JP2018160666A - 基板処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板の面内全体に対する処理の特性を維持しつつ、基板のエッジ部の処理の特性を制御することを目的とする。【解決手段】処理室内のステージに載置された基板の近傍に設けられる内側フォーカスリングと、前記内側フォーカスリングの外側に設けられ、移動機構により上下に移動が可能な中央フォーカスリングと、前記中央フォーカスリングの外側に設けられる外側フォーカスリングと、を含むフォーカスリングを有する、基板処理装置が提供される。【選択図】図４

Description

本発明は、基板処理装置に関する。
プラズマエッチング装置には、半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）の外周に沿って、フォーカスリングが設けられている（例えば、特許文献１を参照）。フォーカスリングは、ウェハの外周近傍におけるプラズマを制御し、ウェハの面内のエッチングレートの均一性を向上させる機能を有する。
ウェハのエッジ部のエッチングレートは、フォーカスリングの高さに依存して変化する。このため、フォーカスリングの消耗によりその高さが変動すると、ウェハのエッジ部のエッチングレートがウェハのセンター部やミドル部よりも高くなる等、ウェハのエッジ部のエッチング特性を制御することが困難になる。そこで、特許文献１では、フォーカスリングを上下に駆動する駆動部を設け、フォーカスリングの上面の位置を制御し、ウェハのエッジ部の制御性を高めることが行われている。
特開２００８−２４４２７４号公報
しかしながら、特許文献１では、２分割されたフォーカスリングの、内側のフォーカスリングは固定させたまま、外側のフォーカスリングのみを上下に移動させるようになっている。かかる機構では、外側のフォーカスリングを上下に移動させると、ウェハ全体のエッチングレートがシフトしてしまう。このため、ウェハ全体のエッチング特性が変化し、ウェハのエッジ部のみのエッチング特性を制御することは困難であった。
上記課題に対して、一側面では、本発明は、基板の面内全体に対する処理の特性を維持しつつ、基板のエッジ部の処理の特性を制御することを目的とする。
上記課題を解決するために、一の態様によれば、処理室内のステージに載置された基板の近傍に設けられる内側フォーカスリングと、前記内側フォーカスリングの外側に設けられ、移動機構により上下に移動が可能な中央フォーカスリングと、前記中央フォーカスリングの外側に設けられる外側フォーカスリングと、を含むフォーカスリングを有する、基板処理装置が提供される。
一の側面によれば、基板の面内全体に対する処理の特性を維持しつつ、基板のエッジ部の処理の特性を制御することができる。
一実施形態に係る基板処理装置の一例を示す図。 一実施形態に係るフォーカスリング、移動機構及び駆動部の一例を示す図。 一実施形態に係る３分割されたフォーカスリングの斜視図、平面図及び断面図。 一実施形態に係るフォーカスリングの上下の移動を説明するための図。 一実施形態に係るフォーカスリングの径を説明する図。 一実施形態及び比較例に係るフォーカスリングのエッチングレートの一例を示す図。 一実施形態及び比較例に係るフォーカスリングによるプラズマ生成を説明する図。 変形例に係るフォーカスリング、移動機構及び駆動部の一例を示す図。
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。
［基板処理装置］
まず、本発明の一実施形態に係る基板処理装置５の構成の一例について、図１を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る基板処理装置５の構成の一例を示す。本実施形態では、基板処理装置５として容量結合型の平行平板プラズマ処理装置を例に挙げて説明する。
基板処理装置５は、たとえばアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属製の円筒型真空容器であるチャンバ１０を有している。チャンバ１０は、処理容器の一例であり、内部はプラズマ処理を行う処理室となっている。チャンバ１０は、接地されている。
チャンバ１０内の下部中央には、被処理体としてたとえばウェハＷを載置する円板状のステージ１２が下部電極を兼ねる基板保持台として配置されている。ステージ１２は、たとえばアルミニウムからなり、チャンバ１０の底から垂直上方に延びる導電性筒状支持部１６及びその内部に隣接して設けられたハウジング１００により支持されている。
導電性筒状支持部１６とチャンバ１０の内壁との間には、環状の排気路１８が形成されている。排気路１８の上部または入口には環状のバッフル板２０が取り付けられ、底部に排気ポート２２が設けられている。チャンバ１０内のガスの流れをステージ１２上のウェハＷに対して軸対象に均一にするためには、排気ポート２２を円周方向に等間隔で複数設ける構成が好ましい。
各排気ポート２２には排気管２４を介して排気装置２６が接続されている。排気装置２６は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ１０内のプラズマ生成空間Ｓを所望の真空度まで減圧することができる。チャンバ１０の側壁の外には、ウェハＷの搬入出口２７を開閉するゲートバルブ２８が取り付けられている。
ステージ１２には、第２の高周波電源３０が整合器３２および給電棒３４を介して電気的に接続されている。第２の高周波電源３０は、ウェハＷに引き込むイオンのエネルギーを制御するために適した第１の周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）の高周波ＬＦを可変のパワーで出力できるようになっている。整合器３２は、第２の高周波電源３０側のインピーダンスと負荷（プラズマ等）側のインピーダンスの間で整合をとるためのリアクタンス可変の整合回路を収容している。
ステージ１２の上面には、ウェハＷを静電吸着力で保持するための静電チャック３６が設けられている。静電チャック３６は導電膜からなる電極３６ａを一対の絶縁膜３６ｂの間に挟み込んだものであり、電極３６ａには直流電源４０がスイッチ４２および被覆線４３を介して電気的に接続されている。ウェハＷは、直流電源４０から供給される直流電流により静電力で静電チャック３６上に吸着保持される。
ステージ１２の内部には、たとえば円周方向に延びる環状の冷媒流路４４が設けられている。冷媒流路４４には、チラーユニットより配管４６，４８を介して所定温度の冷媒たとえば冷却水ｃｗが循環して供給され、冷媒の温度によって静電チャック３６上のウェハＷの温度を制御できる。また、伝熱ガス供給部からの伝熱ガスたとえばＨeガスが、ガス供給管５０を介して静電チャック３６の上面とウェハＷの裏面との間に供給される。また、ウェハＷの搬入及び搬出のためにステージ１２を垂直方向に貫通して上下に移動可能なプッシャーピンおよびその昇降機構等が設けられている。
チャンバ１０の天井の開口に設けられたガスシャワーヘッド５１は、その外縁部を被覆するシールドリング５４を介してチャンバ１０の天井部の開口を閉塞するように取り付けられている。ガスシャワーヘッド５１は、シリコンにより形成されている。ガスシャワーヘッド５１は、ステージ１２（下部電極）に対向する対向電極（上部電極）としても機能する。
ガスシャワーヘッド５１には、ガスを導入するガス導入口５６が形成されている。ガスシャワーヘッド５１の内部にはガス導入口５６から分岐した拡散室５８が設けられている。ガス供給源６６から出力されたガスは、ガス導入口５６を介して拡散室５８に供給され、拡散されて多数のガス供給孔５２からプラズマ生成空間Ｓに導入される。
ガスシャワーヘッド５１には、整合器５９および給電線６０を介して第１の高周波電源５７が電気的に接続されている。第１の高周波電源５７は、高周波放電によるプラズマの生成に適した周波数であって、第１の周波数よりも高い第２の周波数（例えば４０ＭＨｚ）のプラズマ生成用の高周波ＨＦを可変のパワーで出力できるようになっている。整合器５９は、第１の高周波電源５７側のインピーダンスと負荷（プラズマ等）側のインピーダンスとの間で整合をとるためのリアクタンス可変の整合回路を収容している。
制御部７４は、たとえばマイクロコンピュータを含み、基板処理装置５内の各部の動作および装置全体の動作を制御する。基板処理装置５内の各部としては、排気装置２６、第１の高周波電源５７、第２の高周波電源３０、整合器３２，整合器５９、静電チャック用のスイッチ４２、ガス供給源６６、チラーユニット、伝熱ガス供給部等が挙げられる。
基板処理装置５において、エッチング等の各種の処理を行うには、先ずゲートバルブ２８を開状態にしてウェハＷをチャンバ１０内に搬入して、静電チャック３６の上に載置する。そして、ゲートバルブ２８を閉めてから、ガス供給源６６より所定のガスを所定の流量および流量比でチャンバ１０内に導入し、排気装置２６によりチャンバ１０内の圧力を所定の設定値まで減圧する。さらに、第１の高周波電源５７をオンにしてプラズマ生成用の高周波ＨＦを所定のパワーで出力させ、整合器５９，給電線６０を介してガスシャワーヘッド５１に供給する。
一方、イオン引き込み制御用の高周波ＬＦを印加する場合には、第２の高周波電源３０をオンにして高周波ＬＦを所定のパワーで出力させ、整合器３２および給電棒３４を介してステージ１２に印加する。また、伝熱ガス供給部より静電チャック３６とウェハＷとの間の接触面に伝熱ガスを供給するとともに、スイッチ４２をオンにして直流電源４０からの直流電圧を、静電チャック３６の電極３６ａに印加し、静電吸着力により伝熱ガスを上記接触面に閉じ込める。
［３分割フォーカスリング］
ステージ１２の外周側には、ウェハＷの外縁を環状に囲むフォーカスリングＦＲが設けられている。フォーカスリングＦＲは、ウェハＷの外周側におけるプラズマを制御し、ウェハＷの面内のエッチングレート等の処理の均一性を向上させるように機能する。
ウェハＷのエッジ部のエッチングレートは、フォーカスリングＦＲの高さに依存して変化する。このため、フォーカスリングＦＲの消耗によりその高さが変動すると、ウェハＷのエッジ部のエッチングレートが変動し、エッジ部の制御が困難になる。
そこで、本実施形態に係るフォーカスリングＦＲは３分割され、内側フォーカスリング３８ｉと中央フォーカスリング３８ｍと外側フォーカスリング３８ｏとを有し、移動機構２００により中央フォーカスリング３８ｍを上下に移動させることができる。移動機構２００は、プッシャーピン１０２を有する。プッシャーピン１０２は、ピエゾアクチュエータ１０１による動力によって部材１０４ａ及び軸受部１０５を介して上下に移動する。これにより、連結部１０３が上下に移動し、これに応じて連結部１０３に連結されている中央フォーカスリング３８ｍが上下に移動する。なお、本実施形態において、ウェハＷのエッジ部は、ウェハＷの中心から半径方向に１４０ｍｍ〜１５０ｍｍのリング状の部分をいう。
（フォーカスリングの構成）
次に、フォーカスリングＦＲ及びその周辺の構成について、図２及び図３を参照しながら詳述する。また、中央フォーカスリング３８ｍの上下の移動について、図４を参照しながら説明する。
図２は、フォーカスリングＦＲ及びその周辺を拡大した縦断面の一例を示す図である。図２には、本実施形態に係るフォーカスリングＦＲ、移動機構２００及びピエゾアクチュエータ１０１が示されている。
図３（ａ）は３分割されたフォーカスリングＦＲの各部の斜視図、図３（ｂ）は３分割されたフォーカスリングＦＲの各部平面図、図３（ｃ）は図３（ｂ）のＡ−Ａ断面図、図３（ｄ）は図３（ｂ）のＢ−Ｂ断面図を示す。
図２及び図３に示すように、内側フォーカスリング３８ｉは、ウェハＷの最外周の近傍にてウェハＷを下から囲むように設けられる部材であって、フォーカスリングＦＲの最も内側の部材である。中央フォーカスリング３８ｍは、内側フォーカスリング３８ｉの外側にて内側フォーカスリング３８ｉを囲むように設けられる部材である。外側フォーカスリング３８ｏは、中央フォーカスリング３８ｍの外側に設けられる部材であって、フォーカスリングＦＲの最も外側の部材である。内側フォーカスリング３８ｉ及び外側フォーカスリング３８ｏは、静電チャック３６の上面に固定されている。中央フォーカスリング３８ｍは、移動機構２００により上下に移動が可能である。
中央フォーカスリング３８ｍは、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、ウェハＷの周縁部を囲む環状部３８ｍ１と、３つの爪部３８ｍ２とを有する。爪部３８ｍ２は、環状部３８ｍ１の外周側に等間隔に配置され、環状部３８ｍ１の外周側から突出した矩形状の部材である。図２に示すように、環状部３８ｍ１の縦断面はＬ字状である。環状部３８ｍ１のＬ字状の段差部は、縦断面がＬ字状の内側フォーカスリング３８ｉの段差部に接触した状態から、中央フォーカスリング３８ｍが上に持ち上げられると、離れた状態になる。
（移動機構及び駆動部）
中央フォーカスリング３８ｍの爪部３８ｍ２は、環状の連結部１０３に接続されている。連結部１０３は、導電性筒状支持部１６に設けられた空間１６ａの内部を上下に移動する。
移動機構２００は、中央フォーカスリング３８ｍを上下に移動させるための機構である。移動機構２００は、プッシャーピン１０２と軸受部１０５を含む。移動機構２００は、ステージ１２の周囲に配置されたハウジング１００に取り付けられ、ハウジング１００に取り付けられたピエゾアクチュエータ１０１の動力により上下に移動するようになっている。プッシャーピン１０２は、サファイアから形成されてもよい。
ハウジング１００は、アルミナなどの絶縁物から形成されている。ハウジング１００は、導電性筒状支持部１６の内部にて側部及び底部が導電性筒状支持部１６に隣接して設けられている。ハウジング１００の内部下側には凹部１００ａが形成されている。ハウジング１００の内部には、移動機構２００が設けられている。プッシャーピン１０２は、ハウジング１００及びステージ１２を貫通し、導電性筒状支持部１６に設けられた空間１６ａにて連結部１０３の下面に接触している。軸受部１０５は、ハウジング１００の内部に設けられた部材１０４ａに嵌合している。プッシャーピン１０２のピン孔には、真空空間と大気空間とを切るためのＯリング１１１が設けられている。
軸受部１０５の先端の凹部１０５ａには、プッシャーピン１０２の下端が上から嵌め込まれている。ピエゾアクチュエータ１０１による位置決めによって部材１０４ａを介して軸受部１０５が上下に移動すると、プッシャーピン１０２が上下に移動し、連結部１０３の下面を押し上げたり、押し下げたりする。これにより、連結部１０３を介して中央フォーカスリング３８ｍが上下に移動する。
ピエゾアクチュエータ１０１の上端は、ネジ１０４ｃにより部材１０４ａにネジ止めされ、ピエゾアクチュエータ１０１の下端は、ネジ１０４ｄにより部材１０４ｂにネジ止めされている。これにより、ピエゾアクチュエータ１０１は、部材１０４ａ、１０４ｂの間にてハウジング１００に固定されている。
ピエゾアクチュエータ１０１は、ピエゾ圧電効果を応用した位置決め素子で、０．００６ｍｍ（６μｍ）の分解能で位置決めを行うことができる。ピエゾアクチュエータ１０１の上下方向の変位量に応じてプッシャーピン１０２が上下へ移動する。これにより、中央フォーカスリング３８ｍが、０．００６ｍｍを最小単位として所定の高さだけ移動する。
図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、プッシャーピン１０２は、中央フォーカスリング３８ｍの円周方向に等間隔に３箇所設けられた爪部３８ｍ２に対応して設けられている。かかる構成により、プッシャーピン１０２は、環状の連結部１０３を介して３箇所から中央フォーカスリング３８ｍを押し上げ、所定の高さに持ち上げるようになっている。
外側フォーカスリング３８ｏの下面には、中央フォーカスリング３８ｍの爪部３８ｍ２の上部に、爪部３８ｍ２よりも広い幅の凹部１３８が形成されている。プッシャーピン１０２の押し上げにより、中央フォーカスリング３８ｍが最上位まで移動すると、爪部３８ｍ２が、凹部１３８の内部に納まる。これにより、外側フォーカスリング３８ｏを固定させたまま、中央フォーカスリング３８ｍを上へ持ち上げることができる。
図３（ｂ）のＢ−Ｂ断面を示す図３（ｄ）には、凹部１３８の空間及びプッシャーピン１０２は存在せず、プッシャーピン１０２が上に移動したことで、導電性筒状支持部１６の空間１６ａ内で環状の連結部１０３が上に押し上げられた状態が示されている。
図２に戻り、ピエゾアクチュエータ１０１は、プッシャーピン１０２の下方に位置するハウジング１００の内部空間に、プッシャーピン１０２と一対一に設けられている。つまり、３箇所に存在するプッシャーピン１０２に、一対一に対応して３つの移動機構２００及びピエゾアクチュエータ１０１がハウジング１００の内部に設けられている。部材１０４ａ、１０４ｂは環状部材であり、３つのピエゾアクチュエータ１０１は、上下でネジ止めされた部材１０４ａ、１０４ｂにより相互に接続される。なお、本実施形態に係るピエゾアクチュエータ１０１は、駆動部の一例である。
以上に説明したように、かかる構成では、ハウジング１００にステージ１２及び静電チャック３６が支持され、ハウジング１００に移動機構２００及び駆動部が取り付けられる。これにより、静電チャック３６の設計変更を必要とせず、既存の静電チャック３６を使用して中央フォーカスリング３８ｍのみを上下に移動させることができる。
また、図２に示すように、本実施形態では、静電チャック３６の上面と中央フォーカスリング３８ｍの下面の間には所定の空間が設けられ、中央フォーカスリング３８ｍを上方向だけでなく、下方向へも移動可能な構造となっている。これにより、中央フォーカスリング３８ｍは、上方向だけでなく、所定の空間内を下方向に所定の高さだけ移動することができる。中央フォーカスリング３８ｍを上方向だけでなく下方向へも移動させることで、シースの制御範囲を広げることができる。
ただし、駆動部は、ピエゾアクチュエータ１０１に限定されず、０．００６ｍｍの分解能で位置決めの制御が可能なモータを使用してもよい。また、駆動部は、１つ又は複数であり得る。更に、駆動部は、ウェハＷを持ち上げるプッシャーピンを上下に移動させるモータを共用してもよい。この場合、ギア及び動力切替部を用いてモータの動力を、ウェハＷ用のプッシャーピンと中央フォーカスリング３８ｍ用のプッシャーピン１０２とで切り替えて伝達する機構と、０．００６ｍｍの分解能でプッシャーピン１０２の上下移動を制御する機構が必要になる。ただし、３００ｍｍのウェハＷの外周に配置される中央フォーカスリング３８ｍの径は３１０ｍｍ程度と大きいため、本実施形態のようにプッシャーピン１０２毎に別々の駆動部を設けることが好ましい。
制御部７４は、ピエゾアクチュエータ１０１の上下方向の変位量が、中央フォーカスリング３８ｍの消耗量に応じた量になるように、ピエゾアクチュエータ１０１の位置決めを制御する。
ウェハＷとフォーカスリングＦＲの上面の高さが同じであると、エッチング処理中のウェハＷ上のシース（Ｓｈｅａｔｈ）とフォーカスリングＦＲ上のシースの高さを同一にできる。そして、シースの高さを同一にすることによりウェハＷの面内全体のエッチングレートの均一性を向上させることができる。
フォーカスリングＦＲが新品の場合、エッチング処理中のウェハＷ上のシースとフォーカスリングＦＲ上のシースの高さは同一（フラット）になるため、ウェハＷの面内全体のエッチングレートは均一になる。このとき、図４（ａ−１）に示すように、中央フォーカスリング３８ｍは、プッシャーピン１０２により持ち上げられていない（０ｍｍ）。なお、図４（ａ−１）は、図３（ｂ）のＡ−Ａ断面の状態を示し、図４（ｂ−１）は、対応する図３（ｂ）のＢ−Ｂ断面の状態を示す。
ところが、エッチング等のプラズマ処理によってフォーカスリングＦＲが消耗すると、ウェハＷのシースの高さよりもフォーカスリングＦＲのシースの高さが低くなる。そうすると、ウェハＷのエッジ部のエッチングレートが跳ね上がったり、エッチング形状のチルティング（tilting）が生じたりする。エッチング形状のチルティングとは、フォーカスリングの消耗によりシースがウェハＷのエッジ部において斜めになることで、イオンが斜め方向からウェハＷへ引き込まれ、これによりエッチング形状が垂直にならずに斜めになることをいう。
そこで、本実施形態では、フォーカスリングＦＲが消耗した分だけ、中央フォーカスリング３８ｍを持ち上げることで、ウェハＷとフォーカスリングＦＲの上のシースの高さを揃える。これにより、ウェハＷのエッジ部のエッチングレートが跳ね上がったり、エッチング形状のチルティング（tilting）が生じたりすることを防止できる。
フォーカスリングＦＲの消耗量に応じた量（距離）だけ、ピエゾアクチュエータ１０１の上下方向の変位量を制御する際の、中央フォーカスリング３８ｍの消耗量に応じた距離は、中央フォーカスリング３８ｍの消耗量に対して１倍〜１．５倍の範囲であればよい。例えば、ウェハＷを処理中の中央フォーカスリング３８ｍの高さは、内側フォーカスリング３８ｉ及び外側フォーカスリング３８ｏの高さと同じかそれよりも中央フォーカスリング３８ｍの消耗量に対して１．５倍を限度に高くてもよい。移動機構２００は、０．００６ｍｍの分解能で中央フォーカスリング３８ｍを所定量だけ持ち上げる。
例えば、中央フォーカスリング３８ｍの消耗量に対して１倍に制御する場合には、フォーカスリングＦＲの消耗量が１．０ｍｍであれば、中央フォーカスリング３８ｍの消耗量に応じた高さは、１．０ｍｍとなる。よって、この場合、制御部７４は、中央フォーカスリング３８ｍが１．０ｍｍだけ上に移動するようにピエゾアクチュエータ１０１を位置決めする。この結果、図４（ａ−２）及び（ｂ−２）に示すように、中央フォーカスリング３８ｍは１．０ｍｍだけ上に移動する。
本実施形態では、フォーカスリングＦＲが新品の場合、フォーカスリングＦＲのそれぞれのパーツの厚さは、図５に示す通りであり、内側フォーカスリング３８ｉの内周側の厚さは２．９ｍｍ、外周側の厚さは１．４ｍｍである。
中央フォーカスリング３８ｍの中央部の最も厚い部分の厚さは３．９ｍｍ、内周側の厚さは２．５ｍｍ、外周側の厚さは１．６ｍｍである。外側フォーカスリング３８ｏの厚さは２．９ｍｍ（＝１．３ｍｍ＋１．６ｍｍ）であり、凹部１３８がある部分での厚さは１．３ｍｍである。
中央フォーカスリング３８ｍが移動する距離の上限値は、移動機構２００のストロークで決まる。本実施形態では、移動機構２００のストロークは０．９ｍｍである。よって、フォーカスリングＦＲは０．９ｍｍまで消耗しても、移動機構２００を上限値まで移動させることで、フォーカスリングＦＲが新品の場合と同じエッチング特性を得ることができる。
中央フォーカスリング３８ｍが移動する距離の下限値は、ピエゾアクチュエータ１０１の分解能である０．００６ｍｍとなる。つまり、本実施形態に係る制御部７４は、中央フォーカスリング３８ｍの消耗量が０．００６ｍｍ以上になると、０．００６ｍｍ単位で消耗量に応じた距離だけ中央フォーカスリング３８ｍを上に移動させる。制御部７４は、中央フォーカスリング３８ｍの移動距離が０．９ｍｍ以上になると、フォーカスリングＦＲを交換するように制御する。ただし、中央フォーカスリング３８ｍの移動距離の上限値は、０．９ｍｍに限らず、０．９ｍｍよりも小さい値に設定することが可能である。
（サイズ及び材料）
ウェハＷのサイズは、３００ｍｍである。図５に示すように、本実施形態に係る内側フォーカスリング３８ｉの外径は３０９ｍｍである。本実施形態に係る中央フォーカスリング３８ｍの環状部３８ｍ１の内径は３０２ｍｍであり、外径は３１６ｍｍである。本実施形態に係る外側フォーカスリング３８ｏの外径は３６０ｍｍである。
ただし、内側フォーカスリング３８ｉ、中央フォーカスリング３８ｍ及び外側フォーカスリング３８ｏのそれぞれの外径は、上記サイズに限られない。例えば、内側フォーカスリング３８ｉの外径は、ウェハＷの外径に対して２．５％〜３．５％大きければよい。また、中央フォーカスリング３８ｍの外径は、ウェハＷの外径に対して４．５％〜５．５％大きければよい。また、外側フォーカスリング３８ｏの外径は、ウェハＷの外径に対して１９．５％〜２０．５％大きければよい。
内側フォーカスリング３８ｉ、中央フォーカスリング３８ｍ及び外側フォーカスリング３８ｏのそれぞれの材料は、Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＳｉＣのいずれかで形成される。内側フォーカスリング３８ｉ、中央フォーカスリング３８ｍ及び外側フォーカスリング３８ｏのそれぞれの材料は、同一であってもよく、異なっていてもよい。
ただし、中央フォーカスリング３８ｍの材料は、内側フォーカスリング３８ｉ及び外側フォーカスリング３８ｏの材料よりも硬いことが好ましい。例えば、中央フォーカスリング３８ｍの材料に、Ｓｉよりも消耗し難いＳｉＯ２又はＳｉＣの材料を使うことで、処理中に中央フォーカスリング３８ｍが削れ難ければ、エッチングレートは変化し難く、かつ、フォーカスリングＦＲの寿命を長くすることができる。
例えば、内側フォーカスリング３８ｉ及び外側フォーカスリング３８ｏのそれぞれの材料がＳｉであり、中央フォーカスリング３８ｍの材料がＳｉＯ２又はＳｉＣであることが好ましい。
［３分割フォーカスリングによるエッチングレート結果］
次に、図６および図７を参照して、本実施形態に係る３分割されたフォーカスリングＦＲを用いた場合のエッチングレートの一例について、比較例と比較しながら説明する。図６は、図６（ｃ）に示す本実施形態に係るフォーカスリングＦＲのエッチングレートの一例と、図６（ａ）及び（ｂ）に示す比較例に係るフォーカスリングＦＲ１、ＦＲ２のエッチングレートの一例を示す。図７は、図７（ｃ）に示す本実施形態に係るフォーカスリングＦＲと、図７（ａ）及び（ｂ）に示す比較例に係るフォーカスリングＦＲ１、ＦＲ２のプラズマ生成を説明するための図である。
図６（ａ）の比較例に係るフォーカスリングＦＲ１（Standard FR1）は、ハードウェア構成（ＨＷ）及びConditionに示すように分割されていない一体型のフォーカスリングである。（ｂ）の比較例に係るフォーカスリングＦＲ２（2pieces FR2）は、２分割されたフォーカスリングである。（ｃ）の本実施形態に係るフォーカスリングＦＲ（3pieces FR2）は、３分割されたフォーカスリングである。
Conditionに示すように、図６（ａ）の比較例に係るフォーカスリングＦＲ１と静電チャック３６の間には、絶縁物であるポリマーシート１３６が挟み込まれ、フォーカスリングＦＲ１と静電チャック３６の間の熱伝導を促進するようになっている。
図６（ｂ）の比較例に係るフォーカスリングＦＲ２及び図６（ｃ）の本実施形態に係るフォーカスリングＦＲと静電チャック３６の間には、ポリマーシートが存在しない。ただし、図６（ｃ）の本実施形態に係るフォーカスリングＦＲの内側フォーカスリング３８ｉ及び外側フォーカスリング３８ｏと静電チャック３６の間にポリマーシートを挟み込むと、フォーカスリングＦＲ１と静電チャック３６の間の熱伝導を促進できるため、より好ましい。
ＥＲ（エッチングレート）に示すように、図６（ａ）〜（ｃ）のいずれの場合にも、フォーカスリングが新品のとき（つまり、図６（ａ）のＰＯＲ、図６（ｂ）及び（ｃ）の０ｍｍＵｐのとき）のエッチングレートはウェハＷの面内全体にわたり均一である。
これに対して、図６（ａ）の比較例に係るフォーカスリングＦＲ１を用いた場合、1mm Consumption(フォーカスリングが１ｍｍ消耗したとき）のウェハＷの径方向のエッチングレートは、ウェハＷのエッジ部で跳ね上がっている。よって、ウェハＷのエッジ部においてエッチングレートを制御できていないことがわかる。
また、図６（ｂ）の比較例に係るフォーカスリングＦＲ２では、内側フォーカスリングを固定し、外側フォーカスリングのみを上下に移動させる。この場合、エッジ部におけるエッチングレートの跳ね上がりは抑制され、図６（ａ）の比較例のフォーカスリングＦＲ１よりもウェハＷのエッジ部を制御することができている。しかしながら、外側フォーカスリングの高さを０ｍｍから１ｍｍ、２ｍｍへと上げる程、ウェハＷの面内において全体のエッチングレートのシフト量が大きくなっている。
これに対して、図６（ｃ）の本実施形態に係るフォーカスリングＦＲ３では、内側フォーカスリング３８ｉ及び外側フォーカスリング３８ｏを固定し、中央フォーカスリング３８ｍのみを上下に移動させる。これにより、ウェハＷのエッジ部は制御され、エッジ部におけるエッチングレートの跳ね上がりはさらに抑制される。また、中央フォーカスリング３８ｍの高さを０ｍｍから１ｍｍ、２ｍｍへと上げても、ウェハＷの面内において全体のエッチングレートは変わっていない。
比較例及び本実施形態における図６の中央のグラフに対して、ウェハＷのＣｅｎｔｅｒ（中心）におけるエッチングレートを一致させた図６の最下のグラフを参照する。最下のグラフのＥＲは、ＥＲ（ｘ）／ＥＲ(Center)×１００により算出される。ｘは、ウェハＷの径を示す。図６の最下のグラフのうち、図６（ａ）の比較例のフォーカスリングＦＲ１を用いた場合、ウェハＷのエッジ部のエッチングレートを制御できていない。図６（ｂ）の比較例のフォーカスリングＦＲ２を用いた場合、ウェハＷのエッジ部のエッチングレートを制御できている。同様に、図６（ｃ）の本実施形態のフォーカスリングＦＲを用いた場合、ウェハＷのエッジ部のエッチングレートを制御できている。しかしながら、図６（ｂ）の２分割されたフォーカスリングＦＲ２では、ウェハＷの中央側においてもエッチングレートが高くなっているため、全体のエッチング特性が変わってしまう。これに対して、図６（ｃ）の本実施形態に係る３分割されたフォーカスリングＦＲでは、全体のエッチング特性は変えずに、ウェハＷのエッジ部のエッチングレートを制御することができる。
結論としては、図６（ｃ）の本実施形態に係るフォーカスリングＦＲによれば、中央フォーカスリング３８ｍの移動距離を中央フォーカスリング３８ｍの消耗量に応じて高くする。これにより、ウェハＷの面内全体のエッチング特性を維持しながら、ウェハＷのエッジ部のエッチングレートを制御することができる。また、ウェハＷのエッジ部におけるエッチング形状のチルティングを抑制することができる。
かかるフォーカスリングＦＲによれば、中央フォーカスリング３８ｍの消耗量に応じて中央フォーカスリング３８ｍを上下に移動させることによりフォーカスリングＦＲの消耗の補完が可能になり、フォーカスリングＦＲの寿命を長くすることができる。
次に、図７を参照して、本実施形態に係るフォーカスリングＦＲの動作とプラズマ生成について説明する。図７（ａ）及び（ｂ）の列は、比較例に係るフォーカスリングＦＲ１、ＦＲ２を用いた場合のプラズマ生成のメカニズムを模式的に示す。
図７の「ＲＦ Ｐａｔｈ」は、静電チャック３６と各フォーカスリングＦＲ，ＦＲ１，ＦＲ２における高周波ＲＦの電力の流れを示す。比較例に係るフォーカスリングＦＲ１を用いた場合、シースがフラットのとき、第１の高周波電源５７から出力されるプラズマ生成用の高周波ＨＦの電力により、中央の静電チャック３６側及び外側のフォーカスリングＦＲ１側においてほぼ同程度の電流が流れ、プラズマ生成空間Ｓにおいて、プラズマが生成される。生成されたプラズマによるエッチング特性としては、フォーカスリングＦＲ１の消耗とともにウェハＷのエッジ部においてエッチングレートの跳ね上がりが生じる。
比較例に係るフォーカスリングＦＲ２を用いた場合、図７（ｂ）の列に示すように、シースがフラットのとき、高周波ＲＦの電力により静電チャック３６側に流れる電流は、フォーカスリングＦＲ１側に流れる電流よりも多くなる。その理由について以下に説明する。
持ち上げた外側フォーカスリングの下側には空間Ｕ１ができる。高周波ＲＦの電力の印加により空間Ｕ１には静電容量が生じる。空間Ｕ１に生じた静電容量は、フォーカスリング側の電流の流れを抑制する。このため、電流は、フォーカスリング側よりも静電チャック３６側にて流れ易くなる。このため、図７（ａ）に示すフォーカスリングＦＥ１の場合より多くの電流が静電チャック３６側に流れ、プラズマ生成空間Ｓにおいて生成されるプラズマは、中央にてプラズマ密度が高くなる。これにより、フォーカスリングＦＲ２では、外側フォーカスリングを高くする程、ウェハＷの面内全体においてエッチングレートが高くなる。
これに対して、本実施形態に係るフォーカスリングＦＲでは、図７（ｃ）に示すように、フォーカスリングＦＲと静電チャック３６のシースの高さが同一のとき、高周波ＲＦの電力により静電チャック３６とフォーカスリングＦＲ１に流れる電流はほぼ同じになる。
これは、本実施形態に係るフォーカスリングＦＲでは、ウェハＷのエッジ部の近傍で、中央フォーカスリング３８ｍを持ち上げたときに最小限の空間Ｕ２が形成されるようにフォーカスリングＦＲを３分割し、中央フォーカスリング３８ｍのみを上下移動するようにしたためである。これにより、空間Ｕ２に生じる静電容量を最小限にし、静電チャック３６側とフォーカスリングＦＲ１側に流れる電流を同程度にすることができる。これにより、本実施形態では、ウェハＷの面内における全体のエッチングレートをシフトさせずに、中央フォーカスリング３８ｍを持ち上げることでフォーカスリングＦＲと静電チャック３６のシースの高さを揃えることができる。これにより、ウェハＷのエッジ部のエッチングレートを制御できる。
以上に説明したように、本実施形態に係る３分割されたフォーカスリングＦＲによれば、中央フォーカスリング３８ｍのみが上下移動する。これによって、ウェハＷの面内全体のプラズマ処理によるエッチング特性を変化させずに、ウェハＷのエッジ部のエッチング特性を制御できる。これにより、例えば、ウェハＷのエッジ部のエッチングレートの跳ね上がりや、エッチング形状のチルティングを抑制することができる。
（変形例にかかるフォーカスリングＦＲ）
次に、変形例に係るフォーカスリングＦＲ、移動機構２００、駆動部について、図８を参照しながら説明する。本変形例においても、駆動部の一例としてピエゾアクチュエータ１０１が使用されるが、これに限らない。
図２に示した実施形態に係る移動機構２００と比べて、図８の本変形例に係る移動機構２００は単純化され、かつ、中央フォーカスリング３８ｍの径方向の長さが短くなっている。
ステージ１２は、チャンバ１０の底から垂直上方に延びる導電性筒状支持部１６及びその内部に隣接して設けられたハウジング１００により支持されている。本変形例では、移動機構２００は、静電チャック３６の下側に設けられ、静電チャック３６の外周側には設けられていない。具体的には、静電チャック３６及びステージ１２には、貫通孔３６ｃ及び貫通孔１２ａが連通するように設けられている。プッシャーピン１０２のピン孔には、真空空間と大気空間とを切るためのＯリング１１０が設けられている。
プッシャーピン１０２は、貫通孔１２ａ及び貫通孔３６ｃを貫通し、その先端部が中央フォーカスリング３８ｍの下面に当接して中央フォーカスリング３８ｍに連結される。プッシャーピン１０２の基端部は部材１０４ａに嵌合している。
ピエゾアクチュエータ１０１の上端は、ネジ１０４ｃにより部材１０４ａにネジ止めされ、ピエゾアクチュエータ１０１の下端は、ネジ１０４ｄにより部材１０４ｂにネジ止めされている。これにより、ピエゾアクチュエータ１０１は、部材１０４ａを介してプッシャーピン１０２及び中央フォーカスリング３８ｍに接触している。
かかる構成により、ピエゾアクチュエータ１０１の上下方向の変位量に応じてプッシャーピン１０２が上下へ移動する。これにより、中央フォーカスリング３８ｍが、０．００６ｍｍを最小単位として所定の高さだけ移動する。
本変形例では、静電チャック３６の上面と中央フォーカスリング３８ｍの下面の間には所定の空間が設けられている。これにより、中央フォーカスリング３８ｍは、上方向だけでなく、所定の空間内を下方向に所定の高さだけ移動することができる。
本変形例では、移動機構２００が静電チャック３６及びステージ１２の外周端部よりも内側に配置され、プッシャーピン１０２が、ステージ１２及び静電チャック３６の内部を貫通する。これにより、プッシャーピン１０２が、中央フォーカスリング３８ｍを真下からリフトし、上下移動させることができる。
また、かかる構成によれば、本変形例に係る中央フォーカスリング３８ｍは、図２の実施形態に係る中央フォーカスリング３８ｍよりも径方向の長さを短くすることができる。同様に、プッシャーピン１０２を静電チャック３６及びステージ１２の外周端部よりも内側に配置することで、部材１０４ａの径方向の長さを短くすることができる。これにより、中央フォーカスリング３８ｍの撓み及び部材１０４ａの撓みを最小限に抑えることができ、中央フォーカスリング３８ｍの高さ方向の位置精度を向上させることができる。この結果、ウェハＷ上のシースとフォーカスリングＦＲ上のシースの高さをより正確に合わせることができ、ウェハＷの面内全体のエッチングレートの均一性を向上させ、チルティングの発生を防止できる。
また、本変形例に係る移動機構２００では、図２の実施形態に係る移動機構２００に含まれるハウジング１００、軸受部１０５、連結部１０３等を不要とし、構造が単純化されるため、メンテナンスが容易になり、製造コストを下げることができる。
さらに、本変形例に係るフォーカスリングＦＲによれば、中央フォーカスリング３８ｍの下側に所定の空間を設けることで、中央フォーカスリング３８ｍを上方向だけでなく、下方向へも移動可能な構造となっている。
よって、中央フォーカスリング３８ｍの移動距離の下限値は、図２の実施形態と同様にピエゾアクチュエータ１０１の分解能である。一方、中央フォーカスリング３８ｍの移動距離の上限値は、静電チャック３６の上面と中央フォーカスリング３８ｍの下面の間に設けられた所定の空間の高さと、中央フォーカスリング３８ｍの厚さとを加算した値よりも小さい値となる。これにより、中央フォーカスリング３８ｍを上方向だけでなく下方向へも移動させることができ、シースの制御範囲を広げることができる。
さらに、本変形例に係るフォーカスリングＦＲによれば、図２の実施形態に係るフォーカスリングＦＲと比べて径方向の長さが短くなることで、爪部３８ｍ２の長さが短くなる。これにより、爪部３８ｍ２の凸構造によって生じる静電容量の特異点が小さくなり、エッチング特性への悪影響がなくなる又は小さくなることで、よりエッチングレートの均一性を向上させることができる。
なお、上記実施形態及び変形例において、処理中の中央フォーカスリング３８ｍの上面のピークの高さは、内側フォーカスリング３８ｉ及び外側フォーカスリング３８ｏの上面のピークの高さと同じ又はそれよりも高くてもよい。
以上、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。
例えば、上記実施形態では、高周波電力ＲＦを印加したが、これに限らず、直流電流（ＤＣ）を印加してもよい。
また、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。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プラズマ処理装置、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、表面波プラズマ処理装置等を用いることができる。
また、基板処理装置は、プラズマを生成せずに熱処理等により基板に所定の処理を行う装置であってもよい。基板処理装置は、静電チャック３６を有していてもよいし、静電チャック３６を有していなくてもよい。
また、本明細書では、被処理体の一例として半導体ウェハＷを挙げて説明した。しかし、被処理体は、これに限らず、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＦＰＤ（Flat Panel Display）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。
５：基板処理装置
１０：チャンバ
１２：ステージ
２０：バッフル板
２６：排気装置
３０：第２の高周波電源
３６：静電チャック
３８ｉ：内側フォーカスリング
３８ｍ：中央フォーカスリング
３８ｍ１：環状部
３８ｍ２：爪部
３８ｏ：外側フォーカスリング
４０：直流電源
４４：冷媒流路
５１：ガスシャワーヘッド
５７：第１の高周波電源
６６：ガス供給源
７４：制御部
１００：ハウジング
１０１：ピエゾアクチュエータ
１０２：プッシャーピン
１０３：連結部
１０５：軸受部
２００：移動機構
ＦＲ：フォーカスリング

Claims (20)

  1. 処理室内のステージに載置された基板の近傍に設けられる内側フォーカスリングと、
    前記内側フォーカスリングの外側に設けられ、移動機構により上下に移動が可能な中央フォーカスリングと、
    前記中央フォーカスリングの外側に設けられる外側フォーカスリングと、を含むフォーカスリングを有する、
    基板処理装置。
  2. 前記移動機構は、前記中央フォーカスリングの消耗量に応じた高さに該中央フォーカスリングを移動させる、
    請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記ステージの周囲に配置され、前記移動機構が設けられたハウジングと、
    前記ハウジングの内部に設けられ、前記移動機構を上下に駆動する駆動部と、を有する、
    請求項１又は２に記載の基板処理装置。
  4. 複数の前記駆動部は、部材により相互に接続され、該部材を介して前記ハウジングに取付けられている、
    請求項３に記載の基板処理装置。
  5. 前記中央フォーカスリングの移動距離の下限値は、前記駆動部の分解能であり、
    前記中央フォーカスリングの移動距離の上限値は、前記中央フォーカスリングの厚さよりも小さい値である、
    請求項３又は４に記載の基板処理装置。
  6. 前記移動機構は、前記ステージの内部を貫通し、
    前記ステージの外周端部よりも内側に配置され、前記移動機構を上下に駆動する駆動部を有する、
    請求項１又は２に記載の基板処理装置。
  7. 複数の前記駆動部は、部材により相互に接続され、該部材を介して前記移動機構に連結されている、
    請求項６に記載の基板処理装置。
  8. 前記中央フォーカスリングの移動距離の下限値は、前記駆動部の分解能であり、
    前記中央フォーカスリングの移動距離の上限値は、前記ステージの上面と前記中央フォーカスリングの下面の間に設けられた所定の空間の高さと前記中央フォーカスリングの厚さとを加算した値よりも小さい値である、
    請求項６又は７に記載の基板処理装置。
  9. 前記移動機構は、プッシャーピンを含む、
    請求項１〜８のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  10. 前記プッシャーピンは、サファイアから形成されている、
    請求項９に記載の基板処理装置。
  11. 前記プッシャーピンは、前記ステージ及び該ステージの上面に配置された静電チャックの内部を貫通する、
    前記静電チャックの上面と前記中央フォーカスリングの下面の間には所定の空間が設けられる、
    請求項９又は１０に記載の基板処理装置。
  12. 前記駆動部の分解能は、０．００６ｍｍである、
    請求項５又は８に記載の基板処理装置。
  13. 前記駆動部は、ピエゾアクチュエータである、
    請求項３〜８のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  14. 前記処理室にて処理中の前記中央フォーカスリングの上面のピークの高さは、前記内側フォーカスリング及び前記外側フォーカスリングの上面のピークよりも高い、
    請求項１〜１３のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  15. 前記内側フォーカスリング、前記中央フォーカスリング及び前記外側フォーカスリングのそれぞれは、同一の材料又は異なる材料から形成されている、
    請求項１〜１４のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  16. 前記内側フォーカスリング、前記中央フォーカスリング及び前記外側フォーカスリングのそれぞれの材料は、Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＳｉＣのいずれかである、
    請求項１〜１５のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  17. 前記中央フォーカスリングは、前記内側フォーカスリング及び前記外側フォーカスリングの材料よりも硬い材料から形成されている、
    請求項１〜１６のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  18. 前記内側フォーカスリングの外径は、基板の外径に対して２．５％〜３．５％大きい、
    請求項１〜１７のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  19. 前記中央フォーカスリングの外径は、基板の外径に対して４．５％〜５．５％大きい、
    請求項１〜１８のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  20. 前記外側フォーカスリングの外径は、基板の外径に対して１９．５％〜２０．５％大きい、
    請求項１〜１９のいずれか一項に記載の基板処理装置。
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