JP2024013617A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の外周部におけるイオンの入射角度を制御しつつ、放電を抑制する基板処理装置を提供する。【解決手段】基板を収容するプラズマ処理チャンバと、前記基板の周囲に設けられたリングアセンブリと、を備える基板処理装置であって、前記リングアセンブリは、誘電体と、前記誘電体の上に配置され、導電性材料で形成される電位形成部と、を有し、前記電位形成部の下面は、前記基板の上面よりも高い位置に配置され、前記電位形成部にＤＣ信号またはＲＦ信号を供給する電源を備える、基板処理装置。【選択図】図２

Description

本開示は、基板処理装置に関する。

特許文献１には、高周波バイアスによる高周波電流経路のうちウエハの外周付近における電流経路部分を対向電極のウエハ対向面に向うように矯正する電流経路矯正手段を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置が開示されている。

特開２００１－１８５５４２号公報

一の側面では、本開示は、基板の外周部におけるイオンの入射角度を制御しつつ、放電を抑制する基板処理装置を提供する。

上記課題を解決するために、一の態様によれば、基板を収容するプラズマ処理チャンバと、前記基板の周囲に設けられたリングアセンブリと、を備える基板処理装置であって、前記リングアセンブリは、誘電体と、前記誘電体の上に配置され、導電性材料で形成される電位形成部と、を有し、前記電位形成部の下面は、前記基板の上面よりも高い位置に配置され、前記電位形成部にＤＣ信号またはＲＦ信号を供給する電源を備える、基板処理装置を提供することができる。

一の側面によれば、基板の外周部におけるイオンの入射角の変動を抑制する基板処理装置を提供することができる。

第１実施形態に係る容量結合型のプラズマ処理装置の構成例を説明するための図の一例。 第１実施形態に係るプラズマ処理装置における基板支持部の断面図の一例。 基板の外周部付近におけるイオンの軌道を示すシミュレーション結果の一例。 基板の外周部付近におけるイオンの軌道を示すシミュレーション結果の一例。 基板の外周部付近におけるイオンの軌道を示すシミュレーション結果の一例。 シミュレーション結果を示すグラフの一例。 第２実施形態に係る容量結合型のプラズマ処理装置の構成例を説明するための図の一例。 第２実施形態に係るプラズマ処理装置における基板支持部の断面図の一例。 基板の外周部付近におけるイオンの軌道を示すシミュレーション結果の一例。 第３実施形態に係るプラズマ処理装置における基板支持部の断面図の一例。 第４実施形態に係るプラズマ処理装置における基板支持部の断面図の一例。 第５実施形態に係るプラズマ処理装置における基板支持部の断面図の一例。 第３リングの高さ位置と放電との関係について示すグラフの一例。

以下、図面を参照して種々の例示的実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

以下に、プラズマ処理システムの構成例について説明する。図１は、第１実施形態に係る容量結合型のプラズマ処理装置の構成例を説明するための図の一例である。

プラズマ処理システムは、容量結合型のプラズマ処理装置１及び制御部２を含む。容量結合型のプラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、ガス供給部２０、電源３０及び排気システム４０を含む。また、プラズマ処理装置１は、基板支持部１１及びガス導入部を含む。ガス導入部は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理チャンバ１０内に導入するように構成される。ガス導入部は、シャワーヘッド１３を含む。基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０内に配置される。シャワーヘッド１３は、基板支持部１１の上方に配置される。一実施形態において、シャワーヘッド１３は、プラズマ処理チャンバ１０の天部（ｃｅｉｌｉｎｇ）の少なくとも一部を構成する。プラズマ処理チャンバ１０は、シャワーヘッド１３、プラズマ処理チャンバ１０の側壁１０ａ及び基板支持部１１により規定されたプラズマ処理空間１０ｓを有する。プラズマ処理チャンバ１０は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓに供給するための少なくとも１つのガス供給口と、プラズマ処理空間からガスを排出するための少なくとも１つのガス排出口とを有する。プラズマ処理チャンバ１０は接地される。シャワーヘッド１３及び基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０の筐体とは電気的に絶縁される。

基板支持部１１は、本体部１１１及びリングアセンブリ１１２を含む。本体部１１１は、基板Ｗを支持するための中央領域１１１ａと、リングアセンブリ１１２を支持するための環状領域１１１ｂとを有する。ウェハは基板Ｗの一例である。本体部１１１の環状領域１１１ｂは、平面視で本体部１１１の中央領域１１１ａを囲んでいる。基板Ｗは、本体部１１１の中央領域１１１ａ上に配置され、リングアセンブリ１１２は、本体部１１１の中央領域１１１ａ上の基板Ｗを囲むように本体部１１１の環状領域１１１ｂ上に配置される。従って、中央領域１１１ａは、基板Ｗを支持するための基板支持面とも呼ばれ、環状領域１１１ｂは、リングアセンブリ１１２を支持するためのリング支持面とも呼ばれる。

一実施形態において、本体部１１１は、基台１１１０及び静電チャック１１１１を含む。基台１１１０は、導電性部材を含む。基台１１１０の導電性部材は下部電極として機能し得る。静電チャック１１１１は、基台１１１０の上に配置される。静電チャック１１１１は、セラミック部材１１１１ａとセラミック部材１１１１ａ内に配置される静電電極１１１１ｂとを含む。セラミック部材１１１１ａは、中央領域１１１ａを有する。一実施形態において、セラミック部材１１１１ａは、環状領域１１１ｂも有する。なお、環状静電チャックや環状絶縁部材のような、静電チャック１１１１を囲む他の部材が環状領域１１１ｂを有してもよい。この場合、リングアセンブリ１１２は、環状静電チャック又は環状絶縁部材の上に配置されてもよく、静電チャック１１１１と環状絶縁部材の両方の上に配置されてもよい。また、後述するＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電源３１及び／又はＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）電源３２に結合される少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極がセラミック部材１１１１ａ内に配置されてもよい。この場合、少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極が下部電極として機能する。後述するバイアスＲＦ信号及び／又はＤＣ信号が少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極に供給される場合、ＲＦ／ＤＣ電極はバイアス電極とも呼ばれる。なお、基台１１１０の導電性部材と少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極とが複数の下部電極として機能してもよい。また、静電電極１１１１ｂが下部電極として機能してもよい。従って、基板支持部１１は、少なくとも１つの下部電極を含む。

リングアセンブリ１１２は、１又は複数の環状部材を含む。一実施形態において、１又は複数の環状部材は、１又は複数のエッジリングと少なくとも１つのカバーリングとを含む。エッジリングは、導電性材料又は絶縁材料で形成され、カバーリングは、絶縁材料で形成される。

ここで、リングアセンブリ１１２は、第１リング１１２ａと、第２リング１１２ｂと、第３リング１１２ｃと、を有する。なお、リングアセンブリ１１２については、図２を用いて後述する。

また、本体部１１１の環状領域１１１ｂには、リングアセンブリ１１２（第１リング１１２ａ）の裏面と環状領域１１１ｂとの間に伝熱用のバックサイドガスを供給するガス供給路１１３が設けられている。ガス供給路１１３は、ガス供給源１１４からバックサイドガスが供給される。なお、バックサイドガスとしては、例えばＨｅガスを用いることができる。

また、基板支持部１１は、静電チャック１１１１、リングアセンブリ１１２及び基板のうち少なくとも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、伝熱媒体、流路１１１０ａ、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路１１１０ａには、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。一実施形態において、流路１１１０ａが基台１１１０内に形成され、１又は複数のヒータが静電チャック１１１１のセラミック部材１１１１ａ内に配置される。また、基板支持部１１は、基板Ｗの裏面と中央領域１１１ａとの間の間隙に伝熱ガスを供給するように構成された伝熱ガス供給部を含んでもよい。

シャワーヘッド１３は、ガス供給部２０からの少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓ内に導入するように構成される。シャワーヘッド１３は、少なくとも１つのガス供給口１３ａ、少なくとも１つのガス拡散室１３ｂ、及び複数のガス導入口１３ｃを有する。ガス供給口１３ａに供給された処理ガスは、ガス拡散室１３ｂを通過して複数のガス導入口１３ｃからプラズマ処理空間１０ｓ内に導入される。また、シャワーヘッド１３は、少なくとも１つの上部電極を含む。なお、ガス導入部は、シャワーヘッド１３に加えて、側壁１０ａに形成された１又は複数の開口部に取り付けられる１又は複数のサイドガス注入部（ＳＧＩ：Ｓｉｄｅ Ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）を含んでもよい。

ガス供給部２０は、少なくとも１つのガスソース２１及び少なくとも１つの流量制御器２２を含んでもよい。一実施形態において、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスを、それぞれに対応のガスソース２１からそれぞれに対応の流量制御器２２を介してシャワーヘッド１３に供給するように構成される。各流量制御器２２は、例えばマスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器を含んでもよい。さらに、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスの流量を変調又はパルス化する１又はそれ以上の流量変調デバイスを含んでもよい。

電源３０は、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介してプラズマ処理チャンバ１０に結合されるＲＦ電源３１を含む。ＲＦ電源３１は、少なくとも１つのＲＦ信号（ＲＦ電力）を少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極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１０ｓに供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマが形成される。従って、ＲＦ電源３１は、プラズマ処理チャンバ１０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。また、バイアスＲＦ信号を少なくとも１つの下部電極に供給することにより、基板Ｗにバイアス電位が発生し、形成されたプラズマ中のイオン成分を基板Ｗに引き込むことができる。

一実施形態において、ＲＦ電源３１は、第１のＲＦ生成部３１ａ及び第２のＲＦ生成部３１ｂを含む。第１のＲＦ生成部３１ａは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極に結合され、プラズマ生成用のソースＲＦ信号（ソースＲＦ電力）を生成するように構成される。一実施形態において、ソースＲＦ信号は、１０ＭＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第１のＲＦ生成部３１ａは、異なる周波数を有する複数のソースＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のソースＲＦ信号は、少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極に供給される。

第２のＲＦ生成部３１ｂは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して少なくとも１つの下部電極に結合され、バイアスＲＦ信号（バイアスＲＦ電力）を生成するように構成される。バイアスＲＦ信号の周波数は、ソースＲＦ信号の周波数と同じであっても異なっていてもよい。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、ソースＲＦ信号の周波数よりも低い周波数を有する。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、１００ｋＨｚ～６０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第２のＲＦ生成部３１ｂは、異なる周波数を有する複数のバイアスＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のバイアスＲＦ信号は、少なくとも１つの下部電極に供給される。また、種々の実施形態において、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。

また、電源３０は、プラズマ処理チャンバ１０に結合されるＤＣ電源３２を含んでもよい。ＤＣ電源３２は、第１のＤＣ生成部３２ａ、第２のＤＣ生成部３２ｂ及び第３のＤＣ生成部３２ｃを含む。一実施形態において、第１のＤＣ生成部３２ａは、少なくとも１つの下部電極に接続され、第１のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第１のバイアスＤＣ信号は、少なくとも１つの下部電極に印加される。一実施形態において、第２のＤＣ生成部３２ｂは、少なくとも１つの上部電極に接続され、第２のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第２のＤＣ信号は、少なくとも１つの上部電極に印加される。一実施形態において、第３のＤＣ生成部３２ｃは、リングアセンブリ１１２の第３リング１１２ｃに接続され、第３のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第３のバイアスＤＣ信号は、リングアセンブリ１１２の第３リング１１２ｃに印加される。

種々の実施形態において、第１及び第２のＤＣ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。この場合、電圧パルスのシーケンスが少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極に印加される。電圧パルスは、矩形、台形、三角形又はこれらの組み合わせのパルス波形を有してもよい。一実施形態において、ＤＣ信号から電圧パルスのシーケンスを生成するための波形生成部が第１のＤＣ生成部３２ａと少なくとも１つの下部電極との間に接続される。従って、第１のＤＣ生成部３２ａ及び波形生成部は、電圧パルス生成部を構成する。第２のＤＣ生成部３２ｂ及び波形生成部が電圧パルス生成部を構成する場合、電圧パルス生成部は、少なくとも１つの上部電極に接続される。電圧パルスは、正の極性を有してもよく、負の極性を有してもよい。また、電圧パルスのシーケンスは、１周期内に１又は複数の正極性電圧パルスと１又は複数の負極性電圧パルスとを含んでもよい。なお、第１及び第２のＤＣ生成部３２ａ，３２ｂは、ＲＦ電源３１に加えて設けられてもよく、第１のＤＣ生成部３２ａが第２のＲＦ生成部３１ｂに代えて設けられてもよい。

排気システム４０は、例えばプラズマ処理チャンバ１０の底部に設けられたガス排出口１０ｅに接続され得る。排気システム４０は、圧力調整弁及び真空ポンプを含んでもよい。圧力調整弁によって、プラズマ処理空間１０ｓ内の圧力が調整される。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ又はこれらの組み合わせを含んでもよい。

制御部２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１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２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１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２の一部又は全てがプラズマ処理装置１に含まれてもよい。制御部２は、処理部２ａ１、記憶部２ａ２及び通信インターフェース２ａ３を含んでもよい。制御部２は、例えばコンピュータ２ａにより実現される。処理部２ａ１は、記憶部２ａ２からプログラムを読み出し、読み出されたプログラムを実行することにより種々の制御動作を行うように構成され得る。このプログラムは、予め記憶部２ａ２に格納されていてもよく、必要なときに、媒体を介して取得されてもよい。取得されたプログラムは、記憶部２ａ２に格納され、処理部２ａ１によって記憶部２ａ２から読み出されて実行される。媒体は、コンピュータ２ａに読み取り可能な種々の記憶媒体であってもよく、通信インターフェース２ａ３に接続されている通信回線であってもよい。処理部２ａ１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であってもよい。記憶部２ａ２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２ａ３は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信回線を介してプラズマ処理装置１との間で通信してもよい。

次に、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１が備える基板支持部１１について、図２から図６を用いてさらに説明する。図２は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１における基板支持部１１の断面図の一例である。なお、図２において、プラズマ２００を生成した際の等電位線の一例を破線で図示する。

リングアセンブリ１１２は、第１リング１１２ａと、第２リング１１２ｂと、第３リング１１２ｃと、を有する。

第１リング１１２ａは、導電性材料で形成される円環状部材であり、基板Ｗを囲むように配置されている。第１リング１１２ａの導電性材料としては、Ｓｉ，ＳｉＣ等を用いることができる。第１リング１１２ａは、環状領域１１１ｂに配置される。第１のＤＣ生成部３２ａ（図１参照）が基台１１１０（図１参照）の下部電極に第１のＤＣ信号を印加することにより、静電チャック１１１１の上に配置された基板Ｗ及び第１リング１１２ａに電位が生じる。なお、第１リング１１２ａは、エッジリングとも称する。

第２リング１１２ｂは、誘電体材料で形成される円環状部材であり、第１リング１１２ａの上に設けられている。第２リング１１２ｂの誘電体材料としては、ＳｉＯ_２等を用いることができる。

第３リング１１２ｃは、導電性材料で形成される円環状部材であり、第２リング１１２ｂの上に設けられている。第３リング１１２ｃの導電性材料としては、Ｓｉ，ＳｉＣ等を用いることができる。また、第３のＤＣ生成部３２ｃが第３リング１１２ｃに第３のＤＣ信号を印加することにより、第３リング１１２ｃに電位が生じる。第３のＤＣ生成部３２ｃは可変電源であり、第３リング１１２ｃに印加するＤＣ信号（電圧）の強さを可変とすることができるように構成されている。なお、第１実施形態に係るリングアセンブリ１１２において、第３リング１１２ｃは、電位形成部の一例である。

また、第３リング１１２ｃの下面は、静電チャック１１１１に配置された基板Ｗの上面よりも高い位置に配置されている。

また、第２リング１１２ｂの内径は、第１リング１１２ａの内径よりも大きく形成されている。また、第３リング１１２ｃの内径は、第１リング１１２ａの内径よりも大きく形成されており、第２リング１１２ｂの内径と等しく形成されている。これにより、リングアセンブリ１１２の上面は段差部を有している。

図３から図５は、基板Ｗの外周部付近におけるイオンの軌道を示すシミュレーション結果の一例である。横軸は基板Ｗの中心からの半径方向の位置Ｒ［ｍｍ］を示し、縦軸は高さ方向を示す。半径１５０ｍｍの位置が、基板Ｗの端部である。また、図３から図５において、基板Ｗの電位を－８００Ｖ、第１リング１１２ａの電位を－８００Ｖとする。また、第３のＤＣ生成部３２ｃから第３リング１１２ｃに印加されるＤＣ信号を変化させた。また、ガス供給部２０からシャワーヘッド１３を介してＡｒガスを供給し、Ａｒガスのプラズマを生成した際の等電位線の一例を破線で図示する。

図３では、第３リング１１２ｃの電位を－１００Ｖとした場合におけるＡｒイオンの軌道３１０を示す。この場合、基板Ｗの内周側（図３の左側）では、高さ方向に略均等に等電位線が並ぶ。一方、基板Ｗよりも外周側（図３の１５０ｍｍよりも右側）では、後述する図４及び図５の場合よりも第１リング１１２ａと第３リング１１２ｃとの間の電位差が大きく、後述する図４及び図５の場合よりも第１リング１１２ａと第３リング１１２ｃとの間に多くの等電位線が通過するような等電位線形状が形成される。これにより、図３のＡｒイオンの軌道３１０に示すように、基板Ｗの外周部付近におけるＡｒイオンの入射角度を内向きにすることができる。また、第３リング１１２ｃの上を通過する等電位線が後述する図４及び図５の場合よりも少なくなる。このため、第３リング１１２ｃの上のシースの厚さは、後述する図４及び図５の場合よりも薄くなる。

図４では、第３リング１１２ｃの電位を－３００Ｖとした場合におけるＡｒイオンの軌道３２０を示す。この場合、基板Ｗの内周側（図４の左側）では、高さ方向に略均等に等電位線が並ぶ。一方、基板Ｗよりも外周側（図４の１５０ｍｍよりも右側）では、前述する図３の場合よりも第１リング１１２ａと第３リング１１２ｃとの間の電位差が小さく、前述する図３の場合よりも第１リング１１２ａと第３リング１１２ｃとの間を通過する等電位線が少なくなるような等電位線形状が形成される。これにより、図４のＡｒイオンの軌道３２０に示すように、基板Ｗの外周部付近におけるＡｒイオンの入射角度を略垂直にすることができる。また、第３リング１１２ｃの上を通過する等電位線が前述する図３の場合よりも多くなる。このため、第３リング１１２ｃの上のシースの厚さは、前述する図３の場合よりも厚くなる。

図５では、第３リング１１２ｃの電位を－５００Ｖとした場合におけるＡｒイオンの軌道３１０を示す。この場合、基板Ｗの内周側（図５の左側）では、高さ方向に略均等に等電位線が並ぶ。一方、基板Ｗよりも外周側（図５の１５０ｍｍよりも右側）では、前述する図３及び図４の場合よりも第１リング１１２ａと第３リング１１２ｃとの間の電位差が小さく、前述する図３及び図４の場合よりも第１リング１１２ａと第３リング１１２ｃとの間を通過する等電位線が少なくなるような等電位線形状が形成される。これにより、図５のＡｒイオンの軌道３３０に示すように、基板Ｗの外周部付近におけるＡｒイオンの入射角度を外向きにすることができる。また、第３リング１１２ｃの上を通過する等電位線が前述する図４の場合よりも多くなる。このため、第３リング１１２ｃの上のシースの厚さは、前述する図４の場合よりも厚くなる。

図６は、図３から図５に示すシミュレーション結果を示すグラフの一例である。横軸は半径が１５０ｍｍの基板Ｗの中心からの半径方向の位置Ｒ［ｍｍ］を示し、縦軸は基板ＷへのＡｒイオンの入射角度（Tilting）［ｄｅｇ］を示す。なお、縦軸のＡｒイオンの入射角度は、マイナス値が基板Ｗの内周側に傾くことを示し、プラス値が基板Ｗの外周側に傾くことを示す。

また、第３リング１１２ｃの電位を－１００Ｖ（図３参照）とした場合のＡｒイオンの入射角度を実線で示し、第３リング１１２ｃの電位を－３００Ｖ（図４参照）とした場合のＡｒイオンの入射角度を破線で示し、第３リング１１２ｃの電位を－５００Ｖ（図５参照）とした場合のＡｒイオンの入射角度を一点鎖線で示す。

図３から図５及び図６に示すように、第３リング１１２ｃの電位を変化させることで、第３リング１１２ｃ上のシースの厚さを変化させるとともに、第１リング１１２ａと第３リング１１２ｃの間を通過する等電位線の状態を変化させることができる。これにより、基板Ｗの外周部におけるＡｒイオンの入射角度（Tilting）を制御することができる。

例えば、第３リング１１２ｃの高さ方向の厚さを厚くすることで、基板Ｗの外周部におけるＡｒイオンの入射角度が外向きにシフトする。この場合、第１リング１１２ａと第３リング１１２ｃとの間の電位差が大きく（図３参照）なるように、第３リング１１２ｃにＤＣ信号を印加することで、Ａｒイオンの入射角度が内向きにシフトさせることができる。これにより、基板Ｗの外周部に入射するＡｒイオンの入射角度を垂直に近づけることができる。

また、プラズマ処理によって第３リング１１２ｃが消耗して、第３リング１１２ｃの高さ方向の厚さが薄くなることで、基板Ｗの外周部におけるＡｒイオンの入射角度が内向きにシフトする。この場合、第１リング１１２ａと第３リング１１２ｃとの間の電位差が小さく（図５参照）なるように、第３リング１１２ｃにＤＣ信号を印加することで、Ａｒイオンの入射角度が外向きにシフトさせることができる。これにより、基板Ｗの外周部に入射するＡｒイオンの入射角度を垂直に近づけることができる。

ここで、参考例に係るプラズマ処理装置が備えるリングアセンブリについて説明する。参考例に係るリングアセンブリは、基板Ｗを囲むように配置される導電性材料で形成される円環状部材（図２に示す第１リング１１２ａに相当）を有する。また、参考例に係るリングアセンブリにおいて、円環状部材に直接電圧を印加することで、円環状部材上のシースの厚さを厚くして、基板Ｗの外周部におけるイオンの入射角度を制御する。

しかしながら、参考例に係るリングアセンブリの構成では、円環状部材に電圧を印加することで、基板Ｗの外周部に入射するＡｒイオンの入射角度を外向きにシフトさせることはできるが、内向きにシフトさせることができない。このため、円環状部材の高さ方向の厚さを厚くすることにより外向きにシフトしたＡｒイオンの入射角度を、電圧を印加することで補正することはできない。

これに対し、第１実施形態のリングアセンブリ１１２の構成では、基板Ｗの外周部に入射するＡｒイオンの入射角度を内向き及び外向きに制御することができる。これにより、プラズマ処理によって消耗する第３リング１１２ｃの厚さを厚く形成しても、Ａｒイオンの入射角度を略垂直となるように制御することができ、リングアセンブリ１１２のメンテナンス間隔を長くすることができる。即ち、プラズマ処理装置１の生産性を向上させることができる。

また、参考例に係るリングアセンブリの構成では、基板Ｗと円環状部材との電位差が大きくなると、基板Ｗと円環状部材との間で放電が発生するおそれがある。また、基板Ｗの処理において反応副生成物が多く発生する処理条件においては、基板Ｗと円環状部材との間で放電が発生するおそれが高くなる。また、円環状部材と基台１１１０との間の電位差によって、ガス供給路１１３内に電位差が生じることで、ガス供給路１１３内で放電が発生するおそれがある。

これに対し、第１実施形態のリングアセンブリ１１２の構成では、第３リング１１２ｃに電圧を印加する。また、第３リング１１２ｃの内径は、基板Ｗを囲むように配置されている第１リング１１２ａの内径よりも大きく形成されている。即ち、基板Ｗの径方向において、基板Ｗから第１リング１１２ａまでの距離よりも、基板Ｗから第３リング１１２ｃまでの距離が長くなるように構成されている。また、第３リング１１２ｃは、高さ方向においても基板Ｗから離れて配置される。これにより、基板Ｗと第３リング１１２ｃとの間で放電が発生することを抑制することができる。また、ガス供給路１１３内において、放電が発生することを抑制することができる。

換言すれば、第１実施形態のリングアセンブリ１１２では、参考例に係るリングアセンブリと比較して、放電の発生を防止しつつ、基板Ｗとの電位差を大きくすることができる。これにより、イオンの入射角度（Tilting）の制御範囲を拡大することができる。

図７は、第２実施形態に係る容量結合型のプラズマ処理装置１の構成例を説明するための図の一例である。図８は、第２実施形態に係るプラズマ処理装置１における基板支持部１１の断面図の一例である。

即ち、電源３０は、プラズマ処理チャンバ１０に結合されるＤＣ電源３２を含んでもよい。ＤＣ電源３２は、第１のＤＣ生成部３２ａ、第２のＤＣ生成部３２ｂ、第３のＤＣ生成部３２ｃ及び第４のＤＣ生成部３２ｄを含む。一実施形態において、第４のＤＣ生成部３２ｄは、リングアセンブリ１１２の第１リング１１２ａに接続され、第４のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第４のバイアスＤＣ信号は、リングアセンブリ１１２の第１リング１１２ａに印加される。なお、第２実施形態に係るリングアセンブリ１１２において、第３リング１１２ｃは、電位形成部の一例である。

図９は、基板Ｗの外周部付近におけるイオンの軌道を示すシミュレーション結果の一例である。横軸は基板Ｗの中心からの半径方向の位置Ｒ［ｍｍ］を示し、縦軸は高さ方向を示す。また、図９において、基板Ｗの電位を－１００Ｖ、第１リング１１２ａの電位を－２０Ｖ、第３リング１１２ｃの電位を－１００Ｖとする。また、ガス供給部２０からシャワーヘッド１３を介してＡｒガスを供給し、Ａｒガスのプラズマを生成した際の等電位線の一例を破線で図示する。

第３のＤＣ生成部３２ｃが第３リング１１２ｃの電位を制御し、第４のＤＣ生成部３２ｄが第１リング１１２ａの電位を制御することにより、第１リング１１２ａと第３リング１１２ｃの間を通過する等電位線の状態の制御性がさらに向上する。これにより、第１リング１１２ａと第３リング１１２ｃの電位を変化させることで、図９のＡｒイオンの軌道３４０に示すように、基板Ｗの外周部におけるＡｒイオンの入射角度（Tilting）の制御性をさらに向上することができる。

また、第４のＤＣ生成部３２ｄが第１リング１１２ａの電位を制御することにより、第１リング１１２ａと基板Ｗとの間の電位差を制御することができる。これにより、図９に示すように、基板Ｗの裏面側にＡｒイオンを回り込ませて、基板Ｗの裏面の外周部にＡｒイオンを入射させることができる。ここで、基板Ｗの裏面の外周部に付着した反応副生成物は、電界集中を発生させ、基板Ｗと第１リング１１２ａとの間に放電を発生させるおそれがある。基板Ｗの裏面にＡｒイオンを入射させることで、基板Ｗの裏面に付着した反応副生成物を除去することができる。これにより、放電の発生を抑制することができる。

また、基板Ｗの裏面側にＡｒイオンを回り込ませて、静電チャック１１１１の側面にＡｒイオンを入射させることができる。これにより、静電チャック１１１１の側面に付着した反応副生成物を除去することができる。これにより、放電の発生を抑制することができる。

なお、第３リング１１２ｃ、第１リング１１２ａには、ＤＣ電源３２からＤＣ信号を印加する構成を例に説明したが、これに限られるものではない。第３リング１１２ｃ、第１リング１１２ａにＲＦ電源（図示せず）からＲＦ信号を印加する構成であってもよい。

図１０は、第３実施形態に係るプラズマ処理装置１における基板支持部１１の断面図の一例である。第３実施形態に係るリングアセンブリ１１２では、第２リング１１２ｂ内に、電極１１２ｄが形成されている。なお、第３実施形態に係るリングアセンブリ１１２において、電極１１２ｄは、電位形成部の一例である。また、第３のＤＣ生成部３２ｃは、電極１１２ｄにＤＣ信号を印加する。電極１１２ｄと第３リング１１２ｃとの間にキャパシタを形成することにより、第３リング１１２ｃに電位が生じる。これにより、第３のＤＣ生成部３２ｃが第３リング１１２ｃの電位を制御することにより、等電位線の状態を制御して、基板Ｗの外周部におけるＡｒイオンの入射角度（Tilting）を制御することができる。

図１１は、第４実施形態に係るプラズマ処理装置１における基板支持部１１の断面図の一例である。第４実施形態に係るリングアセンブリ１１２では、第２リング１１２ｂの表面に、電極層１１２ｅが形成されている。なお、第４実施形態に係るリングアセンブリ１１２において、電極層１１２ｅは、電位形成部の一例である。また、第３のＤＣ生成部３２ｃは、電極層１１２ｅにＤＣ信号を印加する。電極層１１２ｅは、第２リング１１２ｂの上面に形成された金属膜である。電極１１２ｄと第３リング１１２ｃとの間にキャパシタを形成することにより、第３リング１１２ｃに電位が生じる。これにより、第３のＤＣ生成部３２ｃが第３リング１１２ｃの電位を制御することにより、等電位線の状態を制御して、基板Ｗの外周部におけるＡｒイオンの入射角度（Tilting）を制御することができる。

図１２は、第５実施形態に係るプラズマ処理装置１における基板支持部１１の断面図の一例である。第５実施形態に係るリングアセンブリ１１２では、第３リング１１２ｃが、高さ方向に複数設けられている。図１２に示す例において、第３リング１１２ｃは、第３リング１１２ｃ１～１１２ｃ４の４段設けられている。なお、第５実施形態に係るリングアセンブリ１１２において、第３リング１１２ｃ１～１１２ｃ４は、電位形成部の一例である。

また、第３のＤＣ生成部３２ｃは、第３リング１１２ｃ１～１１２ｃ４に対して個別にＤＣ信号を印加可能な第３のＤＣ生成部３２ｃ１～３２ｃ４を有する。なお、分圧器を介して複数の第３リング１１２ｃ１～１１２ｃ４と接続することにより、３のＤＣ生成部３２ｃ１～３２ｃ４の数を削減してもよい。

シャワーヘッド１３の下面１３１と、基板Ｗとの間にプラズマ２００が生成される。また、第３リング１１２ｃ１～第３リング１１２ｃ４の周りにシースが形成されることにより、プラズマ２００は周方向において閉じ込められる。これにより、プラズマ２００の密度が上昇して、エッチングレートが向上する。

また、プラズマ２００の密度が上昇することで、第１リング１１２ａから上部電極（シャワーヘッド１３）への経路のインピーダンスが増加する。これにより、プラズマ２００に寄与するＲＦ信号の使用効率が増加する。これにより、プラズマ２００の密度が上昇して、エッチングレートが向上する。

また、第３リング１１２ｃ１～１１２ｃ４に印加する電圧によって、プラズマ２００の形状を制御することができる。

次に、図２の第１実施形態に係るリングアセンブリ１１２における第３リング１１２ｃの高さ位置について、図１３を用いてさらに説明する。図１３は、第３リング１１２ｃの高さ位置と放電との関係について示すグラフの一例である。横軸は、第１リング１１２ａの上面から第３リング１１２ｃ下面までの距離（Ｒｉｎｇ間距離）［ｍｍ］を示す。縦軸は、第１リング１１２ａと第３リング１１２ｃとの電位差（Ｒｉｎｇ間電位差）を上面までの距離（Ｒｉｎｇ間距離）で割った値［Ｖ／ｍｍ］を［ｍｍ］を示す。また、グラフにおいて、網掛けを付した領域は、放電が発生する領域である。

図１３に示すように、第１リング１１２ａの上面から第３リング１１２ｃの下面までの距離を１．２５ｍｍ以上とすることにより、第１リング１１２ａと第３リング１１２ｃとの間の放電を防止することができる。このことから、基板Ｗの上面から第３リング１１２ｃの下面までの距離Ｄ（図２参照）を１．２５ｍｍ以上とすることにより、基板Ｗと第３リング１１２ｃとの間の放電を防止することができる。

また、第２リング１１２ｂ及び第３リング１１２ｃの高さが高くなると、第１リング１１２ａと第２リング１１２ｂ及び第３リング１１２ｃとの段差部に反応副生成物が付着する。また、付着した反応副生物が剥がれ、基板Ｗに飛散し、パーティクルになるおそれがある。このため、第１リング１１２ａの上面から第３リング１１２ｃの下面までの距離を２．００ｍｍ以下とすることにより、段差部における反応副生成物がの付着を抑制し、剥がれた反応副生物が基板Ｗに飛散することを抑制することができる。

以上、プラズマ処理システムの実施形態等について説明したが、本開示は上記実施形態等に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本開示の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。

Ｗ 基板
１ プラズマ処理装置
２ 制御部
１０ プラズマ処理チャンバ
１０ｓ プラズマ処理空間
１１ 基板支持部
１１１ 本体部
１１２ リングアセンブリ
１１２ａ 第１リング
１１２ｂ 第２リング
１１２ｃ 第３リング
１１２ｄ 電極
１１２ｅ 電極層
１１３ ガス供給路
１１４ ガス供給源
１１１０ 基台
１１１１ 静電チャック
２０ ガス供給部
３０ 電源
３１ ＲＦ電源
３２ ＤＣ電源
４０ 排気システム

Claims (10)

1. 基板を収容するプラズマ処理チャンバと、
   前記基板の周囲に設けられたリングアセンブリと、を備える基板処理装置であって、
   前記リングアセンブリは、
   誘電体と、
   前記誘電体の上に配置され、導電性材料で形成される電位形成部と、を有し、
   前記電位形成部の下面は、前記基板の上面よりも高い位置に配置され、
   前記電位形成部にＤＣ信号またはＲＦ信号を供給する電源を備える、
   基板処理装置。
2. 前記基板と前記電位形成部の下面との距離は、１．２５ｍｍ以上である、
   請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記リングアセンブリは、
   前記基板を囲むように配置され、導電性材料で形成される円環形状の第１リングと、
   前記第１リングの上に配置され、前記誘電体である円環形状の第２リングと、
   前記第２リングの上に配置され、前記電位形成部である円環形状の第３リングと、を有する、
   請求項１に記載の基板処理装置。
4. 前記第１リングの上面と前記第３リングの下面との距離は、１．２５ｍｍ以上である、
   請求項３に記載の基板処理装置。
5. 前記リングアセンブリは、
   前記基板を囲むように配置され、導電性材料で形成される円環形状の第１リングと、
   前記第１リングの上に配置され、前記誘電体である円環形状の第２リングと、
   前記第２リングの上に配置され、導電性材料で形成される円環形状の第３リングと、
   前記第２リング内に埋め込まれ、前記電位形成部である電極と、を有する、
   請求項１に記載の基板処理装置。
6. 前記リングアセンブリは、
   前記基板を囲むように配置され、導電性材料で形成される円環形状の第１リングと、
   前記第１リングの上に配置され、前記誘電体である円環形状の第２リングと、
   前記第２リングの上に配置され、導電性材料で形成される円環形状の第３リングと、
   前記第２リングの上に形成され、前記電位形成部である電極層と、を有する、
   請求項１に記載の基板処理装置。
7. 前記リングアセンブリは、
   前記基板を囲むように配置され、導電性材料で形成される円環形状の第１リングと、
   前記第１リングの上に配置され、前記誘電体である円環形状の第２リングと、
   前記第２リングの上に配置され、前記電位形成部である円環形状の複数の第３リングと、を有する、
   請求項１に記載の基板処理装置。
8. 前記第２リングの内径は、前記第１リングの内径よりも大きく形成されている、
   請求項５に記載の基板処理装置。
9. 前記第３リングの内径は、前記第１リングの内径よりも大きく形成されている、
   請求項５に記載の基板処理装置。
10. 前記第３リングの内径は、前記第２リングの内径と等しく形成されている、
    請求項５に記載の基板処理装置。

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