(57)【要約】【課題】伝熱ガスの漏れを低減することを目的とする。【解決手段】基板処理装置の処理室内のステージの上に載置された基板の周縁を囲むフォーカスリングであって、前記フォーカスリングの下面は、前記ステージの周縁部の上に対向して設けられる際に、前記ステージの周縁部の傾きに追従する方向に所定の範囲で傾斜する傾斜部を有する、フォーカスリングが提供される。【選択図】図２
2018107433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板処理装置の処理室内のステージの上に載置された基板の周縁を囲むフォーカスリングであって、
前記フォーカスリングの下面は、前記ステージの周縁部の上に対向して設けられる際に、前記ステージの周縁部の傾きに追従する方向に所定の範囲で傾斜する傾斜部を有する、フォーカスリング。
【請求項２】
前記フォーカスリングは、ヤング率が、５．０×１０１０〜１．０×１０１２（Ｐａ）の物質から形成されている、
請求項１に記載のフォーカスリング。
【請求項３】
前記フォーカスリングは、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＳｉＯ２、Ｗ、ＷＣ又はセラミックスのいずれかから形成されている、
請求項１又は２に記載のフォーカスリング。
【請求項４】
前記傾斜部は、前記ステージの周縁部の傾きに追従する方向に１０μｍ〜２０μｍの範囲で傾斜する、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のフォーカスリング。
【請求項５】
前記傾斜部の傾斜面には、溝部が形成されている、
請求項１〜４のいずれか一項に記載のフォーカスリング。
【請求項６】
前記傾斜部の傾斜面には、環状の溝部が形成されている、
請求項５に記載のフォーカスリング。
【請求項７】
前記傾斜部の傾斜面には、屈曲した溝部が形成されている、
請求項５に記載のフォーカスリング。
【請求項８】
処理室内のステージと、
前記ステージの上に設けられた静電チャックと、
前記静電チャックの中央部に設けられた第１の吸着電極と、
前記静電チャックの周縁部に設けられた第２の吸着電極と、
前記静電チャックの上に載置された基板の周縁を囲むフォーカスリングと、を有し、
前記フォーカスリングの下面は、前記ステージの周縁部の上に対向して設けられる際に、前記ステージの周縁部の傾きに追従する方向に所定の範囲で傾斜する傾斜部を有する、基板処理装置。
【請求項９】
前記傾斜部の傾斜面には、溝部が形成されている、
請求項８に記載の基板処理装置。
【請求項１０】
前記溝部は、前記基板処理装置に設けられた伝熱ガスの供給ラインの先端部のガス孔に対向する位置に設けられる、
請求項９に記載の基板処理装置。
【請求項１１】
基板処理装置の処理室内のステージの上に載置された基板の周縁を囲むフォーカスリングであって、
前記フォーカスリングの上面は、第一の平坦部と前記第一の平坦部より低い第二の平坦部とを有し、
前記第一の平坦部は、前記第二の平坦部より基板側にて基板の周縁を囲むように配置され、シースに相当する厚さ以上の幅を有する、フォーカスリング。
【請求項１２】
基板処理装置の処理室内のステージの上に載置された基板の周縁を囲むフォーカスリングであって、
前記フォーカスリングの下面は、前記ステージの周縁部の上に対向して設けられる際に、前記ステージの周縁部の傾きに追従する方向に所定の範囲で傾斜する傾斜部を有し、
前記フォーカスリングの上面は、第一の平坦部と前記第一の平坦部より低い第二の平坦部とを有し、
前記第一の平坦部は、前記第二の平坦部より基板側にて基板の周縁を囲むように配置され、シースに相当する厚さ以上の幅を有する、フォーカスリング。
【請求項１３】
前記シースに相当する厚さは、５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲に含まれる、
請求項１１又は１２に記載のフォーカスリング。
【請求項１４】
前記第一の平坦部は、基板の上面と同一又は近似する高さである、
請求項１１〜１３のいずれか一項に記載のフォーカスリング。
【請求項１５】
処理室内のステージと、
前記ステージの上に設けられた静電チャックと、
前記静電チャックの中央部に設けられた第１の吸着電極と、
前記静電チャックの周縁部に設けられた第２の吸着電極と、
前記静電チャックの上に載置された基板の周縁を囲むフォーカスリングと、を有し、
前記フォーカスリングの上面は、第一の平坦部と前記第一の平坦部より低い第二の平坦部とを有し、
前記第一の平坦部は、前記第二の平坦部より基板側にて基板の周縁を囲むように配置され、シースに相当する厚さ以上の幅を有する、基板処理装置。
【請求項１６】
処理室内のステージと、
前記ステージの上に設けられた静電チャックと、
前記静電チャックの中央部に設けられた第１の吸着電極と、
前記静電チャックの周縁部に設けられた第２の吸着電極と、
前記静電チャックの上に載置された基板の周縁を囲むフォーカスリングと、を有し、
前記フォーカスリングの下面は、前記ステージの周縁部の上に対向して設けられる際に、前記ステージの周縁部の傾きに追従する方向に所定の範囲で傾斜する傾斜部を有し、
前記フォーカスリングの上面は、第一の平坦部と前記第一の平坦部より低い第二の平坦部とを有し、
前記第一の平坦部は、前記第二の平坦部より基板側にて基板の周縁を囲むように配置され、シースに相当する厚さ以上の幅を有する、基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォーカスリング及び基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板処理装置の処理室内において、静電チャックの上に載置される基板の周縁には、基板を囲むようにフォーカスリングが設けられる。フォーカスリングは、処理室内にてプラズマ処理が行われる際に、プラズマをウェハＷの表面に向けて収束し、処理の効率を向上させる。
【０００３】
フォーカスリングは、一般にＳｉ（シリコン）から形成され、シリコンの下面の傾きを傾きがないフラットな状態から±数μｍで管理している。近年ではフォーカスリングの寿命の延長を目的として、ＳｉＣ（シリコンカーバイト）に代表される、より剛性の強い材料がフォーカスリングの材料として採用されている。
【０００４】
静電チャックの周縁部の上に配置されるフォーカスリングの下面には、Ｈｅ（ヘリウム）等の伝熱ガスが供給され、これにより、フォーカスリングの温度が制御される。特許文献１には、供給された伝熱ガスがフォーカスリングと静電チャックとの隙間から漏れる量（リーク量）の増大を抑えるために、ウェハ搬入出時及びウェハレスドライクリーニング（ＷＬＤＣ）時に、フォーカスリングを静電吸着することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１２２７４０号公報
【特許文献２】特開２０１６−２２５５８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
静電チャックは、ステージの外周側にてネジによりステージの上に固定させる都合上、周縁部が中央部より下がる構造を有する。その際、フォーカスリングがＳｉにより形成されている場合、ＳｉはＳｉＣよりもやわらかい物質であるため、フォーカスリングは、静電チャックの傾きにフィットする。このため、フォーカスリングと静電チャックとの隙間が狭まり、伝熱ガスが漏れることを抑制することができる。
【０００７】
しかしながら、フォーカスリングがＳｉＣにより形成されている場合、ＳｉＣはＳｉよりも硬いため、フォーカスリングと静電チャックとの隙間が狭まらず、伝熱ガスの漏れが顕著になるという課題を有する。
【０００８】
上記課題に対して、一側面では、本発明は、伝熱ガスの漏れを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、一の態様によれば、基板処理装置の処理室内のステージの上に載置された基板の周縁を囲むフォーカスリングであって、前記フォーカスリングの下面は、前記ステージの周縁部の上に対向して設けられる際に、前記ステージの周縁部の傾きに追従する方向に所定の範囲で傾斜する傾斜部を有する、フォーカスリングが提供される。
【００１０】
他の態様によれば、処理室内のステージと、前記ステージの上に設けられた静電チャックと、前記静電チャックの中央部に設けられた第１の吸着電極と、前記静電チャックの周縁部に設けられた第２の吸着電極と、前記静電チャックの上に載置された基板の周縁を囲むフォーカスリングと、を有し、前記フォーカスリングの下面は、前記ステージの周縁部の上に対向して設けられる際に、前記ステージの周縁部の傾きに追従する方向に所定の範囲で傾斜する傾斜部を有する、基板処理装置が提供される。
【００１１】
他の態様によれば、基板処理装置の処理室内のステージの上に載置された基板の周縁を囲むフォーカスリングであって、前記フォーカスリングの上面は、第一の平坦部と前記第一の平坦部より低い第二の平坦部とを有し、前記第一の平坦部は、前記第二の平坦部より基板側にて基板の周縁を囲むように配置され、シースに相当する厚さ以上の幅を有する、フォーカスリングが提供される。
【００１２】
他の態様によれば、基板処理装置の処理室内のステージの上に載置された基板の周縁を囲むフォーカスリングであって、前記フォーカスリングの下面は、前記ステージの周縁部の上に対向して設けられる際に、前記ステージの周縁部の傾きに追従する方向に所定の範囲で傾斜する傾斜部を有し、前記フォーカスリングの上面は、第一の平坦部と前記第一の平坦部より低い第二の平坦部とを有し、前記第一の平坦部は、前記第二の平坦部より基板側にて基板の周縁を囲むように配置され、シースに相当する厚さ以上の幅を有する、フォーカスリングが提供される。
【００１３】
他の態様によれば、処理室内のステージと、前記ステージの上に設けられた静電チャックと、前記静電チャックの中央部に設けられた第１の吸着電極と、前記静電チャックの周縁部に設けられた第２の吸着電極と、前記静電チャックの上に載置された基板の周縁を囲むフォーカスリングと、を有し、前記フォーカスリングの上面は、第一の平坦部と前記第一の平坦部より低い第二の平坦部とを有し、前記第一の平坦部は、前記第二の平坦部より基板側にて基板の周縁を囲むように配置され、シースに相当する厚さ以上の幅を有する、基板処理装置が提供される。
【００１４】
他の態様によれば、処理室内のステージと、前記ステージの上に設けられた静電チャックと、前記静電チャックの中央部に設けられた第１の吸着電極と、前記静電チャックの周縁部に設けられた第２の吸着電極と、前記静電チャックの上に載置された基板の周縁を囲むフォーカスリングと、を有し、前記フォーカスリングの下面は、前記ステージの周縁部の上に対向して設けられる際に、前記ステージの周縁部の傾きに追従する方向に所定の範囲で傾斜する傾斜部を有し、前記フォーカスリングの上面は、第一の平坦部と前記第一の平坦部より低い第二の平坦部とを有し、前記第一の平坦部は、前記第二の平坦部より基板側にて基板の周縁を囲むように配置され、シースに相当する厚さ以上の幅を有する、基板処理装置が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
一の側面によれば、伝熱ガスの漏れを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一実施形態に係る基板処理装置の一例を示す図。
【図２】一実施形態に係るフォーカスリングの下面の形状の一例を示す図。
【図３】一実施形態に係る静電チャックの反りの一例を示す図。
【図４】一実施形態に係る静電チャックの反り量の一例を示す図。
【図５】一実施形態に係るフォーカスリングによる伝熱ガスの漏れ量を計測するための条件の一例を示す図。
【図６】一実施形態に係るフォーカスリングによる伝熱ガスの漏れ量の一例を示す図。
【図７】一実施形態に係るフォーカスリングの材料の一例と物性値を示す図。
【図８】一実施形態に係るフォーカスリングと温度均一性の一例を示す図。
【図９】一実施形態に係るフォーカスリングの他の例を示す図。
【図１０】フォーカスリングの消耗によるエッチングレート及びチルティングの変動を説明するための図。
【図１１】一実施形態に係るフォーカスリングによる伝熱ガスの漏れ量の一例を示す図。
【図１２】一実施形態の変形例１に係るフォーカスリングの一例を示す図。
【図１３】一実施形態の変形例２に係るフォーカスリングの一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
【００１８】
［基板処理装置の全体構成］
図１は、一実施形態に係る基板処理装置１の概略構成を示す断面図である。なお、本実施形態では、本願の開示する基板処理装置１がＲＩＥ（Reactive Ion Etching）型の基板処理装置１である例について説明する。ただし、基板処理装置１は、表面波プラズマを利用したプラズマエッチング装置やプラズマＣＶＤ装置等に適用されてもよい。
【００１９】
基板処理装置１は、金属製、例えば、アルミニウム又はステンレス鋼製の円筒型の処理容器１０を有し、その内部は、プラズマエッチングやプラズマＣＶＤ等のプラズマ処理が行われる処理室となっている。処理容器１０は接地されている。
【００２０】
処理容器１０の内部には、被処理体（基板）としてのウェハＷを載置する円板状のステージ（下部電極）１１が配設されている。このステージ１１は、基材１１ａを有し、基材１１ａの上に静電チャック２５を有する。基材１１ａは、例えば、アルミニウムからなり、絶縁性の筒状保持部材１２を介して処理容器１０の底から垂直上方に延びる筒状支持部１３に支持されている。
【００２１】
処理容器１０の側壁と筒状支持部１３との間には排気路１４が形成されている。排気路１４の入口又は途中にが環状のバッフル板１５が配設されると共に、底部に排気口１６が設けられている。排気口１６には、排気管１７を介して排気装置１８が接続されている。排気装置１８は、真空ポンプを有し、処理容器１０内の処理空間を所定の真空度まで減圧する。また、排気管１７は可変式バタフライバルブである自動圧力制御弁（automatic pressure control valve）（以下、「ＡＰＣ」という）を有し、ＡＰＣは自動的に処理容器１０内の圧力制御を行う。さらに、処理容器１０の側壁には、ウェハＷの搬入出口１９を開閉するゲートバルブ２０が取り付けられている。
【００２２】
ステージ１１には、プラズマ生成およびＲＩＥ用の第１高周波電源２１が整合器２１ａを介して電気的に接続されている。第１高周波電源２１は、所定の第１の高周波電力、例えば、４０ＭＨｚの周波数の電力をステージ１１に印加する。
【００２３】
ステージ１１には、バイアス印加用の第２高周波電源２２が整合器２２ａを介して電気的に接続されている。第２高周波電源２２は、第１高周波よりも低い第２高周波電力、例えば、３ＭＨｚの周波数の電力をステージ１１に印加する。
【００２４】
また、処理容器１０の天井部には、後述する接地電位の上部電極としてのガスシャワーヘッド２４が配設されている。これにより、第１高周波電源２１からの高周波電力がステージ１１とガスシャワーヘッド２４との間に印加される。
【００２５】
ステージ１１の上面にはウェハＷを静電吸着力で吸着する静電チャック２５が配設されている。この静電チャック２５は、ウェハＷが載置される円板状の中央部２５ａと、環状の周縁部２５ｂとからなり、中央部２５ａの高さは周縁部２５ｂの高さよりも高くなっている。周縁部２５ｂの上面には、基板の周縁を環状に囲むフォーカスリング３０が載置されている。
【００２６】
また、中央部２５ａは、導電膜からなる電極板２５ｃを一対の誘電膜の間に挟み込むことによって構成される。周縁部２５ｂは、導電膜からなる電極板２５ｄを一対の誘電膜の間に挟み込むことによって構成される。電極板２５ｃには直流電源２６がスイッチ２７を介して電気的に接続されている。電極板２５ｄには直流電源２８−１、２８−２がスイッチ２９−１、２９−２を介して電気的に接続されている。そして、静電チャック２５は、直流電源２６から電極板２５ｃに印加されたＤＣ電圧によりクーロン力等の静電力を発生させ、静電力により静電チャック２５にウェハＷを吸着保持する。また、静電チャック２５は、直流電源２８−１、２８−２から電極板２５ｄに印加されたＤＣ電圧によりクーロン力等の静電力を発生させ、静電力により静電チャック２５にフォーカスリング３０を吸着保持する。電極板２５ｃは、静電チャック２５の中央部２５ａに設けられた第１の吸着電極の一例であり、電極板２５ｄは、静電チャック２５の周縁部２５ｂに設けられた第２の吸着電極の一例である。
【００２７】
ステージ１１の内部には、例えば、円周方向に延在する環状の冷媒室３１が設けられている。この冷媒室３１には、チラーユニット３２から配管３３、３４を介して所定温度の冷媒、例えば、冷却水が循環供給され、当該冷媒の温度によって静電チャック２５上のウェハＷの処理温度を制御する。
【００２８】
また、静電チャック２５には、ガス供給ライン３６を介して伝熱ガス供給部３５が接続されている。ガス供給ライン３６は、静電チャック２５の中央部２５ａに至るウェハ側ライン３６ａと、静電チャック２５の周縁部２５ｂに至るフォーカスリング側ライン３６ｂとに分岐されている。
【００２９】
伝熱ガス供給部３５は、ウェハ側ライン３６ａを用いて、静電チャック２５の中央部２５ａと、ウェハＷとで挟まれる空間に伝熱ガスを供給する。また、伝熱ガス供給部３５は、フォーカスリング側ライン３６ｂを用いて、静電チャック２５の周縁部２５ｂと、フォーカスリング３０とで挟まれる空間に伝熱ガスを供給する。伝熱ガスとしては、熱伝導性を有するガス、例えば、Ｈｅガス等が好適に用いられる。
【００３０】
天井部のガスシャワーヘッド２４は、下面の電極板３７と、該電極板３７を着脱可能に支持する電極支持体３８とを有する。電極板３７は、多数のガス通気孔３７ａを有する。また、該電極支持体３８の内部にはバッファ室３９が設けられ、このバッファ室３９のガス導入口３８ａには処理ガス供給部４０からのガス供給配管４１が接続されている。また、処理容器１０の周囲には、環状又は同心状に延びる磁石４２が配置されている。
【００３１】
基板処理装置１の各構成要素は、制御部４３に接続されている。制御部４３は、基板処理装置１の各構成要素を制御する。各構成要素としては、例えば、排気装置１８、第１高周波電源２１、第２高周波電源２２、静電チャック用のスイッチ２７、２９−１、２９−２、直流電源２６、２８−１、２８−２、チラーユニット３２、伝熱ガス供給部３５および処理ガス供給部４０等が挙げられる。
【００３２】
制御部４３は、ＣＰＵ４３ａ及びメモリ４３ｂ（記憶装置）を備え、メモリ４３ｂに記憶されたプログラム及び処理レシピを読み出して実行することで、基板処理装置１において所望の基板処理を制御する。また、制御部４３は、基板処理に応じて、フォーカスリング３０を静電吸着するための静電吸着処理や、伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給処理を制御する。
【００３３】
基板処理装置１の処理容器１０内では、磁石４２によって一方向に向かう水平磁界が形成される。また、ステージ１１とガスシャワーヘッド２４との間に印加された高周波電力によって鉛直方向のＲＦ電界が形成される。これにより、処理容器１０内において処理ガスを介したマグネトロン放電が行われ、ステージ１１の表面近傍において処理ガスから高密度のプラズマが生成される。
【００３４】
基板処理装置１では、ドライエッチング処理の際、先ずゲートバルブ２０を開状態にして加工対象のウェハＷを処理容器１０内に搬入し、静電チャック２５の上に載置する。そして、処理ガス供給部４０より処理ガス（例えば、所定の流量比率のＣ４Ｆ８ガス、Ｏ２ガス及びＡｒガスから成る混合ガス）を所定の流量および流量比で処理容器１０内に導入し、排気装置１８等により処理容器１０内の圧力を所定値にする。さらに、第１高周波電源２１及び第２高周波電源２２より高周波電力をステージ１１に供給し、直流電源２６よりＤＣ電圧を静電チャック２５の電極板２５ｃに印加し、ウェハＷを静電チャック２５上に吸着する。伝熱ガスをウェハＷ及びフォーカスリング３０の裏面に供給する。そして、ガスシャワーヘッド２４により吐出された処理ガスがプラズマ化し、プラズマ中のラジカルやイオンによってウェハＷの表面に所定のプラズマ処理が行われる。
【００３５】
［フォーカスリングの傾斜部］
次に、本実施形態に係るフォーカスリング３０の構成について、図２を参照しながら説明する。本実施形態に係るフォーカスリング３０の下面は、フォーカスリング３０が静電チャック２５の周縁部２５ｂの上に対向して設けられる際に、静電チャック２５の周縁部２５ｂの傾きに追従する方向に所定の範囲だけ傾斜する傾斜部３０ａを有する。
【００３６】
静電チャック２５は、図３に示すように、静電チャック２５の周縁部２５ｂにてネジ７２で基材１１ａに固定されている。フォーカスリング３０は、ネジ７２上の静電チャック２５の部分２５ｆを介して周縁部２５ｂの上に設置される。
【００３７】
ネジ７２で固定された部分よりも内側の、基材１１ａと静電チャック２５との間には、内周側のＯリング７０及び周縁部のＯリング７１が設けられている。このような構造により、静電チャック２５の中央部２５ａ側のＯリング７０の反力及び周縁部２５ｂ側のＯリング７１の反力とネジ７２による固定とにより、静電チャック２５の中央部２５ａは周縁部２５ｂよりも持ち上がる。これにより、静電チャック２５は、その周縁部２５ｂが中央部２５ａよりも低くなる形状に変形する。
【００３８】
図４は、一実施形態に係る静電チャック２５の反り量の一例を示す。図４は、静電チャック２５のフォーカスリング吸着面（周縁部２５ｂ）の反りの状態を示す。これによれば、静電チャック２５のフォーカスリング吸着面に反りが生じていることがわかる。
【００３９】
本実施形態に係るフォーカスリング３０がＳｉＣにより形成されている場合、ＳｉＣはＳｉよりも硬いため、静電チャック２５の傾きにフィットしない。このため、フォーカスリング３０の裏面に傾きを設けないと、静電チャック２５との隙間が密着せず、伝熱ガスが漏れるという不具合が生じる。
【００４０】
そこで、本実施形態に係るフォーカスリング３０は、静電チャック２５の周縁部２５ｂの傾きに追従する方向に傾斜する傾斜部３０ａを有する。これにより、フォーカスリング３０と静電チャック２５との隙間が狭まり、伝熱ガスの漏れを低減することができる。
【００４１】
［フォーカスリングの傾斜］
フォーカスリング３０の下面の傾斜は、フォーカスリング３０の径方向の幅のうち、静電チャック２５上に乗っている幅＋αを示す３８ｍｍに対して、図２のＳに示すように、１０μｍ〜２０μｍの範囲で外周側に下がる。つまり、水平方向に対する傾斜角θは、傾斜が１０μｍのとき、約０．０３°、２０μｍのとき、約０．０６°、つまり、０．０３°〜０．０６°の範囲であることが好ましい。以下、この範囲の数値が好ましい理由について説明する。
【００４２】
フォーカスリング３０の下面の傾斜の度合いを変えて、伝熱ガスの漏れ量の実験を行った。その実験の条件を図５に示し、その実験の結果を図６に示す。図５に示すように、伝熱ガスの漏れ量の実験は、（ａ）条件１、（ｂ）条件２、（ｃ）条件３の異なる３ステップについて行った。
【００４３】
（ａ）条件１では、プラズマプロセスの圧力条件が１０ｍＴ（１．３３Ｐａ）、第１高周波電力の実効電力が５２５Ｗ、第２高周波電力の実効電力が４９００Ｗである。
【００４４】
（ｂ）条件２では、プラズマプロセスの圧力条件が１０ｍＴ（１．３３Ｐａ）、第１高周波電力の実効電力が３００Ｗ、第２高周波電力の実効電力が２８００Ｗである。
【００４５】
（ｃ）条件３では、プラズマプロセスの圧力条件が１５ｍＴ（２．００Ｐａ）、第１高周波電力の実効電力が１２００Ｗ、第２高周波電力の実効電力が８４００Ｗである。
【００４６】
この各条件において、基板処理装置１を用いたプラズマプロセス中にＨｅガスを伝熱ガスとして供給した。また、１台の静電チャック２５を用いて実験を行った。図６（ａ）〜図６（ｃ）のそれぞれは、１台の静電チャック２５における実験結果を示す。図６（ａ）〜図６（ｃ）のいずれのエッチング処理の場合にも、横軸に示すフォーカスリング３０の下面の傾斜を変えたところ、図６（ａ）〜図６（ｃ）の縦軸に示すＨｅガスの漏れ量に類似する変化が生じた。図６の横軸はフォーカスリング３０の下面の傾斜の度合いを示し、図６の縦軸は伝熱ガス（Ｈｅ）の漏れ量を示す。
【００４７】
横軸に示す値がマイナスのとき、フォーカスリング３０の下面は、内周側が外周側よりも低くなるように傾いている。横軸に示す値がプラスのとき、フォーカスリング３０の下面は、図２のＳに示すように、外周側が内周側よりも１０μｍ〜２０μｍの範囲で低くなるように傾いている。
【００４８】
この結果、図６（ａ）の条件１、図６（ｂ）の条件２、図６（ｃ）の条件３のいずれの場合も、伝熱ガス（Ｈｅ）の漏れ量は外周側が内周側よりも１０μｍ〜２０μｍの範囲で低くなるように傾いているときに最も少ないことがわかる。つまり、フォーカスリング３０の下面は、フォーカスリング３０の径方向に、フォーカスリング３０の外周側が内周側よりも下がるように傾斜し、またその傾斜は、上記に示したフォーカスリング３０のサイズにおいて１０μｍ〜２０μｍの範囲であることが好ましいことがわかる。
【００４９】
傾斜が上記範囲の下限値（１０μｍ）よりも小さくなると、フォーカスリング３０の外周側から伝熱ガスが漏れることを抑制できなくなる。他方、傾斜が上記範囲の上限値（２０μｍ）よりも大きくなると、フォーカスリング３０の内周側から伝熱ガスが漏れることを抑制できなくなる。よって、フォーカスリング３０の傾斜を１０μｍ〜２０μｍの範囲で外周側が内周側よりも低くする。これにより、フォーカスリング３０の下面から伝熱ガスが漏れることを抑制することができる。
【００５０】
［フォーカスリングの材料］
図７に示すように、フォーカスリング３０は、ヤング率が１．３０×１０１１のＳｉ（シリコン）よりも硬いＳｉＣ（シリコンカーバイト）、Ｗ（タングステン）、ＷＣ（タングステンカーバイト）及びセラミックスであってもよい。また、フォーカスリング３０は、Ｓｉよりも硬い材料だけでなく、ＳｉやＳｉＯ２であってもよい。
【００５１】
ＳｉＣ（シリコンカーバイト）のヤング率は４．３０×１０１１（Ｐａ）であり、Ｗ（タングステン）のヤング率は４．１１×１０１１（Ｐａ）であり、ＷＣ（タングステンカーバイト）のヤング率は５．５０×１０１１（Ｐａ）である。更に、セラミックスのヤング率は１．８０×１０１１（Ｐａ）である。
【００５２】
本実施形態に係るフォーカスリング３０は、Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、Ｗ、ＷＣ及びセラミックスのヤング率を含む、ヤング率が５．０×１０１０〜１．０×１０１２（Ｐａ）の範囲の物質であることが好ましい。
【００５３】
特に、フォーカスリング３０がＳｉＣ（シリコンカーバイト）により形成されている場合、従来から使用されているＳｉ（シリコン）のフォーカスリング３０とプラズマプロセスに対する耐性等の性質が似ているため好ましい。
【００５４】
［フォーカスリングの温度制御］
次に、フォーカスリング３０の裏面の形状と温度制御について、図８を参照しながら説明する。図８（ａ）のケース１では、断面図に示すようにフォーカスリング３０の裏面に傾斜部はなく、フラットである。図８（ｂ）のケース２では、断面図に示すようにフォーカスリング３０の裏面に傾斜部はなく、静電チャック２５側の伝熱ガスを供給するフォーカスリング側ライン３６ｂの上方に環状の溝部３０ｂが形成されている。
【００５５】
図８（ａ）の上面図及び図８（ｂ）の上面図に示すように、フォーカスリング側ライン３６ｂの先端のガス孔Ｈから伝熱ガスがフォーカスリング３０の裏面に向けて導入される。その結果、ケース２では、伝熱ガスが溝部３０ｂ内の空間にて拡散されることで、ケース１よりも伝熱ガスの漏れをさらに低減でき、フォーカスリング３０の温度制御が良好になり、温度分布の均一性が図られる。
【００５６】
なお、本実験の結果は、フォーカスリング３０の温度を直接測定した結果ではない。本実験におけるフォーカスリング３０における温度均一性の判断は、フォーカスリング３０に付着した反応生成物の分布のムラ（不均一）で判断している。温度が不均一であると、フォーカスリング３０に付着した反応生成物の分布に顕著なムラが現れる。よって、本実験では、反応生成物の分布のムラの有無により、フォーカスリング３０における温度均一性の判断を行った。
【００５７】
また、この実験では、フォーカスリング３０の厚さＬは３．３５ｍｍであった。また、溝部３０ｂの深さＧ１及び幅Ｇ２を、次の４つのパターンに設定して実験を行った。
（１）深さＧ１  ０．５ｍｍ    幅Ｇ２  ２．２ｍｍ
（２）深さＧ１  ０．１ｍｍ    幅Ｇ２  ２．２ｍｍ
（３）深さＧ１  ０．１ｍｍ    幅Ｇ２  ５．６ｍｍ
（４）深さＧ１  ０．０５ｍｍ  幅Ｇ２  ５．６ｍｍ
いずれのパターンにおいても、フォーカスリング３０の裏面の溝部３０ｂを伝熱ガスのガス孔Ｈに対向する位置に設けることで、溝部を有しない図８（ａ）のケース１よりもフォーカスリング３０における温度分布の均一性が図られていることがわかった。
【００５８】
そこで、図９（ａ）に示すように、本実施形態に係るフォーカスリング３０では、その下面に、静電チャック２５の周縁部２５ｂの傾きに追従する方向に１０μｍ〜２０μｍの傾斜を有する傾斜部３０ａを備え、更に、その傾斜面には溝部３０ｂを形成してもよい。形成される溝部３０ｂは、周方向に延在する環状の溝であってもよいし、伝熱ガスの複数のガス孔Ｈの上方に形成される、環状ではない複数の凹みであってもよい。
【００５９】
本実施形態に係るフォーカスリング３０は、図９（ｂ）に示すように、３つのパーツ３０ｃ、３０ｄ、３０ｅから構成され、中央のパーツ３０ｄの高さ方向の長さを、両側のパーツ３０ｃ及び３０ｅの長さよりも短くすることで溝部３０ｂを形成してもよい。つまり、溝部３０ｂは、３つのパーツ３０ｃ、３０ｄ、３０ｅの段差から形成される。また、本実施形態に係るフォーカスリング３０の溝部３０ｂを伝熱ガスのガス孔Ｈに対向する位置に設けることで、伝熱ガスの漏れを低減でき、フォーカスリング３０における温度分布の均一性を図ることができる。
【００６０】
本実施形態に係るフォーカスリング３０は、図９（ｃ）に示す３つのパーツ３０ｃ、３０ｄ、３０ｆから構成されてもよい。この場合のフォーカスリング３０は、図９（ｂ）と同様に、中央のパーツ３０ｄの高さ方向の長さを、両側のパーツ３０ｃ及び３０ｆの長さよりも短くすることで溝部３０ｂを形成してもよい。フォーカスリング３０の最外周部の形状は、図９（ｂ）のパーツ３０ｅに示すように角を設けてもよいし、図９（ｃ）のパーツ３０ｆに示すように丸くしてもよい。
【００６１】
図９（ａ）〜図９（ｃ）の溝部３０ｂに替えて、図９（ｄ）に示すように、内部で屈曲する溝部３０ｇであってもよい。溝部３０ｇの屈曲は、内側に向いてもよいし、外側に向いてもよいし、両側に向いてもよい。
【００６２】
図９（ａ）〜図９（ｄ）に示すように、フォーカスリング３０の下面を所定の範囲で傾斜させるとともに、溝部３０ｂや溝部３０ｇを設けることで、伝熱ガスの漏れを低減し、温度分布の均一性を図ることができる。フォーカスリング３０の下面に形成される溝部の少なくとも一部は、伝熱ガスのガス孔Ｈに対向する位置に設けられることが好ましい。
【００６３】
以上に説明したように、本実施形態に係るフォーカスリング３０によれば、下面が所定の範囲で傾斜する傾斜部３０ａを有する。これにより、フォーカスリング３０が、静電チャック２５の傾きにフィットし、伝熱ガスが漏れることを低減することができる。
【００６４】
また、傾斜部３０ａに溝部を設けることで、伝熱ガスが漏れることをさらに低減するとともに、フォーカスリング３０の下面に供給される伝熱ガスの拡散を容易にし、フォーカスリング３０の温度分布の均一性を図ることができる。
【００６５】
［変形例１］
次に、本発明の一実施形態の変形例１に係るフォーカスリング３０の構成について説明する前に、フォーカスリング３０の消耗によるシースの状態について、図１０を参照しながら説明する。
【００６６】
図１０（ａ）に示すように、フォーカスリング３０は、例えば新品の場合にウェハＷの上面とフォーカスリング３０の上面とは同じ高さになるように設計されている。このとき、プラズマ処理中のウェハＷ上のシースとフォーカスリング３０上のシースとは同じ高さになる。この状態では、ウェハＷ上及びフォーカスリング３０上へのイオンの照射角度は垂直になり、この結果、ウェハＷ上に形成されるホール等のエッチング形状は垂直に形成され、エッチング形状が斜めになるチルティング（tilting）は生じない。また、ウェハＷの面内全体においてエッチングレートが均一になる。
【００６７】
ところが、プラズマ処理中、フォーカスリング３０はプラズマに曝露され、消耗する。そうすると、図１０（ｂ）に示すように、フォーカスリング３０の上面は、ウェハＷの上面よりも低くなり、フォーカスリング３０上のシースの高さはウェハＷ上のシースの高さよりも低くなる。
【００６８】
この結果、シースの高さに段差が生じているウェハＷのエッジ部においてイオンの照射角度が斜めになり、エッチング形状のチルティング（tilting）が生じる。また、ウェハＷのエッジ部のエッチングレートが変動し、ウェハＷの面内におけるエッチングレートに不均一が生じる。
【００６９】
一方、前述した通り、図１０（ａ）に示すフォーカスリング３０がＳｉＣにより形成されている場合、ＳｉＣはＳｉよりも硬いため、フォーカスリングがＳｉにより形成されている場合よりも静電チャック２５の傾きにフィットし難い。このため、フォーカスリング３０の裏面に供給されるＨｅ等の伝熱ガスが、フォーカスリング３０の裏面と静電チャック２５との隙間から漏れる量が増大するという課題を有する。
【００７０】
図１１は、フォーカスリング３０がＳｉＣにより形成されている場合のＨｅガスの漏れ量の一例を示す。図１１の横軸はフォーカスリング３０の裏面へのＨｅガスの供給量を示し、図６の縦軸はフォーカスリング３０の裏面と静電チャック２５との隙間から漏れるＨｅガスの量を示す。図１１の左側は厚さが３．３５ｍｍのＳｉＣのフォーカスリング３０を使用した場合の結果であり、右側は厚さが３．５ｍｍのＳｉＣのフォーカスリング３０を使用した場合の結果である。
【００７１】
これによれば、厚さが３．３５ｍｍのフォーカスリング３０を使用した場合、２ｓｃｃｍ程度のＨｅガスが漏れていることがわかる。更に、厚さが３．５ｍｍのフォーカスリング３０を使用した場合、３．５ｓｃｃｍ程度のＨｅガスが漏れていることがわかる。つまり、ヤング率が５．０×１０１０〜１．０×１０１２（Ｐａ）のＳｉＣ等の物質をフォーカスリング３０に使用する場合、その厚さによってＨｅガスの漏れ量が変わることがわかる。
【００７２】
そこで、本実施形態の変形例１では、図１２（ａ）に示すように、フォーカスリング３０の上面の形状及び厚さを工夫する。具体的には、変形例１にかかるフォーカスリング３０の上面は、第一の平坦部３０ｈと第一の平坦部３０ｈよりも低い第二の平坦部３０ｉとを有する。第一の平坦部３０ｈは、第二の平坦部３０ｉよりウェハＷ側にてウェハＷの周縁を囲むように配置される。
【００７３】
かかる構成によれば、フォーカスリング３０の上面に第一の平坦部３０ｈよりも低い第二の平坦部３０ｉを形成することで、フォーカスリング３０の外周側においてその強度を低くする。これにより、フォーカスリング３０の裏面と静電チャック２５との隙間から伝熱ガスが漏れることを低減できる。
【００７４】
更に、変形例１に係るフォーカスリング３０の上面には、ウェハＷの周縁を囲むように第一の平坦部３０ｈが形成され、ウェハＷの周縁近傍のフォーカスリング３０の上面の厚さは薄くしない。これにより、エッチング形状のチルティングを防止することができる。
【００７５】
具体的には、第一の平坦部３０ｈの幅Ｄは、シースに相当する厚さ又はそれ以上に形成されることが好ましい。シースの厚さは、直流電源から印加されるＤＣ電圧等により変化するが、概ね５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲の値になる。よって、第一の平坦部３０ｈは、５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲の幅又は１０ｍｍ以上の幅であることが好ましい。
【００７６】
第一の平坦部３０ｈの幅Ｄを、シースに相当する厚さ又はそれ以上の厚さにすることで、シースがウェハＷのエッジ部等において斜めになることを防止できる。つまり、本変形例では、第一の平坦部３０ｈがシースに相当する厚さ以上の幅Ｄを有するため、図１２（ｂ）に示すように、ウェハＷのエッジ部よりも幅Ｄに対応する距離だけ外側でシースの高さに段差が生じる。これにより、ウェハＷのエッジ部等においてエッチング形状のチルティングが発生することを防止できる。また、エッチングレートの均一性を図ることができる。
【００７７】
図１２（ａ）に示すフォーカスリング３０の第一の平坦部３０ｈの高さＢは、プロセス条件に合わせて決定され、ウェハＷの上面と同一又は近似する高さであることが好ましい。
【００７８】
フォーカスリング３０の第二の平坦部３０ｉの高さＣは、フォーカスリング３０の勾配公差、静電チャック２５の勾配公差及びフォーカスリング３０の材料の物性値（ヤング率等）によって定まる。
【００７９】
第二の平坦部３０ｉの高さＣは、一定であってもよいし、一定でなくてもよい。例えば、第二の平坦部３０ｉの高さＣは、フラットであってもよく、外周側に向けて徐々に低くしてもよい。また、第二の平坦部３０ｉの高さＣは、内側及び外側よりも中央部を低くしてもよい。ただし、第二の平坦部３０ｉの高さＣは、少なくとも第一の平坦部３０ｈの高さＢよりも低くする。つまり、第二の平坦部３０ｉの強度は、第一の平坦部３０ｈの強度よりも低くなるように設計される。
【００８０】
変形例１に係るフォーカスリング３０によれば、フォーカスリング３０の上面に第一の平坦部３０ｈよりも低い第二の平坦部３０ｉを形成することで、伝熱ガスの漏れ量を低減することができる。これに加えて、ウェハＷのエッジ部においてエッチング形状のチルティングが発生することを防止し、エッチングレートの均一性を図ることができる。
【００８１】
なお、変形例１に係るフォーカスリング３０を上記実施形態にて説明した基板処理装置１に適用することが可能である。これにより、伝熱ガスの漏れ量を低減するとともに、フォーカスリング３０がプラズマ処理により消耗した後においても、エッチング形状のチルティングの発生を防止し、エッチングレートの均一性を図ることができる。
【００８２】
［変形例２］
次に、本実施形態の変形例２に係るフォーカスリング３０について、図１３を参照しながら説明する。図１３（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態の変形例２に係るフォーカスリング３０の一例を示す図である。
【００８３】
変形例２に係るフォーカスリング３０は、上記実施形態にて説明したフォーカスリングの下面の傾斜部と、変形例１にて説明したフォーカスリング３０の上面の構成との両方を有する。図１３（ａ）と図１３（ｂ）との違いは、図１３（ｂ）では、静電チャック２５側の伝熱ガスの導入口に凹み部があるのに対して、図１３（ａ）では、静電チャック２５側の伝熱ガスの導入口はフラットである点である。
【００８４】
すなわち、変形例２に係るフォーカスリング３０の下面は、フォーカスリング３０が静電チャック２５の周縁部上に対向して設けられる際に、静電チャック２５の周縁部２５ｂの傾きに追従する方向に所定の範囲だけ傾斜する傾斜部３０ａを有する。傾斜部３０ａにおけるフォーカスリング３０の下面の傾斜は、図２のＳに示すように、１０μｍ〜２０μｍの範囲で外周側に下がる。つまり、水平方向に対する傾斜角θは、傾斜が１０μｍのときに約０．０３°、２０μｍのときに約０．０６°、つまり、０．０３°〜０．０６°の範囲の角度であることが好ましい。
【００８５】
図１３（ａ）及び（ｂ）に示すように、変形例２に係るフォーカスリング３０の上面は、変形例１に係るフォーカスリング３０と同一構成であり、第一の平坦部３０ｈと第一の平坦部３０ｈよりも低い第二の平坦部３０ｉとを有する。第一の平坦部３０ｈは、第二の平坦部３０ｉよりウェハＷ側にてウェハＷの周縁を囲むように配置される。第一の平坦部３０ｈの幅Ｄは、シースに相当する厚さ又はそれ以上であり、第一の平坦部３０ｈは、５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲の幅又は１０ｍｍ以上の幅であることが好ましい。
【００８６】
かかる構成により、変形例２に係るフォーカスリング３０は、本発明の一実施形態に係るフォーカスリング３０の下面に係る特徴と、変形例１に係るフォーカスリング３０の上面に係る特徴とを有する。これにより、変形例２に係るフォーカスリング３０によれば、伝熱ガスの漏れをより低減することができる。加えて、エッチング形状のチルティングの発生を防止し、エッチングレートの均一性を図ることができる。
【００８７】
なお、変形例２に係るフォーカスリング３０を上記実施形態にて説明した基板処理装置１に適用することが可能である。これにより、伝熱ガスの漏れ量をより低減することができる。加えて、フォーカスリング３０がプラズマ処理により消耗した後においても、エッチング形状のチルティングの発生を防止し、エッチングレートの均一性を図ることができる。
【００８８】
以上、フォーカスリング及び基板処理装置を上記実施形態により説明したが、本発明にかかるフォーカスリング及び基板処理装置は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
【００８９】
例えば、本発明は、図１の平行平板型２周波印加装置だけでなく、その他の基板処理装置に適用可能である。その他の基板処理装置としては、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ:Capacitively Coupled Plasma)装置、誘導結合型プラズマ(ＩＣＰ:Inductively Coupled Plasma)処理装置、ラジアルラインスロットアンテナを用いた基板処理装置、ヘリコン波励起型プラズマ（ＨＷＰ：Helicon Wave Plasma）装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Ｒesonance Plasma）装置、表面波基板処理装置等であってもよい。
【００９０】
本明細書では、エッチング対象の基板として半導体ウェハＷについて説明したが、これに限らず、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＦＰＤ（Flat Panel Display）等に用いられる各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等であっても良い。
【符号の説明】
【００９１】
１  基板処理装置
１０：処理容器
１１：ステージ（下部電極）
１５：バッフル板
１８：排気装置
２１：第１高周波電源
２２：第２高周波電源
２４：ガスシャワーヘッド（上部電極）
２５：静電チャック
３０：フォーカスリング
２５ｃ：電極板
２５ｄ：電極板
２６：直流電源
２８−１：直流電源
２８−２：直流電源
３０：フォーカスリング
３０ａ：傾斜部
３０ｂ：溝部
３０ｃ〜３０ｆ：パーツ
３０ｇ：溝部
３１：冷媒室
３２：チラーユニット
３５：伝熱ガス供給部
７０：Ｏリング
７１：Ｏリング
Ｗ：ウェハ
Ｈ：ガス孔
【図１】
2018107433.tif 000003
【図２】
2018107433.tif 000004
【図３】
2018107433.tif 000005
【図４】
2018107433.tif 000006
【図５】
2018107433.tif 000007
【図６】
2018107433.tif 000008
【図７】
2018107433.tif 000009
【図８】
2018107433.tif 000010
【図９】
2018107433.tif 000011
【図１０】
2018107433.tif 000012
【図１１】
2018107433.tif 000013
【図１２】
2018107433.tif 000014
【図１３】
2018107433.tif 000015