JP2010532101A - 可変静電容量を有するプラズマ処理システムのための方法および装置 - Google Patents

Abstract

プラズマ処理チャンバ内の基材を処理する方法が提供される。基材は、チャックの上方に配置され、エッジリングによって囲まれる。エッジリングは、チャックから電気的に絶縁される。方法は、ＲＦ電力をチャックに提供することを含む。また、方法は、可変静電容量装置を提供することを含む。可変静電容量装置は、エッジリングにＲＦ結合を提供するためにエッジリングに結合されて、エッジリングにエッジリング電位を持たせる。方法は、さらに、基材を処理するためにプラズマ処理チャンバ内でプラズマを発生することを含む。基材を処理する間に可変静電容量装置がエッジリング電位を基材のＤＣ電位に動的な同調を可能ならしめるように構成されて、基材が処理される。
【選択図】図３

Description

半導体産業の成長はプラズマ処理の進歩によって推進されてきた。半導体は競合性が極めて激しいため、デバイスメーカは生産量を最大化して基材で利用可能な表面積を効果的に利用したいものと考えられる。基材のプラズマ処理中、処理されているデバイスについて高い生産量を確保するために、複数のパラメータを制御しなければならない場合がある。欠陥デバイスの一般的原因は、基材処理中の均一性の欠如である。均一性に影響を与える可能性のある要因は、基材のエッジ効果である。欠陥デバイスのもう一つの原因は、輸送中に一つの基材の背面から別の基材に剥がれ落ちるポリマ副生成物に起因するものであろう。

現在の製造技術は、より高性能のデバイス、基材の形状をさらに縮小するための重圧、ならびにより新しい最適化された基材素材の実装に対する要求を抱えている。たとえば、より大きい基材（たとえば、＞３００ｍｍ）の中心からエッジまでの均一性を維持し、あるいは結果を処理することは次第に困難になってきている。一般に、所与の形状では、エッジに近い基材上のデバイスの数は基材のサイズが大きくなるにつれて増加する。同様に、所与の基材サイズでは、エッジに近い基材上のデバイスの数はデバイスの形状サイズが減少するにつれて増加する。たとえば、多くの場合、基材上のデバイスの総数の２０％以上が基材の周辺の近くにある。

図１は、単一ホット・エッジ・リングを有する容量結合されたプラズマ処理システムの簡略図を示す。一般に、ＲＦ発生器１１２は、容量性結合を介してプラズマを発生するとともにプラズマ密度を制御するために使用される。一定のエッチングアプリケーションでは、上電極を接地して下電極にＲＦエネルギを供給する必要があろう。

一般に、適切な一組のガスが上電極１０２の入口から流入される。ガスは、その後、給電電極としての機能も果たす静電チャック（ＥＳＣ）１０８表面のホット・エッジ・リング（ＨＥＲ）１１６（たとえば、Ｓｉなど）とともに設置された半導体基材やガラス板などの基材１０６の露出領域を処理（たとえば、エッチングまたは蒸着）するように、イオン化されてプラズマ１０４を形成する。

ホット・エッジ・リング１１６は、一般に、ＥＳＣ１０８上の基材１０６の位置決めと、プラズマのイオンによる損傷から基材自体によって保護されない下層部品の遮蔽とを含む、多くの機能を実行する。ホット・エッジ・リング１１６は、図１に示されるように、基材１０６のエッジの下方かつ周囲に配置される。ホット・エッジ・リング１１６は、さらに結合リング１１４（たとえば、石英など）の上に位置してもよく、さらに結合リング１１４は、一般に、チャック１０８からホット・エッジ・リング１１６への電流路を提供するように構成される。

図１に示されるように、石英スリーブ１２６が結合リング１１４から突き出るように構成され、ＨＥＲ１１６をＥＳＣ１０８から絶縁してＥＳＣアセンブリ１０８および１１０からＨＥＲ１１６への直接のＲＦ結合を最小化にする。ＥＳＣアセンブリ１０８および１１０へのＨＥＲ１１６のＲＦ結合は、結合リング１１４によって提供される。石英スリーブ１２６および結合リング１１４は、単一部品であってもよく、２つの別部品であってもよい。

図１の例では、絶縁体リング１１８および１２０は、ＥＳＣ１０８と接地リング１２２を絶縁するように構成される。石英カバー１２４は、接地リング１２２の上に配置される。結合リング１１４の素材は、ＥＳＣ１０８からＨＥＲ１１６へのＲＦ結合を最適化するために、石英または他の適切な素材であってもよい。たとえば、石英を結合リング１１４として採用して、ＨＥＲ１１６へのＲＦ結合を最小化してもよい。別の例では、結合リング１１４としてアルミニウムを採用してＨＥＲ１１６へのＲＦ結合を増加してもよい。

電場、プラズマ温度、およびプロセス化学からの負荷効果など、基材のエッジ効果によって、基材エッジの近くのプロセスの結果は、プラズマ処理中に基材の残りの（中心）領域と異なるだろう。たとえば、基材１０６エッジの周囲の電場は、ＲＦ結合からＨＥＲ１１６までの変化に起因して変化するだろう。プラズマシースの等電位線は崩壊して、基材エッジの周囲に不均一なイオン角度分布を生じるだろう。

一般に、プロセスの均一性と垂直エッチングプロファイルを維持するために、電場は基材の全表面にわたって実質的に一定に保たれることが望ましい。プラズマ処理中、基材１０６とＨＥＲ１１６とのＲＦ結合バランスを設計によって最適化して、プロセスの均一性および垂直エッチングを維持しうる。たとえば、ＨＥＲ１１６へのＲＦ結合を最大ＲＦ結合が得られるように最適化して、均一なエッチングを得てもよい。ただし、プロセスの均一性を維持するためのＲＦ結合バランスは、傾斜エッジのポリマ蒸着に負担がかかるだろう。

エッチングプロセス中、ポリマ副生成物（たとえば、フッ素化ポリマなど）が基材背面および／または基材エッジ周辺に生じることは一般的であろう。フッ素化ポリマは、一般に、化学エッチング、またはフッ化炭素エッチングプロセス中に蒸着されたポリマ副生成物に事前に暴露されたフォトレジスト素材からなる。一般に、フッ素化ポリマは、Ｃ_ｘＨ_ｙＦ_ｚの化学反応式を有する物質であり、ここでｘ、ｚは０よりも大きい整数であり、ｙは０よりも大きいかまたは０に等しい整数である（たとえば、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、ＣＨ_２Ｆ_２、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_５Ｆ_８など）。

しかし、複数の異なるエッチングプロセスの結果として、連続的なポリマ層がエッジ領域に蒸着されると、一般に強力で粘着性のある有機結合がいずれは弱くなり、輸送中に剥がれたり別の基材上に剥がれ落ちることが多い。たとえば、基材は、しばしばカセットと呼ばれる実質的に清浄な容器を介してプラズマ処理システム間で組として一般に移動される。より高い場所に位置する基材が容器内で別の場所に移されると、ポリマ層の一部はダイが存在するより低い場所の基材上に落ち、デバイスの生産量に影響を与えるだろう。

図２は、一組のエッジポリマが平面的な背面に蒸着されている基材の簡略図を示す。前述のように、エッチングプロセス中、ポリマ副生成物（エッジポリマ）が基材上に生じることは一般的であるかもしれない。この例では、ポリマ副生成物は、平面的な背面、すなわち、プラズマから離れた基材の面に蒸着されている。たとえば、ポリマの厚さは、約７０°で約２５０ｎｍ（２０２）、約４５°で２７０ｎｍ（２０４）、および０°で約１２０ｎｍ（２０６）である。一般に、ポリマの厚さが大きくなると、ポリマの一部が除去されて、別の基材またはチャックに落ちる確率が高くなり、生産量に影響を与えるだろう。

たとえば、ＨＥＲ１１６へのＲＦ結合を最小限のＲＦ結合になるように最適化して、傾斜エッジへのポリマ副生成物の蒸着を抑制しうる。しかし、傾斜エッジポリマ蒸着を最小化するためのＲＦ結合バランスは、基材エッジにおけるプロセス均一性を維持するために負担がかかるだろう。

したがって、前述された先行技術の方法は、ＲＦ結合に関して一定の値が得られる固定化された形状および／または素材を有するように最適化されたホット・エッジ・リングを必要としよう。したがって、エッジの均一性を最適化するか、あるいは傾斜エッジのポリマ堆積物を最適化するかをトレードオフするために、ホット・エッジ・リングと基材の間でＲＦ結合のバランスを取る必要があろう。

本発明は、ある実施形態において、プラズマ処理チャンバ内で基材を処理する方法に関する。基材は、チャックの上方に配置されてエッジリングによって囲まれる。エッジリングは、チャックから電気的に絶縁される。方法は、ＲＦ電力をチャックに提供することを含む。また、方法は、可変静電容量装置（ｔｕｎａｂｌｅ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）を提供することを含む。可変静電容量装置は、ＲＦ結合をエッジリングに提供するためにエッジリングに結合されて、エッジリングにエッジリング電位を持たせる。方法は、さらに、基材を処理するようにプラズマ処理チャンバ内でプラズマを発生することを含む。基材を処理する間、可変静電容量装置がエッジリング電位を基材のＤＣ電位に動的な同調を可能ならしめるように構成されながら、基材は処理される。

上記の要旨は、本明細書に開示された本発明の多くの実施形態の一つのみに関し、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、本発明の範囲は本明細書の特許請求の範囲に記述される。本発明の上記特徴およびその他の特徴を、本発明の詳細な説明において以下の図と関連付けて以下でさらに詳しく説明する。

本発明は、添付図面の図において、限定としてではなく例として示され、同様の参照数字は類似の要素を表す。

単一ホット・エッジ・リングを有する容量結合されたプラズマ処理システムの簡略図を示す。 一組のエッジポリマが平面的な背面に蒸着されている基材の簡略図を示す。 本発明の実施形態に従って、可変静電容量を提供するために密封されたキャビティを有する結合リングアセンブリで構成される容量結合されたプラズマ処理システムの簡略図を示す。 本発明の実施形態に従って、ＤＣリレースイッチで構成されている複数周波数の容量結合されたプラズマ処理システムを示す。 本発明の実施形態に従って、機械コンデンサ装置で構成されている複数周波数の容量結合されたプラズマ処理システムを示す。 本発明の実施形態に従って、可変コンデンサ装置に採用されるカットアウトで構成されている同心リングの上面図を示す。

本発明を、ここで添付図面に示されるような本発明のいくつかの実施形態を参照して詳しく説明する。以下の説明では、本発明の十分な理解を与えるために数多くの詳細情報を記述する。ただし、本発明はこれらの詳細情報の一部または全部を含まずに実施されてもよいことは当業者にとって明らかであろう。他の例では、本発明が不必要に分かりにくくならないように周知の工程段階および／または構造を詳しく説明していない。

方法および技術を含む様々な実施形態を後述する。本発明は本発明による技術の実施形態を実施するコンピュータ可読命令が記憶されるコンピュータ可読媒体を含む製品を包含してもよいことに留意すべきである。コンピュータ可読媒体は、たとえば、半導体、磁気、光磁気、光、またはコンピュータ可読コードを記憶するその他の形態のコンピュータ可読媒体を含んでもよい。さらに、本発明は、本発明の実施形態を実施する装置を包含してもよい。このような装置は、本発明の実施形態に関するタスクを実行するための専用および／またはプログラマブル回路を含んでもよい。このような装置の例として、適切にプログラムされるときの汎用コンピュータおよび／または専用コンピュータデバイスが挙げられ、本発明の実施形態に関する様々なタスクに適合されたコンピュータ／コンピュータデバイスおよび専用／プログラマブル回路の組合せを含んでもよい。

本発明の実施形態に従って、プラズマ処理パラメータの制御を強化するためにプラズマ処理システムを構成する方法および装置が提供される。本発明の実施形態は、ホット・エッジ・リングにＲＦ結合用の可変静電容量装置を提供して基材とホット・エッジ・リングの間に所望の電位差を生成することを含む。したがって、所与のプラズマプロセスに対するプラズマシースの等電位線は、基材の傾斜エッジからのポリマ副生成物のクリーニングを犠牲にせずに基材エッジにおける均一なエッチングを実現するように最適化されよう。

本発明の一つ以上の実施形態において、結合リングアセンブリは、上結合リングおよび下結合リングで構成されうる。ある実施形態において、上結合リングおよび下結合リングは、密封（ハーメチックシール）を形成するように結合されうる。密封された結合リングアセンブリの内側にはキャビティ（中空）が配置され、密封されたキャビティは、ある実施形態において、キャビティ内およびキャビティ外に誘電材料を輸送するための入口および出口で構成されうる。ある実施形態において、結合リングアセンブリの静電容量は、密封されたキャビティの内側の誘電材料を変えることによって変更して、ホット・エッジ・リング上部の領域における電気的特性に影響を与えるようにしてもよい。したがって、プラズマ処理中に、結合リングの静電容量は、基材とホット・エッジ・リングの電位差を最小にするように調整して、基材の均一なエッチングを実現しうる。同様に、結合リングの静電容量は、基材とホット・エッジ・リングの電位差を最大にするように調整して基材の傾斜エッジクリーニングを実施しうる。

ある実施形態において、ＨＥＲは接触フットで構成されうる。ある実施形態において、シャフトの上方に可動コネクタを配置してコネクタを上下に移動して接触フットと接触させうる。シャフトは、本発明の実施形態に従って、ストラップによってＥＳＣ下電極にＲＦ結合されうる。ある実施形態において、プラズマ処理中に、コネクタは、上下に移動して接触フットと接触し、機械スイッチ、すなわち、ＤＣリレースイッチとして作用してＥＳＣ下電極からＨＥＲへのＲＦ結合をオン／オフしうる。したがって、コネクタとフットが接触しているとき、ＨＥＲへのＲＦ結合はエッチングが均一になるように最適化されよう。一方、コネクタとフットの間に接触がないとき、ＨＥＲへのＲＦ結合は傾斜エッジクリーニングのために最小限に抑えられよう。

ある実施形態において、下ホット・エッジ・リングは、下方に突き出る可能性のある第１のプレートで構成されよう。下ホット・エッジ・リングは、ＨＥＲの下方に配置され、そうすると、ある実施形態において、プラズマに暴露されないだろう。別の実施形態において、第１のプレートは、下ホット・エッジ・リングを採用せずにＨＥＲに直結されてもよい。本発明の実施形態に従って、第１のプレートは、第２のプレートと平行であるように構成されて第１のプレートと第２のプレートとの間に空隙を有する機械コンデンサ装置を形成しうる。ある実施形態において、第２のプレートは、複数のストラップによって下ＥＳＣ電極にＲＦ結合されうる。プラズマ処理中に、機械コンデンサ装置の静電容量は、ある実施形態において、第１のプレートに対して第２のプレートを移動することによって動的に調整されて二つのプレート間の重なり面積が変更されうる。したがって、ＥＳＣ下電極からＨＥＲへのＲＦ結合は、機械コンデンサ装置によって動的に調整されうる。

別の実施形態において、機械コンデンサ装置は、複数の同心リングから構成されよう。ある実施形態において、同心リングは、複数のカットアウト（切り抜き）とカットアウトを隔てる複数のセクションとで構成されよう。最適なＲＦ結合に対する所定の要求に応じて、各カットアウトおよび／または各セクションは、ある実施形態において、同じか、あるいは異なる形状で構成されてもよい。ある実施形態において、各々が複数のカットアウトを有する二つの同心リングがホット・エッジ・リングの下方に配置されうる。同心リングは、ある実施形態において、空隙によって隔ててコンデンサ装置を形成しうる。プラズマ処理中に、同心リングコンデンサ装置の静電容量を動的に調整して、ＥＳＣアセンブリからＨＥＲへのＲＦ結合を変えうる。

本発明の特徴および長所は、以下の図および議論を参照するとよりよく理解されるかもしれない。図３は、本発明の実施形態に従って、可変静電容量を提供するために密封されたキャビティを有する結合リングアセンブリで構成されている、容量結合されたプラズマ処理システム３００の簡略図を示す。

プラズマ処理システム３００は、単一、二、または三周波数ＲＦ容量性放電システムであってもよい。ある例では、無線周波数は、たとえば、２ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、および６０ＭＨｚを含んでもよいが、これらに限定されない。プラズマ処理システム３００は、静電チャック（ＥＳＣ）３０８の上方に配置されている基材３０６を含むように構成されうる。ＥＳＣ３０８は、給電電極としても働き、ＥＳＣ下電極３１０の上方に配置される。

たとえば、基材３０６が処理されている状況を考えてみよう。プラズマ処理中に、接地までの経路（図を簡略化するために図示せず）を有する複数周波数ＲＦ発生器３１２は、ＲＦ整合回路網（図を簡略化するために図示せず）を介して低ＲＦバイアス電力をＥＳＣ下電極３１０に供給しうる。ＲＦ発生器３１２からのＲＦ電力は、ガス（図を簡略化するために図示せず）と相互作用して上電極３０２と基材３０６との間のプラズマ３０４を点火しうる。プラズマは、基材３０６をエッチングしかつ／または基材３０６に素材を蒸着して電子デバイスを形成するために採用されよう。

図３に示されるように、一定のエッチングアプリケーション（適用）では、上電極３０２をＲＦ電力が供給される下電極に対して接地しなければならない。ＲＦ電力は、２ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、および６０ＭＨｚの少なくとも一つである。さらに他のエッチングアプリケーションでは、同様のＲＦ周波数を用いて上電極と下電極の両方にＲＦ電力を供給しなければならない。

図３の実施において、絶縁体リング３１８および３２０は、ホット・エッジ・リング（ＨＥＲ）３１６と接地リング３２２の間を絶縁するように構成される。石英カバー３２４が接地リング３２２の上に配置される。ＨＥＲ３１６は、さらに、結合リングアセンブリ３１４の上にある。結合リングアセンブリ３１４は、ＥＳＣアセンブリ、たとえば、ＥＳＣ３０８およびＥＳＣ下電極３１０からＨＥＲ３１６へのＲＦ結合を提供するために、アルミニウムやグラファイトなどの導電素材から作られよう。

結合リングがモノリシック構造（一体構造）である先行技術とは対照的に、結合リングアセンブリ３１４は、本発明の実施形態に従って、上結合リング３１４ａ、下結合リング３１４ｂ、およびキャビティ３３０で構成される。ある実施形態において、キャビティ３３０は、結合リングアセンブリの内側で密封されている。本明細書で採用される「密封」という用語は、ガスや液体がキャビティに出入りするのを阻止することを意図するものである。

ある実施形態において、キャビティ３３０は、上結合リング３１４ａと下結合リング３１４ｂの接合部分３３２にＯリングを採用し配置することによって密封されうる。あるいは、密封の他の形成手段、たとえば、抵抗溶接、半田シールおよび／またはガラスシールを採用して結合リングアセンブリとして採用されている素材を適合してもよい。

理論に縛られたくはないが、結合リングアセンブリ３１４の静電容量を変えると、ＨＥＲ３１６の上面のＲＦ電圧が対応して変化することになると本発明者らは本明細書において考えている。たとえば、静電容量が結合リングアセンブリを通じて増加すると、結合リングアセンブリのインピーダンスが減少してＨＥＲの上面のＲＦ電圧が上昇することになる。したがって、ＨＥＲの上方の領域で高いプラズマ密度が発生するだろう。

他方、たとえば、結合リングアセンブリの静電容量が減少すると、インピーダンスが減少してＨＥＲの上面のＲＦ電圧が低下することになろう。したがって、ＨＥＲ上方の領域におけるプラズマ密度が小さくなるだろう。

本発明の実施形態に従って、図３は、密封されたキャビティ３３０、入口チャネル３２６、および出口チャネル３２８を有する結合リングアセンブリ３１４を示す。ある実施形態においいて、入口チャネル３２６および出口チャネル３２８は、誘電材料を密封されたキャビティ３３０の内外に輸送するように構成される。したがって、結合リングアセンブリ３１４の静電容量は、ある実施形態において、キャビティ３３０内側の誘電材料を変えることによって変更されうる。

誘電材料は、固体、液体、またはガスであってもよい。たとえば、空気、窒素、鉱油、ヒマシ油、水、グリセロールなどの誘電材料が、ある実施形態において、所定の静電容量を実現するために採用されてもよい。

ある実施形態において、誘電材料をキャビティ３３０の内外に輸送するための制御は、能動、受動のいずれの流量制御システムであろう。能動流量制御システムにおいて、キャビティ３３０内および／キャビティ３３０外に流れる誘電材料は、動的に制御されうる。たとえば、誘電材料は、プラズマ処理中に所定の流速でキャビティを流れてもよい。受動流量制御システムの別の例では、所望量の誘電材料がキャビティ３３０に流入されうる。ただし、受動流量制御システムでは、誘電材料がプラズマ処理中にキャビティ３３０を動的に流されることはない。

たとえば、プラズマ処理中に基材３０６の均一なエッチングが望まれる状況を考えてみよう。ある例では、ある実施形態に従って、第１の誘電材料を、結合リングアセンブリ３１４に所定の静電容量を与えるように選択してＥＳＣアセンブリからＨＥＲ３１６へのＲＦ結合を最適化し、基材３０６上方のＲＦシース電圧（Ｖ_基材）の領域に対して基材エッジリング３１６上方のＲＦシース電圧（Ｖ_{エッジリング}）の領域で同様のプラズマシースを実現して、最小の電位差（Ｖ_基材−Ｖ_{エッジリング}）を生成しうる。したがって、所与のプラズマプロセスに対するプラズマシースの等電位線は、基材３０６のエッジに対するイオン衝撃を真っ直ぐに保つように最適化される。基材３０６のエッジにおける垂直イオン衝撃は、プラズマ処理中の基材の中心とエッチングされたパターンの垂直プロファイルとに対して均一なエッチングを保証するだろう。

あるいは、ある実施形態に従って、第２の誘電材料を、結合リングアセンブリ３１４に所定の静電容量を与えるように選択して、ＥＳＣアセンブリからＨＥＲ３１６へのＲＦ結合を最小化して、基材３０６上方のＲＦシース電圧（Ｖ_基材）の領域に対して基材エッジリング３１６上方のＲＦシース電圧（Ｖ_{エッジリング}）の領域で異なるプラズマシースを実現して、最大の電位差（Ｖ_基材−Ｖ_{エッジリング}）を生成しうる。

基材３０６とＨＥＲ３１６の高い電位差に起因して、基材３０６の傾斜エッジでアーク放電が発生する。通常、アーク放電は、望ましくない無制御の事象である。しかし、基材の傾斜エッジにはデバイスがない。したがって、アーク放電、すなわち、基材３０６の傾斜エッジ表面のマイクロエクスプロージョン（微小な爆発）は、本発明の実施形態に従って、基材の傾斜エッジに堆積されたポリマ副生成物を除去するためのクリーニング機構として望ましい。

先行技術では、結合リングはモノリシック構造であり、ＨＥＲへのＲＦ結合は基材エッジの均一なエッチングと傾斜エッジのポリマ副生成物の堆積物とのバランスを取るように最適化される。先行技術の方法と違って、結合リングアセンブリの静電容量は、結合リングアセンブリのキャビティの内側に所定の誘電材料を有することによって同調（変更）可能である。したがって、基材の多段階プラズマ処理において、ホット・エッジ・リングに関する電気的特性は、エッチングステップ中の均一なエッチングと、クリーニングステップ中のポリマ副生成物堆積物の傾斜エッジクリーニングとを実現するように調整されうる。

図４は、本発明の実施形態に従って、ＤＣリレースイッチで構成されている複数周波数の容量結合されたプラズマ処理システム４００を示す。プラズマ処理システム４００は、接地された上電極４０２、基材４０６、静電チャック（ＥＳＣ）４０８、ＥＳＣ下電極４１０、絶縁体リング４１８および４２０、接地リング４２２、ならびに石英カバー４２４を含むように構成される。

たとえば、基材４０６が処理されている状況を考えてみよう。プラズマ４０４は、ガス（図を簡略化するために図示せず）がＲＦ電力発生器４１２からのＲＦ電力と相互作用するとき発生しうる。プラズマ４０４は、基材４０６をエッチングかつ／または基材４０６に素材を蒸着して電子デバイスを形成するように採用されよう。

前述のように、電場、プラズマ温度、およびプロセス化学からの負荷効果など、基材エッジ効果が原因で、基材エッジの近くのプロセスの結果が基材の残りの（中心）領域とは異なる。たとえば、プラズマシースの等電位線は崩壊して、基材エッジの周囲に不均一なイオン角度分布を生じるだろう。

図４の実施において、ＨＥＲ４１６は、結合リング４１４の上方の基材４０６でエッジの周囲に配置される。ある実施形態において、ＨＥＲ４１６は、接触フット４２６で構成されうる。本発明の実施形態に従って、可動コネクタ４２８が上および／または下に移動するようにシャフト４３０の上方に配置される。ある実施形態において、シャフト４３０は、ストラップ４３２によってＥＳＣ下電極４１０とのＲＦ結合を実現するように構成される。コネクタ４２８を上および／または下に移動することによって、コネクタ４２８は、ある実施形態において、接触フット４２６と物理的に接触して、機械スイッチ、すなわち、ＤＣリレースイッチとして作用し、ＥＳＣ下電極４１０からＨＥＲ４１６へのＲＦ結合をオンまたはオフしうる。

ある実施形態において、ＨＥＲ４１６へのＲＦ結合を、基材４０６とＨＥＲ４１６の間に最小電位差（Ｖ_基材−Ｖ_{エッジリング}）を提供するように最適化して、コネクタ４２８が上に移動して接触フット４２６と物理的に接触するとき基材のエッジで均一なエッチングを実現しうる。

別の実施形態において、ＨＥＲ４１６へのＲＦ結合を、基材４０６とＨＥＲ４１６の間に最大電位差（Ｖ_基材−Ｖ_{エッジリング}）を提供するように最小化して、コネクタ４２８が接触フット４２６と接触しないように下に移動されるとき基材の傾斜エッジに堆積されたポリマ副生成物を除去しうる。

先行技術では、ＨＥＲへのＲＦ結合は基材エッジの均一なエッチングと傾斜エッジのポリマ副生成物の堆積物とのバランスを取るように最適化される。先行技術の方法と違って、機械スイッチは、ＥＳＣ下電極からＨＥＲへのＲＦ結合をオンまたはオフに切り替えてＨＥＲの上部の電気的特性に影響を与えるように構成されよう。したがって、基材の多段階プラズマ処理において、ホット・エッジ・リングに関する電気的特性は、機械スイッチをオンにすることによるＲＦ結合を通じて最適化し、エッチングステップ中の均一なエッチングを実現しうる。同様に、ポリマ副生成物の堆積物の傾斜エッジクリーニングは、クリーニングステップ中に機械スイッチを用いてＲＦ結合をオフにすることによって実現されうる。

図５Ａは、本発明の実施形態に従って、機械コンデンサ装置で構成されている複数周波数の容量結合されたプラズマ処理システム５００を示す。プラズマ処理システム５００は、接地された上電極５０２、基材５０６、静電チャック（ＥＳＣ）５０８、ＥＳＣ下電極５１０、石英スリーブ５１７、絶縁体リング５１８および５２０、接地リング５２２、ならびに石英カバー５２４を含むように構成されよう。

たとえば、基材５０６が処理されている状況を考えてみよう。プラズマ５０４は、ガス（図を簡略化するために図示せず）がＲＦ電力発生器５１２からのＲＦ電力と相互作用するとき発生しうる。プラズマ５０４は、電子デバイスを形成するように、基材５０６をエッチングかつ／または基材５０６に素材を蒸着するように採用されうる。

図５の実施において、ＨＥＲ５１６は、基材５０６のエッジの周囲に配置される。石英スリーブ５１７は、ＨＥＲ５１６をＥＳＣ５０８から絶縁してＥＳＣアセンブリ５０８および５１０からＨＥＲ５１６への直接的なＲＦ結合を最小化するように構成される。

ある実施形態において、下方に突き出ている第１のコンデンサリング５２８で構成される下ＨＥＲリング５２６は、ＨＥＲ５１６の下方に配置されうる。ある実施形態において、下ＨＥＲリング５２６は、プラズマ５０４に暴露されることがなく、ＨＥＲ５１６のように頻繁に交換される必要がないだろう。本発明の実施形態に従って、下ＨＥＲリング５２６から下方に突き出ている第１のリング５２８を第２のリング５３０と平行であるように構成して、開放されたキャビティ領域５１４に空隙５３４を有する機械コンデンサ装置を形成しうる。第２のリング５３０は、ある実施形態において、複数のストラップ５３２によってＥＳＣ下電極５１０にＲＦ結合されうる。ある実施形態において、複数のストラップ５３２を採用して、第２のリング５３０周囲のＲＦ結合の方位均一性を提供してもよい。

あるいは、別の実施形態において、第１のリング５２８をＨＥＲ５１６に取り付けて、第２のリング５３０とともにコンデンサ装置を形成してもよい。下ＨＥＲリング５２６は、この実施において必要でないだろう。

ある実施形態において、プラズマ処理中に、第２のリング５３０を、第１のリング５２８に対して上および／または下に移動するように構成して第２のリング５３０と第１のリング５２８の間の重なり面積を変えうる。ある実施形態において、重なり面積を変えることによって、プラズマ処理中に容量を動的に調整して、ＥＳＣ下電極５１０からＨＥＲ５１６へのＲＦ結合を変えうる。

ある実施形態において、ＨＥＲ５１６へのＲＦ結合を基材５０６とＨＥＲ５１６の間の最小電位差（Ｖ_基材−Ｖ_{エッジリング}）を提供するように最適化して、第２のリング５３０が上に移動して第１のリング５２８との重なりが最大になるとき基材のエッジで均一なエッチングを実現しうる。

別の実施形態において、ＨＥＲ５１６へのＲＦ結合を基材５０６とＨＥＲ５１６の間の最大電位差（Ｖ_基材−Ｖ_{エッジリング}）を提供するように最小化して、第２のリング５３０が第１のリング５２８と重ならないように下に移動されるとき基材の傾斜エッジに堆積されたポリマ副生成物を除去しうる。

図５Ｂは、本発明の実施形態に従って、可変コンデンサ装置に採用される、カットアウトで構成されている同心リング５４０の上面図を示す。ある実施形態において、同心リング５４０は、カットアウト５５０、５５４、および５５８で構成されよう。ある実施形態において、同心リング５４０の周囲で第１のカットアウト５５０は第１のセクション５５２によって隔てられ、第２のカットアウト５５４は第２のセクション５５６によって隔てられ、以下同様に隔てられていてもよい。

本発明の実施形態に従って、第１のカットアウト５５０は、第２のカットアウト５５２と同じ面積を有していてもよい。あるいは、第１のカットアウト５５０は、第２のカットアウト５５４とは異なる面積を有していてもよい。ある実施形態において、第１のセクション５５２は、第２のセクション５５６と同じ面積を有していてもよい。あるいは、ある実施形態において、第１のセクション５５２は、第２のセクション５５６とは異なる面積を有していてもよい。したがって、同心リングの周囲の各カットアウトおよび／または各セクションは、最適なＲＦ結合の所定の必要性に応じて同様の面積または異なる面積を有しうる。

たとえば、同心リング５４０に類似した２つの同心リングがＨＥＲの下に配置される状況を考えてみよう。ある実施形態において、同心リングは、空隙によって隔てられてコンデンサ装置を形成しうる。カットアウトと中実セクションとの重なり面積が変えられるようにして静電容量を動的に調整するように、第１の同心リングを第２の同心リングに対して回転させることによって静電容量が変えられうる。したがって、カットアウトを有する２つの同心リングで構成される機械コンデンサ装置を採用してＥＳＣアセンブリからＨＥＲへのＲＦ結合に影響を与えるための可変静電容量を提供しうる。

前述の内容から分かるように、本発明の実施形態は、ＥＳＣアセンブリとホット・エッジ・リングとの間の静電容量を変える機構によってホット・エッジ・リングのＲＦ結合を変えるための方法および装置を提供する。ＨＥＲへのＲＦ結合を変えることによって、プラズマ処理中に傾斜エッジにおけるポリマ副生成物のクリーニングをトレードオフすることなく、基材エッジにおけるエッチングの均一性が実現可能である。

本発明をいくつかの好ましい実施形態に関して説明してきたが、本発明の範囲に入る変更、置換、および等効物がある。また、発明の名称、発明の概要、および要約書は、便宜のために記載されているものであり、本明細書の特許請求の範囲を解釈するために使用されるべきでない。また、本発明の方法および装置には多くの代替的実施方法があることにも留意されたい。本明細書には様々な例が記載されているが、これらの例は説明のためのものであり、本発明に関して限定するものではない。さらに、本出願において、一組の「ｎ個」の項目は、その組のゼロまたはそれ以上の項目を表す。したがって、以下に添付の特許請求の範囲は、本発明の趣旨および技術的範囲に入るすべての上記変更、置換、および等効物を含むと解釈されるものとする。

Claims (29)

1. プラズマ処理チャンバ内で、基材を処理する方法であって、前記基材はチャックの上方に配置され、エッジリングによって囲まれ、前記エッジリングは前記チャックから電気的に絶縁されており、
   ＲＦ電力を前記チャックに提供することと、
   可変静電容量装置を提供することであって、前記可変静電容量装置は、ＲＦ結合を前記エッジリングに提供するように前記エッジリングに結合されており、前記エッジリングにエッジリング電位を持たせることと、
   前記可変静電容量装置に結合リングアセンブリを含むことと、
   前記基材を処理するように前記プラズマ処理チャンバ内でプラズマを発生することと、を含み
   前記基材を処理する間、前記可変静電容量装置が前記エッジリング電位を前記基材のＤＣ電位に動的な同調を可能ならしめるように構成されて、前記基材が処理されることを特徴とする方法。
2. 前記結合リングアセンブリを含むことは
   上結合リングを提供することと、
   密封を形成するように前記上結合リングと結合される下結合リングを提供することと、
   前記結合リングアセンブリの内側に配置される密封されたキャビティを提供することと、を備え、
   前記密封されたキャビティは、前記結合アセンブリの静電容量を変えるように、前記密封されたキャビティ内またはキャビティ外に誘電材料を輸送するための入口および出口で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記誘電材料は、固体、液体、および気体の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記誘電材料は、空気、窒素、鉱油、ヒマシ油、水、およびグリセロールの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記所定の誘電材料の前記輸送は、能動流量制御システムおよび受動流量制御システムの少なくとも一方によって実現されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
6. 前記結合リングアセンブリは、導電材料、アルミニウム、およびグラファイトの少なくとも１つを含む材料から形成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記可変静電容量装置は機械スイッチであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 前記機械スイッチは、
   シャフトと、
   接触フットと、
   前記シャフトの上方に配置されている可動コネクタと、を備え
   前記シャフトは、前記可動コネクタを前記接触フットに対して上または下に移動し易くするように構成され、前記接触フットは、前記エッジリングに結合するように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記シャフトはストラップによって前記チャックにＲＦ結合されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記エッジリングは、前記可動コネクタが前記接触フットと物理的に接触する場合に最大ＲＦ結合を実現するように構成されていることを特徴とする請求項８に記載の方法。
11. 前記エッジリングは、前記可動コネクタが前記接触フットと物理的に接触しない場合に最小ＲＦ結合を実現するように構成されていることを特徴とする請求項８に記載の方法。
12. 前記可変静電容量装置に機械コンデンサ装置を提供することをさらに含み、
    前記機械コンデンサを提供することは、
    前記エッジリングから下方に突き出るように構成される、第１のプレートを提供することと、
    前記第１のプレートと平行であるように構成され、前記第１のプレートから空隙によって隔てられる、第２のプレートを提供することと、
    前記第２のプレートを前記チャックにＲＦ結合するように構成されている、複数のストラップを提供することと、
    プラズマ処理中に、前記第１のプレートとの重なり面積を調整するように、前記第２のプレートを上または下に移動するための手段を提供することと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
13. 前記機械コンデンサ装置は、
    第１の複数のカットアウトで構成される、第１の同心リングを提供することと、
    第２の複数のカットアウトで構成され、前記第１の同心リングと平行であるように構成されており、前記第１の同心リングから空隙によって隔てられる、第２の同心リングを提供することと、
    プラズマ処理中に、前記第１のプレートとの重なり面積を調節するように前記第２の同心リングを回転させる手段を提供することと、を備えることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 前記第１の複数のカットアウトからの前記カットアウトは、ほぼ同じ寸法を有することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 前記第１の複数のカットアウトからの前記カットアウトは、異なる寸法を有することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
16. 前記第２の複数のカットアウトからの前記カットアウトは、ほぼ同じ寸法を有することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
17. 前記第２の複数のカットアウトからの前記カットアウトは、異なる寸法を有することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
18. 基材を処理するために構成されたプラズマ処理チャンバを有するプラズマ処理システムであって、前記基材はチャックの上方に配置され、エッジリングによって囲まれており、前記エッジリングは前記チャックから電気的に絶縁されており、
    前記チャックに提供されるＲＦ電力と、
    機械スイッチを含む可変静電容量装置であって、前記エッジリングにＲＦ結合を提供するように前記エッジリングに結合されており、前記エッジリングにエッジリング電位を持たせる、可変静電容量装置と、を備え、
    前記プラズマ処理チャンバは、前記基材を処理するためにプラズマを発生するように構成され、前記基材を処理する間、前記可変静電容量装置が前記エッジリング電位を前記基材のＤＣ電位に動的な同調を可能ならしめるように構成されて、前記基材が処理されることを特徴とするプラズマ処理システム。
19. 前記可変静電容量装置は結合リングアセンブリを含むことを特徴とする請求項１８に記載のプラズマ処理システム。
20. 前記結合リングアセンブリは、
    上結合リングと、
    密封を形成するように前記上結合リングと結合される、下結合リングと、
    前記結合リングアセンブリの内側に配置された密封されたキャビティと、を備え、
    前記密封されたキャビティは、前記結合アセンブリの静電容量を変えるように、前記密封されたキャビティ内またはキャビティ外に誘電材料を輸送するための入口および出口で構成されていることを特徴とする請求項１９に記載のプラズマ処理システム。
21. 前記誘電材料は、固体、液体、および気体の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２０に記載のプラズマ処理システム。
22. 前記誘電材料は、空気、窒素、鉱油、ヒマシ油、水、およびグリセロールの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２１に記載のプラズマ処理システム。
23. 前記所定の誘電材料の前記輸送は、能動流量制御システムおよび受動流量制御システムの少なくとも一方によって実現されることを特徴とする請求項２０に記載のプラズマ処理システム。
24. 前記機械スイッチは、
    シャフトと、
    接触フットと、
    前記シャフトの上方に配置された可動コネクタと、を備え、
    前記シャフトは前記可動コネクタを前記接触フットに対して上または下に移動し易くするように構成され、前記接触フットは前記エッジリングに結合するように構成されていることを特徴とする請求項１８に記載のプラズマ処理システム。
25. 前記シャフトはストラップによって前記チャックにＲＦ結合されることを特徴とする請求項２４に記載のプラズマ処理システム。
26. 前記エッジリングは、前記可動コネクタが前記接触フットと物理的に接触する場合に最大ＲＦ結合を実現するように構成されていることを特徴とする請求項２４に記載のプラズマ処理システム。
27. 前記エッジリングは、前記可動コネクタが前記接触フットと物理的に接触しない場合に最小ＲＦ結合を実現するように構成されていることを特徴とする請求項２４に記載のプラズマ処理システム。
28. 前記可変静電容量装置は機械コンデンサ装置を含み、
    前記機械コンデンサ装置は、
    前記エッジリングから下方に突き出るように構成される、第１のプレートと、
    前記第１のプレートと平行であるように構成され、前記第１のプレートから空隙によって隔てられる、第２のプレートと、
    前記第２のプレートを前記チャックにＲＦ結合するように構成されている、複数のストラップと、
    プラズマ処理中に、前記第１のプレートとの重なり面積を調整するように、前記第２のプレートを上または下に移動するための手段と、を備えることを特徴とする請求項１８に記載のプラズマ処理システム。
29. 前記機械コンデンサ装置は、
    第１の複数のカットアウトで構成された第１の同心リングと、
    第２の複数のカットアウトで構成され、前記第１の同心リングと平行であるように構成されており、前記第１の同心リングから空隙によって隔てられる、第２の同心リングと、
    プラズマ処理中に、前記第１のプレートとの重なり面積を調整するように、前記第２の同心リングを回転させる手段と、を備えることを特徴とする請求項２８に記載のプラズマ処理システム。

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