JP4783094B2

JP4783094B2 - プラズマ処理用環状部品、プラズマ処理装置、及び外側環状部材

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Publication number: JP4783094B2
Application number: JP2005255179A
Authority: JP
Inventors: 貴宏村上; 信浩佐藤
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2005-09-02
Filing date: 2005-09-02
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2025-09-02
Also published as: JP2007067353A

Description

本発明は、プラズマ処理用環状部品、プラズマ処理装置、及び外側環状部材に関し、特に処理室内においてプラズマ処理が施される基板の外周を囲うプラズマ処理用環状部品に関する。

通常、基板としての円板状のウエハにプラズマ処理を施すプラズマ処理装置は、ウエハを収容する処理室と、該処理室内に処理ガスを供給するシャワーヘッドと、処理室内に配されてウエハを載置する載置台とを備える。載置台は高周波電源に接続され、処理室内に高周波電力を印加する電極として機能する。このプラズマ処理装置では、処理室内に供給された処理ガスに高周波電力を印加して該処理ガスをプラズマ化してイオンやラジカルを発生させ、該イオンやラジカルによってウエハにプラズマ処理を施す。

また、プラズマ処理装置は、処理室内において載置台に載置されたウエハの外周を囲うように配設される環状のフォーカスリングを備える。フォーカスリングは二重円構造であり、内側に配される環状のインナーフォーカスリング部材と、該インナーフォーカスリング部材の外周を囲うように配される環状のアウターフォーカスリング部材とからなる。インナーフォーカスリング部材はシリコン等の導電性材料からなり、アウターフォーカスリング部材は石英等の絶縁性材料からなる。インナーフォーカスリング部材はプラズマをウエハに集中させ、アウターフォーカスリング部材はプラズマをウエハ上に閉じ込めるインシュレータとして機能する。

プラズマ処理中においてアウターフォーカスリング部材はプラズマからの入熱に起因して温度が上昇するが、温度が安定しないとアウターフォーカスリング部材近傍のラジカル密度が不均一になり、ウエハの外縁部におけるラジカル密度も不均一になる。その結果、ウエハの中央部と外縁部とにおいてプラズマ処理の効果に差が生じ、ウエハに均一なプラズマ処理を施すことが困難である。特に近年、ウエハの大口径化に伴いアウターフォーカスリング部材も大型化しているため、アウターフォーカスリング部材の温度上昇は緩慢であり、温度が所定の値に達して安定するまでの時間が長くなっている。その結果、ウエハに均一なプラズマ処理を施すことが困難になり、ウエハの歩留まりが悪化するという問題が顕在化している。

そこで、近年、ヒータを内蔵するアウターフォーカスリング部材が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。このアウターフォーカスリング部材によれば、ヒータを制御することによってアウターフォーカスリング部材の温度を早期に安定させることができ、ウエハに均一なプラズマ処理を施すことができる。

一般に、プラズマ処理装置では生産ロットに先立って処理室内の雰囲気を安定させるために生産ロットと同じレシピでダミーウエハの処理が行われるが、該ダミーウエハの処理では、温度が上昇していないアウターフォーカスリング部材の表面に処理ガスの反応生成物であるデポジットが堆積する。該堆積したデポジットは続く生産ロットにおいて徐々に剥離し、パーティクルとしてウエハに付着してウエハの歩留まりを悪化させる。そのため、アウターフォーカスリング部材に堆積したデポジットを除去するためのクリーニングのサイクルを短くする必要がある。

ところで、堆積したデポジットは該デポジットが付着している部材を高温にすることによって一気に除去することができ、さらには当該部材を高温に維持することによってデポジットが堆積されにくい状態を維持できることがプラズマ処理装置であるＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）処理装置の技術分野において知られている。そこで、上述した特許文献１のアウターフォーカスリング部材を用い、ヒータを制御することによってアウターフォーカスリング部材を高温にすれば、アウターフォーカスリング部材に堆積したデポジットを除去することができ、さらに、以降において、デポジットが堆積されにくい状態を維持でき、以降においてウエハへのパーティクルの付着を防止することができると共に、クリーニングのサイクルを長くすることができると考えられる。
特開２０００−３６４９０号公報

しかしながら、アウターフォーカスリング部材はプラズマ処理中、イオン等の衝突によって消耗するために定期的に交換する必要がある。ところが、特許文献１のアウターフォーカスリング部材はヒータを内蔵しているために高価であり、これを用いるとランニングコストが上昇する。また、ヒータの配線作業が必要となるため、交換作業が繁雑となってメンテナンス性が悪化し、さらには、載置台にヒータ用の配線を設ける必要がある。したがって、特許文献１のアウターフォーカスリング部材は容易に用いることができない。

本発明の目的は、ウエハの歩留まりの悪化を防止し且つクリーニングのサイクルを長くすることができると共に、容易に用いることができるプラズマ処理用環状部品、プラズマ処理装置、及び外側環状部材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用環状部品は、プラズマ処理が施される基板の外周を囲うように配置された内側環状部材と、該内側環状部材の外周を囲うように配置された外側環状部材とを備えるプラズマ処理用環状部品であって、前記外側環状部材はプラズマが生成されるプラズマ生成空間側を指向する第１の面及び前記プラズマ生成空間側とは反対側を指向する第２の面を有し、該第２の面には熱容量を低減する少なくとも１つの環状の溝が形成され、前記外側環状部材は、前記第２の面における前記環状の溝を除いた表面積の１％以下の面積を介して当該外側環状部材を載置する構成部材における載置面と接触していることを特徴とする。

請求項２記載のプラズマ処理用環状部品は、請求項１記載のプラズマ処理用環状部品において、前記第１の面と前記溝の底部との間における厚さは１．５ｍｍ〜２．０ｍｍであることを特徴とする。

請求項３記載のプラズマ処理用環状部品は、請求項１又は２記載のプラズマ処理用環状部品において、前記外側環状部材は、少なくとも石英、カーボン、シリコン及びセラミックス材料のいずれか１つによって形成されていることを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項４記載のプラズマ処理用環状部品は、プラズマ処理が施される基板の外周を囲うように配される内側環状部材と、該内側環状部材の外周を囲うように配される外側環状部材とを備えるプラズマ処理用環状部品であって、前記外側環状部材は積層された少なくとも２つの環状板からなり、前記積層された環状板のうちプラズマが生成されるプラズマ生成空間側に配置された環状板は、該プラズマ生成空間側に配置された環状板におけるプラズマ生成空間側とは反対側を指向する第２の面の表面積の１％以下の面積を介して前記積層された環状板のうち前記プラズマ生成空間側とは反対側に配置された環状板と接触していることを特徴とする。

請求項５記載のプラズマ処理用環状部品は、請求項４記載のプラズマ処理用環状部品において、前記プラズマ生成空間側に配置された環状板の厚さは１．５ｍｍ〜２．０ｍｍであることを特徴とする。

請求項６記載のプラズマ処理用環状部品は、請求項４又は５記載のプラズマ処理用環状部品において、前記外側環状部材は、少なくとも石英、カーボン、シリコン及びセラミックス材料のいずれか１つによって形成されてい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記載のプラズマ処理装置は、基板にプラズマ処理を施す処理室と、該処理室において前記基板の外周を囲うように配置されたプラズマ処理用環状部品とを備えるプラズマ処理装置であって、前記プラズマ処理用環状部品は、前記基板の外周を囲うように配置された内側環状部材と、該内側環状部材の外周を囲うように配置された外側環状部材とを有し、前記外側環状部材はプラズマが生成されるプラズマ生成空間側を指向する第１の面及び前記プラズマ生成空間側とは反対側を指向する第２の面を有し、該第２の面には熱容量を低減する少なくとも１つの環状の溝が形成され、前記外側環状部材は、前記第２の面における前記環状の溝を除いた表面積の１％以下の面積を介して当該外側環状部材を載置する構成部材における載置面と接触してい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、基板にプラズマ処理を施す処理室と、該処理室において前記基板を囲うように配置されたプラズマ処理用環状部品とを備えるプラズマ処理装置であって、前記プラズマ処理用環状部品は、前記基板の外周を囲うように配置された内側環状部材と、該内側環状部材の外周を囲うように配置された外側環状部材とを有し、前記外側環状部材は積層された少なくとも２つの環状板からなり、前記積層された環状板のうちプラズマが生成されるプラズマ生成空間側に配置された環状板は、該プラズマ生成空間側に配置された環状板におけるプラズマ生成空間側とは反対側を指向する第２の面の表面積の１％以下の面積を介して前記積層された環状板のうち前記プラズマ生成空間側とは反対側に配置された環状板と接触していることを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項９記載の外側環状部材は、プラズマ処理が施される基板の外周を囲うように配置された内側環状部材の外周を囲うように配置された外側環状部材であって、プラズマが生成されるプラズマ生成空間側を指向する第１の面及び前記プラズマ生成空間側とは反対側を指向する第２の面を有し、該第２の面には熱容量を低減する少なくとも１つの環状の溝が形成され、前記第２の面における前記環状の溝を除いた表面積の１％以下の面積を介して当該外側環状部材を載置する構成部材における載置面と接触していることを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項１０記載の外側環状部材は、プラズマ処理が施される基板の外周を囲うように配置された内側環状部材の外周を囲うように配置された外側環状部材であって、積層された少なくとも２つの環状板からなり、前記積層された環状板のうちプラズマが生成されるプラズマ生成空間側に配置された環状板は、該プラズマ生成空間側に配置された環状板におけるプラズマ生成空間側とは反対側を指向する第２の面の表面積の１％以下の面積を介して前記積層された環状板のうち前記プラズマ生成空間側とは反対側に配置された環状板と接触していることを特徴とする。

請求項１記載のプラズマ処理用環状部品、請求項７記載のプラズマ処理装置、及び請求項９記載の外側環状部材によれば、外側環状部材のプラズマ生成空間側とは反対側を指向する第２の面には熱容量を低減する少なくとも１つの環状の溝が形成されるので、外側環状部材の熱容量を小さくすることができ、プラズマからの入熱によって外側環状部材の温度を急速に上昇させ且つ容易に高温を維持することができ、生産ロットの極初期の段階において外側環状部材に付着した堆積物を除去することができ、さらに、堆積物が堆積されにくい状態を維持できる。これにより、基板の歩留まりの悪化を防止し且つプラズマ処理用環状部品のクリーニングのサイクルを長くすることができる。また、外側環状部材では第２の面において環状の溝が形成されるのみであるため、加工が容易であり、安価であってランニングコストを抑制し、交換も容易であってメンテナンス性の悪化を防止する。したがって、当該プラズマ処理用環状部品を容易に用いることができる。また、外側環状部材は、第２の面における環状の溝を除いた表面積の１％以下の面積を介して当該外側環状部材を載置する構成部材における載置面と接触しているので、外側環状部材から、当該外側環状部材を載置する構成部材への熱移動を抑制して外側環状部材の高温を維持することができる。これによっても、外側環状部材に付着した堆積物を除去することができ、さらに、堆積物が堆積されにくい状態を維持できる。

請求項２記載のプラズマ処理用環状部品によれば、外側環状部材における第１の面と溝の底部との間における厚さは１．５ｍｍ〜２．０ｍｍであるので、外側環状部材の熱容量を適切に小さくすることができるとともに、外側環状部材の剛性を確保することができ、該外側環状部材の破損を防止することができる。

請求項３記載のプラズマ処理用環状部品によれば、外側環状部材は、少なくとも石英、カーボン、シリコン及びセラミックス材料のいずれか１つによって形成されているので、安価に製造することができ、もって、当該プラズマ処理用環状部品をより容易に用いることができる。

請求項４記載のプラズマ処理用環状部品、請求項８記載のプラズマ処理装置、及び請求
項１０記載の外側環状部材によれば、外側環状部材は積層された少なくとも２つの環状板からなるので、プラズマ生成空間側に配された環状板の熱容量を小さくすることができ、プラズマからの入熱によって当該環状板の温度を急速に上昇させ且つ容易に高温を維持することができ、生産ロットの極初期の段階において当該環状板に付着した堆積物を除去することができ、さらに、堆積物が堆積されにくい状態を維持できる。これにより、基板の歩留まりの悪化を防止し且つプラズマ処理用環状部品のクリーニングのサイクルを長くすることができる。また、外側環状部材では複数の環状板が積層されるのみであるため、構成が簡素であり、安価であってランニングコストを抑制し、交換も容易であってメンテナンス性の悪化を防止する。したがって、当該プラズマ処理用環状部品を容易に用いることができる。また、積層された環状板のうちプラズマが生成されるプラズマ生成空間側に配置された環状板は、該プラズマ生成空間側に配置された環状板におけるプラズマ生成空間側とは反対側を指向する第２の面の表面積の１％以下の面積を介して積層された環状板のうちプラズマ生成空間側とは反対側に配置された環状板と接触しているので、プラズマ生成空間側に配置された環状板からプラズマ生成空間側とは反対側に配置された環状板への熱移動を抑制してプラズマ生成空間側に配置された環状板の高温を維持することができる。また、これによっても、プラズマ生成空間側に配置された環状板に付着した堆積物を除去することができ、さらに、堆積物が堆積されにくい状態を維持できる。

請求項５記載のプラズマ処理用環状部品によれば、プラズマ生成空間側に配置された環状板の厚さは１．５ｍｍ〜２．０ｍｍであるので、当該環状板の熱容量を適切に小さくすることができるとともに当該環状板の剛性を確保することができ、当該環状板の破損を防止することができる。

請求項６記載のプラズマ処理用環状部品によれば、外側環状部材は、少なくとも石英、カーボン、シリコン及びセラミックス材料のいずれか１つによって形成されているので、安価に製造することができ、もって、当該プラズマ処理用環状部品をより容易に用いることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

まず、本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理用環状部品が適用されるプラズマ処理装置について説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理用環状部品としてのフォーカスリングが適用さ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、半導体デバイス用のウエハＷ（以下、単に「ウエハＷ」という。）にプラズマ処理、例えば、反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching）処理を施すエッチング処理装置として構成されるプラズマ処理装置１０は、金属、例えば、アルミニウム又はステンレス鋼からなる、処理室としてのチャンバ１１を備える。

該チャンバ１１内には、直径が例えば３００ｍｍのウエハＷを載置し、且つ該載置されたウエハＷと共にチャンバ１１内を上下降する載置台（ウエハステージ）としての下部電極１２と、該下部電極１２と対向するようにチャンバ１１の天井部に配され、且つチャンバ１１内に後述する処理ガスを供給するシャワーヘッド１３が配置されている。

下部電極１２には下部高周波電源１４が下部整合器１５を介して接続され、下部高周波電源１４は所定の高周波電力を下部電極１２に印加する。また、下部整合器１５は、下部電極１２からの高周波電力の反射を低減して該高周波電力の下部電極１２への入射効率を最大にする。

下部電極１２の上部には、ウエハＷを静電吸着力で吸着するためのＥＳＣ１６が配置されている。ＥＳＣ１６は電極膜が積層されて形成されるＥＳＣ電極板１７を内蔵し、該ＥＳＣ電極板１７には直流電源１８が電気的に接続されている。ＥＳＣ１６は、直流電源１８からＥＳＣ電極板１７に印加された直流電圧により発生する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をその上面に吸着保持する。

ＥＳＣ１６に載置されたウエハＷの周囲には、該ウエハＷの外周を囲うように円環状のフォーカスリング１９（プラズマ処理用環状部品）が配されている。該フォーカスリング１９は、載置されたウエハＷの外周を囲うように配されている円環状のインナーフォーカスリング部材２０と、該インナーフォーカスリング部材２０の外周を囲うように配される円環状のアウターフォーカスリング部材２１とを備える。また、インナーフォーカスリング部材２０は下部電極１２上に載置され、アウターフォーカスリング部材２１は下部電極１２を囲うように配置されるＥＳＣカバー部材２２上に載置される。インナーフォーカスリング部材２０はシリコン等の導電性材料からなり、アウターフォーカスリング部材２１は石英等の絶縁性材料からなる。インナーフォーカスリング部材２０は下部電極１２及びシャワーヘッド１３の間の処理空間Ｓ（プラズマ生成空間）において発生するプラズマをウエハＷに収束させる。アウターフォーカスリング部材２１はプラズマをウエハＷ上に閉じ込めるインシュレータとして機能する。なお、アウターフォーカスリング部材２１の形状については詳細に後述する。

下部電極１２の下方には、該下部電極１２の下部から下方に向けて延設された支持体２３が配置されている。該支持体２３は下部電極１２を支持し、不図示のボールネジを回転させることによって下部電極１２を昇降させる。また、支持体２３は、それぞれの周囲がカバー２４，２５によって覆われてチャンバ１１内の雰囲気から遮断される。

チャンバ１１の側壁にはウエハＷの搬出入口２６と排気口２７とが設けられる。ウエハＷは、プラズマ処理装置１０に隣接して配されているＬＬＭ（ロードロックモジュール）（図示しない）が備える搬送アーム（図示しない）によって搬出入口２６を介してチャンバ１１内へ搬出入される。排気口２７は、ＡＰＣ（Automatic Pressure Control）バルブ、ＤＰ（Dry Pump）、ＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）等（全て図示しない）からなる排気系に接続され、チャンバ１１内の空気等を外部へ排出する。

このプラズマ処理装置１０では、チャンバ１１内へウエハＷが搬入される場合、下部電極１２が搬出入口２６と同じ高さまで下降し、ウエハＷにプラズマ処理が施される場合、下部電極１２がウエハＷの処理位置まで上昇する。なお、図１は、チャンバ１１内へウエハＷが搬入される場合における搬出入口２６と下部電極１２との位置関係を示す。

また、シャワーヘッド１３は処理空間Ｓに面した多数のガス通気孔２８を有する円板状の上部電極板（CEL）２９と、該上部電極板２９の上方に配置され且つ上部電極板２９を着脱可能に支持する電極板支持体３０とを有する。また、上部電極板２９の処理空間Ｓに対向する面のうち外周部に該当する面は、チャンバ１１内の天井部に配された円環状部材である、シールドリング３５の内周部によって覆われる。シールドリング３５は、例えば、石英等からなり、上部電極板２９の外周部に配置された該上部電極２９をチャンバ１１の天井部に締結するスクリューねじ（図示しない）をプラズマから保護する。

上部電極板２９には、上部高周波電源３１が上部整合器３２を介して接続されており、上部高周波電源３１は、所定の高周波電力を上部電極板２９に印加する。また、上部整合器３２は、上部電極板２９からの高周波電力の反射を低減して該高周波電力の上部電極板２９への入射効率を最大にする。

電極板支持体３０の内部にはバッファ室３３が設けられ、このバッファ室３３には処理ガス導入管（図示しない）が接続されている。バッファ室３３には、処理ガス導入管から、例えば、四フッ化炭素（ＣＦ_４），酸素ガス（Ｏ_２），アルゴンガス（Ａｒ）の組み合わせからなる処理ガスが導入され、該導入された処理ガスはガス通気孔２８を介して処理空間Ｓに供給される。

このプラズマ処理装置１０のチャンバ１１内では、上述したように、下部電極１２及び上部電極板２９に高周波電力が印加され、該印加された高周波電力によって処理空間Ｓにおいて処理ガスから高密度のプラズマが発生し、イオンやラジカルが生成される。これら生成されたラジカルやイオンは、フォーカスリング１９によってウエハＷの表面に収束され、ウエハＷの表面を物理的又は化学的にエッチングする。

このプラズマ処理装置１０では、ウエハの生産ロットに先立ってダミーウエハのプラズマ処理が行われる。このダミーウエハのプラズマ処理では、ダミーウエハをチャンバ１１内に搬入し、設定されたレシピに応じてチャンバ１１内に導入した処理ガスからプラズマを発生させてダミーウエハにプラズマ処理を施すことによってチャンバ１１内の雰囲気を安定させるが、このとき、処理ガスとダミーウエハの表面に存在する物質との化学反応等によって反応生成物が発生する一方、アウターフォーカスリング部材２１はプラズマから十分に熱を受け取っていないため、アウターフォーカスリング部材２１の温度が低く、発生した反応生成物はアウターフォーカスリング部材２１の表面にデポジットとして多量に付着する。この付着したデポジットは剥離してウエハにパーティクルとして付着し、ウエハの歩留まりを悪化させるため、生産ロットの極初期の段階において除去し、さらに、以降においてデポジットが堆積されにくい状態を維持する必要がある。なお、ダミーウエハのプラズマ処理におけるレシピは生産ロットにおけるプラズマ処理のレシピと同じであっても異なっていてもよい。

ここで、上述したようにＣＶＤ処理装置の技術分野においてデポジットが付着している部材を高温にすることによってデポジットを除去し、さらに、デポジットが堆積されにくい状態を維持することが可能であることが知られている。そこで、本発明者は、エッチング処理装置においても同様の知見が得られるかを確認すべく、プラズマ処理装置１０においてアウターフォーカスリング部材２１の代わりに従来のアウターフォーカスリング部材を用いて、プラズマ処理時間（高周波電力印加経過時間）の経過とアウターフォーカスリング部材に付着するデポジットの量との関係を観察した。その結果、ダミーウエハのプラズマ処理によって多量に付着したデポジットの量が、高周波電力印加経過時間の増加と共に減少し、２５時間後にはほとんど無くなっていることを発見した。

プラズマ処理においてアウターフォーカスリングはプラズマからの入熱によって温度が上昇するため、高周波電力印加経過時間が長いほどアウターフォーカスリングの温度が高温である時間が長くなる。すなわち、アウターフォーカスリングが高温である時間が長いほど、アウターフォーカスリングに付着したデポジットの量は減少することが分かった。これにより、本発明者はエッチング処理装置においてもデポジットが付着している部材（アウターフォーカスリング）を高温にすることによってデポジットを除去し、さらに、デポジットが堆積されにくい状態を維持できることが可能であるという知見を得た。また、アウターフォーカスリングを高温にすることによってデポジットを除去することが可能であることから、アウターフォーカスリングの温度を急速に上昇させれば、デポジットを急速に除去できると類推するに至った。

本実施の形態におけるアウターフォーカスリング部材２１は、これに対応して、以下に説明する急速に温度が上昇可能な構造を有する。

図２は、図１におけるフォーカスリング周辺の拡大断面図である。

図２において、アウターフォーカスリング部材２１は石英からなる円環状の平板部材であり、処理空間Ｓ側を指向するプラズマ暴露面２１ａ（第１の面）と、処理空間Ｓ側とは反対側を指向する面であって、ＥＳＣカバー部材２２に接触するカバー部材接触面２１ｂ（第２の面）とを有する。また、アウターフォーカスリング部材２１のカバー部材接触面２１ｂには、アウターフォーカスリング部材２１と同心円状の環状のリング溝３４が形成されている。リング溝３４は断面形状が矩形の溝であり、ざぐり加工によって成形される。

アウターフォーカスリング部材２１では、上述したリング溝３４が形成されることによって薄肉部と、該薄肉部の外側、内側をそれぞれ囲う２つの厚肉部とが形成される。薄肉部の厚さ、すなわち、リング溝３４の底部３４ａとプラズマ暴露面２１ａとの間の厚さ（図中ｔ）は１．５〜２．０ｍｍに設定される。また、厚肉部の厚さ、すわなち、プラズマ暴露面２１ａとカバー部材接触面２１ｂとの間の厚さは約３．５ｍｍに設定される。アウターフォーカスリング部材２１は薄肉部を有するため、従来のアウターフォーカスリングに比べて体積が小さくなり、その結果、熱容量が小さくなる。

アウターフォーカスリング部材２１は石英の無垢材から切削加工によって成形されるため、表面が円滑ではなく適度に荒れており、切削加工に起因して生じた微細な突起形状によって覆われている。したがって、例えば、カバー部材接触面２１ｂはＥＳＣカバー部材２２と面接触ではなく、多数の突起を介して接触する多数の点接触によって接触する。これにより、カバー部材接触面２１ｂとＥＳＣカバー部材２２との実質的な接触面積はカバー部材接触面２１ｂの表面積の約１％に留まるため、アウターフォーカスリング部材２１からＥＳＣカバー部材２２への熱移動は殆ど発生しない。

本実施の形態に係るプラズマ処理用環状部品としてのフォーカスリング１９によれば、アウターフォーカスリング部材２１のカバー部材接触面２１ｂにはアウターフォーカスリング部材２１と同心円状の環状のリング溝３４が形成されるので、アウターフォーカスリング部材２１において薄肉部が形成される。これにより、アウターフォーカスリング部材２１は従来のアウターフォーカスリングに比べて体積が小さくなり、その結果、熱容量が小さくなる。熱容量が小さいとプラズマ処理中におけるプラズマからの入熱によって急速に温度を上昇させ且つ容易に高温を維持することができ、アウターフォーカスリング部材２１は付着したデポジットを急速に除去することができると共に、デポジットが堆積されにくい状態を維持することができる。したがって、生産ロットの極初期の段階においてアウターフォーカスリング部材２１に付着したデポジットを除去することができると共に、以降においてアウターフォーカスリング部材２１へのデポジットの堆積を防止することができる。これにより、ウエハの歩留まりの悪化を防止し且つフォーカスリング１９のクリーニングのサイクルを長くすることができる。

また、アウターフォーカスリング部材２１ではカバー部材接触面２１ｂにおいてリング溝３４が形成されるのみであるため、加工が容易であり、アウターフォーカスリング部材２１は安価に製造することができ、もってランニングコストを抑制し、さらには、交換も容易であるので、メンテナンス性の悪化を防止することができる。したがって、フォーカスリング１９をプラズマ処理装置１０に容易に用いることができる。

熱容量低減の観点からはアウターフォーカスリング部材２１の厚みは薄いほど好ましいが、極度に厚みを薄くする、例えば、厚さを１ｍｍに設定するとアウターフォーカスリング部材２１の破損が発生するおそれがある。ここで、上述したフォーカスリング１９によれば、アウターフォーカスリング部材２１におけるプラズマ暴露面２１ａとリング溝３４の底部３４ａとの間の厚さは１．５ｍｍ〜２．０ｍｍである。したがって、アウターフォーカスリング部材２１の剛性を確保することができ、該アウターフォーカスリング部材２１の破損を防止することができる。

また、上述したフォーカスリング１９では、アウターフォーカスリング部材２１が石英によって形成されたが、形成材料はこれに限られず、少なくとも、石英、カーボン、シリコン及びセラミックス材料（イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）やシリカ）等のいずれか１つによって形成されてもよい。いずれの材料も容易に入手できるため、フォーカスリング１９を安価に製造することができ、もって、フォーカスリング１９をより容易に用いることができる。

上述したフォーカスリング１９では、アウターフォーカスリング部材２１のカバー部材接触面２１ｂに形成される溝が１重の溝であったが、溝の本数はこれに限られず、アウターフォーカスリング部材２１の熱容量を適切に設定できる本数、例えば、２本であってもよい（図４（Ａ）参照）。また、溝の断面形状も矩形に限られず、他の形状に設定してもよく、例えば、強度確保の観点からは円弧状であるのが好ましい。

また、上述したフォーカスリング１９では、薄肉部の内側、外側にそれぞれ厚肉部が形成されるので、イオン等の衝突によってアウターフォーカスリング部材２１が消耗しても、アウターフォーカスリング部材２１の内周部、外周部に鋭利形状が発生せず、作業者が鋭利形状に触れて怪我するのを防止することができる。また、断面２次モーメントを確保することができ、もってアウターフォーカスリング部材２１の剛性を向上することができる。

さらに、フォーカスリング１９では、アウターフォーカスリング部材２１はカバー部材接触面２１ｂにリング溝３４を有するので、アウターフォーカスリング部材２１をＥＳＣカバー部材２２に載置する際、プラズマ暴露面２１ａとカバー部材接触面２１ｂとを間違えることがなく、アウターフォーカスリング部材２１の誤装着を防止することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ処理用環状部品が適用されるプラズマ処理装置について説明する。

本実施の形態は、その構成や作用が上述した第１の実施の形態と基本的に同じであり、フォーカスリングの構造のみが上述した第１の実施の形態と異なる。したがって、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３は、本実施の形態に係るプラズマ処理用環状部品としてのフォーカスリングが適用されたプラズマ処理装置における該フォーカスリング周辺の拡大断面図である。

図３において、該フォーカスリング３６は、インナーフォーカスリング部材２０と、該インナーフォーカスリング部材２０の外周を囲うように配されるアウターフォーカスリング部材３７とを備える。アウターフォーカスリング部材３７は、積層された２つの円環状板部材である、下側アウターフォーカスリングプレート３９と、上側アウターフォーカスリングプレート４０とから成る。下側アウターフォーカスリングプレート３９及び上側アウターフォーカスリングプレート４０はいずれも、絶縁性材料、例えば石英からなるので、アウターフォーカスリング部材３７もプラズマをウエハＷ上に閉じ込めるインシュレータとして機能する。

アウターフォーカスリング部材３７では、下側アウターフォーカスリングプレート３９がＥＳＣカバー部材２２上に載置され、上側アウターフォーカスリングプレート４０が下側アウターフォーカスリングプレート３９に載置されるため、上側アウターフォーカスリングプレート４０の表面４０ａ（第１の面）は処理空間Ｓを指向する。したがって、ダミーウエハのプラズマ処理においてデポジットの大半が上側アウターフォーカスリングプレート４０の表面４０ａに付着する。

下側アウターフォーカスリングプレート３９及び上側アウターフォーカスリングプレート４０ともそれぞれ厚さは内周部から外周部付近まで一定であり、具体的には、上側アウターフォーカスリングプレート４０の厚さは１．５ｍｍ〜２．０ｍｍである。したがって、上側アウターフォーカスリングプレート４０は、厚さが３．５ｍｍの従来のアウターフォーカスリングに比べて体積が小さくなり、その結果、熱容量が小さくなる。

上側アウターフォーカスリングプレート４０も石英の無垢材から切削加工によって成形されるため、表面が円滑ではなく適度に荒れており、切削加工に起因して生じた微細な突起形状によって覆われている。したがって、例えば、上側アウターフォーカスリングプレート４０は下側アウターフォーカスリングプレート３９と面接触ではなく、多数の突起を介して接触する多数の点接触によって接触する。これにより、上側アウターフォーカスリングプレート４０と下側アウターフォーカスリングプレート３９との実質的な接触面積は上側アウターフォーカスリングプレート４０における処理空間Ｓ側とは反対側を指向する裏面４０ｂ（第２の面）の表面積の約１％に留まるため、上側アウターフォーカスリングプレート４０から下側アウターフォーカスリングプレート３９への熱移動は殆ど発生しない。

本実施の形態に係るプラズマ処理用環状部品としてのフォーカスリング３６によれば、アウターフォーカスリング部材３７は積層された２つの円環状板部材である下側アウターフォーカスリングプレート３９及び上側アウターフォーカスリングプレート４０からなるので、上側アウターフォーカスリングプレート４０の厚さを従来のアウターフォーカスリングよりも薄くすることができる。したがって、上側アウターフォーカスリングプレート４０は、従来のフォーカスリングに比べて体積が小さくなり、その結果、熱容量が小さくなる。熱容量が小さいとプラズマ処理中におけるプラズマからの入熱によって急速に温度を上昇させ且つ容易に高温を維持することができ、上側アウターフォーカスリングプレート４０は付着したデポジットを急速に除去することができると共に、デポジットが堆積されにくい状態を維持することができる。したがって、生産ロットの極初期の段階において上側アウターフォーカスリングプレート４０に付着したデポジットを除去することができると共に、以降において上側アウターフォーカスリングプレート４０へのデポジットの堆積を防止することができる。これにより、ウエハの歩留まりの悪化を防止し且つフォーカスリング３６のクリーニングのサイクルを長くすることができる。

また、アウターフォーカスリング部材３７では下側アウターフォーカスリングプレート３９及び上側アウターフォーカスリングプレート４０が積層されるのみであるため、構成が簡素であり、アウターフォーカスリング部材３７は安価に製造することができ、もってランニングコストを抑制し、さらには、交換も容易であるので、メンテナンス性の悪化を防止することができる。したがって、フォーカスリング３６をプラズマ処理装置１０に容易に用いることができる。

熱容量低減の観点からは上側アウターフォーカスリングプレート４０の厚みも薄いほど好ましいが、例えば、厚さを１ｍｍに設定すると上側アウターフォーカスリングプレート４０の破損が発生するおそれがある。ここで、上述したフォーカスリング３６によれば、上側アウターフォーカスリングプレート４０の厚さは１．５ｍｍ〜２．０ｍｍである。したがって、上側アウターフォーカスリングプレート４０の剛性を確保することができ、該上側アウターフォーカスリングプレート４０の破損を防止することができる。

また、上述したフォーカスリング３６では、アウターフォーカスリング部材３７が石英によって形成されたが、形成材料はこれに限られず、少なくとも、石英、カーボン、シリコン及びセラミックス材料等のいずれか１つによって形成されてもよいのは、第１の実施の形態におけるフォーカスリング１９と同じである。

上述したフォーカスリング３６のアウターフォーカスリング部材３７では２つの円環状板部材が積層されたが、円環状板部材の積層数はこれに限られず、上側アウターフォーカスリングプレートの熱容量を適切に設定でき、且つ上側アウターフォーカスリングプレートの剛性を確保できる積層数、例えば、３層であってもよい（図４（Ｂ）参照）。

上述した各実施の形態において本発明のプラズマ処理用円環状部品はフォーカスリングに適用されたが、本発明のプラズマ処理用円環状部品は他のプラズマ処理用部品に適用してもよく、例えば、シールドリング（図７に示すプラズマ処理装置７０におけるシールドリング７１を参照。）に適用してもよい。また、他のプラズマ処理用部品の形状は円環状に限られず、いかなる形であってもよい。

また、上述した各実施の形態におけるプラズマ処理装置はエッチング処理装置であったが、本発明のプラズマ処理装置は処理室内に配置される円環状部品を備えるプラズマ処理装置であれば適用することができ、例えば、ＣＶＤ処理装置に適用してもよい。

上述した各実施の形態におけるプラズマ処理装置おいてプラズマ処理が施される基板は半導体デバイス用のウエハに限られず、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＦＰＤ（Flat Panel Display）等に用いる各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等であってもよい。

次に、本発明の実施例を具体的に説明する。

実施例１
プラズマ処理装置１０に組み込むフォーカスリングとして、上述した第２の実施の形態におけるフォーカスリング３６を準備した。アウターフォーカスリング部材３７における上側アウターフォーカスリングプレート４０の厚さは１．７ｍｍに設定した。

その後、ＣＦ_４／Ａｒ／ＣＯからなる処理ガスを供給してウエハにプラズマ処理を施す第１ステップ、Ｃ_４Ｆ_８／ＣＯ／Ａｒからなる処理ガスを供給してウエハにプラズマ処理を施す第２ステップ、Ａｒ／Ｏ_２からなる処理ガスを供給してウエハにプラズマ処理を施す第３ステップ、及びＣＨＦ_３／Ａｒ／Ｏ_２からなる処理ガスを供給してウエハにプラズマ処理を施す第４ステップからなる所定のプラズマ処理を実行し、所定の高周波電力印加経過時間毎に当該時間においてプラズマ処理が施されたウエハの表面に付着した粒径が０．２０μｍ以上のパーティクルの数を計測した。そして、得られた高周波電力印加経過時間とパーティクル計測数との関係を図５のグラフに示した。

比較例１
プラズマ処理装置１０に組み込むフォーカスリングとして、厚さが３．５ｍｍである従来のフォーカスリングを準備した。

その後、上述した実施例１と同じプラズマ処理を実行し、実施例１と同様に、所定の高周波電力印加経過時間毎に当該時間においてプラズマ処理が施されたウエハの表面に付着した粒径が０．２０μｍ以上のパーティクルの数を計測した。そして、得られた高周波電力印加経過時間とパーティクル計測数との関係を図６のグラフに示した。

図５及び図６のグラフを比較したところ、比較例１では高周波電力印加経過時間が約１５時間の時点で、パーティクル計測数がフォーカスリングのクリーニングを行うか否かの閾値である５０個を超えたのに対して、実施例１では高周波電力印加経過時間が約４８時間の時点で、パーティクル計測数が上記閾値を超えたことが分かった。

これは、比較例１ではプラズマ処理においてフォーカスリングに付着したデポジットが高周波電力印加経過時間が短い時点ではほとんど除去されず、該付着したデポジットの付着力が高周波電力印加経過時間の経過に伴う熱履歴によって弱まり、約１５時間経過したところで、デポジットが一気に剥離したのに対して、実施例１ではプラズマ処理において上側アウターフォーカスリングプレート４０に付着したデポジットが、上側アウターフォーカスリングプレート４０の温度が急速に上昇することによって高周波電力印加経過時間が短い時点でほとんど除去され、その後の高周波電力印加経過時間の増加に伴う熱履歴によってデポジットが堆積されにくい状態が維持されるので、残存しているデポジットの量が少なく、また堆積するデポジットの量も増えることがなく、パーティクルがほとんど発生しなかったためと考えられた。

また、上述した実施例１の上側アウターフォーカスリングプレート４０の他に、厚さが２．５ｍｍの上側アウターフォーカスリングプレート４０（実施例２）を準備し、それぞれをプラズマ処理装置１０に組み込み、上述した実施例１におけるプラズマ処理を１ロット分行った。そして、その時点で実施例１及び実施例２の上側アウターフォーカスリングプレート４０におけるデポジットの付着状況を目視で確認したところ実施例２に比べ実施例１の上側アウターフォーカスリングプレート４０に付着しているデポジットの量が明らかに少なかったことが分かった。

これにより、アウターフォーカスリングの熱容量を小さくするほど、高周波電力印加経過時間が短い時点でデポジットを急速に除去できると共に、以降においてデポジットが堆積されにくい状態を容易に維持できることが分かった。

本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理用環状部品としてのフォーカスリングが適用さ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におけるフォーカスリング周辺の拡大断面図である。本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ処理用環状部品としてのフォーカスリングが適用されたプラズマ処理装置における該フォーカスリング周辺の拡大断面図である。各実施の形態に係るプラズマ処理用環状部品としてのフォーカスリングの変形例を示す拡大断面図であり、（Ａ）は本発明の第１の実施の形態における変形例を示す拡大断面図であり、（Ｂ）は本発明の第２の実施の形態における変形例を示す拡大断面図である。本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ処理用環状部品としてのフォーカスリングを用いた場合における高周波電力印加経過時間とパーティクル計測数との関係を示すグラフである。従来のフォーカスリングを用いた場合における高周波電力印加経過時間とパーティクル計測数との関係を示すグラフである。本発明の他の実施の形態に係るプラズマ処理用環状部品として記載されたシールドリングが適用されたプラズマ処理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
Ｓ処理空間
１０，７０プラズマ処理装置
１１チャンバ
１２下部電極
１３シャワーヘッド
１６ＥＳＣ
１９，３６フォーカスリング
２０インナーフォーカスリング部材
２１，３７アウターフォーカスリング部材
２１ａプラズマ暴露面
２１ｂカバー部材接触面
２２ＥＳＣカバー部材
２９上部電極板
３４リング溝
３４ａ底部
３５，７１シールドリング
３９下側アウターフォーカスリングプレート
４０上側アウターフォーカスリングプレート
４０ａ表面

Claims

プラズマ処理が施される基板の外周を囲うように配置された内側環状部材と、該内側環状部材の外周を囲うように配置された外側環状部材とを備えるプラズマ処理用環状部品であって、
前記外側環状部材はプラズマが生成されるプラズマ生成空間側を指向する第１の面及び前記プラズマ生成空間側とは反対側を指向する第２の面を有し、該第２の面には熱容量を低減する少なくとも１つの環状の溝が形成され、
前記外側環状部材は、前記第２の面における前記環状の溝を除いた表面積の１％以下の面積を介して当該外側環状部材を載置する構成部材における載置面と接触していることを特徴とするプラズマ処理用環状部品。
前記第１の面と前記溝の底部との間における厚さは１．５ｍｍ〜２．０ｍｍであることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理用環状部品。
前記外側環状部材は、少なくとも石英、カーボン、シリコン及びセラミックス材料のいずれか１つによって形成されてい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用環状部品。
プラズマ処理が施される基板の外周を囲うように配される内側環状部材と、該内側環状部材の外周を囲うように配される外側環状部材とを備えるプラズマ処理用環状部品であって、
前記外側環状部材は積層された少なくとも２つの環状板からなり、
前記積層された環状板のうちプラズマが生成されるプラズマ生成空間側に配置された環状板は、該プラズマ生成空間側に配置された環状板におけるプラズマ生成空間側とは反対側を指向する第２の面の表面積の１％以下の面積を介して前記積層された環状板のうち前記プラズマ生成空間側とは反対側に配置された環状板と接触していることを特徴とするプラズマ処理用環状部品。
前記プラズマ生成空間側に配置された環状板の厚さは１．５ｍｍ〜２．０ｍｍであることを特徴とする請求項４記載のプラズマ処理用環状部品。
前記外側環状部材は、少なくとも石英、カーボン、シリコン及びセラミックス材料のいずれか１つによって形成されていることを特徴とする請求項４又は５記載のプラズマ処理用環状部品。
基板にプラズマ処理を施す処理室と、該処理室において前記基板の外周を囲うように配置されたプラズマ処理用環状部品とを備えるプラズマ処理装置であって、
前記プラズマ処理用環状部品は、前記基板の外周を囲うように配置された内側環状部材と、該内側環状部材の外周を囲うように配置された外側環状部材とを有し、
前記外側環状部材はプラズマが生成されるプラズマ生成空間側を指向する第１の面及び前記プラズマ生成空間側とは反対側を指向する第２の面を有し、該第２の面には熱容量を低減する少なくとも１つの環状の溝が形成され、
前記外側環状部材は、前記第２の面における前記環状の溝を除いた表面積の１％以下の面積を介して当該外側環状部材を載置する構成部材における載置面と接触していることを特徴とするプラズマ処理装置。
基板にプラズマ処理を施す処理室と、該処理室において前記基板を囲うように配置されたプラズマ処理用環状部品とを備えるプラズマ処理装置であって、
前記プラズマ処理用環状部品は、前記基板の外周を囲うように配置された内側環状部材と、該内側環状部材の外周を囲うように配置された外側環状部材とを有し、
前記外側環状部材は積層された少なくとも２つの環状板からなり、
前記積層された環状板のうちプラズマが生成されるプラズマ生成空間側に配置された環状板は、該プラズマ生成空間側に配置された環状板におけるプラズマ生成空間側とは反対側を指向する第２の面の表面積の１％以下の面積を介して前記積層された環状板のうち前記プラズマ生成空間側とは反対側に配置された環状板と接触していることを特徴とするプラズマ処理装置。
プラズマ処理が施される基板の外周を囲うように配置された内側環状部材の外周を囲うように配置された外側環状部材であって、
プラズマが生成されるプラズマ生成空間側を指向する第１の面及び前記プラズマ生成空間側とは反対側を指向する第２の面を有し、該第２の面には熱容量を低減する少なくとも１つの環状の溝が形成され、
前記第２の面における前記環状の溝を除いた表面積の１％以下の面積を介して当該外側環状部材を載置する構成部材における載置面と接触していることを特徴とする外側環状部材。
プラズマ処理が施される基板の外周を囲うように配置された内側環状部材の外周を囲うように配置された外側環状部材であって、
積層された少なくとも２つの環状板からなり、
前記積層された環状板のうちプラズマが生成されるプラズマ生成空間側に配置された環状板は、該プラズマ生成空間側に配置された環状板におけるプラズマ生成空間側とは反対側を指向する第２の面の表面積の１％以下の面積を介して前記積層された環状板のうち前記プラズマ生成空間側とは反対側に配置された環状板と接触していることを特徴とする外側環状部材。