JP2008518429A - プラズマ加工システムのｒｆアーススイッチ - Google Patents

Abstract

電極と接地部との間でＲＦアース通路を選択的に提供するプラズマ加工システムの構成が開示されている。この構成はＲＦ伝導通路構造部と環状構造部を含んでいる。環状構造部とＲＦ伝導通路構造部は２つの相対位置を有している。第１相対位置はＲＦ伝導通路構造部にアースを提供するためにＲＦ伝導通路構造部と通電状態である環状構造部の存在を特徴とする。第２相対位置はＲＦ伝導通路構造部と非通電状態である環状構造部の存在を特徴とする。

Description

プラズマ加工システムは長年にわたって半導体デバイス、ナノマシン等を製造するためのシリコン基板等の基板を加工する目的で利用されてきた。プラズマ加工はエッチング処理で特に効果的である。エチャントソースガス混合物から形成されるプラズマは基板上の層の選択的エッチング処理に利用される。プラズマ加工システムで基板をエッチング処理するには基板をプラズマ加工チャンバに入れ、エチャントソースガスをプラズマ加工チャンバに注入する。エチャントソースガスは点火されてプラズマを形成し、マスクで保護されていない基板上の目標層の領域を加工処理する。プラズマはＲＦエネルギーで点火及び維持される。ＲＦエネルギーはプラズマ加工チャンバの１または複数の電極に提供される。

容量結合プラズマ加工システムでは１以上の電極がそれぞれの加工チャンバ内に提供される。様々な周波数を有したＲＦエネルギーが容量結合プラズマ加工システムの電極に提供される。例えば、もし上方電極と下方電極とが提供されていれば、２ＭＨｚ、２７ＭＨｚ及び６０ＭＨｚのＲＦ信号がそれら電極の一方または両方に提供される。

エッチング形態によっては上方電極は１以上のＲＦ周波数に関してアースを必要とする。プラズマ加工チャンバの上方電極とは基板の反対側に提供され、プラズマ加工時にプラズマ雲によって基板から分離される電極のことである。一方、下方電極とは加工のために基板がその上に設置される電極のことである。例えばエッチング形態によっては上方電極は相対的に低い周波数のＲＦ信号（例えば２ＭＨｚ）に関してアースが必要である。別のエッチング形態では上方電極は相対的に高い周波数のＲＦ信号（例えば２７ＭＨｚ及び/又は６０ＭＨｚ）に関してアースが必要である。また別なエッチング形態では上方電極は全ＲＦ信号周波数（例えば２ＭＨｚ、２７ＭＨｚ及び６０ＭＨｚ）に関してアースが必要である。任意のチャンバを異なるエッチングステップに採用できるので、それぞれのチャンバは異なるアース条件を有し、１または全部のＲＦ周波数に関して上方電極を選択的にアースさせる機能が強く望まれている。

従来技術では継電器と誘導器の組み合わせが１及び複数のＲＦ周波数に関わるアースに利用される。図１は誘導器Ｌ１を通過する電流を制御するために継電器Ｒ１が採用されている１例である。継電器Ｒ１が閉路状態であると、電流は誘導器Ｌ１を通過する。誘導器Ｌ１は自身の値に応じて出力ＯＵＴから設定周波数を効果的に排除するフィルタとして機能する。

継電器/誘導器の組み合わせで課せられる空間制約のためにプラズマ加工システムによっては継電器/誘導器の使用が不適であることが発見されている。さらにＲＦ信号のアースのための継電器/誘導器の構成は、低周波数範囲でＲＦ信号に対してさらに効果的であり、高周波数範囲でＲＦ信号に対して効果が低いことが発見されている。これは誘導器Ｌ１によって与えられる高インピーダンスが、高周波数のＲＦ信号（例えば６０ＭＨｚのＲＦ信号）のアースのためにはその組み合わせを低効果とするからである。それでもエッチング形態によっては、良好な加工結果（例えば良好なプラズマ均一性及び良好なエッチング速度均一性）を得るために選択されたＲＦ信号あるいは全ＲＦ信号の効果的なアースが必要である。

よって、プラズマ加工チャンバの１または複数の電極に供給される全ＲＦ信号の選択的方法による効果的なアースのアレンジが提供されることが望ましい。さらに望ましくは、プラズマ加工チャンバの上方電極に供給される全ＲＦ信号を効果的にアースするアレンジが提供される。

本発明はプラズマ加工システムの１実施例において電極と接地部との間にＲＦアース通路を選択的に提供するためのアレンジに関する。このアレンジはＲＦ伝導通路構造部を含む。ＲＦ伝導通路構造部はＲＦ電力サブシステムと電極との間にＲＦ伝導通路を提供するように設計される。このアレンジはさらに導電材料で形成される環状構造部を含む。環状構造分とＲＦ伝導通路構造部は互いに２つの相対的な位置を有する。それら２相対位置のうちの第１相対位置は、ＲＦ伝導通路構造部に対してアースを提供するためにＲＦ伝導通路構造部と電気的にカップリング（通電）する環状構造部を特徴とする。２相対位置のうちの第２相対位置はＲＦ伝導通路とは通電されていない環状構造部を特徴とする。

別実施例において本発明はプラズマ加工システムの電極と接地部との間にＲＦアース通路を選択的に提供する方法に関する。この方法はＲＦ伝導通路構造部の提供を含む。ＲＦ伝導通路構造部はＲＦ電力サブシステムと電極との間にＲＦ伝導通路を提供するように設計されている。この方法は導電材料で形成される環状構造部の提供も含む。方法はＲＦ伝導通路構造部と環状構造体とを互いに２相対位置に配置することも含む。２相対位置のうちの第１相対位置はＲＦ伝導通路構造部に対してアースを提供するために、ＲＦ伝導通路構造部と通電する環状構造部を特徴とする。２相対位置のうちの第２相対位置はＲＦ伝導通路とは通電していない（遮電状態の）環状構造部を特徴とする。

本発明のこれら及び他の特徴を以下において図面を利用し、詳細に説明する。

添付図面を利用した本発明の幾つかの実施例を解説する。以下では多数の特定細部が解説されているが、それらのいくつか、あるいは全てを省略しても本発明の実施は可能である。

本発明の実施例において、上方電極を選択的にアース（接地部とカップリング）し、選択的に脱アース（接地部と脱カップリング）するように上方電極に通電しているＲＦ伝導通路構造部と接地部との間でＲＦスイッチとして機能するスイッチのアレンジが提供される。ＲＦスイッチ構造部は環状であり、アース時に上方電極と連結するＲＦ伝導通路構造部との電気接触を最大化する。

１実施例においてＲＦスイッチのアレンジは、ベリリウム銅（ＢｅＣｕ）のごとき導電材料製の環状伝導構造部を含む。この環状伝導構造部はアースされている。このデフォルト位置で、環状伝導構造部はＲＦ伝導通路構造部と通電し、上方電極にＲＦアースを提供する。絶縁構造部が提供され、アクチュエータ機構にカップリングされる。空圧、油圧/水圧または電気作動式アクチュエータ機構は絶縁構造部を動かし、絶縁構造部を第１絶縁位置と第２絶縁位置とに交互に配置する。この第１絶縁位置で絶縁構造部は環状伝導構造部とＲＦ伝導通路構造部との間に設置され、両者を遮電する。その第２絶縁位置で絶縁構造部は環状伝導構造部とＲＦ伝導通路構造部との間の領域から取り除かれ、環状構造部にＲＦ伝導通路構造部をアースさせる（すなわち上部電極をアースする）。環状伝導構造部の材料は好適には耐久性及び柔軟性に優れ、環状伝導構造部を反復的に通電並びに遮電させることができる。

他の実施例では絶縁構造部は存在せず、環状伝導構造部自体がＲＦ伝導通路との通電と遮電のために移動し、ＲＦアース状態と通電及び遮電する。例えばＲＦ伝導通路構造部は勾配し、１位置では環状伝導構造部はＲＦ伝導通路構造体と通電し、別位置では環状伝導構造部はＲＦ伝導通路構造部と非通電状態（遮電状態）となる。この動きはプラズマ加工時に基板に対して垂直な線に沿った線状移動でも、あるいは放射移動であってもよく、環状伝導構造部の径を広げ、通電及び遮電を提供する。他の実施例ではこの反対のことが起こり、環状伝導構造部は固定され、上部電極にカップリングされているＲＦ伝導通路構造部はアクチュエータによって移動され、環状伝導構造部との通電あるいは遮電を提供する。

本発明の実施例ではＲＦスイッチは周波数選択式フィルタ構造体に組み込まれ、ＲＦアースに関して多数のオプションを提供する。この周波数選択式フィルタ構造体は特定のＲＦ周波数を有した特定ＲＦ信号の選択的アースが望まれるときに採用される。周波数には関係なく全ＲＦ信号をアースするために上方電極をアースすることが望まれるとき、環状ＲＦスイッチが利用される。１実施例では、アクチュエータの起動を介したＲＦアース処理はプラズマ加工を制御するソフトウェアに組み込まれ、上部電極のＲＦアース処理を自動再構築させて異なるエッチング形態の要求を満たす。

本発明の特徴及び利点を添付の図面を利用して以下で解説する。図１は本発明の１実施例による上方電極１０２と下方電極１０４を含んだ容量結合プラズマ加工チャンバ１００の電気経路図である。プラズマ加工中に基板（図示せず）はその上で処理される。図１の例では下方電極にはＲＦ電源１０６でＲＦ周波数２ＭＨｚ、２７ＭＨｚ及び６０ＭＨｚのＲＦ信号を有した３つのＲＦ信号が供給される。上方電極１０２にはＲＦ電源１１０により複数のＲＦ周波数が供給される。説明のため、ＲＦ電源１１０はＲＦ源１１２及び整合ネットワーク１１４を含むように詳細に図示されている。

プラズマ加工中にエチャントソースガスが上方電極１０２と下方電極１０４との間の領域に導入され、プラズマ雲１２０を形成するように点火される。プラズマ雲は焦点リング１２２と接地チャンバ壁１２４で拘束される。エッチング副産物は廃棄通路１２６を介して処分される。

ＲＦアーススイッチ構造体１３０は上方電極１０２をＲＦ接地部と選択的にカップリングさせるべく提供される。ＲＦアーススイッチ構造体１３０が閉路状態のとき、上方電極１０２と接地部からの伝導通路が創出され、ＲＦ接地を上方電極１０２に提供する。ＲＦアーススイッチ構造体１３０が開路状態であるとき上方電極１０２とＲＦ接地部との間には伝導通路が存在しない。

様々な高低ＲＦ周波数を有する複数の高電力ＲＦ信号が供給される上方電極を完全にアースするために低インピーダンスアース通路が望まれる。問題は、望むときに数千サイクルあるいは数百万サイクルの長期にわたって確実に低インピーダンスＲＦアース通路を提供するＲＦアーススイッチ構造体を提供し、そのようなアースが望まれないときにＲＦアース通路を遮断することである。図２は本発明の１実施例に基づくＲＦアーススイッチアレンジ１３０の適用状態を示す。図２は例えばアルミで形成される上方電極２０２を示す。上方電極２０２は絶縁体２０６で接地構造部２０４から絶縁されている。絶縁部は例えば窒化アルミ（ＡｌＮ）製である。絶縁部２０６で提供される絶縁は上方電極２０２にＲＦ信号が望まれるときに上方電極２０２をそのようなＲＦ信号で電力供給させる。

上方電極２０２はＲＦ電源２１０（ＲＦ源２１２及びＲＦ整合２１４を含む）にＲＦ伝導通路構造部２２０により接続されている。ＲＦ伝導通路構造部２２０は例えばアルミ製である。環状スイッチ構造体２４０は接地部２０４（伝導部２４２を介して）と上方電極２０２（ＲＦ伝導通路構造部２２０の使用を介して）の間に選択的接地を提供すべく提供される。そのデフォルト位置で環状スイッチ構造体２４０の指部は、通電状態を提供するように指部がＲＦ伝導電通路構造部２２０に対して押圧するように形状化される。従ってアース通路は上方電極２０２と接地部２０４（ＲＦ伝導通路２２０及び伝導部２４２を介して）の間に存在する。環状スイッチ構造体２４０は環状であるため、個々の指部は環状スイッチ構造体の周辺に沿って接地され、非常に効果的なアース通路を提供すべくＲＦ伝導通路構造部２２０との最大通電状態を提供する。指部の数は可変であり、２、３個から、数十個、数百個の指部数であり得る。これら指部は図５でさらに明瞭に図示されている。

絶縁構造部２５０は図２で図示されている。絶縁構造部２５０はアクチュエータ２６０を含むアクチュエータ構造体と作動式にカップリングされており、支持構造体２５２及び２５４で物理的に支持されている。図２の例では、支持構造体２５２はヒートシンクとしても作用し、上方電極からの除熱を助ける。絶縁部２５０は環状であり、アクチュエータ２６０によって作動され、基板がプラズマ加工のためにチャンバ内で処理されるとき基板に対して垂直な矢印２７０の方向に上下する。

図２で示す位置で絶縁部２５０は環状スイッチ構造体２４０とＲＦ伝導通路構造部２２０との間の領域から離れている。アクチュエータ２６０が絶縁部２５０を矢印２７０の方向で下方に移動し、環状スイッチ構造体２４０とＲＦ伝導通路構造部２２０との間に配置すると、環状スイッチ構造体２４０とＲＦ伝導通路構造部２２０との間の通電は遮断される。電気絶縁を確実に完成させるには、絶縁部２５０は１実施例において環状である。これで上方電極２０２はアースすることはない。このように環状スイッチ構造体と共に作用する絶縁部２５０は上方電極２０２と接地部２０４との間でアース通路を選択的に提供及び遮断する。

１実施例においては環状スイッチ構造体はＢｅＣｕ製である。なぜならＢｅＣｕは通電と遮電を繰り返すために反復して曲げることができ、しかも高引張り強度を有した高伝導材料だからである。しかし、そのような性質の他の材料であっても構わない。環状スイッチ構造体の材料の選択幅は、全スイッチ構造体がプラズマ加工環境の外側であり、汚染やプラズマ誘引損傷の可能性が低いという事実により大きく広げられている。

１実施例においては絶縁部２５０はウルテム（Ｕｌｔｅｍ）のごときプラスチック材料製である。しかし高レベルＲＦエネルギーに耐えられる高誘電強度を有したどのような材料でも構わない。好適にはキャパシタンスを最小化するために絶縁部２５０の絶縁材料は相対的に低い誘電率を有している。例えば、特定種のセラミックまたは他の非導電材料も利用できる。

図２の構成はプロセスエンジニアに上方電極に提供される全ＲＦ信号をアースする能力を提供する。状況によっては選択されたＲＦ周波数を有した選択されたＲＦ信号のみをアースすることが望ましいであろう。本発明の１実施例によれば、本発明の環状ＲＦスイッチは継電器/誘導器の組み合わせを利用するＲＦスイッチと並列に通電する。環状ＲＦスイッチを閉路状態で保ち（上方電極と接地部との間に伝導通路を形成する）、誘導器の適した値を選択して継電器を閉路処理することで、選択ＲＦ信号を濾過することができる（すなわちアース）。図３は本発明の１実施例による電気経路図であり、ＲＦスイッチ３０２を使用してシステムエンジニアに全ＲＦ信号をアースさせるか、あるいはＲＦスイッチ３０８の適した誘導器３０４と閉路継電器３０６を使用して選択ＲＦ周波数のみをアースするスイッチの組み合わせを図示する。

図４は本発明の１実施例による図３に示す組み合わせが図２の実施例においてどのように昨日するかを説明する。図４において誘導器２５０がＲＦ伝導通路構造部２２０と環状スイッチ構造部２４０との間の伝導通路を遮断していないとき、継電器３０６は閉路状態で電流を矢印４０２の方向で接地部に流す。誘導器３０４に適した値を選択することで、選択されたＲＦ周波数を有する選択されたＲＦ信号は接地部に分流される。

前述から理解されようが、本発明の環状ＲＦスイッチは従来の継電器/誘導器のＲＦスイッチでは問題であった高ＲＦ周波数（例えば６０ＭＨｚ以上）であっても全ＲＦ周波数のアースに適している。複数の接触指部を有する環状リングの使用は、接地部に対して確実に良好な伝導通路を提供するために通電状態を最良化する。１実施例においては、環状スイッチ構造体のためのＢｅＣｕの使用は、高スイッチサイクルライフを提供し、接地部への高伝導性を提供する。さらに接地部とＲＦ帯熱部（ＲＦ伝導通路構造部２２０）の間を遮断するための高誘電強度絶縁材料の使用は接地部からの完全なＲＦ絶縁と長期サイクルライフを提供する。アクチュエータ制御はプラズマ加工チャンバのコントロールソフトと組み合わせることができ、上方電極のＲＦアースの完全自動再構築を提供する。１実施例においては、空気圧（あるいは油圧/水圧）アクチュエータの使用は隣接高温ＲＦ部分からの電気干渉に関する問題を軽減する。

本発明をいくつかの実施例を利用して解説したが、本発明の範囲内でそれら実施例の変更及び改良は可能である。例えば、実施例では矢印２７０方向に絶縁部２２０を移動させるが、絶縁部は別方向にも移動でき、上部電極から接地部への伝導通路を選択的に完成させ、遮断する。別実施例では、絶縁部は不要であり、及び/又は環状スイッチ構造部あるいはＲＦ伝導通路構造部は矢印２７０方向あるいは別方向にアクチュエータにより移動でき、上方電極から接地部への伝導通路を選択的に完成させ、遮断する。これは環状スイッチ構造部部及び/又はＲＦ伝導通路構造部の寸法、形状あるいは位置の変更で実施することができる。１例として環状スイッチ構造部の指部はアクチュエータによって曲げたり、内側または外側に向かって放射状に移動でき、選択的に通電あるいは遮電する。

別例として、容量結合プラズマ加工チャンバが本発明の説明のために採用されているが、本発明はプラズマの点火及び維持のための別技術を利用するプラズマ加工チャンバ（例えば誘導結合プラズマ加工チャンバ、電子サイクロトロン共鳴プラズマ加工チャンバ等）での利用も想定している。さらに別実施例として、実施例のＲＦアーススイッチ構造体を上方電極との関連で説明したが、プラズマ加工システムにおいてＲＦアーススイッチ構造体は上方電極、下方電極、両電極あるいはどのような電極の組み合わせとの関連でも利用できる。さらに別な例として、ＲＦアーススイッチ構造体によってアースできる周波数範囲は低キロヘルツ範囲から３００メガヘルツ以上にわたることができる。

さらに本発明は上方電極をアースする内容で説明されているが、望むならば本発明の構造体は、例えば接地電極または複数の電極を含んだどのような電極のアースにも利用できる。また本発明の方法及び装置の別な利用形態も想定内である。従って本発明の真の範囲は本明細書の「請求の範囲」に定義されたものである。

図１は１または複数の周波数をフィルタ排除するために誘導器を通過する電流を制御する継電器が採用されている例示的アレンジを図示する。 図２は本発明の１実施例によるＲＦアーススイッチのアレンジを図示する。 図３は環状ＲＦスイッチを使用して全ＲＦ信号をアースさせるか、あるいは選択されたＲＦ周波数のみをアースさせる本発明の１実施例によるスイッチの組み合わせを示す電気経路図である。 図４は本発明の別実施例によるＲＦアーススイッチのアレンジを含んだプラズマ加工システムを図示する。

Claims (23)

1. 電極と接地部との間で選択的にＲＦアース通路を提供するプラズマ加工システムの構成であって、
   ＲＦ電力サブシステムと電極との間にＲＦ伝導通路を提供するように設計されたＲＦ伝導通路構造部と、
   導電材料製の環状構造部と、
   を含んで構成され、前記環状構造部と前記ＲＦ伝導通路構造部は２つの相対位置を有しており、該２つの相対位置の第１相対位置は前記ＲＦ伝導通路構造部をアースするための前記ＲＦ伝導通路構造部と通電状態にある前記環状構造部の存在を特徴とし、前記２つの相対位置の第２相対位置は前記ＲＦ伝導通路から非通電状態にある前記環状構造部の存在を特徴としていることを特徴とする構成。
2. ＲＦ伝導通路構造部は第１相対位置の環状構造部の周囲にカップリングするようにデザインされた環状形状を有していることを特徴とする請求項１記載の構成。
3. 環状構造部とは、第１相対位置でＲＦ伝導通路構造部と物理的に接触するようにデザインされた複数の押圧指部を有した環状金属リングであることを特徴とする請求項２記載の構成。
4. 環状構造部に作動式にカップリングするアクチュエータをさらに含んでおり、該アクチュエータは、該環状構造部を移動させ、該環状構造部を第１相対位置と第２相対位置に交互に存在させることを特徴とする請求項１記載の構成。
5. 環状構造部はＢｅＣｕ製であることを特徴とする請求項１記載の構成。
6. 絶縁構造部と、
   該絶縁構造部と作動式にカップリングするアクチュエータと、
   をさらに含んでおり、該アクチュエータは前記絶縁構造部を移動させ、該絶縁構造部を第１絶縁位置と第２絶縁位置に交互に存在させ、該第１絶縁位置は前記絶縁構造部を環状構造部とＲＦ伝導通路構造部との間に存在させ、該環状構造部を該ＲＦ伝導通路構造部に対して第２相対位置に存在させることを特徴とし、前記第２絶縁位置は前記環状構造部と前記ＲＦ伝導通路構造部との間の領域から離れており、該環状構造部を前記ＲＦ伝導通路構造部に対して第１相対位置に存在させることを特徴としていることを特徴とする請求項１記載の構成。
7. 絶縁構造部はプラスチック製であることを特徴とする請求項６記載の構成。
8. プラスチックはウルテムであることを特徴とする請求項７記載の構成。
9. 環状構造部、絶縁構造部及びＲＦ伝導通路構造部は環状であることを特徴とする請求項６記載の構成。
10. 絶縁構造部はプラスチック製であることを特徴とする請求項６記載の構成。
11. アクチュエータは空気圧アクチュエータであることを特徴とする請求項６記載の構成。
12. アクチュエータは、プラズマ加工のために基板がプラズマ加工システム内に設置されると該基板と垂直な線と平行に絶縁構造部を移動させるように設計されていることを特徴とする請求項６記載の構成。
13. ＲＦ電源の出力部と接地部との間でカップリングされたフィルター構造部をさらに含んでおり、該フィルター構造部はＲＦ伝導通路構造部に提供される複数のＲＦ信号の信号を選択的に排除するように設計されていることを特徴とする請求項６記載の構成。
14. 電極とは上方電極であることを特徴とする請求項６記載の構成。
15. 環状構造部が伝導通路構造部に対して第２相対位置に存在するなら、電極はプラズマ加工時に複数の周波数を有した複数のＲＦ信号でエネルギー付与されるように設計されていることを特徴とする請求項１４記載の構成。
16. プラズマ加工チャンバとは容量結合プラズマ加工チャンバであることを特徴とする請求項１５記載の構成。
17. 複数の周波数は２ＭＨｚ周辺、２７ＭＨｚ周辺及び６０ＭＨｚ周辺を含むことを特徴とする請求項１６記載の構成。
18. 絶縁構造部はセラミック製であることを特徴とする請求項記載の構成。
19. プラズマ加工システムで利用する、電極と接地部との間でＲＦアース通路を選択的に提供する方法であって、
    ＲＦ電力サブシステムと電極との間にＲＦ伝導通路を提供するように設計されているＲＦ伝導通路構造部を提供するステップと、
    導電材料製の環状構造部を提供するステップと、
    前記ＲＦ伝導通路構造部と前記環状構造部を２つの相対位置の１つに存在させるステップと、
    を含んで構成され、該２つの相対位置の第１相対位置は前記ＲＦ伝導通路構造部をアースするための前記ＲＦ伝導通路構造部と通電状態にある前記環状構造部の存在を特徴とし、前記２つの相対位置の第２相対位置は前記ＲＦ伝導通路から非通電状態にある前記環状構造部の存在を特徴としていることを特徴とする方法。
20. ＲＦ伝導通路構造部は第１相対位置の環状構造部の周囲にカップリングするように形状化された環状形状を有していることを特徴とする請求項１９記載の方法。
21. 環状構造部は第１相対位置のＲＦ伝導通路構造部と物理的に接触するように形状化された複数の押圧指部を有した環状金属リングであることを特徴とする請求項２０記載の方法。
22. ＲＦ伝導通路構造部と環状構造部を存在させるステップは環状構造部に作動式にカップリングするアクチュエータを利用し、該アクチュエータは該環状構造部を第１相体位置と第２相対位置に交互に存在させるべく移動させることを特徴とする請求項１９記載の方法。
23. 環状構造部はＢｅＣｕ製であることを特徴とする請求項１９記載の方法。

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