JP2021192425A - プラズマ処理装置 - Google Patents

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雅弘 鈴木
Masahiro Suzuki
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Abstract

【課題】基板エッジにおけるチルティングを制御しつつ、基板の中央及び中間領域におけるプロセス変化を抑制できること。【解決手段】プラズマ処理装置は、プラズマ処理容器と、プラズマ処理容器内に配置され、静電チャックを含む基板支持部と、静電チャック上の基板を囲むように静電チャック上に配置され、内側環状部分、中間環状部分及び外側環状部分を含む第１のリングであり、内側環状部分の上面は、中間環状部分の上面よりも高く、外側環状部分の上面は、内側環状部分の上面よりも高い、第１のリングと、第１のリングの中間環状部分の上面に配置される第２のリングと、第２のリングの上面を第１の高さに維持するように第２のリングを縦方向に移動させるように構成されるアクチュエータであり、第１の高さは、第１のリングの内側環状部分の上面の高さよりも大きく、且つ、第１のリングの外側環状部分の上面の高さよりも小さい、アクチュエータと、を有する。【選択図】図１

Description

本開示は、プラズマ処理装置に関する。
プラズマ処理装置は、半導体ウエハ（以下、ウエハ又は基板ともいう。）等の被処理体に対して、エッチング等のプラズマ処理を行う。プラズマ処理装置では、プラズマ処理に伴いチャンバ内のパーツが消耗することで、プラズマ処理の結果に影響を及ぼすことになる。例えば、プラズマの均一化のためにウエハの外周部に設置されたフォーカスリングは、消耗して上面の高さが低下すると、ウエハとフォーカスリング上のプラズマシースの高さにズレが生じ、プラズマ処理の均一性等に影響を及ぼす。このため、フォーカスリングを昇降機構により上昇させることが提案されている。
特開２０１９−０７１３６９号公報 米国特許出願公開第２０１７／０２３６７４１号明細書
本開示は、基板エッジにおけるチルティングを制御しつつ、基板の中央及び中間領域におけるプロセス変化を抑制できるプラズマ処理装置を提供する。
本開示の一態様によるプラズマ処理装置は、プラズマ処理容器と、プラズマ処理容器内に配置され、静電チャックを含む基板支持部と、静電チャック上の基板を囲むように静電チャック上に配置され、内側環状部分、中間環状部分及び外側環状部分を含む第１のリングであり、内側環状部分の上面は、中間環状部分の上面よりも高く、外側環状部分の上面は、内側環状部分の上面よりも高い、第１のリングと、第１のリングの中間環状部分の上面に配置される第２のリングと、第２のリングの上面を第１の高さに維持するように第２のリングを縦方向に移動させるように構成されるアクチュエータであり、第１の高さは、第１のリングの内側環状部分の上面の高さよりも大きく、且つ、第１のリングの外側環状部分の上面の高さよりも小さい、アクチュエータと、を有する。
本開示によれば、基板端部におけるチルティングを制御しつつ、基板の中央及び中間領域におけるプロセス変化を抑制できる。
図１は、本開示の第１実施形態におけるプラズマ処理システムの一例を示す図である。 図２は、第１実施形態におけるエッジリング近傍の断面の一例を示す拡大図である。 図３は、第１実施形態における第２のリングを上昇させた状態のエッジリング近傍の断面の一例を示す拡大図である。 図４は、第１実施形態におけるエッジリング近傍の等価回路の一例を示す図である。 図５は、基板端部におけるチルト角の一例を示す図である。 図６は、基板端部におけるチルト角の一例を示す図である。 図７は、第２実施形態におけるエッジリング近傍の断面の一例を示す拡大図である。 図８は、第３実施形態におけるエッジリング近傍の断面の一例を示す拡大図である。 図９は、第３実施形態における実験結果の一例を示す図である。 図１０は、第３実施形態における実験結果の一例を示す図である。
以下に、開示するプラズマ処理装置の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態により開示技術が限定されるものではない。
フォーカスリングを昇降機構により上昇させることで高さを変更すると、ウエハの端部におけるインピーダンスが変化する。このため、ウエハの中央、及び、中央と端部との間である中間領域では、例えば、エッチングレートの変化といったプロセス変化が発生する。また、チルティング制御のためにフォーカスリングをウエハより５ｍｍ以上上昇させた場合、ウエハの端部におけるＲＦ電力の比率が変化したり、処理ガスの流れを妨げたりすることで、同様にプロセス変化が発生する。そこで、ウエハ（基板）端部におけるチルティングを制御しつつ、ウエハの中央及び中間領域におけるプロセス変化を抑制することが期待されている。
（第１実施形態）
［プラズマ処理システム１の構成］
図１は、本開示の第１実施形態におけるプラズマ処理システムの一例を示す図である。図１に示すように、一実施形態において、プラズマ処理システム１は、プラズマ処理装置１０及び制御部１００を含む。プラズマ処理装置１０は、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）方式のプラズマ処理装置であり、プラズマ処理チャンバ１１、ガス供給部５０、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電力供給部３００及び排気システム１５を含む。また、プラズマ処理装置１０は、基板支持部２０、ガス噴射部４１及びアンテナ６２を含む。基板支持部２０は、プラズマ処理チャンバ１１内のプラズマ処理空間１１ｓの下部領域に配置される。ガス噴射部４１は、基板支持部２０の上方に配置され、誘電体窓６１の中央開口部に取り付けられる。アンテナ６２は、プラズマ処理チャンバ１１（誘電体窓６１）の上部又は上方に配置される。
基板支持部２０は、プラズマ処理空間１１ｓにおいて基板Ｗを支持するように構成される。基板支持部２０は、載置台の一例である。一実施形態において、基板支持部２０は、下部電極２１、静電チャック２２、及びエッジリング２３を含む。静電チャック２２は、下部電極２１上に配置され、静電チャック２２の上面で基板Ｗを支持するように構成される。下部電極２１は、バイアス電極として機能する。エッジリング２３は、下部電極２１の周縁部上面において基板Ｗを囲むように配置される。また、図示は省略するが、一実施形態において、基板支持部２０は、静電チャック２２及び基板Ｗのうち少なくとも１つをターゲット温度に調節するように構成される温調モジュールを含んでもよい。温調モジュールは、ヒータ、流路、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路には、冷媒、伝熱ガスのような温調流体が流れる。
エッジリング２３は、第１のリング２３ａと、第２のリング２３ｂとを有する。第１のリング２３ａは、上部に第２のリング２３ｂが配置される配置部を有し、第１のリング２３ａの配置部より内周側の厚さは、配置部より厚くなっている。つまり、第１のリング２３ａは、静電チャック２２上の基板Ｗを囲むように静電チャック２２上に配置される。また、第１のリング２３ａは、配置部より内周側である内側環状部分、及び、配置部を含む外側環状部分を含み、内側環状部分の上面の高さは、外側環状部分の上面の高さよりも高い。
第２のリング２３ｂは、幅が第１のリング２３ａの幅より狭く、厚さが第１のリング２３ａの最薄部である配置部の厚さより薄く又は同一に構成されている。第２のリング２３ｂの幅は、例えば、１５ｍｍ未満とすることができる。つまり、第２のリング２３ｂは、第１のリング２３ａの外側環状部分の上面に配置される。また、第２のリング２３ｂの内径は、第１のリング２３ａの内径よりも大きく、第２のリング２３ｂの外径は、第１のリング２３ａの外径よりも小さい。すなわち、第２のリング２３ｂの幅は、第１のリング２３ａの外側環状部分の幅よりも小さい。
エッジリング２３の外周側には、カバーリング２４が配置される。カバーリング２４は、アイソレータ２５を介して支持部２６上に載置されている。カバーリング２４は、第１のリング２３ａの上面の一部及び外周側面を覆うように、且つ、第２のリング２３ｂを囲むように配置される。また、カバーリング２４の上面は、第１のリング２３ａの内側環状部分の上面よりも高い。なお、第１のリング２３ａ及び第２のリング２３ｂは、導電材料、例えばシリコン（Ｓｉ）又は炭化シリコン（ＳｉＣ）で構成され、カバーリング２４は、絶縁材料、例えば石英（ＳｉＯ２）で構成されている。
また、第２のリング２３ｂには、第１のリング２３ａ、下部電極２１及び静電チャック２２内に設けた穴２７を貫通する駆動ピン２８が接触している。駆動ピン２８は、下部電極２１の下方に設けた駆動機構であるアクチュエータ２９によって上下に移動可能である。駆動ピン２８は、導電体又は絶縁体で構成されている。導電体としては、例えばＡｌ、Ｓｉ、ＳｉＣ及びＹ２Ｏ３等が挙げられる。絶縁体としては、例えば石英、アルミナ及びセラミックス等が挙げられる。また、駆動ピン２８及びアクチュエータ２９は、第２のリング２３ｂを均等に持ち上げられるように、例えば第２のリング２３ｂの円周上の複数箇所、例えば４箇所に設けられる。すなわち、第２のリング２３ｂは、第１のリング２３ａとの距離が調節可能な構成となっている。
言い換えると、アクチュエータ２９は、第２のリング２３ｂの上面を第１の高さに維持するように第２のリング２３ｂを縦方向に移動させるように構成される。なお、この場合のアクチュエータ２９には、駆動ピン２８を含む。また、第１の高さは、第１のリング２３ａの内側環状部分の上面の高さよりも大きく（高く）、且つ、カバーリング２４の上面の高さよりも小さい（低い）。
ガス噴射部４１は、ガス供給部５０からの１又はそれ以上の処理ガスをプラズマ処理空間１１ｓに供給するように構成される。一実施形態において、ガス噴射部４１の上部には、ガス噴射部４１内に処理ガスを導入するための導入口４２ａ，４２ｂが設けられている。導入口４２ａ，４２ｂには、それぞれ配管５６ａ，５６ｂが接続されている。ガス噴射部４１の下部は、誘電体窓６１の下面から下方に突出している。ガス噴射部４１の下部には、処理ガスを下方に噴射する噴射口４３ａと、処理ガスを横方向へ噴射する噴射口４３ｂとが形成されている。
ガス供給部５０は、１又はそれ以上のガスソース５１、１又はそれ以上の流量制御器５２、バルブ５３、配管５４、及び、フロースプリッタ（ガス流量分配部）５５を含んでもよい。一実施形態において、ガス供給部５０は、１又はそれ以上の処理ガスを、それぞれに対応のガスソース５１からそれぞれに対応の流量制御器５２及びバルブ５３、並びに、配管５４、フロースプリッタ５５及び配管５６ａ，５６ｂを介してガス噴射部４１に供給するように構成される。各流量制御器５２は、例えばマスフローコントローラ（ＭＦＣ；Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）又は圧力制御式の流量制御器を含んでもよい。
ＲＦ電力供給部３００は、ＲＦ電力、例えば１又はそれ以上のＲＦ信号を、下部電極２１及びアンテナ６２に供給するように構成される。これにより、プラズマ処理空間１１ｓに供給された１又はそれ以上の処理ガスからプラズマが生成される。従って、ＲＦ電力供給部３００は、プラズマ処理チャンバにおいて１又はそれ以上の処理ガスからプラズマを生成するように構成されるプラズマ生成部の少なくとも一部として機能し得る。一実施形態において、ＲＦ電力供給部３００は、第１のＲＦ電力供給部７１及び第２のＲＦ電力供給部３０を含む。
第１のＲＦ電力供給部７１は、第１のＲＦ生成部及び第１の整合回路を含む。一実施形態において、第１のＲＦ電力供給部７１は、第１のＲＦ信号を第１のＲＦ生成部から第１の整合回路を介してアンテナ６２に供給するように構成される。一実施形態において、第１のＲＦ信号は、１００ＭＨｚ以下の周波数を有するソースＲＦ信号である。
第２のＲＦ電力供給部３０は、第２のＲＦ生成部及び第２の整合回路を含む。一実施形態において、第２のＲＦ電力供給部３０は、第２のＲＦ信号を第２のＲＦ生成部から第２の整合回路を介して下部電極２１に供給するように構成される。一実施形態において、第２のＲＦ信号は、２７ＭＨｚ以下の周波数を有するバイアスＲＦ信号である。
アンテナ６２は、ガス噴射部４１と同軸上に配置された外側コイル６２１及び内側コイル６２２を有する。内側コイル６２２は、ガス噴射部４１を囲むようにガス噴射部４１の周囲に配置される。外側コイル６２１は、内側コイル６２２を囲むように内側コイル６２２の周囲に配置される。外側コイル６２１は、第１のＲＦ電力供給部７１が接続された一次コイルとして機能する。一実施形態において、外側コイル６２１は、平面コイルであり、略円形の渦巻き状に形成される。内側コイル６２２は、一次コイルと誘導結合する二次コイルとして機能する。すなわち、内側コイル６２２は、第１のＲＦ電力供給部７１に接続されていない。一実施形態において、内側コイル６２２は、平面コイルであり、略円形のリング状に形成される。一実施形態において、内側コイル６２２は、可変コンデンサに接続され、可変コンデンサの容量を制御することによって、内側コイル６２２に流れる電流の向きや大きさが制御される。外側コイル６２１及び内側コイル６２２は、同じ高さに配置されてもよく、異なる高さに配置されてもよい。一実施形態において、内側コイル６２２は、外側コイル６２１より低い位置に配置される。
排気システム１５は、例えばプラズマ処理チャンバ１１の底部に設けられた排気口１３に接続され得る。排気システム１５は、圧力弁及び真空ポンプを含んでもよい。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、粗引きポンプ又はこれらの組み合わせを含んでもよい。
一実施形態において、制御部１００は、本開示において述べられる種々の工程をプラズマ処理装置１０に実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部１００は、ここで述べられる種々の工程を実行するようにプラズマ処理装置１０の各要素を制御するように構成され得る。一実施形態において、制御部１００の一部又は全てがプラズマ処理装置１０に含まれてもよい。制御部１００は、例えばコンピュータ１０１を含んでもよい。コンピュータ１０１は、例えば、処理部（ＣＰＵ：Central Processing Unit）１０２、記憶部１０３、及び通信インターフェース１０４を含んでもよい。処理部１０２は、記憶部１０３に格納されたプログラムに基づいて種々の制御動作を行うように構成され得る。記憶部１０３は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェース１０４は、ＬＡＮ（Local Area Network）等の通信回線を介してプラズマ処理装置１０との間で通信してもよい。
［エッジリング２３のインピーダンス］
次に、図２から図４を用いてエッジリング２３のインピーダンスについて説明する。図２は、第１実施形態におけるエッジリング近傍の断面の一例を示す拡大図である。図３は、第１実施形態における第２のリングを上昇させた状態のエッジリング近傍の断面の一例を示す拡大図である。なお、図２及び図３では、穴２７及び駆動ピン２８は省略している。
図２は、エッジリング２３の第２のリング２３ｂが消耗していない状態を示す。プラズマ処理空間１１ｓで生成されたプラズマからのＲＦ電力は、第２のリング２３ｂ及びカバーリング２４の表面に達すると、インピーダンスが低いカバーリング２４側から、第１のリング２３ａの外側環状部分及び静電チャック２２を介して下部電極２１に至る経路８０を流れる。なお、図２の状態であっても、第１のリング２３ａと、第２のリング２３ｂとの間には、微小なエアギャップが存在する。
次に、図３に示すように、第２のリング２３ｂが消耗し、第２のリング２３ｂが上昇した状態では、第１のリング２３ａの外側環状部分と、第２のリング２３ｂとの間のエアギャップが、エアギャップ３５に示すように拡大する。この場合も、ＲＦ電力は、インピーダンスが低いカバーリング２４側から、第１のリング２３ａの外側環状部分及び静電チャック２２を介して下部電極２１に至る経路８０を流れる。なお、エアギャップ３５は、５ｍｍ未満であるので、基板Ｗの中央や中間領域におけるプロセス変化は軽微である。
図４は、第１実施形態におけるエッジリング近傍の等価回路の一例を示す図である。図４では、第２のリング２３ｂのインピーダンスをＺＡ１、エアギャップ（微小なエアギャップ及びエアギャップ３５）のインピーダンスをＺＡ２で表し、ＺＡ１とＺＡ２の合成インピーダンスをＺＡで表している。また、カバーリング２４のインピーダンスをＺＢ、第１のリング２３ａのインピーダンスをＺＣで表している。また、エッジリング２３近傍の合成インピーダンスＺｔｏｔａｌは、下記の式（１）で表すことができる。
Figure 2021192425
式（１）に示すように、Ｚｔｏｔａｌは、ＺＡ、ＺＢ、及び、ＺＣの合成インピーダンスである。ＺＡは、エアギャップが存在するため高くなる。一方、ＺＢは、ＺＡと比較してインピーダンスが低くなるように、つまり、ＺＡをバイパスするバイパスインピーダンスとして機能するように設定する。例えば、ＲＦ電力に対するインピーダンスが低下するように、カバーリング２４の厚さを調整する。式（１）では、エアギャップが広がると、ＺＡ２が増加しＺＡも増加するが、ＺＢが支配的であり、Ｚｔｏｔａｌ≒ＺＢ＋ＺＣとなる。なお、ＺＡに比べてＺＢが非常に小さい値である場合も同様である。このため、エアギャップが変化しても、エッジリング２３近傍の合成インピーダンスの変化は小さく、一定に保たれることになる。すなわち、本実施形態では、第２のリング２３ｂを上昇させても、基板Ｗの中央及び中間領域におけるプロセス変化を抑制できる。
［チルト角］
続いて、図５及び図６を用いてチルト角について説明する。図５及び図６は、基板端部におけるチルト角の一例を示す図である。図５は、第２のリング２３ｂが消耗し、第２のリング２３ｂ上のプラズマシースが基板Ｗ上のプラズマシースより低下して傾いた状態でエッチングが行われた場合を示す。この場合、基板Ｗの端部に作成されたホール９０は、マイナス方向のチルト角９１を有する。チルト角９１は、インサイドチルティングともいう。
図６は、第２のリング２３ｂを上昇させ、第２のリング２３ｂ上のプラズマシースが基板Ｗ上のプラズマシースより上昇して傾いた状態でエッチングが行われた場合を示す。この場合、基板Ｗの端部に作成されたホール９２は、プラス方向のチルト角９３を有する。チルト角９３は、アウトサイドチルティングともいう。すなわち、本実施形態では、第２のリング２３ｂを上昇させて、第１のリング２３ａと、第２のリング２３ｂとの距離を調節することで、基板Ｗの端部におけるチルティングを制御することができる。
（第２実施形態）
上記の第１実施形態では、ＲＦ電力の経路８０における第１のリング２３ａの厚さは、第２のリング２３ｂが配置される配置部の厚さ、つまり、第１のリング２３ａの最薄部の厚さと同じとしたが、配置部の厚さより厚くしてもよい。この場合について、以下、第２実施形態として説明する。
図７は、第２実施形態におけるエッジリング近傍の断面の一例を示す拡大図である。図７に示すエッジリング２３Ｅは、第１実施形態のエッジリング２３と比較して、第１のリング２３ａに代えて、第１のリング２３ｃと、第３のリング２３ｄとを有する。また、第２実施形態の基板支持部２０では、第１実施形態のカバーリング２４に代えて、カバーリング２４ａを有する。なお、図７では、穴２７及び駆動ピン２８は省略している。
第１のリング２３ｃは、第１のリング２３ａよりも半径方向の幅が狭く、第１のリング２３ｃの外周側の端部は、第２のリング２３ｂの外周側の端部と略同一の位置となっている。つまり、第１のリング２３ｃは、静電チャック２２上の基板Ｗを囲むように静電チャック２２上に配置される。また、第１のリング２３ｃは、配置部より内周側である内側環状部分、及び、配置部を含む外側環状部分を含み、内側環状部分の上面は、外側環状部分の上面よりも高い。第２のリング２３ｂは、第１のリング２３ｃの外側環状部分の上面に配置される。また、第２のリング２３ｂの幅は、第１のリング２３ｃの外側環状部分の幅と同一である。
第３のリング２３ｄは、第１のリング２３ｃと、第２のリング２３ｂとを取り囲むように、さらに外周側に配置される。つまり、第３のリング２３ｄは、第１のリング２３ｃ及び第２のリング２３ｂを囲むように配置される。第３のリング２３ｄは、第１のリング２３ａのうち、カバーリング２４に覆われている部分を分離して、第１のリング２３ａの配置部よりも厚くした部材である。つまり、第１のリング２３ｃと第３のリング２３ｄとの間には、間隙が形成される。また、第３のリング２３ｄの少なくとも一部は、静電チャック２２上に配置される。
また、カバーリング２４ａは、カバーリング２４と比較して、第３のリング２３ｄの厚さに応じて、第３のリング２３ｄを覆う部分の厚さを薄くしている。つまり、カバーリング２４ａは、第３のリング２３ｄの上面及び外周側面を覆うように配置される。また、カバーリング２４ａの上面は、第１のリング２３ｃの内側環状部分の上面よりも高い。
第１のリング２３ｃは、第１のリング２３ａと同様に、導電材料、例えばシリコン（Ｓｉ）又は炭化シリコン（ＳｉＣ）で構成される。また、第３のリング２３ｄは、導電材料、例えばシリコン（Ｓｉ）又は炭化シリコン（ＳｉＣ）で構成されてもよいが、さらに導電率が高い導電性セラミックスを用いてもよい。つまり、第３のリング２３ｄは、第１のリング２３ｃ及び第２のリング２３ｂより高い導電率を有する材料で構成されるようにしてもよい。また、カバーリング２４ａは、カバーリング２４と同様に、絶縁材料、例えば石英（ＳｉＯ２）で構成されている。
また、アクチュエータ２９は、第１実施形態と同様に、第２のリング２３ｂの上面を第１の高さに維持するように第２のリング２３ｂを縦方向に移動させるように構成される。なお、この場合のアクチュエータ２９には、駆動ピン２８を含む。また、第１の高さは、第１のリング２３ｃの内側環状部分の上面の高さよりも大きく（高く）、且つ、カバーリング２４ａの上面の高さよりも小さい（低い）。
図７では、プラズマ処理空間１１ｓで生成されたプラズマからのＲＦ電力は、第２のリング２３ｂ及びカバーリング２４ａの表面に達すると、インピーダンスが低いカバーリング２４ａ側から、第３のリング２３ｄ及び静電チャック２２を介して下部電極２１に至る経路８１を流れる。つまり、カバーリング２４ａと、第３のリング２３ｄの第１のリング２３ａとの厚さの差分との合成インピーダンスが、図４に示すＺＢに対応する。また、第２のリング２３ｂが上昇した状態においても、ＲＦ電力は、インピーダンスが低いカバーリング２４ａ側から、第３のリング２３ｄ及び静電チャック２２を介して下部電極２１に至る経路８１を流れる。このように、エッジリング２３Ｅを用いた場合であっても、第１実施形態と同様に、基板Ｗの端部におけるチルティングを制御しつつ、基板Ｗの中央及び中間領域におけるプロセス変化を抑制することができる。
（第３実施形態）
上記の第２実施形態では、ＲＦ電力の経路８１における第３のリング２３ｄを第１のリング２３ｃと別体としたが、これらを一体化してもよく、この場合について、以下、第３実施形態として説明する。
図８は、第３実施形態におけるエッジリング近傍の断面の一例を示す拡大図である。図８に示すエッジリング２３Ｇは、第２実施形態のエッジリング２３Ｅと比較して、第１のリング２３ｃ及び第３のリング２３ｄに代えて、第１のリング２３ｆを有する。また、第３実施形態の基板支持部２０では、第２実施形態のカバーリング２４ａに代えて、カバーリング２４ｂを有する。なお、図８では、穴２７及び駆動ピン２８は省略している。
第１のリング２３ｆは、第１のリング２３ｃ及び第３のリング２３ｄを一体化し、配置部よりも外周側をさらに厚くした部材である。第１のリング２３ｆは、配置部の外周側の厚さが、配置部の内周側の厚さよりも厚くなっている。つまり、第１のリング２３ｆは、静電チャック２２上の基板Ｗを囲むように静電チャック２２上に配置される。また、第１のリング２３ｆは、配置部より内周側である内側環状部分、配置部である中間環状部分、及び、配置部より外周側である外側環状部分を含む。ここで、第１のリング２３ｆにおいて、内側環状部分の上面は、中間環状部分の上面よりも高く、外側環状部分の上面は、内側環状部分の上面よりも高い。第２のリング２３ｂは、第１のリング２３ｆの中間環状部分の上面に配置される。第２のリング２３ｂの幅は、第１のリング２３ｆの中間環状部分の幅と同一又はそれよりも小さい幅である。
カバーリング２４ｂは、第１のリング２３ｆを囲むように配置される。カバーリング２４ｂは、カバーリング２４ａと比較して、第１のリング２３ｆの外側環状部分を覆う部分を無くしている。第１のリング２３ｆは、第１のリング２３ｃと同様に、導電材料、例えばシリコン（Ｓｉ）又は炭化シリコン（ＳｉＣ）で構成される。カバーリング２４ｂは、カバーリング２４と同様に、絶縁材料、例えば石英（ＳｉＯ２）で構成されている。
また、アクチュエータ２９は、第１実施形態と同様に、第２のリング２３ｂの上面を第１の高さに維持するように第２のリング２３ｂを縦方向に移動させるように構成される。なお、この場合のアクチュエータ２９には、駆動ピン２８を含む。また、第１の高さは、第１のリング２３ｆの内側環状部分の上面の高さよりも大きく（高く）、且つ、第１のリング２３ｆの外側環状部分の上面の高さよりも小さい（低い）。
図８では、プラズマ処理空間１１ｓで生成されたプラズマからのＲＦ電力は、第２のリング２３ｂ、第１のリング２３ｆ及びカバーリング２４ｂの表面に達すると、インピーダンスが低い第１のリング２３ｆの外側環状部分から、静電チャック２２を介して下部電極２１に至る経路８２を流れる。つまり、第１のリング２３ｆの外側環状部分における第１のリング２３ａとの厚さの差分のインピーダンスが、図４に示すＺＢに対応する。また、第２のリング２３ｂが上昇した状態においても、ＲＦ電力は、インピーダンスが低い第１のリング２３ｆの外側環状部分から、静電チャック２２を介して下部電極２１に至る経路８２を流れる。このように、エッジリング２３Ｇを用いた場合であっても、第１及び第２実施形態と同様に、基板Ｗの端部におけるチルティングを制御しつつ、基板Ｗの中央及び中間領域におけるプロセス変化を抑制することができる。
［実験結果］
続いて、図９及び図１０を用いて第３実施形態における実験結果について説明する。図９及び図１０は、第３実施形態における実験結果の一例を示す図である。図９及び図１０では、第１のリング２３ｆの半径方向の幅を１４ｍｍ、配置部（中間環状部分）の厚さを２．２ｍｍ、第１のリング２３ｆの外側環状部分の厚さを４．４ｍｍとした。また、第２のリング２３ｂの半径方向の幅を７ｍｍ、厚さを１．８ｍｍ（１．８ｔ）とした。
また、図９及び図１０では、第２のリング２３ｂが上昇していない場合（図中１．８ｔと表す。）と、消耗していない第２のリング２３ｂを１ｍｍ上昇させた場合（図中１．８ｔ＋１ｍｍ ｕｐと表す。）、及び、２ｍｍ上昇させた場合（図中１．８ｔ＋２ｍｍ ｕｐと表す。）とを比較している。また、基板Ｗは、３００ｍｍウエハを用いた。
図９は、基板Ｗに対してエッチングを行った場合のエッチングレートの半径方向の分布を示している。図９に示すように、第２のリング２３ｂが上昇していない場合と比較して、１ｍｍ上昇させた場合及び２ｍｍ上昇させた場合は、基板Ｗの端部においてエッチングレートが大きく変化している。一方、基板Ｗの中央及び中間領域（直径２８０ｍｍ）におけるエッチングレートの変化は、０．５％となっている。このことから、第２のリング２３ｂを上昇させた場合であっても、基板Ｗの中央及び中間領域におけるプロセス変化を抑制できていることがわかる。なお、基板Ｗの端部については、第２のリング２３ｂが消耗した状態で上昇させた場合、消耗していない状態のエッチングレートに近づくことになる。
図１０は、基板Ｗの端部におけるチルト角を示す。図１０に示すように、第２のリング２３ｂが上昇していない場合、マイナス方向のチルト角となり、１ｍｍ上昇させた場合及び２ｍｍ上昇させた場合は、プラス方向のチルト角となっている。また、２ｍｍ上昇させた場合は、１ｍｍ上昇させた場合よりチルト角がプラス方向に大きくなっている。このように、第２のリング２３ｂを上昇させる量に応じて、基板Ｗの端部におけるチルティングを制御することができる。
以上、第３実施形態によれば、プラズマ処理装置１０は、プラズマ処理容器（プラズマ処理チャンバ１１）と、プラズマ処理容器内に配置され、静電チャックを含む基板支持部２０と、静電チャック２２上の基板Ｗを囲むように静電チャック２２上に配置され、内側環状部分、中間環状部分及び外側環状部分を含む第１のリング２３ｆであり、内側環状部分の上面は、中間環状部分の上面よりも高く、外側環状部分の上面は、内側環状部分の上面よりも高い、第１のリング２３ｆと、第１のリング２３ｆの中間環状部分の上面に配置される第２のリング２３ｂと、第２のリング２３ｂの上面を第１の高さに維持するように第２のリング２３ｂを縦方向に移動させるように構成されるアクチュエータ２９であり、第１の高さは、第１のリング２３ｆの内側環状部分の上面の高さよりも大きく、且つ、第１のリング２３ｆの外側環状部分の上面の高さよりも小さい、アクチュエータ２９と、を有する。その結果、基板Ｗの端部におけるチルティングを制御しつつ、基板Ｗの中央及び中間領域におけるプロセス変化を抑制できる。また、エッジリング２３Ｇ近傍の合成インピーダンスの変化を小さくすることができる。
また、第３実施形態によれば、第２のリング２３ｂの幅は、第１のリング２３ｆの中間環状部分の幅と同一又はそれよりも小さい。その結果、基板Ｗの端部におけるチルティングを制御しつつ、基板Ｗの中央及び中間領域におけるプロセス変化を抑制できる。また、エッジリング２３Ｇ近傍の合成インピーダンスの変化を小さくすることができる。
また、第３実施形態によれば、第１のリング２３ｆ及び第２のリング２３ｂは、シリコン又は炭化シリコンで構成される。その結果、エッジリング２３Ｇ近傍の合成インピーダンスの変化を小さくすることができる。
また、第３実施形態によれば、第１のリング２３ｆを囲むように配置され、絶縁材料で構成されるカバーリング２４ｂをさらに有する。その結果、エッジリング２３Ｇ近傍の合成インピーダンスの変化を小さくすることができる。
また、第２実施形態によれば、プラズマ処理装置１０は、プラズマ処理容器（プラズマ処理チャンバ１１）と、プラズマ処理容器内に配置され、静電チャック２２を含む基板支持部２０と、静電チャック２２上の基板Ｗを囲むように静電チャック２２上に配置され、導電材料で構成される第１のリング２３ｃであり、第１のリング２３ｃは、内側環状部分及び外側環状部分を含み、内側環状部分の上面は、外側環状部分の上面よりも高い、第１のリング２３ｃと、第１のリング２３ｃの外側環状部分の上面に配置され、導電材料で構成される第２のリング２３ｂと、第１のリング２３ｃ及び第２のリング２３ｂを囲むように配置され、導電材料で構成される第３のリング２３ｄと、第３のリング２３ｄの上面及び外周側面を覆うように配置され、絶縁材料で構成されるカバーリング２４ａであり、カバーリング２４ａの上面は、第１のリング２３ｃの内側環状部分の上面よりも高い、カバーリング２４ａと、第２のリング２３ｂの上面を第１の高さに維持するように第２のリング２３ｂを縦方向に移動させるように構成されるアクチュエータ２９であり、第１の高さは、第１のリング２３ｃの内側環状部分の上面の高さよりも大きく、且つ、カバーリング２４ａの上面の高さよりも小さい、アクチュエータ２９と、を有する。その結果、基板Ｗの端部におけるチルティングを制御しつつ、基板Ｗの中央及び中間領域におけるプロセス変化を抑制できる。また、エッジリング２３Ｅ近傍の合成インピーダンスの変化を小さくすることができる。
また、第２実施形態によれば、第３のリング２３ｄは、第１のリング２３ｃ及び第２のリング２３ｂより高い導電率を有する材料で構成される。その結果、よりエッジリング２３Ｅ近傍の合成インピーダンスの変化を小さくすることができる。
また、第２実施形態によれば、第１のリング２３ｃと第３のリング２３ｄとの間に間隙が形成される。その結果、第３のリング２３ｄ側から下部電極２１に、よりＲＦ電力を流すことができる。
また、第２実施形態によれば、第３のリング２３ｄの少なくとも一部は、静電チャック２２上に配置される。その結果、よりエッジリング２３Ｅ近傍の合成インピーダンスの変化を小さくすることができる。
また、第２実施形態によれば、第２のリング２３ｂの幅は、第１のリング２３ｃの外側環状部分の幅と同一である。その結果、基板Ｗの端部におけるチルティングを制御しつつ、基板Ｗの中央及び中間領域におけるプロセス変化を抑制できる。
また、第２実施形態によれば、第１のリング２３ｃ、第２のリング２３ｂ及び第３のリング２３ｄは、シリコン又は炭化シリコンで構成される。その結果、エッジリング２３Ｅ近傍の合成インピーダンスの変化を小さくすることができる。
また、第１実施形態によれば、プラズマ処理装置１０は、プラズマ処理容器（プラズマ処理チャンバ１１）と、プラズマ処理容器内に配置され、静電チャック２２を含む基板支持部２０と、静電チャック２２上の基板Ｗを囲むように静電チャック２２上に配置され、導電材料で構成される第１のリング２３ａであり、第１のリング２３ａは、内側環状部分及び外側環状部分を含み、内側環状部分の上面の高さは、外側環状部分の上面の高さよりも高い、第１のリング２３ａと、第１のリング２３ａの外側環状部分の上面に配置され、導電材料で構成される第２のリング２３ｂであり、第２のリング２３ｂの内径は、第１のリング２３ａの内径よりも大きく、第２のリング２３ｂの外径は、第１のリング２３ａの外径よりも小さい、第２のリング２３ｂと、第１のリング２３ａの上面の一部及び外周側面を覆うように、且つ、第２のリング２３ｂを囲むように配置され、絶縁材料で構成されるカバーリング２４であり、カバーリング２４の上面は、第１のリング２３ａの内側環状部分の上面よりも高い、カバーリング２４と、第２のリング２３ｂの上面を第１の高さに維持するように第２のリング２３ｂを縦方向に移動させるように構成されるアクチュエータ２９であり、第１の高さは、第１のリング２３ａの内側環状部分の上面の高さよりも大きく、且つ、カバーリング２４の上面の高さよりも小さい、アクチュエータ２９と、を有する。その結果、基板Ｗの端部におけるチルティングを制御しつつ、基板Ｗの中央及び中間領域におけるプロセス変化を抑制できる。
また、第１実施形態によれば、第２のリング２３ｂの幅は、第１のリング２３ａの外側環状部分の幅よりも小さい。その結果、エッジリング２３近傍の合成インピーダンスの変化を小さくすることができる。
また、第１実施形態によれば、第１のリング２３ａ及び第２のリング２３ｂは、シリコン又は炭化シリコンで構成される。その結果、エッジリング２３近傍の合成インピーダンスの変化を小さくすることができる。
以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な追加、省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる実施形態における要素を組み合わせて他の実施形態を形成することが可能である。
また、上記した各実施形態では、プラズマ源として誘導結合型プラズマを用いて基板Ｗに対してエッチング等の処理を行うプラズマ処理装置１０を例に説明したが、開示の技術はこれに限られない。プラズマを用いて基板Ｗに対して処理を行う装置であれば、プラズマ源は誘導結合プラズマに限られず、例えば、容量結合プラズマ、マイクロ波プラズマ、マグネトロンプラズマ等、任意のプラズマ源を用いることができる。
１ プラズマ処理システム
１０ プラズマ処理装置
１１ プラズマ処理チャンバ
２０ 基板支持部
２１ 下部電極
２２ 静電チャック
２３，２３Ｅ，２３Ｇ エッジリング
２３ａ，２３ｃ，２３ｆ 第１のリング
２３ｂ 第２のリング
２３ｄ 第３のリング
２４，２４ａ，２４ｂ カバーリング
２７ 穴
２８ 駆動ピン
２９ アクチュエータ
１００ 制御部
Ｗ 基板

Claims (13)

  1. プラズマ処理容器と、
    前記プラズマ処理容器内に配置され、静電チャックを含む基板支持部と、
    前記静電チャック上の基板を囲むように前記静電チャック上に配置され、内側環状部分、中間環状部分及び外側環状部分を含む第１のリングであり、前記内側環状部分の上面は、前記中間環状部分の上面よりも高く、前記外側環状部分の上面は、前記内側環状部分の上面よりも高い、第１のリングと、
    前記第１のリングの前記中間環状部分の上面に配置される第２のリングと、
    前記第２のリングの上面を第１の高さに維持するように前記第２のリングを縦方向に移動させるように構成されるアクチュエータであり、前記第１の高さは、前記第１のリングの前記内側環状部分の上面の高さよりも大きく、且つ、前記第１のリングの前記外側環状部分の上面の高さよりも小さい、アクチュエータと、
    を有するプラズマ処理装置。
  2. 前記第２のリングの幅は、前記第１のリングの前記中間環状部分の幅と同一又はそれよりも小さい、
    請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記第１のリング及び前記第２のリングは、シリコン又は炭化シリコンで構成される、
    請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記第１のリングを囲むように配置され、絶縁材料で構成されるカバーリングをさらに有する、
    請求項３に記載のプラズマ処理装置。
  5. プラズマ処理容器と、
    前記プラズマ処理容器内に配置され、静電チャックを含む基板支持部と、
    前記静電チャック上の基板を囲むように前記静電チャック上に配置され、導電材料で構成される第１のリングであり、前記第１のリングは、内側環状部分及び外側環状部分を含み、前記内側環状部分の上面は、前記外側環状部分の上面よりも高い、第１のリングと、
    前記第１のリングの前記外側環状部分の上面に配置され、導電材料で構成される第２のリングと、
    前記第１のリング及び前記第２のリングを囲むように配置され、導電材料で構成される第３のリングと、
    前記第３のリングの上面及び外周側面を覆うように配置され、絶縁材料で構成されるカバーリングであり、前記カバーリングの上面は、前記第１のリングの前記内側環状部分の上面よりも高い、カバーリングと、
    前記第２のリングの上面を第１の高さに維持するように前記第２のリングを縦方向に移動させるように構成されるアクチュエータであり、前記第１の高さは、前記第１のリングの前記内側環状部分の上面の高さよりも大きく、且つ、前記カバーリングの上面の高さよりも小さい、アクチュエータと、
    を有するプラズマ処理装置。
  6. 前記第３のリングは、前記第１のリング及び前記第２のリングより高い導電率を有する材料で構成される、
    請求項５に記載のプラズマ処理装置。
  7. 前記第１のリングと前記第３のリングとの間に間隙が形成される、
    請求項５又は請求項６に記載のプラズマ処理装置。
  8. 前記第３のリングの少なくとも一部は、前記静電チャック上に配置される、
    請求項５〜７のうちいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  9. 前記第２のリングの幅は、前記第１のリングの前記外側環状部分の幅と同一である、
    請求項５〜８のうちいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  10. 前記第１のリング、前記第２のリング及び前記第３のリングは、シリコン又は炭化シリコンで構成される、
    請求項５〜９のうちいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  11. プラズマ処理容器と、
    前記プラズマ処理容器内に配置され、静電チャックを含む基板支持部と、
    前記静電チャック上の基板を囲むように前記静電チャック上に配置され、導電材料で構成される第１のリングであり、前記第１のリングは、内側環状部分及び外側環状部分を含み、前記内側環状部分の上面の高さは、前記外側環状部分の上面の高さよりも高い、第１のリングと、
    前記第１のリングの前記外側環状部分の上面に配置され、導電材料で構成される第２のリングであり、前記第２のリングの内径は、前記第１のリングの内径よりも大きく、前記第２のリングの外径は、前記第１のリングの外径よりも小さい、第２のリングと、
    前記第１のリングの上面の一部及び外周側面を覆うように、且つ、前記第２のリングを囲むように配置され、絶縁材料で構成されるカバーリングであり、前記カバーリングの上面は、前記第１のリングの前記内側環状部分の上面よりも高い、カバーリングと、
    前記第２のリングの上面を第１の高さに維持するように前記第２のリングを縦方向に移動させるように構成されるアクチュエータであり、前記第１の高さは、前記第１のリングの前記内側環状部分の上面の高さよりも大きく、且つ、前記カバーリングの上面の高さよりも小さい、アクチュエータと、
    を有するプラズマ処理装置。
  12. 前記第２のリングの幅は、前記第１のリングの前記外側環状部分の幅よりも小さい、
    請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
  13. 前記第１のリング及び前記第２のリングは、シリコン又は炭化シリコンで構成される、
    請求項１１又は請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
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