JP2012109608A - Plasma processing apparatus, method and focus ring - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば半導体ウエハなどの被処理基板に、エッチング処理等のプラズマ処理を施すためのプラズマ処理装置とプラズマ処理方法に関し、更に、プラズマ処理装置に用いられるフォーカスリングとフォーカスリング部品に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method for performing plasma processing such as etching processing on a substrate to be processed such as a semiconductor wafer, and further relates to a focus ring and a focus ring component used in the plasma processing apparatus.
従来から、高周波電圧を与えることにより発生させたプラズマを用いてエッチング等のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置は、例えば半導体装置における微細な電気回路の製造工程等で多用されている。かかるプラズマ処理装置では、内部を気密に封止された処理チャンバー内に半導体ウエハを配置し、高周波電圧を与えることにより処理チャンバー内にプラズマを発生させ、このプラズマを半導体ウエハに作用させて、エッチング等のプラズマ処理を施すようになっている。 2. Description of the Related Art Conventionally, plasma processing apparatuses that perform plasma processing such as etching using plasma generated by applying a high-frequency voltage have been widely used in, for example, manufacturing processes of fine electric circuits in semiconductor devices. In such a plasma processing apparatus, a semiconductor wafer is placed in a processing chamber hermetically sealed inside, a plasma is generated in the processing chamber by applying a high-frequency voltage, and this plasma is applied to the semiconductor wafer for etching. Etc. are subjected to plasma treatment.
このようなプラズマ処理装置には、半導体ウエハの周囲を囲むように、フォーカスリングと称されるリング状の部材を配置したものがある。このフォーカスリングは、例えば絶縁膜のエッチングの場合などは、シリコン等の導電性材料からなっており、プラズマを閉じ込めることと、半導体ウエハ面内のバイアス電位の縁面効果による不連続性を緩和し、半導体ウエハの中央部と同様にその周縁部においても、均一で良好な処理を行えるようにすること等を目的として設けられたものである。 Among such plasma processing apparatuses, there is one in which a ring-shaped member called a focus ring is arranged so as to surround the periphery of a semiconductor wafer. This focus ring is made of a conductive material such as silicon in the case of etching an insulating film, for example, and confines plasma and alleviates discontinuity due to the edge effect of the bias potential in the semiconductor wafer surface. The semiconductor wafer is provided for the purpose of enabling uniform and good processing at the peripheral edge as well as the central portion of the semiconductor wafer.
また、このフォーカスリングによって、半導体ウエハの周縁部における処理の均一性を高めるために、本発明者らは、フォーカスリングの上面を、半導体ウエハを囲む傾斜面部と、この傾斜面部の外側に連続して形成した水平面部に構成したものを開示している（特許文献１参照）。 Further, in order to improve the processing uniformity at the peripheral edge of the semiconductor wafer by the focus ring, the present inventors have made the upper surface of the focus ring continuous with the inclined surface portion surrounding the semiconductor wafer and the outside of the inclined surface portion. The thing formed in the horizontal plane part formed by this is disclosed (refer patent document 1).
上記特許文献１の発明は、フォーカスリングの上面形状を工夫することにより、半導体ウエハの周縁部における電界の傾きを抑制して、エッチング処理の均一性をはかると共に、半導体ウエハの周縁とフォーカスリングの内周面との間に電位差を形成させることにより、半導体ウエハの周縁部下方へのプラズマの回り込みを抑制するものである。 In the invention of the above-mentioned Patent Document 1, by devising the top surface shape of the focus ring, the inclination of the electric field at the peripheral portion of the semiconductor wafer is suppressed, and the uniformity of the etching process is achieved. By forming a potential difference between the inner peripheral surface and the inner peripheral surface, the wraparound of the plasma below the peripheral portion of the semiconductor wafer is suppressed.
しかしながら、このように半導体ウエハの周縁とフォーカスリングの内周面との間の電位差によってプラズマの回り込みを抑制しても、半導体ウエハの周縁部下面にＣＦ系ポリマーなどが付着するいわゆるデポジションを発生する場合があった。 However, even if the wraparound of the plasma is suppressed by the potential difference between the peripheral edge of the semiconductor wafer and the inner peripheral surface of the focus ring in this way, so-called deposition occurs in which CF polymer or the like adheres to the lower surface of the peripheral edge of the semiconductor wafer. There was a case.
本発明の目的は、半導体ウエハなどの被処理基板をプラズマ処理するに際し、周縁部下面へのデポジションの付着をより少なくすることを目的としている。 An object of the present invention is to reduce deposition adhesion to the lower surface of the peripheral edge when plasma processing is performed on a substrate to be processed such as a semiconductor wafer.
本発明者らは、上記のように被処理基板の周縁部下面に発生するデポジションの要因について種々検討した。その結果、特許文献１のように半導体ウエハの周縁とフォーカスリングの内周面との間の電位差を付与した場合、プラズマ中のイオンは、半導体ウエハの周縁とフォーカスリングの内周面との隙間を通過する際に、両者間の電位差によって半導体ウエハの周縁もしくはフォーカスリングの内周面のいずれかに向かって引き寄せられるため、被処理基板の周縁部下方までは到達しないが、ＣＦ系ポリマーなどの電荷をもっていないプラズマ生成物は、半導体ウエハの周縁とフォーカスリングの内周面との隙間をそのまま通過し、被処理基板の周縁部下方まで到達して、これがデポジションの要因になっていることが分かってきた。また一方で、このように被処理基板の周縁部下面に発生するデポジションを抑制するためには、プラズマ中のイオンを被処理基板の周縁部下方まで到達させ、そのイオンを被処理基板の周縁部下面に衝突させることが有効であるといった知見を得た。 As described above, the present inventors have studied various factors of deposition occurring on the lower surface of the peripheral edge of the substrate to be processed. As a result, when a potential difference between the peripheral edge of the semiconductor wafer and the inner peripheral surface of the focus ring is applied as in Patent Document 1, ions in the plasma are caused by a gap between the peripheral edge of the semiconductor wafer and the inner peripheral surface of the focus ring. When passing through the substrate, it is drawn toward either the peripheral edge of the semiconductor wafer or the inner peripheral surface of the focus ring due to the potential difference between the two, so it does not reach the lower peripheral edge of the substrate to be processed. The plasma product having no charge passes through the gap between the peripheral edge of the semiconductor wafer and the inner peripheral surface of the focus ring as it is, and reaches the lower part of the peripheral edge of the substrate to be processed, which is a cause of deposition. I understand. On the other hand, in order to suppress the deposition occurring on the lower surface of the peripheral portion of the substrate to be processed in this way, ions in the plasma reach the lower portion of the peripheral portion of the substrate to be processed, and the ions are transmitted to the periphery of the substrate to be processed. The knowledge that it was effective to make it collide with the lower surface of the part was obtained.
本発明は、上記知見に基いて創出されたものである。即ち、本発明によれば、処理チャンバー内に配置された載置台上に被処理基板を載置させ、高周波電圧を与えることにより処理チャンバー内にプラズマを発生させて、被処理基板を処理するプラズマ処理装置であって、前記載置台上に載置された被処理基板の周囲を囲むように配置されるフォーカスリングを備え、前記フォーカスリングは、前記載置台上に載置された被処理基板の周囲外側に配置された導電性材料からなる外側リング部と、前記載置台上に載置された被処理基板の周縁部下方に所定の間隔を開けて配置された導電性材料からなる内側リング部を備え、前記外側リング部と前記内側リング部は、電気的に導通しており、前記外側リング部および前記内側リング部と前記載置台の間は電気的に絶縁され、前記外側リング部および前記内側リング部は、グランドに対して電気的に絶縁され、前記外側リング部および前記内側リング部に可変直流電源を電気的に接続したことを特徴とする、プラズマ処理装置が提供される。 The present invention has been created based on the above findings. That is, according to the present invention, a plasma for processing a substrate to be processed by placing the substrate to be processed on a mounting table disposed in the processing chamber and generating a plasma in the processing chamber by applying a high frequency voltage. A processing apparatus, comprising: a focus ring arranged so as to surround a substrate to be processed placed on the mounting table, wherein the focus ring is formed of the substrate to be processed placed on the mounting table. An outer ring portion made of a conductive material arranged on the outer periphery and an inner ring portion made of a conductive material arranged at a predetermined interval below the peripheral edge portion of the substrate to be processed placed on the mounting table. The outer ring portion and the inner ring portion are electrically connected, and the outer ring portion and the inner ring portion are electrically insulated from the mounting table, and the outer ring portion and Serial inner ring portion is electrically insulated with respect to the ground, characterized in that electrically connecting the variable DC power supply to the outer ring portion and the inner ring portion, the plasma processing apparatus is provided.
このプラズマ処理装置において、例えば、前記外側リング部および前記内側リング部と前記載置台の間に絶縁部材が配置されていていても良い。その場合、前記外側リング部と前記内側リング部は、一体的に形成されていていても良い。また、前記外側リング部は、前記載置台に電気的に導通していても良い。 In this plasma processing apparatus, for example, an insulating member may be disposed between the outer ring portion and the inner ring portion and the mounting table. In that case, the outer ring portion and the inner ring portion may be integrally formed. The outer ring portion may be electrically connected to the mounting table.
また、本発明によれば、処理チャンバー内に配置された載置台上に被処理基板を載置させ、高周波電圧を与えることにより処理チャンバー内にプラズマを発生させて、被処理基板を処理するプラズマ処理装置であって、前記載置台上に載置された被処理基板の周囲を囲むように配置されるフォーカスリングを備え、前記フォーカスリングは、前記載置台上に載置された被処理基板の周囲外側に配置された導電性材料からなる外側リング部と、前記載置台上に載置された被処理基板の周縁部下方に所定の間隔を開けて配置された導電性材料からなる内側リング部を備え、前記内側リング部と前記載置台との間は、絶縁部材により電気的に絶縁されており、前記載置台に対して、前記絶縁部材で絶縁されている前記外側リング部に、グランドに電気的に接続された第２の導電性部材を近接させて配置し、前記外側リング部と前記第２の導電性部材との間に第２の絶縁部材を設けたことを特徴とする、プラズマ処理装置が提供される。 Further, according to the present invention, a plasma for processing a substrate to be processed by placing the substrate to be processed on a mounting table disposed in the processing chamber and generating a plasma in the processing chamber by applying a high frequency voltage. A processing apparatus, comprising: a focus ring arranged so as to surround a substrate to be processed placed on the mounting table, wherein the focus ring is formed of the substrate to be processed placed on the mounting table. An outer ring portion made of a conductive material arranged on the outer periphery and an inner ring portion made of a conductive material arranged at a predetermined interval below the peripheral edge portion of the substrate to be processed placed on the mounting table. The inner ring portion and the mounting table are electrically insulated by an insulating member, and the outer ring portion insulated by the insulating member with respect to the mounting table is grounded Electric The plasma processing is characterized in that the second conductive members connected to each other are arranged close to each other, and a second insulating member is provided between the outer ring portion and the second conductive member. An apparatus is provided.
このプラズマ処理装置において、例えば、前記第２の絶縁部材の誘電率を変化させることにより、前記被処理基板と前記フォーカスリングの間の電位差を変化させても良い。その場合、前記絶縁部材の第１の上面は、前記外側リング部および前記内側リング部の下面に接し、前記絶縁部材の第２の上面は、前記第２の導電性部材の第１と第２の内周面を連結する下面に接し、前記絶縁部材の第１の上面は、前記絶縁部材の第２の上面よりも高い位置であっても良い。また、前記第２の絶縁部材の上面は前記外側リング部の下面に接し、前記第２の絶縁部材の下面は前記第２の導電性部材の上面に接していても良い。また、前記外側リング部の外周面にカバーリングが配置され、前記カバーリングの内周面は前記第２の絶縁部材の外周面に接し、前記カバーリングの下面は前記第２の導電性部材の上面に接していても良い。 In this plasma processing apparatus, for example, the potential difference between the substrate to be processed and the focus ring may be changed by changing the dielectric constant of the second insulating member. In that case, the first upper surface of the insulating member is in contact with the lower surfaces of the outer ring portion and the inner ring portion, and the second upper surface of the insulating member is the first and second of the second conductive member. The first upper surface of the insulating member may be in a position higher than the second upper surface of the insulating member. The upper surface of the second insulating member may be in contact with the lower surface of the outer ring portion, and the lower surface of the second insulating member may be in contact with the upper surface of the second conductive member. In addition, a cover ring is disposed on the outer peripheral surface of the outer ring portion, the inner peripheral surface of the cover ring is in contact with the outer peripheral surface of the second insulating member, and the lower surface of the cover ring is the second conductive member. It may be in contact with the upper surface.
また、前記外側リング部の上面は、前記載置台上に載置された被処理基板の周囲に配置された、外側に向かって次第に高くなる傾斜面部と、前記傾斜面部の外側に連続して形成された水平面部を有しても良い。前記載置台上に載置された被処理基板の外周面とそれに対向する前記フォーカスリングの内周面との間隔が、前記内側リング部の上面と前記載置台上に載置された被処理基板の周縁部の下面との間隔よりも広くても良い。また、前記載置台上に載置された被処理基板の外周面とそれに対向する前記フォーカスリングの内周面との間隔が２〜２．５ｍｍ、前記内側リング部の上面と前記載置台上に載置された被処理基板の周縁部の下面との間隔が０．２〜１ｍｍであっても良い。また、前記外側リング部と前記内側リング部を構成する導電性材料が、Ｓｉ、Ｃ、ＳｉＣのいずれかであっても良い。 The upper surface of the outer ring portion is continuously formed on the outer periphery of the inclined surface portion, which is arranged around the substrate to be processed placed on the mounting table and gradually increases toward the outer side. You may have the horizontal surface part made. The distance between the outer peripheral surface of the substrate to be processed placed on the mounting table and the inner peripheral surface of the focus ring facing the substrate is the upper surface of the inner ring portion and the substrate to be processed placed on the mounting table. It may be wider than the distance from the lower surface of the peripheral edge. Further, the distance between the outer peripheral surface of the substrate to be processed placed on the mounting table and the inner peripheral surface of the focus ring facing the substrate is 2 to 2.5 mm, and the upper surface of the inner ring portion and the mounting table are on the mounting table. The distance from the lower surface of the peripheral edge of the substrate to be processed may be 0.2 to 1 mm. Further, the conductive material constituting the outer ring portion and the inner ring portion may be any of Si, C, and SiC.
また、本発明によれば、高周波電圧を与えることにより処理チャンバー内にプラズマを発生させて、被処理基板を処理するプラズマ処理装置において、前記処理チャンバー内に配置された載置台上の被処理基板の周囲を囲むように配置されるフォーカスリングであって、前記載置台上に載置された被処理基板の周囲外側に配置される導電性材料からなる外側リング部と、前記載置台上に載置された被処理基板の周縁部下方に所定の間隔を開けて配置される導電性材料からなる内側リング部を備え、前記外側リング部と前記内側リング部は、電気的に導通しており、前記外側リング部および前記内側リング部と前記載置台の間を絶縁するための絶縁部材を備え、前記外側リング部および前記内側リング部に電気的に接続された可変直流電源を備えることを特徴とする、フォーカスリングが提供される。 According to the present invention, in a plasma processing apparatus for processing a substrate to be processed by generating plasma in the processing chamber by applying a high frequency voltage, the substrate to be processed on a mounting table disposed in the processing chamber. A focus ring arranged to surround the periphery of the substrate, and an outer ring portion made of a conductive material arranged on the outer periphery of the substrate to be processed placed on the mounting table, and mounted on the mounting table. An inner ring portion made of a conductive material disposed at a predetermined interval below the peripheral edge of the substrate to be processed, wherein the outer ring portion and the inner ring portion are electrically connected; An insulating member for insulating between the outer ring portion and the inner ring portion and the mounting table, and a variable DC power source electrically connected to the outer ring portion and the inner ring portion. Characterized Rukoto, focus ring is provided.
このフォーカスリングにおいて、前記外側リング部と前記内側リング部は、一体的に形成されていても良い。その場合、前記載置台上に載置された被処理基板の外周面に対向する内周面に凹部が形成されても良い。 In this focus ring, the outer ring portion and the inner ring portion may be formed integrally. In that case, a recessed part may be formed in the inner peripheral surface facing the outer peripheral surface of the substrate to be processed placed on the mounting table.
また、本発明によれば、高周波電圧を与えることにより処理チャンバー内にプラズマを発生させて、被処理基板を処理するプラズマ処理装置において、前記処理チャンバー内に配置された載置台上の被処理基板の周囲を囲むように配置されるフォーカスリングであって、前記載置台上に載置された被処理基板の周囲外側に配置される導電性材料からなる外側リング部と、前記載置台上に載置された被処理基板の周縁部下方に所定の間隔を開けて配置される導電性材料からなる内側リング部を備え、前記外側リング部と前記内側リング部を電気的に絶縁させる絶縁部材を備え、前記内側リング部と前記載置台の間は電気的に絶縁されていることを特徴とする、フォーカスリングが提供される。 According to the present invention, in a plasma processing apparatus for processing a substrate to be processed by generating plasma in the processing chamber by applying a high frequency voltage, the substrate to be processed on a mounting table disposed in the processing chamber. A focus ring arranged to surround the periphery of the substrate, and an outer ring portion made of a conductive material arranged on the outer periphery of the substrate to be processed placed on the mounting table, and mounted on the mounting table. An inner ring portion made of a conductive material disposed at a predetermined interval below the peripheral edge of the substrate to be processed, and an insulating member for electrically insulating the outer ring portion and the inner ring portion A focus ring is provided, wherein the inner ring portion and the mounting table are electrically insulated.
このフォーカスリングにおいて、前記外側リング部は、前記載置台に電気的に導通して設置されていても良い。 In this focus ring, the outer ring portion may be installed in electrical connection with the mounting table.
また、本発明によれば、高周波電圧を与えることにより処理チャンバー内にプラズマを発生させて、被処理基板を処理するプラズマ処理装置において、前記処理チャンバー内に配置された載置台上の被処理基板の周囲を囲むように配置されるフォーカスリングであって、前記載置台上に載置された被処理基板の周囲外側に配置される導電性材料からなる外側リング部と、前記載置台上に載置された被処理基板の周縁部下方に所定の間隔を開けて配置される導電性材料からなる内側リング部を備え、前記内側リング部と前記載置台との間は、絶縁部材により電気的に絶縁されており、前記載置台に対して、前記絶縁部材で絶縁されている前記外側リング部に、グランドに電気的に接続された第２の導電性部材を近接させて配置し、前記外側リングと前記第２の導電性部材との間に第２の絶縁部材を設けたことを特徴とする、フォーカスリングが提供される。 According to the present invention, in a plasma processing apparatus for processing a substrate to be processed by generating plasma in the processing chamber by applying a high frequency voltage, the substrate to be processed on a mounting table disposed in the processing chamber. A focus ring arranged to surround the periphery of the substrate, and an outer ring portion made of a conductive material arranged on the outer periphery of the substrate to be processed placed on the mounting table, and mounted on the mounting table. An inner ring portion made of a conductive material arranged at a predetermined interval below the peripheral edge of the placed substrate to be processed, and an insulating member between the inner ring portion and the mounting table is electrically connected A second conductive member electrically connected to the ground is disposed adjacent to the outer ring portion that is insulated and is insulated by the insulating member with respect to the mounting table. Characterized in that a second insulating member between said second conductive member and the focus ring is provided.
このフォーカスリングにおいて、前記第２の絶縁部材の誘電率を変化させることにより、前記被処理基板と前記フォーカスリングの間の電位差を変化させても良い。また、前記絶縁部材の第１の上面は、前記外側リング部および前記内側リング部の下面に接し、前記絶縁部材の第２の上面は、前記第２の導電性部材の第１と第２の内周面を連結する下面に接し、前記絶縁部材の第１の上面は、前記絶縁部材の第２の上面よりも高い位置であっても良い。また、前記第２の絶縁部材の上面は前記外側リング部の下面に接し、前記第２の絶縁部材の下面は前記第２の導電性部材の上面に接しても良い。また、前記外側リング部の外周面にカバーリングが配置され、前記カバーリングの内周面は前記第２の絶縁部材の外周面に接し、前記カバーリングの下面は前記第２の導電性部材の上面に接しても良い。 In this focus ring, the potential difference between the substrate to be processed and the focus ring may be changed by changing the dielectric constant of the second insulating member. In addition, the first upper surface of the insulating member is in contact with the lower surfaces of the outer ring portion and the inner ring portion, and the second upper surface of the insulating member is the first and second of the second conductive member. The first upper surface of the insulating member may be in a position higher than the second upper surface of the insulating member in contact with the lower surface connecting the inner peripheral surfaces. The upper surface of the second insulating member may be in contact with the lower surface of the outer ring portion, and the lower surface of the second insulating member may be in contact with the upper surface of the second conductive member. In addition, a cover ring is disposed on the outer peripheral surface of the outer ring portion, the inner peripheral surface of the cover ring is in contact with the outer peripheral surface of the second insulating member, and the lower surface of the cover ring is the second conductive member. You may touch the upper surface.
また、前記外側リング部の上面は、前記載置台上に載置された被処理基板の周囲に配置された、外側に向かって次第に高くなる傾斜面部と、前記傾斜面部の外側に連続して形成された水平面部を有しても良い。また、前記外側リング部と前記内側リング部を構成する導電性材料が、Ｓｉ、Ｃ、ＳｉＣのいずれかであっても良い。 The upper surface of the outer ring portion is continuously formed on the outer periphery of the inclined surface portion, which is arranged around the substrate to be processed placed on the mounting table and gradually increases toward the outer side. You may have the horizontal surface part made. Further, the conductive material constituting the outer ring portion and the inner ring portion may be any of Si, C, and SiC.
また、本発明によれば、上記のいずれかに記載のフォーカスリングと、前記処理チャンバー内において前記載置台上の被処理基板の周囲を囲むように前記フォーカスリングを配置させる支持部材とからなることを特徴とする、フォーカスリング部品が提供される。 Further, according to the present invention, the focus ring according to any one of the above, and a support member that arranges the focus ring so as to surround a substrate to be processed on the mounting table in the processing chamber. A focus ring component is provided.
本発明によれば、プラズマ中のイオンを被処理基板の周縁部下方まで到達させて被処理基板の周縁部下面に衝突させることにより、被処理基板の周縁部下面におけるデポジションの発生を従来に比べて低減することができる。 According to the present invention, deposition in the lower surface of the peripheral portion of the substrate to be processed is conventionally caused by causing ions in the plasma to reach the lower portion of the peripheral portion of the substrate to be processed and collide with the lower surface of the peripheral portion of the substrate to be processed. Compared to, it can be reduced.
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照にして説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置１の概略構成を示す説明図である。図２は、このプラズマ処理装置１が備えるフォーカスリング２５を拡大して示した縦断面図である。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a plasma processing apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged longitudinal sectional view showing the
気密に構成された円筒形状の処理チャンバー１０の内部には、被処理基板である半導体ウエハＷを載置させるための下部電極を兼ねる載置台１１が配置されている。これら処理チャンバー１０と載置台１１は、例えばアルミニウム等の導電性材料で構成されている。但し、載置台１１は、セラミックなどの絶縁板１２を介して処理チャンバー１０の底面上に支持されており、処理チャンバー１０と載置台１１は、互いに電気的に絶縁された状態になっている。
A mounting table 11 that also serves as a lower electrode for mounting a semiconductor wafer W, which is a substrate to be processed, is disposed inside an airtight
載置台１１は、上面に置かれた半導体ウエハＷを吸着保持するための図示しない静電チャックを備えている。また、載置台１１の内部には、温度制御のための熱媒体としての絶縁性流体を循環させるための熱媒体流路１５と、ヘリウムガス等の温度制御用のガスを半導体ウエハＷの裏面に供給するためのガス流路１６が設けられている。このように、熱媒体流路１５内に所定温度に制御された絶縁性流体を循環させることによって、載置台１１を所定温度に制御し、かつ、この載置台１１と半導体ウエハＷの裏面との間にガス流路１６を介して温度制御用のガスを供給してこれらの間の熱交換を促進し、半導体ウエハＷを精度良く効率的に所定温度に制御できるようになっている。
The mounting table 11 includes an electrostatic chuck (not shown) for attracting and holding the semiconductor wafer W placed on the upper surface. Further, inside the mounting table 11, a heat
載置台１１には、整合器２０を介して、バイアス用の高周波電源（ＲＦ電源）２１が接続されている。高周波電源２１からは、所定の周波数の高周波電圧が載置台１１に与えられるようになっている。一方、処理チャンバー１０はグランド（アース）２２に対して電気的に導通されている。
A high frequency power source (RF power source) 21 for bias is connected to the mounting table 11 via a
処理チャンバー１０の内部において、載置台１１の上面の周りには、載置台１１上に載置された半導体ウエハＷの周囲を囲むようにしてフォーカスリング２５が配置されている。このフォーカスリング２５は、載置台１１の上に直接載せられるリング状の絶縁部材２６と、この絶縁部材２６の上方に配置されたリング状の導電性部材２７で構成されている。絶縁部材２６は、例えば、クォーツ、アルミナ等のセラミックス、ベスペル（登録商標）等の樹脂などの絶縁材料（誘電体）からなる。導電性部材２７は、例えばＳｉ（導電性を出すためにＢ等をドープ済みのＳｉ）、Ｃ、ＳｉＣ等の導電性材料からなる。
Inside the
図２に示すように、導電性部材２７は、載置台１１上に載置された半導体ウエハＷの周囲外側に配置された外側リング部３０と、載置台１１上に載置された半導体ウエハＷの周縁部下方に所定の間隔を開けて配置されたリング状の内側リング部３１を備えている。図示の例では、外側リング部３０とリング状の内側リング部３１は導電性材料からなる導電性部材２７として一体的に形成されているので、外側リング部３０と内側リング部３１は互いに電気的に導通した状態である。但し、上述のようにリング状の導電性部材２７と載置台１１の間には絶縁部材２６が介在しているので、外側リング部３０と内側リング部３１は載置台１１に対しては電気的に絶縁されている。なお、外側リング部３０と内側リング部３１の境界を、図２中に点線３１’として記入した。この境界３１’で示したように、一体的に形成された導電性部材２７において、載置台１１上に載置された半導体ウエハＷの周囲外側に配置された部分が外側リング部３０であり、半導体ウエハＷの周縁部下方に所定の間隔を開けて配置された部分がリング状の内側リング部３１となっている。
As shown in FIG. 2, the
また、このように載置台１１に対して絶縁されているリング状の導電性部材２７は、処理チャンバー１０の内部において絶縁部材２６の他には電気的に接触していない。このため、外側リング部３０と内側リング部３１は、グランド２２に対しても電気的に浮いた状態になっている。
Further, the ring-shaped
外側リング部３０の上面は、載置台１１上に載置された半導体ウエハＷの周囲に配置された、外側に向かって次第に高くなる傾斜面部３０ａと、この傾斜面部３０ａの外側に連続して形成された水平面部３０ｂとで形成されている。水平面部３０ｂは、載置台１１上に載置された半導体ウエハＷの上面よりも高く設定されており、傾斜面部３０ａは、内縁が載置台１１上に載置された半導体ウエハＷの上面とほぼ等しい高さであって、外側に向かって水平面部３０ｂの高さまで次第に高くなるように設定されている。
The upper surface of the
また、処理チャンバー１０の内部において、フォーカスリング２５の外側には、多数の排気孔が形成されたリング状の排気リング３５が設けられている。この排気リング３５を介して、排気ポート３６に接続された排気系３７の真空ポンプ等により、真空チャンバー１０内の処理空間の真空排気が行われるように構成されている。
Further, inside the
一方、載置台１１の上方の真空チャンバー１０の天井部分には、シャワーヘッド４０が、載置台１１と平行に対向するように設けられており、これらの載置台１１およびシャワーヘッド４０は、一対の電極（上部電極と下部電極）として機能するようになっている。また、このシャワーヘッド４０には、整合器４１を介してプラズマ生成用の高周波電源４２が接続されている。
On the other hand, a
シャワーヘッド４０は、その下面に多数のガス吐出孔４５が設けられている。シャワーヘッド４０の内部はガス拡散用空隙４７に形成されており、その上部にはガス導入部４６を有している。このガス導入部４６には、ガス供給配管５０が接続されており、このガス供給配管５０の他端には、ガス供給系５１が接続されている。このガス供給系５１は、ガス流量を制御するためのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）５２、例えばエッチング用の処理ガス等を供給するための処理ガス供給源５３等から構成されている。
The
次に、上記のように構成されたプラズマ処理１によるプラズマ処理の手順について説明する。 Next, the procedure of the plasma processing by the plasma processing 1 configured as described above will be described.
まず、真空チャンバー１に設けられた図示しないゲートバルブを開放し、このゲートバルブに隣接して配置されたロードロック室（図示せず）を介して、搬送機構（図示せず）により半導体ウエハＷを真空チャンバー１０内に搬入し、載置台１１上に載置する。そして、搬送機構を真空チャンバー１０外へ退避させた後、ゲートバルブを閉じ、真空チャンバー１０内を密閉した状態にする。
First, a gate valve (not shown) provided in the vacuum chamber 1 is opened, and a semiconductor wafer W is transferred by a transfer mechanism (not shown) through a load lock chamber (not shown) arranged adjacent to the gate valve. Is loaded into the
この後、排気系３７の真空ポンプにより排気ポート３６を通じて真空チャンバー１０内を所定の真空度に排気しつつ、処理ガス供給源５３から、シャワーヘッド４０を通じて、真空チャンバー１０内に所定の処理ガスを供給する。
Thereafter, a predetermined processing gas is supplied from the processing
そして、この状態で、高周波電源２１から比較的周波数の低いバイアス用の高周波電力を供給すると共に、高周波電源４２から比較的周波数の高いプラズマ生成用の高周波電力を供給することにより、図２に示すように、半導体ウエハＷの上方において真空チャンバー１０内にプラズマＰを発生させる。こうして、半導体ウエハＷの上方に発生させたプラズマＰ中のラジカル分子やイオンを半導体ウエハＷ上面に向けて引き込み、それらの作用により半導体ウエハＷ上面のプラズマ処理を行う。
In this state, a high frequency power for bias having a relatively low frequency is supplied from the high
そして、所定のプラズマ処理が終了すると、高周波電源２１、４２からの高周波電力の供給を停止することによって、プラズマ処理を停止し、上述した手順とは逆の手順で、半導体ウエハＷを真空チャンバー１０外に搬出する。
When the predetermined plasma processing is completed, the plasma processing is stopped by stopping the supply of high-frequency power from the high-
このようなプラズマ処理を行うに際し、この実施の形態のプラズマ処理装置１では、前述したとおり、載置台１１に対して絶縁部材２６を介して導電性部材２７を配置したフォーカスリング２５を採用していることから、図３に示すように、半導体ウエハＷ（載置台１１）と導電性部材２７と間に電位差Ｖｅが生じた状態となる。この場合、半導体ウエハＷと導電性部材２７と間の静電容量をＣｅとすれば、電位差Ｖｅは静電容量Ｃｅに反比例する。
When performing such plasma processing, the plasma processing apparatus 1 according to this embodiment employs the
またプラズマ処理中は、このように半導体ウエハＷと導電性部材２７との間に電位差Ｖｅが生ずることにより、半導体ウエハＷと導電性部材２７の間には、図４に示す如き電界Ｅが形成される。この電界Ｅの等電位面ｅは、図４に示すように、半導体ウエハＷの外周面と外側リング部３０の内周面３０ｃの間においてはほぼ垂直方向となり、半導体ウエハＷの周縁部下面と内側リング部３１の上面との間では、ほぼ水平方向となる。このような等電位面ｅを有する電界Ｅの作用により、半導体ウエハＷの外周面と外側リング部３０の内周面３０ｃの間においては、半導体ウエハＷの表面に向けて下向きに引き込んだプラズマＰ中のイオンＩを半導体ウエハＷの外周面に向かう方向に加速し、また、半導体ウエハＷの周縁部下面と内側リング部３１の上面との間においては、プラズマ中のイオンＩを半導体ウエハＷの周縁部下面に向かう方向に加速することができる。
Further, during the plasma processing, the electric potential difference Ve is generated between the semiconductor wafer W and the
こうして、プラズマ処理中では、半導体ウエハＷと導電性部材２７と間の電位差Ｖｅによって形成される電界Ｅの作用で、プラズマ中のイオンＩを半導体ウエハＷの外周面と周縁部下面に衝突させることにより、半導体ウエハＷの外周面と周縁部下面の両方におけるデポジションの発生を低減することができる。
Thus, during the plasma processing, the ions I in the plasma collide with the outer peripheral surface and the lower peripheral surface of the semiconductor wafer W by the action of the electric field E formed by the potential difference Ve between the semiconductor wafer W and the
なお、半導体ウエハＷの周縁部下面におけるデポジションの発生を低減するためには、半導体ウエハＷの外周面と外側リング部３０の内周面３０ｃの間においては、プラズマ中のイオンＩの全部を半導体ウエハＷの外周面に衝突させるのではなく、プラズマ中のイオンＩの少なくとも一部は半導体ウエハＷの外周面と外側リング部３０の内周面３０ｃの間をそのまま下方に通過させて、半導体ウエハＷの周縁部下方までイオンＩを通過させることが必要となる。そのためには、図２に示すように、載置台１１上に載置された半導体ウエハＷの外周面とそれに対向する外側リング部３０の内周面３０ｃとの間隔Ｌ１を、内側リング部３１の上面と半導体ウエハＷの周縁部の下面との間隔Ｌ２よりも広く形成しておく。
In order to reduce the occurrence of deposition on the lower surface of the peripheral edge of the semiconductor wafer W, all the ions I in the plasma are between the outer peripheral surface of the semiconductor wafer W and the inner
かかる構成にすることにより、図４に示した等電位面ｅ同士の間隔を、半導体ウエハＷの外周面と外側リング部３０の内周面３０ｃの間において相対的に粗にし、半導体ウエハＷの周縁部下面と内側リング部３１の上面との間において相対的に密にすることができる。これにより、半導体ウエハＷの外周面と外側リング部３０の内周面３０ｃの間では、半導体ウエハＷの外周面に向かう方向への加速を比較的小さくして半導体ウエハＷの周縁部下方までイオンＩを通過させることができる。また一方、半導体ウエハＷの周縁部下面と内側リング部３１の上面との間では、半導体ウエハＷの周縁部下面に向かう方向への加速を比較的大きくして半導体ウエハＷの周縁部下面にイオンＩを衝突させ、半導体ウエハＷの周縁部下面におけるデポジションの発生を確実に低減できるようになる。
With this configuration, the interval between the equipotential surfaces e shown in FIG. 4 is relatively rough between the outer peripheral surface of the semiconductor wafer W and the inner
なお、半導体ウエハＷの外周面と外側リング部３０の内周面３０ｃとの間隔Ｌ１および内側リング部３１の上面と半導体ウエハＷの周縁部の下面との間隔Ｌ２の好ましい範囲は、半導体ウエハＷと導電性部材２７との間に形成される電位差Ｖｅの大きさ、半導体ウエハＷの径や厚さ、内周面３０ｃの高さなどにより変動するので、一概に定めることはできないが、例えば、半導体ウエハＷの外周面と外側リング部３０の内周面３０ｃとの間隔Ｌ１は１〜５ｍｍであり、２〜２．５ｍｍが望ましい。この間隔Ｌ１が小さすぎると、半導体ウエハＷの外周面と外側リング部３０との間で異常放電を生ずる場合があり、逆に大きすぎると、後述する半導体ウエハＷ上のプラズマシースと外側リング部３０上のプラズマシースが不連続となる可能性がある。
Incidentally, the outer peripheral surface and the preferred range of distance L 2 between the lower surface of the peripheral portion of the upper surface and the semiconductor wafer W intervals L 1 and the
また例えば、内側リング部３１の上面と半導体ウエハＷの周縁部の下面との間隔Ｌ２は０．２〜１ｍｍであり、０．２〜０．５ｍｍが望ましい。この間隔Ｌ２が小さすぎると、内側リング部３１の上面と半導体ウエハＷの周縁部との間で異常放電を生ずる場合があり、逆に大きすぎると、半導体ウエハＷの周縁部下面と内側リング部３１の上面との間において等電位面ｅ同士の間隔を密にすることができず、イオンＩを半導体ウエハＷの周縁部下面に向かう方向へ十分に加速できなくなって、半導体ウエハＷの周縁部下面におけるデポジションの発生を十分に低減できなくなる。また、このように間隔Ｌ２を隔てて対向している内側リング部３１の上面と半導体ウエハＷの周縁部の下面との対向部分の間隔Ｌ４は、０．０５〜０．５ｍｍが望ましい。
Further, for example, distance L 2 between the lower surface of the peripheral portion of the upper surface and the semiconductor wafer W of the
また、図示の実施の形態では、プラズマ処理中は、半導体ウエハＷと導電性部材２７との間に電位差Ｖｅが生じるため、半導体ウエハＷ上にできるプラズマシースと、導電性部材２７の外側リング部３０上に形成されるプラズマシースの厚さが異なることになる。しかるに、この実施の形態のフォーカスリング２５にあっては、上記のように外側リング部３０の上面を、外側に向かって次第に高くなる傾斜面部３０ａと、この傾斜面部３０ａの外側に連続して形成された半導体ウエハＷの上面よりも高い水平面部３０ｂとに形成しているので、半導体ウエハＷ上と外側リング部３０上の境界でのプラズマシース厚さの変動を緩和することができる。これにより、半導体ウエハＷの周縁部における電界の急激な変化を抑制して、半導体ウエハＷの周縁部においてもプラズマ中のイオンＩを半導体ウエハＷの上面に対してほぼ垂直に引き込むことができ、プラズマ処理の均一性を高めることができる。また、外側リング部３０の上面を傾斜面部３０ａと水平面部３０ｂとで形成したことにより、フォーカスリング２５自体の寿命を長期化させることもできる。
In the illustrated embodiment, since a potential difference Ve is generated between the semiconductor wafer W and the
なお、外側リング部３０の上面に形成される傾斜面部３０ａの高さ方向の範囲ｈは、半導体ウエハＷの上面から高さ０〜６ｍｍの範囲とすることが好ましく、さらに好ましくは２ｍｍ〜４ｍｍである。また、傾斜面部３０ａの水平方向の長さｈ’（半導体ウエハＷの直径方向の長さ）は、０．５〜９ｍｍの範囲とすることが好ましく、さらに好ましい範囲は、１〜６ｍｍである。なお、傾斜面部３０ａの水平方向の長さｈ’は、半導体ウエハＷの外周面と外側リング部３０の内周面３０ｃとの間隔Ｌ１によっては、０にすることも可能である。かかる場合は、傾斜面部３０ａが無い形状となるが、間隔Ｌ１を調節することによって半導体ウエハＷの周縁部における急激な電界の変化を抑制することもできる。
The range h in the height direction of the
また、プラズマ処理中は、載置台１１と導電性部材２７と間に電位差Ｖｅが生じているので、内側リング部３１の内縁が載置台１１に近接し過ぎると両者間で異常放電を生じる可能性がある。一方、内側リング部３１の内縁を載置台１１から離間させ過ぎると、半導体ウエハＷの周縁部下方に内側リング部３１を十分に侵入させることができなくなり、上述したようなプラズマ中のイオンＩの半導体ウエハＷ周縁部下面への衝突がなくなって、デポジションの低減といった作用効果が十分に得られなくなってしまう。このため、図２に示す内側リング部３１の内縁と載置台１１との間隔Ｌ３は、０．５〜１ｍｍの範囲とすることが好ましい。
Further, since a potential difference Ve is generated between the mounting table 11 and the
半導体ウエハＷと導電性部材２７との間の静電容量Ｃｅをどの程度にするかは、実際の個々のプラズマ処理装置に基いて定める必要がある。一般的には、静電容量Ｃｅを小さくすると、半導体ウエハＷと導電性部材２７との間に形成される電位差Ｖｅが大きくなる。よって、半導体ウエハＷの周縁部下面と内側リング部３１の上面との間において、プラズマ中のイオンＩを半導体ウエハＷの周縁部下面に向かう方向に加速する力が強くなり、半導体ウエハＷの周縁部下面におけるデポジションの発生を低減する効果が増す傾向となる。逆に、静電容量Ｃｅを大きくすると、半導体ウエハＷと導電性部材２７との間に形成される電位差Ｖｅが小さくなる。よって、半導体ウエハＷの周縁部下面と内側リング部３１の上面との間において、プラズマ中のイオンＩを半導体ウエハＷの周縁部下面に向かう方向に加速する力が弱くなり、半導体ウエハＷの周縁部下面におけるデポジションの発生を低減する効果が減少する傾向となる。
It is necessary to determine how much the electrostatic capacity Ce between the semiconductor wafer W and the
また上述のように、プラズマ処理中に半導体ウエハＷ上にできるプラズマシースと導電性部材２７の外側リング部３０上に形成されるプラズマシースの厚さが異なることによって、半導体ウエハＷの周縁部におけるイオンＩの入射角が影響を受ける。一般的には、静電容量Ｃｅを小さくすると、半導体ウエハＷと導電性部材２７との間に形成される電位差Ｖｅが大きくなって、外側リング部３０上に形成されるプラズマシースの厚さが薄くなり、イオンＩの入射角は半導体ウエハＷの中心に向かう方向に傾斜（入射角＞９０°）する傾向がある。逆に、静電容量Ｃｅを大きくすると、半導体ウエハＷと導電性部材２７との間に形成される電位差Ｖｅが小さくなって、外側リング部３０上に形成されるプラズマシースの厚さが厚くなり、イオンＩの入射角は半導体ウエハＷの中心から外側に向かうに方向に傾斜（入射角＜９０°）する傾向がある。
Further, as described above, the plasma sheath formed on the semiconductor wafer W during plasma processing and the plasma sheath formed on the
ここで、半導体ウエハＷと導電性部材２７との間の静電容量Ｃｅの変化に対する、半導体ウエハＷ周縁部下面のポリマー付着量（右縦軸）および半導体ウエハＷの周縁部上面におけるイオンＩの入射角（左縦軸）の関係をシミュレーションした結果を図５に示した。本発明者らのシミュレーション結果においても、上記傾向がそれぞれ確認された。
Here, with respect to the change in the capacitance Ce between the semiconductor wafer W and the
しかして、この実施の形態のプラズマ処理装置１によれば、半導体ウエハＷの周縁部下面側に対するデポジションの発生を従来に比べて低減することができるとともに、半導体ウエハＷの周縁部における電界の傾きを抑制することによって、半導体ウエハＷの周縁部においても略垂直なエッチングを行うことができ、処理の面内均一性を向上させることができるようになる。 Therefore, according to the plasma processing apparatus 1 of this embodiment, the occurrence of deposition on the lower surface side of the peripheral edge of the semiconductor wafer W can be reduced as compared with the conventional case, and the electric field at the peripheral edge of the semiconductor wafer W can be reduced. By suppressing the tilt, it is possible to perform substantially vertical etching even at the peripheral portion of the semiconductor wafer W, and to improve the in-plane uniformity of processing.
以上、本発明の好ましい実施の形態の一例を示したが、本発明はここに例示した形態に限定されない。例えば、載置台１１上に載置された半導体ウエハＷの外周面と外側リング部３０の内周面３０ｃとの間隔Ｌ１を広くするためには、図６に示すフォーカスリング２５ａのように、半導体ウエハＷの外周面と対向している外側リング部３０の内周面３０ｃに凹部３０ｄを形成しても良い。このように凹部３０ｄを形成して半導体ウエハＷの外周面との間隔Ｌ１を十分に広くすることにより、半導体ウエハＷの周縁部下方までイオンＩをより円滑に通過させることができるようになる。なお、この図６で説明したフォーカスリング２５ａの場合、外側リング部３０の上面において傾斜面部３０ａは省略することが望ましい。
As mentioned above, although an example of preferable embodiment of this invention was shown, this invention is not limited to the form illustrated here. For example, in order to widen the distance L 1 between the inner
また、図７に示すフォーカスリング２５ｂのように、載置台１１に対して絶縁部材２６で絶縁されている導電性部材２７に、グランド２２に電気的に接続した第２の導電性部材６０を近接させて配置し、これら導電性部材２７と導電性部材６０の間に第２の絶縁部材（誘電体）６１を介在させても良い。なお、この図７に示す例では、導電性部材２７の外側に絶縁材料からなるカバーリング６２を設けている。
Further, as in the case of the
このフォーカスリング２５ｂにあっては、プラズマ処理中、図８に示すように、半導体ウエハＷ（載置台１１）と導電性部材２７と間に電位差Ｖｅが生じると共に、導電性部材２７とグランド２２（導電性部材６０）との間に電位差Ｖｇが生じた状態となる。この場合、半導体ウエハＷと導電性部材２７と間の静電容量をＣｅ、導電性部材２７とグランド２２と間の静電容量をＣｇとすれば、半導体ウエハＷ（載置台１１）と導電性部材２７の間の電位差Ｖｅは静電容量Ｃｅに反比例し、導電性部材２７とグランド２２との間の電位差Ｖｇは静電容量Ｃｇに反比例する。そして、これら電位差Ｖｅ、Ｖｇ、静電容量Ｃｅ、Ｃｇの間には次の式（１）〜（３）の関係が成り立つ。
In the
Ｖｅ＋Ｖｇ＝Ｖｔｏｔａｌ （１）
Ｃｅ×Ｖｅ＝Ｃｇ×Ｖｇ （２）
Ｖｅ＝Ｃｇ×Ｖｔｏｔａｌ／（Ｃｇ＋Ｃｅ） （３）
Ve + Vg = V total (1)
Ce × Ve = Cg × Vg (2)
Ve = Cg × V total / (Cg + Ce) (3)
式（３）から、導電性部材２７とグランド２２と間の静電容量をＣｇを変えることによって、半導体ウエハＷ（載置台１１）と導電性部材２７の間の電位差Ｖｅを変化させることができることが分かる。例えば図７に示すフォーカスリング２５ｂにおいては、導電性部材２７と第２の導電性部材６０との近接距離を変える、導電性部材２７と導電性部材６０の間に介在させる第２の絶縁部材（誘電体）６１の誘電率を変化させる、等の方法によって、導電性部材２７とグランド２２と間の静電容量をＣｇを変え、それにより、半導体ウエハＷ（載置台１１）と導電性部材２７の間の電位差Ｖｅを変化させることが可能である。
From equation (3), the potential difference Ve between the semiconductor wafer W (mounting table 11) and the
図９を参照にしてこの関係を説明する。図９において、曲線Ｗ’は、プラズマ処理中における半導体ウエハＷの電位の変化を示し、曲線２７’は、プラズマ処理中における導電性部材２７の電位の変化を示し、直線２２’は、グランド２２の電位を示している。図中、曲線Ｗ’と曲線２７’の幅が、半導体ウエハＷ（載置台１１）と導電性部材２７の間の電位差Ｖｅであり、曲線２７’と直線２２’の幅が、導電性部材２７とグランド２２との間の電位差Ｖｇである。この図９に示したように、導電性部材２７とグランド２２との間の電位差Ｖｇを大きくした場合は（図９の一点鎖線２７’の場合は）、半導体ウエハＷ（載置台１１）と導電性部材２７の間の電位差Ｖｅが小さくなる。逆に、導電性部材２７とグランド２２との間の電位差Ｖｇを小さくした場合は（図９の二点鎖線２７’の場合は）、半導体ウエハＷ（載置台１１）と導電性部材２７の間の電位差Ｖｅが大きくなる。このように、導電性部材２７とグランド２２との間の電位差Ｖｇを変えることにより、半導体ウエハＷ（載置台１１）と導電性部材２７の間の電位差Ｖｅを変化させることが可能である。
This relationship will be described with reference to FIG. In FIG. 9, a curve W ′ indicates a change in potential of the semiconductor wafer W during the plasma processing, a
ここで、図７に示すフォーカスリング２７ｂを用いたプラズマ処理装置１において、半導体ウエハＷ（載置台１１）と導電性部材２７の間の電位差Ｖｅの変化に対する、半導体ウエハＷ周縁部下面のポリマー付着量（右縦軸）および半導体ウエハＷの周縁部上面におけるイオンＩの入射角（左縦軸）の関係をシミュレーションした結果を図１０に示した。なお、半導体ウエハＷ（載置台１１）と導電性部材２７と間の電位差Ｖｅと導電性部材２７とグランド２２（導電性部材６０）と間の電位差Ｖｇの総和（Ｖｔｏｔａｌ）は一定であって、式（３）より、半導体ウエハＷ（載置台１１）と導電性部材２７と間の電位差Ｖｅは、静電容量比（Ｃｇ／（Ｃｇ＋Ｃｅ））に比例しているため、図１０中の横軸は、電位差Ｖｅに代えて静電容量比（Ｃｇ／（Ｃｇ＋Ｃｅ））を用いた。
Here, in the plasma processing apparatus 1 using the focus ring 27 b shown in FIG. 7, the polymer adhesion on the lower surface of the peripheral edge of the semiconductor wafer W with respect to the change in the potential difference Ve between the semiconductor wafer W (mounting table 11) and the
本発明者らのシミュレーション結果によれば、半導体ウエハＷと導電性部材２７との間に形成される電位差Ｖｅを大きくすると（静電容量比（Ｃｇ／（Ｃｇ＋Ｃｅ））を大きくすると）、半導体ウエハＷの周縁部下面におけるデポジションの発生が低減し、イオンＩの入射角が半導体ウエハＷの中心に向かう方向に傾斜（入射角＞９０°）する傾向が見られた。また逆に、半導体ウエハＷと導電性部材２７との間に形成される電位差Ｖｅを小さくすると（静電容量比（Ｃｇ／（Ｃｇ＋Ｃｅ））を小さくすると）、半導体ウエハＷの周縁部下面におけるデポジションの発生が増加し、イオンＩの入射角が半導体ウエハＷの中心から外側に向かう方向に傾斜（入射角＜９０°）する傾向が見られた。
According to the simulation results of the present inventors, when the potential difference Ve formed between the semiconductor wafer W and the
また、半導体ウエハＷと導電性部材２７との間に形成される電位差Ｖｅをより容易に変化させるために、図１１に示すフォーカスリング２５ｃのように、載置台１１に対して絶縁部材２６で絶縁されている導電性部材２７を、可変容量コンデンサ６５を介してグランド２２に電気的に接続しても良い。
Further, in order to more easily change the potential difference Ve formed between the semiconductor wafer W and the
このフォーカスリング２５ｃにあっても、先に図７、８で説明したフォーカスリング２５ｂと同様に、プラズマ処理中は半導体ウエハＷ（載置台１１）と導電性部材２７と間に電位差Ｖｅが生じ、導電性部材２７とグランド２２（導電性部材６０）と間に電位差Ｖｇが生じた状態となる。そして、このフォーカスリング２５ｃによれば、可変容量コンデンサ６５を操作して導電性部材２７とグランド２２と間の静電容量Ｃｇを変えることができるので、それに従って、半導体ウエハＷ（載置台１１）と導電性部材２７の間の電位差Ｖｅを容易に変化させることが可能である。このように半導体ウエハＷと導電性部材２７との間に形成される電位差Ｖｅを変化させることにより、半導体ウエハＷの周縁部下面に対するイオンＩの衝突量を容易に調整できるようになる。
Even in the
また、半導体ウエハＷと導電性部材２７との間に形成される電位差Ｖｅを変化させるためには、図１２に示すフォーカスリング２５ｄのように、載置台１１に対して絶縁部材２６で絶縁されている導電性部材２７に、可変直流電源６６を電気的に接続しても良い。
Further, in order to change the potential difference Ve formed between the semiconductor wafer W and the
このフォーカスリング２５ｄにあっても、先に図７、８で説明したフォーカスリング２５ｂと同様に、プラズマ処理中は半導体ウエハＷ（載置台１１）と導電性部材２７と間に電位差Ｖｅが生じ、導電性部材２７とグランド２２（導電性部材６０）と間に電位差Ｖｇが生じた状態となる。このフォーカスリング２５ｄによれば、可変直流電源６６を操作すると、図１３に示したように、導電性部材２７とグランド２２との間の電位差Ｖｇを図中の上下にシフトさせることができる。そして、電位差Ｖｇを図中の下方にシフトさせた場合は（図１３中の一点鎖線２７’の場合は）、半導体ウエハＷ（載置台１１）と導電性部材２７の間の電位差Ｖｅが小さくなる。逆に、電位差Ｖｇを図中の上方にシフトさせた場合は（図１３中の二点鎖線２７’の場合は）、半導体ウエハＷ（載置台１１）と導電性部材２７の間の電位差Ｖｅが大きくなる。このように、導電性部材２７に接続した、可変直流電源６６を操作することにより、半導体ウエハＷ（載置台１１）と導電性部材２７の間の電位差Ｖｅを容易に変化させることが可能である。
Even in the
また、以上に説明したフォーカスリング２７、２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄは、何れも、載置台１１上の半導体ウエハＷ周囲外側に配置された外側リング部３０と半導体ウエハＷの周縁部下方に配置された内側リング部３１を、導電性部材２７として一体的に形成した形態を示したが、外側リング部３０と内側リング部３１は、互いに別の部材として構成しても良い。また、そのように互いに別の部材として構成した場合は、外側リング部３０と内側リング部３１は、互いに電気的に導通していても良いし、互いに電気的に絶縁されていても良い。
Further, the focus rings 27, 27 a, 27 b, 27 c, and 27 d described above are all disposed below the
図１４に示すフォーカスリング２５ｅは、載置台１１上の半導体ウエハＷ周囲外側に配置された外側リング部３０と、半導体ウエハＷの周縁部下方に配置された内側リング部３１とが、互いに別の部材として構成され、これら外側リング部３０と内側リング部３１は、互いに電気的に絶縁された状態になっている。このフォーカスリング２５ｅでは、外側リング部３０は載置台１１の上に電気的に導通した状態で置かれている。一方、内側リング部３１とこれら外側リング部３０および載置台１１の間には絶縁部材２６が介在しているので、内側リング部３１は、外側リング部３０および載置台１１に対して電気的に絶縁されている。
The
この図１４に示すフォーカスリング２５ｅを備えたプラズマ処理１にあっては、プラズマ処理中、外側リング部３０は載置台１１と常に同じ電位となり、半導体ウエハＷと外側リング部３０との間には電位差が生じないが、内側リング部３１は、載置台１１との間に絶縁部材２６が介在しているため、載置台１１に印加される高周波電力に対するインピーダンスが高くなるので、半導体ウエハＷと内側リング部３１との間のみに電位差Ｖｅが生じた状態となる。このため、半導体ウエハＷの周縁部下面と内側リング部３１の上面との間に、プラズマ中のイオンＩを半導体ウエハＷの周縁部下面に向かう方向に加速する電界が形成されて、半導体ウエハＷの周縁部下面におけるデポジションの発生を低減できるようになる。加えて、この図１４に示すフォーカスリング２５ｅにあっては、半導体ウエハＷの外周面と外側リング部３０の内周面との間に電位差が生じないので、プラズマ中のイオンＩを半導体ウエハＷの外周面と外側リング部３０の内周面３０ｃの間を円滑に通過させることができ、こうして半導体ウエハＷの周縁部下方まで通過させたイオンＩを、半導体ウエハＷの周縁部下面に衝突させることによって、半導体ウエハＷの周縁部下面におけるデポジションの発生を更に低減できるようになる。
In the plasma processing 1 having the
また、図１では、プラズマ生成用の比較的周波数の高い高周波電力を、真空チャンバー１０の天井部分のシャワーヘッド４０（上部電極）に供給する例を示したが、図１５に示すように、プラズマ生成用の比較的周波数の高い高周波電力を供給する高周波電源４２および整合器４１と、バイアス用の比較的周波数の低い高周波電力を供給する高周波電源２１および整合器２０の両方を、載置台１１に接続した構成としても良い。
Further, FIG. 1 shows an example in which high-frequency power having a relatively high frequency for plasma generation is supplied to the shower head 40 (upper electrode) in the ceiling portion of the
また、本発明は、以上に説明したフォーカスリング２５、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅを、処理チャンバー１０内において載置台１１上の半導体ウエハＷの周囲を囲むように配置させる適当な支持部材を包含するフォーカスリング部品についても適用される。この場合、フォーカスリング２５、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅを支持する支持部材として、例えば、載置台１１、排気リング３５などが例示される。また、図７で説明した第２の導電性部材６０や第２の絶縁部材６１を支持部材に利用しても良い。
Further, according to the present invention, the above-described focus rings 25, 25 a, 25 b, 25 c, 25 d, and 25 e are appropriately supported so as to surround the semiconductor wafer W on the mounting table 11 in the
本発明は、半導体装置の製造産業において利用することが可能である。 The present invention can be used in the semiconductor device manufacturing industry.
１ プラズマ処理装置
１０ 処理チャンバー
１１ 載置台
１２ 絶縁板
１５ 熱媒体流路
１６ ガス流路
２９ 整合器
２１ 高周波電源
２２ グランド（アース）
２５ フォーカスリング
２６ リング状の絶縁部材
２７ 導電性部材
３０ 外側リング部
３１ 内側リング部
３０ａ 傾斜面部
３０ｂ 水平面部
３５ 排気リング
４０ シャワーヘッド
４１ 整合器
４２ 高周波電源
４５ ガス吐出孔
４７ ガス拡散用空隙
４６ ガス導入部
５０ ガス供給配管
５１ ガス供給系
５２ マスフローコントローラ
５３ 処理ガス供給源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
25
Claims (27)
前記載置台上に載置された被処理基板の周囲を囲むように配置されるフォーカスリングを備え、
前記フォーカスリングは、前記載置台上に載置された被処理基板の周囲外側に配置された導電性材料からなる外側リング部と、前記載置台上に載置された被処理基板の周縁部下方に所定の間隔を開けて配置された導電性材料からなる内側リング部を備え、
前記外側リング部と前記内側リング部は、電気的に導通しており、前記外側リング部および前記内側リング部と前記載置台の間は電気的に絶縁され、
前記外側リング部および前記内側リング部は、グランドに対して電気的に絶縁され、
前記外側リング部および前記内側リング部に可変直流電源を電気的に接続したことを特徴とする、プラズマ処理装置。 A plasma processing apparatus for processing a substrate to be processed by placing a substrate to be processed on a mounting table disposed in the processing chamber and generating a plasma in the processing chamber by applying a high frequency voltage,
A focus ring disposed so as to surround the substrate to be processed placed on the mounting table;
The focus ring includes an outer ring portion made of a conductive material disposed on the outer periphery of the substrate to be processed placed on the mounting table, and a lower peripheral portion of the substrate to be processed placed on the mounting table. An inner ring portion made of a conductive material arranged at a predetermined interval in the
The outer ring portion and the inner ring portion are electrically connected, and the outer ring portion and the inner ring portion are electrically insulated from the mounting table,
The outer ring portion and the inner ring portion are electrically insulated from ground;
A plasma processing apparatus, wherein a variable DC power source is electrically connected to the outer ring portion and the inner ring portion.
前記載置台上に載置された被処理基板の周囲を囲むように配置されるフォーカスリングを備え、
前記フォーカスリングは、前記載置台上に載置された被処理基板の周囲外側に配置された導電性材料からなる外側リング部と、前記載置台上に載置された被処理基板の周縁部下方に所定の間隔を開けて配置された導電性材料からなる内側リング部を備え、
前記外側リング部と前記内側リング部は、電気的に絶縁され、
前記内側リング部と前記載置台の間は電気的に絶縁されていることを特徴とする、プラズマ処理装置。 A plasma processing apparatus for processing a substrate to be processed by placing a substrate to be processed on a mounting table disposed in the processing chamber and generating a plasma in the processing chamber by applying a high frequency voltage,
A focus ring disposed so as to surround the substrate to be processed placed on the mounting table;
The focus ring includes an outer ring portion made of a conductive material disposed on the outer periphery of the substrate to be processed placed on the mounting table, and a lower peripheral portion of the substrate to be processed placed on the mounting table. An inner ring portion made of a conductive material arranged at a predetermined interval in the
The outer ring portion and the inner ring portion are electrically insulated,
The plasma processing apparatus, wherein the inner ring portion and the mounting table are electrically insulated.
前記載置台上に載置された被処理基板の周囲を囲むように配置されるフォーカスリングを備え、
前記フォーカスリングは、前記載置台上に載置された被処理基板の周囲外側に配置された導電性材料からなる外側リング部と、前記載置台上に載置された被処理基板の周縁部下方に所定の間隔を開けて配置された導電性材料からなる内側リング部を備え、
前記内側リング部と前記載置台との間は、絶縁部材により電気的に絶縁されており、
前記載置台に対して、前記絶縁部材で絶縁されている前記外側リング部に、グランドに電気的に接続された第２の導電性部材を近接させて配置し、
前記外側リング部と前記第２の導電性部材との間に第２の絶縁部材を設けた
ことを特徴とする、プラズマ処理装置。 A plasma processing apparatus for processing a substrate to be processed by placing a substrate to be processed on a mounting table disposed in the processing chamber and generating a plasma in the processing chamber by applying a high frequency voltage,
A focus ring disposed so as to surround the substrate to be processed placed on the mounting table;
The focus ring includes an outer ring portion made of a conductive material disposed on the outer periphery of the substrate to be processed placed on the mounting table, and a lower peripheral portion of the substrate to be processed placed on the mounting table. An inner ring portion made of a conductive material arranged at a predetermined interval in the
Between the inner ring portion and the mounting table is electrically insulated by an insulating member,
The second conductive member electrically connected to the ground is disposed close to the outer ring portion insulated by the insulating member with respect to the mounting table,
A plasma processing apparatus, wherein a second insulating member is provided between the outer ring portion and the second conductive member.
前記カバーリングの内周面は前記第２の絶縁部材の外周面に接し、前記カバーリングの下面は前記第２の導電性部材の上面に接することを特徴とする、請求項６〜９のいずれかに記載のプラズマ処理装置。 A cover ring is disposed on the outer peripheral surface of the outer ring portion,
The inner peripheral surface of the cover ring is in contact with the outer peripheral surface of the second insulating member, and the lower surface of the cover ring is in contact with the upper surface of the second conductive member. A plasma processing apparatus according to claim 1.
前記載置台上に載置された被処理基板の周囲外側に配置される導電性材料からなる外側リング部と、前記載置台上に載置された被処理基板の周縁部下方に所定の間隔を開けて配置される導電性材料からなる内側リング部を備え、
前記外側リング部と前記内側リング部は、電気的に導通しており、前記外側リング部および前記内側リング部と前記載置台の間を絶縁するための絶縁部材を備え、
前記外側リング部および前記内側リング部に電気的に接続された可変直流電源を備えることを特徴とする、フォーカスリング。 In a plasma processing apparatus for processing a substrate to be processed by generating plasma in the processing chamber by applying a high frequency voltage, the plasma processing apparatus is disposed so as to surround the substrate to be processed on a mounting table disposed in the processing chamber. A focus ring,
A predetermined interval is provided below the outer ring portion made of a conductive material disposed on the outer periphery of the substrate to be processed placed on the mounting table, and below the peripheral edge portion of the substrate to be processed placed on the mounting table. It has an inner ring part made of a conductive material that is placed open,
The outer ring portion and the inner ring portion are electrically conductive, and include an insulating member for insulating between the outer ring portion and the inner ring portion and the mounting table.
A focus ring comprising: a variable DC power source electrically connected to the outer ring portion and the inner ring portion.
前記載置台上に載置された被処理基板の周囲外側に配置される導電性材料からなる外側リング部と、前記載置台上に載置された被処理基板の周縁部下方に所定の間隔を開けて配置される導電性材料からなる内側リング部を備え、
前記外側リング部と前記内側リング部を電気的に絶縁させる絶縁部材を備え、
前記内側リング部と前記載置台の間は電気的に絶縁されていることを特徴とする、フォーカスリング。 In a plasma processing apparatus for processing a substrate to be processed by generating plasma in the processing chamber by applying a high frequency voltage, the plasma processing apparatus is disposed so as to surround the substrate to be processed on a mounting table disposed in the processing chamber. A focus ring,
A predetermined interval is provided below the outer ring portion made of a conductive material disposed on the outer periphery of the substrate to be processed placed on the mounting table, and below the peripheral edge portion of the substrate to be processed placed on the mounting table. It has an inner ring part made of a conductive material that is placed open,
An insulating member for electrically insulating the outer ring portion and the inner ring portion;
The focus ring, wherein the inner ring portion and the mounting table are electrically insulated.
前記載置台上に載置された被処理基板の周囲外側に配置される導電性材料からなる外側リング部と、前記載置台上に載置された被処理基板の周縁部下方に所定の間隔を開けて配置される導電性材料からなる内側リング部を備え、
前記内側リング部と前記載置台との間は、絶縁部材により電気的に絶縁されており、
前記載置台に対して、前記絶縁部材で絶縁されている前記外側リング部に、グランドに電気的に接続された第２の導電性部材を近接させて配置し、前記外側リングと前記第２の導電性部材との間に第２の絶縁部材を設けたことを特徴とする、フォーカスリング。 In a plasma processing apparatus for processing a substrate to be processed by generating plasma in the processing chamber by applying a high frequency voltage, the plasma processing apparatus is disposed so as to surround the substrate to be processed on a mounting table disposed in the processing chamber. A focus ring,
A predetermined interval is provided below the outer ring portion made of a conductive material disposed on the outer periphery of the substrate to be processed placed on the mounting table, and below the peripheral edge portion of the substrate to be processed placed on the mounting table. It has an inner ring part made of a conductive material that is placed open,
Between the inner ring portion and the mounting table is electrically insulated by an insulating member,
A second conductive member electrically connected to a ground is disposed adjacent to the outer ring portion insulated by the insulating member with respect to the mounting table, and the outer ring and the second ring A focus ring, wherein a second insulating member is provided between the conductive member and the conductive member.
前記カバーリングの内周面は前記第２の絶縁部材の外周面に接し、前記カバーリングの下面は前記第２の導電性部材の上面に接することを特徴とする、請求項２０〜２３のいずれかに記載のフォーカスリング。 A cover ring is disposed on the outer peripheral surface of the outer ring portion,
The inner peripheral surface of the cover ring is in contact with the outer peripheral surface of the second insulating member, and the lower surface of the cover ring is in contact with the upper surface of the second conductive member. The focus ring described in crab.
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