JP5690596B2 - フォーカスリング及び該フォーカスリングを備える基板処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、フォーカスリング及び該フォーカスリングを備える基板処理装置に関する。
近年、半導体デバイスが製造される半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）の大口径化が進むに連れてウエハの周縁部、例えば、ウエハの周縁から中心方向１０mm以下の範囲からも半導体デバイスを得ることが求められている。ところで、ウエハにプラズマ処理を施すプラズマ中のラジカルの分布は対象物の温度分布に影響を受けるため、ウエハ全体にラジカルによって均一な処理を施すためにはウエハの周縁部の温度を該ウエハの他の部分の温度とほぼ同じになるように制御する必要がある。そこで、従来、フォーカスリングの輻射熱を減少させるために、フォーカスリングを温度調整して冷却する技術が開発されてきた。
但し、フォーカスリングを冷却することによってウエハ全体の温度が極端に低下するとウエハに塗布されたパターンマスクとしてのレジスト膜がプラズマによって削られやすくなるため、ウエハ全体の温度が極端に低下するのを防止するため、冷却されるフォーカスリング（以下、「内側フォーカスリング」という。）の外側にさらに別のフォーカスリング（以下、「外側フォーカスリング」という。）を設け、該別のフォーカスリングを冷却しない技術、寧ろ積極的に加熱する技術が出願人によって開発されている（例えば、特許文献１参照）。
特願２０１０−０２１０７９号明細書
しかしながら、一般に、堆積物は温度差の大きい２つの部品の隙間において低温の部品に付着しやすいため、上述した内側フォーカスリングと外側フォーカスリングとからなる、いわゆる２分割フォーカスリングを用いる場合、２つのフォーカスリングの隙間において内側フォーカスリングに堆積物が付着しやすいことが本発明者によって確認されている。
内側フォーカスリング及び外側フォーカスリングの隙間は狭く、プラズマが進入しにくいため、内側フォーカスリングに付着した堆積物をアッシング等によって除去するのは困難である。したがって、堆積物を除去するためにチャンバを大気開放して内側フォーカスリングを取り出し、該内側フォーカスリングから堆積物を拭き取る必要がある。その結果、基板処理装置の稼働率を低下させるという問題がある。
また、基板処理装置では、内側フォーカスリングや外側フォーカスリングが載置されるサセプタは冷却されて内側フォーカスリングよりもさらに温度が低くなるため、内側フォーカスリング及びサセプタの温度差は大きくなり、内側フォーカスリングとサセプタとの隙間においても堆積物がサセプタに付着する。
内側フォーカスリングとサセプタとの隙間も狭いため、堆積物を除去するためにチャンバを大気開放して内側フォーカスリングを取り出し、サセプタを露出させてから堆積物を拭き取る必要がある。その結果、やはり、基板処理装置の稼働率を低下させるという問題がある。
本発明の目的は、温度差の大きい２つの部品の隙間において低温の部品に堆積物が付着するのを防止することができるフォーカスリング及び該フォーカスリングを備える基板処理装置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記載のフォーカスリングは、基板処理装置の処理室内に配置された基板の周縁を囲むフォーカスリングであって、前記基板に隣接して配置され且つ冷却される内側フォーカスリングと、該内側フォーカスリングを囲み且つ冷却されない外側フォーカスリングと、前記内側フォーカスリング及び前記外側フォーカスリングの隙間に配された石英部材とを有し、前記処理室内には少なくとも前記基板及び前記内側フォーカスリングを載置する載置台が配置され、前記石英部材は前記内側フォーカスリング及び前記載置台の間にも介在することを特徴とする。
請求項２記載のフォーカスリングは、請求項１記載のフォーカスリングにおいて、前記内側フォーカスリングと前記石英部材との間、及び前記石英部材と前記載置台との間のそれぞれに伝熱シートが配置されることを特徴とする。
請求項３記載のフォーカスリングは、請求項１又は２記載のフォーカスリングにおいて、前記石英部材は前記処理室内におけるプラズマが生じる処理空間に晒され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記載の基板処理装置は、基板を収容する処理室と、前記処理室内に配置された基板の周縁を囲むフォーカスリングと、前記基板及び前記フォーカスリングを載置する載置台とを備える基板処理装置であって、前記フォーカスリングは、前記基板に隣接して配置され且つ冷却される内側フォーカスリングと、該内側フォーカスリングを囲み且つ冷却されない外側フォーカスリングとを有し、前記内側フォーカスリング及び前記載置台の隙間には石英部材が配され、前記石英部材は、延伸されて前記内側フォーカスリング及び前記外側フォーカスリングの隙間にも配されることを特徴とする。
請求項５記載の基板処理装置は、請求項４記載の基板処理装置において、前記内側フォーカスリングと前記石英部材との間、及び前記石英部材と前記載置台との間のそれぞれに伝熱シートが配置されることを特徴とする。
請求項６記載の基板処理装置は、請求項４又は５記載の基板処理装置において、前記石英部材は、前記載置台において前記内側フォーカスリングが載置される載置面と、前記内側フォーカスリングとの間に介在することを特徴とする。
請求項７記載の基板処理装置は、請求項４乃至６のいずれか１項に記載の基板処理装置において、前記載置台は冷却されて前記内側フォーカスリングよりも低温となることを特徴とする。
本発明によれば、内側フォーカスリング及び外側フォーカスリングの隙間に石英部材が配されるので、内側フォーカスリング及び外側フォーカスリングの隙間において石英部材にプラズマが接触した際に酸素ラジカルが生じ、該酸素ラジカルによる堆積物の分解除去が促進される。その結果、温度差の大きい内側フォーカスリング及び外側フォーカスリングの隙間において低温の内側フォーカスリングに堆積物が付着するのを防止することができる。
本発明によれば、内側フォーカスリング及び載置台の隙間に石英部材が配されるので、内側フォーカスリング及び載置台の隙間において石英部材にプラズマが接触した際に酸素ラジカルが生じ、該酸素ラジカルによる堆積物の分解除去が促進される。その結果、温度差の大きい内側フォーカスリング及び載置台の隙間においてより低温の載置台に堆積物が付着するのを防止することができる。
本発明の第１の実施の形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す図である。 図１の基板処理装置が有するフォーカスリングの構成を概略的に示す拡大断面図であり、図２（Ａ）は本実施の形態に係るフォーカスリングを示し、図２（Ｂ）は本実施の形態に係るフォーカスリングの第１の変形例を示し、図２（Ｃ）は本実施の形態に係るフォーカスリングの第２の変形例を示し、図２（Ｄ）は本実施の形態に係るフォーカスリングの第３の変形例を示し、図２（Ｅ）は本実施の形態に係るフォーカスリングの第４の変形例を示し、図２（Ｆ）は本実施の形態に係るフォーカスリングの第５の変形例を示す。 本発明の第２の実施の形態に係るの基板処理装置が有するフォーカスリングの構成を概略的に示す拡大断面図であり、図３（Ａ）は本実施の形態に係るフォーカスリングを示し、図３（Ｂ）は本実施の形態に係るフォーカスリングの第１の変形例を示し、図３（Ｃ）は本実施の形態に係るフォーカスリングの第２の変形例を示し、図３（Ｄ）は本実施の形態に係るフォーカスリングの第３の変形例を示す。 本発明の第３の実施の形態に係る基板処理装置が有するフォーカスリングの構成を概略的に示す拡大断面図であり、図４（Ａ）は本実施の形態に係るフォーカスリングを示し、図４（Ｂ）は本実施の形態に係るフォーカスリングの第１の変形例を示す。 本発明の第４の実施の形態に係る基板処理装置が有するフォーカスリングの構成を概略的に示す拡大断面図である。 付着した堆積物を除去することができる基板処理装置が有するフォーカスリング近傍の構成を概略的に示す拡大断面図であり、図６（Ａ）は第１例を示し、図６（Ｂ）は第２例を示す。 付着した堆積物を除去することができる基板処理装置が有するフォーカスリング近傍の構成を概略的に示す拡大断面図であり、図７（Ａ）は第３例を示し、図７（Ｂ）は第４例を示す。 付着した堆積物を除去することができる基板処理装置が有するフォーカスリング近傍の構成を概略的に示す拡大断面図であり、図８（Ａ）は第５例を示し、図８（Ｂ）は第６例を示し、図８（Ｃ）は第７例を示し、図８（Ｄ）は第８例を示す。
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基板処理装置について説明する。
図１は、本実施の形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す図である。本基板処理装置は、基板としての半導体デバイス用のウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）にプラズマエッチング処理を施す。
図１において、基板処理装置１０は、例えば、直径が３００ｍｍのウエハＷを収容するチャンバ１１を有し、該チャンバ１１内にはウエハＷを載置する円柱状のサセプタ１２（載置台）が配置されている。基板処理装置１０では、チャンバ１１の内側壁とサセプタ１２の側面とによって側方排気路１３が形成される。この側方排気路１３の途中には排気プレート１４が配置される。
排気プレート１４は多数の貫通孔を有する板状部材であり、チャンバ１１内部を上部と下部に仕切る仕切り板として機能する。排気プレート１４によって仕切られたチャンバ１１内部の上部（以下、「処理室」という。）１５の内部空間（処理空間）には後述するようにプラズマが発生する。また、チャンバ１１内部の下部（以下、「排気室（マニホールド）」という。）１６にはチャンバ１１内のガスを排出する排気管１７が接続される。排気プレート１４は処理室１５に発生するプラズマを捕捉又は反射してマニホールド１６への漏洩を防止する。
排気管１７にはＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）及びＤＰ（Dry Pump）（ともに図示しない）が接続され、これらのポンプはチャンバ１１内を真空引きして減圧する。具体的には、ＤＰはチャンバ１１内を大気圧から中真空状態（例えば、１．３×１０Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）以下）まで減圧し、ＴＭＰはＤＰと協働してチャンバ１１内を中真空状態より低い圧力である高真空状態（例えば、１．３×１０−３Ｐａ（１．０×１０−５Ｔｏｒｒ）以下）まで減圧する。なお、チャンバ１１内の圧力はＡＰＣバルブ（図示しない）によって制御される。
チャンバ１１内のサセプタ１２には第１の高周波電源１８が第１の整合器１９を介して接続され、且つ第２の高周波電源２０が第２の整合器２１を介して接続されており、第１の高周波電源１８は比較的低い周波数、例えば、２ＭＨｚのイオン引き込み用の高周波電力をサセプタ１２に印加し、第２の高周波電源２０は比較的高い周波数、例えば、６０ＭＨｚのプラズマ生成用の高周波電力をサセプタ１２に印加する。これにより、サセプタ１２は電極として機能する。また、第１の整合器１９及び第２の整合器２１は、サセプタ１２からの高周波電力の反射を低減して高周波電力のサセプタ１２への印加効率を最大にする。
サセプタ１２の上部周縁部には、該サセプタ１２の中央部分が図中上方へ向けて突出するように、段差が形成される。該サセプタ１２の中央部分の先端には静電電極板２２を内部に有するセラミックスからなる静電チャック２３が配置されている。静電電極板２２には直流電源２４が接続されており、静電電極板２２に正の直流電圧が印加されると、ウエハＷにおける静電チャック２３側の面（以下、「裏面」という。）には負電位が発生して静電電極板２２及びウエハＷの裏面の間に電位差が生じ、該電位差に起因するクーロン力又はジョンソン・ラーベック力により、ウエハＷは静電チャック２３に吸着保持される。
また、サセプタ１２は内部に冷媒流路からなる冷却機構（図示しない）を有し、該冷却機構はプラズマと接触して温度が上昇するウエハＷの熱をサセプタ１２を介して吸収することによってウエハＷの温度が所望の温度以上になるのを防止する。
サセプタ１２は伝熱効率や電極機能を考慮して導電体、例えば、アルミニウムから構成されるが、導電体をプラズマが発生する処理室１５へ晒すのを防止するために、該サセプタ１２は側面を誘電体、例えば、石英（ＳｉＯ２）からなる側面保護部材２６によって覆われる。
さらに、サセプタ１２の上部には、静電チャック２３に吸着保持されたウエハＷを囲うように、フォーカスリング２５がサセプタ１２の段差（載置面）や側面保護部材２６へ載置される。フォーカスリング２５は、ウエハＷを囲む内側フォーカスリング２５ａと、該内側フォーカスリング２５ａを囲む外側フォーカスリング２５ｂとからなる２分割フォーカスリングであり、内側フォーカスリング２５ａ及び外側フォーカスリング２５ｂは珪素（Ｓｉ）又は炭化珪素（ＳｉＣ）からなる。すなわち、フォーカスリング２５は半導電体からなるので、プラズマの分布域をウエハＷ上だけでなく該フォーカスリング２５上まで拡大してウエハＷの周縁部上におけるプラズマの密度を該ウエハＷの中央部上におけるプラズマの密度と同程度に維持する。これにより、ウエハＷの全面に施されるプラズマエッチング処理の均一性を確保する。
内側フォーカスリング２５ａは主としてサセプタ１２の段差に載置され、外側フォーカスリング２５ｂは主として側面保護部材２６に載置されるが、内側フォーカスリング２５ａ及びサセプタ１２の間には、後述の図２（Ａ）に示すように、伝熱特性を有する伝熱性シリコンゴム等からなる伝熱シート３４が介在する。伝熱シート３４はプラズマに接触して温度が上昇する内側フォーカスリング２５ａの熱をサセプタ１２へ伝熱し、該サセプタ１２の冷却機構に吸収させる。一方、外側フォーカスリング２５ｂ及び側面保護部材２６の間には何も介在しないため、処理室１５の内部空間が減圧されると外側フォーカスリング２５ｂ及び側面保護部材２６の間には真空断熱層が発生し、プラズマに接触して温度が上昇する外側フォーカスリング２５ｂの熱は側面保護部材２６へ伝熱されず、その結果、外側フォーカスリング２５ｂは冷却されないため、外側フォーカスリング２５ｂの温度は高いまま維持される。これにより、内側フォーカスリング２５ａの温度を所望の低温に維持することができるとともに、外側フォーカスリング２５ｂの温度を高温に維持することができる。
チャンバ１１の天井部には、サセプタ１２と対向するようにシャワーヘッド２７が配置される。シャワーヘッド２７は、上部電極板２８と、該上部電極板２８を着脱可能に釣支するクーリングプレート２９と、該クーリングプレート２９を覆う蓋体３０とを有する。上部電極板２８は厚み方向に貫通する多数のガス孔３１を有する円板状部材からなる。クーリングプレート２９の内部にはバッファ室３２が設けられ、このバッファ室３２には処理ガス導入管３３が接続されている。
基板処理装置１０では、処理ガス導入管３３からバッファ室３２へ供給された処理ガスがガス孔３１を介して処理室１５の内部空間へ導入され、該導入された処理ガスは、第２の高周波電源２０からサセプタ１２を介して処理室１５の内部空間へ印加されたプラズマ生成用の高周波電力によって励起されてプラズマとなる。該プラズマ中のイオンは、第１の高周波電源１８がサセプタ１２に印加するイオン引き込み用の高周波電力によってウエハＷに向けて引きこまれ、該ウエハＷにプラズマエッチング処理を施す。
ウエハＷにプラズマエッチング処理が施される間、ウエハＷの被エッチング層とプラズマとが反応して生成された反応生成物が処理室１５の内部空間を漂い、処理室１５の各部位へ堆積物として付着する。特に、堆積物は温度差の大きい２つの部品の隙間において低温の部品に付着する傾向があるため、内側フォーカスリング２５ａ及び外側フォーカスリング２５ｂの隙間において内側フォーカスリング２５ａに付着する。内側フォーカスリング２５ａ及び外側フォーカスリング２５ｂの隙間は狭く、また、ラビリンス構造を呈するため、内側フォーカスリング２５ａに付着した堆積物を除去するのは困難である。
本実施の形態では、これに対応して、内側フォーカスリング２５ａ及び外側フォーカスリング２５ｂの隙間に石英からなる部材を配置する。
図２は、図１の基板処理装置が有するフォーカスリングの構成を概略的に示す拡大断面図であり、図２（Ａ）は本実施の形態に係るフォーカスリングを示し、図２（Ｂ）は本実施の形態に係るフォーカスリングの第１の変形例を示し、図２（Ｃ）は本実施の形態に係るフォーカスリングの第２の変形例を示し、図２（Ｄ）は本実施の形態に係るフォーカスリングの第３の変形例を示し、図２（Ｅ）は本実施の形態に係るフォーカスリングの第４の変形例を示し、図２（Ｆ）は本実施の形態に係るフォーカスリングの第５の変形例を示す。
図２（Ａ）において、フォーカスリング２５は、内側フォーカスリング２５ａ及び外側フォーカスリング２５ｂの隙間（以下、「第１の隙間」という。）に配された石英からなるブロック部材２５ｃ（石英部材）を有する。
基板処理装置１０においてウエハＷにプラズマエッチング処理を施す際、プラズマ、特にラジカルが第１の隙間に進入してブロック部材２５ｃと接触すると、石英と化学反応を起こして酸素ラジカルがブロック部材２５ｃから生じる。該酸素ラジカルは、第１の隙間において反応生成物が堆積物として内側フォーカスリング２５ａに付着すると、直ちに付着した堆積物と化学反応し、該堆積物を分解して除去する。その結果、温度差の大きい第１の隙間において堆積物が内側フォーカスリング２５ａに付着するのを防止することができる。
酸素ラジカルが第１の隙間において生じさえすれば内側フォーカスリング２５ａへの堆積物の付着を防止することができるので、ブロック部材２５ｃは第１の隙間に存在しさえすればよく、ブロック部材２５ｃの形状や大きさに制約はない。したがって、ブロック部材２５ｃの断面形状も、下に凸の断面形状（図２（Ｂ））、上に凸の断面形状（図２（Ｃ））又は矩形の断面形状（図２（Ｄ）であってもよいが、ブロック部材２５ｃの一部が処理室１５の内部空間に晒されるのが好ましい。これにより、プラズマのブロック部材２５ｃへの接触を促進することができ、もって、ブロック部材２５ｃから確実に酸素ラジカルを生じさせることができる。また、第１の隙間に進入したプラズマと接触するのであれば、ブロック部材２５ｃは処理室１５の内部空間に直接晒されなくてもよい（図２（Ｅ））。
さらに、ブロック部材２５ｃは内側フォーカスリング２５ａの下面及びサセプタ１２の段差の間にも介在してもよい（図２（Ｆ））。これにより、堆積物の元となる反応生成物が内側フォーカスリング２５ａの下面及びサセプタ１２の段差の間に進入するのを防止することができるとともに、ブロック部材２５ｃが内側フォーカスリング２５ａの下面及びサセプタ１２の段差の間にも酸素ラジカルを生じさせるので、内側フォーカスリング２５ａの下面及びサセプタ１２の段差の間において酸素ラジカルによる堆積物の分解除去を促進することができる。なお、この場合、サセプタ１２の段差及びブロック部材２５ｃの間、並びにブロック部材２５ｃ及び内側フォーカスリング２５ａの間にそれぞれ伝熱シート３４ａ，３４ｂが配される。
ブロック部材２５ｃは石英からなるので、プラズマと化学反応した際、酸素ラジカルだけでなく、珪素ラジカルも発生する。珪素ラジカルは珪素単体、又は酸素ガスと結びついて酸化珪素として処理室１５の内部空間に配置された他の構成部品に付着する虞があるので、フッ化炭素（ＣＦ）系の処理ガスを処理室１５の内部空間へ導入するのが好ましい。フッ化炭素系の処理ガスから生じるプラズマは珪素や炭化珪素を分解するので、珪素や炭化珪素が他の構成部品に付着するの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基板処理装置について説明する。
本実施の形態は、その構成、作用が上述した第１の実施の形態と基本的に同じであるので、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１の基板処理装置１０では、サセプタ１２へのフォーカスリング２５の脱着を容易にするために、サセプタ１２の側面及び内側フォーカスリング２５ａの内側面の間には所定の幅の隙間が設けられるが、サセプタ１２は内蔵する冷却機構によって直接的に冷却されるため、内側フォーカスリング２５ａの温度は内側フォーカスリング２５ａの温度よりもかなり低くなる。すなわち、サセプタ１２の側面及び内側フォーカスリング２５ａの内側面の隙間（以下、「第２の隙間」という。）では温度差が大きくなる。したがって、第２の隙間においてサセプタ１２に堆積物が付着する。
本実施の形態では、これに対応して、第２の隙間に石英からなる部材を配置する。
図３は、本実施の形態に係るの基板処理装置が有するフォーカスリングの構成を概略的に示す拡大断面図であり、図３（Ａ）は本実施の形態に係るフォーカスリングを示し、図３（Ｂ）は本実施の形態に係るフォーカスリングの第１の変形例を示し、図３（Ｃ）は本実施の形態に係るフォーカスリングの第２の変形例を示し、図３（Ｄ）は本実施の形態に係るフォーカスリングの第３の変形例を示す。
図３（Ａ）において、フォーカスリング２５は、第２の隙間に配された石英からなるブロック部材２５ｄ（石英部材）を有する。
基板処理装置１０においてウエハＷにプラズマエッチング処理を施す際、プラズマ、特にラジカルが第２の隙間に進入してブロック部材２５ｄと接触すると、酸素ラジカルがブロック部材２５ｄから生じる。該酸素ラジカルは、第２の隙間において堆積物と化学反応し、該堆積物を分解して除去する。その結果、温度差の大きい第２の隙間において堆積物がサセプタ１２に付着するのを防止することができる。
酸素ラジカルが第２の隙間において生じさえすればサセプタ１２への堆積物の付着を防止することができるので、ブロック部材２５ｄは第２の隙間に存在しさえすればよく、ブロック部材２５ｄの形状や大きさに制約はない。また、ブロック部材２５ｄは内側フォーカスリング２５ａの下面及びサセプタ１２の段差の間にも介在してもよい（図３（Ｂ））。これにより、堆積物の元となる反応生成物が内側フォーカスリング２５ａの下面及びサセプタ１２の段差の間に進入するのを防止することができるとともに、ブロック部材２５ｄが内側フォーカスリング２５ａの下面及びサセプタ１２の段差の間にも酸素ラジカルを生じさせるので、内側フォーカスリング２５ａの下面及びサセプタ１２の段差の間において酸素ラジカルによる堆積物の分解除去を促進することができる。なお、この場合、サセプタ１２の段差及びブロック部材２５ｄの下面の間、並びにブロック部材２５ｄの上面及び内側フォーカスリング２５ａの間にそれぞれ伝熱シート３４ａ，３４ｂが配される。
さらに、ブロック部材２５ｄは延伸されて該延伸された部分が第１の隙間に配されてもよい（図３（Ｂ））。これにより、第１の隙間及び第２の隙間において堆積物が各部品に付着するのを同時に防止することができる。
また、フォーカスリング２５はブロック部材２５ｄだけでなく、第１の実施の形態におけるブロック部材２５ｃも有していてもよく（図３（Ｃ））、さらに、ブロック部材２５ｄは内側フォーカスリング２５ａの下面及びサセプタ１２の段差の間だけでなく、外側フォーカスリング２５ｂの下面及び側面保護部材２６の間にも介在してもよい（図２（Ｄ））。
次に、本発明の第３の実施の形態に係る基板処理装置について説明する。
本実施の形態は、その構成、作用が上述した第１の実施の形態と基本的に同じであるので、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４は、本実施の形態に係る基板処理装置が有するフォーカスリングの構成を概略的に示す拡大断面図であり、図４（Ａ）は本実施の形態に係るフォーカスリングを示し、図４（Ｂ）は本実施の形態に係るフォーカスリングの第１の変形例を示す。
図４（Ａ）において、基板処理装置１０はサセプタ１２の段差において開口し、且つ内側フォーカスリング２５ａの下面に対向するガス供給口３５（ガス供給装置）を有する。ガス供給口３５は、基板処理装置１０においてプラズマエッチング処理やプラズマを利用したクリーニング処理、例えば、ＷＬＤＣ（Wafer Less Dry Cleaning）処理が実行される際、内側フォーカスリング２５ａの下面に向けて所定のガス、例えば、酸素ガスを供給する。供給された酸素ガス（図中において矢印で示す。）は、サセプタ１２の段差及び内側フォーカスリング２５ａの下面の間を流れて第１の隙間及び第２の隙間の少なくとも１つに供給される。
第１の隙間や第２の隙間に流れた酸素ガスは、第１の隙間や第２の隙間に進入したプラズマと接触し、酸素ラジカルを生成する。該酸素ラジカルは、第１の隙間や第２の隙間において堆積物と化学反応し、該堆積物を分解して除去する。その結果、温度差の大きい第１の隙間や第２の隙間において堆積物がサセプタ１２や内側フォーカスリング２５ａに付着するのを防止することができる。また、第１の隙間や第２の隙間に流れた酸素ガスは、第１の隙間や第２の隙間に進入した堆積物の元となる反応生成物を処理室１５の内部空間へ押し出すので、第１の隙間や第２の隙間における堆積物の付着をより確実に防止することができる。
上述した実施の形態では、ガス供給口３５をサセプタ１２の段差に設けたが、ガス供給口３５は供給するガスが第１の隙間や第２の隙間へ供給されれば、配置場所はサセプタ１２の段差に限られない。例えば、ガス供給口３５はサセプタ１２及び側面保護部材２６の間に設けられもよく（図４（Ｂ））、側面保護部材２６に設けられてもよい（図示しない）。
また、ガス供給口３５から供給されるガスは酸素ガスに限られず、不活性ガス、例えば、希ガスや窒素ガス、又は処理ガスを供給してもよい。不活性ガスは第１の隙間や第２の隙間に進入した反応生成物を押し出すが、第１の隙間や第２の隙間に進入したプラズマと反応を起こして新たな反応生成物を生成することがないので、第１の隙間や第２の隙間における堆積物の付着をより確実に防止することができる。また、処理ガスも第１の隙間や第２の隙間に進入した反応生成物を押し出すが、該処理ガスが処理室１５の内部空間へ漏れたとしても、プラズマの成分に影響を与えることがないので、所望のプラズマエッチング処理と異なるプラズマエッチング処理がウエハＷへ施されるのを防止することができる。
なお、ガス供給口３５が酸素ガスや処理ガス等を供給する場合、これらのガスが処理室１５の内部空間へ漏れると該内部空間におけるプラズマの密度や分布に影響を与えることがある。基板処理装置１０では、これに対応して、シャワーヘッド２７において第１の隙間や第２の隙間に対向する部分から供給される酸素ガスや処理ガスの供給量を減少させるのが好ましい。
次に、本発明の第４の実施の形態に係る基板処理装置について説明する。
本実施の形態は、その構成、作用が上述した第１の実施の形態と基本的に同じであるので、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５は、本実施の形態に係る基板処理装置が有するフォーカスリングの構成を概略的に示す拡大断面図である。
図５において、内側フォーカスリング２５ａは、処理室１５の内部空間側において該内部空間に晒され、且つ外側フォーカスリング２５ｂを覆うように突出する薄板状のフランジ部２５ｅ（突出部）を有する。該フランジ部２５ｅは外側フォーカスリング２５ｂにおける対向面とともに第１の隙間を構成する。このフランジ部２５ｅの厚さは１．７ｍｍ以上且つ２．０ｍｍ以下に設定される。
基板処理装置１０においてプラズマエッチング処理やＷＬＤＣ処理が実行される際、フランジ部２５ｅは厚さが薄いので熱容量が小さく、プラズマからの輻射熱を受けて温度が内側フォーカスリング２５ａにおける他の部位に比べて上昇する。その結果、第１の隙間において内側フォーカスリング２５ａ及び外側フォーカスリング２５ｂの温度差を小さくすることができ、もって、第１の隙間において内側フォーカスリング２５ａに堆積物が付着するのを防止することができる。また、例え、第１の隙間において堆積物が付着したとしても、高温のフランジ部２５ｅや外側フォーカスリング２５ｂからの輻射熱によって付着した堆積物を分解して除去することができる。
本実施の形態では、フランジ部２５ｅは外側フォーカスリング２５ｂを覆うので、第１の隙間はラビリンス構造を呈する。その結果、第１の隙間のサセプタ１２側には堆積物の元となる反応生成物が進入し難く、これにより、第１の隙間において堆積物が付着するのを確実に防止することができる。
また、フランジ部２５ｅの厚さの最小値は１．７ｍｍであるため、該フランジ部２５ｅの剛性が極端に低下するのを防止し、内側フォーカスリング２５ａの交換作業においてフランジ部２５ｅが折損するのを防止することができる。また、フランジ部２５ｅの厚さの上限は２．０ｍｍであるため、フランジ部２５ｅの熱容量が大きくなり、プラズマの輻射熱を受けても温度が上昇しなくなるのを防止することができる。
以上、本発明について、上記各実施の形態を用いて説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではない。
なお、上述した各実施の形態は、半導体デバイス用のウエハＷをプラズマエッチング処理するプラズマ処理装置１０だけでなく、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）を含むＦＰＤ（Flat Panel Display）等に用いる各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等をプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置にも適用することができる。
以上、第１の隙間や第２の隙間において堆積物が付着するのを防止することできる本発明の実施の形態について説明したが、プラズマエッチング処理において大量の反応生成物が発生する場合等、上述した各実施の形態によっても第１の隙間や第２の隙間において堆積物が付着するのを完全に防止することができないことがある。
以下、第１の隙間や第２の隙間において付着した堆積物を除去することができる基板処理装置の例について説明する。以下に説明する各例は上述した本発明の各実施の形態と併せて用いることができる。
図６は、付着した堆積物を除去することができる基板処理装置が有するフォーカスリング近傍の構成を概略的に示す拡大断面図であり、図６（Ａ）は第１例を示し、図６（Ｂ）は第２例を示す。
図６（Ａ）において、側面保護部材２６はレーザ光を透過する材料、例えば、石英からなり、第１の隙間に向けて上方へ突出する突出部２６ａを有し、該突出部２６ａには、第１の隙間における内側フォーカスリング２５ａに対向する対向面２６ｂが設けられている。また、側面保護部材２６よりも図中下方にはレーザ光照射装置（図示しない）が配されて該レーザ光照射装置は側面保護部材２６に向けて、例えば、波長が１１００ｎｍ以下のフォーカスリング加熱用のレーザ光３６を照射する。
側面保護部材２６に照射されたレーザ光３６は、側面保護部材２６の各内表面において反射を繰り返しながら、側面保護部材２６の上部から外側フォーカスリング２５ｂへ照射される。外側フォーカスリング２５ｂは珪素又は炭化珪素からなるため、波長が１１００ｎｍ以下のレーザ光３６を吸収し、該吸収したレーザ光３６のエネルギーによって外側フォーカスリング２５ｂは加熱される。このとき、突出部２６ａの対向面２６ｂは第１の隙間における内側フォーカスリング２５ａに対向するので、レーザ光３６の一部は対向面２６ｂから内側フォーカスリング２５ａへ向けて照射される。該レーザ光３６の一部は内側フォーカスリング２５ａに付着した堆積物に吸収されて該堆積物の温度を上昇させる。これにより、堆積物の分解除去が促進され、その結果、第１の隙間において低温の内側フォーカスリング２５ａに付着した堆積物を除去することができる。
なお、内側フォーカスリング２５ａに照射されるフォーカスリング加熱用のレーザ光３６の一部の光量が少なくて堆積物の温度が充分に上昇しないときは、フォーカスリング加熱用のレーザ光３６とは他のレーザ光、例えば、堆積物に効率的に吸収されるレーザ光を側面保護部材２６に照射して該他のレーザ光の一部を対向面２６ｂから内側フォーカスリング２５ａへ向けて照射してもよい。これにより、堆積物の温度を充分且つ効率的に上昇させることができる。
また、第１の隙間へ向けてレーザ光を直接的に照射できない場合、例えば、第１の隙間がラビリンス構造を呈する場合、図６（Ｂ）に示すように、側面保護部材２６とは別に第１の隙間に対向するようにサセプタ１２及び側面保護部材２６の間に、例えば、石英からなるレーザ光ガイド部材３７（レーザ光透過部材）が配され、レーザ光ガイド部材３７よりも図中下方には他のレーザ光照射装置（図示しない）が配されて該他のレーザ光照射装置はレーザ光ガイド部材３７に向けて、例えば、波長が１１００ｎｍより大きいレーザ光３８が照射される。
レーザ光ガイド部材３７に照射されたレーザ光３８は、レーザ光ガイド部材３７を透過する間、該レーザ光ガイド部材３７の各内表面において反射を繰り返しながら、レーザ光ガイド部材３７の上部から第１の隙間へ照射される。ここで、第１の隙間はラビリンス構造を呈するため、例えば、内側フォーカスリング２５ａの一部や外側フォーカスリング２５ｂの一部がレーザ光３８の光路上に存在するが、珪素や炭化珪素は波長が１１００ｎｍよりも大きいレーザ光を透過させるので、レーザ光３８は内側フォーカスリング２５ａの一部や外側フォーカスリング２５ｂを透過して第１の隙間に到達し、第１の隙間における堆積物に吸収されて該堆積物の温度を上昇させる。これにより、第１の隙間における堆積物を除去することができる。
また、第１の隙間及び他のレーザ光照射装置の間に、レーザ光を吸収する部品や部材が配されていない場合、他のレーザ光照射装置はレーザ光ガイド部材３７の下方だけでなく、チャンバ１１の側壁近傍やチャンバ１１の上方の蓋の近傍に配されてもよい。この場合、他のレーザ光照射装置は第１の隙間を指向するのが好ましい。
図７は、付着した堆積物を除去することができる基板処理装置が有するフォーカスリング近傍の構成を概略的に示す拡大断面図であり、図７（Ａ）は第３例を示し、図７（Ｂ）は第４例を示す。
図７（Ａ）において、基板処理装置１０はサセプタ１２の段差から突出自在なプッシャーピン３９をさらに備える。プッシャーピン３９は上方に向けて突出する際、内側フォーカスリング２５ａを持ち上げて外側フォーカスリング２５ｂから離間させる。通常、堆積物はプラズマと接触すると、特にラジカルと化学反応して分解されて除去される。ここで、プッシャーピン３９によって持ち上げられた内側フォーカスリング２５ａは処理室１５の内部空間におけるプラズマに晒されるので、内側フォーカスリング２５ａに付着した堆積物のプラズマによる分解除去が促進される。その結果、第１の隙間において低温の内側フォーカスリング２５ａに付着した堆積物を除去することができる。
また、図７（Ｂ）において、基板処理装置１０は側面保護部材２６の上面から突出自在なプッシャーピン４０をさらに備える。プッシャーピン４０は上方に向けて突出する際、外側フォーカスリング２５ｂを持ち上げて内側フォーカスリング２５ａから離間させる。本例では、外側フォーカスリング２５ｂが内側フォーカスリング２５ａから離間されるので、内側フォーカスリング２５ａに付着した堆積物は処理室１５の内部空間におけるプラズマに晒される。これにより、内側フォーカスリング２５ａに付着した堆積物のプラズマによる分解除去が促進されて、第１の隙間において低温の内側フォーカスリング２５ａに付着した堆積物を除去することができる。
上述した第３例や第４例における堆積物除去は、基板処理装置１０においてＷＬＤＣ処理が実行される際に実行される。また、第３例や第４例では、内側フォーカスリング２５ａや外側フォーカスリング２５ｂを移動させる装置としてプッシャーピンを用いるので、基板処理装置１０の構成が複雑になるのを防止することができる。
図８は、付着した堆積物を除去することができる基板処理装置が有するフォーカスリング近傍の構成を概略的に示す拡大断面図であり、図８（Ａ）は第５例を示し、図８（Ｂ）は第６例を示し、図８（Ｃ）は第７例を示し、図８（Ｄ）は第８例を示す。
図８（Ａ）において、基板処理装置１０は、側面保護部材２６の外側であって外側フォーカスリング２５ｂの下方に配置された、半導体又は導電体、例えば、珪素からなる接地部材４１をさらに備える。接地部材４１の電位は接地に維持される。
本例では、外側フォーカスリング２５ｂの近傍に接地部材４１が配置されるため、外側フォーカスリング２５ｂの電位も接地電位に近くなる。一方、サセプタ１２や内側フォーカスリング２５ａには負のバイアス電位が生じるため、外側フォーカスリング２５ｂの電位が相対的に高くなり、電子を引き込みやすい。その結果、外側フォーカスリング２５ｂに対向するシースの厚さを大きくすることができ、処理室１５の内部空間におけるプラズマを外側フォーカスリング２５ｂに対向する位置から内側フォーカスリング２５ａに対向する位置へ片寄せることができる。これにより、第１の隙間や第２の隙間に対向するプラズマの密度を上昇させることができ、もって、第１の隙間や第２の隙間へ進入するプラズマを増加させることができる。その結果、第１の隙間や第２の隙間における堆積物のプラズマによる分解を促進することができ、第１の隙間において低温の内側フォーカスリング２５ａに付着した堆積物、並びに第２の隙間においてより低温のサセプタ１２に付着した堆積物を除去することができる。
図８（Ｂ）において、基板処理装置１０は、側面保護部材２６内において外側フォーカスリング２５ｂの近傍に配置された接地電位の接地電極４２をさらに備える。
本例では、外側フォーカスリング２５ｂの近傍に接地電極４２が配置されるため、外側フォーカスリング２５ｂの電位も接地電位に近くなる。その結果、処理室１５の内部空間におけるプラズマを外側フォーカスリング２５ｂに対向する位置から内側フォーカスリング２５ａに対向する位置へ片寄せることができる。これにより、第１の隙間や第２の隙間に対向するプラズマの密度を上昇させることができ、もって、第１の隙間において低温の内側フォーカスリング２５ａに付着した堆積物、並びに第２の隙間においてより低温のサセプタ１２に付着した堆積物を除去することができる。
図８（Ｃ）において、基板処理装置１０は、側面保護部材２６内において外側フォーカスリング２５ｂの近傍に配置された、正の直流電圧が印加される正電位電極４３をさらに備える。
本例では、外側フォーカスリング２５ｂの近傍に正電位電極４３が配置されるため、外側フォーカスリング２５ｂの電位も正電位となる。その結果、処理室１５の内部空間におけるプラズマを外側フォーカスリング２５ｂに対向する位置から内側フォーカスリング２５ａに対向する位置へより片寄せることができる。これにより、第１の隙間や第２の隙間に対向するプラズマの密度を上昇させることができ、もって、第１の隙間において低温の内側フォーカスリング２５ａに付着した堆積物、並びに第２の隙間においてより低温のサセプタ１２に付着した堆積物を除去することができる。
図８（Ｄ）において、基板処理装置１０は、フォーカスリング２５の下方において第１の隙間の近傍に配置された電磁石４４をさらに備える。
本例では、電磁石４４が第１の隙間を中心に磁界を発生させて処理室１５の内部空間におけるプラズマを外側フォーカスリング２５ｂに対向する位置から内側フォーカスリング２５ａに対向する位置へ片寄せる。これにより、第１の隙間や第２の隙間に対向するプラズマの密度を上昇させることができ、もって、第１の隙間において低温の内側フォーカスリング２５ａに付着した堆積物、並びに第２の隙間においてより低温のサセプタ１２に付着した堆積物を除去することができる。
Ｗ ウエハ
１０ 基板処理装置
１２ サセプタ
２５ フォーカスリング
２５ａ 内側フォーカスリング
２５ｂ 外側フォーカスリング
２５ｃ，２５ｄ ブロック部材
２５ｅ フランジ部
３５ ガス供給口
３６，３８ レーザ光
３７ レーザ光ガイド部材
３９，４０ プッシャーピン
４１ 接地部材
４２ 接地電極
４３ 正電位電極
４４ 電磁石

Claims (7)

  1. 基板処理装置の処理室内に配置された基板の周縁を囲むフォーカスリングであって、
    前記基板に隣接して配置され且つ冷却される内側フォーカスリングと、
    該内側フォーカスリングを囲み且つ冷却されない外側フォーカスリングと、
    前記内側フォーカスリング及び前記外側フォーカスリングの隙間に配された石英部材とを有し、
    前記処理室内には少なくとも前記基板及び前記内側フォーカスリングを載置する載置台が配置され、
    前記石英部材は前記内側フォーカスリング及び前記載置台の間にも介在することを特徴とするフォーカスリング。
  2. 前記内側フォーカスリングと前記石英部材との間、及び前記石英部材と前記載置台との間のそれぞれに伝熱シートが配置されることを特徴とする請求項１記載のフォーカスリング。
  3. 前記石英部材は前記処理室内におけるプラズマが生じる処理空間に晒されることを特徴とする請求項１又は２記載のフォーカスリング。
  4. 基板を収容する処理室と、前記処理室内に配置された基板の周縁を囲むフォーカスリングと、前記基板及び前記フォーカスリングを載置する載置台とを備える基板処理装置であって、
    前記フォーカスリングは、前記基板に隣接して配置され且つ冷却される内側フォーカスリングと、該内側フォーカスリングを囲み且つ冷却されない外側フォーカスリングとを有し、
    前記内側フォーカスリング及び前記載置台の隙間には石英部材が配され、
    前記石英部材は、延伸されて前記内側フォーカスリング及び前記外側フォーカスリングの隙間にも配されることを特徴とする基板処理装置。
  5. 前記内側フォーカスリングと前記石英部材との間、及び前記石英部材と前記載置台との間のそれぞれに伝熱シートが配置されることを特徴とする請求項４記載の基板処理装置。
  6. 前記石英部材は、前記載置台において前記内側フォーカスリングが載置される載置面と、前記内側フォーカスリングとの間に介在することを特徴とする請求項４又は５記載の基板処理装置。
  7. 前記載置台は冷却されて前記内側フォーカスリングよりも低温となることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の基板処理装置。
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