JP2008511175A - プラズマチャンバ内部で使用するためのイットリア絶縁体リング - Google Patents
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Abstract
装置と接地延長部の間のアーキングを最小限に抑えると共に、平均クリーニング間隔（ＭＴＢＣ）を増加させるために、プラズマ処理装置で使用されるイットリア絶縁体リングが提供される。イットリア絶縁体リングは、エッジリングと接地延長部の間とともに、接地延長部とプラズマ発生区域との間、又は、装置のチャンバの間隙に配置され得る。石英リングと比べて、イットリア絶縁体リングは、反応性が減少され誘電率が増加される結果としてＲＦ結合が改善されるので、半導体基板の均一性も改善することができる。
【選択図】図１Ａ
【選択図】図１Ａ
Description
本発明は、プラズマチャンバ内部で使用するためのイットリア絶縁体リングに関する。
プラズマ処理装置は、エッチング、物理蒸着法（ＰＶＤ）、化学蒸着法（ＣＶＤ）、イオン注入及びアッシング又はレジスト除去等の技術によって、半導体基板を処理するために使用される。１つのタイプのプラズマ処理装置は、高周波（ＲＦ）容量結合プラズマリアクタを含む。ＲＦ容量結合プラズマリアクタは、プラズマが２つの電極間の間隙内で形成され、電極の１つがＲＦ電極であり、他方の電極が接地されている、エッチングプロセスに使用されてもよい。下側電極は、半導体ウエハを取り囲むシリコンのホットエッジ、ホットエッジリングを取り囲む石英の絶縁体リング、ホットエッジリングの下方にある誘電体結合リング、及びプラズマリアクタ内のプラズマに暴露されない１つ又は複数の誘電体結合リング等、様々な導電材料又は誘電材料を含んでもよい。
米国特許第５，５３４，７５１号
米国特許公開公報２００３／０１５１３７１Ａ１
米国特許第６，３９１，７８７Ｂ１号
米国特許第５，８０５，４０８号
米国特許第５，９９８，９３２号
米国特許第６，０１３，９８４号
米国特許第６，０３９，８３６号
米国特許第６，４７５、３３６号
プラズマエッチチャンバ等のプラズマチャンバ内に載置されるように構成されたイットリア絶縁体リングが提供される。
また、基板支持体、上側電極及び下側電極を含むプラズマ処理装置であって、上側電極及び下側電極がそれらの間に間隙を形成するように互いに離間して向かい合い、基板支持体が、下側電極、基板支持体表面を形成する静電チャック、静電チャックを取り囲むエッジリング、基板支持体の周辺部上の接地延長部（ｇｒｏｕｎｄ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）、及び接地延長部の上側表面に重なるイットリア絶縁体リングを含む、プラズマ処理装置が提供される。
さらに、既に使用済みの絶縁体リングをプラズマチャンバから除去する工程と、絶縁体リングをイットリア（Ｙ２Ｏ３）のみから成る絶縁体リングと交換する工程とを含む、プラズマチャンバ内の絶縁体リングを交換する方法が提供される。
さらに、半導体基板をプラズマチャンバ内に装填する工程と、プロセスガスをプラズマチャンバの内部に供給し、プロセスガスをプラズマ状態に励起し、半導体基板にプラズマエッチングを施す工程と、半導体基板をプラズマチャンバから除去する工程とを含む、イットリアのみから成る絶縁体リングを収容するプラズマチャンバ内で半導体基板にプラズマエッチングを施す方法が提供される。
半導体基板の大きさが増大するにしたがって、プロセス均一性に対する要件に対応し、チャンバ内で使用される消耗部品に関する問題に対応するために、プラズマ処理チャンバの設計における改善が必要とされる。例えば、ウエハの大きさが増大するにしたがって、ウエハ全体にわたって均一なエッチングを達成することがより困難になり、特に、ドープされた又はドープされていない酸化シリコン、例えば、二酸化シリコン、フッ素化酸化シリコン（ＦＳＧ）、リン酸ホウ素シリケートガラス（ＢＰＳＧ）、リン酸シリケートガラス（ＰＳＧ）、ＴＥＯＳ蒸着酸化シリコン、有機及び無機の低誘電率材料等の誘電材料にエッチングを施すことが一層困難である。そのようなウエハ材料にエッチングを施すため、プロセスガスをプラズマ状態に励起する電極に供給される電力レベルを増加させることが必要な場合があり、その結果、消耗部品をより頻繁に交換することが必要となり、ウエハ全体にわたるエッチング速度均一性に悪影響を及ぼす可能性がある。
３００ｍｍウエハ等の大型基板を処理するＲＦ容量結合プラズマリアクタでは、接地電極に加えて第２のアースも使用されうる。例えば、基板支持体は、１つ又は複数の周波数でＲＦエネルギーが供給される下側電極を含むことができ、プロセスガスは、接地された上側電極であるシャワヘッド電極を介してチャンバの内部に供給することができ、また、接地延長部は下側電極の外側に配置することができる。第２のアースは、処理される半導体を含む平面内で一般に延びるが、エッジリングによってそれから分離されている、電気的に接地された部分を含むことができる。エッジリングは、プラズマ発生の間加熱されるようになる導電性又は半導電性の材料のもの、すなわちホットエッジリング（ｈｏｔ ｅｄｇｅ ｒｉｎｇ）であることができる。さらに、プラズマ閉じ込めリングアセンブリをシャワヘッド電極の外側に提供して、上側電極と下側電極の間の間隙にプラズマを閉じ込める助けとすることができる。第２のアースは、プラズマ閉じ込めリングアセンブリが間隙内にプラズマを閉じ込めるのを助けることができる。ＲＦ容量結合プラズマリアクタで使用されるプラズマ閉じ込めリング及び第２のアースの詳細な説明は、同一出願人による米国特許第５，５３４，７５１号及び米国特許公開公報２００３／０１５１３７１Ａ１に見出すことができ、これらの両方を参考文献として本明細書に組み込む。
以下の詳細な説明では、本願の一部を形成する添付の図面が参照される。図面は、例示のため、本発明が実施されてもよい特定の実施形態を示す。他の実施形態が利用されてもよく、本発明の範囲から逸脱することなく構造上の変更が行われてもよいことが理解されるべきである。
一般的には、プラズマリアクタの真空チャンバの壁は、処理されている半導体基板と親和性のない材料で作られている。閉じ込めプラズマのため、チャンバの壁によって引き起こされる汚染はほとんど又は全くない。したがって、閉じ込めプラズマは、閉じ込められていないプラズマでは提供されないレベルの清浄度を提供する。３００ｍｍのエッチング用途のために閉じ込めプラズマを発生させることは、エッチングプロセスの間に適用されるＲＦ電力がより高く、ガス流量速度がより高いため、困難である。以下の実施形態は３００ｍｍの用途に適用可能であるが、本明細書に記載される装置及び方法は３００ｍｍの用途に限定されないことが、本開示の利益を有する当業者には理解されるであろう。本明細書に記載される装置及び方法は、高いＲＦ電力レベルを用いる高いガス流量環境でのプラズマの閉じ込めを必要とする用途に使用されるように構成されてもよい。高いガス流量速度とは約１５００ｓｃｃｍ以上の流量速度を指し、高いＲＦ電力レベルとは、プラズマ体積が約２Ｗ／ｃｍ３以上の電力レベルを指す。
好ましい一実施形態では、プラズマ処理装置は、ＲＦ発生器に動作可能に結合された第１電極、第２電極、少なくとも１つの閉じ込めリング、及びプラズマ境界から電荷を排出させるための接地延長部を含む。プラズマ処理装置は、プラズマ処理装置によってプラズマ状態に変換されたガスを受け入れるように構成される。例示としてであって限定するものではないが、プラズマ処理チャンバに送り込まれるガス流量速度は、１５００ｓｃｃｍ以上であることができる。あるいは、チャンバ内へのプロセスガスの流量速度は１５００ｓｃｃｍ未満であることができる。
第１電極は、好ましくは、半導体基板を受け入れるように構成され、基板を支持するように構成された関連する第１電極領域を有する。第１電極は、好ましくは、ＲＦ電力を第１電極に供給する少なくとも１つの電源に動作可能に接続される。第２電極は、プラズマが発生される間隙によって第１電極から分離される。第２電極は、第１電極に供給されるＲＦ電力のための完全な電気回路を提供するように構成される。さらに、第２電極は、第１電極領域とは大きさが異なっていてもよい第２電極領域を有する。好ましい一実施形態では、第２電極領域は第１電極領域よりも大きい。プラズマ処理装置内でプラズマを発生させるために、ＲＦ電力が第１の電極に供給され、その結果、プロセスガスが次に、半導体ウエハを処理するためプラズマ状態に変換される。例示としてであって限定するものではないが、プラズマ体積２Ｗ／ｃｍ３以上のＲＦ電力レベルを印加することができ、又は、ＲＦ電力レベルはプラズマ体積２Ｗ／ｃｍ３未満であることができる。少なくとも１つの閉じ込めリングが、第１電極領域及び第２電極領域の近傍に設けられ、少なくとも１つの閉じ込めリングはプラズマを間隙内に閉じ込めるのを助けるように構成される。
接地延長部は、第１電極に隣接し、１つ又は複数の誘電体フィラーリング（ｆｉｌｌｅｒ ｒｉｎｇ）等の誘電材料によって第１電極から分離される。接地延長部は、プラズマ境界から電荷を排出し、閉じ込めウィンドウ（ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ ｗｉｎｄｏｗ）を増大させることができる接地された導電性表面を含む。用語「閉じ込めウィンドウ」は、閉じ込めプラズマをその中で維持することができるプロセスパラメータ空間を指す。特に、プラズマの封じ込められた動作が可能なＲＦ電力及びガス流量の範囲を指す。接地延長部は、同一出願人による米国出願２００３／０１５１３７１で説明されるように、様々な構成を有することができる。好ましくは容量結合が処理チャンバ内でプラズマを発生させるのに使用されるが、本発明の装置及び方法は、誘導結合プラズマ発生に使用されるもの等、他のプラズマ発生源に使用されるように構成されてもよいことが、当業者には理解されるであろう。好ましい容量結合システムは、多周波電源を利用して、プラズマを発生させるためにガスに印加される高電位を生成する。例えば、電源は、ラム リサーチ コーポレーション製のエッチングシステムに含まれる、２ＭＨｚ及び２７ＭＨｚで動作する二周波電源であることができる。処理チャンバ内でプラズマを発生させることができる他の電源も使用することができ、また、ＲＦ電源は２ＭＨｚ及び２７ＭＨｚのＲＦ周波数に限定されず、広範囲の周波数に適用可能であってよいことが、当業者には理解されるであろう。
好ましい一実施形態では、第２電極は、第１電極と協働して、プロセスガスを励起し処理チャンバ内でプラズマを発生させるように構成された、「接地」電極である。ただし、第２電極におけるバイアス電圧の減少と、第１の「電力供給された」電極におけるバイアス電圧の増加とを達成するために、第２電極は、第１の電力供給された電極よりも少ないＲＦ電力を伝達するように構成することができる。例示としてであって限定するものではないが、第２電極は、シリコン又は炭化シリコン等の導電性材料から成ることができ、また、第２電極は第１電極から１０〜５０ｍｍのところに配置することができる。一実施形態では、接地延長部は、導電性材料から作られ、１つ又は複数の誘電体フィラーリングによって第１電極から分離される。接地延長部は、好ましくはアルミニウム又はシリコン等の導電性材料から成り、フィラーリングは石英から成ることができる。１つ又は複数の閉じ込めリングは、閉じ込めリングによって規定される体積までプラズマを閉じ込めるのに使用することができる。例示として、閉じ込めリングは石英から成ることができる。接地された第２電極は、電力供給された第１電極よりも大きな表面領域を有することができる。領域比、すなわち、第２電極領域を第１電極領域で割ることにより規定される比が、電力供給されたＲＦ電極にクランプされる基板上のバイアス電圧を決定するため、プラズマが含まれると仮定される。接地された第２電極と電力供給された第１電極との領域比が大きいほど、電力供給された第１電極におけるバイアス電圧は大きい。また、領域比が増加されると、接地された第２電極上の、及び特に閉じ込めリングにおけるバイアス電圧は減少する。閉じ込めリングにおけるバイアスが低減されることにより、閉じ込めリングをプラズマと同じ電位まで荷電することができ、したがってプラズマをリングからより良好に遠ざけることができるようになる。したがって、接地延長部を電力供給された第１電極の近傍に設けることと、第１電極に対して接地された第２電極の表面領域を増大させることとを組み合わせることで、プラズマ処理チャンバにおける閉じ込めウィンドウの大きさが増加される。
容量結合プラズマリアクタ内の半導体基板を処理する場合、プラズマを上側電極と下側電極の間の間隙に閉じ込めることが望ましい。３００ｍｍウエハ等のより大型の基板を処理する場合、接地延長部は好ましくは静電チャックの外側に配置され、エッジリングは静電チャックと接地延長部の間に配置されてもよい。プラズマを発生させ、基板上でバイアスを形成するために、高周波及び低周波が使用される二周波プラズマチャンバでは、２つの周波数の量を変化させることにより、上側電極と接地延長部とを結合する。
接地延長部へのこのＲＦ結合は、基板上のエッチング均一性に影響する。接地延長部がエッジリングに非常に近接しているので、絶縁体リングの形態の誘電材料を使用して、接地延長部を覆い、エッジリングと接地延長部の間の電圧ブレークダウンすなわちアーキングを防ぐことができる。この絶縁体リングは、さらに、プラズマによる侵食から接地延長部を保護する役割を果たすことができる。
石英の絶縁体リングが、このアーキング及び汚染を最小限に抑えるのに使用されてもよい。石英を含む誘電性絶縁体リングは、プラズマチャンバ内にある消耗材料の中で最も短いＲＦ寿命を有する。プラズマチャンバにおける消耗材料の交換及び関連する平均クリーニング間隔（ＭＴＢＣ）は、用途によって異なる。現在、本願の譲受人であるラム リサーチ コーポレーション製の、２３００Ｅｘｅｌａｎ（商標）プラズマチャンバを使用する高アスペクト比接触の用途（ＨＡＲＣ）におけるＭＴＢＣは、２１５ＲＦ時間での石英の絶縁体リングの交換によって表される。
プラズマ処理装置では、ＭＴＢＣは、チャンバを開け、製品を取り出さなければならない時までに、どれだけのサイクルを実行できるかを決定するために使用することができる。このように、ＭＴＢＣを延長するために、ＲＦ寿命がより長い誘電性絶縁体リングが本明細書で提供される。
単一のウエハが下側電極上で支持され、ウエハと電力供給又は接地されたシャワヘッド電極等の上側電極との間の間隙でプラズマが発生される、プラズマチャンバ内における半導体ウエハの処理の間、ウエハの縁部領域でのプラズマ処理は、エッジリング配列等の基板支持体部品、及び／又は基板支持体上に配置された誘電性絶縁体リング等の、エッジリング配列を取り囲む部品の影響を受けることがある。ウエハ縁部近傍におけるＲＦエネルギーのプラズマに対する容量結合の強度は、プラズマと下側電極の間に位置する材料の誘電率及び厚さに正比例する。キャパシタンスを増加させることによって、ＲＦ結合を増加させることができる。それは、キャパシタンスｃ＝ε０・ｋ・Ａ／ｄであるためであり、式中、ε０は普遍定数（８．８５・１０−１２）、ｋは材料の誘電率、Ａは誘電材料の断面積、ｄは誘電材料の厚さである。したがって、キャパシタンスを増加させるために、誘電率を増加させることができ、かつ／又は、厚さを減少させることができる。その結果、ある特定の絶縁体リング設計において、同じ厚さ及び領域であってより高い誘電率の材料を使用することにより、キャパシタンスを増加させることができる。絶縁体リングにより高い誘電率の材料を使用することにより、半導体基板縁部の近傍におけるＲＦエネルギーのプラズマに対する容量結合の強度を増加させ、それによってエッチング速度等の処理速度を増加させることが可能である。したがって、より高い誘電率を有する絶縁体リング材料は、半導体基板の縁部におけるエッチング速度を増加させ、処理された半導体基板のエッチング速度均一性を増加させることができる。
イットリアの誘電率は約１１であるが、石英の誘電率はわずか約３．５である。したがって、イットリアのみで作られた誘電体リングを使用することで、石英の誘電体リングを使用するのに比べて、イットリアリングで覆われた接地延長部に対するＲＦの結合を大幅に改善することができる。接地延長部に対するＲＦの結合が改善されることで、間隙内でのプラズマ閉じ込めが改善され、ウエハ基板の縁部におけるエッチング速度が増加される。ウエハの縁部におけるエッチング速度のこの増加により、ウエハ基板全体にわたる限界寸法及びエッチング速度均一性を改善することができる。
図１Ａ〜Ｂでは、容量結合プラズマリアクタの形態のプラズマ処理装置が提供される。図１Ａでは、容量結合プラズマリアクタは、プラズマチャンバ１００、上側シャワヘッド電極２００（開示全体が本明細書に参照されることによって組み込まれる同一出願人による米国特許第６，３９１，７８７Ｂ１号に開示される、段付きシャワヘッド電極等）、基板支持体３００、及び閉じ込めリング配列４００を含む。
図１Ａ中の１Ｂの拡大部分である図１Ｂでは、基板支持体は、環状スリーブ５００及びスリーブ５００の上の薄い環状リング５１０を備えた接地延長部、導電性リング５１０の上側表面を覆う誘電性絶縁体リング６００、誘電性絶縁体リング６００の間に位置するエッジリング７００、エッジリングの下にある任意の結合リング（図示なし）、絶縁体フィラーリング８００，８１０、下側電極３１０、及び静電チャック（ＥＳＣ）３１０を含む。
エッジリング７００は、導電性材料のもので、下側電極３１０の外縁部と接触させて配置することができる。エッジリング７００は、プラズマエッチチャンバ１００内のプラズマに対するより均一な接地を提供するために、任意の形状、好ましくは対称的な形状にしてもよい。例えば、図２Ａに示すように、矩形の断面を備えたエッジリング７１０が使用されてもよい。しかし、エッジリングは、例えば図２Ｂ（並びに図１Ａ及び１Ｂ）に示すように、任意の所望の構成を有することができ、１つ（又は複数）のフランジを備えたエッジリング７２０を使用してもよく、その際、１つ又は複数のフランジの配向並びにエッジリングの長さ及び幅が提供されてもよい。
エッジリング７００は、好ましくはシリコン及び炭化シリコン等の導電性材料で作られる。さらに、エッジリング７００はプラズマに直接暴露されるので、プラズマの汚染を最小限に抑えるために、単結晶シリコン、多結晶シリコン、ＣＶＤ炭化シリコン等純度の高い材料を使用することが望ましい。しかし、エッジリングは、石英、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化シリコン等のような他の材料で作ることができる。エッジリング及びフォーカスリングに関するさらなる説明は、同一出願人による米国特許第５，８０５，４０８号、同第５，９９８，９３２号、同第６，０１３，９８４号、同第６，０３９，８３６号、及び同第６，４７５，３３６号に見出すことができ、これらを参照することにより本明細書に組み込む。
接地延長部５００は、好ましくは、絶縁体８００を取り囲む環状の軸方向に延びる部分５０８、並びに、絶縁体８００及び８１０に重なり、エッジリングによって基板Ｗの外縁から分離される横方向に延びる部分５１０を含むように構成される。接地延長部５００及び閉じ込めリング配列４００は、協働してプラズマを間隙１００内に閉じ込める。接地延長部５００は、下側電極３１０の直上のプラズマ電荷密度に影響を及ぼすことなくプラズマから電荷を排出させることにより、プラズマを閉じ込める。接地延長部の他の実施例は、同一出願人による米国特許公開公報２００３／０１５１３７１Ａ１において提供され、その開示全体を参照することにより本明細書に組み込む。
接地延長部５００は、好ましくは、アルミニウム、シリコン、炭化シリコン等のような導電性材料である。例えば、アルミニウムは、導電率が高く比較的低価格のため、使用されてもよい。しかし、接地延長部がアルミニウムで作られている場合、接地延長部５００は、間隙内でプラズマと化学反応し、腐食性プロセスガス及び／又はプラズマ種中の不純物の原因となり、処理された半導体基板の汚染につながる恐れがある。
アルミニウムの接地延長部５００（又は他のプラズマ反応性材料）とプロセスガス／プラズマ種の間のこの反応は、誘電性絶縁体リング６００を使用してアルミニウムの接地延長部５００をプラズマから絶縁することによって、最小限に抑えることができる。このように、誘電体リング６００を使用して、接地延長部５００がプラズマチャンバ１００内でプラズマに暴露されないように保護することにより、半導体基板の汚染を最小限に抑えることができる。
上述したように、また図１Ａ及び１Ｂに示すように、誘電体リング６００を使用して、エッジリング７００を接地延長部５００から分離し、接地延長部５００をプラズマチャンバ１００内でプラズマから化学的に隔離し、結果として、エッジリング７００と接地延長部５００の間のアーキングと、接地延長部５００とプラズマチャンバ１００内のプロセスガス／プラズマ反応性種との化学反応とを最小限に抑えることができる。したがって、誘電体リング６００は、好ましくは、エッジリング７００と接地延長部５００の外縁の間の領域を埋める程の大きさとされ、より好ましくは、誘電体リング６００は接地延長部５００の上側表面全体を覆う程の大きさとされる。
イットリアのみで作られた誘電体リング６００は、プラズマエッチングに使用されるフッ素含有ガスに対して比較的不活性であり、高い誘電率を有する。石英と比べて、イットリアはいくつかの利点を有する。第一に、イットリアは石英よりも高いスパッタ閾値エネルギーを有し、したがって耐スパッタ性がより高い。第二に、イットリアは、フッ素の化学作用による揮発性種を形成しない傾向があり、したがって、イットリア誘電体リングはより長持ちし、誘電体リングの交換の間の平均時間がより長くなり、それにより装置のＭＴＢＣを増加させることができる。第三に、石英が約３．５の誘電率を有する一方で、イットリアは１１程度のより高い誘電率を有するため、イットリアのより薄いリングを使用し、接地延長部５００とプラズマの間の所望のＲＦ結合を得ることができる。
リング６００にイットリアを使用する別の利点は、フッ素含有プロセスガスをより有効に使用することができる点である。すなわち、フルオロカーボンプロセスガスが石英誘電体リングと共に使用される場合に揮発性化合物が形成されるため、ウエハの縁部におけるフッ素種の集中が除去され、その結果、イットリアリングを使用する場合に比べて、縁部のエッチング速度が遅くなり、ウエハ基板全体にわたるエッチングの均一性に欠ける場合がある。イットリアリングは、石英誘電体リングよりも耐スパッタ性が高く、容易にはフッ素化合物を形成しないので、イットリアリングを使用することで、より化学的に均一なプラズマが得られ、それがさらに、ウエハ基板全体にわたって限界寸法及びエッチング速度均一性を改善することができる。
さらに、一般に反応性がより低いため、イットリアリング６００はまた、石英誘電体リングと不適合か石英誘電体リングを過度に侵食することがある様々なプロセスガスと共に使用されてもよい。例えば、イットリアリングを含むプラズマ処理装置内の例示的なプロセスガスは、Ａｒ、Ｏ２、並びに酸化シリコン等の材料をエッチングするためのＣ４Ｆ８、Ｃ３Ｆ６、及びＣＨＦ３などのフルオロカーボンを含んでもよい。
プラズマエッチチャンバ内でイットリアリング６００を使用する例示的なプロセスにおいて、エッチガスは、５０ミリｔｏｒｒのチャンバ圧力で、３００標準立方センチメートル毎分（ｓｃｃｍ）のＡｒ、１２ｓｃｃｍのＯ２、及び２０ｓｃｃｍのＣ４Ｆ８を含むことができ、半導体基板上の酸化シリコン層にエッチングを施す間、３キロワットのＲＦ電力を上側電極及び／又は下側電極に供給することによって、プラズマが発生される。さらに、２ＭＨｚ、１３．５ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、及び１００ＭＨｚのＲＦ周波数が、好ましくは、プラズマ処理装置内のプラズマ発生電極に印加されてもよい。
イットリア絶縁体リングは、容量結合、誘導結合、マイクロ波、マグネトロン、又は他の技術によってプラズマが発生される、任意のプラズマチャンバ内で使用されてもよい。イットリア絶縁体リングは、プラズマチャンバ内の元々の装置として、又は別のプラズマチャンバ内の誘電体リングのための交換部品として使用されてもよい。エッチングに加えて、イットリアリングは、プラズマＰＶＤ、ＣＶＤ、イオン注入等のためのチャンバ内で使用されてもよい。
イットリア絶縁体リングは、好ましくは、対向する表面の間を延びるイットリアマトリックスを含む。イットリア絶縁体リングは、好ましくは、５０重量％を超えるイットリア、より好ましくは９０重量％を超えるイットリア、最も好ましくは９９重量％を超えるイットリアを含む。さらに、イットリア絶縁体リングは、好ましくは、１０００ｐｐｍ未満、より好ましくは５００ｐｐｍ未満の、シリコン、アルミニウム、カルシウム、鉄、及び／又はジルコニウム等の不純物を含有する。例えば、１つの好ましいイットリア絶縁体リングは、９９％以上のイットリアを含み、４．５ｇ／ｃｍ３を超える密度、好ましくは４．７５ｇ／ｃｍ３を超える密度を有する。１つの適切なＹ２Ｏ３材料は、コロラド州アレーダ（Ａｒａｄａ）のＣｕｓｔｏｍ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｅｒａｍｉｃｓ，Ｉｎｃ．から入手可能であり、その材料は、不純物として２０ｐｐｍのＬａ２Ｏ３、１０ｐｐｍのＰｒ６Ｏ１１、８ｐｐｍのＮｄ２Ｏ３、５０ｐｐｍ未満の他の希土類酸化物、４０ｐｐｍのＳｉ、３０ｐｐｍのＣａ、１８ｍｍのＦｅ、１ｐｐｍ未満のＣｕ、３ｐｐｍのＮｉ、１ｐｐｍ未満のＭｇ、２ｐｐｍのＰｄを含む、純度９９．９％の酸化イットリウムであり、鋳込み成形によってバルク体で提供される。好ましい絶縁体リングは、例えば、不純物の総量が５００ｐｐｍ未満である９９．９重量％以上のイットリアの熱蒸着又は焼結されたイットリアリングを含む。イットリア絶縁体リングは、ＣＶＤ、スパッタリング、焼結等を含む任意の適切な技術によって作成することができる。
腐食速度を測定するのに使用されるクーポン試験では、９９．９重量％以上のイットリアを含むイットリア絶縁体リングは、石英誘電体リングのＲＦ寿命の少なくとも約５倍、恐らくは１０倍程度のＲＦ寿命を有すると予想されることが示された。したがって、エッジリング等の他の消耗部品はより短いＲＦ寿命を有する場合があるので、プラズマ処理装置内でイットリア絶縁体リングを使用することにより、絶縁体リングは、そのようなプラズマ処理装置の整備のためのダウンタイムを決定する要因から除外されることができる。
イットリア絶縁体リング６００は、好ましくは、円形リング、長円形リング等の対称的な形状を有する。イットリアリング６００及びエッジリング７００の形状はまた、誘電体リング６００及びエッジリング７００の隣接表面間の幾何学的境界面を提供するように構成されてもよい。例えば、図１Ｂに示すように、エッジリング７００は、リング６００よりも厚く、誘電体リング６００に向かって延びるテーパー面を有してもよい。あるいは、イットリアリング６００は、例えば、図３Ａ〜Ｃに示すように、段付き形状６１０、テーパー形状６２０、又は丸みを付けた形状６３０で形作られてもよい。
イットリア絶縁体リング６００は、好ましくは、接地延長部５００を装置の他の部分から絶縁するようにサイズ決めされる。例えば、図１Ｂに示すように、イットリアリング６００は、好ましくは、エッジリング７００の外側の接地延長部５００の上側表面を覆うようにサイズ決めされる。イットリアリング６００は、接地延長部５００の１つ又は複数の表面を覆って、接地延長部を装置の他の部分から電気的かつ化学的に隔離するようにサイズ決めされることが好ましい。
さらに、イットリアリング６００は、好ましくは、ウエハ等のプラズマチャンバ内で処理される基板の外径と少なくとも同じ大きさの内径を有する。固体のイットリア誘電体リング６００の外径は、好ましくは、接地延長部５００及びプラズマチャンバの幅を含むプラズマ処理装置の設計によって変わる。イットリアリング６００の厚さは、チャンバの設計及び／又はその中で行われるプロセスに適合するよう構成され得る。例えば、リング６００は、その上側表面がリング７００の上側表面と合致するように、均一な又は不均一な厚さを有することができる。リング６００の一部が誘電体部分８００，８１０に接触する場合、リング６００は、より厚い部分が部分８００，８１０に重なり、より薄い部分が接地延長部５００，５１０に重なるように、段付きにされてもよい。
非限定的な例として、２３００Ｅｘｅｌａｎ（商標）プラズマエッチチャンバで使用されるイットリアリング６００は、好ましくは、対応する８〜１２インチ（２００〜３００ｍｍ）のウエハに対して、それぞれ約８〜１２インチ（２００〜３００ｍｍ）の内径及び９〜１４インチ（２２８〜３５６ｍｍ）の外径で、また約０．１〜０．２インチ（２．５〜５ｍｍ）の均一又は不均一な厚さにサイズ決めされる。
イットリアリング６００は、多部分から成るリング、例えば少なくとも２つの部品リング（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｒｉｎｇ）であってもよく、部品リング間に、恐らくは重なり合いかつ任意に噛合するセグメントを有し、部品リングは、直径が異なる同心のリング又は重なり合ったリングであってよい。例えば、図１Ｂに示すように、イットリアリング６００は、縁部が重なり合った２つの同心のリング、すなわち噛合部分６０３を有する内側部品リング６０１及び外側部品リング６０２を有する。そのような設計により、例えば、内側の、すなわち小さな方の部品リング６０１の交換が必要な場合に、外側の、すなわち大径の部品リング６０２を交換する必要なしに、交換することができるようになる。内側部品リング６０１は、噛合部分６０３の位置によって、外側部品リング６０２よりも間隙内のプラズマにより暴露されることがあるので、外側部品リング６０２は、内側部品リング６０１と同程度の速さでは劣化しない傾向にある。少なくとも２つの部品リング６０１及び６０２を含む誘電体リング６００を使用することにより、例えば、交換しなければならないのがより腐食された部品リング６０１のみなので、結果として、コストを削減することができる。
イットリアリング６００には、プラズマ処理半導体基板におけるいくつかの利点がある。第一に、プラズマ処理の間の、シリコンウエハ等の基板の縁部近傍におけるプラズマ密度の局所的な向上又は増大が可能になる。さらに、ウエハの中央におけるエッチング速度等の他のエッチング特性に著しい影響を及ぼすことなく、エッチング均一性を最適化することができる。ウエハ処理の場合、プラズマを介して局所的な電力結合を変えることにより、ウエハの縁部近傍のエッチング速度を制御することができる。すなわち、イットリア絶縁体リングを使用することにより、より多くのＲＦ電流が、ウエハの縁部近傍の領域においてプラズマを介して結合される。イットリアリングは、また、より均一なプラズマ密度を維持しながら、ウエハ縁部領域におけるイオンのエネルギーを増加させる助けとなることができる。
本明細書に具体的に記載されていない追加、削除、変更及び置換えを、添付の請求項の趣旨及び範囲から逸脱することなく行うことができることが、当業者には理解されるであろう。
Claims (22)
- イットリアマトリックスを備えたイットリア絶縁体リングであって、前記イットリアマトリックスはその上側表面と下側表面の間に延び、前記イットリア絶縁体リングは、プラズマチャンバ内で下側電極の周辺領域上に載置され、かつ接地延長部の上側領域の少なくとも一部に重なるように構成されたことを特徴とする、イットリア絶縁体リング。
- 前記イットリアリングが、少なくとも５０重量％のイットリア、少なくとも９０重量％のイットリア、少なくとも９５重量％のイットリア、又は、少なくとも９９．９重量％のイットリアを含むことを特徴とする、請求項１に記載のイットリアリング。
- 前記イットリアリングが焼結イットリアから成ることを特徴とする、請求項１に記載のイットリアリング。
- 前記イットリアリングが、シリコン、アルミニウム、カルシウム、鉄及びジルコニウムがそれぞれ１００ｐｐｍ未満であるか、又は、シリコン、アルミニウム、カルシウム、鉄、及び／又はジルコニウムが総量で５００ｐｐｍ未満である、純粋なイットリアであることを特徴とする、請求項１に記載のイットリアリング。
- 前記イットリアリングが、２００ｍｍよりも大きい又は３００ｍｍよりも大きい内径と、少なくとも２．５４ｍｍ（０．１インチ）の厚さを有することを特徴とする、請求項１に記載のイットリアリング。
- 前記イットリアリングが、単一リング、又は、同心の若しくは重なり合った２つの部品リング等の複数部分から成るリングであることを特徴とする、請求項１に記載のイットリアリング。
- 前記イットリアリングが、異なる直径を有し、かつ２つの部品リングの間の境界面において重なり合った２つの部品リングを含むことを特徴とする、請求項６に記載のイットリアリング。
- 前記イットリアリングが、少なくとも４．５ｇ／ｃｍ３又は少なくとも４．７５ｇ／ｃｍ３の密度を有することを特徴とする、請求項１に記載のイットリアリング。
- 約１１の誘電率を有することを特徴とする、請求項１に記載のイットリアリング。
- 請求項１に記載のイットリアリングを備えるプラズマ処理装置であって、前記イットリアリングが、前記プラズマ処理装置の真空チャンバ内の基板支持体上に載置され、前記基板支持体が、接地電極又は高周波電極、エッジリング、及び接地延長部を含み、前記イットリアリングが、前記エッジリングを取り囲むとともに前記接地延長部の少なくとも一部に重なることを特徴とする、プラズマ処理装置。
- 前記プラズマ処理装置がプラズマエッチング装置を含むことを特徴とする、請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
- プラズマチャンバから使用済みの又は摩耗した誘電性絶縁体リングを除去する工程と、
前記使用済みの又は摩耗した誘電性絶縁体リングを、固体のイットリア（Ｙ２Ｏ３）を含む交換用の誘電体リングと交換する工程と、
を含むことを特徴とする、プラズマチャンバ内の誘電体リングを交換する方法。 - 前記交換する工程が、前記使用済みの又は摩耗した誘電体リングを、少なくとも９９重量％のイットリアを含む交換用の誘電体リングと交換することを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
- 前記交換する工程が、前記使用済みの又は摩耗した誘電体リングを、少なくとも９９．９重量％のイットリアを含む交換用の誘電体リングと交換することを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
- 前記交換する工程が、前記使用済みの又は摩耗した誘電体リングを、イットリアのみから成る交換用の誘電体リングと交換することを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
- 前記使用済みの又は摩耗した誘電体リングが２つ以上の部品リングを含み、前記部品リングの少なくとも２つが異なる直径を有し、
前記プラズマチャンバから前記使用済みの又は摩耗した誘電体リングを除去する前記工程が、少なくとも１つの使用済みの又は摩耗した部品リングを除去することを含み、
前記使用済みの又は摩耗した誘電体リングを、イットリアを含む前記交換用の誘電体リングと交換する前記工程が、前記使用済みの又は摩耗した誘電体リングの少なくとも１つの使用済みの又は摩耗した部品リングを、請求項１に記載の前記イットリアリングを含む少なくとも１つの交換用の部品リングと交換することを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の方法。 - 前記使用済みの又は摩耗した誘電体リングの少なくとも１つの使用済みの又は摩耗した部品リングを、少なくとも１つの交換用の部品リングと交換することが、少なくとも１つの交換用の部品リングを、残存する少なくとも１つの他の部品リングと重ね合わせることを含むことを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
- 前記使用済みの又は摩耗した誘電体リングの少なくとも１つの使用済みの又は摩耗した部品リングを、少なくとも１つの交換用の部品リングと交換することが、少なくとも１つの交換用の部品リングを、残存する少なくとも１つの他の部品リングと噛合させることを含むことを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
- プラズマチャンバを開ける工程と、
使用済みの又は摩耗した誘電性絶縁体リングを、イットリアのみで作られた交換用の誘電体リングと交換する工程と、
前記プラズマチャンバを閉じる工程と、
半導体基板を前記プラズマチャンバ内に移送する工程と、
前記半導体基板にプラズマエッチングを施す工程と、
前記半導体基板を前記プラズマチャンバから除去する工程と、
を含むことを特徴とする、半導体基板を製造する方法。 - 前記プラズマエッチングを施す工程が、高周波電力を、下側電極、上側電極、又は、下側電極及び上側電極の双方に印加することを含むことを特徴とする、請求項１９に記載の方法。
- 前記高周波電力が、約２ＭＨｚ、１３．５ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ又は１００ＭＨｚの高周波で印加されることを特徴とする、請求項２０に記載の方法。
- 前記プラズマエッチングが、Ａｒ、Ｏ２、Ｃ４Ｆ８、Ｃ３Ｆ６又はＣＨＦ３の１つ又は複数を含むプロセスガス中で生じることを特徴とする、請求項１９に記載の方法。
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