JP2013125823A - エッチング装置およびフォーカスリング - Google Patents

Abstract

【課題】低コスト・省資源を実現しながら寿命を延ばすことができるフォーカスリングを備えるエッチング装置を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、エッチング装置１０は、支持テーブル２１と、フォーカスリング２３と、保護膜５０とを備える。支持テーブル２１は、電極として機能し、ウェハ１００を載置する。フォーカスリング２３は、リング状を有し、支持テーブル２１の外周に設けられ、内周にその他の部分よりも低く、支持テーブル２１の上面と略同じ高さの段差部２３１を有する。支持テーブル２１は、フォーカスリング２３の載置領域上にフォーカスリング２３を固定する位置決めピン２１１を有し、フォーカスリング２３は、位置決めピン２１１に対応する位置に凹部２３５を有する。保護膜５０は、フォーカスリング２３の段差部２３１を構成する側面２３２と底面２３３と、凹部２３５に対応するフォーカスリング２３の上面に設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、エッチング装置およびフォーカスリングに関する。

半導体装置の製造で使用されるＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置などのエッチング装置には、ウェハの周縁部で電界の偏向を抑える目的で、ウェハの周縁部を囲むようにフォーカスリングが配置される。プラズマ処理中には、ウェハを支持する支持部材に加えてフォーカスリングにも電界が印加されるので、フォーカスリングもエッチングされてしまう。

フォーカスリングは、一般的にＳｉからなり、半導体装置の製造工程では、ウェハのエッチングとともにエッチングされやすく寿命が短い。寿命を延ばす方法として、イットリアなどのプラズマ耐性を有する保護膜によって全面を被覆する方法がある。しかし、フォーカスリングは局所的にエッチングされ易く、フォーカスリングの全面を被覆すると局所的にイットリア膜が消失するため、寿命を延ばすには不十分であった。また、十分なプラズマ耐性を有する膜厚で被覆すると、イットリアは希土類元素であるイットリウムを構成元素に有する高価な材料であるため、コストがかかり貴重な資源も多く使用されてしまうという問題点があった。

特表２００６−５２２４８２号公報

本発明の一つの実施形態は、低コスト・省資源を実現しながら寿命を延ばすことができるフォーカスリングを備えるエッチング装置およびフォーカスリングを提供することを目的とする。

本発明の一つの実施形態によれば、チャンバ内に処理対象を保持する処理対象保持手段と、前記チャンバ内に導入されるガスをプラズマ化するプラズマ生成手段と、を備え、生成されたプラズマを用いて前記処理対象をエッチングするエッチング装置が提供される。ここで、前記処理対象保持手段は、処理対象支持部材と、フォーカスリングと、保護膜と、を備える。前記処理対象支持部材は、電極として機能し、前記処理対象を載置する。前記フォーカスリングは、リング状を有し、前記処理対象支持部材の外周に設けられ、内周にその他の部分よりも低く、前記処理対象支持部材の上面と略同じ高さの段差部を有する。前記保護膜は、前記フォーカスリングの所定の領域に設けられるイットリアを含有する膜からなる。また、前記処理対象支持部材は、前記フォーカスリングが載置されるフォーカスリング載置領域上に、前記フォーカスリングを固定する位置決めピンを有しており、前記フォーカスリングは、前記位置決めピンに対応する位置に凹部を有している。そして、前記保護膜は、前記フォーカスリングの前記段差部を構成する底面と側面、および前記凹部の形成位置に対応する前記フォーカスリングの上面に形成される。

図１は、エッチング装置の構成の一例を模式的に示す断面図である。 図２は、第１の実施形態によるフォーカスリング周辺の構成の一例を模式的に示す一部断面図である。 図３は、一般的なフォーカスリング周辺の構成の一例を模式的に示す一部断面図である。 図４は、フォーカスリングの経時変化を模式的に示す図である。 図５は、第２の実施形態によるフォーカスリング周辺の構成の一例を模式的に示す一部断面図である。 図６は、フォーカスリングの構造の一例を示す図である。 図７は、フォーカスリングの経時変化を模式的に示す図である。 図８は、エッチング装置の構成の一例を模式的に示す断面図である。 図９は、エッジリング周辺の構成の一例を模式的に示す一部断面図である。 図１０は、第３の実施形態によるエッジリング周辺の構成の一例を模式的に示す一部断面図である。 図１１は、一般的なトップエッジリング周辺の構成の一例を模式的に示す一部断面図である。 図１２は、トップエッジリングの経時変化を模式的に示す図である。

以下に添付図面を参照して、実施形態にかかるエッチング装置およびフォーカスリングを詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。

（第１の実施形態）
図１は、エッチング装置の構成の一例を模式的に示す断面図であり、図２は、第１の実施形態によるフォーカスリング周辺の構成の一例を模式的に示す一部断面図であり、図３は、一般的なフォーカスリング周辺の構成の一例を模式的に示す一部断面図であり、図４は、フォーカスリングの経時変化を模式的に示す図である。ここでは、エッチング装置１０として、平行平板型ＲＩＥ装置を例示する。

図１に示されるように、エッチング装置１０は、気密に構成されたたとえばアルミニウム製のチャンバ１１を有している。チャンバ１１内には、処理対象としてのウェハ１００を水平に支持するとともに、下部電極として機能する支持テーブル２１が設けられている。支持テーブル２１の表面上には、図示しないがウェハ１００を静電吸着する静電チャック機構などの保持機構が設けられている。支持テーブル２１の表面付近の外周部には、Ｓｉからなるフォーカスリング２３が設けられ、支持テーブル２１とフォーカスリング２３の構造体の側面および支持テーブル２１との底面の周縁部を覆うようにインシュレータリング２２が配置される。フォーカスリング２３は、ウェハ１００のエッチング時に、電界がウェハ１００の周縁部で鉛直方向（ウェハ面に垂直な方向）に対して偏向しないように電界を調整するために設けられる部材である。

また、支持テーブル２１は、チャンバ１１内の中央付近に位置するように、チャンバ１１の中央付近の底壁から鉛直上方に筒状に突出する支持部１２上に、インシュレータリング２２を介して支持されている。インシュレータリング２２とチャンバ１１の側壁との間には、バッフルプレート２４が設けられている。バッフルプレート２４は、板の厚さ方向を貫通する複数のガス排出孔２５を有する。また、支持テーブル２１には、高周波電力を供給する給電線３１が接続されており、この給電線３１にブロッキングコンデンサ３２、整合器３３および高周波電源３４が接続されている。プラズマ処理時に高周波電源３４からは所定の周波数の高周波電力が支持テーブル２１に供給される。ここでは、支持テーブル２１、給電線３１、ブロッキングコンデンサ３２、整合器３３および高周波電源３４がプラズマ生成手段を構成している。

下部電極として機能する支持テーブル２１に対向するように、支持テーブル２１の上部に上部電極として機能するシャワーヘッド４１が設けられている。シャワーヘッド４１は支持テーブル２１と平行に対向するように、支持テーブル２１から所定の距離を隔てたチャンバ１１の上部付近の側壁に固定される。このような構造によって、シャワーヘッド４１と支持テーブル２１とは、一対の平行平板電極を構成している。また、シャワーヘッド４１には、板の厚さ方向を貫通する複数のガス吐出口４２が設けられている。

チャンバ１１の上部付近には、プラズマ処理時に使用される処理ガスが供給されるガス供給口１３が設けられており、ガス供給口１３には配管を通じて図示しないガス供給装置が接続されている。

支持テーブル２１とバッフルプレート２４よりも下部のチャンバ１１にはガス排気口１４が設けられており、ガス排気口１４には配管を通じて図示しない排気手段である真空ポンプが接続されている。

また、バッフルプレート２４とシャワーヘッド４１との間で区切られる領域のチャンバ１１の側壁には、プラズマ処理時に発生する堆積物のチャンバ１１の側壁への付着を防止するデポシールド４５が設けられている。さらに、チャンバ１１の所定の位置の側壁部には、ウェハ１００を出し入れする開口部１５が形成され、この開口部１５に対応するデポシールド４５の部分には、シャッタ４６が設けられている。シャッタ４６は、チャンバ１１の外部と内部との間を仕切る役割を有し、ウェハ１００を出し入れする際に、開口部１５とチャンバ１１内とを接続するように開閉される。

チャンバ１１内の支持テーブル２１およびバッフルプレート２４と、シャワーヘッド４１とで仕切られた領域は、プラズマ処理室６１となり、シャワーヘッド４１で仕切られたチャンバ１１内の上部の領域は、ガス供給室６２となり、支持テーブル２１およびバッフルプレート２４で仕切られたチャンバ１１内の下部の領域はガス排気室６３となる。

このように構成されたエッチング装置１０での処理の概要について説明する。まず、支持テーブル２１上に処理対象であるウェハ１００が載置され、たとえば静電チャック機構によって固定される。ついで、ガス排気口１４に接続される図示しない真空ポンプでチャンバ１１内が真空引きされる。このとき、ガス排気室６３とプラズマ処理室６１との間は、バッフルプレート２４に設けられたガス排出孔２５によって接続されているので、ガス排気口１４に繋がる真空ポンプによってチャンバ１１内全体が真空引きされる。

その後、チャンバ１１内が所定の圧力に達すると、プラズマ処理室６１とガス供給室６２との間はシャワーヘッド４１のガス吐出口４２によって接続されているので、図示しないガス供給装置からガス供給室６２に処理ガスが供給され、シャワーヘッド４１のガス吐出口４２を介してプラズマ処理室６１に供給される。プラズマ処理室６１内の圧力が所定の圧力に達すると、シャワーヘッド４１（上部電極）を接地した状態で、支持テーブル２１（下部電極）に高周波電圧を印加して、プラズマ処理室６１内にプラズマを生成させる。ここで、下部電極側には高周波電圧による自己バイアスにより、プラズマとウェハ１００との間に電位勾配が生じ、プラズマガス中のイオンが支持テーブル２１へと加速されることになり、異方性エッチング処理が行われる。

異方性エッチング処理時には、ウェハ１００だけでなくフォーカスリング２３やインシュレータリング２２もイオンやラジカルによってエッチングされる。このように、プラズマ生成領域に接する側の構成部材の面、すなわちプラズマ処理室６１の構成部材の表面は、プラズマに曝されて劣化し易いのでプラズマ処理時にエッチング耐性を有する保護膜５０が設けられる。

つぎに、本実施形態による保護膜５０を形成したフォーカスリング２３について説明する。図２に示されるように、ウェハ１００を支持する支持テーブル２１の上部の外周にはフォーカスリング２３が設けられている。フォーカスリング２３の支持テーブル２１側にはウェハ１００が載置される段差部２３１が設けられており、フォーカスリング２３の段差部２３１を構成する底面２３３は、支持テーブル２１の上面と略同じ高さとなり、フォーカスリング２３の段差部２３１以外の領域の上面は、支持テーブル２１上にウェハ１００を載置した場合にウェハ１００の上面と略同じか若干高くなるように構成されている。また、支持テーブル２１の上面の面積は、ウェハ１００の面積に比して小さいので、ウェハ１００は支持テーブル２１の上面とフォーカスリング２３の段差部２３１の底面２３３とからなるウェハ載置領域上に載置されることになる。通常、ウェハ１００は円形を有しているので、フォーカスリング２３の平面視上の形状はリング状となる。

図３に示されるように、一般的にはウェハ載置領域の寸法はウェハ１００の寸法（径）に比して大きく（広く）形成される。そのため、ウェハ１００をウェハ載置領域に載置すると、ウェハ１００の端部とフォーカスリング２３の段差部２３１を構成する側面２３２との間に隙間が生じる。

図４のグラフの横軸は、フォーカスリング２３の水平方向の位置を示し、縦軸はフォーカスリング２３の厚さを示している。また、図４の（ａ）は、製造された初期状態のフォーカスリング２３の断面プロファイルの一部を示し、（ｂ）は、所定の時間エッチングした後のフォーカスリング２３の断面プロファイルの一部を示し、（ｃ）は、所定の時間エッチングした後の本実施形態による保護膜５０を形成したフォーカスリング２３の断面プロファイルの一部を示している。

この図４では、フォーカスリング２３がＳｉで構成されている場合を示している。図４（ａ）に示されるように、フォーカスリング２３が製造された初期状態では、フォーカスリング２３の厚さは、段差部２３１を除いて略一定の厚さとなっている。一方、フォーカスリング２３を長時間使用していくと、フォーカスリング２３の露出している箇所がエッチングされていく。特に、段差部２３１以外の上面が略均等にエッチングされていくとともに、図３に示したウェハ１００とフォーカスリング２３の段差部２３１を構成する側面２３２との間に生じた隙間に対応する部分もエッチングされていく。その結果、図４（ｂ）に示されるように、隙間に対応する部分では、他の部分に比してフォーカスリング２３の厚さが薄くなり、この部分の厚さによって寿命が決まる。

そこで、第１の実施形態では、フォーカスリング２３の段差部２３１を構成する側面２３２および底面２３３にプラズマ耐性を有する保護膜５０を形成するようにしている。形成する保護膜５０の厚さとしては、０．１〜２００μｍ程度であることが望ましい。０．１μｍよりも薄いと、保護膜５０を形成した位置が他の領域よりも速くエッチングされてしまい、フォーカスリング２３の寿命を延ばすことができず、２００μｍよりも厚いと、保護膜５０が形成されていない領域が寿命となる厚さとなった場合でも、保護膜５０が残存している状態となり、保護膜５０が無駄になってしまうため、保護膜５０の厚さは上記範囲であることが望ましい。実際には、フォーカスリング２３の段差部２３１以外の領域の厚さが、フォーカスリング２３としての機能を実現することができない程度の厚さ（以下、交換厚さという）となるときに、ウェハ１００とフォーカスリング２３の段差部２３１を構成する側面２３２との間に生じた隙間に対応する部分の厚さが、交換厚さと同程度となるように保護膜５０の厚さが決定される。一例として、フォーカスリング２３の段差部２３１の落ち込み量に対応する量のＳｉがエッチングによって除去される時間と、隙間に対応する部分の保護膜５０がエッチングによって除去される時間とが略同じとなるように、保護膜５０の厚さを決定すればよい。

このようにフォーカスリング２３の段差部２３１に保護膜５０を形成した場合には、図４（ｃ）に示されるように、プラズマ耐性を有する保護膜５０の存在によって、所定時間エッチング処理後のフォーカスリング２３の厚さは、略均一となる。

保護膜５０として、たとえば酸化イットリウム粒子を含有する被膜（以下、イットリア膜という）を用いることができる。イットリア膜であれば、どのような膜であってもよいが、特に、少なくとも粒子の表面が溶融状態で隣接する粒子同士が結合し、固化した酸化イットリウム粒子を含み、一部の粒界が見えなくなったイットリア膜（以下、半溶融状態のイットリア膜という）であることが望ましい。この半溶融状態のイットリア膜は、酸化イットリウム粒子を有し、膜厚１０μｍ以上、膜密度９０％以上であり、単位面積２０μｍ×２０μｍ中に存在する粒界が確認できる酸化イットリウム粒子を面積率で０〜８０％含み、粒界が確認できない酸化イットリウム粒子を面積率で２０〜１００％含むものである。

半溶融状態のイットリア膜の膜厚は１０μｍ以上であることが好ましい。１０μｍ未満ではイットリア膜を設ける効果が十分得られず、却って膜はがれの原因となる虞がある。イットリア膜の厚さの上限は特に限定されるものではないが、あまり厚いとそれ以上の効果が得られず、また内部応力の蓄積によりクラックが発生し易くなりコストアップの要因ともなる。そのため、イットリア膜の厚さは１０〜２００μｍ、より好ましくは５０〜１５０μｍである。

また、膜密度は９０％以上、より好ましくは９５％以上、さらには９９％以上１００％以下であることが好ましい。イットリア膜中に気孔（ボイド）多く存在すると、その気孔からプラズマアタックなどの浸食が進行して酸化物被膜の寿命を低下させる。特にイットリア膜表面に気孔が少ないことが望ましい。

なお、膜密度とは気孔率の反対の用語であり、膜密度９０％以上とは、気孔率１０％以下と同じ意味である。膜密度の測定方法は、酸化物被膜を膜厚方向に切断し、その断面組織の光学顕微鏡による５００倍の拡大写真を撮り、そこに写る気孔の面積率を算出する。そして、「膜密度（％）＝１００−気孔の面積率」により膜密度を算出する。膜密度の算出には、単位面積２００μｍ×２００μｍの面積を分析するものとする。なお、膜厚が薄いときは、合計の単位面積が２００μｍ×２００μｍとなるまで複数個所測定するものとする。

さらに、「粒界が確認できる酸化イットリウム粒子」が面積率で８０％を超えると、衝撃による破壊熱が不十分であるため、堆積において急激な冷却状態となり膜の低密度化や結合力が低下し、場合によってはクラックが発生するので、「粒界が確認できる酸化イットリウム粒子」が面積率で０〜８０％であることが望ましい。

また、イットリア膜の表面粗さＲａは３μｍ以下が好ましい。イットリア膜の表面凹凸が大きいとプラズマアタックなどが集中し易く膜の寿命を低下させる虞がある。表面粗さＲａの測定はＪＩＳ−Ｂ−０６０１−１９９４に準ずるものとする。好ましくは表面粗さＲａ２μｍ以下である。

さらに、粒界を確認できる酸化イットリウム粒子の平均粒径は２μｍ以下、粒界が確認できない酸化イットリウム粒子を含めた全体の酸化イットリウム粒子の平均粒径は５μｍ以下であることが好ましい。

このような保護膜５０は、たとえば、溶射法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、エアロゾルデポジション（Aerosol Deposition）法、コールドスプレー法、ガスデポジション法、静電微粒子衝撃コーティング法、衝撃焼結法などを用いて、フォーカスリング２３の段差部２３１に形成することができる。

特に、上記半溶融状態のイットリア膜は、イットリア粒子を含むスラリーを燃焼フレーム炎に供給して噴射ノズルから粒子を噴射し、粒子が高速度（たとえば音速以上）で基材に衝突し、その衝突による粒子の破砕熱で焼結結合して被膜を形成する衝撃焼結法において、酸化イットリウム粒子を溶融させないあるいは表層だけ溶融した状態で酸化イットリウム粒子の噴射速度を加速し、粒子が堆積し始める臨界速度以上の高速で制御して成膜することによって形成することができる。これによって、イットリア膜中の酸化イットリウム粒子は原料粉末の粒形状より破砕形状となった被膜が形成し易くなる傾向がある。また、表層が溶融した酸化イットリウム粒子は、基材に衝突する際の破砕熱で隣接する酸化イットリウム粒子と結合することで、粒界が確認できない酸化イットリウム粒子を含むイットリア膜を形成する。このとき、酸化イットリウム粒子の基材への衝突時の破砕熱で、酸化イットリウム粒子が表層だけでなくさらに粒子全体が溶融されてもよく、この場合にも同様のイットリア膜が形成される。また、表層を溶融させない酸化イットリウム粒子は、基材に衝突する際の破砕熱で少なくとも表層が溶融する場合もあり、これによっても隣接する酸化イットリウム粒子間の粒界が確認できない酸化イットリウム粒子を含むイットリア膜が形成される。このように高速噴射を使うことによって、溶射のように原料粉末を溶かして噴射しないため、原料粉末としての酸化イットリウム粒子の粉末形状をほぼ維持した状態で堆積できる。その結果、膜内部の応力が発生せず、緻密（膜密度の高い）で結合力の強いイットリア膜を形成することができる。

燃焼フレーム炎にスラリーを供給する際のスラリー供給位置や粒子を噴射する際の噴射ノズルと基材との距離を調整することにより、基材に形成されるイットリア膜中の粒界が確認できる粒子と粒界が確認できない粒子との面積率を調整することができる。

以上のように、第１の実施形態によれば、フォーカスリング２３のウェハ１００が載置される段差部２３１を構成する面にイットリアを含む保護膜５０を形成した。これによって、ウェハ載置領域にウェハ１００を載置した際に生じるウェハ１００の端部とフォーカスリング２３の段差部２３１の側面２３２との間の隙間に対応する部分が他の領域に比べてエッチングされてしまい、フォーカスリング２３の段差部２３１以外の厚さが所定の厚さとなる前に隙間に対応する部分の厚さが薄くなってしまうことを防ぐことができる。つまり、隙間に対応する部分のフォーカスリング２３の厚さによって、フォーカスリング２３の交換時期が律されるのではなく、他の部分（段差部２３１以外の部分）の厚さが所定の厚さとなったときにフォーカスリング２３を交換することができ、フォーカスリング２３の寿命を延ばすことができるという効果を有する。また、イットリアを含む保護膜５０は、フォーカスリング２３の段差部２３１にのみ形成されるだけであるので、フォーカスリング２３の全体を保護膜５０で被覆する場合に比して、希土類元素であるイットリウムの使用量を削減することができ、省資源および低コストを実現することができるという効果も有する。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、フォーカスリングを支持テーブルに嵌め合わせて固定する構造のエッチング装置を例に挙げたが、第２の実施形態では、フォーカスリングを支持テーブルに設けられた位置決めピンで固定する場合を例に挙げる。

図５は、第２の実施形態によるフォーカスリング周辺の構成の一例を模式的に示す一部断面図であり、図６は、フォーカスリングの構造の一例を示す図であり、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は上面図である。また、図７は、フォーカスリングの経時変化を模式的に示す図である。

図５に示されるように、第２の実施形態では、支持テーブル２１のフォーカスリング２３の載置領域上の所定の位置に位置決めピン２１１が突出して設けられている。この位置決めピン２１１は、支持テーブル２１の中心から同一円周上の支持テーブル２１上にたとえば１２０°ごとに３点配置される。位置決めピン２１１の径としては、支持テーブル２１上にフォーカスリング２３が大きく動かずに固定されることが可能なサイズであればよく、たとえば５ｍｍとすることができる。

また、フォーカスリング２３の下面には、位置決めピン２１１に対応するように凹部２３５が設けられている。図６（ｂ）に示されるように、フォーカスリング２３に設けられる凹部２３５も、フォーカスリング２３の中心から同一円周上の位置に１２０°ごとに３点設けられている。この凹部２３５の径は、位置決めピン２１１が凹部２３５に摩擦なく嵌めこまれるように、位置決めピン２１１の径と略同じ大きさを有するが、位置決めピン２１１よりも若干大きくなるように設計されることが望ましい。フォーカスリング２３を支持テーブル２１上に固定するには、支持テーブル２１上の位置決めピン２１１に凹部２３５が嵌まるようにフォーカスリング２３の位置合わせを行った後、フォーカスリング２３を支持テーブル２１上に載置する。

このような位置決めピン２１１に対応する凹部２３５を有するフォーカスリング２３でのエッチングによる輪郭の経時変化について説明する。図７のグラフの横軸は、フォーカスリング２３の水平方向の位置を示し、縦軸はフォーカスリング２３の厚さを示している。また、図７の（ａ）は、製造された初期状態のフォーカスリング２３の断面プロファイルの一部を示し、（ｂ）は、所定の時間エッチングした後のフォーカスリング２３の断面プロファイルの一部を示し、（ｃ）は、所定の時間エッチングした後の本実施形態による保護膜５０を形成したフォーカスリング２３の断面プロファイルの一部を示している。

この図７では、フォーカスリング２３がＳｉで構成されている場合を示している。図７（ａ）に示されるように、フォーカスリング２３が製造された初期状態では、フォーカスリング２３の厚さは、段差部２３１を除いて略一定の厚さとなっている。一方、フォーカスリング２３を長時間使用していくと、フォーカスリング２３の露出している箇所がエッチングされていく。特に、段差部２３１以外の上面が略均等にエッチングされていくとともに、図３に示したウェハ１００とフォーカスリング２３の段差部２３１を構成する側面２３２との間に生じた隙間に対応する部分もエッチングされていく。その結果、図７（ｂ）に示されるように、隙間に対応する部分と位置決めピン２１１（凹部２３５）の形成位置に対応する部分では、他の部分に比してフォーカスリング２３の厚さが薄くなる。特に、位置決めピン２１１の形成位置に対応する部分では、凹部２３５が形成されている分だけ厚さが薄くなり、この部分の厚さによって寿命が決まる。

そこで、第２の実施形態では、図５と図６（ａ）に示されるように、フォーカスリング２３の段差部２３１を構成する側面２３２および底面２３３に加えて、位置決めピン２１１の形成位置に対応するフォーカスリング２３の上面にもプラズマ耐性を有する保護膜５０を形成するようにしている。形成する保護膜５０の厚さとしては、０．１〜２００μｍ程度であることが望ましいが、実際には、フォーカスリング２３の段差部２３１以外の領域の内、保護膜５０が形成されていない領域での厚さが、フォーカスリング２３としての機能を実現することができない程度の交換厚さとなるときに、ウェハ１００とフォーカスリング２３の段差部２３１を構成する側面２３２との間に生じた隙間に対応する部分と位置決めピン２１１の形成位置のフォーカスリング２３の厚さが、交換厚さと同程度となるように保護膜５０の厚さが決定される。一例として、段差部２３１以外の領域の内、保護膜５０が形成されていない領域が交換厚さとなるまでにＳｉがエッチングによって除去される時間と、隙間に対応する部分の厚さが交換厚さとなるまでに保護膜５０とＳｉがエッチングによって除去される時間と、位置決めピン２１１の形成位置の厚さが交換厚さとなるまでに保護膜５０とＳｉがエッチングによって除去される時間と、が略同じとなるように、保護膜５０の厚さを決定すればよい。

このようにフォーカスリング２３の段差部２３１に保護膜５０を形成した場合には、図７（ｃ）に示されるように、プラズマ耐性を有する保護膜５０の存在によって、所定時間エッチング処理後のフォーカスリング２３の厚さは、略均一となる。

第２の実施形態で使用される保護膜５０は、第１の実施形態で説明した保護膜５０と同様であるので、説明を省略する。また、第１の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略している。

第２の実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３の実施形態）
図８は、エッチング装置の構成の一例を模式的に示す断面図であり、図９は、エッジリング周辺の構成の一例を模式的に示す一部断面図であり、図１０は、第３の実施形態によるエッジリング周辺の構成の一例を模式的に示す一部断面図であり、図１１は、一般的なトップエッジリング周辺の構成の一例を模式的に示す一部断面図であり、図１２は、トップエッジリングの経時変化を模式的に示す図である。ここでは、エッチング装置１１０として、ＩＣＰ（Inductive Coupling Plasma）−ＲＩＥ装置を例示する。

図８に示されるように、エッチング装置１１０は、気密に構成されたたとえばアルミニウム製のチャンバ１１１を有している。チャンバ１１１内には、処理対象としてのウェハ１００を水平に支持する支持テーブル１２１が設けられている。支持テーブル１２１の表面上には、図示しないがウェハ１００を静電吸着する静電チャック機構などの保持機構が設けられている。支持テーブル１２１の母材はアルミニウムなどによって構成され、ウェハ１００の吸着面１２２はアルミナによって構成されている。

支持テーブル１２１の側面と上部の周縁部を覆うように絶縁材料からなるエッジリング１２３が設けられている。エッジリング１２３は、図９に示されるように、支持テーブル１２１の周囲に配置されるリング状のボトムエッジリング１２４と、ボトムエッジリング１２４上と支持テーブル１２１の周縁部上に載置されるリング状のトップエッジリング１２５と、から構成される。支持テーブル１２１の周縁部には、段差部が設けられており、段差部の底面１２１ａとボトムエッジリング１２４の上面とが略同じ高さとなっている。そして、この支持テーブル１２１の段差部の底面１２１ａとボトムエッジリング１２４の上面とが、トップエッジリング１２５を載置するトップエッジリング載置領域となっている。ボトムエッジリング１２４は石英によって構成されており、支持テーブル１２１の側壁の保護や耐圧確保の機能を有する。また、トップエッジリング１２５は、石英製やアルミナにイットリア膜をコーティングしたものなどによって構成され、ウェハ１００の周辺部の支持テーブル１２１の保護やウェハ１００のエッジ部のシース電界維持の役割を有する。

さらに、支持テーブル１２１は、チャンバ１１１内の中央付近に位置するように、チャンバ１１１の中央付近の底壁から鉛直上方に筒状に突出する支持部１１２上に、絶縁部材を介して支持されている。エッジリング１２３とチャンバ１１１の側壁との間には、バッフルプレート１２６が設けられている。バッフルプレート１２６は、板の厚さ方向を貫通する複数のガス排出孔１２７を有する。また、支持テーブル１２１には、高周波電力を供給する給電線１３１が接続されており、この給電線１３１にブロッキングコンデンサ１３２、整合器１３３およびバイアス側の高周波電源１３４が接続されている。プラズマ処理（エッチング処理）時に高周波電源１３４からは所定の周波数の高周波電力が支持テーブル１２１に供給される。

支持テーブル１２１に対向するように、支持テーブル１２１の上部には石英製やアルミナ製の天板１４１が設けられている。天板１４１は、支持テーブル１２１から所定の距離を隔てたチャンバ１１１の上部付近の側壁に固定される。天板１４１の中央付近には、板の厚さ方向を貫通するガス吐出口１４２が設けられている。

チャンバ１１１の上部付近には、プラズマ処理時に使用される処理ガスが供給されるガス供給配管１１３が設けられている。ガス供給配管１１３の図示しない一方の端部には図示しないガス供給装置が接続されており、他方の端部は、チャンバ１１１内の天板１４１のガス吐出口１４２に接続されている。

天板１４１の上面には、アンテナ部１４３が設けられ、アンテナ部１４３には、高周波電力を供給する給電線１５１が接続されており、この給電線１５１にブロッキングコンデンサ１５２、整合器１５３およびＩＣＰ側の高周波電源１５４が接続されている。ここでは、石英板１４１、アンテナ部１４３、給電線１５１、ブロッキングコンデンサ１５２、整合器１５３および高周波電源１５４がプラズマ生成手段を構成している。つまり、プラズマを生成する際に高周波電源１５４からは所定の周波数の高周波電力が天板１４１に供給され、処理ガスがプラズマ化される。

支持テーブル１２１とバッフルプレート１２６よりも下部のチャンバ１１１にはガス排気口１１４が設けられており、ガス排気口１１４には配管を通じて図示しない排気手段である真空ポンプが接続されている。

また、バッフルプレート１２６と天板１４１との間で区切られる領域のチャンバ１１１の側壁には、プラズマ処理時に発生する堆積物のチャンバ１１１の側壁への付着を防止するデポシールド１４５が設けられている。さらに、チャンバ１１１の所定の位置の側壁部には、ウェハ１００を出し入れする開口部１１５が形成され、この開口部１１５に対応するデポシールド１４５の部分には、シャッタ１４６が設けられている。シャッタ１４６は、チャンバ１１１の外部と内部との間を仕切る役割を有し、ウェハ１００を出し入れする際に、開口部１１５とチャンバ１１１内とを接続するように開閉される。

チャンバ１１１内の支持テーブル１２１およびバッフルプレート１２６と、天板１４１とで仕切られた領域は、プラズマ処理室１６１となり、支持テーブル１２１およびバッフルプレート１２６で仕切られたチャンバ１１１内の下部の領域はガス排気室１６２となる。

このように構成されたエッチング装置１１０での処理の概要について説明する。まず、支持テーブル１２１上に処理対象であるウェハ１００が載置され、静電チャック機構によって固定される。ついで、ガス排気口１１４に接続される図示しない真空ポンプでチャンバ１１１内が真空引きされる。このとき、ガス排気室１６２とプラズマ処理室１６１との間は、バッフルプレート１２６に設けられたガス排出孔１２７によって接続されているので、ガス排気口１１４に繋がる真空ポンプによってチャンバ１１１内全体が真空引きされる。

その後、チャンバ１１１内が所定の圧力に達すると、図示しないガス供給装置からガス供給配管１１３を介してプラズマ処理室１６１内に処理ガスが供給される。プラズマ処理室１６１内の圧力が所定の圧力に達すると、ＩＣＰ側の高周波電源１５４からアンテナ部１４３に高周波電圧を印加して、プラズマ処理室１６１内にプラズマを生成させる。また、プラズマが生成すると、バイアス側の高周波電源１３４から支持テーブル１２１に高周波電圧を印加する。支持テーブル１２１側には高周波電圧によるバイアス電圧により、プラズマとウェハ１００との間に電位勾配が生じ、プラズマガス中のイオンが支持テーブル１２１へと加速されることになり、異方性エッチング処理が行われる。

異方性エッチング処理時には、ウェハ１００だけでなくエッジリング１２３もイオンやラジカルによってエッチングされる。このように、プラズマ生成領域に接する側の構成部材の面、すなわちプラズマ処理室１６１の構成部材の表面は、プラズマに曝されて劣化し易いのでプラズマ処理時にエッチング耐性を有する保護膜５０が設けられる。

つぎに、本実施形態による保護膜５０を形成したトップエッジリング１２５について説明する。図１０に示されるように、ウェハ１００を支持する支持テーブル１２１の上部の外周にはトップエッジリング１２５が設けられている。トップエッジリング１２５の支持テーブル１２１側にはウェハ１００が載置される段差部１２５１が設けられており、トップエッジリング１２５の段差部１２５１以外の領域の上面は、支持テーブル１２１上にウェハ１００を載置した場合にウェハ１００の上面と略同じか若干高くなるように構成されている。また、支持テーブル１２１の上面の面積は、ウェハ１００の面積に比して小さいので、ウェハ１００は支持テーブル１２１の上面とトップエッジリング１２５の段差部１２５１とからなるウェハ載置領域上に載置されることになる。通常、ウェハ１００は円形を有しているので、トップエッジリング１２５の平面視上の形状はリング状となる。

図１１に示されるように、一般的にはウェハ載置領域の寸法はウェハ１００の寸法に比して大きく（広く）形成される。そのため、ウェハ１００をウェハ載置領域に載置すると、ウェハ１００の端部とトップエッジリング１２５の段差部１２５１を構成する側面１２５２との間に隙間が生じる。

図１２（ａ）は、トップエッジリング１２５が製造された初期状態での一部断面（プロファイル）であり、トップエッジリング１２５の厚さは、段差部１２５１で略一定となっている。一方、トップエッジリング１２５を長時間使用していくと、トップエッジリング１２５の露出している箇所がエッチングされていく。図１２（ｂ）は、トップエッジリング１２５が長時間使用された状態での一部断面（プロファイル）である。この図１２（ｂ）に示されるように、段差部１２５１以外の上面が略均等にエッチングされていくとともに、図１１に示したウェハ１００と、トップエッジリング１２５の段差部１２５１を構成する側面１２５２と、の間に生じた隙間に対応する部分からエッチングされていき、凹部１２５３が形成される。その結果、凹部１２５３では、他の部分に比してトップエッジリング１２５の厚さが薄くなり、この部分の厚さによって寿命が決まる。

そこで、第３の実施形態では、トップエッジリング１２５の段差部１２５１を構成する２箇所の角部１２５１ａ，１２５１ｂに丸みを持たせ、トップエッジリング１２５の段差部１２５１を含む上面および側面にプラズマ耐性を有する保護膜５０を形成するようにしている。形成する保護膜５０の厚さとしては、０．１〜２００μｍ程度であることが望ましい。０．１μｍよりも薄いと、エッチング処理時の保護効果が低く、トップエッジリング１２５の寿命を延ばすことができず、２００μｍよりも厚いと、応力により保護膜５０が剥がれやすくなってしまう。そのため、保護膜５０の厚さは上記範囲であることが望ましい。

なお、トップエッジリング１２５の段差部１２５１を構成する２箇所の角部１２５１ａ，１２５１ｂを、曲率を有するように丸みを持たせることによって、保護膜５０を形成し易くすると共に、凹部での保護膜５０の膜厚を厚くすることで寿命を長くすることができる。

このようにトップエッジリング１２５の上面および側面に保護膜５０を形成した場合には、プラズマ耐性を有する保護膜５０の存在によって、所定時間エッチング処理後のトップエッジリング１２５の厚さは、略均一となる。

第３の実施形態で使用される保護膜５０は、第１の実施形態で説明した保護膜５０と同様であるので、説明を省略する。

第３の実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０，１１０…エッチング装置、１１，１１１…チャンバ、１２，１１２…支持部、１３…ガス供給口、１４，１１４…ガス排気口、１５，１１５…開口部、２１，１２１…支持テーブル、２２…インシュレータリング、２３…フォーカスリング、２４，１２６…バッフルプレート、２５，１２７…ガス排出孔、３１，１３１，１５１…給電線、３２，１３２，１５２…ブロッキングコンデンサ、３３，１３３，１５３…整合器、３４，１３４，１５４…高周波電源、４１…シャワーヘッド、４２，１４２…ガス吐出口、４５，１４５…デポシールド、４６，１４６…シャッタ、５０…保護膜、６１，１６１…プラズマ処理室、６２…ガス供給室、６３，１６２…ガス排気室、１００…ウェハ、１１３…ガス供給配管、１２２…吸着面、１２３…エッジリング、１２４…ボトムエッジリング、１２５…トップエッジリング、１４１…天板、１４３…アンテナ部、２１１…位置決めピン、２３１，１２５１…段差部、１２５１ａ，１２５１ｂ…角部、２３２，１２５２…側面、２３３…底面、２３５，１２５３…凹部。

Claims (7)

1. チャンバ内に処理対象を保持する処理対象保持手段と、前記チャンバ内に導入されるガスをプラズマ化するプラズマ生成手段と、を備え、生成されたプラズマを用いて前記処理対象をエッチングするエッチング装置において、
   前記処理対象保持手段は、
   電極として機能し、前記処理対象が載置される処理対象支持部材と、
   前記処理対象支持部材の外周に設けられ、内周にその他の部分よりも低く、前記処理対象支持部材の上面と略同じ高さの段差部を有するリング状のフォーカスリングと、
   前記フォーカスリングの所定の領域に設けられるイットリアを含有する保護膜と、
   を備え、
   前記処理対象支持部材は、前記フォーカスリングが載置されるフォーカスリング載置領域上に、前記フォーカスリングを固定する位置決めピンを有し、
   前記フォーカスリングは、前記位置決めピンに対応する位置に凹部を有し、
   前記保護膜は、前記フォーカスリングの前記段差部を構成する底面と側面、および前記凹部の形成位置に対応する前記フォーカスリングの上面に形成されることを特徴とするエッチング装置。
2. 前記保護膜の厚さは、０．１μｍ以上２００μｍであることを特徴とする請求項１に記載のエッチング装置。
3. 前記保護膜は、酸化イットリウム粒子を有し、膜厚が１０μｍ以上２００μｍ以下であり、膜密度が９０％以上であり、単位面積２００μｍ×２００μｍ中に存在する粒界が確認できる酸化イットリウム粒子が面積率で０〜８０％、粒界が確認できない酸化イットリウム粒子が面積率２０〜１００％であることを特徴とする請求項１または２に記載のエッチング装置。
4. 前記保護膜は、エッチング処理の進行によって、前記保護膜が形成されていない前記フォーカスリングの領域で前記フォーカスリングを交換する所定の厚さとなるときに、前記保護膜が形成された領域での前記フォーカスリングの厚さが前記所定の厚さとなるように、前記保護膜の厚さが設定されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のエッチング装置。
5. エッチング装置のチャンバ内に配置される処理対象支持部材の外周に設けられ、内周にその他の部分よりも低く、前記処理対象支持部材の上面と略同じ高さの段差部を有するリング状のフォーカスリングにおいて、
   前記処理対象支持部材上に設けられる当該フォーカスリングを固定する位置決めピンに対応する位置に凹部を有し、
   前記段差部を構成する底面と側面、および前記凹部の形成位置に対応する当該フォーカスリングの上面にイットリアを含有する保護膜を備えることを特徴とするフォーカスリング。
6. 前記保護膜の厚さは、０．１μｍ以上２００μｍであることを特徴とする請求項５に記載のフォーカスリング。
7. 前記保護膜は、酸化イットリウム粒子を有し、膜厚が１０μｍ以上２００μｍ以下であり、膜密度が９０％以上であり、単位面積２００μｍ×２００μｍ中に存在する粒界が確認できる酸化イットリウム粒子が面積率で０〜８０％、粒界が確認できない酸化イットリウム粒子が面積率２０〜１００％であることを特徴とする請求項５または６に記載のフォーカスリング。

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