JP5313211B2 - Focus ring and plasma processing apparatus - Google Patents

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Abstract

A focus ring and a plasma processing apparatus capable of improving an in-surface uniformity of a surface and reducing occurrences of deposition on a backside surface of a peripheral portion of a semiconductor wafer compared to a conventional case are provided. Installed in a vacuum chamber is a susceptor for mounting the semiconductor wafer thereon and a focus ring is installed to surround the semiconductor wafer mounted on the susceptor. The focus ring includes an annular lower member made of a dielectric, and an annular upper member made of a conductive material and mounted on the lower member. The upper member includes a flat portion which is an outer peripheral portion having a top surface positioned higher than a surface to be processed of the semiconductor wafer W, and an inclined portion which is an inner peripheral portion inclined inwardly.

Description

本発明は、半導体ウエハ等の基板に、エッチング処理等の所定のプラズマ処理を施すための処理チャンバー内に配置されるフォーカスリング及びプラズマ処理装置に関する。   The present invention relates to a focus ring and a plasma processing apparatus disposed in a processing chamber for performing a predetermined plasma process such as an etching process on a substrate such as a semiconductor wafer.

従来から、エッチング処理装置等のプラズマ処理装置は、例えば、半導体装置の微細な電気回路の製造工程等で多用されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, plasma processing apparatuses such as etching processing apparatuses are widely used in, for example, manufacturing processes of fine electric circuits of semiconductor devices.

このようなプラズマ処理装置では、内部を気密に封止可能に構成された処理チャンバー内に半導体ウエハ等の被処理基板を配置し、この処理チャンバー内にプラズマを発生させ、このプラズマを被処理基板に作用させて、エッチング等のプラズマ処理を施すようになっている。   In such a plasma processing apparatus, a substrate to be processed such as a semiconductor wafer is disposed in a processing chamber configured to be hermetically sealed inside, and plasma is generated in the processing chamber. In this way, plasma processing such as etching is performed.

また、このようなプラズマ処理装置には、被処理基板である半導体ウエハの周囲を囲むように、フォーカスリングと称されるリング状の部材を配置したものがある。このフォーカスリングは、プラズマを閉じ込めることと、半導体ウエハ面内のバイアス電位の縁面効果による不連続性を緩和し、半導体ウエハの中央部と同様にその周縁部においても、均一で良好な処理を行えるようにすること等を目的として設けられたものである。   In addition, there is a plasma processing apparatus in which a ring-shaped member called a focus ring is arranged so as to surround a semiconductor wafer that is a substrate to be processed. This focus ring confines the plasma and alleviates discontinuities due to the edge effect of the bias potential in the semiconductor wafer surface, and evenly and well treats the peripheral edge as well as the central portion of the semiconductor wafer. It is provided for the purpose of making it possible.

上記のようにフォーカスリングが、半導体ウエハを取り囲み、誘電体をプラズマに接するように配置させることで、プラズマを上方軸方向に変位させて下部電極からプラズマを遠ざけることでプラズマ中の反応種を下部電極周辺に集束させないようにし、半導体ウエハ周辺部のプロセス速度を減少させるようにすることが知られている(例えば、特許文献1参照。)。   As described above, the focus ring surrounds the semiconductor wafer and the dielectric is placed in contact with the plasma, thereby displacing the plasma in the upper axial direction and moving the plasma away from the lower electrode, thereby reducing the reactive species in the plasma at the bottom. It is known not to focus on the periphery of the electrode and to reduce the process speed at the periphery of the semiconductor wafer (see, for example, Patent Document 1).

また、上記のように、フォーカスリングは、バイアス電位の不連続性を緩和することを目的の一つとしていることから、フォーカスリングの表面(上面)を、処理を行う半導体ウエハの処理面と略同一面を成すようにすること、つまり、フォーカスリングの表面(上面)と半導体ウエハの処理面とを略同一高さとすることが行われている。また、フォーカスリングの表面(上面)を半導体ウエハの処理面より高くしたり、或いは、その材質を選択することによって、バイアス電位の不連続性を緩和する試みが、従来から行われている(例えば、特許文献2参照。)。   In addition, as described above, the focus ring is intended to alleviate the discontinuity of the bias potential. Therefore, the surface (upper surface) of the focus ring is substantially the same as the processing surface of the semiconductor wafer to be processed. Making the same surface, that is, making the surface (upper surface) of the focus ring and the processing surface of the semiconductor wafer substantially the same height is performed. Further, attempts have been made to alleviate the discontinuity of the bias potential by making the surface (upper surface) of the focus ring higher than the processing surface of the semiconductor wafer or selecting the material thereof (for example, , See Patent Document 2).

特表2001−516948号公報(第13−41頁、第1−7図)JP-T-2001-516948 (page 13-41, FIG. 1-7) 特表2003−503841号公報(第12−22頁、第2−6図)Japanese translation of PCT publication No. 2003-503841 (pages 12-22 and 2-6)

上述したとおり、従来からプラズマ処理装置においては、フォーカスリングが使用されており、かかるフォーカスリングを使用することによって、処理の均一性の向上等が図られている。   As described above, conventionally, in a plasma processing apparatus, a focus ring has been used. By using such a focus ring, the uniformity of processing is improved.

図15は、従来のフォーカスリングの一例を示すもので、同図に示すように、下部電極を兼ねた載置台100上には、被処理基板としての半導体ウエハWの周囲を囲むように、例えば、シリコン等の導電性材料からリング状に形成されたフォーカスリング101が配置されている。   FIG. 15 shows an example of a conventional focus ring. As shown in FIG. 15, on the mounting table 100 that also serves as a lower electrode, a semiconductor wafer W as a substrate to be processed is surrounded by, for example, A focus ring 101 formed in a ring shape from a conductive material such as silicon is disposed.

そして、図15に示す例では、フォーカスリング101の上面の高さが、半導体ウエハWの処理面(表面)と略同一高さとされ、この結果、フォーカスリング101の上方の電界が、半導体ウエハWの表面上方の電界と略同一となり、バイアス電位の縁面効果による不連続性が緩和され、図中点線で示すように、半導体ウエハWの表面上方とフォーカスリング101の上方に、略同じ高さのプラズマシースが形成されている。このようなプラズマシースによって、図中矢印で示すように、半導体ウエハWの縁部においても、イオンが半導体ウエハW表面に対して垂直に入射する。   In the example shown in FIG. 15, the height of the upper surface of the focus ring 101 is substantially the same height as the processing surface (front surface) of the semiconductor wafer W. As a result, the electric field above the focus ring 101 is changed to the semiconductor wafer W. And the discontinuity due to the edge effect of the bias potential is alleviated. As indicated by the dotted line in the figure, the height is substantially the same above the surface of the semiconductor wafer W and above the focus ring 101. The plasma sheath is formed. With such a plasma sheath, as indicated by an arrow in the figure, ions are also incident on the edge of the semiconductor wafer W perpendicularly to the surface of the semiconductor wafer W.

しかしながら、上記構成のフォーカスリング101を使用した場合、半導体ウエハWの周縁部(エッジ部)の裏面側に、CF系ポリマー等からなる不所望な付着物が付着する所謂デポジションが生じることがある。   However, when the focus ring 101 having the above-described configuration is used, so-called deposition may occur in which an undesired deposit made of a CF-based polymer or the like adheres to the back side of the peripheral edge (edge portion) of the semiconductor wafer W. .

このようなデポジションの原因を詳査したところ、上記構成のフォーカスリング101を使用した場合、半導体ウエハWとフォーカスリング101が略同電位となっているため、図16に拡大して示すように、半導体ウエハWの周縁部(エッジ部)とフォーカスリング101の内周部との間に、図中点線でその電気力線を示すような電界が形成される。このため、図中実線の矢印で示すように、半導体ウエハWの周縁部(エッジ部)とフォーカスリング101の内周部との中間部分から、プラズマが半導体ウエハWの裏面側に侵入し易い状態となっており、この半導体ウエハWの裏面側に侵入したプラズマにより、半導体ウエハWの周縁部(エッジ部)の裏面側にデポジションが生じているものと推測された。   As a result of detailed investigation of the cause of such deposition, when the focus ring 101 having the above-described configuration is used, the semiconductor wafer W and the focus ring 101 have substantially the same potential. An electric field is formed between the peripheral edge portion (edge portion) of the semiconductor wafer W and the inner peripheral portion of the focus ring 101 as indicated by the dotted lines in the figure. For this reason, as shown by the solid line arrow in the figure, the plasma easily enters the back side of the semiconductor wafer W from the intermediate portion between the peripheral portion (edge portion) of the semiconductor wafer W and the inner peripheral portion of the focus ring 101. Thus, it was estimated that deposition occurred on the back surface side of the peripheral edge portion (edge portion) of the semiconductor wafer W due to the plasma entering the back surface side of the semiconductor wafer W.

本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので、半導体ウエハの周縁部においても、半導体ウエハの中央部と同様に良好で均一な処理を行うことができ、処理の面内均一性を向上させることができるとともに、半導体ウエハの周縁部裏面側に対するデポジションの発生を従来に比べて低減することのできるフォーカスリング及びプラズマ処理装置を提供しようとするものである。   The present invention has been made in response to such a conventional situation, and it is possible to perform good and uniform processing at the peripheral portion of a semiconductor wafer in the same manner as the central portion of the semiconductor wafer. It is intended to provide a focus ring and a plasma processing apparatus that can reduce the occurrence of deposition on the rear surface side of the peripheral edge of a semiconductor wafer as compared with the prior art.

本発明のフォーカスリングの一態様は、被処理基板を収容して所定のプラズマ処理を施すための処理チャンバー内の前記被処理基板が載置される下部電極上に、かつ、前記被処理基板の周囲を囲むように配置された環状のフォーカスリングであって、誘電体からなる下側部材と、この下側部材の上部に配置され導電性材料からなる上側部材とを具備し、前記上側部材は、表面に絶縁層をコーティングされた導電性部材からなり、前記絶縁層により直流電流が流れることを防止し、表面波として表面層を高周波電力が伝播可能な高周波接地用部材によって、高周波電力に対して、接地電位に接続されており、前記高周波接地用部材は、前記上側部材の下側、かつ、前記下側部材の外周部に、前記上側部材の下面の少なくとも一部と接触するように配置されていることを特徴とする。 One aspect of the focus ring of the present invention is a method in which a substrate to be processed is accommodated on a lower electrode on which the substrate to be processed is placed in a processing chamber for storing a substrate to be processed and subjected to predetermined plasma processing. An annular focus ring arranged so as to surround the periphery, comprising: a lower member made of a dielectric; and an upper member made of a conductive material arranged on the upper side of the lower member. A high-frequency grounding member capable of propagating high-frequency power through the surface layer as a surface wave, comprising a conductive member whose surface is coated with an insulating layer, preventing direct current from flowing through the insulating layer. Te is connected to the ground potential, the high frequency grounding member, the lower side of the upper member and the outer peripheral portion of the lower member, so as to contact at least a portion of the lower surface of the upper member Characterized in that it is arranged.

本発明のプラズマ処理装置の一態様は、被処理基板を収容して所定のプラズマ処理を施すための処理チャンバーと、前記処理チャンバー内に設けられ、前記被処理基板が載置される下部電極と、前記処理チャンバー内に設けられ、前記下部電極と対向する上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に高周波電力を供給して前記処理チャンバー内のガスをプラズマ化する高周波電源と、前記下部電極上に、かつ、前記被処理基板の周囲を囲むように配置される環状の部材であって、誘電体からなる下側部材と、前記下側部材の上部に配置され、導電性材料からなる環状の上側部材と、を具備し、前記上側部材は、表面に絶縁層をコーティングされた導電性部材からなり、前記絶縁層により直流電流が流れることを防止し、表面波として表面層を高周波電力が伝播可能な高周波接地用部材によって、高周波電力に対して、接地電位に接続されており、前記高周波接地用部材は、前記上側部材の下側、かつ、前記下側部材の外周部に、前記上側部材の下面の少なくとも一部と接触するように配置されていることを特徴とする。 One aspect of the plasma processing apparatus of the present invention includes a processing chamber for accommodating a substrate to be processed and performing a predetermined plasma processing, a lower electrode provided in the processing chamber, on which the substrate to be processed is placed, An upper electrode provided in the processing chamber and facing the lower electrode; a high-frequency power source for supplying high-frequency power between the lower electrode and the upper electrode to convert the gas in the processing chamber into plasma; An annular member disposed on the lower electrode and surrounding the periphery of the substrate to be processed, the lower member made of a dielectric, and the conductive member disposed on the lower member. The upper member is made of a conductive member whose surface is coated with an insulating layer, prevents direct current from flowing through the insulating layer, and represents as a surface wave. High frequency power by the high frequency grounding member which can propagate a layer for high-frequency power is connected to a ground potential, the high frequency grounding member, the lower and outer periphery of the lower member of the upper member It is arrange | positioned at a part so that at least one part of the lower surface of the said upper side member may be contacted .

本発明によれば、半導体ウエハの周縁部においても、半導体ウエハの中央部と同様に良好で均一な処理を行うことができ、処理の面内均一性を向上させることができるとともに、半導体ウエハの周縁部裏面側に対するデポジションの発生を従来に比べて低減することができる。   According to the present invention, it is possible to perform good and uniform processing at the peripheral portion of the semiconductor wafer as in the central portion of the semiconductor wafer, improve the in-plane uniformity of processing, and improve the uniformity of the semiconductor wafer. The occurrence of deposition on the rear surface side of the peripheral edge can be reduced as compared with the conventional case.

本発明の参考例のプラズマ処理装置の概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of the plasma processing apparatus of the reference example of this invention. 図1のプラズマ処理装置のフォーカスリングの要部を拡大して示す図。The figure which expands and shows the principal part of the focus ring of the plasma processing apparatus of FIG. デポジションの測定部位を説明するための図。The figure for demonstrating the measurement site | part of deposition. 図3の測定部位におけるデポジションの測定結果を示す図。The figure which shows the measurement result of the deposition in the measurement site | part of FIG. ウエハ上の各位置における電界の角度を示す図。The figure which shows the angle of the electric field in each position on a wafer. イオンの入射角の変位量の評価方法を説明するための図。The figure for demonstrating the evaluation method of the displacement amount of the incident angle of ion. イオンの入射角の変位量とフォーカスリングの高さの関係を示す図。The figure which shows the relationship between the displacement amount of the incident angle of ion, and the height of a focus ring. イオンの入射角の変位量とフォーカスリングの高さの関係を示す図。The figure which shows the relationship between the displacement amount of the incident angle of ion, and the height of a focus ring. テーパーカット深さとフォーカスリングの消耗量許容範囲との関係を示す図。The figure which shows the relationship between a taper cut depth and the consumption amount tolerance | permissible_range of a focus ring. インピーダンスの調整方法を説明するための図。The figure for demonstrating the adjustment method of an impedance. 本発明の実施形態に係るフォーカスリングの構成を示す図。The figure which shows the structure of the focus ring which concerns on embodiment of this invention. 各部のポテンシャルの周期変動の様子を示す図。The figure which shows the mode of the period fluctuation | variation of the potential of each part. ウエハのベベル部に対するポリマーの付着量を測定した結果を示す図。The figure which shows the result of having measured the adhesion amount of the polymer with respect to the bevel part of a wafer. 他の実施形態に係るフォーカスリングの構成を示す図。The figure which shows the structure of the focus ring which concerns on other embodiment. 従来のフォーカスリングの構成を示す図。The figure which shows the structure of the conventional focus ring. 図15のフォーカスリングにおける電界の状態を説明するための図。The figure for demonstrating the state of the electric field in the focus ring of FIG. 誘電体を用いたフォーカスリングにおける電界及びプラズマシースの状態を示す図。The figure which shows the state of the electric field and plasma sheath in the focus ring using a dielectric material.

以下、本発明の詳細を、図面を参照して実施の形態について説明する。   The details of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の参考例に係るプラズマ処理装置(エッチング装置)全体の概略構成を模式的に示すもので、同図において、符号1は、材質が例えばアルミニウム等からなり、内部を気密に閉塞可能に構成され、処理室を構成する円筒状の処理チャンバー(真空チャンバー)を示している。   FIG. 1 schematically shows a schematic configuration of an entire plasma processing apparatus (etching apparatus) according to a reference example of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 is made of, for example, aluminum, and the inside is airtight. A cylindrical processing chamber (vacuum chamber) that is configured to be closed and that constitutes a processing chamber is shown.

上記真空チャンバー1の内部には、導電性材料、例えばアルミニウム等からブロック状に構成され、下部電極を兼ねた載置台2が設けられている。   Inside the vacuum chamber 1, a mounting table 2 is provided which is formed in a block shape from a conductive material such as aluminum and serves also as a lower electrode.

この載置台2は、セラミックなどの絶縁板3を介して真空チャンバー1内に支持されており、載置台2の半導体ウエハW載置面には、半導体ウエハWを吸着保持するための図示しない静電チャックが設けられている。   The mounting table 2 is supported in the vacuum chamber 1 via an insulating plate 3 such as ceramic, and a static wafer (not shown) for adsorbing and holding the semiconductor wafer W on the semiconductor wafer W mounting surface of the mounting table 2. An electric chuck is provided.

また、載置台2の内部には、温度制御のための熱媒体としての絶縁性流体を循環させるための熱媒体流路4と、ヘリウムガス等の温度制御用のガスを半導体ウエハWの裏面に供給するためのガス流路5が設けられている。   Further, inside the mounting table 2, a heat medium flow path 4 for circulating an insulating fluid as a heat medium for temperature control and a temperature control gas such as helium gas are provided on the back surface of the semiconductor wafer W. A gas flow path 5 for supply is provided.

そして、熱媒体流路4内に所定温度に制御された絶縁性流体を循環させることによって、載置台2を所定温度に制御し、かつ、この載置台2と半導体ウエハWの裏面との間にガス流路5を介して温度制御用のガスを供給してこれらの間の熱交換を促進し、半導体ウエハWを精度良くかつ効率的に所定温度に制御することができるようになっている。   Then, by circulating an insulating fluid controlled to a predetermined temperature in the heat medium flow path 4, the mounting table 2 is controlled to a predetermined temperature, and between the mounting table 2 and the back surface of the semiconductor wafer W. Gas for temperature control is supplied through the gas flow path 5 to promote heat exchange between them, and the semiconductor wafer W can be accurately and efficiently controlled to a predetermined temperature.

また、載置台2には、整合器6を介して、高周波電源(RF電源)7が接続され、高周波電源7からは、所定の周波数の高周波電力が供給されるようになっている。   Further, a high frequency power source (RF power source) 7 is connected to the mounting table 2 via a matching unit 6, and high frequency power of a predetermined frequency is supplied from the high frequency power source 7.

さらに、載置台2の上側周縁部には、フォーカスリング8が設けられている。このフォーカスリング8は、誘電体(例えば、クォーツ、アルミナ等のセラミックス、ベスペル(登録商標)等の樹脂等)からなるリング状の下側部材9と、この下側部材9の上部に配置され、導電性材料(例えばシリコン、カーボン、SiC等)からなるリング状の上側部材10とから構成されており、被処理基板である半導体ウエハWの周囲を囲むように載置されている。   Further, a focus ring 8 is provided on the upper peripheral edge of the mounting table 2. The focus ring 8 is disposed on a ring-shaped lower member 9 made of a dielectric material (for example, ceramics such as quartz and alumina, resin such as Vespel (registered trademark)), and an upper portion of the lower member 9. The ring-shaped upper member 10 is made of a conductive material (for example, silicon, carbon, SiC, etc.), and is placed so as to surround the periphery of the semiconductor wafer W that is the substrate to be processed.

上記上側部材10は、図2にも示すように、その上面の外周側が、半導体ウエハWの被処理面より高い平坦部10aとされ、この平坦部10aの内周部が、外周側が内周側より高くなるよう傾斜する傾斜部10bとされている。また、上側部材10と半導体ウエハWの周縁部との間には、間隔C1 が形成されるように、上側部材10が配置されている。なお、図2においてPはプラズマを示しており、フォーカスリング8の部分において、載置台(下部電極)2は、高周波電源7から印加される高周波電力に対して、下側部材9を介して高周波結合(RF結合)され、かつ、下側部材9(誘電体)が介在することにより、この高周波に対するインピーダンスが増加する。   As shown in FIG. 2, the upper member 10 has a flat surface 10 a whose outer peripheral side is higher than the surface to be processed of the semiconductor wafer W, and the inner peripheral portion of the flat portion 10 a is the inner peripheral side. It is set as the inclination part 10b which inclines so that it may become higher. Further, the upper member 10 is arranged between the upper member 10 and the peripheral edge of the semiconductor wafer W so that a gap C1 is formed. In FIG. 2, P indicates plasma, and in the portion of the focus ring 8, the mounting table (lower electrode) 2 receives high frequency power from the high frequency power source 7 via the lower member 9. By being coupled (RF coupling) and interposing the lower member 9 (dielectric material), the impedance to this high frequency increases.

ここで、フォーカスリング8が上記構成とされている理由について説明する。前述したとおり、図15,16に示したような、フォーカスリング101では、半導体ウエハWとフォーカスリング101とが略同電位となっているため、その電界の形に起因して、プラズマが半導体ウエハWの端部裏面側に回り込み易くなっている。   Here, the reason why the focus ring 8 is configured as described above will be described. As described above, in the focus ring 101 as shown in FIGS. 15 and 16, since the semiconductor wafer W and the focus ring 101 have substantially the same potential, plasma is generated from the semiconductor wafer due to the shape of the electric field. It is easy to wrap around the back side of the end of W.

そこで、図17に示すように、誘電体リング111の上部に導電性リング112を載置した構成のフォーカスリング110を使用し、半導体ウエハWと導電性リング112との間に電位差を設け、図中に点線の矢印で示すように、半導体ウエハWの端部から導電性リング112に電気力線が向かう電界を形成するようにした。すると、この電界により、半導体ウエハWの端部裏面側へのプラズマの回り込みを抑制できることが分かった。   Therefore, as shown in FIG. 17, a focus ring 110 having a configuration in which a conductive ring 112 is placed on top of a dielectric ring 111 is used, and a potential difference is provided between the semiconductor wafer W and the conductive ring 112. As indicated by a dotted arrow, an electric field in which electric lines of force are directed from the end of the semiconductor wafer W to the conductive ring 112 is formed. Then, it turned out that this electric field can suppress the wraparound of the plasma to the edge part back surface side of the semiconductor wafer W.

しかしながら、上記構成のフォーカスリング110を使用した場合、図17に点線で示すように、半導体ウエハWの上方にできるプラズマシースと、フォーカスリング110上に形成されるプラズマシースの厚さが異なるため、半導体ウエハWの周縁部において電界が傾き、上方から半導体ウエハWの面に衝突するイオンの進入角度に傾きが生じ、エッチングが斜めに進行し、エッチング処理の均一性が低下するという問題が生じた。   However, when the focus ring 110 having the above configuration is used, the thickness of the plasma sheath formed above the semiconductor wafer W and the thickness of the plasma sheath formed on the focus ring 110 are different as shown by the dotted line in FIG. The electric field is inclined at the peripheral edge of the semiconductor wafer W, and the angle of entry of ions that collide with the surface of the semiconductor wafer W from above is inclined, so that the etching proceeds obliquely and the uniformity of the etching process is reduced. .

このため、上記構成のフォーカスリング8を採用することによって、半導体ウエハWの端部裏面側へのプラズマの回り込みを抑制しつつ、半導体ウエハWの周縁部における電界の傾きを抑制して、エッチング処理の均一性の低下も抑制するものである。   For this reason, by adopting the focus ring 8 having the above-described configuration, an etching process is performed while suppressing the wraparound of the plasma toward the back surface side of the end of the semiconductor wafer W and suppressing the inclination of the electric field at the peripheral edge of the semiconductor wafer W. It also suppresses a decrease in the uniformity of the.

また、上述したフォーカスリング8の外側には、環状に構成され、多数の排気孔が形成された排気リング11が設けられており、この排気リング11を介して、排気ポート12に接続された排気系13の真空ポンプ等により、真空チャンバー1内の処理空間の真空排気が行われるよう構成されている。   Further, an exhaust ring 11 having an annular shape and formed with a large number of exhaust holes is provided outside the focus ring 8 described above, and the exhaust connected to the exhaust port 12 through the exhaust ring 11. The processing space in the vacuum chamber 1 is evacuated by a vacuum pump of the system 13 or the like.

一方、載置台2の上方の真空チャンバー1の天壁部分には、シャワーヘッド14が、載置台2と平行に対向する如く設けられており、これらの載置台2およびシャワーヘッド14は、一対の電極(上部電極と下部電極)として機能するようになっている。また、このシャワーヘッド14には、整合器15を介して高周波電源16が接続されている。   On the other hand, a shower head 14 is provided on the top wall portion of the vacuum chamber 1 above the mounting table 2 so as to face the mounting table 2 in parallel, and the mounting table 2 and the shower head 14 are paired with each other. It functions as an electrode (upper electrode and lower electrode). In addition, a high frequency power supply 16 is connected to the shower head 14 via a matching unit 15.

上記シャワーヘッド14は、その下面に多数のガス吐出孔17が設けられており、且つその上部にガス導入部18を有している。そして、その内部にはガス拡散用空隙19が形成されている。ガス導入部18にはガス供給配管20が接続されており、このガス供給配管20の他端には、ガス供給系21が接続されている。このガス供給系21は、ガス流量を制御するためのマスフローコントローラ(MFC)22、例えばエッチング用の処理ガス等を供給するための処理ガス供給源23等から構成されている。   The shower head 14 is provided with a number of gas discharge holes 17 on the lower surface thereof, and has a gas introduction portion 18 on the upper portion thereof. A gas diffusion space 19 is formed inside. A gas supply pipe 20 is connected to the gas introduction unit 18, and a gas supply system 21 is connected to the other end of the gas supply pipe 20. The gas supply system 21 includes a mass flow controller (MFC) 22 for controlling a gas flow rate, for example, a processing gas supply source 23 for supplying a processing gas for etching and the like.

次に、上記のように構成されたエッチング装置によるエッチング処理の手順について説明する。   Next, an etching process procedure performed by the etching apparatus configured as described above will be described.

まず、真空チャンバー1に設けられた図示しないゲートバルブを開放し、このゲートバルブに隣接して配置されたロードロック室(図示せず)を介して、搬送機構(図示せず)により半導体ウエハWを真空チャンバー1内に搬入し、載置台2上に載置する。そして、搬送機構を真空チャンバー1外へ退避させた後、ゲートバルブを閉じる。   First, a gate valve (not shown) provided in the vacuum chamber 1 is opened, and a semiconductor wafer W is transferred by a transfer mechanism (not shown) through a load lock chamber (not shown) arranged adjacent to the gate valve. Is loaded into the vacuum chamber 1 and placed on the mounting table 2. Then, after the transfer mechanism is retracted out of the vacuum chamber 1, the gate valve is closed.

この後、排気系13の真空ポンプにより排気ポート12を通じて真空チャンバー1内を所定の真空度に排気しつつ、処理ガス供給源23から、真空チャンバー1内に所定の処理ガスを供給する。   Thereafter, a predetermined processing gas is supplied into the vacuum chamber 1 from the processing gas supply source 23 while the vacuum chamber 1 is exhausted to a predetermined degree of vacuum through the exhaust port 12 by a vacuum pump of the exhaust system 13.

そして、この状態で、高周波電源7から比較的周波数の低い所定の高周波電力、高周波電源16から比較的周波数の高い所定の高周波電力を供給して、プラズマを発生させ、プラズマによる半導体ウエハWのエッチングが行う。   In this state, a predetermined high frequency power having a relatively low frequency is supplied from the high frequency power source 7 and a predetermined high frequency power having a relatively high frequency is supplied from the high frequency power source 16 to generate plasma, and etching of the semiconductor wafer W by the plasma. Do.

そして、所定のエッチング処理が実行されると、高周波電源7,16からの高周波電力の供給を停止することによって、エッチング処理を停止し、上述した手順とは逆の手順で、半導体ウエハWを真空チャンバー1外に搬出する。   Then, when a predetermined etching process is executed, the etching process is stopped by stopping the supply of high-frequency power from the high-frequency power sources 7 and 16, and the semiconductor wafer W is evacuated by a procedure opposite to the above-described procedure. It is carried out of the chamber 1.

上述したプラズマによるエッチング処理の際に、参考例におけるフォーカスリング8では、前述したとおり、誘電体からなる下側部材9が載置台2上に載置され、この下側部材9の上に上側部材10が配置されていることから、半導体ウエハWに比べて、上側部材10の部分のインピーダンス(載置台2に印加される高周波電力に対するインピーダンス)が高くなり、この結果電位が低下して、半導体ウエハWと上側部材10との間に電位差が生じる。この電位差によって形成される電界の作用により、半導体ウエハWの周縁部裏面側にプラズマが回り込むことを抑制し、半導体ウエハWの周縁部裏面側にCF系ポリマー等のデポジションが生じることを抑制することができる。   In the above-described plasma etching process, in the focus ring 8 in the reference example, the lower member 9 made of a dielectric is placed on the mounting table 2 as described above, and the upper member is placed on the lower member 9. 10 is disposed, the impedance of the portion of the upper member 10 (impedance with respect to the high-frequency power applied to the mounting table 2) is higher than that of the semiconductor wafer W. As a result, the potential is lowered and the semiconductor wafer is reduced. A potential difference is generated between W and the upper member 10. By the action of the electric field formed by this potential difference, the plasma is prevented from flowing to the back surface side of the peripheral portion of the semiconductor wafer W, and the deposition of CF-based polymer or the like is suppressed on the back surface side of the peripheral portion of the semiconductor wafer W. be able to.

図3に示すように、半導体ウエハWの周縁部裏面側の水平部分の端部(0.0mm)、ここから1.0mm内側の部分、0.5mm内側の部分、端面の30°及び45°の部分におけるデポジションの量を測定した結果を図4に示す。図4(a)において、比較例は、図15,16に示した構成のフォーカスリング101を使用した場合の結果を示し、参考例1,2は、図1,2に示した上述した構成のフォーカスリング8を使用した場合を示しており、参考例1はアッシング無し、参考例2はアッシング有りの場合を夫々示している。また、図4(b)のグラフは、縦軸がデポジション量、横軸が半導体ウエハW上の位置を示しており、実線Aが比較例、点線Bが参考例1、一点鎖線Cが参考例2を示している。この図4に示されるように、フォーカスリング8を使用した場合、フォーカスリング101を使用した場合に比べて、デポジションの量を大幅に低減することができた。   As shown in FIG. 3, the edge (0.0 mm) of the horizontal part on the rear surface side of the peripheral edge of the semiconductor wafer W, the part 1.0 mm inside, 0.5 mm inside, 30 ° and 45 ° of the end face. FIG. 4 shows the result of measuring the amount of deposition in the portion. 4A, the comparative example shows the result when the focus ring 101 having the configuration shown in FIGS. 15 and 16 is used, and the reference examples 1 and 2 have the above-described configuration shown in FIGS. The case where the focus ring 8 is used is shown. Reference Example 1 shows no ashing and Reference Example 2 shows ashing. In the graph of FIG. 4B, the vertical axis indicates the deposition amount, and the horizontal axis indicates the position on the semiconductor wafer W. The solid line A is the comparative example, the dotted line B is the reference example 1, and the alternate long and short dash line C is the reference. Example 2 is shown. As shown in FIG. 4, when the focus ring 8 is used, the amount of deposition can be greatly reduced as compared with the case where the focus ring 101 is used.

また、この参考例では、上記のように誘電体からなる下側部材9を介在させたことにより、半導体ウエハWと上側部材10との間に電位差が生じているが、上側部材10の上面には、外周側が内周側より高くなるよう傾斜する傾斜部10bが形成されており、傾斜部10bの外周側には、半導体ウエハWの被処理面より高い平坦部10aが形成されている。このように、フォーカスリング8の上面に、半導体ウエハWの被処理面より高い部分が存在することにより、フォーカスリング8の上方に形成されるプラズマシースの境界部分の高さを、半導体ウエハWの上方と略同一高さまで上昇させることができ、半導体ウエハWの周縁部における電界の傾きを抑制することができる。   In this reference example, since the lower member 9 made of a dielectric is interposed as described above, a potential difference is generated between the semiconductor wafer W and the upper member 10. Is formed with an inclined portion 10b inclined so that the outer peripheral side is higher than the inner peripheral side, and a flat portion 10a higher than the surface to be processed of the semiconductor wafer W is formed on the outer peripheral side of the inclined portion 10b. In this manner, since the upper surface of the focus ring 8 is higher than the surface to be processed of the semiconductor wafer W, the height of the boundary portion of the plasma sheath formed above the focus ring 8 is set to the height of the semiconductor wafer W. The height can be raised to substantially the same height as above, and the gradient of the electric field at the peripheral edge of the semiconductor wafer W can be suppressed.

また、上記のフォーカスリング8では、半導体ウエハWの被処理面より高い位置になるよう形成された上側部材10の平坦部10aが、プラズマシースの高さを高くするよう作用するが、その変化は、傾斜部10bが存在することによって緩和され、これによって半導体ウエハWとフォーカスリング8との境界部分における急激な電界の変化を抑制することができ、例えば、電界が図17に示した場合と逆方向に傾くようなことも抑制することができる。   In the focus ring 8 described above, the flat portion 10a of the upper member 10 formed so as to be higher than the processing surface of the semiconductor wafer W acts to increase the height of the plasma sheath. Therefore, the presence of the inclined portion 10b can alleviate a sudden change in the electric field at the boundary between the semiconductor wafer W and the focus ring 8. For example, the electric field is opposite to that shown in FIG. Inclination in the direction can also be suppressed.

電界シミュレーションの結果では、図2に示す傾斜部10bの半導体ウエハWの被処理面からの高さhは、0<h≦6mmの範囲とすることが好ましく、さらに好ましい範囲は、2mm≦h≦4mmである。また、同様に図2に示す傾斜部10bの水平方向の長さlは、0.5mm≦l≦9mmの範囲とすることが好ましく、さらに好ましい範囲は、1mm≦l≦6mmである。この傾斜部10bの水平方向の長さlについては、半導体ウエハW端部とフォーカスリング8との間隔C1によっては、l=0とすることも可能である。すなわち、この場合傾斜部10bが無い形状となるが、半導体ウエハW端部とフォーカスリング8との間隔Cを調節することによってこの部分における急激な電界の変化を抑制することができる。なお、図2に示す傾斜部10bの下側端部の高さdは、0≦d≦1mm程度とすることが好ましい。 As a result of the electric field simulation, the height h of the inclined portion 10b shown in FIG. 2 from the surface to be processed of the semiconductor wafer W is preferably in the range of 0 <h ≦ 6 mm, and more preferably 2 mm ≦ h ≦. 4 mm. Similarly, the horizontal length l of the inclined portion 10b shown in FIG. 2 is preferably in the range of 0.5 mm ≦ l ≦ 9 mm, and more preferably 1 mm ≦ l ≦ 6 mm. The horizontal length l of the inclined portion 10b can be set to l = 0 depending on the distance C1 between the end portion of the semiconductor wafer W and the focus ring 8. That is, in this case the inclined portion 10b is no shape, it is possible to suppress the rapid change in the electric field at this portion by adjusting the distance C 1 between the semiconductor wafer W ends and the focus ring 8. Note that the height d of the lower end portion of the inclined portion 10b shown in FIG. 2 is preferably about 0 ≦ d ≦ 1 mm.

また、半導体ウエハWとフォーカスリング8との間には、電位差が生じているので、半導体ウエハWとフォーカスリング8とが近接し過ぎると半導体ウエハWにアーキングが生じる可能性がある。一方、半導体ウエハWとフォーカスリング8を離間させ過ぎると、前述した電界による半導体ウエハW裏面側に対するプラズマの侵入防止効果が低下してしまう。このため、図2に示す半導体ウエハW端部とフォーカスリング8との間隔Cは、0.3mm≦C≦1.5mmの範囲とすることが好ましく、1.0mm≦C≦1.5mmとすることがさらに好ましい。なお、図2に示す半導体ウエハWの端部裏面とフォーカスリング8との間隔Cについては、同様な異常放電が生じないようにするため、0.3mm≦Cとすることが好ましく、また、同様な理由により図2に示す間隔Cについは、0.4mm≦Cとすることが好ましい。 Further, since a potential difference is generated between the semiconductor wafer W and the focus ring 8, there is a possibility that arcing occurs in the semiconductor wafer W when the semiconductor wafer W and the focus ring 8 are too close to each other. On the other hand, if the semiconductor wafer W and the focus ring 8 are separated too much, the effect of preventing the plasma from entering the back side of the semiconductor wafer W due to the electric field described above will be reduced. Therefore, the distance C 1 between the end portion of the semiconductor wafer W and the focus ring 8 shown in FIG. 2 is preferably in the range of 0.3 mm ≦ C 1 ≦ 1.5 mm, and 1.0 mm ≦ C 1 ≦ 1. More preferably, it is 5 mm. 2 is preferably set to 0.3 mm ≦ C 2 in order to prevent similar abnormal discharge from occurring, with respect to the distance C 2 between the rear surface of the end portion of the semiconductor wafer W and the focus ring 8 shown in FIG. , with the interval C 3 shown in FIG. 2 for the same reason, it is preferable that the 0.4 mm ≦ C 3.

図5は、半導体ウエハWの周縁部における電界の傾きを調べた結果を示すもので、図5(a)のグラフにおける縦軸は電界の角度(図2に示す角度θ)、横軸はウエハ上の位置(図2に示すように半導体ウエハWの端部を10mmとしてその内周部の位置)を示している。   FIG. 5 shows the result of examining the gradient of the electric field at the peripheral edge of the semiconductor wafer W. In the graph of FIG. 5A, the vertical axis is the electric field angle (angle θ shown in FIG. 2), and the horizontal axis is the wafer. The upper position (the position of the inner periphery of the semiconductor wafer W with the end portion being 10 mm as shown in FIG. 2) is shown.

また、同図において、四角形の記号で示される曲線Aは図15に示した構成のフォーカスリングの場合、円形の記号で示される曲線Bは図17に示した構成のフォーカスリングの場合、三角形の記号で示される曲線C及び逆三角形の記号で示される曲線Dは、参考例に係る構成のフォーカスリングの場合を示している。なお、三角形の記号は、図2に示すlの長さが1mm、hの長さが3.6mmの場合を示し、逆三角形の記号は、図2に示すlの長さが2mm、hの長さが3.6mmの場合を示している。   In the same figure, a curve A indicated by a square symbol is a triangular shape of the focus ring shown in FIG. 15, and a curve B indicated by a circular symbol is a triangular shape of the focus ring shown in FIG. A curve C indicated by a symbol and a curve D indicated by an inverted triangle symbol indicate the case of a focus ring having a configuration according to a reference example. The triangle symbol indicates that the length of l shown in FIG. 2 is 1 mm and the length of h is 3.6 mm. The inverted triangle symbol indicates that the length of l shown in FIG. 2 is 2 mm and h. The case where the length is 3.6 mm is shown.

図5(a)(b)に示すように、図17に示した構成のフォーカスリングを使用した場合、半導体ウエハWの周縁部における電界の傾きが大きくなり、最大でθが82度程度、つまり内側に向かう傾きが8度程度生じてしまう。これに対して、参考例では、図5(a)(c)に示すように、最大でもθが88度程度、つまり内側に向かう傾きを最大でも2度程度に抑制することができる。   As shown in FIGS. 5A and 5B, when the focus ring having the configuration shown in FIG. 17 is used, the gradient of the electric field at the peripheral edge of the semiconductor wafer W becomes large, and θ is about 82 degrees at the maximum. An inward tilt will occur about 8 degrees. On the other hand, in the reference example, as shown in FIGS. 5A and 5C, θ can be suppressed to about 88 degrees at the maximum, that is, the inward inclination can be suppressed to about 2 degrees at the maximum.

なお、実際に半導体ウエハWにエッチングによってホールを形成し、そのホールの垂直からの傾きを測定したが、その結果も、上記の電界の傾きの結果と略一致した。   Note that holes were actually formed in the semiconductor wafer W by etching, and the inclination of the holes from the vertical was measured, and the result also substantially coincided with the result of the inclination of the electric field.

以上のとおり、参考例によれば、半導体ウエハの周縁部裏面側に対するデポジションの発生を従来に比べて低減することができるとともに、半導体ウエハの周縁部における電界の傾きを抑制することによって、半導体ウエハの周縁部においても略垂直なエッチングを行うことができ、処理の面内均一性を向上させることができる。   As described above, according to the reference example, it is possible to reduce the occurrence of deposition with respect to the back surface side of the peripheral edge of the semiconductor wafer as compared with the conventional case, and to suppress the inclination of the electric field at the peripheral edge of the semiconductor wafer. Even in the peripheral portion of the wafer, it is possible to perform substantially vertical etching, and the in-plane uniformity of processing can be improved.

ところで、上記のように、フォーカスリング8を、傾斜部10bと平坦部10aとを有する構造とすることにより、フォーカスリング8の寿命を長期化することができる。すなわち、上記構成を採用することによって、フォーカスリング8(上側部材10)が消耗した際の、フォーカスリング8の上方におけるプラズマシースの高さの低下を抑制することができ、フォーカスリング8がある程度消耗した場合においても、半導体ウエハWの縁部におけるイオンの入射角を垂直近傍に保つことができる。   Incidentally, as described above, the focus ring 8 has a structure having the inclined portion 10b and the flat portion 10a, whereby the life of the focus ring 8 can be extended. That is, by adopting the above configuration, it is possible to suppress a decrease in the height of the plasma sheath above the focus ring 8 when the focus ring 8 (upper member 10) is consumed, and the focus ring 8 is consumed to some extent. Even in this case, the incident angle of ions at the edge of the semiconductor wafer W can be kept in the vertical vicinity.

以下、フォーカスリングの消耗によるプラズマシースへの影響及びイオンの半導体ウエハW表面への入射角に対する影響を調査した結果について説明する。   Hereinafter, the results of investigating the influence on the plasma sheath due to the consumption of the focus ring and the influence on the incident angle of ions on the surface of the semiconductor wafer W will be described.

まず、図6に示すように、上面が平坦なフォーカスリング101について、上面の高さと半導体ウエハWの縁部におけるイオンの入射角(図中点線の矢印で示す。)との関係について調査した。   First, as shown in FIG. 6, for the focus ring 101 having a flat upper surface, the relationship between the height of the upper surface and the incident angle of ions at the edge of the semiconductor wafer W (indicated by a dotted arrow in the figure) was investigated.

なお、上記の調査の対象とした具体的なプロセスは、コンタクトホール、ビア等を形成するプロセスであり、圧力が約2〜11Pa、高周波側のRFパワー密度が3〜5W、低周波側のRFパワー密度が3〜5W、半導体ウエハWの温度が80〜120℃、電極間距離が25〜70mm、ガス系がC又はC/Cx Hy Fz (C)/Ar/O:30〜50/10〜30/500〜1500/30〜50sccm等のプロセスである。 The specific process targeted for the above investigation is a process of forming contact holes, vias, etc., with a pressure of about 2 to 11 Pa, a high frequency RF power density of 3 to 5 W, and a low frequency RF. The power density is 3 to 5 W, the temperature of the semiconductor wafer W is 80 to 120 ° C., the distance between the electrodes is 25 to 70 mm, the gas system is C 4 F 6 or C 5 F 8 / Cx Hy Fz (C 2 F 6 ) / Ar / O 2 : Process such as 30 to 50/10 to 30/500 to 1500/30 to 50 sccm.

上記のプロセスにおける半導体ウエハW(直径200〜300mm)上方に形成されるプラズマシースの厚さは、約3mmとなることから、イオンの入射角は、厚さ3mmのプラズマシースの上端部から、半導体ウエハWの縁から1mmの位置に入射するアルゴンイオンについて、半導体ウエハWの表面における入射位置、つまり、垂直に入射した場合を原点として原点からの径方向の変位量によって評価した。なお、図6において、図中左側方向への変位をマイナス、右側方向への変位をプラスとした。   Since the thickness of the plasma sheath formed above the semiconductor wafer W (diameter: 200 to 300 mm) in the above process is about 3 mm, the incident angle of ions is from the upper end of the plasma sheath having a thickness of 3 mm to the semiconductor. Argon ions incident at a position of 1 mm from the edge of the wafer W were evaluated based on the incident position on the surface of the semiconductor wafer W, that is, the amount of displacement in the radial direction from the origin, where the incident was perpendicular. In FIG. 6, the displacement in the left direction in the figure is negative, and the displacement in the right direction is positive.

上記の場合、フォーカスリング上面の高さ(半導体ウエハWの処理面(表面)の高さを原点とし、上方向をプラス方向、下方向をマイナス方向として表す。)が+0.3mmでイオンの入射位置の変位量が+0.03mmとなり、フォーカスリング上面の高さが−0.4mmでイオンの入射位置の変位量が−0.05mmとなった。   In the above case, the height of the top surface of the focus ring (the height of the processing surface (surface) of the semiconductor wafer W is the origin, the upward direction is the positive direction, and the downward direction is the negative direction) is +0.3 mm, and ions are incident The displacement amount of the position was +0.03 mm, the height of the top surface of the focus ring was −0.4 mm, and the displacement amount of the ion incident position was −0.05 mm.

このため、イオンの入射位置の変位量が上記の+0.03mm〜−0.05mmとなる範囲をフォーカスリングの寿命と仮定して比較を行った。   For this reason, the comparison was performed on the assumption that the displacement amount of the ion incident position is +0.03 mm to -0.05 mm as the lifetime of the focus ring.

なお、上記のとおり、上面が平坦なフォーカスリング101では、イオンの入射位置の変位量が+0.03mm〜−0.05mmとなるのは、フォーカスリング上面の高さが+0.3mm〜−0.4mmの範囲であるから、初期状態で、フォーカスリング101の高さを+0.3mmに設定しておいた場合、フォーカスリング上面の消耗量が0.7mmとなった時点で交換することになる。   As described above, in the focus ring 101 having a flat upper surface, the displacement amount of the ion incident position is +0.03 mm to −0.05 mm because the height of the upper surface of the focus ring is +0.3 mm to −0 mm. Since it is in the range of 4 mm, when the height of the focus ring 101 is set to +0.3 mm in the initial state, the focus ring 101 is replaced when the amount of wear on the upper surface of the focus ring becomes 0.7 mm.

次に、上述したフォーカスリング8と同様な形状、つまり上面が平坦部と傾斜部とを有するフォーカスリングについて、図2に示したlと、hを変更し、フォーカスリングの上面(平坦部の表面)と半導体ウエハWの処理面との高さtとイオンの入射位置の変位量との関係を調査した結果について説明する。なお、フォーカスリングは、初期の状態から相似形状に消耗すると仮定した。   Next, for a focus ring having the same shape as the focus ring 8 described above, that is, the focus ring having a flat portion and an inclined portion, l and h shown in FIG. 2 are changed, and the top surface of the focus ring (the surface of the flat portion) ) And the processing surface of the semiconductor wafer W and the result of investigating the relationship between the displacement amount of the ion incident position will be described. It was assumed that the focus ring was consumed in a similar shape from the initial state.

図7は、上記したlが3mm(プラズマシース厚と同一)で、hを0.5mm(曲線A),1.0mm(曲線B),1.5mm(曲線C),2.0mm(曲線D),2.5mm(曲線E),3.0mm(曲線F)とした場合の高さtと変位量との関係を調査した結果を示すもので、同図において、縦軸はイオンの入射位置の変位量(mm)、横軸はフォーカスリング上面の高さt(mm)を示している。なお、比較のため、前記した上面が平坦なフォーカスリング101の場合を図中に点線で示してある。   FIG. 7 shows that l is 3 mm (same as plasma sheath thickness) and h is 0.5 mm (curve A), 1.0 mm (curve B), 1.5 mm (curve C), 2.0 mm (curve D). ), 2.5 mm (curve E), and 3.0 mm (curve F), the results of investigating the relationship between the height t and the amount of displacement are shown. In FIG. The horizontal axis indicates the height t (mm) of the upper surface of the focus ring. For comparison, the case of the focus ring 101 having a flat upper surface is indicated by a dotted line in the drawing.

同図に示すように、hが深いほど、曲線の傾斜が緩くなり、フォーカスリング上面の高さが変わった際のイオンの変位量の変化が少なくなる。したがって、上記の範囲では、hが深いほどフォーカスリングの寿命が長くなり、交換周期を長期化することが可能となる。なお、図7に示す結果を数値で示すと、   As shown in the figure, as h becomes deeper, the slope of the curve becomes gentler, and the change in the amount of displacement of ions when the height of the upper surface of the focus ring changes decreases. Therefore, in the above range, the longer the h, the longer the life of the focus ring and the longer the replacement cycle. In addition, when the result shown in FIG.

h=0.5の場合 高さtの許容範囲:−0.3〜+0.55mm(0.85mm)   When h = 0.5, allowable range of height t: -0.3 to +0.55 mm (0.85 mm)

h=1.0の場合 高さtの許容範囲:−0.1〜+0.8mm(0.9mm)   When h = 1.0 Allowable range of height t: -0.1 to +0.8 mm (0.9 mm)

h=1.5の場合 高さtの許容範囲:0〜+1.0mm(1.0mm)   When h = 1.5, allowable range of height t: 0 to +1.0 mm (1.0 mm)

h=2.0の場合 高さtの許容範囲:0〜+1.1mm(1.1mm)   When h = 2.0, allowable range of height t: 0 to +1.1 mm (1.1 mm)

h=2.5の場合 高さtの許容範囲:0〜+1.1mm(1.1mm)   When h = 2.5, allowable range of height t: 0 to +1.1 mm (1.1 mm)

h=3.0の場合 高さtの許容範囲:0〜+1.2mm(1.2mm)
である。
When h = 3.0 Allowable range of height t: 0 to +1.2 mm (1.2 mm)
It is.

上記のとおり、lを、プラズマシース厚と同一の3mmとした場合、hが0.5mmであっても、高さtの許容範囲が0.85mmとなり、上面が平坦なフォーカスリングの場合(高さtの許容範囲が0.7mm)に比べて明らかな効果が見られる。また、hを3.0mmとすることにより、高さtの許容範囲が1.2mmとなり、上面が平坦なフォーカスリングの場合に比べて高さtの許容範囲を1.7倍程度に拡大できる。   As described above, when l is 3 mm, which is the same as the plasma sheath thickness, even if h is 0.5 mm, the allowable range of height t is 0.85 mm, and the focus ring has a flat upper surface (high A clear effect is seen in comparison with a tolerance range of 0.7 mm. Further, by setting h to 3.0 mm, the allowable range of height t is 1.2 mm, and the allowable range of height t can be enlarged by about 1.7 times compared to a focus ring with a flat upper surface. .

なお、上記のhが3.0mmの場合、初期のフォーカスリング上面の高さt=+1.2mmである。したがって、傾斜部の最も高さの低い部分(内周側端部)の初期の高さは、半導体ウエハWの処理面の高さを基準とした場合、1.2mm−3.0mm=−1.8mmの高さにあり、半導体ウエハWの処理面の高さより低い位置になる。   When h is 3.0 mm, the initial focus ring height t = + 1.2 mm. Accordingly, the initial height of the lowest height portion (inner peripheral side end portion) of the inclined portion is 1.2 mm−3.0 mm = −1 when the height of the processing surface of the semiconductor wafer W is used as a reference. It is at a height of .8 mm and is lower than the height of the processing surface of the semiconductor wafer W.

図8は、上記したlが6mm(プラズマシース厚の2倍)の場合について、hを0.5mm(曲線A),1.0mm(曲線B),1.5mm(曲線C),2.0mm(曲線D),2.5mm(曲線E),3.0mm(曲線F)とした場合の高さtと変位量との関係を調査した結果を示すもので、同図において、縦軸はイオンの入射位置の変位量(mm)、横軸はフォーカスリング上面の高さt(mm)を示している。なお、比較のため、前記した上面が平坦なフォーカスリング101の場合を図中に点線で示してある。   FIG. 8 shows that h is 0.5 mm (curve A), 1.0 mm (curve B), 1.5 mm (curve C), 2.0 mm when l is 6 mm (twice the plasma sheath thickness). (Curve D), 2.5 mm (Curve E), 3.0 mm (Curve F) shows the results of investigating the relationship between the height t and the amount of displacement. The amount of displacement of the incident position (mm), and the horizontal axis indicates the height t (mm) of the focus ring top surface. For comparison, the case of the focus ring 101 having a flat upper surface is indicated by a dotted line in the drawing.

同図に示すように、lを6mmとした場合も、lを3mmとした場合と同様に、hが深いほど、曲線の傾斜が緩くなり、フォーカスリング上面の高さが変わった際のイオンの変位量の変化が少なくなる。   As shown in the figure, when l is set to 6 mm, as in the case where l is set to 3 mm, as h becomes deeper, the slope of the curve becomes gentler, and the ion at the time when the height of the focus ring upper surface changes is changed. Less change in displacement.

なお、図8に示す結果を数値で示すと、   In addition, when the result shown in FIG.

h=0.5の場合 高さtの許容範囲:−0.3〜+0.65mm(0.95mm)   When h = 0.5, allowable range of height t: -0.3 to +0.65 mm (0.95 mm)

h=1.0の場合 高さtの許容範囲:0〜+1.0mm(1.0mm)   When h = 1.0 Allowable range of height t: 0 to +1.0 mm (1.0 mm)

h=1.5の場合 高さtの許容範囲:+0.2〜+1.3mm(1.1mm)   When h = 1.5, allowable range of height t: +0.2 to +1.3 mm (1.1 mm)

h=2.0の場合 高さtの許容範囲:+0.3〜+1.6mm(1.3mm)   When h = 2.0, allowable range of height t: +0.3 to +1.6 mm (1.3 mm)

h=2.5の場合 高さtの許容範囲:+0.4〜+2.0mm(1.6mm)   When h = 2.5 Allowable range of height t: +0.4 to +2.0 mm (1.6 mm)

h=3.0の場合 高さtの許容範囲:+0.5〜+2.1mm(1.6mm)
である。
When h = 3.0 Allowable range of height t: +0.5 to +2.1 mm (1.6 mm)
It is.

上記のとおり、lを、プラズマシース厚の2倍の6mmとした場合、hが0.5mmであっても、高さtの許容範囲が0.95mmとなり、上面が平坦なフォーカスリングの場合(高さtの許容範囲が0.7mm)に比べて明らかな効果が見られる。また、hを2.5〜3.0mmとすることにより、高さtの許容範囲が1.6mmとなり、上面が平坦なフォーカスリングの場合に比べて高さtの許容範囲を2倍以上に拡大できる。   As described above, when l is 6 mm, which is twice the plasma sheath thickness, even if h is 0.5 mm, the allowable range of height t is 0.95 mm, and the focus ring has a flat top surface ( A clear effect is seen in comparison with the allowable range of height t being 0.7 mm. Further, by setting h to 2.5 to 3.0 mm, the allowable range of height t is 1.6 mm, and the allowable range of height t is more than double that of a focus ring with a flat upper surface. Can be expanded.

なお、従来では、例えば、処理時間の積算時間が400時間程度で、フォーカスリングの交換を行っている。したがって、このようなフォーカスリングの交換周期を800時間以上程度に長期化できる。   Conventionally, for example, the processing time integration is about 400 hours, and the focus ring is replaced. Therefore, the exchange period of such a focus ring can be extended to about 800 hours or more.

図9は、縦軸をフォーカスリング(F/R)の消耗許容範囲Δ(mm)、横軸をh(テーパーカット深さ)(mm)として、上述したlが3mmの場合(図中四角形の印で示す。)と6mmの場合(図中円形の印で示す。)、及びこれらから推定されるテーパーカット位置lが9mmの場合(図中点線で示す。)のこれらの関係を示したものである。   FIG. 9 shows a case where the vertical axis is the allowable consumption range Δ (mm) of the focus ring (F / R), the horizontal axis is h (taper cut depth) (mm), and the above-mentioned l is 3 mm (in the figure, the square shape). ) And 6 mm (indicated by a circular mark in the figure), and when the taper cut position l estimated from these is 9 mm (indicated by a dotted line in the figure) It is.

同図に示されるように、hは、ある程度深い方が、フォーカスリングの消耗許容範囲Δは、大きくなるが、2.5〜3.0mm程度で飽和する傾向にある。   As shown in the figure, when h is deeper to some extent, the allowable consumption range Δ of the focus ring becomes larger, but tends to be saturated at about 2.5 to 3.0 mm.

また、lは、長い方が、フォーカスリングの消耗許容範囲Δが大きくなる傾向があり、少なくとも、プラズマシースの厚さと同じ程度(3mm)以上とすることが好ましく、さらには、プラズマシースの厚さの2倍程度(6mm)以上とすることが好ましい。   In addition, the longer l has a tendency that the allowable consumption range Δ of the focus ring tends to be larger, and is preferably at least as large as the thickness of the plasma sheath (3 mm) or more, and further, the thickness of the plasma sheath. Is preferably about twice (6 mm) or more.

以上のように、傾斜部と平坦部を有する形状のフォーカスリングとすることにより、フォーカスリングの消耗許容範囲Δを大きくすることができる。これによって、従来に比べてフォーカスリングの交換サイクルを長期化することができ、ランニングコストの低減と装置稼働率の向上を図ることができる。また、フォーカスリング寿命の長期化という観点からは、その材質として、CVD−SiCを使用することが好ましく、特にSiの抵抗率(1〜30Ω)と同等の抵抗率を有するCVD−SiCを製造することが可能になっていることから、このような抵抗率を有するCVD−SiCを使用することが好ましい。このようなCVD−SiCを使用してフォーカスリングを構成すれば、Siを使用した場合と同様な電気的特性を得られ、かつ、Siを使用した場合に比べて2〜3倍の寿命とすることができる。   As described above, by adopting a focus ring having a shape having an inclined portion and a flat portion, the consumption tolerance range Δ of the focus ring can be increased. As a result, the focus ring replacement cycle can be prolonged as compared with the conventional case, and the running cost can be reduced and the apparatus operating rate can be improved. Further, from the viewpoint of extending the life of the focus ring, it is preferable to use CVD-SiC as the material, and in particular, CVD-SiC having a resistivity equivalent to that of Si (1 to 30Ω) is manufactured. Therefore, it is preferable to use CVD-SiC having such a resistivity. If a focus ring is configured using such CVD-SiC, the same electrical characteristics as when Si is used can be obtained, and the life is 2-3 times longer than when Si is used. be able to.

ところで、上述した構成のフォーカスリング8では、このフォーカスリング8の部分のインピーダンスに最適な範囲があり、インピーダンスの値をこの最適な範囲に調整することが好ましい。そして、フォーカスリング8では、誘電体からなる下側部材9の材質を選択し、その誘電率を変化させるか、若しくは、その厚さを変えることによって、インピーダンスを調節することができる。すなわち、インピーダンスZは、下側部材9を挟んだことによって形成されるキャパシタンスCの値を変えることによって、調整することができる。従って、例えば、図10に示されるフォーカスリング8のように、厚さdを薄くした下側部材9用い、その下に、導電性部材30を設けることによって、キャパシタンスCを変化させ、インピーダンスZを所望の値に調節することができる。また、このように下側部材9と載置台2との間に導電性部材30を介在させることにより、下側部材9と載置台2との間の熱伝導性を改善することができ、下側部材9を所定温度に制御して、過熱されてプロセスに悪影響を与えること等を防止することができる。この場合、導電性部材30としては、熱伝導性の良好な材質、例えば、シリコン又はシリコンゴム等の材質を選択することが好ましい。   By the way, in the focus ring 8 having the above-described configuration, there is an optimum range for the impedance of the portion of the focus ring 8, and it is preferable to adjust the impedance value to this optimum range. In the focus ring 8, the impedance can be adjusted by selecting the material of the lower member 9 made of a dielectric and changing its dielectric constant or changing its thickness. That is, the impedance Z can be adjusted by changing the value of the capacitance C formed by sandwiching the lower member 9. Therefore, for example, as in the focus ring 8 shown in FIG. 10, the lower member 9 having a reduced thickness d is used, and the conductive member 30 is provided below the lower member 9, whereby the capacitance C is changed and the impedance Z is changed. It can be adjusted to the desired value. Further, by interposing the conductive member 30 between the lower member 9 and the mounting table 2 in this way, the thermal conductivity between the lower member 9 and the mounting table 2 can be improved, The side member 9 can be controlled to a predetermined temperature to prevent the process from being overheated and adversely affecting the process. In this case, as the conductive member 30, it is preferable to select a material having good thermal conductivity, such as silicon or silicon rubber.

ここで、半導体ウエハWの下側部分にも実際には静電チャックを構成するための絶縁性部材等(厚さ例えば0.6mm)が設けられており、この絶縁性部材の影響により上述したと同様なインピーダンスが生じている。この半導体ウエハWの部分のインピーダンスをZ0とし、
(Z/Z0)=60
程度となるように、インピーダンスZの値を調整しようとすると、下側部材9の上面(又は下面)の面積をS、厚さをd、比誘電率をε、真空の誘電率をε0として、
Z=ε0・ε(S/d)
となるので、下側部材9の材質がクォーツ(石英)で、内径が約300mm、外径が約360mmの場合、その厚さを5〜10mm程度とすることが好ましく、7〜9mmとすることがさらに好ましい。
Here, an insulating member or the like (thickness, for example, 0.6 mm) for actually forming an electrostatic chuck is also provided on the lower portion of the semiconductor wafer W, and the above-described effect is caused by the influence of the insulating member. The same impedance is generated. The impedance of this semiconductor wafer W is Z0,
(Z / Z0) = 60
In order to adjust the value of the impedance Z so as to be about, assuming that the area of the upper surface (or lower surface) of the lower member 9 is S, the thickness is d, the relative dielectric constant is ε, and the vacuum dielectric constant is ε0,
Z = ε0 · ε (S / d)
Therefore, when the material of the lower member 9 is quartz (quartz), the inner diameter is about 300 mm, and the outer diameter is about 360 mm, the thickness is preferably about 5 to 10 mm, preferably 7 to 9 mm. Is more preferable.

次に、本発明の実施形態について説明する。図11は、この実施形態のフォーカスリングの断面構成を模式的に示すものである。前述したとおり、半導体ウエハWが載置される載置台2は、絶縁板3によって支持されており、載置台2には高周波電源7が接続されている。   Next, an embodiment of the present invention will be described. FIG. 11 schematically shows a cross-sectional configuration of the focus ring of this embodiment. As described above, the mounting table 2 on which the semiconductor wafer W is mounted is supported by the insulating plate 3, and the high-frequency power source 7 is connected to the mounting table 2.

さらに、載置台2の上側周縁部には、フォーカスリング50が設けられている。このフォーカスリング50は、誘電体(例えば、クォーツ、アルミナ等のセラミックス、ベスペル(登録商標)等の樹脂等)からなるリング状の下側部材51と、この下側部材51の上部に配置され、導電性材料(例えばシリコン、カーボン、SiC等)からなるリング状の上側部材52とから構成されており、被処理基板である半導体ウエハWの周囲を囲むように載置されている。   Further, a focus ring 50 is provided on the upper peripheral edge of the mounting table 2. The focus ring 50 is disposed on a ring-shaped lower member 51 made of a dielectric (for example, ceramics such as quartz and alumina, resin such as Vespel (registered trademark)), and an upper portion of the lower member 51. It is composed of a ring-shaped upper member 52 made of a conductive material (for example, silicon, carbon, SiC, etc.), and is placed so as to surround the periphery of the semiconductor wafer W which is a substrate to be processed.

上記上側部材52は、例えば、アルミニウム等の導電性材料からなり、表面を、セラミックスの溶射膜(例えば、Al/Al、Y等のFCC(ファインセラミックスコート))等の絶縁層(絶縁膜)によりコーティングされた高周波接地用部材53を介して、高周波電力に対して接地電位に接続されている。この絶縁層は、高周波接地用部材53をプラズマから保護することと、直流電流が流れることを防止することを目的として形成されたものである。すなわち、絶縁層は、直流電流を通さない十分な厚さを有し、直流電流はこの絶縁層に阻まれ伝播しない。一方で表面波として固体表面を伝播できる高周波(RF)は、高周波接地用部材53の表面層を伝播することが可能であり、当該高周波接地用部材53は高周波のグランド経路として作用する。さらに、高周波接地用部材53とアースとの間には、高周波のリターンを阻害するためにプラズマ生成のために印加される高周波電力の周波数に応じてハイパスフィルタ若しくはローパスフィルタ等の周波数カットフィルタ、周波数減衰フィルタ等を介在させてもよい。また、高周波接地用部材53とアースとの間にはスイッチ手段を設け、プロセスレシピと連動して所定のタイミング時に高周波をグランドに落とす/落とさないことを制御することも可能である。この高周波接地用部材53と載置台2との間及び上側部材52の外周側(高周波接地用部材53の上側)には、環状に形成された誘電体(例えば、クォーツ、アルミナ等のセラミックス、ベスペル(登録商標)等の樹脂等)からなる絶縁部材54、55が配置されている。このうち絶縁部材54は、載置台2から直流電圧成分が外側に漏れないにするためのものである。また、絶縁部材55は、プラズマが外周方向に向かって広がり過ぎないようにする作用があり、プラズマが広がり過ぎて、排気バッフル(図示せず)から排気側に漏れてしまうことを防止するように電界を規制する。 The upper member 52 is made of, for example, a conductive material such as aluminum, and has an insulating surface such as a ceramic sprayed film (for example, FCC (fine ceramic coat) such as Al / Al 2 O 3 and Y 2 O 3 ). The high-frequency power is connected to the ground potential via a high-frequency grounding member 53 coated with a layer (insulating film). This insulating layer is formed for the purpose of protecting the high-frequency grounding member 53 from plasma and preventing a direct current from flowing. That is, the insulating layer has a sufficient thickness not to pass a direct current, and the direct current is blocked by the insulating layer and does not propagate. On the other hand, the high frequency (RF) capable of propagating on the solid surface as a surface wave can propagate through the surface layer of the high frequency grounding member 53, and the high frequency grounding member 53 acts as a high frequency ground path. Further, between the high frequency grounding member 53 and the ground, a frequency cut filter such as a high-pass filter or a low-pass filter, depending on the frequency of the high-frequency power applied for plasma generation in order to inhibit high-frequency return, An attenuation filter or the like may be interposed. It is also possible to provide a switch means between the high frequency grounding member 53 and the ground, and control whether or not to drop the high frequency to the ground at a predetermined timing in conjunction with the process recipe. Between the high-frequency grounding member 53 and the mounting table 2 and on the outer peripheral side of the upper member 52 (above the high-frequency grounding member 53), a ring-shaped dielectric (for example, ceramics such as quartz and alumina, vespel, etc.) Insulating members 54 and 55 made of resin such as (registered trademark) are disposed. Among these, the insulating member 54 is for preventing a DC voltage component from leaking outside from the mounting table 2. Further, the insulating member 55 has an effect of preventing the plasma from spreading too much in the outer peripheral direction, and prevents the plasma from spreading too much and leaking from the exhaust baffle (not shown) to the exhaust side. Regulate the electric field.

縦軸を電圧、横軸を時間周期とした図12のグラフは、半導体ウエハWとフォーカスリング50及びプラズマのポテンシャル(電圧)の時間的な変化の様子を示すものである。同図に曲線Aで示すように、半導体ウエハWのポテンシャルは、高周波電源7から印加される高周波の周波数(例えば2MHz)に応じて変化する。   The graph of FIG. 12, with the vertical axis representing voltage and the horizontal axis representing time period, shows a temporal change in the potential (voltage) of the semiconductor wafer W, the focus ring 50 and the plasma. As indicated by a curve A in the figure, the potential of the semiconductor wafer W changes according to a high frequency (for example, 2 MHz) applied from the high frequency power supply 7.

一方、フォーカスリング50の上側部材52は、高周波電力に対して接地電位とされていることから、そのポテンシャルは直線Bで示すように一定となる。このため、高周波のサイクルがプラス側の時もマイナス側の時も、図中矢印で示すように、半導体ウエハWと上側部材52との電位差を大きくとることができる。   On the other hand, since the upper member 52 of the focus ring 50 is at the ground potential with respect to the high-frequency power, the potential is constant as shown by the straight line B. Therefore, the potential difference between the semiconductor wafer W and the upper member 52 can be made large as indicated by the arrows in the figure, whether the high frequency cycle is on the plus side or the minus side.

なお、同図において曲線Cはプラズマポテンシャルの変化、曲線Dは図2に示したフォーカスリング8の上側部材10のポテンシャルの変化を示すものである。この曲線Dに示されるように、図2に示したフォーカスリング8の場合、高周波のサイクルがプラス側となった時に、半導体ウエハWと上側部材10との電位差が小さくなってしまう。このような高周波の振動に伴う電位差の変動を、上記のように上側部材52を高周波電力に対して接地電位とすることによって抑制することができる。   In the figure, curve C represents the change in plasma potential, and curve D represents the change in potential of the upper member 10 of the focus ring 8 shown in FIG. As shown by the curve D, in the case of the focus ring 8 shown in FIG. 2, when the high frequency cycle is on the plus side, the potential difference between the semiconductor wafer W and the upper member 10 becomes small. Such variation in potential difference due to high-frequency vibration can be suppressed by setting the upper member 52 to the ground potential with respect to the high-frequency power as described above.

縦軸をポリマー厚さ、横軸をベベルポジションとした図13(A)のグラフは、図13(B)に示す半導体ウエハのベベル部の0,30,45,90度の位置におけるポリマーの付着量を測定した結果を示すものである。図13(A)において、実線Eは図15に示した従来のフォーカスリング101を使用した場合、実線Fは図2に示したフォーカスリング8を使用した場合、実線Gは図11に示したフォーカスリング50を使用した場合について示している。このグラフに示されるように、フォーカスリング50を使用した場合、半導体ウエハとフォーカスリングの間の電界強度を高くすることができ、これによってプラズマの回り込みを防ぎ、この間におけるラジカルの量を低減することができるので、フォーカスリング8を使用した場合より更に、ウエハベベル部におけるポリマーのデポジションの量を減少させることができる。   The graph of FIG. 13A, where the vertical axis represents the polymer thickness and the horizontal axis represents the bevel position, shows the adhesion of the polymer at 0, 30, 45, and 90 degrees on the bevel portion of the semiconductor wafer shown in FIG. The result of measuring the quantity is shown. In FIG. 13A, the solid line E is the case where the conventional focus ring 101 shown in FIG. 15 is used, the solid line F is the case where the focus ring 8 shown in FIG. 2 is used, and the solid line G is the focus shown in FIG. The case where the ring 50 is used is shown. As shown in this graph, when the focus ring 50 is used, the electric field strength between the semiconductor wafer and the focus ring can be increased, thereby preventing the wraparound of the plasma and reducing the amount of radicals during this period. Therefore, the amount of polymer deposition at the wafer bevel portion can be further reduced than when the focus ring 8 is used.

なお、上記の実施形態では、高周波接地用部材53によって上側部材52を高周波電力に対して接地電位に接続した場合について説明したが、このような構造の高周波接地用部材53を使用せずに他の方法で上側部材52を高周波電力に対して接地電位に接続してもよい。   In the above embodiment, the case where the upper member 52 is connected to the ground potential with respect to the high-frequency power by the high-frequency grounding member 53 has been described, but the high-frequency grounding member 53 having such a structure is not used. The upper member 52 may be connected to the ground potential with respect to the high-frequency power by this method.

図14(a)は、他の実施形態に係るフォーカスリング60の断面構成を模式的に示すものである。前述したとおり、半導体ウエハWが載置される載置台2は、絶縁板3によって支持されており、載置台2には高周波電源7が接続されている。   FIG. 14A schematically shows a cross-sectional configuration of a focus ring 60 according to another embodiment. As described above, the mounting table 2 on which the semiconductor wafer W is mounted is supported by the insulating plate 3, and the high-frequency power source 7 is connected to the mounting table 2.

さらに、載置台2の上側周縁部には、フォーカスリング60が設けられている。このフォーカスリング60は、誘電体(例えば、クォーツ、アルミナ等のセラミックス、ベスペル(登録商標)等の樹脂等)からなるリング状の下側部材61と、この下側部材61の上部に配置され、導電性材料(例えばシリコン、カーボン、SiC等)からなるリング状の上側部材62とから構成されており、被処理基板である半導体ウエハWの周囲を囲むように載置されている。   Further, a focus ring 60 is provided on the upper peripheral edge of the mounting table 2. The focus ring 60 is disposed on a ring-shaped lower member 61 made of a dielectric (for example, ceramics such as quartz and alumina, resin such as Vespel (registered trademark)), and an upper portion of the lower member 61. It is composed of a ring-shaped upper member 62 made of a conductive material (for example, silicon, carbon, SiC, etc.) and is placed so as to surround the periphery of the semiconductor wafer W which is a substrate to be processed.

上記上側部材62は、例えば、アルミニウム等の導電性材料からなり、表面を、セラミックスの溶射膜(例えば、Al/Al、Y等のFCC(ファインセラミックスコート))等の絶縁層(絶縁膜)によりコーティングされた高周波接地用部材63を介して、高周波電力に対して接地電位に接続されている。この絶縁層は、高周波接地用部材63をプラズマから保護することと、直流電流が流れることを防止することを目的として形成されたものである。すなわち、絶縁層は、直流電流を通さない十分な厚さを有し、直流電流はこの絶縁層に阻まれ伝播しない。一方で表面波として固体表面を伝播できる高周波(RF)は、高周波接地用部材63の表面層を伝播することが可能であり、当該高周波接地用部材63は高周波のグランド経路として作用する。この高周波接地用部材63と載置台2との間及び上側部材62の外周側(高周波接地用部材63の上側)には、環状に形成された誘電体(例えば、クォーツ、アルミナ等のセラミックス、ベスペル(登録商標)等の樹脂等)からなる絶縁部材64、65が配置されている。このうち絶縁部材64は、載置台2から直流電圧成分が外側に漏れないにするためのものである。また、絶縁部材65は、プラズマが外周方向に向かって広がり過ぎないようにする作用があり、プラズマが広がり過ぎて、排気バッフル(図示せず)から排気側に漏れてしまうことを防止するように電界を規制する。 The upper member 62 is made of, for example, a conductive material such as aluminum, and the surface thereof is a ceramic sprayed film (for example, FCC (fine ceramic coat (FCC) such as Al 2 / Al 2 O 3 , Y 2 O 3 )). The high frequency power is connected to the ground potential via a high frequency grounding member 63 coated with an insulating layer (insulating film). This insulating layer is formed for the purpose of protecting the high frequency grounding member 63 from plasma and preventing a direct current from flowing. That is, the insulating layer has a sufficient thickness not to pass a direct current, and the direct current is blocked by the insulating layer and does not propagate. On the other hand, a high frequency (RF) capable of propagating as a surface wave on the solid surface can propagate through the surface layer of the high frequency grounding member 63, and the high frequency grounding member 63 acts as a high frequency ground path. Between the high-frequency grounding member 63 and the mounting table 2 and on the outer peripheral side of the upper member 62 (above the high-frequency grounding member 63), a ring-shaped dielectric (for example, ceramics such as quartz and alumina, vespel, etc.) Insulating members 64 and 65 made of a resin such as (registered trademark) are disposed. Among these, the insulating member 64 is for preventing a DC voltage component from leaking out from the mounting table 2. Further, the insulating member 65 has an effect of preventing the plasma from spreading too much toward the outer peripheral direction, and prevents the plasma from spreading too much and leaking from the exhaust baffle (not shown) to the exhaust side. Regulate the electric field.

さらに、本実施形態では、下側部材61と上側部材62との間に、所定間隔Dが設けられており、この所定間隔Dが略0.5mmとされている。また、この間隔Dをあけて下側部材61と上側部材62とが対向する部位の径方向の長さLが5〜10mmとされている。また、上側部材62の下端が、半導体ウエハWの上面より1.5〜2.5mm(図中のH)高い位置となるよう構成されている。このような構成とされているのは、以下のような理由による。   Further, in the present embodiment, a predetermined distance D is provided between the lower member 61 and the upper member 62, and the predetermined distance D is approximately 0.5 mm. Moreover, the length L in the radial direction of the portion where the lower member 61 and the upper member 62 face each other with the gap D is set to 5 to 10 mm. The lower end of the upper member 62 is configured to be higher by 1.5 to 2.5 mm (H in the figure) than the upper surface of the semiconductor wafer W. The reason for this configuration is as follows.

すなわち、前述したような半導体ウエハのベベル部(図13(B)の90°、45°、30°の個所)及び半導体ウエハ端部裏面(図13(B)の0°の個所)のポリマーの付着量を減少させるためには、プラズマ処理中に下側部材61の温度を比較的低い温度に保ち、例えば100℃より低く保つことが望ましく、さらには70℃以下とすることが好ましい。一方、上側部材62は、プラズマ処理中に比較的高い温度、例えば250℃以上に保つことが望ましい。その理由は、上側部材62の温度を250℃以上とすることにより、フッ素ラジカルとSiとの結合を促進してフッ素ラジカルの量を減少させることができ、これによってフォトレジスト若しくはSiN等の化学反応性の強いエッチングアプリケーションにおけるエッチングレートが半導体ウエハの周縁部で上昇する現象を抑制することができるからである。このように、下側部材61の温度と、上側部材62の温度を異なった温度に維持するため、下側部材61と上側部材62との間に所定間隔Dを設ける。また、上側部材62の温度を上昇させるためには、図中に矢印で示すように載置台2から下側部材61、上側部材62、高周波接地用部材63という経路を通じて流れる高周波(周波数が例えば2MHz)印加電圧を高くして、ジュール熱によって上側部材62を加熱する必要がある。このため、上記経路のインピーダンスを低くする必要がある。このような条件を満たすようにするため、間隔Dは、略0.5mm程度とすることが好ましい。   That is, the polymer of the bevel part (90 °, 45 °, 30 ° part of FIG. 13B) and the back surface of the semiconductor wafer end part (0 ° part of FIG. 13B) as described above. In order to reduce the amount of adhesion, it is desirable to keep the temperature of the lower member 61 at a relatively low temperature during the plasma treatment, for example, to keep it lower than 100 ° C., and preferably 70 ° C. or lower. On the other hand, the upper member 62 is desirably maintained at a relatively high temperature, for example, 250 ° C. or higher during the plasma processing. The reason is that by setting the temperature of the upper member 62 to 250 ° C. or more, the bonding between fluorine radicals and Si can be promoted and the amount of fluorine radicals can be reduced, thereby causing a chemical reaction such as photoresist or SiN. This is because it is possible to suppress the phenomenon that the etching rate in a highly etching application increases at the peripheral edge of the semiconductor wafer. Thus, in order to maintain the temperature of the lower member 61 and the temperature of the upper member 62 at different temperatures, a predetermined distance D is provided between the lower member 61 and the upper member 62. Further, in order to raise the temperature of the upper member 62, a high frequency (frequency is 2 MHz, for example) flowing from the mounting table 2 through the path of the lower member 61, the upper member 62, and the high frequency grounding member 63 as indicated by an arrow in the figure. It is necessary to increase the applied voltage and heat the upper member 62 by Joule heat. For this reason, it is necessary to reduce the impedance of the path. In order to satisfy such conditions, the interval D is preferably about 0.5 mm.

つまり、このような条件を満たす為に間隔Dが0.5mm程度とすることが好ましいというのは、2MHzの高周波電力を印加する際に、所定温度つまり250℃以上に上側部材62を加熱するためには、プラズマインピーダンスZpに対して、少なくとも3〜10倍のインピーダンスが必要である知見が得られた。そこで、高周波は交流なので、負荷効果は、抵抗だけでなく、静電容量(コンデンサ)やインダクタンス(コイル)についても配慮が必要となり、そしてこれらを総合したインピーダンス(交流に対する電流対抗成分)で考えると以下のように説明できる。上側部材62と高周波接地用部材63との接合部分のインピーダンスをZとし、間隔DをインピーダンスZとし、Zは少なくともZの10倍のインピーダンスがあると高抵抗となり、制御性の効率の観点から好ましいので、
>>Z,Z≧10×Z
とすると、図14(b)のように、
+Z>Zp
の式が成り立つように制御するには、
インピーダンス[Ω]:Z=ε0S/D
(ε0=真空の誘電率、S=面積[m2]、D=間隔[m])
の式から求めることができる。
In other words, in order to satisfy such a condition, the interval D is preferably set to about 0.5 mm in order to heat the upper member 62 to a predetermined temperature, that is, 250 ° C. or higher when a high frequency power of 2 MHz is applied. Has been found that an impedance of at least 3 to 10 times the plasma impedance Zp is necessary. Therefore, since the high frequency is alternating current, it is necessary to consider not only the resistance but also the capacitance (capacitor) and inductance (coil), and considering the combined impedance (current resistance component against alternating current) as the load effect. This can be explained as follows. The impedance of the junction between the upper member 62 and the high-frequency grounding member 63 and Z 1, and the distance D between the impedance Z 2, Z 2 becomes a high resistance and there are at least 10 times the impedance Z 1, control of efficiency From the viewpoint of
Z 2 >> Z 1 , Z 2 ≧ 10 × Z 1
Then, as shown in FIG.
Z 1 + Z 2 > Zp
To control so that
Impedance [Ω]: Z = ε0 S / D
(Ε0 = dielectric constant of vacuum, S = area [m 2 ], D = interval [m])
It can be obtained from the following formula.

下側部材61の表面積は200mmウエハ及び300mmウエハではそれぞれ異なるので、上記式に所望の下側部材61の表面積を導入すれば一義的に、間隔Dを決定することが可能である。つまり、半導体ウエハに限らず、より面積が大きくなるLCD基板などをプラズマ処理する基板処理装置の下側部材においても適応可能である。これによって、上側部材62と下側部材61は非接触なので伝熱しない構成をとることができるとともに、高周波電源7から発生する表面波である高周波は静電誘導原理によってキャパシタンス(間隔D)を通して上側部材62に伝わる。また、間隔Dの個所に断熱材を挟むと当該個所の誘電率は断熱材の材料の誘電率によって制限されてしまうが、本件のように真空キャパシタンスを構成すると処理室内の真空度を制御することで誘電率εを可変制御することができることから制御性という点においても優れている。   Since the surface area of the lower member 61 is different between the 200 mm wafer and the 300 mm wafer, if the desired surface area of the lower member 61 is introduced into the above equation, the distance D can be uniquely determined. That is, the present invention can be applied not only to a semiconductor wafer but also to a lower member of a substrate processing apparatus that performs plasma processing on an LCD substrate having a larger area. Accordingly, since the upper member 62 and the lower member 61 are not in contact with each other, it is possible to adopt a structure in which heat is not transferred, and the high frequency, which is a surface wave generated from the high frequency power source 7, is passed through the capacitance (distance D) by the electrostatic induction principle. It is transmitted to the member 62. In addition, when a heat insulating material is sandwiched at the space D, the dielectric constant of the portion is limited by the dielectric constant of the material of the heat insulating material. However, when the vacuum capacitance is configured as in this case, the degree of vacuum in the processing chamber is controlled. Thus, the dielectric constant ε can be variably controlled, which is excellent in terms of controllability.

なお、熱伝導を減少させ、熱が逃げることを防止するためには、上側部材62と高周波接地用部材63との間に間隔を設けても良い。また、下側部材61と上側部材62を上記の温度に制御することができれば、他の構成を採用しても良い。   In order to reduce heat conduction and prevent heat from escaping, an interval may be provided between the upper member 62 and the high frequency grounding member 63. Other configurations may be adopted as long as the lower member 61 and the upper member 62 can be controlled to the above temperature.

また、半導体ウエハの周縁部の電界を制御して、前述したように略垂直にエッチングを行うために、上記したとおり、上側部材62の下端が、半導体ウエハWの上面より1.5〜2.5mm(図中のH)高い位置となるように構成している。   Further, in order to control the electric field at the peripheral edge of the semiconductor wafer and perform the etching substantially vertically as described above, the lower end of the upper member 62 is 1.5-2. 5 mm (H in the figure) is configured to be higher.

上記構成の本実施形態によれば、ウエハベベル部におけるポリマーのデポジションの量を減少させることができるとともに、フォトレジストのエッチングレートが半導体ウエハの周縁部で上昇する現象を抑制することができ、かつ、半導体ウエハの周縁部においても略垂直なエッチングを行うことができ、処理の面内均一性を向上させることができる。 According to the present embodiment having the above-described configuration, the amount of polymer deposition in the wafer bevel portion can be reduced, and the phenomenon that the etching rate of the photoresist increases at the peripheral portion of the semiconductor wafer can be suppressed, and Also, substantially vertical etching can be performed at the peripheral edge of the semiconductor wafer, and the in-plane uniformity of processing can be improved.

W……半導体ウエハ、1……真空チャンバー、2……載置台、8……フォーカスリング、9……下側部材、10……上側部材、10a……平坦部、10b……傾斜部、14……シャワーヘッド。   W: Semiconductor wafer, 1 ... Vacuum chamber, 2 ... Mounting table, 8 ... Focus ring, 9 ... Lower member, 10 ... Upper member, 10a ... Flat part, 10b ... Inclined part, 14 ……shower head.

Claims (10)

被処理基板を収容して所定のプラズマ処理を施すための処理チャンバー内の前記被処理基板が載置される下部電極上に、かつ、前記被処理基板の周囲を囲むように配置された環状のフォーカスリングであって、
誘電体からなる下側部材と、この下側部材の上部に配置され導電性材料からなる上側部材とを具備し、
前記上側部材は、表面に絶縁層をコーティングされた導電性部材からなり、前記絶縁層により直流電流が流れることを防止し、表面波として表面層を高周波電力が伝播可能な高周波接地用部材によって、高周波電力に対して、接地電位に接続されており、
前記高周波接地用部材は、前記上側部材の下側、かつ、前記下側部材の外周部に、前記上側部材の下面の少なくとも一部と接触するように配置されている
ことを特徴とするフォーカスリング。
An annular ring disposed on a lower electrode on which the substrate to be processed is placed in a processing chamber for accommodating the substrate to be processed and performing a predetermined plasma process, and surrounding the substrate to be processed. A focus ring,
A lower member made of a dielectric, and an upper member made of a conductive material disposed on the lower member;
The upper member is made of a conductive member whose surface is coated with an insulating layer, prevents direct current from flowing through the insulating layer, and a high frequency grounding member capable of propagating high frequency power through the surface layer as a surface wave, For high frequency power, it is connected to ground potential ,
The high-frequency grounding member is disposed on the lower side of the upper member and on the outer periphery of the lower member so as to contact at least part of the lower surface of the upper member. .
請求項1記載のフォーカスリングにおいて、
前記下部電極と前記高周波接地用部材との間に絶縁性部材が配置されていることを特徴とするフォーカスリング。
The focus ring according to claim 1.
A focus ring, wherein an insulating member is disposed between the lower electrode and the high-frequency grounding member.
請求項1又は2記載のフォーカスリングにおいて、
前記上側部材の外周側に、環状の絶縁性部材が配置されていることを特徴とするフォーカスリング。
The focus ring according to claim 1 or 2,
A focus ring, wherein an annular insulating member is disposed on an outer peripheral side of the upper member.
請求項1〜3いずれか1項記載のフォーカスリングにおいて、
前記上側部材と、前記下側部材との間に所定間隔が設けられていることを特徴とするフォーカスリング。
In the focus ring according to any one of claims 1 to 3,
A focus ring, wherein a predetermined interval is provided between the upper member and the lower member.
請求項4記載のフォーカスリングにおいて、
前記上側部材と、前記下側部材との間の所定間隔が0.5mmとされていることを特徴とするフォーカスリング。
The focus ring according to claim 4, wherein
A focus ring, wherein a predetermined distance between the upper member and the lower member is 0.5 mm.
請求項5記載のフォーカスリングにおいて、
前記上側部材と、前記下側部材とが前記所定間隔を設けて対向する部位の径方向の長さが5〜10mmとされていることを特徴とするフォーカスリング。
The focus ring according to claim 5, wherein
The focus ring, wherein a length in a radial direction of a portion where the upper member and the lower member are opposed to each other with the predetermined interval is 5 to 10 mm.
請求項1〜6いずれか1項記載のフォーカスリングにおいて、
前記上側部材の下端が、前記被処理基板の上面より1.5〜2.5mm高くなるよう前記上側部材が配置されていることを特徴とするフォーカスリング。
In the focus ring according to any one of claims 1 to 6,
The focus ring, wherein the upper member is arranged so that a lower end of the upper member is 1.5 to 2.5 mm higher than an upper surface of the substrate to be processed.
請求項1〜7いずれか1項記載のフォーカスリングにおいて、
前記上側部材の温度がプラズマ処理中に250℃以上になるよう構成されていることを特徴とするフォーカスリング。
The focus ring according to any one of claims 1 to 7,
A focus ring, wherein the temperature of the upper member is configured to be 250 ° C. or higher during plasma processing.
請求項1〜8いずれか1項記載のフォーカスリングにおいて、
前記下側部材の温度がプラズマ処理中に100℃以下になるよう構成されていることを特徴とするフォーカスリング。
The focus ring according to any one of claims 1 to 8,
A focus ring, wherein the temperature of the lower member is configured to be 100 ° C. or lower during plasma processing.
被処理基板を収容して所定のプラズマ処理を施すための処理チャンバーと、
前記処理チャンバー内に設けられ、前記被処理基板が載置される下部電極と、
前記処理チャンバー内に設けられ、前記下部電極と対向する上部電極と、
前記下部電極と前記上部電極との間に高周波電力を供給して前記処理チャンバー内のガスをプラズマ化する高周波電源と、
前記下部電極上に、かつ、前記被処理基板の周囲を囲むように配置される環状の部材であって、誘電体からなる下側部材と、
前記下側部材の上部に配置され、導電性材料からなる環状の上側部材と、
を具備し、
前記上側部材は、表面に絶縁層をコーティングされた導電性部材からなり、前記絶縁層により直流電流が流れることを防止し、表面波として表面層を高周波電力が伝播可能な高周波接地用部材によって、高周波電力に対して、接地電位に接続されており、
前記高周波接地用部材は、前記上側部材の下側、かつ、前記下側部材の外周部に、前記上側部材の下面の少なくとも一部と接触するように配置されている
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
A processing chamber for accommodating a substrate to be processed and performing a predetermined plasma processing;
A lower electrode provided in the processing chamber and on which the substrate to be processed is placed;
An upper electrode provided in the processing chamber and facing the lower electrode;
A high-frequency power source for supplying high-frequency power between the lower electrode and the upper electrode to turn the gas in the processing chamber into plasma,
An annular member disposed on the lower electrode and surrounding the substrate to be processed, and a lower member made of a dielectric;
An annular upper member made of a conductive material, disposed on the lower member;
Comprising
The upper member is made of a conductive member whose surface is coated with an insulating layer, prevents direct current from flowing through the insulating layer, and a high frequency grounding member capable of propagating high frequency power through the surface layer as a surface wave, For high frequency power, it is connected to ground potential ,
The high frequency grounding member is disposed on the lower side of the upper member and on the outer peripheral portion of the lower member so as to be in contact with at least part of the lower surface of the upper member. apparatus.
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