JP4676074B2 - フォーカスリング及びプラズマ処理装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、フォーカスリング及びプラズマ処理装置に関し、更に詳しくは、被処理体へのプラズマ処理中の異常放電を防止することができるフォーカスリング及びプラズマ処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のプラズマ処理装置は、例えば図5に示すように、チャンバー(図示せず)内に互いに平行に昇降可能に配置された下部電極を兼ねる載置台1と、この下部電極1と対向して互いに平行に配置された上部電極2と、これらの両電極1、2に周波数を異にする高周波電力を整合器3A、4Aを介して印加する第1、第2の高周波電源3、4とを備え、第1、第2の高周波電源3、4からそれぞれの高周波電力を上下の両電極1、2に印加してプラズマを発生させ、例えば被処理体であるウエハW表面の絶縁膜等の成膜をエッチングするように構成されている。載置台1上面の外周縁部にはその上面に載置されたウエハWを囲むフォーカスリング5が配置され、また、上部電極2の外周縁部にはシールドリング6が設けられ、上下両電極1、2間で発生したプラズマをウエハWへ集束させ、ウエハW面内でのプラズマ密度を均一化している。
【0003】
ところで、上記フォーカスリング5は、図6(a)、(b)に示すように、上面内周縁にはウエハWを受ける段部5Aが形成され、この段部5Aに下部電極1A上のウエハWの外周縁部が入り込んでいる。このフォーカスリング5は例えば石英等の誘電体によって形成され、同図の(a)に矢印Aで示すようにフォーカスリング5を介してプラズマがウエハW面内に集束する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えばエッチング処理を行う場合には、石英等の誘電体からなるフォーカスリング5を用いてプラズマをウエハW面内に集束させると、図6の(a)に矢印Aで示すようにウエハWとフォーカスリング5の境界領域にプラズマが集中してウエハW面内の均一性が崩れ、この領域のプラズマ密度が同図の(b)のプラズマ密度分布を模式的に曲線Bで示すように内側のプラズマ密度より高くなるため、プラズマ密度が高くなるウエハWの外周縁部では異常放電が発生したり、エッチングの均一性あるいは選択比が低下する虞があった。
【0005】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ウエハ等の被処理体の外周縁部における異常放電を防止することができるフォーカスリング及びこのフォーカスリングを用いたプラズマ処理装置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】
本発明の請求項1に記載のフォーカスリングは載置体上で被処理体を囲む位置に配置され、上記被処理体に対してプラズマ処理を施す際にプラズマを上記被処理体に集束させるフォーカスリングにおいて、上記フォーカスリングは、誘電体によってリング状に形成されたフォーカスリング本体と、このフォーカスリング本体の径方向内側の方に偏倚させてプラズマと接するように配置された導電性部材とを有し、上記導電性部材は、上記フォーカスリング本体の周方向に所定間隔を空けて配列して形成された複数の貫通孔内に充填されてそれぞれ柱状に形成されていることを特徴とするものである。
【0007】
また、本発明の請求項2に記載のフォーカスリングは、請求項1に記載の発明において、記柱状の導電性部材は、下端に上記フォーカスリングの下面に接触するフランジ部を有し、且つ、上記フランジ部が上記貫通孔に対応して上記載置台の外周縁部に形成された凹陥部と嵌合することを特徴とするものである。
【0008】
また、本発明の請求項3に記載のフォーカスリングは、請求項2に記載の発明において、上記凹陥部は、上記載置台のネジ固定用の座ぐり孔であることを特徴とするものである。
【0013】
また、本発明の請求項4に記載のフォーカスリングは、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、上記導電性部材がシリコンであ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に記載のプラズマ処理装置は、処理容器内に互いに配置され且つ被処理体を載置する載置体と、この載置体に上記被処理体を囲むように設けられ且つ上記処理容器内で発生する発生するプラズマを上記被処理体に集束させるフォーカスリングとを備えたプラズマ処理装置において、上記フォーカスリングとして請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のフォーカスリングを有する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4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はフォーカスリング以外は図5に示すプラズマ処理装置に準じて構成されている。従って、以下では本実施形態のフォーカスリングを中心に説明する。
【0016】
本実施形態のプラズマ処理装置10は、図1に示すように、処理容器(図示せず)内に配設され且つ下部電極を兼ねる載置台11と、この載置台11の上方に配置された処理用ガスの供給部を兼ねる上部電極(図示せず)とを備えている。下部電極11Aには整合器13を介して高周波電源14が接続されていると共に、上部電極にも下部電極11Aの高周波電源14と周波数を異にする高周波電力(図示せず)が整合器(図示せず)を介して接続されている。また、下部電極11Aの上面には静電チャック15が配置され、この静電チャック15は高圧直流電源16から直流電圧でウエハWを静電吸着する。そして、処理容器内の処理用ガスが所定の真空度に保持された状態で上下両電極にそれぞれの高周波電力を印加し、両電極間でプラズマを発生させてウエハWに対してエッチング等のプラズマ処理を施す。
【0017】
而して、本実施形態のフォーカスリング12は、例えば図1に示すように、石英等の誘電体によってリング状に形成されたフォーカスリング本体12Aと、このフォーカスリング本体12Aの径方向内側の方に偏倚させてプラズマと接するように配置されたシリコン等の導電性部材12Bとを有している。フォーカスリング本体12Aの内周縁部には段部12Cが形成され、その内周縁部近傍には周方向に所定間隔を空けて配列した貫通孔12Dが形成されている。また、導電性部材12Bは下端にフランジ部12Eを有する柱状に形成されている。更に、載置台11の外周縁部には導電性部材12Bのフランジ部12Eが嵌合する凹陥部11Bが周方向所定間隔を空けて形成されている。凹陥部11Bの深さは、同図に示すようにフランジ部12Eの厚さに合わせて形成されている。また、凹陥部11Bとしては載置台11のネジ固定用の座ぐり孔等を用いても良い。フォーカスリング本体12Aの各貫通孔12Dには導電性部材12Bの柱状部が填め込まれ、各導電性部材12Bがプラズマを誘引するアンテナとしても役割を果たしている。従って、プラズマ処理時には、フォーカスリング12の導電性部材12Bが表面に露呈してプラズマと接しているため、プラズマが導電性部材12B上に引き込まれて集中し、ウエハWへのプラズマ集束を確実に制限することができる。換言すれば、フォーカスリング12は全体としてウエハWに集束させるように機能するが、ウエハW周縁部に過度に集束されたプラズマを導電性部材12B自体に引き込むため、この部分のプラズマ密度が同図の曲線Bで示すように極端に高くなる。この結果、ウエハW中央部から外周縁部に渡ってプラズマ密度を均一にすることができるため、ウエハW外周縁部での異常放電を確実に防止することができる。
【0018】
次に、上記フォーカスリング12を用いたプラズマ処理装置10を用いてプラズマ処理を行う場合について説明する。図示しないガス供給部から処理用ガスを供給して所定の真空度を保持した状態で、例えば下部電極11Aにその高周波電源14から2MHzの高周波電力を印加すると共に上部電極にその高周波電源から60MHzの高周波電力を印加すると、下部電極11Aと上部電極との間でプラズマを発生し、プラズマはフォーカスリング12を介してウエハW面内に集束し、ウエハW面内のプラズマを均一化する。この際、フォーカスリング12はフォーカスリング本体12Aの径方向内側の方に偏倚させてプラズマと接するように配置された導電性部材12Bを有しているため、フォーカスリング12上方のプラズマを導電性部材12Bで引き込んでこの部分のプラズマ密度が図1の曲線Bで示すように突出して高くなってウエハWへのプラズマの集束を制限し、ウエハWの外周縁部にプラズマが集中することを防止する。この結果、図1の曲線Bで示すようにウエハW外周縁部上方におけるプラズマ密度がその内部のプラズマ密度と殆ど変わらないため、ウエハW外周端面でシリコンが露出していても、この露出部分からの集中的なイオン流入を防止することができ、ひいてはウエハW外周縁部における異常放電を確実に防止することができる。
【0019】
また、図2の(a)、(b)はそれぞれ図1に示すフォーカスリング12の変形例を示す図である。同図の(a)に示すフォーカスリング12はフランジ部の無い柱状の導電性部材12Bが用いられている以外は図1に示すものと同様に構成されている。即ち、フォーカスリング本体12Aには周方向に所定間隔を空けて配列した複数の貫通孔12Dが形成されている。そして、各貫通孔12D内に柱状の導電性部材12Bが填め込まれている。本実施形態では、導電性部材12Bがフランジ部を有しないため、載置台(図示せず)の外周縁部は凹陥部の無い平坦面として形成されている。従って、本実施形態においても図1に示すフォーカスリング12と同様に作用効果を期することができる。
【0020】
また、図2の(b)に示すフォーカスリング12は柱状部の無い円板状の導電性部材12Bが用いられている以外は図1に示すものと同様に構成されている。即ち、フォーカスリング本体12Aには周方向に所定間隔を空けて配列した複数の貫通孔12Dが形成されている。また、載置台(図示せず)の外周縁部にはフォーカスリング本体12Aの複数の貫通孔12Dに対応する凹陥部(図示せず)が周方向に配列して形成されている。そして、各凹陥部内に円板状の導電性部材12Bが填め込まれている。従って、本実施形態においても図1に示すフォーカスリング12と同様に作用効果を期することができる。
【0021】
また、図3は本発明のプラズマ処理装置の他の実施形態を示す図である。尚、図1に示すプラズマ処理装置と同一の部分または相当部分には10番台を20番台に変更した番号を附し、重複説明は省略する。このプラズマ処理装置20に用いられたフォーカスリング22は径方向内側の方が径方向外側より絶縁性が小さくなる誘電体によって形成されている。例えば、図3に示すフォーカスリング22は、同図に示すように、石英等の誘電体によってリング状に形成されたフォーカスリング本体22Aと、このフォーカスリング本体22Aに内蔵されたシリコン等の導電性部材22Bとを有している。この導電性部材22Bは例えばリング状に形成され、その内径がフォーカスリング本体22Aの内径よりも大きく、その外径がフォーカスリング本体22Aの外径よりも小さく形成されている。そして、導電性部材22Bの内径とフォーカスリング本体22Aの内径との差は、フォーカスリング本体22Aの外径と導電性部材22Bの外径との差より小さく設定されている。この導電性部材22Bはフォーカスリング22Aの裏面に形成されたリング状の溝に填め込まれている。従って、本実施形態では導電性部材22Bが同図に示すようにフォーカスリング本体22A内の径方向内側の方に偏倚し、フォーカスリング22の内側の方が外側よりプラズマを排除する機能が従来よりも低下し、ウエハW面内へのプラズマ集束が制限され、同図の曲線Bで示す密度分布からも明らかなようにウエハW外周縁部でのプラズマ密度が従来よりも格段に低下している。尚、図3において、22CはウエハWの外周縁部が入り込む段部である。
【0022】
次に、上記フォーカスリング22を用いたプラズマ処理装置20を用いてプラズマ処理を行う場合について説明する。図示しないガス供給部から処理用ガスを供給して所定の真空度を保持した状態で、例えば下部電極21Aにその高周波電源24から2MHzの高周波電力を印加すると共に上部電極にその高周波電源から60MHzの高周波電力を印加すると、下部電極21Aと上部電極との間でプラズマを発生し、プラズマはフォーカスリング22を介してウエハW面内に集束し、ウエハW面内のプラズマを均一化する。この際、フォーカスリング22の径方向内側の方が径方向外側よりも絶縁性が小さくなっているため、ウエハWへのプラズマの集束が制限されてウエハWの外周縁部にプラズマが過度に集中することを防止する。この結果、図3の曲線Bで示すようにウエハW外周縁部上方におけるプラズマ密度が従来よりも格段に小さくなり、ウエハW中央から外周縁部に渡ってプラズマ密度を均一化することができるため、ウエハW外周縁部における異常放電を防止することができると共に、選択比やエッチングの均一性を向上させることができる。
【0023】
また、図4の(a)〜(c)はそれぞれ図3に示すフォーカスリング22の変形例を示す図である。尚、図4の(a)〜(c)では図3に示すフォーカスリングと同一部分または相当部分には同一符号を附してある。図4の(a)に示すフォーカスリング22は フォーカスリング本体22Aの上面にテーパ面22Dを設けた以外は図3に示すフォーカスリング22と同様に形成されている。この場合のテーパ面22Dはフォーカスリング本体22Aの径方向内側から径方向外側に向けて上昇傾斜して形成され、径方向の内側ほど誘電体の肉厚が薄く、絶縁性が低下している。このようなテーパ面22Dを設けることによりフォーカスリング22の径方向内側の絶縁性が図3に示す場合より更に小さくなって、プラズマ処理時の異常放電をより確実に防止することができる。
【0024】
また、図4の(b)に示すフォーカスリング22の場合には、フォーカスリング本体22Aは図3に示すものと同様に形成され、導電性部材22Bの上面にテーパ面22Eが形成されている。このテーパ面22Eは導電性部材22Bの径方向内側から径方向外側に向けて下降傾斜して形成されている。この結果フォーカスリング本体22Aの径方向の内側ほど肉厚が薄く、誘電体の絶縁性が低下し、同図の(a)に示すものと同様の作用効果を期することができる。
【0025】
更に、図4の(c)に示すフォーカスリング22の場合には、フォーカスリング22全体が石英等の誘電体によって形成されている。そして、同図に示すようにフォーカスリング22の径方向内側がその外側よりも肉厚が薄く形成され、肉厚の薄い部分22Fが他の厚い部分22Gより絶縁性が小さくなり、上記各実施形態に準じた作用効果を期することができる。尚、図示してないが、図4の(a)に示すようにフォーカスリングを誘電体のみから形成した場合には、フォーカスリングの上面に径方向内側から径方向外側に向かって上昇傾斜するテーパ面を設けても良い。更にまた、フォーカスリング22は、図4の(a)に示すようなテーパ面22Dを有するフォーカスリング本体22Aと、同図の(b)に示すようなテーパ面22Eを有する導電性部材22Bを組み合わせたものであっても良い。
【0026】
尚、本発明は上記各実施形態に何等制限されるものではない。例えば、上記各実施形態では導電性部材としてシリコンを例に挙げて説明したが、チャンバー内で使用できる導電性材料、例えば炭化珪素、炭素等を用いても良い。また、図1、図2の(a)、(b)では柱状の導電性部材をフォーカスリング本体の周方向に所定間隔を空けて複数配列したものについて説明したが、この間隔を必要に応じて適宜変更したり、リング状の導電性部材をフォーカスリング本体に設けてその表面をプラズマに接するようにしても良い。また、図3、図4の(a)、(b)において、導電性部材22Bがリング状に形成されたものについて説明したが、円弧状や柱状の導電性部材をフォーカスリング本体の周方向に所定間隔を空けて複数配列しても良い。また、上記各実施形態では平行平板型エッチング処理装置を例に挙げて説明したが、マグネトロン型、RIE型、ECR型等のプラズマ生成手段を用いたエッチング処理装置は勿論のこと、このようなプラズマ生成手段を用いて成膜処理等のプラズマ処理装置についても本発明を適用することができる。
【0027】
【発明の効果】
本発明によれば、ウエハ等の被処理体の外周縁部におけるエッチングの均一性や選択比を向上させることができると共にその部分での異常放電を防止することができるフォーカスリング及びプラズマ処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のフォーカスリングの一実施形態を用いた本発明のプラズマ処理装置に一実施形態の要部を模式的に示す断面図である。
【図2】(a)〜(c)はそれぞれ本発明のフォーカスリングの他の実施形態を示す断面図である。
【図3】本発明のフォーカスリングの更に他の実施形態を用いた本発明のプラズマ処理装置に他の実施形態の要部を模式的に示す断面図である。
【図4】(a)及び(b)は本発明のフォーカスリングの更に他の実施形態を示す断面図である。
【図5】従来のフォーカスリングを用いたプラズマ処理装置の一例を模式的に示す構成図である。
【図6】図5に示すプラズマ処理装置のフォーカスリングを拡大して示す断面図で、(a)はフォーカスリングでプラズマをウエハ面内へ集束する状態を説明するための説明図、(b)はウエハ面内へプラズマを集束した場合のウエハ外周縁部のプラズマ密度分布を説明するための説明図である。
【符号の説明】
10、20 プラズマ処理装置
11、21 載置台(下部電極)
12、22 フォーカスリング
12A、22A フォーカスリング本体
12B、22B 導電性部材
W ウエハ(被処理体)
Claims (5)
- 載置体上で被処理体を囲む位置に配置され、上記被処理体に対してプラズマ処理を施す際にプラズマを上記被処理体に集束させるフォーカスリングにおいて、上記フォーカスリングは、誘電体によってリング状に形成されたフォーカスリング本体と、このフォーカスリング本体の径方向内側の方に偏倚させてプラズマと接するように配置された導電性部材とを有し、上記導電性部材は、上記フォーカスリング本体の周方向に所定間隔を空けて配列して形成された複数の貫通孔内に充填されてそれぞれ柱状に形成されていることを特徴とするフォーカスリング。
- 上記柱状の導電性部材は、下端に上記フォーカスリングの下面に接触するフランジ部を有し、且つ、上記フランジ部が上記貫通孔に対応して上記載置台の外周縁部に形成された凹陥部と嵌合することを特徴とする請求項1に記載のフォーカスリング。
- 上記凹陥部は、上記載置台のネジ固定用の座ぐり孔であることを特徴とする請求項2に記載のフォーカスリング。
- 上記導電性部材がシリコンであることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のフォーカスリング。
- 処理容器内に互いに配置され且つ被処理体を載置する載置体と、この載置体に上記被処理体を囲むように設けられ且つ上記処理容器内で発生する発生するプラズマを上記被処理体に集束させるフォーカスリングとを備えたプラズマ処理装置において、上記フォーカスリングとして請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のフォーカスリングを有することを特徴とするプラズマ処理装置。
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