JP2021118249A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機械的な昇降機構を設けることなく、環状部材を昇降させること。【解決手段】環状部材は、円環状に形成され、基板の周囲に載置した際に下側となる環状の下面に、周方向に沿って螺旋状の第１のネジ溝が側面に形成された突部又は溝部が周方向に沿って設けられる。支持部は、環状部材が載置される載置面に、周方向に沿って螺旋状の第２のネジ溝が側面に形成された溝部又は突部が周方向に沿って、環状部材の突部又は溝部と嵌合するように設けられる。チャンバは、支持部が内部に配置される。圧力調整部は、環状部材を周方向に回転させる駆動力が得られるようチャンバ内の圧力を制御する。【選択図】図５

Description

本開示は、プラズマ処理装置に関する。

特許文献１は、フォーカスリングが載置されたステージに上下に移動するプッシャーピンを設け、フォーカスリングの消耗に応じてプッシャーピンによりフォーカスリングを上昇させる技術を開示する。

特開２０１８−１６０６６６号公報

本開示は、機械的な昇降機構を設けることなく、環状部材を昇降させる技術を提供する。

本開示の一態様によるプラズマ処理装置は、環状部材と、支持部と、チャンバと、圧力調整部とを備える。環状部材は、円環状に形成され、基板の周囲に載置した際に下側となる環状の下面に、周方向に沿って螺旋状の第１のネジ溝が側面に形成された突部又は溝部が周方向に沿って設けられる。支持部は、環状部材が載置される載置面に、周方向に沿って螺旋状の第２のネジ溝が側面に形成された溝部又は突部が周方向に沿って、環状部材の突部又は溝部と嵌合するように設けられる。チャンバは、支持部が内部に配置される。圧力調整部は、環状部材を周方向に回転させる駆動力が得られるようチャンバ内の圧力を制御する。

本開示によれば、機械的な昇降機構を設けることなく、環状部材を昇降させることができる。

図１は、実施形態に係るプラズマ処理装置の断面の一例を概略的に示す図である。 図２は、実施形態に係る環状部材の構造の一例を説明する図である。 図３Ａは、実施形態に係る環状部材に作用する力の説明する図である。 図３Ｂは、実施形態に係る環状部材に作用する力の説明する図である。 図３Ｃは、実施形態に係る環状部材に作用する力の説明する図である。 図４Ａは、ネジ溝の加工を説明する図である。 図４Ｂは、本実施形態に係るネジ溝の加工の一例を説明する図である。 図４Ｃは、本実施形態に係るネジ溝の加工の一例を説明する図である 図５は、実施形態に係る環状部材を上昇させる一例を説明する図である。 図６は、実施形態に係る環状部材の構造の一例を説明する図である。 図７は、実施形態に係る環状部材の構造の一例を説明する図である。

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、本実施形態により、開示するプラズマ処理装置が限定されるものではない。

ところで、例えば、半導体ウェハ（以下「ウェハ」と呼ぶ。）などの基板に対してプラズマを用いてエッチング処理を行うプラズマ処理装置が知られている。プラズマ処理装置は、ウェハの周囲にフォーカスリングが配置される。また、プラズマ処理装置は、フォーカスリングの周囲にカバーリングが配置される場合がある。プラズマ処理装置は、ウェハの周囲にフォーカスリングやカバーリングなどの環状部材があることにより、ウェハ周辺のプラズマ状態が均一になるため、ウェハ全面のエッチング特性を均一化することができる。しかし、フォーカスリングやカバーリングなどの環状部材は、エッチングにより消耗して厚さが薄くなる。プラズマ処理装置は、環状部材の消耗に伴いウェハ外周のエッチング特性が悪化する。

そこで、特許文献１では、フォーカスリングが載置されたステージに上下に移動するプッシャーピンを設け、フォーカスリングの消耗に応じてプッシャーピンによりフォーカスリングを上昇させる。

しかし、プラズマ処理装置は、環状部材を昇降させるためにプッシャーピンなどの機械的な昇降機構を設けた場合、構成が複雑になる。

そこで、機械的な昇降機構を設けることなく、環状部材を昇降させる技術が期待されている。

［プラズマ処理装置の構成］
実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を説明する。本実施形態では、プラズマ処理装置が、基板にプラズマ処理としてプラズマエッチングを実施する場合を例に説明する。また、基板は、ウェハとする。図１は、実施形態に係るプラズマ処理装置１０の断面の一例を概略的に示す図である。図１に示すプラズマ処理装置１０は、容量結合型プラズマ処理装置である。

プラズマ処理装置１０は、チャンバ１２を備える。チャンバ１２は、略円筒形状とされ、例えばアルミニウム等からなり、気密に構成されている。チャンバ１２は、その内部空間を、プラズマ処理を実施する処理空間１２ｃとして提供している。チャンバ１２は、耐プラズマ性を有する被膜が内壁面に形成されている。この被膜は、アルマイト膜、又は、酸化イットリウムから形成された膜であり得る。チャンバ１２は、接地されている。チャンバ１２の側壁には、開口１２ｇが形成されている。チャンバ１２の外部から処理空間１２ｃへのウェハＷの搬入時、及び、処理空間１２ｃからチャンバ１２の外部へのウェハＷの搬出時に、ウェハＷは、開口１２ｇを通過する。チャンバ１２の側壁には、開口１２ｇの開閉のために、ゲートバルブ１４が取り付けられている。

チャンバ１２は、内部の中央付近にウェハＷを支持する支持台１３が配置されている。支持台１３は、支持部材１５とステージ１６と含んで構成されている。支持部材１５は、略円筒形状とされ、チャンバ１２の底部上に設けられている。支持部材１５は、例えば、絶縁材料から構成されている。支持部材１５は、チャンバ１２内において、チャンバ１２の底部から上方に延在している。処理空間１２ｃ内には、ステージ１６が設けられている。ステージ１６は、支持部材１５によって支持されている。

ステージ１６は、その上に載置されたウェハＷを保持するように構成されている。ステージ１６は、下部電極１８及び静電チャック２０を有している。下部電極１８は、第１プレート１８ａ及び第２プレート１８ｂを含んでいる。第１プレート１８ａ及び第２プレート１８ｂ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。第２プレート１８ｂは、第１プレート１８ａ上に設けられており、第１プレート１８ａに電気的に接続されている。

静電チャック２０は、第２プレート１８ｂ上に設けられている。静電チャック２０は、絶縁層、及び、当該絶縁層内に設けられた膜状の電極を有している。静電チャック２０の電極には、直流電源２２がスイッチ２３を介して電気的に接続されている。静電チャック２０の電極には、直流電源２２から直流電圧が印加される。静電チャック２０の電極に直流電圧が印加されると、静電チャック２０は、静電引力を発生して、ウェハＷを当該静電チャック２０に引き付けて、当該ウェハＷを保持する。なお、静電チャック２０内には、ヒータが内蔵されていてもよく、当該ヒータには、チャンバ１２の外部に設けられたヒータ電源が接続されていてもよい。

プラズマ処理装置１０は、円環状に形成された環状部材がウェハＷの周囲に配置される。本実施形態では、プラズマ処理装置１０は、環状部材として、フォーカスリング２４及びカバーリング２５が配置される。第２プレート１８ｂの周縁部上には、フォーカスリング２４が配置される。フォーカスリング２４は、略環状の板である。フォーカスリング２４は、ウェハＷのエッジ及び静電チャック２０を囲むように配置される。フォーカスリング２４は、エッチングの均一性を向上させるために設けられている。フォーカスリング２４は、例えば、シリコン（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、石英といった材料から形成され得る。また、フォーカスリング２４の周囲には、フォーカスリング２４の側面を保護するカバーリング２５が配置される。カバーリング２５は、フォーカスリング２４の外径よりも内径が大きい略環状の板である。カバーリング２５は、フォーカスリング２４を囲むように配置される。フォーカスリング２４は、例えば、石英といった材料から形成され得る。

第２プレート１８ｂの内部には、流路１８ｆが設けられている。流路１８ｆには、チャンバ１２の外部に設けられているチラーユニットから、配管２６ａを介して温調流体が供給される。流路１８ｆに供給された温調流体は、配管２６ｂを介してチラーユニットに戻される。即ち、流路１８ｆとチラーユニットとの間では、温調流体が循環される。この温調流体の温度を制御することにより、ステージ１６（又は静電チャック２０）の温度及びウェハＷの温度が調整される。なお、温調流体としては、例えばガルデン（登録商標）が例示される。

プラズマ処理装置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２０の上面とウェハＷの裏面との間に供給する。

プラズマ処理装置１０は、シャワーヘッド３０を更に備えている。シャワーヘッド３０は、ステージ１６の上方に設けられている。シャワーヘッド３０は、絶縁部材３２を介して、チャンバ１２の上部に支持されている。シャワーヘッド３０は、電極板３４及び支持体３６を含み得る。電極板３４の下面は、処理空間１２ｃに面している。電極板３４には、複数のガス吐出孔３４ａが設けられている。この電極板３４は、シリコン又は酸化シリコンといった材料から形成され得る。

支持体３６は、電極板３４を着脱自在に支持するものであり、アルミニウムといった導電性材料から形成されている。支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。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。支持体３６には、ガス拡散室３６ａにガスを導くガス導入口３６ｃが形成されている。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、プラズマエッチングに用いる各種のガスのガスソースを含んでいる。バルブ群４２は、複数のバルブを含んでいる。流量制御器群４４は、マスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器といった複数の流量制御器を含んでいる。ガスソース群４０の複数のガスソースは、それぞれバルブ群４２の対応のバルブ及び流量制御器群４４の対応の流量制御器を介して、ガス供給管３８に接続されている。ガスソース群４０は、ガス供給管３８を介して、プラズマエッチングのための各種のガスを支持体３６のガス拡散室３６ａに供給する。ガス拡散室３６ａに供給されたガスは、ガス拡散室３６ａからガス吐出孔３４ａ及びガス通流孔３６ｂを介して、チャンバ１２内にシャワー状に分散されて供給される。

下部電極１８には、整合器６３を介して第１の高周波電源６２が接続されている。また、下部電極１８には、整合器６５を介して第２の高周波電源６４が接続されている。第１の高周波電源６２は、プラズマ発生用の高周波電力を発生する電源である。第１の高周波電源６２は、プラズマ処理の際、２７〜１００ＭＨｚの範囲の所定の周波数、一例においては４０ＭＨｚの周波数の高周波電力をステージ１６の下部電極１８に供給する。第２の高周波電源６４は、イオン引き込み用（バイアス用）の高周波電力を発生する電源である。第２の高周波電源６４は、プラズマ処理の際、第１の高周波電源６２より低い、４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲の所定の周波数、一例においては３ＭＨｚの高周波電力をステージ１６の下部電極１８に供給する。このように、ステージ１６は、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４から周波数の異なる２つの高周波電力の印加が可能に構成されている。シャワーヘッド３０とステージ１６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３０の支持体３６には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）６６を介して可変直流電源６８が接続されている。可変直流電源６８は、オン・オフスイッチ６７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６８の電流・電圧ならびにオン・オフスイッチ６７のオン・オフは、後述する制御部７０によって制御される。なお、第１の高周波電源６２、第２の高周波電源６４から高周波がステージ１６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７０によりオン・オフスイッチ６７がオンとされ、支持体３６に所定の直流電圧が印加される。

チャンバ１２の支持台１３の側方の底部には、排気口５１が設けられている。排気口５１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、圧力調整弁といった圧力制御器、及び、ターボ分子ポンプといった真空ポンプを有している。排気装置５０は、排気口５１及び排気管５２を介してチャンバ１２内を排気することで、チャンバ１２内を所望の圧力に減圧することができる。

チャンバ１２は、排気口５１への排気の流れに対して排気口５１よりも上流側にバッフル板４８が設けられている。バッフル板４８は、支持台１３とチャンバ１２の内側面の間に、支持台１３の周囲を囲むように配置されている。バッフル板４８は、例えば、板状の部材であり、アルミニウム製の母材の表面にＹ_２Ｏ_３等のセラミックスを被覆することにより形成され得る。バッフル板４８は、多数のスリットが形成された部材や、メッシュ部材、多数のパンチング孔を有する部材により形成されており、排気が通過可能とされている。チャンバ１２は、内部空間がバッフル板４８により、ウェハＷに対してプラズマ処理を行う処理空間１２ｃと、排気管５２及び排気装置５０などのチャンバ１２内を排気する排気系に繋がる排気空間に分かれる。

プラズマ処理装置１０は、制御部７０を更に備える。制御部７０は、例えば、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る。制御部７０は、プラズマ処理装置１０の各部を制御する。制御部７０では、入力装置を用いて、オペレータ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等を行うことができる。また、制御部７０では、表示装置により、プラズマ処理装置１０の稼働状況を可視化して表示することができる。さらに、制御部７０の記憶部には、プラズマ処理装置１０で実行される各種処理をプロセッサにより制御するための制御プログラム、及び、レシピデータが格納されている。制御部７０のプロセッサが制御プログラムを実行して、レシピデータに従ってプラズマ処理装置１０の各部を制御することにより、所望の処理がプラズマ処理装置１０で実行される。

ここで、上述のように、フォーカスリング２４やカバーリング２５などの環状部材は、エッチングにより消耗して厚さが薄くなる。プラズマ処理装置１０は、環状部材の消耗に伴いウェハＷ外周のエッチング特性が悪化する。

そこで、プラズマ処理装置１０は、環状部材を次のような構造としている。図２は、実施形態に係る環状部材の構造の一例を説明する図である。図２では、環状部材としてフォーカスリング２４及びカバーリング２５が示されている。フォーカスリング２４及びカバーリング２５は、円環状に形成されている。フォーカスリング２４は、ウェハＷの周囲を囲むように支持台１３に載置される。カバーリング２５は、フォーカスリング２４の周囲を囲むように支持台１３に載置される。

フォーカスリング２４は、支持台１３に載置した際に下側となる環状の下面２４ａに、周方向に沿って突部２４ｂが形成されている。図２では、下面２４ａの外縁に沿って突部２４ｂが形成されている。なお、突部２４ｂは、下面２４ａの中央付近や内縁に沿って形成されてもよい。突部２４ｂには、周方向に沿って螺旋状のネジ溝２４ｃが側面に形成されている。図２では、突部２４ｂの内側の側面にネジ溝２４ｃが形成されている。

カバーリング２５は、支持台１３に載置した際に下側となる環状の下面２５ａに、周方向に沿って突部２５ｂが形成されている。図２では、下面２５ａの外縁に沿って突部２５ｂが形成されている。なお、突部２５ｂは、下面２５ａの中央付近や内縁に沿って形成されてもよい。突部２５ｂには、周方向に沿って螺旋状のネジ溝２５ｃが側面に形成されている。図２では、突部２５ｂの内側の側面にネジ溝２４ｃが形成されている。

支持台１３は、フォーカスリング２４及びカバーリング２５が載置面１３ａに載置される。支持台１３は、載置面１３ａのフォーカスリング２４の下となる領域に、周方向に沿って溝部１３ｂが設けられている。溝部１３ｂは、周方向に沿って螺旋状のネジ溝１３ｃが側面に形成されている。図２では、溝部１３ｂの内側の側面にネジ溝１３ｃが形成されている。

また、支持台１３は、載置面１３ａのカバーリング２５の下となる領域に、周方向に沿って溝部１３ｄが設けられている。溝部１３ｄは、周方向に沿って螺旋状のネジ溝１３ｅが側面に形成されている。図２では、溝部１３ｄの内側の側面にネジ溝１３ｅが形成されている。

フォーカスリング２４は、突部２４ｂを支持台１３の溝部１３ｂに嵌合させて配置される。例えば、フォーカスリング２４は、周方向に回転させて、突部２４ｂのネジ溝２４ｃを支持台１３の溝部１３ｂのネジ溝１３ｃに嵌合させて配置される。カバーリング２５は、突部２５ｂを支持台１３の溝部１３ｄに嵌合させて配置される。例えば、カバーリング２５は、周方向に回転させて、突部２５ｂのネジ溝２５ｃを支持台１３の溝部１３ｄのネジ溝１３ｅに嵌合させて配置される。

なお、図１、２に示したプラズマ処理装置１０では、フォーカスリング２４及びカバーリング２５の下面２４ａ、２５ａに突部２４ｂ、２５ｂを設け、支持台１３の載置面１３ａに溝部１３ｂ、１３ｄを設けた場合を説明した。しかし、プラズマ処理装置１０は、フォーカスリング２４及びカバーリング２５の下面２４ａ、２５ａにネジ溝が側面に形成された溝部を設けてもよい。また、プラズマ処理装置１０は、支持台１３の載置面１３ａに、ネジ溝が側面に形成された突部をフォーカスリング２４及びカバーリング２５の溝部と嵌合するように設けてもよい。

フォーカスリング２４及びカバーリング２５と支持台１３との間には、若干の空間がある。排気装置５０によりチャンバ１２内の圧力が変更すると、フォーカスリング２４及びカバーリング２５と支持台１３との間の空間の圧力と、チャンバ１２内の圧力との差圧により、フォーカスリング２４及びカバーリング２５には、上下方向に力が発生する。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２４及びカバーリング２５を周方向に回転させる駆動力が得られるようチャンバ１２内の圧力を排気装置５０により制御する。

ここで、フォーカスリング２４及びカバーリング２５などの環状部材に作用する力について説明する。図３Ａ及び図３Ｂは、実施形態に係る環状部材に作用する力の説明する図である。図３Ａには、第１部材８１と、第２部材８２が示されている。第１部材８１は、フォーカスリング２４及びカバーリング２５などの環状部材を簡略化したものである。第２部材８２は、支持台１３を簡略化したものである。

第１部材８１は、円環状に形成され、下面８１ａに凹部８１ｂが形成されている。凹部８１ｂには、周方向に沿って螺旋状のネジ溝８１ｃが側面に形成されている。第２部材８２は、上面８２ａの第１部材８１の凹部８１ｂに対応する位置に凸部８２ｂが形成されている。凸部８２ｂには、ネジ溝８１ｃと嵌合するように、周方向に沿って螺旋状のネジ溝８２ｃが側面に形成されている。第１部材８１は、周方向に回転させて、ネジ溝８１ｃを第２部材８２にネジ溝８２ｃに嵌合させて配置される。

図３Ｂには、ネジ溝８１ｃ及びネジ溝８２ｃの溝の軌跡を示す螺旋状のつる巻き線８５が示されている。ネジ溝８１ｃ及びネジ溝８２ｃは、リード角をθとし、リードをＬとする。リード角θは、つる巻き線８５の回転軸に直角な平面と、つる巻き線８５とがなす角度である。リードは、つる巻き線８５に沿って一周した際に上昇する距離である。

図３Ｂには、つる巻き線８５を直線状にした直線８６が示されている。図３Ａに示す第１部材８１は、重力ｍｇが下向きに作用する。重力ｍｇは、図３Ｂに示すように、直線８６に沿った方向の重力成分１と、直線８６に垂直な方向の重力成分２に分けられる。重力成分１は、ｍｇ・sinθとなる。重力成分２は、ｍｇ・cosθとなる。

また、図３Ａに示すように、第１部材８１と第２部材８２の間には、空間８３がある。プラズマ処理装置１０は、排気装置５０によりチャンバ１２内の圧力を変更している場合、空間８３の圧力と、チャンバ１２内の圧力との差圧により、上下方向に力が第１部材８１に発生する。例えば、チャンバ１２内の圧力を減圧している場合、第１部材８１には、上方向に力が発生する。図３Ｂには、差圧により発生する力を圧力Ｐとして示している。

圧力Ｐは、直線８６に沿った方向のＰ・sinθと、直線８６に垂直な方向のＰ・cosθに分けられる。直線８６に沿った方向のＰ・sinθは、第１部材８１をつる巻き線８５に沿って持ち上げる力である。

また、第１部材８１と第２部材８２は、ネジ溝８１ｃとネジ溝８２ｃが嵌合していることで摩擦発生する。摩擦は、ネジ溝８１ｃとネジ溝８２ｃの間の抗力をＮとし、摩擦係数をμとした場合、Ｎ・μとなる。

抗力Ｎは、直線８６に垂直な方向に対する重力ｍｇ及び圧力Ｐの成分から、Ｐ・cosθ−ｍｇ・cosθと求まる。よって、摩擦は、μ（Ｐ・cosθ−ｍｇ・cosθ）と求まる。

第１部材８１が上昇するには、第１部材８１がつる巻き線８５に沿って回転する必要がある。第１部材８１は、以下の式（１）に示すように、圧力Ｐによる直線８６に沿った方向が、摩擦と重力成分１よりも大きい場合、回転する。

Ｐ・sinθ ＞ μ（Ｐ・cosθ−ｍｇ・cosθ）＋ｍｇ・sinθ （１）

式（１）は、以下の式（２）のように変換できる。

μ ＜ sinθ／cosθ ＝ tanθ （２）

すなわち、ネジ溝８１ｃ及びネジ溝８２ｃは、式（２）を満たすようなリード角θで形成することにより、第１部材８１を回転させて昇降させることが可能となる。例えば、チャンバ１２内の圧力に対する空間８３の圧力の差圧による力が第１部材８１に作用する重力よりも大きくなるようにチャンバ１２の内部を減圧することにより、第１部材８１は、回転して上昇する。

なお、第１部材８１のネジ溝８１ｃと第２部材８２のネジ溝８２ｃとが嵌合して締め付けられている場合、第１部材８１と第２部材８２の間に作用する軸力をさらに考慮してもよい。図３Ｃは、実施形態に係る環状部材に作用する力の説明する図である。第１部材８１は、第２部材８２に締め付けて取り付けられたことにより、軸力が発生している。第１部材８１を上昇させるためには、軸力以上の力が必要となる。ネジ溝８１ｃとネジ溝８１ｃの有効断面積をＡｓとし、軸力をＦとした場合、差圧により発生する圧力Ｐは、以下の式（３）を満たす必要がある。

Ｐ ＞ Ｆ／Ａｓ （３）

なお、式（３）では、軸力に対して第１部材８１に作用する重力ｍｇが小さいものとして省略している。第１部材８１に作用する重力ｍｇが大きい場合、差圧により発生する圧力Ｐは、以下の式（４）を満たす必要がある。

Ｐ ＞ Ｆ／Ａｓ＋ｍｇ （４）

式（３）又は式（４）を満たす圧力Ｐが発生するようにチャンバ１２内の圧力を制御することで、第１部材８１を周方向に回転させる駆動力が得られる。

ところで、ネジ溝８１ｃとネジ溝８１ｃの間の摩擦係数μが低いほど昇降しやすくなるが、摩擦係数が低くなると、重力の作用によって第１部材８１が下降する場合がある。

そこで、ネジ溝８１ｃ及びネジ溝８１ｃは、溝を構成する２つのフランク面の摩擦係数を異ならせてもよい。例えば、ネジ溝８１ｃ及びネジ溝８１ｃは、支持台１３に載置した際に上側のフランク面の摩擦係数よりも下側のフランク面の摩擦係数が大きくなるように加工してもよい。

図４Ａは、ネジ溝の加工を説明する図である。図４Ａには、未加工のネジ溝９０が示されている。ネジ溝９０の各溝９１は、山の頂と谷底とを連絡する２つのフランク面９２ａ、９２ｂにより形成されている。図４Ａでは、支持台１３に載置した際にフランク面９２ａが上側となり、フランク面９２ｂが下側となるものとする。図４Ｂは、本実施形態に係るネジ溝９０の加工の一例を説明する図である。図４Ｂでは、支持台１３に載置した際に下側となるフランク面９２ｂの面粗度を、上側となるフランク面９２ａの面粗度よりも大きくして、上側のフランク面９２ａよりも下側のフランク面９２ｂの摩擦係数が大きくなるようにしている。図４Ｃは、本実施形態に係るネジ溝９０の加工の一例を説明する図である。図４Ｃでは、支持台１３に載置した際に下側となるフランク面９２ｂに縦溝９３を設ける加工をして、上側のフランク面９２ａよりも下側のフランク面９２ｂの摩擦係数が大きくなるようにしている。これにより、第１部材８１を安定して上昇させることができる。

図１、２に示したプラズマ処理装置１０では、フォーカスリング２４及びカバーリング２５について、ネジ溝２４ｃとネジ溝１３ｃ、及びネジ溝２５ｃとネジ溝１３ｅのそれぞれのリード角θを、式（２）を満たすように形成する。また、ネジ溝２４ｃとネジ溝１３ｃ、及びネジ溝２５ｃとネジ溝１３ｅについて、支持台１３に載置した際に上側のフランク面の摩擦係数よりも下側のフランク面の摩擦係数が大きくなるように加工する。例えば、下側のフランク面は、プラズマ処理装置１０がウェハＷに対してプラズマ処理を実施する際のチャンバ１２内の圧力変化（加圧変化）で第１部材８１が低下しない摩擦係数となるように加工する。上側のフランク面は、プラズマ処理装置１０がウェハＷに対してプラズマ処理を実施する際のチャンバ１２内の圧力変化（減圧変化）で第１部材８１が上昇する摩擦係数となるように加工する。また、フォーカスリング２４及びカバーリング２５に作用する軸力Ｆから式（３）又は式（４）を満たす圧力Ｐをそれぞれ求める。プラズマ処理装置１０は、求めた圧力Ｐのうち、大きい方の圧力Ｐが発生するように排気装置５０によりチャンバ１２内の圧力を制御する。これにより、プラズマ処理装置１０では、フォーカスリング２４及びカバーリング２５を周方向に回転させる駆動力が得られる。

プラズマ処理装置１０は、圧力Ｐを発生させる時間やリード角θ、摩擦係数μを調整することで、１回での上昇量を制御できる。また、プラズマ処理装置１０は、繰り返し圧力Ｐを発生させることで、フォーカスリング２４及びカバーリング２５を所望の上昇量に上昇させることができる。

図５は、実施形態に係る環状部材を上昇させる一例を説明する図である。図５の上側には、上昇前のフォーカスリング２４及びカバーリング２５とウェハＷが示されている。フォーカスリング２４及びカバーリング２５は、ウェハＷと上面が等しい高さとなされている。プラズマ処理装置１０は、ウェハＷへのエッチングなどのプラズマ処理を繰り返すことによりフォーカスリング２４及びカバーリング２５が上面から消耗する。図５の下側には、フォーカスリング２４及びカバーリング２５の消耗した部分が破線で示されている。プラズマ処理装置１０は、フォーカスリング２４及びカバーリング２５の消耗に応じて、排気装置５０によりチャンバ１２内の圧力を制御して、圧力Ｐを発生させることで、フォーカスリング２４及びカバーリング２５を消耗分上昇させる。これにより、プラズマ処理装置１０は、フォーカスリング２４及びカバーリング２５の消耗に伴いウェハＷ外周のエッチング特性が悪化することを抑制できる。

プラズマ処理装置１０は、圧力Ｐを安定して発生させるため、環状部材の下面及び環状部材を支持する支持部の載置面の少なくとも一方に、周方向に沿って凹部が形成されてもよい。図６は、実施形態に係る環状部材の構造の一例を説明する図である。図６では、環状部材としてフォーカスリング２４やカバーリング２５が示されている。フォーカスリング２４及びカバーリング２５は、円環状に形成されている。フォーカスリング２４は、下面２４ａに周方向に沿って凹部２４ｄが形成されている。カバーリング２５は、下面２５ａに周方向に沿って凹部２５ｄが形成されている。このように凹部２４ｄ、２５ｄを形成することで、凹部２４ｄ、２５ｄ内の空間の圧力と、チャンバ１２内の圧力との差圧により、圧力Ｐを安定して発生させることができる。

フォーカスリング２４及びカバーリング２５は、突部２４ｂ、２５ｂが周方向に沿って間隔を空けて部分的に設けられてもよい。図７は、実施形態に係る環状部材の構造の一例を説明する図である。図７では、環状部材としてフォーカスリング２４やカバーリング２５が示されている。フォーカスリング２４及びカバーリング２５は、突部２４ｂ、２５ｂを４方向や３方向などにすることで見かけの摩擦係数を制御することができる。図７では、フォーカスリング２４の４方向に突部２４ｂを設けた場合を示している。

以上のように、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０は、環状部材（フォーカスリング２４及びカバーリング２５）と、支持部（支持台１３）と、チャンバ１２と、圧力調整部（排気装置５０）とを備える。環状部材は、円環状に形成され、基板（ウェハＷ）の周囲に載置した際に下側となる環状の下面（下面２４ａ、下面２５ａ）に、周方向に沿って螺旋状の第１のネジ溝（ネジ溝２４ｃ、２５ｃ）が側面に形成された突部（突部２４ｂ、２５ｂ）又は溝部が周方向に沿って設けられている。支持部は、環状部材が載置される載置面（載置面１３ａ）に、周方向に沿って螺旋状の第２のネジ溝（ネジ溝１３ｃ、１３ｅ）が側面に形成された溝部（溝部１３ｂ、１３ｄ）又は突部が周方向に沿って、環状部材の突部又は溝部と嵌合するように設けられている。チャンバ１２は、支持部が内部に配置されている。圧力調整部は、環状部材を周方向に回転させる駆動力が得られるようチャンバ１２内の圧力を制御する。これにより、プラズマ処理装置１０は、機械的な昇降機構を設けることなく、環状部材を昇降させることができる。

また、プラズマ処理装置１０は、圧力調整部が、支持部に対して環状部材を上昇させる場合、チャンバ１２内を減圧し、支持部に対して環状部材を下降させる場合、チャンバ１２内を減圧状態から加圧する。このように、プラズマ処理装置１０は、チャンバ１２内の圧力を変化させることで、簡単に環状部材を昇降させることができる。

また、プラズマ処理装置１０は、圧力調整部が、支持部に対して環状部材を上昇させる場合、チャンバ１２内の圧力に対する環状部材と支持部間の圧力の差圧による力が環状部材に作用する軸力又は当該軸力と重力との合計よりも大きくなるようにチャンバ１２の内部を減圧する。これにより、プラズマ処理装置１０は、環状部材を上昇させることができる。

また、環状部材の第１のネジ溝及び支持部の第２のネジ溝は、第１のネジ溝及び第２のネジ溝のリード角をθとし、第１のネジ溝と第２のネジ溝との間の摩擦係数をμとした場合、ｔａｎθ＞μを満たすリード角θで形成される。これにより、プラズマ処理装置１０は、環状部材を上昇させることができる。

また、環状部材の第１のネジ溝及び支持部の第２のネジ溝は、支持部に載置した際に上側のフランク面（フランク面９２ａ）の摩擦係数よりも下側のフランク面（フランク面９２ｂ）の摩擦係数が大きくなるように形成される。これにより、プラズマ処理装置１０は、環状部材を安定して上昇させることができる。

また、環状部材の下面及び支持部の載置面の少なくとも一方は、周方向に沿って凹部（凹部２４ｄ、２５ｄ）が形成されている。これにより、プラズマ処理装置１０は、チャンバ１２内の圧力を変化させることで、圧力Ｐを安定して発生させることができる。

また、環状部材は、下面に突部が周方向に沿って間隔を空けて部分的に設けられる。支持部は、載置面に溝部が周方向に沿って１周設けられる。これにより、プラズマ処理装置１０は、環状部材と支持部の摩擦が減るため、環状部材をスムーズに昇降させることができる。

以上、実施形態について説明してきたが、今回開示された実施形態は、全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。実に、上述した実施形態は、多様な形態で具現され得る。また、上述した実施形態は、請求の範囲及びその趣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。

例えば、上述した実施形態では、環状部材をフォーカスリング２４、カバーリング２５とした場合を例に説明した。しかし、これに限定されるものではない。環状部材は、基板の周囲に載置され、昇降させる必要があるものでれば何れでもよい。

また、上述した実施形態では、プラズマ処理装置１０を容量結合型のプラズマ処理装置とした場合を例に説明した。しかし、これに限定されるものではない。本実施形態に係るプラズマ処理方法は、任意のプラズマ処理装置に採用され得る。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、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のように、任意のタイプのプラズマ処理装置であってもよい。

また、上述したプラズマ処理装置１０は、プラズマ処理としてエッチングを行うプラズマ処理装置であったが、任意のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に採用され得る。例えば、プラズマ処理装置１０は、化学気層成長（ＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、物理気層成長（ＰＶＤ）などを行う枚葉式堆積装置であってもよく、プラズマアニール、プラズマインプランテーションなどを行うプラズマ処理装置であってもよい。

また、上述した実施形態では、基板を半導体ウェハとし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。基板は、ガラス基板など、他の基板であってもよい。

１０ プラズマ処理装置
１２ チャンバ
１３ 支持台
１３ａ 載置面
１３ｃ、１３ｅ ネジ溝
１３ｂ、１３ｄ 溝部
２４ フォーカスリング
２４ａ 下面
２４ｂ 突部
２４ｃ ネジ溝
２５ カバーリング
２５ａ 下面
２５ｂ 突部
２５ｃ ネジ溝
２４ｄ、２５ｄ 凹部
５０ 排気装置
５１ 排気口
９２ａ、９２ｂ フランク面
Ｗ ウェハ

Claims (7)

1. 円環状に形成され、基板の周囲に載置した際に下側となる環状の下面に、周方向に沿って螺旋状の第１のネジ溝が側面に形成された突部又は溝部が前記周方向に沿って設けられた環状部材と、
   前記環状部材が載置される載置面に、前記周方向に沿って螺旋状の第２のネジ溝が側面に形成された溝部又は突部が前記周方向に沿って、前記環状部材の突部又は溝部と嵌合するように設けられた支持部と、
   前記支持部が内部に配置されたチャンバと、
   前記環状部材を前記周方向に回転させる駆動力が得られるよう前記チャンバ内の圧力を制御する圧力調整部と、
   を備えるプラズマ処理装置。
2. 前記圧力調整部は、前記支持部に対して前記環状部材を上昇させる場合、前記チャンバ内を減圧し、前記支持部に対して前記環状部材を下降させる場合、前記チャンバ内を減圧状態から加圧する
   請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記圧力調整部は、前記支持部に対して前記環状部材を上昇させる場合、前記チャンバ内の圧力に対する前記環状部材と前記支持部間の圧力の差圧による力が前記環状部材に作用する軸力又は当該軸力と重力との合計よりも大きくなるように前記チャンバの内部を減圧する
   請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記環状部材の前記第１のネジ溝及び前記支持部の前記第２のネジ溝は、前記第１のネジ溝及び前記第２のネジ溝のリード角をθとし、前記第１のネジ溝と前記第２のネジ溝との間の摩擦係数をμとした場合、ｔａｎθ＞μを満たすリード角θで形成された
   請求項１〜３の何れか１項に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記環状部材の前記第１のネジ溝及び前記支持部の前記第２のネジ溝は、支持部に載置した際に上側のフランク面の摩擦係数よりも下側のフランク面の摩擦係数が大きくなるように形成された
   請求項１〜４の何れか１項に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記環状部材の前記下面及び前記支持部の前記載置面の少なくとも一方は、前記周方向に沿って凹部が形成された
   請求項１〜５の何れか１項に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記環状部材は、前記下面に前記突部が前記周方向に沿って間隔を空けて部分的に設けられ、
   前記支持部は、前記載置面に前記溝部が前記周方向に沿って１周設けられた
   請求項１〜６の何れか１項に記載のプラズマ処理装置。

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