特許 6552346 基板処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6552346

(24)【登録日】2019年7月12日

(45)【発行日】2019年7月31日

(54)【発明の名称】基板処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20190722BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 101B

【請求項の数】3

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2015-175045(P2015-175045)

(22)【出願日】2015年9月4日

(65)【公開番号】特開2017-50509(P2017-50509A)

(43)【公開日】2017年3月9日

【審査請求日】2018年4月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】富岡 武敏

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 康晴

(72)【発明者】

【氏名】岸 宏樹

(72)【発明者】

【氏名】徐 智洙

【審査官】 鈴木 聡一郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１３４３７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０６４４６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０５５９０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２１３７７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０３４２５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１９９５３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１５１２８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０２５２７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１８４６４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／１０９８４８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１６／０５２２９１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／００６１４４７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−３０８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

静電吸着機構を有し、基板を静電吸着する下部電極と、
処理容器内にて前記下部電極の周縁部に配置され、前記下部電極の静電吸着機構と接触するフォーカスリングと、
前記処理容器内に高周波電力を供給する高周波電源と、を有し、
前記高周波電力によって前記処理容器内に導入されたガスからプラズマを生成し、該プラズマにより基板を処理する基板処理装置であって、
前記高周波電源は第１の高周波電力と前記第１の高周波電力より高い第２の高周波電力とを交互に繰り返しながら供給し、
前記フォーカスリングから前記静電吸着機構への電荷の移動をし難くするために前記フォーカスリングの接触面及び前記下部電極の部材の接触面の少なくともいずれかは、０．１μｍ以上の表面粗さである、
基板処理装置。

【請求項2】

前記静電吸着機構は、基板用の静電吸着機構と、フォーカスリング用の静電吸着機構とを有する、
請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項3】

前記フォーカスリングの接触面は、シリコン含有材料、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）又は石英のいずれかで形成される、
請求項１又は２に記載の基板処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、フォーカスリング及び基板処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

処理容器の内部にて基板を載置する下部電極の周縁部に配置されたフォーカスリングの裏面は、鏡面状であることが多い。これに対して、フォーカスリングの裏面又は表面を所定の粗さに加工し、凹凸を設けることが提案されている（例えば、特許文献１〜３を参照）。

【0003】

特許文献１では、フォーカスリングの裏面に形成された凹凸にポリイミドテープを設け、該テープを変形させてフォーカスリングを支持する誘電体板とフォーカスリングとを密着させる。これにより、誘電体板及びフォーカスリング間の熱伝導性をよくする。

【0004】

特許文献２では、フォーカスリングの裏面に凹凸を設けることで、フォーカスリングの放熱特性を向上させ、接触熱抵抗が高くなることを抑制する。

【0005】

特許文献３では、フォーカスリングの表面に凹凸を設け、これにより、フォーカスリングの取り付け直後に放電異物の発生を防止するために行う空放電時間を短縮させる。これにより、空放電時間が長くなって生産性が低下するという課題を解決する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】国際公開第２０１０／１０９８４８号パンフレット

【特許文献2】特開２０１１−１５１２８０号公報

【特許文献3】特開平１１−６１４５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、上記の特許文献１〜３では、フォーカスリングの裏面が鏡面状であると、フォーカスリングを静電吸着させる静電チャックとフォーカスリングとの間において、フォーカスリングを吸着する力が弱くなるという課題を解決する手段を開示してはいない。

【0008】

他方、プロセス時間が長くなると徐々にフォーカスリングを吸着する力が弱くなり、その結果、静電チャックとフォーカスリングとの間に供給される伝熱ガスのリーク量が増える。

【0009】

上記課題に対して、一側面では、本発明は、フォーカスリングの吸着特性を安定化させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するために、一の態様によれば、処理容器内にて基板を載置する下部電極の周縁部に配置され、該下部電極の部材と接触するフォーカスリングであって、前記フォーカスリングの接触面は、シリコン含有材料、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）又は石英のいずれかで形成され、前記フォーカスリングの接触面及び前記下部電極の部材の接触面の少なくともいずれかは、０．１μｍ以上の表面粗さである、フォーカスリングが提供される。

【発明の効果】

【0011】

一の側面によれば、フォーカスリングの吸着特性を安定化させることで、伝熱ガスのリーク量が増えることを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】一実施形態に係る基板処理装置の縦断面の一例を示す図。

【図2】鏡面状のフォーカスリングと静電チャックとの間の電荷の状態の一例を示す図。

【図3】一実施形態に係るフォーカスリングと静電チャックとの間の電荷の状態の一例を示す図。

【図4】一実施形態及び比較例のフォーカスリングの裏面の粗さと伝熱ガスのリーク量との関係の一例を示す図。

【図5】一実施形態及び比較例のフォーカスリングの裏面の粗さと伝熱ガスのリーク量との関係の一例を示す図。

【図6】一実施形態及び比較例のフォーカスリングの裏面の粗さとエッチングレートとの関係の一例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。

【0014】

［基板処理装置の全体構成］
まず、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置１０の全体構成について、図１を参照しながら説明する。基板処理装置１０は、アルミニウム等からなり、内部を密閉可能な筒状の処理容器１１を有している。処理容器１１は、接地電位に接続されている。処理容器１１の内部には、導電性材料、例えばアルミニウム等から構成された載置台１２が設けられている。載置台１２は、半導体ウェハＷ（以下、「ウェハＷ」という。）を載置する円柱状の台であり、下部電極としても機能する。

【0015】

処理容器１１の側壁と載置台１２の側面との間には、載置台１２の上方のガスを処理容器１１外へ排出する経路となる排気路１３が形成されている。排気路１３の途中には排気プレート１４が配置される。排気プレート１４は多数の孔を有する板状部材であり、処理容器１１を上部と下部とに仕切る仕切り板として機能する。排気プレート１４によって仕切られた処理容器１１の上部は、プラズマ処理が実行される処理室１７である。排気プレート１４によって仕切られた処理容器１１の下部は、排気室（マニホールド）１８である。排気室１８には、処理容器１１内のガスを排出する排気管１５及びＡＰＣ（Adaptive Pressure Control：自動圧力制御）バルブ１６を介して排気装置３８が接続されている。排気プレート１４は、処理室１７にて生成されるプラズマを捕捉し、排気室１８への漏洩を防止する。排気装置３８は、処理容器１１内のガスを排気するとともに、ＡＰＣバルブ１６の調整により処理室１７内を所定の圧力に減圧する。これにより、処理室１７内が所望の真空状態に維持される。

【0016】

第１の高周波電源１９は、整合器２０を介して載置台１２に接続され、例えば載置台１２上のウェハＷにプラズマ中のイオンを引き込むのに適した低めの周波数、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力ＲＦ（以下、「高周波電力ＬＦ」（Low Frequency）とも表記する。）を印加する。整合器２０は、載置台１２からの高周波電力の反射を抑え、バイアス用の高周波電力ＬＦの供給効率を最大にする。

【0017】

載置台１２には、静電電極板２１ａ及び静電電極板２１ｂを内部に有する静電チャック２２が配置されている。静電チャック２２は絶縁体であってもよいし、アルミニウム等の金属にセラミック等が溶射されていてもよい。静電電極板２１ａには、直流電源２３ａが接続され、静電電極板２１ｂには、直流電源２３ｂが接続されている。
載置台１２にウェハＷを載置するとき、ウェハＷは静電チャック２２上に置かれる。静電チャック２２は、載置台１２に設けられ、ウェハＷを静電吸着する静電吸着機構の一例である。静電吸着機構は、基板用の静電吸着機構とフォーカスリング用の静電吸着機構とを有する。静電電極板２１ａ及び直流電源２３ａは、基板用の静電吸着機構の一例であり、静電電極板２１ｂ及び直流電源２３ｂは、フォーカスリング用の静電吸着機構の一例である。

【0018】

静電チャック２２の外周部には、ウェハＷの周縁部を囲うように、円環状のフォーカスリング２４が載置される。フォーカスリング２４は、導電性部材、例えば、シリコンから形成され、処理室１７においてプラズマをウェハＷの表面に向けて収束し、エッチング処理の効率を向上させる。

【0019】

フォーカスリング２４は、シリコン含有材料、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）又は石英のいずれかで形成される。フォーカスリング２４がシリコン含有材料で形成される場合、シリコン単結晶又はシリコンカーバイド（ＳｉＣ）が含まれる。フォーカスリング２４は、これらの部材の何れかによって一体型で形成されている。

【0020】

静電電極板２１ａ及び静電電極板２１ｂに正の直流電圧（以下、「ＨＶ」（High Voltage）とも表記する。）が印加されると、ウェハＷの裏面及びフォーカスリング２４の裏面に負電位が発生して静電電極板２１ａ及び静電電極板２１ｂの表面と、ウェハＷの裏面及びフォーカスリング２４の裏面との間に電位差が生じる。ウェハＷは、この電位差に起因するクーロン力又はジョンソン・ラーベック力により、静電チャック２２に静電吸着され、保持される。また、フォーカスリング２４が静電チャック２２に静電吸着される。

【0021】

また、載置台１２の内部には、例えば、円周方向に延在する環状の冷媒室２５が設けられる。この冷媒室２５には、冷媒用配管２６を介してチラーユニットから低温の冷媒、例えば、冷却水やガルデン（登録商標）が循環供給される。該低温の冷媒によって冷却された載置台１２は静電チャック２２を介してウェハＷ及びフォーカスリング２４を冷却する。

【0022】

静電チャック２２におけるウェハＷが吸着する面（吸着面）には、複数の伝熱ガス供給孔２７が開口している。これら複数の伝熱ガス供給孔２７には、伝熱ガス供給ライン２８を介してヘリウム（Ｈｅ）ガス等の伝熱ガスが供給される。伝熱ガスは、複数の伝熱ガス供給孔２７を介して静電チャック２２の表面とウェハＷの裏面との間隙、及び、静電チャック２２の表面とフォーカスリング２４の裏面との間隙に供給され、ウェハＷ及びフォーカスリング２４の熱を静電チャック２２に伝達するように機能する。

【0023】

処理容器１１の天井部には、載置台１２と対向するようにガスシャワーヘッド２９が配置されている。第２の高周波電源３１は、整合器３０を介してガスシャワーヘッド２９に接続され、例えば処理容器１１内にてプラズマを生成するために適した周波数、例えば６０ＭＨｚの高周波電力ＲＦ（以下、「高周波電力ＨＦ」（High Frequency）とも表記する。）をガスシャワーヘッド２９に供給する。

【0024】

このようにしてガスシャワーヘッド２９は上部電極としても機能する。なお、整合器３０は、ガスシャワーヘッド２９からの高周波電力の反射を抑え、プラズマ励起用の高周波電力ＨＦの供給効率を最大にする。なお、第２の高周波電源３１から供給される高周波電力ＨＦは、載置台１２に印加されてもよい。

【0025】

ガスシャワーヘッド２９は、多数のガス穴３２を有する天井電極板３３と、天井電極板３３を着脱可能に釣支するクーリングプレート３４と、クーリングプレート３４を覆う蓋体３５とを有する。また、クーリングプレート３４の内部にはバッファ室３６が設けられ、バッファ室３６にはガス導入管３７が接続されている。ガスシャワーヘッド２９は、ガス供給源８からガス導入管３７及びバッファ室３６を介して供給されたガスを、多数のガス穴３２を介して処理室１７内へ供給する。

【0026】

ガスシャワーヘッド２９は、処理容器１１に対して着脱自在であり、処理容器１１の蓋としても機能する。処理容器１１からガスシャワーヘッド２９を離脱させれば、作業者は処理容器１１の壁面や構成部品に直接触れることができる。これにより、作業者は処理容器１１の壁面や構成部品の表面をクリーニングすることができ、処理容器１１の壁面等に付着した付着物を除去することができる。

【0027】

基板処理装置１０では、ガスシャワーヘッド２９から供給されたガスからプラズマが生成され、そのプラズマによってウェハＷにエッチング等のプラズマ処理が施される。基板処理装置１０の各構成部品の動作は、基板処理装置１０の全体を制御する制御部５０によって制御される。

【0028】

制御部５０は、ＣＰＵ５１，ＲＯＭ（Read Only Memory）５２、ＲＡＭ（Random Access Memory）５３を有する。制御部５０は、ＲＡＭ５３などに記憶されたレシピに設定された手順に従い、エッチング処理等のプラズマ処理を制御する。なお、制御部５０の機能は、ソフトウエアを用いて実現されてもよく、ハードウェアを用いて実現されてもよい。

【0029】

かかる構成の基板処理装置１０においてエッチング等の処理を行う際には、まず、ウェハＷが、搬送アーム上に保持された状態で、開口されたゲートバルブ９から処理容器１１内に搬入される。ゲートバルブ９は、ウェハＷを搬入後に閉じられる。ウェハＷは、静電チャック２２の上方でプッシャーピンにより保持され、プッシャーピンが降下することにより静電チャック２２上に載置される。静電チャック２２の静電電極板２１ａ及び静電電極板２１ｂに直流電源２３ａ及び直流電源２３ｂからの直流電圧ＨＶが印加される。これにより、ウェハＷ及びフォーカスリング２４は、静電チャック２２上に静電吸着される。

【0030】

処理容器１１内の圧力は、排気装置３８及びＡＰＣバルブ１６により設定値に減圧される。ガスは、ガスシャワーヘッド２９からシャワー状に処理容器１１内に導入され、所定の高周波電力が処理容器１１内に印加される。導入されたガスは、高周波電力により電離及び解離され、これによりプラズマが生成される。ウェハＷにはプラズマによりエッチング処理や成膜処理が施される。その後、ウェハＷは、搬送アーム上に保持され、処理容器１１の外部に搬出される。

【0031】

［フォーカスリングの裏面］
次に、本実施形態にかかるフォーカスリング２４の裏面における表面粗さＲａと電荷の移動について、図２及び図３を参照しながら説明する。図２は、裏面が鏡面状（滑らか）のフォーカスリング２４と静電チャック２２との間の電荷の状態の一例を示す。図３は、裏面が粗い本実施形態に係るフォーカスリング２４と静電チャック２２との間の電荷の状態の一例を示す。

【0032】

図２（ａ）〜（ｃ）及び図３（ａ）〜（ｃ）において、静電チャック２２の静電電極板２１ａ及び静電電極板２１ｂには、直流電源２３ａ及び直流電源２３ｂから正の直流電圧ＨＶが印加される。図２（ａ）〜（ｃ）及び図３（ａ）〜（ｃ）に示す各プロセス中、印加される直流電圧ＨＶの値は一定であり、変化しない。一方、図２（ａ）及び図３（ａ）では、第２の高周波電源３１から処理容器１１内に、比較的低いプラズマ生成用の高周波電力ＨＦを供給してプラズマを生成する。

【0033】

これにより、フォーカスリング２４の裏面に負電荷が発生する。これにより、静電チャック２２の表面の正電荷とフォーカスリング２４の裏面の負電荷とが引きあうことで、フォーカスリング２４が静電チャック２２に静電吸着される。

【0034】

次に、図２（ｂ）及び図３（ｂ）では、図２（ａ）及び図３（ａ）にて印加した高周波電力ＨＦよりも高い高周波電力ＨＦを供給してプラズマを生成する。この結果、静電チャック２２の表面の正電荷とフォーカスリング２４の裏面の負電荷とが引きあう力が強くなり、フォーカスリング２４と静電チャック２２との間の距離が狭くなる。

【0035】

次に、図２（ｃ）及び図３（ｃ）では、図２（ｂ）及び図３（ｂ）にて印加した高周波電力ＨＦよりも低い高周波電力ＨＦが印加される。

【0036】

図２では、フォーカスリング２４の裏面が鏡面状であって、例えば、フォーカスリング２４の裏面の表面粗さは０．０８μｍ以下である。この場合、図２（ａ）にて印加した高周波電力ＨＦよりも高い高周波電力ＨＦが印加された場合、図２（ｂ）に示すようにフォーカスリング２４と静電チャック２２との間の距離は、図２（ａ）のときの距離よりも狭くなる。その後、図２（ｂ）にて印加した高周波電力ＨＦよりも低い高周波電力ＨＦが印加された場合、図２（ｃ）に示すように、フォーカスリング２４と静電チャック２２との間の距離は、図２（ｂ）のときの距離よりも広くなる。その際、フォーカスリング２４の負電荷の一部が静電チャック２２の表面に残る。このようにして、低パワーと高パワーの高周波電力ＨＦを印加することで、フォーカスリング２４から静電チャック２２へ移動する負電荷が増える。この結果、フォーカスリング２４の裏面の負電荷の数が減り、フォーカスリング２４の静電チャック２２への吸着力が低下する。

【0037】

プロセスによっては、第２の高周波電源３１から低パワーと高パワーとの高周波の印加が繰り返される。この繰り返しにより、フォーカスリング２４を静電チャック２２に吸着させるための電荷がさらに減っていく。この結果、フォーカスリング２４の静電チャック２２への吸着力が更に低下して、フォーカスリング２４と静電チャック２２との間に供給される伝熱ガスがフォーカスリング２４と静電チャック２２との間から漏れる量（以下、「リーク量」ともいう。）が増える。

【0038】

例えば、プラズマ生成用の高周波電力ＨＦの適正値は、実行されるプロセスに応じて異なる。例えば図２（ａ）では、プラズマ生成用の高周波電力ＨＦが１０００Ｗに制御されたとする。次に、図２（ｂ）においてプラズマ生成用の高周波電力ＨＦが２０００Ｗに制御されたとき、図２（ｂ）の時点でのプラズマ中の電子密度Ｎｅは、図２（ａ）の時点でのプラズマ中の電子密度Ｎｅよりも高い。

【0039】

一方、前記の通り、静電チャック２２に印加される直流電圧ＨＶの値は一定である。このため、静電チャック２２の吸着力は、図２（ａ）及び図２（ｂ）で印加された高周波電力の差分「１０００Ｗ」だけ高くなる。これにより、静電チャック２２の吸着力は図２（ａ）の時点の吸着力よりも高くなる。この結果、図２（ｂ）の時点では図２（ａ）の時点と比較してフォーカスリング２４と静電チャック２２との距離が狭まる。

【0040】

図２（ｃ）では、再びプラズマ生成用の高周波電力が１０００Ｗに制御される。これにより、静電チャック２２の吸着力は図２（ｂ）の時点の吸着力よりも低くなる。この結果、図２（ｃ）の時点では図２（ｂ）の時点と比較してフォーカスリング２４と静電チャック２２との距離が広がる。このとき、フォーカスリング２４から静電チャック２２への電荷の移動が生じる。これにより、フォーカスリング２４と静電チャック２２との間の吸着力が弱くなり、静電チャック２２とフォーカスリング２４との間に供給される伝熱ガスのリーク量が増える。

【0041】

伝熱ガスのリーク量を減らすためには、フォーカスリング２４の裏面から静電チャック２２の表面に負電荷が移動することを防止又は抑制する必要がある。このため、本実施形態では、静電チャック２２に接触するフォーカスリング２４の裏面を粗くする。つまり、本実施形態にかかるフォーカスリング２４の裏面の表面粗さＲａが０．１μｍ以上にする。

【0042】

図３は、裏面の表面粗さＲａが０．１μｍ以上の本実施形態に係るフォーカスリング２４を用いた場合のフォーカスリング２４と静電チャック２２との間の電荷の状態の一例を示す。本実施形態に係るフォーカスリング２４は、やすりなどを用いて裏面の表面粗さＲａを０．１μｍ以上にする。しかしながら、本実施形態に係るフォーカスリング２４の裏面の加工方法は、これに限らず、例えばブラスト処理によって裏面の表面粗さＲａを０．１μｍ以上にしてもよい。

【0043】

本実施形態に係るフォーカスリング２４を用いた場合、フォーカスリング２４の裏面の凸凹により、フォーカスリング２４の裏面が鏡面状の場合よりもフォーカスリング２４と静電チャック２２との接触面積が小さくなる。これにより、フォーカスリング２４の裏面に生じる接触抵抗を増加させることができる。接触抵抗が増加することで、フォーカスリング２４から静電チャック２２への電荷の移動がし難くなる。この結果、フォーカスリング２４の裏面の負電荷が静電チャック２２へ移動することを防止し、フォーカスリング２４と静電チャック２２との間の吸着力が低下することを回避することができる。これにより、フォーカスリング２４と静電チャック２２との間に供給される伝熱ガスのリーク量が増えることを防止できる。

【0044】

本実施形態にかかるフォーカスリング２４によれば、第２の高周波電源３１から低パワーと高パワーとの高周波が繰り返し印加されるプロセスであっても、フォーカスリング２４と静電チャック２２との間の吸着力を保持することができる。よって、本実施形態によれば、多種のプロセスにおいてフォーカスリング２４と静電チャック２２との間に供給される伝熱ガスのリーク量の増大を防止できる。

【0045】

［リーク量の実験結果］
次に、本実施形態にかかるフォーカスリング２４の裏面の表面粗さＲａと伝熱ガスのリーク量との関係について、図４を参照しながら説明する。本実施形態では、伝熱ガスとしてヘリウム（Ｈｅ）ガスがウェハＷの裏面及びフォーカスリング２４の裏面と静電チャック２２の表面との間に供給される。

【0046】

図４（ａ）の縦軸は、フォーカスリング２４の裏面が滑らかな場合（表面粗さＲａ≦０．０８μｍの場合）のフォーカスリング２４と静電チャック２２との間から漏れるヘリウムガスの量を示す。

【0047】

図４（ｂ）の縦軸は、フォーカスリング２４の裏面が粗い場合（すなわち、表面粗さＲａ≧０．１μｍの場合）のフォーカスリング２４と静電チャック２２との間から漏れるヘリウムガスの量を示す。

【0048】

図４（ａ）及び図４（ｂ）の横軸は時間を示す。ａ〜ｆの各時間はプロセス中である。つまり、ａ〜ｆの各時間におけるＮｏ．１及びＮｏ．３０で示す曲線は、基板処理装置１０においてプラズマ処理された１枚目のウェハ（Ｎｏ．１）及び３０枚目のウェハ（Ｎｏ．３０）の各プロセスにおけるヘリウムガスのリーク量を示す。

【0049】

本実験結果によれば、図４（ａ）に示すフォーカスリング２４の裏面が滑らかな場合、１枚目のウェハ（Ｎｏ．１）のヘリウムガスのリーク量は１ｓｃｃｍ前後であるのに対して、３０枚目のウェハ（Ｎｏ．３０）のヘリウムガスのリーク量は３〜４ｓｃｃｍ程度に上昇している。この結果から、図４（ａ）に示すフォーカスリング２４の裏面が滑らかな場合、ウェハの処理枚数が多くなるとヘリウムガスのリーク量が増すことがわかる。

【0050】

他方、図４（ｂ）に示すフォーカスリング２４の裏面が粗い場合、１枚目のウェハ（Ｎｏ．１）及び３０枚目のウェハ（Ｎｏ．３０）のいずれも、ヘリウムガスのリーク量は２．５ｓｃｃｍ±０．５ｓｃｃｍである。この結果から、図４（ｂ）に示すフォーカスリング２４の裏面が粗い場合、ウェハの処理枚数が多くなってもヘリウムガスのリーク量はほとんど変化しないことがわかる。

【0051】

本実施形態にかかるフォーカスリング２４の裏面における表面粗さＲａと伝熱ガスのリーク量との関係について、図５を参照しながら更に説明する。図５の横軸は、プロセス中に印加される高周波電力ＨＦの累積時間を示し、図５の縦軸は、フォーカスリング２４と静電チャック２２との間からリークするヘリウムガスのリーク量を示す。曲線Ａは、フォーカスリング２４の裏面が滑らかな場合（すなわち、表面粗さＲａ≦０．０８μｍの場合）のヘリウムガスのリーク量を示す。曲線Ｂは、フォーカスリング２４の裏面が粗い場合（すなわち、表面粗さＲａ≧０．１μｍの場合）のヘリウムガスのリーク量を示す。

【0052】

本結果によっても、フォーカスリング２４の裏面が滑らかな場合、ウェハの処理枚数が多くなるとヘリウムガスのリーク量が増すことがわかる。これは、フォーカスリング２４を静電吸着させる静電チャック２２とフォーカスリング２４との間において、時間とともに電荷の移動が発生し、徐々にフォーカスリング２４を吸着する力が弱くなることを示す。

【0053】

他方、フォーカスリング２４の裏面が粗い場合、ウェハの処理枚数が多くなってもヘリウムガスのリーク量は変化していないことがわかる。これは、静電チャック２２とフォーカスリング２４との間における電荷の移動を防止し、フォーカスリングの吸着特性が安定していることを示す。

【0054】

以上の結果から、本実施形態にかかる基板処理装置１０では、裏面を表面粗さＲａ≧０．１μｍにしたフォーカスリング２４を使用してプラズマプロセスを実行することで、フォーカスリングの吸着特性を安定化させることができることがわかる。これにより、フォーカスリング２４と静電チャック２２との間の封止性が安定し、ウェハの処理枚数が増えても伝熱ガスのリーク量の変動を防止することができる。

【0055】

［エッチングレートの実験結果］
最後に、本実施形態にかかるフォーカスリング２４を用いた場合のプラズマエッチング処理の結果について、図６を参照しながら説明する。

【0056】

図６（ａ）の縦軸は、フォーカスリング２４の裏面が滑らかな場合（すなわち、表面粗さＲａ≦０．０８μｍの場合）のエッチングレートを示す。図６（ｂ）の縦軸は、フォーカスリング２４の裏面が粗い場合（すなわち、表面粗さＲａ≧０．１μｍの場合）のエッチングレートを示す。

【0057】

図６（ａ）及び図６（ｂ）の横軸はウェハＷの位置を示す。図６（ａ）及び図６（ｂ）では、３００ｍｍのウェハＷを径方向に向かってエッチングレートを測定する。図６（ａ）及び図６（ｂ）では、任意の一径方向をｘ方向とし、ｘ方向とｘ方向に垂直なｙ方向とのエッチングレートの平均値をプロットする。なお、エッチング対象膜は、ポリシリコン膜及び酸化シリコン膜の２種類である。

【0058】

本実験結果によれば、図６（ａ）に示すフォーカスリング２４の裏面が滑らかな場合、及び図６（ｂ）に示すフォーカスリング２４の裏面が粗い場合のいずれも、ポリシリコン膜及び酸化シリコン膜をエッチングしたときのエッチングレートはほぼ同じである。以上から、本実施形態にかかるフォーカスリング２４を用いた場合、プラズマ処理特性を良好に保ちながら、フォーカスリングの吸着特性を安定させ、伝熱ガスのリーク量の変動を防止できることがわかる。

【0059】

以上、本実施形態にかかるフォーカスリング２４及びそのフォーカスリング２４を有する基板処理装置１０について説明した。本実施形態にかかるフォーカスリング２４によれば、フォーカスリング２４の裏面（つまり、フォーカスリング２４の静電チャック２２との接触面）は、０．１μｍ以上の表面粗さＲａを有する。これにより、フォーカスリング２４の裏面に生じる接触抵抗を増加させ、フォーカスリングの吸着特性を安定化させ、伝熱ガスのリーク量を減らし、ガスの封止性を高めることができる。

【0060】

ただし、フォーカスリング２４の裏面を粗くし過ぎるとフォーカスリング２４の吸着特性が悪くなり、伝熱ガスのリーク量が増える懸念がある。つまり、フォーカスリング２４の裏面を粗くし過ぎると、フォーカスリング２４と静電チャック２２との間の距離が物理的に離れる。

【0061】

つまり、フォーカスリング２４の裏面の表面粗さＲａの値が大きくなる程、フォーカスリング２４と静電チャック２２との距離が広がるため、静電チャック２２表面の正電荷とフォーカスリング２４裏面の負電荷とのクーロン力等が低くなる。この結果、フォーカスリング２４の吸着力が弱くなり、伝熱ガスのリーク量が増える。そこで、フォーカスリング２４の裏面の表面粗さＲａは、１．０μｍ以下であることが好ましい。つまり、本実施形態にかかるフォーカスリング２４の裏面の表面粗さＲａは、０．１μｍ以上であって、１．０μｍ以下であることが好ましい。

【0062】

以上、フォーカスリング及び基板処理装置を上記実施形態により説明したが、本発明にかかるフォーカスリング及び基板処理装置は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の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、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

【0063】

例えば、上記実施形態では、フォーカスリング２４の裏面を０．１μｍ以上であって１．０μｍ以下の表面粗さＲａにした。しかしながら、フォーカスリング２４と静電チャック２２とが接触するフォーカスリング２４の接触面及び静電チャック２２の接触面の少なくともいずれかを、０．１μｍ以上の表面粗さＲａにすればよい。さらに、フォーカスリング２４と静電チャック２２とが接触するフォーカスリング２４の接触面及び静電チャック２２の接触面の少なくともいずれかを１．０μｍ以下の表面粗さＲａにすることが好ましい。

【0064】

本発明に係るフォーカスリングは、図１に示す容量結合型プラズマ（ＣＣＰ:Capacitively Coupled Plasma)の基板処理装置だけでなく、その他の基板処理装置に適用可能である。その他の基板処理装置としては、誘導結合型プラズマ(ＩＣＰ:Inductively Coupled Plasma)、ラジアルラインスロットアンテナを用いた基板処理装置、ヘリコン波励起型プラズマ（ＨＷＰ：Helicon Wave Plasma）装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Ｒesonance Plasma）装置等であってもよい。

【0065】

本明細書では、エッチング対象としてウェハＷについて説明したが、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＦＰＤ（Flat Panel Display）等に用いられる各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等であっても良い。

【符号の説明】

【0066】

８:ガス供給源
１０：基板処理装置
１１：処理容器
１２：載置台（下部電極）
１６：ＡＰＣバルブ
１９：第１の高周波電源
２１ａ、２１ｂ：静電電極板
２２：静電チャック
２３ａ、２３ｂ：直流電源
２４：フォーカスリング
２７：伝熱ガス供給孔
２８：伝熱ガス供給ライン
２９：ガスシャワーヘッド（上部電極）
３１：第２の高周波電源
３２：多数のガス穴
３３：天井電極板
３４：クーリングプレート
３５：蓋体
３６：バッファ室
３７：ガス導入管
３８：排気装置
５０:制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】