JP5789036B2 - プラズマエッチング装置及びプラズマエッチング方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハや液晶表示装置用ガラス基板等の基板を、プラズマを用いてエッチングするプラズマエッチング装置及びプラズマエッチング方法に関する。

従来から、半導体装置の製造工程等においては、半導体ウエハや液晶表示装置用ガラス基板等の基板を、プラズマを用いてエッチングするプラズマエッチング装置が使用されている。

上記のようなプラズマエッチング装置としては、例えば、真空処理チャンバ内に、基板が載置される載置台を兼ねた下部電極と、この下部電極と対向するように配置された上部電極とが配置され、下部電極に高周波電力を供給して処理ガスのプラズマを発生させる構成のものが知られている。また、このような構成のプラズマエッチング装置において、基板の処理の面内均一性を向上させるため、下部電極の上に、基板の周囲を囲むようにフォーカスリングを設けた構成とすることも知られている。さらに、フォーカスリングの内部に誘導発熱部を設け、真空処理チャンバ内に設けた誘導コイルによって発生させる磁場により、フォーカスリングを誘導加熱することも知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００８−１５９９３１号公報

上記のプラズマエッチング装置では、複数の基板を連続的にプラズマエッチングする際、最初は常温であったフォーカスリングの温度が、プラズマに曝されることによって、次第に上昇する。このため、何等かの対策を講じないと、最初にプラズマエッチングを行う１枚目の基板の処理状態と、２枚目以降の基板の処理状態が異なることになる。このような事態が生じることを防止するため、従来は、基板の処理を開始する前に、下部電極上にダミー基板を載置した状態で、真空処理チャンバ内にプラズマを発生させ、このプラズマによってフォーカスリングを加熱することが行われている。

なお、ダミー基板を載置しない状態で真空処理チャンバ内にプラズマを発生させると、基板を静電吸着するために下部電極上に設けられた静電チャックの表面がプラズマによるダメージを受けるため、上記のように、下部電極上にダミー基板を載置した状態で、真空処理チャンバ内にプラズマを発生させている。

しかしながら、上記のように真空チャンバ内にプラズマを発生させてフォーカスリングを加熱すると、フォーカスリングを含めた真空処理チャンバ内の部材が消耗するという問題がある。また、このようにしてフォーカスリングを加熱すると、ダミー基板の使用回数等の管理が必要になるとともに、ダミー基板を収容するための収容部（スロット）が必要になるという問題もある。

また、フォーカスリングの内部に誘導発熱部を設け、真空処理チャンバ内に設けた誘導コイルによって発生させる磁場によってフォーカスリングを誘導加熱する構成の場合、予めフォーカスリング内部に誘導発熱部を設け、かつ、真空処理チャンバ内に誘導コイルを設置しなければならず、フォーカスリングを加熱するための加熱機構が複雑になり、製造コストも増大するという問題がある。

また、上記のプラズマエッチング装置では、半導体ウエハ等の被処理基板の周縁部において加工形状がその他の部位と異なる場合がある。例えば、半導体ウエハにプラズマエッチングによってホールを形成する場合、半導体ウエハの周縁部において加工形状が細くなり、ホール径が小さくなってしまうという問題がある。このような場合、フォーカスリングを冷却することによって、半導体ウエハの周縁部の加工形状を改善することができる。しかし、このようにフォーカスリングを冷却すると半導体ウエハの周縁部のフォトレジストのエッチングレートが上昇し、選択比が低下するという問題がある。

本発明は、上記従来の事情に対処してなされたもので、ダミー基板を必要とすることなく、かつ、従来に比べて真空チャンバ内の部材の消耗を抑制することができるとともに、加熱機構の構成を簡略化することができ製造コストの増大を抑制することができ、また、被処理基板の周縁部における加工形状の悪化を抑制することができるとともに、被処理基板の周縁部におけるフォトレジストのエッチングレートの上昇を抑制してプラズマエッチング処理の面内均一性を向上させることのできるプラズマエッチング装置及びプラズマエッチング方法を提供することにある。

本発明の一態様に係るプラズマエッチング装置は、真空処理チャンバと、前記真空処理チャンバ内に設けられ、基板を載置するための載置台と、前記真空処理チャンバ内に処理ガスを供給するためのガス供給機構と、前記処理ガスをプラズマ化するための機構と、前記基板の周囲を囲むように設けられたフォーカスリングと、前記フォーカスリングの外周を囲むように設けられた環状部材と、前記フォーカスリングを冷却するための冷却機構と、 前記環状部材に、当該環状部材の下部に配設された絶縁部材を介して、前記真空処理チャンバ外に設けた加熱用光源からの光を照射して加熱するための加熱機構とを具備し、前記加熱用光源からの光は、前記環状部材の吸収波長であり、前記絶縁部材の透過波長であり、 前記絶縁部材は、前記環状部材の下側に設けられ、前記加熱用光源からの光を透過させる材料から円環状又は扇状又は円柱状に形成され、当該絶縁部材の内部を、前記加熱用光源からの光を透過させて、前記環状部材に供給するよう構成され、前記絶縁部材内に導入された前記加熱用光源からの光が前記絶縁部材内部の表面で全反射する入射条件で、前記絶縁部材内に前記加熱用光源からの光を入射させるよう構成されたことを特徴とする。

本発明の一態様に係るプラズマエッチング方法は、真空処理チャンバと、前記真空処理チャンバ内に設けられ、基板を載置するための載置台と、前記真空処理チャンバ内に処理ガスを供給するためのガス供給機構と、前記処理ガスをプラズマ化するための機構と、前記基板の周囲を囲むように設けられたフォーカスリングと、前記フォーカスリングの外周を囲むように設けられた環状部材と、を具備したプラズマエッチング装置を用い、前記基板をプラズマエッチングするプラズマエッチング方法であって、前記環状部材に当該環状部材の下部に配設された絶縁部材を介して、前記真空処理チャンバ外に設けた加熱用光源からの光を照射して加熱するための加熱機構であって、前記加熱用光源からの光は、前記環状部材の吸収波長であり、前記絶縁部材の透過波長である加熱機構を設け、前記絶縁部材内に導入された前記加熱用光源からの光が前記絶縁部材内部の表面で全反射する入射条件で、前記絶縁部材内に前記加熱用光源からの光を入射させ、前記環状部材を前記加熱機構によって加熱し、かつ、前記フォーカスリングを冷却しつつ前記基板のプラズマエッチングを行うことを特徴とする。

本発明によれば、ダミー基板を必要とすることなく、かつ、従来に比べて真空チャンバ内の部材の消耗を抑制することができるとともに、加熱機構の構成を簡略化することができ製造コストの増大を抑制することができ、また、被処理基板の周縁部における加工形状の悪化を抑制することができるとともに、被処理基板の周縁部におけるフォトレジストのエッチングレートの上昇を抑制してプラズマエッチング処理の面内均一性を向上させることのできるプラズマエッチング装置及びプラズマエッチング方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るプラズマエッチング装置の構成を示す図。 図１のプラズマエッチング装置の要部構成を拡大して示す図。 本発明の他の実施形態の要部構成を示す図。 本発明の他の実施形態の要部構成を示す図。 加熱用の光の伝播の様子を説明するための図。 本発明の他の実施形態の要部構成を示す図。 本発明の他の実施形態の要部構成を示す図。 本発明の他の実施形態の要部構成を示す図。 本発明の他の実施形態の要部構成を示す図。 本発明の他の実施形態の要部構成を示す図。 本発明の他の実施形態の要部構成を示す図。 本発明の他の実施形態の要部構成を示す図。 本発明の第２実施形態に係るプラズマエッチング装置の構成を示す図。 図１３のプラズマエッチング装置の要部構成を示す図。 図１３のプラズマエッチング装置の要部構成を示す図。 加熱用の光の伝播の様子を説明するための図。 本発明の他の実施形態の要部構成を示す図。 図１７のプラズマエッチング装置の要部構成を示す図。 図１７のプラズマエッチング装置の要部構成を示す図。 本発明の他の実施形態の要部構成を示す図。 本発明の他の実施形態の要部構成を示す図。 加熱用の光の伝播の様子を説明するための図。 加熱用の光の伝播の様子を説明するための図。 本発明の他の実施形態の要部構成を示す図。 本発明の他の実施形態の要部構成を示す図。 本発明の他の実施形態の要部構成を示す図。 本発明の他の実施形態の要部構成を示す図。 投入エネルギーと定常温度との関係を示すグラフ。 投入エネルギーと昇温レートとの関係を示すグラフ。 各投入エネルギーによる加熱時間と温度との関係を示すグラフ。 各投入エネルギーによる加熱時間と温度との関係を示すグラフ。 反射機構の有無による温度の相違を示すグラフ。 本発明の他の実施形態の要部構成を示す図。 反射ミラーの有無による温度の相違を示すグラフ。 本発明の他の実施形態の要部構成を示す図。 本発明の他の実施形態の要部構成を示す図。 本発明の他の実施形態の要部構成を示す図。 本発明の他の実施形態の要部構成を示す図。 本発明の他の実施形態の要部構成を示す図。 本発明の他の実施形態の要部構成を示す図。

以下、本発明の詳細を、図面を参照して実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るプラズマエッチング装置の全体の断面概略構成を示すものである。まず、図１を参照してプラズマエッチング装置の構成について説明する。

プラズマエッチング装置１は、電極板が上下平行に対向し、プラズマ形成用電源が接続された容量結合型平行平板エッチング装置として構成されている。

プラズマエッチング装置１は、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウム等からなり円筒形状に成形された真空処理チャンバ２を有しており、この真空処理チャンバ２は接地されている。真空処理チャンバ２内の底部には、セラミックなどの絶縁材料からなる基台３を介して、被処理基板、例えば半導体ウエハＷを載置するための略円柱状のサセプタ支持台４が設けられている。さらに、このサセプタ支持台４の上には、下部電極を構成するサセプタ（載置台）５が設けられている。このサセプタ５には、ハイパスフィルター（ＨＰＦ）６が接続されている。

サセプタ支持台４の内部には、冷媒室７が設けられており、この冷媒室７には、冷媒が冷媒導入管８を介して導入されて循環し冷媒排出管９から排出される。そして、その冷熱がサセプタ５を介して半導体ウエハＷに対して伝熱され、これにより半導体ウエハＷが所望の温度に制御される。

サセプタ５は、その上側中央部が凸状の円板状に成形され、その上に半導体ウエハＷと略同形の静電チャック１１が設けられている。静電チャック１１は、絶縁材１０の間に電極１２を配置して構成されている。そして、電極１２に接続された直流電源１３から例えば１．５ｋＶの直流電圧が印加されることにより、例えばクーロン力によって半導体ウエハＷを静電吸着する。

サセプタ支持台４、サセプタ５、静電チャック１１には、半導体ウエハＷの裏面に、伝熱媒体（例えばＨｅガス等）を供給するためのガス通路１４が形成されており、この伝熱媒体を介してサセプタ５の冷熱が半導体ウエハＷに伝達され半導体ウエハＷが所定の温度に維持されるようになっている。

サセプタ５の上端周縁部には、静電チャック１１上に載置された半導体ウエハＷを囲むように、環状のフォーカスリング１５が配置されている。このフォーカスリング１５は、例えば、シリコン等から構成されており、エッチングの面内均一性を向上させる作用を有する。

上記フォーカスリング１５の下部には、サセプタ５及びサセプタ支持台４の周囲を囲むように、円環状の絶縁部材、本実施形態では、石英（クォーツ）からなる円環状の石英部材７２が設けられている。

また、真空処理チャンバ２の外側（常圧雰囲気とされる部分）の所定部位（本実施形態では、真空処理チャンバ２の下側）には、光源７０が設けられており、この光源７０から発せられる加熱用の光７１を、円環状の石英部材７２の内部を透過させてフォーカスリング１５に供給し、フォーカスリング１５を加熱するようになっている。このフォーカスリング１５の加熱機構の詳細は、後述する。なお、円環状の絶縁部材は、加熱用の光７１を透過させる材料によって構成すればよく、石英の他、例えば、溶融石英、サファイヤ、透明イットリア、又はＧｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＧａＡｓ、ＣａＦ_２、ＢａＦ_２、ＭｇＦ_２、ＬｉＦ、ＫＢｒ、ＫＣｌ、ＮａＣｌ、ＭｇＯのいずれかからなる光学材料等から構成してもよい。また、本実施形態では、円環状とした絶縁部材を用いているが、この絶縁部材の形状は、他の形状、例えば扇状或いは、後述するように円柱状としてもよい。

サセプタ５の上方には、このサセプタ５と平行に対向して上部電極２１が設けられている。この上部電極２１は、絶縁材２２を介して、真空処理チャンバ２の上部に支持されている。上部電極２１は、電極板２４と、この電極板２４を支持する導電性材料からなる電極支持体２５とによって構成されている。電極板２４は、例えば、導電体または半導体で構成され、多数の吐出孔２３を有する。この電極板２４は、サセプタ５との対向面を形成する。

上部電極２１における電極支持体２５の中央にはガス導入口２６が設けられ、このガス導入口２６には、ガス供給管２７が接続されている。さらにこのガス供給管２７には、バルブ２８、並びにマスフローコントローラ２９を介して、処理ガス供給源３０が接続されている。処理ガス供給源３０から、プラズマエッチング処理のための処理ガスが供給される。

真空処理チャンバ２の底部には排気管３１が接続されており、この排気管３１には排気装置３５が接続されている。排気装置３５はターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており、真空処理チャンバ２内を所定の減圧雰囲気、例えば１Ｐａ以下の所定の圧力まで真空引き可能なように構成されている。また、真空処理チャンバ２の側壁にはゲートバルブ３２が設けられており、このゲートバルブ３２を開いた状態で半導体ウエハＷが隣接するロードロック室（図示せず）との間で搬送されるようになっている。

上部電極２１には、第１の高周波電源４０が接続されており、その給電線には整合器４１が介挿されている。また、上部電極２１にはローパスフィルター（ＬＰＦ）４２が接続されている。この第１の高周波電源４０は、例えば、１３ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚの範囲の周波数を有している。このように周波数の高い高周波電力を印加することにより、真空処理チャンバ２内に好ましい解離状態でかつ高密度のプラズマを形成することができる。

下部電極としてのサセプタ５には、第２の高周波電源５０が接続されており、その給電線には整合器５１が介挿されている。この第２の高周波電源５０は、第１の高周波電源４０より低い周波数の範囲を有しており、このような範囲の周波数の高周波電力を印加することにより、被処理基板である半導体ウエハＷに対してダメージを与えることなく適切なイオン作用を与えることができる。第２の高周波電源５０の周波数としては、２０ＭＨｚ以下のものが用いられる。

上記構成のプラズマエッチング装置１は、制御部６０によって、その動作が統括的に制御される。この制御部６０には、ＣＰＵを備えプラズマエッチング装置１の各部を制御するプロセスコントローラ６１と、ユーザインターフェース部６２と、記憶部６３とが設けられている。

ユーザインターフェース部６２は、工程管理者がプラズマエッチング装置１を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、プラズマエッチング装置１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成されている。

記憶部６３には、プラズマエッチング装置１で実行される各種処理をプロセスコントローラ６１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。そして、必要に応じて、ユーザインターフェース部６２からの指示等にて任意のレシピを記憶部６３から呼び出してプロセスコントローラ６１に実行させることで、プロセスコントローラ６１の制御下で、プラズマエッチング装置１での所望の処理が行われる。また、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータで読取り可能なコンピュータ記憶媒体（例えば、ハードディスク、ＣＤ、フレキシブルディスク、半導体メモリ等）などに格納された状態のものを利用したり、或いは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。

上記構成のプラズマエッチング装置１によって、半導体ウエハＷのプラズマエッチングを行う場合、まず、半導体ウエハＷは、ゲートバルブ３２が開放された後、図示しないロードロック室から真空処理チャンバ２内へと搬入され、静電チャック１１上に載置される。そして、直流電源１３から直流電圧が印加されることによって、半導体ウエハＷが静電チャック１１上に静電吸着される。次いで、ゲートバルブ３２が閉じられ、排気装置３５によって、真空処理チャンバ２内が所定の真空度まで真空引きされる。

その後、バルブ２８が開放されて、処理ガス供給源３０から所定の処理ガスが、マスフローコントローラ２９によってその流量を調整されつつ、処理ガス供給管２７、ガス導入口２６を通って上部電極２１の中空部へと導入され、さらに電極板２４の吐出孔２３を通って、図１の矢印に示すように、半導体ウエハＷに対して均一に吐出される。

そして、真空処理チャンバ２内の圧力が、所定の圧力に維持される。その後、第１の高周波電源４０から所定の周波数の高周波電力が上部電極２１に印加される。これにより、上部電極２１と下部電極としてのサセプタ５との間に高周波電界が生じ、処理ガスが解離してプラズマ化する。

他方、第２の高周波電源５０から、上記の第１の高周波電源４０より低い周波数の高周波電力が下部電極であるサセプタ５に印加される。これにより、プラズマ中のイオンがサセプタ５側へ引き込まれ、イオンアシストによりエッチングの異方性が高められる。

そして、所定のプラズマエッチング処理が終了すると、高周波電力の供給及び処理ガスの供給が停止され、上記した手順とは逆の手順で、半導体ウエハＷが真空処理チャンバ２内から搬出される。

図２は、図１のプラズマエッチング装置１のフォーカスリング１５及びフォーカスリング１５を加熱するための加熱機構の部分の構成を拡大して模式的に示すものであり、図２では左側に断面構成を、右側に円環状の石英部材７２の一部の立体的形状を示している。図２に示すように、フォーカスリング１５は、下部電極を構成するサセプタ５及び円環状の石英部材７２の上に載置され、半導体ウエハＷの周囲を囲むように載置されている。なお、円環状の石英部材７２は、サセプタ（下部電極）５の周囲を囲むことによって、周囲と絶縁する作用を有する。

基台３には、光源７０からの加熱用の光７１を通過させるための光路３ａが形成されており、光路３ａの出口側（図２中左側）端部には、気密封止のための窓３ｂが配設されている。そして、光路３ａの入口近傍に設けられたミラーまたはプリズム７３によって、光源７０からの加熱用の光７１を略９０度曲げて光路３ａ内に導入するようになっている。なお、図２において３ｃは、窓３ｂを気密封止するためのＯリングである。

円環状の石英部材７２の上記窓３ｂに対応した部位には、図２の右側にも示すように、光導入部７２ａが設けられている。円環状の石英部材７２の光導入部７２ａの内側部分には、反射部７２ｂが形成されており、光導入部７２ａから入射した加熱用の光７１は、反射部７２ｂで上方に向かって反射され、上部に設けられたフォーカスリング１５に向かって進行するようになっている。

また、円環状の石英部材７２の光導入部７２ａ以外の内側面と外側面及び底面には、反射膜７２ｃが形成されている。これらの反射膜７２ｃは、光導入部７２ａから円環状の石英部材７２内に入射した加熱用の光７１が側面及び底面から外部へ漏れることを抑制するためのものである。これらの反射膜７２ｃの作用によって、円環状の石英部材７２内に入射した加熱用の光７１は、図５に示すように、円環状の石英部材７２内部で、乱反射し、分岐して、走査されるようにフォーカスリング１５の各部にまで分散して伝播し、効率良く均一にフォーカスリング１５を加熱することができる。このような反射膜７２ｃは、金属膜や誘電体膜によって形成することができる。このような反射膜７２ｃを形成する代わりに、内部を透過する加熱用の光７１を反射しやすくする為に表面を透明にした構成、又は、表面にファイヤーポリッシュ処理を施した構成としてもよい。

なお、光源７０としては、レーザ光を発生させるレーザ光源又はＬＥＤ（Light Emitting Diode）からなるＬＥＤ光源を使用することが好ましい。また、本実施形態では、光源７０からの加熱用の光７１は、フォーカスリング１５（シリコン製）を透過しない光とすることが好ましく、この場合、シリコンの基礎吸収端以下の波長の光（波長１０５０ｎｍ以下の光）で照射することが好ましい。これによって、効率良くフォーカスリング１５を加熱することができる。なお、加熱用の光７１は、紫外線、可視光、赤外線のいずれであってもよい。

ところで、図２に示すように、フォーカスリング１５の外周部には、円環状に形成されたカバーリング１５ａが設けられている。このカバーリング１５ａを、フォーカスリング１５と同様にして加熱することもできる。

円環状の石英部材７２に加熱用の光７１を導入する構成としては、例えば図３に示すように、石英部材７２の下部に複数のＬＥＤからなる光源７０を設け、光源７０から窓３ｂを介して直接石英部材７２内に加熱用の光７１を導入するようにしてもよい。また、図４に示すように、ＬＥＤからなる光源７０からの加熱用の光７１を光ファイバ７５内に導入するとともに、複数個の光ファイバ７５の先端を石英部材７２の下部に配置し、これらの光ファイバ７５から石英部材７２の下部に窓３ｂを介して加熱用の光７１を導入するようにしてもよい。

なお、円環状の石英部材７２の光導入部７２ａおよび光出射部に、図６に示すように回折格子からなる拡散機構７２ｄを設け、円環状の石英部材７２内に入射する加熱用の光７１を、−１次光、０次光、＋１次光等に分けて分散させるようにしてもよい。この場合、光源７０からの加熱用の光７１の波長を変えることによって、その分散の状態（回折角）を変化させ、より均一に分散させて均一にフォーカスリング１５を加熱することもできる。

また、円環状の石英部材７２に前述した反射膜７２ｃを形成する代わりに、円環状の石英部材７２の内側面、外側面及び底面を鏡面状に研磨して、図７、図８に示すように、円環状の石英部材７２の内側で加熱用の光７１が全反射する入射条件（入射角度）で、円環状の石英部材７２内に加熱用の光７１を入射させるようにしてもよい。

さらに、図９に示すように、円環状の石英部材７２内に複数のビームスプリッタ７２ｅを設け、周方向に沿って入射させた加熱用の光７１を、少しずつ分散させて上方に向けて（フォーカスリング１５に向けて）分岐させるようにしてもよい。また、図１０に示すように、光ファイバ７５によって、光源７０からの加熱用の光７１を分散させて円環状の石英部材７２内に複数の個所から入射させるようにしてもよい。

上記の実施形態では、円環状の石英部材７２内から分散させた状態の加熱用の光７１をフォーカスリング１５に供給する場合について説明したが、例えば、図１１，１２に示すように、フォーカスリング１５内を加熱用の光７１が伝播し、フォーカスリング１５内で加熱用の光７１が全反射して伝搬する構成とすることもできる。なお、この場合、フォーカスリング１５内を加熱用の光７１が伝播するように、シリコンの基礎吸収端より長い波長の光（波長が１０５０ｎｍより長い波長の光）を加熱用の光７１として使用する必要がある。

図１１に示す例は、円環状の石英部材７２とフォーカスリング１５との間に、シリコン製の円環状のプリズム７６を設けたものである。なお、図１１において（ａ）は、プラズマエッチング装置の要部断面構成を示し、（ｂ）は、プリズム７６の断面構成を示し、（ｃ）はフォーカスリング１５及びプリズム７６の平面構成を示している。

図１１（ｂ）に示すように、プリズム７６の入射面と水平面とのなす角度が２５．４°より大きい角度とされ、これによって、プリズム７６を経てフォーカスリング１５中に入射した加熱用の光７１が、フォーカスリング１５の径方向に沿ってフォーカスリング１５中を全反射しなから伝播するようになっている。なお、上記の角度２５．４度は、シリコン（Ｓｉ）の屈折率を３．５、石英（クォーツ）の屈折率を１．５として算出したものである。

図１２に示す例は、円環状の石英部材７２とフォーカスリング１５との間に、矩形状のシリコン製のプリズム７７を設けたものである。なお、図１２において（ａ）は、プラズマエッチング装置の要部断面構成を示し、（ｂ）は、プリズム７７の（ａ）に示すＡ−Ａ断面構成を示し、（ｃ）はフォーカスリング１５及びプリズム７７の平面構成を示している。

上記プリズム７７は、加熱用の光７１をフォーカスリング１５の周方向に向けて屈折させるものであり、上記Ａ−Ａ断面におけるプリズム７７の入射面と水平面とのなす角度が２５．４°より大きい角度とされている。これによって、プリズム７７を経てフォーカスリング１５中に入射した加熱用の光７１が、フォーカスリング１５の周方向に沿ってフォーカスリング１５中を全反射しなから伝播する。なお、上記の角度２５．４度は、シリコン（Ｓｉ）の屈折率を３．５、石英（クォーツ）の屈折率を１．５として算出したものである。上記のプリズム７６，７７を設ける代わりに、円環状の石英部材７２及びフォーカスリング１５の少なくとも一方の表面にプリズム相当の光路を変える加工を施してもよい。

プラズマエッチング装置１において、フォーカスリング１５は、半導体ウエハＷのプラズマエッチングを行う際に、真空処理チャンバ２内にプラズマを発生させると、このプラズマに曝される。このため、半導体ウエハＷのプラズマエッチングを行う場合、最初は常温であったフォーカスリング１５が、プラズマによって加熱され、次第に高温となる。

また、複数枚の半導体ウエハＷを連続的にプラズマエッチングする場合は、１枚目の半導体ウエハＷのプラズマエッチング処理を開始する前は、フォーカスリング１５の温度は常温であるが、１枚目の半導体ウエハＷのプラズマエッチング処理の開始によってフォーカスリング１５の加熱が開始され、その温度が次第に上昇する。

そして、１枚目の半導体ウエハＷのプラズマエッチング処理が終了し、１枚目の半導体ウエハＷが真空処理チャンバ２からアンロードされ、２枚目の半導体ウエハＷが真空処理チャンバ２内にロードされてプラズマエッチング処理が開始されるまでの間に、フォーカスリング１５はある程度冷却される。

この後、２枚目の半導体ウエハＷのプラズマエッチング処理の開始によって、再度フォーカスリング１５の加熱が開始される。このようなフォーカスリング１５の加熱及び冷却過程が数回繰り返されることによって、フォーカスリング１５の温度は、ある一定の範囲の温度となる。

上記のように、プラズマエッチング処理の開始に伴って、フォーカスリング１５の温度が変化するため、何等対策を講じなかった場合、特に、１枚目の半導体ウエハＷと、２枚目以降の半導体ウエハＷの処理状態が、フォーカスリング１５の温度の相違に起因して変化してしまう。

このため、従来においては、半導体ウエハＷの処理を開始する前に、ダミーウエハを真空処理チャンバ２内にロードし、サセプタ５の上にダミーウエハを載置した状態で、真空処理チャンバ２内にプラズマを発生させて、フォーカスリング１５等を加熱することが行われていた。なお、サセプタ５の上にダミーウエハを載置しない状態でプラズマを発生させると、サセプタ５の上に設けられた静電チャック１１の表面が、プラズマにより損傷されるため、ダミーウエハを用いている。

しかしながら、このようにしてフォーカスリング１５を加熱すると、フォーカスリング１５を含めた真空処理チャンバ２内の部材が、プラズマに曝されて消耗するという問題がある。また、このようにしてフォーカスリング１５を加熱すると、ダミーウエハが必要となるだけでなく、ダミーウエハの使用回数等の管理が必要になるとともに、ダミーウエハを収容するための収容部（スロット）が必要になるという問題もある。

そこで、本実施形態では、例えば、１枚目の半導体ウエハＷの処理を開始する前に、光源７０から加熱用の光７１を、円環状の石英部材７２を介してフォーカスリング１５に照射し、フォーカスリング１５を加熱する。そして、このようにしてフォーカスリング１５を加熱した後、半導体ウエハＷのプラズマエッチング処理を開始する。

上記のように、本実施形態では、プラズマを用いずにフォーカスリング１５を加熱するので、ダミーウエハを用いる必要がない。また、フォーカスリング１５を加熱する際に、フォーカスリング１５を含めた真空処理チャンバ２内の部材が、プラズマに曝されて消耗することもない。なお、フォーカスリング１５の加熱は、サセプタ５上に半導体ウエハＷが載置された状態で行ってもよく、サセプタ５上に半導体ウエハＷが載置されていない状態で行ってもよい。

また、例えば、プラズマからの入熱が少なく、プラズマエッチング中にフォーカスリング１５の温度を上昇させる必要がある場合等は、上記加熱用の光７１の照射によるフォーカスリング１５の加熱をプラズマエッチング中に行ってもよい。さらに、プラズマエッチングの最中のフォーカスリング１５の温度は、プラズマエッチング時間の経過に連れて変動するので、フォーカスリング１５の温度を温度計で測定しながら加熱用の光７１の照射による加熱を行い、フォーカスリング１５の温度を一定に制御することもできる。このような場合、低コヒーレンス干渉計を利用した温度計測技術によりフォーカスリング１５の温度を測定するようにし、光源７０からの光を、温度測定用の光として兼用して使用することもできる。

以上のように、本実施形態では、ダミーウエハ等を用いることなく、予めフォーカスリング１５を加熱しておくことができるので、従来に比べてプラズマエッチング処理の手順を簡素化することができる。また、プラズマを用いることなくフォーカスリング１５を加熱するので、フォーカスリング１５や真空処理チャンバ２内の他の部材のプラズマによる消耗も抑制することができる。そして、予めフォーカスリング１５が所望温度となっていることにより、各半導体ウエハＷに均一なプラズマエッチング処理を施すことができる。また、真空処理チャンバ２の外側に設けた光源７０からの加熱用の光７１を、フォーカスリング１５の下部に設けられている円環状の石英部材７２を介してフォーカスリング１５に供給するようにしているので、例えば、フォーカスリング内部に誘導発熱部を設け、かつ、真空処理チャンバ内に誘導コイル等を設置した場合等に比べて加熱機構の構成を簡略化することができ、製造コストの増大を抑制することができる。

図１３は、第２実施形態に係るプラズマエッチング装置１ａの全体の断面概略構成を示すものである。

プラズマエッチング装置１ａは、電極板が上下平行に対向し、プラズマ形成用電源が接続された容量結合型平行平板プラズマエッチング装置として構成されている。なお、図１に示したプラズマエッチング装置１と対応する部分には、同一の符号を付して重複した説明は省略する。

本実施形態のプラズマエッチング装置１ａでは、サセプタ５の上端周縁部には、静電チャック１１上に載置された半導体ウエハＷを囲むように、環状のフォーカスリング１５が配置されている。このフォーカスリング１５は、例えば、シリコンやＳｉＣ等から構成されており、エッチングの面内均一性を向上させる作用を有する。また、このフォーカスリング１５の外周部分には、フォーカスリング１５の周囲を囲むように環状に構成された環状部材（カバーリング）１６が設けられている。この環状部材１６は、一部又は全部がシリコン又はＳｉＣ等から構成されている。

図１４にも示すように、上記環状部材１６の下部には、サセプタ５及びサセプタ支持台４の周囲を囲むように、円環状の絶縁部材、本実施形態では、石英（クォーツ）からなる円環状の石英部材７２０が設けられている。なお、この円環状の石英部材７２０は、石英の他、加熱用の光７１を透過させる材料、例えば、溶融石英、サファイヤ、透明イットリア、又はＧｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＧａＡｓ、ＣａＦ_２、ＢａＦ_２、ＭｇＦ_２、ＬｉＦ、ＫＢｒ、ＫＣｌ、ＮａＣｌ、ＭｇＯのいずれかからなる光学材料等から構成してもよい。また、円環状の石英部材７２０の代わりに、他の形状、例えば扇状或いは、後述するように円柱状のものを用いることもできる。

また、真空処理チャンバ２の外側（常圧雰囲気とされる部分）の所定部位（本実施形態では、真空処理チャンバ２の下側）には、加熱用の光源７０が設けられており、この光源７０から発せられる加熱用の光７１を、円環状の石英部材７２０の内部を透過させて環状部材１６に供給し、環状部材１６を加熱するようになっている。

図１４は、図１３のプラズマエッチング装置１ａの環状部材（カバーリング）１６及び環状部材１６を加熱するための加熱機構の部分の構成を拡大して模式的に示すものである。図１４に示すように、フォーカスリング１５は、半導体ウエハＷの周囲を囲むように下部電極を構成するサセプタ５の上に載置されている。環状部材１６は、フォーカスリング１５の周囲を囲むように配置され、サセプタ５及びサセプタ支持台４を囲むように配置された円環状の石英部材７２０の上に載置されている。なお、円環状の石英部材７２０は、サセプタ（下部電極）５の周囲を囲むことによって、サセプタ５を周囲と絶縁する作用を有する。

基台３には、加熱用の光源７０からの加熱用の光７１を通過させるための光路３ａが形成されており、光路３ａの出口側（図１４中左側）端部には、気密封止のための窓３ｂが配設されている。そして、光路３ａの入口近傍に設けられたミラーまたはプリズム７３によって、光源７０からの加熱用の光７１を略９０度曲げて光路３ａ内に導入するようになっている。なお、図１４において３ｃは、窓３ｂを気密封止するためのＯリングである。

円環状の石英部材７２０の上記窓３ｂに対応した部位には、光導入部７２ａが設けられている。円環状の石英部材７２０の光導入部７２ａの内側部分には、反射部７２ｂが形成されており、光導入部７２ａから入射した加熱用の光７１は、反射部７２ｂで上方に向かって反射され、上部に設けられた環状部材１６に向かって進行するようになっている。

また、図１５に示すように、円環状の石英部材７２０の光導入部７２ａ以外の内側面と外側面及び底面には、反射機構としての反射膜７２ｃが形成されている。これらの反射膜７２ｃは、光導入部７２ａから円環状の石英部材７２０内に入射した加熱用の光７１が側面及び底面から外部へ漏れることを抑制するためのものである。これらの反射膜７２ｃの作用によって、円環状の石英部材７２０内に入射した加熱用の光７１は、図１６に示すように、円環状の石英部材７２０内部で、乱反射し、分岐して、走査されるように環状部材１６の各部にまで分散して伝播し、効率良く均一に環状部材１６を加熱することができる。このような反射膜７２ｃは、金属膜や誘電体膜によって形成することができる。

なお、加熱用の光源７０としては、レーザ光を発生させるレーザ光源又はＬＥＤ（Light Emitting Diode）からなるＬＥＤ光源を使用することが好ましい。また、本実施形態では、光源７０からの加熱用の光７１は、環状部材１６（シリコン製）を透過しない光とすることが好ましく、この場合、シリコンの基礎吸収端以下の波長の光（波長１０５０ｎｍ以下の光）で照射することが好ましい。これによって、効率良く環状部材１６を加熱することができる。なお、加熱用の光７１は、紫外線、可視光、赤外線のいずれであってもよい。

一方、図１４に示すように、上記の環状部材１６の内周側に設けられたフォーカスリング１５は、熱伝達シート１５ａを介してサセプタ５上に載置されており、このサセプタ５は、前述したとおり、半導体ウエハＷを冷却するため冷媒によって冷却されている。したがって、フォーカスリング１５は、サセプタ５からの冷熱によって冷却されるようになっている。本実施形態では、処理チャンバー２内にプラズマを発生させて半導体ウエハＷに形成された膜のプラズマエッチングを行っている際に、フォーカスリング１５を２００℃未満の温度に維持できるようになっている。

上記のように、本実施形態では、環状部材（カバーリング）１６を、光源７０からの加熱用の光７１を照射することによって２００℃以上（例えば３００〜５００℃）の温度に加熱しつつ、フォーカスリング１５を２００℃未満の温度に冷却した状態でプラズマエッチングを行う。これによって、半導体ウエハＷの周縁部におけるホール径の細り等の加工形状の悪化を抑制しつつ、半導体ウエハＷの周縁部のフォトレジストのエッチングレートの上昇を抑制することができ選択比の低下を抑制することができるので、プラズマエッチング処理の面内均一性を向上させることができる。

円環状の石英部材７２０に加熱用の光７１を導入する構成としては、例えば図１７，１８に示す構成を採用することができる。なお、図１７，１８において図１４と対応する部分には同一の符号が付してある。これらの図１７，１８では、小型の光源７０を円環状の石英部材７２０の底部に隣接して配置し、気密封止のための窓３ｂを介して加熱用の光７１を直接円環状の石英部材７２０内に照射する構成となっている。この場合、小型の光源７０として、例えば５０Ｗ程度の出力のものを用い、周方向に沿って等間隔で８〜１２個程度の光源７０を設けた構成とすることができる。

また、上記構成の場合、窓３ｂを凹シリンドリカルレンズ等から構成し、加熱用の光７１を周方向に広げることが好ましい。さらに、円環状の石英部材７２０には、少なくとも加熱用の光７１を導入するための窓３ｂ以外部分の底部に、加熱用の光７１が外部に漏洩することを抑制するための反射機構を設けることが好ましい。この反射機構は、例えば図１９に示すように、円環状の石英部材７２０の底部をプリズム状に加工する方法、または、反射膜のコーティングやファイャーポリッシュ処理等を施す方法等によって形成することができる。

円環状の石英部材７２０に加熱用の光７１を導入する他の構成としては、例えば図２０に示す構成を採用することができる。すなわち、ＬＥＤ等からなる光源７０からの加熱用の光７１を光ファイバ７５内に導入するとともに、複数個の光ファイバ７５の先端を円環状の石英部材７２０の下部に配置し、これらの光ファイバ７５から円環状の石英部材７２０の下部に窓３ｂを介して加熱用の光７１を導入する。

なお、円環状の石英部材７２０の光導入部７２ａの部分に、図２１に示すように回折格子からなる拡散機構７２ｄを設け、円環状の石英部材７２０内に入射する加熱用の光７１を、−１次光、０次光、＋１次光等に分けて分散させるようにしてもよい。この場合、光源７０からの加熱用の光７１の波長を変えることによって、その分散の状態（回折角）を変化させ、より均一に分散させて均一に環状部材１６を加熱することもできる。

また、円環状の石英部材７２０に前述した反射膜７２ｃを形成する代わりに、円環状の石英部材７２０の内側面、外側面及び底面を鏡面状に研磨或いはファイャーポリッシュ処理等を施して、図２２、図２３に示すように、円環状の石英部材７２０の内側で加熱用の光７１が全反射する入射条件（入射角度）で、円環状の石英部材７２０内に加熱用の光７１を入射させるようにしてもよい。

さらに、図２４に示すように、円環状の石英部材７２０内に複数のビームスプリッタ７２ｅを設け、周方向に沿って入射させた加熱用の光７１を、少しずつ分散させて上方に向けて（環状部材１６に向けて）分岐させるようにしてもよい。また、図２５に示すように、光ファイバ７５によって、光源７０からの加熱用の光７１を分散させて円環状の石英部材７２０内に複数の個所から入射させるようにしてもよい。

上記の実施形態では、円環状の石英部材７２０内から分散させた状態の加熱用の光７１を環状部材１６に供給する場合について説明したが、例えば、図２６，２７に示すように、環状部材１６内を加熱用の光７１が伝播し、環状部材１６内で加熱用の光７１が全反射して伝搬する構成とすることもできる。なお、この場合、環状部材１６内を加熱用の光７１が伝播するように、シリコンの基礎吸収端より長い波長の光（波長が１０５０ｎｍより長い波長の光）を加熱用の光７１として使用する必要がある。

また、この場合、加熱用の光７１の導入部を除いて環状部材１６の底面、或いは円環状の石英部材７２０の上面に反射機構を設けることが好ましい。反射機構は、前述したとおり、反射膜を形成するか又はその表面にファイヤーポリッシュ処理等の表面処理を施すことによって形成することができる。

図２６に示す例は、円環状の石英部材７２０と環状部材１６との間に、シリコン製の円環状のプリズム７６を設けたものである。なお、図２６において（ａ）は、プラズマエッチング装置１ａの要部断面構成を示し、（ｂ）は、プリズム７６の断面構成を示し、（ｃ）は、環状部材１６及びプリズム７６の平面構成を示している。

図２６（ｂ）に示すように、プリズム７６の入射面と水平面とのなす角度が２５．４°より大きい角度とされ、これによって、プリズム７６を経て環状部材１６中に入射した加熱用の光７１が、環状部材１６の径方向に沿って環状部材１６中を全反射しなから伝播するようになっている。なお、上記の角度２５．４度は、シリコン（Ｓｉ）の屈折率を３．５、石英（クォーツ）の屈折率を１．５として算出したものである。

図２７に示す例は、円環状の石英部材７２０と環状部材１６との間に、矩形状のシリコン製のプリズム７７を設けたものである。なお、図２７において（ａ）は、プラズマエッチング装置１ａの要部断面構成を示し、（ｂ）は、プリズム７７の（ａ）に示すＡ−Ａ断面構成を示し、（ｃ）は環状部材１６及びプリズム７７の平面構成を示している。

上記プリズム７７は、加熱用の光７１を環状部材１６の周方向に向けて屈折させるものであり、上記Ａ−Ａ断面におけるプリズム７７の入射面と水平面とのなす角度が２５．４°より大きい角度とされている。これによって、プリズム７７を経て環状部材１６中に入射した加熱用の光７１が、環状部材１６の周方向に沿って環状部材１６中を全反射しなから伝播する。なお、上記の角度２５．４度は、シリコン（Ｓｉ）の屈折率を３．５、石英（クォーツ）の屈折率を１．５として算出したものである。なお、上記のプリズム７６，７７を設ける代わりに、円環状の石英部材７２０及び環状部材１６の少なくとも一方の表面にプリズム相当の光路を変える加工を施してもよい。

図２８のグラフは、縦軸を環状部材１６の定常温度（℃）、横軸を投入エネルギー（Ｗ）として、投入エネルギーと環状部材１６（外径３６０ｍｍ、内径３４０ｍｍ）の定常温度との関係を示したものである。同図に示すように、環状部材１６を２００℃に加熱するためには１２５Ｗ、３００℃に加熱するためには２６６Ｗ、４００℃に加熱するためには５００Ｗ程度の投入エネルギーが必要となる。

また、図２９のグラフは、環状部材１６の昇温レート（℃／ｓｅｃ）、横軸を投入エネルギー（Ｗ）として、投入エネルギーと環状部材１６（外径３６０ｍｍ、内径３４０ｍｍ、厚さ１．５，２．０，３．４，４．０ｍｍ）の昇温レートとの関係を示したものである。同図に示すように、環状部材１６の厚さによって昇温レートは変化するが、厚さ３．４ｍｍの場合、投入エネルギーが２５０Ｗで昇温レートが１℃／ｓｅｃ程度となる。

図３０，３１のグラフは、縦軸を温度（℃）、横軸を時間（ｓｅｃ）として環状部材１６の昇温カーブを示したもので、図３０は、環状部材１６の厚さが１．５ｍｍ、図３１は、環状部材１６の厚さが３．４ｍｍの場合を示している。図３１に示されるように、厚さが３．４ｍｍの環状部材１６の場合、２６６Ｗの光で約１０分後に約３００℃となる。

図３２のグラフは、縦軸を温度（℃）、横軸を時間（分）として、内径３００ｍｍ、外径３８０ｍｍの環状部材１６を大気中で加熱した際の昇温カーブを示したものであり、点線は光の出力が５６０Ｗで環状部材１６の底部に反射機構のある場合、実線は光の出力が５６０Ｗで反射機構のない場合を示している。同図に示すように、反射機構を設けることによって、昇温レートを向上させることができ、定常温度も上昇させることができる。

以上のように、本実施形態では、フォーカスリング１５を２００℃未満の温度に冷却しつつ、フォーカスリング１５の外周部に設けられた環状部材１６を２００℃以上の温度に加熱することができる。これによって、半導体ウエハＷの周縁部における加工形状の悪化を抑制することができるとともに、半導体ウエハＷの周縁部におけるフォトレジストのエッチングレートの上昇を抑制してプラズマエッチング処理の面内均一性を向上させることができる。

特に、プラズマエッチング装置１ａが停止した状態から半導体ウエハＷのプラズマエッチングを開始する際、環状部材１６はプラズマに晒されていないため、室温近傍の温度となっている。この状態で、フォーカスリング１５を冷却しつつプラズマエッチングを開始すると、環状部材１６が低温であるため、半導体ウエハＷの周縁部におけるレジストのエッチングレートが上昇し、選択比が低下してプラズマエッチング処理の面内均一性が低下してしまう。これに対して、上記実施形態では、環状部材１６を予め２００℃以上の温度に加熱しておくことができるので、プラズマエッチング処理の開始直後から半導体ウエハＷの周縁部におけるレジストのエッチングレートが上昇することを抑制することができ、プラズマエッチング処理の面内均一性を向上させることができる。

なお、プラズマエッチングの最中の環状部材１６の温度は、プラズマエッチング時間の経過に連れて変動するので、環状部材１６の温度を温度計で測定しながら加熱用の光７１の照射による加熱を行い、環状部材１６の温度を一定に制御することもできる。このような場合、低コヒーレンス干渉計を利用した温度計測技術により環状部材１６の温度を測定するようにし、光源７０からの光を、温度測定用の光として兼用して使用することもできる。

また、真空処理チャンバ２の外側に設けた光源７０からの加熱用の光７１を、環状部材１６の下部に設けられている円環状の石英部材７２０を介して環状部材１６に供給するようにしているので、例えば、環状部材１６の内部に誘導発熱部を設け、かつ、真空処理チャンバ内に誘導コイル等を設置した場合等に比べて加熱機構の構成を簡略化することができ、製造コストの増大を抑制することができる。

上述した各実施形態では、円環状の石英部材７２又は円環状の石英部材７２０の内側面、外側面及び底面に反射膜を形成したり、鏡面状に研磨或いはファイャーポリッシュ処理等を施して、円環状の石英部材７２又は円環状の石英部材７２０から外部に加熱用の光７１が漏れ出ることを防止した場合について説明した。このように、円環状の石英部材７２又は円環状の石英部材７２０の表面を加工する場合に限らず、例えば図３３に示すように、円環状の石英部材７２（又は円環状の石英部材７２０）に隣接して、その外部に反射ミラー１１０を設けてもよい。

この場合、反射ミラー１１０は、円環状の石英部材７２（又は円環状の石英部材７２０）の内側面又は外側面側に設けるよりも低面側に設けた方が、効果が有る。このため、図３３に示すように底面側にのみ反射ミラー１１０を設ける構成としてもよい。なお、図３３に示す例では、反射ミラー１１０は、円環状の石英部材７２（又は円環状の石英部材７２０）の底面の形状に合わせて円環状に形成されており、その一部に、加熱用の光７１を導入するための開口１１１が１又は複数形成された構成となっている。なお、図３３において１１２は真空処理チャンバー壁を示している。

図３４は、縦軸を温度（℃）、横軸を時間（分）として、反射ミラー１１０による円環状の石英部材７２（又は円環状の石英部材７２０）底面における反射が有る場合と、円環状の石英部材７２（又は円環状の石英部材７２０）の低面に黒体を塗布して反射を無くした場合のフォーカスリング１５の温度の相違を調べた結果を示すものである。同図において、実線は、加熱用の光源７０の電流が５０Ａで反射ミラー１１０が有る場合、点線は、加熱用の光源７０の電流が４５Ａで反射ミラー１１０が有る場合、一点鎖線は、加熱用の光源７０の電流が５０Ａで黒体を塗布した場合を示している。

同図に示されるように、反射ミラー１１０が有る場合の光源７０の電流が４５Ａの場合と、低面からの反射が無く光源７０の電流が５０Ａの場合の温度が略同一となった。また、反射ミラー１１０が有る場合の光源７０の電流が５０Ａの場合と、低面からの反射が無く光源７０の電流が５０Ａの場合の温度とを比較すると、反射ミラー１１０が有る場合の方が、３０℃以上温度が高くなった。

このように、円環状の石英部材７２（又は円環状の石英部材７２０）の底面に隣接して反射ミラー１１０を設ければ、効率的にフォーカスリング１５（又は環状部材１６）を加熱することができる。なお、この反射ミラー１１０としては、例えば、Ａｌ、Ａｕ等の金属表面または金属コーティング表面を鏡面研磨したもの等を用いることができる。

また、フォーカスリング１５（又は環状部材１６）の加熱効率を高めるためには、加熱用の光７１の反射を抑制して吸収効果を向上させるコート材を、フォーカスリング１５（又は環状部材１６）の底面にコーティングしてもよい。この場合、例えば加熱用の光７１の波長の光の反射を防止する反射防止膜（例えば、誘電体多層膜）等を用いることができる。

図３５は、前述した実施形態のように、フォーカスリング１５を冷却しつつ、フォーカスリング１５の外周部に設けられた環状部材（カバーリング）１６を加熱する際に、フォーカスリング１５をより効率的に冷却できるようにした構成を示すものである。図３５に示す例は、サセプタ５に、フォーカスリング１５をジョンソンラーベック力を用いて吸着する吸着機構１２０を設けている。この吸着機構１２０は、フォーカスリング１５の近傍に設けられた電極１２１と、この電極１２１に直流電圧を印加するための直流電源１２２と、直流電源１２２からの電圧の印加をオン・オフするためのスイッチ１２３等から構成されている。なお、図３５において１２５は、環状部材１６及び円環状の石英部材７２０の外周側に設けられた石英製部材である。

このように、ジョンソンラーベック力によってフォーカスリング１５を吸着する吸着機構１２０を設け、フォーカスリング１５をサセプタ５と密に接触させることにより、フォーカスリング１５をサセプタ５と略同一の温度とすることができる。ここで、サセプタ５は、冷媒室７内を循環される冷媒によって一定温度に温度制御されている。したがって、吸着機構１２０を設けることによってフォーカスリング１５を精度良く一定温度に制御することができる。

吸着機構１２０は、ジョンソンラーベック力を用いたものに限らず、クーロン力を用いたものであってもよい。クーロン力を用いた吸着機構１２０は、ジョンソンラーベック力を用いたものに比べて吸着力が弱くなる。このため、例えば図３６に示すように、フォーカスリング１５の裏面とサセプタ５との間に熱伝導を促進するための伝熱媒体（例えばＨｅガス等）を供給するガス供給機構１３０を設けることが好ましい。ガス供給機構１３０は、ガス供給源１３１と、ガス供給源１３１からフォーカスリング１５の裏面とサセプタ５との間にＨｅガス等を導入するためのガス流路１３２と、ガス流路１３２を開閉するための開閉弁１３３等から構成されている。

上記のようにガス供給機構１３０を設ける場合、図３７に示すように、半導体ウエハＷの裏面とサセプタ５と間に、ガス通路１４を介してＨｅガス等を供給する半導体ウエハＷの冷却機構からＨｅガス等を分岐させてフォーカスリング１５の裏面とサセプタ５との間に供給するようにしてもよい。なお、図３７において、１５０は、半導体ウエハＷの裏面とサセプタ５と間へのガスの供給路を開閉するための開閉弁である。

また、図３８に示すように、ガス供給機構１３０のみならず、吸着機構１２０についても、静電チャック１１の直流電源１３を兼用し、直流電源１３から電極１２１に直流電圧を印加するように構成してもよい。この場合、フォーカスリング１５は、消耗等によって交換が必要となるまでは固定されたままであるので、電極１２１への電圧の印加をオン・オフするためのスイッチ１２３を設け、直流電源１３からの電圧印加のオン・オフを静電チャック１１と独立して行えるようにすることが好ましい。なお、図３８において、１５１は、静電チャック１１の電極１２への直流電圧の印加のオン・オフを行うためのスイッチである。

上述した各実施形態のように、円環状の石英部材７２を介してその上部に載置されたフォーカスリング１５に加熱用の光７１を供給して加熱する構成とした場合、又は円環状の石英部材７２０を介してその上部に載置された環状部材１６に加熱用の光７１を供給して加熱する構成とした場合、フォーカスリング１５及び環状部材１６は、高真空雰囲気下において真空断熱された状態となっており、これらに蓄積された熱は、輻射によりその周囲に放出される。

この場合、円環状の石英部材７２はフォーカスリング１５に接触した状態で配置されており、円環状の石英部材７２０は環状部材１６に接触した状態で配置されていることから、フォーカスリング１５及び環状部材１６からの輻射熱によって加熱され易い状態となっている。そして、円環状の石英部材７２及び円環状の石英部材７２０は、誘電体である石英から構成されており、高真空雰囲気下において真空断熱された状態となっていることから熱の逃げ場がなく、円環状の石英部材７２及び円環状の石英部材７２０に熱が保持された状態となる。

このように、円環状の石英部材７２及び円環状の石英部材７２０に熱が保持され、その温度が高くなると、フォーカスリング１５及び環状部材１６の加熱特性に影響が生じ、同一の条件で加熱用の光７１を照射したとしても、フォーカスリング１５及び環状部材１６を所定の温度に制御することが難しくなる。

このため、円環状の石英部材７２とサセプタ５との間、或いは円環状の石英部材７２０とサセプタ５との間における伝熱を促進するための機構を設けることが好ましい。このような機構の一例を図３９に示す。同図に示す例では、サセプタ５と円環状の石英部材７２との間等に、複数のＯリング１４１を配設して、これらのＯリング１４１の間に気密に閉塞された空間１４２を形成し、この空間１４２にガス供給源１３１から伝熱用のガス、例えばヘリウムガスを供給するよう構成されている。このような構成とすることで、同図に矢印で示すように、フォーカスリング１５から円環状の石英部材７２に伝わった熱が、空間１４２内の伝熱用ガスを介してサセプタ５に逃げ、円環状の石英部材７２の温度が不所望に上昇することを防止することができる。なお、図３５〜３８に示した実施形態の円環状の石英部材７２０とサセプタ５との間に上記のような空間１４２を形成してここに伝熱用のガスを供給するようにしてもよい。この場合、環状部材１６から円環状の石英部材７２０に伝わった熱が、空間１４２内の伝熱用ガスを介してサセプタ５に逃げ、円環状の石英部材７２０の温度が不所望に上昇することを防止することができる。

図４０は、円環状の石英部材７２及び円環状の石英部材７２０の代わりに、セラミックス等からなる円環状の絶縁部材７２１中に埋設した複数の円柱状の石英部材７２２を加熱用の光の光路として用いた実施形態の要部構成を模式的に示したものである。図４０（ａ）は、円環状の絶縁部材７２１及び円柱状の石英部材７２２等の上面構成を示し、図４０（ｂ）は、縦断面構成を示している。なお、図４０中、７２３は、円環状の絶縁部材７２１の内周側に設けられ、セラミックス等からなる円環状に形成された内周側絶縁部材を示している。

この実施形態では、各円柱状の石英部材７２２の下方に、夫々ＬＥＤ光源からなる加熱用の光源７０を設け、これらの加熱用の光源７０からの加熱用の光７１を、石英部材７２２中を透過させてフォーカスリング１５に供給するようになっている。なお、図４０では、フォーカスリング１５を加熱する場合の例を示したが、環状部材１６を加熱する場合についても同様な構成とすることができる。また、円柱状の石英部材７２２の代わりに、他の材料、例えば、溶融石英、サファイヤ、透明イットリア、又はＧｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＧａＡｓ、ＣａＦ_２、ＢａＦ_２、ＭｇＦ_２、ＬｉＦ、ＫＢｒ、ＫＣｌ、ＮａＣｌ、ＭｇＯのいずれかからなる光学材料等からなる円柱状の部材を用いてもよい。

なお、本発明は上記の各実施形態に限定されるものではなく、各種の変形が可能である。例えば、プラズマエッチング装置は、図１，１３に示した平行平板型の上下部高周波印加型に限らず、例えば、下部電極にのみ１又は２周波の高周波電力を印加するタイプのプラズマエッチング装置、マイクロ波プラズマを用いたプラズマエッチング装置や誘導結合プラズマを用いたプラズマエッチング装置等を使用することができる。

１…プラズマエッチング装置、２……真空処理チャンバ、５……サセプタ、１５……フォーカスリング、７０……光源、７１……加熱用の光、７２……円環状の石英部材、Ｗ……半導体ウエハ。

Claims (17)

1. 真空処理チャンバと、
   前記真空処理チャンバ内に設けられ、基板を載置するための載置台と、
   前記真空処理チャンバ内に処理ガスを供給するためのガス供給機構と、
   前記処理ガスをプラズマ化するための機構と、
   前記基板の周囲を囲むように設けられたフォーカスリングと、
   前記フォーカスリングの外周を囲むように設けられた環状部材と、
   前記フォーカスリングを冷却するための冷却機構と、
   前記環状部材に、当該環状部材の下部に配設された絶縁部材を介して、前記真空処理チャンバ外に設けた加熱用光源からの光を照射して加熱するための加熱機構と
   を具備し、
   前記加熱用光源からの光は、前記環状部材の吸収波長であり、前記絶縁部材の透過波長であり、
   前記絶縁部材は、前記環状部材の下側に設けられ、前記加熱用光源からの光を透過させる材料から円環状又は扇状又は円柱状に形成され、当該絶縁部材の内部を、前記加熱用光源からの光を透過させて、前記環状部材に供給するよう構成され、
   前記絶縁部材内に導入された前記加熱用光源からの光が前記絶縁部材内部の表面で全反射する入射条件で、前記絶縁部材内に前記加熱用光源からの光を入射させるよう構成された
   ことを特徴とするプラズマエッチング装置。
2. 請求項１記載のプラズマエッチング装置であって、
   前記フォーカスリングを冷却するための冷却機構は、前記載置台に載置された前記基板を冷却するための冷却機構を兼ねていることを特徴とするプラズマエッチング装置。
3. 請求項１又は２記載のプラズマエッチング装置であって、
   前記加熱用光源が、レーザ光源又はＬＥＤ光源であることを特徴とするプラズマエッチング装置。
4. 請求項１〜３いずれか１項記載のプラズマエッチング装置であって、
   前記絶縁部材が、石英、溶融石英、サファイヤ、透明イットリア、又はＧｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＧａＡｓ、ＣａＦ_２、ＢａＦ_２、ＭｇＦ_２、ＬｉＦ、ＫＢｒ、ＫＣｌ、ＮａＣｌ、ＭｇＯのいずれかからなる光学材料から構成されていることを特徴とするプラズマエッチング装置。
5. 請求項１〜４いずれか１項記載のプラズマエッチング装置であって、
   前記絶縁部材の底面に、内部を透過する前記加熱用光源からの光を反射させるための反射機構が設けられていることを特徴とするプラズマエッチング装置。
6. 請求項５記載のプラズマエッチング装置であって、
   前記反射機構がコーティング膜又は前記絶縁部材の表面加工によって形成されていることを特徴とするプラズマエッチング装置。
7. 請求項１〜４いずれか１項記載のプラズマエッチング装置であって、
   前記絶縁部材の底面に隣接して前記絶縁部材側に反射面を有する反射ミラーを配設したことを特徴とするプラズマエッチング装置。
8. 請求項１〜７いずれか１項記載のプラズマエッチング装置であって、
   前記絶縁部材に、前記加熱用光源からの光を分割する光分割機構を設け、当該光分割機構によって分割された光で前記環状部材を加熱することを特徴とするプラズマエッチング装置。
9. 請求項１〜７いずれか１項記載のプラズマエッチング装置であって、
   前記絶縁部材に、複数の部位から前記加熱用光源からの光を導入することを特徴とするプラズマエッチング装置。
10. 請求項１〜７いずれか１項記載のプラズマエッチング装置であって、
    前記絶縁部材に、前記加熱用光源からの光を所定の入射角度をもって斜めに入射させるよう構成されたことを特徴とするプラズマエッチング装置。
11. 請求項１〜１０いずれか１項記載のプラズマエッチング装置であって、
    前記絶縁部材と前記環状部材との間にプリズムを設け、又は前記絶縁部材と前記環状部材の少なくとも一方の表面にプリズム相当の光路を変える加工を施し、前記環状部材内に導入された光が前記環状部材の表面で全反射する入射条件で、前記環状部材内に前記加熱用光源からの光を入射させることを特徴とするプラズマエッチング装置。
12. 請求項１〜１１いずれか１項記載のプラズマエッチング装置であって、
    前記絶縁部材と前記載置台との間に気密に閉塞された空間を形成するとともに、当該空間内に伝熱用のガスを供給するガス供給機構を設けたことを特徴とするプラズマエッチング装置。
13. 請求項１〜１２いずれか１項記載のプラズマエッチング装置であって、
    前記フォーカスリングを前記載置台に静電的に吸着する吸着機構を具備したことを特徴とするプラズマエッチング装置。
14. 請求項１〜１３いずれか１項記載のプラズマエッチング装置であって、
    前記環状部材は、一部又は全部がシリコン、又は、シリコン炭化物からなり、前記加熱用光源からの光の波長はシリコンの基礎吸収端以下の波長の１０５０ｎｍ以下であることを特徴とするプラズマエッチング装置。
15. 真空処理チャンバと、
    前記真空処理チャンバ内に設けられ、基板を載置するための載置台と、
    前記真空処理チャンバ内に処理ガスを供給するためのガス供給機構と、
    前記処理ガスをプラズマ化するための機構と、
    前記基板の周囲を囲むように設けられたフォーカスリングと、
    前記フォーカスリングの外周を囲むように設けられた環状部材と、
    を具備したプラズマエッチング装置を用い、前記基板をプラズマエッチングするプラズマエッチング方法であって、
    前記環状部材に当該環状部材の下部に配設された絶縁部材を介して、前記真空処理チャンバ外に設けた加熱用光源からの光を照射して加熱するための加熱機構であって、前記加熱用光源からの光は、前記環状部材の吸収波長であり、前記絶縁部材の透過波長である加熱機構を設け、
    前記絶縁部材内に導入された前記加熱用光源からの光が前記絶縁部材内部の表面で全反射する入射条件で、前記絶縁部材内に前記加熱用光源からの光を入射させ、
    前記環状部材を前記加熱機構によって加熱し、かつ、前記フォーカスリングを冷却しつつ前記基板のプラズマエッチングを行う
    ことを特徴とするプラズマエッチング方法。
16. 請求項１５記載のプラズマエッチング方法であって、
    前記フォーカスリングを前記載置台に静電的に吸着する吸着機構を配設し、前記フォーカスリングを前記載置台に静電的に吸着することを特徴とするプラズマエッチング方法。
17. 請求項１５又は１６記載のプラズマエッチング方法であって、
    前記環状部材は、一部又は全部がシリコン、又は、シリコン炭化物からなり、前記加熱用光源からの光の波長はシリコンの基礎吸収端以下の波長の１０５０ｎｍ以下であることを特徴とするプラズマエッチング方法。

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