JP2010278166A - Annular component for plasma treatment, and plasma treatment device - Google Patents

Annular component for plasma treatment, and plasma treatment device Download PDF

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    • H01J37/32091—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being capacitively coupled to the plasma

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma treatment device capable of improving the uniformity and yield of a plasma treatment by controlling an electric field distribution characteristic. <P>SOLUTION: This plasma treatment device 1 includes: a treatment vessel including a treatment chamber allowing the inside to be kept in a vacuum condition; a mounting base 2 mounting a treatment object substrate 15 in the treatment chamber and doubling as a lower electrode; an annular component 5 arranged to surround the periphery of the treatment object substrate 15 on the mounting base 2; an upper electrode 21 facing the lower electrode and arranged above it; and a power feed body for supplying high-frequency power to the mounting base 2. The plasma treatment device 1 applies a plasma treatment to the treatment object substrate 15 with plasma generated in the treatment chamber. In the plasma treatment device, at least one annular groove for adjusting an electric field distribution in a plasma generation space for generating plasma therein to a desired one is formed on a surface of the annular component 5 on the side opposite to the plasma generation space side. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、プラズマ処理室内において、プラズマ処理が施される被処理基板の周縁を囲むプラズマ処理用円環状部品、及びそれを備えたプラズマ処理装置に関する。   The present invention relates to an annular part for plasma processing surrounding a periphery of a substrate to be processed in a plasma processing chamber, and a plasma processing apparatus including the same.

半導体デバイスやＦＰＤ（Flat Panel Display）の製造プロセスにおけるエッチング、堆積、酸化、スパッタリング等の装置として、プラズマ処理装置が広く利用されている。プラズマ処理装置のひとつであるプラズマエッチング装置は、処理容器又は反応室内に上部電極と下部電極とを平行に配置し、下部電極の上に被処理基板（半導体ウエハ、ガラス基板等）を載置し、上部電極もしくは下部電極、あるいはその両方に、ほとんどは整合器を介してプラズマ生成用の高周波電圧を印加している。   Plasma processing apparatuses are widely used as apparatuses for etching, deposition, oxidation, sputtering, and the like in manufacturing processes of semiconductor devices and FPDs (Flat Panel Displays). A plasma etching apparatus, which is one of plasma processing apparatuses, has an upper electrode and a lower electrode arranged in parallel in a processing vessel or a reaction chamber, and a substrate to be processed (semiconductor wafer, glass substrate, etc.) is placed on the lower electrode. In most cases, a high-frequency voltage for plasma generation is applied to the upper electrode, the lower electrode, or both via a matching unit.

上部電極には多数のガス噴出孔が設けられ、かかるガス噴出孔からプラズマ化されたエッチングガスを基板全体に噴出して、被処理基板全面を同時にエッチングするのが一般的である。   In general, the upper electrode is provided with a large number of gas ejection holes, and an etching gas converted into plasma is ejected from the gas ejection holes to the entire substrate, so that the entire surface of the substrate to be processed is etched at the same time.

通常、平行平板型のプラズマエッチング装置の上部電極と下部電極は平行に配置され、上部電極もしくは下部電極に整合器を介してプラズマ生成用の高周波電圧が印加される。両電極の間で高周波電界によって加速された電子、電極から放出された二次電子、あるいは加熱された電子が処理ガスの分子と電離衝突を起こして、処理ガスのプラズマが発生する。プラズマ中のラジカルやイオンによって基板表面に所望の微細加工、例えばエッチング加工が施される。   Usually, an upper electrode and a lower electrode of a parallel plate type plasma etching apparatus are arranged in parallel, and a high frequency voltage for plasma generation is applied to the upper electrode or the lower electrode via a matching unit. Electrons accelerated by a high-frequency electric field between the two electrodes, secondary electrons emitted from the electrodes, or heated electrons cause ionization collisions with molecules of the processing gas, and plasma of the processing gas is generated. Desired fine processing such as etching is performed on the substrate surface by radicals and ions in the plasma.

ここで、半導体集積回路の微細化につれて、プラズマ処理に低圧下での高密度プラズマが要求されている。例えば、容量結合型のプラズマ処理装置においては、より高効率・高密度・低バイアスのプラズマ処理が求められている。また、半導体チップサイズの大面積化、被処理基板の大口径化に伴い、より大きな口径のプラズマが求められており、チャンバ（処理容器）が益々大型化しつつある。   Here, with the miniaturization of semiconductor integrated circuits, high-density plasma under low pressure is required for plasma processing. For example, in a capacitively coupled plasma processing apparatus, plasma processing with higher efficiency, higher density, and lower bias is required. Further, as the semiconductor chip size is increased and the substrate to be processed is increased in diameter, plasma having a larger aperture is required, and the chamber (processing vessel) is becoming larger and larger.

しかし、被処理基板の大口径化に伴う大口径のプラズマ処理装置においては、電極（上部電極、又は下部電極）の中心部における電界強度が、エッジ部における電界強度よりも高くなる傾向がある。その結果、生成されるプラズマの密度は、電極中心部側と電極エッジ部側とで異なるという問題がある。このため、プラズマ密度の高い部分ではプラズマの抵抗率が低くなり、対向する電極においてもその部分に電流が集中し、プラズマ密度の不均一性がさらに強まるという問題がある。   However, in the large-diameter plasma processing apparatus accompanying the increase in the diameter of the substrate to be processed, the electric field strength at the center of the electrode (upper electrode or lower electrode) tends to be higher than the electric field strength at the edge portion. As a result, there is a problem that the density of the generated plasma differs between the electrode center side and the electrode edge side. For this reason, there is a problem in that the plasma resistivity is low in a portion where the plasma density is high, and current is concentrated in that portion even in the opposing electrode, thereby further increasing the non-uniformity of the plasma density.

さらに、被処理基板の大口径化によるチャンバの大型化に伴い、エッチングの実プロセスにおいては、温度分布等に起因する処理ガスの流れによる影響でプラズマ密度が被処理基板の中心部と周縁部で異なるという問題もある。   Furthermore, with the increase in the chamber size due to the larger diameter of the substrate to be processed, in the actual etching process, the plasma density is affected by the flow of the processing gas due to the temperature distribution etc. There is also the problem of being different.

プラズマ密度の不均一性は、被処理基板のエッチングレートに差を生じさせ、特に被処理基板の周縁部から取得するデバイスの歩留まりを悪化させる原因となっている。   The non-uniformity of the plasma density causes a difference in the etching rate of the substrate to be processed, and in particular causes a deterioration in the device yield obtained from the peripheral portion of the substrate to be processed.

かかる問題に対しては、これまでも電極構造に様々な工夫が試みられている。例えば、この問題を解消するため、高周波電極の主面中心部を高抵抗部材で構成するものが知られている（特許文献１）。この技術は、高周波電源に接続される側の電極の主面（プラズマ接触面）の中央部を高抵抗部材で構成し、電極の主面における電界強度を電極外周部よりも電極中心部で相対的に低下させ、電界分布の不均一性を補正しようとするものである。   To solve this problem, various attempts have been made in the electrode structure. For example, in order to solve this problem, there is known a structure in which the central portion of the main surface of the high-frequency electrode is formed of a high resistance member (Patent Document 1). In this technology, the central portion of the main surface (plasma contact surface) of the electrode on the side connected to the high frequency power source is configured with a high resistance member, and the electric field strength on the main surface of the electrode is relative to the electrode central portion relative to the electrode outer peripheral portion. Therefore, the non-uniformity of the electric field distribution is corrected.

また、特許文献２に開示されるプラズマ処理装置は、処理空間と向き合う電極の主面に誘電体を埋め込んで、電極主面より処理空間に放射される高周波に対するインピーダンスを相対的に、電極中心部で大きく、電極エッジ部で小さくなるようにして、電界分布の均一性を向上させるようにしている。   In addition, the plasma processing apparatus disclosed in Patent Document 2 embeds a dielectric in the main surface of the electrode facing the processing space, and relatively reduces the impedance to the high frequency radiated from the electrode main surface to the processing space. In order to improve the uniformity of the electric field distribution, it is made small at the electrode edge portion.

一方、被処理基板のエッジ部におけるプラズマ密度分布の均一性を向上させるため、プラズマ処理装置は、その処理室内において載置台に載置されたウエハの外周を囲うように配設される円環状の部品、例えばフォーカスリングを備えている。フォーカスリングは、その種類によっては、内側に配される環状のインナーフォーカスリング部材と、該インナーフォーカスリング部材の外周を囲うように配される環状のアウターフォーカスリング部材とからなる、二重円構造のものがある。インナーフォーカスリング部材はシリコン等の導電性材料からなり、アウターフォーカスリング部材は石英等の絶縁性材料からなるのが一般的である。   On the other hand, in order to improve the uniformity of the plasma density distribution at the edge portion of the substrate to be processed, the plasma processing apparatus has an annular shape disposed so as to surround the outer periphery of the wafer mounted on the mounting table in the processing chamber. A part such as a focus ring is provided. Depending on the type of the focus ring, a double circular structure comprising an annular inner focus ring member disposed on the inner side and an annular outer focus ring member disposed so as to surround the outer periphery of the inner focus ring member There are things. The inner focus ring member is generally made of a conductive material such as silicon, and the outer focus ring member is generally made of an insulating material such as quartz.

インナーフォーカスリング部材はプラズマをウエハに集中させ、アウターフォーカスリング部材はプラズマをウエハ上に閉じ込めるインシュレータとして機能する。   The inner focus ring member concentrates plasma on the wafer, and the outer focus ring member functions as an insulator for confining plasma on the wafer.

プラズマ処理中において、アウターフォーカスリング部材はプラズマからの入熱に起因して温度が上昇するが、温度が安定しないとアウターフォーカスリング部材近傍のラジカル密度が不均一になり、ウエハの外縁部におけるプラズマ密度も不均一になる。その結果、ウエハの中央部と外縁部とにおいてプラズマ処理の効果に差が生じ、ウエハに均一なプラズマ処理を施すことが困難である。   During plasma processing, the temperature of the outer focus ring member rises due to heat input from the plasma, but if the temperature is not stable, the radical density in the vicinity of the outer focus ring member becomes non-uniform, and the plasma at the outer edge of the wafer Density is also uneven. As a result, there is a difference in the plasma processing effect between the center and the outer edge of the wafer, and it is difficult to perform uniform plasma processing on the wafer.

そこで、特許文献３においては、アウターフォーカスリングに環状の溝を形成し、その熱容量を小さくすることで、プラズマからの入熱によってアウターフォーカスリングの温度を急速に上昇させ且つ容易に高温を維持することができるようにし、これによって、ウエハ周端部のプラズマ密度の均一性を確保し、生産ロットの極初期の段階においてフォーカスリングに付着した堆積物を除去できるようにしている。   Therefore, in Patent Document 3, by forming an annular groove in the outer focus ring and reducing its heat capacity, the temperature of the outer focus ring is rapidly increased by heat input from the plasma and easily maintained at a high temperature. Thus, the uniformity of the plasma density at the peripheral edge of the wafer is ensured, and deposits attached to the focus ring can be removed at the very initial stage of the production lot.

特開２０００−３２３４５６号公報JP 2000-323456 A 特開２００４−３６３５５２号公報JP 2004-363552 A 特開２００７−６７３５３号公報JP 2007-67353 A

しかし、上記特許文献１、２のような高周波放電方式のプラズマ処理装置において、高周波電極の主面中心部を高抵抗部材で構成するものは、ジュール熱による高周波電力の消費（エネルギー損失）が多くなってしまうという問題がある。   However, in the high-frequency discharge type plasma processing apparatus as described in Patent Documents 1 and 2 above, high-frequency power consumption (energy loss) due to Joule heat is large when the main surface center portion of the high-frequency electrode is formed of a high-resistance member. There is a problem of becoming.

また、特許文献１、２のように電極の主面に誘電体を埋め込む技術は、電極主面上のインピーダンス分布特性が誘電体の材質及び形状プロファイルによって固定され、多種多様なプロセスあるいはプロセス条件の変更に対してフレキシブルに対応できないという問題がある。   In addition, as in Patent Documents 1 and 2, the technique of embedding a dielectric in the main surface of the electrode fixes the impedance distribution characteristics on the main surface of the electrode by the material and shape profile of the dielectric, so that various processes or process conditions can be obtained. There is a problem that it cannot respond flexibly to changes.

また、特許文献３においては、アウターフォーカスリングに溝を設けることにより、熱容量を小さくする。それにより、短時間での温度上昇と温度の安定化によりウエハ周縁部におけるプラズマ密度分布の均一性を確保しようとするものである。   In Patent Document 3, the heat capacity is reduced by providing a groove in the outer focus ring. Thereby, it is intended to ensure the uniformity of the plasma density distribution at the peripheral edge of the wafer by increasing the temperature and stabilizing the temperature in a short time.

しかし、ウエハ周端部におけるプラズマ密度分布の均一性は、温度の安定性の確保のみならず、ウエハ周縁部の電界分布を所望の電界分布、電界強度に調整する必要がある。   However, the uniformity of the plasma density distribution at the peripheral edge of the wafer requires not only ensuring temperature stability but also adjusting the electric field distribution at the peripheral edge of the wafer to a desired electric field distribution and electric field strength.

特許文献３においては、アウターフォーカスリングに溝を設け、熱容量を小さくすることにより温度の安定性を確保している。しかし、かかる温度の安定によるプラズマ密度分布の均一性は、温度が安定するまでの間におけるプラズマ密度分布の均一性を確保するものであり、電界分布を所望の電界分布、電界強度に調整するものではない。そのため特許文献３では、所望の電界分布を調整するという課題を解決することはできない。   In Patent Document 3, a groove is provided in the outer focus ring, and the temperature stability is ensured by reducing the heat capacity. However, the uniformity of the plasma density distribution due to the stabilization of the temperature ensures the uniformity of the plasma density distribution until the temperature stabilizes, and the electric field distribution is adjusted to a desired electric field distribution and electric field strength. is not. Therefore, Patent Document 3 cannot solve the problem of adjusting a desired electric field distribution.

さらに、特許文献３では、アウターフォーカスリングに溝を設けることにより、その熱容量を小さくすることでプラズマ密度分布の均一性を確保している。しかし、ウエハ端部のエッチングレートや、デポレートを所望の値とするには、ウエハ端部の周辺上面の電界分布を所望の値に調整する必要があるが、特許文献３はそれを解決するものではない。   Furthermore, in patent document 3, the uniformity of plasma density distribution is ensured by providing the groove | channel in an outer focus ring and making the heat capacity small. However, in order to set the etching rate and the deposition rate at the wafer edge to a desired value, it is necessary to adjust the electric field distribution on the peripheral upper surface of the wafer edge to a desired value, but Patent Document 3 solves this problem. is not.

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、ウエハ周端部における電界分布を所望の分布となるよう調節することで、プラズマ処理の均一性と歩留まりの向上を実現可能なプラズマ処理用環状部品の提供、及びプラズマ処理装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and by adjusting the electric field distribution at the peripheral edge of the wafer to a desired distribution, plasma processing uniformity and yield can be improved. An object is to provide an annular part for plasma processing and a plasma processing apparatus.

上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、プラズマ処理が施される被処理基板の周縁を囲うように配されるプラズマ処理用円環状部品であって、プラズマが生成されるプラズマ生成空間の電界分布を所望の電界分布に調整する少なくとも１つの環状の溝が、前記プラズマ生成空間側の反対側の面に形成されていることを特徴とする。プラズマ処理が施される被処理基板の周縁を囲む円環状部品に環状の溝を形成することにより、被処理基板周縁部の電界分布を変化させることができるためである。   The invention according to claim 1 for solving the above-mentioned problem is an annular part for plasma processing arranged so as to surround the periphery of a substrate to be processed, and plasma in which plasma is generated. At least one annular groove for adjusting the electric field distribution in the generation space to a desired electric field distribution is formed on a surface opposite to the plasma generation space side. This is because the electric field distribution at the peripheral portion of the substrate to be processed can be changed by forming an annular groove in an annular part surrounding the peripheral edge of the substrate to be processed.

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のプラズマ処理用円環状部品であって、前記溝が、内側周縁部に形成されていることを特徴とする。被処理基板と接する円環状部品の内側に溝を形成することにより、より良く被処理基板周縁部の電界分布を調整できるためである。   The invention according to claim 2 is the annular part for plasma processing according to claim 1, wherein the groove is formed in the inner peripheral edge. This is because the electric field distribution at the peripheral edge of the substrate to be processed can be better adjusted by forming a groove inside the annular component that is in contact with the substrate to be processed.

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のプラズマ処理用円環状部品であって、前記溝の形状により、インピーダンスが所望の値に調整されることを特徴とする。溝の形状により、そのインピーダンスを変化させ、これにより電界分布を調整することができるためである。   The invention according to claim 3 is the annular part for plasma processing according to claim 1 or 2, wherein the impedance is adjusted to a desired value by the shape of the groove. This is because the electric field distribution can be adjusted by changing the impedance depending on the shape of the groove.

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載のプラズマ処理用円環状部品であって、前記溝が、径方向内側端部から少なくともその幅の３０％以内から所定の幅で形成されていることを特徴とする。被処理基板と接する内側端部から円環状部品の幅の３０％を超えて離れたところから溝を形成すると、被処理基板周縁部の電界分布調整が難しくなるためである。   A fourth aspect of the present invention is the annular part for plasma processing according to any one of the first to third aspects, wherein the groove has a predetermined width from at least 30% of its width from the radially inner end. It is formed with a width. This is because, if a groove is formed from a position beyond 30% of the width of the annular part from the inner end portion in contact with the substrate to be processed, it is difficult to adjust the electric field distribution at the peripheral portion of the substrate to be processed.

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載のプラズマ処理用円環状部品であって、前記溝が、径方向内側端部からその幅の８０％以内に所定の幅で形成されていることを特徴とする。被処理基板と接する内側端部から円環状部品の幅の８０％を超えて離れたところに溝を形成すると、被処理基板周縁部の電界分布に与える影響が少ないためである。   The invention according to claim 5 is the annular part for plasma processing according to any one of claims 1 to 4, wherein the groove has a predetermined width within 80% of its width from the radially inner end. It is formed by. This is because, if a groove is formed at a position exceeding 80% of the width of the annular component from the inner end portion in contact with the substrate to be processed, the influence on the electric field distribution at the peripheral portion of the substrate to be processed is small.

請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれかに記載のプラズマ処理用円環状部品であって、前記溝の深さが、少なくとも円環状部品の厚さの７０％以内であることを特徴とする。円環状部品の内部に溝を形成する際に、その深さ（円環状部品を水平方向に設置したときの垂直方向の長さ）が円環状部品の厚さの７０％を超えると、円環状部品のプラズマ衝撃による摩耗でその寿命が短くなるためである。   A sixth aspect of the present invention is the annular part for plasma processing according to any one of the first to fifth aspects, wherein the depth of the groove is at least 70% or less of the thickness of the annular part. It is characterized by that. When the groove is formed inside the annular part and its depth (vertical length when the annular part is horizontally installed) exceeds 70% of the thickness of the annular part, the annular part This is because the life of the component is shortened due to wear caused by plasma impact.

請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれかに記載のプラズマ処理用円環状部品であって、少なくとも石英、カーボン、シリコン、シリコンカーバイド及びセラミック材料のいずれか一つによって形成されていることを特徴とする。   The invention according to claim 7 is the annular part for plasma processing according to any one of claims 1 to 6, and is formed of at least one of quartz, carbon, silicon, silicon carbide, and a ceramic material. It is characterized by.

請求項８に記載の発明は、プラズマ処理装置であって、内部が真空に保持可能な処理室を含む処理容器と、該処理室で被処理基板を載置するとともに下部電極を兼ねた載置台と、該載置台において前記被処理基板の周縁を囲むように配される円環状部品と、前記下部電極に対向してその上方に配置される上部電極と、前記載置台に高周波電力を供給する給電体とを備え、前記処理室で発生するプラズマにより前記被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、前記円環状部品には、プラズマが生成されるプラズマ生成空間の電界分布を所望の分布に調整する少なくとも１つの環状の溝が、前記プラズマ生成空間側の反対側の面に形成されていることを特徴とする。プラズマ処理が施される被処理基板の周縁を囲む円環状部品に環状の溝を形成することにより、被処理基板周縁部の電界分布を変化させることができるためである。   The invention according to claim 8 is a plasma processing apparatus, including a processing container including a processing chamber in which the inside can be maintained in a vacuum, and a mounting table on which a substrate to be processed is mounted in the processing chamber and also serves as a lower electrode And an annular component arranged so as to surround the periphery of the substrate to be processed in the mounting table, an upper electrode disposed above and facing the lower electrode, and supplying high-frequency power to the mounting table A plasma processing apparatus for performing plasma processing on the substrate to be processed with plasma generated in the processing chamber, wherein the annular component has a desired electric field distribution in a plasma generation space in which plasma is generated. At least one annular groove to be adjusted is formed on the surface opposite to the plasma generation space side. This is because the electric field distribution at the peripheral portion of the substrate to be processed can be changed by forming an annular groove in an annular part surrounding the peripheral edge of the substrate to be processed.

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載のプラズマ処理装置であって、前記溝が内側周縁部に形成されていることを特徴とする。被処理基板と接する円環状部品の内側に溝を形成することにより、より良く被処理基板周縁部の電界分布を調整できるためである。   A ninth aspect of the present invention is the plasma processing apparatus according to the eighth aspect, wherein the groove is formed in an inner peripheral edge. This is because the electric field distribution at the peripheral edge of the substrate to be processed can be better adjusted by forming a groove inside the annular component that is in contact with the substrate to be processed.

請求項１０に記載の発明は、請求項８又は９に記載のプラズマ処理装置であって、前記溝の形状により、前記円環状部品のインピーダンスが、所望の値に調整されることを特徴とする。溝の形状により、そのインピーダンスを変化させ、これにより電界分布を調整することができるためである。   The invention according to claim 10 is the plasma processing apparatus according to claim 8 or 9, wherein the impedance of the annular part is adjusted to a desired value by the shape of the groove. . This is because the electric field distribution can be adjusted by changing the impedance depending on the shape of the groove.

請求項１１に記載の発明は、請求項８から１０のいずれかに記載のプラズマ処理装置であって、前記溝が、径方向内側端部から少なくとも前記円環状部品の幅の３０％以内から所定の幅で形成されていることを特徴とする。被処理基板と接する内側端部から円環状部品の幅の３０％を超えて離れたところから溝を形成すると、被処理基板周縁部の電界分布調整が難しくなるためである。   The invention according to claim 11 is the plasma processing apparatus according to any one of claims 8 to 10, wherein the groove is predetermined from at least 30% of the width of the annular part from the radially inner end. It is formed with the width | variety of this. This is because, if a groove is formed from a position beyond 30% of the width of the annular part from the inner end portion in contact with the substrate to be processed, it is difficult to adjust the electric field distribution at the peripheral portion of the substrate to be processed.

請求項１２に記載の発明は、請求項８から１１のいずれかに記載のプラズマ処理装置であって、前記溝が、径方向内側端部から前記円環状部品の幅の８０％以内に所定の幅で形成されていることを特徴とする。被処理基板と接する内側端部から円環状部品の幅の８０％を超えて離れたところに溝を形成すると、被処理基板周縁部の電界分布に与える影響が少ないためである。   The invention according to claim 12 is the plasma processing apparatus according to any one of claims 8 to 11, wherein the groove is within a range of 80% of the width of the annular part from the radially inner end. It is formed with a width. This is because, if a groove is formed at a position exceeding 80% of the width of the annular component from the inner end portion in contact with the substrate to be processed, the influence on the electric field distribution at the peripheral portion of the substrate to be processed is small.

請求項１３に記載の発明は、請求項８から１２のいずれかに記載のプラズマ処理装置であって、前記溝の深さが、少なくとも前記円環状部品の厚さの７０％以内であることを特徴とする。円環状部品の内部に溝を形成する際に、その深さ（円環状部品を水平方向に設置したときの垂直方向の長さ）が円環状部品の厚さの７０％を超えると、円環状部品のプラズマ衝撃による摩耗でその寿命が短くなるためである。   A thirteenth aspect of the present invention is the plasma processing apparatus according to any one of the eighth to twelfth aspects, wherein the depth of the groove is at least 70% or less of the thickness of the annular component. Features. When the groove is formed inside the annular part and its depth (vertical length when the annular part is horizontally installed) exceeds 70% of the thickness of the annular part, the annular part This is because the life of the component is shortened due to wear caused by plasma impact.

請求項１４に記載の発明は、請求項８から１３のいずれかに記載のプラズマ処理装置であって、前記円環状部品が、少なくとも石英、カーボン、シリコン、シリコンカーバイド及びセラミック材料のいずれか一つによって形成されていることを特徴とする。   The invention according to claim 14 is the plasma processing apparatus according to any one of claims 8 to 13, wherein the annular component is at least one of quartz, carbon, silicon, silicon carbide, and a ceramic material. It is formed by.

本発明のプラズマ処理装置によれば、ウエハ周縁部における電界分布の調節により、ウエハ周縁のエッチングレート、あるいはデポレートを容易かつ自在に調節することが可能となり、プラズマ処理の均一性や歩留まりを向上させることができる。   According to the plasma processing apparatus of the present invention, it is possible to easily and freely adjust the etching rate or deposition rate at the wafer periphery by adjusting the electric field distribution at the wafer periphery, thereby improving the uniformity and yield of plasma processing. be able to.

本発明の一実施例であるプラズマ処理装置の構成を示した縦断面図The longitudinal cross-sectional view which showed the structure of the plasma processing apparatus which is one Example of this invention 従来型フォーカスリング、及び溝形成型フォーカスリングの断面図Cross section of conventional focus ring and grooved focus ring 溝形状を例示した図Diagram illustrating groove shape 酸化膜のエッチングレートを示したグラフGraph showing oxide film etching rate ナイトライドのエッチングレートを示したグラフGraph showing the nitride etch rate スパッタレートの特性を示したグラフGraph showing sputter rate characteristics デポジションレートの特性を示したグラフGraph showing the characteristics of the deposition rate

以下に、本発明に基づくプラズマ処理装置をエッチング装置に適用した一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。   Hereinafter, an embodiment in which a plasma processing apparatus according to the present invention is applied to an etching apparatus will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to this.

図１に、本発明の一実施形態であるプラズマ処理装置１の全体の概略構成を示す。このプラズマ処理装置は、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼等からなる内部を気密に密閉可能な処理室を備えた円筒形のチャンバを含んで構成されている。ここでは、下部２周波印加方式の容器結合型プラズマ処理装置として構成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、上下２周波印加方式、あるいは１周波印加方式のプラズマ処理装置であってもよい。   FIG. 1 shows an overall schematic configuration of a plasma processing apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. This plasma processing apparatus is configured to include a cylindrical chamber including a processing chamber capable of hermetically sealing an interior made of, for example, aluminum or stainless steel. Here, it is configured as a container-coupled plasma processing apparatus of a lower two-frequency application method, but the present invention is not limited to this, and is a plasma processing apparatus of an upper-lower two-frequency application method or a one-frequency application method. There may be.

処理室には、被処理基板として例えば半導体ウエハ（以下、ウエハ）１５を支持するサセプタ２が水平に配置されている。サセプタ２は、アルミニウム等の導電性材料からなり、ＲＦ電極を兼ねている。サセプタ２の上面には、ウエハ１５を静電吸着力で保持するために、セラミックス等の誘電体からなる静電チャック１６が設けられている。静電チャック１６の内部には、導電体、例えば銅、タングステン等の導電膜からなる内部電極１７が埋め込まれている。サセプタ２は、セラミックス等の絶縁性の筒状保持部３に支持されている。筒状保持部３は処理室の筒状支持部４に支持されており、筒状保持部３の上面にはサセプタ２の上面を環状に囲むフォーカスリング５が配置されている。フォーカスリング５の外側には円環状のカバーリング２５が配置されている。   In the processing chamber, a susceptor 2 that supports, for example, a semiconductor wafer (hereinafter referred to as a wafer) 15 as a substrate to be processed is horizontally disposed. The susceptor 2 is made of a conductive material such as aluminum and also serves as an RF electrode. An electrostatic chuck 16 made of a dielectric material such as ceramics is provided on the upper surface of the susceptor 2 in order to hold the wafer 15 with an electrostatic adsorption force. An internal electrode 17 made of a conductive material such as copper or tungsten is embedded in the electrostatic chuck 16. The susceptor 2 is supported by an insulating cylindrical holder 3 made of ceramic or the like. The cylindrical holder 3 is supported by a cylindrical support 4 of the processing chamber, and a focus ring 5 that surrounds the upper surface of the susceptor 2 in an annular shape is disposed on the upper surface of the cylindrical holder 3. An annular cover ring 25 is disposed outside the focus ring 5.

静電チャック１６は、ウエハ１５と接触して熱交換を行うことにより、ウエハ１５の温度を調節する熱交換プレートとして用いられる。ウエハ１５の外側には、プラズマ処理用円環状部品の一つであるフォーカスリング５が配置される。この実施形態においては、フォーカスリング５は、単一型であるが、外側フォーカスリングと内側フォーカスリングとに分割されている２分割型のものであってもよい。フォーカスリング５は、ウエハ１５に応じて、例えばＳｉ、ＳｉＣ、Ｃ、ＳｉＯ２等の材料からなるものが用いられる。 The electrostatic chuck 16 is used as a heat exchange plate that adjusts the temperature of the wafer 15 by performing heat exchange in contact with the wafer 15. A focus ring 5 that is one of the annular parts for plasma processing is disposed outside the wafer 15. In this embodiment, the focus ring 5 is a single type, but it may be a two-divided type that is divided into an outer focus ring and an inner focus ring. The focus ring 5 is made of a material such as Si, SiC, C, or SiO 2 according to the wafer 15.

処理室の側壁と筒状支持部４との間には、環状の排気路６が形成され、この排気路６の入り口又は途中には環状のバッフル板７が取り付けられている。排気路６の底部は、排気管８を介して排気装置９が接続されている。排気装置９は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、処理室内のプラズマ処理空間を所望の真空度まで減圧することができる。処理室の側壁の外には、ウエハ１５の搬入出口１０を開閉するゲートバルブ１１が取り付けられている。   An annular exhaust passage 6 is formed between the side wall of the processing chamber and the cylindrical support portion 4, and an annular baffle plate 7 is attached to the entrance or midway of the exhaust passage 6. An exhaust device 9 is connected to the bottom of the exhaust path 6 via an exhaust pipe 8. The exhaust device 9 has a vacuum pump such as a turbo molecular pump, and can depressurize the plasma processing space in the processing chamber to a desired degree of vacuum. A gate valve 11 for opening and closing the loading / unloading port 10 for the wafer 15 is attached outside the side wall of the processing chamber.

サセプタ２の背面（下面）及び上部電極２１には、整合器１３（１３ａ，１３ｂ）の出力端子から延びる円柱形又は円筒形の給電棒１４（１４ａ，１４ｂ）の上端が接続されている。２周波印加方式で用いられる第１及び第２高周波電源１２ａ，１２ｂは、整合器１３及び給電棒１４を介してサセプタ２及び上部電極２１に電気的に接続されている。給電棒１４は、例えば銅又はアルミニウム等の導体からなる。   Connected to the back surface (lower surface) of the susceptor 2 and the upper electrode 21 are upper ends of cylindrical or cylindrical power supply rods 14 (14a, 14b) extending from the output terminals of the matching unit 13 (13a, 13b). The first and second high-frequency power sources 12 a and 12 b used in the two-frequency application method are electrically connected to the susceptor 2 and the upper electrode 21 via the matching unit 13 and the power feed rod 14. The power feed rod 14 is made of a conductor such as copper or aluminum.

第１高周波電源１２ａは、サセプタ２の上方でプラズマの生成に主として寄与する比較的高い周波数、例えば６０ＭＨｚの第１高周波を出力する。一方、第２高周波電源１２ｂは、サセプタ２上のウエハ１５へのイオンの引き込みに主として寄与する比較的低い周波数、例えば２ＭＨｚの第２高周波を出力する。第１高周波電源１２ａ側のインピーダンスと負荷（主に電極、プラズマ、チャンバ）側のインピーダンスとの間で整合をとるのが整合器１３ａであり、第２高周波電源１２ｂ側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるのが整合器１３ｂである。   The first high frequency power supply 12a outputs a first high frequency of a relatively high frequency, for example, 60 MHz, mainly contributing to plasma generation above the susceptor 2. On the other hand, the second high frequency power supply 12b outputs a second low frequency, for example, a 2 MHz relatively low frequency that mainly contributes to the drawing of ions into the wafer 15 on the susceptor 2. The matching unit 13a matches the impedance on the first high frequency power supply 12a side with the impedance on the load (mainly electrode, plasma, chamber) side, and the impedance on the second high frequency power supply 12b side and the impedance on the load side. It is the matching device 13b that achieves matching with the.

静電チャック１６は、膜状又は板状の誘電体の中にシート状又はメッシュ状の導電体からなる内部電極１７を入れたもので、サセプタ２の上面に一体形成又は一体固着されている。内部電極１７は、処理室の外に配置される直流電源及び給電線（例えば被覆線）に電気的に接続され、直流電源より印加される直流電圧により、クーロン力でウエハ１５を静電チャック１６に吸着保持することができる。   The electrostatic chuck 16 is obtained by inserting an internal electrode 17 made of a sheet-like or mesh-like conductor into a film-like or plate-like dielectric, and is integrally formed or integrally fixed to the upper surface of the susceptor 2. The internal electrode 17 is electrically connected to a DC power supply and a power supply line (for example, a covered wire) disposed outside the processing chamber, and the electrostatic chuck 16 holds the wafer 15 with a Coulomb force by a DC voltage applied from the DC power supply. Can be adsorbed and retained.

処理室の天井部には、サセプタ２と平行に向かい合って上部電極２１が設けられている。上部電極２１は、内部が中空構造とされた円板状に形成されており、その下面側には、多数のガス噴出孔２２が設けられ、シャワーヘッドを形成している。そして処理ガス供給部から供給されたエッチングガスを、ガス導入管２３によって、上部電極２１内の中空部分に導入し、この中空部分からガス噴出口２２を介して処理室に均一に分散させて供給する。なお、上部電極２１は、例えばＳiやＳiＣ等の材料からなる。   An upper electrode 21 is provided on the ceiling of the processing chamber so as to face the susceptor 2 in parallel. The upper electrode 21 is formed in a disk shape having a hollow structure inside, and a large number of gas ejection holes 22 are provided on the lower surface side to form a shower head. Then, the etching gas supplied from the processing gas supply unit is introduced into the hollow portion in the upper electrode 21 through the gas introduction pipe 23, and is uniformly dispersed and supplied from the hollow portion to the processing chamber through the gas jet port 22. To do. The upper electrode 21 is made of a material such as Si or SiC, for example.

静電チャック１６とウエハ１５の裏面との間には、伝熱ガス供給部（図示していない）からの伝熱ガス、例えばＨｅガスがガス供給管２４を介して供給され、この伝熱ガスは、静電チャック１６、すなわちサセプタ２とウエハ１５との間の熱伝導を促進させる。   Between the electrostatic chuck 16 and the back surface of the wafer 15, a heat transfer gas such as He gas from a heat transfer gas supply unit (not shown) is supplied via a gas supply pipe 24. Promotes heat conduction between the electrostatic chuck 16, that is, the susceptor 2 and the wafer 15.

このプラズマ処理装置における主たる特徴は、ウエハ１５の特性や、各種プラズマ処理プロセスに最も適切な電界の強度及び分布を形成することができるインピーダンス特性が得られるように円環状の溝が形成されたフォーカスリング５が用いられているところにある。   The main feature of this plasma processing apparatus is that the focus is formed with an annular groove so as to obtain characteristics of the wafer 15 and impedance characteristics that can form the most appropriate electric field strength and distribution for various plasma processing processes. The ring 5 is in use.

図２は、従来プラズマ処理に用いられている従来型フォーカスリング（図２ａ）と、本発明の一実施形態である溝形成型フォーカスリング（図２ｂ）の断面形状を示した図である。図２に示すフォーカスリングはともに、単一型（一体型ともいう）のフォーカスリングである。しかし、本発明は単一型に限定されるものではなく、例えばインナーフォーカスリングとアウターフォーカスリングの２つに分割されるような分割型フォーカスリングのいずれかのリング、又は両方のリングにも適用してもよい。フォーカスリングの材料としては、例えばウエハ１５と同じ材料（Ｓｉ）、又は石英、カーボン、シリコンカーバイド、セラミックス材料（イットリア（Ｙ２Ｏ３）やシリカ）等のいずれか一つによって形成されてもよい。フォーカスリング５は、ウエハ１５の周縁端部を支持するため静電チャック１６上に載置される。 FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional shape of a conventional focus ring (FIG. 2a) used in conventional plasma processing and a groove-forming focus ring (FIG. 2b) according to an embodiment of the present invention. Each of the focus rings shown in FIG. 2 is a single type (also referred to as an integral type) focus ring. However, the present invention is not limited to a single type. For example, the present invention is also applicable to one of the split type focus rings that are divided into the inner focus ring and the outer focus ring, or both of the rings. May be. As the material of the focus ring, for example, the same material (Si) as that of the wafer 15 or quartz, carbon, silicon carbide, ceramic material (yttria (Y 2 O 3 ) or silica), or the like may be used. . The focus ring 5 is placed on the electrostatic chuck 16 to support the peripheral edge of the wafer 15.

本発明の一実施形態である溝形成型フォーカスリングについて、図２（ｂ）により説明する。図２（ｂ）に示す溝形成型フォーカスリングは、静電チャック１６と接触する面（フォーカスリングの裏面）側に溝５１が形成されている。かかる溝はフォーカスリングの裏面側に形成することが好ましい。溝が形成されている面側をプラズマイオンに晒すと、その衝撃により溝が摩耗し、溝形状が変化していくためである。また、溝を切削加工等により形成した場合、他の面に比較してプラズマイオン衝撃による塵埃の発生率が高くなる可能性があるためである。   A groove-forming focus ring according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the groove-forming focus ring shown in FIG. 2B, a groove 51 is formed on the surface that contacts the electrostatic chuck 16 (the back surface of the focus ring). Such a groove is preferably formed on the back side of the focus ring. This is because if the surface side where the groove is formed is exposed to plasma ions, the groove is worn by the impact and the groove shape changes. In addition, when the groove is formed by cutting or the like, there is a possibility that the dust generation rate due to plasma ion bombardment may be higher than other surfaces.

図２（ｂ）に示す溝５１の形状の深さ（フォーカスリング５を水平に設置したときの垂直方向の長さ）は、フォーカスリングの厚さの７０％程度が好ましく、より好ましくは５０％以下である。７０％を超える深さにするとプラズマ衝撃によるフォーカスリング５の摩耗により、その寿命が短くなってしまうためである。なお、フォーカスリングの剛性を確保する上でも７０％以内の深さが好適である。なお、図２（ｂ）に示す溝形成型フォーカスリングの溝５１の深さは約０．４ｍｍで形成している。これはフォーカスリング５の厚さ約３．６ｍｍの約１／９である。   The depth of the shape of the groove 51 shown in FIG. 2B (vertical length when the focus ring 5 is installed horizontally) is preferably about 70% of the thickness of the focus ring, more preferably 50%. It is as follows. This is because if the depth exceeds 70%, the life of the focus ring 5 is shortened due to abrasion of the focus ring 5 due to plasma impact. A depth of 70% or less is suitable for securing the rigidity of the focus ring. Note that the depth of the groove 51 of the groove-forming focus ring shown in FIG. 2B is about 0.4 mm. This is about 1/9 of the thickness of the focus ring 5 of about 3.6 mm.

また、溝５１の形状における径方向の幅は、フォーカスリングの径方向における幅の８０％以内であることが好ましい。例えば、図２（ｂ）に示す溝形成型フォーカスリングの溝５１の幅は、約４０ｍｍで形成している。これはフォーカスリング５の幅１００ｍｍの２／５（４０％）に相当する。   In addition, the radial width in the shape of the groove 51 is preferably within 80% of the radial width of the focus ring. For example, the groove 51 of the groove-forming focus ring shown in FIG. 2B has a width of about 40 mm. This corresponds to 2/5 (40%) of the width 100 mm of the focus ring 5.

また、溝５１は、ウエハ１５の設置側の端部、又はフォーカスリングの径方向における幅の３０％以内のところから形成することが好ましい。イオン衝撃を受けない範囲で、可能な限りその端部から形成することで、ウエハ１５の面上における電界分布の調整をより容易に行うことができるためである。   Further, the groove 51 is preferably formed from an end portion on the installation side of the wafer 15 or a position within 30% of the width in the radial direction of the focus ring. This is because the electric field distribution on the surface of the wafer 15 can be adjusted more easily by forming from the end as much as possible within the range not subject to ion bombardment.

以上、溝５１の形状は、ウエハ１５面上の電界分布を最適にするために、所望の形状で形成すればよい。図３は、本発明の溝形状を例示した図である。図３（ａ）は、フォーカスリング５の内側端部近傍から半楕円形形状の溝５１を形成した場合の溝形状を示した図である。また、図３（ｂ）は、内側端部に台形の溝５１を、またその径方向外側に四角の溝５１を形成した場合の溝形状を示した図である。さらに、図３（ｃ）は、円形の中空溝５１をフォーカスリング５の内側に３連形成した場合を示した図である。本発明は、所望の電界分布を得られるようにフォーカスリングに溝を形成するものであるから、所望の電界分布に応じて、最適な溝を形成すればよい。   As described above, the groove 51 may be formed in a desired shape in order to optimize the electric field distribution on the wafer 15 surface. FIG. 3 is a diagram illustrating the groove shape of the present invention. FIG. 3A is a view showing a groove shape when a semi-elliptical groove 51 is formed from the vicinity of the inner end of the focus ring 5. FIG. 3B is a view showing a groove shape when a trapezoidal groove 51 is formed at the inner end portion and a square groove 51 is formed at the radially outer side thereof. Further, FIG. 3C is a diagram showing a case where three circular hollow grooves 51 are formed inside the focus ring 5. According to the present invention, grooves are formed in the focus ring so as to obtain a desired electric field distribution. Therefore, an optimum groove may be formed according to the desired electric field distribution.

（実施例１）
プラズマ処理装置１に組み込むフォーカスリングとして、図２（ｂ）に示すフォーカスリング５を２つ準備した。そのうちの一つのフォーカスリングの溝５１に、熱伝導率が１Ｗの伝熱シートをほぼ隙間無く埋め込んだ。これを溝形成フォーカスリング１Ｗ型と、以下、本明細書においては称する。また、もう一つのフォーカスリングの溝５１に、熱伝導率が１７Ｗの伝熱シートをほぼ隙間無く埋め込んだ。これを溝形成フォーカスリング１７Ｗ型と、以下、本明細書においては称する。そして、これらの比較例として、図２（ａ）に示す従来型のフォーカスリングを準備した。これを従来型フォーカスリングと、以下、本明細書では称する。 Example 1
Two focus rings 5 shown in FIG. 2B were prepared as focus rings to be incorporated into the plasma processing apparatus 1. A heat transfer sheet having a thermal conductivity of 1 W was embedded in the groove 51 of one of the focus rings with almost no gap. This is hereinafter referred to as a groove-forming focus ring 1W type in the present specification. In addition, a heat transfer sheet having a thermal conductivity of 17 W was embedded in the groove 51 of the other focus ring with almost no gap. This is hereinafter referred to as a groove-forming focus ring 17W type in the present specification. As a comparative example, a conventional focus ring shown in FIG. 2A was prepared. This is referred to as a conventional focus ring, hereinafter.

次に、表面に酸化膜を形成した直径が３００ｍｍのブランケットウエハ（以下、ウエハＯｘ）と、表面にナイトライドを形成した直径が３００ｍｍのブランケットウエハ（以下、ウエハＮｉ）とをそれぞれ３組用意した。そして、Ｃ４Ｆ６／Ａｒ／Ｏ２（１８／２２５／１０）からなる処理ガスを供給して、これらのブランケットウエハ（ウエハＯｘ，ウエハＮｉ）に、従来型のフォーカスリング、溝形成フォーカスリング１Ｗ型、そして溝形成フォーカスリング１７Ｗ型を設置し、ウエハＯｘとウエハＮｉとにプラズマ処理をそれぞれ６０秒間施した。なお、その際の上部電極の温度／処理室の壁面温度／静電チャックの底面温度は、６０℃／６０℃／４５℃である。 Next, three sets of 300 mm diameter blanket wafers (hereinafter referred to as wafer Ox) having an oxide film formed on the surface and 300 mm diameter blanket wafers (hereinafter referred to as wafer Ni) having a nitride formed on the surface were prepared. . Then, a processing gas consisting of C4F6 / Ar / O 2 (18/225/10) is supplied to the blanket wafer (wafer Ox, wafer Ni), and a conventional focus ring, groove-forming focus ring 1W type, Then, a groove-forming focus ring 17W type was installed, and the wafers Ox and Ni were subjected to plasma treatment for 60 seconds. In this case, the temperature of the upper electrode / the wall surface temperature of the processing chamber / the bottom surface temperature of the electrostatic chuck is 60 ° C./60° C./45° C.

上述したプラズマ処理条件下において、図４はウエハＯｘのエッチングレート、図５はウエハＮｉのエッチングレートを示したグラフである。なお、図４及び図５に示すグラフの横軸は、その“０”点がウエハ中心点を示し、そこから径方向右側に１５０ｍｍ、径方向左側に１５０ｍｍまでをミリメートルの単位で示す。また、縦軸は酸化膜のエッチングレート（ｎｍ／分）、又はナイトライドのエッチングレート（ｎｍ／分）である。   FIG. 4 is a graph showing the etching rate of the wafer Ox and FIG. 5 is a graph showing the etching rate of the wafer Ni under the above-described plasma processing conditions. The horizontal axis of the graphs shown in FIG. 4 and FIG. 5 shows the wafer center point at the “0” point, from which 150 mm is shown on the right side in the radial direction and 150 mm on the left side in the radial direction. The vertical axis represents the oxide film etching rate (nm / min) or the nitride etching rate (nm / min).

図４に示すように、ウエハＯｘに従来型フォーカスリングを設置しプラズマ処理を施したときの酸化膜のエッチングレートは、ウエハ中心部分のエッチングレートが約１８７ｎｍ／分であるのに対し、端部に行くに従い、そのエッチングレートは大きくなり、ウエハ端部から約３０ｍｍのところで約１９５ｎｍ／分と最大となっている。そしてそこから最端部まで、ほぼ同じようなエッチングレートとなっている。   As shown in FIG. 4, the etching rate of the oxide film when the conventional focus ring is installed on the wafer Ox and the plasma processing is performed is about 187 nm / min at the end portion of the etching rate at the central portion of the wafer. The etching rate increases as the process goes to (1) and reaches a maximum of about 195 nm / min at about 30 mm from the edge of the wafer. From there, the etching rate is almost the same from the end to the end.

これに対して、溝形成フォーカスリング１Ｗ型を設置しプラズマ処理を施したウエハＯｘは、ウエハ中心部においては従来型とほぼ同じようなエッチングレート（約１８７ｎｍ／分）であるが、端部に行くに従い、エッチングレートが大きくなり、ウエハ端部から約３０ｍｍのことで１９７ｎｍ／分、そしてそこから最端部にかけて急激にエッチングレートが上昇し、最端部のエッチングレートは約２１８ｎｍ／分となっている。   On the other hand, the wafer Ox on which the groove forming focus ring 1W type is installed and subjected to the plasma processing has an etching rate (about 187 nm / min) almost the same as that of the conventional type at the center of the wafer. As it goes, the etching rate increases, 197 nm / min when it is about 30 mm from the edge of the wafer, and then the etching rate increases rapidly from there to the end, and the etching rate at the end is about 218 nm / min. ing.

また、溝形成フォーカスリング１７Ｗ型のエッチングレートの特性は、図４に示すように溝形成フォーカスリング１Ｗ型とほぼ同様に特性となっている。   Further, the etching rate characteristics of the groove forming focus ring 17W type are substantially the same as those of the groove forming focus ring 1W type as shown in FIG.

図５は、ウエハＮｉに従来型フォーカスリングを設置し、上述した条件下においてプラズマ処理を施したときのナイトライドのエッチングレートを示したグラフである。図５に示すように、ウエハ中心部分におけるエッチングレートは約−２ｎｍ／分であり、これはウエハ中心部においてはＣｘＦｙが堆積されていることを示している。また、端部に行くに従いエッチングレートは大きくマイナスとなっており（ＣｘＦｙの堆積レートが大きくなり）、ウエハ端部から約５０ｍｍのところから、最端部にかけてデポジション（堆積）レートが大きくなっている。   FIG. 5 is a graph showing the nitride etching rate when a conventional focus ring is installed on the wafer Ni and the plasma treatment is performed under the above-described conditions. As shown in FIG. 5, the etching rate at the wafer center is about −2 nm / min, which indicates that CxFy is deposited at the wafer center. Also, the etching rate is greatly negative as it goes to the end (the deposition rate of CxFy increases), and the deposition (deposition) rate increases from about 50 mm from the wafer end to the end. Yes.

これに対して、溝形成フォーカスリング１Ｗ型を設置しプラズマ処理を施したウエハＮｉは、ウエハ中心部においては、従来型よりやや大きいマイナスのエッチングレート（約−４ｎｍ／分）であるが、端部に行くに従い、マイナスからプラスの特性となっている。すなわち、ウエハ端部から約２５ｍｍのところで堆積とエッチングとが拮抗し、それよりもウエハ端部に行くに従い、エッチングレートが上昇する特性を示している。   On the other hand, the wafer Ni that has been subjected to the plasma processing by installing the groove-forming focus ring 1W type has a slightly higher negative etching rate (about −4 nm / min) than the conventional type at the center of the wafer. As it goes to the department, it becomes a characteristic from minus to plus. That is, there is a characteristic that the deposition and the etching antagonize at a distance of about 25 mm from the wafer edge, and the etching rate increases as it goes to the wafer edge.

溝形成フォーカスリング１７Ｗ型のウエハＮｉのエッチングレート特性は、エッチングレートの値に相違があるものの、その特性自体は溝形成フォーカスリング１Ｗ型とほぼ同様である。   Although the etching rate characteristics of the groove forming focus ring 17W type wafer Ni have different etching rate values, the characteristics themselves are substantially the same as those of the groove forming focus ring 1W type.

以上のことから、次のことが明らかとなった。溝５１に埋め込んだ伝熱シートの熱伝導率の違いにより、エッチング特性には大きな差異が生じない。これは、フォーカスリング５に溝５１を形成したことによる影響は、熱容量の変化に起因するものではなく、フォーカスリング５のインピーダンスの変化により、その周辺の電界分布が変化するためである。その結果、プラズマ（電荷）のウエハ１５への衝撃強度が変化したことによるものである。従って、プラズマ処理を施す材料に応じて、所望の電界分布が得られるように溝５１の形状を変えれば、所望の電界分布を所望の部位に形成できる。これによりウエハ１５に施すプラズマ処理の均一化を図ることができる。   From the above, the following became clear. Due to the difference in the thermal conductivity of the heat transfer sheet embedded in the groove 51, there is no significant difference in etching characteristics. This is because the influence of the formation of the groove 51 in the focus ring 5 is not due to the change in the heat capacity, but the electric field distribution around the focus ring 5 changes due to the change in the impedance of the focus ring 5. As a result, the impact strength of plasma (charge) on the wafer 15 is changed. Therefore, if the shape of the groove 51 is changed so as to obtain a desired electric field distribution according to the material to be subjected to the plasma treatment, a desired electric field distribution can be formed at a desired portion. Thereby, the plasma processing applied to the wafer 15 can be made uniform.

（実施例２）
次にスパッタレートについて、実施例１と同様に、プラズマ処理装置１に組み込むフォーカスリング５として、溝形成フォーカスリング１Ｗ型と、溝形成フォーカスリング１７Ｗ型の２種類を用意し、これらの比較例として従来型フォーカスリングを用意しスパッタレートの特性を調べた。 (Example 2)
Next, as for the sputter rate, as in the first embodiment, two types of groove forming focus ring 1W type and groove forming focus ring 17W type are prepared as the focus ring 5 incorporated in the plasma processing apparatus 1, and these are comparative examples. A conventional focus ring was prepared and the sputter rate characteristics were investigated.

実施例１と同様に直径が３００ｍｍのブランケットウエハを３枚用意した。そして、プラズマ処理室を３５ミリトールに減圧し、Ａｒ／Ｏ２（１２２５／１５）からなる処理ガスを供給して、ブランケットウエハに、従来型のフォーカスリング、溝形成フォーカスリング１Ｗ型、そして溝形成フォーカスリング１７Ｗ型を設置し、プラズマ処理を６０秒間施した。なお、その際の上部電極の温度／処理室の壁面温度／静電チャックの底面温度は、６０℃／６０℃／４５℃である。 Similar to Example 1, three blanket wafers having a diameter of 300 mm were prepared. Then, the pressure in the plasma processing chamber is reduced to 35 mTorr, a processing gas composed of Ar / O 2 (1225/15) is supplied, and a conventional focus ring, groove forming focus ring 1W type, and groove forming are applied to the blanket wafer. A focus ring 17W type was installed, and plasma treatment was performed for 60 seconds. In this case, the temperature of the upper electrode / the wall surface temperature of the processing chamber / the bottom surface temperature of the electrostatic chuck is 60 ° C./60° C./45° C.

図６は、上述したプラズマ処理条件下において、上述した３種類のフォーカスリングによるスパッタレートの特性を示したグラフである。なお、図６に示すグラフの横軸は、その“０”点がウエハ中心点を示しており、そこから径方向右側に１５０ｍｍ、径方向左側に１５０ｍｍまでをミリメートルの単位で示している。また、縦軸のスパッタレートの単位はｎｍ／分である。   FIG. 6 is a graph showing the sputter rate characteristics of the three types of focus rings described above under the plasma processing conditions described above. The horizontal axis of the graph shown in FIG. 6 shows the wafer center point at the “0” point, from which 150 mm is shown on the right side in the radial direction and 150 mm on the left side in the radial direction. The unit of the sputtering rate on the vertical axis is nm / min.

図６（ａ）に示すように、従来型フォーカスリングを設置しプラズマ処理を施したときのブランケットウエハのスパッタレートは、ウエハ中心部分のスパッタレートが約１５ｎｍ／分である。ウエハ端部に行くに従いスパッタレートは小さくなり、ウエハ端部から約４０ｍｍのところから急激に減少し、最端部で、約１３ｎｍ／分のスパッタレートとなっている。   As shown in FIG. 6A, the sputter rate of the blanket wafer when the conventional focus ring is installed and the plasma treatment is performed is about 15 nm / min at the wafer central portion. The sputter rate decreases as it goes to the wafer edge, sharply decreases from about 40 mm from the wafer edge, and is about 13 nm / min at the outermost edge.

これに対して、溝形成フォーカスリング１Ｗ型を設置しプラズマ処理を施したブランケットウエハは、その中心部においては約１７ｎｍ／分である。ウエハ端部から約４０ｍｍのところからスパッタレートは漸減するが、ウエハ端部から１０ｍｍのところから最端部にかけて増加傾向に転じ、最端部におけるスパッタレートは約１９ｎｍ／分と従来型フォーカスリングとは正反対の特性を示している。   On the other hand, the blanket wafer on which the groove forming focus ring 1W type is installed and subjected to the plasma processing is about 17 nm / min at the center. The sputter rate gradually decreases from about 40 mm from the wafer edge, but it starts to increase from 10 mm from the wafer edge to the outermost edge, and the sputtering rate at the outermost edge is about 19 nm / min. Indicates the opposite characteristic.

溝形成フォーカスリング１７Ｗ型のスパッタレートの特性は、溝形成フォーカスリング１Ｗ型とほぼ同様である。   The characteristics of the sputter rate of the groove forming focus ring 17W type are almost the same as those of the groove forming focus ring 1W type.

図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す３種類のフォーカスリングのスパッタレートを正規化したグラフである。図６（ｂ）に示されるように、溝５１に埋め込んだ伝熱シートの熱伝導率の差異によるスパッタレート特性にはほとんど差異がない。このことから、フォーカスリング５への溝５１の形成は、熱容量を変化させるというよりはフォーカスリング５のインピーダンスを変化させ、それによりその周囲の電界分布が変化するといえる。その結果、プラズマの衝撃強度が変化し、スパッタレートが変わったものと考えられる。   FIG. 6B is a graph obtained by normalizing the sputtering rates of the three types of focus rings shown in FIG. As shown in FIG. 6B, there is almost no difference in the sputtering rate characteristics due to the difference in the thermal conductivity of the heat transfer sheet embedded in the groove 51. From this, it can be said that the formation of the groove 51 in the focus ring 5 changes the impedance of the focus ring 5 rather than changing the heat capacity, thereby changing the surrounding electric field distribution. As a result, it is considered that the impact strength of the plasma has changed and the sputtering rate has changed.

（実施例３）
次に、デポジションレートについて、実施例１，２と同様に、プラズマ処理装置１に組み込むフォーカスリング５として、溝形成フォーカスリング１Ｗ型、溝形成フォーカスリング１７Ｗ型の２種類を用意し、これらの比較例として従来型のフォーカスリングを用意しデポジションレートの特性を調べた。 (Example 3)
Next, as for the deposition rate, two types of groove forming focus ring 1W type and groove forming focus ring 17W type are prepared as the focus ring 5 incorporated in the plasma processing apparatus 1 as in the first and second embodiments. As a comparative example, a conventional focus ring was prepared and the characteristics of the deposition rate were examined.

直径が３００ｍｍのブランケットウエハを３枚用意した。プラズマ処理室を３５ミリトールに減圧し、Ｃ４Ｆ６／Ａｒ（１８／１２２５）からなる処理ガスを供給して、ブランケットウエハに、従来型のフォーカスリング、溝形成フォーカスリング１Ｗ型、そして溝形成フォーカスリング１７Ｗ型を設置し、プラズマ処理を６０秒間施した。なお、その際の上部電極の温度／処理室の壁面温度／静電チャックの底面温度は、６０℃／６０℃／４５℃である。   Three blanket wafers having a diameter of 300 mm were prepared. The plasma processing chamber is depressurized to 35 millitorr, a processing gas composed of C4F6 / Ar (18/1225) is supplied, and a conventional focus ring, groove forming focus ring 1W type, and groove forming focus ring 17W are applied to the blanket wafer. The mold was installed and plasma treatment was performed for 60 seconds. In this case, the temperature of the upper electrode / the wall surface temperature of the processing chamber / the bottom surface temperature of the electrostatic chuck is 60 ° C./60° C./45° C.

図７は、上述したプラズマ処理条件下において、ブランケットウエハに従来型、溝形成１Ｗ型、溝形成１７Ｗ型の３種類のフォーカスリングを設置し、そのときのデポジションレートの特性を示したグラフである。なお、図７に示すグラフの横軸は、その“０”点がウエハ中心点を示しており、そこから径方向右側に１５０ｍｍ、径方向左側に１５０ｍｍまでをミリメートルの単位で示している。また、縦軸のデポジション（デポ）レートの単位はｎｍ／分である。   FIG. 7 is a graph showing the deposition rate characteristics when three types of focus rings, a conventional type, a groove-forming 1W type, and a groove-forming 17W type, are installed on a blanket wafer under the plasma processing conditions described above. is there. In the graph shown in FIG. 7, the “0” point indicates the wafer center point, from which 150 mm is shown on the right side in the radial direction and 150 mm on the left side in the radial direction. The unit of the deposition (depot) rate on the vertical axis is nm / min.

図７（ａ）に示すように、従来型フォーカスリングを設置しプラズマ処理を施したときのブランケットウエハのデポジションレートは、ウエハ中心部分のデポジションレートが約８０ｎｍ／分である。端部に行くに従いそのレートは漸増し、ウエハ端部から約５０ｍｍのところから急激に増加し、最端部においては約１０５ｎｍ／分のデポジションレートとなっている。   As shown in FIG. 7A, the deposition rate of the blanket wafer when the conventional focus ring is installed and plasma processing is performed is about 80 nm / min. The rate gradually increases as it goes to the end, and increases rapidly from about 50 mm from the end of the wafer, and the deposition rate is about 105 nm / min at the end.

これに対して、ブランケットウエハの外周に溝形成フォーカスリング１Ｗ型を設置しプラズマ処理を施した場合には、その中心部においては従来型とほぼ同じ約８０ｎｍ／分であるが、ウエハ端部から約５０ｍｍのところから、従来型とは反対にデポジションレートは減少し、その最端部におけるデポジションレートは、約７０ｎｍ／分となっている。   On the other hand, when the groove forming focus ring 1W type is installed on the outer periphery of the blanket wafer and plasma processing is performed, the central portion is about 80 nm / min, which is almost the same as the conventional type, but from the edge of the wafer. In contrast to the conventional type, the deposition rate decreases from about 50 mm, and the deposition rate at the extreme end is about 70 nm / min.

溝形成フォーカスリング１７Ｗ型のデポジションレートの特性は、図７（ａ）に示すように、溝形成フォーカスリング１Ｗ型とほぼ同様であるといえる。   It can be said that the deposition rate characteristics of the groove-forming focus ring 17W type are substantially the same as those of the groove-forming focus ring 1W type, as shown in FIG.

図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す３種類のフォーカスリングのデポジションレートを正規化したグラフである。図７（ｂ）からわかるように、実施例１、実施例２と同様に、溝５１に埋め込んだ伝熱シートの熱伝導率差異によるデポジションレート特性には相違がない。このことから、フォーカスリング５への溝５１の形成は、熱容量を変化させるというよりはフォーカスリング５のインピーダンスを変化させ、それによりその周囲の電界分布が変化するといえる。その結果、プラズマの衝撃強度が変化し、デポジションレートが変わったものと考えられる。   FIG. 7B is a graph obtained by normalizing the deposition rates of the three types of focus rings shown in FIG. As can be seen from FIG. 7B, as in the first and second embodiments, there is no difference in the deposition rate characteristics due to the difference in thermal conductivity of the heat transfer sheet embedded in the groove 51. From this, it can be said that the formation of the groove 51 in the focus ring 5 changes the impedance of the focus ring 5 rather than changing the heat capacity, thereby changing the surrounding electric field distribution. As a result, it is considered that the impact strength of the plasma changed and the deposition rate changed.

以上の知見から、フォーカスリングに溝を形成し、かつその溝形状を変化させることにより、所望の部位に所望の電界分布を形成できる。これによりエッチングレート、デポジションレートを所望の部位に、所望の値で調整できることが明らかとなった。   From the above knowledge, it is possible to form a desired electric field distribution at a desired site by forming a groove in the focus ring and changing the groove shape. As a result, it has been clarified that the etching rate and deposition rate can be adjusted to desired portions with desired values.

本発明は、プラズマエッチング装置に限定されず、プラズマＣＶＤ、プラズマ酸化、プラズマ窒化、スパッタリングなどの他のプラズマ処理装置にも適用可能である。また、本発明における被処理基板は半導体ウエハに限るものではなく、フラットパネルディスプレイ用の各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等も可能である。   The present invention is not limited to a plasma etching apparatus, but can be applied to other plasma processing apparatuses such as plasma CVD, plasma oxidation, plasma nitridation, and sputtering. Further, the substrate to be processed in the present invention is not limited to a semiconductor wafer, and various substrates for flat panel displays, photomasks, CD substrates, printed substrates, and the like are also possible.

１ プラズマ処理装置
２ サセプタ（ＲＦ電極）
３ 筒状保持部
４ 筒状支持部
５ フォーカスリング
６ 排気路
７ バッフル板
８ 排気管
９ 排気装置
１０ ウエハの搬入出口
１１ ゲートバルブ
１２ａ 第１高周波電源
１２ｂ 第２高周波電源
１３ 整合器
１４ 給電棒
１５ ウエハ（基板）
１６ 静電チャック
１７ 内部電極
１８ 熱媒体流路
２０ 配管
２１ 上部電極
２２ ガス噴出孔
２３ ガス導入管
２４ 熱媒体供給管（ガス供給管）
２５ カバーリング
５１ 溝 1 Plasma processing equipment 2 Susceptor (RF electrode)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Tubular holding part 4 Tubular support part 5 Focus ring 6 Exhaust path 7 Baffle plate 8 Exhaust pipe 9 Exhaust device 10 Wafer loading / unloading port 11 Gate valve 12a First high frequency power source 12b Second high frequency power source 13 Matching unit 14 Wafer (substrate)
16 Electrostatic chuck 17 Internal electrode 18 Heat medium flow path 20 Pipe 21 Upper electrode 22 Gas ejection hole 23 Gas introduction pipe 24 Heat medium supply pipe (gas supply pipe)
25 Covering 51 Groove

Claims (14)

プラズマ処理が施される被処理基板の周縁を囲うように配されるプラズマ処理用円環状部品であって、
プラズマが生成されるプラズマ生成空間の電界分布を所望の電界分布に調整する少なくとも１つの環状の溝が、前記プラズマ生成空間側の反対側の面に形成されていることを特徴とするプラズマ処理用円環状部品。 An annular part for plasma processing arranged so as to surround the periphery of a substrate to be processed,
For plasma processing, characterized in that at least one annular groove for adjusting the electric field distribution of the plasma generation space in which plasma is generated to a desired electric field distribution is formed on a surface opposite to the plasma generation space side. Annular parts. 前記溝が、内側周縁部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理用円環状部品。   The annular part for plasma processing according to claim 1, wherein the groove is formed in an inner peripheral edge. 前記溝の形状により、インピーダンスが所望の値に調整されることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理用円環状部品。   The annular component for plasma processing according to claim 1 or 2, wherein the impedance is adjusted to a desired value depending on the shape of the groove. 前記溝が、径方向内側端部から少なくともその幅の３０％以内から所定の幅で形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のプラズマ処理用円環状部品。   The annular part for plasma processing according to any one of claims 1 to 3, wherein the groove is formed with a predetermined width from at least 30% of the width from the radially inner end. 前記溝が、径方向内側端部からその幅の８０％以内に所定の幅で形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のプラズマ処理用円環状部品。   The annular part for plasma processing according to any one of claims 1 to 4, wherein the groove is formed with a predetermined width within 80% of its width from the radially inner end. 前記溝の深さが、少なくともその厚さの７０％以内であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のプラズマ処理用円環状部品。   The annular part for plasma processing according to any one of claims 1 to 5, wherein the depth of the groove is at least 70% or less of the thickness thereof. 少なくとも石英、カーボン、シリコン及びセラミック材料のいずれか一つによって形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のプラズマ処理用円環状部品。   The annular part for plasma processing according to any one of claims 1 to 6, wherein the annular part is formed of at least one of quartz, carbon, silicon, and a ceramic material. 内部が真空に保持可能な処理室を含む処理容器と、該処理室で被処理基板を載置するとともに下部電極を兼ねた載置台と、該載置台において前記被処理基板の周縁を囲むように配される円環状部品と、前記下部電極に対向してその上方に配置される上部電極と、前記載置台に高周波電力を供給する給電体とを備え、前記処理室で発生するプラズマにより前記被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
前記円環状部品には、プラズマが生成されるプラズマ生成空間の電界分布を所望の分布に調整する少なくとも１つの環状の溝が、前記プラズマ生成空間側の反対側の面に形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。 A processing container including a processing chamber capable of maintaining a vacuum inside, a mounting table on which a substrate to be processed is mounted in the processing chamber and also serving as a lower electrode, and a periphery of the processing substrate on the mounting table. An annular component disposed above, an upper electrode disposed above and opposite to the lower electrode, and a power feeding body that supplies high-frequency power to the mounting table, and the plasma is generated by the plasma generated in the processing chamber. In a plasma processing apparatus for performing plasma processing on a processing substrate,
The annular part is formed with at least one annular groove on the surface opposite to the plasma generation space, which adjusts the electric field distribution of the plasma generation space in which plasma is generated to a desired distribution. A plasma processing apparatus. 前記溝が内側周縁部に形成されていることを特徴とする請求項８に記載のプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 8, wherein the groove is formed in an inner peripheral edge portion. 前記溝の形状により、前記円環状部品のインピーダンスが、所望の値に調整されることを特徴とする請求項８又は９に記載のプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 8 or 9, wherein an impedance of the annular component is adjusted to a desired value depending on a shape of the groove. 前記溝が、径方向内側端部から少なくとも前記円環状部品の幅の３０％以内から所定の幅で形成されていることを特徴とする請求項８から１０のいずれかに記載のプラズマ処理装置。   11. The plasma processing apparatus according to claim 8, wherein the groove is formed with a predetermined width from at least 30% of the width of the annular part from the radially inner end. 前記溝が、径方向内側端部から前記円環状部品の幅の８０％以内に所定の幅で形成されていることを特徴とする請求項８から１１のいずれかに記載のプラズマ処理用円環状部品。   The annular shape for plasma processing according to any one of claims 8 to 11, wherein the groove is formed with a predetermined width within 80% of the width of the annular component from the radially inner end. parts. 前記溝の深さが、少なくとも前記円環状部品の厚さの７０％以内であることを特徴とする請求項８から１２のいずれかに記載のプラズマ処理用円環状部品。   The annular part for plasma processing according to any one of claims 8 to 12, wherein a depth of the groove is at least 70% or less of a thickness of the annular part. 前記円環状部品が、少なくとも石英、カーボン、シリコン及びセラミック材料のいずれか一つによって形成されていることを特徴とする請求項８から１３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to any one of claims 8 to 13, wherein the annular component is formed of at least one of quartz, carbon, silicon, and a ceramic material.
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