JP2010529656A - プラズマプロセスの処理均一性を改善する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

プラズマプロセスの処理均一性を改善する装置及び方法。プラズマ加工中に加工物３０の外周縁３１の周りに延在する犠牲体１０４は、プラズマによって除去可能な材料から構成される。犠牲体１０４は、円形の幾何学的形状を画定するように配置される複数のセクション１６８、１７０を含むことができる。犠牲体１０４は、加工物３０の有効外径を増大させるように働き、加工物３０の外周縁３１付近のエッチング速度を効果的に低減することによって、プラズマ加工に特有の有害なエッジ効果を緩和するように動作する。

Description

本発明は、包括的にはプラズマによって加工物を加工するための装置及び方法に関し、より詳細には、プラズマ加工システムにおけるプラズマ処理の均一性を改善する装置及び方法に関する。

［関連出願の相互参照］
本願は、２００７年６月１日に出願された米国仮特許出願第６０／９４１，５１８号の利益を主張する。この仮出願の開示は、参照によってその全体が本明細書に援用される。

ウエハレベルの用途のための均一なプラズマ処理は、半導体製造産業にとっての関心事である。従来のエッチングプロセス及びプラズマ加工機器にとって厄介な１つの問題は、ウエハ等の加工物にわたるエッチング速度が不均一であることである。加工物のエッジ効果は、これらのエッチング速度の不均一性の共通の原因である。エッチング速度の均一性は、加工物にわたる平均エッチング速度の２倍の積に対する、処理表面上の最大及び最小の横方向エッチング速度間の差の割合から求めることができる。通常、最大エッチング速度は加工物の周囲縁付近で生じ、最小エッチング速度は加工物の中心付近で観察される。

従来の方法を用いて、加工物の表面積にわたるエッチング速度の均一性を改善しようと試みられてきた。例えば、プラズマを生成するためにマグネトロンを用いることができる。しかし、このような解決策は、プラズマ加工機器の費用を大幅に増大させる。

従来の加工システムにおいて生じ、且つ加工物の表面積にわたるプラズマ処理の均一性に悪影響を与える加工物のエッジ効果、及び処理均一性に負の影響を及ぼすプラズマ処理の他のアーチファクトに対処する、費用効果的な解決策が望まれている。

一実施の形態では、加工物のプラズマ加工において使用する装置が提供される。この装置は、プラズマによって除去可能な材料から成る犠牲リングを含む。犠牲リングは、加工物の外径が効果的に増大するように該加工物の外周縁の周りに配置されるようになっている。

別の実施の形態では、加工物のプラズマ加工において使用する装置が提供される。この装置は、プラズマを収容するように構成されている真空筐体を含む。真空筐体は、加工物の第１の面をプラズマによって加工するときに、加工物の第２の面と接触して支持するようになっている支持台座を含む。この装置は、プラズマによって除去可能な材料から成る犠牲リングをさらに含み、この犠牲リングは、加工物の外径が効果的に増大するように、台座上で支持される加工物の外周縁の周りに延在する。

また別の実施の形態では、第１の面と、第２の面と、該第１の面及び該第２の面を接続している外周縁とを有する加工物をプラズマ加工する方法が提供される。この方法は、加工物の外周縁の周りに、プラズマによって除去可能な材料から成る犠牲リングを配置すること、及び加工物の第１の面及び犠牲リングをプラズマに暴露することを含む。この方法は、最大エッチング速度を、加工物の第１の面上の位置から犠牲リング上の異なる位置へシフトすることをさらに含む。

本明細書に組み込まれると共に本明細書の一部を成す添付の図面は、本発明の実施形態を示し、上記の本発明の概説及び以下の詳細な説明と共に、本発明の実施形態の原理を説明する役割を果たす。

真空筐体及び該真空筐体内に配置されるウエハリフト機構（lift mechanism）を含むプラズマ加工システムの斜視図である。 図１のプラズマ加工システムの正面図である。 図１及び図２のプラズマ加工システムの筐体及びウエハリフト機構の分解図である。 図１、図２及び図３のプラズマ加工システムの加工物垂直リフト機構の別の分解図である。 真空筐体の蓋を真空筐体のベースに対して開いた状態でウエハリフト機構が上昇位置に配置されている、図２の線４−４に概ね沿った断面図である。 真空筐体の蓋が真空筐体のベースと接触していることによってウエハリフト機構が下降位置に配置されている、図４と同様の断面図である。 図４の一部の拡大図である。 図１〜図６のウエハリフト機構の一部の分解図である。 説明を分かり易くするためにウエハリフト機構の一部のみが示されている、上昇状態にあるウエハリフト機構を示す斜視図である。 上昇状態にあるウエハリフト機構を示す図８Ａと同様の斜視図である。

図１〜図４を参照すると、プラズマ加工システム１０が概して、蓋１４、及び該蓋１４が上に載るベース１６を有する真空容器又は筐体１２と、蓋１４に接続されている一対の支持アーム１８、２０と、上側電極２２と、下側電極２４とを含む。加工システム１０は、上側電極２２及び下側電極２４間に位置決めされると共に、上側電極２２及び下側電極２４の外周の周りの対向する面（confronting faces）と接触する分離部材又はリング２６をさらに含む。電極２２、２４の対向する面は概ね平坦であると共に平行な板であり、実質的に同一の表面積を有する。

支持アーム１８、２０は、蓋１４と、蓋１４をベース１６に対して上昇位置（図１）と下降位置（図５）との間で垂直方向に昇降させることができる持ち上げ機構（lifting device）（図示せず）とを機械的に連結する。蓋１４及びベース１６が接触している関係にあるとき、加工領域２８が、電極２２、２４の内向きの水平面間に垂直に境界を定められ、且つ分離リング２６によって画定される側壁の内向きの垂直面内に横方向に境界を定められる空間として画定される。上昇位置では、未加工の加工物３０を挿入し加工済みの加工物３０を取り出すために加工領域２８にアクセス可能である。下降位置（図５）では、加工領域２８内に位置決めされる連続的な加工物３０をそれぞれプラズマ加工するのに好適である環境を加工領域２８内に確立することができる。上側電極２２は、持ち上げ機構が蓋１４をベース１６に対して上昇位置及び下降位置間を移動させるときに、蓋１４と共に移動する。

遮蔽同軸ケーブル又は送電線３３、３４によって電極２２、２４それぞれと連結されている電源３２（図２）は、電極２２、２４の電力レベル及び動作周波数を制御する。電源３２は、５０Ｈｚ及び６０Ｈｚ等の極めて低い周波数、４０ｋＨｚ及び１３．５６ＭＨｚ等の高い周波数、１ｋＨｚ等の中間の周波数、又は２．４ＧＨｚ等のマイクロ波周波数で動作する交流電源であり得る。電源３２は、互いに重畳された二重周波数でも動作することができる。代替的には、電源３２は、プラズマが振動しない直流（ＤＣ）電源であってもよい。他の代替的な実施形態では、電源３２は、高密度プラズマを提供する高周波（ＲＦ）電力成分、及びプラズマ密度に影響を与えることなくイオンエネルギーを独立して増大させるＤＣ電力成分を供給してもよい。

電源３２は、１つ又は複数の周波数で動作することができ、電極２２、２４及びこれらの間に閉じ込められるプラズマによって表される負荷から電源３２へ戻る反射電力を測定するインピーダンス整合ネットワーク（図示せず）を含む。インピーダンス（impendence）整合ネットワークは、電源３２の動作周波数を調節して反射電力を最小化する。そのような整合ネットワークの構成は当業者によって理解される。例えば、インピーダンス整合ネットワークは、整合ネットワーク内の可変コンデンサの静電容量を変化させることによって整合ネットワークを調整し、負荷が変化すると電源３２のインピーダンスを負荷のインピーダンスに合わせることができる。電力及び電圧レベル及び動作周波数（複数可）はもちろん、特定の用途に応じて変えることができる。

プラズマ加工システム１０が動作しているときに、真空ポンプ３６が、加工領域２８からの、プラズマプロセスによって生成される副生成物及び未反応原料ガスを、真空マニホルド３８を通して連続的に圧送する。真空ポンプ３６は、加工領域２８内の全圧を、プラズマ生成を促進するのに十分低い準常圧レベルに維持するように動作可能である。プラズマ形成に好適な典型的な圧力は、約２０ミリトル〜約５０トル超の範囲である。加工領域２８内の圧力は、特定の所望のプラズマプロセスに従って制御され、主に、排気された加工領域２８に供給される１つ又は複数の別個のガス種を含み得る原料ガスからの部分圧力構成成分（contributions）から成る。

引き続き図１〜図４を参照すると、シール部材４０が、分離リング２６と上側電極２２との間で圧縮される。図５に示すように蓋１４を下ろしてベース１６と接触させると、別のシール部材４２が分離リング２６と下側電極２４の外周との間で圧縮される。シール部材４０、４２は従来の弾性Ｏリングとして示されているが、本発明はそれに限定されない。蓋１４がその下降位置にあるとき、導電部材４３が、金属製である蓋１４及びベース１６のそれぞれの外周間に捕捉される。導電部材４３は、蓋１４とベース１６とを良好に電気接触させる。

ガス入口板４４（図４）が、上側電極２２の上側水平面に固定されている。ガス入口板４４は、ガス孔４６及び送達ライン４８によって原料ガス供給源５０と連結されている。原料ガス供給源５０からガス孔４６への各プロセスガスの流量を調節するように協働する、質量流量制御部及び流量測定機構（図示せず）を設けることができる。ガス入口板４４は分配通路（図示せず）を含み、上側電極２２は、ガス入口板４４の分配通路と連結されている通路（図示せず）を含む。上側電極２２の通路は加工領域２８と連通しており、プロセスガスをプロセスチャンバ内へ噴射する。

プラズマ加工システム１０は、構成要素の中でも特に電源３２、真空ポンプ３６及び原料ガス供給源５０の動作を制御するようにプログラムされているマイクロプロセッサベースのコントローラ５２（図２）を含む。例えば、このコントローラは、特定のプラズマプロセス及び用途に従って加工領域２８内の好適な圧力を定めるために、電源３２の電力レベル、電圧、電流及び周波数を調節し、原料ガス供給源５０からの原料ガスの供給量及び真空ポンプ３６の圧送速度を調整する。

加工物３０を加工する際に、電源３２により電極２２、２４間に印加される電力によって、蓋１４及びベース１６が接触しているときに２つの電極２２、２４間に画定される加工領域２８内に電磁場が生成され、プラズマ加工するのに好適な環境が加工領域内に存在する。電磁場は、加工領域内に存在する原料ガスの原子又は分子を励起してプラズマ状態にし、これは、プラズマ処理の持続時間の間、電源３２から電力を印加することによって維持される。

既知の方法で下側電極２４と電気的に連結されている送電線３４は、下側電極２４まで送られる。送電線３３は、既知の方法で電極２２、２４の一方又は両方と電気的に連結されている。強制的に流される冷却流体流が、電極２２、２４と筐体１２との間の空隙５６を通って送られて、加工システム１０、特に電極２２、２４を冷却することができる。このために、フィッティング５４（図２）が蓋１４に設けられ、冷却剤供給源５５（図２）とこれらの空隙５６とを連結する冷却剤用の孔を画定することができる。

電極２２、２４は、アルミニウム等の導電性材料から形成される。分離リング２６は、非導電性の誘電体材料から形成され、加工済みの加工物３０を極度に汚染することなく加工領域２８内のプラズマ環境に耐えることができるように構成されている。一般的に、このことは、分離リング２６を形成する材料が、加工領域２８内に存在するプラズマによるエッチングに対して実質的に耐性があるべきであることを示唆する。分離リング２６は、電極２２、２４間に真空シールを提供することに加えて、非導電性材料から成る垂直側壁を画定する。

プラズマの構成成分である種は、加工物３０上の暴露材料と接触すると共に相互作用し、所望の表面改質を行う。プラズマは、原料ガスの化学的性質、加工領域２８内の圧力、並びに電極２２、２４に印加される電力量及び／又は周波数等のパラメータを選択することによって、加工物３０の所望の表面改質を行うように構成されている。加工システム１０は、プラズマプロセス（例えばエッチングプロセス）が所定の終点に達したときを自動的に認識する終点認識システム（図示せず）を含んでもよく、又は代替的には、プラズマプロセスには、加工方法の実験によって求められた時間に基づいて時間を設定してもよい。

図１及び図２と同様の参照符号が同様の特徴部を指す図３、図３Ａ、図４、図５及び図６を参照すると、プラズマ加工システム１０は、真空筐体１２内に位置する垂直リフト機構５８をさらに含む。垂直リフト機構５８は、各加工物３０を下側電極２４に対して持ち上げた状態で受け取る。加工物固定具６０は、蓋１４の開閉に合わせて、また図４に最もよく示されるような蓋１４が開いているときの上昇位置と、図５に最もよく示されるような蓋１４がベース１６に対して閉じた位置にあるときの下降位置との間で、操作者が介入することなく自動的に移動可能である。換言すると、加工物固定具６０は、蓋１４が上側電極２２を下側電極２４に向かって移動させると下降位置へ向かって移動して加工領域２８をシールし、蓋１４が上側電極２２を下側電極２４から離れるように移動させると上昇位置に向かって移動する。蓋１４が下降位置に配置されてベース１６と接触して加工領域２８を周囲環境からシールしているとき、垂直リフト機構５８は加工物３０を自動的に処理位置に配置する。

垂直リフト機構５８は概して、加工物固定具６０と、加工物固定具６０と下側電極２４とを機械的に連結する、一組の弾性付勢される支持体６２と、上側電極２２から下側電極２４及び加工物固定具６０向かって突出している、一組の弾性付勢される押下機構６４と、持ち上げ板６６と、加工物リング６８とを含む。上側電極２２及び下側電極２４間に位置決めされる加工物固定具６０の外周縁又は外周６５が、分離リング２６によって囲まれている。

図３及び図３Ａに最もよく示されるように、持ち上げ板６６及び加工物リング６８は、例えばピンをソケットに入れるタイプの係合によって接合され、この場合、持ち上げ板６６又は加工物リング６８の一方が一組の突出ピン（図示せず）を有し、持ち上げ板６６又は加工物リング６８の他方が、ピンと位置合わせ（register）して嵌合する一組のソケット（図示せず）を有する。下側電極２４上に配置されているカバー板７０が、キャップ７２と、キャップ７２の下にある支持体７４とを含む。キャップ７２も、ピンをソケットに入れるタイプの係合によって支持体７４と接合してもよく、又は代替的にはキャップ７２及び支持体７４は、一体型の１つの部品である構成要素を構成してもよい。カバー板７０は、蓋１４が下降すると、加工物リング６８及び持ち上げ板６６と同様に、下側電極２４と良好に電気接触する。結果として、加工物固定具６０、加工物３０及び下側電極２４は、プラズマ加工システム１０が加工領域２８内でプラズマを生成すると共に加工領域２８内でプラズマによって加工物３０を加工するように動作しているときに、実質的に等しい電位にある。

リセス７６が、下側電極２４の各角部付近に位置する。各リセス７６は、それぞれのリセス７６が下側電極２４に形成されるか又は機械加工された後で残っている下側電極２４の比較的薄肉材料であるベース７８を有する。リセス７６のそれぞれのベース７８からは、雌ねじ山付きの開口８２を有する取り付け支柱８０が突出している。各取り付け支柱８０は、リセス７６のそれぞれと実質的に同軸であるように位置決めすることができる。支持体６２を形成する組立てにおいては、ガイドピン８６のねじ山付き先端８４が、各取り付け支柱８０の雌ねじ山付きの開口８２と嵌合する。各取り付け支柱８０の雌ねじ山付きの開口８２は、それぞれのガイドピン８６が持ち上げ板６６に向かう方向に突出するような向きになっている。

また、リセス７６はそれぞれ、ベース７８まで延在する実質的に円筒形の側壁８８と、側壁８８及び下側電極２４の上面９２間に配置されるベベル又はフレア状のリム９０とによって周囲の境界を定められる。上面９２と交差するフレア状のリム９０の直径は、各リセス７６の側壁８８の直径よりも大きく、上面に向かう方向へ広がって拡径する。

各ガイドピン８６は、ねじ山付き先端８４から頭部９６へ延在する、ねじ山を有しない実質的に円筒形のシャンク９４を含む。頭部９６は、ガイドピン８６のねじ山付き先端８４と雌ねじ山付きの開口８２とを嵌合係合させるために使用される工具（図示せず）の先端を受け入れる凹状の特徴部９８を含むことができる。少なくとも部分的に下側電極２４の上面９２の上方付近へ突出する各ガイドピン８６の頭部９６は、ねじ山を有しないシャンク９４付近に位置するフレア状の面１００を有する。各ガイドピン８６のねじ山を有しないシャンク９４及びそれぞれのリセス７６の側壁８８は、実質的に同軸配置される。

支持体６２はそれぞれ、ガイドピン８６のそれぞれによって加工物固定具６０の持ち上げ板６６と連結されるストップブロック１０２を含む。各ストップブロック１０２は本体１０４を含み、該本体１０４は、拡径ヘッド１０６及び本体１０４の長さを延在する中心ボア又は通路１０８を有する。拡径ヘッド１０６の、本体１０４に対して半径方向外向きである突起は、本体１０４の周りの全周に延在する縁又はリップ１１０を画定する。各ストップブロック１０２の拡径ヘッド１０６は、リップ１１０からの距離が増すほど縮径する第１のベベル又はテーパ状の外側側壁１１２と、リップ１１０からの距離が増すほど拡径する第２のベベル又はテーパ状の外側側壁１１４とをさらに含む。外側側壁１１４は、リップ１１０とテーパ状の外側側壁１１２との間に配置される。通路１０８は、実質的に円筒形の面１１６と、該実質的に円筒形の面１１６の一部を狭めるベベル又はテーパ状の面１１８とを含む。

フレア状のリセス１２０が、持ち上げ板６６の各周囲角部付近に画定される。各ストップブロック１０２のテーパ状の外側側壁１１２は、フレア状のリセス１２０のそれぞれと係合する。各フレア状のリセス１２０の深さは、持ち上げ板６６がストップブロック１０２と固定されているときに、フレア状のリセス１２０のそれぞれの傾斜面１２２と各ストップブロック１０２のテーパ状の外側側壁１１２とが接触するように選択される。各フレア状のリセス１２０と、そのストップブロック１０２の対応するテーパ状の外側側壁１１２との傾斜角は一致し、ストップブロック１０２と持ち上げ板６６とを固定する際に助けとなるが、十分な大きさの垂直方向力によって持ち上げ板６６を容易に取り外すことを依然として可能にする。

ストップブロック１０２の通路１０８のテーパ状の面１１８は、持ち上げ板６６に取り付けられると、下側電極２４のリセス７６のうちの１つと加工物固定具６０との間に概ね配置される。リセス７６のそれぞれには、ワイヤの螺旋コイルから形成される圧縮ばねの形状を有し得るばね要素１２４が配置される。各ばね要素１２４は、それぞれのリセス７６内に閉じ込められ、ベース７８とそれぞれのストップブロック１０２のリップ１１０との間に捕捉される。

図６に最もよく示すように、ばね要素１２４は、加工物固定具６０が上昇位置にあるときに拡張する。その結果、加工物固定具６０の持ち上げ板６６及び加工物リング６８は、支持体６２上で弾性的に浮動するように支持される。持ち上げ板６６及び加工物リング６８から与えられる負荷下では、ばね要素１２４は、持ち上げ板６６を下側電極２４の上面９２上に懸吊するか又は上昇させるのに十分なばね力を全体で有する。

テーパ状の面１１８は、ガイドピン８６の頭部９６上のフレア状の面１００と接触し、加工物固定具６０が上昇位置にあるときに垂直運動を確実に停止させる。フレア状の面１００とテーパ状の面１１８との傾斜角は、加工物固定具６０が上昇位置にあるときに、それぞれのガイドピン８６に対して各ストップブロック１０２が自己を中心に位置付けるように一致する。これによって、加工物固定具６０が、上昇位置にあるときに再現可能な空間位置へ戻ることが可能となる。さらに、これによって、加工物固定具６０によって担持される加工物３０を、プラズマ加工システム１０内に再現可能に配置する。

以下で詳細に説明するように、下降位置（図５）へ向かう蓋１４の移動によって加工物固定具６０を下降位置へ向かって移動させ、したがってばね要素１２４を圧縮する。加工物固定具６０が下降すると、ガイドピン８６それぞれの頭部９６がそのそれぞれの通路１０８内を持ち上げ板６６に向かって移動する。

図３及び図３Ａに最もよく示すように、加工物固定具６０は、持ち上げ板６６及び加工物リング６８を貫通する中央開口１３０と、中央開口１３０から加工物固定具６０の外周６５へ半径方向に延在する間隙１３２とを含む。カバー板７０は、間隙１３２の幅と実質的に同一である幅を有する寸法にされる。加工物固定具６０がプロセス位置へ下降すると、加工物リング６８の上面１３４及びカバー板７０の上面１３６によって合わせて画定される実質的に平坦な面によって中央開口１３０が囲まれるように、カバー板７０は間隙１３２を埋める。必要な同一平面の配置を促進するには、カバー板７０及び加工物固定具６０のそれぞれの厚さを実質的に等しくなるように選択し、これによって、加工物固定具６０がその下降位置にあるときに上面１３４、１３６が実質的に面一であることが可能となる。中央開口１３０は、代表的な実施形態では円形である。しかし、中央開口１３０は、矩形等の他の形状を有してもよい。

間隙１３２は、加工物リング６８の厚さを貫通する対面する側壁１３３、１３５間に画定される。加工物固定具６０における間隙１３２の幅は、エンドエフェクタが間隙１３２を通過して中央開口１３０にアクセスし、未加工の加工物３０を加工物固定具６０に搬送すると共に加工済みの加工物３０を加工物固定具６０から取り出すことができるように選択される。エンドエフェクタは、当業者によって理解されるように、水平多関節（ＳＣＡＲＡ）ロボット等のロボットと動作可能に連結される。

下側電極２４は、下側電極２４に画定されるリセス内に位置付けられる取り付けフランジ１４０及び台座部分１４２を含む、取り外し可能な電極セクション１３８をさらに備える。代表的な加工物支持体を画定する台座部分１４２は、取り付けフランジ１４０から上側電極２２に向かって突出する。電極セクション１３８は、従来の締結具によって下側電極２４の下にある周囲の残りの部分と固定される。下側電極２４の上面９２及び取り付けフランジ１４０の上面９２は実質的に面一である。周囲の取り付けフランジ１４０の上に上昇している台座部分１４２の上面１４４の表面積は、中央開口１３０の半径方向内方の開いている断面積に実質的に等しい。台座部分１４２の直径は、加工物リング６８の中央開口１３０の直径と実質的に等しい。電極セクション１３８は、プラズマ加工システム１０が動作しておりプラズマが加工領域２８内に存在するときに、台座部分１４２及び支持体７４が下側電極２４と実質的に同じ電位であるように、下側電極２４の残りの部分と良好に電気接触する。

カバー板７０は、取り付けフランジ１４０の平面上に突出する、電極セクション１３８の別の隆起領域を含む。カバー板７０及び台座部分１４２は、取り付けフランジ１４０から突出する単一又は一体の隆起領域を含むことができる。代替的には、カバー板７０は、電極セクション１３８に取り付けられる別個の構成要素を備えてもよく、この場合、カバー板７０を加工物固定具６０の中央開口１３０に対して自動的に位置決めするのに使用される位置決めピン（図示せず）等を含んでもよい。

加工物固定具６０がプロセス位置へ下降すると、加工物３０と台座部分１４２の上面１４４とが接触することによって加工物３０を加工物リング６８から台座部分１４２へ搬送する。加工物３０の搬送は、台座部分１４２、下側電極２４、又は筐体１２のベース１６上にある、加工物３０を台座部分１４２上へガイドするいかなる構造も使用することなく達成される。加工物固定具６０の下降したプロセス位置では、加工物リング６８の上面１３４は、台座部分１４２の上面１４４の下へわずかに凹んでいる。プラズマ処理中に、加工物３０は台座部分１４２の上面１４４に載る。

電極セクション１３８及び持ち上げ板６６は、アルミニウム等の導体から構成されている。カバー板７０のキャップ７２及び加工物リング６８は、アルミナ又は高純度アルミナ等の絶縁体又は誘電体から構成されている。代替的には、カバー板７０のキャップ７２及び加工物リング６８は、アルミニウム等の導体から構成してもよい。カバー板７０のキャップ７２及び加工物リング６８の構成材料の選択は、加工物３０の特定のプラズマプロセスのためにプラズマ加工システム１０において必要とされるプラズマ性能のタイプによって決定される。

図３Ａ及び図４を参照すると、押下機構６４のうちの１つが、分離リング２６のそれぞれの内側角部１５付近、また明らかなように上側電極２２のそれぞれの対応する外側角部（図示せず）付近に空間的に位置する。押下機構６４はそれぞれ、インサート１５２及び肩部ボルト１５４の協働によって上側電極２２と固定されるプッシャブロック１５０、並びにばね要素１５６を含む。プッシャブロック１５０はそれぞれ、ストップブロック１０２のそれぞれと実質的に重なり合う関係にある。ワイヤの螺旋コイルから形成される圧縮ばねの形状を有し得るばね要素１５６の一端は、プッシャブロック１５０の拡径頭部１５８と上側電極２２との間に捕捉される。プッシャブロック１５０はセラミック等の絶縁材料又は誘電体材料から構成され、インサート１５２及び肩部ボルト１５４は、ステンレス鋼等の金属から形成することができる。肩部ボルト１５４は、上側電極２２のねじ山付きのボルト穴内に固定されるねじ山付きの先端を有する。各押下機構６４のプッシャブロック１５０は、肩部ボルト１５４に対して、ばね要素１５６が拡張している第１の位置（図４）とばね要素１５６が圧縮している第２の位置（図５）との間で移動可能である。ばね要素１５６は、第１の位置において、各プッシャブロック１５０に対して予め荷重をかけるように付勢する。

蓋１４がベース１６に向かって移動すると、押下機構６４のそれぞれのプッシャブロック１５０が加工物リング６８の上面１３４と接触してばね要素１５６が圧縮し始める。蓋１４がベース１６に近づくとばね要素１５６がさらに圧縮され、これによって、加工物リング６８により多くの力がかかり、加工物固定具６０を台座部分１４２の上面１４４に向かって、且つ下側電極２４に向かって移動させる。加工物固定具６０が完全に下降した位置にあるとき、各ストップブロック１０２上のテーパ状の外側側壁１１４がリセス７６のフレア状のリム９０と接触し、各プッシャブロック１５０がその第２の位置へ移動する。

フレア状のリム９０及びテーパ状の外側側壁１１４の傾斜角は実質的に等しいか又は一致する。加工物固定具６０が下降位置にあるとき、フレア状のリム９０のそれぞれが外側側壁１１４のそれぞれと接触する。この接触によって、各ストップブロック１０２がそのそれぞれのリセス７６内に自動的に自己を中心に位置付ける。したがって、蓋１４が下降するごとに、蓋１４が加工物固定具６０を下降位置へ移動させると、加工物固定具６０は下側電極２４及び取り外し可能な電極セクション１３８に対して再現可能な空間位置へ戻る。さらに、これによって、それぞれの連続的なプラズマ処理中に、連続的な加工物３０を台座部分１４２上に再現可能に配置する。

既出の図と同様の参照符号が同様の特徴部を指す図３、図３Ａ、図７、図８Ａ及び図８Ｂを参照し、また本発明の一実施形態によると、プラズマ加工システム１０は、全体的に参照符号１６０によって示される犠牲リングをさらに含む。加工物３０の底面２９が台座部分１４２の上面１４４上に支持されているとき、犠牲リング１６０は、加工物３０の外周を加工物３０と同心の関係で囲む外周縁３１の周りの全周に延在する。

犠牲リング１６０は、加工物リング６８の持ち上げ板６６の湾曲肩部１６４に取り付けられる第１のセクション１６８と、カバー板７０の支持体７４の肩部１６６に取り付けられる第２のセクション１７０とから成る本体１６１を含む。第１のセクション１６８は、第２のセクション１７０によって示される円弧よりも長さが長い円弧を含む。加工物リング６８の持ち上げ板６６に画定される湾曲肩部１６４は、中央開口１３０を同軸上で囲み、間隙１３２の側方に位置する側壁１３３、１３５との交点において終端する。中央開口１３０に開いている湾曲肩部１６４は、加工物リング６８の上面９２に対して凹んでいる。カバー板７０の支持体７４に画定される湾曲肩部１６６は、加工物固定具６０が下降位置にあるときに肩部１６４と並置されると、完全に円形である物体を幾何学的に閉じる。同様に中央開口１３０に開いている肩部１６６は、カバー板７０の上面１３６に対して凹んでいる。犠牲リング１６０のセクション１６８、１７０は、ピン１７２、１７４をそれぞれ使用するピンをソケットに入れるタイプの係合によって持ち上げ板６６及び支持体７４と固定することができる。

犠牲リング１６０の第１のセクション１６８は、リッジ１７６と、該リッジ１７６の半径方向内側に配置されている肩部又はリム１７８とを含む。第１のセクション１６８のリッジ１７６は、加工物３０の上面２７及び底面２９を接続している加工物３０の外周縁３１がリム１７８を覆い、リッジ１７６の半径方向内側に配置されるようにリム１７８上に突出する。同様に、犠牲リング１６０の第２のセクション１７０は、リッジ１８０と、該リッジ１８０の半径方向内側に配置されている肩部又はリム１８２とを含む。第２のセクション１７０のリッジ１８０は、加工物３０の外周縁３１がリム１８２を覆い、リム１８２の半径方向内側に配置されるようにリム１８２上に突出する。セクション１６８、１７０はそれぞれ、材料の複数のセグメント（すなわちより小さい曲率半径の内側縁を有する幅広のセグメント上の、より大きい曲率半径の内側縁を有する狭小のセグメント）から形成してもよく、又は代替的には、材料の単一の一体部品から機械加工するか若しくは成形してもよい。

リム１７８の半径方向寸法又は幅は、加工物３０の底面２９上にあり外周縁３１の周りを延在する薄い環状の表面積のみがリム１７８と接触するように選択される。一実施形態では、この接触する幅は、加工物３０の外周縁３１から半径方向内方に３ミリメートルに実質的に等しい距離だけ延在する環状部であり得る。持ち上げ板６６にある中央開口１３０の開口は、リム１７８、１８２の半径方向寸法よりも小さい加工物３０の直径に実質的に等しい。

図８Ｂに最もよく示されるように、加工物固定具６０が下降したプロセス位置にあるときに、リム１７８、１８２が実質的に連続し、環状の幾何学的形状になると、リッジ１７６、１８０は互いに位置合わせされる。セクション１６８、１７０間の関係は、加工物固定具６０がその上昇状態にある場合は図８Ａに示されており、また、加工物固定具６０がその下降状態にあり、蓋１４が閉じて加工物３０を加工する準備が整っている場合は図８Ｂに示されている。加工物固定具６０が下降しているときのリッジ１７６、１８０の位置合わせによって、加工物３０の外周縁の位置を犠牲リング１６０の外径に向かって半径方向外方へ効果的にシフトする半径方向寸法を有する材料から成る実質的に連続的なリングが画定される。リッジ１７６、１８０の上面は、加工物３０の隣接する上面と実質的に同一平面上にある。犠牲リング１６０は、加工物固定具６０がその下降位置にあるときに加工物３０と接触する関係にない。

一実施形態では約１０ミリメートル幅であり得る犠牲リング１６０は、プラズマに暴露されるとエッチングされる消耗材料から形成される。消耗材料は、有機ポリマー、又はプラズマエッチングされる加工物３０の材料と同様の組成である別の材料（すなわちシリコン）から成ることができる。好適な有機ポリマーとしては、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリイミド及びポリアミド又はナイロンが挙げられ得るがこれらに限定されない。犠牲リング１６０は、当業者が精通している技法によってこれらのタイプの材料から作製することができる。

有機ポリマーは、例えばプラズマ処理システム１０のプラズマを用いて加工物３０からフォトレジスト層をストリップする場合に、犠牲リング１６０の組成にとって特に好適な材料であり得る。この場合、犠牲リング１６０を構成する材料は、プラズマエッチングによって加工物から除去される材料の組成と同様である。プラズマエッチングによって侵食する場合、犠牲リング１６０の材料は、比較的揮発性であり、結果として真空ポンプ３６によって加工領域２８から容易に排気されるエッチング副生成物を形成し得る。したがって、犠牲リング１６０のエッチングに由来する、真空筐体１２の側壁１３及び真空筐体１２内の構成要素（加工物３０自体を含む）上の汚染物質又は残渣は、ごくわずかであり得る。

リッジ１７６、１８０の半径方向寸法は、加工物３０の周囲縁の効果的な位置のシフトを最適化するように選択される。換言すると、加工物のエッジ効果に起因する比較的速いエッチング速度の固有のゾーンが加工物３０の周囲リムよりむしろ犠牲リング１６０をエッチングするように、加工物３０はプラズマに対してより大きい有効直径を呈する。このより速いエッチング速度が半径方向外方にシフトして加工物３０を外れるため、加工物３０にわたるプラズマ処理の均一性が改善される。システム１０を使用してプラズマを生成すると共に加工物３０の上面２７を処理する場合、リッジ１７６、１８０は加工領域２８内でプラズマに暴露される。概して、犠牲リング１６０は、加工物３０の外周縁３１の外径に実質的に等しい内径ＩＤを特徴とする環状の幾何学的形状を有する。犠牲リング１６０の内径ＩＤと外径との差が、その有効半径方向寸法を画定する。

犠牲リング１６０を使用することによって、プラズマ処理において特有のエッジ効果を、加工物３０の外周縁３１から犠牲リング１６０の外周１６２へシフトすることができる。理論によって限定されることを望まないが、この機構によって、犠牲リング１６０は、プラズマ加工中にそれ自体の処理均一性を犠牲にすることによって、優先的なエッジ効果が主に犠牲リング１６０の消耗材料にわたってエッチング速度を増加させるため、加工物の外周におけるエッジ効果を緩和又は軽減するように動作すると考えられる。したがって、加工物３０の中央領域と周囲縁領域との間でエッチング速度のばらつきがあまり生じないため、エッチング速度は加工物３０にわたってより均一である。

加工物３０の外周縁の位置を効果的にシフトすることにおける有効性を維持する犠牲リング１６０の寿命は、その構成材料及びプラズマ加工の詳細を条件とし得る。犠牲リング１６０は、消耗構成要素であるため、必要に応じて交換することができる。

犠牲リング１６０は、プラズマエッチング、フォトレジストストリッピング又はデスカミング（descumming）、表面洗浄、表面活性化及び薄膜蒸着等のプラズマ処理の、ウエハレベルの用途におけるウエハにわたる均一性を改善する簡単且つ効果的な技法を提示する。犠牲リング１６０は、プラズマ処理システム１０の資本費用を大幅に増加することなく実装することができる。さらに、犠牲リング１６０を用いて、時間がかかるか又は高価なエッチングプロセス又はエッチング機器の必要なく、加工物にわたるプラズマ処理の均一性を改善することができる。プラズマ処理システムには、エッジ効果から生じるエッチング均一性の問題に対処する犠牲リング１６０を簡単且つ廉価な方法で組み込むことができる。

本明細書において「垂直」、「水平」等の用語の言及は、参照の３次元的な骨組み（frame）を確立するために、限定するものではなく例示としてなされる。「水平」という用語は、本明細書において使用される場合、向きにかかわらず電極２２、２４の対向する面のうちの一方を含む平面に対して実質的に平行な平面として定義される。「垂直」という用語は、直前で定義した水平に対して垂直な方向を指す。「上側」、「下側」、「上（on）」、「上の」、「下の」、（「側壁」におけるような）「側」、「より高い」、「より低い」、「〜にわたる」、「下」（"beneath" and "under"）等の用語は、水平面に対して規定されるものである。当業者は、定義された参照の骨組みは絶対的ではなく相対的であることを理解するため、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく様々な他の参照の骨組みを用いることができることが理解される。

本発明を様々な実施形態の説明によって示し、これらの実施形態をかなり詳細に説明したが、本出願人らは、添付の特許請求の範囲をそのような詳細に制限すること、又はいかなる方法でも限定することを意図していない。さらなる利点及び変更形態は、当業者には容易に明らかであろう。したがって、本発明は、その広範な態様では、特定の詳細、代表的な装置及び方法、並びに図示及び記載される説明のための例に限定されない。したがって、出願人の包括的な発明の概念の精神又は範囲から逸脱することなく、そのような詳細から発展することができる。本発明自体の範囲は、添付の特許請求の範囲のみによって規定されるものとする。

Claims (19)

1. 外周縁を有する加工物のプラズマ加工において使用する装置であって、
   プラズマによって除去可能な材料から成る犠牲体であって、前記加工物の外径が効果的に増大するように該加工物の前記外周縁の周りに配置されるようになっている犠牲体を備える、装置。
2. 前記犠牲体は、並置した関係で配置されると環状の幾何学的形状を有するように配置される複数のセクションを含み、該複数のセクションは、前記加工物と同心配置されるように構成されている、請求項１に記載の装置。
3. 前記犠牲体は有機ポリマーから成る、請求項１に記載の装置。
4. 前記有機ポリマーはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリイミド又はポリアミドである、請求項３に記載の装置。
5. 前記犠牲体は、プラズマに暴露される前記加工物の一部を構成する材料と同様の組成である材料から成る、請求項１に記載の装置。
6. 前記犠牲体は、環状の幾何学的形状と、前記加工物の前記外周縁の外径と実質的に等しい内径とを有する、請求項１に記載の装置。
7. 外周縁と、該外周縁によって接続されている第１の面及び第２の面とを有する加工物をプラズマ加工する装置であって、
   プラズマを収容するように構成されている真空筐体であって、前記加工物の前記第１の面がプラズマに暴露されるときに、前記加工物の前記第２の面と接触して支持するようになっている支持台座を含む、真空筐体と、
   プラズマによって除去可能な材料から成る犠牲体であって、前記加工物の外径が効果的に増大するように、前記台座上で支持される前記加工物の前記外周縁の周りに延在する犠牲体とを備える、装置。
8. 前記犠牲体は、並置した関係で配置されると環状の幾何学的形状を有するように配置される複数のセクションを含み、該複数のセクションは、前記加工物と同心配置されるように構成されている、請求項７に記載の装置。
9. 前記真空筐体内に配置されているウエハリフト機構をさらに備え、該ウエハリフト機構はウエハ固定具を含み、該ウエハ固定具は、該ウエハ固定具が前記加工物を前記支持台座と接触しない関係で保持する第１の位置と、該ウエハ固定具が前記加工物の前記第２の面を前記支持台座と接触する関係で配置する第２の位置との間で移動可能であり、前記犠牲体の前記第１のセクションは前記ウエハ固定具によって担持される、請求項８に記載の装置。
10. 前記第２のセクションは、前記支持台座に隣接して取り付けられ、前記ウエハ固定具が前記第１の位置と前記第２の位置との間を移動するときに静止したままである、請求項９に記載の装置。
11. 前記犠牲体は有機ポリマーから成る、請求項７に記載の装置。
12. 前記有機ポリマーはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリイミド又はポリアミドである、請求項１１に記載の装置。
13. 前記犠牲体は、プラズマに暴露される前記加工物の一部を構成する材料と同様の組成である材料から成る、請求項７に記載の装置。
14. 前記犠牲体は、環状の幾何学的形状と、前記加工物の前記外周縁の外径と実質的に等しい内径とを有する、請求項７に記載の装置。
15. 第１の面と、第２の面と、該第１の面及び該第２の面を接続している外周縁とを有する加工物をプラズマエッチングする方法であって、
    前記加工物の前記外周縁の周りに、プラズマによって除去可能な材料から成る犠牲体を配置すること、
    前記加工物の前記第１の面及び前記犠牲体をプラズマに暴露すること、並びに
    最大エッチング速度を、前記加工物の前記第１の面上の位置から前記犠牲体上の異なる位置へシフトすることを含む、方法。
16. 前記加工物の前記第１の面を、前記エッチングプロセス中にプラズマを閉じ込める真空筐体内に位置決めされる支持台座上で支持することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記犠牲体は、位置合わせされると環状の幾何学的形状を画定する複数のセクションに分割されており、前記方法は、
    前記加工物を、前記真空筐体内に配置されているウエハリフト機構上で一時的に支持すること、
    前記ウエハリフト機構を移動させて前記加工物を該ウエハリフト機構から前記支持台座へ搬送すること、及び
    前記加工物を搬送するとき、前記犠牲体の前記セクションのうちの少なくとも一方と該犠牲体の該セクションのうちの少なくとも別のセクションとを位置合わせすることであって、実質的に連続する環状の幾何学的形状を画定する、位置合わせすることをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
18. 前記加工物の前記第１の面をエッチングしている間に該加工物を前記支持台座で支持することをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記犠牲体の材料をプラズマに暴露することによって侵食すること、及び
    前記犠牲体の十分な侵食が起こった後で該犠牲体を別の犠牲体と交換することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。

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