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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023071256
(43)【公開日】2023-05-23
(54)【発明の名称】プラズマ処理装置
(51)【国際特許分類】
H01L 21/3065 20060101AFI20230516BHJP
H01L 21/683 20060101ALI20230516BHJP
【ＦＩ】
H01L21/302 101G
H01L21/68 N
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021183909
(22)【出願日】2021-11-11
(71)【出願人】
【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】100096389
【弁理士】
【氏名又は名称】金本 哲男
(74)【代理人】
【識別番号】100101557
【弁理士】
【氏名又は名称】萩原 康司
(74)【代理人】
【識別番号】100167634
【弁理士】
【氏名又は名称】扇田 尚紀
(74)【代理人】
【識別番号】100187849
【弁理士】
【氏名又は名称】齊藤 隆史
(74)【代理人】
【識別番号】100212059
【弁理士】
【氏名又は名称】三根 卓也
(72)【発明者】
【氏名】熊谷 裕貴
(72)【発明者】
【氏名】有吉 文彬
(72)【発明者】
【氏名】熊谷 良輔
(72)【発明者】
【氏名】小岩 幸介
【テーマコード（参考）】
5F004
5F131
【Ｆターム（参考）】
5F004BA09
5F004BB12
5F004BB13
5F004BB18
5F004BB22
5F004BB23
5F004BB25
5F004BB26
5F004BB28
5F004BB29
5F004CA06
5F131AA02
5F131BA19
5F131BB02
5F131CA17
5F131CA32
5F131DA33
5F131DA42
5F131EA13
5F131EB11
5F131EB16
5F131EB17
5F131EB78
5F131EB79
5F131EB81
5F131EB82
(57)【要約】
【課題】エッジリングの温度上昇を抑制し、エッジリング及びカバーリングの交換寿命を延長する。
【解決手段】プラズマ処理装置であって、チャンバと、前記チャンバの内部に設けられる基板支持部と、を有し、前記基板支持部は、前記基板を載置する載置面を備える本体部と、前記載置面を平面視において囲うように配置されるエッジリングと、前記エッジリングの外周上面を平面視において覆う遮蔽リングと、を有し、前記遮蔽リングは導体で形成され、前記エッジリングと前記遮蔽リングとの間には誘電部が設けられる。
【選択図】図３
【解決手段】プラズマ処理装置であって、チャンバと、前記チャンバの内部に設けられる基板支持部と、を有し、前記基板支持部は、前記基板を載置する載置面を備える本体部と、前記載置面を平面視において囲うように配置されるエッジリングと、前記エッジリングの外周上面を平面視において覆う遮蔽リングと、を有し、前記遮蔽リングは導体で形成され、前記エッジリングと前記遮蔽リングとの間には誘電部が設けられる。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板を処理するプラズマ処理装置であって、
チャンバと、
前記チャンバの内部に設けられる基板支持部と、を有し、
前記基板支持部は、
前記基板を載置する載置面を備える本体部と、
前記載置面を平面視において囲うように配置されるエッジリングと、
前記エッジリングの外周上面を平面視において覆う遮蔽リングと、を有し、
前記遮蔽リングは導体で形成され、
前記エッジリングと前記遮蔽リングとの間には誘電部が設けられる、プラズマ処理装置。
チャンバと、
前記チャンバの内部に設けられる基板支持部と、を有し、
前記基板支持部は、
前記基板を載置する載置面を備える本体部と、
前記載置面を平面視において囲うように配置されるエッジリングと、
前記エッジリングの外周上面を平面視において覆う遮蔽リングと、を有し、
前記遮蔽リングは導体で形成され、
前記エッジリングと前記遮蔽リングとの間には誘電部が設けられる、プラズマ処理装置。
【請求項2】
前記誘電部はクリアランスである、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項3】
前記クリアランスの距離ｄは、下記式（１）によって算出されるクリアランス距離下限値ｄｖよりも大きい、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
ｄｖ＝ｘ／Ｃｖ ・・・（１）
但し、ｘは、プロセス中において前記エッジリングと前記遮蔽リングとの間に生じる最大の電位差（Ｖ）の測定値であり、Ｃｖは、真空における単位距離当たりの絶縁破壊電圧（Ｖ／ｍｍ）である。
ｄｖ＝ｘ／Ｃｖ ・・・（１）
但し、ｘは、プロセス中において前記エッジリングと前記遮蔽リングとの間に生じる最大の電位差（Ｖ）の測定値であり、Ｃｖは、真空における単位距離当たりの絶縁破壊電圧（Ｖ／ｍｍ）である。
【請求項4】
前記誘電部は誘電体部材である、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項5】
前記誘電体部材の厚さＴは、下記式（２）によって算出される厚さ下限値Ｔｄｅよりも大きい、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
Ｔｄｅ＝ｘ／Ｃｄｅ ・・・（２）
但し、ｘは、プロセス中において前記エッジリングと前記遮蔽リングとの間に生じる最大の電位差（Ｖ）の測定値であり、Ｃｄｅは、前記誘電体における単位距離当たりの絶縁破壊電圧（Ｖ／ｍｍ）である。
Ｔｄｅ＝ｘ／Ｃｄｅ ・・・（２）
但し、ｘは、プロセス中において前記エッジリングと前記遮蔽リングとの間に生じる最大の電位差（Ｖ）の測定値であり、Ｃｄｅは、前記誘電体における単位距離当たりの絶縁破壊電圧（Ｖ／ｍｍ）である。
【請求項6】
前記遮蔽リングの外周を平面視において囲うように配置されるカバーリングをさらに有する、請求項１～５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項7】
前記カバーリングは誘電体で形成される、請求項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項8】
前記カバーリングは半導体で形成される、請求項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項9】
前記カバーリングは、前記遮蔽リングと一体に設けられる、請求項８に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、温度差の大きい２つの部品に付着するデポを除去する基板処理装置が開示されている。当該基板処理装置では、フォーカスリングが内側フォーカスリングと外側フォーカスリングの２体で構成されている。当該フォーカスリングについて、内側フォーカスリングは基板に隣接して配置され且つサセプタの冷却機構により冷却される。また、外側フォーカスリングが内側フォーカスリングを囲み且つ冷却されず、側面保護部材の対向面は、内側フォーカスリング及び外側フォーカスリングの隙間に対向するよう構成されることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１２－１４６７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本開示にかかる技術は、エッジリングの温度上昇を抑制し、エッジリング及びカバーリングの交換寿命を延長する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の一態様は、プラズマ処理装置であって、チャンバと、前記チャンバの内部に設けられる基板支持部と、を有し、前記基板支持部は、前記基板を載置する載置面を備える本体部と、前記載置面を平面視において囲うように配置されるエッジリングと、前記エッジリングの外周上面を平面視において覆う遮蔽リングと、を有し、前記遮蔽リングは導体で形成され、前記エッジリングと前記遮蔽リングとの間には誘電部が設けられる。
【0006】
本開示にかかる技術によると、エッジリングの温度上昇を抑制し、エッジリング及びカバーリングの交換寿命を延長することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】実施形態にかかるプラズマ処理システムの構成例を示す説明図である。
【図2】実施形態にかかるプラズマ処理装置の構成例を示す断面図である。
【図3】実施形態にかかるリングアセンブリの構成の一例を示す断面図である。
【図4】実施形態にかかるリングアセンブリの構成の他の一例を示す断面図である。
【図5】実施形態にかかるリングアセンブリにおけるプラズマシースとイオン入射の関係の予想モデルである。
【図6】実施形態にかかるリングアセンブリにおけるプラズマシースとイオン入射の関係の作用モデルである。
【図7】実験例におけるプラズマシースとイオン入射の関係の予想モデルである。
【図8】実験例におけるプラズマシースとイオン入射の関係の作用モデルである。
【図9】基板におけるインナーチルティング進行度の観察位置を示す模式図である。
【図10】エッジリング板厚に対するインナーチルティング進行度の関係を示すグラフである。
【図11】ＲＦ印加時間に対するインナーチルティング進行度の関係を示すグラフである。
【図12】ＲＦ印加時間に対するインナーチルティング進行度の関係を示すグラフである。
【図13】エッジリング板厚とプラズマシース高さの関係のシミュレーション結果を示す模式図である。
【図14】エッジリング板厚とプラズマシース高さの関係のシミュレーション結果を示す模式図である。
【図15】エッジリング板厚とプラズマシース高さの関係のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図16】エッジリング板厚とプラズマシース高さの関係のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図17】遮蔽リングとエッジリングの消耗の影響を示すグラフである。
【図18】比較例の新品時におけるリングアセンブリの模式図である。
【図19】比較例の消耗時におけるリングアセンブリの模式図である。
【図20】実施例の新品時におけるリングアセンブリの模式図である。
【図21】実施例の消耗時におけるリングアセンブリの模式図である。
【図22】実施形態にかかる半導体で形成される遮蔽リングを有するリングアセンブリの構成の概略を示す断面図である。
【図23】比較例のリングアセンブリの構成の概略を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
半導体デバイスの製造プロセスにおいては、半導体基板（以下、「基板」という。）を収納したプラズマ処理装置において当該基板に所望の処理を行う様々な処理工程が行われている。プラズマ処理装置では、基板を載置する載置台において、載置された基板の周縁部を囲うエッジリングやカバーリングといったリングアセンブリが用いられている。
【0009】
プラズマ処理装置においては、基板をプロセス処理にかけた際に、基板周囲に配置したエッジリングの温度が上昇する現象が確認された。このような温度上昇は、製造プロセスにおいてプラズマシースの高さを任意にコントロールするような場合にはより顕著である。エッジリングの温度制御を行う構造では、エッジリングへの入熱が大きくなりすぎると、温度制御性が悪化するという問題がある。また、エッジリングへの入熱が大きくなると、冷却が不十分となり、基板間でプロセス処理中の温度差が生じ、処理の均一性が低下するという問題などが生じる場合がある。
【0010】
また、プラズマ処理におけるパターンエッチングにおいては、エッジリングのプラズマに暴露する側の表面がイオン入射によって消耗し、厚みが減少する。エッジリングの消耗が進行すると、エッチングパターンの垂直性に関し、インナーチルティングに進むことが判っている。なおインナーチルティングとは、以下のように進行する現象である。すなわち、エッジリングの板厚の減少により、基板の周縁部側の上方に形成されるプラズマシース位置が、基板の中心側の上方に形成されるプラズマシース位置よりも下がる。すると、基板の周縁部側の上方に形成されるプラズマシース位置でのイオン入射角が、鉛直方向から基板の周縁部側方向（内方）に傾斜する。その結果、基板の周縁部側に形成されるエッチング溝が傾斜する。インナーチルティングを抑制するためには、エッジリングが過度に消耗しないよう、定期的に交換する必要がある。しかしながら、交換のために頻繁に装置を停止することは生産性の観点から不利である。
【0011】
また、上記プラズマ処理においては、カバーリングも消耗し、定期的に交換する必要があるが、これについても同様に生産性の観点から不利である。
【0012】
上記課題に対し、エッジリングの抜熱手段としては、基台の材質変更による熱抵抗の調整、又は冷却機構における冷媒の流量上昇又は温度低下などが考えられる。しかしながら、これらの抜熱手段を設けることは低温域の制御性能とトレードオフの関係にある。また、エッジリング及びカバーリングの交換寿命の延長手段としては、特に有効な構成は提案されていない。
【0013】
また、特許文献１には内側エッジリングの熱をサセプタの冷却機構に吸収させることが開示されているが、当該冷却機構に依存する抜熱手段では、これとトレードオフの関係にある低温域の制御性能を向上させられない場合がある。また、特許文献１の技術は２体に設けるエッジリングによって堆積するデポを除去することを課題としており、エッジリングやカバーリングの交換寿命を延長することについては考慮されていない。
【0014】
そこで本開示にかかる技術は、プラズマ処理装置において基板をプロセス処理にかけた際に、高温域の制御能力を保ちつつエッジリングへの入熱を低減することを可能とする。具体的には、エッジリングとカバーリングとの間に、エッジリングの上方の一部を遮蔽する遮蔽リングを設けることにより実現する。またプラズマ処理装置において基板を繰り返しプロセス処理にかけた際に、エッジリングの消耗によるインナーチルティングの進行を抑制し、かつ、カバーリングの消耗を抑制し、これらの交換寿命を延長することを可能とする。
【0015】
以下、本実施形態にかかるプラズマ処理装置を備えたプラズマ処理システムの構成について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【0016】
＜プラズマ処理システム＞
図１は、本実施形態にかかるプラズマ処理システムの構成の概略を示す平面図である。一実施形態において、プラズマ処理システムは、プラズマ処理装置１及び制御部２を含む。プラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、基板支持部１１及びプラズマ生成部１２を含む。プラズマ処理チャンバ１０は、プラズマ処理空間を有する。また、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。ガス供給口は、後述するガス供給部２０に接続され、ガス排出口は、後述する排気システム４０に接続される。基板支持部１１は、プラズマ処理空間内に配置され、基板を支持するための基板支持面を有する。
図１は、本実施形態にかかるプラズマ処理システムの構成の概略を示す平面図である。一実施形態において、プラズマ処理システムは、プラズマ処理装置１及び制御部２を含む。プラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、基板支持部１１及びプラズマ生成部１２を含む。プラズマ処理チャンバ１０は、プラズマ処理空間を有する。また、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。ガス供給口は、後述するガス供給部２０に接続され、ガス排出口は、後述する排気システム４０に接続される。基板支持部１１は、プラズマ処理空間内に配置され、基板を支持するための基板支持面を有する。
【0017】
プラズマ生成部１２は、プラズマ処理空間内に供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマを生成するように構成される。プラズマ処理空間において形成されるプラズマは、容量結合プラズマ（ＣＣＰ；Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ；Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、ＥＣＲプラズマ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ－Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ－ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｐｌａｓｍａ）、ヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ：Ｈｅｌｉｃｏｎ Ｗａｖｅ Ｐｌａｓｍａ）、又は、表面波プラズマ（ＳＷＰ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅ Ｐｌａｓｍａ）等であってもよい。また、ＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ）プラズマ生成部及びＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）プラズマ生成部を含む、種々のタイプのプラズマ生成部が用いられてもよい。一実施形態において、ＡＣプラズマ生成部で用いられるＡＣ信号（ＡＣ電力）は、１００ｋＨｚ～１０ＧＨｚの範囲内の周波数を有する。従って、ＡＣ信号は、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号及びマイクロ波信号を含む。一実施形態において、ＲＦ信号は、 ２００ｋＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。
【0018】
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、例えばコンピュータ２ａを含んでもよい。コンピュータ２ａは、例えば、処理部（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）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。処理部２ａ１は、記憶部２ａ２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。
【0019】
次に、プラズマ処理装置１の一例としての容量結合型のプラズマ処理装置１の構成例について、図２を用いて説明する。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。側壁１０ａ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筐体とは電気的に絶縁される。
【0020】
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（ウェハ）Ｗを支持するための中央領域（基板支持面）１１１ａと、リングアセンブリ１１２を支持するための環状領域（リング支持面）１１１ｂとを有する。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。一実施形態において、本体部１１１は、基台及び静電チャックを含む。基台は、導電性部材を含む。基台の導電性部材は下部電極として機能する。静電チャックは、基台の上に配置される。静電チャックの上面は、基板支持面１１１ａを有する。リングアセンブリ１１２は、後述する複数の環状部材を含む。また、図示は省略するが、基板支持部１１は、静電チャック、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、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路には、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。また、基板支持部１１は、基板Ｗの裏面と基板支持面１１１ａとの間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。
【0021】
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、導電性部材を含む。シャワーヘッド１３の導電性部材は上部電極として機能する。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。
【0022】
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少なくとも１つの流量変調デバイスを含んでもよい。
【0023】
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、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のような少なくとも１つのＲＦ信号（ＲＦ電力）を、基板支持部１１の導電性部材及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材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、プラズマ生成部１２の少なくとも一部として機能し得る。また、バイアスＲＦ信号を基板支持部１１の導電性部材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ＰＮ成分を基板Ｗに引き込むことができる。
【0024】
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基板支持部１１の導電性部材及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材に結合され、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、１３ＭＨｚ～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、基板支持部１１の導電性部材及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材に供給される。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基板支持部１１の導電性部材に結合され、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。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、ソースＲＦ信号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、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚ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、基板支持部１１の導電性部材に供給される。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。
【0025】
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及び第２のＤＣ生成部３２ｂを含む。一実施形態において、第１のＤＣ生成部３２ａは、基板支持部１１の導電性部材に接続され、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ＤＣ信号は、基板支持部１１の導電性部材に印加される。一実施形態において、第１のＤＣ信号が、静電チャック内の電極のような他の電極に印加されてもよい。一実施形態において、第２のＤＣ生成部３２ｂは、シャワーヘッド１３の導電性部材に接続され、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、シャワーヘッド１３の導電性部材に印加される。種々の実施形態において、第１及び第２のＤＣ信号がパルス化されてもよい。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。
【0026】
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。
【0027】
次に、本実施形態にかかるリングアセンブリ１１２の構成の詳細について、図３を用いて説明する。図３は、リングアセンブリ１１２及び本体部１１１の構成の詳細の一例を示す断面図である。ただし、本体部１１１は、リングアセンブリ１１２が配置される環状領域１１１ｂを含む一部のみを示し、中央領域１１１ａ側（図面左側）及び本体部１１１の下方側（図面下側）は図示を省略する。
【0028】
本実施形態にかかるリングアセンブリ１１２は、環状部材として、エッジリング１２０と、カバーリング１２２と、遮蔽リング１２４と、を含む。上述した通り、リングアセンブリ１１２は、本体部１１１の環状領域１１１ｂ上に配置される。より具体的には、エッジリング１２０は、平面視において中央領域１１１ａを囲うように配置される。またエッジリング１２０は、環状領域１１１ｂの内周領域１２６及びカバーリング上面１３０の上に、またがって載置される。カバーリング１２２は、環状領域１１１ｂの外周領域１２８に載置される。遮蔽リング１２４は、カバーリング上面１３０に載置される。遮蔽リング１２４は垂直部１３２及び水平部１３４を含む。垂直部１３２は所望の厚みを有する環状の部分である。また垂直部１３２は、鉛直部内周１３６がエッジリング外周１３７から距離ｄ１だけ離間し、かつエッジリング外周１３７を覆う位置に載置される。水平部１３４は、垂直部１３２の上部からエッジリング１２０の内周側（図面左側）に張り出した、所望の厚みを有する環状の部分である。また水平部１３４は、水平部下面１３８がエッジリング上面１３９から距離ｄ２だけ離間し、かつエッジリング１２０の外周上面を平面視において覆うように設けられる。エッジリング１２０と遮蔽リング１２４とによって囲われる空間を、誘電部と称する。一実施形態において、誘電部は空間そのものとしてのクリアランスＣＬとして設けられる。エッジリング上面１３９のうち、遮蔽リング１２４に面していない、径方向の長さＬ１の部分を暴露部１４０と称する。また、エッジリング１２０の上面であって遮蔽リング１２４に面する部分を、遮蔽部１４２と称する。
【0029】
リングアセンブリ１１２の材質に関し、エッジリング１２０及び遮蔽リング１２４はいずれも半導体であり、具体的にはシリコンで構成される。また、カバーリング１２２は誘電体であり、具体的にはクォーツで構成される。
【0030】
次に、リングアセンブリ１１２における、クリアランスＣＬの構成について説明する。
【0031】
クリアランスＣＬにおいて、距離ｄ１及び距離ｄ２は、下記によって導出されるクリアランスＣＬにおけるエッジリング１２０と遮蔽リング１２４との距離の下限値（クリアランス距離下限値ｄｖ）よりも、大きい値をとるように設定される。
【0032】
クリアランス距離下限値ｄｖ（ｍｍ）は、プロセス中に相対的に正電荷となる遮蔽リング１２４から、相対的に負電荷となるエッジリング１２０に対し、クリアランスＣＬの絶縁を破壊して電流が流れるアーキングと呼ばれる現象が生じないような距離として算出される。具体的には、プロセス中に、エッジリング１２０と遮蔽リング１２４との間に生じる最大の電位差ｘ（Ｖ）を測定し、その測定値を真空における単位距離当たりの絶縁破壊電圧Ｃｖ（Ｖ／ｍｍ）で除した値が、求めるべきクリアランス距離下限値ｄｖである。
ｄｖ＝ｘ／Ｃｖ ・・・ （１）
ｄｖ＝ｘ／Ｃｖ ・・・ （１）
【0033】
上記式（１）によって算出されるクリアランス距離下限値ｄｖは、プロセス中の条件下でエッジリング１２０と遮蔽リング１２４との間に最大電位差ｘが生じるときに、アーキングが生じるようなクリアランスＣＬの距離である。したがって、クリアランス距離下限値ｄｖを下限として、安全率を１として距離ｄ１又はｄ２を設定することができる。
【0034】
なお、クリアランスＣＬ距離の上限については、特に限定されない。ただし、クリアランスＣＬ距離を大きく設ける場合には、遮蔽リング１２４の上面が高くなった結果、搬入出される基板Ｗや搬送機構と接触することが考えられる。したがって、当該接触が生じないようにクリアランスＣＬ距離上限を設定することができる。
【0035】
一実施形態において、誘電部には、誘電体部材１５０を設ける。図４は、クリアランスＣＬに代えて誘電体部材１５０が挿入された構成とした場合のリングアセンブリ１１２を示す断面図である。図４で、誘電体部材１５０は、環状の部分である厚さｄ３の鉛直部と、鉛直部からエッジリング１２０の内周側（図面左側）に張り出した、厚さｄ４の水平部を有し、誘電部に挿入される。別の観点では、エッジリング１２０の遮蔽部を覆うように誘電体部材１５０が載置され、誘電体部材１５０を覆うように遮蔽リング１２４が載置される。
【0036】
このとき、誘電体部材の厚さ下限値Ｔｄｅ（ｍｍ）は、エッジリング１２０と遮蔽リング１２４との間に生じる最大の電位差ｘ（Ｖ）の測定値を、誘電体における単位距離当たりの絶縁破壊電圧Ｃｄｅ（Ｖ／ｍｍ）で除した値である。
Ｔｄｅ＝ｘ／Ｃｄｅ ・・・（２）
Ｔｄｅ＝ｘ／Ｃｄｅ ・・・（２）
【0037】
上記式（２）によって算出される誘電体部材の厚さ下限値Ｔｄｅは、プロセス中の条件下でエッジリング１２０と遮蔽リング１２４との間に最大電位差ｘが生じるときに、アーキングが生じるような誘電体部材の厚さである。したがって、誘電体部材の厚さ下限値Ｔｄｅを下限として、安全率を１として厚さｄ１又はｄ２を設定することができる。
【0038】
【0039】
図５は、リングアセンブリ１１２におけるプラズマシースＰＳとイオン入射の関係の予想モデルである。本実施形態にかかるリングアセンブリ１１２によると、プロセス中にプラズマシースＰＳが形成される際には、エッジリング１２０の暴露部１４０の上方には下段シースＬＰＳが形成されることが予想された。また、遮蔽リング１２４の水平部１３４の上方には、上段シースＵＰＳが形成されることが予想された。この予想モデルに基づくと、図５に示す通り下段シース及び上段シースＵＰＳのそれぞれに対して垂直にイオンＰＮが入射し、それぞれが暴露部１４０又は水平部１３４に入射することが考えられる。この場合、模式的な説明によると、暴露部１４０には４つのイオンＰＮが、水平部１３４には４つのイオンＰＮが、それぞれ入射することが予想された。なお、エッジリング１２０に対して入射しようとするイオンＰＮが、遮蔽リング１２４によって遮られ、エッジリング１２０ではなく遮蔽リング１２４に入射することを遮蔽効果と称する。
【0040】
上記予想モデルに対し、後述する実験データに基づいて本発明者らが鋭意検討した結果によると、遮蔽リング１２４に対しては上記で予想されたよりも多くのイオンＰＮが入射しており、遮蔽リング１２４による予期せぬ顕著な遮蔽効果が得られることが分かった。
【0041】
図６は、リングアセンブリ１１２におけるプラズマシースＰＳとイオン入射の関係の、後述する実験データに基づいて構築した作用モデルである。図５の予想モデルと異なり、下段シースＬＰＳと上段シースＵＰＳは断面においてなだらかな曲線（曲線シースＣＰＳ）で連続している。そのため、暴露部１４０上方であって曲線シースＣＰＳ上方に形成されるイオンＰＮは、曲線シースＣＰＳに対し垂直に入射することとなり、当該イオンＰＮは遮蔽リング１２４に入射することがわかった。この場合、模式的な説明によると、暴露部１４０には３つのイオンＰＮが、水平部１３４には５つのイオンＰＮが、それぞれ入射することがわかり、遮蔽リング１２４の遮蔽効果が予想モデルよりも高いことがわかる。
【0042】
ここで、本発明者が図６の作用モデルを構築するにあたり検討に用いた実験データについて説明する。
【0043】
まず、下段シースＬＰＳと上段シースＵＰＳの間のシース厚の差（シース段差）が小さく構成されるリングアセンブリ１１２（実験例１）と、シース段差が大きく構成されるリングアセンブリ１１２（実験例２）と、の２種類のリングアセンブリ１１２を用意した。実験例１は、図５又は図６に示す構成と同様であり、シース段差ｈ１は、当該構成において形成される下段シースＬＰＳと上段シースＵＰＳの高さの差である。実験例２は、図７又は図８に示すように、実験例１よりもシース段差を大きく設ける構成とした。実験例２におけるシース段差ｈ２は、当該構成において形成される下段シースＬＰＳと上段シースＵＰＳの高さの差である。実験例２でシース段差ｈ２をシース段差ｈ１よりも大きく設けるに当たっては、実験例１の水平部１３４上面よりも、実験例２の水平部１３４上面が高くなるように構成した。また、実験例１の誘電部はクリアランスＣＬとして構成する一方、実験例２の誘電部は誘電体部材１５０を挿入した構成とした。
【0044】
本発明者らの検討によると、プラズマシースＰＳの厚さはエッジリング１２０と遮蔽リング１２４との間のインピーダンスに依存していることがわかった。また、インピーダンスが小さいほどエッジリング１２０から遮蔽リング１２４へのＲａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ（ＲＦ）抜け量が増加する。その結果、遮蔽リング１２４上の上段シースＵＰＳが厚くなることがわかった。そのため、実験例２ではクリアランスＣＬに代えて誘電体部材１５０を挿入した構成とすることでインピーダンスを小さくすることができ、実験例１と比較してシース段差ｈ２を大きく構成することができる。一方で、実験例１及び実験例２のリングアセンブリ１１２の暴露部１４０の面積及び水平部１３４の面積は、それぞれ等しく構成する。
【0045】
次に、シース段差の異なる実験例１及び実験例２について、一定時間イオンＰＮを入射させ、その期間のエッジリング１２０に対する温調モジュール（不図示）のヒータ仕事量（Ｗ）を計測した。なお、エッジリング１２０の温調モジュールは、実験例１又は実験例２についてエッジリング１２０を加熱して一定温度に維持するように温調している。ここで、エッジリング１２０に対するイオン入射による入熱量が小さければ、上記一定温度に維持するためにより大きい加熱を必要とするので、その結果ヒータ仕事量が大きくなる。
【0046】
上記計測により表１の結果が得られた。表１に示すように、シース段差の小さい実験例１における温調モジュールのヒータ仕事量と比べて、シース段差の大きい実験例２における温調モジュールのヒータ仕事量が大きくなることがわかった。すなわち、暴露部１４０の面積及び水平部１３４の面積がそれぞれ等しくても、シース段差が大きい場合には、エッジリング１２０に対するイオン入射による入熱量が小さくなることが分かった。
【0047】
【表1】
【0048】
本発明者らは表１の結果に基づき、イオン入射の挙動について、まず予想モデルを採用した場合の図５及び図７を用いて考察した。図５は実験例１における予想モデルであり、図７は実験例２における図５に倣った予想モデルである。
【0049】
図５の実験例１ではシース段差が小さい状態で、上段シースＵＰＳ及び下段シースＬＰＳにそれぞれ垂直にイオンＰＮが入射する結果、遮蔽リング１２４に対して４つのイオンＰＮが入射している。一方、図７の実験例２ではシース段差ｈ２が実験例１のシース段差ｈ１よりも大きい状態となっているが、上段シースＵＰＳ及び下段シースＬＰＳにそれぞれ垂直にイオンＰＮが入射する結果、実験例１と同様に遮蔽リング１２４に対して４つのイオンＰＮが入射することが予想される。したがって、予想モデルに従った場合、シース段差ｈ１、ｈ２が仮に異なったとしても、暴露部１４０の面積及び水平部１３４の面積がそれぞれ等しい場合には、イオン入射の量は実験例１と実験例２とで同様なはずである。しかしながら、表１の結果によると、シース段差が異なることによってエッジリング１２０に対するイオン入射による入熱量が異なる。したがって、実際のイオン入射の挙動は図５及び図７の予想モデルとは異なることがわかる。
【0050】
【0051】
作用モデルでは、実験例２のシース段差ｈ２が実験例１のシース段差ｈ１よりも大きい場合には、図８に示すに曲線シースＣＰＳの領域が、図６に示す曲線シースＣＰＳの領域よりも、エッジリング１２０の側に広くなることが考えられる。作用モデルに従った場合、実験例１の図６では曲線シースＣＰＳを通って遮蔽リング１２４に入射するイオンＰＮが１つなのに対し、実験例２の図８では２つになると考えられる。そのため、図６の実験例１の場合よりも、図８の実験例２の場合の方が、曲線シースＣＰＳを通過して遮蔽リング１２４に入射するイオンＰＮが増加することが考えられる。この作用モデルは、表１の結果と適合している。
【0052】
さらに、上記実験結果によると、シース段差の大きさによる遮蔽効果である入熱低減効果を算出することができる下記式（３）が得られる。
Ｐｓ＝Ｗ０×Ｓ／Ｓ０×ｈ／ｈ０ ・・・（３）
但し、Ｓはエッジリング１２０の暴露部１４０の面積（ｍｍ２）であり、ｈは遮蔽リング１２４とエッジリング１２０の間のシース段差（ｍｍ）である。また、Ｗ０は上記実験例１と上記実験例２のヒータ仕事量の実験値の差４０（Ｗ）である。また、Ｓ０はエッジリング１２０の暴露部１４０の上記実験値１２８６４．８（ｍｍ２）である。また、ｈ０は上記実験例１と上記実験例２の、遮蔽リング１２４とエッジリング１２０の間のシース段差の上記実験値の差１．０５（ｍｍ）である。
Ｐｓ＝Ｗ０×Ｓ／Ｓ０×ｈ／ｈ０ ・・・（３）
但し、Ｓはエッジリング１２０の暴露部１４０の面積（ｍｍ２）であり、ｈは遮蔽リング１２４とエッジリング１２０の間のシース段差（ｍｍ）である。また、Ｗ０は上記実験例１と上記実験例２のヒータ仕事量の実験値の差４０（Ｗ）である。また、Ｓ０はエッジリング１２０の暴露部１４０の上記実験値１２８６４．８（ｍｍ２）である。また、ｈ０は上記実験例１と上記実験例２の、遮蔽リング１２４とエッジリング１２０の間のシース段差の上記実験値の差１．０５（ｍｍ）である。
【0053】
上記式（３）について、定数部分について実験値を代入して整理すると、下記式（３’）が得られる。
Ｐｓ＝３．０×１０－３×Ｓ×ｈ ・・・（３’）
Ｐｓ＝３．０×１０－３×Ｓ×ｈ ・・・（３’）
【0054】
式（３）によると、入熱低減効果はシース段差に比例するほか、エッジリング１２０の暴露部１４０の面積にも比例することがわかる。
【0055】
【0056】
本発明者らは、リングアセンブリ１１２を本実施形態のように設けることで、従来のリングアセンブリ１１２よりも長期間、インナーチルティングを抑制することが可能となることを実験により確認した。具体的には、本発明者らは、下記の実施例のリングアセンブリ１１２と比較例のリングアセンブリ１１２について、基板Ｗとともにプラズマ処理に供した場合のインナーチルティングの進行度を観察する実験を行った。なお、実施例のリングアセンブリ１１２は遮蔽リング１２４を設けた構成を有し、比較例のリングアセンブリ１１２は、リングアセンブリ１１２を用いた遮蔽リング１２４を設けない構成を有する。
【0057】
図９は、実験においてインナーチルティングの進行度を観察した基板Ｗの位置を示す模式図（平面図）である。観察は図９中のハッチングで示した観察位置１６０において、基板Ｗの中心部Ｃから基板Ｗの周縁部Ｅまでの位置で行った。特に周縁部Ｅに示す位置は、インナーチルティングの、エッジリング１２０の板厚に対する依存の度合いが大きいため、その後の評価に用いた。以下の評価において、Ｅ点における、基板Ｗの厚み方向６ｍｍ地点でのエッチング溝の、鉛直方向に対する角度（チルト角）を測定した。チルト角は、鉛直方向を０°（ゼロ度）とし、基板中心側を正、基板外周側を負とする。すなわち、チルト角が減少することは、インナーチルティングが進行することを示す。
【0058】
図１０は、エッジリング１２０の板厚の変化に伴うインナーチルティング進行度の関係を示すグラフである。図１０で、丸又は四角で表す点は、エッジリング１２０の板厚に対するインナーチルティング進行度（チルト角）を示す実測値のプロットである。丸のプロットは実施例におけるプロットであり、四角のプロットは比較例のプロットである。また、プロットを結ぶ実線は、これらの実測値から算出した一次関数のグラフを示す。当該一次関数は、実施例については下記式（４）が、比較例については下記式（５）が得られた。
ｙ＝１．０５５１ｘ－３．６５１６ ・・・（４）
ｙ＝１．８１６３ｘ－６．６０２３ ・・・（５）
ｙ＝１．０５５１ｘ－３．６５１６ ・・・（４）
ｙ＝１．８１６３ｘ－６．６０２３ ・・・（５）
【0059】
実測値から算出したグラフの傾きを比較すると、実施例の傾きは比較例の傾きよりも顕著に小さいことがわかる。傾きが小さいことは、板厚の減少によるインナーチルティングの進行度が小さいことを意味する。したがって、実施例は板厚の減少によるインナーチルティングの進行度が比較例と比べて顕著に小さいことがわかる。
【0060】
図１１及び図１２は、上記図１０の実施例及び比較例について、ＲＦ印加時間に対するインナーチルティング進行度の関係を示すグラフである。なお、エッジリング１２０の消耗速度は連続マラソン評価にて計測した。図１１及び図１２で、丸又は四角で表す点は、ＲＦ印加時間に対するインナーチルティング進行度を示す実測値のプロットである。丸のプロットは実施例におけるプロットであり、四角のプロットは比較例におけるプロットである。また、プロットを結ぶ実線は、これらの実測値から算出した一次関数のグラフを示す。当該一次関数は、実施例については下記式（６）が、比較例については下記式（７）が得られた。
ｙ＝－０．０００６ｘ－０．２９２８ ・・・（６）
ｙ＝－０．００２ｘ＋１．２２１６ ・・・（７）
ｙ＝－０．０００６ｘ－０．２９２８ ・・・（６）
ｙ＝－０．００２ｘ＋１．２２１６ ・・・（７）
【0061】
実測値から算出したグラフの傾きを比較すると、実施例の傾きは比較例の傾きよりも顕著に小さいことがわかる。傾きが小さいことは、ＲＦ印加時間に対するインナーチルティングの進行度が小さいことを意味する。実際に、チルト角が１°減少するのに要するＲＦ印加時間は、比較例では約６００ｈであったのに対し、実施例では約１２００ｈであり、インナーチルティングの進行を顕著に抑制できることがわかる。
【0062】
なお、エッジリングの板厚が１ｍｍ減少したときのチルト角の実測値は、実施例が1.01
[deg/mm]、比較例が3.13 [deg/mm]となり、約３倍になることがわかっている。したがって、インナーチルティングにかかる実際の交換寿命の観点からは、実施例は比較例の約３倍の交換寿命を有することがわかる。
[deg/mm]、比較例が3.13 [deg/mm]となり、約３倍になることがわかっている。したがって、インナーチルティングにかかる実際の交換寿命の観点からは、実施例は比較例の約３倍の交換寿命を有することがわかる。
【0063】
以上の実験の結果から、実施例は比較例と比べて、インナーチルティングの進行を顕著に抑制できることがわかった。インナーチルティングの抑制によると、エッジリング１２０の交換寿命を延長することが可能であり、その結果装置のダウンタイムを削減し、生産性を向上する効果が得られる。
【0064】
本発明者らは上記実験の結果について、エッジリング１２０の板厚が実際に減少しているにもかかわらず基板Ｗのインナーチルティングの進行が抑制されたことは、非自明であると考え、その理由について考察した。考察において、エッジリング１２０の板厚とプラズマシースＰＳの高さの関係についてシミュレーションを行い、図１３～１６の結果が得られた。
【0065】
図１３及び図１４は、上記実施例と上記比較例における、エッジリング１２０の板厚とプラズマシースＰＳの高さの関係を示すシミュレーション結果である。ここで、図１３はエッジリング１２０の板厚の減少に伴いプラズマシースＰＳの高さも減少する条件（以下、条件１）とした場合の結果を示す。また、図１４はエッジリング１２０の板厚の減少にかかわらずプラズマシースＰＳの高さが一定である条件（以下、条件２）とした場合の結果を示す。図１３及び図１４で、破線はプラズマシースを示す。丸点はイオンＰＮの入射位置、実線はイオンＰＮの入射経路を示す。図１５は、図１３のイオンＰＮの入射位置ｐ１～ｐ４に対し、当該イオンＰＮの入射経路が鉛直方向に対してなす角θ１～θ４について、プロット（図中丸点）したグラフである。図１６は、図１４のイオンＰＮの入射位置ｐ５～ｐ８について、当該イオンＰＮの入射経路が鉛直方向に対してなす角θ５～θ８についてプロット（図中ひし形点）したグラフである。なお、図１５及び図１６において四角点のプロットは、いずれもエッジリング１２０の板厚が減少していない場合の参考例におけるシミュレーション結果のプロットである。また、ｐ１～ｐ４と、ｐ５～ｐ８の基板中心からの距離はそれぞれ等しい条件とした。
【0066】
図１５で、条件１では、基板Ｗの周縁部に近いｐ４においては入射角θ４が約－２°となり、入射角が顕著に内方に傾斜することがわかった。一方図１６で、条件２では、基板Ｗの周縁部に近いｐ８においても、入射角θ８は約－０．５°となり、入射角が鉛直に近く維持されることがわかった。この結果から、プラズマシース高さがエッジリング１２０の厚みに依存せず維持される場合には、エッジリング１２０の板厚の減少によってもイオン入射角を鉛直に近く維持することができ、インナーチルティングの進行が抑制されるものと考えられる。
【0067】
ここで、図６及び図８の遮蔽リング１２４の作用モデルと、条件２のシミュレーション結果とを併せて考察する。図６及び図８からは、遮蔽リング１２４の水平部の高さを高く設け、又はエッジリング１２０と遮蔽リング１２４との間に誘電体部材１５０を設けることでプラズマシース高さを維持することができると考えられる。また、条件２のシミュレーション結果からは、プラズマシース高さを維持することで、インナーチルティングの進行を抑制することができると考えられる。したがって、遮蔽リング１２４を設けることで、インナーチルティングの進行を抑制し、エッジリング１２０の交換寿命を延長することが可能となる。
【0068】
本発明者らは、次に、本実施形態にかかる遮蔽リング１２４の消耗によるインナーチルティング進行度に対する影響が小さいことを、実験で確認した。具体的には、本発明者らは、消耗していない遮蔽リング１２４（新遮蔽リング１２４）又は消耗した遮蔽リング１２４（消耗遮蔽リング１２４）を、それぞれ消耗していないエッジリング１２０（新エッジリング１２０）又は消耗したエッジリング１２０（消耗エッジリング１２０）に組合わせてリングアセンブリ１１２を構成した。具体的な組合せは、新遮蔽リング１２４と新エッジリング１２０（組合せ１）、消耗遮蔽リング１２４と新エッジリング１２０（組合せ２）、新遮蔽リング１２４と消耗エッジリング１２０（組合せ３）及び、消耗遮蔽リング１２４と消耗エッジリング１２０（組合せ４）の４通りである。これら４通りの組合せについて、基板Ｗとともにプラズマ処理に供した場合のインナーチルティングの進行度を観察する実験を行った。実験は異なる電圧条件Ｖ１、Ｖ２、及びＶ３［Ｖ］（０＜Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３）で実施した。なおインナーチルティングの進行度は、図のＥ点の基板Ｗの厚み方向６ｍｍ地点でのエッチング溝の、鉛直方向に対する角度（チルト角）として評価した。評価の結果、表２が得られた。
【0069】
【表2】
【0070】
図１７は、上記４通りの組合せについての表２の結果をプロットした、印加電圧に対するインナーチルティング進行度の関係を示すグラフである。グラフから読み取れるように、新遮蔽リング１２４・新エッジリング１２０の組合せ（組合せ１）と、消耗遮蔽リング１２４・新エッジリング１２０の組合せ（組合せ２）におけるインナーチルティングの進行度の傾向は同様であった。また、新遮蔽リング１２４・消耗エッジリング１２０の組合せ（組合せ３）と、消耗遮蔽リング１２４・消耗エッジリング１２０の組合せ（組合せ４）におけるインナーチルティングの進行度の傾向は同様であった。これらの結果から、インナーチルティングの進行度は印加する電圧によらず、エッジリング１２０の消耗の有無にのみ依存しており、遮蔽リング１２４の消耗の有無には依存しないことがわかった。したがって、エッジリング１２０の交換寿命は、遮蔽リング１２４とは独立して管理可能であり、その逆も然りである。
【0071】
【0072】
本発明者らは、リングアセンブリ１１２を本実施形態のように設けることで、従来のリングアセンブリ１１２よりもカバーリング１２２の交換寿命を延長することができることを実験で確認した。具体的には、遮蔽リング１２４を設けた構成を有するリングアセンブリ１１２を用いた実施例と、遮蔽リング１２４を設けない構成を有するリングアセンブリ１１２を用いた比較例について、基板Ｗとともにプラズマ処理に供した場合のカバーリング１２２の消耗を観察する実験を行った。
【0073】
図１８及び図１９は、実験に用いた比較例のリングアセンブリ１１２の模式図であり、図１８は消耗前（新品時）、図１９は消耗後を表す。また、図２０及び図２１は、実験に用いた実施例のリングアセンブリ１１２の模式図であり、図２０は消耗前（新品時）、図２１は消耗後を表す。新品時と消耗後において、比較例及び実施例のカバーリング１２２の消耗比を測定した。消耗比は、カバーリング１２２の上面から減少した高さ方向の長さと、ＲＦ印加時間との比として評価した。比較例では、消耗比は０．５４ｍｍ／１００ｈであった。また実施例では、消耗比は０．３３ｍｍ／１００ｈであった。したがって、実施例のリングアセンブリ１１２ではＲＦ印加時間に対するカバーリング１２２の消耗が、比較例と比べて軽度であることがわかる。
【0074】
本発明者らは、遮蔽リング１２４が直接遮蔽していないにもかかわらず、カバーリング１２２の消耗が抑制されたことは、非自明であると考え、その理由について考察した。具体的には、カバーリング１２２の消耗にかかわる要因としてＲＦ抜けＲＦＰについて考察した。図１８～２１で、エッジリング１２０からカバーリング１２２に対して通過するＲＦ抜けＲＦＰを矢印で表し、かつその相対量を矢印の本数で表した。ただし、ＲＦ抜けＲＦＰの相対量を表す矢印の本数は、その相対量の大小関係を示すのみであって、その相対量の比を示すものではないことに留意する。具体的には、例えば、矢印を２本で表したＲＦ抜けＲＦＰの相対量は、矢印を１本で表したＲＦ抜けＲＦＰの相対量より大きいことを示すが、その相対量の比は必ずしも２倍ではない。
【0075】
図１８で、新品時の比較例においてエッジリング１２０からカバーリング１２２に対し５本の矢印で示す相対量のＲＦ抜けＲＦＰがあるとする。その後エッジリング１２０及びカバーリング１２２が消耗し、図１９に示す消耗後では、ＲＦ抜けＲＦＰは２本の矢印で示す相対量に低下する。これに対し、図２０で、新品時の実施例においてエッジリング１２０から遮蔽リング１２４に対し３本の矢印で示す相対量のＲＦ抜けＲＦＰがあり、遮蔽リング１２４からカバーリング１２２に対し１本の矢印で示す相対量のＲＦ抜けＲＦＰがある。その後エッジリング１２０、遮蔽リング１２４及びカバーリング１２２が消耗し、図に示す消耗後においても、新品時から変化せず同様である。
【0076】
なお、下記の（イ）～（ハ）の理由から、実施例は比較例と比べてカバーリング１２２が消耗した場合における、ＲＦ抜けＲＦＰの相対量の経時変化の影響が小さいことがわかった。すなわち、（イ）実施例は、新品時におけるエッジリング１２０及びカバーリング１２２の間のＲＦ抜けＲＦＰの相対量が比較例と比べて小さいため、カバーリング１２２の消耗によってはＲＦ抜けＲＦＰの相対量が変化しにくい。（ロ）実施例は、エッジリング１２０及び遮蔽リング１２４の間のインピーダンスの経時変化が小さい。（ハ）実施例において、遮蔽リング１２４の上方に形成されるプラズマシースＰＳの厚さが、エッジリング１２０の上方に形成されるプラズマシースＰＳの厚さと比べて小さくなる。
【0077】
（イ）に関して、新品時において実施例のエッジリング１２０及びカバーリング１２２の間のＲＦ抜けＲＦＰの相対量が比較例と比べて小さい理由として、以下が考えられる。すなわち、エッジリング１２０及びカバーリング１２２が隣接している比較例に対し、実施例ではエッジリング１２０及びカバーリング１２２の間に遮蔽リング１２４が介在している。このため比較例と比べて、エッジリング１２０及びカバーリング１２２の間のキャパシタンスが小さく、ゆえにインピーダンスが大きくなる。ＲＦ抜けＲＦＰはインピーダンスに依存するため、比較例と比べて実施例のＲＦ抜けＲＦＰの相対量が小さくなると考えられる。
【0078】
（ロ）に関して、エッジリング１２０及び遮蔽リング１２４の間のインピーダンスの経時変化が小さい理由として、以下が考えられる。すなわち、実施例の誘電体部材１５０は遮蔽リング１２４によって囲われているためプラズマ消耗しにくく、またエッジリング１２０の遮蔽部１４２も消耗しにくい。このため、比較例と異なりこれらの接触面積が時間によって変化しにくいことが考えられる。なお、図のように誘電部には誘電体部材１５０を設けているが、これに代えて誘電部をクリアランスＣＬとした場合であっても、エッジリング１２０及び遮蔽リング１２４の間のインピーダンスの経時変化が小さいことに変わりはない。
【0079】
（ハ）に関して、遮蔽リング１２４の上方に形成されるプラズマシースＰＳの厚さが、エッジリング１２０の上方に形成されるプラズマシースＰＳの厚さと比べて小さくなる理由として、以下が考えられる。すなわち、遮蔽リング１２４に対しては誘電体部材１５０を介してＲＦが印加されるが、そのような介在のないエッジリング１２０と比べて、印加されるＲＦの強度が低下するためである。
【0080】
ところで、プラズマシースＰＳの厚みが大きい場合は、厚みが小さい場合と比較して相対的にイオンＰＮの入射速度が上昇することが知られている。そして、速度の大きいイオン入射を受けるリングアセンブリ１１２は、速度の小さいイオン入射を受ける場合よりも消耗しやすい。そのため、上方に厚みの大きいプラズマシースＰＳが形成されるエッジリング１２０よりも、比較的厚みの小さいプラズマシースＰＳが形成される遮蔽リング１２４の方が、消耗速度が小さい。
【0081】
したがって、比較例では、上方に厚みの大きいプラズマシースＰＳが形成されるエッジリング１２０に隣接してカバーリング１２２が設けられるため、その分カバーリング１２２においても速度の大きいイオン入射を受けることが考えられる。一方、実施例においては、上方に厚みの比較的小さいプラズマシースＰＳが形成される遮蔽リング１２４に隣接してカバーリング１２２が設けられるため、カバーリング１２２においても比較的速度の小さいイオン入射を受けることが考えられる。このため比較例のカバーリング１２２は消耗しやすく、実施例のカバーリング１２２は消耗しにくいという結果が得られたものと考えられる。
【0082】
上記実施形態によると、プラズマ処理装置において基板Ｗをプロセス処理にかけた際に、高温域の制御能力を保ちつつエッジリングへの入熱を低減することが可能となる。またプラズマ処理装置において基板Ｗを繰り返しプロセス処理にかけた際に、エッジリングの消耗によるインナーチルティングの進行を抑制し、かつ、カバーリングの消耗を抑制し、これらの交換寿命を延長することが可能となる。
【0083】
今回開示された実施形態はすべての点で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。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
【0084】
例えば、エッジリング１２０の材質、載置方法などについては、特に限定されず、公知の構成を採用することができる。材質に関し、例えばシリコンが採用可能である。載置方法に関し、内周領域及びカバーリング１２２上面において、固定せず載置すること、粘着性のシートで貼り付け固定すること、又は静電チャックによって固定することなど、任意の載置方法を採用可能である。
【0085】
また、遮蔽リング１２４の材質、載置方法などについては、特に限定されず、公知の構成を採用することができる。材質に関し、上記実施形態ではシリコンを用いることとしたが、これに限定されず、所望の性質を有する導体を用いることができる。
【0086】
また、遮蔽リング１２４の形状について、上記実施形態においては垂直部１３２と水平部１３４とを有することとしたが、これに限定されない。遮蔽リング１２４は、エッジリング１２０の外周上面を平面視において覆うことが可能な構成であればよい。したがって垂直部１３２を有さず、エッジリング１２０の外周上面を平面視において覆う水平部１３４のみを有する構成としてもよい。
【0087】
また、誘電体部材１５０の材質、載置方法などについては、特に限定されず、公知の構成を採用することができる。材質に関し、上記実施形態ではクォーツを用いることとしたが、これに限定されず、所望の性質を有する誘電体を用いることができる。
【0088】
また、誘電体部材１５０の形状について、上記実施形態においては誘電部全体を占める形状としたが、これに限定されない。例えばエッジリング１２０と遮蔽リング１２４とのそれぞれに対して、一部のみに接するような形状としてもよい。また、複数種類の誘電体を併せて用いてもよい。この場合、当該複数種類の誘電体を縦に重ねて、一の誘電体がエッジリング１２０のみに接し、他の誘電体が遮蔽リング１２４のみに接する構成としてもよい。また、当該複数種類の誘電体を横に並べて、それぞれがエッジリング１２０と遮蔽リング１２４とに接する構成としてもよい。
【0089】
また、本実施形態で遮蔽リング１２４の外周を囲うように、誘電体で形成されるカバーリング１２２を設けることとしたが、これに限定されない。カバーリング１２２としては、半導体で形成されるカバーリング１２２を用いてもよい。また、半導体で形成されるカバーリング１２２としての機能を有する、半導体で形成される遮蔽リング１２４を用いてもよい。
【0090】
【0091】
図２２は、半導体で形成される遮蔽リング１２４を用いる場合の、リングアセンブリ１１２の構成の概略を示す断面図である。図２２で、リングアセンブリ１１２は、環状部材として、エッジリング１２０と、下部誘電体リング２００と、遮蔽リング１２４と、を含む。下部誘電体リング２００は環状領域１１１ｂの外周領域１２８に載置され、エッジリング１２０は、環状領域１１１ｂの内周領域１２６及び下部誘電体リング上面１３０にまたがって載置される。遮蔽リング１２４は、下部誘電体リング上面１３０に載置される。遮蔽リング１２４は垂直部１３２及び水平部１３４を含む。垂直部１３２は所望の厚みを有する環状の部分であって、リングアセンブリ１１２の外周１１２ａを構成する。また垂直部１３２は、鉛直部内周１３６がエッジリング１２０の外周側（図面右側）から距離ｄ５だけ離間し、かつエッジリング１２０の外周側を覆う位置に載置される。水平部１３４は、垂直部１３２の上部からエッジリング１２０の内周側（図面左側）に張り出した、所望の厚みを有する環状の部分である。また水平部１３４は、水平部１３４下面１３８がエッジリング１２０の上面から距離ｄ６だけ離間し、かつエッジリング１２０の外周側の上方を覆うように設けられる。誘電部には、誘電体部材１５０が設けられる。
【0092】
上記構成によると、上述した入熱低減効果及び、エッジリング１２０の交換寿命延長効果を享受するほか、以下に説明する効果が得られる。
【0093】
図２３は、従来の半導体で形成されるカバーリング１２２（半導体カバーリング２１０）を用いた場合の比較例のリングアセンブリ１１２の構成の概略を示す模式図である。図２３で、比較例のリングアセンブリ１１２においては、実施例のリングアセンブリ１１２と異なり、エッジリング１２０と半導体カバーリング２１０の間の空間に誘電体部材１５０を設けることができない。これは、仮に誘電体部材１５０を設けたとしても消耗が激しく使用に耐えないためである。
【0094】
これに対し、実施例のリングアセンブリ１１２では、エッジリング１２０と遮蔽リング１２４との間に誘電体部材１５０を設けることができる。
【0095】
上記のような構成の違いによると、実施例のリングアセンブリ１１２は比較例のリングアセンブリ１１２と比べて以下の（ホ）～（ト）の点で有利である。すなわち、（ホ）実施例のリングアセンブリ１１２におけるエッジリング１２０と遮蔽リング１２４の間のカップリングＣＰが、比較例のリングアセンブリ１１２におけるエッジリング１２０と半導体カバーリング２１０との間のカップリングＣＰと比較して強い。（ヘ）カバーリング１２２上にデポが堆積しにくく、ブラックシリコンを形成しにくい。（ト）アーキングのリスクが小さい。なお本明細書においてカップリングＣＰとは、実施例においてはエッジリング１２０と遮蔽リング１２４が容量結合した状態を指し、比較例においてはエッジリング１２０と半導体カバーリング２１０が容量結合した状態を指す。
【0096】
（ホ）に関して、比較例のリングアセンブリ１１２にあっては、エッジリング１２０と半導体カバーリング２１０は周方向のみで容量結合する一方で、実施例のリングアセンブリ１１２にあっては、エッジリング１２０と遮蔽リング１２４が周方向と高さ方向に容量結合する。また、上述したようにエッジリング１２０と遮蔽リング１２４の間には誘電体部材１５０を設けることができ、これによってもエッジリング１２０と遮蔽リング１２４の間のカップリングＣＰを強くすることができる。
【0097】
（ヘ）に関して、その理由は、比較例のリングアセンブリ１１２においては半導体カバーリング２１０上に形成されるプラズマシースＰＳは厚さが薄いため、イオン入射の量が少なく又は速度が小さい。これに対し実施例のリングアセンブリ１１２における遮蔽リング１２４の上方に形成されるプラズマシースＰＳは十分に厚く、イオン入射の量が多く又は速度が大きい。すると、遮蔽リング１２４の上部に堆積したデポがイオン入射によって散らされやすくなり、デポが堆積しにくい。ブラックシリコンはデポが堆積した場合に半導体材料と反応して形成されるが、実施例のリングアセンブリ１１２ではデポが堆積しにくいためブラックシリコンの形成も抑制できる。
【0098】
（ト）に関して、比較例のリングアセンブリ１１２ではエッジリング１２０と半導体カバーリング２１０との間に電位差が生じやすく、アーキングが発生するおそれがある。アーキングを抑制するためにはエッジリング１２０と半導体カバーリング２１０との間のクリアランスＣＬを大きくすることが考えられるが、この場合カップリングＣＰがさらに弱まってしまう。これに対し実施例のリングアセンブリ１１２では、エッジリング１２０と遮蔽リング１２４の間に電位差が生じにくく、また誘電体部材１５０を介在しているため絶縁破壊電圧が大きいことからアーキングのリスクが小さい。
【符号の説明】
【0099】
１ プラズマ処理装置
１０ プラズマ処理チャンバ
１１ 基板支持部
１１１ 本体部
１２０ エッジリング
１２４ 遮蔽リング
１０ プラズマ処理チャンバ
１１ 基板支持部
１１１ 本体部
１２０ エッジリング
１２４ 遮蔽リング
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】