JP2002025992A - 基板のプラズマ処理中に基板のバイアスを監視するための改善された装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラズマの非一様性に対処するため基板バイ
アスに対する更に精密な調整を提供する。 【解決手段】 プラズマで基板を処理する処理システム
は、プラズマ２８と基板支持物２０を入れるように構成
された処理チャンバ１２を含む。各電極を基板支持物に
結合し、ＲＦ電源４８を各電極に結合することにより各
電極をバイアスして、支持表面上に配置した基板２２上
にＤＣバイアスを作成する。第一と第二の入力をそなえ
た第一の比較器Ｕ１を一方の電極４６に電気的に結合
し、絶縁素子Ｄ１を第一と第二の入力間に結合して第一
入力を一方の電極上のバイアスから絶縁する。出力は第
一と第二の入力の間の電圧差を反映する。第二の比較器
Ｕ２の第一の入力を第一の電極４４に、第二の入力を第
二の電極４６に結合する。出力は第一と第二の電極の間
のバイアス差から生じる第一と第二の入力の間の電圧差
を反映する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一般に、集積回路の
生産におけるプラズマを利用する基板の処理に関するも
のである。詳しくはプラズマ処理システム、たとえば処
理の間、静電チャックを利用して基板をサセプタに固定
するプラズマ処理システムでの基板バイアスパラメータ
の決定に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガスプラズマは、ＰＥＣＶＤのようなプ
ラズマエッチングおよびプラズマ堆積の用途を含むさま
ざまな集積回路製造プロセスで広く使用される。一般
に、プラズマは処理チャンバの中で作成され、チャンバ
内に低圧プロセスガスを入れた後、チャンバ内に電気エ
ネルギーを向けて、チャンバ内に電界を形成することに
より作成される。電界によりチャンバ内に電子流が形成
される。電子流は、個々の電子とガス分子との衝突によ
り分子に運動エネルギーを移すことにより個々のガス分
子をイオン化する。電子は電界の中で加速され、ガス分
子の効率的なイオン化を行う。ガスのイオン化された粒
子と自由電子は全体として、ガスプラズマと呼ばれるも
のを形成する。

【０００３】ガスプラズマはさまざまな異なるプロセス
で有用である。普通に使用される一つのプラズマプロセ
スはプラズマエッチングプロセスであり、基板の表面か
ら材料の層が除去すなわち「エッチング」される。エッ
チングプロセスでは、プラズマのイオン化されたガス分
子は一般に正に帯電され、基板は負にバイアスされるの
で、正にイオン化されたプラズマ粒子は基板表面に吸引
され、表面に射突することにより基板表面をエッチング
する。たとえば、基板をエッチングして基板上の望まし
くない材料層またはコーティングを除去した後、もう一
つの層が堆積される。このような堆積前エッチングプロ
セスは基板のエッチング洗浄と呼ばれることが多い。

【０００４】他の普通のプラズマプロセスには堆積が含
まれ、基板上に材料層が堆積される。化学蒸着法（ｃｈ
ｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）す
なわちＣＶＤでは、たとえば、一般に、材料ガスが処理
チャンバに導入され、処理チャンバ内でガスが化学的に
反応し、露出した基板表面上に材料層またはコーティン
グが形成される。ガスプラズマを利用して化学反応を増
強することができる。プラズマを利用するこのようなＣ
ＶＤ蒸着プロセスはプラズマ増強（ｅｎｈａｎｃｅｄ）
ＣＶＤすなわちＰＥＣＶＤと呼ばれる。プラズマを利用
して、エネルギーをプロセスに供給し、蒸着品質、蒸着
速度を増強する。通常程度の当業者には一般に理解され
るように、他のプラズマ堆積プロセスも存在する。

【０００５】半導体基板のプラズマ処理の間、基板の表
面に加速電圧を印加することが有用であることが多い。
加速電圧または基板バイアスを利用して、プラズマの中
のイオンまたは他の帯電粒子を基板表面に加速する。エ
ッチングプロセスでは、帯電プラズマ粒子が基板表面に
引き付けられ、実際に表面に射突し、前記のようにエッ
チングを行う。ＰＥＣＶＤのような堆積プロセスでは、
このような帯電粒子の射突により与えられるエネルギー
を利用して、前記のように堆積速度を更に向上したり、
堆積品質を向上する。

【０００６】一般に、プラズマ増強されたエッチングお
よび堆積プロセスでの基板のバイアスは、基板を介して
処理チャンバ内の電極からのＲＦ電界を、エッチングさ
れるべき、または堆積される材料層を受け入れるべき露
出された基板表面に容量結合することにより行われる。
詳しく述べると、サセプタまたは基板支持物の中に配置
された電極はＲＦ給電装置でバイアスされて、ＲＦ電界
が作成される。次に、サセプタと基板を介してＲＦ電界
が容量結合されることにより、露出した基板表面を横切
って比較的一様なＤＣバイアス電位が形成される。基板
表面のＤＣバイアスは前記のようにプラズマに影響を及
ぼすことにより、エッチングまたは堆積のプロセスを増
強する。

【０００７】プラズマ処理システム内では、プラズマに
は通常、特定の非一様性が伴う。たとえば、プラズマ密
度はプラズマの中心で最大となることが多い。これは、
処理チャンバの側面に近接したエッジ効果によるもので
ある。プラズマの中の非一様性は、プラズマを利用する
エッチングおよび堆積のプロセスの中の不一致に変化す
る。たとえば、基板の中心近傍のエッチング速度が基板
の外側のへり近傍のエッチング速度より大きいというエ
ッチング速度の望ましくない変動が生じ得る。更に、プ
ラズマ増強された堆積プロセスでは、堆積の受ける影響
は基板の中心近傍と基板のへりとで異なることがあり、
その結果、基板を横切って放射状に非一様な堆積層およ
び非一様な堆積速度が生じることがある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】プラズマ処理システム
のこのようなプラズマの非一様性に対処する試みが当業
者により行われてきた。たとえば、２０００年５月４日
に出願された米国特許出願、「静電チャックを利用する
基板のプラズマ処理のための改善された装置および方
法」（Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ
Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｐｌａｓｍａ Ｐｒｏｃｅｓ
ｓｉｎｇ ｏｆ ａ ＳｕｂｓｔｒａｔｅＵｔｉｌｉｚ
ｉｎｇ ａｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｃｈｕｃ
ｋ）には、基板上のバイアスを選択的に調整することに
より、システム内のプラズマの非一様性を相殺するプラ
ズマ処理システムが開示されている。この出願はここに
引用することにより全体を本明細書の一部として組み入
れる。そのシステムは全体のプラズマプロセスを改善す
るが、基板バイアスを変化させる際に精密な選択性を達
成することは困難であった。したがって、本発明の一つ
の目的は、プラズマの非一様性に対処するためにプラズ
マ処理システムで基板バイアスに対する、より精密な調
整を提供することである。

【０００９】発明の他の側面によれば、静電チャックを
利用するシステムでも精密なバイアス制御が提供される
ことが望ましい。特に集積回路の製造の間、処理されて
いる基板は基板支持物またはサセプタにより処理チャン
バの中に支持される。基板は処理の間、サセプタ上に物
理的に固定されることが多い。これは、たとえば、基板
とサセプタとの間の熱伝達を改善するためである。基板
を固定する一つの仕方は静電チャック（ＥＳＣ：ｅｌｅ
ｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｃｈｕｃｋ）を使用することで
ある。静電チャックは、基板にＤＣバイアスを印加する
ことにより、基板をサセプタに静電的に引き付け、固定
する。静電チャックは当業者には知られており、適切な
設計が前記の２０００年５月４日に出願された米国特許
出願、「静電チャックを利用する基板のプラズマ処理の
ための改善された装置および方法」（Ｉｍｐｒｏｖｅｄ
Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ
Ｐｌａｓｍａ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｆ ａ Ｓｕ
ｂｓｔｒａｔｅ Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ ａｎ Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｃｈｕｃｋ）、および米国特許第
５，１１７，１２１号に示されている。後者の米国特許
もここに引用することにより本明細書の一部として組み
入れる。静電チャックは通常、基板をバイアスするため
に使用されるのと同じ電極を使用する。この慣例によ
り、このような測定に対する静電クランピング電圧の影
響により、基板表面のバイアスレベルの精密な測定が更
に一層困難となった。したがって、本発明のもう一つの
目的は、静電チャックを利用して処理システム内のプラ
ズマの非一様性に対処するために、より精密な基板バイ
アスを提供することである。

【００１０】本発明の更にもう一つの目的は、プラズマ
処理に必要な基板の所望のバイアスに悪影響を与えるこ
となく、前記の目的に対処することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の原理によれば、
処理システムは改善された基板バイアス制御のために、
プラズマ処理システムの中で基板バイアスの更に精密な
監視を行う。更に、本発明のシステムは、静電チャック
を利用するシステムと組み合わせてこのような精密なバ
イアス測定を行う。より一様なプラズマ処理または選択
的に変化するプラズマ処理のため、システムから得られ
る測定結果を使用して、露出した基板表面の選択された
部分を横切ってバイアスを変化させることができる。

【００１２】その目的のため、処理システムはプラズマ
を入れるための処理チャンバを含む。プラズマに近接し
て基板を支持するために、基板支持物がチャンバ内にと
う載される。複数の電極、たとえば第一および第二の電
極が基板支持物に結合され、支持表面に近接して配置さ
れる。電極は電気的に相互に絶縁される。電極をＲＦ電
気エネルギーでバイアスするために、ＲＦ電源が各電極
に結合される。バイアスされた電極は、基板支持物の支
持表面上に配置された基板の露出した表面上にＤＣバイ
アスを作成するように基板支持物とともに動作し得る。

【００１３】本発明の一つの側面によれば、バイアスを
選択的に変える目的で、複数の比較器を利用して個々の
電極上のバイアスを監視する。更に詳しく述べると、第
一の比較器は一方の電極に電気的に結合された第一およ
び第二の入力をそなえる。第一の入力と第二の入力との
間に結合された絶縁素子が、ＲＦ電源によって作成され
る被監視電極上のバイアスから第一の入力を絶縁するよ
うに動作することができる。第一の比較器は、ＲＦ電源
によって作成される電極ＤＣバイアスにより生じる第一
の入力と第二の入力との間の電圧差を反映する出力をそ
なえている。第一の入力はＲＦ電源によって作成される
電極バイアスから絶縁されているので、第一の比較器は
電極ＲＦバイアスを反映する。

【００１４】第二の比較器は第一の電極と第二の電極と
の間の電圧バイアス差の表示を与える。第一の比較器か
らの出力を一方の電極に結合し、第二の比較器の出力を
両方の電極の間に結合することにより、各個別電極のバ
イアスレベルを得ることができる。詳しく述べると、第
二の比較器は第一の電極に結合された第一の入力と第二
の電極に結合された第二の入力とをそなえる。第二の比
較器は、第一の電極と第二の電極との間のバイアス差か
ら生じる第一の入力と第二の入力との間の電圧差を反映
する出力をそなえる。一方の電極上のバイアスを反映す
る信号と二つの電極の間のバイアス差を反映する信号と
から、他方の非測定電極の相対バイアスを得ることがで
きる。このようにして、第一の電極と第二の電極上の相
対バイアスを監視することによりバイアスを最適に調整
できる。

【００１５】比較器の被監視出力を利用して、電極の相
対バイアスを判定することにより、プラズマプロセスの
希望に沿ってバイアスを調整することができる。その目
的のため、ＲＦ電源と電極との間に可変コンデンサが結
合される。コンデンサのキャパシタンスを変える事によ
り、複数の電極の中の少なくとも一つの電極により基板
上に作成されるバイアスを複数の電極の中の他の電極に
より基板上に作成されるバイアスに対して変える。この
ようにして、基板の一つの部分でのプラズマの影響を基
板のもう一つの部分でのプラズマの影響に対して選択的
に変えることができる。

【００１６】本発明のもう一つの側面によれば、比較器
の入力の少なくとも一方が分圧回路を介して電極に結合
される。分圧回路は比較器入力の電圧レベルを変えるよ
うに選択的に調整できる可変抵抗を含む。処理システム
が静電チャックを利用するとき、ＲＦ電源の他にＤＣ電
源が各電極に結合される。ＤＣ電源は、基板をサセプタ
に静電的にクランプするために必要な各電極での電圧差
を与える。可変抵抗を選択的に変えることにより、比較
器入力の電極に対するクランピングＤＣバイアスの影響
を除去することができる。このようにして、比較器出力
は、ＲＦ電源により作成される電極上のＤＣバイアスが
生じる入力間の差に直接関連している。

【００１７】本発明のもう一つの側面によれば、それぞ
れ第一および第二の電極に結合された第一および第二の
入力をそなえる、もう一つの比較器が利用される。比較
器の出力は、第一の電極と第二の電極との間のバイアス
差によって生じる第一の入力と第二の入力との間の電圧
差を反映する。しかし、出力は自動調整素子、たとえば
サーボモータに結合され、自動調整素子は可変抵抗に結
合される。サーボモータは自動的に可変抵抗の抵抗値を
変えて、入力の一方を調整し、比較器出力をゼロにす
る。比較器出力は、出力がゼロになるまでサーボと可変
抵抗を駆動する。ＤＣ電源がオンで、ＲＦ電源がオフの
状態でこれが行われると、両方の電極に結合された比較
器入力がゼロ出力を生じるように調整されるので、バイ
アス測定は本質的にＤＣ電源の影響を受けない。可変抵
抗の自動調整を行う比較器入力は電極間の異なるバイア
スを測定する比較器入力と同じであるので、一方の比較
器の出力を自動的にゼロにすることにより、他方の比較
器の出力もゼロとなる。各比較器の出力と自動調整素子
との間にディセーブルスイッチが結合される。ディセー
ブルスイッチはＲＦ電源に結合され、電極にＲＦ電力が
与えられるときに自動調整素子をディセーブルするよう
に動作することができる。したがって、両方の電極に結
合された比較器の出力はその出力をゼロにするように更
に変えられることはないので、比較器はその第一の入力
と第二の入力との間の電圧差を測定して、電極間のバイ
アス差を反映する出力信号を与える。

【００１８】したがって、ＲＦ給電装置に起因する電極
の個別バイアスレベルを反映する信号が比較器出力に生
じる。このようにして、可変コンデンサを調整して、二
つの電極の間の所望の電極バイアスを達成することがで
きる。したがって、基板のバイアスを同様に選択的に変
えて、プラズマプロセスの中で所望の結果を達成するこ
とができる。二つの電極について本発明を説明するが、
多数の電極を利用してもよく、それらのバイアスレベル
も本発明を利用して同様に測定することができる。

【００１９】本発明のこれらの特徴と利点、および他の
特徴と利点は、付図を参照して以下更に詳細に説明す
る。

【００２０】本明細書に含まれ、本明細書の一部を構成
する付図は、本発明の実施例を示し、また下記の本発明
の一般的な説明とともに、本発明の原理を説明する役目
を果たす。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の原理に従って利
用することができるプラズマ処理システムの一実施例を
示す。プラズマ処理システムは一般に処理チャンバ１２
を含む。処理チャンバ１２は、ステンレス鋼のような適
当な金属で形成されたベース部１４、および石英のよう
な適当な金属で形成された誘電体部１６を含む。プラズ
マ生成集合体１８が処理チャンバ１２の誘電体部１６に
結合される。基板支持物またはサセプタ２０が処理チャ
ンバ１２の中に配置され、プラズマ処理のためにその中
で半導体ウェハまたは基板２２を支持するように構成さ
れる。処理チャンバ１２、そして特に誘電体部１６はそ
の中に、プラズマ２８を入れるためのプロセス空間２６
を定める。図１の実施例では、プロセス空間２６とプラ
ズマ２８の下に基板２２が配置される。

【００２２】本発明の一実施例では、処理システムは隔
離されたプラズマプロセスに対して利用される独立型の
プラズマ処理システムとすることができる。もう一つの
実施例では、処理システムは、複数の他の処理システム
と、種々のシステムの間で基板を移動させる、図示しな
い、中央に配置された基板転送モジュールとをそなえた
多プロセスシステムに組み込むように構成することがで
きる。このような多チャンバ多プロセスのシステムは当
業者には知られている。

【００２３】プラズマ処理のため、プロセス空間２６は
一般に真空でなければならない。したがって、処理チャ
ンバ１２は適切な真空系３０に結合される。真空系３０
は、プロセス空間２６の中に所望の真空圧力を与えるた
めに、当業者には知られているような適切な真空ポンプ
と弁を含む。処理チャンバ１２は、当業者には知られて
いるように空間２６に真空を入れるために必要な開口を
そなえるように適切に構成される。

【００２４】プラズマ生成集合体１８が図１に示されて
おり、これは処理チャンバ１２の誘電体部１６に電気的
に結合される。プラズマ生成集合体１８は、しばしば当
業者により「ガラス鐘」と呼ばれる誘電体部１６内に電
気エネルギーを誘導結合することにより、基板支持集合
体２０より上のプロセス空間２６の中にプラズマ２８を
形成する（図１参照）。誘電体部すなわちエンクロージ
ャ１６は、ベース１４の開放した上面３４を取り囲むベ
ース１４のフランジ３２の上に据え付けられる。処理チ
ャンバの種々の部を適切に真空封止するために、ベース
１４と誘電体部１６との間に適切なＯリングシールと他
のシール（図示しない）が通常配置される。

【００２５】空間２６の中にプラズマを形成するため
に、空間２６にプロセスガスが導入され、空間に電気エ
ネルギーが電気的に結合されることにより、ガス粒子が
イオン化されてプラズマが形成される。その目的のた
め、処理チャンバが適切なプロセスガス源３６に結合さ
れ、適切なプロセスガスが導入されて、プラズマ２８が
形成される。何か適切なガス分散素子（図示しない）を
ガス源３６に結合して、アルゴンのようなプロセスガス
を空間２６内に一様に導入することにより、一様で密な
プラズマを形成してもよい。ガス源３６は、たとえば化
学蒸着法のために、チャンバ１２の中で一緒に混合され
た多重ガスを含んでもよい。

【００２６】空間２６内でプラズマを点弧して持続する
ために、プラズマ生成集合体は図１に示されるように、
誘電体部１６のまわりに巻かれたヘリカルコイル３８の
形式の誘導素子を含む。コイル３８は本質的に、誘電体
部１６とエンクロージャの外壁表面１７のまわりにはめ
こまれるような寸法のヘリカルコイルの形状に形成され
た細長い導体である。コイル３８はプラズマ電源４０に
電気的に結合される。プラズマ電源４０は、従来通り、
ＲＦ給電装置と、ＲＦ電力をコイル３８に効率的に結合
するための適切なＲＦ整合回路とを含む。電源４０から
のＲＦ電気エネルギーはコイル３８によりプロセス空間
２６に誘導結合されて、プロセスガスを励起し、プラズ
マ２８を形成する。誘導結合されたプラズマとそのプラ
ズマの形成は当業者には知られており、プロセス空間２
６にエネルギーを誘導結合するために種々の異なる構成
を利用することができる。したがって、図１は広い概念
形式で、プラズマを処理チャンバ１２に誘導結合するた
めの一つの可能な実施例だけを開示している。

【００２７】更に、通常程度の当業者には容易に理解さ
れるように、本発明での使用に適したプラズマ処理シス
テムは多数の異なる形式の任意の一つを取ってもよく、
異なる構成の処理チャンバを含んでもよい。たとえば、
もう一つの誘導結合されたプラズマ処理システムでは、
処理チャンバの上面上に配置された（ヘリカルコイルに
対立するものとしての）平らなコイルを利用し、処理チ
ャンバの上面の誘電体窓を通してエネルギーが結合され
る。また、プラズマは誘導的でなく、容量的に形成して
もよい。このような容量結合されたシステムでは、プロ
セス空間２６内の電極素子、たとえば、電気的にバイア
スされたガス分散シャワーヘッド（図示しない）がもう
一つの電極、たとえば、バイアスされた基板支持物集合
体２０および基板２２と組み合わせて利用される。電極
相互の間の電界は基板近傍のプラズマを持続させる。し
たがって、本発明は誘導結合されたプラズマまたは容量
結合されたプラズマを使用する種々の異なるプラズマ処
理システム、あるいは半導体基板２２を処理するための
プラズマを別の方法で形成するシステムと一緒に組み込
んでもよい。

【００２８】本発明では、多重電極を使用して、処理結
果を改善するようなプラズマの形状にしている。図１に
示されるように、本発明の実施例では複数の電極が含ま
れる。これら複数の電極には、基板支持物２０に結合さ
れた第一の電極４４、および第一の電極４４に近接し
て、やはり基板支持物に結合された第二の電極４６が含
まれる。図示するように、電極４４および４６は基板支
持物２０の中に埋め込まれている。第二の電極４６は全
体として第一の電極４４から間隔を置いて配置され、第
一の電極４４から電気的に絶縁されている。本発明は基
板表面２３にＤＣバイアスを形成し、選択的にＤＣバイ
アスを変化させるために多重電極の使用を期待する。し
たがって、開示された本発明は少なくとも二つの電極、
しかし多分、より多数の電極を利用するシステムを包含
し、特許請求の範囲はこのような多重電極処理システム
を包含する。ここで本発明を説明する際に参照しやすく
するため、図示の電極をときに第一の電極４４および第
二の電極４６と呼ぶことがある。しかし、前記したよう
に、本発明の他の実施例では、第三、第四、および他の
電極を利用してもよい。更に、第一の電極と第二の電極
は呼び方を入れ替えてもよい。たとえば、図１および図
２に示された実施例では多重電極に、第一の電極と名付
けられた外側の環状電極４４、および第二の電極と名付
けられた内側の平円盤状電極４６が含まれる。しかし、
このような名称は逆にしてもよく、たとえば、電極４４
を第二の電極、電極４６を第一の電極と名付けてもよ
い。

【００２９】本発明のもう一つの側面によれば、ＲＦ電
源４８によって形成される電極上のＤＣバイアスは電極
相互の間で選択的に変えられる。その目的のため、一方
の電極のバイアスは他方の電極上の一定バイアスに対し
て選択的に変えてもよく、またその逆を行ってもよい。
その代わりに、本発明の原理に従って両方（またはより
多くの）電極を相互に選択的に変えてもよい。したがっ
て、本発明を説明する目的で図面の電極を第一の電極お
よび第二の電極と名付けることはいかなる意味でも本発
明を限定するものと考えるべきでない。

【００３０】本発明の一実施例では、図示されているよ
うに、第一と第二の電極４４、４６は基板支持物または
サセプタ２０の中に埋め込まれる。基板支持物２０は窒
化アルミニウムのような誘電体材料で形成されることが
好ましい。電極はモリブデンのような適当な導電性の材
料で作ることができる。適当な電極４４、４６は日本の
Ｎ．Ｇ．Ｋ．から厚さ１２０ミクロンのモリブデン電極
として入手できる。本発明の原理に従って、他の適当な
電極材料を利用してもよい。

【００３１】以下に説明するような電極４４および４６
は、ＲＦ電力を電極に与えるための適切なＲＦ給電装置
を含むＲＦ電源に電気的に結合される。本発明の一実施
例では、電極４４、４６は、基板２２を基板支持物２０
に静電的にクランプするためにも利用される。その目的
のため、電極４４、４６はクランピングＤＣ電源５０に
結合される。クランピングＤＣ電源５０は電極上にＤＣ
バイアスを誘起することにより、適当な電界を形成す
る。この電界は、周知の静電クランピング原理に従って
基板２２をクランプする。バイアスされた電極４４、４
６と組み合わされたＲＦ電源４８は基板２２上に、特に
プラズマ２８に面する基板の上表面２３上にＲＦで作成
されたＤＣバイアスを形成する。基板表面２３上のバイ
アスはプラズマ２８の中のイオンおよび他の帯電粒子を
表面２３に加速する。表面２３上のこのような基板バイ
アスはプラズマエッチングプロセスを増強する。また
は、表面２３上のこのような基板バイアスを使用して、
たとえばＰＥＣＶＤにおける堆積を増強する。電源５０
により基板上に形成されるクランピングＤＣバイアスは
一般に表面２３から離れるように限定され、プラズマと
相互作用する表面２３のＲＦで作成されるＤＣ基板バイ
アスにあまり影響を与えない。このような方法で基板を
バイアスすることにより、エッチングプロセスと堆積プ
ロセスを増強することは知られているが、一般にこのよ
うなバイアスに対して制御はほとんど行われず、プラズ
マプロセスはプロセス空間２６の中に形成されたプラズ
マ２８の気ままに任されている。

【００３２】２０００年５月４日に出願され、ここに引
用することにより本明細書の一部として組み入れる米国
特許出願、「静電チャックを利用する基板のプラズマ処
理のための改善された装置および方法」（Ｉｍｐｒｏｖ
ｅｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏ
ｒ Ｐｌａｓｍａ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｆａ Ｓ
ｕｂｓｔｒａｔｅ Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ ａｎ Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｃｈｕｃｋ）の発明は、電極４
４、４６の選択的バイアスにより基板表面上のＲＦによ
り作成されるＤＣバイアスを選択的に変化させることに
より、問題に対処している。本発明は、各電極上に作成
される特定の相対バイアスの測定が行えるようにするこ
とによりバイアスをより精密に調整して、より選択的な
プラズマ処理が行えるようにする。

【００３３】図２は本発明の一実施例を示し、第一およ
び第二の電極４４、４６の切り取った透視図を示す。第
一および第二の電極４４、４６はＲＦ電源４８に結合さ
れる。ＲＦ電源４８は、電極をバイアスするのに適当な
ＲＦ信号を作成することができるＲＦ給電装置５４を含
む。本発明の一側面によれば、電気的に容量性の構造５
６、５８がＲＦ電源４８と電極４４、４６との間に電気
的に結合され、電気的に容量性の構造５６、５８の一つ
以上が可変または調整可能なキャパシタンスをそなえて
おり、電極の少なくとも一つにより基板表面２３上に作
成されるＤＣバイアスを他の電極の少なくとも一つによ
り基板上に作成されるＤＣバイアスに対して変化させ
る。図２に示される実施例では、第一の電極４４は、可
変キャパシタンスをそなえた第一の電気的に容量性の構
造５６に結合される。すなわち、容量性の構造５６のキ
ャパシタンスは増加または減少するように調整すること
ができる。第二の電極４６は、第二の容量性構造５８に
よりＲＦ電源４８に結合される。図２に示される実施例
では、第二の容量性構造も可変キャパシタンスをそなえ
る。本発明で使用されるべき適当な容量性構造は、可変
空気コンデンサまたは真空コンデンサのような従来の可
変コンデンサである。

【００３４】前記のように、第一および第二の電極の名
付けに対して、コンデンサ５６、５８も同様に本発明の
説明の目的で名付けられる。二つより多い電極を利用す
ることも考えられるので、種々の電極をＲＦ電源４８に
結合するために二つより多いコンデンサを利用してもよ
く、これらはすべてが可変コンデンサ、もしくは可変コ
ンデンサと固定コンデンサの組み合わせとすることがで
きる。したがって、本明細書でのコンデンサを第一およ
び第二のコンデンサと表示するのは、いかなる意味でも
本発明の範囲に対する限定と解釈すべきではない。

【００３５】本発明の一つの側面によれば、可変コンデ
ンサ５６、５８を利用することにより、電極の一つによ
り基板表面２３上に作成される容量的に結合されたＤＣ
バイアスを電極のもう一つにより基板表面上に作成され
るＤＣバイアスに対して変化させる。詳しく述べると、
各電極の相互の電気バイアスは、特定の電極とＲＦ電源
４８との間に結合されたコンデンサの電気キャパシタン
スを変えることにより選択的に変えることができる。た
とえば、プラズマがどのように影響を受けるかに応じ
て、一方の電極を他方の電極より高いバイアス電圧でバ
イアスしてもよい。前記のように、制限された空間内の
プラズマ、たとえば、処理チャンバ１２の中のプラズマ
２８では一般に、プラズマ密度が一様でない。特に、密
度が最大になるのは、チャンバ１２の中心、したがっ
て、基板の外側のへりではなくて、基板の中心が最も多
い。したがって、エッチング速度、堆積速度、およびプ
ラズマに影響される他のパラメータの変化は、基板表面
２３を横切って放射状に変わり得る。本発明を使用し
て、このようなプラズマの非一様性に対処し、またエッ
チング速度および堆積速度を含む対応するプラズマパラ
メータの放射状の変化に対処することができる。ここで
説明されている本発明の一実施例では、プラズマと基板
表面２３の中心では表面２３の外側のへり（エッジ）よ
りプラズマ密度が大きいという問題に対処するため、電
極４４、４６は相互に異なったバイアスを受ける。通常
程度の当業者には容易に理解されるように、特定の処理
システムに付随する他の種々のプラズマの非一様性も、
コンデンサのキャパシタンスを変え、電極の中の一つ以
上の電極上の、したがって基板表面２３上のＲＦで作成
されるＤＣバイアスを操作することにより本発明で対処
することができる。

【００３６】図２で第一のコンデンサ５６は、必要に応
じて増減できる可変キャパシタンスをそなえている。基
板の外側のへりでの低いプラズマ密度に対処するため
に、第一の電極４４はより高いバイアスレベルでバイア
スして、より多数のプラズマ粒子が基板表面２３の外側
の環状の、または周囲のへりに引き付けられるようにす
るべきである。コンデンサ５６のキャパシタンスを小さ
くすると、電極４４のバイアスレベルが上昇する。たと
えば、電極４４、４６の両方を、電力レベルが３００ワ
ットから４００ワットの範囲にあるＲＦ電源４８によっ
て同様にバイアスすると、両方の電極がアース電位に対
して約−１００ボルトＤＣのバイアスレベルを受けるこ
とになる。このようにして、電極は基板２２の表面２３
を横切って約−１００ボルトＤＣの範囲のほぼ一様なＤ
Ｃバイアスを加えることになる。このとき、基板表面２
３を横切る一様なＤＣバイアスはプラズマ２８の中の非
一様性を受けることになる。種々の電極４４、４６に与
えられる電力量はそれらの電極とＲＦ電源４８との間に
結合されたそれぞれのコンデンサ５６、５８のキャパシ
タンス特性によって左右される。本発明の一つの側面で
は、可変コンデンサ５６のキャパシタンスを小さくする
ことにより、より多くの電力が第一の、すなわち外側の
電極４４に与えられるので、電極４４は基板表面２３の
外側、すなわち環状部分の、より高いＤＣバイアスレベ
ルを維持する。もちろん、可変コンデンサ５６のキャパ
シタンスを大きくすることにより、逆の結果が生じ、第
一の電極４４に比べて、より多くの電力が第二の、すな
わち中心の電極４６に与えられる。このとき、電極４６
は電極４４より相対的に高いバイアスに維持されるの
で、基板表面２３の中心部分は表面２３の外側の環状部
分より高いバイアスレベルに維持される。基板表面２３
の外側の環状部分で、より高いバイアスレベルを維持す
ることは、プラズマ２８の外側へりで通常生じるプラズ
マ密度の低下に対処して、基板表面２３を放射状に横切
って一様なエッチングまたは堆積速度を達成するために
望ましい。

【００３７】若干類似した効果を得るため、そして中心
電極４６に対して外側の電極４４のバイアスレベルを上
昇させるために、第二のコンデンサ５８も変えることが
できる。そのようにして、第二のコンデンサ５８のキャ
パシタンスを大きくすると、電極４６に与えられる電力
量が少なくなるので、電極４６のバイアスレベルが低下
する。これにより実質的に、基板表面２３の内側すなわ
ち中心部分のバイアスレベルと比べて基板表面２３の外
側の環状部分に近接したバイアスレベルが上昇する。な
お更に、両方のコンデンサ５６、５８を変化させてもよ
い。この場合、コンデンサ５６、５８のキャパシタンス
を調整して相互に増減させて、電極４４、４６上と表面
２３を横切って所望の相対バイアスレベル調整を行う。
たとえば、電極４６に対して外側の、すなわち第一の電
極４４上の相対バイアスレベルを上昇させるためには、
コンデンサ５６のキャパシタンスを小さくするか、コン
デンサ５８のキャパシタンスを大きくするか、または両
方の条件を同時に満足させる。図２に示すように、コン
デンサ５６、５８をリンケージ５７で物理的に一緒に接
続して、それらのキャパシタンスが同期して変化するよ
うにしてもよい。

【００３８】図２を参照して説明してきた本発明は、静
電チャックを含む基板支持物があってもなくてもプラズ
マ処理チャンバの中で利用することができる。図２は、
第一および第二の電極４４、４６を利用する基板支持物
上に静電チャック機能を設けるために利用できる構成要
素を示す。詳しく述べると、クランピングＤＣ電源５０
が電極４４、４６に結合され、電極相互の間にＤＣ電位
差を与えるので、周知の静電クランピング原理に従って
基板を支持物２０に静電的にクランプする。クランピン
グＤＣ電源は一般に、電極に結合される正の端子６１お
よび負の端子６２をそなえたクランピングＤＣ給電装置
を含む。図２に示された実施例では、正の端子６１は外
側すなわち第一の電極４４に結合され、負の端子６２は
内側すなわち第二の電極４６に結合される。しかし、Ｄ
Ｃクランピングバイアス電圧は電極に対して逆転しても
よく、静電チャックは同様に良好に動作する。本発明を
静電チャックと一緒に利用するときは、ＲＦフィルタ６
４、６６を利用して、クランピングＤＣ電源５０を給電
装置５４からのＲＦ信号による損傷から保護する。図２
の実施例に示されるコンデンサ５６、５８はともに可変
であり、したがって、各々のキャパシタンスを変えるこ
とにより、前記したように一方の電極により基板上に作
成されるＲＦから形成されるＤＣバイアスを他方の電極
により基板上に作成されるＤＣバイアスに対して変える
ことができる。本発明と一緒に静電クランピング機能も
組み入れられるとき、コンデンサ５６、５８は更に電源
５０のＤＣ信号からＲＦ給電装置５４への絶縁も行う。

【００３９】前記したように、コンデンサ５６、５８の
キャパシタンスを同時に、そして同期して変化させるこ
とが望ましいことがある。その目的のためコンデンサ
は、リンケージ５７のように一緒に結合されることによ
り同期式で調整されるように構成することができる。た
とえば、処理の間、ＲＦ給電装置５４に対してやや一定
の電力負荷を維持することが望ましいことがある。した
がって、可変コンデンサ５６、５８は物理的に結合すな
わち連動させることにより、それらのキャパシタンス値
を同期式で同時に調整して、やや一定の電力負荷を与え
ることができる。詳しく述べると、連動コンデンサを調
整して、第一のコンデンサ５６のキャパシタンスを小さ
くするとともに第二のコンデンサ５８のキャパシタンス
を同様の量だけ大きくすることにより、第二の、すなわ
ち内側の電極４６に対して第一の、すなわち外側の電極
４４に、より大きなバイアスレベルを与えることができ
る。コンデンサ５６、５８は並列に給電装置５４に電気
的に結合されているので、それらのキャパシタンスは直
列に数学的に加算されて、給電装置に対する全体的な容
量性負荷を表す。したがって、コンデンサが給電装置５
４に対して与える全体の電力負荷はコンデンサ５６、５
８のキャパシタンスの和を累積したものとなる。したが
って、一方のコンデンサを大きくすると、他方のコンデ
ンサを同じ量だけ小さくすることができ、一定の負荷が
維持される。したがって、可変コンデンサ５６、５８に
対する調整機構を連動させることにより、電極４４、４
６の間の相対差分ＤＣバイアスを前記のように変化させ
て調整しつつ、ＲＦ給電装置に対する比較的一定の電力
負荷を維持することができる。

【００４０】再び図２を参照して、本発明の一実施例を
更に詳細に説明する。本発明は、ＲＦ電源４８により各
電極上に容量的に作成されるＤＣバイアスを測定するた
めのシステムと方法を提供する。その目的のため本発明
は、ＲＦ給電装置５４により電極の少なくとも一つの上
に作成されるＤＣバイアス、および二つの電極の間で測
定されるＤＣバイアス差を監視するためのシステムを提
供する。一方の電極からのバイアスと、二つの電極の間
の差分バイアス測定値を利用して、他方の測定されない
電極からのバイアス測定値を判定することができる。本
発明により、各電極上のバイアスの精密な測定を行うこ
とができるので、可変コンデンサ５６および５８に対す
る精密で選択的な調整を行って、基板表面２３で所望の
ＤＣバイアスを得ることができる。図２に示される実施
例は静電クランプを利用しているので、電極はＲＦ電源
４８からのＲＦ、およびＤＣ電源５０からのＤＣ信号で
バイアスされる。

【００４１】より詳しく述べると、第一の比較器Ｕ１は
第一の入力７０および第二の入力７２をそなえている。
第一の比較器Ｕ１は、図２でバイアス電圧出力と表され
る出力７３をそなえている。比較器Ｕ１の第一および第
二の入力７０、７２は一方の電極、たとえば電極４６に
電気的に結合される。クランピングＤＣ電源５０の端子
６２は電極４６に結合され、比較器入力７０、７２は電
気的に電極４６と電源５０との間に結合される。分圧回
路７４が電源５０と入力７０との間に電気的に結合され
て、構成要素Ｕ１に入力信号を与える。分圧回路は抵抗
Ｒ１および可変抵抗ＶＲ２を含む。入力７０は分圧回路
７４の抵抗Ｒ１とＶＲ２との間に接続される。ＲＦフィ
ルタ６６は入力７０をＲＦ給電装置５４のＲＦ信号から
絶縁する。

【００４２】入力７２は分圧回路７６を介して電極４６
および電源５０に結合される。分圧回路７６は抵抗Ｒ３
およびＲ４を含む。入力７２は抵抗Ｒ３とＲ４との間に
接続される。ＲＦフィルタ７７が入力７２を給電装置５
４のＲＦ信号から絶縁する。比較器Ｕ１は、入力７０と
７２との間の電圧レベルの差に基づいて出力７３に差信
号を与えるように差動演算増幅器を利用して構成されて
もよい。

【００４３】ダイオードＤ１のような絶縁素子が第一の
入力７０と第二の入力７２との間に電気的に結合され
る。詳しく述べると、Ｄ１は電源５０の負端子６２に、
図２に示される向きに結合される。絶縁素子Ｄ１は、本
発明の原理に従って入力７０、７２に差電圧信号を供給
するために利用される。詳しく述べると、ＲＦ電源４８
からの電極４６のバイアス電圧を測定するために、電源
４８がターンオフされ、ＤＣ電源５０がオンの状態で、
両方の入力７０と７２の入力電圧が等しくなるようにＶ
Ｒ２の抵抗が変えられる。抵抗Ｒ３とＲ４および分圧回
路７６の固定値により、入力７２の入力電圧が固定され
る。したがって、入力７０が入力７２に等しくなって比
較器Ｕ１の出力７３に本質的に出力電圧が生じないよう
に、ＶＲ２が調整される。入力７０と７２が等しいと
き、比較器Ｕ１は本質的にゼロまたは非常に小さい出力
電圧を生じる。ＶＲ２を調整して比較器Ｕ１の出力をゼ
ロにすると、ＲＦ電源４８がターンオンされ、電極４６
がＲＦで作成されるＤＣバイアスを形成する。ブロッキ
ングダイオードＤ１により、電極４６上に作成されるＤ
Ｃバイアスが分圧回路７４に電流を生じることが防止さ
れる。しかし、電極４６のＲＦのＤＣバイアスが分圧回
路７６に電流を生じるので、抵抗Ｒ４の両端間に電圧降
下が生じる。一方、入力７０はＲＦ電源４８の影響をあ
まり受けないので、入力７２は入力７０と異なってく
る。前記のように、クランピングＤＣ電源５０の影響は
ＶＲ２の抵抗の変化によって打ち消され、比較器Ｕ１の
出力７３がゼロとなる。したがって、入力７０、７２の
間の電圧差と結果として得られる出力電圧７３はほぼ単
に電源４８からのＲＦで作成されるＤＣバイアスの結果
となる。したがって、比較器Ｕ１の出力７３は電源４８
によって作成される電極４６上のＤＣバイアス電圧に比
例する。絶縁素子、すなわちブロッキングダイオードＤ
１はＲＦ電源により作成される電極４６上のバイアスか
ら第一の入力７０を絶縁するように動作し得る。電極４
６でなくて電極４４で同様の測定を行うこともできる。

【００４４】第二の比較器Ｕ２を利用して、ＲＦ電源に
起因する第一の電極４４と第二の電極４６との間のバイ
アス差を判定する。その目的のため、第二の比較器Ｕ２
は電極４４に電気的に結合された入力７８と電極４６に
電気的に結合された入力８０とをそなえている。図２
で、第二の入力は入力７２と同様に分圧回路７６および
ＲＦフィルタ７７を介して電極４６に結合される。入力
７８は抵抗Ｒ５と可変抵抗ＶＲ６とを含む分圧回路８２
を介して電極４４に結合される。ＲＦフィルタ８３が入
力７８を電源４８のＲＦ信号から絶縁する。分圧回路８
２の電圧を調整して比較器Ｕ２の出力８６から本質的に
ゼロの出力信号を得ることにより、電源５０からのクラ
ンピングＤＣ電圧の影響も比較器Ｕ２の入力７８、８０
から事実上除去される。抵抗ＶＲ６を変えることによ
り、分圧回路８２からの信号レベルを変える。出力８６
は図２でデルタ電圧出力と表されているが、これは電極
４４と４６との間のバイアス差を反映しているからであ
る。電源５０がオンの状態でＶＲ６を調整することによ
り、出力８６は本質的にゼロとされる。次に、ＲＦ電源
４８がターンオンされ、両方の電極４４と４６にＤＣバ
イアスが作成される。ＲＦで作成されるＤＣバイアスに
よって、分圧回路７６と８２に電流が流れ、抵抗Ｒ４と
ＶＲ６の両端間に電圧降下が生じる。入力７８と８０と
の間の電圧差は出力８６に反映され、両電極の異なるバ
イアスレベルを表す。電源５０からのＤＣクランピング
電圧の影響を除去するように回路が予め調整されている
ので、比較器Ｕ２の出力は内側の電極４６と外側の電極
４４との間のＤＣ電圧差に比例する。

【００４５】一方の電極、たとえば電極４６の相対ＤＣ
バイアス、および電極４４と電極４６との間の差分バイ
アスを知ることにより、個別の、測定されていない電極
４４上の相対バイアスレベルを数学的に判定することが
できる。本発明の代替実施例では、もちろん、電極４４
のバイアスレベルを測定して、電極４６のバイアスレベ
ルを数学的に判定することができる。コンデンサ５６お
よび５８を変化させて、所望の精密な、電極４４と４６
の相対バイアス、および基板表面２３の相対バイアスを
達成するための実験的なデータが、比較器の７３と８６
からの代表的な出力電圧信号を利用して得られる。たと
えば、一方の電極を高さが他方の電極の二倍のレベルに
バイアスすることが望ましいことがある。出力信号７
３、８６は電極４４および４６上の相対バイアス電圧レ
ベルを反映する。出力からのデータを使用して、コンデ
ンサ５６および５８の可変キャパシタンスを実験的に調
整することにより、電極４４と４６の間の特定のバイア
スレベル差を設定する、すなわち両電極で、そして最後
に基板表面で、一様なバイアスレベルを得ることができ
る。

【００４６】代わりに、本発明を利用して、クランピン
グ電圧を平衡させることができる。その目的のため、分
圧回路７６および８２で利用される抵抗値の選択によ
り、クランピングＤＣ電源５０に起因するデルタ電圧を
判定し、電源５０からの信号を調整して、電極４４と４
６で平衡した、すなわち等しいクランピング電圧を達成
することができる。

【００４７】本発明のもう一つの側面によれば、もう一
つの比較器Ｕ３を比較器Ｕ２と同様に構成して、電極４
４と４６との間の差電圧を測定し、比較器Ｕ２の出力を
自動的にゼロにすることができる。比較器Ｕ３の出力は
自動調整素子に結合され、自動調整素子は可変抵抗ＶＲ
６に結合される。破線９０で示されるように、自動調整
素子は可変抵抗ＶＲ６の抵抗を自動的に変化させる。し
たがって、自動調整素子９２はこのような動作のため、
可変抵抗ＶＲ６に適切に機械的または電気的に結合する
ことができる。その目的のため、比較器Ｕ３の出力９４
はサーボモータ９２に結合されてサーボモータを駆動
し、比較器Ｕ３からの出力９４の電圧を自動的にゼロに
する。したがって、比較器Ｕ２およびＵ３は本質的に電
極４４および４６に並列に結合されているので、比較器
Ｕ２の出力８６も自動的にゼロに駆動される。電極４４
と４６との間のデルタ電圧の測定を行うために、ディス
エーブルスイッチ、たとえばＳＴＲ１が比較器Ｕ３の出
力９４とサーボモータ９２との間に結合される。ＳＴＲ
１は線９６を介してＲＦ電源にも動作結合される。これ
により、ＲＦ電源がオンで、ＲＦ電力が電極４４および
４６に与えられるとき、ＳＴＲ１は開放し、サーボモー
タは更に抵抗ＶＲ６を調整することはできなくなる。こ
のようにして、比較器Ｕ２およびＵ３に対するＤＣクラ
ンピング電圧の影響はサーボモータ９２によりゼロとさ
れる。ＲＦ給電装置５４がターンオンされたとき、サー
ボモータ９２はディセーブルされ、比較器Ｕ２およびＵ
３はＲＦ給電装置５４により電極４４と４６との間に作
成されるバイアス差とその結果生じるＲＦによるＤＣバ
イアスを測定する。

【００４８】前記のように比較器Ｕ１、Ｕ２およびＵ３
の出力は、可変コンデンサ５６および５８を調整して電
極４４および４６に所望の相対ＤＣバイアス電圧レベル
を得るための実験的なデータを与える。出力７３、８
６、および９４の差分電圧信号を直接利用して、どのよ
うにコンデンサ５６、５８を調整すべきか決めることが
できる。その代わりに、電極４４および４６、そして最
後に基板表面２３上に所望のＤＣバイアスレベルを得る
ために必要な種々のキャパシタンスレベルを生じるため
に、種々の出力電圧から表またはチャートを作成しても
よい。

【００４９】本発明は図１および２に示される特定の同
心円実施例をそなえた電極と一緒に使用することに限定
されず、種々の幾何学的構成の場合に多数の電極の間の
バイアス電圧を変化させるために使用することができ
る。たとえば、間にギャップをそなえた二つの電極を利
用する、しばしばダブルＤ構成と呼ばれる電極構成を本
発明と一緒に使用してもよい。このような構成はしばし
ば静電クランプと一緒に利用されるので、本発明と一緒
に使用して、たとえば、プロセスチャンバの一方の側
の、チャンバの他方の側に対するプラズマの非一様性に
対処するために、基板の一方の側の近傍のバイアスレベ
ルを基板の他方の側に対して変化させるのにも適してい
るかも知れない。通常程度の当業者には容易に理解され
るように、他の電極構成も本発明と一緒に使用するのに
適している。更に、プラズマ処理システムの非一様性に
対処するために、三つ以上の電極を使用して基板上のバ
イアスを更に適応させることもできる。たとえば、プラ
ズマに対する効果を更に適応させるために、図１および
２の配置と同様に３個または４個の同心円状の電極を利
用してもよい。このとき、ここに説明した本発明の原理
に従って電極の種々の電圧レベルを測定する。

【００５０】実施例の説明により本発明を示し、また実
施例をかなり詳細に説明してきたが、いかなる意味でも
特許請求の範囲をこのような詳細に限定することは発明
者の意図するところではない。程度の高い当業者は付加
的な利点および変形を容易に考えつくであろう。したが
って、より広い側面での本発明は代表的な装置および方
法の特定の詳細、また図示し説明してきた例に限定され
ない。したがって、発明者の全体的な発明概念の趣旨ま
たは範囲から逸脱することなく、このような詳細から逸
脱することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理に従って利用され得るプラズマ処
理システムの側面横断面図である。

【図２】本発明の一実施例の透視図と概略図である。

【符号の説明】

１２ 処理チャンバ ２０ 基板支持集合体 ２２ 板 ２８ プラズマ ４４ 第一の電極 ４６ 第二の電極 ４８ ＲＦ電源 ５０ クランピングＤＣ電源 ５６ 第一の電気容量構造 ５８ 第二の電気容量構造 ７０ 第一の比較器の第一の入力 ７２ 第一の比較器の第二の入力 ７３ 第一の比較器の出力 ７４ 分圧回路 ７８ 第二の比較器の第一の入力 ８０ 第二の比較器の第二の入力 ８２ 分圧回路 ８６ 第二の比較器の出力 ９２ サーボモータ ９４ 第三の比較器の出力 Ｄ１ 絶縁素子 ＳＴＲ１ デイセーブルスイッチ Ｕ１ 比較器 Ｕ２ 比較器 Ｕ３ 比較器 ＶＲ２ 可変抵抗 ＶＲ６ 可変抵抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エドワード エル、シル アメリカ合衆国 カリフォルニア、サンデ ィエゴ、 バーナード センター ドライ ブ 17177 (72)発明者 ウィリアム ディ、ジョーンズ アメリカ合衆国 アリゾナ、フェニック ス、 ウエスト パーム レーン 934 (72)発明者 クレイグ ティ、ボールドウィン アメリカ合衆国 アリゾナ、チャンドラ ー、 エヌ、フェデラル ストリート 375、ナンバー334 Ｆターム(参考） 4K030 CA12 GA02 JA17 KA20 5F004 AA01 BB11 BB12 CA03 5F045 AA08 BB02 DP02 DQ10 EC01 EH04 EH11 EH20 GB04

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラズマで基板を処理するための処理シ
   ステムであって、 プラズマを入れるように構成された処理チャンバと、 プラズマに近接して基板を支持するための支持表面をそ
   なえるチャンバ内の基板支持物と、 基板支持物に結合された第一および第二の電極であっ
   て、各々が支持表面に近接して配置され、電気的に相互
   に絶縁された第一および第二の電極と、 電極をバイアスするために各電極に結合されたＲＦ電源
   であって、バイアスされた電極はその上にＤＣバイアス
   を作成し、支持表面上に配置された基板上にＤＣバイア
   スを作成するように動作し得る、ＲＦ電源と、 一方の電極に電気的に結合された、電極のＤＣバイアス
   を測定するための第一および第二の入力をそなえた第一
   の比較器であって、前記第一の入力と前記第二の入力と
   の間に結合された絶縁素子がＲＦ電源によって作成され
   る前記一方の電極上のＤＣバイアスから前記第一の入力
   を絶縁するように動作することができ、前記ＲＦ電源に
   よって作成される電極ＤＣバイアスにより生じる前記第
   一の入力と前記第二の入力との間の電圧差を反映する出
   力をそなえる第一の比較器と、 前記第一の電極に結合された第一の入力と前記第二の電
   極に結合された第二の入力とをそなえる第二の比較器で
   あって、前記第一の電極と前記第二の電極との間のＤＣ
   バイアス差から生じる前記第一の入力と前記第二の入力
   との間の電圧差を反映する出力をそなえる第二の比較器
   とを含み、 前記第一の電極と前記第二の電極にＲＦで作成される相
   対的なＤＣバイアスレベルを監視することによりＤＣバ
   イアスレベルを最適に調整できる、 処理システム。
2. 【請求項２】 請求項１の処理システムであって、 ＲＦ電源と複数の電極の中の少なくとも一つとの間に電
   気的に結合された第一のコンデンサを更に含み、 前記第一のコンデンサは、前記少なくとも一つの電極に
   より基板上に作成されるＤＣバイアスを前記複数の電極
   の中の他の電極の少なくとも一つにより基板上に作成さ
   れるＤＣバイアスに対して変えるための可変キャパシタ
   ンスをそなえ、変えられたＤＣバイアスは基板の一つの
   部分でのプラズマの影響を基板のもう一つの部分でのプ
   ラズマの影響に対して変える、 処理システム。
3. 【請求項３】 請求項２の処理システムであって、前記
   複数の電極の中の少なくとも二つの電極によって作成さ
   れるＤＣバイアスが相互に対して変えられるように、前
   記複数の電極の中のもう一つの電極に結合された第二の
   コンデンサを更に含む、処理システム。
4. 【請求項４】 請求項１の処理システムであって、基板
   支持物が誘電体材料で形成され、電極が誘電体材料の中
   に埋め込まれる、処理システム。
5. 【請求項５】 請求項１の処理システムであって、電極
   に結合されたＤＣ電源が更に含まれ、基板支持物の支持
   表面に基板を静電クランプするために、二つの電極の間
   にＤＣ電位差を作成するように前記ＤＣ電源が動作し得
   る、処理システム。
6. 【請求項６】 請求項１の処理システムであって、前記
   第一の比較器の入力の少なくとも一方が分圧回路を介し
   て電極に結合され、前記分圧回路は比較器入力の電圧レ
   ベルを変えるように調整できる可変抵抗をそなえてい
   る、処理システム。
7. 【請求項７】 請求項１の処理システムであって、前記
   第二の比較器の入力の少なくとも一方が分圧回路を介し
   て電極に結合され、前記分圧回路は比較器入力の電圧レ
   ベルを変えるように調整できる可変抵抗をそなえてい
   る、処理システム。
8. 【請求項８】 請求項７の処理システムであって、前記
   可変抵抗の抵抗値を自動的に変化させるために前記可変
   抵抗に結合された自動調整素子が更に含まれ、前記第二
   の比較器の出力に基づいて前記可変抵抗の抵抗値が変え
   られるように前記自動調整素子が前記第二の比較器の前
   記出力に結合される、処理システム。
9. 【請求項９】 請求項７の処理システムであって、第一
   の入力が第一の電極に結合され、第二の入力が第二の電
   極に結合されたもう一つの比較器が更に含まれ、前記第
   一の電極と前記第二の電極との間のバイアス差によって
   生じる前記第一の入力と前記第二の入力との間の電圧差
   を前記もう一つの比較器の出力が反映する、処理システ
   ム。
10. 【請求項１０】 請求項８の処理システムであって、前
    記ＲＦ電源および前記自動調整素子に動作結合されたデ
    ィセーブルスイッチが更に含まれ、前記ＲＦ電源によっ
    て電極にＲＦ電力が与えられるとき前記自動調整素子を
    ディセーブルするように前記ディセーブルスイッチが動
    作し得る、処理システム。
11. 【請求項１１】 請求項１の処理システムであって、前
    記絶縁素子がダイオードである、処理システム。
12. 【請求項１２】 プラズマで基板を処理するための処理
    システムであって、 プラズマを入れるように構成された処理チャンバと、 プラズマに近接して基板を支持するための支持表面をそ
    なえるチャンバ内の基板支持物と、 基板支持物に結合された第一および第二の電極であっ
    て、各々が支持表面に近接して配置され、電気的に相互
    に絶縁された第一および第二の電極と、 各電極に結合されたＤＣ電源であって、基板支持物の支
    持表面に基板を静電クランプするために、二つの電極の
    間にＤＣ電位差を作成するように動作し得るＤＣ電源
    と、 電極をバイアスするために前記ＤＣ電源と同時に各電極
    に結合されたＲＦ電源であって、ＲＦバイアスされた電
    極はその上にＤＣバイアスを作成し、支持表面上に配置
    された基板上にＤＣバイアスを作成するように動作し得
    る、ＲＦ電源と、 各々、一方の電極に電気的に結合された、電極のＤＣバ
    イアスを測定するための第一および第二の入力をそなえ
    た第一の比較器であって、前記第一の入力と前記第二の
    入力との間に結合された絶縁素子がＲＦ電源によって作
    成される前記一方の電極上のＤＣバイアスから前記第一
    の入力を絶縁するように動作することができ、前記ＲＦ
    電源によって作成される電極ＤＣバイアスにより生じる
    前記第一の入力と前記第二の入力との間の電圧差を反映
    する出力をそなえる第一の比較器と、 前記第一の電極に結合された第一の入力と前記第二の電
    極に結合された第二の入力とをそなえる第二の比較器で
    あって、前記第一の電極と前記第二の電極との間のＤＣ
    バイアス差から生じる前記第一の入力と前記第二の入力
    との間の電圧差を反映する出力をそなえる第二の比較器
    とを含み、 前記第一の比較器の入力の少なくとも一方が分圧回路を
    介して電極に結合され、前記分圧回路は比較器入力の電
    圧レベルを変えるように調整できる可変抵抗をそなえて
    おり、 前記第二の比較器の入力の少なくとも一方が分圧回路を
    介して電極に結合され、前記分圧回路は比較器入力の電
    圧レベルを変えるように調整できる可変抵抗をそなえて
    おり、 前記第一の電極と前記第二の電極にＲＦで作成される相
    対的なＤＣバイアスレベルを監視することによりＤＣバ
    イアスレベルを最適に調整できる、 処理システム。
13. 【請求項１３】 請求項１２の処理システムであって、
    前記可変抵抗の抵抗値を自動的に変化させるために前記
    第二の比較器に結合されている前記可変抵抗に結合され
    た自動調整素子が更に含まれ、前記第二の比較器の出力
    に基づいて前記可変抵抗の抵抗値が変えられるように前
    記自動調整素子が前記第二の比較器の前記出力に結合さ
    れる、処理システム。
14. 【請求項１４】 請求項１２の処理システムであって、
    第一の入力が第一の電極に結合され、第二の入力が第二
    の電極に結合されたもう一つの比較器が更に含まれ、前
    記第一の電極と前記第二の電極との間のバイアス差によ
    って生じる前記第一の入力と前記第二の入力との間の電
    圧差を前記もう一つの比較器の出力が反映する、処理シ
    ステム。
15. 【請求項１５】 請求項１３の処理システムであって、
    前記ＲＦ電源および前記自動調整素子に動作結合された
    ディセーブルスイッチが更に含まれ、前記ＲＦ電源によ
    って電極にＲＦ電力が与えられるとき前記自動調整素子
    をディセーブルするように前記ディセーブルスイッチが
    動作し得る、処理システム。
16. 【請求項１６】 請求項１２の処理システムであって、
    前記絶縁素子がダイオードである、処理システム。
17. 【請求項１７】 プラズマで基板を処理する方法であっ
    て、 処理チャンバの中の基板支持物の支持表面上に基板を配
    置するステップと、 基板に近接して処理チャンバ内にプラズマを形成するス
    テップと、 基板支持物に結合された第一および第二の電極であっ
    て、各々が支持表面に近接して配置され、電気的に相互
    に絶縁された第一および第二の電極を設けるステップ
    と、 ＲＦ電源を各電極に結合し、各電極をバイアスして、基
    板支持物の支持表面上に配置された基板上にＤＣバイア
    スを作成するステップと、 一方の電極に第一の比較器の第一および第二の入力を電
    気的に結合することにより電極のＤＣバイアスを測定
    し、前記第一の入力と前記第二の入力との間に絶縁素子
    を結合することによりＲＦ電源によって作成される前記
    一方の電極上のＤＣバイアスから前記第一の入力を絶縁
    するステップと、 前記第一の比較器の出力を監視することにより、前記Ｒ
    Ｆ電源によって前記一方の電極上に作成される電極バイ
    アスを反映する前記第一の入力と前記第二の入力との間
    の電圧差を判定するステップと、 第二の比較器の第一の入力を前記第一の電極に電気的に
    結合し、前記第二の比較器の第二の入力を前記第二の電
    極に電気的に結合するステップと、 前記第二の比較器の出力を監視することにより、前記Ｒ
    Ｆ電源によって前記第一の電極と前記第二の電極上に作
    成される電極ＤＣバイアスを反映する前記第一の入力と
    前記第二の入力との間の電圧差を判定するステップと、 前記第一の比較器および前記第二の比較器の出力に基づ
    いて前記第一の電極と前記第二の電極のＤＣバイアスを
    判定するステップとを含み、 前記第一の電極と前記第二の電極の相対的なバイアスを
    監視することによりバイアスを最適に調整できる、 処理方法。
18. 【請求項１８】 請求項１７の処理方法であって、更に
    ＲＦ電源と複数の電極の中の少なくとも一つとの間に可
    変キャパシタンスをそなえた第一のコンデンサを電気的
    に結合するステップと、 前記第一の比較器および前記第二の比較器の少なくとも
    一つの比較器の出力に基づいて、前記第一のコンデンサ
    のキャパシタンスを変化させることにより、前記少なく
    とも一つの電極により基板上に作成されるＤＣバイアス
    を他方の電極により基板上に作成されるＤＣバイアスに
    対して変え、それにより基板の一つの部分でのプラズマ
    の影響を基板のもう一つの部分でのプラズマの影響に対
    して変えるステップと、 を含む処理方法。
19. 【請求項１９】 請求項１８の処理方法であって、更に
    ＲＦ電源ともう一つの電極との間に可変キャパシタンス
    をそなえた第二のコンデンサを電気的に結合するステッ
    プと、 前記第一の比較器および前記第二の比較器の少なくとも
    一つの比較器の出力に基づいて、前記第二のコンデンサ
    のキャパシタンスを変化させることにより、前記少なく
    とも一つの電極により基板上に作成されるＤＣバイアス
    を前記もう一つの電極により基板上に作成されるＤＣバ
    イアスに対して更に変えるステップとを含む処理方法。
20. 【請求項２０】 請求項１９の処理方法であって、更に
    前記第一のコンデンサと前記第二のコンデンサのキャパ
    シタンスを同期して変化させるステップを含む処理方
    法。
21. 【請求項２１】 請求項１７の処理方法であって、更
    に、 ＤＣ電源を前記第一および第二の電極に結合するステッ
    プと、 前記第一の電極と前記第二の電極の間にＤＣ電位差を作
    成することにより、基板支持物の支持表面に基板を静電
    クランプするステップとを含む処理方法。
22. 【請求項２２】 請求項１７の処理方法であって、更に
    前記第一の比較器の入力の少なくとも一方を、比較器入
    力の電圧レベルを変えるように調整できる可変抵抗をそ
    なえている分圧回路を介して電極に結合するステップを
    含む処理方法。
23. 【請求項２３】 請求項１７の処理方法であって、更に
    前記第二の比較器の入力の少なくとも一方を、比較器入
    力の電圧レベルを変えるように調整できる可変抵抗をそ
    なえている分圧回路を介して電極に結合するステップを
    含む処理方法。
24. 【請求項２４】 請求項２３の処理方法であって、更
    に、 前記可変抵抗の抵抗値を自動的に変化させるために自動
    調整素子を前記可変抵抗に結合するステップと、 前記自動調整素子を前記第二の比較器の前記出力に結合
    し、前記出力に基づいて前記可変抵抗の抵抗値を変える
    ステップとを含む処理方法。
25. 【請求項２５】 請求項１７の処理方法であって、更
    に、 第三の比較器の第一の入力を前記第一の電極に電気的に
    結合し、前記第三の比較器の第二の入力を前記第二の電
    極に電気的に結合するステップと、 前記第三の比較器の出力を監視することにより、ＲＦ電
    源が前記第一の電極および前記第二の電極上に作成する
    電極バイアスを反映する前記第一の入力と前記第二の入
    力との間の電圧差を判定するステップとを含む処理方
    法。
26. 【請求項２６】 請求項２４の処理方法であって、更
    に、 前記ＲＦ電源および前記自動調整素子にディセーブルス
    イッチを結合するステップと、 前記ＲＦ電源によって電極にＲＦ電力が与えられるとき
    前記自動調整素子をディセーブルするステップとを含む
    処理方法。