JP2011515828A - プラズマ処理システムにおける面積比変更のための方法および装置 - Google Patents

Abstract

【解決手段】上側電極および下側電極を有するプラズマ処理システムが開示されている。上側電極および下側電極は、異なるギャップを有する２つの領域を形成する。上側電極および下側電極の一方または両方を移動させることによって、第１の領域と、第１の領域および第２の領域の両方とのいずれでプラズマを維持することを許容するかに応じて、ＲＦ結合の面積比を変化させることができる。
【選択図】図５

Description

プラズマ処理の進歩は、半導体業界の成長を促進してきた。半導体業界は、非常に競争の激しい市場である。様々な処理条件で基板を処理できれば、製造会社は、競争相手よりも優位に立つことができる。したがって、製造会社は、基板処理を向上させるための方法および／または構成を特定するために時間と資源を費やしてきた。

基板処理の実行に利用されうる典型的な処理システムは、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）処理システムであってよい。プラズマ処理システムは、様々な処理パラメータでの処理を可能にするよう構築され得る。しかしながら、近年、処理対象となりうるデバイスの種類は、より精密なものになっており、より正確な処理制御を必要とし得る。例えば、処理されるデバイスは、より微細なフィーチャを備えた小型のものになってきており、歩留まり改善のためには、基板上におけるプラズマの密度および均一性などのプラズマパラメータをより正確に制御することを必要とし得る。エッチングチャンバ内におけるウエハ領域の圧力制御は、プラズマの密度および均一性に影響するプロセスパラメータの一例である。

半導体デバイスの製造は、プラズマ処理チャンバ内でプラズマを利用する複数工程の処理を必要とし得る。半導体デバイスのプラズマ処理中、プラズマ処理チャンバは、一般的に、処理の各工程に対して所定の圧力に維持され得る。所定の圧力は、当業者に周知のように、機械的真空ポンプ、ターボポンプ、閉じ込めリングの位置決め、および／または、それらの組み合わせを用いて実現され得る。

従来の手法では、バルブアセンブリを用いて、排気ターボポンプを調整することによって、プラズマ処理チャンバの所定の圧力条件を維持するための圧力制御を実現できる。代替的または追加的に、プラズマ処理チャンバのプラズマ生成領域（例えば、２つの電極に挟まれ、閉じ込めリングに囲まれた領域）の圧力は、閉じ込めリングアセンブリの閉じ込めリング間のギャップを調整することによって制御されてもよい。ギャップを調整することにより、プラズマ生成領域からの排出ガスの流量が制御され、結果として、圧力に影響を与えることができる。プラズマ生成領域からの全体のガス流量コンダクタンスは、いくつかの要因に依存しうる。これらの要因は、閉じ込めリングの数および閉じ込めリング間のギャップのサイズを含むが、限定されるものではない。

それぞれ異なる圧力を用い得る複数の工程で基板を処理する必要性を鑑みると、プラズマ処理システム内の圧力を効果的に制御する能力を改善することは、非常に望ましい。

本発明は、一実施形態において、基板を処理するためのプラズマ処理チャンバを有するプラズマ処理システムに関する。プラズマ処理チャンバは、第１の上側電極部分および第２の上側電極部分を有する上側電極を備える。第１の上側電極部分は、第２の上側電極部分を環状に取り囲む。第１の上側電極部分および第２の上側電極部分はいずれも、処理中に接地される。プラズマ処理チャンバは、さらに、第１の下側電極部分および第２の下側電極部分を有する下側電極を備える。第１の下側電極部分は、接地されており、第２の下側電極部分を環状に取り囲む。第２の下側電極部分は、処理中に基板を支持するよう構成された基板支持面を有しており、上側電極および下側電極の少なくとも一方は、基板支持面に垂直な方向に移動可能である。プラズマ処理チャンバは、さらに、ＲＦエネルギを第２の下側電極部分に供給するためのＲＦ電源を備え、第１の下側電極部分の上面は、第１の下側電極部分の上面と第１の上側電極部分の下面との間の第１のギャップが、基板支持面と第２の上側電極部分の基板対向面との間の第２のギャップよりも小さくなるように、基板支持面と同一平面上に存在しない。

添付の図面では、限定ではなく例示を目的として本発明を図示する。なお、これらの添付図面においては、同様の構成要素には同様の符号が付されている。

本発明の一実施形態に従って、上側電極アセンブリおよび下側電極アセンブリの間に調節可能なギャップを提供するよう構成されたプラズマ処理システムの概略図。

本発明の一実施形態に従って、所定の圧力に対するチャンバギャップの関数として閉じ込めリング位置（ＣＲＰ）をプロットした図。

本発明の一実施形態に従って、異なるチャンバギャップについて実験的に得られた（コンダクタンス対閉じ込めリング位置を示す）複数のコンダクタンス曲線を示す図。

本発明の一実施形態に従って、リアルタイムで調節可能なチャンバギャップを用いてウエハ領域の圧力制御を行うための方法４００の簡単なフローチャート。

本発明の一実施形態に従って、ＲＦ結合の面積比の変更をその場で制御するための簡略化したチャンバを示す図。

本発明の一実施形態に従って、挟ギャップ構成を示す図。

本発明の一実施形態に従って、広ギャップ構成を示す図。

以下では、添付図面に記載されている、いくつかの実施形態を参照しつつ、本発明の詳細な説明を行う。以下の説明では、本発明の完全な理解を促すために、数多くの具体的な詳細事項が示されている。しかしながら、当業者にとって明らかなように、本発明は、これらの具体的な詳細事項の一部または全てがなくとも実施することが可能である。また、本発明が不必要に不明瞭となるのを避けるため、周知の処理工程および／または構造については、詳細な説明を省略した。

本発明の実施形態によると、プラズマ処理パラメータの迅速な制御を実現するように、プラズマ処理システムを構成するための方法および装置が提供されている。いくつかのプラズマ処理システムにおいて、チャンバギャップ（すなわち、上側および下側電極間のギャップ）は、レシピのパラメータであり、工程によって異なり得る。これらのプラズマ処理システムには、チャンバギャップを調整するために、下側電極アセンブリを移動させるよう構成されたメカニズムが備えられてもよい。他のプラズマ処理システムにおいては、上側電極が移動されてよい。本明細書の開示では、チャンバは、移動する下側電極を有する。しかしながら、本明細書に記載の本発明の実施形態は、上側電極が（代替的または追加的に）移動可能であるチャンバにも同様に適用できることを理解されたい。

チャンバギャップが、レシピ要件に応じて移動されると、プラズマ生成領域の体積が変化する。この体積変化は、プラズマ生成領域内の圧力に影響するため、圧力変化に応じて調整を行うために補正が必要になる。従来技術においては、前述のように、圧力制御は、排気ターボポンプの上流のスロットルバルブ位置を制御することによって、および／または、閉じ込めリング間のギャップを変化させるように閉じ込めリングの位置を制御することによって実現され、それにより、プラズマ生成領域からのガス排出のコンダクタンスが変化する。

一般的には、閉じ込めリングのギャップは、プランジャ（図１の１３１を参照）の位置を適切に制御することによって調整され得る。プランジャの上昇により、リング１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、および、１１０ｅの間のギャップは、拡大する。プランジャの下降により、リング１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、および、１１０ｅは、リング１１０ｅの下方移動が下側電極によって阻まれ、リング１１０ｄの下方移動がリング１１０ｅによって阻まれ、以下同様にして、より下方のリングから順次、互いに接触するまで下降する。閉じ込めリングアセンブリは、周知の技術であるため、本明細書ではこれ以上詳しく述べない。

従来技術では、圧力制御が求められる場合、閉ループ制御システムが一般的に用いられる。一例では、プラズマ生成領域内の圧力は、測定および／または導出された後に、処理レシピで求められる所望の圧力と比較される。不一致がある場合、閉じ込めリングギャップを変化させてコンダクタンスリングギャップによってコンダクタンスを制御するために、プランジャ１３１が、上方または下方に向かって適切に移動され、それによって、プラズマ生成領域内の圧力に影響を与える。これらの測定−調整−測定−調整のサイクルは、所望の圧力設定点に到達するまで、段階的に実行される。

従来技術の方法は、電極が固定されたチャンバにとっては満足できるものであるが、可動の下側電極を有するチャンバにとっては決して満足できるものではないことが判明している。これらのチャンバでは、下側電極の再位置決めによってプラズマ生成領域の体積が突然変化するため、閉ループ制御アルゴリズムが制御を取り戻すまでの間、閉ループ圧力制御の一時的な喪失を引き起こす場合がある。閉ループ制御アルゴリズムが、迅速に制御を取り戻して、調整プロセスを開始できたとしても、下側電極の突然の再位置決めによって大きい突然の圧力変化が引き起こされるため、閉ループ制御アルゴリズムが圧力を所望の設定点に安定させるのにかなり長い時間を要する場合がある。この長い圧力再安定化期間中に、基板処理は、事実上中断される。圧力再安定化期間が極度に長い場合、生産性が低下しうる。

本発明の一実施形態では、下側電極（または、上側電極）の再位置決めによって起きるプラズマ生成領域における圧力の大きい突然の変化を迅速に補正するための新規の圧力制御アルゴリズムが提供される。発明者の認識によると、与えられた圧力について、チャンバギャップ（すなわち、上側および下側電極間の距離）は、（プランジャの位置によって決定される）閉じ込めリングの位置と、（正確ではないが）おおよそ線形の関係を有する。また、発明者の認識によると、各チャンバギャップについて、閉じ込めリングを通してのコンダクタンス（リットル／秒）は、（プランジャの位置によって決定される）閉じ込めリングの位置と、（正確ではないが）おおよそ線形の関係を有する。

さらに、発明者は、ギャップが変化する際に、コンダクタンスと閉じ込めリング位置との間のおおよそ線形の関係は、ほぼ維持されることを認識している。様々なチャンバギャップについてコンダクタンス対閉じ込めリング位置の曲線をプロットすることによって、各コンダクタンス曲線が、実質的に線形であることを示すことができ、さらに、それらのコンダクタンス曲線は実質的に平行である。

これらの関係から、発明者は、これらの関係によって与えられる閉じ込めリング再位置決めパラメータを用いて、閉じ込めリングを迅速に再位置決めすることで、プラズマ生成領域の圧力をおおよそ所望の設定点に速やかに到達させる大まかな開ループ制御方法を利用できると認識する。大まかな再位置決めが開ループ的になされると、より微妙な閉ループ制御方法を用いて、所望の圧力設定点に圧力を速やかに到達させることができる。しかしながら、開ループ再位置決めは大まかな再位置決めに過ぎず、正確な圧力制御を行うためにあてにされることはないため、様々なチャンバギャップについてのコンダクタンス対閉じ込めリング位置の非線形性は、支障なく無視できる。この重要な認識により、計算を大きく単純化し、大まかな開ループ再位置決め処理を高速化することができる。

一実施形態において、発明者は、あるコンダクタンス曲線から別の曲線までのオフセットを算出し、算出されたオフセットの量だけ閉じ込めリング位置を移動させることによって、チャンバギャップの変化に対する大まかな圧力補正を迅速に実行できると推定する。大まかな圧力補正が実行された後に、閉ループ制御を用いて、所望の圧力設定点に圧力を安定させることができる。このように、圧力補正は、以下の２つの段階で達成される。１）予め導出されたコンダクタンスデータから算出されたオフセットを用いて、閉じ込めリングを迅速に移動する最初の開ループ段階、および、２）所望の圧力設定点を達成するための次の閉ループ段階。

本発明の特徴および利点は、（従来技術のメカニズムと本発明の実施形態とを対比した）以下の図面および記載を参照すれば、よりよく理解できる。

図１は、本発明の一実施形態に従って、上側電極アセンブリおよび下側電極アセンブリの間に調節可能なギャップを提供するよう構成されたプラズマ処理システムの概略図である。プラズマ処理システム１００は、単一周波数、二周波数、または、三周波数の容量放電システム、誘導結合プラズマシステム、もしくは、他のプラズマ生成および／または維持技術を用いるプラズマシステムであってよい。図１の例において、高周波は、２、２７、および、６０ＭＨｚを含んでよいが、それらに限定されない。

図１の例において、プラズマ処理システム１００は、一実施形態では、上側電極アセンブリ１０２および下側電極アセンブリ１０４を備えるよう構成されてよい。上側電極アセンブリ１０２および下側電極アセンブリ１０４は、チャンバギャップ１０６によって互いに隔てられていてよい。上側電極アセンブリ１０２は、接地されるかＲＦ電源（図示せず）によって電力供給されうる上側電極を備えてよい。

プラズマ処理中、処理ガス（図示せず）が、チャンバギャップ１０６内に供給されてよい。チャンバギャップ１０６内に供給される処理ガスは、下側電極アセンブリ１０４に供給されるＲＦ電力によってプラズマ状態に励起されてよい。チャンバギャップ１０６内のプラズマは、少なくとも１組の閉じ込めリング（１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、および、１１０ｅ）を備えるよう構成されてよい閉じ込めリングアセンブリ１０８によって閉じ込められてよい。閉じ込めリングアセンブリは、さらに、閉じ込めリング（１１０ａ−ｅ）間のギャップを制御するためのギャップ制御メカニズム１１２（プランジャ１３１を含む）を備えるよう構成されてよい。チャンバギャップ１０６（すなわち、プラズマ生成領域）内の排出ガスは、１組の閉じ込めリング（１１０ａ−ｅ）の間の閉じ込めリングギャップを通過しうる。これらの排出ガスは、スロットルバルブを介して真空ポンプ（図の簡略化のために図示せず）によってチャンバから排出されてよい。

一実施形態において、下側電極アセンブリ１０４は、下側電極アセンブリ１０４を上下動させることを可能にするために、ピストン１１４および作動メカニズム１１６を備えるよう構成されてよい。結果として、プラズマ生成領域の体積は、変化してよく、それにより、圧力が変化するため、閉じ込めリングの再位置決めによる補正が必要である。

図１を参照すると、与えられた工程のレシピ要件に対応するように下側電極アセンブリ１０４を移動させる際に、閉じ込めリングアセンブリ１０８は、下側電極アセンブリ１０４の動きに対応して移動することにより、閉じ込めリングアセンブリ１０８間のギャップを変化させてよい。したがって、プラズマ生成領域の圧力は、プラズマ生成領域の突然の体積変化だけでなく、閉じ込めリングギャップの変化によっても変化する。

所定の圧力（例えば、下側電極の移動前に存在した圧力）を維持するには、下側電極の移動によって生じるプラズマ生成領域の体積の変化および／または閉じ込めリングギャップの変化を補正するために、閉じ込めリングアセンブリ１０８の位置を調整して排出ガスのコンダクタンス（リットル／秒）を変化させる必要があってよい。

図２は、本発明の一実施形態に従って、所定の圧力に対するチャンバギャップの関数として閉じ込めリング位置（ＣＲＰ）をプロットしたものである。理解を促すために図１との関連で、図２について説明する。

図２に示すように、縦軸は、任意のカウント単位で閉じ込めリング位置を示している。一実装において、任意のカウント単位は、プランジャ１３１の上下動を制御するために用いられるサーボモータのサーボモータインデックスであってよい。横軸は、チャンバギャップをミリメートル（ｍｍ）の単位で示している。プロットした線２１０は、与えられた圧力についての閉じ込めリング位置およびチャンバギャップの間の線形関係を示している。

図３は、本発明の一実施形態に従って、異なるチャンバギャップについて実験的に得られた（コンダクタンス対閉じ込めリング位置を示す）複数のコンダクタンス曲線を示している。

図３に示すように、縦軸は、リットル／秒（Ｌ／ｓ）の単位でコンダクタンスを示している。横軸は、閉じ込めリング位置（ＣＲＰ）を示しており、これも任意のカウント単位である。プロットした線３１０は、１．８８センチメートル（ｃｍ）のチャンバギャップ値についてのコンダクタンス曲線である。プロットした線３２０は、２．３４ｃｍのチャンバギャップ値についてのコンダクタンス曲線である。プロットした線３３０は、２．８ｃｍのチャンバギャップ値についてのコンダクタンス曲線である。プロットした線３４０は、３．１ｃｍのチャンバギャップ値についてのコンダクタンス曲線である。

図３からいくつか分かることがある。第１に、チャンバ動作領域、すなわち、４リットル／秒より上では、実質的に線形である。第２に、これらの曲線は実質的に平行であり、ギャップが変更された時に、コンダクタンスおよび閉じ込めリング位置の間の線形関係が実質的に保存されることを示している。第３に、任意の与えられた所望のコンダクタンス（図２の１１リットル／秒など）について、チャンバギャップの変化に起因するコンダクタンスの変化は、一曲線から別の曲線までのｘ軸方向のオフセットの量だけ閉じ込めリングを移動させるだけで補正できる。図２を参照すると、チャンバギャップが２．３４ｃｍ（曲線３２０）から１．８８ｃｍ（曲線３１０）に変更された時のコンダクタンスの変化は、（点３４４と点３４２の間の）オフセットに等しい量だけ閉じ込めリング位置を移動させることによって補正できる。オフセット（点３４２および点３４４の間の差）だけ閉じ込めリング位置を移動させることは、コンダクタンス曲線３２０上に重なるようにコンダクタンス曲線３１０を大まかに移動させる効果を有する。このように、ギャップの変化によるコンダクタンスの変化は補正され、大まかなコンダクタンス補正が開ループ的に実現される。

一実施形態において、現在のチャンバギャップ位置は、「Ｘ」で表される。チャンバギャップの変化は、±「Ｙ」である。現在のＣＲＰは、「Ａ」で表される。新たなチャンバギャップおよび新たなＣＲＰは、以下のように算出され得る。

新たなチャンバギャップ位置＝Ｘ±Ｙ （式１）

新たなＣＲＰ＝Ａ±（Ｍ×Ｙ） （式２）
ここで、Ｍは、図３のコンダクタンス曲線から決定された傾きである。

上記から分かるように、一実施形態では、各チャンバギャップに対する複数のコンダクタンス曲線は、実験的に決定されてよい。一実施形態において、複数のコンダクタンス曲線は、動作コンダクタンスの範囲にわたって、比較的線形であり、約Ｍの傾きを生じる。オフセットＣＲＰ値は、チャンバギャップ調整を補正するように、所定のウエハ領域圧力に対して決定されてよい。あるいは、簡単なルックアップテーブルを用いて、チャンバギャップをオフセットと相関させてもよい。開ループの大まかな調整を容易にするために、ルックアップテーブルによって提供される値から、特定のチャンバギャップに対応するオフセットを取得および／または推定してよい。

図４は、本発明の一実施形態に従って、リアルタイムで調節可能なチャンバギャップでウエハ領域の圧力制御を行うための方法４００の簡単なフローチャートである。

一実施形態では、工程４０２において、異なるチャンバギャップについての複数のコンダクタンス曲線が、実験的に決定されてよい。工程４０４において、新たなチャンバギャップが、処理レシピの一部として指定される。工程４０６において、現在の閉じ込めリング位置からのオフセットが決定されてよい。このオフセットについては、図３を参照して説明した。算出および／または参照を簡略化するために、一実施形態では、任意に選択された基準チャンバギャップを用いて、すべての他のチャンバギャプの基準となりうる基準を提供してよい。

オフセットが取得されると、閉じ込めリング位置は、迅速に（しかし、大まかに）閉じ込めリングの再位置決めを行うために、オフセット値を用いて開ループ的に調整されてよい（工程４０８）。この迅速な再位置決めは、下側電極の移動によって引き起こされるプラズマ生成領域の体積変化および閉じ込めリングギャップの変化を大まかに補正する。おおまかな再位置決めが完了すると、従来技術でなされていたように、精密な（しかし、遅い）閉ループ制御を用いて、より正確にプラズマ生成領域の圧力を所望の設定点の圧力にしてよい。圧力が再び安定化すると、従来技術で周知の技術を用いて、（例えば、他の工程における圧力変化に対応するための）他の圧力変化を実行してよい。

上記から分かるように、本発明の実施形態は、２つの工程の処理で閉じ込めリングを迅速に再位置決めすることにより、迅速な方法で圧力の補正を行うことを可能にする。第１の工程において、閉じ込めリングは、（様々なチャンバギャップについてコンダクタンスを閉じ込めリング位置と相関させる）予め取得されたコンダクタンスデータから得られたオフセット値を用いて、開ループ的に迅速に再位置決めされる。第２の工程では、従来の閉ループ制御を用いて、より正確に圧力を所望の値に安定化させてよい。電極の移動によって引き起こされる圧力変化を迅速に補正することによって、圧力安定化工程は短縮され、生産性の向上につながりうる。さらに、本発明の実施形態は、異なるチャンバギャップおよび異なる圧力設定をそれぞれ要求しうる工程間で処理が移行する際に、プラズマの燃焼を持続させる能力を向上および／または実現してもよい。

上述のように、半導体デバイスの製造は、１または複数のプラズマ処理チャンバ内でプラズマを用いる複数工程の処理を必要としうる。デバイスの製造を完了させるのに必要な処理工程のいくつかは、異なるプラズマ密度および／または異なるイオンエネルギおよび／または異なるウエハバイアス電圧を指定する異なるレシピを利用しうる。従来技術において、これらの様々なレシピは、複数レシピの処理の１または複数のレシピを実行するようそれぞれ構成された異なるプラズマ処理チャンバまたはシステムを用いて実行されうる。

かかる方法は、結果として得られるデバイスを製造する目的を達成するが、不利な点がある。例えば、デバイスの製造を完了するために複数のチャンバおよび／またはシステムを利用すると、デバイス製造業者にとって、装置の取得・開発コスト、および／または、維持の負担が増大する。別の例として、デバイスの製造を達成するために複数のチャンバおよび／またはシステムを利用することにより、製造処理に遅延がもたらされる。これは、例えば、１つのチャンバにおける処理を停止させ、チャンバの中身を排出し、チャンバから基板を取り出し、同一または別のプラズマ処理システムの別のチャンバに基板を挿入し、その別のチャンバを始動して、安定化させ、基板の処理を開始するのに、かなりの時間を要するからである。この遅延は、プラズマ処理システムの製造に必要な全時間を増大させ、工場の総生産量を低下させる。

本発明の別の実施形態では、同じプラズマ処理チャンバ内で、異なるプラズマ密度および／または異なるイオンエネルギおよび／または異なるウエハバイアス電圧をその場で（ｉｎ−ｓｉｔｕ）提供するための方法および装置が提供される。１または複数の実施形態において、上側電極は接地され、下側電極には電源が供給される。この実装において、（電源供給される）下側電極の周囲には、下側電極を取り囲む接地された環状（すなわち、ドーナツ型の）リングが設けられる。この環状の延長部を、本明細書では、下側電極接地周囲延長部（ＬＥ−ＧＰＥ）と呼ぶこととする。概して、ＬＥ−ＧＰＥは、一般に不活性、すなわち実質的にプラズマ処理の影響を受けない材料からできており、その上方のギャップがプラズマを維持するのに十分大きい時にＲＦ結合を可能にする。一例では、ＬＥ−ＧＰＥは、石英のカバーまたは同様の適切なカバーを有する。

ＬＥ−ＧＰＥから接地上面までのギャップは、上側電極および下側電極の間のギャップが十分に狭くなった時に、ＬＥ−ＧＰＥ上方のギャップがプラズマの維持に十分なほど大きくなく、ＬＥ−ＧＰＥの内側の下側電極の上にあるギャップが、プラズマを維持するのに十分な大きさを維持する点に至るように構成される。この狭いギャップの場合、電力供給された下側電極からのＲＦ結合は、ＬＥ−ＧＰＥと、ＬＥ−ＧＰＥの真上にある接地上面には到達せず、プラズマは、下側電極の真上の空間でのみ維持される。

上側電極および下側電極の間のギャップが次第に拡大されると、ＬＥ−ＧＰＥ上方のギャップがプラズマを維持するのに十分大きくなり、ＬＥ−ＧＰＥの内側の下側電極の上にあるギャップも、プラズマを維持するのに十分に大きい点に至る。この広いギャップの場合、電力供給された下側電極からのＲＦ結合は、ＬＥ−ＧＰＥと、ＬＥ−ＧＰＥの真上にある接地上面にも到達し、プラズマは、下側電極の真上の空間でのみ維持される。

狭いギャップの場合も広いギャップの場合も、電源供給された下側電極の有効ＲＦ結合領域は同じままであることがわかる。しかしながら、広いギャップの場合には、接地された電極の有効ＲＦ結合領域は、（ＲＦ結合が、ＬＥ−ＧＰＥおよびＬＥ−ＧＰＥの上方の接地領域にも到達するため）拡大される。したがって、狭いギャップの場合には、（有効接地結合領域を有効ＲＦ電力供給電極結合領域で割った比として定義される）ＲＦ結合の面積比は１でありうるが、広いギャップの場合には、有効ＲＦ接地結合領域が大きくなるためにＲＦ結合の面積比が大きくなることが容易にわかる。

一実施形態において、ギャップの差（すなわち、下側電極の中央領域における上側電極および下側電極の間のギャップと、ＬＥ−ＧＰＥの上方のギャップとの差）は、ＬＥ−ＧＰＥを下側電極と非同一平面に配置することにより実現されてよい。例えば、ＬＥ−ＧＰＥは、下側電極より上に引き上げられてよい。ＬＥ−ＧＰＥは、下側電極が移動可能である設計において、下側電極と共に移動する。ＬＥ−ＧＰＥの上にある接地領域は、上側電極が移動可能である設計において、上側電極と共に移動する。

別の実施形態において、ＬＥ−ＧＰＥの上にある接地領域は、代替的または追加的に、上側電極と非同一平面に配置されてもよい。例えば、ＬＥ−ＧＰＥの上にある接地領域は、代替的または追加的に、上側電極の下面の下方に突き出してよい。ＬＥ−ＧＰＥは、下側電極が移動可能である設計において、下側電極と共に移動する。ＬＥ−ＧＰＥの上にある接地領域は、上側電極が移動可能である設計において、上側電極と共に移動する。

上記の構成に対して代替的または追加的に、ＬＥ−ＧＰＥの上にある接地領域は、上側電極の環状の延長部すなわち上側電極接地周辺延長部（ＵＥ−ＧＰＥ）と見なされてよい。この場合にも、ＬＥ−ＧＰＥは、下側電極が移動可能である設計において、下側電極と共に移動する。ＬＥ−ＧＰＥの上にあるＵＥ−ＧＰＥは、上側電極が移動可能である設計において、上側電極と共に移動する。

図５は、一実施形態に従って、非同一平面のＵＥ−ＧＰＥが提供された実装を示す。図５の場合、ＵＥ−ＧＰＥは、上側電極５００の下面の下方に伸長すなわち突出している。図５の例において、ＵＥ−ＧＰＥは、２つの構成要素５０２ａおよび５０２ｂから形成されるが、必ずしもその必要はない。上側電極５００とＵＥ−ＧＰＥ５０２ａ／５０２ｂはいずれも接地されている。

また、図に示すように、下側電極接地周囲延長部（ＬＥ−ＧＰＥ）５０６は、石英カバー５０８を有する。ＬＥ−ＧＰＥ５０６は、図に示すように、下側電極５１０の周囲にある。下側電極５１０は、通例、例えば、ＲＦ電源（図示せず）によって電力供給される。複数の閉じ込めリング５１２も図５に示されている。

図５には、２つのプラズマ維持領域がある。すなわち、ギャップ５１７がプラズマを維持するのに十分大きい広ギャップ構成でプラズマを維持することができる領域５１６、および、ギャップ５１９がプラズマを維持するのに十分大きい時にはいつでもプラズマを維持することができる領域５１４である。

図６に示すように、狭ギャップ構成では、ギャップ５１７は、図５の符号５１６によって示された領域によってプラズマを維持するためには（平均自由行程と比べて）十分に大きくない。しかしながら、ギャップ５１９は、図５の符号５１４によって示された領域でプラズマを維持するのに十分な大きさである。この場合、ＲＦ結合は、（矢印６０２で示すように）電力供給された下側電極５１０と上側電極５００との間にあり、ＲＦ結合の面積比は、接地された上側電極５００の有効ＲＦ結合領域を、電力供給された下側電極５１０の有効ＲＦ結合領域で割った比として定義される。

図７に示すように、広ギャップ構成では、ギャップ５１７の大きさは、図５の符号５１６によって示された領域によってプラズマを維持するために十分である。さらに、ギャップ５１９は、ギャップ５１７よりも大きく、図５の符号５１４によって示された領域でプラズマを維持するのに十分な大きさである。この場合、ＲＦ結合は、（矢印７０２で示すように）電力供給された下側電極５１０と上側電極５００との間、（矢印７０４で示すように）電力供給された下側電極５１０とＵＥ−ＧＰＥ５０２ａ／５０２ｂとの間、そして、（矢印７０６で示すように）石英表面５０８を介して、電力供給された下側電極５１０とＬＥ−ＧＰＥ５０６との間にある。ＲＦ結合の面積比は、接地電極の有効ＲＦ結合領域を、電力供給された下側電極５１０の有効ＲＦ結合領域で割った比として定義されるので、面積比は増加している。これは、接地されている有効ＲＦ結合領域が、ＬＥ−ＧＰＥ５０６およびＵＥ−ＧＰＥ５０２ａ／５０２ｂの領域によって増加しているからである。

広ギャップ構成または狭ギャップ構成のいずれかにおいて、上述のすべての利点、例えば、ＲＦ電力を同一に保つことによって、または、異なるプラズマ密度を得ることによって、プラズマ密度を変化させるために体積を変化させることなど、を保つことができる。移動可能な電極は、（ギャップの変更によって）独立して制御することができる分化したプラズマ維持空間と共に、例えば、その場でのイオンエネルギおよび／またはウエハバイアス電圧および／またはプラズマ密度のより精密な制御を効果的に提供する。

一実施形態において、上側電極および下側電極は、狭ギャップ構成で１：１の面積比が達成されるようなサイズであり、それによって、狭ギャップ構成ではチャンバが対称になる。広ギャップ構成では、接地電極の有効ＲＦ結合領域が増大するので、面積比は、１：１より大きくなり、チャンバは非対称になる。したがって、異なるレシピに対応するように、チャンバを対称または非対称にするその場での方法が実現される。

上述の例では、２つに分化したプラズマ維持空間（例えば、図５の５１４および５１６）のみを示したが、様々なサイズの複数のギャップを作り出す複数の段階（例えば、２段階、３段階、４段階など）で下側電極の周囲の領域を提供し、それぞれのギャップを、プラズマを効果的に維持できないほど小さくすることによって抑制されうるさらなる分化したプラズマ維持空間を実現してもよい。

図５、図６、および図７の実施形態は、それ以前の図面の特徴と共に実施されてもよいし、それ以前の図面に開示された特徴とは独立して実施されてもよいことに注意されたい。

以上、いくつかの実施形態を参照しつつ本発明について説明したが、本発明の範囲内で、代替物、置換物、および、等価物が存在する。また、本発明の方法および装置を実施する他の態様が数多く存在することにも注意されたい。さらに、本発明の実施形態は、別の用途で利用されてもよい。要約書が、便宜上、提供されており、文字数の制限に従って、読み手の便宜のために記載されたもので、特許請求の範囲を限定するために用いるべきではない。したがって、以下に示す特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨および範囲内に含まれる代替物、置換物、および、等価物の全てを網羅するものとして解釈される。

Claims (20)

1. 基板を処理するための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、前記プラズマ処理チャンバは、
   第１の上側電極部分および第２の上側電極部分を有し、前記第１の上側電極部分は、前記第２の上側電極部分を環状に取り囲み、前記第１の上側電極部分および前記第２の上側電極部分はいずれも、前記処理中接地されている、上側電極と、
   第１の下側電極部分および第２の下側電極部分を有し、前記第１の下側電極部分は接地され、前記第２の下側電極部分を環状に取り囲み、前記第２の下側電極部分は、前記処理中に前記基板を支持するよう構成された基板支持面を有し、前記上側電極および前記下側電極の少なくとも一方は、前記基板支持面に対して垂直な方向に移動可能である、下側電極と、
   ＲＦエネルギを前記第２の下側電極部分に供給するためのＲＦ電源と、
   を備え、
   前記第１の下側電極部分の上面は、前記第１の下側電極部分の上面と前記第１の上側電極部分の下面との間の第１のギャップが、前記基板支持面と前記第２の上側電極部分の基板対向面との間の第２のギャップよりも小さくなるように、前記基板支持面に対して平滑ではない、プラズマ処理システム。
2. 請求項１に記載のプラズマ処理システムであって、前記上側電極だけが移動可能である、プラズマ処理システム。
3. 請求項１に記載のプラズマ処理システムであって、前記下側電極だけが移動可能である、プラズマ処理システム。
4. 請求項１に記載のプラズマ処理システムであって、前記上側電極および前記下側電極の両方が移動可能である、プラズマ処理システム。
5. 請求項１に記載のプラズマ処理システムであって、前記第１の上側電極部分の前記下面は、前記第２の上側電極部分の前記基板対向面に対して平滑である、プラズマ処理システム。
6. 請求項１に記載のプラズマ処理システムであって、前記第１の上側電極部分の前記下面は、前記第２の上側電極部分の前記基板対向面に対して平滑でない、プラズマ処理システム。
7. 請求項１に記載のプラズマ処理システムであって、
   前記プラズマ処理システムは、少なくとも２つのレジーム中に動作可能であるよう構成され、
   前記２つのレジームの内の第１のレジームは、前記第２の下側電極部分の前記基板支持面と前記第２の上側電極部分の前記基板対向面との間にプラズマが維持されるように、前記上側電極および前記下側電極を配置することを含み、前記第１のレジームにおいて、前記プラズマは、さらに、前記第１の下側電極部分の前記上面と前記第１の上側電極部分の前記下面との間に維持され、
   前記２つのレジームの内の第２のレジームは、前記第２の下側電極部分の前記基板支持面と前記第２の上側電極部分の前記基板対向面との間に前記プラズマが維持されるように、前記上側電極および前記下側電極を配置することを含み、前記第２のレジームにおいて、前記プラズマは、前記第１の下側電極部分の前記上面と前記第１の上側電極部分の前記下面との間には維持されない、プラズマ処理システム。
8. 請求項１に記載のプラズマ処理システムであって、ＲＦ結合の面積比は、前記第２のレジームにおいて約１：１である、プラズマ処理システム。
9. 基板を処理するための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、前記プラズマ処理チャンバは、
   第１の上側電極部分および第２の上側電極部分を有し、前記第１の上側電極部分は、前記第２の上側電極部分を環状に取り囲み、前記第１の上側電極部分および前記第２の上側電極部分はいずれも、前記処理中接地されている、上側電極と、
   第１の下側電極部分および第２の下側電極部分を有し、前記第１の下側電極部分は接地され、前記第２の下側電極部分を環状に取り囲み、前記第２の下側電極部分は、前記処理中に前記基板を支持するよう構成された基板支持面を有し、前記上側電極および前記下側電極の少なくとも一方は、前記基板支持面に対して垂直な方向に移動可能である、下側電極と、
   ＲＦエネルギを前記第２の下側電極部分に供給するためのＲＦ電源と、
   を備え、
   前記第１の上側電極部分の下面は、前記第１の上側電極部分の前記下面と前記第１の下側電極部分の上面との間の第１のギャップが、前記基板支持面と前記第２の上側電極部分の基板対向面との間の第２のギャップよりも小さくなるように、前記第２の上側電極部分の前記基板対向面に対して平滑でない、プラズマ処理システム。
10. 請求項９に記載のプラズマ処理システムであって、前記上側電極だけが移動可能である、プラズマ処理システム。
11. 請求項９に記載のプラズマ処理システムであって、前記下側電極だけが移動可能である、プラズマ処理システム。
12. 請求項９に記載のプラズマ処理システムであって、前記上側電極および前記下側電極の両方が移動可能である、プラズマ処理システム。
13. 請求項９に記載のプラズマ処理システムであって、前記第１の下側電極部分の前記上面は、前記第２の下側電極部分の前記基板支持面に対して平滑である、プラズマ処理システム。
14. 請求項９に記載のプラズマ処理システムであって、前記第１の下側電極部分の前記上面は、前記第２の下側電極部分の前記基板支持面に対して平滑でない、プラズマ処理システム。
15. 請求項９に記載のプラズマ処理システムであって、
    前記プラズマ処理システムは、少なくとも２つのレジーム中に動作可能であるよう構成され、
    前記２つのレジームの内の第１のレジームは、前記基板支持面と前記第２の上側電極部分の前記基板対向面との間にプラズマが維持されるように、前記上側電極および前記下側電極を配置することを含み、前記第１のレジームにおいて、前記プラズマは、さらに、前記第１の下側電極部分の前記上面と前記第１の上側電極部分の前記下面との間に維持され、
    前記２つのレジームの内の第２のレジームは、前記基板支持面と前記第２の上側電極部分の前記基板対向面との間にプラズマが維持されるように、前記上側電極および前記下側電極を配置することを含み、前記第２のレジームにおいて、前記プラズマは、前記第１の下側電極部分の前記上面と前記第１の上側電極部分の前記下面との間には維持されない、プラズマ処理システム。
16. 請求項９に記載のプラズマ処理システムであって、ＲＦ結合の面積比は、前記第２のレジームにおいて約１：１である、プラズマ処理システム。
17. 基板を処理するためのプラズマ処理チャンバを有するプラズマ処理システムにおいて前記基板を処理する方法であって、
    前記プラズマ処理チャンバの下側電極の基板支持面上に前記基板を配置する工程と、
    第１のレジームで前記プラズマ処理チャンバを処理する工程と、
    前記第１のレジームとは異なる第２のレジームで前記プラズマ処理を行う工程と、
    を備え、
    前記第１のレジームは、ＲＦ結合の第１の面積比を有し、前記第２のレジームは、ＲＦ結合の前記第１の面積比とは異なるＲＦ結合の第２の面積比を有し、前記プラズマ処理チャンバは、少なくとも部分的に、前記基板支持面に対して垂直な方向に上側電極および下側電極の一方を移動させることによって、前記第１のレジームと前記第２のレジームとの間を遷移する、方法。
18. 請求項１７に記載の方法であって、
    前記上側電極は、第１の上側電極部分および第２の上側電極部分を有し、前記第１の上側電極部分は、前記第２の上側電極部分を環状に取り囲み、前記第１の上側電極部分および前記第２の上側電極部分はいずれも、前記処理中に接地され、
    前記下側電極は、第１の下側電極部分および第２の下側電極部分を有し、前記第１の下側電極部分は、接地され、前記第２の下側電極部分を環状に取り囲み、前記第２の下側電極部分は、前記処理中に前記基板を支持するよう構成された前記基板支持面を有し、
    前記第１の上側電極部分の下面は、前記第１の上側電極部分の前記下面と前記第１の下側電極部分の上面との間の第１のギャップが、前記基板支持面と前記第２の上側電極部分の基板対向面との間の第２のギャップよりも小さくなるように、前記第２の上側電極部分の前記基板対向面に対して平滑でない、方法。
19. 請求項１７に記載の方法であって、
    前記上側電極は、第１の上側電極部分および第２の上側電極部分を有し、前記第１の上側電極部分は、前記第２の上側電極部分を環状に取り囲み、前記第１の上側電極部分および前記第２の上側電極部分はいずれも、前記処理中に接地され、
    前記下側電極は、第１の下側電極部分および第２の下側電極部分を有し、前記第１の下側電極部分は、接地され、前記第２の下側電極部分を環状に取り囲み、前記第２の下側電極部分は、前記処理中に前記基板を支持するよう構成された前記基板支持面を有し、
    前記第１の下側電極部分の上面は、前記第１の下側電極部分の前記上面と前記第１の上側電極部分の下面との間の第１のギャップが、前記基板支持面と前記第２の上側電極部分の基板対向面との間の第２のギャップよりも小さくなるように、前記第２の下側電極部分の前記基板支持面に対して平滑でない、方法。
20. 請求項１７に記載の方法であって、前記下側電極だけが移動可能である、方法。

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