JP7412923B2 - エッジリング、プラズマ処理装置及びエッジリングの製造方法 - Google Patents

エッジリング、プラズマ処理装置及びエッジリングの製造方法 Download PDF

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Description

本開示は、エッジリング、プラズマ処理装置及びエッジリングの製造方法に関する。
プラズマ処理装置の処理室内の、静電チャックに載置される基板の周囲には、エッジリングが設けられる。エッジリングは、処理室内に生成されたプラズマを基板の上方に向けて収束し、基板へのプラズマ処理の効率を向上させる。
近年、エッジリングの寿命の延長を目的として、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）に代表される、シリコン（Ｓｉ）より剛性の強い材料がエッジリングの材料として採用される場合がある。
静電チャックの外周側に配置されるエッジリングの下面には、Ｈｅ（ヘリウム）等の伝熱ガスが供給され、これにより、エッジリングの温度が制御される。例えば、特許文献１には、供給された伝熱ガスがエッジリングと静電チャックとの隙間から漏れる量（リーク量）の増大を抑えるために、ウェハ搬入出時及びウェハレスドライクリーニング（ＷＬＤＣ）時に、フォーカスリングを静電吸着することが提案されている。
特開２０１６－１２２７４０号公報 特開２０１６－２２５５８８号公報
エッジリングの上面はプラズマに曝され、消耗する。エッジリングが所定量以上消耗すると、エッチング特性等に影響を及ぼす可能性があるため、エッジリングを交換する必要が生じる。
本開示は、エッジリングの消耗を抑制しつつ、エッジリングと静電チャックとの間からの伝熱ガスの漏れを低減するエッジリングを提供する。
本開示の一の態様によれば、プラズマ処理装置の処理容器の内部にて載置台に載置された基板の周囲を囲むエッジリングであって、前記処理容器の内部に生成されるプラズマとの接触面を有し、第１の材料から形成された第１の部材と、前記第１の部材の前記接触面の反対側に設けられ、第１の材料と異なる第２の材料から形成された第２の部材と、を有し、前記第１の材料は、前記第２の材料よりもヤング率が高い、エッジリングが提供される。
一の側面によれば、エッジリングの消耗を抑制しつつ、エッジリングと静電チャックとの間からの伝熱ガスの漏れを低減するエッジリングを提供することができる。
一実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す断面模式図。 一実施形態に係るエッジリングの一例を示す図。 一実施形態の変形例１～５に係るエッジリングの断面の一例を示す図。 一実施形態に変形例６に係るエッジリングの一例を示す図。 一実施形態に係る中間部材を含むエッジリングの製造方法を示すフローチャート。 一実施形態に係る中間部材を含むエッジリングの製造方法を説明するための図。
以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
［プラズマ処理装置］
一実施形態に係るプラズマ処理装置１について、図１を用いて説明する。図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置１の一例を示す断面模式図である。
プラズマ処理装置１は、処理容器１０を備える。処理容器１０は、その中に内部空間１０ｓを提供する。処理容器１０は処理容器本体１２を含む。処理容器本体１２は、略円筒形状を有する。処理容器本体１２は、例えばアルミニウムから形成される。処理容器本体１２の内壁面上には、耐腐食性を有する膜が設けられている。当該膜は、酸化アルミニウム、酸化イットリウムなどのセラミックであってよい。
処理容器本体１２の側壁には、通路１２ｐが形成されている。基板Ｗは、通路１２ｐを通して内部空間１０ｓと処理容器１０の外部との間で搬送される。通路１２ｐは、処理容器本体１２の側壁に沿って設けられるゲートバルブ１２ｇにより開閉される。
処理容器本体１２の底部上には、支持部１３が設けられている。支持部１３は、絶縁材料から形成される。支持部１３は、略円筒形状を有する。支持部１３は、内部空間１０ｓの中で、処理容器本体１２の底部から上方に延在している。支持部１３は、上部に載置台１４を有する。載置台１４は、内部空間１０ｓの中において、基板Ｗを支持するように構成されている。
載置台１４は、基台１８及び静電チャック２０を有する。載置台１４は、電極プレート１６を更に有し得る。電極プレート１６は、アルミニウムなどの導体から形成され、略円盤形状を有する。基台１８は、電極プレート１６上に設けられている。基台１８は、アルミニウムなどの導体から形成されて、略円盤形状を有する。基台１８は、電極プレート１６に電気的に接続されている。
静電チャック２０は、基台１８上に設けられている。静電チャック２０の上面に基板Ｗが載置される。静電チャック２０は、本体及び電極を有する。静電チャック２０の本体は、略円盤形状を有し、誘電体から形成される。静電チャック２０の電極は、膜状の電極であり、静電チャック２０の本体内に設けられている。静電チャック２０の電極は、スイッチ２０ｓを介して直流電源２０ｐに接続されている。静電チャック２０の電極に直流電源２０ｐからの電圧が印加されると、静電チャック２０と基板Ｗとの間に静電引力が発生する。その静電引力により、基板Ｗが静電チャック２０に保持される。
基台１８の周縁部上には、基板Ｗの周囲を囲むように、エッジリング２５が配置される。エッジリング２５はフォーカスリングとも呼ばれる。エッジリング２５は、基板Ｗに対するプラズマ処理の面内均一性を向上させる。
基台１８の内部には、流路１８ｆが設けられている。流路１８ｆには、処理容器１０の外部に設けられているチラーユニット（図示しない）から配管２２ａを介して温度調整用の熱交換媒体（冷媒、熱媒体）が供給される。流路１８ｆに供給された熱交換媒体は、配管２２ｂを介してチラーユニットに戻される。熱交換媒体と基台１８との熱交換により、静電チャック２０上に載置された基板Ｗの温度が調整される。
プラズマ処理装置１には、ガス供給ライン２４が設けられている。ガス供給ライン２４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の上面と基板Ｗの裏面との間に供給する。
プラズマ処理装置１は、上部電極３０を更に備える。上部電極３０は、載置台１４の上方に載置台１４に対向して設けられている。上部電極３０は、部材３２を介して、処理容器本体１２の上部に支持されている。部材３２は、絶縁性を有する材料から形成される。上部電極３０と部材３２は、処理容器本体１２の上部開口を閉じている。
上部電極３０は、天板３４及び支持体３６を含み得る。天板３４の下面は、内部空間１０ｓの側の下面であり、内部空間１０ｓを画成する。天板３４は、発生するジュール熱の少ない低抵抗の導電体又は半導体から形成され得る。天板３４は、天板３４をその板厚方向に貫通する複数のガス吐出孔３４ａを有する。
支持体３６は、天板３４を着脱自在に支持する。支持体３６は、アルミニウムなどの導電性材料から形成される。支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。支持体３６は、ガス拡散室３６ａから下方に延びる複数のガス孔３６ｂを有する。複数のガス孔３６ｂは、複数のガス吐出孔３４ａにそれぞれ連通している。支持体３６には、ガス導入口３６ｃが形成されている。ガス導入口３６ｃは、ガス拡散室３６ａに接続している。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、流量制御器群４４、及びガスソース群４０が接続されている。ガスソース群４０、バルブ群４２、及び流量制御器群４４は、ガス供給部を構成している。ガスソース群４０は、複数のガスソースを含む。バルブ群４２は、複数の開閉バルブを含む。流量制御器群４４は、複数の流量制御器を含む。流量制御器群４４の複数の流量制御器の各々は、マスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器である。ガスソース群４０の複数のガスソースの各々は、バルブ群４２の対応の開閉バルブ、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。
プラズマ処理装置１では、処理容器本体１２の内壁面及び支持部１３の外周に沿って、シールド４６が着脱自在に設けられている。シールド４６は、処理容器本体１２に反応副生物が付着することを防止する。シールド４６は、例えば、アルミニウムから形成された母材の表面に耐腐食性を有する膜を形成することにより構成される。耐腐食性を有する膜は、酸化イットリウムなどのセラミックから形成され得る。
支持部１３と処理容器本体１２の側壁との間には、バッフルプレート４８が設けられている。バッフルプレート４８は、例えば、アルミニウムから形成された母材の表面に耐腐食性を有する膜（酸化イットリウムなどの膜）を形成することにより構成される。バッフルプレート４８には、複数の貫通孔が形成されている。バッフルプレート４８の下方、且つ、処理容器本体１２の底部には、排気口１２ｅが設けられている。排気口１２ｅには、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、圧力調整弁及びターボ分子ポンプなどの真空ポンプを含む。
プラズマ処理装置１は、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４を備えている。第１の高周波電源６２は、第１の高周波電力（以下、「ＨＦ電力又はＨＦパワー」ともいう。）を発生する電源である。第１の高周波電力は、プラズマの生成に適した周波数を有する。第１の高周波電力の周波数は、例えば２７ＭＨｚ～１００ＭＨｚの範囲内の周波数である。第１の高周波電源６２は、整合器６６及び電極プレート１６を介して基台１８に接続されている。整合器６６は、第１の高周波電源６２の出力インピーダンスと負荷側（基台１８側）のインピーダンスを整合させるための回路を有する。なお、第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して、上部電極３０に接続されていてもよい。第１の高周波電源６２は、一例のプラズマ生成部を構成している。
第２の高周波電源６４は、第２の高周波電力（以下、「ＬＦ電力又はＬＦパワー」ともいう。）を発生する電源である。第２の高周波電力は、第１の高周波電力の周波数よりも低い周波数を有する。第１の高周波電力と共に第２の高周波電力が用いられる場合には、第２の高周波電力は基板Ｗにイオンを引き込むためのバイアス電圧用の高周波電力として用いられる。第２の高周波電力の周波数は、例えば４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数である。第２の高周波電源６４は、整合器６８及び電極プレート１６を介して基台１８に接続されている。整合器６８は、第２の高周波電源６４の出力インピーダンスと負荷側（基台１８側）のインピーダンスを整合させるための回路を有する。
なお、第１の高周波電力を用いずに、第２の高周波電力を用いて、即ち、単一の高周波電力のみを用いてプラズマを生成してもよい。この場合には、第２の高周波電力の周波数は、１３．５６ＭＨｚよりも大きな周波数、例えば４０ＭＨｚであってもよい。また、この場合、プラズマ処理装置１は、第１の高周波電源６２及び整合器６６を備えなくてもよい。第２の高周波電源６４は一例のプラズマ生成部を構成する。
プラズマ処理装置１においてガスが、ガス供給部から内部空間１０ｓに供給されて、プラズマを生成する。また、第１の高周波電力及び／又は第２の高周波電力が供給されることにより、上部電極３０と基台１８との間で高周波電界が生成される。生成された高周波電界がプラズマを生成する。
プラズマ処理装置１は、電源７０を備えている。電源７０は、上部電極３０に接続されている。電源７０は内部空間１０ｓ内に存在する正イオンを天板３４に引き込むための電圧を、上部電極３０に印加する。
プラズマ処理装置１は、制御部８０を更に備え得る。制御部８０は、プロセッサ、メモリなどの記憶部、入力装置、表示装置、信号の入出力インターフェイス等を備えるコンピュータであり得る。制御部８０は、プラズマ処理装置１の各部を制御する。制御部８０では、入力装置を用いて、オペレータがプラズマ処理装置１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８０では、表示装置により、プラズマ処理装置１の稼働状況を可視化して表示することができる。さらに、記憶部には、制御プログラム及びレシピデータが格納されている。制御プログラムは、プラズマ処理装置１で各種処理を実行するために、プロセッサによって実行される。プロセッサが、制御プログラムを実行し、レシピデータに従ってプラズマ処理装置１の各部を制御する。
［エッジリング］
次に、一実施形態に係るエッジリング２５について、図２を参照しながら説明する。図２は、一実施形態に係るエッジリング２５の一例を示す図である。図２（ａ）は、一実施形態に係るエッジリング２５を上面から見た図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ－Ａ断面を示す図である。
図２（ａ）に示すように、エッジリング２５は、基板Ｗの周囲を囲むようにリング状に形成されている。エッジリング２５の上面２５ａ１は、エッジリング２５が静電チャック２０に配置されたとき、処理容器１０の内部に生成されたプラズマと接触する面となる。
図２（ｂ）に示すように、エッジリング２５は、上部部材２５ａと下部部材２５ｂとが接合された構成を有する。上部部材２５ａは炭化シリコン（ＳｉＣ）から形成される。下部部材２５ｂはシリコン（Ｓｉ）から形成される。下部部材２５ｂは、上部部材２５ａの上面２５ａ１の反対側、すなわち、エッジリング２５のプラズマと接触しない側に設けられる。
上部部材２５ａの上面２５ａ１は、プラズマと接触する面であるため、プラズマに曝露され、消耗する。所定量以上消耗したエッジリング２５は、エッチング特性等、基板Ｗの処理に影響を与えるため、交換しなければならない。よって、エッジリング２５の消耗の抑制し、エッジリング２５の交換時期を遅らせるようにエッジリング２５を形成する材料を選択することが好ましい。
よって、上部部材２５ａは、プラズマに曝露されたときの消耗を抑制する部材として、シリコンよりも硬い炭化シリコンで形成する。材料の硬さは、例えば、ヤング率で示すことができる。
例えば、プラズマに曝露される上部部材２５ａの材料（以下、「第１の材料」ともいう。）は下部部材２５ｂよりもヤング率が高い材料から形成される。これに対して、下部部材２５ｂは、プラズマと接触しない側に設けられ、プラズマに曝露されないため、下部部材２５ｂの材料（以下、「第２の材料」ともいう。）は、上部部材２５ａよりもヤング率が低い材料であってもよい。
シリコンのヤング率は１．３０×１０１１（Ｐａ）であり、炭化シリコンのヤング率は４．３０×１０１１（Ｐａ）である。炭化シリコンのヤング率は、シリコンのヤング率よりも高い。以上から、炭化シリコンはシリコンよりも硬いと言える。
そこで、本実施形態に係るエッジリング２５は、プラズマと接触する上部部材２５ａを炭化シリコンにより形成することで、上部部材２５ａをシリコンで形成した場合と比較して消耗を抑制することができる。これにより、エッジリング２５の寿命を延ばし、エッジリング２５の交換時期を遅らせることができる。
逆に、下部部材２５ｂは、上部部材２５ａよりも柔かい材料にする。その理由は、炭化シリコンはシリコンよりも硬いために、下部部材２５ｂを炭化シリコンで形成すると、静電チャック２０にエッジリング２５を吸着させたときに下部部材２５ｂをシリコンで形成した場合と比較してエッジリング２５の吸着性が悪くなるためである。この結果、伝熱ガスがエッジリング２５と静電チャック２０との間から漏れてしまう。これに対して、下部部材２５ｂをシリコンで形成することで、伝熱ガスがエッジリング２５と静電チャック２０との間から漏れることを解消できる。
以上から、本実施形態に係るエッジリング２５は、上部部材２５ａと下部部材２５ｂとを接合した構成を有し、上部部材２５ａを構成する第１の材料は、下部部材２５ｂを構成する第２の材料よりもヤング率が高い材料が使用される。これにより、エッジリング２５の消耗を抑制しつつ、エッジリング２５と静電チャック２０との間から伝熱ガスが漏れることを低減できる。
なお、上部部材２５ａは、処理容器１０の内部に生成されるプラズマとの接触面を有し、第１の材料から形成された第１の部材の一例である。また、下部部材２５ｂは、第１の部材の前記接触面の反対側に設けられ、第１の材料よりもヤング率が低い第２の材料から形成された第２の部材の一例である。
また、炭化シリコンは、第１の材料の一例であり、シリコンは、第２の材料の一例である。第２の材料がシリコンの場合、シリコンのヤング率は、１．３０×１０１１（Ｐａ）であるため、第１の材料は、１．３０×１０１１（Ｐａ）よりも高いヤング率を持つ材料であればよい。第１の材料は、ヤング率がシリコンよりも高いＳｉＣが好ましい。ただし、第１の材料は、エッチング対象に応じてヤング率がシリコンよりも高い酸化ケイ素（ＳｉＯ２）又はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）であってもよい。
［接合方法］
上部部材２５ａと下部部材２５ｂとの接合方法としては、溶融接合、すなわち、加熱により上部部材２５ａと下部部材２５ｂとの表面を溶かして接合する方法が一例として挙げられる。
例えば、上部部材２５ａが炭化シリコンで形成され、下部部材２５ｂがシリコンで形成される場合、炭化シリコンとシリコンという異なる材料を接合するため、エッジリング２５の使用時、接合面にストレスがかかる。具体的には、炭化シリコンとシリコンとの線熱膨張係数は異なるため、エッジリング２５の使用時にプラズマの入熱等によって上部部材２５ａと下部部材２５ｂとが熱による膨張及び収縮を繰り返すと、上部部材２５ａと下部部材２５ｂとの接合面に摩擦が生じる。これにより、上部部材２５ａと下部部材２５ｂとの接合面においてクラックや割れ（以下、「破断」ともいう。）等の損傷が生じることが懸念される。
［中間部材（変形例）］
そこで、上部部材２５ａと下部部材２５ｂとの接合面における破断を回避するために、上部部材２５ａと下部部材２５ｂとの間に中間部材を設けることが好ましい。図３は、一実施形態の変形例１～５に係るエッジリング２５の断面の一例を示す図である。図３（ａ）に示す一実施形態の変形例１に係るエッジリング２５は、上部部材２５ａと下部部材２５ｂとの間に中間部材２５ｃを設ける。
中間部材２５ｃを構成する材料のヤング率は、上部部材２５ａを構成する第１の材料のヤング率以下であって、下部部材２５ｂを構成する第２の材料のヤング率以上であればよい。これにより、熱による膨張及び収縮により上部部材２５ａと下部部材２５ｂとの接合面にかかる摩擦力を中間部材２５ｃにより緩和することができる。これにより、エッジリング２５の接合面が破断することを回避できる。
例えば、上部部材２５ａが炭化シリコンで形成され、下部部材２５ｂがシリコンで形成されている場合、中間部材２５ｃは、炭化シリコンとシリコンとが所定の比率で混合された材料で構成されてもよい。また、中間部材２５ｃは、上部部材２５ａを構成する炭化シリコンと、下部部材２５ｂを構成するシリコンとの混合比率を厚み方向に変化させた組成傾斜層であってもよい。組成傾斜層の一例としては、上部部材２５ａが炭化シリコンで形成され、下部部材２５ｂがシリコンで形成されている場合、上部部材２５ａとの接合面に近づく程中間部材２５ｃのシリコンに対する炭化シリコンの混合比率を高くする例が挙げられる。この場合、下部部材２５ｂとの接合面に近づく程中間部材２５ｃの炭化シリコンに対するシリコンの混合比率を高くする。これにより、熱による膨張及び収縮により上部部材２５ａと下部部材２５ｂとの接合面にかかる摩擦力を中間部材２５ｃにより緩和し、エッジリング２５の接合面が破断することを効果的に回避できる。
中間部材２５ｃは、組成が離散的に変化する膜から構成されてもよいし、組成が連続的に変化する膜から構成されてもよい。組成が離散的に変化する膜から構成される中間部材２５ｃの一例としては、複数の板状部材を接合して中間部材２５ｃを形成する場合が挙げられる。複数の板状部材は、組成の異なる材料で形成され、上部部材２５ａとの接合面に近い板状部材程、下部部材２５ｂの第２の材料（シリコン）に対する上部部材２５ａの第１の材料（炭化シリコン）の混合比率を高くする。そして、下部部材２５ｂとの接合面に近づく程、第２の材料に対する第１材料の混合比率を低くする。これにより、熱による膨張及び収縮により上部部材２５ａと下部部材２５ｂとの接合面にかかる摩擦力を中間部材２５ｃにより更に効果的に緩和できる。
組成が連続的に変化する膜から構成される中間部材２５ｃ及びエッジリング２５は、例えば３Ｄプリンタを用いて製造できる。この場合、中間部材２５ｃは、上部部材２５ａとの接合面に近づく程、下部部材２５ｂの第２の材料（シリコン）に対する上部部材２５ａの第１の材料（炭化シリコン）の混合比率を高くする。そして、下部部材２５ｂとの接合面に近づく程、第２の材料に対する第１の材料の混合比率を低くする。
ただし、中間部材２５ｃ及びエッジリング２５の製造方法は、３Ｄプリンタに限られない。例えば、中間部材２５ｃ及びエッジリング２５は、スパッタ装置を使用して製造してもよい。この場合、第１の材料のターゲットと第２の材料のターゲットとを用意し、それぞれのターゲットに投入する高周波電力を変えることによって、第１の材料と第２の材料との混合比率を制御して膜を形成することができる。例えば、ある時間は、炭化シリコンのターゲットにかかる高周波パワーをシリコンのターゲットにかかる高周波電力よりも高くして、炭化シリコンのシリコンに対する配合率を高める。次の時間は、炭化シリコンのターゲットにかかる高周波電力とシリコンのターゲットにかかる高周波電力とを同一にして、炭化シリコンとシリコンとの配合率を５：５にする。更に次の時間は、シリコンのターゲットにかかる高周波電力を炭化シリコンのターゲットにかかる高周波電力よりも高くして、シリコンの炭化シリコンに対する配合率を高める。このように、第１の材料のターゲットと第２の材料のターゲットに印加する高周波電力を制御することで中間部材２５ｃの組成を制御できる。
また、例えば中間部材２５ｃは、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置を使用して製造してもよい。この場合、第１の材料の膜を生成するガスと第２の材料の膜を生成するガスとのガスの流量比を変えることで中間部材２５ｃを組成傾斜層に製造できる。
なお、中間部材２５ｃは、連続的に組成が変わっていくことが好ましい。ただし、離散的に組成が変わっていくことであってもよい。なお、中間部材２５ｃは、連続的又は離散的に組成が変わる組成傾斜層に限られず、一様な組成の材料により形成されてもよい。例えば、中間部材２５ｃは、炭化シリコンとシリコンのどちらかの材料により形成してもよい。中間部材２５ｃは、炭化シリコンよりもヤング率が低く、かつシリコンよりもヤング率が高い材料であって、炭化シリコン及びシリコン以外の他の材料で形成してもよい。
エッジリング２５の上部部材２５ａと下部部材２５ｂとを中間部材２５ｃを介して接合することで、エッジリング２５により破断が生じ難い構成とすることができるとともに、上部部材２５ａと下部部材２５ｂとの密着性を高めることができる。
［他の変形例］
次に、図３（ｂ）～（ｅ）に示す一実施形態に係る変形例２～５に係るエッジリング２５について説明する。図３（ｂ）及び（ｃ）に示す一実施形態の変形例２、３に係るエッジリング２５は、上部部材２５ａと下部部材２５ｂとの間に中間部材２５ｃを設けない。図３（ｄ）及び（ｅ）に示す一実施形態の変形例４、５に係るエッジリング２５は、上部部材２５ａと下部部材２５ｂとの間に中間部材２５ｃを設ける。
図３（ｂ）に示す変形例２に係るエッジリング２５は、上部部材２５ａと下部部材２５ｂとが直接接合され、下部部材２５ｂの外周側（基板と反対側）の側面が上部部材２５ａにより覆われ、露出していない。
図３（ｃ）に示す変形例３に係るエッジリング２５は、上部部材２５ａと下部部材２５ｂとが直接接合され、下部部材２５ｂの外周側及び内周側の両側面が上部部材２５ａにより覆われ、露出していない。
図３（ｄ）に示す変形例４に係るエッジリング２５は、上部部材２５ａと下部部材２５ｂとが中間部材２５ｃを介して接合され、中間部材２５ｃ及び下部部材２５ｂの外周側の側面が上部部材２５ａにより覆われ、露出していない。
図３（ｅ）に示す変形例５に係るエッジリング２５は、上部部材２５ａと下部部材２５ｂとが中間部材２５ｃを介して接合され、中間部材２５ｃ及び下部部材２５ｂの外周側及び内周側の両側面が上部部材２５ａにより覆われ、露出していない。
変形例２～５に示すエッジリング２５では、下部部材２５ｂ及び中間部材２５ｃが外側面又は両側面にて露出しない構成となっている。このため、外側面又は両側面にて各部材の接着面（接合部分）が上部部材２５ａにより覆われ、エッジリング２５の側面に回り込んだプラズマに曝露されない構成となっている。これにより、各部材間の接着層の消耗を抑制できる。なお、下部部材２５ｂの内周側の側面又は下部部材２５ｂ及び中間部材２５ｃの内周側の側面が上部部材２５ａにより覆われ、露出しない構成としてもよい。
特に、一実施形態及び変形例１～５に係るエッジリング２５の中間部材２５ｃを組成傾斜層にする場合、３Ｄプリンタ技術、アディティブマニュファクチャリング（Additive Manufacturing）技術、スパッタ装置、ＣＶＤ装置のいずれかで製造することが好ましい。具体的には、３Ｄプリンタ技術、アディティブマニュファクチャリング技術を使用する場合、シリコンと炭化シリコンの材料を用いた積層造形技術を用いることができる。例えば、シリコンと炭化シリコンの材料の粉末にレーザや電子ビームを照射して焼結させることにより造形する造形技術を用いることができる。また、シリコンと炭化シリコンの材料の粉末やワイヤーを供給しつつ、レーザや電子ビームで材料を溶融・堆積させることにより造形する造形技術等を用いることができる。なお、これらの造形方法は一例でありこれに限られるものではない。
次に、図４に示す一実施形態に係る変形例６に係るエッジリング２５について説明する。図４（ａ）は、変形例６に係るエッジリング２５を下面から見た図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ－Ｂ断面を示す図である。
変形例６に係るエッジリング２５は、上部部材２５ａと下部部材２５ｂとの間に中間部材２５ｃを設けない。変形例６に係るエッジリング２５は、上部部材２５ａは一体的に形成されている。下部部材２５ｂは、周方向に複数のパーツ２５ｂ１に分割されている。パーツ２５ｂ１の個数は、２つ以上であればよい。各パーツ２５ｂ１は同一形状であり、周方向に均等に配置されている。
これによれば、下部部材２５ｂが複数のパーツ２５ｂ１に分割され、各パーツ２５ｂ１の間に溝が形成される。これにより、接合時又は使用時に上部部材２５ａと下部部材２５ｂとの熱膨張率の違いによる歪みが下部部材２５ｂに局所的に集中することを抑制し、破断の可能性をより低く抑えることができる。
ただし、下部部材２５ｂを複数のパーツ２５ｂ１に分割する場合、分割によって、エッジリング２５の裏面吸着性への影響及び伝熱ガスの漏れによる裏面冷却への影響が生じない又はそのような影響を最小限に抑えるように分割溝などを形成することが重要である。
なお、変形例６に係るエッジリング２５についても、上部部材２５ａと下部部材２５ｂとの間に中間部材２５ｃを設けてもよい。また、下部部材２５ｂの外周側又は両側の側面を上部部材２５ａにより覆うようにしてもよい。
［エッジリングの製造方法］
次に、一実施形態及び変形例に係るエッジリング２５のうち中間部材２５ｃを含むエッジリング２５の製造方法について、図５及び図６を参照しながら説明する。図５は、一実施形態に係る中間部材２５ｃを含むエッジリング２５の製造方法を示すフローチャートである。図６は、一実施形態に係る中間部材２５ｃを含むエッジリング２５の製造方法を説明するための図である。以下は、中間部材２５ｃを含むエッジリング２５の製造方法の一例であり、これに限られない。
本処理では、ステップＳ１において、上部部材２５ａ、下部部材２５ｂ、及び複数枚の組成の異なる中間部材の板状部材を用意する。図６（ａ）の例では、同一形状のリング状の上部部材２５ａ、複数枚の中間部材２５ｃ１、２５ｃ２、２５ｃ３、下部部材２５ｂが用意されている。中間部材２５ｃ１、２５ｃ２、２５ｃ３を総称して中間部材２５ｃとも呼ぶ。
上部部材２５ａが炭化シリコン、下部部材２５ｂがシリコンの場合、中間部材２５ｃ１はシリコンに対する炭化シリコンの割合が他の中間部材２５ｃ２、２５ｃ３よりも高い配合率で形成される。中間部材２５ｃ３は炭化シリコンに対するシリコンの割合が他の中間部材２５ｃ１、２５ｃ２よりも高い配合率で形成される。中間部材２５ｃ２のシリコンに対する炭化シリコンの配合率は、中間部材２５ｃ１よりも低く、中間部材２５ｃ３よりも高いことが好ましい。
かかる組成の異なる中間部材２５ｃ１～２５ｃ３を接合することによりシリコンに対する炭化シリコンの混合比率が、上部部材２５ａに近づく程高くなり、下部部材２５ｂに近づく程低くなる組成傾斜層を形成できる。
図５に戻り、次に、ステップＳ２において、下部部材２５ｂ、中間部材２５ｃ３、中間部材２５ｃ２、中間部材２５ｃ１、上部部材２５ａの順に重ねる。これにより、図６（ｂ）に示すように、すべての部材が順に重ねられる。
図５に戻り、次に、ステップＳ３において、重ねられた全部材を溶融接合し、本処理を終了する。これにより、各部材の表面が溶け、隣接する部材と接合する。これにより、図６（ｃ）に示すように、すべての部材が溶融接合され、エッジリング２５が製造される。
なお、製造されたエッジリング２５は、溶融接合した後に形状に歪みが生じる場合がある。この場合、エッジリング２５の上面及び下面を切削加工により平らにする。
以上に示した、エッジリング２５の製造方法は、一例であり、これに限られない。例えば、中間部材２５ｃ１～２５ｃ３を先に溶融接合し、一体化した後、中間部材２５ｃを上部部材２５ａと下部部材２５ｂとの間に挟んだ状態で溶融接合してもよい。
また、スパッタ装置又はＣＶＤ装置を使用してエッジリング２５を製造する場合には、上部部材２５ａ（下部部材２５ｂ）を先に形成し、中間部材２５ｃ１～２５ｃ３を順に形成した後、下部部材２５ｂ（上部部材２５ａ）を溶融接合してもよい。
以上に説明したように、本実施形態のエッジリング２５、プラズマ処理装置１及びエッジリングの製造方法によれば、エッジリング２５の消耗を抑制し、エッジリング２５と静電チャック２０との間からの伝熱ガスの漏れを低減することができる。
今回開示された一実施形態に係るエッジリング、プラズマ処理装置及びエッジリングの製造方法は、すべての点において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、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
たとえば、エッジリング２５の第１の部材及び／又は第２の部材に、エッチング等のプロセスに影響が生じないレベルで、窒素等の不純物をドーピングしてもよい。第２の材料として多結晶シリコンを用いてもよい。これによっても、接合時又は使用時の破断を低減できる。第２の材料としてアモルファスシリコンを用いてもよい。これによっても、接合時又は使用時の破断をより低減できる。
本開示のプラズマ処理装置は、Atomic Layer Deposition(ALD)装置、Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna(RLSA)、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のいずれのタイプの装置でも適用可能である。
１ プラズマ処理装置
１０ 処理容器
１４ 載置台
１６ 電極プレート
１８ 基台
２０ 静電チャック
２５ エッジリング
２５ａ 上部部材
２５ｂ 下部部材
２５ｃ 中間部材
３０ 上部電極
３４ 天板
３６ 支持体
３８ ガス供給管
４０ ガスソース群
４２ バルブ群
４４ 流量制御器群
４６ シールド
４８ バッフルプレート
７０ 電源
８０ 制御部
Ｗ 基板

Claims (12)

  1. プラズマ処理装置の処理容器の内部にて載置台に載置される基板の周囲を囲むエッジリングであって、
    上面が前記処理容器の内部に生成されるプラズマとの接触面であって、炭化シリコンから一体に形成される第１のエッジリングと、
    上面が前記第１のエッジリングの前記接触面の反対側に接合され、かつ下面が静電チャックと接触し、シリコンから形成される第２のエッジリングと、を有し、
    前記第２のエッジリングは周方向に複数のパーツに分割され、複数の前記パーツの各々の間には溝が形成される、
    エッジリング。
  2. 前記第１のエッジリングは、前記第２のエッジリングの側面を覆う、
    請求項１に記載のエッジリング。
  3. 前記第１のエッジリングは、前記第２のエッジリングの外周側の側面を覆う、
    請求項２に記載のエッジリング。
  4. 前記第１のエッジリングは、前記第２のエッジリングの内周側の側面を覆う、
    請求項２又は３に記載のエッジリング。
  5. プラズマ処理装置の処理容器の内部にて載置台に載置される基板の周囲を囲むエッジリングであって、
    上面が前記処理容器の内部に生成されるプラズマとの接触面であって、炭化シリコンから一体に形成される第１のエッジリングと、
    上面が前記第１のエッジリングの前記接触面の反対側に接合され、炭化シリコンとシリコンが所定の比率で混合された材料で形成される第２のエッジリングと、
    上面が前記第２のエッジリングの下面に接合され、かつ下面が静電チャックと接触し、シリコンから形成される第３のエッジリングと、を有し、
    前記第３のエッジリングは周方向に複数のパーツに分割され、複数の前記パーツの各々の間には溝が形成される、
    エッジリング。
  6. 前記第２のエッジリングは、前記炭化シリコンと前記シリコンが離散的に変化する比率で混合された材料で形成される、
    請求項５に記載のエッジリング。
  7. 前記第２のエッジリングは、前記炭化シリコンと前記シリコンが連続的に変化する比率で混合された材料で形成される、
    請求項５のいずれか一項に記載のエッジリング。
  8. 前記第１のエッジリングは、前記第２のエッジリングの側面を覆い、
    前記第２のエッジリングは、前記第３のエッジリングの側面を覆う、
    請求項５～７のいずれか一項に記載のエッジリング。
  9. 前記第１のエッジリングは、前記第２のエッジリングの外周側の側面を覆い、
    前記第２のエッジリングは、前記第３のエッジリングの外周側の側面を覆う、
    請求項８に記載のエッジリング。
  10. 前記第１のエッジリングは、前記第２のエッジリングの内周側の側面を覆い、
    前記第２のエッジリングは、前記第３のエッジリングの内周側の側面を覆う、
    請求項８又は９に記載のエッジリング。
  11. 処理容器と、
    前記処理容器の内部に配置され、基板を載置する載置台と、
    前記載置台に載置される基板の周囲を囲むエッジリングと、を有するプラズマ処理装置であって、
    前記エッジリングは、
    上面が前記処理容器の内部に生成されるプラズマとの接触面であって、炭化シリコンから一体に形成される第１のエッジリングと、
    上面が前記第１のエッジリングの前記接触面の反対側に接合され、かつ下面が静電チャックと接触し、シリコンから形成される第２のエッジリングと、を有し、
    前記第２のエッジリングは周方向に複数のパーツに分割され、複数の前記パーツの各々の間には溝が形成される、
    プラズマ処理装置。
  12. プラズマ処理装置の処理容器の内部にて載置台に載置される基板の周囲を囲むエッジリングの製造方法であって、
    上面が前記処理容器の内部に生成されるプラズマとの接触面であって、炭化シリコンから一体に形成される第１のエッジリングと、
    上面が前記第１のエッジリングの前記接触面の反対側に配置され、炭化シリコンとシリコンが所定の比率で混合された材料で形成される第２のエッジリングと、
    上面が前記第２のエッジリングの下面に配置され、かつ下面が静電チャックと接触し、シリコンから形成される第３のエッジリングであり、周方向に複数のパーツに分割され、複数の前記パーツの各々の間には溝が形成される前記第３のエッジリングと、
    のうちの前記第１のエッジリングと前記第３のエッジリングとにより前記第２のエッジリングを挟む工程と、
    前記第１のエッジリングと前記第３のエッジリングにより前記第２のエッジリングを挟み、複数の前記パーツの間に前記溝が形成されている状態で、前記第１のエッジリングと前記第２のエッジリングと前記第３のエッジリングとを接合する工程と、
    を有する、エッジリングの製造方法。
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