JP2022014879A - エッジリング及びエッチング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エッジリングの内周部の消耗を抑制できるエッジリングを提供する。【解決手段】プラズマ処理チャンバ内の基板支持部に支持された被エッチング物の外周を囲むエッジリングであって、前記エッジリングは、外周部から内周部に向かって低くなる傾斜面を有し、前記エッジリングの最内周と最外周から等距離にある中間線よりも内周部の前記傾斜面の上に位置する地点Ｘａにおけるプラズマ処理前の前記エッジリングの厚さをＴ１とし、前記中間線よりも外周の前記傾斜面の上に位置する地点Ｘｂにおけるプラズマ処理前の前記エッジリングの厚さをＴ２とし、前記地点Ｘａにおけるプラズマ処理後の前記エッジリングの厚さをＴ３とし、前記地点Ｘｂにおけるプラズマ処理後の前記エッジリングの厚さをＴ４とするとき、Ｔ２／Ｔ１＞Ｔ４／Ｔ３の関係を満たす、エッジリングが提供される。【選択図】図３

Description

本開示は、エッジリング及びエッチング装置に関する。

エッチング等のプラズマ処理は基板の近傍に配置される部品であるエッジリングの消耗をもたらす。エッジリングの消耗によりエッジリングの厚みが減少すると、エッジリングの上部のシースの形状が変化し、プラズマからのイオンの基板のエッジ領域に対する入射方向が垂直方向に対して内向きに傾斜する（以下、「チルト（Tilt）」ともいう）。この結果、プラズマ処理の面内均一性が損なわれる。基板のエッジ領域に近いエッジリングの内周部の消耗がチルトに大きな影響を与えるため、内周部の消耗を抑制できるエッジリングが望まれている。なお、エッジリングは、フォーカスリングとも呼ばれる。

例えば、特許文献１は、フォーカスリングの消耗に起因するエッチング形状などの処理結果への悪影響を極力低減するとともに、フォーカスリングの使用期間を長期化することが可能なプラズマ処理方法を提供する。特許文献１では、フォーカスリングに直流電源が接続されており、フォーカスリングの消耗度、フォーカスリング上方の電界変化の検知結果、または既に実施されたプラズマ処理結果に基づき、所定の直流電圧がフォーカスリングに印加される。

特開２００７－２５８４１７号公報

本開示は、エッジリングの内周部の消耗を抑制できるエッジリングを提供する。

本開示の一の態様によれば、プラズマ処理チャンバ内の基板支持部に支持された被エッチング物の外周を囲むエッジリングであって、前記エッジリングは、外周部から内周部に向かって低くなる傾斜面を有し、前記エッジリングの最内周と最外周から等距離にある中間線よりも内周部の前記傾斜面の上に位置する地点Ｘａにおけるプラズマ処理前の前記エッジリングの厚さをＴ１とし、前記中間線よりも外周の前記傾斜面の上に位置する地点Ｘｂにおけるプラズマ処理前の前記エッジリングの厚さをＴ２とし、前記地点Ｘａにおけるプラズマ処理後の前記エッジリングの厚さをＴ３とし、前記地点Ｘｂにおけるプラズマ処理後の前記エッジリングの厚さをＴ４とするとき、Ｔ２／Ｔ１＞Ｔ４／Ｔ３の関係を満たす、エッジリングが提供される。

一の側面によれば、エッジリングの内周部の消耗を抑制できるエッジリングを提供できる。

図１（ａ）は、参考例に係るエッジリング、図１（ｂ）は、実施形態に係るエッジリングを示す図である。 図２は、実施形態に係るエッジリング周辺を示す一例の図である。 図３は、実施形態及び参考例のエッジリングの電界強度を示すグラフである。 図４（ａ）及び（ｂ）は、実施形態及び参考例の外周部に対する内周部のエッジリングの電界強度比と消耗レート比の相関を示すグラフである。 図５は、第１実施形態に係るエッジリングを示す平面図である。 図６は、第１実施形態に係るエッジリングを示す断面図（図５のＡ－Ａ断面図）である。 図７は、第２～４実施形態に係るエッジリングを示す断面図である。 図８は、実施形態に係るエッチング装置の一例を示す断面模式図である。

以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複する。説明を省略する場合がある。

［エッジリング］
はじめに、図１及び図２を参照し、実施形態に係るエッジリングＦＲを説明する。図１（ａ）は、参考例に係るエッジリングＦＲ'、図１（ｂ）は、実施形態に係るエッジリングＦＲを示す図である。図２は、実施形態に係るエッジリングＦＲ及びその周辺を示す一例の図である。

エッジリングＦＲは、エッチング装置１０（図８参照）のプラズマ処理チャンバ１２内の基板支持部ＳＴに支持された被エッチング物の一例である基板（以下、「ウエハＷ」という。）の外周を囲むように配置された環状部材である。エッジリングＦＲは、一例では、Ｓｉ又はＳｉＣ等の導電性を有する材料により形成されている。カバーリング１４ａは、エッジリングＦＲの外周を囲むように配置された環状部材である。カバーリング１４ａは、一例では、石英等の絶縁性を有する材料により形成されている。エッチング装置１０は、ウエハＷ上の被エッチング物（エッチング対象膜）をプラズマ処理（エッチング）する装置である。基板支持部ＳＴは、基台１６及び静電チャック１８を含む。エッチング装置１０の他の構成については後述する。

図１（ａ）の参考例に係るエッジリングＦＲ'及び図１（ｂ）の実施形態に係るエッジリングＦＲ（以下、Ｔａｐｅｒ ＦＲとも表記する）について説明する。参考例に係るエッジリングＦＲ'及び実施形態に係るエッジリングＦＲは、上面の形状が異なり、それ以外の形状は同一である。

図１（ａ）に示す参考例に係るエッジリングＦＲ'の縦断面は、内周側面１６０ｂと、外周側面１６０ｄと、内周側面１６０ｂと外周側面１６０ｄの下端を結ぶ底面１６０ｅと、内周側面１６０ｂと外周側面１６０ｄの上端を結ぶ上面１６０ａと、をエッジリングＦＲ'の半径方向に切断したとき各切断線により囲まれた面である。エッジリングＦＲ'の上面１６０ａは、面１６０ａ１、面１６０ａ２及び段差部１６０ｃから構成される。

図１（ｂ）に示す実施形態に係るエッジリングＦＲの縦断面は、内周側面６０ｂと、外周側面６０ｄと、内周側面６０ｂと外周側面６０ｄの下端を結ぶ底面６０ｅと、内周側面６０ｂと外周側面６０ｄの上端を結ぶ上面６０ａと、をエッジリングＦＲの半径方向に切断したとき各切断線により囲まれた面である。エッジリングＦＲの上面６０ａは、面６０ａ１、面６０ａ２、面６０ａ３及び段差部６０ｃから構成される。なお、エッジリングＦＲの内周側面６０ｂ及び外周側面６０ｄから水平方向に見て等距離にある中間線Ａｘに対してその内側の領域をエッジリングＦＲの内周部（ＦＲ内周部）とし、外側の領域をエッジリングＦＲの外周部（ＦＲ外周部）とする。同様にエッジリングＦＲの内周側面１６０ｂ及び外周側面１６０ｄから水平方向に見て等距離にある図示しない中間線に対してその内側の領域をエッジリングＦＲの内周部（ＦＲ内周部）とし、外側の領域をエッジリングＦＲの外周部（ＦＲ外周部）とする。

基台１６又は環状部材１５に支持されたエッジリングＦＲ'において、上面１６０ａのうち面１６０ａ１及び面１６０ａ２は水平面である。また、基台１６又は環状部材１５に支持されたエッジリングＦＲにおいて、上面６０ａのうち面６０ａ２及び面６０ａ３は水平面であり、面６０ａ１はエッジリングＦＲの外周部から内周部に向かって低くなる傾斜面である。底面１６０ｅと面１６０ａ１及び面１６０ａ２とは略平行な面である。同様に、底面６０ｅと面６０ａ２及び面６０ａ３とは略平行な面である。本明細書中において上記各面が「水平面」であるとは、エッジリングＦＲ'、ＦＲが基台１６のリング支持面１６ｂ上に配置されたときに、面１６０ａ１及び面１６０ａ２と、面６０ａ２及び面６０ａ３の各面が水平面になることを意味する。同様に本明細書中において「傾斜面」とは、エッジリングＦＲが基台１６のリング支持面１６ｂ上に配置されたときに、面６０ａ１が外周部から内周部に向かって低くなる傾斜面になることを意味する。

基台１６は、静電チャック１８を支持するための中央領域（中央支持面１６ａ）と、エッジリングＦＲ、ＦＲ'を支持するための環状領域（リング支持面１６ｂ）とを有する。基台１６のリング支持面１６ｂは、平面視で中央支持面１６ａを囲んでいる。静電チャック１８は、基台１６の中央支持面１６ａ上に配置され、エッジリングＦＲ、ＦＲ'は、基台１６のリング支持面１６ｂ上に配置される。

基台１６は、導電性部材を含む。基台１６の導電性部材は下部電極として機能する。静電チャック１８の上面は、基板支持面１８ａを有し、ウエハＷは基板支持面１８ａ上に配置される。エッジリングＦＲ、ＦＲ'は、静電チャック１８上のウエハＷを囲むように配置される。

図２に示すように、リングアセンブリ１４は、エッジリングＦＲとカバーリング１４ａとにより構成されている。エッジリングＦＲの一部とカバーリング１４ａは、環状部材１５により支持されている。環状部材１５は、石英等の絶縁体から形成されている。環状部材１５は、基台１６の外周を囲むように構成される。

エッジリングＦＲの最外周の高さ（厚さ）とカバーリング１４ａの最内周の高さ（厚さ）は略同一である。つまり、エッジリングＦＲの最外周の上面とカバーリング１４ａの少なくとも最内周の上面とは段差がない。カバーリング１４ａの下面は、外周側が内周側よりも下部にリング状に突出し、環状部材１５の上面の外周側に形成されたリング状の凹部に係合されている。なお、基台１６のリング支持面１６ｂは、伝熱シートを介してエッジリングＦＲを配置してもよい。

図１に戻り、ウエハＷの端部がエッジリングＦＲ、ＦＲ'の内周側面６０ｂ、１６０ｂを越えて外側に張り出すようにエッジリングＦＲ、ＦＲ'が構成されている。エッジリングＦＲ、ＦＲ'の上面６０ａ、１６０ａには、ウエハＷの端部の近傍であってウエハＷの端部よりも外側に段差部６０ｃ、１６０ｃが形成されている。エッジリングＦＲ、ＦＲ'の上面６０ａ、１６０ａのうち最内周から段差部６０ｃ、１６０ｃまでの面６０ａ３、１６０ａ２は平坦な水平面である。以下、面６０ａ３は第１面とする。

図１（ａ）の参考例のエッジリングＦＲ'では、上面１６０ａは、エッジリングＦＲ'の最内周から段差部１６０ｃまでの面１６０ａ２と、段差部１６０ｃからエッジリングＦＲ'の最外周までの面１６０ａ１とを有し、面１６０ａ２は内周側面１６０ｂの上端から約１～２ｍｍの幅である。エッジリングＦＲ'の内周側面１６０ｂから段差部１６０ｃまでのエッジリングＦＲ'の厚さは同じである。また、段差部１６０ｃからエッジリングＦＲ'の外周側面１６０ｄまでのエッジリングＦＲ'の厚さは同じである。段差部１６０ｃからエッジリングＦＲ'の外周側面１６０ｄまでのエッジリングＦＲ'の厚さは、エッジリングＦＲ'の内周側面１６０ｂから段差部１６０ｃまでのエッジリングＦＲ'の厚さよりも厚い。つまり、段差部１６０ｃよりも外周側の面１６０ａ１の高さは、段差部１６０ｃよりも内周側の面１６０ａ２の高さよりも高い。

これに対して、図１（ｂ）の実施形態のエッジリングＦＲでは、上面６０ａは、エッジリングＦＲの内周側面６０ｂから段差部６０ｃまでの第１面６０ａ３と、段差部６０ｃの外周側に向かう傾斜面６０ａ１と第２面６０ａ２とからなり、第１面６０ａ３は内周側面６０ｂの上端から約１～２ｍｍの幅である。第１面６０ａ３及び第２面６０ａ２はそれぞれ基台１６のリング支持面１６ｂ上に配置されたときに水平面であり、内周側面６０ｂから段差部６０ｃまでのエッジリングＦＲの厚さは同じである。第２面６０ａ２は、基台１６のリング支持面１６ｂ上に配置されたときに水平面でもよいし、傾斜面でもよい。傾斜面６０ａ１は、第１面６０ａ３と第２面６０ａ２の間の面である。それぞれ第１面６０ａ３、第２面６０ａ２、傾斜面６０ａ１の各面は平坦である。段差部６０ｃより外側のエッジリングＦＲの厚さは、段差部６０ｃより内側のエッジリングＦＲの厚さに対して傾斜面６０ａ１の内周部で薄くなり、外周部で厚くなる。

係る構成により、図１（ａ）の参考例のエッジリングＦＲ'では、段差部１６０ｃよりも外周側のエッジリングＦＲ'の厚さは同じになる。これに対して、図１（ｂ）の実施形態のエッジリングＦＲでは、段差部６０ｃよりも外周側のエッジリングＦＲの厚さは外側に向かって厚くなる（傾斜面６０ａ１）。

これにより、エッジリングＦＲ、ＦＲ'の内周側面６０ｂ、１６０ｂから段差部６０ｃ、１６０ｃまでの厚さはそれぞれのエッジリングＦＲ、ＦＲ'で同一であるが、段差部６０ｃ、１６０ｃの外側ではウエハＷの上表面からの相対的な高さがエッジリングＦＲとエッジリングＦＲ'とで異なる。すなわち、図１（ａ）の参考例のエッジリングＦＲ'では、段差部１６０ｃの外側においても上面１６０ａは水平面であるため、ウエハＷの上表面からの上面１６０ａの相対的な高さは同一である。これに対して、図１（ｂ）の実施形態のエッジリングＦＲでは、段差部６０ｃの外側の上面６０ａのうち少なくとも傾斜面６０ａ１においてウエハＷの上表面からの相対的な高さは外周部から内周部に向かって低くなる。

エッジリングＦＲ、ＦＲ'には、後述するように基台１６に第１の高周波電源ＨＦＳ及び／又は第２の高周波電源ＬＦＳから高周波電力が印加され（図８参照）、エッジリングＦＲ、ＦＲ'に高周波電流（ＲＦ電流）が流れる。

同一条件の場合、高周波電流によりエッジリングＦＲ、ＦＲ'上に形成されるシースにおける電界強度は、全体としては一定であり、例えば電界強度を０にすることはできない。エッジリングＦＲ、ＦＲ'の段差部６０ｃ、１６０ｃよりも外周側の上面６０ａ、１６０ａの高さを変えることで、外周部及び内周部の電界強度を相対的に変えることができる。

例えば、参考例のエッジリングＦＲ'では、段差部１６０ｃの外側の上面１６０ａにおいてウエハＷの上表面からの相対的な高さが同じである。このため、エッジリングＦＲ'の表層を流れる高周波電流の割合は外周部及び内周部にて概ね同じである。この結果、シースにおける電界強度も外周部及び内周部において概ね同じ値になる。

一方、実施形態のエッジリングＦＲでは、傾斜面６０ａ１において内周部は外周部よりもウエハＷの上表面からの相対的な高さが低い。このため、エッジリングＦＲの表層を流れる高周波電流が相対的に変化し、シースにおけるＦＲ外周部の電界強度はＦＲ内周部の電界強度よりも高くなる。

図３のグラフは、以下の条件でエッジリングＦＲ、ＦＲ'を流れる高周波電流により発生する電界強度（縦軸）を、横軸のエッジリングＦＲ、ＦＲ'の径方向の位置に対してプロットしたシミュレーション結果を示す。グラフの１５０ｍｍは、ウエハＷの中心から半径１５０ｍｍの位置であるウエハＷの端部Ａの位置であり、１８０ｍｍは、ウエハＷの中心から１８０ｍｍの位置であるエッジリングＦＲ、ＦＲ'の端部Ｂの位置である（図１（ａ）及び（ｂ）参照）。
＜シミュレーション条件＞
エッジリングＦＲの傾斜面６０ａ１の水平面に対する角度（傾斜角）：３°
エッジリングＦＲ'の面１６０ａ１の水平面に対する角度：０°
エッチングガス：Ｃ_４Ｆ_６ガス、Ｏ_２ガス及びＡｒガスの混合ガス
圧力：５０ｍＴｏｒｒ（６．６７Ｐａ）
第１の高周波電源ＨＦＳから出力するＲＦ（ＨＦ）：１００ＭＨｚ
第２の高周波電源ＬＦＳから出力するＲＦ（ＬＦ）：３．２ＭＨｚ
第１の高周波電源ＨＦＳから出力するＲＦ（ＨＦ）：１００ＭＨｚおよび第２の高周波電源ＬＦＳから出力するＲＦ（ＬＦ）：３．２ＭＨｚとは下部電極に供給する設定とした。

図３のグラフ中の曲線Ｓは、図１（ａ）に示す参考例のエッジリングＦＲ'の径方向のウエハＷの端部ＡからエッジリングＦＲ'の端部Ｂまでの各位置における電界強度を示す。曲線Ｓでは、約１５３ｍｍ付近の段差部１６０ｃよりも外周側において径方向にウエハＷの中心から約１５３ｍｍ～約１７５ｍｍの範囲で電界強度が略同一になった。

図３のグラフ中の曲線Ｔは、図１（ｂ）に示す実施形態のエッジリングＦＲ（Ｔａｐｅｒ ＦＲ）の径方向の各位置における電界強度を示す。曲線Ｔでは、約１５３ｍｍ付近の段差部６０ｃよりも外周側において径方向にウエハＷの中心から約１５３ｍｍ～約１７５ｍｍの範囲で外周部の電界強度と内周部の電界強度に高低が生じた。特に、エッジリングＦＲでは、エッジリングＦＲ'よりもウエハＷの中心から約１５３ｍｍ～約１６０ｍｍの範囲で内周部の電界強度が低くなり、約１７０ｍｍ～約１８０ｍｍの範囲で外周部の電界強度が高くなった。

以上の結果から、実施形態に係るエッジリングＦＲでは、上面６０ａに径方向に内周部が外周部よりも低くなるように傾斜面６０ａ１を有することでエッジリングＦＲの径方向に対してシースにおけるＦＲ外周部の電界強度をＦＲ内周部の電界強度より高くできる。つまり、図１（ｂ）に示すように、エッジリングＦＲは、ＦＲ外周部からＦＲ内周部に向かって低くなる傾斜面６０ａ１により、内周部の電界強度を外周部の電界強度よりも相対的に小さくできる。これにより、電界強度が相対的に低いＦＲ内周部では、電界強度が相対的に高いＦＲ外周部よりもシース内に入射するイオンのエネルギーが小さくなる。これにより、ＦＲ内周部にてＦＲ外周部よりもエッジリングＦＲの消耗レートを低くすることができる。

このようにして、図１（ｂ）に示す実施形態に係るエッジリングＦＲでは、上面６０ａに内周部が外周部よりも低くなるように傾斜をつける構造を有することで、エッジリングＦＲの外周側と内周側とで電界強度差を発生させる。これにより、意図的にエッジリングＦＲの部分の消耗レートを制御することができる。

図２に位置Ｘａ、Ｘｂの一例を示すように、中間線Ａｘに対して内周部にある上面６０ａ上の位置Ｘａは、中間線Ａｘに対して外周部にある上面６０ａ上の位置Ｘｂよりも相対的な高さが低い。例えば、図３のグラフの曲線Ｔに示す実施形態に係るエッジリングＦＲでは、内周部の位置Ｘａ（例えばウエハＷの中心から約１５３ｍｍ）では、外周部の位置Ｘｂ（例えばウエハＷの中心から約１７６ｍｍ）よりも電界強度を相対的に下げることができる。一方、図３のグラフの曲線Ｓに示す参考例に係るエッジリングＦＲ'では、内周部の位置Ｘａと外周部の位置Ｘｂの電界強度は概ね同じである。

次に、エッジリングＦＲ'ＦＲの消耗について以下の実験条件で実験を行った。
＜実験条件＞
エッジリングＦＲの傾斜面６０ａ１の水平面に対する角度（傾斜角）：３°
エッジリングＦＲ'の面１６０ａ１の水平面に対する角度：０°
被エッチング物（エッチング対象膜）：ＳｉＯ_２
エッチングガス：Ｃ_４Ｆ_６ガス、Ｏ_２ガス及びＡｒガスの混合ガス
本実験では、累積２００時間、基板Ｗをエッチングした。

実験の結果、エッジリングＦＲ'の消耗レートを１として規格化したとき、エッジリングＦＲ'の消耗レートに対するエッジリングＦＲの消耗レート比は、エッジリングＦＲ'、ＦＲの最内周から３ｍｍの位置、すなわちウエハＷの中心から１５３ｍｍの位置において約０．６倍となり、エッジリングＦＲ'、ＦＲの最外周から４ｍｍの位置、すなわちウエハＷの中心から１７６ｍｍの位置において約０．９倍となった。上記の＜実験条件＞のうち、エッジリングＦＲの傾斜面の水平面に対する傾斜角度θを７°にし、それ以外の条件を同じにした場合、エッジリングＦＲ'の消耗レートに対するエッジリングＦＲの消耗レートの比は、内周部で約０．５倍、外周部で約１．０倍となった。いずれの場合でも、内周部の消耗量（消耗レート）は外周部の消耗量（消耗レート）よりも小さくなる。

実施形態に係るエッジリングＦＲでは、上面の外周部の高さを内周部の高さよりも高くする。これにより、上面の高さが同じ平坦な参考例のエッジリングＦＲ'よりもウエハＷの近傍の内周部の消耗量（変化量）を減少させることができる。すなわち、実施形態に係るエッジリングＦＲによれば、ＦＲ内周部にてＦＲ外周部よりもエッジリングＦＲの消耗レートを低くすることができる。つまり、地点Ｘａにおけるプラズマ処理前のエッジリングＦＲの厚さをＴ１とし、中間線Ａｘよりも外周部の傾斜面６０ａ１上に位置する上面６０ａ上の地点Ｘｂにおけるプラズマ処理前のエッジリングＦＲの厚さをＴ２とし、当該地点Ｘａにおけるプラズマ処理後のエッジリングＦＲの厚さをＴ３とし、当該地点Ｘｂにおけるプラズマ処理後のエッジリングＦＲの厚さをＴ４としたとき、内周部の消耗量（消耗レート）は、Ｔ１－Ｔ３と、外周部の消耗量（消耗レート）はＴ２－Ｔ４と表すことができ、（Ｔ１－Ｔ３）＜（Ｔ２－Ｔ４）の関係が成立する。また、チルトを抑制し、ウエハＷのエッジにおいても垂直なエッチングを可能とする。これにより、エッチングの面内均一性が向上する。また、意図的にエッジリングＦＲの部分の消耗レートを制御することでエッジリングＦＲの寿命を延はし、コスト面のメリットも有する。さらに、ｎ（ｎ≧１）枚目のウエハＷとｎ＋１枚目のウエハＷとでチルト量のバラツキを改善することができる。

図４（ａ）及び（ｂ）は、図１（ｂ）に示す上面６０ａのうち傾斜面６０ａ１のみ傾斜し、第２面６０ａ２が水平面である実施形態に係るエッジリングＦＲと、図１（ａ）に示す上面１６０ａが平坦な参考例のエッジリングＦＲ'とを用いた図３に示すシミュレーション結果と上記の実験結果との相関関係を示す。

図４（ａ）は、エッジリングＦＲ、ＦＲ'を流れる高周波電流により発生する電界強度の内周部と外周部との電界強度比のシミュレーション結果（図３）を横軸に示し、消耗レート比を縦軸に示し、その相関関係をグラフにした図である。なお内周部はウエハＷの中心から１５３ｍｍの位置、外周部はウエハＷの中心から１７６ｍｍの位置である。図１（ａ）に示す参考例のエッジリングＦＲ'の外周部の消耗量を消耗レート比「１」と規格化し、エッジリングＦＲ'の外周部の電界強度を電界強度比「１」と規格化した。Ｆ１－ｉｎｎｅｒはエッジリングＦＲ'の内周部を示し、Ｆ１－ｏｕｔｅｒはエッジリングＦＲ'の外周部を示し、Ｔ１－ｉｎｎｅｒはエッジリングＦＲの内周部を示し、Ｔ１－ｏｕｔｅｒはエッジリングＦＲの外周部を示す。

図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、参考例のエッジリングＦＲ'では、外周部（Ｆ１－ｏｕｔｅｒ）に対する内周部（Ｆ１－ｉｎｎｅｒ）の電界強度比及び消耗レート比はほぼ同じであった。これに対して、実施形態のエッジリングＦＲでは、外周部（Ｔ１－ｏｕｔｅｒ）の電界強度は、エッジリングＦＲ'の外周部（Ｆ１－ｏｕｔｅｒ）の電界強度と同じであったが、エッジリングＦＲの内周部（Ｔ１－ｉｎｎｅｒ）の、エッジリングＦＲ'の外周部（Ｆ１－ｏｕｔｅｒ）及びエッジリングＦＲの外周部（Ｔ１－ｏｕｔｅｒ）に対する電界強度比は約０．７倍であった。実施形態のエッジリングＦＲの消耗レート比は、外周部（Ｔ１－ｏｕｔｅｒ）でエッジリングＦＲ'の外周部（Ｆ１－ｏｕｔｅｒ）に対して０．９倍であり、内周部（Ｔ１－ｉｎｎｅｒ）でエッジリングＦＲ'の外周部（Ｆ１－ｏｕｔｅｒ）に対して０．６倍であった。すなわち、エッジリングＦＲでは、ウエハＷからのエッジリングＦＲの相対的な高さの比が小さくなるほど消耗レート比が下がった。また、エッジリングＦＲでは、内周部（ｉｎｎｅｒ）は外周部よりもウエハＷからのエッジリングＦＲの相対的な高さが低くなり、エッジリングＦＲの外周部に対する内周部の電界強度比が小さくなり、消耗レート比が下がった。以上から、ウエハＷに対するエッジリングＦＲの相対的な高さの比を変えることで外周部に対する内周部の電界強度比及び消耗レート比を変えることができ、これにより、エッジリングＦＲの内周部における消耗量を低減することができた。

［エッジリングの第１～第４実施形態］
（第１実施形態）
次に、第１実施形態に係るエッジリングＦＲについて、図５及び図６を参照しながら説明する。図５は、第１実施形態に係るエッジリングＦＲを示す平面図である。図６は、第１実施形態に係るエッジリングＦＲを示す断面図（図５のＡ－Ａ断面図）である。

図５に示すように、第１実施形態では、半径が略１５０ｍｍのウエハＷの外周を囲むようにエッジリングＦＲが配置されている。エッジリングＦＲは、ウエハＷの中心軸Ｏに対して軸を共通にし、概ね同心円状に配置される。

エッジリングＦＲの内径Ｉは約３００ｍｍ～約３０５ｍｍであり、エッジリングＦＲの外径Ｊは約３６０～３６５ｍｍであり、エッジリングＦＲの径方向の幅Ｃは約２８ｍｍ～３２ｍｍである。エッジリングＦＲの最内周から段差部６０ｃまでの径方向の幅Ｅは約１ｍｍ以上約２ｍｍ以下であってよい。

エッジリングＦＲの上面６０ａは、段差部６０ｃの外側に傾斜面６０ａ１及び第２面６０ａ２を有する。エッジリングＦＲの上面６０ａは、段差部６０ｃの内側に第１面６０ａ３を有する。第１面６０ａ３、傾斜面６０ａ１及び第２面６０ａ２は平坦である。上面６０ａは、一部が傾斜面であってもよく、全部が傾斜面であってもよい。つまり、第２面６０ａ２は、傾斜面でもよく、水平面でもよい。図５のＡ－Ａ断面を示す図６の例では、第２面６０ａ２は水平面である。

第２面６０ａ２は、エッジリングＦＲの最外周から内側に径方向に約５ｍｍ以上約７ｍｍ以下の幅Ｇを有する。傾斜面６０ａ１の径方向の幅は約２０ｍｍ以上約３０ｍｍ以下であってもよい。本開示では、傾斜面６０ａ１は、外周部から内周部に向かって水平面に対する傾斜角度θ（°）が２．５°以上１０°以下になるように一律に低くなる平坦な面であってよい。傾斜角度θ（°）が２．５°未満では、ＦＲ内周部の消耗低減の効果が十分とは言えず、１０°を超えると基板処理の初期（エッジリングの外周部が消耗する前）における面内均一性が悪化する虞がある（チルトを抑制するのが難しくなる）。角度が大きくなるとシースの下端の歪みが大きくなり、チルトの制御が難しくなる（基板エッジ外側へのチルト（アウターチルト）が大きくなる。）ため、１０°以下にする必要がある。チルト制御性およびエッジリングの内周部の消耗低減度合の２つの観点を考慮すると、傾斜角度θ（°）は、３°以上７°以下であることがより好ましい。すなわち、傾斜角度θ（°）を３°以上とすることで、ＦＲ外周部を流れる高周波電流に対してＦＲ内周部を流れる高周波電流の割合をより低下させ、内周部における消耗低減の効果を十分に得ることができる。また、傾斜角度θ（°）を７°以下とすることで、ウエハＷのエッジにおいて外側へチルト（アウターチルト）するチルト量が大きくなることを防止でき、ウエハＷのエッジを含め、ウエハＷの面内において垂直形状のエッチングが可能となる。

エッジリングＦＲの最内周の厚さＤは、約３ｍｍである。最外周のエッジリングＦＲの厚さＨの最大値は、約３．５ｍｍ以上約７．０ｍｍ以下である。段差部６０ｃの高さＦは、約０．２ｍｍである。

図６の破線で示す傾斜面６０ａ１は、エッジリングＦＲのプラズマ処理前の高さを示し、実線で示す傾斜面６０ａ１は、エッジリングＦＲのプラズマ処理後の高さを示す一例である。プラズマ処理前のエッジリングＦＲは、未使用（新品）のエッジリングＦＲを意味してもよい。また、プラズマ処理後のエッジリングＦＲは、使用済みのエッジリングＦＲ、すなわち、プラズマ処理を経て消耗後（例えば交換時）のエッジリングＦＲを意味してもよい。

エッジリングＦＲの最内周と最外周から水平方向に見て等距離にある中間線Ａｘよりも内周部の傾斜面６０ａ１上に位置する上面６０ａ上の地点をＸａとし、地点Ｘａにおけるプラズマ処理前のエッジリングＦＲの厚さをＴ１とする。中間線Ａｘよりも外周部の傾斜面６０ａ１上に位置する上面６０ａ上の地点Ｘｂにおけるプラズマ処理前のエッジリングＦＲの厚さをＴ２とする。

当該地点Ｘａにおけるプラズマ処理後のエッジリングＦＲの厚さをＴ３とし、当該地点Ｘｂにおけるプラズマ処理後のエッジリングＦＲの厚さをＴ４とする。このとき、Ｔ２／Ｔ１＞Ｔ４／Ｔ３の関係が成立する。

（第２～４実施形態）
次に、図７を参照しながら、第２～４実施形態に係るエッジリングＦＲについて説明する。図７は、第２～４実施形態に係るエッジリングＦＲを示す断面図である。第１実施形態と異なる点は、第２～４実施形態では、エッジリングＦＲの上面６０ａが有する傾斜面６０ａ１が平坦な面でない点である。その他のエッジリングＦＲの構成は第１実施形態と同一である。つまり、第２～４実施形態では、傾斜面６０ａ１は、平坦な面、凹面、凸面及び曲面の少なくともいずれかであってよい。

図７（ａ）の第２実施形態では、傾斜面６０ａ１が凹面となっている。図７（ｂ）の第３実施形態では、傾斜面６０ａ１が凸面となっている。図７（ｃ）の第４実施形態では、傾斜面６０ａ１の外周部が凸面となっており、内周部が凹面となっている。

第２～４実施形態において、エッジリングＦＲの傾斜面６０ａ１までの高さが最大値Ｈmax及び最小値Ｈminとなる傾斜面６０ａ１の位置に対応する水平面の位置Ｘmax、Ｘminの径方向の距離を（Ｘmax－Ｘmin）とする。距離（Ｘmax－Ｘmin）に対する最大値と最小値の高さの差分（Ｈmax－Ｈmin）はｔａｎθで示される。第１～４実施形態のエッジリングＦＲは、ｔａｎθ（＝（Ｈmax－Ｈmin）／（Ｘmax－Ｘmin））が９／２１０以上３７／２１０以下であるように構成される。

［エッチング装置］
最後に、実施形態に係るエッジリングＦＲが配置されるエッチング装置１０の一例について、図８を参照しながら説明する。図８は、実施形態に係るエッチング装置１０の一例を示す断面模式図である。実施形態に係るエッチング装置１０は、ウエハＷを処理ガス（エッチングガス）のプラズマに晒して、エッチング対象膜をエッチングする。これにより、エッチング対象膜にホールといった形状を形成する。

エッチング装置１０は、容量結合型プラズマエッチング装置であり、略円筒状のプラズマ処理チャンバ１２を備えている。プラズマ処理チャンバ１２は、例えば、その表面は陽極酸化処理されたアルミニウムから構成されている。このプラズマ処理チャンバ１２は保安接地されている。

プラズマ処理チャンバ１２の底部上には、絶縁材料から構成された円筒上の環状部材１５が配置されている。この環状部材１５は、その内壁面において、基台１６を支持している。環状部材１５の上部にリングアセンブリ１４が配置されている。基台１６は、例えばアルミニウムといった金属から構成されており、略円盤形状を有している。

基台１６には、整合器ＭＵ１を介して第１の高周波電源ＨＦＳが接続されている。第１の高周波電源ＨＦＳは、プラズマ生成用の高周波電力を発生する電源であり、２７～１００ＭＨｚの範囲内の周波数、一例においては１００ＭＨｚの高周波を発生させる。整合器ＭＵ１は、第１の高周波電源ＨＦＳの出力インピーダンスと負荷側（基台１６側）の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。

また、基台１６には、整合器ＭＵ２を介して第２の高周波電源ＬＦＳが接続されている。第２の高周波電源ＬＦＳは、ウエハＷにイオンを引き込むための高周波電力（高周波バイアス電力）を発生して、当該高周波バイアス電力を基台１６に供給する。高周波バイアス電力の周波数は、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数であり、一例においては３．２ＭＨｚである。整合器ＭＵ２は、第２の高周波電源ＬＦＳの出力インピーダンスと負荷側（基台１６側）の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。

ただし、第１の高周波電源ＨＦＳ及び第２の高周波電源ＬＦＳは、基台１６（下部電極）に結合される構成に限定されない。第１の高周波電源ＨＦＳは、後述する上部電極３０に結合され、第２の高周波電源ＬＦＳは下部電極に結合される構成でもよい。

基台１６上には、静電チャック１８が設けられている。基板支持部ＳＴは、下部電極及び静電チャック１８を含む。静電チャック１８は、基台１６と共にウエハＷを支持するための載置台を構成している。静電チャック１８は、導電膜である電極２０を一対の絶縁層又は絶縁シート間に配置する構造を有している。電極２０には、直流電源２２が電気的に接続されている。静電チャック１８は、直流電源２２からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力によりウエハＷを吸着保持することができる。

基台１６の上面であって、静電チャック１８の周囲には、本開示のフォーカスリングＦＲが配置されている。図８ではフォーカスリングＦＲの形状を模式的に示している。

基台１６の内部には、流路２４が設けられている。流路２４には、外部に設けられたチラーユニットから配管２６ａ、２６ｂを介して所定温度の温調媒体、例えば冷却水が循環供給される。このように循環される温調媒体の温度を制御することにより、静電チャック１８上に載置されたウエハＷの温度が制御される。

また、エッチング装置１０には、ガス供給ライン２８が設けられている。ガス供給ライン２８は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスを、静電チャック１８の上面とウエハＷの裏面との間に供給する。

また、エッチング装置１０は、上部電極３０を備えている。この上部電極３０は、基台１６の上方において、当該基台１６と対向配置されており、基台１６と上部電極３０とは、互いに略平行に設けられている。これら上部電極３０と基台１６との間には、ウエハＷにプラズマエッチングを行うための処理空間Ｓが画成される。

上部電極３０は、絶縁性遮蔽部材３２を介して、プラズマ処理チャンバ１２の上部に支持されている。上部電極３０は、電極板３４及び電極支持体３６を含み得る。電極板３４は、処理空間Ｓに面しており、複数のガス吐出孔３４ａを画成している。この電極板３４は、ジュール熱の少ない低電気抵抗の導電体又は半導体から構成され得る。

電極支持体３６は、電極板３４を着脱自在に支持するものであり、例えばアルミニウムといった導電性材料から構成され得る。この電極支持体３６は、水冷構造を有し得る。電極支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。このガス拡散室３６ａからは、ガス吐出孔３４ａに連通する複数のガス通流孔３６ｂが下方に延びている。また、電極支持体３６にはガス拡散室３６ａに処理ガスを導くガス導入口３６ｃが形成されており、このガス導入口３６ｃには、ガス供給管３８が接続されている。

ガス供給管３８には、バルブ群４２及び流量制御器群４４を介してガスソース群４０が接続されている。ガスソース群４０は、複数のガスソースを含んでいる。流量制御器群４４は、複数の流量制御器を含み、これら複数の流量制御器の各々は、マスフローコントローラであり得る。バルブ群４２は、複数のバルブを含み、これら複数のバルブの各々は、流量制御器の各々に接続されている。

エッチング装置１０では、ガスソースのうち選択されたガスソースからのガスが、対応の流量制御器及びバルブを介して、流量制御された状態で、ガス供給管３８に供給される。ガス供給管３８に供給されたガスは、ガス拡散室３６ａに至り、ガス通流孔３６ｂ及びガス吐出孔３４ａを介して処理空間Ｓに吐出される。

また、エッチング装置１０は、接地導体１２ａを更に備え得る。接地導体１２ａは、略円筒状の接地導体であり、プラズマ処理チャンバ１２の側壁から上部電極３０の高さ位置よりも上方に延びるように設けられている。

また、エッチング装置１０では、プラズマ処理チャンバ１２の内壁に沿ってデポシールド４６が着脱自在に設けられている。また、デポシールド４６は、環状部材１５の外周にも設けられている。デポシールド４６は、プラズマ処理チャンバ１２にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止するものであり、アルミニウム材にＹ_２Ｏ_３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。

プラズマ処理チャンバ１２の底部側においては、環状部材１５とプラズマ処理チャンバ１２の内壁との間に排気プレート４８が設けられている。排気プレート４８は、例えば、アルミニウム材にＹ_２Ｏ_３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。この排気プレート４８の下方においてプラズマ処理チャンバ１２には、排気口１２ｅが設けられている。排気口１２ｅには、排気管５２を介して排気装置５０が接続されている。排気装置５０は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、プラズマ処理チャンバ１２内を所望の真空度まで減圧することができる。また、プラズマ処理チャンバ１２の側壁にはウエハＷの搬入出口１２ｇが設けられており、この搬入出口１２ｇはゲートバルブ５４により開閉可能となっている。

また、プラズマ処理チャンバ１２の内壁には、導電性部材（ＧＮＤブロック）５６が設けられている。導電性部材５６は、高さ方向においてウエハＷと略同じ高さに位置するように、プラズマ処理チャンバ１２の内壁に取り付けられている。この導電性部材５６は、グランドにＤＣ的に接続されており、異常放電防止効果を発揮する。

また、エッチング装置１０は、制御部Ｃｎｔを更に備え得る。この制御部Ｃｎｔは、プロセッサ、記憶部、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり、エッチング装置１０の各部を制御する。この制御部Ｃｎｔでは、入力装置を用いて、オペレータがエッチング装置１０を管理するためにコマンドの入力操作等を行うことができ、また、表示装置により、エッチング装置１０の稼働状況を可視化して表示すことができる。さらに、制御部Ｃｎｔの記憶部には、エッチング装置１０で実行される各種処理をプロセッサにより制御するための制御プログラムや、処理条件に応じてエッチング装置１０の各構成部に処理を実行させるためのプログラム、即ち、処理レシピが格納される。

実施形態のエッジリングＦＲは、エッチング装置１０に配置することができる。エッジリングＦＲ近傍の構成以外のプラズマ処理装置（エッチング装置）の構成は例えば、図８に示した特開２０１５－４１６２４（対応米国US2015056808.A1）に記載の装置を用いることができる。ただし、これに限らず、本開示のエッチング装置１０は、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna(RLSA)、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のいずれのタイプの装置でも適用可能である。

以上に説明したように、本開示のエッジリングＦＲ及びエッチング装置１０によれば、ウエハＷのエッジ領域に近いエッジリングＦＲの内周部の電界強度よりもエッジリングＦＲの外周部における電界強度を相対的に上げる。これにより、エッジリングＦＲの内周部における電界強度を相対的に下げる。これにより、電界強度が相対的に低いエッジリングＦＲの内周部においてイオンエネルギーが小さくなり、エッジリングＦＲの消耗レートが低くなる。具体的には、エッジリングＦＲの内周部よりも外周部を厚くすることで、ウエハＷ近傍のエッジリングＦＲの内周部の消耗を抑制し、チルト制御性を向上させることができる。

また、開示する実施形態は以下の付記の態様をさらに含む。
（付記１）プラズマ処理チャンバ内の基板支持部に支持された被エッチング物の外周を囲むエッジリングであって、
前記エッジリングは、外周部から内周部に向かって低くなる傾斜面を有し、
前記エッジリングの最内周と最外周から等距離にある中間線よりも内周部の前記傾斜面の上に位置する地点Ｘａにおけるプラズマ処理前の前記エッジリングの厚さをＴ１とし、
前記中間線よりも外周の前記傾斜面の上に位置する地点Ｘｂにおけるプラズマ処理前の前記エッジリングの厚さをＴ２とし、
前記地点Ｘａにおけるプラズマ処理後の前記エッジリングの厚さをＴ３とし、
前記地点Ｘｂにおけるプラズマ処理後の前記エッジリングの厚さをＴ４とするとき、
（Ｔ１－Ｔ３）＜（Ｔ２－Ｔ４）の関係を満たす。
（付記２）前記傾斜面の水平面に対する角度は、３°～７°である（付記１）に記載のエッジリング。

今回開示された実施形態に係るエッジリング及びエッチング装置は、すべての点において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。実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で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、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

１０ エッチング装置
１２ プラズマ処理チャンバ
１４ リングアセンブリ
１４ａ カバーリング
１６ 基台
１８ 静電チャック
６０ａ１ 傾斜面
ＦＲ エッジリング
ＳＴ 基板支持部

Claims (9)

1. プラズマ処理チャンバ内の基板支持部に支持された被エッチング物の外周を囲むエッジリングであって、
   前記エッジリングは、外周部から内周部に向かって低くなる傾斜面を有し、
   前記エッジリングの最内周と最外周から等距離にある中間線よりも内周部の前記傾斜面の上に位置する地点Ｘａにおけるプラズマ処理前の前記エッジリングの厚さをＴ１とし、
   前記中間線よりも外周の前記傾斜面の上に位置する地点Ｘｂにおけるプラズマ処理前の前記エッジリングの厚さをＴ２とし、
   前記地点Ｘａにおけるプラズマ処理後の前記エッジリングの厚さをＴ３とし、
   前記地点Ｘｂにおけるプラズマ処理後の前記エッジリングの厚さをＴ４とするとき、
   Ｔ２／Ｔ１＞Ｔ４／Ｔ３の関係を満たす、
   エッジリング。
2. 前記プラズマ処理前のエッジリングは、エッチング装置内にて未使用のエッジリングであり、
   前記プラズマ処理後のエッジリングは、前記エッチング装置内にて使用済みのエッジリングである、
   請求項１に記載のエッジリング。
3. 前記エッジリングの上面の段差部よりも外側の一部又は全部は、傾斜面である、
   請求項１または２に記載のエッジリング。
4. 前記エッジリングは、Ｓｉ又はＳｉＣにより形成されている、
   請求項１～３のいずれか一項に記載のエッジリング。
5. 前記被エッチング物は、前記基板支持部の上に保持され、
   前記被エッチング物の端部は、前記エッジリングの内周側面を越えて外側に張り出すように構成され、
   前記傾斜面は、前記被エッチング物の端部よりも外側に位置する、
   請求項１～４のいずれか一項に記載のエッジリング。
6. プラズマ処理チャンバ内の基板支持部に支持された被エッチング物の外周を囲むエッジリングであって、
   前記エッジリングは、外周部から内周部に向かって低くなる傾斜面を有し、
   前記傾斜面の傾斜角度θ（°）は前記エッジリングの底面に対して２．５°以上１０°以下であるように構成されるエッジリング。
7. 前記傾斜面は、平坦な面である、
   請求項６に記載のエッジリング。
8. 前記傾斜面の傾斜角度θ（°）は前記エッジリングの底面に対して３°以上７°以下である請求項６または７に記載のエッジリング。
9. プラズマ処理チャンバと、
   前記プラズマ処理チャンバ内に配置された基板支持部と、
   前記基板支持部に支持された被エッチング物の外周を囲むエッジリングと、を有するエッチング装置であって、
   前記エッジリングは、外周部から内周部に向かって低くなる傾斜面を有し、
   前記エッジリングの最内周と最外周から等距離にある中間線よりも内周部の前記傾斜面の上に位置する地点Ｘａにおけるプラズマ処理前の前記エッジリングの厚さをＴ１とし、
   前記中間線よりも外周の前記傾斜面の上に位置する地点Ｘｂにおけるプラズマ処理前の前記エッジリングの厚さをＴ２とし、
   前記地点Ｘａにおけるプラズマ処理後の前記エッジリングの厚さをＴ３とし、
   前記地点Ｘｂにおけるプラズマ処理後の前記エッジリングの厚さをＴ４とするとき、
   Ｔ２／Ｔ１＞Ｔ４／Ｔ３の関係を満たすように構成される、エッチング装置。

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