JP7090149B2 - プラズマ処理装置及びプラズマエッチング方法 - Google Patents

プラズマ処理装置及びプラズマエッチング方法 Download PDF

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Description

本開示の例示的実施形態は、プラズマ処理装置及びプラズマエッチング方法に関するものである。
電子デバイスの製造においては、プラズマ処理装置が用いられている。プラズマ処理装置は、チャンバ及び基板支持台を備える。基板支持台は、チャンバ内に設けられている。基板支持台は、下部電極を有する。下部電極には、高周波電源が接続されている。基板支持台上には、フォーカスリングが搭載される。基板支持台は、その上に載置される基板を支持する。基板は、フォーカスリングによって囲まれた領域内に配置される。このようなプラズマ処理装置は、特許文献１に記載されている。
特許文献１に記載されたプラズマ処理装置は、更に直流電源を備えている。直流電源は、フォーカスリングのバイアス電圧を調整するために、フォーカスリングに電気的に接続されている。
特開２００７－２５８４１７号公報
プラズマ処理装置を用いて行われるプラズマエッチングでは、基板の中央領域におけるエッチングレートに対する影響を抑制しつつ、基板のエッジ領域におけるエッチングレートを制御することが求められる。
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ、基板支持台、高周波電源、及びフォーカスリングを備える。基板支持台は、下部電極を有し、チャンバ内に設けられている。高周波電源は、下部電極に電気的に接続されている。フォーカスリングは、基板支持台上で基板を囲む。フォーカスリングは、第１領域及び第２領域を有する。第１領域は、フォーカスリングの内側上面を含む。第２領域は、フォーカスリングの外側上面を含む。内側上面及び外側上面は、フォーカスリングの中心軸線の周りで周方向に延在している。内側上面は、外側上面よりも中心軸線の近くで延在している。フォーカスリングは、チャンバ内でのプラズマの生成中に、第１領域における負極性の直流バイアス電位の絶対値が、第２領域における直流電位の絶対値よりも高くなるように構成されている。
一つの例示的実施形態によれば、基板の中央領域におけるエッチングレートに対する影響を抑制しつつ、基板のエッジ領域におけるエッチングレートを制御することが可能となる。
一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。 一つの例示的実施形態に係るフォーカスリングの一部を、図１に示すプラズマ処理装置の基板支持台の一部と共に示す拡大断面図である。 図２に示すフォーカスリングが用いられる場合のプラズマ及びシースの一例を示す図である。 参考例のフォーカスリングが用いられる場合のプラズマ及びシースの一例を示す図である。 別の例示的実施形態に係るフォーカスリングの一部を、図１に示すプラズマ処理装置の基板支持台の一部と共に示す拡大断面図である。 更に別の例示的実施形態に係るフォーカスリングの一部を、図１に示すプラズマ処理装置の基板支持台の一部と共に示す拡大断面図である。 一つの例示的実施形態に係るプラズマエッチング方法を示す流れ図である。 一つの例示的実施形態に係る下限値を決定する方法を示す流れ図である。 図９の（ａ）は第１の実験及び第２の実験の結果を示すグラフであり、図９の（ｂ）は第３の実験及び第４の実験の結果を示すグラフであり、図９の（ｃ）は第５の実験及び第６の実験の結果を示すグラフである。 第７の実験及び第８の実験の結果を示すグラフである。
以下、種々の例示的実施形態について説明する。
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ、基板支持台、高周波電源、及びフォーカスリングを備える。基板支持台は、下部電極を有し、チャンバ内に設けられている。高周波電源は、下部電極に電気的に接続されている。フォーカスリングは、基板支持台上で基板を囲む。フォーカスリングは、第１領域及び第２領域を有する。第１領域は、フォーカスリングの内側上面を含む。第２領域は、フォーカスリングの外側上面を含む。内側上面及び外側上面は、フォーカスリングの中心軸線の周りで周方向に延在している。内側上面は、外側上面よりも中心軸線の近くで延在している。フォーカスリングは、チャンバ内でのプラズマの生成中に、第１領域における負極性の直流バイアス電位の絶対値が、第２領域における直流電位の絶対値よりも高くなるように構成されている。
一つの例示的実施形態では、プラズマの生成中にフォーカスリングの上面において比較的高い絶対値を有する負極性の直流バイアス電位を有する部分が、当該上面の内側の部分、即ち内側上面に限定される。この実施形態によれば、内側上面における直流バイアス電位を調整することにより、基板の中央領域におけるエッチングレートに対する影響を抑制しつつ、基板のエッジ領域におけるエッチングレートを調整することが可能となる。
一つの例示的実施形態において、第１領域と第２領域は、互いから電気的に分離されていてもよい。この実施形態において、プラズマ処理装置は、直流電源を更に備えていてもよい。直流電源は、第１領域に負極性の直流バイアス電位を与えるために、第１領域に負極性の直流電圧を印加するように構成されている。
一つの例示的実施形態において、第１領域及び第２領域の各々は、導電性を有していてもよい。この実施形態では、第１領域と第２領域との間には絶縁体が設けられる。
一つの例示的実施形態において、第１領域は、内側領域及び外側領域を含んでいてもよい。この実施形態において、内側領域及び外側領域は、周方向に延在している。内側領域は、内側上面を含み、外側領域よりもフォーカスリングの中心軸線の近くで延在している。第２領域は、絶縁体を介して外側領域上に設けられている。
一つの例示的実施形態において、第１領域は導電性を有し、第２領域は絶縁体材料から形成されていてもよい。
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、第１の誘電体部及び第２の誘電体部を更に備えていてもよい。この実施形態において、第１の誘電体部のインピーダンスは、第２の誘電体部のインピーダンスよりも低い。第１領域及び第２領域の各々は、導電性を有する。第１領域は、第１の誘電体部を介して高周波電源に電気的に接続されている。第２領域は、第２の誘電体部を介して高周波電源に電気的に接続されている。
一つの例示的実施形態において、内側上面と外側上面は、フォーカスリングの中心軸線に直交する平面に沿って延在している。
一つの例示的実施形態において、第１領域の負極性の直流バイアス電位の絶対値は、下限値以上に設定されてもよい。下限値は、第１領域における負極性の直流バイアス電位が当該下限値以上の絶対値を有する場合に、基板の中央領域におけるエッチングレートが実質的に変化しないように予め定められている。
別の例示的実施形態において、プラズマエッチング方法が提供される。プラズマエッチング方法は、ｉ）プラズマ処理装置のチャンバ内でプラズマを生成する工程と、ｉｉ）プラズマの生成中に、フォーカスリングの第１領域で負極性の直流バイアス電位を発生させる工程と、を含む。プラズマエッチング方法において用いられるプラズマ処理装置は、上述の種々の実施形態のうち何れかのプラズマ処理装置である。第１領域の負極性の直流バイアス電位は、第２領域の直流電位の絶対値よりも高い絶対値を有する。プラズマを生成する工程と負極性の直流バイアス電位を発生させる工程は、プラズマからの化学種により基板をエッチングするために、基板が基板支持台上に載置された状態で実行される。
更に別の例示的実施形態において、下限値を決定する方法が提供される。この方法は、上述の種々の実施形態のうち何れかのプラズマ処理装置を用いて、複数の負極性の直流バイアス電位それぞれに対応する複数のエッチングレートを求める工程を含む。複数のエッチングレートを求める工程では、シーケンスが、第１領域の負極性の直流バイアス電位を複数の負極性の直流バイアス電位に順に設定しつつ繰り返される。シーケンスは、チャンバ内でプラズマを生成し、且つ、フォーカスリングの第１領域で負極性の直流バイアス電位を発生させることにより、基板支持台上に載置された基板をエッチングする工程を含む。シーケンスは、複数のエッチングレートのうち第１領域で発生させた負極性の直流バイアス電位に対応するエッチングレートとして、基板をエッチングする工程における基板の中央領域のエッチングレートを求める工程を更に含む。この方法は、第１領域の負極性の直流バイアス電位の絶対値の下限値を決定する工程を更に含む。下限値は、複数の負極性の直流バイアス電位と該複数の負極性の直流バイアス電位にそれぞれ対応する複数のエッチングレートとの関係を用いて決定される。下限値は、第１領域における負極性の直流バイアス電位が当該下限値以上の絶対値を有する場合に、基板の中央領域におけるエッチングレートが実質的に変化しないように、決定される。
更に別の例示的実施形態において、プラズマエッチング方法が提供される。このプラズマエッチング方法は、上述の種々の実施形態のうち何れかのプラズマ処理装置を用いて、複数の負極性の直流バイアス電位それぞれに対応する複数のエッチングレートを求める工程を含む。複数のエッチングレートを求める工程では、シーケンスが、第１領域の負極性の直流バイアス電位を複数の負極性の直流バイアス電位に順に設定しつつ繰り返される。シーケンスは、チャンバ内でプラズマを生成し、且つ、フォーカスリングの第１領域で負極性の直流バイアス電位を発生させることにより、基板支持台上に載置された基板をエッチングする工程を含む。シーケンスは、複数のエッチングレートのうち第１領域で発生させた負極性の直流バイアス電位に対応するエッチングレートとして、基板をエッチングする工程における基板の中央領域のエッチングレートを求める工程を更に含む。このプラズマエッチング方法は、第１領域の負極性の直流バイアス電位の絶対値の下限値を決定する工程を更に含む。下限値は、複数の負極性の直流バイアス電位と該複数の負極性の直流バイアス電位にそれぞれ対応する複数のエッチングレートとの関係を用いて決定される。下限値は、第１領域における負極性の直流バイアス電位が当該下限値以上の絶対値を有する場合に、基板の中央領域におけるエッチングレートが実質的に変化しないように、決定される。このプラズマエッチング方法は、チャンバ内でプラズマを生成し、且つ、フォーカスリングの第１領域で下限値以上の絶対値を有する負極性の直流バイアス電位を発生させることにより、基板支持台上に載置された基板をエッチングする工程を更に含む。
以下、図面を参照して種々の例示的実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
図１は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。図１に示すプラズマ処理装置１は、容量結合型のプラズマ処理装置である。プラズマ処理装置１は、チャンバ１０を備えている。チャンバ１０は、その中に内部空間１０ｓを提供している。一実施形態において、チャンバ１０は、チャンバ本体１２を含んでいる。チャンバ本体１２は、略円筒形状を有している。内部空間１０ｓは、チャンバ本体１２の中に提供されている。チャンバ本体１２は、例えばアルミニウムから構成されている。チャンバ本体１２は電気的に接地されている。チャンバ本体１２の内壁面、即ち、内部空間１０ｓを画成する壁面には、耐プラズマ性を有する膜が形成されている。この膜は、陽極酸化処理によって形成された膜又は酸化イットリウムから形成された膜といったセラミック製の膜であり得る。
チャンバ本体１２の側壁には通路１２ｐが形成されている。基板Ｗは、内部空間１０ｓとチャンバ１０の外部との間で搬送されるときに、通路１２ｐを通過する。この通路１２ｐの開閉のために、ゲートバルブ１２ｇがチャンバ本体１２の側壁に沿って設けられている。
内部空間１０ｓの中には、基板支持台、即ち支持台１６が設けられている。支持台１６は、チャンバ１０内に設けられている。支持台１６は、その上に載置された基板Ｗを支持するように構成されている。支持台１６は、支持部１５によって支持されている。支持部１５は、チャンバ本体１２の底部から上方に延在している。支持部１５は、略円筒形状を有している。支持部１５は、石英といった絶縁材料から形成されている。
支持台１６は、下部電極１８及び静電チャック２０を有し得る。支持台１６は、電極プレート２１を更に有していてもよい。電極プレート２１は、アルミニウムといった導電性材料から形成されており、略円盤形状を有している。下部電極１８は、電極プレート２１上に設けられている。下部電極１８は、アルミニウムといった導電性材料から形成されており、略円盤形状を有している。下部電極１８は、電極プレート２１に電気的に接続されている。
下部電極１８内には、流路１８ｆが形成されている。流路１８ｆは、熱交換媒体用の流路である。熱交換媒体としては、液状の冷媒、或いは、その気化によって下部電極１８を冷却する冷媒（例えば、フロン）が用いられる。流路１８ｆには、熱交換媒体の循環装置（例えば、チラーユニット）が接続されている。この循環装置は、チャンバ１０の外部に設けられている。流路１８ｆには、循環装置から配管２３ａを介して熱交換媒体が供給される。流路１８ｆに供給された熱交換媒体は、配管２３ｂを介して循環装置に戻される。
静電チャック２０は、下部電極１８上に設けられている。基板Ｗは、内部空間１０ｓの中で処理されるときには、静電チャック２０上に載置され、静電チャック２０によって保持される。静電チャック２０は、本体及び電極を有している。静電チャック２０の本体は、誘電体から形成されている。静電チャック２０の本体は、略円盤形状を有している。静電チャック２０の電極は、膜状の電極であり、静電チャック２０の本体内に設けられている。静電チャック２０の電極には、直流電源が電気的に接続されている。直流電源から静電チャック２０の電極に電圧が印加されると、静電チャック２０と基板Ｗとの間で静電引力が発生する。発生した静電引力により、基板Ｗは、静電チャック２０に引き付けられ、静電チャック２０によって保持される。
支持台１６は、搭載領域２０ｒを有している。搭載領域２０ｒ上には、フォーカスリングＦＲが搭載される。搭載領域２０ｒは、一例では、静電チャック２０の外周領域である。フォーカスリングＦＲは、環形状を有しており、その中心軸線（図中、軸線ＡＸ）の周りで周方向に延在している。基板Ｗは、静電チャック２０の中央領域（基板載置領域）上に載置される。フォーカスリングＦＲは、静電チャック２０の中央領域上に載置された基板Ｗのエッジを囲む。
プラズマ処理装置１は、ガス供給ライン２５を更に備え得る。ガス供給ライン２５は、ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスを、静電チャック２０の上面と基板Ｗの裏面（下面）との間に供給する。
プラズマ処理装置１は、筒状部２８及び絶縁部２９を更に備え得る。筒状部２８は、チャンバ本体１２の底部から上方に延在している。筒状部２８は、支持部１５の外周に沿って延在している。筒状部２８は、導電性材料から形成されており、略円筒形状を有している。筒状部２８は、電気的に接地されている。絶縁部２９は、筒状部２８上に設けられている。絶縁部２９は、絶縁性を有する材料から形成されている。絶縁部２９は、例えば石英といったセラミックから形成されている。絶縁部２９は、略円筒形状を有している。絶縁部２９は、電極プレート２１の外周、下部電極１８の外周、及び静電チャック２０の外周に沿って延在している。
プラズマ処理装置１は、上部電極３０を更に備えている。上部電極３０は、支持台１６の上方に設けられている。上部電極３０は、部材３２と共にチャンバ本体１２の上部開口を閉じている。部材３２は、絶縁性を有している。上部電極３０は、この部材３２を介してチャンバ本体１２の上部に支持されている。
上部電極３０は、天板３４及び支持体３６を含んでいる。天板３４の下面は、内部空間１０ｓを画成している。天板３４には、複数のガス吐出孔３４ａが形成されている。複数のガス吐出孔３４ａの各々は、天板３４を板厚方向（鉛直方向）に貫通している。この天板３４は、限定されるものではないが、例えばシリコンから形成されている。或いは、天板３４は、アルミニウム製の部材の表面に耐プラズマ性の膜を設けた構造を有し得る。この膜は、陽極酸化処理によって形成された膜又は酸化イットリウムから形成された膜といったセラミック製の膜であり得る。
支持体３６は、天板３４を着脱自在に支持している。支持体３６は、例えばアルミニウムといった導電性材料から形成されている。支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。ガス拡散室３６ａからは、複数のガス孔３６ｂが下方に延びている。複数のガス孔３６ｂは、複数のガス吐出孔３４ａにそれぞれ連通している。支持体３６には、ガス導入ポート３６ｃが形成されている。ガス導入ポート３６ｃは、ガス拡散室３６ａに接続している。ガス導入ポート３６ｃには、ガス供給管３８が接続されている。
ガス供給管３８には、ガスソース群４０が、バルブ群４１、流量制御器群４２、及びバルブ群４３を介して接続されている。ガスソース群４０、バルブ群４１、流量制御器群４２、及びバルブ群４３は、ガス供給部を構成している。ガスソース群４０は、複数のガスソースを含んでいる。バルブ群４１及びバルブ群４３の各々は、複数のバルブ（例えば開閉バルブ）を含んでいる。流量制御器群４２は、複数の流量制御器を含んでいる。流量制御器群４２の複数の流量制御器の各々は、マスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器である。ガスソース群４０の複数のガスソースの各々は、バルブ群４１の対応のバルブ、流量制御器群４２の対応の流量制御器、及びバルブ群４３の対応のバルブを介して、ガス供給管３８に接続されている。プラズマ処理装置１は、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択された一以上のガスソースからのガスを、個別に調整された流量で、内部空間１０ｓに供給することが可能である。
筒状部２８とチャンバ本体１２の側壁との間には、バッフルプレート４８が設けられている。バッフルプレート４８は、例えば、アルミニウム製の部材に酸化イットリウム等のセラミックを被覆することにより構成され得る。このバッフルプレート４８には、多数の貫通孔が形成されている。バッフルプレート４８の下方においては、排気管５２がチャンバ本体１２の底部に接続されている。この排気管５２には、排気装置５０が接続されている。排気装置５０は、自動圧力制御弁といった圧力制御器、及び、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、内部空間１０ｓの中の圧力を減圧することができる。
一実施形態において、プラズマ処理装置１は、高周波電源６１を更に備え得る。高周波電源６１は、プラズマ生成用の高周波電力ＨＦを発生する電源である。高周波電力ＨＦは、２７～１００ＭＨｚの範囲内の周波数、例えば４０ＭＨｚ又は６０ＭＨｚの周波数を有する。高周波電源６１は、高周波電力ＨＦを下部電極１８に供給するために、整合器６３及び電極プレート２１を介して下部電極１８に接続されている。整合器６３は、高周波電源６１の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１８側）のインピーダンスを整合させるための整合回路を有している。なお、高周波電源６１は、下部電極１８に電気的に接続されていなくてもよく、整合器６３を介して上部電極３０に接続されていてもよい。
プラズマ処理装置１は、高周波電源６２を更に備えている。高周波電源６２は、基板Ｗにイオンを引き込むためのバイアス高周波電力、即ち高周波電力ＬＦを発生する電源である。高周波電力ＬＦの周波数は、高周波電力ＨＦの周波数よりも低い。高周波電力ＬＦの周波数は、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数であり、例えば、４００ｋＨｚである。高周波電源６２は、高周波電力ＬＦを下部電極１８に供給するために、整合器６４及び電極プレート２１を介して下部電極１８に接続されている。整合器６４は、高周波電源６２の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１８側）のインピーダンスを整合させるための整合回路を有している。
このプラズマ処理装置１では、内部空間１０ｓにガスが供給される。そして、高周波電力ＨＦ及び高周波電力ＬＦ、又は高周波電力ＬＦが供給されることにより、内部空間１０ｓの中でガスが励起される。その結果、内部空間１０ｓの中でプラズマが生成される。生成されたプラズマからのイオン及び／又はラジカルといった化学種により、基板Ｗが処理される。
以下、図１と共に図２を参照する。図２は、一つの例示的実施形態に係るフォーカスリングの一部を、図１に示すプラズマ処理装置の基板支持台の一部と共に示す拡大断面図である。図２に示すフォーカスリングＦＲＡは、プラズマ処理装置１においてフォーカスリングＦＲとして用いられ得る。
フォーカスリングＦＲＡは、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２を有する。フォーカスリングＦＲＡの上面ＴＳは、内側上面ＩＴＳ及び外側上面ＯＴＳを含む。第１領域Ｒ１は、内側上面ＩＴＳを含む。第２領域Ｒ２は、外側上面ＯＴＳを含む。内側上面ＩＴＳ及び外側上面ＯＴＳは、フォーカスリングＦＲＡの中心軸線（図中、軸線ＡＸ）の周りで周方向（図中、方向ＣＤ）に延在している。内側上面ＩＴＳは、外側上面ＯＴＳよりもフォーカスリングＦＲＡの中心軸線の近くで延在している。内側上面ＩＴＳは、基板Ｗのエッジと対面するフォーカスリングＦＲＡの内側端面から径方向に延在している。内側上面ＩＴＳの径方向（中心軸線に対して放射方向）における幅は、例えば３ｍｍ以上、３０ｍｍ以下である。一実施形態において、内側上面ＩＴＳ及び外側上面ＯＴＳは、フォーカスリングＦＲＡの中心軸線に直交する平面に沿って延在している。即ち、一実施形態において、内側上面ＩＴＳ及び外側上面ＯＴＳは、互いに同一の水平レベルを有している。
フォーカスリングＦＲＡは、チャンバ１０内でのプラズマの生成中に、第１領域Ｒ１における負極性の直流バイアス電位の絶対値が、第２領域Ｒ２における直流電位の絶対値よりも高くなるように構成されている。一実施形態において、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２は、互いから電気的に分離されている。一実施形態において、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２の各々は導電性を有し、絶縁体ＩＳが第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との間に設けられている。第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２の各々は、例えばシリコン又は炭化ケイ素（ＳｉＣ）から形成されている。
一実施形態において、第１領域Ｒ１は、内側領域ＩＲ及び外側領域ＯＲを含む。内側領域ＩＲ及び外側領域ＯＲは、周方向（図中、方向ＣＤ）に延在している。内側領域ＩＲは、内側上面ＩＴＳを含む。内側領域ＩＲは、外側領域ＯＲよりもフォーカスリングＦＲの中心軸線（図中、軸線ＡＸ）の近くで延在している。第２領域Ｒ２は、絶縁体ＩＳを介して外側領域ＯＲ上に設けられている。
一実施形態において、プラズマ処理装置１は、直流電源７２を更に備え得る。直流電源７２は、第１領域Ｒ１に負極性の直流バイアス電位を与えるために、負極性の直流電圧を第１領域Ｒ１に印加するように構成されている。直流電源７２は、第１領域Ｒ１に電気的に接続されている。一実施形態では、直流電源７２は、高周波電力ＬＦの給電ライン及び電極プレート２１を介して下部電極１８に電気的に接続されている。図２に示すように、下部電極１８は、導体２２を介して第１領域Ｒ１に電気的に接続されている。なお、直流電源７２は、高周波電力ＬＦの給電ライン、電極プレート２１、及び下部電極１８のうち一つ以上を介さずに、第１領域Ｒ１に電気的に接続されていてもよい。例えば、直流電源７２は、別の電気的パスを介して第１領域Ｒ１に接続されていてもよい。
一実施形態において、第１領域Ｒ１の負極性の直流バイアス電位の絶対値は、下限値以上に設定され得る。下限値は、第１領域Ｒ１における負極性の直流バイアス電位が、当該下限値以上の絶対値を有する場合に、基板Ｗの中央領域におけるエッチングレートが実質的に変化しないように予め定められている。
図１に示すように、一実施形態において、プラズマ処理装置１は、測定回路７０を更に備え得る。測定回路７０は、電圧センサ７０ｖを有する。測定回路７０は、高周波電力ＬＦの給電ライン及び電極プレート２１を介して下部電極１８に電気的に接続されている。なお、測定回路７０は、高周波電力ＬＦの給電ライン、電極プレート２１、及び下部電極１８のうち一つ以上を介さずに、第１領域Ｒ１に電気的に接続されていてもよい。例えば、測定回路７０は、別の電気的パスを介して第１領域Ｒ１に接続されていてもよい。
測定回路７０は、電圧センサ７０ｖを有している。測定回路７０は、電流センサ７０ｉを更に有していてもよい。一実施形態では、測定回路７０は、分圧回路を有している。一例において、分圧回路は抵抗分圧回路である。電圧センサ７０ｖは、抵抗分圧回路の二つの抵抗の間のノードに接続されている。電圧センサ７０ｖは、当該ノードにおける電圧の測定値、即ち、第１領域Ｒ１の直流電位を表す測定値を取得するように構成されている。
測定回路７０は、電流センサ７０ｉを更に有し得る。電流センサ７０ｉは、第１領域Ｒ１と測定回路７０とを接続する電気的パスを流れる電流の測定値を取得するように構成されている。
測定回路７０及び直流電源７２は、第１領域Ｒ１に選択的に接続されるように構成されている。そのために、プラズマ処理装置１は、一以上のスイッチング素子を備えている。一実施形態では、プラズマ処理装置１は、測定回路７０及び直流電源７２のうち一方を第１領域Ｒ１に選択的に接続するために、スイッチング素子７０ｓ及びスイッチング素子７２ｓを備えている。スイッチング素子７０ｓ及びスイッチング素子７２ｓの各々は、例えば電界効果トランジスタであり得る。スイッチング素子７０ｓが導通状態になると、測定回路７０の分圧回路のグランドとは反対側の端部が、第１領域Ｒ１に接続される。スイッチング素子７２ｓが導通状態になると、直流電源７２が第１領域Ｒ１に接続される。スイッチング素子７０ｓ及びスイッチング素子７２ｓは、スイッチング素子７０ｓ及びスイッチング素子７２ｓのうち一方が導通状態にあるときに、他方が非導通状態になるよう、制御部ＭＣによって制御される。
なお、プラズマ処理装置１は、測定回路７０、スイッチング素子７０ｓ、及びスイッチング素子７２ｓを備えていなくてもよい。この場合には、直流電源７２は、高周波電力ＬＦの給電ラインに直接的に接続され得る。
プラズマ処理装置１は、高周波遮断フィルタ７４を更に備え得る。高周波遮断フィルタ７４は、測定回路７０及び直流電源７２に高周波電力が流入することを防止するために設けられている。高周波遮断フィルタ７４は、例えばコンデンサを有する。高周波遮断フィルタ７４のコンデンサの一端は、第１領域Ｒ１と測定回路７０の分圧回路との間、且つ、第１領域Ｒ１と直流電源７２との間の電気的パスに接続されている。高周波遮断フィルタ７４のコンデンサの他端は、グランドに接続されている。
プラズマ処理装置１は、制御部ＭＣを更に備える。制御部ＭＣは、プロセッサ、記憶装置、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり、プラズマ処理装置１の各部を制御する。具体的に、制御部ＭＣは、記憶装置に記憶されている制御プログラムを実行し、当該記憶装置に記憶されているレシピデータに基づいてプラズマ処理装置１の各部を制御する。制御部ＭＣによる制御により、プラズマ処理装置１は、レシピデータによって指定されたプロセスを実行することができる。また、制御部ＭＣによる制御により、プラズマ処理装置１は、種々の実施形態に係る方法を実行することができる。
以下、図３及び図４を参照する。図３は、図２に示すフォーカスリングが用いられる場合のプラズマ及びシースの一例を示す図である。図４は、参考例のフォーカスリングが用いられる場合のプラズマ及びシースの一例を示す図である。図４に示すフォーカスリングＦＲＴは、導電性を有する。フォーカスリングＦＲＴは、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２に分割されていない。即ち、フォーカスリングＦＲＴの上面は、その内縁から外縁まで延びる連続的な平面である。フォーカスリングＦＲＴの上面の内縁は、フォーカスリングＦＲＡの内側上面ＩＴＳの内縁の直径と同一の直径を有する。フォーカスリングＦＲＴの上面の外縁は、フォーカスリングＦＲＡの外側上面ＯＴＳの外縁の直径と同一の直径を有する。
搭載領域２０ｒ上に搭載されたフォーカスリングＦＲＴに直流電源７２から負極性の直流電圧が印加されると、図４に示すように、基板Ｗの上方のシースＳＨに比べて、フォーカスリングＦＲＴの上方のシースＳＨが厚くなる。フォーカスリングＦＲＴの上面の径方向の幅は比較的広いので、シースＳＨと上部電極３０（チャンバ１０の天部）との間の間隙は、フォーカスリングＦＲＴの上方で径方向に比較的広い幅を有する領域において、狭くなる。その結果、プラズマＰＬの径方向への拡散が抑制され、基板Ｗの中央領域の上方でプラズマＰＬの密度が高くなる。故に、フォーカスリングＦＲＴの負極性の直流バイアス電位が調整されると、基板Ｗの中央領域におけるエッチングレートが変化する。
一方、図３に示すように、フォーカスリングＦＲＡが用いられる場合には、プラズマの生成中にフォーカスリングＦＲＡの上面ＴＳにおいて比較的高い絶対値を有する負極性の直流バイアス電位を有する部分が、内側上面ＩＴＳに限定される。その結果、シースＳＨと上部電極３０（チャンバ１０の天部）との間の間隙は、内側上面ＩＴＳの上方で径方向に比較的狭い幅を有する領域において、狭くなる。したがって、フォーカスリングＦＲＡが用いられる場合には、第１領域Ｒ１における負極性の直流バイアス電位が調整されても、プラズマＰＬは径方向に拡散することが可能である。故に、フォーカスリングＦＲＡの第１領域Ｒ１における負極性の直流バイアス電位を調整することにより、基板Ｗの中央領域におけるエッチングレートに対する影響を抑制しつつ、基板Ｗのエッジ領域におけるエッチングレートを調整することが可能となる。
以下、プラズマ処理装置１において、フォーカスリングＦＲとして用いることができる別の例示的実施形態に係るフォーカスリングについて説明する。図５は、別の例示的実施形態に係るフォーカスリングの一部を、図１に示すプラズマ処理装置の基板支持台の一部と共に示す拡大断面図である。図５に示すフォーカスリングＦＲＢは、プラズマ処理装置１においてフォーカスリングＦＲとして用いられ得る。以下、フォーカスリングＦＲＢとフォーカスリングＦＲＡとの相違点について説明する。
フォーカスリングＦＲＢにおいて、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２の各々は、環形状を有している。第１領域Ｒ１は、第２領域Ｒ２よりもフォーカスリングＦＲＢの中心軸線（図中、軸線ＡＸ）の近くで延在している。フォーカスリングＦＲＢの第１領域Ｒ１は、導電性を有しており、例えばシリコン又は炭化ケイ素（ＳｉＣ）から形成されている。フォーカスリングＦＲＢの第２領域Ｒ２は、絶縁体材料から形成されている。フォーカスリングＦＲＢの第１領域Ｒ１には、直流電源７２が電気的に接続されている。
フォーカスリングＦＲＡの第１領域Ｒ１の負極性の直流バイアス電位の絶対値と同様に、フォーカスリングＦＲＢの第１領域Ｒ１の負極性の直流バイアス電位の絶対値は、下限値以上に設定され得る。下限値は、第１領域Ｒ１における負極性の直流バイアス電位が、当該下限値以上の絶対値を有する場合に、基板Ｗの中央領域におけるエッチングレートが実質的に変化しないように予め定められている。
以下、プラズマ処理装置１において、フォーカスリングＦＲとして用いることができる更に別の例示的実施形態に係るフォーカスリングについて説明する。図６は、更に別の例示的実施形態に係るフォーカスリングの一部を、図１に示すプラズマ処理装置の基板支持台の一部と共に示す拡大断面図である。図６に示すフォーカスリングＦＲＣは、プラズマ処理装置１においてフォーカスリングＦＲとして用いられ得る。以下、フォーカスリングＦＲＣとフォーカスリングＦＲＡとの相違点を説明する。
フォーカスリングＦＲＣにおいて、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２の各々は環形状を有している。第１領域Ｒ１は、第２領域Ｒ２よりもフォーカスリングＦＲＣの中心軸線（図中、軸線ＡＸ）の近くで延在している。フォーカスリングＦＲＣの第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２の各々は、導電性を有しており、例えばシリコン又は炭化ケイ素（ＳｉＣ）から形成されている。フォーカスリングＦＲＣにおいて、第１領域Ｒ１は、第１の誘電体部Ｄ１を介して搭載領域２０ｒ上に搭載されている。フォーカスリングＦＲＣにおいて、第２領域Ｒ２は、第２の誘電体部Ｄ２を介して搭載領域２０ｒ上に搭載されている。第１の誘電体部Ｄ１及び第２の誘電体部Ｄ２は、同一の誘電体材料又は互いに異なる誘電体材料から形成されている。第１の誘電体部Ｄ１のインピーダンスは、第２の誘電体部Ｄ２のインピーダンスよりも低い。
高周波電源６２は、第１の誘電体部Ｄ１を介してフォーカスリングＦＲＣの第１領域Ｒ１に電気的に接続されている。また、高周波電源６２は、第２の誘電体部Ｄ２を介してフォーカスリングＦＲＣの第２領域Ｒ２に電気的に接続されている。一例において、高周波電源６２は、電極プレート２１、下部電極１８、導体２２１、及び第１の誘電体部Ｄ１を介して第１領域Ｒ１に電気的に接続されている。また、高周波電源６２は、電極プレート２１、下部電極１８、導体２２２、及び第２の誘電体部Ｄ２を介して第２領域Ｒ２に電気的に接続されている。なお、高周波電源６２とは別の高周波電源が、第１の誘電体部Ｄ１を介してフォーカスリングＦＲＣの第１領域Ｒ１に電気的に接続されていてもよい。また、当該別の高周波電源は、第２の誘電体部Ｄ２を介してフォーカスリングＦＲＣの第２領域Ｒ２に電気的に接続されていてもよい。
フォーカスリングＦＲＣの第１領域Ｒ１は、比較的低いインピーダンスを有する第１の誘電体部Ｄ１を介して高周波電源６２（又は別の高周波電源）に電気的に接続されている。一方、フォーカスリングＦＲＣの第２領域Ｒ２は、比較的高いインピーダンスを有する第２の誘電体部Ｄ２を介して高周波電源６２（又は別の高周波電源）に電気的に接続されている。したがって、フォーカスリングＦＲＣの第１領域Ｒ１における負極性の直流バイアス電位の絶対値は、フォーカスリングＦＲＣの第２領域Ｒ２における負極性の直流バイアス電位の絶対値よりも高くなる。なお、フォーカスリングＦＲＣが用いられる場合には、プラズマ処理装置１は、直流電源７２を備えていなくてもよい。また、プラズマ処理装置１は、測定回路７０を備えていなくてもよい。
フォーカスリングＦＲＡの第１領域Ｒ１の負極性の直流バイアス電位の絶対値と同様に、フォーカスリングＦＲＣの第１領域Ｒ１の負極性の直流バイアス電位の絶対値は、下限値以上に設定され得る。下限値は、第１領域Ｒ１における負極性の直流バイアス電位が、当該下限値以上の絶対値を有する場合に、基板Ｗの中央領域におけるエッチングレートが実質的に変化しないように予め定められている。
以下、一つの例示的実施形態に係るプラズマエッチング方法について説明する。図７は、一つの例示的実施形態に係るプラズマエッチング方法を示す流れ図である。以下の説明では、プラズマ処理装置１が用いられる場合を例として、図７に示すプラズマエッチング方法（以下、「方法ＭＴ」という）について説明する。
方法ＭＴは、工程ＳＴＥを含む。工程ＳＴＥでは基板がエッチングされる。方法ＭＴは、工程ＳＴＰを更に含んでいてもよい。工程ＳＴＰは、工程ＳＴＥの実行前に実行される。工程ＳＴＰでは、第１領域Ｒ１の負極性の直流バイアス電位の下限値が決定される。工程ＳＴＰの詳細については後述する。
工程ＳＴＥは、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２を含む。工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２は、プラズマからの化学種により基板をエッチングするために、基板が支持台１６上に載置された状態で実行される。基板は、静電チャック２０の中央領域上、且つ、フォーカスリングＦＲによって囲まれた領域内に配置される。
工程ＳＴ１では、チャンバ１０内でプラズマが生成される。具体的に、工程ＳＴ１では、ガス供給部からチャンバ１０内にガスが供給される。工程ＳＴ１では、排気装置５０によってチャンバ１０内の圧力が指定された圧力に設定される。工程ＳＴ１では、高周波電力ＨＦ及び高周波電力ＬＦ、又は高周波電力ＬＦが供給される。工程ＳＴ１では、チャンバ１０内でガスが励起される。その結果、チャンバ１０内でガスからプラズマが生成される。
続く工程ＳＴ２は、工程ＳＴ１におけるプラズマの生成中に実行される。工程ＳＴ２では、フォーカスリングＦＲの第１領域Ｒ１で、第２領域Ｒ２の直流電位の絶対値よりも高い絶対値を有する負極性の直流バイアス電位を発生させる。工程ＳＴ２では、第１領域Ｒ１の負極性の直流バイアス電位の絶対値は、工程ＳＴＰおいて決定された下限値以上の範囲内で設定される。
フォーカスリングＦＲとしてフォーカスリングＦＲＡ又はフォーカスリングＦＲＢが用いられる場合には、工程ＳＴ２において、直流電源７２からの負極性の直流電圧が第１領域Ｒ１に印加される。フォーカスリングＦＲとしてフォーカスリングＦＲＣが用いられる場合には、工程ＳＴ２において、高周波電源６２からの高周波電力ＬＦが、第１の誘電体部Ｄ１を介して第１領域Ｒ１に供給され、第２の誘電体部Ｄ２を介して第２領域Ｒ２に供給される。或いは、工程ＳＴ２において、高周波電源６２とは別の高周波電源からの高周波電力が、第１の誘電体部Ｄ１を介して第１領域Ｒ１に供給され、第２の誘電体部Ｄ２を介して第２領域Ｒ２に供給されてもよい。
方法ＭＴでは、プラズマからのイオンといった化学種により基板がエッチングされる。方法ＭＴによれば、内側上面ＩＴＳにおける直流バイアス電位を調整することにより、基板の中央領域におけるエッチングレートに対する影響を抑制しつつ、基板のエッジ領域におけるエッチングレートを調整することが可能となる。
プラズマ生成中の第１領域Ｒ１の負極性の直流バイアス電位の絶対値は、上述の下限値以上の範囲内で制御されてもよい。第１領域Ｒ１の負極性の直流バイアス電位の絶対値を下限値以上の範囲内で制御することにより、第１領域Ｒ１の上方におけるシースとプラズマとの界面の位置（高さ方向の位置）を制御することが可能である。
一例において、プラズマ生成中の第１領域Ｒ１の負極性の直流バイアス電位の絶対値は、下限値よりも大きい基準値（又は初期値）を基準として設定される。プラズマ生成中の第１領域Ｒ１の負極性の直流バイアス電位の絶対値が基準値よりも低い値に設定されると、第１領域Ｒ１の上方におけるシースとプラズマとの界面の位置は、基準位置よりも低くなる。基準位置は、プラズマ生成中の第１領域Ｒ１の負極性の直流バイアス電位の絶対値が基準値に設定されている場合の、第１領域Ｒ１の上方におけるシースとプラズマとの界面の位置である。一方、プラズマ生成中の第１領域Ｒ１の負極性の直流バイアス電位の絶対値が基準値よりも高い値に設定されると、第１領域Ｒ１の上方におけるシースとプラズマとの界面の位置は、基準位置よりも高くなる。このように第１領域Ｒ１の上方におけるシースとプラズマとの界面の位置を制御することにより、基板のエッジ領域に対するイオンの入射角を制御することができる。したがって、プラズマ生成中の第１領域Ｒ１の負極性の直流バイアス電位の絶対値を下限値以上の範囲内で制御することにより、基板の中央領域のエッチングレートに対する影響を抑制しつつ、基板のエッジ領域に対するイオンの入射角を制御することが可能となる。
別の一例においては、フォーカスリングＦＲが消耗した場合に、プラズマ生成中の第１領域Ｒ１の負極性の直流バイアス電位の絶対値が、初期値よりも高い値に設定される。初期値は、消耗していないフォーカスリングＦＲが用いられる場合に、プラズマ生成中の第１領域Ｒ１の負極性の直流バイアス電位の絶対値として設定される値であり、上述の下限値以上の値である。例えば、プラズマ生成中の第１領域Ｒ１の負極性の直流バイアス電位の絶対値は、フォーカスリングＦＲの消耗の進行（フォーカスリングＦＲの厚みの減少又は内側上面ＩＴＳの高さ方向の位置の低下）に応じて、初期値から増加される。フォーカスリングＦＲが消耗して内側上面ＩＴＳの高さ方向の位置が低くなると、内側上面ＩＴＳの上方でシースとプラズマとの界面の高さ方向の位置が低くなる。その結果、基板のエッジ領域に対してイオンが斜めに入射する。本例では、フォーカスリングＦＲが消耗している場合に、プラズマ生成中の第１領域Ｒ１の負極性の直流バイアス電位の絶対値を初期値から増加させることにより、内側上面ＩＴＳの上方でシースとプラズマとの界面の高さ方向の位置が補正される。したがって、本例によれば、フォーカスリングＦＲが消耗している場合に、基板の中央領域のエッチングレートに対する影響を抑制しつつ、基板のエッジ領域に対するイオンの入射方向を鉛直方向に補正することができる。
以下、図８を参照する。図８は、一つの例示的実施形態に係る下限値を決定する方法を示す流れ図である。方法ＭＴの工程ＳＴＰでは、図８に示す方法ＭＴＤが実行される。方法ＭＴＤでは、複数の負極性の直流バイアス電位それぞれに対応する複数のエッチングレートを求める工程を含む。複数のエッチングレートを求める工程では、シーケンスＳＱが、第１領域Ｒ１の負極性の直流バイアス電位を複数の負極性の直流バイアス電位に順に設定しつつ繰り返される。
シーケンスＳＱは、工程ＳＴ１１及び工程ＳＴ１２を含む。工程ＳＴ１１は、工程ＳＴＥと同様の工程である。工程ＳＴ１１では、チャンバ１０内でガスからプラズマが生成され（工程ＳＴ１１１）、且つ、設定された負極性の直流バイアス電位が第１領域Ｒ１で発生される（工程ＳＴ１１２）。工程ＳＴ１１では、生成されたプラズマからのイオンといった化学種により、基板がエッチングされる。なお、工程ＳＴ１１１におけるプラズマの生成のための諸条件は、工程ＳＴ１におけるプラズマの生成のための諸条件とそれぞれ同一であり得る。
続く工程ＳＴ１２では、工程ＳＴ１１でエッチングされた基板の中央領域のエッチングレートが求められる。エッチングレートは、基板において形成された開口の深さを工程ＳＴ１１の処理時間で除することにより、求められる。工程ＳＴ１２で求められたエッチングレートは、複数のエッチングレートのうち、設定されたバイアス電位、即ち、工程ＳＴ１１において第１領域Ｒ１で発生させた負極性の直流バイアス電位に対応するエッチングレートとして、用いられる。
続く工程ＳＴ１３では、シーケンスの実行を終了するか否かが判定される。工程ＳＴ１３では、複数の負極性の直流バイアス電位のうちシーケンスＳＱにおいて利用されていない直流バイアス電位があれば、シーケンスの実行を終了しないものと判定される。シーケンスの実行を終了しない場合には、複数の負極性の直流バイアス電位のうちシーケンスＳＱにおいて利用されていない直流バイアス電位が用いられて、再びシーケンスＳＱが実行される。一方、複数の負極性の直流バイアス電位の全てがシーケンスＳＱにおいて用いられている場合には、複数の負極性の直流バイアス電位と当該複数の負極性の直流バイアス電位にそれぞれ対応する複数のエッチングレートとの関係が得られる。
工程ＳＴ１４では、第１領域Ｒ１の負極性の直流バイアス電位の絶対値の下限値が決定される。下限値は、シーケンスＳＱの繰り返しにより求められた関係、即ち、複数の負極性の直流バイアス電位と当該複数の負極性の直流バイアス電位にそれぞれ対応する複数のエッチングレートとの関係を用いて決定される。下限値は、第１領域Ｒ１における負極性の直流バイアス電位が当該下限値以上の絶対値を有する場合に、基板の中央領域におけるエッチングレートが実質的に変化しないように、決定される。一例では、下限値は、第１領域Ｒ１における負極性の直流バイアス電位が当該下限値以上の絶対値を有する場合に、基板の中央領域におけるエッチングレートが所定範囲内のエッチングレートとなるように、決定される。このようにして決定された下限値は、工程ＳＴ２において第１領域Ｒ１の負極性の直流バイアス電位を決定するために用いられる。
以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる実施形態における要素を組み合わせて他の実施形態を形成することが可能である。
例えば、フォーカスリングＦＲＡ、フォーカスリングＦＲＢ、又はフォーカスリングＦＲＣを備えるプラズマ処理装置は、容量結合型のプラズマ処理装置に限定されるものではなく、任意のタイプのプラズマ処理装置であってもよい。また、方法ＭＴにおいては、プラズマ処理装置１以外の任意のタイプのプラズマ処理装置が用いられてもよい。そのようなプラズマ処理装置としては、誘導結合型のプラズマ処理装置、マイクロ波といった表面波によりプラズマを生成するプラズマ処理装置が例示される。
また、フォーカスリングＦＲＡ、フォーカスリングＦＲＢ、又はフォーカスリングＦＲＣは、その温度調整が可能であるように構成されていてもよい。例えば、静電チャック２０の内部にヒーターが設けられていてもよい。このヒーターは、基板Ｗとフォーカスリングの双方を加熱するよう、静電チャック２０の全域にわたって延在していてもよい。或いは、ヒーターは、フォーカスリングのみを加熱できるように、搭載領域２０ｒの直下のみに設けられていてもよい。また、基板Ｗを加熱する第１のヒーターとフォーカスリングを加熱する第２のヒーターとが設けられていてもよい。さらに、フォーカスリングＦＲＢ又はフォーカスリングＦＲＣを加熱する場合、第１領域Ｒ１又は第２領域Ｒ２のみを加熱できるよう、第１領域Ｒ１又は第２領域Ｒ２の直下にのみヒーターが設けられていてもよい。或いは、フォーカスリングＦＲＢ又はフォーカスリングＦＲＣを加熱する場合、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２の直下にそれぞれ別のヒーターが設けられてもよい。
また、フォーカスリングＦＲＡを加熱する場合、搭載領域２０ｒ上に伝熱シートが設けられ、フォーカスリングＦＲＡが搭載領域２０ｒ上に伝熱シートを介して搭載されてもよい。また、フォーカスリングＦＲＣを加熱する場合、第１の誘電体部Ｄ１及び／又は第２の誘電体部Ｄ２は絶縁性の伝熱シートから構成されていてもよい。
なお、フォーカスリングの温度調整として加熱を例示したが、フォーカスリングの温度調整は冷却であってもよい。この場合、ヒーターに代えて、或いはヒーターと共に、ペルチエ素子などの冷却部材が設けられてもよい。
以下、プラズマ処理装置１を用いて行った幾つかの実験について説明する。
（第１～第６の実験）
第１～第６の実験では、搭載領域２０ｒに上述のフォーカスリングＦＲＴを搭載した。第３の実験及び第４の実験では、フォーカスリングＦＲＴの上面の全領域のうち径方向において外側の領域を絶縁テープで覆った。第３の実験及び第４の実験では、フォーカスリングＦＲＴの上面の全領域のうち露出されている内側の領域の径方向における幅は１ｃｍであった。第５の実験及び第６の実験では、フォーカスリングＦＲＴの上面の全領域のうち径方向において内側の領域を絶縁テープで覆った。第５の実験及び第６の実験では、フォーカスリングＦＲＴの上面の全領域のうち露出されている外側の領域の径方向における幅は１ｃｍであった。第１～第６の実験では、静電チャック２０上に基板を載置し、基板のシリコン酸化膜のエッチングを行った。第１～第６の実験では、エッチング用のガスとしてフルオロカーボンガスを用いた。第１～第６の実験では、高周波電力ＨＦ及び高周波電力ＬＦを下部電極に供給した。第１、第３、及び第５の実験では、フォーカスリングＦＲＴに、直流電源７２からの直流電圧を印加しなかった。第２、第４、及び第６の実験では、フォーカスリングＦＲＴに、直流電源７２から－５００Ｖの直流電圧を印加した。
第１～第６の実験の各々では、シリコン酸化膜のエッチングレートの径方向の分布を求めた。図９の（ａ）は第１の実験及び第２の実験の結果を示すグラフであり、図９の（ｂ）は第３の実験及び第４の実験の結果を示すグラフであり、図９の（ｃ）は第５の実験及び第６の実験の結果を示すグラフである。図９の（ａ）、図９の（ｂ）、及び図９の（ｃ）の各々のグラフにおいて、横軸は、基板の中心からの距離を示しており、縦軸は基板のシリコン酸化膜のエッチングレートを示している。
図９の（ａ）に示すように、第２の実験で求めた基板の中央領域におけるエッチングレートは、第１の実験で求めた基板の中央領域におけるエッチングレートに対して大きく変化していた。したがって、その上面の全てを露出させたフォーカスリングＦＲＴの負極性のバイアス電圧を調整すると、基板の中央領域におけるエッチングレートが変化することが確認された。
図９の（ｃ）に示すように、第６の実験で求めたエッチングレートは、第５の実験で求めたエッチングレートに対して、基板の径方向の全ての位置で比較的大きく変化していた。したがって、その上面のうち径方向の外側の領域のみを露出させたフォーカスリングＦＲＴの負極性のバイアス電圧を調整すると、基板の径方向の全ての位置でエッチングレートが比較的大きく変化することが確認された。
図９の（ｂ）に示すように、第４の実験で求めた基板のエッジ領域におけるエッチングレートは、第３の実験で求めた基板のエッジ領域におけるエッチングレートに対して、大きく変化していた。また、第４の実験で求めた基板の中央領域におけるエッチングレートと第３の実験で求めた基板の中央領域におけるエッチングレートとの差は、比較的小さかった。第３の実験及び第４の実験の各々で用いたフォーカスリングは、その上面のうち外側の領域における直流電位の絶対値よりも大きい絶対値を有する負極性の直流バイアス電位が、当該上面のうち内側の領域で生じるように構成したものである。したがって、フォーカスリングＦＲＡ、ＦＲＢ、及びＦＲＣのうち何れかを用いることにより、基板の中央領域におけるエッチングレートに対する影響を抑制しつつ、基板のエッジ領域におけるエッチングレートを制御することが可能となることが確認された。
（第７の実験及び第８の実験）
第７の実験では、搭載領域２０ｒにフォーカスリングＦＲＡを搭載し、複数の基板のシリコン酸化膜を順にエッチングした。第７の実験の複数の基板のシリコン酸化膜のエッチングでは、直流電源７２から第１領域Ｒ１に印加する負極性の直流電圧をそれぞれ異なる直流電圧に設定した。第８の実験では、搭載領域２０ｒにフォーカスリングＦＲＴを搭載し、複数の基板のシリコン酸化膜を順にエッチングした。第８の実験の複数の基板のシリコン酸化膜のエッチングにおいては、直流電源７２から第１領域Ｒ１に印加する負極性の直流電圧をそれぞれ異なる直流電圧に設定した。第７及び第８の実験では、エッチング用のガスとしてフルオロカーボンガスを用いた。第７及び第８の実験では、高周波電力ＨＦ及び高周波電力ＬＦを下部電極に供給した。
第７の実験及び第８の実験では、各基板の中央領域におけるシリコン酸化膜のエッチングレートの変化率を求めた。エッチングレートの変化率を求めるために、直流電源７２からフォーカスリングに直流電圧を印加しなかったときのエッチングレートを基準のエッチングレートとして用いた。具体的に、その変化率が求められるべきエッチングレートと基準のエッチングレートとの差を求め、当該差の基準のエッチングレートに対する割合を求めることにより、エッチングレートの変化率を求めた。図１０は、第７の実験及び第８の実験の結果を示すグラフである。図１０において、横軸は直流電源７２からフォーカスリングに印加された直流電圧を示しており、縦軸は基板の中央領域におけるエッチングレートの変化率を示している。図１０に示すように、第８の実験では、フォーカスリングＦＲＴの負極性の直流電圧の絶対値の増加につれて、基板の中央領域におけるエッチングレートの変化率が増加していた。一方、第７の実験では、フォーカスリングＦＲＡの第１領域Ｒ１の負極性の直流電圧の絶対値が１００Ｖ以上であるときに、基板の中央領域におけるエッチングレートの変化率が略変動していなかった。したがって、第１領域Ｒ１における負極性の直流バイアス電位がそれ以上の絶対値を有する場合に、基板Ｗの中央領域におけるエッチングレートが実質的に変化しなくなるように、下限値を設定することが可能であることが確認された。また、この下限値以上の範囲内で第１領域Ｒ１に与える負極性の直流バイアス電位の絶対値を調整しても、基板の中央領域におけるエッチングレートに対する影響を抑制することが可能であることが確認された。
以上の説明から、本開示の種々の実施形態は、説明の目的で本明細書で説明されており、本開示の範囲及び主旨から逸脱することなく種々の変更をなし得ることが、理解されるであろう。したがって、本明細書に開示した種々の実施形態は限定することを意図しておらず、真の範囲と主旨は、添付の特許請求の範囲によって示される。
１…プラズマ処理装置、１０…チャンバ、１６…支持台、１８…下部電極、６２…高周波電源、ＦＲ…フォーカスリング、Ｒ１…第１領域、Ｒ２…第２領域、ＩＴＳ…内側上面、ＯＴＳ…外側上面。

Claims (11)

  1. チャンバと、
    下部電極を有し、前記チャンバ内に設けられた基板支持台と、
    前記下部電極に電気的に接続された高周波電源と、
    基板を囲むように前記基板支持台上に設けられたフォーカスリングと、
    を備えるプラズマ処理装置であって、
    前記フォーカスリングは、第１領域及び第２領域を有し、
    前記第１領域は、前記フォーカスリングの内側上面を含み、
    前記第２領域は、前記フォーカスリングの外側上面を含み、
    前記内側上面及び前記外側上面は、前記フォーカスリングの中心軸線の周りで周方向に延在しており、
    前記内側上面は、前記外側上面よりも前記中心軸線の近くで延在しており、
    前記フォーカスリングは、前記チャンバ内でのプラズマの生成中に、前記第１領域における負極性の直流バイアス電位の絶対値が、前記第２領域における直流電位の絶対値よりも高くなるように構成されており、
    前記第１領域と前記第２領域は、互いから電気的に分離されており、
    該プラズマ処理装置は、前記第１領域に前記負極性の直流バイアス電位を与えるために、前記第１領域に負極性の直流電圧を印加するように構成された直流電源を更に備え、
    前記第１領域及び前記第２領域の各々は、導電性を有し、
    前記第１領域と前記第２領域との間には絶縁体が設けられており、
    前記第１領域は、内側領域及び外側領域を含み、
    前記内側領域及び外側領域は、前記周方向に延在しており、
    前記内側領域は、前記内側上面を含み、前記外側領域よりも前記中心軸線の近くで延在しており、
    前記第２領域は、前記絶縁体を介して前記外側領域上に設けられている、
    プラズマ処理装置。
  2. 前記内側上面と前記外側上面は、同一の水平レベルを有している、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記第１領域の前記負極性の直流バイアス電位の絶対値は、下限値以上に設定され、
    前記下限値は、前記第１領域における前記負極性の直流バイアス電位が該下限値以上の絶対値を有する場合に、前記基板の中央領域におけるエッチングレートが実質的に変化しないように予め定められている、
    請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記基板支持台は、
    前記下部電極上に設けられた静電チャックと、
    それを介して前記下部電極が前記第１領域に接続される導体と、
    を含み、
    前記フォーカスリングは、前記静電チャック上に搭載される、
    請求項１～３の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記直流電源は、前記第１領域に電気的に接続されている、請求項１～４の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  6. チャンバと、
    下部電極を有し、前記チャンバ内に設けられた基板支持台と、
    前記下部電極に電気的に接続された高周波電源と、
    基板を囲むように前記基板支持台上に設けられたフォーカスリングと、
    を備えるプラズマ処理装置であって、
    前記フォーカスリングは、第１領域及び第２領域を有し、
    前記第１領域は、前記フォーカスリングの内側上面を含み、
    前記第２領域は、前記フォーカスリングの外側上面を含み、
    前記内側上面及び前記外側上面は、前記フォーカスリングの中心軸線の周りで周方向に延在しており、
    前記内側上面は、前記外側上面よりも前記中心軸線の近くで延在しており、
    前記フォーカスリングは、前記チャンバ内でのプラズマの生成中に、前記第１領域における負極性の直流バイアス電位の絶対値が、前記第２領域における直流電位の絶対値よりも高くなるように構成されており、
    該プラズマ処理装置は、第１の誘電体部及び第２の誘電体部を更に備え、
    前記第１の誘電体部のインピーダンスは、前記第２の誘電体部のインピーダンスよりも低く、
    前記第１領域及び前記第２領域の各々は、導電性を有し、
    前記第１領域は、前記第１の誘電体部を介して前記高周波電源に電気的に接続されており、
    前記第２領域は、前記第２の誘電体部を介して前記高周波電源に電気的に接続されている、
    プラズマ処理装置。
  7. 前記フォーカスリングの前記内側上面と前記フォーカスリングの前記外側上面は、同一の水平レベルを有している、請求項６に記載のプラズマ処理装置。
  8. 前記第１領域の前記負極性の直流バイアス電位の絶対値は、下限値以上に設定され、
    前記下限値は、前記第１領域における前記負極性の直流バイアス電位が該下限値以上の絶対値を有する場合に、前記基板の中央領域におけるエッチングレートが実質的に変化しないように予め定められている、
    請求項６又は７に記載のプラズマ処理装置。
  9. 前記第１の誘電体部及び前記第２の誘電体部は、異なる誘電体材料から形成されている、請求項６～８の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  10. 前記第１の誘電体部及び前記第２の誘電体部は、同一の誘電体材料から形成されている、請求項６～８の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  11. プラズマ処理装置を用いて、複数の負極性の直流バイアス電位それぞれに対応する複数のエッチングレートを求める工程であり、該プラズマ処理装置は、チャンバと、下部電極を有し、前記チャンバ内に設けられた基板支持台と、前記下部電極に電気的に接続された高周波電源と、基板を囲むように前記基板支持台上に設けられたフォーカスリングと、を備え、前記フォーカスリングは、第１領域及び第２領域を有し、前記第１領域は、前記フォーカスリングの内側上面を含み、前記第２領域は、前記フォーカスリングの外側上面を含み、前記内側上面及び前記外側上面は、前記フォーカスリングの中心軸線の周りで周方向に延在しており、前記内側上面は、前記外側上面よりも前記中心軸線の近くで延在しており、複数のエッチングレートを求める該工程において、前記チャンバ内でプラズマを生成し、且つ、前記フォーカスリングの前記第１領域で負極性の直流バイアス電位を発生させることにより、前記基板支持台上に載置された基板をエッチングする工程と、前記複数のエッチングレートのうち前記第１領域で発生させた前記負極性の直流バイアス電位に対応するエッチングレートとして、基板をエッチングする前記工程における前記基板の中央領域のエッチングレートを求める工程と、を含むシーケンスが、前記第１領域の前記負極性の直流バイアス電位として前記複数の負極性の直流バイアス電位を順に設定しつつ繰り返される、該工程と、
    前記第１領域の負極性の直流バイアス電位の絶対値の下限値を決定する工程であり、該下限値は、前記第１領域における負極性の直流バイアス電位が該下限値以上の絶対値を有する場合に、基板の中央領域におけるエッチングレートが実質的に変化しないように、前記複数の負極性の直流バイアス電位と該複数の負極性の直流バイアス電位にそれぞれ対応する前記複数のエッチングレートとの関係を用いて決定される、該工程と、
    前記チャンバ内でプラズマを生成し、且つ、前記フォーカスリングの前記第１領域で前記下限値以上の絶対値を有する負極性の直流バイアス電位を発生させることにより、前記基板支持台上に載置された基板をエッチングする工程と、
    を含むプラズマエッチング方法。
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