JP2020017700A - 基板処理装置及び基板処理制御方法 - Google Patents

基板処理装置及び基板処理制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】簡易な構成でフォーカスリングの交換サイクルを長期化すること。【解決手段】第１載置部は、プラズマエッチングの対象となる被処理基板を載置する。第２載置部は、第１載置部の周囲に設けられ、フォーカスリングを載置する。調整部は、フォーカスリングの消耗に応じて、被処理基板の中心部分に対する周辺部分の高さを調整する。【選択図】図６

Description

本開示は、基板処理装置及び基板処理制御方法に関するものである。
特許文献１には、半導体ウェハの外周に設置されたフォーカスリングを、消耗に応じて上昇させる技術が提案されている。
特開２００８−２４４２７４号公報
本開示は、簡易な構成でフォーカスリングの交換サイクルを長期化することができる技術を提供する。
本開示の一態様による基板処理装置は、第１載置部と、第２載置部と、調整部とを有する。第１載置部は、プラズマ処理の対象となる被処理基板を載置する。第２載置部は、第１載置部の周囲に設けられ、フォーカスリングを載置する。調整部は、フォーカスリングの消耗に応じて、被処理基板の中心部分に対する周辺部分の高さを調整する。
本開示によれば、簡易な構成でフォーカスリングの交換サイクルを長期化することができる。
図１は、第１実施形態に係るエッチング装置の概略的な構成の一例を示す概略断面図である。 図２は、第１実施形態に係る載置台の概略的な要部構成の一例を示す概略断面図である。 図３は、第１実施形態に係る静電チャックの分割の一例を示す図である。 図４は、第１実施形態に係る収縮材料の温度による収縮の一例を示す図である。 図５は、第１実施形態に係る厚さ可変層の温度と膜厚の変化の一例を示す図である。 図６は、第１実施形態に係る載置台の静電チャックを下降させた状態の一例を示す概略断面図である。 図７Ａは、第１実施形態の作用及び効果の一例を説明する概要図である。 図７Ｂは、第１実施形態の作用及び効果の一例を説明する概要図である。 図７Ｃは、第１実施形態の作用及び効果の一例を説明する概要図である。 図８は、第１実施形態に係る厚さ可変層の厚さの制御の流れを示す図である。 図９は、第２実施形態に係る載置台の概略的な要部構成の一例を示す概略断面図である。 図１０は、第２実施形態に係る支持部の配置の一例を示す図である。 図１１は、第２実施形態に係る載置台の支持部を上昇させた状態の一例を示す概略断面図である。 図１２Ａは、第２実施形態の作用及び効果の一例を説明する概要図である。 図１２Ｂは、第２実施形態の作用及び効果の一例を説明する概要図である。 図１２Ｃは、第２実施形態の作用及び効果の一例を説明する概要図である。 図１３は、第２実施形態に係るエッチング制御方法の流れを示す図である。 図１４は、他の実施形態に係る静電チャックの分割の一例を示す図である。 図１５は、他の実施形態に係る支持部の配置の一例を示す図である。
以下、図面を参照して本願の開示する基板処理装置及び基板処理制御方法の実施形態について詳細に説明する。本開示においては、基板処理装置及び基板処理制御方法の具体例として、エッチング装置及びエッチング制御方法を例にとり詳細に説明する。なお、本実施形態により、開示する基板処理装置及び基板処理制御方法が限定されるものではない。
ところで、半導体ウェハ（以下、「ウェハ」ともう。）などの被処理基板に対してプラズマエッチングを行うエッチング装置では、プラズマの均一化を目的に、ウェハの外周にフォーカスリングが配置される。フォーカスリングは、プラズマ処理により消耗する。このため、フォーカスリングは消耗部品・交換部品として扱われている。
しかしながら、フォーカスリングは、高価であり、寿命または交換サイクルが短いほど、ＣＯＣ（Cost Of Consumable）が高額となる。また、フォーカスリングの交換に伴い、エッチング装置のウェットクリーニングを実施する場合、ウェットクリーニングサイクル（ＭＴＢＷＣ：Mean Time Between Wet Cleaning）が短くなり、エッチング装置の稼働率が低下する。そこで、簡易な構成でフォーカスリングの交換サイクルを長期化することが期待されている。
（第１実施形態）
［装置構成］
最初に、エッチング装置について説明する。エッチング装置は、被処理基板に対してプラズマ処理を行う装置である。本実施形態では、被処理基板をウェハとした場合を例に説明する。図１は、第１実施形態に係るエッチング装置の概略的な構成の一例を示す概略断面図である。エッチング装置１００は、気密に構成され、電気的に接地電位とされた処理容器１を有している。処理容器１は、円筒状とされ、例えば、アルミニウム等から構成されている。処理容器１は、プラズマが生成される処理空間を形成する。処理容器１内には、被処理基板であるウェハＷを水平に支持する載置台２が収容されている。本実施形態では、載置台２は、基台３及び静電チャック６を含んでいる。
基台３は、略円柱状を呈し、導電性の金属、例えば、アルミニウム等で構成されている。基台３は、下部電極として機能する。基台３は、絶縁体の支持台４に支持されており、支持台４が処理容器１の底部に設置されている。基台３は、例えば、ねじを介して支持台４に裏面側から締結されている。静電チャック６は、平面視において載置台２の中央に設けられており、ウェハＷを静電吸着するための機能を有している。
静電チャック６は、電極２１及び絶縁体２２を有している。電極２１は、絶縁体２２の内部に設けられており、電極２１には直流電源１２が接続されている。静電チャック６は、電極２１に直流電源１２から直流電圧が印加されることにより、クーロン力によってウェハＷを吸着する。静電チャック６には、ヒータ２３が設けられている。ヒータ２３は、ヒータ電源１４に接続されている。
また、静電チャック６の外側には、環状のフォーカスリング５が設けられている。フォーカスリング５は、例えば、単結晶シリコンで形成されており、基台３に支持されている。
基台３には、給電棒５０が接続されている。給電棒５０には、第１の整合器１１ａを介して第１のＲＦ電源１０ａが接続され、また、第２の整合器１１ｂを介して第２のＲＦ電源１０ｂが接続されている。第１のＲＦ電源１０ａは、プラズマ発生用の電源であり、所定の周波数の高周波電力を載置台２の基台３に供給する。第２のＲＦ電源１０ｂは、イオン引き込み用（バイアス用）の電源であり、第１のＲＦ電源１０ａより低い所定周波数の高周波電力を載置台２の基台３に供給する。
基台３の内部には、伝熱媒体用の流路２４が形成されており、流路２４には、入口配管２５ａ、出口配管２５ｂが接続されている。そして、流路２４の中に伝熱媒体、例えば、冷却水等の冷媒を循環させることによって、載置台２を所定の温度に制御可能に構成されている。なお、載置台２等を貫通するように、ウェハＷの裏面にヘリウムガス等の冷熱伝達用ガス（バックサイドガス）を供給するためのガス供給管が設けられてもよい。ガス供給管は、ガス供給源に接続されている。これらの構成によって、載置台２の上面に静電チャック６によって吸着保持されたウェハＷを、所定の温度に制御する。
また、基台３の内部には、ヒータ８が設けられている。ヒータ８は、ヒータ電源９に接続されている。
一方、載置台２の上方には、載置台２に平行に対面するように、上部電極としての機能を有するシャワーヘッド１６が設けられている。シャワーヘッド１６と載置台２は、一対の電極（上部電極と下部電極）として機能する。
シャワーヘッド１６は、処理容器１の天壁部分に設けられている。シャワーヘッド１６は、絶縁性部材９５を介して処理容器１の上部に支持される。シャワーヘッド１６は、本体部１６ａと電極板をなす上部天板１６ｂとを備えている。本体部１６ａは、導電性材料、例えば、表面が陽極酸化処理されたアルミニウムにより構成されている。本体部１６ａは、下部に上部天板１６ｂを着脱自在に支持できるように構成されている。
本体部１６ａは、内部にガス拡散室１６ｃが設けられている。本体部１６ａは、ガス拡散室１６ｃの下部に位置するように、本体部１６ａの底部に、多数のガス通流孔１６ｄが形成されている。上部天板１６ｂは、当該上部天板１６ｂを厚さ方向に貫通するようにガス導入孔１６ｅが、ガス通流孔１６ｄと重なるように設けられている。このような構成により、ガス拡散室１６ｃに供給された処理ガスは、ガス通流孔１６ｄ及びガス導入孔１６ｅを介して処理容器１内にシャワー状に分散されて供給される。
本体部１６ａには、ガス拡散室１６ｃへ処理ガスを導入するためのガス導入口１６ｇが形成されている。ガス導入口１６ｇには、ガス供給配管１５ａが接続されている。ガス供給配管１５ａの他端には、処理ガスを供給する処理ガス供給源１５が接続される。ガス供給配管１５ａには、上流側から順にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１５ｂ、及び開閉弁Ｖ２が設けられている。そして、ガス拡散室１６ｃには、ガス供給配管１５ａを介して処理ガス供給源１５からプラズマエッチングのための処理ガスが供給される。ガス拡散室１６ｃに供給された処理ガスは、ガス通流孔１６ｄ及びガス導入孔１６ｅを介して処理容器１内にシャワー状に分散されて供給される。
上記した上部電極としてのシャワーヘッド１６には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７１を介して可変直流電源７２が電気的に接続されている。可変直流電源７２は、オン・オフスイッチ７３により給電のオン・オフが可能に構成されている。可変直流電源７２の電流・電圧ならびにオン・オフスイッチ７３のオン・オフは、後述する制御部９０によって制御される。例えば、シャワーヘッド１６には、第１のＲＦ電源１０ａ、第２のＲＦ電源１０ｂから高周波が載置台２に印加されて処理空間にプラズマが発生する際に必要に応じて制御部９０によりオン・オフスイッチ７３がオンとされて、所定の直流電圧が印加される。
また、処理容器１の上部には、処理容器１の側壁からシャワーヘッド１６の高さ位置よりも上方に延びるように円筒状の接地導体１ａが設けられている。円筒状の接地導体１ａは、上部に天壁を有している。
処理容器１の底部には、排気口８１が形成されている。排気口８１には、排気管８２を介して排気装置８３が接続されている。排気装置８３は、真空ポンプを有しており、真空ポンプを作動させることにより処理容器１内を所定の真空度まで減圧することができるように構成されている。一方、処理容器１内の側壁には、ウェハＷの搬入出口８４が設けられている。搬入出口８４には、当該搬入出口８４を開閉するゲートバルブ８５が設けられている。
処理容器１の側部内側には、内壁面に沿ってデポシールド８６が設けられている。デポシールド８６は、処理容器１にエッチング副生成物（デポ物）が付着することを防止する。デポシールド８６のウェハＷと略同じ高さ位置には、グランドに対する電位が制御可能に接続された導電性部材（ＧＮＤブロック）８９が設けられており、これにより異常放電が防止される。また、デポシールド８６の下端部には、載置台２に沿って延在するデポシールド８７が設けられている。デポシールド８６，８７は、着脱自在に構成されている。
上記構成のエッチング装置１００は、制御部９０によって動作が統括的に制御される。制御部９０には、ＣＰＵを備えエッチング装置１００の各部を制御するプロセスコントローラ９１と、ユーザインターフェース９２と、記憶部９３とが設けられている。
ユーザインターフェース９２は、工程管理者がエッチング装置１００を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、エッチング装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成されている。
記憶部９３には、エッチング装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ９１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウェア）や処理条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。そして、必要に応じて、ユーザインターフェース９２からの指示等にて任意のレシピを記憶部９３から呼び出してプロセスコントローラ９１に実行させることで、プロセスコントローラ９１の制御下で、エッチング装置１００での所望の処理が行われる。また、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータで読取り可能なコンピュータ記憶媒体などに格納された状態のものを利用したり、又は、他の装置から、例えば、専用回線を介して随時伝送させてオンラインで使用したりすることも可能である。コンピュータ記憶媒体としては、例えば、ハードディスク、ＣＤ、フレキシブルディスク、半導体メモリ等が挙げられる。
次に、第１実施形態に係る載置台２の要部構成について説明する。図２は、第１実施形態に係る載置台の概略的な要部構成の一例を示す概略断面図である。
基台３は、例えば、略円柱状を呈し、裏面３ｃ及び裏面３ｃに対向する表面側（上面３ｄ、上面３ｅ）を有する。基台３の表面側には、ウェハＷを載置した際のウェハＷの外周に沿って、環状の溝１３が形成されている。すなわち、溝１３は、基台３の表面に直交する方向からみて環状に形成されている。基台３の上部は、溝１３を介して、基台３の表面に直交する方向からみて中央部分に、円形の基台中央部３ａと、基台３の表面に直交する方向からみて周辺部分に、環状の基台周縁部３ｂとに分離されている。なお、基台３は、複数のパーツで構成してもよい。例えば、基台３は、基台中央部３ａと、基台周縁部３ｂと、基台３の下部側のベース部３ｆとにより構成してもよい。
基台中央部３ａは、静電チャック６を支持する円形の上面３ｄを有している。基台周縁部３ｂは、フォーカスリング５を支持する環状の上面３ｅを有している。上面３ｅは、フォーカスリング５を載置する載置面となる。このように、基台３の表面は、溝１３によって、円形の上面３ｄ及び環状の上面３ｅに分割されている。
上面３ｄ及び上面３ｅの高さは、ウェハＷへの熱の伝達やＲＦ電力と、フォーカスリング５への熱の伝達やＲＦ電力とが一致するように適宜調整される。すなわち、図では、上面３ｄ及び上面３ｅの高さが一致しない場合を例示しているが、両者が一致してもよい。
基台３の内部に形成された流路２４は、溝１３よりも基台３の内側に位置する内側の流路２４ａと、溝１３よりも基台３の外縁に位置する外側の流路２４ｂとを含む。内側の流路２４ａは、基台中央部３ａの上面３ｄの下方に形成される。外側の流路２４ｂは、基台周縁部３ｂの上面３ｅの下方に形成される。すなわち、内側の流路２４ａは、ウェハＷの下方に位置してウェハＷの熱を吸熱するように機能し、外側の流路２４ｂは、フォーカスリング５の下方に位置してフォーカスリング５の熱を吸熱するように機能する。なお、内側の流路２４ａと、外側の流路２４ｂとを異なる冷却機構に接続し、異なる温度の冷媒を流通させてもよい。
基台３の基台中央部３ａは、上面３ｄ上に静電チャック６を支持する。実施形態では、静電チャック６が第１載置部に対応する。第１実施形態では、静電チャック６は、複数に分割されている。図３は、第１実施形態に係る静電チャックの分割の一例を示す図である。静電チャック６は、円盤状とされ、同心円状に複数の領域に分割されている。本実施形態では、静電チャック６は、中央から順に外周側に向けて、中央部分の円状の静電チャック６ａと、周辺部分の２つの環状の静電チャック６ｂ、６ｃとに分割されている。電極２１及びヒータ２３は、静電チャック６の領域ごとに分割されている。例えば、電極２１は、静電チャック６ａ、６ｂ、６ｃに対応して電極２１ａ、２１ｂ、２１ｃに分割され、それぞれ直流電源１２が接続されている。また、例えば、ヒータ２３は、静電チャック６ａ、６ｂ、６ｃに対応してヒータ２３ａ、２３ｂ、２３ｃに分割され、それぞれヒータ電源１４に接続されている。
静電チャック６ａ、６ｂ、６ｃには、ウェハＷを載置するための載置面６ｄが上面に形成されている。静電チャック６ａ、６ｂ、６ｃは、ウェハＷの裏面と接触して円板状のウェハＷを支持する。また、静電チャック６ａ、６ｂ、６ｃは、電極２１ａ、２１ｂ、２１ｃに直流電源１２から電圧が印加されることで、ウェハＷを静電吸着する。さらに、静電チャック６ｃの下端には、静電チャック６ｃの径方向外側へ突出したフランジ部６ｅが形成されている。すなわち、静電チャック６ｃは、側面の位置に応じて外径が異なる。
基台３の基台周縁部３ｂは、上面３ｅ上にフォーカスリング５を支持する。実施形態では、基台周縁部３ｂが第２載置部に対応する。基台周縁部３ｂとフォーカスリング５との間には、接着層２６が設けられている。フォーカスリング５は、円環状の部材であって、基台周縁部３ｂ上に設けられている。フォーカスリング５の内側側面には、径方向内側へ突出した凸部５ａが形成されている。すなわち、フォーカスリング５は、内側側面の位置に応じて内径が異なる。例えば、フォーカスリング５は、凸部５ａが形成されていない箇所の内径が、ウェハＷの外径及びフランジ部６ｅの外径よりも大きい。一方、フォーカスリング５は、凸部５ａが形成された箇所の内径が、静電チャック６のフランジ部６ｅの外径よりも小さく、かつ、静電チャック６のフランジ部６ｅが形成されていない箇所の外径よりも大きい。
フォーカスリング５は、凸部５ａが静電チャック６ｃのフランジ部６ｅの上面と離間し、かつ、静電チャック６の側面からも離間した状態となるように基台周縁部３ｂ上面に配置される。すなわち、フォーカスリング５の凸部５ａの下面と静電チャック６ｃのフランジ部６ｅの上面との間、及びフォーカスリング５の凸部５ａの側面と静電チャック６ｃのフランジ部６ｅが形成されていない側面との間には、隙間が形成されている。そして、フォーカスリングの凸部５ａは、溝１３の上方に位置する。すなわち、載置面６ｄと直交する方向からみて、凸部５ａは、溝１３と重なる位置に存在し該溝１３を覆っている。これにより、プラズマが溝１３へ進入することを防止することができる。
静電チャック６を分割した領域のうち、少なくとも周辺部分の領域の下部には、温度に応じて収縮して厚さが変化する厚さ可変層が配置されている。本実施形態では、静電チャック６ｂ、６ｃの下部に厚さ可変層２０ｂ、２０ｃが配置されている。厚さ可変層２０ｂ、２０ｃは、収縮材料が配合されており、高温時に収縮材料が収縮して不可逆的に厚さが減少する。収縮材料としては、例えば、電子線架橋ポリオレフィン樹脂、電子線架橋ポリ塩化ビニル樹脂、電子線架橋ポリフッ化ビニリデン樹脂、電子線架橋フッ素エラストマー樹脂などが挙げられる。収縮材料には、収縮する温度範囲や収縮率が異なるものがある。なお、静電チャック６ａ、６ｂ、６ｃと基台中央部３ａとの間には、接着層を設けてもよい。また、厚さ可変層２０ｂ、２０ｃは、静電チャック６と基台中央部３ａとを接着する接着層として機能してもよい。例えば、厚さ可変層２０ｂ、２０ｃは、収縮材料を含んだシートの表面及び裏面に接着剤を塗布した構成として、静電チャック６と基台中央部３ａとを接着してもよい。接着剤としては、例えばシリコーン系、エポキシ系、又はアクリル系の接着剤を適宜用いることが可能である。
収縮材料の一例を説明する。図４は、第１実施形態に係る収縮材料の温度による収縮の一例を示す図である。図４は、収縮材料として、電子線架橋ポリオレフィン樹脂を用いた場合の温度と収縮率の関係を示している。なお、図４では、収縮率に対する温度誤差を±５℃程度として示している。図４に示した電子線架橋ポリオレフィン樹脂は、約６０℃で収縮を開始し、約９０℃で５５％収縮しており、約６０℃から約９０℃の温度範囲で温度に応じて収縮する。
収縮材料は、配合する収縮材料の種類や配合量を調整することにより、収縮する温度範囲や、温度ごとの収縮率を変更できる。例えば、収縮完了温度の異なる複数の収縮材料を混ぜてシート状にしたシートを厚さ可変層２０ｂ、２０ｃとして静電チャック６ｂ、６ｃと基台中央部３ａとの間に配置する。例えば、収縮完了温度が９０℃、１１０℃、１３０℃、１５０℃のタイプを混合する。各収縮材料の収縮開始温度は、エッチングのプロセス温度よりも高くなるようにする。この例では、エッチングのプロセス温度は、６０℃以下とする。なお、収縮完了温度の異なる複数の収縮材料のシートを積層してもよい。また、収縮材料の収縮する方向が決まっている場合、収縮する向きが、静電チャック６ｂ、６ｃを昇降させる方向と一致するように配置する。
具体的を挙げて説明する。例えば、図４に示した収縮完了温度９０℃、収縮率５５％の電子線架橋ポリオレフィン樹脂は、膜厚１ｍｍの樹脂シート（ポリオレフィン樹脂シート）とした場合、９０℃以上に加熱することで膜厚が０．４５ｍｍになる。この性質を利用する。
例えば、厚さ可変層２０ｂ、２０ｃとして、収縮完了温度の異なる以下に示すシート１〜４を積層してシートＡを形成する。
シート１：収縮完了温度９０℃、収縮率５５％、膜厚１ｍｍのポリオレフィン樹脂シート
シート２：収縮完了温度１１０℃、収縮率５５％、膜厚１ｍｍのポリオレフィン樹脂シート
シート３：収縮完了温度１３０℃、収縮率５５％、膜厚１ｍｍのポリオレフィン樹脂シート
シート４：収縮完了温度１５０℃、収縮率５５％、膜厚１ｍｍのポリオレフィン樹脂シート
シートＡは、室温で４ｍｍであるが、１００℃に加熱すると膜厚が３．４５ｍｍとなる。また、シートＡは、１２０℃に加熱すると膜厚が２．９０ｍｍとなる。また、シートＡは、１４０℃に加熱すると膜厚が２．３５ｍｍとなる。また、シートＡは、１６０℃に加熱すると膜厚が１．８０ｍｍとなる。よって、シートＡは、１００℃〜１６０℃の間の２０℃ごとに５５０μｍ刻みで駆動することができる。この様子を図５に示す。
厚さ可変層２０ｂ、２０ｃは、収縮材料を配合したことにより、温度に応じて収縮し、静電チャック６ｂ、６ｃを下降させる。図６は、第１実施形態に係る載置台の静電チャック６ｂ、６ｃを下降させた状態の一例を示す概略断面図である。静電チャック６ｂ、６ｃの下降に伴い、ウェハＷは、中心部分に対して周辺部分が下降し、周辺部分が下向きに湾曲する。厚さ可変層２０ｂ、２０ｃは、前述したように、配合する収縮材料の種類や配合量を調整することにより、収縮する温度範囲や、温度ごとの収縮率を変更できる。その他、厚さ可変層２０ｂ、２０ｃを構成する材料としては、例えばフェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂（ユリア樹脂) 、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコン樹脂等の熱硬化性樹脂を適宜用いることとしてもよい。
基台中央部３ａは、内部に、厚さ可変層２０ｂ、２０ｃに対応してヒータ８ｂ、８ｃが設けられている。例えば、基台中央部３ａは、流路２４ａよりも上側の、厚さ可変層２０ｂ、２０ｃの下部となる位置にヒータ８ｂ、８ｃが設けられている。ヒータ８ｂ、８ｃは、図１に示したヒータ電源９から電力供給により発熱する。制御部９０は、ヒータ電源９からヒータ８ｂ、８ｃへ供給する電力を制御してヒータ８ｂ、８ｃの温度を制御する。制御部９０は、ヒータ８ｂ、８ｃの温度を制御して、厚さ可変層２０ｂ、２０ｃの収縮率を制御することで、静電チャック６ｂ、６ｃを下降させる下降量を制御できる。
次に、第１実施形態に係るエッチング装置１００の作用及び効果を説明する。図７Ａ〜図７Ｃは、第１実施形態の作用及び効果の一例を説明する概要図である。
エッチング装置１００では、プラズマエッチングなどのプラズマ処理を行うと、フォーカスリング５が消耗する。そして、エッチング装置１００では、フォーカスリング５が消耗すると、フォーカスリング５付近のプラズマシース（Sheath）の厚さが減ってウェハＷに対するプラズマシースの高さが変わり、処理特性が変動する。例えば、新品のフォーカスリング５では、図７Ａに示すように、フォーカスリング５の上面とウェハＷの上面とでプラズマシースの高さがフラットになり、イオンが垂直にウェハＷに入射してホールが正常にエッチングされる。
しかし、フォーカスリング５が消耗すると、図７Ｂに示すように、フォーカスリング５上部のプラズマシースの高さが低下して、ウェハＷに対して、イオンの入射角が変化する。このようにイオンの入射角が変化することで、エッチング特性が変化する。例えば、ウェハＷの周辺部でエッチングされるホールにチルティング（Tilting）といった形状異常が発生する。チルティングとは、ホールが斜めにエッチングされる異常である。
そこで、制御部９０は、所定のタイミングごとに、フォーカスリング５の消耗に応じて、ヒータ８ｂ、８ｃの温度を制御して、厚さ可変層２０ｂ、２０ｃの厚さを減少させて静電チャック６ｂ、６ｃを下降させ、ウェハＷの周辺部分を下向きに湾曲させる。例えば、本実施形態では、静電チャック６の周辺部分を静電チャック６ｂ、６ｃと２つに分割している。この場合、制御部９０は、静電チャック６ｂの上面よりも静電チャック６ｃの上面を下降させて、ウェハＷの外側ほど大きく下降させ、ウェハＷの周辺部分を下向きに湾曲させる。これにより、フォーカスリング５が消耗した場合でも、ウェハＷの周辺部分に対してイオンが垂直に入射してホールが正常にエッチングされる。例えば、プラズマ処理を実施した処理時間ごとに、ウェハＷの周辺部分に対するイオンの入射角が所定の許容範囲内に収まるようにウェハＷを湾曲させるために必要な厚さ可変層２０ｂ、２０ｃの収縮率を予め求める。そして、処理時間ごとに、求めた収縮率が得られるヒータ８ｂ、８ｃの温度を、厚さ可変層２０ｂ、２０ｃの厚さの制御情報として記憶部９３に記憶させておく。プロセスコントローラ９１は、プラズマ処理を所定時間実施したタイミングごと、記憶部９３に記憶された制御情報からプラズマ処理の処理時間に対応したヒータ８ｂ、８ｃの温度を読み出す。プロセスコントローラ９１は、ヒータ８ｂ、８ｃが読み出した温度となるようにヒータ電源９からヒータ８ｂ、８ｃへの電力供給を制御する。また、例えば、ウェハＷにプラズマ処理を実施した処理枚数ごとに、ウェハＷの周辺部分に対するイオンの入射角が許容範囲内に収まるようにウェハＷを湾曲させるために必要な厚さ可変層２０ｂ、２０ｃの収縮率を予め求める。そして、処理枚数ごとに、求めた収縮率が得られるヒータ８ｂ、８ｃの温度を、厚さ可変層２０ｂ、２０ｃの厚さの制御情報として記憶部９３に記憶させておく。プロセスコントローラ９１は、ウェハＷにプラズマ処理を一定枚数実施したタイミングごとに、記憶部９３に記憶された制御情報からウェハＷの処理枚数に対応したヒータ８ｂ、８ｃの温度を読み出す。プロセスコントローラ９１は、ヒータ８ｂ、８ｃが読み出した温度となるようにヒータ電源９からヒータ８ｂ、８ｃへの電力供給を制御する。
これにより、厚さ可変層２０ｂ、２０ｃの厚さが減少して静電チャック６ｂ、６ｃが下降し、ウェハＷの周辺部分が下向きに湾曲する。この結果、図７Ｃに示すように、ウェハＷの周辺部分に対してイオンが垂直に入射してホールが正常にエッチングされるようになる。これにより、フォーカスリング５を継続して使用できるため、フォーカスリング５の交換サイクルを長期化することができる。
このように、エッチング装置１００は、厚さ可変層２０ｂ、２０ｃの厚さを減少させてウェハＷの周辺部分を湾曲させるという簡単な構成で、フォーカスリング５の交換サイクルを長期化することができる。
なお、エッチング装置１００によりエッチングされたウェハＷのホールの形状を外部の計測装置で計測してもよい。そして、制御部９０は、計測装置による計測結果に基づいて、ヒータ８ｂ、８ｃの温度を制御して、厚さ可変層２０ｂ、２０ｃの厚さを減少させ、静電チャック６ｂ、６ｃを下降させてもよい。
図８は、第１実施形態に係るエッチング制御方法の流れを示す図である。フォーカスリング（ＦＲ）５は、プラズマエッチングなどのプラズマ処理の処理時間に応じて消耗する。これにより、ウェハＷの上面とフォーカスリング５の上面との高さの差が大きくなる。そこで、制御部９０は、所定のタイミングごとに、フォーカスリングの消耗に応じて、ヒータ８ｂ、８ｃをオンにして厚さ可変層２０ｂ、２０ｃの収縮材料を収縮させて静電チャック６ｂ、６ｃを下降させ、ウェハＷの周辺部分を下向きに湾曲させる。これにより、エッチング装置１００は、フォーカスリング５が消耗した場合でも、ウェハＷの周辺部分のホールのチルティング（Tilting）の角度を許容範囲内に抑えることができる。この結果、エッチング装置１００は、フォーカスリング５の交換サイクルを長期化することができる。
また、静電チャック６ｂ、６ｃ内部の電極２１ｂ、２１ｃと基台３内部のヒータ８ｂ、８ｃを電極として、それらの間の静電容量を測ることにより、厚さ可変層２０ｂ、２０ｃの膜厚を測定するように構成してもよい。ここで、厚さ可変層の厚さをｄとし、電極とヒータとの間の静電容量をＣとすると、静電容量Ｃが厚さｄに反比例する性質を利用することができる。
このように、本実施形態に係るエッチング装置１００は、静電チャック６と、基台周縁部３ｂとを有する。静電チャック６は、プラズマエッチングの対象となるウェハＷを載置する。基台周縁部３ｂは、静電チャック６の周囲に設けられ、フォーカスリング５を載置する。また、エッチング装置１００は、フォーカスリング５の消耗に応じて、ウェハＷの中心部分に対する周辺部分の高さを調整する調整部を有する。これにより、エッチング装置１００は、簡易な構成でフォーカスリング５の交換サイクルを長期化することができる。
また、エッチング装置１００は、静電チャック６が円盤状とされ、同心円状に複数の領域（静電チャック６ａ〜６ｃ）に分割されている。エッチング装置１００は、調整部として、厚さ可変層２０ｂ、２０ｃと、ヒータ８ｂ、８ｃと、制御部９０とを有する。厚さ可変層２０ｂ、２０ｃは、静電チャック６の周辺部分となる静電チャック６ｂ、６ｃの下部に少なくとも配置され、温度に応じて収縮して厚さが変化する。ヒータ８ｂ、８ｃは、厚さ可変層２０ｂ、２０ｃに対応して配置されている。制御部９０は、フォーカスリング５の消耗に応じて、厚さ可変層２０ｂ、２０ｃをヒータ８ｂ、８ｃにより加熱する制御を行う。これにより、エッチング装置１００は、ヒータ８ｂ、８ｃの温度を制御して、厚さ可変層２０ｂ、２０ｃの厚さを減少させることで、ウェハＷの周辺部分を湾曲させることができ、フォーカスリング５の交換サイクルを長期化することができる。
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態に係るエッチング装置１００の概略的構成は、図１に示した第１実施形態に係るエッチング装置１００の構成と同様であるため、説明を省略する。
図９は、第２実施形態に係る載置台の概略的な要部構成の一例を示す概略断面図である。第２実施形態に係る載置台２の要部構成は、図２に示す第１実施形態に係る載置台２の要部構成と一部同様であるため、同様の部分には、同一の符号を付し、主に異なる点について説明をおこなう。
第２実施形態に係る基台３は、溝１３により、基台中央部３ａと基台周縁部３ｂに分割されている。静電チャック６は、円板状を呈し、接着層２７を介して基台中央部３ａ上に設けられている。静電チャック６内には、電極２１及びヒータ２３が設けられている。
また、溝１３には、基台中央部３ａの外周に沿って、ウェハＷのエッジ部分を支持する支持部２８が配置されている。支持部２８は、上端に突起３０が設けられ、突起３０の先端がウェハＷのエッジ部分に接触する。図１０は、第２実施形態に係る支持部の配置の一例を示す図である。本実施形態では、支持部２８及び突起３０は、基台中央部３ａの外周に沿って、１周設けられている。
図９に戻る。支持部２８の下部には、支持部２８及び突起３０を昇降する昇降部２９が設けられている。昇降部２９は、アクチュエータを内蔵し、アクチュエータの駆動力により、支持部２８を昇降する。
制御部９０は、昇降部２９を制御することにより支持部２８及び突起３０の昇降を制御可能とされている。制御部９０は、基台周縁部３ｂに新規のフォーカスリング５が載置された場合、昇降部２９により支持部２８及び突起３０を上昇させてウェハＷのエッジ部分を上昇させ、ウェハＷを上向きに湾曲させる。図１１は、第２実施形態に係る載置台の支持部を上昇させた状態の一例を示す概略断面図である。制御部９０は、フォーカスリング５の消耗に応じて、昇降部２９により支持部２８及び突起３０を下降させる制御を行う。
次に、第２実施形態に係るエッチング装置１００の作用及び効果を説明する。図１２Ａ〜図１２Ｃは、第２実施形態の作用及び効果の一例を説明する概要図である。
第２実施形態に係るエッチング装置１００は、新規のフォーカスリング５を基台周縁部３ｂに載置した状態で、イオンの入射角がウェハＷの中心側に予め傾くように基台中央部３ａ及び基台周縁部３ｂの少なくとも一方の高さが調整されている。
第２実施形態に係るエッチング装置１００では、新規のフォーカスリング５を基台周縁部３ｂに載置した場合、昇降部２９により支持部２８及び突起３０を上昇させてウェハＷのエッジ部分を上昇させ、ウェハＷを上向きに湾曲させる。例えば、新規のフォーカスリング５で、ウェハＷの周辺部分に対するイオンの入射角が許容範囲内に収まるようにウェハＷを湾曲させるために必要な支持部２８及び突起３０の初期の高さを予め求める。例えば、図１２Ａに示すように、ウェハＷの周辺部分に対してイオンが垂直に入射するようにウェハＷの周辺部分を上向きに湾曲させるために必要な支持部２８及び突起３０の初期の高さを予め求める。そして、制御部９０は、新規のフォーカスリング５を基台周縁部３ｂに載置した場合、昇降部２９により支持部２８及び突起３０を初期の高さに上昇させる。
エッチング装置１００では、プラズマエッチングなどのプラズマ処理を行う。エッチング装置１００では、プラズマ処理を行うと、フォーカスリング５が消耗する。そして、エッチング装置１００では、フォーカスリング５が消耗すると、フォーカスリング５付近のプラズマシース（Sheath）の厚さが減ってウェハＷに対するプラズマシースの高さが変わり、処理特性が変動する。例えば、図１２Ｂに示すように、フォーカスリング５の上面のプラズマシースの高さが低下して、ウェハＷに対して、イオンの入射角が変化する。このようにイオンの入射角が変化することで、エッチング特性が変化する。
そこで、制御部９０は、所定のタイミングごとに、フォーカスリング５の消耗に応じて、昇降部２９を制御して支持部２８及び突起３０を初期の高さから下降させ、ウェハＷの周辺部分の上向きの湾曲度合を低下させる。これにより、イオンの入射角が変化した場合でも、ウェハＷの周辺部分に対してイオンが垂直に入射してホールが正常にエッチングされる。例えば、プラズマ処理を実施した処理時間ごとに、ウェハＷの周辺部分に対するイオンの入射角が許容範囲内に収まるようにウェハＷを湾曲させるために必要な支持部２８及び突起３０の高さを予め求める。そして、処理時間ごとに、求めた支持部２８及び突起３０の高さを、支持部２８及び突起３０の高さの制御情報として記憶部９３に記憶させておく。プロセスコントローラ９１は、プラズマ処理を所定時間実施したタイミングごと、記憶部９３に記憶された制御情報からプラズマ処理の処理時間に対応した支持部２８及び突起３０の高さを読み出す。プロセスコントローラ９１は、支持部２８及び突起３０が読み出した高さとなるように昇降部２９を制御する。また、例えば、ウェハＷにプラズマ処理を実施した処理枚数ごとに、ウェハＷの周辺部分に対するイオンの入射角が許容範囲内に収まるようにウェハＷを湾曲させるために必要な支持部２８及び突起３０の高さを予め求める。そして、処理時間ごとに、求めた支持部２８及び突起３０の高さを、支持部２８及び突起３０の高さの制御情報として記憶部９３に記憶させておく。プロセスコントローラ９１は、ウェハＷにプラズマ処理を一定枚数実施したタイミングごとに、記憶部９３に記憶された制御情報からウェハＷの処理枚数に対応した支持部２８及び突起３０の高さを読み出す。プロセスコントローラ９１は、支持部２８及び突起３０が読み出した高さとなるように昇降部２９を制御する。
これにより、図１２Ｃに示すように、ウェハＷの周辺部分に対してイオンが垂直に入射してホールが正常にエッチングされるようになる。これにより、フォーカスリング５を継続して使用できるため、フォーカスリング５の交換サイクルを長期化することができる。
このように、エッチング装置１００は、昇降部２９と支持部２８及び突起３０とによりウェハＷのエッジ部分を昇降させてウェハＷの周辺部分を湾曲させるという簡単な構成で、フォーカスリング５の交換サイクルを長期化することができる。
なお、エッチング装置１００によりエッチングされたウェハＷのホールの形状を外部の計測装置で計測してもよい。そして、制御部９０は、計測装置による計測結果に基づいて、昇降部２９と支持部２８及び突起３０とによりウェハＷのエッジ部分を昇降させてウェハＷの周辺部分を湾曲させてもよい。
図１３は、第２実施形態に係るエッチング制御方法の流れを示す図である。エッチング装置１００では、新規のフォーカスリング５を基台周縁部３ｂに載置した場合、昇降部２９により支持部２８及び突起３０を上昇させてウェハＷのエッジ部分を上昇させ、ウェハＷを上向きに湾曲させる。エッチング装置１００では、プラズマエッチングなどのプラズマ処理を行う。フォーカスリング（ＦＲ）５は、プラズマエッチングなどのプラズマ処理の処理時間に応じて消耗する。これにより、ウェハＷの上面とフォーカスリング５の上面との高さの差が大きくなる。そこで、制御部９０は、所定のタイミングごとに、昇降部２９を制御して支持部２８及び突起３０を初期の高さから下降させ、ウェハＷの周辺部分の上向きの湾曲度合を低下させる。これにより、エッチング装置１００は、フォーカスリング５が消耗した場合でも、ウェハＷの周辺部分のホールのチルティング（Tilting）の角度を許容範囲内に抑えることができる。この結果、エッチング装置１００は、フォーカスリング５の交換サイクルを長期化することができる。
このように、本実施形態に係るエッチング装置１００は、フォーカスリング５の消耗に応じて、ウェハＷの中心部分に対する周辺部分の高さを調整する調整部として、支持部２８、昇降部２９、突起３０と、制御部９０とを有する。支持部２８及び突起３０は、静電チャック６の外周に沿って配置され、ウェハＷのエッジ部分を支持する。昇降部２９は、支持部２８及び突起３０を昇降する。制御部９０は、基台周縁部３ｂに新規のフォーカスリング５が載置された場合、昇降部２９により支持部２８及び突起３０を上昇させ、フォーカスリング５の消耗に応じて、昇降部２９により支持部２８及び突起３０を下降させる制御を行う。これにより、エッチング装置１００は、昇降部２９と支持部２８及び突起３０とによりウェハＷのエッジ部分を昇降させることで、ウェハＷの周辺部分を湾曲させることができ、フォーカスリング５の交換サイクルを長期化することができる。
以上、実施形態について説明してきたが、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上記した実施形態は、多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
例えば、上述した実施形態では、エッチング装置１００を容量結合型のプラズマ処理装置とした場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、エッチング装置１００は、誘導結合型のプラズマ処理装置、マイクロ波といった表面波によってガスを励起させるプラズマ処理装置のように、任意のタイプのプラズマ処理装置であってもよい。
また、基板処理の内容として、本開示ではプラズマエッチングについて詳細に説明をおこなったが、プラズマエッチング以外にも、プラズマＣＶＤやＰＶＤ（スパッタ成膜）などのプラズマを用いた成膜処理において適用することも可能である。成膜処理をおこなう場合には、エッチングの場合とは逆に、成膜処理時間、もしくは成膜枚数の増加に伴い、フォーカスリング上に堆積物が形成され、フォーカスリングの高さが増加する。このような場合にも、本開示を適用することが可能である。例えば、パターンが形成された基板に対してスパッタ成膜をおこなう場合、イオンの入射方向が基板に対して垂直でなくなると、パターンの陰になった部分には成膜がおこなわれないため、パターンの左右で成膜量に偏りが生じ、パターンに対する付きまわり性、すなわちコンフォーマル特性が低下する。このような状況に対して上述の実施形態を適宜置換して適用することは有用である。
また、上述した第１実施形態では、静電チャック６を同心円状に複数の領域に分割した場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、エッチング装置１００は、静電チャック６の少なくとも周辺部分の領域が周方向にさらに分割されてもよい。そして、エッチング装置１００は、周方向に分割された各領域の下部に厚さ可変層及びヒータが配置されてもよい。図１４は、他の実施形態に係る静電チャックの分割の一例を示す図である。図１４の例では、静電チャック６ｂ、６ｃがそれぞれ周方向に８つの領域（静電チャック６ｂ１〜６ｂ８、６ｃ１〜６ｃ８）に分割されている。静電チャック６ｂ１〜６ｂ８、６ｃ１〜６ｃ８の下部には、厚さ可変層及びヒータがそれぞれ設けられている。エッチング装置１００は、静電チャック６ｂ１〜６ｂ８、６ｃ１〜６ｃ８の下部のヒータの温度を制御して厚さ可変層の収縮率を制御し、静電チャック６ｂ１〜６ｂ８、６ｃ１〜６ｃ８を下降させる下降量を制御する。これにより、エッチング装置１００は、ウェハＷの周方向の位置ごとに下方向への湾曲度合を制御できる。これにより、エッチング装置１００は、例えば、フォーカスリング５の消耗が周方向で異なり、ウェハＷに発生するチルティングの角度が周方向で異なる場合でも、ウェハＷの周方向の位置ごとに下方向への湾曲度合を調整することで、チルティングを抑制できる。
また、上述した第２実施形態では、支持部２８及び突起３０を、基台中央部３ａの外周に沿って、１周に１つ設けた場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、エッチング装置１００は、支持部２８及び突起３０を分割されて複数設けられてもよい。そして、エッチング装置１００は、支持部２８及び突起３０ごとに昇降部２９が設けられてもよい。図１５は、他の実施形態に係る支持部の配置の一例を示す図である。図１５の例では、支持部２８及び突起３０がそれぞれ周方向に８つの支持部２８ａ〜２８ｈ及び突起３０ａ〜３０ｈに分割されている。支持部２８ａ〜２８ｈの下部には、昇降部２９がそれぞれ設けられている。これにより、エッチング装置１００は、支持部２８ａ〜２８ｈ及び突起３０ａ〜３０ｈの昇降部２９を制御してウェハＷのエッジ部分の昇降量を制御する。これにより、エッチング装置１００は、ウェハＷの周方向の位置ごとに下方向への湾曲度合を制御できる。これにより、エッチング装置１００は、例えば、フォーカスリング５の消耗が周方向で異なり、ウェハＷに発生するチルティングの角度が周方向で異なる場合でも、ウェハＷの周方向の位置ごとに下方向への湾曲度合を調整することで、チルティングを抑制できる。
また、第１実施形態に係るエッチング装置１００は、第２実施形態のように支持部２８、昇降部２９、突起３０を有してもよい。この場合、エッチング装置１００は、第２実施形態のように、支持部２８及び突起３０を上昇させて新規のフォーカスリング５を上向きに湾曲させ、フォーカスリング５の消耗に応じて支持部２８及び突起３０を下降させてフォーカスリング５を平坦な状態に戻す。その後、エッチング装置１００は、第１実施形態のように、静電チャック６ｂ、６ｃを下降させ、ウェハＷの周辺部分を下向きに湾曲させればよい。
また、上述した第２実施形態では、昇降部２９の機械的な駆動により支持部２８及び突起３０を上昇させてウェハＷを上向きに湾曲させる場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、エッチング装置１００は、ウェハＷの背面の圧力（気圧）を制御することや、静電吸着電圧の制御、収縮材料と膨張材料を配置することでウェハＷを上向きに湾曲させてもよい。膨張材料としては、例えば、膨張黒鉛（層間化合物処理を施した鱗片状黒鉛）、シリコンゴムなどが挙げられる。
また、上述した実施形態では、被処理基板を半導体ウェハとした場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、被処理基板は、シリコンであっても、ＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの化合物半導体でもよく、さらに、半導体ウェハに限定されず、液晶表示装置等のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）に用いるガラス基板や、セラミック基板等であってもよい。
１ 処理容器
２ 載置台
３ 基台
３ａ 基台中央部
３ｂ 基台周縁部
５ フォーカスリング
６、６ａ〜６ｃ、６ｂ１〜６ｂ８、６ｃ１〜６ｃ８ 静電チャック
８、８ｂ、８ｃ ヒータ
９ ヒータ電源
２０ｂ、２０ｃ 厚さ可変層
２８、２８ａ〜２８ｈ 支持部
２９ 昇降部
９０ 制御部
９１ プロセスコントローラ
９２ ユーザインターフェース
９３ 記憶部
１００ エッチング装置
Ｗ ウェハ

Claims (6)

  1. プラズマ処理の対象となる被処理基板を載置する第１載置部と、
    前記第１載置部の周囲に設けられ、フォーカスリングを載置する第２載置部と、
    前記フォーカスリングの消耗に応じて、前記被処理基板の中心部分に対する周辺部分の高さを調整する調整部と、
    を有することを特徴とする基板処理装置。
  2. 前記第１載置部は、円盤状とされ、同心円状に複数の領域に分割され、
    前記調整部は、
    前記第１載置部の周辺部分となる前記領域の下部に少なくとも配置され、温度に応じて収縮して厚さが変化する厚さ可変層と、
    前記厚さ可変層に対応して配置されたヒータと、
    前記フォーカスリングの消耗に応じて、前記厚さ可変層を前記ヒータにより加熱する制御を行う制御部と、を有する
    請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記第１載置部は、少なくとも前記周辺部分の領域が周方向にさらに分割され、
    前記厚さ可変層及び前記ヒータは、周方向に分割された各領域の下部に配置された
    請求項２に記載の基板処理装置。
  4. 前記調整部は、
    前記第１載置部の外周に沿って配置され、前記被処理基板のエッジ部分を支持する支持部と、
    前記支持部を昇降する昇降部と、
    前記第２載置部に新規のフォーカスリングが載置された場合、前記昇降部により前記支持部を上昇させ、前記フォーカスリングの消耗に応じて、前記昇降部により前記支持部を下降させる制御を行う制御部と、を有する
    請求項１〜３の何れか１つに記載の基板処理装置。
  5. 前記支持部は、周方向に分割されて複数設けられ、
    前記昇降部は、前記支持部ごとに設けられた、
    請求項４に記載の基板処理装置。
  6. プラズマ処理の対象となる被処理基板を載置する第１載置部の周囲に設けられ、フォーカスリングを載置する第２載置部に載置された前記フォーカスリングの消耗に応じて、前記第１載置部に載置された前記被処理基板の中心部分に対する周辺部分の高さを調整する、
    基板処理制御方法。
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