JP2011529273A - プロセスキットリングへの制御されたｒｆ電力配分を有するプラズマリアクタ用ワークピースサポート - Google Patents

Abstract

静電チャックでは、ＲＦバイアス電力は、ワークピースに、及びワークピースを囲むプロセスキットカラーに、別々に印加される。システムコントローラによって制御される少なくとも１つの可変インピーダンス要素は、例えば、変化するプラズマ条件の下で最適な電場均一性のために、ワークピースの末端エッジでプラズマシース電場の動的調整を可能にする、ワークピースとプロセスキットカラー間のＲＦバイアス電力の配分を調整する。

Description

背景

半導体ウェハなどのワークピースのプラズマ処理において、均一性の要求は、ワークピースエッジの５ｍｍ又は３ｍｍ以内にまで広げられ、最近では、エッジの２ｍｍ又は１ｍｍ以内にさえ広げられている。ワークピースは典型的には静電チャック（ＥＳＣ）を含むワークピースサポートに静電的にクランプ（固定）され、静電チャックは、ＲＦバイアス電力、電圧又は電流を、ワークピースを介してプラズマに結合する、及び／又は、異なる電極からプラズマに結合されたＲＦ電流の接地帰還（グラウンドリターン）経路を提供するなどの様々な機能を実行するために使用される。また、ＥＳＣは、通常ワークピースを加熱又は冷却するために、又はワークピースの温度を制御するためにも使用される。エッチングプロセスにおいて、ＥＳＣは通常、プラズマからＥＳＣを覆い保護するために、ワークピースよりもサイズが小さい。さもなければ、プラズマは、ＥＳＣを破損又は浸食する可能性があり、ＥＳＣからスパッタリング又はエッチングされた材料によってワークピース又はチャンバを汚染する可能性がある。ワークピースエッジは、通常平坦ではなく、その代わりに傾斜又は丸みを含んでおり、特にワークピースエッジにおいて、ワークピースサポートとワークピース間の事実上の接触を防いでいる。これは、ワークピース全域に亘ってエッジまで一様な処理を広げる際にいくつかの困難をもたらす。完全に導電性のワークピースを用いた場合でさえ、ワークピース全域に亘る電場がワークピースのエッジ領域近傍では残りの部分の上の電場と比較して変化するので、バイアスを掛けた又はバイアスを掛けていないワークピースの上に形成されるプラズマシース、又はプラズマシース電場は、有限の電極寸法のため均一とはならない。ワークピース又はウェハは完全な導体ではないので、エッジ近傍では更なる電場の変化がいくらか発生するかもしれない。その結果、プラズマイオンフラックス及びイオンエネルギー又はイオン角エネルギー分布は、ワークピースエッジでワークピースの残り部分と比べて異なるかもしれない。ワークピースエッジへのプラズマのラジカルフラックスさえも、ワークピースの残りの部分へのラジカルフラックスと異なるかもしれない。プラズマエッチングプロセスにおいて、このようなエッジ効果は、例えば、ウェハエッジ近傍における高アスペクト比の開口部のエッチングプロファイルが傾く又はねじれるように現れる可能性のある不均一な処理結果をウェハエッジで発生させる。クリティカルディメンジョン（ＣＤ）バイアス、エッチング速度、スパッタリング、堆積速度、エッチングの選択性、エッチングのマイクロローディング等が含まれる他のプラズマプロセスパラメータは、ウェハエッジで鋭く異なるかもしれない。

エッジ効果を減少させる従来の方法は、（１）導体、半導体、又は誘電体の周辺要素（例えば、ワークピースが円形の半導体ウェハである場合は、リング又はカラー）、又は（２）ワークピースエッジをワークピースの残りの部分と異なる温度に制御可能なエッジ温度帯、又は（３）異なるガス混合物又は異なるガス混合比をエッジ領域に導入可能にするエッジガス導入帯、又は（４）ワークピースエッジから副生成物を除去する速度を低下させるか、又はワークピースエッジ近傍のプラズマ種の再結合率を増加させるワークピースエッジ近傍のプラズマ遮蔽リング、又は（５）例えば、エッジ近傍のプラズマ種を増加させる又は減少させるために（堆積を引き起こすためにある種を減少させる、周辺要素のエッチングを引き起こすためにある種を減少させる、又は副生成物種を形成するために周辺要素をエッチングすることによってある種を増加させる等）、局所的プラズマ条件を変えるために選択された温度に温度制御するエッジ周辺要素が含まれてもよい。方法（２）、（３）、（４）、（５）は、不均一なシース電場の問題に直接的には対処しないので、エッジ処理を変えるために他の技術を用いる。方法（１）は直接的に問題に対処するが、異なるプラズマ条件が選択されるとき、ワークピースエッジの上でシース電場の制御ができないので、せいぜい広範囲のプラズマ条件に対して妥協することである。必要なのは、（このように、例えば、異なるプラズマ条件が選択されるとき、チャンバ条件が変化するとき、又は異なるワークピース構造が処理されるときに制御可能なＣＤの均一性（クリティカルディメンジョン）、形状（傾斜）、エッチング速度（又は選択性）などのワークピースの構造パラメータを制御するために）、イオンエネルギー、イオン角エネルギー分布、又はイオン密度又はフラックス（束）などのワークピースエッジのプラズマシース条件を制御するための方法である。

概要

プラズマリアクタチャンバで使用するＲＦバイアスワークピースサポートシステムが提供される。誘電性パックは、ワークピースを支持するワークピースサポート面を有する。ワークピース電極はパック内に埋設されている。ワークピース電極は、ワークピースサポート面の下に、一般にワークピースサポート面と平行にある。金属板は、誘電性パックの下にある。環状プロセスキットカラーは、ワークピースサポート面の周辺エッジを囲んでいる。プロセスキット電極要素は、プロセスキットカラーの下にある。ＲＦプラズマバイアス電源は、ワークピース電極に、及びプロセスキット電極要素に結合している。ワークピースとプロセスキットカラーの間におけるＲＦバイアス電力分岐の制御は、ＲＦプラズマ電源と、（ａ）ワークピース電極、（ｂ）プロセスキット電極のうちの１つとの間に結合される可変ＲＦインピーダンス要素によって行われる。可変ＲＦインピーダンス要素は、可変リアクタンスを有するリアクタンス要素を含む。システムコントローラは、それによって可変ＲＦインピーダンス要素のリアクタンス要素の可変リアクタンスを制御するために、可変ＲＦインピーダンス要素の制御入力に接続される。

本発明の例示的実施形態を実現し詳細に理解することができるように、上記に簡単に要約した本発明のより具体的な説明を、添付図面に示される実施形態を参照して行う。本発明を不明瞭にしないために、既知のプロセスに関しては本明細書内では議論しないことを理解すべきである。

第１実施形態に係るワークピースサポート台を含むプラズマリアクタを示す図である。 ウェハサポート台に関してある詳細を示す図１Ａの部分拡大図である。 第２実施形態に係るワークピースサポート台を示す図である。 第３実施形態に係るワークピースサポート台を示す図である。 第４実施形態に係るワークピースサポート台を示す図である。 プロセスキットカラーを熱的に制御する構成が含まれる図１Ｂの実施形態の修正形態を示す図である。 図１〜図４の実施形態において、プロセスキットとワークピース間のＲＦ電力を配分するために使用される可変インピーダンス要素のうちの１つとして使用可能な回路の単純化した概略図である。

理解を促進するために、図面に共通する同一の要素を示す際には可能な限り同一の参照番号を使用している。一実施形態の要素及び構成を更なる説明なしに他の実施形態に有益に組み込んでもよいと理解される。しかしながら、添付図面は本発明の例示的な実施形態を示しているに過ぎず、従って、この範囲を制限されていると解釈されるべきではなく、本発明は他の等しく有効な実施形態を含み得ることに留意すべきである。

詳細な説明

本発明の実施形態は、ＲＦバイアス電力がワークピースに及びワークピースを囲むプロセスキットカラーに別々に結合される静電チャックを含む。システムコントローラによって制御される少なくとも１つの可変インピーダンス要素は、ワークピースとプロセスキットカラー間のＲＦバイアス電力の配分を調整し、それによって、例えば、プラズマ条件の変動下での最適な電場均一性のために、ワークピースの末端エッジでプラズマシース電場の動的調整を可能にする。

図１Ａ及び１Ｂを参照して、プラズマリアクタは、円筒の側壁１０２によって画定されるチャンバ１００と、天井１０４と、周囲のエッジが側壁１０２と交わる床１０６とを有する。天井１０４は、プロセスガス供給源１０８からプロセスガスを受け入れるガス配分プレートであってもよい。側壁１０２及び床１０６は、金属で形成され、接地していてもよい。真空ポンプ１３２は、床１０６内のポートを通してチャンバ１００を排気する。プラズマＲＦソース電力（プラズマＲＦ電源電力）は、夫々のＲＦインピーダンス整合要素１１８、１２０を通って、夫々のＲＦソース電力ジェネレータ（ＲＦ電源電力発電機）１１４、１１６に接続される夫々の内側及び外側コイルアンテナ１１０、１１２から、チャンバ１００内へ誘導結合してもよい。天井又はガス配分プレート１０４は、コイルアンテナ１１０、１１２から、天井１０４を通って、チャンバ１００内へＲＦ電力の誘導結合を可能にするために、非導電材料で形成されていてもよい。

その代わりに又はそれに加えて、ＶＨＦジェネレータ１２２及びインピーダンス整合器１２４からのＲＦプラズマソース電力は、オーバーヘッド電極１２６からチャンバ１００内へ容量結合されてもよい。一実施形態では、オーバーヘッド電極１２６は、天井ガス配分プレート１０４から分離していてもよい。

一実施形態では、ＲＦ電力は、コイルアンテナ１１０、１１２から、ガス配分プレート１０４を通って、及びオーバーヘッド電極１２６を通って、チャンバ１００内へ誘導結合してもよい。この実施形態では、オーバーヘッド電極１２６が外側リング導体１２８及び外側リング導体１２８から放射状に内側へ延びる複数の導電フィンガー１３０を有するファラデーシールドの形状であってもよいのと同時に、ガス配分プレートは誘電体又は半導体材料で形成されていてもよい。ファラデーシールド１２６は、以下で説明されるウェハサポート台に結合されたＲＦ電力のための接地帰還を提供するために、グラウンド（地面）に接続されてもよい。ファラデーシールド１２６は、ＲＦフィルタを通して選択された周波数に対して接地されてもよい。

コイルアンテナ１１０、１１２が無いときは、天井ガス配分プレート１０４は、完全に金属で形成され、インピーダンス整合器１２４を通してＶＨＦジェネレータ１２２と結合したオーバーヘッド電極１２６として機能させてもよい。

ワークピースサポート台２００は、半導体ウェハ、マスク、フォトマスク、ディスプレイパネル、ソーラーパネル要素等のワークピース２０４を保持するためにチャンバ１００の内部に提供される。台２００は、ワークピース２０４を静電気的にクランプ又はチャッキングする静電チャック（ＥＳＣ）であってもよく、ワークピース２０４を支持するための上面２０２ａを有する誘電体の上層又はパック２０２を含む。導電グリッド２０６は、パック２０２の中に、パック上面２０２ａから短い距離（例えば、０．２５ｍｍ〜２ｍｍ）の中に埋設されている。グリッド２０６は、以下で説明されるように直流チャッキング電圧を印加するＥＳＣ電極として機能する。パック２０２は、ＲＦプラズマバイアス電力を印加するかもしれない金属板又はカソード２０８上に支持される。パック２０２は、絶縁材料（例えば、１０^１２Ｏｈｍ・ｃｍを超える抵抗率を有する）又は半導体材料（例えば、１０^８Ｏｈｍ・ｃｍと１０^１２Ｏｈｍ・ｃｍの間の抵抗率を有する）で形成してもよい。

様々な構成が、熱制御に対して提供される。熱伝導性ガス（例えば、ヘリウム）の供給によって、ワークピース２０４とパック２０２の間の熱伝導性を制御するように、チャネル２０３のアレイがパック上面２０２ａに形成されている。ワークピース２０４がパック上面２０２ａの上にクランプされているときはいつも、これらのチャネルは完全に閉じている。カソード２０８は、液体クーラントが循環するかもしれない内部流体流路２１０を含む。電気ヒーター２１１は、パック２０２の中に埋設されていてもよい。ヒーター２１１は、別々に制御される内側及び外側ヒーター２１１ａ及び２１１ｂの間に夫々分離していてもよい。

プロセスキットリングアセンブリ２１２は、パック２０２のエッジを囲み、パック２０２の環状ショルダー２０２ｂ内にあるプロセスキットスペーサリング２１６上に重なるプロセスキットカラー２１４を含んでもよい。カラー２１４のショルダー２１４ａは、小さな半径のギャップ２１８を残して、ウェハ２０４のエッジを囲んでいる。環状プロセスキット絶縁体２２０は、リングアセンブリ２１２、パック２０２、及びカソード２０８を囲んでいる。環状絶縁体２２０の底端から延びるディスク形のカソード絶縁体２２１は、カソード２０８の下にある。任意の接地ハウジング２２２は、環状絶縁体２２０を囲む外側環状部分２２２ａと、カソード絶縁体２２１の下にあるディスク形状部分２２２ｂとを有する。任意の環状接地バッフル２２４は、接地ハウジング２２２の環状部分２２２ａからチャンバ側壁１０２まで延びている。

ＲＦバイアス電力ジェネレータ２３０、２３２は、ＲＦバイアスインピーダンス整合回路２３４を通して、ＲＦバイアス電力をカソード２０８に印加する。ジェネレータ２３０は、ＨＦ周波数（例えば、２７ＭＨｚ未満）又はＶＨＦ周波数（例えば、２７ＭＨｚを上回る）を有していてもよく、一方、ジェネレータ２３２は、ＭＦ又はＬＦ周波数（例えば、４ＭＨｚ未満）を有していてもよい。インピーダンス整合回路２３４は、チャンバ床１０６を通って、カソード２０８から延びる同軸導体アセンブリ２４０によって、カソード２０８に接続してもよい。同軸導体アセンブリ２４０は、中心絶縁体２４２と、中心絶縁体２４２を囲む中空円筒カソード給電導体２４４と、カソード給電導体２４４を囲み、ディスク形のカソード絶縁体２２１と合わさった中空円筒カソード給電絶縁体２４６とを有する。円筒カソード給電絶縁体２４６は、カソード接地ハウジング２２２から延びる環状カソード接地帰還導体２４８に囲まれてもよい。

ユーティリティは、同軸給電アセンブリ２４０を通って延びる様々な導体及びコンジットによって台２００内へ結合される。グリッド給電導体２５０は、中心絶縁体２４２を通ってグリッド２０６へ延びる。ＥＳＣ電圧供給源２５２は、グリッド給電導体２５０を通って、直流電圧をグリッド２０６に供給する。ＲＦ絶縁フィルタ２５４は、グリッド給電導体のＲＦ電圧に高インピーダンスを与え、ＲＦ電力が直流電源に達するのを防ぐ。ヒーター供給導体ペア２５６−１、２５６−２は、中心絶縁体２４２を通って、内側及び外側ヒーター２１１ａ、２１１ｂへと延びる。独立した交流電源２５８−１、２５８−２は、夫々のヒーター供給導体ペア２５６−１、２５６−２を通って、ヒーター２１１ａ、２１１ｂに結合されている。ガス供給コンジット２６０−１、２６０−２は、中心絶縁体２４２を通って、パック面２０２ａ内にあるチャネル２０３のアレイの入力および出力端（図示せず）へと延びている。熱伝導性ガス（例えば、ヘリウム）の供給源２６２は、ガス供給コンジット２６０−１、２６０−２に結合されている。クーラント供給コンジット２６４−１、２６４−２は、円筒カソード給電導体２４４を通って、カソード２０８内のクーラントチャネル２１０の入力及び出力ポート（図示せず）へと延びている。液体クーラントの供給源２６６は、クーラントチャネル２１０を通って、液体クーラントの再循環のために、クーラント供給コンジット２６４−１、２６４−２に結合される。クーラントは、外部熱交換器によって、冷却又は加熱されてもよい。

カソード２０８は、任意のカソードバイアス可変ＲＦインピーダンス要素２７０を通って、カソードＲＦ給電導体２４４を介して、バイアスＲＦインピーダンス整合回路２３４の出力に結合される。グリッド給電導体２５０は、ＥＳＣ電圧供給源２５２に結合されるのに加えて、グリッドバイアス可変ＲＦインピーダンス要素２７２を通って、バイアスＲＦインピーダンス整合回路２３４の出力に結合される。一実施形態では、カソードＲＦ給電導体２４４及びグリッド給電導体２５０は、任意のカソード接地可変インピーダンス要素２７４を通って、ＲＦグラウンドに結合されている。一実施形態では、カソード接地可変インピーダンス要素２７４は、ＶＨＦ電力ジェネレータの周波数に非常に狭い通過帯域の中心を有し、ＲＦバイアス電力ジェネレータ２３０、２３２の周波数を遮断するバンドパスフィルタである。この構成によって台２００は、バイアス電力をグラウンドに短絡させることなしに、チャンバ１００内へ容量結合されるＶＨＦ電力用ＲＦ接地帰還電極として機能することができる。

システムコントローラ２８０は、インピーダンス要素２７０、２７２、２７４の可変インピーダンスと、ガス供給源２６２の圧力と、クーラント供給源２６６の流体温度及び流速と、交流ヒーター電源２５８−１、２５８−２の出力電流と、ＥＳＣ電源２５２の直流出力電圧とを制御する。

図１Ａ及び１Ｂに図示された実施形態では、グリッド２０６に印加されたいかなるＲＦバイアス電力も、ウェハ２０４に容量結合し、プロセスキットカラー２１４にはそれと比較してほとんど又は全く容量結合しないように、全グリッド２０６は、ウェハ２０４の下にあり、そのいずれもプロセスキットカラー２１４の下には無い。カソードに印加されたＲＦバイアス電力の一部が、プロセスキットカラー２１４に容量結合するように、カソード２０８の環状周辺部２０８ａは、プロセスキットカラー２１４の下へと延びる。この構造は、プロセスキットカラー２１４のＲＦバイアス電力（又は電圧又は電流）が、ウェハ２０４のＲＦバイアス電力（又は電流又は電圧）に対して、異なる量のＲＦバイアス電力をグリッド２０６及びカソード２０８に印加することによって調整してもよい。

カソード及びグリッド可変ＲＦインピーダンス要素２７０、２７２は、カソード２０８とグリッド２０６の間のＲＦバイアス電力（又は電流又は電圧）の配分を決定する。この目的のために、２つの可変インピーダンス要素２７０、２７２の１つだけが必要である。（しかしながら、それらの両方の組み合わせは、調節範囲を広げる。）例えば、カソード可変インピーダンス要素２７０を整合回路２３４からカソード給電導体２４４まで直接電気的に接続することによって取り替えるなら、グリッド可変インピーダンス要素２７２のインピーダンスは、それ自体で、カソード２０８とグリッド２０６間のＲＦ電力の配分を決定する。これは、ウェハ２０４とプロセスキットカラー２１４間のＲＦバイアス電力の配分を変える。この理由は、前記段落で説明したように、カソード２０８の外側環２０８ａが、直接プロセスキットカラー２１４の下にあり、ＲＦバイアス電力をプロセスキットカラー２１４へ容量結合し、一方、グリッド２０６は、ウェハ２０４の下にあり、プロセスキットカラー２１４の下には無く、そのＲＦバイアス電力のほとんどすべてをプロセスキットカラー２１４ではなくウェハ２０４へ容量結合することにある。グリッド可変インピーダンス要素２７２は、カソードに印加されたＲＦ電力の割合を増加させる又は減少させるとき、プロセスキットカラーに結合したＲＦ電力は、ウェハ２０４に結合した電力に対して夫々増加する又は減少する。ＲＦ電力のこの配分を操作する方法を、ここで説明する。

パック２０２の厚さＴ及びカソード２０８からプロセスキットカラー２１４までの距離Ｄは、ウェハ２０４の中心部の上においてプラズマに結合したバイアス電力密度に対して、プロセスキットカラーの上においてプラズマに結合したバイアス電力密度（又は電圧又は電流）を「過剰補償する」ために選択される。これは、プロセスキットカラー２１４とカソード２０８間の単位面積当たりのキャパシタンスを、ウェハ２０４とカソード２０８間の単位面積当たりのキャパシタンスよりも大きくなるように設計することによって行われる。もしもプロセスキットカラー２１４が、カソード２０８とカラー２１４間のＲＦ結合領域よりも大きなプラズマ領域に結合しているか、又はもしもカラー２１４が、追加キャパシタンスによって（例えば、半径外側方向へ）接地されるならば、プロセスキットカラー２１４とカソード２０８間の単位面積当たりのキャパシタンスは、ウェハ２０４とカソード２０８間の単位面積当たりのキャパシタンスに対して、所望の過剰補償を実現するために、更に大きくする必要があるかもしれない。

カラー２１４の厚さは、この消耗要素のコストを低く保つために「小さく」選択可能であり、通常、約１〜４ｍｍである。ＥＳＣパック２０２の熱抵抗は、そのコストと同様に、厚さに応じて増加する。そのため、パック２０２の総厚さは、窒化アルミニウムなどの高熱伝導性材料に対しては通常約２５ｍｍ未満、又は、酸化アルミニウム又は酸化イットリウムなどの低熱伝導性材料に対しては約１０ｍｍ未満である。例えば、もしも総ＥＳＣパック厚さが７ｍｍに選択されるならば、石英、シリコン又は炭化珪素でできた厚さ２ｍｍのプロセスキットカラー（２１４）が選択される。もしも半導体材料（ＳｉＣ又はＳｉなど）が選択されるならば、カラー２１４はカソードベース２０８の領域さえも超えて、台電極の実効面積を広げるかもしれない。いくつかの場合、リアクタがＳｉ含有材料をエッチングするのに使用されるとき、スペーサ２１６は石英などの材料であってもよいが、カラー２１４はＳｉ又はＳｉＣであってもよい。カソード２０８の直径を超えて電極実効面積を広げる他に、エッチングの副生成物は、エッチングされるウェハからのそのような副生成物により類似したものであるかもしれなく、その結果、ウェハエッジにおける局所的な副生成物の変化を最小化することによって、エッジに対するエッチング均一性を促進するかもしれない。カソード直径を超えて広がる電極実効面積は、高誘電率材料又は半導体よりも少ないかもしれないが、石英などのより低い誘電率をもつ他の材料をカラー材料に使用してもよい。酸化イットリウムなどの高誘電率材料は、例えば、スペーサ２１６に対して又はカラー２１４に対して使用してもよい。

ＲＦグリッドバイアス可変インピーダンス要素２７２は、システムコントローラ２８０を通して選択可能なレシピ（方法）である。真空可変コンデンサがグリッド可変ＲＦインピーダンス要素２７２の主要な要素として使用される場合は、最小静電容量値が低いことによって、カソード２０８からグリッド２０６までのＲＦ電流の最小値はそれる。この場合、プロセスキットカラー２１４は、（上述のように）まだＲＦバイアス電力の配分に対して過剰補償されている。ＲＦグリッドバイアス可変インピーダンス要素２７２は、カソード２０８とウェハ２０４間の台構造の比較的低いキャパシタンスをいくらかの電流が迂回できるように、より高いキャパシタンス値を選択してもよい。これは、プロセスキットカラー２１４を通してプラズマに結合したＲＦ電力の過剰補償を減少させる。プロセスキットカラー２１４とカソード２０８間の単位面積当たりの実効キャパシタンスが、ウェハ２０４とカソード２０８間の単位面積当たりの実効キャパシタンスよりも小さくなる（可変インピーダンス要素の選択されたキャパシタンスと並列に配置され、同じ領域に負荷が掛かる）ように、グリッド可変インピーダンス要素２７２は、十分高いキャパシタンス値を選択してもよい。このような場合には、プロセスキット電力結合は補償不足となるだろう。

ＲＦグリッドバイアス可変インピーダンス要素２７２の異なるキャパシタンス値の選択は、カソードベースの電圧及びＲＦバイアスマッチ２３４に提供されるカソード伝送路の駆動ポイント入力インピーダンスを実質的に変化させると同時に、バイアスＲＦインピーダンス整合回路２３４は、その内部要素（例えば、直列要素）のうちの１つのリアクタンスを変えることによって補償され、プラズマに結合した実質的に一定の電力を提供する。従って、グリッド可変インピーダンス要素２７２のキャパシタンスの変化は、プロセスキットカラー２１４に隣接するプラズマ領域対ウェハ２０４に隣接するプラズマ領域間の電力密度（又は電圧分布又は電流密度）の配分を変えるが、２つの領域上の正味の電力は実質的に一定のままである。

ウェハとプロセスキット領域間の相対的なバイアスＲＦ電力密度（又は電圧密度又は電流密度）の調整又は配分（例えば、上述の過剰補償又は補償不足）は、特定の要求を満たすように、ウェハ構造又はフィーチャーＣＤ、プロファイル角度（傾斜）、又はエッチング速度、又はエッチングの選択性を調整するために使用してもよい。また、それは、誘導結合又は容量結合したプラズマソース電力及び直流磁気遮蔽効果等から生じるプラズマパラメータ（イオンエネルギー、イオン角エネルギー分布、又はイオン密度又はフラックス等）の不均一性を補償するために使用してもよい。特に、ウェハ最端のエッジ領域では、ウェハ表面におけるＲＦ電場ラインの傾斜は、ウェハエッジでエッチングプロファイルが先細りになる及びエッチングプロファイルがねじれることを示すような、エッチングプロファイル結果の低下を避けるために変更又は修正可能である。

関連するアプローチでは、プロセスキットカラー２１４の材料は、ウェハエッジ近くでプラズマの化学種含有量に影響するように選択される。例えば、カラーの材料は、ウェハエッジ近くでプロセス性能を改善するために、あるターゲット種を消費するようにプラズマと反応するかもしれない。又は、カラーの材料は、プロセス性能を改善するために、ウェハエッジ近くで所望の種をより多く生成するようにプラズマと反応するかもしれない。コントローラ２８０は、カラー２１４のプラズマへの参与率を制御するために、異なるプロセスレシピ又は同じプロセスレシピの異なるフェーズに必要とされるような異なる参与率を得るために、プロセスキットカラー２１４のＲＦバイアス電力を変えてもよい。

逆のアプローチでは、カラー２１４の参与率は、カラーの温度を調整することによって制御される。カラー２１４へのＲＦバイアス電力の配分は、ある特定のプロセス条件セットに対して、ワークピースエッジでプラズマバイアスシース電場をより均一にする（すなわち、ワークピースの主要部分の上のシース電場と同じにする）ために、コントローラ２８０によって選択される。これは、ウェハエッジでの不均一性を除去又は最小化し、これによって、ウェハエッジまで及びそれを超えてウェハ表面全域に亘って、イオン速度角度分布（又は他のプラズマ性能パラメータ）のより良好な均一性を得ることができる。コントローラ２８０は、例えば、バイアスＲＦ電力レベルや、ソースＲＦ電力レベルや、直流磁場レベルや、プロセスガス組成における変化などの異なるプロセス状態が起こるので、カラー２１４に結合されたＲＦバイアス電力を調整することによって、電場の均一性を保つのに使用してもよい。

また、プロセスキットカラー２１４に結合されたＲＦバイアス電力のコントローラ２８０による調整又は配分は、プロセスキットカラー２１４の洗浄又は表面調節（コンディショニング）のために、プロセスキットカラーとのプラズマ反応を増進させる又は減退させるのに使用してもよい。

図２は、円筒プロセスキット電極２９０が、カソード給電絶縁体２４６と、ディスク形カソード絶縁体２２１と、円筒プロセスキット絶縁体２２０とを通って軸方向上方へと延びる、図１Ａ及び図１Ｂの実施形態の修正形態を示す。プロセスキット電極２９０は、プロセスキットカラー２１４にＲＦ電気カップリングを提供する。図２の実施形態には任意に含んでもよいが、図２の実行形態では、任意のプロセスキットリング２１６は削除されている。図２の実施形態では、バイアスＲＦ整合器２３４の出力は、グリッド給電導体２５０に接続されていない。その代わりに、バイアスＲＦ整合器の出力は、グリッド可変ＲＦインピーダンス要素２７２を通ってカソード給電導体２４４に結合されるのみならず、プロセスキット電極２９０の底端に結合されている。コントローラ２８０によって操作される任意のプロセスキット可変インピーダンス要素２７３は、バイアスＲＦ整合器２３４の出力とプロセスキット電極２９０間に挿入されてもよい。図２の２つの可変インピーダンス要素２７２、２７３のうちの１つだけが必要とされる。可変インピーダンス要素２７２、２７３のどちらか１つが存在することで、コントローラ２８０が（電極２９０を通って）プロセスキットと（カソード２０８を通って）ウェハの間でＲＦバイアス電力の配分を制御することができる。この配分は、図１Ａ及び１Ｂの実施形態を参照して上述と同様に動作する。

この仕様において上述したように、カラー２１４の選択された材料の参与率は、カラー２１４の温度を制御することによって独立して制御されると同時に、プロセスキットカラー２１４へのＲＦ電力の配分は、ウェハエッジまで及びそれを超えたウェハ表面全域に亘って電場の均一性を最適化するのに使用してもよい。プロセスキットカラー２１４の独立温度制御は、プロセスキット電極２９０の中に１組の別々の内部クーラント流路２９２を提供することによって実現してもよい。プロセスキット電極２９０を通って軸方向に延びる１組のクーラントコンジット２９４は、内部クーラント流路２９２をプロセスキットクーラント供給源２９６に結合する。プロセスキットカラー２１４は、プロセスキットＥＳＣ電圧供給源２９８からプロセスキット電極２９０に直流チャッキング電圧を印加することによって、静電的に適所にクランプされてもよい。任意のＲＦ絶縁フィルタ２９９は、ＲＦ電流がＥＳＣ電源２９８に達するのを防ぐ。プロセスキットカラー温度の精密制御は、システムコントローラ２８０の制御の下で、プロセスキットＥＳＣ電源２９８の出力電圧を変えることによって実現してもよい。プロセスキットカラー２１４と冷却電極２９０の間のＥＳＣクランプ（締め付け）力を変えることによって、それらの間の熱伝導率は変わり、プロセスキットカラー２１４の温度の精密制御のために、コントローラ２８０によって正確に制御されるかもしれない。その代わりに、又はそれに追加して、プロセスキットカラー２１４の熱制御は、カラー２１４の下にあるプロセスキット電極２９０の上面２９０ａ内にガスチャネル３１０を提供することによって促進されるかもしれない。プロセスキット電極２９０を通って延びるガスコンジット３１２は、ガス供給源３１４から供給される熱伝導性ガス（例えば、ヘリウム）の供給を提供する。ガス供給源３１４のガス圧力は、システムコントローラ２８０によって制御される。チャネル３１０内の圧力は、電極からカラーへの熱伝導率に影響し、従って、カラー２１４の温度に影響する。温度センサ３２０は、プロセスキット絶縁体２２０の上面に提供され、プロセスキットカラー２１４に接触してもよい。温度センサ３２０の出力は、システムコントローラ２８０の入力に結合されてもよく、それによってシステムコントローラ２８０は、プロセスキットカラー２１４の急速で正確なクローズドループ温度制御を提供できる。そのようなクローズドループ温度制御は、例えば、ある特定のプロセスレシピの異なる段階間に必要な異なるターゲット温度に、カラー２１４を動かすことができる。

図３は、カソード又は金属板２０８が、ＲＦバイアス電力によって駆動されるのではなく接地されている図１Ａ及び図１Ｂの実施形態の別の修正形態を示す。その代わりに、ＲＦバイアス電力は、プロセスキット２１２の下にあり、パック２０２の内部に埋設されているプロセスキットグリッド３５０に印加される。プロセスキットグリッド３５０は、ウェハグリッド２０６のレベルの下にあるパック２０２内のレベルに配置される。プロセスキットグリッド３５０−又は少なくともその外側環状部分−は、プロセスキットカラー２１４の下にあり、従って、ＲＦ電力をカラー２１４に容量結合可能である。ウェハグリッド２０６は、完全にウェハ２０４の下にあるので、ウェハグリッド２０６に印加した実質的にすべてのＲＦ電力は、ウェハ２０４に容量結合する。２つのグリッド２０６、３５０は、互いに電気的に絶縁されており、従って、ウェハ２０４及びプロセスキットカラー２１４に結合するＲＦ電力の異なるレベルを調整する方法を提供する。

プロセスキットグリッドＲＦ給電導体３５２は、その先端がプロセスキットグリッド３５０に接触するように、中心絶縁体２４２を通って、及びパック２０２を通って延びている。プロセスキットグリッドＲＦ給電導体３５２の底端は、バイアスＲＦ整合回路２３４の出力に結合している。任意のプロセスキット可変インピーダンス要素２７１は、バイアスＲＦ整合回路２３４の出力と給電導体３５２の間に挿入されてもよい。図３の２つの可変インピーダンス要素２７１、２７２のうちの１つだけが、２つのグリッド２０６、３５０間のＲＦバイアス電力を配分するのに必要であるが、それらの両方の組み合わせは、より広範囲の調整を提供する。

図３の実施形態は、プロセスキットカラー２１４の温度を制御するための同種の要素を更に含んでもよい。特に、熱伝導性ガスが、プロセスキットカラー２１４の下を循環してもよく、プロセスキットカラー２１４は、カラー２１４の温度制御のために、カラーとパックの界面での熱伝導率を変える又は制御するために可変な力によって、パック２０２に静電気的にクランプされてもよい。パック２０２のショルダー２０２ｂは、プロセスキットカラー２１４が位置する外側環状パック表面２０２ｃを画定する。チャネル３１１は、熱伝導性ガス（例えば、ヘリウム）の循環のために、外側環状パック表面２０２ｃ内に形成される。カラー２１４がパックの外側環状表面２０２ｃにクランプされるとき、チャネル３１１は完全に閉じられる。カラー２１４は、出力が図３の実施形態でプロセスキットグリッド給電導体３５２に結合されるＥＳＣ電圧供給源２９８によって、パックの外側環状表面２０２ｃに静電気的にクランプ又はチャッキングされる。任意の絶縁フィルタ２９９は、ＥＳＣ電圧供給源２９８とグリッド給電導体３５２の間に挿入されてもよい。カラー２１４の温度の精密制御は、カラー２１４の静電クランプ力を変えることによって、カラーからパックへの熱伝導率を変えるＥＳＣ電源２９８の出力電圧を変えるシステムコントローラ２８０によって実現してもよい。

図３の実施形態は、図４に示されるように、金属板２０８がカソード接地ハウジング２２２に接地するように、カソード絶縁体２２１を削除することによって修正されてもよい。

図３を参照してカラー２１４を熱的に制御する上述した構成は、図１Ｂの実施形態に組み込まれてもよく、図３を参照して上述した方法で操作してもよい。図１Bの実施形態のそのような増進が図５に示されている。図５の実施形態は，図３を参照して上述したある熱的制御構成が追加されていることを除いて図１Bのものと同じである。図５では、プロセスキットスペーサリング２１６は削除されているので（他の実行形態では、それを保有していてもよいが）、パック２０２は、図５に示されるように、プロセスキットカラー２１４の下へ延びることができる。パック２０２のショルダー２０２ｂは、カラー２１４の底面の下にあり及び接触している環状パック表面２０２ｃを画定する。ガスフローチャネル３１１は、環状パック表面２０２ｃ内に形成され、熱伝導性ガス（例えば、ヘリウム）の独立した供給源３１４と結合している。外側加熱要素２１１ｂは、図５に示されるように、カラー２１４の直下に位置している。プロセスキットカラー２１４に隣接する温度センサ３２０は、システムコントローラ２８０と結合している。任意に、第２導電グリッド３５０が、カラー２１４の下のパック２０２に埋設され、環状パック表面２０２ｃ上にカラー２１４を静電気的にクランプ又はチャッキングするために使用されてもよい。図５の実施形態では、第２導電グリッド３５０は、ＲＦ絶縁フィルタ２９９を通って、ＥＳＣチャッキング電圧供給源２９８に結合される。電源２９８の電圧は、カラー２１４のクランプ力を変えるために、その結果、カラーの温度を変えるために、システムコントローラ２８０によって制御される。

図１〜５の実施形態を参照して上述した可変インピーダンス要素２７０、２７１、２７２、２７３は、プロセスキットとワークピース間のＲＦバイアス電力を配分するために使用される。どんな適当な可変リアクタンス回路が、夫々の可変インピーダンス要素２７０、２７１、２７２、２７３を実現するのに使用されてもよいが、図６は可変インピーダンス要素２７０、２７１、２７２、２７３のうちの１つの実行形態の一例の簡素化された概略図である。図６の可変インピーダンス要素は、バイアスＲＦインピーダンス整合回路２３４の出力及び出力端子５０２と結合される入力端子５００を含む。直列可変コンデンサ５０４が、入力及び出力端子５００、５０２の間に接続される。任意に、入力並列コンデンサ５０６が、入力端子５００とＲＦグラウンドの間に接続され、出力並列コンデンサ５０８が、出力端子５０２とＲＦグラウンドの間に接続される。コンデンサ５０４、５０６、５０８のすべて又はいずれかは、可変コンデンサであってもよい。代替実施形態では、コンデンサ５０４、５０６、５０８のいずれも、可変であるかもしれない適当なインダクタに取り替えてもよい。

上記は本発明の実施形態を対象としているが、本発明の他の及び更なる実施形態は本発明の基本的範囲を逸脱することなく創作することができ、その範囲は以下の特許請求の範囲に基づいて定められる。

Claims (15)

1. プラズマリアクタチャンバで使用されるＲＦバイアスワークピースサポートシステムであって、
   ワークピースを支持するためのワークピースサポート面を有するパックと、
   前記パックに埋設されたワークピース電極とを含み、前記ワークピース電極は、前記ワークピースサポート面の下にあり、及び概して前記ワークピースサポート面に平行にあり、
   前記システムは、前記パックの下にある金属板と、
   前記ワークピースサポート面の周辺エッジを囲む環状プロセスキットカラーと、
   前記プロセスキットカラーの下にあるプロセスキット電極要素と、
   前記ワークピース電極に及び前記プロセスキット電極要素に結合するＲＦプラズマバイアス電源と、
   可変リアクタンスを有するリアクタンス要素を含む可変ＲＦインピーダンス要素とを更に含み、前記可変ＲＦインピーダンス要素は、前記ＲＦプラズマ電源と、（ａ）前記ワークピース電極、（ｂ）プロセスキット電極のうちの１つとの間に結合され、
   前記システムは、前記可変ＲＦインピーダンス要素の制御入力に接続されたシステムコントローラを更に含み、これによって、前記可変ＲＦインピーダンス要素の前記リアクタンス要素の前記可変リアクタンスを制御するシステム。
2. 前記金属板は、前記ワークピースサポート面の下にある中心部及び前記プロセスキットカラーの下にある外側部を含み、
   前記プロセスキット電極要素は前記金属板の前記外側部を含み、前記金属板はＲＦ駆動カソードを含む請求項１記載のシステム。
3. 前記パック及び前記金属板を囲む環状絶縁体層と、
   前記絶縁体層の中にあり、及び前記環状絶縁体層を通って軸方向に延びる環状プロセスキット導体とを更に含み、前記環状導体は、前記プロセスキットカラーの下にあり及び接触するキットサポート面を含み、
   前記プロセスキット電極要素は、前記環状導体を含む請求項１記載のシステム。
4. 前記パック内に埋設され、前記ワークピース電極から分離し、概して前記ワークピース電極と平行な平面プロセスキット電極を更に含み、前記埋設されたプロセスキット電極は、前記プロセスキットカラーの下にある環状外側部を含み、
   前記プロセスキット電極要素は、前記埋設されたプロセスキット電極の前記環状外側部を含む請求項１記載のシステム。
5. 前記金属板は接地されている請求項４記載のシステム。
6. 前記可変ＲＦインピーダンス要素は、前記バイアスＲＦ電源と前記ワークピース電極の間に接続される請求項１記載のシステム。
7. 前記バイアスＲＦ電源と前記プロセスキット電極要素の間に接続された第２可変ＲＦインピーダンス要素を更に含み、前記システムコントローラは、前記第２可変ＲＦインピーダンス要素の制御入力に接続され、これによって、前記第２可変ＲＦインピーダンス要素のインピーダンスを制御する請求項６記載のシステム。
8. 入力端子及び接地端子を含むカソード接地可変インピーダンス要素を更に含み、前記入力端子は前記ワークピース電極に及び前記プロセスキット電極要素に結合され、前記接地端子はＲＦ接地電位に接続される請求項１記載のシステム。
9. 前記ワークピース電極に結合した第１静電チャック電圧供給源と、
   前記プロセスキット電極要素に結合した第２静電チャック電圧供給源とを更に含み、前記システムコントローラは、前記第１及び第２静電チャック電圧供給源に結合し、これによって、前記ワークピースサポート面の上でワークピースに及び前記プロセスキットに印加されたクランピング力を別々に制御する請求項１記載のシステム。
10. 前記パックは、前記ワークピースサポート面の下にある中心パック部及び前記プロセスキットカラーの下にある外側パック部を含み、前記外側パック部は、前記カラーの下にあるカラーサポート面を有し、
    前記システムは、
    前記金属板内に流体クーラント流路と、
    前記カラーサポート面内にガスフローチャネルとを更に含む請求項２記載のシステム。
11. 前記カラーの下にあるプロセスキットカラー静電チャック電極と、
    前記ワークピース電極に結合した第１静電チャック電圧供給源と、
    前記プロセスキットカラー静電チャック電極に結合した第２静電チャック電圧供給源とを更に含み、前記システムコントローラは、前記第１及び第２静電チャック電圧供給源の別々の出力電圧を制御するために接続されている請求項１０記載のシステム。
12. 前記環状プロセスキット導体内に流体クーラント流路と、
    前記環状導体の前記キットサポート面内にガスフローチャネルとを更に含む請求項３記載のシステム。
13. 前記ワークピース電極に結合した第１静電チャック電圧供給源と、
    前記プロセスキット環状導体に結合した第２静電チャック電圧供給源とを更に含み、
    前記システムコントローラは、前記第１及び第２静電チャック電圧供給源の夫々の出力電圧を別々に制御するために接続されている請求項１２記載のシステム。
14. 前記ワークピース電極に結合した第１静電チャック電圧供給源と、
    前記埋設されたプロセスキット電極に結合した第２静電チャック電圧供給源とを更に含み、
    前記システムコントローラは、前記第１及び第２静電チャック電圧供給源の夫々の出力電圧を別々に制御するために接続されている請求項４記載のシステム。
15. 前記パックは前記ワークピースサポート面の反対側に底面を含み、
    前記システムは、
    前記パックの対称軸に沿って前記パックの前記底面から軸方向に延び、前記金属板を通って、その底端で終了する細長い中心絶縁体と、
    前記金属板の底面から前記中心絶縁体と同軸に囲み及び延び、その底端で終了する環状カソード給電導体と、
    前記中心絶縁体を通って及び前記パックを通って延びるワークピース電極給電導体とを更に含み、前記ワークピース電極給電導体は、前記バイアスＲＦ電源と前記ワークピース電極間の電流経路を提供するために、前記ワークピース電極に接続する上端及び前記中心絶縁体の底端を通って延びる底端とを有する請求項１記載のシステム。

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