特許 6570971 プラズマ処理装置およびフォーカスリング

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6570971

(24)【登録日】2019年8月16日

(45)【発行日】2019年9月4日

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置およびフォーカスリング

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20190826BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 101B

【請求項の数】22

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-216003(P2015-216003)

(22)【出願日】2015年11月2日

(65)【公開番号】特開2016-225588(P2016-225588A)

(43)【公開日】2016年12月28日

【審査請求日】2018年4月26日

(31)【優先権主張番号】特願2015-107488(P2015-107488)

(32)【優先日】2015年5月27日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岸 宏樹

(72)【発明者】

【氏名】徐 智洙

【審査官】 佐藤 靖史

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−２２０５０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００３−５０３８４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２１３６８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２７７４００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 登録実用新案第３１６６９７４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００７−２５０９６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３０２８４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラズマを用いて被処理体にホールを形成するためのチャンバと、
前記チャンバの内部に設けられ、前記被処理体が載置される載置面を有する載置台と、
前記載置面に載置された前記被処理体を囲むように前記載置台の周囲に設けられたフォーカスリングであって、前記載置面よりも低い第１の平坦部と、前記第１の平坦部よりも低い第２の平坦部と、前記第１の平坦部よりも高い第３の平坦部とが内周側から外周側へ向けて順に配置されたフォーカスリングと
を備え、
前記第１の平坦部の一部は、
前記載置台に載置された前記被処理体の面に垂直な方向から見た場合に、前記被処理体が配置される領域の外側に配置されることを特徴とするプラズマ処理装置。

【請求項2】

前記第１の平坦部と前記第２の平坦部との間には、前記フォーカスリングの内周側から外周側へ進むに従って低くなる傾斜面が設けられることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項3】

前記第２の平坦部と前記第３の平坦部との間には、前記フォーカスリングの内周側から外周側へ進むに従って高くなる傾斜面が設けられることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。

【請求項4】

プラズマを用いて被処理体にホールを形成するためのチャンバと、
前記チャンバの内部に設けられ、前記被処理体が載置される載置面を有する載置台と、
前記載置面に載置された前記被処理体を囲むように前記載置台の周囲に設けられたフォーカスリングであって、前記載置面よりも低い第１の平坦部と、前記第１の平坦部よりも低い第２の平坦部と、前記第１の平坦部よりも高い第３の平坦部とが内周側から外周側へ向けて順に配置されたフォーカスリングと
を備え、
前記第１の平坦部と前記第２の平坦部との間には、前記フォーカスリングの内周側から外周側へ進むに従って低くなる傾斜面が設けられることを特徴とするプラズマ処理装置。

【請求項5】

プラズマを用いて被処理体にホールを形成するためのチャンバと、
前記チャンバの内部に設けられ、前記被処理体が載置される載置面を有する載置台と、
前記載置面に載置された前記被処理体を囲むように前記載置台の周囲に設けられたフォーカスリングであって、前記載置面よりも低い第１の平坦部と、前記第１の平坦部よりも低い第２の平坦部と、前記第１の平坦部よりも高い第３の平坦部とが内周側から外周側へ向けて順に配置されたフォーカスリングと
を備え、
前記第２の平坦部と前記第３の平坦部との間には、前記フォーカスリングの内周側から外周側へ進むに従って高くなる傾斜面が設けられることを特徴とするプラズマ処理装置。

【請求項6】

前記第２の平坦部と前記第３の平坦部との間には、前記フォーカスリングの厚さ方向に前記第２の平坦部から第１の高さまで延伸する壁面部が設けられ、
前記傾斜面は、前記第１の高さから前記第３の平坦部までの間に設けられることを特徴とする請求項３または５に記載のプラズマ処理装置。

【請求項7】

前記第１の高さは、前記第２の平坦部から前記第１の平坦部までの高さと同じかそれよりも高いことを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理装置。

【請求項8】

前記フォーカスリングの径方向において、前記第１の平坦部の幅は、前記第２の平坦部の幅よりも狭いことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項9】

前記フォーカスリングの径方向において、前記第２の平坦部の幅は、前記第３の平坦部の幅よりも狭いことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項10】

前記第３の平坦部は、前記載置台の載置面に載置された前記被処理体の被処理面よりも高い位置に設けられることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項11】

前記第１の平坦部は、前記載置台の載置面よりも低い位置に設けられることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項12】

プラズマを用いて被処理体にホールを形成するためのチャンバの内部に設けられ、載置台の載置面に載置された前記被処理体を囲むように前記載置台の周囲に設けられたフォーカスリングであって、
前記載置面よりも低い第１の平坦部と、
前記第１の平坦部よりも低い第２の平坦部と、
前記第１の平坦部よりも高い第３の平坦部と
を備え、
前記第１の平坦部、前記第２の平坦部、および前記第３の平坦部が、前記フォーカスリングの内周側から外周側へ向けて順に配置され、
前記第１の平坦部の一部は、
前記載置台に載置された前記被処理体の面に垂直な方向から見た場合に、前記被処理体が配置される領域の外側に配置されることを特徴とするフォーカスリング。

【請求項13】

前記第１の平坦部と前記第２の平坦部との間には、前記フォーカスリングの内周側から外周側へ進むに従って低くなる傾斜面が設けられることを特徴とする請求項１２に記載のフォーカスリング。

【請求項14】

前記第２の平坦部と前記第３の平坦部との間には、前記フォーカスリングの内周側から外周側へ進むに従って高くなる傾斜面が設けられることを特徴とする請求項１２または１３に記載のフォーカスリング。

【請求項15】

プラズマを用いて被処理体にホールを形成するためのチャンバの内部に設けられ、載置台の載置面に載置された前記被処理体を囲むように前記載置台の周囲に設けられたフォーカスリングであって、
前記載置面よりも低い第１の平坦部と、
前記第１の平坦部よりも低い第２の平坦部と、
前記第１の平坦部よりも高い第３の平坦部と
を備え、
前記第１の平坦部、前記第２の平坦部、および前記第３の平坦部が、前記フォーカスリングの内周側から外周側へ向けて順に配置され、
前記第１の平坦部と前記第２の平坦部との間には、前記フォーカスリングの内周側から外周側へ進むに従って低くなる傾斜面が設けられることを特徴とするフォーカスリング。

【請求項16】

プラズマを用いて被処理体にホールを形成するためのチャンバの内部に設けられ、載置台の載置面に載置された前記被処理体を囲むように前記載置台の周囲に設けられたフォーカスリングであって、
前記載置面よりも低い第１の平坦部と、
前記第１の平坦部よりも低い第２の平坦部と、
前記第１の平坦部よりも高い第３の平坦部と
を備え、
前記第１の平坦部、前記第２の平坦部、および前記第３の平坦部が、前記フォーカスリングの内周側から外周側へ向けて順に配置され、
前記第２の平坦部と前記第３の平坦部との間には、前記フォーカスリングの内周側から外周側へ進むに従って高くなる傾斜面が設けられることを特徴とするフォーカスリング。

【請求項17】

前記第２の平坦部と前記第３の平坦部との間には、前記フォーカスリングの厚さ方向に前記第２の平坦部から第１の高さまで延伸する壁面部が設けられ、
前記傾斜面は、前記第１の高さから前記第３の平坦部までの間に設けられることを特徴とする請求項１４または１６に記載のフォーカスリング。

【請求項18】

前記第１の高さは、前記第２の平坦部から前記第１の平坦部までの高さと同じかそれよりも高いことを特徴とする請求項１７に記載のフォーカスリング。

【請求項19】

前記フォーカスリングの径方向において、前記第１の平坦部の幅は、前記第２の平坦部の幅よりも狭いことを特徴とする請求項１２から１８のいずれか一項に記載のフォーカスリング。

【請求項20】

前記フォーカスリングの径方向において、前記第２の平坦部の幅は、前記第３の平坦部の幅よりも狭いことを特徴とする請求項１２から１９のいずれか一項に記載のフォーカスリング。

【請求項21】

前記第３の平坦部は、前記載置台の載置面に載置された前記被処理体の被処理面よりも高い位置に設けられることを特徴とする請求項１２から２０のいずれか一項に記載のフォーカスリング。

【請求項22】

前記第１の平坦部は、前記載置台の載置面よりも低い位置に設けられることを特徴とする請求項１２から２１のいずれか一項に記載のフォーカスリング。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の種々の側面及び実施形態は、プラズマ処理装置およびフォーカスリングに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、プラズマ処理装置では、チャンバの内部に配置された載置台に被処理体を載置する。載置台には、載置面に載置された被処理体を囲むように導電エッジリング（フォーカスリングとも呼ばれる）が設けられる。このようなフォーカスリングとしては、例えば、載置台の載置面よりも低い第１の平坦部と、第１の平坦部および被処理体の被処理面よりも高い第２の平坦部とが内周側から外周側へ向けて順に形成されたフォーカスリングが知られている（例えば、下記特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】登録実用新案第３１６６９７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、被処理体への処理が繰り返されると、フォーカスリングが消耗する。フォーカスリングが消耗すると、フォーカスリングの形状が変わり、フォーカスリングの上方に形成されるプラズマシースと、被処理体の上方に形成されるプラズマシースとの間の高さの大小関係が変動する。そのため、フォーカスリングの消耗により、プラズマ中のイオン等の粒子が被処理体へ入射する傾きが変動することになる。

【0005】

フォーカスリングの消耗に伴って、プラズマ中のイオン等の粒子が被処理体へ入射する傾きの変動が大きくなると、ホールの傾きのばらつきを予め定められたスペック内に抑えることが困難となる。そのため、ホールの傾きのばらつきが予め定められたスペックを超える前に、フォーカスリングを交換することになる。フォーカスリングを頻繁に交換すると、そのたびにプロセスを停止させることになり、プロセスのスループットが低下する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一側面は、例えばプラズマ処理装置であって、チャンバと、載置台と、フォーカスリングとを備える。チャンバは、被処理体をプラズマ処理する。載置台は、チャンバの内部に設けられ、被処理体が載置される載置面を有する。フォーカスリングは、載置面に載置された被処理体を囲むように載置台の周囲に設けられ、載置面よりも低い第１の平坦部と、第１の平坦部よりも低い第２の平坦部と、第１の平坦部よりも高い第３の平坦部とが内周側から外周側へ向けて順に形成される。

【発明の効果】

【0007】

本発明の種々の側面および実施形態によれば、フォーカスリングの消耗に伴うホールの傾きの変動を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、プラズマ処理装置全体の概略構成の一例を模式的に示す断面図である。

【図2】図２は、フォーカスリング、半導体ウエハ、静電チャック、および載置台の位置関係の一例を模式的に示す拡大断面図である。

【図3】図３は、従来のフォーカスリングの消耗に伴うイオンの入射方向の傾きの変動を示す説明図である。

【図4】図４は、実施形態におけるフォーカスリングの消耗に伴うイオンの入射方向の傾きの変動を示す説明図である。

【図5】図５は、実施形態におけるフォーカスリングの一例を示す断面図である。

【図6】図６は、第２の平坦部の厚さ、第３の平坦部の厚さ、およびフォーカスリングの中心から壁面までの距離と、ホールの傾きの変動量の改善率との関係のシミュレーション結果の一例を示す図である。

【図7】図７は、フォーカスリングの断面形状の他の例を示す図である。

【図8】図８は、フォーカスリングの断面形状の他の例を示す図である。

【図9】図９は、フォーカスリングの断面形状の他の例を示す図である。

【図10】図１０は、フォーカスリングの断面形状の他の例を示す図である。

【図11】図１１は、フォーカスリングの断面形状の他の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、チャンバと、載置台と、フォーカスリングとを備える。チャンバは、被処理体をプラズマ処理する。載置台は、チャンバの内部に設けられ、被処理体が載置される載置面を有する。フォーカスリングは、載置面に載置された被処理体を囲むように載置台の周囲に設けられたフォーカスリングであって、載置面よりも低い第１の平坦部と、第１の平坦部よりも低い第２の平坦部と、第１の平坦部よりも高い第３の平坦部とが内周側から外周側へ向けて順に形成される。

【0010】

また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、第１の平坦部と第２の平坦部との間には、フォーカスリングの内周側から外周側へ進むに従って低くなる傾斜面が設けられてもよい。

【0011】

また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、第２の平坦部と第３の平坦部との間には、フォーカスリングの内周側から外周側へ進むに従って高くなる傾斜面が設けられてもよい。

【0012】

また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、第２の平坦部と第３の平坦部との間には、フォーカスリングの厚さ方向に第２の平坦部から第１の高さまで延伸する壁面部が設けられてもよく、傾斜面は、第１の高さから第３の平坦部までの間に設けられてもよい。

【0013】

また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、第１の高さは、第２の平坦部から第１の平坦部までの高さと同じかそれよりも高くてもよい。

【0014】

また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、フォーカスリングの径方向において、第１の平坦部の幅は、第２の平坦部の幅より狭くてもよい。

【0015】

また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、フォーカスリングの径方向において、第２の平坦部の幅は、第３の平坦部の幅より狭くてもよい。

【0016】

また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、第３の平坦部は、載置台の載置面に載置された被処理体の被処理面よりも高い位置に設けられてもよい。

【0017】

また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、第１の平坦部は、載置台の載置面よりも低い位置に設けられてもよい。

【0018】

また、開示するフォーカスリングの１つの実施形態は、被処理体をプラズマ処理するためのチャンバの内部に設けられ、載置台の載置面に載置された被処理体を囲むように載置台の周囲に設けられたフォーカスリングであって、載置面よりも低い第１の平坦部と、第１の平坦部よりも低い第２の平坦部と、第１の平坦部よりも高い第３の平坦部とを備え、第１の平坦部、第２の平坦部、および第３の平坦部は、フォーカスリングの内周側から外周側へ向けて順に配置される。

【0019】

また、開示するフォーカスリングの１つの実施形態において、第１の平坦部と第２の平坦部との間には、フォーカスリングの内周側から外周側へ進むに従って低くなる傾斜面が設けられてもよい。

【0020】

また、開示するフォーカスリングの１つの実施形態において、第２の平坦部と第３の平坦部との間には、フォーカスリングの内周側から外周側へ進むに従って高くなる傾斜面が設けられてもよい。

【0021】

また、開示するフォーカスリングの１つの実施形態において、第２の平坦部と第３の平坦部との間には、フォーカスリングの厚さ方向に第２の平坦部から第１の高さまで延伸する壁面部が設けられてもよく、傾斜面は、第１の高さから第３の平坦部までの間に設けられてもよい。

【0022】

また、開示するフォーカスリングの１つの実施形態において、第１の高さは、第２の平坦部から第１の平坦部までの高さと同じかそれよりも高くてもよい。

【0023】

また、開示するフォーカスリングの１つの実施形態において、フォーカスリングの径方向において、第１の平坦部の幅は、第２の平坦部の幅より狭くてもよい。

【0024】

また、開示するフォーカスリングの１つの実施形態において、フォーカスリングの径方向において、第２の平坦部の幅は、第３の平坦部の幅より狭くてもよい。

【0025】

また、開示するフォーカスリングの１つの実施形態において、第３の平坦部は、載置台の載置面に載置された被処理体の被処理面よりも高い位置に設けられてもよい。

【0026】

また、開示するフォーカスリングの１つの実施形態において、第１の平坦部は、載置台の載置面よりも低い位置に設けられてもよい。

【0027】

以下に、開示するプラズマ処理装置およびフォーカスリングの実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態により開示される発明が限定されるものではない。また、各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。

【0028】

［プラズマ処理装置１００の構成］
図１は、プラズマ処理装置１００全体の概略構成の一例を模式的に示す断面図である。図１に示すように、プラズマ処理装置１００は、内部を気密に閉塞可能に構成された処理室を構成する円筒状のチャンバ１を有する。チャンバ１は、例えばアルミニウム等で形成される。チャンバ１の内部には、被処理体である半導体ウエハＷが載置され、下部電極としても機能する載置台２が設けられている。載置台２は、例えばアルミニウム等の導電性材料によりブロック状に形成される。

【0029】

載置台２は、セラミックなどの絶縁板３を介してチャンバ１内に支持されている。載置台２の上面には、半導体ウエハＷを吸着するための静電チャック９が設けられている。静電チャック９は、絶縁体で形成され、内部に電極９ｂを有する。電極９ｂは、直流電源１０に接続される。静電チャック９の上面には、半導体ウエハＷを保持する保持面９ａが形成されている。静電チャック９は、直流電源１０から電極９ｂに印加される直流電圧により発生するクーロン力によって、保持面９ａにおいて半導体ウエハＷを吸着保持する。

【0030】

静電チャック９の保持面９ａは、載置台２の載置面に相当する。したがって、以下では、静電チャック９、絶縁性部材３１、導電性部材３２、および載置台２を併せて「載置台２」と適宜表記し、載置台２の載置面を「静電チャック９の保持面９ａ」と適宜表記する。

【0031】

静電チャック９の外周には、周辺肩部９ｃが形成されている。周辺肩部９ｃの上面は、保持面９ａよりも低い。静電チャック９の周辺肩部９ｃの外側面には、例えば石英等で形成された絶縁性部材３１が配置される。また、静電チャック９の周辺肩部９ｃの上面には、例えばアルミニウム等で形成された導電性部材３２が配置される。

【0032】

また、載置台２の内部には、温度制御のための熱媒体である絶縁性流体を循環させるための流路４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５が設けられている。流路４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２を所定温度に制御し、この載置台２と半導体ウエハＷの裏面との間にガス流路５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することにより、載置台２は、載置面に載置された半導体ウエハＷを精度良くかつ効率的に所定温度に制御することができる。

【0033】

載置台２には、整合器６を介して、高周波電源７が接続されている。高周波電源７は、所定の周波数の高周波電力を、整合器６を介して載置台２に供給する。

【0034】

また、図１に示すように、プラズマ処理装置１００は、載置台２の載置面、すなわち、静電チャック９の保持面９ａに載置された半導体ウエハＷを囲むように載置台２の周囲に設けられたフォーカスリング８を有する。フォーカスリング８は、例えば、シリコン、カーボン、ＳｉＣ等の導電性材料によりリング状に形成される。

【0035】

また、フォーカスリング８の外側には、環状に形成された排気リング１１が設けられる。排気リング１１には、多数の排気孔が形成されている。排気リング１１を介して、排気ポート１２に接続された真空ポンプ等の排気装置１３により、チャンバ１内の処理空間が真空排気される。

【0036】

一方、載置台２の上方のチャンバ１の天井部分には、シャワーヘッド１４が、載置台２に対向するように設けられている。シャワーヘッド１４および載置台２は、一対の電極（上部電極と下部電極）として機能する。また、シャワーヘッド１４には、整合器１５を介して高周波電源１６が接続されている。

【0037】

シャワーヘッド１４は、下面に多数のガス吐出孔１７が設けられており、その上部にガス導入部１８を有している。シャワーヘッド１４の内部にはガス拡散用空隙１９が形成されている。ガス導入部１８にはガス供給配管２０の一端が接続されており、ガス供給配管２０の他端には、ガス供給系２１が接続されている。ガス供給系２１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）２２と、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２３とを有する。

【0038】

［フォーカスリング８の詳細］
次に、図２を用いて、図１に示したフォーカスリング８について更に説明する。図２は、フォーカスリング８、半導体ウエハＷ、静電チャック９、および載置台２の位置関係の一例を模式的に示す拡大断面図である。

【0039】

例えば図２に示すように、フォーカスリング８には、第１の平坦部８ａと、第２の平坦部８ｂと、第３の平坦部８ｃとが、フォーカスリング８の内周側（図２の左側）から外周側（図２の右側）へ向けて順に形成されている。第１の平坦部８ａは、載置台２の載置面、すなわち、静電チャック９の保持面９ａよりも低く、一部が半導体ウエハＷの下に配置される。第２の平坦部８ｂは、第１の平坦部８ａよりも低い位置に配置される。第３の平坦部８ｃは、第１の平坦部８ａよりも高い位置に配置される。本実施形態において、第３の平坦部８ｃは、静電チャック９の保持面９ａに載置された半導体ウエハＷの被処理面よりも高い位置に配置される。

【0040】

また、本実施形態のフォーカスリング８では、フォーカスリング８の径方向（図２の左右方向）において、第１の平坦部８ａの幅Ｌ１は、第２の平坦部８ｂの幅Ｌ２よりも狭い。また、フォーカスリング８の径方向において、第２の平坦部８ｂの幅Ｌ２は、第３の平坦部８ｃの幅Ｌ３よりも狭い。

【0041】

ここで、第１の平坦部８ａ、第２の平坦部８ｂ、および第３の平坦部８ｃがフォーカスリング８に形成される理由について、従来のフォーカスリングＦＲと、本実施形態におけるフォーカスリング８とを対比しながら説明する。図３は、従来のフォーカスリングＦＲの消耗に伴うイオンの入射方向の傾きの変動を示す説明図である。図４は、実施形態におけるフォーカスリング８の消耗に伴うイオンの入射方向の傾きの変動を示す説明図である。なお、図３に示したフォーカスリングＦＲには、載置台２の載置面、すなわち、静電チャック９の保持面９ａよりも低い第１の平坦面８ｉと、半導体ウエハＷの被処理面よりも高い第２の平坦面８ｋとがフォーカスリングＦＲの内周側から外周側へ向けて順に形成されている。また、第１の平坦面８ｉと第２の平坦面８ｋとの間には、フォーカスリングＦＲの内周側から外周側へ進むに従って高くなる傾斜面８ｊが形成されている。

【0042】

まず、図３を用いて、従来のフォーカスリングＦＲについて説明する。フォーカスリングＦＲが消耗していない場合には、例えば図３の（ａ）に示すように、フォーカスリングＦＲの上方のプラズマシースは、半導体ウエハＷの上方のプラズマシースよりも高い位置に形成される。この場合、半導体ウエハＷの周縁部付近では、プラズマ中のイオンが半導体ウエハＷの被処理面の中心部から周縁部に向けて斜めに入射する。これにより、半導体ウエハＷの被処理面の周縁部付近に形成されるホールの形状は、鉛直方向に対して半導体ウエハＷの被処理面の周縁部に向けて斜めに傾く。

【0043】

そして、フォーカスリングＦＲがプラズマにより消耗すると、フォーカスリングＦＲの高さが低くなる。これにより、例えば図３の（ｂ）に示すように、フォーカスリングＦＲの上方のプラズマシースの位置が低くなり、半導体ウエハＷの中心部付近の上方に形成されたプラズマシースよりも、半導体ウエハＷの周縁部付近の上方に形成されたプラズマシースの位置が低くなる。これにより、半導体ウエハＷの周縁部付近において、プラズマ中のイオンが半導体ウエハＷの被処理面の周縁部から中心部に向けて斜めに入射する。これにより、半導体ウエハＷの被処理面の周縁部付近に形成されるホールの形状は、鉛直方向に対して半導体ウエハＷの被処理面の中心部に向けて斜めに傾く。

【0044】

従来のフォーカスリングＦＲでは、図３（ａ）に例示したプラズマシースの分布において、半導体ウエハＷの被処理面の周縁部付近に形成されるホールは、鉛直方向に対して半導体ウエハＷの被処理面の周縁部に向けて例えば１度傾き、図３（ｂ）に例示したプラズマシースの分布において、半導体ウエハＷの被処理面の周縁部付近に形成されるホールは、鉛直方向に対して半導体ウエハＷの被処理面の中心部に向けて例えば１度傾く。この場合、半導体ウエハＷの被処理面の周縁部側をプラスの角度として、フォーカスリングＦＲが所定量消耗した場合のホールの傾きの変動量は、１度−（−１度）＝２度となる。

【0045】

次に、図４を用いて、実施形態におけるフォーカスリング８について説明する。フォーカスリング８が消耗していない場合には、例えば図４の（ａ）に示すように、フォーカスリング８の上方のプラズマシースは、半導体ウエハＷの上方のプラズマシースよりも高い位置に形成され、半導体ウエハＷの被処理面の周縁部付近では、プラズマ中のイオンが半導体ウエハＷの被処理面の中心部から周縁部に向けて斜めに入射する。これにより、半導体ウエハＷの被処理面の周縁部付近に形成されるホールは、鉛直方向に対して半導体ウエハＷの被処理面の周縁部に向けて斜めに傾く。なお、図４（ａ）では、図３（ａ）との比較のために、フォーカスリング８が消耗していない場合に、半導体ウエハＷの周縁部付近に形成されるホールの傾きが図３（ａ）と同じ傾きとなるフォーカスリング８の形状を仮定している。

【0046】

そして、フォーカスリング８が、プラズマにより、図３（ｂ）に示した従来のフォーカスリングＦＲと同程度の消耗量となった場合、例えば図４（ｂ）に示すように、第３の平坦部８ｃの高さが低くなる。これにより、例えば図４の（ｂ）に示すように、第３の平坦部８ｃの上方のプラズマシースの位置が低くなる。これにより、半導体ウエハＷの周縁部付近において、プラズマ中のイオンが半導体ウエハＷの被処理面の周縁部から中心部に向けて斜めに入射する。これにより、半導体ウエハＷの被処理面の周縁部付近に形成されるホールは、鉛直方向に対して半導体ウエハＷの被処理面の中心部に向けて斜めに傾く。

【0047】

ここで、本実施形態におけるフォーカスリング８は、プラズマにより全体的に消耗するが、フォーカスリング８の断面形状は維持される。そのため、本実施形態におけるフォーカスリング８では、プラズマにより消耗した場合であっても、第２の平坦部８ｂの上方で低く、第３の平坦部８ｃの上方で高いプラズマシースの分布は維持される。そのため、従来のフォーカスリングＦＲと同程度の消耗量となった場合であっても、半導体ウエハＷの周縁部付近において、プラズマ中のイオンが半導体ウエハＷの被処理面の周縁部から中心部に向けて斜めに入射する角度は、従来のフォーカスリングＦＲに比べて小さくなる。

【0048】

本実施形態のフォーカスリング８では、プラズマによる消耗がない場合、半導体ウエハＷの周縁部付近のホール形状が半導体ウエハＷの周縁部に向けて例えば１度傾き、プラズマによる消耗量が図３（ｂ）に示した従来のフォーカスリングＦＲと同程度になると、例えば図４（ｂ）に示すように、ホール形状が半導体ウエハＷの中心部に向けて例えば０．５度傾く。この場合、フォーカスリング８が所定量消耗した場合のホールの傾きの変動量は、１度−（−０．５度）＝１．５度となる。

【0049】

このように、本実施形態のフォーカスリング８は、第１の平坦部８ａと、第２の平坦部８ｂと、第３の平坦部８ｃとが内周側から外周側へ向けて順に形成されており、第２の平坦部８ｂは、第１の平坦部８ａよりも低く、第３の平坦部８ｃは、第１の平坦部８ａよりも高い。これにより、プラズマによりフォーカスリング８が消耗した場合であっても、半導体ウエハＷの被処理面の上方に形成されるプラズマシースの分布の変動を低く抑えることができる。そのため、半導体ウエハＷの被処理面に形成されるホールの傾きの変動量を、従来のフォーカスリングＦＲよりも少なく抑えることができる。従って、フォーカスリング８の交換頻度を少なくすることができ、プロセスのスループットを向上させることができる。

【0050】

［シミュレーション結果］
次に、第２の平坦部８ｂの厚さおよび第３の平坦部８ｃの厚さ等と、イオンの入射方向の傾きの改善率との関係について行ったシミュレーション結果について説明する。図５は、実施形態におけるフォーカスリングの一例を示す断面図である。シミュレーションでは、例えば図５に示すように、第１の平坦部８ａの部分におけるフォーカスリング８の厚さをＴ１、第２の平坦部８ｂの部分におけるフォーカスリング８の厚さをＴ２、第３の平坦部８ｃの部分におけるフォーカスリング８の厚さをＴ３と定義する。また、例えば図５に示すように、フォーカスリング８の内周面によって描かれる円の中心から、第２の平坦部８ｂと第３の平坦部８ｃとの間の壁面８ｄまでの距離をφと定義する。

【0051】

また、本実施形態において、対象となるフォーカスリング８におけるホールの傾きの変動量の改善率Ｉ（％）は、基準となるフォーカスリングにおけるホールの傾きの変動量をθ１、対象となるフォーカスリング８におけるホールの傾きの変動量をθ２とした場合、Ｉ＝｛（θ１／θ２）−１｝×１００と定義する。基準となるフォーカスリングは、例えば図３に例示した従来のフォーカスリングＦＲを用いた。

【0052】

図６は、第２の平坦部８ｂの厚さＴ２、第３の平坦部８ｃの厚さＴ３、およびフォーカスリング８の中心から壁面８ｄまでの距離φと、ホールの傾きの変動量の改善率Ｉとの関係のシミュレーション結果の一例を示す図である。図６において、左側の縦軸は、第２の平坦部８ｂの厚さＴ２を示しており、右側の縦軸は、第３の平坦部８ｃの厚さＴ３を示しており、いずれも第１の平坦部８ａの厚さＴ１に対する比で表されている。また、図６における実線は、第３の平坦部８ｃの厚さＴ３を示している。また、図６において横軸は、フォーカスリング８の中心から壁面８ｄまでの距離φを示しており、フォーカスリング８の内径に対する比で表されている。また、図６では、ホールの傾きの変動量の改善率Ｉは、所定の値の範囲毎に異なるハッチングで表されている。

【0053】

図６に示したシミュレーション結果を参照すると、例えば、第２の平坦部８ｂの厚さＴ２が第１の平坦部８ａの厚さＴ１の約０．９倍、フォーカスリング８の中心から壁面８ｄまでの距離φが約１．０６５、第３の平坦部８ｃの厚さＴ３が第１の平坦部８ａの厚さＴ１の約２．２倍であるＡ点では、ホールの傾きの変動量の改善率Ｉが４０〜５０％の範囲内の値となっている。

【0054】

図６に示したシミュレーション結果から明らかなように、図６の上から下へ向かう程、即ち、第２の平坦部８ｂの厚さＴ２が薄くなる程、ホールの傾きの変動量の改善率Ｉが向上している。そして、例えば、第２の平坦部８ｂの厚さＴ２が第１の平坦部８ａの厚さＴ１よりも薄くなる、即ち、第２の平坦部８ｂの位置が第１の平坦部８ａの位置よりも低くなると、ホールの傾きの変動量の改善率Ｉを４０％以上にすることが可能となることが分かる。

【0055】

このように、図１および図２に示した形状のフォーカスリング８において、第２の平坦部８ｂの位置を第１の平坦部８ａの位置よりも低くすることにより、ホールの傾きの変動量の改善率Ｉを４０％以上にすることが可能となる。

【0056】

また、図６に示したシミュレーション結果から明らかなように、図６の左上から右下へ向かう程、即ち、フォーカスリング８の中心から壁面８ｄまでの距離φが長くなり、かつ、第１の平坦部８ａの厚さＴ１に対して第３の平坦部８ｃの厚さＴ３が厚くなる程、ホールの傾きの変動量の改善率Ｉが向上している。そして、例えば、第２の平坦部８ｂの厚さＴ２が第１の平坦部８ａの厚さＴ１よりも薄くなると、ホールの傾きの変動量の改善率Ｉを４０％とすることが可能となる。そして、例えば、第２の平坦部８ｂの厚さＴ２が第１の平坦部８ａの厚さＴ１よりも薄く、かつ、フォーカスリング８の中心から壁面８ｄまでの距離φが約１．０６５よりも長く、かつ、第３の平坦部８ｃの厚さＴ３が第１の平坦部８ａの厚さＴ１の約２．２倍以上になると、ホールの傾きの変動量の改善率Ｉが４０％以上になることが分かる。

【0057】

このように、図１および図２に示した形状のフォーカスリング８において、第２の平坦部８ｂの厚さＴ２を第１の平坦部８ａの厚さＴ１よりも薄くし、かつ、フォーカスリング８の中心から壁面８ｄまでの距離φを約１．０６５よりも長くし、かつ、第３の平坦部８ｃの厚さＴ３を第１の平坦部８ａの厚さＴ１の約２．２倍以上にすることにより、ホールの傾きの変動量の改善率Ｉを４０％以上にすることが可能となる。

【0058】

以上、一実施形態について説明した。上記説明から明らかなように、本実施形態のプラズマ処理装置１００によれば、フォーカスリング８の消耗に伴うホールの傾きの変動を抑制することができる。

【0059】

なお、開示の技術は、上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。

【0060】

例えば他の例として、フォーカスリング８の断面形状は、図７〜図９に示すような形状であってもよい。図７〜図９は、フォーカスリング８の断面形状の他の例を示す図である。例えば図７に例示したフォーカスリング８では、第１の平坦部８ａと第２の平坦部８ｂとの間に、フォーカスリング８の内周側から外周側へ進むに従って低くなる傾斜面８ｅが設けられている。また、例えば図８に例示したフォーカスリング８では、第２の平坦部８ｂと第３の平坦部８ｃとの間に、フォーカスリング８の内周側から外周側へ進むに従って高くなる傾斜面８ｆが設けられている。また、例えば図９に例示したフォーカスリング８では、第１の平坦部８ａと第２の平坦部８ｂとの間に、フォーカスリング８の内周側から外周側へ進むに従って低くなる傾斜面８ｅが設けられると共に、第２の平坦部８ｂと第３の平坦部８ｃとの間に、フォーカスリング８の内周側から外周側へ進むに従って高くなる傾斜面８ｆが設けられている。

【0061】

また、例えば他の例として、フォーカスリング８の断面形状は、図１０に示すような形状であってもよい。図１０は、フォーカスリング８の断面形状の他の例を示す図である。例えば図１０に例示したフォーカスリング８では、第２の平坦部８ｂと第３の平坦部３ｃとの間には、フォーカスリング８の厚さ方向に第２の平坦部８ｂから高さｈ１まで延伸する壁面部８ｇが設けられている。また、壁面部８ｇの高さｈ１の位置から第３の平坦部３ｃまでの間には、傾斜面８ｆが設けられている。また、図１０に例示したフォーカスリング８において、壁面部８ｇの高さｈ１は、第２の平坦部８ｂから第１の平坦部８ａまでの高さｈ２よりも高い。なお、壁面部８ｇの高さｈ１は、第２の平坦部８ｂから第１の平坦部８ａまでの高さｈ２と同じ高さであってもよい。

【0062】

また、図１０に例示したフォーカスリング８において、第１の平坦部８ａと第２の平坦部８ｂとの間には、例えば図１１に示すように、フォーカスリング８の内周側から外周側へ進むに従って低くなる傾斜面８ｅが設けられていてもよい。図１１は、フォーカスリング８の断面形状の他の例を示す図である。

【0063】

また、上記した実施形態では、半導体ウエハＷに対してプラズマを用いたエッチングを行うプラズマ処理装置１００を例に説明したが、開示の技術はこれに限られない。フォーカスリング８の断面形状が図１〜図２または図７〜図１１に示した形状であれば、プラズマを用いて成膜を行う装置や、半導体ウエハＷ上に積層された膜をプラズマを用いて改質する装置等においても、上記したフォーカスリング８を適用することができる。

【0064】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者には明らかである。また、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【符号の説明】

【0065】

Ｗ 半導体ウエハ
１００ プラズマ処理装置
１ チャンバ
２ 載置台
８ フォーカスリング
８ａ 第１の平坦部
８ｂ 第２の平坦部
８ｃ 第３の平坦部
９ 静電チャック
９ａ 保持面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】