JP7033926B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明の種々の側面及び実施形態は、プラズマ処理装置に関するものである。

従来から、半導体ウェハ（以下「ウェハ」とも称する）などの被処理体に対してプラズマを用いて、エッチングなどのプラズマ処理を行うプラズマ処理装置が知られている。このプラズマ処理装置は、プラズマ処理を行っていると、チャンバー内のパーツが消耗する。例えば、プラズマの均一化を目的にウェハの外周部に設置されたフォーカスリングは、プラズマに近いこともあり、消耗速度が速い。フォーカスリングは、消耗度合いがウェハ上のプロセス結果に大きく影響する。例えば、フォーカスリング上のプラズマシースとウェハ上のプラズマシースとの高さ位置にズレが生じると、ウェハの外周付近のエッチング特性が低下し、均一性などに影響する。このため、プラズマ処理装置では、フォーカスリングがある程度消耗すると大気開放してフォーカスリングを交換する。

しかし、プラズマ処理装置は、大気開放してしまうとメンテナンスに時間が掛かる。また、プラズマ処理装置は、パーツ交換の頻度が高くなると生産性が低下し、コスト面にも影響する。

そこで、ウェハとフォーカスリングの高さを常に一定に保つ様に、フォーカスリングを駆動機構により上昇させる技術が提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。

特開２００２－１７６０３０号公報

しかしながら、消耗に応じてフォーカスリングを上昇させた場合、フォーカスリングが載置面と離間してしまう。プラズマ処理装置では、フォーカスリングが載置面から離間した場合、入熱に対する抜熱が出来なくなってフォーカスリングが高温になり、エッチング特性が変化してしまう場合がある。この結果、プラズマ処理装置では、被処理体に対するプラズマ処理の均一性が低下する。

開示するプラズマ処理装置は、１つの実施態様において、第１の載置台と、第２の載置台と、昇降機構とを有する。第１の載置台は、プラズマ処理の対象となる被処理体が載置される。第２の載置台は、第１の載置台の外周に設けられ、フォーカスリングが載置され、内部に温調機構が設けられている。昇降機構は、第２の載置台を昇降させる。

開示するプラズマ処理装置の１つの態様によれば、被処理体に対するプラズマ処理の均一性の低下を抑制できるという効果を奏する。

図１は、実施形態に係るプラズマ処理装置の概略的な構成を示す概略断面図である。 図２は、第１実施形態に係る第１の載置台及び第２の載置台の要部構成を示す概略断面図である。 図３は、第１の載置台及び第２の載置台を上方向から見た上面図である。 図４は、レーザ光の反射の系統を示す図である。 図５は、光の検出強度の分布の一例を示す図である。 図６は、第２の載置台を上昇させる流れの一例を説明する図である。 図７は、比較例の構成の一例を示す図である。 図８は、エッチング特性の変化の一例を示す図である。 図９は、第２実施形態に係る第１の載置台及び第２の載置台の要部構成を示す斜視図である。 図１０は、第２実施形態に係る第１の載置台及び第２の載置台の要部構成を示す概略断面図である。

以下、図面を参照して本願の開示するプラズマ処理装置の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付すこととする。また、本実施形態により開示する発明が限定されるものではない。各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。

（第１実施形態）
［プラズマ処理装置の構成］
最初に、実施形態に係るプラズマ処理装置１０の概略的な構成を説明する。図１は、実施形態に係るプラズマ処理装置の概略的な構成を示す概略断面図である。プラズマ処理装置１０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。この処理容器１は、円筒状とされ、例えば表面に陽極酸化被膜が形成された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画成する。処理容器１内には、被処理体（work-piece）であるウェハＷを水平に支持する第１の載置台２が収容されている。

第１の載置台２は、上下方向に底面を向けた略円柱状を呈しており、上側の底面がウェハＷの載置される載置面６ｄとされている。第１の載置台２の載置面６ｄは、ウェハＷと同程度のサイズとされている。第１の載置台２は、基台３と、静電チャック６とを含んでいる。

基台３は、導電性の金属、例えば表面に陽極酸化被膜が形成された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。

静電チャック６は、上面が平坦な円盤状とされ、当該上面がウェハＷの載置される載置面６ｄとされている。静電チャック６は、平面視において第１の載置台２の中央に設けられている。静電チャック６は、電極６ａ及び絶縁体６ｂを有している。電極６ａは、絶縁体６ｂの内部に設けられており、電極６ａ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６ａ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を吸着するように構成されている。また、静電チャック６は、絶縁体６ｂの内部にヒータ６ｃが設けられている。ヒータ６ｃは、不図示の給電機構を介して電力が供給され、ウェハＷの温度を制御する。

第１の載置台２は、外周面に沿って周囲に第２の載置台７が設けられている。第２の載置台７は、内径が第１の載置台２の外径よりも所定サイズ大きい円筒状に形成され、第１の載置台２と軸を同じとして配置されている。第２の載置台７は、上側の面が環状のフォーカスリング５の載置される載置面９ｄとされている。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、第２の載置台７に載置される。

第２の載置台７は、基台８と、フォーカスリングヒータ９を含んでいる。基台８は、基台３と同様の導電性の金属、例えば表面に陽極酸化被膜が形成されたアルミニウム等で構成されている。基台３は、支持台４側となる下部が、上部よりも径方向に大きく、第２の載置台７の下部の位置まで平板状に形成されている。基台８は、基台３に支持されている。フォーカスリングヒータ９は、基台８に支持されている。フォーカスリングヒータ９は、上面が平坦な環状の形状とされ、当該上面がフォーカスリング５の載置される載置面９ｄとされている。フォーカスリングヒータ９は、ヒータ９ａ及び絶縁体９ｂを有している。ヒータ９ａは、絶縁体９ｂの内部に設けられ、絶縁体９ｂに内包されている。ヒータ９ａは、不図示の給電機構を介して電力が供給され、フォーカスリング５の温度を制御する。このように、ウェハＷの温度とフォーカスリング５の温度は、異なるヒータによって独立に制御される。

基台３には、ＲＦ（Radio Frequency）電力を供給する給電棒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、この第１のＲＦ電源１０ａからは所定の周波数の高周波電力が第１の載置台２の基台３に供給されるように構成されている。また、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、この第２のＲＦ電源１０ｂからは第１のＲＦ電源１０ａより低い所定周波数の高周波電力が第１の載置台２の基台３に供給されるように構成されている。

基台３の内部には、冷媒流路２ｄが形成されている。冷媒流路２ｄは、一方の端部に冷媒入口配管２ｂが接続され、他方の端部に冷媒出口配管２ｃが接続されている。また、基台８の内部には、冷媒流路７ｄが形成されている。冷媒流路７ｄは、一方の端部に冷媒入口配管７ｂが接続され、他方の端部に冷媒出口配管７ｃが接続されている。冷媒流路２ｄ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する。冷媒流路７ｄ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。プラズマ処理装置１０は、冷媒流路２ｄ及び冷媒流路７ｄの中に冷媒、例えば冷却水等をそれぞれ循環させることによって、第１の載置台２及び第２の載置台７の温度を個別に制御可能な構成とされている。なお、プラズマ処理装置１０は、ウェハＷやフォーカスリング５の裏面側に冷熱伝達用ガスを供給して温度を個別に制御可能な構成としてもよい。例えば、第１の載置台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、第１の載置台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。

一方、第１の載置台２の上方には、第１の載置台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と第１の載置台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、本体部１６ａと電極板をなす上部天板１６ｂとを備えており、絶縁性部材９５を介して処理容器１の上部に支持される。本体部１６ａは、導電性材料、例えば表面に陽極酸化被膜が形成されたアルミニウム等からなり、その下部に上部天板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の内部には、ガス拡散室１６ｃが設けられ、このガス拡散室１６ｃの下部に位置するように、本体部１６ａの底部には、多数のガス通流孔１６ｄが形成されている。また、上部天板１６ｂには、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、上記したガス通流孔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。このガス導入口１６ｇには、ガス供給配管１５ａの一端が接続されている。このガス供給配管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、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、ガス供給配管１５ａを介してガス拡散室１６ｃに供給され、このガス拡散室１６ｃから、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。この可変直流電源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。なお、後述のように、第１のＲＦ電源１０ａ、第２のＲＦ電源１０ｂから高周波が第１の載置台２に印加されて処理空間にプラズマが発生する際には、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、上部電極としてのシャワーヘッド１６に所定の直流電圧が印加される。

また、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。この円筒状の接地導体１ａは、その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が形成されており、この排気口８１には、排気管８２を介して第１排気装置８３が接続されている。第１排気装置８３は、真空ポンプを有しており、この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が設けられており、この搬入出口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）が付着することを防止する。このデポシールド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、第１の載置台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。

上記構成のプラズマ処理装置１０は、制御部９０によって、その動作が統括的に制御される。この制御部９０には、ＣＰＵを備えプラズマ処理装置１０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、工程管理者がプラズマ処理装置１０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、プラズマ処理装置１０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、プラズマ処理装置１０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、プラズマ処理装置１０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（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）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。

［第１の載置台及び第２の載置台の構成］
次に、図２を参照して、第１実施形態に係る第１の載置台２及び第２の載置台７の要部構成について説明する。図２は、第１実施形態に係る第１の載置台及び第２の載置台の要部構成を示す概略断面図である。

第１の載置台２は、基台３と、静電チャック６とを含んでいる。静電チャック６は、絶縁層３０を介して基台３に接着されている。静電チャック６は、円板状を呈し、基台３と同軸となるように設けられている。静電チャック６は、絶縁体６ｂの内部に電極６ａが設けられている。静電チャック６の上面は、ウェハＷの載置される載置面６ｄとされている。静電チャック６の下端には、静電チャック６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６は、側面の位置に応じて外径が異なる。

静電チャック６は、絶縁体６ｂの内部にヒータ６ｃが設けられている。また、基台３の内部には、冷媒流路２ｄが形成されている。冷媒流路２ｄおよびヒータ６ｃは、ウェハＷの温度を調整する温調機構として機能する。なお、ヒータ６ｃは、絶縁体６ｂの内部に存在しなくてもよい。例えば、ヒータ６ｃは、静電チャック６の裏面に貼り付けられてもよく、載置面６ｄと冷媒流路２ｄとの間に介在すればよい。また、ヒータ６ｃは、載置面６ｄの領域全面に１つ設けてもよく、載置面６ｄを分割した領域毎に個別に設けてもよい。すなわち、ヒータ６ｃは、載置面６ｄを分割した領域毎に個別に複数設けてもよい。例えば、ヒータ６ｃは、第１の載置台２の載置面６ｄを中心からの距離に応じて複数の領域に分け、各領域で第１の載置台２の中心を囲むよう環状に延在させてもよい。もしくは、中心領域を加熱するヒータと、中心領域の外側を囲むように環状に延在するヒータとを含んでもよい。また、載置面６ｄの中心を囲むよう環状に延在させた領域を、中心からの方向に応じて複数の領域に分け、各領域にヒータ６ｃを設けてもよい。

図３は、第１の載置台及び第２の載置台を上方向から見た上面図である。図３には、円板状に第１の載置台２の載置面６ｄが示されている。載置面６ｄは、中心からの距離及び方向に応じて複数の領域ＨＴ１に分けられており、各領域ＨＴ１に個別にヒータ６ｃが設けられている。これにより、プラズマ処理装置１０は、ウェハＷの温度を、領域ＨＴ１毎に、制御できる。

図２に戻る。第２の載置台７は、基台８と、フォーカスリングヒータ９を含んでいる。基台８は、基台３に支持されている。フォーカスリングヒータ９は、絶縁体９ｂの内部にヒータ９ａが設けられている。また、基台８の内部には、冷媒流路７ｄが形成されている。冷媒流路７ｄおよびヒータ９ａは、フォーカスリング５の温度を調整する温調機構として機能する。フォーカスリングヒータ９は、絶縁層４９を介して基台８に接着されている。フォーカスリングヒータ９の上面は、フォーカスリング５の載置される載置面９ｄとされている。なお、フォーカスリングヒータ９の上面には、熱伝導性の高いシート部材などを設けてもよい。

フォーカスリング５は、円環状の部材であって、第２の載置台７と同軸となるように設けられている。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、凸部５ａが形成されていない箇所の内径は、ウェハＷの外径及び静電チャック６のフランジ部６ｅの外径よりも大きい。一方、凸部５ａが形成された箇所の内径は、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６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第２の載置台７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６のフランジ部６ｅの上面との間には、隙間が形成されている。また、フォーカスリング５の凸部５ａの側面と静電チャック６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５の凸部５ａは、第１の載置台２の基台３と第２の載置台７の基台８との間の隙間３４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、隙間３４と重なる位置に存在し該隙間３４を覆っている。これにより、プラズマが、隙間３４へ進入することを抑制できる。

ヒータ９ａは、基台８と同軸な環状を呈している。ヒータ９ａは、載置面９ｄの領域全面に１つ設けてもよく、載置面９ｄを分割した領域毎に個別に設けてもよい。すなわち、ヒータ９ａは、載置面９ｄを分割した領域毎に個別に複数設けてもよい。例えば、ヒータ９ａは、第２の載置台７の載置面９ｄを第２の載置台７の中心からの方向に応じて複数の領域に分け、各領域にヒータ９ａを設けてもよい。例えば、図３には、円板状に第１の載置台２の載置面６ｄの周囲に、第２の載置台７の載置面９ｄが示されている。載置面９ｄは、中心からの方向に応じて複数の領域ＨＴ２に分けられており、各領域ＨＴ２に個別にヒータ９ａが設けられている。これにより、プラズマ処理装置１０は、フォーカスリング５の温度を、領域ＨＴ２毎に、制御できる。

図２に戻る。プラズマ処理装置１０は、フォーカスリング５の上面の高さを測定する測定部１１０が設けられている。本実施形態では、レーザ光の干渉により距離を計測する光干渉計として測定部１１０を構成してフォーカスリング５の上面の高さを測定する。測定部１１０は、光射出部１１０ａと、光ファイバ１１０ｂとを有する。第１の載置台２には、第２の載置台７の下部に、光射出部１１０ａが設けられている。光射出部１１０ａの上部には、真空を遮断するための石英窓１１１が設けけられている。また、第１の載置台２と第２の載置台７の間には、真空を遮断するためのオーリング（O-Ring）１１２が設けられている。また、第２の載置台７には、測定部１１０が設けられた位置に対応して、上面まで貫通する貫通穴１１３が形成されている。なお、貫通穴１１３には、レーザ光を透過する部材が設けられていてもよい。

光射出部１１０ａは、光ファイバ１１０ｂにより測定制御ユニット１１４と接続されている。測定制御ユニット１１４は、光源を内蔵し、計測用のレーザ光を発生させる。測定制御ユニット１１４で発生したレーザ光は、光ファイバ１１０ｂを介して光射出部１１０ａから出射される。光射出部１１０ａから出射されたレーザ光は、石英窓１１１やフォーカスリング５で一部が反射し、反射したレーザ光が光射出部１１０ａに入射する。

図４は、レーザ光の反射の系統を示す図である。石英窓１１１は、光射出部１１０ａ側の面に反射防止処理が施されており、レーザ光の反射が小さくされている。光射出部１１０ａから出射されたレーザ光は、図４に示すように、主に、石英窓１１１の上面、フォーカスリング５の下面およびフォーカスリング５の上面で、それぞれ一部が反射し、光射出部１１０ａに入射する。

光射出部１１０ａに入射した光は、光ファイバ１１０ｂを介して測定制御ユニット１１４へ導かれる。測定制御ユニット１１４は、分光器等を内蔵し、反射したレーザ光の干渉状態に基づいて、距離を計測する。例えば、測定制御ユニット１１４では、入射したレーザ光の干渉状態に基づいて、反射面間の相互距離の差毎に、光の強度を検出する。

図５は、光の検出強度の分布の一例を示す図である。測定制御ユニット１１４では、反射面間の相互距離を光路長として、光の強度を検出する。図５のグラフの横軸は、光路長による相互距離を表している。横軸の０は、全ての相互距離の起点を表す。図５のグラフの縦軸は、検出される光の強度を表している。光干渉計は、反射した光の干渉状態から相互距離を計測する。反射では、相互距離の光路を往復で２回通過する。このため、光路長は、相互距離×２×屈折率として測定される。例えば、石英窓１１１の厚さをＸ_１とし、石英の屈折率を３．６とした場合、石英窓１１１の下面を基準とした場合の石英窓１１１の上面までの光路長は、Ｘ_１×２×３．６＝７．２Ｘ_１となる。図５の例では、石英窓１１１上面で反射した光は、光路長が７．２Ｘ_１に強度がピークあるものとして検出される。また、貫通穴１１３の厚さをＸ_２とし、貫通穴１１３内を空気として屈折率を１．０とした場合、石英窓１１１の上面を基準とした場合のフォーカスリング５の下面までの光路長は、Ｘ_２×２×１．０＝２Ｘ_２となる。図５の例では、フォーカスリング５の下面で反射した光は、光路長が２Ｘ_２に強度がピークあるものとして検出される。また、フォーカスリング５の厚さをＸ_３とし、フォーカスリング５をシリコンとして屈折率を１．５とした場合、フォーカスリング５の下面を基準とした場合のフォーカスリング５の上面までの光路長は、Ｘ_３×２×１．５＝３Ｘ_３となる。図５の例では、フォーカスリング５の上面で反射した光は、光路長が３Ｘ_３に強度がピークあるものとして検出される。

新品のフォーカスリング５は、厚さや材料が定まっている。測定制御ユニット１１４には、新品のフォーカスリング５の厚さや材料の屈折率が登録される。測定制御ユニット１１４は、新品のフォーカスリング５の厚さや材料の屈折率に対応する光路長を算出し、算出した光路長付近で強度がピークとなる光のピークの位置から、フォーカスリング５の厚さを計測する。例えば、測定制御ユニット１１４は、光路長が３Ｘ_３の近傍で強度がピークとなる光のピークの位置から、フォーカスリング５の厚さを計測する。測定制御ユニット１１４は、計測結果を、制御部９０へ出力する。なお、フォーカスリング５の厚さは、制御部９０で計測してもよい。例えば、測定制御ユニット１１４には、検出強度がピークとなる光路長をそれぞれ計測し、計測結果を制御部９０へ出力する。制御部９０には、新品のフォーカスリング５の厚さや材料の屈折率が登録される。制御部９０には、新品のフォーカスリング５の厚さや材料の屈折率に対応する光路長を算出し、算出した光路長付近で強度がピークとなる光のピークの位置から、フォーカスリング５の厚さを計測してもよい。

図２に戻る。第１の載置台２には、第２の載置台７を昇降させる昇降機構１２０が設けられている。例えば、第１の載置台２には、第２の載置台７の下部となる位置に、昇降機構１２０が設けられている。昇降機構１２０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ロッド１２０ａを伸縮させて第２の載置台７を昇降させる。昇降機構１２０は、モータの駆動力をギヤー等で変換してロッド１２０ａを伸縮させる駆動力を得るものであってもよく、油圧等によってロッド１２０ａを伸縮させる駆動力を得るものであってもよい。

また、第１の載置台２は、第２の載置台７と電気的に導通する導通部１３０が設けられている。導通部１３０は、昇降機構１２０により第２の載置台７を昇降させても第１の載置台２と第２の載置台７とを電気的に導通するように構成されている。例えば、導通部１３０は、フレキシブルな配線、あるいは、第２の載置台７が昇降しても導体が基台８と接触して電気的に導通する機構が構成されている。導通部１３０は、第２の載置台７と第１の載置台２との電気的な特性が同等となるように設けられている。例えば、導通部１３０は、第１の載置台２の周面に複数設けられている。第１の載置台２に供給されるＲＦ電力は、導通部１３０を介して第２の載置台７にも供給される。なお、導通部１３０は、第１の載置台２の上面と第２の載置台７の下面の間に設けてもよい。

本実施形態に係るプラズマ処理装置１０では、測定部１１０および昇降機構１２０が３組設けられている。例えば、第２の載置台７には、測定部１１０および昇降機構１２０を組みとして、第２の載置台７の円周方向に均等な間隔で配置されている。図３には、測定部１１０および昇降機構１２０の配置位置が示されている。測定部１１０および昇降機構１２０は、第２の載置台７に対して、第２の載置台７の円周方向に対して１２０度の角度毎に、同様の位置に設けられている。なお、測定部１１０および昇降機構１２０は、第２の載置台７に対して、４組以上設けてもよい。また、測定部１１０および昇降機構１２０は、第２の載置台７の円周方向に対して離して配置してもよい。

測定制御ユニット１１４は、各測定部１１０の位置でのフォーカスリング５の厚さを計測し、計測結果を制御部９０へ出力する。制御部９０は、測定結果に応じて、フォーカスリングの上面が所定の高さを保つように昇降機構１２０を独立して駆動する。例えば、制御部９０は、測定部１１０および昇降機構１２０の組ごとに、測定部１１０による測定結果に応じて昇降機構１２０を独立して昇降させる。例えば、制御部９０は、新品のフォーカスリング５の厚さに対する測定されたフォーカスリング５の厚さからからフォーカスリング５の消耗量を特定し、消耗量に応じて、昇降機構１２０を制御して第２の載置台７を上昇させる。例えば、制御部９０は、昇降機構１２０を制御し、フォーカスリング５が消耗量した分だけ、第２の載置台７を上昇させる。

フォーカスリング５の消耗量は、第２の載置台７の円周方向で偏りが生じる場合がある。プラズマ処理装置１０は、図３のように測定部１１０および昇降機能１２０を３組以上配置して、配置箇所ごとにフォーカスリング５の消耗量を特定し、消耗量に応じて、昇降機構１２０を制御して第２の載置台７を上昇させる。これにより、プラズマ処理装置１０は、ウェハＷの上面に対するフォーカスリング５の上面の位置を円周方向で揃えることができる。これにより、プラズマ処理装置１０は、エッチング特性の円周方向での均一性を維持することが可能となる。

［作用及び効果］
次に、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０の作用及び効果について説明する。図６は、第２の載置台を上昇させる流れの一例を説明する図である。図６（Ａ）は、新品のフォーカスリング５を第２の載置台７に載置した状態を示している。第２の載置台７は、新品のフォーカスリング５を載置した際に、フォーカスリング５の上面が所定の高さとなるように高さが調整されている。例えば、第２の載置台７は、新品のフォーカスリング５を載置した際に、エッチング処理によるウェハＷの均一性が得られるよう、高さが調整されている。ウェハＷに対するエッチング処理に伴い、フォーカスリング５も消耗する。図６（Ｂ）は、フォーカスリング５が消耗した状態を示している。図６（Ｂ）の例では、フォーカスリング５の上面が０．２ｍｍ消耗している。プラズマ処理装置１０は、測定部１１０を用いてフォーカスリング５の上面の高さを測定し、フォーカスリング５の消耗量を特定する。そして、プラズマ処理装置１０は、消耗量に応じて、昇降機構１２０を制御して第２の載置台７を上昇させる。フォーカスリング５の高さの測定は、処理容器１内の温度がプラズマ処理を行う温度に安定したタイミングであることが好ましい。また、フォーカスリング５の高さの測定は、１枚のウェハＷに対するエッチング処理中に周期的に複数回行ってもよく、１枚のウェハＷごとに１回行ってもよく、所定枚のウェハＷごとに１回行ってもよく、管理者が指定した周期で行ってもよい。図６（Ｃ）は、第２の載置台７を上昇させた状態を示している。図６（Ｃ）の例では、第２の載置台７を０．２ｍｍ上昇させてフォーカスリング５の上面を０．２ｍｍ上昇させている。なお、第２の載置台７は、上昇させても影響が生じないように構成されている。例えば、冷媒流路７ｄは、フレキシブルな配管、あるいは、第２の載置台７が昇降しても冷媒を供給可能な機構が構成されている。ヒータ９ａに電力を供給する配線は、フレキシブルな配線、あるいは、第２の載置台７が昇降しても電気的に導通する機構が構成されている。

これにより、プラズマ処理装置１０は、フォーカスリング５が消耗した場合でも、ウェハＷの外周付近のエッチング特性の低下を抑制でき、エッチング処理によるウェハＷの均一性の低下を抑制できる。また、プラズマ処理装置１０は、フォーカスリング５を載置したまま第２の載置台７を上昇させている。これにより、フォーカスリング５は、第２の載置台７により、プラズマからの入熱を抜熱できる。この結果、プラズマ処理装置１０は、フォーカスリング５の温度を所望の温度に保つことができるため、プラズマからの入熱によりエッチング特性が変化してしまうことを抑制できる。

ここで、比較例を用いて効果を説明する。図７は、比較例の構成の一例を示す図である。図７の例は、フォーカスリング５が消耗量した分だけ、フォーカスリング５のみを駆動機構１５０により上昇させる構成として場合を示している。消耗に応じてフォーカスリング５を上昇させた場合、フォーカスリング５が載置面１５１と離間してしまう。このようにフォーカスリング５が載置面１５１から離間した場合、プラズマからの入熱に対する抜熱が出来なくなってフォーカスリング５が高温になってしまい、エッチング特性が変化してしまう場合がある。また、フォーカスリング５は、載置面１５１から離間した場合、静電量やインピーダンスなど電気的な特性や印加される電圧が変化し、電気的な変化がプラズマに影響を与えて、エッチング特性が変化してしまう場合がある。

図８は、エッチング特性の変化の一例を示す図である。図８の横軸は、ウェハＷの中心からの距離を示示している。図８の縦軸は、ウェハＷの中心のエッチング量を１００％とした場合のウェハＷの中心からの距離に応じた位置でのエッチング量を示している。図８には、ウェハＷに対する基準とするエッチング量のグラフが示されている。また、図８には、ウェハＷに連続してエッチング処理を行った際の１枚目、１０枚目、２５枚目のエッチング量のグラフが示されている。１枚目のグラフは、基準に近いグラフとなっている。一方、１０枚目は、基準から離れている。２５枚目は、１０枚目よりもさらに基準から離れている。この原因は、プラズマからの入熱によりフォーカスリング５が高温になってしまったことによる。すなわち、図７に示すように、消耗に応じてフォーカスリング５を上昇させた場合、１枚目については、エッチング処理によるウェハＷの均一性を保つことができるが、ウェハＷに連続してエッチング処理を行った場合、エッチング処理によるウェハＷの均一性を保つことができない。

一方、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０は、フォーカスリング５を載置したまま第２の載置台７を上昇させている。これにより、プラズマ処理装置１０は、第２の載置台７により、フォーカスリング５に対するプラズマからの入熱を抜熱できるため、ウェハＷに連続してエッチング処理を行った場合でも、エッチング特性が変化してしまうことを抑制できる。

このように、プラズマ処理装置１０は、ウェハＷを載置する第１の載置台２と、第１の載置台２の外周に設けられ、フォーカスリング５が載置され、内部に温調機構が設けられた第２の載置台７とを有する。そして、プラズマ処理装置１０は、昇降機構１２０が第２の載置台７を昇降させる。これにより、プラズマ処理装置１０は、昇降機構１２０により第２の載置台７を昇降させてフォーカスリング５を昇降させた場合でも、第２の載置台７により、フォーカスリング５に対するプラズマからの入熱を抜熱できるため、ウェハＷに対するプラズマ処理の均一性の低下を抑制できる。

また、プラズマ処理装置１０は、第２の載置台７が、第１の載置台２と導通されている。これにより、プラズマ処理装置１０は、昇降機構１２０により第２の載置台７を昇降させてフォーカスリング５を昇降させた場合でも、フォーカスリング５の電気的な特性や印加される電圧が変化を抑えることができるため、プラズマに対する特性の変化を抑制できる。

また、プラズマ処理装置１０は、フォーカスリング５の上面の高さを測定する測定部１１０を有する。また、プラズマ処理装置１０は、昇降機構１２０が、ウェハＷの上面に対してフォーカスリング５の上面が予め設定された範囲を保つように駆動する。プラズマ処理装置１０は、昇降機構１２０により第２の載置台７を昇降させてフォーカスリング５を昇降させることによりフォーカスリング５の温度の変化を抑えられている。また、プラズマ処理装置１０は、第２の載置台７を第１の載置台２と導通させることにより、フォーカスリング５の電気的な特性の変化や、印加される電圧の変化を抑えられている。このため、プラズマ処理装置１０は、昇降機構１２０が、ウェハＷの上面に対してフォーカスリング５の上面が予め設定された範囲を保つように駆動するという簡単な制御で、ウェハＷに対するプラズマ処理の均一性の低下を抑制できる。

また、プラズマ処理装置１０は、測定部１１０および昇降機構１２０が、第２の載置台７台に対して３つ組以上設けられ、フォーカスリング５の上面が所定の高さを保つように独立して駆動する。これにより、プラズマ処理装置１０は、ウェハＷの上面に対するフォーカスリング５の上面の位置を円周方向で揃えることができる。これにより、プラズマ処理装置１０は、エッチング特性の円周方向での均一性を維持することが可能となる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態に係るプラズマ処理装置１０の概略的な構成は、図１に示す第１実施形態に係るプラズマ処理装置１０の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省略する。

［第１の載置台及び第２の載置台の構成］
図９、図１０を参照して、第２実施形態に係る第１の載置台２及び第２の載置台７の要部構成について説明する。図９は、第２実施形態に係る第１の載置台及び第２の載置台の要部構成を示す斜視図である。

第１の載置台２は、基台３を含んでいる。基台３は、円柱状に形成され、軸方向の一方の面３ａに、上述の静電チャック６が配置される。また、基台３は、外周に沿って外側へ突出したフランジ部２００が設けられている。本実施形態に係る基台３は、外周の側面の中央部から下側で、外径を大きくして外側へ張り出した張り出し部２０１が形成されており、側面の張り出し部のさらに下部で外側へ突出したフランジ部２００が設けられている。フランジ部２００は、上面の周方向の３以上の位置に、軸方向に貫通する貫通穴２１０が形成されている。本実施形態に係るフランジ部２００は、周方向に均等な間隔で３つの貫通穴２１０が形成されている。

第２の載置台７は、基台８を含んでいる。基台８は、内径が基台３の面３ａの外径よりも所定サイズ大きい円筒状に形成され、軸方向の一方の面８ａに、上述のフォーカスリングヒータ９が配置される。また、基台８は、下面に、フランジ部２００の貫通穴２１０と同様の間隔で柱状部２２０が設けられている。本実施形態に係る基台８は、下面に、周方向に均等な間隔で３つの柱状部２２０が形成されている。

基台８は、基台３と軸を同じとされ、柱状部２２０が貫通穴２１０に挿入されるよう周方向の位置を合わせて、基台３のフランジ部２００上に配置される。

図１０は、第２実施形態に係る第１の載置台及び第２の載置台の要部構成を示す概略断面図である。図１０の例は、貫通穴２１０の位置での第１の載置台２および第２の載置台７の断面を示した図である。

基台３は、絶縁体の支持台４に支持されている。基台３および支持台４には、貫通穴２１０が形成されている。

貫通穴２１０は、上部よりも中央付近から下部で直径が小さく形成され、段２１１が形成されている。柱状部２２０は、貫通穴２１０に対応して、上部よりも中央付近から下部で直径が小さく形成されている。

基台８は、基台３のフランジ部２００上に配置されている。基台８は、外径が基台３よりも大きく形成されており、基台３と対向する下面の、基台３の外径よりも大きい部分に下部に突出した円環部２２１が形成されている。基台８を基台３のフランジ部２００上に配置した場合、円環部２２１は、フランジ部２００の側面を覆うように形成されている。

貫通穴２１０には、柱状部２２０が挿入されている。各貫通穴２１０には、第２の載置台７を昇降させる昇降機構１２０が設けられている。例えば、基台３は、各貫通穴２１０の下部に、柱状部２２０を昇降させる昇降機構１２０が設けられている。昇降機構１２０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ロッド１２０ａを伸縮させて柱状部２２０を昇降させる。

貫通穴２１０には、シール部材が設けられている。例えば、貫通穴２１０の柱状部２２０と対向する面には、貫通穴の周方向に沿ってＯリングなどのシール２４０が設けられている。シール２４０は、柱状部２２０と接触している。また、基台８と基台３とが軸方向に並行する面には、シール部材が設けられている。例えば、基台３は、張り出し部２０１の側面に、周面に沿ってシール２４１が設けられている。基台３は、フランジ部２００の側面に、周面に沿ってシール２４２が設けられている。

また、基台３は、貫通穴２１０の段２１１付近の周面の一部に、基台８と電気的に導通する導通部２５０が設けられている。導通部２５０は、昇降機構１２０により基台８を昇降させても基台３と基台８とを電気的に導通するように構成されている。例えば、導通部２５０は、フレキシブルな配線、あるいは、基台８が昇降しても導体が基台８と接触して電気的に導通する機構が構成されている。導通部２５０は、基台３と基台８との電気的な特性が同等となるように設けられている。

また、基台３は、貫通穴２１０の段２１１部分に基台３の内側の下部とつながる導管２６０が設けられている。導管２６０は、不図示の真空ポンプに接続されている。真空ポンプは、第１排気装置８３に設けられたものであってもよく、別に設けもよい。第２実施形態に係るプラズマ処理装置１０は、真空ポンプを作動させることにより、導管２６０を介して、真空引きを行い、基台８と基台３との間のシール２４０、シール２４１、シール２４２により形成される空間を減圧する。

第１の載置台２は、下側の空間が大気圧とされている。例えば、支持台４は、内側の下部に空間２７０が形成され、大気圧とされている。貫通穴２１０は、空間２７０と導通している。プラズマ処理装置１０は、シール２４０によって、貫通穴２１０をシールすることで、基台３の内部の大気圧が処理容器１内に流入することを抑制している。

ところで、プラズマ処理装置１０では、昇降機構１２０によって柱状部２２０を昇降させた場合、柱状部２２０の移動に伴ってシール２４０から大気が流入する。

そこで、プラズマ処理装置１０では、導管２６０により真空引きを行い、基台８と基台３との間のシール２４０、シール２４１、シール２４２により形成される空間を減圧している。

これにより、プラズマ処理装置１０では、シール２４０部分から流入した大気が処理容器１内に流入することを抑制できる。また、プラズマ処理装置１０では、導通部２５０などでパーティクルが発生した場合でも、導管２６０により真空引きを行うことで、パーティクルを処理容器１内に流入することを抑制できる。

また、プラズマ処理装置１０では、シール２４０によって貫通穴２１０をシールし、導管２６０により真空引きを行い、基台８と基台３との間のシール２４０、シール２４１、シール２４２により形成される空間を減圧している。これにより、基台３は、柱状部２２０に対応する面積分しか大気圧の反力がかからなくなる。例えば、大気圧の反力は、導管２６０により真空引きを行わない場合、２００ｋｇｆ程度となるが、導管２６０により真空引きを行った場合、１５ｋｇｆ程度に軽減される。これにより、第２の載置台７を昇降させる際の昇降機構１２０のアクチュエータの負荷を軽減できる。

このように、第１の載置台２は、外周に沿って外側へ突出し、周方向の３以上の位置に、軸方向に貫通する貫通穴２１０が形成されたフランジ部２００が設けられている。第２の載置台７は、第１の載置台２の外周に沿ってフランジ部２００の上部に配置され、フランジ部２００と対向する下面の貫通穴２１０に対応する位置に、貫通穴２１０に挿入される柱状部２２０が設けられている。昇降機構１２０は、貫通穴２１０に対して柱状部２２０を軸方向に移動させることで第２の載置台７を昇降させる。また、プラズマ処理装置１０は、貫通穴２１０に、柱状部２２０と接触してシールする第１シール部材（シール２４０）が設けられている。プラズマ処理装置１０は、第１の載置台２と第２の載置台７とが軸方向に並行する面に、第１の載置台２と第２の載置台７との間をシールする第２シール部材（シール２４１、シール２４２）が設けられている。プラズマ処理装置１０は、第１の載置台２と第２の載置台７との間の第１シール部材と第２シール部材により形成される空間を減圧する減圧部（導管２６０、真空ポンプ）を有する。これにより、第２実施形態に係るプラズマ処理装置１０は、大気が処理容器１内に流入することを抑制できる。また、プラズマ処理装置１０は、パーティクルを処理容器１内に流入することを抑制できる。また、プラズマ処理装置１０は、第２の載置台７を昇降させる際の昇降機構１２０のアクチュエータの負荷を軽減できる。

以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、上述したプラズマ処理装置１０は、容量結合型のプラズマ処理装置１０であったが、任意のプラズマ処理装置１０に採用され得る。例えば、プラズマ処理装置１０は、誘導結合型のプラズマ処理装置１０、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１０のように、任意のタイプのプラズマ処理装置１０であってもよい。

また、上述した実施形態では、第１の載置台２と第２の載置台７とを導通部１３０により電気的に導通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、第２の載置台７は、第１の載置台２にＲＦ電力を供給するＲＦ電源と導通させてもよい。例えば、第２の載置台７は、第１の整合器１１ａおよび第２の整合器１１ｂから供給されるＲＦ電力が供給されるようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、第２の載置台７に、フォーカスリング５の温度を調整する温調機構として、冷媒流路７ｄおよびヒータ９ａを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、第２の載置台７は、冷媒流路７ｄまたはヒータ９ａの何れか一方のみが設けてられていてもよい。また、温調機構は、フォーカスリング５の温度を調整できれば何れでもよく、冷媒流路７ｄおよびヒータ９ａに限定されるものではない。

また、上述した実施形態では、フォーカスリング５の上面が消耗した消耗分だけ第２の載置台７を上昇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、プラズマ処理装置１０は、実施するプラズマ処理の種類に合わせて、第２の載置台７を昇降させて、ウェハＷに対するフォーカスリング５の位置を変えてもよい。例えば、プラズマ処理装置１０は、プラズマ処理の種類ごとにフォーカスリング５の位置を記憶部９３に記憶する。プロセスコントローラ９１は、実施するプラズマ処理の種類に対応したフォーカスリング５の位置を記憶部９３から読み出し、第２の載置台７を昇降させて、読み出した位置となるようにフォーカスリング５を昇降させてもよい。また、プラズマ処理装置１０は、１枚のウェハＷに対する処理中に、第２の載置台７を昇降させて、ウェハＷに対するフォーカスリング５の位置を変えてもよい。例えば、プラズマ処理装置１０は、プラズマ処理のプロセスごとにフォーカスリング５の位置を記憶部９３に記憶する。プロセスコントローラ９１は、実施するプラズマ処理の各プロセスのフォーカスリング５の位置を記憶部９３から読み出し、プラズマ処理中に、実施するプロセスに応じて、第２の載置台７を昇降させて、実施するプロセスに対応した位置となるようにフォーカスリング５を昇降させてもよい。

１ 処理容器
２ 第１の載置台
５ フォーカスリング
７ 第２の載置台
７ｄ 冷媒流路
８ 基台
９ フォーカスリングヒータ
９ａ ヒータ
１０ プラズマ処理装置
１１０ 測定部
１１０ａ 光射出部
１１０ｂ 光ファイバ
１１４ 測定制御ユニット
１２０ 昇降機構
１３０ 導通部
２００ フランジ部
２１０ 貫通穴
２２０ 柱状部
２４０、２４１、２４２ シール
２６０ 導管
Ｗ ウェハ

Claims (4)

1. プラズマ処理の対象となる被処理体が載置され、外周に沿って外側へ突出し、周方向の３以上の位置に軸方向に貫通する貫通穴が形成されたフランジ部が設けられた第１の載置台と、
   前記第１の載置台の外周に設けられ、フォーカスリングが載置され、内部に温調機構が設けられ、前記第１の載置台の外周に沿って前記フランジ部の上部に配置され、前記フランジ部と対向する下面の前記貫通穴に対応する位置に、前記貫通穴に挿入される柱状部が設けられた第２の載置台と、
   前記貫通穴に対して前記柱状部を軸方向に移動させることで前記第２の載置台を昇降させる昇降機構と、
   前記貫通穴に設けられ、前記柱状部と接触してシールする第１シール部材と、
   前記第１の載置台と前記第２の載置台とが軸方向に並行する面に設けられ、前記第１の載置台と前記第２の載置台との間をシールする第２シール部材と、
   前記第１の載置台と前記第２の載置台との間の前記第１シール部材と前記第２シール部材により形成される空間を減圧する減圧部と、
   を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記第２の載置台は、前記第１の載置台、または、前記第１の載置台にＲＦ（Radio Frequency）電力を供給するＲＦ電源と導通されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記フォーカスリングの上面の高さを測定する測定部をさらに有し、
   前記昇降機構は、前記被処理体の上面に対して前記フォーカスリングの上面が予め設定された範囲を保つように駆動する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記昇降機構および前記測定部は、前記第２の載置台に対して３つ組以上設けられ、前記フォーカスリングの上面が所定の高さを保つように独立して駆動する
   ことを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理装置。

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