態において、第１のＤＣ信号が、静電チャック１１２内の吸着用電極のような他の電極に印加されてもよい。一実施形態において、第２のＤＣ生成部３２ｂは、上部電極に接続され、第２のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第２のＤＣ信号は、上部電極に印加される。種々の実施形態において、第１及び第２のＤＣ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。なお、第１及び第２のＤＣ生成部３２ａ，３２ｂは、ＲＦ電源３１に加えて設けられてもよく、第１のＤＣ生成部３２ａが第２のＲＦ生成部３１ｂに代えて設けられてもよい。

排気システム４０は、例えばプラズマ処理チャンバ１０の底部に設けられたガス排出口１０ｅに接続され得る。排気システム４０は、圧力調整弁及び真空ポンプを含んでもよい。圧力調整弁によって、プラズマ処理空間１０ｓの内部圧力が調整される。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ又はこれらの組み合わせを含んでもよい。

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、様々な追加、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。

例えば、以上の実施形態においてはグランドリング１２３、ボトムリング１２４及び導電性バッフルプレート１３０を、それぞれ接地電位に接続したが、これらグランドリング１２３、ボトムリング１２４及び導電性バッフルプレート１３０は、接地電位に代えて、又は加えて、一定のＤＣ電位（例えばＤＣ電源３２）に接続されていてもよい。

＜グランドリングの効果＞
ここで図４Ａは、リングアセンブリ１２０がグランドリング１２３を含まないとき、プラズマ処理空間１０ｓに高密度のプラズマが形成された場合の、電界分布（図中の破線）及びインピーダンス（図中のＺｘ及びＺｙ）を示すイメージ図である。また図４Ｂは、リングアセンブリ１２０がグランドリング１２３を含まないとき、プラズマ処理空間１０ｓに低密度のプラズマが形成された場合の、電界分布及びインピーダンスを示すイメージ図である。

図４Ａに示すように、プラズマ処理空間１０ｓに高密度のプラズマ（図中の網掛け部Ｐｌ）が生成される場合、基板支持部１１（カバーリング１２２）の外周側壁周囲にもプラズマが形成され、基板支持部１１（カバーリング１２２）の外周空間が同電位の導電体空間とみなされる。このため、ＲＦ電源３１から印加されるＲＦ電流は本体部１１０及びエッジリング１２１の表層を流れ、これにより、基板支持部１１の周囲における電界（電場）は、図４Ａに示すように、本体部１１０（特に静電チャック１１２）及びエッジリング１２１の側壁に沿って形成される。
一方、プラズマ処理空間１０ｓに低密度のプラズマが生成される場合、基板支持部１１（カバーリング１２２）の外周側壁周囲においてはプラズマが極薄となり、基板支持部１１（カバーリング１２２）の外周空間は非導電性空間とみなされる。このため、ＲＦ電源３１から印加されるＲＦ電流は本体部１１０、エッジリング１２１及びカバーリング１２２の表層を流れ、これにより、基板支持部１１の周囲における電界（電場）は、図４Ｂに示すように、カバーリング１２２の外周側壁に沿って形成される。

また、このようにプラズマ処理空間１０ｓにおけるプラズマの形成条件により、基板支持部１１（カバーリング１２２）の外周空間が導電体空間とみなされるか、非導電性空間とみなされるかが変化することに伴い、図４Ａ、図４Ｂに示したように、インピーダンスのＺｘ（径方向成分）配分に変動が生じる。この時、ＲＦ電源３１からの投入電力が一定であると、インピーダンスのＺｘ配分が変動することによりＺｙ（高さ方向成分）配分にも変動が生じてしまう。従って、ＲＦ電源３１からの投入電力がＺｘ及びＺｙの配分変化により、基板Ｗ上のプロセス性能が変化する。

このように、リングアセンブリ１２０がグランドリング１２３を含まない場合、プラズマの形成条件の変化により、基板支持部１１（カバーリング１２２）の外周側壁周囲の電界（電場）状況やインピーダンスに変動が生じやすい。また、このように電界状況やインピーダンスに変動が生じることから、プラズマ処理に際しては、特にリングアセンブリ１２０（エッジリング１２１及びカバーリング１２２）が消耗したり、外周側壁周囲にデポが付着したり（チャンバ内部材の経時変化）すると、基板Ｗのエッジ付近でのエッチングレート等のプロセス結果に変動が生じやすい。

これに対して、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、リングアセンブリ１２０がグランドリング１２３を含む場合、ＲＦ電源３１から印加されるＲＦ電流は、プラズマの形成条件に依らずにグランドリング１２３を介して上から下に流れ、その後、接地に流れる。

これにより、リングアセンブリ１２０がグランドリング１２３を含む場合、プラズマの形成条件に依らずにグランドリング１２３を介してＲＦ電流が流れるため、プラズマの形成条件の変化による基板支持部１１（カバーリング１２２）の外周側壁周囲での電界（電場）状況が変動せず、安定化できる。
また、グランドリング１２３が遮蔽板として機能することからプラズマの形成条件によりインピーダンスのＺｘ配分が変動することも抑制される。これによりＲＦ電源３１からの投入電力をインピーダンスのＺｙの制御のみに用いることができるため、基板Ｗ上のプロセス制御効率を適切に向上できる。

更に、このようにグランドリング１２３を本体部１１０の外周側壁に沿って配置することで、当該グランドリング１２３の外周空間でデポの付着や消耗が生じたとしても、これに依らずに安定したプロセス制御を実現できる。すなわち、基板支持部１１をグランドリング１２３の外周空間で生じたデポの付着や消耗の影響を受けないロバストな構造とすることができる。

図６Ａは、リングアセンブリ１２０がグランドリング１２３を含まない場合（図６Ｂを参照）、及びリングアセンブリ１２０がグランドリング１２３を含む場合（図６Ｃを参照）のそれぞれの場合において、基板支持部１１の外周側壁周囲のプラズマ（以下、「側面プラズマ」という。）の有無によるチャンバ内部材の各ポジション（図６Ｂ、図６Ｃに示すＰ１～Ｐ５に対応）の電界強度の差分のシミュレーション結果を示している。すなわち、プラズマ処理空間１０ｓにおいてプラズマの生成条件（プラズマ密度）を変化させた場合における、各ポジションの電界強度の変動量を示している。

なお、図６Ｃに示すように、本シミュレーションにおいては、グランドリング１２３の上部には環状突出部分１２３ａは形成されていない。

図６Ａに示すように、リングアセンブリ１２０がグランドリング１２３を含まない場合には、各ポジションＰ１～Ｐ５で側面プラズマの有無により電界強度の変動が生じるところ、グランドリング１２３を本体部１１０の外周側壁に沿って配置することで、当該電界強度の変動量を小さくできることがわかる。
特に、図６Ａに示すようにカバーリング１２２の端部（ポジションＰ１）以外のポジションＰ２～Ｐ５においては、側面プラズマの有無による電界強度の変動を限りなく小さくできることがわかる。

これは、図４に示したように、リングアセンブリ１２０がグランドリング１２３を含まない場合には、側面プラズマ有無により基板支持部１１（カバーリング）の外周側壁周囲で電位分布に変動が生じ、間接的に静電チャック１１２周囲の電界に影響を与えていることに起因する。
この点、グランドリング１２３を本体部１１０の外周側壁に沿って配置することにより、プラズマ密度の変化に依らず基板支持部１１（カバーリング）の外周側壁周囲で電位分布を安定化でき、これにより静電チャック１１２周囲の電界を安定化できる。

＜グランドリングの環状突出部分＞
ここで、図６Ａに示したように、リングアセンブリ１２０がグランドリング１２３を含む場合であっても、カバーリング１２２の端部（ポジションＰ１）においては、他のポジションＰ２～Ｐ５と比較して大きな電界強度の変動が生じる。しかしながら本発明者らは、かかるカバーリング１２２の端部（ポジションＰ１）に生じる電界強度の変動は、図３に示したように、グランドリング１２３の上面にカバーリング１２２の上面よりも高くなるような環状突出部分１２３ａを設けることで小さくできることを見出した。

図７は、グランドリング１２３の環状突出部分１２３ａの高さＨ（図３を参照：グランドリング１２３の上面とカバーリング１２２の上面の差分）と、側面プラズマの有無によるポジションＰ１における電界強度の差分との関係を示すグラフである。

図７に示すように、グランドリング１２３の上面がカバーリング１２２の上面よりも高くなるように環状突出部分１２３ａを形成することで、図６Ａに示したカバーリング１２２の端部（ポジションＰ１）における電界強度の変動が小さくなることがわかる。換言すれば、プラズマ生成条件（プラズマ密度）の変化に依らず、安定した電界（電場）を形成できるようになることがわかる。
またこのとき、グランドリング１２３に形成する環状突出部分１２３ａの高さＨが大きいほど、カバーリング１２２の端部（ポジションＰ１）における電界強度の変動は小さくなることがわかる。

これは、このように環状突出部分１２３ａを形成するようにグランドリング１２３の上面の位置を高くすることで、当該グランドリング１２３の上方において、プラズマ生成時のシースを押し上げることができ、より好適にプラズマを基板Ｗの上方のプラズマ処理空間１０ｓに閉じ込められることに起因すると考えられる。

ここで、本発明者らが鋭意検討を行ったところ、図７に示されるように、カバーリング１２２の端部（ポジションＰ１）における電界強度の変動量は、環状突出部分１２３ａの高さＨおよそ２ｍｍを境として、その改善率（図中のグラフ傾き）が小さくなることがわかった。換言すれば、環状突出部分１２３ａの高さＨを少なくとも２ｍｍ以上に設定することで、カバーリング１２２の端部（ポジションＰ１）における電界強度の変動量を最適化できるわかった。

一方、例えば図８に示すように、縦方向にプラズマ処理空間１０ｓの大部分を覆うように環状突出部分１２３ａの高さＨを大きくした場合、排気コンダクタンスが増加して、排気システム４０によりプラズマ処理空間１０ｓを適切に排気できなくなるおそれがある。

以上の観点から、グランドリング１２３の環状突出部分１２３ａの高さＨは、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが望ましく、好適には２．５ｍｍ以上５ｍｍ以下、更に好適には２．５ｍｍ以上３．５ｍｍ以下であることが望ましい。
環状突出部分１２３ａの高さＨが２ｍｍ未満となった場合、図７に示したように電界強度の変動量を最適化できないおそれがある。また、環状突出部分１２３ａの高さＨが１０ｍｍを超える場合、プラズマ処理空間１０ｓを適切に排気できなくなるおそれがある。

＜実施の形態にかかるプラズマ処理装置の効果＞
以上の実施形態にかかるプラズマ処理装置１によれば、カバーリング１２２を取り囲むように、接地電位に接続されるグランドリング１２３を配置することで、プラズマ処理条件（例えばプラズマ密度）に依らず安定的な電界（電場）を、基板支持部１１（特に静電チャック１１２）の周囲に形成できる。
具体的には、ＲＦ電源３１から印加されたＲＦ電流はグランドリング１２３を介して上から下に流れ、その後、接地に流れる。これにより、電流方向と直交する方向に磁場が生成され、生成された磁場は、プラズマを基板Ｗの上方のプラズマ処理空間１０ｓへ閉じ込めるように作用する。これにより、基板Ｗに対するプロセスの制御性を向上できる。

また、このようにカバーリング１２２の外周側壁に沿ってグランドリング１２３を配置することで、特に、当該グランドリング１２３の外周空間でデポの付着や消耗が生じた場合であっても、これに依らず安定したプロセス制御実現できる。すなわち、基板支持部１１をグランドリング１２３の外周空間で生じたデポの付着や消耗の影響を受けないロバストな構造とすることができる。

更に以上の実施形態によれば、グランドリング１２３の上面がカバーリング１２２の上面よりも高くなるように環状突出部分１２３ａが形成される。これにより、プラズマ生成時のシースを押し上げることができ、より好適にプラズマを基板Ｗの上方のプラズマ処理空間１０ｓに閉じ込めることができる。すなわち、これにより基板Ｗに対するプロセスの制御性を更に向上できる。

なお、上述したようにグランドリング１２３の環状突出部分１２３ａの高さＨが１０ｍｍを超える場合、排気コンダクタンスの増加により適切にプラズマ処理空間１０ｓの排気ができなくなるおそれがある。
一方で、カバーリング１２２の端部（ポジションＰ１）において、プラズマ生成条件（例えばプラズマ密度）の変化により生じる電界強度の変動をより好適に抑制するという観点からは、環状突出部分１２３ａの高さＨが大きいほど、すなわち１０ｍｍ以上、より好適には、グランドリング１２３（環状突出部分１２３ａ）の上面がプラズマ処理空間１０ｓの天部を構成するシャワーヘッド１３に接触することが望ましい。換言すれば、基板Ｗの上方のプラズマ処理空間１０ｓを、グランドリング１２３の外周空間から分離することが望ましい。

以上の観点からグランドリング１２３を、例えば環状突出部分１２３ａの高さＨを１０ｍｍ以上、又は、図９に示すようにグランドリング１２３（環状突出部分１２３ａ）の上面とシャワーヘッド１３とを当接させるように構成し、更に、当該グランドリング１２３の環状突出部分１２３ａに、排気コンダクタンスを改善するための１つ又はそれ以上の排気孔（貫通孔）１２３ｂを形成してもよい。１つ又はそれ以上の貫通孔は、グランドリング１２３の内周面から外周面まで貫通している。排気孔１２３ｂの形状は、グランドリング１２３を厚み方向に貫通して形成されるものであれば特に限定されない。具体的に排気孔１２３ｂは、例えば縦スリット、横スリット、パンチング等、任意の形状を選択できる。
このように、グランドリング１２３の環状突出部分１２３ａの高さＨを大きく形成し、かつ、当該環状突出部分１２３ａに排気孔１２３ｂを形成することで、プラズマ生成条件（例えばプラズマ密度）の変化により生じる電界強度の変動を抑制しつつ、排気システム４０によりプラズマ処理空間１０ｓを排気できる。

なお、このようにグランドリング１２３（環状突出部分１２３ａ）の上面とシャワーヘッド１３とを当接させるさせる場合、これらグランドリング１２３とシャワーヘッド１３との当接界面には、耐プラズマ性を有する材料により構成された干渉部材（図示せず）が配置されてもよい。このように干渉部材を介在させることにより、グランドリング１２３とシャワーヘッド１３との接触によりデポが生じることを抑制できる。

なお、以上の実施形態においてはグランドリング１２３を縦長矩形の断面形状により形成したが、グランドリング１２３の断面形状はこれに限定されず、接地電位に接続できれば任意の断面形状で形成できる。

例えば、一実施形態においてグランドリング１２３は、図１０Ａに示すように環状突出部分１２３ａから内方に突出し、カバーリング１２２の上面の一部を覆う第２の環状突出部分（環状水平突出部分）１２３ｃを有してもよい。この場合、グランドリング１２３は、その上部（環状突出部分１２３ａ）が径方向内側（カバーリング１２２側）に向けて突出した略Ｌ字状の断面形状を有する。
プラズマ処理において発生したデポは、リングアセンブリ１２０の上面において、カバーリング１２２とグランドリング１２３との境界部である隙間に堆積、付着しやすい。この点、図１０Ａに示したように、第２の環状突出部分１２３ｃによりカバーリング１２２とグランドリング１２３との境界部の隙間を覆うように構成することで、当該境界部におけるデポの体積、付着を抑制できる。

なお、第２の環状突出部分１２３ｃは、少なくとも上述の境界部である隙間を覆うように形成されていれば、必ずしも図１０Ａに示したようにグランドリング１２３の上部に形成されている必要はない。
すなわち、例えば図１０Ｂに示すように、例えば環状突出部分１２３ａの高さＨが大きく構成される場合において、カバーリング１２２の上面位置に対応する高さ位置で、環状突出部分１２３ａの少なくとも一部が内方に向けて突出していればよい。かかる場合であっても、カバーリング１２２の上面の少なくとも一部（上述の境界部である隙間）を覆うことができれば、当該境界部におけるデポの体積、付着を抑制できる。

また例えば、図示は省略するが、グランドリング１２３は、縦長矩形の断面形状を有する環状部材と、横長矩形の断面形状を有する環状部材と、を組み合わせて構成されてもよい。換言すれば、グランドリング１２３は、断面形状において段部が形成されてもよい。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

１ プラズマ処理装置
１０ プラズマ処理チャンバ
１１ 基板支持部
１１０ａ 中央領域
１２ プラズマ生成部
１２１ エッジリング
１２２ カバーリング
１２３ グランドリング
１２３ａ 環状突出部分

Claims (18)

1. チャンバと、
   前記チャンバ内でプラズマを生成するように構成されるプラズマ生成部と、
   前記チャンバ内に配置される基板支持部と、
   前記基板支持部上の基板を囲むように配置される第１導電性リングと、
   前記第１導電性リングを囲むように配置される絶縁リングと、
   前記絶縁リングを囲むように配置され、接地電位又はＤＣ電位に接続される第２導電性リングと、を有し、
   前記第２導電性リングは、前記絶縁リングの上面の高さから上方に突出している環状突出部分を有する、プラズマ処理装置。
2. 前記環状突出部分は、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下の縦寸法を有する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記環状突出部分は、２．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の縦寸法を有する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記環状突出部分は、２．５ｍｍ以上３．５ｍｍ以下の縦寸法を有する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記環状突出部分は、１０ｍｍ以上の縦寸法を有し、
   当該環状突出部分は、前記第２導電性リングの内周面から外周面まで貫通する１つ又はそれ以上の貫通孔を有する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記環状突出部分は、前記チャンバの天部と当接する、請求項５に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記第２導電性リングは、前記絶縁リングの外周側壁に配置される、請求項１～６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記絶縁リングは、石英、シリコンドープ石英又はアルミナのうち少なくともいずれかから形成される、請求項１～７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記第１導電性リングは、シリコン、炭化ケイ素又は酸化シリコンのうち少なくともいずれかから形成される、請求項１～８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
10. 前記第２導電性リングは、シリコン、炭化ケイ素、酸化シリコン又は導電性金属のうち少なくともいずれかから形成される、請求項１～９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
11. 前記第２導電性リングは、耐プラズマ性を有する材料を含有するコーティング層を有する、請求項１～１０のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
12. 前記第２導電性リングを覆うように配置されるカバー部材をさらに有し、
    前記カバー部材は耐プラズマ性を有する材料により形成される、請求項１～１０のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
13. 前記第２導電性リングは、縦長矩形の断面形状を有する、請求項１～１２のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
14. 前記第２導電性リングは、前記環状突出部分から内方に突出し、前記絶縁リングの上面の少なくとも一部を覆う環状水平突出部分を有する、請求項１～１３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
15. 前記第２導電性リングの下に配置され、接地電位又はＤＣ電位に接続される第３導電性リングをさらに有し、
    前記第２導電性リングは、前記第３導電性リングを介して接地電位又はＤＣ電位に接続される、請求項１～１４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
16. 前記第３導電性リングは導電性金属により形成される、請求項１５に記載のプラズマ処理装置。
17. 前記基板支持部の周囲に配置され、接地電位又はＤＣ電位に接続される導電性バッフルプレートをさらに有し、
    前記導電性バッフルプレートは、前記第２導電性リングの上面と同一の高さ位置、又は前記第２導電性リングの上面よりも低い高さ位置に配置される、請求項１～１６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
18. 前記第２導電性リングは、前記導電性バッフルプレートを介して接地電位又はＤＣ電位に接続される、請求項１７に記載のプラズマ処理装置。

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