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KR20100020927A - 포커스 링, 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 - Google Patents

포커스 링, 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 Download PDF

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Publication number
KR20100020927A
KR20100020927A KR1020090074580A KR20090074580A KR20100020927A KR 20100020927 A KR20100020927 A KR 20100020927A KR 1020090074580 A KR1020090074580 A KR 1020090074580A KR 20090074580 A KR20090074580 A KR 20090074580A KR 20100020927 A KR20100020927 A KR 20100020927A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
focus ring
plasma
plasma processing
lower electrode
Prior art date
Application number
KR1020090074580A
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English (en)
Inventor
히로시 츠지모토
도시후미 나가이와
다츠야 한다
Original Assignee
도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 filed Critical 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Publication of KR20100020927A publication Critical patent/KR20100020927A/ko

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Abstract

종래에 비해 포커스 링의 수명을 장기화할 수 있고, 플라즈마 처리 장치의 가동율의 향상과 러닝 코스트의 저감을 도모할 수 있는 포커스 링, 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법을 제공한다.
포커스 링(15)의 내주부(15a)의 상면은 반도체 웨이퍼 W의 주연부 하면과 대향하도록 배치되어 있고, 이 포커스 링(15)의 내주부(15a)의 상면과 반도체 웨이퍼 W의 주연부 하면의 거리 a가, 처음으로 포커스 링(15)이 플라즈마 처리에 사용되는 시점에 있어서, 즉 신품의 포커스 링(15)의 사용을 개시하는 시점에 있어서 0.4 ㎜ 이상으로 되도록 구성되어 있다.

Description

포커스 링, 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 {FOCUS RING, PLASMA PROCESSING APPRATUS AND PALASMA PROCESSING METHOD}
본 발명은 포커스 링, 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다．
종래부터, 반도체 장치의 제조 분야 등에서는 처리 가스를 플라즈마화하여, 피처리 기판 예를 들면 반도체 웨이퍼나 LCD용 유리 기판 등에 소정의 처리 예를 들면 에칭 처리나 성막 처리 등을 실시하는 플라즈마 처리 장치가 알려져 있다.
상기의 플라즈마 처리 장치, 예를 들면 반도체 웨이퍼에 플라즈마 에칭 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치에서는 하부 전극상에 탑재된 반도체 웨이퍼의 주위에 포커스 링을 마련하고, 반도체 웨이퍼의 면내에 있어서의 플라즈마 처리의 균일성을 높이는 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1, 특허문헌 2 참조).
(특허문헌 1) 일본국 특허공개공보 제2008-78208호
(특허문헌 2) 일본국 특허공개공보 제2003-229408호
상기와 같이 포커스 링을 이용한 플라즈마 처리 장치에서는 포커스 링이 플라즈마에 노출되기 때문에, 포커스 링 자체도 에칭되어 소모된다. 이와 같은 포커스 링의 소모에 따라 반도체 웨이퍼의 면내에 있어서의 처리의 균일성도 악화되기 때문에, 어느 정도 포커스 링이 소모된 시점에서, 소모된 포커스 링을 새로운 포커스 링으로 교환할 필요가 있다.
그러나, 상기와 같은 포커스 링의 교환은 플라즈마 처리 장치의 가동율을 저하시키는 하나의 원인으로 되고, 또한 러닝 코스트를 증대시키는 요인으로 된다. 이 때문에, 포커스 링의 수명을 더욱 장기화시켜 플라즈마 처리 장치의 가동율의 향상과 러닝 코스트의 저감을 도모하는 것이 요구되고 있었다.
본 발명은 상기 종래의 사정에 대처해서 이루어진 것으로써, 종래에 비해 포커스 링의 수명을 장기화할 수 있고, 플라즈마 처리 장치의 가동율의 향상과 러닝 코스트의 저감을 도모할 수 있는 포커스 링, 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법을 제공하고자 하는 것이다.
청구항 1의 포커스 링은 피처리 기판을 수용해서 소정의 플라즈마 처리를 실시하기 위한 처리 챔버내의 상기 피처리 기판이 탑재되는 하부 전극상에, 또한 상기 피처리 기판의 주위를 둘러싸도록 배치된 고리형상의 포커스 링으로서, 처음으 로 플라즈마 처리에 사용되는 시점에 있어서, 상기 피처리 기판의 가장자리부 하면과, 해당 피처리 기판의 가장자리부 하면과 대향하는 부위의 사이의 거리가 0.4 ㎜ 이상으로 되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
청구항 2의 포커스 링은 청구항 1 기재의 포커스 링으로서, 처음으로 플라즈마 처리에 사용되는 시점에 있어서, 상기 피처리 기판의 가장자리부 하면과, 해당 피처리 기판의 가장자리부 하면과 대향하는 부위의 사이의 거리가 0.6 ㎜ 이하로 되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
청구항 3의 포커스 링은 청구항 1 또는 2 기재의 포커스 링으로서, 실리콘으로 구성된 것을 특징으로 한다.
청구항 4의 플라즈마 처리 장치는 피처리 기판을 수용해서 소정의 플라즈마 처리를 실시하기 위한 처리 챔버와, 상기 처리 챔버내에 마련되고 상기 피처리 기판이 탑재되는 하부 전극과, 상기 하부 전극에 고주파 전력을 공급해서 플라즈마를 발생시키기 위한 고주파 전원과, 상기 하부 전극에 대향해서 마련된 상부 전극과, 상기 하부 전극에, 상기 피처리 기판의 주위를 둘러싸도록 탑재되는 포커스 링으로서, 처음으로 플라즈마 처리에 사용되는 시점에 있어서, 상기 피처리 기판의 가장자리부 하면과, 해당 피처리 기판의 가장자리부 하면과 대향하는 부위의 사이의 거리가 0.4 ㎜ 이상으로 되도록 구성된 포커스 링을 구비한 것을 특징으로 한다.
청구항 5의 플라즈마 처리 장치는 청구항 4 기재의 플라즈마 처리 장치로서, 상기 포커스 링이, 처음으로 플라즈마 처리에 사용되는 시점에 있어서, 상기 피처리 기판의 가장자리부 하면과, 해당 피처리 기판의 가장자리부 하면과 대향하는 부 위의 사이의 거리가 0.6 ㎜ 이하로 되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
청구항 6의 플라즈마 처리 장치는 청구항 4 또는 5 기재의 플라즈마 처리 장치로서, 상기 포커스 링이 실리콘으로 구성된 것을 특징으로 한다.
청구항 7의 플라즈마 처리 장치는 청구항 6 기재의 플라즈마 처리 장치로서, 상기 포커스 링이 석영제의 부재를 거쳐서 상기 하부 전극상에 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 8의 플라즈마 처리 방법은 상부 전극과 하부 전극이 대향 배치된 처리 챔버내의 상기 하부 전극상에 피처리 기판을 탑재하고, 또한 상기 하부 전극상에 상기 피처리 기판의 주위를 둘러싸도록 고리형상의 포커스 링을 배치하고, 상기 상부 전극과 하부 전극의 사이에 고주파 전력을 인가해서 상기 피처리 기판에 소정의 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 방법으로서, 상기 포커스 링이, 처음으로 플라즈마 처리에 사용되는 시점에 있어서, 상기 피처리 기판의 가장자리부 하면과, 해당 피처리 기판의 가장자리부 하면과 대향하는 부위의 사이의 거리가 0.4 ㎜ 이상으로 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 9의 플라즈마 처리 방법은 청구항 8 기재의 플라즈마 처리 방법으로서, 상기 포커스 링이, 처음으로 플라즈마 처리에 사용되는 시점에 있어서, 상기 피처리 기판의 가장자리부 하면과, 해당 피처리 기판의 가장자리부 하면과 대향하는 부위의 사이의 거리가 0.6 ㎜ 이하로 되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
청구항 10의 플라즈마 처리 방법은 청구항 8 또는 9 기재의 플라즈마 처리 방법으로서, 상기 포커스 링이 실리콘으로 구성된 것을 특징으로 한다.
청구항 11의 플라즈마 처리 방법은 청구항 10 기재의 플라즈마 처리 방법으로서, 상기 포커스 링이 석영제의 부재를 거쳐서 상기 하부 전극상에 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 종래에 비해 포커스 링의 수명을 장기화할 수 있고, 플라즈마 처리 장치의 가동율의 향상과 러닝 코스트의 저감을 도모할 수 있는 포커스 링, 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 포커스 링, 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법의 상세를 도면을 참조하여 실시형태에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 1실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치로서의 플라즈마 에칭 장치(1)의 전체구성을 나타내는 것이며, 도 2는 본 발명의 1실시형태에 관한 포커스 링(15) 및 플라즈마 에칭 장치(1)의 주요부 구성을 나타내는 것이다. 우선, 도 1을 참조해서 플라즈마 에칭 장치(1)의 전체 구성을 설명한다.
플라즈마 에칭 장치(1)는 전극판이 상하 평행하게 대향하고, 플라즈마 형성용 전원이 접속된 용량 결합형 평행 평판 에칭 장치로서 구성되어 있다.
플라즈마 에칭 장치(1)는 예를 들면 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄 등으로 이루어지고 원통형상으로 성형된 처리 챔버(2)를 갖고 있으며, 이 처리 챔버(2) 는 접지되어 있다. 처리 챔버(2)내의 바닥부에는 세라믹 등의 절연판(3)을 거쳐서 피처리 기판, 예를 들면 반도체 웨이퍼 W를 탑재하기 위한 대략 원주형상의 서셉터 지지대(4)가 마련되어 있다. 또한, 이 서셉터 지지대(4)의 위에는 하부 전극을 구성하는 서셉터(탑재대)(5)가 마련되어 있다. 이 서셉터(5)에는 하이 패스 필터(HPF)(6)가 접속되어 있다.
서셉터 지지대(4)의 내부에는 냉매실(7)이 마련되어 있으며, 이 냉매실(7)에는 냉매가 냉매 도입관(8)을 거쳐서 도입되어 순환하고 냉매 배출관(9)으로부터 배출된다. 그리고, 그 냉열이 서셉터(5)를 거쳐서 반도체 웨이퍼 W에 대해 전열되고, 이것에 의해 반도체 웨이퍼 W가 원하는 온도로 제어된다.
서셉터(5)는 그 상측 중앙부가 볼록 형상의 원판형상으로 성형되고, 그 위에 반도체 웨이퍼 W와 대략 동형의 정전 척(11)이 마련되어 있다. 정전 척(11)은 절연재(10)의 사이에 전극(12)을 배치해서 구성되어 있다. 그리고, 전극(12)에 접속된 직류 전원(13)으로부터 예를 들면 1.5kV의 직류 전압이 인가되는 것에 의해, 예를 들면 쿨롱력에 의해서 반도체 웨이퍼 W를 정전 흡착한다.
절연판(3), 서셉터 지지대(4), 서셉터(5), 정전 척(11)에는 반도체 웨이퍼 W의 이면에, 전열 매체(예를 들면 He 가스 등)를 공급하기 위한 가스 통로(14)가 형성되어 있고, 이 전열 매체를 거쳐서 서셉터(5)의 냉열이 반도체 웨이퍼 W에 전달되고 반도체 웨이퍼 W가 소정의 온도로 유지되도록 되어 있다.
서셉터(5)의 상단 주연부에는 정전 척(11)상에 탑재된 반도체 웨이퍼 W를 둘러싸도록, 고리형상의 포커스 링(15)이 배치되어 있다. 이 포커스 링(15)은 에칭 의 균일성을 향상시키는 작용을 갖는다. 본 실시형태에 있어서 이 포커스 링(15)은 실리콘으로 구성되어 있다.
도 2에도 나타내는 바와 같이, 이 포커스 링(15)의 외측에는 석영으로 이루어지는 외측부재(16)가 마련되고, 포커스 링(15)의 하측에는 석영제의 하측부재(17)가 마련되어 있다. 또한, 포커스 링(15)의 내주부(15a)는 그 두께가 얇게 형성되어 있고, 반도체 웨이퍼 W의 주연부 하측까지 연장되도록 구성되어 있다. 따라서, 포커스 링(15)의 내주부(15a)의 상면은 반도체 웨이퍼 W의 주연부 하면과 대향하도록 배치되어 있다. 본 실시형태에서는 이 포커스 링(15)의 내주부(15a)의 상면과 반도체 웨이퍼 W의 주연부 하면의 거리(도 2에 나타내는 거리 a)가, 처음으로 포커스 링(15)이 플라즈마 처리에 사용되는 시점에 있어서(신품의 포커스 링(15)의 사용을 개시하는 시점에 있어서) 0.4 ㎜ 이상으로 되도록 구성되어 있다. 이 이유에 대해서는 후술한다.
상기 포커스 링(15)의 내주부(15a)의 외측에는 점차 두께가 두꺼워지는 경사부(15c)가 형성되어 있다. 또한, 이 경사부(15c)의 외측에는 그 두께가 두껍고 상측이 평탄하게 된 평탄부(15b)가 형성되어 있으며, 평탄부(15b)의 외측에는 외측부재(16)를 걸어 고정시키기 위한 단부(15d)가 형성되어 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 서셉터(5)의 위쪽에는 이 서셉터(5)와 평행하게 대향해서 상부 전극(21)이 마련되어 있다. 이 상부 전극(21)은 절연재(22)를 거쳐서, 처리 챔버(2)의 상부에 지지되어 있다. 상부 전극(21)은 전극판(24)과, 이 전극판(24)을 지지하는 도전성 재료로 이루어지는 전극 지지체(25)에 의해서 구성되 어 있다. 전극판(24)은 예를 들면 도전체 또는 반도체로 구성되고, 다수의 토출 구멍(23)을 갖는다. 이 전극판(24)은 서셉터(5)와의 대향면을 형성한다.
상부 전극(21)에 있어서의 전극 지지체(25)의 중앙에는 가스 도입구(26)가 마련되고, 이 가스 도입구(26)에는 가스 공급관(27)이 접속되어 있다. 또한, 이 가스 공급관(27)에는 밸브(28), 및 매스플로 컨트롤러(29)를 거쳐서, 처리 가스 공급원(30)이 접속되어 있다. 처리 가스 공급원(30)으로부터 플라즈마 에칭 처리를 위한 에칭 가스가 공급된다.
처리 챔버(2)의 바닥부에는 배기관(31)이 접속되어 있고, 이 배기관(31)에는 배기 장치(35)가 접속되어 있다. 배기 장치(35)는 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 구비하고 있고, 처리 챔버(2)내를 소정의 감압 분위기 예를 들면 1Pa 이하의 소정의 압력까지 진공 배기 가능하도록 구성되어 있다. 또한, 처리 챔버(2)의 측벽에는 게이트밸브(32)가 마련되어 있고, 이 게이트밸브(32)를 연 상태에서 반도체 웨이퍼 W가 인접하는 로드록실(도시하지 않음)과의 사이에서 반송되도록 되어 있다.
상부 전극(21)에는 제 1 고주파 전원(40)이 접속되어 있고, 그 급전선에는 정합기(41)가 개재 삽입되어 있다. 또한, 상부 전극(21)에는 로우 패스 필터(LPF)(42)가 접속되어 있다. 이 제 1 고주파 전원(40)은 50∼150 ㎒의 범위의 주파수(본 실시형태에서는 60 ㎒)를 갖고 있다. 이와 같이 높은 주파수를 인가하는 것에 의해 처리 챔버(2)내에 바람직한 해리 상태이고 또한 고밀도의 플라즈마를 형성할 수 있다.
하부 전극으로서의 서셉터(5)에는 제 2 고주파 전원(50)이 접속되어 있고, 그 급전선에는 정합기(51)가 개재 삽입되어 있다. 이 제 2 고주파 전원(50)은 제 1 고주파 전원(40)보다 낮은 주파수의 범위를 갖고 있으며, 이와 같은 범위의 주파수의 고주파 전력을 인가하는 것에 의해, 피처리 기판인 반도체 웨이퍼 W에 대해 데미지를 주는 일 없이 적절한 이온 작용을 부가할 수 있다. 즉, 제 2 고주파 전원(50)은 바이어스용 고주파 전력을 인가하기 위한 것이다. 제 2 고주파 전원(50)의 주파수는 1∼20 ㎒의 범위가 바람직하다(본 실시형태에서는 2 ㎒).
상기 구성의 플라즈마 에칭 장치(1)는 제어부(60)에 의해서 그 동작이 통괄적으로 제어된다. 이 제어부(60)에는 CPU를 구비하며 플라즈마 에칭 장치(1)의 각 부를 제어하는 프로세스 컨트롤러(61)와, 사용자 인터페이스부(62)와, 기억부(63)가 마련되어 있다.
사용자 인터페이스부(62)는 공정 관리자가 플라즈마 에칭 장치(1)를 관리하기 위해 커맨드의 입력 조작을 실행하는 키보드나, 플라즈마 에칭 장치(1)의 가동 상황을 가시화해서 표시하는 디스플레이 등으로 구성되어 있다.
기억부(63)에는 플라즈마 에칭 장치(1)에서 실행되는 각종 처리를 프로세스 컨트롤러(61)의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램(소프트웨어)이나 처리 조건 데이터 등이 기억된 레시피가 저장되어 있다. 그리고, 필요에 따라, 사용자 인터페이스부(62)로부터의 지시 등으로 임의의 레시피를 기억부(63)로부터 호출해서 프로세스 컨트롤러(61)에 실행시킴으로써, 프로세스 컨트롤러(61)의 제어 하에, 플라즈마 에칭 장치(1)에서의 원하는 처리가 실행된다. 또한, 제어 프로그램이나 처리 조건 데이터 등의 레시피는 컴퓨터에서 판독 가능한 컴퓨터 기억 매체(예를 들면, 하드 디스크, CD, 플렉시블 디스크, 반도체 메모리 등) 등에 저장된 상태의 것을 이용하거나, 혹은 다른 장치로부터 예를 들면 전용 회선을 거쳐서 수시 전송시켜 온라인에서 이용하는 것도 가능하다.
상기 구성의 플라즈마 에칭 장치(1)에 의해서 반도체 웨이퍼 W의 플라즈마 에칭을 실행하는 경우, 우선, 반도체 웨이퍼 W는 게이트밸브(32)가 개방된 후, 도시하지 않은 로드록실로부터 처리 챔버(2)내에 반입되고, 정전 척(11)상에 탑재된다. 그리고, 직류 전원(13)으로부터 직류 전압이 인가되는 것에 의해서, 반도체 웨이퍼 W가 정전 척(11)상에 정전 흡착된다. 다음에, 게이트밸브(32)가 닫히고, 배기 장치(35)에 의해서 처리 챔버(2)내가 소정의 진공도까지 진공 배기된다.
그 후, 밸브(28)가 개방되어, 처리 가스 공급원(30)으로부터 소정의 에칭 가스가 매스플로 컨트롤러(29)에 의해서 그 유량을 조정받으면서, 처리 가스 공급관(27), 가스 도입구(26)를 통해 상부 전극(21)의 중공부에 도입되고, 또한 전극판(24)의 토출 구멍(23)을 통해, 도 1의 화살표로 나타내는 바와 같이 반도체 웨이퍼 W에 대해 균일하게 토출된다.
그리고, 처리 챔버(2)내의 압력이 소정의 압력으로 유지된다. 그 후, 제 1 고주파 전원(40)으로부터 소정의 주파수의 고주파 전력이 상부 전극(21)에 인가된다. 이것에 의해, 상부 전극(21)과 하부 전극으로서의 서셉터(5)의 사이에 고주파 전계가 생기고, 에칭 가스가 해리되어 플라즈마화된다.
한편, 제 2 고주파 전원(50)으로부터, 상기의 제 1 고주파 전원(40)보다 낮 은 주파수의 고주파 전력이 하부 전극인 서셉터(5)에 인가된다. 이것에 의해, 플라즈마중의 이온이 서셉터(5)측에 인입되고, 이온 어시스트에 의해 에칭의 이방성을 높인다.
그리고, 소정의 플라즈마 에칭 처리가 종료되면, 고주파 전력의 공급 및 처리 가스의 공급이 정지되며, 상기한 수순과는 반대의 수순으로, 반도체 웨이퍼 W가 처리 챔버(2)내로부터 반출된다.
다음에, 본 실시형태에 있어서, 도 2에 나타낸 거리 a가 0.4 ㎜ 이상으로 되도록 포커스 링(15)을 구성한 이유에 대해 설명한다. 도 3은 신품의 포커스 링(15)의 사용을 개시했을 때의 사용 시간과 반도체 웨이퍼 W의 에칭 레이트(반도체 웨이퍼 W상에 형성한 실리콘 산화막의 에칭 레이트의 평균값. 이하 동일)를 조사한 결과를 나타내는 것이다. 이 도 3에 나타나는 바와 같이, 포커스 링(15)의 사용 개시부터 사용 시간이 300 시간 정도로 될 때까지의 에칭 레이트의 변화량이 크게 되어 있다.
여기서, 포커스 링(15)을 사용한 경우, 플라즈마의 작용에 의해 에칭 되어 소모되고, 두께가 변화하는 부분은 도 2에 나타내는 내주부(15a)의 두께 A, 평탄부(15b)의 두께 B이며, 또한 경사부(15c)의 각도 C도 변화한다. 그래서, 이들 부분의 두께 A, B 및 각도 C의 변화가 에칭 레이트에 주는 영향을 조사한 결과를 나타내는 것이 도 4이다. 이 도 4에서는 신품의 포커스 링(15)의 사용을 개시했을 때에, 그 사용 시간 100 시간마다 두께 A(초기값 3 ㎜), B(초기값 8.3 ㎜) 및 각도 C(초기값 75˚)가 에칭 레이트에 주는 영향(에칭 레이트 증가량)을 조사한 것이며, 각 막대그래프의 하측부터 차례로 A, B, C에 의한 에칭 레이트 증가량을 나타내고 있다.
도 4에 나타나는 바와 같이, 포커스 링(15)의 사용 개시 직후, 에칭 레이트의 변화에 가장 영향을 주는 것은 두께 A이고, 특히 사용 개시부터 사용 시간이 300 시간 정도로 될 때까지의 에칭 레이트의 변화량이 크게 되어 있다.
도 5의 그래프는 상기한 두께 A가 0.2 ㎜ 변화했을 때의 에칭 레이트(㎚/min)의 변화량(종축)과 사용 개시전의 두께 A(㎜)(횡축)의 관계를 조사한 결과를 나타내는 것이다. 이 도 5의 그래프에 나타나는 바와 같이, 사용 개시전의 두께 A가 3 ㎜부터 2.9 ㎜ 정도까지는 두께 A가 0.2 ㎜ 변화했을 때의 에칭 레이트의 변화량이 크다. 또한, 사용 개시전의 두께 A가 대략 2.8 ㎜에서 에칭 레이트의 변화량이 2 ㎚정도로 되고, 대략 2.6 ㎜에서 에칭 레이트의 변화량이 1 ㎚ 정도로 된다. 그리고, 사용 개시전의 두께 A가 2.6 ㎜보다 작아지면 에칭 레이트의 변화량은 거의 변하지 않게 되어 있다.
이 경우, 사용 개시전의 두께 A가 3 ㎜일 때, 도 2에 나타내는 포커스 링(15)의 내주부(15a)의 상면과 반도체 웨이퍼 W의 주연부 하면의 거리 a가 0.2 ㎜이고, 두께 A가 2.8 ㎜일 때, 거리 a가 0.4 ㎜, 두께 A가 2.6 ㎜일 때, 거리 a가 0.6 ㎜이다. 이 때문에, 본 실시형태에서는 처음으로 포커스 링(15)이 플라즈마 처리에 사용되는 시점에 있어서(즉, 신품의 포커스 링(15)의 사용을 개시하는 시점에 있어서), 포커스 링(15)의 내주부(15a)의 상면과 반도체 웨이퍼 W의 주연부 하면의 거리 a를 0.4 ㎜ 이상으로 해서, 포커스 링(15)의 소모에 의한 에칭 레이트의 변화량을 억제하고 있다.
이것에 의해서, 포커스 링(15)이 소모해도, 에칭 레이트가 거의 변화하지 않으므로, 더욱 포커스 링(15)을 장기에 걸쳐 사용하는 것이 가능하게 되고, 종래에 비해 포커스 링(15)의 수명을 장기화할 수 있으며, 플라즈마 처리 장치(1)의 가동율의 향상과 러닝 코스트의 저감을 도모할 수 있다. 또, 도 5에 나타내는 바와 같이, 거리 a를 0.6 ㎜보다 크게 해도, 에칭 레이트의 변화량은 거의 변화하지 않기 때문에, 거리 a는 0.4 ㎜ 이상 0.6 ㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다.
상기와 같이, 포커스 링(15)의 내주부(15a)의 상면과 반도체 웨이퍼 W의 주연부 하면의 거리 a의 차이가 에칭 레이트의 변화량에 큰 영향을 주는 것은 다음과 같은 이유에 의한다고 추측된다.
즉, 사이에 석영제의 하측부재(17)를 배치하고 있다고는 해도, 실리콘제의 포커스 링(15)이, 고주파 전력이 인가되는 서셉터(하부 전극)(5)상에 배치되어 있기 때문에, 서셉터(하부 전극)(5)로부터 포커스 링(15)을 경유하는 고주파 전력의 경로가 형성되어 있고, 포커스 링(15)의 내주부(15a)의 상면과 반도체 웨이퍼 W의 주연부 하면의 사이에는 캐패시터가 형성되어 있다고 고려된다. 그리고, 이 캐패시터의 용량은 거리 a에 반비례하기 때문에, 거리 a가 짧으면 용량이 크고, 또한 거리 a의 변화에 의한 용량의 변동도 커진다. 이 때문에, 거리 a가 짧으면 반도체 웨이퍼 W의 에칭 레이트가 낮아지고, 또한 거리 a의 변화에 의해서 에칭 레이트의 변동도 크게 된다고 고려된다.
한편, 거리 a가 어느 정도 길면, 상기한 캐패시터의 용량이 작아지기 때문 에, 포커스 링(15)을 경유하는 고주파 전력의 흐름이 적어져, 서셉터(하부 전극)(5)로부터 직접 반도체 웨이퍼 W에 흐르는 고주파 전력이 많아지고, 에칭 레이트가 상승하며, 또한 거리 a가 변화해도 상기한 캐패시터의 용량의 변화가 작기 때문에, 에칭 레이트의 변화가 작아진다고 고려된다.
또, 본 발명은 상기한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 각종 변형이 가능한 것은 물론이다. 예를 들면, 상기한 실시형태에서는 본 발명을 상부 전극과 하부 전극에 2종류의 고주파를 인가하는 타입의 플라즈마 에칭 장치에 적용한 경우에 대해 설명했지만, 예를 들면 하부 전극에 1종류의 고주파 전력만을 인가하는 타입의 플라즈마 에칭 장치나, 하부 전극에 2종류의 고주파 전력을 인가하는 타입의 플라즈마 에칭 장치 등에 대해서도 마찬가지로 해서 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 1실시형태에 관한 플라즈마 에칭 장치의 전체 개략 구성을 나타내는 도면.
도 2는 도 1의 플라즈마 에칭 장치 및 포커스 링의 주요부 구성을 나타내는 도면.
도 3은 사용 시간과 에칭 레이트의 변화를 조사한 결과를 나타내는 그래프.
도 4는 두께 A, B 및 각도 C의 변화가 에칭 레이트에 주는 영향을 조사한 결과를 나타내는 그래프.
도 5는 두께 A가 0.2 ㎜ 변화했을 때의 에칭 레이트의 변화량과 사용 개시전의 두께 A의 관계를 조사한 결과를 나타내는 그래프.
(부호의 설명)
1…플라즈마 에칭 장치, 2…처리 챔버, 5…서셉터(하부 전극), 15…포커스 링, 21…상부 전극, W…반도체 웨이퍼.

Claims (11)

  1. 피처리 기판을 수용해서 소정의 플라즈마 처리를 실시하기 위한 처리 챔버내의 상기 피처리 기판이 탑재되는 하부 전극상에, 또한 상기 피처리 기판의 주위를 둘러싸도록 배치된 고리형상의 포커스 링으로서,
    처음으로 플라즈마 처리에 사용되는 시점에 있어서,
    상기 피처리 기판의 가장자리부 하면과, 해당 피처리 기판의 가장자리부 하면과 대향하는 부위의 사이의 거리가 0.4 ㎜ 이상으로 되도록 구성된 것을 특징으로 하는
    포커스 링.
  2. 제 1 항에 있어서,
    처음으로 플라즈마 처리에 사용되는 시점에 있어서,
    상기 피처리 기판의 가장자리부 하면과, 해당 피처리 기판의 가장자리부 하면과 대향하는 부위의 사이의 거리가 0.6㎜ 이하로 되도록 구성된 것을 특징으로 하는
    포커스 링.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    실리콘으로 구성된 것을 특징으로 하는
    포커스 링.
  4. 피처리 기판을 수용해서 소정의 플라즈마 처리를 실시하기 위한 처리 챔버와,
    상기 처리 챔버내에 마련되고 상기 피처리 기판이 탑재되는 하부 전극과,
    상기 하부 전극에 고주파 전력을 공급해서 플라즈마를 발생시키기 위한 고주파 전원과,
    상기 하부 전극에 대향해서 마련된 상부 전극과,
    상기 하부 전극에, 상기 피처리 기판의 주위를 둘러싸도록 탑재되는 포커스 링으로서, 처음으로 플라즈마 처리에 사용되는 시점에 있어서, 상기 피처리 기판의 가장자리부 하면과, 해당 피처리 기판의 가장자리부 하면과 대향하는 부위의 사이의 거리가 0.4㎜ 이상으로 되도록 구성된 포커스 링을 구비한 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 포커스 링이, 처음으로 플라즈마 처리에 사용되는 시점에 있어서, 상기 피처리 기판의 가장자리부 하면과, 해당 피처리 기판의 가장자리부 하면과 대향하는 부위의 사이의 거리가 0.6㎜ 이하로 되도록 구성된 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 포커스 링이 실리콘으로 구성된 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 포커스 링이 석영제의 부재를 거쳐서 상기 하부 전극상에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  8. 상부 전극과 하부 전극이 대향 배치된 처리 챔버내의 상기 하부 전극상에 피처리 기판을 탑재하고, 또한 상기 하부 전극상에 상기 피처리 기판의 주위를 둘러싸도록 고리형상의 포커스 링을 배치하고, 상기 상부 전극과 하부 전극의 사이에 고주파 전력을 인가해서 상기 피처리 기판에 소정의 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 방법으로서,
    상기 포커스 링이, 처음으로 플라즈마 처리에 사용되는 시점에 있어서, 상기 피처리 기판의 가장자리부 하면과, 해당 피처리 기판의 가장자리부 하면과 대향하는 부위의 사이의 거리가 0.4 ㎜ 이상으로 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 포커스 링이, 처음으로 플라즈마 처리에 사용되는 시점에 있어서, 상기 피처리 기판의 가장자리부 하면과, 해당 피처리 기판의 가장자리부 하면과 대향하는 부위의 사이의 거리가 0.6 ㎜ 이하로 되도록 구성된 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 방법.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 포커스 링이 실리콘으로 구성된 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 포커스 링이 석영제의 부재를 거쳐서 상기 하부 전극상에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 방법.
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