JP2010528458A - 容積可変型プラズマ処理チャンバおよびその方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】プラズマ処理チャンバは、チャンバ内部において実質的に水平な配向性により基板を支持するように画成された上面を有する基板支持部を含む。プラズマ処理チャンバは、更に、基板支持部周辺の外側でチャンバ内に配置された複数の伸縮部材を含む。複数の伸縮部材は、更に、基板支持部上面のセンターを中心に配置される。複数の伸縮部材のそれぞれは、基板支持部上面上方の開放容積を調整可能とし、これにより、基板支持部上面上方の開放容積内においてプラズマ状態を調整可能とするため、実質的に垂直方向へ独立して移動されるように形成される。
【選択図】図１Ａ

Description

半導体ウェーハ（以下、単に「ウェーハ」とも呼ぶ）製造では、プラズマの反応性要素によるウェーハ表面の処置、例えば、ウェーハ表面の非保護領域からの材料の除去又はエッチングが可能となるように、ウェーハをプラズマにさらすことが含まれる場合が多い。プラズマ製造処理により生じるウェーハの特性は、ウェーハ表面全体でのプラズマ密度プロファイルを含め、処理条件に依存する。加えて、プラズマとウェーハ表面の特定部分との反応量はウェーハ表面の特定部分上のプラズマ密度に正比例するため、プラズマ密度プロファイルのばらつきは、中心−縁部間のウェーハ均一性の問題を引き起こす恐れがある。こうした中心−縁部間のウェーハ均一性の問題は、ウェーハ当たりのダイの歩留まりに悪影響を与える可能性がある。

ウェーハ製造の目標には、ウェーハ当たりのダイの歩留まりを最適化すること、および共通の種類の各ウェーハを可能な限り同一の形で製造することが含まれる。こうした目標を達成するためには、ウェーハ全体でのプラズマ密度プロファイルを制御し、これによりウェーハ全体でのエッチングの均一性を制御することが望ましい。これまでのプラズマ処理手法では、ウェーハ全体で許容可能なエッチングの均一性が得られるような、特定のプラズマチャンバ構成用の処理ウィンドウを確立することが試みられていた。こうした処理ウィンドウは、従来、圧力範囲、ガス流量範囲、ウェーハ温度範囲、および出力レベル範囲といったパラメータにより定義される。一定の処理ウィンドウがプラズマチャンバの物理的ハードウェア構成により制限されることは、経験から示唆される。したがって、一定のプラズマチャンバにより達成可能な処理ウィンドウから外れたプラズマエッチング工程には、異なる物理的ハードウェア構成と、これに対応した異なる処理ウィンドウとを有する別のプラズマチャンバを使用することが要求される場合がある。

全体的なプラズマ処理ウィンドウ性能の増大を目的として、異なる物理的ハードウェア構成を有する多数のプラズマチャンバを調達および維持することは、極めて高価となる可能性がある。したがって、一定のプラズマチャンバの処理ウィンドウ性能を拡張する手法が求められている。

一実施形態として、次のプラズマ処理チャンバを開示する。このチャンバは、チャンバ内において実質的に水平な配向性により基板を支持するように画成された上面を有する基板支持部を含む。チャンバは、更に、基板支持部周辺の外側でチャンバ内に配置された複数の伸縮部材を含む。伸縮部材は、更に、基板支持部上面のセンターを中心に配置される。伸縮部材のそれぞれは、基板支持部上面上方の開放容積を調整可能とするため、実質的に垂直方向へ、独立に移動されるように構成される。

別の実施形態として、次のプラズマ処理システムを開示する。このシステムは、その内部において実質的に水平な配向性により基板を支持するように形成された基板支持部を有するチャンバを含む。チャンバは、更に、基板支持部周辺の外側でチャンバ内に配置された複数の伸縮部材を含む。複数の伸縮部材のそれぞれは、基板支持部上方にある開放容積の調整を可能とするために、実質的に垂直方向へ独立して移動されるように形成される。システムは、更に、基板支持部上方の開放容積内において生成されるべきプラズマの状態を監視するように定められた計測法を含む。計測法は、更に、プラズマ状態を示す信号を生成するように定められる。システムは、更に、開放容積内において目標プラズマ状態を維持するために、計測法により生成されるべき信号に従って、複数の伸縮部材の移動を指示するように定められた制御システムを含む。

別の実施形態として、次の基板プラズマ処理のための方法を開示する。この方法は、チャンバ内の基板支持部上に基板を配置する工程を含む。方法は、更に、基板支持部上方に所定の開放容積を設定するために、基板支持部周辺の外側でチャンバ内に配置された複数の伸縮部材を位置決めする工程を含む。方法は、更に、基板支持部上方の開放容積内のプラズマに基板をさらす工程を含む。

本発明の他の態様および利点は、本発明の一例を示す次の添付図面と併せて、以下の詳細な説明から更に明らかとなろう。
本発明の一実施形態であるプラズマ処理チャンバを、その中心を通る垂直断面により示す説明図である。 本発明の一実施形態である図１Ａのチャンバにおける伸縮部材の一連の下方移動を示す説明図である。 本発明の一実施形態である図１Ａのチャンバにおける伸縮部材の一連の下下方移動を示す説明図である。 本発明の一実施形態である図１Ａのチャンバにおける伸縮部材の一連の下方移動を示す説明図である。 本発明の一実施形態である図１Ａのチャンバにおける伸縮部材の一連の上方移動を示す説明図である。 本発明の一実施形態である図１Ａのチャンバにおける伸縮部材の一連の上方移動を示す説明図である。 本発明の一実施形態である図１Ａのチャンバにおける伸縮部材の一連の上方移動を示す説明図である。 本発明の一実施形態として、径方向厚さが変化する伸縮部材を示す説明図である。 本発明の一実施形態として、形状の変化する伸縮部材を示す説明図である。 本発明の一実施形態として、伸縮部材ではなく可動ライナを有するチャンバを示す説明図である。 本発明の一実施形態として、伸縮部材ではなく可動ライナを有するチャンバを示す説明図である。 本発明の一実施形態である基板支持部上面より下のチャンバ領域内に定位置が定められた伸縮部材を含むチャンバを示す説明図である。 本発明の一実施形態である図５Ａのチャンバにおける伸縮部材の一連の上方移動を示す説明図である。 本発明の一実施形態である図５Ａのチャンバにおける伸縮部材の一連の上方移動を示す説明図である。 本発明の一実施形態である図５Ａのチャンバにおける伸縮部材の一連の上方移動を示す説明図である。 本発明の一実施形態である図５Ａのチャンバにおける伸縮部材の一連の下方移動を示す説明図である。 本発明の一実施形態である図５Ａのチャンバにおける伸縮部材の一連の下方移動を示す説明図である。 本発明の一実施形態である図５Ａのチャンバにおける伸縮部材の一連の下方移動を示す説明図である。 本発明の一実施形態であるプラズマの状態に応じて動的な形でチャンバ内の伸縮部材の位置を制御するように定められたプラズマ処理システムを示す説明図である。 本発明の一実施形態として、基板プラズマ処理の方法を示す工程図である。

以下の説明では、本発明の完全な理解を提供するために、多数の具体的な詳細について述べる。しかしながら、こうした具体的な詳細の一部又は全部が無くとも、本発明を実現し得ることは、当業者には明らかとなろう。また、周知の処理工程は、本発明を不必要に曖昧にしないため、詳細な説明を省略している。

図１Ａは、本発明の一実施形態による、プラズマ処理チャンバ１００（以下、単に「チャンバ」と呼ぶ）の中心を通る垂直断面を示す図である。チャンバ１００は、実質的に放射対称となるように画成されることを理解されたい。チャンバ１００は、側壁、上壁、および底壁を含む囲壁１０１により画成される。プラズマ源１０３は、チャンバ１００の上部の開口部に流体接続される。プラズマ源１０３は、更に、矢印１１３により示したように、プロセスガス源に流体接続される。プラズマ源１０３は、プロセスガスを、チャンバ１００内にプラズマ１０７を形成するためにチャンバ１００へ供給される化学種へと転換する機能を有する。チャンバは、更に、矢印１１５により示したように真空源に流体接続されるように画成され、チャンバ１００からのプロセスガスの排出を可能にする。殆どの場合、プラズマ源１０３は、基板１１１、例えば、半導体ウェーハをエッチングするために使用されるプラズマ１０７の化学種の大部分を形成する。

チャンバ１００は、更に、プラズマ源１０３からチャンバ１００へのプラズマ１０７の流動を最適化するように画成された成形内部表面を有する上部ライナ１０５を含む。更に、一実施形態において、上部ライナ１０５は、加熱されるように形成される。図１Ａに示した上部ライナ１０５の形状は、一例として提示したことを理解されたい。別の実施形態において、上部ライナ１０５は、基本的に、チャンバ１００内でのプラズマ処理を促進するために必要な任意の形状にし得る。

チャンバ１００は、更に、チャンバ１００内において実質的に水平な配向性により基板１１１を支持するように画成された上面を有する基板支持部１０９を含む。基板支持部１０９は、チャンバ１００内において静止状態となるように形成される。一実施形態において、基板支持部１０９は、機械式基板クランプ機構を組み込んだ台座として形成される。別の実施形態において、基板支持部１０９は、静電式基板クランプ機構を組み込んだ静電チャック（ＥＳＣ）として形成される。

加えて、一実施形態において、基板支持部１０９は、高周波（ＲＦ）駆動電極として形成される。ＲＦ駆動基板支持部１０９は、プラズマ１０７内の荷電要素が基板支持部１０９に向かって下方へ誘引されるように方向性を与えるバイアス電圧を生成する。ＲＦ駆動基板支持部１０９により生成されたバイアス電圧は、基板１１１のイオンアシスト異方性エッチング等の一部のプラズマ処理に有益となり得る。一実施形態において、ＲＦ駆動基板支持部１０９は、プラズマ１０７内の荷電種の大部分を生成し、プラズマ内の他の反応種、例えば、遊離基は、主にプラズマ源１０３により生成される。加えて、ＲＦ駆動基板支持部１０９により、プラズマ１０７は、基板支持部１０９と容量結合し、これにより、ＲＦ駆動基板支持部１０９は、基板１１１レベルにおいて付加的なプラズマ１０７の生成が可能となる。

更に、一実施形態において、基板支持部１０９は、温度制御可能である。例えば、一実施形態において、基板支持部１０９の温度は、上に存在する基板１１１の温度が約−１５０℃ないし約１００℃に渡る範囲内の所定の温度に維持されるように制御される。

チャンバ１００は、更に、多数の伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃを含む。伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃは、基板支持部１０９周辺の外側でチャンバ１００内に配置される。更に具体的には、伸縮部材のうち最も内側のもの２ｃは、基板支持部１０９周辺の外側にある径方向位置において基板支持部１０９を囲むように配置される。更に、最も外側の伸縮部材２ａは、チャンバ１００の側壁に隣接するように配置される。更に、伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃは、基板支持部１０９の上面の中心に対して同心にチャンバ１００内に配置される。図１Ａに示した実施形態例では、三つの伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃを図示しているが、他の実施形態では、基本的に任意の数の伸縮部材を利用できることを理解されたい。

一実施形態において、伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃは、同心の円筒として形成される。しかしながら、伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃが基板支持部１０９の上面のセンターに対して同心に配置され、基板支持部１０９周辺の外側に配置される限り、他の幾何学的形状により形成し得ることを理解されたい。

伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃのそれぞれは、チャンバ１００内の基板支持部１０９の上面上方の開放容積の調整が可能となるように、実質的に垂直方向へ独立して移動されるように形成される。基板支持部１０９の上面上方の開放容積の調整は、チャンバ１００内のプラズマ１０７のために利用可能な容積の調整に対応することを理解されたい。加えて、伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃの導電性と接続性とに応じて、そのチャンバ１００内での垂直位置は、基板支持部１０９から生じるＲＦ電力が利用可能なＲＦリターンパスに影響を与え得る。

以下に更に詳細に説明するように、伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃの垂直調整により生じるチャンバの物理的構成の機械的調整は、基板１１１全体でのプラズマ１０７の分布に影響を与える。したがって、伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃの垂直位置は、基板１１１全体でのプラズマ１０７の均一性を調節するために使用可能であり、これに対応して、基板１１１全体でのエッチング均一性を調節するために使用可能である。更に、伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃの垂直位置はプラズマ処理前又は処理中に調整可能であるため、基板１１１全体でのプラズマ１０７の均一性は、これに対応してプラズマ処理前又は処理中に調整できる。

図１Ａの実施形態において、伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃの定位置は、チャンバ１００の上部領域に定められる。一実施形態において、伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃのそれぞれは、チャンバ１００内外への基板１１１の移送を可能にするためには定位置にあるべきである。伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃのそれぞれは、プラズマ１０７が存在可能な、基板支持部１０９の上面上方の開放容積の調整を可能にするために、定位置から下方へ独立して移動するように形成される。

伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃは、伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃの何れかの外側にプラズマポケットが生じることを回避するために、連続的に伸縮する形で移動されるように形成される。こうしたプラズマポケットを確実に回避するために、最も外側の伸縮部材２ａ以外の伸縮部材２ｂ、２ｃのそれぞれは、定位置からの移動が隣接して取り囲む伸縮部材の位置までに制限されるように形成される。例えば、伸縮部材２ｂにおいて、定位置からの垂直移動は、伸縮部材２ａが定位置から移動した距離までに制限される。同様に、伸縮部材２ｃにおいて、定位置からの垂直移動は、伸縮部材２ｂが定位置から移動した距離までに制限される。伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃの一連の下方移動は、外側から内側へ行われる。この伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃの一連の下方移動を、図１Ｂないし１Ｄに図示する。伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃの一連の上方移動は、内側から外側へ行われる。この伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃの一連の下方移動を、図１Ｅないし１Ｇに図示する。

図１Ｂは、矢印１２１により示したように、伸縮部材２ａが定位置から下方へ移動した状態のチャンバ１００を示す図である。伸縮部材２ａが最大下方範囲まで移動した状態を示しているが、伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃのそれぞれは、最大下方範囲未満の距離だけ移動させ得ることを理解されたい。例えば、一実施形態では、ステッピングモータを使用して、伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃのそれぞれを移動させる。ステッピングモータは、伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃの何れの外側においてもプラズマポケットが回避される限り、各伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃを定位置と最大下方範囲との間の任意の垂直位置に配置し得るように制御できる。ステッピングモータが与えるストローク距離は、基板支持部１０９の上面上方の開放容積を制御可能な精密度を決定する上での一変数を表す。また、伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃの垂直位置調整の量および速度は、処理依存パラメータを表す。

図１Ｃは、矢印１２３により示したように、伸縮部材２ｂが定位置から下方へ移動した状態のチャンバ１００を示す図である。図１Ｄは、矢印１２５により示したように、伸縮部材２ｃが定位置から下方へ移動した状態のチャンバ１００を示す図である。ここでも、伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃが、外側から内側へ連続して下方へ移動されることを理解されたい。

図１Ｅは、矢印１２７により示したように、伸縮部材２ｃが上方へ移動して定位置へ戻った状態のチャンバ１００を示す図である。図１Ｆは、矢印１２９により示したように、伸縮部材２ｂが上方へ移動して定位置へ戻った状態のチャンバ１００を示す図である。図１Ｇは、矢印１３１により示したように、伸縮部材２ａが上方へ移動して定位置へ戻った状態のチャンバ１００を示す図である。ここでも、伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃが、内側から外側へ連続して上方へ移動されることを理解されたい。

伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃは実質的に同様の径方向厚さを有するものとして図１Ａないし１Ｇに図示しているが、別の実施形態において、各伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃの径方向厚さは可変となる。図２は、本発明の一実施形態による、径方向厚さが変化する伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃを組み込んだチャンバ１００を示す図である。図２の実施形態において、伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃのそれぞれは、異なる径方向厚さを有するように形成され、基板支持部１０９との相対的な径方向位置が増加すると共に、伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃの径方向位置が増加している。別の実施形態では、基本的に同一の体積を有するように様々な伸縮部材が形成され、これにより、径方向厚さの変化が必要となる。更に、様々な伸縮部材の厚さにより、基板支持部１０９の上面の上にある開放容積がより微細に調整されることを理解されたい。例えば、径方向厚さの薄い内側伸縮部材を提供することにより、プラズマ１０７に利用可能な開放容積のより微細な制御がもたらされる。

一実施形態において、伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃのそれぞれは、導電性材料により形成され、接地電位に電気的に接続される。例えば、様々な実施形態において、伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃは、特に、アルミニウム、陽極酸化アルミニウム、被覆アルミニウム等の金属により形成し得る。しかしながら、他の実施形態において、伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃは、チャンバ１００内に存在するプラズマ処理環境に適合する、基本的に任意の金属から形成し得ることを理解されたい。

導電性伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃは、基板支持部１０９から生じるＲＦ電力のためのＲＦリターンパスを提供できる。したがって、伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃの垂直位置、即ち、基板支持部１０９に対する伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃの近接性は、ＲＦ駆動基板支持部１０９からチャンバ１００を介して送信されるＲＦ電力の方向性に影響する。

全ての伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃが定位置にある時、基板１１１のレベルにおけるプラズマ１０７の体積は最大となり、基板支持部１０９とチャンバ１００の接地側壁との間の距離は最大となる。したがって、伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃが定位置にある時、チャンバ１００の接地側壁へのＲＦリターンパスは、最長となる。結果として、基板支持部１０９とチャンバ１００の側壁との間のＲＦ結合は、最小の有効性となる。

外側伸縮部材２ａが降下する時、基板支持部１０９と接地電位との間の距離は、事実上低減され、これにより、基板支持部１０９の周辺でのＲＦ結合が増加し、基板支持部１０９の周辺におけるプラズマ１０７の密度が対応して増加する。中央および内側伸縮部材２ｂおよび２ｃをそれぞれ降下させると、基板支持部１０９の周辺におけるＲＦ結合は、更に強度が増加していく。したがって、基板支持部１０９（および基板１１１）全体でのプラズマ１０７の均一性は、伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃの垂直位置が調整される際に、即ち、基板支持部１０９に対する各接地伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃの近接性が調整される際に変化する。高いプラズマ密度は、通常、基板１１１における高いエッチング速度に対応するため、伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃは、基板１１１全体でのエッチング均一性を調節する効果的な方法を提供する。言い換えると、接地伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃは、一部のプラズマエッチング用途において見られる「縁部減速」問題を補正するために使用できる。

別の実施形態において、伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃのそれぞれは、誘電材料、即ち、電気的に絶縁性の材料により形成される。例えば、様々な実施形態において、伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃは、特に、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、又は酸化ケイ素（石英）等の誘電材料から形成し得る。しかしながら、他の実施形態において、伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃは、チャンバ１００内に存在するプラズマ処理環境に適合する、基本的に任意の誘電材料から形成し得ることを理解されたい

上述した導電性伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃとは対照的に、誘電性伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃは、基板支持部１０９とチャンバ１００の接地側壁との間のＲＦ結合を遮断する。基板支持部１０９とチャンバ１００の接地側壁との間のＲＦ結合が遮断又は低減される時、プラズマ密度は、基板支持部１０９の周辺において減少する。そのため、誘電性伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃを降下させると、基板支持部１０９とチャンバ１００の側壁との間の誘電性材料の厚さが増加し、基板支持部１０９とチャンバ１００の側壁との間のＲＦ結合の強度が減少し、基板支持部１０９の周辺においてプラズマ密度が減少する。誘電性伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃは基板支持部１０９周辺のプラズマ密度を減少させる役割を果たし得るため、誘電性伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃは、一部のプラズマエッチング用途において見られる「縁部減速」問題を補正するために使用できることを理解されたい。

別の実施形態において、伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃのそれぞれは、導電性材料又は誘電性材料の何れかにより、伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃが共に導電性および誘電性伸縮部材の組み合わせとなるように形成し得る。例えば、一実施形態において、内側伸縮部材２ｃを誘電材料により形成し、他の外側の伸縮部材２ａおよび２ｂを導電性材料により形成し得る。この実施形態において、導電性（および接地）外側伸縮部材２ａおよび２ｂは、定位置から、基板支持部１０９の周辺に近接する位置まで移動できる。また、この実施形態において、内側誘電伸縮部材２ｃは、定位置から最大延長位置までの距離の一部だけ移動できる。したがって、この実施形態において、外側導電性伸縮部材２ａおよび２ｂは、基板支持部１０９の周辺においてＲＦ結合を増加させるために移動させ、一方、内側誘電伸縮部材２ｃは、基板支持部１０９の周辺におけるＲＦ結合を遮断せずに、基板支持部１０９上方のプラズマが利用可能な容積に影響を与えるために、限定された距離だけ移動させる。上述した実施形態は、一例として記載したことを理解されたい。別の実施形態において、伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃは、誘電性および導電性材料の異なる組み合わせとして形成可能であり、所定の処理化学反応および製法用のプラズマ容積およびＲＦ結合に対して特定の影響を引き起こすために、任意の数の方法で位置決めしてよい。

表面の組み替えにより、プラズマ１０７中のイオン化ガスの分子およびラジカルは、表面の材料が導電性か誘電性かに関わらず、チャンバ１００内の各表面において中和される。したがって、表面の組み替えにより、プラズマ１０７は、チャンバ内の各表面において消滅する。結果として、基板支持部１０９と相対的な伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃの移動は、基板１１１のレベルにおけるプラズマ１０７の均一性に影響を与える。しかしながら、表面の組み替えは、プラズマ１０７の密度に対する二次的な効果であり、ＲＦ結合が一次的な効果に相当すると考えられる。したがって、導電性の接地伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃでは、伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃに関連する表面組み替え効果は、基板支持部１０９と伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃとの間のＲＦ結合の増加により生じる基板支持部１０９周辺のプラズマ１０７の密度増加を和らげる役割を果たす。反対に、誘電性の伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃでは、伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃに関連する表面組み替え効果は、基板支持部１０９とチャンバ１００の側壁と間のＲＦ結合の減少により生じる基板支持部１０９周辺のプラズマ１０７の密度減少を強める役割を果たす。

上述したように、伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃの位置決めにより、基板支持部１０９と、それに支持される基板１１１との上方の開放容積の調整が可能となる。また、伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃの位置決めにより、基板支持部１０９の周辺におけるＲＦ結合の調整が可能となり、これにより、基板支持部１０９と、それに支持される基板１１１との両方の周辺におけるプラズマ密度の調整が可能となる。結果として、伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃの位置決めは、基板１１１全体のエッチング均一性を調節するために使用できる。伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃを上下に移動させることにより、処理化学反応および製法にとって最善となる基板１１１全体でのエッチング均一性をもたらす伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃの位置を決定することが可能となる。基本的には、伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃは、基板支持部１０９の上の開放容積と、接地電位に対するＲＦ駆動基板支持部１０９の近接性との間の最適なバランスが見つかるように位置決めするべきである。

図１Ａないし１Ｇおよび２に示した伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃの例は、同心である一連の中空直円柱として図示したが、別の実施形態において、伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃは、異なる形状を有するように形成し得ることを理解されたい。図３は、本発明の一実施形態による、形状の異なる伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃを組み込んだチャンバ１００を示す図である。図３の実施形態において、基板支持部基板支持部１０９に最も近い径方向位置を有する伸縮部材２ｃは、成形内部表面プロフィールを有するように形成される。伸縮部材２ｃの成形内部表面プロフィールは、基板支持部１０９とのＲＦ電力結合の均一性を最適化するように、および／又はチャンバ内のガス流のダイナミクスを最適化するように画成し得る。他の実施形態において、各伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃの形状は、プラズマ処理を最適化するために独立して画成し得る。例えば、各伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃの形状は、チャンバ１００を通るガス流を効率化するように、および／又はプラズマ１０７中のイオンおよびラジカルの均一性を最適化するように画成し得る。各伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃの形状は、処理要件に対応するように基本的に任意の形で画成し得ることを理解されたい。

図１Ａないし１Ｇ、図２、および図３の実施形態において、伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃの定位置は、ライナ１０５内に定められる。図４Ａないし４Ｂは、本発明の一実施形態による、伸縮部材ではなく可動ライナ４０１を有するチャンバ１００を示す図である。可動ライナ４０１は、図１Ａないし１Ｇ、図２、および図３を参照して上述した伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃに類似した形で機能するように形成される。図４Ａにおいて、可動ライナ４０１は、チャンバ１００の上部の定位置にある状態で図示される。図４Ｂにおいて、可動ライナ４０１は、矢印４０３により示したように、基板支持部１０９に向かって下方へ移動された状態で図示される。

可動ライナ４０１が導電性材料により形成され、接地電位に電気的に接続される場合、ライナ４０１のＲＦ駆動基板支持部１０９への移動は、基板支持部１０９周辺のＲＦ結合を増加させ、これにより、基板支持部１０９周辺のプラズマ密度を増加させる役割を果たす。しかしながら、可動ライナ４０１が誘電材料により形成される場合、ライナ４０１のＲＦ駆動基板支持部１０９への移動は、基板支持部１０９周辺のＲＦ結合を減少させ、これにより、基板支持部１０９周辺のプラズマ密度を減少させる役割を果たす。

図５Ａは、本発明の一実施形態による、基板支持部１０９の上面より下のチャンバ１００領域内に定位置が定められた伸縮部材を含むチャンバ１００を示す図である。図５Ａの実施形態において、伸縮部材５ａ、５ｂ、５ｃのそれぞれは、基板支持部１０９の上面上方の開放容積の調整が可能となるように、定位置から上方へ独立して移動するように形成される。伸縮部材５ａ、５ｂ、５ｃは、図１Ａないし１Ｇ、図２、および図３の実施形態を参照して上述した伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃと同じ特徴および機能を有することを理解されたい。

伸縮部材５ａ、５ｂ、５ｃは、伸縮部材５ａ、５ｂ、５ｃの何れかの外側にプラズマポケットが生じることを回避するために、連続的に伸縮する形で移動されるように形成される。こうしたプラズマポケットを確実に回避するために、最も外側の伸縮部材５ａ以外の伸縮部材５ｂ、５ｃのそれぞれは、定位置からの移動が隣接して取り囲む伸縮部材の位置までに制限されるように形成される。例えば、伸縮部材５ｂにおいて、定位置からの垂直移動は、伸縮部材５ａが定位置から移動した距離までに制限される。同様に、伸縮部材５ｃにおいて、定位置からの垂直移動は、伸縮部材５ｂが定位置から移動した距離までに制限される。伸縮部材５ａ、５ｂ、５ｃの一連の上方移動は、外側から内側へ行われる。この伸縮部材５ａ、５ｂ、５ｃの一連の上方移動を、図５Ｂないし５Ｄに図示する。伸縮部材５ａ、５ｂ、５ｃの一連の下方移動は、内側から外側へ行われる。この伸縮部材５ａ、５ｂ、５ｃの一連の下方移動を、図５Ｅないし５Ｇに図示する。

図５Ｂは、矢印５０１により示したように、伸縮部材５ａが定位置から上方へ移動した状態のチャンバ１００を示す図である。伸縮部材５ａが最大上方範囲まで移動した状態を示しているが、伸縮部材５ａ、５ｂ、５ｃのそれぞれは、最大上方範囲未満の距離だけ移動させ得ることを理解されたい。例えば、一実施形態では、ステッピングモータを使用して、伸縮部材５ａ、５ｂ、５ｃのそれぞれを移動させる。ステッピングモータは、伸縮部材５ａ、５ｂ、５ｃの何れの外側においてもプラズマポケットが回避される限り、各伸縮部材５ａ、５ｂ、５ｃを定位置と最大上方範囲との間の任意の垂直位置に配置し得るように制御できる。ステッピングモータが与えるストローク距離は、基板支持部１０９の上面上方の開放容積を制御可能な精密度を決定する上での一変数を表す。更に、伸縮部材５ａ、５ｂ、５ｃの垂直位置調整の量および速度は、処理依存パラメータを表す。

図５Ｃは、矢印５０３により示したように、伸縮部材５ｂが定位置から上方へ移動した状態のチャンバ１００を示す図である。図５Ｄは、矢印５０５により示したように、伸縮部材５ｃが定位置から上方へ移動した状態のチャンバ１００を示す図である。ここでも、伸縮部材５ａ、５ｂ、５ｃが、外側から内側へ連続して上方へ移動されることを理解されたい。

図５Ｅは、矢印５０７により示したように、伸縮部材５ｃが下方へ移動して定位置へ戻った状態のチャンバ１００を示す図である。図５Ｆは、矢印５０９により示したように、伸縮部材５ｂが下方へ移動して定位置へ戻った状態のチャンバ１００を示す図である。図５Ｇは、矢印５１１により示したように、伸縮部材５ａが下方へ移動して定位置へ戻った状態のチャンバ１００を示す図である。ここでも、伸縮部材５ａ、５ｂ、５ｃが、内側から外側へ連続して下方へ移動されることを理解されたい。

一実施形態において、伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃ、５ａ、５ｂ、５ｃは、温度制御されるように形成される。伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃ、５ａ、５ｂ、５ｃの加熱は、伸縮部材における材料の堆積を低減する役割を果たし、プラズマ１０７中の中性粒子をはじく役割も果たし得る。一実施形態において、伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃ、５ａ、５ｂ、５ｃは、約−４０℃ないし約３００℃に渡る範囲内で温度が制御されるように形成される。伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃ、５ａ、５ｂ、５ｃが維持される特定の温度は、処理要件に基づいて設定されることを理解されたい。加えて、一実施形態において、一つ以上の伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃ、５ａ、５ｂ、５ｃは、プラズマ１０７の成形を促進するために埋め込み磁石を含むように形成し得る。例えば、一実施形態において、伸縮部材は、特に、炭化ケイ素、アルミニウム、又は被覆アルミニウム等、プラズマ処理環境に適合する材料内に覆われた永久磁石として形成してよい。

伸縮部材は、本明細書において述べたように、基板全体のエッチング均一性に関して付加的な制御能力を提供することを理解されたい。基板支持部と相対的に伸縮部材の位置を変化させることで、チャンバ内でプラズマが存在するのに利用可能な開放容積と、チャンバを通るＲＦリターンパスは、制御された形で操作可能となり、基板全体でのプラズマ均一性への対応する効果が生じる。一実施形態において、伸縮部材は、プラズマ処理を実行する前に必要な位置に設定可能であり、プラズマ処理間に調整できる。別の実施形態において、伸縮部材の位置は、プラズマ処理中に調整できる。

図６は、本発明の一実施形態による、プラズマの状態に応じて動的な形でチャンバ内の伸縮部材の位置を制御するように定められたプラズマ処理システムを示す図である。システム６００は、実質的に水平な配向性により基板１１１を支持するように形成された基板支持部１０９をその内部に有するチャンバ１００を含む。チャンバ１００は、更に、基板支持部１０９周辺の外側でチャンバ内に配置された多数の伸縮部材を含む。様々な実施形態において、伸縮部材は、上方定位置を有する伸縮部材２ａ、２ｂ、２ｃ、下方定位置を有する伸縮部材５ａ、５ｂ、５ｃ、又は可動ライナ４０１に対応し得る。特定の実施形態に関係なく、伸縮部材のそれぞれは、基板支持部１０９上方の開放容積を修正可能とするため、実質的に垂直方向へ独立して移動されるように形成される。

システム６００は、更に、基板支持部上方にある開放容積内のプラズマの状態を監視し、プラズマの状態を示す信号を生成するように定められた計測法を含む。一実施形態において、計測法６０１は、基板１１１の表面において特定の応答を検出するように定められる。特定の基板表面の応答は、プラズマの光放射スペクトルの変化、基板におけるバイアス電圧の変化、ＲＦ回路全体のインピーダンスの変化、あるいは特定の基板表面の応答を示す他の基本的に任意の信号により示し得る。

システム６００は、更に、基板支持部１０９の上にある開放容積内において目標プラズマ状態を維持するために、計測法６０１により生成された信号に従って伸縮部材の移動を指示するように定められた制御システム６０３を含む。そのため、制御システム６０３は、計測法６０１により監視されたプラズマのリアルタイムの状態に基づいて、動的にチャンバ内の伸縮部材の移動を指示するように定められる。

図７は、本発明の一実施形態による、基板プラズマ処理の方法の工程図である。方法は、チャンバ内の基板支持部上に基板を配置する動作７０１を含む。実施形態例において、図７の方法は、本明細書において説明したチャンバ１００を使用して実行される。動作７０３において、基板支持部上方に所定の開放容積を設定するために、基板支持部周辺の外側でチャンバ内に配置された多数の伸縮部材を位置決めする。方法は、更に、基板支持部上方の開放容積内のプラズマに基板をさらす動作７０５を含む。一実施形態において、動作７０７は、チャンバ内のプラズマの状態を監視するために実行される。その後、動作７０９は、監視されたプラズマの状態に応答してチャンバ内の伸縮部材の移動を制御して、目標プラズマ状態を維持するために実行される。動作７０９において、伸縮部材は、伸縮部材の何れかの外側にプラズマポケットが形成されることを回避するために、連続的に移動される。

プラズマエッチング用途に関して、本発明を一例として説明してきたが、本発明は、プラズマエッチング用途での使用に限定されないことを理解されたい。本発明は、基本的に任意の種類のプラズマ用途に使用できる。例えば、本発明は、特に、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）用途又は有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）用途において使用できる。加えて、化学気相堆積（ＣＶＤ）等の非プラズマ用途において、処理中の基板上方の開放容積の動的な変化は、処理パラメータに影響を与えることで、基板レベルにおける処理均一性の変化を発生させる。したがって、本明細書に開示した伸縮部材がもたらす容積変更能力は、非プラズマ用途および関連する装置においても有効に実現できる。

本発明を幾つかの実施形態により説明してきたが、上記明細書を読み、図面を検討することで、当業者が様々な変更、追加、置換、および等価物を認識し得ることは理解されよう。したがって、本発明は、本発明の本来の趣旨および範囲内に入る全ての変更、追加、置換、および等価物を含むものである。

Claims (21)

1. プラズマ処理チャンバであって、
   前記チャンバ内部において実質的に水平な配向性により基板を支持するように画成された上面を有する基板支持部と、
   前記基板支持部周辺の外側において、前記基板支持部の前記上面のセンターを中心に前記チャンバ内に配置され、前記基板支持部の前記上面上方の開放容積を調整可能とするため、それぞれが実質的に垂直方向へ独立して移動されるように形成された複数の伸縮部材と
   を備えるプラズマ処理チャンバ。
2. 前記複数の伸縮部材は、同心円筒として形成される請求項１記載のプラズマ処理チャンバ。
3. 前記複数の伸縮部材は、三つの伸縮部材である請求項１記載のプラズマ処理チャンバ。
4. 前記複数の伸縮部材のそれぞれは、異なる径方向厚さを有するように形成され、前記基板支持部に対する径方向位置の増加と共に前記複数の伸縮部材の径方向厚さが増加するよう構成された請求項１記載のプラズマ処理チャンバ。
5. 前記基板支持部に対して径方向に最も近い伸縮部材は、前記チャンバ内の高周波電力結合の均一性とガス流のダイナミクスとを最適化するように画成された内部表面プロフィールを含む請求項１記載のプラズマ処理チャンバ
6. 前記複数の伸縮部材のそれぞれは、導電性材料により形成され、接地電位に電気的に接続される請求項１記載のプラズマ処理チャンバ
7. 前記複数の伸縮部材のそれぞれは、誘電性材料により形成される請求項１記載のプラズマ処理チャンバ。
8. 前記複数の伸縮部材の少なくとも一つは、誘電性材料により形成され、前記複数の伸縮部材の少なくとも一つは、接地電位に接続された導電性材料により形成される請求項１記載のプラズマ処理チャンバ。
9. 前記複数の伸縮部材の定位置は、チャンバの上部領域内に定められ、前記複数の伸縮部材のそれぞれは、前記基板支持部の前記上面上方の前記開放容積を調整可能とするため、前記定位置から下方へ独立して移動されるように形成される請求項１記載のプラズマ処理チャンバ。
10. 最も外側の伸縮部材以外の複数の伸縮部材のそれぞれは、前記定位置からの移動が隣接して取り囲む伸縮部材の位置までに制限されるように形成される請求項９記載のプラズマ処理チャンバ。
11. 前記複数の伸縮部材の定位置は、前記基板支持部の前記上面より下の前記チャンバの領域内に定められ、前記複数の伸縮部材のそれぞれは、前記基板支持部の前記上面上方の前記開放容積を調整可能とするため、前記定位置から上方へ独立して移動されるように形成される請求項１記載のプラズマ処理チャンバ。
12. プラズマ処理システムであって、
    チャンバであって、
    前記チャンバ内部において実質的に水平な配向性により基板を支持するように形成された基板支持部、および
    前記基板支持部周辺の外側でチャンバ内に配置され、前記基板支持部上方にある開放容積を修正可能とするために、それぞれが実質的に垂直方向へ独立して移動されるように形成された複数の伸縮部材
    を含むように形成されたチャンバと、
    前記開放容積内において生成されるべきプラズマの状態を監視し、前記プラズマ状態を示す信号を生成するように定められた計測部と、
    前記開放容積内において目標プラズマ状態を維持するために、前記計測法により生成されるべき信号に従って、複数の伸縮部材の移動を指示するように定められた制御システムと
    を備えるプラズマ処理システム。
13. 前記複数の伸縮部材は、同心円筒として形成される請求項１２記載のプラズマ処理システム。
14. 前記基板支持部は、高周波駆動電極として形成される請求項１２記載のプラズマ処理システム。
15. 前記複数の伸縮部材のそれぞれは、金属により形成されると共に接地電位に電気的に接続され、前記基板支持部と相対的な前記複数の伸縮部材の移動が高周波電力のリターンパスに影響を与えるようになる請求項１２記載のプラズマ処理システム。
16. 前記複数の伸縮部材は、前記複数の伸縮部材の何れかの外側にプラズマポケットが生じることを回避するために、連続的に移動されるように形成される請求項１２記載のプラズマ処理システム。
17. 基板をプラズマ処理する方法であって、
    チャンバ内の基板支持部上に基板を配置する工程と、
    前記基板支持部上方に所定の開放容積を設定するために、前記基板支持部周辺の外側で前記チャンバ内に配置された複数の伸縮部材を位置決めする工程と、
    前記基板支持部上方の前記開放容積内のプラズマに前記基板をさらす工程と
    を備える方法。
18. 請求項１７記載の基板のプラズマ処理方法であって、更に、
    前記複数の伸縮部材を所定温度まで加熱する工程を備える方法。
19. 請求項１７記載の基板のプラズマ処理方法であって、更に、
    前記基板支持部上方の前記開放容積を調整するために前記複数の伸縮部材を移動させ、これにより、前記基板全体のプラズマ均一性を調整する工程を備える方法。
20. 請求項１９記載の基板のプラズマ処理方法であって、更に、
    前記プラズマの状態を監視する工程と、
    目標プラズマ状態を維持するために、前記監視に応答して前記複数の伸縮部材の移動を制御する工程と
    を備える方法。
21. 前記複数の伸縮部材は、前記複数の伸縮部材の何れかの外側にプラズマポケットが生じることを回避するために、連続的に移動される請求項１９記載の基板のプラズマ処理方法。

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